JP4237899B2

JP4237899B2 - 薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法および薄膜磁気ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4237899B2
Application number: JP31030899A
Authority: JP
Inventors: 康之廣政
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001126222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピューターの記録装置であるハードディスクドライブやテープドライブ等に用いられる薄膜磁気ヘッドならびにそれに用いる薄膜磁気ヘッド用基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、薄膜磁気ヘッド用基板には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）およびチタンカーバイド（ＴｉＣ）の複合材からなるセラミック基板上にアモルファスアルミナからなる絶縁膜をスパッタリング法にて成膜し、その面を片面ポリッシュ機にて鏡面加工したものが用いられている。この絶縁膜は導電材であるセラミック基板との絶縁性および成膜面の平滑性を得るために形成しており、絶縁膜の面粗さについては、その上に素子を形成するために特に重要である。成膜面は、より平滑な面になるようにＣＭＰ（ＣＨＥＭＩＣＡＬＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＯＬＩＳＨＩＮＧ）で加工しており、近年はこの要求度が高まってきている。
【０００３】
また、ハードディスクドライブの記録密度を向上させるためには、薄膜磁気ヘッドの素子に磁気抵抗効果を用いたＭＲ（ＭＡＧＮＥＴＯＲＥＳＩＳＴＩＶＥ）あるいはＧＭＲ（ＧＩＡＮＴＭＲ）が用いられており、このようなＭＲ素子やＧＭＲ素子の場合、読み取り感度を向上させるためにセンス電流を上げる必要がある。
【０００４】
また、上記ハードディスクドライブ用ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドは、図４に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣの複合材からなるスライダー３にアモルファスアルミナ膜を介してＭＲ素子４を備えたものであるが、ヘッド浮上量１０が１マイクロインチ程度と小さく、ニアコンタクトな状態になってきている。そのため薄膜磁気ヘッド２とメディア５が接触摺動しやすく、この時の摩擦熱により薄膜磁気ヘッド２のＭＲ素子４の温度が上昇し、その結果読み取り感度が低減する、いわゆるサーマルアスペリティ現象が非常に大きな問題点となってきている。
【０００５】
このような問題点を解決するために、ＭＲ素子４の周りの放熱性を上げる必要があり、そのためにＭＲ素子４の下地膜をＡｌＮ等の高熱伝導材で形成するという技術が提案されている。しかしながら、上記高熱伝導絶縁材料により膜形成すると、膜応力が非常に高くなり、そのために膜厚を２μｍ以上にすると基板が変形し、剥離が生じる。一方、２μｍ未満の膜厚にすると、電気的な耐圧が不十分となり、しかも成膜面をポリッシュ加工して平滑性を得るのに十分な研磨代が得られない。
【０００６】
また、上記アモルファスアルミナ膜の厚みを薄くし、ＭＲ素子４を熱伝導の高いスライダー３（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板）に近づけることによって放熱性を上げたり、あるいは薄膜磁気ヘッド２とアモルファスアルミナ膜との硬度差によるリセス１１を利用し、ＭＲ素子４がメディア５と衝突することを防止する等の対策も行われているが、アモルファスアルミナ膜の厚みが３μｍ以下になると、耐電圧の点で不十分であった。
【０００７】
そこで、アモルファスアルミナ膜の厚みを薄くして第１層とし、さらにこの膜上にＥＣＲスパッタリング法によりアモルファスアルミナ膜を形成して第２層として膜厚を確保し、膜密着強度、電気的耐圧に優れた薄膜磁気ヘッドが得られることを本出願人は提案している（特願平１０−８５１９３号参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１層を通常のスパッタリング法で、第２層をＥＣＲスパッタリング法でそれぞれ成膜した場合、第２層の膜厚を大きくできないことから、成膜面の面粗さや平坦度を制御するために十分な研磨代が確保できないという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明の薄膜磁気ヘッド基板においては、基板上にＥＣＲスパッタリング法による厚みが１０〜５５００Åの第１のアモルファスアルミナ膜と、通常のスパッタリング法により形成する厚みが０．２〜２．４μｍの第２のアモルファスアルミナ膜とを順次積層し、その後、第２のアモルファスアルミナ膜を研磨することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）に示すように、本発明の薄膜磁気ヘッド用基板１は、オリエンテーションフラットを有する直径が３〜８インチの円板状、もしくは図１（ｂ）に示すように一辺が３〜６インチの角板状である。この薄膜磁気ヘッド用基板１は、図２に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスの基板６上に第１、第２のアモルファスアルミナ膜７、８を形成したものである。
