JP2005100631A - Thin film magnetic head and magnetic disk device with the same mounted - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気ディスク装置等の記録・再生に用いられる薄膜磁気ヘッド及びそれを搭載した磁気ディスク装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film magnetic head used for recording / reproduction of a magnetic disk device or the like and a magnetic disk device equipped with the same.
磁気ディスク装置では、記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするためには、面記録密度を高密度化する必要がある。面記録密度向上の方法は、トラック密度と、線記録密度を向上させることである。このうちトラック密度向上のためには、磁気ヘッドのトラック幅を微細，高精度化する必要がある。トラック幅が狭くなると、再生出力が小さくなるため、再生ヘッドを現在、広く用いられている磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）から巨大磁気抵抗効果型ヘッド（ＧＭＲヘッド）にする必要がある。 In a magnetic disk device, data on a recording medium is read and written by a magnetic head. In order to increase the recording capacity per unit area of the magnetic disk, it is necessary to increase the surface recording density. The method for improving the surface recording density is to improve the track density and the linear recording density. Of these, in order to improve the track density, it is necessary to make the track width of the magnetic head fine and precise. When the track width is narrowed, the reproduction output becomes small. Therefore, it is necessary to change the reproducing head from the currently widely used magnetoresistive head (MR head) to a giant magnetoresistive head (GMR head).
記録ヘッドのトラック部分を含む磁気コア形成方法としては、イオンミリング等のドライエッチングを用いる方法及びフレームめっき法を用いることが広く知られている。 As a method for forming a magnetic core including a track portion of a recording head, a method using dry etching such as ion milling and a frame plating method are widely known.
イオンミリング等のドライエッチングを用いる方法では、パーマロイ等の磁性膜をスパッタリングで形成した後、ホトリソグラフィーにより該磁性膜上にレジストのパターンを形成する。次に該レジストのパターンをマスクとして該磁性膜にイオンミリング等のドライエッチングを施す。これにより、上部磁気コアを形成する。 In a method using dry etching such as ion milling, a magnetic film such as permalloy is formed by sputtering, and then a resist pattern is formed on the magnetic film by photolithography. Next, dry etching such as ion milling is performed on the magnetic film using the resist pattern as a mask. Thereby, an upper magnetic core is formed.
一方、フレームめっき法では、めっき用の下地膜が形成された基板上に、ホトリソグラフィーによりレジストのフレームを形成し、その後該フレームが形成された基板上にパーマロイ等の磁性膜をめっきしする。次にホトリソグラフィーにより該フレームで囲まれた領域をレジストでマスクして、ウエットエッチングにより不要な磁性膜を除去し、磁気コアを形成する。 On the other hand, in the frame plating method, a resist frame is formed by photolithography on a substrate on which a base film for plating is formed, and then a magnetic film such as permalloy is plated on the substrate on which the frame is formed. Next, a region surrounded by the frame is masked with a resist by photolithography, an unnecessary magnetic film is removed by wet etching, and a magnetic core is formed.
前述したように磁気ディスク装置の高記録密度化を達成するためには、磁気ヘッドの狭トラック化及び高精度化を図る必要がある。また、一方、磁気コア先端部であるトラック部分での磁気的飽和を避けるためには、磁気コアの膜厚を厚くする必要があり、その膜厚は、２から数μｍが必要である。しかしながら、このような厚い膜をイオンミリング等のドライエッチングを用いる方法では、ホトリソグラフィーによって形成されたレジストパターンの寸法バラツキに、当該レジストパターンをマスクとして磁性膜をドライエッチングする際の寸法バラツキが重畳されるため、上部磁気コアを高精度に形成することができない。この点、フレームめっき法では、レジストフレームの寸法精度がそのまま上部磁気コアの寸法精度のバラツキになるので、寸法精度の点で、イオンミリング等のドライエッチングを用いる方法に比べて有利である。 As described above, in order to achieve a high recording density of the magnetic disk device, it is necessary to narrow the track and increase the accuracy of the magnetic head. On the other hand, in order to avoid magnetic saturation at the track portion which is the tip of the magnetic core, it is necessary to increase the film thickness of the magnetic core, and the film thickness needs to be 2 to several μm. However, in the method using dry etching such as ion milling for such a thick film, the dimensional variation when the magnetic film is dry-etched using the resist pattern as a mask is superimposed on the dimensional variation of the resist pattern formed by photolithography. Therefore, the upper magnetic core cannot be formed with high accuracy. In this respect, the frame plating method is advantageous in comparison with a method using dry etching such as ion milling in terms of dimensional accuracy because the dimensional accuracy of the resist frame directly varies in the dimensional accuracy of the upper magnetic core.
