專利名稱：用來測試隧道磁阻效應(yīng)元件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試隧道磁阻效應(yīng)(TMR)元件的方法和裝置，例如使用隧道磁阻效應(yīng)的TMR頭元件或磁阻隨機存取存儲器(MRAM)。
背景技術(shù)：
在制造磁頭期間或之后，通常執(zhí)行評價測試來確定具有磁阻效應(yīng)(MR)頭元件的薄膜磁頭是否是沒有缺陷的產(chǎn)品。這種評價測試包括用來確認(rèn)例如巴克豪森效應(yīng)噪聲(BHN)的任何隨機電報噪聲(RTN)不是由MR頭元件產(chǎn)生的穩(wěn)定性測試，和用來確認(rèn)MR頭元件的擊穿電壓高到足以經(jīng)得住延長的使用周期的可靠性測試。
實際上，對于所有制造的MR頭元件，都要通過使用例如動態(tài)性能(DP)測試器來確認(rèn)沒有頭元件的再生輸出因預(yù)定時間間隔內(nèi)的RTN而超過門限電平從而執(zhí)行穩(wěn)定性測試。然而，由于RTN是猝發(fā)噪聲，所以，在預(yù)定時間間隔內(nèi)，它可能不會產(chǎn)生。既使產(chǎn)生了RTN，也可能由于其電平低于門限而不能檢測到。
日本專利公開No.2000-260012公開了一種測試普通MR頭元件而不是TMR頭元件的穩(wěn)定性的方法。在該方法中，在來自MR頭元件的再生輸出中的變化是通過重復(fù)執(zhí)行以下的步驟來進行評價的將AC記錄電流和外部DC磁場施加給MR頭元件的步驟，和在施加之后測量再生輸出特性的步驟。
然而，這種測試方法不但額外需要磁場產(chǎn)生設(shè)備來施加外部DC磁場給MR頭元件，而且由于施加了外部磁場而有害地影響了MR頭元件的偏置磁場。另外，既使使用這種檢測方法也很難可靠地檢測到突發(fā)噪聲RTN。
將注意到，由于傳統(tǒng)測量磁頭擊穿電壓的可靠性測試在擊穿電壓測量期間要破壞磁頭，所以，這種測試方法不能為所有的磁頭都執(zhí)行。
為了解決這些問題，本申請的申請人建議了一種用來通過從基片側(cè)或下側(cè)到反基片側(cè)或上側(cè)饋送通過TMR元件的電流，并通過將從其初始電阻到連續(xù)饋送電流之后的電阻的變化率與門限進行比較，從而來評價TMR元件是否是非缺陷產(chǎn)品的測試方法和裝置(2004年3月5日申請的日本專利申請No.2004-062031，2005年3月3日申請的美國專利序列號。
然而，根據(jù)這種測試方法和裝置，由于每次饋送電流的時間間隔、施加到TMR元件的電壓和TMR元件的材料變化時，都需要確定電阻變化率的門限值，所以該測試過程變得非常復(fù)雜。因此，很難評價每個TMR元件是否是非缺陷產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種測試TMR元件的方法和裝置，其中，可以非常容易地確認(rèn)TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性，而不會破壞該元件。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種測試TMR元件的方法，包括步驟初始測量TMR元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第一電阻值，測量在連續(xù)從反基片側(cè)(上側(cè))到基片側(cè)(下側(cè))饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的TMR元件的電阻值，從而將該測量電阻值提供作為第二電阻值和，通過相互比較第一電阻值和第二電阻值來評價TMR元件的步驟。
對于多個TMR元件，如果從反基片側(cè)(上側(cè))到基片側(cè)(下側(cè))饋入電流，那么在基于第一電阻值(初始電阻值)和第二電阻值(在從反基片側(cè)到基片側(cè)連續(xù)饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的電阻值)確定的它們電阻的變化度分布作為電阻值的變化率或電阻值的變化量的分布被極化分為兩組。第一組是一組電阻值變化率或電阻值變化量小于1的TMR元件，而第二組是一組電阻值變化率或電阻值變化量等于或大于1的TMR元件。在第二組中的許多TMR元件產(chǎn)生RTN，而在第一組中很少的TMR元件產(chǎn)生RTN。而且，在第一組中的TMR元件的擊穿電壓高于在第二組中的TMR元件的擊穿電壓。因此，通過基于作為在連續(xù)饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的電阻值的第二電阻值是否小于第一或初始電阻值來確認(rèn)TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性，可以非常容易地評價TMR元件是非缺陷/缺陷。而且，由于這種評價測試可以在不破壞TMR元件的情況下進行，所以可以100％地檢驗所制造的TMR元件。尤其是，根據(jù)本發(fā)明，由于可以僅僅通過判斷在通過電流之后的電阻是否小于初始電阻而不管饋送電流到TMR頭元件的時間間隔、施加到TMR頭元件的電壓和TMR頭元件的材料就可以執(zhí)行非缺陷和缺陷產(chǎn)品的評價測試，所以評價測試過程變得極其簡單。
