JP2504160B2 - 磁気抵抗効果型ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果型ヘッド及びその製造方法

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JP2504160B2 JP1023238A JP2323889A JP2504160B2 JP 2504160 B2 JP2504160 B2 JP 2504160B2 JP 1023238 A JP1023238 A JP 1023238A JP 2323889 A JP2323889 A JP 2323889A JP 2504160 B2 JP2504160 B2 JP 2504160B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は磁気記録媒体に書き込まれた磁気的情報を、
強磁性磁気抵抗効果を利用して読み出す強磁性磁気抵抗
効果素子(以下、MR素子と略す)を用いた磁気抵抗効果
型ヘッド(以下、MRヘッドと略す)及びその製造方法に
関するものである。
(従来の技術) NiFe,NiCo等の薄膜よりなるMR素子に用いたMRヘッド
は、磁気記録媒体との相対速度に依存せず高い再生出力
を有するため、小型高記録密度磁気ディスク装置等の再
生専用ヘッドとして注目されており、各所で精力的な開
発が行われている。
ところで、通常このMRヘッドにおいてMR素子の分解能
を高めるため、高透磁率材料より成る上下両シールド層
の間に絶縁層を介してMR素子を配置した構造となってい
る。第4図にこの様なMRヘッドの概略構造を示した。な
お、第4図はMRヘッドを媒体対抗面側からみた断面図で
ある。
すなわち第4図に示した様に、Al2O3−TiCあるいはガ
ラス等より成る基板1上に非磁性の絶縁層2を成膜後、
NiFe膜あるいはCo−金属系非晶質膜から成る下シールド
層3及び上シールド層7の間に、所定の膜厚(通常、0.
2〜0.3μmの厚み)を有する非磁性の絶縁層4並びに6
を介して、MR素子5(例えば、膜厚200〜500ÅのNiFe合
金膜)が挿入された構造を有している。
この様なMRヘッドにおいては、上下両シールド層6及
び4により磁気記録媒体上に書き込まれた隣接ビットか
らの漏洩磁界の大半がシールド層4,6に流入し、MR素子
5には殆ど流入しないため極めて高い分解能を有するMR
ヘッドが実現される。従って、上述したシールド層を具
備したMRヘッドは、今後の高記録密度磁気記録装置の再
生専用ヘッドとして益々その役割が重要と成りつつあ
る。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、第4図に示した如きMRヘッドは以下に
述べるような大きな課題があった。
即ち、下シールド層3の膜厚はシールド効果を十分に
実現するため1〜3μmと厚く設定され、一方下シール
ド層3上に形成される絶縁層4の膜厚は、MRヘッドの分
解能の観点から通常0.1〜0.3μmと下シールド層3に比
較して一桁小さく設定される。従って、従来のMRヘッド
においては絶縁層4は下シールド層3の大きな段差(段
差の高さは下シールド層3の膜厚に等しい)を経験する
こととなる。この様な下シールド層3による段差を経験
した絶縁層4においては、段差部(具体的には下シール
ド層3パターンの側壁部分)において、パターンによる
陰影効果のため膜厚が設定値より減少し、しかも同時に
膜質が劣化(例えばピンホール数の増加)するため、MR
素子5と下シールド層3との間で数多くの電気的短絡が
生じ、大きな課題となっていた。
また、絶縁層4上に形成されるMR素子5においても事
情は同じであり、下シールド層3による段差部において
膜厚が減少するため、センス電流を通電した際、段差部
で局部的に電流密度が増大してMR素子5に断線が数多く
発生し、やはり大きな課題となっていた。
以上のように、下シールド層3の段差が存在している
従来のMRヘッドにおいては、絶縁層4の絶縁不良による
短絡やMR素子5の断線が数多く発生し、信頼性に大きな
問題があった。
(課題を解決するための手段) 本発明によれば、非磁性基板上に絶縁層を介して形成
された高透磁率薄膜よりなる下シールド層と、該下シー
ルド層上に下シールド層を埋め込み、下シールド層の段
