專利名稱：磁傳感器層疊體、成膜方法、成膜控制程序以及記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在磁阻元件(讀取堆棧(U —夕'一 7夕7々))兩側(cè)具備施加偏 置磁場(chǎng)的磁性層的磁傳感器層疊體、成膜方法、成膜控制程序以及記錄介質(zhì)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置(HDD)的大容量化，使用了電阻根據(jù)外部磁場(chǎng)的變動(dòng) 而變化的元件的磁阻(MR)頭備受關(guān)注。特別是巨磁阻(GMR)頭、隧道磁阻(TMR)頭的靈敏 度非常高，能夠提高磁盤(pán)的記錄密度。并且，隨著記錄高密度化，MR頭不斷縮小。MR頭具備兩個(gè)側(cè)面被施加偏置磁場(chǎng)的磁性層包圍的MR元件(讀取堆棧)。當(dāng)縮 小讀取堆棧時(shí)，施加偏置磁場(chǎng)的磁性層所能夠利用的空間當(dāng)然也受到限制。當(dāng)磁性層的體 積以及與讀取堆棧的端部相對(duì)的面的面積縮小時(shí)，偏置磁場(chǎng)會(huì)減小。與讀取堆棧相對(duì)的面被讀頭縫隙('J 一 F W" Π包圍磁隧道接合(MTJ)或 者巨磁阻(GMR)層疊的兩個(gè)屏蔽層之間的距離)以及條高度(與記錄介質(zhì)表面垂直的讀取 堆棧的橫向尺寸)來(lái)決定。為了增大線性(磁道上)分辨率需要減小讀頭縫隙，為了降低 磁道邊緣的靈敏度需要隨著減少讀頭寬度來(lái)減少條高度。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)部件的大小以及改進(jìn)信號(hào)處理來(lái)增加硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)的面密度。 為了將記錄介質(zhì)的位設(shè)為更小、即為了增大以磁道/英寸(TPI)和位/英寸(BPI)為單位 的密度，而不斷開(kāi)發(fā)使晶粒更小，直徑分布更密的技術(shù)。為了對(duì)更小的磁區(qū)域進(jìn)行記錄并且 從更小的磁區(qū)域讀取，寫(xiě)入裝置和讀取裝置這兩者被縮小。特別是，為了增大分辨率而達(dá)到 以更大BPI進(jìn)行記錄，要增大TPI，減小屏蔽層間距離，并且將讀取裝置的寬度設(shè)定得較窄。典型的傳感器結(jié)構(gòu)由反鐵磁性(AFM)強(qiáng)化層(C 二 > 7層)、合成反鐵磁性層 (SAF)、非磁性隔板或者隧道絕緣體以及鐵磁性自由層構(gòu)成。另外，出于各種目的也使用晶 種層和覆蓋層。SAF包括隔著較薄隔板層在反方向上耦合的兩個(gè)鐵磁性體。SAF的鐵磁性 體包含與AFM接觸的固定層(C > K層)和與非磁性隔板或隧道絕緣體接觸的參考層。通 過(guò)了讀取堆棧的電阻變化由參考層和自由層之間的磁化的相對(duì)方向來(lái)決定。自由層在磁場(chǎng) 中被偏置而取向?yàn)榕c參考層呈直角。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，讀取靈敏度變得非常高，對(duì)于來(lái)自存儲(chǔ) 介質(zhì)的外部磁場(chǎng)能夠得到線性響應(yīng)。將偏置磁場(chǎng)也稱為“硬偏置”，期望在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器整個(gè) 壽命中被保持為固定。另外，硬偏置起到防止在自由層產(chǎn)生磁區(qū)的作用。磁阻元件和硬偏 置層疊體一起被夾持在兩個(gè)較厚的軟磁性屏蔽層之間。簡(jiǎn)單的硬偏置層疊體包括Cr或者W等底層、磁性層以及覆蓋層，其中，該磁性層包 括CoPt或者CoCrPt等，該覆蓋層利用Cr、Ru或者Ta制作而成。特別是為了防止在較高動(dòng) 作溫度是外部磁場(chǎng)發(fā)生切換，期望磁性層的矯頑力(He)為159. 5kA/m(2000奧斯特(Oe)) 以上的值。當(dāng)磁性層晶粒的一部分產(chǎn)生反磁化時(shí)，有可能導(dǎo)致偏置磁場(chǎng)明顯減少，并且引起 傳感器中的噪聲。讀頭間隙尺寸的縮小與能夠應(yīng)用于屏蔽層之間的硬偏置層疊體的厚度的 減少相關(guān)聯(lián)。偏置磁場(chǎng)與磁性層的殘余磁化強(qiáng)度和厚度的乘積(Mrt)成正比，因此當(dāng)厚度t減少時(shí)，對(duì)施加的自由層偏置可能會(huì)變得不足。并且，由于磁性層與屏蔽層接近，因此向屏 蔽層的漏磁通增加，接合壁面(讀取堆棧與硬偏置層疊體的邊界)的偏置磁場(chǎng)進(jìn)一步減少。增加磁場(chǎng)的方法之一是減少在接合壁面隔開(kāi)磁性層和自由層的絕緣層的厚度。然 而，由于要求低漏電流和高擊穿電壓，因此使絕緣體的厚度變薄受到限制。能夠利用鐵氧體 等絕緣材料來(lái)制作磁性層，由此能夠省略絕緣層或者將其厚度減少到3nm以下。然而，幾乎 所有絕緣性磁性鐵氧體存在飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力不如Co-Pt合金的飽和磁化強(qiáng)度和矯 頑力的趨勢(shì)。組合和結(jié)晶生長(zhǎng)也更難控制。目前的CoPt基底的硬偏置層疊體為二維各向同性。在面內(nèi)沿任一方向的矯頑力 Hc都相等、即當(dāng)利用表示磁各向異性大小的0R(定向度面內(nèi)垂直于條高度方向的方向的 矯頑力與條高度方向的矯頑力之比)表示時(shí)，OR= 1。CoPt的六方晶體c軸在面內(nèi)是隨機(jī) 的。然而，通過(guò)多個(gè)晶粒之間的交換耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)較高矩形比(0. 85以上)。在接合壁面， 平均磁場(chǎng)朝向自由層。當(dāng)條高度減少時(shí)，位于接合壁面的晶粒減少，由此更難使磁通朝向自 由層。這種現(xiàn)象在上述晶粒的c軸未朝向自由層時(shí)更明顯。如果使c軸取向?yàn)槌蚪雍媳?面，則條高度(深度)相對(duì)于晶粒直徑的比率已經(jīng)不是問(wèn)題。并且，相對(duì)于相同厚度t，Mr 增加，能夠得到更高的偏置磁場(chǎng)。更多的磁通會(huì)聚到接合壁面上，在硬偏置層疊體的側(cè)端部 受損失的磁通變得更少。當(dāng)從氣墊面(Air Bearing Surface，下面稱為“ABS面”。)觀察時(shí)，讀取裝置整體 的寬度與所記錄的磁道垂直，厚度與磁道平行。讀取裝置與ABS面垂直且從ABS面分離延 伸到被稱為條高度(深度)的高度。由讀取裝置的寬度、層疊體的厚度以及條高度來(lái)確定 讀取裝置的三維尺寸。針對(duì)特定寬度的最佳條高度一般低于該寬度的1.5倍。如目前列舉 那樣，存在構(gòu)成讀取裝置的很多層，由此能夠得到的厚度的最小值受到限制。例如，當(dāng)過(guò)于薄地成膜形成上述AFM層時(shí)，該層變得熱不穩(wěn)定，無(wú)法充分固定SAF 固定層的磁化方向。即，交換偏置減少。并且，當(dāng)橫向尺度減小時(shí)，尺度效應(yīng)在熱量上受限 制，并且對(duì)讀取裝置的穩(wěn)定性帶來(lái)不良影響。關(guān)于通常使用的Ir-Mn合金，如果考慮為大部 分晶粒是適當(dāng)?shù)某叽?30nm以上)且厚度適當(dāng)(5nm以上)，則大于50nm的橫向尺寸不會(huì)有 問(wèn)題。因而，如果AFM層不是單晶體，則在裝置中容易形成不穩(wěn)定的晶粒。Cr晶種層在(110)晶面上生長(zhǎng)，并且根據(jù)對(duì)縱向介質(zhì)中OR的研究，僅在Cr (002) 晶面的情況下達(dá)到OR > 1，在其上方形成CoPt (1120)。相對(duì)于CoPt((1120)晶面中的c軸 方向的晶格常數(shù)為0. 41nm,與c軸垂直的晶軸的晶格常數(shù)為0. 43nm)，[110]方向和[1-10] 方向的外延關(guān)系為在能量上等效。僅在由于各向異性應(yīng)力而Cr晶格在面內(nèi)變形的情況下， 優(yōu)選特定的方向。Simion等(參照專利文獻(xiàn)1)提出了 MgO和NiAl等不同的晶種層。在記 錄介質(zhì)的研究中，證實(shí)兩者的底層都提供二維c軸排列。Larson等(參照專利文獻(xiàn)2)公開(kāi)了一種讀取傳感器，該讀取傳感器具備磁阻元 件，該磁阻元件具有在朝向元件接合壁的方向較佳的磁各向異性。另外，在San Ho等(參 照專利文獻(xiàn)3)明確了能夠通過(guò)HCP磁偏置層疊體的角度來(lái)限制c軸方向。S卩，在兩者的說(shuō) 明書(shū)中，公開(kāi)了通過(guò)利用傾斜濺射來(lái)形成CoPt合金的成膜而能夠?qū)崿F(xiàn)磁各向異性。盡管傾 斜濺射最適當(dāng)?shù)腍c OR小于1. 2，但是Shibamoto等(參照專利文獻(xiàn)6)在對(duì)縱向介質(zhì)分配 取向時(shí)也使用傾斜濺射。在初始的氮化Nb或者氮化Ta晶種層(各向異性允許層)中，為 了沿剛性圓形盤(pán)內(nèi)的圓周方向使介質(zhì)具有磁各向異性而進(jìn)行傾斜成膜。
通過(guò)傾斜濺射能夠容易地實(shí)現(xiàn)FeCo等軟性層的面內(nèi)各向異性。特別是在相對(duì) 于成膜面的法線具有較大入射角度的濺射工藝中，由于自陰影效果，即使比較薄的膜(大 約lOnm)也產(chǎn)生面內(nèi)各向異性。自陰影效果是指在傾斜入射成膜中由于表面所產(chǎn)生的核 而產(chǎn)生陰影，在該陰影部分不會(huì)飛來(lái)濺射粒子，因此傾斜柱狀地生長(zhǎng)膜。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)， 在當(dāng)前的最佳厚度(大約20nm)的CoPt層中，面內(nèi)各向異性對(duì)入射角度的依賴性較低， 必須將晶種層或者底層設(shè)得較厚。但是，晶種層必須較薄(6nm以下)，這使得要制作基 于Larson等以及San Ho等的研究成果的硬偏置層疊膜非常困難。San Ho等中啟示為了 呈現(xiàn)某種程度的0R，磁性層要具有(11-20)晶面，但是在利用XRD (X射線衍射儀)進(jìn)行的 評(píng)價(jià)中示出了(10-10)晶面。這是低溫成膜(不足IO(TC)的典型事例。在更高溫下成 膜例如會(huì)引起Cr的(002)生長(zhǎng)，但是在硬偏置成膜中存在溫度敏感度光致抗蝕劑掩模的 情況下，生長(zhǎng)被限制。為了層的高溫成膜，期望由Shibamoto等公開(kāi)的介質(zhì)的支配晶面為 CoCrPtB (1120).并且，被傾斜地成膜的底層也不示出認(rèn)為在縱向記錄介質(zhì)中產(chǎn)生OR所需 的(002)面(Mirzamaani)。如Larson等中的概念所啟示那樣，硬偏置OR的表現(xiàn)大概是由 交換耦合產(chǎn)生的各向異性。Mrt沿著交換耦合最大的方向最大?？煽紤]為波狀的表面圖案 (Carey等(參照專利文獻(xiàn)4)的各向異性粗糙度)引導(dǎo)OR。目前的硬偏置成膜幾乎都通過(guò)離子束蒸鍍(IBD)等長(zhǎng)距離濺射來(lái)進(jìn)行。IBD系統(tǒng) 具有能夠轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)所入射的濺射粒子的入射角度的載物臺(tái)。例如，Hegde等(參照專利 文獻(xiàn)5)公開(kāi)了硬偏置成膜方法，大致以垂直角度(距垂直線25度以下)形成磁性層薄膜。為了實(shí)現(xiàn)更薄的CoPt層，除了難以獲取足夠的OR外，特別是從垂直起超過(guò)45度 的傾斜濺射會(huì)產(chǎn)生多孔膜。這些能夠從Larson等的圖像觀察到。因而，磁距隨著密度的降 低而減小。磁距的減小也能夠抵消通過(guò)使磁各向異性的方向一致來(lái)達(dá)到的任意的磁方形性 的獲得(Mr/Ms)。專利文獻(xiàn)1 美國(guó)專利第6185081號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)2 美國(guó)專利第7061731號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)3 美國(guó)專利第7161763號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)4 美國(guó)專利第7360300號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)5 美國(guó)專利第6139906號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)6 美國(guó)專利第7115119號(hào)說(shuō)明書(shū)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題另外，為了減輕依賴于磁性層的入射角度成膜的OR的降低以及為得到充分的OR 而需要厚的底層和晶種層的問(wèn)題，需要用于使磁通會(huì)聚到接合壁面的更好的方法。另外，圖26以及圖27是表示以往的磁傳感器層疊體與層疊方向垂直的輪廓的概 要圖。箭頭92表示硬偏置層疊體被磁化后的磁性粒子的磁化方向，通過(guò)該磁化，在讀取堆 棧90的自由層中(圖26中)產(chǎn)生向右方向的偏置磁場(chǎng)。磁性層的結(jié)晶c軸方向在膜面內(nèi) 二維隨機(jī)分布。如果利用交換耦合，則總是相鄰的磁化會(huì)被取向?yàn)楦叫?。通過(guò)使晶粒微細(xì)化或 者延長(zhǎng)條高度(深度)h(參照?qǐng)D26)，能夠使接合壁面中的磁化方向的平均值變得足夠大，產(chǎn)生相對(duì)于整個(gè)自由層比較均勻的磁場(chǎng)。另外，當(dāng)晶粒較少而自由層面積較窄時(shí)(圖27)， 由于晶粒的各向異性方向的影響，讀取堆棧90的磁化的均勻性惡化。該磁場(chǎng)的不均勻性會(huì) 引起讀取頭的噪聲。S卩，為了將磁通會(huì)聚到接合壁面以加快MR元件的縮小程度，將硬偏置層疊體的磁 性層的結(jié)晶c軸取向?yàn)榕c讀取堆棧和硬偏置層疊體的接合壁面大致垂直即可。換言之，取 向?yàn)檠刂鳛榕c磁記錄介質(zhì)相對(duì)的面的ABS面的方向即可(圖2、圖13)。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)⒆x取堆棧的接合壁面附近的磁性層的c軸取 向?yàn)榕c接合壁面大致垂直而使磁通會(huì)聚到接合壁面的磁傳感器層疊體、其成膜方法、成膜 控制程序以及記錄介質(zhì)。用于解決問(wèn)題的方案為了達(dá)到上述目的而完成的本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)。