JPH11259822A - 電磁変換器及びヘッド - Google Patents
電磁変換器及びヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気抵抗センサへの熱的影響を低減す
る。 【解決手段】 電磁変換器のための高性能非磁性ギャッ
プ層40、42、55、58、62、64は、熱伝導性
かつ電気的絶縁性で、磁気抵抗センサ素子25、60を
形成するためにち密なアモルファス面を有する。この非
磁性ギャップ層は、AlN、SiC、SiO2、Si3N
4、BeO、及びTa2O3の非単結晶化合物を含み、熱
伝導性及び絶縁破壊電圧がアルミナと比較して非常に高
く、巨大磁気抵抗ヘッドやスピンバルブ型ヘッドに特に
適している。
る。 【解決手段】 電磁変換器のための高性能非磁性ギャッ
プ層40、42、55、58、62、64は、熱伝導性
かつ電気的絶縁性で、磁気抵抗センサ素子25、60を
形成するためにち密なアモルファス面を有する。この非
磁性ギャップ層は、AlN、SiC、SiO2、Si3N
4、BeO、及びTa2O3の非単結晶化合物を含み、熱
伝導性及び絶縁破壊電圧がアルミナと比較して非常に高
く、巨大磁気抵抗ヘッドやスピンバルブ型ヘッドに特に
適している。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁変換器又はヘ
ッドに関するものであり、特に信号検出のために磁気抵
抗効果を利用する電磁変換器又はヘッドに関するもので
ある。 【0002】 【従来技術】電磁変換器用センサとして磁気抵抗(M
R)素子を用いることにより、ディスクやテープ駆動機
構のヘッドの性能が改善されている。周知のように、M
R素子の抵抗は、該素子に加わる磁界によって変化する
ので、MR素子を流れる電流を用いて抵抗の変化を測定
することにより、前記磁界を求めることができる。 【0003】バルク材料は或る程度のMR効果を示す
が、この効果は通常、印加される電束及び磁束に関して
素子が小さくなる程より顕著になる。従って、透磁率が
高くかつ保磁力が低い、ニッケルと鉄の合金であるパー
マロイのような材料で形成された薄膜は、その膜厚が約
500Å未満であるときにヘッドのセンサとして有用で
あることが知られている。膜厚がより薄い薄膜は量子力
学的効果を示し、スピンバルブのようなMR感知装置に
利用することができる。ビットサイズの小型化に関連す
る高記憶密度化も、同様により小さいMR素子を必要と
する。 【0004】一般に、MR感知動作に用いられる薄膜
は、薄くなればなるほど、膜厚や構造の均一性が重要に
なる。同様に、その上に薄膜を形成する材料の表面即ち
テンプレートは重要である。ハードディスク装置のヘッ
ドは通常、ディスク上に信号を書き込むために用いられ
る一対の透磁性膜層の間に、またはそれに隣接して配置
されるギャップ領域にMRセンサを有する。このギャッ
プを形成する従来の材料は、成形や加工が容易であるこ
とが知られており、薄いMR膜を形成するのに適したテ
ンプレートとなるアルミナ(Al2O3)である。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミナは、
水分に対して強い親和性を有し、また多孔性の柱状分子
構造を形成し易い傾向があり、この両方の性質が、隣接
するMRセンサの品質及び完全性を低下させる虞があ
る。 【0006】また、MR素子は、温度変化が一般に、磁
束の変化又は誤った信号として誤認され得る抵抗の変化
をもたらすことから、温度変化に対して敏感である。例
えば、ヘッドとディスクの一時的な接触によって生ずる
高熱が、このような信号のエラーを発生させる虞があ
り、そのためにMRセンサを熱的に隔離することは有益
である。しかしながら、一般に磁気抵抗が高くなること
は、MR薄膜により生ずる熱の増加を意味し、従ってセ
ンサの動作中の温度上昇がより大きくなる。この動作温
度の上昇は、信号の読み出しにも悪影響を及ぼす虞があ
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、電気的絶縁性
に加えて熱伝導性であるように構成した全く新規の非磁
性材料層をMRセンサに隣接させて使用する。重要な点
は、更にこの非磁性層により、その上に繊細なMRセン
サを形成するのに好適な面が提供されることである。こ
の非磁性材料は、例えばAlN、SiC、SiO2、S
i3N4 、BeO、及びTa2O3のようなアモルファス
の固体酸化物又は窒化物が好ましい。このような化合物
は半導体加工技術を用いて形成することができ、他の層
の加工の際にアルミナよりも損傷を受けにくい。このよ
うな化合物をアモルファス層に形成することにより、
2、3個の原子の層程度の薄い膜厚のMR薄膜を形成す
るのに有利なテンプレートが得られる。これらの層はち
密で、一般的なMR素子に対する汚染物質である水や酸
素を透過しない。 【0008】これらの材料の非磁性は、隣接するMR素
子と全く対照的で、それによりこの材料をギャップ層と
