KR100261614B1 - 복합형 박막 자기 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

하부 코어층 (7) 은 상부 코어층과 대향하는 부분에서는 거의 일정 막두께로 형성되며, 측단부를 향할수록 서서히 막두께가 얇아지도록 형성되어 있다. 따라서, 하부 코어층 (7) 위에 형성되는 비자성 재료층 (8) 의 막두께는 균일해지며, 그 위에 형성되는 코일층이 안정된다. 또한 스패터에 의하여 하부 코어층 (7) 을 형성하기 때문에, 연자성 특성이 뛰어난 재료를 사용할 수 있으므로 높은 주파수에서의 기록이 가능해진다.

Description

복합형 박막 자기 헤드 및 그 제조방법
본 발명은 예를 들면 부상식 자기 헤드 (floating type magnetic head) 등에 사용되는 복합형 박막 자기 헤드의 기록식 인덕티브형 박막 자기 헤드에 관한 것으로서, 특히 재생용 자기저항효과 소자층의 상부 실드기능을 겸용하고 있는 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 절연층을 통하여 형성되는 코일층을 안정되게 형성할 수 있고, 또한 하부 코어층을 스패터법 등으로 형성할 수 있도록 하여 연자성 재료의 선택도를 향상시킬 수 있도록 한 복합형 박막 자기 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 5 는 종래의 복합형 박막 자기 헤드를 기록매체의 대향측에서 보며 나타낸 확대 단면도이다.
자기저항효과 소자층 (1) 은 3 층으로 구성되어 있으며, 아래부터 연자성층 (SAL 층: soft adjacent layer), 비자성층 (SHUNT 층), 자기저항효과층 (MR 층) 의 순서로 적층되어 있다. 통상, 자기저항효과층 (MR 층) 은 Fe-Ni 합금 {퍼멀로이 (permalloy)} 층, 비자성층 (SHUNT 층) 은 탄탈 (Ta) 층이고, 또한 연자성층 (SAL 층) 은 Ni-Fe-Nb 합금으로 형성되어 있다.
도면에 나타내는 바와 같이, 센더스트 (sendust) 나 퍼멀로이 등으로 형성된 하부 실드층 (2) 위에, 알루미나 (Al2O3) 등의 비자성 재료에 의한 하부 갭층 (3) 이 형성되고, 그 위에 상기 자기저항효과 소자층 (1) 이 막형성되어 있다. 자기저항효과 소자층 (1) 의 양측에는 종 (縱) 바이어스층으로서 하드 바이어스층 (4) 이 형성되어 있다. 또한, 상기 하드 바이어스층 (4) 위에 Cu (구리), W (텅스텐) 등의 전기저항이 작은 비자성 도전성 재료의 주전극 (5) 이 형성되어 있다. 그리고, 그 위에 알루미나 (Al2O3) 등의 비자성 재료에 의한 상부 갭층 (6) 이 형성되고, 상기 상부 갭층 (6) 위에 버퍼층 (buffer layer) (도시생략) 이 형성된다. 상기 버퍼층은 Fe-Ni 계 합금 (퍼멀로이) 등의 자성재료를 스패터함으로써 형성된다. 그리고, 상기 버퍼층 위에 하부 코어층 (13) 이 퍼멀로이 등에 의해 도금형성되어 있다.
그리고, 하부 코어층 (13) 위에는, 알루미나 등에 의한 비자성 재료층 (14) 이 형성되고, 그 위에 유기 절연층 등을 통하여 평면적으로 나선형상을 이루도록 패턴형성된 코일층 (9) 이 형성된다. 또한, 상기 하부 코어층 (13) 과 대향하는 위치에서 비자성 재료층 (14) 위에 상부 코어층 (10) 이 형성되어 있다. 이 상부 코어층 (10) 은, 상기 하부 코어층 (13) 과 마찬가지로 퍼멀로이가 도금형성된 것이다. 그리고, 상기 상부 코어층 (10) 위에는 알루미나 등의 보호막 (11) 이 형성되어 있다.
상기 하부 코어층 (13) 으로부터 보호막 (11) 까지가 신호 기록용이며, 인덕티브 헤드가 구성되어 있다. 이 인덕티브 헤드에서는, 코일층 (9) 에 기록전류가 부여되어, 코일층 (9) 에서 상부 코어층 (10) 및 하부 코어층 (13) 으로 기록자계가 부여된다. 그리고, 자기 갭 (G) 부분에 있어서 하부 코어층 (13) 과 상부 코어층 (10) 사이에서의 누설자계 (fringing field) 에 의하여, 하드 디스크 등의 기록매체에 자기신호가 기록된다. 또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이 자기저항효과 소자층 (1) 에 의한 판독부와 상기 인덕티브 헤드가 적층된 복합형 박막 자기 헤드에서는, 인덕티브 헤드를 구성하는 하부 코어층 (13) 이, 자기저항효과 소자층 (1) 을 갖는 판독부에 있어서의 상부 실드층으로서 겸용되고 있다.
