CN101329873A - 磁头及制造磁头的方法 - Google Patents

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Abstract

通过减小磁头的空气支承面保护层的厚度，此外，抑制读元件的S/N比率的减小，以高成品率提供一种适合于高密度记录的磁头。磁头1的读元件12在下磁屏蔽层14和上磁屏蔽层16之间具有磁阻效应膜(TMR膜)2，以及在TMR膜2的两侧中具有再充填膜18和磁畴控制膜19。TMR膜2由下金属层3、反铁磁层4、铁磁钉扎层5、中间层6、铁磁自由层7和上金属层8构成。在TMR膜2的记录介质面对表面9上，形成包括厚度为约2.0nm的氮化硅膜的空气支承面保护层100。由于氮化硅膜中的硅被氮钝化，硅不损坏TMR膜2。因此，读元件12的噪声可以被控制在低水平。

Description

磁头及制造磁头的方法
技术领域
本发明涉及一种具有磁阻效应元件的磁头及制造该磁头的方法。
背景技术
最近，磁记录/读取装置在记录密度上随着待处理的信息量的增加而迅速增加，以及根据这种趋势越来越需要一种具有高灵敏度和高输出功率的磁头。为了满足这种需要，使用GMR(巨磁阻)膜的磁头已被研制，以及迄今为止被进一步被不同改进，其可以提供高输出功率。但是，即使在使用GMR膜的磁头中，对于大于9.3＊109bits/cm2的记录密度输出功率可能不够，因此作为继GMR膜之后的下一代磁阻膜，对使用隧穿磁阻效应(TMR)膜或CPP(电流垂直于平面)GMR膜的磁头进行了研究与开发，该CPP GMR膜使电流流动以便贯穿GMR的层叠表面。
使用TMR膜或CPP-GMR膜的磁头具有相较于使用常规GMR膜的磁头显著不同的结构。在后一种情况中，磁头具有CIP(平面内电流)结构，该结构使检测电流(sense current)在包括GMR膜的磁阻效应膜的膜平面方向上流动，以及在磁阻效应膜的两侧中设置用于提供检测电流的电极。另一方面，在前一种情况中，由于磁头具有其中检测电流在与诸如TMR膜或CPP-GMR膜的磁阻效应膜的膜平面垂直的方向上流动的CPP结构，所以用于提供检测电流的电极被设置为层叠在磁阻效应膜上。
在具有CPP结构的磁头中，如下面描述，在制造磁头过程中的处理中磁性能可能大大地降低。首先，在具有CPP结构的磁头中，检测电流在上磁屏蔽和下磁屏蔽之间的磁阻效应膜的厚度方向上垂直于层叠表面流动。因此，当在具有CPP结构的磁头中存在将作为一个电极的上磁屏蔽短路到作为另一电极的下磁屏蔽的电路时，该电路可以变为检测电流的短路，导致磁头的读输出减少。此外，非专利文献1描述当磁头不被适当地制造且由此在磁阻效应膜中具有某些缺陷时，则该磁头具有大噪声。
该短路或缺陷可以形成在磁阻效应膜的端面上。当通过离子铣或机械抛光来处理该磁阻效应膜时，在将要形成的端面上形成短路或损坏区，其可能损坏磁头的磁性能。为了抑制可能损坏磁阻效应膜的初始性能的短路或损坏区的形成，已经提出了几种方法。专利文献1公开了对经受离子铣之后的磁阻效应膜的侧面执行氧化处理以去除短路的方法。
形成在磁头的滑动器的空气支承面上的空气支承面保护层必须具有足够的耐腐蚀性和足够的耐磨性，以保护磁阻效应膜免于腐蚀和磨损。另一方面，由于根据磁盘记录/读取装置的记录密度的增加而实际上减少作为磁头和磁盘之间的距离的磁空间，所以空气支承面保护层必须是小厚度。
为了同时满足上述需要，已经对用于减小空气支承面保护层的厚度同时保持耐腐蚀性和耐磨性的技术进行了研究。当前，由碳膜的上层和非晶硅膜的粘结层配置的双层膜被用于空气支承面保护层。由于碳膜是坚韧的和化学非活性的，该膜具有足够的耐腐蚀性和足够的耐磨性。由于该碳膜通常具有高内应力，因此该膜难以被直接粘附到衬底。相反，由于非晶硅膜具有低内应力，它减小碳膜的内部压应力，并因此改进粘附。