レジストフレームに用いるレジストはめっき膜厚以上必要であるため、レジスト膜厚は、半導体素子の製造で用いられている膜厚、約１μｍよりもはるかに厚く、最低でも２〜３μｍから１０μｍもの膜厚が必要である。露光装置であるミラープロジェクションアライナやステッパでは、パターンの解像度（Ｒ）はレンズの開口数（ＮＡ），露光波長（λ）及び定数（ｋ1）を用いて、
Ｒ＝ｋ1・λ／ＮＡ
で表わされる。さらに焦点深度（ＤＯＦ）は、定数（ｋ2）を用いて、
ＤＯＦ＝ｋ2・λ／ＮＡ2
と表わされる。これらの式から分かるように、解像度を上げるためには露光波長を短くし、レンズの開口数を高める必要がある。しかし、このとき焦点深度は浅くなってしまう。このためパターンを微細化するためには、波長を短波長化し、レンズの開口数を大きくし、レジスト膜厚を薄膜化する必要がある。または、同じ解像度を得ながら、必要な焦点深度を得るためには、波長を短波長化し、レンズの開口数を小さくする必要がある。広く用いられている高圧水銀ランプを光源とするとき、ｇ線(波長：４３６ｎｍ)を用いて露光した場合、レジスト膜厚が８μｍにおいて、２.０μｍまで解像できる。波長の短いｉ線(波長：３６５ｎｍ）の場合、８μｍのレジスト膜厚で１.３μｍまで解像できる。ｉ線の場合、レジ
スト膜厚を１μｍ以下まで薄膜化することにより、０.５μｍまで解像可能とな
るが、フレームとしてのレジスト膜厚が不足するため、磁気コアの形成に用いることはできない。
Since the resist used for the resist frame needs to be equal to or larger than the plating film thickness, the resist film thickness is much thicker than about 1 μm, which is used in the manufacture of semiconductor elements, and is at least 2-3 μm to 10 μm thick. is required. In a mirror projection aligner or stepper that is an exposure apparatus, the resolution (R) of the pattern is determined by using the numerical aperture (NA), exposure wavelength (λ), and constant (k 1 ) of the lens.
R = k 1 · λ / NA
It is represented by Furthermore, the depth of focus (DOF) is determined using a constant (k 2 )
DOF = k 2 · λ / NA 2
It is expressed as As can be seen from these equations, in order to increase the resolution, it is necessary to shorten the exposure wavelength and increase the numerical aperture of the lens. However, the depth of focus becomes shallow at this time. Therefore, in order to make the pattern finer, it is necessary to shorten the wavelength, increase the numerical aperture of the lens, and reduce the resist film thickness. Alternatively, in order to obtain the required depth of focus while obtaining the same resolution, it is necessary to shorten the wavelength and reduce the numerical aperture of the lens. When a widely used high-pressure mercury lamp is used as a light source, when exposure is performed using g-line (wavelength: 436 nm), resolution can be reduced to 2.0 μm when the resist film thickness is 8 μm. In the case of i-line having a short wavelength (wavelength: 365 nm), resolution can be up to 1.3 μm with a resist film thickness of 8 μm. In the case of i-line, the resist film thickness can be reduced to 0.5 μm by reducing the resist film thickness to 1 μm or less. However, since the resist film thickness as a frame is insufficient, it cannot be used for forming a magnetic core.
特開平7−296328 号公報には、二酸化珪素膜上に膜厚０.７〜０.８μｍのレジスト層を形成し、エッチングを行うことによりノッチ構造体を形成し、その部分に磁性膜を形成することにより記録ヘッドのトラック幅を画定する方法が開示されている。しかし、特開平7−296328 号公報の発明では、レジストパターンをマスクにエッチングを行うため、レジストパターンの寸法精度のばらつきにエッチングでの精度のばらつきが重畳され精度が悪くなる。また、上部磁極層の磁極端部が媒体対向面に現れ、この上部磁極層の磁極端部から漏れる磁束により、磁化信号を書き込み、あるいは消してしまい、実効トラック幅が大きくなる問題がある。 In JP-A-7-296328, a resist layer having a film thickness of 0.7 to 0.8 μm is formed on a silicon dioxide film, and a notch structure is formed by etching, and a magnetic film is formed in that portion. Thus, a method for defining the track width of a recording head is disclosed. However, in the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 7-296328, etching is performed using the resist pattern as a mask, so that the variation in accuracy of etching is superimposed on the variation in dimensional accuracy of the resist pattern, resulting in poor accuracy. In addition, the magnetic pole end portion of the upper magnetic pole layer appears on the medium facing surface, and the magnetic signal is written or erased by the magnetic flux leaking from the magnetic pole end portion of the upper magnetic pole layer, thereby increasing the effective track width.
