JP2003059016A - 磁気ヘッドのための薄膜を堆積する方法 - Google Patents
磁気ヘッドのための薄膜を堆積する方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】磁気読み取りヘッド用の絶縁破壊電圧が高く、
ステップカバレージの大きい絶縁層を得る。 【解決手段】磁気読取りヘッドを製造する構造および方
法は、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して磁気読取りヘッ
ドギャップのためのフィルレイヤーを形成することを含
む。フィルレイヤーは、絶縁体、好ましくは酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、その混合物およびその層状
化構造を含む。酸化アルミニウムよりも高い熱伝導率を
有する材料（例えば、酸化ベリリウムおよび窒化ホウ
素）がまた、酸化アルミニウム構造内の層において使用
され得る。ＡＬＤ−形成されたヘッドギャップフィルレ
イヤーの厚みは、約５ｎｍ〜１００ｎｍの間、好ましく
は約１０ｎｍ〜４０ｎｍの間である。
ステップカバレージの大きい絶縁層を得る。 【解決手段】磁気読取りヘッドを製造する構造および方
法は、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して磁気読取りヘッ
ドギャップのためのフィルレイヤーを形成することを含
む。フィルレイヤーは、絶縁体、好ましくは酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、その混合物およびその層状
化構造を含む。酸化アルミニウムよりも高い熱伝導率を
有する材料（例えば、酸化ベリリウムおよび窒化ホウ
素）がまた、酸化アルミニウム構造内の層において使用
され得る。ＡＬＤ−形成されたヘッドギャップフィルレ
イヤーの厚みは、約５ｎｍ〜１００ｎｍの間、好ましく
は約１０ｎｍ〜４０ｎｍの間である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、磁気ヘッ
ド構造中の薄いダイエレクトリックフィルムに関し、よ
り詳しくは読取りヘッドギャップのフィリングプロセス
(filling process)に関する。
ド構造中の薄いダイエレクトリックフィルムに関し、よ
り詳しくは読取りヘッドギャップのフィリングプロセス
(filling process)に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスクドライブ（HDD）は、コ
ンピュータ、デジタルカメラ、テレビのプログラムを記
憶させるためのセットトップボックス、レーザープリン
タ及びGPS（グローバルポジショニングシステム）装置
を含む多くの現代の装置において使用される。HDDは通
常、磁気媒体で覆われた1−22のディスク及び1−44の磁
気ヘッドからなる。記録ヘッドはまた、磁気ヘッドとし
ても知られており、書き込み及び読取り素子を含む。こ
れらの素子は、懸架スライダー（suspended slider）に
取り付けられている。磁気読取りヘッドのための好まし
い支持体材料は、炭化アルミニウムチタン（AlTiC）で
ある。シリコン、ガラスセラミック及びAl2O3及び炭化
チタンの微細粒混合物もまた、磁気ヘッド産業によって
評価されている。酸化アルミニウムは、磁気ヘッド内の
読取り素子の絶縁材として使用される。
ンピュータ、デジタルカメラ、テレビのプログラムを記
憶させるためのセットトップボックス、レーザープリン
タ及びGPS（グローバルポジショニングシステム）装置
を含む多くの現代の装置において使用される。HDDは通
常、磁気媒体で覆われた1−22のディスク及び1−44の磁
気ヘッドからなる。記録ヘッドはまた、磁気ヘッドとし
ても知られており、書き込み及び読取り素子を含む。こ
れらの素子は、懸架スライダー（suspended slider）に
取り付けられている。磁気読取りヘッドのための好まし
い支持体材料は、炭化アルミニウムチタン（AlTiC）で
ある。シリコン、ガラスセラミック及びAl2O3及び炭化
チタンの微細粒混合物もまた、磁気ヘッド産業によって
評価されている。酸化アルミニウムは、磁気ヘッド内の
読取り素子の絶縁材として使用される。
【０００３】現代の磁気ヘッドの動作原理は、磁気抵抗
（magnetoresistive; MR）及び巨大磁気抵抗（giant ma
gnetoresistive; GMR）効果に基いている。30−40ギガ
ビット／平方インチの面記憶密度が証明され、読取り素
子の寸法が縮小された。入手可能な面記録密度は、トラ
ック密度及び線密度に影響される。磁気ヘッドギャップ
を限定する絶縁体層の厚さが減少する場合、線記録密度
は増加する。読取りヘッドのギャップ層は、現在30nmに
まで薄くなってきている。好ましくは、ギャップ層が良
好な絶縁耐力、即ち、高い破壊電圧及びピンホールのな
い滑らかな表面を有する。面データ記憶密度が将来さら
に、100Gビット／平方インチより増大すると、レーザー
促進GMR、超巨大磁気抵抗（colossal magnetoresistiv
e; CMR）又はトンネル磁気抵抗（tunneling magnetores
istive; TMR）効果に基くハードディスクドライブヘッ
ドが、商業的に利用可能になるであろう。GMRヘッドは
また磁気センサーとしても使用される。
（magnetoresistive; MR）及び巨大磁気抵抗（giant ma
gnetoresistive; GMR）効果に基いている。30−40ギガ
ビット／平方インチの面記憶密度が証明され、読取り素
子の寸法が縮小された。入手可能な面記録密度は、トラ
ック密度及び線密度に影響される。磁気ヘッドギャップ
を限定する絶縁体層の厚さが減少する場合、線記録密度
は増加する。読取りヘッドのギャップ層は、現在30nmに
まで薄くなってきている。好ましくは、ギャップ層が良
好な絶縁耐力、即ち、高い破壊電圧及びピンホールのな
い滑らかな表面を有する。面データ記憶密度が将来さら
に、100Gビット／平方インチより増大すると、レーザー
促進GMR、超巨大磁気抵抗（colossal magnetoresistiv
e; CMR）又はトンネル磁気抵抗（tunneling magnetores
istive; TMR）効果に基くハードディスクドライブヘッ
ドが、商業的に利用可能になるであろう。GMRヘッドは
また磁気センサーとしても使用される。
【０００４】高度に集積されたGMRヘッドは、動作中か
なりの熱負荷を有する。読取りヘッドの温度が上昇する
につれて、信号対雑音比が減少し、拡散速度及びエレク
トロマイグレーション（electromigration）速度が上昇
し、これらは、全て望ましくない影響である。良い読取
り素子は、できる限り効率良く熱を周囲に散逸させる。
絶縁体ギャップフィルムの厚さを減じると、熱の散逸が
改善する。他の可能性は、良好な熱伝導率を有する誘電
材料を使用することである。酸化アルミニウム及びチッ
化アルミニウムは、熱ギャップフィルのための商業的に
利用可能な材料の例である。酸化アルミニウム及び窒化
アルミニウムの混合物もまた可能である。RFマグネトロ
ンスパッタリングは、低い支持体温度での薄膜プロセッ
シング加工に使用されている。プラズマ化学気相成長
（PECVD）は、誘電材料の堆積のための他の選択であ
る。
なりの熱負荷を有する。読取りヘッドの温度が上昇する
につれて、信号対雑音比が減少し、拡散速度及びエレク
トロマイグレーション（electromigration）速度が上昇
し、これらは、全て望ましくない影響である。良い読取
り素子は、できる限り効率良く熱を周囲に散逸させる。
絶縁体ギャップフィルムの厚さを減じると、熱の散逸が
改善する。他の可能性は、良好な熱伝導率を有する誘電
材料を使用することである。酸化アルミニウム及びチッ
化アルミニウムは、熱ギャップフィルのための商業的に
利用可能な材料の例である。酸化アルミニウム及び窒化
アルミニウムの混合物もまた可能である。RFマグネトロ
ンスパッタリングは、低い支持体温度での薄膜プロセッ
シング加工に使用されている。プラズマ化学気相成長
（PECVD）は、誘電材料の堆積のための他の選択であ
る。
【０００５】読取りヘッドギャップ中の薄膜材料の望ま
しい特徴は、以下の通りである： ・高いDC電圧破壊（Vbd）値、例えば、Vbd＞6MV/cm ・低いDC漏れ電流 ・磁気ヘッドの高周波数応答を可能にするための低いAC
導電率 ・ピンホールのない連続フィルム ・高いステップカバレージ、例えば、＞80-85% ・検出電流によって発生した熱を散逸するための良好な
熱伝導率 ・低い表面粗さRa、例えば、Ra＜1nm ・磁気ヘッドプロセッシング中の良好な耐蝕性 ・低い膜厚の変動、例えば、20nmの膜厚に対して＜2% ・良好なフィルムの密着性 ・制御可能な残留応力 ・磨耗に対する良好な機械的強度 ・ヘッドギャップフィル材料及び磁気ヘッド材料の間の
良好な適合性、例えば、スピンバルブスタック（spin v
alve stack）中の金属。
しい特徴は、以下の通りである： ・高いDC電圧破壊（Vbd）値、例えば、Vbd＞6MV/cm ・低いDC漏れ電流 ・磁気ヘッドの高周波数応答を可能にするための低いAC
導電率 ・ピンホールのない連続フィルム ・高いステップカバレージ、例えば、＞80-85% ・検出電流によって発生した熱を散逸するための良好な
熱伝導率 ・低い表面粗さRa、例えば、Ra＜1nm ・磁気ヘッドプロセッシング中の良好な耐蝕性 ・低い膜厚の変動、例えば、20nmの膜厚に対して＜2% ・良好なフィルムの密着性 ・制御可能な残留応力 ・磨耗に対する良好な機械的強度 ・ヘッドギャップフィル材料及び磁気ヘッド材料の間の
良好な適合性、例えば、スピンバルブスタック（spin v
alve stack）中の金属。
【０００６】巨大磁気抵抗（GMR）読取りセンサー中の
例示的材料及び例示的厚さは、タンタル（Ta、典型的な
層厚3nm）、ニッケル−鉄（NiFe、パーマロイとしても
知られている、4-6nm）、銅（Cu、2-3nm）コバルト（C
o、0.5nm）、コバルト−白金−クロム（CoPtCr）及び鉄
−マンガン（FeMn）を含む。磁気シールドは、NiFeベー
スの材料からなることもできる。NiFeは、“ソフトな”
磁気挙動を有し、検出層としての機能を果たす強磁性層
である。Coは高いスピン依存性電子散乱を有し、それは
読取りセンサーの磁気抵抗率を上昇させる。Cuは、強磁
性層のスピンアップチャネルを有する伝導帯の良好にマ
