磁頭、磁頭的制造方法以及安裝所述磁頭的磁盤存儲裝置的制作方法

專利名稱：磁頭、磁頭的制造方法以及安裝所述磁頭的磁盤存儲裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及讀取磁記錄數據的磁頭、制造所述磁頭的方法以及安裝有所述磁頭的磁盤存儲裝置，并且具體地涉及具有高S/N比和高成品率的磁頭以及安裝有所述磁頭的磁盤存儲裝置。
背景技術：
已知使電阻隨著外磁場的變化而改變的使用磁阻效應的磁阻傳感器是極好的磁場傳感器，因此，作為磁頭中的用于從磁記錄介質存儲器檢測信號磁場的讀傳感器，磁盤存儲裝置的重要部分，它已被投入實際使用。
磁盤存儲裝置的記錄密度已顯著改善并且現在正在持續改善，而且對于具有兩個改善特性的讀傳感器的需要已出現更小的磁道寬度和更高的記錄/讀取性能。目前，通過發展使用磁阻效應的MR磁頭，正在使讀特性超靈敏。在幾Gb/in2的記錄密度下，使用各向異性磁阻(AMR)效應，以將磁記錄介質上的磁信號轉變成電信號，并且在更高的記錄密度下，使用超靈敏的巨磁阻(GMR)效應。
為了滿足對更高記錄密度的需求，已實施了下述方法的研究和開發，在所述方法中，幾乎與膜平面垂直地流通檢測電流。被稱作CPP(電流垂直平面)方法的這種方法具有下述優點使上下屏蔽層之間的距離(讀間隙長度)變窄。已經報導了使用CPP-GMR或隧道磁阻(TMR)效應的讀傳感器。
圖1和2顯示了CPP讀傳感器的基本結構。圖1顯示了沿著CPP型讀傳感器磁道寬度方向的橫截面。圖1中顯示的X、Y和Z軸分別指示磁道寬度方向、傳感器高度方向和磁阻層的厚度方向。應當注意的是，這個說明書中的所有附圖中的X、Y和Z軸都指示與圖1中相同的X、Y和Z軸。與磁阻層3側壁表面相接觸地布置沿著磁道寬度方向的回填膜(refill film)1。縱向偏壓層或側面屏蔽層5并不總是必要的。在圖1中，2和4分別指示上屏蔽層和下屏蔽層。
圖2是沿著圖1中顯示的aa’線截取的沿著CPP傳感器高度方向的橫截面圖。在圖2中，在右側，顯示了讀傳感器的空氣承載表面13。與沿著磁道寬度方向的回填膜一樣，與磁阻層的壁表面相接觸地布置沿著傳感器高度方向的回填膜6。沿著磁道寬度方向的回填膜1和沿著傳感器高度方向的回填膜6由諸如氧化鋁之類的絕緣體制成。
如圖2所示，本發明涉及這樣的磁頭，其至少具有下層(underlayer)51、固定層(pinned layer)52、中間層53、自由層54以及覆蓋層(caplayer)55，它們的全部組成磁阻層3的元件。在說明書的附圖中，固定層52布置在與自由層54相比更靠近下屏蔽層4的位置處，然而，固定層52和自由層54布置的位置可以相互替換。下層51和覆蓋層55可以包括這樣的層，其分別提供控制磁疇的功能和穩定固定層52或類似物的磁化取向的功能。特別地，在圖1以及稍后說明的圖3和4中，磁阻層3的詳細結構被省略；然而，應當注意的是，磁阻層3具有與圖2中顯示的相同的結構。
在CPP讀傳感器中，上屏蔽層2和下屏蔽層4通常與磁阻層3電接觸，以使其讀間隙長度最小化。換言之，上屏蔽層2和下屏蔽層4具有作為電極的功能，用于使電流流入到磁阻層3中。
圖3是顯示形成傳感器高度的過程的流程圖。在使磁阻層形成圖案以形成傳感器高度的過程中，用剝離掩模(lift-off mask)11保護磁阻層3，如圖3(a)所示，然后蝕刻掉不必要的區域，如圖3(b)所示。在這個蝕刻過程中，一般使用利用Ar離子的離子束蝕刻方法或者利用氯氣或二氧化碳氣體的活性離子蝕刻(RIE)方法。在蝕刻之后，形成沿著傳感器高度方向的回填膜6，如圖3(c)所示。然后，去除剝離掩模11和回填膜的不必要的部分，如圖3(d)所示，以形成磁阻層3的傳感器高度。隨后，如圖3(e)所示，在磁阻層3和沿著傳感器高度方向的回填膜6上沉積上屏蔽層2，其還充當上電極。
為了滿足增加記錄密度的需要，現在已將磁道寬度變窄到100nm。并且需要傳感器高度具有與磁道寬度相同的尺寸，以使自由層上的形狀磁各向異性的效果最小化。
專利文件JP-A No.085711/2003披露了這樣的結構，在所述結構中，回填膜已布置在磁阻層的上部上，以使傳感電流僅在磁阻層的空氣承載表面附近流通。這種技術允許傳感電流僅集中在磁阻層的空氣承載表面附近；然而，它具有下述缺點任何精巧，例如多層抗蝕劑的使用，都是必要的，并且難以控制磁阻層的上部上的回填膜的長度。