この問題の解決の為に上部磁極層の磁極端部を媒体対向面に現れないようにフレームめっき法により形成する場合には、図１に示すようにコイル絶縁膜からのハレーションによってフレームが形成できない問題があることが分かった。この問題を解決する方法として、特開平6−20227号公報には後部のフレームをネガレジストを用いて形成する方法が開示されている。 In order to solve this problem, when the pole end portion of the top pole layer is formed by frame plating so as not to appear on the medium facing surface, the frame cannot be formed by halation from the coil insulating film as shown in FIG. I found out there was a problem. As a method for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20227 discloses a method of forming a rear frame using a negative resist.
しかしながら、特開平6−20227号公報の発明では、コイル絶縁膜の段差を形成後、先端部の形成を行うため、レジスト膜厚がコイル絶縁膜の段差の下で厚くなるため、１.５μｍ 程度のレジストパターン形成を行うことは困難である。また
、トラック幅が１.５μｍ 程度に狭小化すると狭い部分で磁気的飽和が起こることにより媒体対向面に磁界が出にくくなるい問題が生じる。また、磁気ディスク装置のデータの転送速度を向上するためには、記録ヘッドの高周波での特性の改善が必要である。そのためには上部磁気コアの材料を最適化し、例えば磁区がトラック幅方向を向き、かつ渦電流損失低減のために比抵抗率を大きくする等の必要がある。一方、前述のように先端部での磁気的飽和を避けるためには、高飽和密度の材料を使う必要があり、これらの要求の満足する材料を探索することは困難である。
However, in the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 6-20227, since the tip portion is formed after the step of the coil insulating film is formed, the resist film thickness becomes thick under the step of the coil insulating film, so that the thickness is about 1.5 μm. It is difficult to form a resist pattern. Further, when the track width is narrowed to about 1.5 μm, magnetic saturation occurs in a narrow portion, which causes a problem that it is difficult to generate a magnetic field on the medium facing surface. Further, in order to improve the data transfer speed of the magnetic disk device, it is necessary to improve the characteristics of the recording head at a high frequency. For that purpose, it is necessary to optimize the material of the upper magnetic core, for example, to increase the specific resistivity in order to reduce the eddy current loss, for example, the magnetic domains are directed in the track width direction. On the other hand, as described above, in order to avoid magnetic saturation at the tip, it is necessary to use a material with a high saturation density, and it is difficult to search for a material that satisfies these requirements.
そのため１.５μｍ 以下の狭トラック幅をもつ、あるいはデータの高速転送にも対応した記録再生分離型薄膜磁気ヘッドとそれを搭載した面記録密度５Ｇbit／in2 以上の磁気ディスク装置を作製できなかった。 For this reason, a recording / reproducing separated thin film magnetic head having a narrow track width of 1.5 μm or less or corresponding to high-speed data transfer and a magnetic disk device having a surface recording density of 5 Gbit / in 2 or more mounted thereon could not be manufactured. .
本発明の目的は１μｍ以下の狭トラック幅をもち、あるいはデータの高速転送にも対応した記録再生分離型薄膜磁気ヘッドを用いた面記録密度５Ｇbit／in2以上の磁気ディスク装置を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic disk device having a surface recording density of 5 Gbit / in 2 or more using a recording / reproducing separated type thin film magnetic head having a narrow track width of 1 μm or less or corresponding to high-speed data transfer. is there.
本発明は、面記録密度が５Ｇbit／in2以上の磁気ディスク装置であって、巨大磁気抵抗効果を用いた再生ヘッドと、上部磁気コアが先端部と後部からなり、該上部磁気コアのトラック幅が１.５μｍ 以下でかつ該先端部と該後部の接合の端部の位置が媒体対向面からギャップ深さを決定する位置の間にある記録用薄膜磁気ヘッドと備えたことを特徴とする磁気ディスク装置である。 The present invention is a magnetic disk device having a surface recording density of 5 Gbit / in 2 or more, wherein a reproducing head using a giant magnetoresistive effect and an upper magnetic core are composed of a front end portion and a rear portion, and the track width of the upper magnetic core And a thin film magnetic head for recording in which the position of the end of the junction between the front end and the rear is between the position that determines the gap depth from the medium facing surface. It is a disk device.
