JP3400750B2 - トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 - Google Patents
トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
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- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N50/01—Manufacture or treatment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るためのトンネル磁気抵抗
効果型ヘッド（Magneto-Resistive tunnel Junction he
ad）の製造方法に関する。特に、超高密度記録に適用で
きるように出力の向上が図れるトンネル磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法に関する。
磁界強度を信号として読み取るためのトンネル磁気抵抗
効果型ヘッド（Magneto-Resistive tunnel Junction he
ad）の製造方法に関する。特に、超高密度記録に適用で
きるように出力の向上が図れるトンネル磁気抵抗効果ヘ
ッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】異方性磁気抵抗（Anisotropic Magneto-
Resistance:AMR）効果あるいはスピンバルブ(Spin-Valv
e:SV)効果に基づくＭＲセンサは、磁気記録の読み出し
トランスデューサとして良く知られている。ＭＲセンサ
は、磁気材料からなる読み出し部の抵抗変化で、記録媒
体に記録された信号の変化を検出することができる。Ａ
ＭＲセンサの抵抗変化率ΔＲ／Ｒは低く、１〜３％程度
である。これに対して、ＳＶセンサの抵抗変化率ΔＲ／
Ｒは２〜７％程度と高い。このようにより高い感度を示
すＳＶ磁気読み出しヘッドは、ＡＭＲ読み出しヘッドに
取って代わり、非常に高い記録密度、例えば、数ギガビ
ット／インチ2(Gbits/in2)の記録密度の読み出しを可能
としている。
Resistance:AMR）効果あるいはスピンバルブ(Spin-Valv
e:SV)効果に基づくＭＲセンサは、磁気記録の読み出し
トランスデューサとして良く知られている。ＭＲセンサ
は、磁気材料からなる読み出し部の抵抗変化で、記録媒
体に記録された信号の変化を検出することができる。Ａ
ＭＲセンサの抵抗変化率ΔＲ／Ｒは低く、１〜３％程度
である。これに対して、ＳＶセンサの抵抗変化率ΔＲ／
Ｒは２〜７％程度と高い。このようにより高い感度を示
すＳＶ磁気読み出しヘッドは、ＡＭＲ読み出しヘッドに
取って代わり、非常に高い記録密度、例えば、数ギガビ
ット／インチ2(Gbits/in2)の記録密度の読み出しを可能
としている。
【０００３】近年、さらに超高密度記録に対応できる可
能性を秘めた新しいＭＲセンサが、注目を浴びている。
すなわち、トンネル磁気抵抗効果接合（Magneto-Resist
ivetunnel Junctions :MRTJあるいはＴＭＲとも呼ば
れ、これらは同義である）においては、１２％以上の抵
抗変化率ΔＲ／Ｒを示すことが報告されている。このよ
うなＴＭＲセンサは、ＳＶセンサに代わる次世代のセン
サとして期待されているものの、磁気ヘッドへの応用は
まだ始まったばかりであり、当面の課題の一つとしてＴ
ＭＲ特性を最大限生かせる新規なヘッド構造の開発が挙
げられる。すなわち、ＴＭＲセンサそのものが、積層膜
の厚さ方向に電流を流す、いわゆるＣＰＰ（Current Pe
rpendicular to the Plane）幾何学的構造をとるために
従来提案されていない新しいヘッド構造の設計(design)
が要求されている。
能性を秘めた新しいＭＲセンサが、注目を浴びている。
すなわち、トンネル磁気抵抗効果接合（Magneto-Resist
ivetunnel Junctions :MRTJあるいはＴＭＲとも呼ば
れ、これらは同義である）においては、１２％以上の抵
抗変化率ΔＲ／Ｒを示すことが報告されている。このよ
うなＴＭＲセンサは、ＳＶセンサに代わる次世代のセン
サとして期待されているものの、磁気ヘッドへの応用は
まだ始まったばかりであり、当面の課題の一つとしてＴ
ＭＲ特性を最大限生かせる新規なヘッド構造の開発が挙
げられる。すなわち、ＴＭＲセンサそのものが、積層膜
の厚さ方向に電流を流す、いわゆるＣＰＰ（Current Pe
rpendicular to the Plane）幾何学的構造をとるために
従来提案されていない新しいヘッド構造の設計(design)
が要求されている。
【０００４】ところで、すでに実用化の目処が立ってい
るＳＶセンサに関しては、例えばU.S.P. 5,159,513に記
載されているように、２つの強磁性層が一つの非磁性層
を介して形成されている構造を有する。交換層（ＦｅＭ
ｎ）は、さらに一つの強磁性層に隣接して形成される。
交換層とこれに隣接して形成される強磁性層は、交換結
合され、強磁性層の磁化は、一方向に強くピン止めされ
る。この一方で、他の強磁性層における磁化は、小さな
外部磁場に応答して自由に回転することができるように
なっている。そして、２つの強磁性層の磁化が平行から
反平行に変化する時、センサの抵抗は増大して、抵抗変
化率ΔＲ／Ｒは２〜７％程度となる。
るＳＶセンサに関しては、例えばU.S.P. 5,159,513に記
載されているように、２つの強磁性層が一つの非磁性層
を介して形成されている構造を有する。交換層（ＦｅＭ
ｎ）は、さらに一つの強磁性層に隣接して形成される。
交換層とこれに隣接して形成される強磁性層は、交換結
合され、強磁性層の磁化は、一方向に強くピン止めされ
る。この一方で、他の強磁性層における磁化は、小さな
外部磁場に応答して自由に回転することができるように
なっている。そして、２つの強磁性層の磁化が平行から
反平行に変化する時、センサの抵抗は増大して、抵抗変
化率ΔＲ／Ｒは２〜７％程度となる。
【０００５】このようなＳＶセンサ構造とＴＭＲセンサ
構造を比べた場合、ＴＭＲセンサ構造は、ＳＶセンサ構
造の非磁性金属層を絶縁層であるトンネルバリア層に置
き換えた点、およびセンス電流を強磁性層の膜面に垂直
方法に流す点、を除いては、極めて類似の構造を取って
いる。ＴＭＲセンサにおいて、トンネルバリア層を介し
て流れるセンス電流は、２つの強磁性層のスピン分極状
態に左右され、２つの強磁性層の磁化が反平行の場合、
トンネル電流の確率は低くなり、高い接合抵抗（high j
unction resistance）が得られる。これとは反対に、２
つの強磁性層の磁化が平行の場合、トンネル電流の確率
は高くなり、低い接合抵抗（low junction resistanc
e）が得られる。
構造を比べた場合、ＴＭＲセンサ構造は、ＳＶセンサ構
造の非磁性金属層を絶縁層であるトンネルバリア層に置
き換えた点、およびセンス電流を強磁性層の膜面に垂直
方法に流す点、を除いては、極めて類似の構造を取って
いる。ＴＭＲセンサにおいて、トンネルバリア層を介し
て流れるセンス電流は、２つの強磁性層のスピン分極状
態に左右され、２つの強磁性層の磁化が反平行の場合、
トンネル電流の確率は低くなり、高い接合抵抗（high j
unction resistance）が得られる。これとは反対に、２
つの強磁性層の磁化が平行の場合、トンネル電流の確率
は高くなり、低い接合抵抗（low junction resistanc
e）が得られる。
【０００６】ＳＶヘッド構造と類似の構成によるＴＭＲ
ヘッドの設計の試みが本発明者らによって行なわれた。
その一つのヘッド構成の断面図が図５に示される。図５
に示されるＴＭＲヘッド１００は、強磁性フリー層１２
０、トンネルバリア層１３０、強磁性ピンド層１４０、
反強磁性ピン止め層１５０の積層体からなるＴＭＲ素子
２００を備えており、その素子の両端（図面の左右側）
には絶縁層１９１、１９１がそれぞれ形成されている。
強磁性ピンド層１４０は、その磁化が反強磁性ピン止め
層１５０により、一方向（紙面の奥方向）に固定されて
おり、強磁性フリー層１２０はその磁化が外部信号磁界
に応じてフリーに回転できるようになっている。
ヘッドの設計の試みが本発明者らによって行なわれた。
その一つのヘッド構成の断面図が図５に示される。図５
に示されるＴＭＲヘッド１００は、強磁性フリー層１２
０、トンネルバリア層１３０、強磁性ピンド層１４０、
反強磁性ピン止め層１５０の積層体からなるＴＭＲ素子
２００を備えており、その素子の両端（図面の左右側）
には絶縁層１９１、１９１がそれぞれ形成されている。
強磁性ピンド層１４０は、その磁化が反強磁性ピン止め
層１５０により、一方向（紙面の奥方向）に固定されて
おり、強磁性フリー層１２０はその磁化が外部信号磁界
に応じてフリーに回転できるようになっている。
【０００７】さらに、ＴＭＲ素子２００の上部に位置す
る強磁性フリー層１２０の両端上部面には、それぞれ、
バイアス磁界を矢印(α)方向に印加するための例えばパ
ーマネントマグネットからなるバイアス層１６１，１６
