專利名稱：磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有如巨磁阻類型或隧道磁阻類型的磁阻元件的磁頭。
背景技術(shù)：
近年來，隨著要處理的信息量增加，磁盤讀寫裝置的更高記錄密度進(jìn)展迅速。為此，一個重要的技術(shù)課題是縮短作為磁頭和磁盤之間的距離的磁間距。然而，隨著磁頭的飛行高度下降，磁頭浮動塊與高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面接觸或碰撞的可能性增加。于是，有必要使在磁頭浮動塊的空氣承載表面上形成的保護(hù)膜薄且強(qiáng)韌，并具有高耐磨性。另一方面，由于構(gòu)成磁頭浮動塊的磁阻元件有磁性材料易于腐蝕或被侵蝕的缺陷，有必要使空氣承載表面保護(hù)膜也具有防止磁性材料腐蝕的功能。此外，當(dāng)在磁頭和磁盤之間形成電位差時，在磁頭和磁盤之間會產(chǎn)生放電而破壞磁阻元件。因此，空氣承載表面保護(hù)膜也需要防止這樣的放電。為了滿足這些要求，需要這樣一種薄膜，其在滑動過程中不遺留塵埃、具有低的摩擦系數(shù)、耐磨性能優(yōu)異、具有高的原子密度因而致密、并且也化學(xué)穩(wěn)定。碳基薄膜由于在某種程度上能滿足上述要求，已常被人們使用。
如上所述，空氣承載表面保護(hù)膜在磁頭浮動塊的空氣承載表面上形成，且空氣承載表面保護(hù)膜的剝落會顯著降低機(jī)械磨損抗力和抗化學(xué)腐蝕性能。因此，目前在空氣承載表面保護(hù)膜的底層有硅膜或類似的膜層，以提高空氣承載表面保護(hù)膜和空氣承載表面之間的粘附力。
例如，專利文獻(xiàn)1描述了一種在磁頭浮動塊的空氣承載表面上和電磁轉(zhuǎn)換元件端面上的磁頭浮動塊保護(hù)層，其包括硅粘附層和涂覆在硅粘附層上的頂層，并至少含有硅和氧或至少含有硅和氮。
此外，專利文獻(xiàn)2(日本未審理專利公報9-21284)描述了一種由包括至少兩層作為粘附層的硅層和作為保護(hù)膜的碳層的膜層形成的磁頭浮動塊保護(hù)膜，其中硅層含有氮。
專利文獻(xiàn)1日本專利公報10-188506專利文獻(xiàn)2日本專利公報9-21284發(fā)明內(nèi)容然而，在近來要求更高的記錄密度的趨勢下，將磁頭和磁盤之間的距離最大限度地減小成為必要。此外，空氣承載表面保護(hù)膜的厚度已被要求進(jìn)一步減小。下文將在實施例中說明用作空氣承載表面保護(hù)膜的現(xiàn)有粘附層的硅膜在其膜厚為約2.0nm或以下時其密度急劇減小。因此，有可能硅膜以島狀結(jié)構(gòu)存在而不是連續(xù)的膜。該島狀結(jié)構(gòu)首先由于其不致密會降低抗蝕性能和電絕緣性能。另外，由于覆蓋磁頭浮動塊的空氣承載表面的區(qū)域減少，導(dǎo)致粘附性能下降，因此，機(jī)械磨損抗力下降。由此，在硅膜的厚度由于膜厚減小而變?yōu)?.0nm或以下的區(qū)域，已知的包括硅膜和碳基薄膜的空氣承載表面保護(hù)膜在機(jī)械磨損抗力、腐蝕抗力和電絕緣性能方面不足。
通過使用如用于減小空氣承載表面保護(hù)膜的厚度的氮化硅膜單層，已經(jīng)嘗試了形成沒有粘附層的保護(hù)膜的方法。與無定形碳相比，該氮化硅膜的致密度優(yōu)異，且與空氣承載表面的粘附性能優(yōu)異。然而，在這樣的構(gòu)成中，由于磁頭和磁盤之間碰撞導(dǎo)致保護(hù)膜中的硅形成塵埃，因此機(jī)械磨損抗力不令人滿意。
人們已使用氮化硅作為用濺射蒸汽沉積法或CVD蒸汽沉積法形成的無定形碳膜的粘附層，以減小膜厚并提高空氣承載表面保護(hù)膜的可靠性。該在先發(fā)明通過改善空氣承載表面保護(hù)膜達(dá)到了提高磁頭的機(jī)械磨損抗力的目的。然而，關(guān)于磁頭的腐蝕抗力，該發(fā)明具有下述問題。
首先，對于通過CVD蒸汽沉積法形成的無定形碳膜，在沉積過程中使用的氫或含氫氣體與氮化硅粘附層中的氮反應(yīng)，可能使氮揮發(fā)。由于該反應(yīng)從氮化硅膜中部分剝奪了氮，結(jié)果使氮化硅膜變得有空洞。
另外，用濺射蒸汽沉積法形成的無定形碳膜和用CVD蒸汽沉積法形成的含氫無定形碳膜均有致密度不夠的缺陷。已有一種旨在增加濺射蒸汽沉積法形成的無定形碳膜的致密度的方法。該方法使用含有碳?xì)湎盗谢衔锘驓錃獾臍怏w，并使用反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法來形成薄膜。然而，使用該方法并非優(yōu)選，因為其造成上述的氫損害氮化硅膜的現(xiàn)象。
如上所述，包括通過濺射蒸汽沉積法或CVD蒸汽沉積法形成的無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜在腐蝕抗力方面不令人滿意。
由此，本發(fā)明的目的是提供一種具有極薄的空氣承載表面保護(hù)膜的磁頭，該保護(hù)膜的機(jī)械磨損抗力、腐蝕抗力和電絕緣性能優(yōu)異。
前述目的可通過本發(fā)明的包括多層結(jié)構(gòu)的空氣承載表面保護(hù)膜的磁頭來達(dá)到，該多層結(jié)構(gòu)包括含有四面體無定形碳和氮的空氣承載表面保護(hù)膜的頂層，以及含有氮和硅(粘附層)的空氣承載表面保護(hù)膜的底層。具體含量將在下文中說明。
首先，將說明本發(fā)明中構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜底層的含有氮和硅的膜層的特征。當(dāng)現(xiàn)有的粘附層中采用的硅的容積密度為2.0g/cc(原子密度為4.3×10+22原子/cc)時，氮化硅的容積密度為3.2g/cc(原子密度為9.5×10+22原子/cc)。由于空氣承載表面保護(hù)膜的腐蝕抗力受形成空氣承載表面保護(hù)膜時針孔數(shù)量的影響較大，因此致密的氮化硅膜能提供具有優(yōu)異的腐蝕抗力的空氣承載表面保護(hù)膜。另外，由于氮化硅是絕緣材料并具有高的電絕緣性能，與現(xiàn)有技術(shù)中的硅相比，其能提供具有優(yōu)異的電絕緣性能的空氣承載表面保護(hù)膜。此外，由于氮和碳之間的結(jié)合能(754.3kJ/mol)比硅和碳之間的要高(451.5kJ/mol)，可以預(yù)計在空氣承載表面的頂層中含有的四面體無定形碳膜和作為空氣承載表面的底層的氮化硅粘附層之間具有較高的粘附強(qiáng)度。結(jié)果是，其能提供具有優(yōu)異的機(jī)械磨損抗力的空氣承載表面保護(hù)膜。
于是，在形成本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜底層的氮化硅薄膜中，具有良好的腐蝕抗力、電絕緣性能和機(jī)械磨損抗力的空氣承載表面保護(hù)膜可通過規(guī)定氮含量為45原子％或以上、且其密度為2.6g/cc或以上來獲得。另外，當(dāng)作為粘附層的氮化硅的厚度為0.5nm或以上時，可以得到與現(xiàn)有的空氣承載表面保護(hù)膜相比性能提高了的空氣承載表面保護(hù)膜。
形成本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜頂層的包括四面體無定形碳和氮的膜層的特點是，在處理過程中和將形成的膜層中不含有破壞氮化硅薄膜質(zhì)量的氫，且該膜層的密度高達(dá)2.5g/cc。另外，本發(fā)明的與四面體無定形碳一起形成空氣承載表面保護(hù)膜頂層的氮有助于提高與空氣承載表面保護(hù)膜底層的粘附力，并有助于減小空氣承載表面保護(hù)膜頂層的摩擦系數(shù)。如上所述，本發(fā)明的包括四面體無定形碳和氮的空氣承載表面保護(hù)膜頂層可由包括氮化硅的空氣承載表面保護(hù)膜底層而獲得優(yōu)異的腐蝕抗力、電絕緣性能和機(jī)械磨損抗力。
