JP2004009243A - 研磨方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜磁気ヘッドの製造方法において、研磨により磁性合金膜と絶縁層を平坦化して磁性合金膜の表面を露出させる際に、それぞれの膜が隣接する部分で段差を生じる。このため、上記段差部で上層の金属層との短絡したり、上層配線の断線、上層金属のエッチング除去残りによる同一層間の短絡などの問題が発生する。
【解決手段】所定の形状に加工された磁性合金膜と磁性合金膜の少なくとも一面に接している非磁性材料からなる絶縁部材とを同一平面を有するように平面研磨加工により平坦化する工程において、研磨剤に過酸化水素(H2O2)を添加して研磨することにより、磁性合金膜と絶縁部材の研磨速度を同じにして、段差のない平坦な面を形成する。
【選択図】 図3
【解決手段】所定の形状に加工された磁性合金膜と磁性合金膜の少なくとも一面に接している非磁性材料からなる絶縁部材とを同一平面を有するように平面研磨加工により平坦化する工程において、研磨剤に過酸化水素(H2O2)を添加して研磨することにより、磁性合金膜と絶縁部材の研磨速度を同じにして、段差のない平坦な面を形成する。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質のセラミックスと磁性合金とを面一に研磨して段差の少ない平面性の良好な平面を実現するための研磨方法に関する。
本発明は、特に、研磨方法を利用して、磁気記録媒体に対して高密度の記録・再生を行う薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気記憶装置に使用される薄膜磁気ヘッドは、薄膜技術を使用して再生用磁気ヘッドと記録用磁気ヘッドとが一体に形成されたものがある。その例として、再生用磁気ヘッドには、磁気抵抗効果素子が利用され、記録用ヘッドには、巻線コイルにより誘導型の薄膜磁気素子を利用したものがあり、再生ヘッドと記録ヘッドとは積層されている。
【0003】
このような磁気ヘッドの例を図13と図14に示してあるが、再生用磁気ヘッド部132は、基板上に、軟磁性材料で成膜された下部磁気シールド層51が形成され、その上に、非磁性絶縁材料を用いて下部ギャップ絶縁層81と、多層構造の磁気抵抗効果素子部92とが形成されている。
【0004】
この再生系では、下部磁気シールド層51は、パーマロイ、Co系アモルファス磁性膜又はFe系合金磁性膜等が利用され、他方の下部ギャップ絶縁層81は、セラミック質の非磁性絶縁材料、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は二酸化シリコンが用いられる。
【0005】
磁気抵抗効果素子(GMR素子)部92の左右両側端部には、CoPt合金等の材料で縦バイアス層101が形成されている。縦バイアス層101の上面であって、GMR素子部92の両側の一部に電気的に接するように1対の電極リード層102が銅など導電材料により形成されている。
【0006】
電極リード層102とGMR素子部92の露出した上面側には、非磁性絶縁材料を用いて上部ギャップ絶縁層111が成膜され、上部ギャップ絶縁層111の上面に、軟磁性材料を用いて共通磁気シールド層121が成膜形成され、これらの積層体が再生用ヘッド部132を構成している。記録用ヘッド部203は、上記の共通磁気シールド層121上に形成され、共通磁気シールド層121上に、記録ギャップ層141を介して、上部磁極チップ部142が軟磁性材料を用いて成膜形成されている。上部磁極142は、記録ギャップ層141を介して共通磁気シールド層121に対向し、且つ、他の部分で共通磁気シールド層121に接しており、共通磁気シールド層121と上部磁極142から絶縁材(図示せず)を介して絶縁された巻線コイル181が配設されて、上部磁極142と共通磁気シールド層121との間の記録ギャップ層141により、磁気誘導型の記録用ヘッドが形成されている。
【0007】
このようにして、共通磁気シールド層121は、薄膜磁気抵抗効果型の再生用ヘッド部132における磁気シールド体と、誘導型の薄膜磁気記録用ヘッド部203の下部側の磁極とを兼ねている。
【0008】
このような薄膜磁気ヘッドを製造する過程には、図14に示すように、下部ギャップ絶縁層81を成膜する前に、基板上に磁性合金から下部磁気シールド層51をパターン化して形成し、その下部磁気シールド層の上側を含めて絶縁部材を被着した後、このパターン端部とこれに接する絶縁部材61との間には面一な平滑面を形成する必要がある。そのため、絶縁部材は、下部磁気シールド層51の上面が露出するまで平面研磨をする必要がある。
同様に、上述の記録ギャップ層141を成膜する前には、共通磁気シールド層121と絶縁部材132とは面一に平面研磨される。
【0009】
薄膜磁気ヘッドの製造する過程で利用される研磨方法の1つに、図15に示すような研磨盤1があり、これは、平坦な表面を持つ剛体よりなる回転盤1aを備えて、回転盤上には、例えば、発砲ポリウレタンよりなる研磨布2が貼付されている。支持ヘッド4が、被研磨物、例えば、ウエハ基板3、を保持しながら回転させ、その表面を、回転中の研磨盤1の上の研磨布2に押し当てて摺接させ、その間に、液状に調製した研磨剤5が供給される。研磨剤5には、水に解いたアルミナやシリカなどの砥粒と必要な分散剤や安定剤などの添加剤とを含み、研磨過程は、研磨剤中の砥粒が、研磨布2と被研磨物3との間に介在して被研磨物表面を研磨する。
【0010】
上記の薄膜磁気ヘッドの製造工程では、図16(A)に示すように、例えば、基板21の表面上には、基板絶縁膜22を有して、パターン化されたニッケル−鉄磁性合金膜23が形成され、ニッケル−鉄磁性合金膜23上をも含めて基板を絶縁部材、例えば、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムからなる非磁性の絶縁皮膜24が形成され、このような絶縁皮膜は、磁性合金膜23のパターンに対応してその上で段差15を境にして突出している。そして、上述したような研磨盤により、絶縁皮膜24と磁性合金膜23とを面一に研摩して、研摩面に、絶縁皮膜の内側に磁性合金膜23を露出させて平坦面を得る。このような平坦面が、次の所要の工程で、さらに製膜に供される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上記のようにして研磨加工された研摩面31には、図16(B)の矢印で示すように、磁性合金膜23の上面と絶縁皮膜24の上面に10nm〜数百nmの段差25が発生し、完全な平面とすることができない。このような段差25は、磁性合金膜23と絶縁皮膜24の研磨速度の違いや、研磨剤5に含まれる金属のエッチング成分によるエッチング速度の違いにより生じると考えられる。
【0012】
僅かではあるがこのような段差が生じると、上記の段差部の上層で、例えば、GMR素子膜などの、上層金属を形成し次いでエッチングにより不要部を削除する工程で、段差に除去物が残り、その残留物による周辺回路との短絡や、上層の上部磁気シールド層との短絡などを生じるという問題があった。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、合金磁性材料と絶縁部材とを面一に含む表面を平滑に研磨して、研磨過程での材料接合部位に段差の発生を防止する研磨方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一面に合金磁性材料と絶縁材料とが配列された材料の平面を研磨剤を使用して研磨する方法であって、その特徴は、研磨剤に過酸化水素を含ませることによって異質な材料間で段差の少ない平滑面を形成するものである。
【0015】
詳しくは、所定の形状にパターン化された磁性合金膜と、この磁性合金膜の上面と側部を含めて被着した非磁性材料からなる絶縁部材とを、同一平面を有するように平面研磨加工して、平坦化する方法であり、研磨剤に過酸化水素(H2O2)を添加して研磨するものである。
【0016】
この研磨方法によって、磁性合金膜の上面と絶縁部材の上面の段差が低減でき、平坦性のよい研磨面が得られる。また、研磨剤に含まれる化学成分の影響により磁性体合金の結晶粒界に発生する微細な段差(表面粗さ)も、過酸化水素の作用により低減でき、非常に滑らかな磁性金属の表面が得られる。
【0017】
さらに、本発明は、このような研磨方法を、薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用するものである。
第1の適用は、基板上に磁気シールド層を介して磁気検出素子を配置した再生用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、基板の上面に成膜された絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、上記絶縁層上に、該磁気シールド層を覆って、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、次いで、磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化し、この研磨加工が、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて研磨して磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との間に実質的に表面段差がない平坦な面を形成するものである。これにより、研磨平面は、段差があったとしても、その段差を10nm以下にした平滑面とすることができる。