１が形成されている。従って、強磁性フリー層１２０の
上部面とバイアス層１６１が接触している個所では交換
結合磁界により強磁性フリー層１２０の磁化は矢印(α)
方向にピン止めされている。なお、図５において、符号
１７１，１７５は、上下一対の電極を、符号１８１，１
８５は上下一対のシールド層を示している。
る強磁性フリー層１２０の両端上部面には、それぞれ、
バイアス磁界を矢印(α)方向に印加するための例えばパ
ーマネントマグネットからなるバイアス層１６１，１６
１が形成されている。従って、強磁性フリー層１２０の
上部面とバイアス層１６１が接触している個所では交換
結合磁界により強磁性フリー層１２０の磁化は矢印(α)
方向にピン止めされている。なお、図５において、符号
１７１，１７５は、上下一対の電極を、符号１８１，１
８５は上下一対のシールド層を示している。
【０００８】図５に示されるようなヘッド構造を採用す
ることにより、強磁性フリー層１２０に効果的なバイア
ス磁界が印加できることが確認できた。しかしながら、
図５に示されるヘッド構造では、以下に示すような新た
な問題が生じることが本発明者らによって確認された。
ることにより、強磁性フリー層１２０に効果的なバイア
ス磁界が印加できることが確認できた。しかしながら、
図５に示されるヘッド構造では、以下に示すような新た
な問題が生じることが本発明者らによって確認された。
【０００９】すなわち、本来、ＴＭＲ効果は、トンネル
バリア層を挟む一対の強磁性層間（強磁性ピンド層と強
磁性フリー層間）の積層方向に電流を流す場合に、両方
の強磁性層間における互いの磁化の相対角度に依存して
トンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する現象
である。この場合のトンネルバリア層は、薄い絶縁膜で
あって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを保存しな
がら電子が通過できるものである。従って、図４（Ａ）
に示されるように、強磁性ピンド層と強磁性フリー層の
両強磁性層間における互いの磁化の方向が平行であれ
ば、トンネル確率は高くなるので、両者間に流れる電流
の抵抗は小さくなる（抵抗値Ｒp）。これとは逆に、図
４（Ｃ）に示されるように両強磁性層間における互いの
磁化の方向が反平行であればトンネル確率は低くなるの
で、両者間に流れる電流の抵抗は大きくなる（抵抗値Ｒ
ap）。図４（Ａ）に示される状態と、図４（Ｃ）に示さ
れる状態とのちょうど中間の状態、すなわち、両強磁性
層間における互いの磁化の方向が直交する場合における
抵低値Ｒmは、上記抵抗値Ｒpと抵抗値Ｒapの間の値をと
り、これら３つの抵抗値はＲp＜Ｒm＜Ｒapの関係を満た
す。
バリア層を挟む一対の強磁性層間（強磁性ピンド層と強
磁性フリー層間）の積層方向に電流を流す場合に、両方
の強磁性層間における互いの磁化の相対角度に依存して
トンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する現象
である。この場合のトンネルバリア層は、薄い絶縁膜で
あって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを保存しな
がら電子が通過できるものである。従って、図４（Ａ）
に示されるように、強磁性ピンド層と強磁性フリー層の
両強磁性層間における互いの磁化の方向が平行であれ
ば、トンネル確率は高くなるので、両者間に流れる電流
の抵抗は小さくなる（抵抗値Ｒp）。これとは逆に、図
４（Ｃ）に示されるように両強磁性層間における互いの
磁化の方向が反平行であればトンネル確率は低くなるの
で、両者間に流れる電流の抵抗は大きくなる（抵抗値Ｒ
ap）。図４（Ａ）に示される状態と、図４（Ｃ）に示さ
れる状態とのちょうど中間の状態、すなわち、両強磁性
層間における互いの磁化の方向が直交する場合における
抵低値Ｒmは、上記抵抗値Ｒpと抵抗値Ｒapの間の値をと
り、これら３つの抵抗値はＲp＜Ｒm＜Ｒapの関係を満た
す。
【００１０】このような基本的な現象を基に、図５に示
されるヘッド構造における強磁性ピンド層と強磁性フリ
ー層間では、図６に示されるような好ましくない現象が
生じることが本発明者らの実験により判明した。すなわ
ち、図６（Ａ）に示されるように基本的に強磁性ピンド
層１４０とフリー層１２０との磁化方向が平行の場合、
フリー層１２０の両端部１２０ａ，１２０ａは、上述し
たようにバイアス層との交換結合により矢印(α)方向に
磁化が固定されている。このような状態でセンス電流ｉ
を積層方向に流した場合、電流は、磁化が平行となり抵
抗の小さな膜面中央部を中心として流れる。この時の全
体の抵抗値をＲ´pとする。この一方で、図６（Ｂ）に
示されるように基本的に強磁性ピンド層１４０とフリー
層１２０との磁化方向が反平行の場合、（この場合もや
はりフリー層１２０の両端部１２０ａ，１２０ａは、上
述したようにバイアス層との交換結合により矢印(α)方
向に磁化が固定されている）センス電流ｉを積層方向に
流すと、電流は、本来流れてほしい膜面中央部の反平行
部分をメインに流れず、両端の抵抗の低い部分をメイン
に枝分かれして流れる（電流ｉs，ｉs）。図６（Ｂ）に
おける全体の抵抗値をＲ´apとする。
されるヘッド構造における強磁性ピンド層と強磁性フリ
ー層間では、図６に示されるような好ましくない現象が
生じることが本発明者らの実験により判明した。すなわ
ち、図６（Ａ）に示されるように基本的に強磁性ピンド
層１４０とフリー層１２０との磁化方向が平行の場合、
フリー層１２０の両端部１２０ａ，１２０ａは、上述し
たようにバイアス層との交換結合により矢印(α)方向に
磁化が固定されている。このような状態でセンス電流ｉ
を積層方向に流した場合、電流は、磁化が平行となり抵
抗の小さな膜面中央部を中心として流れる。この時の全
体の抵抗値をＲ´pとする。この一方で、図６（Ｂ）に
示されるように基本的に強磁性ピンド層１４０とフリー
層１２０との磁化方向が反平行の場合、（この場合もや
はりフリー層１２０の両端部１２０ａ，１２０ａは、上
述したようにバイアス層との交換結合により矢印(α)方
向に磁化が固定されている）センス電流ｉを積層方向に
流すと、電流は、本来流れてほしい膜面中央部の反平行
部分をメインに流れず、両端の抵抗の低い部分をメイン
に枝分かれして流れる（電流ｉs，ｉs）。図６（Ｂ）に
おける全体の抵抗値をＲ´apとする。
【００１１】図６（Ｂ）の状態から図６（Ａ）の状態へ
の移行に伴う際の抵抗変化率（(Ｒ´ap−Ｒ´p)／Ｒ´p
）は、本来の図４（Ｃ）の状態から図４（Ａ）の状態
への移行に伴う際の抵抗変化率（(Ｒap−Ｒp)／Ｒp ）
に比べて小さくなり、その結果、ＴＭＲ変化率がかなり
低下してしまうという重大な問題が生じることがわかっ
た。
の移行に伴う際の抵抗変化率（(Ｒ´ap−Ｒ´p)／Ｒ´p
）は、本来の図４（Ｃ）の状態から図４（Ａ）の状態
への移行に伴う際の抵抗変化率（(Ｒap−Ｒp)／Ｒp ）
に比べて小さくなり、その結果、ＴＭＲ変化率がかなり
低下してしまうという重大な問題が生じることがわかっ
た。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような問題に対し
て、本出願人はすでに、本来流れてほしい膜面中央部の
反平行部分をメインに流れず、両端の抵抗の低い部分を
メインに枝分かれして流れる現象（この現象を本発明者
らは、「extra current channel effect」あるいは「th
ree current channel effect」と呼んでいる）を防止
し、ＴＭＲ変化率の低下がなく、超高密度記録に適用で
きるよう高いヘッド出力が得られるトンネル磁気抵抗効
果ヘッドに関する提案を行っている（特願平１１−１７
１８６９号）。すなわち、本出願人は、トンネルバリア
層と、トンネルバリア層を挟むようにして形成された強
磁性フリー層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多
層膜を有するトンネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記強磁性フリー層は、前記強磁性ピンド層の長手方向
長さよりも大きく設定され、該強磁性フリー層は、その
両端部に、前記強磁性ピンド層の長手方向両端部位置よ
りもさらに延長された拡張部位をそれぞれ備えなるよう
に構成されるトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの提案を行
っている。
て、本出願人はすでに、本来流れてほしい膜面中央部の
反平行部分をメインに流れず、両端の抵抗の低い部分を
メインに枝分かれして流れる現象（この現象を本発明者
らは、「extra current channel effect」あるいは「th
ree current channel effect」と呼んでいる）を防止
し、ＴＭＲ変化率の低下がなく、超高密度記録に適用で
きるよう高いヘッド出力が得られるトンネル磁気抵抗効
果ヘッドに関する提案を行っている（特願平１１−１７
１８６９号）。すなわち、本出願人は、トンネルバリア
層と、トンネルバリア層を挟むようにして形成された強
