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JP2003298144A - Magnetoresistive element and method of manufacturing the same, magnetic head and magnetic reproducing device - Google Patents

Magnetoresistive element and method of manufacturing the same, magnetic head and magnetic reproducing device

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Publication number
JP2003298144A
JP2003298144A JP2002095514A JP2002095514A JP2003298144A JP 2003298144 A JP2003298144 A JP 2003298144A JP 2002095514 A JP2002095514 A JP 2002095514A JP 2002095514 A JP2002095514 A JP 2002095514A JP 2003298144 A JP2003298144 A JP 2003298144A
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JP
Japan
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layer
magnetoresistive effect
film
magnetic
flattening
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JP2002095514A
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Japanese (ja)
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Susumu Hashimoto
進 橋本
Tomoki Funayama
知己 船山
Takeo Sakakubo
武男 坂久保
Masashi Sahashi
政司 佐橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、下
側電極の凸部の上においても、磁気抵抗効果膜を平坦に
形成することにより、磁気抵抗変化が大きく、特性が安
定した磁気抵抗効果素子及びその製造方法、またこの磁
気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド並びに磁気再生装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 上方に向けて突出した凸部(P)を有す
る下側電極(2a)と、前記凸部の周囲を取り囲むよう
に設けられた絶縁体層(3a)と、前記凸部及びその周
囲の前記絶縁体層の表面に生じた凹凸を埋め込んで上面
が略平坦に形成された平坦化導電層(5)と、前記平坦
化導電層の前記略平坦な前記上面(5B)に積層された
磁気抵抗効果膜(6)と、前記磁気抵抗効果膜の上に設
けられた上側電極(2b)と、を備えたことを特徴とす
る磁気抵抗効果素子を提供する。
(57) [Problem] In a perpendicular conduction type magnetoresistive element, a magnetoresistive film is formed flat even on a convex portion of a lower electrode, so that the magnetoresistive change is large and the characteristics are improved. An object of the present invention is to provide a stable magnetoresistive element and a method of manufacturing the same, and a magnetic head and a magnetic reproducing apparatus using the magnetoresistive element. SOLUTION: A lower electrode (2a) having a convex portion (P) protruding upward, an insulator layer (3a) provided so as to surround the periphery of the convex portion, and the convex portion and the same. A planarized conductive layer (5) having an upper surface formed to be substantially flat by embedding irregularities generated on the surface of the surrounding insulator layer, and the substantially flat upper surface (5B) of the planarized conductive layer. A magnetoresistive effect element comprising: a magnetoresistive effect film (6); and an upper electrode (2b) provided on the magnetoresistive effect film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及びその製造方法、磁気ヘッド並びに磁気再生装置に関
し、より詳細には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直
方向にセンス電流を流す構造の磁気抵抗効果素子及びそ
の製造方法、これを用いた磁気ヘッド並びに磁気再生装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive effect element, a method of manufacturing the same, a magnetic head and a magnetic reproducing device, and more specifically, a sense current is passed in a direction perpendicular to a film surface of a magnetoresistive effect film. The present invention relates to a magnetoresistive effect element having a structure, a method for manufacturing the same, a magnetic head and a magnetic reproducing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、HDD(Hard Disk Drive:ハー
ドディスクドライブ)の磁気記録密度は飛躍的に向上し
ているが、更なる高記録密度化が望まれている。高記録
密度化に伴う記録ビットサイズの微小化により、従来の
薄膜ヘッドでは再生感度が不充分となり、現在では磁気
抵抗効果(MagnetoResistive effect)を利用した磁気
抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)が主流となっている。
その中でも、特に大きな磁気抵抗効果を示すものとし
て、スピンバルブ(spin-valve)型巨大磁気抵抗効果型
ヘッド(SVGMRヘッド)が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the magnetic recording density of HDDs (Hard Disk Drives) has dramatically improved, but further higher recording density is desired. Due to the miniaturization of the recording bit size accompanying the increase in recording density, the reproducing sensitivity of conventional thin film heads becomes insufficient, and nowadays magnetoresistive heads (MR heads) that utilize the magnetoresistive effect are the mainstream. Has become.
Among them, a spin-valve type giant magnetoresistive head (SVGMR head) has been attracting attention as one showing a particularly large magnetoresistive effect.

【0003】一方、高記録密度化により、薄膜磁気ヘッ
ド走行時の記録媒体からの浮上量は低下している。これ
は、小さな媒体ビット磁界をセンスするためである。こ
のような傾向から、今後は、記録媒体と間欠的な接触あ
るいは定常的な接触状を維持しながら磁気ヘッドを走行
させることも避けられないであろうと予想される。ま
た、高記録密度化以外の観点からみても、今後の世の中
のマルチメディア化が進むにつれて、オーディオや映像
などのAV機器へのHDDの搭載が予想される。AV機
器への搭載には、HDDの信頼性、特に外部からの機械
的な衝撃による耐性が重要となる。その際、磁気ヘッド
は媒体表面と接触することが考えられるために、接触に
強い磁気ヘッド開発が望まれている。
On the other hand, due to the increase in recording density, the flying height from the recording medium during traveling of the thin film magnetic head has decreased. This is to sense the small media bit field. From such a tendency, it is expected that it is inevitable to run the magnetic head while maintaining intermittent contact or steady contact with the recording medium. Further, from a viewpoint other than the high recording density, it is expected that the HDD will be mounted on AV equipment such as audio and video as the multimedia in the future advances. For mounting on an AV device, the reliability of the HDD, particularly the resistance to mechanical shock from the outside, is important. At that time, the magnetic head is considered to come into contact with the surface of the medium. Therefore, development of a magnetic head that is resistant to contact is desired.

【0004】しかしながら、上述した従来のSVヘッド
は、再生時に記録媒体との接触により発生する熱によっ
て異常な抵抗変化を示すこと(サーマルアスペリティ)
がよく知られている。従って、媒体対向面に感磁部が露
出する従来のMRヘッドおよびSVGMRヘッドは、今
後の高記録密度化には適応しにくくなる。
However, the above-mentioned conventional SV head exhibits an abnormal resistance change due to the heat generated by the contact with the recording medium during reproduction (thermal asperity).
Is well known. Therefore, the conventional MR head and SVGMR head in which the magnetic sensitive portion is exposed on the medium facing surface are difficult to adapt to future high recording density.

【0005】そこで、種々の構造のヨーク型磁気ヘッド
が考案されている。ヨーク型磁気ヘッドは、媒体対向面
にSV(スピンバルブ)部の感磁部が露出していないた
めに、上述したサーマルアスペリティに強い。その中で
も、短磁路化が可能であり、ヘッドスライダの軽量化が
容易な「水平ヨーク型磁気ヘッド」が注目されている。
Therefore, various yoke type magnetic heads have been devised. The yoke type magnetic head is resistant to the above-mentioned thermal asperity because the magnetically sensitive portion of the SV (spin valve) portion is not exposed on the medium facing surface. Among them, the "horizontal yoke type magnetic head", which can shorten the magnetic path and can easily reduce the weight of the head slider, is receiving attention.

【0006】MR素子の観点からは、近年の急激な微細
化により、膜面に対して平行方向にセンス電流を通電す
る従来のCIP(Current In Plane:面内通電)型の電
極構造は製造プロセスにおいて微細加工が非常に困難と
なると予想される。このため、膜面に対して略垂直方向
にセンス電流を通電するCPP(Current Perpendicula
r to Plane:垂直通電)型のMR素子(CPP−MR素
子)が注目を集めている。垂直通電型の素子で代表的な
ものとしては、近年超巨大な磁気抵抗効果を発現してい
る電子のトンネル効果を利用したトンネル型MR素子
(Tunneling MagnetoResistive Effect:TMR素子)
がある。
From the viewpoint of MR elements, due to recent rapid miniaturization, a conventional CIP (Current In Plane) type electrode structure in which a sense current is passed in a direction parallel to a film surface is a manufacturing process. It is expected that microfabrication will be extremely difficult. Therefore, a CPP (Current Perpendicula) that conducts a sense current in a direction substantially perpendicular to the film surface
The r to Plane (vertical conduction) type MR element (CPP-MR element) is drawing attention. A typical example of the vertical conduction type element is a tunneling type MR element (Tunneling MagnetoResistive Effect: TMR element) which utilizes the tunneling effect of electrons, which has recently developed a huge magnetoresistive effect.
There is.

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような垂
直通電型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、その
再生出力を高めるためにMR膜の抵抗変化率を大きくす
る必要があり、また、通電による発熱で素子が熱破壊す
る問題も解決する必要がある。
However, in such a perpendicular conduction type magnetoresistive effect magnetic head, it is necessary to increase the rate of change in resistance of the MR film in order to increase the reproduction output, and the conduction is increased. It is also necessary to solve the problem that the element is thermally destroyed by the heat generated by.

【0007】抵抗変化率の向上は、材料開発などにより
ある程度解決されつつあるが、発熱や応力による素子破
壊については、未だ十分な対策がなされていないのが現
状である。
The improvement of the resistance change rate is being solved to some extent by material development, etc., but the current situation is that sufficient measures have not been taken against element destruction due to heat generation and stress.

【0008】また一方、本発明者が独自に行った試作・
検討の結果、垂直通電型の磁気抵抗効果型素子の場合、
下側電極のピラー状の凸部の上に磁気抵抗効果膜を形成
すると、磁気抵抗効果膜を形成すべき面の平坦化が困難
である。その結果として、磁気抵抗効果膜が、下地の凹
凸に応じて湾曲して形成されたり、また、磁気抵抗効果
膜の各層の膜厚に「むら」が生じたり、特性が低下しや
すいという問題があることが判明した。
On the other hand, the present inventor independently made a prototype
As a result of the examination, in the case of the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element,
When the magnetoresistive effect film is formed on the pillar-shaped convex portion of the lower electrode, it is difficult to flatten the surface on which the magnetoresistive effect film is to be formed. As a result, there is a problem that the magnetoresistive effect film is curvedly formed according to the unevenness of the underlayer, the thickness of each layer of the magnetoresistive effect film is “uneven”, and the characteristics are easily deteriorated. It turned out to be.

【0009】図19は、このような磁気抵抗効果膜の膜
厚の「むら」を説明するための模式断面図である。すな
わち、同図は、ピラー状の凸部Pを有する下側電極2a
とその凸部Pの周囲を埋め込む絶縁体層3aと、その上
に形成された磁気抵抗効果膜6を表す。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining the "unevenness" of the film thickness of such a magnetoresistive effect film. That is, the figure shows the lower electrode 2a having the pillar-shaped protrusions P.
And the insulator layer 3a filling the periphery of the convex portion P and the magnetoresistive effect film 6 formed thereon.

【0010】ここで、下側電極2aは、例えば膜厚が1
50ナノメータ程度で凸部Pの高さが50ナノメータ程
度の磁気シールド機能も兼ねたニッケル鉄(Ni80
)(組成は原子パーセントである)により形成す
ることができる。そして、凸部Pの周囲を絶縁体層3a
により埋め込み、その上に、膜厚が40ナノメータ程度
の磁気抵抗効果膜6を形成する。
Here, the lower electrode 2a has, for example, a film thickness of 1
Nickel iron (Ni 80 F with a magnetic shield function of about 50 nanometers and a height of the convex portion P of about 50 nanometers)
e 2 0 ) (composition is atomic percent). Then, the insulating layer 3a is formed around the convex portion P.
Then, the magnetoresistive effect film 6 having a film thickness of about 40 nanometers is formed thereon.

【0011】この場合、磁気抵抗効果膜6を形成する表
面は平坦であることが望ましい。このために、例えば、
凸部Pを有する電極2aと絶縁体層3aを形成した後
に、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機
械研磨)などの方法により、表面を平坦化する方法が考
えられる。
In this case, it is desirable that the surface on which the magnetoresistive effect film 6 is formed is flat. To do this, for example,
A method of flattening the surface by a method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) after forming the electrode 2a having the convex portion P and the insulator layer 3a can be considered.

【0012】しかし、電極2aと絶縁膜3aとでは、材
質が大幅に異なるために、機械的にも化学的にもエッチ
ングのされ方が大幅に異なる。このため、CMPも含め
た従来の平坦化方法では、その表面を十分に平坦且つ平
滑にすることが困難であることが判明した。その一例と
しては、例えば、図19に表したように、電極凸部Pの
両端付近に突起Rが形成されてしまう場合がある。ま
た、この他にも、後に本発明の実施例に関して詳述する
ように、電極の凸部Pが、その周囲の絶縁体層3aより
も高く形成される場合もある。また、その反対に、周囲
の絶縁体層3aの方が凸部Pよりも高く形成される場合
もある。さらに、電極の凸部Pと絶縁体層3aとの間
に、溝状の凹部が形成されてしまう場合もあった。
However, since the materials of the electrode 2a and the insulating film 3a are significantly different, the etching methods are significantly different mechanically and chemically. Therefore, it has been found that it is difficult to make the surface sufficiently flat and smooth by the conventional flattening method including CMP. As an example thereof, for example, as shown in FIG. 19, the protrusion R may be formed near both ends of the electrode protrusion P. In addition to this, as will be described later in detail with respect to the embodiment of the present invention, the convex portion P of the electrode may be formed higher than the surrounding insulating layer 3a. On the contrary, the surrounding insulating layer 3a may be formed higher than the convex portion P. Furthermore, a groove-shaped concave portion may be formed between the convex portion P of the electrode and the insulating layer 3a.

【0013】本発明者の検討によれば、CMP法を用い
て、その研磨条件やスラリー(研磨剤)の最適化を試み
た場合でも、これら突起Rや、凸部Pと周囲の絶縁体層
3aとの段差あるいは溝状の凹部を完全になくすことは
困難であり、その高さは10ナノメータ程度、あるいは
それ以上となる場合が多かった。
According to the study by the present inventor, even when an attempt is made to optimize the polishing conditions and the slurry (polishing agent) by using the CMP method, these projections R, the projections P and the surrounding insulating layer are formed. It is difficult to completely eliminate the step with 3a or the groove-like recess, and the height is often about 10 nanometers or more.

