用于减小性能下降的cpp磁头的传感器形状及刻蚀工艺的制作方法

专利名称：用于减小性能下降的cpp磁头的传感器形状及刻蚀工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘存储器中使用的薄膜磁头及其制造方法，更 具体地说，涉及一种用于读取的薄膜磁头。
背景技术：
随着HDD的记录密度更高，需要在磁道宽度和间隙长度上进一步 減窄被安装的薄膜磁头以及进一步增加灵敏度。在目前，具有结合在 一起的写磁头和读磁头的薄膜磁头被使用。使用GMR效应的GMR磁 头被主要用作该读磁头。GMR磁头是允许电信号在平行于薄膜平面的 传感器膜中流动的CIP (电流在平面)型磁头。为了在将来进一步提高 记录密度，在减窄磁道和间隙方面，已积极地研制一种TMR (隧道磁 阻效应)磁头和CPP-GMR (电流垂直于平面-巨磁阻效应)磁头，TMR 磁头和CPP-GMR磁头看起来对于高输出似乎是有利的。TMR磁头和 CPP — GMR磁头不同于常规GMR磁头，并且不是允许电信号在平行 于薄膜平面的传感器膜中流动的CIP型磁头，而是CPP型磁头，其允 许电流在垂直于薄膜平面的方向上在其中流动，这是主要不同点。JP 2002-26423A公开了一种刻蚀传感器膜的方法。在该方法中， 刻蚀操作被分为两个步骤，第一步骤是在约20。的刻蚀束入射角(铣削 角)下进行，以及第二步骤是在约75。的入射角下进行。在刻蚀写磁头 的工序中公开了考虑再沉积物去除的上述刻蚀工艺。JP 2000-105906A 提出了，步骤A和步骤B被重复进行几次，在步骤A中进行刻蚀操作， 以及在步骤B中进行再沉积物去除。当假定步骤A的入射角是^A，以 及步骤B的入射角是0B时，那么满足0A々B的关系。关于CPP-GMR磁头，是CPP型磁头，有已知的JP 2003-198000A。与传感器膜接触的下引线具有凸状结构，以及上引线的与传感器膜接 触的宽度小于下引线的与传感器膜接触的宽度，由此提高对准余量和形成精细的接触部分。JP 2004-241763提出了，为了防止TMR磁头的 性能由于退火工艺而下降，在刻蚀了传感器膜之后，布置用于保护传 感器膜的壁表面的薄膜。此外，为了进一步增加输出，传感器自身被逐渐地改进。例如， 就TMR而言，氧化铝Al-Ox通常已知为阻挡层。当MgO被用作阻 挡层时，获得另外的MR比率。此外，就CPP-GMR而言，在部分传感 器膜上部分地布置氧化层，由此提高MR比率。[专利文献1] JP 2002-26423A [专利文献2] JP 2000-105906A [专利文献3] JP 2003-198000A [专利文献4] JP 2004-241763A在CPP型磁头中，被用作磁屏蔽的上屏蔽和下屏蔽还用作电极。 然后，在传感器膜的壁表面上布置绝缘体，以及在传感器膜的上下表 面上布置电极，以允许电流在垂直于薄膜表面的方向上流动。就上述 CPP型磁头结构而言，传感器膜被刻蚀时发生的再沉积物的影响变得 非常显著。例如，就TMR磁头而言，在产生隧道效应的隧道阻挡层的 上下表面上布置磁层作为传感器膜结构。但是，当传感器膜被刻蚀时， 在隧道阻挡层的刻蚀壁表面上形成再沉积物层时，该再沉积物层形成 电流的泄漏路径，因此电阻和电输出被显著地减小。在如上所述的检测电流被允许在垂直于薄膜表面的方向上流动的 情况下，当不希望的电流路径，亦即，在上下引线之间发生短路时， 该电流路径引起致命的缺陷。特别地，如上所述的传感器膜刻蚀工序 中的再沉积物易于引起短路。为了防止可归因于上述再沉积物的短路， 进行再沉积物去除。但是，在再沉积物去除工序中，传感器膜存在被损坏的危险。下面将参考图24描述包括再沉积物去除的制造方法。在 该例子中，TMR薄膜被用作传感器膜。在传感器膜3上形成磁道成形 抗蚀剂掩模(刻蚀掩模)4之后，如图24 (a)所示，以入射角输 入Ar束，如图24B所示，以刻蚀TRM薄膜。再沉积物33随入射角A 越小形成得越厚。在该状态下完成了刻蚀工序的情况下，在再沉积物 33上发生短路的状态，由此引起致命的缺陷。在这种情况下，如图24C 所示，以入射角0B输入Ar束，以除去再沉积物33。通常，所使用的 入射角约为65至75°。因为在再沉积物去除工序中仅仅刻蚀该再沉 积物是困难的，因此传感器膜3被Ar束轻微地刻蚀。亦即，因为用 Ar束照射传感器膜壁表面本身，磁层和阻挡层很可能被损坏，以及那 些多层膜的界面很可能被损坏。看起来，通过在将来减窄该磁道，上述再沉积物和损坏的影响变 得更严重。该原因是，例如，就再沉积物而言，磁头电阻随磁道被减 窄而变大，由于再沉积而引起的电阻减小的影响与磁头电阻增加差不 多一样增加。就损坏而言，对传感器膜的宽度或体积损坏的比率变大， 以及MR比率似乎更小。此外，损坏部分的电阻很可能如同再沉积物 一样变低，以及很可能如同上述再沉积一样发生性能下降。在JP 2002-26423A中，在第一工序中刻蚀传感器膜，并且在第二 工序中除去第一工序中形成的再沉积物。当假定第一工序中的束入射 角是01 (约20°)，以及第二工序中的入射角是M (约75°)，那么满 足01《2的关系。在此情况下，在除去该再沉积物中，传感器膜很可 能被损坏。此外，传感器膜端部的结构很可能被该再沉积物去除损坏。 该传感器膜由多层膜形成，该多层膜由各种材料制成，并且各个层的 刻蚀速率很可能互相不同。