この研磨方法を適用して、薄膜磁気ヘッドは、シールド絶縁層の上面とその周りの磁気シールド層の上面との段差が10nm以下であることを特徴とする。
【0018】
第2に、磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用され、磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなるギャップ絶縁層を形成し、ギャップ絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、磁気シールド層を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化する研磨加工を行ない、この研磨加工が、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との表面に段差がない平坦な面を形成するのである。本発明の研磨方法を適用して、薄膜磁気ヘッドは、シールド絶縁層の上面と磁気シールド層の上面との段差が10nm以下とされる。
【0019】
第3の適用は、磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部と該磁気ヘッドを励振するコイル部とを含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、所望の磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなる記録ギャップ絶縁層を形成し、記録ギャップ層の上に、磁性金属からなる記録磁極チップ部を所定の形状に形成すし、上部記録磁極チップ部を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする絶縁層を成膜し、上部記録磁極チップ部が露出するように該絶縁層及び記録磁極チップ部を平面研磨して平坦化し、この研磨加工においては、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて研磨して記録磁極チップ部とその周りの絶縁層との表面段差がない平坦な面を形成する。
この平坦面には、絶縁層上にコイルが薄膜形成され、記録用磁気ヘッドに利用される。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明は、所定の形状に成形された磁性合金膜と磁性合金膜の表面及び側部を囲繞する非磁性材料から成る絶縁部材とを、磁性合金膜を露出するように同一平面に平面研磨加工して平坦化する研磨方法である。
【0021】
ここにおいて、磁性合金膜には、好ましくは、軟磁性材料を含み、皮膜成形可能な強磁性合金が利用される。このような磁性合金膜には、Ni−Fe系合金(例えば、パーマロイ(80%Ni−20%Fe合金)やCo−Nb−Zr系合金が好ましいが、その他、Fe系窒化物、センダスト系、Co系アモルファスなどの磁性材料を含む。
【0022】
他方の非磁性材料から成る絶縁部材は、セラミック性の化合物から形成され、高い電気的絶縁性と機械的強度を有する材料の皮膜が含まれる。このような絶縁部材には、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、ニ酸化ケイ素(シリカ)、窒化ケイ素が含まれる。
【0023】
本発明は、磁性合金膜と絶縁皮膜とが、互いに接して同一表面を成しており、その共通の表面を平坦且つ平滑に研磨しようとするものである。好ましい実施形態では、図1(A)に例示するように、特に、適当な基材21上に所要のパターンで磁性合金膜23が形成され(必要により、基板上には別の絶縁層22が積層されてもよい)、その基材21上に、絶縁皮膜24が、基材21上面とその基材21上の磁性合金膜23とを覆うように皮膜形成され、次いで、絶縁皮膜24を研磨後の基材上の厚みが上記形成した絶縁皮膜23の厚みより薄くなるように研磨して、図1(B)のように、研磨面31である磁性合金膜23の上面と絶縁皮膜24の上面とがほぼ完全に面一になるようにするのである。
【0024】
本発明は、研磨砥粒に過酸化水素を添加した研磨剤を用いて、研磨するすることにより、性質の異なる磁性合金膜の表面と絶縁皮膜の表面とを、段差を実質的になくして、均一で平な面にすることができる。
【0025】
研磨剤は、微粉状砥粒と水と分散材と過酸化水素とを含む混合液であり、研磨時には、研磨剤が、研磨の際に研磨工具と被研磨物の間に滴下ないし注入される。過酸化水素は、研磨剤中に含まれる過酸化水素(H2O2)の濃度が、0.003〜0.3vol%の範囲にあるのが望ましい。0.003vol%未満では、このような段差の解消に効果がなく、0.3vol%を超えると、研摩速度の低下が著しく、特に、磁性合金膜の研摩速度が低くなりすぎて逆に凸状段差が大きくなる場合があるからである。過酸化水素濃度の好ましい範囲は、0.02〜0.1vol%である。
【0026】
この研磨法における研磨剤中過酸化水素の添加は、特に、Ni−Fe系磁性合金とアルミナ系絶縁層との組み合わせで良好な結果が得られ、両者の段差を10nm以下に良好に制御することができる。
【0027】
磁性合金膜23の形成には、フレームメッキ法やエッチング法を使用できる。エッチング法では、基板全面に形成した磁性金属層膜を、レジストをマスクとしてドライエッチング等の方法により削り取ることにより、所定の形状の磁性合金膜23を形成する。基板上及び磁性金属層膜の上面への非磁性の絶縁皮膜の形成は、例えば、メッキ法、スパッタ法、CVD法などが利用できる。
【0028】
本発明の研磨方法は、薄膜磁気ヘッドの形成において、ある表面領域を持つ磁気シールド層とその周辺の絶縁層とを面一の表面に形成する過程に利用される。そのような製造方法を以下に述べる。
【0029】
実施形態1
この実施形態では、薄膜磁気ヘッドの再生用磁気素子部を支える下部構造を組立てる際に利用される。適当な基板の上面に成膜された絶縁層の上に、磁性金属からなる下部磁気シールド層を所定のパターンに形成し、この下部磁気シールド層を覆うように、下部シールド絶縁層を、例えば、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムから成膜する。
【0030】
次いで、下部磁気シールド層が露出するように、下部シールド絶縁層及び下部磁気シールド層を平面研磨して平坦化するが、この研磨工程において、砥粒に過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を使用して研磨するのである。これにより、下部磁気シールド層の表面と下部シールド絶縁層との表面に実質的に段差がない平滑面を形成する。
【0031】
この方法において、下部磁気シールド層と下部シールド絶縁層とが並ぶ平面には、再生用の磁気的素子、たとえば、GMR素子膜が形成されるが、この表面には磁気シールド層と絶縁層との性質の違いにより生じやすい段差の発生が抑えられるので、後工程のGMR素子膜等の上層金属のエッチングの際に、下部磁気シールド層と下部シールド絶縁層の境界上で、その金属の除去残りがなくなる。これにより、金属残渣による回路間の短絡が防止でき、後述の上層の上部磁気シールド層との短絡もなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0032】
また、研磨剤に含まれる化学成分に起因し、下部磁気シールド層を構成するニッケルと鉄の粒界に発生しがちな表面粗さが低減できる。下部磁気シールド層の上面は非常に滑らかな平面をえることができる。このため、下部磁気シールド層の上層に下部ギャップ絶縁層を介して積層成膜されたGMR素子膜は平坦に形成され、優れた再生特性の薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0033】
[実施例1]
さらに詳しくは、図2を使用して、下部磁気シールドの形成工程について説明する。図2(A)に示すように、適当な基板としてAlTiC基板41の上面に成膜された酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の非磁性絶縁材料からなる基板絶縁層42を形成する。次いで、図2(B)に示すように基板絶縁層42の上に軟磁性材料としてパーマロイから下部磁気シールド層51を所定のパターン形状に形成する。下部磁気シールド層51のパターン形成は、この例では、フレームメッキ法により行なう。さらに、図2(C)に示すように、基板絶縁層42の上面に、下部磁気シールド層51をも覆うように、非磁性絶縁材料、例えば、酸化アルミニウムを被着して下部シールド絶縁層61を成膜する。
【0034】