磁性フリー層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多
層膜を有するトンネル磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記強磁性フリー層は、前記強磁性ピンド層の長手方向
長さよりも大きく設定され、該強磁性フリー層は、その
両端部に、前記強磁性ピンド層の長手方向両端部位置よ
りもさらに延長された拡張部位をそれぞれ備えなるよう
に構成されるトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの提案を行
っている。
【００１３】この提案をさらに発展させ、このように強
磁性フリー層の長手方向長さ（バイアス磁界方向）が強
磁性ピンド層のそれよりも大きいという特殊な形態を有
する素子において、ヘッド特性の向上がさらに期待でき
る新規なトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法の提
案が望まれている。
磁性フリー層の長手方向長さ（バイアス磁界方向）が強
磁性ピンド層のそれよりも大きいという特殊な形態を有
する素子において、ヘッド特性の向上がさらに期待でき
る新規なトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法の提
案が望まれている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、トンネルバリア層と、トンネルバリア
層を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性
ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法であって、該方法は、
強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層および非磁性
金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、前記強磁
性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金属プロテ
クト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層を形成す
る絶縁層配置工程と、非磁性金属プロテクト層表面をク
リーニング処理するクリーニング工程と、クリーニング
処理された処理面を介して、強磁性ピンド層と対向する
ように強磁性フリー層を形成させる強磁性フリー層形成
工程と、を含むように構成される。
めに、本発明は、トンネルバリア層と、トンネルバリア
層を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性
ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法であって、該方法は、
強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層および非磁性
金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、前記強磁
性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金属プロテ
クト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層を形成す
る絶縁層配置工程と、非磁性金属プロテクト層表面をク
リーニング処理するクリーニング工程と、クリーニング
処理された処理面を介して、強磁性ピンド層と対向する
ように強磁性フリー層を形成させる強磁性フリー層形成
工程と、を含むように構成される。
【００１５】また、本発明は、トンネルバリア層と、ト
ンネルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリ
ー層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有
し、前記強磁性フリー層は、その長手方向両端部にそれ
ぞれ接続配置されたバイアス付与手段によって、強磁性
フリー層の長手方向にバイアス磁界が印加されるように
なっており、当該強磁性フリー層の長手方向（バイアス
磁界印加方向）の長さは、前記強磁性ピンド層の長手方
向長さよりも大きく設定され、該強磁性フリー層は、そ
の両端部に、前記強磁性ピンド層の長手方向両端部位置
よりもさらに延長された拡張部位をそれぞれ備えなるよ
うに配置されたトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方
法であって、該方法は、強磁性ピンド層の上に、トンネ
ルバリア層および非磁性金属プロテクト層を順次形成す
る積層工程と、前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層
および非磁性金属プロテクト層を含む積層体の両サイド
にサイド絶縁層を形成する絶縁層配置工程と、非磁性プ
ロテクト層表面をクリーニング処理するクリーニング工
程と、クリーニング処理された処理面を介して、強磁性
ピンド層と対向するように強磁性フリー層を形成させる
強磁性フリー層形成工程と、強磁性フリー層の長手方向
両端部にそれぞれバイアス付与手段を接続配置させるバ
イアス付与手段形成工程と、を含むように構成される。
ンネルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリ
ー層と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有
し、前記強磁性フリー層は、その長手方向両端部にそれ
ぞれ接続配置されたバイアス付与手段によって、強磁性
フリー層の長手方向にバイアス磁界が印加されるように
なっており、当該強磁性フリー層の長手方向（バイアス
磁界印加方向）の長さは、前記強磁性ピンド層の長手方
向長さよりも大きく設定され、該強磁性フリー層は、そ
の両端部に、前記強磁性ピンド層の長手方向両端部位置
よりもさらに延長された拡張部位をそれぞれ備えなるよ
うに配置されたトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方
法であって、該方法は、強磁性ピンド層の上に、トンネ
ルバリア層および非磁性金属プロテクト層を順次形成す
る積層工程と、前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層
および非磁性金属プロテクト層を含む積層体の両サイド
にサイド絶縁層を形成する絶縁層配置工程と、非磁性プ
ロテクト層表面をクリーニング処理するクリーニング工
程と、クリーニング処理された処理面を介して、強磁性
ピンド層と対向するように強磁性フリー層を形成させる
強磁性フリー層形成工程と、強磁性フリー層の長手方向
両端部にそれぞれバイアス付与手段を接続配置させるバ
イアス付与手段形成工程と、を含むように構成される。
【００１６】また、本発明の好ましい態様として、前記
クリーニング処理は、ドライエッチング手法により行な
われ、前記非磁性金属プロテクト層が完全に除去される
状態に至るまで行なわれる。
クリーニング処理は、ドライエッチング手法により行な
われ、前記非磁性金属プロテクト層が完全に除去される
状態に至るまで行なわれる。
【００１７】また、本発明の好ましい態様として、前記
クリーニング処理は、ドライエッチング手法により行な
われ、前記非磁性金属プロテクト層の一部が島状に残る
状態に至るまで行なわれる。
クリーニング処理は、ドライエッチング手法により行な
われ、前記非磁性金属プロテクト層の一部が島状に残る
状態に至るまで行なわれる。
【００１８】また、本発明の好ましい態様として、前記
非磁性金属プロテクト層が、Ｃｕ,Ａｇ,Ａｕ,Ａｌの中
から選定された少なくとも１種であるように構成され
る。
非磁性金属プロテクト層が、Ｃｕ,Ａｇ,Ａｕ,Ａｌの中
から選定された少なくとも１種であるように構成され
る。
【００１９】また、本発明の好ましい態様として、前記
非磁性金属プロテクト層の厚さが、２０〜１００Åであ
るように構成される。
非磁性金属プロテクト層の厚さが、２０〜１００Åであ
るように構成される。
【００２０】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性フリー層の長手方向両端部にそれぞれ接続配置さ
れるバイアス付与手段は、前記強磁性フリー層の両端部
に存在する拡張部位の上または下に接触して形成され、
かつ前記強磁性ピンド層の長手方向端部から一定のスペ
ースＤを確保して形成され、当該スペースＤは、０．０
２μｍ以上であるように構成される。
強磁性フリー層の長手方向両端部にそれぞれ接続配置さ
れるバイアス付与手段は、前記強磁性フリー層の両端部
に存在する拡張部位の上または下に接触して形成され、
かつ前記強磁性ピンド層の長手方向端部から一定のスペ
ースＤを確保して形成され、当該スペースＤは、０．０
２μｍ以上であるように構成される。
【００２１】また、本発明の好ましい態様として、前記
