JP2001015339A - Soft magnetic laminate film and thin-film magnetic head - Google Patents

Soft magnetic laminate film and thin-film magnetic head

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JP2001015339A
JP2001015339A JP11182617A JP18261799A JP2001015339A JP 2001015339 A JP2001015339 A JP 2001015339A JP 11182617 A JP11182617 A JP 11182617A JP 18261799 A JP18261799 A JP 18261799A JP 2001015339 A JP2001015339 A JP 2001015339A
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film
magnetic
nitrogen
layer
ferromagnetic
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Japanese (ja)
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Koichi Suzuki
功一 鈴木
Tatsuo Sawazaki
立雄 沢崎
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a soft magnetic thin film, which has high saturation magnetic flux density, high magnetic permeability in high-frequency regions, and superior heat resistance and a thin-film magnetic head which uses it. SOLUTION: This soft magnetic thin film is formed by alternately stacking a 1st ferromagnetic body layer 2 made of 1 kind or more among Fe, Co, and Ni and a 2nd ferromagnetic layer 3 made of alloy containing 1 kind or more among Fe, Co, and Ni, and N, the soft magnetic laminate film has a nonmagnetic layer 1 of Al, Si, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, or W and nitrides of the element between ferromagnetic body layers, and the thin-film magnetic head uses the soft magnetic laminate film for a write magnetic pole part or element shield part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録装置の磁
気ヘッドのコア材料やシールドなどに用いられる軟磁性
の薄膜材料に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a soft magnetic thin film material used for a core material or a shield of a magnetic head of a magnetic recording apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピューターの磁気ディスク装置に用
いられる磁気ヘッドは、磁気記録の高密度化、高速化、
小型化に伴い、薄膜構造を持つものがが主体となってい
る。磁気ヘッドを薄膜構造とすることにより、小型化、
使用信号の高周波化、薄膜微細加工法による高精度化、
そして基板上に多数個同時形成することによる量産化な
どが可能になってきた。このような磁気ヘッドにおい
て、書き込み磁極部などに用いられる軟磁性材料は、透
磁率が高く、保磁力が小さく、飽和磁束密度の大きいこ
とが要求される。そして近年の磁気信号の記録の高密度
化や書き込み読み出しの高速化の傾向は、これらの性能
の向上とともに、高周波化に対する対応をますます厳し
く要求するようになっている。
2. Description of the Related Art A magnetic head used in a magnetic disk drive of a computer has a high density and a high speed of magnetic recording.
Along with miniaturization, those having a thin film structure are mainly used. By making the magnetic head a thin film structure, miniaturization,
Higher frequency of signals used, higher precision by thin film micromachining method,
Then, mass production and the like by simultaneously forming a large number on a substrate have become possible. In such a magnetic head, the soft magnetic material used for the write magnetic pole portion and the like is required to have high magnetic permeability, low coercive force, and high saturation magnetic flux density. In recent years, the trend toward higher density of magnetic signal recording and higher speed of writing / reading has been accompanied by more and more stringent demands for higher performance as well as higher performance.

【0003】従来、この薄膜磁気ヘッドの磁性材料に
は、Fe−Ni系合金のパーマロイが用いられてきた。
パーマロイ薄膜は主としてメッキのような電析法で作ら
れ、とくにNi82Fe18(下付添字は原子%)のパーマ
ロイは、磁歪定数がほぼ0で高い透磁率および低い保磁
力を示す。しかしながら、この高透磁率のパーマロイは
飽和磁束密度が1.0T以下と低く、磁気ヘッドとしての
オーバーライト特性を向上できない難点がある。そこで
飽和磁束密度を高くするために、Fe−Ni系合金のた
とえばNi56Fe44のようにFe含有量を増すと、飽和
磁束密度は1.6Tと向上するが、磁歪定数が増加し、そ
れによりノイズの発生や信号波形の歪みを生じやすくな
る。これに対し飽和磁束密度が高く磁歪定数が小さい磁
極材料としてCo70Ni20Fe10近傍の合金組成が知ら
れており、このような3元系合金メッキを薄膜磁気ヘッ
ドに適用する発明が米国特許第4661216号に開示されて
いる。しかしこれら合金薄膜は一般に比抵抗が小さいた
め、高周波領域においては、過電流が増加してそれによ
る損失が増大して発熱などを生じ、透磁率も大きく低下
するので、100MHzを超える範囲での適用が困難である。
Conventionally, a permalloy of an Fe-Ni alloy has been used as a magnetic material of the thin-film magnetic head.
The permalloy thin film is mainly formed by an electrodeposition method such as plating. In particular, permalloy of Ni 82 Fe 18 (subscript suffix is atomic%) has a magnetostriction constant of almost 0 and exhibits high magnetic permeability and low coercive force. However, permalloy having a high magnetic permeability has a low saturation magnetic flux density of 1.0 T or less, and has a drawback that the overwrite characteristics as a magnetic head cannot be improved. Therefore, in order to increase the saturation magnetic flux density, increasing the Fe content as Fe-Ni based alloy, for example, Ni 56 Fe 44, but the saturation magnetic flux density is improved and 1.6 T, the magnetostriction constant is increased, thereby Noise and signal waveform distortion are likely to occur. On the other hand, as a magnetic pole material having a high saturation magnetic flux density and a small magnetostriction constant, an alloy composition in the vicinity of Co 70 Ni 20 Fe 10 is known. An invention in which such ternary alloy plating is applied to a thin film magnetic head is disclosed in US Pat. No. 4,661,216. However, since these alloy thin films generally have low specific resistance, in the high-frequency range, overcurrent increases, resulting in increased loss, causing heat generation, etc., and greatly reduces magnetic permeability. Is difficult.