次いで、図3に示すように、上記範囲0.003〜0.3vol%の過酸化水素を添加した研磨剤を用いて、研磨盤により下部シールド絶縁層61および下部磁気シールド層51の一部を研磨し、下部磁気シールド層51の表面を露出させて、下部磁気シールド層3の上面及び下部シールド絶縁層61の上面で構成される第1の研磨平面71を形成するのである。
【0035】
上記の研磨方法を適用することによって、上記の研磨平面71における下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との段差10nm以下に達成される。また、研磨剤5に含まれる過酸化水素によって、研磨剤中の化学成分の影響による下部磁気シールド層51の結晶粒界に起因する表面粗さの悪化が生ずることなく、下部磁気シールド層51の上面は非常に滑らかな平面が得られる。
【0036】
さらに、下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との均一な研磨平面71が形成された後で、図4に示すように、その平面71の上に、絶縁材料を用いて下部ギャップ絶縁層81を成膜して、さらに、その上に、GMR素子膜82が製膜される。
【0037】
GMR素子膜82の積層構造は、さまざまな組み合わせが可能であるが、この例は、反強磁性層膜、固定磁性層膜、非磁性導電層膜、フリー磁性層膜及びキャップ層の順に製膜されている。この例では、反強磁性層膜には、IrMn系合金膜、FeMn系合金膜、PtMn系合金膜、αFe2O3又はNiOの薄膜が利用でき、固定磁性層膜には、NiFe系合金膜、Co膜、CoFe合金膜を利用することができ、フリー磁性層膜には、Cuを材料とする非磁性導電層膜が利用できる。キャップ層膜は、例えば、固定磁性層膜と同様の材料やTaを利用することができる。尤も、GMR素子膜の上記の積層順位を、フリー磁性層膜、非磁性導電層膜、固定磁性層膜及び反強磁性層膜という順序で積層成膜して、その上にキャップ層膜を成膜することもできる。
【0038】
次に、図4のGMR素子膜82の左右両側部を、図5(A)に示すように、所望の平面形状にパターン化された茸型のレジスト91をマスクとしてイオンミリングにより、除去して、磁気抵抗効果素子部(GMR素子部)92を形成する。このGMR素子部92内の上記各層は、非常に滑らかな面を有している。これは、上記の実施形態により下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との平坦で平滑な表面上に、GMR素子膜82の各層を積層したからである。
【0039】
GMR素子部92を形成した後、GMR素子部92直上に設けたレジスト91上から(図5(A))、CoPt合金等の材料を堆積して縦バイアス層膜93を形成し、さらに、その上に、Cu、Cr又はTaの材料を堆積して電極リード層膜94を形成する。そして、図5(B)に示すように、所望の形状のレジスト(図示せず)を用いて、縦バイアス膜93と電極リード膜94をドライエッチングなどにより除去して縦バイアス層101と電極リード層102を形成した後、この除去された部分を埋めるように、下部ギャップ絶縁層81と同様の絶縁材料を用いて側部絶縁部103を形成する。このようにして、再生用磁気素子を含んだ下部構造が組立てられる。
【0040】
実施形態2
この実施形態は、本発明の研摩方法を、既に所定の再生用磁気素子が形成された下部構造上に、記録用磁気素子の上部構造を形成するのに適用するものである。この工程では、下部構造上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなる上部ギャップ絶縁層を全面形成し、上部ギャップ絶縁層の上に、磁性金属からなる上部磁気シールド層を所定のパターン形状に形成し、上部ギャップ絶縁層の上に、この磁気シールド層を覆うようにして酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする共通シールド絶縁層を成膜する。次いで、研磨により、共通シールド絶縁層と上部磁気シールド層とを、上部磁気シールド層が表面に露出するように平面研磨して平滑化する。研磨加工の際には、過酸化水素を上記組成範囲で含む研磨剤を使用して研磨される。
【0041】
この研磨方法により、上部磁気シールド層の上面と共通シールド絶縁層の上面には段差の発生が抑えられる。これにより、共通シールド絶縁層の膜厚を測定することによって上部磁気シールド層の膜厚を容易に工程管理することができる。また、上部磁気シールド層の上面は非常に滑らかな平面となるため、上部磁気シールド層の上面に成膜される記録ギャップ層の膜厚を非常に小さくしても、絶縁性の良好な記録ギャップ層を得ることができる。
【0042】
[実施例2]
図4〜図7は、本発明のこの第2の実施形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するための模式的断面図であり、共通シールドの形成工程について、ヘッド摺動面に平行な面での断面を示している。
上記実施例1に続いて、図6に示すように、側部絶縁部103と電極リード層102とGMR素子部92との上を覆うように、絶縁材料を用いて上部ギャップ絶縁層111を成膜した後、上部ギャップ絶縁層111の上に、磁性合金を用いて上部磁気シールド層112を堆積する。
【0043】
図7(A)に示すように、所望の形状(図示せず)のレジストを用いて、ミリング又はRIE等の方法により、上部磁気シールド層112を削り取り、共通磁気シールド層121を形成し、上部ギャップ絶縁層111及び共通磁気シールド層121を覆うように、共通シールド絶縁層122を成膜する。
【0044】
さらに、図7(B)に示すように、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を用いて、CMPにより研磨を行ない、共通シールド絶縁層122および共通磁気シールド層121の上部を削り取り、共通磁気シールド層121の表面を露出させて、共通磁気シールド層121の上面及び共通シールド絶縁層122の上面で構成される第2の研磨平面131を形成する。この第2の研磨平面131では、共通磁気シールド層121と共通シールド絶縁層122との段差が10nm以下になる。また、共通磁気シールド層121の表面が滑らかになる。
このようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部132が完成したことになる。
【0045】
この実施例では、共通磁気シールド層121は薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部を磁気的にシールドし、同時に、記録用ヘッド部の下部磁極を兼ねている。。
なお、本実施形態では共通磁気シールド層121の形成をフレームメッキ法により行なったが、スパッタ法やメッキ法を用いて基板全面に成膜した後、レジストパターンを用いてミリング又はRIE等の方法により所望のパターンに形成しても良い。
【0046】
実施形態3
この実施形態は、再生用磁気ヘッドを構成した下部構造上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなる記録ギャップ絶縁層を形成し、記録ギャップ層の上に、磁性金属からなる上部記録磁極チップ部を所定の形状に形成し、上部記録磁極チップ部を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする下部絶縁層を成膜し、上部記録磁極チップ部が露出するように下部絶縁層及び上部記録磁極チップ部を平面研磨して平坦化するものであり、研磨加工工程において、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤をし様することにより、上部記録磁極チップ部と下部絶縁層との表面に段差がない平坦な面を形成することができる。
【0047】
上記の構成によって、上部記録チップの上面と下部絶縁層の上面には段差の発生が抑えられるため、下部絶縁層の膜厚を測定することによって上部記録チップの膜厚を容易に工程管理することができる。このため、上部記録ヨーク部から共通シールドへの漏洩磁界の発生を低減でき、記録特性の良好な薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0048】
[実施例3]
図8〜図12は、本発明の第3の実施形態を具体的に説明するため、薄膜磁気ヘッドを模式的に示したものであり、以下に、この例の薄膜磁気ヘッドの記録用ヘッド部の形成工程について述べる。
【0049】
図8において、実施例2で述べた第2の研磨平面131の上に、記録ギャップ層141を成膜する。この記録ギャップ層141は上部ギャップ絶縁層111と同様にアルミナからなる絶縁材料である。次に、記録ギャップ層141の上に、パーマロイを材料として、上部記録磁極チップ部142をフレームメッキ法により所定の形状に形成する。
【0050】
図9(A)に示すように、記録ギャップ層141及び上部記録磁極チップ部142を覆うように、下部絶縁層151を成膜する。この下部絶縁層151の材料は、下部シールド絶縁層61と同様に、アルミナを利用している。
