(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部シールド層と、前記下部シールド層上に形成された下部ギャップ層と、前記下部ギャップ層上に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に形成された上部ギャップ層と、前記上部ギャップ層の上に形成された上部シールド層と、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記下部ギャップ層及び／または上部ギャップ層は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁材料で形成され、Ｓｉは全体の２．５ａｔ％以上で７．５ａｔ％以下含有されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の膜厚は、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下で形成される請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項３】
透過電子線回折像で観測したとき、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜には、原子配列に短範囲の規則性が生じている請求項１または２に記載の薄膜磁気ヘッド。
【請求項４】
下部シールド層と、前記下部シールド層上に形成された下部ギャップ層と、前記下部ギャップ層上に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に形成された上部ギャップ層と、前記上部ギャップ層の上に形成された上部シールド層と、を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
ＡｌＳｉからなるターゲットを形成し、スパッタ装置内にＯ2ガスを導入することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏから成り、Ｓｉが全体の２．５ａｔ％以上で７．５ａｔ％以下含有される下部ギャップ層及び／または上部ギャップ層を形成することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンバルブ膜などの磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドに係わり、特に、前記磁気抵抗効果素子の上下に形成されるギャップ層の諸特性を向上させた薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来の薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図１７に示す薄膜磁気ヘッドは、再生用ヘッド（ＭＲヘッド）であり、セラミック材で形成されたスライダのトレーリング側端面に積層されたものである。
【０００３】
図１７の最も下側に形成された符号１は下部シールド層であり、前記下部シールド層はセンダストやパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ系合金）などの磁性材料で形成されている。
【０００４】
前記下部シールド層１の上には下部ギャップ層３が形成され、さらに前記下部ギャップ層３の上には磁気抵抗効果素子４が形成されている。前記磁気抵抗効果素子４は、スピンバルブ膜に代表されるＧＭＲ素子やＡＭＲ素子などで形成され、前記磁気抵抗効果素子４は、その中央に磁気抵抗効果を利用した積層膜５と、前記積層膜の両側に形成されたバイアス層６及び電極層７で構成される。
【０００５】
図１７に示すように、前記磁気抵抗効果素子４の上には上部ギャップ層８が形成され、前記上部ギャップ層８の上には、パーマロイなどの磁性材料で形成された上部シールド層９が形成されている。
【０００６】
ところで従来では前記下部ギャップ層３及び上部ギャップ層８は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成されていた。その理由は、前記アルミナは比較的硬いために加工がしやすく、また広く絶縁材料として使用されている点にあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ギャップ層３，８としてアルミナを使用した従来の薄膜磁気ヘッドでは、近年の高記録密度化に伴い、以下のような問題点が発生した。
【０００８】
（１）まず一つ目は絶縁性の問題である。従来では前記ギャップ層３，８は、６０ｎｍ程度の厚みで形成されていたが、高記録密度化が進むにしたがって狭ギャップ化の要望により、前記ギャップ層３，８の厚みはさらに薄くなる傾向にある。例えば記録密度が４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ2以上では、前記ギャップ層３，８の膜厚は３０ｎｍ以下で形成されることが期待される。
【０００９】
しかしながら、上記のように膜厚が非常に薄く形成された場合、アルミナで形成されたギャップ層３，８では、適切な強さの絶縁耐圧を得ることができず、したがって絶縁性を保つには、前記ギャップ層３，８の厚みを狭ギャップ化に対応できるほど薄くすることができなくなる。
【００１０】
（２）二つ目は、耐現像液性の問題である。図１８は、図１７に示す１８−１８線から切断し矢印方向から見た場合の薄膜磁気ヘッドの部分断面図である。
【００１１】
図１８に示すように、上部ギャップ層８には、電極層７上に貫通孔７ａが形成され、前記貫通孔７ａを通して主電極層１０が形成されている。前記主電極層１０と電極層７は電気的に接続されている。
【００１２】
前記主電極層１０を形成するには、前記上部ギャップ層８上に主電極層１０のパターンをレジスト層等で形成し、前記パターン内に主電極層１０を形成する。
【００１３】
しかしながら前記主電極層１０をパターン形成する際に使用される強アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、前記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