差を解消すると同時に該下シールド層上に平坦化されて
形成された単一で非磁性の絶縁層を介して積層された強
透磁率薄膜よりなる上シールド層とからなることを特徴
とするMRヘッドが得られ、さらに好ましくは、前記下シ
ールド層とMR素子との間の非磁性絶縁層が酸化珪素から
なり、MR素子と上シールド層との間の非磁性絶縁層が酸
化アルミニウムより成ることを特徴とするMRヘッドが得
られる。また、本発明によるMRヘッドは下シールド層形
成後酸化珪素よりなる絶縁層を成膜する工程、前記絶縁
層上にポリスチレン等の有機膜をスピン塗布して熱処理
する工程、CF4ガスと酸素ガスの混合雰囲気中でエッチ
バックを行い前記有機塗布膜の平坦面を酸化珪素より成
る絶縁層上に転写する工程、少なくとも目合わせマーク
の形成された領域上に存在する酸化珪素より成る絶縁層
を除去する工程、MR素子を形成する工程、前記MR素子上
に非磁性の絶縁層を形成する工程、前記非磁性の絶縁層
上に上シールド層を形成する工程とをこの順序で含むMR
ヘッドの製造方法を実施することにより実現される。
(作用) 本発明のMRヘッドでは下シールド層とMR素子との間の
非磁性絶縁層が下シールド層の段差を解消しているの
で、電気的短絡や断線のないMRヘッドが得られる。ま
た、特に下シールド層とMR素子との間の非磁性絶縁層と
して透明な酸化珪素を用いることによって、目合わせが
容易になる。また、酸化珪素はCFガスによって容易にエ
ッチングされるので本発明の製造方法によって容易に平
坦化される。さらに、MR素子と上シールド層との間の非
磁性層に酸化アルミニウムを用いることで上シールド層
のパターニングの時MR素子を破壊することがない。
表1は、模擬実験として幅50μm、膜厚3μmの下シ
ールド層をガラス基板上に形成した後、下シールド層を
従来通り平坦化せずにMR素子を形成したエレメント(全
エレメント数:500個)及び下シールド層を平坦化した後
MR素子を形成したエレメント(全エレメント数:500個)
の2種類のエレメントを作製し、25mAのセンス電流を連
続通電しながら、90℃の電気炉中に1500時間放置したの
ちの短絡(下シールド層とMR素子の間)あるいは断線し
たエレメントの数を示した表である。尚、MR素子と下シ
ールド層の間の絶縁層の膜厚は0.2μmとした。
表1からも明らかな通り、本発明に係わる下シールド
層を平坦化したエレメントにおいて短絡及び断線は極め
て少なく、下シールド層上に形成される絶縁層が下シー
ルド層を埋め込み、しかも段差を解消して平坦面を成す
構造を有する本発明によるMRヘッドにおいては従来のMR
ヘッドに比較して信頼性の高いMRヘッドが実現される。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示す概略断面図である。
なお、第1図はMRヘッドを媒体対抗面側からみた図であ
る。
第1図において、Al2O3−TiC等よりなる基板1上にス
パッタ法を用いて酸化アルミニウム膜よりなる絶縁層2
を成膜した。絶縁層2の膜厚は約20μmである。つい
で、スパッタ法を用いて膜厚3μmのNiFe膜(Ni:80重
量%)を成膜し、公知のフォトリソグラフィー技術を用
いてパターン化して下シールド層3を形成した。なお、
NiFe膜の成膜条件は、投入電力600W、Arガス圧力5mTor
r、基板温度120℃、基板印加バイアス電圧−150Vであ
る。その後、下シールド層3上に酸化珪素膜をスパッタ
法により成膜して下シールド層3を埋込み、しかるのち
酸化珪素膜をエッチバック法により平坦化して、平坦面
を有する絶縁層4を形成した。なお、エッチバックは下
シールド層3のパターン面上の酸化珪素膜の厚みが2000
Åとなった時点で終了した。
ついでNiFe膜とAu膜の積層膜を蒸着法を用いて成膜
し、公知のフォトリソグラフィー技術及びイオンミリン
グ法(Ar圧力0.1mTorr、加速電圧500V)を用いてパター
ン化してMR素子5を形成した。ついで、酸化アルミニウ
ム膜から成る絶縁層6(膜厚2000Å)をスパッタ法によ
り成膜した後、下シールド層3と同様にして上シールド
層7を形成してMRヘッドを作製した。
ここで酸化珪素膜のかわりに窒化珪素膜、酸化タンタ
ル膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜を用いること
