专利名称：磁阻磁头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种例如用于磁盘驱动器和磁带驱动器这样的磁记录设备中的磁阻磁头。
背景技术：
随着最近几年磁盘驱动器尺寸的减小以及记录密度的增加，磁头滑动块(head slider)的浮动高度变的更小，并且需要实现接触记录/再现，使得磁头滑动块在记录介质上方非常小的高度上浮动，或者与记录介质相接触。另外，常规的磁感应头具有一个缺点，例如由于磁盘直径的减小所造成，它的再现输出随着作为记录介质的磁盘的圆周速度(磁头和介质之间的相对速度)的减小而降低。为了解决这个缺点，最近广泛地开发一种磁阻磁头(MR磁头)，其再现输出不决定于圆周速度，并且甚至能够以低的圆周速度获得大的输出。这种磁阻磁头是一种主流的磁头。另外，当前还可以在市场上获得利用大磁阻(GMR)效应的磁头。
随着磁盘驱动器中采用较高密度进行记录，1比特的记录面积减小，并且从介质产生的磁场相应地变小。当前市场上的磁盘驱动器的记录密度大约为10Gbit/in2，并且它以每年大约200％的速度增加。因此需要开发一种磁阻传感器和磁阻磁头，其可以支持小的磁场范围并且可以感应在小的外部磁场中的变化。
当前，采用旋阀GMR效应的旋阀磁阻传感器被广泛的用于磁头中。在这种具有旋阀结构的磁阻传感器中，在自由铁磁层(自由层)中的磁化方向被来自记录介质的信号磁场所改变，从而该磁化方向与固定铁磁层(固定层)中的磁化方向的相对角度改变，造成磁阻传感器的电阻改变。
在磁头中使用磁阻传感器的情况中，在固定层(pinned layer)中的磁化方向被固定在沿着磁阻元件的高度的方向上，并且自由层中的磁化方向在没有施加外部磁场的条件下通常被设计为沿着磁阻元件的宽度的方向，其方向与固定层相垂直。
相应地，磁阻传感器的电阻可以根据来自磁性记录介质的信号磁场的方向是与固定层的磁化方向成平行还是逆平行而线性增加或降低。这种线性电阻的改变促进在磁盘驱动器中的信号处理。
在常规的磁阻传感器中，感应电流在与磁阻元件的薄膜表面平行的方向上通过，以读取根据外部磁场改变的电阻。在电流在平行于GMR薄膜表面的方向上通过的CIP(平面中的电流)结构中的情况下，来自传感器的输出随着由一对电极端所确定的感应区域的减小而减小。另外，在具有CIP结构的旋阀磁阻传感器中，在GMR薄膜和上磁屏蔽之间以及在GMR薄膜和下磁屏蔽之间需要绝缘膜。
也就是说，在上和下磁屏蔽之间的距离等于GMR薄膜的厚度与每个绝缘膜的厚度的两倍数值之和。当前，绝缘膜的厚度最小约为20纳米。相应地，上和下磁屏蔽之间的距离变为等于GMR薄膜的厚度与大约40纳米之和。
但是，对于该距离，难以支持在记录介质上的记录位长度的减小，并且当前CIP旋阀磁阻传感器不能满足磁屏蔽之间的距离被减小到40纳米或更小的要求。在这种情况中，考虑具有利用旋阀GMR效应的CIP结构的磁头可以支持最大20至40Gbit/in2的记录密度。即使采用作为最新技术的镜面散射(specular scattering)，最大记录密度被认为是60Gbit/in2。
如上文所述磁盘驱动器的记录密度迅速增加，并且期望在2002年将期望达到80Gbit/in2的记录密度。从输出和磁屏蔽之间的间距这样的角度来看，当记录密度变为80Gbit/in2或更高时，即使通过使用应用最新的镜面散射的CIP旋阀GMR磁头，也非常难以支持这样的高记录密度。作为一种要解决上述问题的未来的旋阀GMR，人们已经提出一种隧道MR(TMR)和具有CPP(垂直于平面的电流)结构的GMR，使得电流在与GMR薄膜表面相垂直的方向上通过。
TMR具有一种结构，使得薄的绝缘层夹在两个铁磁层之间。通过绝缘层的隧道电流根据两个铁磁层中的磁化方向而改变。TMR表现出非常大的电阻改变。并且具有良好的灵敏度，从而它有希望成为一种有前景的未来旋阀GMR。另一方面，在具有CPP结构的GMR的情况中，输出随着通过感应电流的GMR薄膜的截面面积的减小而增加。这种CPP结构的特点比CIP结构具有很大的优势。
TMR还被认为是一种CPP结构，因为电流从一个铁磁层通过绝缘层到达另一个铁磁层。因此，TMR还具有上述优点。为了使具有CPP结构的GMR中的灵敏度更高，人们已经提出要使夹在GMR薄膜中的两个电极端比GMR薄膜的尺寸更小(日本专利公开No.10-55512)。
在用于上述公开文献中所述的磁阻磁头的制造方法中，首先形成两个电极端中的一个，接着形成GMR薄膜，并且然后形成另一个电极端。但是，在当前制造微结构GMR元件时，通过采用上述常规制造方法，非常难以使两个电极端的尺寸小于GMR薄膜的尺寸，并且难以抑制不对齐的问题。
