JP2005268571A

JP2005268571A - 磁性膜およびその製造方法、薄膜磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2005268571A
Application number: JP2004079747A
Authority: JP
Inventors: Gen Oikawa; 玄及川; Kazue Kudo; 一恵工藤; Yoji Maruyama; 洋治丸山; Hiromi Shiina; 宏実椎名
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Also published as: US7485378B2; US20050208340A1

Abstract

【課題】高周波領域においても強磁界を発生することができる磁性膜およびその製造方法、高周波領域においても記録ができる薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【解決手段】主となる磁性膜は最小Hk0.32Oe(25.6A/m)となる膜厚200nmの88FeNiを使用し、層間材料として、同じFeNi系めっき膜で低Hkかつ低Hcを有する20wt%FeNi膜を選定した。主磁性膜が合計2μｍとなる様（88FeNi/20FeNi）×10層からなる積層膜を作製した。88FeNiめっき浴においてDC電流で88FeNi膜を作製し、同一浴で続けてパルスめっきを行い20FeNi膜を作製した。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁性膜およびその製造方法と、この磁性膜を使用した薄膜磁気ヘッドに関する。特に、強磁界を発生可能な磁性膜の構造とその製造方法に関する。

情報記憶装置としての磁気ディスク装置は、デ−タ転送速度の高速化と高記録密度化が要求されている。記録媒体としての磁気ディスクには高保磁力特性を有する磁気ディスクが使用され、これに伴い薄膜磁気ヘッドとしては、高速データ転送化に対応して記録周波数の高周波数化が望まれている。記録周波数の高周波数化のために、コイル電流の記録磁界変換効率を最大限に向上すべく、磁極部においてヒステリシス損失を低減する必要から困難軸方向の保磁力（以下Hcとする）或いは異方性磁界（以下Hkとする）が低い特性を有する材料を使用することが望まれている。更に渦電流損失を低減する必要から比抵抗（以下ρとする）が高い材料を使用することが望まれている。

また、飽和磁束密度（以下Bsとする）の高い材料を使用することにより、高保磁力媒体への記録特性の向上を図り、高記録密度化を実現してきた。特許文献１には飽和磁束密度Bsを２．０Ｔ以上にできる磁性材料としてCoFeNi系合金が、特許文献２には飽和磁束密度Bsを１．９Ｔ以上にできる磁性材料としてNiFe系合金が開示されている。

特開２００２−２１７０２９号公報

特開２００２−２０８５１４号公報

ヒステリシス損失と渦電流損失により薄膜磁気ヘッドの記録動作即ち記録磁界発生時において、磁極部が発熱してしまう。この発熱により磁極部が熱膨張して記録媒体間距離が変動する、更には衝突といったサ−マルプロトリュ−ジョン問題を持っている。この問題は薄膜磁気ヘッドの低浮上量化を妨げる要因であり、磁気ディスク装置の高速化及び高記録密度化を妨げる致命的な課題となっている。また、高Bs化による磁界出力増加に伴い、デ−タを記録した際に記録トラックの隣接トラックを消去してしまうといったサイドイレ−ズ問題が発生する。

従来は磁極部として、ギャップ近傍の磁極端部には高Bs（2.0〜2.4T）を有するCoNiFe系合金めっき（Hc10〜25Oe(Hc800〜2000A/m)、Hk15〜25Oe(1200〜2000A/m)、ρ15〜20μΩcm）を使用してきた。一方、磁気コア部には低Hc（1.0〜1.5Oe(80〜120A/m)）かつ高ρ（40〜50μΩcm）を有する52〜58wt%FeNi系合金めっき（Hk5〜10Oe(400〜800A/m)、Bs1.65〜1.75T）を使用してきた。

更に近年において低Hc（0.5〜1.5Oe(40〜120A/m)）かつ低Hk（0.5〜1.5Oe(40〜120A/m)）かつ高Bs（2.1〜2.3T）を有する84〜92wt%FeNi系合金めっきの量産開発に成功し、高記録周波数特性向上を実現するに至った。これはめっき浴pH 1.5〜2.3と酸性側で制御することで、Fe≧60wt%においてめっき面荒れによる白濁及び黒濁の発生を抑制し光沢膜形成を可能とした。この材料を使用した薄膜磁気ヘッドの周波数特性は、評価指標としているL=0.006μHにおいて52〜58wt%FeNiがf=500〜600MHzに対し、84〜92wt%FeNiはf=700〜800 MHzと上昇し、更に熱処理を行うとf=900〜1000 MHzにも向上することが分かった。即ち高周波数に対し記録磁界が減少せず、必要な磁界出力が得られるということである。また、記録動作における突出量即ち熱膨張量が2〜5nm低減し、サ−マルプロトリュ−ジョン問題が改善することも確認出来た。サイドイレ−ズ対策としては記録ギャップ近傍の下部磁極を掘り込み、漏洩磁界を低減する構造を採用している。

