(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜磁気ヘッドを製造する方法であって、
磁極部分を有する第１の磁性層を基板によって支持されるように形成する工程と、
前記第１の磁性層の上に絶縁層によって互いに電気的に分離された状態で薄膜コイルを形成した後、第１の磁性層の少なくとも磁極部分の上および前記絶縁層の上に非磁性材料より成るギャップ層を形成するか、または前記第１の磁性層の上に非磁性材料より成るギャップ層を形成した後に、絶縁層によって互いに電気的に分離された状態で薄膜コイルを形成する工程と、
前記ギャップ層を覆い、前記第１の磁性層の磁極部分の上方に位置する磁極部分を有する第２の磁性層を形成する工程と、
この第２の磁性層の少なくとも磁極部分の側面を覆うように非磁性材料のサイドウォールを形成する工程と、
前記第２の磁性層の磁極部分の側縁と隣接する前記ギャップ層を、第２の磁性層の磁極部分およびサイドウォールと、ギャップ層上に形成したフォトレジスト層をマスクとするリアクティブイオンエッチングにより除去した後、イオンビームエッチングにより第１の磁性層をその膜厚の一部分に亘って除去して、前記絶縁層のエアベアリング面側の端縁の位置を基準として規定された内側面を有する開口部を形成する工程と、
この開口部の内側縁を研磨機の顕微鏡で観察し、これを位置基準として基板、第１および第２の磁性層の磁極部分およびこれらによって挟まれたギャップ層を研磨して磁気記録媒体と対向するエアベアリング面を形成する工程と、
を含むことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ギャップ層をエッチングして開口部を形成するリアクティブイオンエッチングを、BCl3雰囲気中またはBCl3にCl2を50%を越えない比率で含有させた雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記第１磁性層をエッチングして開口部を形成するイオンビームエッチングを、第１の磁性層に垂直な方向から40〜70°の角度だけ傾斜した方向から行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記イオンビームエッチングを、第１の磁性層に垂直な方向からほぼ45°の角度で傾斜した方向から行うことを特徴とする請求項３に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記基体と第１の磁性層との間に、電気的に絶縁されるとともに磁気的に遮蔽された読取用の磁気抵抗再生素子を形成して複合型薄膜磁気ヘッドを構成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記基体上に磁気遮蔽を行なう第３の磁性層を形成し、その上に第２の絶縁層中に埋設した磁気抵抗材料膜を形成した後、前記第１の磁性層を形成し、前記エアベアリング面を形成するための研磨工程において、前記第３の磁性層を研磨するとともに前記磁気抵抗材料膜をも研磨して端面がエアベアリング面に露出する磁気抵抗再生素子を形成することを特徴とする請求項５に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法、特に誘導型の書込用薄膜磁気ヘッドと磁気抵抗素子を用いた読取用ヘッドとを積層して構成されている複合型薄膜磁気ヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。読取用ヘッドの性能向上に関しては、磁気抵抗素子が広く用いられている。この磁気抵抗素子としては、異方性磁気抵抗（AMR:Anisotropic Magneto-Resistive)効果を用いたものが従来一般に使用されてきたが、これよりも抵抗変化率が数倍も大きな巨大磁気抵抗(GMR: Giant Magnetoresistive) 効果を用いたものも開発されている。本明細書では、これらAMR 再生素子およびGMR 再生素子を総称して磁気抵抗再生素子またはMR再生素子と称することにする。AMR 再生素子を使用することにより数ギガビット/ インチ2 の面記録密度を実現することができ、さらに面記録密度を上げるためにはGMR 再生素子を使用することが提案されている。このように面記録密度を高くすることにより、10G バイト以上の大容量のハードディスク装置の実現が可能となってきている。このような磁気抵抗素子より成る読取ヘッドの性能を決定する要因の一つとして磁気抵抗素子の高さ(MR Height: MRハイト) がある。これは、側縁がエアベアリング面に露出する磁気抵抗素子の、エアベアリング面から測った距離であり、薄膜磁気ヘッドの製造過程においては、エアベアリング面を研磨して形成する際の研磨量を制御することによって所望のMRハイトを得るようにしている。
【０００３】
一方、書込用の薄膜磁気ヘッドの性能向上も求められている。面記録密度を上げるためには、磁気記録媒体でのトラック密度を上げる必要がある。このためには、エアベアリング面おけるライトギャップ(write-gap) の幅を数ミクロンからサブミクロンオーダーまで狭くする必要があり、これには半導体加工技術を利用することが提案されている。特に、書込用薄膜磁気ヘッドの性能を決定する要因の一つとしてスロートハイト(Throat Height: TH) がある。これはエアベアリング面から薄膜コイルを電気的に分離する絶縁層のエッジまでの磁極部分の距離であり、この距離をできるだけ短くすることが望まれている。
【０００４】
図１〜12は従来の標準的な薄膜磁気ヘッドの製造方法における順次の工程および完成した従来の薄膜磁気ヘッドを示すものであり、この薄膜磁気ヘッドは誘導型の書込用薄膜磁気ヘッドおよび読取用のMR再生素子とを積層した複合型のものである。