【００１２】
上記基板６をなすＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスは、６０〜８０％のＡｌ₂Ｏ₃と４０〜２０％のＴｉＣを主成分とする原料を用い、大気あるいは還元雰囲気中１６００〜１８００℃でホットプレスあるいはＨＩＰ処理すると非常に緻密な焼結体となり、加工により表面を滑らかにすることができる。このＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスは導電材であるが、基板６上に第１、第２のアモルファスアルミナ膜７、８を形成することによって絶縁性を持たせる。
【００１３】
ここで本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法を具体的に説明する。図２に示すように、まずＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックス基板６上に、ＥＣＲスパッタリング法により第１のアモルファスアルミナ膜７を、次いで通常のスパッタリング法により第２のアモルファスアルミナ膜８を形成する。さらに図３に示すような多磁性膜９を形成し、その上面にリソグラフィ技術を用いて数千個のＭＲ素子を形成する。その上にさらにスパッタリング法によりアモルファスアルミナ膜を形成する。そしてバー状に切り出し、その一面を摺動面として精密鏡面加工し、イオンミリング法あるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて高精度に溝加工し、その後切り出すことにより、図４に示すようにスライダー３（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックス基板６）上に第１、第２のアモルファスアルミナ膜７、８を介してＭＲ素子４を備えた薄膜磁気ヘッド２を得る。
【００１４】
通常のスパッタリング法により形成した第２のアモルファスアルミナ膜８には、膜内に欠陥が発生することがあるが、ＥＣＲスパッタリング法により形成した第１のアモルファスアルミナ膜７は成膜充填率が高いので、貫通した欠陥のない高い耐電圧を有する絶縁膜が得られる。また、両者は同材質のため双方間の密着性も高い。
【００１５】
また、絶縁膜を薄くしたことにより、図４に示すように熱伝導性の高いスライダー３に摩擦熱をより速く伝えることができるので、ＭＲ素子４の放熱性が高められる。しかも、この時ＭＲ素子４はスライダー３に近づくことになるので、同じリセス１１でも、メディア５と接触しにくくなる。
【００１６】
さらに、第２のアモルファスアルミナ膜８を通常のスパッタリング法で形成してあるため、確立された技術でその表面をＣＭＰ加工等により加工する。その結果、ＥＣＲスパッタリング法による成膜面よりも面品位に優れた表面とすることができ、具体的には面粗さＲａ３Å以下の薄膜磁気ヘッド用基板１を提供できる。
【００１７】
ＥＣＲスパッタリング法により形成する第１のアモルファスアルミナ膜７の厚みは１０〜５５００Å、好適には１０〜５０００Åに、通常のスパッタリング法により形成する第２のアモルファスアルミナ膜８の厚みは０．２〜２．４μｍ、好適には０．２〜２．０μｍにする。これは、通常のスパッタリング法によるアモルファスアルミナ膜の厚みが０．２μｍ未満の場合にはポリッシュ加工が困難となり、また絶縁特性も得られず、２．４μｍ以上の場合には放熱性が劣化し、またＭＲ素子４がメディア５に接触しやすくなるからである。ＥＣＲスパッタリング法によるアモルファスアルミナ膜の厚みが１０Å未満の場合には絶縁特性が得られず、５５００Å以上の場合には膜の応力により剥離が発生する。
【００１８】
なお、ＥＣＲスパッタリング法で形成された第１のアモルファスアルミナ膜７と、通常のスパッタリング法によって形成された第２のアモルファスアルミナ膜８とは、膜形成後の基板の切断面を観察すれば両膜の界面が認識でき、この切断面をＣＭＰ加工した場合の加工率から、ＥＣＲスパッタリング法により形成されたアモルファスアルミナ膜か従来のスパッタリング法で形成されたアモルファスアルミナ膜かを判別することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２０】
出発原料としてアルミナ（純度が９９．９％、原料粉末の平均粒径：０．４μｍ）とチタンカーバイド（純度が９９．５％、原料粉末の平均粒径：０．３μｍ）を使用し、アルミナが７０重量％、チタンカーバイドが３０重量％の比率となるように秤量し、さらにチタンカーバイドに対し約１０重量％の酸化チタンを添加し、アルミナボールにて混合粉砕後、この混合粉末を成形し、１６００℃、２５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１時間ホットプレス焼成した。
