JP2006209879A - Thin film magnetic head, its manufacturing method, head gimbal assembly, and hard disk drive - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを有するハードディスク装置等、および薄膜磁気ヘッドの製造方法に関し、特に薄膜磁気ヘッドの構造およびその形成方法に関する。 The present invention relates to a thin film magnetic head, a hard disk device having the thin film magnetic head, and a method for manufacturing the thin film magnetic head, and more particularly to a structure of the thin film magnetic head and a method for forming the same.
薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し用の磁気抵抗効果素子(MR素子)を有する再生部と、書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録部とを近接して接合した複合構造の薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。再生部を構成するMR素子は、スピンバルブ膜(以下、SV膜という)を用いたものが主流である。一方、MR素子に強磁性トンネル接合膜(以下、TMR膜という)を用いた薄膜磁気ヘッドは、SV膜を用いた薄膜磁気ヘッドの2倍以上の抵抗変化率が期待できることから、その開発も精力的に行われている。 As a thin film magnetic head, a thin film magnetic head having a composite structure in which a reproducing unit having a magnetoresistive effect element (MR element) for reading and a recording unit having an inductive electromagnetic transducer for writing are joined in close proximity is widely used. It is used. As the MR element constituting the reproducing unit, a device using a spin valve film (hereinafter referred to as an SV film) is mainly used. On the other hand, a thin-film magnetic head using a ferromagnetic tunnel junction film (hereinafter referred to as a TMR film) as an MR element can expect a resistance change rate more than twice that of a thin-film magnetic head using an SV film. Has been done.
MR素子は、センス電流を流す方向の違いから、2つの構造に大別される。一つは、膜面に対して平行にセンス電流を流すCIP(Current In Plane)構造と呼ばれ、もう一つは、膜面に対して垂直にセンス電流を流すCPP(Current Perpendicular to Plane)構造と呼ばれる。CPP構造は、磁気シールドそのものを電極として用いることができるため、CIP構造の狭リードギャップ化において問題になっている、磁気シールドと素子との間のショート(絶縁不良)が本質的に生じない。そのため、CPP構造は高記録密度化に大変有利である。 MR elements are roughly classified into two structures based on the difference in the direction in which the sense current flows. One is called a CIP (Current In Plane) structure in which a sense current flows parallel to the film surface, and the other is a CPP (Current Perpendicular to Plane) structure in which a sense current flows perpendicular to the film surface. Called. Since the CPP structure can use the magnetic shield itself as an electrode, a short circuit (insulation failure) between the magnetic shield and the element, which is a problem in narrowing the read gap of the CIP structure, does not occur essentially. Therefore, the CPP structure is very advantageous for increasing the recording density.
TMR膜は、基本的にCPP構造となるので、上述した利点が得られる。SV膜においても、上述したCPP構造の利点を確保すべく、従来多用されていたCIP構造からCPP構造への転換が図られつつある。例えば、スペキュラー型やデュアル型などの多層膜構造がその例である。 Since the TMR film basically has a CPP structure, the above-described advantages can be obtained. Also in the SV film, in order to secure the advantages of the above-described CPP structure, the CIP structure, which has been widely used in the past, is being converted to the CPP structure. For example, a multilayer structure such as a specular type or a dual type is an example.
CPP構造では、MR素子を両側から挟み込むように積層されている下部シールド層および第1上部シールド層を、センス電流を供給するための電極としても利用する。下部シールド膜は、耐摩耗性に優れたAl2O3・TiC(アルティック)からなる基板上に設けられる。アルティックは、Al2O3(アルミナ)などと比較して導電率が高い。基板の上面に第1の絶縁層(下地層)を設け、その上に下部シールド層を形成する。そして、下部シールド層と第1上部シールド層との間に第2の絶縁層を介在させ、第2の絶縁層の内部にMR素子を配置する。 In the CPP structure, the lower shield layer and the first upper shield layer stacked so as to sandwich the MR element from both sides are also used as electrodes for supplying a sense current. The lower shield film is provided on a substrate made of Al 2 O 3 .TiC (Altic) having excellent wear resistance. Altic has a higher electrical conductivity than Al 2 O 3 (alumina). A first insulating layer (underlayer) is provided on the upper surface of the substrate, and a lower shield layer is formed thereon. Then, the second insulating layer is interposed between the lower shield layer and the first upper shield layer, and the MR element is disposed inside the second insulating layer.
第1上部シールド層の上には第3の絶縁層が設けられ、この第3の絶縁層の上に記録部が設けられる。記録部は、コイルと、磁気回路と、記録用ギャップとを有する。コイルは、有機材料または有機材料からなる絶縁層によって周囲と絶縁されて支持されている。磁気回路は、コイルに流れる電流によって生じる磁束を導くものであって、第1上部シールド層に対して第3の絶縁層を介して対向する下部磁極兼第2上部シールド層と、絶縁層に支持されたコイルを間において下部磁極兼第2上部シールド層と対向し、かつ記録媒体との対向面から離れた位置で下部磁極兼第2上部シールド層と磁気的に連結する上部磁極層とを有する。下部磁極兼第2上部シールド層および上部磁極層はそれぞれ、記録媒体との対向面で互いに対向する磁極部分を有し、記録用ギャップはこれら磁極部分の間に配置される。 A third insulating layer is provided on the first upper shield layer, and a recording unit is provided on the third insulating layer. The recording unit has a coil, a magnetic circuit, and a recording gap. The coil is supported by being insulated from the surroundings by an organic material or an insulating layer made of an organic material. The magnetic circuit guides the magnetic flux generated by the current flowing in the coil, and is supported by the lower magnetic pole / second upper shield layer facing the first upper shield layer via the third insulating layer, and the insulating layer. And an upper magnetic pole layer that faces the lower magnetic pole and the second upper shield layer and is magnetically coupled to the lower magnetic pole and the second upper shield layer at a position away from the surface facing the recording medium. . The lower magnetic pole / second upper shield layer and the upper magnetic pole layer each have a magnetic pole portion facing each other on the surface facing the recording medium, and the recording gap is disposed between these magnetic pole portions.
