JPH01312084A - 絶縁膜の形成方法およびそれを用いた素子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁膜の形成技術およびそれを用いた素子構
造に関し、特に、薄膜磁気ヘッドにおける絶縁膜の形成
に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

電子計算機などの外部記憶装置として用いられる磁気デ
ィスク装置などにおいては、記憶媒体である磁気ディス
クに設けられるトラック数の増加およびトランク相互間
の間隔の狭小化などによって小型化および記憶容量の一
層の増大が図られており、これに対応して磁気ディスク
に対する情報の記録・再生動作を行う磁気へンドとして
微細化が容易な薄膜磁気ヘッドが用いられるに至ってい
る。

すなわち、特開昭５４−１５４５３０号公報に記載され
ているように、磁気コアを構成する２層の磁性膜と、導
体からなるコイル構造およびこれらを相互に絶縁する有
機樹脂膜からなり、磁気コアを構成する２層の磁性膜の
一部に形成された磁気ギャップにコイル構造から発生す
る磁束を導くようにしたものである。

ところで、磁気コアとコイル構造とを相互に絶縁する有
機樹脂膜としては、高精度のパターン形成が容易なこと
、および加熱による変形によって磁気ギャップ近傍にお
ける端部の断面形状がテーパ状になることからノボラッ
ク系樹脂を素材とするホトレジストなどが使用されるこ
とが一般的である。

また、磁気コアを構成する磁性膜としてはパーマロイな
どの合金をめっき法によって形成することが知られてい
るが、めっき法では体積する薄膜の組成を下地の凹凸な
どの形状の影響を受けずに制御することが困難であり、
このた袷、磁性膜を形成する方法としてスパッタリング
または蒸着などを用いることが考えられる。

ところで、このようなスパッタリングまたは蒸着などに
よる方法では、形成される磁性膜の密着性や磁気的な特
性を向上させるた杓、形成された磁性膜を２００〜３０
０℃程度に加熱する必要があるが前述のようなノボラッ
ク系の樹脂は耐熱性が低く、良好な磁気的特性を有する
磁性膜を形成するためのスパッタリング条件などを見出
すことが困難であり、このため、ノボラック系の樹脂に
代えて耐熱性などの良好なポリイミド系の樹脂を用い、
次のような手順によって薄膜磁気ヘッドを構成すること
が考えられる。

すなわち、絶縁物からなる基板上に所定のパターンの第
１の磁性膜および磁気ギャップのための非磁性膜を順に
被着させ、さらに非磁性膜の上には絶縁性のポリイミド
樹脂に囲繞された状態に導＝　４− 体からなるコイル構造を形成する。

そして、フォトレジストを用いたエツチングによってポ
リイミド樹脂を所定の形状に残存させ、さらに所定の形
状に残存したポリイミド樹脂をマスクとして非磁性膜を
所定の形状に成形する。

その後、ポリイミド樹脂の上に第２の磁性膜を被着させ
ることにより、コイル構造の中央部側および外側で相互
に接続する第１および第２の磁性膜によって磁気コアを
構成し、コイル構造の外側から幅方向に研磨して第１お
よび第２の磁性膜の間に非磁性膜を露出させることによ
り磁気ギャップを形成するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ポリイミド樹脂のエツチングに際しては、マ
スクとなるフォトレジストの直下の部位が幅方向に浸食
されるアンダカットによって、エツチング後に残存する
ポリイミド樹脂パターンの断面形状は台形となる。

このため、磁気ギャップの近傍における第２の磁性膜は
この台形の斜辺に沿って徐々に第１の磁性膜に接近する
状態となるが、スパッタリングや蒸着などによって被着
される第２の磁性膜においては、ポリイミド樹脂パター
ンの周辺の傾斜部における膜厚が平坦部よりも薄くなる
ため磁気的に飽和しやすくなり、さらに、ポリイミド樹
脂を介して積層される第１の磁性膜と第２の磁性膜との
間の漏洩磁束の量は、ポリイミド樹脂の膜厚が薄いほど
大きくなる。