為了制造更小的傳感器高度，形成傳感器高度而沒有柵狀物(fence)或剝離誤差的過程是必要的。這是因為如果柵狀物或剝離誤差發生的話，則磁阻層可能具有與上屏蔽層的松散接觸。專利文件JP-A No.186673/2004披露了這樣的方法，其用于在剝離過程中使用化學機械拋光(CMP)方法以去除抗蝕劑圖案和柵狀物，避免剝離誤差(剝離掩模材料的不完全去除)和柵狀物。
使用CMP的剝離過程可能在去除抗蝕劑圖案和柵狀物時破壞磁阻層以及回填膜的上表面。專利文件JP-A No.186673/2004披露了這樣的方法，通過所述方法，分別在磁阻層和回填膜上沉積第一阻擋層(stopper layer)和第二阻擋層，以避免對磁阻層以及回填膜的上表面的任何破壞。這些阻擋層由金剛石狀碳(DLC)制成。
圖4是使用CMP的剝離過程的示意圖。如圖4(a)所示，首先第一阻擋層41然后剝離掩模11沉積在磁阻層3上。如圖4(b)所示，第二，蝕刻第一阻擋層41，然后，如圖4(c)所示，通過蝕刻使磁阻層3形成圖案。如圖4(d)所示，第三，沉積沿著傳感器高度方向的回填膜6和第二阻擋層42，然后，如圖4(e)所示，剝離掩模11和沿著傳感器高度方向的回填膜6的不必要的部分通過CMP被剝離。如圖4(f)所示，最后，去除第一阻擋層41和第二阻擋層42。使用CMP的剝離過程可以解決可能在傳統剝離方法中引發的產生柵狀物和剝離誤差的問題。
主要的重要性是防止傳感電流泄漏，并且嘗試了各種泄漏防止主意以滿足增加記錄密度的需要。專利文件JP-A No.241763/2004披露了這樣的方法，通過所述方法，在蝕刻之后，磁阻層的壁表面被氧化，以防止傳感電流泄漏，并防止傳感器特性在退火過程中惡化。專利文件JP-A No.060266/2003披露了這樣的方法，其用于通過濕蝕刻拋光防止磁阻層在空氣承載表面處理期間被破壞，并防止傳感電流泄漏。
專利文件1JP-A No.186673/200專利文件2JP-A No.241763/200專利文件3JP-A No.085711/200專利文件4JP-A No.060266/200
發明內容如圖2所示，優選地，沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面具有與磁阻層3的相同的高度，亦即，沿著傳感器高度方向的回填膜6的厚度與磁阻層3的相同。然而，事實上，在形成沿著傳感器高度方向的回填膜6的過程中，在磁阻層3附近，沿著傳感器高度方向的回填膜6的部分被剝離掩模11隱藏，從而沿著傳感器高度方向的回填膜6的與磁阻層3相接觸的部分的厚度變薄。因此，在如圖4(d)所示的沉積沿著傳感器高度方向的回填膜6和第二阻擋層42的過程中，常常可以看到，與磁阻層3相接觸的部分附近的沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面低于磁阻層3的中間層53的上表面，如圖5所示。如果讀傳感器被制造成這樣的形狀，則可能引發下述兩個問題。
一個是由傳感電流泄漏引起的輸出退化。在如圖5所示的狀態下施加使用CMP的剝離的情況下，淤漿(slurry)趨于郁積在磁阻層3的側壁上，因為第二阻擋層42極其低于第一阻擋層41，并因而局部拋光速率上升。另外，拋光墊趨于碰到第一阻擋層41上，尤其是在圖5中其拐角處(用圓指示的部分)。磁阻層3的邊緣也是，因為在第一和第二阻擋層41、42的高度之間沒有發現差異，如圖5中的虛線指示的那樣，除了不同于與磁阻層3相接觸的沿著傳感器高度方向的回填膜6的點之外。在上述使用CMP過程的剝離結果中，在沿著傳感器高度方向的回填膜6和磁阻層3相互接觸的點處，與磁阻層3的側壁相接觸的沿著傳感器高度方向的回填膜6的部分被蝕刻。這導致磁阻層3的側壁的部分未被覆蓋，如圖6所示，并且磁阻層3的上部被拋光。
在磁阻層的側壁未用沿著傳感器高度方向的回填膜6覆蓋并且被暴露的情況下，特別地，在低于中間層53的層未用沿著傳感器高度方向的回填膜6覆蓋的情況下，在圖3(e)中顯示的隨后過程中的沉積上屏蔽層2中，磁阻層3的與中間層53相比更靠近下屏蔽層4的層(在圖7中為固定層52和下層51)的側壁與上屏蔽層2接觸，如圖7所示。上屏蔽層2與和中間層53相比更靠近下屏蔽層4的層的側壁相接觸，并從而可能形成不穿過磁阻層3的三個層(自由層54、中間層53和固定層52)的電流通路，造成讀傳感器輸出惡化的問題。