空气支承面保护层中的碳膜使用化学气相淀积(CVD)或过滤阴极真空电弧(FCVA)淀积来形成。该碳膜包括金刚石成分和石墨成分，以及使用上述方法形成的碳膜的金刚石成分相对更多，且因此坚韧，因此该碳膜即使厚度较小也显示出比较优异的耐磨性。当使用上述方法时，形成具有1.5nm或以上的厚度的碳膜，由此可以实现充分的耐腐蚀性和充分的耐磨性。当前，包括1.5nm厚度的碳膜和1.0nm厚度的硅膜的空气支承面保护层使用该技术形成，并被使用。
为了实现空气支承面保护层的厚度的进一步减小，专利文献2公开了一种制造仅仅包括碳薄膜的空气支承面保护层的方法。通过使用该技术，空气支承面保护层仅仅形成有有助于耐腐蚀性和耐磨性的碳膜，由此可以实现厚度减小同时保持耐腐蚀性和耐磨性。
[专利文献1]JP-A-2003-086861
[专利文献2]JP-A-2006-107607
[非专利文献1]Klaas B.Klaassen等.“Broad-band noisespectroscopy of giant magnetoresistive read heads”，IEEE transactions onmagnetics，41，2307(2005)
发明内容
据发现，在使用其中中间层是隧穿阻挡层的TMR膜的磁头中，当空气支承面保护层的厚度被制成小于2.5nm以满足增加记录密度的需求时，大量磁头在读元件的S/N比率方面较低，并因此它们不能显示出希望的性能。
鉴于这种问题制造本发明，本发明的目的是：通过减小磁头的空气支承面保护层的厚度，此外，抑制读元件的S/N比率的减小，从而以高成品率提供一种适合于高密度记录的磁头。
首先本发明人对常规制造方法进行详细的研究，以便获得高成品率磁头。结果，他们发现，磁头的读元件的S/N比率减小由以下机理导致。
当磁阻效应膜中的中间层、铁磁钉扎层或铁磁自由层被损坏时，该损坏部分变为容易俘获电子的阱部位(trap site)。在作为阱部位的损坏部分中俘获电子的情况和损坏部分被腾空的情况之间，库伦势是不同的，因此电阻被改变(波动)。电阻的波动在磁场的探测中充当噪声。
该损坏由构成磁阻效应膜的材料在该薄膜的端面处与反应材料起化学反应的现象引起。磁阻效应膜的一个端面(记录介质面对表面)被暴露给空气支承面侧，并直接接触到空气支承面保护层。构成空气支承面保护层的上层的碳膜和构成作为其下层的粘附膜的硅膜与磁阻效应膜极大地反应。此外，当将硅膜与碳膜相比较时，碳膜更显著地损坏磁阻效应膜。从上可知，当使用由硅膜和碳膜构成的常规空气支承面保护层时，首先，由于构成粘附膜的硅和磁阻效应膜之间的反应导致观察到噪声增加。此外，当由于空气支承面保护层的厚度减小而导致粘附膜的厚度被减小时，且因此碳可能接触到磁阻效应膜，而且在构成磁阻效应膜的空气支承面的部分的介质面对表面中形成阱部位，导致噪声增加，即，减小S/N比率。
主要地，即使存在单层粘附膜，包括碳膜的空气支承面保护层也不接触到磁阻效应膜。但是，在常规技术中，当形成空气支承面保护层时，由于碳作为具有约50eV的能量的离子被辐射到磁头的空气支承面，碳有些进入粘附膜，以及一些离子可能贯穿该薄膜。因此，该碳可能与粘附膜下面的磁阻效应膜起反应。在使用常规技术的情况下，当粘附膜的厚度被减少到小于1.0nm时，该碳直接接触到磁阻效应膜的端面。
由于必须形成1.5nm或以上的厚度的碳膜以获得充分的耐腐蚀性和充分的耐磨性，当形成小于2.5nm的厚度的空气支承面保护层时，粘附膜必须在厚度上小于1.0nm，致使S/N比率减小。