【００１４】
特に、上記したように今後の高記録密度化に伴って上部ギャップ層８自体の膜厚は薄くなるため、上記した耐現像液性の低下は深刻な問題となる。
【００１５】
耐現像液性が低いと上部ギャップ層８の膜厚を所定範囲内で形成することが困難であり、また上部シールド層１１と磁気抵抗効果素子４との磁気的な絶縁が適切に取れなくなり信頼性にも欠けることになる。
【００１６】
（３）三つ目は、放熱性の問題である。今後の高記録密度化に伴い、磁気抵抗効果素子４に流される電流密度が高くなると、前記磁気抵抗効果素子４の発熱量は大きくなる。このためギャップ層３，８は放熱性が良いことが期待されている。
【００１７】
しかしながらアルミナで形成されたギャップ層３，８では放熱性が充分とは言えず、電流密度の向上により磁気抵抗効果素子の素子温度が上昇し、特性に悪影響を及ぼす結果となる。
【００１８】
このように、アルミナで形成されたギャップ層３，８では、上記した（１）〜（３）の問題点が今後の高記録密度化に伴って、さらに深刻になるものと考えられる。
【００１９】
またアルミナは比較的良好であるが、ギャップ層３，８として求められる特性にはさらに平滑性が挙げられる。
【００２０】
この平滑性は特に下部ギャップ層３に求められる。前記下部ギャップ層３の表面にうねりが発生すると、磁気抵抗効果素子４がスピンバルブ型薄膜素子の場合に、前記スピンバルブ型薄膜素子を構成するフリー磁性層と固定磁性層間の層間結合磁界（Ｈｂｆ）が大きくなり、抵抗変化率（ΔＭＲ）の低下を招くことが知られている。
【００２１】
以上のようにアルミナで形成されたギャップ層３，８では、絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性をすべて満足することはできなかった。
【００２２】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、ギャップ層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成することにより、前記ギャップ層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させた薄膜磁気ヘッド、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、下部シールド層と、前記下部シールド層上に形成された下部ギャップ層と、前記下部ギャップ層上に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に形成された上部ギャップ層と、前記上部ギャップ層の上に形成された上部シールド層と、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、
前記下部ギャップ層及び／または上部ギャップ層は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁材料で形成され、Ｓｉは全体の２．５ａｔ％以上で７．５ａｔ％以下含有されていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明では、従来から使用されているアルミナの構成元素（ＡｌとＯ）にＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を、ギャップ層として使用し、これによって前記ギャップ層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることが可能になる。
【００２５】
後述する実験結果により、前記Ｓｉの添加量は、全体の２．５ａｔ％以上で７．５ａｔ％以下の範囲内であることが好ましいことが判明した。Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、アルミナに比べて絶縁耐圧が向上する。例えば膜厚３０ｎｍのＡｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００２６】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【００２７】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、アルミナの他に一般的に絶縁材料として知られているＳｉＯ2は絶縁性、及び耐現像液性が非常に高く、このことからＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【００２８】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認された。
さらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【００２９】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上しているものと推測される。原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【００３２】
また本発明では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の膜厚は、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下で形成されることが好ましい。この程度の薄さでギャップ層を形成しても絶縁性、耐現像液性、及び平滑性を良好に保てることが確認されている。
【００３３】
また本発明では、透過電子線回折像で観測したとき、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜には、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましい。原子配列に短範囲の規則性が見られることは、上記したように、結晶性が向上していることを意味し、特にギャップ層の放熱性を向上させることが可能である。
【００３４】