ッチする非磁性スペーサー層である。他の可能性のある
非磁性スペーサー材料は、銀（Ag）及び金（Au）であ
る。FeMnは、“ハードな”（即ち、新しい方向を与える
ために非常に高い磁場が必要な）強磁性層のCoPtCrを固
定する反強磁性層である。他の可能性のある反強磁性材
料は、テルビウム−コバルト（TbCo、実際は、補償形フ
ェリ磁性体である）、及びNiO、NiCoO及び多層NiO/CoO
のような特定の金属酸化物である。Taは、GMRスタック
の底にシード層として（例えば、シリコン表面上に）、
及びFeMn層の上部にカバー層として使用される。他の可
能性のあるシード層材料の例としては、ニオブ（Nb）、
チタン（Ti）及びジルコニウム（Zr）が挙げられる。ス
ピンバルブ中の薄膜層の厚さは、およそ伝導電子の平均
自由行程ぐらいか又はそれよりも小さい。
例示的材料及び例示的厚さは、タンタル（Ta、典型的な
層厚3nm）、ニッケル−鉄（NiFe、パーマロイとしても
知られている、4-6nm）、銅（Cu、2-3nm）コバルト（C
o、0.5nm）、コバルト−白金−クロム（CoPtCr）及び鉄
−マンガン（FeMn）を含む。磁気シールドは、NiFeベー
スの材料からなることもできる。NiFeは、“ソフトな”
磁気挙動を有し、検出層としての機能を果たす強磁性層
である。Coは高いスピン依存性電子散乱を有し、それは
読取りセンサーの磁気抵抗率を上昇させる。Cuは、強磁
性層のスピンアップチャネルを有する伝導帯の良好にマ
ッチする非磁性スペーサー層である。他の可能性のある
非磁性スペーサー材料は、銀（Ag）及び金（Au）であ
る。FeMnは、“ハードな”（即ち、新しい方向を与える
ために非常に高い磁場が必要な）強磁性層のCoPtCrを固
定する反強磁性層である。他の可能性のある反強磁性材
料は、テルビウム−コバルト（TbCo、実際は、補償形フ
ェリ磁性体である）、及びNiO、NiCoO及び多層NiO/CoO
のような特定の金属酸化物である。Taは、GMRスタック
の底にシード層として（例えば、シリコン表面上に）、
及びFeMn層の上部にカバー層として使用される。他の可
能性のあるシード層材料の例としては、ニオブ（Nb）、
チタン（Ti）及びジルコニウム（Zr）が挙げられる。ス
ピンバルブ中の薄膜層の厚さは、およそ伝導電子の平均
自由行程ぐらいか又はそれよりも小さい。
【０００７】検出層が低い保磁力を有するので、磁気媒
体（例えば、ハードディスク）上のビットの磁化は、読
取りヘッド中の検出層の帯磁方向に影響を及ぼす。低い
保磁力とは、例えば、磁気媒体上の磁気ビットによって
起こった小さな外部磁場で、フィルムの帯磁方向が容易
に方向転換されうることを意味する。読取りヘッドの固
定された層は高い保磁力を有し、磁気媒体上の磁気ビッ
トによって起こった磁場の帯磁方向を維持する。電流は
多層フィルムのスタックに押し込められる。検出層の帯
磁方向次第で、読取りヘッドは様々な抵抗を有する。検
出層の帯磁方向及び固定された層が平行である場合、読
取りセンサー中の電子散乱は小さく、読取りヘッドは低
い抵抗を有する。検出層の帯磁方向及び固定された層が
逆平行である場合、電子は読取りセンサー中で多く散乱
し、読取りヘッドは高い抵抗を有する。抵抗の変化は電
圧の変化に転換される。強磁性検出層及び固定された層
の帯磁方向が平行又は逆平行の位置にされる場合、読取
りヘッドの検出容量は最大である。2つの磁性層の間に
は弱い結合を許容する薄い銅のスペーサーがある。読取
りヘッドは、一般に空気保有表面を含む。
体（例えば、ハードディスク）上のビットの磁化は、読
取りヘッド中の検出層の帯磁方向に影響を及ぼす。低い
保磁力とは、例えば、磁気媒体上の磁気ビットによって
起こった小さな外部磁場で、フィルムの帯磁方向が容易
に方向転換されうることを意味する。読取りヘッドの固
定された層は高い保磁力を有し、磁気媒体上の磁気ビッ
トによって起こった磁場の帯磁方向を維持する。電流は
多層フィルムのスタックに押し込められる。検出層の帯
磁方向次第で、読取りヘッドは様々な抵抗を有する。検
出層の帯磁方向及び固定された層が平行である場合、読
取りセンサー中の電子散乱は小さく、読取りヘッドは低
い抵抗を有する。検出層の帯磁方向及び固定された層が
逆平行である場合、電子は読取りセンサー中で多く散乱
し、読取りヘッドは高い抵抗を有する。抵抗の変化は電
圧の変化に転換される。強磁性検出層及び固定された層
の帯磁方向が平行又は逆平行の位置にされる場合、読取
りヘッドの検出容量は最大である。2つの磁性層の間に
は弱い結合を許容する薄い銅のスペーサーがある。読取
りヘッドは、一般に空気保有表面を含む。
【０００８】磁気読取りヘッドの他のタイプは、トンネ
ル構造に基く。トンネル磁気抵抗（TMR）読取りヘッド
において、電子のトンネリングを可能にするために、絶
縁フィルム、例えばAl2O3の4分子層によって、2つの磁
性層は分離される。この絶縁層はトンネル層と呼ばれ
る。トンネル電流の大きさは、トンネル層付近のハード
にされたソフトな磁性層の相対的な帯磁方向に基く。磁
性層の帯磁方向が逆平行の場合、電子のスピンはマッチ
せず、トンネル構造が高い抵抗を有する。磁性層の帯磁
方向が平行の場合、電子のスピンがマッチし、トンネル
構造は低い抵抗を有する。
ル構造に基く。トンネル磁気抵抗（TMR）読取りヘッド
において、電子のトンネリングを可能にするために、絶
縁フィルム、例えばAl2O3の4分子層によって、2つの磁
性層は分離される。この絶縁層はトンネル層と呼ばれ
る。トンネル電流の大きさは、トンネル層付近のハード
にされたソフトな磁性層の相対的な帯磁方向に基く。磁
性層の帯磁方向が逆平行の場合、電子のスピンはマッチ
せず、トンネル構造が高い抵抗を有する。磁性層の帯磁
方向が平行の場合、電子のスピンがマッチし、トンネル
構造は低い抵抗を有する。
【０００９】磁気ヘッドの製造は、R.HsiaoによってIBM
Journal of Research & Development, vol.43, No.1/2
−Plasma processing "Fabrication of magnetic recor
dingheads and dry etching of head materials”中に
記載されており、それは本明細書中に参考として援用さ
れる。
Journal of Research & Development, vol.43, No.1/2
−Plasma processing "Fabrication of magnetic recor
dingheads and dry etching of head materials”中に
記載されており、それは本明細書中に参考として援用さ
れる。
【００１０】Kotaro Yamamotoは、優先日が1997年6月30
日で2000年10月3日に発行された米国特許第6,128,160号
において、スピンバルブ読取りヘッドの製造について記
載している。この特許において、薄膜の堆積にスパッタ
リングが使用されている。スパッタされたAl2O3ででき
た2つの絶縁層がある。
日で2000年10月3日に発行された米国特許第6,128,160号
において、スピンバルブ読取りヘッドの製造について記
載している。この特許において、薄膜の堆積にスパッタ
リングが使用されている。スパッタされたAl2O3ででき
た2つの絶縁層がある。
【００１１】K.Yamamotoの方法の不都合な点は、スパッ
タリングがAl2O3フィルム中にピンホールを作る傾向に
あり、絶縁層の破壊電圧を低下させることである。この
方法の他の不都合な点は、起伏のある表面上のスパッタ
されたAl2O3層のステップカバレージが100%よりはるか
に小さいことである。
タリングがAl2O3フィルム中にピンホールを作る傾向に
あり、絶縁層の破壊電圧を低下させることである。この
方法の他の不都合な点は、起伏のある表面上のスパッタ
されたAl2O3層のステップカバレージが100%よりはるか
に小さいことである。
【００１２】Masamichi Saitoらは、優先日が1997年9月
7日で2000年11月28日に発行された米国特許第6,153,062
号（“'062特許”）で、磁気抵抗センサー及びヘッドに
ついて記載している。DCマグネトロンスパッタリング及
びRFスパッタリングは薄膜の堆積に使用された。'062特
許の図1は、デュアルセンサー構造を示す。シリコン基
板2がある。高い透磁率を有する第一のシールド層4、例
えばNiFeアロイは、基板上に堆積される。約30nmのAl2O
3からなる第一のギャップ絶縁層6は、NiFe表面に堆積さ
れている。シード層8（3nmのTa）はAl2O3上に堆積され
る。スピンバルブはシード層8の上に形成され、フリー
磁性層10（4nmのNiFe）、非磁性伝導性層12（2.5nmのC
u）、固定された層14（4nmのNiFe）、反強磁性層16（20
nmのPtMnアロイ）、他の固定された層18（4nmのNiF
e）、他の非磁性伝導性層20（2.5nmのCu）及び他のフリ
ー磁性層22（4nmのNiFe）を含む。最後に、上層24（3nm
のTa）が堆積される。該構造はマスクされ、パターン化
され、エッチングされる。次に、堆積はハードなバイア
ス層26（30nmのCoPtアロイ）及び電気的に伝導性の層28
（W又はCu）で続けられる。ハードなバイアス層の役割
は、検出層中に複数の磁気ドメインの形成を防ぐことで
ある。第二のギャップ絶縁層30（30nmのAl2O3）は、Ta
及びW又はCu表面からなる表面に堆積される。第二のシ
ールド層32（例えば、NiFeアロイ）は、第二のヘッドギ
ャップ層30の上に堆積される。磁気ギャップ長さは、第
一及び第二のシールド層間の距離によって決定される。
第一及び第二のヘッドギャップ絶縁層6及び30がより薄
く作られ得るなら、磁気ギャップ長さは減少され得る。
7日で2000年11月28日に発行された米国特許第6,153,062
号（“'062特許”）で、磁気抵抗センサー及びヘッドに
ついて記載している。DCマグネトロンスパッタリング及
びRFスパッタリングは薄膜の堆積に使用された。'062特
許の図1は、デュアルセンサー構造を示す。シリコン基
板2がある。高い透磁率を有する第一のシールド層4、例
えばNiFeアロイは、基板上に堆積される。約30nmのAl2O
3からなる第一のギャップ絶縁層6は、NiFe表面に堆積さ
れている。シード層8（3nmのTa）はAl2O3上に堆積され
る。スピンバルブはシード層8の上に形成され、フリー
磁性層10（4nmのNiFe）、非磁性伝導性層12（2.5nmのC
