專利名稱：用于測試隧道磁電阻效應元件的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測試使用隧道磁電阻效應的隧道磁電阻效應(TMR)元件，例如TMR磁頭元件，或者磁電阻隨機存取存儲器(MRAM)的方法和設備。
背景技術：
在制造磁頭期間或之后，為了確定帶有磁電阻效應(MR)磁頭元件的薄膜磁頭是否是無缺陷的產(chǎn)品，通常實施評價測試。所述評價測試包括穩(wěn)定性測試，用于驗證不會從MR磁頭元件中產(chǎn)生任何隨機的電報噪聲(RTN)，例如巴克豪森噪聲(BHN)，以及可靠性測試，用于驗證MR磁頭元件的擊穿電壓足夠高，從而經(jīng)得起長期的使用。
實際上，對于所有制造的MR磁頭元件，通過使用例如動態(tài)性能(DP)試驗機來實施穩(wěn)定性測試，驗證在預定的時間內(nèi)磁頭元件再現(xiàn)的輸出(reproduced output)不會由于RTN而超過閾值。但是，因為RTN是突發(fā)噪聲，所以它在預定的時間內(nèi)不會產(chǎn)生。即便產(chǎn)生了RTN，由于其低于閾值水平而檢測不到。
日本專利申請第2000-260012公開了一種標準MR磁頭元件而不是TMR磁頭元件的測試方法。在該方法中，通過重復實施向MR磁頭元件施加AC記錄電流和外部DC磁場的步驟，以及在施加后測試再現(xiàn)特性的步驟來評價MR磁頭元件再現(xiàn)的輸出中的變化。
但是，這種測試方法不僅額外需要用來向MR磁頭元件施加外部DC磁場的磁場產(chǎn)生設備，而且由于外部磁場的施加會不利地影響MR磁頭元件的偏置磁場。另外，通過所述方法甚至很難可靠地檢測突發(fā)噪聲RTN。
應當注意，測量磁頭擊穿電壓的傳統(tǒng)可靠性測試不能對所有的磁頭實行，因為在擊穿電壓測量期間，傳統(tǒng)測試會破壞磁頭。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種測試TMR元件的方法和設備，從而可以非常容易地驗證TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性而不會破壞元件。
根據(jù)本發(fā)明，測試TMR元件的方法包括初始測量TMR元件的電阻值，提供所測量的電阻值作為第一電阻值的步驟；在連續(xù)使電流通過TMR元件預定的時間后，測量TMR元件的電阻值，提供所測量的電阻值作為第二電阻值的步驟；以及根據(jù)TMR元件電阻變化的程度來評價TMR元件的步驟。電阻變化的程度基于第一電阻值和第二電阻值來確定。
至于多個TMR元件，基于第一電阻值(初始電阻值)和第二電阻值(就在使電流連續(xù)通過TMR元件預定的時間后的電阻值)確定的其電阻變化程度的分布，即電阻值變化率或者電阻值變化量的分布兩極分化成兩組。第一組是具有大的電阻值變化率或者大的電阻值變化量的TMR元件組，而第二組是具有小的電阻值變化率或者小的電阻值變化量的TMR元件組。第一組中許多TMR元件產(chǎn)生RTN，而第二組中很少的TMR元件產(chǎn)生RTN。另外，第一組中的TMR元件的擊穿電壓低于第二組中TMR元件。因此，通過根據(jù)從第一或初始電阻值到第二電阻值，即就在使電流連續(xù)通過TMR元件預定時間后的電阻值的變化量來驗證TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性，可以非常容易地評價TMR元件是無缺陷/有缺陷的。另外，因為實施所述評價測試不會破壞TMR元件，所以可以100％檢查制造的TRM元件。
優(yōu)選所述評價步驟包括使用變化率R2/R1來評價TRM元件，其中R2表示第一電阻值，R1表示第二電阻值。
還優(yōu)選所述評價步驟包括當變化率R2/R1大于預定閾值時判斷TMR元件是無效產(chǎn)品的步驟。在此情況下，優(yōu)選預定的閾值是位于97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定值。
