磁头、磁头的制造方法以及安装所述磁头的磁盘存储装置转让专利
申请号 : CN200610108460.1
文献号 : CN100590715C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 新谷拓 , 渡边克朗 , 芳田伸雄 , 武井久子
申请人 : 日立环球储存科技荷兰有限公司
摘要 :
本发明提供了具有高成品率的高输出磁头，其能够使传感电流泄漏或上屏蔽层的磁畴壁的转移所造成的噪声最小化。制造所述磁头，以便在沿着传感器高度方向的回填膜(6)接触磁阻层(3)的部分中，沿着传感器高度方向的回填膜(6)的上表面的高度与磁阻层(3)的高度相同，并且在从沿着传感器高度方向的回填膜(6)接触磁阻层(3)的部分到离开所述部分一定距离处的点的区域中，从沿着传感器高度方向的回填膜(6)的上表面到下屏蔽层(4)的上表面的距离逐渐增加。
权利要求 :
1.一种磁头，包括：
磁阻层；
下屏蔽层和上屏蔽层，所述下屏蔽层和上屏蔽层还作为一对电极， 被布置以使得所述磁阻层沿着磁阻层厚度方向布置在它们之间；以及回填膜，所述回填膜沿着传感器高度方向布置在所述磁阻层 的末端处，其中，假定所述磁阻层的厚度为a，并且所述回填膜的厚度 为b，建立关系b＞a，其中所述回填膜具有在下述两点之间的间隔之内的区域：所述回 填膜沿着所述传感器高度方向接触所述磁阻层的点，和沿着所述传感 器高度方向与空气承载表面相距d的点，其中所述回填膜的厚度沿着所述传感器高度方向从a向b单调增 长，并且连续地维持厚度基本上恒定为b的区域，其中所述距离d大于所述磁阻层沿着所述传感器高度方向的长 度。
2.根据权利要求1所述的磁头，其中，所述回填膜在它接触所述 磁阻层的点处的厚度近似为a。
3.根据权利要求2所述的磁头，其中，建立关系b≥1.2a。
4.根据权利要求2所述的磁头，其中，所述回填膜具有所述回填 膜的厚度沿着传感器高度方向从a单调增加到b的区域以及随后保持恒 定厚度b的区域。
5.根据权利要求1所述的磁头，其中，在低于直线的点处布置所 述回填膜，所述直线是相对于所述下屏蔽层的表面以30度的角沿着所 述传感器高度方向从所述回填膜接触所述磁阻层的点之中的最靠近所 述上屏蔽层的点绘制的。
6.一种磁头的制造方法，所述磁头具有：磁阻层；下屏蔽层和上 屏蔽层，布置所述下屏蔽层和上屏蔽层以使得所述磁阻层沿着所述磁 阻层的厚度布置在它们之间；以及回填膜，所述回填膜沿着传感 器高度方向布置在所述磁阻层的末端处，其中，假定所述磁阻层的厚 度为a，并且所述回填膜的厚度为b，建立关系b＞a，其中所述回填膜具有在下述两点之间的间隔之内的区域：所述回 填膜沿着所述传感器高度方向接触所述磁阻层的点，和沿着所述传感 器高度方向与空气承载表面相距d的点，其中所述回填膜的厚度沿着所述传感器高度方向从a向b单调增 长，并且连续地维持厚度基本上恒定为b的区域，其中所述距离d大于所述磁阻层沿着所述传感器高度方向的长 度，所述制造方法包括：
在所述下屏蔽层上沉积所述磁阻层的步骤；
在所述磁阻层上沉积第一阻挡层的步骤；
在所述第一阻挡层上放置剥离掩模的步骤；
使用所述剥离掩模作为掩模蚀刻所述磁阻层以确保所述磁阻层的 传感器高度的步骤；
形成所述回填膜的步骤，在沿着所述传感器高度方向的所述磁阻 层的侧面附近，所述回填膜沿着所述传感器高度方向比所述磁阻层厚；
沿着所述传感器高度方向在所述回填膜上沉积第二阻挡层的步 骤；
为了去除而化学机械抛光所述剥离掩模的步骤；
去除所述第一和第二阻挡层的步骤；以及
沉积上屏蔽层的步骤。
7.一种磁存储器，其安装有：磁记录介质；驱动所述磁记录介质 的电机；从所述磁记录介质读取数据的磁头；以及相对于所述磁记录 介质驱动所述磁头的致动器，其中，所述磁头具有：磁阻层；一对电极，布置所述一对电极以 使得所述磁阻层沿着所述磁阻层的厚度夹在它们之间；以及回填膜， 所述回填膜沿着传感器高度方向布置在所述磁阻层的末端处，假定所 述磁阻层的厚度为a，并且所述回填膜的厚度为b，建立关系b＞a，其中所述回填膜具有在下述两点之间的间隔之内的区域：所述回 填膜沿着所述传感器高度方向接触所述磁阻层的点，和沿着所述传感 器高度方向与空气承载表面相距d的点，其中所述回填膜的厚度沿着所述传感器高度方向从a向b单调增 长，并且连续地维持厚度基本上恒定为b的区域，其中所述距离d大于所述磁阻层沿着所述传感器高度方向的长 度。
说明书 :
技术领域
本发明涉及读取磁记录数据的磁头、制造所述磁头的方法以及安 装有所述磁头的磁盘存储装置，并且具体地涉及具有高S/N比和高成 品率的磁头以及安装有所述磁头的磁盘存储装置。
背景技术
已知使电阻随着外磁场的变化而改变的使用磁阻效应的磁阻传感 器是极好的磁场传感器，因此，作为磁头中的用于从磁记录介质存储 器检测信号磁场的读传感器，磁盘存储装置的重要部分，它已被投入 实际使用。
磁盘存储装置的记录密度已显著改善并且现在正在持续改善，而 且对于具有两个改善特性的读传感器的需要已出现：更小的磁道宽度 和更高的记录/读取性能。目前，通过发展使用磁阻效应的MR磁头， 正在使读特性超灵敏。在几Gb/in2的记录密度下，使用各向异性磁阻 (AMR)效应，以将磁记录介质上的磁信号转变成电信号，并且在更 高的记录密度下，使用超灵敏的巨磁阻(GMR)效应。
为了满足对更高记录密度的需求，已实施了下述方法的研究和开 发，在所述方法中，几乎与膜平面垂直地流通检测电流。被称作CPP (电流垂直平面)方法的这种方法具有下述优点：使上下屏蔽层之间 的距离(读间隙长度)变窄。已经报导了使用CPP-GMR或隧道磁阻 (TMR)效应的读传感器。
图1和2显示了CPP读传感器的基本结构。图1显示了沿着CPP 型读传感器磁道宽度方向的横截面。图1中显示的X、Y和Z轴分别 指示磁道宽度方向、传感器高度方向和磁阻层的厚度方向。应当注意 的是，这个说明书中的所有附图中的X、Y和Z轴都指示与图1中相 同的X、Y和Z轴。与磁阻层3侧壁表面相接触地布置沿着磁道宽度 方向的回填膜(refill film)1。纵向偏压层或侧面屏蔽层5并不总是必要 的。在图1中，2和4分别指示上屏蔽层和下屏蔽层。
图2是沿着图1中显示的aa’线截取的沿着CPP传感器高度方向 的横截面图。在图2中，在右侧，显示了读传感器的空气承载表面13。 与沿着磁道宽度方向的回填膜一样，与磁阻层的壁表面相接触地布置 沿着传感器高度方向的回填膜6。沿着磁道宽度方向的回填膜1和沿着 传感器高度方向的回填膜6由诸如氧化铝之类的绝缘体制成。
如图2所示，本发明涉及这样的磁头，其至少具有下层(under layer)51、固定层(pinned layer)52、中间层53、自由层54以及覆盖层(cap layer)55，它们的全部组成磁阻层3的元件。在说明书的附图中，固定 层52布置在与自由层54相比更靠近下屏蔽层4的位置处，然而，固 定层52和自由层54布置的位置可以相互替换。下层51和覆盖层55 可以包括这样的层，其分别提供控制磁畴的功能和稳定固定层52或类 似物的磁化取向的功能。特别地，在图1以及稍后说明的图3和4中， 磁阻层3的详细结构被省略；然而，应当注意的是，磁阻层3具有与 图2中显示的相同的结构。
在CPP读传感器中，上屏蔽层2和下屏蔽层4通常与磁阻层3电 接触，以使其读间隙长度最小化。换言之，上屏蔽层2和下屏蔽层4 具有作为电极的功能，用于使电流流入到磁阻层3中。
图3是显示形成传感器高度的过程的流程图。在使磁阻层形成图 案以形成传感器高度的过程中，用剥离掩模(lift-off mask)11保护磁阻 层3，如图3(a)所示，然后蚀刻掉不必要的区域，如图3(b)所示。 在这个蚀刻过程中，一般使用利用Ar离子的离子束蚀刻方法或者利用 氯气或二氧化碳气体的活性离子蚀刻(RIE)方法。在蚀刻之后，形成 沿着传感器高度方向的回填膜6，如图3(c)所示。然后，去除剥离掩 模11和回填膜的不必要的部分，如图3(d)所示，以形成磁阻层3的 传感器高度。随后，如图3(e)所示，在磁阻层3和沿着传感器高度 方向的回填膜6上沉积上屏蔽层2，其还充当上电极。
为了满足增加记录密度的需要，现在已将磁道宽度变窄到100nm。 并且需要传感器高度具有与磁道宽度相同的尺寸，以使自由层上的形 状磁各向异性的效果最小化。
专利文件JP-A No.085711/2003披露了这样的结构，在所述结构 中，回填膜已布置在磁阻层的上部上，以使传感电流仅在磁阻层的空 气承载表面附近流通。这种技术允许传感电流仅集中在磁阻层的空气 承载表面附近；然而，它具有下述缺点：任何精巧，例如多层抗蚀剂 的使用，都是必要的，并且难以控制磁阻层的上部上的回填膜的长度。