S卩，第一本發(fā)明所涉及的磁傳感器層疊體的特征在于，在襯底上具有磁阻元件和 場(chǎng)區(qū)域，該磁阻元件通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)，該場(chǎng)區(qū)域在上述磁阻元件相對(duì)的接 合壁面的側(cè)方包含對(duì)上述元件施加偏置磁場(chǎng)的磁性層，上述磁阻元件至少在反鐵磁性層上 的一部分具備鐵磁性堆棧，沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述鐵磁性堆棧最上表面的寬 度被形成為小于沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述反鐵磁性層的最上表面的寬度。另一方面，第一本發(fā)明所涉及的磁傳感器層疊體的成膜方法在襯底上至少配置臺(tái) 階形狀的磁阻元件，該磁阻元件在反鐵磁性層上的一部分具備鐵磁性堆棧，在上述磁阻元 件相對(duì)的兩個(gè)接合壁面?zhèn)确降膱?chǎng)區(qū)域內(nèi)通過(guò)成膜形成用于對(duì)上述元件施加偏置磁場(chǎng)的硬 偏置層疊體，該磁傳感器層疊體的成膜方法的特征在于，具有如下過(guò)程在上述襯底上通過(guò) 成膜形成上述反鐵磁性層和上述鐵磁性堆棧；在上述鐵磁性堆棧上形成光致抗蝕劑掩模的 圖案；對(duì)上述鐵磁性堆棧的一部分進(jìn)行蝕刻；修整上述光致抗蝕劑掩模的寬度；使用修整 后的上述光致抗蝕劑掩模，對(duì)上述鐵磁性堆棧和上述反鐵磁性層進(jìn)行蝕刻來(lái)形成上述臺(tái)階 形狀的磁阻元件；在上述場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體；以及使上述臺(tái)階形狀的磁阻 元件以及上述硬偏置層疊體的表面平坦化。即，第二本發(fā)明所涉及的磁傳感器層疊體的特征在于，在襯底上具有磁阻元件和 場(chǎng)區(qū)域，該磁阻元件通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)，該場(chǎng)區(qū)域在上述磁阻元件相對(duì)的接 合壁面的側(cè)方包含對(duì)上述元件施加偏置磁場(chǎng)的磁性層，至少在上述場(chǎng)區(qū)域上具備體心立方 晶體結(jié)構(gòu)(bcc)的底層，在上述底層上方通過(guò)成膜形成上述磁性層，上述磁性層是六方晶 體結(jié)構(gòu)(hep)的Co-Pt類合金，在層內(nèi)不存在空隙，具有(10.0)晶面，沿著ABS面具有超過(guò) 0.9的矩形比。另外，第二本發(fā)明所涉及的磁傳感器層疊體的成膜方法在襯底上配置通過(guò)被施加 偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)的磁阻元件，在上述磁阻元件相對(duì)的兩個(gè)接合壁面?zhèn)确降膱?chǎng)區(qū)域通過(guò) 成膜形成用于對(duì)上述元件施加偏置磁場(chǎng)的硬偏置層疊體，該磁傳感器層疊體的成膜方法的 特征在于，至少具有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的超過(guò)45度而小于90度的成膜角 度，沿著上述接合壁面的方向通過(guò)傾斜成膜形成底層；以及在上述底層上，以與上述襯底的 法線所成的0 30度的成膜角度來(lái)成膜形成磁性層。發(fā)明的效果根據(jù)第一本發(fā)明，反鐵磁性層上的一部分具備鐵磁性堆棧，并且沿著磁阻元件的接合壁面相對(duì)的方向的鐵磁性堆棧最上表面的寬度被形成為小于沿著相同方向的反鐵磁 性層的最上表面的寬度，上述接合壁面附近的磁性層的結(jié)晶c軸在膜面內(nèi)沿著ABS面的方 向。因而，在上述接合壁面中，將接合壁面附近的磁性層的結(jié)晶c軸取向?yàn)榕c接合壁面大致 垂直的方向，因此起到能夠?qū)⒋磐〞?huì)聚到磁阻元件這種良好的效果。根據(jù)第二本發(fā)明，通過(guò)實(shí)現(xiàn)底層的材質(zhì)、膜厚、濺射入射角的優(yōu)化，能夠提高磁性 層的磁各向異性。因而，將接合壁面附近的磁性層的結(jié)晶c軸取向于沿著ABS面、即與接合 壁面大致垂直的方向，因此起到能夠?qū)⒋磐〞?huì)聚到磁阻元件這種良好的效果。


圖1是示意性地表示第一實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的概要圖。圖2是表示第一實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體相對(duì)于層疊方向垂直的輪廓 的概要圖。圖3是表示第一實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的成膜方法的過(guò)程的工序圖。圖4是表示磁傳感器層疊體的具體成膜方法的說(shuō)明圖。圖5是表示磁傳感器層疊體的具體成膜方法的說(shuō)明圖。圖6是示意性地表示第一實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的完成形態(tài)的概要 圖。圖7是示意性地表示使用第一以及第三實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的概要 圖。圖8是示意性地表示使用第一以及第三實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的立體 圖。圖9的(a)是作為比較例而制作的磁阻元件的AFM層及其晶粒的概要圖，(b)是 本實(shí)施方式的磁阻元件的AFM層及其晶粒的概要圖。圖10是相當(dāng)于第一實(shí)施方式的圖5的(f)、(g)的過(guò)程的概要圖。圖11是表示第二實(shí)施方式的磁傳感器層疊體的完成形態(tài)的概要圖。圖12是示意性地表示第三實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的概要圖。圖13是表示第三實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體相對(duì)于層疊方向垂直的輪廓 的概要圖。圖14是表示在磁阻元件上配置光致抗蝕劑掩模而得到的磁傳感器層疊體的概要 圖。圖15是表示在場(chǎng)區(qū)域形成構(gòu)成第三實(shí)施方式的磁傳感器層疊體的硬偏置層疊體 成膜的過(guò)程的工序圖。圖16是示意性地表示使用第三實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的立體圖。圖17是表示離子束蒸鍍系統(tǒng)的一例的概要圖。圖18是表示硬偏置層疊體的層結(jié)構(gòu)以及硬偏置層疊體的磁化環(huán)的概要圖。圖19是表示在Ta-N第二晶種層以及W-Ti底層上成膜的CoPt磁性層的XRD譜的 說(shuō)明圖。圖20是表示觀察不到襯底垂直方向的取向的依據(jù)的說(shuō)明圖。圖21是示意性地表示第四實(shí)施方式的成膜裝置的概要圖。
圖22是表示在第四實(shí)施方式的成膜方法中在場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體 的過(guò)程的工序圖。圖23是表示使用第四實(shí)施方式的成膜裝置的情況下的成膜狀況的說(shuō)明圖。圖24是表示第四實(shí)施方式的成膜方法中的修整過(guò)程的說(shuō)明圖。圖25是表示第五實(shí)施方式的連續(xù)處理裝置的裝置結(jié)構(gòu)例的俯視圖。圖26是表示以往的磁傳感器層疊體相對(duì)于層疊方向垂直的方向的截面的概要 圖。圖27是表示以往的磁傳感器層疊體相對(duì)于層疊方向垂直的方向的截面的概要 圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明UlOO 磁傳感器層疊體；10 磁阻元件(讀取堆棧)；10a、10b 接合壁面；11 預(yù) 置晶種層；12:第三晶種層；13:反鐵磁性強(qiáng)化層(反鐵磁性層(AFM層))；14:合成反鐵 磁性層(〉>七于^夕夕7>子7工口層)(SAF層)；14a:固定層(匕。> Fjf) ； 14b 耦 合層；14c 參考層；15 隔板層；16 自由層；17、17a、17b 第三覆蓋層；18 鐵磁性堆棧(FM 堆棧)；19 絕緣層；20:硬偏置層疊體("一 F ^ τ 7積層體)；21 底層；22:場(chǎng)區(qū)域； 22a 第一磁性層；22b 第二磁性層；23 第一覆蓋層；24 第二覆蓋層；25 第二晶種層； 26 磁性層；31 襯底(底部屏蔽層)；32 頂部屏蔽層；41 光致抗蝕劑掩模；41a :修整掩 模；51 成膜裝置；52 襯底保持構(gòu)件；53 快門(mén)；54 狹縫；122 磁性層；IB 離子束；T 靶 (夕一 yi卜)；71 成膜裝置；72 靶保持構(gòu)件(夕一 yi卜才、^夕· ) ；73 陰極(力乂一 K ) ；74 襯底保持構(gòu)件；75 快門(mén)；76 狹縫；81 連續(xù)處理裝置；82 輸送室；83 蝕刻處理 室；84 絕緣層成膜室；85 傾斜成膜室；86 =IBD室；87 裝載鎖定模塊。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于本實(shí)施方式。<第一實(shí)施方式>[磁傳感器層疊體的結(jié)構(gòu)]首先，參照?qǐng)D1以及圖2來(lái)說(shuō)明具備磁阻元件的磁傳感器層疊體的結(jié)構(gòu)。圖1是 示意性地表示本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的概要圖。圖2是表示本實(shí)施方式所涉 及的磁傳感器層疊體相對(duì)于層疊方向垂直的輪廓的概要圖。如圖1所示，本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1在襯底31上的大致中央部具 備磁阻元件(讀取堆棧)10，該磁阻元件10包括組成不同的多個(gè)層疊膜，具有通過(guò)被施加磁 場(chǎng)而電阻值變動(dòng)的磁阻效應(yīng)。另外，磁傳感器層疊體1在與上述讀取堆棧10相對(duì)的兩個(gè)接 合壁面10a、10b側(cè)方的場(chǎng)區(qū)域22中具備硬偏置層疊體20，該硬偏置層疊體20能夠?qū)ι鲜?讀取堆棧10施加偏置磁場(chǎng)。這樣，磁傳感器層疊體在襯底31上具備單一或者多個(gè)讀取堆 棧10和硬偏置層疊體20，是對(duì)用于讀取硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等的磁讀取頭的傳感器進(jìn)行劃分之前 的中間產(chǎn)品。圖1例示的讀取堆棧10是在自由層16的正下方具備氧化物勢(shì)壘層(MgO)的磁隧 道接合體(MTJ)。并不限于此，讀取堆棧10也可以是具有非常低電阻的大部分為金屬制的 巨磁阻接合體(GMR)。
具體地說(shuō)，讀取堆棧10例如被層疊在由MFe等軟磁性體構(gòu)成的底部屏蔽層(襯 底)31上，該讀取堆棧10主要具備作為反鐵磁性層的反鐵磁性強(qiáng)化層(AFM層)13、合成反 鐵磁性層(SAF層)14、隔板層15以及鐵磁性自由層16。AFM層13例如由IrMn等反鐵磁性體形成。AFM層13例如根據(jù)需要隔著含有未圖 示的Ta等的預(yù)置晶種層以及含有Ru等的第三晶種層而層疊在上述底部屏蔽層31上。SAF層14包括兩個(gè)鐵磁性體層14a、14c,該兩個(gè)鐵磁性體層14a、14c隔著較薄的 耦合層(非磁性層或者隧道絕緣體層)14b而逆向耦合。SAF層14的鐵磁性體層包括固定 層14a和參考層14c，該固定層14a與AFM層13接觸，該參考層14c與耦合層14b接觸。隔板層15包括非磁性層或者隧道絕緣體層，例如由MgO等氧化物層形成。自由層16例如由CoFeB等鐵磁性體形成，也可以是在CoFeB等鐵磁性體層上層疊 了 Ta層、NiFe層而得到的層。自由層16被施加偏置磁場(chǎng)而取向?yàn)榕c參考層14c成直角。 根據(jù)該配置，能夠提高傳感器靈敏度，對(duì)于來(lái)自存儲(chǔ)介質(zhì)的外部磁場(chǎng)提供線性響應(yīng)。還將偏 置磁場(chǎng)稱為“硬偏置”，期望在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器壽命的整個(gè)期間內(nèi)被保持為固定。并且硬偏置防 止在自由層16形成磁區(qū)。通過(guò)了讀取堆棧10的磁阻變化由參考層14c與自由層16之間 的磁化的相對(duì)方向來(lái)決定。根據(jù)需要，例如利用從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C等中選擇的未圖示的第 三覆蓋層(圖6的17)來(lái)覆蓋自由層16。在此，至少固定層14a、隔板層15以及自由層16的接合體為鐵磁性堆棧(FM堆 棧)18。FM堆棧18也有時(shí)包含未圖示的第三覆蓋層(圖6的17)。本實(shí)施方式的讀取堆棧 10在AFM層13上的一部分具備FM堆棧18，將沿著其接合壁面10a、IOb相對(duì)的方向(與紙 面平行的方向)的FM堆棧18最上表面的寬度Wf設(shè)定為小于沿著相同方向的AFM層13的 最上表面的寬度WA。即，讀取堆棧10例如形成為在截面較寬幅的梯形狀的AFM層13上層 疊寬度小于該AFM層13的梯形狀的FM堆棧18而成的臺(tái)階形狀。在以與紙面平行的面切 分磁傳感器層疊體1來(lái)設(shè)為條高度(在圖1中深度方向)h的磁讀取頭用傳感器的情況下， FM堆棧18最上表面的寬度Wf為頭寬度，因此優(yōu)選為20nm 30nm。另外，AFM層13的最上 表面的寬度Wa優(yōu)選為FM堆棧18最上表面的寬度Wf的2. 5倍以下。當(dāng)Wa超過(guò)2. 5倍的Wf 時(shí)，場(chǎng)區(qū)域22減小，有可能無(wú)法充分地對(duì)讀取堆棧10施加偏置磁場(chǎng)。 如上所述，在襯底31上方的場(chǎng)區(qū)域22通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體20，該硬偏置層 疊體20包含具備磁性粒子的第一和第二磁性層22a、22b，該磁性粒子具有結(jié)晶c軸。第一 磁性層22a層疊成與讀取堆棧10的接合壁面10a、IOb相連接，第二磁性層22b層疊在第一 磁性層22a上。第一磁性層22a以及第二磁性層22b例如由從Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它們的合金 群中選擇的具有六方晶體結(jié)構(gòu)(hep)的合金(永久磁鐵)形成。并不限于此，第一磁性層 22a也可以由從Fe-Pt、Co_Pt以及它們的合金群中選擇的面心四方晶體結(jié)構(gòu)(fct)的合金 形成。參照?qǐng)D1以及圖2來(lái)說(shuō)明第一磁性層22a以及第二磁性層22b的結(jié)晶c軸方向 (即，晶粒磁化軸)。此外，圖2中的ABS表示氣墊面(浮上面)，hF、hA分別表示FM堆棧18、 AFM層13的條高度(圖1中深度方向)，hF = hA。圖2中的讀取堆棧10的自由層16上的 箭頭表示通過(guò)由硬偏置層疊體20施加偏置磁場(chǎng)而例如自由層16被磁化為向右側(cè)的狀態(tài)。
