JP2005011409A - 複合型薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】多層構造に垂直方向に検出電流を流して使用する磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドでは、イオンミリングによる影響を受けやすく、装置トラブル等によりシールド膜が帯電した際に、特性が劣化しやすい。
【解決手段】磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド形成後のイオンミリング工程をできるだけ減らすことにより、イオンミリング装置起因の帯電の影響を回避する。具体的には、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドをまず形成し、その後で磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成する。この際、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドには、コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている構造のものを用いる。
【選択図】 図６
【解決手段】磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド形成後のイオンミリング工程をできるだけ減らすことにより、イオンミリング装置起因の帯電の影響を回避する。具体的には、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドをまず形成し、その後で磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成する。この際、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドには、コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている構造のものを用いる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層構造に垂直方向に検出電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＴ技術が社会生活へ浸透するとともに記録すべき情報の容量は飛躍的に増大し、ハードディスクドライブ等の記録装置の大容量化への要請が高まっている。安価に大容量化を実現するためには、単位面積あたりの記録容量を増やす必要がある。すなわち、１ビットを構成する面積の縮小の実現が課題である。この記録面積の縮小は、磁気的信号の低下をもたらすため、大容量化は、磁気ヘッドの感度の改善なくしては達成できない。
【０００３】
感度向上を目指し、再生機能を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果膜の研究・開発が活発に行われている。現在、市場で主流となっているハードディスクドライブでは、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）が使用されているものの、近い将来には限界が来ると考えられ、近年トンネル磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）、多層構造に垂直方向に検出電流を流す（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）巨大磁気抵抗効果膜（ＣＰＰ−ＧＭＲ膜）等の新しいタイプの膜の研究が進められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５７５３４号公報
【発明が解決しようとする課題】ＴＭＲ膜、ＣＰＰ−ＧＭＲ膜は、多層膜に垂直に電流を流すという点で、従来のＣＩＰ型（多層膜と水平に電流を流す）の磁気抵抗効果膜と異なっている。ＣＩＰ型の磁気抵抗効果型膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果型膜が絶縁膜により下部シールド膜、上部シールド膜と電気的に絶縁される構造となっている。図面を用いて説明すると、図１（浮上面）に示すように、アルチック基板１上に、アルミナからなるアンダーコート膜２、下部シールド膜３、アルミナからなる下部絶縁膜４、巨大磁気効果膜５、磁区制御膜の下地膜６、磁区制御膜７、電極膜８、上部絶縁膜９、上部シールド膜１０が順次形成されて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが構成されている。これに対し、ＴＭＲ、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果型膜では、磁気抵抗効果型膜が下部シールド膜、上部シールド膜と電気的に接続されている。すなわち、図２（浮上面）に示すように、アルチック基板２１上に、アルミナからなるアンダーコート膜２２、下部シールド膜２３、ＴＭＲ膜２７、上部シールド膜３３が順次形成されて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが構成されている。
【０００５】
現在市場に出ているハードディスクドライブを構成する複合型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを基板上に形成した後で、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドを形成している。すわなち、図３に示すように、図１で説明した磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成後、絶縁膜４９、第１層下部磁極５０、第２層下部磁極５１、絶縁膜５２、第１層上部磁極５３を形成後、イオンミリングにより第１層上部磁極５３と絶縁膜５２、第２層下部磁極５１を必要な構造に成形し、続いて誘導コイル、第２層上部磁極を形成する。
