JP3854022B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
大容量磁気記録装置に用いる磁気ヘッドに関し、特に再生素子にＧＭＲヘッドを用いる薄膜磁気ヘッドに係る。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（ａ）は、薄膜磁気ヘッドを設けた磁気ヘッドスライダーの斜視図である。この磁気ヘッドスライダー１０１は、非磁性基板１０３の底面に媒体対向面１０２を形成し、その側面に薄膜磁気ヘッド１０４やその電極パッド１０５を設けた構造である。薄膜磁気ヘッド１０４を設けた箇所の詳細を図１１（ｂ）の斜視図に拡大して説明する。図１１（ｂ）において、薄膜磁気ヘッドは非磁性基板１０３の上に、下部シールド１１１、再生素子１１３、下部磁極としての機能を有するミッドシールド１１２、上部磁極１１４、上部磁極とミッドシールドの間に巻かれた薄膜コイル１０６を有する。非磁性基板上に設けたこれらの構成をアルミナの保護膜１１５で被覆している。引き出し端子１０５ｂは、薄膜コイル１０６や再生素子１１３を外部回路に接続するパッド１０５に接続させる。（ｂ）において、非磁性基板、下部シールド、磁気抵抗効果素子、上部シールド間を絶縁する絶縁膜は、記載を省略した。また、ミッドシールドより上に積層した領域は誘導型ヘッド１０４Ｒに相当し、ミッドシールドより下に形成した領域は磁気抵抗効果型ヘッド１０４Ｗに相当し、双方を合わせて薄膜磁気ヘッドの先端部１０４を構成している。この構成を媒体対向面１０２（ｘｚ平面）で拡大した様子を同図の（ｃ）に示す。
【０００３】
図１１（ｃ）は薄膜磁気ヘッドを媒体対向面から見た構成を示している。基板１０３側には、下部シールド１１１と、再生素子１１３と、ミッドシールド１１２（下部磁極としても機能）と、上部磁極１１４を有し、これらの層間を絶縁するためにアルミナの絶縁膜を設けるとともに、アルミナの保護膜１１５を被覆している。この磁気ヘッドは薄膜技術で製作されているものなので、全体として「薄膜磁気ヘッド」と呼ばれることもある。また従来より、磁気抵抗効果型ヘッドに対して、誘導型ヘッドは「薄膜磁気ヘッド」と呼ばれていた。そこで本明細書においては「薄膜磁気ヘッド」という用語は、「記録再生分離型磁気ヘッド」および／あるいは「誘導型ヘッド」を指すものとして用いることにする。また、再生素子はＭＲ素子、スピンバルブ素子、ＧＭＲ素子等を含む用語として用いる。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
高密度記録に対応するため、薄膜磁気ヘッドの小型化を図ると、再生素子とシールドとの間で静電破壊（ＥＳＤ）が生じるようになった。従来、保護膜とギャップ材には同じ材料であるアルミナを用いていた。アルミナは絶縁性に優れている。さらに、研磨工程で媒体対向面を作製するときに、同じ硬度の材料であると平坦化し易い。しかし、小型化によって、アルミナ膜を挟んで対向するシールドと再生素子間の距離、すなわちギャップ長が狭くされると、アルミナ膜の絶縁を破壊して、シールドから再生素子にあるいは再生素子からシールドに電流が流れて、再生素子を破壊するような現象、すなわちＥＳＤが発生した。これを防止するために、製造工程で静電気が発生しないようにする対策がとられているが、手間がかかり工程が長くなってしまう。そこで、本発明の目的は工程における静電気発生対策の有無に係わらず、静電破壊を抑制した構成を有する薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜磁気ヘッドは、下部シールドと上部シールドの間に再生素子を有し、前記再生素子はシリコンカーバイドからなるギャップ材を介して前記下部シールドあるいは前記上部シールドと電気的に接続し、前記下部シールドあるいは前記上部シールドを覆うアルミナ膜を設けるとともに、前記ギャップ材と前記アルミナ膜の間には分離膜を設けることを特徴とする。この構成において、前記下部シールドあるいは上部シールドとギャップ材の間に、分離膜を設けない構成としてもよい。但 し、一括成膜で済むようにして工程を短縮する場合には、下部シールドあるいは上部シールドとギャップ材の間にも分離膜を設ける構成とするほうが好ましい。
【０００６】