另一個是由于上屏蔽層2中發生的臺階(step)而在磁阻層3附近容易地形成上屏蔽層2的磁疇的問題。上屏蔽層2的這種磁疇可能造成噪聲源。在如圖5所示的狀態下施加CMP的情況下，即使在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的側壁的點處沒有蝕刻沿著傳感器高度方向的回填膜6，如圖8所示，上屏蔽層2也在上屏蔽層2的磁阻層3附近具有臺階。因此，這個臺階使磁疇形成在上屏蔽層2中，可能造成噪聲源。與圖8中的結構形成對照，在專利文件JP-A No.241763/2004和JP-A No.060266/2003中顯示的回填膜在磁阻層附近以陡峭角(steep angle)的傾度厚于磁阻層的這樣的結構中，磁疇趨于形成在上屏蔽層2中，易于造成噪聲。
在傳統磁頭的情況下，這兩個問題降低了讀傳感器的制造成品率。本發明的目的就是要解決這些問題。
本發明的磁頭具有磁阻層；下和上屏蔽層，其還充當一對電極，被布置以便磁阻層沿著磁阻層厚度方向夾在它們之間；以及回填膜，其沿著傳感器高度方向布置在磁阻層的末端處。假定磁阻層的厚度為a，并且回填膜的厚度為b，則這個磁頭具有b＞a的關系。
回填膜的厚度在它接觸磁阻層的點處近似為a，并且滿足b≥1.2a的關系。亦即，回填膜具有厚度沿著傳感器高度方向從a單調增加到b的區域以及保持恒定厚度b的區域。
可以通過包括以下的制造過程來制造這種磁頭在下屏蔽層上沉積磁阻層的步驟；在磁阻層上沉積第一阻擋層的步驟；在第一阻擋層上形成剝離掩模的步驟；使用剝離掩模作為掩模通過蝕刻形成磁阻層的傳感器高度的步驟；形成沿著傳感器高度的回填膜的步驟，所述沿著傳感器高度的回填膜比磁阻層厚，并且與磁阻層的側壁相接觸；在沿著傳感器高度的回填膜上沉積第二阻擋層的步驟；為了去除而化學機械拋光剝離掩模的步驟；去除第一和第二阻擋層的步驟；以及形成上屏蔽層的步驟。
根據本發明，防止磁阻層的側壁暴露以避免傳感電流的任何泄漏的結構可以通過使用CMP的剝離過程來建造，并且可以減少沿著傳感器高度的回填膜接觸磁阻層的點處形成的臺階，實現高輸出但是低噪聲的磁頭。此外，安裝本發明的磁頭實現了磁存儲的高記錄密度。進而，可以改善磁頭的制造成品率。


圖1是沿著磁道寬度方向的CPP讀傳感器的橫截面的示意圖；圖2是沿著傳感器高度方向的CPP讀傳感器的橫截面的示意圖；圖3是形成CPP讀傳感器的傳感器高度的過程的流程圖；圖4是通過CMP剝離過程形成CPP讀傳感器的傳感器高度的過程的流程圖；圖5是解釋傳統CPP讀傳感器涉及的問題的示意圖；圖6是解釋傳統CPP讀傳感器涉及的問題的示意圖；圖7是解釋傳統CPP讀傳感器涉及的問題的示意圖；圖8是解釋傳統CPP讀傳感器涉及的問題的示意圖；圖9是沿著傳感器高度方向的本發明的CPP讀傳感器的橫截面的示意圖；圖10是解釋形成傳感器高度的過程中的本發明的CPP讀傳感器的橫截面形狀的示意圖；圖11是顯示距離b和傳感電流泄漏發生率之間關系的示圖；圖12是顯示距離b和傳感電流泄漏發生率之間關系的示圖；圖13是顯示距離d和磁頭成品率之間關系的示圖；圖14是顯示角θ度數和磁頭成品率之間關系的示圖；圖15是解釋形成傳統CPP讀傳感器的過程中涉及的問題的示意圖；圖16是安裝用于縱向記錄的記錄元件的磁頭的示意性橫截面圖；圖17是安裝用于垂直記錄的記錄元件的磁頭的示意性橫截面圖；圖18是磁存儲器的示意圖；圖19是沿著傳感器高度方向離開空氣承載表面布置磁阻層3的磁性讀傳感器的橫截面的示意圖；圖20是僅有部分的磁阻層沿著傳感器高度方向暴露于空氣承載表面的磁性讀傳感器的橫截面的示意圖；以及圖21是形成本發明的CPP讀傳感器的傳感器高度的過程的流程圖。
具體實施例方式
圖9顯示了沿著本發明的磁頭的傳感器高度方向的橫截面結構的例子。本發明的磁頭基本上滿足了下述三個結構要求。
(1)沿著傳感器高度方向的回填膜6與磁阻層3的與中間層53相比更靠近下屏蔽層4的所有層的末端相接觸。
(2)從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離(換言之，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的長度)，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點處(換言之，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的位置之中的離上屏蔽層2最近的位置處)最短(在圖9中，為距離a)。
(3)從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的最長距離(在圖9中，為距離b)，大于從磁阻層3的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的最長距離。