して用いることができる。また、この材料は、繊細なM
Rセンサと類似した熱膨張係数を有し、それによって加
工時又は動作時の温度変化によるMRセンサへの過剰な
応力や破損を生じさせない。また、これらの材料は、ア
ルミナより絶縁破壊電圧を高くすることができ、かつ多
孔性が低く、それによりセンサの短絡や静電放電(ES
D)による損傷の可能性を少なくしている。これらの材
料の電気的短絡を生じ難い性質により、MRセンサの分
解能を改善し得る非常に薄いギャップ層の形成が可能で
あり、かつ一般に、近傍のヒートシンク層への熱伝導性
が高くなる。この象徴的な特性の組み合わせにより、こ
れらの材料は高性能のギャップ層として用いられる。 【0009】前記高性能ギャップ層は、有用な信号が得
られるようにセンサの磁化を配向するために、永久磁石
または反強磁性材料によるピン留め(固定)、傾斜電流
バイアスまたは軟隣接下地層を用いた単純なMRセンサ
において用いることができる。むしろ、この高性能ギャ
ップ層は、センサからの放熱の必要性が高い巨大磁気抵
抗(GMR)センサのような、多数のより薄い膜を備え
たMRセンサに使用することができる。高レベルの信号
を発生し、かつ従って大部分の熱を発生させる非常に薄
い薄膜が必要となるスピンバルブ(SP)型センサにつ
いて、この高性能ギャップ層を用いることは一層有益で
ある。SPセンサの量子力学的動作は、過剰な熱による
悪影響を受けることがあり、従って前記高性能ギャップ
層の熱伝導性の利益を享受できる。膜厚や他の基準に応
じて、前記高性能ギャップ層の形成は、少なくとも最も
重要な層についてイオンビームデポジション又はマグネ
トロンスパッタリングを用いることができる。 【0010】 【発明の実施の形態】図1は、硬質ディスクのような記
憶媒体上に信号を書き込み又は読み出すためのヘッド2
0の電磁変換器部分を示している。この電磁変換器は、
図面には示していないが、数千個の同様の電磁変換器と
ともにウエハ基板22上に薄膜を付着させかつ加工した
後、個々のヘッドに分離することによって形成される。
このヘッド20は、該ヘッドの媒体対向面27に隣接配
置される記憶媒体からの信号を読み出すためのMRセン
サ25を有する。また、このヘッド20は記憶媒体に信
号を書き込むためにコイル35による電磁誘導によって
駆動される一対の透磁性層30、33を有する。MRセ
ンサ25は、書き込みのために用いられる透磁性層33
と共に、透磁性層38によって磁気的にシールドされて
いる。シールド層33、38の間に、MRセンサ25を
取り巻く一対の高性能ギャップ層40、42が配置され
ている。 【0011】この高性能ギャップ層40、42は、MR
センサ25について使用するのに理想的に適した、独特
の特性の組み合わせを有する。第一に、ギャップ層42
は、MRセンサ25の形成及び更にその性能を改善する
ために、平滑かつち密で低応力の面を提供する。MRセ
ンサ25は、2、3個の原子の層程度の薄い層で形成さ
れ得るので、これらの層の形成のために設けられる分子
テンプレートの均一性は重要である。第2に、高性能ギ
ャップ層40、42は、MRセンサ25に近い熱膨張係
数を有することにより、該センサの形成又は動作中の温
度変化が、該センサへの過剰な応力や破損を招くことが
ない。 【0012】第3に、高性能ギャップ層40、42は、
熱伝導性であるが電気的絶縁性かつ非磁性であり、それ
により、MRセンサ25から熱を放出してその性能を高
めることができる。ここで、熱伝導性とは、アルミナの
少なくとも2倍の熱伝導性を有する材料を意味してい
る。例えば、AlNはアルミナの約7倍の熱伝導性を有
し、またSiCの熱伝導性はアルミナの約3倍である。
一方、BeOは、アルミナの10倍以上の熱伝導性を有
する。前記高性能ギャップ層は、ヒートシンクとしての
役目を果たす巨大な前記金属シールド層とMRセンサと
の間にサンドイッチ状に挟まれていることから、熱伝導
性が10倍高くなることにより、概ねセンサからの放熱
が10倍改善されることになる。 【0013】高性能ギャップ層40、42は、AlN、
SiC、SiO2、Si3N4、BeO、及びTa2O3 の
アモルファス又は他の非単結晶化合物から作ることがで
きる。 AlN及びSiCは、特に良好に機能するよう
である。この化合物は、完全に化学量論的に合っている
必要はない。例えば、アルミニウム原子と窒素原子間の
僅かな不均衡は、これが層40、42の電気的絶縁性を
損なわないことは重要であるが、むしろ好ましい場合が
あり(即ち、AlxN(1-x)、ここでx≠0.5)、熱伝
導性を高めることがある。アルミニウムと窒素とで結合
長さが異なることが、アモルファス構造の形成を促進し
得る。 【0014】他方、SiCは、高い熱伝導性を持ちなが
ら、たとえシリコン原子の数と炭素原子の数の間に大き
な不均衡があっても、電気的絶縁性の非単結晶構造を有
するように形成することができる。例えば、層40、4
2におけるシリコン対炭素の濃度比を徐々に変化させ