また本発明は、下部シールド層と、前記下部シールド層上に形成された下部ギャップ層と、前記下部ギャップ層上に形成された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に形成された上部ギャップ層と、前記上部ギャップ層の上に形成された上部シールド層と、を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法において、
ＡｌＳｉからなるターゲットを形成し、スパッタ装置内にＯ2ガスを導入することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏから成り、Ｓｉが全体の２．５ａｔ％以上で７．５ａｔ％以下含有される下部ギャップ層及び／または上部ギャップ層を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
以上詳述した本発明によれば、下部ギャップ層及び／または上部ギャップ層を、Ｓｉが全体の２．５ａｔ％以上７．５ａｔ％以下含有されたＡｌＳｉＯ膜で形成することにより、Ａｌ2Ｏ3と同等の平滑性を保ち、しかも前記ギャップ層の絶縁性、耐現像液性、及び放熱性を、Ａｌ2Ｏ3で形成されたギャップ層に比べて向上させることが可能である。
【００３６】
また本発明では、前記ギャップ層を透過電子線回折像で観測したとき、原子配列に短範囲の規則性が見られることが好ましい。これによって放熱性を高めることができ、今後の高記録密度化によってスピンバルブ型薄膜素子への電流密度が高まっても、より適切に素子温度の上昇を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、図２は図１に示す２−２線からの断面を矢印方向から見た部分断面図である。
【００３８】
再生ヘッド（ＭＲヘッド）は、磁気抵抗効果を利用してハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界を検出し、記録信号を読み取るものである。また本発明における薄膜磁気ヘッドは、前記再生ヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層された、いわゆる複合薄膜磁気ヘッドであってもよい。前記スライダのトレーリング側端面には軟磁性材料の図１に示す下部シールド層２０が形成されている。
【００３９】
図１に示すように、前記下部シールド層２０上には下部ギャップ層２１が設けられている。下部ギャップ層２１の上には磁気抵抗効果素子２２が成膜されている。前記磁気抵抗効果素子２２の中央部は、磁気抵抗効果を発揮する多層膜２３が形成されており、前記多層膜２３は、例えばスピンバルブ膜に代表される巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子や、異方性磁気抵抗効果を利用したＡＭＲ素子である。
【００４０】
前記スピンバルブ膜は、最も単純な構造で反強磁性層２４、固定磁性層２５、非磁性中間層２６、及びフリー磁性層２７の４層構造から成る。この４層のうち、反強磁性層２４の膜厚が最も大きく形成される。
【００４１】
図１に示すように、前記多層膜２３の両側には、ハードバイアス層２８と電極層２９（Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）など）が形成されている。例えば、前記ハードバイアス層２８からは前記スピンバルブ膜のフリー磁性層２７にバイアス磁界が与えられることにより、前記フリー磁性層２７の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。一方、スピンバルブ膜の固定磁性層２５は、反強磁性層２４との交換結合磁界によって、紙面垂直方向（ハイト方向；Ｙ方向）に磁化が固定されている。記録媒体からの磁界が紙面垂直方向に侵入してくると、トラック幅方向に揃えられたフリー磁性層２７の磁化は変動し、前記フリー磁性層２７の変動磁化と、固定磁性層２４の固定磁化との関係により、電気抵抗が変化し、記録信号が検出される。
【００４２】
図１に示すように、多層膜２３及び電極層２９の上には上部ギャップ層３０が形成され、さらに前記上部ギャップ層３０の上には、上部シールド層３１が形成されている。また本発明における薄膜磁気ヘッドが、再生ヘッドとインダクティブヘッドとが積層された複合型薄膜磁気ヘッドである場合には、前記上部シールド層３１は、再生ヘッドにおけるシールド機能と、インダクティブヘッドでのトレーリング側コアとして機能を兼用していてもよい。
【００４３】
図１に示すように、前記下部ギャップ層２１の膜厚によってギャップ長Ｇｌ１が決定され、また前記上部ギャップ層３０の膜厚によってギャップ長Ｇｌ２が決定される。そして多層膜２３の膜厚と、前記ギャップ長Ｇｌ１及びギャップ長Ｇｌ２との総合膜厚によって、リードギャップ長Ｇｌが設定されている。
【００４４】
図２に示すように、前記電極層２９の上に形成された上部ギャップ層３０には貫通孔３０ａが形成されている。そして前記貫通孔３０ａを通して、電極層２９上に主電極層３２が電気的に接続されている。前記主電極層３２は電極層２９と同様にＣｕ（銅）やＷ（タングステン）などの電気抵抗の低い材料で形成されている。
【００４５】
前記主電極層３２に流れる検出電流（センス電流）は、電極層２９及びバイアス層２８内を通り、多層膜２３の主に固定磁性層２５、非磁性中間層２６及びフリー磁性層２７の３層に流れるようになっている。
【００４６】
なお図２に示すように、主電極層３２と上部シールド層３１との間には有機絶縁層３３が形成され、前記主電極層３２と上部シールド層３１間の絶縁性が保たれている。
【００４７】
ところで本発明では、前記下部ギャップ層２１及び／または上部ギャップ層３０がＡｌ−Ｓｉ−Ｏの組成からなる絶縁材料で形成されている。前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、絶縁性、耐現像液性、平滑性及び放熱性に優れることが後述する実験結果により確認されている。
【００４８】
本発明では、全体に占めるＳｉの含有量は２ａｔ％以上で９ａｔ％以下である。この範囲内であれば、従来、ギャップ層として一般的に使用されていたアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に比べて良好な絶縁性、耐現像液性、及び放熱性を得ることができ、また平滑性もアルミナと同程度の平滑性を得ることが可能である。