在這些結構之中，(1)中描述的結構是防止形成傳感電流沿著其流入到下屏蔽層4中而不穿過自由、中間以及固定層的路徑以避免讀傳感器輸出退化所需的。此外，在(2)和(3)中描述的結構中，如圖4中顯示的步驟(e)那樣，在使用CMP的剝離過程中，用于保護沿著傳感器高度方向的回填膜6的第二阻擋層42布置在比用于保護磁阻層3的第一阻擋層41高的位置處，并從而拋光墊易于碰到第二阻擋層42上而難以碰到用于保護磁阻層3的第一阻擋層的拐角上，避免了磁阻層3的側壁通過CMP沿著傳感器高度方向的暴露。進而，希望拋光墊難以碰到用于保護磁阻層3的第一阻擋層41，并因而可以使CMP造成的對磁阻層3的破壞最小化。
與傳統結構相比，這些結構的效果允許防止沿著傳感器高度方向的磁阻層3、具體地即磁阻層3的比中間層53低的層的側壁暴露，并且具有防止傳感電流泄漏、實現更高成品率的優點。
這樣一來，如圖9所示，進一步優選地滿足下述三個結構要求。
(4)這樣的結構，在所述結構中，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點和沿著傳感器高度方向從空氣承載表面相距距離d(在圖9中為Y軸正方向)的點之間的間隔之內，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離逐漸增加(換言之，這樣的結構，在所述結構中，例如以20nm的間隔沿著傳感器高度方向分開回填膜，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的表面的間隔的平均距離總是比以前間隔的大)。
(5)這樣的結構，在所述結構中，當以30度角從與磁阻層3相接觸的點之中的最靠近上屏蔽層2的點水平(于下屏蔽層的表面)繪制直線時，沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面總是位于比該直線低的點處。亦即，當水平繪制連接沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點之中的最靠近上屏蔽層2的點的直線時，形成的角θ小于30度。
(6)在這樣的點處，所述點超過了沿著傳感器高度方向從空氣承載表面相距距離d(在圖9中為Y軸正方向)的點，沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面和下屏蔽層4的表面之間的直線的差異，在平均長度(在圖9中為距離b)的10％之內。
除了(1)到(3)中描述的結構之外滿足(4)中描述的結構要求實現了這樣的結構，其能夠防止傳感電流泄漏并防止臺階形成在上屏蔽層2中。在此，(4)中描述的距離d至少比沿著傳感器高度方向的上屏蔽層2的短，同時比沿著傳感器高度方向的磁阻層3的長。在等于或小于20nm的小區域中，取決于CMP過程中造成的破壞程度或基片的平坦度，從沿著傳感器膜方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離可以不必沿著傳感器高度方向逐漸增加。然而，只要將這樣的狀態限制到小區域是無關緊要的。
進而，通過滿足(5)中描述的結構要求，沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面和磁阻層3的上表面之間限定的角度變得更加平緩，因此，淤漿難以在CMP過程中郁積在沿著傳感器高度方向的回填膜6和磁阻層3之間的邊界上。結果是防止了拋光速率局部變高。滿足(5)中描述的結構要求在防止沿著傳感器高度的磁阻層3(具體地即比中間層53低的層)的側壁暴露方面是有用的。另外，可以減少上屏蔽層2中形成的臺階，并因而可以減少由于上屏蔽層2的磁疇壁的轉移而發生的噪聲。
另外，拋光墊在使用CMP的剝離過程中碰到的用于保護沿著傳感器高度方向的回填膜6的第二阻擋層42的區域通過滿足(6)中描述的結構要求而更大。因此，被穩了拋光速率，導致了拋光速率局部分布的成功抑制。這就意味著，這在防止磁阻層3(具體地即比中間層53低的層)的側壁暴露方面是有用的。