由于这些原因，存在由于刻蚀速率的不同 在壁表面上产生粗糙度，从而在再沉积物去除工序中产生结构故障的 可能性。由于看起来，通过在将来减窄磁道，再沉积物的影响和损坏变得更严重，如上所述，因此认为，广泛地形成传感器膜是有效的，如JP2003-198000A中公开。这是因为，当传感器膜被扩展时，再沉积物和 损坏的不良影响被有效地减小。但是，因为传感器膜被加宽，易于发 生从磁道侧的侧读取，并且看来由于减窄的磁道，记录密度的改进是 困难的。JP 2004-241763公开了写磁头退火工序中的TMR磁头的性能下降 防止方法，但是未能公开刻蚀TMR薄膜中的性能下降防止方法。在上述常规技术中，通过传感器膜的再沉积物去除刻蚀工序，传 感器膜端部保护，或传感器膜中的扩展，防止CPP型磁头的性能下降。 但是，没有具体公开传感器膜的刻蚀结构。此外，由于域控制薄膜性 能稳定是重要的，但是与传感器膜的端部结构的关系不被确定。在将 来，据估计，为了进一步增加输出，各种新的传感器膜被研制。但是， 由于刻蚀操作或再沉积物去除，传感器膜上的损坏很可能变得显著。一种趋势是TMR磁头中的阻挡层的材料从常规氧化铝变为MgO。 这是因为借助于使用MgO可以进一步增加输出。在这种情况下，使用 包括再沉积物去除的刻蚀方法的MgO-TMR磁头制造已经被研究了。 图25示出了通过常规制造方法获得的磁头性能的视图。图25示出了 借助于使用电阻-面积乘积(RA)和MR比率(MR)的薄膜性能标准 化该获得的磁头性能，RA和MR比率是表示CPP型磁头性能的指数。 由于薄膜本身的特性，获得的磁头性能在RA和MR上被显著地退化。 分开地，观察该结构，但是没有发现清楚的再沉积物。由那些事实， 据估计，性能下降由由于再沉积物去除工序而起的损坏的影响所引起。 据估计，该损坏是由于来自阻挡层的、或阻挡层和磁层的混合的氧化 物缺陷引起的金属化。鉴于上面的常规技术的问题进行本发明，因此本发明的目的是提 供一种即使具有减窄的磁道宽度，也能够减小传感器膜上的再沉积物或传感器膜的损坏以及稳定磁头性能的薄膜磁头。 发明内容根据本发明的CPP型磁头，包括传感器膜， 一对上屏蔽和下屏蔽， 其被布置在传感器膜的厚度方向上并用作用于允许电流流动的电极， 以及一对磁膜，其在磁道-宽度方向上，通过绝缘体，与传感器膜的两侧接触。当假定该传感器膜的厚度是T时，被插入构成传感器膜的自 由层和固定层之间的中间层的端部和传感器膜的最低部分的端部之间 的距离是X，那么1.2xT《，优选地1.2xT《《.5xT的关系被满足。 在自由层的横跨磁道推移的方向上的外侧形成该磁膜对。亦即，在磁 道-宽度方向上，磁膜对和自由层之间的位置关系具有在从自由层的端 部向磁道中心部分中不存在磁膜端部的关系。此外，在磁道-宽度方向上，该传感器膜的表面结构具有随平滑曲 线改变的裙裾式结构，以及下屏蔽从传感器膜最低部分的端部凹陷(过 刻蚀)。优选的是该传感器膜上部具有垂直于薄膜表面的结构(约 90°±5)，以及中间层的附近相对于该薄膜表面具有约70至90。的角。在制造该薄膜磁头的方法中，当传感器膜被刻蚀，同时刻蚀束的 入射角被改变，以及传感器膜表面的法线方向是入射角0时，在刻蚀 束的入射角随时间变小的条件下进行该刻蚀操作。首先使用的入射角 被设为40至50°，以及最后使用的入射角被设为20至30。。此外，该 传感器膜被刻蚀到传感器膜的最低层，以及在传感器膜下面布置的下 屏蔽层被部分地过刻蚀。根据本发明，可以获得性能稳定的CPP型磁头，具有减窄的磁道 宽度，其防止该性能被再沉积物或损坏退化。
具体实施方式
下面，将描述本发明的实施例。照例，根据本发明的薄膜磁头使用读磁头，并与写磁头结合使用。只要没有具体描述，写磁头部分被 省略，将仅仅描述读磁头部分。图1示出了根据本发明的一个实施例的磁头的视图，以及示出了 传感器膜附近的空气支承面结构的视图。磁头包括下屏蔽l、传感器膜3、绝缘体5、磁膜6、上间隙膜9和上屏蔽11。传感器膜3由多层膜 形成，该多层膜至少包括自由层、固定层和布置在自由层和固定层之 间的中间层。硬磁膜被用作磁膜6，以及在磁道-宽度方向上，磁场被 施加到传感器膜3，以稳定自由层的性能。参考标记T表示传感器膜3 的厚度，Bp是中间层A的端部，X是中间层A的端部Bp和传感器膜 3的最低端部之间的宽度。图2示出了传感器膜结构的例子。传感器膜3由籽晶层2K反铁 磁层22、固定层23、中间层24、自由层25以及覆盖层26组成。就 TMR薄膜而言，在中间层24中布置隧道阻挡层(阻挡层)。由氧化铝 或MgO制成的氧化膜被用作阻挡层。图1所示的传感器壁表面结构具有裙裾式结构，传感器膜上部具 有基本上垂直的结构，以及壁表面角度从传感器膜上部逐渐地改变， 图1是本发明的例子。传感器膜上部基本上垂直意味着，它在减窄磁 道和提高尺寸精度方面是有利的。JP 2004-241763 A中公开的传感器结 构具有从传感器膜上部朝向下部展开的线性结构。就以上结构而言， 在磁道-宽度方向上，限定磁道宽度的自由层和阻挡层附近的宽度易于 扩展。磁道宽度被扩展，因为传感器膜上部的壁表面倾斜是平缓的， 以及壁表面是线性的。为了提供减窄的磁道宽度，由于形成刻蚀掩模 的光刻，必须减窄磁道宽度，因此随着磁道宽度的减窄很可能发生尺 寸偏差。结果，尺寸的精确度很可能被降低。