由于存在交換耦合，相鄰的磁化被取向?yàn)橄嗷ジ悠叫?。在本?shí)施方式的磁傳感 器層疊體1中，在遠(yuǎn)離讀取堆棧10的場(chǎng)區(qū)域22中，第二磁性層22b中的結(jié)晶C軸方向(即， 晶粒磁化軸)在膜面內(nèi)二維(2D)隨機(jī)分布。另一方面，在讀取堆棧10的接合壁面10a、10b 的臺(tái)階形狀部分中，不僅FM堆棧18的壁附近的第一磁性層22a的結(jié)晶c軸成為一維取向 (ID1), AFM層13的壁上的第一磁性層22a的結(jié)晶c軸也成為一維取向(ID1)15該方向在膜 面內(nèi)與ABS面平行，相對(duì)于接合壁面10a、10b大致垂直。在AFM層壁上的第一磁性層22a 上還層疊有第二磁性層22b，第二磁性層22b在第一磁性層22a上外延生長(zhǎng)，因此第一磁性 層22a上的第二磁性層22b也一維(ID2)地排列。在場(chǎng)區(qū)域22的下部以及讀取堆棧10的接合壁面10a、10b上例如配置有由Al2O3 等構(gòu)成的絕緣層19。該絕緣層在接合壁面處具有2 5nm的厚度。第一磁性層22a與第二磁性層22b隔著上述絕緣層19以及根據(jù)需要的底層21而 層疊在作為襯底31的底部屏蔽層上。該底層21例如由從Cr、Cr-Mo、Cr-Ti、Nb、Ta、W以及 它們的合金群中選擇的體心立方晶體結(jié)構(gòu)(bcc)的合金形成。該底層21例如在場(chǎng)區(qū)域處 具有3 Snm的厚度，在接合壁面處具有小于3nm的厚度。除了上述底層21以外，也可以在該底層21上還具備未圖示的第一晶種層而將底 層構(gòu)成為雙層。即，場(chǎng)區(qū)域22以及讀取堆棧10的接合壁面10a、10b還可以具備第一晶種 層，該第一晶種層例如從CrB、CrTiB, MgO、Ru、Ta、Ti以及它們的合金群中選擇而得到。該 第一晶種層例如在場(chǎng)區(qū)域處具有小于Inm的厚度，在接合壁面處具有0. 5 2nm的厚度。另外，根據(jù)需要，利用第一覆蓋層23來(lái)覆蓋場(chǎng)區(qū)域22以及接合壁面10a、10b,該第 一覆蓋層23例如從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C中選擇而得到。并且，磁傳感器層疊體1在上述絕緣層19下方具備底部屏蔽層31，在上述第一覆 蓋層23上具備頂部屏蔽層32。這些屏蔽層31、32例如由NiFe等軟磁性體形成。S卩，讀取 堆棧10與場(chǎng)區(qū)域22被夾持在兩個(gè)較厚的軟磁性屏蔽層31、32之間。這兩個(gè)屏蔽層31、32 之間成為引線間隙(RG)。[磁傳感器層疊體的成膜方法]接著，參照?qǐng)D3至圖9來(lái)說(shuō)明上述磁傳感器層疊體1的作用，并且說(shuō)明本實(shí)施方式 所涉及的磁傳感器層疊體1的成膜方法。圖3是表示本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1的成膜方法的過(guò)程的過(guò)程圖。 如圖3所示，本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1的成膜方法首先具有如下過(guò)程(步驟 1 下面標(biāo)記為“Si”)在襯底31上方成膜形成讀取堆棧10，該讀取堆棧10至少具備AFM 層13和FM堆棧18。接著具有如下過(guò)程在讀取堆棧10上形成光致抗蝕劑掩模(PR) 41的 圖案(S2)；以及對(duì)厚度與AFM層13的厚度大致相等的FM堆棧18的一部分進(jìn)行蝕刻(S3)。 并且，具有如下過(guò)程修整光致抗蝕劑掩模41的寬度(S4)；以及使用修整后的光致抗蝕劑 掩模41a來(lái)對(duì)FM堆棧18和AFM層13進(jìn)行蝕刻(S5)。然后，具有如下過(guò)程通過(guò)成膜形成 絕緣層19(S6)；在場(chǎng)區(qū)域22層疊硬偏置層疊體20 (S7)；使表面平坦化(S8)；以及通過(guò)成膜 形成第二覆蓋層24和頂部屏蔽層32 (S9)。并且，在場(chǎng)區(qū)域22層疊硬偏置層疊體20的過(guò)程(S7)具有以與襯底31的法線所 成的成膜角度θ工(θ工=0 25度)來(lái)成膜形成底層21的第一過(guò)程(Sll)。另外，具有以 與襯底31的法線所成的成膜角度θ 2( θ 2 = 50 90度、優(yōu)選50 80度)來(lái)成膜形成第一磁性層22a的第二過(guò)程(S12)。并且，具有以與襯底31的法線所成的成膜角度θ3(θ3 = 0 25度)來(lái)成膜形成第二磁性層22b的第三過(guò)程(S13)。然后，具有以與襯底31的法線 所成的成膜角度θ 4( θ 4 = 0 45度)來(lái)成膜形成第一覆蓋層23的第四過(guò)程(S14)。進(jìn)一步參照?qǐng)D4以及圖5來(lái)具體說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1的成 膜方法。圖4以及圖5是表示磁傳感器層疊體1的具體成膜方法的說(shuō)明圖。如圖4的(a)所示，關(guān)于磁傳感器層疊體1的制作，首先在襯底31上方成膜形成 成為讀取堆棧10的AFM層13和FM堆棧18。作為襯底31，例如采用由NiFe等軟磁性體構(gòu) 成的底部屏蔽層。如上所述，AFM層13例如由IrMn等反鐵磁性體形成，根據(jù)需要，隔著含 有Ta等的預(yù)置晶種層以及含有Ru等的第三晶種層而層疊在襯底31上。FM堆棧18至少由 SAF層14、隔板層15以及自由層16等形成(參照?qǐng)D1)，根據(jù)需要，利用未圖示的第三覆蓋 層(圖6的17)來(lái)覆蓋該FM堆棧18，該第三覆蓋層例如從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以 及C中選擇而得到。接著，在FM堆棧18上進(jìn)行光致抗蝕劑(PR)掩模41的涂覆、圖案形成以及顯影。 光致抗蝕劑掩模41用于在進(jìn)行后述的蝕刻處理時(shí)對(duì)FM堆棧18的一部分進(jìn)行掩模。后述 的臺(tái)階形狀的讀取堆棧10中的AFM層13的寬度Wa主要由該光致抗蝕劑掩模41的寬度尺 寸來(lái)決定。接著，如圖4的(b)所示，蝕刻去除被上述光致抗蝕劑掩模41覆蓋的部分以外的 FM堆棧18的表面?zhèn)?，以與AFM層13的厚度大致相等的厚度停止蝕刻。蝕刻處理例如采用 離子束蝕刻(IBE)或者反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等。然而，在IBE中，由于蝕刻后的材料再次 蒸鍍到光致抗蝕劑掩模41壁上而難以修整后述的光致抗蝕劑掩模41，因此優(yōu)選利用無(wú)氧 RIE來(lái)進(jìn)行蝕刻。之后，如圖4的(c)所示，例如使用氧等離子體處理等，修整FM堆棧18上的光致 抗蝕劑掩模41的寬度尺寸，使得將FM堆棧的寬度Wa縮小到?jīng)Q定的寬度。將修整后的該光 致抗蝕劑掩模41a作為用于對(duì)AFM層13和FM堆棧18進(jìn)行蝕刻的掩模來(lái)使用。接著，如圖4的(d)所示，將被上述修整掩模41a覆蓋部分以外部分的FM堆棧18 和AFM層13進(jìn)行蝕刻去除。與上述同樣地，蝕刻處理例如采用離子束蝕刻(IBE)或者反應(yīng) 性離子蝕刻(RIE)等。蝕刻在底部屏蔽面停止，形成讀取堆棧10，該讀取堆棧10在AFM層 13上的一部分具備FM堆棧18，是沿著接合壁面10a、IOb相對(duì)的方向的FM堆棧18最上表 面的寬度Wf被形成為小于沿著相同方向的AFM層13最上表面的寬度Wa的臺(tái)階形狀。如圖5的(e)所示，在蝕刻處理之后，在形成有臺(tái)階形狀的讀取堆棧10的襯底 31 (包含修整掩模41a的讀取堆棧10及其接合壁面10a、IOb的側(cè)方)上覆蓋絕緣層19。 為了限制電流流過(guò)傳感器而成膜形成絕緣層19，例如優(yōu)選使用氧化鋁(A1203)、二氧化硅 (SiO2)等氧化物或者Si3N4等氮化物等。絕緣層19的成膜例如使用物理氣相生長(zhǎng)法(PVD)、 離子束蒸鍍法(IBD)、原子層蒸鍍法(ALD)以及化學(xué)氣相生長(zhǎng)法(CVD)中的任一種成膜方 法。ALD法、CVD法具有能夠敷形成膜這種優(yōu)點(diǎn)。接著，在上述絕緣層19的上方通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體20。在基本的硬偏置層 疊體20的情況下，首先在上述絕緣層19的上方通過(guò)成膜形成底層21，接著通過(guò)成膜形成磁 性層22a、22b以及第一覆蓋層23。底層21例如優(yōu)選使用Cr或者W以及它們的合金等。優(yōu) 選例如通過(guò)IBD或者離子化PVD或者準(zhǔn)直P(pán)VD等以相對(duì)于襯底31面大致垂直的角度(與襯底31的法線所成的角度、即成膜角度Q1 = 0 25度)進(jìn)行該底層21的成膜。底層21 的大部分堆積在場(chǎng)區(qū)域22以及臺(tái)階形狀的讀取堆棧的水平面上。接著，如圖5的(f)所示，以傾斜成膜(與襯底31的法線所成的角度、即成膜角度 θ 2 =成膜角度50 90，優(yōu)選50 80度)成膜形成第一磁性層22a。在結(jié)晶c軸相對(duì)于 接合壁面10a、10b大致垂直排列的狀態(tài)下，在接合壁面10a、10b以及其附近的場(chǎng)區(qū)域22的 上方成膜形成該第一磁性層22a的大部分。并且，如圖5的(g)所示，在第一磁性層22a的上方通過(guò)成膜形成第二磁性層22b。 例如通過(guò)IBD或者離子化PVD或者準(zhǔn)直P(pán)VD等以相對(duì)于襯底31面大致垂直的角度(與襯 底31的法線所成的角度、即成膜角度θ 3 = 0 25度)進(jìn)行第二磁性層22b的成膜。之 后，為了保護(hù)第一以及第二磁性層22a、22b，或者作為蝕刻停止層或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)停 止層，在第二磁性層22b上以相對(duì)于襯底31面大致垂直的角度(與襯底31的法線所成的 角度、即成膜角度θ4 = 0 45度)通過(guò)成膜形成第一覆蓋層23。然后，如圖5的(h)所示，在成膜形成第一覆蓋層之后，通過(guò)CMP或者銳角離子束 蝕刻(IBE)等，按照?qǐng)D5的(g)中的虛線使表面平坦化。然后，通過(guò)成膜形成第二覆蓋層24 之后，形成頂部屏蔽32。圖6是示意性地表示本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1的完成形態(tài)的概要 圖。如上所述，該磁傳感器層疊體1的讀取堆棧10形成為臺(tái)階形狀，第一臺(tái)階由AFM層13 形成，第二臺(tái)階由寬度小于AFM層13的FM堆棧18形成。硬偏置層疊體20的與臺(tái)階形狀的 接合壁面10a、10b相接觸的部分也具有對(duì)應(yīng)的臺(tái)階形狀。在該硬偏置層疊體20的臺(tái)階形 狀部分中，不僅FM堆棧18的壁附近的第一磁性層22a，AFM層13的壁上的第一磁性層22a 的結(jié)晶c軸也相對(duì)于接合壁面10a、10b大致垂直地一維(ID1)排列。并且，第二磁性層22b 在AFM層壁上的第一磁性層22a上外延生長(zhǎng)，因此該一維(ID1)第一磁性層22a上的第二 磁性層22b也一維(ID2)排列。這些一維(ID1UD2)排列的磁性層具有將來(lái)自遠(yuǎn)離讀取堆 棧10的第二磁性層22b的磁通會(huì)聚到自由層的功能。因而，在場(chǎng)區(qū)域22中的讀取堆棧10 附近上述一維(ID1UD2)磁性層的c軸被取向，因此偏置效應(yīng)不太依賴于晶粒直徑。并且， 位于自由層16的端部的接合壁面的局部磁場(chǎng)即使在條高度(深度)減少的情況下，也具有 變得更均勻的趨勢(shì)。即，利用臺(tái)階形狀的讀取堆棧10和第一磁性層22a的傾斜成膜，能夠 擴(kuò)大一維區(qū)域。通過(guò)圖17例示的IBD、PVD等來(lái)達(dá)到上述磁性的取向。但是，在較大襯底(晶圓 5 8英寸)的情況下，成膜的入射角度相對(duì)于襯底31面成為銳角，因此在CoPt成膜的初 始階段產(chǎn)生InBoard-OutBoard差(相對(duì)于讀取堆棧的襯底中心方向側(cè)和襯底外周側(cè)的膜