在常规的MR头制造方法中(在本说明书中MR这个术语包括GMR)，MR头是通过接触孔工艺或剥离工艺(lift-off process)而制造的。在接触孔工艺中把MR薄膜形成为所需的形状，然后叠压磁畴控制薄膜和绝缘薄膜。在此之后，形成一个接触孔与上电极端和MR薄膜相接触。在剥离工艺中，把用于对MR薄膜的光刻胶剥离，并且叠压磁头控制膜和绝缘膜。在此之后，除去光刻胶，从而形成用于电连接上电极端和MR薄膜的接触孔。
目前的MR薄膜具有大约0.1微米的宽度。另一方面，目前的光刻技术具有大约0.06微米的误差。相应地，当MR薄膜变的更加微小时，在常规的接触孔工艺中MR薄膜与接触孔的对齐变得困难。另一方面，剥离工艺还具有由于在剥离之后剩余一部分光刻胶所造成的接触不良等问题。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种磁阻磁头，其能够获得大再现输出信号。
本发明的另一个目的是一提供一种磁阻磁头制造方法，其可以高成品率地制造磁阻磁头。
根据本发明的一个方面，在此提供一种磁阻磁头，其中包括第一磁屏蔽；位于所述第一磁屏蔽上的第一电极端，所述第一电极端具有第一宽度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一宽度的第二宽度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
根据本发明另一个方面，在此提供一种磁阻磁头，其中包括第一磁屏蔽；位于所述第一磁屏蔽上的第一电极端，所述第一电极端具有第一高度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一高度的第二高度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二高度的第三高度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
最好，一对磁畴控制薄膜被提供在磁阻薄膜的相对侧，并且第一磁屏蔽被提供在基片上。更加具体来说，该磁阻磁头进一步包括用于把第二电极端与第二磁屏蔽相连接的插塞电极(plug electrode)，以及用于覆盖该插塞电极的侧壁的插塞侧壁保护膜。
根据本发明另一个方面，在此提供一种磁阻磁头，其中包括还作为第一磁屏蔽的第一电极端，所述第一电极端具有第一宽度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一宽度的第二宽度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
根据本发明另一个方面，在此提供一种磁阻磁头，其中包括还作为第一磁屏蔽的第一电极端，所述第一电极端具有第一高度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一高度的第二高度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二高度的第三高度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
根据本发明另一个方面，在此提供一种用于制造磁阻磁头的方法，其中包括如下步骤形成第一磁屏蔽；在所述第一磁屏蔽上形成第一电极端；在所述第一电极端上形成一个磁阻薄膜；在所述磁阻薄膜上形成用于形成第二电极端的第一薄膜；在所述第一薄膜上形成用于形成插塞电极的第二薄膜；把光刻胶施加在所述第二薄膜上；把所述光刻胶构图为所需的形状；通过使用所述光刻胶作为掩膜蚀刻所述第二薄膜，以形成具有所需形状的所述插塞电极；除去所述构图的光刻胶，然后在所述第一薄膜上淀积第一绝缘膜，以便于覆盖所述插塞电极；通过各向同性蚀刻方法来蚀刻所述第一绝缘膜，以形成用于覆盖所述插塞电极的第一插塞侧壁保护绝缘膜；通过使用所述第一插塞侧壁保护绝缘膜作为掩膜，通过离子铣削(ion milling)来蚀刻所述第一薄膜，以形成具有所需形状的所述第二电极端；在所述磁阻薄膜上淀积第二绝缘膜，从而覆盖所述第一插塞侧壁保护绝缘膜；通过各向同性蚀刻方法来蚀刻所述第二绝缘膜，以形成用于覆盖所述第一插塞侧壁保护绝缘膜的第二插塞侧壁保护绝缘膜；以及通过使用所述第二插塞侧壁保护绝缘膜作为掩膜来把所述磁阻薄膜蚀刻为所需形状。
最好，用于磁阻磁头的制造方法进一步包括如下步骤在蚀刻所述磁阻薄膜的步骤之后，在所述第一电极端上淀积磁畴控制膜，从而覆盖所述插塞侧壁保护绝缘膜；通过离子铣削来蚀刻所述磁畴控制膜，以获得所需的形状和厚度；在所述第一电极端和所述磁阻控制膜上淀积一个层间绝缘膜；把所述层间绝缘膜整平；在所述层间绝缘膜中形成用于所述第一电极端的通孔；在所述层间绝缘膜上形成第二磁屏蔽，从而通过所述插塞电极，把所述第二电极端连接到所述第二磁屏蔽，并且所述第一电极端直接连接到所述通孔中的所述第二磁屏蔽。因此，第二电极端通过插塞电极连接到第二磁屏蔽，以及第一电极端直接连接到通孔中的第二磁屏蔽。
