JP2008171530A - 磁気抵抗効果素子の製造方法および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子のウエハ段階における製造工程において、磁気抵抗効果素子の特性を正確に測定可能とし、磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを抑制し、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を歩留まりよく製造することを可能にする。
【解決手段】磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部シールド層１２に電気的に接続される端子２２ａ、２２ｂを、最終的に浮上面となる位置（Ａ−Ａ’線）を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、上部シールド層１４に電気的に接続される端子２０ａ、２０ｂを、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は磁気抵抗効果素子の製造方法および検査方法に関し、より詳細には磁気抵抗効果素子の製造工程中において磁気抵抗効果素子の抵抗値を正確に測定することを可能とし、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を高歩留まりで製造することを可能にする磁気抵抗効果素子の製造方法および検査方法に関する。

磁気ディスク装置に搭載された磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子からなるリードヘッドを備える。最近は、磁気記録の高密度化とともに、磁気抵抗効果素子のリード素子の成膜面に垂直にセンス電流を流して外部磁場を検知するCPP型の磁気抵抗効果素子が用いられるようになってきた。

磁気抵抗効果素子の一つの特性を表すMR比は、磁気抵抗効果素子の抵抗値Rと、外部磁場が作用した際の抵抗値の変化量ΔRとの比（ΔR/R)によってあらわされる。したがって、磁気抵抗効果素子のＭＲ比を正確に測定するには磁気抵抗効果素子の抵抗値Rを正確に測定する必要がある。
図８は、磁気抵抗効果素子の抵抗値を２端子法と４端子法によって測定する場合の構成を示す。図８（ａ）に示す２端子法による場合は、素子部の抵抗の他に端子抵抗や接触抵抗といった寄生抵抗R1、R2が測定値に影響を与え、測定値Rが素子部の抵抗R0に一致しなくなる。これに対して、図８（b）に示す４端子法による場合は、寄生抵抗R1、R2、R3、R4による影響が排除され、素子部の抵抗R0そのものを測定することができる。

この４端子法による測定は、従来の磁気抵抗効果素子の製品についてＭＲ比等の特性を測定する際に用いられている（たとえば、特許文献１：図２、特許文献２：図４参照）。４端子法による場合は、定電流源に接続された電流供給用の一対の端子と、電圧測定用の一対の端子を用いてＭＲ比等が測定される。
特開２０００−１８８４３５号公報 特開２００４−１６５２５４号公報

ところで、単体の磁気ヘッド製品についてその特性を測定する場合に限らず、磁気抵抗効果素子の製造工程中においても、磁気抵抗効果素子の抵抗値が測定され、磁気特性が検査される。これは、製造工程中においても磁気抵抗効果素子の抵抗等の特性を検査し、その検査結果を製造工程にフィードバックすること、製造工程中に見つかった不良品については先の製造工程に進めないように排除すること、磁気ヘッドの製造工程における研削加工の際のＭＲハイトの狙い値を見積もること等の必要があるからである。

図７（ａ）は、ウエハ５に多数個の磁気ヘッド６が整列して作り込まれた状態を説明的に示したものであり、図７（ｂ）は、磁気ヘッド６の構成を拡大して示したものである。図７（ｂ）に示すように、磁気ヘッド６には、リード素子である磁気抵抗効果素子９に接続される一対の端子７ａ、７ｂと、ライトヘッドに接続される一対の端子８ａ、８ｂが形成されている。Ａ−Ａ’線は、最終的に磁気ヘッドとして提供される場合の浮上面の位置を示す。磁気ヘッドは、製造段階において、磁気抵抗効果素子９が所定の抵抗値となるように浮上面側（矢印方向）から研削加工されて提供される。

CPP型の磁気抵抗効果素子の場合には、素子部の成膜面に垂直に電流を流すため、下部シールド層と上部シールド層に端子７ａ、７ｂがそれぞれ接続される。従来、磁気抵抗効果素子を製造するウエハ段階における製造工程では、素子部には一対の端子７ａ、７ｂのみが接続される構成となっている。したがって、磁気抵抗効果素子の抵抗値を測定するには２端子法によらざるを得ず、したがって、従来は、素子部以外の寄生抵抗によって磁気抵抗効果素子１０の抵抗値を正確に測定することができないという問題があった。

