JP2009104730A - 電子装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応力緩和剤が添加されていなくとも剥離が抑制された鍍金部を有する電子装置を提供する。
【解決手段】電子装置は、下地膜と、下地膜の上に形成され、開口を有する庇形成層と、庇形成層をエッチングマスクとするエッチングにより、開口の縁下方に入り込むように、下地膜に形成された凹部と、凹部を埋め込む鍍金膜とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子装置とその製造方法に関し、特に、鍍金部を有する電子装置とその製造方法に関する。

例えば磁気ヘッドの磁極や集積回路の微細配線等を形成する際に、鍍金技術が用いられている。電解鍍金の場合には、シード膜に鍍金液が接触し、溶解成分が充分に攪拌されていれば鍍金膜は成長する、しかし、鍍金膜は基本的に応力を有するため、成長した鍍金膜が剥離しやすい。鍍金膜の剥離を防止するために、応力緩和剤が使用されていた。

なお、特許文献１は、水平記録の磁極を形成する方法を開示し、磁極を埋め込む凹部を、マスクを用いたエッチングで形成している。初期は等方性エッチングを行い、次に異方性エッチングを行っている。初期の等方性エッチングにより、マスクの下に食い込みが形成される。凹部形成後、マスクを除去してから、鍍金シード膜を製膜し、鍍金を行って、凹部に磁極を形成している。

特許第３５７６０６７号公報

応力緩和剤により、鍍金膜の剥離を防止することができる。しかし、応力緩和剤の添加により、鍍金膜中に添加剤由来の成分が混入して、鍍金膜の純度を低下させてしまう。これに起因して、例えば電気抵抗、飽和磁束密度、研磨工程等における耐食性等の物性が、金属膜単体で期待されるものよりも劣化してしまう。

本発明の一目的は、応力緩和剤が添加されていなくとも剥離が抑制された鍍金部を有する電子装置とその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、下地膜と、前記下地膜の上に形成され、開口を有する庇形成層と、前記庇形成層をエッチングマスクとするエッチングにより、前記開口の縁下方に入り込むように、前記下地膜に形成された凹部と、前記凹部を埋め込む鍍金膜とを有する電子装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、（ａ）下地膜を準備する工程と、（ｂ）前記下地膜上に、開口を有する庇形成層を形成する工程と、（ｃ）前記庇形成層をエッチングマスクとして前記下地膜をエッチングし、該庇形成層の開口の縁下方に入り込む凹部を形成する工程と、（ｄ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記凹部の内面に鍍金シード膜を形成する工程と、（ｅ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記鍍金シード膜を用いた鍍金により、前記凹部を埋め込む鍍金膜を形成する工程とを有する電子装置の製造方法が提供される。

庇形成層の開口の縁が凹部の上に庇状に突き出す。このような庇部により、凹部を埋め込む鍍金膜の剥離が抑制される。

まず、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して、応力緩和剤に関する参考実験について説明する。図８（Ａ）は、鍍金液中の応力緩和剤濃度と、鍍金膜中の不純物濃度との関係を示すグラフである。ＣｏＦｅの鍍金液を用い、応力緩和剤としてサッカリンを用い、不純物として硫黄を測定した。横軸が鍍金液中の応力緩和剤濃度をｇ／Ｌ単位で示し、縦軸が不純物濃度をｗｔ．％単位で示す。応力緩和剤濃度が増えるにつれ、鍍金膜中の不純物濃度が増えることがわかる。応力緩和剤濃度１．７ｇ／Ｌ程度で、不純物濃度はほぼ飽和している。

図８（Ｂ）は、さらに、鍍金液中の応力緩和剤濃度と、鍍金膜の応力との関係を示すグラフである。横軸が鍍金液中の応力緩和剤濃度をｇ／Ｌ単位で示し、縦軸が応力をＭＰａ単位で示す。応力緩和剤濃度が増えるにつれ、鍍金膜の応力が減ることがわかる。応力緩和剤濃度１．７ｇ／Ｌ程度以上で、応力はほぼ一定となっている。