【0004】高周波領域においても十分な特性を維持す
るために、この軟磁性薄膜の比抵抗を高める方法が提案
されている。たとえば、星野ら(第21回日本応用磁気学
会学術講演概要集(1997)、p.312)は、Ni−Fe合金
にPを3重量%を含有させたメッキ膜にて飽和磁束密度
1.35T、比抵抗80μΩcmを得ている。しかし、比抵抗を
さらに高めるためにさらにPの含有量を増すと、飽和磁
束密度が大幅に低下してくる。またHayakawaら(J.App
l.Phys.81(1997),No.8,p.3747)は、高周波活性スパッ
タ法にてFe−M−O(MはHf、Zr、希土類元素)
のアモルファス膜を冷却板上に成膜し、熱処理して微細
結晶とすることにより、保持力(Hc)が5エルステッ
ド以下、飽和磁束密度0.9T、比抵抗400μΩcm以上の、
高周波用に適した軟磁性膜の得られることを報告してい
る。しかし、このような微細結晶材は、熱処理によりき
わめて脆くなるため、磁気ヘッドへの適用を考えた場
合、成膜ままの状態で所要形状に加工して絶縁樹脂で固
め、その後熱処理する必要がある。ところがこの熱処理
温度は350℃以上必要であり、絶縁樹脂の耐熱温度約300
℃をはるかに超えてしまうので、適用困難である。
[0004] In order to maintain sufficient characteristics even in a high frequency region, a method of increasing the specific resistance of the soft magnetic thin film has been proposed. For example, Hoshino et al. (Summary of the 21st Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics (1997), p.312) reported that the saturation magnetic flux density of a plating film containing 3% by weight of P in a Ni-Fe alloy was
1.35T, 80μΩcm specific resistance. However, when the content of P is further increased to further increase the specific resistance, the saturation magnetic flux density is significantly reduced. Hayakawa et al. (J. App
l.Phys. 81 (1997), No.8, p.3747) is Fe-MO (M is Hf, Zr, rare earth element) by a high frequency active sputtering method.
By forming an amorphous film on a cooling plate and heat-treating the film into fine crystals, the coercive force (Hc) is 5 Oe or less, the saturation magnetic flux density is 0.9 T, and the specific resistance is 400 μΩcm or more.
It reports that a soft magnetic film suitable for high frequencies can be obtained. However, such a microcrystalline material becomes extremely brittle due to heat treatment, so when considering application to a magnetic head, it is necessary to process it into a required shape in an as-deposited state, solidify it with an insulating resin, and then perform heat treatment. . However, the heat treatment temperature must be 350 ° C or higher, and the heat-resistant temperature of the insulating resin is about 300 ° C.
It is difficult to apply because it will be much higher than ℃.

