JP2011090767A - 磁気記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 隣接トラックの誤消去を回避しつつトラック密度を最大限に確保することが可能なマイクロ波アシスト方式の磁気記録ヘッドおよびその製造方法を得る。
【解決手段】主磁極層２１ａとＳＴＯ積層体層１１ａとを順次成膜したのち、ＳＴＯ積層体１１および主磁極２１の範囲を画定するための単一のマスク４４を用いたイオンビームエッチング法により、基体に至るまで不要な材料を除去する。ＳＴＯ積層体１１と主磁極２１とがクロストラック方向において完全に自己整合的に位置合わせされた積層体構造が得られる。その結果、隣接トラックの誤消去を回避しつつトラック密度を最大限に確保することが可能なマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドが実現する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、垂直磁気記録ヘッドに関し、特に、記録ビットを書き込もうとする際に、この記録ビットの保磁力を効果的に低減するために局所的なマイクロ波を用いるマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ：Microwave Assisted Magnetic Recording）ヘッドおよびその製造方法に関する。

マイクロ波アシスト磁気記録は、垂直磁気記録を１テラビット／平方インチ以上に拡大させることが期待される次世代技術の１つである。この磁気記録方法は、磁界発生器を記録素子に近接して配置し、媒体の膜面において高い周波数の振動磁界を発生させるものである。この振動磁界の周波数域は、５ＧＨｚないし５０ＧＨｚにもなり得る。この場合、強磁性共鳴（ＦＭＲ：Ferromagnetic Resonance）の作用により、通常の保磁力未満の磁界によって媒体粒子を反転させることが可能となる。すなわち、より低い記録磁界を用いることができる。ただし、このことは、マイクロ波アシスト記録素子のごく近傍でのみ可能である。

マイクロ波磁界発生器は、一般にスピントルク発振器（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）からなる。このスピントルク発振器は、電流が膜面に対して垂直に流れる点において、膜面垂直通電型（ＣＰＰ：Current-Perpendicular-to-Plane）のＧＭＲ構造またはＴＭＲ構造と類似している。ただし、スピントルク発振器の積層体中の磁化方向は、ＣＰＰ−ＧＭＲセンサまたはＣＰＰ−ＴＭＲセンサの磁化方向とは異なっている。Zhu 等による特許文献１には、スピントルク発振器の積層構造の詳細についての記載がある。

図１は、スピントルク発振器の最も単純な構成を模式的に表すものである。このスピントルク発振器１１は、スピン注入層（ＳＩＬ：Spin Injection Layer）１２と、非磁性金属層または絶縁バリア層としての中間層（ＩＬ：Interlayer）１３と、磁界発生層（ＦＧＬ：Field Generating Layer）１４とを有する３層構造を有する。スピン注入層１２の磁化方向は、外部磁界またはその固有磁気異方性により膜面に対して垂直に保たれている。電子がスピン注入層１２を通過すると、この電子のスピンがスピン注入層１２内の磁化によって偏極し、スピン偏極が生じる。このスピン偏極は、中間層１３を通過した電子によって磁界発生層１４へともたらされる。その結果、磁界発生層１４においてスピントルク発振が起こり、これにより発振磁界が発生する。

従来技術を調査したところ、以下の文献を発見した。

Yamada等による特許文献２は、主磁極とトレーリングシールドとの間に設けられたスピントルク発振器を開示している。ただし、このスピントルク発振器の作製方法については詳細な記載がなされていない。

米国特許出願公開第２００８／００１９０４０号明細書 米国特許出願公開第２００９／００５９４２３号明細書

スピントルク発振器をマイクロ波アシスト磁気記録に活用するためには、スピントルク発振器を、書き込み箇所に可能な限り近接して配置する必要がある。すなわち、記録磁極のトレーリング側に配置することが求められる。また、トラック密度を最大限に確保するために、スピントルク発振器からの発振磁界の位置と主磁極からの記録磁界の位置とを、クロストラック方向（トラック幅方向）において完全に一致させることが非常に重要となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、隣接トラックの誤消去を回避しつつトラック密度を最大限に確保することが可能なマイクロ波アシスト方式の磁気記録ヘッドを提供することにある。

本発明の他の目的は、スピントルク発振器と主磁極とが常に完全に位置合わせされた磁気記録ヘッドを得ることにある。

本発明のさらに他の目的は、前記マイクロ波アシスト方式の磁気記録ヘッドに、必要に応じてサイドシールドおよびリーディングシールドを設けることにより、より高い書込性能を有する磁気記録ヘッドを得ることにある。

本発明のさらに他の目的は、マイクロ波アシスト方式の磁気記録ヘッドを形成する際に、スピントルク発振器と主磁極とが自己整合的に位置合わせされるようにすることを可能とする磁気記録ヘッドの製造方法を提供することにある。

