JP2007280526A - Method for manufacturing thin film magnetic head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インダクティブ書込みヘッド素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film magnetic head including an inductive write head element.
インダクティブ書込みヘッド素子を備えた薄膜磁気ヘッドにおいては、書込み用の磁極及びこの磁極に磁気的に結合したヨークの磁区が不安定となることにより、高周波帯域(10MHz以上)においてコイルインダクタンスの低下が生じ、書込み特性異常の発生する場合があった。 In a thin-film magnetic head equipped with an inductive write head element, the magnetic domain for writing and the magnetic domain of the yoke magnetically coupled to the magnetic pole become unstable, resulting in a decrease in coil inductance in the high frequency band (10 MHz or higher). In some cases, abnormal writing characteristics occurred.
インダクティブヘッド素子における磁極及びヨークの磁区を安定させるために、磁極の形状を工夫してコア幅方向の180°磁壁を形成する(特許文献1)、コア幅方向に細長い磁区制御層を設けてコア幅方向の180°磁壁を形成する(特許文献2)ことが提案されている。 In order to stabilize the magnetic domains of the magnetic pole and the yoke in the inductive head element, the shape of the magnetic pole is devised to form a 180 ° domain wall in the core width direction (Patent Document 1), and a magnetic domain control layer that is elongated in the core width direction is provided. It has been proposed to form a 180 ° domain wall in the width direction (Patent Document 2).
しかしながら、これら特許文献で提案されている技術は、いずれも、磁極部分を特殊な形状や構造とするものであるため、インダクティブヘッド素子の設計変更が必要であることから容易に適用することができない。 However, any of the techniques proposed in these patent documents cannot be easily applied because the design of the inductive head element is necessary because the magnetic pole portion has a special shape or structure. .
そこで、本願発明者等は、完成した薄膜磁気ヘッドの出荷時に、磁場中で熱処理することによってインダクティブ書込みヘッド素子における磁極及びヨークの磁区を安定化させようとした。しかしながら、出荷時に磁場中で熱処理すると、薄膜磁気ヘッドの保護層(オーバーコート層)が膨張することによって磁極やヨークにストレスが印加され、書込み特性がかえって悪化してしまう不都合が生じてしまった。 Therefore, the inventors of the present application tried to stabilize the magnetic domains of the magnetic pole and the yoke in the inductive write head element by performing heat treatment in a magnetic field when the completed thin film magnetic head was shipped. However, if heat treatment is performed in a magnetic field at the time of shipment, the protective layer (overcoat layer) of the thin-film magnetic head expands, so that stress is applied to the magnetic pole and the yoke, resulting in a disadvantage that the write characteristics are deteriorated.
従って本発明の目的は、インダクティブヘッド素子の形状及び構造を変更することなく、高周波領域におけるコイルインダクタンスの低下を確実に防止することができる薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film magnetic head that can reliably prevent a decrease in coil inductance in a high frequency region without changing the shape and structure of the inductive head element.
本発明の他の目的は、磁極やヨークに不要なストレスを印加することなく、高周波領域におけるコイルインダクタンスの低下を確実に防止することができる薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film magnetic head that can reliably prevent a decrease in coil inductance in a high frequency region without applying unnecessary stress to magnetic poles and yokes.
本発明によれば、インダクティブ書込みヘッド素子の下部磁極層を形成し、形成した下部磁極層上に書込みギャップ層を形成し、形成した書込みギャップ層上にコイル導体及びコイル導体を絶縁する絶縁層を形成し、形成した絶縁層及び書込みギャップ層上に上部磁極層を形成し、上部磁極層を形成した後に積層面及び磁気媒体対向面と平行な方向の磁界を印加した状態で磁場中アニールし、磁場中アニールの後に保護層を形成する薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。 According to the present invention, the lower magnetic pole layer of the inductive write head element is formed, the write gap layer is formed on the formed lower magnetic pole layer, and the coil conductor and the insulating layer that insulates the coil conductor are formed on the formed write gap layer. And forming an upper magnetic pole layer on the formed insulating layer and write gap layer, and after forming the upper magnetic pole layer, annealing in a magnetic field in a state where a magnetic field in a direction parallel to the laminated surface and the magnetic medium facing surface is applied, A method of manufacturing a thin film magnetic head is provided in which a protective layer is formed after annealing in a magnetic field.
