JP2004127503A - 窒素曝露処理によって金属薄膜上に耐食層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

　　【課題】磁気変換器の金属薄膜の耐食性を向上させる。
　　【解決手段】磁気変換器２０のＡＢＳにおける金属薄膜を、プラズマ・チャンバ内で窒素に曝す処理を行うことによって表面処理領域（耐食層）８７を形成する。金属薄膜を窒素に曝すと、金属薄膜の薄い表面領域に窒化物が生成され、耐食性が向上すると考えられる。好ましい一実施例では、磁気変換器２０の金属薄膜は、ウェハから裁断されラッピングされた後に窒素で処理される。磁気変換器２０で使用される典型的な金属には、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＦｅ、コバルト、ＣｏＦｅ、銅、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎがある。該薄膜は更に、炭素のような先行技術の保護層を付加することで保護することもできる。
【選択図】　図３

Description

　本発明は一般的には磁気記憶装置に使用するための薄膜に関し、より詳しくは薄膜製作方法に、更に詳しくは金属薄膜の耐食性を向上せしめる薄膜製作方法に関する。

　典型的な先行技術のヘッドとディスクから成るシステム１０を、図１に示す。作動中、磁気変換器２０は、サスペンション１３に支持されてディスク１６の上をすばやく動き回る。磁気変換器は通常「ヘッド」あるいは「スライダ」と呼ばれ、磁気的な変化の書き込み（書き込みヘッド２３）及び磁気的変化の読み出し（読み出しヘッド１２）を行う素子から成る。読み出しヘッド１２及び書き込みヘッド２３（「磁気変換器素子」と総称する）に出入りする電気信号は、サスペンション１３に接続されるか、その中に埋め込まれている導電性の経路（導線）１４を通じて流れる。一般的には、それぞれ読み出しヘッド１２及び書き込みヘッド２３用の、電気的接触パッド（図示されていない）が２個ある。

　電線又は導線１４はこれらのパッドに接続され、サスペンション１３内でアームの電子機器（図示されていない）に通じている。ディスク１６は、スピンドルモータ２４に駆動されてディスク１６を回転させるスピンドル１８に装着されている。ディスク１６は、基板２６と、その上に堆積された複数の薄膜２１とを構成要素として含む。薄膜２１には強磁性の材料が含まれており、書き込みヘッド２３は、該強磁性材料中に、情報を符号化した磁気的変化を記録する。読み出しヘッド１２は、磁気変換器２０の空気ベアリング面（ＡＢＳ）の下でディスクが回転すると磁気的変化を読み取る。

　図２は、一形式の先行技術による磁気変換器２０のラッピング以前の正中線に沿った断面図である。通常、スライダの基板４３は、硬質で耐久性を有する材料である。図示されている読み出しヘッド１２の構成部分は、第１シールド（Ｓ１）、絶縁層１０７、１０９に囲まれているセンサ１０５、及び第２シールド（Ｐ１／Ｓ２）である。この形式の磁気変換器は、Ｐ１／Ｓ２層が読み出しヘッド１２のシールド、ならびに書き込みヘッド２３の一極片として使用されるので、「合体式ヘッド」と呼ばれる。

　ヨークは第２の極片（Ｐ２）も含んでおり、該第２極片は背後でＰ１／Ｓ２に接続されている。Ｐ２はコイル３７を越えて下方に湾曲し、書き込みギャップ層を挟んでＰ１と向き合い、空気ベアリング面（ＡＢＳ）に書き込みギャップを形成する。ゼロスロート高さ（ＺＴＨ）は、Ｐ２が最初にギャップ層に接触する点と定義される。

　センサ１０５はパーマロイのような磁気抵抗材料を含むが、強磁性材料と反強磁性材料の種々の層を含む多層構造であっても良い。シールド及び極片が強磁性材料（例えばＮｉＦｅもしくはＣｏＦｅ）であるのに対し、基板にはＴｉＣあるいはＡｌ_２Ｏ_３ のようなセラミック材料が用いられる。ラッピング以前には、ＡＢＳにおける材料と構造は、ＡＢＳよりも長く伸びている。

　図２に示されているように、ＡＢＳ面の右方にある材料はラッピングによって除去され、センサ１０５の長さ（「ストライプ高さ」と呼ばれる）ならびにＺＴＨからＡＢＳまでの距離（「スロート高さ」と呼ばれる）は厳密に管理されるようになる。

　裁断面が不確定だと、ストライプ高さにミクロン単位のずれが起こり、修正しなければ磁気的挙動に許容し難い変動をもたらす。ラッピングは、ストライプ高さのはるかに厳しい、ナノメートル範囲の管理を行うために従来技術で使用される方法である。