この分離膜にはシリコンや非磁性金属を用いるが、特にシリコンを用いるとアルミナ膜とギャップ材の密着性を高めることができる。
【０００７】
また、上記本発明において、前記分離膜は、非磁性金属とすることができる。また、上記本発明において、前記ギャップ材は、媒体対向面側からみた幅が、上部シールドの幅と略同一とすると、平坦性を確保する上で好ましい。また、上記本発明において、前記ギャップ材は、媒体対向面側からみた幅が、上部シールドの幅より小さく、少なくとも再生素子の上下を挟む形状とすることが望ましい。
【０００８】
本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、基板上に下部シールドを形成し、前記下部シールド上にシリコンカーバイドの第１のギャップ材を形成し、前記第１のギャップ材の上に再生素子を形成し、前記再生素子の上にシリコンカーバイドの第２のギャップ材を形成し、前記第２のギャップ材の上に上部シールドを形成することを特徴とする。さらに、前記の製造方法において、前記上部シー ルドを形成した後に、前記下部シールドと前記第１及び第２のギャップ材と前記上部シールドに対して、その幅がほぼ同一となるようにエッチングする構成としてもよい。
【０００９】
本発明の他の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、基板上に下部シールドを形成する工程と、前記下部シールド上に第１のギャップ材を形成し、このギャップ材をパターニングし、第１のギャップ材を除去した箇所を絶縁膜で埋める工程と、前記ギャップ材の上に再生素子を形成する工程と、前記再生素子上に第２のギャップ材を形成し、この第２のギャップ材をパターニングし、第２のギャップ材を除去した箇所を絶縁膜で埋める 工程と、前記第２のギャップ材の上に上部シールドを形成する工程を備える薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、前記ギャップ材はシリコンカーバイドであることを特徴とする。
【００１０】
（作用）本発明は、再生素子とシールドの間に設けるギャップ材に、シリコンカーバイドを用いることで、シールドから再生素子に至る経路（電気回路）の時定数を大きくする。これによって、シールドから再生素子に流れる漏れ電流のパルス形 状がブロードになり、ピーク電流値を小さくできる。漏れ電流を徐々に流すことで、静電破壊を抑制する。本発明ではシリコンカーバイドの薄膜をスパッタリング等で形成して、前記比抵抗のギャップ材とする。シリコンカーバイドの熱伝導性は高く、再生素子の放熱を助けることもできる。
【００１１】
但し、従来の構成において、全てのアルミナをシリコンカーバイドに置換すればよいというものではない。黒色（不透 明）なシリコンカーバイドで保護膜を構成すると、磁極や薄膜コイルの構成を磁気ヘッドスライダーの外から観ることができず、形状の不具合の有無を確認することが困難となる。そこで、シリコンカーバイトをギャップ膜あるいは再生素子の近傍に限定して設ける構成を検討し た。こうすると、静電破壊を抑制できると共に薄膜コイルやシールド等の形状を視覚的に確認することができる。なお、シリコンカーバイドを保護膜として被覆する場合、その厚さを数十μｍ程度とすると剥がれやすくなる。従って、シリコンカーバイドに置換する箇所を限定し、剥がれ難くすることが望ましい。
【００１２】
また、シリコンカーバイドは、酸やアルカリに対する耐食性に優れており、金属の炭化物に比べて比抵抗が大きく、本発明のギャップ材に適している。また、シリコンカー バイドは再生素子の放熱を助ける。シリコン カーバイドの薄膜の熱伝導率は、１２０（Ｗ／ｍ・ｓ・Ｋ）程度である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明に係る実施形態を説明する。図１は本発明に係る薄膜磁気ヘッドを媒体対向面からみた断面図である。図２は、本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。図３は、図２に係る製造工程を説明する工程フロー図である。図４と図５は、本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。図６は、図５に係る製造工程を説明する工程フロー図である。図７は、図５の構成の変形例であり、一部を拡大した断面図である。図８と図９は、本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。図１０は、本発明と従来例を比較した表である。
