(57)【要約】      （修正有）【課題】ＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成された絶縁障壁層からのリーク電流発生を抑制し、ノイズ特性の良好な薄膜磁気ヘッドを得る。【解決手段】基板上に反強磁性層、固定磁性層２２、絶縁障壁層２３及びフリー磁性層２４を積層してなる素子部と、この素子部の記録媒体に対向する側の端面を保護する保護層３０とを備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、絶縁障壁層２３はＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成され、この絶縁障壁層２３が露出する素子部の端面と保護層３０との間に、少なくとも絶縁障壁層２３との界面に窒素を存在させる密着層３１を設けた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層を積層してなる素子部と、この素子部の記録媒体に対向する側の端面を保護する保護層とを備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記絶縁障壁層はＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成され、
この絶縁障壁層が露出する前記素子部の端面と前記保護層との間に、少なくとも前記絶縁障壁層との界面に窒素を存在させる密着層を設けたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記素子部の端面は窒化処理を施した窒化面であり、この窒化面上に、前記密着層がＳｉから形成されている薄膜磁気ヘッド。
【請求項３】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記密着層は、Ｓｉ系窒化物層による単層構造で形成されている薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】
請求項１記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記素子部の端面は窒化処理を施した窒化面であり、この窒化面上に順に積層したＳｉ系窒化物層とＳｉ層とによる積層構造で前記密着層が形成されている薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項３または４記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記Ｓｉ系窒化物層は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、ＳｉＯＮのいずれかである薄膜磁気ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の薄膜磁気ヘッドにおいて、前記保護層は、ダイヤモンドライクカーボン膜で形成されている薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する薄膜磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、巨大磁気抵抗効果を利用した薄膜磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）に替わる再生用ヘッドとして、トンネル磁気抵抗効果を利用した薄膜磁気ヘッド（ＴＭＲヘッド）が注目されている。ＴＭＲヘッドは、ＡｌＴｉＣ基板上に、反強磁性層、この反強磁性層との間の交換結合磁界によって磁化方向が固定された固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層を積層してなる素子部と、素子部をその積層方向に挟んで対向する下部電極層及び上部電極層と、素子部の両側に位置してフリー磁性層に縦バイアス磁界を与える縦バイアス層と、素子部の記録媒体と対向する側の端面を覆う保護層とを有している。
【０００３】
ＴＭＲヘッドでは、固定磁性層とフリー磁性層に電圧を印加すると、トンネル効果により絶縁障壁層を介して電流（トンネル電流）が流れる。フリー磁性層の磁化は、外部磁界がない場合は縦バイアス層により固定磁性層の固定磁化方向に対して９０度をなす方向に揃えられているが、外部磁界が与えられると、該外部磁界の影響を受けて変動するようになっている。固定磁性層とフリー磁性層との磁化方向が互いに反平行な場合に素子部の抵抗値は最大となり、同磁化方向が互いに平行な場合に素子部の抵抗値は最小になる。この素子部の抵抗値変化を介して、ＴＭＲヘッドは、記録媒体からの漏れ磁界（磁気記録情報）を読み取る。ＴＭＲヘッドでは、その抵抗変化率（ＴＭＲ比）は数１０％に達しており、抵抗変化率が数％〜十数％のＧＭＲヘッドに比べて非常に大きな再生出力を得ることができる。
