JP4218335B2

JP4218335B2 - 薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法

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Publication number: JP4218335B2
Application number: JP2002360893A
Authority: JP
Inventors: 広信坪田; 真司辻本; 泰典廣岡
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP2003248907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに用いられる薄膜磁気ヘッド用基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信・情報技術分野の発展に伴って、コンピュータで扱える情報量が飛躍的に増大してきている。特に、従来ではアナログ信号としてのみ扱うことが可能であった音声や音楽、画像などの情報もデジタル信号に変換してパーソナルコンピュータで処理できるようになってきている。このような音楽や画像などのマルチメディアデータは、多くの情報を含むため、パーソナルコンピュータなどに用いられる情報記録装置の容量を大きくすることが求められている。
【０００３】
ハードディスクドライブ装置は、パーソナルコンピュータなどに従来より用いられている典型的な情報記録装置である。上述した要求に応えるため、ハードディスクドライブの容量をより大きくし、また、装置を小型化することが求められている。
【０００４】
図７は従来のハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダー部分の断面を模式的に示している。図に示すように、ジンバル１０により保持された、基板１２の側面にはアンダーコート膜１３が形成されている。アンダーコート膜１３上には、記録および再生ヘッドである読み込み・書き込み素子１４’が設けられている。通常ジンバル１０によって保持される基板１２および読み込み・書き込み素子１４’を含むユニットをヘッドスライダー、あるいは単にスライダーと呼ぶ。
【０００５】
読み込み・書き込み素子１４’は、磁性材料から形成されており、リングの一部が切り取られた形状をしている。リングの内部にコイル１５が巻かれており、記録信号をコイル１５に与えることによって読み込み・書き込み素子１４’に磁界が発生し、磁気記録媒体１７にデータを書き込む。また、磁気記録媒体１７に記録されている磁場の変化を電気信号に変換する。
【０００６】
図８は、従来の他の薄膜磁気ヘッドスライダーを示している。図８の薄膜磁気ヘッドスライダーでは読み込みの性能を向上させるために、記録ヘッドと再生ヘッドとを分離している。書き込み素子１４は、図７における読み込み・書き込み素子１４’と同様の構造を備えており、磁気記録媒体１７へのデータの書き込みのみを行う。
【０００７】
一方、再生ヘッドである読み込み素子１６は、磁場の変化を電気抵抗の変化に変換する磁気抵抗効果素子（ＭＲ、あるいはＧＭＲ）であり、磁気記録媒体１７に記録されている磁気の変化を読み取って、電気信号に変換する。
【０００８】
読み込み・書き込み素子１４’ならびに書き込み素子１４および読み込み素子１６を保持する基板１２は、従来よりＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系のセラミックス焼結体から形成されている。これは、熱特性、機械特性、および加工性の点で、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ（以下ＡｌＴｉＣと略す）がバランス良く優れているためである。しかし、ＡｌＴｉＣは、電気的に良導体であるため、読み込み・書き込み素子１４’や書き込み素子１４をそのような導体に接するように配置すると、読み込み・書き込み素子１４’や書き込み素子１４が短絡されてしまい、正しく動作しない。また、ＡｌＴｉＣからなる基板は、その表面にポアを有しており、表面の平滑性があまりよくなかった。このため、読み込み・書き込み素子１４’や書き込み素子１４と基板１２との間の絶縁を高め、基板１２の表面を滑らかなものにするために、Ａｌ₂Ｏ₃から形成されるアンダーコート膜１３が基板１２の側面上に設けられていた。Ａｌ₂Ｏ₃は、絶縁特性に優れ、また、表面の平滑性に優れるからである。
【０００９】
近年、ハードディスクドライブ装置の記録密度を更に高め、装置をより小型化することが求められるなかで、スライダーの構造が従来とは異なるものが提案されている。提案されている構造では、図９（ａ）に示すように、書き込み素子１４および読み込み素子１６の配置が入れ替わっている。つまり、アンダーコート膜１３に隣接して、まず、読み込み素子１６が配置され、書き込み素子１４は基板１２から離れて配置される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−１５１７３６号公報
【特許文献２】
特開平５−１６６３０９号公報
【特許文献３】
米国特許第５６７０２５３号明細書
【特許文献４】
特許第１８９９８９１号明細書
【特許文献５】
米国特許第４７６９１２７号明細書
【特許文献６】
特許第１６５９５０１号明細書
【特許文献７】
米国特許第４８１４９１５号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、提案されている新しい構造のスライダーを備えたハードディスクドライブを実現するためには種々の解決すべき問題がある。
