JPH09245332A

JPH09245332A - 磁気ヘッド

Info

Publication number: JPH09245332A
Application number: JP4877596A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shimura; 健一志村; Kazuhiro Baba; 和宏馬場
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度磁気記憶装置において、磁気記録媒体
の記録再生に用い、耐磨耗性および耐摺動性に優れた磁
気ヘッドを提供する。【解決手段】磁気ヘッドスライダ１上に、珪素を主成
分とし炭素、窒素等を含有する中間層２と硬質非晶質炭
素膜３からなる保護膜を設ける。珪素を主成分とする中
間層２の炭素、窒素等の含有量は中間層２を構成する全
元素に対して５原子％以上３０原子％以下とする。磁気
ヘッドと磁気記録媒体が狭ギャップ化され、かつ耐摺動
性が得られるよう、中間層と硬質非晶質炭素膜からなる
保護膜の厚さは２ｎｍ以上６ｎｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高密度磁気記憶装置
における、磁気記録媒体の記録、再生に用いる磁気ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記憶装置はコンピュータの外部記憶
装置として広く用いられている。現在、磁気記憶装置の
記録密度は１平方インチ当たり０．８〜１ギガビット
（Ｇｂ）が最大であるが、将来的には動画の記録再生も
想定され、１平方インチ当たり数十から百Ｇｂの記録密
度が要求されつつある。

【０００３】磁気ヘッドは磁気記憶装置において磁気記
録媒体への信号の書き込み、あるいは書き込まれた信号
の再生をするためのもので、アルミナと炭化チタンから
なるセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）等の非磁性の
スライダおよび記録・再生のための磁性材料からなる素
子から構成される。現在は半導体製造プロセスを利用し
た薄膜磁気ヘッド、さらには高密度記録に対応するため
に磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を利用したＭＲヘッドなど
が用いられている。

【０００４】磁気ヘッドと磁気記録媒体は装置停止中は
接触しており、記録・再生時には磁気記録媒体が高速回
転し、磁気ヘッドは磁気記録媒体に対して一定の間隔で
浮上するという、いわゆるコンタクト・スタート・スト
ップ（ＣＳＳ）動作が繰り返されている。またスライダ
には、磁気ヘッドの浮上姿勢を安定にし、常に磁気記録
媒体との間隔を一定に保持するために、空気浮上面（Ａ
ＢＳ）が形成されており、磁気記録媒体はＣＳＳ動作の
開始時および停止時においてＡＢＳと接触・摺動する。
さらに磁気ヘッドが浮上中になんらかの擾乱を受け、磁
気記録媒体に高速で接触する場合もある。このように磁
気記録媒体は頻繁に磁気ヘッドと接触・摺動するので、
磨耗・損傷を防止するために、その表面には硬質炭素に
よる厚さ数十ｎｍの保護膜が形成され、さらにその上に
は潤滑剤が厚さ数ｎｍで塗布されているのが一般的であ
る。最近では磁気ヘッドのＡＢＳにも保護膜を設け、よ
り耐磨耗性を向上させるといった提案がなされている。
たとえば特開平４−３６４２１７号公報においてはスラ
イダ上にシリコンとアモルファス水素添加炭素からなる
保護膜を設けている。

【０００５】磁気記憶装置における記録密度の向上の為
には、記録・再生時の磁気ヘッドと磁気記録媒体の磁気
的な距離を小さくすることが必要である。そのため、浮
上量の低減は必須の技術であり、将来的には２０ｎｍ以
下の浮上量が要求されている。加えて、磁気的距離の低
減には磁気ヘッド保護膜についても更なる薄膜化が必須
であり、磁気ヘッド保護膜の厚さとしては１０ｎｍ以
下、望ましくは５ｎｍ以下が要求されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】硬質炭素あるいはダイ
ヤモンド状炭素と呼ばれている硬質非晶質炭素膜は硬度
が高く、耐磨耗性に優れているため磁気記録媒体や磁気
ヘッドの保護膜として用いられている。しかしながら、
このような炭素膜は下地との密着性が不十分なため、何
らかの方法で密着性を向上させる必要がある。例えば、
磁気記録媒体上の炭素膜の場合、特開平１−２０１８２
０号公報においては磁気記録媒体と炭素膜との間にシリ
コン、水素化アモルファスシリコン、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ
₄、ＴｉＣ、ＴｉＮといった無機材膜を設けることで密
着性を確保している。また、特開平２−８３８１６号公
報においては無機材膜としてＳｉ_1-xＣ_xで表され、か
つｘが磁気記録媒体層側で小さく、炭素側で大きい炭化
物が提案されている。