もできる。また、酸化アルミニウム膜のかわりに酸化タ
ンタル膜、窒化珪素膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウ
ム膜を用いることもできる。
以下、第2図及び第3図により下シールド層3上に酸
化珪素膜を成膜した時点以降の製造工程を詳細に述べ
る。第2図(a)は下シールド層3上に酸化珪素膜10を
スパッタ法により成膜した状態を示す図である。酸化珪
素膜の成膜条件は、投入電力600W、Arガス圧力5mTorr、
基板温度20℃、基板印加バイアス電圧−75Vであり、酸
化珪素膜の膜厚は3.5μmとした。第2図(a)の状態
においては、下シールド層3による段差(段差の高さは
下シールド層3の膜厚に等しい)が残存している。その
後、ポリスチレン(濃度45重量%)をスピン塗布(塗布
膜厚は2μm)し、160℃の窒素雰囲気中で1時間熱処
理して塗布ポリスチレンを流動させて段差を平坦化し、
平坦面を有するポリスチレン層8を形成した(第2図
(b))。
ついで、第2図(c)に示した如く、CF4とO2の混合
ガス雰囲気中でエッチバックを行い、ポリスチレン層8
の平坦面を酸化珪素膜10に転写した。エッチバックの条
件は、CF4ガス流量30SCOM、O2ガス流量3SCOM、混合ガス
の圧力5pa、投入電力100Wである。尚、前述したように
エッチバックは、下シールド層3のパターン面上の酸化
珪素膜の厚みが2000Åとなった時点で終了した。本工程
後においては、下シールド層3の段差(初期段差3μ
m)は約30Åに低減され、ほぼ理想的な平坦面を有する
絶縁層4が実現された。
次に、第2図(d)に示した様に絶縁層4上にNiFe膜
(Ni:82重量%、膜厚400Å)とAu膜(膜厚3000Å)の積
層膜を蒸着法を用いて成膜し、公知のフォトリソグラフ
ィー技術及びイオンミリング法(Ar圧力0.1mTorr、加速
電圧500V)を用いてMR素子5を形成し、引き続いて酸化
アルミニウム膜より成る絶縁層6(膜厚2000Å)をスパ
ッタ法(投入電力600W、Arガス圧力5mTorr)で成膜し
た。ここで、絶縁層6の膜質を酸化アルミニウムとした
のは、酸化アルミニウムのイオンミリグレートが小さく
(例えば酸化珪素膜の約1/4)、上シールド層7のパタ
ーニング時にMR素子5を保護する能力が高いためであ
る。その後、上シールド層7を下シールド層と全く同様
にして形成し、MRヘッドを完成させた。
尚、第2図(d)に示した工程を実施に先立って目合
わせマークの露出工程を実施しておくことが、以後の製
造工程を容易且つ確実に実施する上で重要であり、ここ
でこの目合わせマークの露出工程の必要な理由及びその
概略工程を第3図を用いて説明する。
第3図(b)は、平坦面を有する絶縁層4を形成する
工程(第2図(c))完了後、直ちにMR素子5となるNi
Fe/Au積層膜11を成膜した状態を示した図であるが、目
合わせマーク9は下シールド層3と同一のプロセスによ
り、下シールド層3と同時に形成されるため、下シール
ド層3と同様に絶縁層4に埋込まれて平坦化されてい
る。この状態でNiFe/Au積層膜11を成膜した場合には、
前述の様に目合わせマーク9が平坦化されており、しか
もNiFe/Au積層膜11が不透明であるため、目合わせマー
ク9が浮き彫りにされず目合わせマーク9の位置を確認
することが不可能となる。従って、NiFe/Au積層膜11の
成膜前に、目合わせマーク9の形成領域を露出すること
が必要となる。
第3図(a)は、NiFe/Au積層膜11の成膜前に目合わ
せマーク9の形成領域を露出させた後、NiFe/Au積層膜1
1を成膜した場合を示した図である。こ場合には、不透
明なNiFe/Au積層膜11を成膜しても予め目合わせマーク
9が露出されているため、凹凸が残り目合わせマーク9
が浮き彫りにされた状態になっている。従って、以後の
目合わせ作業が何の支障もなく実施される。尚、実際の
目合わせマークの露出工程は次のようにして行った。
即ち、平坦面有する絶縁層4を形成した後、目合わせ
マーク9の形成された領域以外を覆うようにフォトレジ
ストパターンを形成し(この場合の目合わせ作業は、透
明な酸化珪素膜より成る絶縁層4を介して行われるため