通過使用這樣的結構，在沿著傳感器高度方向的磁阻層3的末端處，可以使上屏蔽層2中形成的臺階盡可能大地最小化，所述結構為在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點之中的最靠近上屏蔽層2的點處，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的長度，與從磁阻層3的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的長度相同，如圖9所示。因此，可以實現這樣的結構可以減少由于上屏蔽層2的磁疇壁的轉移而發生的噪聲。應當注意的是，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點之中的最靠近上屏蔽層2的點處，從回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的長度，可以在從磁阻層3的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線長度的從0.9到1.1倍的范圍之內變化。從回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線長度的這個小范圍取決于基片的平坦度或CMP造成的破壞。然而，只要變化落在這個范圍之內是無關緊要的。
使用圖9中顯示的本發明的磁頭進行了試驗以展示其效果。
我們制造了許多磁頭，其中，從下屏蔽層4的上表面到磁阻層3的上表面的距離a為50nm，沿著傳感器高度方向的磁阻層的長度為100nm，并且d為500nm。這些磁頭取決于距離b的值而被分成一些組，其中，圖9中顯示的下屏蔽層4的上表面和沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面之間的距離恒定，并且每組具有10,000個磁頭。我們檢查了傳感電流通過使用這些磁頭而泄漏的磁頭百分比。結果如圖11所示。
如從圖11顯示的結果中知道的那樣，傳感電流泄漏的磁頭百分比在b的尺寸低于50nm的情況下高，而在b的尺寸等于或高于60nm的情況下低。
通過使用其中從下屏蔽層4的上表面到磁阻層3的上表面的距離a為40nm的磁頭，圖12顯示了與上述的相同種類試驗的結果。如從這個試驗的結果中知道的那樣，傳感電流泄漏的磁頭百分比在b的尺寸等于或高于50nm的情況下低。
如從這些結果中知道的那樣，b的適當長度取決于從下屏蔽層4的上表面到磁阻層3的上表面的距離a，并且優選地，近似至少1.2倍于距離a。
另外，我們制造了10,000個具有圖8中顯示的結構的傳統CPP磁頭和10,000個本發明的磁頭，以便根據噪聲水平檢查它們的制造成品率。結果顯示，成品率對于傳統磁頭為66％，而對于本發明的磁頭則為98％。在此，為了估計上屏蔽層2的磁疇壁轉移造成的噪聲效果，以沿著傳感器高度方向施加100Oe磁場以飽和上屏蔽層的方式使電流流入到磁阻層3中的結果，以及以不施加磁場的方式使電流流入的結果，被比較以測量噪聲的水平。在這種檢查中，通過假定噪聲水平在±50μV之內的磁頭良好而噪聲水平在±50μV之外的磁頭不良來確定成品率。安裝噪聲水平在±50μV之內的磁頭的磁存儲產品的成品率為96％。
與上屏蔽層2的形狀相關聯的圖9中顯示的距離d，可以影響上屏蔽層2的磁疇壁的轉移。因此，它同樣可以影響噪聲的產生。為了以相同的方式根據噪聲的水平來檢查成品率，我們制造了磁頭，其中，a為50nm，b為60nm，并且從空氣承載表面13沿著傳感器高度方向的磁阻層的長度為50nm。這些磁頭取決于距離d的值而被分成一些組，并且每組具有10,000個磁頭。結果如圖13所示。
如從圖13中知道的那樣，對于d在較小值處成品率低。例如，成品率在100nm的d處為93％，在500nm的d處為95％，并且在1000nm或更高的d處為98％。制造10,000個具有圖8中顯示的結構的傳統CPP磁頭以檢查它們的成品率。結果為62％。
假定圖9中顯示的角度θ(連接沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點之中的最靠近上屏蔽層2的點和位置A的直線與下屏蔽層的表面之間限定的角度)為10度、20度、30度、45度或60度來制造磁頭以便以相同的方式檢查它們的成品率。結果如圖14所示。如從圖14中知道的那樣，在30度或以下的角度下可以確保95％或以上的成品率。并且圖14顯示，成品率隨著角度θ增長而惡化，如在45度為73％，并且在60度為62％。如從結果中知道的那樣，角度θ優選地為30度或以下。
安裝噪聲水平在±50μV之內的磁頭的磁存儲產品的成品率分別為使用在這個試驗中成品率為93％的磁頭為90％，使用在這個試驗中成品率為95％的磁頭為93％，并且使用在這個試驗中成品率為98％的磁頭為96％。
這樣一來，即使在形成傳感器的過程中施加CMP剝離，本發明的磁頭結構也允許解決泄漏傳感電流的問題和上屏蔽層2的磁阻層3附近的磁疇造成的噪聲問題、解決剝離誤差以及去除任何柵狀物。