以上のように、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドの形成プロセスを、磁気抵抗効果膜形成後のイオンミリング処理という観点から見直すと、めっき膜形成前の下地膜除去工程で行われており、上部シールド４８、第１層下部磁極５０、第２層下部磁極５１、第１層上部磁極５３、誘導コイル、Ａｕパッドが該当する。特に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの工程で頻繁にイオンミリング処理は行われている。めっき法もベタめっき法を行った後にパターン形成してめっき膜を除去する場合には、イオンミリング時間が非常に長くなる。このような工程で生産に適用されているイオンミリング装置では、電気的な中和機能を保持しており、装置が正常に動作している際には通常イオンミリングによるウェハの帯電は小さく抑えられている。ところが、大量生産の際に何らかのトラブルにより装置状態が通常の状態からずれた場合には、処理されるウェハが帯電することがある。この際、現在市場を占めている巨大磁気抵抗効果膜を有する複合型薄膜磁気ヘッド（図３）では、巨大磁気抵抗効果型膜４５が絶縁膜４４、４７により下部シールド膜４３、上部シールド膜４８と電気的に絶縁されているため、このようなイオンミリング装置の誤動作による影響を受けにくい。加えて、図４に示すように、ウェハプロセス中において、上部シールド膜６５と下部シールド膜６３とを直接電気的に接続しておけば（図４の６６の部分）、たとえ上部シールド膜６５が帯電しても、電荷は下部シールド膜６３に流れ込み、巨大磁気抵抗効果膜６４に電荷が流れる確率は低くなる。この際、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの両端子の少なくとも片方をシールドと電気的に絶縁しておけば、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの特性評価は支障がない。
【０００６】
一方、ＴＭＲ、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果型膜では、図２に示すように磁気抵抗効果膜２７を通して下部シールド膜２３と上部シールド膜３３とが電気的に接続されているため、上部シールド膜３３が帯電するとその電荷が磁気抵抗効果型膜２７に流れ込みやすい構造となっている。この際、上記のようにシールド間を素子部以外の場所で電気的に接続すると素子と並列に繋がれることになり、ＴＭＲ特性、ＣＰＰ−ＧＭＲ特性の評価が困難になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を解決するために、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成することとした。本構造を適用した複合型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜形成後の長時間にわたるイオンミリング処理は、上部シールド形成とＡｕパッド形成時のみとなる。これにより、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドにおいても、イオンミリングによる影響が極めて抑制される。
本発明の主眼である基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成するという構造は、特許文献１にインバースタイプの複合型薄膜磁気ヘッドとして記載されている。そこでは、ヘッドを形成する際の熱処理によるＭＲヘッドの再生感度の劣化を問題にしており、本発明に示すような、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドにおけるイオンミリングの影響に関しては、言及されていない。
本発明は、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上に形成するため、特に磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドのトラック形成時に下にある構造の影響を受けやすい。トラック形成とは、通常レジストを感光させて成形するものであるが、感光に用いる光、もしくは電子がレジストを通過した後、下の構造に応じた反射が起こり、トラックが安定して形成できないという問題を生じる可能性がある。このため、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの最終表面が平坦になっていると、その上に形成する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドのトラック構造を安定させられる。図５に示すように、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの最終表面（８０の表面）が平坦であることにより実現できる。本構造は、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのコイル７４が下部磁極７２と同じ水平位置に埋め込まれた構造とし、上部磁極８０表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）することにより、形成できる。
【０００８】
さらに、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドに従来構造を用いた場合には、図４に示すようにコイル上を第二層上部磁極で覆うために電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのギャップと第２層上部磁極表面との距離が大きくなってしまい、標準的には５ミクロン以上となる。これは、記録／再生ギャップ間距離の増大をもたらし、ハードディスクドライブのフォーマット効率が劣化する。これに対し、コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている電磁誘導型薄膜磁気ヘッド（図５）では、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのギャップ７９上に上部磁極８０しかないため、記録／再生ギャップ間距離を狭くすることができる。すなわち、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドでフォーマット効率に優れたハードディスクドライブを実現するためには、上部磁極８０の表面が平坦な電磁誘導型薄膜磁気ヘッドプロセスの確立が不可欠である。加えて、このような構造の電磁誘導型薄膜磁気ヘッドでは、オーバーライト特性が必ずしも充分な性能を達成できない。ハードディスクドライブの大容量化のためにトラック幅を狭小化していくと、このオーバーライト特性が劣化していく。この問題を回避するためには、ライトギャップを挟む磁極の飽和磁束密度を高くし、コイルを低抵抗化することが必須である。本発明では、上記課題を解決する為に、ライトギャップに接する磁極（上部磁極、下部磁極のうち少なくとも１つ）の飽和磁束密度が２．３テスラ以上であること、コイル幅とスペースとの比が３以上である薄膜磁気ヘッドとする。