在本发明的磁阻磁头中，第一电极端的高度或宽度可以大于磁阻薄膜的高度或宽度。相应地，几乎不需要第一电极端和第二电极端的对齐以及第一电极端与磁阻薄膜的对齐，从而便于磁阻磁头的制造。
尽管第一电极端的高度或宽度被设置为大于磁阻薄膜的高度或宽度，但是这对再现特性没有影响。另外，在第一电极端的高度或宽度等于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，第一电极端和磁阻薄膜可以同时形成，从而便于磁阻磁头的制造。在第二电极端的高度或宽度小于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，可以减小流过读出电流的一部分磁阻薄膜的截面面积，从而在CPP结构的特性上获得高的再现输出。
在第二电极端的高度或宽度等于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，可以同时形成第二电极端和磁阻薄膜，从而便于磁阻磁头的制造。另外，在第二电极端的高度或宽度小于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，通过例如光刻胶收缩的工艺技术可以实现自对齐，从而不需要第二电极端与磁阻薄膜的对齐，从而便于磁阻磁头的制造。
与在日本专利公开No.10-55512中所公开的第一和第二电极端的尺寸小于磁阻薄膜的常规结构相比，在仅仅第二电极端的高度或宽度小于根据本发明的磁阻薄膜的高度或宽度的结构中，出现较高的电流集中，从而获得类似或较高的再现输出。
相应地，在形成支持高记录密度的微结构的磁阻元件的过程中，也不需要夹住磁阻薄膜的两个电极端之间的对齐，从而便于磁阻元件的制造。另外，能够以高成品率制造磁阻元件，并且可以获得没有巴克豪森噪声(barkhausen noise)的高再现输出信号。
参照示出本发明的优选实施例的附图，从下文描述和所附权利要求的研究中将更好地理解本发明本身，并且本发明的上述其它目的、特点和优点以及它们的实现方式将变得更加清楚。
附图简述图1为根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的透视图；图2A至2C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图3A至3C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图4A至4C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图5A至5C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图6A至6C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图7A至7C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图8A至8C为示出用于制造根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图9为示出根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的示意图；图10A至10C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图11A至11C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图12A至12C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图13A至13C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图14A至14C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图15A至15C为示出用于制造根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的示意图；图16和16B为计算机模拟的电流分布的示意图；
