JP5285240B2 - 磁気ヘッド及び磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッド及びその製造方法に関するものである。

近年、磁気記録再生装置は、取扱情報量の増大に伴って高記録密度化が急速に進展しており、この傾向に伴って高感度・高出力の磁気ヘッドが要求されてきている。この要求に応えるために、高出力が得られるGMR(Giant Magnetoresistive)膜を用いた磁気ヘッドが開発され、更には改良を加え、現在に至っている。しかしながら、GMR膜を用いた磁気ヘッドでも1cm²あたり9.3x10⁹ビットより大きな記録密度に対しては出力不足になることが懸念されるため、GMR膜の次の世代の磁気抵抗効果膜として、トンネル磁気抵抗効果(TMR)膜、あるいはGMRの積層面を貫くように電流を流すCPP (Current Perpendicular to the Plane) GMR膜を用いた磁気ヘッドの研究開発が行われている。

TMR膜やCPP-GMR膜を用いた磁気ヘッドは、従来のGMR膜を用いた磁気ヘッドと比べて、大きく異なる構造を有する。後者の場合には、GMR膜からなる磁気抵抗効果膜の膜面内方向にセンス電流を流すCIP (Current Into the Plane)構造であり、センス電流を供給する電極はこれら磁気抵抗効果膜の両脇に設けられる。一方、前者の場合には、TMR膜やCPP-GMR膜などの磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すCPP構造であるため、センス電流を供給する電極はこれらの磁気抵抗効果膜に積層するように設けられることになる。

CPP構造の磁気ヘッドは以下に記述するように、磁気ヘッド製造中の工程において、磁気特性が大きく劣化する可能性がある。まずCPP構造の磁気ヘッドでは、センス電流は上部磁気シールドと下部磁気シールドの間を磁気抵抗効果膜の膜厚方向に積層面に垂直に流れるようになっている。したがって、CPP構造の磁気ヘッドにおいて、電極である上部磁気シールドと下部磁気シールドを短絡させる回路が存在すると、これがセンス電流の短絡回路となるため、磁気ヘッドの再生出力が減少してしまう。また、適切に製造されず、磁気抵抗効果膜中に何らかの不具合を有する磁気ヘッドは、大きなノイズを示すことが非特許文献１に記載されている。

上述の短絡回路や不具合は、磁気抵抗効果膜の端面において生じる。磁気抵抗効果膜をイオンミリングや機械研磨により加工する際に、形成される端面に、短絡回路、或いは損傷領域が形成され、これらにより磁気ヘッドの磁気特性が劣化してしまう。磁気抵抗効果膜の本来の特性を劣化させる前記短絡回路あるいは損傷領域の形成を妨げる目的で幾つかの方法が提案されている。特許文献１には、磁気抵抗効果膜のイオンミリング後に、その側面に酸化処理を行うことによって、短絡回路を除去する手段が開示されている。

磁気ヘッドのスライダ浮上面に形成する浮上面保護層は、磁気抵抗効果膜を腐食及び摩耗から保護するのに十分な耐食性及び耐摩耗性を有していなければならない。一方で、磁気ディスク記録再生装置の高記録密度化に伴って、磁気ヘッドと磁気ディスク間の距離である磁気スペーシングの低減が必須であるため、浮上面保護層は薄くなければならない。

上記の要求を同時に満足するために、耐食性及び耐摩耗性を維持したまま浮上面保護層の膜厚を低減する技術が研究されてきた。現在は炭素膜の上層と非晶質珪素膜の密着層から構成される二層膜が、浮上面保護層として用いられている。炭素膜は強靭で、かつ化学的に不活性であるため、十分な耐食性及び耐摩耗性を有する。炭素膜は一般的に高い内部圧縮応力を有することから、直接基板に接着することは困難である。これに対して非晶質珪素膜は内部応力が低く、炭素膜が有する上記内部圧縮応力を緩和し、密着性を改善させる役割を果たしている。

浮上面保護層中の炭素膜は化学気相成長法(Chenmical Vapor Depositoin: CVD)、あるいはフィルター付陰極真空アーク放電蒸着法(Filtered Cathodic Vacuum Arc: FCVA)を用いて形成される。炭素膜はダイヤモンド成分とグラファイト成分により構成されるが、前記手法を用いて形成した炭素膜は、比較的ダイヤモンド成分が多く強靭であり、薄い膜厚においても比較的良好な耐摩耗性を示す。上述の手法を用いれば、膜厚が１．５ｎｍ以上の炭素膜を形成することで、十分な耐食性及び耐摩耗性を満足することができる。現在では、これらの技術を用いて、１．５ｎｍの炭素膜及び１．０ｎｍの珪素膜から構成される２．５ｎｍの浮上面保護層が用いられている。