为了制造更小的传感器高度，形成传感器高度而没有栅状物(fence) 或录离误差的过程是必要的。这是因为如果栅状物或剥离误差发生的 话，则磁阻层可能具有与上屏蔽层的松散接触。专利文件JP-A No. 186673/2004披露了这样的方法，其用于在剥离过程中使用化学机械抛 光(CMP)方法以去除抗蚀剂图案和栅状物，避免剥离误差(剥离掩 模材料的不完全去除)和栅状物。
使用CMP的剥离过程可能在去除抗蚀剂图案和栅状物时破坏磁 阻层以及回填膜的上表面。专利文件JP-A No.186673/2004披露了这 样的方法，通过所述方法，分别在磁阻层和回填膜上沉积第一阻挡层 (stopper layer)和第二阻挡层，以避免对磁阻层以及回填膜的上表面的任 何破坏。这些阻挡层由金刚石状碳(DLC)制成。
图4是使用CMP的剥离过程的示意图。如图4(a)所示，首先 第一阻挡层41然后剥离掩模11沉积在磁阻层3上。如图4(b)所示， 第二，蚀刻第一阻挡层41，然后，如图4(c)所示，通过蚀刻使磁阻 层3形成图案。如图4(d)所示，第三，沉积沿着传感器高度方向的 回填膜6和第二阻挡层42，然后，如图4(e)所示，剥离掩模11和沿 着传感器高度方向的回填膜6的不必要的部分通过CMP被剥离。如图 4(f)所示，最后，去除第一阻挡层41和第二阻挡层42。使用CMP 的剥离过程可以解决可能在传统剥离方法中引发的产生栅状物和剥离 误差的问题。
主要的重要性是防止传感电流泄漏，并且尝试了各种泄漏防止主 意以满足增加记录密度的需要。专利文件JP-A No.241763/2004披露 了这样的方法，通过所述方法，在蚀刻之后，磁阻层的壁表面被氧化， 以防止传感电流泄漏，并防止传感器特性在退火过程中恶化。专利文 件JP-A No.060266/2003披露了这样的方法，其用于通过湿蚀刻抛光 防止磁阻层在空气承载表面处理期间被破坏，并防止传感电流泄漏。
【专利文件1】JP-A No.186673/2004
【专利文件2】JP-A No.241763/2004
【专利文件3】JP-A No.085711/2003
【专利文件4】JP-A No.060266/2003
磁盘存储装置的记录密度已显著改善并且现在正在持续改善，而 且对于具有两个改善特性的读传感器的需要已出现：更小的磁道宽度 和更高的记录/读取性能。目前，通过发展使用磁阻效应的MR磁头， 正在使读特性超灵敏。在几Gb/in2的记录密度下，使用各向异性磁阻 (AMR)效应，以将磁记录介质上的磁信号转变成电信号，并且在更 高的记录密度下，使用超灵敏的巨磁阻(GMR)效应。
为了满足对更高记录密度的需求，已实施了下述方法的研究和开 发，在所述方法中，几乎与膜平面垂直地流通检测电流。被称作CPP (电流垂直平面)方法的这种方法具有下述优点：使上下屏蔽层之间 的距离(读间隙长度)变窄。已经报导了使用CPP-GMR或隧道磁阻 (TMR)效应的读传感器。
图1和2显示了CPP读传感器的基本结构。图1显示了沿着CPP 型读传感器磁道宽度方向的横截面。图1中显示的X、Y和Z轴分别 指示磁道宽度方向、传感器高度方向和磁阻层的厚度方向。应当注意 的是，这个说明书中的所有附图中的X、Y和Z轴都指示与图1中相 同的X、Y和Z轴。与磁阻层3侧壁表面相接触地布置沿着磁道宽度 方向的回填膜(refill film)1。纵向偏压层或侧面屏蔽层5并不总是必要 的。在图1中，2和4分别指示上屏蔽层和下屏蔽层。
图2是沿着图1中显示的aa’线截取的沿着CPP传感器高度方向 的横截面图。在图2中，在右侧，显示了读传感器的空气承载表面13。 与沿着磁道宽度方向的回填膜一样，与磁阻层的壁表面相接触地布置 沿着传感器高度方向的回填膜6。沿着磁道宽度方向的回填膜1和沿着 传感器高度方向的回填膜6由诸如氧化铝之类的绝缘体制成。
如图2所示，本发明涉及这样的磁头，其至少具有下层(under layer)51、固定层(pinned layer)52、中间层53、自由层54以及覆盖层(cap layer)55，它们的全部组成磁阻层3的元件。在说明书的附图中，固定 层52布置在与自由层54相比更靠近下屏蔽层4的位置处，然而，固 定层52和自由层54布置的位置可以相互替换。下层51和覆盖层55 可以包括这样的层，其分别提供控制磁畴的功能和稳定固定层52或类 似物的磁化取向的功能。特别地，在图1以及稍后说明的图3和4中， 磁阻层3的详细结构被省略；然而，应当注意的是，磁阻层3具有与 图2中显示的相同的结构。
在CPP读传感器中，上屏蔽层2和下屏蔽层4通常与磁阻层3电 接触，以使其读间隙长度最小化。换言之，上屏蔽层2和下屏蔽层4 具有作为电极的功能，用于使电流流入到磁阻层3中。
图3是显示形成传感器高度的过程的流程图。在使磁阻层形成图 案以形成传感器高度的过程中，用剥离掩模(lift-off mask)11保护磁阻 层3，如图3(a)所示，然后蚀刻掉不必要的区域，如图3(b)所示。 在这个蚀刻过程中，一般使用利用Ar离子的离子束蚀刻方法或者利用 氯气或二氧化碳气体的活性离子蚀刻(RIE)方法。在蚀刻之后，形成 沿着传感器高度方向的回填膜6，如图3(c)所示。然后，去除剥离掩 模11和回填膜的不必要的部分，如图3(d)所示，以形成磁阻层3的 传感器高度。随后，如图3(e)所示，在磁阻层3和沿着传感器高度 方向的回填膜6上沉积上屏蔽层2，其还充当上电极。
为了满足增加记录密度的需要，现在已将磁道宽度变窄到100nm。 并且需要传感器高度具有与磁道宽度相同的尺寸，以使自由层上的形 状磁各向异性的效果最小化。
专利文件JP-A No.085711/2003披露了这样的结构，在所述结构 中，回填膜已布置在磁阻层的上部上，以使传感电流仅在磁阻层的空 气承载表面附近流通。这种技术允许传感电流仅集中在磁阻层的空气 承载表面附近；然而，它具有下述缺点：任何精巧，例如多层抗蚀剂 的使用，都是必要的，并且难以控制磁阻层的上部上的回填膜的长度。
为了制造更小的传感器高度，形成传感器高度而没有栅状物(fence) 或录离误差的过程是必要的。这是因为如果栅状物或剥离误差发生的 话，则磁阻层可能具有与上屏蔽层的松散接触。专利文件JP-A No. 186673/2004披露了这样的方法，其用于在剥离过程中使用化学机械抛 光(CMP)方法以去除抗蚀剂图案和栅状物，避免剥离误差(剥离掩 模材料的不完全去除)和栅状物。
使用CMP的剥离过程可能在去除抗蚀剂图案和栅状物时破坏磁 阻层以及回填膜的上表面。专利文件JP-A No.186673/2004披露了这 样的方法，通过所述方法，分别在磁阻层和回填膜上沉积第一阻挡层 (stopper layer)和第二阻挡层，以避免对磁阻层以及回填膜的上表面的任 何破坏。这些阻挡层由金刚石状碳(DLC)制成。
图4是使用CMP的剥离过程的示意图。如图4(a)所示，首先 第一阻挡层41然后剥离掩模11沉积在磁阻层3上。如图4(b)所示， 第二，蚀刻第一阻挡层41，然后，如图4(c)所示，通过蚀刻使磁阻 层3形成图案。如图4(d)所示，第三，沉积沿着传感器高度方向的 回填膜6和第二阻挡层42，然后，如图4(e)所示，剥离掩模11和沿 着传感器高度方向的回填膜6的不必要的部分通过CMP被剥离。如图 4(f)所示，最后，去除第一阻挡层41和第二阻挡层42。使用CMP 的剥离过程可以解决可能在传统剥离方法中引发的产生栅状物和剥离 误差的问题。
主要的重要性是防止传感电流泄漏，并且尝试了各种泄漏防止主 意以满足增加记录密度的需要。专利文件JP-A No.241763/2004披露 了这样的方法，通过所述方法，在蚀刻之后，磁阻层的壁表面被氧化， 以防止传感电流泄漏，并防止传感器特性在退火过程中恶化。专利文 件JP-A No.060266/2003披露了这样的方法，其用于通过湿蚀刻抛光 防止磁阻层在空气承载表面处理期间被破坏，并防止传感电流泄漏。
【专利文件1】JP-A No.186673/2004
【专利文件2】JP-A No.241763/2004
【专利文件3】JP-A No.085711/2003
【专利文件4】JP-A No.060266/2003
发明内容
如图2所示，优选地，沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面 具有与磁阻层3的相同的高度，亦即，沿着传感器高度方向的回填膜6 的厚度与磁阻层3的相同。然而，事实上，在形成沿着传感器高度方 向的回填膜6的过程中，在磁阻层3附近，沿着传感器高度方向的回 填膜6的部分被剥离掩模11隐藏，从而沿着传感器高度方向的回填膜 6的与磁阻层3相接触的部分的厚度变薄。因此，在如图4(d)所示 的沉积沿着传感器高度方向的回填膜6和第二阻挡层42的过程中，常 常可以看到，与磁阻层3相接触的部分附近的沿着传感器高度方向的 回填膜6的上表面低于磁阻层3的中间层53的上表面，如图5所示。 如果读传感器被制造成这样的形状，则可能引发下述两个问题。
