专利名称：薄膜磁头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜磁头，这种磁头可以用作如个人计算机或工作站的信息处理装置，并且具有在如硬盘或软盘的磁写介质或磁记录介质(下文中称为记录介质)上并相对于这些记录介质移动以读取储存信息的磁致电阻元件部分。
薄膜磁头通常用来高密度地将信息记录到记录介质上。日本专利公开号为Hei6-223331(1994)的专利申请中描述了一个这样一种薄膜磁头的例子。图7是这样一种现有技术磁头的示意截面图。
如图7所示，现有技术的薄膜磁头有一个衬底1，衬底1上依次层叠有由类似钻石的碳(下文中称为DLC)形成的绝缘层20、屏蔽层3、由DLC形成的绝缘层21、磁致电阻元件部分(下文中称为MR元件层5)、引线层(lead layer)6-A和6-B、由DLC形成的绝缘层22以及屏蔽层8。
图8是图7中所示MR元件层5和引线层6-A和6B的局部放大图。
参见图7和图8，引线层6-A和6-B成对位于MR元件层5的两端。MR元件层5是一个层叠结构，中间是非磁性层11，两边是磁致电阻层12和软磁层10，层叠结构中，软磁层10最靠近衬底1。软磁层10是一个用来将偏置电场施加到磁致电阻层12上的薄膜。非磁性中间层11是一个用来使软磁层10与磁致电阻层12磁隔离的薄膜，磁致电阻层12是一个将磁通变化转换成信号的薄膜。
引线层6-A和6-B是一个抗铁磁偏置层13上依次叠加粘附增强层(adherenceenhancing layer)14和导电引线层(conductive lead layer)15的结构。引线层6-A和6-B之间限定了一个工作区6-C。
当试图用上述薄膜磁头来读取记录介质中存储的信息时，额定电流施加到引线层6-A，使得该额定电流从引线层6-A通过MR元件层5流到引线层6-B。流入MR元件层5的电流产生垂直于电流方向的电场，在磁致电阻元件12以及软磁层10中感应出磁场，从而使磁致电阻层12通过耦合效应(coupling effect)沿电流方向受到偏置。
当处在这样的偏置状态下受到一外磁场影响时，磁致电阻层12随变化的磁场改变其阻抗。通过对作为信号的磁致电阻变化进行处理，可以获得输出。
然而，DLC的内应力尤其是压缩应力通常较高。由于这一压缩应力的作用，就有张力作用在附着在DLC的物体上。
在上述薄膜磁头中，引线层6-A和6-B以及MR元件层5夹在绝缘层21和22之间。因此，绝缘层21和22中产生的压缩力可能也作用在MR元件层55上而使MR元件层5变形，而无法获得所要求的电特征，结果，使可靠性下降。
另外，如上所述，在屏蔽层上直接形成具有高压缩应力的绝缘层很可能会使包括绝缘层的上部叠层在受到绝缘层中的压缩力作用的时候与衬底分离。
本发明的目的是提供一种高可靠性的薄膜磁头，这种磁头具有优良的耐磨性和更长的使用寿命。
按照本发明第一个方面的磁头的特征是包括一个可以在磁性记录介质上并相对于磁性记录介质移动以读取磁性记录介质上存储的信息的磁致电阻元件部分(MR元件部分)；固定其间的磁致电阻元件部分的上屏蔽层和下屏蔽层，用来磁屏蔽磁致电阻元件部分；分别位于上屏蔽层和磁致电阻元件部分之间以及下屏蔽层和磁致电阻元件部分之间的上间隔(gap)绝缘层和下间隔绝缘层。重要的是，上间隔绝缘层和下间隔绝缘层包含一含氢薄膜，并且上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的氢含量是相互不同的。
在本发明的第一个方面中，上间隔绝缘层中的氢含量最好比下间隔绝缘层中的氢含量高。
按照本发明的第一个方面，上间隔绝缘层中的氢含量最好在45-65原子百分比的范围内，更好一些是在50-60原子百分比的范围内，而下间隔绝缘层中的氢含量最好在5-45原子百分比的范围内，更好一些是在5-30原子百分比的范围内。氢含量可以通过例如二次离子质谱仪(SIMS)来确定。
在本发明的第一个方面中，上间隔绝缘层和下间隔绝缘层最好是一个用氢化的无定形的碳薄膜。用氢化的无定形碳薄膜是一种通常称为类似钻石的碳薄膜(DLC薄膜)的薄膜。同样，硅薄膜也可以用来形成用于上间隔绝缘层和下间隔绝缘层的含氢薄膜。由于DLC薄膜和硅薄膜具有优良的热传导性能，它们散热很快而能防止MR元件部分中的过度温度升高，从而可以延长MR元件部分的使用寿命。
通常对于DLC薄膜来说，它的内应力和硬度趋向于随着其中的氢含量的增大而减小。因此，由于与下间隔绝缘层中的氢含量相比上间隔绝缘层的氢含量更高，所以，相对于下间隔绝缘层来说，上间隔绝缘层的内应力和硬度减小了。
通常，薄膜磁头的薄膜层是分别通过薄膜形成方法依次叠加在衬底上的。这样，MR元件部分的形成是在下间隔绝缘层的形成之后，而在上间隔绝缘层的形成之前。因此，相对于下间隔绝缘层来说，上间隔绝缘层的内应力一般对MR元件部分的影响更大。所以，通过将上间隔绝缘层设计成比下间隔绝缘层具有降低了的内应力，可以有效地延长MR元件部分的使用寿命，从而使可靠性提高。