更なる浮上面保護層の薄膜化を実現するために、特許文献２には、炭素薄膜のみからなる浮上面保護層の製造方法が開示されている。本技術を用いることで、耐食性及び耐摩耗性に寄与する炭素膜のみで浮上面保護層を形成することで、耐食性及び耐摩耗性を維持したままの薄膜化を実現することができる。

特開２００３−０８６８６１号公報 特開２００６−１０７６０７号公報 Klaas B. Klaassen他 "Broad-band noise spectroscopy of giant magnetoresistive read heads", IEEE transactions on magnetics, 41, 2307 (2005)

高記録密度化の要求にこたえるべく、中間層がトンネルバリア層であるTMR膜を利用した磁気ヘッドにおいて、浮上面保護層の膜厚を２．５ｎｍ未満にしたとき、再生素子のＳＮ比が低く所望の特性を実現することができない磁気ヘッドが相当数あることが分かった。

本発明は斯かる問題を鑑みてなされたもので、その目的は、磁気ヘッド浮上面保護層の薄膜化と同時に、再生素子のＳＮ比の劣化を抑制することで、高密度記録に適した磁気ヘッドを高歩留まりで提供することである。

本発明者らは、高歩留まりの磁気ヘッドを実現するべく、まず従来の製造方法に関する詳細な調査を行った。その結果、磁気ヘッドの再生素子のＳＮ比の劣化が以下のメカニズムにより生じることを突き止めた。

磁気抵抗効果膜中の中間層、強磁性固定層、又は強磁性自由層に損傷が生じたとき、その損傷部は電子を捕獲しやすいトラップサイトとなる。このトラップサイトである損傷部に電子がトラップされた場合と、損傷部が空である場合では、クーロンポテンシャルが変わり、電気抵抗が変化（揺動）する。この抵抗の揺動は、磁場の検知においてノイズとして作用する。

上記の損傷は、磁気抵抗効果膜を構成する材料が、その端面において活性な材料と化学的に反応することにより形成される。磁気抵抗効果膜の一つの端面（記録媒体対向面）は、浮上面側に露出しており浮上面保護層と直に接している。浮上面保護層上層を構成する炭素膜、及び下層の密着膜を構成する珪素膜は、磁気抵抗効果膜に対して非常に活性である。更に、珪素膜と炭素膜を比較すると、炭素膜が磁気抵抗効果膜に与える損傷の方が大きい。以上より、従来の珪素膜及び炭素膜により構成される浮上面保護層を用いた場合、まず密着膜を構成する珪素と磁気抵抗効果膜の反応によりノイズの増加が観察される。更に、浮上面保護層の薄膜化により密着膜の膜厚が薄くなり、炭素が磁気抵抗効果膜と接触するようになると、磁気抵抗効果膜の浮上面の一部を構成する媒体対向面に更に多くのトラップサイトが形成され、ノイズの増加、即ちＳＮ比の低下をもたらす。

原理的には密着膜が一層でも存在すれば、炭素膜からなる浮上面保護膜が磁気抵抗効果膜と接することは無い。しかしながら、従来の技術では、浮上面保護膜を形成する際、炭素は５０ｅＶ程度のエネルギーを有するイオンとして磁気ヘッド浮上面に照射されることから、炭素は密着膜にある程度侵入してしまい、中には貫通するものもある。このことにより、炭素が密着膜の下地に存在する磁気抵抗効果膜と反応してしまう。従来の技術を用いた場合、密着膜の膜厚が１．０ｎｍよりも薄くなったとき、炭素は磁気抵抗効果膜の端面と直に接するようになる。

十分な耐食性及び耐摩耗性を満足するためには１．５ｎｍ以上の炭素膜を形成しなければならないため、２．５ｎｍより薄い浮上面保護層を形成するときは、密着膜は１．０ｎｍよりも薄くなければならず、従ってＳＮ比に劣化が生じてしまう。

上記のメカニズムを鑑みて、発明者らは、浮上面保護層として単層の窒化珪素膜を用い、かつ磁気抵抗効果膜の媒体対向面に炭素が存在しない構成にすることにより、酸化物からなる中間層を有する磁気抵抗効果膜を用いた磁気ヘッドにおいて、浮上面保護層の膜厚を２．５ｎｍ未満とした場合でも、良好なＳＮ比が得られることを見出した。

浮上面保護層として窒化珪素膜を用いることにより、窒化珪素膜中で珪素が窒素によって不活性化される。これにより、磁気抵抗効果膜と浮上面保護層の間の反応が抑制され、ノイズの増加を防ぐことが可能となる。このとき窒化珪素膜中の窒素組成比は３５原子％以上で６０原子％以下であることが好ましい。