此外，無定形碳的特性主要取決于sp3性能和氫含量。無定形碳中碳原子之間的鍵合主要由兩種鍵合構(gòu)成。該兩種鍵合為sp2鍵合和sp3鍵合。前者是石墨的鍵合形式，后者是金剛石的鍵合形式。sp3性能為表示sp3優(yōu)勢的指標(biāo)。四面體無定形碳為高sp3性能的無定形碳。在分析小物體如磁頭上的保護(hù)膜中的無定形碳的作為主要性能的sp3性能的情況下，常常使用喇曼光譜測定法。當(dāng)通常采用的由波長為514.5nm的光源得到的光譜幾乎均來自sp2元件時，可以間接估測在sp2周邊的sp3的作用。具體地，由于1200～1450cm-1的峰B的強(qiáng)度相對于1500～1600cm-1的峰A的強(qiáng)度來說較小，這表明在sp2鍵合周圍存在著更多的sp3鍵合。形成本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜的四面體無定形碳的喇曼光譜的特征在于，作為通過高斯函數(shù)擬合結(jié)果而得到的峰A和峰B之間的強(qiáng)度比(B/A)為0.0或以上、0.4或以下。
對無定形碳的氫含量作定量分析的一般方法是TOF-SIMS(飛行時間-二次離子質(zhì)譜法)。TOF-SIMS是一種施加離子束到固體試樣的表面，觀察濺射粒子的飛行速率，從而識別并定量表面上存在的元素的方法。在用痕量元素探測方法如TOF-SIMS觀測磁頭空氣承載表面上的5nm或以下的空氣承載表面保護(hù)膜中的氫含量的情況下，形成本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜的四面體無定形碳具有膜中的氫含量為25原子％或以下的特點。應(yīng)注意到當(dāng)在厚度約為50nm情況下對四面體無定形碳進(jìn)行測量時氫含量為3原子％或以下，但是，當(dāng)用上述的TOF-SIMS測量磁頭上5nm或以下的極薄膜層時，探測到好似氫在某種程度上存在于由于表面吸附物或表面吸附物擴(kuò)散而產(chǎn)生的膜層中。然而，由于用TOF-SIMS觀測四面體無定形碳發(fā)現(xiàn)磁頭空氣承載表面上的氫含量為25原子％或以下、從而表明對于氮化硅膜沒有脫氫的影響，因此四面體無定形碳適于與氮化硅相結(jié)合。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的磁頭，含有氮和硅的空氣承載表面保護(hù)膜的致密底層、和含有四面體無定形碳和氮的空氣承載表面保護(hù)膜的頂層的使用，能顯著提高腐蝕抗力、電絕緣性能和與磁頭浮動塊材料的粘附強(qiáng)度。此外，還能減小空氣承載表面保護(hù)膜的厚度、減小磁頭和磁盤之間的距離以改善記錄密度，并且，同時還能提高磁讀寫的可靠性。


圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的磁頭的示意圖。
圖2為圖1中所示的磁頭滑移端15的放大視圖。
圖3為表示關(guān)于本發(fā)明的刮痕試驗結(jié)果的曲線圖，其中縱座標(biāo)表示摩擦力，橫座標(biāo)表示施加的負(fù)載。
圖4為在磁頭空氣承載表面上的元件部位處根據(jù)本發(fā)明用陰極真空電弧放電沉積方法形成的四面體無定形碳膜的喇曼光譜圖。
圖5為在磁頭空氣承載表面上的氧化鋁-鈦-碳化物基底部位處根據(jù)本發(fā)明用陰極真空電弧放電沉積方法形成的四面體無定形碳膜的喇曼光譜圖。
圖6為在磁頭空氣承載表面上的元件部位處根據(jù)本發(fā)明用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳膜的喇曼光譜圖。
圖7為在磁頭空氣承載表面上的元件部位處根據(jù)本發(fā)明用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜的喇曼光譜圖。
圖8為表示對根據(jù)本發(fā)明在磁頭空氣承載表面處的由用CVD蒸汽沉積方法形成的包括含氫無定形碳頂層和包括硅的底層構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行TOF-SIMS測量的曲線圖。
圖9為表示對根據(jù)本發(fā)明在磁頭空氣承載表面處的由包括四面體無定形碳的頂層和包括硅的底層構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行TOF-SIMS測量的曲線圖。
圖10為表示對根據(jù)本發(fā)明在磁頭空氣承載表面處的由包括四面體無定形碳的頂層和包括氮化硅的底層構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行TOF-SIMS測量的曲線圖。
圖11為表示根據(jù)本發(fā)明的氮化硅膜的針孔試驗結(jié)果的曲線圖。
圖12為表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)常數(shù)n對氮流量比的依存關(guān)系的曲線圖。
圖13為表示根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量密度隨著氮流量比的變化而改變的曲線圖。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的具有保護(hù)膜的磁盤的橫截面結(jié)構(gòu)視圖。
附圖標(biāo)記11磁頭12磁頭元件部位13磁頭空氣承載表面14磁盤15磁頭滑移端16空氣承載表面保護(hù)膜17空氣承載表面保護(hù)膜底層18空氣承載表面保護(hù)膜頂層31在空氣承載表面保護(hù)膜底層為硅薄膜的情況下的試驗性實施例32在空氣承載表面保護(hù)膜底層為氮化硅薄膜的情況下的試驗性實施例33剝落點41在磁頭空氣承載表面的元件部位上的四面體無定形碳的喇曼光譜42喇曼光譜41中的峰A43喇曼光譜41中的峰B51在磁頭空氣承載表面的氧化鋁-鈦-碳化物基底上的四面體無定形碳的喇曼光譜52喇曼光譜51中的峰A53喇曼光譜51中的峰B61在磁頭空氣承載表面的元件部位上用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳的喇曼光譜62喇曼光譜61中的峰A63喇曼光譜61中的峰B71在磁頭空氣承載表面的元件部位上用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳的喇曼光譜72喇曼光譜71中的峰A
73喇曼光譜71中的峰B81表示氫的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例82表示碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例83表示氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例84表示硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例91表示氫的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例92表示碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例93表示氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例94表示硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例101表示氫的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例102表示碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例103表示氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例104表示硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例105表示氮的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例111關(guān)于硅薄膜厚度和針孔數(shù)量的關(guān)系的試驗性實施例1122nm厚的硅薄膜中的針孔數(shù)141包括碳和氮的保護(hù)膜頂層142包括硅和氮的保護(hù)膜底層143Co-Cr基合金記錄磁性膜144Cr合金底層145Ni-Cr基預(yù)敷膜146玻璃制成的磁盤基底具體實施方式
