JP4970768B2 - 薄膜磁気ヘッド用構造物およびその製造方法並びに薄膜磁気ヘッド - Google Patents
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Description
従来の垂直記録方式の薄膜磁気ヘッドは、例えば、特許文献1,2,3,4等に開示されている。
従来のPMRの中には、例えば図27(A),(B),(C)に示すような構造を有する薄膜磁気ヘッド400があった。この薄膜磁気ヘッド400は、絶縁層401上に形成され、ABS403の側に配置された磁極端部がベベル形状を有する主磁極層402と、主磁極層402と磁気的に連結され、ABS403の側で記録ギャップ層404を挟んで、主磁極層402と対向するライトシールド(Write shield)層405と、薄膜コイル406とを有している。また、薄膜コイル406がフォトレジスト407により互いに絶縁され、主磁極層402と、ライトシールド層405とを連結する連結部408の周りに平面渦巻き状に巻回されている。
そして、この薄膜磁気ヘッド400のように従来のPMRでは、磁化msの方向がABS403に沿った方向を向くように磁性材を磁化して、主磁極層402を形成している。
この薄膜磁気ヘッド用構造物は、磁極端部とヨーク磁極部との媒体対向面に沿った方向の端面同士の接合によって境界面が媒体対向面に沿った方向に形成され、境界面によってヨーク磁極部から磁極端部への残留磁化の放出が遮断されるようになっている。また、主磁極層が磁極形成用凹部内に埋め込まれるようにして形成される。
(1)薄膜磁気ヘッドのトラック幅が決まるようにして形成された極細溝部を備え、主磁極層に対応する形状に窪ませた磁極形成用凹部を有するベース絶縁層を形成する工程と、
(2)ベース絶縁層の磁極形成用凹部における極細溝部以外の領域内において媒体対向面に沿った方向の露出した凹部内端面を有する端面付磁極層を形成する工程と、
(3)端面付磁極層における凹部内端面に接合された接合磁極層を、端面付磁極層よりも飽和磁束密度が低くて磁歪が小さい磁性材を用いて形成する工程と、
(4)端面付磁極層と接合磁極層とにおける薄膜コイルに近い側の表面平坦化処理を行って媒体対向面に沿った方向に磁化されている磁極端部と磁極端部よりも大きさが大きくて媒体対向面に沿った方向に磁化されているヨーク磁極部とを形成し、磁極端部とヨーク磁極部との媒体対向面に沿った方向の端面同士の接合によって、ヨーク磁極部から磁極端部へのヨーク磁極部内部の残留磁化の放出を遮断する境界面を媒体対向面に沿った方向に形成する工程と、
(5)磁極端部およびヨーク磁極部に、記録ギャップ層を形成する工程と、
(6)絶縁層を介して接触するように、ヨーク磁極部に薄膜コイルを形成する工程と、
(7)記録ギャップ層を介して磁極端部と対向するようにしてライトシールド層を形成する工程。
上記薄膜磁気ヘッドにおいて主磁極層は、磁極端部とヨーク磁極部との媒体対向面に沿った方向の端面同士が等しい大きさに形成されているようにすることができる。
さらに、主磁極層は、磁極端部が薄膜コイルよりも媒体対向面に近い位置に配置される大きさに形成され、かつ境界面が薄膜コイルよりも媒体対向面に近い位置に配置されていることが好ましい。
そして、磁極端部およびヨーク磁極部における残留磁化の方向を制御し、その残留磁化の方向が媒体対向面に沿った方向とは異なる異方向を向くことを防止する機能を備えた非磁性材からなる非磁性膜を更に有し、その非磁性膜を介して端面同士が接合されていることが好ましい。
(薄膜磁気ヘッド用構造物の構造)
まず、図1〜図6を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物の構造について説明する。ここで、図1は、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物300の断面図で、(A)は薄膜コイルに交差する方向の断面図、(B)はABSで切断したときのABSを示す断面図である。