厚度差)。因此，在本實(shí)施方式的成膜方法中，使用圖7以及圖8示出的成膜裝置。圖7是示 意性地表示使用本實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的概要圖。圖8是示意性地表示使用本 實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的立體圖。如圖7以及圖8所示，該成膜裝置51例如是如下裝置通過(guò)IBD法在保持于襯底 保持構(gòu)件52上的襯底31上形成膜，在被傾斜保持的靶T的前方配置有狹縫快門(mén)53。襯底 保持構(gòu)件52具備未圖示的直線移動(dòng)部件，能夠以與快門(mén)53的狹縫54正交的方式沿直線移 動(dòng)。并且，該成膜裝置51具備與讀取堆棧10的接合壁面平行的細(xì)長(zhǎng)的未圖示的矩形陰極磁體。使用這種成膜裝置51，在與圖7的紙面呈直角的縱長(zhǎng)靶T下方以固定速度移動(dòng)或 者掃描襯底31。如圖8所示，讀取堆棧10的接合壁面處于被配置成與縱長(zhǎng)靶平行的狀態(tài)。 即，讀取堆棧10的接合壁面10a、10b沿著圖8中的y軸方向，例如如虛線A、B、B’、C、C’所 示，沿著χ軸方向被靶T濺射照射。如上述圖4的(d)所示，在臺(tái)階形狀的讀取堆棧10的接合壁面10a、10b兩側(cè)設(shè)置 有用于通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體20的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)域22。在襯底31上以多個(gè)同樣的布局平 行地形成這種圖案。即，在襯底上配置多個(gè)讀取堆棧10，在位于各讀取堆棧10兩側(cè)的場(chǎng)區(qū) 域22以相同工序?qū)盈B硬偏置層疊體。首先相對(duì)于襯底31面大致垂直入射來(lái)成膜形成底層21。幾乎所有成膜都在場(chǎng)區(qū) 域22上完成，在讀取堆棧10以及光致抗蝕劑掩模41a的壁上是非常薄的層。第一磁性層 22a通過(guò)兩個(gè)過(guò)程來(lái)形成。在第一過(guò)程中，一邊在靶T下方以固定速度移動(dòng)襯底31，一邊相對(duì)于襯底31面以 銳角在讀取堆棧10的一側(cè)接合壁面IOa(或者IOb)上形成薄膜直到從端至端成膜為止。 接著，在第二過(guò)程中，使襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在濺射磁通下使移動(dòng)，使之能夠以相同角度在 另一側(cè)接合壁面IOb (或者IOa)上成膜。最少通過(guò)次數(shù)為兩次，但是只要兩側(cè)的最終厚度 (15 40nm)相同，也可以增加通過(guò)(往復(fù))次數(shù)。以與襯底31面大致垂直的角度通過(guò)成膜形成第二磁性層22b，除了入射角度以外 能夠通過(guò)與第一磁性層22a相同的方法形成。第一覆蓋層(例如，Ta)與第二磁性層22b同 樣地形成。與接合壁面10a、IOb或者光致抗蝕劑掩模壁上相比，該Ta更多地在場(chǎng)區(qū)域22 上成膜。能夠通過(guò)使用了現(xiàn)行的IBD或者頻率60MHz的RF濺射的離子化PVD來(lái)成膜形成 底層21、第二磁性層22b以及第一覆蓋層23。但是，要使用圖7的成膜裝置51，通過(guò)使用上 述矩形靶T的方法來(lái)成膜形成第一磁性層22a。在本實(shí)施方式中，作為第一磁性層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體結(jié)構(gòu)來(lái)生長(zhǎng)，但認(rèn)為需要200°C以上的溫度。在這 種情況下，如果在傳感器層疊體的形成中使用硬掩膜和RIE(反應(yīng)離子蝕刻)，則在成膜形 成硬偏置層疊體時(shí)光致抗蝕劑掩模41a會(huì)消失，因此適于使用硬掩膜和RIE。能夠使Co-Pt (0001)晶面在MgO(OOl)晶面或者Cr (002)晶面上生長(zhǎng)。也就是說(shuō)， 能夠?qū)軸(磁各向異性的方向)形成在與接合壁面大致垂直的方向上。此外，假設(shè)這些襯底31上的所有讀取堆棧10以全部平行的方式被圖案形成。另 外，如圖8所示，在成膜期間，讀取堆棧10的接合壁面被保持為與矩形靶T平行。S卩，第一磁性層22a的成膜具有如下步驟在上述靶T下方以固定速度直線地移動(dòng) 襯底31，在讀取堆棧10的接合壁面10a、10b的一面進(jìn)行成膜。接著，具有如下步驟以襯 底31的中央垂直軸為中心使襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶T下方以固定速度直線地移動(dòng) 襯底31，在上述接合壁面10a、10b的另一面進(jìn)行成膜。另一方面，如上所述，對(duì)底層21、第二磁性層22b以及第一覆蓋層23進(jìn)行成膜的成 膜角度(濺射粒子等的入射角度)與形成第一磁性層22a的成膜角度不同。但是，在底層 21、第二磁性層22b以及第一覆蓋層23的情況下，也具有如下步驟在上述靶T下方以固定速度直線地移動(dòng)襯底31，在一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域22進(jìn)行成膜。接著，具有如下步驟以襯底31的 中央垂直軸為中心使襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶T下方以固定速度直線地移動(dòng)襯底31， 在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域22進(jìn)行成膜。關(guān)于上述各過(guò)程以及場(chǎng)區(qū)域的層疊過(guò)程中的成膜方法的算法，例如作為成膜控制 程序安裝到IBD系統(tǒng)的未圖示的控制系統(tǒng)所具備的HDD、ROM等存儲(chǔ)裝置中，利用CPU適當(dāng) 地讀取并執(zhí)行。記錄介質(zhì)是能夠由計(jì)算機(jī)讀取的便攜式記錄介質(zhì)，記錄在記錄介質(zhì)中的成膜控制 程序被安裝到上述存儲(chǔ)裝置中。作為記錄介質(zhì)可舉出compact flash (注冊(cè)商標(biāo))、smart media (注冊(cè)商標(biāo))、mem0ry stick (注冊(cè)商標(biāo))、多媒體卡、SD存儲(chǔ)卡等快閃存儲(chǔ)器系列。另 外，可舉出micro drive(注冊(cè)商標(biāo))等可換式硬磁盤(pán)系列、floppy(注冊(cè)商標(biāo))盤(pán)等磁記 錄系列。并且，可舉出MO等光磁記錄系列、CD-R、DVD-R、DVD+R、DVD-RAM、DVD+RW(注冊(cè)商 標(biāo))、PD等光盤(pán)等。接著，在規(guī)定范圍內(nèi)劃分出磁傳感器層疊體1中的磁阻元件10的AFM層13，與不 應(yīng)用第一本發(fā)明的示例進(jìn)行比較，研究第一本發(fā)明的作用效果。圖9的(a)是作為比較例而制作出的磁阻元件的AFM層及其晶粒的概要圖。關(guān)于 圖9的(a)示出的磁阻元件，F(xiàn)M堆棧的寬度Wf = AFM層的寬度Wa = 80nm, FM堆棧的條高 度hF = AFM層的條紋度hA = 80nm。如圖9的(a)所示，在80nmX80nm的范圍內(nèi)，AFM層 13由十個(gè)晶粒構(gòu)成。這些晶粒幾乎都是通過(guò)其尺寸并且通過(guò)相互的交換耦合而穩(wěn)定。當(dāng) 磁阻元件的尺寸減小到虛線所示30nm(寬度WF、WA) X40nm(條高度hF、hA)時(shí)，F(xiàn)M堆棧下方 的AFM層13的晶粒減少到七個(gè)晶粒，其中的五個(gè)(描繪有灰色陰影的晶粒)尺寸變小，因 此熱不穩(wěn)定。圖9的(b)是本實(shí)施方式的磁阻元件的AFM層及其晶粒的概要圖。如圖9的(b)所 示，示出FM堆棧18減小到與圖9的(a)的FM堆棧18相同的尺寸(30nm(寬度WF) X40nm(條 高度hF))，但是AFM層13沿著磁阻元件的寬度方向延伸的狀態(tài)、即AFM層13的尺寸為 SOnm(寬度WA) X40nm(條高度hA)的狀態(tài)。僅FM堆棧18下方的一個(gè)晶粒(描繪有灰色陰 影的晶粒)潛在地不穩(wěn)定。因而，通過(guò)擴(kuò)大AFM層13的寬度WA，熱穩(wěn)定性顯著提高。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的磁傳感器層疊體1及其成膜方法，具備多層結(jié)構(gòu)的 FM堆棧18的寬度Wf小于AFM層13的寬度Wa的臺(tái)階形狀的讀取堆棧10。因而，由于增大 了 TPI并且減小了 FM堆棧18的寬度WF，因此為了防止由熱引起的不穩(wěn)定性，要保持AFM層 13的寬度Wa或者AFM層13的寬度Wa設(shè)計(jì)得更大。但是由于臺(tái)階形狀的AFM層13和FM堆 棧18，從接合壁面10a、10b附近向場(chǎng)區(qū)域22延伸的第一磁性層22a與AFM層13和多層結(jié) 構(gòu)的FM堆棧18的寬度差相應(yīng)地變薄。在讀取堆棧兩側(cè)的接合壁面10a、10b附近成膜的第一磁性層22a和第二磁性層 22b的結(jié)晶c軸沿著ABS面延伸，起到取向?yàn)榕c接合壁面10a、IOb大致垂直方向這種良好的 效果。即，接合壁面附近的c軸一維(ID1UD2)排列，將偏置磁場(chǎng)有效地會(huì)聚到自由層16。 一維(ID1UD2)的磁性部分超過(guò)AFM層13的寬度Wa而延伸。與此相對(duì)，遠(yuǎn)離讀取堆棧兩側(cè) 的接合壁面10a、10b的場(chǎng)區(qū)域22中的第二磁性層22b的c軸二維(2D)隨機(jī)排列。認(rèn)為遠(yuǎn) 離該接合壁面10a、10b的區(qū)域的第二磁性層22b是由于第一晶種層和底層的傾斜入射(> 50度)成膜而OR稍微提高，但是未必是由于磁性層的傾斜成膜而產(chǎn)生的。
〈第二實(shí)施方式〉接著，參照?qǐng)D10以及圖11來(lái)說(shuō)明第二實(shí)施方式的磁傳感器層疊體100及其成膜 方法。圖10是相當(dāng)于第一實(shí)施方式的圖5的(f)、(g)的過(guò)程的概要圖。圖11是表示本實(shí) 施方式的磁傳感器層疊體的完成形態(tài)的概要圖。此外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同結(jié)構(gòu)的部件 附加相同的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。圖10中的硬偏置層疊體20是通過(guò)以往的成膜方法、即以與襯底31面大致垂直的 角度進(jìn)行成膜而得到的。磁性層122形成為在寬度大于FM堆棧18的AFM層13的上方突 出。通過(guò)平坦化處理來(lái)去除圖10中的虛線上方的硬偏置層疊體20的一部分。為了防止這種平坦化處理之后磁性層122與空氣接觸，優(yōu)選使用未圖示的綜合的 全真空成膜裝置來(lái)進(jìn)行。該成膜裝置具備中央真空模塊，該中央真空模塊具有晶圓處理用 機(jī)器人，在該中央真空模塊中具備BE以及PVD模塊。一邊使襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)一邊以銳角進(jìn)行蝕刻來(lái)進(jìn)行平坦化處理。之后，在PVD模塊中 對(duì)露出的磁性層122以及FM堆棧18覆蓋第二覆蓋層24。該第二覆蓋層24作為保護(hù)層而 發(fā)揮功能，并且還作為用于層疊頂部屏蔽層32的屏蔽層而發(fā)揮功能。平坦化處理還可以包 含CMP工藝。另外，也可以在通過(guò)成膜形成第二覆蓋層24和頂部屏蔽層32之前對(duì)氧化的 磁性層122的表面進(jìn)行蝕刻。如圖11所示，與第一實(shí)施方式同樣地，本實(shí)施方式的讀取堆棧10在AFM層13上 的一部分具備FM堆棧18，將沿著其接合壁面10a、IOb相對(duì)的方向的FM堆棧18最上表面的 寬度Wf設(shè)定為小于沿著相同方向的AFM層13最上表面的寬度WA。即，讀取堆棧10形成為 例如在截面較寬的臺(tái)階形狀的AFM層13上層疊了寬度比該AFM層13窄的臺(tái)階形狀的FM 堆棧18而成的臺(tái)階形狀。在本實(shí)施方式中，上述接合壁面10a、10b附近的磁性層122的c軸取向?yàn)檠刂鳤B S面。即，上述接合壁面10a、10b附近的磁性層122的c軸相對(duì)于AFM層13以及FM堆棧 18的接合壁面10a、IOb兩者大致垂直且一維(ID)地排列，從而將偏置磁場(chǎng)有效地會(huì)聚到自 由層16。該一維(ID)的磁性層部分超過(guò)AFM層13的寬度Wa而延伸。與此相對(duì)，遠(yuǎn)離上述 接合壁面10a、10b的場(chǎng)區(qū)域22中的磁性層122的c軸二維(2D)隨機(jī)排列。因而，本實(shí)施 方式的磁傳感器層疊體100基本上起到與第一實(shí)施方式相同的作用效果?！吹谌龑?shí)施方式〉[磁傳感器層疊體的結(jié)構(gòu)]首先，參照?qǐng)D12以及圖13來(lái)說(shuō)明具備磁阻元件的磁傳感器層疊體的結(jié)構(gòu)。圖12 是示意性地表示本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體的概要圖。圖13是表示本實(shí)施方式 所涉及的磁傳感器層疊體的與層疊方向垂直的輪廓的概要圖。如圖12所示，本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器層疊體1在襯底31上的大致中央部 具備磁阻元件(讀取堆棧)10，該磁阻元件10由組成不同的多個(gè)層疊膜構(gòu)成，具有通過(guò)施加 磁場(chǎng)而電阻值變動(dòng)的磁阻效應(yīng)。另外，磁傳感器層疊體1在上述讀取堆棧10的相對(duì)的兩個(gè) 接合壁面10a、10b的側(cè)方的場(chǎng)區(qū)域22中具備硬偏置層疊體20，該硬偏置層疊體20對(duì)上述 讀取堆棧10施加偏置磁場(chǎng)。這樣，磁傳感器層疊體1在襯底31上具備單一或者多個(gè)讀取 堆棧10和硬偏置層疊體20，是對(duì)用于讀取硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等的磁讀取頭的傳感器進(jìn)行劃分之 前的中間產(chǎn)品。
圖12例示的讀取堆棧10是在自由層16的正下方具備氧化物勢(shì)壘層(MgO)的磁隧 道接合體(MTJ)。并不限于此，讀取堆棧10也可以是具有較低電阻的電流垂直于平面(CPP) 型的巨磁阻接合體(GMR)。具體地說(shuō)，讀取堆棧10例如被層疊在由MFe等軟磁性體構(gòu)成的底部屏蔽層(襯 底)31上，主要具備作為反鐵磁性層的反鐵磁性強(qiáng)化層(AFM層)13、合成反鐵磁性層(SAF 層)14、隔板層15以及鐵磁性自由層16。AFM層13例如由IrMn等反鐵磁性體形成。AFM層13例如根據(jù)需要隔著未圖示的 由Ta等構(gòu)成的預(yù)置晶種層(圖14的11)以及由Ru等構(gòu)成的第三晶種層(圖14的12)而 層疊在上述底部屏蔽層31上。SAF層14包括兩個(gè)鐵磁性體層14a、14c,該兩個(gè)鐵磁性體層14a、14c通過(guò)較薄的 耦合層(非磁性層或者隧道絕緣體層)14b而逆向耦合。SAF層14的鐵磁性體層包括固定 層14a和參考層14c，該固定層14a與AFM層13接觸，該參考層14c與耦合層14b接觸。隔板層15包括非磁性層或者隧道絕緣體層，例如由MgO等氧化物層形成。自由層16例如由CoFeB等鐵磁性體形成，也可以是在CoFeB等鐵磁性體層上層疊 了 Ta層、NiFe層而得到的層。自由層16被施加偏置磁場(chǎng)而取向?yàn)榕c參考層14c成直角。 根據(jù)該配置，能夠提高傳感器靈敏度，對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)介質(zhì)的外部磁場(chǎng)提供線性響應(yīng)。還將偏置 磁場(chǎng)稱為“硬偏置”，期望在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的壽命期間被保持為固定。并且硬偏置防止在自由 層16形成磁區(qū)。通過(guò)了讀取堆棧10的磁阻變化由參考層14c與自由層16之間的磁化的 相對(duì)方向來(lái)決定。根據(jù)需要，例如利用從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C等中選擇的未圖示的第 三覆蓋層(圖14的17a、17b)來(lái)覆蓋自由層16。如上所述，在襯底31上的場(chǎng)區(qū)域22上通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體20，該硬偏置層 疊體20包含具備晶粒的磁性層26，該晶粒具有結(jié)晶c軸。