根据本发明，因为传感 器膜上部基本上是垂直的，在磁道-宽度方向上扩大限定磁道宽度的自 由层和阻挡层附近的宽度是困难的。亦即，与传感器膜上部的宽度相 比较，尺寸改变是小的。换句话说，因为相对于刻蚀掩模的尺寸改变可以被减小，因此没有必要通过光刻将磁道宽度减窄同样多，由此使 之可以防止尺寸精确度降低。此外，根据本发明，该传感器膜下部具有扩展结构，由此使之可 以稳定该性能。例如，在仅仅通过垂直表面形成刻蚀壁表面的情况下， 看来好像尺寸精确度被提高。但是，该性能很可能随减窄的磁道宽度 而变化。这意味着布置在传感器膜下部上的固定层和反铁磁层的体积 随磁道宽度被减窄而被减小更多。该固定层和反铁磁层具有被单向地 固定的磁化强度，但是当体积被减小时，该磁化强度变得不稳定。根 据本发明，该传感器膜下部具有扩展结构，由此使之可以增加固定层 和反铁磁层的体积增加超过上面描述的体积。结果，可以提高固定层 和反铁磁层的稳定性。此外，本发明具有壁表面角度逐渐变化的裙裾式结构，由此使之可以优异地形成之后将被布置的绝缘体5和磁膜6。在壁表面结构具有 快速角度变化的情况下，在绝缘体5和磁膜6中角度改变的部分易于 发生薄膜厚度改变和晶体改变。结果，绝缘体5的隔离电压被降低， 以及磁膜6的性能被下降。此外，根据本发明，该传感器膜的壁表面结构随着凹陷结构的趋 势而改变。该结构具有另外的效果。与线性地倾斜的壁表面相比较， 该凹陷结构的趋势的提供，能够使磁膜6的传感器膜3附近的体积增 加。在域控制膜被布置为磁膜6的情况下，在传感器膜3附近可以布 置大量域控制膜，意味着可以更加提高域控制膜的效果。结果，传感 器膜3内的自由层25的稳定性被提高，以及性能稳定性被提高。根据 本发明，优选的是，至少传感器膜3的反铁磁层22具有传感器膜的壁 表面结构是凹陷结构的趋向。这是因为至少传感器膜3的反铁磁层22 具有壁表面结构是凹陷结构的趋向，由此使之便于在自由层25附近布 置大量磁膜6。优选的是，该传感器膜上部的角度约为垂直结构(90°) ±5°。当 传感器膜上部更加倾斜时，磁道宽度很可能被扩大，尺寸精度很可能 被降低，或绝缘体5或磁膜6的结构很可能是有缺陷的。此外，优选 的是，该中间层附近的传感器膜侧表面的角度约为70至90°。当传感 器膜侧表面更加倾斜时，磁道宽度很可能被扩大，以及尺寸精度很可 能被降低。此外，壁表面结构的裙裾式程度和磁膜6和传感器膜之间 的位置关系被优化，由此使之可以减小性能下降和提高性能。图3示出了传感器膜的裙裾宽度和MR性能之间的关系视图。X 轴表示通过X除以传感器膜厚度T (下面称为"标准化的裙裾宽度") 获得的值(下面称为"标准化的裙裾宽度")，X是图l所示的中间层端 部Bp和传感器膜3的最低部分端部之间的裙裾宽度。Y轴是通过试验 性地制造图1所示的薄膜磁头并通过传感器膜本身的MR性能标准化 该获得的MR性能(MR比率)(下面，称为"标准化的MR比率")。 作为传感器膜3，使用具有与图l相同的由MgO制成的中间层(用作 阻挡层)的MgO-TMR膜。为了改变该刻蚀结构，使用多种刻蚀条件。这里描述被大致分为 四种类的数据，其之后将参考制造方法更详细地描述。在第一系列中， 第一束入射角被设为50°，在中间层中改变该入射角，以及在束入射角 20。下，刻蚀该传感器膜下部。在第二系列中，第一束入射角被设为50°， 在中间层中改变该入射角，并在束入射角30°下，刻蚀该传感器膜下部。 在第三系列中，第一束入射角被设为40。，在中间层中改变该入射角， 并在束入射角20。下，刻蚀该传感器膜下部。在第四系列中，第一束入 射角被设为40。，在中间层中改变该入射角，并在束入射角30°下，刻 蚀该传感器膜下部。在相同刻蚀条件下标准化的裙裾宽度改变的原因 是因为，在各种刻蚀条件下改变下屏蔽的过刻蚀，以改变该结构。该 过刻蚀量被改变为约Onm至12nm。该传感器膜的裙裾宽度被取为X 轴的原因是因为，假定传感器膜的刻蚀过程中的再沉积物大大地取决 于该结构。事实上，如由图3可以明显看出，当标准化的裙裾宽度(X/T)是1.2或更多时，该标准化的MR是优异的，但是当标准化的裙裾宽度 (X/T)约为1时，该标准化的MR迅速地下降。换句话说，该MR性 能大大地取决于传感器膜端部的传感器膜结构。该标准化的裙裾宽度 (X/T)较小意味着，该刻蚀传感器膜的壁表面的倾斜是相当陡峭的。 当刻蚀的壁表面的倾斜变得陡峭时，更容易形成再沉积物，因此性能 下降。在通过图24所示的常规技术去除形成的再沉积物的情况下，即 使该再沉积物被去除，因为损坏，该性能不被恢复。这些情况和上面 参考图25描述的那些情况一样。另一方面，该标准化的裙裾宽度(X/T)增加意味着，该刻蚀传感 器膜的壁表面的倾斜变得平缓。在图4中示出了该结构的例子。就图4 所示的结构而言，在MgO上没有形成再沉积物。但是，中间层A和传 感器膜上部附近的壁表面的倾斜角易于随增加的标准化裙裾宽度而平 缓。为此，形成减窄的磁道宽度很可能是困难的，以及尺寸精度很可 能降低。此外，在传感器膜3附近横向地布置的磁膜6的效果很可能 被下降。下面将描述这些情况。读磁头被要求防止再沉积物和损坏，以保证输出，以及稳定磁头 性能。为了实现以上需要，重要的是，由于图1中所示的磁膜(域控 制膜)6，单向磁场在磁道-宽度方向上有效地工作。更具体地说，这些 是传感器膜3中包括的自由层的稳定操作。