一个是由传感电流泄漏引起的输出退化。在如图5所示的状态下 施加使用CMP的剥离的情况下，淤浆(slurry)趋于郁积在磁阻层3的侧 壁上，因为第二阻挡层42极其低于第一阻挡层41，并因而局部抛光速 率上升。另外，抛光垫趋于碰到第一阻挡层41上，尤其是在图5中其 拐角处(用圆指示的部分)。磁阻层3的边缘也是，因为在第一和第 二阻挡层41、42的高度之间没有发现差异，如图5中的虚线指示的那 样，除了不同于与磁阻层3相接触的沿着传感器高度方向的回填膜6 的点之外。在上述使用CMP过程的剥离结果中，在沿着传感器高度方 向的回填膜6和磁阻层3相互接触的点处，与磁阻层3的侧壁相接触 的沿着传感器高度方向的回填膜6的部分被蚀刻。这导致磁阻层3的 侧壁的部分未被覆盖，如图6所示，并且磁阻层3的上部被抛光。
在磁阻层的侧壁未用沿着传感器高度方向的回填膜6覆盖并且被 暴露的情况下，特别地，在低于中间层53的层未用沿着传感器高度方 向的回填膜6覆盖的情况下，在图3(e)中显示的随后过程中的沉积 上屏蔽层2中，磁阻层3的与中间层53相比更靠近下屏蔽层4的层(在 图7中为固定层52和下层51)的侧壁与上屏蔽层2接触，如图7所示。 上屏蔽层2与和中间层53相比更靠近下屏蔽层4的层的侧壁相接触， 并从而可能形成不穿过磁阻层3的三个层(自由层54、中间层53和固 定层52)的电流通路，造成读传感器输出恶化的问题。
另一个是由于上屏蔽层2中发生的台阶(step)而在磁阻层3附近容 易地形成上屏蔽层2的磁畴的问题。上屏蔽层2的这种磁畴可能造成 噪声源。在如图5所示的状态下施加CMP的情况下，即使在沿着传感 器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的侧壁的点处没有蚀刻沿着传感 器高度方向的回填膜6，如图8所示，上屏蔽层2也在上屏蔽层2的磁 阻层3附近具有台阶。因此，这个台阶使磁畴形成在上屏蔽层2中， 可能造成噪声源。与图8中的结构形成对照，在专利文件JP-A No. 241763/2004和JP-A No.060266/2003中显示的回填膜在磁阻层附近 以陡峭角(steep angle)的倾度厚于磁阻层的这样的结构中，磁畴趋于形 成在上屏蔽层2中，易于造成噪声。
在传统磁头的情况下，这两个问题降低了读传感器的制造成品率。 本发明的目的就是要解决这些问题。
本发明的磁头具有：磁阻层；下和上屏蔽层，其还充当一对电极， 被布置以便磁阻层沿着磁阻层厚度方向夹在它们之间；以及回填膜， 其沿着传感器高度方向布置在磁阻层的末端处。假定磁阻层的厚度为 a，并且回填膜的厚度为b，则这个磁头具有b＞a的关系。
回填膜的厚度在它接触磁阻层的点处近似为a，并且满足b≥1.2a 的关系。亦即，回填膜具有厚度沿着传感器高度方向从a单调增加到b 的区域以及保持恒定厚度b的区域。
可以通过包括以下的制造过程来制造这种磁头：在下屏蔽层上沉 积磁阻层的步骤；在磁阻层上沉积第一阻挡层的步骤；在第一阻挡层 上形成剥离掩模的步骤；使用剥离掩模作为掩模通过蚀刻形成磁阻层 的传感器高度的步骤；形成沿着传感器高度的回填膜的步骤，所述沿 着传感器高度的回填膜比磁阻层厚，并且与磁阻层的侧壁相接触；在 沿着传感器高度的回填膜上沉积第二阻挡层的步骤；为了去除而化学 机械抛光剥离掩模的步骤；去除第一和第二阻挡层的步骤；以及形成 上屏蔽层的步骤。
根据本发明，防止磁阻层的侧壁暴露以避免传感电流的任何泄漏 的结构可以通过使用CMP的剥离过程来建造，并且可以减少沿着传感 器高度的回填膜接触磁阻层的点处形成的台阶，实现高输出但是低噪 声的磁头。此外，安装本发明的磁头实现了磁存储的高记录密度。进 而，可以改善磁头的制造成品率。
一个是由传感电流泄漏引起的输出退化。在如图5所示的状态下 施加使用CMP的剥离的情况下，淤浆(slurry)趋于郁积在磁阻层3的侧 壁上，因为第二阻挡层42极其低于第一阻挡层41，并因而局部抛光速 率上升。另外，抛光垫趋于碰到第一阻挡层41上，尤其是在图5中其 拐角处(用圆指示的部分)。磁阻层3的边缘也是，因为在第一和第 二阻挡层41、42的高度之间没有发现差异，如图5中的虚线指示的那 样，除了不同于与磁阻层3相接触的沿着传感器高度方向的回填膜6 的点之外。在上述使用CMP过程的剥离结果中，在沿着传感器高度方 向的回填膜6和磁阻层3相互接触的点处，与磁阻层3的侧壁相接触 的沿着传感器高度方向的回填膜6的部分被蚀刻。这导致磁阻层3的 侧壁的部分未被覆盖，如图6所示，并且磁阻层3的上部被抛光。
在磁阻层的侧壁未用沿着传感器高度方向的回填膜6覆盖并且被 暴露的情况下，特别地，在低于中间层53的层未用沿着传感器高度方 向的回填膜6覆盖的情况下，在图3(e)中显示的随后过程中的沉积 上屏蔽层2中，磁阻层3的与中间层53相比更靠近下屏蔽层4的层(在 图7中为固定层52和下层51)的侧壁与上屏蔽层2接触，如图7所示。 上屏蔽层2与和中间层53相比更靠近下屏蔽层4的层的侧壁相接触， 并从而可能形成不穿过磁阻层3的三个层(自由层54、中间层53和固 定层52)的电流通路，造成读传感器输出恶化的问题。
另一个是由于上屏蔽层2中发生的台阶(step)而在磁阻层3附近容 易地形成上屏蔽层2的磁畴的问题。上屏蔽层2的这种磁畴可能造成 噪声源。在如图5所示的状态下施加CMP的情况下，即使在沿着传感 器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的侧壁的点处没有蚀刻沿着传感 器高度方向的回填膜6，如图8所示，上屏蔽层2也在上屏蔽层2的磁 阻层3附近具有台阶。因此，这个台阶使磁畴形成在上屏蔽层2中， 可能造成噪声源。与图8中的结构形成对照，在专利文件JP-A No. 241763/2004和JP-A No.060266/2003中显示的回填膜在磁阻层附近 以陡峭角(steep angle)的倾度厚于磁阻层的这样的结构中，磁畴趋于形 成在上屏蔽层2中，易于造成噪声。
在传统磁头的情况下，这两个问题降低了读传感器的制造成品率。 本发明的目的就是要解决这些问题。
本发明的磁头具有：磁阻层；下和上屏蔽层，其还充当一对电极， 被布置以便磁阻层沿着磁阻层厚度方向夹在它们之间；以及回填膜， 其沿着传感器高度方向布置在磁阻层的末端处。假定磁阻层的厚度为 a，并且回填膜的厚度为b，则这个磁头具有b＞a的关系。
回填膜的厚度在它接触磁阻层的点处近似为a，并且满足b≥1.2a 的关系。亦即，回填膜具有厚度沿着传感器高度方向从a单调增加到b 的区域以及保持恒定厚度b的区域。
可以通过包括以下的制造过程来制造这种磁头：在下屏蔽层上沉 积磁阻层的步骤；在磁阻层上沉积第一阻挡层的步骤；在第一阻挡层 上形成剥离掩模的步骤；使用剥离掩模作为掩模通过蚀刻形成磁阻层 的传感器高度的步骤；形成沿着传感器高度的回填膜的步骤，所述沿 着传感器高度的回填膜比磁阻层厚，并且与磁阻层的侧壁相接触；在 沿着传感器高度的回填膜上沉积第二阻挡层的步骤；为了去除而化学 机械抛光剥离掩模的步骤；去除第一和第二阻挡层的步骤；以及形成 上屏蔽层的步骤。
根据本发明，防止磁阻层的侧壁暴露以避免传感电流的任何泄漏 的结构可以通过使用CMP的剥离过程来建造，并且可以减少沿着传感 器高度的回填膜接触磁阻层的点处形成的台阶，实现高输出但是低噪 声的磁头。此外，安装本发明的磁头实现了磁存储的高记录密度。进 而，可以改善磁头的制造成品率。
附图说明
图1是沿着磁道宽度方向的CPP读传感器的横截面的示意图；
图2是沿着传感器高度方向的CPP读传感器的横截面的示意图；
图3是形成CPP读传感器的传感器高度的过程的流程图；
图4是通过CMP剥离过程形成CPP读传感器的传感器高度的过 程的流程图；
图5是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图6是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图7是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图8是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图9是沿着传感器高度方向的本发明的CPP读传感器的横截面的 示意图；
图10是解释形成传感器高度的过程中的本发明的CPP读传感器 的横截面形状的示意图；
图11是显示距离b和传感电流泄漏发生率之间关系的示图；
图12是显示距离b和传感电流泄漏发生率之间关系的示图；
图13是显示距离d和磁头成品率之间关系的示图；
图14是显示角θ度数和磁头成品率之间关系的示图；
图15是解释形成传统CPP读传感器的过程中涉及的问题的示意 图；