先ず、図１に示すように、例えばアルティック(AlTiC) より成る基板11上にアルミナ絶縁層12を約 3〜10μm の厚さに堆積する。次に、図２に示すように、読取用ヘッドのMR再生素子を外部磁界の影響から保護する磁気シールドを構成する下部シールド磁性層13を2 〜3 μm の膜厚で形成した後、図３に示すようにアルミナを100 〜150 nmの膜厚にスパッタ堆積させて絶縁層14を形成する。
【０００５】
図３に示すように、この絶縁層14の上にMR再生素子を構成する磁気抵抗効果を有する材料より成る磁気抵抗層15を数十nmの膜厚に形成し、高精度のマスクアライメントで所望の形状とする。次に、図４に示すように、アルミナ絶縁膜14と同様のアルミナ絶縁層16を100 〜150 nmの膜厚で形成し、さらにその上にパーマロイより成る磁性層17を３〜４μm の膜厚に形成した様子を図５に示す。この磁性層17は上述した下部シールド磁性層13とともにMR再生素子を磁気遮蔽する上部シールド磁性層の機能を有するとともに書込用薄膜磁気ヘッドの下部磁性層としての機能をも有するものである。ここでは説明の便宜上この磁性層17を書込用磁気ヘッドを構成する一方の磁性層であることに注目して第１の磁性層と称することにする。
次に、図６に示すように、第１の磁性層17の上に非磁性材料、例えばアルミナより成るギャップ層18を150 〜300nm の膜厚に形成し、さらにこのギャップ層の上に電気絶縁性のフォトレジスト層19を高精度のマスクアライメントで所定のパターンに形成し、さらにこのフォトレジスト層の上に、例えば銅より成る第１層目の薄膜コイル20を形成する。
【０００６】
次に、図７に示すように、第１層目の薄膜コイル20の上に、高精度のマスクアライメントを行って絶縁性のフォトレジスト層21を形成した後、その上面を平坦とするために、例えば 250°Ｃでベークする。さらに、このフォトレジスト層21の平坦とした表面の上に第２層目の薄膜コイル22を形成し、この第２層目の薄膜コイル22の上に高精度マスクアライメントでフォトレジスト層23を形成した後、再度薄膜コイル22の上のフォトレジスト層23の表面を平坦とするために、例えば 250°Ｃでベークした状態を図８に示す。上述したように、フォトレジスト層19, 21および23を高精度のマスクアライメントで形成する理由は、後述するようにフォトレジスト層のエッジを位置の基準としてスロートハイト(TH)やMRハイトを規定しているためである。
【０００７】
次に、図９に示すように、ギャップ層18およびフォトレジスト層19, 21および23の上に、例えばパーマロイより成る第２の磁性層24を３〜４μm の膜厚で所望のパターンにしたがって選択的に形成する。この第２の磁性層24は磁気抵抗層15を形成した側から離れた位置において第１の磁性層17と接触し、第１および第２の磁性層によって構成される閉磁路を薄膜コイル20, 22が通り抜けるようにしている。この第２の磁性層の磁極部分はトラック幅を規定する所望の形状およびサイズの磁極部分を有している。さらに、第２の磁性層24およびギャップ層18の露出表面の上にアルミナより成るオーバーコート層25を堆積する。最後に、磁気抵抗層15を形成した側面26を研磨して磁気記録媒体と対向するエアベアリング面(Air Bearing Surface:ABS)27 を形成した様子を図10に示す。このエアベアリング面27の形成過程において磁気抵抗層15も研磨され、MR再生素子28が得られる。このようにして上述したTHおよびMRハイトが決定される。実際の薄膜磁気ヘッドにおいては、薄膜コイル20, 22およびMR再生素子28に対する電気的接続を行なうためのパッドが形成されているが、図面には示していない。
【０００８】
図10、11および12は、上述したようにして製造された従来の複合型薄膜磁気ヘッドを、オーバーコート層25を省いて示すそれぞれ断面図、正面図および平面図である。なお、図10においては、MR再生素子28を囲むアルミナ絶縁層14および16を単一の絶縁層として示し、図12に示す平面図においては、図面を簡単とするために薄膜コイル22を同心状に示した。図10に明瞭に示すように、薄膜コイル20, 22を絶縁分離するフォトレジスト層19, 21, 23の側面の角部を結ぶ線分Ｓと第２の磁性層24の上面との成す角度(Apex Angle:アペックスアングル) θも上述したスロートハイトTHおよびMRハイトとともに薄膜磁気ヘッドの性能を決定する重要なファクタとなっている。また、図12の平面図に示すように、第２の磁性層24の磁極部分24a の幅Ｗは狭くなっており、この幅によって磁気記録媒体に記録されるトラックの幅が規定されるので、高い面記録密度を実現するためには、この幅Ｗをできるだけ狭くする必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、磁気記録媒体上での面記録密度を高くするためには、第１および第２の磁性層17および24、ギャップ層18、薄膜コイル20, 22などによって構成される記録用の薄膜磁気ヘッドの性能を向上する必要がある。また、上述したように磁気抵抗素子を有する読取用磁気ヘッドを書込用薄膜磁気ヘッドと積層した複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、書込用の磁気ヘッドの性能を向上させるのと同時に読取用の磁気ヘッドの性能も向上させる必要がある。書込用磁気ヘッドの性能を向上するためには、図10に示すスロートハイトTHおよびアペックスアングルθを所望の設計値通りの値に製造することが重要であるが、従来の製造方法ではこれらのパラメータを正確に制御し、設計値通りに製造することは困難であった。
【００１０】