【００１４】
（実施例１）
まず、図１の断面図で本発明の一実施形態を説明する。この構成は、下部シールドとミッドシールドの間に配置するギャップ膜をシリコンカーバイドで構成した。すなわち、非磁性基板上１に、アルミナの絶縁膜２と、下部シールド３を設け、下部シールドの側面にもアルミナ絶縁膜を被覆して下部シールドの上面を平坦化するとともに、シリコンカーバイドのギャップ膜５を介して再生素子４を設けた構造とした。シリコンカーバイド膜５の上には凸部８を有するミッドシールド７と、アルミナの絶縁層（保護膜１１と一体化）９と、上部磁極１０を設けた。さらに、これらの積層構造をアルミナの保護膜１１で被覆した。この薄膜磁気ヘッドは、シールド間に比抵抗ρ＝１００００（Ω・ｃｍ）であるシリコンカーバイド膜を設けることにより、再生素子とシールド間における静電気破壊を防止できた。なお、シリコンカーバイド膜やミッドシールドの構成以外の部分についての全体構成は、図１１の構成と同様とした。
【００１５】
（実施例２）
図２は図１の構成の変形例であり、下部シールド及び上部シールドとこれらの間に配置したシリコンカーバイド膜の幅を同等とした薄膜磁気ヘッドである。同図は磁気ヘッドを研磨して得た媒体対向面に相当する。再生ギャップを構成するシリコンカーバイドの膜厚は、再生素子の上で２０（ｎｍ）、再生素子の下で２０（ｎｍ）とした。すなわち、下層ギャップ膜と上層ギャップ膜の合計が４０（ｎｍ）の厚さとなるようにした。本実施例の構成では、シリコンカーバイドの膜厚を片側で５〜３０（ｎｍ）の範囲で選択することが可能であり、従来の構成に比べて狭ギャップ長の範囲としても静電気破壊の起こりにくい磁気ヘッドを得ることができた。また、シリコンカーバイドをシールド間に限定して配置することにより、基板上に被覆したアルミナ絶縁膜２とアルミナ保護膜１１を直接に接合させると共に、シリコンカーバイトとアルミナ保護膜を膜面で接合していないため、アルミナ保護膜の密着性を損なうことがない。
【００１６】
図３のフロー図で、図２の構成の製造工程を各々のステップ毎に説明する。（ステップ１）まず、アルミナチタンカーバイトの非磁性基板１にスパッタリングでアルミナの絶縁膜２を被覆した。（ステップ２）平坦な絶縁膜２の上に下部シールドとしてＮｉＦｅ膜をメッキで成膜した。（ステップ３）続けて、下層ギャップ膜としてシリコンカーバイドをスパッタで成膜した。（ステップ４）次に、電流を供給する電極膜やバイアス膜などを設ける再生素子４を形成した。（ステップ５）次に、再生素子４等を被覆するように上層ギャップ膜としてシリコンカーバイドをスパッタで成膜した。この際、下層ギャップ膜と上層ギャッップ膜が直接に接触した箇所で、両者は一体化した。以下、この一体化した下層ギャップ膜と上層ギャップ膜をギャップ膜５ｂと称す。スパッタリングの条件は、ＲＦスパッタ装置のチャンバー内圧力はＡｒガスで０．５（Ｐａ）として、投入電力３（ｋＷ）で行った。なお、別の成膜方法としてＣＶＤも検討したが、実施例２と同様の薄膜を得ることができた。
【００１７】
（ステップ６）続けて、上部シールドとしてＮｉＦｅ膜をメッキで形成した。（ステップ７）次に、下部シールド３とギャップ膜５ｂと上部シールド６の積層膜について、それらの幅が同等となるようにパターニングした。この際、メッキで所定の幅に形成した上部シールドをマスクとして機能させ、ギャップ膜と下部シールドの端をエッチングした。従って、上部シールドはエッチングされる分を上乗せして厚めに形成しておいた。（ステップ８）続けて、上部シールドの上からアルミナをスパッタリングして、上記パターニングした積層膜の側面をアルミナ膜で埋めて平坦化した。（ステップ９）次に、アルミナ膜を平坦化した後、下部磁極７ｂとなるＮｉＦｅをメッキで形成した。（ステップ１０）下部磁極のトラック幅領域とすべき箇所をマスクで被覆した後、下部磁極をエッチングして凸部８を形成した。以降、この凸部を設けることをトリミングと称す。（ステップ１１）記録ギャップとなるアルミナ膜を形成するとともに、薄膜コイルなどをメッキで形成した。（ステップ１２）さらに、上部磁極をメッキで形成した。（ステップ１３）最後に、これらの積層構造を被覆するようにアルミナの保護膜１１をスパッタリングで被覆した。