按照本发明的第一个方面，通过使上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的氢含量不同，可以减小上、下间隔绝缘层中的一方相对于另一方的硬度。所以，通过将增大了的硬度给予到两个间隔绝缘层中的一个，可以增大上、下间隔绝缘层之间的MR元件部分的耐磨性。如上所述，由于上间隔绝缘层相对于下间隔绝缘层具有更小的内应力，所以，最好将下间隔绝缘层设计成相对于上间隔绝缘层具有更大的硬度。
按照本发明第二个方面的磁头包括可以在磁性记录介质上和相对于磁性记录介质移动并用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分(MR元件部分)，抒磁致电阻元件部分放置在用来对其进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层之间，以及分别介于上屏蔽层和磁致电阻元件部分之间以及下屏蔽层和磁致电阻元件部分之间放置上间隔屏蔽层和下间隔屏蔽层。重要的是，上、下间隔绝缘层均含有含氢薄膜，并使上、下间隔绝缘层的内应力相互是不同。
在本发明的第二个方面中，上间隔绝缘层的内应力最好比下间隔绝缘层的内应力小。这就使得内应力对MR元件部分的影响减小，从而形成具有更长使用寿命的高可靠性的薄膜磁头。
上间隔绝缘层的内应力最好是在0.01-4GPa的范围内，而下间隔绝缘层的内应力最好是在4-10GPa的范围内。
如果上间隔绝缘层的内应力低于下间隔绝缘层的内应力，则下间隔绝缘层相对于上间隔绝缘层具有增加了的硬度。
在本发明的第二个方面中，与本发明的第一个方面中的相同，上、下间隔绝缘层的含氢薄膜最好包含一经氢化的无定形碳薄膜。同样，也可以采用硅薄膜来形成上、下间隔绝缘层的含氢薄膜。
在采用DLC薄膜用作含氢薄膜的情况下，通过增加其氢含量，通常可以减小其内应力和硬度。所以，在本发明的第二个方面中，上间隔绝缘层的氢含量最好高于下间隔绝缘层中的轻含量。
下面说明本发明的第一个方面和第二个方面中共同的问题。
在所述上、下间隔绝缘层均由经氢化的无定形碳薄膜组成的情况下，该无定形氢化的碳薄膜可以含有从Si、B、N和O中选择出来的至少一个元素。含有Si、B、N或O提高了滑动特征，而含有N减小了其中的内应力。元素的含量最好是在2到80原子百分比的范围内。
中间层可以介于下间隔绝缘层和下屏蔽层之间。中间层用来提高下间隔绝缘层的粘附性。
上述中间层可以作为替换或者添加到上间隔绝缘层和磁致电阻元件部分之间。该中间层用来提高上间隔绝缘层的粘附性。
中间层可以呈与相邻层共膨胀(coexpansive)形式的连续膜或由多个夹于相邻层之间的孤岛(island)部分组成的断续形式。
中间层薄膜厚度最好不大于200。中间层的薄膜厚度最好不大于相应的上间隔绝缘层或下间隔绝缘层的薄膜厚度的五分之一。
中间层可以由Si、Ru、Mo、W、Cr、C、Ge、Hf、Zr或Ti形成。这些元素中的任何一个与从氮、氧和碳中选择出来的至少一个元素组合也可以用来形成中间层。
在本发明的第一个和第二个方面中，当上间隔绝缘层或/和下间隔绝缘层由经氢化的无定形碳薄膜组成的时候，其中还可以包括有内应力松弛层(relaxationlayer)。这样一种内应力松弛层可以有多个，形成在无定形碳薄膜内。
内应力松弛层可以由例如基本上不含氢的碳膜组成。基本上不含氢的这样一种碳膜可以通过溅射来形成。
同样，内应力松弛层可以由Si、Ru、Mo、W、Cr、Ge、Hf、Zr或Ti形成。这些元素中的任何一个与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素组合在一起也可以用来形成内应力松弛层。
在本发明的特定实施例中，含有一层或多层内应力松弛层的上述无定形碳膜包含等效厚度为a的多个碳层，这些碳层与等效厚度为b的多个内应力松弛层交替。这时，比值a/b最好在1-1000的范围内更好是在10-500范围内。表面与内应力松弛层接触的这样一种碳层下文中简单地称为碳层。
同样，每一碳层的硬度与每一内应力松弛层硬度的比值，即，(每一碳层的硬度)/(每一内应力松弛层的硬度)最好不小于10。
同样，每一碳层的内应力与每一内应力松弛层的内应力的比值，即，(每一碳层的内应力)/(每一内应力松弛层的内应力)最好不小于100。每一碳层的薄膜厚度最好在约50到约5μm的范围内，更好一些是在约100到约1μm的范围内。每一内应力松弛层的薄膜厚度b最好在约5到5μm的范围内，更好一些是在约10到1μm的范围内。
无定形碳膜内部内应力松弛层的存在使得内应力松弛层侧面的碳层中的内应力松弛，从而可以有效地减小无定形碳层的总的内应力。