【０００４】
従来のＴＭＲヘッドでは一般に、固定磁性層及びフリー磁性層がＮｉＦｅやＦｅＣｏ等の強磁性材料で形成され、絶縁障壁層はＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成され、保護膜はＤＬＣ膜で形成されている。また、ＤＬＣ保護膜と該ＤＬＣ膜で覆われる素子部の端面との間には、保護膜の密着性を高める密着層が備えられることが実際的であり、この密着層にはＳｉが用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１０８３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、更なる高記録密度化に適応可能な高い磁気抵抗比を得るため、上記絶縁障壁層をＡｌＯｘまたはＭｇＯで形成することが提案されている。しかしながら、絶縁障壁層をＡｌＯｘまたはＭｇＯで形成しようとすると、Ｓｉからなる密着層とＡｌＯｘまたはＭｇＯからなる絶縁障壁層の界面にリーク電流が生じ、これが素子出力のノイズ（ポップコーンノイズ）となってノイズ特性が劣化してしまうことが判明した。
【０００６】
本発明は、ＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成された絶縁障壁層からのリーク電流を抑制し、ノイズ特性の良好な薄膜磁気ヘッドを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らの考察によれば、絶縁障壁層と密着層の界面でリーク電流が生じる要因として、以下の三つが挙げられる。まず第一には、ＩＢＥやラッピング加工等により絶縁障壁層の最表面が欠損し、この欠損部位から絶縁障壁層中に存在していた酸素が外部に逃げ出して絶縁障壁層の最表面が酸素の少ない状態になること、第二には、絶縁障壁層の酸素が密着層側に吸収されて、絶縁障壁層の最表面が酸素の少ない状態になることである。そして第三には、絶縁障壁層と密着層の界面で絶縁障壁層中のＡｌ原子またはＭｇ原子と密着層中のＳｉ原子が結合し、ＡｌＳｉまたはＭｇＳｉが生じることである。ＡｌＳｉ及びＭｇＳｉは導電性化合物であるから、これらを通してリーク電流が生じる。例えば特許文献１には、絶縁障壁層の最表面に設けた酸化層により該絶縁障壁層内にＯ原子が留まることが開示されているが、絶縁障壁層を酸化処理すると、酸化による密着層の膨張や高エネルギーのＯ2突入による酸化層の形成によってスペーシングロス（Ｄｅａｄ  Ｌａｙｅｒ）が発生し、動的電気特性（ＤＥＴ特性）が悪化するため、好ましくない。本発明は、窒化処理によって、ＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜からなる絶縁障壁層中のＡｌ原子とＯ原子の結合状態またはＭｇ原子とＯ原子の結合状態が安定化し、絶縁障壁層内にＯ原子が留まること及び絶縁障壁層と密着層の界面にＡｌＳｉまたはＭｇＳｉが生じないこと、また、酸化処理よりもスペーシングロス改善効果が得られることを見出して完成されたものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、基板上に反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層を積層してなる素子部と、この素子部の記録媒体に対向する側の端面を保護する保護層とを備えた薄膜磁気ヘッドにおいて、絶縁障壁層はＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成され、この絶縁障壁層が露出する素子部の端面と保護層との間に、少なくとも前記絶縁障壁層との界面に窒素を存在させる密着層を設けたことを特徴としている。
【０００９】
具体的には、素子部の端面は窒化処理を施した窒化面とし、この窒化面上に、密着層がＳｉから形成されていることが好ましい。または、素子部の端面上に、密着層がＳｉ系窒化物層による単層構造で形成されていることが好ましい。さらに、素子部の端面は窒化処理を施した窒化面とし、この窒化面上に順に積層したＳｉ系窒化物層とＳｉ層とによる積層構造で密着層を形成する構造であってもよい。
【００１０】
Ｓｉ系窒化物層はＳｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、ＳｉＯＮのいずれかで形成し、保護層はダイヤモンドライクカーボン膜で形成することが実際的である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶縁障壁層がＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成されていても、該絶縁障壁層からのリーク電流がなく、ノイズ特性の良好な薄膜磁気ヘッドが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ１の構造を記録媒体との対向面側から見て示す横断面図であり、図２は同薄膜磁気ヘッドＨ１の構造を素子中央で切断して示す縦断面図である。図において、Ｘ、Ｙ及びＺ方向はそれぞれ、トラック幅方向、ハイト方向、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向を示している。