【００４９】
前記絶縁性、及び耐現像液性の向上は、今後の高記録密度化において、ギャップ層２１，３０の膜厚をさらに薄くする傾向の中で、特に改善が必要とされる特性である。
【００５０】
後述する実験では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の膜厚を３０ｎｍとしたとき、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁耐圧は７．７ＭＶ／ｃｍであった。この絶縁耐圧はアルミナの絶縁耐圧（４．０ＭＶ／ｃｍ）に比べて充分に高くなっていることがわかる。
【００５１】
また耐現像液性に関しては、Ａｌ2Ｏ3のエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜であると少なくとも前記エッチングレートよりも小さいエッチングレートにすることが可能である。
【００５２】
次に平滑性は、スピンバルブ膜中に占めるフリー磁性層２７及び固定磁性層２５間の層間結合磁界（Ｈｂｆ）に多大な影響を与えるものである。本発明におけるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜であれば、Ａｌ2Ｏ3と同程度の平滑性を得ることができる。この平滑性は特に下部ギャップ層２１に求められる特性である。
【００５３】
平滑性が良好である、すなわちＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成された下部ギャップ層２１の表面にうねりの発生が小さいと、前記下部ギャップ層２１上に形成される固定磁性層２５及びフリー磁性層２７もうねりが少なく形成される。
【００５４】
このように前記固定磁性層２５及びフリー磁性層２７がうねりが少なく形成されることで、前記固定磁性層２５とフリー磁性層２７間で発生する層間結合磁界（Ｈｂｆ）は小さくなり、スピンバルブ型薄膜素子の抵抗変化率（ΔＭＲ）を良好に保つことが可能である。
【００５５】
本発明では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の表面粗さＲａを約０．２（ｎｍ）以下に抑えることができ、層間結合磁界を７９０（Ａ／ｍ）程度に抑えることが可能である。
【００５６】
次に放熱性に関しては、センス電流が９ｍＡであるとき、ギャップ層２１，３０がＡｌ2Ｏ3（３０ｎｍ）であると、スピンバルブ型薄膜素子の直流抵抗（ＤＣＲ）が６０Ω以上で素子温度は１００℃以上になることが確認されているが、Ｓｉ量が２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜（３０ｎｍ）であると、スピンバルブ型薄膜素子の直流抵抗（ＤＣＲ）が８０Ω程度になっても素子温度は１００℃以下であることが確認されている。
【００５７】
またＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中に占めるＳｉ量を２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内に設定すると、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ2に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ2が、前記膜中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることになる。
【００５８】
同様に、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ2に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ2が、前記膜中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることになる。
【００５９】
上記したＳｉＯ2のａｔ％及び質量％の算出は、Ｓｉが化学量論的にＳｉＯ2という分子式の構造で存在していると仮定した場合であり、実際にＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜内で１つのＳｉが２つの酸素と化学結合し、ＳｉＯ2という構造で存在することを意味するものではない。
【００６０】
また本発明では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成されたギャップ層２１，３０は、その膜厚が１０ｎｍ（１００Å）以上で６０ｎｍ（６００Å）以下であることが好ましい。
【００６１】
今後の高記録密度化に伴い、ギャップ層２１，３０の膜厚はさらに薄く形成され、図１に示すリードギャップＧｌを小さくする傾向にある。例えば記録密度を４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ2以上とする場合、前記ギャップ層２１，３０の膜厚を３０ｎｍ以下にすることが要望されている。
【００６２】
本発明ではＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下で形成しても、絶縁性、耐現像液性、及び平滑性に優れたギャップ層２１，３０を形成することが可能である。なお放熱性に関してはギャップ層２１，３０の膜厚が薄くなればなるほど、放熱性は一般的に向上するから、膜厚が薄くなることによる放熱性の不具合は存在しない。
【００６３】
また本発明では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜に、さらにＮを添加し、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎの組成からなる絶縁材料でギャップ層２１，３０を形成してもよい。
【００６４】
前記Ｎの添加量は全体の２ａｔ％以上で１０ａｔ％以下であることが好ましい。またＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜で形成されたギャップ層２１，３０の膜厚は、１０ｎｍ以上で６０ｎｍで形成されることが好ましい。