本発明は、転送速度が５０ＭＨｚ以上の磁気ディスク装置であって、磁気抵抗効果または巨大磁気抵抗効果を用いた再生ヘッドと、上部磁気コアが先端部と後部からなり、該上部磁気コアの該先端部と該後部の接合の端部の位置が媒体対向面からギャップ深さを決定する位置の間にある記録用薄膜磁気ヘッドを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置である。 The present invention is a magnetic disk device having a transfer speed of 50 MHz or more, wherein a reproducing head using a magnetoresistive effect or a giant magnetoresistive effect, and an upper magnetic core are composed of a front end portion and a rear portion, and the front end of the upper magnetic core A magnetic disk drive comprising a recording thin film magnetic head in which the position of the end of the junction between the head and the rear is between the medium facing surface and the position for determining the gap depth.
さらに前記上部磁気コアの前記後部をフレームめっき法で形成し、該フレームがネガレジストまたは電子線描画用レジストで形成されている薄膜磁気ヘッドを備えている。 Furthermore, the rear portion of the upper magnetic core is formed by a frame plating method, and a thin film magnetic head in which the frame is formed of a negative resist or an electron beam drawing resist is provided.
また、前記上部磁気コアの前記先端部が飽和磁束密度（Ｂｓ）が１.５Ｔ 以上の磁性膜を含むことを特徴とする。後部の飽和磁束密度は、先端部の飽和磁束密度とは異なっても良い。 The tip of the upper magnetic core includes a magnetic film having a saturation magnetic flux density (Bs) of 1.5 T or more. The saturation magnetic flux density at the rear part may be different from the saturation magnetic flux density at the tip part.
さらに、製造方法として、前記上部磁気コアの先端部を形成後、該上部磁気コアの先端部を非磁性保護膜により被覆し、該非磁性保護膜を上方より該上部磁気コアが露出するまで除去することによって、上部磁気コアの後部との磁気的結合を得る。前記非磁性保護膜のエッチング方法が、研磨またはドライエッチングによるエッチバック法である。 Further, as a manufacturing method, after forming the tip portion of the upper magnetic core, the tip portion of the upper magnetic core is covered with a nonmagnetic protective film, and the nonmagnetic protective film is removed from above until the upper magnetic core is exposed. Thus, magnetic coupling with the rear part of the upper magnetic core is obtained. The etching method of the nonmagnetic protective film is an etch back method by polishing or dry etching.
前記エッチバックを行うためのドライエッチング用ガスとして、ＣＦ4，C4F8
，ＣＨＦ3，ＢＣｌ3，Ｃｌ2，ＳｉＣｌ4，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ及びＸｅのうち一種
以上のガスを用いることを特徴とする。
As a dry etching gas for performing the etch back, CF 4 , C 4 F 8
, CHF 3 , BCl 3 , Cl 2 , SiCl 4 , Ne, Ar, Kr and Xe, one or more gases are used.
前述のように磁気ディスク装置の高記録密度化のためには、磁気ヘッドの狭トラック化が必須である。狭トラック化のためには、微細レジストパターンを形成する必要があり、微細レジストパターンを形成するために、レジストを露光する光の波長は、水銀ランプのｇ線（波長：４３６ｎｍ）から波長の短いｉ線（波長
：３６５ｎｍ）を用いるようになり、さらに波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いている。前述のように解像度と焦点深度を得るためには露光する光の波長を短波長化し、レンズの開口数（ＮＡ）を低くする必要がある。しかしながら、３μｍ以上の膜厚のレジストを用いて０.５μｍ 以下のパターンを形成するのは難しく、上部磁気コアを形成できない。そこで、上部磁気コアの先端部のみを先に形成し、続いて後部を形成する方法を行う場合、後部を媒体対向面に露出すると露出した部分から漏えいする磁界による磁化信号の書き込み等の問題がある。一方、後部領域を媒体対向面に現れないようにする場合には
、コイル絶縁膜からのハレーションによってフレームが形成できない問題がある
。図１にポジレジストを用いてフレームを形成する場合のハレーションの概略を示す。
As described above, in order to increase the recording density of the magnetic disk device, it is essential to narrow the track of the magnetic head. In order to narrow the track, it is necessary to form a fine resist pattern. In order to form a fine resist pattern, the wavelength of light for exposing the resist is shorter than that of the mercury lamp g-line (wavelength: 436 nm). i-line (wavelength: 365 nm) is used, and a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) having a shorter wavelength is used. As described above, in order to obtain resolution and depth of focus, it is necessary to shorten the wavelength of light to be exposed and to lower the numerical aperture (NA) of the lens. However, it is difficult to form a pattern of 0.5 μm or less using a resist having a thickness of 3 μm or more, and the upper magnetic core cannot be formed. Therefore, when the method of forming only the tip portion of the upper magnetic core first and then forming the rear portion is performed, there is a problem such as writing of a magnetization signal due to a magnetic field leaking from the exposed portion when the rear portion is exposed to the medium facing surface. is there. On the other hand, when the rear region does not appear on the medium facing surface, there is a problem that a frame cannot be formed due to halation from the coil insulating film. FIG. 1 shows an outline of halation when a frame is formed using a positive resist.
