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JP2002170211A - スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法

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JP2002170211A
JP2002170211A JP2000365771A JP2000365771A JP2002170211A JP 2002170211 A JP2002170211 A JP 2002170211A JP 2000365771 A JP2000365771 A JP 2000365771A JP 2000365771 A JP2000365771 A JP 2000365771A JP 2002170211 A JP2002170211 A JP 2002170211A
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magnetic
giant magnetoresistive
film
forming
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Masatoshi Arasawa
正敏 荒沢
Atsuko Tanaka
温子 田中
Makoto Morijiri
誠 森尻
Koichi Nishioka
浩一 西岡
Shuichi Kojima
修一 小島
Masayoshi Kagawa
昌慶 香川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US09/931,255 priority patent/US6717778B2/en
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Priority to US10/778,079 priority patent/US7159304B2/en
Publication of JP2002170211A5 publication Critical patent/JP2002170211A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドに於い
て、一定の絶縁破壊耐圧を確保し電気的信頼性を維持し
つつ、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果層に磁区制御磁
界を付与して自由磁性層を単磁区化し、再生出力波形の
変動を抑制する。 【解決手段】下部絶縁ギャップ層７上に、反強磁性層１
と固定磁性層２と非磁性導電層３と自由磁性層４と非磁
性保護層５とから構成される断面形状が台形状のスピン
バルブ型巨大磁気抵抗効果層積層体D１に於いて、スピ
ンバルブ型巨大磁気抵抗効果層を前記積層体D１に成形
する際に生ずる前記下部絶縁ギャップ層７のエッチング
量が１０ｎｍ以下であり、自由磁性層４の膜厚方向の中
線における前記積層体D１側面の接線と前記自由磁性層
４の中線とのなす角度θが４５°以上であること。 【効果】一定の絶縁破壊耐圧を確保できかつ再生出力波
形の変動が抑制された、電気的信頼性及び磁気的信頼性
を兼ね備えたスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを
提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子計算機及び情
報処理装置等に用いられる磁気記録装置に於いて、磁気
記録媒体の微細な単一磁区に書き込まれた磁気情報を再
生するスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドに係り、
特に、高磁気記録密度を達成するために必須となる狭ト
ラックヘッドに於いて、バルクハウゼンノイズによる出
力波形変動を抑制し、かつ充分なＭＲ出力を得ることに
好適なスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録装置に於いて、磁気情報の書き
込み及び読み出しを行う薄膜磁気ヘッドはキーデバイス
である。薄膜磁気ヘッドは、磁気情報を書き込む記録ヘ
ッドと、記録媒体に書き込まれた磁気情報を読み出す再
生ヘッドから構成されている。
【０００３】磁気情報を記録媒体から読み出す再生ヘッ
ドは、外部から印加された微弱磁界に対して抵抗変化を
示す磁気抵抗効果素子或いは磁気抵抗効果素子よりも大
きな抵抗変化を示す巨大磁気抵抗効果素子と、その抵抗
変化をセンシングするために検出電流を供給する導電膜
から構成される。
【０００４】外部印加磁界に対して大きな抵抗変化率を
示し、微弱磁界に対しても抵抗変化を生ずるスピンバル
ブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドは、少なくとも反強磁性層
と固定磁性層と自由磁性層と前記固定磁性層と前記自由
磁性層とを分離する非磁性導電層と非磁性保護層とから
なる巨大磁気抵抗効果層積層体と、自由磁性層の磁化方
向を固定磁性層の磁化方向と直交するように維持する磁
区制御層と、その巨大磁気抵抗効果層積層体に検出電流
を供給して抵抗変化を検出する導電層とによって構成さ
れる。
【０００５】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドに
おいては、前記自由磁性層に必要な磁区制御磁界を与え
て、前記自由磁性層を単磁区化し、バルクハウゼンノイ
ズに起因した再生出力波形の変動を抑制することが重要
な技術である。
【０００６】図１１は、従来のスピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果ヘッドの一例を磁気記録媒体に対向する面側か
ら見たときの横断面構造を示している。下部磁気シール
ド層４１が形成され、この下部磁気シールド層４１の上
に下部絶縁ギャップ層４２が形成され、この下部絶縁ギ