如圖13所示，在本實(shí)施方式的磁傳感器層疊體1中，在遠(yuǎn)離讀取堆棧10的場(chǎng)區(qū)域 22中，磁性層26的c軸(晶粒磁化軸)成為一維取向(ID)。該磁性層26的c軸的取向在 其膜面內(nèi)沿著ABS面，與接合壁面10a、10b大致垂直。再次參照?qǐng)D12，磁性層26例如由從Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它們的合金群中選擇的 具有六方晶體結(jié)構(gòu)(hep)的合金形成。并不限于此，磁性層26也可以由從Fe-Pt、C0-Pt以 及它們的合金群中選擇的面心四方晶體結(jié)構(gòu)(fct)的合金形成。在本實(shí)施方式中，在底部屏蔽層31上至少隔著底層21和絕緣層19而層疊磁性層 26。根據(jù)需要而層疊絕緣層19。絕緣層19被配置在場(chǎng)區(qū)域22下部以及讀取堆棧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。該絕緣層19例如在場(chǎng)區(qū)域22具有2 IOnm的厚度，在接合壁面具有2 5nm的厚度。底層21 例如由從 W-Ti、RuAl、CrNb、Cr-Ti、Cr-Mo 等 Cr、Ti、Nb、Ta、W、Ru、Al 以及 它們的合金群中選擇的體心立方晶體結(jié)構(gòu)(bcc)的合金形成。該底層21例如在場(chǎng)區(qū)域具 有3 Snm的厚度，在接合壁面具有小于3nm的厚度。優(yōu)選在絕緣層19上隔著第二晶種層25來(lái)成膜形成該底層21。第二晶種層25例 如由Ta-N、Nb-N或者RuAl-N等金屬氮化物、Co-W形成。該第二晶種層25例如在場(chǎng)區(qū)域具有3 Snm的厚度，在接合壁面具有小于3nm的厚度。并且，根據(jù)需要，例如利用從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C中選擇的第一覆蓋層23來(lái)覆蓋磁性層26。并且，磁傳感器層疊體1在上述絕緣層19下具備底部屏蔽層31，在上述第一覆蓋 層23上具備頂部屏蔽層32。這些屏蔽層31、32例如由NiFe等軟磁性體形成。S卩，讀取堆 棧10與硬偏置層疊體20被夾持在兩個(gè)較厚的軟磁性屏蔽層31、32之間。這些屏蔽層31、 32之間成為引線間隙(RG)。[磁傳感器層疊體的成膜方法]接著，參照?qǐng)D7以及圖14至圖20說(shuō)明本實(shí)施方式的磁傳感器層疊體1的成膜方 法，并且說(shuō)明上述磁傳感器層疊體1的作用。圖14是表示在磁阻元件上配置光致抗蝕劑掩 模而得到的磁傳感器層疊體的概要圖。圖15是表示在場(chǎng)區(qū)域成膜形成構(gòu)成本實(shí)施方式的 磁傳感器層疊體的硬偏置層疊體的過(guò)程的工序圖。如圖14以及圖15所示，首先在襯底31上層疊構(gòu)成讀取堆棧10的多個(gè)層來(lái)制作 磁傳感器層疊體1(S21)。作為襯底31例如采用包括MFe等軟磁性體的底部屏蔽層。此 外，例如根據(jù)需要在底部屏蔽層(襯底)31上隔著由Ta等構(gòu)成的預(yù)置晶種層11以及由Ru 等構(gòu)成的第三晶種層12來(lái)層疊構(gòu)成讀取堆棧10的AFM層13。接著，在進(jìn)行光致抗蝕劑(PR)的涂覆、圖案形成以及顯影之后，將光致抗蝕劑作 為掩模41而進(jìn)行蝕刻處理，從而形成截面形狀呈臺(tái)階形狀的讀取堆棧10(S22)。光致抗蝕 劑掩模41用于在進(jìn)行蝕刻處理時(shí)對(duì)讀取堆棧10的一部分進(jìn)行掩模。蝕刻處理例如采用離 子束蝕刻(IBE)或者反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)。在使用RIE的情況下，也可以在讀取堆棧結(jié)構(gòu) 層上形成硬掩膜。在這種情況下，光致抗蝕劑掩模41被使用于最初形成硬掩膜，在對(duì)上述 讀取堆棧結(jié)構(gòu)層進(jìn)行蝕刻之前，通過(guò)氧氣灰化處理工藝等來(lái)去除。在進(jìn)行蝕刻處理之后，在包含光致抗蝕劑掩模41的讀取堆棧10及其接合壁面 IOaUOb的側(cè)方覆蓋絕緣層19(S23)。絕緣層19的覆蓋優(yōu)選使用Al2O3或者SiO2等氧化 物絕緣體(3 5nm)，例如使用物理氣相生長(zhǎng)法(PVD)、離子束蒸鍍法(IBD)、原子層蒸鍍法 (ALD)或者化學(xué)氣相生長(zhǎng)法(CVD)等成膜方法。ALD法、CVD法具有能夠進(jìn)形成膜這種優(yōu)點(diǎn)。接著，在上述絕緣層19上成膜形成硬偏置層疊體20的薄膜。在本實(shí)施方式的硬 偏置層疊體20的情況下，在上述絕緣層19上方通過(guò)成膜形成第二晶種層25和底層21 (S24 以及S25)，接著成膜形成磁性層26和第一覆蓋層23 (S26)。具體地說(shuō)，首先在上述絕緣層19上以與襯底31的法線成超過(guò)45度而不足90度 的成膜角度、優(yōu)選60 75度的成膜角度，沿著接合壁面的方向通過(guò)傾斜成膜形成第二晶種 層25(S24)。該第二晶種層25例如由Ta-N等金屬氮化物形成，也可以在處理氣體(Ar等) 和N2氣體氣氛中進(jìn)行反應(yīng)性成膜，在這種情況下的N2的部分壓力優(yōu)選為10 30%。或者 也可以使用氮化物靶來(lái)成膜形成第二晶種層25。接著，在該第二晶種層25上以與襯底31的法線成超過(guò)45度而不足90度的成膜 角度、優(yōu)選50 70度的成膜角度，沿著接合壁面的方向通過(guò)傾斜成膜形成底層21 (S25)。在本實(shí)施方式中，使用圖7以及圖16示出的成膜裝置來(lái)傾斜成膜形成第二晶種層 25和底層21。圖7是示意性地表示使用本實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的概要圖。圖 16是示意性地表示使用本實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置的立體圖。
如圖7以及圖16所示，該成膜裝置51例如是如下裝置通過(guò)IBD法在保持于襯底 保持構(gòu)件52上的襯底31上形成膜，在被傾斜保持的靶T的前方配置有狹縫快門(mén)53。襯底 保持構(gòu)件52具備未圖示的直線移動(dòng)部件，能夠以與快門(mén)53的狹縫54正交的方式直線地移 動(dòng)。使用這種成膜裝置51，在與圖7的紙面成直角的縱向靶T下方以固定速度移動(dòng)或者掃 描襯底31。如圖16所示，讀取堆棧10的接合壁面處于被配置成與縱向靶垂直的狀態(tài)。即，讀 取堆棧10的接合壁面10a、10b沿著圖16中的y軸方向，例如如虛線A、B、B’、C、C’所示， 沿著y軸方向被靶T濺射照射。在襯底31上以多個(gè)同樣的布局平行地形成這種讀取堆棧10的圖案。S卩，在襯底 31上配置多個(gè)讀取堆棧10，在位于各讀取堆棧10兩側(cè)的場(chǎng)區(qū)域22中以相同工序成膜形成 第二晶種層25和底層21。由該成膜裝置51通過(guò)兩個(gè)過(guò)程來(lái)進(jìn)行傾斜成膜。即，在第一過(guò)程中，一邊在靶T 下方以固定速度移動(dòng)襯底31，一邊在元件接合壁面10a、10b和場(chǎng)區(qū)域22上進(jìn)行傾斜成膜 直到從襯底31的端至端成膜為止。接著，在第二過(guò)程中，使襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)180度，一邊在靶 T下方使移動(dòng)，一邊在元件接合壁面10a、10b和場(chǎng)區(qū)域22上進(jìn)行傾斜成膜。最少通過(guò)次數(shù) 為至少是往復(fù)這兩次，但是也可以增加通過(guò)(往復(fù))次數(shù)。這樣，通過(guò)成膜形成第二晶種層 25和底層21，能夠使膜厚均勻地成膜。并且，在底層21上以與襯底31的法線成0 30度的成膜角度來(lái)成膜形成磁性層 26(S26)。在本實(shí)施方式中，以接近于與襯底31面大致垂直的角度來(lái)成膜形成磁性層26，因 此能夠使用圖17示出的現(xiàn)行的離子束蒸鍍(IBD)系統(tǒng)或者離子化PVD來(lái)成膜。圖17是表 示IBD系統(tǒng)的一例的概要圖。如圖17所示，該IBD系統(tǒng)61具備束照射裝置62，其向靶T照射離子束；轉(zhuǎn)動(dòng)輪 63，其裝載多個(gè)靶T ；以及襯底保持構(gòu)件64，其保持襯底31。束照射裝置62的離子束IB通過(guò)電偏置的網(wǎng)格G而從等離子體源引出，朝向照射 靶T。通過(guò)使束IB朝向特定的角度，能夠使幾乎所有的濺射粒子蒸鍍到襯底保持構(gòu)件64上 的襯底31。轉(zhuǎn)動(dòng)輪63呈多角形狀(例如六角形狀)，具有靶裝載面63a，在這些裝載面63a上 裝載靶T。作為靶材料例如采用CoPt等。轉(zhuǎn)動(dòng)輪63進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以使通過(guò)離子束IB而被濺射 的靶材料朝向襯底31并與襯底31相對(duì)。此外，靶裝載面63a的大小通常為40cmX30cm。襯底保持構(gòu)件64在與轉(zhuǎn)動(dòng)輪63上的照射靶T相對(duì)的臺(tái)64a上保持襯底31。該襯 底保持構(gòu)件64構(gòu)成為能夠通過(guò)未圖示的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件而轉(zhuǎn)動(dòng)，為了提高成膜的均勻性，在 蒸鍍中轉(zhuǎn)動(dòng)襯底31。另外，襯底保持構(gòu)件64能夠使臺(tái)64a傾斜來(lái)變更襯底31相對(duì)于來(lái)自 照射靶T的入射粒子的角度。此外，能夠?qū)囊r底31至照射靶的距離設(shè)為例如大于40cm。該距離越大，入射粒 子的平行照射越得到改善，但是會(huì)變得無(wú)法良好地使用靶，使真空室變大。接著，在磁性層26上以與襯底31的法線成0 30度的相對(duì)于襯底面大致垂直的 成膜角度來(lái)成膜形成第一覆蓋層23(S27)。如上所述，以相對(duì)于襯底面大致垂直的角度通過(guò)成膜形成磁性層26和第一覆蓋 層23，因此能夠通過(guò)圖17例示的現(xiàn)行的IBD、PVD等來(lái)成膜。但是，在較大襯底(5 8英寸)31的情況下，容易產(chǎn)生IB-OB (內(nèi)板-外板)的問(wèn)題。因此，通過(guò)使用圖7以及圖8示出的成膜裝置51往復(fù)成膜來(lái)形成磁性層26和第 一覆蓋層23，能夠消除IB-OB(內(nèi)板-外板)的問(wèn)題。具體地說(shuō)，在沿著襯底31的長(zhǎng)度方 向、即與圖8示出的上述磁阻元件10的接合壁面平行的細(xì)長(zhǎng)的靶下方，以固定速度直線地 移動(dòng)襯底31，而在一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域22通過(guò)成膜形成磁性層26和第一覆蓋層23。接著，以襯 底31的中央垂直軸為中心將襯底31轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方，以固定速度直線地移動(dòng)襯 底31，而在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域22進(jìn)行成膜。最后，在對(duì)讀取堆棧10和硬偏置層疊體20的表面進(jìn)行平滑化處理之后(S28)，在 上述第一覆蓋層23上配置例如由NiFe等軟磁性體構(gòu)成的頂部屏蔽層32。即，讀取堆棧10 和硬偏置層疊體20被兩個(gè)較厚的軟磁性屏蔽層31、32夾持。本實(shí)施方式的成膜方法的算法例如作為成膜控制程序安裝到上述成膜裝置51等 的未圖示的控制系統(tǒng)所具備的硬盤(pán)、ROM等存儲(chǔ)裝置，由CPU適當(dāng)?shù)刈x取并執(zhí)行。記錄介質(zhì)是能夠由計(jì)算機(jī)讀取的便攜式記錄介質(zhì)，記錄到記錄介質(zhì)的成膜控制 程序被安裝到上述存儲(chǔ)裝置中。作為記錄介質(zhì)可舉出compact flash (注冊(cè)商標(biāo))、smart media (注冊(cè)商標(biāo))、mem0ry stick (注冊(cè)商標(biāo))、多媒體卡、SD存儲(chǔ)卡等快閃存儲(chǔ)器系列。另 外，可舉出micro drive(注冊(cè)商標(biāo))等可換式硬磁盤(pán)系列、floppy(注冊(cè)商標(biāo))盤(pán)等磁記 錄系列。并且，可舉出MO等光磁記錄系列、CD-R、DVD-R、DVD+R、DVD-RAM、DVD+RW(注冊(cè)商 標(biāo))、PD等光盤(pán)等。圖18是表示硬偏置層疊體的層結(jié)構(gòu)以及硬偏置層疊體的磁化環(huán)的概要圖。在 圖18中，(a)是硬偏置層疊體的層結(jié)構(gòu)，為從上層起是第一覆蓋層23(WTi)3nm/磁性層 26 (CoPt) 20nm/ 底層 21 (WTi) 4nm/ 第二晶種層 25 (Ta-N) 3、4、5nm/ 熱氧化膜 / 襯底 31 (Si) 的結(jié)構(gòu)。(b)與底層21 (WTi)Snm/襯底31 (SiO2)上的二維各向同性CoPt磁性層26對(duì)應(yīng)。 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 環(huán)。在此，磁性層26的膜厚度為10 30nm。如圖18的(c) (e)所示，OR隨著第二晶種層25的厚度tl (Ta-N)的增加而增加， 對(duì)于tl = 4nm觀察到稍微高的He。要關(guān)注的是第二晶種層25和底層21的合計(jì)厚度小于 IOnm,即使以接近于與襯底面大致垂直的角度來(lái)成膜形成磁性層26，也提高了方形性。并 且，對(duì)于tl =4以及5nm，觀察到實(shí)測(cè)值1.6這種超過(guò)1.5的較大的矯頑力取向比(OR值) 和實(shí)測(cè)值大約為0. 95這種超過(guò)0. 9的矩形比。此外，當(dāng)在得到磁各向異性的膜中測(cè)量磁化 容易軸時(shí)，通常矩形比接近1，相反磁化困難軸側(cè)的矩形比變低。在本實(shí)施方式中，在Ti結(jié)構(gòu)比為10原子％< Ti < 30原子％、優(yōu)選10原子％的 W-Ti的底層21時(shí)，發(fā)現(xiàn)了以特別小厚度值成為OR > 1的最佳結(jié)果。實(shí)際上，當(dāng)使用CrTi和CrMo這種Cr合金作為第二晶種層25時(shí)，OR或者矯頑力 Hc明顯減小。另一方面，如Shibamoto等關(guān)于介質(zhì)用途報(bào)告那樣，CrNb (Nb的結(jié)構(gòu)比大約30 原子量％ )會(huì)使OR大于1并且示出與圖18的(b)大致相同的磁性環(huán)形狀。