【００２１】
このようにして得た焼結体をダイヤモンドホイールにより所定の円板形状に研削加工した後、ダイヤモンド砥粒を用いてラッピング加工した。さらに、平均粒径が０．５μｍのダイヤモンドパウダーを用いて、基板表面と研磨盤あるいは研磨布を相対的に摺動させて精密研磨し、これによって基板の表面粗度Ｒａを１８Åとした。本実施例では上記研磨盤として錫定盤を用いた。
【００２２】
その後種々の条件で基板にアモルファスアルミナ膜を成膜した。試料Ｎｏ．１〜６については、純度が９９．５％のアルミナターゲットを用いて通常のスパッタリング法にてアモルファスアルミナ膜を成膜し、その後、球状アルミナ微粉末を純水中に懸濁させた研磨液にて鏡面加工した後、さらに球状セリア微粉末を純水中に懸濁させた研磨液にて最終精密加工し、膜厚が０．３〜４μｍ、膜面表面粗度（Ｒａ）を３Åとした。試料Ｎｏ．５〜６には、その後さらに通常のスパッタリング法にて第２のアモルファスアルミナ膜を形成し、同様の精密加工を施した。
【００２３】
また試料Ｎｏ．７〜１２については、ＥＣＲスパッタリング法を用いて第１のアモルファスアルミナ膜を形成した後、通常のスパッタリング法にて第２のアモルファスアルミナ膜を形成し、球状アルミナ微粉末を純水中に懸濁させた研磨液にて鏡面加工した後、さらに球状セリア微粉末を純水中に懸濁させた研磨液にて最終精密加工し、膜厚１〜２μｍ、膜面表面粗度（Ｒａ）３Åとした。
【００２４】
これらの各試料に対し、加熱処理後の膜剥離、表面粗度および抵抗値を評価した。ここで、加熱処理後の膜剥離については、各試料を真空雰囲気内で６００℃の温度で加熱し、膜面の状態を微分干渉顕微鏡（５０倍）にて確認した。表面粗度はＡＦＭにて測定した。また抵抗値については、Ｔｉ／Ａｕ電極を膜面に２０ヶ所／φ４マイクロインチ形成し、常温で印加電圧１０Ｖで三端子法を用いて膜表面と基板の裏面との間を測定した時の最低抵抗値とした。
【００２５】
この結果、表１に示すように、試料１〜４のように通常のスパッタリング法による第１のアモルファスアルミナ膜だけの場合は、４μｍ以上の膜厚を成膜しないと１０¹¹Ω以上の抵抗値が得られず、試料５〜６のように２層膜にすると第２のアモルファスアルミナ膜を通常のスパッタリング法により形成した場合であれば、同じ膜厚でも抵抗値は高くなる傾向にあるが、膜厚３μｍ以下では抵抗値１０¹¹Ω未満となった。また、試料Ｎｏ．１２のように第２のアモルファスアルミナ膜を６０００Åの厚みで形成した場合は、２層膜間の密度差による応力が高すぎるために、真空中の加熱処理にて膜剥離が生じた。
【００２６】
これに対し試料Ｎｏ．７〜１１の本発明実施例は、アモルファス膜の厚みを２．５μｍ以内にしても抵抗値は１０¹¹Ω以上となり、優れた耐電圧が得られ、加熱処理後に膜剥離も生じなかった。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、基板上にＥＣＲスパッタリング法により形成した厚みが１０〜５５００Åの第１のアモルファスアルミナ膜と通常のスパッタリング法により形成した厚みが０．２〜２．４μｍの第２のアモルファスアルミナ膜を順次積層し、その後、第２のアモルファスアルミナ膜を研磨することで、薄膜磁気ヘッド用基板の成膜面の面粗さや平坦度を制御しやすくなる。また、この基板上に磁性膜を形成して切り出した薄膜磁気ヘッドは、ＭＲ素子部の放熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の薄膜磁気ヘッド用基板を示す斜視図である。
【図２】本発明の薄膜磁気ヘッド用基板の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の薄膜磁気ヘッドの膜層構造を示す概略図である。
【図４】本発明の薄膜磁気ヘッドの使用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１薄膜磁気ヘッド用基板
２薄膜磁気ヘッド
３スライダー
４ＭＲ素子
５メディア
６Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックス基板
７第１のアモルファスアルミナ膜
８第２のアモルファスアルミナ膜
９磁性膜
１０ヘッド浮上量
１１リセス

Claims

基板上に、ＥＣＲスパッタリング法による厚みが１０〜５５００Åの第１のアモルファスアルミナ膜と、スパッタリング法による厚みが０．２〜２．４μｍの第２のアモルファスアルミナ膜とを順次積層し、その後、該第２のアモルファスアルミナ膜を研磨することを特徴とする薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
請求項１の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法によって得られた研磨した第２のアモルファスアルミナ膜上に磁性膜を形成して切り出すことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。