【0051】
次いで、図9(B)に示すように、上部記録磁極チップ部142が露出するように、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を用いて、CMP等の研磨方法に上部記録チップ142および下部絶縁層151の上部を研磨により削り取り、上部記録チップ142の表面を露出させる。研磨においては、過酸化水素を含む研磨剤を用いて表面研磨して、上部記録チップ142の上面と下部絶縁層151の上面とから成る第3の平滑面161を形成する。この第3の平滑面161では、上部記録チップ142と下部絶縁層151との段差が10nm以下になる。また、上部記録チップ142の表面が滑らかになる。
【0052】
その後の製造工程は、以下のとおりである。図10に示すように、下部絶縁層151には、上部記録チップ142の後方に、開口部を形成する。これは、後述する上部磁極を構成する上部記録ヨーク部の一部が共通磁気シールド層121に接するようするためである。開口部の成形は、共通磁気シールド層121の一部の上面171が露出するようにレジストをマスクとして下部絶縁層151及び記録ギャップ層141の一部を削り取ることによって、行なう。
【0053】
図11(A、B)において、上記した下部絶縁層151の上に、共通磁気シールド層121の露出した上面171を囲むように螺旋状に、銅又はアルミニウム等の導電性材料を用いて巻線コイル181をメッキ等の方法により形成する。
【0054】
次いで、図12(A)に示すように、下部絶縁層151及び巻線コイル181の上に、ハードベークドレジストを塗布して、露光や加熱または電子線照射などにより、所定の位置に所定の形状になるようにパターン化したあと硬化させ、上部絶縁層201を形成する。その後、上部記録ヨーク部202をフレームメッキ法などにより所望の形状に形成する。このとき、上部ヨーク部202は、ヘッド摺動面近傍において上部記録磁極チップ部142の上面に接し、他方で共通磁気シールド層121の露出した上面171に接するように形成される。これにより、上部記録磁極チップ部142及び上部記録ヨーク部202で上部磁極を構成し、薄膜磁気ヘッドの記録用ヘッド部203を形成する。また、平面の形状は、図12(B)に示した上面図のように、ヘッド摺動面近傍の上部記録磁極チップ部142に接する部分の上部記録ヨーク部202の幅211は上部記録磁極チップ部142の幅にほぼ等しい幅であり、上部絶縁層201の上面や共通磁気シールド層121の露出した上面171に接する部分の幅は幅211よりも大きく形成される。
【0055】
以上の実施例1〜3において、上部記録磁極チップ142、上部ヨーク部202および巻線コイル181の形成は、フレームメッキ法、スパッタ法が利用でき、さらには、メッキ法を用いて基板全面に成膜した後、レジストパターンを用いてミリング又はRIE等の方法によりパターン形成することができる。磁性合金膜の材料には、Ni−Fe合金、Co−Nb−Zr合金などの磁性合金膜が利用される。
【0056】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ニッケル−鉄合金で形成された磁性合金膜と少なくともその磁性合金膜の一面に接した酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなる絶縁層の上面を研磨してそれぞれの上面からなる平面を平坦化する研磨工程において、研磨剤に適当な濃度の過酸化水素を添加することによって、下部磁気シールド層、上部磁気シールド層及び上部記録磁極チップ部などの磁性合金膜とそれぞれの絶縁層の上面に発生する段差が抑えられる。ニッケルや鉄などの磁性合金膜を構成する各金属が過酸化水素により酸化され、組成変化を起こすことにより研磨速度が変わるためと考えられる。
【0057】
また、研磨された下部磁気シールド層、上部磁気シールド層及び上部記録磁極チップ部などの磁性合金膜の表面を非常に平滑な面にすることができる。これにより、金属層間の短絡がないため信頼性が高い再生部と、記録ギャップ層の膜厚が小さく、漏洩磁界が少ない、記録効率の高い記録部を有する薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る研磨前の研磨基板の斜視図(A)と研磨後の研磨基板の断面図(B)を示す。
【図2】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、基板上にシールド層と絶縁層を形成する過程を示す断面図(A〜C)。
【図3】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド層と絶縁層とに研磨平面を形成した基板断面図。
【図4】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド層上にGMR層を積層した断面図。
【図5】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、基板上に再生用の磁気素子を形成する過程を示す断面図(A、B)。
【図6】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、再生用の磁気素子上に磁気シールド層を形成する過程を示した断面図。
【図7】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、再生用の磁気素子上に形成した磁気シールド層と絶縁層とを研磨平面を形成する過程を示す断面図(A,B)。
【図8】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド上に、記録用素子を構成する上部記録磁極チップ部を形成した断面図。
【図9】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、上部記録磁極チップ部に絶縁層を形成し、研磨平面を形成する過程を示す断面図(A,B)。
【図10】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、図9に示す断面に直交して図中のB−B線で示す断面図。
【図11】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、研磨平面上に記録用素子を構成する誘導コイルを形成した断面図(A)と、上面図(B)。
【図12】再生用素子と記録用素子とを形成した磁気ヘッドの部分断面図(A)と上面図(B)。
【図13】薄膜磁気ヘッドを示す模式的斜視図。
【図14】薄膜磁気ヘッドを示す模式的正面図。
【図15】研磨装置の模式的斜視図。
【図16】従来の研磨方法による研磨前の研磨基板の模式的断面図(A)と研磨後の研磨基板の模式的断面図(B)。
【符号の説明】
21 基板
23 磁性合金膜
24 絶縁皮膜
25 段差
71 研磨平面
51 下部磁気シールド層
61 下部シールド絶縁層
82 GMR素子膜
92 GMR素子部
111 上部ギャップ絶縁層
112 共通磁気シールド膜
121 上部磁気シールド層
122 共通シールド絶縁層
132 再生ヘッド部
142 上部記録磁極チップ部
151 下部絶縁層
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質のセラミックスと磁性合金とを面一に研磨して段差の少ない平面性の良好な平面を実現するための研磨方法に関する。
本発明は、特に、研磨方法を利用して、磁気記録媒体に対して高密度の記録・再生を行う薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気記憶装置に使用される薄膜磁気ヘッドは、薄膜技術を使用して再生用磁気ヘッドと記録用磁気ヘッドとが一体に形成されたものがある。その例として、再生用磁気ヘッドには、磁気抵抗効果素子が利用され、記録用ヘッドには、巻線コイルにより誘導型の薄膜磁気素子を利用したものがあり、再生ヘッドと記録ヘッドとは積層されている。
【0003】
このような磁気ヘッドの例を図13と図14に示してあるが、再生用磁気ヘッド部132は、基板上に、軟磁性材料で成膜された下部磁気シールド層51が形成され、その上に、非磁性絶縁材料を用いて下部ギャップ絶縁層81と、多層構造の磁気抵抗効果素子部92とが形成されている。
【0004】
この再生系では、下部磁気シールド層51は、パーマロイ、Co系アモルファス磁性膜又はFe系合金磁性膜等が利用され、他方の下部ギャップ絶縁層81は、セラミック質の非磁性絶縁材料、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又は二酸化シリコンが用いられる。
【0005】
磁気抵抗効果素子(GMR素子)部92の左右両側端部には、CoPt合金等の材料で縦バイアス層101が形成されている。縦バイアス層101の上面であって、GMR素子部92の両側の一部に電気的に接するように1対の電極リード層102が銅など導電材料により形成されている。
【0006】
