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JP4244988B2 - 磁気抵抗効果素子、該素子を備えた薄膜磁気ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、該素子を備えた薄膜磁気ヘッド及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、信号磁界等の外部磁界を検出して磁界強度に応じた抵抗変化を示す磁気抵抗（ＭＲ）効果素子、このＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置に関する。さらに本発明は、このようなＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドウエハ及び薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
磁気ディスク装置の大容量小型化に伴い、高感度かつ高出力の薄膜磁気ヘッドを得るべく、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive））効果を利用した読み出し磁気ヘッド素子を有するＧＭＲヘッドの特性改善が進んでいる。一方では、さらなる高記録密度化に対応すべく、ＧＭＲ効果の２倍以上の抵抗変化率が期待できるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive））効果を利用した読み出し磁気ヘッド素子を有するＴＭＲヘッドの開発も精力的に行われている。
ＴＭＲヘッドと一般的なＧＭＲヘッドとでは、センス電流の流れる方向の違いからヘッド構造が互いに異なっている。一般的なＧＭＲヘッドのように、ＭＲ効果積層体の積層面に対して平行にセンス電流を流すヘッド構造を面内通電型（ＣＩＰ（Current In Plane））構造と呼び、ＴＭＲヘッドのように、積層面に対して垂直方向にセンス電流を流すヘッド構造を垂直通電型（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane））構造と呼んでいる。最近では、例えば、特許文献１に開示されているように、ＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッドの開発も行われている。このＣＰＰ構造のＧＭＲヘッドとしては、ＣＩＰ構造のＧＭＲヘッドの場合と同様に、スピンバルブ磁性多層膜（スペキュラー型磁性多層膜、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を含む）を有するものも開発されている。
現在、ＣＩＰ構造においては、高記録密度化に対応したリードギャップの狭小化によって磁気シールド層とＭＲ効果積層体との間に絶縁不良が発生しやすくなっており、深刻な問題となっている。この点、ＣＰＰ構造は、磁気シールド層そのものを電極として用いており、ＣＩＰ構造のように磁気シールド層とＭＲ効果積層体との間に絶縁層を必要としないので、本質的にこのような問題は生じない。このため、ＣＰＰ構造は、高記録密度化においてＣＩＰ構造よりも有利となっている。
このように、ＣＰＰ構造を有するＧＭＲヘッド及びＴＭＲヘッドにおいては、シールド層としての役割を兼ねた上下部電極層が、ＭＲ効果積層体を直接挟み込んでいる。ここで、この上下部電極層間におけるセンス電流の短絡を防止するため、ＭＲ効果積層体の側面を取り囲むように、絶縁層が設けられている。この上下部電極層に挟まれた絶縁層は相応の静電容量を発生させるが、例えば、特許文献２に示されたように、この静電容量は、静電気放電（ＥＳＤ）現象や外乱ノイズ等を介して、読み出し出力の低下や素子の破壊を引き起こす要因となり得る。従って、静電容量の抑制の点からすれば、絶縁層はできるだけ厚い方が好ましい。さらに、上下部電極層の対向面積が大きい場合には、絶縁層内のピンホール等による短絡の確率を低減させるために、絶縁層は、同じく厚い方が好ましいとされている。
一方、このＣＰＰ構造においては、ＭＲ効果積層体の後部にシールド層の一部分を配してバックフラックスガイドとして機能させることにより、読み出し出力の向上を図る技術が開示されている（特許文献３）。図１５にこの実施形態を示す。同図に示すように、絶縁層１５０１が、下部電極層１５００上と、ＭＲ効果積層体１５０３の後方の側面上とに形成されており、下部電極層１５００と上部電極層１５０２との間の短絡を防止している。この実施形態においては、磁化自由層１５０４の後端と、バックフラックスガイドとして機能する上部電極層１５０２との距離が非常に近くなっているので、磁気ディスクの記録ビットからの磁束が、このバックフラックスガイドに誘導されてＭＲ効果積層体に到達し易くなる。これにより、ＭＲ効果積層体の本来有するＭＲ効果による抵抗変化を十分に引き出すことができるというバックフラックス効果が期待できる。
特開平５−２７５７６９号公報 特開２００５−５０４１８号公報 特開２００１−６１３０号公報
上述した従来のバックフラックスガイドを有する構造においては、同じく上述した上下部電極層間の静電容量の増大によって、読み出し出力の低下や素子の破壊が発生し得るという問題が生じていた。
すなわち、同構造において、十分なバックフラックス効果を得るためには、絶縁層の層厚を小さくして、磁化自由層の後端と上部電極層との距離を小さくする必要がある。しかしながら、絶縁層が薄い場合、上述したように、ＥＳＤ現象や外乱ノイズ等の発生する可能性が高くなり、読み出し出力が低下したり、素子が破壊される問題が発生し得る。
一方、図１５において、ＭＲ効果積層体１５０３の後方の側面上に積層された絶縁層の層厚をそのままにして、下部電極層１５００上の絶縁層１５０１のみを厚くする方法も考えられるが、所望のバックフラックス効果を得るためには、絶縁層を十分に厚くすることもできない。従ってこの方法では、静電容量を効果的に低減させることは困難である。
従って、本発明の目的は、十分なバックフラックス効果を享受しながら、上下部電極層間の静電容量を抑制可能であるＭＲ効果素子、このＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、十分なバックフラックス効果を享受しながら、上下部電極層間の静電容量を抑制可能であるＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドウエハ及び薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明について説明する前に、明細書において用いられる用語の定義を行う。基板の素子形成面に形成された磁気ヘッド素子の積層構造において、基準となる層よりも基板側にある構成要素を、基準となる層の「下」又は「下方」にあるとし、基準となる層よりも積層方向側にある構成要素を、基準となる層の「上」又は「上方」にあるとする。例えば、「絶縁層上に下部磁極層がある」とは、下部磁極層が、絶縁層よりも積層方向側にあることを意味する。
また、基板の浮上面（ＡＢＳ）側から構成要素を見た際に、この構成要素の奥側（向こう側）を「後側」又は「後方」とし、この構成要素の手前側を「前側」又は「前方」とする。また、層又は積層体において「上」面及び「下」面に挟まれた周囲の表面を「側面」とする。
本発明によれば、下部電極層と、この下部電極層上に形成されており非磁性中間層とこの非磁性中間層を挟むように形成された磁化固定層及び磁化自由層とを有するＭＲ効果積層体と、このＭＲ効果積層体の後方及び左右の側面を取り囲むように形成された絶縁層と、このＭＲ効果積層体上及びこの絶縁層上に形成された上部電極層とを備えたＭＲ効果素子であって、この絶縁層が、ＭＲ効果積層体の後方の側面の近傍に、上部電極層の一部で満たされた窪みを有しており、この窪みの凹面内の最低点が、磁化自由層の上面と同等の高さ又はこの上面よりも下方にあるＭＲ効果素子が提供される。なお、ＭＲ効果積層体は、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果積層体又はＴＭＲ効果積層体であることが好ましい。