【０００９】
本発明は、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドに有効であるが、磁気抵抗効果膜としてはＴＭＲ膜、ＣＰＰ−ＧＭＲ膜を採用することができる．
本発明によれば、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド形成後のイオンミリングの影響を大幅に改善できる。万が一、イオンミリングによる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの劣化が生じた場合には、ウェハ完成直前の特性評価で素子の良否を選別できるため、特性の悪い素子が市場に流出することはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。図５は、本発明の第一の実施の形態に関わる複合型薄膜磁気ヘッドの断面を示したものであり、図６は、その複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面を示したものである。複合型薄膜磁気ヘッドは、アルチック基板８１の上にアンダーコート８２を形成し、その上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成することにより、完成される。
【００１１】
電磁誘導型薄膜磁気ヘッドは、以下のようにして形成する。パターンめっき法により第１層下部磁極７１を形成し、めっき用の下地膜を除去した後、アルミナ膜をスパッタ法で形成後、ＣＭＰ法で表面を平坦化しながら、第１層下部磁極７１の表面を露出させる。その上に、パターンめっき法により第２層下部磁極７２を形成する。次に、アルミナ膜７３を形成後、コイル７４を形成し、コイルコンタクト用の部分と電気的に接続させるパターン７６を形成する。従来は、アルミナ膜７３形成後にレジストパターンを形成し、その空隙にめっき法によりコイル７４を形成した。本実施の形態では、レジストパターンを形成した後にアッシングによりレジストをスリム化させ、空隙を広げた後にめっき法によりコイル７４を形成した。本方法を用いることにより、従来の設計では、コイル幅Ａ＝１．０ミクロン、コイル間スペースＢ＝０．６ミクロンで、コイル幅／スペース幅の比（Ａ／Ｂ）＝１．６７であったものが、コイル幅Ａ＝１．３ミクロン、コイル間スペースＢ＝０．３ミクロンでコイル幅／スペース幅の比（Ａ／Ｂ）＝４．３３が可能となった。本実施の形態では、コイル幅Ａ／スペース幅Ｂの比を３以上とした場合に、オーバーライト特性の低下を防止する効果が示された。また、ここでいうコイル幅Ａとは、図５に示すように薄膜磁気ヘッドの浮上面に近い側のコイルの線幅をさし、スペース幅Ｂとは、それらのコイルとコイルの間のスペース幅を意味する。続いて、コイル間の絶縁用のレジスト膜を塗布後、アニールしてレジスト膜７５を空隙なくコイル間に埋め込む。次に、酸素を用いた反応性イオンエッチングによりコイル表面を露出させ、コイル上の膜厚が第２層下部磁極７２の上面よりも高くなる膜厚だけアルミナ７７をスパッタ法により形成する。続いて、ＣＭＰ法により表面を平坦に保ちながら、第２層下部磁極表面７２を露出させる。続いて、第３層下部磁極７８となる高Ｂｓ膜をスパッタ法により形成し、その後所望の形状に加工する。次に、ライトギャップ７９に用いるＳｉＯ２膜をスパッタ法により堆積し、所望の形状に加工する。上部磁極８０の下地膜（上部磁極８０の下層部分）となる高Ｂｓを形成し、ＫｒＦエキシマレーザを用いて、狭ライトトラックパターンを形成し、めっき法により上部磁極８０を形成する。続いて、上部磁極８０が埋まるまでアルミナを堆積後、ＣＭＰ法により表面を平坦に保ちながら、上部磁極８０の表面を露出させる。ここで上部磁極８０の下地膜、それに続いてめっき法で形成する膜（上部磁極８０の上層部分）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする飽和磁束密度＝約２．３５テスラの磁性膜を用いた。このような高い飽和磁束密度のめっき膜は、ウェハをめっき液に浸漬する際の電流を制御することにより、腐食を起こさずに実現できた。本実施の形態では、ライトギャップ７９に接する磁極である第３層下部磁極７８と上部磁極８０のうち少なくとも１つの膜を飽和磁束密度２．３テスラ以上とすることで、オーバーライト特性の低下を防止する効果が示された。また、図示していないが、上部磁極８０が複数の上部磁極から構成されている場合、ライトギャップ７９に近接する少なくとも１層が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする飽和磁束密度が２．３テスラ以上の磁性膜である場合には、同様の効果をえられることが示された。以上のようにして、表面が平坦な電磁誘導型薄膜磁気ヘッドが形成できた。コイル７４は、下部磁極７２と同じ水平位置に埋め込まれている。
【００１２】
