JPH1036963A - スパッタ装置及びこれを用いた軟磁性膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパッタ法により薄膜を形成するに際して、
磁気異方性のない保磁力の小さい軟磁性膜を成膜するこ
とができるスパッタ装置及びこれを用いた軟磁性膜の成
膜方法を提供する。 【解決手段】 カソード部３に配置されたターゲット５
と、このターゲット５に対向して配置された基板６と、
上記ターゲット５と上記基板６との間に配置された膜厚
補正板７とを備え、上記膜厚補正板７は、膜厚分布を考
慮した形状の開口部７ａを有するとともに、その開口部
７ａが基板面に対して略直交方向の壁により仕切られた
複数のスリットよりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
を用いた薄膜磁気ヘッドを構成する軟磁性膜の成膜方
法、及びそれに用いる成膜装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体からの信号磁界によって抵
抗が変化する磁気抵抗素子膜（以下、ＭＲ素子と称す
る。）の抵抗変化を再生出力として検出する磁気抵抗効
果型薄膜磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドと称する。）
は、その再生出力が媒体速度に依存せず、媒体速度が遅
くても高出力が得られるという特徴を有しており、例え
ばハードディスク装置の小型大容量化を実現する磁気ヘ
ッドとして注目されている。

【０００３】このＭＲヘッドは、軟磁性膜からなる下層
シールドと、下層シールド上に形成された非磁性材料か
らなる再生下層ギャップ層と、再生下層ギャップ層上に
形成されたＭＲ素子と、ＭＲ素子上に形成された第１の
絶縁層と、ＭＲ素子の後端部に一部が重なるように形成
されたセンス電流用導体層と、ＭＲ素子の上を横切るよ
うに第１の絶縁層上に形成されたバイアス電流用導体層
と、バイアス電流用導体層とを覆うように形成された第
２の絶縁層と、ＭＲ素子との先端部において接続するよ
うに形成された非磁性材料からなる再生上層ギャップ層
と、再生上層ギャップ層上に形成された軟磁性膜からな
る上層シールドとから構成される。

【０００４】このようなＭＲヘッドで磁気記録媒体から
の信号を再生する際には、バイアス電流導体層に流れる
電流によってＭＲ素子にバイアス磁界が印加されるとと
もに、センス電流用導体層及び上層シールドを介して、
ＭＲ素子にセンス電流が供給される。そして、磁気記録
媒体からＭＲ素子に引き込まれる信号磁界の大きさに依
存するＭＲ素子の抵抗変化に基づいて、磁気記録媒体か
らの信号が再生される。

【０００５】ところで、上記ＭＲ素子は、一般にスパッ
タ法により成膜される。スパッタ装置は、カソードに配
置されたターゲット板にイオン化されたＡｒガスなどが
スパッタリングし、ターゲット板から飛び出したスパッ
タ原子をアノードに配置された基板上に堆積させること
により、基板上に薄膜を成膜する装置である。

【０００６】すなわち、スパッタ装置においては、高真
空チャンバー内にスパッタガスとしてＡｒガスを導入し
て、カソード即ちターゲット板に負電荷を負荷する。す
ると、一対の電極であるカソード−アノード間に電界が
生じ、グロー放電が起こってプラズマ中のイオン化した
Ａｒガスがターゲット板をスパッタリングする。その結
果、ターゲット板からスパッタ原子が叩き出され、この
スパッタ原子がターゲット板と対向して配置された基板
表面上に堆積して薄膜が形成される。

【０００７】ここで、ターゲット板から飛び出したスパ
ッタ原子は、その発散の仕方が不均一となりがちであ
り、その結果として、上記基板に対する分布に偏りが生
じて当該基板に付着される薄膜の膜厚が不均一になるこ
とが多い。そのため、基板に成膜される薄膜の膜厚分布
を均一化するために、ターゲット板と基板との間には、
膜厚補正板が配置されている。この膜厚補正板１００
は、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、膜厚分布を考慮
した形状の開口部１００ａが形成される。そして、この
膜厚補正板１００は、図１７に示すように、カソード部
１０１に配置されたターゲット板１０２の一部を遮断す
るようにして、ターゲット板１０２と、基板ホルダー１
０３に収納された基板１０４との間に設置される。そし
て、基板１０４の表面上にスパッタ原子が堆積して薄膜
が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような膜厚補正板１００を備えたスパッタ装置におい
て、一般にターゲット板１０２から飛び出したスパッタ
原子は、成膜速度を上げて安定した成膜を行うために、
ターゲット板１０２に装備されたエロージョンマグネッ
トから発生する磁束によって軌道が与えられている。そ
のため、ターゲット板１０２から飛び出して膜厚補正板
１００の開口部１００ａを通過するスパッタ原子の飛散
する方向は一定になっておらず、スパッタ原子が基板１
０４に付着するときの角度はスパッタ原子毎に異なって
いる。これにより、成膜された磁性膜の磁気異方性の分
散が起こり、保磁力の大きい磁性膜が形成されるという
問題点が発生している。

