JP2008084478A - 磁気記録装置の製造方法と磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
微細な幅を有する磁極を備えた磁気記録装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
磁気記録装置の製造方法は、（ａ）垂直磁気記録装置のヘッドの磁極部を収容する絶縁膜にリソグラフィとエッチングで、第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、（ｂ）第１の溝の内面上に、飽和磁束密度が所定の値未満の材料の第１の膜を成膜し、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を形成する工程と、（ｃ）第２の溝内に、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料の第２の膜を形成する工程と、（ｄ）絶縁膜上の不要の第２の膜、第１の膜を除去する工程と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気記録装置の製造方法と磁気記録装置に関し、特に垂直磁化を用いる磁気記録装置の製造方法と磁気記録装置に関する。

近年、磁気記録装置の記録密度が著しく増加している。このため、記録媒体の保持力の上昇と共に、記録ヘッドから強い磁界を発生させる必要がある。薄膜磁気ヘッド材料には、高飽和磁束密度（Ｂ_Ｓ）などの磁気特性が求められている。磁気ディスク装置では、記録媒体の微小エリアに磁気ヘッドから強い磁界を加えて磁気記録を行なう。記録媒体の隣接するエリアに媒体の保持力以上の磁界が加わると、隣接するエリアの磁気記録を書換えてしまう可能性がある。このような書き込みエラーをなくすためには、磁気ヘッドの小型化が重要になってくる。

特開２０００−２３５７０５号、特開２００２−３６７１１３号は、書き込みヘッドのコイルを密に配置するため、ダマシン法でコイルを埋め込むことを開示している。

記録媒体に高密度に記録を行なう方法として、垂直磁化の研究が進められている。記録媒体に垂直な磁化を形成することにより、記録密度を大幅に向上することができる。特開平５−１１４１０３号は、垂直保持力が高い垂直磁性膜を用いた垂直磁気記録装置用の磁気ヘッドを開示している。

特開２０００−２３５７０５号公報 特開２００２−３６７１１３号公報 特開平５−１１４１０３号公報 垂直磁性膜で記録媒体を作成し、磁極から強い磁界を印加して、トラック方向に沿って高密度で磁化を形成するには、トラック方向の磁極の幅が狭いことが望ましい。

垂直磁気記録においては、記録密度は磁気ギャップの寸法ではなく、磁極自身の寸法に影響される。磁極の幅を微細にすることが望まれる。

本発明の目的は、微細な幅を有する磁極を備えた磁気記録装置の製造方法を提供することである。

本発明の１観点によれば、
（ａ）垂直磁気記録装置のヘッドの磁極部を収容する絶縁膜にリソグラフィとエッチングで、第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の溝の内面上に、飽和磁束密度が所定の値未満の材料の第１の膜を成膜し、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を形成する工程と、
（ｃ）前記第２の溝内に、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料の第２の膜を形成する工程と、
（ｄ）前記絶縁膜上の不要の前記第２の膜、第１の膜を除去する工程と、
を含む磁気記録装置の製造方法
が提供される。

本発明の他の観点によれば、
第１の幅を有する第１の溝を形成した絶縁膜と、
前記第１の溝の内面上に成膜され、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を画定する、飽和磁束密度が所定の値未満の材料で形成された第１の膜と、
前記第２の溝内を埋め、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料で形成された第２の膜と、
を有する磁気記録装置
が提供される。

絶縁体に形成する溝の幅は、リソグラフィとエッチングの精度によって制限される。所定幅を持つ第１の溝を形成し、溝内に第１の膜を成膜して幅の狭められた第２の溝を形成した後、第２の溝に磁極を構成する第２の膜を埋め込むことにより、エッチングで形成した第１の溝の幅より狭い幅を有する第２の膜を溝内に埋め込むことができる。

