磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010250345.4

申请日:

2010.08.04

公开号:

CN101989643A

公开日:

2011.03.23

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 43/08申请日:20100804|||公开

IPC分类号:

H01L43/08; H01L43/12; G11B5/66

主分类号:

H01L43/08

申请人:

佳能安内华股份有限公司

发明人:

爱因斯坦·诺埃尔·阿巴拉; 末永真宽; 太田吉则; 远藤彻哉

地址:

日本神奈川县

优先权:

2009.08.04 JP 2009-181479; 2009.09.25 JP 2009-219943; 2010.06.30 JP 2010-149407

专利代理机构:

北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277

代理人:

刘新宇

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内容摘要

提供一种磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质,使磁阻元件的相对的两个接合壁面附近的磁性层的结晶c轴对齐于与接合壁面大致垂直的方向。磁传感器层叠体(1)在衬底(31)上具有磁阻元件(10)和场区域(22),该磁阻元件(10)通过被施加偏置磁场而电阻变动,该场区域(22)在磁阻元件(10)的相对的接合壁面(10a、10b)的侧方包含对元件(10)施加偏置磁场的磁性层(22a、22b),磁阻元件10至少在反铁磁性层(13)上的一部分具备铁磁性堆栈(18),沿着接合壁面(10a、10b)相对的方向的铁磁性堆栈(18)最上表面的宽度(WF)被形成为小于沿着相同方向的反铁磁性层(13)的最上表面的宽度(WA)。

权利要求书

1: 一种磁传感器层叠体, 其特征在于, 在衬底上具有磁阻元件和场区域, 该磁阻元件通 过被施加偏置磁场而电阻变动, 该场区域在上述磁阻元件相对的接合壁面的侧方包含对上 述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层, 上述磁阻元件至少在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈, 沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度被形成为小于沿着 上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层的最上表面的宽度。
2: 根据权利要求 1 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述反铁磁性层的最上表面的宽度为上述铁磁性堆栈的最上表面的宽度的 2.5 倍以 下。
3: 根据权利要求 1 或 2 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述磁性层由从 Co-Pt、 Co-Cr-Pt 以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构 (hcp) 的合金形成。
4: 根据权利要求 1 至 3 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述磁性层包含具有磁性粒子的第一和第二磁性层, 其中, 该磁性粒子具有结晶 c 轴, 上述第一磁性层在上述场区域被配置成与上述接合壁面相邻, 上述第一磁性层的结晶 c 轴被排列为在膜面内沿着 ABS 面而取向, 上述第二磁性层在上述场区域被配置成与上述第一磁性层相邻, 上述第二磁性层的结 晶 c 轴方向在面内随机地分布。
5: 根据权利要求 4 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述第一磁性层由从 Fe-Pt、 Co-Pt 以及它们的合金群中选择的具有面心四方晶体结 构 (fct) 的合金形成, 上述第二磁性层由从 Co-Pt、 Co-Cr-Pt 以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构 的合金形成。
6: 根据权利要求 1 至 5 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 在上述场区域和上述接合壁面具备从 Cr、 Cr-Mo、 Cr-Ti、 Nb、 Ta、 W 以及它们的合金群中 选择的具有体心立方晶体结构 (bcc) 的合金的底层, 上述底层在上述场区域具有 3 ~ 8nm 的厚度而在上述接合壁面上具有小于 3nm 的厚 度。
7: 根据权利要求 1 至 6 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述场区域和上述接合壁面具备从 CrB、 CrTiB、 MgO、 Ru、 Ta、 Ti 以及它们的合金群中选 择的第一晶种层, 上述第一晶种层在上述场区域具有小于 1nm 的厚度而在上述接合壁面具有 0.5 ~ 2nm 的厚度。
8: 根据权利要求 1 至 7 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述场区域和上述磁阻元件被从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 中选择的第一覆 盖层所覆盖。
9: 根据权利要求 1 至 8 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述场区域和上述接合壁面具备含有氧化物或者氮化物的绝缘层, 上述绝缘层在上述接合壁面具有 2 ~ 5nm 的厚度。 2
10: 根据权利要求 9 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 在上述绝缘层下方以及上述第一覆盖层上方具备含有软磁性体的屏蔽层。
11: 一种磁传感器层叠体的成膜方法, 在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件, 该磁阻 元件在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈, 在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方 的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体, 该磁传感器层 叠体的成膜方法的特征在于, 具有如下过程 : 在上述衬底上通过成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈 ; 在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案 ; 对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻 ; 修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度 ; 使用修整后的上述光致抗蚀剂掩模, 对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来 形成上述台阶形状的磁阻元件 ; 在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体 ; 以及 使上述台阶形状的磁阻元件以及上述硬偏置层叠体的表面平坦化。
12: 根据权利要求 11 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上 表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。
13: 根据权利要求 11 或 12 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程 : 其中 θ1 = 0 ~ 25 度 ; 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ1 来成膜形成底层, 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ2 来成膜形成第一磁性层, 其中 θ2 = 50 ~ 90 度; 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ3 来成膜形成第二磁性层, 其中 θ3 = 0 ~ 25 度; 以及 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ4 来成膜形成第一覆盖层, 其中 θ4 = 0 ~ 45 度。
14: 根据权利要求 11 至 13 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前, 具有通过成膜形成绝缘层的过 程。
15: 根据权利要求 11 至 14 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在使上述磁阻元件和上述硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后, 具有通过成膜形成 第二覆盖层的过程。
16: 根据权利要求 15 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后, 具有通过成膜形成屏蔽层的过程。
17: 根据权利要求 13 至 16 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来 3 在上述磁阻元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层, 接着, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定 速度直线地移动上述衬底, 来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。
18: 根据权利要求 17 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来在一侧的场区域通过成膜形成上述 底层、 上述第二磁性层以及上述第一覆盖层, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定速度直 线地移动上述衬底, 来在另一侧的场区域通过成膜形成上述底层、 上述第二磁性层以及上 述第一覆盖层。
19: 根据权利要求 11 至 18 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 通过离子束蒸镀法来成膜形成上述硬偏置层叠体。
20: 根据权利要求 11 至 19 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在上述衬底上形成多个台阶形状的磁阻元件, 以同一过程来层叠该多个磁阻元件的上 述硬偏置层叠体。
21: 一种磁传感器层叠体的成膜控制程序, 在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件, 该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分上具备铁磁性堆栈, 在上述磁阻元件相对的两个接合 壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体, 该磁 传感器层叠体的成膜控制程序的特征在于, 使上述磁传感器层叠体的成膜装置执行如下过 程: 在上述衬底上通过成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈 ; 在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案 ; 对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻 ; 修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度 ; 使用修整后的上述光致抗蚀剂掩模, 对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来 形成上述台阶形状的磁阻元件 ; 在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体 ; 以及 使上述台阶形状的磁阻元件以及硬偏置层叠体的表面平坦化。
22: 根据权利要求 21 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上 表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。
23: 根据权利要求 21 或 22 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ1 来成膜形成底层, 其中 θ1 = 0 ~ 25 度 ; 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ2 来成膜形成第一磁性层, 其中 θ2 = 50 ~ 90 度; 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ3 来成膜形成第二磁性层, 其中 θ3 = 0 ~ 25 度; 以及 4 以与上述衬底的法线所成的成膜角度 θ4 来成膜形成第一覆盖层, 其中 θ4 = 0 ~ 45 度。
24: 根据权利要求 21 至 23 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 在于, 在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前, 具有通过成膜形成绝缘层的过 程。
25: 根据权利要求 21 至 24 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 在于, 在使上述磁阻元件和硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后, 具有通过成膜形成第二 覆盖层的过程。
26: 根据权利要求 25 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后, 具有通过成膜形成屏蔽层的过程。
27: 根据权利要求 21 至 26 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 在于, 在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来 在上述元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层, 接着, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定 速度直线地移动上述衬底, 来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。
28: 根据权利要求 27 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来在一侧的场区域通过成膜形成上述 底层、 上述第二磁性层以及上述第一覆盖层, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定速度直 线地移动上述衬底, 来在另一侧的场区域形成上述底层、 上述第二磁性层以及上述第一覆 盖层。
29: 一种记录介质, 记录有权利要求 21 至 28 中的任一项所述的成膜控制程序, 能够由 计算机读取。
30: 一种磁传感器层叠体, 其特征在于, 在衬底上具有磁阻元件和场区域, 该磁阻元件 通过被施加偏置磁场而电阻变动, 该场区域在上述磁阻元件的相对的接合壁面的侧方包含 对上述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层, 至少在上述场区域上具备体心立方晶体结构 (bcc) 的底层, 在上述底层上通过成膜形成有上述磁性层, 上述磁性层是六方晶体结构 (hcp) 的 Co-Pt 类合金, 在层内不存在空隙, 具有 (10.0) 晶面, 沿着 ABS 面具有超过 0.9 的矩形比。
31: 根据权利要求 30 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 在上述场区域上具备含有氧化物或者氮化物的绝缘层, 上述绝缘层在上述接合壁面具有 2 ~ 5nm 的厚度。
32: 根据权利要求 31 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 在上述绝缘层与上述底层之间具备含有金属氮化物的第二晶种层。
33: 根据权利要求 32 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 5 上述第二晶种层与上述底层的合计膜厚小于 10nm, 上述磁性层的膜厚为 10 ~ 30nm, 包含这些层的硬偏置层叠体的矫顽力取向比 (OR) 超过 1.5。
34: 根据权利要求 30 至 33 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述底层从 Cr、 Ti、 Nb、 Ta、 W、 Ru、 Al 以及它们的合金中选择, 上述底层在上述场区域的 厚度为 3 ~ 8nm, 上述底层在上述接合壁面的厚度小于 3nm。
35: 根据权利要求 32 至 34 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述第二晶种层从 Ta-N、 Nb-N 或者 RuAl-N 中选择, 上述第二晶种层在上述场区域的厚 度为 3 ~ 8nm, 上述第二晶种层在上述接合壁面的厚度小于 3nm。
36: 根据权利要求 32 至 35 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述第二晶种层是 Ta-N, 上述底层是 0 < Ti < 30 原子量%的 W-Ti, 上述第二晶种层 的膜厚为 3 ~ 5nm。
37: 根据权利要求 30 至 36 中的任一项所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 上述场区域和上述磁阻元件被从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 中选择的第一覆 盖层所覆盖。
38: 根据权利要求 37 所述的磁传感器层叠体, 其特征在于, 在上述绝缘层下方以及上述第一覆盖层上方具备含有软磁性体的屏蔽层。
39: 一种磁传感器层叠体的成膜方法, 在衬底上配置通过被施加偏置磁场而电阻变动 的磁阻元件, 在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述 磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体, 该磁传感器层叠体的成膜方法特征在于, 至少具 有如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的超过 45 度而小于 90 度的成膜角度来沿着上述接合壁面的 方向通过倾斜成膜形成底层 ; 以及 在上述底层上, 以与上述衬底的法线所成的 0 ~ 30 度的成膜角度通过成膜形成磁性 层。
40: 根据权利要求 39 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 关于上述底层, 在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状 态下, 一边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底, 一边在上述接合壁面和场区域上方通 过倾斜成膜形成上述底层, 接着, 使上述衬底转动 180 度, 一边在上述靶下方移动上述衬底, 一边在上述接合壁面 和场区域上方通过倾斜成膜形成上述底层。
41: 根据权利要求 39 或者 40 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在通过倾斜成膜形成上述底层的过程之前, 具有在上述场区域和上述接合壁面上方通 过成膜形成绝缘层的过程。
42: 根据权利要求 41 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在通过成膜形成上述绝缘层的过程之后, 具有如下过程 : 在上述绝缘层上, 以与上述衬 底的法线所成的超过 45 度而小于 90 度的成膜角度, 沿着上述接合壁面的方向通过倾斜成 膜形成含有金属氮化物的第二晶种层。
43: 根据权利要求 42 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 6 关于上述第二晶种层, 在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂 直的状态下, 一边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底, 一边在上述接合壁面和场区域 上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层, 接着, 使上述衬底转动 180 度, 一边在上述靶下方移动上述衬底, 一边在上述接合壁面 和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层。
44: 根据权利要求 42 或 43 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在处理气体和 N2 气氛中进行反应性成膜来形成上述第二晶种层, N2 的局部压为 10 ~ 30%。
45: 根据权利要求 39 至 44 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在通过成膜形成上述磁性层的过程之后, 具有以与上述衬底的法线所成的 0 ~ 30 度的 成膜角度来成膜形成第一覆盖层的过程。
46: 根据权利要求 45 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在通过成膜形成上述第一覆盖层的过程之后, 具有通过成膜形成屏蔽层的过程。
47: 根据权利要求 45 或者 46 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 在与上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来在一 侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定速度直 线地移动上述衬底, 来在另一侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层。
48: 根据权利要求 39 至 47 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 通过离子束蒸镀法来成膜形成上述各层。
49: 根据权利要求 42 至 48 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在通过成膜形成上述磁性层的过程之前, 具有如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的 超过 60 度而小于 90 度的角度来修整上述接合壁面上的较厚一侧的上述第二晶种层和上述 底层。
50: 根据权利要求 41 至 49 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在 于, 在连续处理装置的真空气氛下对上述各过程进行连续处理, 该连续处理装置具有如下 部分 : 装载锁定模块, 其在真空空间与空气之间取出和放入衬底 ; 输送室, 其具备输送机构 ; 蚀刻处理室, 其进行蚀刻处理 ; 成膜室, 其成膜形成上述绝缘层 ; 以及 倾斜成膜室, 其进行入射控制型溅射处理。
51: 根据权利要求 50 所述的磁传感器层叠体的成膜方法, 其特征在于, 上述连续处理装置具备通过离子束蒸镀法或者离子化物理气相蒸镀法来进行成膜的 成膜室。 7
52: 一种磁传感器层叠体的成膜控制程序, 在衬底上配置通过被施加偏置磁场而电阻 变动的磁阻元件, 在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对 上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体, 该磁传感器层叠体的成膜控制程序的特征在 于, 使上述磁传感器层叠体的成膜装置至少执行如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的超过 45 度而小于 90 度的成膜角度, 沿着上述接合壁面的 方向通过倾斜成膜形成底层 ; 以及 在上述底层上, 以与上述衬底的法线所成的 0 ~ 30 度的成膜角度, 通过成膜形成磁性 层。
53: 根据权利要求 52 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下, 一边在上 述靶下方以固定速度移动上述衬底, 一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成 上述底层, 接着, 使衬底转动 180 度, 一边在上述靶下方移动上述衬底, 一边在上述接合壁面和场 区域上方通过倾斜成膜形成上述底层。
54: 根据权利要求 52 或 53 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在通过倾斜成膜形成上述底层的过程之前, 具有在上述场区域和上述接合壁面上方通 过成膜形成绝缘层的过程。
55: 根据权利要求 54 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在通过成膜形成上述绝缘层的过程之后, 具有如下过程 : 在上述绝缘层上, 以与上述衬 底的法线所成的超过 45 度而小于 90 度的成膜角度, 沿着上述接合壁面的方向倾斜成膜形 成含有金属氮化物的第二晶种层。
56: 根据权利要求 55 所述的磁传感器层叠体的成膜控制方法, 其特征在于, 在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下, 一边在上 述靶下方以固定速度移动上述衬底, 一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成 上述第二晶种层, 接着, 使上述衬底转动 180 度, 一边在上述靶下方移动上述衬底, 一边在上述接合壁面 和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层。
57: 根据权利要求 52 至 56 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 在于, 在通过成膜形成上述磁性层的过程之后, 具有以与上述衬底的法线所成的 0 ~ 30 度的 成膜角度通过成膜形成第一覆盖层的过程。
58: 根据权利要求 57 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在通过成膜形成上述第一覆盖层的过程之后, 具有通过成膜形成屏蔽层的过程。
59: 根据权利要求 57 或者 58 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 在与上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直线地移动上述衬底, 来在一 侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层, 以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动 180 度, 在上述靶下方以固定速度直 线地移动上述衬底, 来在另一侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层。
60: 根据权利要求 55 至 59 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 8 在于, 在通过成膜形成上述磁性层的过程之前, 具有如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的 超过 60 度而小于 90 度的角度来修整上述接合壁面上的较厚一侧的上述第二晶种层和上述 底层。
61: 根据权利要求 54 至 60 中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征 在于, 上述磁传感器层叠体的成膜装置是具有如下部分的连续处理装置 : 装载锁定模块, 其在真空空间与空气之间取出和放入衬底 ; 输送室, 其具备输送机构 ; 蚀刻处理室, 其进行蚀刻处理 ; 成膜室, 其通过成膜形成上述绝缘层 ; 以及 倾斜成膜室, 其进行入射控制型溅射处理, 在上述连续处理装置的真空气氛下对上述各过程进行连续处理。
62: 根据权利要求 61 所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序, 其特征在于, 上述连续处理装置具备通过离子束蒸镀法或者离子化物理气相蒸镀法来进行成膜的 成膜室。
63: 一种记录介质, 记录有权利要求 52 至 62 中的任一项所述的成膜控制程序, 能够由 计算机读取。