上部磁極層を形成した後であって保護層の形成前に、積層面及び磁気媒体対向面と平行な方向の磁界を印加した状態で磁場中アニールすることにより、磁極及びヨークの磁区数が減少して磁気媒体対向面と平行方向の磁気異方性が高まり、磁気媒体対向面と垂直方向の透磁率が高まる。これにより、高周波領域におけるコイルインダクタンスの低下を確実に防止でき、書込み特性の劣化を防止できる。しかも、インダクティブ書込みヘッド素子の設計変更が不要であるため、実施が容易でありかつ汎用性が高い。さらに、保護層の形成前に磁場中アニールしているので、保護層の熱膨張によって磁極やヨークに不要なストレスが印加される恐れもない。 After forming the top pole layer and before forming the protective layer, the number of magnetic domains in the magnetic pole and yoke is reduced by annealing in a magnetic field with a magnetic field applied in a direction parallel to the laminated surface and the magnetic medium facing surface. Thus, the magnetic anisotropy in the direction parallel to the magnetic medium facing surface is increased, and the magnetic permeability in the direction perpendicular to the magnetic medium facing surface is increased. As a result, a decrease in coil inductance in the high frequency region can be reliably prevented, and deterioration of write characteristics can be prevented. In addition, since the design change of the inductive write head element is unnecessary, the implementation is easy and the versatility is high. Furthermore, since annealing is performed in a magnetic field before the protective layer is formed, there is no possibility that unnecessary stress is applied to the magnetic pole and the yoke due to thermal expansion of the protective layer.
磁場中アニールが、下部磁極層及び上部磁極層を構成する軟磁性材料のキュリー点以下の温度に加熱するものであることが好ましい。この場合、軟磁性材料が、センダスト、パーマロイ又はCoZrTaであることがより好ましい。 It is preferable that the annealing in the magnetic field is a heating to a temperature below the Curie point of the soft magnetic material constituting the lower magnetic pole layer and the upper magnetic pole layer. In this case, the soft magnetic material is more preferably Sendust, Permalloy, or CoZrTa.
磁場中アニールが、真空中で15,920A/m(200Oe)〜238,700A/m(3,000Oe)の磁界を印加し、150〜250℃に加熱するものであることも好ましい。 It is also preferable that annealing in a magnetic field is performed by applying a magnetic field of 15,920 A / m (200 Oe) to 238,700 A / m (3,000 Oe) in a vacuum and heating to 150 to 250 ° C.
印加する磁界が、直流(DC)磁界であることも好ましい。 It is also preferred that the magnetic field to be applied is a direct current (DC) magnetic field.
基板上に磁気抵抗効果(MR)読出しヘッド素子を形成し、形成したMR読出しヘッド素子上に上述のインダクティブ書込みヘッド素子を形成することも好ましい。 It is also preferable to form a magnetoresistive effect (MR) read head element on a substrate and to form the above-described inductive write head element on the formed MR read head element.
薄膜磁気ヘッドが、複数のMR読出しヘッド素子及びインダクティブ書込みヘッド素子を備えたマルチチャネル薄膜磁気ヘッドであることも好ましい。 It is also preferred that the thin film magnetic head is a multi-channel thin film magnetic head comprising a plurality of MR read head elements and inductive write head elements.
本発明によれば、磁極及びヨークの磁区数が減少して磁気媒体対向面と平行方向の磁気異方性が高まり、磁気媒体対向面と垂直方向の透磁率が高まる。これにより、高周波領域におけるコイルインダクタンスの低下を確実に防止でき、書込み特性の劣化を防止できる。しかも、インダクティブ書込みヘッド素子の設計変更が不要であるため、実施が容易でありかつ汎用性が高い。さらに、保護層の形成前に磁場中アニールしているので、保護層の熱膨張によって磁極やヨークに不要なストレスが印加される恐れもない。 According to the present invention, the number of magnetic domains of the magnetic pole and the yoke is reduced, the magnetic anisotropy in the direction parallel to the magnetic medium facing surface is increased, and the magnetic permeability in the direction perpendicular to the magnetic medium facing surface is increased. As a result, a decrease in coil inductance in the high frequency region can be reliably prevented, and deterioration of write characteristics can be prevented. In addition, since the design change of the inductive write head element is unnecessary, the implementation is easy and the versatility is high. Furthermore, since annealing is performed in a magnetic field before the protective layer is formed, there is no possibility that unnecessary stress is applied to the magnetic pole and the yoke due to thermal expansion of the protective layer.