この結果、漏洩磁束の量は肝心の磁気ギャップから離れ
た斜面の上部側で最大となり、磁気ヘッドの性能が低下
するという問題がある。

このため、たとえば、特開昭６（１−２４０３７号公報
に記載されているように、ポリイミド樹脂のエツチング
時にマスクとなるフォトレジストの膜厚を制御すること
で、エツチング後に断面が台形を呈するポリイミド樹脂
の側壁部の傾斜角を磁気ギャップにおける漏洩磁束が最
大となるように最適化する技術が知られているが、斜面
に被着される第１の磁性膜の厚さが一様であるため、や
はり斜面の上部での漏洩磁束が大きくなりやすく最適な
条件を見出すことが困難であるという問題がある。

また、この問題を回避する方法として、たとえば特開昭
５９−１１７７２５号公報に開示されているように絶縁
膜として無機物質を用いる技術が示されているが、この
方法では一度エソチングによってパターンニングした無
機絶縁膜の上に再度ホトレジストを塗布し、塗布された
ホトレジストの表面形状をイオンビームエツチングによ
り下側の無機絶縁膜に転写して傾斜面の角部をなだらか
にするものであり、エツチング工程が一回増えるという
新たな問題を生じる。

そこで、本発明の目的は、エツチング後の絶縁膜の側壁
部の傾斜角が上部側では緩やかに下部側では急峻にする
ことが可能な絶縁膜の形成技術を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、エツチング後の絶縁膜の側
壁部の傾斜角を上部側では緩やかに下部側では急峻にす
ることにより性能を向上させた素子構造を提供すること
にある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、選択的なエツチングによって所定のパターン
をなす絶縁膜の形成方法であって、絶縁膜を互いにエツ
チング速度の異なる複数の層で構成し、エツチング後に
所定のパターンに残存する絶縁膜の側壁部の傾斜角が多
段階に変化するようにしたものである。

また、本発明は、選択的なエツチングによって所定のパ
ターンに形成される絶縁膜を含む素子構造であって、絶
縁膜を互いにエツチング速度の異なる複数の層で構成し
、エツチング後に所定のパターンに残存する絶縁膜の側
壁部の傾斜角を多段階に変化させたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば、絶縁膜を構成する複
数の層において、下側の層におけるエツチング速度を大
きく、上側の層のエツチング速度が小さくなるようにす
ることで、エツチング時間の長短に起因する側壁部のア
ンダカットの量が上側の層で大きく下側の層で小さくな
り、エツチング後の絶縁膜の側壁部の傾斜角が上部側で
は緩やかに下部側では急峻となる。

また、絶縁膜を構成する複数の層において、下側の層に
おけるエツチング速度を大きく、上側の層のエツチング
速度を小さくしてエツチング後の絶縁膜の側壁部の傾斜
角を上部側では緩やかに下部側では急峻にすることで、
たとえば、薄膜磁気ヘッドなどにおいて、磁気コアをな
す磁性膜における漏洩磁束を目的の磁気ギャップの部分
で最大にすることができ、磁気ギャップにおける漏洩磁
束を媒介として行われる記録媒体に対する情報の記録動
作などにおける性能を向上させることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である絶縁膜の形成力法を
用いた素子構造の一例を示す断面図であり、第２図は、
その形成過程における作用を説明する線図、さらに第３
図〜第１３図はその製造プロセスの一例を工程順に示す
断面図である。

本実施例においては、素子構造の一例として薄膜磁気ヘ
ッドの場合を説明する。

まず、第３図〜第１３図により本実施例の薄膜磁気ヘン
ドに製造工程の概略を説明する。

たとえば、アルミナ、ジルコニアなどの酸化物または窒
化物、炭化物、さらにはこれらの複合焼成物からなる基
板１の上には、スパッタリングなどの方法によって、ニ
ッケル、鉄、コバルトの中の１種〜３種を主成分とする
パーマロイなどの合金からなる下部磁性膜２が被着され
、この下部磁性膜２は、図示しないホトレジストをマス
クとするイオンミリングなどの方法によって所定のパタ
ーンに形成される。