また、絶縁層の底面から窪みの凹面内の最低点までの厚さＤＢが、１８ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、磁化自由層の上面の後端から窪みの凹面までの前後方向における絶縁層の厚さＤＩが、ＤＩの単位をｎｍとして、３≦ＤＩ≦５０の関係を満たしていることがより好ましい。
このような構成を有するＭＲ効果素子においては、上部電極層の一部で満たされた窪みが、十分に下方にある底を有しており、しかも磁化自由層の上面の後端の近傍に設けられている。その結果、十分なバックフラックス効果が享受される。さらに、絶縁層の窪み以外の部分では、十分な層厚が確保されるので、上下部電極層間の静電容量を抑制することができる。その結果、ＥＳＤ現象や外乱ノイズ等の発生を防止可能となり、データの読み出し出力を向上させつつ、素子の破壊が回避される。
本発明によれば、また、データの読み出し手段として、上述のＭＲ効果素子を少なくとも１つ備えている薄膜磁気ヘッドが提供される。
本発明によれば、さらにまた、この薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えているＨＧＡが提供される。
本発明によれば、さらにまた、上述のＨＧＡを少なくとも１つ備えており、少なくとも１つの磁気ディスクと、この少なくとも１つの磁気ディスクに対して薄膜磁気ヘッドが行う書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路とをさらに備えている磁気ディスク装置が提供される。
本発明によれば、さらにまた、磁気シールドとしての役割をも果たす下部電極層上に、非磁性中間層とこの非磁性中間層を挟むように形成された磁化固定層及び磁化自由層とを有するＭＲ効果積層体を、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって形成し、このレジストパターンを残留させた状態で、ウエハの素子形成面の法線をスパッタリング用のターゲット面の法線から所定の角度だけ傾けて、素子形成面の法線方向の軸の回りでウエハを自転させながら、下部電極層上及びＭＲ効果積層体の側面上に、この側面上における膜面が素子形成面に対して傾斜した絶縁膜をスパッタリング法によって成膜した後、絶縁膜の傾斜した膜面におけるエッチングレートが絶縁膜の他の膜面におけるエッチングレートよりも大きくなるイオンビームエッチング法を含む処理によってこの絶縁膜をエッチングすることによって、ＭＲ効果積層体の側面の近傍に位置した、自身の凹面内の最低点が磁化自由層の上面と同等の高さ又はこの上面よりも下方となる窪みを有する絶縁層であって、底面からこの窪みの凹面内の最低点までの厚さＤＢが１８ｎｍ以上である絶縁層を形成し、その後、この窪み上を含む絶縁層上及びＭＲ効果積層体上に、磁気シールドとしての役割をも果たす上部電極層を形成する薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法が提供される。ここで、上述の所定の角度が、２０度以上であって６０度以下であることが好ましい。また、絶縁膜が、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２であることが好ましい。なお、形成されたレジストパターンの除去は、例えば、下部電極層上及びＭＲ効果積層体の側面上に絶縁膜をスパッタリング法によって成膜した後に行うことができる。
この本発明による薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法においては、磁化自由層の上面の後端から窪みの凹面までの前後方向における絶縁層の厚さＤＩが、
３≦ＤＩ≦５０（但し、ＤＩの単位はｎｍである）
の関係を満たすように、絶縁層を形成することが好ましい。また、ＭＲ効果積層体として、垂直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）効果積層体又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果積層体を形成することも好ましい。
本発明によれば、さらにまた、磁気シールドとしての役割をも果たす下部電極層上に、非磁性中間層とこの非磁性中間層を挟むように形成された磁化固定層及び磁化自由層とを有するＭＲ効果積層体を、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって形成し、下部電極層上及びＭＲ効果積層体の側面上に、この側面上における膜面が素子形成面に対して傾斜した絶縁膜を化学気相成長法によって成膜した後、絶縁膜の傾斜した膜面におけるエッチングレートが絶縁膜の他の膜面におけるエッチングレートよりも大きくなるイオンビームエッチング法を含む処理によってこの絶縁膜をエッチングすることによって、ＭＲ効果積層体の側面の近傍に位置した、自身の凹面内の最低点が磁化自由層の上面と同等の高さ又はこの上面よりも下方となる窪みを有する絶縁層であって、底面からこの窪みの凹面内の最低点までの厚さＤＢが１８ｎｍ以上である絶縁層を形成し、その後、この窪み上を含む絶縁層上及びＭＲ効果積層体上に、磁気シールドとしての役割をも果たす上部電極層を形成する薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法が提供される。ここで、絶縁膜が、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２であることが好ましい。
本発明によれば、さらにまた、上述した製造方法によって製造された薄膜磁気ヘッドウエハを、複数の薄膜磁気ヘッドが列状に並ぶ複数のバーに分離し、この複数のバーの各々を研磨することによってハイト加工を施し、このハイト加工が施された複数のバーの各々を個々の薄膜磁気ヘッドに分離する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。
このような製造方法によれば、絶縁層内に、上部電極層の一部で満たされており、十分に下方にある底を有しており、しかも磁化自由層の上面の後端の近傍に設けられている窪みを形成することができる。さらに、窪み以外の部分では十分な層厚が確保される絶縁層をも形成することができる。その結果、十分なバックフラックス効果を享受しつつ、上下部電極層間の静電容量を抑制することができるＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
本発明によるＭＲ効果素子、このＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置によれば、十分なバックフラックス効果を享受しながら、上下部電極層間の静電容量を抑制することができる。その結果、ＥＳＤ現象や外乱ノイズ等の発生を防止可能となり、データの読み出し出力を向上させつつ、素子の破壊が回避される。
また、本発明のＭＲ効果素子の製造方法によれば、十分なバックフラックス効果を享受しながら、上下部電極層間の静電容量を抑制可能であるＭＲ効果素子、及びこのＭＲ効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
図１は、本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図である。また、図３は、図２のＨＧＡの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッド（スライダ）の一実施形態を示す斜視図である。