说明书


磁传感器层叠体、 成膜方法、 成膜控制程序以及记录介质

    技术领域 本发明涉及一种在磁阻元件 ( 读取堆栈 ( リ一ダ一スタツク )) 两侧具备施加偏 置磁场的磁性层的磁传感器层叠体、 成膜方法、 成膜控制程序以及记录介质。
     背景技术 近年来, 随着硬盘驱动装置 (HDD) 的大容量化, 使用了电阻根据外部磁场的变动 而变化的元件的磁阻 (MR) 头备受关注。特别是巨磁阻 (GMR) 头、 隧道磁阻 (TMR) 头的灵敏 度非常高, 能够提高磁盘的记录密度。并且, 随着记录高密度化, MR 头不断缩小。
     MR 头具备两个侧面被施加偏置磁场的磁性层包围的 MR 元件 ( 读取堆栈 )。当缩 小读取堆栈时, 施加偏置磁场的磁性层所能够利用的空间当然也受到限制。当磁性层的体 积以及与读取堆栈的端部相对的面的面积缩小时, 偏置磁场会减小。
     与读取堆栈相对的面被读头缝隙 ( リ一ドギヤツプ )( 包围磁隧道接合 (MTJ) 或 者巨磁阻 (GMR) 层叠的两个屏蔽层之间的距离 ) 以及条高度 ( 与记录介质表面垂直的读取 堆栈的横向尺寸 ) 来决定。为了增大线性 ( 磁道上 ) 分辨率需要减小读头缝隙, 为了降低 磁道边缘的灵敏度需要随着减少读头宽度来减少条高度。
     通过调整结构部件的大小以及改进信号处理来增加硬盘驱动器 (HDD) 的面密度。 为了将记录介质的位设为更小、 即为了增大以磁道 / 英寸 (TPI) 和位 / 英寸 (BPI) 为单位 的密度, 而不断开发使晶粒更小, 直径分布更密的技术。 为了对更小的磁区域进行记录并且 从更小的磁区域读取, 写入装置和读取装置这两者被缩小。 特别是, 为了增大分辨率而达到 以更大 BPI 进行记录, 要增大 TPI, 减小屏蔽层间距离, 并且将读取装置的宽度设定得较窄。
     典型的传感器结构由反铁磁性 (AFM) 强化层 ( ピニング)、 合成反铁磁性层(SAF)、 非磁性隔板或者隧道绝缘体以及铁磁性自由层构成。另外, 出于各种目的也使用晶 种层和覆盖层。SAF 包括隔着较薄隔板层在反方向上耦合的两个铁磁性体。SAF 的铁磁性 体包含与 AFM 接触的固定层 ( ピンド ) 和与非磁性隔板或隧道绝缘体接触的参考层。通 过了读取堆栈的电阻变化由参考层和自由层之间的磁化的相对方向来决定。 自由层在磁场 中被偏置而取向为与参考层呈直角。 根据这种结构, 读取灵敏度变得非常高, 对于来自存储 介质的外部磁场能够得到线性响应。将偏置磁场也称为 “硬偏置” , 期望在硬盘驱动器整个 寿命中被保持为固定。另外, 硬偏置起到防止在自由层产生磁区的作用。磁阻元件和硬偏 置层叠体一起被夹持在两个较厚的软磁性屏蔽层之间。 简单的硬偏置层叠体包括 Cr 或者 W 等底层、 磁性层以及覆盖层, 其中, 该磁性层包 括 CoPt 或者 CoCrPt 等, 该覆盖层利用 Cr、 Ru 或者 Ta 制作而成。特别是为了防止在较高动 作温度是外部磁场发生切换, 期望磁性层的矫顽力 (Hc) 为 159.5kA/m(2000 奥斯特 (Oe)) 以上的值。
     当磁性层晶粒的一部分产生反磁化时, 有可能导致偏置磁场明显减少, 并且引起 传感器中的噪声。 读头间隙尺寸的缩小与能够应用于屏蔽层之间的硬偏置层叠体的厚度的 减少相关联。 偏置磁场与磁性层的残余磁化强度和厚度的乘积 (Mrt) 成正比, 因此当厚度 t
     减少时, 对施加的自由层偏置可能会变得不足。并且, 由于磁性层与屏蔽层接近, 因此向屏 蔽层的漏磁通增加, 接合壁面 ( 读取堆栈与硬偏置层叠体的边界 ) 的偏置磁场进一步减少。
     增加磁场的方法之一是减少在接合壁面隔开磁性层和自由层的绝缘层的厚度。 然 而, 由于要求低漏电流和高击穿电压, 因此使绝缘体的厚度变薄受到限制。 能够利用铁氧体 等绝缘材料来制作磁性层, 由此能够省略绝缘层或者将其厚度减少到 3nm 以下。然而, 几乎 所有绝缘性磁性铁氧体存在饱和磁化强度和矫顽力不如 Co-Pt 合金的饱和磁化强度和矫 顽力的趋势。组合和结晶生长也更难控制。
     目前的 CoPt 基底的硬偏置层叠体为二维各向同性。在面内沿任一方向的矫顽力 Hc 都相等、 即当利用表示磁各向异性大小的 OR( 定向度 : 面内垂直于条高度方向的方向的 矫顽力与条高度方向的矫顽力之比 ) 表示时, OR = 1。CoPt 的六方晶体 c 轴在面内是随机 的。然而, 通过多个晶粒之间的交换耦合, 能够实现较高矩形比 (0.85 以上 )。在接合壁面, 平均磁场朝向自由层。 当条高度减少时, 位于接合壁面的晶粒减少, 由此更难使磁通朝向自 由层。这种现象在上述晶粒的 c 轴未朝向自由层时更明显。如果使 c 轴取向为朝向接合壁 面, 则条高度 ( 深度 ) 相对于晶粒直径的比率已经不是问题。并且, 相对于相同厚度 t, Mr 增加, 能够得到更高的偏置磁场。 更多的磁通会聚到接合壁面上, 在硬偏置层叠体的侧端部 受损失的磁通变得更少。 当从气垫面 (Air Bearing Surface, 下面称为 “ABS 面” 。) 观察时, 读取装置整体 的宽度与所记录的磁道垂直, 厚度与磁道平行。读取装置与 ABS 面垂直且从 ABS 面分离延 伸到被称为条高度 ( 深度 ) 的高度。由读取装置的宽度、 层叠体的厚度以及条高度来确定 读取装置的三维尺寸。针对特定宽度的最佳条高度一般低于该宽度的 1.5 倍。如目前列举 那样, 存在构成读取装置的很多层, 由此能够得到的厚度的最小值受到限制。
     例如, 当过于薄地成膜形成上述 AFM 层时, 该层变得热不稳定, 无法充分固定 SAF 固定层的磁化方向。即, 交换偏置减少。并且, 当横向尺度减小时, 尺度效应在热量上受限 制, 并且对读取装置的稳定性带来不良影响。关于通常使用的 Ir-Mn 合金, 如果考虑为大部 分晶粒是适当的尺寸 (30nm 以上 ) 且厚度适当 (5nm 以上 ), 则大于 50nm 的横向尺寸不会有 问题。因而, 如果 AFM 层不是单晶体, 则在装置中容易形成不稳定的晶粒。
     Cr 晶种层在 (110) 晶面上生长, 并且根据对纵向介质中 OR 的研究, 仅在 Cr(002) 晶面的情况下达到 OR > 1, 在其上方形成 CoPt(1120)。相对于 CoPt((1120) 晶面中的 c 轴 方向的晶格常数为 0.41nm, 与 c 轴垂直的晶轴的晶格常数为 0.43nm), [110] 方向和 [1-10] 方向的外延关系为在能量上等效。仅在由于各向异性应力而 Cr 晶格在面内变形的情况下, 优选特定的方向。Simion 等 ( 参照专利文献 1) 提出了 MgO 和 NiAl 等不同的晶种层。在记 录介质的研究中, 证实两者的底层都提供二维 c 轴排列。
     Larson 等 ( 参照专利文献 2) 公开了一种读取传感器, 该读取传感器具备磁阻元 件, 该磁阻元件具有在朝向元件接合壁的方向较佳的磁各向异性。另外, 在 San Ho 等 ( 参 照专利文献 3) 明确了能够通过 HCP 磁偏置层叠体的角度来限制 c 轴方向。即, 在两者的说 明书中, 公开了通过利用倾斜溅射来形成 CoPt 合金的成膜而能够实现磁各向异性。尽管倾 斜溅射最适当的 Hc OR 小于 1.2, 但是 Shibamoto 等 ( 参照专利文献 6) 在对纵向介质分配 取向时也使用倾斜溅射。在初始的氮化 Nb 或者氮化 Ta 晶种层 ( 各向异性允许层 ) 中, 为 了沿刚性圆形盘内的圆周方向使介质具有磁各向异性而进行倾斜成膜。
     通过倾斜溅射能够容易地实现 FeCo 等软性层的面内各向异性。特别是在相对 于成膜面的法线具有较大入射角度的溅射工艺中, 由于自阴影效果, 即使比较薄的膜 ( 大 约 10nm) 也产生面内各向异性。自阴影效果是指在倾斜入射成膜中由于表面所产生的核 而产生阴影, 在该阴影部分不会飞来溅射粒子, 因此倾斜柱状地生长膜。根据我们的经验, 在当前的最佳厚度 ( 大约 20nm) 的 CoPt 层中, 面内各向异性对入射角度的依赖性较低, 必须将晶种层或者底层设得较厚。但是, 晶种层必须较薄 (6nm 以下 ), 这使得要制作基 于 Larson 等以及 San Ho 等的研究成果的硬偏置层叠膜非常困难。San Ho 等中启示为了 呈现某种程度的 OR, 磁性层要具有 (11-20) 晶面, 但是在利用 XRD(X 射线衍射仪 ) 进行的 评价中示出了 (10-10) 晶面。这是低温成膜 ( 不足 100 ℃ ) 的典型事例。在更高温下成 膜例如会引起 Cr 的 (002) 生长, 但是在硬偏置成膜中存在温度敏感度光致抗蚀剂掩模的 情况下, 生长被限制。为了层的高温成膜, 期望由 Shibamoto 等公开的介质的支配晶面为 CoCrPtB(1120)。并且, 被倾斜地成膜的底层也不示出认为在纵向记录介质中产生 OR 所需 的 (002) 面 (Mirzamaani)。如 Larson 等中的概念所启示那样, 硬偏置 OR 的表现大概是由 交换耦合产生的各向异性。Mrt 沿着交换耦合最大的方向最大。可考虑为波状的表面图案 (Carey 等 ( 参照专利文献 4) 的各向异性粗糙度 ) 引导 OR。 目前的硬偏置成膜几乎都通过离子束蒸镀 (IBD) 等长距离溅射来进行。IBD 系统 具有能够转动以调节所入射的溅射粒子的入射角度的载物台。例如, Hegde 等 ( 参照专利 文献 5) 公开了硬偏置成膜方法, 大致以垂直角度 ( 距垂直线 25 度以下 ) 形成磁性层薄膜。
     为了实现更薄的 CoPt 层, 除了难以获取足够的 OR 外, 特别是从垂直起超过 45 度 的倾斜溅射会产生多孔膜。这些能够从 Larson 等的图像观察到。因而, 磁距随着密度的降 低而减小。 磁距的减小也能够抵消通过使磁各向异性的方向一致来达到的任意的磁方形性 的获得 (Mr/Ms)。
     专利文献 1 : 美国专利第 6185081 号说明书
     专利文献 2 : 美国专利第 7061731 号说明书
     专利文献 3 : 美国专利第 7161763 号说明书
     专利文献 4 : 美国专利第 7360300 号说明书
     专利文献 5 : 美国专利第 6139906 号说明书
     专利文献 6 : 美国专利第 7115119 号说明书
     发明内容 发明要解决的问题
     另外, 为了减轻依赖于磁性层的入射角度成膜的 OR 的降低以及为得到充分的 OR 而需要厚的底层和晶种层的问题, 需要用于使磁通会聚到接合壁面的更好的方法。
     另外, 图 26 以及图 27 是表示以往的磁传感器层叠体与层叠方向垂直的轮廓的概 要图。箭头 92 表示硬偏置层叠体被磁化后的磁性粒子的磁化方向, 通过该磁化, 在读取堆 栈 90 的自由层中 ( 图 26 中 ) 产生向右方向的偏置磁场。磁性层的结晶 c 轴方向在膜面内 二维随机分布。
     如果利用交换耦合, 则总是相邻的磁化会被取向为更平行。通过使晶粒微细化或 者延长条高度 ( 深度 )h( 参照图 26), 能够使接合壁面中的磁化方向的平均值变得足够大,
     产生相对于整个自由层比较均匀的磁场。另外, 当晶粒较少而自由层面积较窄时 ( 图 27), 由于晶粒的各向异性方向的影响, 读取堆栈 90 的磁化的均匀性恶化。该磁场的不均匀性会 引起读取头的噪声。
     即, 为了将磁通会聚到接合壁面以加快 MR 元件的缩小程度, 将硬偏置层叠体的磁 性层的结晶 c 轴取向为与读取堆栈和硬偏置层叠体的接合壁面大致垂直即可。换言之, 取 向为沿着作为与磁记录介质相对的面的 ABS 面的方向即可 ( 图 2、 图 13)。
     本发明的目的在于提供一种能够将读取堆栈的接合壁面附近的磁性层的 c 轴取 向为与接合壁面大致垂直而使磁通会聚到接合壁面的磁传感器层叠体、 其成膜方法、 成膜 控制程序以及记录介质。
     用于解决问题的方案
     为了达到上述目的而完成的本发明具有如下结构。
     即, 第一本发明所涉及的磁传感器层叠体的特征在于, 在衬底上具有磁阻元件和 场区域, 该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动, 该场区域在上述磁阻元件相对的接 合壁面的侧方包含对上述元件施加偏置磁场的磁性层, 上述磁阻元件至少在反铁磁性层上 的一部分具备铁磁性堆栈, 沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽 度被形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层的最上表面的宽度。
     另一方面, 第一本发明所涉及的磁传感器层叠体的成膜方法在衬底上至少配置台 阶形状的磁阻元件, 该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈, 在上述磁阻元 件相对的两个接合壁面侧方的场区域内通过成膜形成用于对上述元件施加偏置磁场的硬 偏置层叠体, 该磁传感器层叠体的成膜方法的特征在于, 具有如下过程 : 在上述衬底上通过 成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈 ; 在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的 图案 ; 对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻 ; 修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度 ; 使用修整 后的上述光致抗蚀剂掩模, 对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来形成上述台阶 形状的磁阻元件 ; 在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体 ; 以及使上述台阶形状的磁阻 元件以及上述硬偏置层叠体的表面平坦化。
     即, 第二本发明所涉及的磁传感器层叠体的特征在于, 在衬底上具有磁阻元件和 场区域, 该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动, 该场区域在上述磁阻元件相对的接 合壁面的侧方包含对上述元件施加偏置磁场的磁性层, 至少在上述场区域上具备体心立方 晶体结构 (bcc) 的底层, 在上述底层上方通过成膜形成上述磁性层, 上述磁性层是六方晶 体结构 (hcp) 的 Co-Pt 类合金, 在层内不存在空隙, 具有 (10.0) 晶面, 沿着 ABS 面具有超过 0.9 的矩形比。
     另外, 第二本发明所涉及的磁传感器层叠体的成膜方法在衬底上配置通过被施加 偏置磁场而电阻变动的磁阻元件, 在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过 成膜形成用于对上述元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体, 该磁传感器层叠体的成膜方法的 特征在于, 至少具有如下过程 : 以与上述衬底的法线所成的超过 45 度而小于 90 度的成膜角 度, 沿着上述接合壁面的方向通过倾斜成膜形成底层 ; 以及在上述底层上, 以与上述衬底的 法线所成的 0 ~ 30 度的成膜角度来成膜形成磁性层。
     发明的效果
     根据第一本发明, 反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈, 并且沿着磁阻元件的接合壁面相对的方向的铁磁性堆栈最上表面的宽度被形成为小于沿着相同方向的反铁磁 性层的最上表面的宽度, 上述接合壁面附近的磁性层的结晶 c 轴在膜面内沿着 ABS 面的方 向。因而, 在上述接合壁面中, 将接合壁面附近的磁性层的结晶 c 轴取向为与接合壁面大致 垂直的方向, 因此起到能够将磁通会聚到磁阻元件这种良好的效果。