特别，在该操作中，因为 去磁场，自由层端部变得不稳定。亦即，由于磁膜(域控制膜)6，磁 道-宽度方向上的单向磁场的强度，更需要朝向自由层端部。考虑传感 器膜和磁膜(域控制膜)6的位置关系，通过有限元法计算该磁场。下 面将参考图5至8描述磁场计算。图5和6示出了磁场计算中使用的结构模型。那些图示出了传感 器膜附近的空气支承面结构，并且仅仅示出了左侧区域。参考标记A(A1至A4)表示MgO,其是中间层。参考标记C是磁道中心部分。 参考标记Bp是MgO端部，其是基本上等于自由层端并限定磁道宽度(因为自由层接触MgO，与MgO接触的自由层的宽度基本上等于MgO 的宽度)的端部。参考标记Mp是磁膜(域控制膜)6的端部位置。参 考标记X是中间层的端部Bp和传感器膜3的最低部分端部之间的宽 度。因为自由层与MgO接触，来自磁膜6的、应用于自由层的磁场分 布基本上等于来自磁膜6的、应用于MgO的磁场分布。在这种情况下， 通过磁场计算，获得通过图5和6的A中的磁膜6形成的磁道-宽度方 向上的磁场强度。在此情况下，在图中所示的传感器膜区域中布置空 气，以及磁膜6、下屏蔽和上屏蔽被布置，以计算A的磁场强度。在 图7和8中示出了结果。首先，将描述图7。图中的横坐标轴表示磁道-宽度方向上的位置， 其中该轴的右端表示磁道中心部分，该轴的左端表示磁道端部。纵坐 标轴表示在A处，在磁道-宽度方向上的各个位置处的磁场强度。图7(a) 是磁道宽度为60nm的情况下的计算结果，以及图7 (b)是磁道 宽度为lOOmn的情况下的计算结果。传感器膜3附近的上下屏蔽之间 的距离被设为40nm。在图5 (a)所示的Al的情况下，图7 (a)的结 果是最大的磁道端部的磁场强度，以及在图6 (b)所示的A4的情况 下，是最小的磁道端部的磁场强度。Al和A2具有从磁道中心部分朝 向磁道端部逐渐地增加磁场强度的趋势，以及优选是为了提高稳定性。 另一方面，A3和A4具有朝向磁道端部略微地增加磁场强度的趋势， 但是在磁道端部该磁场强度被减小。这些暗示在最需要稳定性的磁道 端部，来自域控制膜的磁场强度被减弱，且磁头操作变得不稳定。图7(b) 也具有相同趋势，且在A3和A4中的磁道端部来自域控制膜的磁 场强度被显著地降低。亦即，以上趋势不取决于磁道宽度。图8 (a)和8 (b)示出了通过最大的磁场强度标准化了的图7 (a) 和7 (b)(标准化的硬偏置磁场标准化的HBF)。同样，在图8 (a) 和8(b)中，在A3和A4中的磁道端部，标准化的HBF被显著地降 低。上面仅仅描述了中间层A处的磁场强度。但是，当分析该计算结 果时，发现在域控制膜端部的磁场是最大的。亦即，域控制膜和传感 器膜的前部位置之间的位置关系是重要的。图9示出了对于域控制膜 和传感器膜之间的位置关系的传感器膜端部的标准化HBF。横坐标轴 表示磁膜(域控制膜)6的端部位置Mp距MgO端部Bp的关系。横坐 标轴中的加号(+ )方向是磁道中心侧，以及减号(-)方向意味着磁道 外部。从图9发现，磁膜6的端部位置Mp在MgO端部Bp附近具有 与磁道端部的标准化HBF不成比例的曲率点。亦即，为了在磁道端部 产生域控制膜有效功能，在从MgO端部Bp向磁道中心部分中不布置 磁膜6的端部位置Mp。换句话说，重要的是，在从自由层端部向磁道 中心部分中，不存在磁膜6的端部位置Mp。图IO示出了标准化的裙裾宽度和域控制膜的端部位置的关系，基 于图1和4中的本发明的实施例，并组织在参考图3描述的实验条件 下形成的结构。据发现，即使在实验条件改变的情况下，当标准化的 裙裾宽度约大，则域控制膜的端部位置越朝向磁道中心侧移动。尽管 该域控制膜的端部位置和标准化的裙裾宽度之间的关系略微地取决于 实验条件，但是在磁道-宽度方向上，该域控制膜的端部位置不从中间 层(自由层)的端部朝向传感器膜的中心侧突出。亦即，从结构的稳 定和制造方法的观点，优选的是，可以建立具有图9所示的关系的磁 膜6的端部位置Mp的该标准化的裙裾宽度是2.5或更低。因此，为了保持性能和保证由于磁膜6的传感器膜的稳定性，当 假定传感器膜的厚度是T时，被插入构成传感器膜的自由层和固定层 之间的中间层的端部和传感器膜最低部分的端部之间的距离是X，以 下关系是重要的。亦即，1.2xT《的关系被满足。此外，作为在磁道-宽度方向上、在磁道-宽度方向两侧通过绝缘体互相接触的磁膜对(域 控制膜)6和自由层的位置关系，重要的是满足，在磁道-宽度方向上 从自由层的端部向中心部分中不存在磁膜6的端部(换句话说该位置 关系，在超出中间层的端部的磁道-宽度方向上的传感器膜的中心部分中不存在磁膜6的端部的关系被满足)。根据该传感器膜结构，为了更稳定地形成磁膜(域控制膜)的端部位置，更优选的是，满足1.2xT《《.5xT的关系。随后，将描述根据本发明的磁头的制造方法。如参考图24和25 描述，将包括再沉积物去除工序的常规制造方法应用于对损坏敏感的 传感器膜是困难的。在这种情况下，如常规技术中的那样，试验性地进行由于入射角 而不具有再沉积物去除工序的刻蚀工序。在图11中示出了已被试验性 地同时改变刻蚀条件制造的MgO-TMR磁头的性能。图ll示出了通过 刻蚀传感器膜、同时入射角在20至50°的范围内保持恒定地制造的磁 头的估计性能。如图所示，当在20。的入射角下刻蚀该传感器膜时，该 性能被显著地降低。