て、MRセンサ25から遠い側の結晶性・高熱伝導性構
造に組み合わせて、MRセンサ25に近い側をアモルフ
ァスの微晶質または多結晶面にすることができる。同様
に、上述したいずれの化合物も、MRセンサ25の構造
的完全性を改善するために、該センサに隣接する層をア
モルファス層で形成し、かつセンサから遠い側の層は、
熱伝導性を高めるために結晶性の層で形成することがで
きる。 【0015】図2は、ヘッド20の形成に伴ういくつか
の工程を詳細に示した図である。先ず、平滑に研磨した
ウエハ基板22を準備するが、従来はこれにアルミナを
用いている。しかしながら、本発明では、これに代え
て、熱膨張率を釣り合わせるために、例えばAlNやS
iCのような高性能ギャップ層の材料に類似した材料で
基板22を形成することができる。次に、好ましくはパ
ーマロイからなる透磁性層38を、基板22の上に直接
形成するか、又はパーマロイからなる下地層を先に基板
上にスパッタし、その後に層38の残りの部分を電気め
っきする。次に、層38を研磨して、1ミクロン未満か
ら数ミクロンの値となり得る均一な厚さにする。 【0016】研磨した清浄なシールド層38の上に、第
1高性能ギャップ層42をスパッタリング又はイオンビ
ームデポジション(IBD)によって形成する。スパッ
タリングが一般に高速かつ低コストであるのに対し、I
BDは、膜層をより慎重に制御しかつ均一にすることが
できる。簡単なMRセンサには、層42は約1000Å
の膜厚が好ましく、これにはスパッタリングで十分であ
るが、より高い信号強度のSPセンサは、層42に、約
100Å〜900Åの範囲で最適の膜厚を必要とする場
合がある。 【0017】層42は、アモルファス多結晶かつ/また
は微晶質分子構造を含む。好ましくは、AlN又はSi
Cからなる非単結晶構造である。また、層42は反磁性
かつ非磁性(nonmagnetic)材料を含み、非磁性(amagn
etic)である。層42は、その付着後に軽く研磨しかつ
清浄化して、MRセンサ25形成のための平滑な非多孔
性面を設ける。層42は水分を透過させず、MRセンサ
25に類似の熱膨張係数を有する。層42(及び層4
0)の電気的絶縁性には、特に膜厚が1000Å未満の
膜層について、アルミナより実質的に高い絶縁破壊電圧
が含まれる。 【0018】次に、本願出願人に譲渡されたシェン(S
hen)他による米国特許第5,646,805号公報
に記載のように、MRセンサ25をIBEフォトリソグ
ラフィ及びエッチングにより、高性能ギャップ層42上
に形成する。フォトレジスト工程では、アルミナを早く
エッチングする性質のアルカリ性現像液を使用するの
で、高性能ギャップ層42により、MRセンサ25を形
成するためにより耐久性の高い均一な面が得られる。同
様に、MRセンサ25の製造に用いられるエッチング剤
の多くは酸又は塩基であるが、これに対して高性能ギャ
ップ層42は、従来の親水性のアルミナより格段に高い
耐久性を有する。 【0019】MRセンサは、本実施例に示すように、バ
イアスのための軟隣接層(SAL)を備えた比較的単純
な三層構造、図示していないが同様に単純な傾斜電流バ
イアス構造、又はより複雑なスピンバルブ型センサとす
ることができる。本明細書において、「磁気抵抗(M
R)センサ」の語は、センサに印加される磁界の強度及
び/又は方向に応じて変化する電流に対する抵抗率を利
用した感知機構を含むことを意味し、例えば巨大磁気抵
抗(GMR)センサ、コロサル(collosal)磁気抵抗
(CMR)センサ、またはスピンバルブ(SP)型セン
サを含む。 【0020】単純なMRセンサ25を形成するために、
初めに膜厚約150Åの透磁性または軟質のパーマロイ
からなる層41を、ギャップ層42上にIBDにより形
成する。これは、SAL41を分流する電流によりMR
センサ25への線形化磁界を与えるためのものである。
SAL41の上に、高性能ギャップ材料でスペーサ層4
3を、MRセンサ25に隣接する中央領域で約800Å
の膜厚を有し、かつそれ以外の領域では薄くなるように
形成する。次に、パーマロイ・センス層を形成し、かつ
両側にハードバイアス膜44、46のための傾斜面を残
すように、スペーサ層43に沿ってエッチングする。次
に、ハードバイアス層44、46の上に電気リード4
5、47を形成する。次に、MRセンサ25及びリード
45、47の上に第2高性能ギャップ層40を形成し、
その後にヘッドの残りの部分を形成する。前記ヘッドの
非磁性層以外の部分には、アルミナのような従来の材料
を用いることができるが、ここでは、高性能ギャップ層
40、42、43を形成する材料と本質的に同じ材料を
用いることが好ましい。 【0021】図3は、SPセンサに隣接する対の高性能
ギャップ材料層の形成を示している。第1透磁性シール
ド層50を、従来の工程で研磨しかつ清浄化した基板5
2の上に形成する。次に、第1高性能ギャップ層55を
数100Åの均一な膜厚に形成する。第1ギャップ層5
5は、第2高性能ギャップ層58の形成前に研磨しても