ャップ層４２の上には、反強磁性層１と、該反強磁性層
１に接していて一定方向に磁化方向が揃えられた固定磁
性層２と、自由磁性層４と、前記固定磁性層２と前記自
由磁性層４を磁気的に分離する非磁性導電層３と、非磁
性保護層５とから構成される断面が台形状の巨大磁気抵
抗効果層積層体Ｄ２が形成されている。
【０００７】前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ２の側面
傾斜部及び前記下部絶縁ギャップ層４２の上に、前記自
由磁性層４の磁化方向を前記固定磁性層２の磁化方向と
直交する方向に揃えるための磁区制御層９と、前記磁区
制御層９の下地層８と、巨大磁気抵抗効果層積層体D２
に検出電流を供給し、磁気抵抗変化を検出するための導
電層１１と、前記導電層１１の下地層１０とが形成さ
れ、前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ２上及び前記導電
層１１の上に、上部絶縁ギャップ層４７と、上部磁気シ
ールド層４８とが形成される。
【０００８】この様なスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
ヘッドでは、前記自由磁性層４に対して充分な磁区制御
を加えるだけの磁界を与えることによって、前記自由磁
性層４の磁化方向を安定にすることによってバルクハウ
ゼンノイズの発生を防止し、再生出力波形の変動を防止
することで安定なヘッドを供給することができる。
【０００９】バルクハウゼンノイズを低減し出力波形変
動を抑制する方法として、例えば、特開２０００−２１
５４２４号公報にはフリー磁性層の膜厚方向にフリー磁
性層の膜厚よりも大きな膜厚を有するハードバイアス層
の平坦部を同じ階層位置に配置する方法が提示されてい
る。このフリー磁性層とは前記自由磁性層のことであ
る。しかしながら、この方法だけでは出力変動の発生を
防止した磁気ヘッドを提供することはできない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、出力
波形変動を抑制することのできるスピンバルブ型巨大磁
気抵抗効果ヘッドを提供すると共にその製造方法を提供
するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】スピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果ヘッドに於いて、出力波形変動の発生を防止す
る点について、巨大磁気抵抗効果層積層体の端部の傾斜
角について着目し、その傾斜角を変化させたスピンバル
ブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを作成し、その出力波形変
動の発生確率を測定した。この結果から前記巨大磁気抵
抗効果層積層体の端部傾斜部分における傾斜角度の大き
さを変えることによって、バルクハウゼンノイズの発生
による出力波形変動の確率が変化することを実験によっ
て明らかにした。その結果、巨大磁気抵抗効果層積層体
の端部における自由磁性層の膜厚方向の中線位置におけ
る前記巨大磁気抵抗効果層積層体の端部斜面部分の接線
が、前記自由磁性層の中線とのなす角度を４５°以上に
すべきであることが解った。
【００１２】また、巨大磁気抵抗効果層の構成として
は、反強磁性層を１層用いている構成のスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果層の場合でも、或いは、反強磁性層を
２層用いている構成のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
層の場合でも、その自由磁性層の膜厚方向の中線位置を
基準にして巨大磁気抵抗効果層積層体の端部斜面部分の
接線が、前記自由磁性層の中線とのなす角度を４５°以
上にすべきである。
【００１３】この様に巨大磁気抵抗効果層積層体の端部
斜面部分の角度を４５°以上にするためには、その製造
方法として、巨大磁気抵抗効果層を形成した後に、フォ
トレジストパターン等のマスク材を用いて、イオンミリ
ング法等の方法でエッチングする際に、巨大磁気抵抗効
果層をエッチングした時間よりも長時間のエッチング時
間を加えて、エッチング量を増やすオーバーエッチング
法を取ることで端部傾斜角度を４５°以上にすることが
できる。しかしながら、巨大磁気抵抗効果層の下部に
は、下部磁気ギャップ膜が形成されているので、前記オ
ーバーエッチング時にはこの膜をエッチングしてしま
い、下部磁気ギャップ膜の厚さが薄くなるという問題が
ある。下部磁気ギャップ膜はＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ
２膜、あるいそれらの混合膜等の非磁性の絶縁膜を用い
られている。この膜が薄くなると、その上に形成される
磁区制御層、或いは、導電層等の膜と、下部シールド層
との間の絶縁耐圧が小さくなり、磁気ヘッドの性能が劣
化するという問題もある。
【００１４】このため、下部絶縁ギャップ層の厚さは、
巨大磁気抵抗効果層の直下の下部シールド層との間に挟
まれた部分の膜厚に対して、磁区制御層或いは導電層と
下部シールド層の間に挟まれている部分の膜厚の減少量
が、大きくても１０ｎｍ以下にすべきであることを実験
的に確認したものである。すなわち、巨大磁気抵抗効果
層直下の下部絶縁ギャップ層の厚さと、磁区制御層或い
は導電層と下部シールド層との間に挟まれている下部絶
縁ギャップ層の厚さの差は、１０ｎｍ以下であることを
示している。このことは、巨大磁気抵抗効果層積層体を
形成する際の、前記オーバーエッチングの量を１０ｎｍ
以下にすることと同じことを示している。
【００１５】また、この様な巨大磁気抵抗効果層積層体
を作成するプロセスとして、イオンミリング時のマスク
材となるフォトレジストパターンの厚さが出来上がりの
形状に大きく影響することが解り、０.０１μｍ〜０.０
５μｍの範囲内の膜厚を有する有機膜と０.１μｍ〜０.