続いて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成する。電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極の上に、アルミナからなる絶縁膜を形成し、その上に下部シールド８３（図２の２３。以下、（ ）内は図２の部位を表す）を形成する。続いて、下部シールド８３（２３）が埋まるまでアルミナ膜を堆積後、ＣＭＰ法により表面の平坦性を保ちながら、下部シールド８３（２３）の表面を露出させる。次に、素子部から離れた位置に引き出し線となるＴａ／Ａｕ／Ｔａからなる電極膜をスパッタ法で形成する。この下部シールド８３（２３）上にスパッタ法により、ＴＭＲ膜８４（２７）を形成する。このＴＭＲ膜８４（２７）は、ＣｏＦｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層（２４）、アルミナ膜からなる中間層（２５）、ＮｉＦｅ系合金とＣｏＦｅ系合金を含む層から構成される自由層（２６）からなる。続いて、２層レジストとイオンビームデポジション法からなるリフトオフプロセスにより、ＴＭＲ膜８４（２７）を所望の形状に加工する。この後、アルミナからなる絶縁層（２８）、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる縦バイアス印加層（２９）、アルミナからなる第二の絶縁層（３０）をスパッタ法により順に形成する。この上に、非磁性金属膜としてＲｕ膜８６（３１）をスパッタ法により形成する。上部シールド膜８７（３３）をスパッタ法によりウェハ面全体に形成後、レジストをマスクとしてイオンミリングにより上部シールド８７（３３）を所望の形状に成形する。上部シールド８７（３３）を形成して、該磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが完成する。続いて、Ｃｕ端子を形成し、オーバーコートアルミナを成膜後、Ａｕパッドを形成して、複合型薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００１３】
上の例では、上部シールド膜８７（３３）をスパッタ法により形成したが、めっき法で形成しても良い。めっき法を用いる場合には、ウェハ面全体に成膜する「べためっき法」と所定の形状にレジストを成形後にめっきする「パターンめっき法」とがある。パターンめっき法を用いると、イオンミリングでめっきの下地膜のみを除去すれば良いため、イオンミリング時間が短くなり、イオンミリング装置の異状によりウェハが帯電する際の影響を抑制することができる。すなわち、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、上部シールド８７（３３）はパターンめっき法で作製するほうが好ましい。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドにおいても、ウェハプロセス中のイオンミリングによる磁気抵抗効果の劣化を少なく抑えることができ、ウェハプロセスでの歩留まりを確保することができる。仮にイオンミリングによる磁気抵抗効果の劣化があったとしても、ウェハの最終工程で磁気的な特性を測定をすることにより、問題のある素子を選別できるため、問題のある素子が市場に流出することは無い。電磁誘導型薄膜磁気ヘッドとして上部磁極の表面が平坦な構造を採用すれば、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドにおいてもフォーマット効率に優れたハードディスクドライブを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図２】ＣＰＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図３】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図４】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの形成工程中で上部シールドと下部シールドとを電気的に接続していることを示す複合型薄膜磁気ヘッドの断面の模式図
【図５】コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている構造を有する電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの断面の模式図
【図６】基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【符号の説明】
１ アルチック基板、２ アンダーコート膜、３ 下部シールド膜、４ 下部絶縁膜、５ 巨大磁気効果膜、６ 磁区制御膜の下地膜、７ 磁区制御膜、８ 電極膜、９ 上部絶縁膜、１０ 上部シールド膜。
２１ アルチック基板、２２ アンダーコート膜、２３ 下部シールド膜、２４固定層、２５ 中間層、２６ 自由層、２７ ＴＭＲ膜、２８ 絶縁層、２９ 縦バイアス印加層、３０ 第二の絶縁層、３１ Ｒｕ膜、３３ 上部シールド膜。４１ アルチック基板、４２ アンダーコート膜、４３ 下部シールド膜、４４下部絶縁膜、４５ 巨大磁気効果膜、４６ 磁区制御膜および電極膜、４７ 上部絶縁膜、４８ 上部シールド膜、４９ 絶縁膜、５０ 第１層下部磁極、５１ 第２層下部磁極、５２ 絶縁膜、５３ 第１層上部磁極。
６１ アルチック基板、６２ アンダーコート膜、６３ 下部シールド膜、６４巨大磁気抵抗効果膜、６５ 上部シールド膜、６６ 上部シールドと下部シールドとを電気的に接続する部分。
７１ 第１層下部磁極、７２ 第２層下部磁極、７３ アルミナ膜、７４ コイル、７５ レジスト膜、７６ コイルコンタクト用の部分と電気的に接続させるパターン、７７ コイルを埋め込むアルミナ膜、７８ 第３層下部磁極、７９ ライトギャップ、８０ 上部磁極。
８１ アルチック基板、８２ アンダーコート膜、８３ 下部シールド、８４ ＴＭＲ膜、８５ 絶縁膜／磁区制御膜／絶縁膜の積層膜、８６ Ｒｕ膜、８７ 上部シールド膜
【発明の属する技術分野】本発明は、多層構造に垂直方向に検出電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＴ技術が社会生活へ浸透するとともに記録すべき情報の容量は飛躍的に増大し、ハードディスクドライブ等の記録装置の大容量化への要請が高まっている。安価に大容量化を実現するためには、単位面積あたりの記録容量を増やす必要がある。すなわち、１ビットを構成する面積の縮小の実現が課題である。この記録面積の縮小は、磁気的信号の低下をもたらすため、大容量化は、磁気ヘッドの感度の改善なくしては達成できない。