薄膜磁気ヘッドは、非常に微細な構造を有しており、その製造には、成膜、フォトリソグラフィ、エッチングなどのプロセスが利用される。例えば特許文献1には、磁気回路を構成する部材のパターニングに際して、基板上にクロムからなる下地層を形成し、下地層上に所定のパターンで磁気回路層を形成し、磁気回路層の残したい部分をフォトレジストで覆って磁気回路層をウェットエッチングにより除去し、その後、フォトレジストを除去するとともに、下地層の露出した部分をウェットエッチングにより除去することが開示されている。また、特許文献2には、アルミナ層にビアを形成するのに際して、アルミナ層の上に複数の金属層を形成し、これら金属層をパターニングし、パターニングされた金属層を介して、ウェットエッチングによりアルミナ層を選択的に除去することが開示されている。
従来のCPP構造の薄膜磁気ヘッドでは、シールド層は基板に対して磁気的および電気的に絶縁されているので、記録・再生動作の際に薄膜磁気ヘッドと記録媒体との間に摩擦が生じると、シールド層が帯電する。帯電によってシールド層に電荷が蓄積され、記録媒体との間の耐電圧を超える電位差が生じると、薄膜磁気ヘッドと記録媒体との間に放電が起こる。また、下部シールド層と第1上部シールド層との間でも放電が起こることがある。これらの放電により、最悪の場合にはMR素子が破壊されてしまう。 In a conventional thin film magnetic head having a CPP structure, since the shield layer is magnetically and electrically insulated from the substrate, friction occurs between the thin film magnetic head and the recording medium during the recording / reproducing operation. The shield layer is charged. When charge is accumulated in the shield layer due to charging and a potential difference exceeding the withstand voltage between the recording medium and the recording medium is generated, a discharge occurs between the thin film magnetic head and the recording medium. In addition, discharge may occur between the lower shield layer and the first upper shield layer. These discharges destroy the MR element in the worst case.
上述した帯電による不具合を防止するために、シールド層に蓄積する電荷を基板に逃がす必要がある。そこで、下地層を貫通するビアプラグを設け、このビアプラグを介してシールド層を基板と接続することが考えられる。ビアプラグによる接続方法として考えられる一般的な方法を以下に説明する。 In order to prevent the above-described problems caused by charging, it is necessary to release charges accumulated in the shield layer to the substrate. Therefore, it is conceivable to provide a via plug that penetrates the base layer and connect the shield layer to the substrate via the via plug. A general method that can be considered as a connection method using via plugs will be described below.
まず、アルティックからなる基板上に、第1の絶縁層として、アルミナからなる下地層を形成する。その上に、ビアプラグを形成する際のアライメントのために、Ti膜をビアプラグが形成される領域の周囲を取り囲む枠状に形成する。このTi膜は、配線用のランドも兼用する。次に、下地層およびTi膜を覆ってレジストを塗布し、このレジストを、Ti膜で囲まれた領域が開口するようにパターニングする。パターニングされたレジストをマスクとして、ウェットエッチングにより下地層を選択的に除去し、下地層にビアホールを形成する。ここで下地層の除去をウェットエッチングによって行うのは、ウェットエッチングはドライエッチングと比較してエッチングレートが高く、効率よくビアホールを形成することができるからである。 First, a base layer made of alumina is formed as a first insulating layer on a substrate made of Altic. On top of that, a Ti film is formed in a frame shape surrounding the periphery of the region where the via plug is formed, for alignment when forming the via plug. This Ti film also serves as a land for wiring. Next, a resist is applied so as to cover the base layer and the Ti film, and this resist is patterned so that a region surrounded by the Ti film is opened. Using the patterned resist as a mask, the underlayer is selectively removed by wet etching, and a via hole is formed in the underlayer. The reason why the underlayer is removed by wet etching is that wet etching has a higher etching rate than dry etching and can efficiently form a via hole.
次いで、下地層を選択的に除去した基板の上面全体にめっき用の電極膜、およびビアプラグとシールド層を接続するための配線を形成する。その後レジストを塗布し、このレジストを、Ti膜で囲まれた領域、およびシールド層を形成する領域が開口するようにパターニングする。レジストのパターニングによって、開口の底面には電極膜が露出するので、めっきによって開口内にパーマロイを堆積させることでビアプラグおよびシールド層を形成する。その後、レジストを除去し、次いで、全体をアルミナからなる絶縁膜で覆い、化学機械的研摩(CMP)によって絶縁膜の表面を平坦化する。以上により、基板がビアプラグおよび配線を介してシールド層と接続された構成が得られる。 Next, an electrode film for plating and wiring for connecting the via plug and the shield layer are formed on the entire top surface of the substrate from which the underlayer has been selectively removed. Thereafter, a resist is applied, and this resist is patterned so that a region surrounded by the Ti film and a region for forming the shield layer are opened. Since the electrode film is exposed on the bottom surface of the opening due to the resist patterning, the via plug and the shield layer are formed by depositing permalloy in the opening by plating. Thereafter, the resist is removed, and then the whole is covered with an insulating film made of alumina, and the surface of the insulating film is planarized by chemical mechanical polishing (CMP). As described above, a configuration in which the substrate is connected to the shield layer via the via plug and the wiring is obtained.