鉴于以上机理，本发明人发现，将磁头配置为使得：单层氮化硅膜被用于空气支承面保护层，以及在磁阻效应膜的介质面对表面中不存在碳，由此在使用具有包括氧化物的中间层的磁阻效应膜的磁头中，即使空气支承面保护层的厚度小于2.5nm，也获得良好的S/N比率。
氮化硅膜被用于空气支承面保护层，以便硅被氮化硅膜中的氮钝化。因此，磁阻效应膜和空气支承面保护层之间的反应被抑制，从而可以防止噪声的增加。氮化硅膜中的氮的组成比率优选35原子百分比或更多且60原子百分比或以下。
当空气支承面保护层被配置为是氮化硅膜和碳膜的至少两层时，与碳膜的构成中的碳的进入深度相比较氮化硅膜的厚度被制成较大，或碳膜的构成中的碳的能量被减小，以便碳不贯穿氮化硅膜，由此在磁阻效应膜和氮化硅膜或碳膜之间的反应被抑制，从而可以防止噪音增加。下面描述这些的详细机理。
当使用具有能量Ei的碳离子形成碳膜时，由于碳离子被辐射到粘附膜，碳离子有些进入粘附膜，导致碳离子与粘附膜下面的磁阻效应反应。碳离子进入粘附膜的深度可以如下计算。在与粘附膜碰撞之后，碳离子进入粘附膜，同时损失初始能量Ei。碳离子在碳离子的能量变为零的深度处停止。在该工序中，用于减速碳离子的粘附膜的功率被称作停止功率(dE/dx)。停止功率意味着粒子进入单位长度的深度的同时粒子损失的能量，以及随着增加电子的数目，亦即，随着粘附膜更加致密，该停止功率增加。由注入粒子的停止功率和能量，进入深度d可以由以下表达式表示。
D＝Ei/(dE/dx)
这示出以下条件之一可以被满足以在碳膜和磁阻效应膜之间隔离。亦即，由于仅仅需要进入深度d小于粘附膜的厚度t，(1)粘附膜的厚度t大于将碳离子的注入能量除以粘附膜的停止功率获得的商。(2)碳膜的构成中的碳粒子的注入能量小于将粘附膜的厚度t乘以停止功率dE/dx的乘积，以及(3)粘附膜的停止功率dE/dx大于将碳膜的构成中的碳粒子的注入能量Ei除以粘附膜的厚度t获得的商。空气支承面保护层形成为满足三个条件的任意一个，由此碳膜可以与磁阻效应膜隔离。空气支承面保护层被配置为空气支承面保护膜(上层)不包含碳也是解决问题的方法。
根据以上构造，可以以小于2.5nm的空气支承面保护层的厚度同时磁阻效应膜不接触硅和碳，来获得具有低噪声的磁头。
根据本发明，可以减小空气支承面保护层的厚度而不损坏磁阻效应膜。结果，可以获得成品率高且适合于高记录密度的磁头。
附图说明
图1示出了根据例1的磁头的TMR膜的元件高度方向中的放大剖面图；
图2示出了根据例1的磁头的读元件的磁道宽度方向中的截面图；
图3示出了沿图2中的线B-B的截面图；
图4示出了磁头行条的透视图；
图5示出了根据本发明的磁头的一般透视图；
图6示出了沿图5中的线A-A的截面图；
图7示出了制造根据例1的磁头的方法的工序流程图；
图8示出了氮化硅膜的淀积设备(溅射设备)的结构图；
图9示出了用于说明根据例1的磁头的效果的视图；
图10示出了根据例2的磁头的读元件的磁道宽度方向中的截面图；
图11示出了制造根据例2的磁头的方法的工序流程图；
图12示出了碳膜的淀积设备(阴极真空电弧淀积设备)的结构图；
图13示出了用于说明根据例2的磁头的效果的视图；以及
图14示出了碳膜的淀积设备(溅射设备)的结构图；
具体实施方式
首先，参考图4、5和6描述根据本发明的磁头的基本构造。图4示出了由晶片切割的行条的透视图。图5示出了通过切割该行条互相分开的磁头的透视图。图6示出了沿图5中的线A-A的剖面，其示出了磁头元件部分的截面图。行条50包括约50个互相连接的磁头元件，以及具有约50mm的长度L和约0.3mm的厚度t。磁头1具有滑动器20和元件形成部分40，其中在元件形成部分40上形成磁头元件10。在磁头1的空气支承面(介质面对表面)上，形成飞行轨道22、浅沟槽轨道24和深沟槽26。如图6所示，磁头元件10由层叠在绝缘膜28上的读元件12和写元件60构成，该绝缘膜28形成在包括陶瓷材料的滑动器20的端面上。读元件12由下磁屏蔽层14、磁阻效应膜2和上磁屏蔽层16构成。距磁阻效应膜2的空气支承面的元件高度由h示出。写元件60是在上磁屏蔽层16上形成的绝缘隔离膜58上层叠的磁感应元件，并由下磁膜62、线圈64、中间层绝缘膜66和上磁膜68构成。写元件60的上半部覆有绝缘保护膜70。