接著，使用XRD(X射線衍射裝置)測(cè)量數(shù)據(jù)等來(lái)研究本實(shí)施方式的成膜方法中的 結(jié)晶生長(zhǎng)。圖19是表示在Ta-N第二晶種層25以及W-Ti底層21上成膜的CoPt磁性層26 的XRD譜的說(shuō)明圖。此外，硬偏置層疊體20的層結(jié)構(gòu)為從上層起是第一覆蓋層23/磁性層 26 (CoPt) 20nm/底層21 (WTi) 5nm/第二晶種層25 (Ta-N) 5nm/熱氧化膜/襯底31 (Si)的層結(jié)構(gòu)。另外，第二晶種層25 (Ta-N)是以70度的成膜角度來(lái)沿著接合壁面的方向被傾斜成膜， 底層21 (WTi)是以60度的成膜角度來(lái)沿著接合壁面的方向被傾斜成膜，磁性層26 (CoPt) 是以接近于與襯底31面大致垂直的角度來(lái)成膜。根據(jù)圖19的XRD數(shù)據(jù)可知，通過(guò)傾斜成膜形成第二晶種層25和底層21，則即使 以大致接近垂直的角度來(lái)成膜形成磁性層26 (CoPt)，磁性層26的c軸在膜面內(nèi)也沿著ABS 面取向一維(ID)。在XRD數(shù)據(jù)中能夠確認(rèn)Co (100)的峰值，因此能夠判斷這些。另一方面，圖19的Co(002)的峰值表示襯底垂直方向的取向，是從測(cè)量的特性上 被表現(xiàn)的峰值，通過(guò)確認(rèn)圖18的(c)、(d)的磁滯回線，可知沒(méi)有襯底垂直方向的取向。這 是由于，在取向?yàn)橐r底垂直方向的情況下，會(huì)出現(xiàn)圖20的虛線L示出的磁滯回線。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)實(shí)現(xiàn)第二晶種層25以及底層21的材質(zhì)、膜厚、濺 射入射角度的最佳化，能夠提高磁性層26的磁各向異性。這樣在上述第二晶種層25和底 層21上形成的磁性層26是六方晶體結(jié)構(gòu)(hep)的Co-Pt系列合金，在層內(nèi)不存在間隙。并 且，具有具有(10.0)晶面，在磁性層26的膜面內(nèi)，磁性層26的c軸沿著ABS面而一維取向 (ID)，具有超過(guò)0. 9的矩形比。即，在磁性層26的膜面內(nèi)，磁性層26的c軸取向?yàn)榕c接合 壁面大致垂直的方向，因此能夠使磁通會(huì)聚到讀取堆棧10?！吹谒膶?shí)施方式〉接著，參照?qǐng)D21來(lái)說(shuō)明使用第四實(shí)施方式的成膜方法的成膜裝置。圖21是示意 性地表示本實(shí)施方式的成膜裝置的概要圖。此外，對(duì)與第三實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素附加 相同的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。如圖21所示，本實(shí)施方式的成膜裝置71具備靶保持構(gòu)件72，其保持靶T ；陰極 73，其前面具備該靶保持構(gòu)件72 ；以及襯底保持構(gòu)件74，其保持襯底31。并且，該成膜裝置 71在靶T與襯底31之間具備截面呈圓弧形狀的快門(mén)75，該快門(mén)75具有狹縫76。襯底保持構(gòu)件74的后端側(cè)具備與靶T的長(zhǎng)度方向平行的未圖示的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在成膜 工藝中，使襯底31繞該軸周圍轉(zhuǎn)動(dòng)(P1)。并且，該襯底保持構(gòu)件74構(gòu)成為能夠以ζ 1軸為 中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。陰極73的后端側(cè)具備與靶T的長(zhǎng)度方向平行的未圖示的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在成膜工藝中， 靶T繞該軸周圍搖動(dòng)(P2)。襯底31的搖動(dòng)(Pl)和靶T的搖動(dòng)(P2)在相反方向上搖動(dòng)。此外，快門(mén)75沿著其周方向搖動(dòng)(P3)，在成膜工藝前后能夠關(guān)閉狹縫76。接著，說(shuō)明本實(shí)施方式的磁傳感器層疊體1的成膜方法。圖22是表示在本實(shí)施方 式的成膜方法中在場(chǎng)區(qū)域形成硬偏置層疊體的薄膜的過(guò)程的工序圖。圖23是表示使用本 實(shí)施方式的成膜裝置的情況下的成膜狀況的說(shuō)明圖。圖24是表示本實(shí)施方式的成膜方法 中的修整過(guò)程的說(shuō)明圖。如圖22以及圖23所示，關(guān)于在場(chǎng)區(qū)域22形成硬偏置層疊體20的薄膜的工序的 具體過(guò)程，首先，使用上述成膜裝置71，以與襯底31的法線成超過(guò)45度而不足90度的成 膜角度、優(yōu)選60 75度的成膜角度來(lái)沿著接合壁面的方向通過(guò)傾斜成膜形成第二晶種層 25(S31)。在成膜工藝中，使襯底31和靶T向相反方向上搖動(dòng)，但是在搖動(dòng)中不轉(zhuǎn)動(dòng)襯底 31。在成膜工藝完成一次之后，使襯底31沿著zl軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，再次進(jìn)行搖動(dòng)。此外，有時(shí) 在濺射粒子S相對(duì)于襯底31所形成的角度從θ變化至-θ的情況下使用一次搖動(dòng)。接著，使用上述成膜裝置71，以與襯底31的法線成超過(guò)45度而不足90度的成膜角度、優(yōu)選50 70度的成膜角度來(lái)沿著接合壁面的方向通過(guò)傾斜成膜形成底層21 (S32)。 在這種情況下也同樣地，在成膜工藝完成一次之后，使襯底31沿著ζ 1軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°，再次進(jìn) 行搖動(dòng)。當(dāng)使用縱向靶T并通過(guò)上述成膜裝置71進(jìn)行成膜時(shí)，接合壁面10a、IOb兩側(cè)的膜 厚差有可能變得較明顯。圖23是與八英寸襯底31上的圖案有關(guān)的計(jì)算出的輪廓。靶T的 長(zhǎng)度是450nm，靶T與襯底31的間隔為100mm。接合壁面10a、IOb上的膜厚為遠(yuǎn)離這些壁 面的場(chǎng)區(qū)域22上的膜厚的大約35%左右。例如在第二晶種層25與底層21的合計(jì)膜厚為 IOnm的情況下，該厚度為3. 5nm。當(dāng)加上3 5nm的絕緣層的厚度時(shí)，磁性層26與讀取堆 棧10之間的距離大約成為兩倍。這使磁場(chǎng)偏置效應(yīng)降低。如圖24所示，為了減小接合壁 面10a、IOb兩側(cè)的厚度差，優(yōu)選對(duì)接合壁面10a、IOb上的第二晶種層25和底層21的厚側(cè) 進(jìn)行IBE處理來(lái)進(jìn)行修整。如果進(jìn)行銳角蝕刻，與場(chǎng)區(qū)域22上的膜相比，能夠選擇性地蝕 刻接合壁面10a、IOb上的膜。S卩，如圖23的(b)所示，在與搖動(dòng)(Pan)方向正交的方向上，接合壁面兩側(cè)的厚度 產(chǎn)生偏置(1.0 1.30或者1.30 1.0)。因此，如圖24所示，以與襯底31的法線成超過(guò) 60度而不足90度的成膜角度、優(yōu)選80度以下的成膜角度來(lái)對(duì)接合壁面厚側(cè)的第二晶種層 25和底層21進(jìn)行離子束蝕刻(IBE)，進(jìn)行修整使得兩側(cè)的厚度相等(S33)。并且，以與襯底31的法線成0 30度成膜角度的接近于與襯底31面大致垂直的 成膜角度來(lái)成膜形成磁性層26 (S34)。對(duì)于磁性層26的成膜，也能夠使用上述成膜裝置71， 在不產(chǎn)生IB-OB (內(nèi)扳-外板)的問(wèn)題的情況下，以接近于與襯底31面大致垂直的角度進(jìn) 行成膜。或者在能夠?qū)⒌讓?1的表面保持在真空氣氛的情況下，也可以過(guò)渡到IBD或者離 子化PVD模塊那樣的其它室來(lái)進(jìn)行磁性層26的成膜(參照第三實(shí)施方式)。最后，以與襯底31的法線成0 30度的接近于與襯底31面大致垂直的成膜角度 來(lái)成膜形成第一覆蓋層23(S35)。本實(shí)施方式的成膜方法的算法例如作為成膜控制程序安裝到上述成膜裝置71的 未圖示的控制系統(tǒng)所具備的硬盤(pán)、ROM等存儲(chǔ)裝置，有CPU適當(dāng)?shù)刈x取并執(zhí)行。記錄介質(zhì)是能夠由計(jì)算機(jī)讀取的便攜式記錄介質(zhì)，記錄到記錄介質(zhì)的成膜控制程 序被安裝到上述存儲(chǔ)裝置中。作為記錄介質(zhì)可舉出第三實(shí)施方式所例示的介質(zhì)。本實(shí)施方式的成膜方法起到與第三實(shí)施方式的成膜方法基本相同的作用效果。特 別是，在本實(shí)施方式中，由于增加了進(jìn)行IBE處理的過(guò)程而使過(guò)程增加，但是起到能夠?qū)Φ?二晶種層25和底層21的膜厚進(jìn)行控制這種特有的效果。<第五實(shí)施方式>第五實(shí)施方式是將上述成膜方法應(yīng)用于連續(xù)處理裝置的情況下的應(yīng)用例。圖25 是表示本實(shí)施方式的連續(xù)處理裝置的裝置結(jié)構(gòu)例的俯視圖。此外，對(duì)與第三實(shí)施方式相同 的結(jié)構(gòu)要素附加相同的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。如圖25所示，連續(xù)處理裝置81在中央具備能夠排成真空的輸送室(芯室)82，在 該輸送室82內(nèi)具備由搬運(yùn)機(jī)器人等構(gòu)成的未圖示的輸送機(jī)構(gòu)。在該輸送室82通過(guò)未圖示 的閘閥內(nèi)與四基室83 86相連接。具體地說(shuō)，在輸送室82通過(guò)閘閥分別與進(jìn)行離子束蝕 刻處理(IBE)的蝕刻處理室83和成膜形成絕緣層19的成膜室84相連接。并且，在輸送室 82通過(guò)間閥分別與進(jìn)行入射控制型濺射處理(CIS)的傾斜成膜室85和通過(guò)離子束蒸鍍法(IBD)/離子化物理氣相蒸鍍法(iPVD)進(jìn)行成膜的成膜室86相連接。并且，在輸送室82與 用于在真空空間與空氣之間取出和放入襯底31的兩基裝載鎖定模塊87相連接。如圖25所示，關(guān)于該連續(xù)處理裝置81的處理工序的具體過(guò)程，首先，通過(guò)裝載鎖 定模塊87將包含讀取堆棧構(gòu)成層以及顯影后的光致抗蝕劑41的襯底盒導(dǎo)入到主裝置內(nèi)。 然后，通過(guò)輸送室82內(nèi)的搬運(yùn)機(jī)器人將單一襯底31移送到蝕刻處理室83，由此形成讀取堆 棧10。在形成讀取堆棧10之后，將襯底31移送到絕緣層成膜室84，從而成膜形成絕緣層 19。此外，也可以通過(guò)襯底偏置工藝而稍微進(jìn)行Ar蝕刻。在形成絕緣層19的薄膜之后，將襯底31移送到傾斜成膜室85，傾斜形成第二晶種 層25和底層21的薄膜。然后，將襯底31再次移送到蝕刻處理室83，通過(guò)IBE來(lái)對(duì)接合壁 面10a、10b —側(cè)的第二晶種層25和底層21的厚側(cè)進(jìn)行修整。接著，將襯底31移送到傾斜成膜室85或者移送到IBD/iPVD成膜室86，以接近于 與襯底面大致垂直的角度成膜形成磁性層26和第一覆蓋層23。最后，將襯底31再次返回到蝕刻處理室83來(lái)實(shí)施平坦化處理或者移送到搬出側(cè) 的裝載鎖定模塊87，在外部通過(guò)CMP等來(lái)實(shí)施平坦化處理。本實(shí)施方式的成膜方法起到與第三實(shí)施方式的成膜方法基本相同的作用效果。特 別是，在本實(shí)施方式中，起到能夠在真空氣氛下連續(xù)進(jìn)行處理這種特有的效果。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是這些是用于說(shuō)明本發(fā)明的例示，沒(méi)有僅 由該實(shí)施方式限定本發(fā)明的范圍的意思。本發(fā)明在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)能夠以與上述實(shí) 施方式不同的各種方式實(shí)施。例如，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了通過(guò)IBD進(jìn)行成膜的成膜方法，但是還能夠應(yīng)用 于PVD等其它成膜方法。
權(quán)利要求
一種磁傳感器層疊體，其特征在于，在襯底上具有磁阻元件和場(chǎng)區(qū)域，該磁阻元件通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)，該場(chǎng)區(qū)域在上述磁阻元件相對(duì)的接合壁面的側(cè)方包含對(duì)上述磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的磁性層，上述磁阻元件至少在反鐵磁性層上的一部分具備鐵磁性堆棧，沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述鐵磁性堆棧最上表面的寬度被形成為小于沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述反鐵磁性層的最上表面的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述反鐵磁性層的最上表面的寬度為上述鐵磁性堆棧的最上表面的寬度的2. 5倍以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述磁性層由從Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它們的合金群中選擇的具有六方晶體結(jié)構(gòu) (hep)的合金形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述磁性層包含具有磁性粒子的第一和第二磁性層，其中，該磁性粒子具有結(jié)晶c軸， 上述第一磁性層在上述場(chǎng)區(qū)域被配置成與上述接合壁面相鄰，上述第一磁性層的結(jié)晶 c軸被排列為在膜面內(nèi)沿著ABS面而取向，上述第二磁性層在上述場(chǎng)區(qū)域被配置成與上述第一磁性層相鄰，上述第二磁性層的結(jié) 晶c軸方向在面內(nèi)隨機(jī)地分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述第一磁性層由從Fe-Pt、Co-Pt以及它們的合金群中選擇的具有面心四方晶體結(jié) 構(gòu)(fct)的合金形成，上述第二磁性層由從Co-Pt、Co-Cr-Pt以及它們的合金群中選擇的具有六方晶體結(jié)構(gòu) 的合金形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，在上述場(chǎng)區(qū)域和上述接合壁面具備從Cr、Cr-Mo、Cr-Ti、Nb、Ta、W以及它們的合金群中 選擇的具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)(bcc)的合金的底層，上述底層在上述場(chǎng)區(qū)域具有3 Snm的厚度而在上述接合壁面上具有小于3nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述場(chǎng)區(qū)域和上述接合壁面具備從CrB、CrTiB、MgO、Ru、Ta、Ti以及它們的合金群中選 擇的第一晶種層，上述第一晶種層在上述場(chǎng)區(qū)域具有小于Inm的厚度而在上述接合壁面具有0. 5 2nm 的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述場(chǎng)區(qū)域和上述磁阻元件被從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C中選擇的第一覆蓋層所覆蓋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于， 上述場(chǎng)區(qū)域和上述接合壁面具備含有氧化物或者氮化物的絕緣層， 上述絕緣層在上述接合壁面具有2 5nm的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，在上述絕緣層下方以及上述第一覆蓋層上方具備含有軟磁性體的屏蔽層。