以下將參照附圖、通過優(yōu)選實施方案來說明本發(fā)明。
圖1是磁頭11的示意圖。磁頭11被置于面對作為磁記錄介質(zhì)的磁盤14的位置上。磁頭空氣承載表面13是磁盤14側(cè)的磁頭11的表面。磁頭基底19由含有氧化鋁-鈦-碳化物的材料形成。磁頭滑移端15主要包括氧化鋁膜，并具有用于讀寫數(shù)據(jù)的結(jié)合在其中的磁頭元件部位12。
圖2是靠近磁頭滑移端15的磁頭11和磁盤14的示意圖?？諝獬休d表面保護(hù)膜16在磁頭空氣承載表面13上形成。圖2中，空氣承載表面保護(hù)膜16包括空氣承載表面保護(hù)膜底層17和空氣承載表面保護(hù)膜頂層18兩層?？諝獬休d表面保護(hù)膜頂層18位于空氣承載表面保護(hù)膜16的最靠近磁盤14的位置。本發(fā)明中，空氣承載表面保護(hù)膜頂層18由含有四面體無定形碳和氮的膜層形成。空氣承載表面保護(hù)膜底層17位于與磁頭空氣承載表面13接觸的位置。本發(fā)明中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由氮化硅膜形成。
圖3表示了磁頭11的磁頭空氣承載表面13上微刮痕試驗的結(jié)果。數(shù)字31處表示了在空氣承載表面保護(hù)膜底層17為硅薄膜、且空氣承載表面保護(hù)膜頂層18為四面體無定形碳膜的情況下的試驗性實施例(比較實施例1)。數(shù)字32處表示了在空氣承載表面保護(hù)膜底層17為氮化硅薄膜、且空氣承載表面保護(hù)膜頂層18為含有四面體無定形碳和氮的膜層的情況下的試驗性實施例。微刮痕試驗是一種測量表面的摩擦反應(yīng)的方法。具體地，其為一種使附著在懸臂頂部的半球狀金剛石探針在與試樣表面平行的方向上振動的同時趨向試樣表面、并在增加驅(qū)動負(fù)載的同時以一個方向拉動試樣表面、從而觀察拉伸摩擦反應(yīng)的方法。由于薄膜剝落時形成的破損粉末使摩擦反應(yīng)迅速增加，因此通過觀察能夠得知使薄膜剝落的負(fù)載。在試驗性實施例31(比較實施例1)中，由于當(dāng)超過數(shù)字33處所示的負(fù)載時觀察到了摩擦反應(yīng)的陡增，因此可以看出在該負(fù)載下產(chǎn)生了剝落。33處的負(fù)載被稱作剝落點。
圖4表示了通過運用喇曼光譜學(xué)對在磁頭空氣承載表面13上用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳膜進(jìn)行測量的結(jié)果。數(shù)字41表示測量磁頭空氣承載表面13磁頭元件部位12的空氣承載表面保護(hù)膜16所得到的喇曼光譜。數(shù)字42表示當(dāng)用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜41時的具有靠近1500至1600cm-1處的峰值的波形A，而數(shù)字43為具有靠近1200至1450cm-1處的峰值的波形B。陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法是一種形成薄膜的方法，蝕刻或類似的方法如下通過通常被稱作起弧器(striker)的電極的電接觸或通過使用電子束來產(chǎn)生電弧放電以使約幾十安培的電弧電流流過作為陰極的靶部，并通過在靶的頂部空間產(chǎn)生等離子體以維持等離子體的存在；將含有離子和電子的等離子體有效地引入一個使用運輸磁場導(dǎo)管和掃描磁場導(dǎo)管的真空反應(yīng)室；并將它們均勻地施加到被處理基底上。
圖5表示了在磁頭空氣承載表面13上的氧化鋁-鈦-碳化物基底上通過運用喇曼光譜學(xué)對在磁頭空氣承載表面13上用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳膜進(jìn)行測量的結(jié)果。數(shù)字51表示在氧化鋁-鈦-碳化物基底上的四面體無定形碳的喇曼光譜。
圖6表示了運用喇曼光譜學(xué)對在磁頭空氣承載表面13上用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳膜進(jìn)行測量的結(jié)果。數(shù)字61表示測量磁頭空氣承載表面13磁頭元件部位12上的空氣承載表面保護(hù)膜16所得到的喇曼光譜。數(shù)字62表示用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜61得到的具有靠近1500至1600cm-1處的峰值的波形A，而數(shù)字63表示具有靠近1200至1460cm-1處的峰值的波形B。
圖7表示運用喇曼光譜學(xué)對在磁頭空氣承載表面13上用CVD蒸汽沉積方法形成的無定形碳膜進(jìn)行測量的結(jié)果。數(shù)字71表示測量磁頭空氣承載表面13磁頭元件部位12上的空氣承載表面保護(hù)膜16所得到的喇曼光譜。數(shù)字72表示用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜71得到的具有靠近1500至1600cm-1處的峰值的波形A，而數(shù)字73表示具有靠近1200至1450cm-1處的峰值的波形B。
圖8表示通過在用CVD蒸汽沉積方法形成的具有由含有無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和含有硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17形成的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭空氣承載表面13中進(jìn)行TOF-SIMS分析所得到的測量結(jié)果。數(shù)字82表示了表明碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字83為表明氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字84為表明硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。
圖9表示當(dāng)在具有由含有四面體無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和含有硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17形成的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭空氣承載表面13中進(jìn)行TOF-SIMS分析時所得到的測量結(jié)果。數(shù)字91表示了表明氫的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字92表示了表明碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字93為表明氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字94為表明硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。