しかしながら、上述した方法では、図9に示すように、基板511上に形成した下地層512とビアプラグ535との間に空洞536が形成されてしまう。これは、下地層512をウェットエッチングによって選択的に除去する際、下地層512がTi膜531の下まで回り込んで等方的にエッチングされ、さらに、電極膜533を形成する際に、下地層512に形成されたビアホール512aの側面にはTi膜531の陰になって電極膜533が形成されず、ビアホール512aの側面ではビアプラグ535を構成するめっき材料との密着性が良くないことに起因する。このように、ビアプラグ535の周囲に空洞536が形成されると、この部分にクラックが発生することがある。クラックの発生は、薄膜磁気ヘッドの信頼性を低下させる原因となるため好ましくない。
However, in the above-described method, as shown in FIG. 9, a
本発明の目的は、ビアプラグによって基板とシールド層を接続した場合において、ビアプラグの周囲にクラックが発生するのを防止し、それによって、信頼性の高い薄膜磁気ヘッド等を得ることである。 An object of the present invention is to prevent a crack from being generated around a via plug when the substrate and the shield layer are connected by a via plug, thereby obtaining a highly reliable thin film magnetic head or the like.
上記目的を達成するため本発明の薄膜磁気ヘッドは、基板と、基板の一面に形成された第1の絶縁層と、第1の絶縁層上に積層して形成された、一対のシールド層の間に配置された磁気抵抗効果素子を含む再生部と、を有する。そして本発明の薄膜磁気ヘッドは、シールド層のうち少なくとも基板側のシールド層が、第1の絶縁層を貫通して形成されたビアプラグを介して基板と電気的に接続され、ビアプラグは、第1の絶縁層に形成された、開口面積が基板側の先端で最も小さく基板から離れるにつれて大きくなる形状を有する貫通孔を埋めて形成されており、さらに、貫通孔の底面および側面に導体膜が形成されている。 In order to achieve the above object, a thin film magnetic head of the present invention includes a substrate, a first insulating layer formed on one surface of the substrate, and a pair of shield layers formed on the first insulating layer. And a reproducing unit including a magnetoresistive effect element disposed therebetween. In the thin film magnetic head of the present invention, at least the shield layer on the substrate side of the shield layer is electrically connected to the substrate through a via plug formed through the first insulating layer, The through-hole formed in the insulating layer has a shape in which the opening area is the smallest at the tip on the substrate side and increases with distance from the substrate, and a conductor film is formed on the bottom and side surfaces of the through-hole. Has been.
このように、本発明の薄膜磁気ヘッドは、シールド層がビアプラグによって基板と電気的に接続されているので、帯電による不具合が解消される。さらに、ビアプラグを上記のように形成することで、ビアホール内への密着性が向上するとともに、ビアプラグの周囲にクラックの原因となる空洞が発生しない。 Thus, in the thin film magnetic head of the present invention, since the shield layer is electrically connected to the substrate by the via plug, the problem due to charging is eliminated. Furthermore, by forming the via plug as described above, adhesion to the via hole is improved, and a cavity that causes a crack is not generated around the via plug.
貫通孔は、好ましくはウェットエッチングによって形成される。また、ビアプラグと基板側のシールド層とは、第1の絶縁層上に形成された配線を介して接続されていてもよい。本発明の薄膜磁気ヘッドは、基板への積層方向に第2の絶縁層を介して再生部と隣接し、対向する一対の磁極層の間に配置された誘導型磁気変換素子を含む記録部をさらに有するものとすることもできる。 The through hole is preferably formed by wet etching. The via plug and the substrate-side shield layer may be connected via a wiring formed on the first insulating layer. A thin film magnetic head according to the present invention includes a recording unit including an inductive magnetic transducer disposed between a pair of opposing magnetic pole layers adjacent to a reproducing unit via a second insulating layer in a stacking direction on a substrate. Furthermore, it can also have.
本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、基板上に第1の絶縁層を形成する工程と、第1の絶縁層上に、対向する一対のシールド層の間に配置された磁気抵抗効果素子を含む再生部を積層して形成する工程と、第1の絶縁層を貫通するビアプラグを形成する工程と、ビアプラグを介してシールド層のうち少なくとも基板側のシールド層を基板と電気的に接続する工程と、を有する。そして本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、ビアプラグを形成する工程は、第1の絶縁層上に、Tiからなる枠状の膜を形成する工程と、枠状の膜を形成した第1の絶縁層を覆って、枠状の膜の開口部よりも小さい大きさの開口部を枠状の膜の開口部の内側に有するパターンで、レジスト層を形成する工程と、レジスト層をマスクとして第1の絶縁層をウェットエッチングすることによって、第1の絶縁層に貫通孔を形成する工程と、貫通孔の内面に導体膜を形成する工程と、めっき法によって、ビアホール内にビアプラグの材料を堆積させる工程と、を有する。 A method of manufacturing a thin film magnetic head according to the present invention includes a step of forming a first insulating layer on a substrate, and a magnetoresistive element disposed between the pair of opposing shield layers on the first insulating layer. A step of laminating and forming a reproducing portion including the step of forming a via plug penetrating the first insulating layer, and a step of electrically connecting at least the shield layer on the substrate side of the shield layer to the substrate through the via plug And having. In the thin film magnetic head of the present invention, the step of forming the via plug includes a step of forming a frame-like film made of Ti on the first insulating layer, and a step of forming the first insulating layer having the frame-like film formed thereon. A step of forming a resist layer with a pattern having an opening smaller than the opening of the frame-like film inside the opening of the frame-like film, and the first insulation using the resist layer as a mask Forming a through hole in the first insulating layer by wet etching the layer, forming a conductor film on the inner surface of the through hole, and depositing a material of a via plug in the via hole by a plating method; Have.