【００６５】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜にＮが添加されると、絶縁性に関してはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜に比べて若干低下するものの、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に比べれば高い絶縁耐圧を保つことが可能である。
【００６６】
また耐現像液性、平滑性に関しては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜と同程度の良好性を保つことができる。
【００６７】
さらに放熱性に関しては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜に比べて向上させることが可能である。
上記した放熱性に関しては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ及びＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜の原子配列がＡｌ2Ｏ3のそれと異なることに起因するのではないかと推測される。
【００６８】
すなわちＡｌ2Ｏ3膜の膜構造は完全なアモルファス状態であり、原子の配列に全く規則性は見られない。
【００６９】
一方、本発明におけるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜及びＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜では、透過電子線回折像で観測すると、原子配列に短範囲の規則性が若干見られるのである。
【００７０】
後述する実験結果に示すように前記規則性は、Ｓｉ量を５ａｔ％、及び７．５ａｔ％としたときに特にはっきりと見て取れたが、Ｓｉ量が１０ａｔ％とした場合には、前記規則性は見られず、このことからＳｉ量が増えすぎると、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の膜構造は再び完全なアモルファス状態になるものと考えられる。
【００７１】
またＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜の場合には、Ｓｉの添加による規則性の促進と相俟って、ＮがＡｌとの結合性を強めて結晶性がさらに向上するものと考えられる。
【００７２】
上記した原子配列に短範囲の規則性が見られることは、結晶性が向上していることを意味し、結晶性の向上により熱伝導性は良好になり、すなわちギャップ層２１，３０の放熱性を向上させることが可能になるのである。
【００７３】
以上のように本発明では、ギャップ層２１，３０をＳｉが、２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で、あるいはさらにＮを２ａｔ％以上で１０ａｔ％以下含有したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜で形成することにより、前記ギャップ層２１，３０の絶縁性、耐現像液性、平滑性及び放熱性を、アルミナに比べて向上させることが可能である。
【００７４】
特に今後の高記録密度化にあっては、ギャップ層２１，３０の膜厚はさらに薄くなり、また磁気抵抗効果素子２２に流れる電流密度の増大によって上記の諸特性の向上は重要性を増すため、本発明におけるギャップ層２１，３０を使用すれば、高記録密度化においても信頼性の高い薄膜磁気ヘッドを製造することが可能になる。
【００７５】
次に本発明における薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。本発明では、下部ギャップ層２１及び上部ギャップ層３０をスパッタ法で形成するが、そのとき、ターゲットとしてＡｌＳｉで形成された前記ターゲットを使用する。すなわち前記ターゲットにはＯ（酸素）が含まれていないが、スパッタで形成されるギャップ層２１，３０内に酸素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ2ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜する。
【００７６】
本発明ではＡｌＳｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。そしてＯ2ガスの導入量やスパッタ電力等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【００７７】
また本発明では導入ガスとしてＯ2ガス以外にＮ2ガスを導入してもよい。Ｎ2ガスの導入量はＯ2ガスのそれと比較して適切に調整することで、Ｎ量が全体の２ａｔ％以上で１０ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を、容易に成膜することが可能になる。
【００７８】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ、あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ2ガス、Ｎ2ガスを導入して、Ｏ及びＮの組成比を適切に調整してもよい。
【００７９】
またＡｌ2Ｏ3からなるターゲットとＳｉＯ2からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成してもよい。またＮを含有させるには、Ｎ2ガスを導入してもよいが、例えばさらにＡｌＮからなるターゲットを用いてもよい。これら複数のターゲットを用いるときは各ターゲットに印加されるスパッタ電力を調整して、各ターゲットからスパッタされるスパッタ量を変化させて、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下となるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、さらにはＮ量が全体の２ａｔ％以上で１０ａｔ％となるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を容易に成膜することが可能である。