　薄膜磁気変換器を製作する典型的な過程では、１個のウェハ上に多数の変換器が形成される。複数の基本構造を形成した後に、ウェハを四分円、複数列、もしくは個々の変換器に裁断することができる。その他の加工は、これらの工程のいずれか一つで行われることもあり、すべての工程で行われることもある。

　のこぎりによる切断が、ウェハを個々のスライダに分割するための典型的な方法として用いられてきたが、最近になってフッ素含有プラズマを用いる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）あるいは深達イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が使用されている。ウェハが裁断される際に露出する、ウェハ表面に垂直なスライダ表面が、該スライダの空気ベアリング面（ＡＢＳ）を形成する。ラッピング後、磁気変換器２０のＡＢＳ上に、一般的には「レール」と呼ばれる特徴ある起伏が形成される。レールは、従来、スライダの空気力学的性質を決定するために用いられ、また変換器が回転中もしくは静止時の媒体に接触する場合には接触領域の役割を果たす。

　ＧＭＲヘッドの金属部分は、薄膜の環境内でも、またスライダ製作過程中にも、腐食を受け易い。ウェハから複数列の素子が裁断されると、薄膜が露出し、通常はラッピングが行われる。腐食の問題は、一般的にはラッピング後に薄膜上に炭素もしくはケイ素の薄い保護層を付加することである程度対処されてきた。

　保護層を付加する場合の欠点の一つは、被覆の厚さが通常は約５−７ｎｍであるため、磁気センサと磁気媒体の間の間隔が増大することである。性能の向上には、センサと媒体の間隔を小さく、被覆を薄くすることが求められるが、被覆が薄ければ腐食防止の信頼性が減殺される。もし耐食性を得るための代替法が見出されるならば、磁気的性能のためには、被覆を設けないことが望ましい。

　磁気ヘッドに使用される合金のすべてが同程度に腐食を受け易いわけではない故、耐食性の高い材料を選択することが可能である。特許文献１で、Sakakima等は、薄膜磁気ヘッドに「窒化合金」層を使用して耐食性ならびに耐磨耗性を改善することについて記述している。窒素を含まない鉄合金ターゲット（添加物の元素を含んでも、含まなくても良い）により、まず空気中もしくはアルゴンガス中で、基板上に所要の厚さの無窒素鉄合金層を形成するスパッタリングを十分な時間行い、次いで分圧で０．１−５０％レベルの窒素ガスを加えて、無窒素鉄合金層の表面に窒化合金層を形成する。

　Baur等は、特許文献２で、下層の薄膜の前に基板上に堆積された障壁層を使用して金属基板磁気ディスクの耐食性を向上せしめることについて記述している。好ましくは、該障壁層は中周波スパッタリングにより、周波数１０−２００ｋＨｚ、パルス長対パルス休止時間の比率５：１ないし１０：１で堆積される。障壁層の材料としては、アルミニウム又はクロムが好ましい。スパッタリング時のプロセス・ガスが、ある比率の酸素及び／又は窒素を含有していると、より大きな耐食性向上が得られると言われている。

　特許文献３で、Head等は、変換器の磁極端を構成する鉄ニッケル合金の腐食を防止するために、スパッタリングで堆積されたクロムなどの不動態化材料の層を該磁極端上に使用することを教示している。クロムの堆積に先立って、薄膜誘導変換器の磁極片末端及びギャップの一部分が、スパッタ・エッチング法によってエッチングされる。

米国特許第４９０４５４３号明細書

米国特許第６４３６２４８号明細書 米国特許第４１３０８４７号明細書

　本発明の目的は、磁気変換器の金属薄膜の耐食性を向上させることである。

　金属薄膜を持つ磁気変換器を製作する方法において、該薄膜をプラズマ・チャンバ内で窒素ガスに曝すことによって耐食性表面を生ぜしめることを特徴とする方法について述べる。窒素に曝すと、金属薄膜の薄い表面領域に窒化物が生成され、耐食性が向上すると考えられる。好ましい一具体例では、磁気変換器の薄膜金属は、ウェハから裁断されラッピングされた後に窒素ガスで処理される。磁気変換器で使用される典型的な金属には、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、コバルト、ＣｏＦｅ及び銅がある。該薄膜は更に、炭素のような先行技術の保護層を付加することによって保護することもできる。

　本発明によれば、磁気変換器の金属薄膜の耐食性を向上させることができる。

　本発明は、ウェハからスライダを分離する過程によって露出する金属薄膜を構成要素として含む、任意の構造の磁気変換器（ヘッド）に伴って使用することができる。図３に示す磁気変換器素子２０の内部構造は先行技術に従っており、これらの構造の細部は本発明とは無関係である。好ましい具体例においては磁気変換器は本発明に従って処理される以前にラッピングされるが、本発明の効用を得る上でラッピングは必要ない。例えば、ウェハから複数の変換器を分離する過程が、ラッピングを不要とするほどの精度で行われる場合にも、本発明は使用し得るであろう。