【0005】高周波用としては比抵抗を高めること以外
に、積層膜も検討されている。これは膜が面に平行な方
向に磁化される際、膜厚方向に電流が誘起されるので、
トランスの積層鉄心と同様、膜を積層して渦電流を抑止
するものである。この場合、強磁性体は薄膜化により磁
区が細分化され、高周波域における透磁率の向上ないし
は保持力の低下が得られる。なかでも、FeとFeNの
薄層を積層した膜は、高い飽和磁束密度とすぐれた高周
波特性を有することを、たとえばHoshiら(IEEE Trans.
Magn.,MAG-26(1990),p.2341)が報告している。しかし
Fe中のNは、室温ないしはそれ以上の温度で容易に拡
散し、200℃以上の温度では熱的に不安定となるので、
このような積層膜は耐熱性に難点がある。
[0005] In addition to increasing the specific resistance, laminated films have been studied for high frequency applications. This is because when the film is magnetized in a direction parallel to the plane, a current is induced in the film thickness direction,
Like the laminated iron core of the transformer, the eddy current is suppressed by laminating the films. In this case, the magnetic domain is subdivided by thinning the ferromagnetic material, so that the magnetic permeability in a high frequency range or the coercive force is reduced. In particular, it has been found that a film in which thin layers of Fe and FeN are stacked has high saturation magnetic flux density and excellent high-frequency characteristics, for example, Hoshi et al. (IEEE Trans.
Magn., MAG-26 (1990), p. 2341). However, N in Fe easily diffuses at room temperature or higher, and becomes thermally unstable at a temperature of 200 ° C. or higher.
Such a laminated film has difficulty in heat resistance.

【0006】以上のように、軟磁性薄膜材料として、高
い飽和磁束密度を有し、熱安定性にすぐれ、そして高周
波領域で高い透磁率を示し、しかも損失の小さい薄膜
は、十分なものが得られていない。
As described above, as a soft magnetic thin film material, a sufficient thin film having a high saturation magnetic flux density, excellent thermal stability, high magnetic permeability in a high frequency range, and low loss can be obtained. Not been.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、飽和
磁束密度が高く、高周波領域で高い透磁率を有し、かつ
すぐれた耐熱性を有する軟磁性薄膜と、それを用いた薄
膜磁気ヘッドの提供にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a soft magnetic thin film having a high saturation magnetic flux density, a high magnetic permeability in a high frequency range, and excellent heat resistance, and a thin film magnetic head using the same. In the offer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】磁気媒体に対する高密度
の磁気信号の書き込みや、オーバーライト性のすぐれた
磁気ヘッドに、飽和磁束密度が高く、高周波領域で低い
損失と高い透磁率とを有する高周波特性にすぐれた軟磁
性材料は不可欠である。この高周波領域の損失を低くす
るためには、渦電流の発生をできるだけ小さくする必要
がある。それには電気抵抗をできるだけ高くすることが
好ましいが、強磁性薄膜材料にてこの電気抵抗を増す方
法として、前述のように酸化物やPなどを添加し、その
量を増していくと、飽和磁束密度が大きく低下してく
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A high-frequency magnetic head having a high saturation magnetic flux density, a low loss and a high magnetic permeability in a high-frequency region, is used for writing a high-density magnetic signal to a magnetic medium or for a magnetic head having excellent overwrite properties. A soft magnetic material having excellent characteristics is indispensable. In order to reduce the loss in the high frequency region, it is necessary to minimize the generation of eddy current. For this purpose, it is preferable to increase the electric resistance as much as possible. However, as a method of increasing the electric resistance by using a ferromagnetic thin film material, as described above, if the amount of oxide or P is added and the amount is increased, the saturation magnetic flux is increased. The density is greatly reduced.

【0009】また、高周波領域で高い透磁率、あるいは
低い保持力を得るためには、磁区をできるだけ小さくす
ることが好ましい。この目的に対し、積層膜を用いる方
法がある。この積層膜は、一工程で所要厚さの膜が得ら
れないという難点はあるが、強磁性体への電気抵抗を増
すだけのための、他元素の添加を回避でき、飽和磁束密
度をより高くできる可能性がある。
In order to obtain a high magnetic permeability or a low coercive force in a high frequency region, it is preferable to make the magnetic domains as small as possible. For this purpose, there is a method using a laminated film. This laminated film has the drawback that a film of a required thickness cannot be obtained in one step, but the addition of other elements can be avoided only to increase the electric resistance to the ferromagnetic material, and the saturation magnetic flux density can be increased. May be higher.

【0010】鉄の窒化物の薄膜は、純鉄よりも飽和磁束
密度の高いものが得られることが知られている。ただし
膜厚が増すとこの特性は失われるので、実用的には、F
eの層とこのFe−N合金の層とを複数枚積層した膜が
検討されている。積層することにより、高い飽和磁束密
度と、高周波での特性がすぐれた強磁性薄膜が得られる
とされており、さらに渦電流も抑止されるので、損失も
低減できる。
It is known that an iron nitride thin film having a higher saturation magnetic flux density than pure iron can be obtained. However, since this characteristic is lost when the film thickness increases, practically, F
A film in which a plurality of layers of the layer e and the Fe—N alloy are stacked is being studied. It is said that by laminating, a ferromagnetic thin film having high saturation magnetic flux density and excellent characteristics at high frequencies can be obtained. Further, eddy current is suppressed, so that loss can be reduced.