【００１２】
まず、ハードディスクドライブ装置の小型化が求められるにつれ、スライダーのサイズもより小さくする必要がある。このためには、図９（ｂ）に示すように、書き込み素子１４のコイル１５が占める面積を小さくしなければならない。具体的には、コイル１５の内径を小さくし、また、巻き線もできるだけ重ならないようにしなければならない。しかし、このようにコイルの面積を小さくすると、端子１８を介してコイル１５に電流が流れたとき、単位面積あたりに発生する熱量が大きくなってしまう。
【００１３】
ところが、従来からアンダーコート膜１３に用いられていたＡｌ₂Ｏ₃は熱伝導性があまりよくない。このため、コイル１５に信号を流すことにより発生した熱が、Ａｌ₂Ｏ₃からなるアンダーコート膜１３に遮られて、基板１２へ十分拡散されず、読み込み素子１６や書き込み素子１４に蓄積されてしまう。その結果、読み込み素子１６や書き込み素子１４が熱による膨張を起こし、図９（ａ）に矢印で示すように、磁気記録媒体１７側へ飛び出してしまう。読み込み素子１６や書き込み素子１４と磁気記録媒体１７との間隔は１０ｎｍ程度しかないため、膨張を起こした読み込み素子１６や書き込み素子１４は、磁気記録媒体１７と接触してしまう。
【００１４】
この問題は、ＴＰＴＲ（Thermal Pole Tip Recession）と呼ばれ、読み込み素子１６あるいは書き込み素子１４と磁気記録媒体との物理的な接触によって、磁気記録媒体に損傷を与えたり、読み込み素子１６や書き込み素子１４自体が破壊してしまう。その結果、ハードディスクドライブ装置が機能しなくなってしまうという重大な故障をもたらす。
【００１５】
また、読み込み素子１６および書き込み素子１４が磁気記録媒体１７と接触しない場合であっても、読み込み素子１６および書き込み素子１４の熱膨張により、磁気記録媒体１７と読み込み素子１６および書き込み素子１４との間隔が変化してしまう。たとえば、読み込み素子１６および書き込み素子１４が数ナノメートル膨張すると、磁気記録媒体１７と読み込み素子１６および書き込み素子１４との間隔は１０％以上変化する。このため、書き込み特性および読み込み特性が大きく変化し、磁気記録媒体へ書き込まれる信号や磁気記録媒体から読み込まれる信号に誤りが生じる可能性がある。
【００１６】
この問題を解決するために、アンダーコート膜１３の厚みを小さくし、基板１２へ熱を逃がしやすくすることが考えられる。しかし、この場合、基板１２の表面に生じているポアの影響が顕著になってしまい、アンダーコート膜１３を設ける目的が損なわれてしまう。
【００１７】
次に、上述した理由により、読み込み素子１６や書き込み素子１４の外形が小さくなるにつれて、静電気による静電破壊が問題となってくる。特に、ハードディスクドライブ装置では磁気記録媒体が高速で回転するため、静電気が発生しやすくなっている。これに対して、読み込み素子１６や書き込み素子１４は、電気的に絶縁性の高いＡｌ₂Ｏ₃からなるアンダーコート膜１３上に形成されているため、読み込み素子１６および書き込み素子１４に静電気が蓄積されてしまう。このため、蓄積される静電気が所定の量を超えると、蓄積された静電気がいっきに放電されてしまい、読み込み素子１６や書き込み素子１４が破壊してしまうという問題がある。
【００１８】
この問題に対しても、アンダーコート膜１３の厚みを小さくし、アンダーコート膜１３の絶縁性を低くすることが考えられる。しかし、そのような変更を行えば、蓄積した静電気が、アンダーコート膜１３に隣接したＡｌＴｉＣからなる基板１２へ放電される可能性があり、その場合、アンダーコート膜１３が絶縁破壊を起こしてしまう。
【００１９】
本願発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、小型で高記録密度のハードディスクドライブ装置において、上記問題の発生を防ぎ、装置の信頼性の高めるために好適に用いられる薄膜磁気ヘッド用の基板およびその製造方法を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜磁気ヘッド用基板は、セラミックス基板とセラミックス基板に保持された非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜とを備えている。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記アンダーコート膜の厚みは、０．１〜１０μｍである。前記アンダーコート膜のみの体積抵抗率は、１×１０^-1〜１×１０¹⁵Ω・ｃｍである。前記アンダーコート膜の表面の平均粗さは、１ｎｍ以下である。
【００２２】
好ましい実施形態において前記非晶質ＳｉＣは、ＳｉおよびＣを主成分とし、Ｓｉが全体の２０〜８０原子％、Ｃが全体の２０〜８０原子％である。前記非晶質ＳｉＣは、さらにＯを含んでいてもよく、その含有率は全体の５〜１５原子％である。前記非晶質ＳｉＣは、さらにＨおよび／またはＡｒを含んでいてもよい。また、好ましい実施形態において、前記セラミックス基板の熱伝導率は、５Ｗ／ｍＫ以上である。前記セラミックス基板の体積抵抗率は、１×１０^-5〜１×１０⁹Ω・ｃｍである。前記セラミックス基板の表面の平均粗さは、２．５ｎｍ以下である。前記セラミックス基板は、全体の２４〜７５ｍｏｌ％のα−Ａｌ₂Ｏ₃と、全体の２ｍｏｌ％以下の添加剤とを含むアルミナ系セラミックス材料が用いられる。残部は導電性、熱伝導性に富み、機械的強度がアルミナに比べて著しく低いものでなければよい。具体的には、前記アルミナ系セラミックス材料は、さらに全体の２４〜７５ｍｏｌ％の金属の炭化物または金属の炭酸窒化物を含む。