磁気ディスク装置の更なる高速化と高記録密度化のためには、薄膜磁気ヘッドの磁極部として高記録周波数帯域におけるヒステリシス損失と渦電流損失をより一層低減し、尚且つ高磁界特性を有する材料を採用しなければならない。材料特性としては低Hc、低Hk、高ρ、高Bsが要求される。

この問題を解決すべく近年Fe84〜92wt%組成領域で光沢かつ均一なFeNi系合金めっき膜の開発を行った。この材料を基に、上部磁気コアに低Hc0.8Oe(64A/m)かつ低Hk1.0Oe(80A/m)（Bs2.2T,ρ35μΩcm）を有する88Fe12Niめっき膜を採用し、上部及び下部磁極端に高Bs2.3T（Hc1.2Oe(96A/m),Hk1.4Oe(112A/m),ρ30μΩcm）を有する88Fe9Ni3Coめっき膜を採用し、下部磁気コアに高ρ40μΩcm（Hc1.4Oe(112A/m),
Hk2.0Oe(160A/m),Bs2.0T）を有する88Fe11Ni1Crめっき膜を採用することが出来た。しかしながら、従来の記録周波数f〜800MHzに対して高周波数化f〜2000MHzが要求される面内記録型、更には垂直記録型ヘッドにおいては記録特性を十分満足することは出来ない。

上記の各組成とその磁気特性から分かる様に、最小Hc及びHkとなる88Fe12Ni膜に対してCoを添加することにより高Bs化となるが、Hc及びHkが増加し、ρ低下となってしまう。またCrを添加することにより高ρとなるが、Hc及びHkが増加し、Bs低下となってしまう。これは磁気特性が材料組成の結晶構造に依存するところが多く、CoNiFe系合金めっきに関してはBs≧1.8Tを有する組成領域において結晶構造はbcc構造となる確率が高く、bcc構造によるHc低減は不可能である。これまで組成変調とめっき析出条件によるfcc構造開発を試みたが、面荒れによる白濁或いは黒濁現象が発生してしまい結晶構造を確認出来ず開発を断念するばかりであった。低Hc、低Hk、高ρ、高Bsを全て有することは結晶構造即ち材料組成から相反することと考えられる。従来、磁極部となる上部及び下部磁気コア、上部及び下部磁極端において適材適所、有効な磁気特性なる材料を採用してきた。

一方、サイドイレ−ズ対策として書き込みポ−ル（上部磁極端）の狭小化及び高精度化が要求され、これまでレジストフレ−ム形成となるフォトリソ技術開発にしのぎを削ってきた。更に漏洩磁界を低減する構造が必要となり、記録ギャップ近傍の下部磁極端をイオンミリング法で掘込み、ポ−ル幅（磁極端幅）寸法を調整するといったトリミング技術を開発してきた。しかしこの掘込みミリング時の再付着膜を除去して寸法調整をすることは、寸法精度と形状を劣化させている。かかる困難を克服した薄膜磁気ヘッド及びその製造方法は、これまで提供されていなかった。

本発明の目的は、かかる従来の困難に鑑みて、高周波領域においても強磁界を発生することができる磁性膜とその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高周波領域においても記録ができる薄膜磁気ヘッドを提供することにある。

上記課題を解決する為の手段として本発明では、従来の材料組成による磁気特性向上から、膜構成改良による磁極特性向上を行うことにより、高性能磁性膜および高性能薄膜記録ヘッドを実現した。薄膜磁気ヘッドの記録動作とは、コイル電流からの誘導磁界を記録媒体に伝達することであり、磁極内部においてこの誘導磁界を膜面方向のみで制御出来る事が望ましく、膜厚方向は磁界伝導を阻害する成分となる。