上記目的は、スピントルク発振器と主磁極との自己整合的位置合わせを可能とする方法を提供することにより達成される。具体的には、まず、主磁極（ＭＰ）を形成するための材料層とスピントルク発振器（ＳＴＯ）を形成するための材料層とを、処理対象面の全体に順次成膜する。次に、スピントルク発振器ユニットおよび主磁極ユニットの各上面の範囲を画定するための単一のマスクを用意し、このマスクを用いたイオンビームエッチング法により、基体に至るまで不要な材料を除去することにより、スピントルク発振器ユニットと主磁極ユニットとを形成する。

エッチング処理の際、設計者の任意の選択に応じてイオンビームの角度を変えるようにすることもできる。例えば、イオンビームの角度を一貫して単一の角度に維持するようにした場合には、いずれも内側に傾斜すると共に単一平面内にある複数のサイドウォール（側壁）を有する積層ユニットが得られる。あるいは、当初はエッチングが垂直方向に行われるようにイオンビームの方向を設定し、ある所定量の材料が除去されたのちに、垂直方向から離れた角度方向にイオンビームの方向を変更するようにしてもよい。

より詳細には、本発明の上記目的は以下に述べる各手段によって達成される。

本発明における磁気記録ヘッドの製造方法は、自己整合構造を有するマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）ヘッドの製造方法であって、基体上に、主磁極の形成に適した材料からなる主磁極層を形成する工程と、主磁極層の上に、未パターニングのスピントルク発振器（ＳＴＯ）積層体層を成膜する工程と、未パターニングのＳＴＯ積層体層の上に、ＭＡＭＲヘッドを画定するマスクを形成する工程と、未パターニングのＳＴＯ積層体層およびマスクに対して、垂直方向から傾いた方向のイオンビームエッチングを基体に達するまで施すことにより、主磁極とＳＴＯ積層体とを含むと共に内側に向かって傾斜した側壁を有するペデスタルを形成するエッチング工程と、ペデスタルを充填材料の層に封入してなる構造体を形成すると共に、この構造体を平坦化する充填平坦化工程と、ペデスタルの一部をなすＳＴＯ積層体層のうち、ＭＡＭＲヘッドのエアベアリング面となる予定の面から所定距離だけ離れた位置よりも後方の延在領域を選択的に除去する工程と、選択的に除去されたＳＴＯ積層体層の部分を、すべて追加の充填材料により置き換える追加充填工程と、充填材料の層および残存するＳＴＯ積層体層の双方に接するトレーリングシールド層を成膜する工程とを含むものである。

上記の封入平坦化工程には、２つのやり方がある。第１の方法は、マスクを除去してから充填材料の層を成膜することにより、残存するＳＴＯ積層体層の上面と充填材料の層の上面とが同一平面をなすようにするという方法である。第２の方法は、マスクを残したまま充填材料の層を成膜したのち、全体を平坦化して上面を形成し、その後マスクを除去することにより、ＳＴＯ積層体層の上面が構造体の上面よりも５ｎｍないし５０ｎｍ低くなるようにするという方法である。

また、上記のエッチング工程には、２つのやり方がある。第１の方法は、垂直方向に向けられたイオンビームを用いて、未パターニングのＳＴＯ積層体層およびマスクを主磁極層に達するまでエッチングしたのち、イオンビームを垂直方向に対して傾けて、基体に達するまでエッチングを施すという方法である。第２の方法は、まず、垂直方向に向けられたイオンビームを用い、このイオンビームが主磁極層の上面よりも５ｎｍないし５０ｎｍ低い位置に達するまで、マスク、未パターニングのＳＴＯ積層体層および主磁極層を順次エッチングしたのち、次に、イオンビームを垂直方向に対して傾けて、基体に達するまで主磁極層をエッチングするという方法である。

また、トレーリングシールド層を導電性の非磁性材料により形成することにより、トレーリングシールド層を電極として機能させ、主磁極が、ＳＴＯ積層体層の法線方向において有意な磁界をもたない単磁極ヘッドとなるようにしてもよい。これにより、書き込み能力の向上させることができる。

また、上記の充填平坦化工程において、充填材料として磁性材料を用い、サイドシールドを備えたＭＡＭＲヘッドとして構成することも可能である。さらに、主磁極層を成膜する前に、リーディングシールドとして機能する磁性材料層を成膜するようにしてもよい。

また、イオンビームの垂直方向に対する角度は１５°から７５°の範囲にすることが好ましく、ＳＴＯ積層体層は、５ＧＨｚないし５０ＧＨｚの範囲のマイクロ波の発生に最適化されたものであることが好ましい。エアベアリング面となる予定の面から、除去されるべき後方の延在領域までの所定距離は、０．０３μｍないし０．２μｍの範囲にあることが好ましい。