但是，通过在约25至30°的入射角下刻蚀该传感 器膜，该性能基本上恢复至薄膜性能，此外当入射角被再次增加到40 至50°时，该性能再次被降低。那些TMR磁头结构被估计。结果证实， 在20°的入射角下，在阻挡层壁表面上产生再沉积物。据估计，再沉积 物引起显著地降低该性能的短路。据估计，40至50°的入射角下的降 低是由对传感器膜造成的损坏所引起，因为没有发现再沉积物。假定 对传感器膜造成的损坏也与入射角大大地相关，并且也与相对于传感 器膜的壁表面的实际入射角大大地相关。此外，在约30°的入射角下，该性能被大大地恢复，但是发现，在 传感器膜的上部上形成再沉积物。为了保证再沉积物的余量，优选在 传感器膜的上部上尽可能不形成再沉积物。响应于该减窄的磁道宽度也是重要的。更具体地说，刻蚀之后阻 挡层附近的宽度相对于磁道成形抗蚀剂掩模(刻蚀掩模)4的宽度Tw 掩模没有大量地扩展，如图24 (a)所示。具体地说，该阻挡层附近的宽度涉及与该阻挡层接触的磁层(自由层)的宽度，并响应于介质磁场。自由层的宽度限定实际的磁道宽度(Tw)。当自由层宽度大于刻蚀掩模宽度时，必需进一步减窄刻蚀掩模，以便获得希望的减窄磁道宽度。考虑到尺寸精度和成品率，相对于磁道成形抗蚀剂掩模4的宽 度Tw掩模，尽可能减小尺寸改变是合符需要的。如上所述的在传感器 膜的上部上形成再沉积物意味着尺寸增加一样多。因此，在单个刻蚀 步骤中执行减窄磁道宽度和减小再沉积物以及损坏是困难的。另一方 面，包括以70°的入射角的再沉积物去除步骤的该工序具有传感器膜很 可能被损坏的担心。在图12中示出了根据本发明实施例的磁头制造方法。图12示出 了在CPP型薄膜磁头的空气支承面上的传感器膜附近的工序视图及流 程图。如图12 (a)所示，在下屏蔽1上形成传感器膜3，下屏蔽1是 电极，以及在传感器膜3上形成磁道成形抗蚀剂掩模4。在该图中，参 考标记A表示传感器膜中的中间层的位置。如图12 (b)所示，该刻 蚀束以入射角W输入到传感器膜3，且传感器膜3被刻蚀到中途。当 入射膜3被刻蚀时，通过诸如SIMS的分析装置监视将被刻蚀的薄膜的 元素。具体地说，由于MgO现在被用作中间层，Mg被探测，以及以 M的入射角刻蚀传感器膜3直到MgO。在该例子中，使用Ar离子铣 削装置作为刻蚀装置。使用诸如Ar的惰性气体作为刻蚀气体，但是可 以使用反应离子-铣削装置，使用诸如氟系或氯系的反应气体或那些气 体的混合物。除SIMS以外的分析装置可以被用作刻蚀监视装置。此外， 通过中间层(MgO)改变入射角，但是可以通过其他层任意地改变该 入射角，在监视该刻蚀操作同时。然后，如图12 (c)所示，刻蚀束以 入射角02输入到传感器膜3，以及传感器膜3被进一步刻蚀。入射角 M小于入射角01。图12 (d)示出了其中以02的入射角进一步增加刻 蚀操作以及下屏蔽l被略微地刻蚀(过刻蚀)的情况。优选的是，图12 (b)中所示的第一入射角"以40°或更高角度 倾斜。这是因为在那些入射角区，在传感器膜壁表面上形成再沉积物 是困难的。亦即，通过40°或更高的倾角，可以防止由于再沉积物引起的短路。但是，如图11所示，在40°或更高的入射角下发生由除再 沉积物以外的因素引起的性能退化，亦即，由损坏引起的降低。当假 定具有损坏的区域是损坏层时，那么据估计，该损坏层的宽度随传感 器膜壁表面的裙裾宽度加大而加大。下面将参考图13的示意图，描述该传感器膜的裙裾宽度和损坏层 的宽度之间的关系。图13 (a)是传感器膜的裙裾宽度较大的情况下的 示意图，以及图13 (b)是裙裾宽度较小的情况下的示意图。在图13 (a)中，假定刻蚀束被输入到传感器膜，以及传感器膜的内部被损坏 以距离D。在此情况下，传感器宽度的损坏宽度是Wdl。另一方面， 在图13 (b)中，损坏宽度是Wd2。当假定在图13 (a)和13 (b)中 用同样的方式传感器膜的内部被损坏以距离D时，那么满足 Wdl>Wd2。同样被应用于其中在相同传感器膜壁表面的裙裾中改变入 射角的情况。在图14的示意图中示出了入射角和损坏层的宽度之间的 关系，以及该关系将被描述。图14 (a)是入射角较小的情况下的示意 图，以及图14 (b)是入射角较大的情况下的示意图。在图14中，假 定刻蚀束被输入到传感器膜，并且传感器膜以和图13中相同的方式被 损坏以距离D。在此情况下，损坏层的宽度满足Wd3〈Wd4。假定由于 那些原因，入射角越大，该性能被越加下降，虽然在图11所示的30° 或更高的入射角下未发现再沉积物。优选的是，图12 (c)所示的最后入射角0是20至30°。该刻蚀 操作在入射角01小于上述入射角02的条件下进行，由此使之可以在 图12 (b)的工序中去除或减小在传感器膜上形成的损坏层。在图12 (c)所示的状态下，可以完成刻蚀操作。此外，下屏蔽1 被过刻蚀，如图12 (d)所示，由此使之可以减窄磁道宽度。这是因为 进行过刻蚀操作是为了减小传感器膜的裙裾宽度超过图12 (c)所示， 因而磁道宽度被减小超过图12 (c)所示的磁道宽度。因此，该结构能 够响应于减窄的磁道。该过刻蚀操作允许下屏蔽1被修刻为结构，在那里，传感器膜最低部分的端部外面的磁道-宽度方向上的区域，被连 续到的传感器膜的侧表面的在磁道-宽度方向上的平缓弯曲结构上。该刻蚀操作在图12 (a)所示的入射角下进行，由此使之可以防止或减小 在初始刻蚀阶段中形成再沉积物。