상기 인덕티브 헤드에 있어서, 기록매체의 기록밀도를 고밀도화하기 위해서는, 상기 자기 갭 (G) 의 갭 길이를 짧게 할 필요가 있으며, 이를 위해서 비자성 재료층 (14) 이 가능한 한 얇게 형성된다.
그러나, 도 5 에 나타낸 종래예에서는, 상기 하부 코어층 (13) 이 퍼멀로이 등의 도금으로 형성되어 있기 때문에, 다음과 같은 문제점이 있었다.
(A) 하부 코어층 (13) 의 막두께가 두껍고, 또한 하부 코어층 (13) 의 단면형상이 거의 직사각형 {구형상 (矩形狀)} 이기 때문에, 상기 하부 코어층 (13) 의 양측단부에는 단차부 (A) 가 형성되어 있다. 따라서, 상기 하부 코어층 (13) 위에 형성되는 상기 비자성 재료층 (14) 의 막두께를 균일하게 형성하는 것이 곤란해지고, 하부 코어층 (13) 의 측단부의 상기 단차부 (A) 부근에서는 비자성 재료층 (14) 의 막두께가 극단적으로 얇아져서, 하부 코어층 (13) 과 코일층 (9) 사이에서 절연불량을 일으키기 쉽다. 특히 기록밀도를 고밀도화하기 위하여 하부 코어층 (13) 과 상부 코어층 (10) 의 간격을 좁혀서 갭 길이를 짧게 하면, 비자성 재료층 (14) 의 막두께가 얇아져서, 상기 단차부 (A) 로 인하여 비자성 재료층 (14) 에 핀홀 (pin hole) 이 형성되기 쉽다.
(B) 하부 코어층 (13) 의 단면형상이 직사각형이며, 양단부에 단차부 (A) 가 형성되어 있기 때문에, 이 단차부 (A) 위의 비자성 재료층 (14) 표면에도 단차가 형성된다. 따라서, 코일층 (9) 의 형성영역보다 하부 코어층 (13) 의 면적을 작게 하면, 코일층 (9) 이 상기 비자성 재료층 (14) 의 단차 위에 형성되어 코일층 (9) 을 형성하기가 어려워지며, 코일층 (9) 에 결함이 생기기가 쉽다.
(C) 기록매체에 대한 신호의 기록밀도가 높아져서 자기기록의 주파수를 높이기 위해서는, 하부 코어층 (13) 및 상부 코어층 (10) 의 연자성 특성을 향상시킴으로써, 높은 포화 자속 밀도에서 낮은 보자력 (coercive force) 및 높은 비저항 성질을 갖도록 할 필요가 있다. 종래의 하부 코어층 (13) 및 상부 코어층 (10) 을 형성한 퍼멀로이는, 포화 자속 밀도가 높지만, 보자력이 비교적 크고 또한 비저항도 비교적 작아서 기록 주파수를 더욱 높게 한 경우, 와전류손실이 증대되며 연자기 특성도 열화되기 때문에 충분히 만족할 수 있는 자성재료라고 할 수는 없었다. 한편, 미국특허 5,573,863 호 공보에서는 bcc 구조로 된 Fe 의 미결정상 (fine crystalline phase) 과, 희토류 원소 또는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W 에서 선택된 원소 및 O 를 함유하는 비결정상 (amorphous phase) 이 혼재된 연자성 재료가 개시되어 있다. 이러한 종류의 연자성 재료는 수백 ㎒ 이상의 주파수에 있어서의 투자율이 높고, 5 kG 이상의 높은 포화 자속 밀도를 가지며, 또한 낮은 보자력으로 높은 비저항을 가지고 있다. 금후의 고밀도 기록을 지향하는 인덕티브 헤드에서는, 상기한 바와 같은 연자성 특성이 뛰어난 재료에 하부 코어층 (13) 및 상부 코어층 (10) 을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 미국 특허공보에 기재되어 있는 바와 같은 Fe 의 미결정상과, 금속원소 및 O 의 비결정상이 혼재하는 연자성 재료는 도금으로 형성할 수 없으며, 스패터법이나 증착법으로만 막을 형성할 수 있다. 그러나, 도 5 에 나타내는 구조로 된 복합형 박박 자기 헤드에서는 하부 코어층 (13) 을 스패터법으로 형성하기가 어렵기 때문에, 하부 코어층 (13) 의 연자성 재료로서 퍼멀로이 등의 도금으로 형성되는 것을 사용할 수밖에 없었다.
