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薄膜磁头

阅读：513发布：2021-02-28

IPRDB可以提供薄膜磁头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种薄膜磁头，具备：在基板上由反铁磁性层、固定磁性层、绝缘势垒层以及自由磁性层层叠构成的元件部；和对该元件部的与记录介质对置一侧的端面进行保护的保护层；绝缘势垒层由AlOx膜或MgO膜形成，在该绝缘势垒层露出的所述元件部的端面与所述保护层之间设置有密接层，该密接层至少在与所述绝缘势垒层的界面中存在氮。由此，可抑制来自由AlOx膜或MgO膜形成的绝缘势垒层的漏电流，获得噪声特性良好的薄膜磁头。，下面是薄膜磁头专利的具体信息内容。

1.一种薄膜磁头，具备：在基板上由反铁磁性层、固定磁性层、绝缘 势垒层以及自由磁性层层叠构成的元件部；和对该元件部的与记录介质对 置一侧的端面进行保护的保护层；

所述绝缘势垒层由AlOx膜或MgO膜形成，在该绝缘势垒层露出的所述元件部的端面与所述保护层之间设置有 密接层，该密接层至少在与所述绝缘势垒层的界面中存在氮。

2.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其特征在于，所述元件部的端面是实施了氮化处理后的氮化面，在该氮化面上，所 述密接层由Si形成。

3.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其特征在于，所述密接层由基于Si系氮化物层的单层构造形成。

4.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其特征在于，所述元件部的端面是实施了氮化处理后的氮化面，在该氮化面上，由 依次层叠的Si系氮化物层和Si层所构成的层叠构造形成有所述密接层。

5.根据权利要求3所述的薄膜磁头，其特征在于，所述Si系氮化物层是Si3N4、SiN、SiON中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其特征在于，所述保护层由类金刚石碳膜形成。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种利用隧道(tunnel)磁阻效应对来自记录介质的漏磁 场进行检测的薄膜磁头。

背景技术

近年来，作为替代利用了巨大磁阻效应的薄膜磁头(GMR头)的再 生用头，利用了隧道磁阻效应的薄膜磁头(TMR头)受到关注。TMR头 具有：在AlTiC基板上由反铁磁性层、磁化方向基于和该反铁磁性层之间 的交换结合磁场而被固定的固定磁性层、绝缘势垒层以及自由磁性层层叠 而成的元件部；在元件部的层叠方向隔着元件部而对置的下部电极层以及 上部电极层；位于元件部的两侧，向自由磁性层施加纵偏置磁场的纵偏置 层；以及覆盖元件部的与记录介质对置一侧的端面的保护层。
在TMR头中，若向固定磁性层和自由磁性层施加电压，则因隧道效 应会经由绝缘势垒层流动电流(隧道电流)。对于自由磁性层的磁化而言， 在没有外部磁场的情况下基于纵偏置层而被统一为相对于固定磁性层的 固定磁化方向成90度的方向，但若施加外部磁场则受到该外部磁场的影 响而产生变动。在固定磁性层与自由磁性层的磁化方向相互反向平行时元 件部的电阻值最大，在其磁化方向相互相向平行时元件部的电阻值最小。 TMR头通过该元件部的电阻值变化读取来自记录介质的漏磁场(磁记录 信息)。在TMR头中，其电阻变化率(TMR比)达到数十％，与电阻变 化率为几％～十几％的GMR头相比可获得非常大的再生输出。
在现有的TMR头中，一般固定磁性层以及自由磁性层由NiFe或FeCo 等强磁性材料形成，绝缘势垒层由Al2O3等绝缘材料形成，保护膜由DLC 膜形成。另外，在DLC保护膜与由该DLC膜覆盖的元件部的端面之间， 实际上具备提高保护膜的密接性的密接层，在该密接层中使用了Si。
专利文献1：特开2005-108355号公报
近年来，为了获得可对应更高记录密度化的高磁阻比，提出了由AlOx 或MgO形成上述绝缘势垒层的方案。但是，若由AlOx或MgO形成绝缘 势垒层，则由Si构成的密接层和由AlOx或MgO形成的绝缘势垒层的界 面会产生泄漏电流，这成为元件输出的噪声(爆音噪音(popcorn noise))， 由此判明噪声特性发生了劣化。