【0011】このような観点から、Fe、CoおよびN
iの中の1種以上からなる強磁性金属膜の層と、これら
の強磁性金属に窒素を10%前後含有させた膜の層とを交
互に積層した積層膜について、種々調査をおこなうこと
にした。積層膜は主としてスパッタ法にて形成させた結
果、成膜したままで高い飽和磁束密度、高い透磁率、そ
して低い保磁力のものを得ることができた。ところが磁
気ヘッドに加工する際、絶縁樹脂の施工のため320℃ま
で加熱しなければならないが、その加熱によって、磁気
特性、とくに高周波における透磁率が大幅に低下するこ
とがわかった。
From these viewpoints, Fe, Co and N
Various investigations will be made on a laminated film in which layers of a ferromagnetic metal film composed of at least one of i and layers of a film containing about 10% of nitrogen in these ferromagnetic metals are alternately laminated. did. As a result of forming the laminated film mainly by a sputtering method, a film having a high saturation magnetic flux density, a high magnetic permeability, and a low coercive force could be obtained as it was. However, when processing into a magnetic head, it was necessary to heat it to 320 ° C. to apply the insulating resin, and it was found that the magnetic properties, particularly the magnetic permeability at high frequencies, were greatly reduced by the heating.

【0012】そこで、この特性劣化の原因と、その対策
についてさらに種々検討をおこなった。一般に、強磁性
金属の薄膜をスパッタ法にて成膜した場合、300℃程度
の低い加熱では、磁気特性はほとんど変化せず、多少透
磁率が向上し、Hcが低下する程度である。これに対
し、この程度の温度での加熱により透磁率が大きく低下
するのは、成膜ままの状態においてアモルファスないし
はそれに近い微細結晶の膜が形成されており、これが加
熱により変化するためではないかと推定された。窒素含
有層から窒素が拡散して積層構造が解消された場合も、
高周波での透磁率の低下や損失の増大をきたすであろう
が、300℃程度の加熱ではそれほど速やかには窒素の拡
散は生じない。
Therefore, various investigations were further conducted on the cause of the characteristic deterioration and the countermeasure. In general, when a thin film of a ferromagnetic metal is formed by a sputtering method, the magnetic properties hardly change at a low heating of about 300 ° C., and the magnetic permeability is slightly improved and Hc is reduced. On the other hand, the reason why the magnetic permeability is greatly reduced by heating at such a temperature is that an amorphous or near-fine crystal film is formed as it is, and this may be changed by heating. Estimated. Even when nitrogen diffuses from the nitrogen-containing layer and the laminated structure is dissolved,
Although the magnetic permeability will decrease and the loss will increase at high frequencies, nitrogen diffusion will not occur so quickly with heating at about 300 ° C.

【0013】しかし、アモルフアスや微細結晶では、隣
接する層への拡散による窒素濃度の低下は、わずかでも
その不安定性をさらに促進すると考えられた。そこでこ
の窒素拡散を抑止するため、窒素含有層と隣接する窒素
を含まない層との界面に窒素拡散を抑止する層の導入を
検討した。その結果、Feよりも窒化物生成の標準自由
エネルギー変化の大きい元素の層が好ましいことが明ら
かになったのである。すなわち、Al、Si、Ti、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等の窒化物形成
元素を窒素含有層と窒素を含まない層の界面に導入する
ことにより、積層膜の磁気特性、ことに透磁率の低下が
抑止できる。これは、これら元素の窒素との親和力が大
きいためその薄層の、窒素含有層との接触面に安定な窒
化物が形成され、それ以上の窒素の逸散または拡散が抑
止されたものと思われた。加熱温度がより高くなると、
これら元素の窒化物形成がさらに進行し、窒素含有層の
窒素が過剰に吸収されるおそれがある。しかし、400℃
以下の加熱では、界面の窒化物はほとんど観察されない
が、窒素の拡散抑止に効果的であり、熱処理による磁気
特性劣化を抑止できたのである。
However, it has been considered that in the case of amorphous or fine crystals, a slight decrease in the nitrogen concentration due to diffusion into an adjacent layer further promotes the instability. Therefore, in order to suppress the nitrogen diffusion, the introduction of a layer for suppressing the nitrogen diffusion at the interface between the nitrogen-containing layer and the adjacent layer containing no nitrogen was examined. As a result, it became clear that a layer of an element having a larger standard free energy change in nitride formation than Fe was preferable. That is, Al, Si, Ti, C
By introducing a nitride-forming element such as r, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, etc. into the interface between the nitrogen-containing layer and the nitrogen-free layer, the magnetic properties of the laminated film, particularly the magnetic permeability, are reduced. Can be suppressed. This is because these elements have a large affinity for nitrogen, and a stable nitride was formed on the thin layer in contact with the nitrogen-containing layer, and further escape or diffusion of nitrogen was suppressed. Was done. When the heating temperature is higher,
The formation of nitrides of these elements may further progress, and nitrogen in the nitrogen-containing layer may be excessively absorbed. But 400 ° C
In the following heating, nitrides at the interface were hardly observed, but were effective in suppressing the diffusion of nitrogen, and were able to suppress the deterioration of the magnetic properties due to the heat treatment.