图16是安装用于纵向记录的记录元件的磁头的示意性横截面图；
图17是安装用于垂直记录的记录元件的磁头的示意性横截面图；
图18是磁存储器的示意图；
图19是沿着传感器高度方向离开空气承载表面布置磁阻层3的磁 性读传感器的横截面的示意图；
图20是仅有部分的磁阻层沿着传感器高度方向暴露于空气承载 表面的磁性读传感器的横截面的示意图；以及
图21是形成本发明的CPP读传感器的传感器高度的过程的流程 图。
图2是沿着传感器高度方向的CPP读传感器的横截面的示意图；
图3是形成CPP读传感器的传感器高度的过程的流程图；
图4是通过CMP剥离过程形成CPP读传感器的传感器高度的过 程的流程图；
图5是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图6是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图7是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图8是解释传统CPP读传感器涉及的问题的示意图；
图9是沿着传感器高度方向的本发明的CPP读传感器的横截面的 示意图；
图10是解释形成传感器高度的过程中的本发明的CPP读传感器 的横截面形状的示意图；
图11是显示距离b和传感电流泄漏发生率之间关系的示图；
图12是显示距离b和传感电流泄漏发生率之间关系的示图；
图13是显示距离d和磁头成品率之间关系的示图；
图14是显示角θ度数和磁头成品率之间关系的示图；
图15是解释形成传统CPP读传感器的过程中涉及的问题的示意 图；
图16是安装用于纵向记录的记录元件的磁头的示意性横截面图；
图17是安装用于垂直记录的记录元件的磁头的示意性横截面图；
图18是磁存储器的示意图；
图19是沿着传感器高度方向离开空气承载表面布置磁阻层3的磁 性读传感器的横截面的示意图；
图20是仅有部分的磁阻层沿着传感器高度方向暴露于空气承载 表面的磁性读传感器的横截面的示意图；以及
图21是形成本发明的CPP读传感器的传感器高度的过程的流程 图。
具体实施方式
图9显示了沿着本发明的磁头的传感器高度方向的横截面结构的 例子。本发明的磁头基本上满足了下述三个结构要求。
(1)沿着传感器高度方向的回填膜6与磁阻层3的与中间层53 相比更靠近下屏蔽层4的所有层的末端相接触。
(2)从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的 上表面的距离(换言之，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面 向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的长度)，在沿着传感器高度方向 的回填膜6接触磁阻层3的点处(换言之，在沿着传感器高度方向的 回填膜6接触磁阻层3的位置之中的离上屏蔽层2最近的位置处)最 短(在图9中，为距离a)。
(3)从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽层4的 上表面绘制的垂线的最长距离(在图9中，为距离b)，大于从磁阻层 3的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的最长距离。
在这些结构之中，(1)中描述的结构是防止形成传感电流沿着其 流入到下屏蔽层4中而不穿过自由、中间以及固定层的路径以避免读 传感器输出退化所需的。此外，在(2)和(3)中描述的结构中，如 图4中显示的步骤(e)那样，在使用CMP的剥离过程中，用于保护 沿着传感器高度方向的回填膜6的第二阻挡层42布置在比用于保护磁 阻层3的第一阻挡层41高的位置处，并从而抛光垫易于碰到第二阻挡 层42上而难以碰到用于保护磁阻层3的第一阻挡层的拐角上，避免了 磁阻层3的侧壁通过CMP沿着传感器高度方向的暴露。进而，希望抛 光垫难以碰到用于保护磁阻层3的第一阻挡层41，并因而可以使CMP 造成的对磁阻层3的破坏最小化。
与传统结构相比，这些结构的效果允许防止沿着传感器高度方向 的磁阻层3、具体地即磁阻层3的比中间层53低的层的侧壁暴露，并 且具有防止传感电流泄漏、实现更高成品率的优点。
这样一来，如图9所示，进一步优选地满足下述三个结构要求。
(4)这样的结构，在所述结构中，在沿着传感器高度方向的回填 膜6接触磁阻层3的点和沿着传感器高度方向从空气承载表面相距距 离d(在图9中为Y轴正方向)的点之间的间隔之内，从沿着传感器 高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的距离逐渐增加 (换言之，这样的结构，在所述结构中，例如以20nm的间隔沿着传感 器高度方向分开回填膜，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面 到下屏蔽层4的表面的间隔的平均距离总是比以前间隔的大)。
(5)这样的结构，在所述结构中，当以30度角从与磁阻层3相 接触的点之中的最靠近上屏蔽层2的点水平(于下屏蔽层的表面)绘 制直线时，沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面总是位于比该直 线低的点处。亦即，当水平绘制连接沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点之中的最靠近上屏蔽层2的点的直线时，形成的角 θ小于30度。
(6)在这样的点处，所述点超过了沿着传感器高度方向从空气承 载表面相距距离d(在图9中为Y轴正方向)的点，沿着传感器高度 方向的回填膜6的上表面和下屏蔽层4的表面之间的直线的差异，在 平均长度(在图9中为距离b)的10％之内。
除了(1)到(3)中描述的结构之外满足(4)中描述的结构要求 实现了这样的结构，其能够防止传感电流泄漏并防止台阶形成在上屏 蔽层2中。在此，(4)中描述的距离d至少比沿着传感器高度方向的 上屏蔽层2的短，同时比沿着传感器高度方向的磁阻层3的长。在等 于或小于20nm的小区域中，取决于CMP过程中造成的破坏程度或基 片的平坦度，从沿着传感器膜方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4 的上表面的距离可以不必沿着传感器高度方向逐渐增加。然而，只要 将这样的状态限制到小区域是无关紧要的。
进而，通过满足(5)中描述的结构要求，沿着传感器高度方向的 回填膜6的上表面和磁阻层3的上表面之间限定的角度变得更加平缓， 因此，淤浆难以在CMP过程中郁积在沿着传感器高度方向的回填膜6 和磁阻层3之间的边界上。结果是防止了抛光速率局部变高。满足(5) 中描述的结构要求在防止沿着传感器高度的磁阻层3(具体地即比中间 层53低的层)的侧壁暴露方面是有用的。另外，可以减少上屏蔽层2 中形成的台阶，并因而可以减少由于上屏蔽层2的磁畴壁的转移而发 生的噪声。
另外，抛光垫在使用CMP的剥离过程中碰到的用于保护沿着传感 器高度方向的回填膜6的第二阻挡层42的区域通过满足(6)中描述 的结构要求而更大。因此，被稳了抛光速率，导致了抛光速率局部分 布的成功抑制。这就意味着，这在防止磁阻层3(具体地即比中间层 53低的层)的侧壁暴露方面是有用的。
通过使用这样的结构，在沿着传感器高度方向的磁阻层3的末端 处，可以使上屏蔽层2中形成的台阶尽可能大地最小化，所述结构为： 在沿着传感器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的点之中的最靠近上 屏蔽层2的点处，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏 蔽层4的上表面绘制的垂线的长度，与从磁阻层3的上表面向下屏蔽 层4的上表面绘制的垂线的长度相同，如图9所示。因此，可以实现 这样的结构：可以减少由于上屏蔽层2的磁畴壁的转移而发生的噪声。 应当注意的是，在沿着传感器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的点 之中的最靠近上屏蔽层2的点处，从回填膜6的上表面向下屏蔽层4 的上表面绘制的垂线的长度，可以在从磁阻层3的上表面向下屏蔽层4 的上表面绘制的垂线长度的从0.9到1.1倍的范围之内变化。从回填膜 6的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线长度的这个小范围取决于 基片的平坦度或CMP造成的破坏。然而，只要变化落在这个范围之内 是无关紧要的。
使用图9中显示的本发明的磁头进行了试验以展示其效果。