さらに、下部磁性膜２の上には、たとえばアルミナなど
からなる非磁性膜３が被着され、その上に所定の組成の
ワニスなどを塗布して熱硬化させることにより、たとえ
ばポリイミドイソインドロキナゾリンジオンからなり、
絶縁膜４を構成する第１層ポリイミド膜４ａを形成する
。（第３図）この場合、この第１層ポリイミド膜４ａの
焼成は、たとえば第１４図においてＡで示される線図の
ように、室温から１００℃程度までは１０℃／分で昇温
させ、後述のように第１層ポリイミド膜４ａのエンチン
グ速度に影響する温度領域である１００〜２００℃の範
囲では昇温速度を２℃／分程度で行い、以降は最高加熱
温度である３５０℃程度まで再び１０℃／分で昇温させ
、３５０℃程度に所定の時間だけ保持した後に徐冷する
ような温度プロファイルによって行う。

次に第４図に示されるように、ワニスを熱硬化させるこ
とによって形成された第１層ポリイミド膜４ａの上には
、たきえば、スパッタリングまたは蒸着などによって−
様に被着された導体薄膜をイオンミリングやエツチング
などによって所望のパターンに形成する方法、またはリ
フトオフ法やパターンめっき法などによって所定の図形
をなす導体パターン５が形成される。

さらに、この導体パターン５の上には、所定の組成のワ
ニスなどを塗布して熱硬化させることにより第１層ポリ
イミド膜４ａとともに絶縁膜４を構成する第２層ポリイ
ミド膜４ｂを形成し、導体パターン５の一部が絶縁膜４
の内部に埋設された状態にする。（第５図） ここで、本実施例の場合には、第２層ポリイミド膜４ｂ
の熱硬化は、第１層ポリイミド膜４ａの場合とは異なり
、第１４図においてＢで示されるように、室温から最高
加熱温度である３５０℃程度まで１０℃／分の−様な昇
温速度で加熱し、３５０℃程度で所定の時間だけ保持し
た後に徐冷するような温度プロファイルによって行われ
る。

すなわち、第２図に示されるように、本実施例における
第１層ポリイミド膜４ａおよび第２層ポリイミド膜４ｂ
などを構成するポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ンなどのポリイミド樹脂膜においては、熱硬化時におけ
る昇温速度とエツチング速度とは逆比例し、昇温速度を
より大きくず＝　１２− ることでエツチング耐性が増加しエツチング速度が小さ
くなることが知られている。

これにより、第１４図にＡおよびＢでそれぞれ示される
ように異なる温度プロファイルで第１層ポリイミド膜４
ａおよび第２層ポリイミド膜４ｂの熱硬化を行うことで
、昇温速度の小さな第１層ポリイミド膜４ａのエツチン
グ速度は昇温速度のより大きな第２層ポリイミド膜４ｂ
よりも大きくなる。

なお、昇温速度とエツチング速度とが第２図のような関
係になることについての理由はいまだ明らかではないが
、本発明者らの研究によれば、最高加熱温度を３５０℃
程度にした時、ワニスから専ら溶媒の揮散が進む室温か
ら１００℃程度までの間、および環化反応などの局部的
な反応が進行する３００℃前後の昇温速度を変化させて
もエツチング速度の変化は小さく、１５０℃程度の分子
レベルの並べ替えが進行すると推定される温度範囲にお
いてエツチング速度への影響が顕著であることから、立
体構造の差異に基づくものではないかと考えられる。

また、第１層ポリイミド膜４ａおよび第２層ポリイミド
膜４ｂの各々における熱硬化の際の温度プロファイルと
しては、第１４図のものに限らず、たとえば第１５図に
示されるようにエツチング速度に影響の大きな１００〜
２００℃の領域の前後に一定の温度に保持する区間を設
けるなどしてもよい。