     根据第二本发明, 通过实现底层的材质、 膜厚、 溅射入射角的优化, 能够提高磁性 层的磁各向异性。因而, 将接合壁面附近的磁性层的结晶 c 轴取向于沿着 ABS 面、 即与接合 壁面大致垂直的方向, 因此起到能够将磁通会聚到磁阻元件这种良好的效果。 附图说明
     图 1 是示意性地表示第一实施方式所涉及的磁传感器层叠体的概要图。
     图 2 是表示第一实施方式所涉及的磁传感器层叠体相对于层叠方向垂直的轮廓 的概要图。
     图 3 是表示第一实施方式所涉及的磁传感器层叠体的成膜方法的过程的工序图。
     图 4 是表示磁传感器层叠体的具体成膜方法的说明图。
     图 5 是表示磁传感器层叠体的具体成膜方法的说明图。
     图 6 是示意性地表示第一实施方式所涉及的磁传感器层叠体的完成形态的概要 图。
     图 7 是示意性地表示使用第一以及第三实施方式的成膜方法的成膜装置的概要 图。
     图 8 是示意性地表示使用第一以及第三实施方式的成膜方法的成膜装置的立体 图。
     图 9 的 (a) 是作为比较例而制作的磁阻元件的 AFM 层及其晶粒的概要图, (b) 是 本实施方式的磁阻元件的 AFM 层及其晶粒的概要图。
     图 10 是相当于第一实施方式的图 5 的 (f)、 (g) 的过程的概要图。
     图 11 是表示第二实施方式的磁传感器层叠体的完成形态的概要图。
     图 12 是示意性地表示第三实施方式所涉及的磁传感器层叠体的概要图。
     图 13 是表示第三实施方式所涉及的磁传感器层叠体相对于层叠方向垂直的轮廓 的概要图。
     图 14 是表示在磁阻元件上配置光致抗蚀剂掩模而得到的磁传感器层叠体的概要 图。
     图 15 是表示在场区域形成构成第三实施方式的磁传感器层叠体的硬偏置层叠体 成膜的过程的工序图。
     图 16 是示意性地表示使用第三实施方式的成膜方法的成膜装置的立体图。
     图 17 是表示离子束蒸镀系统的一例的概要图。
     图 18 是表示硬偏置层叠体的层结构以及硬偏置层叠体的磁化环的概要图。
     图 19 是表示在 Ta-N 第二晶种层以及 W-Ti 底层上成膜的 CoPt 磁性层的 XRD 谱的 说明图。
     图 20 是表示观察不到衬底垂直方向的取向的依据的说明图。
     图 21 是示意性地表示第四实施方式的成膜装置的概要图。图 22 是表示在第四实施方式的成膜方法中在场区域通过成膜形成硬偏置层叠体 的过程的工序图。
     图 23 是表示使用第四实施方式的成膜装置的情况下的成膜状况的说明图。
     图 24 是表示第四实施方式的成膜方法中的修整过程的说明图。
     图 25 是表示第五实施方式的连续处理装置的装置结构例的俯视图。
     图 26 是表示以往的磁传感器层叠体相对于层叠方向垂直的方向的截面的概要 图。
     图 27 是表示以往的磁传感器层叠体相对于层叠方向垂直的方向的截面的概要 图。
     附图标记说明
     1、 100 : 磁传感器层叠体 ; 10 : 磁阻元件 ( 读取堆栈 ) ; 10a、 10b : 接合壁面 ; 11 : 预 置晶种层 ; 12 : 第三晶种层 ; 13 : 反铁磁性强化层 ( 反铁磁性层 (AFM 层 )) ; 14 : 合成反铁 磁性层 ( シンセテイツクアンチフエロ )(SAF 层 ) ; 14a : 固定层 ( ピンド ); 14b : 耦 合层 ; 14c : 参考层 ; 15 : 隔板层 ; 16 : 自由层 ; 17、 17a、 17b : 第三覆盖层 ; 18 : 铁磁性堆栈 (FM 堆栈 ) ; 19 : 绝缘层 ; 20 : 硬偏置层叠体 ( ハ一ドバイアス積 体); 21 : 底层 ; 22 : 场区域 ; 22a : 第一磁性层 ; 22b : 第二磁性层 ; 23 : 第一覆盖层 ; 24 : 第二覆盖层 ; 25 : 第二晶种层 ; 26 : 磁性层 ; 31 : 衬底 ( 底部屏蔽层 ) ; 32 : 顶部屏蔽层 ; 41 : 光致抗蚀剂掩模 ; 41a : 修整掩 模; 51 : 成膜装置 ; 52 : 衬底保持构件 ; 53 : 快门 ; 54 : 狭缝 ; 122 : 磁性层 ; IB : 离子束 ; T: 靶 ( タ一ゲツト ) ; 71 : 成膜装置 ; 72 : 靶保持构件 ( タ一ゲツトホルダ ) ; 73 : 阴极 ( カソ一 ド); 74 : 衬底保持构件 ; 75 : 快门 ; 76 : 狭缝 ; 81 : 连续处理装置 ; 82 : 输送室 ; 83 : 蚀刻处理 室; 84 : 绝缘层成膜室 ; 85 : 倾斜成膜室 ; 86 : IBD 室 ; 87 : 装载锁定模块。 具体实施方式
     下面, 参照附图来说明本发明的实施方式, 但是本发明并不限于本实施方式。
     < 第一实施方式 >
     [ 磁传感器层叠体的结构 ]
     首先, 参照图 1 以及图 2 来说明具备磁阻元件的磁传感器层叠体的结构。图 1 是 示意性地表示本实施方式所涉及的磁传感器层叠体的概要图。图 2 是表示本实施方式所涉 及的磁传感器层叠体相对于层叠方向垂直的轮廓的概要图。 如图 1 所示, 本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 在衬底 31 上的大致中央部具 备磁阻元件 ( 读取堆栈 )10, 该磁阻元件 10 包括组成不同的多个层叠膜, 具有通过被施加磁 场而电阻值变动的磁阻效应。另外, 磁传感器层叠体 1 在与上述读取堆栈 10 相对的两个接 合壁面 10a、 10b 侧方的场区域 22 中具备硬偏置层叠体 20, 该硬偏置层叠体 20 能够对上述 读取堆栈 10 施加偏置磁场。这样, 磁传感器层叠体在衬底 31 上具备单一或者多个读取堆 栈 10 和硬偏置层叠体 20, 是对用于读取硬盘驱动器等的磁读取头的传感器进行划分之前 的中间产品。
     图 1 例示的读取堆栈 10 是在自由层 16 的正下方具备氧化物势垒层 (MgO) 的磁隧 道接合体 (MTJ)。并不限于此, 读取堆栈 10 也可以是具有非常低电阻的大部分为金属制的 巨磁阻接合体 (GMR)。
     具体地说, 读取堆栈 10 例如被层叠在由 NiFe 等软磁性体构成的底部屏蔽层 ( 衬 底 )31 上, 该读取堆栈 10 主要具备作为反铁磁性层的反铁磁性强化层 (AFM 层 )13、 合成反 铁磁性层 (SAF 层 )14、 隔板层 15 以及铁磁性自由层 16。
     AFM 层 13 例如由 IrMn 等反铁磁性体形成。AFM 层 13 例如根据需要隔着含有未图 示的 Ta 等的预置晶种层以及含有 Ru 等的第三晶种层而层叠在上述底部屏蔽层 31 上。
     SAF 层 14 包括两个铁磁性体层 14a、 14c, 该两个铁磁性体层 14a、 14c 隔着较薄的 耦合层 ( 非磁性层或者隧道绝缘体层 )14b 而逆向耦合。SAF 层 14 的铁磁性体层包括固定 层 14a 和参考层 14c, 该固定层 14a 与 AFM 层 13 接触, 该参考层 14c 与耦合层 14b 接触。
     隔板层 15 包括非磁性层或者隧道绝缘体层, 例如由 MgO 等氧化物层形成。
     自由层 16 例如由 CoFeB 等铁磁性体形成, 也可以是在 CoFeB 等铁磁性体层上层叠 了 Ta 层、 NiFe 层而得到的层。自由层 16 被施加偏置磁场而取向为与参考层 14c 成直角。 根据该配置, 能够提高传感器灵敏度, 对于来自存储介质的外部磁场提供线性响应。 还将偏 置磁场称为 “硬偏置” , 期望在硬盘驱动器寿命的整个期间内被保持为固定。并且硬偏置防 止在自由层 16 形成磁区。通过了读取堆栈 10 的磁阻变化由参考层 14c 与自由层 16 之间 的磁化的相对方向来决定。 根据需要, 例如利用从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 等中选择的未图示的第 三覆盖层 ( 图 6 的 17) 来覆盖自由层 16。
     在此, 至少固定层 14a、 隔板层 15 以及自由层 16 的接合体为铁磁性堆栈 (FM 堆 栈 )18。FM 堆栈 18 也有时包含未图示的第三覆盖层 ( 图 6 的 17)。本实施方式的读取堆栈 10 在 AFM 层 13 上的一部分具备 FM 堆栈 18, 将沿着其接合壁面 10a、 10b 相对的方向 ( 与纸 面平行的方向 ) 的 FM 堆栈 18 最上表面的宽度 WF 设定为小于沿着相同方向的 AFM 层 13 的 最上表面的宽度 WA。即, 读取堆栈 10 例如形成为在截面较宽幅的梯形状的 AFM 层 13 上层 叠宽度小于该 AFM 层 13 的梯形状的 FM 堆栈 18 而成的台阶形状。在以与纸面平行的面切 分磁传感器层叠体 1 来设为条高度 ( 在图 1 中深度方向 )h 的磁读取头用传感器的情况下, FM 堆栈 18 最上表面的宽度 WF 为头宽度, 因此优选为 20nm ~ 30nm。另外, AFM 层 13 的最上 表面的宽度 WA 优选为 FM 堆栈 18 最上表面的宽度 WF 的 2.5 倍以下。当 WA 超过 2.5 倍的 WF 时, 场区域 22 减小, 有可能无法充分地对读取堆栈 10 施加偏置磁场。
     如上所述, 在衬底 31 上方的场区域 22 通过成膜形成硬偏置层叠体 20, 该硬偏置层 叠体 20 包含具备磁性粒子的第一和第二磁性层 22a、 22b, 该磁性粒子具有结晶 c 轴。第一 磁性层 22a 层叠成与读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 相连接, 第二磁性层 22b 层叠在第一 磁性层 22a 上。
     第一磁性层 22a 以及第二磁性层 22b 例如由从 Co-Pt、 Co-Cr-Pt 以及它们的合金 群中选择的具有六方晶体结构 (hcp) 的合金 ( 永久磁铁 ) 形成。并不限于此, 第一磁性层 22a 也可以由从 Fe-Pt、 Co-Pt 以及它们的合金群中选择的面心四方晶体结构 (fct) 的合金 形成。
     参照图 1 以及图 2 来说明第一磁性层 22a 以及第二磁性层 22b 的结晶 c 轴方向 ( 即, 晶粒磁化轴 )。此外, 图 2 中的 ABS 表示气垫面 ( 浮上面 ), hF、 hA 分别表示 FM 堆栈 18、 AFM 层 13 的条高度 ( 图 1 中深度方向 ), hF = hA。图 2 中的读取堆栈 10 的自由层 16 上的 箭头表示通过由硬偏置层叠体 20 施加偏置磁场而例如自由层 16 被磁化为向右侧的状态。
     由于存在交换耦合, 相邻的磁化被取向为相互更加平行。在本实施方式的磁传感 器层叠体 1 中, 在远离读取堆栈 10 的场区域 22 中, 第二磁性层 22b 中的结晶 c 轴方向 ( 即, 晶粒磁化轴 ) 在膜面内二维 (2D) 随机分布。另一方面, 在读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 的台阶形状部分中, 不仅 FM 堆栈 18 的壁附近的第一磁性层 22a 的结晶 c 轴成为一维取向 (1D1), AFM 层 13 的壁上的第一磁性层 22a 的结晶 c 轴也成为一维取向 (1D1)。该方向在膜 面内与 ABS 面平行, 相对于接合壁面 10a、 10b 大致垂直。在 AFM 层壁上的第一磁性层 22a 上还层叠有第二磁性层 22b, 第二磁性层 22b 在第一磁性层 22a 上外延生长, 因此第一磁性 层 22a 上的第二磁性层 22b 也一维 (1D2) 地排列。
     在场区域 22 的下部以及读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 上例如配置有由 Al2O3 等构成的绝缘层 19。该绝缘层在接合壁面处具有 2 ~ 5nm 的厚度。
     第一磁性层 22a 与第二磁性层 22b 隔着上述绝缘层 19 以及根据需要的底层 21 而 层叠在作为衬底 31 的底部屏蔽层上。该底层 21 例如由从 Cr、 Cr-Mo、 Cr-Ti、 Nb、 Ta、 W 以及 它们的合金群中选择的体心立方晶体结构 (bcc) 的合金形成。该底层 21 例如在场区域处 具有 3 ~ 8nm 的厚度, 在接合壁面处具有小于 3nm 的厚度。
     除了上述底层 21 以外, 也可以在该底层 21 上还具备未图示的第一晶种层而将底 层构成为双层。即, 场区域 22 以及读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 还可以具备第一晶种 层, 该第一晶种层例如从 CrB、 CrTiB、 MgO、 Ru、 Ta、 Ti 以及它们的合金群中选择而得到。该 第一晶种层例如在场区域处具有小于 1nm 的厚度, 在接合壁面处具有 0.5 ~ 2nm 的厚度。
     另外, 根据需要, 利用第一覆盖层 23 来覆盖场区域 22 以及接合壁面 10a、 10b, 该第 一覆盖层 23 例如从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 中选择而得到。
     并且, 磁传感器层叠体 1 在上述绝缘层 19 下方具备底部屏蔽层 31, 在上述第一覆 盖层 23 上具备顶部屏蔽层 32。这些屏蔽层 31、 32 例如由 NiFe 等软磁性体形成。即, 读取 堆栈 10 与场区域 22 被夹持在两个较厚的软磁性屏蔽层 31、 32 之间。这两个屏蔽层 31、 32 之间成为引线间隙 (RG)。
     [ 磁传感器层叠体的成膜方法 ]
     接着, 参照图 3 至图 9 来说明上述磁传感器层叠体 1 的作用, 并且说明本实施方式 所涉及的磁传感器层叠体 1 的成膜方法。
     图 3 是表示本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 的成膜方法的过程的过程图。 如图 3 所示, 本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 的成膜方法首先具有如下过程 ( 步骤 1: 下面标记为 “S1” ): 在衬底 31 上方成膜形成读取堆栈 10, 该读取堆栈 10 至少具备 AFM 层 13 和 FM 堆栈 18。接着具有如下过程 : 在读取堆栈 10 上形成光致抗蚀剂掩模 (PR)41 的 图案 (S2) ; 以及对厚度与 AFM 层 13 的厚度大致相等的 FM 堆栈 18 的一部分进行蚀刻 (S3)。 并且, 具有如下过程 : 修整光致抗蚀剂掩模 41 的宽度 (S4) ; 以及使用修整后的光致抗蚀剂 掩模 41a 来对 FM 堆栈 18 和 AFM 层 13 进行蚀刻 (S5)。然后, 具有如下过程 : 通过成膜形成 绝缘层 19(S6) ; 在场区域 22 层叠硬偏置层叠体 20(S7) ; 使表面平坦化 (S8) ; 以及通过成膜 形成第二覆盖层 24 和顶部屏蔽层 32(S9)。
     并且, 在场区域 22 层叠硬偏置层叠体 20 的过程 (S7) 具有以与衬底 31 的法线所 成的成膜角度 θ1(θ1 = 0 ~ 25 度 ) 来成膜形成底层 21 的第一过程 (S11)。另外, 具有以 与衬底 31 的法线所成的成膜角度 θ2(θ2 = 50 ~ 90 度、 优选 50 ~ 80 度 ) 来成膜形成第一磁性层 22a 的第二过程 (S12)。 并且, 具有以与衬底 31 的法线所成的成膜角度 θ3(θ3 = 0 ~ 25 度 ) 来成膜形成第二磁性层 22b 的第三过程 (S13)。然后, 具有以与衬底 31 的法线 所成的成膜角度 θ4(θ4 = 0 ~ 45 度 ) 来成膜形成第一覆盖层 23 的第四过程 (S14)。