结果，在之后的刻蚀阶段中可以减 小其中包括过刻蚀操作的刻蚀工序中形成再沉积物的情况的影响。换 句话说，再沉积物的生长被尽可能地减小，避免由于再沉积物而短路 的风险。亦即，根据本发明，在防止或减小初始刻蚀阶段中的再沉积物形 成的同时进行刻蚀操作，由此扩大由于再沉积物而短路的工艺余量， 以及也减小尺寸改变。此外，在之后的刻蚀阶段中入射角被减小，由 此去除初始刻蚀阶段中发生的损坏层，并减窄磁道宽度。此外，在已被刻蚀的传感器膜3的壁表面上，可以进行弱氧化处 理。略微地剩余至难以被分析的程度的损坏层经受氧化处理，由此使 之可以提高性能分布。在根据本发明的制造方法中，由于在中间层上 不厚厚地形成再沉积物，与再沉积物本身被氧化相比，每个再沉积物 经受弱处理是令人满意的。当进行强氧化以便再沉积物本身被氧化时， 相反地传感器膜很可能被损坏。因此，从该观点，本发明是有效的。当尝试不使用本发明的制造工艺减窄磁道时，存在与再沉积物去 除一起减窄磁道宽度的方案。但是，在此情况下，即使可以实现减窄 的磁道宽度，但是该性能很可能通过损坏传感器膜壁表面而降低。另一方面，在图11所示的40°或更高的单个入射角下的刻蚀操作 使之难以极大地削弱再沉积物。但是，因为该刻蚀壁表面的裙裾宽度 是大的，因此相对于磁道成形抗蚀剂掩模4的宽度Tw掩模，磁道宽度 (Tw)尺寸改变变大。此外，尽管在图11所示的30°入射角附近性能 退化是小的，但是在传感器膜的上部形成再沉积物，由此与磁道成形 抗蚀剂掩模4的宽度相比，该传感器膜的磁道宽度(Tw)更宽。图15示出了用根据本发明的方法制造的薄膜磁头与用常规方法制 造的薄膜磁头的性能比较。图15示出了电阻-面积乘积RA和MR比 率MR。在用具有再沉积物去除工序的常规方法制造薄膜磁头的情况 下，磁头性能相对于薄膜性能被显著地降低。另一方面，当用根据本 发明的方法制造薄膜磁头时，磁头性能被显著地提高，由此获得接近 薄膜性能的磁头性能。图16示出了根据本发明的另一实施例的磁头制造方法。在图12 中，在两个条件下转变刻蚀的入射角，但是该入射角可以分为更多阶 段，例如，可以提供50。的入射角61, 35°的入射角02，以及25°的入 射角M。将参考图16描述该实施例。如图16 (a)所示，在传感器膜 3上布置磁道成形抗蚀剂掩模4，磁道成形抗蚀剂掩模4被用作刻蚀掩 模，以及在50°的入射角^1下，借助于Ar离子铣削，刻蚀传感器膜3， 直到中间层，如图16 (b)所示。然后，该入射角被改变为35°的入射 角02，以及传感器膜3被刻蚀到下屏蔽1的表面，如图16 (c)所示。 进一步地，该入射角被改变为25°的入射角03,以及下屏蔽1被过刻 蚀。类似地，在此情况下，当该入射角被改变时，之后随阶段减小入 射角是重要的。当入射角被进一步划分时，该结构可以被任意地改变， 同时保持磁头性能。图17示出了根据本发明的另一实施例的磁头制造方法。在该实施 例中，以如图16所示的实施例中的三种入射角进行刻蚀操作，但是下 屏蔽1几乎不被过刻蚀。如图17 (a)所示，在传感器膜3上布置磁道 成形抗蚀剂掩模4，磁道成形抗蚀剂掩模4被用作刻蚀掩模，以及在 50°的入射角01下，借助于Ar离子铣削，刻蚀传感器膜3，直到中间 层，如图17 (b)所示。然后，该入射角被改变为30°的入射角02，以 及传感器膜3被刻蚀到反铁磁层，如图17 (c)所示。进一步地，该入 射角被改变为20°的入射角03，以及刻蚀操作被进行到下屏蔽1的表 面。射角被设为超过图12所示的多级，并且入射角被调整，由此使之可以减窄磁道宽度，除非进行过刻蚀。在上述实施例，在中间层、反铁磁层或下屏蔽处改变入射角。但 是，当刻蚀进行时，该转变位置可以被任意地设置，同时该入射角朝 着更后的阶段减小。根据本发明，在初始刻蚀阶段中进行刻蚀操作， 同时防止或减小再沉积物形成，由此扩大由于再沉积物而短路的工艺 余量，以及也减小尺寸改变。此外，在之后的刻蚀阶段中，该入射角 被减小，由此去除初始刻蚀阶段中产生的损坏层，以及也减窄磁道宽 度。该入射角以多级改变，以进行刻蚀工序，由此能够获得其他效果。将参考图18的示意图描述该实施例，图18示出了磁头的空气支承面 结构。图18 (a)示出了在40。的单个入射角下形成的结构例子。图18 (b)示出了在50°的入射角01、 30°的入射角"下进行刻蚀，并过刻 蚀图12所示的下屏蔽的结构例子。图18 (a)和18 (b)两者均示出了 其中形成绝缘体5、磁膜(域控制膜)6和上屏蔽11的状态。据发现， 在接近传感器膜3的区域80中，图18 (b)所示的本发明的磁头的磁 膜6的体积大于图18 (a)的磁膜6的体积。如上所述，在多个阶段进 行该刻蚀工序，以及入射角被减小，由此使之可以防止由于再沉积物 而引起的性能下降，更多地减小传感器膜3的裙裾宽度以及更多地增 加传感器膜附近的磁膜6部分。传感器膜附近的磁膜6的体积被增加， 由此增加从磁膜6施加到自由层的端部的磁场和提高传感器膜3的稳 定性。图19 (a)示出了入射角31被设为40°和入射角02在20至40° 的范围内改变的情况下的磁头性能的视图。图19 (b)示出了入射角W 被设为50°和入射角02在20至50°的范围内改变的情况下的磁头性能 的视图。Y轴示出通过薄膜性能标准化的MR性能。从该图发现以下 事实。亦即，在入射角不改变的情况下，S卩，在入射角保持40或50。 