发明内容

本发明的目的在于，抑制来自由AlOx膜或MgO膜形成的绝缘势垒 层的漏电流，从而获得噪声特性良好的薄膜磁头。
根据本发明者们的考察，作为在绝缘势垒层与密接层的界面处产生漏 电流的主要原因可列举以下三点。首先，第一、因IBE或研磨加工等使绝 缘势垒层的外表面缺损，绝缘势垒层中存在的氧会从该缺损部位向外部逃 逸，使得绝缘势垒层的外表面成为少氧的状态；第二、绝缘势垒层的氧被 吸引到密接层一侧，使得绝缘势垒层的外表面成为少氧的状态。第三、在 绝缘势垒层与密接层的界面处，绝缘势垒层中的Al原子或Mg原子与密 接层中的Si原子结合，生成AlSi或MgSi。AlSi及MgSi是导电性化合物， 因此通过这些化合物会产生漏电流。例如在专利文献1中，公开了通过在 绝缘势垒层的外表面设置的氧化层，使得O原子留在该绝缘势垒层内，但 若对绝缘势垒层进行氧化处理，则因为由氧化引起的密接层的膨胀或高能 量的O2注入形成氧化层将发生空间损耗(Dead Layer)，使得动态电气特 性(DET特性)恶化，因而并不优选。本发明发现如下情况而完成：通过 氮化处理，使得AlOx膜或MgO膜所构成的绝缘势垒层中的Al原子和O 原子的结合状态或Mg原子与O原子的结合状态稳定化，O原子会留在绝 缘势垒层内；以及在绝缘势垒层与密接层的界面不会产生AlSi或MgSi； 从而比氧化处理更能获得改善空间损耗的效果。
即，本发明的薄膜磁头具备：在基板上由反铁磁性层、固定磁性层、 绝缘势垒层以及自由磁性层层叠构成的元件部；和对该元件部的与记录介 质对置一侧的端面进行保护的保护层；绝缘势垒层由AlOx膜或MgO膜形 成，在该绝缘势垒层露出的元件部的端面与保护层之间设置有密接层，该 密接层至少在与所述绝缘势垒层的界面中存在氮。
具体而言，优选元件部的端面是实施了氮化处理后的氮化面，在该氮 化面上，密接层由Si形成。或者，优选在元件部的端面上，密接层由基于 Si系氮化物层的单层构造形成。进而，也可以构成元件部的端面是实施了 氮化处理后的氮化面，在该氮化面上由依次层叠的Si系氮化物层和Si层 所构成的层叠构造形成密接层。
实际上，Si系氮化物层可由Si3N4、SiN、SiON中的任意一种形成， 保护层由类金刚石碳膜形成。
根据本发明，即使绝缘势垒层由AlOx膜或MgO膜形成，也没有来 自该绝缘势垒层的漏电流，可获得噪声特性良好的薄膜磁头。

附图说明

图1是表示从与记录介质的对置面侧观察本发明的第一实施方式所涉 及的薄膜磁头的构造的剖面图；
图2是在元件中央截断该薄膜磁头的构造的剖面图；
图3是对图1的薄膜磁头所具备的隧道型磁阻效应元件的前端面以及 密接层进行放大表示的示意剖面图；
图4是对本发明的第二实施方式的薄膜磁头所具备的隧道型磁阻效应 元件的前端面以及密接层进行放大表示的示意剖面图；
图5是对本发明的第三实施方式的薄膜磁头所具备的隧道型磁阻效应 元件的前端面以及密接层进行放大表示的示意剖面图。
图中：11-下部电极层；12-上部电极层；14-第一绝缘层；15-偏 置(bias)层；16-第二绝缘层；20-元件部(隧道型磁阻效应元件)；21 -反铁磁性层；22-固定磁性层；23-绝缘势垒层；24-自由磁性层；30 -保护层；31-密接层(第一密接层)；32-密接层(Si系氮化物层)；33 -第二密接层；H1、H2、H3-薄膜磁头；α-氮化面。