     进一步参照图 4 以及图 5 来具体说明本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 的成 膜方法。图 4 以及图 5 是表示磁传感器层叠体 1 的具体成膜方法的说明图。
     如图 4 的 (a) 所示, 关于磁传感器层叠体 1 的制作, 首先在衬底 31 上方成膜形成 成为读取堆栈 10 的 AFM 层 13 和 FM 堆栈 18。作为衬底 31, 例如采用由 NiFe 等软磁性体构 成的底部屏蔽层。如上所述, AFM 层 13 例如由 IrMn 等反铁磁性体形成, 根据需要, 隔着含 有 Ta 等的预置晶种层以及含有 Ru 等的第三晶种层而层叠在衬底 31 上。FM 堆栈 18 至少由 SAF 层 14、 隔板层 15 以及自由层 16 等形成 ( 参照图 1), 根据需要, 利用未图示的第三覆盖 层 ( 图 6 的 17) 来覆盖该 FM 堆栈 18, 该第三覆盖层例如从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以 及 C 中选择而得到。
     接着, 在 FM 堆栈 18 上进行光致抗蚀剂 (PR) 掩模 41 的涂覆、 图案形成以及显影。 光致抗蚀剂掩模 41 用于在进行后述的蚀刻处理时对 FM 堆栈 18 的一部分进行掩模。后述 的台阶形状的读取堆栈 10 中的 AFM 层 13 的宽度 WA 主要由该光致抗蚀剂掩模 41 的宽度尺 寸来决定。
     接着, 如图 4 的 (b) 所示, 蚀刻去除被上述光致抗蚀剂掩模 41 覆盖的部分以外的 FM 堆栈 18 的表面侧, 以与 AFM 层 13 的厚度大致相等的厚度停止蚀刻。蚀刻处理例如采用 离子束蚀刻 (IBE) 或者反应性离子蚀刻 (RIE) 等。然而, 在 IBE 中, 由于蚀刻后的材料再次 蒸镀到光致抗蚀剂掩模 41 壁上而难以修整后述的光致抗蚀剂掩模 41, 因此优选利用无氧 RIE 来进行蚀刻。
     之后, 如图 4 的 (c) 所示, 例如使用氧等离子体处理等, 修整 FM 堆栈 18 上的光致 抗蚀剂掩模 41 的宽度尺寸, 使得将 FM 堆栈的宽度 WA 缩小到决定的宽度。将修整后的该光 致抗蚀剂掩模 41a 作为用于对 AFM 层 13 和 FM 堆栈 18 进行蚀刻的掩模来使用。
     接着, 如图 4 的 (d) 所示, 将被上述修整掩模 41a 覆盖部分以外部分的 FM 堆栈 18 和 AFM 层 13 进行蚀刻去除。与上述同样地, 蚀刻处理例如采用离子束蚀刻 (IBE) 或者反应 性离子蚀刻 (RIE) 等。蚀刻在底部屏蔽面停止, 形成读取堆栈 10, 该读取堆栈 10 在 AFM 层 13 上的一部分具备 FM 堆栈 18, 是沿着接合壁面 10a、 10b 相对的方向的 FM 堆栈 18 最上表 面的宽度 WF 被形成为小于沿着相同方向的 AFM 层 13 最上表面的宽度 WA 的台阶形状。
     如图 5 的 (e) 所示, 在蚀刻处理之后, 在形成有台阶形状的读取堆栈 10 的衬底 31( 包含修整掩模 41a 的读取堆栈 10 及其接合壁面 10a、 10b 的侧方 ) 上覆盖绝缘层 19。 为了限制电流流过传感器而成膜形成绝缘层 19, 例如优选使用氧化铝 (Al2O3)、 二氧化硅 (SiO2) 等氧化物或者 Si3N4 等氮化物等。 绝缘层 19 的成膜例如使用物理气相生长法 (PVD)、 离子束蒸镀法 (IBD)、 原子层蒸镀法 (ALD) 以及化学气相生长法 (CVD) 中的任一种成膜方 法。ALD 法、 CVD 法具有能够敷形成膜这种优点。
     接着, 在上述绝缘层 19 的上方通过成膜形成硬偏置层叠体 20。 在基本的硬偏置层 叠体 20 的情况下, 首先在上述绝缘层 19 的上方通过成膜形成底层 21, 接着通过成膜形成磁 性层 22a、 22b 以及第一覆盖层 23。底层 21 例如优选使用 Cr 或者 W 以及它们的合金等。优 选例如通过 IBD 或者离子化 PVD 或者准直 PVD 等以相对于衬底 31 面大致垂直的角度 ( 与衬底 31 的法线所成的角度、 即成膜角度 θ1 = 0 ~ 25 度 ) 进行该底层 21 的成膜。底层 21 的大部分堆积在场区域 22 以及台阶形状的读取堆栈的水平面上。
     接着, 如图 5 的 (f) 所示, 以倾斜成膜 ( 与衬底 31 的法线所成的角度、 即成膜角度 θ2 =成膜角度 50 ~ 90, 优选 50 ~ 80 度 ) 成膜形成第一磁性层 22a。在结晶 c 轴相对于 接合壁面 10a、 10b 大致垂直排列的状态下, 在接合壁面 10a、 10b 以及其附近的场区域 22 的 上方成膜形成该第一磁性层 22a 的大部分。
     并且, 如图 5 的 (g) 所示, 在第一磁性层 22a 的上方通过成膜形成第二磁性层 22b。 例如通过 IBD 或者离子化 PVD 或者准直 PVD 等以相对于衬底 31 面大致垂直的角度 ( 与衬 底 31 的法线所成的角度、 即成膜角度 θ3 = 0 ~ 25 度 ) 进行第二磁性层 22b 的成膜。之 后, 为了保护第一以及第二磁性层 22a、 22b, 或者作为蚀刻停止层或化学机械研磨 (CMP) 停 止层, 在第二磁性层 22b 上以相对于衬底 31 面大致垂直的角度 ( 与衬底 31 的法线所成的 角度、 即成膜角度 θ4 = 0 ~ 45 度 ) 通过成膜形成第一覆盖层 23。
     然后, 如图 5 的 (h) 所示, 在成膜形成第一覆盖层之后, 通过 CMP 或者锐角离子束 蚀刻 (IBE) 等, 按照图 5 的 (g) 中的虚线使表面平坦化。然后, 通过成膜形成第二覆盖层 24 之后, 形成顶部屏蔽 32。
     图 6 是示意性地表示本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 的完成形态的概要 图。如上所述, 该磁传感器层叠体 1 的读取堆栈 10 形成为台阶形状, 第一台阶由 AFM 层 13 形成, 第二台阶由宽度小于 AFM 层 13 的 FM 堆栈 18 形成。 硬偏置层叠体 20 的与台阶形状的 接合壁面 10a、 10b 相接触的部分也具有对应的台阶形状。在该硬偏置层叠体 20 的台阶形 状部分中, 不仅 FM 堆栈 18 的壁附近的第一磁性层 22a, AFM 层 13 的壁上的第一磁性层 22a 的结晶 c 轴也相对于接合壁面 10a、 10b 大致垂直地一维 (1D1) 排列。并且, 第二磁性层 22b 在 AFM 层壁上的第一磁性层 22a 上外延生长, 因此该一维 (1D1) 第一磁性层 22a 上的第二 磁性层 22b 也一维 (1D2) 排列。这些一维 (1D1、 1D2) 排列的磁性层具有将来自远离读取堆 栈 10 的第二磁性层 22b 的磁通会聚到自由层的功能。因而, 在场区域 22 中的读取堆栈 10 附近上述一维 (1D1、 1D2) 磁性层的 c 轴被取向, 因此偏置效应不太依赖于晶粒直径。并且, 位于自由层 16 的端部的接合壁面的局部磁场即使在条高度 ( 深度 ) 减少的情况下, 也具有 变得更均匀的趋势。即, 利用台阶形状的读取堆栈 10 和第一磁性层 22a 的倾斜成膜, 能够 扩大一维区域。
     通过图 17 例示的 IBD、 PVD 等来达到上述磁性的取向。但是, 在较大衬底 ( 晶圆 : 5 ~ 8 英寸 ) 的情况下, 成膜的入射角度相对于衬底 31 面成为锐角, 因此在 CoPt 成膜的初 始阶段产生 InBoard-OutBoard 差 ( 相对于读取堆栈的衬底中心方向侧和衬底外周侧的膜 厚度差 )。
     因此, 在本实施方式的成膜方法中, 使用图 7 以及图 8 示出的成膜装置。图 7 是示 意性地表示使用本实施方式的成膜方法的成膜装置的概要图。图 8 是示意性地表示使用本 实施方式的成膜方法的成膜装置的立体图。
     如图 7 以及图 8 所示, 该成膜装置 51 例如是如下装置 : 通过 IBD 法在保持于衬底 保持构件 52 上的衬底 31 上形成膜, 在被倾斜保持的靶 T 的前方配置有狭缝快门 53。衬底 保持构件 52 具备未图示的直线移动部件, 能够以与快门 53 的狭缝 54 正交的方式沿直线移 动。并且, 该成膜装置 51 具备与读取堆栈 10 的接合壁面平行的细长的未图示的矩形阴极磁体。 使用这种成膜装置 51, 在与图 7 的纸面呈直角的纵长靶 T 下方以固定速度移动或 者扫描衬底 31。如图 8 所示, 读取堆栈 10 的接合壁面处于被配置成与纵长靶平行的状态。 即, 读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 沿着图 8 中的 y 轴方向, 例如如虚线 A、 B、 B’ 、 C、 C’ 所 示, 沿着 x 轴方向被靶 T 溅射照射。
     如上述图 4 的 (d) 所示, 在台阶形状的读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 两侧设置 有用于通过成膜形成硬偏置层叠体 20 的两个场区域 22。 在衬底 31 上以多个同样的布局平 行地形成这种图案。即, 在衬底上配置多个读取堆栈 10, 在位于各读取堆栈 10 两侧的场区 域 22 以相同工序层叠硬偏置层叠体。
     首先相对于衬底 31 面大致垂直入射来成膜形成底层 21。几乎所有成膜都在场区 域 22 上完成, 在读取堆栈 10 以及光致抗蚀剂掩模 41a 的壁上是非常薄的层。第一磁性层 22a 通过两个过程来形成。
     在第一过程中, 一边在靶 T 下方以固定速度移动衬底 31, 一边相对于衬底 31 面以 锐角在读取堆栈 10 的一侧接合壁面 10a( 或者 10b) 上形成薄膜直到从端至端成膜为止。 接着, 在第二过程中, 使衬底 31 转动 180 度, 在溅射磁通下使移动, 使之能够以相同角度在 另一侧接合壁面 10b( 或者 10a) 上成膜。最少通过次数为两次, 但是只要两侧的最终厚度 (15 ~ 40nm) 相同, 也可以增加通过 ( 往复 ) 次数。
     以与衬底 31 面大致垂直的角度通过成膜形成第二磁性层 22b, 除了入射角度以外 能够通过与第一磁性层 22a 相同的方法形成。第一覆盖层 ( 例如, Ta) 与第二磁性层 22b 同 样地形成。与接合壁面 10a、 10b 或者光致抗蚀剂掩模壁上相比, 该 Ta 更多地在场区域 22 上成膜。
     能够通过使用了现行的 IBD 或者频率 60MHz 的 RF 溅射的离子化 PVD 来成膜形成 底层 21、 第二磁性层 22b 以及第一覆盖层 23。但是, 要使用图 7 的成膜装置 51, 通过使用上 述矩形靶 T 的方法来成膜形成第一磁性层 22a。
     在本实施方式中, 作为第一磁性层 22a 使用最常用的合金 Co-Pt。Fe-Pt 等其它材 料也可以使用接合壁面上的面心四方晶体结构来生长, 但认为需要 200℃以上的温度。 在这 种情况下, 如果在传感器层叠体的形成中使用硬掩膜和 RIE( 反应离子蚀刻 ), 则在成膜形 成硬偏置层叠体时光致抗蚀剂掩模 41a 会消失, 因此适于使用硬掩膜和 RIE。
     能够使 Co-Pt(0001) 晶面在 MgO(001) 晶面或者 Cr(002) 晶面上生长。也就是说, 能够将 c 轴 ( 磁各向异性的方向 ) 形成在与接合壁面大致垂直的方向上。
     此外, 假设这些衬底 31 上的所有读取堆栈 10 以全部平行的方式被图案形成。另 外, 如图 8 所示, 在成膜期间, 读取堆栈 10 的接合壁面被保持为与矩形靶 T 平行。
     即, 第一磁性层 22a 的成膜具有如下步骤 : 在上述靶 T 下方以固定速度直线地移动 衬底 31, 在读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 的一面进行成膜。接着, 具有如下步骤 : 以衬 底 31 的中央垂直轴为中心使衬底 31 转动 180 度, 在上述靶 T 下方以固定速度直线地移动 衬底 31, 在上述接合壁面 10a、 10b 的另一面进行成膜。
     另一方面, 如上所述, 对底层 21、 第二磁性层 22b 以及第一覆盖层 23 进行成膜的成 膜角度 ( 溅射粒子等的入射角度 ) 与形成第一磁性层 22a 的成膜角度不同。但是, 在底层 21、 第二磁性层 22b 以及第一覆盖层 23 的情况下, 也具有如下步骤 : 在上述靶 T 下方以固定
     速度直线地移动衬底 31, 在一侧的场区域 22 进行成膜。接着, 具有如下步骤 : 以衬底 31 的 中央垂直轴为中心使衬底 31 转动 180 度, 在上述靶 T 下方以固定速度直线地移动衬底 31, 在另一侧的场区域 22 进行成膜。
     关于上述各过程以及场区域的层叠过程中的成膜方法的算法, 例如作为成膜控制 程序安装到 IBD 系统的未图示的控制系统所具备的 HDD、 ROM 等存储装置中, 利用 CPU 适当 地读取并执行。
     记录介质是能够由计算机读取的便携式记录介质, 记录在记录介质中的成膜控制 程序被安装到上述存储装置中。作为记录介质可举出 compact flash( 注册商标 )、 smart media( 注册商标 )、 memory stick( 注册商标 )、 多媒体卡、 SD 存储卡等快闪存储器系列。 另 外, 可举出 micro drive( 注册商标 ) 等可换式硬磁盘系列、 floppy( 注册商标 ) 盘等磁记 录系列。并且, 可举出 MO 等光磁记录系列、 CD-R、 DVD-R、 DVD+R、 DVD-RAM、 DVD+RW( 注册商 标 )、 PD 等光盘等。
     接着, 在规定范围内划分出磁传感器层叠体 1 中的磁阻元件 10 的 AFM 层 13, 与不 应用第一本发明的示例进行比较, 研究第一本发明的作用效果。
     图 9 的 (a) 是作为比较例而制作出的磁阻元件的 AFM 层及其晶粒的概要图。关于 图 9 的 (a) 示出的磁阻元件, FM 堆栈的宽度 WF = AFM 层的宽度 WA = 80nm, FM 堆栈的条高 度 hF = AFM 层的条纹度 hA = 80nm。如图 9 的 (a) 所示, 在 80nm×80nm 的范围内, AFM 层 13 由十个晶粒构成。这些晶粒几乎都是通过其尺寸并且通过相互的交换耦合而稳定。当 磁阻元件的尺寸减小到虚线所示 30nm( 宽度 WF、 WA)×40nm( 条高度 hF、 hA) 时, FM 堆栈下方 的 AFM 层 13 的晶粒减少到七个晶粒, 其中的五个 ( 描绘有灰色阴影的晶粒 ) 尺寸变小, 因 此热不稳定。
     图 9 的 (b) 是本实施方式的磁阻元件的 AFM 层及其晶粒的概要图。 如图 9 的 (b) 所 示, 示出 FM 堆栈 18 减小到与图 9 的 (a) 的 FM 堆栈 18 相同的尺寸 (30nm( 宽度 WF)×40nm( 条 高度 hF)), 但是 AFM 层 13 沿着磁阻元件的宽度方向延伸的状态、 即 AFM 层 13 的尺寸为 80nm( 宽度 WA)×40nm( 条高度 hA) 的状态。仅 FM 堆栈 18 下方的一个晶粒 ( 描绘有灰色阴 影的晶粒 ) 潜在地不稳定。因而, 通过扩大 AFM 层 13 的宽度 WA, 热稳定性显著提高。