以下では薄膜磁気ヘッド用構造物300における記録ヘッド用構造物の主要部の構造について説明し、その他の部分の構造については後述する製造工程において説明する。また、特に断りのないかぎり、記録ヘッド用構造物の各構成要素はABS30で切断する前と後とにおいて、ともに同じ名称および符号を用いて説明するが、双方を区別するときは、ABS30で切断した後の符号に“´”を付している。
絶縁層1は本発明におけるベース絶縁層であって、基板上の所定領域に形成されている。ここで、図2は絶縁層1を示す図で、(A)は平面図、(B)は(A)におけるB-B線断面図である。図3は図2の要部を拡大して示す図で、(A)は平面図、(B)は(A)におけるB-B線断面図、(C)は(B)における要部を寸法の比率を変更の上、拡大して示す断面図である。なお、図2では、絶縁層1について、後述するキャビティ2を中心とする矩形状の所定領域を示している。
そして、トラック幅規定部12の奥行き(ABS30からの距離)がネックハイトNHに対応するようになっている(本実施の形態では、ネックハイトNHは0.1〜0.3μm程度、好ましくは0.15μmになっている)。
また、ヨーク磁極部20´は可変幅領域21と定幅領域22に跨るようにして記録ギャップ層24および絶縁層31を介して薄膜コイル100が形成されている。
ライトシールド層40は第1のシールド部41と、第2のシールド部42と、第3のシールド部43とを有している。第1のシールド部41は、ABS30側において、記録ギャップ層24を挟んで主磁極層10の磁極端部11と対向し、ABS30に交差する方向のABS30からの奥行きによって、ネックハイトNHが決まるようにして形成されている。
第3のシールド部43は第2のシールド部42に接続され、絶縁層32を介して薄膜コイル100およびフォトレジスト101を被覆するようにして形成されている。
バック磁極層51は、記録ギャップ層24よりもABS30から離れた部分において、ヨーク磁極部20に接続されている。また、バック磁極層51は、第2のシールド部42に磁気的に連結され、第2のシールド部42とともに連結部44を形成している。
薄膜コイル100は、ライトシールド層40に対して、絶縁層31,32を介して絶縁された状態で、ライトシールド層40の回りに平面渦巻き状に巻回されている。なお、図示はしないが、薄膜コイル100を主磁極層10の周りを螺旋状に巻回するヘリカル型のコイルに変更してもよい。
ところで、従来のPMRでは、図27に示した上述の薄膜磁気ヘッド400のように、主磁極層402がABS403から薄膜コイルを挟んで反対側の端部まで、すべて同じ磁性材を用いて形成されていた。そのため、残留磁化mrがABS403側を向いてしまい、ポールイレージャーの発生を防止することが困難であった。
このように、従来のPMRでは、記録密度を向上させようとすると、主磁極層を確実に形成することが困難になるといった問題もあった。
すなわち、キャビティ2が主磁極層10の外形形状に対応した形状に窪ませたものであるため、主磁極層10がキャビティ2に埋め込まれるようにして形成されると、主磁極層10を設定したとおりの形状および寸法で形成することができる。また、キャビティ2の極細溝部3によってトラック幅が決まるため、磁極端部をベベル形状にするためにIBEを長い時間行う必要は一切ない。そのため、ネックハイトを想定したとおりの値に設定でき、ABS403に近い箇所の磁気量を大きくすることが可能であり、オーバーライト特性が良好な薄膜磁気ヘッドを製造できるようになっている。
上述した薄膜磁気ヘッド用構造物300は、境界面14がABS30に略平行に形成されている主磁極層10を有している。しかし、薄膜磁気ヘッド用構造物300は、図6に示すような主磁極層15を有していてもよい。この主磁極層15は、境界面17が境界面14と異なり、ABS30に対して一定の傾斜角で傾斜している。この場合も、上述した薄膜磁気ヘッド用構造物300および薄膜磁気ヘッド用構造物300を用いて製造される薄膜磁気ヘッド300Aと同様の作用効果を奏する。