在本发明的第一个和第二个方面中，由于上间隔绝缘层的内应力最好小于下间隔绝缘层的内应力，所以可以至少在上间隔绝缘层中含有内应力松弛层。
上间隔绝缘层或/和下间隔绝缘层的氢含量最好在5-65原子百分比的范围内。同时，上间隔绝缘层或/和下间隔绝缘层中存在的25％或更大部分的碳-碳键最好由sp3的碳-碳键占据。上间隔绝缘层或/下间隔绝缘层的内应力最好在0.5-9.0GPa的的范围内。同样，上间隔绝缘层或/下间隔绝缘层的特征电阻最好是在109-1012Ω·cm的范围内。
按照本发明第三个方面的薄膜磁头包括可以在磁性记录介质上或相对于该磁性记录介质移动并用来读取存储在其中的信息的磁致电阻元件部分，用来将磁致电阻元件部分固定在其间并用来对磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层，分别介于上屏蔽层和磁致电阻元件部分之间以及下屏蔽层和磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层。薄膜磁头还包括介于下间隔绝缘层和下屏蔽层之间的第一中间层，以及介于上间隔绝缘层和磁致电阻元件部分之间的第二中间层。
同样，在本发明的第三个方面中，与本发明的第一个和第二个方面相似，上间隔绝缘层和下间隔绝缘层最好均包含一氢化的无定形碳膜。同时，第一中间层和第二中间层最好与按照本发明第一个和第二个方面的中间层相似。
图1是本发明的薄膜磁头的一个实施例的示意截面图；图2是本发明的薄膜磁头的另一个实施例的示意截面图；图3是自偏压随上、下间隔绝缘层中的氢含量以及内应力的变化图；图4是自偏压随氢化的无定形碳膜中的碳分子之间的sp3键(bonding)比值的变化图5是一例形成第一中间层和第二中间层以及上、下间隔绝缘层的装置的示意截面图；图6是图5所示装置的第一开孔部分及其附近的示意平面图；图7是一建议的现有技术薄膜磁头的示意截面图；图8是图7所示现有技术薄膜磁头中包含的MR元件层5以及引线层6-A、6-B的局部放大图；图9是含有内应力松弛层的氢化的无定形碳膜的示意截面图；图10是描述能够形成含有图9中所示内应力松弛层的氢化的无定形碳膜的典型薄膜形成装置的示意截面图；以及图11是当改变碳层的薄膜厚度a与内应力松弛层的薄膜厚度b的比值时的Vickers硬度和内应力图。
下面参照图1至图6描述本发明的一个实施例。
按照本发明的薄膜磁头的一个实施例可以按照下面参照图1所说明的步骤(1)到(9)来制作。
(1)绝缘层52(例如由Al2O3形成的绝缘层)和下屏蔽层52(例如由Ni合金，例如坡莫合金，制成的下屏蔽层)形成在Al2O3-TiC衬底51上，形成一个特定的晶片(下文中简称为晶片)，该晶片放置在一衬底支承物上。
(2)第一中间层54，如Si，该中间层是溅射形成在晶片上的。
(3)下间隔绝缘层55，如含有DLC薄膜的下间隔绝缘层，是形成在第一中间层上的。
(4)MR元件层56，如由Ni合金形成的MR元件层，是溅射形成在下间隔绝缘层55的预定区域上的。
(5)电极层57，如由Au形成的电极层，是溅射形成在MR元件层56的预定区域上的。
(6)第二中间层58，如由Si形成的第二中间层，是溅射形成在至少电极层57和MR元件层56上的。
(7)上间隔绝缘层59，如含有DLC薄膜的上间隔绝缘层59，是形成在至少第二中间层58上的。
(8)上屏蔽层60，如含有Ni合金(如坡莫合金)的上屏蔽层是溅射形成在上间隔绝缘层59上的。
(9)感应性磁头部分61是形成在上屏蔽层60上的。
在上述步骤中，第二、第三、第六和第七步骤可以通过如图5所示的ECR等离子体发生器来执行的。因此，当图5所示的ECR等离子体发生器完成第二和第三步骤的时候，将晶片转移到另一个薄膜形成装置(如溅射装置)执行第四和第五步骤。随后，再将晶片送回图5所示的ECR等离子体发生器执行后续处理过程。
图5是用来在晶片上形成第一中间层(按照第二步骤形成)、第二中间层(按照第六步骤形成)、下间隔绝缘层(按照第三步骤形成)以及上间隔绝缘层(按照第七步骤形成)的典型装置的示意截面图。
参照图5，等离子体发生室24设置在真空室28内，真空室28的一端连接有波导22。波导22的另一端安装在微波提供装置21上。微波提供装置21中产生的微波通过波导22和微波入口窗23传导到等离子体发生室24内。
等离子体发生室24上连接的是放电气体入口线25，用来将放电气体(如氩气Ar)引入等离子体发生室24。多个等离子体磁场发生器26安装环绕在等离子体发生室24的周围。微波感应的高频磁场与等离子体磁场发生器26产生的磁场相互作用，在等离子体发生室24中产生高密度的等离子体。
鼓形衬底支承物32位于真空室28内，从而可以沿垂直于真空室28的壁面的轴(位于垂直于纸面的方向)旋转。
多个晶片33(本实施例中为6个)以一定的间隔环绕排列在衬底支承物32上，高频电源30连接到衬底支承物32上。
