KR100256064B1 - 박막 자기헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 자기헤드에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 비자성 기판(21)위에 자계감지용 자기저항소자(22) 및 바이어스 도체(23)를 형성시키고 그 위에 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드(24) 및 절연층(27)을 형성시킨 다음, 상기 플럭스 가이드(24)와 절연층(27) 사이에 제1폴리머 중합층(25)을 형성시켜서 된 박막 자기헤드에 있어서, 상기 플럭스 가이드(24)가 센더스트 박막으로 이루어지고, 상기 제1폴리머 중합층(25) 대신에 SiO₂막을 사용하므로써 고온공정에 적용이 가능하고, 열팽창 계수의 차이가 큰 수지절연층과 무기절연층에 기인한 응력에 따른 자성재료의 특성저하 및 박리를 억제할 수 있는 박막 자기헤드에 관한 것이다.

Description

박막 자기헤드

제1도는 자기저항 소자를 포함하는 박막 자기재생헤드열의 일부를 도시한 평면도이고,

제2도는 제1도의 A-A선을 따른 섹션(section)에 대응하여 종래의 폴리머 중합체층을 사용한 박막 자기재생/기록헤드의 단면도이며,

제3도는 제1도의 A-A선을 따른 섹션에 대응하여 본 발명에 따른 센더스트 자성막과 물유리로 이루어진 SiO₂절연/평탄화층을 포함하는 박막 자기재생/기록헤드의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 21 : 비자성 기판(Al₂O₃-TiC) 2, 22 : 자기저항소자(퍼멀로이)

3, 23 : 바이어스 도체 4 : 플럭스 가이드(퍼멀로이)

24 : 플럭스 가이드(센더스트 박막)

5 : 제1폴리머 중합층 25 : 1차 SiO₂막(물유리)

6, 26 : 도체선 7, 27 : 절연층(Al₂O₃)

8 : 하부자성층(퍼멀로이) 28 : 하부자성층(센더스트 박막)

9 : 제2폴리머 중합층 29 : 2차 SiO₂막(물유리)

10, 30 : 코일(Cu) 11 : 상부자성층(NiFe)

31 : 상부자성층(센더스트 박막)

본 발명은 박막 자기헤드에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고정자기 디스크장치, 디지털 컴팩트 카세트(DCC)등에 이용되는 박막 자기헤드의 제조시, 자극형성에 사용되는 자성재료와 층간 절연 및 평탄화에 사용되는 재료를 내열성이 우수하고 인접층과의 열팽창 계수의 차이가 적은 물질로 바꿈으로써 고온공정에 적용이 가능하고, 열팽창 계수의 차이가 큰 수지절연층과 무기절연층에 기인한 응력에 따른 자성재료의 특성저하 및 박리를 억제할 수 있는 박막 자기헤드에 관한 것이다.

제1도는 자기저항 소자를 포함하는 박막 자기재생헤드열의 일부를 도시한 평면도이고, 제2도는 제1도의 A-A선을 따른 섹션에 대응하여 종래의 폴리머 중합체층을 사용한 박막 자기재생/기록헤드의 단면도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 종래의 박막 자기헤드의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

제2도를 참조하여 종래의 박막 자기헤드를 간략히 설명하면, 종래의 박막 자기헤드는 세라믹 등으로 이루어지는 비자성 기판(1)위에 자계감지용 자기저항소자(2), 바이어스 도체(3), Al₂O₃절연층(7) 및 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드(flux guide, 4)를 제조하고 상기 플럭스 가이드(4)의 섹션 사이에 감광성 폴리머 또는 포토리지스트가 도포된 제1폴리머 중합층(5)을 형성시켜서 된 구조이다. 즉, 층간 절연층의 재료인 포토리지스트가 도포된 제1폴리머 중합층(5)의 하부에는 Al₂O₃절연층(7)과 퍼멀로이 자성막으로 이루어진 0.8㎛ 두께의 플럭스 가이드(4)를 위치시켰으며, 상기 제1폴리머 중합층(5)을 이루는 감광성 폴리머 또는 포토리지스트를 절연 및 평탄화용 재료로 사용하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 박막 자기헤드에 있어서 평탄화 및 절연기능을 가지는 유동성 중합체(예를들면, 포토리지스트)는 인접층과의 열팽창 계수의 차이가 커서, 이에 따른 유입응력이 자성막의 특정저하를 유발시키거나, 300℃ 이상의 고온공정 적용시 연화에 따른 형상변형을 일으킬 수 있다. 이에 의해 인접층 사이에서 발생한 응력은 층들 사이의 박리를 유발시키거나 또는 변형될 포토리지스트의 형상에 따라 자성층 재료인 퍼멀로이 내부의 응력분포가 불균일해져 패턴화된 0.8㎛ 두께의 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드의 자기적 특성(보자력, 투자율등)을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 뿐만 아니라 제특성을 향상시킬 수 있는 박막 자기헤드를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 자기헤드는 비자성 기판위에 자계감지용 자기저항소자 및 바이어스 도체를 형성시키고 그 위에 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드 및 절연층을 형성시킨 다음, 상기 플럭스 가이드와 절연층 사이에 제1폴리머 중합층을 형성시켜서 된 박막 자기헤드에 있어서, 상기 플럭스 가이드가 센더스트 박막으로 이루어지고, 상기 제1폴리머 중합층 대신에 물유리로부터 형성되는 SiO₂막을 사용하는 것으로 구성된다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