图17为示出偏移磁道曲线的曲线图；图18A至18C为示出用于制造根据本发明第三优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的截面视图；图19A至19C为示出用于制造根据本发明第三优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的截面视图；图20A至20C为示出用于制造根据本发明第三优选实施例的磁阻磁头的制造工艺的截面视图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的一些优选实施例。在优选实施例的下文描述中，基本上相同的部件由相同的参照标号所表示。参见图1，其中示出根据本发明第一优选实施例的磁阻磁头10的透视图。在图1中，未示出上和下磁屏蔽。图12表示由铜或者铜和金的组合所形成的下电极端。下电极端12具有在图1中所示的X方向上的第一宽度以及在图1中所述的Y方向上的第一高度。
磁阻薄膜(MR薄膜)14形成在下电极端12上。MR薄膜14具有在X方向上比第一宽度更小的第二宽度以及具有在Y方向上与第一高度相等的高度。一对磁畴控制薄膜18被形成在下电极端12上，从而把MR薄膜14在X方向上插入。该磁畴控制薄膜18可以由例如CoCrPt薄膜这样高矫顽力的薄膜或者由例如PdPtMn薄膜这样的反铁磁性薄膜来提供。一个上电极端16形成在MR薄膜14上。上电极端16由铜或铜和金的组合所形成。上电极端16具有在X方向上与第二宽度相等的宽度，并且具有在Y方向上小于第一高度的第二高度。不被上电极端16所覆盖的MR薄膜14的一部分14a作为用于引导磁通量的后磁轭。
根据第一优选实施例的磁头10中，上电极端16的宽度与MR薄膜14的宽度相同，并且下电极端12的宽度大于MR薄膜14的宽度。相应地，在MR薄膜14的相对部分的附近出现读出电流的电流集中，从而可以减小流过读出电流的MR薄膜14的读出区域的截面面积。结果，可以获得高的再现输出。MR薄膜14包括至少一个低电阻膜以及夹住低电阻膜的至少两个铁磁膜。另外，MR薄膜14具有铁磁隧道结的结构或者包含铁磁层和非磁性层的多层薄膜结构。换句话说，MR薄膜14可以由例如NiFe/Cu/NiFe/IrMn多层薄膜这样的旋阀GMR薄膜、例如NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn多层薄膜这样的叠层铁旋阀(laminated ferri spin valve)GMR薄膜、或者例如NiFe/Al2O3/NiFe/PdPtMn多层薄膜这样的隧道结类型的MR薄膜(TMR薄膜)所形成。
下面将参照图2A至8C说明根据第一优选实施例的磁阻磁头10的制造工艺。图2A、3A、4A、5A、6A、7A和8A为在端子宽度的中央沿着MR元件的高度(在Y方向上)截取的截面；图2B、3B、4B、5B、6B、7B和8B为在端子宽度的中央沿着MR元件的宽度(在X方向上，即沿着磁道宽度方向)截取的截面。图2C、3C、4C、5C、6C、7C和8C分别为图2B、3B、4B、5B、6B、7B和8B的俯视图。
如图2A至2B中所示，在Al2O3-TiC基片20上顺序形成Al2O3的底层22、NiFe的下磁屏蔽24、下电极端12、MR薄膜14和上电极端16。如图3A至3C中所示，把下电极端12、MR薄膜14和上电极端16构图为所需形状。均匀地施加光刻胶26，然后构图为所需形状。在此时，光刻胶26的高度(Y方向上的长度)可以小于如图4A中的虚线所示的上电极端16的高度。
通过使用光刻胶26作为掩膜，利用离子铣削等方法部分蚀刻上电极端16、MR薄膜14和下电极端12。在此时，最好执行薄膜16、14和12的蚀刻，从而后形成的上电极端16的上表面的水平面变为低于或等于上电极端16的下表面的水平面。只要磁畴控制薄膜18的上表面的水平面低于或等于上电极端16的下表面的水平面，就可以省略下电极端12的蚀刻。在光刻胶26的高度小于图4A中虚线所示的高度的情况下，MR薄膜14的高度可以小于Y方向上的下电极端12的高度。
如图4A至4C中所示，形成磁畴控制薄膜18而没有除去光刻胶26。磁畴控制薄膜18可以由例如CoCrPt薄膜这样高矫顽力的薄膜或者由例如PdPtMn薄膜这样的反铁磁性薄膜来提供。然后把光刻胶26构图为所需的形状。在此时，在X方向上，光刻胶26的宽度被设置为小于或等于上电极端16的宽度。然后通过使用光刻胶26作为掩膜通过离子铣削方法来蚀刻上电极端16。
如图5B中所示在光刻胶26的宽度小于上电极端16的宽度的情况下，上电极端16的宽度变为小于MR薄膜14的宽度。但是，这种结构对再现特性没有大的影响，或者进一步提高沿着磁道宽度的分辨率，从而获得良好的再现性。在此之后，形成绝缘膜28，如图5A至5C中所示。在光刻胶26的宽度等于上电极端16的宽度的情况下，上电极端16被蚀刻，如图7A至7C所示。