このように、鍍金液に応力緩和剤を添加することにより、鍍金膜の応力は低下させられるものの、鍍金膜中に不純物が混入してしまう。

次に、図６、図７を参照して、垂直記録方式のハードディスク磁気記録装置の概略的な構成例を説明する。図６に示すように、ハードディスク磁気記録装置１００は、ハードディスク１０１の上に、書込み／読出しヘッド１０２を備えたアーム１０３を有する。ハードディスク１０１が回転するとともに、書込み／読出しヘッド１０２がトラックに連続的に磁気記録を行う、または、トラックから連続的にデータを読み出す。トラックの選択は、アーム１０３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７は、書込み／読出しヘッド１０２の構造例を概略的に示す断面図である。セラミック層等を含む基板１１１の上方に、下部シールド層１１５が形成される。下部シールド層１１５の上に、磁気読出し素子１１６を埋め込んだ絶縁層１１４が形成され、絶縁層１１４の上に、上部シールド層１１７が形成される。

下部シールド層１１５、磁気読出し素子１１６、絶縁層１１４、及び、上部シールド層１１７を含んで、読出しヘッド１１８が構成される。下部シールド層１１５、磁気読出し素子１１６、絶縁層１１４、及び、上部シールド層１１７を、例えば、鍍金やスパッタリング等の製膜技術や、各種パターニング技術等を用いて形成することができる。

上部シールド層１１７の上方に、絶縁層１１９が形成され、絶縁層１１９の上方に、主磁極１２２が形成されている。主磁極１２２の上方に、コイル１２５を埋め込んだ絶縁層１２１が形成され、絶縁層１２１を埋め込むように、リターンヨーク１２４が形成されている。リターンヨーク１２４は、補助的磁路を形成する。主磁極１２２とリターンヨーク１２４とに沿って、磁気閉回路が形成される。主磁極１２２側の磁極端とリターンヨーク１２４側の磁極端との間に、ギャップ層１２３が形成されている。

主磁極１２２、コイル１２５、絶縁層１２１、リターンヨーク１２４、及び、ギャップ層１２３を含んで、書込みヘッド１２０が構成される。主磁極１２２、コイル１２５、絶縁層１２１、リターンヨーク１２４、及び、ギャップ層１２３を、例えば、鍍金やスパッタリング等の製膜技術や、各種パターニング技術等を用いて形成することができる。

読出しヘッド１１８の磁気読出し素子１１６、及び、書込みヘッド１２０の主磁極１２２の磁極端と向き合うように、ハードディスク１０１が配置される。ハードディスク１０１は、基板１３０の上に軟磁性の裏打ち層１３１が形成され、裏打ち層１３１の上に記録層１３２が形成されているものである。主磁極１２２から発する磁界が、記録層１３２に記録を行う。

次に、第１の実施例による主磁極形成方法について説明する。まず、図１（Ａ）に示すように、５インチのアルチック基板１の上の全面に、アルミナをスパッタで製膜して、例えば厚さ５００ｎｍのアルミナ膜２を形成する。

次に、アルミナ膜２の上の全面に、Ｔａをスパッタで例えば厚さ１０ｎｍ製膜して、下側庇形成層１０を形成する。さらに、下側庇形成層１０の上の全面に、ＮｉＦｅ（比率は例えばＮｉ８０％、Ｆｅ２０％）をスパッタで例えば厚さ３００ｎｍ製膜して、上側庇形成層３を形成する。下側及び上側庇形成層１０、３を合わせて庇形成層１１（庇形成構造１１）が構成される。

次に、図１（Ｂ）に示すように、庇形成層１１の上に、レジスト膜４を形成し、レジスト膜をＫｒＦ露光によりパターニングする。図４に平面図を示すように、形成する開口形状は、例えば幅２００ｎｍの延在する微細幅部４ａと、例えば幅２０μｍの広幅の部分から幅を狭めて微細幅部４ａに接続する広幅部４ｂとを有する。図１（Ｂ）〜図３は、図４の破線Ａ−Ａ’に沿った、微細幅部４ａの横断面を示す概略断面図である。

図１（Ｂ）に戻って説明を続ける。さらに、ＣＯガスを用いた反応性エッチングにより、庇形成層１１にレジストパタンを転写する。パタンの転写後、レジスト膜４を除去する。

次に、図１（Ｃ）に示すように、庇形成層１１をハードマスクとして、アルミナ膜２をエッチングする。フッ素ガスを用いた反応性ガスで、プラズマパワーとガス流量、さらに基板温度の制御により、アルミナ膜２に、下方ほど幅が狭くなる逆三角形状の断面（Ｖ字状の断面）の溝５を形成する。溝５の側面の傾斜は、例えば１５°である。溝５に磁性材料を埋め込んで、主磁極が形成される。

ＮｉＦｅからなる上側庇形成層３により、アルミナ膜２のエッチングの選択性が向上する。Ｔａからなる下側庇形成層１０により、ＮｉＦｅからなる上側庇形成層３とアルミナ膜２との密着性が向上する。