【０００７】しかしながら、前者においては無機材膜と
して少なくとも１００オングストローム以上必要であ
り、１０ｎｍ以下の保護膜を提供することはできない。
後者の場合、炭化物層の厚さは２０〜１０００オングス
トロームであるものの、その上の炭素膜は５００〜５０
００オングストロームであり、やはり前述した膜厚に対
する要求を満足することはできない。

【０００８】磁気ヘッドの保護膜においては、前述した
ようにシリコンとアモルファス水素添加炭素からなる保
護膜が公知である。この場合もシリコン層の厚さは１０
〜５０オングストロームであるものの、水素添加カーボ
ンは５０オングストローム以上必要であり、６ｎｍ以下
の磁気ヘッド保護膜を提供することはできなかった。

【０００９】このように従来技術による中間層を用いた
磁気ヘッドでは、耐摺動性を損なうことなく保護膜を極
薄化することは困難であり、高密度磁気記録に要求され
る磁気記録媒体との狭ギャップ化を十分に行うことがで
きなかった。この理由は現在必ずしも明らかではない
が、以下のように推察している。すなわち上記中間層は
その上に形成される炭素膜との界面に何らかの結合を作
ることにより密着性を向上させるものと考えられ、この
ような密着性に寄与する界面の厚みは数ｎｍと予想され
る。従って中間層の厚さを減じていくと、ある厚み以下
では結合に寄与する原子の数が不足し、十分な密着力が
得られなくなる。

【００１０】本発明の目的は、従来不可能であった６ｎ
ｍ以下の膜厚においても耐摺動性に優れた保護膜を摺動
面に有する、超高密度磁気記憶装置に適用可能な磁気ヘ
ッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、スライダ上に
中間層と硬質非晶質炭素層からなる保護膜を設けること
を特徴とする磁気ヘッドにおいて、中間層が珪素を主成
分として、炭素もしくは炭素および珪素と化学結合を形
成する元素を含有することを特徴としている。

【００１２】ここで、中間層に含まれる珪素以外の元素
は該中間層を構成する全元素に対して５原子％以上３０
原子％以下であることが望ましい。また、珪素を主成分
とする中間層と硬質非晶質炭素膜からなる保護膜の厚さ
は、磁気ヘッドと磁気記録媒体間が狭ギャップ化され、
かつ耐磨耗性、耐摺動性が得られるよう、２ｎｍ以上６
ｎｍ以下である。

【００１３】珪素を主成分として炭素を含有する中間層
内では珪素と炭素は化学結合している。この中間層と非
晶質硬質炭素膜は、界面で中間層内の珪素および炭素が
硬質非晶質炭素膜中の炭素と結合を形成して付着する。
この結果、中間層と硬質非晶質炭素膜との密着性は、珪
素のみの場合と比べて増大する。また、珪素を主成分と
する中間層が炭素を含有すると、中間層と硬質非晶質炭
素膜の界面に珪素と炭素の化合物が形成されることによ
って生じるひずみが抑制されるので、密着力低下の要因
となる界面応力が小さくなる。したがって、珪素を主成
分とする中間層が炭素を含有すると中間層と硬質非晶質
炭素膜間の密着力が増大する。

【００１４】珪素および炭素と化学結合する元素とし
て、例えば窒素がある。珪素を主成分として窒素を含有
する中間層内では、窒素は珪素と化学結合している。硬
質非晶質炭素膜との界面では、中間層内の珪素と窒素は
硬質非晶質炭素膜中の炭素と化学結合を形成する。窒素
と炭素の結合は解離エネルギーが約７５０ｋＪ／ｍｏｌ
と大きく、この結合は強固である。また、窒素を含有す
る中間層と硬質非晶質炭素膜の界面では、珪素と炭素の
化合物が形成されることによるひずみが小さくなり、界
面応力の発生が抑制される。以上のような理由により、
珪素を主成分とし窒素を含有する中間層と硬質非晶質炭
素膜は強固に付着する。