11.一種磁傳感器層疊體的成膜方法，在襯底上至少配置臺(tái)階形狀的磁阻元件，該磁阻 元件在反鐵磁性層上的一部分具備鐵磁性堆棧，在上述磁阻元件相對(duì)的兩個(gè)接合壁面?zhèn)确?的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成用于對(duì)上述磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的硬偏置層疊體，該磁傳感器層 疊體的成膜方法的特征在于，具有如下過(guò)程在上述襯底上通過(guò)成膜形成上述反鐵磁性層和上述鐵磁性堆棧； 在上述鐵磁性堆棧上形成光致抗蝕劑掩模的圖案； 對(duì)上述鐵磁性堆棧的一部分進(jìn)行蝕刻； 修整上述光致抗蝕劑掩模的寬度；使用修整后的上述光致抗蝕劑掩模，對(duì)上述鐵磁性堆棧和上述反鐵磁性層進(jìn)行蝕刻來(lái) 形成上述臺(tái)階形狀的磁阻元件；在上述場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體；以及使上述臺(tái)階形狀的磁阻元件以及上述硬偏置層疊體的表面平坦化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，將上述臺(tái)階形狀的磁阻元件的沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述鐵磁性堆棧最上 表面的寬度形成為小于沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述反鐵磁性層最上表面的寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于， 通過(guò)成膜形成上述硬偏置層疊體的過(guò)程具有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ i來(lái)成膜形成底層，其中θ i = ο 25度； 以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 2來(lái)成膜形成第一磁性層，其中θ 2 = 50 90度；以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 3來(lái)成膜形成第二磁性層，其中θ3 = 0 25 度；以及以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 4來(lái)成膜形成第一覆蓋層，其中θ4 = 0 45度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在上述場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體的過(guò)程之前，具有通過(guò)成膜形成絕緣層的過(guò)程。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在使上述磁阻元件和上述硬偏置層疊體的表面平坦化的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成 第二覆蓋層的過(guò)程。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述第二覆蓋層的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成屏蔽層的過(guò)程。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在與上述磁阻元件的接合壁面平行的細(xì)長(zhǎng)靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在上述磁阻元件的接合壁面的一面通過(guò)成膜形成上述第一磁性層，接著，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定 速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在上述接合壁面的另一面通過(guò)成膜形成上述第一磁性層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在上述靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述 底層、上述第二磁性層以及上述第一覆蓋層，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定速度直 線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述底層、上述第二磁性層以及上 述第一覆蓋層。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，通過(guò)離子束蒸鍍法來(lái)成膜形成上述硬偏置層疊體。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至19中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在上述襯底上形成多個(gè)臺(tái)階形狀的磁阻元件，以同一過(guò)程來(lái)層疊該多個(gè)磁阻元件的上 述硬偏置層疊體。
21.一種磁傳感器層疊體的成膜控制程序，在襯底上至少配置臺(tái)階形狀的磁阻元件， 該磁阻元件在反鐵磁性層上的一部分上具備鐵磁性堆棧，在上述磁阻元件相對(duì)的兩個(gè)接合 壁面?zhèn)确降膱?chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成用于對(duì)上述磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的硬偏置層疊體，該磁 傳感器層疊體的成膜控制程序的特征在于，使上述磁傳感器層疊體的成膜裝置執(zhí)行如下過(guò) 程在上述襯底上通過(guò)成膜形成上述反鐵磁性層和上述鐵磁性堆棧； 在上述鐵磁性堆棧上形成光致抗蝕劑掩模的圖案； 對(duì)上述鐵磁性堆棧的一部分進(jìn)行蝕刻； 修整上述光致抗蝕劑掩模的寬度；使用修整后的上述光致抗蝕劑掩模，對(duì)上述鐵磁性堆棧和上述反鐵磁性層進(jìn)行蝕刻來(lái) 形成上述臺(tái)階形狀的磁阻元件；在上述場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體；以及使上述臺(tái)階形狀的磁阻元件以及硬偏置層疊體的表面平坦化。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，將上述臺(tái)階形狀的磁阻元件的沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述鐵磁性堆棧最上 表面的寬度形成為小于沿著上述接合壁面相對(duì)的方向的上述反鐵磁性層最上表面的寬度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于， 通過(guò)成膜形成上述硬偏置層疊體的過(guò)程具有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ工來(lái)成膜形成底層，其中θ工=0 25度； 以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 2來(lái)成膜形成第一磁性層，其中θ 2 = 50 90度；以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 3來(lái)成膜形成第二磁性層，其中θ3 = 0 25 度；以及以與上述襯底的法線所成的成膜角度θ 4來(lái)成膜形成第一覆蓋層，其中θ4 = 0 45度。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征 在于，在上述場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成硬偏置層疊體的過(guò)程之前，具有通過(guò)成膜形成絕緣層的過(guò)程。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征 在于，在使上述磁阻元件和硬偏置層疊體的表面平坦化的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成第二覆蓋層的過(guò)程。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于， 在通過(guò)成膜形成上述第二覆蓋層的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成屏蔽層的過(guò)程。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至26中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征 在于，在與上述磁阻元件的接合壁面平行的細(xì)長(zhǎng)靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái) 在上述元件的接合壁面的一面通過(guò)成膜形成上述第一磁性層，接著，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定 速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在上述接合壁面的另一面通過(guò)成膜形成上述第一磁性層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，在上述靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述 底層、上述第二磁性層以及上述第一覆蓋層，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定速度直 線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域形成上述底層、上述第二磁性層以及上述第一覆 蓋層ο
29. 一種記錄介質(zhì)，記錄有權(quán)利要求21至28中的任一項(xiàng)所述的成膜控制程序，能夠由 計(jì)算機(jī)讀取。
30. 一種磁傳感器層疊體，其特征在于，在襯底上具有磁阻元件和場(chǎng)區(qū)域，該磁阻元件 通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)，該場(chǎng)區(qū)域在上述磁阻元件的相對(duì)的接合壁面的側(cè)方包含 對(duì)上述磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的磁性層，至少在上述場(chǎng)區(qū)域上具備體心立方晶體結(jié)構(gòu)(bcc)的底層， 在上述底層上通過(guò)成膜形成有上述磁性層，上述磁性層是六方晶體結(jié)構(gòu)(hep)的Co-Pt類合金，在層內(nèi)不存在空隙，具有(10.0) 晶面，沿著ABS面具有超過(guò)0. 9的矩形比。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的磁傳感器層疊體，其特征在于， 在上述場(chǎng)區(qū)域上具備含有氧化物或者氮化物的絕緣層， 上述絕緣層在上述接合壁面具有2 5nm的厚度。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，在上述絕緣層與上述底層之間具備含有金屬氮化物的第二晶種層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述第二晶種層與上述底層的合計(jì)膜厚小于lOnm， 上述磁性層的膜厚為10 30nm，包含這些層的硬偏置層疊體的矯頑力取向比(OR)超過(guò)1. 5。
34.根據(jù)權(quán)利要求30至33中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述底層從Cr、Ti、Nb、Ta、W、Ru、Al以及它們的合金中選擇，上述底層在上述場(chǎng)區(qū)域的 厚度為3 8nm，上述底層在上述接合壁面的厚度小于3nm。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述第二晶種層從Ta-N、Nb-N或者RuAl-N中選擇，上述第二晶種層在上述場(chǎng)區(qū)域的厚 度為3 8nm，上述第二晶種層在上述接合壁面的厚度小于3nm。
36.根據(jù)權(quán)利要求32至35中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述第二晶種層是Ta-N，上述底層是0 < Ti < 30原子量％的W-Ti，上述第二晶種層 的膜厚為3 5nm。