圖10表示通過在具有由含有四面體無定形碳和氮的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和含有氮化硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17形成的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭空氣承載表面13中進(jìn)行TOF-SIMS分析所得到的測量結(jié)果。數(shù)字101表示了表明氫的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字102表示了表明碳的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字103為表明氧的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字104為表明硅的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。數(shù)字105為表明氮的二次離子強(qiáng)度的試驗性實施例。
圖11是表示本發(fā)明的氮化硅薄膜中的針孔數(shù)量[a.u.]和膜厚[埃]之間的關(guān)系的曲線圖。當(dāng)濺射氣體中的氮含量從0％變化到50％時形成氮化硅薄膜，該曲線圖中，分別用空心三角、實心三角、空心方塊、實心方塊和空心圓圈來代表氮含量0％、10％、30％、40％和50％。在氮含量為0％時，形成現(xiàn)有技術(shù)中的硅薄膜。在曲線圖中用實線表示關(guān)于硅薄膜厚度和針孔數(shù)量的關(guān)系的試驗性實施例111。在現(xiàn)有技術(shù)中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由2nm厚的硅薄膜形成。虛線112表示了在2nm厚的硅薄膜中的針孔數(shù)量。
圖12(a)是表示在用反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法形成本發(fā)明的氮化硅膜的過程中光學(xué)常數(shù)n與氮流量比例[％]的關(guān)系的曲線圖。圖12(b)是表示在該過程中取決于光學(xué)常數(shù)n的氮含量[％]與氮流量比例[％]的關(guān)系的曲線圖。
圖13表示根據(jù)本發(fā)明形成的氮化硅薄膜的質(zhì)量密度[g/cm3]和氮化硅薄膜的反應(yīng)濺射中使用的濺射氣體中的氮流量比例[％]之間的關(guān)系的曲線圖。
圖14是具有本發(fā)明的保護(hù)膜的磁盤的橫截面結(jié)構(gòu)視圖。
比較實施例1以下將說明關(guān)于磁頭空氣承載表面保護(hù)膜的制備的比較實施例1。首先，將磁頭11運入真空室，然后抽真空。隨后，用氬或其它稀有氣體的等離子體或離子束來蝕刻空氣承載表面。
接著，用濺射蒸汽沉積方法形成作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的硅膜，然后用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18的四面體無定形碳膜。陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法是一種通過從電弧等離子體源奪取來的碳離子的發(fā)射而形成碳膜的方法。
以下說明比較實施例1的具有空氣承載表面保護(hù)膜的磁頭的特性。比較實施例1是一種具有總膜厚為3.0nm的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭。下面的表1表示了具有浮動表面保護(hù)膜的磁頭的腐蝕抗力。表1表示了通過進(jìn)行高溫高濕度試驗、氣體腐蝕試驗和酸浸蝕試驗這三種侵蝕試驗所得到的結(jié)果。高溫高濕度試驗是一種將磁頭在溫度為80℃、濕度為85％的腔室中放置100小時，并基于試驗后元件阻力改變的元件比例來測量腐蝕抗力的試驗。在導(dǎo)致阻力改變的元件數(shù)量在5％之內(nèi)的情況下，這些元件被認(rèn)定為令人滿意。氣體腐蝕試驗是一種將磁頭放置在引入了腐蝕性氣體的腔室中并通過觀察磁頭元件部位的外觀變化來測量腐蝕抗力的試驗。在暴露在腐蝕性氣體中達(dá)20小時而腐蝕比例為5％或以下的情況下，元件被認(rèn)定為令人滿意。酸浸蝕試驗是一種將磁頭浸在腐蝕性液體中并通過觀察磁頭元件部位的阻力變化來測量腐蝕抗力的試驗。腐蝕比例為5％或以下的情況被認(rèn)定為令人滿意。在所有這些腐蝕試驗中被認(rèn)定為令人滿意的磁頭被認(rèn)為具有足夠的可靠性。
表1

腐蝕試驗表明根據(jù)比較實施例1的總厚度為3nm的含有1nm硅膜和2nm四面體無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭沒有通過腐蝕試驗。
該比較實施例1中空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭空氣承載表面13的微刮痕試驗的結(jié)果在圖3中表示為試驗性實施例31(比較實施例1)。根據(jù)圖3，試驗性實施例31觀察到了在數(shù)字33處所示的明顯剝落點。有可能空氣承載表面保護(hù)膜16在該剝落點處的負(fù)載下剝落。
比較實施例2以下將說明關(guān)于磁頭空氣承載表面的保護(hù)膜的制備的比較實施例2。
在比較實施例2中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由氮化硅膜形成。該氮化硅膜是通過反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法形成的。在該反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法中，將磁頭浮動塊運進(jìn)空氣承載表面保護(hù)膜底層17的膜層沉積室，然后向該膜層沉積室中引入作為濺射氣體的氬氣和氮氣。在該過程中，即將形成的氮化硅膜的性能可以通過改變進(jìn)入氮氣的流動速率與濺射氣體的總流動速率之間的比例(以下稱作氮氣流動比例)而改變。在比較實施例2中，在氮氣流動速率為40％下進(jìn)行膜層沉積。在引入了濺射氣體之后，通過施加RF(射頻)產(chǎn)生等離子體。在濺射中使用硅作為靶。離子化的氬和氮引起靶表面產(chǎn)生氮化和濺射，結(jié)果，在磁頭空氣承載表面上形成氮化硅膜。
在形成了含有氮化硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17之后，用濺射蒸汽沉積方法沉積無定形碳膜作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18。在該濺射蒸汽沉積方法中，使用稀有氣體如氬作為濺射氣體。
由比較實施例2形成的具有空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭的腐蝕抗力見表1的比較實施例2欄。總膜厚為4nm的包括2nm的氮化硅膜和2nm的由濺射蒸汽沉積形成的無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜就腐蝕試驗而言沒有通過腐蝕試驗。
比較實施例3和4在比較實施例3和4中，空氣承載表面保護(hù)膜頂層18由CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜形成。空氣承載表面保護(hù)膜底層17在比較實施例3中由濺射蒸汽沉積方法形成的硅膜形成，而在比較實施例4中由反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法形成的氮化硅膜形成。