すなわち、スロートハイトTHは薄膜コイル20, 22を絶縁分離する絶縁層19の、第２の磁性層24の磁極部分24a 側の端縁とエアベアリング面27との間の距離として定義されるが、実際の製造過程においては、絶縁層19の端縁の位置は明瞭ではないので、この端縁が所望の位置に形成されているものとし、この端縁を位置の基準として所望のスロートハイトTHが得られるようにエアベアリング面27を研磨している。一方、薄膜コイル20, 22を形成する際には、250 °C 程度の熱処理が施されるが、この加熱によって絶縁層を構成するフォトレジスト膜が溶融し、絶縁層のパターンの寸法が変動する。これによって絶縁層19の上述した端縁の位置も変動することになり、その結果としてこの端縁を設計上の位置基準として形成される磁極部分24a の長さであるスロートハイトTHの寸法も所望の設計値からずれてしまう欠点がある。特に絶縁層19, 21, 23を構成するフォトレジスト膜が厚く形成される場合には、そのパターンのずれは0.5 μm 程度ときわめて大きくなり、数ミクロンからサブミクロン程度の微細なスロートハイトTHを再現性良く実現することはできない。また、このように膜厚の厚いフォトレジスト膜を使用する場合には、膜厚の不均一性によってもパターンがくずれる恐れが大きくなる。例えば、高周波数用の複合型薄膜磁気ヘッドでは、スロートハイトTHは1.0 μm 以下が要求されているが、上述したように0.5 μm にも達する大きな誤差のために、エアベアリング面27の研磨の際にスロートハイトTH不良が数多く発生してしまい歩留りが低下し、製造コストが上昇する欠点がある。
【００１１】
また、上述した熱処理によって絶縁層19, 21, 23を構成するフォトレジスト膜が溶融するので、図10に示すようにこれらの絶縁層の側面によって規定されるプロファイルが変化し、アペックスアングルθも当然変動してしまう欠点がある。アペックスアングルθも薄膜磁気ヘッドの特性に影響し、その変動によって特性が不良となることがしばしばある。このように従来の製造方法では、書込用磁気ヘッドの特性を向上するのが困難であった。このような困難性は特に薄膜磁気ヘッドの小型化が進めば進ほど大きくなるものである。
上述した欠点は、薄膜コイル20, 22を形成する際のフォトレジスト膜の熱処理によるフォトレジスト膜のパターンのくずれが主たる原因になっているが、このような熱処理はコイルの平坦化やコイル間の絶縁化を行なうためには必須の工程であり、避けることができないものである。
【００１２】
さらに、磁気抵抗素子より成る読取用ヘッドでは、磁気抵抗素子として感度の高いGMR 素子を使用することによって性能の向上が達成できるが、さらに面記録密度を向上させるには、上述したようにエアベアリング面27からの磁気抵抗素子28の高さとして定義されるMRハイトを所望の設計値通りに製造する必要がある。実際の製造過程においては、このMRハイトは上述したスロートハイトTHと同様にエアベアリング面27を研磨する際の研磨量によって決められるが、上述したようにこの研磨は絶縁層19の端縁を位置の基準として行われ、この絶縁層の端縁の位置が熱処理によって変動するので、MRハイトも変動することになり、設計値通りに製造することができず、MRハイトの不良による歩留りの低下が生じ、製造コストが上昇する欠点がある。
【００１３】
特に、書込用磁気ヘッドと磁気抵抗素子を具える読取用磁気ヘッドとを積層した複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、書込用磁気ヘッドのスロートハイトTHと読取用磁気ヘッドのMRハイトとのバランスが重要である。これら二つのファクタは、フォトレジストより成る絶縁層19, 21, 23の位置関係と、MR再生素子28のマスクアライメントの精度と、研磨加工によるエアベアリング面26の加工精度によって決定されるので、MR層15に対する絶縁層19および21のパターンの位置合わせを最小の誤差を以て行なう必要がある。しかしながら、この誤差を最小としても、上述したように薄膜コイル20, 22を絶縁分離する絶縁層19, 21, 23を構成するフォトレジスト層のパターンが熱処理によってくずれることによるスロートハイトTHとMRハイトの誤差があるため、書込用磁気ヘッドと読取用磁気ヘッドとのバランスがくずれ、高性能の複合型薄膜磁気ヘッドを製造することができない欠点がある。
【００１４】
さらに、図11から明らかなように、エアベアリング面27における第１の磁性層17の幅と第２の磁性層24の磁極部24a の幅Ｗとは大きく異なっている場合、記録中にサイドフリンジ磁束と呼ばれる漏洩磁束が発生する。特に記録用の薄膜磁気ヘッドとMR再生ヘッド28とを一体化した複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、第１の磁性層17がMR再生ヘッドに対する磁気シールドの作用を兼用するため、第１の磁性層の幅が第２の磁性層24の磁極部分24a の幅Ｗよりも必然的に長くなり、そのため大きなサイドフリンジ磁束が発生する。このようなサイドフリンジ磁束が発生すると、サイドライトと呼ばれる現象が生じ、実効的な記録トラック幅が増大してしまう欠点がある。最近の高面記録密度化に伴い、記録トラックの幅の狭小化が進んでいるが、上述したサイドライトが生じると、隣接トラックとのクロストークや隣接トラックに記録されている磁化パターンの消去などが発生し、高面記録密度が達成できなくなっている。
このような問題を解決するために、図13に示すように、第１の磁性層17に凸状部分17a を形成してトリム構造とし、この凸状部分の幅を第２の磁性層24の磁極部分24a の幅と等しくすることが提案されており、例えば特開平7-220245号公報、同7-225917号公報、同7-262519号公報および同7-296331号公報などに開示されている。
【００１５】