図１において、１０は、スピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する複数の磁気ディスク、１２は、薄膜磁気ヘッド（スライダ）２１をトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置、１３は、この薄膜磁気ヘッドの書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路をそれぞれ示している。
アセンブリキャリッジ装置１２には、複数の駆動アーム１４が設けられている。これらの駆動アーム１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってピボットベアリング軸１６を中心にして角揺動可能であり、この軸１６に沿った方向にスタックされている。各駆動アーム１４の先端部には、ＨＧＡ１７が取り付けられている。各ＨＧＡ１７には、薄膜磁気ヘッド（スライダ）２１が、各磁気ディスク１０の表面に対向するように設けられている。磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及びスライダ２１は、単数であってもよい。
記録再生回路１３は、図示していないが、記録再生制御ＬＳＩと、記録再生制御ＬＳＩから記録データを受け取るライトゲートと、ライトゲートからの信号を後述する書き込み用の電磁コイル素子に出力するライト回路と、後述する読み出し用のＴＭＲ効果素子にセンス電流を供給する定電流回路と、ＴＭＲ効果素子の素子出力電圧を増幅する増幅器と、記録再生制御ＬＳＩに対して再生データを出力する復調回路とを備えている。
図２に示すように、ＨＧＡ１７は、サスペンション２０の先端部に、磁気ヘッド素子を有するスライダ２１を固着し、さらにそのスライダ２１の端子電極に配線部材２５の一端を電気的に接続して構成される。
サスペンション２０は、ロードビーム２２と、このロードビーム２２上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ２３と、ロードビーム２２の基部に設けられたベースプレート２４と、フレクシャ２３上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２５とから主として構成されている。なお、図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップを装着してもよい。
図３に示すように、本実施形態における薄膜磁気ヘッド（スライダ）２１は、適切な浮上量を得るように加工されたＡＢＳ３０と、素子形成面３１上に形成された磁気ヘッド素子３２と、素子形成面３１上に形成された被覆層４２の層面から露出したそれぞれ２つからなる信号端子電極３５及び３６とを備えている。ここで、磁気ヘッド素子３２は、読み出し用のＭＲ効果素子３３と、書き込み用の電磁コイル素子３４とから構成されている。さらに、信号端子電極３５及び３６は、ＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４にそれぞれ接続されている。
ＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４においては、素子の一端がＡＢＳ３０側のヘッド端面３００に達している。これらの端が磁気ディスクと対向することによって、信号磁界の感受による読み出しと信号磁界の印加による書き込みとが行われる。
図４（Ａ）は、本発明による薄膜磁気ヘッドにおける、長手磁気記録用の磁気ヘッド素子を備えた一実施形態の要部の構成を示す、図３のＡ−Ａ線断面図である。また、図４（Ｂ）は、本発明による薄膜磁気ヘッドにおける、垂直磁気記録用の磁気ヘッド素子を備えた一実施形態の要部の構成を示す、図３（Ｂ）のＡ−Ａ線断面に相当する断面図である。図４（Ｂ）において、図４（Ａ）の磁気ヘッド素子と共通または対応する構成要素は、図４（Ａ）と同一の参照番号を用いて示されており、その構成の説明は省略されている。
図４（Ａ）において、２１０はスライダ基板であり、磁気ディスク表面に対向するＡＢＳ３０を有している。このスライダ基板２１０のＡＢＳ３０を底面とした際の一つの側面である素子形成面３１に、読み出し用のＭＲ効果素子３３と、書き込み用の電磁コイル素子３４と、これらの構成要素を保護する被覆層４２とが主に形成されている。
ＭＲ効果素子３３は、ＭＲ効果積層体３３２と、この積層体の後方及び左右の側面を取り囲むように形成された絶縁層３３３と、ＭＲ効果積層体３３２及び絶縁層３３３を挟む位置に配置されている下部電極層３３０及び上部電極層３３４とを含む。ＭＲ効果積層体３３２は、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果多層膜、又はＴＭＲ効果多層膜を含み、非常に高い感度で磁気ディスクからの信号磁界を感受する。上下部電極層３３４及び３３０は、ＭＲ効果積層体３３２に対して積層面に垂直にセンス電流を印加するための電極であるとともに、この積層体が雑音となる外部磁界を受けることを防止する磁気シールドとしての役割も兼ねている。
絶縁層３３３は、ＭＲ効果積層体３３２の後方の部分に、窪み３３３ａを有しており、この窪み３３３ａには上部電極層３３４の一部であるバックフラックスガイド部３３４ａが、埋められることにより満たされている。さらに、窪み３３３ａの凹面内の最低点は、ＭＲ効果積層体３３２の中に積層されており後述する磁化自由層の上面と同等の高さ又はこの上面よりも下方にある。このような絶縁層中に窪みを有する構成によって、このバックフラックスガイド部３３４ａと磁化自由層の上面の後端との距離が、非常に小さい値に設定可能となる。その結果、磁気ディスクの記録ビットからの磁束が、このバックフラックスガイド部３３４ａに誘導されてＭＲ効果積層体３３２に到達し易くなり、十分なバックフラックス効果が得られる。
また、絶縁層３３３の窪み３３３ａ以外の部分では、十分な層厚が確保されるため、上下部電極層３３４及び３３０間の静電容量を小さく抑えることができ、さらに、ピンホールによる短絡の可能性を十分に低減することができる。その結果、ＥＳＤ現象や外乱ノイズ等の発生を防止可能となり、データの読み出し出力を向上させつつ、素子の破壊が回避される。なお、窪み３３３ａの大きさ、ＭＲ効果積層体３３２との位置関係については後に詳述する。
電磁コイル素子３４は、本実施形態において長手磁気記録用であり、下部磁極層３４０、書き込みギャップ層３４１、コイル層３４３、コイル絶縁層３４４及び上部磁極層３４５を備えている。下部磁極層３４０及び上部磁極層３４５は、コイル層３４３によって誘導された磁束の導磁路となっており、端部３４０ａ及び３４５ａが、書き込みギャップ層３４１のうちヘッド端面３００側の端部を挟持している。この書き込みギャップ層３４１の端部位置からの漏洩磁界によって長手磁気記録用の磁気ディスクに書き込みが行なわれる。なお、下部磁極層３４０及び上部磁極層３４５の磁気ディスク側の端は、ヘッド端面３００に達しているが、ヘッド端面３００には、極めて薄い保護膜としてダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等のコーティングが施されている。なお、コイル層３４３は同図において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。
また、上部電極層３３４と下部磁極層３４０との間には、ＭＲ効果素子３３及び電磁コイル素子３４を分離するための絶縁材料又は金属材料等からなる非磁性層が設けられているが、同層は必ずしも必要ではなく、同層を省略して、下部磁極層を上部電極層で兼用してもよい。
次いで、図４（Ｂ）を用いて、本発明による薄膜磁気ヘッドの他の実施形態を説明する。
