KR100537579B1 - 자기 헤드 제조 방법 - Google Patents

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KR100537579B1
KR100537579B1 KR10-2003-7014943A KR20037014943A KR100537579B1 KR 100537579 B1 KR100537579 B1 KR 100537579B1 KR 20037014943 A KR20037014943 A KR 20037014943A KR 100537579 B1 KR100537579 B1 KR 100537579B1
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리처드 시아오
휴고 알버토 에밀리오 산티니
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히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
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Abstract

본 발명의 자기 헤드는 좁고, 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 및 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 포함한다. P2 폴 팁(140) 및 유도 코일(170)을 위해 트렌치(120, 128, 134)를 전기 도금하는 것은 하나의 RIE 공정 단계에서 형성되고, 이 구조의 제작을 완성하기 위하여, P2 폴 팁 및 유도 코일은 그 후에 각각의 트렌치로 분리되어 형성된다. 간단하게는, 그 이후에 P1 폴의 형성, 그 위에 절연층 및 패터닝된 P2 폴 팁 시드 층(96)의 증착이 뒤따른다. 에칭 마스크 패턴(112)은 P2 폴 팁 트렌치 구멍 및 유도 코일 트렌치 구멍을 모두 포함한다. 그 후, 하나의 RIE 에칭 단계에서, P2 폴 팁 트렌치는 유전 물질을 통하여 아래쪽으로 시드 층까지 에칭되고, 유도 코일 트렌치는 유전 물질을 통하여 아래쪽으로 절연층까지 에칭된다. P2 폴 팁이 그 트렌치로 전기 도금된다. 그 후, 유도 코일이 유도 코일 트렌치에 전기 도금된다(170). 화학적 기계적 연마(CMP) 단계가 다음에 행해져서 초과된 유도 코일 물질(168) 및 RIE 에칭 마스크를 제거한다. 그 후, 패터닝된 절연층이 유도 코일 위에 증착되고, 그 위에 P2 폴 요크(192)가 형성된다.

Description

자기 헤드 제조 방법{METHOD OF MAKING A MAGNETIC HEAD}
본 발명은 일반적으로 하드디스크 드라이브의 자기 헤드의 제조에 관한 것이다.
하드디스크의 성능 특성을 향상시키기 위한 노력은 자기 하드디스크의 면적 데이터 저장 밀도(areal data storage density)를 증가시키는 것과 하드디스크에 데이터를 기록할 때의 자기 헤드의 데이터 기록 속도를 증가시키는 것에 맞추어져 있었다.
면적 데이터 저장 밀도를 증가시키는 한가지 방법은 하드디스크 매체 위의 데이터 트랙의 폭을 감소시키는 것이다. 데이터 트랙이 좁아지면 인치당 더 많은 트랙(tracks per inch; TPI)을 디스크상에 기록할 수 있게 되며, 따라서 디스크의 면적 데이터 저장 밀도를 증가시킬 수 있다. 일반적으로 P2 폴 팁(P2 pole tip)의 폭이 자기 헤드에 의해 기록되는 데이터 트랙의 폭을 결정하기 때문에, 데이터 트랙의 폭을 감소시키는 방법으로서 자기 헤드의 P2 폴 팁의 폭을 감소시키는 것은 널리 알려져 있다. P2 폴 팁을 제작하기 위한 종래의 포토리소그래픽 (photolithographic) 기술은 현재 공정 정밀성에 있어서 한계에 도달하고 있으며, 따라서 포토리소그래픽 기술을 이용하여 큰 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 P2 폴 팁 트렌치(P2 pole tip trench)를 정확하고 신뢰성 있게 제작하는 것은 어렵다. 최근에는 반응성 이온 에칭(reactive ion etch; RIE) 기술을 이용하여 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁 트렌치가 제작되었는데, RIE로 형성된 트렌치 안에 P2 폴 팁을 전기 도금(electroplate)에 의해 형성함으로써 양호한 결과를 얻었다.
자기 헤드의 데이터 기록 속도를 개선하기 위하여, 종래기술에 의한 자기 헤드는 큰 종횡비를 갖는 유도 코일(induction coil)로 제작되었다. 이러한 큰 종횡비를 갖는 유도 코일은 개개의 유도 코일 권선(induction coil turns)이 근접 배치될 수 있도록 하므로, 미세 피치 유도 코일(fine pitch induction coil)을 생성할 수 있다. 미세 피치 유도 코일이 형성될 경우, P2 폴 요크(P2 pole yoke)가 짧아질 수 있으며, 따라서 P1 및 P2 폴을 통과하는 자속 회로(magnetic flux circuit)가 짧아질 수 있게 되므로, 자기 헤드의 데이터 기록 속도가 증가하게 된다.