由金属制成的空心筒状屏蔽罩34径向围绕在衬底支承物32，在其间限定了一个具有预定尺寸的空间。这一屏蔽罩34连接到一接地电极上。该屏蔽罩34的安装是用来防止在真空室28和除去其上的目标薄膜形成处的衬底支承物面积之间发生放电，而这一放电会在发生在RF电压施加到用于薄膜形成的衬底支承物时候。
屏蔽罩34有一个第一开孔35，通过该开孔，等离子体从等离子体发生室24传送到衬底支承物32上安装的晶片33上。真空室28含有一反应气体入口线36，并且反应气体入口线36的引入端位于第一开孔35的上方。
图6是反应气体入口线36的引入端及其周围的平面图。
参照图6，反应气体入口线36包括一气体入口部分36a，用来将原材料气体，如CH4气体从外部引入真空室28；以及一个用来垂直连接到气体入口部分36a的气体放电部分36b。
气体放电部分36b垂直地穿过衬底支承物32的旋转方向A，并且位于第一开孔35的上方。平面图中，气体放电部分36b位于沿开孔35中旋转方向A的上游位置处。气体放电部分36b有多个孔41，每一个孔的方向向下呈约45度角。本实施例中，孔41有八个。
再参照图5，在屏蔽罩34的底部有第二开孔43，开孔43垂直面向第一开孔15。第二开孔43的下方是靶子46，靶子46由构成第一中间层54和第二中间层58的材料原子组成。靶子46的附近是离子枪47，它将惰性气体中的离子射向靶子46，对靶子46进行溅射。
本实施例中，Ar气体用作惰性气体。靶子和离子枪47一起用来通过第二开孔43传送构成第一中间层54或第二中间层58的材料原子，释放到晶片33上。例子例1和例2图5所示从装置用来在晶片上形成Si层(第一中间层54和第二中间层58)以及作为下间隔绝缘层55和上间隔绝缘层59的氢化的无定形碳膜。
首先，将真空室28抽真空至10-5-10-4乇的压力，随后，以约10rpm(每分钟的转数)的速率使衬底支承物32旋转。接着，将Ar气提供给离子枪47，获得Ar离子，将Ar离子射向Si靶子46的表面，其中，Ar离子的加速电压和离子电流密度分别设置在900eV和0.4mA/cm2下。
上述过程持续约1分钟，从而在屏蔽层53的表面上形成厚度为20的第一Si中间层。
随后终断Ar离子的发射，开始从ECR等离子体发生装置提供5.7×10-4乇的Ar气。同时，微波提供装置21提供200W的2.45GHz微波，在等离子体发生室24中产生Ar等离子体。产生的Ar等离子体通过第一开孔35传送到第一中间层54的表面。
同时，高频电源30向衬底支承物32提供13.56MHz的射频(RF)电压，使晶片33产生自偏压，而反应气体入口线36提供1.0×10-5乇的CH4气体，从而形成氢化的无定形碳膜(DLC膜)。
通过上述过程，在第一中间层54上形成厚度为1000的下间隔绝缘层55。重复类似的过程，形成厚度为20的第二中间层58，并接着在第二中间层58上形成厚度1000的上间隔绝缘层50。这样就制成了薄膜磁头(例1)。
类似地，在第一中间层54(厚度为20)上形成厚度为400的下间隔绝缘层55，并且在第二中间层58(厚度为20)上形成厚度为400的上间隔绝缘层59，从而制成一薄膜磁头(例2)。
图2描述的是图1所示薄膜磁头的典型改进形式。除了第二中间层58是形成在MR元件层56和电极层57上的以外，图2所示的薄膜磁头与图1所示的薄膜磁头是相同的。
这样一种改进的薄膜磁头可以用与制备图1所示的薄膜磁头的相同的方法来制备，只是在形成第二中间层58而在下间隔绝缘层55、MR元件层56和电极层57上延伸以后，还蚀刻去除下间隔绝缘层55上形成的一部分第二中间层58。
图3图示描述的是用作下间隔绝缘层55和上间隔绝缘层59的厚度为1000的氢化的无定形碳膜中的内应力和氢含量与自偏压之间的关系。
参照图3，读者可以理解氢化的无定形碳膜中含有的氢含量以及内应力是通过改变自偏压来控制的。即，当自偏压增大时，氢化的无定形碳膜中含有的氢含量下降，而其内应力增加。所以，通过确定薄膜中的氢含量，可以预测内应力。
图4描述的是氢化的无定形碳膜中含有的碳原子之间sp3键与自偏压的关系。
参照图4，读者可以理解，薄膜中所包含的碳-碳sp3键的比例随着自偏压的变化而变化。即，sp3键的比例可以通过改变自偏压的控制。同时，确定按照图4形成的氢化的无定形碳膜的特征电阻。结果是，它们的值在109Ω·cm到1012Ω·cm的范围内。
接着，分别形成具有高内应力的氢化的无定形碳膜(高应力膜)、具有低内应力的氢化的无定形碳膜(低应力膜)，它们的厚度均为1000，以确定它们的内应力和硬度。形成上述薄膜时施加的自偏压以及所形成的薄膜的内应力和硬度由表1给出。
表1
从表1可以知道，高应力膜和低应力膜的内应力和硬度均比Al2O3膜中的高。