【０００９】特に、薄膜磁気ヘッドを構成する軟磁性薄
膜は、磁性膜の磁気異方性の分散が少なく、保磁力の小
さいものが要求されている。薄膜磁気ヘッドの磁性膜の
保磁力が大きい場合には、薄膜磁気ヘッドが帯磁するこ
とによって記録された磁気テープを消磁してＳ／Ｎが悪
くなったり、テープノイズが多くなったり、再生信号の
歪が多くなったりする虞がある。

【００１０】磁性膜の磁気異方性の分散を抑えるため
に、上記成膜工程において、成膜時のＡｒガス圧を極力
小さくし平均自由工程をなるべく長くすることにより、
基板１０４への付着角度を一定にすることも考えられて
いたが、成膜効率が悪く、充分な効果が得られていなか
った。

【００１１】そこで、本発明は、上述のような問題点に
鑑みてなされたものであり、スパッタ法により薄膜を形
成するに際して、磁気異方性のない保磁力の小さい軟磁
性膜を成膜することができるスパッタ装置及びこれを用
いた軟磁性膜の成膜方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るスパッタ装
置は、上述した課題を解決するために提案されたもので
あり、カソードに配置されたターゲットと、このターゲ
ットに対向して配置された基板と、上記ターゲットと上
記基板との間に配置された膜厚補正板とを備え、上記膜
厚補正板は、膜厚分布を考慮した形状の開口部を有する
とともに、その開口部が基板面に対して略直交方向の壁
により仕切られた複数のスリットよりなることを特徴と
する。

【００１３】また、本発明に係る軟磁性膜の成膜方法
は、スパッタ法により軟磁性膜を形成するに際して、カ
ソードに配置されたターゲットと、このターゲットに対
向して配置された基板との間に、膜厚分布を考慮した形
状の開口部を有するとともに、その開口部が基板面に対
して略直交方向の壁により仕切られた複数のスリットよ
りなる膜厚補正板を配置し、上記ターゲット板から飛び
出したスパッタ原子を上記開口部を通過させることによ
って基板面に軟磁性膜を成膜することを特徴とする。

【００１４】本発明に係るスパッタ装置、及びこれを用
いた軟磁性薄膜の成膜方法によれば、ターゲット板から
飛び出したスパッタ原子の飛散方向が膜厚補正板のスリ
ットにより限定され、スパッタ原子が一定の角度で基板
面に付着することから、成膜された軟磁性膜の膜厚分布
を簡便かつ正確に均一化させることができるとともに、
磁気異方性の分散を抑えて保磁力の小さい軟磁性膜を得
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した好適な実
施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１６】本発明を適用したスパッタ装置は、図１に
示すように、成膜室である高真空チャンバー１と、高真
空チャンバー１内の真空状態を制御する真空制御部（図
示せず）と、プラズマ放電用の電源（図示せず）と、高
真空チャンバー１内にスパッタガスであるＡｒ等を供給
するスパッタガス導入口２とを備える。高真空チャンバ
ー１には、電源と電源ラインにて接続されているカソー
ド部３と、このカソード部３に所定距離をもって対向配
置されている基板ホルダー４とが配置される。

【００１７】カソード部３には、ターゲット板５が配置
され、このターゲット板５の背面にエロージョンマグネ
ット（図示せず）が設置されている。基板ホルダー４に
は、被成膜体である基板６が配置される。カソード部３
と基板ホルダー４の間には、プリスパッタ時にターゲッ
ト板５を遮断するシャッター（図示せず）と、膜厚分布
を補正するための膜厚補正板７とが配置されている。

【００１８】上記カソード部３と上記基板ホルダー４と
により一対の電極が構成され、ターゲット板５から飛び
出したスパッタ原子は、エロージョンマグネットから発
生する磁束によって軌道が与えられ、膜厚補正板７の開
口部７ａを通過したスパッタ原子が基板６の表面に付着
する。