具有分別在比較實施例3和4中形成的空氣承載表面保護(hù)膜16的兩種磁頭的腐蝕抗力見表1中的比較實施例3和4欄。在比較實施例3中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由硅膜形成，而在比較實施例4中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由氮化硅膜形成。比較實施例3和4中的磁頭就腐蝕抗力而言均未通過腐蝕試驗。
實施例1以下將說明根據(jù)本發(fā)明的磁頭空氣承載表面的保護(hù)膜的制備流程。首先，將磁頭11運入真空室，然后抽真空。在該情況下，磁頭可以是浮動塊形狀或是棒狀。隨后，使用氬或其它稀有氣體的等離子體或離子束來蝕刻空氣承載表面。蝕刻是用來在磁頭空氣承載表面的制造過程中去除制造改性層、氧化物層等的。盡管其不總是本發(fā)明的必要步驟，但是優(yōu)選采用。
接著，形成空氣承載表面保護(hù)膜底層17。本發(fā)明中，空氣承載表面保護(hù)膜底層17由氮化硅膜形成。在實施例1中，通過反應(yīng)濺射形成氮化硅膜。在實施例1中，濺射氣體以40％的氮氣流動速率被引入膜層沉積室，然后施加RF來形成等離子體，通過產(chǎn)生的等離子體濺射硅靶來進(jìn)行膜層沉積。也可通過使用預(yù)先硝化了的氮化硅來形成具有類似性能的氮化硅膜。對于形成用作空氣承載表面保護(hù)膜底層17的氮化硅膜的形成方法，與用反應(yīng)濺射形成的氮化硅類似的氮化硅也可用使用離子束膜層沉積方法如離子束輔助濺射來形成。
在包括氮化硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17形成之后，接著形成空氣承載表面保護(hù)膜頂層18。形成含有四面體無定形碳和氮的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18。在實施例1中，使用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成含有四面體無定形碳和氮的膜層。在陰極真空電弧放電蒸汽沉積的過程中由碳離子從空氣承載表面保護(hù)膜底層17撞擊出來的部分氮的熱擴(kuò)散運動使得氮結(jié)合進(jìn)入空氣承載表面保護(hù)膜頂層18中。
在陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法中，在等離子體中產(chǎn)生的碳離子具有約20～100eV的能量。具有該能量的碳離子撞擊在前面的步驟中形成的空氣承載表面保護(hù)膜底層17，并在與空氣承載表面的保護(hù)膜底層中的原子進(jìn)行非彈性碰撞的同時闖入幾個原子的膜層中。通過非彈性碰撞過程，膜中的氮和硅獲得能量并作熱擴(kuò)散運動。在該過程中，由于氮原子與碳而不是硅之間形成穩(wěn)定鍵合，因此結(jié)果形成具有其中氮原子部分?jǐn)U散至碳膜中的結(jié)構(gòu)的膜層。氮和碳之間以及氮和硅之間的結(jié)合能分別為754kJ/mol和470kJ/mol。然而，擴(kuò)散運動被過度加速或產(chǎn)生不足的擴(kuò)散運動取決于基底溫度、碳離子能量、碳離子的流入量和蒸汽沉積角度。在實施例1中使用的蒸汽沉積裝置中，使用平均能量約為60eV的碳離子在室溫下以垂直的角度入射基底，從而形成含氮四面體無定形膜層。
除了上述方法，也可通過在氮氣氛下的陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法使氣氛中的氮結(jié)合進(jìn)入膜層中。除了陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法，也可使用激光磨耗(laser abrasion)蒸汽沉積方法、質(zhì)量選擇離子束蒸汽沉積方法和離子束蒸汽沉積方法來形成類似性能的四面體無定形碳膜。以下將說明具有本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜的磁頭的特性。表1中的試驗性實施例1至3表示了具有在這些實施例中制備的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭，其中空氣承載表面保護(hù)膜16使用通過將總膜厚從3.0nm改變到2.1nm而制備得到的硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17、并使用包括四面體無定形碳和氮的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18。作為腐蝕試驗的結(jié)果，在使用包括四面體無定形碳和氮作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18、并使用氮化硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的情況下，直到總膜厚為2.6nm均可觀察到耐蝕抗力。
磁頭空氣承載表面13上的實施例1的空氣承載表面保護(hù)膜16的微刮痕試驗的結(jié)果如圖3中試驗性實施例32所示。根據(jù)圖3，在試驗性實施例32中沒有觀察到明顯的剝落點。
將實施例1和比較實施例1至4之間進(jìn)行對比，得出以下結(jié)論。
首先，將說明腐蝕抗力。在使用包括四面體無定形碳和氮作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18、并使用氮化硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的情況下，直到總膜厚為2.6nm均可觀察到耐蝕抗力。
相反，在使用如比較實施例1中所示的由包括四面體無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和包括硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜16的情況下，如表1中比較實施例1所示，總厚度為3nm的空氣承載表面保護(hù)膜未通過腐蝕試驗。另外，在使用如比較實施例中所示的由包括四面體無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和用濺射蒸汽沉積方法形成的包括氮化硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜16的情況下，如表2中的比較實施例2所示，總厚度為4.0nm的空氣承載表面保護(hù)膜未通過腐蝕試驗。如上所述，在比較實施例1和比較實施例2中形成的空氣承載表面保護(hù)膜16與在實施例1中形成的空氣承載表面保護(hù)膜16相比，致密度較差，因此，造成空氣承載表面保護(hù)膜16的腐蝕抗力差。