しかるに磁極および磁気コアを構成する磁性膜の結晶粒径の微細化が一つの手法であり、磁界伝導性が高い指標としてHk及びHcが小さいことである。84〜92wt%FeNi膜の低Hc,低Hk効果は組成のみならず結晶粒径に起因していることも確認された。本発明は、更にこの磁性膜を薄膜にすることで結晶粒径の肥大化を防止して均一化を図り、Hkの膜面方向の制御を容易にすることが可能となり、層間材料に記録磁界を阻害しない材料及びその膜厚を選定して、磁性膜が少なくとも４層以上の多層に積層する構造をとる。

記録媒体に対して必要な磁界強度から薄膜磁気ヘッド構造仕様を設計し、この多層膜の膜厚即ち積層数を適正化することになる。下記に示す各磁極部の膜構成が有効である。

上部磁気コアにおいて、低Hkを有する組成領域のFeNi系めっき薄膜を主磁性膜として、層間膜に低Hcを有する主磁性膜とは異なる組成領域のFeNi系めっき薄膜を使用することで、低Hk,低Hc多層膜が得られた。この組成では同一めっき浴から、めっき電流変調により積層膜が形成可能であり、量産プロセスとして優れている。

上部磁極において、高Bsを有するFeCo系或いはFeCoNi系めっき薄膜を主磁性膜として、層間膜に低Hcを有する組成領域のFeCoNi系或いはFeNi系めっき薄膜を使用することで、低Hｃ,高ρ多層膜が得られた。

下部磁極において、高Bsを有するFeCo系或いはFeCoNi系めっき薄膜を主磁性膜として、層間膜に非磁性材料NiP、Cr、Pd、Rh、Ru、Re、Mo、Ir或いはこれらの金属を主体とする合金膜の薄膜を使用することで、高Bs,高ρ多層膜が得られた。この非磁性膜は膜厚増加の場合、ギャップ効果が発生して著しく記録能力を劣化させる為、膜厚の厳しい管理が要求される。

また記録磁界を効率良くかつ媒体の定められた記録トラックへ高精度に伝達する目的で、上部磁極或いは下部磁極において、記録ギャップ近傍のBsを最も高く、ギャップから遠ざかるに従い低Bsとなる様、Bs勾配を有する構造を作製した。

下部磁気コアにおいて、低Hkを有する組成領域のFeNi系めっき薄膜を主磁性膜として、層間膜に非磁性材料NiP、Cr、Pd、Rh、Ru、Re、Mo、Ir或いはこれらの金属を主体とする合金膜の薄膜を使用することで、低Hk,高ρ多層膜が得られた。

これらの磁極部を搭載した薄膜磁気ヘッドを製作し、高記録周波数帯域において記録能力を劣化させることなく十分使用可能であることを確認した。

本発明によれば、高周波領域において、強磁界を発生可能な磁性膜およびその製造方法を提供することができる。

また、高周波数領域おいて、記録が可能な薄膜磁気ヘッドを提供することができる。

図７に本発明の一実施例による磁性膜を磁極として用いた本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッド１の構成を示す。記録ヘッドは下部磁気コア１３と、下部磁気コア１３の先端部（ABS側）と後部ギャップ部に位置する下部磁極１２と、先端部において磁気ギャップ膜１７を介して下部磁極１２と対向し、後部ギャップ部において下部磁極１２に接続される上部磁極１１と、先端部と後部ギャップ部の上部磁極１１を連結する上部磁気コア１０と、下部磁気コア１３と上部磁気コア１０との間に絶縁体１８に覆われて位置する導体コイル１９とを有する。再生ヘッドは記録ヘッドに隣接して設けられ、下部磁気シールド１６と、上部磁気シールド１４と、ギャップ材を介して下部磁気シールド１６と上部磁気シールド１４の間に位置する磁気抵抗センサ（GMRセンサ）１５とを有する。再生ヘッドの上部に記録ヘッドが積層されて薄膜磁気ヘッド１が構成される。ただし、記録ヘッドあるいは再生ヘッドのみの場合でも、薄膜磁気ヘッドと呼ばれる。

上記薄膜磁気ヘッド１の記録ヘッドの各磁気コアおよび磁極を構成する磁性膜の製造方法について以下に説明する。基板は５インチ径セラミック基板を使用し、めっき導通下地膜としてスパッタリング法により積層膜Au/Cr=12/7nmを形成した。めっき浴温30±1°C、浴組成はFe2+5〜15g/l，Ni2+2〜10g/l、サッカリンナトリウム1.5±0.5g/l、ほう酸25±5g/l、塩化ナトリウム25±5g/l、貯槽でのめっき浴容量250ｌ（N₂攪拌パ−ジ有り）を使用した。ここで、めっき浴中におけるFeイオン濃度とNiイオン濃度の比がNiイオン/Feイオン≧0.4であることが望ましい。