第１の膜と第２の膜を、同一のメッキ液を用いた１連のメッキ工程で作成することができる。

先ず、ハードディスク磁気記録装置の構成を概略的に説明する。

図３に示すように、ハードディスク磁気記録装置１２０は、ハードディスク１２４の上に書込み／読出しヘッド１０を備えたアーム１３０を備える。ハードディスク１２４が回転すると共に、書込み／読出しヘッド１０は、トラックに連続的に磁気記録を行う。トラックの選択は、アーム１３０をディスク半径方向に移動させることによって行われる。

図４Ａは、書込み／読出しヘッド１０の従来構造例を概略的に示す断面図である。非磁性基板１１の上に、下部磁気シールド層２４が形成され、その上に磁気読出し素子２６を埋め込んだ絶縁層２５が形成される。絶縁層２５の上に、上部磁気シールド層を兼ねる補助磁極１２が形成され、その上に絶縁層１３が形成される。絶縁層１３の上に、導電層を成膜、パターニングすることによって部分的コイル１４が形成され、絶縁層１５で埋め込まれる。絶縁層１５の上に、高飽和磁束密度の磁性膜を成膜、パターニングすることで主磁極１６が形成される。主磁極１６を埋め込むようにさらに絶縁層１７が形成される。コイル１４と接続されるように、残り部分のコイル１８が形成される。絶縁保護層１９がコイル１８を埋め込み、平坦な表面を形成している。このような読出し／書込みヘッド１０の下方に、ハードディスク１０が配置される。ハードディスク２０は、基板２１の上に、軟磁性の裏打ち層２２が形成され、その上に記録層２３が形成されている。主磁極１６から発する磁界が、記録層２３に記録を行う。補助磁極１２は、補助的磁路を形成し、磁気閉回路を構成する。

高密度の磁気記録を行なうためには、主磁極の幅が狭いことが望ましい。本発明者は、絶縁層に溝を形成し、磁性材料を埋め込むダマシン法を用いて幅の狭い主磁極を形成することを検討した。溝幅は、リソグラフィの精度とエッチングの精度によって制限される。この制限を越える、幅の狭い磁極を形成するため、溝形成後、第１の膜を成膜し、第１の膜の表面で幅の狭められた新たな溝を形成する。この溝内に主磁極を形成すれば、リソグラフィの精度とエッチングの精度による制限を越えた、幅の狭い主磁極を形成することができる。

第１の膜は、飽和磁束密度が媒体に書き込むことができない程度に小さくする。例えば、媒体の保磁力が４０００Ｏｅの場合には、０．４Ｔよりも小さければ媒体の磁場を反転させることができない。このような第１の膜は、磁極としては機能しない。第２の膜は、磁極そのものである。従って、第２の膜の飽和磁束密度は、媒体に書き込みできる程度十分高くなければならない。例えば、媒体の保磁力が４０００Ｏｅの場合には、０．４Ｔよりも高ければ媒体に書き込み可能である。実際には、十分な書き込み特性を得るために、少なくとも１．５Ｔ以上、望ましくは２．０Ｔ程度以上の飽和磁束密度が好ましい。磁極の幅は実質的に第２の膜の幅で規定される。第２の膜の幅は、第１の膜が形成する溝の開口幅となる。エッチングの幅が所定値よりも小さくすることが困難な場合でも、第１の膜の厚さを調整することにより、微細な溝を形成し、第２の膜で微細な磁極を形成することができる。

図４Ｂは、本発明の実施例による読出し／書込みヘッド１０の形態を示す断面図である。図４Ａと同一参照番号は同等部分を示す。本構成においては、補助磁極１２を形成した後、絶縁層１３が形成され、エッチング特性の異なる絶縁層２７が積層される。絶縁層２７に、コイルを形成する溝をリソグラフィ、エッチングを用いて形成した後、銅等の導電層を堆積して溝を埋め戻し、化学機械研磨等を用いて不要部を除去して、コイル１４を形成すると共に平坦表面を形成する。