在使用如比較實施例3中所示的由包括含氫無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和包括用CVD蒸汽沉積方法沉積的硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜16的情況下，如比較實施例3所示，總厚度為3nm的空氣承載表面保護(hù)膜未通過腐蝕試驗。同樣，在使用如比較實施例4中所示的由包括含氫無定形碳膜的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和包括氮化硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17構(gòu)成的空氣承載表面保護(hù)膜16的情況下，如表1中比較實施例4所示，總厚度為3nm的空氣承載表面保護(hù)膜未通過腐蝕試驗。盡管與比較實施例3相比，比較實施例4具有更致密的作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的氮化硅膜，但是就腐蝕抗力而言沒有顯見的不同。有可能要考慮在CVD法沉積膜的過程中產(chǎn)生的氫離子或氫根。由于氫和氮之間以及氫和硅之間的結(jié)合能分別為339kJ/mol和299kJ/mol，活性氫很有可能與氮結(jié)合。有可能作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的氮化硅中的氮由于該反應(yīng)而產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。鑒于此，在如上所述使用氮化硅膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的情況下，比較實施例4中采用的通過在處理過程中使用氫的CVD蒸汽沉積方法得到的含氫無定形碳并非優(yōu)選。
考慮到上述結(jié)果，為了得到膜厚為3.0nm或以下具有令人滿意的腐蝕抗力的空氣承載表面保護(hù)膜16，優(yōu)選使用氮化硅膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17、用包括四面體無定形碳和氮的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18。
接著來說明機(jī)械磨損抗力。圖3表示了包括作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的硅薄膜的空氣承載表面保護(hù)膜16在剝落點33處所示的負(fù)載下剝落或受破壞。
相反，在使用氮化硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的試驗性實施例中，沒有觀察到這樣的摩擦力突然增加的現(xiàn)象。這可能歸因于在空氣承載表面保護(hù)膜底層17和空氣承載表面保護(hù)膜頂層18之間的邊界處以及該底層和頂層內(nèi)部存在的氮原子與碳和硅形成了穩(wěn)定的鍵合。此外，也有可能在空氣承載表面保護(hù)膜頂層18附近存在的氮具有減小空氣氣氛中的摩擦系數(shù)的作用，這可能歸因于高的機(jī)械磨損抗力。鑒于此，可以說使用包括四面體無定形碳和氮的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層18以及氮化硅膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的空氣承載表面保護(hù)膜16具有優(yōu)異的機(jī)械磨損抗力。
實施例2根據(jù)本發(fā)明的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18是包括四面體無定形碳和氮的膜層。如上所述，在空氣承載表面保護(hù)膜頂層18包括用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳、或用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳的情況下，其腐蝕抗力不好。因此當(dāng)形成總厚度為3.0nm或以下的極薄的空氣承載表面保護(hù)膜時，磁頭不能獲得足夠的可靠性。由于當(dāng)使用定量元素分析方法如喇曼光譜測定法和TOF-SIMS或RBS(盧瑟福反散射能譜法)時四面體無定形碳膜的膜層質(zhì)量表現(xiàn)出特征結(jié)果，因此可將該四面體無定形碳膜與其它無定形碳膜區(qū)分開來。用上述分析方法表示的本發(fā)明的四面體無定形碳膜的特征如下所示。
喇曼光譜學(xué)常被用在間接分析sp3性能的情況下，該性能是無定形碳的主要性能。當(dāng)大多數(shù)通常波長為514.5nm的從采用的光源處得到的光譜來自于sp2成分時，也能估計出sp2周邊的sp3的影響。具體地，由于在1200～1450cm-1處的峰B的強(qiáng)度比在1500～1600cm-1處的峰A的強(qiáng)度小，這表明有更多的sp3成分存在于sp2鍵合的周邊，且能估測當(dāng)幾乎觀察不到峰B時sp3是主導(dǎo)成分。
圖4表示了對在磁頭空氣承載表面13上的磁頭元件部位12處的含有用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行測量所得到的喇曼光譜41。對于用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜41得到的峰A42和峰B43來說，峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.27。
圖5表示了對在磁頭空氣承載表面13上的氧化鋁-鈦-碳化物基底部位處的含有用同樣的陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜16進(jìn)行測量所得到的喇曼光譜51。當(dāng)與在元件部位測量的喇曼光譜相比較時，背景梯度較大，可通過減去背景、并按照在該元件部位上進(jìn)行測量的同樣的方式施以高斯函數(shù)擬合來決定峰值比例。喇曼光譜測定優(yōu)選在磁頭元件部位12上進(jìn)行；然而，如果很難做到，則可在氧化鋁-鈦-碳化物上進(jìn)行測量。至于用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜51得到的峰A52和峰B53，峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.1。
圖6表示了對在磁頭空氣承載表面13上的磁頭元件部位12處的含有用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜16進(jìn)行測量所得到的喇曼光譜61。對于用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜61得到的峰A62和峰B63來說，峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.91。
圖7表示了對在磁頭空氣承載表面13上的磁頭元件部位12處的含有用CVD蒸汽沉積方法形成的無定形碳的空氣承載表面保護(hù)膜16進(jìn)行測量所得到的喇曼光譜71。對于用高斯函數(shù)擬合喇曼光譜71得到的峰A72和峰B73來說，峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.31。
當(dāng)觀察圖4至圖7中的喇曼光譜時，發(fā)現(xiàn)用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳膜的喇曼光譜與用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜的喇曼光譜相類似。峰值強(qiáng)度比(B/A)約為0.3。這可能歸因于在形成含氫無定形碳膜時的CVD蒸汽沉積方法中選擇了優(yōu)選的膜沉積條件，且得到的沉積膜具有許多sp3鍵合。因此，很難基于喇曼光譜學(xué)結(jié)果來將四面體無定形碳膜與用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜區(qū)分開來。另一方面，在用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳膜的喇曼光譜61中，峰A62和峰B63之間強(qiáng)度比(B/A)為0.91。