このため、上部磁気コアの後部を形成するためのフレームにネガレジストを用いるか或いは電子線描画用のレジストを用いることによって、ハレーションの問題が無いことを見いだした。ネガレジストの場合は光が当った部分のレジストのパターンが残るため、フレームとして残る部分に光を照射し、コイル絶縁膜の斜面部からの反射光は、フレームとして残る部分にあたるため、図１に示すようなフレームがえぐれる問題は起こらない。この概略を図２に示す。このようなレジストとして、東京応化工業（株）より、ＴＳＭＲ−ｉＮ０１０等が入手可能である。また、電子線レジストでは、コイル絶縁膜の斜面部から反射する電子の動く距離が短いため、ポジレジストでもフレームのくびれの問題無く、もちろんネガレジストでも前述の理由で問題無くフレームを形成できる。電子線レジストとしては、例えばシプレイ・ファーイースト（株）よりSAL601が入手可能である。 For this reason, it has been found that there is no problem of halation by using a negative resist or a resist for electron beam drawing for the frame for forming the rear part of the upper magnetic core. In the case of a negative resist, since the resist pattern of the portion exposed to light remains, light is irradiated to the portion remaining as the frame, and the reflected light from the inclined portion of the coil insulating film hits the portion remaining as the frame. The problem that the frame as shown does not occur does not occur. The outline is shown in FIG. As such a resist, TSMR-iN010 is available from Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Further, in the electron beam resist, since the moving distance of the electrons reflected from the slope portion of the coil insulating film is short, the frame can be formed without any problem with the positive resist even with the positive resist, and of course with the negative resist without any problem for the above-mentioned reason. As an electron beam resist, for example, SAL601 is available from Shipley Far East Co., Ltd.
先端部の形成方法は従来のフレームめっき法を用いればよく、コイル絶縁膜の段差が無い状態で露光を行うため、ハレーションの問題も無く、１μｍ以下のトラック幅のフレームを形成できる。 A conventional frame plating method may be used as a method for forming the tip, and since exposure is performed without a step of the coil insulating film, a frame with a track width of 1 μm or less can be formed without the problem of halation.
また、１μｍ程度のトラック幅になると、先端部が飽和するため、磁界が媒体対向面上に出にくくなる。この解決手段として、上部磁気コアの後部の断面積を大きくし、かつ先端部と後部の接続部を媒体対向面に近づけることが望ましく、接続部の端部を媒体対向面とギャップ深さの間にすることが望ましい。 Further, when the track width is about 1 μm, the tip portion is saturated, so that it is difficult for the magnetic field to appear on the medium facing surface. As a means for solving this problem, it is desirable to increase the cross-sectional area of the rear portion of the upper magnetic core and bring the front end portion and the rear connection portion closer to the medium facing surface, and connect the end portion of the connecting portion between the medium facing surface and the gap depth. It is desirable to make it.
先端部を一旦保護膜で埋め込む方法は、通常のスパッタ法でＡｌ2Ｏ3または
ＳｉＯ2 等を形成すれば良い。また、上部磁気コアの先端部と後部を磁気的に接続するためには、該保護膜をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）で研磨するか、または該保護膜上にレジスト膜を形成し、ベークによってレジスト膜を平坦化した後、レジストと保護膜を等しい速度でイオンミリング或いはリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により、エッチバックすることにより、先に形成した上部磁気コアの先端部の表面を出し、その上に後部を形成すればよい。エッチバックを行うには、ガスとしてＣＦ4，Ｃ4Ｆ8，ＣＨＦ3，ＢＣｌ3，Ｃｌ2，
ＳｉＣｌ4 ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ及びＸｅのうち１種以上を用いればよい。例えば保護膜がＡｌ2Ｏ3の場合、ＣＨＦ3とＡｒの混合ガスまたはＢＣｌ3を用いればよ
く、保護膜がＳｉＯ2の場合のＣＦ4を用いればよい。エッチング装置としては、通常の平行平板型のＲＩＥよりも高密度プラズマ源を搭載した装置の方が高速エッチングが可能でスループットの向上が図れる。高密度プラズマ源としては、電子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）や誘導結合型（ＩＣＰ）及びヘリコン型のものがありエッチング速度については、いずれの装置も従来の平行平板型の約１０倍の高速エッチングが可能である。
The method of once embedding the tip with a protective film is Al 2 O 3 or normal sputtering.