[발명의 개요]
따라서, 본 발명은 자기 헤드에 있어서, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 판독 헤드와, 상기 판독 헤드 위에 형성된 P1 폴과, 상기 P1 폴 위에 형성된 절연층과, 상기 절연층의 일부 위에 형성된 P2 폴 팁 시드(seed) 층과, 상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 절연층 위에 형성된 유전 물질층과, 상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 P2 폴 팁과, 상기 유전 물질층 내에, 상기 P1 폴과 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 백 갭 피스(back gap piece)와, 상기 절연층 위에 부분적으로 및 상기 유전 물질층의 일부 위에 부분적으로 형성된 유도 코일 시드 층과, 상기 유도 코일 시드 층 위 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 유도 코일과, 상기 유도 코일 위에 형성된 제2 절연층과, 상기 제2 절연층 위에 상기 P2 폴 팁 및 상기 백 갭 피스와 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 P2 폴 요크와, 상기 P2 폴 요크 위에 형성된 캡슐화 층(encapsulation layer)을 포함하는 자기 헤드를 제공한다.
바람직한 실시예에 따라서 자기 헤드를 제조하기 위한 RIE P2 폴 팁 형성 공정에서의 개선 방안을 개시한다.
바람직하게는, 본 발명은 하나의 이미지 전송 단계를 사용하여 좁은 P2 폴 팁 및 미세 피치 유도 코일을 형성하는 것과 관련된다.
바람직하게는, 상기 유전 물질층은 P2 폴 팁 트렌치, 유도 코일 트렌치 및 백 갭 피스 트렌치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 P1 폴 팁 트렌치, 상기 유도 코일 트렌치 및 상기 백 갭 피스 트렌치는 하나의 반응성 이온 에칭 단계에 의해 형성된다.
바람직하게는, P1 폴 노치가 상기 P2 폴 팁에 근접하도록 상기 P1 폴에 형성된다.
바람직하게는, P1 폴 노칭 트렌치가 상기 반응성 이온 에칭 단계에 의해 상기 유전 물질층에 형성된다.
본 발명은 하나의 유전층, 하나의 RIE 마스크 및 이미지 전송 단계를 이용하며, 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁 및 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 형성하기 위하여 하나의 RIE 단계를 이용한다. 이렇게 함으로써, P2 폴 팁의 형성 및 미세 피치 유도 코일의 형성을 위한 별도의 RIE 공정과 관련된 제조상의 문제가 회피되며, 개선된 자기 헤드의 제조가 단순화되어 바람직하다.
바람직한 실시예에 따른 자기 헤드는 좁고, 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 및 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 포함한다. P2 폴 팁 및 유도 코일을 위해 트렌치를 전기 도금하는 것은 하나의 RIE 공정 단계에 의해 형성되고, 이 구조의 제작을 완성하기 위하여, P2 폴 팁 및 유도 코일은 그 후에 각각의 트렌치로 분리되어 형성된다.
간략하게 말하면, P1 폴의 형성 및 그 위의 절연층 증착 이후에 바람직한 실시예에 따르면, 패터닝된 P2 폴 팁 시드 층이 증착된다. 중요한 것은, 폴 팁 시드 층은 자기 헤드의 유도 코일 영역 바로 밑에는 증착되지 않는 것이 바람직하다는 점이다. 바람직하게는 다음으로 유전층이 증착되고, 패터닝된 RIE 에칭 마스크가 유전층 위에 형성된다. 에칭 마스크 패턴은 바람직하게는 P2 폴 팁 트렌치 구멍(P2 pole tip trench opening) 및 유도 코일 트렌치 구멍(induction coil trench opening)을 모두 포함한다. 그 후, 하나의 RIE 에칭 단계에 의해, P2 폴 팁 트렌치는 유전 물질층을 통하여 아래쪽으로 시드 층까지 에칭되는 것이 바람직하며, 유도 코일 트렌치는 유전 물질을 통하여 아래쪽으로 절연층까지 에칭된다. 바람직한 실시예에 있어서, P2 폴 팁은 그 트렌치로 전기 도금되며, 시드 층이 아직 증착되지 않았기 때문에 전기 도금은 유도 코일 트렌치 내에서는 발생하지 않는다. 바람직한 실시예에 있어서, P2 폴 팁의 전기 도금에 이어서, 유도 코일 시드 층이 웨이퍼 표면 위에 증착되고, 구체적으로는 아래쪽으로 유도 코일 트렌치까지 증착된다. 바람직하게는 그 후에 유도 코일이 유도 코일 트렌치 위로 전기 도금된다. 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 단계가 다음으로 행해져서, 초과된 유도 코일 물질 및 RIE 에칭 마스크를 제거하는 것이 바람직하다. 그 후, 패터닝된 절연층이 유도 코일 위에 증착되는 것이 바람직하며, 그 후에 그 위로 P2 폴 요크가 형성되는 것이 바람직하다. 이후의 제조 단계는 바람직한 실시예의 자기 헤드를 완성하기 위하여, 당업자들에게 알려진 것과 같이 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 자기 헤드는 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁과 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 포함한다.
