KR100234188B1 - 자기저항 박막자기헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정자기 디스크장치에서 기록된 정보의 재생에 사용되는 자기저항 박막자기헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드는, 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막이 순차적으로 적층되어 MR센서를 이루고, 교환결합막은 상기 MR센서의 상기 자기저항막 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 상기 MR센서의 양쪽 측면과 상기 MR센서의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 덮혀지고, 자구제어막은 상기 절연막의 상면에 덮혀진 상기 교환결합막 위에 소정의 형상으로 증착된 구조를 가지며, 그 제조방법은 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막을 스퍼터링법에 의해 순차적으로 적층하여 MR센서를 제조한 후, 포토레지스트와 스퍼터링법을 이용해 교환결합막과 자구제어막을 증착시키는 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기저항 박막자기헤드 및 그 제조방법

본 발명은 고정자기 디스크장치에서 기록된 정보의 재생에 사용되는 자기저항 박막자기헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 기록매체로부터 자기신호를 읽어내는 자기저항센서에서 자구에 기인한 노이즈를 제거하기 위해 교환결합막과 자구제어막이 함께 채용된 자기저항 박막자기헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기저항 박막자기헤드는 매체부 상면에 띠 형태로 자기저항막을 패턴형성하는 것과 이 자기저항막에 대해 적절한 바이어스 자계를 인가하는 바이어스방법을 조합하여 만들어진다. 그리고, 바이어스 자계에 따라 매체에 기록된 자기신호의 자계가 작용하면 자기저항막의 저항값이 자기저항막에 작용하는 자계의 변화에 비례적으로 변화한다. 이러한 저항변화를 검출함으로써 자기신호를 재생하게끔 된다.

종래의 발명에 의하면 도 1에 도시된 바와 같이 연자성막(1) 위에 비자성 분리막(2)과 자기저항막(3)이 순차로 적층되어 이루어진 자기저항센서(magnetoresistive sensor, 이하 MR 센서)(4)의 양쪽 상단부에 불필요한 자구를 제거하기 위한 교환결합막(5)을 형성하고 있다. 그리고 검지전류를 인가하기 위한 전극(6)을 교환결합막(5) 위에 형성한다. 상기 종래 발명의 경우, 자기저항막(3)과 교환결합막(5)과의 자기적 상호작용에 의해 자기저항막(3)의 양단에 존재하는 자구의 제거는 가능하나 자기저항막(3)의 중앙부에 존재하는 자구의 완벽한 제거는 불가능하여 잔존하는 자구에 의한 바쿠하우젠 노이즈가 헤드출력에 나타나게 된다. 특히, 교환결합막(5)으로 철-망간(FeMn) 합금의 경우 부식 등에 의한 내환경성이 부족하기 때문에 구조적인 개선이 더욱 필요하고 니켈-망간(NiMn)의 경우에는 높은 온도에서의 열처리로 인한 특성저하가 발생하는 문제가 있다.

도 2는 종래의 다른 자기저항 박막자기헤드를 나타낸 단면도로서, 제2도의 자기저항 박막자기헤드의 경우는 상기 제1도의 MR센서(24)의 양쪽 측면에 자구제어막(27)으로 하드 바이어스막(hard bias film)과 전극(28)을 형성시킴으로써 자기저항 박막자기헤드의 신뢰성도 높이고 불필요한 자구를 제거하고자 하였다. 그러나 도 2에 나타낸 종래발명에 의하면 MR센서(24)의 양쪽 측면을 경사지게 가공을 하여야 하고, 자기저항막(23)의 상단부와 자구제어막(27) 또는 자기저항막(23)과 전극(28)이 만나는 위치에 따라 센서영역(track)의 크기가 변화하므로 설계에 의한 정밀한 치수제어에 어려운 문제가 있다. 예를들면, MR센서(24)의 양쪽 측면 경사각도는 제조공정에 따라 변화되는데 자구제어막(27)의 두께가 변하면 센서영역의 크기가 바뀐다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선코자 창출된 것으로, 자기저항막의 중앙부에 존재하는 불필요한 자구를 제거하고, 교환결합막의 부식에 의한 특성저하를 보완하며, 제조가 용이한 자기저항 박막자기헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 자기저항 박막자기헤드를 제조하기 위한 자기저항 박막자기헤드의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 자기저항 박막자기헤드를 나타내는 개략적 단면도이다.