現在，下面詳細說明制造本發明的磁頭的過程。首先，在由氧化鋁碳化鈦或類似物制成的基片表面上涂敷由氧化鋁或類似物制成的絕緣體，通過CMP或類似方法施加精確拋光，然后形成下屏蔽層4。這是通過以下制造的以預定形狀使由通過例如濺射、離子束濺射或電鍍制備的鎳鐵合金組成的膜形成圖案。通過生長氧化鋁層并施加CMP，下屏蔽層4及其上的氧化鋁層在基片表面上被平整化。進一步，在遠離在稍后的步驟中制造磁阻膜3的區域的部分處，形成鉛電極膜(未顯示)。這例如由Ta、Au和Ta的堆疊膜組成。
在這個下屏蔽層4上，通過例如濺射或離子束濺射，沉積磁阻層3。磁阻層3包含固定層，其由包含例如Co-Fe合金鐵磁體的層組成；中間層，其由例如氧化鋁、氧化鉭或Cu的金屬氧化物或金屬組成；以及自由層，其由包含Ni-Fe合金和Co-Fe合金的層組成。并且在某些情況下，磁阻層3包含形成在下屏蔽層4上的下層和形成在上屏蔽層2之下的覆蓋層。下層或覆蓋層可以包含能夠穩定固定層的磁化取向的層(通常包含反鐵磁材料)以及用于抑制自由層中巴克豪森(Barkhausen)噪聲的磁疇控制層。并且在某些情況下，磁阻層3具有多個由三個層(自由、中間和固定層)組成的結構。
現在，參考圖21說明形成傳感器高度方向的過程。首先，在磁阻層3上，沉積CMP拋光速率低的由DLC或類似物制成的第一阻擋層41。第二，如圖21(a)所示，抗蝕劑涂敷在第一阻擋層41上，并且通過光刻機曝光，然后用顯影劑顯影以形成預期形狀，其用作剝離掩模11。通過在抗蝕劑之下涂敷聚二甲基戊二酰亞胺(poly dimethylglutaric imide)并且與抗蝕劑一起形成圖案，可以將剝離掩模11制造成為雙層。它可以被制造成為包含無機材料的多層。第三，如圖21(b)所示，使第一阻擋層41形成圖案。如果第一阻擋層41能夠在下一個過程中與磁阻層3一起被蝕刻，則這個過程可以被省略。
第四，如圖21(c)所示，向磁阻層3施加諸如離子束蝕刻或活性蝕刻(RIE)之類的干蝕刻，并且形成沿著傳感器高度方向的圖案。此時，可以通過用相對于基片比第一蝕刻的更加傾斜的第二入射角蝕刻，來去除在第一蝕刻期間再沉積在磁阻層3的壁表面上的任何物質。蝕刻的第二入射角優選地為60度到80度。并且，能夠施加交替重復第一和第二蝕刻過程若干次。也能夠施加使用不同的方法。
第四，如圖21(d)所示，通過濺射或離子束濺射形成沿著傳感器高度方向的回填膜6。膜堆疊可以用于這種沿著傳感器高度方向的回填膜6，然而，需要至少它的部分，其直接接觸磁阻層3，為從諸如氧化鋁、氧化鈦、氧化硅、氮化物、氧化硅和氧化鉭之類的材料或這些材料的混合物選擇的絕緣體。
如圖10所示，進一步需要形成傳感器高度方向，以便沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的部分附近的從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離(在圖10中為距離e)，短于沿著傳感器高度方向的回填膜6沒有接觸磁阻層3的部分中的從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離。
進而，優選地形成傳感器高度方向，以便在從沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的部分到沿著傳感器高度方向離開那個部分一定距離處的點A的區域中，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離b逐漸增加。在此，從沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的部分到點A的距離優選地為500nm或以上，亦即等于或小于沿著傳感器高度方向的上屏蔽層2的長度。進一步優選地，在沿著傳感器高度方向進一步離開點A的點處，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽層4的上表面的距離幾乎固定。這旨在使隨后的CMP過程中的拋光速率的局部分布最小化。
借助于剝離掩模11的高度、用于形成沿著傳感器高度方向的回填膜6的方法以及沉積的條件，可以控制沿著傳感器高度方向的回填膜6的形狀(圖9中的值b和d)。