本発明の磁気記録ヘッドは、エアベアリング面を有し自己整合構造を備えたマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）ヘッドであって、内側に向かって傾斜した第１の側壁を有する主磁極が設けられた基体と、内側に向かって傾斜した第２の側壁を有すると共に、エアベアリング面から所定距離だけ離れた位置にまで至る領域における主磁極の上に、これと接するように設けられたスピントルク発振器（ＳＴＯ）と、主磁極の上方に設けられ、下面の一部がスピントルク発振器に接するトレーリングシールドと、基体とトレーリングシールドとの間の、主磁極およびスピントルク発振器の両側に設けられた充填材料とを備え、スピントルク発振器および主磁極は、互いが完全に整合するように位置合わせされた自己整合構造をなしており、主磁極とスピントルク発振器とが接する位置に、エアベアリング面に露出した水平面が形成されないように構成されたものである。

本発明の磁気記録ヘッドでは、トレーリングシールドの下面が一平面となるようにし、この一平面がスピントルク発振器の上面と直接に接触するようにしてもよいし、あるいは、トレーリングシールドが、その下面から下方に５ｎｍないし５０ｎｍだけ突き出た突出部を介してスピントルク発振器と接触するようにしてもよい。

本発明の磁気記録ヘッドでは、スピントルク発振器が垂直な側壁を有し、主磁極が、スピントルク発振器の下面から下方に向かって５ｎｍないし５０ｎｍにわたり垂直な側壁を有するとともに、そこから下方に向かって、垂直方向に対して４°ないし２０°の角度で内側に傾斜した側壁を有するようにしてもよい。

本発明の磁気記録ヘッドでは、トレーリングシールド層を導電性の非磁性材料により形成することにより電極としてのみ機能させることにより、主磁極が、スピントルク発振器の積層体の法線方向において有意な磁界をもたない単磁極ヘッドとして機能するようにしてもよい。これにより、書き込み能力が向上改善される。

本発明の磁気記録ヘッドでは、充填材料として磁性材料を用いることにより、ＭＡＭＲヘッドがサイドシールドを備えるようにしてもよい。また、主磁極と基体との間に、リーディングシールドとして機能する磁性材料層をさらに備えるようにしてもよい。スピントルク発振器は、５ＧＨｚないし５０ＧＨｚの範囲のマイクロ波の発生に最適化されたものが好ましい。エアベアリング面からスピントルク発振器までの所定距離は、０．０３μｍないし０．２μｍの範囲内であることが好ましい。

このように本発明の磁気記録ヘッドおよびその製造方法によれば、主磁極形成用の材料層とスピントルク発振器形成用の材料層とを全体に順次成膜したのち、スピントルク発振器および主磁極の範囲を画定するための単一のマスクを用いたイオンビームエッチング法により、基体に至るまで不要な材料を除去するようにしたので、スピントルク発振器と主磁極とが自己整合的に位置合わせされた積層体構造を得ることができ、その結果、隣接トラックの誤消去を回避しつつトラック密度を最大限に確保することが可能なマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを実現することができる。

両側の保護層（ルテニウム層など）の図示を省略した、スピン注入層と、中間層と、磁界発生層とを有するスピントルク発振器積層体を示す模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、比較例に係るマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの形成方法における各工程をエアベアリング面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface ）から見た状態を示す図である。 （ａ）は第１の実施の形態、（ｂ）は第２の実施の形態、（ｃ）は第３の実施の形態、（ｄ）は第４の実施の形態を示す図である。 第１の実施の形態の磁気記録ヘッドを製造するための各工程を示す図であり、（ａ）〜（ｇ）はエアベアリング面から見た状態を示し、（ａ´）〜（ｇ´）は縦断面を示す。 第２の実施の形態の磁気記録ヘッドを製造するための各工程を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はエアベアリング面から見た状態を示し、（ａ´）〜（ｄ´）は縦断面を示す。 各実施の形態の変形例（サイドシールドおよびリーディングシールドの少なくとも一方を備えた例）を示す図であり、エアベアリング面から見た状態を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本実施の形態の説明に先立ち、まず、比較例について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、比較例に係る磁気記録ヘッドを形成するための要部工程を表すものであり、具体的には、書込素子にスピントルク発振器を組み合わせたものを形成する方法を示している。なお、図２（ａ）〜（ｅ）に示す工程および結果として得られる構造体は、本発明者が以前より採用しているものであるが、公知となった技術ではない。

