JP2007265509A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】記録コイルの絶縁性を確保しつつ、熱膨張による記録素子部の突出を抑制可能な薄膜磁気ヘッドを得る。
【解決手段】記録媒体との対向面では所定ギャップ間隔をあけて対向し、該媒体対向面よりもハイト方向奥側で互いに接続された一対の磁性層と、この一対の磁性層間に位置し、該一対の磁性層の接続部の周囲に巻回されたスパイラル状の記録コイルとを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、記録コイルには一対の磁性層の接続部よりも媒体対向面側にハイト方向奥側よりもピッチ間隔を狭くしたコイル密集部を設け、このコイル密集部の各コイル間を埋めるように有機絶縁層を局所的に形成し、コイル密集部以外の各コイル間は無機絶縁層によって埋める。
【選択図】図1

Description

本発明は、スパイラル状の記録コイルを備えた薄膜磁気ヘッドに関する。
薄膜磁気ヘッドは、周知のように、記録媒体との対向面では所定のギャップ間隔をあけて対向し、媒体対向面よりもハイト方向奥側で互いに接続された一対の磁性層と、この一対の磁性層の接続部の周囲に巻回され、該一対の磁性層に記録磁界を誘導する記録コイルと、媒体対向面で一対の磁性層の間に位置する磁気ギャップ層とを有する記録素子部を備え、一対の磁性層からの漏れ磁界により磁気情報を記録媒体に記録する。記録コイルは、近年の高記録密度化に伴ってヨーク長が小さくなることから該ピッチ間隔が非常に狭く設定され、また、コイル抵抗を下げるためにアスペクト比が高く設定されるようになってきた。このため、例えばアルミナ等の無機絶縁材料を用いて記録コイルを絶縁しようとすると、記録コイルの各コイル線間を無機絶縁材料で完全に埋めることができず、巣ができてしまう。そこで従来では、流動性のある有機絶縁材料(レジスト)で記録コイルを全面的に覆い、各コイル線間の絶縁を確実にしていた。
特開2003−303405号公報 特開2001―60307号公報
しかしながら、レジストはアルミナ等の無機絶縁材料に比べて熱膨張係数が高いため、記録コイルの発熱により大きく膨張し、記録素子部を記録媒体側へ突出させてしまうことが問題となっている。記録素子部が突出すると、該記録素子部が記録媒体に接触して記録媒体を傷つけたり、記録素子部自体を損傷する危険性も高くなる。
本発明は、記録コイルの絶縁性を確保しつつ、熱膨張による記録素子部の突出を抑制可能な薄膜磁気ヘッドを得ることを目的とする。
本発明は、レジストよりも熱膨張係数の低い無機絶縁材料を用いれば記録素子部の熱膨張が緩和されること、記録コイルのピッチ間隔を広く設定すれば無機絶縁材料によって記録コイルの絶縁を図れること、及び、ハイト方向奥側では記録コイルのピッチ間隔を広げても記録性能に影響がないことに着目して完成されたものである。
すなわち、本発明は、記録媒体との対向面では所定ギャップ間隔をあけて対向し、該媒体対向面よりもハイト方向奥側で互いに接続された一対の磁性層と、この一対の磁性層間に位置し、該一対の磁性層の接続部の周囲に巻回されたスパイラル状の記録コイルとを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、記録コイルは、一対の磁性層の接続部よりも媒体対向面側に、ハイト方向奥側よりもピッチ間隔を狭くしたコイル密集部を有しており、このコイル密集部の各コイル間を埋めるように有機絶縁層が局所的に形成され、コイル密集部以外の各コイル間は無機絶縁層によって埋められていることを特徴としている。
記録コイルの膜厚t、ピッチ間隔をwとしたとき、コイル密集部のアスペクト比t/wは1以上であることが実際的である。よって、有機絶縁層は記録コイルのアスペクト比t/wが1以上となる領域に形成され、無機絶縁層は前記記録コイルのアスペクト比t/wが1未満となる領域に形成されることが好ましい。別言すれば、有機絶縁層は、媒体対向面側に向かってトラック幅方向の寸法が広がる扇形状に形成されていることが好ましい。