【００２３】
本発明の薄膜磁気ヘッドスライダーは、上記いずれかの薄膜磁気ヘッド用基板と、前記薄膜磁気ヘッド用基板に保持された書き込み素子および読み込み素子とを備えている。また、本発明のハードディスクドライブ装置は、上記薄膜磁気ヘッドスライダーを備えている。
【００２４】
本発明の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法は、セラミックス基板上に非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜を物理的堆積法により形成する。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記セラミック基板を２００〜８００℃の温度で保持しながら前記アンダーコート膜を形成する。あるいは、前記セラミックス基板上に前記アンダーコート膜を形成後、前記アンダーコート膜を３００〜８００℃の温度で熱処理する。
【００２６】
また、好ましい実施形態において、０．１〜０．６分圧比のＡｒガス、０．１〜０．９分圧比の炭化水素ガス、０〜０．５分圧比の水素ガス、および０〜０．０５分圧比の酸素ガスを含む雰囲気下において前記アンダーコート膜を形成する。本発明の薄膜磁気ヘッドスライダーの製造方法は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板に保持された非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜とを備えた、請求項１から１５のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用基板を用意する工程と、前記アンダーコート膜上に書き込み素子および読み取り素子を配置する工程とを包含する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
従来技術の問題点を解決するためには、絶縁破壊の防止に有効であり、かつ、熱伝導性に優れた材料を用いてアンダーコート膜を形成することが重要である。本願発明者がこの点について検討した結果、読み込み素子がアンダーコート膜に隣接する新しい構造のスライダーでは、アンダーコート膜が必ずしも高絶縁性を備えている必要がないことに気がついた。なぜなら、ＭＲあるいはＧＭＲなどの読み込み素子はその特性上、素子自体が絶縁構造になっているからである。したがって、絶縁破壊を防止するためには、アンダーコート膜に適度な導電性を与え、電荷が蓄積する前に、アンダーコート膜を介して基板へ電荷を逃がしてやることが重要である。また、従来の構造を備えたスライダーにおいても、ある程度の絶縁性は要求されるものの、アルミナほどの高い絶縁性は必要ないことが分かった。
【００２８】
上記知見に基づいて種々の材料を検討した結果、本願発明者は、ＳｉＣが熱伝導性に優れる半導電性材料（適度な導電性を有する）として適当であることを見出した。ＳｉＣは、従来より、半導体材料あるいは、切削工具等のコーティング材料として知られており、単結晶や多結晶状態のものが主として用いられている。また、特許文献３には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって多結晶ＳｉＣを基板の上に形成し、薄膜磁気ヘッドに用いることが開示されている。
【００２９】
しかし、本願発明者が種々の実験を行ったところ、単結晶や多結晶のＳｉＣは脆性が高く、切断加工の際にクラックの発生が顕著にみられ、その結果、チッピングが多く見られることが分かった。切削によってＳｉＣ膜にチッピングが生じた基板を用い、薄膜磁気ヘッドスライダーを製造した場合、ハードディスクドライブ装置内で、更にチッピングが拡大し、ＳｉＣの破片が磁気記録媒体の上に落下したり、ハードディスクドライブ装置内に散乱する可能性がある。このような破片は、高速で回転する磁気記録媒体に対して微小な間隔で保持されている薄膜磁気ヘッドスライダーを備えたハードディスクドライブ装置に対して深刻な故障を引き起こすこととなる。
【００３０】
そこで、本願発明者がさらに研究を行ったところ、ＳｉＣを非晶質構造に形成することによって、ＳｉＣの脆性を改善し、上記課題を解決しうる優れた薄膜磁気ヘッド用の基板を提供し得ることを発見した。しかも、非晶質構造をとっても、ＳｉＣは、上記課題を解決する上では十分な熱伝導性および適度な導電性を備えていることが分かった。
【００３１】
なお、種々のスライダー構造により、ＳｉＣ膜に要求される導電性（体積抵抗率）は異なるが、以下の方法によって所望の体積抵抗率に制御できることが分かった。すなわち、非晶質のＳｉＣ膜を形成する際の基板の加熱温度によって、ＳｉＣ膜の体積抵抗率が変化すること、および、ＳｉＣ膜形成後の熱処理によってもＳｉＣ膜の体積抵抗率を変えることができることを見出した。実験結果によれば、基板加熱温度あるいは熱処理温度が高くなるにしたがって、ＳｉＣ膜の体積抵抗率も高くなる。この特徴を利用して、ＳｉＣ膜の体積抵抗率を制御することが可能となる。さらに本願発明者は、非晶質ＳｉＣ膜を形成する際の成膜雰囲気を制御し、ＳｉＣ膜中に含まれる水素やアルゴンの量を変えることによって、体積抵抗率などのＳｉＣ膜の物性を調節できることが分かった。この方法によってもＳｉＣ膜の体積抵抗率を制御することが可能となる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【００３３】
図１に示すように、本発明の薄膜磁気ヘッド用基板は、セラミックス基板１とセラミックス基板１に保持されたアンダーコート膜２とを備えている。なお、図１に示す薄膜磁気ヘッド用基板をセラミックス基板１に対して垂直な方向に切断したチップが、図９（ａ）に示す基板１２およびアンダーコート膜１３として用いられる。