電極リード層102とGMR素子部92の露出した上面側には、非磁性絶縁材料を用いて上部ギャップ絶縁層111が成膜され、上部ギャップ絶縁層111の上面に、軟磁性材料を用いて共通磁気シールド層121が成膜形成され、これらの積層体が再生用ヘッド部132を構成している。記録用ヘッド部203は、上記の共通磁気シールド層121上に形成され、共通磁気シールド層121上に、記録ギャップ層141を介して、上部磁極チップ部142が軟磁性材料を用いて成膜形成されている。上部磁極142は、記録ギャップ層141を介して共通磁気シールド層121に対向し、且つ、他の部分で共通磁気シールド層121に接しており、共通磁気シールド層121と上部磁極142から絶縁材(図示せず)を介して絶縁された巻線コイル181が配設されて、上部磁極142と共通磁気シールド層121との間の記録ギャップ層141により、磁気誘導型の記録用ヘッドが形成されている。
【0007】
このようにして、共通磁気シールド層121は、薄膜磁気抵抗効果型の再生用ヘッド部132における磁気シールド体と、誘導型の薄膜磁気記録用ヘッド部203の下部側の磁極とを兼ねている。
【0008】
このような薄膜磁気ヘッドを製造する過程には、図14に示すように、下部ギャップ絶縁層81を成膜する前に、基板上に磁性合金から下部磁気シールド層51をパターン化して形成し、その下部磁気シールド層の上側を含めて絶縁部材を被着した後、このパターン端部とこれに接する絶縁部材61との間には面一な平滑面を形成する必要がある。そのため、絶縁部材は、下部磁気シールド層51の上面が露出するまで平面研磨をする必要がある。
同様に、上述の記録ギャップ層141を成膜する前には、共通磁気シールド層121と絶縁部材132とは面一に平面研磨される。
【0009】
薄膜磁気ヘッドの製造する過程で利用される研磨方法の1つに、図15に示すような研磨盤1があり、これは、平坦な表面を持つ剛体よりなる回転盤1aを備えて、回転盤上には、例えば、発砲ポリウレタンよりなる研磨布2が貼付されている。支持ヘッド4が、被研磨物、例えば、ウエハ基板3、を保持しながら回転させ、その表面を、回転中の研磨盤1の上の研磨布2に押し当てて摺接させ、その間に、液状に調製した研磨剤5が供給される。研磨剤5には、水に解いたアルミナやシリカなどの砥粒と必要な分散剤や安定剤などの添加剤とを含み、研磨過程は、研磨剤中の砥粒が、研磨布2と被研磨物3との間に介在して被研磨物表面を研磨する。
【0010】
上記の薄膜磁気ヘッドの製造工程では、図16(A)に示すように、例えば、基板21の表面上には、基板絶縁膜22を有して、パターン化されたニッケル−鉄磁性合金膜23が形成され、ニッケル−鉄磁性合金膜23上をも含めて基板を絶縁部材、例えば、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムからなる非磁性の絶縁皮膜24が形成され、このような絶縁皮膜は、磁性合金膜23のパターンに対応してその上で段差15を境にして突出している。そして、上述したような研磨盤により、絶縁皮膜24と磁性合金膜23とを面一に研摩して、研摩面に、絶縁皮膜の内側に磁性合金膜23を露出させて平坦面を得る。このような平坦面が、次の所要の工程で、さらに製膜に供される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上記のようにして研磨加工された研摩面31には、図16(B)の矢印で示すように、磁性合金膜23の上面と絶縁皮膜24の上面に10nm〜数百nmの段差25が発生し、完全な平面とすることができない。このような段差25は、磁性合金膜23と絶縁皮膜24の研磨速度の違いや、研磨剤5に含まれる金属のエッチング成分によるエッチング速度の違いにより生じると考えられる。
【0012】
僅かではあるがこのような段差が生じると、上記の段差部の上層で、例えば、GMR素子膜などの、上層金属を形成し次いでエッチングにより不要部を削除する工程で、段差に除去物が残り、その残留物による周辺回路との短絡や、上層の上部磁気シールド層との短絡などを生じるという問題があった。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、合金磁性材料と絶縁部材とを面一に含む表面を平滑に研磨して、研磨過程での材料接合部位に段差の発生を防止する研磨方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一面に合金磁性材料と絶縁材料とが配列された材料の平面を研磨剤を使用して研磨する方法であって、その特徴は、研磨剤に過酸化水素を含ませることによって異質な材料間で段差の少ない平滑面を形成するものである。
【0015】
詳しくは、所定の形状にパターン化された磁性合金膜と、この磁性合金膜の上面と側部を含めて被着した非磁性材料からなる絶縁部材とを、同一平面を有するように平面研磨加工して、平坦化する方法であり、研磨剤に過酸化水素(H2O2)を添加して研磨するものである。
【0016】
この研磨方法によって、磁性合金膜の上面と絶縁部材の上面の段差が低減でき、平坦性のよい研磨面が得られる。また、研磨剤に含まれる化学成分の影響により磁性体合金の結晶粒界に発生する微細な段差(表面粗さ)も、過酸化水素の作用により低減でき、非常に滑らかな磁性金属の表面が得られる。
【0017】
さらに、本発明は、このような研磨方法を、薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用するものである。
第1の適用は、基板上に磁気シールド層を介して磁気検出素子を配置した再生用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、基板の上面に成膜された絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、上記絶縁層上に、該磁気シールド層を覆って、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、次いで、磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化し、この研磨加工が、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて研磨して磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との間に実質的に表面段差がない平坦な面を形成するものである。これにより、研磨平面は、段差があったとしても、その段差を10nm以下にした平滑面とすることができる。
この研磨方法を適用して、薄膜磁気ヘッドは、シールド絶縁層の上面とその周りの磁気シールド層の上面との段差が10nm以下であることを特徴とする。
【0018】
第2に、磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用され、磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなるギャップ絶縁層を形成し、ギャップ絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、磁気シールド層を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化する研磨加工を行ない、この研磨加工が、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との表面に段差がない平坦な面を形成するのである。本発明の研磨方法を適用して、薄膜磁気ヘッドは、シールド絶縁層の上面と磁気シールド層の上面との段差が10nm以下とされる。
【0019】
第3の適用は、磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部と該磁気ヘッドを励振するコイル部とを含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、所望の磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなる記録ギャップ絶縁層を形成し、記録ギャップ層の上に、磁性金属からなる記録磁極チップ部を所定の形状に形成すし、上部記録磁極チップ部を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする絶縁層を成膜し、上部記録磁極チップ部が露出するように該絶縁層及び記録磁極チップ部を平面研磨して平坦化し、この研磨加工においては、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて研磨して記録磁極チップ部とその周りの絶縁層との表面段差がない平坦な面を形成する。
この平坦面には、絶縁層上にコイルが薄膜形成され、記録用磁気ヘッドに利用される。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明は、所定の形状に成形された磁性合金膜と磁性合金膜の表面及び側部を囲繞する非磁性材料から成る絶縁部材とを、磁性合金膜を露出するように同一平面に平面研磨加工して平坦化する研磨方法である。
【0021】