図２（ａ）は、基体２３の上に設けられた主磁極２１が充填絶縁層２２により埋設された状態をエアベアリング面側から見て図示したものである。充填絶縁層２２は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）である。この状態から、図２（ｂ）に示すように、主磁極２１の上面と、充填絶縁層２２の上面とを完全に覆うように、スピントルク発振器積層体層（以下、ＳＴＯ積層体層という。）１１ａを成膜する。次に、図２（ｃ）に示すように、主磁極２１の真上の、できるだけその近くに位置合わせをするようにして、エッチング用のマスク２４を形成する。マスク２４には、例えばフォトレジストが用いられるが、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）もしくは窒化シリコン（ＳｉＮ）等の材料からなるハードマスクであってもよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、イオンビームエッチング法または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法を用いて、ＳＴＯ積層体層１１ａのすべての未被覆部分と、主磁極２１および充填絶縁層２２のうちの深さ約１０ｎｍ〜２０ｎｍまでの部分とを除去する。これにより、図２（ｄ）に示すような外観の、ＳＴＯ積層体１１を含む構造体が得られる。次に、図２（ｅ）に示すように、残っているすべてのフォトレジスト材料またはハードマスク材料を除去する。このハードマスク材料は、例えば、適切な化学物質を使用した反応性イオンエッチング法を用いて、選択的に除去するようにしてもよい。最後に、上記のエッチングにより失われた充填絶縁層を補充したのち、（例えば電着法を用いて）トレーリングシールド２５を形成する。これにより製造工程が終了する。

図２（ａ）〜（ｅ）に示した製造工程には、いくつかの不都合がある。

第１に、主磁極２１を形成したのち、この主磁極２１とＳＴＯ積層体１１とを、クロストラック方向（トラック幅の方向）において高精度に位置合わせすることは極めて困難である点が挙げられる。図２（ｃ）および（ｄ）に示したように、主磁極２１を形成した際のフォトリソグラフィ工程とは別のフォトリソグラフィ工程を用いてＳＴＯ積層体層１１ａのトラック幅を画定しているからである。

第２は、主磁極２１および充填絶縁層２２に対する化学的機械的平坦化（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Planarization）処理を行うことにより、図２（ａ）に示した構造体が得られるが、このとき、最終的なエアベアリング面となる位置のすぐ近傍の、ちょうど主磁極２１の領域には、若干の非平面性が存在することが多い点である。これは、主磁極２１の材料とその周囲の材料との間に、ＣＭＰ処理の研磨速度の差が存在することに起因するものである。このことは、ＳＴＯ積層体１１の品質に悪影響を与え、その結果、ＳＴＯ積層体から発生する発振磁界の性能が低下してしまう可能性がある。

以下、上記の不具合を解消した本発明のいくつかの実施の形態について説明する。以下の説明では、本発明の６つの異なる実施の形態を開示する。これらの実施の形態には、スピントルク発振器とトレーリングシールドとのコンタクトをとるための２つの態様と、主磁極からの横方向への磁束漏れを低減するために非磁性のトレーリング「シールド」を用いる態様と、サイドシールドおよびリーディングシールドを設ける態様とを含んでいる。

＜第１の実施の形態＞
図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）ヘッドの要部断面構造を表すものである。なお、図３における各分図では、主磁極２１およびＳＴＯ積層体１１の積層構造の両側の充填絶縁層と、基体については、図示を省略している。
図３（ａ）に示すように、このＭＡＭＲヘッドは、主磁極２１と、トレーリングシールド２５と、この主磁極２１とトレーリングシールド２５との間に挟まれたＳＴＯ積層体１１とを有している。本実施の形態では、トレーリングシールド２５が磁性金属から構成され、磁気シールドとして機能するようになっている。また、主磁極２１およびトレーリングシールド２５は、電流（ＣＰＰ電流）が確実にＳＴＯ積層体１１の内部を垂直に流れるようにするため、ＳＴＯ積層体１１の電極としてもそれぞれ機能するようになっている。

主磁極２１は、傾斜した側壁を有している。これにより、主磁極２１は、ヘッドのスキュー状態におけるサイドライト（side writing）を低減するため、台形または三角形の磁極形状を呈している。図３（ａ）に示すように、エアベアリング面から見た場合、主磁極２１のトレーリングエッジの上に位置するＳＴＯ積層体１１は、主磁極２１の形状および位置と自己整合的に位置合わせされており、ＳＴＯ積層体１１および主磁極２１の側壁はともに同一平面をなしている。なお、ＳＴＯ積層体１１は、図１に示した構造と同様に、下側から上側に順に、スピン注入層と、中間層と、磁界発生層とを有するボトムトップ構造を有するものとしてもよいし、あるいは、磁界発生層／中間層／スピン注入層という順の積層構造を用いてもよい。なお、ボトムギャップ層およびキャップ層などの各種付加的な層や、積層体の内部の考えられ得るいくつかの任意の挿入層については、図示を省略している。