優(yōu)選地，所述評價步驟包括基于第二電阻值R2是否小于第一電阻值R1來評價TMR元件。
還優(yōu)選地，所述評價步驟包括當(dāng)?shù)诙娮柚礡2小于第一電阻值R1時，判斷TMR元件為非缺陷產(chǎn)品。
優(yōu)選地，所述預(yù)定時間間隔是兩到三分鐘的預(yù)定時間間隔。
還優(yōu)選地，所述TMR元件是TMR頭元件或MRAM。
另外，根據(jù)本發(fā)明，用來測試TMR元件的裝置包括用于初始測量TMR元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第一電阻值的單元；用于測量在連續(xù)從反基片側(cè)(上側(cè))到基片側(cè)(下側(cè))饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的TMR元件的電阻值以將該測量電阻值提供作為第二電阻值的單元；和，用于通過相互比較第一電阻值和第二電阻值來評價TMR元件的單元。
如上所述，對于多個TMR元件，如果從反基片側(cè)(上側(cè))到基片側(cè)(下側(cè))饋入電流，那么在基于第一電阻值(初始電阻值)和第二電阻值(在從反基片側(cè)到基片側(cè)連饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的電阻值)確定的它們電阻的變化度分布作為電阻值的變化率或電阻值的變化量的分布被極化分為兩組。第一組是一組電阻值變化率或電阻值變化量小于1的TMR元件，而第二組是一組電阻值變化率或電阻值變化量等于或大于1的TMR元件。在第二組中的許多TMR元件產(chǎn)生RTN，而在第一組中很少TMR元件產(chǎn)生RTN。而且，在第一組中的TMR元件的擊穿電壓高于在第二組中的TMR元件的擊穿電壓。因此，通過基于作為在連續(xù)饋送通過TMR元件的電流達預(yù)定時間間隔之后的電阻值的第二電阻值是否小于第一或初始電阻值來確認(rèn)TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性，可以非常容易地評價TMR元件是非缺陷/缺陷。而且，由于這種評價測試可以在不破壞TMR元件的情況下進行，所以可以100％地檢驗所制造的TMR元件。尤其是，根據(jù)本發(fā)明，由于可以僅僅通過判斷在通過電流之后的電阻是否小于初始電阻而不管饋送電流到TMR頭元件的時間間隔、施加到TMR頭元件的電壓和TMR頭元件的材料可以執(zhí)行非缺陷和缺陷產(chǎn)品的評價測試，所以評價測試過程變得極其簡單。
優(yōu)選地，所述評價單元包括用來基于第二電阻值R2是否小于第一電阻值R1來評價TMR元件的評價單元。
還優(yōu)選地，所述評價單元包括當(dāng)?shù)诙娮柚礡2小于第一電阻值R1時，用于判斷TMR元件為非缺陷產(chǎn)品的單元。
優(yōu)選地，所述預(yù)定時間間隔是兩到三分鐘的預(yù)定時間間隔。
還優(yōu)選地，所述TMR元件是TMR頭元件或MRAM。
從下面對附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述中，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將變的明顯。


圖1是顯示作為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例測試TMR頭元件的配置的示意圖；圖2是顯示圖1實施例中的測試過程的流程圖；圖3是顯示沿著垂直于頭元件的空氣支承面(ABS)的方向察看的、圖1實施例中的每個TMR頭元件的示例結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4是顯示從ABS察看的、圖3TMR頭元件的截面圖；圖5是顯示關(guān)于多個TMR頭元件的初始電阻R1和在通過電流之后的電阻R2的測量結(jié)果的曲線圖；圖6是顯示關(guān)于多個TMR頭元件的初始電阻R1和在通過電流之后的電阻R2的測量結(jié)果的曲線圖；圖7是顯示通過向包含在組A和B中的TMR頭元件增加所施加電壓所測量的擊穿電壓的測量