恒定的情况下，该性能被降低。另一方面，当最后的入射角被设为20至30°时，如本发明，该性能被显著地提高。此外，如图ll所示，在 仅仅20°的入射角的情况下，该性能被显著地降低。另一方面，根据本 发明，即使在低入射角下，也可以保持该性能。由该事实可以认识到 工艺余量增加。图20示出了用本发明的制造方法制造的磁头性能与束入射角的相 关性和与磁道宽度的相关性。图20 (a)示出了入射角01被设为40° 和入射角02被设为2O至3O。的情况下的结果。图20 (b)示出了入射 角W被设为50°和入射角02被设为20至30°的情况下的结果。图20 (a)还示出了当该入射角共同保持恒定为40°时的结果，以及图20(b) 还示出了当入射角共同保持恒定为50°时的结果。在此情况下，磁道成 形抗蚀剂掩模4的最小尺寸约为85nm。从图20 (a)和20 (b)明显 看出，尺寸改变较大，在入射角保持恒定的情况下，最终磁道宽度被 显著地加宽。相反，根据本发明的制造方法，获得接近磁道成形抗蚀 剂掩模4的尺寸的磁道宽度。此外，获得高于恒定入射角的情况下的 MR性能。亦即，根据本发明，可以实现减窄的磁道宽度和更高的MR 性能。此外，如上所述，基于传感器膜附近的域控制膜结构获得优异 的域可控性。上面主要描述了具有由MgO制成的阻挡层的TMR磁头。但是， 本发明对于使用其他阻挡层的TMR磁头也是有效的。此外，本发明对 于CPP-GMR磁头是有效的。这是因为尽管刻蚀损坏和再沉积物略微地 取决于材料，但是刻蚀损坏和再沉积物是不可避免的现象。图21示出了当本发明被应用于电流限制型的CPP-GMR磁头时的 性能提高效果的说明性视图。所示的电阻-面积乘积RA和MR比率MR 被薄膜性能标准化。在电流限制型的CPP-GMR磁头的情况下，电流限 制型的CPP-GMR膜被用作传感器膜3。作为薄膜结构的例子，被部分 氧化的金属膜被布置作为图2的中间层24。在用包括再沉积物去除工 序的常规方法制造磁头的情况下，标准化的RA约为0.6，以及标准化的MR约为0.3，该值是低的。另一方面，在用本发明的制造方法制造 的电流限制型的CPP-GMR磁头情况下，标准化的RA约为0.9，以及 标准化的MR约为0.8，该值被显著地提高。在该情况下，该条件是入 射角01是50°和入射角是30°。图22示出了根据本发明具有读磁头60和写磁头50的磁头200的 结构例子的示意图。写磁头50是垂直写磁头，以及具有下磁极51、线 圈52、线圈绝缘体53以及主磁极54。写磁头可以由用于纵向记录的 写磁头形成。读磁头60由上述实施例中描述的薄膜磁头形成，仅仅示 出了下屏蔽1、传感器膜3和上屏蔽11,其他构件被省略。根据本发 明的磁头具有上面描述的优点，并能够防止可归因于再沉积物或损坏 的性能下降并获得减窄的磁道宽度。该磁头也能稳定该性能。图23是装备有图22所示的磁头200的磁盘存储器的例子的截面 示意图。磁盘存储器包括盘片260、旋转地驱动该盘片的主轴电机261、 磁头200、音圈电机264、引线266和信号处理电路265，音圈电机264 将通过万向架263支撑的磁头200定位到盘片的希望磁道。在该磁盘 存储器中装备了本发明的薄膜磁头，由此与常规技术相比较，使之可 以提高记录密度和性能稳定性。上面已经参考实施例详细描述了本发明。基于本发明的基本技术 原理和描述，可以进行各种修改结构。例如，在上面的描述中，硬磁 膜被布置作为磁膜6并用作域控制膜。可选地，软磁膜可以被布置为 磁膜6和用作侧屏蔽膜。在此情况下，因为域控制效果增加为传感器 膜3，层叠附加的多个磁层。亦即，因为将被刻蚀的薄膜的厚度增加， 再沉积物形成的量被增加。由于根据本发明的刻蚀方法减小再沉积物 形成，该刻蚀方法对于其中传感器膜3被加厚的侧屏蔽结构也是有效 的。在上面的描述中，硬磁膜和软磁膜被布置作为磁膜6。可选地，为 了提高那些薄膜性能，用作磁膜6的硬磁膜或软磁膜可以与下面的薄 膜结合。下面的薄膜的满意厚度是几纳米，因此，下面的薄膜不显著地不利地影响本发明的优点。此外，可以结合硬磁膜或软磁膜上的保 护膜。此外，上面已经描述了磁道-宽度方向上的刻蚀。但是，本发明在 高度方向上的元件刻蚀中也是有效的。传感器膜3的薄膜结构没有被详细描述。但是，利用探测电流在垂直于传感器膜3的方向上流动的装置，本发明的优点不被改变。


图1示出了根据本发明实施例的读磁头的视图。图2示出了 CPP型传感器膜结构的例子视图。图3示出了传感器膜的裙裾宽度和MR性能之间的关系视图。图4示出了其中传感器膜的壁表面的倾斜是平缓的磁头例子的视图。图5示出了磁场计算中使用的结构的示意图。 图6示出了磁场计算中使用的结构的示意图。 图7示出了磁场计算的结果的视图。 图8示出了磁场计算的结果的视图。 图9示出了磁场计算的结果和该结构之间的关系视图。 图IO示出了标准化的裙裾宽度和域控制膜的端部位置之间的关系 视图。图11示出了在改变刻蚀条件的同时试验性地制造的MgO-TMR磁头的性能的视图。图12示出了根据本发明的读磁头的制造方法例子的视图。图13示出了传感器膜的裙裾宽度和损坏层的宽度之间的关系的说明性视图。图14示出了入射角和损坏层的宽度之间的关系的说明性视图。 图15示出了用本发明的方法制造的薄膜磁头的性能与用常规方法 制造的薄膜磁头的性能比较的视图。图16示出了根据本发明的读磁头的制造方法例子的视图。