＜第２の実施の形態＞
図３（ｂ）に示すように、第２の実施の形態は、トレーリングシールド２５が、その下面側に、自己整合構造の一部をなす下側突出部２５ｐ１を有し、この下側突出部２５ｐ１とＳＴＯ積層体１１と主磁極２１とが自己整合的に（すなわち、三者の側面がいずれも同一平面をなすように）形成されている。この点を除き、図３（ａ）に示した第１の実施の形態と同様である。

＜第３の実施の形態＞
図３（ｃ）に示すように、第３の実施の形態では、主磁極２１の上側部分がほぼ垂直な側壁を有すると共にＳＴＯ積層体１１もまたほぼ垂直な側壁を有し、さらに、主磁極２１の上側部分のほぼ垂直な側壁は、ＳＴＯ積層体１１のほぼ垂直な側壁を経由して、トレーリングシールド２５の底面にまで上方に連続している。すなわち、主磁極２１の上側部分とＳＴＯ積層体１１とが自己整合的に（すなわち、両者の側面が同一平面をなすように）形成されている。この点を除き、本実施の形態は図３（ａ）に示した第１の実施の形態と同様である。

＜第４の実施の形態＞
図３（ｄ）に示すように、第４の実施の形態では、トレーリングシールド２５が、その下面側に、自己整合構造の一部をなす下側突出部２５ｐ２を有し、主磁極２１の側壁が、ＳＴＯ積層体１１およびトレーリングシールド２５の各側面を経て、上方に、トレーリングシールド２５の下面まで連続している。すなわち、下側突出部２５ｐ２とＳＴＯ積層体１１と主磁極２１の上側部分とが自己整合的に（すなわち、三者の側面がいずれも同一平面をなすように）形成されている。この点を除き、図３（ａ）に示した第１の実施の形態と同様である。なお、トレーリングシールド２５の下側突出部２５ｐ２は、トレーリングシールド２５から下方に、例えば、５〜５０ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ程度延在している。

＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態は、トレーリングシールドが非磁性金属から構成されている点を除き、上述した第１から第４の実施の形態のいずれかと同様である。すなわち、本実施の形態では、トレーリングシールド２５は、電極としての機能を有することのみを目的としており（この場合には「シールド」という称呼は当てはまらなくなるが）、非磁性金属から構成されている。その結果、主磁極２１は、モノポール（単磁極）ヘッドとなっている。この場合、主磁極１１からトレーリングシールド２５に向かう、ＳＴＯ積層体１１に垂直な方向の磁界はほとんど存在しなくなることから、モノポールヘッドから媒体に向かう垂直記録磁界は、上述の第１から第４の実施の形態と比較して強力となる。なお、本実施の形態では、ＳＴＯ積層体１１における、積層体と垂直な方向の磁化を、結晶磁気異方性などの他の何らかの手段を用いて維持することが必要となる。

＜第６の実施の形態＞
第６の実施の形態は、非磁性ギャップ層６３を介して主磁極２１から離間したサイドシールド６１およびリーディングシールド６２が設けられている点を除き、上述した第１から第５の実施の形態のいずれかと同様である。サイドシールド６１は磁性金属からなり、非磁性ギャップ層６３を介して主磁極２１の両側に設けられる。リーディングシールド６２もまた同様の磁性金属からなり、主磁極２１のリーディング側に設けられる。なお、サイドシールド６１およびリーディングシールド６２のうち、いずれか一方のみを設けるようにしてもよい。特に、基体２３が適切な磁性材料からなる場合には、あえてリーディングシールド６２を設ける必要はない。基体２３がリーディングシールドとして機能し得るからである。

＜積層構造の作製方法＞
次に、図４および図５を参照して、上記の各実施の形態に係るＭＡＭＲヘッドの製造方法について説明する。
まず、第１および第２の実施の形態（図３（ａ）、図３（ｂ））において示したＭＡＭＲヘッドの製造方法について説明する。図４（ａ）〜図４（ｇ）および図５（ａ）〜図５（ｄ）は、エアベアリング面から見た図であり、図４（ａ´）〜図４（ｇ´）および図５（ａ´）〜図５（ｄ´）は、主磁極２１の中心に沿って示す断面図である。各断面図において破線により示す縦線Ｌは、のちにエアベアリング面となる位置を表している。

図４（ａ）〜（ｄ）および図４（ａ´）〜（ｄ´）に示す各工程は、第１および第２の実施の形態のＭＡＭＲヘッドを製造する上で共通の工程であり、以下、これらの実施の形態をまとめて説明する。