コイル１４を覆って、絶縁膜２７上に絶縁層２８を形成する。絶縁層２８、２７，１３を貫通して補助磁極１２に達する開口を形成し、磁性ペデスタル２９を埋め込む。不要部はＣＭＰ等で除去する。磁性ペデスタル２９を覆って、絶縁膜２８の上に、エッチング特性の異なる絶縁層が形成される。この絶縁層に、ダマシン法を用いて主磁極１６が埋め込まれ、化学機械研磨等を用いて不要部が除去され、表面が平坦化される。主磁極１６を含む絶縁層の上に、絶縁保護層１９が形成される。

主磁極をダマシン法で作成するための成膜方法としては、ＣＶＤ、蒸着、スパッタリング、メッキ等種々の方法が可能である。以下、メッキを用いた実施例を説明する。メッキを行うためには、メッキのシード（種）となるメッキベース層を形成する必要がある。メッキベース層の上に第１の膜を形成し、その上に第２の膜を形成する。高飽和磁束密度の磁性材料として、（１）ＦｅとＣｏの合金、（２）ＦｅとＮｉの合金、（３）ＦｅとＣｏとＮｉの合金などが知られている。ここでは、（１）Ｆｅ＋Ｃｏを用いることにした。メッキ液に磁性金属とともに、磁性金属とイオン化傾向の差が大きい、電気化学的に貴な、非磁性金属を含ませ、合金を形成する場合、同一メッキ液から、イオン化傾向の差により、電流密度に応じて組成を調整した膜をメッキすることができる。このような組成を調整する非磁性材料としてＲｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕなどが考えられるが、ここではＲｈを用いることとした。

図１Ａ〜１Ｅは、第１の実施例により主磁極を形成した製造方法の主要工程を示す断面図である。

図１Ａに示すように、アルミナで形成された絶縁層２８の上に、エッチング特性の異なる他の絶縁層であるアルミナ層３０を厚さ約４００ｎｍ形成した。

図１Ｂに示すように、レジストパターンを用い、アルミナ層３０をＢＣｌ_３でドライエッチングし、溝１を形成した。溝の開口幅は２００ｎｍであった。

図１Ｃに示すように、メッキベース層２としてＲｕを、厚さ約５０ｎｍスパッタリングで形成した。次に、メッキ液にメッキベース層２を形成した基板を沈め、ＤＣメッキを行った。メッキ液の成分は、硫酸鉄（ＦｅＳＯ_４＊７Ｈ_２Ｏ）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ_４＊７Ｈ_２Ｏ）、硫酸ロジウム（Ｒｈ_２（ＳＯ_４）_３＊４Ｈ_２Ｏ）、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、ラウリル硫酸ナトリウム（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１０ＣＨ_２ＯＳＯ_３Ｎａ）であった。
第１の膜のメッキ条件は、電流密度５ｍＡ／ｃｍ^２であった。この条件で第１の膜を厚さ約２０ｎｍ形成した。
図２Ａは、上記メッキ液を用いてＤＣメッキした時の、平均電流密度に対するメッキ膜の組成変化の測定結果を示すグラフである。平均電流密度が５ｍＡ／ｃｍ^２程度では、メッキ液の組成と比べて、メッキ膜の組成はＲｈが非常に高い。その結果、メッキ膜中のＦｅ、Ｃｏの組成は、メッキ液の組成より大幅に低い。これは、Ｒｈのイオン化傾向がＦｅ、Ｃｏよりも低く、優先的に析出するためである。平均電流密度が５ｍＡ／ｃｍ^２でＲｈが９５ｗｔ％以上、Ｆｅ、Ｃｏが合わせて５ｗｔ％以下になる。Ｆｅ、Ｃｏが５ｗｔ％以下、Ｒｈが残部の場合、飽和磁束密度は０．１Ｔ以下となる。