图17示出了根据本发明的读磁头的制造方法例子的视图。图18示出了磁头的空气支承面结构的视图。图19示出了刻蚀时的束入射角和读磁头的性能之间的关系视图。图20示出了读磁头性能的束入射角相关性和磁道宽度相关性的视图。图21示出了在本发明被应用于电流限制型的CPP-GMR磁头情况 下性能提高效果的说明性视图。 图22示出了磁头的示意图。 图23示出了磁盘存储器的示意图。 图24示出了常规制造方法的视图。 图25示出了根据常规制造方法获得的磁头性能的视图。附图标记 1:下屏蔽 3:传感器膜4:磁道成形抗蚀剂掩模 5:绝缘体6:磁膜(域控制膜或侧屏蔽膜)9:上间隙膜11:上屏蔽21:籽晶层22:反铁磁层23:固定层24:中间层25:自由层26:覆盖层50:写磁头51:下磁极52:线圈53:线圈绝缘体 54:主磁极 60:读磁头 82:域控制膜 200:磁头 260:盘片 261:主轴电机 263:万向架 264:音圈电机 265:信号处理电路
权利要求
1.一种薄膜磁头，包括传感器膜，具有中间层及自由层和固定层，在所述自由层和固定层之间插入所述中间层；一对上屏蔽和下屏蔽，允许电流在所述传感器膜的厚度方向上流动；以及一对磁膜，在磁道-宽度方向上通过绝缘体与所述传感器膜的两侧接触，其中当假定在空气支承面上的所述传感器膜的厚度是T，以及在所述磁道-宽度方向上的、在所述中间层的端部和所述传感器膜的最低部分的端部之间的距离是X时，满足1.2×T≤X的关系，以及其中在横跨磁道推移的方向上，在所述自由层的端部的外侧形成所述磁膜对。
2. 根据权利要求1的薄膜磁头，其中满足X《.5xT。
3. 根据权利要求l的薄膜磁头，其中所述传感器膜具有裙裾式空 气支承面结构，在所述磁道-宽度方向上所述传感器膜的侧表面随平滑 曲线而改变。
4. 根据权利要求3的薄膜磁头，其中所述下屏蔽具有空气支承面 结构，在所述磁道-宽度方向上，所述传感器膜最低部分的所述端部外 侧处的所述下屏蔽区被成形，以在所述磁道-宽度方向上连续到所述传 感器膜的所述侧表面的弯曲结构。
5. —种薄膜磁头，包括传感器膜，具有中间层及自由层和固定层，在所述自由层和固定 层之间插入所述中间层；一对上屏蔽和下屏蔽，允许电流在所述传感器膜的厚度方向上流一对磁膜，在磁道-宽度方向上通过绝缘体与所述传感器膜的两侧 接触，其中当假定空气支承面上的所述传感器膜的厚度是T，以及在所 述磁道-宽度方向上的、所述中间层的端部和所述传感器膜的最低部分 的端部之间的距离是X时，满足1.2xT《《.5xT的关系，其中在所述磁道-宽度方向上，在所述自由层的端部位置的外侧形 成所述磁膜对，其中所述传感器膜具有裙裾式空气支承面结构，在所述磁道-宽度 方向上，所述中间层上的所述传感器膜具有基本上恒定的尺寸，以及 所述中间层下面的所述传感器膜的侧表面具有平滑曲线，以逐渐增加 所述宽度，以及其中所述下屏蔽具有空气支承面结构，在所述磁道-宽度方向上， 在所述传感器膜最低部分的所述端部的外侧处的所述下屏蔽区域被成 形，以连续到所述传感器膜的所述裙裾式空气支承面结构。
6. —种制造薄膜磁头的方法，所述薄膜磁头包括具有中间层和在 其间插入所述中间层的自由层和固定层的传感器膜、允许电流在所述 传感器膜的厚度方向上流动的一对上屏蔽和下屏蔽、以及在磁道-宽度 方向上通过绝缘体与所述传感器膜的两侧接触的一对磁膜，所述方法 包括以下步骤形成所述传感器膜； 在所述传感器膜上形成磁道成形掩模；借助于所述磁道成形掩模作为刻蚀掩模，刻蚀所述传感器膜，同 时转换刻蚀束的入射角，其中当所述刻蚀束的所述入射角基于所述传感器膜表面的法线方 向时，在所述刻蚀束的所述入射角随时间变小的条件下进行所述刻蚀。
7. 根据权利要求6的制造薄膜磁头的方法，其中首先使用的所述 入射角被设为40至50。。
8. 根据权利要求6的制造薄膜磁头的方法，其中最后使用的所述 入射角被设为20至30°。
9. 根据权利要求6的制造薄膜磁头的方法，其中所述传感器膜被 刻蚀到所述传感器膜的最低层。
10. 根据权利要求6的制造薄膜磁头的方法，其中当所述传感器 膜被刻蚀时，布置在所述传感器膜下面的所述下屏蔽层被部分地过刻 蚀。
全文摘要
本申请涉及用于减小性能下降的CPP磁头的传感器形状及刻蚀工艺。防止性能被刻蚀传感器膜时发生的再沉积物或损坏降低，磁道宽度被减窄以及性能被稳定。当假定空气支承面上的传感器膜的厚度是T，以及被插入构成传感器膜的自由层和固定层之间的中间层的端部和传感器膜最低部分的端部之间的距离是X时，那么满足1.2×T≤X≤2.5×T的关系，以及从自由层端部向磁道中心部分中不存在在磁道-宽度方向上通过绝缘体与两侧接触的一对磁膜的端部。在刻蚀束的入射角被改变的同时，传感器膜被刻蚀，以及当假定传感器膜表面的法线方向是0的入射角，那么该刻蚀在刻蚀束的入射角随时间变小的条件下进行。
文档编号G11B5/31GK101241705SQ20081000860
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月29日 优先权日2007年1月29日
发明者冈崎幸司, 冈本悟, 小岛修一, 渡边克朗, 片田裕之, 芳田伸雄 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司