同図において、電磁コイル素子３４′は、垂直磁気記録用であり、主磁極層３４０′、書き込みギャップ層３４１′、コイル層３４３′、コイル絶縁層３４４′及び補助磁極層３４５′を備えている。主磁極層３４０′は、コイル層３４３′によって誘導された磁束を、書き込みがなされる磁気ディスクの垂直磁気記録層まで収束させながら導くための導磁路であり、主磁極主要層３４００′及び主磁極補助層３４０１′から構成されている。ここで、主磁極層３４０′のヘッド端面３００側の端部３４０ａ′における層厚方向の長さ（厚さ）は、この主磁極主要層３４００′のみの層厚に相当しており小さくなっている。この結果、高記録密度化に対応した微細な書き込み磁界を発生させることができる。
補助磁極層３４５′のヘッド端面３００側の端部は、補助磁極層３４５′の他の部分よりも層断面が広いトレーリングシールド部３４５０′となっている。このトレーリングシールド部３４５０′を設けることによって、トレーリングシールド部３４５０′の端部３４５０ａ′と主磁極層３４０′の端部３４０ａ′との間において磁界勾配がより急峻になる。この結果、信号出力のジッタが小さくなって読み出し時のエラーレートを小さくすることができる。
図４（Ｂ）において、ＭＲ効果素子３３′と電磁コイル素子３４′との間に、さらに、素子間シールド層４４及びバッキングコイル部４６が形成されている。バッキングコイル部４６は、バッキングコイル層４６０及びバッキングコイル絶縁層４６１から形成されており、電磁コイル素子３４′から発生してＭＲ効果素子３３内の上下部電極層を経由する磁束ループを打ち消す磁束を発生させて、磁気ディスクへの不要な書き込み又は消去動作である広域隣接トラック消去（ＷＡＴＥ）現象の抑制を図っている。なお、コイル層３４３′は、図４（Ｂ）において１層であるが、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。
図５は、ＭＲ効果積層体３３２の一実施形態における層構成を概略的に示す、図３のヘッド端面３００側から見たＢ−Ｂ線断面図である。
同図において、ＭＲ効果積層体３３２は、ＴＭＲ効果多層膜を含む。なお、上述したように、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果多層膜を含むものであってもよい。５０は下部金属層、５１は下地層、５２は反強磁性層、５３は磁化固定層、５４は非磁性中間層としてのトンネルバリア層、５５は磁化自由層、５６は上部金属層をそれぞれ示している。ここで、下部金属層５０は、下部電極層３３０上に形成されており、ＴＭＲ効果積層体３３２を下部電極層３３０に電気的に接続する。さらに、上部金属層７６は、この上に上部電極層３３４が形成されることによって、ＴＭＲ効果積層体３３２を上部電極層３３４に電気的に接続する。従って、磁界検出の際のセンス電流は、上下部電極層間においてＴＭＲ効果積層体内の各層面に対して垂直な方向に流れることになる。また、絶縁層３３３は、上述したようにＭＲ効果積層体３３２の後方の側面だけではなく、左右の側面をも取り囲むように形成されている。
なお、図５の絶縁層３３３の位置であって、磁化固定層５３、トンネルバリア層５４、磁化自由層５５のトラック幅方向（左右方向）の両側に、隣接トラックからのノイズ磁界を吸収するためのサイド軟磁性層が設けられていてもよい。この場合、このサイド軟磁性層の下方の位置、並びに少なくとも磁化固定層５３及びトンネルバリア層５４のトラック幅方向の両端部とサイド軟磁性層との間の位置にサイド絶縁膜が設けられる。このサイド絶縁膜を設けることによって、少なくとも、センス電流がトンネルバリア層５４を介さないで流れてしまう現象を回避し、効率良くＴＭＲ出力を取り出すことができる。
さらに、同じく絶縁層３３３の位置であって、磁化固定層５３、トンネルバリア層５４、磁化自由層５５のトラック幅方向（左右方向）の両側に、硬磁性材料からなる層を設けて、さらにこの硬磁性材料の層とＴＭＲ効果積層体３３２との間に薄い絶縁層を介在させることによって、磁化自由層５５にハードバイアス方式によるバイアス磁界を印加してもよい。又は、磁化自由層５５と上部金属層５６との間に、バイアス非磁性層、バイアス強磁性層及びバイアス反強磁性層が順次積層されたインスタックバイアス（in-stack bias）積層体、その他のバイアス手段が設けられていてもよい。これらのバイアス手段は、磁化自由層５５に交換バイアス磁界を印加して磁化自由層５５の単磁区化をより一層促進させる。
反強磁性層５２は、下部金属層５０上に下地層５１を介して形成されている。反強磁性層５２上に積層された磁化固定層５３においては、この反強磁性層５２側から、第１の強磁性膜５３ａ、非磁性膜５３ｂ、第２の強磁性膜５３ｃが順次成膜されて積み重なっており、いわゆるシンセティックフェリ構造となっている。第１の強磁性膜５３ａには、反強磁性層５２との交換結合により交換バイアス磁界が印加されて、これにより磁化固定層５２全体の磁化が安定的に固定される。
トンネルバリア層５４上に積層された磁化自由層５５は、このトンネルバリア層５４側から、高分極率膜５５ａ及び軟磁性膜５５ｂが順次成膜されて積み重なった構成となっている。磁化自由層５５は、印加される信号磁界に応答して磁化方向が変化するが、磁化固定層５３との間で、トンネルバリア層をトンネル効果の障壁とした強磁性トンネル結合を形成している。従って、磁化自由層５５の磁化方向が信号磁界に応答して変化すると、磁化自由層５３のアップ及びダウンスピンバンドの状態密度の変動によってトンネル電流が増減し、結果としてＭＲ効果積層体３３２の電気抵抗値が変化する。この変化量を計測することによって、微弱であって局所的な信号磁界を高感度で確実に検出することができる。ここで、高分極率膜５５ａは必ずしも必要ではなく省略可能である。省略した場合、トンネルバリア層５４との界面に存在することになる軟磁性膜５５ｂ相当の抵抗変化率が実現することになる。
図６は、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
同図によれば、最初に、スライダ用のウエハ基板の素子形成面に下部電極層が形成され（ステップＳ１）、次いで、ＭＲ効果積層体が形成され（ステップＳ２）、次いで、絶縁層用の絶縁膜が形成され（ステップＳ３）、次いで、この絶縁膜に窪みが形成されることによって絶縁層が形成され（ステップＳ４）、さらに、上部電極層及びバックフラックスガイド部が形成されて（ステップＳ５）、ＭＲ効果素子が完成する。次いで、垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドの場合には、素子間シールド層及びバッキングコイル部の形成（ステップＳ６）が行われる。その後、電磁コイル素子が形成され（ステップＳ７）、さらに、被覆層及び信号端子電極が形成されて（ステップＳ８）、ウエハ基板工程が終了する。
次いで、形成工程が終了したウエハ基板を切断して複数の磁気ヘッド素子が一列状に並んだバー部材を形成する（ステップＳ９）。次いで、このバー部材を研磨することによって所望のＭＲハイトを得るべく、ＭＲハイト加工を行う（ステップＳ１０）。その後、ＭＲハイト加工が施されたバー部材を個々のスライダ（薄膜磁気ヘッド）に切断分離することによって（ステップＳ１１）、薄膜磁気ヘッドの製造工程が終了する。
図７は、図４（Ａ）に示したＭＲ効果素子及び電磁コイル素子の形成工程の一実施形態を説明する、図３のＡ−Ａ線断面図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等から形成されたスライダ基板（ウエハ基板）２１０上に、例えばスパッタ法によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等からなる厚さ０.１〜５μｍ程度の下地絶縁層４０を形成する。次いで、下地絶縁層４０上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ若しくはＦｅＺｒＮ等、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の下部電極層３３０を形成する。その後、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等によって平坦化することにより、平坦化層７０を形成する。