【００３４】
セラミックス基板１を構成するセラミックスは、静電破壊を防ぐために、静電気が蓄積しないような範囲の体積抵抗率を備えていることが好ましい。具体的には、体積抵抗率は、１×１０⁹Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。この値は、半導通材料と呼ばれる材料の体積抵抗率の上限値でもある。一方、静電気が蓄積しにくいという観点では、セラミックスの体積抵抗率は、低いほど好ましい。しかし、あまり体積抵抗率が低いと、セラミックスが金属結合性を帯びてきて、切断抵抗性が高くなり、トライボロジー特性が悪くなる。したがって、体積抵抗率は、１×１０^-5Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。以上の理由からセラミックス基板の体積抵抗率は、１×１０^-5〜１×１０⁹Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。
【００３５】
セラミックス基板１は、また、熱伝導性の高い材料から構成されることが好ましい。読み取り素子や書き込み素子において発生した熱を蓄積させないで、アンダーコート膜２を介してセラミックス基板１内へ効率よく拡散させるためには、熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、１５Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。
【００３６】
また、セラミック基板１の面粗さが粗いと、アンダーコート膜２の面粗さが粗くなり、研磨工程においてアンダーコート膜２の面粗さを後述する所定の範囲にすることができない。したがって、アンダーコート膜２を形成する前において、セラミックス基板１の表面の平均粗さ（Ｒａ）は、２．５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
上述した特性を備えたセラミックスである限り、セラミックス基板１の材料として種々の組成のセラミックスを用いることができる。例えば、セラミックス基板１は、２４〜７５ｍｏｌ％のα-Ａｌ₂Ｏ₃を含み、残部は、金属の炭化物もしくは炭酸窒化物および２ｍｏｌ％以下の焼結助剤から構成されていてもよい。上述の組成を有する基板材料は、開口ポアが非常に少なく、高精度の面粗さに仕上げることが可能であるため、薄膜磁気ヘッドスライダーに用いる基板として適している。特に、上記組成比のＡｌ₂Ｏ₃と２４〜７５ｍｏｌ％のＴｉＣと２ｍｏｌ％以下の焼結助剤とを含むセラミックスからなる基板は薄膜磁気ヘッドスライダーに好適に用いられる。
【００３８】
本発明に用いることのできるセラミックス基板としては、上記のほか、特許文献４や特許文献５に開示されているＳｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃系セラミックス材料を用いた基板、特許文献６や特許文献７に開示されたＺｒＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系セラミックス材料を用いた基板、導電性セラミックス材料として有名なＺｒＯ₂−ＳｉＣ系セラミックス材料を用いた基板などを用いることもできる。ただし、窒化珪素に代表されるような難加工性材料であって、トライボロジー特性の悪い材料は、セラミックス基板１には向いていない。
【００３９】
アンダーコート膜２は、非晶質構造のＳｉＣから形成されている。上述したように、従来から知られているＳｉＣにはＣＶＤ法などの化学的堆積方法が用いられ、多結晶構造や単結晶構造を備えている。本発明者は、スパッタ法あるいは蒸着法などの物理的堆積方法によってＳｉＣ膜を形成した。このような方法により形成されたＳｉＣ膜は結晶構造を示さず、非晶質になっている。本発明で用いる非晶質のＳｉＣ膜は、例えば、単結晶あるいは、多結晶のＳｉＣをターゲットとして、公知のスパッタリング装置を用いて形成することができる。あるいは、炭素含有ガスを含む雰囲気中において、Ｓｉをターゲットとしてスパッタすることによって形成してもよい。
【００４０】
ＳｉＣ膜が、非晶質構造をとっているか、単結晶や多結晶などの結晶性の構造をとっているかは、形成されたＳｉＣ膜のＸ線回折分析により、所定の結晶方位のピークが検出されるかどうかで判断できる。具体的には、図２に示すように、Ｘ線回折チャートにおいて、非晶質構造に由来するハローと呼ばれるブロードなピークＡのみが観測される場合、ＳｉＣ膜は非晶質構造をとっている。これに対して２θ＝３５．８°±３°や２θ＝３４．９°±３°など結晶性ＳｉＣに由来するピークが観測される箇所にピークＢが観測される場合、ＳｉＣ膜は結晶性の構造を備えている。
【００４１】
なお、非晶質のＳｉＣ膜が得られるならば、成膜方法は必ずしも前記物理的堆積法に限定されるものではない。
【００４２】
非晶質のＳｉＣ膜は、ＳｉおよびＣを主成分とし、２０〜８０原子％のＳｉおよび２０〜８０原子％のＣを含んでいることが好ましい。Ｃの含有比率が２０％よりも小さいと、得られる材料は耐腐食性が悪くなる。また、Ｃの含有比率が８０％よりも大きいと、得られる膜の応力が高くなりすぎる。また、ビッカース硬度Ｈｖも１６００より大きくなり、硬く、脆くなる。ＳｉＣ膜はさらにＯを含んでいてもよく、その場合、含有率は、全体の５原子％以上１５原子％以下であることが好ましい。
【００４３】