図13に示したように第１の磁性層17に凸状部分17a を形成するに当たっては、第２の磁性層24の磁極部分24a の幅と整合させるために、第２の磁性層の磁極部分を形成した後、この第２の磁性層の磁極部分をマスクとしてイオンビームエッチング、例えばイオンミリングを行ってギャップ層18を除去するとともに第１の磁性層17をその膜厚の一部分に亘って500 nm程度除去している。しかし、ギャップ層18を構成するアルミナのイオンミリングに対するエッチング速度は、例えば約 7nm／分と低いので、処理時間が長くなりスループットが低くなる欠点がある。
また、このときのイオンミリングに対する第２の磁性層24を構成する磁性材料であるパーマロイのエッチング速度は21nm／分と速いので、マスクとして作用する第２の磁性層24の膜減りを考慮してその膜厚を必要以上に厚くする必要があった。このように第２の磁性層24をメッキ法によって形成するため、その膜厚を厚くすると、その磁極部分24a をパターニングする際に使用されるフォトレジスト膜の膜厚も厚くする必要があるが、このようにフォトレジスト膜を厚くすると磁極部分24a の幅Ｗを狭く形成することが困難となり、例えばサブミクロンオーダのトラック幅に対応する幅の狭い磁極部分を形成することができない欠点がある。
【００１６】
さらに、イオンビームエッチングによってギャップ層18および第１の磁性層17をエッチングする際に、第２の磁性層24の磁極部分24a をマスクとしてその形状と同じ形状の凸状部分17a を形成するためには、垂直にイオンビームを投射する必要があった。しかし、このような垂直のイオンビームエッチングを行うと、第１の磁性層17の凸状部分17a および第２の磁性層24の磁極部分24a の側壁にエッチングにより生じた残渣が付着することになり、このような付着物によって第１の磁性層17と第２の磁性層24とが磁気的に短絡したり、薄膜磁気ヘッドの実効トラック幅が広くなってしまい、所望の特性を有する薄膜磁気ヘッドが得られない欠点がある。
第１の磁性層17の厚みの一部分に亘って開口部を掘り下げるイオンビームエッチングを斜め方向から行なうことも考えられるが、この場合には第２の磁性層24の磁極部分24a の側面もエッチングされるようになり、磁極部分が細くなってしまい、所望の磁気特性が得られなくなる欠点がある。
【００１７】
本発明の目的は上述した従来の薄膜磁気ヘッドの欠点を除去し、所望の特性を有しながら高い面記録密度を実現できるように微細化されているとともにスロートハイトTHやアペックスアングルθ、磁極部分の寸法を正確に所望の値とした薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供しようとするものである。
本発明の他の目的は、所望の特性を有しながら、高い面記録密度を実現できるように微細化されているとともにスロートハイトTH、アペックスアングルθ、磁極部分の寸法およびMRハイトを所望の値とした複合型薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法は、磁極部分を有する第１の磁性層を基板によって支持されるように形成する工程と、前記第１の磁性層の上に絶縁層によって互いに電気的に分離された状態で薄膜コイルを形成した後、第１の磁性層の少なくとも磁極部分の上および前記絶縁層の上に非磁性材料より成るギャップ層を形成するか、または前記第１の磁性層の上に非磁性材料より成るギャップ層を形成した後に、絶縁層によって互いに電気的に分離された状態で薄膜コイルを形成する工程と、前記ギャップ層を覆い、前記第１の磁性層の磁極部分の上方に位置する磁極部分を有する第２の磁性層を形成する工程と、
この第２の磁性層の少なくとも磁極部分の側面を覆うように非磁性材料のサイドウォールを形成する工程と、前記第２の磁性層の磁極部分の側縁と隣接する前記ギャップ層を、第２の磁性層の磁極部分およびサイドウォールと、ギャップ層上に形成したフォトレジスト層をマスクとするリアクティブイオンエッチングにより除去した後、イオンビームエッチングにより第１の磁性層をその膜厚の一部分に亘って除去して、前記絶縁層のエアベアリング面側の端縁の位置を基準として規定された内側面を有する開口部を形成する工程と、
この開口部の内側縁を研磨機の顕微鏡で観察し、これを位置基準として基板、第１および第２の磁性層の磁極部分およびこれらによって挟まれたギャップ層を研磨して磁気記録媒体と対向するエアベアリング面を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００２０】
上述した本発明の方法により製造した薄膜磁気ヘッドは、研磨によりエアベアリング面を形成する際に、従来のように絶縁層のエッジを位置の基準とする必要はなく、開口部の内側面を基準として研磨することができ、この開口部の内側面の位置は、絶縁層の端縁の位置の変動とは無関係にこの端縁の位置を基準として正確に規定することができ、しかもエアベアリング面を形成するための研磨処理のときにはこの開口部の内側面を、研磨機に装着した顕微鏡で見ることができるので、エアベアリング面の位置を正確に規定できる。したがって、第２の磁性層の磁極部分の長さであるスロートハイトTHを正確に所望の設計値通りに造ることができ、高性能の薄膜磁気ヘッドを得ることができる。さらに、第２の磁性層の磁極部分の側面には非磁性材料より成るサイドウォールが形成されているので、磁極部分の寸法がプロセス中に変動することはなく、所望の磁気特性を有する薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
また、書込用の薄膜磁気ヘッドと磁気抵抗素子を用いた読取用磁気ヘッドとを積層した複合型薄膜磁気ヘッドにおいては、上述したスロートハイトTHとMRハイトとのバランスを常に所望の関係に保つことができ、高性能の複合型薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