【００１９】ここで、上記膜厚補正板７は、図２（ａ）
に示すように、膜厚分布を考慮した形状の開口部７ａを
有し、図２（ｂ）に示すように、側面からみるとその開
口部７ａが基板面と略直交方向の壁に仕切られた複数の
スリットよりなり、例えば幅７ｍｍ×７ｍｍ、長さ１０
ｍｍ程度のスリットの集合体として格子状に形成され
る。開口部７ａの形状、スリットの形状、スリット集合
形態は特に限定されるものではなく、ターゲット板５か
ら飛び出したスパッタ原子の飛散方向を限定できるもの
であればよい。

【００２０】したがって、図３に示すように、ターゲッ
ト板５から飛び出したスパッタ原子は、複数のスリット
仕切られた開口部７ａにより飛散方向が限定され、一定
の角度で基板６の表面に堆積する。すなわち、基板６の
表面に対して略直交方向に飛散したスパッタ原子のみが
基板６表面に付着する。上記膜厚補正板７を備えたスパ
ッタ装置は、成膜された磁性膜の膜厚分布を簡便かつ正
確に均一化させることができるとともに、磁気異方性の
分散を抑えて保磁力の小さい軟磁性膜を得ることができ
る。

【００２１】次に、上記スパッタ装置を用いて、薄膜磁
気ヘッドを作製した実施例について説明する。

【００２２】先ず、図４に示すように、アルチック材
（Ａｌ₂Ｏ₃／Ｔｉ／Ｃ）からなる基板１１を用意し、こ
の基板１１に対し、絶縁と表面性の改善を目的として、
アルミナ膜１２をスパッタにて成膜する。その上に、再
生用の磁路としてＦｅ−Ｎｉ等の軟磁性材料からなる下
層シールド１３をスパッタやメッキにより成膜する。

【００２３】次に、図５に示すように、先に成膜した下
層シールド１３と重ならない部分の配線パターンをＣｕ
のパターンめっきにて形成し、これをリード電極１４と
する。さらに、図６、図７に示すように、その上にアル
ミナ膜１５をスパッタにより成膜し、その後機械研磨法
を使用して平坦化研磨を行い、下層シールド１３及びリ
ード電極１４を露出させる。

【００２４】次に、下層シールド１３上にアルミナ等の
電気的に非導体である非磁性材料からなる再生下層ギャ
ップ層１６をスパッタにて成膜し、面粗度の向上とエッ
ジのさらなる緩和を目的としたケミカル研磨を行い、リ
ード電極１４上にコンタクトホールを形成する。そし
て、図８に示すように、この再生下層ギャップ層１６上
に、ＭＲ素子１７としてＦｅ−Ｎｉ等の軟磁性材料から
なるＭＲ膜をスパッタにて成膜する。再生下層ギャップ
層１６は、ＭＲ素子１７の下部を電気的に絶縁するとと
もに、ＭＲ素子１７の下部に磁気ギャップを形成する。
一方、ＭＲ素子１７は、ＭＲヘッドの感磁部となるもの
であり、磁気抵抗効果を有する材料からなる。この工程
により、所定のギャップ長を有し、かつデプス”０”以
降のＭＲ素子１７から下層シールド１３間の距離が相互
作用を低減させるのに充分である構造を形成できる。

【００２５】次に、図９に示すように、ＭＲ素子１７上
にＳｉＯ₂等からなる第１の絶縁層１８をスパッタにて
成膜し、図１０に示すように、ＭＲ素子１７の後端部１
７ａ及びリード電極１４上にコンタクトホールを形成す
る。第１の絶縁層１８は、ＭＲ素子１７と後述する導体
層との絶縁のために形成される。

【００２６】そして、図１１に示すように、ＭＲ素子１
７と電気的に接続するように、ＭＲ素子１７の後端部１
７ａ上にセンス電流用導体層１９を形成するとともに、
ＭＲ素子１７上を横切るように第１の絶縁層１８上にバ
イアス電流用導体層２０を形成する。センス電流用導体
層１９及びバイアス電流用導体層２０は、Ｔｉ／Ｃｕ／
Ｔｉ等からなる電極材をスパッタにて成膜し、所定の形
状に加工されることによって形成される。ここで、セン
ス電流用導体層１９は、ＭＲ素子１７にセンス電流を供
給するためのものであり、バイアス電流用導体層２０
は、ＭＲ素子１７にバイアス磁界を印加するためのもの
である。

【００２７】次に、図１２に示すように、センス電流用
導体層１９、バイアス電流用導体層２０、及び第１の絶
縁層１８上に、第２の絶縁層２１をスパッタにて成膜
し、その後、図１３に示すように、ＭＲ素子先端１７ｂ
にコンタクトホールを形成する。第２の絶縁層２１は、
センス電流用導体層１９、バイアス電流用導体層２０、
及び後述する上層シールドとの絶縁のために形成され
る。