実素子では、アルチック基板上にまずはリード素子を形成し、その上にライト素子を形成する。リードとライトの素子間には、数ミクロンのアルミナが存在する。ここでいうアルミナは、リードとライト間に存在するアルミナである。なお、溝５の底がアルチック基板１に達している例を図示しているが、溝の底がアルミナ膜２の下面まで達している必要はない。

なお、磁気記録装置の高記録密度化には、主磁極断面を、逆台形形状よりも逆三角形形状にする方が好ましい。このために、溝５の側面の傾斜を大きくすることが好ましい。

溝５を形成するエッチング条件として、できるだけ異方性を強めることにより、Ｖ溝形状を形成できる。ただし、エッチングに若干の等方性が残るため、庇形成層１１の開口の縁下方に入り込むように、溝５が形成される。つまり、溝５の上に庇形成層１１の開口の縁が突き出した庇部１１ａが形成される。庇部１１ａの突き出し量は、ほぼ均一となる（例えば、図１（Ｃ）の左右の庇部１１ａの突き出し量はほぼ等しい。）。

次に、図２（Ａ）に示すように、ＮｉＦｅを全面にスパッタで例えば厚さ２０ｎｍ製膜して、鍍金シード膜６を形成する。庇形成層１１の上面及び溝５の底部近傍に比べると、庇部１１ａの側面、下面、及び、溝５の側面の庇部１１ａの下方の部分は、鍍金シード膜６の付き回りが悪い。

次に、図２（Ｂ）に示すように、鍍金シード膜６上に電解鍍金を行って、ＣｏＮｉＦｅ膜を製膜する。硫酸コバルト１０ｇ／Ｌ、硫酸ニッケル５０ｇ／Ｌ、硫酸第一鉄４ｇ／Ｌ、ホウ酸２５ｇ／Ｌ、塩化アンモニウム１５ｇ／Ｌの水溶液で、硫酸を用いてｐＨを２．５に調整する。この液を用いて、鍍金温度３０℃とし、電流密度は鍍金レートが０．０５μｍ／ｍｉｎとなるように調整する。この状態で鍍金膜厚を２００ｎｍとする。この鍍金液には、応力緩和剤が添加されていない。

溝５を埋め込むように鍍金膜７が形成される。溝５を埋め込む鍍金膜７は、高い応力を有するが、庇形成層１１の庇部１１ａが引っ掛りとなり、剥離が抑制される。庇形成層１１の上面上にも、鍍金膜７ａが形成されるが、庇形成層１１上面は平坦であり、鍍金膜７ａは応力により剥離する。このように、溝５に鍍金膜７を埋め込んで、主磁極を形成することができる。

なお、鍍金シード膜６の付き回りが悪い部分は抵抗が高く、鍍金されにくい。溝５の底部は鍍金シード膜６の付き回りが良いので、鍍金膜７が溝５の底部から成長し、これによりボイド形成が抑制される。

次に、図３に示すように、鍍金シード膜６、上側庇形成層３、及び鍍金膜７を化学機械研磨して、表面を平坦化する。上側庇形成層３が除去され、下側庇形成層１０が露出する。下側庇形成層１０が、研磨ストッパ層として用いられている。研磨後に残った下側庇形成層１０の庇部１０ａが、鍍金膜７の剥離を抑制する。

なお、溝を形成するエッチングにより、ハードマスクが溝上に突き出した庇部（ハードマスク開口の縁下方への、溝の食い込み部）が形成されることにより、庇（食い込み）が無い場合に比べると、主磁極上面の幅（コア幅）が広くなる。庇部（食い込み部）の幅は、好適なコア幅となるように考慮されることが好ましい。

上記実施例では、溝を形成するハードマスクの開口幅を２００ｎｍとした。開口幅は、広くなりすぎると庇部が形成されないことがわかっており、３００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、ハードマスクの開口幅の下限は、例えば電子ビームでパターニングできる下限の７０ｎｍ程度となろう。

なお、図４に示した広幅部４ｂに対応する凹部も、アルミナ膜２に形成され、この凹部にも磁性材料が埋め込まれる。ただし、この広幅の凹部のエッチングでは庇部が形成されず、上述のような庇部による鍍金膜の剥離抑制ができない。広幅の凹部については、例えば応力緩和剤を用いた鍍金を、上述の微細幅溝の鍍金とは別途行う。なお、磁極の磁場は、広幅の部分よりも、微細幅の部分で絞り込まれる。