図４（ａ）および図４（ａ´）に示すように、まず、主磁極を形成するのに適した材料からなる主磁極層２１を、基体２３の上に成膜する。
次に、図４（ｂ）および図４（ｂ´）に示すように、未パターニングのＳＴＯ積層体層１１ａを成膜する。
次に、図４（ｃ）および図４（ｃ´）に示すように、フォトレジストまたはハードマスクなどのマスク４４を、ＳＴＯ積層体層１１ａの上に形成したのち、垂直方向に対して１５°から７５°（好ましくは３０°（±１０°））の角度の方向からイオンビームエッチング４１によるエッチング処理を行う。これにより、図４（ｄ）および図４（ｄ´）に示すように、内側に傾斜した側壁を有するペデスタル４３が形成される。これ以降の工程は、第１および第２の実施の形態で分かれる。

図４（ｅ）および図４（ｅ´）は、第１の実施の形態のＭＡＭＲヘッド（図３（ａ））を形成する際の最後の３つの工程のうちの第１の工程を示している。この工程では、はじめに、ペデスタル４３からマスク４４を除去することにより、自己整合的にパターニングされた主磁極２１およびＳＴＯ積層体層１１ａからなる積層構造体４５を得る。
次に、この積層構造体４５を新たな充填絶縁層２２を用いて埋設したのち、平坦化処理を行う。これにより、図４（ｅ）に示す外観が得られる。なお、充填絶縁層２２の層は、主磁極２１とＳＴＯ積層体層１１の外側（クロストラック方向の両側）にのみ存在することから、図４（ｅ´）には充填絶縁層２２が図示されていない。

次の第２の工程では、図４（ｆ´）に示すように、ＳＴＯ積層体層１１ａのうち、のちにエアベアリング面となる位置Ｌから０．０３μｍないし０．２μｍ離れた位置よりも後方領域に延在する層部分を除去し、残存部分パターンとしてのＳＴＯ積層体１１を形成すると共に、除去した層部分を別の新たな充填絶縁層２２ａにより置き換える。
最後の工程では、図４（ｇ）および図４（ｇ´）に示すように、ＳＴＯ積層体１１および充填絶縁層２２の上にトレーリングシールド２５を成膜する。このトレーリングシールド２５の下面は単一の平面であり、ＳＴＯ積層体１１ａと直接に接することになる。すなわち、トレーリングシールド２５の下面におけるＳＴＯ積層体１１と接する部分には、下方に突出する突出部が形成されない。

図５（ａ）〜図５（ｄ）および図５（ａ´）〜図５（ｄ´）は、第２の実施の形態のＭＡＭＲヘッド（図３（ｂ））の製造方法を示している。図４（ａ）〜（ｄ）および図４（ａ´）〜（ｄ´）に示す各工程は、上述したように第１の実施の形態の製造工程と共通であり、この図５（ａ）および図５（ａ´）は、それぞれ図４（ｄ）および図４（ｄ´）に続く工程である。
図５（ａ）における、図４（ｅ）との主な違いは、充填絶縁層２２を成膜して平坦化処理を行う際に、上記のイオンビームエッチングで残ったマスク４４の部分をそのまま残存させておく点にある。このマスク４４の残存部分は、平坦化処理が終了したのちにはじめて除去される。この場合の平坦化処理のためのＣＭＰは、ＳＴＯ積層体１１ａの上面が露出するまで行うのではなく、マスク４４の残存部分がまだ残っていてＳＴＯ積層体１１ａの上面が露出しない段階で止めるようにする。これにより、図５（ｂ）および図５（ｂ´）に外観を示すように、ＳＴＯ積層体１１ａの上面が充填絶縁層２２の上面よりも例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍ程度低くなる。

次に、図５（ｃ´）に示すように、ＳＴＯ積層体層１１ａのうち、のちにエアベアリング面となる位置Ｌから０．０３μｍないし０．２μｍ離れた位置よりも後方領域に延在する層部分を除去し、残存部分パターンとしてのＳＴＯ積層体１１を形成すると共に、除去した層部分を別の新たな充填絶縁層２２により置き換える。

最後に、図５（ｄ）および図５（ｄ´）に示すように、トレーリングシールド２５を成膜する。このトレーリングシールド２５の下面のうちＳＴＯ積層体１１と重なる領域には、下方に突出する下側突出部２５ｐ１が形成され、その下面がＳＴＯ積層体１１の上面と接触することとなる。

第３および第４の実施の形態に係るＭＡＭＲヘッドの製造方法は、主に、ペデスタル４３を成形する第３の工程（図４（ｃ）、図４（ｄ））の細部の実行方法が、第１および第２の実施の形態の場合とは異なっている。具体的には、第１および第２の実施の形態において形成される構造体（図３（ａ）、図３（ｂ））の外形は、例えば、イオンビームの角度をエッチング期間中、一定の角度に一貫して維持することにより得られる。
他方、第３および第４の実施の形態の構造体（図３（ｃ）、図３（ｄ））を形成する場合には、当初は垂直方向のイオンビームを用い、その後、主磁極層２１ａのエッチングが開始した際に、イオンビームの方向を垂直方向から傾いた方向に変更する。これ以外は、第１および第２の実施の形態の構造体を形成するのに用いられる工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、第３および第４の実施の形態では、イオンビームが主磁極層２１ａの上面よりも５ｎｍ〜５０ｎｍ程度下方のレベルに達した時点でイオンビームの方向を変更するようにしたが、主磁極層２１ａの上面に達した時点で直ちに方向を変更するようにしてもよい。