記録コイル層は、コイル抵抗の増大を防止すべく、一対の磁性層の接続部よりもハイト方向奥側の断面積が媒体対向面側の断面積よりも大きく形成されていることが好ましい。
本発明によれば、記録コイルの絶縁性を確保しつつ、熱膨張による記録素子部の突出を抑制可能な薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図においてX方向はトラック幅方向、Y方向はハイト方向、Z方向は薄膜磁気ヘッドを構成する各層の積層方向及び記録媒体の移動方向で定義される。
図1は、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドH1の積層構造を素子中央で切断して示す部分断面図である。薄膜磁気ヘッドH1は、スライダ100のトレーリング側端面100bに薄膜を積層してなる再生部Rと記録部W1を有する垂直磁気記録ヘッドである。再生部Rは磁気抵抗効果を利用して記録媒体Mからの磁気情報を読み出し、記録部W1は記録媒体Mに垂直磁界Φを与えることで記録媒体Mのハード膜Maを垂直方向に磁化させて記録動作する。
記録媒体Mは、残留磁化の高いハード膜Maを媒体表面側に、磁気透過率の高いソフト膜Mbをハード膜Maよりも内側に有している。この記録媒体Mは、例えばディスク状であり、ディスクの中心が回転軸中心となって回転させられる。スライダ100はAl23・TiCなどの非磁性材料で形成されており、スライダ100の媒体対向面100aが記録媒体Mに対向し、記録媒体Mが回転すると、表面の空気流によりスライダ100が記録媒体Mの表面から浮上する。
スライダ100のトレーリング側端面100bには、Al23またはSiO2などの非磁性絶縁材料による保護層101が形成され、この保護層101の上に、再生部Rが形成されている。再生部Rは、下部シールド層102と、上部シールド層105と、この下部シールド層102及び上部シールド層105の間を埋めるギャップ絶縁層104と、このギャップ絶縁層104内に位置する再生素子103とを有している。再生素子103は、AMR、GMR、TMRなどの磁気抵抗効果素子である。
上部シールド層105の上には、アルミナやSiO2等からなる絶縁層106を介して、記録部W1が積層されている。記録部W1は、記録媒体との対向面(以下、単に媒体対向面Fという)で所定間隔をあけて対向する一対の磁性層(主磁極層110、補助磁極層(リターンヨーク層)118)と、磁気的に主磁極層110の一部として機能する補助ヨーク層109と、媒体対向面側で主磁極層110と補助磁極層118の間に介在する磁気ギャップ層113と、主磁極層110及び補助磁極層118に記録磁界を与える記録コイルCとを有している。
補助ヨーク層109は、主磁極層110よりも磁束飽和密度の低い磁性材料で該主磁極層110の直下に形成されている。主磁極層110は、この補助ヨーク層109と絶縁層106からなる平坦面上にメッキ下地層を介して形成され、媒体対向面Fから図示Y方向に所定の長さを有し、且つ、媒体対向面Fに露出する先端面110aの図示X方向の寸法が記録トラック幅Twに規定されている。主磁極層110は、Ni−Fe、Co−Fe、Ni−Fe−Coなどの飽和磁束密度の高い強磁性材料からなる。
磁気ギャップ層113は、主磁極層110及びその周囲(主磁極層110の図示X方向の両側及び図示Y方向の後方)を埋める絶縁材料層111の上に形成されている。絶縁材料層111はAl23、SiO2などの非磁性絶縁材料からなり、磁気ギャップ層113は、例えばAl23、SiO2、Au、Ruなどの非磁性材料からなる。磁気ギャップ層113上であって対向面Fから所定距離離れた位置には、無機または有機材料によってスロートハイト決め層117が形成されている。媒体対向面Fからスロートハイト決め層117の前端縁までの距離により、薄膜磁気ヘッドH1のスロートハイトが規定される。