なお、広幅の凹部が微細幅溝に接続されていることにより、微細幅溝だけが形成されている場合に比べて、微細幅溝への鍍金液の流入が促進されると期待される。かつ、鍍金シード膜の通電を確実なものとする意味もある。

上記実施例で、主磁極を形成する鍍金膜は、ＣｏＮｉＦｅとしたが、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅより２種類以上選択した材料から構成することができる。

次に、第２の実施例による主磁極形成方法について説明する。図１（Ｃ）を参照して説明した工程までは、第１の実施例と同様である。

次に、図５（Ａ）に示すように、アルミナを全面に原子層堆積（ＡＬＤ）で例えば厚さ１０ｎｍ製膜して、絶縁膜８を形成する。絶縁膜８は、庇形成層１１の庇部１１ａの下にも回りこんで形成される。次に、絶縁膜８の上に、第１の実施例と同様にして鍍金シード膜６を形成し、さらに鍍金膜７を形成する。第２の実施例の主磁極形成方法では、絶縁膜８の厚さを変化させることにより、鍍金膜７を埋め込む溝５ａの開口の幅を調整できる。すなわちコア幅を調整しやすい。

次に、図５（Ｂ）に示すように、鍍金シード膜６、絶縁膜８、上側庇形成層３、及び鍍金膜７を化学機械研磨して、表面を平坦化する。上側庇形成層３が除去され、下側庇形成層１０が露出する。下側庇形成層１０が、研磨ストッパ層として用いられている。第１の実施例と同様に、研磨後に残った下側庇形成層１０の庇部１０ａが、鍍金膜７の剥離を抑制する。

第２の実施例ではさらに、下側庇形成層１０の庇部１０ａの下に回りこんで形成されている絶縁膜８が、Ｖ溝の開口の縁近傍で開口の内側に突き出すように残される。絶縁膜８のこのような突き出し部８ａにも、鍍金膜７の剥離を抑制する効果が期待されよう。

以上説明したように、凹部の上にハードマスクの庇部ができるように（ハードマスクの下に凹部が食い込むように）、エッチングで凹部を形成し、凹部を鍍金膜で埋め込む。鍍金液に応力緩和剤を添加せず、鍍金膜が高い応力を示す場合でも、庇部が引っ掛りとなり、鍍金膜の剥離が抑制される。応力緩和剤を添加しなければ、応力緩和剤を添加した場合に比べて、鍍金膜の物性が向上することが期待される。

なお、上記の磁極を形成する実施例では、庇形成層（ハードマスク）を２層構造とし、磁性材料のＮｉＦｅからなる上層部分は研磨により除去した。例えばＲｕ、Ａｕ、Ｃｕ等の非磁性材料を用いて、単層の庇形成層（ハードマスク）とし、これを除去せずに残すこともできるであろう。ただし、鍍金シード膜として磁性体を用いている場合、ハードマスク上の鍍金シード膜は除去する。

なお、上記実施例では、磁気ヘッドの主磁極を鍍金により形成する例を説明したが、実施例の鍍金部形成方法は、主磁極に限らず、電子装置の鍍金部の形成方法に一般的に利用できるであろう。例えば、磁気ヘッドのコイルや、集積回路の配線の形成工程にも利用できるであろう。

配線に応用する場合は、例えば、下地膜が酸化ケイ素からなり、ハードマスクは、ＴａＮまたはＴｉＮからなる密着層（絶縁層）の下層と、Ｔｉからなる上層との積層構造とし、ハードマスクの開口の縁下方に入り込むように下地膜に形成された凹部に、Ｃｕからなる鍍金膜を埋め込む。配線となる鍍金膜の埋め込み後に、ハードマスクの上層部分のＴｉ層を除去する。

