JP2807065B2 - ハイアスペクト溝埋め込み方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜磁気ヘッドなどの基板上に絶縁されて
小ピッチで渦状や縞状などに形成された導体の間のハイ
アスペクト溝に、導体間を絶縁する絶縁材をバイアスス
パッタ法で埋め込むハイアスペクト溝埋め込み方法に関
する。

〔従来の技術〕

磁気テープなどの磁気記録媒体の高密度記録化に伴
い、磁気記録媒体に情報を記録し、再生する磁気ヘッド
は益々高性能なものが要求されている。この磁気ヘッド
の性能は、磁気ギャップに磁界を発生させるコイルの巻
数や、磁気ギャップにおける磁路の長さなどで大きく左
右されることから、コイル巻数をより多くし、磁路長を
より短くするなどして、磁気ヘッドの高性能化を図る様
々な工夫がなされている。

例えば、強磁性体の基板上に薄膜コイルや薄膜コア等
の薄膜パターンを積層した薄膜磁気ヘッドの構造例と、
その製造例を第７図乃至第18図を参照しながら説明す
る。第７図及び第８図に示す薄膜磁気ヘッドはフェライ
トの強磁性体の基板（１）上に、酸化アルミニウム等の
第１の絶縁パターン（２）、銅等の薄膜コイルパターン
（３）、酸化アルミニウム等の第２の絶縁パターン
（４′）、センダスト等の薄膜コアパターン（５）、及
び薄膜コイル引き出しパターン（６）、（７）を部分的
に重ねて積層し、その上に低融点ガラス（８）で非磁性
体の保護板（９）を固定したものである。薄膜コイルパ
ターン（３）は第１の絶縁パターン（２）上に銅等の導
体（10）をドライエッチングやメッキで渦巻状に被着し
て形成され、この上に第２の絶縁パターン（４′）が形
成される。薄膜コアパターン（５）は薄膜コイルパター
ン（３）のコイル中心部から基板（１）の先端まで延び
るパターンで形成され、その内側端部（5a）は基板
（１）に接続され、外側端部（5b）は第１の絶縁パター
ン（２）上に形成されて、この外側端に第１の絶縁パタ
ーン（２）の厚みにて磁気ギャップＧが形成される。

上記磁気ヘッドの性能を高くするには、薄膜コイルパ
ターン（３）の巻数を多くして発生する磁界強度を高め
ることや、薄膜コアパターン（５）と基板（１）と磁気
ギャップＧで形成される磁路の長さを短くすることなど
が知られている。第８図に示す薄膜コイルパターン
（３）は単層で、これの導体（10）の電流容量で決まる
断面積を変えること無く、単層のままで薄膜コイルパタ
ーン（３）の巻数を多くすると、薄膜コイルパターン
（３）の半径部分での長さＬが大きくなり、その分だけ
磁路が長くなって、磁気ヘッドの高性能化が難しくな
る。また、磁路を長くすること無く、薄膜コイルパター
ン（３）の巻数を多くする手段として、例えば第９図に
示すように、薄膜コイルパターン（３）を複層に形成す
ることが知られている。しかし、このように薄膜コイル
パターン（３）を複層に形成すると、薄膜コイルパター
ン（３）を１層毎に形成する製造工程が必要で、磁気ヘ
ッドの製造工程数が倍増し、製造コストが高くなる不具
合がある。

また、磁路を長くすること無く薄膜コイルパターン
（３）の巻数を増大させる別の手段として、第10図に示
すように、薄膜コイルパターン（３）の導体（10）の断
面積を変えずに、その幅Ｗを短く、高さＨを大きくし、
幅Ｗを短くした分だけ導体（10）のピッチＰを小さくし
て、薄膜コイルパターン（３）の長さＬの半径部分に単
層に形成できる導体（10）の本数を多くすることが知ら
れている。この場合、導体（10）の幅Ｗに対する高さＨ
の比であるアスペクト比を高くし、導体（10）の間に形
成された溝（11）の幅Ｐに対する深さＨのアスペクト比
を高くする程、薄膜コイルパターン（３）の巻数を多く
することができるので、導体（10）と溝（11）は益々ハ
イアスペクト比化される傾向にある。

ハイアスペクト比化された上記溝（11）をハイアスペ
クト溝（11）と称し、このハイアスペクト溝（11）への
第２の絶縁パターン（４′）の絶縁材の埋め込み方法を
説明する。