薄膜的内应力一般可以根据衬底的变形程度来确定。具体说来，通过确定在衬底上形成薄膜并允许在其上产生的应力存在而出现的并且是根据衬底的形状和弹性常数来确定挠度，可以估算内应力。这种技术称为“挠度方法”(参见“应力物理”，1987年第7期，第66卷，第923-924页)，并且被用来确定表1中所示薄膜的内应力。
接着，形成表2中给出的具有不同内应力的用于下间隔绝缘层和上间隔绝缘层59的薄膜，以制备在例1、例2和比较例1至3中制备的五中类型的薄膜磁头。进行施加了电功率的寿命测试。另外，在给定的时间间隔内用记录介质进行滑动测试，以确定MR元件层56的磨损量。结果在表2中给出。对于寿命的测试结果，优于比较例3的用等级记号@表示，而那些可以与比较例3比较的用等级记号O表示。寿命测试是通过使电流流过MR元件层56并确定工作寿命直至电流值下降到规定的值以下来进行的。
表2
*1)相对于比较例子3的比较如表2中所示，比较例1在施加电源的使用寿命中可与比较例3比较，但例1和例2以及比较例2在施加电源的使用寿命中优于比较例3。
由于MR元件层56上的上间隔绝缘层59中的内应力增大的负影响，所以这被认为是可能的。
相对于滑动测试以后的MR元件层56的磨损量，例1和2中的是比较例3中的四分之一或更小，并且小于比较例2中的磨损量。
这是因为高硬度的因此是下间隔绝缘层55的高磨损阻力本质保护了很薄的MR元件层56。
其次，对于例1、例2和比较例3中制备的每一种薄膜磁头，测试从MR元件层56漏入屏蔽层53中的电流。为了进行比较，用400的Al2O3膜制得上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，制成薄膜磁头(比较例4)，测试其泄漏电流。测试结果在表3中给出。
表3
*1)与比较例3的比较如表3中所示，当与比较例3比较时，例1和例2均给出显著的泄漏电流值，而在比较例4中，每一个间隔绝缘层具有较小的厚度400，且给出3.74倍的高泄漏电流值。
这证明，下间隔绝缘层和上间隔绝缘层采用氢化的无定形碳膜使得厚度减小，并且与采用Al2O3膜相比，泄漏电流明显减小。
本发明中，下间隔绝缘层55和上间隔绝缘层59的各成分(component)比不局限于上述例子中所使用的那些成分，还可以包含一定数量的杂质，如Si、B、N或O，来提高它们的滑动特征或其他的特征。
同时，除Si以外，其他材料也可以用作第一中间层54和第二中间层58，这些中间层用来提高下间隔绝缘层55和第一中间层54底层之间以及上间隔中间层59和第二中间层54的底层之间的粘附性。
同样，尽管上述例子中Si用于第一中间层54和第二中间层58，但也可以采用Ru、Mo、W、Cr、C、Ge、Hf、Zr或Ti，可以采用这些元素中的任何一个与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素的组合。这些材料由实验证明具有与Si相似的结果。
同时，由实验证明，在上述薄膜形成条件下形成构成下间隔绝缘层和上间隔绝缘层的薄膜的温度不高于100℃。
另外，尽管上述例子改变自偏压作为控制内应力的技术，但并非局限于此。薄膜的内应力可以通过例如使薄膜中含有氮气来控制。
例如，含氮气的氢化的无定形碳膜可以在表1所示用于高应力膜的薄膜形成条件下，通过将CH4气体和N2气体的压力分别设置在1×10-3乇和5.7×10-4乇来形成。形成的薄膜具有3.9GPa的内应力，和2800 Hv的Vickers硬度。所以，使氢化的无定形碳膜中含有氮气使硬度增大，内应力减小。
作为控制氢化的无定形碳膜的内应力的另一种方法，可以在该薄膜中包含一个内应力松弛层。下面描述这样一种方法。
图9是氢化的无定形碳膜的示意截面图，该碳膜中含有一层内应力松弛层并且可以用来构成按照本发明的上间隔绝缘层或/和下间隔绝缘层。氢化的无定形碳膜74包括与内应力松弛层73交替存在的碳层72。经碳处理的不定形碳膜中所包含的内应力松弛层用来减小氢化的无定形碳膜中的内应力。
图10是用来形成含有内应力松弛层的氢化的无定形碳膜的典型装置的示意截面图。这一薄膜形成装置使得可以用ECR等离子体CVD技术和/或溅射技术来形成薄膜。参照图10，等离子体发生室84以及用来容纳衬底的反应室位于真空室87中。波导82将等离子体发生室84连接到微波发生器81。微波入口窗83位于波导82和等离子体发生室84的连接处。与等离子体发生室84连接的是用来将放电气体如氩气(Ar)引入等离子体发生室84的放电气体入口线85。另外，等离子体磁场发生器86径向环绕等离子体发生室84的周围。
在真空室87内的反应室内部，有一个衬底支承物89，上面放置着衬底88。与真空室87内的反应室连接的是用来反应气体入口线91，用来以等离子体CVD方法引入用作原材料气体的反应气体。与衬底支承物89连接的是用来在衬底88中产生自偏压的高频电源90。