u）、固定された層14（4nmのNiFe）、反強磁性層16（20
nmのPtMnアロイ）、他の固定された層18（4nmのNiF
e）、他の非磁性伝導性層20（2.5nmのCu）及び他のフリ
ー磁性層22（4nmのNiFe）を含む。最後に、上層24（3nm
のTa）が堆積される。該構造はマスクされ、パターン化
され、エッチングされる。次に、堆積はハードなバイア
ス層26（30nmのCoPtアロイ）及び電気的に伝導性の層28
（W又はCu）で続けられる。ハードなバイアス層の役割
は、検出層中に複数の磁気ドメインの形成を防ぐことで
ある。第二のギャップ絶縁層30（30nmのAl2O3）は、Ta
及びW又はCu表面からなる表面に堆積される。第二のシ
ールド層32（例えば、NiFeアロイ）は、第二のヘッドギ
ャップ層30の上に堆積される。磁気ギャップ長さは、第
一及び第二のシールド層間の距離によって決定される。
第一及び第二のヘッドギャップ絶縁層6及び30がより薄
く作られ得るなら、磁気ギャップ長さは減少され得る。
【００１３】米国特許第6,153,062号の方法は、絶縁体
の破壊電圧を低下するAl2O3膜にピンホールを生じ、起
伏のある表面上におけるAl2O3の低いステップカバレー
ジを生じる不利益がある。
の破壊電圧を低下するAl2O3膜にピンホールを生じ、起
伏のある表面上におけるAl2O3の低いステップカバレー
ジを生じる不利益がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】発明の要旨
原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して磁気読取りヘッドギャ
ップのためのフィルレイヤーを形成することを含む、磁
気読取りヘッドを製造する方法及び構造が、開示され
る。フィルレイヤーは、絶縁体、好ましくは酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、その混合物およびその層状
化構造を含む。ＡＬＤ−形成されたヘッドギャップフィ
ルレイヤーの厚みは、好ましくは約５ｎｍ〜１００ｎ
ｍ、より好ましくは約１０ｎｍ〜４０ｎｍである。
ップのためのフィルレイヤーを形成することを含む、磁
気読取りヘッドを製造する方法及び構造が、開示され
る。フィルレイヤーは、絶縁体、好ましくは酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、その混合物およびその層状
化構造を含む。ＡＬＤ−形成されたヘッドギャップフィ
ルレイヤーの厚みは、好ましくは約５ｎｍ〜１００ｎ
ｍ、より好ましくは約１０ｎｍ〜４０ｎｍである。
【００１５】あるいは、ギャップフィル材料は、酸化ア
ルミニウムおよび高い熱伝導率を有する化合物（例え
ば、酸化ベリリウムまたは窒化ホウ素）のＡＬＤ−形成
された層状化構造を含む。
ルミニウムおよび高い熱伝導率を有する化合物（例え
ば、酸化ベリリウムまたは窒化ホウ素）のＡＬＤ−形成
された層状化構造を含む。
【００１６】磁気読取りヘッドは、ＧＭＲ（巨大磁気抵
抗）、ＣＭＲ（超巨大磁気抵抗）およびＴＭＲ（トンネ
ル磁気抵抗）センサーのような磁気検出素子を含む。
抗）、ＣＭＲ（超巨大磁気抵抗）およびＴＭＲ（トンネ
ル磁気抵抗）センサーのような磁気検出素子を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】好ましい実施形態の詳細な説明
図１における実施形態は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果
に基づく磁気読取りセンサーについて例示されるが、こ
こでの教示は、超巨大磁気抵抗効果（ＣＭＲ）またはト
ンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）に基づく磁気読取りセン
サーにも等しくよく適用され得る。
に基づく磁気読取りセンサーについて例示されるが、こ
こでの教示は、超巨大磁気抵抗効果（ＣＭＲ）またはト
ンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）に基づく磁気読取りセン
サーにも等しくよく適用され得る。
【００１８】本発明の好ましい実施形態に従って構築さ
れた図１は、米国特許第6,153,062号のものと類似のデ
ュアル読取りセンサー構造を例示し、この開示は、全般
的デバイス構造およびコンポーネント機能ならびに特定
の層のための代替の材料をさらに説明するために、本明
細書において参考として援用される。該構造は、支持体
２（例えば、シリコンまたはＡｌＴｉＣ）、高透磁性第
１シールド層４（例えば、１〜４μｍのＮｉＦｅ）およ
び第１ギャップ絶縁層６（例えば、３０ｎｍのＡｌ
2Ｏ3）を備える。バリア／シード層８（例えば、３ｎｍ
Ｔａ）が、第１ギャップ層６上に堆積されており、順
にフリー磁性層１０（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、非
磁性電気伝導層１２（例えば、２．５ｎｍ Ｃｕ）、固
定（pinned）層１４（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、反
強磁性層１６（例えば、２０ｎｍ ＰｔＭｎ合金）、第
２固定層１８（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、第２非磁
性電気伝導層２０（例えば、２．５ｎｍ Ｃｕ）、第２
フリー磁性層２２（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）および
バリア層２４（例えば、３ｎｍ Ｔａ）の堆積が続く。
ハードバイアス層２６（例えば、ＣｏＰｔ）および電気
伝導電極層２８（例えば、ＷまたはＣｕ）が該構造を囲
む。第２ギャップ絶縁層３０（例えば、３０ｎｍＡｌ2
Ｏ3）が次いで堆積され、第２高透磁性シールド層３２
（例えば、１〜４μｍのＮｉＦｅ）の形成が続く。
れた図１は、米国特許第6,153,062号のものと類似のデ
ュアル読取りセンサー構造を例示し、この開示は、全般
的デバイス構造およびコンポーネント機能ならびに特定
の層のための代替の材料をさらに説明するために、本明
細書において参考として援用される。該構造は、支持体
２（例えば、シリコンまたはＡｌＴｉＣ）、高透磁性第
１シールド層４（例えば、１〜４μｍのＮｉＦｅ）およ
び第１ギャップ絶縁層６（例えば、３０ｎｍのＡｌ
2Ｏ3）を備える。バリア／シード層８（例えば、３ｎｍ
Ｔａ）が、第１ギャップ層６上に堆積されており、順
にフリー磁性層１０（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、非
磁性電気伝導層１２（例えば、２．５ｎｍ Ｃｕ）、固
定（pinned）層１４（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、反
強磁性層１６（例えば、２０ｎｍ ＰｔＭｎ合金）、第
２固定層１８（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）、第２非磁
性電気伝導層２０（例えば、２．５ｎｍ Ｃｕ）、第２
フリー磁性層２２（例えば、４ｎｍ ＮｉＦｅ）および
バリア層２４（例えば、３ｎｍ Ｔａ）の堆積が続く。
ハードバイアス層２６（例えば、ＣｏＰｔ）および電気
伝導電極層２８（例えば、ＷまたはＣｕ）が該構造を囲
む。第２ギャップ絶縁層３０（例えば、３０ｎｍＡｌ2
Ｏ3）が次いで堆積され、第２高透磁性シールド層３２
（例えば、１〜４μｍのＮｉＦｅ）の形成が続く。
【００１９】例示的なギャップ層６、３０の厚みは、３
０ｎｍとして与えられる。好ましくは、ギャップ層は、
５ｎｍ〜１００ｎｍの厚み、より好ましくは１０ｎｍ〜
４０ｎｍの厚みである。
０ｎｍとして与えられる。好ましくは、ギャップ層は、
５ｎｍ〜１００ｎｍの厚み、より好ましくは１０ｎｍ〜
４０ｎｍの厚みである。
【００２０】ギャップフィルレイヤーのためのＡＬＤ−
形成された酸化アルミニウム（Ａｌ 2Ｏ3）は、既存の堆
積技術に対していくつかの利点を有する。ＡＬＤ−形成
されたＡｌ2Ｏ3膜は、狭いＤＣ破壊電圧分布（breakdow
n voltage distributions）、高いＤＣ破壊電圧、平滑
な薄膜表面、優れたステップカバレッジ（step coverag
e）、正確に制御された薄膜厚み、および支持体上にわ
たる均一な薄膜厚みを示す。ＡＬＤ法は、プラズマ無し
で２００℃の堆積温度で磁気ヘッドギャップフィルのた
めの高品質Ａｌ2Ｏ3薄膜を作製する。ＡＬＤプロセスは
不浸透性（impervious）フィルムで迅速に全表面をコー
トするので、感受性支持体材料は、薄膜堆積の間に損傷
を受けない。
形成された酸化アルミニウム（Ａｌ 2Ｏ3）は、既存の堆
積技術に対していくつかの利点を有する。ＡＬＤ−形成
されたＡｌ2Ｏ3膜は、狭いＤＣ破壊電圧分布（breakdow
n voltage distributions）、高いＤＣ破壊電圧、平滑
な薄膜表面、優れたステップカバレッジ（step coverag
e）、正確に制御された薄膜厚み、および支持体上にわ
たる均一な薄膜厚みを示す。ＡＬＤ法は、プラズマ無し
で２００℃の堆積温度で磁気ヘッドギャップフィルのた
めの高品質Ａｌ2Ｏ3薄膜を作製する。ＡＬＤプロセスは
不浸透性（impervious）フィルムで迅速に全表面をコー
トするので、感受性支持体材料は、薄膜堆積の間に損傷
を受けない。
【００２１】あるいは、ヘッドギャップフィルレイヤー
は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミ
ニウム／窒化アルミニウムナノラミネートまたはサンド
イッチおよびその混合物を含み得る。
は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミ
ニウム／窒化アルミニウムナノラミネートまたはサンド
イッチおよびその混合物を含み得る。
【００２２】ＡＬＤプロセッシングの周到な説明は、
“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ”，Ｐａ
ｒｔ Ｂ：Ｇｒｏｗｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎ
ｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ １４，ｐｐ．
６０１−６６３，Ｄ．Ｔ．Ｊ．Ｈｕｒｌｅ編，Ｅｌｓｅ
ｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂ．Ｖ．，１９９４におい
て見られ得、この開示は、本明細書中で参考として援用
される。
“Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ”，Ｐａ
ｒｔ Ｂ：Ｇｒｏｗｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎ
ｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ １４，ｐｐ．
６０１−６６３，Ｄ．Ｔ．Ｊ．Ｈｕｒｌｅ編，Ｅｌｓｅ
ｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂ．Ｖ．，１９９４におい
て見られ得、この開示は、本明細書中で参考として援用
される。
【００２３】アルミニウム酸化物および／または窒化物
形成プロセス 一つの好ましい実施形態によれば、アルミニウムソース
化学物質および酸素ソース化学物質の気相パルスが、交
互に、制御された圧力および温度を有する反応チャンバ
へ供給される。アルミニウム酸化物および／または窒化
物薄膜が、自己飽和表面反応（self-saturating surfac
e reaction）を介して、反応チャンバにおける加熱され
た支持体表面上に形成する。薄膜堆積の間、反応チャン
バの圧力は、通常、大気圧、好ましくは約０．１〜５０
ｍｂａｒ、より好ましくは１〜２０ｍｂａｒである。ソ
ース化学物質パルスは、好ましくは、流動不活性ガス
（例えば、不活性または希ガス）を用いて互いに分離さ
れ、その結果、ガス相反応が回避され、そして自己飽和
表面反応のみが可能となる。支持体は、望ましくは、ソ
ース化学物質の凝縮温度より高くかつ熱分解温度より低
く維持される。
形成プロセス 一つの好ましい実施形態によれば、アルミニウムソース
化学物質および酸素ソース化学物質の気相パルスが、交
互に、制御された圧力および温度を有する反応チャンバ
へ供給される。アルミニウム酸化物および／または窒化
物薄膜が、自己飽和表面反応（self-saturating surfac
e reaction）を介して、反応チャンバにおける加熱され
た支持体表面上に形成する。薄膜堆積の間、反応チャン
バの圧力は、通常、大気圧、好ましくは約０．１〜５０
ｍｂａｒ、より好ましくは１〜２０ｍｂａｒである。ソ
ース化学物質パルスは、好ましくは、流動不活性ガス
（例えば、不活性または希ガス）を用いて互いに分離さ
れ、その結果、ガス相反応が回避され、そして自己飽和
表面反応のみが可能となる。支持体は、望ましくは、ソ
ース化学物質の凝縮温度より高くかつ熱分解温度より低
く維持される。
【００２４】ソース材料 １． アルミニウムソース材料
アルミニウムソース化学物質は、ソース温度で揮発性で
ありそして支持体温度で熱的に安定であるアルミニウム
化合物の群から選択される。
ありそして支持体温度で熱的に安定であるアルミニウム
化合物の群から選択される。
【００２５】１．１ アルキルアルミニウム化合物
アルキルアルミニウム化合物は、少なくとも１つのアル
ミニウム−炭素結合を有する。ソース化合物の例は、ト
リメチルアルミニウム （ＣＨ3）3Ａｌ、トリエチルア
ルミニウム （ＣＨ3ＣＨ2）3Ａｌ、トリ−ｎ−ブチル
アルミニウム（ｎ−Ｃ4Ｈ9）3Ａｌ、ジイソブチルアル
ミニウムヒドリド （ｉ−Ｃ4Ｈ9）2ＡｌＨ、ジエチル
アルミニウムエトキシド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＯＣ2Ｈ5、
エチルアルミニウムジクロリド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣ
ｌ2、エチルアルミニウムセスキクロリド （Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌ2Ｃｌ3、ジイソブチルアルミニウムクロリド （ｉ
−Ｃ4Ｈ9）2ＡｌＣｌおよびジエチルアルミニウムヨー
ジド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩである。これらの化合物は、
例えば、Ａｌｂｅｍａｒｌｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ，Ｂａｔｏｎ Ｒｏｕｇｅ，ＬＡ，ＵＳＡから市販さ
れている。
ミニウム−炭素結合を有する。ソース化合物の例は、ト
リメチルアルミニウム （ＣＨ3）3Ａｌ、トリエチルア
ルミニウム （ＣＨ3ＣＨ2）3Ａｌ、トリ−ｎ−ブチル
アルミニウム（ｎ−Ｃ4Ｈ9）3Ａｌ、ジイソブチルアル
ミニウムヒドリド （ｉ−Ｃ4Ｈ9）2ＡｌＨ、ジエチル
アルミニウムエトキシド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＯＣ2Ｈ5、
エチルアルミニウムジクロリド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＣ
ｌ2、エチルアルミニウムセスキクロリド （Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌ2Ｃｌ3、ジイソブチルアルミニウムクロリド （ｉ
−Ｃ4Ｈ9）2ＡｌＣｌおよびジエチルアルミニウムヨー
ジド （Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＩである。これらの化合物は、
例えば、Ａｌｂｅｍａｒｌｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ，Ｂａｔｏｎ Ｒｏｕｇｅ，ＬＡ，ＵＳＡから市販さ
れている。
【００２６】１．２ アルミニウムアルコキシド（Ａｌ
−Ｏ−Ｃ結合） アルミニウムアルコキシドは、アルミニウム−酸素−炭
素（Ａｌ−Ｏ−Ｃ）結合を含む。揮発性ソース化合物の
例は、アルミニウムエトキシド Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3、
アルミニウムイソプロポキシド Ａｌ［ＯＣＨ（Ｃ
Ｈ3）2］3およびアルミニウムｓ−ブトキシド Ａｌ
（ＯＣ4Ｈ9）3である。これらの化合物は、例えば、Ｓ
ｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｂｕ
ｒｙｐｏｒｔ，ＭＡ，ＵＳＡから市販されている。
−Ｏ−Ｃ結合） アルミニウムアルコキシドは、アルミニウム−酸素−炭
素（Ａｌ−Ｏ−Ｃ）結合を含む。揮発性ソース化合物の
例は、アルミニウムエトキシド Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3、
アルミニウムイソプロポキシド Ａｌ［ＯＣＨ（Ｃ
Ｈ3）2］3およびアルミニウムｓ−ブトキシド Ａｌ
（ＯＣ4Ｈ9）3である。これらの化合物は、例えば、Ｓ
ｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｂｕ
ｒｙｐｏｒｔ，ＭＡ，ＵＳＡから市販されている。
【００２７】１．３ アルミニウムベータ−ジケトナー
ト アルミニウムベータ−ジケトナートは、酸素原子を介し
てアルミニウムへ配位された有機リガンドを有する。ソ
ース化合物の例は、しばしばＡｌ（ａｃａｃ） 3と短縮
される、アルミニウムアセチルアセトナート Ａｌ（Ｃ
Ｈ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）3、およびしばしばＡｌ（ｔｈ
ｄ）3、Ａｌ（ＴＭＨＤ）3またはＡｌ（ＤＰＭ）3と短
縮される、トリス−（２，２，６，６−テトラメチル−
３，５−ヘプタンジオナート）アルミニウムである。揮
発性ハロゲン化アルミニウムベータ−ジケトナート、例
えば、しばしばＡｌ（ｈｆａｃ）3と短縮される、アル
ミニウムヘキサフルオロアセチルアセトナート Ａｌ
（ＣＦ3ＣＯＣＨＣＯＣＦ3）3がまた市販されている。
これらの化合物は、例えばＳｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｂｕｒｙｐｏｒｔ，ＭＡ，ＵＳ
Ａから市販されている。
ト アルミニウムベータ−ジケトナートは、酸素原子を介し
てアルミニウムへ配位された有機リガンドを有する。ソ
ース化合物の例は、しばしばＡｌ（ａｃａｃ） 3と短縮
される、アルミニウムアセチルアセトナート Ａｌ（Ｃ
Ｈ3ＣＯＣＨＣＯＣＨ3）3、およびしばしばＡｌ（ｔｈ
ｄ）3、Ａｌ（ＴＭＨＤ）3またはＡｌ（ＤＰＭ）3と短
縮される、トリス−（２，２，６，６−テトラメチル−
３，５−ヘプタンジオナート）アルミニウムである。揮
発性ハロゲン化アルミニウムベータ−ジケトナート、例
えば、しばしばＡｌ（ｈｆａｃ）3と短縮される、アル
ミニウムヘキサフルオロアセチルアセトナート Ａｌ
（ＣＦ3ＣＯＣＨＣＯＣＦ3）3がまた市販されている。
これらの化合物は、例えばＳｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｂｕｒｙｐｏｒｔ，ＭＡ，ＵＳ
Ａから市販されている。
【００２８】１．４ ハロゲン化アルミニウム
無機ハロゲン化アルミニウム（例えば、塩化アルミニウ
ム ＡｌＣｌ3またはＡｌ2Ｃｌ6、臭化アルミニウム
ＡｌＢｒ3、およびヨウ化アルミニウム ＡｌＩ3）は、
好適なソース温度で十分な蒸気圧を有し、そしてそれら
は前駆体として使用され得る。
ム ＡｌＣｌ3またはＡｌ2Ｃｌ6、臭化アルミニウム
ＡｌＢｒ3、およびヨウ化アルミニウム ＡｌＩ3）は、
好適なソース温度で十分な蒸気圧を有し、そしてそれら
は前駆体として使用され得る。
【００２９】１．５ 無水硝酸アルミニウム
通常市販されている硝酸アルミニウムは、結晶水を含
む。その種の硝酸アルミニウムは、全く揮発性でない。
ＡＬＤプロセスに使用される硝酸アルミニウムは、望ま
しくは無水である。無水Ａｌ（ＮＯ3）3の合成は、Ｇ．
Ｎ．Ｓｈｉｒｏｋｏｖａ，Ｓ．Ｙａ．Ｚｈｕｋおよび
Ｖ．Ｙａ．ＲｏｓｏｌｏｖｓｋｉｉによってＲｕｓｓｉ
ａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．２１，１９７６，ｐｐ．７
９９−８０２に記載されており、この開示は、本明細書
中で参考として援用される。支持体表面上の硝酸アルミ
ニウム分子は、それらが有機化合物（例えば、エーテ
ル）と接触すると、酸化アルミニウムへ分解する。
む。その種の硝酸アルミニウムは、全く揮発性でない。
ＡＬＤプロセスに使用される硝酸アルミニウムは、望ま