勿論第１の磁性層の磁極部分をトリム構造とすることができるので、記録時の漏洩磁束、すなわちサイドフリンジ磁束は少なくなり、トラック幅を小さくすることができるため、面記録密度が高い薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００２１】
さらに、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法においては、非磁性材料層によって覆われた第２の磁性層の磁極部分およびサイドウォールとギャップ層の上に形成したフォトレジスト層をマスクとしてギャップ層を異方性エッチングによって選択的に除去して開口部を形成した後、開口部内に露出した第１の磁性層を、例えばイオンミリングでエッチングして開口部の深さを第１の磁性層の膜厚の一部分にまで掘り下げるようにしているが、ギャップ層の異方性エッチングに対するエッチング速度は、例えば200nm/分と速いので、短時間でエッチング処理は終了し、スループットが高くなる。さらに、この異方性エッチングの際の第２の磁性層の磁極部分の膜減りは少なく、したがってこの磁極部分の膜厚を必要以上に厚くしておく必要がなくなり、その結果として微細化が可能となり、磁極部分の幅を狭くすることができる。
さらに、異方性エッチングによりギャップ層に開口部を形成した後、この開口部をエッチングにより第１の磁性層の膜厚の一部分に達するまで深く形成するが、このエッチングはイオンミリングで行なうのが好適であり、このイオンミリングを、第１の磁性層に垂直な方向から40〜60°、特に45°の角度だけ傾斜した方向から行なうことによってエッチング残渣となる磁性材料が磁極部分の側面に再付着して第１および第２の磁性層間が磁気的に短絡したり、実効トラック幅が広がるのを防止することができる。また、このイオンミリングの際には、第２の磁性層の磁極部分の側面は非磁性材料のサイドウォールで覆われているため、イオンミリングを斜め方向から行っても磁極部分が細ることはなく、再付着が少ないということと相俟って所望の磁気特性を有する薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００２２】
本発明方法により製造した薄膜磁気ヘッドの好適な実施例においては、前記非磁性材料より成るギャップ層で、前記薄膜コイルの第１および第２の磁性層間に位置する部分を電気的に絶縁する前記絶縁膜の表面を覆う。このようにギャップ層で薄膜コイルの絶縁層を覆うことにより絶縁層の端縁の位置が変動することがなくなり、したがって前記開口部の位置決め用の内側縁をこの絶縁層の端縁を位置の基準として正確に形成することができる。
さらに、本発明方法により製造した薄膜磁気ヘッドの好適な実施例においては、前記基体と、第１の磁性層との間に、電気的に絶縁されるとともに磁気的に遮蔽された読取用の磁気抵抗素子を、その側縁が前記エアベアリング面に露出するように配設して複合型薄膜磁気ヘッドとして構成する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図14〜27は本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施例の順次の製造工程における状態を示す図であり、図14〜21において、Ａは断面図であり、Ｂはエアベアリング面側から見た正面図である。また、これらの図面において各部の寸法の関係は必ずしも実際の寸法とは一致していない点に注意されたい。
先ず、図14に示すように、アルティック(AlTiC) 基板41の上にアルミナ絶縁層42を 3〜10μm の厚さに堆積形成する。次に、図15に示すように、MR再生素子に対する下部シールド膜を形成するために、フォトレジスト膜をマスクとして鍍金法によってパーマロイ層43を約 2〜3 μm の厚さに形成する。
さらに、このパーマロイ層43およびアルミナ絶縁層42の露出した表面の上に４〜６μm の膜厚でアルミナ膜44を形成した後、機械的研磨または化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP) によって表面を平坦化した状態を図16に示す。
【００２４】
次に、絶縁材料より成るシールドギャップ膜45に埋設されるように磁気抵抗効果を有するMR膜46を所定のパターンにしたがって形成し、さらにその上に書込用薄膜磁気ヘッドの下部磁極を構成する第１の磁性層47を 2〜4 μm の厚さに選択的に形成し、さらに段差をなくすために、表面全体の上にアルミナ膜を５〜６μm の厚さに形成した後、CMP で研磨して第１の磁性層47の表面を露出させるとともに表面全体を平坦化した様子を図17に示す。
次に、図18に示すようにアルミナより成るギャップ層48を150 〜300nm の膜厚に形成し、さらにその上にアペックスアングルθを決定するためのフォトレジスト膜より成る絶縁層49を所定のパターンにしたがって形成する。さらに、この絶縁層49の上に銅より成る薄膜コイル50および52を絶縁層51および53によって互いに絶縁分離するように形成した状態を図19に示す。ここで、後に第１の磁性層47と第２の磁性層とが磁気的に結合されて閉磁路が構成されるように絶縁層49, 51, 53には開口47a を形成する。このような薄膜コイルの形成方法そのものは従来の方法と同じである。
【００２５】
次に、図20に示すように、膜厚が３〜４μm の第２の磁性層54を堆積した後、所定のパターンのフォトレジスト層を用いて選択的に除去して所定の幅を有する磁極部分54a を形成する。この際、磁性材料は開口47a の中にも堆積され、第１の磁性層47と第２の磁性層54とは開口を介して磁気的に連結される。
次に、第２の磁性層54の表面および側面並びにギャップ層48の露出表面上にアルミナより成る非磁性層55を、例えば150 〜300nm の厚さに形成した後、磁極部分54a 以外の部分をフォトレジスト層によって被覆して異方性エッチングを行い、磁極部分54a の側面に非磁性材料より成るサイドウォール55a を形成する。