【0014】また、このような突起Rの他にも、図20
に例示したように、凸部Pの周囲に、溝状の「ふちだ
れ」が生じたり、また、図21に例示したように、凸部
Pと絶縁体層3aとの表面の高さが異なり「段差」が生
ずる場合もあった。
Further, in addition to such a protrusion R, FIG.
As illustrated in FIG. 21, a groove-shaped “wrinkle” occurs around the convex portion P, or, as illustrated in FIG. 21, the height of the surface of the convex portion P is different from that of the insulating layer 3a. In some cases, there was a "step".

【0015】このため、その上に形成する膜厚が40ナ
ノメータ程度の磁気抵抗効果膜6は、突起Rや「ふちだ
れ」や「段差」の形状を反映するように高さ方向に「う
ねり」や「湾曲」して形成される。その結果として、磁
気抵抗効果膜6を構成する磁性体層や非磁性体層の膜厚
に「むら」が生じたり、磁性層(磁化固着層と磁化自由
層など)の間の磁気的な結合が不均一となる。そして、
このような「むら」や「不均一」は、磁気抵抗変化率の
低下や特性のばらつきを引き起こす。
Therefore, the magnetoresistive film 6 having a film thickness of about 40 nanometers formed thereon has a "waviness" in the height direction so as to reflect the shapes of the protrusion R, the "rim" and the "step". Or "curved". As a result, the film thickness of the magnetic layer or the non-magnetic layer forming the magnetoresistive film 6 may be uneven, or magnetic coupling between the magnetic layers (magnetization pinned layer and magnetization free layer, etc.) may occur. Becomes uneven. And
Such "unevenness" and "non-uniformity" cause a decrease in the rate of change in magnetoresistance and a variation in characteristics.

【0016】本発明はかかる課題の認識に基づいてなさ
れたものである。すなわち、その目的は、垂直通電型の
磁気抵抗効果素子において、下側電極の凸部の上におい
ても、磁気抵抗効果膜を平坦に形成することにより、磁
気抵抗変化が大きく、特性が安定した磁気抵抗効果素子
及びその製造方法、またこの磁気抵抗効果素子を用いた
磁気ヘッド並びに磁気再生装置を提供することにある。
The present invention has been made based on the recognition of such problems. That is, the purpose is to provide a magnetoresistive effect element having a large magnetoresistive change and stable characteristics by forming the magnetoresistive effect film even on the convex portion of the lower electrode in the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element. It is an object of the present invention to provide a resistance effect element and a manufacturing method thereof, and a magnetic head and a magnetic reproducing apparatus using the magnetoresistive effect element.

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の磁気抵抗効果素子は、上方に向けて
突出した凸部を有する下側電極と、前記凸部の周囲を取
り囲むように設けられた絶縁体層と、前記凸部及びその
周囲の前記絶縁体層の表面に生じた凹凸を埋め込んで上
面が略平坦に形成された平坦化導電層と、前記平坦化導
電層の前記略平坦な前記上面に積層された磁気抵抗効果
膜と、前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極
と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first magnetoresistive effect element of the present invention surrounds the lower electrode having a convex portion protruding upward and the periphery of the convex portion. An insulating layer provided as described above, a flattening conductive layer whose top surface is formed to be substantially flat by embedding irregularities generated on the surface of the insulating layer around the convex portion and its surroundings, and the flattening conductive layer A magnetoresistive effect film laminated on the substantially flat upper surface, and an upper electrode provided on the magnetoresistive effect film are provided.

【0017】ここで、前記凹凸は、前記凸部及びその周
囲の前記絶縁体層の表面に生じた段差、溝及び突起の少
なくともいずれかであるものとすることができる。
Here, the unevenness may be at least one of a step, a groove, and a protrusion formed on the surface of the insulating layer around the convex portion and the surrounding thereof.

【0018】また、本発明の第2の磁気抵抗効果素子
は、上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、前
記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に設けられた
平坦化導電層と、前記平坦化導電層の上に設けられた磁
気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた
上側電極と、を備え、前記平坦化導電層は、前記凸部及
びその周囲の前記絶縁体層に接するその下面よりも、前
記磁気抵抗効果膜に接するその上面のほうが平坦に形成
されてなることを特徴とする。
Further, the second magnetoresistive effect element of the present invention comprises a lower electrode having a convex portion protruding upward, an insulator layer provided so as to surround the convex portion,
A flattening conductive layer provided on the convex portion and the insulating layer around the convex portion, a magnetoresistive effect film provided on the flattening conductive layer, and a magnetoresistive effect film provided on the magnetoresistive effect film. And the upper electrode contacting the magnetoresistive effect film is flatter than the lower surface contacting the protrusion and the insulating layer around the protrusion. It is characterized by

【0019】また、本発明の第3の磁気抵抗効果素子
は、上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、前
記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
の上に、導電性材料からなる層を堆積しさらにその表面
をエッチングあるいは研磨により平坦化処理を施すこと
により平坦化導電層を形成し、前記平坦化導電層の上に
磁気抵抗効果膜を形成したことを特徴とする。
Further, the third magnetoresistive element of the present invention comprises a lower electrode having a convex portion protruding upward, an insulator layer provided so as to surround the convex portion,
A layer made of a conductive material is deposited on the above, and the surface thereof is subjected to a planarization treatment by etching or polishing to form a planarized conductive layer, and a magnetoresistive effect film is formed on the planarized conductive layer. It is characterized by having done.

【0020】ここで、前記磁気抵抗効果膜の両側に隣接
して設けられた一対のバイアス印加膜をさらに備え、前
記平坦化導電層は、前記一対のバイアス印加膜の下にも
延在して設けられたものとすることができる。
Here, a pair of bias applying films provided adjacent to both sides of the magnetoresistive film are further provided, and the planarizing conductive layer extends below the pair of bias applying films. It can be provided.

【0021】また、前記絶縁体層は、前記平坦化導電層
に接して上側に設けられた第1の絶縁性材料からなる第
1の層と、前記第1の層の下に設けられ前記第1の絶縁
性材料とは異なる第2の絶縁性材料からなる第2の層
と、を有するものとすることができる。
Further, the insulator layer is formed in contact with the flattening conductive layer, is provided on the upper side of the first layer and is made of a first insulating material, and is provided under the first layer. And a second layer made of a second insulating material different from the first insulating material.

【0022】また、前記磁気抵抗効果膜は、 磁化方向
が実質的に一方向に固着された第1の磁性体膜を有する
磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する
第2の磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層
と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、
を有する磁気抵抗効果膜と、を有するものとすることが
できる。
The magnetoresistive effect film has a magnetization pinned layer having a first magnetic film whose magnetization direction is substantially fixed in one direction, and a second magnetization direction whose magnetization direction changes in response to an external magnetic field. A magnetic free layer having a magnetic film, a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetic pinned layer and the magnetic free layer,
And a magnetoresistive effect film having.

【0023】一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方
法は、上方に向けて突出した凸部を有する下側電極及び
前記凸部の周囲を取り囲む絶縁体層を形成する工程と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に、導電性材
料からなる層を堆積する工程と、前記導電性材料からな
る層の上面をエッチングあるいは研磨により平坦化して
平坦化導電層を形成する工程と、前記平坦化導電層の上
に磁気抵抗効果膜を形成する工程と、を備えたことを特
徴とするる一方、本発明の磁気ヘッドは、上記いずれか
の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。
On the other hand, the method of manufacturing a magnetoresistive effect element of the present invention comprises the steps of forming a lower electrode having a convex portion protruding upward and an insulating layer surrounding the convex portion,
A step of depositing a layer made of a conductive material on the convex portion and the insulating layer around the convex portion, and planarizing an upper surface of the layer made of the conductive material by etching or polishing to form a planarized conductive layer. And a step of forming a magnetoresistive effect film on the flattened conductive layer, while the magnetic head of the present invention comprises any of the magnetoresistive effect elements described above. It is characterized by that.

【0024】また、本発明の磁気再生装置は、この磁気
ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報
の読み取りを可能としたことを特徴とする。
Further, the magnetic reproducing apparatus of the present invention is characterized in that it is provided with this magnetic head so that the information magnetically recorded on the magnetic recording medium can be read.

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1は、本発明の実施の形態にかかる磁気
抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
FIG. 1 is a schematic view illustrating a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention.

【0026】すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、
上方に向けて突出するように形成された凸部Pを有する
下側電極2aと、その上に設けられた平坦化導電層5
と、その上に設けられた磁気抵抗効果膜6と、その上面
にピラー状に凸部Pを接続して設けられた上側電極2b
と、これらの周囲を埋め込むように設けられた絶縁体層
3と、を有する。
That is, the magnetoresistive element of the present invention is
A lower electrode 2a having a convex portion P formed so as to project upward, and a flattening conductive layer 5 provided thereon.
And a magnetoresistive effect film 6 provided thereon, and an upper electrode 2b provided by connecting a convex portion P in a pillar shape on the upper surface thereof.
And an insulator layer 3 provided so as to fill the periphery thereof.

【0027】すなわち、本発明においては、下側電極2
aと磁気抵抗効果膜6との間に、平坦化導電層5が設け
られている。この平坦化導電層5は、その下面5Aを見
ると、平坦ではなく、下側電極2aの凸部Pの表面の突
起(図示せず)やその周囲の絶縁体層3との間に生ずる
段差に応じた非平面を有する。一方、平坦化導電層5の
上面5Bを見ると、ほぼ平坦に形成されている。つま
り、平坦化導電層5の膜厚は、膜面内において一定では
なく、下側電極2aの凸部Pあるいはその周囲に生ずる
突起、段差、溝などを埋め込んで平坦化する作用を有す
る。
That is, in the present invention, the lower electrode 2
The planarizing conductive layer 5 is provided between the a and the magnetoresistive effect film 6. This flattening conductive layer 5 is not flat when viewed from the lower surface 5A, and a step formed between the projection (not shown) on the surface of the projection P of the lower electrode 2a and the surrounding insulating layer 3 According to the non-planar. On the other hand, when the upper surface 5B of the flattening conductive layer 5 is viewed, it is formed substantially flat. That is, the film thickness of the flattening conductive layer 5 is not constant within the film surface, and has a function of filling the projection P of the lower electrode 2a or the projections, steps, grooves, etc. formed around the projection P to flatten it.

【0028】また、磁気ヘッドの設計仕様によっては、
平坦化後の平坦化導電層5は下側電極2aの凸部Pの上
に残らなくても良く、即ち、平坦化導電層5が下側電極
2aの凸部Pの周囲に残る状態であっても良い。
Further, depending on the design specifications of the magnetic head,
The planarized conductive layer 5 after planarization does not have to remain on the convex portion P of the lower electrode 2a, that is, the planarized conductive layer 5 remains around the convex portion P of the lower electrode 2a. May be.

【0029】平坦化導電層5は、後に詳述するように、
各種の金属や、導電性を有する化合物などにより形成す
ることができる。また、下側電極2aの凸部Pの周囲の
凹凸を吸収して平坦化するために、平坦化導電層5の膜
厚は、凸部Pの周囲の凹凸の高さに応じて適宜決定する
ことが望ましい。
The flattening conductive layer 5 is, as described in detail later,
It can be formed of various metals or compounds having conductivity. In addition, the film thickness of the flattening conductive layer 5 is appropriately determined according to the height of the unevenness around the convex portion P in order to absorb and flatten the unevenness around the convex portion P of the lower electrode 2a. Is desirable.

【0030】本発明によれば、まず、このような平坦化
導電層5を設けることにより、図19に関して前述した
ような磁気抵抗効果膜6の膜厚の「むら」や、膜の「う
ねり」または「湾曲」による磁気的結合の不安定性を解
消することができる。その結果として、磁気抵抗変化率
の低下を抑制し、高い感度の磁気検出が可能な磁気抵抗
効果素子を安定して提供することができる。
According to the present invention, first, by providing such a flattening conductive layer 5, the "unevenness" of the film thickness of the magnetoresistive effect film 6 and the "waviness" of the film as described above with reference to FIG. Alternatively, instability of magnetic coupling due to “curvature” can be eliminated. As a result, it is possible to stably provide a magnetoresistive element capable of suppressing a decrease in the magnetoresistive change rate and capable of highly sensitive magnetic detection.

【0031】またさらに、本発明によれば、平坦化導電
層5を設けることにより、磁気抵抗効果膜6の熱蓄積や
膜応力による破壊等の問題を解決することが可能とな
る。すなわち、平坦化導電層5が放熱経路として作用す
るため、磁気抵抗効果膜6からの放熱性が向上する。そ
の結果として、従来よりも高い記録密度の磁気記録シス
テムにおいて、記録媒体に近接させて走行させた場合に
も、発熱による特性の劣化が抑制され、安定した再生が
可能となる。
Furthermore, according to the present invention, by providing the flattening conductive layer 5, it is possible to solve problems such as heat accumulation of the magnetoresistive effect film 6 and destruction due to film stress. That is, since the flattening conductive layer 5 acts as a heat dissipation path, heat dissipation from the magnetoresistive effect film 6 is improved. As a result, in a magnetic recording system having a recording density higher than that of the related art, even when the magnetic recording system is run close to a recording medium, deterioration of characteristics due to heat generation is suppressed, and stable reproduction is possible.

【0032】一方、本発明によれば、平坦化導電層5を
バイアス膜の下地層として作用させることも可能とな
る。
On the other hand, according to the present invention, the flattening conductive layer 5 can be made to act as a base layer of the bias film.

【0033】図2は、平坦化導電層5をバイアス膜17
の下にまで延在させた構造を例示する模式断面図であ
る。すなわち、スピンバルブ構造などの磁気抵抗効果素
子の場合、磁化自由層(「フリー層」などとも称され
る)の磁区構造を制御してバルクハウゼン・ノイズ(Ba
rkhausen noise)を抑制するために、磁気抵抗効果膜6
の両端にバイアス膜17が設けられることが多い。この
バイアス膜17は、反強磁性体やハード磁性体などから
なる。
In FIG. 2, the planarizing conductive layer 5 is formed on the bias film 17.
It is a schematic cross section which illustrates the structure extended even below. That is, in the case of a magnetoresistive element such as a spin valve structure, the magnetic domain structure of the magnetization free layer (also referred to as “free layer”) is controlled so that Barkhausen noise (Ba
rkhausen noise) to suppress the magnetoresistive film 6
Bias films 17 are often provided on both ends of the. The bias film 17 is made of an antiferromagnetic material or a hard magnetic material.