平均電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ^２，２０ｍＡ／ｃｍ^２と増加させていくと、メッキ膜のＲｈ組成は急激に減少し、やがて一定値に収束する傾向を示す。メッキ膜中のＦｅ組成は、平均電流密度の増加と共に急激に増加し、やがて飽和する傾向を示す。メッキ膜中のＣｏ組成は、平均電流密度の増加と共に増加し、一旦ピークを形成し、その後一定値付近となるようである。平均電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ^２以上とすると、Ｒｈの組成が１０ｗｔ％以下に大きく低下する。この時、磁性材料であるＦｅ、Ｃｏが合わせて９０ｗｔ％以上となるので、飽和磁束密度は２．０Ｔ程度となる。

第１の膜の組成は、Ｒｈが９５ｗｔ％以上、Ｆｅ、Ｃｏが合わせて５ｗｔ％以下であった。飽和磁束密度は、０．１Ｔ以下となる。続けて、同一のメッキ液を用いて、電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ^２に増加させた。この条件で、第２の膜をメッキした。第２の膜の組成は、Ｒｈが６ｗｔ％、Ｆｅが７８ｗｔ％、Ｃｏが１６ｗｔ％であった。飽和磁束密度は、２．０Ｔ程度となる。このようにして、同一のメッキ液を用いメッキ条件(電流密度)を変更するだけで、組成の異なる第１の膜４、第２の膜５を形成することができた。

図１Ｄに示すように、スラリーを用いた化学機械研磨（ＣＭＰ）により、第１の膜４をＣＭＰストッパとして、第１の膜４上の第２の膜５を除去した。

図１Ｅに示すように、残る第１の膜４、メッキベース層２を、Ｏ_２でドライエッチングして除去した。このようにして、アルミナ層３０に形成した溝１内に、メッキベース層２、第１の膜４、第２の膜５を埋め込んだ。

メッキベース層２、第１の膜４は、飽和磁束密度が低く、磁極としては機能しない。第２の膜５のみが主磁極を構成する。溝内にメッキベース層を成膜し、第１の膜、第２の膜を同一メッキ液からメッキすることにより、寸法の微細な第２の膜を形成することができた。主磁極５の幅は１１０ｎｍ、高さは３３０ｎｍであった。なお、主磁極の寸法としては、高さ：１５０〜６００ｎｍ、幅：５０〜２００ｎｍ（アスペクト比３程度）が好ましい。第１の膜をＣＭＰのストッパとして利用できたので、別にＣＭＰストッパを形成する必要がなかった。

上記のメッキ条件は種々変更することができる。例えば、ＤＣメッキに変え、パルスメッキを用いることができる。パルスメッキを用いて、第１の実施例同様に、ダマシン法で主磁極を形成した。

図２Ｂは、繰り返し周波数１０Ｈｚ，オン電流４０ｍＡ／ｃｍ^２、デューティー比５％〜９０％のパルスメッキを行なった時の、平均電流密度に対する、メッキ膜の組成の測定結果を示すグラフである。各成分Ｆｅ，Ｃｏ，Ｒｈの電流密度に対する変化の形状は異なるが、傾向としては図２Ａと同様の傾向が認められた。電流密度が低い時は、メッキ膜中のＲｈ組成が高く、平均電流密度が高くなるとメッキ膜中のＲｈ組成が低くなり、Ｆｅ，Ｃｏ組成が高くなる。Ｃｏ組成が電流密度８ｍＡ／ｃｍ^２程度で、ＤＣメッキの場合より明らかなピークを示しているが、測定点が１点のみのため、確実なことは言えない。