【００２６】
次に、図21〜23に示すように、第２の磁性層54の磁極部分54a およびその側面に形成したサイドウォール55a と、磁極部分の側縁近傍に矩形の開口を形成したフォトレジスト層をマスクとしてギャップ層48を異方性エッチング、本例ではリアクティブイオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)により除去して第２の磁性層54の側面以外の非磁性材料を除去するとともにギャップ層48に開口部56を形成する。このリアクティブイオンエッチングは、例えばCF4 、BCl3、Cl2 またはBCl3+Cl2の雰囲気内で行なうことができる。特に、BCl3とCl2 との混合雰囲気内で行なう場合には、Cl2 の含有量が50% を越えないようにするのが好適である。なお、図22、23、24および26においては、サイドウォール55a 以外の非磁性層55は省略してある。
このリアクティブイオンエッチングに対するアルミナより成るギャップ層48のエッチング速度は100 〜300 nm／分と速いので、ギャップ層48に開口部56を形成するためのエッチング時間は１〜２分で十分であり、製造時間の短縮が図れる。また、この開口部56を形成する際には、絶縁層49, 51, 53の、磁極部分と対向する端縁を通る直線A-A 、すなわちスロートハイト零位置を位置の基準とし、開口部の内側側面56a がこの直線A-A から所定の距離だけ離間した直線B-B と一致するように形成する。このようにギャップ層48を選択的にエッチングして開口部56を形成する際にはまだオーバーコート層（図９参照）が形成されておらず、絶縁層49, 51, 53の、磁極部分と対向する端縁を見ることができるので、絶縁層の端縁を位置の基準として開口部56の内側側面56a の位置B-B をきわめて正確に形成することができる。
【００２７】
引き続きイオンミリングを施して開口部56の深さを第１の磁性層47にも部分的に侵入させて第１の磁性層47の磁極部分をトリム構造に形成した様子を図24の斜視図および図25の断面図で示す。なお、図25の断面図は、開口部56を通る線で切って示すものである。この第１の磁性層47への侵入の深さは、例えば500 〜800 nm程度とすることができる。このようなトリム構造を形成することによって第２の磁性層54の磁極部分54a の側面から第１の磁性層47に洩れるサイドフリンジ磁束を抑止することができ、さらに性能を向上することができる。
上述したように第１の磁性層47をイオンミリングでエッチングする際には、リアクティブイオンエッチングでマスクとして使用したフォトレジスト層は除去しても良い。その場合には、開口部56を第１の磁性層47まで掘り下げた後は、第２の磁性層54の下側にある部分を除いてギャップ層48は除去される。
【００２８】
従来、イオンミリングによって第１の磁性層47をエッチングしてその表面を凸状のトリム構造に形成することは行われているが、従来はイオンビームを磁性層の表面に対して垂直に照射していた。しかしイオンビームをこのように垂直に照射すると、磁極部分の側面および上面に磁性材料の再付着が生じて第１の磁性層と第２の磁性層とが磁気的に短絡される欠点があった。本発明ではこのような欠点を解消するために、第１の磁性層の表面に垂直な方向に対して40〜70°、特にほぼ45°の角度でイオンビームを照射する。しかしこのように斜めからイオンビームエッチングを行うと、第２の磁性層54の磁極部分54a が細るので、本発明ではこの磁極部分の側面に非磁性材料より成るサイドウォール55a を形成する。このようなサイドウォール55a を形成することによって、上述した磁性材料の再付着を有効に防止することができるとともに第２の磁性層54の磁極部分54a が細るのを防止することができ、所望の特性を有する薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００２９】
上述したように、本実施例においては開口部56を形成する際、ギャップ層48はリアクティブイオンエッチングによって除去されているとともに第２の磁性層54の磁極部分54a の側面には非磁性材料のサイドウォール55a が形成されているので、第１の磁性層47をエッチングする際には斜めからのイオンミリングを採用することができ、したがって開口部56全体をイオンミリングで形成する場合と比較して磁性材料の再付着がなく、実効トラック幅の狭い薄膜磁気ヘッドを実現することができる。しかも、イオンミリングの際に、第２の磁性層54の磁極部分54a が細るをサイドウォール55a で防止できるので、所望の設計値通りの寸法の磁極部分が得られることになる。
【００３０】
次に、基板41、アルミナ絶縁層42、下部シールド層43、シールドギャップ層45、磁気抵抗膜46、第１の磁性層47、ギャップ層48および第２の磁性層54を図22の直線C-C で示す位置まで研磨してエアベアリング面57を形成した状態を図26の斜視図および図27の断面図に示す。この研磨を行なう際には、開口部56の内側側面56a を研磨機に設けた顕微鏡によって観察し、これを位置の基準として行なうことができるので、磁極部分54a の寸法を正確に形成することができる。すなわち、開口部56の内側側面56a は絶縁層49, 51, 53の端縁から所定の距離に位置しており、エアベアリング面57はこの開口部の内側側面を基準として形成されているので、絶縁層の端縁からエアベアリング面までの距離( 直線A-A と直線C-C との間の距離）、すなわちスロートハイトTHを所望の設計値通りに正確に形成することができる。本発明では、開口部56の内側側面56a はエアベアリング面57の内側に位置している必要があり、図26に示すように研磨後も開口部56の内側側面56a は残存している。