【0014】また、窒素含有層と窒化物生成元素層との
境界面に形成された窒化物は、電気抵抗値のきわめて大
きい絶縁体であり、それによって両層間の導通が阻害さ
れ渦電流が抑止される。これも、高周波域での透磁率向
上や損失低減に効果があると考えられた。
Further, the nitride formed at the interface between the nitrogen-containing layer and the nitride-forming element layer is an insulator having an extremely high electric resistance value, whereby conduction between the two layers is inhibited and eddy current is suppressed. Is done. This was also considered to be effective in improving magnetic permeability and reducing loss in a high frequency range.

【0015】このような知見に基づき、さらに各組成や
その構成の限界を明らかにして本発明を完成させた。本
発明の要旨は次のとおりである。 (1)Fe、Co、Niの1種以上からなる強磁性体薄層
と、Fe、Co、Niの1種以上にNを含む合金からな
る強磁性体薄層とを交互に積層した軟磁性薄膜であっ
て、これら両強磁性体薄層の間にAl、Si、Ti、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、またはそれら
の元素の窒化物が非磁性層として存在することを特徴と
する軟磁性積層膜。 (2)上記(1)の軟磁性積層膜が、書き込み磁極部または素
子シールド部に使用されていることを特徴とする薄膜磁
気ヘッド。
Based on these findings, the present invention was completed by further elucidating the limits of each composition and the constitution thereof. The gist of the present invention is as follows. (1) Soft magnetism in which ferromagnetic thin layers composed of at least one of Fe, Co, and Ni and ferromagnetic thin layers composed of an alloy containing N in at least one of Fe, Co, and Ni are alternately laminated. A thin film comprising Al, Si, Ti, C
A soft magnetic laminated film comprising r, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, or a nitride of any of these elements as a nonmagnetic layer. (2) A thin-film magnetic head characterized in that the soft magnetic laminated film of (1) is used for a write pole portion or an element shield portion.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の軟磁性膜は、図1に模式
的に示すようにFe、CoおよびNiの中の一種以上か
らなる第一の強磁性体層2と、このFe、CoおよびN
iの中の一種以上の他にNを含む第二の強磁性体層3と
が交互に積層され、これら強磁性体の層と層との境界
に、Al、Si、Ti、Cr、Zr、Nb、Mo、H
f、Ta、W、またはそれら元素の窒化物からなる窒素
拡散防止層1が存在している積層膜である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown schematically in FIG. 1, a soft magnetic film of the present invention comprises a first ferromagnetic layer 2 comprising at least one of Fe, Co and Ni, And N
i, the second ferromagnetic layers 3 containing N in addition to one or more of the layers i are alternately stacked, and Al, Si, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, H
This is a laminated film in which a nitrogen diffusion preventing layer 1 made of f, Ta, W, or a nitride of these elements is present.

【0017】第一の強磁性体層、または第二の強磁性体
層の各層の厚さは、それぞれ5〜20nmの範囲にあること
が好ましい。これは5nm以下になると、飽和磁束密度が
低下してくるからである。また、20nmを越える厚さにな
ると、透磁率低下や保持力の増大など高周波域での特性
が劣化してくる。
The thickness of each of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is preferably in the range of 5 to 20 nm. This is because the saturation magnetic flux density decreases when the thickness is 5 nm or less. On the other hand, when the thickness exceeds 20 nm, characteristics in a high frequency range such as a decrease in magnetic permeability and an increase in coercive force deteriorate.