同时，在真空室87中有一个溅射源92，溅射源上安装着一个通过溅射技术在衬底88上形成薄膜的靶子。高频电源93还用来将高频电功率提供给溅射源92。真空室87通过空气出口94被抽真空至预定的压力。例3图9中所示的碳膜是用图10所示的薄膜形成装置形成的。交替重复形成碳层的过程1和形成内应力松弛层的过程2。本例中，采用石墨靶子来溅射形成基本不含用作内应力松弛层的氢气的无定形碳膜。过程1图10所示的薄膜形成装置中，衬底88安装在衬底支承物89上，并将真空室87抽真空至10-5～10-7乇的压力。接着，通过放电气体入口线85，在等离子体发生室84内引入5.7×10-4乇的Ar气，并且同时将2.45GHz和100W的微波从微波发生器81提供到等离子体发生室84，在等离子体发生室84内产生以后将传送到衬底88的表面上的Ar等离子体。反应气体入口线91提供7.6×10-4乇的CH4气体。从反应气体入口线91得到的CH4气体由于等离子体的作用而分解，产生反应很强的碳离子或中性的活性碳，而加速到衬底88的表面。同时，高频电源90将13.56MHz的RF电能提供到衬底支承物89，从而衬底88产生-50V的自偏压。按照上述过程，碳层是由单一薄膜形成过程形成为900的。过程2终断从反应气体入口线91得到的CH4气体供应，开始从放电气体入口线85提供1×10-3乇的Ar气。同时，高频电源93向溅射源92提供用于激励溅射源的13.56Mhz的RF电源。结果，在衬底88上形成100厚度的无定形碳膜，用作内应力松弛层。
过程1和过程2交替重复10次，最后执行过程1一次。因此，依次形成10组含有碳层72和内应力松弛层73的单元，并且最后在其上形成一附加碳层72，从而如图9所示形成总数为21层的碳膜74。碳膜74的整个厚度是1.09μm。比较例5按照上述过程1形成碳层，即，厚度为1.09μm的类似金刚石的碳膜。比较例6按照过程2形成无定形碳层，即，厚度为1.09μm的薄膜。Vickers硬度和内应力的测量测量分别在例3和比较例5和6中获得的薄膜的Vickers硬度和内应力。表4中给出结果。
表4
*)当比较例5中获得的薄膜的内应力取1时的相对值从表4可以明显地看到，例3中得到的碳膜具有可与碳层，即在比较例5中获得的类似金刚石碳膜的可比拟的Vickers硬度，但与比较例5中获得的类似于金刚石的碳膜相比，内应力降低。
图11是当改变碳层的薄膜厚度a与内应力松弛层的薄膜厚度b的比值a/b时，碳膜的Vickers硬度和内应力的图。图中给出的Vickers硬度值和内应力值表示当比较例5中得到的薄膜的Vickers硬度和内应力取1时的相对值。测量的碳膜是一个多层膜，包括11个碳层和10个内应力松弛层，整个厚度为1.09μm，与例3中得到的碳膜相同。
正如从图11中得到的结果可以清楚地看到的那样，当薄膜厚度的比值a/b是在1～1000的范围内的时候，碳膜与比较例3中得到的类似于金刚石的碳膜相比，具有可比拟的硬度和降低了的内应力，而当薄膜厚度的比值a/b是在10～500的范围内时，与比较例3中得到的类似于金刚石的碳膜相比，具有类似可比拟的硬度，而内应力进一步减小。例4形成一Si层，作为内应力松弛层。执行按照例3的步骤1和步骤2，所不同的是，装有Si靶子的溅射源92用来溅射形成用作内应力松弛层的厚度约100的Si层。结果，得到包括叠加在碳层上的Si层的碳层。
测量得到的碳膜的Vickers硬度和内应力。Vickers硬度是3050Hv。当比较例5中得到的类似于金刚石的薄膜的测量内应力取1时，其内应力的相对值是0.75。例5形成一W层作为内应力松弛层。执行按照例3的步骤1和步骤2，所不同的是在步骤2中，装有W靶子的溅射源用来溅射形成用作内应力松弛层的厚度约100的W层。结果，得到包括叠加在碳层上的W层的碳层。
测量得到的碳膜的Vickers硬度和内应力。Vickers硬度是3000Hv。当比较例5中得到的类似于金刚石的薄膜的测量内应力取1时，其内应力的相对值是0.73。例6形成Zr层作为内应力松弛层。遵照按照例3的步骤1和步骤2，与步骤2中不同的是，采用安装有Zr靶子的溅射源92来溅射形成用作内应力松弛层的厚度约100的Zr层。结果，就得到了包括叠加在碳层上的Zr层的碳层。
测量所获得的碳膜的Vickers硬度和内应力。Vickers硬度是3000Hv。当类似于比较例5中获得的金刚石膜的测量内应力取1时，内应力的相对值是0.73。例7形成SiC层作为内应力松弛层。执行按照例3的步骤1和步骤2，所不同的是，在步骤2中采用装有SiC靶子的溅射源，并且从反应入口线91提供处在9.5×10-5乇的CH4气体，以溅射形成用作内应力松弛层的厚度约100的SiC层。结果，就得到包括叠加在碳层上的SiC层的碳层。
测量得到的碳膜的Vickers硬度和内应力。Vickers硬度是3080Hv。当比较例5中得到的类似于金刚石的薄膜的测量内应力取1时，其内应力的相对值是0.8。