結(jié)果的曲線圖；圖8是顯示通過向包含在組A和B中的TMR頭元件增加所施加電壓所測量的擊穿電壓的測量結(jié)果的曲線圖；圖9是顯示作為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，測試TMR頭元件的部分配置的示意圖；和圖10是顯示作為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，測試TMR頭元件的部分配置的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意性地顯示了作為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例測試TMR頭元件的配置。
在該附圖中，參考標(biāo)記10代表具有多個沒有各自分開的對齊的TMR磁頭的條形構(gòu)件或條形塊，11代表TMR頭元件的測試裝置。
條形構(gòu)件10是通過根據(jù)薄膜技術(shù)在晶片上形成以矩陣排列的大量TMR磁頭，通過將該晶片切割成條形構(gòu)件以便每個構(gòu)件具有對齊的磁頭，并通過輕拍磁頭構(gòu)件10的ABS以便調(diào)整磁頭的間隙深度(MR高度)來提供的。條形構(gòu)件10的每個TMR磁頭10a具有TMR讀頭元件、感應(yīng)寫頭元件、一對電連接到TMR讀頭元件的端子襯墊10b，和一對電連接到感應(yīng)寫頭元件的端子襯墊10c。
測試裝置11具有一對可以電接觸TMR頭元件的端子襯墊對10b的探針11a、電連接到探針對11a以用來向TMR頭元件提供恒定電壓的恒壓源電路11b、電連接到探針對11a用來測量流過TMR頭元件的電流的電流測量電路、電連接到電流測量電路11c用來將其模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器11d和電連接到A/D轉(zhuǎn)換器11d和恒定電壓源電路11b的數(shù)字計算機11e。數(shù)字計算機11e順序地從A/D轉(zhuǎn)換器11d接收數(shù)字信號，并計算初始電阻R1和在通電流之后的電阻R2以便判斷TMR頭元件是否有缺陷。而且，數(shù)字計算機11e還控制恒壓源電路11b和A/D轉(zhuǎn)換器11d的操作。
圖2顯示了本實施例中測試裝置11的測試過程。
如圖中所示，首先，在條形構(gòu)件10中，探針對11a被電連接到要測試的TMR頭元件的端子襯墊10b，并且在此狀態(tài)下，開始從恒壓源電路11b向TMR磁頭單元施加例如150mV的恒定電壓(步驟S1)。在此情況下，施加該電壓以便電流確定地以層壓方向向下流向TMR頭元件(在層壓方向上從反基片側(cè)或上側(cè)到基片側(cè)或下側(cè))而不管TMR多層的層壓順序如何。
接著，測量流過TMR頭元件的電流值，并將該測量的電流值輸入到計算機11e以便計算TMR頭元件的電阻值(步驟S2)?？梢杂伤┘拥暮愣妷?，例如150mV，和所測量的電流值容易地計算出電阻值。所計算的電阻值被存儲在計算機11e中。特別地，初始獲得的電阻值被存儲作為電阻R1。
接著，判斷從開始施加恒定電壓是否已經(jīng)過去例如2-3分鐘的預(yù)定時間間隔(在該實施例中為2分鐘15秒)(步驟S3)。如果沒有，也就是說還沒有過去預(yù)定的時間間隔，那么在步驟S2中，重復(fù)執(zhí)行測量和計算處理。如果為是，也就是已經(jīng)過去了預(yù)定時間間隔，那么就執(zhí)行下一步驟S4的處理。
在步驟S4，基于最近測量的電流值計算電阻值，所計算的電阻被作為電阻R2存儲在計算機11e中，接著，結(jié)束施加恒定電壓。
因此，恰好在開始恒定電壓施加之后的電阻值被存儲作為電阻R1，并且恰好在終止恒定電壓施加之前的電阻值存儲作為電阻R2。電阻R1相應(yīng)于電流流動之前的TMR頭元件的初始電阻值，并且電阻R2相應(yīng)于電流持續(xù)流過TMR頭元件達預(yù)定時間間隔后TMR頭元件的電阻值。
此后，判斷電阻變化率(R2/R1)×100(％)是否小于100(％)，也就是，在通過電流之后的電阻值R2是否小于初始電阻值R1(步驟S5)。
如果是，也就是說，電阻變化率小于100(％)，就評價TMR頭元件為非缺陷產(chǎn)品(步驟S6)。如果不是，也就是說電阻變化率不小于100(％)，即，等于或大于100(％)，那么就評價TMR頭元件為缺陷產(chǎn)品(步驟S7)。
接著，以相同的方式順序地評價條形構(gòu)件10中的剩余TMR頭元件。
圖3和4顯示了在該實施例中的每個TMR頭元件的示例結(jié)構(gòu)。圖3顯示了從垂直于TMR頭元件的ABS的方向看的截面，圖4顯示從ABS看的截面。