이 점을 더욱 설명하면, 하부 코어층 (13) 을 스패터법으로 형성할 경우에는, 자기저항효과 소자층 (1) 위의 알루미나 등의 상부 갭층 (6) 위에 직접 연자성 재료의 층을 형성하게 되는데, 하부 코어층 (13) 을 소정 형상으로 하기 위해서는 스패터법으로 연자성 재료의 층을 형성한 후에, 상기 소정 형상으로 하기 위하여 불필요 부분을 이온 밀링 (드라이 에칭) 으로 제거하여야만 한다. 그러나, 이온 밀링으로 상기 연자성 재료의 층을 제거할 때, 그 위에 형성되어 있는 알루미나 층이 손상되는 문제가 발생한다. 일반적으로 이온 밀링에 의해 소정 두께의 막을 제거할 경우, 제거할 수 있는 막두께에 5 % 정도의 공차가 발생하는데, 하부 코어층 (13) 의 두께에 비하여 그 아래에 있는 상부 갭층 (6) 이 얇기 때문에, 스패터된 연자성 재료의 막을 일부 제거하여 상부 갭층 (6) 을 형성할 때에 상기 5 % 정도의 제거 막두께의 오차로 인하여 얇은 상부 갭층 (6) 이 손상되기 쉽다. 또한, 이온 밀링에 의한 밀링 레이트는 상부 갭층 (6) 을 구성하는 알루미나보다 하부 코어층 (13) 을 형성하는 상기 연자성 재료 측이 느리기 때문에, 이 점에서도 연자성 재료의 층을 이온 밀링으로 제거할 때에, 상부 갭층 (6) 에 손상을 입히기 쉽다.
그리고, 이 박막 자기 헤드에서는, 자기저항효과 소자층 (1) 에 의한 판독부분의 갭 길이가 하부 갭층 (3) 의 막두께와 상부 갭층 (6) 의 막두께로 결정되므로, 고밀도 신호에 대한 분해능을 높이기 위해서는 상부 갭층 (6) 을 얇게 할 필요가 있다. 고밀도 신호의 재생을 가능하게 한 박막 자기 헤드에서 상부 갭층 (6) 을 얇게 하면, 그 위에 상부 코어층 (13) 을 형성하고자 할 때, 상기 이온 밀링의 제거 막두께의 오차 및 밀링 레이트의 관계에서 상부 갭층 (6) 에 큰 손상을 입히기가 쉽다.
이상, 도 5 에 나타낸 바와 같이 자기저항효과 소자층 (1) 위에 상부 갭층 (6) 이 있고, 그리고 그 위에 하부 코어층 (13) 이 형성되어 하부 코어층 (13) 이 자기저항효과 소자층 (1) 의 실드층으로서 겸용되고 있는 것에서는, 하부 코어층 (13) 을 도금공정으로만 형성할 수 있으며, 그 결과 하부 코어층 (13) 을 형성하는 연자성 재료의 선택범위가 좁아지므로, 상기 공보에 기재되어 있는 바와 같은 연자성 특성이 뛰어난 재료를 사용할 수 없는 것이 현상이다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로서, 인덕티브 헤드를 구성하는 하부 코어층의 양단부를 완만하게 막두께가 얇아지도록 구성하여, 하부 코어층 위에 비자성 재료층 및 절연층을 통하여 코일층을 안정되게 형성할 수 있으며, 또한 하부 코어층과 코일층의 절연특성을 안정되게 할 수 있도록 한 박막 자기 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은, 인덕티브 헤드를 구성하는 하부 코어층 (자기저항효과 소자층에 대한 실드층) 을 스패터법이나 증착법으로 형성할 수 있도록 하여, 하부 코어층으로 되는 연자성 재료의 선택도를 넓힘으로써, 고주파수 기록에 대응할 수 있도록 한 박막 자기 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1 은 본 발명에 관한 복합형 박막 자기 헤드의 판독헤드 및 인덕티브 헤드 (기록헤드) 의 구조를 나타내는 확대 단면도.
도 2 는 박막 자기 헤드에서의 하부 코어층 및 상부 코어층의 형상을 나타내는 반단면 사시도.
도 3 (a) 내지 도 3 (g) 는 하부 코어층의 제 1 제조방법을 공정별로 나타내는 확대 단면도.
도 4 (a) 내지 도 4 (h) 는 하부 코어층의 제 2 제조방법을 공정별로 나타내는 확대 단면도.
도 5 는 종래의 박막 자기 헤드의 판독헤드 및 인덕티브 헤드 (기록헤드) 의 구조를 나타내는 확대 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 자기저항효과 소자층 6 : 상부 갭층
7,7a,7b : 하부 코어층 8 : 비자성 재료층
9 : 코일층 10 : 상부 코어층
Ga,Gb : 자기 갭 길이 h1 : 자기저항효과를 이용한 판독헤드
h2 : 인덕티브 헤드 (기록헤드)
본 발명은 아래부터 자성재료제의 하부 실드층, 비자성의 하부 갭층, 자기저항효과 소자층, 비자성의 상부 갭층이 순서대로 적층되고, 상기 상부 갭층 위에, 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성된 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지는 박막 자기 헤드에 있어서, 상기 하부 코어층은 상기 상부 코어층과 대향하는 부분이 거의 균일한 두께로 형성되며, 양측단부로 향할수록 서서히 두께가 얇아지도록 형성되어 있는 것이다. 또한, 더욱 바람직하게는 하부 코어층의 양측단 부분의 표면이 곡면적으로 변화되어 막두께가 서서히 얇아지도록 구성된 것이다.