一定のスペースＤは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下
であるように構成される。
一定のスペースＤは、０．０２μｍ以上０．３μｍ以下
であるように構成される。
【００２２】また、本発明の好ましい態様として、前記
一定のスペースＤは、０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満であるように構成される。
一定のスペースＤは、０．０２μｍ以上０．１５μｍ未
満であるように構成される。
【００２３】また、本発明の好ましい態様として、前記
強磁性ピンド層の磁化をピンニングするためのピン止め
層が、前記強磁性ピンド層のトンネルバリア層と接する
側と反対の面に積層されてなるように構成される。
強磁性ピンド層の磁化をピンニングするためのピン止め
層が、前記強磁性ピンド層のトンネルバリア層と接する
側と反対の面に積層されてなるように構成される。
【００２４】また、本発明の好ましい態様として、前記
トンネル多層膜は、当該トンネル多層膜を挟むように対
向配置された一対の電極と電気的に接合されてなるよう
に構成される。
トンネル多層膜は、当該トンネル多層膜を挟むように対
向配置された一対の電極と電気的に接合されてなるよう
に構成される。
【００２５】また、本発明の好ましい態様として、さら
に前記一対の電極を挟むように対向配置された一対のシ
ールド層を備えてなるように構成される。
に前記一対の電極を挟むように対向配置された一対のシ
ールド層を備えてなるように構成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
【００２７】図１および図２は、本発明のトンネル磁気
抵抗効果型ヘッド１（以下、単に「ＴＭＲヘッド１」と
称す）の好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面
図である。また、図３は、本発明の製造プロセスによっ
て製造されたＴＭＲヘッド１の概略断面図であり、この
断面図は磁気情報である外部磁場を発する記録媒体と実
質的に対向するように配置される面（ＡＢＳ：Air Bear
ing Surface）に相当する。また、図３においては、本
発明の製造方法の理解が容易になるように、図２（Ｄ）
と同様な図面としているために、図３に追加記載されて
いる部材は２点鎖線で表示されている。
抵抗効果型ヘッド１（以下、単に「ＴＭＲヘッド１」と
称す）の好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面
図である。また、図３は、本発明の製造プロセスによっ
て製造されたＴＭＲヘッド１の概略断面図であり、この
断面図は磁気情報である外部磁場を発する記録媒体と実
質的に対向するように配置される面（ＡＢＳ：Air Bear
ing Surface）に相当する。また、図３においては、本
発明の製造方法の理解が容易になるように、図２（Ｄ）
と同様な図面としているために、図３に追加記載されて
いる部材は２点鎖線で表示されている。
【００２８】本発明のＴＭＲヘッドの製造方法について
説明する前に、ＴＭＲヘッドの構成の一例を図３に基づ
いて説明しておく。図３に示されるように、ＴＭＲヘッ
ド１は、スピントンネル磁気抵抗効果を示すトンネル多
層膜３を備えている。すなわち、トンネル多層膜３は、
トンネルバリア層３０と、トンネルバリア層３０を挟む
ようにして形成された強磁性フリー層２０と強磁性ピン
ド層４０が積層された多層膜構造を有している。強磁性
フリー層２０は、基本的に磁気情報である外部磁場に応
答して自由(フリー)に磁化の向きが変えられるように作
用する。また、強磁性ピンド層４０は、その磁化方向
が、すべて一定方向を向くようにピン止めされている
（図３の場合ピン止めされる磁化の方向は紙面の奥行き
方向）。そのため、通常、図３に示されるように強磁性
ピンド層４０の磁化をピンニングするためのピン止め層
５０が、前記強磁性ピンド層４０のトンネルバリア層３
０と接する側と反対の面に積層される。
説明する前に、ＴＭＲヘッドの構成の一例を図３に基づ
いて説明しておく。図３に示されるように、ＴＭＲヘッ
ド１は、スピントンネル磁気抵抗効果を示すトンネル多
層膜３を備えている。すなわち、トンネル多層膜３は、
トンネルバリア層３０と、トンネルバリア層３０を挟む
ようにして形成された強磁性フリー層２０と強磁性ピン
ド層４０が積層された多層膜構造を有している。強磁性
フリー層２０は、基本的に磁気情報である外部磁場に応
答して自由(フリー)に磁化の向きが変えられるように作
用する。また、強磁性ピンド層４０は、その磁化方向
が、すべて一定方向を向くようにピン止めされている
（図３の場合ピン止めされる磁化の方向は紙面の奥行き
方向）。そのため、通常、図３に示されるように強磁性
ピンド層４０の磁化をピンニングするためのピン止め層
５０が、前記強磁性ピンド層４０のトンネルバリア層３
０と接する側と反対の面に積層される。
【００２９】このようなトンネル多層膜３は、例えば、
その多層膜検出端面がＡＢＳ（AirBearing Surface）を
構成してなるように配置される。
その多層膜検出端面がＡＢＳ（AirBearing Surface）を
構成してなるように配置される。
【００３０】本発明における前記強磁性フリー層２０
は、図３に示されるようにその長手方向（紙面の左右方
向）両端部にそれぞれ積層され接続配置されたバイアス
付与手段６１，６１によって、強磁性フリー層の長手方
向にバイアス磁界（例えば矢印（α１）方向）が印加さ
れるようになっている。
は、図３に示されるようにその長手方向（紙面の左右方
向）両端部にそれぞれ積層され接続配置されたバイアス
付与手段６１，６１によって、強磁性フリー層の長手方
向にバイアス磁界（例えば矢印（α１）方向）が印加さ
れるようになっている。
【００３１】強磁性フリー層２０の長手方向（バイアス
磁界印加方向と実質的に同じ）の長さＬfは、前記強磁
性ピンド層４０の長手方向長さＬpよりも大きく設定さ
れる。強磁性フリー層２０は、その長さＬfが強磁性ピ
ンド層４０の長さＬpよりも長い分だけ、その両端部
に、強磁性ピンド層４０の長手方向両端部位置（ライン
ｈの引き出し線で表示される）よりもさらに延長された
拡張部位２０ａをそれぞれ備えなるように配置される。
この拡張部位２０ａは、その長さがＬfeで表示され、強
磁性フリー層２０の一部分を占めている。つまり、拡張
部位２０ａは強磁性ピンド層４０端部からのはみ出し長
さ部分と同義である。
磁界印加方向と実質的に同じ）の長さＬfは、前記強磁
性ピンド層４０の長手方向長さＬpよりも大きく設定さ
れる。強磁性フリー層２０は、その長さＬfが強磁性ピ
ンド層４０の長さＬpよりも長い分だけ、その両端部
に、強磁性ピンド層４０の長手方向両端部位置（ライン
ｈの引き出し線で表示される）よりもさらに延長された
拡張部位２０ａをそれぞれ備えなるように配置される。
この拡張部位２０ａは、その長さがＬfeで表示され、強
磁性フリー層２０の一部分を占めている。つまり、拡張
部位２０ａは強磁性ピンド層４０端部からのはみ出し長
さ部分と同義である。
【００３２】強磁性フリー層２０の長手方向の長さＬf
は、例えば、０．５〜２０μm程度とされる。また、強
磁性ピンド層４０の長手方向長さＬpとの関係で規定さ
れる強磁性ピンド層４０の拡張部位２０ａの長さＬ
feは、例えば、０．１〜５μm程度とされる。
は、例えば、０．５〜２０μm程度とされる。また、強
磁性ピンド層４０の長手方向長さＬpとの関係で規定さ
れる強磁性ピンド層４０の拡張部位２０ａの長さＬ
feは、例えば、０．１〜５μm程度とされる。
【００３３】このような強磁性フリー層２０の両端の拡
張部位２０ａ，２０ａに、バイアス付与手段６１，６１
が積層状態で接続される。バイアス付与手段６１，６１
が積層された部分は、拡張部位２１と交換結合され、磁
化方向は矢印（α１）方向に固着される。バイアス付与
手段６１，６１は、それぞれ、図３に示されるように前
記強磁性ピンド層４０の長手方向両端部からそれぞれ一
定のスペースＤを確保して形成されている。
張部位２０ａ，２０ａに、バイアス付与手段６１，６１
が積層状態で接続される。バイアス付与手段６１，６１
が積層された部分は、拡張部位２１と交換結合され、磁
化方向は矢印（α１）方向に固着される。バイアス付与
手段６１，６１は、それぞれ、図３に示されるように前
記強磁性ピンド層４０の長手方向両端部からそれぞれ一
定のスペースＤを確保して形成されている。
【００３４】このような一定のスペースＤは、従来の問
題点である「extra current channel effect」あるいは
「three current channel effect」の影響を防止し、Ｔ
ＭＲ変化率を低下させないために必要なスペースであ
る。このＤの値はヘッドの設計仕様を決定する際に、Ｔ
ＭＲ変化率特性を実質的に低下させない程度の長さとす
ることが必要である。具体的数値は、ヘッド仕様、例え
ば、用いる構成部材の材質や、寸法設定等により適宜設
定することが望ましい。特に、より好ましい態様として
実験的に見出された数値を挙げるならば、前記一定のス
ペースＤは、０．０２μｍ以上、特に、０．０２μｍ以