補助磁極層118は、パーマロイ等の強磁性材料により、磁気ギャップ層113及びスロートハイト決め層117の上からハイト方向奥側にかけて形成されている。この補助磁極層118は、媒体対向面Fに露出する先端面118aで所定のギャップ間隔をあけて主磁極層110と対向し、媒体対向面Fよりもハイト方向奥側に位置する接続部118bで主磁極層110に接続している。補助磁極層118の平面的な大きさ(ヨーク長)は、高記録密度化に対応できるように(記録電流の周波数を高くしたときにノイズ抑制できるように)、小さく設定されている。補助磁極層118の上面は表面保護層120で覆われている。
記録コイルCは、主磁極層110と補助磁極層118の間に介在し、補助磁極層118の接続部118bの周りに巻回されたスパイラル状の平面コイルである。この記録コイルCは、例えばAu,Ag,Pt,Cu,Cr,Al,Ti,Ni,NiP,Mo,Pd,Rhから選ばれる1種、または2種以上の非磁性金属材料から形成されている。
上記構成を有する薄膜磁気ヘッドH1は、記録コイルCとその絶縁態様に特徴を有している。以下では、図1〜図3を参照し、記録コイルC及びその周辺構造について詳細に説明する。
図2及び図3は記録コイルCを上方から見て示す平面図である。記録コイルCは、上述したように補助磁極層118の接続部118bを基点にして巻かれていて、該接続部118bよりも媒体対向面側とハイト方向奥側とでコイル間隔w(w1、w2)が異なり、接続部118bよりも媒体対向面F側にコイル密集部C1が形成されている。コイル密集部C1となる領域の大きさは、記録コイルCの膜厚t(膜厚一定)に応じて異なり、図2及び図3に示すようにコイル膜厚tが大きくなるほど拡がる。図2はコイル膜厚1.5μmのときを示し、図3はコイル膜厚2.5μmのときを示している。コイル膜厚tは適宜設定可能である。
コイル密集部C1は、ハイト方向奥側よりもコイル間隔wを狭くした曲線状の複数のコイル線から構成される。複数のコイル線は、各々のアスペクト比t/w(t;コイル膜厚、w;コイル間隔)が1を超えており、接続部118bから媒体対向面F側に向かうほどトラック幅方向の寸法が広がっている。このコイル密集部C1でのコイル間隔w1はヨーク長に応じて規定されるもので、記録密度を上げるためにヨーク長が小さく設定される近年では、コイル密集部C1のコイル間隔w1も狭小化されている。
記録コイルCはまた、図1に示されるように、コイル密集部C1のコイル線の断面積S1よりもハイト方向奥側に位置するコイル線の断面積S2が大きく形成されている。ハイト方向奥側のコイル間隔w2をコイル密集部C1のコイル間隔w1よりも拡げたので一定のコイル間隔w1でコイル線を巻く場合よりも記録コイルCの全長は延びるが、ハイト方向奥側の断面積S2を大きくすることで、記録コイルCの直列電気抵抗の増大を抑えられる。記録コイルCのコイル抵抗が抑えられれば、記録コイルCの発熱量も抑制されるので、記録部W1の熱膨張を小さく抑制できる。
上記記録コイルCにおいて、コイル密集部C1の各コイル間は、例えばレジストのような、形成時に流動性のある有機絶縁層20で隙間なく埋められている。有機絶縁層20はコイル密集部C1のみ局所的に形成されており、本実施形態ではコイル密集部C1の領域と有機絶縁層20の形成領域が一致している。一方、コイル密集部C1以外での各コイル間、すなわち、記録コイルCのアスペクト比t/wが1以下となる領域での各コイル間は、例えばアルミナやSiO2等の無機絶縁層30によって埋められている。無機絶縁層30は、記録コイルCのコイル密集部C1の各コイル間にのみ有機絶縁層20を塗布した後、スパッタ成膜法を用いて記録コイルCの上に全面的に形成されてなる。この無機絶縁層30は、コイル密集部C1以外の各コイル間を埋めるだけでなく、記録コイルC全体の上面を覆って形成されている。無機絶縁層30の上面は、CMP加工によって平坦化されている。