本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法では、第1の絶縁層上に形成したレジスト層をマスクとして、ウェットエッチングによって第1の絶縁層に貫通孔を形成する。この貫通孔は、レジスト層の直下では開口部の周囲に回り込んでテーパ状に形成される。しかし、レジスト層の開口部の大きさを、第1の絶縁層上に形成されたTiからなる枠状の膜の開口部の大きさを考慮して小さく形成しているので、その後、マスクを除去し、めっき法によって貫通孔内にビアプラグの材料を堆積させたとき、貫通孔内をビアプラグの材料で充填させることができる。しかも、貫通孔はテーパ状に形成されるので、貫通穴の内面に導体膜を形成する工程では、貫通穴の底面だけでなく側面にも導体膜を形成することができる。したがって、貫通孔へのビアプラグの密着性が向上する。以上により、貫通孔の周囲に空洞が形成されることなくビアプラグが形成される。 In the method for manufacturing a thin film magnetic head of the present invention, a through hole is formed in the first insulating layer by wet etching using the resist layer formed on the first insulating layer as a mask. The through hole is formed in a taper shape around the opening just below the resist layer. However, since the size of the opening of the resist layer is made small in consideration of the size of the opening of the frame-like film made of Ti formed on the first insulating layer, the mask is then formed. When the via plug material is deposited and deposited in the through hole by plating, the through hole can be filled with the via plug material. Moreover, since the through hole is formed in a tapered shape, the conductor film can be formed not only on the bottom surface of the through hole but also on the side surface in the step of forming the conductor film on the inner surface of the through hole. Therefore, the adhesion of the via plug to the through hole is improved. As described above, the via plug is formed without forming a cavity around the through hole.
本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法において、基板側のシールド層を基板と電気的に接続する工程は、第1の絶縁層上に、ビアプラグと基板側のシールドそうとを接続するための配線を形成する工程を含んでいてもよい。また、基板側のシールド層を構成する材料とビアプラグを構成する材料とが同じである場合、基板側のシールド層とビアプラグとを共通の工程で形成すれば、製造工程が簡略化される。 In the method of manufacturing a thin film magnetic head of the present invention, the step of electrically connecting the substrate side shield layer to the substrate includes wiring for connecting the via plug and the substrate side shield layer on the first insulating layer. A step of forming may be included. Further, in the case where the material constituting the shield layer on the substrate side and the material constituting the via plug are the same, the manufacturing process can be simplified if the shield layer and the via plug on the substrate side are formed in a common process.
本発明はさらに、上述した本発明の薄膜磁気ヘッドを含むウェハ、ヘッドジンバルアセンブリ、およびハードディスク装置を提供する。 The present invention further provides a wafer including the thin film magnetic head of the present invention described above, a head gimbal assembly, and a hard disk device.
本発明のウェハは、上記本発明の薄膜磁気ヘッドを含む少なくとも1つのヘッド要素が形成されたものである。 The wafer of the present invention is one in which at least one head element including the thin film magnetic head of the present invention is formed.
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、上記本発明の薄膜磁気ヘッドを含むスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を有する。 The head gimbal assembly of the present invention includes a slider including the thin film magnetic head of the present invention and a suspension that elastically supports the slider.
本発明のハードディスク装置は、上記本発明のヘッドジンバルアセンブリと、回転駆動される円盤状の記録媒体と、ヘッドジンバルアセンブリを、スライダを記録媒体と対向させて支持するとともに記録媒体に対して位置決めする位置決め手段と、を有する。 A hard disk device of the present invention supports the head gimbal assembly of the present invention, a disk-shaped recording medium that is driven to rotate, and the head gimbal assembly with the slider facing the recording medium and positions the slider relative to the recording medium. Positioning means.
本発明によれば、上述のように基板とシールド層とを接続するビアプラグの周囲に空洞が形成されず、しかもビアプラグの密着性が向上することにより、ビアプラグの周囲にクラックが発生するのを防止し、結果的に信頼性の高い薄膜磁気ヘッド等を提供することができる。 According to the present invention, as described above, no cavity is formed around the via plug that connects the substrate and the shield layer, and the adhesion of the via plug is improved, thereby preventing cracks from occurring around the via plug. As a result, a highly reliable thin film magnetic head or the like can be provided.