【００３１】
さらに、本発明においては、エアベアリング面57を形成するための研磨処理によって磁気抵抗膜46も研磨されてMR再生素子58が形成されるが、そのMRハイトは研磨量によって決まるが、上述したようにこの研磨はギャップ層48に形成した開口部56の内側側面56a を位置の基準として行われ、この内側側縁は絶縁層49, 51, 53の端縁の位置A-A を基準として形成されているので、MRハイトも所望の設計値通りに正確に形成されることになる。さらに、本発明においては、MRハイトとスロートハイトTHとの間に常に所望の関係が得られるので、これらのバランスを最良の状態に保つことができ、高性能の複合型薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００３２】
図28および29は本発明による薄膜磁気ヘッドの他の実施例の断面図および斜視図を示すものであり、前例の図20および26にそれぞれ対応するものである。本例において前例と同様の部分には同じ符号を付けて示した。本例においては、第１の磁性層47を形成した後、ギャップ層48を形成する以前に絶縁層49を形成するとともにその上に絶縁層51および53によって絶縁分離された薄膜コイル50および52を形成し、その後に第１磁性層47の露出表面および絶縁層49, 51, 53の上にギャップ層48を形成する。その後、このギャップ層48の上に第２の磁性層54を所望のパターンにしたがって形成し、さらにギャップ層48の露出表面および第２磁性層54の上面および側面を覆うように非磁性材料層55を形成した後、フォトレジスト層をマスクとして非磁性材料層55を選択的に異方性エッチングして第２磁性層54の磁極部分54a の側面に非磁性材料より成るサイドウォールを形成した状態を図28に示す。以後の処理は前例と同様であり、異方性エッチングによってギャップ層48に開口部56を形成した後、イオンミリングで開口部を第１の磁性層47の厚さの一部分まで掘り下げ、さらに開口部56の内側側面56a を基準として研磨処理を行ってエアベアリング面57を形成した状態を図29に示す。なお、図29においてもサイドウォール55a 以外の非磁性層55は削除した。
【００３３】
本例においては、ギャップ層48によって薄膜コイル50, 52を絶縁分離する絶縁層51, 53の表面を覆うので、絶縁層の端縁の位置が変動することがなくなり、したがってエアベアリング面57を形成する際の位置の基準となる開口部56の内側側面56a を、この絶縁層の端縁を位置の基準として正確に形成することができる。すなわち、絶縁層49, 51, 53で絶縁分離された薄膜コイル50, 52を形成した後、フォトリソグラフ処理を行なう際の熱処理によって絶縁層の端縁の位置が変動することがなくなるので、開口部56を正確に形成できる。さらに、フォトレジスト層をアッシングにより除去する際にも、薄膜コイル50, 52を絶縁分離する絶縁層51, 53はギャップ層48によって保護されるので、薄膜コイルが露出したり短絡したりするのを防止するために絶縁層51, 53を厚く形成する必要はなくなる。
【００３４】
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では、基板41としてアルミナ−チタンカーバイト系の合金であるアルテックを用いたが、アルミナ、Si、SiO2、SiN 、BN、セラミック、ダイヤモンドライクカーボンなどの他の材料の基板を用いることもできる。また、磁気抵抗素子より成るMR再生素子としてはAMR 再生素子やGMR 再生素子を使用することができる。さらに、ギャップ層48やサイドウォール55a を構成する非磁性材料としてアルミナを使用したが、SiO2, SiN,オキシナイトライドなどの他の非磁性材料を用いることもできる。さらに、上述した実施例では磁性層47, 54としてFe-Ni 系の合金であるパーマロイを用いたが、Co-Zr-Sn系合金、Fe-Zr-N 系合金、Fe-Ta-C 系合金、Co-Zr-Nb, FeN などの他の磁性材料を使用することもできる。
さらに、上述した実施例では誘導型の書込用磁気ヘッドとMR再生素子を具える読取用磁気ヘッドとを積層した複合型薄膜磁気ヘッドとして構成したが、誘導型の書込用薄膜磁気ヘッドとして構成することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、ギャップ層の、前記第２の磁性層の磁極部分の側縁と隣接する部分に、エアベアリング面に対する位置の基準となる内側面を有する開口部を形成したため、エアベアリング面を研磨する際にこの開口部の内側面を基準として研磨することによってスロートハイトTHを所望の設計値通りに正確に形成することができる。また、MR素子を具える読取用磁気ヘッドを積層した複合型薄膜磁気ヘッドの場合には、MRハイトも所望の設計値通りに正確に形成することができるとともにMRハイトとスロートハイトTHとのバランスを常に所望の関係に保つことができるので、複合型薄膜磁気ヘッドの特性を容易に改善することができる。
【００３６】
また、開口部の深さを第１の磁性層の膜厚の少なくとも一部分に達するように深く形成することによりトリム構造とすることができ、不所望な磁束の漏れを抑止することができる。さらに開口部を形成する場合に、ギャップ層をエッチング速度の速い異方性エッチングで除去することによりエッチング時間を短縮することができるとともに第２の磁性層の膜減りを少なくすることができ、したがって第２の磁性層の膜厚を薄くすることができ、これによって磁極部分の幅を狭くすることができ、サブミクロンオーダのトラック幅を実現することができる。さらに、ギャップ層を異方性エッチングによって除去した後に、イオンビームエッチングによって第１の磁性層をエッチングする際に、イオンビームを斜めから照射することができるので磁性材料の再付着によって第１および第２の磁性層間が磁気的に短絡されたり、実効トラック幅が広くなったりする恐れがなくなり、性能の向上が図れる。さらに、第２磁性層の磁極部分の側面に非磁性材料のサイドウォールを形成したので、斜めからのイオンビームエッチングを行なう際にも磁極部分が細ることはなくなり、所望の寸法の磁極部分を正確に形成することができ、したがって所望の磁気特性を有する薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００３７】