次いで、図７（Ｂ）に示すように、下部シールド層３３０上に、ＭＲ効果積層体３３２及び窪み３３３ａを有する絶縁層３３３を形成する。これらの形成方法は、本発明の特徴的部分に係るものであり、後に詳述する。
次いで、図７（Ｃ）に示すように、窪み３３３ａ上を含む絶縁層３３３上及びＭＲ効果積層体３３２上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ若しくはＦｅＺｒＮ等、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の上部電極層３３４及びバックフラックスガイド部３３４ａを形成する。以上の工程によって、ＭＲ効果素子３３の形成を完了する。その後、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜し、ＣＭＰ等によって平坦化して平坦化層７１を形成する。
次いで、図７（Ｄ）に示すように、上部電極層３３４上に、例えばスパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ又はＤＬＣ等の絶縁材料又はＴｉ、Ｔａ又はＰｔ等の金属材料からなる厚さ０.１〜０.５μｍ程度の非磁性層４１を、ＭＲ効果素子３３と後に形成する電磁コイル素子３２とを分離するために形成する。次いで、非磁性層４１上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ若しくはＦｅＺｒＮ等、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の下部磁極層３４０を形成する。その後、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜し、例えばＣＭＰ等によって平坦化することによって平坦化層７２を形成する。
次いで、同じく図７（Ｄ）に示すように、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ又はＤＬＣ等の絶縁材料からなる厚さ０.０１〜０.０５μｍ程度の書き込みギャップ層３４１を形成する。その後、レジストマスクパターンを介して、例えばミリング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等のドライエッチング法等によって、書き込みギャップ層３４１の一部を除去して下部磁極層３４０を露出させることにより、バックギャップ部７３を形成する。次いで、書き込みギャップ層３４１上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等からなる厚さ１〜５μｍ程度のコイル層３４３を形成する。
次いで、同じく図７（Ｄ）に示すように、コイル層３４３を覆うように、例えばフォトリソグラフィ法等によって、例えば加熱キュアされたノボラック系等のレジストからなる厚さ０.５〜７μｍ程度のコイル絶縁層３４４を形成する。次いで、書き込みギャップ層４３１上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ若しくはＦｅＺｒＮ等、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の上部磁極３４５０及びバックコンタクト磁極３４５１を形成する。
次いで、図７（Ｅ）に示すように、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜し、例えばＣＭＰ等によって平坦化することによって平坦化層７４を形成する。次いで、図７（Ｆ）に示すように、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等からなる絶縁層７５を例えばスパッタ法、ＣＶＤ法等によって形成する。その後、レジストマスクパターンを介して、例えばミリング法、ＲＩＥ法等のドライエッチング法等によって下地を露出させることにより、上部磁極−ヨーク接合部７６０と、バックコンタクト磁極−ヨーク接合部７６１と、コイル引き出し部７６２とを形成する。
次いで、同じく図７（Ｆ）に示すように、例えばフレームめっき法等によって、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ若しくはＦｅＺｒＮ等、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度のヨーク層３４５２及びコイルリード層７７を形成する。ただし、コイルリード層７７は、別途、例えばフレームめっき法等によってＣｕ等の材料から形成されてもよい。その後、上部磁極３４５０及び下部磁極層３４０における書き込みギャップ層３４１を介した対向面のトラック幅方向の幅を揃えるために、トリムミリング処理等が施される。なお、以上の工程によって上部磁極３４５０、バックコンタクト磁極３４５１及びヨーク層３４５２が形成されることにより、上部磁極層３４５の形成が完了する。
次いで、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜し、例えばＣＭＰ等によって平坦化することによって平坦化層７８を形成する。次いで、この平坦化された面上に、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等からなる被覆層４２を形成する。以上によって、ＭＲ効果素子及び電磁コイル素子の形成工程が完了する。
以上、図４（Ａ）に示した長手磁気記録用の薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明したが、当然に他の形成条件、態様で製造することも可能であり、また、図４（Ｂ）に示した垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドにおいても、上述した製造方法を適用又は応用することによって同様に製造することができる。
図８（Ａ１）〜（Ｃ３）及び図１０（Ａ１）〜（Ｂ２）は、本発明によるＭＲ効果積層体及び絶縁層の形成工程の一実施形態を示す断面図及び平面図である。また、図９は、従来の絶縁膜の形成を説明する概略図であり、図１１は、絶縁膜におけるエッチングレートのエッチング角度依存性を説明するグラフである。
まず、図８（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、下部電極層３３０上に、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ又はＷ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の下部金属層５０と、例えばＮｉＣｒ又はＮｉＦｅ等からなる厚さ５〜６ｎｍ程度の下地膜５１と、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜１５ｎｍ程度の反強磁性層５２と、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ２ｎｍ程度の第１の強磁性膜５３ａと、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ及びＣｕ等のうちの１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ０.８ｎｍ程度の非磁性膜５３ｂと、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ２〜３ｎｍ程度の第２の強磁性膜５３ｃとが順次、スパッタリング法等によって成膜される。