また、ウエハ段階においては、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値は最終的に研削加工された場合にくらべて低く、寄生抵抗と同等であったりするから、従来のような２端子法による測定方法では寄生抵抗の影響が無視できず、これによって正確な測定ができないという理由もある。
また、TMR素子等のCPP型の磁気抵抗効果素子は、従来の磁気抵抗効果素子とくらべて高度の加工精度が求められ、また成膜条件についても高精度の制御が求められることから、磁気抵抗効果素子の抵抗値についてより正確な測定が求められるという背景もある。

本発明は、これらの課題を解消すべくなされたものであり、磁気抵抗効果素子の製造工程において正確に磁気抵抗効果素子の抵抗値を測定することを可能とし、これによって磁気抵抗効果素子を高精度で加工することを可能とし、磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを抑制し、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を歩留まりよく製造することができる磁気抵抗効果素子の製造方法および検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備えることを特徴とする。
また、前記下部シールド層に接続する端子を形成する工程において、前記下部シールド層と端子とを接続する引き出し線をパターン形成し、前記上部シールド層に接続する端子を形成する工程において、前記上部シールド層と端子とを接続する引き出し線をパターン形成することを特徴とする。引き出し線を適宜パターンに形成することによって、前記端子を適宜位置に形成することができる。

また、磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドの製造方法であって、前記磁気抵抗効果素子の製造工程として、下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備えることを特徴とする。
また、ウエハ基板上に、前記磁気抵抗効果素子を備えるリードヘッドと、ライトヘッドとを形成した後、ウエハからロウバーを切り出しする工程と、前記ロウバーを、前記浮上面となる位置の一方側に形成された端子を残すように前記他方側から浮上面となる位置まで研削する工程とを備えることを特徴とする。ロウバーを浮上面となる位置まで研削加工することによって、測定用に設けた端子を製品から除去することができ、測定用の端子によって磁気ヘッド製品の特性劣化を防止することができる。

また、磁気抵抗効果素子の特性をウエハ段階において検査する方法であって、磁気抵抗効果素子を製造する工程として、下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備え、前記浮上面となる位置を挟む一方側と他方側に形成された４個の端子を使用して前記磁気抵抗効果素子の特性を検査することを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法および検査方法によれば、ウエハ基板に磁気抵抗効果素子を作り込む際に、最終的に浮上面となる位置の他方側に測定用の端子を作り込むことによって、ウエハ段階で、４端子を用いた磁気抵抗効果素子の特性の測定が可能となる。４端子を用いて磁気抵抗効果素子の特性を測定することによって、寄生抵抗等による影響を排除して、正確に抵抗値等を測定することができ、これによって磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを防止し、高歩留まりで磁気抵抗効果素子および磁気ヘッドを製造することができる。

図１は、TMR（Tunnneling Magneto Resistance)型の磁気抵抗効果素子１０の構成を、浮上面側から見た状態を示す。この磁気抵抗効果素子１０は下部シールド層１２と上部シールド層１４とによってリード素子１６を積層方向に挟む配置に設け、リード素子１６の両側方にハード膜１８ａ、１８ｂを配置して形成されている。下部シールド層１２および上部シールド層１４はNiFe等の軟磁性材からなり、ハード膜１８ａ、１８ｂはCoCrPt等の保磁力の大きな磁性材からなる。ハード膜１８ａ、１８ｂはリード素子１６に形成されているフリー層の磁化方向を安定させるためのものである。

TMR素子では、下部シールド層１２と上部シールド層１４に外部接続用の端子を接続し、リード素子１６の膜面に垂直にセンス電流を流して外部磁場による作用によってリード素子１６の抵抗値が変化することを検出する。このため、下部シールド層１２およびリード素子１６の側面と、ハード膜１８ａ、１８ｂとの間が絶縁層１３によって絶縁されている。

リード素子１６は、磁化方向が固定されたピン層、ピン層の磁化方向を固定するための反強磁性層、外部磁場の作用によって磁化方向が変動するフリー層、ピン層とフリー層との間に設けられた絶縁層（トンネル層）、保護層等の各層を積層して形成される。前記ハード膜１８ａ、１８ｂは、このリード素子１６に形成されたフリー層に対してバイアス磁場を作用させ磁区を安定させる作用をなす。