【００１３】
薄膜磁気ヘッドＨ１は、トンネル効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する再生用のトンネル効果型薄膜磁気ヘッド（以下、「ＴＭＲヘッド」という。）であり、下部電極層１１と上部電極層１２の間に、下部電極層側から順に反強磁性層２１、固定磁性層２２、絶縁障壁層２３、フリー磁性層２４及び導電層２５を積層してなる素子部（トンネル型磁気抵抗効果素子）２０を有している。
【００１４】
素子部２０の両側端面２０ａは、図１に示されるように、下部電極層１１側に向かうほど幅寸法が広がるように傾斜面で形成されている。この素子部２０のハイト方向奥側（図示Ｙ方向奥側）は、図２に示されるように、例えばＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2からなる絶縁層１３で埋められている。
【００１５】
下部電極層１１及び上部電極層１２は、例えばＣｕ、Ｗ、Ｃｒ等の導電材料からなり、素子部２０よりもトラック幅方向（図示Ｘ方向）及びハイト方向（図示Ｙ方向）の両方向に長く延びて形成されている。
【００１６】
反強磁性層２１は、Ｘ−Ｍｎ系合金（ただし元素Ｘは、Ｐｔ、ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素である）、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ'合金（ただし元素Ｘ'はＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｔ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｘａ、Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ、Ｐｂ及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）で形成されていることが好ましい。これらの合金は、成膜直後の状態では不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩの規則方の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態し、固定磁性層２２との間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。本実施形態の反強磁性層２１は、ＰｔＭｎ合金で形成されており、固定磁性層２２との間に６４ｋＡ／ｍを超える大きな交換結合磁界を生じさせ、この交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０度と極めて高い優れた反強磁性特性を有している。
【００１７】
固定磁性層２２は、ＣｏＦｅ合金膜で形成されていて、反強磁性層２１との間に生じた交換結合磁界により磁化方向がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。絶縁障壁層２３は、０．５ｎｍ程度の薄い膜厚でＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜により形成されている。フリー磁性層２４は、ＣｏＦｅ合金膜で形成されていて、バイアス層１５からのバイアス磁界によりトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化が揃えられている。このフリー磁性層２４の磁化は、外部磁界を受けていない状態では固定磁性層の磁化方向に対して９０°をなす方向に揃えられているが、外部磁界がハイト方向（図示Ｙ方向）から与えられると、外部磁界の影響を受けて変動する。固定磁性層２２及びフリー磁性層２４は、ＮｉＦｅ合金膜、Ｃｏ膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜などで形成されていてもよい。導電層２５は、Ｔａ等の導電材料からなり、上部電極層１２と共に電極として機能する。
【００１８】