從高斯函數(shù)擬合得到的峰值強(qiáng)度比(B/A)隨著擬合方法的不同而改變。然而，對于用濺射蒸汽沉積方法形成的無定形碳膜的喇曼光譜來說，沒有觀察到0.4以下的峰值強(qiáng)度比(B/A)。于是，在當(dāng)喇曼光譜的峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.4以下的情況下，可以說無定形碳膜是用陰極真空電弧放電蒸汽沉積方法形成的四面體無定形碳、或是用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳。
另一方面，本發(fā)明的作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層的四面體無定形碳的特征在于該沉積膜幾乎不含氫。用CVD蒸汽沉積方法制備的無定形碳由于在制備過程中使用了氫，所以在膜中含有幾十原子％的氫。
可以通過在形成了空氣承載表面保護(hù)膜的磁頭空氣承載表面上的微小部位中使用TOF-SIMS來分析氫元素。該實施例中，在100μm×100μm的區(qū)域進(jìn)行測量。TOF-SIMS是一種向試樣施加離子束并基于濺射二次離子的強(qiáng)度來測量現(xiàn)存元素的種類和數(shù)量的方法。
圖8表示了在具有包括用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜和硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭的空氣承載表面13上的TOF-SIMS試驗結(jié)果?？v座標(biāo)表示二次離子強(qiáng)度，橫座標(biāo)表示距表面的深度。用來測量的磁頭具有4nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和2nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜底層17。二次氫離子強(qiáng)度和二次碳離子強(qiáng)度的相對值的特征在于二次氫離子強(qiáng)度的值較高。作為與標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行比較的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜頂層18的含氫無定形碳含有約50原子％的氫。
圖9表示了在具有包括由陰極真空電弧放電形成的四面體無定形碳膜和硅膜的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭的空氣承載表面13上的TOF-SIMS試驗結(jié)果。縱座標(biāo)表示二次離子強(qiáng)度，橫座標(biāo)表示距表面的深度。用來測量的磁頭具有3nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和2nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜底層17。氫二次離子強(qiáng)度和碳二次離子強(qiáng)度基本上相等。作為與標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行比較的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜頂層18的四面體無定形碳含有約18原子％的氫。
圖10表示了在具有包括四面體無定形碳和硅的空氣承載表面保護(hù)膜16的磁頭的空氣承載表面13上的TOF-SIMS試驗結(jié)果。縱座標(biāo)表示二次離子強(qiáng)度，橫座標(biāo)表示距表面的深度。用來測量的磁頭具有2nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜頂層18和1nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜底層。發(fā)現(xiàn)構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜頂層18的四面體無定形碳和氮含有約18原子％的氫。
當(dāng)進(jìn)行TOF-SIMS測量時，人們注意到在表面上存在碳?xì)浠衔锏奈疆a(chǎn)物。為了避免測量表面吸附產(chǎn)物，有必要或者在開始TOF-SIMS測量之前通過濺射或離子束照射來去除該吸附產(chǎn)物，或者忽略在從開始測量起的預(yù)定時間內(nèi)得到的數(shù)據(jù)。
此外，即使是對于松散堆積狀態(tài)的氫含量為約幾原子％的四面體無定形碳膜來說，當(dāng)用TOF-SIMS對膜厚為5nm或以下的空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行測量時，在松散堆中沒有檢測出的約20原子％的氫由于來自碳?xì)浠衔锘蚩諝鈿夥罩械乃肿拥臍湓拥奈阶饔靡约跋蚰又械臄U(kuò)散而被檢測出。然而，由于TOF-SIMS定量分析在某種程度上隨著所述標(biāo)準(zhǔn)試樣的種類和數(shù)量的不同而改變，在該實施例中對四面體無定形碳中18原子％的氫含量進(jìn)行分析的結(jié)果也能隨著所使用的標(biāo)準(zhǔn)試樣的不同而取不同的值。在該實施例中，在制備了膜厚為約50nm的不同氫含量的幾種無定形碳膜之后，用同樣的TOF-SIMS來測量它們，且基于由得到的氫的二次離子強(qiáng)度和碳的二次離子強(qiáng)度之間的比例得到的校準(zhǔn)曲線來量化磁頭空氣承載表面上的空氣承載表面保護(hù)膜16中的氫含量。量化了的氫含量甚至在同樣一個試樣中也不同，這取決于標(biāo)準(zhǔn)試樣的種類和繪制在該過程中使用的校準(zhǔn)曲線的方式。對磁頭上3nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜中進(jìn)行TOF-SIMS測量的結(jié)果是，分析出氫含量為1.6原子％的厚膜狀態(tài)的無定形碳具有5％或以上、25％或以下的氫含量。另一方面，對磁頭上3nm厚的空氣承載表面保護(hù)膜中進(jìn)行TOF-SIMS測量的結(jié)果是，分析出氫含量為35％的厚膜含氫無定形碳具有40原子％或以上、80原子％或以下的氫含量。鑒于此，在對磁頭空氣承載表面保護(hù)膜進(jìn)行TOF-SIMS的情況下，當(dāng)氫含量為25原子％或以下時，能夠斷定該碳膜包括四面體無定形碳。
另一方面，比較圖8、9和10可以顯見，考慮到氫和碳之間的二次離子強(qiáng)度比，在含氫無定形碳和四面體無定形碳之間已發(fā)現(xiàn)有明顯的有意義的不同；因此，通過觀察其趨勢即能決定該膜是用CVD蒸汽沉積方法形成的含氫無定形碳膜還是四面體無定形碳膜。
如上所述，四面體無定形碳膜的特征在于在喇曼光譜測定和TOF-SIMS分析的情況下喇曼光譜的峰值強(qiáng)度比(B/A)為0.4或以下，且氫為25原子％或以下。
根據(jù)本發(fā)明，空氣承載表面保護(hù)膜底層17包括氮和硅，空氣承載表面保護(hù)膜頂層18包括四面體無定形碳，且如圖8至10所示可用TOF-SIMS來分析每種元素。從圖10中可以證實實施例1制備的磁頭的空氣承載表面保護(hù)膜16在頂層和底層中含有氮。如上所述，通過使用厚的標(biāo)準(zhǔn)試樣也可能進(jìn)行定量分析。也可通過使用XPS(X射線光電子光譜研究)來容易地觀察磁頭的基本分析。
實施例3圖11中，橫座標(biāo)表示硅膜和氮化硅膜的膜厚，縱座標(biāo)表示硅膜和氮化硅膜中針孔的數(shù)量。分別使用濺射蒸汽沉積方法和反應(yīng)濺射蒸汽沉積方法來制備硅膜和氮化硅膜。根據(jù)圖11，膜厚相同時，氮化硅薄膜比硅薄膜含有較少數(shù)量的針孔。即，氮化硅薄膜腐蝕抗力和電絕緣性能優(yōu)異，并具有更大數(shù)量的緣于粘附空氣承載表面保護(hù)膜頂層18的鍵合。在反應(yīng)濺射中，如圖11所示當(dāng)濺射氣體中的氮流量比從10％變化到50％時形成膜層。