図1に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。 FIG. 1 conceptually shows a cross-sectional view of the main part of a thin film magnetic head according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の薄膜磁気ヘッド1は、基板11と、基板11に形成された、記録媒体(不図示)に対する読み出しのための再生部2および書き込みのための記録部3とを有する。
The thin film
基板11は、アルティックからなる。アルティックはアルミナと比較して耐磨耗性および潤滑性に優れているが、導電性が高い。そこで、基板11の上面にはアルミナからなる下地層12が形成され、この上に、再生部2および記録部3が積層される。
The
下地層12の上には、例えばパーマロイ(NiFe)といった磁性材料からなる下部シールド層13が形成されている。下部シールド層13の上の、媒体対向面S側の端部には、MR素子14が、その一端を媒体対向面Sに露出させて形成されている。MR素子14としては、AMR(異方性磁気効果)素子、GMR(巨大磁気抵抗効果)素子、TMR(トンネル磁気抵抗効果)素子など、磁気抵抗効果を示す感磁膜を用いた各種素子を用いることができる。MR素子14の上には、例えばパーマロイといった磁性材料からなる第1上部シールド層15が形成されている。これら下部シールド層13、MR素子14、および第1上部シールド層15で、再生部2を構成する。下部シールド層13と第1上部シールド層15との間のMR素子14が存在しない部分には、絶縁層16aが形成されている。
On the
第1上部シールド層15の上には、絶縁層16bを介して、例えば、パーマロイやCoNiFeなどの、めっき法によって成膜可能な磁性材料からなる第2上部シールド層17が形成されている。第2上部シールド層17は、MR素子14の上部シールド層としての機能の他に、記録部3の下部磁極層としての機能も兼ねている。
A second upper shield layer 17 made of a magnetic material such as permalloy or CoNiFe that can be formed by a plating method is formed on the first
第2上部シールド層17の上には、絶縁のための記録ギャップ層18を介して、上部磁極層19が形成されている。記録ギャップ層18は、媒体対向面S側の端部に、媒体対向面Sに一端を露出させて形成される。記録ギャップ層18の材料としては、例えば、Ruやアルミナなど、スパッタ法によって成膜可能な非磁性金属材料が用いられる。上部磁極層19の材料としては、例えば、パーマロイやCoNiFeなど、めっき法によって成膜可能な磁性材料が用いられる。第2上部シールド層(下部磁極層)17と上部磁極層19とは、媒体対向面Sから離れた位置で接続部21によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。
An upper magnetic pole layer 19 is formed on the second upper shield layer 17 via a
第2上部シールド層17と上部磁極層19との間において、媒体対向面Sと接続部21との間には、銅などの導電性材料からなる2つのコイル20a,20bが形成されている。各コイル20a,20bは、第2上部シールド層17と上部磁極層19とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面螺旋状となるように接続部21の周囲を周回する形状に形成され、互いに対向して配置されている。コイル20a,20bは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。コイル20a,20bの巻数は任意である。また、本実施形態では2層のコイル20a,20bを示したが、これに限られるものではなく、1層であってもよいし3層以上であってもよい。
Between the second upper shield layer 17 and the upper magnetic pole layer 19, two
オーバーコート層22は、上部磁極層19を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層22の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。 The overcoat layer 22 is provided so as to cover the upper magnetic pole layer 19 and protects the above-described structure. As a material of the overcoat layer 22, an insulating material such as alumina is used.
さらに、基板11上には、下地層12を貫通する第1のビアプラグ35aが設けられている。第1のビアプラグ35aは、配線37を介して下部シールド層13と電気的に接続されている。第1のビアプラグ35aの材料としては、下部シールド層13と同じ材料を用いることができる。下部シールド層13と下部磁極兼第2上部シールド層17との間には、絶縁層16a,16bおよび第1上部シールド層15を貫通する第2のビアプラグ35bが設けられている。下部シールド層13、第1上部シールド層15、および下部磁極兼第2上部シールド層17は、第2のビアプラグ35bによって電気的に接続されている。
Further, a first via
以上のように、本実施形態では、下部シールド層13および第1上部シールド層15が、第1のビアプラグ35aを介して基板11と電気的に接続されている。これによって、これら各シールド層の帯電を防止し、特に、下部シールド層13と第1上部シールド層15との間での放電によるMR素子14の破壊を効果的に防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、第1上部シールド層15と下部磁極兼第2上部シールド層17とが、第2のビアプラグ35bによって電気的に接続されている。下部磁極兼第2上部シールド層17と第1上部シールド層15との間には、絶縁層16bを容量層とする寄生容量が発生し、下部シールド層13と基板11との間には、下地層12を容量層とする寄生容量が発生している。これらの寄生容量が互いに異なると、基板11側から外来ノイズが侵入し易くなり、MR素子14の劣化およびエラーの発生原因となる。これに対して本実施形態では、下部磁極兼第2上部シールド層17も基板11に対して電気的に接続されているので、第1上部シールド層15で見た第1上部シールド層15と下部磁極兼第2上部シールド層17との間の電圧と、下部シールド層13で見た基板11と下部シールド層13との間の電圧が実質的に等しくなり、その電位差がほぼゼロとなる。これにより、いかなる周波数の外来ノイズが基板11から侵入してきても、この外来ノイズの影響によるMR素子の劣化およびエラーを回避することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the first
次に、ビアプラグ35aの形成方法について、図2A〜2Lを参照して説明する。
Next, a method for forming the via
まず、図2Aに示すように、基板11上に下地層12を形成した段階で、下地層12の上に、ビアプラグ35a(図1参照)および下部シールド層13(図1参照)のを決めるためのアライメントマークとなるTi膜31a,31bをスパッタリングなどにより所定の形状に形成する。一方のTi膜31aは、下地層12を貫通するビアプラグを形成する位置を示すものであり、そのビアプラグの横断面に等しい寸法の開口部31cを有する枠状に形成される。ビアプラグは、この開口部31c内に形成される。もう一方のTi膜31bは、その上に下部シールド層13を形成するように、形成する下部シールド層13の横断面よりも大きい平面形状で形成される。このTi膜31bは、下部シールド層13の密着性を向上させる機能もある。また、これらのTi膜31a,31bは、ビアプラグ35aと下部シールド層13とを配線37(図1参照)で接続する際のランドも兼用している。
First, as shown in FIG. 2A, when the
次いで、図2Bに示すように、下地層12およびTi膜31a,31bを覆って第1のレジスト32を塗布する。さらに、塗布した第1のレジスト32を、枠状に形成されたTi膜31aの内側の部分に、開口部32aが形成されるようにパターニングし、下地層12の一部を露出させる。第1のレジスト32の開口部32aの大きさは、Ti膜31aの開口部31cの大きさよりも小さくする。
Next, as shown in FIG. 2B, a first resist 32 is applied so as to cover the
次いで、図2Cに示すように、第1のレジスト32をマスクとして、ウェットエッチングによって下地層12を選択的に除去する。これによって、下地層12には、Ti膜31aの内側の領域に開口し、基板11へ達するビアホール12aが形成される。ウェットエッチングによって、下地層12は、第1のレジスト32の開口部32aの周囲にまで回り込んで等方的にエッチングされる。その結果、ビアホール12aは、基板11の上面で開口面積が最も小さく、基板11の上面から離れるにつれて次第に開口面積が大きくなるように、テーパ状に形成される。ここで、テーパ状とは、直線的なテーパだけでなく曲線的な椀型の形状も含むが、本発明では説明の便宜上、これらの形状をテーパ状という。
Next, as shown in FIG. 2C, the