また、上述した薄膜磁気ヘッド用構造物300の場合、絶縁層1がキャビティ2を有し、キャビティ2内において、磁極端部11とヨーク磁極部20とが接合されている。しかし、本発明における薄膜磁気ヘッド用構造物は、キャビティ2を用いない薄膜磁気ヘッド用構造物302(図1参照)にすることもできる。薄膜磁気ヘッド用構造物302は、図1に示した薄膜磁気ヘッド用構造物300と断面構造が同様であり、磁極端部11と、ヨーク磁極部20との端面同士が接合されている端面接合構造を有し、また、薄膜コイル100に近い側の表面が平坦な構造を有している。そのため、薄膜磁気ヘッド用構造物302も、記録密度を向上させながら、ポールイレージャーの発生を効果的に防止可能な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
次に、上述の図1、図2(A),(B)、図3(A),(B),(C)と、図7(A),(B),(C),(D)〜図11(A),(B),(C),(D)および図12(A),(B)〜図15(A),(B)を参照して、上述の構造を有する第1の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物300の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る製造方法では、まず、例えばアルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイド(Al2O3・TiC)よりなる図示しない基板の上に、MR素子(磁気抵抗効果素子)等を備えた再生ヘッド用構造物を積層する。次に、絶縁層1をアルミナ(Al2O3)や非磁性材を用いて形成する。
次に、レジストパターン25を除去すると、図8(A)、(C)に示すように、絶縁層1におけるレジストパターン25で被覆されていなかった領域(キャビティ2における磁極端部11を形成するための領域および張出凹部6と、キャビティ2の周辺領域)に磁性層26が残された状態が得られる。このとき、磁性層26はキャビティ2における極細溝部3以外の領域内において露出した凹部内端面26a(図8(A)参照)を有し、本発明における端面付磁極層となっている。この場合、レジストパターン25の形成位置を調節することによって、凹部内端面26aの奥行きを変えることができる。凹部内端面26aの奥行きを大きくすると、凹部内端面26aの大きさが大きくなるため、後述する磁性層27との接合が確実になる。しかし、境界面14がABS30から離れてヨーク磁極層20の磁気量が減少し、それにともない、ポールイレージャーが発生しやすくなる。ポールイレージャーを発生し難くするには、凹部内端面26aの奥行きを小さくすればよく、そうすると、磁性層27との接合が難しくなる。これらの点を考慮して、レジストパターン25の形成位置を調節する。
この磁性層27を形成すると、キャビティ2内において、磁性層26の凹部内端面26aに磁性層27が接合して、その両者の接合部分が境界面28になる。すなわち、磁性層27は本発明における接合磁極層となっている。この磁性層27によって、後にヨーク磁極部20が形成される。また、境界面28は後に境界面14になる。さらに、基板の表面全体における絶縁層1の外側部分にアルミナ(Al2O3)からなる絶縁層29を0.5〜1.0μm程度の厚さで形成する(なお、絶縁層29は図9(A)には表示されていない)。
上述の製造工程は次のように変更することができる。すなわち、図13(A),(B)に示すように、半導体ウェハーの上面全体をCMPにより研摩した後で、第2のシールド部42よりも先に絶縁層31を介して薄膜コイル100を形成する。次に、薄膜コイル100を被覆するようにしてフォトレジスト101を形成する。さらに、薄膜コイル100およびフォトレジスト101を被覆し、第1のシールド部41とバック磁極層51に接続されるようにして、第2のシールド部42を形成する。すると、図19(A),(B)に示すように、第1のシールド部41と第2のシールド部42とを有し、第3のシールド部43を備えないライトシールド層40を有する薄膜磁気ヘッド用構造物301が得られる。