상기에 있어서, 상기 하부 코어층 및 상기 상부 코어층은, Fe 를 주성분으로 하며, 희토류 원소 또는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W 중 어느 하나에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소와 O 로 이루어지는 연자성 합금으로 형성하거나, 또는 Co 를 주성분, Fe, Ni, Pd, Mn, Al 에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소를 주요성분으로 하며, 그리고 희토류 원소 또는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Y 중에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소와, O 로 이루어지는 연자성 합금으로 형성할 수 있고, 이들 연자성 재료를 스패터법 또는 증착법으로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성되는 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지는 박막 자기 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 하부 코어층이 다음 공정 즉,
·자성재료의 버퍼층을 형성하는 공정,
·상기 버퍼층 위에 레지스트층을 일정 두께로 형성하는 공정,
·상기 버퍼층 위에서 상기 레지스트층의 양측부 표면에 걸쳐 도금층을 형성하는 공정,
·상기 레지스트층을 제거하는 공정,
·상기 레지스트층이 제거된 부분의 버퍼층 위에 연자성 재료를 스패터 또는 증착하여 하부 코어층을 형성하는 공정,
·상기 도금층을 제거하는 공정에 의해 형성되는 것이다..
또한, 본 발명은 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성되는 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지는 박막 자기 헤드의 제조방법에 있어서, 상기 하부 코어층이 다음 공정 즉,
·비자성 재료의 버퍼층을 형성하는 공정,
·상기 버퍼층 위에 레지스트층을 일정 두께로 형성하는 공정,
·상기 버퍼층 위에서 상기 레지스트층의 양측부 표면에 걸쳐 도금층을 형성하는 공정,
·상기 레지스트층을 제거하는 공정,
·상기 레지스트층이 제거된 부분의 버퍼층을 제거하는 공정,
·버퍼층이 제거된 부분에 연자성 재료를 스패터 또는 증착하여 하부 코어층을 형성하는 공정,
·상기 도금층을 제거하는 공정에 의해 형성되는 것이다..
본 발명에서는, 인덕티브 헤드를 구성하는 하부 코어층의 형상을 그 양단부로 두께가 서서히 작아지도록 구성함으로써, 도 5 에 나타낸 종래예와 같은 하부 코어층의 양측단에서 발생하는 단차부를 없앨 수 있으므로, 코일층의 형상을 안정되게 할 수 있고, 또한 하부 코어층 위의 비자성 재료층의 막두께를 균일하게 형성할 수 있으므로 이 비자성 재료층의 절연기능을 안정시킬 수 있다.
또, 하부 코어층을 스패터법이나 증착법으로 형성할 수 있기 때문에, 하부 코어층을 형성하는 연자성 재료의 선택도를 넓힐 수 있으므로, 예컨대 Fe 또는 Co 를 주성분으로 한 미결정상 및/또는 비결정상을 갖는 고포화 자속 밀도, 저보자력 및 고비저항의 연자성 재료를 사용할 수 있게 되어 고주파 자계에 의한 기록을 가능하게 할 수 있다.
또한 하부 코어층의 형성방법으로서는, 우선 상부 갭층 위에 버퍼층을 형성한 후, 상기 버퍼층 위에 레지스트를 도포하고, 다시 상기 레지스트층의 양측부 표면에 걸쳐 상기 버퍼층을 통해 도금층을 형성하고, 상기 레지스트층을 제거한다. 이 공정에 의하여 오버행 (overhang) 부를 가지는 도금층이 남게 된다. 이 상태에서 연자성 재료를 스패터법 또는 증착법으로 상기 오버행부 사이를 거쳐서 버퍼층을 막형성하면, 측단부로 향할수록 서서히 막두께가 얇아지며, 또한 측단부 표면이 곡면형상으로 되는 하부 코어층을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 하부 코어층 위에 형성되는 비자성 재료층은 거의 균일한 폭을 가질 수 있고, 또한 상기 하부 코어층을 이온 밀링하는 공정이 필요없기 때문에, 자기저항효과 소자층과 하부 코어층 사이의 상부 갭층이 파손되는 경우도 없다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 상술한 종래예와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1 은 본 발명의 박막 자기 헤드를 기록매체의 대향측으로 부터 본 확대 단면도이다. 또한, 도 2 는 슬라이더 (12) 위에 형성된 본 발명에 관한 박막 자기 헤드의 전체구조의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 박막 자기 헤드는, 부상식 헤드를 구성하는 슬라이더 (12) 의 트레일링 측단면 (trailing edge) 에 형성된 것으로서, 판독헤드 (h1) 와 기록용 인덕티브 헤드 (h2) 가 적층된 것으로 이루어져 있다.
판독헤드 (h1) 는 자기저항효과를 이용하여 하드 디스크 등의 기록매체로부터의 누설자속을 검출하여 자기신호를 판독하는 것이다. 판독헤드 (h1) 는 슬라이더 (12) 의 트레일링 측단면 (12a) 에 스패터 형성된 센더스트 (Fe-Al-Si 합금) 또는 퍼멀로이 (Fe-Ni 합금) 의 하부 실드층 (2) 위에 알루미나 (Al2O3) 등의 비자성 재료로 형성된 하부 갭층 (3) 이 형성되어 있다. 하부 갭층 (3) 위에는 자기저항효과 소자층 (1) 이 적층되어 있다. 자기저항효과 소자층 (1) 은 3 층구조로서, 아래부터 연자성 재료 (Co-Zr-Mo 합금 또는 Ni-Fe-Nb 합금) 에 의한 SAL 층, 비자성 재료의 SHUNT 층 {예를 들면, Ta (탄탈)}, 자기저항효과를 갖는 MR 막 (Fe-Ni 합금) 으로 형성되어 있다.