めっき電源は定電流電源を使用し、パソコンを用いて時間と電流値を１４段階まで設定可能にした。時間設定はDC電流の場合1sec単位でパルス電流の場合1msec単位で、電流設定は1mA単位で設定可能である。めっき中の印加磁場は1kOe(80kA/m)である。膜厚・膜組成測定は蛍光X線分析装置を使用し、磁気特性Hc,Hk,Bsの測定は薄膜用B-Hトレ−サを使用し、比抵抗ρ測定は薄膜用抵抗測定装置を使用した。

第1の実施例として、上部磁気コア１０に適用した例について以下に示す。従来採用してきた88wt%FeNiめっき膜の膜厚とHkの関係を図1に示す。これは各膜厚となるめっき膜を作製してそのHkを測定したものである。めっき後特性は、従来使用してきた膜厚2000nmにおいてHk0.50Oe(40A/m)となるが、薄膜化することによりHkが増加して膜厚500nmでHk1.25Oeとなる。しかし更に薄膜化するとHk低下が起こり、膜厚200nmにおいてHk1.10Oe(88A/m)となる。更に薄膜化すると再びHkが増加して膜厚20nmでHk1.80Oe(144A/m)となることが確認された。一方、これらの膜に磁場中熱処理（印加磁場3kOe(240kA/m),温度250°C,時間3Hr）を行うと、Hkの膜厚依存性はめっき後と異なり、膜厚2000nmのめっき膜はHk1.20Oe(96A/m)と増加するが、薄膜化とともにHk低下となり膜厚200nmで最小Hk0.32Oe(25.6A/m)を示す。更に薄膜化で再びHkは増加して膜厚20nmでHk1.10Oe(88A/m)となることが確認された。

次にこれらの膜とHcの関係を図２に示す。膜厚に対するHcは、めっき後と磁場中熱処理後で同様な挙動を示し、何れの膜厚においても磁場中熱処理を行うとHcは低下する。この様な同一膜組成においてHkの膜厚依存性が有ること、磁場中熱処理により膜厚依存性の傾向が変化することは、微細な領域での膜組成と結晶粒径の不均一性から生じるものと考えられる。めっき時の印加磁界1kOe(80kA/m)において作製した磁性膜は、強磁界3kOe(240kA/m)処理により誘導磁気異方性が生じ、薄膜領域ほど（≦500nm）効果が高くHkは低下するが、膜厚上昇とともに微細な領域での膜組成と結晶粒径の不均一性が増加する為、効果が低くHk低下が妨げられて逆にHkは増加してしまったと考えられる。

一方、膜厚＜50nmにおいてはめっき析出状態が不安定であり、面荒れによる白濁現象或いは膜厚、膜組成変動が確認された。何れの膜厚においてもめっき初期層がこの様な材料と言うわけであるが、膜厚50〜500nmまでめっき形成することで、低Hkとなる本磁性膜は上部磁気コア１０として有効と考えられる。

FeNi合金めっきにおいて、Fe組成変調を行いHkの膜組成依存性を測定した。その結果を図３に示す。従来、Hk≦1.5Oe(120A/m)（磁場中熱処理後）を目標値として88±4wt%FeNi膜を採用してきたが、薄膜領域50〜500nmでは有効組成領域が拡大して88±8wt%FeNiなるめっき膜を使用することが可能である。Fe＜80wt%でHk＞1.5Oe(120A/m)となるが、Fe＞96wt%では面荒れによる黒濁が発生した。

この薄膜50〜500nmかつHk≦1.5Oe(120A/m)（磁場中熱処理後）なる88±8wt%FeNiめっき膜は、上部磁気コアとして磁界出力のために総膜厚≧2μmを必要とするが、単にめっきと水洗を繰返して作製した場合或いは間欠めっき電流で作製した膜では、2μmまで連続めっきにより作製した膜と同等の磁気特性となってしまった。従ってこの薄膜を積層する場合、他の材料ないしは他の組成のFeNiめっき膜を層間材料として使用しなければならない。但しその層間材料は、厚膜ではギャップ効果となり磁界伝達を著しく阻害し、極端な薄膜では主磁性膜に連続性が生じ、従来と同等となってしまうことが考えられる為、膜厚を厳しく適正化しなければならない。