３５μｍの範囲内の膜厚を有するレジスト膜を積層して
形成することが良いことを明らかにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスピンバルブ
型巨大磁気抵抗効果ヘッドの実施形態を、図面に基づい
て説明する。
【００１７】〔第１の実施形態〕図１は、本発明の第１
の実施形態を示すスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッ
ドを記録媒体との対向面から見た時の横断面の構造を示
したものである。セラミック等の基板の上に、絶縁保護
層が形成され、この絶縁保護層の上に下部磁気シールド
層６が形成され、この下部磁気シールド層６の上にＡｌ
２Ｏ３、ＳｉＯ２或いはその混合膜等の非磁性膜によっ
て構成された等の下部絶縁ギャップ層７が形成される。
下部絶縁ギャップ層7の上には、ＰｔＭｎ等の反強磁性
層１が形成される。この反強磁性層１は単層では無く、
Ｔａ等の下地層を一緒に形成した複数層を用いる事がで
きる。その上には、該反強磁性層１に接していて一定方
向に磁化方向が揃えられたＮｉＦｅ等の固定磁性層２
と、ＮｉＦｅ等の自由磁性層４と、前記固定磁性層２と
前記自由磁性層4を磁気的に分離するＣｕ等の非磁性導
電層3が形成され、最上層にはＴａ等の非磁性保護層５
が形成され、構成される巨大磁気抵抗効果層が形成され
る。
【００１８】前記巨大磁気抵抗効果層は、フォトレジス
トパターンをマスクとしてイオンミリング法などのエッ
チング方法を用いて巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１を作
成し、再生トラック幅を形成する。このように形成され
た前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の側面傾斜部及び
前記下部絶縁ギャップ層７の上に、前記自由磁性層４の
磁化方向を前記固定磁性層２の磁化方向と直交する方向
に揃えるための磁区制御層９と、前記磁区制御層９の下
地層８と、前記固定磁性層２と前記非磁性導電層３と前
記自由磁性層４とに電流を与え、かつ巨大磁気抵抗変化
を検出する導電層１１と、導電層１１の下地層１０とが
形成される。前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１上及び
前記導電層１１の上には、上部絶縁ギャップ層１２と、
上部磁気シールド層１３とが形成される。
【００１９】ここで、図１で示される前記巨大磁気抵抗
効果層積層体Ｄ１が、磁気記録媒体に対向して、磁気記
録媒体の微細な単一磁区からの微弱な磁界を検出する。
図１に於いて、前記自由磁性層５の中線の幅がリードト
ラック幅Ｔｗｒに対応し、前記下部絶縁ギャップ層８に
おける最大膜厚と最小膜厚との差がオーバーエッチング
量ＯＥに対応し、前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の
側面部分の幅がテーパー部裾引き幅λに対応し、前記下
部磁気シールド層７の最上面と前記上部磁気シールド層
１４の最下面との最小間隔がＧｓ(上下シールド間隔)に
対応し、前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の側面に対
する前記自由磁性層５の中線での接線と前記自由磁性層
５の前記中線とのなす角度が自由磁性層端部傾斜角に対
応する。前記自由磁性層端部傾斜角θが４５°以上であ
ることを有することにより、前記テーパー部裾引き幅λ
は必然的に前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の全体膜
厚以下であることを有する。前記固定磁性層は、非磁性
中間層を介して形成される積層構造であってもよい。
【００２０】図１２-a及び図１２-bは、巨大磁気抵抗効
果層積層体２１と磁区制御層５４から構成されるスピン
バルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの横断面概念図であ
る。磁区制御層５４の磁化及び磁区制御層５４の残留磁
化膜厚積が一定の場合、磁区制御層５４と接する自由磁
性層最表面に誘起される面磁極密度は自由磁性層端部傾
斜角の正弦に比例すると考えられるので、自由磁性層端
部傾斜角が急峻である程自由磁性層における磁気的不安
定性が低減されバルクハウゼンノイズによる出力波形変
動を抑制することができるものと推定される。従って、
自由磁性層端部傾斜角度が急峻である方がよいと考えら
れる。
【００２１】そこで、前記巨大磁気抵抗効果層を前記巨
大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１に成形する前記イオンミリ
ング法において、前記オーバーエッチング量を変えるこ
とによって、その時形成される自由磁性層端部の角度を
求めた。図１３には、オーバーエッチング量と前記自由
磁性層端部傾斜角との関係を調べた結果を示す。この図
から、オーバーエッチング量を増やすほど端部の曲線テ
ーパーが急峻になることがわかる。
【００２２】そこで、次にオーバーエッチング量を変え
た素子を試作して、自由磁性層端部傾斜角とバルクハウ
ゼンノイズの発生確率を求めた。得られた結果を図１４
に示す。図１４に示すバルクハウゼンノイズと自由層端
部傾斜角との関係から、端部傾斜角が大きい程バルクハ
ウゼン不良率が低減し、４５°以上になるとバルクハウ
ゼンノイズ不良率は１０％以下になることを実験的に明
らかにした。
【００２３】高記録密度化にともなう高ＢＰＩ化は、上
下シールド層間のギャップを狭める方向にある。この狭
ギャップ化は、上下絶縁ギャップ層の膜厚を薄膜化にし