しくは無水である。無水Ａｌ（ＮＯ3）3の合成は、Ｇ．
Ｎ．Ｓｈｉｒｏｋｏｖａ，Ｓ．Ｙａ．Ｚｈｕｋおよび
Ｖ．Ｙａ．ＲｏｓｏｌｏｖｓｋｉｉによってＲｕｓｓｉ
ａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．２１，１９７６，ｐｐ．７
９９−８０２に記載されており、この開示は、本明細書
中で参考として援用される。支持体表面上の硝酸アルミ
ニウム分子は、それらが有機化合物（例えば、エーテ
ル）と接触すると、酸化アルミニウムへ分解する。
【００３０】１．６ アルミニウムのトリアルキルシリ
ルアミド化合物 例として、アルミニウムへ結合されたビス（トリメチル
シリル）アミド ［（ＣＨ3）3Ｓｉ］2Ｎリガンドは、
該アルミニウム化合物を揮発性にする。
ルアミド化合物 例として、アルミニウムへ結合されたビス（トリメチル
シリル）アミド ［（ＣＨ3）3Ｓｉ］2Ｎリガンドは、
該アルミニウム化合物を揮発性にする。
【００３１】２．酸素ソース材料
酸素ソース材料は、酸素を含み、そして支持体表面上に
おける選択されたアルミニウムソース化合物の吸着され
た部分と堆積条件で反応して、支持体表面上に酸化アル
ミニウム薄膜の堆積を生じさせ得る、揮発性またはガス
状化合物の群から選択される。
おける選択されたアルミニウムソース化合物の吸着され
た部分と堆積条件で反応して、支持体表面上に酸化アル
ミニウム薄膜の堆積を生じさせ得る、揮発性またはガス
状化合物の群から選択される。
【００３２】磁気ヘッドギャップフィルのための酸化ア
ルミニウム薄膜の堆積のために、酸素ソースは、好まし
くは以下の材料から選択される： − 水 Ｈ2Ｏ； − 過酸化水素 Ｈ2Ｏ2； − 第一級アルコール、例えばメタノール ＣＨ3ＯＨ
およびエタノールＣ2Ｈ 5ＯＨ； − 第二級アルコール、例えばイソプロパノール ＣＨ
3ＣＨＯＨＣＨ3； − 第三級アルコール、例えばｔｅｒｔ−ブタノール
（ＣＨ3）3ＣＯＨ； − 酸素 Ｏ2； − オゾン Ｏ3；ならびに − 不対電子を有する酸素。
ルミニウム薄膜の堆積のために、酸素ソースは、好まし
くは以下の材料から選択される： − 水 Ｈ2Ｏ； − 過酸化水素 Ｈ2Ｏ2； − 第一級アルコール、例えばメタノール ＣＨ3ＯＨ
およびエタノールＣ2Ｈ 5ＯＨ； − 第二級アルコール、例えばイソプロパノール ＣＨ
3ＣＨＯＨＣＨ3； − 第三級アルコール、例えばｔｅｒｔ−ブタノール
（ＣＨ3）3ＣＯＨ； − 酸素 Ｏ2； − オゾン Ｏ3；ならびに − 不対電子を有する酸素。
【００３３】トリメチルアルミニウム（ＣＨ3）3Ａｌが
アルミニウムソース化学物質として選択される場合、水
が、好ましくは、ＡＬＤプロセスにおける酸素ソース化
学物質として使用され、Ａｌ2Ｏ3薄膜の堆積を生じる。
アルミニウムソース化学物質として選択される場合、水
が、好ましくは、ＡＬＤプロセスにおける酸素ソース化
学物質として使用され、Ａｌ2Ｏ3薄膜の堆積を生じる。
【００３４】３．窒素ソース材料
好ましくは、窒素化合物は、以下を含む群から選択され
る： − アンモニア（ＮＨ3）； − アジ化水素（ＨＮ3）およびこの化合物のアルキル
誘導体（例えば、ＣＨ3Ｎ3）； − ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）およびこの化合物のアルキル
誘導体（例えば、ジメチルヒドラジン）； − ヒドロキシルアミン（ＮＨ2ＯＨ）； − アミン、好ましくは第一級、第二級および第三級ア
ミン、例えば、メチルアミン、ジエチルアミンおよびト
リエチルアミン； − 窒素ラジカル、例えばＮＨ2 e、ＮＨeeおよびＮeee
（ここで、eは、結合し得る自由電子を示す）；ならび
に − 窒素の励起状態（Ｎ2 *）。
る： − アンモニア（ＮＨ3）； − アジ化水素（ＨＮ3）およびこの化合物のアルキル
誘導体（例えば、ＣＨ3Ｎ3）； − ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）およびこの化合物のアルキル
誘導体（例えば、ジメチルヒドラジン）； − ヒドロキシルアミン（ＮＨ2ＯＨ）； − アミン、好ましくは第一級、第二級および第三級ア
ミン、例えば、メチルアミン、ジエチルアミンおよびト
リエチルアミン； − 窒素ラジカル、例えばＮＨ2 e、ＮＨeeおよびＮeee
（ここで、eは、結合し得る自由電子を示す）；ならび
に − 窒素の励起状態（Ｎ2 *）。
【００３５】ヒドロキシルアミンがまた、酸化アルミニ
ウムおよび窒化アルミニウムの混合物を形成し得る。絶
縁体堆積が薄い酸化アルミニウム層で開始される場合、
支持体材料は攻撃的窒素ソース化学物質から保護され、
その結果、窒素およびアンモニアラジカルが、Ａｌ2Ｏ3
層の上部における窒化アルミニウム層の堆積のために使
用され得る。
ウムおよび窒化アルミニウムの混合物を形成し得る。絶
縁体堆積が薄い酸化アルミニウム層で開始される場合、
支持体材料は攻撃的窒素ソース化学物質から保護され、
その結果、窒素およびアンモニアラジカルが、Ａｌ2Ｏ3
層の上部における窒化アルミニウム層の堆積のために使
用され得る。
【００３６】ＡＬＤリアクター
ＡＬＤリアクターモジュールは、単一支持体をプロセッ
シングするためのクラスターツールにおいて使用され得
る。支持体は前のクラスターモジュールから到着し、Ａ
ｌ2Ｏ3がＡＬＤによって堆積され、そして次いで支持体
はクラスタープラットフォームにおける次のプロセスモ
ジュールへ移されるかあるいはクラスタープラットフォ
ームからアンロードされる。ヘッドギャップフィル膜が
ＡＬＤによって堆積され、そしてスピンバルブ層が、例
えばスパッタリングまたはパルスレーザー堆積（pulsed
laser deposition）によって形成される。ＡＬＤは均
一なピンホール無し（pinhole-free）絶縁膜で支持体表
面をコートするので、該絶縁層の下の全ての感受性材料
は、周囲のガス雰囲気から保護される。ヘッドギャップ
フィル後、支持体は非不活性雰囲気を介して次のプロセ
ス工程へ移され得る。ヘッドギャップフィルの前、周囲
雰囲気へ曝された感受性材料表面が存在し得、そして支
持体移動は、好ましくは、高真空下または不活性ガス雰
囲気下で行われる。
シングするためのクラスターツールにおいて使用され得
る。支持体は前のクラスターモジュールから到着し、Ａ
ｌ2Ｏ3がＡＬＤによって堆積され、そして次いで支持体
はクラスタープラットフォームにおける次のプロセスモ
ジュールへ移されるかあるいはクラスタープラットフォ
ームからアンロードされる。ヘッドギャップフィル膜が
ＡＬＤによって堆積され、そしてスピンバルブ層が、例
えばスパッタリングまたはパルスレーザー堆積（pulsed
laser deposition）によって形成される。ＡＬＤは均
一なピンホール無し（pinhole-free）絶縁膜で支持体表
面をコートするので、該絶縁層の下の全ての感受性材料
は、周囲のガス雰囲気から保護される。ヘッドギャップ
フィル後、支持体は非不活性雰囲気を介して次のプロセ
ス工程へ移され得る。ヘッドギャップフィルの前、周囲
雰囲気へ曝された感受性材料表面が存在し得、そして支
持体移動は、好ましくは、高真空下または不活性ガス雰
囲気下で行われる。
【００３７】ＡＬＤ法は、バッチリアクターにおけるヘ
ッドギャップフィル膜の堆積のためにも同様に使用され
得る。数十の支持体が、１つの実行（run）で絶縁膜で
コートされ得る。ＡＬＤバッチリアクターへの読取りヘ
ッド支持体のローディングは、支持体上の金属層の酸化
を避けるために、幾分複雑である。好ましくは、周囲不
活性雰囲気が、ローディングの間に使用される。
ッドギャップフィル膜の堆積のためにも同様に使用され
得る。数十の支持体が、１つの実行（run）で絶縁膜で
コートされ得る。ＡＬＤバッチリアクターへの読取りヘ
ッド支持体のローディングは、支持体上の金属層の酸化
を避けるために、幾分複雑である。好ましくは、周囲不
活性雰囲気が、ローディングの間に使用される。
【００３８】化学 酸化アルミニウムのＡＬＤ
支持体表面は、アルミニウムソース化学物質パルスの間
に反応性部位として作用するヒドロキシル（−ＯＨ）基
を含む。アルミニウムソース分子は、気相のアルミニウ
ムソース分子が表面−ＯＨ基と反応する度に、そのリガ
ンドの１つを放出する。各化学吸着されたアルミニウム
化合物分子（例えば、Ａｌ（ＣＨ3）2または＞ＡｌＣＨ
3）は、支持体表面から離れた方向を指す残された１〜
２のリガンドを有する。記号“＞”は、アルミニウムが
不特定の周囲原子と２つの単結合を形成することを示
す。リガンドは、反応部位が飽和された後のさらなる吸
着を防止し、その結果、１パルス当たり１以下の単層が
形成する。
に反応性部位として作用するヒドロキシル（−ＯＨ）基
を含む。アルミニウムソース分子は、気相のアルミニウ
ムソース分子が表面−ＯＨ基と反応する度に、そのリガ
ンドの１つを放出する。各化学吸着されたアルミニウム
化合物分子（例えば、Ａｌ（ＣＨ3）2または＞ＡｌＣＨ
3）は、支持体表面から離れた方向を指す残された１〜
２のリガンドを有する。記号“＞”は、アルミニウムが
不特定の周囲原子と２つの単結合を形成することを示
す。リガンドは、反応部位が飽和された後のさらなる吸
着を防止し、その結果、１パルス当たり１以下の単層が
形成する。
【００３９】アルミニウムソース化学物質の除去後（例
えば、パージングによって）、次の反応物パルスにおい
て、酸素ソース化学分子（例えば、Ｈ2Ｏ）が、表面上
におけるこれらのリガンド（例えば、−ＣＨ3）と反応
し、中性分子（例えば、メタン ＣＨ4）としてリガン
ドを放出し、そして好ましくは、いくらかの−ＯＨ基を
表面上に残す。別の可能性は、表面上のアルミニウム原
子へ結合されたＯＨ−基の代わりに、酸素架橋（＞Ａｌ
−Ｏ−Ａｌ＜）が表面上の２つのアルミニウム原子の間
に形成されることである。アルキルリガンドは水と反応
し、アルカン分子を形成し、アルコキシドリガンドは反
応してアルコール分子を形成するなど。強酸化分子は、
表面上の有機リガンドを燃焼させて水およびＣＯ2分子
を形成し得、これは表面および反応チャンバに残る。
えば、パージングによって）、次の反応物パルスにおい
て、酸素ソース化学分子（例えば、Ｈ2Ｏ）が、表面上
におけるこれらのリガンド（例えば、−ＣＨ3）と反応
し、中性分子（例えば、メタン ＣＨ4）としてリガン
ドを放出し、そして好ましくは、いくらかの−ＯＨ基を
表面上に残す。別の可能性は、表面上のアルミニウム原
子へ結合されたＯＨ−基の代わりに、酸素架橋（＞Ａｌ
−Ｏ−Ａｌ＜）が表面上の２つのアルミニウム原子の間