【0018】第一の強磁性体層2と第二の強磁性体3層
との間の拡散防止層1の厚さは、1〜3nmとするのが望ま
しい。拡散防止層は、加熱された際に第二の強磁性体層
中の窒素が第一の強磁性体層へ拡散して、窒素含有の効
果が低減あるいは消失することを防止する。厚さが1nm
未満では、第二の強磁性体層からの窒素の拡散を抑止す
る効果が不十分であり、3nmを越えると積層膜としての
磁束密度が不十分になるので、1〜3nmとするのがよい。
The thickness of the diffusion preventing layer 1 between the first ferromagnetic layer 2 and the second ferromagnetic layer 3 is desirably 1 to 3 nm. The diffusion prevention layer prevents the nitrogen in the second ferromagnetic layer from diffusing into the first ferromagnetic layer when heated, thereby preventing the effect of nitrogen from being reduced or eliminated. 1nm thick
If it is less than 3, the effect of suppressing the diffusion of nitrogen from the second ferromagnetic layer is insufficient, and if it exceeds 3 nm, the magnetic flux density as a laminated film becomes insufficient, so it is better to be 1 to 3 nm. .

【0019】このように第一の強磁性体層2、拡散防止
層1、窒素を含む第二の強磁性体層3、拡散防止層1と
いうという積層成膜を繰り返して、軟磁性膜を作製す
る。この積層の繰り返し数は、目的とする磁気特性を得
るためには少なくとも5以上とするのが望ましく、積層
膜の厚さとしては、300〜5000nm程度のものに適用でき
る。
As described above, the soft ferromagnetic film is formed by repeating the stacking of the first ferromagnetic layer 2, the diffusion preventing layer 1, the second ferromagnetic layer 3 containing nitrogen, and the diffusion preventing layer 1. I do. The number of repetitions of this lamination is desirably at least 5 or more in order to obtain the desired magnetic properties, and the thickness of the laminated film can be applied to those having a thickness of about 300 to 5000 nm.

【0020】第一の強磁性体層の組成は、Fe、Coお
よびNiの中の一種以上からなるものとする。これらの
元素とすることにより高い飽和磁束密度と高透磁率が得
られる。これら各元素はそれぞれ単独でもよいが2種以
上の合金としてもよく、高透磁率強磁性合金として通常
用いられる組成とすれば、より一層好ましい。たとえ
ば、Co−Fe合金とするなら、Feが10〜15原子%の
範囲にすれば、磁気的特性のよりすぐれたものとなる。
またFe−Ni−Co系の合金とするなら、Feが10〜
15原子%、Niが10〜20原子%、残部Coの合金組成と
するのが特性上好ましい。
The composition of the first ferromagnetic layer is made of at least one of Fe, Co and Ni. By using these elements, a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability can be obtained. Each of these elements may be used alone, or two or more alloys may be used. It is more preferable to use a composition generally used as a high-permeability ferromagnetic alloy. For example, in the case of a Co-Fe alloy, if Fe is in the range of 10 to 15 atomic%, the magnetic properties will be more excellent.
If the alloy is a Fe-Ni-Co alloy, the Fe content is 10 to
It is preferable in terms of characteristics that the alloy composition is 15 atomic%, Ni is 10 to 20 atomic%, and the balance is Co.

【0021】第二の強磁性体層の組成は、Fe、Coお
よびNiの中の一種以上からなるものに、窒素を2〜15
重量%含有するものとする。窒素を含有させるのは、窒
素を含有しない層と積層することにより、高い飽和磁束
密度が得られ、高周波域での透磁率の低減を抑止できる
からである。この場合、窒素含有量が2重量%未満では
これらの効果は得られず、15重量%以上含有させてもそ
の効果は飽和してしまう。第一の強磁性体の組成と、第
二の強磁性体の窒素を除く組成とは、同じであっても異
なるものであってもよい。しかし、できればこれら二つ
の強磁性体層の組成は同じものとするのが好ましい。
The composition of the second ferromagnetic layer is as follows. Nitrogen is added to at least one of Fe, Co and Ni.
% By weight. Nitrogen is included because a high saturation magnetic flux density can be obtained by stacking with a layer containing no nitrogen, and a decrease in magnetic permeability in a high frequency range can be suppressed. In this case, if the nitrogen content is less than 2% by weight, these effects cannot be obtained, and even if the nitrogen content is 15% by weight or more, the effect is saturated. The composition of the first ferromagnetic material and the composition of the second ferromagnetic material excluding nitrogen may be the same or different. However, it is preferred that these two ferromagnetic layers have the same composition if possible.