ハイアスペクト溝（11）への絶縁材の埋め込みはスパ
ッタ法で行われ絶縁用材料を塗布して形成する方法が多
いが、コスト高となるのが通常で、これは第11図乃至第
13図に示すように行われている。第11図に示すように、
基板（１）上の第１の絶縁パターン（２）上にハイアス
ペクト比化された導体（10）を形成したものをスパッタ
リング装置にセットして、基板（１）に向けて酸化アル
ミニウム等の絶縁材分子（12）をスパッタリングする。
すると絶縁材分子（12）は導体（10）と第１の絶縁パタ
ーン（２）の露出面に様々な方向から飛来して堆積され
ていく。この場合、絶縁材分子（12）は、導体（10）と
第１の絶縁パターン（２）の露出全面に均等な厚さでは
堆積せず、絶縁材分子（12）は導体（10）の上面の角部
C₁には略270゜の最も広い角度の方向から飛来して、こ
こに最も多く付着し、導体（10）と第１の絶縁パターン
（２）のコーナ部分Coには略90゜の狭い角度の方向から
しか絶縁材分子（12）が飛来せず、ここに最も付着し難
い。その結果、絶縁材分子（12）の堆積がある程度進行
すると、第12図に示すように、堆積された絶縁材（４）
の内の導体（10）の上面角部の絶縁材（4a）がひさし状
に膨らみ、ハイアスペクト溝（11）への絶縁材分子（1
2）の侵入を妨げるようになる。そして、絶縁材分子（1
2）の堆積がさらに進行すると、第12図の鎖線に示すよ
うに、隣接する２つの導体（10）（10）の上面角部でひ
さし状に膨らんだ絶縁材同士が接触して、ハイアスペク
ト溝（11）への絶縁材分子（12）の飛来を完全に妨げ
る。すると、ハイアスペクト溝（11）を埋めつつある絶
縁材（4b）の中に空洞（13）が形成され、この空洞（1
3）は絶縁材分子（12）の堆積進行後も残されて、第13
図に示すように、最終的にハイアスペクト溝（11）に埋
め込まれた絶縁材（4b）の中に、大小様々な不定形の空
洞（13）が形成されることがあった。このような空洞
（13）はハイアスペクト溝（11）のハイアスペクト比が
高くなるほど顕著に発生して、導体間の絶縁不良の原因
や、第２の絶縁パターン（４′）の上に薄膜コアパター
ン（５）を形成するときの熱に対する導体（10）の耐熱
性を劣化させて、磁気ヘッド製造の歩留まりを悪くする
原因になっている。

そこで、最近は上記ハイアスペクト溝（11）に絶縁材
（４）を、より空洞少なく埋め込む方法として、絶縁材
分子（12）をスパッタリングするときに、基板（１）全
体に負のバイアス電圧を印加して、基板（１）の導体
（10）に向けて不活性イオン、例えばアルゴンイオン
（以下、Ar⁺と称する）を衝突させるバイアススパッタ
法が開発され、実行されている。このバイアススパッタ
法で上記ハイアスペクト溝（11）に絶縁材（４）を埋め
込む方法を、第14図乃至第16図を参照して説明する。

第14図に示すように、基板（１）上に第１の絶縁パタ
ーン（２）と導体（10）を形成したものをスパッタリン
グ装置にセットするときに、導体（10）を含む基板
（１）全体に一定の負バイアス電圧−Ｖを印加する。こ
の状態で絶縁材分子（12）をスパッタリングし、同時に
スパッタリング装置にAr⁺を供給すると、Ar⁺は基板
（１）と導体（10）の負バイアス電圧−Ｖで導体（10）
と第１の絶縁パターン（２）の露出面に様々な方向から
衝突する。Ar⁺は反応性がほとんど無くて、導体（10）
や第１の絶縁パターン（２）の露出面に堆積せず、導体
（10）と第１の絶縁パターン（２）の露出面に堆積する
のは絶縁材分子（12）だけで、Ar⁺は堆積した絶縁材
（４）に衝突する。このAr⁺の衝突エネルギーで堆積し
た絶縁材（４）の一部が飛び出して、絶縁材（４）の表
面が削られる。