上０．３μｍ以下の範囲、さらには０．０２μｍ以上
０．１５μｍ未満の範囲（０．１５μｍを含まない）と
することが好ましい。このＤの値が、０．０２μｍ未満
となると、いわゆる上記の「extra current channel ef
fect」現象が生じてＴＭＲ変化率が低下する傾向にあ
る。この一方で、このＤ値が大きくなり過ぎて、０．３
μｍを超えると、有効トラック幅が広がってしまい高記
録密度化への将来の要求に合致しなくなる傾向が生じ
る。有効トラック幅を特に重点的に考慮するとＤ値は
０．０２μｍ以上０．１５μｍ未満の範囲（０．１５μ
ｍを含まない）とすることが好ましい
題点である「extra current channel effect」あるいは
「three current channel effect」の影響を防止し、Ｔ
ＭＲ変化率を低下させないために必要なスペースであ
る。このＤの値はヘッドの設計仕様を決定する際に、Ｔ
ＭＲ変化率特性を実質的に低下させない程度の長さとす
ることが必要である。具体的数値は、ヘッド仕様、例え
ば、用いる構成部材の材質や、寸法設定等により適宜設
定することが望ましい。特に、より好ましい態様として
実験的に見出された数値を挙げるならば、前記一定のス
ペースＤは、０．０２μｍ以上、特に、０．０２μｍ以
上０．３μｍ以下の範囲、さらには０．０２μｍ以上
０．１５μｍ未満の範囲（０．１５μｍを含まない）と
することが好ましい。このＤの値が、０．０２μｍ未満
となると、いわゆる上記の「extra current channel ef
fect」現象が生じてＴＭＲ変化率が低下する傾向にあ
る。この一方で、このＤ値が大きくなり過ぎて、０．３
μｍを超えると、有効トラック幅が広がってしまい高記
録密度化への将来の要求に合致しなくなる傾向が生じ
る。有効トラック幅を特に重点的に考慮するとＤ値は
０．０２μｍ以上０．１５μｍ未満の範囲（０．１５μ
ｍを含まない）とすることが好ましい
【００３５】また、本発明における前記強磁性フリー層
２０の厚さは、２０〜５００Å、好ましくは、４０〜３
００Å、より好ましくは６０〜２００Åの範囲に設定さ
れる。この厚さが、２０Å未満となると、前記強磁性フ
リー層２０の長さ方向の長さＬfを十分な大きさとする
ことが成膜技術上、困難になる。また、この厚さが５０
０Åを超えると、強磁性フリー層内部の特性のばらつき
により、電子分極率の分散が生じ、結果的にＴＭＲ変化
率が減少してしまうという不都合が生じる。
２０の厚さは、２０〜５００Å、好ましくは、４０〜３
００Å、より好ましくは６０〜２００Åの範囲に設定さ
れる。この厚さが、２０Å未満となると、前記強磁性フ
リー層２０の長さ方向の長さＬfを十分な大きさとする
ことが成膜技術上、困難になる。また、この厚さが５０
０Åを超えると、強磁性フリー層内部の特性のばらつき
により、電子分極率の分散が生じ、結果的にＴＭＲ変化
率が減少してしまうという不都合が生じる。
【００３６】図３に例示されたＴＭＲヘッド１におい
て、トンネル多層膜３は、当該トンネル多層膜３を図面
の上下方向で挟むように対向配置された一対の電極７
１，７５と電気的に接合されている。さらに当該一対の
電極７１，７５を図面の上下方向で挟むように一対のシ
ールド層８１，８５が形成され、ギャップ長さが規定さ
れる。また、本実施の形態においては、強磁性ピンド層
４０およびトンネルバリア層３０の両端部外方には、図
示のごとく例えばアルミナからなる絶縁層９３，９３が
形成される。
て、トンネル多層膜３は、当該トンネル多層膜３を図面
の上下方向で挟むように対向配置された一対の電極７
１，７５と電気的に接合されている。さらに当該一対の
電極７１，７５を図面の上下方向で挟むように一対のシ
ールド層８１，８５が形成され、ギャップ長さが規定さ
れる。また、本実施の形態においては、強磁性ピンド層
４０およびトンネルバリア層３０の両端部外方には、図
示のごとく例えばアルミナからなる絶縁層９３，９３が
形成される。
【００３７】強磁性フリー層２０や強磁性ピンド層４０
を構成する材質は、高いＴＭＲ変化量が得られるように
高スピン分極材料が好ましく、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ，ＦｅＣｏＮｉ
等が用いられる。これらは２層以上の積層体であっても
よい。強磁性ピンド層４０の膜厚は、１０〜１００Å、
好ましくは２０〜５０Åとされる。膜厚が厚くなりすぎ
ると、ピン止め層５０による磁化のピンニングが弱ま
り、また、膜厚が薄くなりすぎると、ＴＭＲ変化率が減
少する傾向が生じる。
を構成する材質は、高いＴＭＲ変化量が得られるように
高スピン分極材料が好ましく、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ，ＦｅＣｏＮｉ
等が用いられる。これらは２層以上の積層体であっても
よい。強磁性ピンド層４０の膜厚は、１０〜１００Å、
好ましくは２０〜５０Åとされる。膜厚が厚くなりすぎ
ると、ピン止め層５０による磁化のピンニングが弱ま
り、また、膜厚が薄くなりすぎると、ＴＭＲ変化率が減
少する傾向が生じる。
【００３８】強磁性ピンド層４０の磁化をピン止めする
ピン止め層５０は、そのピン止め機能を果たすものであ
れば、特に限定されないが、通常、反強磁性材料が用い
られる。厚さは、通常、６０〜３００Å程度とされる。
ピン止め層５０は、そのピン止め機能を果たすものであ
れば、特に限定されないが、通常、反強磁性材料が用い
られる。厚さは、通常、６０〜３００Å程度とされる。
【００３９】ここで、強磁性トンネル磁気抵抗効果につ
いて図３および図４を参照しつつ簡単に説明しておく。
強磁性トンネル磁気抵抗効果とは、図３に示されるよう
にトンネルバリア層３０を挟む一対の強磁性層２０，４
０間の積層方向に電流を流す場合に、両方の強磁性層２
０，４０間における互いの磁化の相対角度に依存してト
ンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する現象を
いう。この場合のトンネルバリア層３０は、薄い絶縁膜
であって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを保存し
ながら電子が通過できるものである。図４（Ａ）に示さ
れるように両強磁性層２０，４０間における互いの磁化
が平行である場合（あるいは互いの磁化の相対角度が小
さい場合）、電子のトンネル確率は高くなるので、両者
間に流れる電流の抵抗は小さくなる。これとは逆に、図
４（Ｃ）に示されるように両強磁性層２０，４０間にお
ける互いの磁化が反平行である場合（あるいは互いの磁
化の相対角度が大きい場合）、電子のトンネル確率は低
くなるので、両者間に流れる電流の抵抗は大きくなる。
このような磁化の相対角度の変化に基づく抵抗変化を利
用して、例えば外部磁場の検出動作が行われる。
いて図３および図４を参照しつつ簡単に説明しておく。
強磁性トンネル磁気抵抗効果とは、図３に示されるよう
にトンネルバリア層３０を挟む一対の強磁性層２０，４
０間の積層方向に電流を流す場合に、両方の強磁性層２
０，４０間における互いの磁化の相対角度に依存してト
ンネルバリア層を流れるトンネル電流が変化する現象を
いう。この場合のトンネルバリア層３０は、薄い絶縁膜
であって、トンネル磁気抵抗効果によりスピンを保存し
ながら電子が通過できるものである。図４（Ａ）に示さ
れるように両強磁性層２０，４０間における互いの磁化
が平行である場合（あるいは互いの磁化の相対角度が小
さい場合）、電子のトンネル確率は高くなるので、両者
間に流れる電流の抵抗は小さくなる。これとは逆に、図
４（Ｃ）に示されるように両強磁性層２０，４０間にお
ける互いの磁化が反平行である場合（あるいは互いの磁
化の相対角度が大きい場合）、電子のトンネル確率は低
くなるので、両者間に流れる電流の抵抗は大きくなる。
このような磁化の相対角度の変化に基づく抵抗変化を利
用して、例えば外部磁場の検出動作が行われる。
【００４０】２つの強磁性層２０，４０によって挟まれ
るトンネルバリア層３０は、Ａｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，Ｇｄ
Ｏ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＭｏＯ2，ＴｉＯ2，ＷＯ2等か
ら構成される。トンネルバリア層３０の厚さは、素子の
低抵抗化のためできるだけ薄いことが望ましいが、あま
り薄すぎてピンホールが生じるとリーク電流がながれて
しまい好ましくない。一般には、５〜２０Å程度とされ
る。
るトンネルバリア層３０は、Ａｌ2Ｏ3，ＮｉＯ，Ｇｄ
Ｏ，ＭｇＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＭｏＯ2，ＴｉＯ2，ＷＯ2等か
ら構成される。トンネルバリア層３０の厚さは、素子の
低抵抗化のためできるだけ薄いことが望ましいが、あま
り薄すぎてピンホールが生じるとリーク電流がながれて
しまい好ましくない。一般には、５〜２０Å程度とされ
る。
【００４１】本発明において、強磁性フリー層２０を、
例えば、ＮｉＦｅ層（厚さ２０Å）／Ｒｕ層（厚さ７
Å）／ＮｉＦｅ層（厚さ２５Å）の３層積層体で例示さ