次いで、形成された第２の強磁性膜５３ｃ上に、例えばＡｌ等からなる厚さ０.５〜０.６ｎｍ程度の金属膜が、スパッタリング法等によって成膜される。次いで、この金属膜が、真空装置内に導入された酸素によって、又は自然酸化によって、酸化されてトンネルバリア層５４となる。次いで、形成されたトンネルバリア層５４上に、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜５５ａと、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ３ｎｍ程度の軟磁性膜５５ｂと、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ又はＷ等からなる厚さ１６〜２０ｎｍ程度の上部金属層５６とが順次、スパッタリング法等によって形成される。
なお、図示されていないが、上述したように、磁化自由層５５と上部金属層５６との間に、インスタックバイアス積層体を設ける場合、軟磁性膜５５ｂ上に、例えばＴａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ及びＳｉ等のうち１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ１ｎｍ程度のバイアス非磁性層、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ５ｎｍ程度のバイアス強磁性層、及び例えばＩｒＭｎ等からなる厚さ７ｎｍ程度のバイアス反強磁性層が順次、スパッタリング法等によって積層される。
また、反強磁性層５２、磁化固定層５３、トンネルバリア層５４及び磁化自由層５５を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層５３においては、３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層５５においても、２層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、反強磁性層、磁化固定層、トンネルバリア層及び磁化自由層が、逆順に、すなわち、磁化自由層、トンネルバリア層、磁化固定層及び反強磁性層の順に積層されていてもよい。
次いで、上部金属層５６（又はバイアス反強磁性層）上に、例えばリフトオフ用のフォトレジストパターンが形成された後、イオンミリング法等によって、ＭＲ効果多層体３３２′が形成される。その後、絶縁膜及び硬磁性膜が成膜された上で、フォトレジストパターンを剥離して、すなわちリフトオフによって、図８（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように、絶縁層８０及びトラック幅方向のバイアス用の硬磁性層８１が形成される。ここで、硬磁性膜のかわりに絶縁膜が成膜されるならば、硬磁性層８１に代わって絶縁層８０と合わせて絶縁層３３３が形成されることになる。
さらに、上述したように、硬磁性層８１の代わりにサイド軟磁性層が設けられてもよい。この場合、サイド軟磁性層は、例えばＮｉＦｅ等の軟磁性材料から構成される。また、その際に必要となるサイド絶縁膜は、例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料から構成される。
その後、ＭＲ効果多層体３３２′及び硬磁性層８１上に、フォトレジストパターン８２が形成され、次いで、イオンミリング法等によってＭＲ効果多層体３３２′がさらにパターニングされて、ＭＲ積層体３３２が形成される。次いで、図８（Ｃ１）に示すように、フォトレジストパターン８２を残留させた状態で、ウエハ８３の素子形成面の法線方向に伸びている中心線８４を軸として、ウエハ８３が自転させられる。この際、この中心線８４は、スパッタリング用のターゲット面８５の法線８６から２０〜６０度傾いている。この状態において、イオンビームスパッタリング法等によって、絶縁膜３３３′が成膜される（図８（Ｃ２）及び（Ｃ３））。なお、図８（Ｃ２）は、図８（Ｃ３）のＤ−Ｄ線断面図であり、図８（Ｂ２）のＣ−Ｃ断面図である図８（Ｂ１）とは異なる方向から見たものであることに注意すべきである。また、図８（Ｃ３）において、幅ＷＭＲがＭＲ効果素子のトラック幅となり、さらに、８７及び８８が、それぞれ、ＭＲハイト加工直前のＭＲハイト端、及びＭＲハイト加工によって追い込まれたＡＢＳ側のヘッド端面となる。
このように形成された絶縁膜３３３′は、ウエハ８３の素子形成面全面に形成された複数のＭＲ効果積層体３３２それぞれの近傍において、ほぼ均一なプロファイルを有することになる。このプロファイルにおいて、絶縁膜３３３′のＭＲ効果積層体３３２への付きまわり部分の傾斜角度、すなわち図１０（Ａ１）に示す面１００１の傾斜角度に大きく影響を及ぼすのは、中心線８４の傾きの角度である。実際に、この角度は、後述するように２０度以上６０度以下であることが好ましい。
これに対して、ウエハ８３を傾けることなく、絶縁膜の成膜を行った場合、例えば図９に示すように、ウエハ内において絶縁膜３３３″の膜厚にばらつき又は分布が発生する。従って、ウエハの回転軸となる中心線８４が所定の角度で傾いていることが絶縁膜３３３′のプロファイルの均一化に顕著な効果を及ぼすことが理解される。
なお、ＭＲ効果多層体３３２′がパターニングされてＭＲ効果積層体３３２が形成された後、絶縁膜を成膜する際、下部電極層上及びＭＲ効果積層体の側面上に絶縁膜をＣＶＤ法によって成膜してもよい。この場合においても、形成された絶縁膜は、ウエハ８３の素子形成面全面に形成された複数のＭＲ効果積層体３３２それぞれの近傍において、ほぼ均一なプロファイルを有することになる。
このような絶縁膜３３３′が形成された後、図１０（Ａ１）に示すように、中心線８４に沿った方向のイオンビーム１０００によって、絶縁膜３３３′のエッチングが行われる。この際のエッチング方法としては、例えば、イオンミリング法であってもよいし、逆スパッタリング法であってもよい。さらに、ガスクラスタミリング法を用いてもよい。このエッチング工程によって、図１０（Ａ２）及び（Ａ３）に示すように、窪み３３３ａを有する絶縁層３３３が形成される。
ここで、このような窪みが形成される理由を説明する。図１１によれば、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２といった代表的な絶縁材料膜において、エッチングレートは、膜面の法線とエッチング用のイオンビームの入射方向とがなす角度、すなわちエッチング角度に大きく依存する。エッチング角度が３０〜６０度である場合、エッチングレートは、３０度未満の場合に比べて相当に大きくなる。従って、図１０（Ａ１）における絶縁膜３３３′の面１００１は、面１００２よりも大きなレートでエッチングされるので、結果として、図１０（Ａ２）に示したような窪み形状が得られることになる。この際、窪み３３３ａの形状に大きな影響を及ぼすのは、エッチング角度に等しい、絶縁膜３３３′の面１００１の傾斜角度であり、この傾斜角度に大きな影響を及ぼすのは、ウエハの中心線８４の傾きの角度である。実際には、この傾きの角度を、２０度以上６０度以下とすることが好ましいことがわかっている。
次いで、図１０（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように、ＭＲ効果積層体３３２及び絶縁層３３３上に、上部電極層３４０及びバックフラックスガイド部３４０ａが形成される。なお、窪み３３３ａ及びバックフラックスガイド部３４０ａの一方は、後の工程であるＭＲハイト加工（図６のＳ１０）における研磨において消失する。また、図１０（Ａ２）及び（Ｂ１）はそれぞれ、図１０（Ａ３）及び（Ｂ２）のＥ−Ｅ線断面図及びＦ−Ｆ線断面図であり、同じ方向から見たものであることに注意すべきである。
また、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果多層膜を含むＭＲ効果素子を形成する場合においても、図８（Ａ１）及び（Ａ２）における多層膜の形成工程が異なる点以外は、当然に以上に述べた形成方法を用いることができる。