我们制造了许多磁头，其中，从下屏蔽层4的上表面到磁阻层3 的上表面的距离a为50nm，沿着传感器高度方向的磁阻层的长度为 100nm，并且d为500nm。这些磁头取决于距离b的值而被分成一些组， 其中，图9中显示的下屏蔽层4的上表面和沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面之间的距离恒定，并且每组具有10,000个磁头。我们 检查了传感电流通过使用这些磁头而泄漏的磁头百分比。结果如图11 所示。
如从图11显示的结果中知道的那样，传感电流泄漏的磁头百分比 在b的尺寸低于50nm的情况下高，而在b的尺寸等于或高于60nm的 情况下低。
通过使用其中从下屏蔽层4的上表面到磁阻层3的上表面的距离 a为40nm的磁头，图12显示了与上述的相同种类试验的结果。如从 这个试验的结果中知道的那样，传感电流泄漏的磁头百分比在b的尺 寸等于或高于50nm的情况下低。
如从这些结果中知道的那样，b的适当长度取决于从下屏蔽层4 的上表面到磁阻层3的上表面的距离a，并且优选地，近似至少1.2倍 于距离a。
另外，我们制造了10,000个具有图8中显示的结构的传统CPP磁 头和10,000个本发明的磁头，以便根据噪声水平检查它们的制造成品 率。结果显示，成品率对于传统磁头为66％，而对于本发明的磁头则 为98％。在此，为了估计上屏蔽层2的磁畴壁转移造成的噪声效果， 以沿着传感器高度方向施加100Oe磁场以饱和上屏蔽层的方式使电流 流入到磁阻层3中的结果，以及以不施加磁场的方式使电流流入的结 果，被比较以测量噪声的水平。在这种检查中，通过假定噪声水平在 ±50μV之内的磁头良好而噪声水平在±50μV之外的磁头不良来确 定成品率。安装噪声水平在±50μV之内的磁头的磁存储产品的成品率 为96％。
与上屏蔽层2的形状相关联的图9中显示的距离d，可以影响上 屏蔽层2的磁畴壁的转移。因此，它同样可以影响噪声的产生。为了 以相同的方式根据噪声的水平来检查成品率，我们制造了磁头，其中， a为50nm，b为60nm，并且从空气承载表面13沿着传感器高度方向 的磁阻层的长度为50nm。这些磁头取决于距离d的值而被分成一些组， 并且每组具有10,000个磁头。结果如图13所示。
如从图13中知道的那样，对于d在较小值处成品率低。例如，成 品率在100nm的d处为93％，在500nm的d处为95％，并且在1000nm 或更高的d处为98％。制造10,000个具有图8中显示的结构的传统CPP 磁头以检查它们的成品率。结果为62％。
假定图9中显示的角度θ(连接沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点之中的最靠近上屏蔽层2的点和位置A的直线与下 屏蔽层的表面之间限定的角度)为10度、20度、30度、45度或60度 来制造磁头以便以相同的方式检查它们的成品率。结果如图14所示。 如从图14中知道的那样，在30度或以下的角度下可以确保95％或以 上的成品率。并且图14显示，成品率随着角度θ增长而恶化，如在45 度为73％，并且在60度为62％。如从结果中知道的那样，角度θ优选 地为30度或以下。
安装噪声水平在±50μV之内的磁头的磁存储产品的成品率分别 为：使用在这个试验中成品率为93％的磁头为90％，使用在这个试验 中成品率为95％的磁头为93％，并且使用在这个试验中成品率为98％ 的磁头为96％。
这样一来，即使在形成传感器的过程中施加CMP剥离，本发明的 磁头结构也允许解决泄漏传感电流的问题和上屏蔽层2的磁阻层3附 近的磁畴造成的噪声问题、解决剥离误差以及去除任何栅状物。
现在，下面详细说明制造本发明的磁头的过程。首先，在由氧化 铝碳化钛或类似物制成的基片表面上涂敷由氧化铝或类似物制成的绝 缘体，通过CMP或类似方法施加精确抛光，然后形成下屏蔽层4。这 是通过以下制造的：以预定形状使由通过例如溅射、离子束溅射或电 镀制备的镍铁合金组成的膜形成图案。通过生长氧化铝层并施加CMP， 下屏蔽层4及其上的氧化铝层在基片表面上被平整化。进一步，在远 离在稍后的步骤中制造磁阻膜3的区域的部分处，形成铅电极膜(未 显示)。这例如由Ta、Au和Ta的堆叠膜组成。
在这个下屏蔽层4上，通过例如溅射或离子束溅射，沉积磁阻层 3。磁阻层3包含：固定层，其由包含例如Co-Fe合金铁磁体的层组 成；中间层，其由例如氧化铝、氧化钽或Cu的金属氧化物或金属组成； 以及自由层，其由包含Ni-Fe合金和Co-Fe合金的层组成。并且在 某些情况下，磁阻层3包含形成在下屏蔽层4上的下层和形成在上屏 蔽层2之下的覆盖层。下层或覆盖层可以包含能够稳定固定层的磁化 取向的层(通常包含反铁磁材料)以及用于抑制自由层中巴克豪森 (Barkhausen)噪声的磁畴控制层。并且在某些情况下，磁阻层3具有多 个由三个层(自由、中间和固定层)组成的结构。
现在，参考图21说明形成传感器高度方向的过程。首先，在磁阻 层3上，沉积CMP抛光速率低的由DLC或类似物制成的第一阻挡层 41。第二，如图21(a)所示，抗蚀剂涂敷在第一阻挡层41上，并且 通过光刻机曝光，然后用显影剂显影以形成预期形状，其用作剥离掩 模11。通过在抗蚀剂之下涂敷聚二甲基戊二酰亚胺(poly dimethyl glutaric imide)并且与抗蚀剂一起形成图案，可以将剥离掩模11制造成 为双层。它可以被制造成为包含无机材料的多层。第三，如图21(b) 所示，使第一阻挡层41形成图案。如果第一阻挡层41能够在下一个 过程中与磁阻层3一起被蚀刻，则这个过程可以被省略。
第四，如图21(c)所示，向磁阻层3施加诸如离子束蚀刻或活性 蚀刻(RIE)之类的干蚀刻，并且形成沿着传感器高度方向的图案。此 时，可以通过用相对于基片比第一蚀刻的更加倾斜的第二入射角蚀刻， 来去除在第一蚀刻期间再沉积在磁阻层3的壁表面上的任何物质。蚀 刻的第二入射角优选地为60度到80度。并且，能够施加交替重复第 一和第二蚀刻过程若干次。也能够施加使用不同的方法。
第四，如图21(d)所示，通过溅射或离子束溅射形成沿着传感 器高度方向的回填膜6。膜堆叠可以用于这种沿着传感器高度方向的回 填膜6，然而，需要至少它的部分，其直接接触磁阻层3，为从诸如氧 化铝、氧化钛、氧化硅、氮化物、氧化硅和氧化钽之类的材料或这些 材料的混合物选择的绝缘体。
如图10所示，进一步需要形成传感器高度方向，以便沿着传感器 高度方向的回填膜6接触磁阻层3的部分附近的从沿着传感器高度方 向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的距离(在图10中为距 离e)，短于沿着传感器高度方向的回填膜6没有接触磁阻层3的部分 中的从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表 面的距离。
进而，优选地形成传感器高度方向，以便在从沿着传感器高度方 向的回填膜6接触磁阻层3的部分到沿着传感器高度方向离开那个部 分一定距离处的点A的区域中，从沿着传感器高度方向的回填膜6的 上表面到下屏蔽层4的上表面的距离b逐渐增加。在此，从沿着传感 器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的部分到点A的距离优选地为 500nm或以上，亦即等于或小于沿着传感器高度方向的上屏蔽层2的 长度。进一步优选地，在沿着传感器高度方向进一步离开点A的点处， 从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的 距离几乎固定。这旨在使随后的CMP过程中的抛光速率的局部分布最 小化。
借助于剥离掩模11的高度、用于形成沿着传感器高度方向的回填 膜6的方法以及沉积的条件，可以控制沿着传感器高度方向的回填膜6 的形状(图9中的值b和d)。
根据传统过程，剥离掩模11的高度近似为200nm，磁阻层3的厚 度为50nm，并且沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度与磁阻层3的 相同。然而，如图5所示，传统过程具有下述缺点：在沿着传感器高 度方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近，沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面低于磁阻层3的中间层53，并从而在随后的CMP过程 中，沿着传感器高度方向的回填膜6在沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点附近被抛光。那意味着可能形成泄漏电流通路。仅 仅通过加厚沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度，在沿着传感器高 度方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近会形成可能造成噪声的台阶 (陡坡)，如图15所示，并且在某些情况下，即使施加CMP也不能 成功地实现剥离。