【００２８】次に、図１４に示すように、ＭＲ素子１７
の先端部１７ｂ及び第２の絶縁層２１上に、Ｔｉ等の金
属膜からなる再生上層ギャップ層２２をスパッタにて成
膜する。その後、再生時の磁路となる上層シールド２３
を、下層シールド１３と同様に形成する。

【００２９】以上の工程の後、所定の形状に切り出すこ
とによって、ＭＲヘッドが完成する。しかし、ＭＲヘッ
ドは、再生専用磁気ヘッドであるため、記録再生用磁気
ヘッドとするために、このＭＲヘッド上に記録用磁気ヘ
ッドを積層してもよい。そこで、図１５に示すような、
上記ＭＲヘッドの上層シールド２３を記録用磁気コアと
して使用するインダクティブヘッドを、上記ＭＲヘッド
上に形成する方法について、以下に説明する。

【００３０】なお、上記ＭＲヘッドは、上層シールド２
３が記録用磁気コアとして機能する３ポールタイプであ
る。４ポールタイプの場合には、上層シールド２３上に
アルミナ膜を形成して再生用ヘッドと記録ヘッドを分離
し、その後下層コアを形成し、その上に後述の記録用磁
気ヘッドを形成してもよい。

【００３１】図１５に示すようなインダクティブヘッド
を形成する場合には、先ず、一方の記録用磁気コアとし
て機能する上層シールド２３上に、アルミナ等からなる
記録ギャップ層２４をスパッタにて成膜する。そして、
記録ギャップ層２４の一部を除去して、一方の記録用磁
気コアとして機能する上層シールド２３と、後工程で形
成する他方の記録用磁気コアとの磁気的結合を図るため
のコンタクトホールを形成する。

【００３２】次に、上層シールド２３と、後工程で形成
する記録用コイルとの絶縁を図るとともに、平坦なコイ
ル形成面を得るために、有機材料等からなる平坦化層２
５を記録ギャップ層２４上に形成する。

【００３３】次に、Ｃｕ等の良導体金属をパターンメッ
キして、平坦化層上に記録用コイル２６をスパイラル状
に形成する。

【００３４】次に、上記記録用コイル２６上に、記録用
コイル２６と、後工程で形成する記録用磁気コアとの絶
縁を図るととともに、平坦な磁気コア形成面を得るため
に、有機材料からなる平坦化層２７を、平坦化層２５及
び記録用コイル２６上に形成する。

【００３５】次に、平坦化層２７上にＦｅ−Ｎｉ等の軟
磁性材料からなる記録用磁気コア２８をスパッタやメッ
キにて成膜し、所定の形状に加工する。

【００３６】次に、記録用磁気コア上にアルミナ等から
なる保護膜（図示せず）をスパッタにて成膜し、その
後、外部回路と記録用コイル２６とを接続するための端
子（図示せず）を形成する。

【００３７】以上の工程により、記録用磁気コアとして
機能する上層シールド２３と、記録用磁気コア２８との
間に記録ギャップ２４が形成されたインダクティブヘッ
ドがＭＲヘッド上に形成され、再生用のＭＲヘッドと、
記録用のインダクティブヘッドとを備えた記録再生用の
複合型薄膜磁気ヘッドが完成する。

【００３８】ところで、上述した工程において、上記Ｍ
Ｒ素子１７のような軟磁性材料からなる薄膜を形成する
際には、上述した膜厚補正板７を備えたスパッタ装置に
より軟磁性膜を成膜することにより、磁気異方性のない
保持力の小さい軟磁性膜を成膜することができる。

【００３９】例えば、上述したスパッタ装置により、Ｍ
Ｒ素子１７を２０μｍ成膜する際には、例えばターゲッ
ト板５に軟磁性材料（Ｎｉ／Ｆｅ）を用い、ターゲット
板５と基板６との距離を４０ｍｍ程度とし、ターゲット
投入パワーを２ｋＷ、Ａｒガス流量３０ｓｃｃｍ、Ａｒ
ガス圧力１．２ｍＴなる成膜条件よりＭＲ膜を成膜する
ことができる。

【００４０】なお、上述した工程において使用されるス
パッタ装置においては、全て膜厚補正板７を用いる必要
はなく、従来使用されているスパッタ装置と併用して使
用することができ、膜厚補正板を適宜変更するものであ
ってもよい。