下部電極層１１と上部電極層１２の間にはさらに、素子部２０の両側領域に位置させて、下部電極層１１側から順に第１絶縁層１４、バイアス層１５及び第２絶縁層１６が積層形成されている。バイアス層１５は、素子部２０の両側端面に近接してフリー磁性層２４にバイアス磁界を与え、上述したようにフリー磁性層２４の磁化をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃える。このバイアス層１５は、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金膜などの硬磁性材料で形成されている。図示されていないが、バイアス層１５の直下位置にはバイアス下地層が形成されている。第１絶縁層１４及び第２絶縁層１６は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の絶縁材料で形成され、下部電極層１１と上部電極層１２の間を電気的に絶縁する。
【００１９】
上記下部電極層１１及び上部電極層１２を介して素子部２０の積層方向にセンス電流を流すと、固定磁性層２２とフリー磁性層２４との磁化方向の関係に応じて、該素子部２０を通り抜けるトンネル電流の大きさが変動する。例えば固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向が互いに平行である場合には、コンダクタンスＧ（抵抗の逆数）は最大になってトンネル電流も最大となり、逆に固定磁性層２２とフリー磁性層２４の磁化方向が互いに反平行である場合には、コンダクタンスＧは最小となり、トンネル電流も最小となる。薄膜磁気ヘッドＨ１は、この素子部２０を流れるトンネル電流量の変化を電気抵抗変化として捉え、この電気抵抗変化を電圧変化に換算することにより、記録媒体からの漏れ磁界を検出する。
【００２０】
薄膜磁気ヘッドＨ１の記録媒体と対向する側の端面には、図２に示されるように、素子部２０（反強磁性層２１、固定磁性層２２、絶縁障壁層２３、フリー磁性層２４及び導電層２５）の先端面２０ｂが臨み、この先端面２０ｂを覆って素子部２０の腐食や磨耗を防止する保護層３０と、この保護層３０の密着性を向上させる密着層３１とが形成されている。保護層３０は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜で形成されている。
【００２１】
本発明は、素子部２０の先端面２０ｂと保護層３０との間に設けた密着層に特徴を有するものであり、以下では、図３〜図５を参照し、密着層について詳細に説明する。
【００２２】
図３は、第１実施形態の薄膜磁気ヘッドＨ１が備えた素子部２０の先端面２０ｂ及び密着層３１を拡大して示す模式断面図である。
【００２３】
薄膜磁気ヘッドＨ１では、素子部２０の先端面（記録媒体と対向する側の端面）２０ｂが全面的に窒化処理されて窒化面αを形成しており、この窒化面α上に、Ｓｉからなる密着層３１が積層されている。窒化面αは、例えば高周波プラズマやマイクロ波プラズマ、リアクティブイオンビームなどを利用したＮ2プラズマ処理により、容易に形成される。密着層３１は、例えばスパッタ法や蒸着法により薄膜形成される。
【００２４】
上記窒化面αにはＮ原子が多数存在し、このＮ原子により絶縁障壁層２３の先端面が覆われることで、該絶縁障壁層２３を構成する原子（ＡｌＯｘ膜からなる絶縁障壁層ではＡｌ原子及びＯ原子、ＭｇＯ膜からなる絶縁障壁層ではＭｇ原子及びＯ原子）の結合状態は安定化する。よって、絶縁障壁層２３中のＡｌ原子またはＭｇ原子の反応性は低く、密着層３１と絶縁障壁層２３の界面にＡｌＳｉまたはＭｇＳｉは生じ難くなる。また、絶縁障壁層２３中のＯ原子は、密着層３１側に吸収されることも外方へ逃げることもなく、該絶縁障壁層２３内に留まる。この結果、絶縁障壁層２３の絶縁性は良好に確保され、密着層３１と絶縁障壁層２３の界面でリーク電流の生じる確率は低くなる。つまり、リーク電流によるノイズを抑制でき、ノイズを含まない素子部２０の良好な出力が得られる。
【００２５】
第１実施形態では、素子部２０の先端面２０ｂを全面的に窒化処理して窒化面αを形成しているが、少なくとも絶縁障壁層２３の先端面が窒化面αであればよい。
【００２６】
図４は、第２実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ２が備えた素子部２０の先端面２０ｂ及び密着層３２を拡大して示す模式断面図である。
【００２７】
薄膜磁気ヘッドＨ２は、素子部２０の先端面２０ｂが窒化面でない点、及び、素子部２０の先端面２０ｂと保護層３０の間にＳｉ3Ｎ4からなる密着層３２を備えた点で、第１実施形態と異なる。このように密着層３２をＳｉ系窒化物層で形成しても、密着層３２中のＮ原子により絶縁障壁層２３を構成するＡｌＯｘ膜中のＡｌ原子及びＯ原子の結合状態またはＭｇＯ膜中のＭｇ原子及びＯ原子の結合状態が安定化するので、密着層３１と絶縁障壁層２３の界面にＡｌＳｉまたはＭｇＳｉは生じ難く、また、絶縁障壁層２３中のＯ原子は該絶縁障壁層２３内に留まる。これにより、密着層３１と絶縁障壁層２３の界面でのリーク電流は抑えられ、良好なノイズ特性が得られる。密着層３２は、例えばスパッタ法や蒸着法等により薄膜形成され、また、Ｓｉ3Ｎ4の替わりに、ＳｉＮやＳｉＯＮなどのＳｉ系窒化物を用いても形成することができる。第２実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ２の構成は、素子部２０の先端面２０ｂ及び密着層３２以外、第１実施形態と同一である。図４では、第１実施形態と同一機能の構成要素に対し、図１と同一符号を付して示してある。
