JPH0468683B2

JPH0468683B2 -

Info

Publication number: JPH0468683B2
Application number: JP24655685A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Aoi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1985-11-01
Publication date: 1992-11-04
Also published as: JPS62107417A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は磁気記録媒体として、磁気テープ、磁
気デイスクを使用した磁気記録再生装置におい
て、高記録密度化、高信頼性化に対応した薄膜磁
気ヘツドに関するものである。

従来の技術最近磁気記録再生装置において、記録綿密度及
びトラツク密度の著しい向上に伴ない記録再生ヘ
ツドに薄膜磁気ヘツドが広く使用されつつある。
特に従来のコンパクトカセツトテープレコーダの
高音質、高品質化を目的として、或いはコンピユ
ータ用磁気テープ装置、磁気デイスク装置での高
信頼性を維持しつつ大記憶容量化をめざして、従
来のバルクヘツドに代わつて薄膜磁気ヘツドによ
るデイジタル記録・再生が進んでいる。薄膜磁気
ヘツドは従来のバルクヘツドに比べて記録時では
記録磁界分布が急峻であること、再生時において
は、再生出力波形のピークシフトが小さいこと、
またマルチトラツク化が容易なことなど優れた利
点を数多く有している。一方薄膜磁気ヘツドの製
造に関しては半導体IC製造技術を駆使して、薄
膜微細加工法にも著しい進展が見られ、狭トラツ
ク化、狭磁気ギヤツプ化、マルチトラツク化など
高密度磁気記録の社会的要請に応えらえるように
なつてきている。

薄膜磁気ヘツドの構造に関しては数多くのもの
が提案されている。最も代表的な従来の構造例と
して２層マルチターンコイル構造の薄膜磁気ヘツ
ドを第３図に示す。以下、図面を参照しながら従
来の薄膜磁気ヘツドについて説明を行なう。

第３図は従来の薄膜磁気ヘツドの断面図であ
る。第３図において、１はMn・Zn単結晶フエラ
イトなどの高透磁性を有する強磁性基板、２は強
磁性基板１上にてスパツタ法、プラズマCVD法
などによつて形成されたSiO₂、Si₃N₄などの第１
の絶縁層である。第１の絶縁層２上には第１の薄
膜コイル３を有し、第３図では４ターンを構成し
ている。薄膜コイル３は銅、アルミニウム、金な
どから成り、スパツタ法、蒸着法、電気メツキ法
などで成膜された後、フオトリソグラフイ技術に
よつて所望の形状にパターニングされる。４は第
１の薄膜コイル３を絶縁するための第２の絶縁層
である。第２の絶縁層４は第１の絶縁層２と同一
の材料を用いて所望の形状にパターニングするか
又は耐熱性ホトレジストを用いることもでき、こ
の場合パターニング後熱硬化してコイル絶縁材と
するものである。第２の絶縁層４の表面は適切な
手法によつて平坦化された後、第２層目の第２の
薄膜コイル５が形成される。第１層目の第１の薄
膜コイル３と上記第２の薄膜コイル５は結合導体
６で連結され、その結果薄膜コイル構成として
は、バツクギヤツプ部を形成するスルーホール８
部を中心として渦巻き状に巻回される。第２の薄
膜コイル５は第１の薄膜コイル３と同一材質、同
一プロセスにて形成される。７は第２の薄膜コイ
ル５を絶縁する、第３の絶縁層で、第２の絶縁層
４と同一材質、同一プロセス形成され、かつ表面
が平坦化される。前述したスルーホール８は各絶
縁層のパターニング段階で形成していく手法では
寸法精度、工程数などに問題がある。そこで第１
の絶縁層２のパターニング工程時と、第３の絶縁
層７が成膜されかつ平坦化された時点で、第２、
第３の絶縁層４，７を一括して所望の形状にパタ
ーニングする工程で完成する方法が好ましい。ス
ルーホール８には磁気ポール１０の形成に先立つ
てバツク磁気ポール９が形成され、強磁性基板１
と連結している。１０は磁気ポールで高透磁率を
有するパーマロイ、センダスト或いはアモルフア
ス合金から成る軟磁性薄膜である。製法としては
スパツタ法、電子ビーム蒸着法、電気メツキ法な
どが使われ、ホトリソグラフイ技術によつてパタ
ーニングされる。１１は磁気ポール１０を保護す
る保護層で、SiO、SiO₂、Al₂O₃などの絶縁膜を
蒸着法やスパツタ法を用いて積層される。その後
接着材１２を介してセラミツク、ガラス材などか
ら成るバルク状の保護基板１３が接着され、磁気
記録媒体１５との安定走行と磁気ギヤツプデプス
作成を目的としてヘツド先端加工と鏡面研摩され
る。