바람직한 실시예의 P2 폴 팁 및 유도 코일은 하나의 RIE 에칭 마스크를 사용하여 형성된다.
바람직한 실시예의 자기 헤드는, 하나의 유전층에 형성되는, 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁 및 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 포함한다.
본 발명은, 디스크 드라이브 상에서 회전 운동하도록 제작된 적어도 하나의 하드디스크와, 상기 하드디스크에 데이터를 기록하기 위하여 상기 하드디스크 위를 비행하도록 제작된 적어도 하나의 자기 헤드를 포함하는 하드디스크 드라이브를 제공하며, 상기 자기 헤드는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 판독 헤드와, 상기 판독 헤드 위에 형성된 P1 폴과, 상기 P1 폴 위에 형성된 절연층과, 상기 절연층의 일부 위에 형성된 P2 폴 팁 시드 층과, 상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 절연층 위에 형성된 유전 물질층과, 상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 P2 폴 팁과, 상기 유전 물질층 내에 상기 P1 폴과 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 백 갭 피스와, 상기 절연층 위에 부분적으로 및 상기 유전 물질층의 일부 위에 부분적으로 형성된 유도 코일 시드 층과, 상기 유도 코일 시드 층 위 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 유도 코일과, 상기 유도 코일 위에 형성된 제2 절연층과, 상기 제2 절연층 위에 상기 P2 폴 팁 및 상기 백 갭 피스와 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 P2 폴 요크와, 상기 P2 폴 요크 위에 형성된 캡슐화 층을 포함한다.
바람직한 실시예의 하드디스크는 영역 데이터 저장 밀도 및 데이터 기록 속도가 증가된다.
본 발명의 하드디스크는 바람직하게는 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁과 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 구비한 자기 헤드를 포함한다.
바람직한 실시예의 하드디스크 드라이브는 P2 폴 팁 및 유도 코일이 하나의 RIE 에칭 마스크를 사용하여 형성되는 자기 헤드를 포함한다.
자기 헤드는 하나의 유전층에 형성되는, 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁과 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 기판 위에 판독 헤드를 형성하는 단계와, 상기 판독 헤드 위에 P1 폴을 형성하는 단계와, 상기 P1 폴 위에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층 위에 RIE 에칭 가능한 유전 물질층을 형성하는 단계와, 상기 유전 물질층 내에 P2 폴 팁 트렌치, 유도 코일 트렌치 및 백 갭 피스 트렌치를 포함하는 트렌치들을 형성하는 단계와, 상기 P2 폴 팁 트렌치 내에 P2 폴 팁을, 상기 백 갭 피스 트렌치 내에 백 갭 피스를 동시에 형성하는 단계- 상기 백 갭 피스는 상기 P1 폴과 자기적으로 상호 접속됨 -와, 상기 유도 코일 트렌치 내에 유도 코일을 형성하는 단계와, 상기 유도 코일 위에 제2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제2 절연층 위에, 상기 P2 폴 팁 및 상기 백 갭 피스와 자기적으로 상호 접속되도록 P2 폴 요크를 형성하는 단계와, 상기 P2 폴 요크 위에 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함하는 자기 헤드의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 본 방법은 상기 유전 물질층 형성 단계 이전에, 상기 절연층 위에 패터닝된 P2 폴 팁 시드 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 P2 폴 팁 시드 층은 상기 유도 코일 트렌치의 위치에는 증착되지 않는다.