尽管磁头1是具有读元件12和写元件60的记录/读磁头，但是读元件可以与写元件分开。在此情况下，磁头1被配置为具有包括TMR膜2的读元件12。
接下来，参考图1、2和3描述根据例1的磁头的部分读元件和部分空气支承面保护层的构造。图2示出了示出平行于磁头的介质表面的剖面(垂直于元件高度方向的剖面)的视图，图中的X轴、Y轴和Z轴分别表示磁道宽度方向、元件高度方向和层叠的薄膜厚度方向。图3示出了沿图2中的线B-B的元件高度方向中的截面图。图1示出了形成图3中的介质面对表面的部分的端面的放大视图。在图1和3的每一个中，X轴、Y轴和Z轴分别与图2中所示的X轴、Y轴和Z轴相同。
如图2所示，读元件12具有在下磁屏蔽层14和上磁屏蔽层16之间的磁阻效应膜(TMR膜)2，以及在TMR膜2的两侧具有再充填膜18和磁畴控制膜19。TMR膜2至少由下金属层3、反铁磁层4、铁磁钉扎层5、中间层6、铁磁自由层7以及上金属层8构成，这些层被下磁屏蔽层14和上磁屏蔽层16夹在中间。它的特点是：通过由铁磁钉扎层5的磁化和铁磁自由层7的磁化形成的角度来改变电阻，层5和7被中间层6隔离。通过读取该电阻变化，可以测量外部磁场。在TMR膜2的记录介质面对表面9上形成空气支承面保护层100。空气支承面保护层100包括厚度约2.0nm的单层氮化硅膜。
对于下磁屏蔽层14和上磁屏蔽层16，使用包括Ni-Fe合金的软磁性材料。对于下金属层3，使用Ta、Ru、Ni-Fe合金或它们的层叠膜。对于反铁磁层4，使用诸如Pt-Mn合金或Mn-Ir合金的反铁磁性材料，或诸如Co-Pt合金或Co-Cr-Pt合金的硬磁材料。作为硬磁材料膜，可以使用在反平行耦合中具有高矫顽力的薄膜，所谓的自钉扎膜。对于铁磁钉扎层5和铁磁自由层7，可以使用高度-极化的材料，诸如Ni-Fe合金、Co-Fe合金、Co-Ni-Fe合金、磁铁或Heusler合金及它们的层叠膜。此外，可以使用多层膜，该多层膜包括在它们之间层叠有1nm或以下的厚度的隔片层1的铁磁层。在使用TMR效应的情况下，中间层6充当隧穿阻挡层，以及具体地说，Al、Mg、Si、Zr、Ti的氧化物或它们的氧化物的混合物或氧化物的层叠体可以被用于中间层，以及在本例子中使用氧化镁(MgO)。对于上金属层8，使用Ta、Ru、Ni-Fe合金或它们的层叠膜。
TMR膜的层的层叠顺序不局限于以上，以及例如，可以在下磁屏蔽层14上依次层叠下金属层、铁磁自由层、中间层、铁磁钉扎层、反铁磁层和上磁层，然后可以在其上层叠上磁屏蔽层16。
接下来，使用图7描述制造根据例1的磁头的方法。首先，其上形成多个磁头元件的氧化铝-碳化钛的基材被切割为带状磁头行条50，如图4所示。然后，磁头行条50的待处理表面通过使用例如掩埋有金刚石研磨-晶粒的旋转板经受机械抛光，以便磁头元件的每个尺寸(元件高度h等)具有希望值(步骤700)。
在完成机械抛光之后，磁头行条50被引入真空室中(步骤701)。该磁头行条50的介质面对表面9在真空室中通过氩离子束辐射来经受清洁(步骤702)。诸如氖、氦、氪或氙的稀有气体的离子可以被用作除氩离子之外的离子。离子束的加速电压是300V，以及离子入射角与介质面对表面的法线成75度。但是，这种条件不被限制，只要可以去除由塑性流动层引起的导电涂污(conductive smear)，该导电涂污在机械抛光的步骤中形成。此外，通过气体等离子体的溅射蚀刻可以用来代替离子束辐射。