도 2는 종래의 다른 자기저항 박막자기헤드를 나타내는 개략적 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드를 나타내는 개략적 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드를 나타내는 개략적 단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

101..연자성막102..비자성 분리막

103..자기저항막104..자기저항센서(MR센서)

109..교환결합막110..자구제어막

111..샌드위치 구조의 전극

110'..씨앗층

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드는, 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막이 순차적으로 적층된 자기저항센서를 구비하는 자기저항 박막자기헤드에 있어서, 상기 자기저항센서의 자기저항막 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 상기 자기저항센서의 양쪽 측면과 상기 자기저항센서의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 구성되어 상기 자기저항막의 양단에 존재하는 자구를 제거하기 위한 교환결합막; 및 상기 절연막의 상면에 덮혀진 상기 교환결합막 위에 소정의 형상으로 증착되어 상기 자기저항막의 중앙부에 존재하는 자구의 제거 및 상기 교환결합막의 특성 저하를 방지하기 위한 자구제어막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 교환결합막의 상면과 상기 자구제어막의 상면을 덮도록 증착된 전극을 더 포함하고, 상기 교환결합막과 상기 자구제어막 사이에 씨앗층이 증착된 것이 바람직하며, 상기 교환결합막은 FeMn인 것이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드의 제조방법은, 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막을 스퍼터링법에 의해 순차적으로 연속 적층한 후, 사진식각공정을 거쳐 소정의 형상을 가진 자기저항센서를 형성하는 단계; 상기 자기저항센서 상부에 포토레지스트로 패턴을 형성한 후, 그 위에 스퍼터링법에 의해 상기 자기저항센서의 자기저항막 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 상기 자기저항센서의 양쪽 측면과 상기 자기저항센서의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 덮혀지는 교환결합막을 증착하고 잔존하는 상기 포토레지스트를 제거하는 교환결합막증착단계; 및 포토레지스트와 스퍼터링법을 이용해 상기 절연막의 상면에 덮혀진 상기 교환결합막 위에 자구제어막을 소정의 형상으로 증착하는 자구제어막증착단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 자구제어막증착단계 후 스퍼트링법을 이용하여 상기 교환결합막 위에 전극을 증착하는 전극증착단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 교환결합막증착단계와 상기 자구제어막증착단계 사이에 스퍼터링법을 이용해 상기 교환결합막과 상기 자구제어막 사이에 씨앗층을 증착하는 씨앗층증착단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 교환결합막은 FeMn인 것과 상기 자구제어막은 CoCrPt인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 자기저항 박막자기헤드를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드의 구조는 다음과 같다.

알루미나 절연막(도면에 도시되지 않았음) 상면에 NiFeZr, NiFeRh, CoZrNb 및 CoZrMo중 어느 하나로 이루어진 연자성막(101)과 Ta 또는 Ti중 어느 하나로 이루어진 비자성 분리막(102)과 NiFe으로 이루어진 자기저항막(103)이 순차적으로 적층되어 MR센서(104)를 이룬다. FeMn으로 이루어진 교환결합막(109)은 MR센서(104)의 자기저항막(103) 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 MR센서(104)의 양쪽 측면과 MR센서(104)의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 덮혀진다. 자구제어막(110)은 상기 절연막의 상면에 덮혀진 교환결합막(109) 위에 소정의 형상으로 증착된다. 전극(111)은 교환결합막(109)의 상면과 자구제어막(110)의 상면을 덮도록 증착된다.

여기서 교환결합막(109)의 두께는 150Å 내지 400Å인 것이 바람직하고, 자구제어막(110)의 두께는 300Å 내지 3000Å인 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드를 나타낸 단면도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드는 상기 도 3의 자기저항 박막자기헤드에 있어서, 교환결합막(109)의 단차부위에 자구제어막(110)이 형성될 수 있도록 포토레지스트를 이용하여 소정의 패턴을 형성한 후 그 위에 스퍼터링법으로 씨앗층(110')이 교환결합막(109)과 자구제어막(110) 사이에 더 포함되어 증착되고, 특히 전극(111)은 샌드위치 구조를 갖도록 형성된다. 또한 전극(111)은 샌드위치 구조의 Mo/Au/Mo, Ta/Au/Ta 및 Ta/W/Ta 재료중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이와 같은 도 3과 도 4의 구조에 있어서, 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드의 동작은 다음과 같다.

자기저항막(103)과 교환결합막(109)과의 상호작용에 의한 자구제거가 불충분 하게되면 기록신호의 재생시 잔류자구에 의한 노이즈 즉, 바쿠하우젠 노이즈가 발생하게 되는데 본 발명에 의한 자구제어막(110)을 교환결합막(109) 위에 상기 제3도 및 제4도와 같은 구조로 교환결합막(109)이 갖춰지면 자구제어막(110)으로부터 발생되는 자계가 MR센서(104)의 양쪽 측면이 마주보는 방향(112)으로 인가되어 자기저항막(103)의 중앙부위에 잔존하는 불필요한 자구의 제거가 가능하게 된다. 즉, 자기저항막(103)의 중앙부에 존재하는 불필요한 자구들을 교환결합막(109)과 자구제어막(110)의 동시 사용으로 제거할 수 있다.