　窒素含有プラズマを発生させるには、プラズマを発生し、かつ２個以上の電極を有する、薄膜加工用の種々の先行技術に基づく装置を使用することができる。例えば、本発明に従って金属表面を処理するには、プラズマ・クリーニング・チャンバ、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ及び化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバが使用可能である。

　プラズマの発生と使用は、先行技術に従って行われる。プラズマはイオンと電子の混合物であって、真空蒸着チャンバ内のプロセス・ガスに、適切な条件下で無線周波数（ＲＦ）もしくはマイクロ波のエネルギーを加えることによって発生させることができる。加えられたエネルギーがチャンバ内の分子からイオン種を生成せしめ、プラズマを点火するのである。

　一般に、プラズマ・プロセスにおける反応速度は、一つもしくは複数のプロセス変量、例えば温度、分圧、プラズマ濃度、ガス流量、電力の周波数、電力のレベル、チャンバの物理的形状などを変えて制御することができる。専門家にはよく知られているように、所与の装置で所望の結果を得るための正確なプロセス変量は、通常は実験によって決定される。それ故、以下に記述される、本願の発明者たちが使用した装置ならびに変量は、当該技術の熟練者に対して彼等自身の装置、材料及び性能目標をもって作業を行う際の出発点を示唆する例として使用され得るに過ぎない。

　本願の発明者たちが用いた特定の過程では、プラズマ・クリーニング・チャンバが使用された。分圧が約１００−３００mTorrの実質的に純粋なＮ_２ガスに、約１００−５００Wが印加された。好ましい具体例では、一部完成した磁気変換器の薄膜金属を、ウェハから分離（通常は、のこぎりでウェハを複数列に切断）しラッピングした後に、窒素プラズマで表面処理する。先行技術による製作過程では、この時点で、図３に示すように、ラッピングされた表面に変換器の薄膜外縁が露出する。

　図３に拡大された形で示されている変換器は、図２に示されているものと同一の構造を持つ。図３の右手側にある種々の薄膜の同一平面にある端部は、完成された変換器ではこの表面が炭素のような保護被覆層の下になる場合にも、ＡＢＳと呼ばれるのが普通である。これら薄膜を含む磁気変換器の列を、窒素プラズマ中で約５分間処理した。この処理により、図３で薄膜表面のハッチング部分８７によって示されているように、薄膜金属の表面層中に深さ１−２nmで内部に向かって広がる窒化物が生成されると考えられる。表面処理された領域は、有意レベルの窒素を含まない薄膜の残り部分と区別できる。表面処理領域８７は、新たな材料の被着によって生じたものではなく、それ故表面の平滑度、ストライプ高さ、又は変換器の形状に関する他のいかなる面に対しても影響を及ぼさない。

　窒素が活性元素であるが、薄膜内への窒素の取り込みを妨げない限り、プラズマ中に他の元素が存在しても良い。例えば、とりわけヘリウム、水素及び／又はアンモニアがプラズマ中に含まれていても良い。このため、窒素をチャンバ内にＮ_２として導入しても良く、また、たとえばアンモニアのような、チャンバ内でイオン化され、窒素イオンを生成する他の化合物から窒素を誘導せしめても良い。

　本発明の処理により利益を得ることができる薄膜は、窒素と化学結合する金属を含むものならば何でも良い。ＧＭＲヘッド用として用いるに好ましい標準的な金属は、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＦｅ、コバルト、ＣｏＦｅ、銅、ＩｒＭｎ、及びＰｔＭｎである。該薄膜を上述のごとく窒素に曝して処理した後に、先行技術に従って１層以上の保護被膜を任意に設けても良い。

　耐食性を試験するために、ＮｉＭｎ層を持つ磁気変換器について、窒素処理の有無による腐食挙動の差異を比較する実験を行った。試験に供した変換器には、保護被膜は設けなかった。実験は、磁気変換器を２日間、相対湿度９０%、温度５０°Ｃの環境に置くものであった。ＧＭＲの電気抵抗の変化を、腐食の尺度として用いた。シールドのような他の金属薄膜の変化は直接測定しなかったが、シールドの金属もセンサ層と類似の挙動をとると考えるのが妥当である。変化量１Ωという閾値を、腐食作用開始のマーカーとして用いた。図４の棒グラフは、４回行った実験のそれぞれについて、変化が１Ωを超えたものの百分率を示している。いずれの実験でも、窒素処理した群の変換器は閾値を超えたものが１%未満であるのに対し、処理しなかった対象群の変換器では有意レベルの数、すなわち全体の約１３−２９%が閾値を上回った。