なければならないことを意味する。特に、前記下部絶縁
ギャップ層は前記巨大磁気抵抗効果層を断面形状が台形
状の前記巨大磁気抵抗効果層積層体にエッチングすると
きのオーバーエッチングによって、磁区制御層あるいは
導電層直下の部分では初期の膜厚よりも薄くなるため
に、下部磁気シールド層と巨大磁気抵抗効果層間の絶縁
耐圧が小さくなるという問題を生じる。
【００２４】我々の実験では、シングルスピンバルブ型
の上下シールド間ギャップが０.１μｍの場合、下部絶
縁ギャップ層の膜厚が３０ｎｍであり、デュアルスピン
バルブ型の上下シールド間ギャップが０.１２μｍの場
合、下部絶縁ギャップ層の膜厚が３０ｎｍである。そこ
で、前記下部絶縁ギャップ層の膜厚を３０ｎｍとした場
合に、磁区制御層あるいは導電層直下の部分の下部絶縁
ギャップ層膜厚と絶縁不良率を求めた。
【００２５】図１５は、下部絶縁ギャップ層の膜厚が３
０ｎｍにおけるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド
の前記下部絶縁ギャップ層の膜厚と絶縁不良率との関係
を調べたものである。この実験結果から、前記下部絶縁
ギャップ層の残膜厚が２０ｎｍ以上の時に絶縁不良率は
１０％以下に減少することを実験的に明らかにした。こ
のことは、絶縁不良率１０％以下の電気的信頼性を確保
するためには、前記下部絶縁ギャップ層の初期膜厚が３
０ｎｍの時、前記巨大磁気抵抗効果層のオーバーエッチ
ング量は１０ｎｍまで許容できるということを意味す
る。
【００２６】以上の結果から、再生出力波形の変動を抑
制する磁気的信頼性と、絶縁耐圧を確保する電気的信頼
性の双方をみたすスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッ
ドの構造は、オーバーエッチング量が１０ｎｍ以下で、
自由層端部傾斜角度が４５°以上である構造が最適であ
ることがわかる。このスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
ヘッドの構造を実現するために、我々はイオンミリング
の原理に立ち返って考えてみた。
【００２７】図８に、イオンミリング法によって前記巨
大磁気抵抗効果層積層体２１を作成する工程を詳細に示
す。イオンミリング法は照射されるイオンビーム等によ
って物理的に除去する方法であるが、そのイオンビーム
の入射角は均一ではなくある程度のビーム分散２２があ
る。このため前記巨大磁気抵抗効果層積層体２１の端部
形状はマスクとなるフォトレジスト２０とイオンビーム
の分散角２２によって曲線テーパー形状になる。
【００２８】図９は、有機膜２６とレジスト膜２７の膜
厚を図８と比較して薄膜化した場合を示すが、イオンビ
ームの影になる面が少なくなるため曲線テーパーが短く
なると考えられる。したがって、テーパー部裾引き幅２
９に短縮され、自由磁性層端部傾斜角３０に急峻化され
ることがわかる。
【００２９】図１６は、過剰掘り込み量が６ｎｍの場合
における、マスクパターンＭ１のレジスト膜厚と前記自
由磁性層端部傾斜角及びテーパー部裾引き幅との関係を
調べた実験結果である。この実験結果から、０.３５μ
ｍ以下のレジスト膜厚において前記自由磁性層端部傾斜
角を４５°以上にできること及びテーパー部裾引き幅が
前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の全体膜厚（５０ｎ
ｍ）以下になることを明らかにした。
【００３０】図１に示すスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドを製造するためには、図２に示す様に、まず基
板上に下部磁気シールド層７、下部絶縁ギャップ層８を
形成し、下地膜１、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁
性導電層４、自由磁性層５、非磁性保護層６を順次成膜
し、前記非磁性保護層６上に０.０１μｍ〜０.０５μｍ
の範囲内の膜厚を有する有機膜と０.１μｍ〜０.３５μ
ｍの範囲内の膜厚を有するレジスト膜１６を形成し、露
光及び現像処理によってレジスト膜１６直下を０.１５
μｍ以下の範囲内でレジスト膜１６の内側にアンダーカ
ットさせたマスクパターンＭ１を形成する。
【００３１】この時、レジスト膜は図３で示す様にレジ
スト膜１６の横断面形状が台形状であってもよい。図１
０で示す様にレジスト膜３１の横断面形状が台形状で、
鉛直方向とレジスト膜３１側面とのなす角度３２がビー
ム分散角２２よりも大きい場合には、前記自由磁性層端
部傾斜角がさらに急峻になる。通常、ビーム分散角度は
３°程度であるため前記角度３２は、３°以上あること
が好ましい。
【００３２】ついで、図６に示す様に前記マスクパター
ンＭ１に覆われない部分をイオンミリング法によって前
記オーバーエッチング量ＯＥを１０ｎｍ以下に制限し、
かつ前記自由磁性層端部傾斜角が４５°以上である前記
巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１に成形する。ついで、図
７に示す様に前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の成形
によって露出された前記下部絶縁ギャップ膜８の一部分
の上と前記巨大磁気抵抗効果層積層体Ｄ１の側面傾斜部
と前記マスクパターンＭ１上に前記下地膜９と前記磁区
制御層１０と前記下地膜１１と前記導電層１２がこの順
番で形成される。この後、前記マスクパターンＭ１はリ
フトオフによって除去され、図１に示すスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果ヘッドの横断面構造が得られる。