本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法において特徴とする構成は、ウエハ段階において磁気抵抗効果素子の抵抗値を４端子法によって測定できるようにするため、磁気抵抗効果素子１０の下部シールド層１２と上部シールド層１４に接続されている従来の２つの端子に加えて、４端子法による測定用として下部シールド層１２と上部シールド層１４に他の２つの端子を設けることにある。

図２に、下部シールド層１２と上部シールド層１４に接続する端子の平面配置を示す。図示例は、下部シールド層１２と上部シールド層１４が同一の長方形に形成された例であり、上部シールド層１４の下側に、リード素子１６とハード膜１８ａ、１８ｂを厚さ方向に挟む配置に下部シールド層１２が形成されている。
上部シールド層１４には、最終的に研削加工した状態で浮上面となる位置（Ａ−Ａ’線位置）の一方側と他方側に第１の端子２０ａと第２の端子２０ｂが接続され、下部シールド層１２には浮上面位置の一方側と他方側に第３の端子２２ａと第４の端子２２ｂが接続される。

端子２０ａ、２０ｂと上部シールド層１４とは引き出し線２１ａ、２１ｂを介して電気的に接続され、端子２２ａ、２２ｂと下部シール同層１２とは引き出し線２３ａ、２３ｂを介して電気的に接続される。図２では、下部シールド層１２および上部シールド層１４と各端子２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂとの接続状態を簡便に示すために、引き出し線２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂを上部シールド層１４および下部シールド層１２から直線的に引き出した形態としているが、これらの引き出し線２１ａ〜２３ｂは、実際の製品では適宜パターンに形成される。

図２において、浮上面位置（Ａ−Ａ’線位置）に対し、第１の端子２０ａと第３の端子２２ａが形成されている一方側の領域が最終的に製品となる部分であり、浮上面位置の他方側は、ウエハからロウバーを切り出しし、ヘッドスライダーに加工する際に研削されて除去される部分である。ロウバーは、ウエハに整列して形成された磁気ヘッドの列方向に沿って、ウエハから細いバー状体に切り出したもので、このロウバーに研削加工を施し、個片化してヘッドスライダーとなる。図２の矢印は、ロウバーを研削加工する際の研削方向を示している。実際の研削加工では、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値をモニターしながら、もしくは別工程で形成されるLapping Guideの抵抗値をモニターしながら、研削の最終位置（MRハイト）を決める。

図３、４は、上部シールド層１４と下部シールド層１２に第１、第２の端子２０ａ、２０ｂと第３、第４の端子２２ａ、２２ｂを接続して形成した状態を、図２のB1-B1'線の断面方向と、B2-B2'線の断面方向から見た状態を示す。
図３は、下部シールド層１２と上部シールド層１４とが絶縁層１３を挟んで対向するように配置されていること、絶縁層１３の表面に引き出し線２１ａ、２１ｂが形成され、各々の引き出し線２１ａ、２１ｂの端部が上部シールド層１４に接続されていることを示す。図４は、下部シールド層１２に引き出し線２３ａ、２３ｂが接続され、下部シールド層１２の端縁から引き出し線２３ａ、２３ｂが引き出されていることを示す。

図５は、磁気抵抗効果素子の製造工程において、下部シールド層１２に接続して引き出し線２３ａ、２３ｂを形成する工程を示す。
図５（ａ）は、基板３０上に所定のパターンに下部シールド層１２を形成し、アルミナ等の絶縁材３２によりワーク表面を被覆した後、ワークを表面研磨し、ワークの表面を絶縁層１３ａによって被覆した状態を示す。実際には、ワークを表面研磨した後、ワークの表面に磁気抵抗効果膜を積層するように成膜し、積層して形成した磁気抵抗効果膜にイオンミリングを施してリード素子１６を形成した後、絶縁層１３ａによってワークの表面を被覆する。

図５（ａ）では、絶縁層１３ａによって下部シールド層１２の表面を被覆した後、イオンミリングによって、引き出し線２３ａ、２３ｂに接続する部位の下部シールド層１２の表面を露出させるように絶縁層１３ａに開口穴３４を形成した状態を示す。
次に、引き出し線２３ａ、２３ｂを所定パターンに形成するため、ワークの表面をレジスト３６により被覆し、レジスト３６をパターニングする。レジスト３６は、引き出し線２３ａ、２３ｂを形成する部位が凹溝状になるように形成する。