第１の実施例と同様、メッキベース層として、厚さ約５０ｎｍのＲｕ層をスパッタリングで形成した。メッキベース層の上にパルスメッキで第１の膜、第２の膜を成膜した。メッキ条件は、第１の膜に対してはオン電流４０ｍＡ／ｃｍ^２，繰り返し周波数１０Ｈｚ、デューティ比１０％、平均電流密度４ｍＡ／ｃｍ^２であった。この時形成された第１の膜の組成は、Ｒｈが９５ｗｔ％、Ｆｅ、Ｃｏが合わせて５ｗｔ％であった。第１の膜は厚さ２０ｎｍであった。同一のメッキ液を用いてオン電流を４０ｍＡ／ｃｍ^２，繰り返し周波数１０Ｈｚ、デューティ比５０％、平均電流密度２０ｍＡ／ｃｍ^２で第２の膜を成膜した。この時形成された第２の膜の組成は、Ｒｈが７ｗｔ％、Ｆｅが７８ｗｔ％、Ｃｏが１５ｗｔ％であった。第１の実施例同様、実効幅約６０ｎｍの主磁極をダマシン法で形成できた。

メッキベース層、第１の膜の厚さは上記の例に限らない。例えば、メッキベース層の厚さを５０ｎｍ、第１の膜の厚さを１０ｎｍとした構成をＤＣメッキで作成した。第２の膜の幅は約８０ｎｍであった。
メッキ液の組成も上記の例に限らない。例えば、硫酸鉄、硫酸コバルト、硫酸パラジウム、ホウ酸、塩化ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウムを成分とするメッキ液も用いた。メッキ条件を、電流密度５ｍＡ／ｃｍ^２として、厚さ１０ｎｍの第１の膜をメッキした。第１の膜の組成は、Ｐｄが９５ｗｔ％、Ｆｅ，Ｃｏが合わせて５ｗｔ％であった。続けて同一のメッキ液を用いて、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ^２に増加し、第２の膜をメッキした。第２の膜の組成は、Ｐｄが５ｗｔ％、Ｆｅが７０ｗｔ％、Ｃｏが２５ｗｔ％であった。幅８０ｎｍの磁極を形成できた。
なお、メッキ液の組成は、磁性材料としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つと、これら磁性材料よりも電気化学的に貴なイオン化傾向の小さい金属、例えばＲｈ、Ｐｄ、Ｐｔの少なくとも１つを含めばよい。電流密度の低い時には、電気化学的に貴な元素が優先的にメッキされるが、電流密度を高めると、電気化学的に貴な元素の供給が間に合わず、磁性材料が増加した組成に変更される。
図１Ｆに示すように、ＣＶＤ，蒸着、スパッタリング等の物理気相堆積（ＰＶＤ）を用いたダマシン法により主磁極を形成する時は、メッキベース層は省略して、溝１内に第１の膜４、第２の膜５を成膜する。ＣＶＤにおいては、供給ガスの組成を変えて、組成の異なる第１の膜、第２の膜を成膜することができる。蒸着、スパッタリング等の物理気相堆積（ＰＶＤ）においては、マルチソースを用いて組成の異なる第１の膜、第２の膜を形成すればよい。
メッキ液を用いる場合も、メッキ液の成分は上記のものである必要はない。例えば塩化鉄、塩化コバルト、スルフォン酸鉄、スルフォン酸コバルト等を用いることもできる。
それぞれ所定の組成を有する第１の膜と第２の膜とを形成する場合を説明したが、第１の膜と第２の膜とが界面を形成する必要はない。徐々に組成を変化させてもよい。この場合所定の飽和磁束密度未満の部分が第１の膜となり、この所定の飽和密度以上の部分が第２の膜となる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。

以下、本発明の特徴を付記する。

（付記１）
（ａ）垂直磁気記録装置のヘッドの磁極部を収容する絶縁膜にリソグラフィとエッチングで、第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の溝の内面上に、飽和磁束密度が所定の値未満の材料の第１の膜を成膜し、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を形成する工程と、
（ｃ）前記第２の溝内に、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料の第２の膜を形成する工程と、
（ｄ）前記絶縁膜上の不要の前記第２の膜、第１の膜を除去する工程と、
を含む磁気記録装置の製造方法。