如這些附圖所示，TMR頭元件的TMR薄膜具有多層結(jié)構(gòu)通過緩沖器層(Ta/NiFe)31順序?qū)訅涸谙赂采w層(NiFe)30上的反鐵磁層(PtMn 15nm)32、針層(pin layer)(CoFe 2nm/Ru 0.8nm/CoFe3nm)33、阻擋層(Al 0.575nm-ox)34、自由層(CoFe 2nm/NiFe 3nm)和蓋帽層(Ta)36。在TMR薄膜上，層壓了金屬間隙層37和上屏蔽層38。偏置層39形成在位于TMR薄膜的軌跡寬度方向上的橫向區(qū)域中。在修改方式中，TMR多層的層壓順序可以相反。
下面，將描述圖2所示程序可以評價有關(guān)TMR頭元件的非缺陷/缺陷的原因。
圖5和6顯示了關(guān)于多個TMR頭元件的初始電阻R1和通過電流之后的電阻R2的測量結(jié)果。圖5的橫軸表示初始電阻R1(Ω)，其縱軸表示電阻變化率R2/R1(％)，即(通過電流之后的電阻)/(初始電阻)。圖6的橫軸表示電阻的變化率R2/R1(％)，而其縱軸表示其頻率(％)。
如這些附圖所示，作為通過電流之后電阻相對于TMR頭元件的初始電阻的變化率的電阻變化率R2/R1的分布被極化分成組A和B。而且，從這些附圖中，顯示了電阻R2/R1的變化率在組A和B之間的門限為100(％)。
然后，確認(rèn)在每一組中的TMR頭元件的穩(wěn)定性和可靠性。
也就是，通過逐漸增加施加的電壓并測量它們的電阻來檢查包含在組A中的TMR頭元件A1-A5和包含在組B中的TMR頭元件B1-B5的擊穿電壓。圖7和8顯示了檢查的結(jié)果。在圖7中，橫軸表示施加的電壓(mV)，而縱軸表示電阻(Ω)。在圖8中，橫軸表示電阻變化率R2/R1(％)，縱軸表示擊穿電壓(mV)。
如從圖7中注意到的那樣，包含在組A中的所有TMR頭元件A1-A5具有大約700mV的擊穿電壓，其高于包含在組B中的TMR頭元件B1-B1大約400mV的擊穿電壓，因此，組A中的TMR頭元件具有高得多的可靠性。
另外，如圖8清楚顯示的那樣，基于通過電流之后的電阻R2是否小于初始電阻R1，換句話說，電阻的變化率R2/R1是否小于100(％)，擊穿電壓被極化分成兩組。具有小于100(％)的電阻變化率R2/R1的TMR頭元件高度穩(wěn)定可靠，因而，是非缺陷產(chǎn)品。與此相反，具有等于或大于100(％)的電阻變化率R2/R1的TMR頭元件因為在它們的屏蔽層中形成有針洞而不穩(wěn)定并且不可靠，因而，為缺陷產(chǎn)品。
將會明白，根據(jù)本實施例，可以非常容易地確認(rèn)TMR頭元件的穩(wěn)定性和可靠性，從而非常容易地執(zhí)行非缺陷產(chǎn)品和缺陷產(chǎn)品的評價測試。而且，根據(jù)該實施例，由于該評價測試無需破壞TMR頭元件就可以完成，所以可以對制造的TMR頭元件執(zhí)行100％的檢驗。尤其是，由于可以僅僅通過判斷在通過電流之后的電阻R2是否小于初始電阻R1，換句話說，電阻的變化率R2/R1是否小于100(％)，而不管饋送電流到TMR頭元件的時間間隔、施加到TMR頭元件的電壓和TMR頭元件的材料就可以執(zhí)行非缺陷和缺陷產(chǎn)品的評價測試，所以評價測試過程變得極其簡單。
在前述實施例中，為了知道初始電阻和通過電流之后的電阻，需要施加恒定電壓到TMR頭元件并測量流過TMR頭元件的電流。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過饋送通過TMR頭元件的恒定電流并測量在TMR頭元件上的電壓同樣可以獲得這些電阻值。
圖9示意性顯示了作為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例測試TMR頭元件的部分配置。
在圖1的實施例中，TMR頭元件的測試是用于為具有沒有各自分開的對齊的TMR磁頭的MR-高度調(diào)整的條形構(gòu)件實施的。然而，在該實施例中，測試是通過將探針對91a電接觸TMR頭元件的端子襯墊對90b而用于為從條形構(gòu)件分離的各個磁頭滑動器90來執(zhí)行的。作為另一種配置的測試裝置，該實施例的操作和優(yōu)點基本上與圖1的圖10示意性顯示了作為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例測試TMR頭元件的部分配置。
在該實施例中，測試是通過將探針對101a被電接觸電連接到TMR頭元件的連接襯墊對102a而為包括懸架102和置于懸架102上的磁頭滑動器100的頭萬向接頭組件(HGA)執(zhí)行的。作為另一種配置的測試裝置，該實施例的操作和優(yōu)點基本上與圖1的實施例相同。