れる合成フェリ磁石(synthetic ferrimagnet)とするこ
とも好ましい態様の一つである。この場合には、上下の
ＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅ層の磁化方向はそれぞれ、互
いに逆方向となっている。合成フェリ磁石を用いた場
合、実効的なフリー層の厚さを薄く設定することができ
るため、磁場感度が向上し、ヘッド出力が大きくなると
いうメリットがある。また、このような合成フェリ磁石
は、前記強磁性ピンド層４０にも適用できる。
例えば、ＮｉＦｅ層（厚さ２０Å）／Ｒｕ層（厚さ７
Å）／ＮｉＦｅ層（厚さ２５Å）の３層積層体で例示さ
れる合成フェリ磁石(synthetic ferrimagnet)とするこ
とも好ましい態様の一つである。この場合には、上下の
ＮｉＦｅ層およびＮｉＦｅ層の磁化方向はそれぞれ、互
いに逆方向となっている。合成フェリ磁石を用いた場
合、実効的なフリー層の厚さを薄く設定することができ
るため、磁場感度が向上し、ヘッド出力が大きくなると
いうメリットがある。また、このような合成フェリ磁石
は、前記強磁性ピンド層４０にも適用できる。
【００４２】次いで、図１および図２を参照しつつ本発
明のＴＭＲヘッドの製造方法について説明する。
明のＴＭＲヘッドの製造方法について説明する。
【００４３】図１（Ａ）に示されるように、ピン止め層
５０、強磁性ピンド層４０、トンネルバリア層３０およ
び非磁性金属プロテクト層７が順次積層形成される（積
層工程）。積層手法について、特に制限はないが、一般
にはスパッタ法等が用いられる。また、トンネルバリア
層３０の形成については、トンネルバリアとしての機能
を付与させるためにその膜を成膜した後に、当該膜の酸
化処理が行なわれることが一般的である。ピン止め層５
０は、強磁性ピンド層４０の磁化の方向を固定するため
の一つの手段として用いられる。
５０、強磁性ピンド層４０、トンネルバリア層３０およ
び非磁性金属プロテクト層７が順次積層形成される（積
層工程）。積層手法について、特に制限はないが、一般
にはスパッタ法等が用いられる。また、トンネルバリア
層３０の形成については、トンネルバリアとしての機能
を付与させるためにその膜を成膜した後に、当該膜の酸
化処理が行なわれることが一般的である。ピン止め層５
０は、強磁性ピンド層４０の磁化の方向を固定するため
の一つの手段として用いられる。
【００４４】非磁性金属プロテクト層７は、Ｃｕ,Ａｇ,
Ａｕ,Ａｌの中から選定された少なくとも１種から構成
され、その膜厚は、２０〜１００Å程度とされる。この
厚さが１００Åを超えて厚くなりすぎると後述するクリ
ーニング処理が経済的に行なわれない傾向にあり、ま
た、この厚さが２０Å未満となり薄くなりすぎると、プ
ロテクト層として機能を発揮できない傾向が生じる。非
磁性金属プロテクト層７を設けることにより、図１
（Ａ）に示される積層体を一旦、真空成膜槽から取り出
し、次なるフォトレジスト操作によっても磁性層を含む
積層体の劣化はほとんどない。非磁性金属プロテクト層
７により、ピン止め層５０、強磁性ピンド層４０、トン
ネルバリア層３０が保護されているためである。
Ａｕ,Ａｌの中から選定された少なくとも１種から構成
され、その膜厚は、２０〜１００Å程度とされる。この
厚さが１００Åを超えて厚くなりすぎると後述するクリ
ーニング処理が経済的に行なわれない傾向にあり、ま
た、この厚さが２０Å未満となり薄くなりすぎると、プ
ロテクト層として機能を発揮できない傾向が生じる。非
磁性金属プロテクト層７を設けることにより、図１
（Ａ）に示される積層体を一旦、真空成膜槽から取り出
し、次なるフォトレジスト操作によっても磁性層を含む
積層体の劣化はほとんどない。非磁性金属プロテクト層
７により、ピン止め層５０、強磁性ピンド層４０、トン
ネルバリア層３０が保護されているためである。
【００４５】次いで、図１（Ｂ）に示されるように、フ
ォトレジスト手法（操作）を用いて、レジスト樹脂から
なるレジスト絶縁層９６が非磁性金属プロテクト層７の
上に形成される。しかる後、図１（Ｃ）に示されるよう
に、真空成膜装置内で、強磁性ピンド層４０、トンネル
バリア層３０および非磁性金属プロテクト層７を含む積
層体の両サイドに、例えばアルミナからなるサイド絶縁
層９３、９３がスパッタ等の真空成膜法で形成される
（絶縁層配置工程）。この場合、サイド絶縁層９３、９
３と同一の材料からなる絶縁層９８がレジスト絶縁層９
６の上にも形成される。次いで、レジスト絶縁層９６が
リフトオフされ、レジスト絶縁層９６とともに、絶縁層
９８が除去され、図２（Ａ）の状態に至る。
ォトレジスト手法（操作）を用いて、レジスト樹脂から
なるレジスト絶縁層９６が非磁性金属プロテクト層７の
上に形成される。しかる後、図１（Ｃ）に示されるよう
に、真空成膜装置内で、強磁性ピンド層４０、トンネル
バリア層３０および非磁性金属プロテクト層７を含む積
層体の両サイドに、例えばアルミナからなるサイド絶縁
層９３、９３がスパッタ等の真空成膜法で形成される
（絶縁層配置工程）。この場合、サイド絶縁層９３、９
３と同一の材料からなる絶縁層９８がレジスト絶縁層９
６の上にも形成される。次いで、レジスト絶縁層９６が
リフトオフされ、レジスト絶縁層９６とともに、絶縁層
９８が除去され、図２（Ａ）の状態に至る。
【００４６】次いで、非磁性金属プロテクト層７の表面
がクリーニング処理される。クリーニング処理は、例え
ば、非磁性金属プロテクト層７の表面をドライエッチン
グすることにより行なわれる。ドライエッチングの手法
としては特に制限はないが、アルゴンプラズマ、アルゴ
ンイオンビームエッチング、アルゴンＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance）エッチング、ＲＩＥ（リアクテ
ィブイオンエッチング）等で非磁性金属プロテクト層７
の表面を叩くのがよい。クリーニング処理の程度として
は、以下の（１）または（２）に示される状態とするこ
とが好ましい。すなわち、（１）非磁性金属プロテクト
層７が完全に除去される状態に至るまで行なう。（２）
非磁性金属プロテクト層７を出来るだけ除去することを
試み、結果として、非磁性金属プロテクト層７の一部７
ａが島状に残る状態に至るまで行なう（図２（Ｂ））。
なお、非磁性金属プロテクト層７の残存物７ａ（ただ
し、表面部分は完全に除去されている）は、ヘッド特性
に特に悪影響を与えないことが確認されている。このよ
うなクリーニング処理により非磁性金属プロテクト層７
の上にわずかに不純物として付着残存しているレジスト
樹脂が、非磁性金属プロテクト層７とともにきれいに除
去される。仮に、トンネルバリア層３０の上に非磁性金
属プロテクト層７が形成されていない場合には、トンネ
ルバリア層３０の上に直接、不純物であるレジスト樹脂
が付着残存し、これを除去するためにドライエッチング
を施すと、トンネルバリア層３０に大きなダメージを与
えてしまう。
がクリーニング処理される。クリーニング処理は、例え
ば、非磁性金属プロテクト層７の表面をドライエッチン
グすることにより行なわれる。ドライエッチングの手法
としては特に制限はないが、アルゴンプラズマ、アルゴ
ンイオンビームエッチング、アルゴンＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance）エッチング、ＲＩＥ（リアクテ
ィブイオンエッチング）等で非磁性金属プロテクト層７
の表面を叩くのがよい。クリーニング処理の程度として
は、以下の（１）または（２）に示される状態とするこ
とが好ましい。すなわち、（１）非磁性金属プロテクト
層７が完全に除去される状態に至るまで行なう。（２）
非磁性金属プロテクト層７を出来るだけ除去することを
試み、結果として、非磁性金属プロテクト層７の一部７
ａが島状に残る状態に至るまで行なう（図２（Ｂ））。
なお、非磁性金属プロテクト層７の残存物７ａ（ただ
し、表面部分は完全に除去されている）は、ヘッド特性
に特に悪影響を与えないことが確認されている。このよ
うなクリーニング処理により非磁性金属プロテクト層７
の上にわずかに不純物として付着残存しているレジスト
樹脂が、非磁性金属プロテクト層７とともにきれいに除
去される。仮に、トンネルバリア層３０の上に非磁性金
属プロテクト層７が形成されていない場合には、トンネ
ルバリア層３０の上に直接、不純物であるレジスト樹脂
が付着残存し、これを除去するためにドライエッチング
を施すと、トンネルバリア層３０に大きなダメージを与
えてしまう。
【００４７】クリーニング処理は、一般に、非磁性金属
プロテクト層７の部分のみならずサイド絶縁層９３、９
３の表面部分も行われる。
プロテクト層７の部分のみならずサイド絶縁層９３、９
３の表面部分も行われる。
【００４８】次いで、図２（Ｃ）に示されるように、ク
リーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド層
４０と対向するように強磁性フリー層２０を形成させる
（強磁性フリー層形成工程）。より具体的には、クリー
ニング処理された処理面からサイド絶縁層９３、９３の
表面に亘って、強磁性フリー層２０が形成される。これ