SiO 2 or the like may be formed. In addition, in order to magnetically connect the front end portion and the rear portion of the upper magnetic core, the protective film is polished by chemical mechanical polishing (CMP), or a resist film is formed on the protective film, and the resist is formed by baking. After planarizing the film, the resist and protective film are etched back by ion milling or reactive ion etching (RIE) at the same speed to bring out the surface of the tip of the upper magnetic core formed earlier. The rear part may be formed in In order to perform etch back, gases such as CF 4 , C 4 F 8 , CHF 3 , BCl 3 , Cl 2 ,
One or more of SiCl 4 , Ne, Ar, Kr and Xe may be used. For example, when the protective film is Al 2 O 3 , a mixed gas of CHF 3 and Ar or BCl 3 may be used, and CF 4 when the protective film is SiO 2 may be used. As an etching apparatus, an apparatus equipped with a high-density plasma source can perform high-speed etching and throughput can be improved as compared with an ordinary parallel plate type RIE. High-density plasma sources include electron cyclotron resonance type (ECR), inductively coupled type (ICP) and helicon type, and the etching rate is about 10 times that of the conventional parallel plate type. Is possible.
巨大磁気抵抗効果としては、Ｆｅ／Ｃｒ等の多層膜を用いた多層膜型，Ｃｕ等の非磁性膜をＣｏまたはＮｉＦｅ等の磁性膜で挟み、片側の磁性膜の磁化をFeMn等の反強磁性膜で固定したスピンバルブ型，Ａｌ2Ｏ3等の絶縁性非磁性膜をＣｏまたはＮｉＦｅ等の磁性膜で挟み、片側の磁性膜の磁化をＦｅＭｎ等の反強磁性膜で固定したトンネル接合型等がある。これらの膜に電極を設置するが、その電極間隔を狭くすることによって再生トラックを狭トラック化する。これらの電極間隔は現在リフトオフ法により形成されているが、リフトオフ法で形成できるトラック幅の限界は０.７μｍ で、それ以下を形成する場合はリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が必要となる。電極材料としては、Ｔａ，Ｗ等の高融点金属を用いる。 The giant magnetoresistive effect includes a multilayer film type using a multilayer film such as Fe / Cr, a non-magnetic film such as Cu sandwiched between magnetic films such as Co or NiFe, and the magnetization of the magnetic film on one side is antiferromagnetic such as FeMn. A tunnel junction in which an insulating non-magnetic film such as Al 2 O 3 is sandwiched between magnetic films such as Co or NiFe and the magnetization of one magnetic film is fixed by an antiferromagnetic film such as FeMn. There are types. Electrodes are provided on these films, and the reproducing track is narrowed by narrowing the electrode interval. The distance between these electrodes is currently formed by the lift-off method, but the limit of the track width that can be formed by the lift-off method is 0.7 μm, and reactive ion etching (RIE) is required to form a space smaller than that. As the electrode material, a refractory metal such as Ta or W is used.
記録ヘッドのトラック部分を含む磁気コア形成方法としては、イオンミリング等のドライエッチングを用いる方法及びフレームめっき法を用いることが広く知られている。 As a method for forming a magnetic core including a track portion of a recording head, a method using dry etching such as ion milling and a frame plating method are widely known.
イオンミリング等のドライエッチングを用いる方法では、パーマロイ等の磁性膜をスパッタリングで形成した後、ホトリソグラフィーにより該磁性膜上にレジストのパターンを形成する。次に該レジストのパターンをマスクとして該磁性膜にイオンミリング等のドライエッチングを施す。これにより、上部磁気コアを形成する。 In a method using dry etching such as ion milling, a magnetic film such as permalloy is formed by sputtering, and then a resist pattern is formed on the magnetic film by photolithography. Next, dry etching such as ion milling is performed on the magnetic film using the resist pattern as a mask. Thereby, an upper magnetic core is formed.
一方、フレームめっき法では、めっき用の下地膜が形成された基板上に、ホトリソグラフィーによりレジストのフレームを形成し、その後該フレームが形成された基板上にパーマロイ等の磁性膜をめっきしする。次にホトリソグラフィーにより該フレームで囲まれた領域をレジストでマスクして、ウエットエッチングにより不要な磁性膜を除去し、磁気コアを形成する。 On the other hand, in the frame plating method, a resist frame is formed by photolithography on a substrate on which a base film for plating is formed, and then a magnetic film such as permalloy is plated on the substrate on which the frame is formed. Next, a region surrounded by the frame is masked with a resist by photolithography, an unnecessary magnetic film is removed by wet etching, and a magnetic core is formed.