【0022】積層膜は、スパッタ法にて成膜するのが好
ましく、強磁性体層の場合はこのような強磁性体組成の
元素または合金素材をターゲットとする。窒素を含有す
る強磁性体層は、この強磁性体組成の合金素材をターゲ
ットとして窒素雰囲気中でのスパッタ法にて成膜する。
スパッタをおこなう雰囲気中の窒素濃度を変えることに
より、膜中の窒素量を制御する。
The laminated film is preferably formed by a sputtering method. In the case of a ferromagnetic layer, an element or alloy material having such a ferromagnetic composition is targeted. The nitrogen-containing ferromagnetic layer is formed by sputtering in a nitrogen atmosphere using the alloy material having the ferromagnetic composition as a target.
The amount of nitrogen in the film is controlled by changing the nitrogen concentration in the atmosphere in which the sputtering is performed.

【0023】第一の強磁性体層と第二の強磁性体層との
間には、Al、Si、Ti、Cr、Zr、Nb、Mo、
Hf、Ta、W、またはそれら元素の窒化物からなる窒
素拡散防止層を存在させる。この層も2つの強磁性体層
と同様スパッタ法にて成膜するとよい。この層は、上記
元素の一種であっても、二種以上混合した合金でもよ
く、金属でも、窒化物でも、金属と窒化物とが混合した
ものであってもよい。金属の場合、窒素を含む強磁性体
層との接触面に窒化物膜が形成され、窒素のそれ以上の
拡散を防止する。窒化物にすれば、窒素を含む強磁性体
層、からの窒素吸収は抑止できる。金属を成膜する場合
は、スパッタの雰囲気をアルゴンなどの不活性ガスか真
空とし、窒化物にする場合は、雰囲気に窒素を含ませれ
ばよい。
Between the first and second ferromagnetic layers, Al, Si, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo,
A nitrogen diffusion preventing layer made of Hf, Ta, W, or a nitride of these elements is present. This layer may be formed by a sputtering method similarly to the two ferromagnetic layers. This layer may be one of the above elements, an alloy of two or more of the above elements, a metal, a nitride, or a mixture of a metal and a nitride. In the case of metal, a nitride film is formed on the contact surface with the ferromagnetic layer containing nitrogen to prevent further diffusion of nitrogen. If nitride is used, nitrogen absorption from the ferromagnetic layer containing nitrogen can be suppressed. When forming a metal film, the atmosphere of the sputtering may be an inert gas such as argon or vacuum, and when forming a nitride, the atmosphere may contain nitrogen.

【0024】このようにして得られる軟磁性積層膜を磁
気ヘッドに適用する場合は、基板上に成膜した後、ミリ
ング等のプロセスにより磁極の形状とするか、あるいは
フォトリソグラフィー技術により、必要とする形状に成
膜すればよい。
When the soft magnetic laminated film obtained as described above is applied to a magnetic head, it is necessary to form the magnetic pole by a process such as milling after forming the film on a substrate, or to use a photolithographic technique to form the magnetic pole. What is necessary is just to form a film in the shape which does.

【0025】[0025]

【実施例】成膜装置として、高周波マグネトロンスパッ
タ装置を用い、2インチ角のガラス基板上に軟磁性積層
膜を作製した。成膜前の到達真空度は10-5Torr以下と
し、スパッタ時のガス圧は5×10-3Torrで、スパッタ電
力は1kWである。強磁性体層を成膜する際のターゲッ
トとしては、Fe、Co30Fe70、またはCo90Fe10
とし、雰囲気はアルゴンとした。窒素含有強磁性体層
は、同じターゲットにて、雰囲気中の窒素分圧を8vol%
にした。これによって層中に約10重量%の窒素を含有さ
せることができた。また、窒素拡散防止層として、A
l、Si、Ti、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、T
a、W、をアルゴン雰囲気として同様にスパッタして成
膜した。この強磁性体層/窒素拡散防止層/窒素含有強
磁性体層/窒素拡散防止層からなる組み合わせを、本発
明の実施例では20回繰り返して積層膜とした。また、F
e中にZrNの微細析出物を分散させた単膜、および窒
素拡散防止層のない積層膜を比較例として作製した。
EXAMPLE A high-frequency magnetron sputtering apparatus was used as a film forming apparatus, and a soft magnetic laminated film was formed on a 2-inch square glass substrate. The ultimate vacuum before film formation is 10 −5 Torr or less, the gas pressure during sputtering is 5 × 10 −3 Torr, and the sputtering power is 1 kW. The target for forming the ferromagnetic layer is Fe, Co 30 Fe 70 , or Co 90 Fe 10
And the atmosphere was argon. Nitrogen-containing ferromagnetic layer, the same target, nitrogen partial pressure in the atmosphere 8vol%
I made it. This allowed the layer to contain about 10% by weight of nitrogen. Further, as a nitrogen diffusion preventing layer, A
1, Si, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, T
In the same manner, a and W were formed in an argon atmosphere by sputtering. The combination of the ferromagnetic layer / nitrogen diffusion preventing layer / nitrogen-containing ferromagnetic layer / nitrogen diffusion preventing layer was repeated 20 times in the example of the present invention to form a laminated film. Also, F
As a comparative example, a single film in which a fine precipitate of ZrN was dispersed in e and a laminated film without a nitrogen diffusion preventing layer were prepared.