【0034】本発明によれば、同図に例示した如く、こ
れらバイアス膜17の下にまで平坦化導電層5を延在さ
せることにより、バイアス膜17の下地層として作用さ
せることができる。すなわち、平坦化導電層5が、バッ
ファ(buffer)あるいはシード(seed)として作用する
ことにより、バイアス膜17の結晶性や配向方向などを
所定の範囲に制御し、良好なバイアス磁界を得ることが
できる。
According to the present invention, as shown in the figure, by extending the planarizing conductive layer 5 below these bias films 17, it is possible to act as a base layer for the bias films 17. That is, the flattening conductive layer 5 acts as a buffer or a seed to control the crystallinity and the orientation direction of the bias film 17 within a predetermined range and obtain a good bias magnetic field. it can.

【0035】このような平坦化導電層5の製造方法につ
いて概説すると以下の如くである。すなわち、まず第1
の方法としては、凸部Pを有する下側電極2aを形成
し、その上に絶縁体を堆積してエッチバック等の手法に
より表面を略平坦化した後に、その表面に、平坦化導電
層5を形成することができる。
An outline of a method of manufacturing such a flattened conductive layer 5 is as follows. That is, first
As a method of forming the lower electrode 2a having the convex portion P, an insulator is deposited on the lower electrode 2a and the surface is substantially flattened by a method such as etch back, and then the flattened conductive layer 5 is formed on the surface. Can be formed.

【0036】また、第2の方法としては、凸部Pを有す
る下側電極2aを形成し、次いで、この電極上に絶縁体
を形成した後、基板表面を直接CMPにより研磨する
か、もしくは、低粘度の有機レジストを塗布した後に、
RIE(reactive ion etching)やイオンミリング(io
n milling)など方法を用いて、その表面の凹凸が、例
えば、30ナノメータから100ナノメータ程度になる
までの略平坦化を施す。
As a second method, the lower electrode 2a having the convex portion P is formed, then an insulator is formed on this electrode, and then the substrate surface is directly polished by CMP, or After applying a low-viscosity organic resist,
RIE (reactive ion etching) and ion milling (io
n milling) or the like is used to substantially flatten the unevenness of the surface to, for example, 30 nanometers to 100 nanometers.

【0037】なお、この平坦化工程において、さらに良
好な表面性を得るためには、CMPで用いるスラリーを
最適化したり、下側電極2aの凸部Pの高さを低くして
初期の段差を小さくする等の施策が考えられるが、いず
れの場合も膜面垂直通電タイプの磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドに適応することは容易でない。
In this flattening step, in order to obtain a better surface property, the slurry used in CMP is optimized, or the height of the convex portion P of the lower electrode 2a is lowered to reduce the initial step difference. Although measures such as reducing the size can be considered, in any case, it is not easy to apply to a magnetoresistive effect type magnetic head of perpendicular conduction to the film surface.

【0038】そこで、このように表面の凹凸が30ナノ
メータから100ナノメータ程度にまで略平坦化された
膜面上に平坦化導電層5を形成することで、略平坦化し
た際に発生する電極の凸部Pと絶縁体3aとの異種材料
の境界で発生する「突起」、「段差」「溝」などの凹凸
を覆うことができる。
Therefore, by forming the flattening conductive layer 5 on the film surface in which the unevenness of the surface is approximately flattened from about 30 nanometers to about 100 nanometers in this way, the electrode generated during the substantially flattening is formed. It is possible to cover irregularities such as “protrusions”, “steps” and “grooves” generated at the boundary between different materials of the convex portion P and the insulator 3a.

【0039】また、この平坦化導電層5の表面は、一般
的なスラリーを用いたCMPによって確実且つ容易に平
坦且つ平滑に研磨できる。すなわち、単一材料を研磨す
ることになるため、研磨後のスクラッチが少なく、10
ナノメータを十分に下回る平滑性を容易に得ることがで
きる。
The surface of the flattened conductive layer 5 can be surely and easily polished flat and smooth by CMP using a general slurry. That is, since a single material is polished, there are few scratches after polishing.
A smoothness well below nanometers can be easily obtained.

【0040】平坦化導電層5の材料としては、周期律表
においてIVa族のチタン(Ti)、ジルコニウム(Z
r)、ハフニウム(Hf)、Va族のバナジウム
(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、VIa族の
クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)、貴金属の銅(Cu)、銀(Ag)、金(A
u)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム
(Rh)、オスミウム(Os)、ならびにアルミニウム
(Al)、シリコン(Si)などを用いることができ
る。そして、より好ましくは、チタン(Ti)、ジルコ
ニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン
(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(A
l)、シリコン(Si)の少なくとも一種を含む合金
や、これらの酸化物(例えば、TiOx,ZrOx,H
fOx,TaOx,CrOx等)や窒化物(例えば、T
iNx,ZrNx,HfNx,TaNx,CrNx,M
oNx,WNx,AlNx,SiNx等)ならびにこれ
らの酸窒化合物であって、導電性を有するものを挙げる
ことができる。
As the material of the flattening conductive layer 5, titanium (Ti) or zirconium (Z) of group IVa in the periodic table is used.
r), hafnium (Hf), Va group vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), VIa group chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), precious metal copper (Cu). , Silver (Ag), gold (A
u), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), osmium (Os), aluminum (Al), silicon (Si), and the like can be used. And, more preferably, titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (N
b), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), aluminum (A
l), alloys containing at least one of silicon (Si), and oxides thereof (eg, TiOx, ZrOx, H
fOx, TaOx, CrOx, etc.) and nitrides (eg, T
iNx, ZrNx, HfNx, TaNx, CrNx, M
oNx, WNx, AlNx, SiNx, etc.) and oxynitride compounds thereof having conductivity.

【0041】平坦化導電層5の電気抵抗(ρ)は、ρ≦
1000μΩcmであることが望ましい。平坦化導電層
5の電気抵抗(ρ)が1000μΩcm以上になると、
下側電極2aの凸部Pと磁気抵抗効果膜6との間に電流
が流れにくくなり、出力を得るために大きな電流を投入
すると、その電流磁界により磁気抵抗効果膜6の磁区の
乱れによる抵抗変化の低下や磁気抵抗効果膜6の破壊等
の問題が発生するおそれがあるからである。
The electric resistance (ρ) of the flattening conductive layer 5 is ρ ≦
It is preferably 1000 μΩcm. When the electric resistance (ρ) of the flattening conductive layer 5 is 1000 μΩcm or more,
It becomes difficult for a current to flow between the convex portion P of the lower electrode 2a and the magnetoresistive effect film 6, and when a large current is applied to obtain an output, the resistance due to the disturbance of the magnetic domain of the magnetoresistive effect film 6 due to the current magnetic field. This is because problems such as a decrease in change and breakage of the magnetoresistive effect film 6 may occur.

【0042】一方、平坦化導電層5の膜厚(t)は、平
坦化導電層5を堆積する前の略平坦化工程後の下側電極
2aの凸部Pの近傍の表面が凹形状の場合、この凹の深
さ(d0)より厚く、d0<t<(d0+100)(ナ
ノメータ)の範囲であることが望ましい。膜厚tがd0
以下だとCMPを施しても凹部を十分に埋めることがで
きず、また、膜厚tが(d0+100)ナノメータ以上
であると、CMPにおける研磨量が多くなり、研磨量の
制御性が悪くなる傾向がみられるからである。
On the other hand, the film thickness (t) of the flattening conductive layer 5 is such that the surface in the vicinity of the projection P of the lower electrode 2a after the substantially flattening step before depositing the flattening conductive layer 5 has a concave shape. In this case, it is preferable that the thickness is thicker than the depth (d0) of this recess and that d0 <t <(d0 + 100) (nanometer). Film thickness t is d0
If the thickness is less than the above, the recess cannot be sufficiently filled even if CMP is applied, and if the film thickness t is (d0 + 100) nanometers or more, the amount of polishing in CMP is large and the controllability of the amount of polishing tends to be poor. Because you can see.

【0043】一方、平坦化導電層5を堆積する前の、略
平坦化後の下側電極の凸部Pの付近の表面が凸形状の場
合、この凸の高さをd’0とすると、膜厚tは、0<t
<(d’0+50)(ナノメータ)の範囲内とすること
が望ましく、0<t<d’0の範囲内とすることがより
望ましい。
On the other hand, in the case where the surface of the lower electrode near the convex portion P after the substantially flattening before the deposition of the flattening conductive layer 5 has a convex shape, if the height of this convex is d'0, The film thickness t is 0 <t
It is desirable to be in the range of <(d'0 + 50) (nanometer), and it is more desirable to be in the range of 0 <t <d'0.

【0044】一方、下側電極2aの材質ならびにその凸
部Pの形状は、CPP−MR素子の設計仕様に順ずるの
もで良く、特に限定はされない。また、このとき用いる
絶縁体層3の材料も、特に限定されないが、例えば、シ
リコン(Si)やアルミニウム(Al)の酸化物や窒化
物ならびにこれらの複合物を用いることができ、電気的
な絶縁を十分に確保するために、これらを積層した多層
膜でもよい。但し、絶縁体層3の膜厚は、凸部Pの高さ
らに対してマイナス20パーセントから若干厚いことが
必要であり、さらにこの凸部Pの高さ+200(ナノメ
ータ)以下の厚さであることが望ましい。このように凸
部Pの高さから、マイナス20パーセントから、プラス
200(ナノメータ)までの範囲にすることで、略平坦
化での「ふちだれ」や表面凹凸の制御がより容易とな
る。
On the other hand, the material of the lower electrode 2a and the shape of the convex portion P may be in accordance with the design specifications of the CPP-MR element, and are not particularly limited. The material of the insulator layer 3 used at this time is not particularly limited, but, for example, oxides or nitrides of silicon (Si) or aluminum (Al) and their composites can be used, and electrical insulation can be achieved. In order to sufficiently secure the above, a multilayer film in which these are laminated may be used. However, the film thickness of the insulator layer 3 needs to be slightly thicker than minus 20% with respect to the height of the convex portion P, and the thickness of the convex portion P must be +200 (nanometer) or less. Is desirable. As described above, by setting the height of the convex portion P in the range of minus 20% to plus 200 (nanometer), it becomes easier to control the "wrinkle" and the surface unevenness in the substantially flattening.

【0045】なお、本発明において、下側電極の凸部P
形成方法としては、上述した方法のほかにも、平坦な電
極の上に開口を有する絶縁体層を形成し、その開口を電
極材料で埋め込む方法によってもよい。すなわち、絶縁
体層の開口の中に電極材料を埋め込むことにより凸部P
を形成し、全体を例えばCMP、イオンミリングやエッ
チバック等の方法で略平坦化して、その上に平坦化導電
層を設けて仕上げの研磨(例えば、CMP等)を施して
もよい。この場合にも、平坦化導電層5を設けることに
より、凸部Pの表面でで発生する「ふちだれ」を吸収し
て、十分に平坦且つ平滑な表面を得ることができる。
In the present invention, the convex portion P of the lower electrode is
As a forming method, in addition to the above-described method, an insulating layer having an opening may be formed on a flat electrode and the opening may be filled with an electrode material. That is, by embedding the electrode material in the opening of the insulator layer, the protrusion P
May be formed, and the entire surface may be substantially flattened by a method such as CMP, ion milling or etch back, and a flattening conductive layer may be provided on the flattened conductive layer to perform final polishing (for example, CMP). Also in this case, by providing the flattening conductive layer 5, it is possible to absorb the "wrinkle" generated on the surface of the convex portion P and obtain a sufficiently flat and smooth surface.

【0046】またこの場合、絶縁体層の最表面に平坦化
ストッパ層を設けることで、略平坦化時のモニターが容
易になり、その平坦化度も向上する。また、この平坦化
ストッパ層として、非磁性の高抵抗材料、できれば絶縁
材料を用いることで上下電極間の絶縁確率が大幅に向上
する。この平坦化ストッパ層の電気抵抗(ρ)として
は、1000μΩcm以上が望ましい。さらに、凹絶縁
体と電極との間に絶縁体密着層を設けても良い。
Further, in this case, by providing the flattening stopper layer on the outermost surface of the insulating layer, it becomes easy to monitor at the time of substantially flattening, and the flattening degree is improved. Further, by using a non-magnetic high resistance material, preferably an insulating material, as the flattening stopper layer, the insulation probability between the upper and lower electrodes is significantly improved. The electric resistance (ρ) of this flattening stopper layer is preferably 1000 μΩcm or more. Further, an insulator adhesion layer may be provided between the concave insulator and the electrode.

【0047】以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施
の形態についてさらに詳細に説明する。
The embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0048】(第1の実施例)まず、本発明の第1の実
施例として、図1に表した構造の磁気抵抗効果素子の試
作例について説明する。
(First Embodiment) First, as a first embodiment of the present invention, a trial manufacture example of a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. 1 will be described.

【0049】図3乃至図5は、本実施例の磁気抵抗効果
素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
3 to 5 are process cross-sectional views showing a main part manufacturing process of the magnetoresistive effect element of this embodiment.

【0050】本実施例においては、まず、図3(a)に
表したように、凸部Pを有する電極2aと、測定用の電
極端子部(図示せず)とを形成する。本実施例において
は、磁気抵抗効果素子の磁気特性の確認を主目的として
いたために、磁気ヘッドとして機能させるために必要な
磁気シールド、磁化固着膜や記録部は作製しなかった。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 3A, an electrode 2a having a convex portion P and an electrode terminal portion (not shown) for measurement are formed. In this example, the main purpose was to confirm the magnetic characteristics of the magnetoresistive effect element, and therefore, the magnetic shield, the magnetization fixed film, and the recording portion required to function as the magnetic head were not manufactured.

【0051】最初に、厚さが約0.6ミリメータで直径
が3インチのシリコン基板1の上に、通常のスパッタ法
を用いて基板側から膜厚5ナノメータのタンタル(T
a)と膜厚400ナノメータの銅(Cu)と膜厚10ナ
ノメータのタンタル(Ta)を積層した。
First, on a silicon substrate 1 having a thickness of about 0.6 mm and a diameter of 3 inches, a tantalum (T:
a), 400 nm thick copper (Cu), and 10 nm thick tantalum (Ta) were laminated.