【００２８】
第２実施形態では、図４に示されるようにＳｉ3Ｎ4からなる密着層３２が素子部２０の先端面２０ｂと保護層３０の間に全面的に形成されているが、密着層３２は、少なくとも絶縁障壁層２３の先端面に形成されていればよい。
【００２９】
図５は、第３実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ３が備えた素子部２０の先端面２０ｂ及び密着層３３を拡大して示す模式断面図である。
【００３０】
薄膜磁気ヘッドＨ３は、窒化面α（素子部２０の窒化処理した先端面２０ｂ）と密着層３１（第１の密着層３１）の間に、Ｓｉ3Ｎ4からなる第２の密着層３３が介在している点で、第１実施形態と異なる。この第２の密着層３３を介在させることで、絶縁障壁層２３中のＡｌ原子とＯ原子の結合状態またはＭｇ原子とＯ原子の結合状態がより一層安定化され、上述の第１実施形態及び第２実施形態よりもリーク電流が発生する確率が低くなり、ノイズ特性に優れた薄膜磁気ヘッドが得られる。第２の密着層３３は、例えばスパッタ法や蒸着法等により薄膜形成され、また、Ｓｉ3Ｎ4の替わりに、ＳｉＮやＳｉＯＮなどのＳｉ系窒化物を用いても形成することができる。第３実施形態による薄膜磁気ヘッドＨ３の構成は、第２の密着層３３以外、第１実施形態と同一である。図５では、第１実施形態と同一機能の構成要素に対し、図１と同一符号を付して示してある。
【００３１】
第３実施形態では、素子部２０の先端面２０ｂを全面的に窒化処理して窒化面αを形成しているが、少なくとも絶縁障壁層２３の先端面が窒化面αであればよく、必ずしも素子部２０の先端面２０ｂが全面的に窒化面αである必要はない。同様に、Ｓｉ3Ｎ4からなる第２の密着層３３は、少なくとも絶縁障壁層２３の先端面に形成されていればよい。
【００３２】
以上のように本実施形態では、素子部２０の先端面２０ｂと密着層との界面に存在するＮ原子により、該素子部２０の絶縁障壁層２３を構成するＡｌＯｘ膜中のＡｌ原子とＯ原子の結合状態またはＭｇＯ膜中のＭｇ原子とＯ原子の結合状態を安定化させている。よって、絶縁障壁層２３がＡｌＯｘ膜またはＭｇＯ膜で形成されていても、絶縁障壁層２３と密着層３１（３２、３３）との界面にリーク電流は発生しづらく、ノイズ特性に優れた薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００３３】
以上では、トンネル型磁気抵抗効果素子を備えた再生用の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、本発明は、トンネル型磁気抵抗効果素子とインダクティブヘッド素子の両方を備えた録再用の薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による薄膜磁気ヘッドの構造を、記録媒体との対向面側から見て示す断面図である。
【図２】同薄膜磁気ヘッドの構造を、素子中央で切断して示す断面図である。
【図３】図１の薄膜磁気ヘッドが備えたトンネル型磁気抵抗効果素子の先端面及び密着層を拡大して示す模式断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による薄膜磁気ヘッドが備えたトンネル型磁気抵抗効果素子の先端面及び密着層を拡大して示す模式断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による薄膜磁気ヘッドが備えたトンネル型磁気抵抗効果素子の先端面及び密着層を拡大して示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  下部電極層
１２  上部電極層
１４  第１絶縁層
１５  バイアス層
１６  第２絶縁層
２０  素子部（トンネル型磁気抵抗効果素子）
２１  反強磁性層
２２  固定磁性層
２３  絶縁障壁層
２４  フリー磁性層
３０  保護層
３１  密着層（第１の密着層）
３２  密着層（Ｓｉ系窒化物層）
３３  第２の密着層
Ｈ１  Ｈ２  Ｈ３  薄膜磁気ヘッド
α  窒化面
【図１】
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【図２】
2008123587.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008123587.tif 000006
【図５】
2008123587.tif 000007