【００３３】マスクパターンＭ１を形成するレジスト材
料は、０.３５μｍ以下の薄膜で必要な幅にパターン形
成ができるフォトレジストを使用することができる。た
とえば、露光波長３６５ｎｍによるパターニングが可能
な性質を有するレジスト、露光波長２４８ｎｍによるパ
ターニングが可能な性質を有するレジスト、露光波長１
９３ｎｍによるパターニングが可能な性質を有するレジ
スト、電子線によるパターニングが可能な性質を有する
レジストを使用することができる。
【００３４】また、電子線露光法と光露光法とを組み合
わせることによって、露光波長３６５ｎｍかつ電子線に
よるパターニングが可能な性質を有するレジスト或いは
露光波長２４８ｎｍかつ電子線によるパターニングが可
能な性質を有するレジストを使用することができる。
【００３５】〔第２の実施形態〕図１８は、本発明の第
２の実施形態を示すスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘ
ッドを記録媒体との対向面からみたときの横断面の構造
を示したものである。この実施形態が、第１の実施形態
と異なるのは、図１に示す様なスピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果ヘッドの積層体が、下地層１００と、ＰｔＭｎ
等の反強磁性層１０１と、該反強磁性層１０１に接して
いて一定方向に磁化方向が揃えられたＮｉＦｅ等の固定
磁性層１０２と、外部から印加される磁界によって自由
に磁化方向を変えられる自由磁性層１０４と前記固定磁
性層１０２を磁気的に分離するＣｕ等の非磁性導電層１
０３と、ＮｉＦｅ等の前記自由磁性層１０４と、Ｃｕ等
の非磁性導電層１０５と、ＮｉＦｅ等の固定磁性層１０
６と、ＰｔＭｎ等の反強磁性層１０７と、Ｔａ等の非磁
性保護層１０８とでこの順に積層された積層体Ｄ３を有
することである。前記固定磁性層は、非磁性中間層を介
して形成される積層構造であってもよい。この第２の実
施形態で示した前記積層体Ｄ３は、いわゆるデュアルス
ピンバルブ型と呼ばれる構造である。
【００３６】我々の実験では、デュアルスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果ヘッドの場合、上下シールド間隔が
０.１２μｍの時に前記下部絶縁ギャップ層の初期膜厚
が３０ｎｍである。
【００３７】第１の実施形態と同様に、実験結果から再
生出力波形の変動を抑制する磁気的信頼性と、絶縁耐圧
を確保する電気的信頼性の双方をみたすスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果ヘッドの構造は、オーバーエッチング
量が１０ｎｍ以下で、自由磁性層端部傾斜角度が４５°
以上である構造が最適である。そして図１８で示したヘ
ッド構造は、第１の実施形態で示した、０.３５μｍ以
下のレジスト膜厚を有するマスクパターンＭ１を用いる
製造方法によって実現することができる。
【００３８】実際に第１の実施形態で示される製造方法
によって作成した本発明のデュアルスピンバルブ型巨大
磁気抵抗効果ヘッドを、記録媒体との対向面から走査型
電子顕微鏡で撮影した写真を図１７に示す。巨大磁気抵
抗効果層積層体の自由磁性層端部傾斜角度は５３°及び
５６°であり、オーバーエッチング量ＯＥは７ｎｍであ
ることが確認できた。図１７で示したデュアルスピンバ
ルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドのバルクハウゼン不良率
は５％程度であり、絶縁不良率も５％程度を達成した。
【００３９】またこの実施例では、前記磁区制御層の平
坦部における膜厚の９９％になる位置と、前記磁区制御
層と前記自由磁性層の中線における同側面の端部との水
平距離ＤＳが１５７ｎｍであった。この実施例から、前
記ＤＳは２００ｎｍ以内の範囲にあることが好ましい。
【００４０】〔第３の実施形態〕この実施形態は、第１
及び第２の実施形態で示した製造方法において、マスク
パターンをレジスト膜１７のみで構成するものである。
前記レジスト膜１７の膜厚は０.１μｍ〜０.３５μｍの
範囲内であり、露光及び現像処理によって前記レジスト
膜１７の最下面から０.０５μｍ以内を、基板と水平方
向に０.０５μｍ〜０.１５μｍの範囲内で前記レジスト
膜１７の内側に食い込ませることによって、マスクパタ
ーンＭ３が形成できる。
【００４１】マスクパターンＭ３を形成するレジスト材
料は、０.３５μｍ以下の薄膜で必要な幅にパターン形
成ができるフォトレジストを使用することができる。例
えば、露光波長３６５ｎｍによるパターニングが可能な
性質を有するレジスト、露光波長２４８ｎｍによるパタ
ーニングが可能な性質を有するレジスト、露光波長１９
３ｎｍによるパターニングが可能な性質を有するレジス
ト、電子線によるパターニングが可能な性質を有するレ
ジストを使用することができる。
【００４２】また、電子線露光法と光露光法とを組み合
わせることによって、露光波長３６５ｎｍかつ電子線に
よるパターニングが可能な性質を有するレジスト或いは
露光波長２４８ｎｍかつ電子線によるパターニングが可
能な性質を有するレジストを使用することができる。
【００４３】〔第４の実施形態〕この実施形態は、第１
及び第２の実施形態で示した製造方法に於いて、マスク
パターンを有機膜１４、無機膜１８及びレジスト膜１５
で構成するものである。
【００４４】図５に示す様に、まず非磁性保護層５上に
０.０１μｍ〜０.０５μｍの範囲内の膜厚を有する有機
膜１４を形成する。ついで、前記有機膜１４の上に０.