以下に、本発明によるＭＲ効果素子の実施例を示し、絶縁層が有する窪みの大きさ、及び窪みとＭＲ効果積層体との位置関係の効果について説明する。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明によるＭＲ効果素子の実施例、及びＭＲ効果素子の比較例における、絶縁層が有する窪みの位置及び大きさを規定する距離パラメータを説明するための図である。
図１２（Ａ）によれば、本発明によるＭＲ効果素子において、窪み１２００ａの凹面内の最低点は、磁化自由層１２０１の上面と同等の高さ又はこの上面よりも下方にある。この際、磁化自由層１２０１の上面の後端から窪み１２００ａの凹面までの前後方向の厚さをＤＩとする。また、また、絶縁層１２００の底面１２０２から窪み１２００ａの凹面内の最低点までの厚さをＤＢとし、絶縁層１２００の底面１２０２と磁化自由層１２０１の上面との間隔をＤＦとする。さらに、窪み１２００ａ及びＭＲ効果積層体への付きまわり部分以外における絶縁層１２００の層厚をＴＩとする。この場合、本発明の構成要件から、ＤＢ≦ＤＦであり、さらに、窪みは絶縁層内に設けられたものであるから、当然にＤＢ＜ＴＩが成り立つ。
一方、図１２（Ｂ）によれば、比較例としてのＭＲ効果素子は、絶縁層１２０３に形成された窪み１２０３ａの凹面内の最低点が、磁化自由層１２０４の上面よりも上方にある。この場合上述の厚さＤＢは、ＤＢ＞ＤＦとなり、上述の厚さＤＩは規定できなくなる。以下、この場合のＤＩを、バックフラックス効果が実質的に得られないという意味で便宜上無限大とし、すなわち１／ＤＩをゼロとする。
次いで、本発明によるＭＲ効果素子の実施例、及びその比較例としてのサンプルの説明をする。いずれのサンプルにおいても、まず、下部電極層上にＭＲ効果積層体を形成した。このＭＲ効果積層体は、ＴＭＲ効果積層体であり、厚さ１ｎｍのＴａと、厚さ６ｎｍのＮｉＣｒと、磁化固定層の磁化を固定するための反強磁性層となる厚さ７ｎｍのＩｒＭｎと、磁化固定層となる厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ、厚さ０.８ｎｍのＲｕ及び厚さ２.５ｎｍのＣｏＦｅと、トンネルバリア層となる厚さ３ｎｍのＡｌ２Ｏ３と、磁化自由層となる厚さ３ｎｍのＣｏＦｅ及び厚さ１ｎｍのＮｉＦｅと、厚さ１８ｎｍのＴａとを順次積層した積層体を、フォトリソグラフィ法及びイオンミリング法を用いてパターニングしたものである。ここで、イオンミリングによるエッチングの深さはＭＲ効果積層体の高さを超えており、オーバーエッチングとなっている。従って、間隔ＤＦは、このオーバーエッチング分を加えて、３０ｎｍとなっている。
次いで、このＭＲ効果積層体の後方の側面側に、図８（Ｃ１）に示した方法を用いて、厚さ約５０ｎｍのＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層を形成した。この際のウエハの素子形成面の法線とスパッタリング用のターゲット面の法線との角度は４０度であり、成膜レートは０.０７ｎｍ／秒であった。その後、図１０（Ａ１）に示したように、逆スパッタリング法を用いて、このＡｌ２Ｏ３絶縁層のエッチングを行った。この結果、ＭＲ効果積層体の後方の側面の近傍に窪みが形成された。さらに、絶縁層のＭＲ効果積層体への付きまわり部分の傾斜角度は、約３０度となった。最後に、ＭＲ効果積層体及びＡｌ２Ｏ３絶縁層上に上部電極層を形成してＭＲ効果素子サンプルの形成を完了した。
なお、種々の窪みの位置及び大きさを有する実施例及び比較例は、Ａｌ２Ｏ３絶縁層のエッチング時間を調整することによって得られている。
図１３（Ａ）は、本発明によるＭＲ効果素子の実施例及び比較例における、厚さＤＢとＭＲ変化率との関係を示すグラフである。同図において、横軸は、１／ＤＢ（ｎｍ−１）となっている。なお、ＭＲ変化率の測定は、ＭＲ効果積層体の絶縁層の窪みとは反対側、すなわち前方から外部磁界を印加し、上下部電極層間においてセンス電流を印加しながら電圧を測定することによって行われた。また、いずれのＭＲ変化率値も、同一のＤＢ値を持つ４０サンプルにおける測定値の平均値となっている。
図１３（Ａ）によれば、ＤＦ＝３０ｎｍに相当する１／ＤＢ＝０.０３３ｎｍ−１の変曲点を境にして、右側、すなわち窪みの底が十分に下方にある実施例では、ＭＲ変化率はほぼ２０％又はそれ以上であり、ＴＭＲ効果として安定していて十分な大きさを示している。さらに、１／ＤＢ＝０.０４３ｎｍ−１以上（ＤＢ＝２３ｎｍ以下）では、ＭＲ変化率は２１％台となり、ほぼ安定する。これに対して、左側、すなわち窪みの底が比較的高い比較例では、ＭＲ変化率は、２０％を大きく下回っており、窪みの底が高くなるほど（１／ＤＢが小さくなるほど）急激に低下する。このように、本発明によるＭＲ効果素子においては、窪みの底、すなわち窪みの凹面内の最低点が、磁化自由層の上面と同等の高さ又は上面よりも下方にある窪みを備えているので、バックフラックス効果が良好に働いており、素子の本来有するＭＲ効果を十分に引き出すことが可能となることが理解される。
図１３（Ｂ）は、厚さＤＢと素子破壊率との関係を示すグラフである。ここで、作成したサンプルのＭＲ効果積層体の層面は約０.１μｍ２であり、本来、上下部電極層間において８００ｍＶの耐電圧性を有している。本実験では、素子を破壊するための動作として、上下部電極層間に、通常の印加電圧（１５０ｍＶ程度）よりも相当に大きい４００ｍＶの電圧を印加して絶縁層での絶縁破壊の有無を測定した。この際、素子破壊率は、同一のＤＢ値を持つ４０サンプル中において、破壊の発生したサンプル数を求めて算出したものである。
図１３（Ｂ）によれば、ＤＢ値が１８μｍ以上であれば、通常の印加電圧よりも相当に大きい４００ｍＶの電圧印加によっても、素子破壊率は１０％未満に収まっているが、ＤＢ値が１８μｍを下回った場合、素子破壊率は急激に増大し、ＤＢ値が１４μｍにおいて６０％を超えてしまう。これは、ＤＢ値が小さくなると、窪みに埋め込まれた上部電極層と下部電極層との間に電荷が誘起されてＥＳＤ現象が発生し易くなることが原因であると考えられる。従って、ＤＢ値は、１８μｍ以上であることが好ましいことが理解される。この結果と図１３（Ａ）に示した事実とを合わせると、結局、厚さＤＢの好ましい範囲は、ＤＢ及びＤＦの単位をｎｍとして、１８≦ＤＢ≦ＤＦとなる。
図１４は、絶縁層に窪みを有するＭＲ効果素子における、厚さＤＩとＭＲ変化率との関係を示すグラフである。同図において、横軸は、１／ＤＩ（ｎｍ−１）であり、上述したように、図１２（Ｂ）の構成の場合をゼロとしている。
同図によれば、１／ＤＩが０.０２ｎｍ−１以上、すなわちＤＩ値が５０ｎｍ以下においては、ＭＲ変化率は２０％台の十分な大きな値を示している。これは、磁化自由層と窪みとが十分に近い距離にあるので、バックフラックス効果が良好に働いており、素子の本来有するＭＲ効果を十分に引き出すことが可能となっているためであると考えられる。一方、１／ＤＩ＝０.０２ｎｍ−１（ＤＩ＝５０ｎｍ）を変曲点として、１／ＤＩが０.０２ｎｍ−１未満である場合、すなわちＤＩ値が５０ｎｍよりも大きくなると、ＭＲ変化率が急激に減少する。従って、良好なバックフラックス効果を得るためには、ＤＩ値は、５０ｎｍ以下であることが好ましいことが理解される。一方で、絶縁層のうちＭＲ効果積層体への付きまわり部分が、ＭＲ効果積層体の後方の側面と上部電極層との間を有効に絶縁する必要がある。ここで、実際に、ショートを確実に防ぐために、ＤＩ値として最低３ｎｍは必要となることが実験により明らかとなっている。従って、厚さＤＩの好ましい範囲は、ＤＩの単位をｎｍとして、３≦ＤＩ≦５０となる。