【実施例】
【００８０】
本発明では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏの組成からなるギャップ層、あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎの組成からなるギャップ層を用いて、絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性の各諸特性の実験を行った。
【００８１】
まず実施例として膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＡｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0（数値はａｔ％）からなるギャップ層を形成し、比較例として膜厚が３０ｎｍからなるＡｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜を形成した。
【００８２】
低抵抗のＳｉ基板上に成膜した各ギャップ層の上下にＮｉからなる電極膜を付け、ギャップ層に電圧を徐々に高めながらかけていき、そのときのリーク電流（Ａ／ｍｍ2）を測定し、その値から絶縁抵抗（Ω）を算出した。その実験結果を図３に示す。
【００８３】
比較例としてのＡｌＮ膜では、電圧を徐々に高めていくと、急激にリーク電流が上昇し、前記電圧が１０Ｖ程度となった時点で破壊した。
【００８４】
また比較例としてのＡｌ2Ｏ3膜は電圧が約１０Ｖを越えると、急にリーク電流値が大きくなり、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊した。
【００８５】
一方、実施例としてのＡｌＳｉＯ膜は、電圧が２０Ｖを越えてもリーク電流は低い。そして前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊した。
【００８６】
図４は、上記したＡｌＳｉＯ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜で形成された各ギャップ層における電圧と絶縁抵抗（Ω）との関係を示すグラフである。図４は図３に示す実験結果から得られたリーク電流値から絶縁抵抗値（Ω）を算出したものである。
【００８７】
図４に示すようにＡｌ2Ｏ3膜は電圧が約１２Ｖ程度までは、高い絶縁抵抗を保つが、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊し、このときの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【００８８】
一方、実施例としてのＡｌＳｉＯ膜は、電圧が２０Ｖを越えても良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は７．７ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【００８９】
次に組成比がＡｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0からなる実施例としてのギャップ層と、Ａｌ2Ｏ3からなる比較例としてのギャップ層を用い、各ギャップ層の膜厚を変化させたときの膜厚と絶縁耐圧との関係について調べた。その実験結果を図５に示す。
【００９０】
図５に示すように、比較例としてのＡｌ2Ｏ3膜で形成されたギャップ層は、膜厚が大きくなるにつれて絶縁耐圧は上昇するが、前記膜厚が１００ｎｍ程度になっても、実施例としてのＡｌＳｉＯ膜の絶縁耐圧よりも低い絶縁耐圧しか得られない。
【００９１】
一方実施例としてのＡｌＳｉＯ膜では、膜厚が１０ｎｍ程度にまで薄くなっても約７（ＭＶ／ｃｍ）程度の高い絶縁耐圧を保つことがわかる。
【００９２】
以上の実験結果により、ギャップ層としてＡｌＳｉＯ膜を使用すれば、従来から一般的に使用されているアルミナよりも高い絶縁耐圧が得られることがわかり、前記ギャップ層の絶縁性を向上させることが可能である。
【００９３】
またＡｌＳｉＯ膜を使用した場合、膜厚が１０ｎｍ程度になっても充分な絶縁耐圧を得ることが可能である。現在のギャップ層の膜厚は６０ｎｍ程度であるので、本発明ではＡｌＳｉＯ膜で形成されたギャップ層の膜厚を１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下が好ましい範囲とした。これによって狭ギャップ化を図っても高い絶縁性を有するギャップ層の形成が可能である。
【００９４】
次に耐現像液性に関する実験を行った。実験では、比較例としてＡｌ2Ｏ3膜を形成し、また実施例としてＳｉの添加量を変化させたＡｌＳｉＯ膜を形成した。各ギャップ層の膜厚は１００ｎｍで統一した。また現像液としてはＫＯＨ等を主成分とする強アルカリ溶液を用い、また現像液にさらす時間を１０分程度とした。その実験結果を図６に示す。
【００９５】
図６に示すように、Ａｌ2Ｏ3のときのエッチングレートは約５０Å／ｍｉｎ程度であることがわかる。
【００９６】
一方、Ｓｉ量を添加したＡｌＳｉＯ膜では、前記Ｓｉの添加量が増えるほどエッチングレートは減少していき、前記Ｓｉの添加量が１０ａｔ％になるとエッチングレートはほぼ０（Å／ｍｉｎ）であることがわかる。
【００９７】
このようにＡｌＳｉＯの組成からなるギャップ層では、Ａｌ2Ｏ3膜に比べて耐現像液性に優れていることがわかる。
【００９８】
次に平滑性に関する実験を行った。実験では、比較例としてＡｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜を形成し、また実施例としてＡｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0膜（数値はａｔ％である）を形成した。
【００９９】
各ギャップ層の膜厚を変化させ、各膜厚と表面粗さＲａとの関係について調べた。その実験結果を図７に示す。
【０１００】
図７に示すように、ＡｌＮ膜の場合、ＡｌＳｉＯ膜及びＡｌ2Ｏ3膜に比べて表面粗さＲａが大きく、また膜厚が大きくなることにより、前記ＡｌＮ膜の表面粗さＲａは増加することがわかる。
【０１０１】