に形成されることである。アルキルリガンドは水と反応
し、アルカン分子を形成し、アルコキシドリガンドは反
応してアルコール分子を形成するなど。強酸化分子は、
表面上の有機リガンドを燃焼させて水およびＣＯ2分子
を形成し得、これは表面および反応チャンバに残る。
【００４０】アルミニウムソースパルス、第１パージ、
酸素ソースパルスおよび第２パージを含む、各パルシン
グサイクルは、支持体上に酸化アルミニウムの１までの
分子層を残す。表面上に化学吸着されたアルミニウムソ
ース分子のサイズに依存して、Ａｌ2Ｏ3の厚み増加は、
平均で１未満の分子層のＡｌ2Ｏ3／１パルシングサイク
ルであり得る。ソース化学物質としてＴＭＡおよびＨ2
Ｏを使用する場合、Ａｌ2Ｏ3についての典型的堆積速度
は、平均で約１Å／パルシングサイクルである。正味反
応は、以下の通りである：２（ＣＨ3）3Ａｌ（ｇ）＋３
Ｈ2Ｏ（ｇ）----->Ａｌ2Ｏ3（ｓ）＋６ＣＨ4（ｇ）。
酸素ソースパルスおよび第２パージを含む、各パルシン
グサイクルは、支持体上に酸化アルミニウムの１までの
分子層を残す。表面上に化学吸着されたアルミニウムソ
ース分子のサイズに依存して、Ａｌ2Ｏ3の厚み増加は、
平均で１未満の分子層のＡｌ2Ｏ3／１パルシングサイク
ルであり得る。ソース化学物質としてＴＭＡおよびＨ2
Ｏを使用する場合、Ａｌ2Ｏ3についての典型的堆積速度
は、平均で約１Å／パルシングサイクルである。正味反
応は、以下の通りである：２（ＣＨ3）3Ａｌ（ｇ）＋３
Ｈ2Ｏ（ｇ）----->Ａｌ2Ｏ3（ｓ）＋６ＣＨ4（ｇ）。
【００４１】
【実施例】実施例１：ＡＬＤ−形成された酸化アルミニ
ウムを有する磁気ヘッドギャップフィル 上部にシールド層（ＮｉＦｅ合金）を有する支持体を、
ＡＬＤリアクターの反応チャンバにロードした。支持体
の移動を、ＮｉＦｅ表面の過剰な酸化を回避するために
不活性雰囲気中で行った。反応チャンバを、リアクター
の排気ラインへ接続された機械式真空ポンプで排気し
た。ポンピングラインをオープンに維持しそして真空ポ
ンプをオンにする間、反応チャンバの圧力を流動窒素ガ
スで約１０ｍｂａｒに調節した。反応チャンバへの窒素
ガスの流速を、外部コンピュータで管理されたマスフロ
ーコントローラを用いて、３００ｓｔｄ．ｃｍ3／分
（ｓｃｃｍ）へ設定した。次いで、支持体をホールドす
る反応チャンバを、２００℃へ加熱した。より一般的に
は、支持体は、凝縮を回避するに十分に高くかつ反応物
の熱分解を回避するに十分に低い温度で維持される。温
度が安定化した後で、ソース化学物質パルシングを、堆
積プログラムを実行する外部ＰＣコンピュータで開始さ
せた。
ウムを有する磁気ヘッドギャップフィル 上部にシールド層（ＮｉＦｅ合金）を有する支持体を、
ＡＬＤリアクターの反応チャンバにロードした。支持体
の移動を、ＮｉＦｅ表面の過剰な酸化を回避するために
不活性雰囲気中で行った。反応チャンバを、リアクター
の排気ラインへ接続された機械式真空ポンプで排気し
た。ポンピングラインをオープンに維持しそして真空ポ
ンプをオンにする間、反応チャンバの圧力を流動窒素ガ
スで約１０ｍｂａｒに調節した。反応チャンバへの窒素
ガスの流速を、外部コンピュータで管理されたマスフロ
ーコントローラを用いて、３００ｓｔｄ．ｃｍ3／分
（ｓｃｃｍ）へ設定した。次いで、支持体をホールドす
る反応チャンバを、２００℃へ加熱した。より一般的に
は、支持体は、凝縮を回避するに十分に高くかつ反応物
の熱分解を回避するに十分に低い温度で維持される。温
度が安定化した後で、ソース化学物質パルシングを、堆
積プログラムを実行する外部ＰＣコンピュータで開始さ
せた。
【００４２】（ＣＨ3）3Ａｌ（ＴＭＡとしてまた公知）
および水を、室温で維持した外部ソースボトルから蒸発
させた。蒸発させたソース化学物質を、反応チャンバへ
パルス様式で（in a pulsed manner）交互に導入し、そ
こで、それらは支持体表面と接触した。各ソース化学物
質パルス後、余分の反応物および反応副生成物を流動窒
素ガスで反応チャンバから除去し、これを真空ポンプで
排出した。酸化アルミニウム薄膜が、層ごとに、支持体
表面上に成長した。ＴＭＡ分子の嵩高さおよび支持体表
面上の反応部位の数のために、膜の堆積速度は約１Å／
パルシングサイクルであった。これは、１パルシングサ
イクル当たり１未満の単層のＡｌ2Ｏ3を構築する。膜の
堆積は、膜厚が２００パルシングサイクル後に２０ｎｍ
に達するまで、ＡＬＤの原理に従って均一に進行した。
この実験ケースにおいて、反応チャンバを１００℃以下
へ冷却し、その後、反応チャンバから支持体を除去し
た。作製リアクターにおいて、反応チャンバは、支持体
がロードロック（load lock）チャンバへ移されるの
で、典型的に常に一定温度で維持される。
および水を、室温で維持した外部ソースボトルから蒸発
させた。蒸発させたソース化学物質を、反応チャンバへ
パルス様式で（in a pulsed manner）交互に導入し、そ
こで、それらは支持体表面と接触した。各ソース化学物
質パルス後、余分の反応物および反応副生成物を流動窒
素ガスで反応チャンバから除去し、これを真空ポンプで
排出した。酸化アルミニウム薄膜が、層ごとに、支持体
表面上に成長した。ＴＭＡ分子の嵩高さおよび支持体表
面上の反応部位の数のために、膜の堆積速度は約１Å／
パルシングサイクルであった。これは、１パルシングサ
イクル当たり１未満の単層のＡｌ2Ｏ3を構築する。膜の
堆積は、膜厚が２００パルシングサイクル後に２０ｎｍ
に達するまで、ＡＬＤの原理に従って均一に進行した。
この実験ケースにおいて、反応チャンバを１００℃以下
へ冷却し、その後、反応チャンバから支持体を除去し
た。作製リアクターにおいて、反応チャンバは、支持体
がロードロック（load lock）チャンバへ移されるの
で、典型的に常に一定温度で維持される。
【００４３】支持体上のＡｌ2Ｏ3薄膜は非常に良好な均
一性を有した；厚み変動は２％未満であった。アモルフ
ァスＡｌ2Ｏ3は、磁気ヘッド適用のための十分なＤＣ電
圧破壊値および平滑な表面を有した。ＡＬＤ−形成され
たＡｌ2Ｏ3薄膜は、標準の工業的ＣＶＤ（化学蒸着）お
よびＰＶＤ（物理蒸着）プロセスで作製された酸化アル
ミニウムリファレンスサンプルよりも高いＤＣ破壊電圧
を有した。
一性を有した；厚み変動は２％未満であった。アモルフ
ァスＡｌ2Ｏ3は、磁気ヘッド適用のための十分なＤＣ電
圧破壊値および平滑な表面を有した。ＡＬＤ−形成され
たＡｌ2Ｏ3薄膜は、標準の工業的ＣＶＤ（化学蒸着）お
よびＰＶＤ（物理蒸着）プロセスで作製された酸化アル
ミニウムリファレンスサンプルよりも高いＤＣ破壊電圧
を有した。
【００４４】破壊電圧分布（breakdown voltage distri
bution）（特定電圧で破壊したサンプルの数）は、ＡＬ
Ｄ−形成された酸化アルミニウムサンプルにおいて狭
く、恐らくピンホールのない（pinhole-free）膜の均一
性のためである。ＡＬＤ−形成されたサンプルのステッ
プカバレッジは、本質的に約１００％であり、これは現
在の工業的酸化アルミニウム堆積プロセスに対して顕著
な改善点である。ＣＶＤおよびＰＶＤプロセスは、酸化
アルミニウムでのヘッドギャップフィルについて約７０
％〜８０％のステップカバレッジを示した。従って、Ａ
ＬＤ−形成された酸化アルミニウム薄膜は、磁気ヘッド
ギャップフィルの絶縁耐力およびステップカバレッジを
改善した。
bution）（特定電圧で破壊したサンプルの数）は、ＡＬ
Ｄ−形成された酸化アルミニウムサンプルにおいて狭
く、恐らくピンホールのない（pinhole-free）膜の均一
性のためである。ＡＬＤ−形成されたサンプルのステッ
プカバレッジは、本質的に約１００％であり、これは現
在の工業的酸化アルミニウム堆積プロセスに対して顕著
な改善点である。ＣＶＤおよびＰＶＤプロセスは、酸化
アルミニウムでのヘッドギャップフィルについて約７０
％〜８０％のステップカバレッジを示した。従って、Ａ
ＬＤ−形成された酸化アルミニウム薄膜は、磁気ヘッド
ギャップフィルの絶縁耐力およびステップカバレッジを
改善した。
【００４５】酸化アルミニウム膜は、実施例１において
使用したソース化学物質を用いてＡＬＤモードで１５０
〜３５０℃で堆積され得る。読取りヘッド材料の熱感受
性に起因して、支持体温度を２００℃以下に維持した。
プロセス圧力は、実施例１において使用した１０ｍｂａ
ｒ値に制限されない。より低いまたはより高い圧力が、
パージングまたは他の除去技術が反応チャンバの気相に
おけるソース化学物質パルスの重複（overlapping）を
防ぐように注意深く実施される限り、反応チャンバにお
いて使用され得る。
使用したソース化学物質を用いてＡＬＤモードで１５０
〜３５０℃で堆積され得る。読取りヘッド材料の熱感受
性に起因して、支持体温度を２００℃以下に維持した。
プロセス圧力は、実施例１において使用した１０ｍｂａ
ｒ値に制限されない。より低いまたはより高い圧力が、
パージングまたは他の除去技術が反応チャンバの気相に
おけるソース化学物質パルスの重複（overlapping）を
防ぐように注意深く実施される限り、反応チャンバにお
いて使用され得る。
【００４６】実施例２：ＡＬＤ−形成されたＡｌ2Ｏ3を
有する読取りヘッドの製造 好ましい実施形態によれば、ＡＬＤは、スパッタリング
の代わりのＡｌ2Ｏ3層の堆積のために使用される。Ａｌ
ＴｉＣ支持体を、スパッタリングモジュールおよびＡＬ
Ｄモジュールを有するクラスターツール（cluster too
l）におけるスパッタリングチャンバへ供給する。１〜
４μｍのＮｉＦｅからなるシールドが、支持体上にスパ
ッタリングされる。次いで、３０ｎｍのオーダーのＡｌ
2Ｏ3が、ＮｉＦｅ表面上に、ＴＭＡおよびＨ2Ｏの交互
パルスから、２００℃でＡＬＤによって堆積され、第１
ギャップ絶縁体を形成する。約２〜１０ｎｍ ＣｏＦ
ｅ、２〜１０ｎｍのＣｕ、２〜１０ｎｍのＣｏＦｅおよ
び２〜１０ｎｍのＦｅＭｎが、Ａｌ2Ｏ3表面上へスパッ
タリングされ、スピンバルブが形成される。次いで、支
持体を、マスクを堆積しそしてパターニング（patterni
ng）するために、クラスターツールから移す。ＣｏＰｔ
およびＴｉ、Ｃｒ層を、スピンバルブの側面に堆積す
る。マスクをＴｉ、Ｃｒ領域に形成し、これをＴｉでめ
っきしてコンタクトを形成する。次いで、第２のＡｌ2
Ｏ3絶縁体を、Ｔｉ、Ｃｒ、ＦｅＭｎおよびマスク材料
からなる表面上に、ＴＭＡおよびＨ2Ｏの交互パルスか
ら２００℃でＡＬＤによって堆積させる。ＡＬＤは、低
堆積温度で、輪郭をもつ（contoured）表面上にピンホ