第６の実施の形態に係るＭＡＭＲヘッドは、図４（ｅ）および図５（ａ）に示した第５の工程に代えて、非磁性サイドギャップ層６３の形成後、前述した充填絶縁層２２ではなくサイドシールド６１を形成する工程を行うことにより製造することができる。サイドシールド６１は例えば電鋳法により成膜可能である。また、リーディングシールドは、例えば、図４（ａ）に示した第１の工程において主磁極層２１ａを形成する前に、基体２３の上に成膜可能である。

このように、上記の各実施の形態によれば、ＳＴＯ積層体１１は、主磁極２１のトレーリングエッジに対して完全に位置合わせされる自己整合構造を確保し得る単一ステップの工程により形成される。この場合、所望により、主磁極２１のトレーリングエッジに対応する領域に、トレーリングシールドから下方へと突出する突出部を設けるようにしてもよい。

また、ＳＴＯ積層体１１と主磁極２１とは完全に位置合わせされた状態にあるので、従来の記録ヘッドを本実施の形態のＭＡＭＲヘッドに置き換えることにより、クロストラック方向における分解能の低下を回避することができる。

さらに、ＳＴＯ積層体１１は平坦面の上に形成されているので、積層構造の性質およびＭＡＭＲヘッドとしてのデバイス性能が向上する。すなわち、図２に示した比較例では、主磁極２１および充填絶縁層２２に対するＣＭＰ処理を行ってからその上にＳＴＯ積層体１１を形成するようにしているので、最終的なエアベアリング面となる位置のすぐ近傍の主磁極２１の領域に若干の非平面性が生じやすく、その上に形成されるＳＴＯ積層体１１の積層構造の質に悪影響を与える結果、ＳＴＯの発振磁界性能が低下するおそれがあるのに対し、上記各実施の形態では、主磁極層２１ａを成膜した後、続けてその上にＳＴＯ積層体層１１ａを成膜し、しかるのちパターニングを行ってＳＴＯ積層体１１を形成するようにしたので、そのＳＴＯ積層体１１の積層構造の質が低下することがなく、したがって、ＳＴＯの発振磁界性能が低下することもない。

以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記の各実施の形態で例示した各数値範囲や材料には限定されず、それ以外の数値範囲や材料を採用することも可能である。

１１ａ…ＳＴＯ積層体層、１１…ＳＴＯ積層体、１２…スピン注入層、１３…中間層、１４…磁界発生層、２１…主磁極、２１ａ…主磁極層、２２，２２ａ…充填絶縁層、２３…基体、２５…トレーリングシールド、２５ｐ１，２５ｐ２…下側突出部、４３…ペデスタル、４４…マスク、６１…サイドシールド、６２…リーディングシールド、６３…非磁性サイドギャップ層。

Claims (20)