37.根據(jù)權(quán)利要求30至36中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，上述場(chǎng)區(qū)域和上述磁阻元件被從Cr、Ru、Ta、Ti、它們的合金群以及C中選擇的第一覆蓋層所覆蓋。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的磁傳感器層疊體，其特征在于，在上述絕緣層下方以及上述第一覆蓋層上方具備含有軟磁性體的屏蔽層。
39.一種磁傳感器層疊體的成膜方法，在襯底上配置通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng) 的磁阻元件，在上述磁阻元件相對(duì)的兩個(gè)接合壁面?zhèn)确降膱?chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成用于對(duì)上述 磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的硬偏置層疊體，該磁傳感器層疊體的成膜方法特征在于，至少具 有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的超過(guò)45度而小于90度的成膜角度來(lái)沿著上述接合壁面的 方向通過(guò)傾斜成膜形成底層；以及在上述底層上，以與上述襯底的法線所成的0 30度的成膜角度通過(guò)成膜形成磁性層。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，關(guān)于上述底層，在將上述襯底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相對(duì)于靶垂直的狀 態(tài)下，一邊在上述靶下方以固定速度移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面和場(chǎng)區(qū)域上方通 過(guò)傾斜成膜形成上述底層，接著，使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，一邊在上述靶下方移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面 和場(chǎng)區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成上述底層。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或者40所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)傾斜成膜形成上述底層的過(guò)程之前，具有在上述場(chǎng)區(qū)域和上述接合壁面上方通 過(guò)成膜形成絕緣層的過(guò)程。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述絕緣層的過(guò)程之后，具有如下過(guò)程在上述絕緣層上，以與上述襯 底的法線所成的超過(guò)45度而小于90度的成膜角度，沿著上述接合壁面的方向通過(guò)傾斜成 膜形成含有金屬氮化物的第二晶種層。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，關(guān)于上述第二晶種層，在將上述襯底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相對(duì)于靶垂 直的狀態(tài)下，一邊在上述靶下方以固定速度移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面和場(chǎng)區(qū)域 上方通過(guò)傾斜成膜形成上述第二晶種層，接著，使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，一邊在上述靶下方移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面 和場(chǎng)區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成上述第二晶種層。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于， 在處理氣體和N2氣氛中進(jìn)行反應(yīng)性成膜來(lái)形成上述第二晶種層，N2的局部壓為10 30%。
45.根據(jù)權(quán)利要求39至44中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述磁性層的過(guò)程之后，具有以與上述襯底的法線所成的0 30度的 成膜角度來(lái)成膜形成第一覆蓋層的過(guò)程。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述第一覆蓋層的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成屏蔽層的過(guò)程。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或者46所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在與上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在一 側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述磁性層和上述第一覆蓋層，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定速度直 線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述磁性層和上述第一覆蓋層。
48.根據(jù)權(quán)利要求39至47中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，通過(guò)離子束蒸鍍法來(lái)成膜形成上述各層。
49.根據(jù)權(quán)利要求42至48中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述磁性層的過(guò)程之前，具有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的 超過(guò)60度而小于90度的角度來(lái)修整上述接合壁面上的較厚一側(cè)的上述第二晶種層和上述底層ο
50.根據(jù)權(quán)利要求41至49中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，在連續(xù)處理裝置的真空氣氛下對(duì)上述各過(guò)程進(jìn)行連續(xù)處理，該連續(xù)處理裝置具有如下 部分裝載鎖定模塊，其在真空空間與空氣之間取出和放入襯底； 輸送室，其具備輸送機(jī)構(gòu)； 蝕刻處理室，其進(jìn)行蝕刻處理； 成膜室，其成膜形成上述絕緣層；以及 傾斜成膜室，其進(jìn)行入射控制型濺射處理。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的磁傳感器層疊體的成膜方法，其特征在于，上述連續(xù)處理裝置具備通過(guò)離子束蒸鍍法或者離子化物理氣相蒸鍍法來(lái)進(jìn)行成膜的 成膜室。
52.一種磁傳感器層疊體的成膜控制程序，在襯底上配置通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻 變動(dòng)的磁阻元件，在上述磁阻元件相對(duì)的兩個(gè)接合壁面?zhèn)确降膱?chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成用于對(duì) 上述磁阻元件施加偏置磁場(chǎng)的硬偏置層疊體，該磁傳感器層疊體的成膜控制程序的特征在 于，使上述磁傳感器層疊體的成膜裝置至少執(zhí)行如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的超過(guò)45度而小于90度的成膜角度，沿著上述接合壁面的 方向通過(guò)傾斜成膜形成底層；以及在上述底層上，以與上述襯底的法線所成的0 30度的成膜角度，通過(guò)成膜形成磁性層。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，在將上述襯底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相對(duì)于靶垂直的狀態(tài)下，一邊在上 述靶下方以固定速度移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面和場(chǎng)區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成 上述底層，接著，使襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，一邊在上述靶下方移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面和場(chǎng) 區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成上述底層。
54.根據(jù)權(quán)利要求52或53所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，在通過(guò)傾斜成膜形成上述底層的過(guò)程之前，具有在上述場(chǎng)區(qū)域和上述接合壁面上方通 過(guò)成膜形成絕緣層的過(guò)程。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述絕緣層的過(guò)程之后，具有如下過(guò)程在上述絕緣層上，以與上述襯 底的法線所成的超過(guò)45度而小于90度的成膜角度，沿著上述接合壁面的方向傾斜成膜形 成含有金屬氮化物的第二晶種層。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的磁傳感器層疊體的成膜控制方法，其特征在于，在將上述襯底上的上述磁阻元件的接合壁面配置成相對(duì)于靶垂直的狀態(tài)下，一邊在上 述靶下方以固定速度移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面和場(chǎng)區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成 上述第二晶種層，接著，使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，一邊在上述靶下方移動(dòng)上述襯底，一邊在上述接合壁面 和場(chǎng)區(qū)域上方通過(guò)傾斜成膜形成上述第二晶種層。
57.根據(jù)權(quán)利要求52至56中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征 在于，在通過(guò)成膜形成上述磁性層的過(guò)程之后，具有以與上述襯底的法線所成的0 30度的 成膜角度通過(guò)成膜形成第一覆蓋層的過(guò)程。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于， 在通過(guò)成膜形成上述第一覆蓋層的過(guò)程之后，具有通過(guò)成膜形成屏蔽層的過(guò)程。
59.根據(jù)權(quán)利要求57或者58所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于， 在與上述磁阻元件的接合壁面平行的靶下方以固定速度直線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述磁性層和上述第一覆蓋層，以上述襯底的中央垂直軸為中心使上述襯底轉(zhuǎn)動(dòng)180度，在上述靶下方以固定速度直 線地移動(dòng)上述襯底，來(lái)在另一側(cè)的場(chǎng)區(qū)域通過(guò)成膜形成上述磁性層和上述第一覆蓋層。
60.根據(jù)權(quán)利要求55至59中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，在通過(guò)成膜形成上述磁性層的過(guò)程之前，具有如下過(guò)程以與上述襯底的法線所成的 超過(guò)60度而小于90度的角度來(lái)修整上述接合壁面上的較厚一側(cè)的上述第二晶種層和上述底層ο
61.根據(jù)權(quán)利要求54至60中的任一項(xiàng)所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征 在于，上述磁傳感器層疊體的成膜裝置是具有如下部分的連續(xù)處理裝置裝載鎖定模塊，其在真空空間與空氣之間取出和放入襯底；輸送室，其具備輸送機(jī)構(gòu)；蝕刻處理室，其進(jìn)行蝕刻處理；成膜室，其通過(guò)成膜形成上述絕緣層；以及傾斜成膜室，其進(jìn)行入射控制型濺射處理，在上述連續(xù)處理裝置的真空氣氛下對(duì)上述各過(guò)程進(jìn)行連續(xù)處理。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的磁傳感器層疊體的成膜控制程序，其特征在于，上述連續(xù)處理裝置具備通過(guò)離子束蒸鍍法或者離子化物理氣相蒸鍍法來(lái)進(jìn)行成膜的 成膜室。
63.一種記錄介質(zhì)，記錄有權(quán)利要求52至62中的任一項(xiàng)所述的成膜控制程序，能夠由 計(jì)算機(jī)讀取。
全文摘要
提供一種磁傳感器層疊體、成膜方法、成膜控制程序以及記錄介質(zhì)，使磁阻元件的相對(duì)的兩個(gè)接合壁面附近的磁性層的結(jié)晶c軸對(duì)齊于與接合壁面大致垂直的方向。磁傳感器層疊體(1)在襯底(31)上具有磁阻元件(10)和場(chǎng)區(qū)域(22)，該磁阻元件(10)通過(guò)被施加偏置磁場(chǎng)而電阻變動(dòng)，該場(chǎng)區(qū)域(22)在磁阻元件(10)的相對(duì)的接合壁面(10a、10b)的側(cè)方包含對(duì)元件(10)施加偏置磁場(chǎng)的磁性層(22a、22b)，磁阻元件10至少在反鐵磁性層(13)上的一部分具備鐵磁性堆棧(18)，沿著接合壁面(10a、10b)相對(duì)的方向的鐵磁性堆棧(18)最上表面的寬度(WF)被形成為小于沿著相同方向的反鐵磁性層(13)的最上表面的寬度(WA)。
文檔編號(hào)H01L43/12GK101989643SQ20101025034
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
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