引き出し線２３ａ、２３ｂは、通常の導体パターンを形成する方法、すなわちレジスト３６をパターニングした後、スパッタリングによる導体膜の成膜後、リフトオフにより形成する（図５（ｃ））。

図５（ｄ）は、レジスト３６を除去した状態を示す。引き出し線２３ａ、２３ｂを形成する際に、同時に第３の端子２２ａ、第４の端子２２ｂをパターン形成することによって、引き出し線２３ａ、２３ｂと、第３、第４の端子２２ａ、２２ｂを形成することができる。
こうして、下部シールド層１２に電気的に接続して第３の端子２２ａ、第４の端子２２ｂが形成される。引き出し線２３ａ、２３ｂと端子２２ａ、２２ｂは、レジスト３６を適宜パターン形成することによって、任意のパターンに形成できるから、図２に示すように、浮上面位置を挟む配置に引き出し線２３ａ、２３ｂと第３の端子２２ａおよび第４の端子２２ｂを形成することは容易である。

次いで、引き出し線２３ａ、２３ｂを含むワークの表面を絶縁層３８により被覆し（図５（ｅ））、上部シールド層１４を形成する（図５（ｆ））。図５（ｅ）、（ｆ）に示す工程は、上部シールド層１４に引き出し線２１ａ、２１ｂを形成する工程でなされる工程である。

図６は、ワークの表面に引き出し線２３ａ、２３ｂを形成した状態（図５（ｄ））から、上部シールド層１４に接続して引き出し線２１ａ、２１ｂを形成するまでの工程を示す。
図６（ａ）は、絶縁層１３によってワークの表面を被覆した後、上部シールド層１４に接続される引き出し線２１ａ、２１ｂをパターン形成するためにレジスト４０によりワークの表面を被覆し、引き出し線２１ａ、２１ｂとなる部位を凹溝状となるようにレジスト４０をパターン形成した状態を示す。

図６（ｂ）は、スパッタリングにより導体膜を成膜し、リフトオフすることにより、引き出し線２１ａ、２１ｂを形成した状態を示す。レジスト４０をパターニングする際に、第１、第２の端子２０ａ、２０ｂについてもパターニングすることによって、引き出し線２１ａ、２１ｂと第１、第２の端子２０ａ、２０ｂを同時に形成することができる。
次に、レジスト４０を除去した後、引き出し線２１ａ、２１ｂ上で上部シールド層１４と接続する部位をレジスト４２により被覆する（図６（ｃ））。
この状態で、スパッタリングによりワークの表面を絶縁層３８によって被覆する（図６（ｄ））。

レジスト４２を除去し、絶縁層３８に開口穴３８ａを開口し、絶縁層３８の上に上部シールド層１４を形成する。上部シールド層１４はめっき法あるいはスパッタリングによって形成できる。図６（ｅ）は、上部シールド層１４を形成した状態を示すもので、開口穴３８ａに上部シールド層１４が入り込み、引き出し線２１ａ、２１ｂと上部シールド層１４とが電気的に接続された状態になる。
上部シールド層１４に接続する引き出し線２１ａ、２１ｂ、および第１、第２の端子２０ａ、２０ｂもレジスト４０をパターニングすることによって任意のパターンに形成することができ、浮上面位置を挟む配置に、上部シールド層１４と電気的に接続して第１の端子２０ａと第２の端子２０ｂを形成することができる。

このように、磁気抵抗効果素子１０を製造する工程中で、上部シールド層１４に接続する２つの第１、第２の端子２０ａ、２０ｂと、下部シールド層１２に接続する２つの第３、第４の端子２２ａ、２２ｂを設けることにより、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値を４端子法によって測定することが可能となり、磁気抵抗効果素子１０に寄生する抵抗を排除して、磁気抵抗効果素子１０自体の抵抗値を正確に測定することができる。４端子法として特性を測定するには、第１の端子２０ａと第３の端子２２ａとを電圧検出用の端子とし、第３の端子２０ｂと第４の端子２２ｂとを電流供給用の端子として用いればよい。
このように４端子法を利用して磁気抵抗効果素子１０の特性を正確に測定可能とすることにより、CPP型の磁気抵抗効果素子のように、高精度の加工や高精度の成膜条件の制御が必要な磁気抵抗効果素子の特性のばらつきを抑え、高歩留まりで製造することが可能になる。