자기저항효과 소자층 (1) 의 양측에는, MR 막에 바이어스 자계를 부여하는 하드 바이어스층 (4) 과, MR 막으로 검출전류를 부여하는 전극층 (5) {W (텅스텐) 또는 Cu (구리)} 이 형성되어 있다. 그리고, 그 위에 알루미나 등에 의한 상부 갭층 (6) 이 형성되어 있다.
인덕티브 헤드 {기록헤드 (recording head)} (h2) 는 연자성 재료로 형성된 하부 코어층 (7) 을 가지고 있다. 이 하부 코어층 (7) 은 판독헤드 (h1) 의 상부 실드층으로 겸용되고 있다. 하부 코어층 (7) 위에 비자성 재료층 (8) 이 형성되고, 그 위에 유기 절연층을 통하여 평면적으로 나선형상을 이루도록 패턴형성된 코일층 (9) 이 형성되어 있다. 상기 상부 코어층 (10) 은 그 선단부 (10a) 가 도 2 에 나타내는 바와 같이, ABS 면 (12b) 에서 하부 코어층 (7) 과 자기 갭 (Gb) 을 가지며 대향하고, 기단부 (10b) 가 하부 코어층 (7) 과 자기적으로 접속되어 있다. 또한, 상부 코어층 (10) 위에는 알루미나 등의 보호막 (11) 이 형성되어 있다.
인덕티브 헤드 (기록헤드) (h2) 에서는 코일층 (9) 에 기록전류가 부여되며, 코일층 (9) 에서 하부 코어층 (7) 및 상부 코어층 (10) 으로 기록자계가 유도된다. 그리고, 자기 갭 (Gb) 에서의 하부 코어층 (7) 과 상부 코어층 (10) 선단부 (10a) 사이의 누설자계에 의하여 하드 디스크 등의 기록매체에 자기신호가 기록된다.
또, 인덕티브 헤드 (h2) 에 의하여 하드 디스크 등의 기록매체에 대하여 고밀도로 신호를 기록할 수 있도록 하기 위하여 인덕티브 헤드 (h2) 의 갭 길이 (Gb) 는 가능한 한 짧게 형성된다. 또한, 판독헤드 (h1) 에서는 하부 실드층 (2) 과 하부 코어층 (상부 실드층) (7) 의 간격에 의하여 갭 길이 (Ga) 가 결정되기 때문에, 고밀도로 기록된 기록매체로부터의 누설자속의 분해능을 높이기 위하여 하부 갭층 (3) 및 상부 갭층 (6) 이 가능한 한 짧게 형성된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이 하부 코어층 (7) 은 상부 코어층 (10) 과 대향하는 부분에서 일정한 막두께로 형성되며, 상기 하부 코어층 (7) 의 양측단부를 향할수록 막두께는 서서히 얇아진다. 또한, 하부 코어층 (7) 의 양측단부 상면 (7c,7c) 은 곡면형상으로 변화하며, 양 가장자리부를 향할수록 서서히 막두께가 얇아지도록 형성되어 있다. 따라서, 상기 하부 코어층 (7) 위에 형성되는 비자성 재료층 (8) 은 거의 균일한 막두께를 유지하면서 완만하게 형성된다. 그러므로, 코일층 (9) 의 형성영역보다도 하부 코어층 (7) 의 형성영역쪽이 좁아서, 하부 코어층 (7) 의 양측단 상측에 코일층 (9) 이 위치하고 있어도, 코일층 (9) 이 도 5 에 나타내는 바와 같이 단차부상에 형성되는 일이 없으므로 코일층 (9) 에 결함이 잘 발생하지 않는다.
그리고, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 하부 코어층 (7) 을 스패터법으로 형성할 수 있게 된다. 하부 코어층 (7) 이 스패터법으로 형성되기 때문에, 하부 코어층 (7) 을 형성하는 연자성 재료의 선택도를 넓힐 수 있으므로, 본 발명에서는 수백 ㎒ 이상의 주파수에 있어서 투자율 (透磁率) 이 높고, 5 kG 이상의 높은 포화 자속 밀도를 가지며, 또한 저보자력으로서 고비저항인 연자성 재료를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 하부 코어층 (7) 으로서 다음 2 종류 중 어느 한 연자성 재료를 사용할 수 있다.