薄膜磁気ヘッド用構造物300は、キャビティ2を用いないで製造することもできる。この場合まず、絶縁層1における磁極端部11の形成予定位置に、凹部内端面16aと同様の露出した端面を有する端面付磁極層を形成する。次に、絶縁層1におけるヨーク磁極部20の形成予定位置に、端面付磁極層の露出した端面に接合された接合磁極層を形成する。これ以降の工程は、上記同様に行えばよい。この変形例2における製造方法によれば、キャビティ2を有しない薄膜磁気ヘッド用構造物302が得られる。
次に、図16(A),(B)を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物について説明する。図16は、本発明の第2の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物310の断面図で、(A)は薄膜コイルに交差する方向の断面図、(B)はABSで切断したときのABSを示す断面図である。
第2の実施の形態にかかる薄膜磁気ヘッド用構造物310は上述した薄膜磁気ヘッド用構造物300と比較して、非磁性膜61を有する点で相違し、そのほかの点では一致している。なお、以下の説明は相違点について行い、共通点についての説明は省略ないし簡略化する。
薄膜磁気ヘッド用構造物310の製造方法は、薄膜磁気ヘッド用構造物300の製造方法と比較して、磁性層26を形成するまでの各工程が同様で、磁性層26を形成した後の工程が異なる。
薄膜磁気ヘッド用構造物310を製造するときは、磁性層26を形成した後、磁性層27を形成する前に非磁性膜61を形成する。この場合、非磁性膜61は凹部内端面26aとキャビティ2内の表面を被覆するようにして形成する。
続いて、第1の実施の形態における薄膜磁気ヘッド用構造物300と同様にして絶縁層29(図示せず)を形成し、さらに基板の表面全体をCMPにより研磨して、表面の平坦化処理を行う。すると、図18(A),(B)に示す状態が得られる。この状態は、図10(B),(D)に対応している。これ以降の工程を第1の実施の形態における薄膜磁気ヘッド用構造物300と同様にして実行すると、薄膜磁気ヘッド用構造物310が得られる。
上述の製造工程も、第1の実施の形態の場合同様に変更することができる。すなわち、第1のシールド部41とバック磁極層51を形成した後に基板の上面全体をCMPにより研摩し、その後、第2のシールド部42よりも先に絶縁層31を介して薄膜コイル100を形成する。次に、薄膜コイル100を被覆するようにしてフォトレジスト101を形成する。さらに、薄膜コイル100およびフォトレジスト101を被覆し、第1のシールド部41とバック磁極層51に接続されるようにして、第2のシールド部42を形成する。すると、図20(A),(B)に示すように、第1のシールド部41と第2のシールド部42とを有し、第3のシールド部43を備えないライトシールド層40を有する薄膜磁気ヘッド用構造物311が得られる。
本実施の形態における薄膜磁気ヘッド用構造物310についても、第1の実施の形態における薄膜磁気ヘッド用構造物300と同様に、キャビティ2を用いないで製造することもできる。この場合の製造方法は、次のとおりである。まず、第1の実施の形態の変形例2における端面付磁極層について、その露出した端面に非磁性膜61と同様の非磁性膜を形成する。次に、絶縁層1におけるヨーク磁極部20の形成予定位置に、端面付磁極層の露出した端面に接合された接合磁極層を形成する。これにより、端面付磁極層と接合磁極層とを非磁性膜を介して接合させる。その他の工程は第1の実施の形態の変形例2と同様に行えばよい。
次に、図21(A),(B)を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドについて説明する。図21は,本発明の第3の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド用構造物320の断面図で、(A)は薄膜コイルに交差する方向の断面図、(B)はABSで切断したときのABSを示す断面図である。
この上部ヨーク磁極部45をヨーク磁極部20に接合することによって、主磁極層10のABS30付近の磁気量を増やすことができる。そのため、薄膜磁気ヘッド用構造物320によれば、オーバーライト特性が良好な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