とくに、本発明方法では、ウエハに実際に形成する個々の実素子に測定用の端子を形成して、個々の実素子の抵抗自体を直接的に測定するという点で、モニター用の素子を作り込み、モニター用の素子の特性から実素子の特性を見積もるといった方法と比較して、はるかに高精度の検査が可能になる。

また、４端子法によって測定するために付加的に設けた端子（上記実施形態では第２の端子２０ｂと第４の端子２２ｂ）は、浮上面位置に対し、ヘッドスライダーに加工する際に研削されて除去される側に配置するから、ヘッドスライダーの製品段階では、これらの測定用の端子が磁気ヘッドの特性に悪影響を与えることがないという利点がある。

また、測定用の端子は、浮上面位置に対して製品側とは反対側に配置するから、磁気抵抗効果素子の製造工程において、製品側の端子をパターン形成したり、リードヘッドやライトヘッドを成膜したりする際に、従来の製造工程が制約されることがない。また、測定用の端子は、従来の磁気ヘッドの製造工程において端子の形成パターンを変えるだけで作り込むことができるという利点がある。

磁気ヘッドは磁気抵抗効果素子を備えるリードヘッドの他にライトヘッドを備えている。このライトヘッドには書き込み用のコイルが形成され、コイルに電気的に接続する端子が形成される。磁気ヘッドの製造工程では、このコイルに接続される端子を所定パターンに形成するが、本発明方法によれば、ライトヘッド側の端子の形成位置等が制約されることはない。

なお、上述した方法によって、リードヘッドとなる磁気抵抗効果素子１０を形成した後、ライトヘッドを形成して磁気ヘッドが完成する。次いで、磁気ヘッドが作り込まれたウエハからロウバーを切り出しし、研削加工を施し、個片のヘッドスライダーとして得られる。これらの加工工程は、従来の加工方法による。

磁気抵抗効果素子の構成を浮上面側から見た断面図である。 シールド層に接続される引き出し線の配置を示す平面図である。 図２のB1-B1'線断面図である。 図２のB2-B2'線断面図である。 下部シールド層と引き出し線とを接続する製造工程を示す説明図である。 上部シールド層と引き出し線とを接続する製造工程を示す説明図である。 ウエハに磁気ヘッドが作り込まれた状態を示す平面図である。 ２端子法と４端子法によって抵抗値を測定する方法を示す説明図である。

符号の説明

５ ウエハ
６ 磁気ヘッド
７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ 端子
９、１０ 磁気抵抗効果素子
１２ 下部シールド層
１３、１３ａ 絶縁層
１４ 上部シールド層
１６ リード素子
１８ａ、１８ｂ ハード膜
２０ａ 第１の端子
２０ｂ 第２の端子
２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ 引き出し線
２２ａ 第３の端子
２２ｂ 第４の端子
３０ 基板
３２ 絶縁材
３６ レジスト
３８ 絶縁層
４０、４２ レジスト

Claims (5)

1. 磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
   下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、
   上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
2. 前記下部シールド層に接続する端子を形成する工程において、前記下部シールド層と端子とを接続する引き出し線をパターン形成し、
   前記上部シールド層に接続する端子を形成する工程において、前記上部シールド層と端子とを接続する引き出し線をパターン形成することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
3. 磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドの製造方法であって、
   前記磁気抵抗効果素子の製造工程として、
   下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、
   上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備えることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
4. ウエハ基板上に、前記磁気抵抗効果素子を備えるリードヘッドと、ライトヘッドとを形成した後、
   ウエハからロウバーを切り出しする工程と、
   前記ロウバーを、前記浮上面となる位置の一方側に形成された端子を残すように前記他方側から浮上面となる位置まで研削する工程とを備えることを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッドの製造方法。
5. 磁気抵抗効果素子の特性をウエハ段階において検査する方法であって、
   磁気抵抗効果素子を製造する工程として、
   下部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程と、
   上部シールド層に電気的に接続される端子を、最終的に浮上面となる位置を挟む一方側と他方側とにそれぞれ形成する工程とを備え、
   前記浮上面となる位置を挟む一方側と他方側に形成された４個の端子を使用して前記磁気抵抗効果素子の特性を検査することを特徴とする磁気抵抗効果素子の検査方法。