Ｏの含有比率が、５％より小さいと、膜構造の安定性が悪くなる恐れがある。また、Ｏの含有比率が１５％よりも大きいと、得られる材料はＳｉＯ₂の性質を帯びてくる。このため、膜の硬度、熱伝導率、および耐腐食性の点で十分な特性を得ることができなくなる。このように本実施形態で用いる非晶質ＳｉＣ膜は前記の範囲において微量の酸素を含んでいてもよい。
【００４４】
なお、非晶質ＳｉＣ膜は上記組成を構成する元素に加えてＴｉ、Ａｌ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｎなどを不可避元素として含んでいてもよい。特に、アンダーコート膜２を形成する下地基板の構成元素は、アンダーコート膜を形成する際に用いるプラズマやイオンビームなどの形成条件により、基板から脱離してアンダーコート膜２に取り込まれる可能性がある。このような元素が微量アンダーコート膜２に含まれていても、得られる膜の特性に実質的な影響はない。
【００４５】
上記組成を有する非晶質ＳｉＣ膜は、１０００〜１６００のビッカース硬度Ｈｖ、３．０〜５．０の線膨張率α、および１５０〜３００ＧＰａのヤング率を有する。また、加工能率として結晶性ＳｉＣの１０倍以上の研磨加工性を備え、加工性に優れている。非晶質ＳｉＣ膜を形成する基板との密着性がよく、セラミック基板１と非晶質ＳｉＣ膜との間に密着性を改善するための下地膜を形成する必要はない。
【００４６】
このような特徴を備える非晶質ＳｉＣ膜をアンダーコート膜２として用いる。アンダーコート膜２の厚みは、０．１〜１０μｍの範囲の値であることが好ましい。膜厚が０．１μｍよりも小さい場合、セラミックス基板１が潜在的にもっているマイクロポアを完全には埋めることができないため、好ましくない。また、厚みが１０μｍを超える場合、熱伝導距離が大きくなることにより、熱伝導性が悪くなってしまい、コイルで発生した熱を基板へ伝える速度が小さくなってしまう。さらに好ましい膜厚の範囲は、０．５〜２μｍである。膜厚が０．５μｍ以上であれば、表面粗さを後述の範囲内の値に困難なく調整できる。
【００４７】
また、アンダーコート膜２の表面粗さは、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）などの方法によって、１ｎｍ以下に調製されていることが好ましい。アンダーコート膜２上に形成されるＭＲ素子またはＧＭＲ素子などの読み取り素子のセンサ部分の厚みは１０ｎｍ以下であり、超精密な平坦度が要求されるからである。
【００４８】
アンダーコート膜２の熱伝導率は、書き込み素子や読み取り素子で発生した熱を速やかに伝導させるため、おおよそ５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。本願発明者が確認したところ、アンダーコート膜２が非晶質ＳｉＣから形成されている限り、この条件は満足される。
【００４９】
前述の読み込み素子自体が絶縁構造を有している新しい構造のスライダー（図９参照）のようにアンダーコート膜に高絶縁性が要求されない場合は、アンダーコート膜２もセラミックス基板１と同様、体積抵抗率は小さいほうが好ましい。しかし、その値はセラミックス基板１やアンダーコート膜上に載置される素子との関係から通常１×１０^-1Ω・ｃｍ〜１×１０⁸Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。すなわち体積抵抗率が１×１０^-1Ω・ｃｍ未満では、電気抵抗が低すぎるため、アンダーコート膜２上に載置される絶縁構造を有する素子とアンダーコート膜２との間で電気抵抗の差が大きくなりすぎてしまい、この間において、絶縁破壊が生じる可能性がある。また、体積抵抗率が１×１０⁸Ω・ｃｍを超えると、絶縁性が高くなりすぎてしまい、今度はセラミックス基板１とアンダーコート膜２との間で絶縁破壊が生じる可能性がある。なお、アンダーコート膜２と素子との間に導電性シールド膜を配置した構成においても上記範囲の体積抵抗率を満たしていれば絶縁破壊の問題は生じない。
【００５０】
また、前述の従来の構造のスライダー（図７、８参照）のようにアンダーコート膜に絶縁性が要求される場合には、以下のような方法により体積抵抗率を調整することができる。まず１番目の方法として、通常の物理的成膜法によって形成されたＳｉＣ膜からなるアンダーコート膜２を３００℃以上８００℃以下の温度で、１〜１２時間熱処理することによって成膜時に示していた体積抵抗率よりも増大させることができる。熱処理の温度が３００℃未満であると、体積抵抗率の変化は小さく加熱の効果が十分には見られない。一方、８００℃を超える温度で加熱すると、高温により生じる応力のため、アンダーコート膜２がセラミックス基板１から剥離したり、チッピング特性の低下を招く恐れがある。アンダーコート膜の他の特性を実質的に変化させることなく、体積抵抗率を大きくするためには、３００〜６００℃の間の温度で熱処理することがさらに好ましい。この熱処理による方法を用いることによって、体積抵抗率を１×１０¹⁵Ω・ｃｍ程度まで増大させることができる。
【００５１】
また、２番目の方法としてＳｉＣからなるアンダーコート膜２をセラミック基板１上に形成する際、セラミックス基板１を加熱あるいは高温で保持することによっても、室温で形成したときにＳｉＣ膜が備えている体積抵抗率よりも高い値を備えたアンダーコート膜２を形成することができる。
【００５２】