【００１８】
（実施例３）
図４は本発明の他の一実施形態であり、下部シールトと上部シールドの間において、再生素子の近傍にシリコンカーバイド膜を設けた薄膜磁気ヘッドの断面図である。すなわち、この薄膜磁気ヘッドは、基板１／アルミナ絶縁膜２／下部シールド３の積層構造の上に、側面に傾斜をつけたシリコンカーバイドの下層ギャップ膜５ｄと、その両側を埋めるアルミナの下層ギャップ膜１１ａと、この下層ギャップ層上に設けた再生素子４と、再生素子を被覆するアルミナの上層ギャップ膜１１ｂと上部シールド６を設けた。上部シールドの上に積層する構成は実施例２と同様に下部磁極７ｂと、記録ギャップ膜、上部磁極１０と、保護膜１１とした。この構成は、下部シールドと再生素子の間で静電気破壊を生じる場合の対策として用いることができた。
【００１９】
（実施例４）
図５は、図４の構成において再生素子４と上部シールド６の間にシリコンカーバイドの上部ギャップ膜５ｅを加えた薄膜磁気ヘッドである。この構成は、再生素子とシールド間に設けるシリコンカーバイド膜を再生素子の近傍にのみ限定したことを特徴とする。同図に示すように、媒体対向面に露出するシリコンカーバイド膜の断面積を小さくすると、媒体対向面を研磨加工する際に、膜のはがれを抑制することができた。
【００２０】
図６のフロー図に沿って、図５の構成の製造工程を各々のステップ毎に説明する。（ステップ２１）まず、アルミナチタンカーバイトの非磁性基板１にスパッタリングでアルミナの絶縁膜２を被覆した。（ステップ２２）平坦な絶縁膜２の上に下部シールドとしてＣｏＴａＺｒ膜をスパッタリングで成膜した。（ステップ２３）続けて、下層ギャップ膜としてシリコンカーバイドをスパッタで成膜した。（ステップ２４）シリコンカーバイド膜上において、再生素子を形成すべき箇所にオーバーハングレジストを形成した。（ステップ２５）このシリコンカーバイド膜の露出部分をイオンミリングで除去した。これによって側面に傾斜を有すると共に幅の狭い下層ギャップ膜５ｄを得た。（ステップ２６）さらに、下層ギャップ膜５ｄの側面にアルミナ膜を設けて平坦化した。（ステップ２７）次に下層ギャップ膜５ｄ上に、電流を供給する電極膜やバイアス膜などを設ける再生素子４を形成した。（ステップ２８）次に、再生素子４等を被覆するように上層ギャップ膜としてシリコンカーバイドをスパッタで成膜した。（ステップ２９）次にこのシリコンカーバイド膜上の再生素子近傍にステップ２４と同様のオーバーハングレジストを形成した。（ステップ３０）続けて、ステップ２５と同様にして、上層ギャップ膜を狭い幅にパターニングした。（ステップ３１）ステップ２６と同様にして、上層ギャップ膜の側面をアルミナ膜で埋めて平坦化した。（ステップ３２）続けて、実施例２のステップ９からステップ１３と同様の工程を経ることによって薄膜磁気ヘッドを得た。
【００２１】
図７は、図５の薄膜磁気ヘッドにおいて再生ギャップの構成を変形した構成である。下部シールドと上部シールドの間の構成のみを拡大して説明する。この構成は、下層ギャップ膜及び上層ギャップ膜の両端にシリコンの分離膜を設けることによって、アルミナ膜とシリコンカーバイド膜の密着性を向上できた。
【００２２】
（実施例５）
図８は、本発明の他の実施形態であり、シリコンカーバイドのギャップ膜とアルミナ膜の間に分離膜を設けた薄膜磁気ヘッドの断面図である。すなわち、この薄膜磁気ヘッドは、基板１／アルミナ絶縁膜２／分離膜１２ａの積層体の上に、下部シールド３とこれに被覆するシリコンカーバイドのギャップ膜５と、ギャップ膜５中に設けた再生素子４と、ギャップ膜５上に被覆したシリコンの分離膜１２ｂと、ミッドシールド７ｂや上部磁極１０を有するものとした。この構成は、シリコンカーバイド膜とアルミナ膜の間にシリコン膜を介在させたことにより、両者の密着性を十分にすることができた。なお、図９に示すように、シリコンの分離膜と下部シールドの積層の順序を逆にした構成としてもよい。図９では、基板１／アルミナ絶縁膜２／下部シールド３の上に、上下の面をシリコンの分離膜で挟んだシリコンカーバイドのギャップ膜を配置する構成とした。シリコンの分離膜の配置以外は図８の構成と同様とした。