また、浮上面保護層を窒化珪素膜と炭素膜の二層以上の構成とする場合には、窒化珪素膜の膜厚を、炭素膜を形成する際の炭素の侵入深さよりも厚くする、又は炭素膜を形成するときの炭素の持つエネルギーを、窒化珪素膜を貫通しない程度に小さくすることによって、磁気抵抗効果膜と窒化珪素膜及び炭素膜の間の反応が抑制され、ノイズの増加を防ぐことが可能となる。詳細なメカニズムを以下に説明する。

エネルギーＥｉを有する炭素イオンを用いて炭素膜を形成する際は、炭素イオンが密着膜に照射されることから、炭素イオンは密着膜にある程度侵入してしまい、このことにより密着膜の下地に存在する磁気抵抗効果膜と反応してしまう。炭素イオンの密着膜に対する侵入深さは次のようにして計算することができる。密着膜と衝突した炭素イオンは、初期のエネルギーＥｉを失いながら密着膜の内部に侵入していく。そして炭素イオンのエネルギーが零になった深さにおいて停止する。このとき、密着膜の、炭素イオンを減速させる能力は阻止能（ｄＥ／ｄｘ）、と呼ばれる。阻止能は単位長さを侵入する際に侵入する粒子が失うエネルギーのことで、電子数が多いほど、即ち緻密なほど、大きい。阻止能と入射する粒子のエネルギーから、侵入深さｄは次の式で表すことができる。

ｄ＝Ｅｉ／（ｄＥ／ｄｘ）
これより、炭素膜と磁気抵抗効果膜を隔離するためには、以下の条件のいずれかを満足すればよいことが導かれる。即ち、侵入深さｄが、密着膜の膜厚ｔよりも小さければよいことから、（１）密着膜の膜厚ｔが、炭素イオンの入射エネルギーを密着膜の阻止能で除した商よりも大きい、（２）炭素膜を形成する際の炭素粒子の入射エネルギーが、密着膜の膜厚ｔと阻止能ｄＥ／ｄｘの積よりも小さい、（３）密着膜の阻止能ｄＥ／ｄｘが、炭素膜を形成する際の炭素粒子の入射エネルギーＥｉを密着膜の膜厚ｔで除した商によも大きい。上記三つの条件のいずれかを満足するように浮上面保護層を形成することによって、炭素膜と磁気抵抗効果膜を隔離することが可能となる。また、浮上面保護膜（上層）に炭素を含まない構成にすることも、上述の問題を解決する手段である。

以上の構成により、浮上面保護層の膜厚が２．５ｎｍ未満において、磁気抵抗効果膜を珪素および炭素と接触させることなく、ノイズの小さい磁気ヘッドを得ることが可能となる。

本発明によれば、磁気抵抗効果膜に損傷を与えることなく、浮上面保護層の膜厚を減少させることが可能となり、その結果として、歩留まりが高く、高密度記録に適した磁気ヘッドを得ることができる。

まず、図４、図５及び図６を参照して本発明に係る磁気ヘッドの基本構成を説明する。図４はウェハから切り出されたローバーの斜視図である。図５はローバーを切断して分離された磁気ヘッドの斜視図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面であり、磁気ヘッド素子部の断面図である。ローバー５０は、約５０個の磁気ヘッド素子が連結したものであり、長さＬは約５０ｍｍ、厚さｔは約０.３ｍｍである。磁気ヘッド１は、スライダ２０と素子形成部４０とを有し、素子形成部４０に磁気ヘッド素子１０が形成されている。磁気ヘッド１の浮上面（媒体対向面）には、浮上レール２２と、浅溝レール２４と、深溝２６が形成されている。磁気ヘッド素子１０は、図６に示すように、セラミック材からなるスライダ２０の端面に、絶縁膜２８を介して積層された再生素子１２と記録素子６０から構成されている。再生素子１２は、下部磁気シールド層１４、磁気抵抗効果膜２、上部磁気シールド層１６から構成されている。磁気抵抗効果膜２の浮上面からの素子高さはｈで示されている。記録素子６０は、上部磁気シールド層１６の上に形成された絶縁分離膜５８の上に積層された磁気誘導型素子であり、下部磁性膜６２、コイル６４、層間絶縁膜６６、上部磁性膜６８から構成されている。記録素子６０の上部は、絶縁保護膜７０で覆われている。

上記磁気ヘッド１は、再生素子１２と記録素子６０を有する記録再生兼用型磁気ヘッドであるが、再生素子と記録素子とが独立していてもよく、その場合は、磁気ヘッド１は、TMR膜２からなる再生素子１２を備える構成となる。