【０００３】
感度向上を目指し、再生機能を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗効果膜の研究・開発が活発に行われている。現在、市場で主流となっているハードディスクドライブでは、巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）が使用されているものの、近い将来には限界が来ると考えられ、近年トンネル磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）、多層構造に垂直方向に検出電流を流す（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）巨大磁気抵抗効果膜（ＣＰＰ−ＧＭＲ膜）等の新しいタイプの膜の研究が進められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５７５３４号公報
【発明が解決しようとする課題】ＴＭＲ膜、ＣＰＰ−ＧＭＲ膜は、多層膜に垂直に電流を流すという点で、従来のＣＩＰ型（多層膜と水平に電流を流す）の磁気抵抗効果膜と異なっている。ＣＩＰ型の磁気抵抗効果型膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果型膜が絶縁膜により下部シールド膜、上部シールド膜と電気的に絶縁される構造となっている。図面を用いて説明すると、図１（浮上面）に示すように、アルチック基板１上に、アルミナからなるアンダーコート膜２、下部シールド膜３、アルミナからなる下部絶縁膜４、巨大磁気効果膜５、磁区制御膜の下地膜６、磁区制御膜７、電極膜８、上部絶縁膜９、上部シールド膜１０が順次形成されて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが構成されている。これに対し、ＴＭＲ、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果型膜では、磁気抵抗効果型膜が下部シールド膜、上部シールド膜と電気的に接続されている。すなわち、図２（浮上面）に示すように、アルチック基板２１上に、アルミナからなるアンダーコート膜２２、下部シールド膜２３、ＴＭＲ膜２７、上部シールド膜３３が順次形成されて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが構成されている。
【０００５】
現在市場に出ているハードディスクドライブを構成する複合型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを基板上に形成した後で、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドを形成している。すわなち、図３に示すように、図１で説明した磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成後、絶縁膜４９、第１層下部磁極５０、第２層下部磁極５１、絶縁膜５２、第１層上部磁極５３を形成後、イオンミリングにより第１層上部磁極５３と絶縁膜５２、第２層下部磁極５１を必要な構造に成形し、続いて誘導コイル、第２層上部磁極を形成する。
以上のように、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドの形成プロセスを、磁気抵抗効果膜形成後のイオンミリング処理という観点から見直すと、めっき膜形成前の下地膜除去工程で行われており、上部シールド４８、第１層下部磁極５０、第２層下部磁極５１、第１層上部磁極５３、誘導コイル、Ａｕパッドが該当する。特に電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの工程で頻繁にイオンミリング処理は行われている。めっき法もベタめっき法を行った後にパターン形成してめっき膜を除去する場合には、イオンミリング時間が非常に長くなる。このような工程で生産に適用されているイオンミリング装置では、電気的な中和機能を保持しており、装置が正常に動作している際には通常イオンミリングによるウェハの帯電は小さく抑えられている。ところが、大量生産の際に何らかのトラブルにより装置状態が通常の状態からずれた場合には、処理されるウェハが帯電することがある。この際、現在市場を占めている巨大磁気抵抗効果膜を有する複合型薄膜磁気ヘッド（図３）では、巨大磁気抵抗効果型膜４５が絶縁膜４４、４７により下部シールド膜４３、上部シールド膜４８と電気的に絶縁されているため、このようなイオンミリング装置の誤動作による影響を受けにくい。加えて、図４に示すように、ウェハプロセス中において、上部シールド膜６５と下部シールド膜６３とを直接電気的に接続しておけば（図４の６６の部分）、たとえ上部シールド膜６５が帯電しても、電荷は下部シールド膜６３に流れ込み、巨大磁気抵抗効果膜６４に電荷が流れる確率は低くなる。この際、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの両端子の少なくとも片方をシールドと電気的に絶縁しておけば、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの特性評価は支障がない。
【０００６】
一方、ＴＭＲ、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果型膜では、図２に示すように磁気抵抗効果膜２７を通して下部シールド膜２３と上部シールド膜３３とが電気的に接続されているため、上部シールド膜３３が帯電するとその電荷が磁気抵抗効果型膜２７に流れ込みやすい構造となっている。この際、上記のようにシールド間を素子部以外の場所で電気的に接続すると素子と並列に繋がれることになり、ＴＭＲ特性、ＣＰＰ−ＧＭＲ特性の評価が困難になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を解決するために、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成することとした。本構造を適用した複合型薄膜磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果膜形成後の長時間にわたるイオンミリング処理は、上部シールド形成とＡｕパッド形成時のみとなる。これにより、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドにおいても、イオンミリングによる影響が極めて抑制される。