次に、上記のようにして互いにエツチング速度の異なる
第１層ポリイミド膜４ａおよび第２層ポリイミド膜４ｂ
からなる絶縁膜４の内部を導体パターン５の一部が埋設
されるようにした後、当該絶縁膜４の上に、導体パター
ン５を横断する方向に所定の形状のフォトレジストパタ
ーン６を被着させる。（第６図） その後、たとえば、色水ヒドラジンとエチレンジアミン
との混合液などからなる図示しないエツチング液に浸漬
することにより、第７図に示されるように、フォトレジ
ストパターン６から露出した絶縁膜４のエツチングが開
始され、このとき、フォトレジストパターン６の外縁部
の直下に残存するエツチング速度の比較的小さな、すな
わちエツチング耐性の大きな第２層ポリイミド膜４ｂの
側壁部は、フォトレジストパターン６に近い上部はどエ
ツチング液に接する時間が長くなるため、より多く浸食
されることとなり、フォトレジストパターン６の外縁部
の直下に残存する第２層ポリイミド膜４ｂの断面形状は
台形状を呈する。

さらに、エツチングが進行し、第２層ポリイミド膜４ｂ
よりもエツチング速度の大きな、すなわちエツチング耐
性の小さな第１層ポリイミド膜４ａが露出すると、この
第１層ポリイミド膜４ａはエツチング速度が大きいため
、第８図に示されるように側壁部における上下方向での
浸食の量の差異は上側の第２層ポリイミド膜４ｂの場合
よりも小さくなる。

この結果、第９図に示されるように、エツチングが完了
した時点でフォトレジストパターン６の下部に残存する
絶縁膜４の外縁部における断面形状は、エツチング速度
の小さな上側の第２層ポリイミド膜４ｂに対応する側壁
ＲｗＢでは基板１となす傾斜角θいは比較的緩やかにな
り、一方、エツチング速度の大きな下側の第１層ポリイ
ミド膜４ａに対応する側壁部ＷＡ　では急峻な傾斜角θ
□をなすように傾斜面の角度が多段階に変化した状態と
なる。

次に、第１０図に示されるようにフォトレジストパター
ン６を除去した後、第１１図に示されるように、所定の
図形に残存した絶縁膜４をマスクとして、たとえば、ア
ルゴンなどのイオン種を用いたイオンビーム７の照射な
どによる物理的な作用によって当該絶縁膜４からはみ出
した非磁性膜３を除去する。

さらに、第１２図に示されるように、イオン種として化
学的に活性な酸素などを用いるイオンビーム７ａの照射
によって、ポリイミド樹脂などの有機物からなる所定の
形状の絶縁膜４を全域にわたって浸食することにより、
所定のパターンの絶縁膜４の外縁部から、当該絶縁膜４
によって隠蔽された状態の非磁性膜３の外縁部を全周に
わたって所定の幅寸法に露出させる。

その後、第１３図に示されるように、前記下部磁性膜２
と同様の物質からなる上部磁性膜８を、両端部が下部磁
性膜２に重なり合う状態で、内部に導体パターン５を保
持した絶縁膜４の上にスパンクリングなどの方法で被着
させて磁気コアＣを構成し、さらにその上にアルミナな
どの絶縁物質からなる保護膜９を被着させることにより
第１図に示される状態となる。

そして、導体パターン５の外側方向（第１図の左側）か
ら、幅方向に研磨し、平坦な下部磁性膜２と、絶縁膜４
の急峻な傾斜角θ８をなす側壁部ＷＩｌ　に被着して急
傾斜をなす上部磁性膜８の下端部との間から非磁性膜３
を露出させることで、下部磁性膜２と上部磁性膜８とに
よって構成される磁気コアＣには当該非磁性膜３の厚さ
に等しい磁気ギャップＧが形成され、さらに、導体パタ
ーン５には図示しない通電用端子部などを形成すること
により薄膜磁気ヘッドとされる。