（付記２）
前記工程（ｄ）が、前記第１の膜をストッパとした化学機械研磨を含む付記１記載の磁気記録装置の製造方法。

（付記３）
前記工程（ｂ）と（ｃ）とが、同一のメッキ液を用いた１連のメッキ工程で電流密度を変えることにより、行われる付記１または２記載の磁気記録装置の製造方法。

（付記４）
前記メッキ液が、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つの第１の材料と、前記第１の材料より電気化学的に貴な第２の材料を含む付記３記載の磁気記録装置の製造方法。

（付記５）
第１の幅を有する第１の溝を形成した絶縁膜と、
前記第１の溝の内面上に成膜され、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を画定する、飽和磁束密度が所定の値未満の材料で形成された第１の膜と、
前記第２の溝内を埋め、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料で形成された第２の膜と、
を有する磁気記録装置。

（付記６）
前記第１の膜と前記第２の膜とは、構成元素が同じで組成が異なる付記５記載の磁気記録装置。

（付記７）
前記構成元素は、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つの第１の材料と、前記第１の材料より電気化学的に貴な第２の材料を含む付記６記載の磁気記録装置。

図１Ａ〜１Ｅは、第１の実施例による、メッキを用いた磁極の製造方法の主要工程を概略的に示す断面図である。図１Ｆは、ＣＶＤ又はＰＶＤを用いた製造方法の主要工程を概略的に示す断面図である。 図２Ａ、図２Ｂは、ＤＣメッキ及びパルスメッキにより平均電流密度を変更した時のメッキ膜の組成変化の測定結果を示すグラフである。 図３は、磁気記録装置の構成を概略的に示す平面図である。 図４Ａ、４Ｂは、読出し／書込みヘッドの従来構成例と本願実施例による構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１ 溝、
２ メッキベース層、
４ 第１の膜、
５ 第２の膜(主磁極)、
１０ 書込み／読出しヘッド、
２８ 下地絶縁層、
３０ 絶縁層（アルミナ層）、
１１ 基板、
１２ 補助磁極（兼上部磁気シールド層）、
１３ 絶縁層、
１４ コイル、
１６ 主磁極、
１７ 絶縁層、
１８ コイル、
１９ 絶縁保護層、
２０ ハードディスク、
２１ 基板、
２２ 軟磁性裏打ち層、
２３ 記録層、
２４ 下部磁気シールド層、
２５ 絶縁層、
２６ 読出し素子、
２７，２８ 絶縁層、
２９ 磁性ペデスタル。

Claims (5)

1. （ａ）垂直磁気記録装置のヘッドの磁極部を収容する絶縁膜にリソグラフィとエッチングで、第１の幅を有する第１の溝を形成する工程と、
   （ｂ）前記第１の溝の内面上に、飽和磁束密度が所定の値未満の材料の第１の膜を成膜し、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を形成する工程と、
   （ｃ）前記第２の溝内に、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料の第２の膜を形成する工程と、
   （ｄ）前記絶縁膜上の不要の前記第２の膜、第１の膜を除去する工程と、
   を含む磁気記録装置の製造方法。
2. 前記工程（ｄ）が、前記第１の膜をストッパとした化学機械研磨を含む請求項１記載の磁気記録装置の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）と（ｃ）とが、同一のメッキ液を用いた１連のメッキ工程で電流密度を変えることにより、行われる請求項１または２記載の磁気記録装置の製造方法。
4. 前記メッキ液が、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１つの第１の材料と、前記第１の材料より電気化学的に貴な第２の材料を含む請求項３記載の磁気記録装置の製造方法。
5. 第１の幅を有する第１の溝を形成した絶縁膜と、
   前記第１の溝の内面上に成膜され、第１の幅より狭い第２の幅の第２の溝を画定する、飽和磁束密度が所定の値未満の材料で形成された第１の膜と、
   前記第２の溝内を埋め、飽和磁束密度が前記所定の値以上の磁性材料で形成された第２の膜と、
   を有する磁気記録装置。

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