【００１５】珪素を主成分とする中間層に添加すること
によって珪素および硬質非晶質炭素膜と結合し密着力を
増加させる元素としては、上記の炭素ならびに窒素以外
には例えばホウ素（Ｂ）、酸素（Ｏ）、チタン（Ｔ
ｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハ
フニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン
（Ｗ）などが挙げられる。

【００１６】本発明による磁気ヘッドは、このように硬
質非晶質炭素膜と極薄で高い密着力を有する中間層から
なる極薄化された保護膜を有するので、磁気記録媒体と
の磁気的なギャップを小さくして用いることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について、磁気
ヘッドの断面模式図である図１を用いて説明する。

【００１８】Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ焼結体を用いた磁気ヘ
ッドスライダ１に珪素を主成分として炭素または窒素を
含有する中間層２を形成した。炭素を含有する中間層
は、高周波（ｒｆ）マグネトロンスパッタ法を用いて珪
素と炭素を同時にアルゴンガスでスパッタリングして形
成した。また、珪素を主成分として窒素を含有する中間
層は、珪素をアルゴンと窒素の混合ガスでスパッタする
ことで形成した。これらの中間層の厚さは形成時間によ
って制御した。オージェ電子分光法による分析の結果、
このようにして形成された中間層が含有する炭素、窒素
の量は、珪素ターゲットと炭素ターゲットの配置や、ア
ルゴンガスと窒素ガスの混合比によって制御されること
が確認された。珪素を主成分として炭素を含有する中間
層は、珪素をアルゴンガスとメタン等の炭素を含むガス
の混合ガスでスパッタすることでも形成することがで
き、この場合には中間層の炭素含有量はメタンガス等と
アルゴンの混合比によって制御される。

【００１９】次に中間層２の上に硬質非晶質炭素膜３を
水素ガスとメタンガスの混合ガスを原料としたｒｆプラ
ズマＣＶＤによって形成した。硬質非晶質炭素膜の成膜
法には、ｒｆプラズマＣＶＤの他に、直流スパッタ、交
流スパッタ、イオンビームスパッタ、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ、ＥＣＲプラズマＣＶＤ等が
あるが、いずれの手法を用いてもよい。

【００２０】図２に、窒素を含有する中間層と硬質非晶
質炭素膜の界面からの、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰ
Ｓ）による窒素１ｓピークの強度変化を示す。中間層の
窒素含有量が増加すると炭素と結合した窒素からのピー
ク強度が増大し、窒素含有量が約２５原子％を越えると
ピーク強度の変化は小さくなり、ピーク強度はほぼ一定
となる。炭素と結合した窒素からのピークの強度変化が
小さくなると同時に、窒素原子同士の結合によるピーク
が現れ、中間層の窒素含有量の増加に伴って増大してい
く。このＸＰＳの窒素１ｓピークの強度変化は、中間層
の窒素含有量が零から増加していくと、それに伴って中
間層と硬質非晶質炭素膜の界面で窒素と炭素の結合が増
加していき、窒素含有量が約２５原子％以上になると結
合に寄与しない単体の窒素が現れることを示している。

【００２１】図３に、極薄のＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板上
に保護膜を形成し基板の反り量から評価した、窒素を含
有する中間層と硬質非晶質炭素膜の界面応力を示す。窒
素含有量の増加に伴って界面応力は減少し、窒素含有量
が約２５原子％になると界面応力は増加に転じる。この
界面応力の増加の原因は明確ではないが、図２のＸＰＳ
の結果から中間層内に結合に寄与しない単体の窒素が含
有されることに関連があるものと推測される。

【００２２】炭素あるいは窒素を含有する中間層と硬質
非晶質炭素膜から形成された保護膜の耐摺動性の、中間
層が含有する炭素、窒素の量による変化をコンタクトス
タートストップ（ＣＳＳ）サイクルを繰り返しながら摩
擦係数μを測定するＣＳＳ−μ試験法によって評価し
た。本実施例においては、ＣＳＳ−μ試験には直径３．
５インチの磁気ディスクを用い、磁気記録媒体にかかる
磁気ヘッドの接触荷重を８ｇ、磁気ディスクの回転数を
毎分３６００回転とした。