根據傳統過程，剝離掩模11的高度近似為200nm，磁阻層3的厚度為50nm，并且沿著傳感器高度方向的回填膜6的厚度與磁阻層3的相同。然而，如圖5所示，傳統過程具有下述缺點在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點附近，沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面低于磁阻層3的中間層53，并從而在隨后的CMP過程中，沿著傳感器高度方向的回填膜6在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點附近被拋光。那意味著可能形成泄漏電流通路。僅僅通過加厚沿著傳感器高度方向的回填膜6的厚度，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點附近會形成可能造成噪聲的臺階(陡坡)，如圖15所示，并且在某些情況下，即使施加CMP也不能成功地實現剝離。
為了獲得根據本發明的形狀，重要的是，沿著傳感器高度方向的回填膜6的厚度至少是磁阻層3厚度的大約1.2倍或以上，并且剝離掩模的高度是沿著傳感器高度方向的回填膜6的厚度的4到5或更多倍。
具體地，當磁阻層3的厚度為50nm并且剝離掩模11的高度為500nm而且通過濺射為沿著傳感器高度方向的回填膜6形成70nm的氧化鋁層時，能夠獲得如圖9所示的形狀。在那時，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點附近，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的距離為50nm。b的長度為70nm，并且d的長度為1.0μm。在下述條件下形成沿著傳感器高度方向的回填膜60.40Pa的氣體壓力；200W的標靶功率；150mm的標靶基片間距離；以及0W的基片偏壓功率。借助于將要形成的氧化鋁層的厚度可以控制值b。并且可以通過剝離掩模11的高度來控制值d。當剝離掩模的高度為1.0μm而其他條件不變時，值d為1.2μm。通過在膜形成過程中改變基片上將要供應的偏壓功率，可以控制值b和d。
可選擇地，通過離子束濺射可以成功地獲得圖9中顯示的形狀。當磁阻層3的厚度為50nm并且剝離掩模11的高度為500nm而且通過離子束濺射為沿著傳感器高度方向的回填膜6形成60nm的氧化鋁層時，能夠獲得如圖9所示的形狀。在那時，在沿著傳感器高度方向的回填膜6接觸磁阻層3的點處，從沿著傳感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽層4的上表面繪制的垂線的距離a為50nm，圖9中顯示的長度b為60nm，并且d的長度為1.3μm。在下述條件下形成沿著傳感器高度方向的回填膜6420mA的射束電流；1000V的射束電壓；以及30度的沉積角度。可選擇地，通過沉積角度可以控制值b和d。例如，當沉積角度為45度而其他條件不變時，長度b為60nm，并且長度d為1.7μm。在此沉積角度被規定為基片表面和標靶表面之間的角度。例如，如果相互平行地布置基片和標靶，則沉積角度為0(零)度。
隨后，為了去除剝離掩模11，通過CMP施加剝離，如圖21(e)所示。然后，通過使用氧氣或類似物的活性離子蝕刻(RIE)，去除第一阻擋層41和第二阻擋層42，如圖21(f)所示。
在這個過程之后，形成磁道寬度。為了形成磁道寬度，如形成傳感器高度中的那樣，使用抗蝕劑或抗蝕劑與PMGI兩者以形成抗蝕劑掩模。然后向磁阻層3施加諸如離子束蝕刻和活性離子蝕刻(RIE)之類的干蝕刻。
在蝕刻磁阻層3的過程之后，形成沿著磁道寬度方向的回填膜1。僅僅需要至少直接接觸磁阻層3的部分中的沿著磁道寬度方向的回填膜1的材料是絕緣材料。此外，可能的是，可以在沿著磁道寬度方向的回填膜1上形成縱向偏壓層或側面屏蔽層5，然而，并不總是需要縱向偏壓層或側面屏蔽層5。最后，去除抗蝕劑掩模以完成磁道寬度方向的形成。為了去除抗蝕劑掩模，如形成傳感器高度方向中的那樣，在某些情況下可以使用CMP。在這樣的情況下，如形成傳感器高度方向的過程中那樣，優選地布置阻擋層。
形成磁道寬度的過程和形成傳感器高度的過程之間的先后次序是無關緊要的。與上述次序相反，形成磁道寬度可以在形成傳感器高度之前。
隨后，在磁阻層3的上部上沉積由軟磁材料制成的上屏蔽層2。為了形成上屏蔽層2，首先，金屬材料的層，例如Ta，可以沉積在磁阻層3的上部上作為下層。然后，在堆疊引出端子的過程和制造用于記錄信息的記錄元件的過程之后，在形成浮動塊的過程中通過形成空氣承載表面13可以獲得本發明的磁頭。可選擇地，在制造用于記錄信息的記錄元件之后，讀傳感器可以沉積在其上。