在图5A至5C所示的步骤之后，光刻胶26被除去，并且形成NiFe的上磁屏蔽30，如图6A至6C所示。在光刻胶26的宽度小于上电极端16的宽度的情况下，如图5B中所示，获得作为第一优选实施例的一个变型的磁头10A，如图6A至6C中所示。另一方面，在光刻胶26的宽度等于上电极端16的宽度的情况下，如图7B中所示，获得第一优选实施例的磁头10，如图8A至8C中所示。磁屏蔽24和30以及电极端12和16是通过电镀或汽相淀积而形成的，并且MR薄膜14、磁畴控制薄膜18和绝缘膜28例如是通过溅射工艺形成的。
根据通过上述方法制造的第一优选实施例的磁头10或者其变型10A，可以获得高灵敏度的磁头再现特性，而与沿着磁道宽度的上和下电极端的对齐无关。
参见图9，在此示出根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头10B的透视图。在图9中，未示出上和下磁屏蔽。参照标号12表示下电极端。下电极端12具有在图9中所示X方向上的第一宽度，以及在图9中所示的Y方向上的第一高度。MR薄膜14形成在下电极端12上。MR薄膜14具有在X方向上比第一宽度更小的第二宽度以及在Y方向上与第一高度相等的高度。一对磁畴控制薄膜18形成在下电极端12上，从而把MR薄膜14在X方向上插入。
上电极端16形成在MR薄膜14上。上电极端16具有在X方向上比第二宽度更小的第三宽度，以及在Y方向上比第一高度更小的第二高度。也就是说，MR薄膜14的宽度比上电极端16的宽度大2L，其中L是从上电极端16的每一侧凸起的长度。与第一优选实施例相同，MR薄膜14的一部分14a不被作为用于引导磁通量的后磁轭的上电极端16所覆盖。根据第二优选实施例的磁阻磁头10B中，MR薄膜14的结构可以类似于第一优选实例的结构。
现在将参照图10A至15C说明根据第二优选实施例的磁阻磁头10B的制造工艺。图10A、11A、12A、13A、14A和15A为在端子宽度的中央沿着MR元件的高度(在Y方向上)截取的截面；图10B、11B、12B、13B、14B和15B为在端子宽度的中央沿着MR元件的宽度(在X方向上，即沿着磁道宽度方向)截取的截面。图10C、11C、12C、13C、14C和15C分别为图10B、11B、12B、13B、14B和15B的俯视图。
如图10A至10B中所示，在Al2O3-TiC基片20上顺序形成Al2O3的底层22、NiFe的下磁屏蔽24、下电极端12、MR薄膜14和上电极端16。如图11A至11C中所示，把下电极端12、MR薄膜14和上电极端16构图为所需形状。均匀地施加光刻胶26，然后构图为所需形状。在此时，光刻胶26的高度(Y方向上的长度)可以小于如图12A中的虚线所示的上电极端16的高度。
通过使用光刻胶26作为掩膜，利用离子铣削等方法部分蚀刻上电极端16、MR薄膜14和下电极端12。在此时，最好执行薄膜16、14和12的蚀刻，从而后形成的上电极端16的上表面的水平面变为低于或等于上电极端16的下表面的水平面。只要磁畴控制薄膜18的上表面的水平面低于或等于上电极端16的下表面的水平面，就可以省略下电极端12的蚀刻。在光刻胶26的高度小于图4A中虚线所示的高度的情况下，MR薄膜14的高度可以小于Y方向上的下电极端12的高度。
如图12A至12C中所示，形成磁畴控制薄膜18而没有除去光刻胶26。磁畴控制薄膜18可以由例如CoCrPt薄膜这样高矫顽力的薄膜或者由例如PdPtMn薄膜这样的反铁磁性薄膜来提供。然后把光刻胶26构图为所需的形状。然后通过使用光刻胶26作为掩膜通过离子铣削方法来蚀刻上电极端16。在这种情况中，难以在图13A至13C的步骤中对齐MR薄膜14和上电极端16，在图12A至12C的步骤中的光刻胶26可以在蚀刻上电极端16之前通过加热等方法而收缩所需的长度。在蚀刻上电极端16之后，再次形成光刻胶，以仅仅在Y方向上蚀刻上电极端16。
在此之后，形成绝缘膜28而没有除去光刻胶26，并且接着除去光刻胶26，如图14A至14C所示。在此之后，形成上磁屏蔽30，如图15A至15C所示，以获得根据第二优选实施例的磁阻磁头10B。磁屏蔽24和30以及电极端12和26是通过电镀或汽相淀积，并且MR薄膜14、磁畴控制薄膜18和绝缘膜28例如是通过溅射工艺形成的。
根据通过上述方法制造的第一优选实施例的磁头10B，可以获得高灵敏度的磁头再现特性，而与沿着磁道宽度的上和下电极端的对齐无关。