박막 자기헤드는 고정자기 디스크장치, 디지털 컴팩트 카세트(DCC) 등에 많이 이용되고 있지만, 박막 자기헤드에서 평탄화 및 절연기능을 가지는 유동성 중합체층은 인접층과의 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 이에 따른 유입응력이 자성막의 특성저하를 유발시키거나 300℃ 이상의 고온공정 적용시 연화에 따른 형상변형을 일으킬 수 있으며, 이에 의해 인접층 사이에서 발생한 응력은 층들사이의 박리를 유발시키거나 또는 변형될 포토리지스트의 형상에 따라 자성층 재료인 퍼멀로이 내부의 응력분포가 불균일해져 패턴화된 0.8㎛ 두께의 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드의 자기적 특성(보자력, 투자율등) 및 이에 따른 헤드 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 자극형성에 사용되는 자성층 재료와 층간 절연 및 평탄화에 사용되는 중합층의 재료를 내열성이 우수하고 인접층과의 열팽창 계수의 차이가 적은 물질로 바꿈으로써 고온공정에 적용이 가능하고, 열팽창 계수의 차이가 큰 수지절연층과 무기절연층에 기인한 응력에 따른 자성재료의 특성저하 및 박리를 방지할 수 있는 본 발명의 박막 자기헤드를 개발한 것이다.

제3도는 제1도의 A-A선을 따른 섹션에 대응하여 본 발명에 따른 센더스트 자성막과 물유리로부터 이루어진 SiO₂절연/평탄화층을 포함하는 박막 자기재생/기록헤드의 단면도를 나타낸 것으로, 도면중 부호 21은 비자성 기판(Al₂O₃-TiC), 22는 자기저항소자(퍼멀로이), 23은 바이어스 도체, 24는 플럭스 가이드(센더스트 박막), 25는 1차 SiO₂막(물유리), 26은 도체선, 27은 절연층(Al₂O₃), 28은 하부자성층(센더스트 박막), 29는 2차 SiO₂막(물유리), 30은 Cu 코일, 31은 상부자성층(센더스트 박막)이다.

제3도를 참조하여 본 발명의 박막 자기헤드의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

세라믹으로 이루어진 비자성 기판(21)과 절연층 위에 기록매체로부터의 신호를 실제적으로 재생하는 자계감지부인 자기 저항소자(22)를 고주파 다이오드 스퍼터링법으로 두께 300~500Å 정도로 제조한 후, 사진 식각공정을 거쳐 이온에칭법으로 소정의 패턴으로 가공한다.

그 다음, 상기 패터닝된 자기 저항소자(22)위에 바이어스용 도체로서 전기 도도가 높고, 밀착력이 우수한 몰리브덴 및 금 복합막을 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 4000~6000Å 두께로 연속제조한 후, 사진식각공정을 거쳐 반응성 이온에칭법으로 바이어스 도체(23)를 형성시키고, 스퍼터링법을 사용하여 절연막과 센더스트박막을 연속적으로 제조한 후 사진식각 공정을 거쳐 이온빔 에칭법으로 센더스트 박막만을 에칭하여 섹션을 가지는 플럭스 가이드(24)를 형성시킨다. 여기서, 상기 플럭스 가이드(24)의 재료로 사용되는 센더스트 박막은 기존에 사용된 퍼멀로이보다 고온에서 자기적 특성이 안정하기 때문에 기존의 퍼멀로이 대신 사용되어 350℃ 이상의 박막 자기헤드의 제조공정에 적용될 수 있는 것이다. 한편, 본 발명에 따른 센더스트 박막에는 Fe-Al-Si계, Fe-Ru-Ga-Si 합금등이 있다.

그후, 스핀코팅법(spin-coating)에 의해 물유리를 2~3㎛정도 도포하여 진공중 약 400℃에서 4~5시간동안 경화시켜 절연/평탄화 기능을 가지는 1차 SiO₂막(25)을 제조한 후, 사진 식각공정을 거쳐 반응성 이온 에칭법으로 상기 플럭스 가이드(24) 사이의 자기 저항소자(22), 바이어스 도체(23) 및 플럭스 가이드 섹션사이의 모서리부를 오버라잉하도록 소정의 형상으로 패터닝시킨다. 이때, 물유리로부터 제조된 SiO₂막에 의해 기존 폴리머등의 중합체보다 열팽창 계수가 작기 때문에 유입되는 응력이 적어지고 고온에서의 변형도 적어지는 것이다.

