JP2605535B2

JP2605535B2 - 薄膜磁気ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2605535B2
Application number: JP30840891A
Authority: JP
Inventors: 秀治折原
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH05120633A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気記録再生装置等に用
いられる薄膜磁気ヘッドの製造方法に係り、絶縁層の構
成材料を改良することにより、薄膜磁気ヘッドの磁気特
性を向上させると共に、より高精度な加工を可能にする
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、磁気記録再生装置等の薄膜磁
気ヘッドは、上部コアと下部コアとを一方の中間コアで
接合させ、他方の中間コアの片面は上部コア又は下部コ
アに接合させるが他面を接合させずに磁気ギャップを構
成させ、且つ上部コアと下部コアに接合している中間コ
アの周囲に渦巻状のコイルパターンを構成させた基本的
構造を有している。

【０００３】また、前記の薄膜磁気ヘッドの製造におい
ては、真空薄膜成形技術やフォトリソグラフィやエッチ
ング法を駆使して基板上に絶縁層を形成させながらコア
やコイルパターンを形成してゆくプロセスが採用されて
おり、そのプロセスによってコアやコイルパターンを絶
縁層内に埋設した構造を得る。

【０００４】そして、従来から、薄膜磁気ヘッドの絶縁
層には電気的・磁気的絶縁性が優れた有機絶縁材料又は
SiO₂やAl₂O₃等の無機材料が用いられており、コアには
パーマロイ、アモルファス、窒化鉄等の磁性素材が用い
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のコア
は、その層を形成した後に300℃〜600℃の熱処理を施す
ことによって、所要の磁気異方性を付与して磁気回路の
磁気特性を向上させることが可能であり、薄膜ヘッドの
性能を向上させる上で熱処理工程が不可欠になることが
多い。

【０００６】しかし、絶縁層に有機絶縁材料を用いた場
合には、その耐熱温度が300℃以下であることから前記
の熱処理を施すことが不可能であり、磁気特性が悪い状
態でそのまま使用せざるを得ない。

【０００７】一方、絶縁層に耐熱性が優れたSiO₂やAl₂O
₃等の無機材料を用いる場合には、前記の熱処理が可能
になるが、逆に次のような問題を生じる。先ず、SiO₂は
熱膨張率が極めて小さく、基板やコアの材料の熱膨張率
と大きく異なるために熱処理の段階でコア側に内部応力
を発生させ、結果的に磁気回路の磁気特性を劣化させる
という欠点がある。

【０００８】それに対して、Al₂O₃はその熱膨張率が基
板やコアの材料とほぼ同等の大きさを有しており、熱処
理時の応力に関する問題を生じさせない。また、Al₂O₃
は耐摩耗性にも優れていることから、磁気ヘッドに適し
た材料であるといえる。しかし、Al₂O₃はドライエッチ
ングが困難であるという特質を有しており、薄膜磁気ヘ
ッドの製造工程においてはドライエッチングによる高精
度な加工が不可欠であることから、製造面での不利が生
じる。

【０００９】更に、Al₂O₃を用いた場合には、層形成の
段階で不具合を生じやすい。即ち、図１４に示すよう
に、絶縁層51は蒸着、スパッタリング又はCVD等の手段
によって基板52や先に層形成されたコア(又はコイル)53
の上に均等に被覆形成させるのが理想的であるが、Al₂O
₃を用いると、図１５に示すように、コア(又はコイル)5
3の段差部53aでAl₂O₃の結晶が異常生成することがあ
り、段差部53aでの絶縁被覆が不完全になって、絶縁層5
1を介して形成されるコアやコイルの層が短絡してしま
うことが少なくない。

【００１０】以上のように、従来から薄膜磁気ヘッドに
用いられてきた絶縁層の材料には各種の問題点があり、
高性能な磁気ヘッドを歩留りよく製造することができな
かった。そこで、本発明は、新規な絶縁層とその形成方
法を提案することにより、前記の問題点が生じない薄膜
磁気ヘッドを提供することを目的として創作された。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁層にコア
とコイルパターンを埋設した薄膜磁気ヘッドの製造方法
において、TiO₂を主成分とする材料をアモルファス化さ
せて絶縁層を形成させることを特徴とする薄膜磁気ヘッ
ドの製造方法に係る。