在清洁步骤之后，从真空室取出磁头行条50，然后在真空中运载行条50到图8所示的淀积设备中，然后根据以下方法形成包括氮化硅膜的空气支承面保护层100(步骤703)。磁头行条50被固定到淀积设备的样品支架201。然后，淀积设备通过真空泵202被抽空到约1＊10-4Pa。然后，通过使用氩气歧管203和氮气歧管204，气体被引入真空室中。这里，分别以3sccm和15sccm引入氩气和氮气。在真空室中，在与样品支架201相对的位置处设置硅靶205。硅靶205经由匹配箱208连接到RF电源207。RF电源207提供电源，以便在硅靶205和样品支架201之间产生等离子体，并由此产生氩和氮的离子和基团。在硅靶205附近布置磁铁206，以便硅靶205被磁场影响。通过磁场中产生的氩和氮的离子和基团，溅射硅靶205，以便在样品支架201上的磁头行条50上淀积硅。在该过程中，硅与该气氛中的氮起反应，以便在磁头行条上形成氮化硅膜。根据该工序，在磁头行条上形成厚度为2.0nm的氮化硅膜。氮化硅膜具有约55原子百分数的氮组成比率，其相当类似于化学计量组成。氮的组成比率优选在35原子百分数至60原子百分数的范围内。
再次返回图7，在形成空气支承面保护层之后，从真空室取出磁头行条50(步骤706)，然后重复抗蚀剂涂敷、曝光和离子铣，以形成滑动器轨道(步骤707)，以及最后磁头行条50被机械地切割为磁头元件，从而完成磁头1(步骤708)。
作为氮化硅膜的膜形成方法，除反应溅射之外，可以使用离子束淀积，其中用束向硅靶辐射定向氩离子和定向氮离子，以便溅射用于氮化硅膜形成的硅靶，此外，可以使用热蒸发、CVD等。此外，该膜的厚度可以小于2.0nm，只要耐腐蚀性被满足。
利用与比较例1的关系来描述例1的优点。比较例1的磁头除了空气支承面保护层的成分和形成方法之外具有与例1相同的结构，以及它通过相同的制造方法制备。比较例1中的空气支承面保护层如下形成：磁头行条经受机械抛光，然后运载到真空室中，并在其中通过离子束辐射经受清洁，然后使用图8中所示的淀积设备形成空气支承面保护层。在该工序中，在以下四个条件中氩气和氮气被引入该设备中，以及提供用于反应溅射的RF电源。(1)氩/氮＝18sccm/0sccm，(2)氩/氮＝17sccm/1sccm，(3)氩/氮＝15sccm/3sccm，以及(4)氩/氮＝12sccm/6sccm。根据这些条件形成的氮化硅膜分别具有0原子百分数、10原子百分数、20原子百分数和30原子百分数的氮的组成比率。
接下来，例1的磁头和比较例1的磁头经受噪声测量。使用以下方法测量磁头的噪声。首先，分别连接到在磁头的TMR膜2下面和上面设置的下磁屏蔽层14和上磁屏蔽层16的引线，被连接到电压表。然后，使用恒流电源使得检测电流流入TMR膜2中，以及通过1MHz至50MHz的带通滤波器，以5MHz的采样频率测量电压的波动0.1秒。用这种方法测量的电压值的标准偏差可以是噪声指数。在图9中，在水平轴中绘制氮化硅膜中的氮的组成比率，以及在垂直轴中绘制描述噪声。例1的磁头的测量例子211由圆圈所示，以及比较例1的测量例子212由三角形所示。在例1的磁头中，由于硅被氮化硅膜中的氮钝化，所以在TMR膜2中没有引起损坏，因此噪声被控制在低水平。相反，在比较例1的磁头中，氮化硅膜中的硅没有被充分钝化，以致硅与TMR膜2部分地反应，其可以引起损坏区的产生，因此噪声处于高水平。
如上所述，根据例1，空气支承面保护层的厚度被减小，以及读元件的S/N比率的减小被抑制，由此可以以高成品率提供适合于高密度记录的磁头。此外，能够证实，具有高的氮组成比率的氮化硅膜的耐腐蚀性和耐磨性是优异的，以及以2.0nm的厚度显示出充分的耐腐蚀性和充分的耐磨性。