【0052】次いで、直径が約1マイクロメータで高さ
が約1.2マイクロメータのレジストパターン(V9
0:東京応化製)をg線ステッパ(ステップ式投影露光
装置)を用いて形成し、さらにイオンミリング装置を用
いて、凸部Pの高さが500ナノメータになるまで加速
電圧が500[eV]でビーム電流が200[mA]の
アルゴン(Ar)イオンを照射してエッチングした後、
レジストを通常の半導体プロセスで除去して図3(a)
に表したような凸部Pを形成した。
Then, a resist pattern (V9 having a diameter of about 1 μm and a height of about 1.2 μm) is formed.
0: manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) using a g-line stepper (step type projection exposure apparatus), and further using an ion milling apparatus, acceleration voltage is 500 [eV] until the height of the convex portion P reaches 500 nanometers. After irradiation with argon (Ar) ions having a beam current of 200 [mA] at
The resist is removed by a normal semiconductor process, and the result is shown in FIG.
The convex portion P as shown in FIG.

【0053】次に、図3(b)に表したように、電極2
aの上に厚さ700ナノメータの絶縁体3aを形成し
た。ここで、絶縁体3aとしては、酸化シリコン(Si
Ox)を用いた。絶縁体3aの具体的な形成方法として
は、直径が5インチで厚さが8ナノメータのシリコン
(Si)をターゲットとしてアルゴン(Ar)ガスと酸
素(O)ガスの混合ガスを導入した反応性スパッタを
行い、その膜厚は凸部Pの高さよりも厚く形成した。ま
た、凸部Pを反映して形成される絶縁体3aの表面の凸
形状のテーパ角度を調整するために、スパッタの際に高
周波のバイアスを印加した。このような条件で作製した
図3(b)の構造の断面をSEM(走査型電子顕微鏡:
Scanning Electron Microscope)で観察したところ、絶
縁体3aのテーパ角度は約42度であり、電極2aの凸
部Pに対する位置の「ずれ」が50ナノメータ以下と、
位置合わせ精度が非常に良好であることも併せて確認で
きた。
Next, as shown in FIG. 3B, the electrode 2
An insulator 3a having a thickness of 700 nanometers was formed on a. Here, as the insulator 3a, silicon oxide (Si
Ox) was used. As a specific method of forming the insulator 3a, the reactivity obtained by introducing a mixed gas of argon (Ar) gas and oxygen (O 2 ) gas targeting silicon (Si) having a diameter of 5 inches and a thickness of 8 nanometers is used. Sputtering was performed and the film thickness was formed to be thicker than the height of the convex portion P. Further, in order to adjust the taper angle of the convex shape of the surface of the insulator 3a which reflects the convex portion P, a high frequency bias was applied during the sputtering. A cross section of the structure of FIG. 3B produced under such conditions is SEM (scanning electron microscope:
When observed with a Scanning Electron Microscope), the taper angle of the insulator 3a is about 42 degrees, and the “deviation” of the position of the electrode 2a with respect to the convex portion P is 50 nanometers or less.
It was also confirmed that the alignment accuracy was very good.

【0054】次に、図3(c)に表したように、厚さが
1.2マイクロメータの平坦化レジスト4を塗布しベー
キングを施した。平坦化レジスト4としては、低粘度の
OFR(東京応化製)レジストを用いた。このように塗
布・ベーキングされた試料の表面凹凸をαステップ(触
針式の表面段差計)で測定したところ、その凹凸は50
ナノメータ以下で非常に平坦であることを確認した。
Next, as shown in FIG. 3C, a flattening resist 4 having a thickness of 1.2 micrometers was applied and baked. As the flattening resist 4, a low viscosity OFR (manufactured by Tokyo Ohka) resist was used. The surface roughness of the sample thus coated / baked was measured by α step (a stylus-type surface step meter).
It was confirmed to be very flat below nanometer.

【0055】次に、平坦化レジスト4と絶縁体3aに対
してエッチバックを施すことにより、表面を比較的平ら
にして、図4(a)に表した状態を得た。本実施例にお
けるエッチバックの具体的な方法としては、平行平板タ
イプのRIE(Reactive IonEtching)装置に試料をセ
ットした後、エッチングガスとして四フッ化炭素(CF
)を圧力が5パスカル(Pa)になるまで導入した
後、100ワット(w)の高周波を投入してエッチング
を行った。このときのエッチング速度は、平坦化レジス
ト4が97ナノメータ毎分(nm/min.)でSiO
x絶縁体3aが110ナノメータ毎分(nm/mi
n.)と、ほぼ両者のエッチング速度が等しい条件を用
いた。
Next, the flattening resist 4 and the insulator 3a were etched back to make the surfaces relatively flat to obtain the state shown in FIG. 4 (a). As a concrete method of etching back in the present embodiment, a sample is set in a parallel plate type RIE (Reactive Ion Etching) apparatus, and then carbon tetrafluoride (CF) is used as an etching gas.
4 ) was introduced until the pressure reached 5 Pascal (Pa), and then a high frequency of 100 watt (w) was applied to carry out etching. At this time, the etching rate of the flattening resist 4 was 97 nanometer per minute (nm / min.).
x insulator 3a is 110 nanometers per minute (nm / mi
n. ) And the etching rate of both are almost equal.

【0056】なお、エッチバックの方法としては、RI
Eの代わりに平坦化レジスト4と絶縁体3aのエッチン
グ速度が略等しい条件が得られるイオンミリング、RI
BE(Reactive Ion Beam Etching)やICP(Inducti
vely Coupled Plasma)等他のエッチング方法や平坦化
レジストを塗布しないで直接CMPを行う方法など他の
方法を用いることも可能である。
As a method of etching back, RI is used.
Instead of E, ion milling and RI are used so that the etching rates of the flattening resist 4 and the insulator 3a are substantially equal.
BE (Reactive Ion Beam Etching) and ICP (Inducti)
It is also possible to use another etching method such as vely coupled plasma or another method such as a method of directly performing CMP without applying a planarizing resist.

【0057】RIEを用いたエッチバック法で略平坦化
した試料の表面凹凸を、αステップで測定したところ、
30ナノメータであった。
The surface roughness of the sample, which was substantially flattened by the etch-back method using RIE, was measured by the α step.
It was 30 nanometers.

【0058】次に、図4(b)に示すように平坦化導電
層5を形成した。本実施例においては、平坦化導電層5
の材料として、電極2aの凸部Pの最表面と同一材料で
あるタンタル(Ta)を選んだ。また、その膜厚は、エ
ッチバック後の凹凸よりもやや大きい50ナノメータと
した。平坦化導電層5の膜形成は、通常のRFマグネト
ロンスパッタ法で行い、その後に表面凹凸を測定したと
ころ、50ナノメータ以下であることを確認した。
Next, as shown in FIG. 4B, a flattening conductive layer 5 was formed. In this embodiment, the planarizing conductive layer 5
As the material of, tantalum (Ta), which is the same material as the outermost surface of the convex portion P of the electrode 2a, was selected. The film thickness was 50 nanometers, which was slightly larger than the roughness after etching back. The film formation of the flattening conductive layer 5 was performed by a normal RF magnetron sputtering method, and then the surface irregularities were measured, and it was confirmed that it was 50 nanometers or less.

【0059】次に、図4(c)に表したように、平坦化
導電層5をCMPで平坦平滑化の研磨処理を施して、そ
の表面を平坦にした。このとき、CMP用のスラリーと
しては、CHS700(芝浦メカトロニクス(株)製)
を用いた。その結果、CMP後の表面凹凸は非常に小さ
くなり、AFM(Atomic Force Microscope)で表面の
凹凸を測定したところ、電極2aの凸部Pの周囲で5ナ
ノメータ以下であり、非常に平坦性と平滑性の優れた表
面が得られていることが確認できた。
Next, as shown in FIG. 4C, the flattening conductive layer 5 was subjected to a flattening polishing treatment by CMP to flatten the surface. At this time, as the slurry for CMP, CHS700 (manufactured by Shibaura Mechatronics Co., Ltd.)
Was used. As a result, the surface irregularities after CMP became very small, and when the surface irregularities were measured with an AFM (Atomic Force Microscope), it was 5 nanometers or less around the convex portion P of the electrode 2a, which was very flat and smooth. It was confirmed that a surface having excellent properties was obtained.

【0060】また、電極2aの凸部Pの近傍をFIB
(Focused Ion Beam)により断面観察用に加工し、高分
解能SEM(Scanning Electron Microscope)で平坦化
導電層5の残り量と「ふちだれ」の埋め込み状態を観察
したところ、平坦化導電層5の残り量が約10ナノメー
タで電極2aの凸部Pと絶縁体層3aとの境にある「ふ
ちだれ」部分に平坦化導電層がきれいに埋め込まれてい
ることが確認できた。
In addition, the vicinity of the convex portion P of the electrode 2a is FIB
(Focused Ion Beam) was used for cross-section observation, and the remaining amount of the flattened conductive layer 5 and the embedded state of the “rim” were observed with a high resolution SEM (Scanning Electron Microscope). It was confirmed that the amount was about 10 nanometers, and the flattening conductive layer was finely embedded in the "rimming" portion on the boundary between the convex portion P of the electrode 2a and the insulating layer 3a.

【0061】次に、このように良好な表面性を有する平
坦化導電層5の上に、磁気抵抗効果膜6を形成し、素子
レジストパターンの形成とエッチングならびにレジスト
の除去により、図4(d)に表したような断面構造を形
成した。
Next, a magnetoresistive effect film 6 is formed on the flattening conductive layer 5 having good surface properties as described above, and a device resist pattern is formed and etching and the resist are removed. ) Was formed.

【0062】ここで、磁気抵抗効果膜6の膜構成は、平
坦化導電層5の側から順に、膜厚5ナノメータのタンタ
ル(Ta)の下地層、膜厚2ナノメータのニッケル鉄
(NiFe)と膜厚3ナノメータのコバルト鉄(CoF
e)とからなる磁化自由層(フリー層)、膜厚2ナノメ
ータの銅(Cu)の非磁性中間層(スペーサ層)、膜厚
4ナノメータのコバルト鉄(CoFe)の磁化固着層
(ピン層)と膜厚10ナノメータの白金マンガン(Pt
Mn)の反強磁性層とした。
Here, the magnetoresistive film 6 is composed of a tantalum (Ta) underlayer having a film thickness of 5 nanometers and a nickel iron (NiFe) film having a film thickness of 2 nanometers in this order from the flattening conductive layer 5 side. Cobalt iron with a thickness of 3 nanometers (CoF
e), a magnetization free layer (free layer), a copper (Cu) nonmagnetic intermediate layer (spacer layer) having a thickness of 2 nanometers, and a cobalt iron (CoFe) magnetization pinned layer (pin layer) having a thickness of 4 nanometers. With a thickness of 10 nanometer platinum manganese (Pt
(Mn) antiferromagnetic layer.

【0063】磁気抵抗効果膜6の形成は、通常のスパッ
タ法で行った。その後、8×10アンペア/メータ
(A/m)の磁界を印加した状態で、真空中で270℃
において約4時間の熱処理を施すことにより、磁気抵抗
効果膜6の磁化固着層に一軸性の磁気異方性を付与し
た。
The magnetoresistive film 6 was formed by the usual sputtering method. Then, in a state where a magnetic field of 8 × 10 5 amps / meter (A / m) is applied, it is 270 ° C. in vacuum.
In the above, heat treatment was performed for about 4 hours to impart uniaxial magnetic anisotropy to the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect film 6.

【0064】次いで、磁気抵抗効果膜6の上に、厚さが
400ナノメータのV90(東京応化製)レジストを塗
布し、ステッパで露光した後、現像により素子サイズが
3.2×3.2マイクロメータの残しパターンを形成す
る。次いで、イオンミリングで磁気抵抗効果膜6をエッ
チングし、通常のレジスト除去工程を行った。
Then, a V90 (manufactured by Tokyo Ohka) resist having a thickness of 400 nanometers is applied on the magnetoresistive film 6, exposed by a stepper, and then developed to have an element size of 3.2 × 3.2 μm. Form the remaining pattern of the meter. Next, the magnetoresistive effect film 6 was etched by ion milling, and a normal resist removing process was performed.

【0065】次に、図5(a)に表したように、絶縁体
層3bを形成した。すなわち、絶縁体層3aの形成と同
様のスパッタ法を用いて、膜厚が400ナノメータのS
iOx絶縁体層3bを形成した。この時、絶縁体層3a
の表面には、電極2aの凸部Pを反映した凸形状が形成
される。この凸形状の高さは、約20ナノメータ程度で
あった。
Next, as shown in FIG. 5A, the insulating layer 3b was formed. That is, by using the same sputtering method as the formation of the insulator layer 3a, an S
The iOx insulator layer 3b was formed. At this time, the insulator layer 3a
A convex shape reflecting the convex portion P of the electrode 2a is formed on the surface of the. The height of this convex shape was about 20 nanometers.

【0066】次に、図5(b)に表したように、開口径
が約0.8マイクロメータで厚さが400ナノメータの
V90レジストパターン7を形成した。
Next, as shown in FIG. 5B, a V90 resist pattern 7 having an opening diameter of about 0.8 micrometers and a thickness of 400 nanometers was formed.

【0067】この後、CHFガスを圧力が1パスカル
(Pa)なるまで導入したRIE装置により、絶縁体層
3bを150ワット(w)の投入電力で約7分間エッチ
ングし、電極2bを接続するためコンタクトホールと電
極2aの測定用電極部用のコンタクトホール(図示せ
ず)を形成した。
After that, the insulator layer 3b is etched at a power of 150 watts (w) for about 7 minutes by an RIE apparatus in which CHF 3 gas is introduced until the pressure reaches 1 Pascal (Pa), and the electrode 2b is connected. Therefore, a contact hole and a contact hole (not shown) for the measuring electrode portion of the electrode 2a were formed.