图16A和16B为计算机模拟的电流分布图，其中示出与现有技术相比的本发明的效果。更加具体来说，图16A示出具有这样一种结构的磁头10C，即上和下电极端的宽度小于日本专利公开No.10-55512中所述的MR薄膜的宽度，并且图16中示出根据本发明第二优选实施例的磁阻磁头10B。在图16A和16B中的每个MR薄膜14的结构为NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn/Cap所构成的叠层铁磁型组合物。上电极端16的端子高度和端子宽度分别为0.2微米和0.13微米，并且图9中所示的长度L为0.04微米。
与图16A和16B中所示的电流分布相比，在自由层/铜/固定层中的电流分布对再现特性的影响，即图16A中所示的NiFe/Cu/CoFeB，基本上与图16B中所示的相同。磁化分布通过在大约80Gbit/inch2的记录密度进行微磁模拟而计算的，然后乘以上述电流分布从而执行偏离磁道曲线计算(在偏离磁道曲线中的一半宽度被作为有效读取磁芯宽度)和隔离再现波形计算(在该波形中的峰-峰距离被用作为一个再现输出)。
在图16A中所述的现有技术中，有效读取磁芯宽度和再现输出分别为0.164微米和1530微米。另一方面，在根据图16B中所示的本发明的结构中，有效读取磁芯宽度和再现输出分别为0.169微米和2000微米。这些结果显示出在根据本发明的结构中的有效读取磁芯宽度基本上与现有技术中的相同，但是在根据本发明的结构中的再现输出明显高于现有技术结构中的输出，从而证实本发明的效果。
图17示出在图16A和16B所示结构中的偏离磁道曲线。在图17中，水平轴表示沿着MR元件宽度的位置，并且垂直轴表示归一化的输出。在图17中所示的曲线图中，实心圆圈或黑点对应于现有技术的结构，以及空心圆圈或白点对应于根据本发明第二优选实施例的结构。
下面将参照图18A至18C说明本发明第三优选实施例10D的制造工艺。如图18A中所示，在Al2O3-TiC基片20上顺序形成Al2O3的底层22、NiFe的下磁屏蔽24、下电极端12、MR薄膜14、上电极端16以及插塞电极膜32。MR薄膜14可以由例如NiFe/Cu/NiFe/IrMn多层薄膜这样的旋阀GMR薄膜、例如NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdptMn多层薄膜这样的叠层铁旋阀GMR薄膜、或者例如NiFe/Al2O3/NiFe/PdPtMn多层薄膜这样的隧道结类型的MR薄膜(TMR薄膜)所形成。插塞电极膜32由Ta所形成。
均匀地施加光刻胶34，然后构图为所需形状。在此之后，如图18B所示，通过使用光刻胶34作为掩膜蚀刻插塞电极膜32，从而把插塞电极膜32形成为所需形状。在除去光刻胶34之后，淀积具有良好的台阶覆盖率(step coverage)的SiO2的绝缘膜36，如图18C所示。然后通过各向同性蚀刻方法来蚀刻绝缘膜36，从而形成第一插塞侧壁保护绝缘膜38，其具有这样的形状，以覆盖如图19A所示的插塞电极32。
通过使用第一插塞侧壁保护绝缘膜38作为用于上电极端16的蚀刻掩膜，通过第一次离子铣削把上电极端16蚀刻为所需形状，如图19B中所示。在此之后，再次淀积一层绝缘膜，并且进行蚀刻以形成第二插塞侧壁保护绝缘膜40。如图19C中所示，通过使用第二插塞侧壁保护绝缘膜40作为掩膜，通过第二次离子铣削把MR薄膜14蚀刻为所需形状。
在上电极端16和MR薄膜14具有相似的形状的情况下，可以通过第一次铣削同时蚀刻上电极端16和MR薄膜14，从而加快该工艺过程。在要被蚀刻的MR薄膜14的尺寸较大的情况下，还可以通过形成正常的光刻胶图案然后进行离子铣削而获得类似的形状。通过这种自对准接点形成工艺，可以独立地改变要形成的上电极端16和MR薄膜14的形状，并且还可以避免作为MR元件的最精细部分的上电极端16和MR薄膜14之间的对齐问题。
如图20A中所示，均匀地淀积一层磁畴控制薄膜18。该磁畴控制薄膜18可以由例如CoCrPt薄膜这样高矫顽力的薄膜或者由例如PdPtMn薄膜这样的反铁磁性薄膜来提供。在形成光刻胶图案之后，通过离子铣削来蚀刻磁畴控制薄膜18，以获得磁畴控制薄膜18的所需形状和厚度。如图20B中所示，例如淀积SiO2或Al2O3的层间绝缘膜42，然后通过腐蚀或化学机械抛光(CPM)进行平整。
最后，如图20C中所示，在层间绝缘膜42中形成用于下电极端12的通孔44，并且在层间绝缘膜42上形成NiFe的上磁屏蔽，从而完成根据第三优选实施例的磁阻磁头10D。下电极端12直接连接到通孔44中的上磁屏蔽30，并且上电极端16通过插塞电极32连接到上磁屏蔽30。
本发明具有如下效果。