一方、比較例としてのＡｌ2Ｏ3及び実施例としてのＡｌＳｉＯは共に、表面粗さＲａが小さい。ＡｌＳｉＯ膜では、膜厚が１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下の範囲内であると、表面粗さＲａを約０．２ｎｍ以下に抑えることが可能である。
【０１０２】
図８は、図７で使用した絶縁材料で形成された各ギャップ層の膜厚と、フリー磁性層と固定磁性層との間に働く層間結合磁界（Ｈｂｆ）との関係を示すグラフである。実験では、各ギャップ層上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、及びフリー磁性層から成る積層膜を形成し、前記層間結合磁界を測定した。
【０１０３】
図８に示すように、ギャップ層としてＡｌＮ膜を使用した場合、前記ＡｌＮ膜の膜厚が大きくなるにつれて、前記層間結合磁界Ｈｂｆは大きくなることがわかる。
【０１０４】
一方、ギャップ層としてＡｌＳｉＯ膜やＡｌ2Ｏ3膜を使用した場合、層間結合磁界Ｈｂｆは低く抑えられ、膜厚が１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下の範囲内では７９０（Ａ／ｍ）程度である。
【０１０５】
既に詳述したように、層間結合磁界はできる限り小さいことが好ましい。前記層間結合磁界は、抵抗変化率に影響を与え、前記層間結合磁界を小さくできれば、抵抗変化率を大きくすることができる。
【０１０６】
ＡｌＮ膜では表面粗さＲａが大きいために平滑性が悪く、この結果、層間結合磁界Ｈｂｆは大きくなり抵抗変化率に悪影響を及ぼす。
【０１０７】
一方、実施例としてのＡｌＳｉＯ膜の場合、Ａｌ2Ｏ3と同程度に表面粗さＲａを抑えることができるために平滑性に優れ、その結果、層間結合磁界Ｈｂｆは小さくなり良好な抵抗変化率を維持することが可能である。
【０１０８】
図９は、ギャップ層をＡｌＳｉＯ膜で３０ｎｍの厚みで形成し、全体に占めるＳｉ量を変化させたときの素子温度との関係を示すグラフである。実験では、スピンバルブ型薄膜素子に９ｍＡのセンス電流を流し、前記スピンバルブ型薄膜素子の直流抵抗（ＤＣＲ）が５０Ωになるときの素子温度を測定した。なお図９の縦軸に示す素子温度は、ギャップ層をＡｌ2Ｏ3膜（膜厚は３０ｎｍ）で形成した場合の素子温度を１００としたときの比で表している。
【０１０９】
図９に示すように、Ｓｉ量が増えると、素子温度は低下することがわかる。しかしながらＳｉ量が７．５（ａｔ％）以上になると素子温度は上昇し始め、Ｓｉ量が約９ａｔ％以上になると、ギャップ層をＡｌ2Ｏ3で形成したときの素子温度よりも高くなることがわかる。
【０１１０】
本発明ではこの実験結果に基づき、ギャップ層をＡｌＳｉＯ膜で形成したときのＳｉ量を２（ａｔ％）以上で９（ａｔ％）以下の範囲に設定した。
【０１１１】
ところで図９の実験結果からわかることは、ＡｌＳｉＯ膜中に占めるＳｉ量を適量含有させたときに放熱性を向上させることができ、逆にＳｉ量が多すぎると放熱性を低下させるということである。この原因については、次に説明する透過電子線回折像から説明することができる。
【０１１２】
図１０ないし図１３は、ＡｌＳｉＯ膜の透過電子線回折像で、ＡｌＳｉＯ膜の組成比は、図１０では、Ａｌ37.0Ｓｉ2.5Ｏ60.5で、図１１では、Ａｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0で、図１２では、Ａｌ31.0Ｓｉ7.5Ｏ61.5で、図１３では、Ａｌ28.0Ｓｉ10.0Ｏ62.0（数値はすべてａｔ％である）であった。
【０１１３】
図１０では、回折像の真ん中に写し出されたビーム原点の回りにぼやけた像のみが見える。一方、図１１及び図１２のように、Ｓｉ量が増え始めると、ビーム原点の回りには、ぼやけた像の中に微小な無数の回折斑点が現れ始める。この回折像からＡｌＳｉＯ膜の原子配列には短範囲に規則性が生じ始め、結晶性が向上しているものと推測される。
【０１１４】
しかしながら図１３に示すように、Ｓｉ量が１０．０ａｔ％になるとビーム原点の回りには、再びぼやけた像しか見えなくなり、原子配列に短範囲の規則性が無くなってしまう。
【０１１５】
図１０ないし図１３に示す透過電子線回折像からわかることは、Ｓｉ量が２．５ａｔ％、及び１０ａｔ％のとき、膜構造はほぼ完全なアモルファス状態であり、Ｓｉ量が５．０ａｔ％、及び７．５ａｔ％のとき、アモルファス以外に原子配列に短範囲の規則性が生じ、結晶性が高まっているものと推測される。
【０１１６】
Ｓｉ量が５ａｔ％及び７．５ａｔ％のときの素子温度との関係を見てみると、図９に示すように放熱性が非常に良好であることがわかる。
【０１１７】
すなわちＡｌＳｉＯ膜の放熱性を向上させるには、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましいと考えられる。
【０１１８】
次にＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜をギャップ層として成膜し、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜の絶縁性、耐現像液性、及び放熱性について実験を行った。
【０１１９】
図１４は、１)に示すＡｌＳｉＯ膜と２)〜４)に示す各組成比から成るＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を膜厚３０ｎｍで形成し、各Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜の絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）を測定した。その実験結果を図１４に示す。
【０１２０】
図１４に示すように、Ｎ含有量が増加することによって、絶縁耐圧は低下し、前記Ｎ含有量が１０ａｔ％になると、Ａｌ2Ｏ3と同じ絶縁耐圧（＝４ＭＶ／ｃｍ）程度にまで下がる。
【０１２１】
このようにＮ含有量が増えることによって絶縁耐圧が低下するのは、膜中でＡｌとＮとの結合が生じるためであると考えられる。これは既に説明した図２に示すようにＡｌＮ膜の絶縁抵抗が非常に低いことから推測される。
【０１２２】
本発明では、Ａｌ2Ｏ3膜の絶縁耐圧よりも高い絶縁性を確保する観点からＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜の全体に占めるＮ量を２ａｔ％以上で１０ａｔ％以下の範囲に設定した。