     如上所述, 根据本实施方式的磁传感器层叠体 1 及其成膜方法, 具备多层结构的 FM 堆栈 18 的宽度 WF 小于 AFM 层 13 的宽度 WA 的台阶形状的读取堆栈 10。因而, 由于增大 了 TPI 并且减小了 FM 堆栈 18 的宽度 WF, 因此为了防止由热引起的不稳定性, 要保持 AFM 层 13 的宽度 WA 或者 AFM 层 13 的宽度 WA 设计得更大。但是由于台阶形状的 AFM 层 13 和 FM 堆 栈 18, 从接合壁面 10a、 10b 附近向场区域 22 延伸的第一磁性层 22a 与 AFM 层 13 和多层结 构的 FM 堆栈 18 的宽度差相应地变薄。
     在读取堆栈两侧的接合壁面 10a、 10b 附近成膜的第一磁性层 22a 和第二磁性层 22b 的结晶 c 轴沿着 ABS 面延伸, 起到取向为与接合壁面 10a、 10b 大致垂直方向这种良好的 效果。即, 接合壁面附近的 c 轴一维 (1D1、 1D2) 排列, 将偏置磁场有效地会聚到自由层 16。 一维 (1D1、 1D2) 的磁性部分超过 AFM 层 13 的宽度 WA 而延伸。与此相对, 远离读取堆栈两侧 的接合壁面 10a、 10b 的场区域 22 中的第二磁性层 22b 的 c 轴二维 (2D) 随机排列。认为远 离该接合壁面 10a、 10b 的区域的第二磁性层 22b 是由于第一晶种层和底层的倾斜入射 ( > 50 度 ) 成膜而 OR 稍微提高, 但是未必是由于磁性层的倾斜成膜而产生的。< 第二实施方式 >
     接着, 参照图 10 以及图 11 来说明第二实施方式的磁传感器层叠体 100 及其成膜 方法。图 10 是相当于第一实施方式的图 5 的 (f)、 (g) 的过程的概要图。图 11 是表示本实 施方式的磁传感器层叠体的完成形态的概要图。此外, 对与第一实施方式相同结构的部件 附加相同的附图标记来进行说明。
     图 10 中的硬偏置层叠体 20 是通过以往的成膜方法、 即以与衬底 31 面大致垂直的 角度进行成膜而得到的。磁性层 122 形成为在宽度大于 FM 堆栈 18 的 AFM 层 13 的上方突 出。通过平坦化处理来去除图 10 中的虚线上方的硬偏置层叠体 20 的一部分。
     为了防止这种平坦化处理之后磁性层 122 与空气接触, 优选使用未图示的综合的 全真空成膜装置来进行。该成膜装置具备中央真空模块, 该中央真空模块具有晶圆处理用 机器人, 在该中央真空模块中具备 BE 以及 PVD 模块。
     一边使衬底 31 转动一边以锐角进行蚀刻来进行平坦化处理。之后, 在 PVD 模块中 对露出的磁性层 122 以及 FM 堆栈 18 覆盖第二覆盖层 24。该第二覆盖层 24 作为保护层而 发挥功能, 并且还作为用于层叠顶部屏蔽层 32 的屏蔽层而发挥功能。平坦化处理还可以包 含 CMP 工艺。另外, 也可以在通过成膜形成第二覆盖层 24 和顶部屏蔽层 32 之前对氧化的 磁性层 122 的表面进行蚀刻。 如图 11 所示, 与第一实施方式同样地, 本实施方式的读取堆栈 10 在 AFM 层 13 上 的一部分具备 FM 堆栈 18, 将沿着其接合壁面 10a、 10b 相对的方向的 FM 堆栈 18 最上表面的 宽度 WF 设定为小于沿着相同方向的 AFM 层 13 最上表面的宽度 WA。即, 读取堆栈 10 形成为 例如在截面较宽的台阶形状的 AFM 层 13 上层叠了宽度比该 AFM 层 13 窄的台阶形状的 FM 堆栈 18 而成的台阶形状。
     在本实施方式中, 上述接合壁面 10a、 10b 附近的磁性层 122 的 c 轴取向为沿着 AB S 面。即, 上述接合壁面 10a、 10b 附近的磁性层 122 的 c 轴相对于 AFM 层 13 以及 FM 堆栈 18 的接合壁面 10a、 10b 两者大致垂直且一维 (1D) 地排列, 从而将偏置磁场有效地会聚到自 由层 16。该一维 (1D) 的磁性层部分超过 AFM 层 13 的宽度 WA 而延伸。与此相对, 远离上述 接合壁面 10a、 10b 的场区域 22 中的磁性层 122 的 c 轴二维 (2D) 随机排列。因而, 本实施 方式的磁传感器层叠体 100 基本上起到与第一实施方式相同的作用效果。
     < 第三实施方式 >
     [ 磁传感器层叠体的结构 ]
     首先, 参照图 12 以及图 13 来说明具备磁阻元件的磁传感器层叠体的结构。图 12 是示意性地表示本实施方式所涉及的磁传感器层叠体的概要图。图 13 是表示本实施方式 所涉及的磁传感器层叠体的与层叠方向垂直的轮廓的概要图。
     如图 12 所示, 本实施方式所涉及的磁传感器层叠体 1 在衬底 31 上的大致中央部 具备磁阻元件 ( 读取堆栈 )10, 该磁阻元件 10 由组成不同的多个层叠膜构成, 具有通过施加 磁场而电阻值变动的磁阻效应。另外, 磁传感器层叠体 1 在上述读取堆栈 10 的相对的两个 接合壁面 10a、 10b 的侧方的场区域 22 中具备硬偏置层叠体 20, 该硬偏置层叠体 20 对上述 读取堆栈 10 施加偏置磁场。这样, 磁传感器层叠体 1 在衬底 31 上具备单一或者多个读取 堆栈 10 和硬偏置层叠体 20, 是对用于读取硬盘驱动器等的磁读取头的传感器进行划分之 前的中间产品。
     图 12 例示的读取堆栈 10 是在自由层 16 的正下方具备氧化物势垒层 (MgO) 的磁隧 道接合体 (MTJ)。 并不限于此, 读取堆栈 10 也可以是具有较低电阻的电流垂直于平面 (CPP) 型的巨磁阻接合体 (GMR)。
     具体地说, 读取堆栈 10 例如被层叠在由 NiFe 等软磁性体构成的底部屏蔽层 ( 衬 底 )31 上, 主要具备作为反铁磁性层的反铁磁性强化层 (AFM 层 )13、 合成反铁磁性层 (SAF 层 )14、 隔板层 15 以及铁磁性自由层 16。
     AFM 层 13 例如由 IrMn 等反铁磁性体形成。AFM 层 13 例如根据需要隔着未图示的 由 Ta 等构成的预置晶种层 ( 图 14 的 11) 以及由 Ru 等构成的第三晶种层 ( 图 14 的 12) 而 层叠在上述底部屏蔽层 31 上。
     SAF 层 14 包括两个铁磁性体层 14a、 14c, 该两个铁磁性体层 14a、 14c 通过较薄的 耦合层 ( 非磁性层或者隧道绝缘体层 )14b 而逆向耦合。SAF 层 14 的铁磁性体层包括固定 层 14a 和参考层 14c, 该固定层 14a 与 AFM 层 13 接触, 该参考层 14c 与耦合层 14b 接触。
     隔板层 15 包括非磁性层或者隧道绝缘体层, 例如由 MgO 等氧化物层形成。
     自由层 16 例如由 CoFeB 等铁磁性体形成, 也可以是在 CoFeB 等铁磁性体层上层叠 了 Ta 层、 NiFe 层而得到的层。自由层 16 被施加偏置磁场而取向为与参考层 14c 成直角。 根据该配置, 能够提高传感器灵敏度, 对来自存储介质的外部磁场提供线性响应。 还将偏置 磁场称为 “硬偏置” , 期望在硬盘驱动器的寿命期间被保持为固定。并且硬偏置防止在自由 层 16 形成磁区。通过了读取堆栈 10 的磁阻变化由参考层 14c 与自由层 16 之间的磁化的 相对方向来决定。
     根据需要, 例如利用从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 等中选择的未图示的第 三覆盖层 ( 图 14 的 17a、 17b) 来覆盖自由层 16。
     如上所述, 在衬底 31 上的场区域 22 上通过成膜形成硬偏置层叠体 20, 该硬偏置层 叠体 20 包含具备晶粒的磁性层 26, 该晶粒具有结晶 c 轴。
     如图 13 所示, 在本实施方式的磁传感器层叠体 1 中, 在远离读取堆栈 10 的场区域 22 中, 磁性层 26 的 c 轴 ( 晶粒磁化轴 ) 成为一维取向 (1D)。该磁性层 26 的 c 轴的取向在 其膜面内沿着 ABS 面, 与接合壁面 10a、 10b 大致垂直。
     再次参照图 12, 磁性层 26 例如由从 Co-Pt、 Co-Cr-Pt 以及它们的合金群中选择的 具有六方晶体结构 (hcp) 的合金形成。并不限于此, 磁性层 26 也可以由从 Fe-Pt、 Co-Pt 以 及它们的合金群中选择的面心四方晶体结构 (fct) 的合金形成。
     在本实施方式中, 在底部屏蔽层 31 上至少隔着底层 21 和绝缘层 19 而层叠磁性层 26。根据需要而层叠绝缘层 19。
     绝缘层 19 被配置在场区域 22 下部以及读取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 上, 例 如由 Al2O3 或者 SiO2 等氧化物或者氮化物等形成。该绝缘层 19 例如在场区域 22 具有 2 ~ 10nm 的厚度, 在接合壁面具有 2 ~ 5nm 的厚度。
     底层 21 例如由从 W-Ti、 RuAl、 CrNb、 Cr-Ti、 Cr-Mo 等 Cr、 Ti、 Nb、 Ta、 W、 Ru、 Al 以及 它们的合金群中选择的体心立方晶体结构 (bcc) 的合金形成。该底层 21 例如在场区域具 有 3 ~ 8nm 的厚度, 在接合壁面具有小于 3nm 的厚度。
     优选在绝缘层 19 上隔着第二晶种层 25 来成膜形成该底层 21。第二晶种层 25 例 如由 Ta-N、 Nb-N 或者 RuAl-N 等金属氮化物、 Co-W 形成。该第二晶种层 25 例如在场区域具有 3 ~ 8nm 的厚度, 在接合壁面具有小于 3nm 的厚度。
     并且, 根据需要, 例如利用从 Cr、 Ru、 Ta、 Ti、 它们的合金群以及 C 中选择的第一覆 盖层 23 来覆盖磁性层 26。
     并且, 磁传感器层叠体 1 在上述绝缘层 19 下具备底部屏蔽层 31, 在上述第一覆盖 层 23 上具备顶部屏蔽层 32。这些屏蔽层 31、 32 例如由 NiFe 等软磁性体形成。即, 读取堆 栈 10 与硬偏置层叠体 20 被夹持在两个较厚的软磁性屏蔽层 31、 32 之间。这些屏蔽层 31、 32 之间成为引线间隙 (RG)。
     [ 磁传感器层叠体的成膜方法 ]
     接着, 参照图 7 以及图 14 至图 20 说明本实施方式的磁传感器层叠体 1 的成膜方 法, 并且说明上述磁传感器层叠体 1 的作用。图 14 是表示在磁阻元件上配置光致抗蚀剂掩 模而得到的磁传感器层叠体的概要图。图 15 是表示在场区域成膜形成构成本实施方式的 磁传感器层叠体的硬偏置层叠体的过程的工序图。
     如图 14 以及图 15 所示, 首先在衬底 31 上层叠构成读取堆栈 10 的多个层来制作 磁传感器层叠体 1(S21)。作为衬底 31 例如采用包括 NiFe 等软磁性体的底部屏蔽层。此 外, 例如根据需要在底部屏蔽层 ( 衬底 )31 上隔着由 Ta 等构成的预置晶种层 11 以及由 Ru 等构成的第三晶种层 12 来层叠构成读取堆栈 10 的 AFM 层 13。
     接着, 在进行光致抗蚀剂 (PR) 的涂覆、 图案形成以及显影之后, 将光致抗蚀剂作 为掩模 41 而进行蚀刻处理, 从而形成截面形状呈台阶形状的读取堆栈 10(S22)。光致抗蚀 剂掩模 41 用于在进行蚀刻处理时对读取堆栈 10 的一部分进行掩模。蚀刻处理例如采用离 子束蚀刻 (IBE) 或者反应性离子蚀刻 (RIE)。 在使用 RIE 的情况下, 也可以在读取堆栈结构 层上形成硬掩膜。在这种情况下, 光致抗蚀剂掩模 41 被使用于最初形成硬掩膜, 在对上述 读取堆栈结构层进行蚀刻之前, 通过氧气灰化处理工艺等来去除。
     在进行蚀刻处理之后, 在包含光致抗蚀剂掩模 41 的读取堆栈 10 及其接合壁面 10a、 10b 的侧方覆盖绝缘层 19(S23)。绝缘层 19 的覆盖优选使用 Al2O3 或者 SiO2 等氧化 物绝缘体 (3 ~ 5nm), 例如使用物理气相生长法 (PVD)、 离子束蒸镀法 (IBD)、 原子层蒸镀法 (ALD) 或者化学气相生长法 (CVD) 等成膜方法。 ALD 法、 CVD 法具有能够进形成膜这种优点。
     接着, 在上述绝缘层 19 上成膜形成硬偏置层叠体 20 的薄膜。在本实施方式的硬 偏置层叠体 20 的情况下, 在上述绝缘层 19 上方通过成膜形成第二晶种层 25 和底层 21(S24 以及 S25), 接着成膜形成磁性层 26 和第一覆盖层 23(S26)。
     具体地说, 首先在上述绝缘层 19 上以与衬底 31 的法线成超过 45 度而不足 90 度 的成膜角度、 优选 60 ~ 75 度的成膜角度, 沿着接合壁面的方向通过倾斜成膜形成第二晶种 层 25(S24)。该第二晶种层 25 例如由 Ta-N 等金属氮化物形成, 也可以在处理气体 (Ar 等 ) 和 N2 气体气氛中进行反应性成膜, 在这种情况下的 N2 的部分压力优选为 10 ~ 30%。或者 也可以使用氮化物靶来成膜形成第二晶种层 25。
     接着, 在该第二晶种层 25 上以与衬底 31 的法线成超过 45 度而不足 90 度的成膜 角度、 优选 50 ~ 70 度的成膜角度, 沿着接合壁面的方向通过倾斜成膜形成底层 21(S25)。
     在本实施方式中, 使用图 7 以及图 16 示出的成膜装置来倾斜成膜形成第二晶种层 25 和底层 21。图 7 是示意性地表示使用本实施方式的成膜方法的成膜装置的概要图。图 16 是示意性地表示使用本实施方式的成膜方法的成膜装置的立体图。如图 7 以及图 16 所示, 该成膜装置 51 例如是如下装置 : 通过 IBD 法在保持于衬底 保持构件 52 上的衬底 31 上形成膜, 在被倾斜保持的靶 T 的前方配置有狭缝快门 53。衬底 保持构件 52 具备未图示的直线移动部件, 能够以与快门 53 的狭缝 54 正交的方式直线地移 动。使用这种成膜装置 51, 在与图 7 的纸面成直角的纵向靶 T 下方以固定速度移动或者扫 描衬底 31。
     如图 16 所示, 读取堆栈 10 的接合壁面处于被配置成与纵向靶垂直的状态。即, 读 取堆栈 10 的接合壁面 10a、 10b 沿着图 16 中的 y 轴方向, 例如如虚线 A、 B、 B’ 、 C、 C’ 所示, 沿着 y 轴方向被靶 T 溅射照射。
     在衬底 31 上以多个同样的布局平行地形成这种读取堆栈 10 的图案。即, 在衬底 31 上配置多个读取堆栈 10, 在位于各读取堆栈 10 两侧的场区域 22 中以相同工序成膜形成 第二晶种层 25 和底层 21。
     由该成膜装置 51 通过两个过程来进行倾斜成膜。即, 在第一过程中, 一边在靶 T 下方以固定速度移动衬底 31, 一边在元件接合壁面 10a、 10b 和场区域 22 上进行倾斜成膜 直到从衬底 31 的端至端成膜为止。接着, 在第二过程中, 使衬底 31 转动 180 度, 一边在靶 T 下方使移动, 一边在元件接合壁面 10a、 10b 和场区域 22 上进行倾斜成膜。最少通过次数 为至少是往复这两次, 但是也可以增加通过 ( 往复 ) 次数。这样, 通过成膜形成第二晶种层 25 和底层 21, 能够使膜厚均匀地成膜。
     并且, 在底层 21 上以与衬底 31 的法线成 0 ~ 30 度的成膜角度来成膜形成磁性层 26(S26)。 在本实施方式中, 以接近于与衬底 31 面大致垂直的角度来成膜形成磁性层 26, 因 此能够使用图 17 示出的现行的离子束蒸镀 (IBD) 系统或者离子化 PVD 来成膜。图 17 是表 示 IBD 系统的一例的概要图。
     如图 17 所示, 该 IBD 系统 61 具备 : 束照射装置 62, 其向靶 T 照射离子束 ; 转动轮 63, 其装载多个靶 T ; 以及衬底保持构件 64, 其保持衬底 31。
     束照射装置 62 的离子束 IB 通过电偏置的网格 G 而从等离子体源引出, 朝向照射 靶 T。 通过使束 IB 朝向特定的角度, 能够使几乎所有的溅射粒子蒸镀到衬底保持构件 64 上 的衬底 31。