ここで、絶縁膜４の上に被着され、下部磁性膜２ととも
に磁気コアＣを構成する上部磁性膜８において絶縁膜４
の異なる傾斜角θ。およびθ６を有する側壁部ＷＡ　お
よびＷＢ　に対応する部分は、第１３図および第１図に
示されるように当該側壁部ＷＡ　およびＷＢ　の傾斜角
に追随した状態に被着する。

すなわち、磁気ギャップＧの近傍における絶縁膜４の急
峻な傾斜角θ、により、磁気コアＣを構成する下部磁性
膜２と上部磁性膜８とは磁気ギャップＧの近傍において
急激に接近する構造となる。

このため、たとえば、従来のように、絶縁膜４の側壁部
における傾斜角を比較的緩やかに一様に形成する場合な
どに比較して、導体パターン５に通電することによって
磁気コアＣを通過する磁束の密度が目的の磁気ギャップ
Ｇの手前側の下部磁性膜２と上部磁性膜８とが徐々に接
近して絶縁膜４の膜厚が徐々に薄くなる領域において大
きくなり、磁気ギヤツブＧ以外の部分において漏洩磁束
が損なわれることが回避され、導体パターン５に対する
通電によって磁気ギャップＧに集中的に漏洩磁束を発生
させることができる。

これにより、磁気ギャップＧからの漏洩磁束を媒介とし
て図示しない記録媒体に対して行われる情報の記録動作
の特性が向上する。

なお、上記の説明では、絶縁膜４を構成する第１層ポリ
イミド膜４ａおよび第２層ポリイミド膜４ｂの各々にお
ける熱硬化の際の昇温速度に差異をもたせることによっ
て、エツチング速度が異なるようにしているが、これに
限らず、たとえば、第１層ポリイミド膜４ａおよび第２
層ポリイミド膜４ｂの各々の原料であるワニスを構成す
るカルボン酸およびアミンなどの混合比や種類などに差
異を持たせることによって、第１層ポリイミド膜４ａと
第２層ポリイミド膜４ｂとが異なるエツチング速度を有
するようにしても良いものである。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、上記の実施例の説明では、素子構造の一例と
して薄膜磁気ヘッドに適用した場合について説明したが
、これに限らず、大規模集積回路などに適用することに
より、パターンの集積度を向上させることができるとい
う効果がある。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、選択的なエンチングによって所定のパターン
をなす絶縁膜の形成方法であって、前記絶縁膜を互いに
エツチング速度の異なる複数の層で構成し、エツチング
後に所定のパターンに残存する前記絶縁膜の側壁部の傾
斜角が多段階に変化するようにしたので、たとえば、絶
縁膜を構成する複数の層において、下側の層におけるエ
ツチング速度を大きく、上側の層のエツチング速度が小
さくなるようにすることで、エツチング時間の長短に起
因する側壁部のアンダカットの量が上側の層で大きく下
側の層で小さくなり、エツチング後の絶縁膜の側壁部の
傾斜角が上部側では緩やかに下部側では急峻となる。