１μｍ〜０.３μｍの範囲内の膜厚を有するＳｉＯ２、
Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等の無機膜１８をイオンスパッ
タ法等によって形成する。ついで、前記無機膜１８上に
０.１μｍ〜０.３５μｍの範囲内の膜厚を有する前記レ
ジスト膜１５を形成する。ついで、露光及び現像処理に
よってレジスト膜１５を所望のマスクパターンに形成す
る。ついで、前記マスクパターン以外の前記無機膜１８
をリアクティブイオンエッチング法等によってエッチン
グする。ついで、前記無機膜１８のエッチングによって
露出された前記有機膜１４をアッシング等で除去するこ
とで、０.０５μｍ〜０.１５μｍの範囲内で前記無機膜
１８直下を内側に食い込ませる。これにより、所望のマ
スクパターンＭ４が形成される。この時、内側に食い込
ませる量は、アッシングの時間によって制御することが
できる。
【００４５】マスクパターンＭ４を形成するレジスト材
料は、０.３５μｍ以下の薄膜で必要な幅にパターン形
成ができるフォトレジストを使用することができる。例
えば、露光波長３６５ｎｍによるパターニングが可能な
性質を有するレジスト、露光波長２４８ｎｍによるパタ
ーニングが可能な性質を有するレジスト、露光波長１９
３ｎｍによるパターニングが可能な性質を有するレジス
ト、電子線によるパターニングが可能な性質を有するレ
ジストを使用することができる。
【００４６】また、電子線露光法と光露光法とを組み合
わせることによって、露光波長３６５ｎｍかつ電子線に
よるパターニングが可能な性質を有するレジスト或いは
露光波長２４８ｎｍかつ電子線によるパターニングが可
能な性質を有するレジストを使用することができる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、前記巨大磁気抵抗効果
層を断面形状が台形状の巨大磁気抵抗効果層積層体に成
形する際に生ずる前記下部絶縁ギャップ層のエッチング
量が１０ｎｍ以下であって、前記巨大磁気抵抗効果層積
層体の両側に前記磁区制御層と前記導電層が形成され、
前記自由磁性層の膜厚方向の中線における前記積層体側
面の接線と前記自由磁性層の中線とのなす角度が４５°
以上であることにより、一定の絶縁破壊耐圧を確保でき
かつ再生出力波形の変動が抑制された、電気的信頼性及
び磁気的信頼性を兼ね備えたスピンバルブ型巨大磁気抵
抗効果ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの第１の実施形態において、記録媒体と対向す
る面から見たときの横断面構造である。
【図２】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの製造に於いて、マスクパターンを形成する工
程を示す横断面図である。
【図３】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの製造に於いて、マスクパターンを形成する工
程を示す横断面図である。
【図４】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの製造に於いて、マスクパターンを形成する工
程を示す横断面図である。
【図５】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの製造に於いて、マスクパターンを形成する工
程を示す横断面図である。
【図６】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドの製造に於いて、前記積層体に成形する工程を
示す横断面図である。
【図７】図１、１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
ヘッドの製造に於いて、前記磁区制御層及び前記導電層
を形成する工程を示す横断面図である。
【図８】図１１に示す従来のスピンバルブ型巨大磁気抵
抗効果ヘッドの製造に於いて、前記積層体に成形する工
程を示す横断面図である。
【図９】図１、図１８のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果ヘッドを実現する製造工程の詳細な説明図である。
【図１０】本発明に係わるスピンバルブ型巨大磁気抵抗
効果ヘッドの製造工程における、別の好適な実施形態を
示す横断面図である。
【図１１】従来のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッ
ドに於いて、記録媒体と対向する面から見たときの横断
面構造である。
【図１２】本発明の原理を示す概念図である。
【図１３】従来の製造方法におけるオーバーミリング法
と、前記自由磁性層の膜厚方向の中線における前記積層
体側面の接線と前記中線とのなす角度の関係を示すグラ
フである。
【図１４】本発明の実施形態において、前記自由磁性層
の膜厚方向の中線における前記積層体側面の接線と前記
中線とのなす角度とバルクハウゼンノイズ不良率との関
係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施形態において、前記下部絶縁ギ
ャップ層の残膜厚と絶縁耐圧不良率との関係を示すグラ
フである。
【図１６】本発明の実施形態に於いて、前記レジスト膜
厚と、前記自由磁性層の膜厚方向の中線における前記積
層体側面の接線と前記中線とのなす角度及び前記積層体
側面の前記曲線テーパー部分の裾引き量との関係を示す
グラフである。
【図１７】本発明の第２の実施形態における好適なデュ
アルスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドを記録媒体
との対向面から見た時の走査型電子顕微鏡写真の一例で
ある。
【図１８】本発明に係わるデュアルスピンバルブ型巨大
磁気抵抗効果ヘッドを記録媒体との対向面から見た時の
横断面構造である。
【符号の説明】
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…巨大磁気抵抗効果層積層体、 Ｍ
１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４…マスクパターン、１００…下地
層、 １、３６、１０１、１０７…反強磁性層、２、３
７、１０２、１０６…固定磁性層、 ３、３８、１０
３、１０５…非磁性導電層、４、３９、１０４…自由磁
性層、 ５、４０、１０８…非磁性保護層、６、４１、
１１０…下部磁気シールド層、 ７、４２、１１１…下
部絶縁ギャップ層、 ８、４３、１２０…磁区制御層の
下地層、 ９、４４、５４、１２１…磁区制御層、 １
０、４５、１２２…導電層の下地層、 １１、４６、１
２３…導電層、 １２、４７、１３０…上部絶縁ギャッ
プ層、 １３、４８、１３１…上部磁気シールド層、１
４、１９、２６…有機膜、 １５、１６、１７、２０、
２７、３１…レジスト膜、１８…無機膜、 ２１…巨大