このように、ウェットエッチングによって、下地層12にはテーパ状のビアホール12aが形成されるが、上述のように、第1のレジスト32の開口部32aは、Ti膜31aの開口部31c(図2A参照)の大きさよりも小さいので、ビアホール12aの側面は、Ti膜31aへは達しない。逆に言えば、第1のレジスト32の開口部32aは、下地層12のウェットエッチングによってビアホール12aを形成した際に、ビアホール12aがTi膜31aまで達しない程度に、Ti膜31aの開口部31cよりも小さく形成する。
As described above, the tapered via
この条件を満たすような開口部32aのサイズは、下地層12の材料、下地層12およびTi膜31aの各部寸法、エッチング液、その他のエッチング条件などに依存し、論理的な計算や実験などによって予め求めておくことができる。例えば、膜厚が0.33μmのアルミナからなる下地層12の上に、膜厚が0.05μmのTi膜31aを、開口部が24μm×24μmの矩形状の開口部を有するパターンで形成した場合、第1のレジスト32の開口部32aを18μm×18μm(Ti膜31aの開口部に対して長さ比で75%)の矩形状とし、以下の条件でウェットエッチングを行ったところ、Ti膜31aの下に回り込むことなくビアホール12aを形成することができた。このときのエッチング条件は、エッチング液がNaOH水溶液(ph10.5)、エッチング時間が3分であった。
The size of the
次いで、第1のレジスト32を除去し、図2Dに示すように、下地層12およびTi膜31a,31bを露出させ、さらに、図2Eに示すように、ビアホール12aの内側も含め、第1のレジスト32を除去することによって露出した表面全体に、スパッタリングによって、例えばパーマロイなどからなるめっき用電極膜33を形成する。ビアホール12aは、上述したようにテーパ状に形成され、しかもTi膜31aの下に回り込んでもいないので、めっき用電極膜33は、ビアホール12aの底面だけでなく側面にも形成される。
Next, the first resist 32 is removed to expose the
次いで、図2Fに示すように、めっき用電極膜33を覆って第2のレジスト34を塗布する。さらに、塗布した第2のレジスト34を、ビアホール12a上の開口部34aおよびTi膜31b上の開口部34bが形成されるようにパターニングし、これら開口部34a,34b内でめっき用電極膜33を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2F, a second resist 34 is applied so as to cover the
次いで、第2のレジスト34をマスクとして、露出しためっき用電極膜33上に、めっき法によって、例えばパーマロイからなるめっき材料を堆積し、これによって、図2Gに示すように、第1のビアプラグ35aおよび下部シールド層13を同時に形成する。このように、第1のビアプラグ35aと下部シールド層13とを共通の工程で形成することで、製造工程を簡略化することができる。
Next, using the second resist 34 as a mask, a plating material made of, for example, permalloy is deposited on the exposed
次いで、第2のレジスト34を除去し、図2Hに示すように、めっき用電極膜33を露出させる。めっき用電極膜33上からは、第1のビアプラグ35aおよび下部シールド層13が突出している。さらに、第2のレジスト34を除去することによって露出した表面全体に、図2Iに示すように、配線材料としてTa膜36を形成する。このTa膜36およびめっき用電極膜33をミリングによってパターニングし、図2Jに示すような、Ti膜31a,31bを介して第1のビアプラグ35aと下部シールド層13とを接続する配線37を形成する。
Next, the second resist 34 is removed, and the
次いで、ここまで作製された積層体の表面全体を覆って、図2Kに示すように、アルミナからなる絶縁層38をスパッタリングによって形成し、絶縁層38の表面をCMPによって平坦化するとともに、第1のビアプラグ35aおよび下部シールド層13を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2K, the insulating
以降は、上述した第1のビアプラグ35aの形成手順と同様にして下部シールド層13上に第2のビアプラグ35bを形成するとともに、公知の方法を用いて下部シールド層13上の構造を形成し、薄膜磁気ヘッド1を作製することができる。
Thereafter, the second via
上述した一連の工程において、下地層12を貫通するビアプラグ35aを形成するためのビアホール12aを下地層12に形成する工程では、ウェットエッチングによって、上述したように基板11から離れるにつれて拡がるようにテーパ状に形成される。しかし、第1のレジスト32の開口部32aの大きさを、Ti膜31aの開口部31cの大きさを考慮して形成しているので、ビアホール12aの上方には、Ti膜31aのような、ビアホール12aの開口を部分的にでも覆う部材は存在していない。その結果、めっき法によってビアプラグ35aを形成したとき、ビアホール12a内をめっき材料で充填することができ、得られたビアプラグ35aは、ビアホール12aを隙間無く埋めた形状となる。すなわち、ビアプラグ35aは、基板11への積層方向下側から上側へ向かって断面積が大きくなるように、下地層12内では基板11側の先端で断面積が最も小さく、下地層12内では基板11から離れるにつれて次第に断面積が大きくなるテーパ状に形成される。
In the above-described series of steps, in the step of forming the via
しかも、めっき用電極膜33を形成する工程では、上述のようにビアホール12aの上方には何も部材は存在しないので、ビアホール12aの内面には、底面だけでなく側面にもめっき用電極膜33が形成される。また、めっき用電極膜33をビアホール12aの側面にも形成できるのは、テーパ状のビアホール形状が大きく貢献しており、テーパ状のビアホール12aはウェットエッチングによって達成される。
In addition, in the step of forming the
以上のことから、下地層12とビアプラグ35aとの間に空洞は生じず、しかも両者の密着性が向上する。その結果、基板11と下部シールド層13とをビアプラグ35aによって接続した構成においても、ビアプラグ35aの周囲にクラックが生じるのが防止され、信頼性の高い薄膜磁気ヘッド1を得ることができる。
From the above, no cavity is formed between the
さらに、本実施形態では、第1のビアプラグ35aと下部シールド層13とが、配線37を介して接続されている。このような構成によれば、配線37の材料を適宜選定したり、配線37の長さを適宜設定したりすることによって、基板11と下部シールド層13との間の導通抵抗を任意に調整することができる。配線37の材料や長さだけでは所定の導通抵抗が得られない場合は、第1のビアプラグ35aと下部シールド層13との間に所定の抵抗値が得られるように、抵抗要素(不図示)を適宜材料および形状で形成し、この抵抗要素を介して第1のビアプラグ35aと下部シールド層13とを接続することもできる。
Further, in the present embodiment, the first via
第1のビアプラグ35aと下部シールド層13とを単に接続するだけでよい場合は、図3に示すように、基板11と下部シールド層13との間に、下地層12を貫通するビアプラグ45を、下部シールド層13と一体に形成し、このビアプラグ45によって基板11と下部シールド層13とを接続することもできる。この場合は、ビアプラグ45と下部シールド層13とを配線で接続する必要がないので、図2Iに示したTa膜36を形成する工程、および図2Jに示したTa膜36のパターニングによる配線37の形成工程は不要である。
When the first via
上述した実施形態では、下部シールド層13、第1上部シールド層15、および下部磁極兼第2上部シールド層17を接続する第2のビアプラグ35bを有する例を示したが、第2のビアプラグ35bは、下部シールド層13と第1上部シールド層15とを接続するものであってもよい。この場合であっても、下部シールド層13と第1上部シールド層15との間での放電によるMR素子14の破壊は十分に防止できる。さらには、第2のビアプラグ35bを設けず、第1のビアプラグ35aのみによって、基板11と下部シールド層13とを接続しただけの構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the example has the second via
本発明の薄膜磁気ヘッドは、1枚のウェハに多数個並べられて形成される。図1に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造を多数個形成したウェハの概念的な平面図を図4に示す。 A plurality of thin film magnetic heads of the present invention are formed side by side on a single wafer. FIG. 4 is a conceptual plan view of a wafer on which a number of structures including the thin film magnetic head shown in FIG. 1 are formed.
ウェハ100は複数のヘッド要素集合体101に区画される。ヘッド要素集合体101は、複数のヘッド要素102を含み、薄膜磁気ヘッド1(図1参照)の媒体対向面Sを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体101間およびヘッド要素102間には切断のための切り代(図示せず)が設けられている。ヘッド要素102は、薄膜磁気ヘッド1の構成を含む構造体であり、媒体対向面Sを形成するための研摩加工など、必要な加工がなされて薄膜磁気ヘッド1とされる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素102を1列に切り出した状態で行う。