優(yōu)選所述預定的時間是兩到三分鐘的預定時間。
還優(yōu)選所述TRM元件是TMR磁頭元件或者MRAM。
根據(jù)本發(fā)明，用于測試TMR元件的設備包括初始測量TMR元件的電阻值，提供所測量的電阻值作為第一電阻值的單元；在連續(xù)使電流通過TMR元件預定的時間后，測量TMR元件的電阻值，提供所測量的電阻值作為第二電阻值的單元；以及根據(jù)TMR元件電阻變化的程度來評價TMR元件的單元。電阻變化的程度基于第一電阻值和第二電阻值來確定。
如上所述，至于多個TMR元件，基于第一電阻值(初始電阻值)和第二電阻值(就在使電流連續(xù)通過TMR元件預定的時間后的電阻值)確定的其電阻變化程度的分布，即電阻值變化率或者電阻值變化量的分布兩極分化成兩組。第一組是具有大的電阻值變化率或者大的電阻值變化量的TMR元件組，而第二組是具有小的電阻值變化率或者小的電阻值變化量的TMR元件組。第一組中許多TMR元件產(chǎn)生RTN，而第二組中很少的TMR元件產(chǎn)生RTN。另外，第一組中的TMR元件的擊穿電壓低于第二組中TMR元件。因此，通過根據(jù)從第一或初始電阻值到第二電阻值，即就在使電流連續(xù)通過TMR元件預定時間后的電阻值的變化量來驗證TMR元件的穩(wěn)定性和可靠性，可以非常容易地評價TMR元件是無缺陷/有缺陷的。另外，因為實施所述評價測試不會破壞TMR元件，所以可以100％檢查制造的TRM元件。
優(yōu)選所述評價單元包括使用變化率R2/R1來評價TRM元件的評估單元，其中R2表示第一電阻值，R1表示第二電阻值。
還優(yōu)選所述評估單元包括當變化率R2/R1大于預定閾值時判斷TMR元件是無效產(chǎn)品的單元。在此情況下，優(yōu)選預定的閾值是位于97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定值。
優(yōu)選所述預定的時間是兩到三分鐘的預定時間。
還優(yōu)選所述TRM元件是TMR磁頭元件或者MRAM。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將從下面如附圖舉例說明的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的說明中顯現(xiàn)。


圖1是說明作為本發(fā)明優(yōu)選實施方案的測試TMR磁頭元件的結構示意圖；圖2是說明圖1的實施方案中測試程序的流程圖；圖3是沿著與磁頭元件的空氣支承表面(air bearing surface ABS)正交的方向看的剖視圖，表明了圖1的實施方案中每個TMR磁頭元件的例示結構；圖4是說明圖3的TMR磁頭元件，從ABS看的剖視圖。
圖5是說明對于許多TMR磁頭元件，初始電阻R1和電流通過后的電阻R2的測量結果的圖；圖6是說明對于許多TMR磁頭元件，初始電阻R1和電流通過后的電阻R2的測量結果的圖；圖7是說明對于許多TMR磁頭元件，未發(fā)生RTN和發(fā)生RTN的測量結果的圖；圖8是說明通過向A和B組中所含的TMR磁頭元件增加外加電壓而測量擊穿電壓的結果的圖；圖9是說明通過向A和B組中所含的TMR磁頭元件增加外加電壓而測量擊穿電壓的結果的圖；圖10是說明本發(fā)明另一個實施方案的測試TMR磁頭元件的部分結構的示意圖；圖11是說明本發(fā)明再另一個實施方案的測試TMR磁頭元件的部分結構的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意性地舉例說明了作為本發(fā)明優(yōu)選實施方案的測試TMR磁頭元件的結構。
在該圖中，參考數(shù)字10表示帶有多個排列的，但彼此仍未各自分離的TMR磁頭的棒形構件或者棒形塊，并且11表示TMR磁頭元件測試設備。