本発明の主眼である基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成するという構造は、特許文献１にインバースタイプの複合型薄膜磁気ヘッドとして記載されている。そこでは、ヘッドを形成する際の熱処理によるＭＲヘッドの再生感度の劣化を問題にしており、本発明に示すような、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを有する複合型薄膜磁気ヘッドにおけるイオンミリングの影響に関しては、言及されていない。
本発明は、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上に形成するため、特に磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドのトラック形成時に下にある構造の影響を受けやすい。トラック形成とは、通常レジストを感光させて成形するものであるが、感光に用いる光、もしくは電子がレジストを通過した後、下の構造に応じた反射が起こり、トラックが安定して形成できないという問題を生じる可能性がある。このため、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの最終表面が平坦になっていると、その上に形成する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドのトラック構造を安定させられる。図５に示すように、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの最終表面（８０の表面）が平坦であることにより実現できる。本構造は、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのコイル７４が下部磁極７２と同じ水平位置に埋め込まれた構造とし、上部磁極８０表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）することにより、形成できる。
【０００８】
さらに、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドに従来構造を用いた場合には、図４に示すようにコイル上を第二層上部磁極で覆うために電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのギャップと第２層上部磁極表面との距離が大きくなってしまい、標準的には５ミクロン以上となる。これは、記録／再生ギャップ間距離の増大をもたらし、ハードディスクドライブのフォーマット効率が劣化する。これに対し、コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている電磁誘導型薄膜磁気ヘッド（図５）では、電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのギャップ７９上に上部磁極８０しかないため、記録／再生ギャップ間距離を狭くすることができる。すなわち、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドでフォーマット効率に優れたハードディスクドライブを実現するためには、上部磁極８０の表面が平坦な電磁誘導型薄膜磁気ヘッドプロセスの確立が不可欠である。加えて、このような構造の電磁誘導型薄膜磁気ヘッドでは、オーバーライト特性が必ずしも充分な性能を達成できない。ハードディスクドライブの大容量化のためにトラック幅を狭小化していくと、このオーバーライト特性が劣化していく。この問題を回避するためには、ライトギャップを挟む磁極の飽和磁束密度を高くし、コイルを低抵抗化することが必須である。本発明では、上記課題を解決する為に、ライトギャップに接する磁極（上部磁極、下部磁極のうち少なくとも１つ）の飽和磁束密度が２．３テスラ以上であること、コイル幅とスペースとの比が３以上である薄膜磁気ヘッドとする。
【０００９】
本発明は、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドに有効であるが、磁気抵抗効果膜としてはＴＭＲ膜、ＣＰＰ−ＧＭＲ膜を採用することができる．
本発明によれば、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド形成後のイオンミリングの影響を大幅に改善できる。万が一、イオンミリングによる磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの劣化が生じた場合には、ウェハ完成直前の特性評価で素子の良否を選別できるため、特性の悪い素子が市場に流出することはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。図５は、本発明の第一の実施の形態に関わる複合型薄膜磁気ヘッドの断面を示したものであり、図６は、その複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面を示したものである。複合型薄膜磁気ヘッドは、アルチック基板８１の上にアンダーコート８２を形成し、その上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成することにより、完成される。
【００１１】