为了获得根据本发明的形状，重要的是，沿着传感器高度方向的 回填膜6的厚度至少是磁阻层3厚度的大约1.2倍或以上，并且剥离掩 模的高度是沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度的4到5或更多倍。
具体地，当磁阻层3的厚度为50nm并且剥离掩模11的高度为 500nm而且通过溅射为沿着传感器高度方向的回填膜6形成70nm的氧 化铝层时，能够获得如图9所示的形状。在那时，在沿着传感器高度 方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近，从沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的距离为50nm。b 的长度为70nm，并且d的长度为1.0μm。在下述条件下形成沿着传感 器高度方向的回填膜6：0.40Pa的气体压力200W的标靶功率150mm 的标靶基片间距离；以及0W的基片偏压功率。借助于将要形成的氧化 铝层的厚度可以控制值b。并且可以通过剥离掩模11的高度来控制值 d。当剥离掩模的高度为1.0μm而其他条件不变时，值d为1.2μm。 通过在膜形成过程中改变基片上将要供应的偏压功率，可以控制值b 和d。
可选择地，通过离子束溅射可以成功地获得图9中显示的形状。 当磁阻层3的厚度为50nm并且剥离掩模11的高度为500nm而且通过 离子束溅射为沿着传感器高度方向的回填膜6形成60nm的氧化铝层 时，能够获得如图9所示的形状。在那时，在沿着传感器高度方向的 回填膜6接触磁阻层3的点处，从沿着传感器高度方向的回填膜6的 上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的距离a为50nm，图9中显 示的长度b为60nm，并且d的长度为1.3μm。在下述条件下形成沿着 传感器高度方向的回填膜6：420mA的射束电流；1000V的射束电压； 以及30度的沉积角度。可选择地，通过沉积角度可以控制值b和d。 例如，当沉积角度为45度而其他条件不变时，长度b为60nm，并且 长度d为1.7μm。在此沉积角度被规定为基片表面和标靶表面之间的 角度。例如，如果相互平行地布置基片和标靶，则沉积角度为0(零) 度。
随后，为了去除剥离掩模11，通过CMP施加剥离，如图21(e) 所示。然后，通过使用氧气或类似物的活性离子蚀刻(RIE)，去除第 一阻挡层41和第二阻挡层42，如图21(f)所示。
在这个过程之后，形成磁道宽度。为了形成磁道宽度，如形成传 感器高度中的那样，使用抗蚀剂或抗蚀剂与PMGI两者以形成抗蚀剂 掩模。然后向磁阻层3施加诸如离子束蚀刻和活性离子蚀刻(RIE)之 类的干蚀刻。
在蚀刻磁阻层3的过程之后，形成沿着磁道宽度方向的回填膜1。 仅仅需要至少直接接触磁阻层3的部分中的沿着磁道宽度方向的回填 膜1的材料是绝缘材料。此外，可能的是，可以在沿着磁道宽度方向 的回填膜1上形成纵向偏压层或侧面屏蔽层5，然而，并不总是需要纵 向偏压层或侧面屏蔽层5。最后，去除抗蚀剂掩模以完成磁道宽度方向 的形成。为了去除抗蚀剂掩模，如形成传感器高度方向中的那样，在 某些情况下可以使用CMP。在这样的情况下，如形成传感器高度方向 的过程中那样，优选地布置阻挡层。
形成磁道宽度的过程和形成传感器高度的过程之间的先后次序是 无关紧要的。与上述次序相反，形成磁道宽度可以在形成传感器高度 之前。
随后，在磁阻层3的上部上沉积由软磁材料制成的上屏蔽层2。 为了形成上屏蔽层2，首先，金属材料的层，例如Ta，可以沉积在磁 阻层3的上部上作为下层。然后，在堆叠引出端子的过程和制造用于 记录信息的记录元件的过程之后，在形成浮动块的过程中通过形成空 气承载表面13可以获得本发明的磁头。可选择地，在制造用于记录信 息的记录元件之后，读传感器可以沉积在其上。
图16和17是本发明的磁头的示意性横截面图。图16显示了纵向 记录型磁头，而图17则显示了垂直记录型磁头。如图16所示，对于 纵向记录型磁头，记录元件由下磁极18、上磁极19、线圈20、线圈绝 缘体21和写间隙22组成。如图17所示，对于垂直记录型磁头，记录 元件由辅助磁极23、主磁极24以及具有线圈20和线圈绝缘体21的单 极型磁头组成。
图18是具有本发明的磁头25的磁存储器的示意图。磁存储器具 有：磁记录介质27，其由电机29旋转驱动；磁头25，其安装记录头 和读取头；音圈电机(致动器)28；以及信号处理电路30。附于常平 架(gimbal)26尖端的磁头25通过音圈电机28在磁记录介质27之上移 动，以定位在预期磁道上。任何记录信号都通过信号处理电路30被供 应给磁头25的记录头，以在磁记录介质27上造成磁化翻转用于记录。 任何由磁记录介质27上的记录磁化引起的漏磁场都由磁头25的读取 头检测，并且检测到的信号在信号处理电路30中处理，然后被发送到 处理单元作为读取信号。
本发明的效果不取决于磁畴控制方法而变化。通过沿着磁道宽度 方向布置纵向偏压层的方法，以及通过在磁阻层3中布置磁畴控制层 的方法，同样具有相同的效果。进而，对于沿着传感器高度方向比空 气承载表面13更加靠后地布置磁阻层3的磁头，如图19所示，以及 对于仅有部分的磁阻层3面对空气承载表面13的磁头，如图20所示， 本发明的结构同样是有用的。
(1)沿着传感器高度方向的回填膜6与磁阻层3的与中间层53 相比更靠近下屏蔽层4的所有层的末端相接触。
(2)从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的 上表面的距离(换言之，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面 向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的长度)，在沿着传感器高度方向 的回填膜6接触磁阻层3的点处(换言之，在沿着传感器高度方向的 回填膜6接触磁阻层3的位置之中的离上屏蔽层2最近的位置处)最 短(在图9中，为距离a)。
(3)从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏蔽层4的 上表面绘制的垂线的最长距离(在图9中，为距离b)，大于从磁阻层 3的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的最长距离。
在这些结构之中，(1)中描述的结构是防止形成传感电流沿着其 流入到下屏蔽层4中而不穿过自由、中间以及固定层的路径以避免读 传感器输出退化所需的。此外，在(2)和(3)中描述的结构中，如 图4中显示的步骤(e)那样，在使用CMP的剥离过程中，用于保护 沿着传感器高度方向的回填膜6的第二阻挡层42布置在比用于保护磁 阻层3的第一阻挡层41高的位置处，并从而抛光垫易于碰到第二阻挡 层42上而难以碰到用于保护磁阻层3的第一阻挡层的拐角上，避免了 磁阻层3的侧壁通过CMP沿着传感器高度方向的暴露。进而，希望抛 光垫难以碰到用于保护磁阻层3的第一阻挡层41，并因而可以使CMP 造成的对磁阻层3的破坏最小化。
与传统结构相比，这些结构的效果允许防止沿着传感器高度方向 的磁阻层3、具体地即磁阻层3的比中间层53低的层的侧壁暴露，并 且具有防止传感电流泄漏、实现更高成品率的优点。
这样一来，如图9所示，进一步优选地满足下述三个结构要求。
(4)这样的结构，在所述结构中，在沿着传感器高度方向的回填 膜6接触磁阻层3的点和沿着传感器高度方向从空气承载表面相距距 离d(在图9中为Y轴正方向)的点之间的间隔之内，从沿着传感器 高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的距离逐渐增加 (换言之，这样的结构，在所述结构中，例如以20nm的间隔沿着传感 器高度方向分开回填膜，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面 到下屏蔽层4的表面的间隔的平均距离总是比以前间隔的大)。