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、組み合わせ等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）
下地膜と、
前記下地膜の上に形成され、開口を有する庇形成層と、
前記庇形成層をエッチングマスクとするエッチングにより、前記開口の縁下方に入り込むように、前記下地膜に形成された凹部と、
前記凹部を埋め込む鍍金膜と
を有する電子装置。
（付記２）
前記開口の幅が３００ｎｍ以下である付記１に記載の電子装置。
（付記３）
さらに、前記凹部の内面に形成されるとともに、前記凹部上に突き出した前記庇形成層の庇部の下に回りこんで形成された絶縁膜を有する付記１または２に記載の電子装置。
（付記４）
前記凹部が延在する溝状であり、該凹部は、該凹部よりも広幅な部分を持つ凹部に接続している付記１〜３のいずれか１つに記載の電子装置。
（付記５）
前記凹部に埋め込まれた鍍金膜が磁性材料からなり、該鍍金膜を磁極とする磁気記録装置である付記１〜４のいずれか１つに記載の電子装置。
（付記６）
前記鍍金膜は、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅより２種類以上選択した材料からなり、応力緩和剤が添加されていない付記５に記載の電子装置。
（付記７）
（ａ）下地膜を準備する工程と、
（ｂ）前記下地膜上に、開口を有する庇形成層を形成する工程と、
（ｃ）前記庇形成層をエッチングマスクとして前記下地膜をエッチングし、該庇形成層の開口の縁下方に入り込む凹部を形成する工程と、
（ｄ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記凹部の内面に鍍金シード膜を形成する工程と、
（ｅ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記鍍金シード膜を用いた鍍金により、前記凹部を埋め込む鍍金膜を形成する工程と
を有する電子装置の製造方法。
（付記８）
前記開口の幅が３００ｎｍ以下である付記７に記載の電子装置の製造方法。
（付記９）
前記工程（ｄ）は、前記庇形成層上方にも鍍金シード膜を形成し、前記工程（ｅ）は、前記鍍金シード膜を用いた鍍金により、前記庇形成層上方にも鍍金膜を形成し、さらに、（ｆ）前記庇形成層上方の鍍金膜を応力により剥離させる工程を有する付記７または８に記載の電子装置の製造方法。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、第１及び第２の実施例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１に引き続き、第１の実施例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図３は、図２に引き続き、第１の実施例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図４は、レジストパタンを示す概略平面図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図１に引き続き、第２の実施例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図６は、ハードディスク磁気記録装置の構成例を示す概略図である。 図７は、書込み／読出しヘッドの構造例を示す概略断面図である。 図８（Ａ）は、鍍金液中の応力緩和剤濃度と、鍍金膜中の不純物濃度との関係を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、鍍金液中の応力緩和剤濃度と、鍍金膜の応力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ アルチック基板
２ アルミナ膜
１０ 下側庇形成層
３ 上側庇形成層
１１ 庇形成層
１１ａ、１０ａ 庇部
４ レジスト膜
４ａ 微細幅部
４ｂ 広幅部
５、５ａ 溝
６ 鍍金シード膜
７、７ａ 鍍金膜
８ 絶縁膜
８ａ （絶縁膜の）突き出し部
１００ ハードディスク磁気記録装置
１０１ ハードディスク
１０２ 書込み／読出しヘッド
１０３ アーム
１１１ 基板
１１４、１１９、１２１ 絶縁層
１１５ 下部シールド層
１１６ 磁気読出し素子
１１７ 上部シールド層
１１８ 読出しヘッド
１２０ 書込みヘッド
１２２ 主磁極
１２３ ギャップ層
１２４ リターンヨーク
１２５ コイル
１３０ 基板
１３１ 裏打ち層
１３２ 記録層

Claims (5)

1. 下地膜と、
   前記下地膜の上に形成され、開口を有する庇形成層と、
   前記庇形成層をエッチングマスクとするエッチングにより、前記開口の縁下方に入り込むように、前記下地膜に形成された凹部と、
   前記凹部を埋め込む鍍金膜と
   を有する電子装置。
2. 前記開口の幅が３００ｎｍ以下である請求項１に記載の電子装置。
3. 前記凹部に埋め込まれた鍍金膜が磁性材料からなり、該鍍金膜を磁極とする磁気記録装置である請求項１または２に記載の電子装置。
4. （ａ）下地膜を準備する工程と、
   （ｂ）前記下地膜上に、開口を有する庇形成層を形成する工程と、
   （ｃ）前記庇形成層をエッチングマスクとして前記下地膜をエッチングし、該庇形成層の開口の縁下方に入り込む凹部を形成する工程と、
   （ｄ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記凹部の内面に鍍金シード膜を形成する工程と、
   （ｅ）前記下地膜上に前記庇形成層が形成された状態で、前記鍍金シード膜を用いた鍍金により、前記凹部を埋め込む鍍金膜を形成する工程と
   を有する電子装置の製造方法。
5. 前記工程（ｄ）は、前記庇形成層上方にも鍍金シード膜を形成し、前記工程（ｅ）は、前記鍍金シード膜を用いた鍍金により、前記庇形成層上方にも鍍金膜を形成し、さらに、（ｆ）前記庇形成層上方の鍍金膜を応力により剥離させる工程を有する請求項４に記載の電子装置の製造方法。

Images