次に、図１、図２及び図３を参照して、実施例１による磁気ヘッドの再生素子部分及び浮上面保護層部分の構成を説明する。図２は磁気ヘッドの媒体に平行な断面(素子高さ方向に垂直な断面)を示す図あり、図中のX軸・Y軸・Z軸は、それぞれトラック幅方向、素子高さ方向、積層膜厚方向を示している。図３は図２のＢ−Ｂ線で切断した素子高さ方向の断面図である。図１は図３の媒体対向面の一部を形成する端面の拡大図である。図１及び図３においてX軸・Y軸・Z軸は、それぞれ図２に示すＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸と同一軸を示す。

図２に示すように、再生素子１２は、下部磁気シールド層１４と上部磁気シールド層１６の間に磁気抵抗効果膜（TMR膜）２が設けられ、TMR膜２の両脇にはリフィル膜１８と磁区制御膜１９が設けられている。TMR膜２は、図１に示すように、下部磁気シールド層１４及び上部磁気シールド層１６に挟まれた、少なくとも下部金属層３、反強磁性層４、強磁性固定層５、中間層６、強磁性自由層７、上部金属層８により構成されている。中間層６により隔てられた強磁性固定層５と強磁性自由層７のそれぞれの磁化の成す角度により抵抗が変化する特徴を有する。この抵抗変化を読み取ることで、外部磁場を測定することができる。TMR膜２の記録媒体対向面９には浮上面保護層１００が形成されている。浮上面保護層１００は、膜厚が約２．０ｎｍの窒化珪素膜単層である。

下部磁気シールド層１４及び上部磁気シールド層１６には、Ni-Fe系合金からなる軟磁性材料を用いる。下部金属層３にはTa、Ru、Ni-Fe系合金、あるいはこれらの積層膜を用い、反強磁性層４にはPt-Mn系合金やMn-Ir系合金などの反強磁性材料、Co-Pt系合金やCo-Cr-Pt系合金などの硬磁性材料を用いる。硬磁性材料膜として、反平行結合した高保磁力膜、いわゆるセルフピンド膜を用いてもよい。また、強磁性固定層５及び強磁性自由層７には、Ni-Fe系合金，Co-Fe系合金，Co-Ni-Fe系合金，マグネタイトやホイスラー合金などの高分極率材料、及びこれらの積層膜を用いることが出来る。また、１ｎｍ以下のスペーサー層を介して強磁性層を積層させた多層膜を用いてもよい。中間層６には、TMR効果を用いる場合にはトンネルバリア層であり、具体的には、Al、Mg、Si、Zr、Ti、これらの混合物の酸化物あいはこれらの酸化物の積層体を用いることができるが、本実施例では酸化マグネシウム(MgO)を用いた。上部金属層８にはTa、Ru、Ni-Fe系合金、あいはこれらの積層膜を用いる。

なお、TMR膜の積層順序は上記の限りでなく、例えば下部磁気シールド層１４上に、下部金属層、強磁性自由層、中間層、強磁性固定層、反強磁性層、上部金属層を積層し、そして上部磁気シールド層１６を積層することもできる。

次に、図７を用いて、実施例１による磁気ヘッドの製造方法を説明する。まず複数の磁気ヘッド素子を形成したアルミナ・チタン・カーバイドの基材を、図４に示すような短冊状の磁気ヘッドローバー５０として切り出す。その後、磁気ヘッド素子の寸法（素子高さｈ等）が所望の値になるように、例えば、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ回転定盤を用いて、前記磁気ヘッドローバー５０の加工面に対して機械研磨加工を行う（ステップ７００）。

機械研磨加工が終了した後、磁気ヘッドローバー５０を真空容器内に導入する（ステップ７０１）。真空容器内で磁気ヘッドローバー５０の媒体対向面９に対してアルゴンイオンビーム照射によるクリーニングを行う（ステップ７０２）。イオンはアルゴンの他に、ネオン、ヘリウム、クリプトン、又はキセノンなどの希ガスを用いることができる。イオンビームの加速電圧は３００Ｖであり、イオン入射角度は、媒体対向面法線から７５度である。ただし、前述の機械研磨加工工程において形成された塑性流動層による導電性スメアを除去することができれば、この条件に限ることはない。また、イオンビーム照射に代えてガスプラズマによるスパッタエッチングを用いることができる。