以上のように構成された薄膜磁気ヘツドについ
て動作説明する。薄膜磁気ヘツドとしての磁気ギ
ヤツプ１４は第１の絶縁層２の膜厚で形成され
る。記録動作時では、薄膜コイル３，５に記録電
流が印加され、磁気ポール１０→磁気ギヤツプ１
４→磁気記録媒体１５→強磁性基板１→バツクギ
ヤツプ磁気ポール９→磁気ポール１０の経路を流
れる誘導磁束が発生し、磁気記録媒体１５に信号
が記録される。再生動作時においては、情報が記
録された磁気記録媒体１５からの信号磁束が前記
の磁気回路内を流れ、薄膜コイル３，５と鎖交す
ることにより薄膜コイル３，５の両端子間に再生
出力を得る。

また薄膜磁気ヘツドとして別の構造を有するも
のが特開昭60−119613号公報で提案されている。
その断面図を第４図に示す。

以下第４図を参照にしながら最近の薄膜磁気ヘ
ツドについて説明する。第４図においてアルミナ
などから成る非磁性基板２０上にスパツタリング
法で付着されたセンダスト膜が下部磁性層２１と
して構成される。この下部磁性層２１上のヘツド
先端側は磁気ギヤツプ長に相当する膜厚で成る
SiO₂などのギヤツプ層２２を挾持んで先端磁気
ポールピース２３及びバツクギヤツプ部にはバツ
ク磁気ポールピース２４がパターニング形成され
る。さらに上記先端磁気ポールピース２３とバツ
グ磁気ポールピース２４の間で、かつ下部磁性層
２１上には第１の絶縁層２５を介して薄膜コイル
２６とコイル絶縁層２７が充填される。この時点
でコイル絶縁層２７、先端磁気ポールピース２
３、バツグ磁気ポールピース２４のそれぞれの上
面が同一平面内にある様に調整される。この平坦
化された平面上に先端磁気ポールピース２３、バ
ツグ磁気ポールピース２４を連結するスパツタリ
ング法で付着されるパーマロイ膜で成る上部磁性
層２８が形成される。この後SiO₂膜などから成
る保護層２９が形成され、非磁性保護基板３１が
接着剤３０によつて接合される。

動作に関しては第３図に示した構成のものと同
じであるが、第４図に示す構成での磁気回路は先
端磁気ポールピース２３、上部磁性層２５、バツ
ク磁気ポールピース２４、下部磁性層２１で形成
されている。

発明が解決しようとする問題点しかしながら上記の様な構造では次の如き理由
でいくつかの問題点を有していた。

(1) 第３図に示されるヘツド構成上、薄膜コイル
３，５及びコイル絶縁膜（第３図においては第
２、第３の絶縁層４，７）のそれぞれの膜厚が
2μｍ程度必要とされる。この結果磁気ポール
１０に大きな段差部ａ，ｂ又は凹部ｃを生じ
る。スパツタ法等によつて成膜される磁気ポー
ルでは、段差部ａ，ｂ部の膜厚が他の平坦部に
比べて薄くなり、磁束の流れる断面積が小さく
なり、磁気飽和を発気しやすい。また第３図の
如く２層薄膜コイル構造の様にコイルの多層化
が進むにつれて段差部ａ，ｂの段差値が大きく
なる。これは段差部における磁気ポール１０の
透磁率に大きな劣化を招く。以上の現象は薄膜
磁気ヘツドにおける記録効率、再生効率低下の
主要原因となつている。