ここで、記録コイルCのアスペクト比t/wが1以下であれば、巣を生じさせることなく、記録コイルCのコイル間を完全に埋める無機絶縁層30を形成できることを本発明者らは実験的に知見している。
図4は、異なる膜厚t及びコイル間隔wで形成した記録コイルCを準備し、各記録コイルCのコイル間に、無機絶縁層を同一条件でスパッタ成膜したときの成膜状態を調べた結果を示している。図4において、▲印は成膜した無機絶縁層30に巣が生じている場合を、■印は成膜した無機絶縁層30に巣が生じていない場合をそれぞれ示している。図4からも明らかなように、記録コイルCのアスペクト比t/wが1以上の場合には無機絶縁層30に巣が生じてコイル間の絶縁が不十分となり、同アスペクト比t/wが1未満の場合には無機絶縁層30でコイル間を完全に埋めることができる。なお、記録コイルCのアスペクト比t/wを小さくすれば無機絶縁層30を良好に成膜可能であるが、媒体対向面F側のコイル間隔w1を大きくするとヨーク長も大きくせざるを得ず、高記録密度化の妨げになる。
周知のように例えばレジストからなる有機絶縁層20は、例えばアルミナからなる無機絶縁層30に比べて熱膨張係数が大きい。よって、本実施形態のように記録コイルCのコイル間を埋める絶縁層として有機絶縁層20と無機絶縁層30を使いわければ、記録コイルCを有機絶縁材料で全面的に覆う場合よりも有機絶縁層20で覆われる領域が減るので、記録部W1の熱膨張を減少させることができる。また、有機絶縁層20の形成領域を上述した実験的知見に基づき記録コイルCのアスペクト比t/wで規定すれば、該有機絶縁層20の形成領域を最小限に抑えることができ、もっとも効率的に記録部W1の熱膨張を減少させることができる。これにより、記録コイルCの絶縁性を確保しつつ、記録部W1の突出を抑制可能である。また、図2及び図3に示すように、有機絶縁層20のコイル間側端部は連続した凹凸状であり、この有機絶縁層20の形成領域を最小限に抑えることができる。有機絶縁層20のコイル間側端部は、図6及び図7に示すように直線状であってもよい。
本実施形態では記録コイルCが単層構造で形成されているが、複数のコイル層を積層してなる多層構造の記録コイルにも本発明は適用可能である。多層構造の記録コイルに本発明を適用する場合は、記録コイルの各コイル層に対して本発明を適用しても、いずれかの層に対して本発明を適用してもよい。
図5〜図7は、第2実施形態による薄膜磁気ヘッドH2を示している。第2実施形態の薄膜磁気ヘッドH2は、長手記録方式の記録部W2を備えている。この長手記録方式の記録部W2を備える以外の構成は第1実施形態と同一であり、図5〜図7では第1実施形態と同一の構成要素に対して図1と同一の符号を付してある。
記録部W2は、上部シールド層105の上にアルミナやSiO2等からなる絶縁層106を介して、積層されている。この記録部W2には、記録媒体Mとの対向面Fで所定間隔をあけて対向する一対の磁性層(下部コア層150及び上部コア層151)と、この下部コア層150と上部コア層151の間を埋める上部磁極層151a及び磁気ギャップ層152とが備えられている。下部コア層150及び上部コア層151はパーマロイ等の軟磁性材料で形成されている。下部コア層150の上には、磁気ギャップ層152のハイト方向後方に位置するギャップデプス層153と、ギャップデプス層153よりもさらにハイト方向後方に位置し、下部コア層150と上部コア層151を磁気的に接続する磁気接続部154とが形成されている。薄膜磁気ヘッドH2のギャップデプスは、磁気ギャップ層152のハイト方向の寸法に等しく、該磁気ギャップ層152のハイト方向の寸法はギャップデプス層153により規定されている。磁気ギャップ層152は非磁性絶縁材料で形成され、ギャップデプス層153はレジスト等の有機絶縁材料で形成されている。