また、薄膜磁気ヘッド用構造物320についても、第1の実施の形態にかかる薄膜磁気ヘッド用構造物300と同様に、図22(A),(B)に示すような薄膜磁気ヘッド用構造物321とすることができる。この薄膜磁気ヘッド用構造物321は、第1のシールド部41と第2のシールド部42とを有し、第3のシールド部43を備えないライトシールド層40を有する。
さらに、図示はしないが、薄膜磁気ヘッド用構造物320と、薄膜磁気ヘッド用構造物321のいずれについても、磁極端部11とヨーク磁極部20とが接合する部分およびヨーク磁極部20と被膜16との間の部分に非磁性膜61が形成されていてもよい。
10…主磁極層、11…磁極端部
20…ヨーク磁極部、24…記録ギャップ層
30…ABS、40…ライトシールド層
45…上部ヨーク磁極部、61…非磁性膜
100…薄膜コイル
300,301,302…薄膜磁気ヘッド用構造物
310,320…薄膜磁気ヘッド用構造物
300A…薄膜磁気ヘッド
Claims (13)
- 記録媒体に対向する媒体対向面の側に磁極端部を有する主磁極層と、前記媒体対向面の側において、記録ギャップ層を形成するようにして前記磁極端部に対向するライトシールド層と、前記ライトシールド層または前記主磁極層の周りに巻回された薄膜コイルとが積層された構成を有する薄膜磁気ヘッドを製造可能な薄膜磁気ヘッド用構造物であって、
前記主磁極層は、前記媒体対向面に沿った方向に磁化されている前記磁極端部と、前記磁極端部よりも飽和磁束密度の低い磁性材を用いて形成された前記磁極端部よりも大きさが大きくて前記磁極端部よりも磁歪が小さく、前記媒体対向面に沿った方向に磁化されているヨーク磁極部との前記媒体対向面に沿った方向の端面同士が接合されている端面接合構造および前記薄膜コイルに近い側の表面が平坦な構造を有し、
前記主磁極層は、前記磁極端部と前記ヨーク磁極部の前記端面同士の接合によって、前記ヨーク磁極部から前記磁極端部への前記ヨーク磁極部内部の残留磁化の放出を遮断する境界面が前記媒体対向面に沿った方向に形成され、
前記薄膜磁気ヘッドのトラック幅が決まるようにして形成された極細溝部を備え、前記主磁極層に対応する形状に窪ませた磁極形成用凹部を有するベース絶縁層を更に有し、
前記ベース絶縁層の前記磁極形成用凹部における前記極細溝部以外の領域内で前記磁極端部と、前記ヨーク磁極部との端面同士が接合されている薄膜磁気ヘッド用構造物。 - 前記主磁極層は、前記磁極端部と前記ヨーク磁極部との前記媒体対向面に沿った方向の端面同士が等しい大きさに形成されている請求項1記載の薄膜磁気ヘッド用構造物。
- 前記主磁極層は、前記磁極端部が前記薄膜コイルよりも前記媒体対向面に近い位置に配置される大きさに形成され、かつ前記境界面が前記薄膜コイルよりも前記媒体対向面に近い位置に配置されている請求項1または2記載の薄膜磁気ヘッド用構造物。
- 前記磁極端部および前記ヨーク磁極部における残留磁化の方向を制御し、該残留磁化の方向が前記媒体対向面に沿った方向とは異なる異方向を向くことを防止する機能を備えた非磁性材からなる非磁性膜を更に有し、該非磁性膜を介して前記端面同士が接合されている請求項1〜3のいずれか一項記載の薄膜磁気ヘッド用構造物。
- 前記ヨーク磁極部における前記記録ギャップ層よりも前記媒体対向面から離れた部分に、前記磁極端部よりも大きさの大きい上部ヨーク磁極部が接合されている請求項1〜4のいずれか一項記載の薄膜磁気ヘッド用構造物。
- 記録媒体に対向する媒体対向面の側に磁極端部を有する主磁極層と、前記媒体対向面の側において、記録ギャップ層を形成するようにして前記磁極端部に対向するライトシールド層と、前記ライトシールド層または前記主磁極層の周りに巻回された薄膜コイルとが積層された構成を有する薄膜磁気ヘッドを製造可能な薄膜磁気ヘッド用構造物の製造方法であって、
前記薄膜磁気ヘッドのトラック幅が決まるようにして形成された極細溝部を備え、前記主磁極層に対応する形状に窪ませた磁極形成用凹部を有するベース絶縁層を形成する工程と、
前記ベース絶縁層の前記磁極形成用凹部における前記極細溝部以外の領域内において前記媒体対向面に沿った方向の露出した凹部内端面を有する端面付磁極層を形成する工程と、