The wafer 100 is partitioned into a plurality of head element assemblies 101. The head element assembly 101 includes a plurality of head elements 102 and serves as a unit of work for polishing the medium facing surface S of the thin film magnetic head 1 (see FIG. 1). A cutting allowance (not shown) for cutting is provided between the head element assemblies 101 and between the head elements 102. The head element 102 is a structure including the configuration of the thin film
次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図5を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ210について説明する。ハードディスク装置において、スライダ210は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。スライダ210は、ヘッド要素102(図4参照)から得られた薄膜磁気ヘッド1を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Sにエアベアリング面200が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図5におけるz方向に回転すると、ハードディスクとスライダ210との間を通過する空気流によって、スライダ210に、y方向の下方に揚力が生じる。スライダ210は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図5におけるx方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ210の空気流出側の端面211には、再生部2および記録部3(図1参照)への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図1では上端面に相当する。
Next, a head gimbal assembly and a hard disk device including the thin film magnetic head of the present invention will be described. First, the
次に、図6を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ220について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ220は、スライダ210と、スライダ210を弾性的に支持するサスペンション221とを備えている。サスペンション221は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム222と、ロードビーム222の一端部に設けられると共にスライダ210が接合され、スライダ210に適度な自由度を与えるフレクシャ223と、ロードビーム222の他端部に設けられたベースプレート224とを有している。ベースプレート224は、スライダ210をハードディスク262のトラック横断方向xに移動させるためのアクチュエータのアーム230に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム230と、アーム230を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ223において、スライダ210が取り付けられる部分には、スライダ210の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
Next, the
ヘッドジンバルアセンブリ220は、アクチュエータのアーム230に取り付けられる。1つのアーム230にヘッドジンバルアセンブリ220を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ220を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
The
図6は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム230の一端部にヘッドジンバルアセンブリ220が取り付けられている。アーム230の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル231が取り付けられている。アーム230の中間部には、アーム230を回動自在に支持するための軸234に取り付けられる軸受け部233が設けられている。
FIG. 6 shows an example of the head arm assembly. In this head arm assembly, a
次に、図7および図8を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施形態に係るハードディスク装置について説明する。図7はハードディスク装置の要部を示す説明図、図8はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ250は、複数のアーム252を有するキャリッジ251を有している。複数のアーム252には、複数のヘッドジンバルアセンブリ220が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ251においてアーム252の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル253が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ250は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ261に取り付けられた複数枚のハードディスク262を有している。ハードディスク262毎に、ハードディスク262を挟んで対向するように2つのスライダ210が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ250のコイル253を挟んで対向する位置に配置された永久磁石263を有している。
Next, an example of the head stack assembly and the hard disk device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory view showing a main part of the hard disk device, and FIG. 8 is a plan view of the hard disk device. The
スライダ210を除くヘッドスタックアセンブリ250およびアクチュエータは、スライダ210を支持すると共にハードディスク262に対して位置決めする。
The
ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ210をハードディスク262のトラック横断方向に移動させて、スライダ210をハードディスク262に対して位置決めする。スライダ210に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録部によって、ハードディスク262に情報を記録し、再生部によって、ハードディスク262に記録されている情報を再生する。
In the hard disk device, the
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、基板側に読み取り用のMR素子を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、上述した実施形態ではMR素子および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、MR素子のみを有していてもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, in the present embodiment, a thin film magnetic head having a structure in which an MR element for reading is formed on the substrate side and an inductive electromagnetic transducer for writing is stacked thereon has been described. However, this stacking order is reversed. May be. In the above-described embodiment, the case where both the MR element and the inductive electromagnetic conversion element are included is described as an example. However, only the MR element may be included.