この場合、セラミックス基板１をあらかじめ所定の温度に加熱してからアンダーコート膜２を堆積しても良いし、赤外線ランプ等により、アンダーコート膜２を堆積しながらセラミックス基板１を加熱してもよい。成膜時に基板を加熱あるいは高温で保持する場合には、基板の温度は２００〜８００℃の範囲にあることが好ましい。２００℃未満では、体積抵抗率の変化は小さく熱処理の効果が十分には見られず、８００℃を超える温度で基板を保持すると、高温により生じる応力のため、アンダーコート膜２がセラミックス基板１から剥離したり、チッピング特性の低下を招く恐れがある。この成膜時の基板加熱による方法を用いることによって、体積抵抗率を１×１０¹²Ω・ｃｍ程度まで増大させることができる。
【００５３】
このように、本発明によれば、アンダーコート膜２の体積抵抗率を成膜時の基板加熱温度あるいは成膜後の熱処理温度によって制御できる。したがって、用途に応じて、任意の体積抵抗率を備えたアンダーコート膜２をセラミック基板１上に形成することができる。
【００５４】
たとえば、非晶質ＳｉＣ薄膜の成膜温度と形成されたＳｉＣ薄膜の体積抵抗率との関係をあらかじめ実験などで求めておくことによって、所望の体積抵抗率を得るのに必要な成膜温度がわかる。したがって、セラミックス基板１をその成膜温度に設定して、アンダーコート膜２を堆積することにより、所望の体積抵抗率を有するアンダーコート膜２をセラミックス基板１上に形成することができる。
【００５５】
同様に、アンダーコート膜２を熱処理する際の温度と、熱処理前後のアンダーコート膜２の体積抵抗率の変化との関係を求めることができる。この関係を用いて、熱処理によってアンダーコート膜２の体積抵抗率を所望の値に調整できる。
【００５６】
さらに３番目の方法として、体積抵抗率は非晶質ＳｉＣ中に含まれるＨおよび／またはＡｒの含有量を変化させることによっても調整できる。この場合、非晶質ＳｉＣは、たとえば、ＲＦあるいはＤＣスパッタ法により形成する。イオンアシストあるいはバイアス機構を備えた蒸着法により形成してもよい。スパッタ法のターゲットあるいは、蒸着法の蒸着源として金属ＳｉまたはＳｉＣを用いる。膜形成雰囲気は、０．１〜０．６分圧比のＡｒガス、０．１〜０．９分圧比の炭化水素ガス、０〜０．５分圧比の水素ガスおよび０〜０．０５分圧比の酸素ガスで構成する。
【００５７】
非晶質ＳｉＣ膜を形成する前に、基板の表面に対してプラズマ処理を施してもよい。たとえば、アルゴンを０．５〜１分圧比にし、水素ガスを０〜０．５分圧比にして、放電を開始させ、非晶質ＳｉＣ膜を形成する基板の表面をプラズマに曝す。
【００５８】
上記雰囲気で成膜したとき、アンダーコート膜２として用いられるＳｉＣ膜は、Ｓｉ-Ｃ-Ｏを１００としたとき、それぞれ０〜１５％のモル比でＨおよびＡｒを含んでいると推測される。Ｈの含有率を変化させることにより、体積抵抗率および膜の硬度を調節することができる。Ｈの含有比率が高すぎると、膜が樹脂化して十分な硬度が得られなくなる。また、Ａｒの含有率を変化させることにより、体積抵抗率および膜の応力を調節することができる。本発明者によれば、Ｈの含有率を変化させることの方が体積抵抗率の調整に効果があることを確認した。なお、ＨおよびＡｒを含有させることなく体積抵抗率、膜の硬度および膜の応力が所望の値となるのであれば、ＨおよびＡｒの含有比率はゼロであってもかまわない。膜形成雰囲気中の各ガスの分圧比を上述の範囲内で調整することにより、ＨおよびＡｒの含有比率を上記範囲内において変化させることができる。
【００５９】
この方法によれば、成膜時に基板を加熱したり、成膜後熱処理をしなくても、体積抵抗率を調節することができるが、前述の２つの方法と組み合わせて用いることもできる。
【００６０】
なお、これら３つの方法において、体積抵抗率の下限はセラミックス基板１の体積抵抗率の上限よりも高ければよく、通常、その値は１×１０^-1Ω・ｃｍ程度である。なお、工業的生産の観点から成膜のしやすい、１×１０⁵Ω・ｃｍ以上の膜が得やすい。
【００６１】
（実施例）
以下に、薄膜磁気ヘッド用基板を作製した実施例を説明する。
【００６２】
表２および表３に示すように、番号１〜２２で示す試料を作成し、種々の特性を測定した。
【００６３】
試料１〜１７として、それぞれ表２に示される組成の基板上に多結晶ＳｉＣをターゲットとしたスパッタ法によって非晶質ＳｉＣ膜を形成した。このうち、試料１〜８、１７については、常温で非晶質ＳｉＣ膜を形成し、成膜後、熱処理は行わなかった。試料９〜１２については、常温で非晶質ＳｉＣ膜を形成した後、表２に示す温度で熱処理をした。試料１３〜１６については、非晶質ＳｉＣ膜を形成する際、表２に示す温度で基板を加熱した。
【００６４】
試料１８および１９については、比較例として、多結晶ＳｉＣ膜をＣＶＤ法によって形成した。
【００６５】
試料２０〜２２は、スパッタ法によりＳｉをターゲットとし、以下に示す分圧比でＡｒ、ＣＨ₄、Ｈ₂、およびＯ₂ガスを含む雰囲気中で作製した。成膜中の加熱および成膜後の熱処理は行わなかった。
【００６６】
【表１】

【００６７】
作製した試料の特性は、以下の測定によって求めた。結晶性は、Ｘ線回折による回折パターンの有無により判断した。基板および膜面の表面粗さは触針式粗度計によって求めた。体積抵抗率は表面抵抗測定装置によって求めた。チッピング特性は、外周刃切断機で基板を切断し、切断面を顕微鏡によって１００倍に拡大して観察し、単位長さあたりに発生した２０μｍ以上のチッピングの個数で評価した。基板のトライボロジー特性はコンタクトスタート・ストップ時における摩擦抵抗によって判断した。熱伝導性はレーザフラッシュ法によって判断した。
【００６８】
【表２】

【００６９】
【表３】

【００７０】
表３に示す試料１〜８の測定結果から明らかなように、スパッタ法により形成した膜はいずれも非晶質であり、膜面の表面粗さが１ｎｍ以下であり、体積抵抗率も１×１０⁶Ω・ｃｍ以上であった（表２）。また、チッピング特性および基板のトライボロジー特性も優れており、熱伝導性も良好であった。このことから、試料１〜８の薄膜磁気ヘッド用基板は、導電性および熱伝導性に優れ、かつ加工性および機械特性も良好であることが分かる。