容易である)、ついでCF4ガスでの反応性エッチングを
行い、不要な酸化珪素膜を除去して目合わせマーク9を
露出した。エッチング条件はCF4ガス圧力5Pa、投入電力
100Wであり、このエッチング条件下では目合わせマーク
(下シールド層3と同じNiFe膜より成る)は殆どエッチ
ングされない。尚、不要酸化珪素膜の除去にArガス中の
イオンミリング法を用いても、目合わせマーク9が酸化
珪素とNiFeのレート比(酸化珪素:NiFe=2:1程度)に応
じてエッチングされるだけで十分目合わせ作業は可能で
ある。
以上述べてきたような本発明によるMRヘッドにおいて
は、MR素子5が下シールド層3による段差を全く経験し
ないため、MR素子5と下シールド層3の電気的短絡やMR
素子5の断線は殆ど発生せず、高い信頼性を有するMRヘ
ッドが実現された。
尚、以上の説明ではMR素子としてNiFe膜とAu膜を積層
した最も単純なMR素子を用いた例のみについて言及した
が、線形応答性を実現するためNiFe膜に何等かのバイア
ス磁界を与える手段を具備したMR素子を用いても本発明
の意図するところは損なわれないことは当然である。
更に、第2図(b)の工程においてはポリスチレンを
スピン塗布した場合についてのみ述べたが、ポリスチレ
ンに少量の架橋剤を添加したものあるいは珪素化合物
(一般式:RmSi(OH)4-n)を有機溶剤に溶解したもの等
を用いても構わない。
(発明の効果) 以上述べてきたように、本発明によれば平坦面を有す
る絶縁層に下シールド層が完全に埋め込まれた構成のMR
ヘッドが実現され、MR素子は下シールド層による段差を
全く経験することが無いため、電気的短絡や断線の無
い、高い信頼性を具備するMRヘッドが実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は本発明の一実施例を説明する
ための図であり、第4図は従来のMRヘッドの構造を示し
た図である。 図において、1……基板、2,4,6……絶縁層、3……下
シールド層、5……MR素子、7……上シールド層、8…
…ポリスチレン層、9……目合わせマーク、10……酸化
珪素膜、11……NiFe/Au積層膜

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非磁性基板上に絶縁層を介して形成された
    高透磁率薄膜よりなる下シールド層と、該下シールド層
    上に下シールド層を埋め込み、下シールド層の段差を解
    消すると同時に該下シールド層上に平坦化されて形成さ
    れた単一で非磁性の絶縁層を介して積層された強磁性磁
    気抵抗効果素子と、前記強磁性磁気抵抗効果素子上に非
    磁性の絶縁層を介して積層された高透磁率薄膜よりなる
    上シールド層とからなることを特徴とする磁気抵抗効果
    型ヘッド。
  2. 【請求項2】前記下シールド層と強磁性磁気抵抗効果素
    子との間の非磁性絶縁層が酸化珪素からなり、強磁性磁
    気抵抗効果素子と上シールド層との間の非磁性絶縁層が
    酸化アルミニウムより成ることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  3. 【請求項3】磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法におい
    て、下シールド層形成後酸化珪素よりなる絶縁層を成膜
    する工程、前記絶縁層上にポリスチレン等の有機膜をス
    ピン塗布して熱処理する工程、CF4ガスと酸素ガスの混
    合雰囲気中でエッチバックを行い前記有機塗布膜の平坦
    面を酸化珪素より成る絶縁層上に転写する工程、少なく
    とも目合わせマークの形成された領域上に存在する酸化
    珪素より成る絶縁層を除去する工程、磁気抵抗効果素子
    を形成する工程、前記磁気抵抗効果素子上に非磁性の絶
    縁層を形成する工程、前記非磁性の絶縁層上に上シール
    ド層を形成する工程とをこの順序で含むことを特徴とす
    る磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法。
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