1 薄膜磁気ヘッド
2 再生部
3 記録部
11 基板
12 下地層
12a ビアホール
13 下部シールド層
14 MR素子
15 第1上部シールド層
16a,16b,38 絶縁層
17 下部磁極兼第2上部シールド層
18 記録ギャップ層
19 上部磁極層
20a,20b コイル
22 オーバーコート層
31a,31b Ti膜
32,34 レジスト
33 めっき用電極膜
35a,35b,45 ビアプラグ
36 Ta膜
37 配線
100 ウェハ
102 ヘッド要素
210 スライダ
220 ヘッドジンバルアセンブリ
250 ヘッドスタックアセンブリ
262 ハードディスク
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基板の一面に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に積層して形成された、一対のシールド層の間に配置された磁気抵抗効果素子を含む再生部と、を有し、
前記シールド層のうち少なくとも前記基板側のシールド層は、前記第1の絶縁層を貫通して形成されたビアプラグを介して前記基板と電気的に接続され、
前記ビアプラグは、前記第1の絶縁層に形成された、開口面積が前記基板側の先端で最も小さく前記基板から離れるにつれて大きくなる形状を有する貫通孔を埋めて形成されており、
前記貫通孔は、底面および側面に導体膜が形成されている薄膜磁気ヘッド。 A substrate,
A first insulating layer formed on one surface of the substrate;
A reproducing unit including a magnetoresistive effect element disposed between a pair of shield layers, formed by stacking on the first insulating layer,
At least the shield layer on the substrate side of the shield layer is electrically connected to the substrate through a via plug formed through the first insulating layer,
The via plug is formed by filling a through hole formed in the first insulating layer and having a shape in which the opening area is the smallest at the tip on the substrate side and increases as the distance from the substrate increases.
The through hole is a thin film magnetic head in which a conductor film is formed on a bottom surface and a side surface.
前記第1の絶縁層上に、対向する一対のシールド層の間に配置された磁気抵抗効果素子を含む再生部を、積層して形成する工程と、
前記第1の絶縁層を貫通するビアプラグを形成する工程と、
前記ビアプラグを介して前記シールド層のうち少なくとも前記基板側のシールド層を前記基板と電気的に接続する工程と、を有し、
前記ビアプラグを形成する工程は、
前記第1の絶縁層上に、Tiからなる枠状の膜を形成する工程と、
前記枠状の膜を形成した前記第1の絶縁層を覆って、前記枠状の膜の開口部よりも小さい大きさの開口部を前記枠状の膜の開口部の内側に有するパターンで、レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記第1の絶縁層をウェットエッチングすることによって、前記第1の絶縁層に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の内面に導体膜を形成する工程と、
めっき法によって、前記ビアホール内に前記ビアプラグの材料を堆積させる工程と、を有する、薄膜磁気ヘッドの製造方法。 Forming a first insulating layer on the substrate;
Forming a reproducing portion including a magnetoresistive effect element disposed between a pair of opposing shield layers on the first insulating layer by stacking;
Forming a via plug that penetrates the first insulating layer;
Electrically connecting at least the shield layer on the substrate side of the shield layer to the substrate through the via plug, and
The step of forming the via plug includes
Forming a frame-like film made of Ti on the first insulating layer;
Covering the first insulating layer on which the frame-shaped film is formed, a pattern having an opening smaller than the opening of the frame-shaped film inside the opening of the frame-shaped film, Forming a resist layer;
Forming a through hole in the first insulating layer by wet-etching the first insulating layer using the resist layer as a mask;
Forming a conductor film on the inner surface of the through hole;
Depositing a material of the via plug in the via hole by a plating method.
前記ビアホール内に前記ビアプラグの材料を堆積させる工程は、前記シールド層の材料と同じ材料を用いて、前記シールド層の材料を堆積させる工程と同時に行う、請求項7または8に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。 The step of forming the reproduction part includes a step of depositing a material of the shield layer on the first insulating layer by a plating method,
The thin film magnetic head according to claim 7, wherein the step of depositing the material of the via plug in the via hole is performed simultaneously with the step of depositing the material of the shield layer using the same material as the material of the shield layer. Manufacturing method.
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を有するヘッドジンバルアセンブリ。 A slider including the thin film magnetic head according to any one of claims 1 to 6;
A head gimbal assembly having a suspension for elastically supporting the slider.
回転駆動される円盤状の記録媒体と、
前記ヘッドジンバルアセンブリを、前記スライダを前記記録媒体と対向させて支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め手段と、を有するハードディスク装置。 A head gimbal assembly according to claim 11;
A disk-shaped recording medium that is driven to rotate;
A hard disk device comprising: positioning means for positioning the head gimbal assembly relative to the recording medium while supporting the slider so as to face the recording medium.
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