【００１２】また、TiO₂に対してmol％で30％以下の酸
化物を添加した材料を用いると、絶縁層の耐熱性を更に
向上させることができる。

【００１３】特に、TiO₂に対してmol％で5％〜30％のSi
O2を添加した材料を用いると、エッチングレートを低下
させることなく、耐熱性を飛躍的に高めることができ
る。

【００１４】

【作用】耐熱性が優れており、その熱膨張率が基板やコ
ア(磁性体)に近い絶縁材料としては、Al₂O₃、TiO₂、α-
Fe₂O₃、及びZrO₂等が存在する。これらの材料は何れも
ウエットエッチングによる加工が困難であるが、CF₄に
よるドライエッチングが可能であり、更に次の表１に示
されるように、TiO₂が他の材料と比較して非常に高いエ
ッチングレートを有している。

【００１５】

【表１】

【００１６】従って、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方
法によれば、その製造段階で熱処理を施す場合にも応力
による磁気特性の劣化が発生せず、迅速なエッチングに
よる加工が可能となる。更に、ドライエッチングによる
高精度な加工が実現できることから、高実装密度で高性
能な薄膜磁気ヘッドが得られる。

【００１７】また、本発明では、TiO₂をアモルファス化
して絶縁層を形成させるため、従来のAl₂O₃の場合のよ
うに異常な結晶成長がなくなり、段差部においても常に
均等な絶縁被覆が実現できることから、コアやコイルパ
ターンの短絡が防止できる。ところで、TiO₂は通常状態
では結晶質であり、SiO₂のように簡単にアモルファス化
しない。しかし、例えば、マグネトロン・スパッタリン
グ装置のような層形成速度が速い装置を用いて、50Å／
分以上で層形成をさせ、基板側を強制冷却してその温度
を200℃以下に保つと、アモルファス状態で層形成をさ
せることができる。

【００１８】耐熱性の観点から見ると、有機絶縁材料よ
りは高い耐熱性を有しているが、純度100％のTiO₂の結
晶化温度は320℃程度であり、それ以上の温度での熱処
理を施す場合には問題が生じる。しかし、TiO₂にZrO₂、
α-Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等の他の酸化物を添加すること
によって、その結晶化温度を高くすることができ、磁気
特性の改善のための高温での熱処理に対しても十分な耐
熱性を有した絶縁層を形成させることができる。

【００１９】次の表２は、TiO₂に対して各添加物を加え
た場合に実験上得られた結晶化温度を示し、例えば、Si
O₂をmol％で20％添加したものにあっては、結晶化温度
を500℃以上に高くすることが可能になる。

【００２０】

【表２】

【００２１】また、前記のようにSiO₂を添加したもので
は、その熱膨張率が純度100％のTiO₂の場合より少し小
さくなるが、80／10⁷程度で実用上殆ど支障がなく、ド
ライエッチングのエッチングレートも純度100％のTiO₂
の場合と同等である。尚、表２では添加量がmol％で20
％以下のものが示してあるが、基板側やコア側に対する
熱膨張率の差異に基づく磁気特性の劣化の問題を生じさ
せない範囲としては、30％まで添加物を加えて耐熱性を
向上させることが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、図１から図１３を用いて本発明の一実
施例を説明する。図１は本実施例の薄膜磁気ヘッドの要
部断面図を示し、また図２はコアとコイルパターンとリ
ード線パターンの平面的関係を示す。尚、図１は図２に
おけるX-X矢視断面に相当し、薄膜磁気ヘッドとしての
最終製品は各図のC-C線(２点鎖線）で切断したものとな
る。