바람직하게는, 상기 P2 폴 팁 및 백 갭 피스 형성 단계 후에, 상기 유도 코일 트렌치 내에 유도 코일 시드 층이 증착된다.
바람직하게는, 상기 유전 물질층 내에 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 에칭 공정에 의해 수행된다.
일 실시예에 있어서, 유전 물질층은 SiO2로 구성되고, 상기 반응성 이온 에칭 공정은 불소 이온류를 이용하여 행해진다.
일 실시예에 있어서, 유전 물질층은 유기 폴리머 물질(organic polymer material)로 구성되고, RIE 에칭 공정은 산소 이온류를 사용하여 행해진다.
바람직한 실시예에 있어서, P1 폴 노칭 공정은 P2 폴 요크의 형성 단계에 이어서 행해진다.
바람직한 실시예에 있어서, P1 폴 노칭 공정은, 상기 P2 폴 팁에 근접한 상기 유전 물질을 RIE 에칭하는 단계와, 상기 P2 폴 팁 시드 층, 상기 절연층 및 상기 P1 폴의 일부를 이온 빔 에칭하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 P2 폴 팁 시드 층은 NiFe로 구성되고, 상기 유도 코일 시드 층은 구리로 구성된다.
바람직하게는, 좁고 큰 종횡비를 갖는 P2 폴 팁과 큰 종횡비를 갖는 미세 피치 유도 코일은 하나의 유전 물질층 내에 형성된다.
바람직하게는, P2 폴 트렌치 및 유도 코일 트렌치는 하나의 RIE 에칭 단계에서 형성된다.
단지 예시를 위하여 이하의 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드를 포함하는 하드디스크의 평면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 웨이퍼 위에 제조된 자기 헤드를 일반적으로 도시한 평면도.
도 3-7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드의 제조 단계를, 도 2의 선 3-3에 따라 도시한 측단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드의 제조 단계에서 생성되는 P2 폴 팁 및 유도 코일 트렌치를 도시한 평면도.
도 9-16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드의 제조 단계를 도시한 도면.
여기서 사용되는 P1, P2 및 P3은 자기 폴 피스(magnetic pole piece)라 한다. 번호는 형성되는 순서를 따른다. 즉, P1이 제일 먼저 형성되고, 그 다음에 P2, 마지막으로 P3이 형성된다. 이들은 바람직한 실시예에 따라 기록 동작을 위한 자기 회로를 형성한다.
도 1은 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드를 포함하는 하드디스크 드라이브의 구성요소를 도시한 평면도이다. 하드디스크 드라이브(10)는 전동 스핀들(motorized spindle)(14) 위에 회전 가능하도록 장착된 자기 매체 하드디스크(12)를 포함한다. 그 말단부(22)에 배치된 자기 헤드(20)를 갖는 액츄에이터 아암(actuator arm)(16)은, 하드디스크 드라이브(10) 내에 회동 가능하도록 (pivotally) 장착된다. 일반적인 하드디스크 드라이브(10)는, 스핀들(14) 위에 회전 가능하도록 장착된 복수의 디스크(12)와, 그 말단부(22)에 자기 헤드(20)가 장착된 복수의 액츄에이터 아암(16)을 포함할 수 있다. 당업자들에게 널리 알려진 바와 같이, 하드디스크 드라이브(10)가 동작할 때에, 하드디스크(12)는 스핀들(14) 위에서 회전하고, 자기 헤드(20)는 회전하는 디스크의 표면 위를 비행하도록 만들어진 에어 베어링 슬라이더(air bearing slider)로서 기능한다. 슬라이더는 기판 베이스(substrate base)를 포함하는데, 이 위에 자기 헤드를 형성하는 다양한 구조가 제작된다. 그러한 헤드가 웨이퍼 기판 위에 대량으로 제조되고, 그 후에 얇게 잘려서 개개의 자기 헤드(20)들이 된다.
당업자들에게 널리 알려진 바와 같이, 전형적인 자기 헤드 제조 단계는 일반적으로 판독 헤드를 제조하기 위한 여러 박막층의 증착 및 패터닝과, 그 이후에 기록 헤드를 제조하기 위하여 판독 헤드 위에 여러 박막층을 더 증착 또는 패터닝하는 것을 포함한다. 본 발명은 기록 헤드의 제조에 관한 것이며, 따라서 바람직한 실시예에 따른 자기 헤드는 당업자들에게 일반적으로 알려진 다양한 판독 헤드 구조의 전부는 아니더라도 대부분을 포함할 수 있다. 그러므로, 판독 헤드 구성요소 층을 제조한 후에 웨이퍼 상에 기록 헤드를 제작하는 단계부터 설명한다.