また、本発明によれば、選択的なエツチングによって所
定のパターンに形成される絶縁膜を含む素子構造であっ
て、前記絶縁膜が互いにエツチング速度の異なる複数の
層で構成され、エツチング後に所定のパターンに残存す
る前記絶縁膜の側壁部の傾斜角を多段階に変化させてな
る構造であるため、絶縁膜を構成する複数の層において
、下側の層におけるエツチング速度を大きく、上側の層
のエツチング速度を小さくしてエツチング後の絶縁膜の
側壁部の傾斜角を上部側では緩やかに下部側では急峻に
することで、たとえば、薄膜磁気ヘッドなどにおいて、
磁気コアをなす磁性膜における漏洩磁束を目的の磁気ギ
ャップの部分で最大にすることができ、磁気ギャップに
おける漏洩磁束を媒介として行われる記録媒体に対する
情報の記録動作などにおける性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発胡の一実施例である絶縁膜の形成方法を用
いた素子構造の一例を示す断面図、第２図はその形成過
程における作用を説明する線図、 第３図はその製造プロセスの一例の工程を示すす断面図
、 第４図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第５図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第６図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第７図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第８図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第９図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す断
面図、 第１０図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す
断面図、 第１１図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す
断面図、 第１２図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す
断面図、 第１３図は同じくその製造プロセスの一例の工程を示す
断面図、 第１４図は絶縁膜の形成過程における熱硬化処理の温度
プロファイルの一例を示す線図、第１５図は同じく絶縁
膜の形成過程における熱硬化処理の温度プロファイルの
一例を示す線図である。 １・・・基板、２・・・下部磁性膜、３・・・非磁性膜
、４・・・絶縁膜、４ａ・・・第１層ポリイミド膜、４
ｂ・・・第２層ポリイミド膜、５・・・導体ハターン、
６・・・フォトレジストパターン、７，７ａ・・・イオ
ンビーム、８・・・上部磁性膜、９・・・保護膜、ＷＡ
　、　Ｗｕ　　・・・側壁部、θ、、θ８　・・・傾斜
角、Ａ、Ｂ・・・温度プロファイル、Ｇ・・・磁気ギャ
ップ、Ｃ・・・磁気コア。 ＋ 〔ａ〕　　班　　毘 〔○。〕　　配　　堅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、選択的なエッチングによって所定のパターンをなす
   絶縁膜の形成方法であって、前記絶縁膜を互いにエッチ
   ング速度の異なる複数の層で構成し、エッチング後に所
   定のパターンに残存する前記絶縁膜の側壁部の傾斜角が
   多段階に変化するようにしたことを特徴とする絶縁膜の
   形成方法。 ２、前記絶縁膜を構成する複数の前記層がポリイミド系
   樹脂からなり、各々の前記層を構成する前記ポリイミド
   系樹脂の熱処理における昇温速度に差異を持たせること
   により、前記各層のエッチング速度が互いに異なるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の形成方
   法。 ３、前記絶縁膜を構成する複数の前記層がポリイミド系
   樹脂からなり、各々の前記層を構成する前記ポリイミド
   系樹脂のワニスの成分に差異を持たせることにより、前
   記各層のエッチング速度が互いに異なるようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の絶縁膜の形成方法。 ４、選択的なエッチングによって所定のパターンに形成
   される絶縁膜を含む素子構造であって、前記絶縁膜が互
   いにエッチング速度の異なる複数の層で構成され、エッ
   チング後に所定のパターンに残存する前記絶縁膜の側壁
   部の傾斜角を多段階に変化させてなる素子構造。 ５、前記絶縁膜を構成する複数の前記層がポリイミド系
   樹脂からなり、各々の前記層を構成する前記ポリイミド
   系樹脂の熱処理における昇温速度に差異を持たせること
   により、前記各層のエッチング速度が互いに異なるよう
   にしたことを特徴とする請求項４記載の素子構造。 ６、前記絶縁膜を構成する複数の前記層がポリイミド系
   樹脂からなり、各々の前記層を構成する前記ポリイミド
   系樹脂のワニスの成分に差異を持たせることにより、前
   記各層のエッチング速度が互いに異なるようにしたこと
   を特徴とする請求項４記載の素子構造。 ７、前記素子構造が薄膜磁気ヘッドであり、前記絶縁膜
   は、磁束を発生する導体パターンと前記磁束を磁気ギャ
   ップに導く磁気コアを構成する磁性膜との間に介設され
   、前記ギャップの近傍における一部の前記磁性膜は傾斜
   角が多段階に変化する前記絶縁膜の側壁部に沿って被着
   されるようにしたことを特徴とする請求項４記載の素子
   構造。