① 조성식이 FeaMbOc로 표시되며, 50≤a≤70, 5≤b≤30, 10≤c≤30, a＋b＋c＝100 이 되는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 연자성 재료이다. Fe 가 주성분으로서, 자성을 담당하는 원소이다. 고포화 자속 밀도를 얻기 위하여 Fe 는 많을수록 바람직하나, 70 원자 ％ 이상이면 비저항이 작아진다. M 은 희토류 원소 (즉, 주기표의 3A 족에 속하는 Sc, Y 혹은 란타노이드) 중 1 종류나 2 종류 이상의 원소, 또는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W 를 비롯한 주기표의 4A 족, 5A 족, 6A 족 중의 1 종류나 2 종류 이상의 원소로 구성되어 있다. 상기 M 은, 연자기 특성 (고포화 자속 밀도, 저보자력 및 고비저항) 을 얻기 위하여 필요한 것이다. 이들은 산소와 결합함으로써 산화물을 형성한다. 이 산화물을 함유량을 조절함으로써 비저항을 높일 수 있다. 상기 비저항을 높임으로써 와전류가 하부 코어층 (7) 에 잘 발생하지 않게 되어 고주파 투자율의 저하가 억제된다.
바람직하게는, bcc 구조로 된 Fe 의 미결정상과, 상기 M 과 O 를 다량으로 함유하는 비정질상이 혼재하는 것으로서, 미결정상의 비율이 50 % 이하이다.
이 비율은 용적비율이지만, 표면상 혹은 단면상에 있어서의 면적비율이어도 된다.
② Co 를 주성분으로 하고, Fe, Ni, Pd, Mn, Al 에서 선택된 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소 T 를 주성분으로 하는 면심입방구조 (fcc 구조) 또는 체심입방구조 (bcc 구조) 혹은 양자가 혼재하는 결정상과, 이들 결정상을 둘러싸는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Y 와 희토류 원소에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소 M 과 O 및 상기 원소 M 의 산화물 중 적어도 일측과, Fe 와 원소 T 를 함유하는 강자성 비정질상을 주체로 하는 연자성 재료이다.
더욱 바람직하게는 조성식이 (Col·cTc)xMyQzXwYs로 표시되며, 0.05≤c≤0.5, y, z, w, a 는 at% 이며, 3≤y≤30, 7≤z≤40, 0≤w≤20, 0≤s≤20 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 연자성 재료이다. Co 와 Fe, Ni, Pd, Mn, Al 에서 선택된 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소 T 는 주성분이며, Co 와 Fe 와 Ni 는 자성을 담당하는 원소이다. 특히 고포화 자속 밀도를 얻기 위해서는 Co 와 Fe 의 함유량은 많을수록 바람직한데, Co 와 Fe 의 함유량이 너무 적으면 포화 자속 밀도가 작아진다.
M 은 Ti, Zr, Hf, Nb, Mo, W 와, 희토류 원소 (즉, 주기표의 3A 족에 속하는 Sc, Y 혹은 란타노이드) 에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소로 구성되어 있다. 상기 M 은 연자기 특성을 얻기 위하여 필요한 것이다. 이들은 산소와 결합함으로써 산화물을 형성한다. 이 산화물의 함유량을 조절함으로써 비저항을 높일 수 있다.
이어서, 원소 T (Fe, Ni, Pd, Mn, Al 에서 선택된 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소) 는 Co 의 면심입방구조 (fcc 구조) 를 안정화시킨다. 혹은 일축이방성 (uni-axial anisotropic magnetic field) 을 크게 하는 작용이 있는 원소이다. 또한, 원소 Y {Au, Ag 와 백금족 원소 (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) 중 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소} 는 내식성을 향상시키지만, 그 함유량이 20 원자% (at%) 를 넘으면 연자기 특성이 저하된다. Q 는 O, N, C, B 에서 선택된 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소, X 는 Si 또는 Cr 중 1 종류 또는 2 종류의 원소로 구성되어 있다.
또, 더욱 양호한 연자기 특성과 높은 포화 자속 밀도를 얻기 위해서는 at% 로서 5≤y≤20, 10≤z≤30 의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 fcc 구조의 Co 를 주성분으로 하는 미결정과, bcc 구조의 Fe 를 주성분으로 하는 미결정으로 이루어지는 미결정상과, 상기 M 과 O 를 다량으로 함유하는 비정질이 혼재하는 것으로서, 미결정상의 비율이 50 % 이하이다.
이 비율은 용적비율이지만, 표면상 혹은 단면상에 있어서의 면적비율이어도 된다.
상술한 연자성 재료에 의하여 하부 코어층 (7) 을 형성함으로써 기록 주파수를 높일 수 있다.
단, 기록 주파수가 종래와 동일한 정도의 것인 경우에는, 스패터법으로 형성되는 하부 코어층 (7) 의 재질로서 퍼멀로이 (Fe-Ni 합금) 를 사용하여도 된다.
도 3 은 하부 코어층 (7) 의 제 1 제조방법을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3 (a) 에서는, 상부 갭층 (6) 위에 퍼멀로이 (Fe-Ni 합금) 등의 자성재료제 버퍼층 (15) 이 스패터에 의하여 형성된다. 그리고, 상기 버퍼층 (15) 위에 레지스트액이 도포되고, 노광 현상됨으로써 도 3 (b) 에 나타내는 바와 같은 레지스트층 (16) 이 버퍼층 (15) 위에 형성된다. 도 3 (c) 에서는 Au 등의 도금층 (17) 이 버퍼층 (15) 위에서 레지스트층 (16) 의 양측단부 표면에 걸쳐 형성된다. 이 때 상기 도금층 (17,17) 중의 레지스트층 (16) 위에 올라 있는 부분이 오버행부 (17',17') 로 되며, 이 오버행부의 사이는 일정한 폭치수 (T) 로 된다. 도 3 (d) 에서는 상기 레지스트층 (16) 이 제거된다.