【００２３】前記の両図において、1は基板、2,3,4,5,
6,7は絶縁層、8は下部コア、9a,9bは中間コア、10は上
部コア、11はコイルパターン、12はリード線パターン、
13は保護膜である。そして、構造的には、コア8,9a,9b,
10とコイルパターン11とリード線パターン12が絶縁層の
内部に層状に埋設された構成であり、図２に示されるよ
うに、中間コア9bの周囲にコイルパターン11が渦巻状に
展設されている。また、図１における絶縁層領域4aが介
在した中間コア9aと下部コア8の間隙が磁気ギャップと
なる。本実施例では、基板1にはアルミナチタンカーバ
イト系のものを、コア部8,9a,9b,10にはパーマロイ、ア
モルファス磁性体等の軟磁性材料を、各絶縁層にはTiO₂
を主成分としてSiO₂をmol％で20％添加した材料をアモ
ルファス化して層形成したものを用いている。尚、以下
においては、前記の絶縁層材料を単に「本件絶縁材料」
という。

【００２４】次に、本実施例に係る薄膜磁気ヘッドの製
造方法を、図３から図１３を参照しながら順次説明す
る。 [工程１(図３参照)] 先ず、基板1を200℃以下に強制冷
却した状態で、マグネトロン・スパッタリング装置を用
いて本件絶縁材料を基板1の表面に放出させ、50Å／分
以上の速度で1μm〜20μmの絶縁層2を形成させる(図３
参照)。この工程で、本件絶縁材料はアモルファス化し
た状態で基板1上に付着し、絶縁層2はアモルファス層と
して構成される。

【００２５】[工程２(図４参照)] 前記の絶縁層2の上
に、スパッタリング又は蒸着等によりパーマロイ、アモ
ルファス磁性体、センダスト、又は窒化鉄等の軟磁性材
料の層を形成させ、その層をエッチングすることにより
下部コア8に相当する部分のみを残してコア層を形成す
る。また、この段階で300℃〜500℃の熱処理を施すこと
により、下部コア8に対して層方向の磁気異方性を付与
する。

【００２６】[工程３(図５参照)] 工程１と同様の方法
で、絶縁層2の上に下部コア8より厚いアモルファス層を
形成し、その層の表面を研磨して下部コア8より厚く形
成された部分を除去して平坦化する。これにより、絶縁
層3が形成される。

【００２７】[工程４(図６参照)] 工程１と同様の方法
で、前記の平坦化された表面に0.1μm〜1μmのアモルフ
ァス層を形成し、CF₄を用いたドライエッチングによっ
てそのアモルファス層における後記の中間コア9bの形成
領域を除去する。これにより、絶縁層4が形成される。

【００２８】[工程５(図７参照)] 工程２と同様の方法
で、後記の中間コア9bの厚みより厚い軟磁性材量の層を
形成させた後、エッチング及び研磨によって中間コア9
a,9bを形成する。また、この段階で300℃〜500℃の熱処
理を施すことにより、中間コア9a,9bに対して層に垂直
な方向の磁気異方性を付与する。

【００２９】[工程６(図８参照)] 工程１と同様の方法
で、絶縁層4と中間コア9a,9bのなす表面上に中間コア9
a,9bより厚いアモルファス層を形成し、その層の表面を
研磨して中間コア9a,9bより厚く形成された部分を除去
して平坦化する。これにより、絶縁層5が形成される。

【００３０】[工程７(図９参照)] CF₄を用いたドライ
エッチングによって、絶縁層5に図２のコイルパターン1
1の配設領域に対応した渦巻状の溝を形成し、埋込みコ
イルッチングによりCuを前記の溝に埋込んでコイルパタ
ーン11を形成する。尚、このコイルパターン11は中間コ
ア9bの周囲に形成されることになる。

【００３１】[工程８(図１０参照)] 工程１と同様の方
法で、前記の絶縁層5と中間コア9a,9bとコイルパターン
11のなす表面上に0.5μm〜1μmのアモルファス層を形成
し、CF4を用いたドライエッチングによって、そのアモ
ルファス層の中間コア9a,9bに対応した領域を除去す
る。これにより、絶縁層6が形成される。