     转动轮 63 呈多角形状 ( 例如六角形状 ), 具有靶装载面 63a, 在这些装载面 63a 上 装载靶 T。作为靶材料例如采用 CoPt 等。转动轮 63 进行转动以使通过离子束 IB 而被溅射 的靶材料朝向衬底 31 并与衬底 31 相对。此外, 靶装载面 63a 的大小通常为 40cm×30cm。
     衬底保持构件 64 在与转动轮 63 上的照射靶 T 相对的台 64a 上保持衬底 31。该衬 底保持构件 64 构成为能够通过未图示的转动驱动部件而转动, 为了提高成膜的均匀性, 在 蒸镀中转动衬底 31。另外, 衬底保持构件 64 能够使台 64a 倾斜来变更衬底 31 相对于来自 照射靶 T 的入射粒子的角度。
     此外, 能够将从衬底 31 至照射靶的距离设为例如大于 40cm。该距离越大, 入射粒 子的平行照射越得到改善, 但是会变得无法良好地使用靶, 使真空室变大。
     接着, 在磁性层 26 上以与衬底 31 的法线成 0 ~ 30 度的相对于衬底面大致垂直的 成膜角度来成膜形成第一覆盖层 23(S27)。
     如上所述, 以相对于衬底面大致垂直的角度通过成膜形成磁性层 26 和第一覆盖 层 23, 因此能够通过图 17 例示的现行的 IBD、 PVD 等来成膜。但是, 在较大衬底 (5 ~ 8 英寸 )31 的情况下, 容易产生 IB-OB( 内板 - 外板 ) 的问题。
     因此, 通过使用图 7 以及图 8 示出的成膜装置 51 往复成膜来形成磁性层 26 和第 一覆盖层 23, 能够消除 IB-OB( 内板 - 外板 ) 的问题。具体地说, 在沿着衬底 31 的长度方 向、 即与图 8 示出的上述磁阻元件 10 的接合壁面平行的细长的靶下方, 以固定速度直线地 移动衬底 31, 而在一侧的场区域 22 通过成膜形成磁性层 26 和第一覆盖层 23。接着, 以衬 底 31 的中央垂直轴为中心将衬底 31 转动 180 度, 在上述靶下方, 以固定速度直线地移动衬 底 31, 而在另一侧的场区域 22 进行成膜。
     最后, 在对读取堆栈 10 和硬偏置层叠体 20 的表面进行平滑化处理之后 (S28), 在 上述第一覆盖层 23 上配置例如由 NiFe 等软磁性体构成的顶部屏蔽层 32。即, 读取堆栈 10 和硬偏置层叠体 20 被两个较厚的软磁性屏蔽层 31、 32 夹持。
     本实施方式的成膜方法的算法例如作为成膜控制程序安装到上述成膜装置 51 等 的未图示的控制系统所具备的硬盘、 ROM 等存储装置, 由 CPU 适当地读取并执行。
     记录介质是能够由计算机读取的便携式记录介质, 记录到记录介质的成膜控制 程序被安装到上述存储装置中。作为记录介质可举出 compact flash( 注册商标 )、 smart media( 注册商标 )、 memory stick( 注册商标 )、 多媒体卡、 SD 存储卡等快闪存储器系列。 另 外, 可举出 micro drive( 注册商标 ) 等可换式硬磁盘系列、 floppy( 注册商标 ) 盘等磁记 录系列。并且, 可举出 MO 等光磁记录系列、 CD-R、 DVD-R、 DVD+R、 DVD-RAM、 DVD+RW( 注册商 标 )、 PD 等光盘等。
     图 18 是表示硬偏置层叠体的层结构以及硬偏置层叠体的磁化环的概要图。在 图 18 中, (a) 是硬偏置层叠体的层结构, 为从上层起是第一覆盖层 23(WTi)3nm/ 磁性层 26(CoPt)20nm/ 底层 21(WTi)4nm/ 第二晶种层 25(Ta-N)3、 4、 5nm/ 热氧化膜 / 衬底 31(Si) 的结构。(b) 与底层 21(WTi)8nm/ 衬底 31(SiO2) 上的二维各向同性 CoPt 磁性层 26 对应。 并且, (c) ~ (e) 表示 (a) 示出的 WTi/TaN 上的取向型的 20nm 厚的 CoPt 硬偏置膜的磁化 环。在此, 磁性层 26 的膜厚度为 10 ~ 30nm。
     如图 18 的 (c) ~ (e) 所示, OR 随着第二晶种层 25 的厚度 t1(Ta-N) 的增加而增加, 对于 t1 = 4nm 观察到稍微高的 Hc。要关注的是第二晶种层 25 和底层 21 的合计厚度小于 10nm, 即使以接近于与衬底面大致垂直的角度来成膜形成磁性层 26, 也提高了方形性。并 且, 对于 t1 = 4 以及 5nm, 观察到实测值 1.6 这种超过 1.5 的较大的矫顽力取向比 (OR 值 ) 和实测值大约为 0.95 这种超过 0.9 的矩形比。此外, 当在得到磁各向异性的膜中测量磁化 容易轴时, 通常矩形比接近 1, 相反磁化困难轴侧的矩形比变低。
     在本实施方式中, 在 Ti 结构比为 10 原子%< Ti < 30 原子%、 优选 10 原子%的 W-Ti 的底层 21 时, 发现了以特别小厚度值成为 OR > 1 的最佳结果。
     实际上, 当使用 CrTi 和 CrMo 这种 Cr 合金作为第二晶种层 25 时, OR 或者矫顽力 Hc 明显减小。 另一方面, 如 Shibamoto 等关于介质用途报告那样, CrNb(Nb 的结构比大约 30 原子量% ) 会使 OR 大于 1 并且示出与图 18 的 (b) 大致相同的磁性环形状。
     接着, 使用 XRD(X 射线衍射装置 ) 测量数据等来研究本实施方式的成膜方法中的 结晶生长。图 19 是表示在 Ta-N 第二晶种层 25 以及 W-Ti 底层 21 上成膜的 CoPt 磁性层 26 的 XRD 谱的说明图。此外, 硬偏置层叠体 20 的层结构为从上层起是第一覆盖层 23/ 磁性层 26(CoPt)20nm/ 底层 21(WTi)5nm/ 第二晶种层 25(Ta-N)5nm/ 热氧化膜 / 衬底 31(Si) 的层结构。另外, 第二晶种层 25(Ta-N) 是以 70 度的成膜角度来沿着接合壁面的方向被倾斜成膜, 底层 21(WTi) 是以 60 度的成膜角度来沿着接合壁面的方向被倾斜成膜, 磁性层 26(CoPt) 是以接近于与衬底 31 面大致垂直的角度来成膜。
     根据图 19 的 XRD 数据可知, 通过倾斜成膜形成第二晶种层 25 和底层 21, 则即使 以大致接近垂直的角度来成膜形成磁性层 26(CoPt), 磁性层 26 的 c 轴在膜面内也沿着 ABS 面取向一维 (1D)。在 XRD 数据中能够确认 Co(100) 的峰值, 因此能够判断这些。
     另一方面, 图 19 的 Co(002) 的峰值表示衬底垂直方向的取向, 是从测量的特性上 被表现的峰值, 通过确认图 18 的 (c)、 (d) 的磁滞回线, 可知没有衬底垂直方向的取向。这 是由于, 在取向为衬底垂直方向的情况下, 会出现图 20 的虚线 L 示出的磁滞回线。
     如上所述, 根据本实施方式, 通过实现第二晶种层 25 以及底层 21 的材质、 膜厚、 溅 射入射角度的最佳化, 能够提高磁性层 26 的磁各向异性。这样在上述第二晶种层 25 和底 层 21 上形成的磁性层 26 是六方晶体结构 (hcp) 的 Co-Pt 系列合金, 在层内不存在间隙。 并 且, 具有具有 (10.0) 晶面, 在磁性层 26 的膜面内, 磁性层 26 的 c 轴沿着 ABS 面而一维取向 (1D), 具有超过 0.9 的矩形比。即, 在磁性层 26 的膜面内, 磁性层 26 的 c 轴取向为与接合 壁面大致垂直的方向, 因此能够使磁通会聚到读取堆栈 10。 < 第四实施方式 >
     接着, 参照图 21 来说明使用第四实施方式的成膜方法的成膜装置。图 21 是示意 性地表示本实施方式的成膜装置的概要图。此外, 对与第三实施方式相同的结构要素附加 相同的附图标记来进行说明。
     如图 21 所示, 本实施方式的成膜装置 71 具备 : 靶保持构件 72, 其保持靶 T ; 阴极 73, 其前面具备该靶保持构件 72 ; 以及衬底保持构件 74, 其保持衬底 31。并且, 该成膜装置 71 在靶 T 与衬底 31 之间具备截面呈圆弧形状的快门 75, 该快门 75 具有狭缝 76。
     衬底保持构件 74 的后端侧具备与靶 T 的长度方向平行的未图示的转动轴, 在成膜 工艺中, 使衬底 31 绕该轴周围转动 (P1)。并且, 该衬底保持构件 74 构成为能够以 z 1 轴为 中心进行转动。
     阴极 73 的后端侧具备与靶 T 的长度方向平行的未图示的转动轴, 在成膜工艺中, 靶 T 绕该轴周围摇动 (P2)。衬底 31 的摇动 (P1) 和靶 T 的摇动 (P2) 在相反方向上摇动。
     此外, 快门 75 沿着其周方向摇动 (P3), 在成膜工艺前后能够关闭狭缝 76。
     接着, 说明本实施方式的磁传感器层叠体 1 的成膜方法。图 22 是表示在本实施方 式的成膜方法中在场区域形成硬偏置层叠体的薄膜的过程的工序图。图 23 是表示使用本 实施方式的成膜装置的情况下的成膜状况的说明图。图 24 是表示本实施方式的成膜方法 中的修整过程的说明图。
     如图 22 以及图 23 所示, 关于在场区域 22 形成硬偏置层叠体 20 的薄膜的工序的 具体过程, 首先, 使用上述成膜装置 71, 以与衬底 31 的法线成超过 45 度而不足 90 度的成 膜角度、 优选 60 ~ 75 度的成膜角度来沿着接合壁面的方向通过倾斜成膜形成第二晶种层 25(S31)。在成膜工艺中, 使衬底 31 和靶 T 向相反方向上摇动, 但是在摇动中不转动衬底 31。在成膜工艺完成一次之后, 使衬底 31 沿着 z1 轴转动 180°, 再次进行摇动。此外, 有时 在溅射粒子 S 相对于衬底 31 所形成的角度从 θ 变化至 -θ 的情况下使用一次摇动。
     接着, 使用上述成膜装置 71, 以与衬底 31 的法线成超过 45 度而不足 90 度的成膜
     角度、 优选 50 ~ 70 度的成膜角度来沿着接合壁面的方向通过倾斜成膜形成底层 21(S32)。 在这种情况下也同样地, 在成膜工艺完成一次之后, 使衬底 31 沿着 z1 轴转动 180°, 再次进 行摇动。
     当使用纵向靶 T 并通过上述成膜装置 71 进行成膜时, 接合壁面 10a、 10b 两侧的膜 厚差有可能变得较明显。图 23 是与八英寸衬底 31 上的图案有关的计算出的轮廓。靶 T 的 长度是 450nm, 靶 T 与衬底 31 的间隔为 100mm。接合壁面 10a、 10b 上的膜厚为远离这些壁 面的场区域 22 上的膜厚的大约 35%左右。例如在第二晶种层 25 与底层 21 的合计膜厚为 10nm 的情况下, 该厚度为 3.5nm。当加上 3 ~ 5nm 的绝缘层的厚度时, 磁性层 26 与读取堆 栈 10 之间的距离大约成为两倍。这使磁场偏置效应降低。如图 24 所示, 为了减小接合壁 面 10a、 10b 两侧的厚度差, 优选对接合壁面 10a、 10b 上的第二晶种层 25 和底层 21 的厚侧 进行 IBE 处理来进行修整。如果进行锐角蚀刻, 与场区域 22 上的膜相比, 能够选择性地蚀 刻接合壁面 10a、 10b 上的膜。
     即, 如图 23 的 (b) 所示, 在与摇动 (Pan) 方向正交的方向上, 接合壁面两侧的厚度 产生偏置 (1.0 ∶ 1.30 或者 1.30 ∶ 1.0)。因此, 如图 24 所示, 以与衬底 31 的法线成超过 60 度而不足 90 度的成膜角度、 优选 80 度以下的成膜角度来对接合壁面厚侧的第二晶种层 25 和底层 21 进行离子束蚀刻 (IBE), 进行修整使得两侧的厚度相等 (S33)。
     并且, 以与衬底 31 的法线成 0 ~ 30 度成膜角度的接近于与衬底 31 面大致垂直的 成膜角度来成膜形成磁性层 26(S34)。 对于磁性层 26 的成膜, 也能够使用上述成膜装置 71, 在不产生 IB-OB( 内扳 - 外板 ) 的问题的情况下, 以接近于与衬底 31 面大致垂直的角度进 行成膜。或者在能够将底层 21 的表面保持在真空气氛的情况下, 也可以过渡到 IBD 或者离 子化 PVD 模块那样的其它室来进行磁性层 26 的成膜 ( 参照第三实施方式 )。
     最后, 以与衬底 31 的法线成 0 ~ 30 度的接近于与衬底 31 面大致垂直的成膜角度 来成膜形成第一覆盖层 23(S35)。
     本实施方式的成膜方法的算法例如作为成膜控制程序安装到上述成膜装置 71 的 未图示的控制系统所具备的硬盘、 ROM 等存储装置, 有 CPU 适当地读取并执行。
     记录介质是能够由计算机读取的便携式记录介质, 记录到记录介质的成膜控制程 序被安装到上述存储装置中。作为记录介质可举出第三实施方式所例示的介质。
     本实施方式的成膜方法起到与第三实施方式的成膜方法基本相同的作用效果。 特 别是, 在本实施方式中, 由于增加了进行 IBE 处理的过程而使过程增加, 但是起到能够对第 二晶种层 25 和底层 21 的膜厚进行控制这种特有的效果。
     < 第五实施方式 >
     第五实施方式是将上述成膜方法应用于连续处理装置的情况下的应用例。图 25 是表示本实施方式的连续处理装置的装置结构例的俯视图。此外, 对与第三实施方式相同 的结构要素附加相同的附图标记来进行说明。
     如图 25 所示, 连续处理装置 81 在中央具备能够排成真空的输送室 ( 芯室 )82, 在 该输送室 82 内具备由搬运机器人等构成的未图示的输送机构。在该输送室 82 通过未图示 的闸阀内与四基室 83 ~ 86 相连接。具体地说, 在输送室 82 通过闸阀分别与进行离子束蚀 刻处理 (IBE) 的蚀刻处理室 83 和成膜形成绝缘层 19 的成膜室 84 相连接。并且, 在输送室 82 通过闸阀分别与进行入射控制型溅射处理 (CIS) 的倾斜成膜室 85 和通过离子束蒸镀法(IBD)/ 离子化物理气相蒸镀法 (iPVD) 进行成膜的成膜室 86 相连接。并且, 在输送室 82 与 用于在真空空间与空气之间取出和放入衬底 31 的两基装载锁定模块 87 相连接。
     如图 25 所示, 关于该连续处理装置 81 的处理工序的具体过程, 首先, 通过装载锁 定模块 87 将包含读取堆栈构成层以及显影后的光致抗蚀剂 41 的衬底盒导入到主装置内。 然后, 通过输送室 82 内的搬运机器人将单一衬底 31 移送到蚀刻处理室 83, 由此形成读取堆 栈 10。在形成读取堆栈 10 之后, 将衬底 31 移送到绝缘层成膜室 84, 从而成膜形成绝缘层 19。此外, 也可以通过衬底偏置工艺而稍微进行 Ar 蚀刻。
     在形成绝缘层 19 的薄膜之后, 将衬底 31 移送到倾斜成膜室 85, 倾斜形成第二晶种 层 25 和底层 21 的薄膜。然后, 将衬底 31 再次移送到蚀刻处理室 83, 通过 IBE 来对接合壁 面 10a、 10b 一侧的第二晶种层 25 和底层 21 的厚侧进行修整。
     接着, 将衬底 31 移送到倾斜成膜室 85 或者移送到 IBD/iPVD 成膜室 86, 以接近于 与衬底面大致垂直的角度成膜形成磁性层 26 和第一覆盖层 23。
     最后, 将衬底 31 再次返回到蚀刻处理室 83 来实施平坦化处理或者移送到搬出侧 的装载锁定模块 87, 在外部通过 CMP 等来实施平坦化处理。
     本实施方式的成膜方法起到与第三实施方式的成膜方法基本相同的作用效果。 特 别是, 在本实施方式中, 起到能够在真空气氛下连续进行处理这种特有的效果。
     以上, 说明了本发明的优选实施方式, 但是这些是用于说明本发明的例示, 没有仅 由该实施方式限定本发明的范围的意思。 本发明在不脱离其宗旨的范围内能够以与上述实 施方式不同的各种方式实施。
     例如, 在上述实施方式中, 说明了通过 IBD 进行成膜的成膜方法, 但是还能够应用 于 PVD 等其它成膜方法。