【0068】次に、図5(c)に表したように、上側電
極2bを形成した。すなわち、RIEにより形成したコ
ンタクトホールに電極材料を埋め込むことにより電極2
bを形成した。電極2bの膜構成は、磁気抵抗効果膜6
のから順に、膜厚5ナノメータのタンタル(Ta)密着
層と、膜厚400ナノメータの銅(Cu)、膜厚200
ナノメータの金(Au)という積層構造とした。また、
その成膜には、通常のスパッタ法を用いたが、銅(C
u)の成膜時のみ、コンタクトホールへの埋め込み状態
を改善する目的で100ワット(w)の高周波バイアス
を印加した。この後、下側電極2aと上側電極2bの測
定用電極レジストパターン(図示せず)を形成し、イオ
ンミリングによるエッチング等を施して磁気抵抗効果素
子を形成した。
Next, as shown in FIG. 5C, the upper electrode 2b was formed. That is, the electrode 2 is formed by embedding the electrode material in the contact hole formed by RIE.
b was formed. The film structure of the electrode 2b is the magnetoresistive film 6
In order from the above, a tantalum (Ta) adhesion layer having a film thickness of 5 nanometers, copper (Cu) having a film thickness of 400 nanometers, and a film thickness of 200
It has a laminated structure of nanometer gold (Au). Also,
A normal sputtering method was used for the film formation, but copper (C
Only during the film formation of u), a high frequency bias of 100 watts (w) was applied for the purpose of improving the embedded state in the contact hole. After that, a measurement electrode resist pattern (not shown) for the lower electrode 2a and the upper electrode 2b was formed, and etching by ion milling or the like was performed to form a magnetoresistive effect element.

【0069】図6は、このようにして得られたCPP型
の磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係(MR特性)を
表すグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnetic field and the resistance (MR characteristic) of the CPP type magnetoresistive effect element thus obtained.

【0070】本発明による素子(実線で表した)の場
合、プラス方向の磁界の印加に伴って、抵抗が増加し、
幅広い磁界範囲において高い抵抗値が維持されたフラッ
トな特性が得られていた。
In the case of the element according to the present invention (represented by the solid line), the resistance increases with the application of the magnetic field in the positive direction,
A flat characteristic that a high resistance value was maintained in a wide magnetic field range was obtained.

【0071】これに対して、平坦化導電層5を設けず
に、下側電極2aの上に直接、磁気抵抗効果膜6を形成
した比較例の磁化抵抗効果素子(破線で表した)の場
合、磁界の増加に伴う抵抗値の変化はピーク状であり、
高い抵抗が得られる磁界の範囲が極めて狭い。これは、
図19に関して前述したように、下側電極2aの凸部P
の周囲の段差あるいは突起などにより、磁気抵抗効果膜
6を構成する各層の膜厚に「むら」や「不均一」などが
生じたためであると考えられる。すなわち、比較例の素
子においては、非磁性中間層(スペーサ層)を介した上
下の強磁性層(ピン層とフリー層)の反強磁性結合が非
常に弱くなり、そのため比較的小さな磁界から磁化反転
が起こることに起因して、抵抗の減少が生じていると考
えられる。
On the other hand, in the case of the magnetoresistive effect element of the comparative example (represented by the broken line) in which the magnetoresistive effect film 6 is formed directly on the lower electrode 2a without providing the flattening conductive layer 5. , The change of resistance value with the increase of magnetic field is peaked,
The range of the magnetic field where high resistance is obtained is extremely narrow. this is,
As described above with reference to FIG. 19, the projection P of the lower electrode 2a is formed.
It is considered that this is because "unevenness" or "non-uniformity" occurs in the film thickness of each layer constituting the magnetoresistive effect film 6 due to a step or a protrusion around the. That is, in the element of the comparative example, the antiferromagnetic coupling between the upper and lower ferromagnetic layers (pin layer and free layer) via the non-magnetic intermediate layer (spacer layer) becomes very weak, and therefore the magnetization from a comparatively small magnetic field occurs. It is considered that the resistance decreases due to the inversion.

【0072】これに対して、本実施例の素子において
は、幅広い磁界範囲で高い抵抗が維持され、ノイズの少
ない非常にきれいなMR特性が得られ、平坦化導電層5
の有効性を確認できた。
On the other hand, in the device of this embodiment, high resistance is maintained in a wide magnetic field range, very clean MR characteristics with less noise are obtained, and the flattening conductive layer 5 is used.
I was able to confirm the effectiveness of.

【0073】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例について説明する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0074】図7及び図8は、本実施例の磁気抵抗効果
素子の要部製造工程を表す工程断面図である。なお、本
実施例においても、第1実施例と同様に、磁気シールド
ならびに磁気記録部等の部分についての工程は省略し
た。
FIG. 7 and FIG. 8 are process cross-sectional views showing the main part manufacturing process of the magnetoresistive effect element of this embodiment. Also in this embodiment, as in the first embodiment, the steps for the magnetic shield and the magnetic recording portion are omitted.

【0075】まず、図7(a)に表したように、平坦に
形成した電極2aの上に、凸部Pを形成するための絶縁
体層3aを形成し、パターンニングにより開口Hを形成
した。具体的には、まず、熱酸化されたシリコン基板
(図示せず)上に、膜厚が約300ナノメータの銅と銀
との合金(Cu95Ag:組成は原子パーセント)か
らなる電極2aを通常のスパッタ法により形成し、MR
特性測定用の電極パターン(図示せず)を通常の半導体
プロセスで形成した。そして、酸化アルミニウム(Al
)ターゲットを用いたスパッタにより、膜厚が2
00ナノメータのAl絶縁体層3aを成膜した。
さらに、その上に、厚さが300ナノメータで直径が約
400ナノメータの残しのレジストパターンをI線ステ
ッパで形成した。次いで、イオンミリングにより絶縁体
層3aをエッチングした後、レジストを除去して直径が
約400ナノメータ、深さが約200ナノメータの凸部
Pを形成するための開口Hを形成した。
First, as shown in FIG. 7A, the insulating layer 3a for forming the convex portion P is formed on the flatly formed electrode 2a, and the opening H is formed by patterning. . Specifically, first, an electrode 2a made of an alloy of Cu and Ag (Cu 95 Ag 5 : composition is atomic percent) having a film thickness of about 300 nanometers is first formed on a thermally oxidized silicon substrate (not shown). MR is formed by a normal sputtering method.
An electrode pattern (not shown) for characteristic measurement was formed by a normal semiconductor process. And aluminum oxide (Al
2 O 3 ) target is used to obtain a film thickness of 2
A 00 nanometer Al 2 O 3 insulator layer 3a was deposited.
Further, a remaining resist pattern having a thickness of 300 nanometers and a diameter of about 400 nanometers was formed thereon by an I-line stepper. Next, after etching the insulator layer 3a by ion milling, the resist was removed to form an opening H for forming a protrusion P having a diameter of about 400 nanometers and a depth of about 200 nanometers.

【0076】次いで、図7(b)に表したように、絶縁
体層3aの上に凸部Pを形成するための電極層2a’を
形成した。ここで、電極層2a’としては、膜厚が15
0ナノメータの銅(Cu)を、スパッタ粒子の指向性が
高いIBD(Ion Beam Deposition)で成膜した。成膜
された試料の一部分を、FIB(Focused Ion Beam)で
断面加工してSEMで観察したところ、電極層2a’
は、絶縁体層3aの開口Hの中にきれいに埋め込まれて
いることが確認できた。
Next, as shown in FIG. 7B, an electrode layer 2a 'for forming the convex portion P was formed on the insulator layer 3a. Here, the electrode layer 2a ′ has a film thickness of 15
Copper (Cu) having a thickness of 0 nanometer was formed by IBD (Ion Beam Deposition) in which the directivity of sputtered particles is high. When a part of the formed sample was cross-section processed by FIB (Focused Ion Beam) and observed by SEM, the electrode layer 2a '
It was confirmed that was completely embedded in the opening H of the insulating layer 3a.

【0077】次に、基板の全面をCMPにより略平坦化
を行い、図7(c)に表したように、凸部P以外の電極
層2a’を除去した。CMPには、銅(Cu)用のスラ
リーを用い、電極層2a’を約150ナノメータ研磨し
た。ここで、図7(c)に表したように、絶縁体層3a
と凸部Pとの間に、約50ナノメータの段差(凸部Pの
方が絶縁体層3aよりも低い)と、深さ約20ナノメー
タの「ふちだれ」すなわち溝が確認された。
Next, the entire surface of the substrate was substantially flattened by CMP, and as shown in FIG. 7C, the electrode layer 2a 'other than the convex portion P was removed. A slurry for copper (Cu) was used for CMP, and the electrode layer 2a ′ was polished by about 150 nanometers. Here, as shown in FIG. 7C, the insulator layer 3a
A level difference of about 50 nanometers (the height of the projections P is lower than that of the insulating layer 3a) and a "wrinkle" or groove having a depth of about 20 nanometers were confirmed between the and the projections P.

【0078】このように数10ナノメータのオーダの凹
凸を有する基体の上に磁気抵抗効果膜6を直接、形成す
ると、図20に例示したように、「うねり」あるいは
「湾曲」して形成され、その膜厚にも「むら」や「不均
一」などが生ずる。そして、その結果として、各層間の
磁気的な結合が不安定となり、図6に破線で示した如
く、磁気抵抗率の低下などが生ずる。
When the magnetoresistive effect film 6 is directly formed on the substrate having the unevenness of the order of several tens of nanometers as described above, it is formed into a "waviness" or a "curvature" as illustrated in FIG. The film thickness also has "unevenness" and "unevenness". As a result, the magnetic coupling between the layers becomes unstable, and as shown by the broken line in FIG.

【0079】これに対して、本実施例においては、図7
(d)に表したように、平坦化導電層5を形成して、そ
の表面を平坦にする。本実施例においては、平坦化導電
層5としては、導電性金属であるチタン(Ti)を膜厚
50ナノメータになるまでスパッタ法で形成した。但
し、この場合の平坦化導電層5の材料としては、チタン
(Ti)以外にも、例えばアルミニウム(Al)、タン
タル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(M
o)やこれらの合金、または窒化タンタル(TaN)、
窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウム・チタン
((Al,Ti)N)、窒化タングステン(WN)等の
窒化物を用いても良い。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG.
As shown in (d), the flattening conductive layer 5 is formed and the surface thereof is flattened. In this embodiment, the flattening conductive layer 5 is formed by sputtering titanium (Ti), which is a conductive metal, to a film thickness of 50 nanometers. However, as the material of the planarizing conductive layer 5 in this case, other than titanium (Ti), for example, aluminum (Al), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (M
o) or their alloys, or tantalum nitride (TaN),
A nitride such as titanium nitride (TiN), aluminum nitride / titanium ((Al, Ti) N), or tungsten nitride (WN) may be used.

【0080】次に、MR特性の良好なCPP型磁気抵抗
効果素子を形成するために、平坦化・平滑化のためのC
MPを行い、図7(e)に表したような断面形状を得
た。この時、CMPの研磨量を約50ナノメータにする
ことで、表面が平坦で平滑になった。AFMでその表面
性を測定したところ、表面荒さは約4ナノメータであ
り、絶縁体層3aと凸部Pの表面が有していた「段差」
や「ふちだれ」は大幅に解消されて平坦な表面が得られ
たことが確認できた。
Next, in order to form a CPP type magnetoresistive effect element having good MR characteristics, C for flattening / smoothing is formed.
MP was performed to obtain a cross-sectional shape as shown in FIG. At this time, the surface was flat and smooth by adjusting the polishing amount of CMP to about 50 nanometers. When the surface property was measured with an AFM, the surface roughness was about 4 nanometers, and the “step” that the surface of the insulator layer 3a and the surface of the protrusion P had.
It was confirmed that and "rimming" were largely eliminated and a flat surface was obtained.

【0081】次に、図8(a)乃至(d)に表したよう
に、磁気抵抗効果膜6を形成し、磁気抵抗効果膜6をパ
ターニングし、絶縁体層3bを形成、パターニングし、
上側電極2bを形成することにより、CPP型の磁気抵
抗効果素子を完成した。
Next, as shown in FIGS. 8A to 8D, the magnetoresistive effect film 6 is formed, the magnetoresistive effect film 6 is patterned, and the insulator layer 3b is formed and patterned.
A CPP type magnetoresistive effect element was completed by forming the upper electrode 2b.

【0082】本実施例の磁気抵抗効果素子の平面サイズ
は、1.5マイクロメータ×1.5マイクロメータであ
り、電極2bを埋め込むコンタクトホールの径は400
ナノメータであり、上側電極2bとしては、膜厚が30
0ナノメータの銅(Cu)を堆積した。
The plane size of the magnetoresistive element of this embodiment is 1.5 μm × 1.5 μm, and the diameter of the contact hole in which the electrode 2b is embedded is 400.
It is a nanometer, and the upper electrode 2b has a film thickness of 30.
0 nanometer copper (Cu) was deposited.

【0083】このようにして得られたCPP型磁気抵抗
効果素子の磁界と抵抗の関係(MR特性)を調べたとこ
ろ、図6に表した結果と同様に、平坦化導電層5を設け
ない場合に比べて、ノイズの少ない非常にきれいなMR
特性が得られ、平坦化導電層5を用いた本実施例おいて
も同様に、本発明の有効性が確認された。
When the relationship between the magnetic field and the resistance (MR characteristic) of the CPP type magnetoresistive effect element thus obtained was examined, it was found that the flattening conductive layer 5 was not provided as in the result shown in FIG. Very clean MR with less noise than
The characteristics were obtained, and the effectiveness of the present invention was similarly confirmed in this example using the planarizing conductive layer 5.

【0084】(第3の実施例)次に、本発明の第3の実
施例形態について説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0085】図9は、本実施例の磁気抵抗効果素子の要
部構成を表す断面図である。同図については、図1乃至
図8に関して前述したものと同様の要素には同一の符号
を付して詳細な説明は省略する。
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the main part of the magnetoresistive effect element of this embodiment. In this figure, elements similar to those described above with reference to FIGS. 1 to 8 are marked with the same reference numerals and not described in detail.

【0086】すなわち、本実施例においては、下側電極
2aの上に絶縁体密着層8が設けられている。この絶縁
体密着層8は、下側電極2aと絶縁体層3aとの付着強
度を向上させる役割を有し、膜厚が10ナノメータ程度
のタンタル(Ta)などにより形成することができる。
That is, in this embodiment, the insulator adhesion layer 8 is provided on the lower electrode 2a. The insulator adhesion layer 8 has a role of improving the adhesion strength between the lower electrode 2a and the insulator layer 3a, and can be formed of tantalum (Ta) having a film thickness of about 10 nanometers.