ールのない均一な絶縁体膜を提供する。
有する読取りヘッドの製造 好ましい実施形態によれば、ＡＬＤは、スパッタリング
の代わりのＡｌ2Ｏ3層の堆積のために使用される。Ａｌ
ＴｉＣ支持体を、スパッタリングモジュールおよびＡＬ
Ｄモジュールを有するクラスターツール（cluster too
l）におけるスパッタリングチャンバへ供給する。１〜
４μｍのＮｉＦｅからなるシールドが、支持体上にスパ
ッタリングされる。次いで、３０ｎｍのオーダーのＡｌ
2Ｏ3が、ＮｉＦｅ表面上に、ＴＭＡおよびＨ2Ｏの交互
パルスから、２００℃でＡＬＤによって堆積され、第１
ギャップ絶縁体を形成する。約２〜１０ｎｍ ＣｏＦ
ｅ、２〜１０ｎｍのＣｕ、２〜１０ｎｍのＣｏＦｅおよ
び２〜１０ｎｍのＦｅＭｎが、Ａｌ2Ｏ3表面上へスパッ
タリングされ、スピンバルブが形成される。次いで、支
持体を、マスクを堆積しそしてパターニング（patterni
ng）するために、クラスターツールから移す。ＣｏＰｔ
およびＴｉ、Ｃｒ層を、スピンバルブの側面に堆積す
る。マスクをＴｉ、Ｃｒ領域に形成し、これをＴｉでめ
っきしてコンタクトを形成する。次いで、第２のＡｌ2
Ｏ3絶縁体を、Ｔｉ、Ｃｒ、ＦｅＭｎおよびマスク材料
からなる表面上に、ＴＭＡおよびＨ2Ｏの交互パルスか
ら２００℃でＡＬＤによって堆積させる。ＡＬＤは、低
堆積温度で、輪郭をもつ（contoured）表面上にピンホ
ールのない均一な絶縁体膜を提供する。
【００４７】実施例３：ＡＬＤ−形成された窒化アルミ
ニウムを有する磁気ヘッドギャップフィル ＡｌＮ薄膜が、（ＣＨ3）3ＡｌおよびＮＨ3の交互パル
スから形成され得る。ＡｌＮの堆積は、Ｄｉａｎａ Ｒ
ｉｉｈｅｌａらによってＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，２（１９９６），Ｎｏ．６，
ｐｐ．２７７−２８３において記載されており、この開
示は、本明細書中で参考として援用される。アンモニア
を使用する場合、最も低い実際的支持体温度は約３２５
℃であった。
ニウムを有する磁気ヘッドギャップフィル ＡｌＮ薄膜が、（ＣＨ3）3ＡｌおよびＮＨ3の交互パル
スから形成され得る。ＡｌＮの堆積は、Ｄｉａｎａ Ｒ
ｉｉｈｅｌａらによってＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，２（１９９６），Ｎｏ．６，
ｐｐ．２７７−２８３において記載されており、この開
示は、本明細書中で参考として援用される。アンモニア
を使用する場合、最も低い実際的支持体温度は約３２５
℃であった。
【００４８】本発明の１実施形態によれば、ＮＨ3をよ
り反応性の窒素化学種（例えば、ヒドラジンＮ2Ｈ4、ラ
ジカルＮＨ2 e、ＮＨee、Ｎeeeおよび励起状態の窒素
Ｎ2 *）で置換することによって、ヘッドギャップフィル
のためのＡｌＮ堆積温度を低めることが可能となる。ラ
ジカルは、例えばＡｒｔｈｕｒ Ｓｈｅｒｍａｎによっ
て米国特許第5,916,365（１９９６年８月１６日出願そ
して１９９９年６月２９日発行）において開示される方
法に従って、生成される。ＴＭＡにおけるメチル（−Ｃ
Ｈ3）基をメタン（ＣＨ4）分子へ変換させるために、該
窒素化学種は水素が不足しているので、窒素ラジカルま
たは励起状態窒素パルスの間、反応チャンバへ水素ガス
を導入することが有益であり得る。励起状態の窒素Ｎ2 *
を、０．１〜２ＴｏｒｒでＮ2ガスを通して放電させ、
続いて基底状態Ｎ（4Ｓ）原子をＮ 2 *へ再結合する（rec
ombination）ことにより生成する（Ｎ．Ｎ．Ｇｒｅｅｎ
ｗｏｏｄら，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌ
ｅｍｅｎｔｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｌｔ
ｄ．，第１版，１９８４，ｐ．４７４）。高反応性窒素
化学種が窒素ソースとして利用可能である場合、アルミ
ニウムソース化学物質の選択は、アルキルアルミニウム
化合物に限定されない；他の揮発性アルミニウム化合物
が同様に使用され得る。
り反応性の窒素化学種（例えば、ヒドラジンＮ2Ｈ4、ラ
ジカルＮＨ2 e、ＮＨee、Ｎeeeおよび励起状態の窒素
Ｎ2 *）で置換することによって、ヘッドギャップフィル
のためのＡｌＮ堆積温度を低めることが可能となる。ラ
ジカルは、例えばＡｒｔｈｕｒ Ｓｈｅｒｍａｎによっ
て米国特許第5,916,365（１９９６年８月１６日出願そ
して１９９９年６月２９日発行）において開示される方
法に従って、生成される。ＴＭＡにおけるメチル（−Ｃ
Ｈ3）基をメタン（ＣＨ4）分子へ変換させるために、該
窒素化学種は水素が不足しているので、窒素ラジカルま
たは励起状態窒素パルスの間、反応チャンバへ水素ガス
を導入することが有益であり得る。励起状態の窒素Ｎ2 *
を、０．１〜２ＴｏｒｒでＮ2ガスを通して放電させ、
続いて基底状態Ｎ（4Ｓ）原子をＮ 2 *へ再結合する（rec
ombination）ことにより生成する（Ｎ．Ｎ．Ｇｒｅｅｎ
ｗｏｏｄら，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌ
ｅｍｅｎｔｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｌｔ
ｄ．，第１版，１９８４，ｐ．４７４）。高反応性窒素
化学種が窒素ソースとして利用可能である場合、アルミ
ニウムソース化学物質の選択は、アルキルアルミニウム
化合物に限定されない；他の揮発性アルミニウム化合物
が同様に使用され得る。
【００４９】実施例４：ＡＬＤ−形成された多層絶縁体
を有する磁気ヘッドギャップフィル 本発明の別の実施形態によれば、ヘッドギャップフィル
は、２つの異なる材料で行われ、その結果、得られる絶
縁膜は、互いの上部にＡｌ2Ｏ3層およびＡｌＮ層を含
む。膜はＡｌ2Ｏ3の原子層堆積で開始され、ＡｌＮのＡ
ＬＤで継続され、そしてＡｌ2Ｏ3のＡＬＤで終了され
る。これは、ＡｌＮをＡｌ2Ｏ3で包んで高絶縁耐力およ
び高熱伝導率を可能にするサンドイッチ構造である。
を有する磁気ヘッドギャップフィル 本発明の別の実施形態によれば、ヘッドギャップフィル
は、２つの異なる材料で行われ、その結果、得られる絶
縁膜は、互いの上部にＡｌ2Ｏ3層およびＡｌＮ層を含
む。膜はＡｌ2Ｏ3の原子層堆積で開始され、ＡｌＮのＡ
ＬＤで継続され、そしてＡｌ2Ｏ3のＡＬＤで終了され
る。これは、ＡｌＮをＡｌ2Ｏ3で包んで高絶縁耐力およ
び高熱伝導率を可能にするサンドイッチ構造である。
【００５０】本発明のなお別の実施形態によれば、ヘッ
ドギャップフィルは、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮのいくつか
の薄膜層から作製されたナノラミネートからなる。Ａｌ
Ｎは、アモルファスＡｌ2Ｏ3よりもよりクリスタライト
成長する傾向にあり、従って、ＡｌＮクリスタライト成
長をＡｌ2Ｏ3層で妨げることが有利である。
ドギャップフィルは、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮのいくつか
の薄膜層から作製されたナノラミネートからなる。Ａｌ
Ｎは、アモルファスＡｌ2Ｏ3よりもよりクリスタライト
成長する傾向にあり、従って、ＡｌＮクリスタライト成
長をＡｌ2Ｏ3層で妨げることが有利である。
【００５１】Ｄｉａｎａ Ｒｉｉｈｅｌａらは、Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，２
（１９９６），Ｎｏ．６，ｐｐ．２７７−２８３におい
て、窒化アルミニウムの表面は、周囲ガス雰囲気（例え
ば、室内空気）中の湿気のために容易に酸化アルミニウ
ムへ変換されると記している。
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，２
（１９９６），Ｎｏ．６，ｐｐ．２７７−２８３におい
て、窒化アルミニウムの表面は、周囲ガス雰囲気（例え
ば、室内空気）中の湿気のために容易に酸化アルミニウ
ムへ変換されると記している。
【００５２】本発明のなお別の実施形態によれば、Ａｌ
2Ｏ3層は、以下のようにＡｌＮ上において形成される。
酸素ソース化学物質（例えば、Ｈ2Ｏ）を、ＡｌＮ表面
上にパルスする。Ｈ2Ｏ分子は、ＡｌＮ表面をＡｌ2Ｏ3
へ変換させ、そしてＮＨ3反応副生成物分子をパージ
し、一方、表面の直下に、酸素ソース化学物質での表面
処理後にＡｌＮが存在する。反応チャンバを、不活性ガ
スで注意深くパージし、残りの酸素ソース化学物質を除
去し、そして次いで堆積をＡｌＮの原子層堆積で継続す
る。ＡｌＮは、不活性パージングガス（例えば、Ｎ2）
中およびアンモニア中に存在するいずれのＨ2Ｏ不純物
に対してもむしろ感受性である。従って、ＮＨ3は、好
ましくは、少なくとも９９，９９９％（５．０）の純
度、そしてＮ2は、好ましくは、少なくとも９９．９９
９９％（６．０）の純度を有する。
2Ｏ3層は、以下のようにＡｌＮ上において形成される。
酸素ソース化学物質（例えば、Ｈ2Ｏ）を、ＡｌＮ表面
上にパルスする。Ｈ2Ｏ分子は、ＡｌＮ表面をＡｌ2Ｏ3
へ変換させ、そしてＮＨ3反応副生成物分子をパージ
し、一方、表面の直下に、酸素ソース化学物質での表面
処理後にＡｌＮが存在する。反応チャンバを、不活性ガ
スで注意深くパージし、残りの酸素ソース化学物質を除
去し、そして次いで堆積をＡｌＮの原子層堆積で継続す
る。ＡｌＮは、不活性パージングガス（例えば、Ｎ2）
中およびアンモニア中に存在するいずれのＨ2Ｏ不純物
に対してもむしろ感受性である。従って、ＮＨ3は、好
ましくは、少なくとも９９，９９９％（５．０）の純
度、そしてＮ2は、好ましくは、少なくとも９９．９９
９９％（６．０）の純度を有する。
【００５３】ＡｌＮはＡｌＮ層が本発明の１実施形態に
従って非常に薄く作製される場合にいくらかの熱伝導性
を失い得るが、ヘッドギャップフィルはまた、ＡｌxＯy
Ｎz薄膜の原子層堆積を含み得る。この方法において、
酸素ソース化学物質が、窒素ソース化学物質と置換さ
れ、そして酸素ソース化学物質へ戻されることが非常に
しばしば行われるので、得られる薄膜は、均一アモルフ
ァスＡｌxＯyＮzと考えられ得、そして分離した、Ａｌ2
Ｏ3およびＡｌＮ相は検出され得ない。
従って非常に薄く作製される場合にいくらかの熱伝導性
を失い得るが、ヘッドギャップフィルはまた、ＡｌxＯy
Ｎz薄膜の原子層堆積を含み得る。この方法において、
酸素ソース化学物質が、窒素ソース化学物質と置換さ
れ、そして酸素ソース化学物質へ戻されることが非常に