이어서, 도 3 (e) 에 나타내는 바와 같이 상기 ① 또는 ② 의 연자성 재료가 스패터법으로 버퍼층 (15) 위 및 도금층 (17) 위에 막형성되어, 상기 버퍼층 (15) 위에는 하부 코어층 (7a) 이, 상기 도금층 (17) 위에는 연자성 재료층 (7') 이 형성된다. 도금층 (17) 위에 형성된 연자성 재료층 (7') 은 도금층의 오버행부 (17') 에서 길이치수 (Tb) 만큼 돌출한 형태로 막형성된다. 이 때문에, 길이치수 (T) 에서 Tb 를 뺀 길이 (Ta) 부분에서, 상기 하부 코어층 (7a) 은 일정 막두께 (Ha) 를 갖고 형성되어 있다. 그리고, 길이치수 (Tc) 부분에서는, 상측에 도금층 (17) 의 오버행부 (17') 및 연자성 재료층 (7') 의 돌출부가 존재하기 때문에, 하부 코어층 (7a) 의 71 에서 측단부 (72) 에 걸쳐 서서히 막두께가 얇아지면서, 또한 도 1 에 확대하여 나타내는 바와 같이 막표면이 곡면형상으로 변화하면서 형성된다.
이어서, 도 3 (f) 에 나타내는 바와 같이 웨트에칭 (wet-etching) 에 의해 도금층 (17) 이 제거된다. 그리고, 이온 밀링에 의해, 하부 코어층 (7a) 의 측단부 (72) 로 부터 외측방향의 버퍼층 (15) 이 잘라내짐으로써, 도 3 (g) 에 나타내는 바와 같이, 하부 코어층 (7a) 하면에만 버퍼층 (15') 이 형성된다. 또한, 버퍼층 (15) 및 상부 갭층 (6) 은 공히 1,000 옹스트롬 (Å) 정도의 두께이다. 버퍼층 (15) 이 이온 밀링으로 잘라져 나갈 때, 상기 버퍼층 (15) 및 상부 갭층 (6) 은 거의 동일한 정도의 두께를 가지고 있기 때문에, 상기 상부 갭층 (6) 은 상기 이온 밀링의 영향을 거의 받지 않는다.
이와 같이 본 발명에서는, 하부 코어층 (7a) 을 스패터법으로 형성할 수 있고, 또한 상기 하부 코어층 (7a) 자체를 이온 밀링으로 잘라내지 않아도 되기 때문에, 상부 갭층 (6) 이 파손될 가능성이 낮아서 복합형 박막 자기 헤드의 높은 수명화를 실현할 수 있다.
도 4 는 하부 코어층 (7) 의 제 2 제조방법을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4 (a) 에서는 상부 갭층 (6) 위에 Au 나 Cu 등의 비자성 재료제 도금이 버퍼층 (18) 으로서 형성되어 있다. 도 4 (b) 에서는 상기 버퍼층 (18) 위에 레지스트층 (16) 이 형성되고, 도 4 (c) 에서는 도금층 (17) 이 버퍼층 (18) 위에서 레지스트층 (16) 의 양측단 표면에 걸쳐 형성됨으로써, 오버행부 (17',17') 가 형성된다. 그리고, 도 4 (d) 에서는 상기 레지스트층 (16) 이 잘라내진다.
이어서, 도 4 (e) 에 나타내는 바와 같이 이온 밀링에 의하여 길이치수 (Td) 범위의 버퍼층 (18) 이 잘라내짐으로써, 상기 Td 사이는 상부 갭층 (6) 이 노출된다. 또한, 길이치수 (Te) 사이의 버퍼층 (18') 은 그 상부에 도금층 (17) 의 오버행부 (17') 가 존재하고 있기 때문에 이온 밀링되기가 어려우므로, 도면에 나타내는 바와 같이 측단부 (18b) 에서 측단부 (18a) 에 걸쳐 서서히 막두께가 두꺼워지면서 형성되어 있다. 상기 버퍼층 (18) 및 상부 갭층 (6) 은 거의 동일한 막두께로 형성되어 있다. 따라서, 상기 버퍼층 (18) 이 이온 밀링에 의해 잘라져 나갈 때에 상기 상부 갭층 (6) 이 파손될 가능성은 낮다.
이어서, 도 4 (f) 에 나타내는 바와 같이 상기 ① 또는 ② 의 연자성 재료가 스패터법에 의하여 상기 Td 사이, Te 사이 및 도금층 (17) 위에 막형성됨으로써, 상기 Td 및 Te 사이에 하부 코어층 (7b) 이, 상기 도금층 (17) 위에 연자성 재료층 (7') 이 형성되어 있다. 상기 하부 코어층 (7b) 은 길이치수 (Tf) 사이에서 일정 막두께 (Hb) 를 유지하면서 형성되며, 측단부 (18a) 를 향할수록 서서히 막두께가 얇아져서 표면이 곡면형상으로 된다. 그리고, 도 4 (g) 에 나타내는 바와 같이 레지스트층 (17) 이 제거되고, 도 4 (h) 에 나타내는 바와 같이 버퍼층 (18') 이 하부 코어층 (7b) 의 측단부 (18a) 에서 외측방향으로 이온 밀링에 의해 잘라내지며, 버퍼층 (18") 이 상부 갭층 (6) 위에 약간 남아 있다.