도 2는 전형적인 자기 헤드(40)의 일반적인 평면도이며, 본 상세한 설명에 있어서 배향 도면으로서 기능한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 자기 헤드의 전형적인 기록 헤드부(44)는 일반적으로, NiFe와 같은 강자성 물질로 이루어진 P1 폴 층(48)과; 일반적으로 P1 폴 위의 타원형 영역(52)에 형성되며, 전기적 리드(electrical lead)(54 및 56)를 포함하는 편평한 나선형의 유도 코일(50); P1 폴 부분의 위에 형성된 좁은 P2 폴 팁(60); 및 P2 폴 팁(60)에 연결되고 일반적으로 유도 코일 위에 형성되는 P2 폴 요크(66)를 포함한다. P2 요크(66)와 P1 폴(48)의 상부는 일반적으로 유도 코일 영역(52) 내의 중앙에 위치한 백 갭 영역(back gap area)(70)에서 연결되고, P2 폴 팁(60)은 기록 갭 층(도 2에 도시하지 않음)에 의하여 P1 폴(48)과 분리된다. 자기 헤드(40)의 전형적인 기록 헤드부의 이러한 일반적인 특징에 대해서, P2 폴 팁(60) 및 유도 코일(50)의 제조에 초점을 맞추어 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 상세한 설명을 위하여 출발점으로서 제공되는, 바람직한 실시예의 자기 헤드(20)의 제조 단계를 도시한 측단면도이며, 도 3은 도 2의 선 3-3에 따라 도시된 것이다. 도 3에 도시한 제조 개시 단계에서, P1 폴(48)이 형성되고, 기록 갭 층(84)이 P1 폴 위에 증착된다. 전형적인 기록 갭 층(84)은 알루미나와 같이 전기적 및 자기적 비도전성 물질로 이루어진다. 그 후, 바람직한 실시예에 따른 P2 폴 팁 자기 시드 층(P2 pole tip magnetic seed layer; 88)이 기록 갭 층(84) 위에 증착된다. 전형적으로 P2 폴 팁 시드 층은 NiFe로 구성되고, 이하에서 설명하는 후속 P2 폴 팁 전기 도금 공정에서 최초의 전기 도금 표면(electrical plating surface)으로서 제공된다. 그 후, 도 4에 도시한 바와 같이, NiFe 시드 층 부분은 패터닝 단계에서, 이후에 유도 코일이 제작될 영역(52)으로부터 제거된다. 도 4에 도시한 바와 같이 NiFe 시드 층(88)의 부분(92)은 유도 코일 영역으로부터 떨어져 필드에 잔존한다. 시드 층 패터닝 단계의 결과, 알루미나 표면이 코일 영역(52)에 노출되고, 반면 시드 층(96)의 일부는 P2 폴 팁 영역에 남게 된다. 그 후, 도 4에 도시한 것과 같이 다시 패터닝 및 에칭 단계가 행해져서, P1 폴(48)의 표면을 노출시키기 위하여 유도 코일 영역(52) 내의 노출된 기록 갭 층(84)에 백 갭 홀(100)이 생성되고, 이로써 이후에 형성되는 백 갭 소자가 이하에서 상세히 설명하는 것과 같이 P1 폴(48)에 자기 접속된다. 그 후, 도 5에 도시한 것과 같이, 유전 물질층(108)이 웨이퍼의 표면에 걸쳐, 그리고 아래쪽으로 백 갭 홀(100)까지 증착된다. 유전 물질층을 이루는 물질은 반응성 이온 에칭 공정(이하에서 설명함)에 적용되기 쉬워야 하며, 적절한 유전 물질은 불소 RIE 공정이 행해지는 경우 SiO2를 포함하고, 산소 RIE 공정이 행해지는 경우 유기 폴리머(organic polymer)가 사용될 수 있다.