クリーニング工程に次いで、磁気ヘッドローバー５０を真空容器内から取り出し、図８に示す成膜装置へ真空中で搬送し、以下の方法で窒化珪素膜からなる浮上面保護層１００を形成する（ステップ７０３）。磁気ヘッドローバー５０を成膜装置のサンプルホルダー２０１に固定する。その後、真空ポンプ２０２により１×１０^−４Ｐａ程度まで排気を行う。次いでアルゴンガス導入配管２０３及び窒素ガス導入配管２０４を用いて真空容器内にガスを導入する。ここではアルゴンガス及び窒素ガスを、それぞれ3sccm及び15sccm導入した。真空容器内にはサンプルホルダー２０１と対向する場所に、珪素ターゲット２０５が備えられている。珪素ターゲット２０５はRF電源２０７とマッチングボックス２０８を介して接続されている。このRF電源２０７により電力を投入することで珪素ターゲット２０５とサンプルホルダー２０１の間にプラズマを発生させ、アルゴン及び窒素のイオン及びラジカルを形成する。また、珪素ターゲット２０５の近傍には磁石２０６が配置されており、珪素ターゲット２０５には磁場が作用している。磁界中で形成したアルゴン及び窒素のイオン及びラジカルは、珪素ターゲット２０５をスパッタリングし、サンプルホルダー２０１上の磁気ヘッドローバー５０上に珪素を堆積させる。このとき雰囲気中の窒素との反応が生じ、磁気ヘッドローバー上には窒化珪素膜が形成される。本プロセスにより、磁気ヘッドローバー上に膜厚２．０ｎｍの窒化珪素膜を形成した。窒化珪素膜は、窒素の組成比が５５原子％程度で、化学量論的な組成に非常に近いものであった。なお、窒素の組成比は、３５原子％以上６０原子％が好ましい範囲である。

再び図７に戻り、浮上面保護層形成後、磁気ヘッドローバー５０を真空容器から取り出し（ステップ７０６）、レジスト塗布、露光、イオンミリングを繰り返してスライダレールを形成し（ステップ７０７）、最後に磁気ヘッドローバー５０を磁気ヘッド素子単位に機械切断して、磁気ヘッド１を完成させる（ステップ７０８）。

なお、窒化珪素膜の成膜方法は、上述の反応性スパッタリング法の他に、指向性のあるアルゴンイオン及び窒素イオンをビーム状に珪素ターゲットに照射することにより珪素ターゲットをスパッタして成膜するイオンビーム蒸着法、他には、熱蒸着法、CVD法などであっても構わない。また耐腐食性を満足する限りは、膜厚は２．０ｎｍよりも薄くても構わない。

上記実施例１の効果を比較例１との関係で説明する。比較例１の磁気ヘッドは、浮上面保護層の組成比と形成方法を除いて実施例１と同じ構成であり、同じ製法で作成した。比較例１の浮上面保護層は、機械研磨加工を行った後、磁気ヘッドローバーを真空容器に搬入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行った後、図８に示した成膜装置を用いて形成した。このとき、アルゴンガス及び窒素ガスを次の四通りの条件で導入し、RF電力を投入することで反応性スパッタリングを行った。（１）アルゴン／窒素＝18sccm／0sccm、（２）アルゴン／窒素＝17sccm／1sccm、（３）アルゴン／窒素＝15sccm／3sccm、（４）アルゴン／窒素＝12sccm／6sccm。これらの条件により形成された窒化珪素膜の窒素組成比はそれぞれ、０原子％、１０原子％、２０原子％、３０原子％であった。

次に、実施例１の磁気ヘッドと比較例１の磁気ヘッドのノイズの測定を行った。磁気ヘッドのノイズは以下のような手法を用いて測定した。まず、磁気ヘッドのTMR膜２の上下に備えられた下部磁気シールド層１４及び上部磁気シールド層１６に、それぞれ接続された導線を電圧測定装置に接続する。その後、定電流電源を用いてTMR膜２にセンス電流を流し、電圧の揺動を１ＭＨｚから５０ＭＨｚの帯域通過フィルターを通して０．１秒間、サンプリング周波数５ＭＨｚにて測定を行う。このとき測定した電圧値の標準偏差がノイズの指標となる。図９は横軸に窒化珪素膜中の窒素組成比を、縦軸に上述したノイズをとったものである。実施例１の磁気ヘッドでの測定例２１１を丸印で、比較例１での測定例２１２を三角印で表す。実施例１の磁気ヘッドでは窒化珪素膜中で珪素が窒素によって不活性化されており、TMR膜２に対して損傷を与えないので、ノイズは低レベルに抑えられている。これに対して、比較例１の磁気ヘッドでは、窒化珪素膜中の珪素の不活性化が十分でなく、珪素は部分的にTMR膜２と反応を起こし、損傷領域を発生させているので、ノイズは高レベルである。

以上の説明のとおり、実施例１によれば、浮上面保護層の薄膜化と、再生素子のＳＮ比の劣化を抑制することで、高密度記録に適した磁気ヘッドを高歩留まりで提供することができる。また、窒素組成比の高い窒化珪素膜は、耐食性及び耐摩耗性が良好であり、膜厚２．０ｎｍにおいて十分な耐食性及び耐摩耗性を示すことを確認することができた。