磁気抵抗効果層、 ２２…エッチング工程におけるビー
ム分散角度、 ２３、２８、３３、４９、５１…スピン
バルブ型巨大磁気抵抗効果多層膜をエッチングすること
により生ずる曲線テーパー部分、 ２４、２９、３４…
曲線テーパー部分の幅、 ２５、３０、３５、５０、５
２、θ、θ１…自由磁性層の膜厚方向の中線における前
記自由磁性層側面傾斜部の接線と中線のなす角度、
φ、３２…鉛直方向から測定したレジストのテーパー角
度、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森尻 誠 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 西岡 浩一 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 小島 修一 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 香川 昌慶 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 Ｆターム(参考） 2G017 AC01 AD55 AD65 2H097 BA06 FA06 FA09 JA03 LA15 LA20 5D034 BA04 BA05 BA12 BA15 BB09 BB12 CA04 CA08 DA04 DA07

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも、下部シールド層と、下部絶縁
    ギャップ層と、反強磁性層と、該反強磁性層に接して形
    成され一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、
    自由磁性層と、前記固定磁性層と前記自由磁性層を磁気
    的に分離する非磁性導電層とを有する巨大磁気抵抗効果
    層積層体を有し、前記巨大磁気抵抗効果層積層体の端部
    には前記自由磁性層の磁化方向を一定にするための磁区
    制御層と、前記巨大磁気抵抗効果層積層体に電流を供給
    するための導電層を有し、前記巨大磁気抵抗効果層積層
    体の上には、上部絶縁ギャップ層と上部磁気シールド層
    を備えた構造を有する巨大磁気抵抗効果型ヘッドであっ
    て、前記巨大磁気抵抗効果層積層体を構成する反強磁性
    層の層数が1層であり、且つ、前記巨大磁気抵抗効果層
    積層体の上下を挟んでいる下部シールド層の上端から上
    部シールド層の下端までの距離を示す磁気ギャップ距離
    が０.１０μｍ以下であり、前記巨大磁気抵抗効果層積
    層体の端部側面の角度として、前記自由磁性層の膜厚方
    向の中線における前記巨大磁気抵抗効果層積層体端部の
    接線と、前記自由層の中線とのなす角度が４５°以上で
    あることを特徴とするスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
    ヘッド。
  2. 【請求項２】少なくとも、下部シールド層と、下部絶縁
    ギャップ層と、反強磁性層と、該反強磁性層に接して形
    成され一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、
    自由磁性層と、前記固定磁性層と前記自由磁性層を磁気
    的に分離する非磁性導電層とを有する巨大磁気抵抗効果
    層積層体を有し、前記巨大磁気抵抗効果層積層体の端部
    には前記自由磁性層の磁化方向を一定にするための磁区
    制御層と、前記巨大磁気抵抗効果層積層体に電流を供給
    するための導電層を有し、前記巨大磁気抵抗効果層積層
    体の上には、上部絶縁ギャップ層と上部磁気シールド層
    を備えた構造を有する巨大磁気抵抗効果型ヘッドであっ
    て、前記巨大磁気抵抗効果層積層体を構成する反強磁性
    層の層数が２層であり、且つ、前記巨大磁気抵抗効果層
    積層体の上下を挟んでいる下部シールド層の上端から上
    部シールド層の下端までの距離を示す磁気ギャップ距離
    が０.１２μｍ以下であり、前記巨大磁気抵抗効果層積
    層体の端部側面の角度として、前記自由磁性層の膜厚方
    向の中線における前記巨大磁気抵抗効果層積層体端部の
    接線と、前記自由層の中線とのなす角度が４５°以上で
    あることを特徴とするスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
    ヘッド。
  3. 【請求項３】前記巨大磁気抵抗効果層積層体直下で前記
    下部磁気シールド層との間に挟まれた前記下部絶縁ギャ
    ップ層の厚さが、前記磁区制御層或いは導電層と下部シ
    ールド層との間に挟まれて形成されている部分の下部絶
    縁ギャップ層の厚さよりも、１０ｎｍ以下の範囲内で大
    きいことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の
    スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  4. 【請求項４】前記巨大磁気抵抗効果層積層体の側面部分
    の幅が、前記巨大磁気抵抗効果層積層体の全体膜厚以下
    であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載
    のスピンスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッド。
  5. 【請求項５】基板上に前記下部磁気シールド層を形成す
    る工程と、前記下部磁気シールド層上に下部非磁性絶縁
    ギャップ層を形成する工程と、前記非磁性絶縁ギャップ
    層上に前記反強磁性層と前記固定磁性層と前記非磁性導
    電層と前記自由磁性層と前記非磁性保護層とで構成され
    る多層膜を形成する工程と、前記多層膜上に０.０１μ
    ｍ〜０.０５μｍの範囲内の膜厚を有する有機膜と０.１
    μｍ〜０.３５μｍの範囲内の膜厚を有するレジスト膜
    とで所望のマスクパターンを形成する工程と、前記マス
    クパターン以外の開口部下の前記多層膜及び前記下部絶
    縁ギャップ層をエッチングし、前記巨大磁気抵抗効果層
    積層体に成形する工程と、前記巨大磁気抵抗効果層積層
    体の成形によって露出された前記非磁性絶縁ギャップ膜
    の一部分の上と前記マスクパターン上に前記磁区制御層
    と前記導電層を形成する工程と、前記マスクパターンを
    剥離して前記磁区制御層および前記導電膜をリフトオフ
    する工程とを有することを特徴とするスピンバルブ型巨
    大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】基板上に前記下部磁気シールド層を形成す