しなくてもよい。第2ギャップ層58の研磨及び清浄化
後、本願出願人に譲渡された1996年7月17日付米
国特許出願番号第08/682,276号明細書に記載
のように、SPセンサ60を形成する。簡略化のため、
添付図面ではSPセンサ60を単一の層として記載した
が、実際には、このセンサは膜厚5〜10Å程度のもの
を含むいくつかの層で形成されている。SPセンサ60
を形成した後、別の高性能ギャップ層の対62、64を
形成し、その後にもう1つのシールド層66を形成す
る。 【0022】複数の隣接する高性能ギャップ層55、5
8及び/または高性能ギャップ層62、64を用いるこ
とにより、多くの有用な構成が可能となる。例えば、層
55、64をBeOで形成し、かつ層58、62をAl
Nで形成することができる。別の実施例では、層55、
64をアモルファスにし、かつ層58、62を単結晶に
して、アモルファス層55、64によりSPセンサ60
への応力を最小限にし、かつ単結晶層58、62により
熱伝導性を最大化することができる。各層55、58、
62、64の寸法は、必ずしも同一である必要は無い
が、約50〜1000Åの範囲にすることができる。 【0023】層55、58、62、64の形成時及び形
成後に、或る層の材料が隣接する層に拡散することがあ
る。例えば、層55は本来SiCであるが、隣接する層
58からのアルミニウム原子または窒素原子を含むこと
があり、同様に層58は本来AlNであるが、シリコン
又は炭素原子を含むことがある。また、上述したよう
に、層55、58、62、64の全てまたは何れかにお
いて、傾斜組成即ち不定比(nonstoichiometric)化合
物を形成することは有用である。 【0024】本発明の高性能ギャップ層は、読取り専用
ヘッド又は読取り/書込み組合せヘッドに用いることが
できる。読取り/書込み組合せヘッドの場合には、MR
センサ及び関連する高性能ギャップ層を、電磁誘導によ
る書き込みのために用いられるものと同じギャップ内に
配置し、又は別個に配置することができる。後者の場合
には、MRセンサの形成は、書込み素子の形成の前でも
後でも可能である。いずれにせよ、他の非磁性・電気的
絶縁性の層を前記高性能ギャップ層と同じ材料で形成す
ることは、材料及びプロセスの一致という利点が、例え
ば熱伝導率に起因するようなそれ自体に存在し得る欠点
を超える場合に好ましい。 【0025】 【発明の効果】本発明の電磁変換器によれば、上述した
熱伝導性・電気的絶縁性の非磁性層を設けることによ
り、MRセンサの形成及び性能向上に適した面が得ら
れ、かつ該センサの動作により生じる熱を放出させるこ
とができるので、従来より高性能かつ安定した電磁変換
特性を実現でき、これを磁気記憶装置のヘッドに用いた
場合には、装置の小型化・高記憶密度化を図ることがで
きる。
ッドに関するものであり、特に信号検出のために磁気抵
抗効果を利用する電磁変換器又はヘッドに関するもので
ある。 【0002】 【従来技術】電磁変換器用センサとして磁気抵抗(M
R)素子を用いることにより、ディスクやテープ駆動機
構のヘッドの性能が改善されている。周知のように、M
R素子の抵抗は、該素子に加わる磁界によって変化する
ので、MR素子を流れる電流を用いて抵抗の変化を測定
することにより、前記磁界を求めることができる。 【0003】バルク材料は或る程度のMR効果を示す
が、この効果は通常、印加される電束及び磁束に関して
素子が小さくなる程より顕著になる。従って、透磁率が
高くかつ保磁力が低い、ニッケルと鉄の合金であるパー
マロイのような材料で形成された薄膜は、その膜厚が約
500Å未満であるときにヘッドのセンサとして有用で
あることが知られている。膜厚がより薄い薄膜は量子力
学的効果を示し、スピンバルブのようなMR感知装置に
利用することができる。ビットサイズの小型化に関連す
る高記憶密度化も、同様により小さいMR素子を必要と
する。 【0004】一般に、MR感知動作に用いられる薄膜
は、薄くなればなるほど、膜厚や構造の均一性が重要に
なる。同様に、その上に薄膜を形成する材料の表面即ち
テンプレートは重要である。ハードディスク装置のヘッ
ドは通常、ディスク上に信号を書き込むために用いられ
る一対の透磁性膜層の間に、またはそれに隣接して配置
されるギャップ領域にMRセンサを有する。このギャッ
プを形成する従来の材料は、成形や加工が容易であるこ
とが知られており、薄いMR膜を形成するのに適したテ
ンプレートとなるアルミナ(Al2O3)である。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミナは、
水分に対して強い親和性を有し、また多孔性の柱状分子
構造を形成し易い傾向があり、この両方の性質が、隣接
するMRセンサの品質及び完全性を低下させる虞があ
る。 【0006】また、MR素子は、温度変化が一般に、磁
束の変化又は誤った信号として誤認され得る抵抗の変化
をもたらすことから、温度変化に対して敏感である。例
えば、ヘッドとディスクの一時的な接触によって生ずる