【0087】以下、本実施例の磁気抵抗効果素子の構成
について、その製造手順に沿って説明する。本実施例の
磁気抵抗効果素子の製造工程の要部は、図3乃至図5に
関して前述したものと同様とすることができるので、以
下、これら図面を参照しつつ説明する。
The structure of the magnetoresistive effect element of this embodiment will be described below in accordance with its manufacturing procedure. The main part of the manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the present embodiment can be the same as that described above with reference to FIGS. 3 to 5, and will be described below with reference to these drawings.

【0088】まず、第1実施例の場合と同様に、下側電
極2aとして、基板側から順に、膜厚5ナノメータのタ
ンタル(Ta)、膜厚300ナノメータの銅(Cu)、
膜厚10ナノメータのタンタル(Ta)を形成した後、
高さが100ナノメータで直径が100ナノメータの凸
部Pをイオンミリングで形成して、図3(a)に表した
構造を形成する。
First, as in the case of the first embodiment, as the lower electrode 2a, tantalum (Ta) having a film thickness of 5 nanometers, copper (Cu) having a film thickness of 300 nanometers, in this order from the substrate side,
After forming tantalum (Ta) with a film thickness of 10 nanometers,
A protrusion P having a height of 100 nanometers and a diameter of 100 nanometers is formed by ion milling to form the structure shown in FIG.

【0089】次に、下側電極2aと絶縁体層3aとの密
着力向上を目的とした絶縁体密着層8として膜厚10ナ
ノメータのタンタル(Ta)を形成した後に、膜厚が1
50ナノメータのSiOxからなる絶縁体層3aを反応
性のバイアススパッタで成膜した(図3(b))。その
後、厚み400ナノメータのOFR平坦化レジストを塗
布し(図3(c))、RIEによりSiOx絶縁体層3
aが約100ナノメータの膜厚になるまで平坦化した
(図4(a))。
Next, after tantalum (Ta) having a film thickness of 10 nanometers is formed as the insulator adhesion layer 8 for the purpose of improving the adhesion between the lower electrode 2a and the insulation layer 3a, the film thickness is reduced to 1
An insulator layer 3a made of SiOx having a thickness of 50 nanometers was formed by reactive bias sputtering (FIG. 3B). After that, an OFR planarizing resist having a thickness of 400 nanometers is applied (FIG. 3C), and the SiOx insulator layer 3 is formed by RIE.
It was flattened until a became a film thickness of about 100 nanometers (FIG. 4A).

【0090】次に、平坦化導電層5として、膜厚が20
ナノメータの窒化アルミニウム・チタン((Al,T
i)N)をMBE(Molecular Beam Epitaxy)で成膜
(図4(b))した後、その表面を平坦化(図4
(b))した。
Next, as the flattening conductive layer 5, the film thickness is 20.
Nanometer aluminum nitride / titanium ((Al, T
i) N) is formed by MBE (Molecular Beam Epitaxy) (FIG. 4B), and then the surface is flattened (FIG. 4B).
(B)) It did.

【0091】さらに、磁気抵抗効果膜6を成膜し、素子
サイズが1マイクロメータ×1マイクロメータのパター
ンに加工した(図4(d))。この加工は、ステッパに
よるパターニングとイオンミリングによるエッチングな
らびにレジスト除去により行った。
Further, a magnetoresistive film 6 was formed and processed into a pattern having an element size of 1 micrometer × 1 micrometer (FIG. 4 (d)). This processing was performed by patterning with a stepper, etching by ion milling, and resist removal.

【0092】次に、絶縁体層3bとして膜厚が150ナ
ノメータのAlをスパッタ法で成膜(図5
(a))した後、EB露光装置にて直径が100ナノメ
ータの抜きパターンを形成(図5(b))した。
Next, Al 2 O 3 having a film thickness of 150 nanometers is formed as the insulator layer 3b by the sputtering method (see FIG. 5).
After (a)), a blank pattern having a diameter of 100 nanometers was formed by an EB exposure device (FIG. 5 (b)).

【0093】そして、エッチングによって電極2b用の
コンタクトホール形成した後、IBDにより膜厚が30
0ナノメータの銅(Cu)からなる電極2bを成膜し
た。以降、電極2aならびに電極2bの測定用電極レジ
ストパターン形成、イオンミリングによるエッチング等
を施した。
Then, after forming a contact hole for the electrode 2b by etching, the film thickness is reduced to 30 by IBD.
The electrode 2b made of 0 nanometer copper (Cu) was deposited. Thereafter, measurement electrode resist patterns of the electrodes 2a and 2b, etching by ion milling, and the like were performed.

【0094】このようにして得られたCPP型磁気抵抗
効果素子の磁界と抵抗の関係(MR特性)を調べたとこ
ろ、やはり図6に関して前述したものと同様に、平坦化
導電層5を用いない場合に比べて、ノイズの少ない非常
にきれいなMR特性が得られた。さらに、本実施例にお
いては、図4(c)などに表した工程におけるCMP研
磨時の絶縁体層3aの電極2aからの膜剥がれは、第1
実施例の約10%(膜剥がれの面積の割合)から0%へ
と大幅に改善されており、本実施例の絶縁体密着層8の
有効性が併せて確認できた。
When the relationship between the magnetic field and the resistance (MR characteristic) of the CPP type magnetoresistive effect element thus obtained was examined, the flattening conductive layer 5 was not used as in the case described above with reference to FIG. As compared with the case, a very clean MR characteristic with less noise was obtained. Further, in this example, the film peeling from the electrode 2a of the insulator layer 3a during the CMP polishing in the step shown in FIG.
It was significantly improved from about 10% (ratio of the film peeling area) of the example to 0%, and the effectiveness of the insulator adhesion layer 8 of the present example was also confirmed.

【0095】(第4の実施例)次に、本発明の第4の実
施形態について説明する。
(Fourth Example) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0096】図10は、本実施例の磁気抵抗効果素子の
断面構造を表す模式図である。同図についても、図1乃
至図9に関して前述したものと同様の要素には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。
FIG. 10 is a schematic view showing the cross-sectional structure of the magnetoresistive effect element of this embodiment. Also in this figure, elements similar to those described above with reference to FIGS. 1 to 9 are marked with the same reference numerals and not described in detail.

【0097】すなわち、本実施例においては、絶縁体層
3aと平坦化導電層5との間に、平坦化ストッパ層9が
設けられている。この平坦化ストッパ層9は、下側電極
2aの凸部Pとその周囲の絶縁体層3aとの「段差」を
緩和する役割を有する。
That is, in this embodiment, the flattening stopper layer 9 is provided between the insulator layer 3a and the flattening conductive layer 5. The flattening stopper layer 9 has a role of alleviating a "step" between the convex portion P of the lower electrode 2a and the surrounding insulator layer 3a.

【0098】本実施例の素子は、その基本的な製造工程
を、前述した第2実施例のものと同様とすることができ
る。従って、以下、図7及び図8を参照しつつ、前述し
たものと異なる個所を中心に説明する。
The basic manufacturing process of the element of this embodiment can be the same as that of the second embodiment described above. Therefore, hereinafter, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the description will be focused on the points different from those described above.

【0099】本実施例においては、第2実施例に加え
て、絶縁体層3の上に平坦化ストッパ層9を形成した点
が特徴的である。ここで、本実施例においては、絶縁体
層3aとしてはSiOxを形成し、平坦化ストッパ層9
としては、アルミニウム(Al)の酸窒化物である酸窒
化アルミニウム(Al(O,N))をMBEで膜厚5ナ
ノメータ形成した。その後、下側電極2aの凸部Pを形
成するための開口Hを形成し、電極材料で開口Hを埋め
込んだ後、オンミリングでエッチバックを平坦化ストッ
パ層9が露出するまで実施した(図7(c))。
The present embodiment is characterized in that, in addition to the second embodiment, the planarization stopper layer 9 is formed on the insulator layer 3. Here, in this embodiment, SiOx is formed as the insulator layer 3a, and the flattening stopper layer 9 is formed.
As the aluminum oxynitride, aluminum oxynitride (Al (O, N)) having a film thickness of 5 nm was formed by MBE. After that, an opening H for forming the convex portion P of the lower electrode 2a is formed, and after filling the opening H with an electrode material, etching back is performed by on-milling until the planarization stopper layer 9 is exposed (FIG. 7). (C)).

【0100】その結果、下側電極2aの凸部Pと絶縁体
層3a(平坦化ストッパ層9)との境界の「ふちだれ」
は20ナノメータ程度あるものの、凸部Pと平坦化スト
ッパ層9の表面との「段差」は、約10ナノメータであ
り、「段差」を小さくすることが確認できた。
As a result, the "wrinkle" at the boundary between the convex portion P of the lower electrode 2a and the insulator layer 3a (flattening stopper layer 9).
Although it is about 20 nanometers, the “step” between the convex portion P and the surface of the flattening stopper layer 9 is about 10 nanometers, and it was confirmed that the “step” can be reduced.

【0101】次いで、平坦化導電層5、磁気抵抗効果膜
6、絶縁体層3b、電極2bを順次形成して、MR特性
評価用のヘッドを作製した。
Next, the flattening conductive layer 5, the magnetoresistive effect film 6, the insulator layer 3b, and the electrode 2b were sequentially formed to manufacture a head for MR characteristic evaluation.

【0102】このようにして得られたCPP型磁気抵抗
効果素子の磁界と抵抗の関係(MR特性)を調べたとこ
ろ、やはり、平坦化導電層5を用いない場合に比べ、ノ
イズの少ない非常にきれいなMR特性が得られ、平坦化
導電層5を用いた第4の実施形態においても同様に、本
発明の有効性が確認された。
When the relation between the magnetic field and the resistance (MR characteristic) of the CPP type magnetoresistive effect element thus obtained was examined, again, the noise was extremely small compared to the case where the flattening conductive layer 5 was not used. A clear MR characteristic was obtained, and the effectiveness of the present invention was similarly confirmed in the fourth embodiment using the planarizing conductive layer 5.

【0103】(第5の実施例)次に、本発明の第5の実
施例について、図11及び図12を参照しつつ説明す
る。本実施例の磁気抵抗効果素子の製造工程の要部は、
第1実施例の素子と同様となることができるので、以
下、異なる個所を中心に説明する。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. The main part of the manufacturing process of the magnetoresistive effect element of the present embodiment is
Since it can be similar to the element of the first embodiment, different points will be mainly described below.

【0104】まず、第1実施例と同様に、下側電極2a
として、基板側から順に、膜厚5ナノメータのタンタル
(Ta)と膜厚200ナノメータのニッケル鉄(Ni
80Fe20:原子パーセント)を形成した後、図11
(a)に表したように、幅が200ナノメータ、高さが
200ナノメータの逆テーパーレジストパターン20を
エキシマステッパで形成した。
First, similarly to the first embodiment, the lower electrode 2a is formed.
In order from the substrate side, tantalum (Ta) having a film thickness of 5 nanometers and nickel iron (Ni) having a film thickness of 200 nanometers are sequentially formed.
80 Fe 20 : atomic percent).
As shown in (a), an inverse taper resist pattern 20 having a width of 200 nanometers and a height of 200 nanometers was formed by an excimer stepper.

【0105】次に、入射角度を20度(deg)として
イオンミリングを行い、図11(b)に表したように、
電極2aに高さが50ナノメータの凸部Pを形成した。
Next, ion milling was performed at an incident angle of 20 degrees (deg), and as shown in FIG. 11 (b),
A convex portion P having a height of 50 nanometers was formed on the electrode 2a.

【0106】次に、スパッタ粒子の指向性が高いIBS
(Ion Beam Sputtering)等により凸部Pの高さと同程
度の膜厚のAl2O3を形成することにより、図11
(c)に表したように、絶縁体層3aを形成した。次
に、レジスト20を除去して、図12(a)に表したよ
うな形態とした。その表面粗さ(Rmax)を計測したと
ころ、約20ナノメータの表面性を得られた。
Next, IBS having a high directivity of sputtered particles
By forming Al2O3 with a film thickness approximately the same as the height of the protrusion P by (Ion Beam Sputtering) or the like, as shown in FIG.
As shown in (c), the insulator layer 3a was formed. Next, the resist 20 was removed to obtain a form as shown in FIG. When the surface roughness (Rmax) was measured, a surface property of about 20 nanometer was obtained.

【0107】次に、図12(b)に表したように、平坦
化導電層5として、膜厚が30ナノメータのタンタル
(Ta)を通常のスパッタで形成して、表面荒さRmax
が15ナノメータの表面性が得られた。
Next, as shown in FIG. 12 (b), tantalum (Ta) having a film thickness of 30 nanometers is formed as the flattening conductive layer 5 by ordinary sputtering to obtain a surface roughness Rmax.
Of 15 nm was obtained.

【0108】次いで、図12(c)に表したように、平
坦化導電層5をCMPでタンタル(Ta)の膜厚に換算
して約25ナノメータ研磨することにより、表面荒さR
maxが3ナノメータ以下で、平坦性・平滑性の極めて良
好な表面が得られた。
Next, as shown in FIG. 12C, the flattening conductive layer 5 is polished by CMP to a film thickness of tantalum (Ta) of about 25 nanometers to obtain a surface roughness R.
When the max was 3 nanometers or less, a surface having excellent flatness and smoothness was obtained.

【0109】以下、第1実施例と同様の方法で、CPP
型磁気抵抗効果膜6の成膜後に素子サイズが300ナノ
メータ×300ナノメータのパターンをEBステッパに
よるパターニングとイオンミリングによるエッチングに
より形成し、レジスト除去した。
Thereafter, the CPP is processed by the same method as in the first embodiment.
After forming the magnetoresistive effect type film 6, a pattern having an element size of 300 nanometers × 300 nanometers was formed by patterning with an EB stepper and etching by ion milling, and the resist was removed.