【００３２】[工程９(図１１参照)] 前記の絶縁層6と
中間コア9a,9bのなす表面上に、スパッタリング又は蒸
着等によりパーマロイ、アモルファス磁性体、センダス
ト、又は窒化鉄等の軟磁性材料の層を形成させ、その層
をエッチングすることにより上部コア10に相当する部分
のみを残してコア層を形成する。また、この段階で300
℃〜500℃の熱処理を施すことにより、上部コア10に対
して層方向の磁気異方性を付与する。

【００３２】[工程１０(図１２参照)] 工程１と同様の
方法で、前記の絶縁層6と中間コア10のなす表面上に上
部コア10の厚みより厚いアモルファス層を形成し、その
層の表面を研磨して上部コア10より厚く形成された部分
を除去して平坦化する。これにより、絶縁層7が形成さ
れる。

【００３３】[工程１１(図１３参照)] CF₄を用いたド
ライエッチングによって、絶縁層7にコイルパターン11
の最内側へ通じるスルーホールを形成し、そのスルーホ
ールにCuを充填すると共に、その充填されたCuに接続さ
せて絶縁層7の上にリード線パターン12を形成する。

【００３４】[工程１２(図１参照)] 絶縁層7及びリー
ド線パターン12の上に保護膜13を施すことにより図１に
示した構造を得る。尚、この保護膜13の形成について
は、工程１と同様の方法で絶縁層を形成させるようにし
てもよい。そして、最終的に図１におけるC-C線で切断
して、その切断面を研磨することにより製品としての薄
膜磁気ヘッドを得る。

【００３５】以上のように、本実施例に係る薄膜磁気ヘ
ッドの絶縁層2,3,4,5,6,7は、TiO₂を主成分としてSiO₂
を20％添加した材料をアモルファス化させて層形成せし
められている。従って、その絶縁層2,3,4,5,6,7は、表
２に示すように結晶化温度が500℃と高く、前記の工程
２,５,９における磁気特性の改善のための熱処理に対し
て十分な耐熱性を有している。また、その熱膨張率も基
板1やコア8,9a,9b,10とほぼ同等であることから、前記
の熱処理過程でコア8,9a,9b,10に内部応力が発生せず、
コア8,9a,9b,10を磁気特性を劣化させない状態で埋設さ
せることが可能になる。更に、前記の絶縁層2,3,4,5,6,
7は、表１に示すように、CF₄によるエッチングレートが
極めて高いため、ドライエッチングによる高精度で迅速
な製造が可能となる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上の構成を有していること
により、次のような効果を奏する。請求項１の発明は、
絶縁層をＴｉＯ_２を主成分とするアモルファス層で構成
させるため、コア層を形成した後に磁気特性の改善のた
めの熱処理が可能となり、記録・再生損失の少ない薄膜
磁気ヘッドを実現する。即ち、前記のアモルファス層は
耐熱性に優れており、且つその熱膨張率が基板やコアの
材料とほぼ同等であることから、層形成後のコアに内部
応力を発生させずに熱処理を行うことができ、高効率な
磁気回路を構成させることが可能になる。また、コアや
コイルパターンが形成されている面に前記の絶縁層を形
成する際に、Ａ１_２Ｏ_３を用いる場合のように段差部で
結晶が異常成長するようなことがなく、常に均等な絶縁
被覆が可能になるため、コアとコイルパターンの絶縁不
良等による歩留りの低下を防止できる。更に、製造工程
の面から見ると、前記の絶縁層は高いエッチングレート
でのドライエッチングが可能であり、高精度な薄膜磁気
ヘッドを効率の良い工程で製造することができる。請求
項２の発明は、絶縁層の耐熱性を向上させ、より広い範
囲での熱処理温度の選択を可能にする。請求項３の発明
は、絶縁層のエッチングレートを低下させることなく、
その耐熱性を飛躍的に高め、コアの熱処理を容易にする
と共に、製造工程の効率化を実現する。また、本発明の
薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、次のような効果を
奏する。薄膜磁気ヘッドの媒体対向面には、所定の形状
で下部コアとギャップとなる絶縁層と中間コアと上部コ
アとが順次積層された磁気コアと、この磁気コアの周囲
を取り巻く絶縁層と、この絶縁層を両側より挟み込む基
板と保護基板とが露出している。媒体対向面は、媒体と
接触し摺動する。この時あまり磨耗しないように、基板
と保護基板には、Ａ１_２Ｏ_３・ＴｉＣ等の耐磨耗性に優
れた硬いセラミック材料が使用される。しかし、磁気コ
アの周囲の絶縁層が、ＳｉＯ_２などの比較的柔らかく磨
耗しやすい材料より構成されている場合には、媒体と接
触し摺動するとき、基板と保護基板はほとんど磨耗しな
いが、絶縁層の部分は磨耗し、さらに、絶縁層で囲まれ
た磁気コアは、絶縁層からなるギャップ以外は耐磨耗性
に劣った金属材料であるので、同時に磨耗する。そのた
め、媒体対向面内で、磁気コア部が窪む。この窪みの深
さは、接触摺動する時の媒体の種類や走行条件によって
異なるが、数１００〜数１０００オングストロームの範
囲にある。このため、媒体への信号記録再生時に、この
窪みによるスペーシングロスが発生し、それにより、再
生出力の低下を引き起こす。そして、この磁気コア部の
磨耗量は、媒体との接触摺動時間の増加と共に増加する
ので、信号記録再生特性の初期性能を維持する事ができ
ず、使用時間の増加と共に、性能は劣化する。本発明の
ＴｉＯ_２膜を主成分としたアモルファス化された絶縁層
は、自己潤滑性があり、磨耗しずらい。この絶縁層で囲
まれた磁気コアは、その大きさが１０数〜２０μｍであ
るため、媒体と接触摺動しても、磨耗しずらい周囲の絶
縁層に保護され、磨耗し窪む事がないので、磁気コア部
の窪みによるスペーシングロスを無くす事ができ、これ
により長時間使用しても、安定な信号記録再生特性を維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法で製造
された薄膜磁気ヘッドの要部断面図である。