磁気飽和を防ぐためには磁気ポール１０の段
差部の磁性膜を厚く成膜することであるが、厚
くなる程、下地材料との熱膨張係数の相異、長
時間スパツタなどの原因で磁気ポール１０又は
基板の亀裂、はく離などの弊害が生じる。この
問題解決の一手法、すなわち磁性膜の段差を除
去する構造として第４図に示されるものが提案
された。しかし次項で述べる問題点が第３図、
第４図に示される従来の構造には依然として残
される。

(2) 磁気ポール１０又は上部磁性層２８上の保護
層１１，２９の表面が平坦化された状態におい
ても、磁気記録媒体と摺動するヘツド先端部に
露出する保護層１１又は２９や接着層３０の膜
厚が、最小でも磁気ポール１０の段差量又は上
部磁性層２８の厚み段差だけ出現する。この結
果ヘツド先端部に露出する異質薄膜材料が交互
に出現する。第３図の場合ではSiO₂などから
成る第１の絶縁層２、と保護１１と磁気ポール
１０となり、第４図の場合ではセンダスト膜の
上・下部磁性層２１，２３とSiO₂膜保護層２
９及び接着剤３０等であり磁気記録媒体、との
接触摺動に伴なうヘツド先端部の偏摩耗が生じ
易くなる。この偏摩耗量は磁気ポール１０及び
保護層１１又は２９さらには接着層３０の膜厚
が増えるにつれて増大するものである。特に第
３図の構造では薄膜コイルの積層数が増えるに
つれて段差量は大きくなり、当然磁気ポール１
０上の保護層１１に要求される膜厚は厚くしな
ければならない。一般に第３図、第４図の保護
層１１，２９はSiO₂、Al₂O₃などの材料で構成
されるが、強磁性基板１、非磁性基板２０や磁
気回路を構成する磁性薄膜との熱膨張係数の大
きな相異から、保護層の成膜中又は成膜後に生
じる基板の亀裂、ひび割れや下地薄膜層のはく
離など保護層１１，２９に起因する製造中のト
ラブルが多発する。

(3) 第４図の構造においては、センダスト膜にて
先端磁気ポールピース２３、バツク磁気ポール
ピース２４が薄膜コイル２６の形成に先立つて
構成される。このため薄膜コイル２６の導体が
凹部に成膜される結果、コイルパターン出し精
度に限界が生じ、微細なコイルパターニングが
むずかしい。さらに先端磁気ポールピース２３
と上部磁性層２８が一部重なるような形で両者
が連結されている。これは、記録・再生感度向
上のための手段としてギヤツプデプスを短かく
するとき重複部の長さ及び面積を減少せしめる
必要が生じ、磁気飽和の大きな原因となる。

本発明は上記問題点に鑑み、薄膜磁気ヘツドの
記録・再生効率の向上を図る中で、特に高密度デ
ジタル記録・再生可能な高保磁力を有する磁気記
録媒体の適用を可能とし、さらに偏摩耗特性の改
善と生産歩留りの向上を図ることのできる薄膜磁
気ヘツドを提供するものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明の薄膜磁気
ヘツドは、磁性薄膜の段差と段差のために生じる
厚膜の保護層を除去するため、段差発生原因とな
つていたヘツド先端磁気ギヤツプとバツク磁気ギ
ヤツプの凹部に高透磁率磁性膜を充填し、その表
面が薄膜コイルの最上位絶縁層の上面と同一平面
となる様最適な製造プロセスに従つて調整加工
し、この平面上に高透磁率磁性膜を付着するとと
もに、この高透磁率磁性膜はヘツド先端まで延び
ており、この表面上を薄い絶縁膜で被膜後、非磁
性保護基板が重ね合わせられる構成になつてい
る。