【0026】得られた積層膜は、さらに、膜面平行に50
エルステッドの磁場を印加して320℃、3時間の真空中熱
処理をおこない、熱処理前後の磁気特性を調査した。磁
気特性は、振動型磁気測定器(VSM)により飽和磁束
密度を測定し、パラレルライン方式の透磁率計にてHc
および高周波域(500MHz)の透磁率を測定した。表1に
軟磁性体積層膜の構成、およびその熱処理前後の磁気特
性の測定結果を示す。320℃の熱処理によって透磁率は
いずれも大きく低下するが、窒素拡散防止層のある本発
明例の試験番号2〜17の結果は、窒素拡散防止層が存在
しない試験番号1の結果に比較して、その低下の程度が
はるかに小さく、その得られた特性値から、高周波特性
のすぐれた軟磁性体膜であることがわかる。
The obtained laminated film is further subjected to 50
Heat treatment was performed in a vacuum at 320 ° C. for 3 hours by applying an Oersted magnetic field, and the magnetic properties before and after the heat treatment were investigated. The magnetic properties were measured by measuring the saturation magnetic flux density with a vibrating magnetometer (VSM) and measuring the Hc with a parallel line permeability meter.
And the magnetic permeability in the high frequency range (500 MHz) was measured. Table 1 shows the configuration of the soft magnetic layered film and the measurement results of the magnetic properties before and after the heat treatment. Although the magnetic permeability is greatly reduced by the heat treatment at 320 ° C., the results of Test Nos. 2 to 17 of the present invention example having a nitrogen diffusion preventing layer are compared with the results of Test No. 1 having no nitrogen diffusion preventing layer. The degree of the decrease is much smaller, and the obtained characteristic values indicate that the film is a soft magnetic film having excellent high frequency characteristics.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の軟磁性薄膜は、飽和磁束密度が
高く、高周波領域で高い透磁率を有し、かつすぐれた耐
熱性を有している。これを書き込み用磁極やシールドに
用いた薄膜磁気ヘッドは、磁気ヘッド作製過程における
加熱による磁性膜の磁気特性劣化が無く、すぐれた性能
を有する。
The soft magnetic thin film of the present invention has a high saturation magnetic flux density, has a high magnetic permeability in a high frequency range, and has excellent heat resistance. A thin-film magnetic head using this as a write magnetic pole or a shield has excellent performance without deteriorating the magnetic properties of the magnetic film due to heating in the process of manufacturing the magnetic head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の軟磁性積層体を説明するため、その構
造の一部を模式的に示した図である。
FIG. 1 is a view schematically showing a part of the structure of a soft magnetic laminate according to the present invention for describing the soft magnetic laminate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 窒素拡散防止層、 2 第一の強磁性体層、3
第二の強磁性体層
1 nitrogen diffusion preventing layer, 2 first ferromagnetic layer, 3
Second ferromagnetic layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Fe、Co、Niの1種以上からなる強磁
性体層と、Fe、Co、Niの1種以上にNを含む合金
からなる強磁性体層とを交互に積層した軟磁性薄膜であ
って、これら両強磁性体層の間にAl、Si、Ti、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、およびこれら
の元素の窒化物の中から選んだ1種以上が非磁性体層と
して存在することを特徴とする軟磁性積層膜。
A soft magnetic layer comprising a ferromagnetic layer composed of at least one of Fe, Co, and Ni and a ferromagnetic layer composed of an alloy containing N in at least one of Fe, Co, and Ni. Al, Si, Ti, C between these two ferromagnetic layers
A soft magnetic laminated film characterized in that at least one selected from the group consisting of r, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, and nitrides of these elements is present as a nonmagnetic layer.
【請求項2】請求項1に記載の軟磁性積層膜が、書き込
み磁極部または素子シールド部に使用されていることを
特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. A thin-film magnetic head, wherein the soft magnetic laminated film according to claim 1 is used for a write pole portion or an element shield portion.
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