【００７１】
試料１７の結果から分かるように、ＳｉＣ膜の厚さが１５μｍもあると、熱伝導性が悪くなってしまう。
【００７２】
ＣＶＤ法により形成した試料１８および１９のＳｉＣ膜は、結晶質であり、熱伝導性には優れるが、チッピング特性および基板のトライボロジー特性が悪く、加工性および機械特性が不良であり、薄膜磁気ヘッド用基板としては適していないことがわかる。
【００７３】
表２に示す試料９〜１２の測定結果から分かるように、ＳｉＣ膜を形成した後に熱処理することによって、熱処理温度に応じてＳｉＣ膜の体積抵抗率が制御できる。
【００７４】
更に、表２に示す試料１３〜１６の測定結果から分かるように、ＳｉＣ膜を形成する際の基板加熱温度を制御することによってもＳｉＣ膜の体積抵抗率を制御できる。
【００７５】
試料２０〜２２の測定結果から分かるように、ＡｒとＣＨ₄との分圧比を変化させることにより、体積抵抗率を変化させることができる。
【００７６】
試料１〜１７および２０〜２２の組成を分析したところ、いずれの試料もＳｉおよびＣを主成分とし、Ｓｉの含有率が２０〜８０原子％でありＣの含有率が２０〜８０原子％であった。また、Ｏの含有率は５〜１５原子％であった。試料２０〜２２は、Ｓｉ−Ｃ−Ｏを１００としＡｒを０〜１５ｍｏｌ％含んでいた。また、１０００〜１６００のビッカース硬度Ｈｖ、３．０〜５．０の線膨張率α、および１５０〜３００ＧＰａのヤング率を有していることも確認した。
【００７７】
本発明の薄膜磁気ヘッド用基板のチッピング特性を確かめるために、作製した薄膜磁気ヘッド用基板をダイシングソーで切断し、切断面を光学顕微鏡で観察した。図３（ａ）に示すように、セラミックス基板１上に形成されたアンダーコート膜２を備えた薄膜磁気ヘッド用基板を貼り付け基板３に固定して、テーブル４の上に保持し、ダイシングソー５で薄膜磁気ヘッド用基板を切断した。図３（ｂ）に示すように、チッピングは、ダイシングソー５が薄膜磁気ヘッド用基板のアンダーコート膜２と接する部分において発生する。
【００７８】
図４はダイシングソーによって切断された薄膜磁気ヘッド用基板の切断個所を上から見た顕微鏡写真である。図において、ほぼ水平に伸びる境界の下側が薄膜磁気ヘッド用基板を示している。図から明らかなように、切断面にはほとんどチッピングがなく、本発明の薄膜磁気ヘッド用基板は良好なチッピング特性を備えているのが分かる。
【００７９】
これに対して、図５（ａ）および（ｂ）は、ＣＶＤ法により形成した多結晶ＳｉＣ膜をアンダーコート膜として有する薄膜磁気ヘッド用基板の切断個所を示している。これらの図においても、図中の境界の下側が薄膜磁気ヘッド用基板を示している。図５（ａ）および（ｂ）から明らかなように、多結晶ＣＶＤ法によるＳｉＣ膜は脆性が高く、チッピングが著しい。
【００８０】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、アンダーコート膜として非晶質ＳｉＣ膜を用いることによって、高密度記録ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに要求される熱伝導性、電気伝導性、加工特性および機械特性を達成し、優れた薄膜磁気ヘッド用基板が得られる。これらの要求をすべて満たす材料は知られておらず、例えば結晶性のＳｉＣ膜では、これらの要求を同時には満たしえなかった。
【００８１】
また、非晶質ＳｉＣ膜を例えばスパッタ法により形成すれば、ガス圧や膜の堆積速度、バイアス電圧等を調整することによって、薄膜磁気ヘッド用基板の応力も制御しうる。したがって、用途に応じてより最適な薄膜磁気ヘッド用基板を提供することができる。
【００８２】
本発明の薄膜磁気ヘッド用基板は、高密度記録ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに好適に用いられる。また、そのような薄膜磁気ヘッドスライダーを用いることによって、信頼性の高い高密度記録ハードディスクドライブ装置を得ることができる。薄膜磁気ヘッド用基板を用いて、薄膜磁気ヘッドスライダーおよびハードディスクドライブ装置を製造する方法は、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【００８３】
以下、本発明による薄膜磁気ヘッドスライダーの実施形態の一例を説明する。
【００８４】
図６は、薄膜磁気ヘッドスライダー８０の主要部を示す斜視図である。図６には薄膜磁気ヘッドスライダー８０のジンバルは示されていないが、図９と同様、図６に示す主要部がジンバルに取り付けられている。
【００８５】
薄膜磁気ヘッドスライダー８０はセラミックス基板１と、セラミックス基板１上に堆積されたアンダーコート膜２と、アンダーコート膜２上に堆積されたシールド膜８５とを備えている。本実施形態ではアンダーコート膜として上述の組成を有し、厚さ２〜３μｍの非晶質ＳｉＣ膜をＤＣスパッタ法により形成する。
【００８６】
シールド膜８５上には、０．４μｍ程度のギャップ８６が設けられており、そのギャップ８６内に再生用のＧＭＲ素子８７が配置されている。ＧＭＲ素子８７は不図示の電極やＧＭＲ膜を有する公知の構成を備えている。ギャップ８６は、ＧＭＲ素子８７を覆うようにしてシールド膜８５上に堆積されたアルミナなどの絶縁膜から形成されている。ＧＭＲ素子８７の厚さは、例えば０．１μｍ程度である。なお、シールド膜８５上に形成される磁気素子（再生素子）は、ＧＭＲ素子に限定されない。ＭＲ素子やＴＭＲ素子など他のタイプの素子であってもよい。