棒形部件10通過如下方法提供根據(jù)薄膜技術在晶片形成大量按矩陣排列的TMR磁頭；將晶片切割成棒形構件，以至于每個構件具有排列的磁頭；以及研磨磁頭構件10的ABS，從而調(diào)整磁頭間隙深度(MR高度)。棒形構件10的每個TMR磁頭10a安裝有TMR讀取磁頭元件、感應寫入磁頭元件、一對與TMR讀取磁頭元件電學連接的端子焊盤10b，以及一對與感應寫入磁頭元件電學連接的端子焊盤10c。
測試設備11具有一對可以與TMR磁頭元件的一對端子焊盤10b電接觸的探針11a、與所述探針對11a電學連接的恒壓供應電路11b，用來向TMR磁頭元件供應恒定的電壓、與探針對11a電學連接的電流測量電路11c，用來測量流過TMR磁頭元件的電流、與電流測量電路11c電學連接的模-數(shù)(A/D)轉換器11d，用來將其模擬輸出轉換成數(shù)字信號，以及與A/D轉換器11d和恒壓供應電路11b電學連接的數(shù)字計算機11e。數(shù)字計算機11e依次接收來自A/D轉換器11d的數(shù)字信號并且計算初始電阻R1和電流通過后的電阻R2，從而判斷TMR磁頭元件是否是有缺陷的。另外，數(shù)字計算機11e控制恒壓供應電路11b和A/D轉換器11d的操作。
圖2說明了本實施方案中測試設備11的測試程序。
如圖所示，首先使探針對11a與棒形構件10中待測試的TMR磁頭元件的端子焊盤10b電接觸，并且在這種狀態(tài)下，開始從恒壓供應電路11b向TMR磁頭元件施加例如150毫伏的恒定電壓(步驟S1)。在此情況下，不管TMR多層的層壓次序如何，應該施加電壓，使電流肯定在層壓方向上向上流動(在層壓方向上從基底側向上側)。
然后，測量流過TMR磁頭元件的電流值，并且將測量的電流值輸入計算機11e，計算TMR磁頭元件的電阻值(步驟S2)。所述電阻值可以容易地從施加的恒定電壓，例如150毫伏，以及測量的電流值來計算。計算的電阻值存儲在計算機11e中。具體地說，存儲初始獲得的電阻值作為電阻R1。
然后，判斷是否從施加恒定電壓開始已經(jīng)過去了預定的時間，例如2-3分鐘(在本實施方案中為2分鐘15秒)(步驟3)。如果沒有，即還沒有消逝預定的時間，重復執(zhí)行步驟S2中的測量和計算過程。如果判斷是肯定的，即已經(jīng)過去了預定的時間，執(zhí)行下一步驟S4的過程。
在步驟S4中，基于最后測量的電流值計算電阻值，計算的電阻作為電阻R2存儲在計算機11e中，然后完成恒定電壓的施加。
結果，存儲就在開始恒定電壓施加后的電阻值作為電阻R1，并且存儲就在終止恒定電壓施加前的電阻值作為電阻R2。電阻R1相應于電流流動前TMR磁頭元件的初始電阻值，并且電阻R2相應于電流連續(xù)流過TMR磁頭元件預定時間后的TMR磁頭元件的電阻值。
此后，判斷電阻的變化率(R2/R1)×100(％)是否大于位于97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定閾值(步驟S5)。
如果大于，即電阻的變化率大于所述閾值，評價出TMR磁頭元件是無缺陷的產(chǎn)品(步驟S6)。如果不大于，即電阻的變化率不大于所述閾值，評價出TMR磁頭元件是有缺陷的產(chǎn)品(步驟S7)。
然后，以這種方式順序評價棒形構件10中的剩余TMR磁頭元件。
圖3和4說明本實施方案中每個磁頭元件的例示結構。圖3表示沿著與TMR磁頭元件的ABS正交的方向觀察的截面，并且圖4是從ABS觀察的截面。
如這些圖片所示，TMR磁頭元件的TMR薄膜具有如下多層結構反鐵磁性層(PtMn 15納米)32、釘扎層(CoFe 2納米/Ru 0.8納米/CoFe 3納米)33、勢壘層(Al 0.575納米-Ox)34、自由層(CoFe 2納米/NiFe 3納米)和蓋層(Ta)36，這些層通過緩沖層(Ta/NiFe)31順序層壓在下部屏蔽層(NiFe)30上。在TMR薄膜上，層壓金屬間隙層37和上部屏蔽層38。在位于TMR薄膜的磁道寬度方向上的橫向區(qū)域中形成偏置層39。在變體中，TMR多層的層壓順序可以相反。