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1、(10)申请公布号 CN 101989643 A(43)申请公布日 2011.03.23CN101989643A*CN101989643A*(21)申请号 201010250345.4(22)申请日 2010.08.042009-181479 2009.08.04 JP2009-219943 2009.09.25 JP2010-149407 2010.06.30 JPH01L 43/08(2006.01)H01L 43/12(2006.01)G11B 5/66(2006.01)(71)申请人佳能安内华股份有限公司地址日本神奈川县(72)发明人爱因斯坦诺埃尔阿巴拉末永真宽 太田吉则 远藤彻哉(7。

2、4)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙) 11277代理人刘新宇(54) 发明名称磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质(57) 摘要提供一种磁传感器层叠体、成膜方法、成膜控制程序以及记录介质,使磁阻元件的相对的两个接合壁面附近的磁性层的结晶c轴对齐于与接合壁面大致垂直的方向。磁传感器层叠体(1)在衬底(31)上具有磁阻元件(10)和场区域(22),该磁阻元件(10)通过被施加偏置磁场而电阻变动,该场区域(22)在磁阻元件(10)的相对的接合壁面(10a、10b)的侧方包含对元件(10)施加偏置磁场的磁性层(22a、22b),磁阻元件10至少在反铁磁性层(13)上的。

3、一部分具备铁磁性堆栈(18),沿着接合壁面(10a、10b)相对的方向的铁磁性堆栈(18)最上表面的宽度(WF)被形成为小于沿着相同方向的反铁磁性层(13)的最上表面的宽度(WA)。(30)优先权数据(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 8 页 说明书 20 页 附图 25 页CN 101989643 A 1/8页21.一种磁传感器层叠体,其特征在于,在衬底上具有磁阻元件和场区域,该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动,该场区域在上述磁阻元件相对的接合壁面的侧方包含对上述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层,上述磁阻元件至少在反铁磁性层上的一部分具备。

4、铁磁性堆栈,沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度被形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层的最上表面的宽度。2.根据权利要求1所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述反铁磁性层的最上表面的宽度为上述铁磁性堆栈的最上表面的宽度的2.5倍以下。3.根据权利要求1或2所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述磁性层由从Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构(hcp)的合金形成。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述磁性层包含具有磁性粒子的第一和第二磁性层,其中,该磁性粒子具有结晶c轴,上述第一磁性层在上述场区域被。

5、配置成与上述接合壁面相邻,上述第一磁性层的结晶c轴被排列为在膜面内沿着ABS面而取向,上述第二磁性层在上述场区域被配置成与上述第一磁性层相邻,上述第二磁性层的结晶c轴方向在面内随机地分布。5.根据权利要求4所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述第一磁性层由从Fe-Pt、Co-Pt以及它们的合金群中选择的具有面心四方晶体结构(fct)的合金形成,上述第二磁性层由从Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它们的合金群中选择的具有六方晶体结构的合金形成。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,在上述场区域和上述接合壁面具备从Cr、Cr-Mo、Cr-Ti、Nb、Ta、W以及它们的合金。

6、群中选择的具有体心立方晶体结构(bcc)的合金的底层,上述底层在上述场区域具有38nm的厚度而在上述接合壁面上具有小于3nm的厚度。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述场区域和上述接合壁面具备从CrB、CrTiB、MgO、Ru、Ta、Ti以及它们的合金群中选择的第一晶种层,上述第一晶种层在上述场区域具有小于1nm的厚度而在上述接合壁面具有0.52nm的厚度。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述场区域和上述磁阻元件被从Cr、Ru、Ta、Ti、它们的合金群以及C中选择的第一覆盖层所覆盖。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的磁传感。

7、器层叠体,其特征在于,上述场区域和上述接合壁面具备含有氧化物或者氮化物的绝缘层,上述绝缘层在上述接合壁面具有25nm的厚度。权 利 要 求 书CN 101989643 A 2/8页310.根据权利要求9所述的磁传感器层叠体,其特征在于,在上述绝缘层下方以及上述第一覆盖层上方具备含有软磁性体的屏蔽层。11.一种磁传感器层叠体的成膜方法,在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件,该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分具备铁磁性堆栈,在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体,该磁传感器层叠体的成膜方法的特征在于,具有如下过程:在上述衬底上通过成膜形成上。

8、述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈;在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案;对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻;修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度;使用修整后的上述光致抗蚀剂掩模,对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来形成上述台阶形状的磁阻元件;在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体;以及使上述台阶形状的磁阻元件以及上述硬偏置层叠体的表面平坦化。12.根据权利要求11所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。13.根据权利要求11或12所述的磁传感器层。

9、叠体的成膜方法,其特征在于,通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程:以与上述衬底的法线所成的成膜角度1来成膜形成底层,其中1025度;以与上述衬底的法线所成的成膜角度2来成膜形成第一磁性层,其中25090度;以与上述衬底的法线所成的成膜角度3来成膜形成第二磁性层,其中3025度;以及以与上述衬底的法线所成的成膜角度4来成膜形成第一覆盖层,其中4045度。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前,具有通过成膜形成绝缘层的过程。15.根据权利要求11至14中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征。

10、在于,在使上述磁阻元件和上述硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后,具有通过成膜形成第二覆盖层的过程。16.根据权利要求15所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后,具有通过成膜形成屏蔽层的过程。17.根据权利要求13至16中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来权 利 要 求 书CN 101989643 A 3/8页4在上述磁阻元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层,接着,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述。