그 후, 도 6에 도시한 것과 같이, 바람직한 실시예에 따른 패터닝된 RIE 에칭 마스크(112)가 유전층(108) 위에 형성된다. RIE 마스크는 P2 폴 팁 트렌치 구조, 유도 코일 트렌치 구조 및 백 갭 피스를 위한 구멍들(openings)(114, 116 및 118)을 포함하도록 패터닝되는 것이 바람직하며, 이에 대해서는 후술한다. 불소 RIE 공정의 경우 적절한 에칭 마스크(112)는 NiFe 또는 알루미나의 얇은 층으로 이루어지며, 산소 RIE 공정의 경우 마스크는 SiO2, Ta2O5, 티타늄, NiFe, 알루미나 또는 당업자들에게 알려진 다른 물질로 구성될 수 있다.
패터닝된 RIE 마스크(112)의 형성에 이어 RIE 공정 단계가 행해지며, 이 단계에서 트렌치는 마스크 구멍을 통하여 유전층 안으로 에칭된다. 도 7은 바람직한 실시예에 따른 트렌치 패턴의 측단면도이며, 도 8은 도 7에 도시한 트렌치 패턴의 평면도이다. 그러므로, 도 7 및 8에 도시한 바와 같이, RIE 트렌치는, 구멍(114)을 통하여 아래쪽으로 패터닝된 NiFe 시드 층(96)까지 에칭된 P2 폴 팁 트렌치(120), 구멍(116)을 통하여 아래쪽으로 기록 갭 층(write gap layer; 84)까지 에칭된 나선형 유도 코일 트렌치(128), 및 구멍(118)을 통하여 아래쪽으로 백 갭 홀(100)을 통하여 P1 폴 표면(48)까지 에칭된 백 갭 트렌치(134)를 포함한다. RIE 트렌치(120, 128 및 134)는 모두 본질적으로 동일한 깊이를 가지며, 유전층(108)의 두께와 동일한 것이 바람직하다는 것에 주목하여야 한다.
다음으로 P2 폴 팁 및 백 갭 피스의 전기 도금 공정이 행해진다. 구체적으로는 도 9에 도시한 바와 같이, 노출된 P1 폴 표면(48) 뿐만 아니라 P2 폴 팁의 노출된 시드 층(96)을 통하여 전위가 설정된다. P2 폴 팁 트렌치(120)는 P2 폴 팁(140)으로 도금되고, 동시에 백 갭 트렌치(134)는 백 갭 피스(148)로 도금된다. 도금은 유도 코일 트렌치(128) 내에서는 발생하지 않는데, 이는 유도 코일 트렌치 내에는 전기 도금을 야기하는 시드 층이 없기 때문이다. P2 폴 팁 및 백 갭 피스의 전기 도금 단계는 트렌치가 완전히 도금될 때까지 행해진다.
다음으로 웨이퍼 표면에 걸쳐 구리 시드 층의 스퍼터 증착(sputter deposition)에 의하여 구리 유도 코일의 형성이 개시된다. 도 10에 도시한 바와 같이, P2 폴 팁(140) 및 백 갭 피스(148)를 도금하는 것을 포함하여, 구리 시드 층(160)이 구멍(116)을 통하여 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 뿐만 아니라 유도 코일 트렌치(128)로도 증착된다. 그 후에, 도 11에 도시한 바와 같이 구리 전기 도금 공정이 행해진다. 구리 증착(168)이 상부 시드 층(160) 위에 형성되고, 유도 코일 트렌치(128) 내의 구리 시드 층(160)은 구멍(116)을 통하여 트렌치(128)로 구리가 전기 도금되는 것을 촉진하여, 트렌치를 도금하고 구리 유도 코일(170)을 형성한다. 충분한 전기 도금 전력이나 다른 요소가 중요한 경우에는, 필수적인 유도 코일 관련 영역에만 구리 시드 층이 증착되도록 구리 시드 층이 패터닝될 수 있다. 그 후, 도 12에 도시한 바와 같이 화학적 기계적 연마(CMP) 단계가 행해져서 구리 시드 층(160)의 상부와 RIE 마스크 층(112)뿐만 아니라 초과된 구리(168)가 제거되어 편평한 표면(180)이 형성된다. 