しばしば行われるので、得られる薄膜は、均一アモルフ
ァスＡｌxＯyＮzと考えられ得、そして分離した、Ａｌ2
Ｏ3およびＡｌＮ相は検出され得ない。
【００５４】ＡＬＤ−形成されたＡｌ2Ｏ3は、ヘッドフ
ィル適用のために必要とされるよりもより高い誘電破壊
電圧を有し得るので、ヘッドフィルの特性は、薄膜にお
けるいくらかのＡｌ2Ｏ3を、高熱伝導率であるが限られ
た絶縁耐力を有する化合物（例えば、酸化ベリリウム
ＢｅＯおよび／または窒化ホウ素 ＢＮ）で置換するこ
とによって、最適化され得る。このような置換は、Ａｌ
2Ｏ3およびＡｌＮの交互サイクルに関して上述されたの
と同一の技術によって行われ得、混合相（置換が頻繁に
行われる場合）または別個の層が生じる。
ィル適用のために必要とされるよりもより高い誘電破壊
電圧を有し得るので、ヘッドフィルの特性は、薄膜にお
けるいくらかのＡｌ2Ｏ3を、高熱伝導率であるが限られ
た絶縁耐力を有する化合物（例えば、酸化ベリリウム
ＢｅＯおよび／または窒化ホウ素 ＢＮ）で置換するこ
とによって、最適化され得る。このような置換は、Ａｌ
2Ｏ3およびＡｌＮの交互サイクルに関して上述されたの
と同一の技術によって行われ得、混合相（置換が頻繁に
行われる場合）または別個の層が生じる。
【００５５】従って、本発明の好ましい実施形態の前述
の記載は、本発明の基本的な新規の特徴を示し、説明
し、そして指摘するが、記載される方法および構造の詳
細な形態における種々の省略、置換および変化、ならび
にその使用が、本発明の精神を逸脱することなしに、当
業者によってなされ得ることが理解されるであろう。従
って、本発明の範囲は、前述の議論に限定されるべきで
なく、添付の特許請求の範囲の参照によって定義される
べきである。
の記載は、本発明の基本的な新規の特徴を示し、説明
し、そして指摘するが、記載される方法および構造の詳
細な形態における種々の省略、置換および変化、ならび
にその使用が、本発明の精神を逸脱することなしに、当
業者によってなされ得ることが理解されるであろう。従
って、本発明の範囲は、前述の議論に限定されるべきで
なく、添付の特許請求の範囲の参照によって定義される
べきである。
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構
築された、２つのヘッドギャップフィルレイヤーの間で
サンドイッチされた対称性デュアル読取りセンサー（sy
mmetric dual read sensor）の概略図を示す。
築された、２つのヘッドギャップフィルレイヤーの間で
サンドイッチされた対称性デュアル読取りセンサー（sy
mmetric dual read sensor）の概略図を示す。
Claims (33)
- 【請求項１】 原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して磁気読
取りヘッドギャップのためのフィルレイヤーを形成する
ことを含む、磁気読取りヘッドの製造方法。 - 【請求項２】 前記フィルレイヤーが絶縁体を含む、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記フィルレイヤーが酸化アルミニウム
を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記酸化アルミニウムが約１５０℃〜３
５０℃の温度で堆積される、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記酸化アルミニウムが約２００℃以下
の温度で堆積される、請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記フィルレイヤーが窒化アルミニウム
を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記フィルレイヤーが酸化アルミニウム
／窒化アルミニウムナノラミネートを含む、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項８】 前記フィルレイヤーが酸化アルミニウム
／窒化アルミニウム／酸化アルミニウムのサンドイッチ
構造を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 アルミニウムソース化学物質が、ソース
温度で揮発性でありそして支持体温度で熱的に安定であ
るアルミニウム化合物を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 磁気読取りヘッドギャップのためのフ
ィルレイヤーのＡＬＤ堆積のためのアルミニウムソース
化学物質が、アルキルアルミニウム化合物、アルミニウ
ムアルコキシド、アルミニウムベータ−ジケトナート、
ハロゲン化アルミニウム、無水硝酸アルミニウムおよび
アルミニウムのトリアルキルシリルアミド化合物からな
る群から選択される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 磁気読取りヘッドギャップのためのフ
ィルレイヤーのＡＬＤ堆積のための酸素ソース化学物質
が、水、過酸化水素、第一級アルコール、第二級アルコ
ール、第三級アルコール、酸素、オゾンおよび不対電子
を有する酸素からなる群から選択される、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項１２】 磁気読取りヘッドギャップのためのフ
ィルレイヤーのＡＬＤ堆積のための窒素ソース化学物質
が、アンモニア、アジ化水素およびそのアルキル誘導
体、ヒドラジンおよびそのアルキル誘導体、ヒドロキシ
ルアミン、アミン類、窒素ラジカルならびに励起窒素化
学種からなる群から選択される、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記フィルレイヤーが磁気シールド層
上に堆積される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記磁気シールド層がニッケル−鉄を
含む、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記フィルレイヤーがバリア層上に堆
積される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記バリア層がタンタルを含む、請求
項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、その混合物およびその層状化構造からなる群から選
択されるＡＬＤ−形成されたヘッドギャップフィルレイ
ヤーを含む、磁気読取りヘッド。 - 【請求項１８】 前記ＡＬＤ−形成されたヘッドギャッ
プフィルレイヤーが約５ｎｍ〜１００ｎｍの間の厚みを
有する、請求項１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項１９】 前記ＡＬＤ−形成されたヘッドギャッ
プフィルレイヤーが約１０ｎｍ〜４０ｎｍの厚みを有す
る、請求項１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２０】 前記ＡＬＤ−形成されたヘッドギャッ
プフィルレイヤーが約２％未満の厚み変動を有する、請
求項１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２１】 前記ＡＬＤ−形成されたヘッドギャッ
プフィルレイヤーが磁気シールド層の上にある、請求項
１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２２】 前記磁気シールド層がニッケル−鉄を
含む、請求項２１に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２３】 前記ＡＬＤ−形成されたヘッドギャッ
プフィルレイヤーがバリア層の上にある、請求項１７に
記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２４】 前記バリア層がタンタルを含む、請求
項２３に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２５】 ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）、ＣＭＲ（超
巨大磁気抵抗）およびＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）セン
サーからなる群から選択される磁気検出素子を含む、請
求項１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２６】 前記磁気読取りヘッドがスピンバルブ
構造を含む、請求項１７に記載の磁気読取りヘッド。 - 【請求項２７】 酸化アルミニウムよりも高い熱伝導率
を有する化合物と混合された酸化アルミニウムの構造を
含む、磁気読取りヘッドギャップフィル材料。 - 【請求項２８】 高い熱伝導率を有する前記化合物が酸
化ベリリウムおよび窒化ホウ素からなる群から選択され
る、請求項２７に記載のギャップフィル材料。 - 【請求項２９】 前記構造が、酸化アルミニウムおよび
より高い熱伝導率を有する前記化合物の交互層を含む、
請求項２７に記載のギャップフィル材料。 - 【請求項３０】 ヘッドギャップフィルレイヤーが約２
％未満の堆積時の（as-deposited）厚み変動を有する、
アルミニウム、酸素および窒素を含むヘッドギャップフ
ィルレイヤーを有する磁気読取りヘッド。 - 【請求項３１】 前記ギャップフィルレイヤーがＡｌ2
Ｏ3およびＡｌＮ相を含む、請求項３０に記載の磁気読
取りヘッド。 - 【請求項３２】 前記ギャップフィルレイヤーがＡｌ2
Ｏ3およびＡｌＮ層を含む、請求項３０に記載の磁気読
取りヘッド。 - 【請求項３３】 前記ギャップフィルレイヤーが三元
相、ＡｌxＯyＮzを含む、請求項３０に記載の磁気読取
りヘッド。
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|---|---|---|---|
| US29050301P | 2001-05-11 | 2001-05-11 | |
| US60/290503 | 2001-05-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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