【0110】次いで、絶縁体層3bとして膜厚が150
ナノメータの酸化アルミニウム(Al)をスパッ
タ法で成膜した後、EB露光装置にて直径が100ナノ
メータの抜きパターンを形成し、エッチングして電極2
b用のコンタクトホール形成した。その後、IBDによ
り膜厚が200ナノメータのニッケル鉄(Ni80Fe
20:原子パーセント)からなる電極2bを成膜した。
Next, as the insulator layer 3b, the film thickness is 150.
After forming a film of nanometer aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by a sputtering method, a blank pattern having a diameter of 100 nanometer is formed by an EB exposure device, and the electrode 2 is etched.
A contact hole for b was formed. After that, nickel iron (Ni 80 Fe) having a film thickness of 200 nanometer was measured by IBD.
The electrode 2b composed of 20 : atomic percent was formed.

【0111】これ以降、電極2aならびに電極2bの測
定用電極レジストパターン形成、イオンミリングによる
エッチング等を施した。
Thereafter, the electrode resist pattern for measurement of the electrodes 2a and 2b was formed, and etching by ion milling was performed.

【0112】このようにして得られたCPPGMR素子
の磁界と抵抗の関係(MR特性)を調べたところ、平坦
化導電層5を用いない場合に比べて、やはりノイズの少
ない非常にきれいなMR特性が得られ、平坦化導電層5
の有効性が確認された。
When the relation between the magnetic field and the resistance (MR characteristic) of the CPPG MR element thus obtained was examined, it was found that the MR characteristic was very clean with less noise compared to the case where the flattening conductive layer 5 was not used. Obtained and planarized conductive layer 5
Was confirmed to be effective.

【0113】(第6の実施例)次に、本発明の第6の実
施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気
再生装置について説明する。すなわち、図1乃至図12
に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁
気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセ
ンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載すること
ができる。
(Sixth Embodiment) Next, as a sixth embodiment of the present invention, a magnetic reproducing apparatus equipped with the magnetoresistive effect element of the present invention will be described. That is, FIGS.
The magnetoresistive effect element or the magnetic head of the present invention described in relation to the above can be incorporated in, for example, a recording / reproducing integrated magnetic head assembly and mounted in a magnetic recording / reproducing apparatus.

【0114】図13は、このような磁気記録再生装置の
概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発
明の磁気記録再生装置150は、ロータリーアクチュエ
ータを用いた形式の装置である。同図において、記録用
媒体ディスク200は、スピンドル152に装着され、
図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図
示しないモータにより矢印Aの方向に回転する。本発明
の磁気記録再生装置150は、複数の媒体ディスク20
0を備えたものとしてもよい。
FIG. 13 is a main part perspective view illustrating the schematic structure of such a magnetic recording / reproducing apparatus. That is, the magnetic recording / reproducing apparatus 150 of the present invention is an apparatus of the type using a rotary actuator. In the figure, a recording medium disc 200 is mounted on a spindle 152,
The motor is rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown) in response to a control signal from a drive device controller (not shown). The magnetic recording / reproducing apparatus 150 of the present invention is provided with a plurality of medium disks 20.
It may have 0.

【0115】媒体ディスク200に格納する情報の記録
再生を行うヘッドスライダ153は、薄膜状のサスペン
ション154の先端に取り付けられている。ここで、ヘ
ッドスライダ153は、例えば、前述したいずれかの実
施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッド
をその先端付近に搭載している。
A head slider 153 for recording / reproducing information stored in the medium disk 200 is attached to the tip of a thin film suspension 154. Here, the head slider 153 has, for example, the magnetoresistive effect element or the magnetic head according to any of the above-described embodiments mounted near the tip thereof.

【0116】媒体ディスク200が回転すると、ヘッド
スライダ153の媒体対向面(ABS)は媒体ディスク
200の表面から所定の浮上量をもって保持される。あ
るいはスライダが媒体ディスク200と接触するいわゆ
る「接触走行型」であってもよい。
When the medium disk 200 rotates, the medium facing surface (ABS) of the head slider 153 is held with a predetermined flying height above the surface of the medium disk 200. Alternatively, the slider may be a so-called “contact traveling type” in which the slider contacts the medium disk 200.

【0117】サスペンション154は、図示しない駆動
コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータ
アーム155の一端に接続されている。アクチュエータ
アーム155の他端には、リニアモータの一種であるボ
イスコイルモータ156が設けられている。ボイスコイ
ルモータ156は、アクチュエータアーム155のボビ
ン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコ
イルを挟み込むように対向して配置された永久磁石およ
び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
The suspension 154 is connected to one end of an actuator arm 155 having a bobbin portion for holding a drive coil (not shown). A voice coil motor 156, which is a kind of linear motor, is provided at the other end of the actuator arm 155. The voice coil motor 156 includes a drive coil (not shown) wound around the bobbin of the actuator arm 155, and a magnetic circuit including a permanent magnet and a facing yoke that are arranged to face each other so as to sandwich the coil.

【0118】アクチュエータアーム155は、スピンド
ル157の上下2箇所に設けられた図示しないボールベ
アリングによって保持され、ボイスコイルモータ156
により回転摺動が自在にできるようになっている。
The actuator arm 155 is held by ball bearings (not shown) provided at the upper and lower portions of the spindle 157, and the voice coil motor 156.
With this, it is possible to freely rotate and slide.

【0119】図14は、アクチュエータアーム155か
ら先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡
大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ1
60は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有
するアクチュエータアーム155を有し、アクチュエー
タアーム155の一端にはサスペンション154が接続
されている。サスペンション154の先端には、図1乃
至図12に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子
あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ153が
取り付けられている。サスペンション154は信号の書
き込みおよび読み取り用のリード線164を有し、この
リード線164とヘッドスライダ153に組み込まれた
磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中
165は磁気ヘッドアッセンブリ160の電極パッドで
ある。
FIG. 14 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the actuator arm 155 as seen from the disk side. That is, the magnetic head assembly 1
The reference numeral 60 has an actuator arm 155 having, for example, a bobbin portion that holds a drive coil, and a suspension 154 is connected to one end of the actuator arm 155. A head slider 153 equipped with any of the magnetoresistive effect elements or magnetic heads described above with reference to FIGS. 1 to 12 is attached to the tip of the suspension 154. The suspension 154 has a lead wire 164 for writing and reading signals, and the lead wire 164 and each electrode of the magnetic head incorporated in the head slider 153 are electrically connected. In the figure, 165 is an electrode pad of the magnetic head assembly 160.

【0120】本発明によれば、図1乃至図12に関して
前述したような本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気
ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度
で媒体ディスク200に磁気的に記録された情報を確実
に読みとることが可能となる。
According to the present invention, by providing the magnetoresistive effect element or the magnetic head of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 12, magnetic recording is performed on the medium disk 200 at a higher recording density than before. It is possible to reliably read the information provided.

【0121】(第7の実施例)次に、本発明の第7の実
施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気
メモリについて説明する。すなわち、図1乃至図12に
関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子を用いて、例
えば、メモリセルがマトリクス状に配置されたランダム
アクセス磁気メモリ(magnetic random access memory)
などの磁気メモリを実現できる。
(Seventh Embodiment) Next, as a seventh embodiment of the present invention, a magnetic memory equipped with the magnetoresistive effect element of the present invention will be described. That is, using the magnetoresistive effect element of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 12, for example, a random access magnetic memory in which memory cells are arranged in a matrix form.
Magnetic memory such as.

【0122】図15は、本実施例の磁気メモリのマトリ
クス構成を例示する概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating the matrix configuration of the magnetic memory of this embodiment.

【0123】すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状
に配置した場合の実施形態の回路構成を示す。アレイ中
の1ビットを選択するために、列デコーダ350、行デ
コーダ351が備えられており、ビット線334とワー
ド線332によりスイッチングトランジスタ330がオ
ンになり一意に選択され、センスアンプ352で検出す
ることにより磁気抵抗効果素子321を構成する磁気記
録層に記録されたビット情報を読み出すことができる。
That is, the figure shows the circuit configuration of the embodiment when the memory cells are arranged in an array. A column decoder 350 and a row decoder 351 are provided to select one bit in the array, and the switching transistor 330 is turned on by the bit line 334 and the word line 332 to be uniquely selected and detected by the sense amplifier 352. As a result, the bit information recorded in the magnetic recording layer of the magnetoresistive effect element 321 can be read.

【0124】ビット情報を書き込むときは、特定の書込
みワード線323とビット線322に書き込み電流を流
して発生する磁場により行われる。
Bit information is written by a magnetic field generated by passing a write current through a specific write word line 323 and bit line 322.

【0125】図16は、本実施例の磁気メモリのマトリ
クス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。す
なわち、本具体例の場合、マトリクス状に配線されたビ
ット線322とワード線334とが、それぞれデコーダ
360、361により選択されて、アレイ中の特定のメ
モリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気
抵抗効果素子321とダイオードDとが直列に接続され
た構造を有する。ここで、ダイオードDは、選択された
磁気抵抗効果素子321以外のメモリセルにおいてセン
ス電流が迂回することを防止する役割を有する。
FIG. 16 is a conceptual diagram showing another specific example of the matrix configuration of the magnetic memory of this embodiment. That is, in this specific example, the bit lines 322 and the word lines 334 arranged in a matrix are selected by the decoders 360 and 361, respectively, and a specific memory cell in the array is selected. Each memory cell has a structure in which a magnetoresistive effect element 321 and a diode D are connected in series. Here, the diode D has a role of preventing the sense current from bypassing in the memory cells other than the selected magnetoresistive effect element 321.

【0126】書き込みは、特定のビット線322と書き
込みワード線323とにそれぞれに書き込み電流を流し
て発生する磁場により行われる。
Writing is performed by a magnetic field generated by applying a write current to each of the specific bit line 322 and write word line 323.

【0127】図17は、本発明の実施の形態にかかる磁
気メモリの要部断面構造を表す概念図である。また、図
18は、図17のA−A’線断面図である。
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a sectional structure of a main part of the magnetic memory according to the embodiment of the present invention. 18 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【0128】すなわち、これらの図に表した構造は、図
15に例示した磁気メモリに含まれるひとつのメモリセ
ルに対応する。つまり、ランダムアクセスメモリとして
動作する磁気メモリの1ビット部分のメモリセルであ
る。このメモリセルは、記憶素子部分311とアドレス
選択用トランジスタ部分312とを有する。
That is, the structure shown in these figures corresponds to one memory cell included in the magnetic memory illustrated in FIG. That is, it is a memory cell of a 1-bit portion of a magnetic memory that operates as a random access memory. This memory cell has a storage element portion 311 and an address selection transistor portion 312.

【0129】記憶素子部分311は、磁気抵抗効果素子
321と、これに接続された一対の配線322、324
とを有する。磁気抵抗効果素子321は、図1〜図12
に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素子であ
り、GMR効果やTMR効果などを有し、且つ平坦化導
電層5が設けられた素子である。
The storage element portion 311 includes a magnetoresistive effect element 321 and a pair of wirings 322 and 324 connected to the magnetoresistive effect element 321.
Have and. The magnetoresistive effect element 321 is shown in FIGS.
The magnetoresistive effect element of the present invention as described above with respect to the present invention, which is an element having the GMR effect, the TMR effect, and the like and provided with the planarizing conductive layer 5.

【0130】GMR効果を有する場合は、ビット情報読
み出しの際には磁気抵抗効果素子321にセンス電流を
流してその抵抗変化を検出すればよい。
In the case of having the GMR effect, a sense current may be passed through the magnetoresistive effect element 321 at the time of reading bit information to detect the resistance change.

【0131】また、特に、磁性層/非磁性トンネル層/
磁性層/非磁性トンネル層/磁性層という構造をもつ強
磁性2重トンネル接合などを含むものであると、トンネ
ル磁気抵抗(TMR)効果による抵抗変化により磁気抵
抗効果が得られる。
In particular, magnetic layer / nonmagnetic tunnel layer /
When a ferromagnetic double tunnel junction having a structure of magnetic layer / non-magnetic tunnel layer / magnetic layer is included, a magnetoresistive effect can be obtained by a resistance change due to the tunnel magnetoresistive (TMR) effect.

【0132】これらの構造において、いずれかの磁性層
は、磁化固着層として作用し、他のいずれかの磁性層が
磁気記録層として作用するものとすることができる。
In these structures, one of the magnetic layers can act as a magnetic pinned layer and any of the other magnetic layers can act as a magnetic recording layer.

【0133】一方、選択用トランジスタ部分312に
は、ビア326及び埋め込み配線328を介して接続さ
れたトランジスタ330が設けられている。このトラン
ジスタ330は、ゲート332に印加される電圧に応じ
てスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子321と配
線334との電流経路の開閉を制御する。゜また、磁気
抵抗効果素子321の下方には、書き込み配線323
が、配線322と略直交する方向に設けられている。こ
れら書き込み配線322、323は、例えばアルミニウ
ム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、タンタ
ル(Ta)あるいはこれらいずれかを含む合金により形
成することができる。
On the other hand, the selection transistor portion 312 is provided with a transistor 330 connected via a via 326 and a buried wiring 328. The transistor 330 performs a switching operation according to the voltage applied to the gate 332, and controls the opening / closing of the current path between the magnetoresistive effect element 321 and the wiring 334. In addition, below the magnetoresistive effect element 321, write wiring 323 is provided.
Are provided in a direction substantially orthogonal to the wiring 322. The write wirings 322 and 323 can be formed of, for example, aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), tantalum (Ta), or an alloy containing any of these.

【0134】このような構成のメモリセルにおいて、ビ
ット情報を磁気抵抗効果素子321に書き込むときは、
配線322、323に書き込みパルス電流を流し、それ
ら電流により誘起される合成磁場を印加することにより
磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
In the memory cell having such a structure, when the bit information is written in the magnetoresistive effect element 321,
A write pulse current is passed through the wirings 322 and 323, and a synthetic magnetic field induced by those currents is applied to appropriately reverse the magnetization of the recording layer of the magnetoresistive effect element.

【0135】また、ビット情報を読み出すときは、配線
322と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子321
と、下部電極324とを通してセンス電流を流し、磁気
抵抗効果素子321の抵抗値または抵抗値の変化を測定
することにより行われる。
When reading the bit information, the magnetoresistive effect element 321 including the wiring 322 and the magnetic recording layer.
And a lower electrode 324, and a sense current is caused to flow therethrough, and the resistance value of the magnetoresistive effect element 321 or a change in the resistance value is measured.