図1は本発明の一実施形態において製造された薄膜磁気ヘッドを概略的に示す断面図であり、図2は本実施形態における薄膜磁気ヘッドのウエハ製造工程の一部を概略的に示す工程平面図である。なお、本実施形態は、LTO(リニアテープオープン)のテープドライブ用のマルチチャネル薄膜磁気ヘッドの場合である。もちろん、本発明は、このようなマルチチャネル薄膜磁気ヘッドに限定されるものではなく、磁気ディスクドライブ用のシングルチャネル薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。 FIG. 1 is a sectional view schematically showing a thin film magnetic head manufactured in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a process plan schematically showing a part of a wafer manufacturing process of the thin film magnetic head in this embodiment. FIG. The present embodiment is a case of a multi-channel thin film magnetic head for an LTO (linear tape open) tape drive. Of course, the present invention is not limited to such a multi-channel thin film magnetic head, but can also be applied to a single channel thin film magnetic head for a magnetic disk drive.
図1において、10は例えばAl−TiC等による基板、11は基板10上に積層された例えばAl2O3(アルミナ)等の絶縁材料による1.0μm厚の下地層、12は下地層11上に積層されたセンダスト又はNiFe(パーマロイ)等の軟磁性材料による例えば2.00±0.30μm厚の下部シールド層、13及び14は下部シールド層12上に積層された例えばアルミナ、SiO2(酸化珪素)等の絶縁材料による例えば100.0nm厚の下部及び上部シールドギャップ層、15は磁気テープ対向面(TBS)に近い部分において下部及び上部シールドギャップ層13及び14に挟まれて形成されたMR層、16は上部シールドギャップ層14上に積層されたセンダスト又はパーマロイ等の軟磁性材料による例えば2.0±0.3μm厚の上部シールド層、17は上部シールド層16上に形成された例えばTa(タンタル)等の非磁性材料による例えば0.020±0.002nm厚の中間非磁性層、18は中間非磁性層17上に形成された例えば高保磁力(HiBs)の、センダスト、パーマロイ又はCoZrTa等の軟磁性材料による例えば3.5±0.3μm厚の下部磁極層、19は下部磁極層18上に積層された例えばアルミナ等の絶縁材料による例えば0.45μm厚の書込みギャップ層、20は書込みギャップ層19上に形成された例えば銅等の導電材料による2段のコイル導体、21はコイル導体20を取り囲む例えばレジスト材料によるコイル絶縁層、22は書込みギャップ層19及びコイル絶縁層21上に形成された例えば高保磁力のセンダスト、パーマロイ又はCoZrTa等の軟磁性材料による上部磁極層、23は書込みギャップ層19、コイル絶縁層21及び上部磁極層22上に積層された例えばアルミナ等の絶縁材料による例えば41+5/−2μm厚の保護層をそれぞれ示している。
In FIG. 1, 10 is a substrate made of Al—TiC or the like, 11 is a 1.0 μm-thick underlayer made of an insulating material such as Al 2 O 3 (alumina) laminated on the
MR層15は、本実施形態では、NiFeCr(12.6nm厚)/Ta(6.0nm厚)/NiFe(25.0nm厚)/Ta(3.5nm厚)なる多層構造を有する異方性磁気抵抗効果(AMR)層で形成されている。図示されていないが、MR層15のトラック幅方向の両端部にはリード導体層及び磁区制御用のハードマグネット層が形成されている。このリード導体層は、例えばCu等の導電性材料を例えば200nm厚に積層することで形成されており、ハードマグネット層は、例えばTa(3.0nm厚)/CrTi(5.0nm厚)/CoCrPt(60.0nm厚)/CrTi(10.0nm厚)/Ta(100.0nm厚)なる多層構造で形成されている。
In the present embodiment, the
なお、MR層15として、AMR層に代えて巨大磁気抵抗効果(GMR)層、トンネル磁気抵抗効果(TMR)層を用いても良いことはもちろんである。
Of course, the
次に、本実施形態におけるインダクティブ書込みヘッド素子の一部製造工程について、図2を用いて説明する。 Next, a partial manufacturing process of the inductive write head element in the present embodiment will be described with reference to FIG.