　窒素処理された変換器では、上述のようなＧＭＲストライプの抵抗値や振幅値には有意の変化がなかった点に注意することが重要である。

　材料、厚さの値などが上記で明示されている場合を除き、本発明を具体的に例示するスライダの構造及び材料は先行技術に従うものであり、かつ先行技術に従って製作される。当該技術に精通する者にはよく知られているように、実際の材料では不可避である少量の不純物は、本明細書中に記載されている組成では無視されている。本発明は特定の具体例で説明されているが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではなく、当該技術に精通する者ならば、本発明の範囲内に含まれる種々の改変や改造を容易に思い浮かべ得るであろう。

本発明の磁気変換器を使用可能なタイプの磁気ディスク・ドライブ・システムを示す簡単な模式図である。 ラッピング以前の製作過程にある一形式の先行技術による磁気変換器の、正中線に沿った断面図である。 図２に示した形式の磁気変換器を本発明に従ってラッピング及び処理を行った後の、空気ベアリング面領域の正中線に沿った断面図である。 本発明に従って処理された変換器と、処理されない変換器の耐食性を比較した実験の結果を示す棒グラフである。

符号の説明

１０…磁気ディスク・ドライブ・システム
１２…読み出しヘッド
１３…サスペンション
１４…経路（導線）
１６…ディスク
１８…スピンドル
２０…磁気変換器
２１…薄膜
２３…書き込みヘッド
２４…スピンドル・モータ
２６…ディスク基板
３７…コイル
４３…スライダ基板
８７…表面処理領域
１０５…センサ
１０７，１０９…絶縁層。

Claims (13)

1. 　少なくとも１個の磁気変換器のための金属薄膜を被着せしめる工程と、
   　前記金属薄膜の表面を窒素を含むプラズマで処理する工程と、
   を含むことを特徴とする磁気変換器の製造方法。
2. 　前記処理工程が前記金属薄膜の表面を含む領域に窒化物を生成せしめることを特徴とする請求項１記載の磁気変換器の製造方法。
3. 　さらに前記処理工程に先立って実行される、
   　少なくとも１個の磁気変換器のための複数の薄膜をウェハ上に被着せしめる工程と、
   　前記磁気変換器の空気ベアリング面に存在するように選択された前記薄膜の表面を露出せしめるために前記ウェハを該ウェハの表面に垂直に裁断する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気変換器の製造方法。
4. 　前記金属薄膜は、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＦｅ、コバルト、ＣｏＦｅ、銅、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎから成る群の中から選ばれた材料であることを特徴とする請求項１記載の磁気変換器の製造方法。
5. 　前記窒素を含むプラズマで薄膜の表面を処理する工程の後に、さらに保護被膜を被着せしめる工程を含むことを特徴とする請求項３記載の磁気変換器の製造方法。
6. 　前記裁断工程の後でかつ前記処理工程の前に、さらに前記薄膜表面をラッピングする工程を含むことを特徴とする請求項３記載の磁気変換器の製造方法。
7. 　少なくとも１層の金属薄膜を含む複数の薄膜を有し、この複数の薄膜がほぼ同一平面状にある端面を有していて、該端面は空気ベアリング面と同じ範囲に広がるか、もしくはその面と平行であり、前記金属薄膜は前記端面にあって窒素を含む第１の領域と、前記空気ベアリング面から離れており、窒素を含まない第２の領域を有することを特徴とする磁気変換器。
8. 　前記窒素の一部が金属と結合して窒化物を形成していることを特徴とする請求項７記載の磁気変換器。
9. 　さらに前記端面を覆う被膜を含むことを特徴とする請求項７記載の磁気変換器。
10. 　前記金属薄膜は、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＦｅ、コバルト、ＣｏＦｅ、銅、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎから成る群の中から選ばれた材料であることを特徴とする請求項７記載の磁気変換器。
11. 　複数の磁気媒体と、
    　少なくとも1層の金属薄膜を含む複数の薄膜を有し、この複数の薄膜はほぼ同一平面状にある空気ベアリング面に平行な端面を有しており、前記金属薄膜は前記端面にあって窒素を含む領域を有する磁気変換器と、
    　前記磁気媒体に磁気的変化を書き込み、そして読み取るために前記磁気媒体を前記磁気変換器と関連させて動かす手段と、
    を有することを特徴とするデータ記憶装置。
12. 　前記磁気変換器は、さらに前記端面を覆う被覆を含むことを特徴とする請求項１１記載のデータ記憶装置。
13. 　前記金属薄膜は、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＦｅ、コバルト、ＣｏＦｅ、銅、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎから成る群の中から選ばれた材料であることを特徴とする請求項１１記載のデータ記憶装置。
    

Images