【００８７】
ギャップ８６として機能する絶縁膜上にシールド膜８８が堆積されている。シールド膜８５および８８は、例えばパーマロイなどの軟磁性材料から形成されており、磁気シールド膜としての機能も発揮する。シールド膜８８上には、０．４〜０．６μｍの書き込みギャップ８９を介してトップポール（厚さ：２〜３μｍ）９０が形成されている。シールド膜８８とトップポール９０との間には、厚さ５μｍ程度のＣｕ膜をパターニングすることによって形成したコイルパターン９１が設けられている。コイルパターン９１は、その周囲が有機絶縁膜で覆われている。ボトムポール８８、コイルパターン９１およびトップポール９０等によって記録ヘッド部が構成されている。コイルパターン９１に通電することによって書き込みギャップ８９近傍に磁界が形成され、不図示の記録媒体へのデータの書き込み（記録）が実行される。記録ヘッド部はオーバーコート（厚さ：例えば４０μｍ）によって覆われている。これらの積層構造は、通常の薄膜堆積技術やリソグラフィ技術によって製造される。図６に示すヘッド部が完成したあとヘッド部をジンバルに取り付け、薄膜磁気ヘッドスライダーが完成する。
【００８８】
本実施形態によれば、アンダーコート膜２が熱伝導性および適度な導電性を備えているため、読み取り素子あるいは書き込み素子から発生する熱によって素子自体が膨張し、磁気記録媒体と接触するという問題を防ぐことができ、また、薄膜磁気ヘッドスライダーの静電破壊や絶縁破壊も防止しうるともに、加工性および機械性に優れ、高密度記録ハードディスクドライブ装置に適した薄膜磁気ヘッドスライダーが得られる。
【００８９】
なお、上記実施形態において、アンダーコート膜はセラミックス基板の上に直接形成されていた。しかし、アンダーコート膜は必ずしもセラミックス基板に直接形成されている必要はなく、例えば、電気導電性および熱伝導性のよい薄膜をアンダーコート膜とセラミックス基板の間に設けてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、薄膜磁気ヘッドスライダーの読み取り素子あるいは書き込み素子から発生する熱によって素子自体が膨張し、磁気記録媒体と接触するという問題を防ぐことができ、また、薄膜磁気ヘッドスライダーの静電破壊や絶縁破壊も防止しうるともに、加工性および機械性に優れ、高密度記録ハードディスクドライブ装置に適した薄膜磁気ヘッド用基板が得られる。
【００９１】
また、この薄膜磁気ヘッド用基板を用いることにより、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドスライダーおよびハードディスクドライブ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜磁気ヘッド用基板の実施形態を示す断面図である。
【図２】非晶質ＳｉＣのＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図３】（ａ）は薄膜磁気ヘッド用基板をダイシングソーで切断する工程を模式的に示す側面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図４】本発明の薄膜磁気ヘッド用基板を切断した部分の上面顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はＣＶＤ法により形成されたアンダーコート膜を有する薄膜磁気ヘッド用基板を切断した部分の上面顕微鏡写真である。
【図６】本発明の薄膜磁気ヘッドスライダーの主要部を示す斜視図である。
【図７】従来の薄膜磁気ヘッドスライダーを模式的に示す断面図である。
【図８】従来の他の薄膜磁気ヘッドスライダーを模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）は、他の薄膜磁気ヘッドスライダーを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は書き込み素子が形成された面からみた側面図である。
【符号の説明】
１、１２基板
２、１３アンダーコート膜
３貼り付け板
４テーブル
５ダイシングソー

Claims

セラミック基板を２００〜８００℃の範囲の温度で保持しながら前記セラミックス基板上に非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜を物理的堆積法により形成し、前記温度と前記アンダーコート膜の体積抵抗率との関係を求める工程と、
前記求めた関係に基づいて、前記セラミックス基板の温度を設定し、前記設定した温度を保持しながら前記セラミックス基板上に非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜を物理的堆積法により形成する工程と、
を包含する薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
セラミックス基板上に非晶質ＳｉＣからなるアンダーコート膜を物理的堆積法により形成する工程と、
前記アンダーコート膜を形成後、前記アンダーコート膜を３００〜８００℃の温度で熱処理する工程と
を包含する薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
０．１〜０．６分圧比のＡｒガス、０．１〜０．９分圧比の炭化水素ガス、０〜０．５分圧比の水素ガス、および０〜０．０５分圧比の酸素ガスを含む雰囲気下において前記アンダーコート膜を形成する請求項１または２に記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。