(1)下电极端的高度或宽度可以制成大于磁阻薄膜的高度或宽度。相应地，几乎不需要下电极端与上电极端的对齐以及下电极端与磁阻薄膜之间的对齐，从而便于磁阻磁头的制造。
(2)在上电极端的高度或宽度等于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，可以同时形成上电极端和磁阻薄膜，从而便于磁阻磁头的制造。
(3)在上电极端的高度或宽度小于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，可以减小流过读出电流的磁阻薄膜的部分的截面面积，从而对于CPP结构的特性，获得高的再现输出。
(4)在上电极端的高度或宽度小于磁阻薄膜的高度或宽度的情况下，可以通过例如光刻胶的收缩这样的处理技术来实现自对准，从而不需要上电极端与磁阻薄膜的对齐，从而便于磁阻磁头的制造。
(5)与上和下电极端都小于磁阻薄膜的常规结构相比，根据本发明，在仅仅上电极端小于磁阻薄膜的结构中，出现较高的电流集中，从而获得较高的再现输出。
(6)在形成插塞电极和插塞侧壁保护绝缘膜并且把该绝缘膜用作为上电极端薄膜和磁阻薄膜的蚀刻掩膜的优选实施例中，执行自对准接头制造工艺，从而消除磁阻薄膜与接触孔的对齐问题。另外，由于通过插塞电极把上磁屏蔽连接到上电极端，从而可以获得稳定的电连接。
(7)相应地，可以容易地以高成品率制造微结构磁阻磁头，并且如此制造的磁阻磁头可以获得大的再现信号，而没有巴克豪森噪声。
权利要求
1.一种磁阻磁头，其中包括第一磁屏蔽；位于所述第一磁屏蔽上的第一电极端，所述第一电极端具有第一宽度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一宽度的第二宽度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
2.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中进一步包括位于所述磁阻薄膜的相对侧上的一对磁畴控制薄膜。
3.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中进一步包括其上具有所述第一磁屏蔽的基片。
4.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中进一步包括用于连接所述第二电极端和所述第二磁屏蔽的插塞电极；以及用于覆盖所述插塞电极的侧壁的插塞侧保护绝缘膜。
5.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜包括至少一个低电阻膜以及夹住所述低电阻膜的至少两个铁磁膜，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加的磁场而变化。
6.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜具有铁磁隧道结的结构，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加的磁场而变化。
7.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜具有多层薄膜结构，包括一个铁磁层和一个非磁性层，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加磁场而变化。
8.根据权利要求1所述的磁阻磁头，其中所述第二宽度小于所述第一宽度，并且所述第三宽度小于所述第二宽度。
9.一种磁阻磁头，其中包括还作为第一磁屏蔽的第一电极端，所述第一电极端具有第一宽度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一宽度的第二宽度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度；以及位于所述第二电极端上的所述第二磁屏蔽。
10.一种磁阻磁头，其中包括第一磁屏蔽；位于所述第一磁屏蔽上的第一电极端，所述第一电极端具有第一高度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一高度的第二高度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二高度的第三高度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
11.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中进一步包括位于所述磁阻薄膜的相对侧上的一对磁畴控制薄膜。