前述したように磁気ディスク装置の高記録密度化を達成するためには、磁気ヘッドの狭トラック化及び高精度化を図る必要がある。また、一方、磁気コア先端部であるトラック部分での磁気的飽和を避けるためには、磁気コアの膜厚を厚くする必要があり、その膜厚は、２から数μｍが必要である。しかしながら、この再生出力が小さくなるため、再生ヘッドを現在、広く用いられている磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）から巨大磁気抵抗効果型ヘッド（ＧＭＲヘッド）にする必要がある。巨大磁気抵抗効果としては、Ｆｅ／Ｃｒ等の多層膜を用いた多層膜型，Ｃｕ等の非磁性膜をＣｏまたはＮｉＦｅ等の磁性膜で挟み、片側の磁性膜の磁化をＦｅＭｎ等の反強磁性膜で固定したスピンバルブ型，Ａｌ2Ｏ3等の絶縁性非磁性膜をＣｏまたはＮｉＦｅ等の磁性膜で挟み、片側の磁性膜の磁化をFeMn等の反強磁性膜で固定したトンネル接合型等がある。これらの膜に電極を設置するが、その電極間隔を狭くすることによって再生トラックを狭トラック化する。これらの電極間隔は現在リフトオフ法により形成されているが、リフトオフ法で形成できるトラック幅の限界は０.７μｍ で、それ以下を形成する場合はリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が必要となる。電極材料としては、Ｔａ，Ｗ等の高融点金属を用いる。 As described above, in order to achieve a high recording density of the magnetic disk device, it is necessary to narrow the track and increase the accuracy of the magnetic head. On the other hand, in order to avoid magnetic saturation at the track portion which is the tip of the magnetic core, it is necessary to increase the film thickness of the magnetic core, and the film thickness needs to be 2 to several μm. However, since this reproduction output becomes small, it is necessary to change the reproducing head from a magnetoresistive head (MR head) widely used at present to a giant magnetoresistive head (GMR head). The giant magnetoresistive effect includes a multilayer film type using a multilayer film such as Fe / Cr, a non-magnetic film such as Cu sandwiched between magnetic films such as Co or NiFe, and the magnetization of one side of the magnetic film is antiferromagnetic such as FeMn. A tunnel junction in which an insulating nonmagnetic film such as Al 2 O 3 is pinned by a magnetic film, sandwiched between magnetic films such as Co or NiFe, and the magnetization of one magnetic film is fixed by an antiferromagnetic film such as FeMn There are types. Electrodes are provided on these films, and the reproducing track is narrowed by narrowing the electrode interval. The distance between these electrodes is currently formed by the lift-off method, but the limit of the track width that can be formed by the lift-off method is 0.7 μm, and reactive ion etching (RIE) is required to form a space smaller than that. As the electrode material, a refractory metal such as Ta or W is used.
その薄膜磁気ヘッドを用いることにより面記録密度５Ｇbit／in2以上の磁気ディスク装置を作製できる。 By using the thin film magnetic head, a magnetic disk device having a surface recording density of 5 Gbit / in 2 or more can be manufactured.
以下、本発明を図面を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態の磁気ディスク装置の概念の概略図である（但し、図の拡大倍率は均一では無い）。磁気デ
ィスク装置は、磁気ディスク１上に、支持体２の先端に固定された磁気ヘッド３によって磁化信号４の記録再生を行う。図４に記録再生分離型磁気ヘッドの概略を示す。巨大磁気抵抗効果膜５を用いた再生ヘッドの上に記録ヘッドが積層された構造となっている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic view of the concept of the magnetic disk apparatus according to the embodiment of the present invention (however, the magnification in the figure is not uniform). The magnetic disk device records and reproduces a
この磁気ヘッドの製造工程において、上部磁気コアの先端部を形成後、保護膜を形成し、エッチバックする工程について図５を用いて説明する。記録ヘッドの下部磁気コアを兼用するシールドをもつ再生ヘッドを形成後、記録ヘッド用のギャップ膜を形成し、上部磁気コアの先端部用のフレームを形成する。このフレームを用いて飽和磁束密度（Ｂｓ）が１.６Ｔ のCoNiFeをめっきし、先端部を形成したところを図５−（ａ）に示す。但し、再生ヘッド部は省略した。図５−(ｂ)に保護膜用のＡｌ2Ｏ3をスパッタしたところを示す。基板にバイアスを印加しながら、スパッタすることでステップカバレッジを良好にすることができる。図５−（ｃ）に、続いてレジストを塗布して、全面に紫外線を照射後、１５０℃でベークし、レジスト表面を平坦にしたところを示す。図５−(ｄ)にＢＣｌ3 を用いたＲＩＥにより、レジストとレジストを同じエッチング速度でエッチングし、先に形成した先端部の表面を保護膜から露出させたところを示す。もちろんＣＭＰ等の研磨法により、先端部の表面が露出させても良い。 