下文中，說明圖2中所示的程序為什么可以評價TMR磁頭元件是無缺陷/有缺陷的。
圖5和6說明了對于許多TMR磁頭元件，初始電阻R1和電流通過后的電阻R2的測量結果。圖5的橫坐標表示初始電阻R1(Ω)，并且其縱坐標表示電阻的變化率R2/R1(％)，即(電流通過后的電阻)/(初始電阻)。圖6的橫坐標表示電阻的變化率R2/R1(％)，并且其縱坐標表示其頻率(％)。
如這些圖片所示，電阻變化率R2/R1，即電流通過后的電阻相對于TMR磁頭元件初始電阻的變化率的分布兩極分化成兩組A和B。另外，從這些圖中，表現(xiàn)出組A和B之間的閾值將是位于R2/R1＝97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的電阻變化率R2/R1的預定值。
然后，驗證TMR磁頭元件的穩(wěn)定性和可靠性。
首先，對于每組中的TMR磁頭元件使用DP試驗機實施操作測試，從而測量來自TMR磁頭元件的再現(xiàn)輸出，并且驗證再現(xiàn)的輸出中是否含有任何RTN。測量和驗證的結果表示在圖7中。在該圖中，橫坐標表示初始電阻R1(Ω)，并且橫坐標表示電阻的變化率R2/R1(％)。從圖5和7中可以看出，在圖5的組A中含有大多數(shù)未發(fā)生RTN并因此是穩(wěn)定的TMR磁頭元件，并且在圖6的組B中含有大多數(shù)發(fā)生RTN并因此是不穩(wěn)定的TMR磁頭元件。
另外，通過逐漸增加外加電壓并測量其電阻來檢查組A中包含的TMR磁頭元件A1-A5和組B中包含的TMR磁頭元件B1-B5的擊穿電壓。檢查結果表示在圖8和9中。在圖8中，橫坐標表示外加電壓(毫伏)，并且縱坐標表示電阻(Ω)。在圖9中，橫坐標表示電阻的變化率R2/R1(％)，并且縱坐標表示擊穿電壓(毫伏)。從這些圖中可以看出，所有組A中包含的TMR磁頭元件A1-A5具有比組B中包含的TMR磁頭元件B1-B5更高的擊穿電壓，因此具有更高程度的可靠性。
因此，可以評價出電阻的變化率R2/R1，即電流通過后電阻相對于初始電阻的變化率高于位于97.5-98.5(％)范圍的預定范圍的TMR磁頭元件是高度穩(wěn)定且可靠的，因此是無缺陷的產(chǎn)品。與此相反，還可以評價出電阻的變化率R2/R1低于位于R2/R1＝97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定閾值，例如98.0(％)的TMR磁頭元件是不穩(wěn)定的并且不可靠的，因為在其勢壘層中可能形成針孔，因此是有缺陷的產(chǎn)品。
應當理解根據(jù)本實施方案可以非常容易地實施TMR磁頭元件穩(wěn)定性和可靠性的驗證，因此無缺陷和有缺陷產(chǎn)品的評價測試。另外，根據(jù)本實施方案，因為實施所述評價不會破壞TMR磁頭元件，所以可以100％檢查所制造的TMR磁頭元件。
在上述實施方案中，為了知道初始電阻和電流通過后的電阻，向TMR磁頭元件施加恒定的電壓，并且測量流過TMR磁頭元件的電流。但是，根據(jù)本發(fā)明，通過提供通過TMR磁頭元件的恒定電流，并且測量TMR磁頭元件的電壓可以獲得這些電阻。
圖10示意性地說明了作為本發(fā)明另一個實施方案的測試TMR磁頭元件的部分結構。
在圖1的實施方案中，對于帶有沒有各自分離向排列的TMR磁頭的調(diào)整MR高度的棒形構件，進行TMR磁頭元件的測試。但是，在該實施方案中，通過使探針對101a與TMR磁頭元件的端子焊盤對100b電接觸，對從棒形構件分離的單個磁頭滑塊100實施測試。本實施方案測試設備的另一種配置、操作和優(yōu)點的基本上與圖1實施方案中的相同。
圖11示意性地說明了作為本發(fā)明再一個實施方案的測試TMR磁頭元件的部分結構。