    る工程と、前記下部磁気シールド層上に下部非磁性絶縁
    ギャップ層を形成する工程と、前記非磁性絶縁ギャップ
    層上に前記反強磁性層と前記固定磁性層と前記非磁性導
    電層と前記自由磁性層と前記非磁性保護層とで構成され
    る多層膜を形成する工程と、前記多層膜上に０.０１μ
    ｍ〜０.０５μｍの範囲内の膜厚を有する有機膜を形成
    する工程と、０.１μｍ〜０.３５μｍの範囲内の膜厚を
    有する無機膜を形成する工程と、０.１μｍ〜０.３５μ
    ｍの範囲内の膜厚を有するレジスト膜で所望のマスクパ
    ターンを形成する工程と、前記マスクパターン以外の前
    記無機膜をエッチングし所望のパターンを形成する工程
    と、前記無機膜の前記パターンをマスクとして前記パタ
    ーン以外の開口部下の前記多層膜および前記下部非磁性
    絶縁ギャップ層をエッチングし前記巨大磁気抵抗効果層
    積層体に成形する工程と、前記開口部の下の前記巨大磁
    気抵抗効果素子を構成する前記巨大磁気抵抗効果多層膜
    をエッチングし所定のパターンに形成する工程と、前記
    巨大磁気抵抗効果層積層体の成形によって露出された前
    記非磁性絶縁ギャップ膜の一部分の上と前記マスクパタ
    ーン上に前記磁区制御層と前記導電層を形成する工程
    と、前記マスクパターンを剥離して前記磁区制御層およ
    び前記導電膜をリフトオフする工程とを有することを特
    徴とするスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造
    方法。
  7. 【請求項７】基板上に前記下部磁気シールド層を形成す
    る工程と、前記下部磁気シールド層上に下部非磁性絶縁
    ギャップ層を形成する工程と、前記非磁性絶縁ギャップ
    層上に前記反強磁性層と前記固定磁性層と前記非磁性導
    電層と前記自由磁性層と前記非磁性保護層とで構成され
    る多層膜を形成する工程と、０.１μｍ〜０.３５μｍの
    範囲内の膜厚を有するレジスト膜で所望のマスクパター
    ンを形成する工程と、かつ前記レジスト膜の最下面から
    高さ０.０５μｍ以内を奥行き０.０５μｍ〜０.１５μ
    ｍの範囲内で前記レジスト膜の内側に食い込ませる工程
    と、前記マスクパターン以外の開口部下の前記多層膜お
    よび下部非磁性絶縁ギャップ層をエッチングし前記巨大
    磁気抵抗効果層積層体に成形する工程と、前記巨大磁気
    抵抗効果層積層体の成形によって露出された前記非磁性
    絶縁ギャップ膜の一部分の上と前記マスクパターン上に
    前記磁区制御層と前記導電層を形成する工程と、前記マ
    スクパターンを剥離して前記磁区制御層および前記導電
    膜をリフトオフする工程とを有することを特徴とするス
    ピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
  8. 【請求項８】前記レジスト膜は、露光波長３６５ｎｍに
    よるパターニングが可能な性質を有することを特徴とす
    る請求項５、又は請求項６、又は請求項７のいずれかに
    記載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方
    法。
  9. 【請求項９】前記レジスト膜は、露光波長２４８ｎｍに
    よるパターニングが可能な性質を有することを特徴とす
    る請求項５、又は請求項６、又は請求項７のいずれかに
    記載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方
    法。
  10. 【請求項１０】前記レジスト膜は、露光波長１９３ｎｍ
    によるパターニングが可能な性質を有することを特徴と
    する請求項５、又は請求項６、又は請求項７のいずれか
    に記載のスピンバルブが型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製
    造方法。
  11. 【請求項１１】前記レジスト膜は、電子線によるパター
    ニングが可能な性質を有することを特徴とする請求項
    ５、又は請求項６、又は請求項７のいずれかに記載のス
    ピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
  12. 【請求項１２】前記レジスト膜は、露光波長３６５ｎｍ
    かつ電子線によるパターニングが可能な性質を有するこ
    とを特徴とする請求項５、又は請求項６、又は請求項７
    のいずれかに記載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘ
    ッドの製造方法。
  13. 【請求項１３】前記レジスト膜は、露光波長２４８ｎｍ
    かつ電子線によるパターニングが可能な性質を有するこ
    とを特徴とする請求項５、又は請求項６、又は請求項７
    のいずれかに記載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果ヘ
    ッドの製造方法。
  14. 【請求項１４】前記レジスト膜は、露光波長３６５ｎｍ
    によるパターニングが可能な性質を有し、横断面形状が
    台形状で鉛直方向と前記レジスト膜側面のなす角度が３
    °以上であることを特徴とする請求項５、又は請求項
    ６、又は請求項７のいずれかに記載の巨大磁気抵抗効果
    ヘッドの製造方法。
  15. 【請求項１５】前記レジスト膜は、露光波長２４８ｎｍ
    によるパターニングが可能な性質を有し、横断面形状が
    台形状で鉛直方向と前記レジスト膜側面のなす角度が３
    °以上であることを特徴とする請求項５、又は請求項
    ６、又は請求項７のいずれかに記載の巨大磁気抵抗効果
    ヘッドの製造方法。
  16. 【請求項１６】前記レジスト膜は、電子線によるパター
    ニングが可能な性質を有し、横断面形状が台形状で鉛直
    方向と前記レジスト膜側面のなす角度が３°以上である
    ことを特徴とする請求項５、又は請求項６、又は請求項
    ７のいずれかに記載の巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方
    法。
  17. 【請求項１７】前記多層膜及び前記下部非磁性絶縁ギャ
    ップ層のエッチングに於いて、エッチング量を終点検知
    装置によって制御することを特徴とする請求項５、又は
    請求項６、又は請求項７のいずれかに記載のスピンバル
    ブ型巨大磁気抵抗効果ヘッドの製造方法。
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