In this magnetic head manufacturing process, a process of forming a protective film and etching back after forming the tip of the upper magnetic core will be described with reference to FIG. After forming a reproducing head having a shield that also serves as the lower magnetic core of the recording head, a gap film for the recording head is formed, and a frame for the tip of the upper magnetic core is formed. FIG. 5- (a) shows a state where the tip portion is formed by plating CoNiFe having a saturation magnetic flux density (Bs) of 1.6 T using this frame. However, the reproducing head portion was omitted. FIG. 5- (b) shows the result of sputtering Al 2 O 3 for the protective film. The step coverage can be improved by sputtering while applying a bias to the substrate. FIG. 5- (c) shows a state in which a resist is applied, and the entire surface is irradiated with ultraviolet rays and baked at 150 ° C. to flatten the resist surface. FIG. 5D shows a state in which the resist and the resist are etched at the same etching rate by RIE using BCl 3 to expose the surface of the tip formed earlier from the protective film. Of course, the surface of the tip may be exposed by a polishing method such as CMP.
コイルと絶縁膜を形成後、ネガレジスト（ＴＳＭＲ−ｉＮ０１０）を１０００rpm で塗布し、レジスト膜厚８μｍを得た。ｉ線ステッパによって露光後、現像によってフレームパターンを得た。ネガレジストのため、ハレーションの影響も無く、レジスト側面の角度も垂直なフレームが得られた。次に飽和磁束密度
（Ｂｓ）が１.０Ｔ のＮｉＦｅをめっきし、上部磁気コアの後部を形成する。電極端子等を形成後、基板を加工し、磁気ヘッドを完成した。図６に作製したヘッドの断面の概略図を示す。（但し、再生ヘッドは省略してあり、拡大倍率は均一
ではない。）ギャップ深さ（ｘ）は３.５μｍ 、上部磁気コアの先端部と後部の
接続部の端部の距離（ｙ）は媒体対向面から０.５μｍ とした。上部磁気コアの先端部と後部の接続部の端部の距離（ｙ）は、０.２〜１.５μｍの範囲が望ましい。
After forming the coil and the insulating film, a negative resist (TSMR-iN010) was applied at 1000 rpm to obtain a resist film thickness of 8 μm. After exposure with an i-line stepper, a frame pattern was obtained by development. Because it was a negative resist, a frame without the influence of halation and a vertical angle on the side of the resist was obtained. Next, NiFe having a saturation magnetic flux density (Bs) of 1.0 T is plated to form the rear part of the upper magnetic core. After forming the electrode terminals and the like, the substrate was processed to complete the magnetic head. FIG. 6 shows a schematic diagram of a cross section of the manufactured head. (However, the reproducing head is omitted, and the magnification is not uniform.) The gap depth (x) is 3.5 μm, and the distance (y) between the tip of the upper magnetic core and the end of the connecting portion at the rear is It was set to 0.5 μm from the medium facing surface. The distance (y) between the front end of the upper magnetic core and the end of the rear connection is preferably in the range of 0.2 to 1.5 μm.
完成した薄膜磁気ヘッドの概略図を図７に示す。このヘッドを搭載することにより、面記録密度１０Ｇbit／in2の磁気ディスク装置を作製できた。 A schematic view of the completed thin film magnetic head is shown in FIG. By mounting this head, a magnetic disk device having a surface recording density of 10 Gbit / in 2 could be produced.
１…導体コイル、２…絶縁膜、３…ポジレジスト、４…ネガレジスト、１１…磁気ディスク、１２…支持体、１３…磁気ヘッド、１４…磁化信号、１５…巨大磁気抵抗効果膜、１６…電極、１７…上部磁気コア、１８…下部シールド、１９…上部シールド、２０…磁気ギャップ、２１…上部磁気コアの先端部、２２…保護膜、２３…上部磁気コアの後部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
，Ｃｌ2，ＳｉＣｌ4，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ及びＸｅのうち一種以上のガスによって行う請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置
。
The dry etching for performing the etch back is performed using CF 4 , C 4 F 8 , CHF 3 , BCl 3.
, Cl 2, SiCl 4, Ne , Ar, a magnetic disk device using a thin film magnetic head according to claim 1, carried out by one or more gases of Kr and Xe.
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