在本實施方案中，通過使探針對111a與和TMR磁頭元件電學連接的連接焊盤對112a電接觸，對由懸架112和安裝在懸架112上的磁頭滑塊110組成的磁頭平衡架組件(head gimbal assembly)(HGA)進行測試。本實施方案測試設備的另一種配置、操作和優(yōu)點的基本上與圖1實施方案中的相同。
盡管上述的實施方案關于用來測試TMR磁頭元件的方法和設備，但是明顯本發(fā)明可以被相似地應用于測試MRAM。
可以構筑許多廣泛不同的實施方案而不會背離本發(fā)明的精神和范圍。應當理解除了如附加權利要求中所定義外，本發(fā)明沒有局限于在本說明書中說明的具體實施方案。
權利要求
1.一種用來測試隧道磁電阻效應元件的方法，其包含下列步驟初始測量所述隧道磁電阻效應元件的電阻值，以提供所測量的電阻值作為第一電阻值；在使電流連續(xù)通過所述隧道磁電阻效應元件預定的時間后，測量所述隧道磁電阻效應元件的電阻值，以提供所測量的電阻值作為第二電阻值；以及根據(jù)所述隧道磁電阻效應元件電阻變化的程度，評價所述隧道磁電阻效應元件，所述電阻變化的程度基于所述第一電阻值和所述第二電阻值來確定。
2.如權利要求1要求的方法，其中所述評價步驟包括使用變化率R2/R1來評價所述隧道磁電阻效應元件，其中R2表示第一電阻值，R1表示第二電阻值。
3.如權利要求2要求的方法，其中所述評價步驟包括當所述變化率R2/R1大于預定閾值時，判斷所述隧道磁電阻效應元件是無效產(chǎn)品。
4.如權利要求3要求的方法，其中所述的預定閾值是位于97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定值。
5.如權利要求1要求的方法，其中所述預定的時間是兩到三分鐘的預定時間。
6.如權利要求1要求的方法，其中所述隧道磁電阻效應元件是隧道磁電阻效應磁頭元件。
7.如權利要求1要求的方法，其中所述隧道磁電阻效應元件是磁電阻效應隨機存取存儲器。
8.一種用來測試隧道磁電阻效應元件的設備，其包含用來初始測量所述隧道磁電阻效應元件的電阻值，以提供所測量的電阻值作為第一電阻值的裝置；用來在連續(xù)使電流通過所述隧道磁電阻效應元件預定的時間后，測量所述隧道磁電阻效應元件的電阻值，以提供所測量的電阻值作為第二電阻值的裝置；以及用來根據(jù)所述隧道磁電阻效應元件電阻變化的程度評價所述隧道磁電阻效應元件的裝置，所述電阻變化的程度基于所述第一電阻值和所述第二電阻值來確定。
9.如權利要求8要求的設備，其中所述評價裝置包括用來使用變化率R2/R1評價所述隧道磁電阻效應元件的評估裝置，其中R2表示第一電阻值，R1表示第二電阻值。
10.如權利要求9要求的設備，其中所述評估裝置包括當所述變化率R2/R1大于預定閾值時，判斷所述隧道磁電阻效應元件是無效產(chǎn)品的裝置。
11.如權利要求10要求的設備，其中所述預定的閾值是位于97.5-98.5(％)范圍內(nèi)的預定值。
12.如權利要求8要求的設備，其中所述預定的時間是兩到三分鐘的預定時間。
13.如權利要求8要求的設備，其中所述隧道磁電阻效應元件是隧道磁電阻效應磁頭元件。
14.如權利要求8要求的設備，其中所述隧道磁電阻效應元件是磁電阻效應隨機存取存儲器。
全文摘要
一種用來測試TMR元件的方法，包括初始測量TMR元件的電阻值以提供所測量的電阻值作為第一電阻值的步驟；在連續(xù)使電流通過TMR元件預定的時間后，測量TMR元件的電阻值以提供所測量的電阻值作為第二電阻值的步驟；以及根據(jù)TMR元件電阻變化的程度來評價TMR元件的步驟。電阻變化的程度基于第一電阻值和第二電阻值來確定。
文檔編號G11B5/00GK1677502SQ200510054118
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權日2004年3月5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