【００２３】図４に、磁気ヘッドスライダ上に厚さ２ｎ
ｍの珪素の中間層と厚さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜から
なる保護膜を設けたときの、ＣＳＳサイクルによる磁気
ヘッドスライダと磁気記録媒体の摩擦係数の変化を示
す。ＣＳＳ回数が１０００回を越えた付近から摩擦係数
μは急激に増加し、ＣＳＳ２万回後にはＣＳＳ開始時の
約６倍にまで増加している。試験後の試料表面を金属顕
微鏡で観察すると、磁気ヘッドには保護膜の剥離が見ら
れ、磁気記録媒体には磨耗痕と保護膜の剥離が見られ
た。磁気ヘッド表面の保護膜が剥離した箇所をマイクロ
オージェ電子分光法で分析した結果、珪素が露出してお
り、膜の剥離は中間層と硬質非晶質炭素膜の間で生じて
いる。

【００２４】図５に、磁気ヘッドスライダ上に、厚さ２
ｎｍで炭素を５原子％含有する珪素の中間層と厚さ３ｎ
ｍの硬質非晶質炭素膜からなる保護膜を設けたときのＣ
ＳＳサイクルによる磁気ヘッドスライダと磁気記録媒体
の間の摩擦係数の変化を示す。ＣＳＳ２万回後の摩擦係
数はＣＳＳ開始時の約１．５倍に増加した。試験後の試
料表面を金属顕微鏡で観察した結果、磁気ヘッドと磁気
記録媒体のいずれの表面にも保護膜の剥離や損傷は認め
られなかった。

【００２５】珪素層の炭素あるいは窒素の含有量を変え
た中間層と硬質非晶質炭素膜からなる保護膜を磁気ヘッ
ドスライダ上に設けて、ＣＳＳサイクルによる摩擦係数
の変化と磁気ヘッドや磁気記録媒体表面の損傷を調べ
た。その結果、ＣＳＳ２万回後の摩擦係数がＣＳＳ開始
時の１．５倍以下の時には光学顕微鏡観察で損傷が見ら
れなかった。このことから、ＣＳＳサイクルによる摩擦
係数の変化は磁気ヘッド保護膜の耐摺動性に依存し、Ｃ
ＳＳ２万回後の摩擦係数がＣＳＳ開始時の１．５倍以下
の保護膜は耐摺動性に優れていると判断される。

【００２６】図６に、炭素を含有する厚さ２ｎｍの珪素
層と厚さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる磁気ヘッド
保護膜を設けた場合の、磁気ヘッドと磁気記録媒体の間
の摩擦係数のＣＳＳ試験による変化を示す。摩擦係数の
変化は、ＣＳＳ２万回後の摩擦係数と試験開始時の摩擦
係数の比（試験後の摩擦係数を試験開始時の摩擦係数で
除した値）で表してある。中間層が含有する炭素の量が
増えるとＣＳＳ試験による摩擦係数の変化は小さくな
り、炭素含有量が５原子％以上３０原子％以下のとき、
ＣＳＳ２万回後の摩擦係数はＣＳＳ開始時の摩擦係数の
１．５倍以下となる。

【００２７】図７に、窒素を含有する厚さ２ｎｍの珪素
層と厚さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる磁気ヘッド
保護膜を設けた場合の、磁気ヘッドと磁気記録媒体の間
の摩擦係数のＣＳＳ試験による変化を示す。摩擦係数の
変化は、ＣＳＳ２万回後の摩擦係数と試験開始時の摩擦
係数の比（試験後の摩擦係数を試験開始時の摩擦係数で
除した値）で表してある。中間層が含有する窒素の量が
増えるとＣＳＳ試験による摩擦係数の変化は小さくな
り、炭素を含有させたときと同様に、窒素含有量が５原
子％以上３０原子％以下のとき、ＣＳＳ２万回後の摩擦
係数はＣＳＳ開始時の摩擦係数の１．５倍以下となる。