により、強磁性フリー層２０の長手方向（バイアス磁界
印加方向）の長さは、強磁性ピンド層４０の長手方向長
さよりも大きく設定されることになる。
リーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド層
４０と対向するように強磁性フリー層２０を形成させる
（強磁性フリー層形成工程）。より具体的には、クリー
ニング処理された処理面からサイド絶縁層９３、９３の
表面に亘って、強磁性フリー層２０が形成される。これ
により、強磁性フリー層２０の長手方向（バイアス磁界
印加方向）の長さは、強磁性ピンド層４０の長手方向長
さよりも大きく設定されることになる。
【００４９】次いで、図２（Ｄ）に示されるように強磁
性フリー層２０の長手方向両端部にバイアス付与手段６
１，６１がそれぞれ接続配置される。なお、このような
ヘッド構成において、すでに説明した一定のスペースＤ
は、上記の範囲を満足するようにすることが望ましい。
性フリー層２０の長手方向両端部にバイアス付与手段６
１，６１がそれぞれ接続配置される。なお、このような
ヘッド構成において、すでに説明した一定のスペースＤ
は、上記の範囲を満足するようにすることが望ましい。
【００５０】
【発明の効果】本発明は、トンネルバリア層と、トンネ
ルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリー層
と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有する
トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法であって、該
方法は、強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層およ
び非磁性金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、
前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金
属プロテクト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層
を形成する絶縁層配置工程と、非磁性金属プロテクト層
表面をクリーニング処理するクリーニング工程と、クリ
ーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド層と
対向するように強磁性フリー層を形成させる強磁性フリ
ー層形成工程と、を含むように構成しているので、トン
ネルバリア層にダメージを与えることなく、２−ステッ
プ−デポジション（具体的には、強磁性ピンド層と強磁
性フリー層を別々の工程で成膜すること）を行うことが
可能となり、良好なトンネル多層膜を形成することがで
き、ヘッド出力の向上を図ることができる。また、いわ
ゆる「extra current channel effect」を抑制すること
が可能となりさらにヘッド出力の向上を図ることができ
る。
ルバリア層を挟むようにして形成された強磁性フリー層
と強磁性ピンド層が積層されたトンネル多層膜を有する
トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法であって、該
方法は、強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層およ
び非磁性金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、
前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金
属プロテクト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層
を形成する絶縁層配置工程と、非磁性金属プロテクト層
表面をクリーニング処理するクリーニング工程と、クリ
ーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド層と
対向するように強磁性フリー層を形成させる強磁性フリ
ー層形成工程と、を含むように構成しているので、トン
ネルバリア層にダメージを与えることなく、２−ステッ
プ−デポジション（具体的には、強磁性ピンド層と強磁
性フリー層を別々の工程で成膜すること）を行うことが
可能となり、良好なトンネル多層膜を形成することがで
き、ヘッド出力の向上を図ることができる。また、いわ
ゆる「extra current channel effect」を抑制すること
が可能となりさらにヘッド出力の向上を図ることができ
る。
【図１】図１は、本発明のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ドの好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面図で
ある。
ドの好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面図で
ある。
【図２】図２は、本発明のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ドの好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面図で
ある。
ドの好適な製造プロセスの一例を経時的に示す断面図で
ある。
【図３】図３は、本発明のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ドの好適な一例を示す断面図である。
ドの好適な一例を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のトンネル磁気
抵抗効果を説明するための模式的図面である。
抵抗効果を説明するための模式的図面である。
【図５】図５は、従来例として認識されているトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの断面図である。
磁気抵抗効果型ヘッドの断面図である。
【図６】図６（Ａ）および（Ｂ）は、従来例のヘッドの
問題点を説明するための模式的図面である。
問題点を説明するための模式的図面である。
１，２…トンネル磁気抵抗効果型ヘッド
３…トンネル多層膜
２０…強磁性フリー層
３０…トンネルバリア層
４０…強磁性ピンド層
５０…ピン止め層
６１，６１…バイアス付与手段
７１，７５…電極(層)
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2001−28108（ＪＰ，Ａ)
特開2001−6127（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−135857（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G11B 5/39
G01R 33/09
H01F 10/32
H01F 41/32
H01L 43/08
Claims (12)
- 【請求項１】 トンネルバリア層と、トンネルバリア層
を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性ピ
ンド層が積層されたトンネル多層膜を有するトンネル磁
気抵抗効果型ヘッドの製造方法であって、 該方法は、 強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層および非磁性
金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、 前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金
属プロテクト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層
を形成する絶縁層配置工程と、 非磁性金属プロテクト層表面をクリーニング処理するク
リーニング工程と、 クリーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド
層と対向するように強磁性フリー層を形成させる強磁性
フリー層形成工程と、を含むことを特徴とするトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項２】 トンネルバリア層と、トンネルバリア層
を挟むようにして形成された強磁性フリー層と強磁性ピ
ンド層が積層されたトンネル多層膜を有し、 前記強磁性フリー層は、その長手方向両端部にそれぞれ
接続配置されたバイアス付与手段によって、強磁性フリ
ー層の長手方向にバイアス磁界が印加されるようになっ
ており、 当該強磁性フリー層の長手方向（バイアス磁界印加方
向）の長さは、前記強磁性ピンド層の長手方向長さより
も大きく設定され、該強磁性フリー層は、その両端部
に、前記強磁性ピンド層の長手方向両端部位置よりもさ
らに延長された拡張部位をそれぞれ備えなるように配置
されたトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法であっ
て、 該方法は、 強磁性ピンド層の上に、トンネルバリア層および非磁性