【図２】コアとコイルパターンとリード線パターンの平
面的関係を示す図である。

【図３】薄膜磁気ヘッドの製造工程１を示す要部断面図
である。

【図４】薄膜磁気ヘッドの製造工程２を示す要部断面図
である。

【図５】薄膜磁気ヘッドの製造工程３を示す要部断面図
である。

【図６】薄膜磁気ヘッドの製造工程４を示す要部断面図
である。

【図７】薄膜磁気ヘッドの製造工程５を示す要部断面図
である。

【図８】薄膜磁気ヘッドの製造工程６を示す要部断面図
である。

【図９】薄膜磁気ヘッドの製造工程７を示す要部断面図
である。

【図１０】薄膜磁気ヘッドの製造工程８を示す要部断面
図である。

【図１１】薄膜磁気ヘッドの製造工程９を示す要部断面
図である。

【図１２】薄膜磁気ヘッドの製造工程１０を示す要部断
面図である。

【図１３】薄膜磁気ヘッドの製造工程１１を示す要部断
面図である。

【図１４】コア等の段差部がある場合における絶縁層の
理想的被覆状態を示す断面図である。

【図１５】Al₂O₃の絶縁層を形成する場合において、段
差部に結晶の異常成長が発生したときの断面図である。

【符号の説明】

1…基板、2,3,4,5,6,7…絶縁層、8…下部コア、9a,9b…
中間コア、10…上部コア、11…コイルパターン、12…保
護膜。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層にコアとコイルパターンを埋設し
た薄膜磁気ヘッドの製造方法において、TiO₂を主成分と
する材料をアモルファス化させて絶縁層を形成させるこ
とを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】 TiO₂を主成分とする材料が、TiO₂に対し
てmol％で30％以下の酸化物を添加したものである請求
項１の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】 TiO₂に添加される酸化物がSiO₂であり、
その添加量をTiO₂に対してmol％で5％乃至30％とした請
求項２の薄膜磁気ヘッドの製造方法。