한편, 상기 1차 SiO₂막(25)위에 도체선(26)을 고주파 스퍼터링법으로 제조하여 패턴을 형성시킨 후, 센더스트 박막을 2~3㎛ 두께로 제조하고 사진 식각공정을 거쳐 이온빔 에칭법으로 가공하여 하부 자성층(28)을 제작한다.

그 다음, 기록갭들을 제조한 후 스핀코팅법으로 물유리를 1.5~2.0㎛ 두께로 도포하여 기록전류 인가용 코일의 형성을 위한 평탄층을 형성시키고, 진공중 400~500℃에서 5시간 정도 경화시킨 후 사진 식각공정을 거쳐 반응성 이온에칭법으로 가공하여 기록전류 인가용 Cu 코일(30)을 제조한다. 이때 Cu 코일의 제조방법을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저 고주파 스퍼터링법으로 제작된 80~120Å 두께의 Cu 종자층위에 패턴을 형성시킨 다음, 전기도금법으로 2~4㎛ 두께의 Cu 코일을 선택적으로 도금시킨다. 그리고, 상기 포토리지스트를 벗겨낸 다음 Cu종자층을 화학에칭법으로 제거하여 본 발명에 따른 Cu 코일을 제작한다.

최종적으로, 상부 자성층(31)을 제조키 위한 매끄러운 면과 Al₂O₃절연층을 제거하기 위해 상기 공정과 동일하게 스핀코팅법으로 물유리를 3~5㎛ 두께로 도포하여 경화시키고, 사진 식각공정 및 반응성 이온 에칭법을 통해 소정의 형상으로 가공한 후, 상부 자성층을 FeAlSi계 센더스트 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 기판온도 100~300℃, 아르곤 가스압력 2~5mTorr, RF 파워 1~2kw에서 2시간동안 제조하여 사진식각 공정을 통해 소정의 형상으로 에칭한 후, 고주파 다이오드 스퍼터링법을 사용하여 보호막인 Al₂O₃막을 40㎛두께로 제작하여 본 발명의 박막 자기헤드를 제작한다.

한편, 본 발명의 박막 자기헤드의 특징을 간략히 설명하면, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 퍼멀로이보다 고온에서 자기적 특성이 안정한 센더스트(Fe-Al-Si계, Fe-Ru-Ga-Si계 합금) 박막을 기존의 퍼멀로이 대신 사용하여 350℃ 이상의 박막 자기헤드 제조공정이 적용 가능토록 하였으며, 재생시 신호의 유입/안내 역할을 하는 플럭스 가이드의 섹센사이를 채우고 있는 폴리머 또는 포토리지스트 대신에 인접층과의 열팽창 계수의 차이가 작고, 평탄화처리가 용이한 물유리(spin on glass, SOG)를 스핀코팅법을 사용하여 적용한 것이다.

또한, 전술한 상부자성층과 하부자성층 사이의 Cu 코일부를 평탄화시키는 재료로서 기존의 포토리지스트 대신에 물유리를 사용한 것이다.

따라서, 본 발명에서는 상/하부 자성층 사이의 절연과 Cu 코일의 평탄화 재료 및 플럭스 가이드 섹션을 채우는 절연/평탄화 재료로 물유리를 사용하여 인집층과의 열팽창 계수의 차이에 기인한 응력유입을 줄였으며 매끄러운 표면을 제공한 것이다. 또한, 열적 안정성이 우수한 센더스트계 박막을 플럭스 가이드 및 상/하 자성층 재료로 사용하여 450~500℃에서의 고온 공정에 적용가능하게 한 것이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

Al₂O₃-TiC 기판과 Al₂O₃절연층위에 고주파 다이오드 스퍼터링법을 사용하여 퍼멀로이로 이루어진 자기 저항소자를 400Å두께로 제조한 후, 사진 식각공정을 거쳐 이온에칭법으로 소정의 패턴으로 가공하였다. 상기 패터닝된 자기 저항소자위에 고주파 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 몰리브덴 및 금 복합막을 5000Å 두께로 제작한 후, 사진 식각공정을 거쳐 반응성 이온 에칭법으로 바이어스 도체를 제작하였다.

그 다음, Al₂O₃절연층을 0.3㎛ 두께로 제조한 후, 플럭스 가이드는 FeRuGaSi계 센더스트막을 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 기판온도 200℃, 아르곤 가스압력 3mTorr, RF 파워는 1.5kw에서 두께 0.8㎛로 제조한 후, 사진식각 공정을 거쳐 이온빔 에칭법으로 센더스트 박막만을 에칭하여 섹션을 갖는 플럭스 가이드를 제작하였다.