【００２８】以上から、珪素を主成分とする中間層が含
有する炭素、窒素の含有量は５原子％以上３０原子％以
下が望ましい。

【００２９】

【実施例】磁気ヘッドスライダ上に形成した、厚さ２ｎ
ｍで炭素または窒素を含有する珪素を主成分とした中間
層と厚さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる保護膜の密
着力測定とＣＳＳ試験の結果を表１に示す。ＣＳＳ試験
の判定は、摩擦係数がＣＳＳサイクル２万回によってＣ
ＳＳ開始時の１．５倍を越えた試料を不合格とした。Ｃ
ＳＳ試験後の顕微鏡観察から、ＣＳＳ試験で不合格にな
った比較例１、比較例２、比較例３、比較例４の磁気ヘ
ッドでは保護膜の剥離が確認された。

【００３０】ここでは、磁気ヘッドスライダの空気浮上
面の保護膜として、厚さ２ｎｍで珪素を主成分とした中
間層と厚さ３ｎｍで水素を含有する硬質非晶質炭素膜か
らなる膜を用いたが、中間層と硬質非晶質炭素膜の厚さ
をそれぞれ１ｎｍとした場合にも同様の耐摺動性が得ら
れた。また、２種以上の元素を組み合わせて添加した場
合にも、添加元素が１種類の場合と同様の結果が得られ
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
６ｎｍ以下の厚さにおいても密着性および耐摺動性に優
れた保護膜を備えた磁気ヘッドを提供することができ、
マルチメディアにおいて要求される超高密度磁気記憶装
置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気ヘッドの断面を模式的に表し
た図である。

【図２】窒素を含有する珪素の中間層と非晶質硬質炭素
膜の界面での、Ｘ線光電子分光による窒素１ｓピークの
強度変化を示す図である。

【図３】窒素を含有する珪素の中間層と非晶質硬質炭素
膜の接合界面に生じる界面応力の値を示す図である。

【図４】厚さ２ｎｍの珪素の中間層と厚さ３ｎｍの硬質
非晶質炭素膜からなる磁気ヘッドスライダ保護膜を設け
たときの、磁気ヘッドスライダと磁気記録媒体間の摩擦
係数のＣＳＳサイクルによる変化を示す図である。

【図５】炭素を５原子％含有した厚さ２ｎｍの珪素の中
間層と厚さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる磁気ヘッ
ドスライダ保護膜を設けたときの、磁気ヘッドスライダ
と磁気記録媒体間の摩擦係数のＣＳＳサイクルによる変
化を示す図である。

【図６】炭素を含有した厚さ２ｎｍの珪素の中間層と厚
さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる磁気ヘッドスライ
ダ保護膜を設けたときの、磁気ヘッドスライダと磁気記
録媒体間の摩擦係数のＣＳＳ２万回による変化量を示す
図である。

【図７】窒素を含有した厚さ２ｎｍの珪素の中間層と厚
さ３ｎｍの硬質非晶質炭素膜からなる磁気ヘッドスライ
ダ保護膜を設けたときの、磁気ヘッドスライダと磁気記
録媒体間の摩擦係数のＣＳＳ２万回による変化量を示す
図である。

【符号の説明】

１磁気ヘッドスライダ２珪素を主成分とする厚さ１ｎｍ以上５ｎｍ以下の
中間層３硬質非晶質炭素膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ヘッドスライダの少なくとも空気浮
上面上に保護膜を有する磁気ヘッドにおいて、該保護膜
は珪素を主成分とする中間層と該中間層上に形成した硬
質非晶質炭素膜とからなり、珪素を主成分とする中間層
は炭素もしくは炭素および珪素と化学結合する元素のう
ち少なくとも１種以上を含有することを特徴とする磁気
ヘッド。
【請求項２】珪素を主成分とする中間層の珪素以外の
元素の含有量が、該中間層を構成する全元素に対して５
原子％以上３０原子％以下であることを特徴とする、請
求項１に記載の磁気ヘッド。
【請求項３】珪素を主成分とする中間層の厚さが１ｎ
ｍ以上５ｎｍ以下、中間層と硬質非晶質炭素膜からなる
保護膜の厚さが２ｎｍ以上６ｎｍ以下であることを特徴
とする、請求項１または２に記載の磁気ヘッド。