接下来，参考图10描述根据例2的磁头的部分读元件和部分空气支承面保护层的构造。根据例2的磁头1的构造与例1相同，除了空气支承面保护层之外。因此，与例1中相同的构造的描述被省略，对不同于例1中的空气支承面保护层的构造进行描述。通过在包括氮化硅膜的粘附膜112上层叠包括碳膜的空气支承面保护膜114，来构成空气支承面保护层110。空气支承面保护层110的总厚度是2.0nm。
接下来，参考图11描述制造根据例2的磁头的方法。由于该方法除了空气支承面保护层的形成步骤之外与制造根据例1的磁头的方法相同，相同步骤的描述被省略，以及描述空气支承面保护层的形成步骤。
在通过离子束进行的清洁步骤(702)之后，通过溅射形成包括氮化硅的粘附膜112(步骤704)。粘附膜112的厚度是1.0nm。膜形成方法与例1相同。粘附膜112的薄膜形成方法不局限于溅射，可以使用离子束淀积、热蒸发以及CVD。在粘附膜112的形成之后，使用阴极真空电弧淀积形成包括碳的厚度为1.0nm的空气支承面保护膜114作为上层(步骤706)。使用图12所示的设备执行阴极真空电弧淀积。当阳极302接触连接到电弧源308的石墨阴极301时，大量热电子被发射，以及在阴极301附近产生电场。由于该电弧放电从阴极301产生的碳离子303被加速至大约50至100eV，以及通过约8英寸直径的弯管被部分地传输到淀积室中。该设备被设计为使得围绕弯管缠绕线圈304，以在该管内产生磁场。通过该磁场，碳离子303被有效地传输到淀积室中。传输到淀积室中的碳离子303与淀积室中的样品支架307上设置的磁头行条50碰撞，以便在氮化硅膜112上形成碳膜114。每个产生的碳离子303具有高达约100eV的能量。当使用阴极真空电弧淀积形成碳膜时，产生尺寸为约几微米的粒子，以及在该管和淀积室之间设置过滤器305和电极306，用于去除粒子。一些粒子带电，因此可以通过对电极施加电压来去除该粒子。
只要提供充分的耐腐蚀性和充分的耐磨性，可以在空气支承面保护膜114的形成之后执行某种表面处理。在形成空气支承面保护膜114之后，从真空室取出磁头行条(步骤706)。
在根据例2的磁头1’中，如果在形成包括碳的空气支承面保护膜114的后续步骤中碳离子不可能通过有关厚度的粘附膜112到达TMR膜2，则作为粘附膜112的氮化硅膜的厚度不局限于以上的1.0nm。亦即，当假定粘附膜112的停止功率是dE/dx，薄膜的厚度是t，以及碳离子的能量是Ei，给出满足以下表达式的t是足够的。t＞Ei/(dE/dx)
阴极真空电弧淀积用来形成例2中的碳膜114，其中碳离子的能量的平均值约为50eV。尽管碳离子的能量稍微被分散，但是大多数离子具有100eV或以下的能量。这里，由于氮化硅膜112的停止功率dE/dx约为100eV/nm，如果氮化硅膜112的厚度是1.0nm或更多，那么碳离子不通过包括氮化硅膜的粘附膜112损坏TMR膜2，因此可以制造具有良好S/N比率的磁头。
接下来，利用与比较例2的关系描述例2的优点。这里，对与例2的磁头相比较的比较例2的磁头进行描述。比较例2的磁头具有如例2的厚度为2.0nm的空气支承面保护层，以及如下制备。磁头行条经受机械抛光，然后运载到真空室中并通过其中的离子束辐射经受清洁，然后通过反应溅射形成厚度分别为0nm、0.2nm、0.4nm、0.6nm和0.8nm的氮化硅膜作为粘附膜112。然后，使用阴极真空电弧淀积形成厚度分别为2.0nm、1.8nm、1.6nm、1.4nm和1.2nm的碳膜。根据五个条件形成的每个空气支承面保护层的总厚度是2.0nm。