【0136】本具体例の磁気メモリは、図1〜図12に
関して前述したような磁気抵抗効果素子を用いることに
より、安定した磁気抵抗変化率が得られる。その結果と
して、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実
に制御して確実な書き込みが確保され、且つ、読み出し
も確実に行うことができる。
In the magnetic memory of this example, a stable magnetoresistance change rate can be obtained by using the magnetoresistance effect element as described above with reference to FIGS. As a result, even if the cell size is miniaturized, the magnetic domain of the recording layer can be surely controlled to ensure the reliable writing and the reliable reading.

【0137】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加
膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知
の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施
し、同様の効果を得ることができる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific structure of the magnetoresistive film, and other shapes and materials such as electrodes, bias applying films, and insulating films, the present invention can be similarly carried out by appropriately selecting from a range known to those skilled in the art. , A similar effect can be obtained.

【0138】例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘ
ッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与
することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定するこ
とができる。
For example, when the magnetoresistive effect element is applied to a reproducing magnetic head, the magnetic shields may be provided above and below the element to define the detection resolution of the magnetic head.

【0139】また、本発明は、長手磁気記録方式のみな
らず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装
置についても同様に適用して同様の効果を得ることがで
きる。
Further, the present invention can be similarly applied to a magnetic head or a magnetic reproducing apparatus of not only the longitudinal magnetic recording system but also the perpendicular magnetic recording system to obtain the same effect.

【0140】さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の
記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良
く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムー
バブル」方式のものでも良い。
Further, the magnetic reproducing apparatus of the present invention may be a so-called fixed type in which a specific recording medium is constantly provided, or a so-called “removable” type in which the recording medium is replaceable.

【0141】その他、本発明の実施の形態として上述し
た磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者
が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド、磁気記憶再生装置及び磁気メモリも同
様に本発明の範囲に属する。
In addition, based on the magnetic head and the magnetic storage / reproducing apparatus described above as the embodiments of the present invention, all magnetoresistive effect elements, magnetic heads, and magnetic storage / reproduction that can be appropriately modified and implemented by those skilled in the art. Devices and magnetic memories are likewise within the scope of the invention.

【0142】[0142]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明よれば、エ
ッチバック等により略平坦化した表面上に平坦化導電層
を形成し、その表面をCMP等の加工により平坦化する
ことにより、従来の平坦化技術に比べてその平坦性なら
びに平滑性が顕著に優れており、この上に形成する磁気
抵抗効果膜のMR特性の劣化を大幅に抑制できる。
As described above in detail, according to the present invention, a flattening conductive layer is formed on a surface which is substantially flattened by etching back or the like, and the surface is flattened by processing such as CMP. The flatness and smoothness are remarkably excellent as compared with the conventional flattening technique, and the deterioration of the MR characteristics of the magnetoresistive effect film formed on the flattening technique can be significantly suppressed.

【0143】その結果として、高感度の磁気検出を安定
して得られ、高い記録密度でも高出力で高いS/Nを有
する磁気ヘッド、およびそれを搭載した磁気再生装置
や、高集積な磁気メモリなどを提供することが可能とな
り産業上のメリットは多大である。
As a result, a highly sensitive magnetic detection can be stably obtained, a magnetic head having a high output and a high S / N even at a high recording density, a magnetic reproducing apparatus equipped with the magnetic head, and a highly integrated magnetic memory. It is possible to provide such as, and industrial merit is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子
の要部断面構造を例示する模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention.

【図2】平坦化導電層5をバイアス膜17の下にまで延
在させた構造を例示する模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure in which a planarizing conductive layer 5 is extended below a bias film 17.

【図3】本発明の第1実施例の磁気抵抗効果素子の要部
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating a main part manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例の磁気抵抗効果素子の要部
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a main part manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の磁気抵抗効果素子の要部
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating a main part manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明により得られたCPP型の磁気抵抗効果
素子の磁界と抵抗の関係(MR特性)を表すグラフ図で
ある。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnetic field and the resistance (MR characteristics) of the CPP type magnetoresistive effect element obtained by the present invention.

【図7】本発明の第2実施例の磁気抵抗効果素子の要部
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a main part manufacturing process of a magnetoresistive effect element according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施例の磁気抵抗効果素子の要部
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 8 is a process cross-sectional diagram illustrating a main part manufacturing process of a magnetoresistive effect element according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施例の磁気抵抗効果素子の要部
構成を表す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a magnetoresistive effect element according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4実施例の磁気抵抗効果素子の断
面構造を表す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive effect element according to a fourth example of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例の磁気抵抗効果素子の
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 11 is a process sectional view showing a process of manufacturing a magnetoresistive effect element according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施例の磁気抵抗効果素子の
製造工程を表す工程断面図である。
FIG. 12 is a process sectional view showing a process of manufacturing a magnetoresistive effect element according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示
する要部斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of a main part illustrating a schematic configuration of a magnetic recording / reproducing apparatus of the present invention.

【図14】アクチュエータアーム155から先の磁気ヘ
ッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図であ
る。
FIG. 14 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly from the actuator arm 155 as viewed from the disk side.

【図15】本発明の磁気メモリのマトリクス構成を例示
する概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating the matrix configuration of the magnetic memory of the present invention.

【図16】本発明の磁気メモリのマトリクス構成のもう
ひとつの具体例を表す概念図である。
FIG. 16 is a conceptual diagram showing another specific example of the matrix configuration of the magnetic memory of the present invention.

【図17】本発明の実施の形態にかかる磁気メモリの要
部断面構造を表す概念図である。
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a magnetic memory according to an embodiment of the present invention.

【図18】図17のA−A’線断面図である。18 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

【図19】磁気抵抗効果膜の膜厚の「むら」を説明する
ための模式断面図である。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view for explaining “unevenness” of the film thickness of the magnetoresistive effect film.

【図20】凸部Pの周囲に、溝状の「ふちだれ」が生じ
た状態を例示する模式図である。
FIG. 20 is a schematic view illustrating a state in which a groove-shaped “wrinkle” is formed around the convex portion P.

【図21】凸部Pと絶縁体層3aとの表面の高さが異な
り「段差」が生じた状態を表す模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a state in which the heights of the convex portion P and the surface of the insulating layer 3a are different and a “step” is generated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2a 下側電極 2b 上側電極 3、3a、3b 絶縁体層 4 平坦化レジスト 5 平坦化導電層 6 磁気抵抗効果膜 7 レジストパターン 8 絶縁体密着層 9 平坦化ストッパ層 17 バイアス膜 12 絶縁膜 20 レジスト 20 逆テーパーレジストパターン 150 磁気記録再生装置 152 スピンドル 153 ヘッドスライダ 154 サスペンション 155 アクチュエータアーム 156 ボイスコイルモータ 157 スピンドル 160 磁気ヘッドアッセンブリ 164 リード線 200 磁気記録媒体ディスク 311 記憶素子部分 312 アドレス選択用トランジスタ部分 312 選択用トランジスタ部分 321 磁気抵抗効果素子 322 ビット線 322 配線 323 ワード線 323 配線 324 下部電極 326 ビア 328 配線 330 スイッチングトランジスタ 332 ゲート 332 ワード線 334 ビット線 334 ワード線 350 列デコーダ 351 行デコーダ 352 センスアンプ 360 デコーダ H 開口 P 凸部 R 突起 1 Silicon substrate 2a Lower electrode 2b Upper electrode 3, 3a, 3b Insulator layer 4 Flattening resist 5 Flattening conductive layer 6 Magnetoresistive film 7 Resist pattern 8 Insulator adhesion layer 9 Flattening stopper layer 17 Bias film 12 Insulating film 20 resist 20 Reverse taper resist pattern 150 Magnetic recording / reproducing device 152 spindle 153 head slider 154 suspension 155 actuator arm 156 voice coil motor 157 spindle 160 Magnetic head assembly 164 Lead wire 200 magnetic recording media disk 311 Memory element part 312 Transistor for address selection 312 Transistor part for selection 321 Magnetoresistive effect element 322 bit line 322 wiring 323 word line 323 wiring 324 Lower electrode 326 via 328 wiring 330 switching transistor 332 gate 332 word line 334 bit line 334 word lines 350 column decoder 351 row decoder 352 sense amplifier 360 decoder H opening P convex part R protrusion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂久保 武男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5D034 AA02 BA03 BA08 BA15 DA07 5F083 FZ10 GA11 JA36 JA37 JA38 JA39 JA40 LA04 LA05 MA06 MA16 MA19 PR04 PR40    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takeo Sakubo             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Masashi Sahashi             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center F term (reference) 5D034 AA02 BA03 BA08 BA15 DA07                 5F083 FZ10 GA11 JA36 JA37 JA38                       JA39 JA40 LA04 LA05 MA06                       MA16 MA19 PR04 PR40

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】上方に向けて突出した凸部を有する下側電
極と、 前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層
と、 前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の表面に生じた凹
凸を埋め込んで上面が略平坦に形成された平坦化導電層
と、 前記平坦化導電層の前記略平坦な前記上面に積層された
磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、 を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
1. A lower electrode having a protrusion protruding upward, an insulator layer provided so as to surround the periphery of the protrusion, and a surface of the insulator and the insulator layer around the protrusion. And a magnetoresistive effect film laminated on the substantially flat upper surface of the flattened conductive layer, and a magnetoresistive effect film formed on the magnetoresistive effect film. A magnetoresistive effect element comprising: an upper electrode provided on the.
【請求項2】前記凹凸は、前記凸部及びその周囲の前記
絶縁体層の表面に生じた段差、溝及び突起の少なくとも
いずれかであることを特徴とする請求項1記載の磁気抵
抗効果素子。
2. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the unevenness is at least one of a step, a groove, and a projection formed on the surface of the insulating layer around the convex portion and the periphery thereof. .
【請求項3】上方に向けて突出した凸部を有する下側電
極と、 前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層
と、 前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に設けられた
平坦化導電層と、 前記平坦化導電層の上に設けられた磁気抵抗効果膜と、 前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、 を備え、 前記平坦化導電層は、前記凸部及びその周囲の前記絶縁
体層に接するその下面よりも、前記磁気抵抗効果膜に接
するその上面のほうが平坦に形成されてなることを特徴
とする磁気抵抗効果素子。
3. A lower electrode having a protrusion protruding upward, an insulator layer provided so as to surround the periphery of the protrusion, and the insulator and the insulator layer around the protrusion. A flattening conductive layer, a magnetoresistive effect film provided on the flattening conductive layer, and an upper electrode provided on the magnetoresistive effect film, the flattening conductive layer The magnetoresistive effect element is characterized in that an upper surface thereof in contact with the magnetoresistive film is formed flatter than a lower surface thereof in contact with the convex portion and the insulating layer around the convex portion.
【請求項4】上方に向けて突出した凸部を有する下側電
極と、前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁
体層と、の上に、導電性材料からなる層を堆積しさらに
その表面をエッチングあるいは研磨により平坦化処理を
施すことにより平坦化導電層を形成し、前記平坦化導電
層の上に磁気抵抗効果膜を形成したことを特徴とする磁
気抵抗効果素子。
4. A layer made of a conductive material is deposited on a lower electrode having a protrusion protruding upward and an insulating layer provided so as to surround the periphery of the protrusion. A magnetoresistive effect element characterized in that a flattening conductive layer is formed by further flattening the surface by etching or polishing, and a magnetoresistive effect film is formed on the flattening conductive layer.
【請求項5】前記磁気抵抗効果膜の両側に隣接して設け
られた一対のバイアス印加膜をさらに備え、 前記平坦化導電層は、前記一対のバイアス印加膜の下に
も延在して設けられたことを特徴とする請求項1〜4の
いずれか1つに記載の磁気抵抗効果素子。
5. A pair of bias applying films provided adjacent to both sides of the magnetoresistive film, wherein the flattening conductive layer extends below the pair of bias applying films. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect element is provided.
【請求項6】前記絶縁体層は、前記平坦化導電層に接し
て上側に設けられた第1の絶縁性材料からなる第1の層
と、前記第1の層の下に設けられ前記第1の絶縁性材料
とは異なる第2の絶縁性材料からなる第2の層と、を有
することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記
載の磁気抵抗効果素子。
6. The insulating layer comprises a first layer made of a first insulating material provided on the upper side in contact with the planarizing conductive layer, and the first layer provided under the first layer. The 2nd layer which consists of a 2nd insulating material different from the 1st insulating material is included, The magnetoresistive effect element in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
【請求項7】前記磁気抵抗効果膜は、 磁化方向が実質
的に一方向に固着された第1の磁性体膜を有する磁化固
着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の
磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記
磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有す
る磁気抵抗効果膜と、を有することを特徴とする請求項
1〜6のいずれか1つに記載の磁気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistive film comprises a magnetic pinned layer having a first magnetic film whose magnetization direction is pinned substantially in one direction, and a second magnetic pinned layer whose magnetization direction changes in response to an external magnetic field. 7. A magnetoresistive effect film having a magnetization free layer having the magnetic film of claim 1 and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization pinned layer and the magnetization free layer. 7. The magnetoresistive effect element according to any one of 1 to 6.
【請求項8】上方に向けて突出した凸部を有する下側電
極及び前記凸部の周囲を取り囲む絶縁体層を形成する工
程と、 前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に、導電性材
料からなる層を堆積する工程と、 前記導電性材料からなる層の上面をエッチングあるいは
研磨により平坦化して平坦化導電層を形成する工程と、 前記平坦化導電層の上に磁気抵抗効果膜を形成する工程
と、 を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方
法。
8. A step of forming a lower electrode having a protrusion protruding upward and an insulator layer surrounding the periphery of the protrusion, and the protrusion and the insulator layer around the protrusion, A step of depositing a layer made of a conductive material; a step of flattening an upper surface of the layer made of a conductive material by etching or polishing to form a flattened conductive layer; and a magnetoresistive effect on the flattened conductive layer. A method of manufacturing a magnetoresistive effect element, comprising: a step of forming a film.
【請求項9】請求項1〜7のいずれか1つに記載の磁気
抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
9. A magnetic head comprising the magnetoresistive effect element according to claim 1. Description:
【請求項10】請求項9記載の磁気ヘッドを備え、磁気
記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能と
したことを特徴とする磁気再生装置。
10. A magnetic reproducing apparatus comprising the magnetic head according to claim 9 and capable of reading information magnetically recorded on a magnetic recording medium.
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