1. 自己整合構造を有するマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）ヘッドの製造方法であって、
   基体上に、主磁極の形成に適した材料からなる主磁極層を形成する工程と、
   前記主磁極層の上に、未パターニングのスピントルク発振器（ＳＴＯ）積層体層を成膜する工程と、
   前記未パターニングのＳＴＯ積層体層の上に、前記ＭＡＭＲヘッドを画定するマスクを形成する工程と、
   前記未パターニングのＳＴＯ積層体層および前記マスクに対して、垂直方向から傾いた方向のイオンビームエッチングを前記基体に達するまで施すことにより、前記主磁極とＳＴＯ積層体とを含むと共に内側に向かって傾斜した側壁を有するペデスタルを形成するエッチング工程と、
   前記ペデスタルを充填材料の層に封入してなる構造体を形成すると共に、この構造体を平坦化する充填平坦化工程と、
   前記ペデスタルの一部をなすＳＴＯ積層体層のうち、前記ＭＡＭＲヘッドのエアベアリング面となる予定の面から所定距離だけ離れた位置よりも後方の延在領域を選択的に除去する工程と、
   選択的に除去された前記ＳＴＯ積層体層の部分を、すべて追加の充填材料により置き換える追加充填工程と、
   前記充填材料の層および残存するＳＴＯ積層体層の双方に接するトレーリングシールド層を成膜する工程と
   を含む磁気記録ヘッドの製造方法。
2. 前記封入平坦化工程において、
   前記マスクを除去したのち、前記充填材料の層を成膜することにより、前記残存するＳＴＯ積層体層の上面と前記充填材料の層の上面とが同一平面をなすようにする
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
3. 前記封入平坦化工程において、
   前記マスクを残したまま前記充填材料の層を成膜したのち、前記構造体を平坦化してその上面を形成し、その後前記マスクを除去することにより、前記ＳＴＯ積層体層の上面が前記構造体の前記上面よりも５ｎｍないし５０ｎｍ低くなるようにする
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
4. 前記エッチング工程において、
   垂直方向に向けられたイオンビームを用いて、前記未パターニングのＳＴＯ積層体層および前記マスクを前記主磁極層に達するまでエッチングしたのち、前記イオンビームを前記垂直方向に対して傾けて、前記基体に達するまでエッチングを施す
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
5. 前記エッチング工程において、
   垂直方向に向けられたイオンビームを用いて、前記イオンビームが前記主磁極層の上面よりも５ｎｍないし５０ｎｍ低い位置に達するまで、前記マスク、前記未パターニングのＳＴＯ積層体層および前記主磁極層を順次エッチングしたのち、前記イオンビームを前記垂直方向に対して傾けて、前記基体に達するまで前記主磁極層をエッチングする
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
6. 導電性の非磁性材料を用いて前記トレーリングシールド層を形成することにより、前記トレーリングシールド層を電極として機能させると共に、前記主磁極が、前記ＳＴＯ積層体層の法線方向において有意な磁界をもたない単磁極ヘッドとなるようにすることにより、書き込み能力を向上させる
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
7. 前記充填平坦化工程において、前記充填材料として磁性材料を用いることにより、前記ＭＡＭＲヘッドにサイドシールドを設ける
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
8. さらに、
   前記主磁極層を成膜する前に、リーディングシールドとして機能する磁性材料層を成膜する工程を含む
   請求項７に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
9. 前記イオンビームの前記垂直方向に対する角度が１５°から７５°の範囲にある
   請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
10. 前記ＳＴＯ積層体層が、５ＧＨｚないし５０ＧＨｚの範囲のマイクロ波の発生に最適化されている
    請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
11. 前記エアベアリング面となる予定の面から前記延在領域までの前記所定距離が、０．０３μｍないし０．２μｍの範囲である
    請求項１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
12. エアベアリング面を有し自己整合構造を備えたマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）ヘッドであって、
    内側に向かって傾斜した第１の側壁を有する主磁極が設けられた基体と、
    内側に向かって傾斜した第２の側壁を有すると共に、前記エアベアリング面から所定距離だけ離れた位置にまで至る領域における前記主磁極の上に、これと接するように設けられたスピントルク発振器（ＳＴＯ）と、
    前記主磁極の上方に設けられ、下面の一部が前記スピントルク発振器に接するトレーリングシールドと、
    前記基体と前記トレーリングシールドとの間の、前記主磁極および前記スピントルク発振器の両側に設けられた充填材料と
    を備え、
    前記スピントルク発振器および前記主磁極は、互いが完全に整合するように位置合わせされた自己整合構造をなしており、前記主磁極と前記スピントルク発振器とが接する位置に、前記エアベアリング面に露出した水平面が形成されないように構成された
    磁気記録ヘッド。
13. 前記トレーリングシールドの前記下面が単一の平面である
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
14. 前記トレーリングシールドは、その下面から下方に５ｎｍないし５０ｎｍだけ突き出た突出部を介して前記スピントルク発振器と接している
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
15. 前記スピントルク発振器は垂直な側壁を有し、
    前記主磁極は、前記スピントルク発振器の下面から下方に向かって５ｎｍないし５０ｎｍにわたり垂直な側壁を有するとともに、そこから下方に向かって、垂直方向に対して４°ないし２０°の角度で内側に傾斜した側壁を有する
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
16. 前記トレーリングシールド層は、導電性の非磁性材料からなる結果、電極として機能し、
    前記主磁極は、前記スピントルク発振器の積層体の法線方向において有意な磁界をもたない単磁極ヘッドとして構成され、
    これにより、書き込み能力が向上改善されている
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
17. 前記充填材料が磁性材料であり、これにより、前記ＭＡＭＲヘッドがサイドシールドを備える
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
18. 前記主磁極と前記基体との間に、リーディングシールドとして機能する磁性材料層をさらに備えた
    請求項１７に記載の自己整列構造を備えた磁気記録ヘッド。
19. 前記スピントルク発振器が、５ＧＨｚないし５０ＧＨｚの範囲のマイクロ波の発生に最適化されている
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。
20. 前記エアベアリング面から前記スピントルク発振器までの前記所定距離が、０．０３μｍないし０．２μｍの範囲である
    請求項１２に記載の磁気記録ヘッド。

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