接下来，例2和比较例2中中制备的磁头经受噪声测量。通过与例1和比较例1之间对比所执行的方法相同的方法来测量磁头的噪声。在图13中，在水平轴中绘制粘附膜112的厚度，以及在垂直轴中绘制描述噪声的电压波动的标准偏差。根据例2的磁头1’的测量例子311由圆圈所示，以及比较例2的磁头的测量例子312由三角形所示。在根据例的磁头1’中，由于碳在任何情况下没有到达TMR膜2，因此TMR膜2没有被损坏，该磁头的噪声是低的，以及在任何情况下与比较例2相比较都具有更优异的S/N比率。
在如例2中那样空气支承面保护层110具有包括氮化硅膜的粘附膜112和包括碳膜的空气支承面保护膜114的双层结构的情况中，随着氮化硅膜中的氮的组成比率的增加噪声被减小，以及，如例子1中一样，氮的组成比率优选35原子百分数或更多且60原子百分数或以下。
根据例2，空气支承面保护层的厚度被减小，以及读元件的S/N比率的减小被抑制，由此可以以高成品率提供适合于高密度记录的磁头，如例1一样。此外，由于碳膜被形成作为空气支承面保护膜(上层)，与例1相比较，耐腐蚀性和耐磨性是优异的。
接下来，对根据例2的磁头的空气支承面保护层的形成方法的另一例子进行描述。该方法的特征在于空气支承面保护层110由包括氮化硅膜的粘附膜112和包括碳膜的空气支承面保护膜114构成，以及当形成空气支承面保护膜114时，通过使用Ar气体等离子体溅射碳靶来形成碳膜。
在通过离子束进行的清洁步骤之后，通过溅射形成包括氮化硅的粘附膜112。粘附膜112的厚度是0.4nm。粘附膜112的膜形成方法不局限于溅射，以及可以使用离子束淀积、热蒸发以及CVD。在形成粘附膜112之后，使用溅射形成包括碳的厚度为1.6nm的空气支承面保护膜114。使用图14所示的设备执行通过溅射形成碳膜。磁头行条被固定到样品支架401。然后，通过真空泵402，将设备抽空到约1＊10-4Pa。真空度可以被适当地改变。然后，通过使用氩气引入导管403，气体被引入真空室中。这里，以15sccm引入氩气。在真空室中，在与样品支架401相对的位置处设置碳靶404。碳靶404经由匹配箱407连接到RF电源406。RF电源406提供电源，以便在碳靶404和样品支架401之间产生等离子体，以便产生氩离子。碳靶404受由磁铁405产生的磁场影响。产生的氩离子溅射碳靶404，以便在样品支架401上的磁头行条上淀积碳膜。使用该方法在磁头行条上形成厚度为1.6nm的碳膜。
根据该溅射方法，被溅射并被粘附到氮化硅膜的碳原子具有约几个电子伏的能量，亦即，该原子不具有充分的能量以贯穿氮化硅膜的单层。因此，即使氮化硅膜的厚度是0.4nm，在TMR膜的端面和碳之间不发生反应，因此在TMR膜中不会引起损坏。具有以此方式形成的空气支承面保护层的磁头具有良好的S/N比率。
该碳膜的膜形成方法不必限于以上溅射，以及可以使用其中定向氩离子以束被辐射到碳靶以便溅射用于碳膜形成的碳靶的离子束淀积，此外，可以使用热蒸发、CVD等。
根据以上例子，可以获得具有高S/N比率的磁头而不导致磁空间损耗。结果是，可以以高成品率获得适合于高密度记录的磁头。
尽管在以上例子中使用TMR膜作为读元件的磁阻膜，但是可以使用CPP-GMR膜。在CPP-GMR膜的情况下，中间层是导电层或具有限流区的导电层。具体地说，Al、Cu、Ag、Au或它们的混合物或它们的层叠体可以被用于导电层，此外，通过部分地氧化或氮化导电层的部分，用于电流限制的区域可以被插入到导电层中。再次在此情况下，空气支承面保护层的厚度被减小，以及读元件的S/N比率的减小被抑制，由此可以以高成品率提供适合于高密度记录的磁头。
[参考数字和符号的描述]
1，1′...磁头
2...磁阻效应膜(TMR膜)
3...下金属层
4...反铁磁层
5...铁磁钉扎层
6...中间层
7...铁磁自由层