(5)这样的结构，在所述结构中，当以30度角从与磁阻层3相 接触的点之中的最靠近上屏蔽层2的点水平(于下屏蔽层的表面)绘 制直线时，沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面总是位于比该直 线低的点处。亦即，当水平绘制连接沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点之中的最靠近上屏蔽层2的点的直线时，形成的角 θ小于30度。
(6)在这样的点处，所述点超过了沿着传感器高度方向从空气承 载表面相距距离d(在图9中为Y轴正方向)的点，沿着传感器高度 方向的回填膜6的上表面和下屏蔽层4的表面之间的直线的差异，在 平均长度(在图9中为距离b)的10％之内。
除了(1)到(3)中描述的结构之外满足(4)中描述的结构要求 实现了这样的结构，其能够防止传感电流泄漏并防止台阶形成在上屏 蔽层2中。在此，(4)中描述的距离d至少比沿着传感器高度方向的 上屏蔽层2的短，同时比沿着传感器高度方向的磁阻层3的长。在等 于或小于20nm的小区域中，取决于CMP过程中造成的破坏程度或基 片的平坦度，从沿着传感器膜方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4 的上表面的距离可以不必沿着传感器高度方向逐渐增加。然而，只要 将这样的状态限制到小区域是无关紧要的。
进而，通过满足(5)中描述的结构要求，沿着传感器高度方向的 回填膜6的上表面和磁阻层3的上表面之间限定的角度变得更加平缓， 因此，淤浆难以在CMP过程中郁积在沿着传感器高度方向的回填膜6 和磁阻层3之间的边界上。结果是防止了抛光速率局部变高。满足(5) 中描述的结构要求在防止沿着传感器高度的磁阻层3(具体地即比中间 层53低的层)的侧壁暴露方面是有用的。另外，可以减少上屏蔽层2 中形成的台阶，并因而可以减少由于上屏蔽层2的磁畴壁的转移而发 生的噪声。
另外，抛光垫在使用CMP的剥离过程中碰到的用于保护沿着传感 器高度方向的回填膜6的第二阻挡层42的区域通过满足(6)中描述 的结构要求而更大。因此，被稳了抛光速率，导致了抛光速率局部分 布的成功抑制。这就意味着，这在防止磁阻层3(具体地即比中间层 53低的层)的侧壁暴露方面是有用的。
通过使用这样的结构，在沿着传感器高度方向的磁阻层3的末端 处，可以使上屏蔽层2中形成的台阶尽可能大地最小化，所述结构为： 在沿着传感器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的点之中的最靠近上 屏蔽层2的点处，从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面向下屏 蔽层4的上表面绘制的垂线的长度，与从磁阻层3的上表面向下屏蔽 层4的上表面绘制的垂线的长度相同，如图9所示。因此，可以实现 这样的结构：可以减少由于上屏蔽层2的磁畴壁的转移而发生的噪声。 应当注意的是，在沿着传感器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的点 之中的最靠近上屏蔽层2的点处，从回填膜6的上表面向下屏蔽层4 的上表面绘制的垂线的长度，可以在从磁阻层3的上表面向下屏蔽层4 的上表面绘制的垂线长度的从0.9到1.1倍的范围之内变化。从回填膜 6的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线长度的这个小范围取决于 基片的平坦度或CMP造成的破坏。然而，只要变化落在这个范围之内 是无关紧要的。
使用图9中显示的本发明的磁头进行了试验以展示其效果。
我们制造了许多磁头，其中，从下屏蔽层4的上表面到磁阻层3 的上表面的距离a为50nm，沿着传感器高度方向的磁阻层的长度为 100nm，并且d为500nm。这些磁头取决于距离b的值而被分成一些组， 其中，图9中显示的下屏蔽层4的上表面和沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面之间的距离恒定，并且每组具有10,000个磁头。我们 检查了传感电流通过使用这些磁头而泄漏的磁头百分比。结果如图11 所示。
如从图11显示的结果中知道的那样，传感电流泄漏的磁头百分比 在b的尺寸低于50nm的情况下高，而在b的尺寸等于或高于60nm的 情况下低。
通过使用其中从下屏蔽层4的上表面到磁阻层3的上表面的距离 a为40nm的磁头，图12显示了与上述的相同种类试验的结果。如从 这个试验的结果中知道的那样，传感电流泄漏的磁头百分比在b的尺 寸等于或高于50nm的情况下低。
如从这些结果中知道的那样，b的适当长度取决于从下屏蔽层4 的上表面到磁阻层3的上表面的距离a，并且优选地，近似至少1.2倍 于距离a。
另外，我们制造了10,000个具有图8中显示的结构的传统CPP磁 头和10,000个本发明的磁头，以便根据噪声水平检查它们的制造成品 率。结果显示，成品率对于传统磁头为66％，而对于本发明的磁头则 为98％。在此，为了估计上屏蔽层2的磁畴壁转移造成的噪声效果， 以沿着传感器高度方向施加100Oe磁场以饱和上屏蔽层的方式使电流 流入到磁阻层3中的结果，以及以不施加磁场的方式使电流流入的结 果，被比较以测量噪声的水平。在这种检查中，通过假定噪声水平在 ±50μV之内的磁头良好而噪声水平在±50μV之外的磁头不良来确 定成品率。安装噪声水平在±50μV之内的磁头的磁存储产品的成品率 为96％。
与上屏蔽层2的形状相关联的图9中显示的距离d，可以影响上 屏蔽层2的磁畴壁的转移。因此，它同样可以影响噪声的产生。为了 以相同的方式根据噪声的水平来检查成品率，我们制造了磁头，其中， a为50nm，b为60nm，并且从空气承载表面13沿着传感器高度方向 的磁阻层的长度为50nm。这些磁头取决于距离d的值而被分成一些组， 并且每组具有10,000个磁头。结果如图13所示。
如从图13中知道的那样，对于d在较小值处成品率低。例如，成 品率在100nm的d处为93％，在500nm的d处为95％，并且在1000nm 或更高的d处为98％。制造10,000个具有图8中显示的结构的传统CPP 磁头以检查它们的成品率。结果为62％。
假定图9中显示的角度θ(连接沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点之中的最靠近上屏蔽层2的点和位置A的直线与下 屏蔽层的表面之间限定的角度)为10度、20度、30度、45度或60度 来制造磁头以便以相同的方式检查它们的成品率。结果如图14所示。 如从图14中知道的那样，在30度或以下的角度下可以确保95％或以 上的成品率。并且图14显示，成品率随着角度θ增长而恶化，如在45 度为73％，并且在60度为62％。如从结果中知道的那样，角度θ优选 地为30度或以下。
安装噪声水平在±50μV之内的磁头的磁存储产品的成品率分别 为：使用在这个试验中成品率为93％的磁头为90％，使用在这个试验 中成品率为95％的磁头为93％，并且使用在这个试验中成品率为98％ 的磁头为96％。
这样一来，即使在形成传感器的过程中施加CMP剥离，本发明的 磁头结构也允许解决泄漏传感电流的问题和上屏蔽层2的磁阻层3附 近的磁畴造成的噪声问题、解决剥离误差以及去除任何栅状物。
现在，下面详细说明制造本发明的磁头的过程。首先，在由氧化 铝碳化钛或类似物制成的基片表面上涂敷由氧化铝或类似物制成的绝 缘体，通过CMP或类似方法施加精确抛光，然后形成下屏蔽层4。这 是通过以下制造的：以预定形状使由通过例如溅射、离子束溅射或电 镀制备的镍铁合金组成的膜形成图案。通过生长氧化铝层并施加CMP， 下屏蔽层4及其上的氧化铝层在基片表面上被平整化。进一步，在远 离在稍后的步骤中制造磁阻膜3的区域的部分处，形成铅电极膜(未 显示)。这例如由Ta、Au和Ta的堆叠膜组成。
在这个下屏蔽层4上，通过例如溅射或离子束溅射，沉积磁阻层 3。磁阻层3包含：固定层，其由包含例如Co-Fe合金铁磁体的层组 成；中间层，其由例如氧化铝、氧化钽或Cu的金属氧化物或金属组成； 以及自由层，其由包含Ni-Fe合金和Co-Fe合金的层组成。并且在 某些情况下，磁阻层3包含形成在下屏蔽层4上的下层和形成在上屏 蔽层2之下的覆盖层。下层或覆盖层可以包含能够稳定固定层的磁化 取向的层(通常包含反铁磁材料)以及用于抑制自由层中巴克豪森 (Barkhausen)噪声的磁畴控制层。并且在某些情况下，磁阻层3具有多 个由三个层(自由、中间和固定层)组成的结构。
现在，参考图21说明形成传感器高度方向的过程。首先，在磁阻 层3上，沉积CMP抛光速率低的由DLC或类似物制成的第一阻挡层 41。第二，如图21(a)所示，抗蚀剂涂敷在第一阻挡层41上，并且 通过光刻机曝光，然后用显影剂显影以形成预期形状，其用作剥离掩 模11。通过在抗蚀剂之下涂敷聚二甲基戊二酰亚胺(poly dimethyl glutaric imide)并且与抗蚀剂一起形成图案，可以将剥离掩模11制造成 为双层。它可以被制造成为包含无机材料的多层。第三，如图21(b) 所示，使第一阻挡层41形成图案。如果第一阻挡层41能够在下一个 过程中与磁阻层3一起被蚀刻，则这个过程可以被省略。