도 3 과 도 4 에서는, 공히 동일한 형상의 하부 코어층 (7) 이 형성된다. 단, 도 3 (g) 에서는 하부 코어층 (7a) 아래에 자성재료의 버퍼층 (15') 이 형성되어 있기 때문에, 하부 코어층 (7a) 과 버퍼층 (15') 쌍방이 자기저항효과 소자층 (1) 상측의 상부 실드층으로서 기능한다. 또한, 도 4 에서는 버퍼층 (18) 이 비자성 재료이기 때문에, 하부 코어층 (7b) 아래에 버퍼층 (18) 이 남아 있으면, 버퍼층 (18) 이 상부 갭층 (6) 의 일부로 되어 버퍼층 (18) 이 판독부 (h1) 의 갭 길이를 실질적으로 길게 한다. 따라서, 도 4 에서는 하부 코어층 (7b) 하측에 위치하는 버퍼층 (18) 이 제거된 것이다.
도 1 에 나타내는 상부 코어층 (10) 은 그 단면이 직사각형으로 되어 있다. 이 상부 코어층 (10) 은 스패터법으로 형성하거나 또는 도금으로 형성하여도 된다.
또한, 도 3 과 도 4 에 있어서, 연자성 재료를 증착하여 하부 코어층을 형성할 수도 있다.
이상 상세하게 설명한 본 발명에 의하면, 하부 코어층의 양측단부에 단차부가 없어지기 때문에, 코일층을 안정되게 형성할 수 있으며 또한 하부 코어층 위의 비자성 재료층의 막두께의 변화를 줄일 수 있고, 핀홀의 발생 등을 방지할 수 있다.
또한, 상부 코어층은 스패터법 등으로 형성할 수 있기 때문에, 하부 코어층으로 되는 연자성 재료의 선택도를 넓힐 수 있으므로, 높은 포화 자속 밀도, 낮은 보자력 및 높은 비저항 성질을 가지는 연자성 재료를 사용할 수 있으며, 기록 주파수를 높일 수 있다.

Claims (5)

  1. 아래부터 자성재료제 하부 실드층, 비자성의 하부 갭층, 자기저항효과 소자층, 비자성의 상부 갭층이 순서대로 적층되고, 상기 상부 갭층 위에 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성된 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지고, 상기 하부 코어층은 상기 상부 코어층과 대향하는 부분이 거의 균일한 두께로 형성되며, 양측단부로 향할수록 서서히 두께가 얇아지도록 형성되어 있는 복합형 박막 자기 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 코어층 및 상기 상부 코어층은, Fe 를 주성분으로 하고, 희토류 원소 또는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W 중에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소와, O 로 이루어지는 연자성 합금으로 형성되어 있는 복합형 박막 자기 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 코어층 및 상기 상부 코어층은, Co 를 주성분, Fe, Ni, Pd, Mn, Al 중에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소를 주요성분으로 하며, 그리고 희토류 원소 또는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Y 중에서 선택되는 1 종류 또는 2 종류 이상의 원소와, O 로 이루어지는 연자성 합금으로 형성되어 있는 복합형 박막 자기 헤드.
  4. 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성되는 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지고, 상기 하부 코어층이
    자성재료의 버퍼층을 형성하는 공정과,
    상기 버퍼층 위에 레지스트층을 일정 두께로 형성하는 공정과,
    상기 버퍼층 위에서 상기 레지스트층의 양측부 표면에 걸쳐 도금층을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트층을 제거하는 공정과,
    상기 레지스트층이 제거된 부분의 버퍼층 위에 연자성 재료를 스패터 또는 증착하여 하부 코어층을 형성하는 공정및,
    상기 도금층을 제거하는 공정에 의해 형성되는 복합형 박막 자기 헤드의 제조방법.
  5. 연자성 재료의 하부 코어층과, 하부 코어층 위에 비자성 재료층을 통하여 형성되는 상부 코어층과, 양 코어층에 자계를 부여하는 코일층을 가지고, 상기 하부 코어층이
    비자성 재료의 버퍼층을 형성하는 공정과,
    상기 버퍼층 위에 레지스트층을 일정 두께로 형성하는 공정과,
    상기 버퍼층 위에서 상기 레지스트층의 양측부 표면에 걸쳐 도금층을 형성하는 공정과,
    상기 레지스트층을 제거하는 공정과,
    상기 레지스트층이 제거된 부분의 버퍼층을 제거하는 공정과,
    버퍼층이 제거된 부분에 연자성 재료를 스패터 또는 증착하여 하부 코어층을 형성하는 공정및,
    상기 도금층을 제거하는 공정에 의해 형성되는 복합형 박막 자기 헤드의 제조방법.
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