次に、図１０を参照して実施例２による磁気ヘッドの再生素子部分及び浮上面保護層部分の構成を説明する。実施例２による磁気ヘッド１′の構成は、浮上面保護層を除いて上記実施例１と同じである。したがって、実施例１と同じ構成についての説明は省略し、実施例１と異なる浮上面保護層の構成について説明する。浮上面保護層１１０は窒化珪素膜からなる密着膜１１２に炭素膜からなる浮上面保護膜１１４が積層されて構成される。浮上面保護層１１０の合計膜厚は２．０ｎｍである。

次に、図１１を参照して実施例２による磁気ヘッドの製造方法を説明する。浮上面保護層の形成工程以外は、実施例１による磁気ヘッドの製造方法と同じであるため、同じ工程の説明は省略し、浮上面保護層の形成工程について説明する。

イオンビームによるクリーニング工程（７０２）に次いで、窒化珪素からなる密着膜１１２をスパッタリング法により形成する（ステップ７０４）。密着膜１１２の膜厚は１．０ｎｍである。成膜方法は実施例１と同じである。密着膜１１２の成膜方法はスパッタリング法に限らず、イオンビーム蒸着法、熱蒸着法、CVD法であっても構わない。密着膜１１２の形成後に、上層として炭素からなる膜厚１．０ｎｍの浮上面保護膜１１４を、陰極真空アーク蒸着法を用いて形成する（ステップ７０６）。陰極真空アーク蒸着法は図１２に示す装置により行う。アーク電源３０８に接続されたグラファイトカソード３０１にアノード３０２を接触させると、多量の熱電子が放出されるとともに、カソード３０１の近傍に電界を発生する。このアーク放電によりカソード３０１を飛び出した炭素イオン３０３は５０〜１００ｅＶ程度に加速され、その一部が直径８インチ程度の屈曲したダクトを通って成膜室に入射する。前記屈曲したダクトの周りにはコイル３０４が巻きつけられており、ダクト内に磁場を発生させる構成になっている。この磁場により炭素イオン３０３は効果的に成膜室に輸送される。成膜室に輸送された炭素イオン３０３は成膜室内のサンプルホルダー３０７上に設置された磁気ヘッドローバー５０に衝突し、窒化珪素膜１１２の上に炭素膜１１４を形成する。発生した炭素イオン３０３は最大１００ｅＶ程度のエネルギーを持つ。陰極真空アーク蒸着法を用いて成膜を行う際、数μｍ程度の異物が発生するが、これらの異物を除去する目的で、ダクトと成膜室の間にフィルター３０５及び電極３０６が設置されている。異物の中には電荷を有しているものが含まれており、電極に電圧を印加することで、異物を除去することが可能になる。

十分な耐食性及び耐摩耗性を有する限りは、浮上面保護膜１１４の形成後に、何らかの表面処理を行っても構わない。浮上面保護膜１１４を形成した後、磁気ヘッドローバーを真空容器から取り出す（ステップ７０６）。

実施例２による磁気ヘッド１′において、密着膜１１２である窒化珪素膜の膜厚は、続いて行われる炭素から構成される浮上面保護膜１１４の形成工程において、カーボンイオンが密着膜１１２を貫通してTMR膜２に到達しない膜厚であれば、上記の１．０ｎｍの限りではない。すなわち、窒化珪素膜１１２の阻止能をｄＥ／ｄｘ、膜厚をｔ、炭素イオンのエネルギーをＥｉとしたときに、次式が満足されるようなｔであればよい。

ｔ＞Ｅｉ／（ｄＥ／ｄｘ）
実施例２においては、炭素膜１１４の成膜に陰極真空アーク蒸着法を用いているが、本方法ではカーボンイオンのエネルギーの平均値は５０ｅＶ程度である。炭素イオンのエネルギーはある程度の分布を有するが、ほとんどのイオンは１００ｅＶ以下である。ここで、窒化珪素膜１１２の阻止能ｄＥ／ｄｘは１００ｅＶ／ｎｍ程度であることから、窒化珪素膜１１２の膜厚は１．０ｎｍ以上であれば、炭素イオンが窒化珪素膜からなる密着膜１１２を貫通してTMR膜２に損傷を与えることはなく、良好なＳＮ比を有する磁気ヘッドを製造することができる。

次に、上記実施例２の効果を比較例２との関係で説明する。ここで実施例２による磁気ヘッド１′と比較される比較例２の磁気ヘッドについて説明する。比較例２の磁気ヘッドは、実施例２と同じく、２．０ｎｍの浮上面保護層を有する磁気ヘッドであり、機械研磨加工を行った後、磁気ヘッドローバーを真空容器に搬入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行った後、密着膜１１２として、膜厚０ｎｍ、０．２ｎｍ、０．４ｎｍ、０．６ｎｍ及び０．８ｎｍの窒化珪素膜を反応性スパッタリング法により形成した。次いで陰極真空アーク蒸着法を用いて、膜厚２．０ｎｍ、１．８ｎｍ、１．６ｎｍ、１．４ｎｍ、及び１．２ｎｍの炭素膜の形成を行った。形成した五条件の浮上面保護層の合計膜厚は２．０ｎｍである。