ここにおいて、磁性合金膜には、好ましくは、軟磁性材料を含み、皮膜成形可能な強磁性合金が利用される。このような磁性合金膜には、Ni−Fe系合金(例えば、パーマロイ(80%Ni−20%Fe合金)やCo−Nb−Zr系合金が好ましいが、その他、Fe系窒化物、センダスト系、Co系アモルファスなどの磁性材料を含む。
【0022】
他方の非磁性材料から成る絶縁部材は、セラミック性の化合物から形成され、高い電気的絶縁性と機械的強度を有する材料の皮膜が含まれる。このような絶縁部材には、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化アルミニウム、ニ酸化ケイ素(シリカ)、窒化ケイ素が含まれる。
【0023】
本発明は、磁性合金膜と絶縁皮膜とが、互いに接して同一表面を成しており、その共通の表面を平坦且つ平滑に研磨しようとするものである。好ましい実施形態では、図1(A)に例示するように、特に、適当な基材21上に所要のパターンで磁性合金膜23が形成され(必要により、基板上には別の絶縁層22が積層されてもよい)、その基材21上に、絶縁皮膜24が、基材21上面とその基材21上の磁性合金膜23とを覆うように皮膜形成され、次いで、絶縁皮膜24を研磨後の基材上の厚みが上記形成した絶縁皮膜23の厚みより薄くなるように研磨して、図1(B)のように、研磨面31である磁性合金膜23の上面と絶縁皮膜24の上面とがほぼ完全に面一になるようにするのである。
【0024】
本発明は、研磨砥粒に過酸化水素を添加した研磨剤を用いて、研磨するすることにより、性質の異なる磁性合金膜の表面と絶縁皮膜の表面とを、段差を実質的になくして、均一で平な面にすることができる。
【0025】
研磨剤は、微粉状砥粒と水と分散材と過酸化水素とを含む混合液であり、研磨時には、研磨剤が、研磨の際に研磨工具と被研磨物の間に滴下ないし注入される。過酸化水素は、研磨剤中に含まれる過酸化水素(H2O2)の濃度が、0.003〜0.3vol%の範囲にあるのが望ましい。0.003vol%未満では、このような段差の解消に効果がなく、0.3vol%を超えると、研摩速度の低下が著しく、特に、磁性合金膜の研摩速度が低くなりすぎて逆に凸状段差が大きくなる場合があるからである。過酸化水素濃度の好ましい範囲は、0.02〜0.1vol%である。
【0026】
この研磨法における研磨剤中過酸化水素の添加は、特に、Ni−Fe系磁性合金とアルミナ系絶縁層との組み合わせで良好な結果が得られ、両者の段差を10nm以下に良好に制御することができる。
【0027】
磁性合金膜23の形成には、フレームメッキ法やエッチング法を使用できる。エッチング法では、基板全面に形成した磁性金属層膜を、レジストをマスクとしてドライエッチング等の方法により削り取ることにより、所定の形状の磁性合金膜23を形成する。基板上及び磁性金属層膜の上面への非磁性の絶縁皮膜の形成は、例えば、メッキ法、スパッタ法、CVD法などが利用できる。
【0028】
本発明の研磨方法は、薄膜磁気ヘッドの形成において、ある表面領域を持つ磁気シールド層とその周辺の絶縁層とを面一の表面に形成する過程に利用される。そのような製造方法を以下に述べる。
【0029】
実施形態1
この実施形態では、薄膜磁気ヘッドの再生用磁気素子部を支える下部構造を組立てる際に利用される。適当な基板の上面に成膜された絶縁層の上に、磁性金属からなる下部磁気シールド層を所定のパターンに形成し、この下部磁気シールド層を覆うように、下部シールド絶縁層を、例えば、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムから成膜する。
【0030】
次いで、下部磁気シールド層が露出するように、下部シールド絶縁層及び下部磁気シールド層を平面研磨して平坦化するが、この研磨工程において、砥粒に過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を使用して研磨するのである。これにより、下部磁気シールド層の表面と下部シールド絶縁層との表面に実質的に段差がない平滑面を形成する。
【0031】
この方法において、下部磁気シールド層と下部シールド絶縁層とが並ぶ平面には、再生用の磁気的素子、たとえば、GMR素子膜が形成されるが、この表面には磁気シールド層と絶縁層との性質の違いにより生じやすい段差の発生が抑えられるので、後工程のGMR素子膜等の上層金属のエッチングの際に、下部磁気シールド層と下部シールド絶縁層の境界上で、その金属の除去残りがなくなる。これにより、金属残渣による回路間の短絡が防止でき、後述の上層の上部磁気シールド層との短絡もなく、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0032】
また、研磨剤に含まれる化学成分に起因し、下部磁気シールド層を構成するニッケルと鉄の粒界に発生しがちな表面粗さが低減できる。下部磁気シールド層の上面は非常に滑らかな平面をえることができる。このため、下部磁気シールド層の上層に下部ギャップ絶縁層を介して積層成膜されたGMR素子膜は平坦に形成され、優れた再生特性の薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0033】
[実施例1]
さらに詳しくは、図2を使用して、下部磁気シールドの形成工程について説明する。図2(A)に示すように、適当な基板としてAlTiC基板41の上面に成膜された酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の非磁性絶縁材料からなる基板絶縁層42を形成する。次いで、図2(B)に示すように基板絶縁層42の上に軟磁性材料としてパーマロイから下部磁気シールド層51を所定のパターン形状に形成する。下部磁気シールド層51のパターン形成は、この例では、フレームメッキ法により行なう。さらに、図2(C)に示すように、基板絶縁層42の上面に、下部磁気シールド層51をも覆うように、非磁性絶縁材料、例えば、酸化アルミニウムを被着して下部シールド絶縁層61を成膜する。
【0034】
次いで、図3に示すように、上記範囲0.003〜0.3vol%の過酸化水素を添加した研磨剤を用いて、研磨盤により下部シールド絶縁層61および下部磁気シールド層51の一部を研磨し、下部磁気シールド層51の表面を露出させて、下部磁気シールド層3の上面及び下部シールド絶縁層61の上面で構成される第1の研磨平面71を形成するのである。
【0035】
上記の研磨方法を適用することによって、上記の研磨平面71における下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との段差10nm以下に達成される。また、研磨剤5に含まれる過酸化水素によって、研磨剤中の化学成分の影響による下部磁気シールド層51の結晶粒界に起因する表面粗さの悪化が生ずることなく、下部磁気シールド層51の上面は非常に滑らかな平面が得られる。
【0036】
さらに、下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との均一な研磨平面71が形成された後で、図4に示すように、その平面71の上に、絶縁材料を用いて下部ギャップ絶縁層81を成膜して、さらに、その上に、GMR素子膜82が製膜される。
【0037】
GMR素子膜82の積層構造は、さまざまな組み合わせが可能であるが、この例は、反強磁性層膜、固定磁性層膜、非磁性導電層膜、フリー磁性層膜及びキャップ層の順に製膜されている。この例では、反強磁性層膜には、IrMn系合金膜、FeMn系合金膜、PtMn系合金膜、αFe2O3又はNiOの薄膜が利用でき、固定磁性層膜には、NiFe系合金膜、Co膜、CoFe合金膜を利用することができ、フリー磁性層膜には、Cuを材料とする非磁性導電層膜が利用できる。キャップ層膜は、例えば、固定磁性層膜と同様の材料やTaを利用することができる。尤も、GMR素子膜の上記の積層順位を、フリー磁性層膜、非磁性導電層膜、固定磁性層膜及び反強磁性層膜という順序で積層成膜して、その上にキャップ層膜を成膜することもできる。
【0038】
次に、図4のGMR素子膜82の左右両側部を、図5(A)に示すように、所望の平面形状にパターン化された茸型のレジスト91をマスクとしてイオンミリングにより、除去して、磁気抵抗効果素子部(GMR素子部)92を形成する。このGMR素子部92内の上記各層は、非常に滑らかな面を有している。これは、上記の実施形態により下部磁気シールド層51と下部シールド絶縁層61との平坦で平滑な表面上に、GMR素子膜82の各層を積層したからである。
【0039】
GMR素子部92を形成した後、GMR素子部92直上に設けたレジスト91上から(図5(A))、CoPt合金等の材料を堆積して縦バイアス層膜93を形成し、さらに、その上に、Cu、Cr又はTaの材料を堆積して電極リード層膜94を形成する。そして、図5(B)に示すように、所望の形状のレジスト(図示せず)を用いて、縦バイアス膜93と電極リード膜94をドライエッチングなどにより除去して縦バイアス層101と電極リード層102を形成した後、この除去された部分を埋めるように、下部ギャップ絶縁層81と同様の絶縁材料を用いて側部絶縁部103を形成する。このようにして、再生用磁気素子を含んだ下部構造が組立てられる。