同図(A)に示すように中間非磁性層17上に下部磁極層18をパターニング形成し、同図(B)に示すようにその上に書込みギャップ層19を積層する。
A lower
次いで、同図(C)に示すように第1段目のコイル導体20及びコイル絶縁層21をパターニング形成し、同図(D)に示すようにその上に第2段目のコイル導体20及びコイル絶縁層21をパターニング形成する。
Next, the first
次いで、同図(E)に示すように書込みギャップ層19にバックギャップ部用のスルーホール19aを空けた後、同図(F)に示すようにその上に上部磁極層22をパターニング形成する。
Next, after a through-
次いで、この段階で、磁場中アニールを行って、同図(G)に示すように磁気異方性が制御された上部磁極層22′及び下部磁極層18′を得る。磁場中アニールの条件は以下の通りである、
アニール環境 :真空中、
アニール温度 :下部磁極層18及び上部磁極層22を構成するセンダスト又はパーマロイ等の軟磁性材料におけるキュリー点以下の温度、具体的には150℃〜250℃、
アニール時間 :60分、
印加磁界の種類 :DC磁界、
印加磁界の大きさ:15,920A/m(200Oe)〜238,700A/m(3,000Oe)、
印加磁界の方向 :積層面に平行でありかつTBSに平行な方向。
Next, at this stage, annealing in a magnetic field is performed to obtain an upper magnetic pole layer 22 'and a lower magnetic pole layer 18' with controlled magnetic anisotropy as shown in FIG. Conditions for annealing in a magnetic field are as follows:
Annealing environment: In vacuum
Annealing temperature: Temperature below the Curie point in the soft magnetic material such as Sendust or Permalloy constituting the lower
Annealing time: 60 minutes
Applied magnetic field type: DC magnetic field,
Magnitude of applied magnetic field: 15,920 A / m (200 Oe) to 238,700 A / m (3,000 Oe),
Direction of applied magnetic field: a direction parallel to the laminated surface and parallel to TBS.
このような磁場中アニールを行うことにより、磁極層の磁区構造が変化する。即ち、アニール前においては、図3(A)に示すごとく、例えば上部磁極層22は磁区22aの数がかなり多かったが、アニール後においては、図3(B)に示すごとく、上部磁極層22′の磁区22a′の数がかなり減少し、その結果、TBSに平行な方向の磁気異方性が高くなり、同時にTBSと垂直な方向の透磁率が高くなった。
By performing such annealing in a magnetic field, the magnetic domain structure of the pole layer changes. That is, before the annealing, as shown in FIG. 3A, for example, the upper
その後、図2には示されていないが、その上に保護層23をオーバーコートすることによって、ウエハ工程が終了する。
Thereafter, although not shown in FIG. 2, the wafer process is completed by overcoating the
図4及び図5は磁場中アニールを行わない場合及び本実施形態のごとく磁場中アニールを行った場合におけるウエハ内のインダクティブ書込みヘッド素子のコイルインダクタンス(nH)のヒストグラムである。これらの図の(A)及び(B)は異なるウエハについてのヒストグラムであり、それぞれ9500素子/ウエハについてコイルインダクタンスを測定した結果を示している。 4 and 5 are histograms of the coil inductance (nH) of the inductive write head element in the wafer when the annealing in the magnetic field is not performed and when the annealing in the magnetic field is performed as in the present embodiment. In these figures, (A) and (B) are histograms for different wafers, and show the results of measuring coil inductance for 9500 elements / wafer, respectively.
磁場中アニールを行っていない図4(A)においては、コイルインダクタンスの平均値が212.2(nH)、標準偏差が12.53(nH)であり、同じく磁場中アニールを行っていない図4(B)においては、コイルインダクタンスの平均値が218.9(nH)、標準偏差が10.93(nH)であった。 In FIG. 4A where the annealing in the magnetic field is not performed, the average value of the coil inductance is 212.2 (nH) and the standard deviation is 12.53 (nH), and similarly, the annealing in the magnetic field is not performed. In (B), the average value of coil inductance was 218.9 (nH), and the standard deviation was 10.93 (nH).
これに対して、温度250℃、印加磁界238,700A/m(3,000Oe)の磁場中アニールを行った図5(A)においては、コイルインダクタンスの平均値が217.7(nH)、標準偏差が3.59(nH)であり、同じく磁場中アニールを行った図5(B)においては、コイルインダクタンスの平均値が212.6(nH)、標準偏差が2.56(nH)であった。 In contrast, in FIG. 5A in which annealing was performed in a magnetic field at a temperature of 250 ° C. and an applied magnetic field of 238,700 A / m (3,000 Oe), the average value of the coil inductance was 217.7 (nH), the standard The deviation is 3.59 (nH), and in FIG. 5B, which was also annealed in a magnetic field, the average value of coil inductance was 212.6 (nH) and the standard deviation was 2.56 (nH). It was.