続いて、実施例２及び比較例２において作成された磁気ヘッドのノイズの測定を行った。磁気ヘッドのノイズは、実施例１と比較例１の比較を行った方法と同じである。図１３は横軸に密着膜１１２の膜厚を、縦軸に上述したノイズの電圧揺動の標準偏差をとったものである。実施例２による磁気ヘッド１′の測定例３１１を丸印で、比較例２による磁気ヘッドの測定例３１２を三角印で示した。実施例２による磁気ヘッド１′では、いずれも炭素がTMR膜２に到達せず、TMR膜２が損傷を受けていないことから、いずれもノイズが低く、比較例２よりも優れたＳＮ比を有する磁気ヘッドである。

上記実施例２のように、浮上面保護層１１０が窒化珪素膜からなる密着層１１２と炭素膜からなる浮上面保護膜１１４の二層構造の場合も、実施例１と同様に、窒化珪素膜の窒素の組成比が大きいほどノイズが小さく、３５原子％以上６０原子％が好ましい範囲である。

上記実施例２によれば、実施例１と同様に浮上面保護層の薄膜化と、再生素子のＳＮ比の劣化を抑制することで、高密度記録に適した磁気ヘッドを高歩留まりで提供することができる。また、浮上面保護膜（上層）として炭素膜を形成しているため、耐食性及び耐摩耗性に関しては、実施例１よりも優れている。

次に、上記実施例２による磁気ヘッドの浮上面保護層の形成方法の他の例を説明する。この方法は、窒化珪素膜からなる密着膜１１２及び炭素膜からなる浮上面保護膜１１４により構成される浮上面保護層１１０の、浮上面保護膜１１４を形成する際に、Ａｒガスプラズマを用いてカーボンターゲットをスパッタリングすることで成膜を行うことを特徴とする。

イオンビームによるクリーニング工程に次いで、窒化珪素からなる密着膜１１２をスパッタリング法により形成する。このとき、密着膜１１２の膜厚は０．４ｎｍである。密着膜１１２の成膜方法はスパッタリング法に限らず、イオンビーム蒸着法、熱蒸着法、CVD法であっても構わない。密着膜１１２の形成後に、炭素からなる膜厚１．６ｎｍの浮上面保護膜１１４を、スパッタリング法を用いて形成する。スパッタリングによる炭素膜の形成は図１４に示される装置を用いて行う。磁気ヘッドローバーはサンプルホルダー４０１に固定される。その後、真空ポンプ４０２により１×１０^−４Ｐａ程度まで排気を行う。真空度は適宜変更可能である。次いでアルゴンガス導入配管４０３を用いて真空容器内にガスを導入する。ここでは、アルゴンガスを15sccm導入した。真空容器内ではサンプルホルダー４０１と対向する場所に、炭素ターゲット４０４が備えられている。炭素ターゲット４０４はRF電源４０６とマッチングボックス４０７を介して接続されている。このRF電源４０６により電力を投入することで炭素ターゲット４０４とサンプルホルダー４０１の間にプラズマを発生させ、アルゴンのイオンを形成する。また、炭素ターゲット４０４には磁石４０５により形成された磁場が作用している。ここで形成したアルゴンのイオンは、炭素ターゲット４０４をスパッタリングし、サンプルホルダー４０１上の磁気ヘッドローバー上に炭素膜を堆積させる。この手法を用いて磁気ヘッドローバー上に膜厚１．６ｎｍの炭素膜の形成を行った。

このスパッタリング法によれば、スパッタリングされ、窒化珪素膜に付着する炭素原子の持つエネルギーは数ｅＶ程度であり、窒化珪素膜一層を貫通するエネルギーを有さない。したがって、窒化珪素膜の膜厚が０．４ｎｍのときでも、TMR膜の端面と炭素の間で反応が生じ、TMR膜中に損傷が生じることはない。このようにして形成された浮上面保護層を有する磁気ヘッドは、良好なＳＮ比を示した。

なお、炭素膜の成膜方法は、上述のスパッタリング法である必要は無く、指向性のあるアルゴンイオンをビーム状に炭素ターゲットに照射することにより炭素ターゲットをスパッタして成膜するイオンビーム蒸着法、他には、熱蒸着法、CVD法などであっても構わない。

以上の各実施例によれば、磁気スペーシングロスを伴わずに、ＳＮ比の高い磁気ヘッドを実現することが可能となる。その結果として、高密度記録に適した磁気ヘッドを高歩留まりで得ることが可能となる。