金属プロテクト層を順次形成する積層工程と、 前記強磁性ピンド層、トンネルバリア層および非磁性金
属プロテクト層を含む積層体の両サイドにサイド絶縁層
を形成する絶縁層配置工程と、 非磁性プロテクト層表面をクリーニング処理するクリー
ニング工程と、 クリーニング処理された処理面を介して、強磁性ピンド
層と対向するように強磁性フリー層を形成させる強磁性
フリー層形成工程と、 強磁性フリー層の長手方向両端部にそれぞれバイアス付
与手段を接続配置させるバイアス付与手段形成工程と、
を含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果型ヘッド
の製造方法。 - 【請求項３】 前記クリーニング処理は、ドライエッチ
ング手法により行なわれ、前記非磁性金属プロテクト層
が完全に除去される状態に至るまで行なわれる請求項１
または請求項２に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド
の製造方法。 - 【請求項４】 前記クリーニング処理は、ドライエッチ
ング手法により行なわれ、前記非磁性金属プロテクト層
の一部が島状に残る状態に至るまで行なわれる請求項１
または請求項２に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッド
の製造方法。 - 【請求項５】 前記非磁性金属プロテクト層が、Ｃｕ,
Ａｇ,Ａｕ,Ａｌの中から選定された少なくとも１種であ
る請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項６】 前記非磁性金属プロテクト層の厚さが、
２０〜１００Åである請求項５に記載のトンネル磁気抵
抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項７】 前記強磁性フリー層の長手方向両端部に
それぞれ接続配置されるバイアス付与手段は、前記強磁
性フリー層の両端部に存在する拡張部位の上または下に
接触して形成され、かつ前記強磁性ピンド層の長手方向
端部から一定のスペースＤを確保して形成され、当該ス
ペースＤは、０．０２μｍ以上である請求項２ないし請
求項６のいずれかに記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項８】 前記一定のスペースＤは、０．０２μｍ
以上０．３μｍ以下である請求項７に記載のトンネル磁
気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項９】 前記一定のスペースＤは、０．０２μｍ
以上０．１５μｍ未満である請求項７に記載のトンネル
磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項１０】 前記強磁性ピンド層の磁化をピンニン
グするためのピン止め層が、前記強磁性ピンド層のトン
ネルバリア層と接する側と反対の面に積層されてなる請
求項１ないし請求項９のいずれかに記載のトンネル磁気
抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項１１】 前記トンネル多層膜は、当該トンネル
多層膜を挟むように対向配置された一対の電極と電気的
に接合されてなる請求項１ないし請求項１０のいずれか
に記載のトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。 - 【請求項１２】 前記一対の電極を挟むように対向配置
された一対のシールド層を備えてなる請求項１１に記載
のトンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20844099A JP3400750B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
| US09/542,907 US6451215B1 (en) | 1999-07-23 | 2000-04-04 | Method of producing magneto-resistive tunnel junction head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20844099A JP3400750B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001034919A JP2001034919A (ja) | 2001-02-09 |
| JP3400750B2 true JP3400750B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=16556256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20844099A Expired - Fee Related JP3400750B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6451215B1 (ja) |
| JP (1) | JP3400750B2 (ja) |
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| US6833982B2 (en) * | 2001-05-03 | 2004-12-21 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetic tunnel junction sensor with a free layer biased by longitudinal layers interfacing top surfaces of free layer extensions which extend beyond an active region of the sensor |
| JP2003124445A (ja) | 2001-10-17 | 2003-04-25 | Nec Corp | 磁性記憶装置とその製造方法 |
| US20030231437A1 (en) * | 2002-06-17 | 2003-12-18 | Childress Jeffrey R. | Current-perpendicular-to-plane magnetoresistive device with oxidized free layer side regions and method for its fabrication |
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| KR100609650B1 (ko) | 2004-01-14 | 2006-08-08 | 학교법인고려중앙학원 | 상지층을 포함하는 자기 저항 소자 |
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| US7652855B2 (en) * | 2006-11-09 | 2010-01-26 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Magnetic sensor with extended free layer and overlaid leads |
| JP5056261B2 (ja) * | 2007-08-10 | 2012-10-24 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気デバイス及び周波数検出器 |
| KR101271353B1 (ko) * | 2008-03-07 | 2013-06-04 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 자기 저항 소자의 제조 방법 및 자기 저항 소자의 제조 장치 |
| JP4908540B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2012-04-04 | 株式会社東芝 | スピンｍｏｓｆｅｔおよびリコンフィギャラブルロジック回路 |
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| JP3285937B2 (ja) | 1992-06-23 | 2002-05-27 | ティーディーケイ株式会社 | 磁性多層膜および磁気抵抗変化素子ならびにそれらの製造方法 |
| JP3411626B2 (ja) | 1992-08-27 | 2003-06-03 | ティーディーケイ株式会社 | 磁性多層膜および磁気抵抗効果素子ならびにそれらの製造方法 |
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1999
- 1999-07-23 JP JP20844099A patent/JP3400750B2/ja not_active Expired - Fee Related
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