【0040】
実施形態2
この実施形態は、本発明の研摩方法を、既に所定の再生用磁気素子が形成された下部構造上に、記録用磁気素子の上部構造を形成するのに適用するものである。この工程では、下部構造上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなる上部ギャップ絶縁層を全面形成し、上部ギャップ絶縁層の上に、磁性金属からなる上部磁気シールド層を所定のパターン形状に形成し、上部ギャップ絶縁層の上に、この磁気シールド層を覆うようにして酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする共通シールド絶縁層を成膜する。次いで、研磨により、共通シールド絶縁層と上部磁気シールド層とを、上部磁気シールド層が表面に露出するように平面研磨して平滑化する。研磨加工の際には、過酸化水素を上記組成範囲で含む研磨剤を使用して研磨される。
【0041】
この研磨方法により、上部磁気シールド層の上面と共通シールド絶縁層の上面には段差の発生が抑えられる。これにより、共通シールド絶縁層の膜厚を測定することによって上部磁気シールド層の膜厚を容易に工程管理することができる。また、上部磁気シールド層の上面は非常に滑らかな平面となるため、上部磁気シールド層の上面に成膜される記録ギャップ層の膜厚を非常に小さくしても、絶縁性の良好な記録ギャップ層を得ることができる。
【0042】
[実施例2]
図4〜図7は、本発明のこの第2の実施形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するための模式的断面図であり、共通シールドの形成工程について、ヘッド摺動面に平行な面での断面を示している。
上記実施例1に続いて、図6に示すように、側部絶縁部103と電極リード層102とGMR素子部92との上を覆うように、絶縁材料を用いて上部ギャップ絶縁層111を成膜した後、上部ギャップ絶縁層111の上に、磁性合金を用いて上部磁気シールド層112を堆積する。
【0043】
図7(A)に示すように、所望の形状(図示せず)のレジストを用いて、ミリング又はRIE等の方法により、上部磁気シールド層112を削り取り、共通磁気シールド層121を形成し、上部ギャップ絶縁層111及び共通磁気シールド層121を覆うように、共通シールド絶縁層122を成膜する。
【0044】
さらに、図7(B)に示すように、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を用いて、CMPにより研磨を行ない、共通シールド絶縁層122および共通磁気シールド層121の上部を削り取り、共通磁気シールド層121の表面を露出させて、共通磁気シールド層121の上面及び共通シールド絶縁層122の上面で構成される第2の研磨平面131を形成する。この第2の研磨平面131では、共通磁気シールド層121と共通シールド絶縁層122との段差が10nm以下になる。また、共通磁気シールド層121の表面が滑らかになる。
このようにして、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部132が完成したことになる。
【0045】
この実施例では、共通磁気シールド層121は薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド部を磁気的にシールドし、同時に、記録用ヘッド部の下部磁極を兼ねている。。
なお、本実施形態では共通磁気シールド層121の形成をフレームメッキ法により行なったが、スパッタ法やメッキ法を用いて基板全面に成膜した後、レジストパターンを用いてミリング又はRIE等の方法により所望のパターンに形成しても良い。
【0046】
実施形態3
この実施形態は、再生用磁気ヘッドを構成した下部構造上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなる記録ギャップ絶縁層を形成し、記録ギャップ層の上に、磁性金属からなる上部記録磁極チップ部を所定の形状に形成し、上部記録磁極チップ部を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする下部絶縁層を成膜し、上部記録磁極チップ部が露出するように下部絶縁層及び上部記録磁極チップ部を平面研磨して平坦化するものであり、研磨加工工程において、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤をし様することにより、上部記録磁極チップ部と下部絶縁層との表面に段差がない平坦な面を形成することができる。
【0047】
上記の構成によって、上部記録チップの上面と下部絶縁層の上面には段差の発生が抑えられるため、下部絶縁層の膜厚を測定することによって上部記録チップの膜厚を容易に工程管理することができる。このため、上部記録ヨーク部から共通シールドへの漏洩磁界の発生を低減でき、記録特性の良好な薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【0048】
[実施例3]
図8〜図12は、本発明の第3の実施形態を具体的に説明するため、薄膜磁気ヘッドを模式的に示したものであり、以下に、この例の薄膜磁気ヘッドの記録用ヘッド部の形成工程について述べる。
【0049】
図8において、実施例2で述べた第2の研磨平面131の上に、記録ギャップ層141を成膜する。この記録ギャップ層141は上部ギャップ絶縁層111と同様にアルミナからなる絶縁材料である。次に、記録ギャップ層141の上に、パーマロイを材料として、上部記録磁極チップ部142をフレームメッキ法により所定の形状に形成する。
【0050】
図9(A)に示すように、記録ギャップ層141及び上部記録磁極チップ部142を覆うように、下部絶縁層151を成膜する。この下部絶縁層151の材料は、下部シールド絶縁層61と同様に、アルミナを利用している。
【0051】
次いで、図9(B)に示すように、上部記録磁極チップ部142が露出するように、過酸化水素(H2O2)を添加した研磨剤を用いて、CMP等の研磨方法に上部記録チップ142および下部絶縁層151の上部を研磨により削り取り、上部記録チップ142の表面を露出させる。研磨においては、過酸化水素を含む研磨剤を用いて表面研磨して、上部記録チップ142の上面と下部絶縁層151の上面とから成る第3の平滑面161を形成する。この第3の平滑面161では、上部記録チップ142と下部絶縁層151との段差が10nm以下になる。また、上部記録チップ142の表面が滑らかになる。
【0052】
その後の製造工程は、以下のとおりである。図10に示すように、下部絶縁層151には、上部記録チップ142の後方に、開口部を形成する。これは、後述する上部磁極を構成する上部記録ヨーク部の一部が共通磁気シールド層121に接するようするためである。開口部の成形は、共通磁気シールド層121の一部の上面171が露出するようにレジストをマスクとして下部絶縁層151及び記録ギャップ層141の一部を削り取ることによって、行なう。
【0053】
図11(A、B)において、上記した下部絶縁層151の上に、共通磁気シールド層121の露出した上面171を囲むように螺旋状に、銅又はアルミニウム等の導電性材料を用いて巻線コイル181をメッキ等の方法により形成する。
【0054】
次いで、図12(A)に示すように、下部絶縁層151及び巻線コイル181の上に、ハードベークドレジストを塗布して、露光や加熱または電子線照射などにより、所定の位置に所定の形状になるようにパターン化したあと硬化させ、上部絶縁層201を形成する。その後、上部記録ヨーク部202をフレームメッキ法などにより所望の形状に形成する。このとき、上部ヨーク部202は、ヘッド摺動面近傍において上部記録磁極チップ部142の上面に接し、他方で共通磁気シールド層121の露出した上面171に接するように形成される。これにより、上部記録磁極チップ部142及び上部記録ヨーク部202で上部磁極を構成し、薄膜磁気ヘッドの記録用ヘッド部203を形成する。また、平面の形状は、図12(B)に示した上面図のように、ヘッド摺動面近傍の上部記録磁極チップ部142に接する部分の上部記録ヨーク部202の幅211は上部記録磁極チップ部142の幅にほぼ等しい幅であり、上部絶縁層201の上面や共通磁気シールド層121の露出した上面171に接する部分の幅は幅211よりも大きく形成される。
【0055】
以上の実施例1〜3において、上部記録磁極チップ142、上部ヨーク部202および巻線コイル181の形成は、フレームメッキ法、スパッタ法が利用でき、さらには、メッキ法を用いて基板全面に成膜した後、レジストパターンを用いてミリング又はRIE等の方法によりパターン形成することができる。磁性合金膜の材料には、Ni−Fe合金、Co−Nb−Zr合金などの磁性合金膜が利用される。