上述例子中，分别溅射形成用作内应力松弛层的无定形碳、Si、W、Zr和SiC层。然而，实验表明，采用上述材料而不是例子中所使用的材料，对于内应力松弛层来说，还会导致具有高硬度和低内应力的硬碳薄膜。这表明，当比较例5中得到的类似于金刚石的薄膜的测量内应力取1时，约3000Hv的Vickers硬度和它们的内应力的相对值为约0.7。
权利要求
1.一种薄膜磁头，其特征在于，它包含可以在磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分；用来固定所述磁致电阻元件部分而对所述磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层；分别介于所述上屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间以及所述下屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层包含一含氢薄膜，并且所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层的氢含量是不同的。
2.一种薄膜磁头，其特征在于，它包含可以在磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分；用来固定所述磁致电阻元件部分而对所述磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层；分别介于所述上屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间以及所述下屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层包含一含氢薄膜，并且所述上间隔绝缘层的氢含量高于所述下间隔绝缘层的氢含量。
3.如权利要求2所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层的氢含量是在45-65原子百分比的范围内，而所述下间隔绝缘层的氢含量是在5-45原子百分比的范围内。
4.如权利要求2所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层具有比所述下间隔绝缘层小的内应力。
5.如权利要求2所述的薄膜磁头，其特征在于，所述下间隔绝缘层的硬度高于氢化的无定形碳膜。
6.如权利要求2所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的至少一个是氢化的无定形碳膜。
7.如权利要求2所述的碳膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的至少一个包括一内应力松弛层。
8.一种薄膜磁头，其特征在于，它包含可以在磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分；用来固定所述磁致电阻元件部分而对所述磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层；分别介于所述上屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间以及所述下屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层包含一含氢薄膜，并且所述上间隔绝缘层具有与所述下间隔绝缘层不同的内应力。
9.一种薄膜磁头，其特征在于，它包含可以在磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分；用来固定所述磁致电阻元件部分而对所述磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层；分别介于所述上屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间以及所述下屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层包含一含氢薄膜，并且所述上间隔绝缘层具有比所述下间隔绝缘层低的内应力。
10.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层的内应力是在0.01-4GPa的范围内，而所述下间隔绝缘层的内应力是在4-10GPa的范围内。
11.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述下间隔绝缘层的硬度大于所述上间隔绝缘层的硬度。
12.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层均是氢化的无定形碳膜。