高熱が、このような信号のエラーを発生させる虞があ
り、そのためにMRセンサを熱的に隔離することは有益
である。しかしながら、一般に磁気抵抗が高くなること
は、MR薄膜により生ずる熱の増加を意味し、従ってセ
ンサの動作中の温度上昇がより大きくなる。この動作温
度の上昇は、信号の読み出しにも悪影響を及ぼす虞があ
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、電気的絶縁性
に加えて熱伝導性であるように構成した全く新規の非磁
性材料層をMRセンサに隣接させて使用する。重要な点
は、更にこの非磁性層により、その上に繊細なMRセン
サを形成するのに好適な面が提供されることである。こ
の非磁性材料は、例えばAlN、SiC、SiO2、S
i3N4 、BeO、及びTa2O3のようなアモルファス
の固体酸化物又は窒化物が好ましい。このような化合物
は半導体加工技術を用いて形成することができ、他の層
の加工の際にアルミナよりも損傷を受けにくい。このよ
うな化合物をアモルファス層に形成することにより、
2、3個の原子の層程度の薄い膜厚のMR薄膜を形成す
るのに有利なテンプレートが得られる。これらの層はち
密で、一般的なMR素子に対する汚染物質である水や酸
素を透過しない。 【0008】これらの材料の非磁性は、隣接するMR素
子と全く対照的で、それによりこの材料をギャップ層と
して用いることができる。また、この材料は、繊細なM
Rセンサと類似した熱膨張係数を有し、それによって加
工時又は動作時の温度変化によるMRセンサへの過剰な
応力や破損を生じさせない。また、これらの材料は、ア
ルミナより絶縁破壊電圧を高くすることができ、かつ多
孔性が低く、それによりセンサの短絡や静電放電(ES
D)による損傷の可能性を少なくしている。これらの材
料の電気的短絡を生じ難い性質により、MRセンサの分
解能を改善し得る非常に薄いギャップ層の形成が可能で
あり、かつ一般に、近傍のヒートシンク層への熱伝導性
が高くなる。この象徴的な特性の組み合わせにより、こ
れらの材料は高性能のギャップ層として用いられる。 【0009】前記高性能ギャップ層は、有用な信号が得
られるようにセンサの磁化を配向するために、永久磁石
または反強磁性材料によるピン留め(固定)、傾斜電流
バイアスまたは軟隣接下地層を用いた単純なMRセンサ
において用いることができる。むしろ、この高性能ギャ
ップ層は、センサからの放熱の必要性が高い巨大磁気抵
抗(GMR)センサのような、多数のより薄い膜を備え
たMRセンサに使用することができる。高レベルの信号
を発生し、かつ従って大部分の熱を発生させる非常に薄
い薄膜が必要となるスピンバルブ(SP)型センサにつ
いて、この高性能ギャップ層を用いることは一層有益で
ある。SPセンサの量子力学的動作は、過剰な熱による
悪影響を受けることがあり、従って前記高性能ギャップ
層の熱伝導性の利益を享受できる。膜厚や他の基準に応
じて、前記高性能ギャップ層の形成は、少なくとも最も
重要な層についてイオンビームデポジション又はマグネ
トロンスパッタリングを用いることができる。 【0010】 【発明の実施の形態】図1は、硬質ディスクのような記
憶媒体上に信号を書き込み又は読み出すためのヘッド2
0の電磁変換器部分を示している。この電磁変換器は、
図面には示していないが、数千個の同様の電磁変換器と
ともにウエハ基板22上に薄膜を付着させかつ加工した
後、個々のヘッドに分離することによって形成される。
このヘッド20は、該ヘッドの媒体対向面27に隣接配
置される記憶媒体からの信号を読み出すためのMRセン
サ25を有する。また、このヘッド20は記憶媒体に信
号を書き込むためにコイル35による電磁誘導によって
駆動される一対の透磁性層30、33を有する。MRセ
ンサ25は、書き込みのために用いられる透磁性層33
と共に、透磁性層38によって磁気的にシールドされて
いる。シールド層33、38の間に、MRセンサ25を
取り巻く一対の高性能ギャップ層40、42が配置され
ている。 【0011】この高性能ギャップ層40、42は、MR
センサ25について使用するのに理想的に適した、独特
の特性の組み合わせを有する。第一に、ギャップ層42
は、MRセンサ25の形成及び更にその性能を改善する
ために、平滑かつち密で低応力の面を提供する。MRセ
ンサ25は、2、3個の原子の層程度の薄い層で形成さ
れ得るので、これらの層の形成のために設けられる分子
テンプレートの均一性は重要である。第2に、高性能ギ
ャップ層40、42は、MRセンサ25に近い熱膨張係
数を有することにより、該センサの形成又は動作中の温
度変化が、該センサへの過剰な応力や破損を招くことが
ない。 【0012】第3に、高性能ギャップ層40、42は、
熱伝導性であるが電気的絶縁性かつ非磁性であり、それ
により、MRセンサ25から熱を放出してその性能を高
めることができる。ここで、熱伝導性とは、アルミナの
少なくとも2倍の熱伝導性を有する材料を意味してい
る。例えば、AlNはアルミナの約7倍の熱伝導性を有