電磁誘導型薄膜磁気ヘッドは、以下のようにして形成する。パターンめっき法により第１層下部磁極７１を形成し、めっき用の下地膜を除去した後、アルミナ膜をスパッタ法で形成後、ＣＭＰ法で表面を平坦化しながら、第１層下部磁極７１の表面を露出させる。その上に、パターンめっき法により第２層下部磁極７２を形成する。次に、アルミナ膜７３を形成後、コイル７４を形成し、コイルコンタクト用の部分と電気的に接続させるパターン７６を形成する。従来は、アルミナ膜７３形成後にレジストパターンを形成し、その空隙にめっき法によりコイル７４を形成した。本実施の形態では、レジストパターンを形成した後にアッシングによりレジストをスリム化させ、空隙を広げた後にめっき法によりコイル７４を形成した。本方法を用いることにより、従来の設計では、コイル幅Ａ＝１．０ミクロン、コイル間スペースＢ＝０．６ミクロンで、コイル幅／スペース幅の比（Ａ／Ｂ）＝１．６７であったものが、コイル幅Ａ＝１．３ミクロン、コイル間スペースＢ＝０．３ミクロンでコイル幅／スペース幅の比（Ａ／Ｂ）＝４．３３が可能となった。本実施の形態では、コイル幅Ａ／スペース幅Ｂの比を３以上とした場合に、オーバーライト特性の低下を防止する効果が示された。また、ここでいうコイル幅Ａとは、図５に示すように薄膜磁気ヘッドの浮上面に近い側のコイルの線幅をさし、スペース幅Ｂとは、それらのコイルとコイルの間のスペース幅を意味する。続いて、コイル間の絶縁用のレジスト膜を塗布後、アニールしてレジスト膜７５を空隙なくコイル間に埋め込む。次に、酸素を用いた反応性イオンエッチングによりコイル表面を露出させ、コイル上の膜厚が第２層下部磁極７２の上面よりも高くなる膜厚だけアルミナ７７をスパッタ法により形成する。続いて、ＣＭＰ法により表面を平坦に保ちながら、第２層下部磁極表面７２を露出させる。続いて、第３層下部磁極７８となる高Ｂｓ膜をスパッタ法により形成し、その後所望の形状に加工する。次に、ライトギャップ７９に用いるＳｉＯ２膜をスパッタ法により堆積し、所望の形状に加工する。上部磁極８０の下地膜（上部磁極８０の下層部分）となる高Ｂｓを形成し、ＫｒＦエキシマレーザを用いて、狭ライトトラックパターンを形成し、めっき法により上部磁極８０を形成する。続いて、上部磁極８０が埋まるまでアルミナを堆積後、ＣＭＰ法により表面を平坦に保ちながら、上部磁極８０の表面を露出させる。ここで上部磁極８０の下地膜、それに続いてめっき法で形成する膜（上部磁極８０の上層部分）は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする飽和磁束密度＝約２．３５テスラの磁性膜を用いた。このような高い飽和磁束密度のめっき膜は、ウェハをめっき液に浸漬する際の電流を制御することにより、腐食を起こさずに実現できた。本実施の形態では、ライトギャップ７９に接する磁極である第３層下部磁極７８と上部磁極８０のうち少なくとも１つの膜を飽和磁束密度２．３テスラ以上とすることで、オーバーライト特性の低下を防止する効果が示された。また、図示していないが、上部磁極８０が複数の上部磁極から構成されている場合、ライトギャップ７９に近接する少なくとも１層が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする飽和磁束密度が２．３テスラ以上の磁性膜である場合には、同様の効果をえられることが示された。以上のようにして、表面が平坦な電磁誘導型薄膜磁気ヘッドが形成できた。コイル７４は、下部磁極７２と同じ水平位置に埋め込まれている。
【００１２】
続いて、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを形成する。電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極の上に、アルミナからなる絶縁膜を形成し、その上に下部シールド８３（図２の２３。以下、（ ）内は図２の部位を表す）を形成する。続いて、下部シールド８３（２３）が埋まるまでアルミナ膜を堆積後、ＣＭＰ法により表面の平坦性を保ちながら、下部シールド８３（２３）の表面を露出させる。次に、素子部から離れた位置に引き出し線となるＴａ／Ａｕ／Ｔａからなる電極膜をスパッタ法で形成する。この下部シールド８３（２３）上にスパッタ法により、ＴＭＲ膜８４（２７）を形成する。このＴＭＲ膜８４（２７）は、ＣｏＦｅ系合金の強磁性体を含む層から構成される固定層（２４）、アルミナ膜からなる中間層（２５）、ＮｉＦｅ系合金とＣｏＦｅ系合金を含む層から構成される自由層（２６）からなる。続いて、２層レジストとイオンビームデポジション法からなるリフトオフプロセスにより、ＴＭＲ膜８４（２７）を所望の形状に加工する。この後、アルミナからなる絶縁層（２８）、ＣｏＣｒＰｔ膜からなる縦バイアス印加層（２９）、アルミナからなる第二の絶縁層（３０）をスパッタ法により順に形成する。この上に、非磁性金属膜としてＲｕ膜８６（３１）をスパッタ法により形成する。上部シールド膜８７（３３）をスパッタ法によりウェハ面全体に形成後、レジストをマスクとしてイオンミリングにより上部シールド８７（３３）を所望の形状に成形する。上部シールド８７（３３）を形成して、該磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが完成する。続いて、Ｃｕ端子を形成し、オーバーコートアルミナを成膜後、Ａｕパッドを形成して、複合型薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００１３】
上の例では、上部シールド膜８７（３３）をスパッタ法により形成したが、めっき法で形成しても良い。めっき法を用いる場合には、ウェハ面全体に成膜する「べためっき法」と所定の形状にレジストを成形後にめっきする「パターンめっき法」とがある。パターンめっき法を用いると、イオンミリングでめっきの下地膜のみを除去すれば良いため、イオンミリング時間が短くなり、イオンミリング装置の異状によりウェハが帯電する際の影響を抑制することができる。すなわち、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、上部シールド８７（３３）はパターンめっき法で作製するほうが好ましい。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、多層構造に垂直方向に電流を流して使用する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを持つ複合型薄膜磁気ヘッドにおいても、ウェハプロセス中のイオンミリングによる磁気抵抗効果の劣化を少なく抑えることができ、ウェハプロセスでの歩留まりを確保することができる。