また下部コア層150の上には、磁気接続部154の周りを囲んで螺旋状に巻かれた第1コイル層156と、該第1コイル層156の巻き方向とは逆向きで螺旋状に巻かれた第2コイル層158とで構成される二層構造の記録コイルが形成されている。第1コイル層156及び第2コイル層158は、例えばAu,Ag,Pt,Cu,Cr,Al,Ti,Ni,NiP,Mo,Pd,Rhから選ばれる1種、または2種以上の非磁性金属材料からなる。第1コイル層156はコイル絶縁下地層155を介して形成され、第2コイル層158はコイル絶縁下地層157を介して形成されている。第1コイル層156及び第2コイル層158は、それぞれの巻き中心位置156a、158aで接続されている。
第1コイル層156及び第2コイル層158は巻き中心位置156a、158aよりも媒体対向面F側とハイト方向奥側とでコイル間隔w(w1、w2)が異なり、巻き中心位置156a、158aよりも媒体対向面F側にコイル密集部156C、158Cが形成されている。コイル密集部部156C、158Cとなる領域の大きさは、第1コイル層156及び第2コイル層158の膜厚t(膜厚一定)に応じて異なり、コイル膜厚tが大きくなるほど拡がる。第1コイル層156及び第2コイル層158の平面形状は第1実施形態の記録コイルCの平面形状とほぼ同様であり、図6はコイル膜厚1.5μmのときを示し、図7はコイル膜厚2.5μmのときを示している。コイル膜厚tは適宜設定可能である。
コイル密集部部156C、158Cは、ハイト方向奥側よりもコイル間隔wを狭くした曲線状の複数のコイル線から構成される。複数のコイル線は、各々のアスペクト比t/w(t;コイル膜厚、w;コイル間隔)が1を超えており、巻き中心位置156a、158aから媒体対向面F側に向かうほどトラック幅方向の寸法が広がっている。このコイル密集部部156C、158Cでのコイル間隔w1はヨーク長に応じて規定されるもので、記録密度を上げるためにヨーク長が小さく設定される近年では、コイル密集部156C、158Cのコイル間隔w1も狭小化されている。
第1コイル層156及び第2コイル層158はまた、図5に示されるように、コイル密集部156C、158Cのコイル線の断面積S1よりもハイト方向奥側に位置するコイル線の断面積S2が大きく形成されている。ハイト方向奥側のコイル間隔w2をコイル密集部156C、158Cのコイル間隔w1よりも拡げたので一定のコイル間隔w1でコイル線を巻く場合よりも第1コイル層156及び第2コイル層158の全長は延びるが、ハイト方向奥側の断面積S2を大きくすることで、第1コイル層156及び第2コイル層158の直列電気抵抗の増大を抑えられる。第1コイル層156及び第2コイル層158のコイル抵抗が抑えられれば、第1コイル層156及び第2コイル層158の発熱量も抑制されるので、記録部W2の熱膨張を小さく抑制できる。
上記第1コイル層156及び第2コイル層158において、コイル密集部156C、158Cの各コイル間は、例えばレジストのような、形成時に流動性のある有機絶縁層20で隙間なく埋められている。有機絶縁層20はコイル密集部156C、158Cのみ局所的に形成されており、本実施形態ではコイル密集部156C、158Cの領域と有機絶縁層20の形成領域が一致している。一方、コイル密集部156C、158C以外での各コイル間、すなわち、第1コイル層156及び第2コイル層158のアスペクト比t/wが1以下となる領域での各コイル間は、例えばアルミナやSiO2等の無機絶縁層30によって埋められている。無機絶縁層30は、コイル密集部156C、158Cの各コイル間にのみ有機絶縁層20を塗布した後、スパッタ成膜法を用いて第1コイル層156及び第2コイル層158の上に全面的に形成されてなる。この無機絶縁層30は、コイル密集部156C、158C以外の各コイル間を埋めるだけでなく、第1コイル層156及び第2コイル層158全体の上面を覆って形成されている。無機絶縁層30の上面は、CMP加工によって平坦化されている。記録コイルを構成する第1コイル層156及び第2コイル層158のアスペクト比t/wが1以下であれば、巣を生じさせることなく、第1コイル層156及び第2コイル層158のコイル間を完全に埋める無機絶縁層30を形成できる。