또한, 교환결합막(109)이 부식 등에 의해 손상이 되어 자구제거를 위한 교환결합력이 작아져서 자기저항막(103)에 자구가 잔존하더라도 교환결합막(109)의 단차부위에 존재하는 자구제어막(110)이 자기저항막(103)의 양쪽 측면의 양단으로 자계를 인가하는 구조를 나타내기 때문에 본 발명에 의한 자기저항 박막자기헤드에서는 MR센서(104)에 잔존하는 자구에 의한 바쿠하우젠 노이즈는 완벽하게 제거할 수가 있어 낮은 노이즈의 자기헤드제조가 가능해지고, 자구제어막(110)을 교환결합막(109)과 병행으로 사용함으로써 교환결합막(109)의 부식 등에 의한 낮은 신뢰성을 보완할 수 있다. 그리고 철-망간(FeMn)을 교환결합막(109)으로 사용함으로써 높은 온도에서의 열처리가 불필요하게되어 열처리시 특성저하가 감소된다. 특히, 본 발명에서는 자구제어막(110)을 이미 정하여진 형상 및 치수의 교환결합막(109)의 단차부위에 제조하기 때문에 정밀한 치수제어의 필요성이 없어지므로 제조공정의 난이도를 낮출 수 있어 궁극적으로는 제조가 용이하여 제조수율의 향상을 꾀할 수 있고, 센서영역(track)의 정밀한 치수의 제어가 가능해진다.

이하, 첨부된 도 4를 참고로하여 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 박막자기헤드의 제조방법을 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드의 제조방법은,

먼저, 알루미나의 절연막(도면에 도시되지 않았음) 상면에 NiFeZr, NiFeRh, CoZrNb 및 CoZrMo의 재료중 어느 하나로 이루어진 연자성막(101)과 Ta 또는 Ti중 어느 하나로 이루어진 비자성 분리막(102)막과 NiFe의 자기저항막(103)을 고주파 스퍼터링법에 의해 순차적으로 연속 적층하고, 이 후 사진식각공정을 통해 패턴을 형성한 후 이온빔에칭법으로써 소정의 형상을 가진 MR센서를 형성시킨다.

다음 포토레지스트를 사용하여 MR센서의 상부에 소정의 패턴을 형성한 후, 포토레지스트가 없는 부위를 이온빔 에칭 또는 스퍼터에칭으로 청결히 하고, 다시 스퍼터링법에 의해 FeMn의 교환결합막(109)을 포토레지스트 패턴 위에 형성한다. 이 후, 아세톤등과 같은 화학용액을 이용하여 MR센서(104)의 자기저항막(103) 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 MR센서(104)의 양쪽 측면과 MR센서(104)의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 덮혀지는 FeMn의 교환결합막(109)만을 형성하고 필요없는 부위는 제거한다. 이 때 교환결합막(109)의 두께는 150Å 내지 400Å이다.

그 다음, 포토레지스트와 스퍼터링법을 이용해 상기 절연막의 상면에 있는 교환결합막(109)의 단차부 위에 자구제어막(110)을 포토레지스트를 이용하여 소정의 패턴을 형성한 후 그 위에 스퍼터링법으로 Cr의 씨앗층(110')을 30Å 내지 100Å 두께로 증착하고, 씨앗층(110') 위에 CoCrPt의 자구제어막(110)을 300Å 내지 3000Å 두께로 증착한다. 이때에도 앞서 행한 방법과 마찬가지로 화학용액을 사용하여 필요없는 부위를 제거한다.

그리고 나서, 포토레지스트를 이용한 패턴을 형성한 후, 이 패턴 위에 전극재료를 스퍼터링법으로 제조한 후 리프트오프(lift off)하여 전극(111)을 형성한다. 이 때 전극재료는 Mo/Au/Mo, Ta/Au/Ta, Ta/W/Ta중 어느 하나의 샌드위치 구조를 갖도록 제조한다. 이로써, 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드의 제조는 완료된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 자기저항 박막자기헤드는 교환결합막과 자구제어막을 병행 사용함으로써, 첫째, 자기저항막의 중앙부에 존재하는 불필요한 자구들을 교환결합막과 자구제어막의 동시 사용으로 제거할 수 있고, 둘째, 철-망간(FeMn)을 이용한 교환결합막만을 사용하였을 때 교환결합막의 부식등에 의한 낮은 신뢰성을 자구제어막의 동시사용으로 보완할 수 있고, 셋째, 철-망간(FeMn)을 교환결합막으로 사용함으로써 높은 온도에서의 열처리가 불필요하게되어 열처리시 특성저하를 감소시킬 수 있고, 넷째, 자구제어막을 교환결합막의 단차부위에 형성시키기 때문에 경사진 형태의 MR센서가 불필요하여 제조가 용이하며 재현성이 뛰어나고, 센서영역(track)의 정밀한 치수의 제어가 가능한 효과가 있다.