【００２３】
図１０に上記実施例と従来例を比較した結果を示す。まず、静電破壊による歩留まりでみると、従来例が２６％であるのに対して実施例１ないし５は３〜６％程度に改善された。さらに、媒体対向面を研磨加工した際の膜の剥がれ等について、実施例１は横方向に長いギャップ材の端部で膜の剥がれを生じることがあったが、ギャップ材の横幅を短く規定した実施例２〜５ではほとんど問題にならなかった。放熱性の観点だけでみると、シリコンカーバイドのギャップ膜の膜厚を厚くしたり、横方向に長い膜を形成することがよいのだが、剥がれ防止の観点も取り入れると、シリコンカーバイドの厚さや幅を制限する必要があることが判った。
【００２４】
（実施例６）
図２の構造について、ギャップ材をボロンカーバイドに置換した構成についても検討した。この構成は、シリコンカーバイドをギャップ材に用いた実施例１ないし５の構成と同様に、ＥＳＤを改善することができた。但し、媒体対向面を研磨加工する際に膜の一部が剥がれる割合は、シリコンカーバイドを適用した場合に比べて多くなった。これはボロンカーバイドの硬度がシリコンカーバイドに比べて高いことに関係している。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の構成を用いることで、静電破壊を抑制した薄膜磁気ヘッドを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図２】本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図３】図２に係る製造工程を説明する工程フロー図である。
【図４】本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図５】本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図６】図５に係る製造工程を説明する工程フロー図である。
【図７】図５の構成の変形例であり、一部を拡大した断面図である。
【図８】本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図９】本発明に係る他の薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図１０】本発明と従来例を比較した表である。
【図１１】従来の薄膜磁気ヘッドの概略図である。
【符号の説明】
１ 非磁性基板、２ アルミナの絶縁膜、３ 下部シールド、４ 再生素子、
５ ５ｂ ギャップ膜、５ｄ 下層ギャップ膜、５ｅ 上層ギャップ膜、
６ ６ｂ 上部シールド、７ ミッドシールド、７ｂ 下部磁極、８ 凸部、
９ 記録ギャップ膜、１０ 上部磁極、１１ 保護膜、
１１ａ アルミナの下層ギャップ膜、１１ｂ アルミナの上層ギャップ膜、
１２ａ １２ｂ 分離膜、１２ｄ １２ｅ 分離膜

Claims (5)

1. 下部シールドと上部シールドの間に再生素子を有し、前記再生素子はシリコンカーバイドからなるギャップ材を介して前記下部シールドあるいは前記上部シールドと電気的に接続し、前記下部シールドあるいは前記上部シールドを覆うアルミナ膜を設けるとともに、前記ギャップ材と前記アルミナ膜の間には分離膜を設けることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記分離膜は、非磁性金属であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 前記分離膜は、シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 前記ギャップ材は、媒体対向面側からみた幅が、上部シールドの幅と略同一であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド。
5. 前記ギャップ材は、媒体対向面側からみた幅が、上部シールドの幅より小さく、少なくとも再生素子の上下を挟むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド。

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