以上のように長手記録方式の記録部W2を備えた薄膜磁気ヘッドH2においても、記録コイル(第1コイル層156及び第2コイル層158)のコイル間を埋める絶縁層として有機絶縁層20と無機絶縁層30を使いわければ、記録コイルを有機絶縁材料で全面的に覆う場合よりも有機絶縁層20で覆われる領域が減るので、記録部W2の熱膨張を減少させることができる。また、有機絶縁層20の形成領域を第1実施形態と同様に記録コイルのアスペクト比t/wで規定すれば、該有機絶縁層20の形成領域を最小限に抑えることができ、もっとも効率的に記録部W2の熱膨張を減少させることができる。これにより、記録コイルの絶縁性を確保しつつ、記録部W2の突出を抑制可能である。
本発明を適用した垂直磁気記録方式の薄膜磁気ヘッドの積層構造を示す断面図である。 記録コイル(膜厚t=1.5μm)の上面図である。 記録コイル(膜厚t=2.5μm)の上面図である。 記録コイルの膜厚及びコイル間隔と、該記録コイルのコイル間にスパッタ成膜された無機絶縁層の成膜状態との関係を示すグラフである。 本発明を適用した長手磁気記録方式の薄膜磁気ヘッドの積層構造を示す断面図である。 記録コイル(膜厚t=1.5μm)の上面図である。 記録コイル(膜厚t=2.5μm)の上面図である。
符号の説明
20 有機絶縁層
30 無機絶縁層
106 絶縁層
110 主磁極層
113 磁気ギャップ層
118 補助磁極層
118a 先端部
118b 接続部
150 下部コア層
151 上部コア層
151a 上部磁極層
152 磁気ギャップ層
156 第1コイル層
156a 巻き中心位置
156C コイル密集部
158 第2コイル層
158a 巻き中心位置
158C コイル密集部
C1 コイル密集部

Claims (5)

  1. 記録媒体との対向面では所定ギャップ間隔をあけて対向し、該媒体対向面よりもハイト方向奥側で互いに接続された一対の磁性層と、この一対の磁性層間に位置し、該一対の磁性層の接続部の周囲に巻回されたスパイラル状の記録コイルとを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、
    前記記録コイルは、前記一対の磁性層の接続部よりも媒体対向面側に、ハイト方向奥側よりもピッチ間隔を狭くしたコイル密集部を有しており、
    このコイル密集部の各コイル間を埋めるように有機絶縁層が局所的に形成され、コイル密集部以外の各コイル間は無機絶縁層によって埋められていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  2. 請求項1記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録コイルの膜厚t、ピッチ間隔をwとしたとき、前記コイル密集部のアスペクト比t/wは1以上である薄膜磁気ヘッド。
  3. 請求項1または2記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録コイルの膜厚をt、ピッチ間隔をwとしたとき、前記有機絶縁層は前記記録コイルのアスペクト比t/wが1以上となる領域に形成され、前記無機絶縁層は前記記録コイルのアスペクト比t/wが1未満となる領域に形成されている薄膜磁気ヘッド。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記有機絶縁層は、媒体対向面側に向かってトラック幅方向の寸法が広がる扇形状に形成されている薄膜磁気ヘッド。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録コイル層は、前記一対の磁性層の接続部よりもハイト方向奥側の断面積が媒体対向面側の断面積よりも大きく形成されている薄膜磁気ヘッド。
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