Ar⁺は絶縁材分子（12）と同様に導体（10）の上面隅
部C₁に最も飛来し易く、導体（10）の上面隅部に堆積し
た絶縁材（４）を最も多く削る。従って、絶縁材分子
（12）が堆積される割合より、これをAr⁺が削る割合を
小さく設定しておけば、導体（10）と第１の絶縁パター
ン（２）の露出面に絶縁材（４）が比較的平均して堆積
されていく。すなわち、絶縁材（４）の堆積とAr⁺衝突
による絶縁材削りは同時進行するが、仮に第15図の鎖線
に示すように、先に絶縁材（４）が少し堆積した時点
で、Ar⁺衝突を行なわせると、導体（10）の上面隅部C₁
のひさし状に膨らんだ絶縁材（4a）が最も多くAr⁺衝突
で削られて、その厚さが他と同程度になり、全体の絶縁
材（４）の厚さが均一化される。これと同じことが絶縁
材堆積とAr⁺衝突の同時進行が行われ、その結果、ハイ
アスペクト溝（11）に絶縁材（４）が比較的良好に埋め
込まれていき、第16図に示すようにハイアスペクト溝
（11）に埋め込まれた絶縁材（4b）から空洞が無くな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記バイアススパッタ法でハイアスペクト
溝（11）に絶縁材（４）を埋め込む場合、Ar⁺は導体（1
0）の上面と側面に堆積される絶縁材（４）を削ると共
に、第１の絶縁パターン（２）の露出面でハイアスペク
ト溝（11）の底に堆積される絶縁材（4b）も削る。その
ため、導体（10）とハイアスペクト溝（11）のハイアス
ペクト比を高くするほど、後述するようにハイアスペク
ト溝（11）に絶縁材（４）を空洞無く埋め込むことが難
しくなっている。

例えば、第17図に示すように、導体（10）の幅Ｗと溝
幅Ｐが数μｍで、高さＨが５μｍ程度以上に高くしたハ
イアスペクト比化された導体（10）におけるハイアスペ
クト溝（11）に絶縁材（４）をバイアススパッタ法で埋
め込むと、第18図に示すように、埋め込まれた絶縁材
（４）に空洞（13）が形成されることがあった。つま
り、ハイアスペクト溝（11）の底から堆積する絶縁材
（4b）の堆積速度と、導体（10）の上面隅部C₁や側面に
堆積する絶縁材（4a）の堆積速度に大差が無くて、絶縁
材堆積がある程度進行すると、第17図の鎖線に示すよう
に、ハイアスペクト溝（11）の底から堆積される絶縁材
（4b）が十分成長する前に、隣接する導体（10）（10）
の上面隅部C₁の堆積絶縁材同士が接触して、その真下に
空洞（13）が形成され、これがそのまま残ることがあっ
た。このような空洞（13）は、ハイアスペクト溝（11）
のハイアスペクト比が高くなるほど多く、かつ、大きな
ものが発生し、これが原因でハイアスペクト溝（11）と
導体（10）の尚更のハイアスペクト比化が難しくなって
おり、薄膜磁気ヘッドの尚更の性能改善を難しくしてい
る。

それ故に、本発明の目的とするところは、ハイアスペ
クト溝のハイアスペクト比が高くなっても、このハイア
スペクト溝に絶縁材を空洞無く確実に埋め込むことので
きるバイアススパッタ法によるハイアスペクト溝埋め込
み方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の技術的手段は、基板上に
絶縁されて形成された導体の間の小溝幅のハイアスペク
ト溝に絶縁材をバイアススパッタ法で埋め込むに際し、
前記導体にのみ負のバイアス電圧を印加することであ
る。

〔作用〕

基板上に絶縁されて形成された導体にのみ負のバイア
ス電圧を印加して、導体間のハイアスペクト溝にバイア
ススパッタ法で絶縁材分子を堆積させ、かつ、堆積させ
た絶縁材に不活性イオン例えばAr⁺を衝突させると、Ar⁺
は負バイアス電圧の印加された導体へと飛来して、導体
に堆積されつつある絶縁材にだけ衝突し、その一部を削
る。従って、ハイアスペクト溝の底に堆積する絶縁材が
Ar⁺の衝突で削られる割合が大幅に少なくなり、ハイア
スペクト溝の底からの絶縁材の堆積速度が増して、その
分ハイアスペクト溝に絶縁材を埋め込む速度が早くな
り、埋め込まれた絶縁材中に空洞が形成される割合が少
なくなって、ハイアスペクト溝の尚更のハイアスペクト
比化を可能にする。

〔実施例〕

以下、本考案の具体的実施例を第１図乃至第６図を参
照しながら説明する。

同図は、第17図に示した薄膜磁気ヘッドにおける基板
（１）の第１の絶縁パターン（２）上に、高いハイアス
ペクト比で形成された導体（10）の間のハイアスペクト
溝（11）に、酸化アルミニウム等の絶縁材（４）をバイ
アススパッタ法で埋め込む本発明方法を説明するための
ものである。

本発明は第１図に示すように、スパッタリング装置で
基板（１）上の導体（10）に絶縁材分子（12）をスパッ
タリングする際に、導体（10）にだけ負バイアス電圧−
Ｖを印加して、基板（１）に向けて不活性イオン例えば
Ar⁺を衝突させることを特徴とする。このような導体（1
0）への負バイアス電圧−Ｖの印加は、第７図に示す薄
膜コイル引き出しパターン（６）（７）を介して行えば
よい。