圖16和17是本發明的磁頭的示意性橫截面圖。圖16顯示了縱向記錄型磁頭，而圖17則顯示了垂直記錄型磁頭。如圖16所示，對于縱向記錄型磁頭，記錄元件由下磁極18、上磁極19、線圈20、線圈絕緣體21和寫間隙22組成。如圖17所示，對于垂直記錄型磁頭，記錄元件由輔助磁極23、主磁極24以及具有線圈20和線圈絕緣體21的單極型磁頭組成。
圖18是具有本發明的磁頭25的磁存儲器的示意圖。磁存儲器具有磁記錄介質27，其由電機29旋轉驅動；磁頭25，其安裝記錄頭和讀取頭；音圈電機(致動器)28；以及信號處理電路30。附于常平架(gimbal)26尖端的磁頭25通過音圈電機28在磁記錄介質27之上移動，以定位在預期磁道上。任何記錄信號都通過信號處理電路30被供應給磁頭25的記錄頭，以在磁記錄介質27上造成磁化翻轉用于記錄。任何由磁記錄介質27上的記錄磁化引起的漏磁場都由磁頭25的讀取頭檢測，并且檢測到的信號在信號處理電路30中處理，然后被發送到處理單元作為讀取信號。
本發明的效果不取決于磁疇控制方法而變化。通過沿著磁道寬度方向布置縱向偏壓層的方法，以及通過在磁阻層3中布置磁疇控制層的方法，同樣具有相同的效果。進而，對于沿著傳感器高度方向比空氣承載表面13更加靠后地布置磁阻層3的磁頭，如圖19所示，以及對于僅有部分的磁阻層3面對空氣承載表面13的磁頭，如圖20所示，本發明的結構同樣是有用的。
權利要求
1.一種磁頭，包括磁阻層；下屏蔽層和上屏蔽層，其還作為一對電極，被布置以便所述磁阻層沿著磁阻層厚度方向布置在它們之間；以及回填膜，其沿著傳感器高度方向布置在所述磁阻層的末端處，其中，假定所述磁阻層的厚度為a，并且所述回填膜的厚度為b，建立關系b＞a。
2.根據權利要求1所述的磁頭，其中，所述回填膜在它接觸所述磁阻層的點處的厚度近似為a。
3.根據權利要求2所述的磁頭，其中，建立關系b≥1.2a。
4.根據權利要求2所述的磁頭，其中，所述回填膜具有所述回填膜的厚度沿著傳感器高度方向從a單調增加到b的區域以及隨后保持恒定厚度b的區域。
5.根據權利要求1所述的磁頭，其中，在低于直線的點處布置所述回填膜，所述直線是相對于所述下屏蔽層的表面以30度的角沿著所述傳感器高度方向從所述回填膜接觸所述磁阻層的點之中的最靠近所述上屏蔽層的點繪制的。
6.一種磁頭的制造方法，所述磁頭具有磁阻層；下屏蔽層和上屏蔽層，其被布置以便所述磁阻層沿著所述磁阻層的厚度布置在它們之間；以及回填膜，其沿著傳感器高度方向布置在所述磁阻層的末端處，其中，假定所述磁阻層的厚度為a，并且所述回填膜的厚度為b，建立關系b＞a，所述制造方法包括在下屏蔽層上沉積磁阻層的步驟；在所述磁阻層上沉積第一阻擋層的步驟；在所述第一阻擋層上放置剝離掩模的步驟；使用所述剝離掩模作為掩模蝕刻所述磁阻層以確保所述磁阻層的傳感器高度的步驟；形成回填膜的步驟，在沿著傳感器高度方向的所述磁阻層的側面附近，所述回填膜沿著傳感器高度方向比所述磁阻層厚；沿著傳感器高度方向在所述回填膜上沉積第二阻擋層的步驟；為了去除而化學機械拋光所述剝離掩模的步驟；去除所述第一和第二阻擋層的步驟；以及沉積上屏蔽層的步驟。
7.一種磁存儲器，其安裝有磁記錄介質；電機，其驅動所述磁記錄介質；磁頭，其從所述磁記錄介質讀取數據；以及致動器，其相對于所述磁記錄介質驅動所述磁頭，其中，所述磁頭具有磁阻層；一對電極，其被布置以便所述磁阻層沿著所述磁阻層的厚度被夾在它們之間；以及回填膜，其沿著傳感器高度方向布置在所述磁阻層的末端處，假定所述磁阻層的厚度為a，并且所述回填膜的厚度為b，建立關系b＞a。
全文摘要
本發明提供了具有高成品率的高輸出磁頭，其能夠使傳感電流泄漏或上屏蔽層的磁疇壁的轉移所造成的噪聲最小化。制造所述磁頭，以便在沿著傳感器高度方向的回填膜(6)接觸磁阻層(3)的部分中，沿著傳感器高度方向的回填膜(6)的上表面的高度與磁阻層(3)的高度相同，并且在從沿著傳感器高度方向的回填膜(6)接觸磁阻層(3)的部分到離開所述部分一定距離處的點的區域中，從沿著傳感器高度方向的回填膜(6)的上表面到下屏蔽層(4)的上表面的距離逐漸增加。
文檔編號H01L43/08GK1909068SQ200610108460
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月4日 優先權日2005年8月5日
發明者新谷拓, 渡邊克朗, 芳田伸雄, 武井久子 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司