作用本発明は上記した構成により最上位面にある単
層又は多層薄膜コイル絶縁層が形成された後、先
端磁気ギヤツプ部とバツク磁気ギヤツプを形成す
べく、上記コイル絶縁層はパターンエツチングさ
れ、この時点でコイル絶縁層に生じる段差又は凹
部に高透磁率磁性膜材を充填することで先端磁気
ギヤツプ長と磁路上磁気抵抗がほぼゼロの状態で
バツク磁気ギヤツプを形成する。上記磁性膜材は
コイル絶縁層の最上面と同一平面となる様平坦加
工されることにより先端磁気ポールピースとバツ
ク磁気ポールピースを形成し、この時点で磁性膜
の段差は取り除かれる。分離された先端磁気ポー
ルピースとバツク磁気ポールピースは、その上に
付着される高透磁率磁性膜から成る上部磁性層で
連結される。先端磁気ギヤツプ上には先端磁気ポ
ールピースと上部磁性層が平坦状で積層される結
果、磁束伝搬経路上に段差が生じず、さらに従来
のヘツド先端に露出する厚膜保護層と厚膜接着剤
が不要となる。

実施例以下本発明の一実施例について図面を参照にし
ながら説明する。第１図は本発明の一実施例の２
層４ターンコイル構造の薄膜磁気ヘツドの断面図
を示している。

第１図において、４０は高透磁率を有するMn
−Zn単結晶フエライト、Ni−Znフエライト等か
ら成る強磁性基板であり、その表面は鏡面研摩さ
れている。強磁性基板４０上に、SiO₂、Al₂O₃、
Si₃N₄などから成る第１の絶縁層４１が磁気ギヤ
ツプ長に相当する膜厚で形成される。薄膜形成手
段としてはスパツタ法、プラズマCVD法などが
一般的である。この後エツチング技術によつてバ
ツク磁気ギヤツプとなる小窓４２が開けられる。
４３は第１層目となる第１の薄膜コイルで第１図
では４ターン巻きであり、Cu、Alなどの導電性
金属体がスパツタ法、蒸着法電気メツキ法等によ
つて付着された後、エツチング手法によりコイル
形状にパターニングされる。薄膜コイル４３上に
は薄膜コイルの絶縁を目的とした第２の絶縁層４
４が付けられる。この第２の絶縁層４４はSiO₂、
Al₂O₃、Si₃N₄などの他に耐熱性ホトレジストを
用いて層間絶縁材に使用することもできる。第２
の絶縁層４４の表面は平坦化されている。４５は
第２層目に形成される第２の薄膜コイルで、第１
の薄膜コイル４３とは第２の絶縁層４４に形成さ
れたスルーホール５９で連結している。第２の薄
膜コイル４５上には第２の絶縁層４４と同一の製
法で第３の絶縁層４６が形成される。この第３の
絶縁層４６も第２の絶縁層４４と同じ様に適切な
手段で平坦化が施された後、先端磁気ギヤツプ４
７とバツク磁気ギヤツプとなるスルーホール４２
の貫通孔をを形成するため、第２、第３の絶縁層
４４，４６を一括して所望の形状でエツチングす
る。この時点で発生する最大のエツチング段差は
第１図に示す如くｈである。この後センダスト、
アモルフアス合金などの高透磁率を有する強磁性
膜材をスパツタ法などを使つて段差ｈ以上の膜厚
で付着する。この強磁性膜材は適切な手段（第２
図を使つて後述する）を用いて薄膜コイルの最上
位コイル絶縁層（第１図の場合、第３の絶縁層４
６）の表面と同一平面となる様に平坦加工する。
この加工により強磁性膜材は先端磁気ポールピー
ス４８とバツク磁気ポールピース４９が形成され
る。強磁性基板４０からの高さｈで調整された先
端磁気ポールピース４８、バツク磁気ポールピー
ス４９及び第３の絶縁層４６上に、センダスト、
アモルフアス合金などの高透磁率を有する上部磁
性層５０が積層される。この後少なくとも上部磁
性層５０の表面を完全にカバーするだけの厚さ
1μｍ以下の薄い保護層５１が被覆される。最後
に非磁性保護基板５３が接着材５２によつて配置
される。接着方法は、非磁性保護基板５３に予め
付着された比較的高い融点を持つガラス膜、
SiO₂膜などを溶融接着することで極めて薄い接
着層を実現できる。