前記端面付磁極層における前記凹部内端面に接合された接合磁極層を、前記端面付磁極層よりも飽和磁束密度が低くて磁歪が小さい磁性材を用いて形成する工程と、
前記端面付磁極層と前記接合磁極層とにおける前記薄膜コイルに近い側の表面平坦化処理を行って前記媒体対向面に沿った方向に磁化されている前記磁極端部と前記磁極端部よりも大きさが大きくて前記媒体対向面に沿った方向に磁化されているヨーク磁極部とを形成し、該磁極端部とヨーク磁極部との前記媒体対向面に沿った方向の端面同士の接合によって、前記ヨーク磁極部から前記磁極端部への前記ヨーク磁極部内部の残留磁化の放出を遮断する境界面を前記媒体対向面に沿った方向に形成する工程と、
前記磁極端部および前記ヨーク磁極部に、前記記録ギャップ層を形成する工程と、
絶縁層を介して接触するように、前記ヨーク磁極部に前記薄膜コイルを形成する工程と、
前記記録ギャップ層を介して前記磁極端部と対向するようにして前記ライトシールド層を形成する工程とを有する薄膜磁気ヘッド用構造物の製造方法。 - 前記凹部内端面が前記薄膜コイルよりも前記媒体対向面に近い位置に配置されるようして、前記端面付磁極層を形成する請求項6記載の薄膜磁気ヘッド用構造物の製造方法。
- 前記端面付磁極層における前記凹部内端面に、前記磁極端部および前記ヨーク磁極部における残留磁化の方向を制御し、該残留磁化の方向が前記媒体対向面に沿った方向とは異なる異方向を向くことを防止する機能を備えた非磁性材からなる非磁性膜を形成する工程を更に有し、
前記非磁性膜を介して接合されるようにして、前記接合磁極層を形成する請求項6記載の薄膜磁気ヘッド用構造物の製造方法。 - 前記ヨーク磁極部における前記記録ギャップ層よりも前記媒体対向面から離れた部分に前記磁極端部よりも大きさの大きい上部ヨーク磁極部を接合する工程を更に有する請求項6〜8のいずれか一項記載の薄膜磁気ヘッド用構造物の製造方法。
- 記録媒体に対向する媒体対向面の側に磁極端部を有する主磁極層と、前記媒体対向面の側において、記録ギャップ層を形成するようにして前記磁極端部に対向するライトシールド層と、前記ライトシールド層または前記主磁極層の周りに巻回された薄膜コイルとが積層された構成を有する薄膜磁気ヘッドであって、
前記薄膜磁気ヘッドのトラック幅が決まるようにして形成された極細溝部を備え、前記主磁極層に対応する形状に窪ませた磁極形成用凹部を有するベース絶縁層を有し、
前記主磁極層は、前記ベース絶縁層の前記磁極形成用凹部における前記極細溝部以外の領域内で前記媒体対向面に沿った方向に磁化されている前記磁極端部と、前記磁極端部よりも飽和磁束密度の低い磁性材を用いて形成された前記磁極端部よりも大きさが大きくて前記磁極端部よりも磁歪が小さく、前記媒体対向面に沿った方向に磁化されているヨーク磁極部との前記媒体対向面に沿った方向の端面同士が接合されている端面接合構造および前記薄膜コイルに近い側の表面が平坦な構造を有し、
前記主磁極層は、前記磁極端部と前記ヨーク磁極部の前記端面同士の接合によって、前記ヨーク磁極部から前記磁極端部への前記ヨーク磁極部内部の残留磁化の放出を遮断する境界面が前記媒体対向面に沿った方向に形成されている薄膜磁気ヘッド。 - 前記主磁極層は、前記磁極端部と前記ヨーク磁極部との前記媒体対向面に沿った方向の端面同士が等しい大きさに形成されている請求項10記載の薄膜磁気ヘッド。
- 前記主磁極層は、前記磁極端部が前記薄膜コイルよりも前記媒体対向面に近い位置に配置される大きさに形成され、かつ前記境界面が前記薄膜コイルよりも前記媒体対向面に近い位置に配置されている請求項10または11記載の薄膜磁気ヘッド。
- 前記磁極端部および前記ヨーク磁極部における残留磁化の方向を制御し、該残留磁化の方向が前記媒体対向面に沿った方向とは異なる異方向を向くことを防止する機能を備えた非磁性材からなる非磁性膜を更に有し、該非磁性膜を介して前記端面同士が接合されている請求項10〜12のいずれか一項記載の薄膜磁気ヘッド。
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