以上の各実施例は、再生素子の磁気抵抗効果膜としてTMR膜を用いたが、CPP-GMR膜を用いることもできる。CPP-GMR膜の場合には、中間層は導電層あるいは電流狭窄層を有する導電層であり、具体的には、Al、Cu、Ag、Au、あいはこれらの混合物や積層体の他、これらの一部を部分的に酸化、窒化などによって電流狭窄を行う層などを挿入してもよい。この場合でも、浮上面保護層の薄膜化と、再生素子のＳＮ比の劣化を抑制することで、高密度記録に適した磁気ヘッドを高歩留まりで提供することができる。

実施例１による磁気ヘッドのTMR膜の素子高さ方向断面拡大図である。 実施例１による磁気ヘッドの再生素子のトラック幅方向断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 磁気ヘッドローバーの斜視図である。 本発明に係る磁気ヘッドの全体斜視図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 実施例１による磁気ヘッドの製造方法を示すプロセスフロー図である。 窒化珪素膜の成膜装置（スパッタリング装置）の構成図である。 実施例１による磁気ヘッドの効果を説明するための図である。 実施例２による磁気ヘッドの再生素子のトラック幅方向断面図である。 実施例２による磁気ヘッドの製造方法を示すプロセスフロー図である。 炭素護の成膜装置（陰極真空アーク蒸着装置）の構成図である。 実施例２による磁気ヘッドの効果を説明するための図である。 炭素護の成膜装置（スパッタリング装置）の構成図である。

符号の説明

１，１′…磁気ヘッド、２…磁気抵抗効果膜（TMR膜）、３…下部金属層、４…反強磁性層、５…強磁性固定層、６…中間層、７…強磁性自由層、８…上部金属層、９…媒体対向面、１０…磁気ヘッド素子部、１２…再生素子、１４…下部磁気シールド層、１６…上部磁気シールド層、１８…リフィル膜、１９…磁区制御膜、２０…スライダ、４０…素子形成部、６０…記録素子、１００…浮上面保護層（単層）、１１０…浮上面保護層（二層）、１１２…密着膜（窒化珪素膜）、１１４…浮上面保護膜（炭素膜）、２０１…サンプルホルダー、２０２…真空ポンプ、２０３…アルゴンガス導入配管、２０４…窒素ガス導入配管、２０５…珪素ターゲット、２０６…磁石、２０７…RF電源、２０８…マッチングボックス、３０１…カソード、３０２…アノード、３０３…炭素イオン、３０４…コイル、３０５…フィルター、３０６…電極、３０７…サンプルホルダー、３０８…アーク電源。

Claims (6)

1. 強磁性固定層と強磁性自由層の間に中間層を有する磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜の上下に配置された下部電極層と上部電極層を有する再生素子を備えた磁気ヘッドであって、
   前記中間層は高抵抗特性を有するトンネルバリア層であり、記録媒体対向面側の前記再生素子の表面に、窒化珪素膜からなる密着膜を下層に、炭素を含む浮上面保護膜を上層に配置した浮上面保護層を備え、
   前記密着膜の窒素の含有率が、窒化珪素膜中で珪素が窒素によって不活性化されて前記磁気ヘッドのノイズを低減できる、３５ａｔ％−５５ａｔ％であり、前記密着膜と浮上面保護膜との合計膜厚が２．５ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ヘッド。
2. 前記密着膜の膜厚は、該密着膜の阻止能をｄＥ／ｄｘとし、前記浮上面保護膜を形成する際の炭素イオンの初期エネルギーをＥｉとしたとき、Ｅｉ／（ｄＥ／ｄｘ）以上であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
3. さらに、前記再生素子に隣接して配置された磁気誘導型記録素子を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッド。
4. ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
   前記ウェハをローバーに切断する工程と、
   前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
   前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
   前記クリーニングを行った浮上面に対して窒素の含有率が、窒化珪素膜中で珪素が窒素によって不活性化されて前記磁気ヘッド素子のノイズを低減できる、３５ａｔ％−５５ａｔ％の窒化珪素からなる密着膜を形成する工程と、
   前記密着膜の形成に続いて、炭素イオンが前記密着膜を貫通しない程度の初期エネルギーを持つ成膜法で炭素を含む浮上面保護膜を形成する工程と、
   前記浮上面保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
   前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
   を備えたことを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
5. 前記浮上面保護膜は、陰極真空アーク蒸着法を用いて形成することを特徴とする請求項４記載の磁気ヘッドの製造方法。
6. 前記浮上面保護膜は、スパッタリング法を用いて形成することを特徴とする請求項４記載の磁気ヘッドの製造方法。

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