具体实施方式

图1是表示从与记录介质的对置面侧观察本发明的第一实施方式所涉 及的薄膜磁头H1的构造的横剖面图，图2是在元件中央截断该薄膜磁头 H1的构造的纵剖面图。图中，X、Y以及Z方向分别表示轨道(track)宽 度方向、高度方向、构成磁阻效应元件的各层的层叠方向。
薄膜磁头H1是利用隧道效应对来自记录介质的漏磁场进行检测的再 生用隧道效应型薄膜磁头(以下称为“TMR头”)，在下部电极层11与上 部电极层12之间具有元件部(隧道型磁阻效应元件)20，其从下部电极 层一侧开始依次层叠反铁磁性层21、固定磁性层22、绝缘势垒层23、自 由磁性层24以及导电层25而构成。
如图1所示，元件部20的两侧端面20a按照越朝向下部电极层11侧 宽度尺寸越宽的方式由倾斜面形成。该元件部20的高度方向里侧(图示Y 方向里侧)如图2所示，例如被Al2O3或SiO2所构成的绝缘层13填充。
下部电极层11以及上部电极层12例如由Cu、W、Cr等导电材料构 成，在轨道宽度方向(图示X方向)以及高度方向(图示Y方向)这两 个方向上形成为比元件部20延伸得长。
优选反铁磁性层21由X-Mn系合金(其中，元素X是Pt、pd、Ir、 Rh、Ru、Os中任意一种或两种以上的元素)、或X-Mn-X’合金(其中，元 素X’是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以及稀土类元素的一种或两种以上的元素)形成。这些合金 在刚刚成膜之后的状态下是不规则系的面心立方构造(fcc)，但通过热处 理会构造变态为CuAuI的规则方的面心正方构造(fct)，从而能与固定磁 性层22之间产生大的交换结合磁场。本实施方式的反铁磁性层21由PtMn 合金形成，与固定磁性层22之间产生超过64kA/m的大交换结合磁场，具 有使该交换结合磁场消失的截止温度为380度这样极高且优异的反铁磁性 特性。
固定磁性层22由CoFe合金膜形成，通过在与反铁磁性层21之间产 生的交换结合磁场使得磁化方向被固定在高度方向(图示Y方向)。绝缘 势垒层23以0.5nm左右的薄膜厚由AlOx膜或MgO膜形成。自由磁性层 24由CoFe合金膜形成，基于来自偏置层15的偏置磁场使得磁化统一为 轨道宽度方向(图示X方向)。该自由磁性层24的磁化在未受到外部磁场 影响的状态下被统一为相对于固定磁性层的磁化方向成90度的方向，但 若从高度方向(图示Y方向)施加外部磁场，则会受到外部磁场的影响而 产生变动。固定磁性层22以及自由磁性层24可由NiFe合金膜、Co膜、 CoNiFe合金膜等形成。导电层25由Ta等导电材料构成，与上部电极层 12一起作为电极而发挥功能。
在下部电极层11与上部电极层12之间，并且位于元件部20的两侧区 域，从下部电极层11侧开始依次层叠形成有第一绝缘层14、偏置层15以 及第二绝缘层16。偏置层15靠近元件部20的两侧端面，向自由磁性层 24施加偏置磁场，如上述那样使自由磁性层24的磁化统一为轨道宽度方 向(图示X方向)。该偏置层15由Co-Pt合金膜或Co-Cr-Pt合金膜等硬磁 性材料形成。虽未图示，但在偏置层15的正下方位置形成有偏置基底层。 第一绝缘层14以及第二绝缘层16由Al2O3或SiO2等绝缘材料形成，使下 部电极层11与上部电极层12之间电绝缘。
若经由上述下部电极层11以及上部电极层12在元件部20的层叠方向 流动感测(sense)电流，则对应固定磁性层22与自由磁性层24的磁化方 向的关系，穿过该元件部20的隧道电流的大小会变动。例如，当固定磁 性层与自由磁性层的磁化方向相互平行时，电导G(电阻的倒数)最大， 隧道电流也最大，反之，当固定磁性层22与自由磁性层24的磁化方向反 向平行时，电导G最小，隧道电流也最小。薄膜磁头H1捕捉流经该元件 部20的隧道电流量的变换作为电阻变化，通过将该电阻变化换算为电压 变化，检测来自记录介质的漏磁场。
如图2所示，在薄膜磁头H1的与记录介质对置一侧的端面上形成有； 保护层30，其面向元件部20(反铁磁性层21、固定磁性层22、绝缘势垒 层23、自由磁性层24以及导电层25)的前端面20b，覆盖该前端面20b 来防止元件部20的腐蚀和磨耗；和密接层31，其提高该保护层30的密接 性。保护层30由DLC(类金刚石碳)膜形成。
本发明在元件部20的前端面20b与保护层30之间设置的密接层中具 有特征，下面，参照图3～图5，对密接层进行详细说明。
图3是对第一实施方式的薄膜磁头H1所具备的元件部20的前端面 20b以及密接层31进行放大表示的示意剖面图。