仮にイオンミリングによる磁気抵抗効果の劣化があったとしても、ウェハの最終工程で磁気的な特性を測定をすることにより、問題のある素子を選別できるため、問題のある素子が市場に流出することは無い。電磁誘導型薄膜磁気ヘッドとして上部磁極の表面が平坦な構造を採用すれば、基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドにおいてもフォーマット効率に優れたハードディスクドライブを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図２】ＣＰＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図３】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【図４】ＣＩＰ型ＧＭＲ膜を有する磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの形成工程中で上部シールドと下部シールドとを電気的に接続していることを示す複合型薄膜磁気ヘッドの断面の模式図
【図５】コイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれている構造を有する電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの断面の模式図
【図６】基板上に電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッドの浮上面の模式図
【符号の説明】
１ アルチック基板、２ アンダーコート膜、３ 下部シールド膜、４ 下部絶縁膜、５ 巨大磁気効果膜、６ 磁区制御膜の下地膜、７ 磁区制御膜、８ 電極膜、９ 上部絶縁膜、１０ 上部シールド膜。
２１ アルチック基板、２２ アンダーコート膜、２３ 下部シールド膜、２４固定層、２５ 中間層、２６ 自由層、２７ ＴＭＲ膜、２８ 絶縁層、２９ 縦バイアス印加層、３０ 第二の絶縁層、３１ Ｒｕ膜、３３ 上部シールド膜。４１ アルチック基板、４２ アンダーコート膜、４３ 下部シールド膜、４４下部絶縁膜、４５ 巨大磁気効果膜、４６ 磁区制御膜および電極膜、４７ 上部絶縁膜、４８ 上部シールド膜、４９ 絶縁膜、５０ 第１層下部磁極、５１ 第２層下部磁極、５２ 絶縁膜、５３ 第１層上部磁極。
６１ アルチック基板、６２ アンダーコート膜、６３ 下部シールド膜、６４巨大磁気抵抗効果膜、６５ 上部シールド膜、６６ 上部シールドと下部シールドとを電気的に接続する部分。
７１ 第１層下部磁極、７２ 第２層下部磁極、７３ アルミナ膜、７４ コイル、７５ レジスト膜、７６ コイルコンタクト用の部分と電気的に接続させるパターン、７７ コイルを埋め込むアルミナ膜、７８ 第３層下部磁極、７９ ライトギャップ、８０ 上部磁極。
８１ アルチック基板、８２ アンダーコート膜、８３ 下部シールド、８４ ＴＭＲ膜、８５ 絶縁膜／磁区制御膜／絶縁膜の積層膜、８６ Ｒｕ膜、８７ 上部シールド膜
Claims (8)
- 電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、及び磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを備えた複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドが多層構造に垂直方向に検出電流を流して使用する磁気抵抗効果膜を有し、かつ基板上に前記電磁誘導型薄膜磁気ヘッド、前記磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドを順次形成した複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１記載の複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、前記電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極の表面が平坦であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１、請求項２記載の複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、前記電磁誘導型薄膜磁気ヘッドのコイルが下部磁極と同じ水平位置に埋め込まれていることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、前記電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極、あるいは下部磁極の少なくとも片方のライトギャップと接する部分の飽和磁束密度が２．３テスラ以上であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の複合型薄膜磁気ヘッドにおいて、前記電磁誘導型薄膜磁気ヘッドの浮上面近傍のコイルの線幅と、コイル間のスペースとの比が３以上であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合型薄膜磁気ヘッにおいて、前記多層構造がトンネル磁気抵抗効果膜であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気記録装置において、前記多層構造が多層構造に垂直方向に検出電流を流す巨大磁気抵抗効果膜であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
- 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の複合型薄膜磁気ヘッにおいて、前記磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの上部シールド膜がパターンめっき法により形成された磁性膜であることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
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