【0056】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ニッケル−鉄合金で形成された磁性合金膜と少なくともその磁性合金膜の一面に接した酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムからなる絶縁層の上面を研磨してそれぞれの上面からなる平面を平坦化する研磨工程において、研磨剤に適当な濃度の過酸化水素を添加することによって、下部磁気シールド層、上部磁気シールド層及び上部記録磁極チップ部などの磁性合金膜とそれぞれの絶縁層の上面に発生する段差が抑えられる。ニッケルや鉄などの磁性合金膜を構成する各金属が過酸化水素により酸化され、組成変化を起こすことにより研磨速度が変わるためと考えられる。
【0057】
また、研磨された下部磁気シールド層、上部磁気シールド層及び上部記録磁極チップ部などの磁性合金膜の表面を非常に平滑な面にすることができる。これにより、金属層間の短絡がないため信頼性が高い再生部と、記録ギャップ層の膜厚が小さく、漏洩磁界が少ない、記録効率の高い記録部を有する薄膜磁気ヘッドを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る研磨前の研磨基板の斜視図(A)と研磨後の研磨基板の断面図(B)を示す。
【図2】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、基板上にシールド層と絶縁層を形成する過程を示す断面図(A〜C)。
【図3】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド層と絶縁層とに研磨平面を形成した基板断面図。
【図4】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド層上にGMR層を積層した断面図。
【図5】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、基板上に再生用の磁気素子を形成する過程を示す断面図(A、B)。
【図6】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、再生用の磁気素子上に磁気シールド層を形成する過程を示した断面図。
【図7】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、再生用の磁気素子上に形成した磁気シールド層と絶縁層とを研磨平面を形成する過程を示す断面図(A,B)。
【図8】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、磁気シールド上に、記録用素子を構成する上部記録磁極チップ部を形成した断面図。
【図9】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、上部記録磁極チップ部に絶縁層を形成し、研磨平面を形成する過程を示す断面図(A,B)。
【図10】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、図9に示す断面に直交して図中のB−B線で示す断面図。
【図11】薄膜磁気ヘッドの製造過程において、研磨平面上に記録用素子を構成する誘導コイルを形成した断面図(A)と、上面図(B)。
【図12】再生用素子と記録用素子とを形成した磁気ヘッドの部分断面図(A)と上面図(B)。
【図13】薄膜磁気ヘッドを示す模式的斜視図。
【図14】薄膜磁気ヘッドを示す模式的正面図。
【図15】研磨装置の模式的斜視図。
【図16】従来の研磨方法による研磨前の研磨基板の模式的断面図(A)と研磨後の研磨基板の模式的断面図(B)。
【符号の説明】
21 基板
23 磁性合金膜
24 絶縁皮膜
25 段差
71 研磨平面
51 下部磁気シールド層
61 下部シールド絶縁層
82 GMR素子膜
92 GMR素子部
111 上部ギャップ絶縁層
112 共通磁気シールド膜
121 上部磁気シールド層
122 共通シールド絶縁層
132 再生ヘッド部
142 上部記録磁極チップ部
151 下部絶縁層
Claims (9)
- 所定の形状に成形された磁性合金膜と当該磁性合金膜の表面及び側部を囲繞する非磁性材料から成る絶縁部材とを該磁性合金膜を露出するように同一平面に平面研磨加工して平坦化する研磨方法において、この平面研磨加工を、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて研磨することにより行なうことを特徴とする研磨方法。
- 磁性合金膜がニッケル−鉄合金から成り、絶縁部材が酸化アルミニウムから成ることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。
- 研磨剤中の過酸化水素の濃度が、0.003〜0.3vol%の範囲にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の研磨方法。
- 基板上に磁気シールド層を介して磁気検出素子を配置した再生用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
基板の上面に成膜された絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、
上記絶縁層上に、該磁気シールド層を覆って、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、
次いで、磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化する研磨加工を行ない、
この研磨加工が、過酸化水素を添加した研磨剤を用いて行なわれ、磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との間に実質的に表面段差がない平坦な面を形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなるギャップ絶縁層を形成し、
ギャップ絶縁層の上に、磁性金属からなる磁気シールド層を所定の形状に形成し、
磁気シールド層を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層を成膜し、
磁気シールド層が露出するように、シールド絶縁層及び磁気シールド層を平面研磨して平坦化する研磨加工を行ない、
研磨加工において、過酸化水素を添加した研磨剤により研磨して磁気シールド層とその周りのシールド絶縁層との表面段差がない平坦な面を形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 磁気検出素子上に磁気シールド層を介して記録磁極チップ部を配置した記録用磁気ヘッド部と該磁気ヘッドを励振するコイル部とを含む薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
所望の磁気検出素子が既に形成された基板上に、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等からなる記録ギャップ絶縁層を形成し、
記録ギャップ層の上に、磁性金属からなる記録磁極チップ部を所定の形状に形成し、
上部記録磁極チップ部を覆うように、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とする絶縁層を成膜し、
上部記録磁極チップ部が露出するように該絶縁層及び記録磁極チップ部を平面研磨して平坦化する研磨加工を行ない、
この研磨加工において、過酸化水素を添加した研磨剤により研磨して記録磁極チップ部とその周りの絶縁層との表面段差がない平坦な面を形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。 - 磁性合金膜の材料がニッケル−鉄合金から成り、絶縁部材が、酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 研磨剤中に含まれる過酸化水素の濃度が0.003〜0.3vol%の範囲であることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
- 基板上の絶縁層の上に、所定の形状に加工された磁性金属からなる磁気シールド層と、磁気シールド層以外の領域に形成された酸化アルミニウム又は窒化アルミニウム等を素材とするシールド絶縁層とを有し、
過酸化水素(H2O2)を含む研磨剤を用いた化学機械研磨によって形成したシールド絶縁層の上面と磁気シールド層の上面との段差が10nm以下であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
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JP2006297501A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Hitachi Chem Co Ltd | 磁性金属膜および絶縁材料膜複合材料用研磨材および研磨方法 |
-
2002
- 2002-06-10 JP JP2002168302A patent/JP2004009243A/ja active Pending
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