도 12에 도시한 바와 같이, 패터닝된 전기적 절연층(188)이 그 후에 유도 코일(170)의 상면에 증착되어 코일이 쇼트되는 것을 방지하고, 도 12에 도시된 바와 같이 패터닝된 P2 요크 소자(192)(때로는 P3 폴이라 함)가 절연층(188)의 상부에 형성된다. P2 요크(192)는 P2 폴 팁(140) 및 백 갭 피스(148)와 접촉되도록 형성되므로, 자속은 P2 요크(192)로부터 백 갭 피스(148)를 통하고, P1 폴(48)을 통하여, 기록 갭 층(84)을 거쳐서 P2 폴 팁(140) 및 P2 요크(192)로 흐른다. 그 후, 유도 코일 전기 리드(56)의 형성을 포함하여 자기 폴 형성 단계가 행해지고, 디스크 드라이브(10)에 사용하기에 적절한 자기 헤드(20)의 웨이퍼 레벨 제작을 완성하기 위하여 당업자들에게 알려진 것과 같이 캡슐화 층(200)이 증착된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, P2 요크의 제작에 이어, 도 12에 도시한 것과 같이 캡슐화 되기 전에 P1 폴 노칭(notching) 단계가 행해지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 도 13은 P2 폴 팁(140) 주변 영역을 노출시키기 위한 구멍(214)을 포함하도록 제작된 또 다른 패터닝된 RIE 에칭 마스크(210)를 도시하며, 도 14는 도 13의 선 14-14에 따른 헤드의 단부 단면도를 도시한다. P2 폴 팁(140)에 근접한 에칭 가능한 유전 물질 내에 트렌치(218)를 생성하기 위하여 도 15에 도시한 것과 같은 또 다른 RIE 에칭 공정이 행해질 수 있다. 다음에 도 16에 도시한 바와 같이, 아르곤 또는 당업자들에게 알려진 다른 이온 밀링류(ion milling species)를 사용하는 이온 밀링 공정(ion milling process)이 행해져서 NiFe 시드 층(96) 부분, 기록 갭 층(84) 및 P2 폴 팁(140)과 근접한 P1 폴(48) 부분을 제거하여, P1 폴 노치(220)가 얻어진다. 이후 노칭된 헤드의 캡슐화가 당업자들에게 알려진 것과 같이 행해진다.
따라서, 바람직한 실시예의 중요한 특징은, P2 폴 팁 트렌치, 유도 코일 트렌치 및 백 갭 트렌치를 동시에 생성하는 하나의 RIE 에칭 단계를 사용하는 것임을 이해할 것이다. 패터닝된 P2 폴 팁 시드 층(96)의 선행 증착(prior deposition)은 유도 코일(170)과 분리된 P2 폴 팁의 전기 도금을 가능하게 한다. 그 후, 구리 시드 층을 이미 존재하는 유도 코일 트렌치로 후속 증착하는 것은 트렌치로의 유도 코일의 전기 도금을 촉진한다. P2 폴 팁 트렌치, 백 갭 트렌치 및 유도 코일 트렌치를 동시에 생성하기 위하여 하나의 RIE 공정을 사용하는 것은 자기 헤드 제작 공정에 있어서 시간 및 비용을 절감시킨다. 또한, 별도의 P2 폴 팁 및 유도 코일 형성 단계에 있어서, 둘 이상의 별도의 RIE 에칭 가능한 유전층을 증착함으로써 발생하는 제조상의 곤란함과, P2 자기 폴 팁 및 백 갭 피스와의 유도 코일 간의 정렬의 곤란함이 회피된다. RIE 공정 기술을 사용함으로써, P2 폴 팁 및 유도 코일을 위한 큰 종횡비의 트렌치를 신뢰성 있게 제작하기 힘든 포토리소그래픽 기술을 사용하여 일반적으로 얻을 수 있었던 것보다, 더 좁은 P2 폴 팁 및 미세 피치드 유도 코일(fine pitched induction coil)을 용이하게 제작할 수 있게 된다. 바람직한 실시예의 자기 헤드를 구비한 하드디스크 드라이브는, 개시된 좁은 P2 폴 팁의 단순한 형성 방법에 의하여 증가된 영역 데이터 저장 밀도를 갖도록 제조될 수 있으며, 좁은 데이터 트랙을 형성하여, 하드디스크 드라이브의 자기 디스크 매체에 기록되는 인치당 트랙을 크게 할 수 있다. 당업자들이 이해하는 것과 같이, 큰 종횡비, 미세 피치 유도 코일에 의해 하드디스크 드라이브의 데이터 기록 속도를 증가시키게 된다.