11、衬底,来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。18.根据权利要求17所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在另一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层。19.根据权利要求11至18中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,通过离子束蒸镀法来成膜形成上述硬偏置层叠体。20.根据权利要求11至19中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法。

12、,其特征在于,在上述衬底上形成多个台阶形状的磁阻元件,以同一过程来层叠该多个磁阻元件的上述硬偏置层叠体。21.一种磁传感器层叠体的成膜控制程序,在衬底上至少配置台阶形状的磁阻元件,该磁阻元件在反铁磁性层上的一部分上具备铁磁性堆栈,在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体,该磁传感器层叠体的成膜控制程序的特征在于,使上述磁传感器层叠体的成膜装置执行如下过程:在上述衬底上通过成膜形成上述反铁磁性层和上述铁磁性堆栈;在上述铁磁性堆栈上形成光致抗蚀剂掩模的图案;对上述铁磁性堆栈的一部分进行蚀刻;修整上述光致抗蚀剂掩模的宽度;使用修整后的上述光。

13、致抗蚀剂掩模,对上述铁磁性堆栈和上述反铁磁性层进行蚀刻来形成上述台阶形状的磁阻元件;在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体;以及使上述台阶形状的磁阻元件以及硬偏置层叠体的表面平坦化。22.根据权利要求21所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,将上述台阶形状的磁阻元件的沿着上述接合壁面相对的方向的上述铁磁性堆栈最上表面的宽度形成为小于沿着上述接合壁面相对的方向的上述反铁磁性层最上表面的宽度。23.根据权利要求21或22所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,通过成膜形成上述硬偏置层叠体的过程具有如下过程:以与上述衬底的法线所成的成膜角度1来成膜形成底层,其中1025度;以与上述衬。

14、底的法线所成的成膜角度2来成膜形成第一磁性层,其中25090度;以与上述衬底的法线所成的成膜角度3来成膜形成第二磁性层,其中3025度;以及权 利 要 求 书CN 101989643 A 4/8页5以与上述衬底的法线所成的成膜角度4来成膜形成第一覆盖层,其中4045度。24.根据权利要求21至23中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在上述场区域通过成膜形成硬偏置层叠体的过程之前,具有通过成膜形成绝缘层的过程。25.根据权利要求21至24中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在使上述磁阻元件和硬偏置层叠体的表面平坦化的过程之后,具有通过成膜形成第二覆盖层。

15、的过程。26.根据权利要求25所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在通过成膜形成上述第二覆盖层的过程之后,具有通过成膜形成屏蔽层的过程。27.根据权利要求21至26中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在与上述磁阻元件的接合壁面平行的细长靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在上述元件的接合壁面的一面通过成膜形成上述第一磁性层,接着,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在上述接合壁面的另一面通过成膜形成上述第一磁性层。28.根据权利要求27所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在上述靶下方以固。

16、定速度直线地移动上述衬底,来在一侧的场区域通过成膜形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在另一侧的场区域形成上述底层、上述第二磁性层以及上述第一覆盖层。29.一种记录介质,记录有权利要求21至28中的任一项所述的成膜控制程序,能够由计算机读取。30.一种磁传感器层叠体,其特征在于,在衬底上具有磁阻元件和场区域,该磁阻元件通过被施加偏置磁场而电阻变动,该场区域在上述磁阻元件的相对的接合壁面的侧方包含对上述磁阻元件施加偏置磁场的磁性层,至少在上述场区域上具备体心立方晶体结构(bcc)的底层,在。

17、上述底层上通过成膜形成有上述磁性层,上述磁性层是六方晶体结构(hcp)的Co-Pt类合金,在层内不存在空隙,具有(10.0)晶面,沿着ABS面具有超过0.9的矩形比。31.根据权利要求30所述的磁传感器层叠体,其特征在于,在上述场区域上具备含有氧化物或者氮化物的绝缘层,上述绝缘层在上述接合壁面具有25nm的厚度。32.根据权利要求31所述的磁传感器层叠体,其特征在于,在上述绝缘层与上述底层之间具备含有金属氮化物的第二晶种层。33.根据权利要求32所述的磁传感器层叠体,其特征在于,权 利 要 求 书CN 101989643 A 5/8页6上述第二晶种层与上述底层的合计膜厚小于10nm,上述磁性层。

18、的膜厚为1030nm,包含这些层的硬偏置层叠体的矫顽力取向比(OR)超过1.5。34.根据权利要求30至33中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述底层从Cr、Ti、Nb、Ta、W、Ru、Al以及它们的合金中选择,上述底层在上述场区域的厚度为38nm,上述底层在上述接合壁面的厚度小于3nm。35.根据权利要求32至34中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述第二晶种层从Ta-N、Nb-N或者RuAl-N中选择,上述第二晶种层在上述场区域的厚度为38nm,上述第二晶种层在上述接合壁面的厚度小于3nm。36.根据权利要求32至35中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述第二。

19、晶种层是Ta-N,上述底层是0Ti30原子量的W-Ti,上述第二晶种层的膜厚为35nm。37.根据权利要求30至36中的任一项所述的磁传感器层叠体,其特征在于,上述场区域和上述磁阻元件被从Cr、Ru、Ta、Ti、它们的合金群以及C中选择的第一覆盖层所覆盖。38.根据权利要求37所述的磁传感器层叠体,其特征在于,在上述绝缘层下方以及上述第一覆盖层上方具备含有软磁性体的屏蔽层。39.一种磁传感器层叠体的成膜方法,在衬底上配置通过被施加偏置磁场而电阻变动的磁阻元件,在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体,该磁传感器层叠体的成膜方法特征在于。

20、,至少具有如下过程:以与上述衬底的法线所成的超过45度而小于90度的成膜角度来沿着上述接合壁面的方向通过倾斜成膜形成底层;以及在上述底层上,以与上述衬底的法线所成的030度的成膜角度通过成膜形成磁性层。40.根据权利要求39所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,关于上述底层,在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下,一边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述底层,接着,使上述衬底转动180度,一边在上述靶下方移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述底层。41.根据权利要求39或者40所述的磁传。

21、感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过倾斜成膜形成上述底层的过程之前,具有在上述场区域和上述接合壁面上方通过成膜形成绝缘层的过程。42.根据权利要求41所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过成膜形成上述绝缘层的过程之后,具有如下过程:在上述绝缘层上,以与上述衬底的法线所成的超过45度而小于90度的成膜角度,沿着上述接合壁面的方向通过倾斜成膜形成含有金属氮化物的第二晶种层。43.根据权利要求42所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,权 利 要 求 书CN 101989643 A 6/8页7关于上述第二晶种层,在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下,一。

22、边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层,接着,使上述衬底转动180度,一边在上述靶下方移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层。44.根据权利要求42或43所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在处理气体和N2气氛中进行反应性成膜来形成上述第二晶种层,N2的局部压为1030。45.根据权利要求39至44中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过成膜形成上述磁性层的过程之后,具有以与上述衬底的法线所成的030度的成膜角度来成膜形成第一覆盖层的过程。46.根据权利要求45所述的磁传。

23、感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过成膜形成上述第一覆盖层的过程之后,具有通过成膜形成屏蔽层的过程。47.根据权利要求45或者46所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在与上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在一侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在另一侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层。48.根据权利要求39至47中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,通过离子束蒸镀法来成膜形成上述各层。49.根据权利要求42至48。

24、中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在通过成膜形成上述磁性层的过程之前,具有如下过程:以与上述衬底的法线所成的超过60度而小于90度的角度来修整上述接合壁面上的较厚一侧的上述第二晶种层和上述底层。50.根据权利要求41至49中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜方法,其特征在于,在连续处理装置的真空气氛下对上述各过程进行连续处理,该连续处理装置具有如下部分:装载锁定模块,其在真空空间与空气之间取出和放入衬底;输送室,其具备输送机构;蚀刻处理室,其进行蚀刻处理;成膜室,其成膜形成上述绝缘层;以及倾斜成膜室,其进行入射控制型溅射处理。51.根据权利要求50所述的磁传感器层叠体的成膜。

25、方法,其特征在于,上述连续处理装置具备通过离子束蒸镀法或者离子化物理气相蒸镀法来进行成膜的成膜室。权 利 要 求 书CN 101989643 A 7/8页852.一种磁传感器层叠体的成膜控制程序,在衬底上配置通过被施加偏置磁场而电阻变动的磁阻元件,在上述磁阻元件相对的两个接合壁面侧方的场区域通过成膜形成用于对上述磁阻元件施加偏置磁场的硬偏置层叠体,该磁传感器层叠体的成膜控制程序的特征在于,使上述磁传感器层叠体的成膜装置至少执行如下过程:以与上述衬底的法线所成的超过45度而小于90度的成膜角度,沿着上述接合壁面的方向通过倾斜成膜形成底层;以及在上述底层上,以与上述衬底的法线所成的030度的成膜角。

26、度,通过成膜形成磁性层。53.根据权利要求52所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下,一边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述底层,接着,使衬底转动180度,一边在上述靶下方移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述底层。54.根据权利要求52或53所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在通过倾斜成膜形成上述底层的过程之前,具有在上述场区域和上述接合壁面上方通过成膜形成绝缘层的过程。55.根据权利要求54所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,。

27、其特征在于,在通过成膜形成上述绝缘层的过程之后,具有如下过程:在上述绝缘层上,以与上述衬底的法线所成的超过45度而小于90度的成膜角度,沿着上述接合壁面的方向倾斜成膜形成含有金属氮化物的第二晶种层。56.根据权利要求55所述的磁传感器层叠体的成膜控制方法,其特征在于,在将上述衬底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相对于靶垂直的状态下,一边在上述靶下方以固定速度移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层,接着,使上述衬底转动180度,一边在上述靶下方移动上述衬底,一边在上述接合壁面和场区域上方通过倾斜成膜形成上述第二晶种层。57.根据权利要求52至56中的任一项所述。

28、的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在通过成膜形成上述磁性层的过程之后,具有以与上述衬底的法线所成的030度的成膜角度通过成膜形成第一覆盖层的过程。58.根据权利要求57所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在通过成膜形成上述第一覆盖层的过程之后,具有通过成膜形成屏蔽层的过程。59.根据权利要求57或者58所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,在与上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在一侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层,以上述衬底的中央垂直轴为中心使上述衬底转动180度,在上述靶下方以固定速度直线地移动上述衬底,来在另一。

29、侧的场区域通过成膜形成上述磁性层和上述第一覆盖层。60.根据权利要求55至59中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征权 利 要 求 书CN 101989643 A 8/8页9在于,在通过成膜形成上述磁性层的过程之前,具有如下过程:以与上述衬底的法线所成的超过60度而小于90度的角度来修整上述接合壁面上的较厚一侧的上述第二晶种层和上述底层。61.根据权利要求54至60中的任一项所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,上述磁传感器层叠体的成膜装置是具有如下部分的连续处理装置:装载锁定模块,其在真空空间与空气之间取出和放入衬底;输送室,其具备输送机构;蚀刻处理室,其进行蚀刻处理。

30、;成膜室,其通过成膜形成上述绝缘层;以及倾斜成膜室,其进行入射控制型溅射处理,在上述连续处理装置的真空气氛下对上述各过程进行连续处理。62.根据权利要求61所述的磁传感器层叠体的成膜控制程序,其特征在于,上述连续处理装置具备通过离子束蒸镀法或者离子化物理气相蒸镀法来进行成膜的成膜室。63.一种记录介质,记录有权利要求52至62中的任一项所述的成膜控制程序,能够由计算机读取。权 利 要 求 书CN 101989643 A 1/20页10磁传感器层叠体、 成膜方法、 成膜控制程序以及记录介质技术领域0001 本发明涉及一种在磁阻元件(读取堆栈(一一)两侧具备施加偏置磁场的磁性层的磁传感器层叠体、成。

31、膜方法、成膜控制程序以及记录介质。背景技术0002 近年来,随着硬盘驱动装置(HDD)的大容量化,使用了电阻根据外部磁场的变动而变化的元件的磁阻(MR)头备受关注。特别是巨磁阻(GMR)头、隧道磁阻(TMR)头的灵敏度非常高,能够提高磁盘的记录密度。并且,随着记录高密度化,MR头不断缩小。0003 MR头具备两个侧面被施加偏置磁场的磁性层包围的MR元件(读取堆栈)。当缩小读取堆栈时,施加偏置磁场的磁性层所能够利用的空间当然也受到限制。当磁性层的体积以及与读取堆栈的端部相对的面的面积缩小时,偏置磁场会减小。0004 与读取堆栈相对的面被读头缝隙(一)(包围磁隧道接合(MTJ)或者巨磁阻(GMR)。

32、层叠的两个屏蔽层之间的距离)以及条高度(与记录介质表面垂直的读取堆栈的横向尺寸)来决定。为了增大线性(磁道上)分辨率需要减小读头缝隙,为了降低磁道边缘的灵敏度需要随着减少读头宽度来减少条高度。0005 通过调整结构部件的大小以及改进信号处理来增加硬盘驱动器(HDD)的面密度。为了将记录介质的位设为更小、即为了增大以磁道/英寸(TPI)和位/英寸(BPI)为单位的密度,而不断开发使晶粒更小,直径分布更密的技术。为了对更小的磁区域进行记录并且从更小的磁区域读取,写入装置和读取装置这两者被缩小。特别是,为了增大分辨率而达到以更大BPI进行记录,要增大TPI,减小屏蔽层间距离,并且将读取装置的宽度设定。

33、得较窄。0006 典型的传感器结构由反铁磁性(AFM)强化层()、合成反铁磁性层(SAF)、非磁性隔板或者隧道绝缘体以及铁磁性自由层构成。另外,出于各种目的也使用晶种层和覆盖层。SAF包括隔着较薄隔板层在反方向上耦合的两个铁磁性体。SAF的铁磁性体包含与AFM接触的固定层()和与非磁性隔板或隧道绝缘体接触的参考层。通过了读取堆栈的电阻变化由参考层和自由层之间的磁化的相对方向来决定。自由层在磁场中被偏置而取向为与参考层呈直角。根据这种结构,读取灵敏度变得非常高,对于来自存储介质的外部磁场能够得到线性响应。将偏置磁场也称为“硬偏置”,期望在硬盘驱动器整个寿命中被保持为固定。另外,硬偏置起到防止在自。

34、由层产生磁区的作用。磁阻元件和硬偏置层叠体一起被夹持在两个较厚的软磁性屏蔽层之间。0007 简单的硬偏置层叠体包括Cr或者W等底层、磁性层以及覆盖层,其中,该磁性层包括CoPt或者CoCrPt等,该覆盖层利用Cr、Ru或者Ta制作而成。特别是为了防止在较高动作温度是外部磁场发生切换,期望磁性层的矫顽力(Hc)为159.5kA/m(2000奥斯特(Oe)以上的值。0008 当磁性层晶粒的一部分产生反磁化时,有可能导致偏置磁场明显减少,并且引起传感器中的噪声。读头间隙尺寸的缩小与能够应用于屏蔽层之间的硬偏置层叠体的厚度的减少相关联。偏置磁场与磁性层的残余磁化强度和厚度的乘积(Mrt)成正比,因此当厚度t说 明 书。

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