第２図は第２、第３の絶縁層４４，４６が一括
エツチングによつて段差又はスルーホールの小窓
４２が形成された以後の主要な製造プロセスにつ
いて示したものであり、第１図と同一部材には同
一番号を付している。第２図Ａはセンダスト、ア
モルフアス合金などの高透磁率磁性膜５４が厚さ
h′（h′＞ｈ）で付着される。この磁性膜５４の表
面は下地の形状を反映して段差が生じており、ホ
トレジスト５５をコーテイングして、その表面を
平坦にする。この後イオンビーム５６の照射によ
りエツチングを行なう。イオンビーム５６の入射
角度θはホトレジスト５５と磁性膜５４のエツチ
ング速度が等しくなる様に調節される。エツチン
グ深度は所定の深さ（点線ライン）まで実施され
る。同図Ｂは先端磁気ポールピース４８とバツク
磁気ポールピース２９が形成されたところで不要
な磁性膜５７が残つている。同図Ｃは上部磁性層
５０を形成するために高透磁率の磁性膜５８が付
着された時点を示している。同図Ｄでは磁性膜５
８が所定の形状にパターニングされ上部磁性層５
０が形成される。この時不要の磁性膜５７も除去
される。上部磁性層５０の表面はSiO₂などの薄
い保護層５１によつて被覆される。

以上のように構成された薄膜磁気ヘツドについ
て以下その動作について説明する。

本実施例の特徴は高透磁率磁性材で構成される
磁束伝達経路中に急激な磁路段差を取り除いて磁
気効率を高め、かつ表面が平坦な部材で磁路が構
成される結果、ヘツド先端に露出する薄膜複合層
に起因する偏摩耗特性の向上することにある。第
１図に従つて詳しく説明する。

第２の薄膜コイル４５上の第３の絶縁層４６が
形成された後、第２図のプロセスで説明したよう
に、所定の形状にエツチングされる。この結果先
端磁気ギヤツプ４７となる第１の絶縁層４１上と
バツク磁気ギヤツプとなる小窓４２上に第３の絶
縁層による段差又は凹部が生じる。この段差又は
凹部には高透磁率磁性膜を充填することで高透磁
率を維持して先端磁気ポールピース４８とバツク
磁気ポールピース４９が形成されるが、前者はヘ
ツド機能上重要な先端磁気ギヤツプ４７とギヤツ
プデプスを決め、後者は強磁性基板４０と短絡
し、磁気回路効率を上げている。ヘツド先端まで
伸びた上部磁性層５１は先端磁気ポールピース４
８とバツク磁気ポールピース４９とを連結し閉磁
路を構成するとともに、ヘツド先端に近い先端磁
気ポールピース４８との接合部での磁気飽和を防
ぎ、ギヤツプデプスを任意に設定できる。しかも
上部磁性層５１の上表面はヘツド先端まで平坦で
あることからバルク状の非磁性保護基板５３との
接合部材を薄膜化できる。すなわち従来構造にみ
られるヘツド先端に露出する厚膜保護層や厚膜接
着剤は不要となる。

記録時・再生時とも磁束伝搬に供する部材は先
端磁気ポールピース４８、上部磁性層５０、バツ
ク磁気ポールピース４９、及び強磁性基板４０で
構成される。先端磁気ギヤツプ４７は、第１図の
実施例では第１の保護層４１で形成されている
が、第２の絶縁層４４又は第３の絶縁層４５で形
成してもかまわない。薄膜磁性材にアモルフアス
合金又はセンダストが使われる場合、高透磁率を
得るためのアニール処理を必要とするが、上部磁
性層５０上の薄い保護層５１が形成された後に実
施するか、或いは保護基板５３の接着と兼ねて同
時に行なうこともできる。

以上のように本実施例によれば、最適な製造プ
ロセスに従い段差部又は凹部に高透率磁性膜を積
層後、エツチングにより表面が平坦な先端磁気ポ
ールピース４８、バツク磁気ポールピース４９を
形成し、さらに高透磁率を有する平坦でかつヘツ
ド先端まで伸びる上部磁性層５０を積層する構成
により (1) 磁束伝達経路上に磁性膜の段差が除去され、
磁性膜の透磁率を劣化させることなく、磁束伝
搬効率の高い磁気回路が実現できる。