Claims (13)

  1. 자기 헤드에 있어서,
    기판과,
    상기 기판 위에 형성된 판독 헤드와,
    상기 판독 헤드 위에 형성된 P1 폴과,
    상기 P1 폴 위에 형성된 절연층과,
    상기 절연층의 일부 위에 형성된 P2 폴 팁 시드(seed) 층과,
    상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 절연층 위에 형성된 유전 물질층과,
    상기 P2 폴 팁 시드 층 위에 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 P2 폴 팁과,
    상기 유전 물질층 내에, 상기 P1 폴과 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 백 갭 피스(back gap piece)와,
    상기 절연층 위에 부분적으로 및 상기 유전 물질층의 일부 위에 부분적으로 형성된 유도 코일 시드 층과,
    상기 유도 코일 시드 층 위 및 상기 유전 물질층 내에 형성된 유도 코일과,
    상기 유도 코일 위에 형성된 제2 절연층과,
    상기 제2 절연층 위에, 상기 P2 폴 팁 및 상기 백 갭 피스와 자기적으로 상호 작용하도록 형성된 P2 폴 요크와,
    상기 P2 폴 요크 위에 형성된 캡슐화 층(encapsulation layer)
    을 포함하는 자기 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전 물질층은 P2 폴 팁 트렌치, 유도 코일 트렌치 및 백 갭 피스(piece) 트렌치를 포함하는 자기 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 P1 폴 팁 트렌치, 상기 유도 코일 트렌치 및 상기 백 갭 피스 트렌치는 하나의 반응성 이온 에칭 단계로 형성되는 자기 헤드.
  4. 제3항에 있어서, P1 폴 노치(notch)가 상기 P2 폴 팁에 근접하도록 상기 P1 폴에 형성되는 자기 헤드.
  5. 제4항에 있어서, P1 폴 노칭 트렌치가 제2의 반응성 이온 에칭 단계에서 상기 유전 물질층에 형성되는 자기 헤드.
  6. 하드디스크 드라이브에 있어서,
    디스크 드라이브 상에서 회전 운동하도록 제작된 적어도 하나의 하드디스크와,
    상기 하드디스크에 데이터를 기록하기 위하여 상기 하드디스크 위를 비행하도록 제작된, 제1항 내지 제5항 중에 기재된, 적어도 하나의 자기 헤드를 포함하는 하드디스크 드라이브.
  7. 자기 헤드의 제조 방법에 있어서,
    기판 위에 판독 헤드를 형성하는 단계와,
    상기 판독 헤드 위에 P1 폴을 형성하는 단계와,
    상기 P1 폴 위에 절연층을 형성하는 단계와,
    상기 절연층 위에 RIE 에칭 가능한 유전 물질층을 형성하는 단계와,
    상기 유전 물질층 내에 P2 폴 팁 트렌치, 유도 코일 트렌치 및 백 갭 피스 트렌치를 포함하는 트렌치들을 형성하는 단계와,
    상기 P2 폴 팁 트렌치 내에 P2 폴 팁을, 상기 백 갭 피스 트렌치 내에 백 갭 피스를 동시에 형성하는 단계- 상기 백 갭 피스는 상기 P1 폴과 자기적으로 상호 접속됨 -와,
    상기 유도 코일 트렌치 내에 유도 코일을 형성하는 단계와,
    상기 유도 코일 위에 제2 절연층을 형성하는 단계와,
    상기 제2 절연층 위에, 상기 P2 폴 팁 및 상기 백 갭 피스와 자기적으로 상호 접속되도록 P2 폴 요크를 형성하는 단계와,
    상기 P2 폴 요크 위에 캡슐화 층을 형성하는 단계
    를 포함하는 자기 헤드의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유전 물질층 형성 단계 이전에, 상기 절연층 위에 패터닝된 P2 폴 팁 시드 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 자기 헤드의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 P2 폴 팁 시드 층은 상기 유도 코일 트렌치의 위치에 증착되지 않는 자기 헤드의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 P2 폴 팁 및 백 갭 피스 형성 단계 후에, 상기 유도 코일 트렌치 내에 유도 코일 시드 층을 증착하는 단계를 더 포함하는 자기 헤드의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 유전 물질층 내에 트렌치들을 형성하는 단계는 반응성 이온에칭 공정에 의해 수행되는 자기 헤드의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, P1 폴 노칭 공정이 상기 P2 폴 요크의 형성 단계에 이어서 행해지는 자기 헤드의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 P1 폴 노칭 공정은,
    상기 P2 폴 팁에 근접한 상기 유전 물질을 RIE 에칭하는 단계와,
    상기 P2 폴 팁 시드 층, 상기 절연층 및 상기 P1 폴의 일부를 이온 빔 에칭하는 단계
    를 포함하는 자기 헤드의 제조 방법.
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