8...上金属层
9...介质面对表面
10...磁头元件部分
12...读元件
14...下磁屏蔽层
16...上磁屏蔽层
18...再充填膜
19...磁畴控制膜
20...滑动器
40...元件形成部分
60...写元件
100...空气支承面保护层(单层)
110...空气支承面保护层(双层)
112...粘附膜(氮化硅膜)
114...空气支承面保护膜(碳膜)
201...样品支架
202...真空泵
203...氩气引入导管
204...氮气引入导管
205...硅靶
206...磁铁
207...RF电源
208...匹配箱
301...阴极
302...阳极
303...碳离子
304...线圈
305...过滤器
306...电极
307...样品支架
308...电弧源

Claims (12)

1.一种磁头，包括读元件，具有
具有在铁磁钉扎层和铁磁自由层之间的中间层的磁阻效应膜，以及
布置在所述磁阻效应膜下面和上面的下电极层和上电极层，所述磁头的特征在于：
所述中间层是具有高电阻特性的隧穿阻挡层，以及
在记录介质面对表面的一侧处的所述读元件的表面上形成的空气支承面保护层包括氮化硅膜。
2.根据权利要求1的磁头，其特征在于：
所述空气支承面保护层的厚度是2.5nm或以下，以及
所述空气支承面保护层中的氮的组成比率是35原子百分比至60原子百分比。
3.根据权利要求1的磁头，其特征在于：
所述中间层由氧化镁制成。
4.根据权利要求1至3的任意一项的磁头，其特征在于：
所述下电极层和上电极层分别由软磁性材料制成。
5.根据权利要求1至4的任意一项的磁头，特征在于还包括：
邻近于所述读元件设置的磁感应写元件。
6.一种磁头，包括读元件，具有
具有在铁磁钉扎层和铁磁自由层之间的中间层的磁阻效应膜，以及
布置在所述磁阻效应膜下面和上面的下电极层和上电极层，所述磁头的特征在于：
所述中间层是具有高电阻特性的隧穿阻挡层，以及
在记录介质面对表面的一侧处的所述读元件的表面上，设置空气支承面保护层，其中，包括氮化硅膜的粘附膜被布置作为下层，以及包含碳的空气支承面保护膜被布置作为上层。
7.根据权利要求6的磁头，其特征在于：
所述空气支承面保护膜中的氮含量是35原子百分比至60原子百分比，以及
所述粘附膜和所述空气支承面保护膜的总厚度是2.5nm或以下。
8.根据权利要求6的磁头，其特征在于：
当假定所述粘附膜的停止功率是dE/dx，所述空气支承面保护膜的形成中碳离子的初始能量是Ei，所述粘附膜的所述厚度是Ei/(dE/dx)或更多。
9.根据权利要求6或8的磁头，特征在于还包括：
邻近于所述读元件布置的磁感应写元件。
10.一种制造磁头的方法，特征在于具有：
在晶片上形成多个磁头元件的步骤，每个所述磁头元件具有磁阻效应膜，
将所述晶片切割为行条的步骤，
机械地抛光所述行条的空气支承面的步骤，
使用离子束或气体等离子体清洁所述机械抛光后的空气支承面的步骤，
在经受清洁的所述空气支承面上形成包括氮化硅的粘附膜的步骤，该包括氮化硅的粘附膜具有35原子百分比至60原子百分比的氮含量，
在形成所述粘附膜之后，通过膜形成方法形成包含碳的空气支承面保护膜的步骤，其具有使得碳离子不贯穿所述粘附膜的水平的初始能量，
在其上形成所述空气支承面保护膜的空气支承面上形成轨道的步骤，以及
将所述行条切割为各件所述磁头元件的步骤。
11.根据权利要求10的制造磁头的方法，其特征在于：
使用阴极真空电弧淀积来形成所述空气支承面保护膜。
12.根据权利要求10的制造磁头的方法，其特征在于：
使用溅射来形成所述空气支承面保护膜。
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