12.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中进一步包括其上具有所述第一磁屏蔽的基片。
13.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中进一步包括用于连接所述第二电极端和所述第二磁屏蔽的插塞电极；以及用于覆盖所述插塞电极的侧壁的插塞侧保护绝缘膜。
14.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜包括至少一个低电阻膜以及夹住所述低电阻膜的至少两个铁磁膜，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加的磁场而变化。
15.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜具有铁磁隧道结的结构，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加的磁场而变化。
16.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中所述磁阻薄膜具有多层薄膜结构，包括一个铁磁层和一个非磁性层，所述磁阻薄膜的电阻根据所施加磁场而变化。
17.根据权利要求10所述的磁阻磁头，其中所述第二高度小于所述第一高度，并且所述第三高度小于所述第二高度。
18.一种磁阻磁头，其中包括还作为第一磁屏蔽的第一电极端，所述第一电极端具有第一高度；位于所述第一电极端上的磁阻薄膜，所述磁阻薄膜具有等于或小于所述第一高度的第二高度；位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，所述第二电极端具有小于或等于所述第二高度的第三高度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。
19.一种用于制造磁阻磁头的方法，其中包括如下步骤形成第一磁屏蔽；在所述第一磁屏蔽上形成第一电极端；在所述第一电极端上形成一个磁阻薄膜；在所述磁阻薄膜上形成用于形成第二电极端的第一薄膜；在所述第一薄膜上形成用于形成插塞电极的第二薄膜；把光刻胶施加在所述第二薄膜上；把所述光刻胶构图为所需的形状；通过使用所述光刻胶作为掩膜蚀刻所述第二薄膜，以形成具有所需形状的所述插塞电极；除去所述构图的光刻胶，然后在所述第一薄膜上淀积第一绝缘膜，以便于覆盖所述插塞电极；通过各向同性蚀刻方法来蚀刻所述第一绝缘膜，以形成用于覆盖所述插塞电极的第一插塞侧壁保护绝缘膜；通过使用所述第一插塞侧壁保护绝缘膜作为掩膜，通过离子铣削(ion milling)来蚀刻所述第一薄膜，以形成具有所需形状的所述第二电极端；在所述磁阻薄膜上淀积第二绝缘膜，从而覆盖所述第一插塞侧壁保护绝缘膜；通过各向同性蚀刻方法来蚀刻所述第二绝缘膜，以形成用于覆盖所述第一插塞侧壁保护绝缘膜的第二插塞侧壁保护绝缘膜；以及通过使用所述第二插塞侧壁保护绝缘膜作为掩膜来把所述磁阻薄膜蚀刻为所需形状。
20.根据权利要求19所述的用于制造方法进一步包括如下步骤在蚀刻所述磁阻薄膜的步骤之后，在所述第一电极端上淀积磁畴控制膜，从而覆盖所述插塞侧壁保护绝缘膜；通过离子铣削来蚀刻所述磁畴控制膜，以获得所需的形状和厚度；在所述第一电极端和所述磁阻控制膜上淀积一个层间绝缘膜；把所述层间绝缘膜整平；在所述层间绝缘膜中形成用于所述第一电极端的通孔；以及在所述层间绝缘膜上形成第二磁屏蔽，从而通过所述插塞电极，把所述第二电极端连接到所述第二磁屏蔽，并且所述第一电极端直接连接到所述通孔中的所述第二磁屏蔽。
21.根据权利要求19所述的制造方法，其中所述第一电极端具有第一宽度，所述磁阻薄膜具有小于或等于所述第一宽度的第二宽度，以及所述第二电极端具有所述第二宽度的第三宽度。
全文摘要
一种磁阻磁头，其中包括第一磁屏蔽；位于所述第一磁屏蔽上并具有第一宽度的第一电极端；位于所述第一电极端上并具有等于或小于所述第一宽度的第二宽度的磁阻薄膜。该磁阻磁头进一步包括位于所述磁阻薄膜上的第二电极端，其具有小于或等于所述第二宽度的第三宽度；以及位于所述第二电极端上的第二磁屏蔽。最好，该磁阻磁头进一步包括用于连接所述第二电极端和所述第二磁屏蔽的插塞电极；以及用于覆盖所述插塞电极的侧壁的插塞侧保护绝缘膜。
文档编号G11B5/39GK1402224SQ02105798
公开日2003年3月12日 申请日期2002年4月18日 优先权日2001年8月15日
发明者芦田裕, 江口伸, 田中厚志, 近藤玲子, 清水丰 申请人:富士通株式会社