Claims (20)

1. 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막이 순차적으로 적층된 자기저항센서를 구비하는 자기저항 박막자기헤드에 있어서,

   상기 자기저항센서의 자기저항막 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 상기 자기저항센서의 양쪽 측면과 상기 자기저항센서의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 구성되어 상기 자기저항막의 양단에 존재하는 자구를 제거하기 위한 교환결합막; 및

   상기 절연막의 상면에 덮혀진 상기 교환결합막 위에 소정의 형상으로 증착되어 상기 자기저항막의 중앙부에 존재하는 자구의 제거 및 상기 교환결합막의 특성 저하를 방지하기 위한 자구제어막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
2. 제1항에 있어서, 상기 교환결합막의 상면과 상기 자구제어막의 상면을 덮도록 증착된 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
3. 제1항에 있어서, 상기 교환결합막의 단차부위에 상기 자구제어막이 증착되도록 상기 자구제어막 사이에 씨앗층이 증착된 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
4. 제1항에 있어서, 상기 교환결합막은 FeMn인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
5. 제1항에 있어서, 상기 자구제어막은 CoCrPt인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 씨앗층은 Cr인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
7. 제4항에 있어서, 상기 교환결합막의 두께는 150Å 내지 400Å인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
8. 제5항에 있어서, 상기 자구제어막의 두께는 300Å 내지 3000Å인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
9. 제6항에 있어서, 상기 씨앗층 Cr의 두께는 30Å 내지 100Å인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
10. 제2항에 있어서, 상기 전극은 Mo/Au/Mo, Ta/Au/Ta 및 Ta/W/Ta의 샌드위치구조를 갖는 재료중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드.
11. 절연막 상면에 연자성막과 비자성 분리막과 자기저항막을 스퍼터링법에 의해 순차적으로 연속 적층한 후, 사진식각공정을 거쳐 소정의 형상을 가진 자기저항센서를 형성하는 단계;

    상기 자기저항센서 상부에 포토레지스트로 패턴을 형성한 후, 그 위에 스퍼터링법에 의해 상기 자기저항센서의 자기저항막 상면의 양쪽 가장자리와 상기 절연막 상면에 수직한 상기 자기저항센서의 양쪽 측면과 상기 자기저항센서의 양쪽 측면에 인접한 상기 절연막의 상면 양쪽 가장자리에 단차형으로 덮혀지는 교환결합막을 증착하고 잔존하는 상기 포토레지스트를 제거하는 교환결합막증착단계; 및

    포토레지스트와 스퍼터링법을 이용해 상기 절연막의 상면에 덮혀진 상기 교환결합막 위에 자구제어막을 소정의 형상으로 증착하는 자구제어막증착단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 자구제어막증착단계 후 스퍼터링법을 이용하여 상기 교환결합막 위에 전극을 증착하는 전극증착단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 교환결합막증착단계와 상기 자구제어막증착단계 사이에 스퍼터링법을 이용해 상기 교환결합막의 단차부위에 상기 자구제어막이 증착되도록 상기 교환결합막과 상기 자구제어막 사이에 씨앗층을 증착하는 씨앗층증착단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 교환결합막증착단계는 FeMn으로 상기 교환결합막을 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 자구제어막증착단계는 CoCrPt으로 상기 자구제어막을 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
16. 제13항 또는 제15항에 있어서, 상기 씨앗층은 Cr으로 증착됨을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 교환결합막증착단계는 상기 교환결합막이 150Å 내지 400Å의 두께가 되도록 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 자구제어막증착단계는 상기 자구제어막이 300Å 내지 3000Å의 두께가 되도록 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 씨앗층증착단계는 상기 씨앗층을 30Å 내지 100Å의 두께로 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 전극증착단계는 상기 전극이 Mo/Au/Mo, Ta/Au/Ta 및 Ta/W/Ta의 샌드위치구조를 갖는 재료중 어느 하나가 되도록 증착함을 특징으로 하는 자기저항 박막자기헤드의 제조방법.