【００４１】上述した膜厚補正板７は、軟磁性膜の成膜
の際に用いられるとその効果が大きい。すなわち、膜厚
補正板７を備えたスパッタ装置により得られた軟磁性膜
は、ターゲット板５から飛び出した原子の飛散方向がス
リットにより限定され、一定の角度でスパッタ原子が基
板６の表面に付着するため、磁気異方性の分散が抑えら
れる。したがって、上述したスパッタ装置を用いた軟磁
性薄膜の成膜方法によれば、膜厚分布を簡便かつ正確に
均一化させることができるとともに、磁気異方性の分散
を抑えて保磁力を小さい軟磁性膜得ることができ、ひい
ては、薄膜磁気ヘッドの再生出力特性を向上させること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るスパッタ装置及びこれを用いた軟磁性薄膜の成
膜方法によれば、ターゲット板から飛び出したスパッタ
原子の飛散方向が膜厚補正板のスリットにより限定さ
れ、スパッタ原子が一定の角度で基板面に付着すること
から、成膜された軟磁性膜の膜厚分布を簡便かつ正確に
均一化させることができるとともに、磁気異方性の分散
を抑えて保磁力の小さい軟磁性膜を得ることができる。
また、このような軟磁性膜をＭＲ素子等に用いることに
より、再生出力特性に優れた薄膜磁気ヘッドを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したスパッタ装置の構成を示す模
式図である。

【図２】（ａ）は、本発明を適用した膜厚補正板の平面
図であり、（ｂ）は、膜厚補正板の側面図である。

【図３】本発明を適用したスパッタガス装置の要部側面
図である。

【図４】下層シールドを形成する工程を示す要部断面図
である。

【図５】リード電極を形成する工程を示す要部断面図で
ある。

【図６】アルミナ膜を形成する工程を示す要部断面図で
ある。

【図７】アルミナ膜の平坦化研磨を行った工程を示す要
部断面図である。

【図８】下層シールド上に再生下層ギャップ層とＭＲ素
子とを形成する工程を示す要部断面図である。

【図９】第１の絶縁膜を形成する工程を示す要部断面図
である。

【図１０】ＭＲ素子とのコンタクトホールを形成する工
程を示す要部断面図である。

【図１１】センス電流用導体層と、バイアス電流用導体
層とを形成する工程を示す要部断面図である。

【図１２】第２の絶縁膜を形成する工程を示す要部断面
図である。

【図１３】ＭＲ素子とのコンタクトホールを形成する工
程を示す要部断面図である。

【図１４】再生上層ギャップ層と、上層シールドを形成
する工程を示す要部断面図である。

【図１５】ＭＲヘッド上に形成されたインダクティブヘ
ッドの１構成例を示す要部断面図である。

【図１６】（ａ）は、従来のスパッタ装置の膜厚補正板
の平面図であり、（ｂ）は、膜厚補正板の要部側面図で
ある。

【図１７】従来のスパッタ装置の要部側面図である。

【符号の説明】

１ 高真空チャンバー、２ スパッタガス導入口、３
カソード部、４ 基板ホルダー、５ ターゲット板、６
基板、７、膜厚補正板、１１ 基板、１２ アルミナ
膜、１３ 下層シールド、１４ リード電極、１５ ア
ルミナ膜、１６再生下層ギャップ層、１７ ＭＲ素子、
１８ 第１の絶縁層、１９ センス電流用導体層、２０
バイアス電流用導体層、２１ 第２の絶縁層、２２
再生上層ギャップ層、２３ 上層シールド、２４ 記録
ギャップ層、２５ 平坦化層、２６ 記録用コイル、２
７ 平坦化層、２８ 記録用磁気コア

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソードに配置されたターゲットと、こ
   のターゲットに対向して配置された基板と、上記ターゲ
   ットと上記基板との間に配置された膜厚補正板とを備
   え、 上記膜厚補正板は、膜厚分布を考慮した形状の開口部を
   有するとともに、その開口部が基板面に対して略直交方
   向の壁により仕切られた複数のスリットよりなることを
   特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】 スパッタ法により軟磁性膜を形成するに
   際して、 カソードに配置されたターゲットと、このターゲットに
   対向して配置された基板との間に、膜厚分布を考慮した
   形状の開口部を有するとともに、その開口部が基板面に
   対して略直交方向の壁により仕切られた複数のスリット
   よりなる膜厚補正板を配置し、 上記ターゲット板から飛び出したスパッタ原子を上記開
   口部を通過させることによって基板面に軟磁性膜を成膜
   することを特徴とする軟磁性膜の成膜方法。