導体（10）に負バイアス電圧−Ｖを印加し、基板
（１）をゼロ電位にして絶縁材分子（12）のスパッタリ
ングを行うと、第２図に示すように、導体（10）と第１
の絶縁パターン（２）の露出面に絶縁材分子（12）が飛
来して堆積する。この堆積と同時進行して、堆積する絶
縁材（４）にAr⁺が飛来して衝突し、絶縁材（４）の表
面一部を削る。ここで、Ar⁺の飛来方向は負バイアス電
圧Ｖが印加された導体（10）の方向にほぼ決まり、導体
（10）の上面や側面に堆積する絶縁材（４）がAr⁺衝突
で削られ、ハイアスペクト溝（11）の底に堆積する絶縁
材（4b）へのAr⁺衝突はほとんど無くなる。従って、ハ
イアスペクト溝（11）の底の絶縁材（4b）の堆積速度が
他よりも一段と速くなり、ハイアスペクト溝（11）に底
から絶縁材（4b）が埋め込まれることになる。

以上の絶縁材埋め込みの動作を、仮に第５図及び第６
図に示すように、絶縁材分子（12）のスパッタリングと
Ar⁺衝突を別々に行わしめた例でもって説明する。ま
ず、第５図に示すように、絶縁材分子（12）のスパッタ
リングだけを行うと、導体（10）と第１の絶縁パターン
（２）の露出面に絶縁材（４）が堆積する。この堆積は
導体（10）の上面隅部C₁で多く行われる。次に第６図に
示すように、導体（10）に負バイアス電圧−Ｖを印加し
てAr⁺衝突を行わせると、Ar⁺は導体（10）に堆積した絶
縁材（４）だけを削って厚さを平均化し、ハイアスペク
ト溝（11）の底に堆積した絶縁材（4b）はそのまま残
る。このような分子のスパッタリングとAr⁺衝突を同時
進行的に行わせると、ハイアスペクト溝（11）の底から
絶縁材（4b）が成長して、第３図及び第４図に示すよう
に、ハイアスペクト溝（11）に絶縁材（4b）が空洞無く
して埋め込まれる。

なお、上記実施例では、負バイアス電圧を−Ｖと記し
たが、具体的には一つの定電圧−100ボルトなどとして
もよく、あるいは二つの−100ボルト、−150ボルトなど
と複数段階に印加設定して絶縁材（４）の膜状態制御
（表面や厚さの改善）を図ることができる。

また、本発明は薄膜磁気ヘッドにおける薄膜コイルパ
ターンの導体間に形成されたハイアスペクト溝への絶縁
材埋め込み方法に限らず、高密度配線化が要求されてい
るLSIの配線用導体間のハイアスペクト溝や、プリント
基板などに形成された幅広の薄膜状導体に線状にエッチ
ングなどで形成したハイアスペクト溝への絶縁材埋め込
み方法においても有効に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導体間のハイアスペクト溝に絶縁材
をスパッタリングさせて堆積させる際、導体の負バイア
ス電圧で導体に堆積された絶縁材だけが不活性イオンの
例えばAr⁺の衝突で削られる作用を受けて平均した厚さ
で堆積し、ハイアスペクト溝の底に堆積する絶縁材はAr
⁺衝突をほとんど受けず堆積を続けるので、ハイアスペ
クト溝に絶縁材をより空洞少なくして埋め込むことが容
易にできるようになり、ハイアスペクト溝のより高いハ
イアスペクト比化を可能にする。この発明方法を薄膜磁
気ヘッドの薄膜コイルパターンの導体間に絶縁材を埋め
る技術に適用すれば、薄膜コイルの導体の尚更のハイア
スペクト比化を可能にして、薄膜磁気ヘッドの性能改善
に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明方法を説明するためのもの
で、第１図乃至第４図はハイアスペクト溝に絶縁材を埋
め込むときの各動作状態での基板の部分断面図、第５図
及び第６図は本発明方法の説明の参考に利用する基板の
部分断面図である。 第７図は薄膜磁気ヘッドの一部省略部分を含む部分平面
図、第８図は第７図のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図、第９
図及び第10図は第８図の薄膜磁気ヘッドの部分変更例を
示す部分断面図、第11図乃至第18図は従来のハイアスペ
クト溝埋め込み方法を説明するための各埋め込み工程で
の基板の断面図である。 （１）……基板、（４）（4b）……絶縁材、 （10）……導体、（11）……ハイアスペクト溝。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に絶縁されて形成された導体の間の
   小溝幅のハイアスペクト溝に絶縁材をバイアススパッタ
   法で埋め込むに際し、前記導体にのみ負バイアス電圧を
   印加することを特徴とするハイアスペクト溝埋め込み方
   法。