雖然前述的實施例涉及了測試TMR頭元件的方法和裝置，但是很明顯，本發(fā)明也可以簡單地應(yīng)用到MRAM的測試中。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以構(gòu)思出本發(fā)明的多種不同實施方式。應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于在說明書中所述的特定實施例，而應(yīng)該以所附權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種測試隧道磁阻效應(yīng)元件的方法，包括步驟初始測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第一電阻值；在從反基片側(cè)到基片側(cè)連續(xù)饋送通過所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電流達預(yù)定時間間隔之后，測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第二電阻值；和通過相互比較所述第一電阻值和所述第二電阻值來評價所述隧道磁阻效應(yīng)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述評價步驟包括基于所述第二電阻值是否小于所述第一電阻值來評價所述隧道磁阻效應(yīng)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述評價步驟包括當(dāng)所述第二電阻值小于所述第一電阻值時，判斷所述隧道磁阻效應(yīng)元件為非缺陷產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述預(yù)定時間間隔是2到3分鐘的預(yù)定時間間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述隧道磁阻效應(yīng)元件是隧道磁阻效應(yīng)頭元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述隧道磁阻效應(yīng)元件是磁阻效應(yīng)隨機存取存儲器。
7.一種用來測試隧道磁阻效應(yīng)元件的裝置，包括用于初始測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第一電阻值的裝置；用于在從反基片側(cè)到基片側(cè)連續(xù)饋送通過所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電流達預(yù)定時間間隔之后，測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第二電阻值的裝置；和用于通過相互比較所述第一電阻值和所述第二電阻值來評價所述隧道磁阻效應(yīng)元件的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，所述評價裝置包括用來基于所述第二電阻值是否小于所述第一電阻值來評價所述隧道磁阻效應(yīng)元件的評價裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，所述評價裝置包括當(dāng)所述第二電阻值小于所述第一電阻值時，用于判斷所述隧道磁阻效應(yīng)元件為非缺陷產(chǎn)品的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，所述預(yù)定時間間隔是2到3分鐘的預(yù)定時間間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，所述隧道磁阻效應(yīng)元件是隧道磁阻效應(yīng)頭元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中，所述隧道磁阻效應(yīng)元件是磁阻效應(yīng)隨機存取存儲器。
全文摘要
一種測試TMR元件的方法，包括初始測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第一電阻值；在從反基片側(cè)到基片側(cè)連續(xù)饋送通過所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電流達預(yù)定時間間隔之后，測量所述隧道磁阻效應(yīng)元件的電阻值以將所測量的電阻值提供作為第二電阻值；和，通過相互比較所述第一電阻值和所述第二電阻值來評價所述隧道磁阻效應(yīng)元件。
文檔編號G11B5/39GK1691139SQ20051006770
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者猿木俊司, 稻毛健治, 蜂須賀望, 清野浩 申請人:Tdk株式會社