考慮到圖11，當(dāng)在某種條件下制備氮化硅薄膜時，厚度為1nm的膜中的針孔數(shù)與現(xiàn)有的厚度為2nm的硅薄膜中的針孔數(shù)相等。就針孔數(shù)而言，膜厚約為0.5nm的氮化硅薄膜相當(dāng)于膜厚為1.5nm的硅薄膜。由于目前已采用厚度為1.5nm至2.0nm的硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17，通過使用0.5nm或以上的氮化硅薄膜，可以在維持令人滿意的腐蝕抗力和電絕緣性能的同時減少磁間距。
由于增加空氣承載表面保護(hù)膜底層17的厚度會帶來磁間距增加的缺點；另一方面，空氣承載表面保護(hù)膜頂層的厚度減少有損于磁頭的耐久性；因此除去頂層的底層的厚度小于預(yù)定水平是可取的。由于現(xiàn)有技術(shù)中使用硅薄膜的空氣承載表面保護(hù)膜底層17的膜厚為2nm或以下，對于氮化硅膜也要求等同的上限值。鑒于此，在使用氮化硅膜作空氣承載表面保護(hù)膜底層17的情況下，可取的是厚度為2nm或以下、0.5nm或以上。
在實施例1中，用反應(yīng)濺射來制備作為空氣承載表面保護(hù)膜底層17的氮化硅膜。圖12表示了用反應(yīng)濺射形成的氮化硅膜的光學(xué)常數(shù)n與氮流量比的依存關(guān)系。在氮流量比為0％時，只有氬氣被引入膜層沉積室，結(jié)果形成現(xiàn)有技術(shù)的含有硅不含氮的空氣承載表面保護(hù)膜底層17。在氮化硅膜中，可以根據(jù)光學(xué)常數(shù)n來決定氮與硅的組成比。氮化硅膜的組成比和光學(xué)常數(shù)之間的關(guān)系由下面的公式表示，見S.K.Ray的“反應(yīng)離子的撞擊對用離子束濺射沉積的氮化硅和氮氧化合物膜的性能的影響(Effect of reactive-ion bombardment on the properties ofsilion nitride and oxynitride films deposited by ion-beam sputtering)”(Journal of Applied Physics，75(12)，15 June 1994，pp 8145-8152)光學(xué)常數(shù)n＝0.7×(組成比Si/N)+1.4------(1)。
當(dāng)N含量為20原子％或以上時公式(1)有效?；诠?1)來考慮，從圖12(b)中可以看出，由于實施例3中所示的致密氮化硅膜已是通過使用氮流量比為10％或以上、50％或以下的濺射氣體沉積，因此該膜中的氮含量為45原子％或以上、57原子％或以下。例如通過對氮化硅膜的XPS分析也證明了該組成比?？紤]到化學(xué)計量(stochiometrical)組成，氮化硅膜中的氮含量為57原子％。在氮含量超過57原子％的情況下，由于氮化硅脆化，其不適用于本發(fā)明。
考慮到圖13，由于用氮流量比為10％或以上、20％或以下的反應(yīng)濺射形成的氮化硅膜是致密的，當(dāng)?shù)繛?5原子％或以上、57原子％或以下時，氮化硅膜的致密度優(yōu)異。因此，使用氮化硅膜使得空氣承載表面保護(hù)膜16具有優(yōu)異的腐蝕抗力、電絕緣性能和機(jī)械磨損抗力。
圖13表示了圖11中所示的氮化硅膜的密度在任何情況下均為2.6g/cc。觀察到的趨勢是密度越高，產(chǎn)生針孔的可能性越小，并且與硅膜相比，它們表現(xiàn)出優(yōu)異的覆蓋度。鑒于此，制備具有良好的腐蝕抗力和電絕緣性能的空氣承載表面保護(hù)膜16優(yōu)選質(zhì)量密度為2.6g/cc或以上。結(jié)晶狀態(tài)的具有化學(xué)計量組成的氮化硅膜的密度為3.2g/cc，且該值為氮化硅膜的密度的上限值。
實施例6圖14為具有用與實施例1至5中所示磁頭空氣承載表面保護(hù)膜16的制備方法相同的方法制備的保護(hù)膜的磁盤14的橫截面結(jié)構(gòu)視圖。對于磁盤14來說也要求作為磁記錄介質(zhì)的具有與磁頭空氣承載表面保護(hù)膜16的功能相當(dāng)功能的保護(hù)膜。即，硬的、致密的、化學(xué)穩(wěn)定的薄膜是必要的。而現(xiàn)有的磁盤的空氣承載表面保護(hù)膜由氮和無定形碳構(gòu)成，它們在密度和硬度方面具有各種問題。
接著，在本發(fā)明中，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磁盤10上具有包括四面體無定形碳和氮的保護(hù)膜頂層141和包括氮和硅的保護(hù)膜底層142的保護(hù)膜的形成與現(xiàn)有的包括無定形碳和氮的保護(hù)膜相比，更能提供令人滿意的機(jī)械磨損抗力和腐蝕抗力。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的磁頭，通過使用含有氮化硅的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜底層并使用四面體無定形碳作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層，可以提供具有在浮動塊材料的邊界處的良好的粘附力、優(yōu)異的耐久性和高度的腐蝕抗力的空氣承載表面保護(hù)膜。此外，由于磁記錄裝置的間距損失減少，有可能獲得較高的記錄密度，并使得可靠性提高。
權(quán)利要求
1.一種磁頭，其中在面對磁記錄介質(zhì)的磁性讀/寫元件表面覆有保護(hù)膜，其中該保護(hù)膜包含一組多層薄膜，該多層薄膜包括空氣承載表面保護(hù)膜的底層，其為與磁性讀/寫元件接觸的包括含有氮和硅的膜層；以及空氣承載表面保護(hù)膜的頂層，其位于空氣承載表面保護(hù)膜的最上表面，包括含有四面體無定形碳和氮的膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁頭，其中構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜的頂層的含有四面體無定形碳和氮的膜層在磁頭處的氫含量為25原子％或以下，且在1500～1600cm-1之間的峰(A)和在1200～1450cm-1之間的峰(B)之間的強(qiáng)度比(B/A)為0.0或以上、0.4或以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的磁頭，其中構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜的底層的氮化硅膜層的厚度為0.5nm或以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的磁頭，其中構(gòu)成空氣承載表面保護(hù)膜的底層的氮化硅膜層的氮含量為45原子％或以上、57原子％或以下。
全文摘要
本發(fā)明提供極薄的膜狀態(tài)的具有好的腐蝕抗力、電絕緣性能和機(jī)械磨損抗力的空氣承載表面保護(hù)膜。通過淀積具有高密度、高阻抗、化學(xué)穩(wěn)定性和對基底的高粘附力的氮化硅薄膜作為空氣承載表面保護(hù)膜底層、并淀積包括四面體無定形碳和氮的膜層作為空氣承載表面保護(hù)膜頂層來得到具有好的腐蝕抗力、電絕緣性能和機(jī)械磨損抗力的極薄的空氣承載表面保護(hù)膜。
文檔編號G11B21/20GK1702740SQ20051007436
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者安井啟人, 稻葉宏, 佐佐木新治, 石崎浩 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司