さらに、薄膜コイルを絶縁分離する絶縁層の表面をギャップ層で覆う第２の実施例では、絶縁層の端縁が溶融して絶縁層のパターンがくずれることがなくなり、スロートハイトの位置基準となる絶縁層の端縁の位置が正確に規定され、この位置を基準として開口部の内側側面の位置が決められ、この内側側面を位置の基準としてエアベアリング面が研磨されるので、スロートハイトTHを正確に形成することができる。また、絶縁層のプロファイルの変動もないので、アペックスアングルθも正確に所望の設計値とすることができる。さらに、MR再生素子を形成する際にも開口部の内側面が位置の基準となるので、スロートハイトTHとMRハイトとの位置関係を常に所望のものとすることができ、これらのバランスを最良の状態とすることができる。
【００３８】
上述したように本発明によれば、スロートハイトTH、アペックスアングルθおよびMRハイトを所望の設計値通りした高性能の薄膜磁気ヘッドが得られ、特にトラック幅を数ミクロンからサブミクロンとした微細な薄膜磁気ヘッドを得ることができ、面記録密度の向上を図ることができる。また、製造に際しては設計値通りの薄膜磁気ヘッドが得られるので、歩留りが改善され、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の複合型薄膜磁気ヘッドの製造方法の最初の工程を示す断面図である。
【図２】図２は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図３】図３は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図４】図４は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図５】図５は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図６】図６は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図７】図７は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図８】図８は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図９】図９は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、同じくその次の工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、同じくその正面図である。
【図１２】図１２は、同じくその平面図である。
【図１３】図１３は磁極部分にトリム構造を形成した従来の薄膜磁気ヘッドの正面図である。
【図１４】図１４Ａおよび１４Ｂは、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法の最初の工程を示す断面図および正面図である。
【図１５】図１５Ａおよび１５Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図１６】図１６Ａおよび１６Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図１８】図１８Ａおよび１８Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図１９】図１９Ａおよび１９Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図２０】図２０Ａおよび２０Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図２１】図２１Ａおよび２１Ｂは、同じくその次の工程を示す断面図および正面図である。
【図２２】図２２は同じくその平面図である。
【図２３】図２３は同じくその磁極部分の周囲のギャップ層に開口部を形成した様子を示す斜視図である。
【図２４】図２４は同じくその開口部を下側の磁性層の一部分まで掘り下げた状態を示す斜視図である。
【図２５】図２５は同じくその断面図である。
【図２６】図２６はエアベアリング面を形成した薄膜磁気ヘッドの磁極部分を示す斜視図である。
【図２７】図２７は同じくその断面図である。
【図２８】図２８は本発明による薄膜磁気ヘッドの他の実施例の製造途中の状態を示す断面図である。
【図２９】図２９は同じくそのエアベアリング面を形成した後の磁極部分の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
41  基板、42  アルミナ絶縁層、43  下部シールド磁性層、44  アルミナ膜、45シールドギャップ膜、46  MR層、47  第１の磁性層、48  ギャップ層、49, 51, 53  絶縁層、50, 52  薄膜コイル、54  第２の磁性層、54a   磁極部分、55  非磁性材料層、55a   サイドウォール、56  開口部、56a   開口部の内側側面、57  エアベアリング面、58  MR再生素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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