【０１２３】
次に図１５は、１)に示すＡｌＳｉＯ膜と２)〜４)に示す各組成比から成るＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を膜厚３０ｎｍで形成し、ＫＯＨ等を主成分とする強アルカリ溶液に前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜をさらしたときのエッチングレートを測定したグラフである。
【０１２４】
図１５に示すように、エッチングレートはＮ含有量にほとんど左右されず、ＡｌＳｉＯ膜とほぼ同様のエッチングレートであることがわかる。このことからＡｌＳｉＯＮ膜は耐現像液性に優れていることがわかる。
【０１２５】
次に１)に示すＡｌＳｉＯ膜と２)，３)に示す各組成比から成るＡｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を膜厚３０ｎｍで形成し、さらに各ギャップ層にスピンバルブ型薄膜素子を形成して、放熱性に関する実験を行った。その実験結果を図１６に示す。
【０１２６】
図１６に示すように、Ｎ量が増えることによって、スピンバルブ型薄膜素子のある直流抵抗（ＤＣＲ）に対する素子温度は、低くなることがわかる。すなわちＡｌＳｉＯ膜に比べてＡｌＳｉＯＮ膜の方が放熱性が良い。これは膜内でＡｌとＮの結合が生じるとさらに結晶性が高まるためであると考えられる。ＡｌとＮの結合により結晶性が高まるのは、ＡｌＮ膜が結晶性の高い絶縁材料という事実から推測できる。
【０１２７】
以上図２ないし図１５に示す各実験結果を基にして、本発明ではギャップ層をＡｌＳｉＯ膜で形成するときＳｉ量を２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲に設定することとした。またＮをさらに添加するとき、ＡｌＳｉＯＮ膜中に占めるＮ量を２ａｔ％以上で１０ａｔ％以下が好ましい範囲と設定した。
【０１２８】
また前記ＡｌＳｉＯ膜あるいはＡｌＳｉＯＮ膜の好ましい膜厚を１０ｎｍ以上で６０ｎｍ以下の範囲に設定した。
【０１２９】
さらに上記組成比に加え、透過電子線回折像で観測したときに、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましいとした。
【０１３０】
上記した組成比等で形成されたＡｌＳｉＯ膜あるいはＡｌＳｉＯＮ膜は、絶縁性、耐現像液性、平滑性及び放熱性に優れ、今後の高記録密度化に対応すべく狭ギャップ化を適切に促進させることが可能な薄膜磁気ヘッドを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】図１に示す２−２線からの断面を矢印方向から見た部分断面図、
【図３】ＡｌＳｉＯ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜をギャップ層としたときの、電圧とリーク電流との関係を示すグラフ、
【図４】ＡｌＳｉＯ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜をギャップ層としたときの、電圧と絶縁抵抗との関係を示すグラフ、
【図５】ＡｌＳｉＯ膜とＡｌ2Ｏ3膜をギャップ層としたときの、膜厚と絶縁耐圧との関係を示すグラフ、
【図６】ＡｌＳｉＯ膜中に占めるＳｉ量とエッチングレートとの関係を示すグラフ、
【図７】ＡｌＳｉＯ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜をギャップ層としたときの、膜厚と表面粗さＲａとの関係を示すグラフ、
【図８】ＡｌＳｉＯ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、及びＡｌＮ膜をギャップ層としたときの、膜厚と層間結合磁界Ｈｂｆとの関係を示すグラフ、
【図９】ＡｌＳｉＯ膜中に占めるＳｉ量と素子温度との関係を示すグラフ、
【図１０】Ａｌ37.0Ｓｉ2.5Ｏ60.5膜の透過電子線回折像、
【図１１】Ａｌ34.0Ｓｉ5.0Ｏ61.0膜の透過電子線回折像、
【図１２】Ａｌ31.0Ｓｉ7.5Ｏ61.5膜の透過電子線回折像、
【図１３】Ａｌ28.0Ｓｉ10.0Ｏ62.0膜の透過電子線回折像、
【図１４】ＡｌＳｉＯＮ膜中に占めるＮ量と絶縁耐圧との関係を示すグラフ、
【図１５】ＡｌＳｉＯＮ膜中に占めるＮ量とエッチングレートとの関係を示すグラフ、
【図１６】ＡｌＳｉＯＮ膜をギャップ層としたときの、スピンバルブ型薄膜素子の直流抵抗（ＤＣＲ）と素子温度との関係を示すグラフ、
【図１７】従来における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１８】図１７に示す１８−１８線からの断面を矢印方向から見た部分断面図、
【符号の説明】
【０１３２】
２０  下部シールド層
２１  下部ギャップ層
２２  スピンバルブ型薄膜素子
２３  積層膜
２５  固定磁性層
２７  フリー磁性層
２９  電極層
３０  上部ギャップ層
３１  上部シールド層
３２  主電極層
【図１】
0003929676.tif 000002
【図２】
0003929676.tif 000003
【図３】
0003929676.tif 000004
【図４】
0003929676.tif 000005
【図５】
0003929676.tif 000006
【図６】
0003929676.tif 000007
【図７】
0003929676.tif 000008
【図８】
0003929676.tif 000009
【図９】
0003929676.tif 000010
【図１０】
0003929676.tif 000011
【図１１】
0003929676.tif 000012
【図１２】
0003929676.tif 000013
【図１３】
0003929676.tif 000014
【図１４】
0003929676.tif 000015
【図１５】
0003929676.tif 000016
【図１６】
0003929676.tif 000017
【図１７】
0003929676.tif 000018
【図１８】
0003929676.tif 000019