し、またSiCの熱伝導性はアルミナの約3倍である。
一方、BeOは、アルミナの10倍以上の熱伝導性を有
する。前記高性能ギャップ層は、ヒートシンクとしての
役目を果たす巨大な前記金属シールド層とMRセンサと
の間にサンドイッチ状に挟まれていることから、熱伝導
性が10倍高くなることにより、概ねセンサからの放熱
が10倍改善されることになる。 【0013】高性能ギャップ層40、42は、AlN、
SiC、SiO2、Si3N4、BeO、及びTa2O3 の
アモルファス又は他の非単結晶化合物から作ることがで
きる。 AlN及びSiCは、特に良好に機能するよう
である。この化合物は、完全に化学量論的に合っている
必要はない。例えば、アルミニウム原子と窒素原子間の
僅かな不均衡は、これが層40、42の電気的絶縁性を
損なわないことは重要であるが、むしろ好ましい場合が
あり(即ち、AlxN(1-x)、ここでx≠0.5)、熱伝
導性を高めることがある。アルミニウムと窒素とで結合
長さが異なることが、アモルファス構造の形成を促進し
得る。 【0014】他方、SiCは、高い熱伝導性を持ちなが
ら、たとえシリコン原子の数と炭素原子の数の間に大き
な不均衡があっても、電気的絶縁性の非単結晶構造を有
するように形成することができる。例えば、層40、4
2におけるシリコン対炭素の濃度比を徐々に変化させ
て、MRセンサ25から遠い側の結晶性・高熱伝導性構
造に組み合わせて、MRセンサ25に近い側をアモルフ
ァスの微晶質または多結晶面にすることができる。同様
に、上述したいずれの化合物も、MRセンサ25の構造
的完全性を改善するために、該センサに隣接する層をア
モルファス層で形成し、かつセンサから遠い側の層は、
熱伝導性を高めるために結晶性の層で形成することがで
きる。 【0015】図2は、ヘッド20の形成に伴ういくつか
の工程を詳細に示した図である。先ず、平滑に研磨した
ウエハ基板22を準備するが、従来はこれにアルミナを
用いている。しかしながら、本発明では、これに代え
て、熱膨張率を釣り合わせるために、例えばAlNやS
iCのような高性能ギャップ層の材料に類似した材料で
基板22を形成することができる。次に、好ましくはパ
ーマロイからなる透磁性層38を、基板22の上に直接
形成するか、又はパーマロイからなる下地層を先に基板
上にスパッタし、その後に層38の残りの部分を電気め
っきする。次に、層38を研磨して、1ミクロン未満か
ら数ミクロンの値となり得る均一な厚さにする。 【0016】研磨した清浄なシールド層38の上に、第
1高性能ギャップ層42をスパッタリング又はイオンビ
ームデポジション(IBD)によって形成する。スパッ
タリングが一般に高速かつ低コストであるのに対し、I
BDは、膜層をより慎重に制御しかつ均一にすることが
できる。簡単なMRセンサには、層42は約1000Å
の膜厚が好ましく、これにはスパッタリングで十分であ
るが、より高い信号強度のSPセンサは、層42に、約
100Å〜900Åの範囲で最適の膜厚を必要とする場
合がある。 【0017】層42は、アモルファス多結晶かつ/また
は微晶質分子構造を含む。好ましくは、AlN又はSi
Cからなる非単結晶構造である。また、層42は反磁性
かつ非磁性(nonmagnetic)材料を含み、非磁性(amagn
etic)である。層42は、その付着後に軽く研磨しかつ
清浄化して、MRセンサ25形成のための平滑な非多孔
性面を設ける。層42は水分を透過させず、MRセンサ
25に類似の熱膨張係数を有する。層42(及び層4
0)の電気的絶縁性には、特に膜厚が1000Å未満の
膜層について、アルミナより実質的に高い絶縁破壊電圧
が含まれる。 【0018】次に、本願出願人に譲渡されたシェン(S
hen)他による米国特許第5,646,805号公報
に記載のように、MRセンサ25をIBEフォトリソグ
ラフィ及びエッチングにより、高性能ギャップ層42上
に形成する。フォトレジスト工程では、アルミナを早く
エッチングする性質のアルカリ性現像液を使用するの
で、高性能ギャップ層42により、MRセンサ25を形
成するためにより耐久性の高い均一な面が得られる。同
様に、MRセンサ25の製造に用いられるエッチング剤
の多くは酸又は塩基であるが、これに対して高性能ギャ
ップ層42は、従来の親水性のアルミナより格段に高い
耐久性を有する。 【0019】MRセンサは、本実施例に示すように、バ
イアスのための軟隣接層(SAL)を備えた比較的単純
な三層構造、図示していないが同様に単純な傾斜電流バ
イアス構造、又はより複雑なスピンバルブ型センサとす
ることができる。本明細書において、「磁気抵抗(M
R)センサ」の語は、センサに印加される磁界の強度及
び/又は方向に応じて変化する電流に対する抵抗率を利
用した感知機構を含むことを意味し、例えば巨大磁気抵
抗(GMR)センサ、コロサル(collosal)磁気抵抗
(CMR)センサ、またはスピンバルブ(SP)型セン
サを含む。 【0020】単純なMRセンサ25を形成するために、