13.如权利要求12所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的至少一个是含有从Si、B、N和O中选择出来的至少一种元素的无定形氢化的碳膜。
14.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述下间隔绝缘层和所述下屏蔽层之间有一层中间层。
15.如权利要求14所述的薄膜磁头，其特征在于，所述中间层是由Si、Ru、Mo、W、Cr、C、Ge、Hf、Zr或Ti或这些元素中的任何一种元素与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素组合起来形成的。
16.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和所述磁致电阻元件部分之间有一层中间层。
17.如权利要求16所述的薄膜磁头，其特征在于，所述中间层是由Si、Ru、Mo、W、Cr、C、Ge、Hf、Zr或Ti或这些元素中的任何一种元素与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素组合起来形成的。
18.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的至少一个包括一内应力松弛层。
19.如权利要求18所述的薄膜磁头，其特征在于，所述内应力松弛层包含基本上不含氢的碳膜。
20.如权利要求18所述的薄膜磁头，其特征在于，所述内应力松弛层是由Si、Ru、Mo、W、Cr、Ge、Hf、Zr或Ti或这些元素中的任何一种元素与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素组合起来形成的。
21.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的每一个含有浓度为5-65原子百分比的氢。
22.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的每一个含有25％或更大的碳-碳键，它是由sp3碳-碳键占据的。
23.如权利要求9所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中每一个的内应力在0.5-9.0Gpa的范围内。
24.如权利要求9所述的薄膜磁头，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层中的每一个具有在109-1012Ω·cm范围内的特征电阻。
25.如权利要求14或16所述的薄膜磁头，其特征在于，所述中间层是与相邻层共膨胀的连续膜形式。
26.如权利要求14或16所述的薄膜磁头，其特征在于，所述中间层呈构成夹在相邻层之间的多个孤岛部分的断续形式。
27.一种薄膜磁头，其特征在于，它包含可以在磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动用来读取其中存储的信息的磁致电阻元件部分；用来固定所述磁致电阻元件部分而对所述磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上屏蔽层和下屏蔽层；分别介于所述上屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间以及所述下屏蔽层和所述磁致电阻元件部分之间的上间隔绝缘层和下间隔绝缘层，介于所述下间隔绝缘层和所述下屏蔽层之间的第一中间层；以及介于所述上间隔绝缘层和所述磁致电阻元件部分之间的第二中间层。
28.如权利要求27所述的薄膜磁头，其特征在于，所述上间隔绝缘层和下间隔绝缘层是氢化的无定形碳膜。
29.如权利要求27所述的薄膜磁头，其特征在于，所述第一中间层和第二中间层均由Si、Ru、Mo、W、Cr、C、Ge、Hf、Zr或Ti或这些元素中的任何一种元素与从氮、氧和碳中选择出来的至少一种元素组合而形成的。
全文摘要
一种薄膜磁头,它包括:可以在一种磁性记录介质上或相对于磁性记录介质移动的磁致电阻元件部分、固定其间的磁致电阻元件部分并用来对磁致电阻元件部分进行磁屏蔽的上、下屏蔽层以及分别介于上屏蔽层和磁致电阻元件部分之间以及下屏蔽层和磁致电阻元件部分之间的上、下间隔绝缘层。上、下间隔绝缘层均包含有含氢的薄膜。与下间隔绝缘层相比,上间隔绝缘层具有较高的氢含量和较小的内应力。
文档编号C23C16/26GK1190774SQ98103859
公开日1998年8月19日 申请日期1998年2月13日 优先权日1997年2月13日
发明者平野均, 堂本洋一, 藏本庆一 申请人:三洋电机株式会社