(2) 先端磁気ポールピース４８と上部磁性層５０
は両者が積層状態で先端磁気ギヤツプ４７とギ
ヤツプデプスを形成するため、ヘツド先端部で
の磁気飽和を起こすことなくギヤツプデプスを
任意に設定できる。特に浅いギヤツプデプスと
してヘツド効率を上げるときなど特に威力を発
揮する。

(3) 従来構造にみられる磁気ポール又は上部磁性
層と保護基板との間に段差量以上の薄膜保護層
を介在させる必要がなく、磁気記録媒体と摺動
するヘツド先端に露出する異種の薄膜複合層や
その厚さに起因する偏摩耗特性を大幅に低減で
きる。さらに高保磁力媒体（保磁力は約
1000O¨e〜1500O¨e）に対応した記録ヘツドでは
従来の磁気ポール段差又は上部磁性層の厚み段
差は６〜10μｍにも達し、薄膜保護層の厚みは
平坦化処理前では約20μｍの厚さの成膜を必要
とする。この保護層はSiO₂、Al₂O₃などで構成
されることが多いが、一般的に強磁性基板又は
磁性膜との熱膨張係数の大きな相異から保護層
の成膜中又は成膜後に基板の亀裂、ひび割れ、
下地薄膜層のひび割れ、はく離などが多発す
る。膜厚の厚い保護層を除去することは生産歩
留りや品質の向上に大いに役立つ。

(4) 製造プロセス上薄膜コイルは磁性膜付着に先
立つて形成されるため、薄膜コイルの微細パタ
ーン化が容易である。

なお実施例ではシングルトラツク構造で説明し
てきたが、マルチトラツクヘツドにおいても同様
の効果であることは自明である。

発明の効果本発明はエツチング手法により表面が平坦な先
端磁気ポールピースとバツク磁気ポールピースを
形成し、その上部にヘツド先端まで伸びる上部磁
性層を積層することにより、磁性膜の段差を除去
し、記録効率、再生効率の向上に寄与できる。さ
らにヘツド先端に露出する厚膜の保護層も除去す
ることができ、異種薄膜複合層とその総合厚みに
起因する偏摩耗特性の向上、生産性の改善、品質
の安定化など数々の優れた効果を得ることのでき
る薄膜磁気ヘツドを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における薄膜磁気ヘ
ツドの断面図、第２図は本発明の製造プロセスの
一例を示す工程図、第３図、第４図は従来の薄膜
ヘツドの断面図である。４０……強磁性基板、４１，４４，４６……第
１、第２、第３の絶縁層、４３，４５……第１、
第２の薄膜コイル、４２……小窓、４７……先端
磁気ギヤツプ、４８，４９……先端磁気ポールピ
ース、バツク磁気ポールピース、５０……上部磁
性層、５１……保護層、５３……保護基板、５
４，５７，５８……磁性膜、５５……ホトレジス
ト、５６……イオンビーム、５９……スルーホー
ル。

Claims

【特許請求の範囲】

１高透磁率強磁性基板と、前記高透磁率強磁性
基板上に第１の絶縁層を形成し、上記絶縁層上に
薄膜コイルと上記薄膜コイルの絶縁層を順次積層
し、かつ上記薄膜コイル絶縁層の最上位面と同一
平面になるよう高さを調整加工された平坦な光端
磁気ポールピースおよびバツク磁気ポールピース
と、上記平面上でヘツド先端まで伸びた高透磁率
上部磁性層で構築される主要部材と、上記主要部
材上に薄膜の保護層及び接着層を介して設けられ
た非磁性保護基板とを有し、上記薄膜コイルは上
記第１の絶縁層又は上記薄膜コイル絶縁層で形成
される先端磁気ギヤツプに磁界を発生し、かつ磁
気記録媒体上の信号を読み取るように巻回された
構造の薄膜磁気ヘツド。