初めに膜厚約150Åの透磁性または軟質のパーマロイ
からなる層41を、ギャップ層42上にIBDにより形
成する。これは、SAL41を分流する電流によりMR
センサ25への線形化磁界を与えるためのものである。
SAL41の上に、高性能ギャップ材料でスペーサ層4
3を、MRセンサ25に隣接する中央領域で約800Å
の膜厚を有し、かつそれ以外の領域では薄くなるように
形成する。次に、パーマロイ・センス層を形成し、かつ
両側にハードバイアス膜44、46のための傾斜面を残
すように、スペーサ層43に沿ってエッチングする。次
に、ハードバイアス層44、46の上に電気リード4
5、47を形成する。次に、MRセンサ25及びリード
45、47の上に第2高性能ギャップ層40を形成し、
その後にヘッドの残りの部分を形成する。前記ヘッドの
非磁性層以外の部分には、アルミナのような従来の材料
を用いることができるが、ここでは、高性能ギャップ層
40、42、43を形成する材料と本質的に同じ材料を
用いることが好ましい。 【0021】図3は、SPセンサに隣接する対の高性能
ギャップ材料層の形成を示している。第1透磁性シール
ド層50を、従来の工程で研磨しかつ清浄化した基板5
2の上に形成する。次に、第1高性能ギャップ層55を
数100Åの均一な膜厚に形成する。第1ギャップ層5
5は、第2高性能ギャップ層58の形成前に研磨しても
しなくてもよい。第2ギャップ層58の研磨及び清浄化
後、本願出願人に譲渡された1996年7月17日付米
国特許出願番号第08/682,276号明細書に記載
のように、SPセンサ60を形成する。簡略化のため、
添付図面ではSPセンサ60を単一の層として記載した
が、実際には、このセンサは膜厚5〜10Å程度のもの
を含むいくつかの層で形成されている。SPセンサ60
を形成した後、別の高性能ギャップ層の対62、64を
形成し、その後にもう1つのシールド層66を形成す
る。 【0022】複数の隣接する高性能ギャップ層55、5
8及び/または高性能ギャップ層62、64を用いるこ
とにより、多くの有用な構成が可能となる。例えば、層
55、64をBeOで形成し、かつ層58、62をAl
Nで形成することができる。別の実施例では、層55、
64をアモルファスにし、かつ層58、62を単結晶に
して、アモルファス層55、64によりSPセンサ60
への応力を最小限にし、かつ単結晶層58、62により
熱伝導性を最大化することができる。各層55、58、
62、64の寸法は、必ずしも同一である必要は無い
が、約50〜1000Åの範囲にすることができる。 【0023】層55、58、62、64の形成時及び形
成後に、或る層の材料が隣接する層に拡散することがあ
る。例えば、層55は本来SiCであるが、隣接する層
58からのアルミニウム原子または窒素原子を含むこと
があり、同様に層58は本来AlNであるが、シリコン
又は炭素原子を含むことがある。また、上述したよう
に、層55、58、62、64の全てまたは何れかにお
いて、傾斜組成即ち不定比(nonstoichiometric)化合
物を形成することは有用である。 【0024】本発明の高性能ギャップ層は、読取り専用
ヘッド又は読取り/書込み組合せヘッドに用いることが
できる。読取り/書込み組合せヘッドの場合には、MR
センサ及び関連する高性能ギャップ層を、電磁誘導によ
る書き込みのために用いられるものと同じギャップ内に
配置し、又は別個に配置することができる。後者の場合
には、MRセンサの形成は、書込み素子の形成の前でも
後でも可能である。いずれにせよ、他の非磁性・電気的
絶縁性の層を前記高性能ギャップ層と同じ材料で形成す
ることは、材料及びプロセスの一致という利点が、例え
ば熱伝導率に起因するようなそれ自体に存在し得る欠点
を超える場合に好ましい。 【0025】 【発明の効果】本発明の電磁変換器によれば、上述した
熱伝導性・電気的絶縁性の非磁性層を設けることによ
り、MRセンサの形成及び性能向上に適した面が得ら
れ、かつ該センサの動作により生じる熱を放出させるこ
とができるので、従来より高性能かつ安定した電磁変換
特性を実現でき、これを磁気記憶装置のヘッドに用いた
場合には、装置の小型化・高記憶密度化を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高性能ギャップ材料を備えたヘッドの
一部を示す断面図である。 【図2】図1のヘッドを形成する工程を示す断面図であ
る。 【図3】本発明の第2実施例のヘッドを形成する工程を
示す断面図である。 【符号の説明】 20 ヘッド 22 ウエハ基板 25 MRセンサ 27 媒体対向面 30 透磁性層 33 透磁性シールド層 35 コイル 38 透磁性シールド層 40 高性能ギャップ層 41 軟隣接層(SAL) 42 高性能ギャップ層 43 スペーサ層 44 ハードバイアス層 45 リード 46 ハードバイアス層 47 リード 50 第1透磁性シールド層 52 基板 55 第1高性能ギャップ層 58 第2高性能ギャップ層 60 SPセンサ 62 高性能ギャップ層 64 高性能ギャップ層 66 シールド層