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。実際、本発明によるＭＲ効果素子は、薄膜磁気ヘッドのデータ読み出し用の素子としてのみならず、磁界センサ、磁気スイッチ、磁気エンコーダ等の感磁部として適用可能である。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図である。 図２のＨＧＡの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッドの一実施形態を示す斜視図である。 本発明による薄膜磁気ヘッドにおける、長手磁気記録用及び垂直磁気記録用の磁気ヘッド素子を備えた一実施形態の要部の構成を示す、図３のＡ−Ａ線断面図である。 ＭＲ効果積層体の一実施形態における層構成を概略的に示す、図３のヘッド端面３００側から見たＢ−Ｂ線断面図である。 本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。 図４（Ａ）に示したＭＲ効果素子及び電磁コイル素子の形成工程の一実施形態を説明する、図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明によるＭＲ効果積層体及び絶縁層の形成工程の一実施形態を示す断面図及び平面図である。 従来の絶縁膜の形成を説明する概略図である。 本発明によるＭＲ効果積層体及び絶縁層の形成工程の一実施形態を示す断面図及び平面図である。 絶縁膜におけるエッチングレートのエッチング角度依存性を説明するグラフである。 本発明によるＭＲ効果素子の実施例、及びＭＲ効果素子の比較例における、絶縁層が有する窪みの位置及び大きさを規定する距離パラメータを説明するための図である。 本発明によるＭＲ効果素子の実施例及び比較例における、厚さＤＢとＭＲ変化率との関係を示すグラフ、及び厚さＤＢと素子破壊率との関係を示すグラフである。 絶縁層に窪みを有するＭＲ効果素子における、厚さＤＩとＭＲ変化率との関係を示すグラフである。 従来のバックフラックスガイドの一実施形態を示す図である。
符号の説明
１０ 磁気ディスク
１１ スピンドルモータ
１２ アセンブリキャリッジ装置
１３ 記録再生回路
１４ 駆動アーム
１５ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１６ ピボットベアリング軸
１７ ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）
２０ サスペンション
２１ スライダ
２１０ スライダ基板
２２ ロードビーム
２３ フレクシャ
２４ ベースプレート
２５ 配線部材
３０ 浮上面（ＡＢＳ）
３００ ヘッド端面
３１ 素子形成面
３２ 磁気ヘッド素子
３３ ＭＲ効果素子
３３０、１５００ 下部電極層
３３２、１５０３ ＭＲ効果積層体
３３３、３３３′、３３３″、８０、１２００、１２０３、１５０１ 絶縁層
３３３ａ、１２００ａ、１２０３ａ 窪み
３３４、１５０２ 上部電極層
３４ 電磁コイル素子
３４０ 下部磁極層
３４０ａ、３４０ａ′３４５ａ、３４５０ａ′ 端部
３４００′ 主磁極主要層
３４０１′ 主磁極補助層
３４１、３４１′ ギャップ層
３４３、３４３′ コイル層
３４４、３４４′ コイル絶縁層
３４５ 上部磁極層
３４５０ 上部磁極
３４５１ バックコンタクト磁極
３４５２ ヨーク層
３４５′ 補助磁極層
３４５０′ トレーリングシールド部
３５、３６ 信号端子電極
４０、７５ 絶縁層
４１ 非磁性層
４４ 素子間シールド層
４２ 被覆層
４６ バッキングコイル部
４６０ バッキングコイル層
４６１ バッキングコイル絶縁層
５０ 下部金属層
５１ 下地層
５２ 反強磁性層
５３ 磁化固定層
５３ａ 第１の強磁性膜
５３ｂ 非磁性膜
５３ｃ 第２の強磁性膜
５４ トンネルバリア層
５５、１２０１，１２０４、１５０４ 磁化自由層
５５ａ 高分極率膜
５５ｂ 軟磁性膜
５６ 上部金属層
７０、７１、７２、７４、７８ 平坦化層
７３ バックギャップ部
７６０ 上部磁極−ヨーク接合部
７６１ バックコンタクト磁極−ヨーク接合部
７６２ コイル引き出し部
７７ コイルリード層
８１ 硬磁性層
８２ フォトレジストパターン
８３ ウエハ
８４ 中心線
８５ ターゲット面
８６ 法線
８７ ＭＲハイト端
８８ ＡＢＳ側のヘッド端面
１２０２ 底面

Claims (7)

  1. 磁気シールドとしての役割をも果たす下部電極層上に、非磁性中間層と該非磁性中間層を挟むように形成された磁化固定層及び磁化自由層とを有する磁気抵抗効果積層体を、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって形成し、
    前記レジストパターンを残留させた状態で、ウエハの素子形成面の法線をスパッタリング用のターゲット面の法線から所定の角度だけ傾けて、該素子形成面の法線方向の軸の回りで該ウエハを自転させながら、前記下部電極層上及び前記磁気抵抗効果積層体の側面上に、該側面上における膜面が該素子形成面に対して傾斜した絶縁膜をスパッタリング法によって成膜し、
    前記絶縁膜の傾斜した膜面におけるエッチングレートが該絶縁膜の他の膜面におけるエッチングレートよりも大きくなるイオンビームエッチング法を含む処理によって該絶縁膜をエッチングすることによって、前記磁気抵抗効果積層体の側面の近傍に位置した、自身の凹面内の最低点が前記磁化自由層の上面と同等の高さ又は該上面よりも下方となる窪みを有する絶縁層であって、底面から該窪みの凹面内の最低点までの厚さＤＢが１８ｎｍ以上である絶縁層を形成し、
    前記窪み上を含む前記絶縁層上及び前記磁気抵抗効果積層体上に、磁気シールドとしての役割をも果たす上部電極層を形成する
    ことを特徴とする薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法。
  2. 前記所定の角度が、２０度以上であって６０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記磁化自由層の上面の後端から前記窪みの凹面までの前後方向における前記絶縁層の厚さＤＩが、
    ３≦ＤＩ≦５０（但し、ＤＩの単位はｎｍである）
    の関係を満たすように、該絶縁層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記磁気抵抗効果積層体として、垂直通電型巨大磁気抵抗効果積層体又はトンネル磁気抵抗効果積層体を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 磁気シールドとしての役割をも果たす下部電極層上に、非磁性中間層と該非磁性中間層を挟むように形成された磁化固定層及び磁化自由層とを有する磁気抵抗効果積層体を、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって形成し、
    前記下部電極層上及び前記磁気抵抗効果積層体の側面上に、該側面上における膜面が該素子形成面に対して傾斜した絶縁膜を化学気相成長法によって成膜し、
    前記絶縁膜の傾斜した膜面におけるエッチングレートが該絶縁膜の他の膜面におけるエッチングレートよりも大きくなるイオンビームエッチング法を含む処理によって該絶縁膜をエッチングすることによって、前記磁気抵抗効果積層体の側面の近傍に位置した、自身の凹面内の最低点が前記磁化自由層の上面と同等の高さ又は該上面よりも下方となる窪みを有する絶縁層であって、底面から該窪みの凹面内の最低点までの厚さＤＢが１８ｎｍ以上である絶縁層を形成し、
    前記窪み上を含む前記絶縁層上及び前記磁気抵抗効果積層体上に、磁気シールドとしての役割をも果たす上部電極層を形成する
    ことを特徴とする薄膜磁気ヘッドウエハの製造方法。
  6. 前記絶縁膜が、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の方法によって製造された薄膜磁気ヘッドウエハを、複数の薄膜磁気ヘッドが列状に並ぶ複数のバーに分離し、該複数のバーの各々を研磨することによってハイト加工を施し、該ハイト加工が施された該複数のバーの各々を個々の薄膜磁気ヘッドに分離することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
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