在薄膜磁头H1中，元件部20的前端面(与记录介质对置一侧的端面) 20b整个面被氮化处理，形成了氮化面α，在该氮化面α上层叠有由Si构成 的密接层31。例如通过利用了高频等离子体或微波等离子体、活性离子束 等的N2等离子体处理，可容易地形成氮化面α。密接层31例如通过溅射 法或蒸镀法而形成薄膜。
上述氮化面α中存在很多N原子，通过由该N原子覆盖绝缘势垒层23 的前端面，使得构成该绝缘势垒层23的原子(在由AlOx膜构成的绝缘势 垒层中为Al原子以及O原子，在由MgO膜构成的绝缘势垒层中为Mg原 子以及O原子)的结合状态稳定化。因此，绝缘势垒层23中的Al原子或 Mg原子的反应性降低，在密接层31与绝缘势垒层23的界面难以产生AlSi 或MgSi。另外，绝缘势垒层23中的O原子不会被吸引到密接层31一侧， 也不会向外逃逸，而留在该绝缘势垒层23内。结果，可确保绝缘势垒层 23的绝缘性良好，在密接层31与绝缘势垒层23的界面产生漏电流的概率 降低。即，可抑制由漏电流引起的噪声，从而可获得不含噪声的元件部20 的良好输出。
在第一实施方式中，对元件部20的前端面20b整个面进行了氮化处 理而形成了氮化面α，但只要至少绝缘势垒层23的前端面为氮化面α即可。
图4是对第二实施方式的薄膜磁头H2所具备的元件部20的前端面 20b以及密接层32进行放大表示的示意剖面图。
薄膜磁头H2与第一实施方式的不同之处在于，元件部20的前端面20b 不是氮化面、以及在元件部20的前端面20b与保护层30之间具备由Si3N4 构成的密接层32。这样，即使由Si系氮化物层形成密接层32，由于密接 层32中的N原子使得构成绝缘势垒层23的AlOx膜中的Al原子以及O 原子的结合状态或MgO膜中的Mg原子以及O原子的结合状态稳定化， 所以，在密接层31与绝缘势垒层23的界面也难以产生AlSi或MgSi，而 且，绝缘势垒层23中的O原子会留在该绝缘势垒层23内。由此，在密接 层31与绝缘势垒层23的界面处的漏电流被抑制，可获得良好的噪声特性。 密接层32例如可通过溅射法或蒸镀法等而薄膜形成，另外，可替代Si3N4 而利用SiN或SiON等Si系氮化物来形成。第二实施方式的薄膜磁头H2 的构成除了元件部20的前端面20b以及密接层32之外与第一实施方式相 同。图4中对于与第一实施方式中具有相同功能的构成要素标注了与图1 相同标记来表示。
在第二实施方式中，如图4所示，在元件部20的前端面20b与保护 层30之间的整个面上形成有由Si3N4构成的密接层32，但密接层32只要 至少在绝缘势垒层23的前端面形成即可。
图5是对第三实施方式的薄膜磁头H3所具备的元件部20的前端面 20b以及密接层33进行放大表示的示意剖面图。
薄膜磁头H3与第一实施方式的不同之处在于，在氮化面α(元件部 20的经氮化处理后的前端面20b)与密接层31(第一密接层31)之间， 存在由Si3N4构成的第二密接层33。通过夹设该第二密接层33，使得绝缘 势垒层23中的Al原子和O原子的结合状态或Mg原子和O原子的结合状 态进一步稳定化，产生漏电流的概率比上述第一实施方式及第二实施方式 低，可获得噪声特性优异的薄膜磁头。第二密接层33例如可通过溅射法 或蒸镀法等而薄膜形成，另外，可替代Si3N4而利用SiN或SiON等Si系 氮化物来形成。第三实施方式的薄膜磁头H3的构成除了第二密接层33之 外与第一实施方式相同。图5中，对于与第一实施方式中具有相同功能的 构成要素标注了与图1相同标记来表示。
在第三实施方式中，对元件部20的前端面20b整个面进行氮化处理 而形成了氮化面α，但只要至少绝缘势垒层23的前端面为氮化面α即可， 不需要使元件部20的整个前端面20b为氮化面α。同样，由Si3N4构成的 第二密接层33只要至少在绝缘势垒层23的前端面形成即可。
如上所述，在本实施方式中，通过在元件部20的前端面20b与密接 层的界面处存在的N原子，可使得构成该元件部20的绝缘势垒层23的 AlOx膜中的Al原子和O原子的结合状态或MgO膜中的Mg原子和O原 子的结合状态稳定化。因此，即使绝缘势垒层23由AlOx膜或MgO膜形 成，在绝缘势垒层23与密接层31(32、33)的界面也不易产生漏电流， 从而可获得噪声特性优异的薄膜磁头。
以上对具备隧道型磁阻效应元件的再生用薄膜磁头进行了说明，但本 发明也可应用于具备隧道型磁阻效应元件和感应头元件二者的记录再生 用薄膜磁头中。
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脱模薄膜-专利编号CN101909875B 2020-05-11 885
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