一部を示す断面図である。 【図2】図1のヘッドを形成する工程を示す断面図であ
る。 【図3】本発明の第2実施例のヘッドを形成する工程を
示す断面図である。 【符号の説明】 20 ヘッド 22 ウエハ基板 25 MRセンサ 27 媒体対向面 30 透磁性層 33 透磁性シールド層 35 コイル 38 透磁性シールド層 40 高性能ギャップ層 41 軟隣接層(SAL) 42 高性能ギャップ層 43 スペーサ層 44 ハードバイアス層 45 リード 46 ハードバイアス層 47 リード 50 第1透磁性シールド層 52 基板 55 第1高性能ギャップ層 58 第2高性能ギャップ層 60 SPセンサ 62 高性能ギャップ層 64 高性能ギャップ層 66 シールド層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 一対の検出導体に接続され、かつ両側
に一対の主面を有する磁気抵抗センサと、 少なくとも一方の前記主面に隣接して配置された磁性層
と、 前記磁気抵抗センサと前記磁性層との間に配置され、か
つ前記磁気抵抗センサに隣接して、前記磁気抵抗センサ
から前記磁性層に熱を伝達して、電気を伝えない熱伝導
性・電気的絶縁性の非磁性(amagnetic)層とを有する
ことを特徴とする電磁変換器。 【請求項2】 前記非磁性層が非単結晶構造を有する
材料で作られていることを特徴とする請求項1に記載の
電磁変換器。 【請求項3】 前記非磁性層が、基本的にAlN、S
iC、SiO2、Si3N4、BeO、及びTa2O3から
なる群から選択した化合物で作られていることを特徴と
する請求項1に記載の電磁変換器。 【請求項4】 前記化合物が非化学量論的(nonstoic
hiometric)原子比率を有することを特徴とする請求項
3に記載の電磁変換器。 【請求項5】 前記非磁性層が前記磁性層に隣接する
ことを特徴とする請求項1に記載の電磁変換器。 【請求項6】 前記磁気抵抗センサがスピンバルブ型
センサであることを特徴とする請求項1に記載の電磁変
換器。 【請求項7】 前記非磁性層が非多孔性であることを
特徴とする請求項1に記載の電磁変換器。 【請求項8】 前記非磁性層が、前記磁気抵抗センサ
に隣接する非単結晶構造と、前記磁気抵抗センサから遠
い位置に結晶質構造とを有することを特徴とする請求項
1に記載の電磁変換器。 【請求抗9】 前記非単結晶構造がアモルファスであ
ることを特徴とする請求抗8に記載の電磁変換器。 【請求抗10】 関連する媒体上の情報を読み出し又
は書き込むためのヘッドであって、 複数の導電層、複数の磁性層、及び複数の電気的絶縁性
の非磁性層を含む隣接する固体層の積層体を有し、 前記複数の非磁性層の主要部分が、AlN、SiC、S
iO2、Si3N4、BeO、及びTa2O3からなる群か
ら選択した化合物で形成されていることを特徴とするヘ
ッド。 【請求抗11】 前記積層体が磁気抵抗センサを有す
ることを特徴とする請求項10に記載のヘッド。 【請求項12】 前記磁気抵抗センサに隣接する前記
複数の非磁性層の1つの層が、非単結晶形態であること
を特徴とする請求項11に記載のヘッド。 【請求項13】 前記磁気抵抗センサに隣接する前記
複数の非磁性層の1つの層が、前記磁気抵抗センサに隣
接する側にアモルファス形態と、前記磁気抵抗センサか
ら遠い側に結晶体形態とを有することを特徴とする請求
項11に記載のヘッド。 【請求項14】 前記積層体に隣接する基板を更に有
し、前記基板が前記複数の非磁性層の主要部分に適合す
る材料で作られていることを特徴とする請求項10に記
載のヘッド。 【請求項15】 前記複数の非磁性層の実質的に全部
が、前記群の化合物で形成されていることを特徴とする
請求項10に記載のヘッド。 【請求項16】 前記化合物が非化学量論的原子比率
を有することを特徴とする請求項10に記載のヘッド。 【請求項17】 複数の非磁性・電気的絶縁性非単結
晶層に隣接する複数の磁性導電層を含む複数の薄膜で形
成された電磁変換器を有し、 少なくとも1つの前記非磁性層が、基本的にAlN、S
iC、SiO2、Si3N4、BeO、及びTa2O3から
なる群から選択された化合物からなることを特徴とする
電磁記憶装置のヘッド。 【請求項18】 前記化合物が非化学量論的原子比率
を有することを特徴とする請求項17に記載のヘッド。 【請求項19】 前記電磁変換器が磁気抵抗センサで
あることを特徴とする請求項17に記載のヘッド。 【請求項20】 前記電磁変換器がスピンバルブ型セ
ンサであることを特徴とする請求項17に記載のヘッ
ド。 【請求項21】 前記化合物が金属酸化物であること
を特徴とする請求項17に記載のヘッド。 【請求項22】 前記1つの非磁性層が、他の1つの
前記非磁性層及び少なくとも1つの前記磁性導電層に隣
接することを特徴とする請求項17に記載のヘッド。
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