即ち、本実施形態の磁場中アニールを行うことによって、ウエハ内のコイルインダクタンスの標準偏差は、10〜13nHから2〜4nHへと大幅に低減していることが分かる。コイルインダクタンスの標準偏差がこのように低減することは、特に、マルチチャネル薄膜磁気ヘッドにおいて、ヘッド内におけるインダクティブ書込みヘッド素子間のばらつきが低減する点から、非常に有利となる。 That is, it can be seen that the standard deviation of the coil inductance in the wafer is greatly reduced from 10 to 13 nH to 2 to 4 nH by performing the annealing in the magnetic field of the present embodiment. Reducing the standard deviation of the coil inductance in this way is very advantageous, especially in a multi-channel thin film magnetic head, because the variation between inductive write head elements in the head is reduced.
図6及び図7は磁場中アニールを行わない場合及び本実施形態のごとく磁場中アニールを行った場合におけるインダクティブ書込みヘッド素子のコイルインダクタンスの対周波数特性を表す図である。 FIGS. 6 and 7 are diagrams showing the frequency characteristics of the coil inductance of the inductive write head element when the annealing in the magnetic field is not performed and when the annealing in the magnetic field is performed as in the present embodiment.
図6に示すように、磁場中アニールを行わない場合は、高周波帯域でコイルインダクタンスが低下してしまう素子(サンプルtk3)が発生するが、図7に示すように、本実施形態の磁場中アニールを行った場合は、高周波帯域でコイルインダクタンスが低下(5nH以上の低下)してしまう素子がほとんど存在しない。実際に多数の薄膜磁気ヘッドについて測定すると、20MHz以上の高周波帯域において、コイルインダクタンスが5nH以上の低下するインダクティブ書込みヘッド素子の発生率は、本実施形態の磁場中アニールを行うことによって、7〜10%から0〜1%へと大きく改善された。 As shown in FIG. 6, when the annealing in the magnetic field is not performed, an element (sample tk3) in which the coil inductance decreases in the high frequency band is generated. However, as shown in FIG. 7, the annealing in the magnetic field of the present embodiment is performed. When this is performed, there is almost no element that causes a decrease in coil inductance (a decrease of 5 nH or more) in the high frequency band. When actually measuring a large number of thin film magnetic heads, the incidence rate of the inductive write head element in which the coil inductance is reduced by 5 nH or more in a high frequency band of 20 MHz or higher is 7 to 10 by performing annealing in the magnetic field of this embodiment. % Was greatly improved from 0 to 1%.
以上説明したように、本実施形態によれば、上部磁極層22を形成した後であって保護層23の形成前に、TBSと平行な方向のDC磁界を印加した状態で磁場中アニールすることにより、磁区数が減少してTBSと平行方向の磁気異方性が高まり、TBSと垂直方向の透磁率が高まる。これにより、高周波領域におけるコイルインダクタンスの低下を確実に防止でき、書込み特性の劣化を防止できる。しかも、インダクティブ書込みヘッド素子の設計変更が不要であるため、実施が容易でありかつ汎用性が高い。さらに、保護層23の形成前に磁場中アニールしているので、保護層23の熱膨張によって磁極やヨークに不要なストレスが印加される恐れもない。
As described above, according to the present embodiment, after the upper
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。 All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.
10 基板
11 下地層
12 下部シールド層
13 下部シールドギャップ層
14 上部シールドギャップ層
15 MR層
16 上部シールド層
17 中間非磁性層
18 下部磁極層
19 書込みギャップ層
20 コイル導体
21 コイル絶縁層
22 上部磁極層
23 保護層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
The manufacturing method according to claim 1, wherein the thin film magnetic head is a multi-channel thin film magnetic head including a plurality of magnetoresistive read head elements and an inductive write head element.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2006106257A JP2007280526A (en) | 2006-04-07 | 2006-04-07 | Method for manufacturing thin film magnetic head |
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JP2006106257A JP2007280526A (en) | 2006-04-07 | 2006-04-07 | Method for manufacturing thin film magnetic head |
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Legal Events
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