그후, 스핀코팅법에 의해 일본 응용화학의 제품인 물유리를 3㎛두께로 도포하여 진공중 400℃에서 5시간 정도 경화시켜 SiO₂막을 제조한 다음 사진 식각공정을 거쳐 반응성 이온에칭법으로 플럭스 가이드 사이의 자기 저항소자, 바이어스 도체 및 플럭스 가이드 섹션사이의 모서리부를 모버라잉하도록 소정의 형상으로 패턴화시켰다.

그위에 도체 Cu를 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 0.4㎛ 두께로 제조하여 패턴을 형성시킨 후, 이온빔 에칭법으로 도체선을 형성하였다. 그리고, 절연층으로 Al₂O₃막을 0.3㎛ 두께로 제조하고, 그 위헤 FeRuGaSi계 센더스트 막을 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 기판온도 230℃, 아르곤 가스압력 2.5mTorr, RF 파워는 1.5kw에서 3.0㎛ 두께로 제조하고 사진식각공정을 거쳐 이온빔 에칭법으로 가공하여 하부 자성층을 제조하였다.

그 다음, 기록갭들을 제조한 후 스핀코팅법에 일본 응용화학의 제품인 물유리를 1.5㎛두께로 도포하여 기록전류 인가용 코일의 형성을 위한 평탄층을 형성시키고, 진공중 450℃에서 5시간 정도 경화시킨 후 사진 식각공정을 거쳐 반응성 이온에칭법으로 가공하여 기록전류 인가용 Cu 코일을 제조하였다. 이때 Cu 코일의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 고주파 스퍼터링법으로 제작된 100Å두께의 Cu 종자층위에 도금용 포토리지스트로 패턴을 형성시킨 다음, 황산구리 용액을 사용하여 전기도금법으로 3㎛ 두께의 Cu 코일을 선택적으로 도금시켰다. 그리고, 포토리지스트를 벗겨낸 다음 Cu 종자층을 FeCl₃:HNO₃:HCl:증류수의 비가 약 6:3:1:90의 비인 화학용액을 이용하여 에칭시켜 본 발명에 따른 Cu 코일을 제작하였다.

최종적으로, 상부 자성층을 제조키 위한 매끄러운면과 Al₂O₃절연층을 제거하기 위해 상기 공정과 동일하게 스핀코팅법으로 일본 응용화학의 물유리를 4㎛정도 도포하여 경화시킨 후, 사진 식각공정 및 반응성 이온에칭법을 통해 소정의 형상으로 가공한 후, 상부 자성층을 FeAlSi계 센더스트 박막을 고주파 마그네트론 스퍼터링법으로 기판온도 200℃, 아르곤 가스압력 3mTorr, RF 파워 1.5kw에서 2시간동안 제조하여 사진식각공정을 통해 소정의 형상으로 에칭한 후, 고주파 다이오드 스퍼터링법을 사용하여 보호막인 Al₂O₃막을 40㎛두께로 제작하여 본 발명의 박막 자기헤드를 제작하였다.

[표 1]

상기 표 1에 의하면, 물유리로부터 형성되는 SiO₂의 열팽창 계수가1×10^-6으로 낮으며, 열처리 공정온도가 450℃ 이상이어야 하는데, 폴리이미드 및 포토리지스트의 결정화온도(T_g)가 350℃ 근처이므로 고온에서의 공정이 힘들다는 것을 알 수 있다.

그러므로, 박막 자기헤드의 층간 절연 및 평탄화용 재료로서 물유리를 사용하므로써 인접층과의 열팽창 계수의 차이에 의해 유입되는 응력을 크게 줄일 수 있어 자성막의 특성저하를 억제할 수 있으며, 플럭스 가이드와 상/하부 자성층이 재료로 센더스트 박막을 사용하므로써 고온의 자장 열처리 및 경화공정에의 적용이 가능한 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 비자성 기판(21)위에 자계감지용 자기저항소자(22) 및 바이어스 도체(23)를 형성시키고 그 위에 퍼멀로이로 이루어진 플럭스 가이드(24) 및 절연층(27)을 형성시킨 다음, 상기 플럭스 가이드(24)와 절연층(27) 사이에 제1폴리머 중합층(25)을 형성시켜서 된 박막 자기헤드에 있어서, 상기 플럭스 가이드(24)가 센더스트 박막으로 이루어지고, 상기 제1폴리머 중합층(25) 대신에 SiO₂막을 사용한 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드.
2. 제1항에 있어서, 상기 SiO₂막이 물유리로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SiO₂막이 스핀코팅법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드.