第四，如图21(c)所示，向磁阻层3施加诸如离子束蚀刻或活性 蚀刻(RIE)之类的干蚀刻，并且形成沿着传感器高度方向的图案。此 时，可以通过用相对于基片比第一蚀刻的更加倾斜的第二入射角蚀刻， 来去除在第一蚀刻期间再沉积在磁阻层3的壁表面上的任何物质。蚀 刻的第二入射角优选地为60度到80度。并且，能够施加交替重复第 一和第二蚀刻过程若干次。也能够施加使用不同的方法。
第四，如图21(d)所示，通过溅射或离子束溅射形成沿着传感 器高度方向的回填膜6。膜堆叠可以用于这种沿着传感器高度方向的回 填膜6，然而，需要至少它的部分，其直接接触磁阻层3，为从诸如氧 化铝、氧化钛、氧化硅、氮化物、氧化硅和氧化钽之类的材料或这些 材料的混合物选择的绝缘体。
如图10所示，进一步需要形成传感器高度方向，以便沿着传感器 高度方向的回填膜6接触磁阻层3的部分附近的从沿着传感器高度方 向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的距离(在图10中为距 离e)，短于沿着传感器高度方向的回填膜6没有接触磁阻层3的部分 中的从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表 面的距离。
进而，优选地形成传感器高度方向，以便在从沿着传感器高度方 向的回填膜6接触磁阻层3的部分到沿着传感器高度方向离开那个部 分一定距离处的点A的区域中，从沿着传感器高度方向的回填膜6的 上表面到下屏蔽层4的上表面的距离b逐渐增加。在此，从沿着传感 器高度方向的回填膜6接触磁阻层3的部分到点A的距离优选地为 500nm或以上，亦即等于或小于沿着传感器高度方向的上屏蔽层2的 长度。进一步优选地，在沿着传感器高度方向进一步离开点A的点处， 从沿着传感器高度方向的回填膜6的上表面到下屏蔽层4的上表面的 距离几乎固定。这旨在使随后的CMP过程中的抛光速率的局部分布最 小化。
借助于剥离掩模11的高度、用于形成沿着传感器高度方向的回填 膜6的方法以及沉积的条件，可以控制沿着传感器高度方向的回填膜6 的形状(图9中的值b和d)。
根据传统过程，剥离掩模11的高度近似为200nm，磁阻层3的厚 度为50nm，并且沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度与磁阻层3的 相同。然而，如图5所示，传统过程具有下述缺点：在沿着传感器高 度方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近，沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面低于磁阻层3的中间层53，并从而在随后的CMP过程 中，沿着传感器高度方向的回填膜6在沿着传感器高度方向的回填膜6 接触磁阻层3的点附近被抛光。那意味着可能形成泄漏电流通路。仅 仅通过加厚沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度，在沿着传感器高 度方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近会形成可能造成噪声的台阶 (陡坡)，如图15所示，并且在某些情况下，即使施加CMP也不能 成功地实现剥离。
为了获得根据本发明的形状，重要的是，沿着传感器高度方向的 回填膜6的厚度至少是磁阻层3厚度的大约1.2倍或以上，并且剥离掩 模的高度是沿着传感器高度方向的回填膜6的厚度的4到5或更多倍。
具体地，当磁阻层3的厚度为50nm并且剥离掩模11的高度为 500nm而且通过溅射为沿着传感器高度方向的回填膜6形成70nm的氧 化铝层时，能够获得如图9所示的形状。在那时，在沿着传感器高度 方向的回填膜6接触磁阻层3的点附近，从沿着传感器高度方向的回 填膜6的上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的距离为50nm。b 的长度为70nm，并且d的长度为1.0μm。在下述条件下形成沿着传感 器高度方向的回填膜6：0.40Pa的气体压力200W的标靶功率150mm 的标靶基片间距离；以及0W的基片偏压功率。借助于将要形成的氧化 铝层的厚度可以控制值b。并且可以通过剥离掩模11的高度来控制值 d。当剥离掩模的高度为1.0μm而其他条件不变时，值d为1.2μm。 通过在膜形成过程中改变基片上将要供应的偏压功率，可以控制值b 和d。
可选择地，通过离子束溅射可以成功地获得图9中显示的形状。 当磁阻层3的厚度为50nm并且剥离掩模11的高度为500nm而且通过 离子束溅射为沿着传感器高度方向的回填膜6形成60nm的氧化铝层 时，能够获得如图9所示的形状。在那时，在沿着传感器高度方向的 回填膜6接触磁阻层3的点处，从沿着传感器高度方向的回填膜6的 上表面向下屏蔽层4的上表面绘制的垂线的距离a为50nm，图9中显 示的长度b为60nm，并且d的长度为1.3μm。在下述条件下形成沿着 传感器高度方向的回填膜6：420mA的射束电流；1000V的射束电压； 以及30度的沉积角度。可选择地，通过沉积角度可以控制值b和d。 例如，当沉积角度为45度而其他条件不变时，长度b为60nm，并且 长度d为1.7μm。在此沉积角度被规定为基片表面和标靶表面之间的 角度。例如，如果相互平行地布置基片和标靶，则沉积角度为0(零) 度。
随后，为了去除剥离掩模11，通过CMP施加剥离，如图21(e) 所示。然后，通过使用氧气或类似物的活性离子蚀刻(RIE)，去除第 一阻挡层41和第二阻挡层42，如图21(f)所示。
在这个过程之后，形成磁道宽度。为了形成磁道宽度，如形成传 感器高度中的那样，使用抗蚀剂或抗蚀剂与PMGI两者以形成抗蚀剂 掩模。然后向磁阻层3施加诸如离子束蚀刻和活性离子蚀刻(RIE)之 类的干蚀刻。
在蚀刻磁阻层3的过程之后，形成沿着磁道宽度方向的回填膜1。 仅仅需要至少直接接触磁阻层3的部分中的沿着磁道宽度方向的回填 膜1的材料是绝缘材料。此外，可能的是，可以在沿着磁道宽度方向 的回填膜1上形成纵向偏压层或侧面屏蔽层5，然而，并不总是需要纵 向偏压层或侧面屏蔽层5。最后，去除抗蚀剂掩模以完成磁道宽度方向 的形成。为了去除抗蚀剂掩模，如形成传感器高度方向中的那样，在 某些情况下可以使用CMP。在这样的情况下，如形成传感器高度方向 的过程中那样，优选地布置阻挡层。
形成磁道宽度的过程和形成传感器高度的过程之间的先后次序是 无关紧要的。与上述次序相反，形成磁道宽度可以在形成传感器高度 之前。
随后，在磁阻层3的上部上沉积由软磁材料制成的上屏蔽层2。 为了形成上屏蔽层2，首先，金属材料的层，例如Ta，可以沉积在磁 阻层3的上部上作为下层。然后，在堆叠引出端子的过程和制造用于 记录信息的记录元件的过程之后，在形成浮动块的过程中通过形成空 气承载表面13可以获得本发明的磁头。可选择地，在制造用于记录信 息的记录元件之后，读传感器可以沉积在其上。
图16和17是本发明的磁头的示意性横截面图。图16显示了纵向 记录型磁头，而图17则显示了垂直记录型磁头。如图16所示，对于 纵向记录型磁头，记录元件由下磁极18、上磁极19、线圈20、线圈绝 缘体21和写间隙22组成。如图17所示，对于垂直记录型磁头，记录 元件由辅助磁极23、主磁极24以及具有线圈20和线圈绝缘体21的单 极型磁头组成。
图18是具有本发明的磁头25的磁存储器的示意图。磁存储器具 有：磁记录介质27，其由电机29旋转驱动；磁头25，其安装记录头 和读取头；音圈电机(致动器)28；以及信号处理电路30。附于常平 架(gimbal)26尖端的磁头25通过音圈电机28在磁记录介质27之上移 动，以定位在预期磁道上。任何记录信号都通过信号处理电路30被供 应给磁头25的记录头，以在磁记录介质27上造成磁化翻转用于记录。 任何由磁记录介质27上的记录磁化引起的漏磁场都由磁头25的读取 头检测，并且检测到的信号在信号处理电路30中处理，然后被发送到 处理单元作为读取信号。
本发明的效果不取决于磁畴控制方法而变化。通过沿着磁道宽度 方向布置纵向偏压层的方法，以及通过在磁阻层3中布置磁畴控制层 的方法，同样具有相同的效果。进而，对于沿着传感器高度方向比空 气承载表面13更加靠后地布置磁阻层3的磁头，如图19所示，以及 对于仅有部分的磁阻层3面对空气承载表面13的磁头，如图20所示， 本发明的结构同样是有用的。