まず層間材料として、同じFeNi系めっき膜で低Hkかつ低Hcを有する20wt%FeNi膜を選定した。この膜は一般的にパ−マロイと呼ばれる材料であり、磁歪定数λ＝±0となる特徴が有る。20wt%FeNi膜厚に対する積層膜のHkを図４に示す。主となる磁性膜は最小Hk0.32Oe(25.6A/m)となる膜厚200nmの88FeNiを使用し、この主磁性膜が合計2μｍとなる様（88FeNi/20FeNi）×10層からなる積層膜を作製した。88FeNiめっき浴においてDC電流で88FeNi膜を作製し、同一浴で続けてパルスめっきを行い20FeNi膜を作製することが出来た。

パソコンで電流値と時間、DC/パルスを各10層分設定及び管理を可能とした。（88FeNi／20FeNi）×10層＝（DC電流220mA／パルス電流100mA）×10層＝（6秒/nm×88FeNi膜厚／30秒/nm×20FeNi膜厚）×10層であり、88FeNi膜厚200nm、20FeNi膜厚6nmの場合、合計めっき時間3時間50分となる。このめっき方法は同一めっき槽で3時間50分間自動運転出来ることから、量産プロセスとして非常に優れている。またパルスめっき条件はTon/Toff＝700ms/300ms、Ion/Ioff＝100mA/5mAとして、Toff時にIoff電流を印加して被めっき膜のエッチング防止を図った。

図４の結果から20FeNi膜厚2〜10nmにおいてHkは低下し、膜厚＜2nm及び膜厚＞10nmにおいてはHkは増加することが分かった。このことは膜厚＜2nmでは膜厚、膜組成共に不均一な20FeNi初期層上に88FeNiめっきを行うために、膜厚＞10nmではギャップ効果が生じるために、Hk低下が阻害されると考えられる。磁場中熱処理後も同様の傾向を示し、Hkは増加するが積層してもHk≦1.5Oe(120A/m)を有する特性が得られた。

また層間材料のFeNi膜として、Fe含有量xを変化させて積層膜（88FeNi/ｘFeNi）のHkを測定した結果、Fe＞70wt%ではその層間材料と同一組成の単層膜と同等のHkとなり積層の効果がなく、70wt%＞Fe＞60wt%では膜厚によらずHk＞1.5Oe(120A/m)であった。従ってFe≦60wt%なるFeNi膜が層間材料として適当と考えられる。

上記（88FeNi/20FeNi）×10層からなる上部磁気コア１０を採用した薄膜磁気ヘッドを図７に示す構成に作製した。上部磁極１１にはFeCoNi系合金めっき膜を、下部磁極１２にはFeCo系合金めっき膜を、下部磁気コア１３にはFeNi系合金めっき膜を採用した。磁気ギャップ膜１７にはアルミナを採用し、絶縁体１９には有機絶縁物を採用し、導体コイル２０には銅を採用した。

この薄膜磁気ヘッド1の上部磁気コア１０の周波数特性を図５に示す。この測定は、スライダ加工前のウエハ状態で薄膜磁気ヘッド1の導体コイル２０に電流を流し、その電流周波数を変化させた時の上部磁気コア１０に生じる磁気特性L（μH）を測定したものである。目標評価指標としているL=0.006μHにおいて、従来の54wt%FeNiがf=500〜600MHz、88wt%FeNi（磁場中熱処理有り）ではf=900〜1000MHzであるのに対して、本実施例の（88FeNi/20FeNi）×10層はf=4000〜5000MHと上昇し、更に熱処理を行うとf=5000〜6000MHzまで向上することが分かった。即ち高周波数に対し記録磁界が減少しないという事である。更に熱処理を行うと一層記録磁界の減少が抑えられるということが分かった。

続いてこの薄膜磁気ヘッドをスライダ加工し、記録媒体への記録動作を行い、記録能力を表すオ−バライト特性（以下O/W特性という）を測定した。記録周波数f=200〜900MHzにおけるO/W特性を図６に示す。従来の磁気コアでは高周波数に伴いO/W特性が−28dBから−14dBまで減少してしまう。即ち記録能力が低下する。しかし本実施例の（88FeNi/20FeNi）×10層なる磁気コアでは、高周波数においてもO/W特性は−35dBから−33dBと減少量が小さい。即ち記録磁界を低下せずに出力することが可能となったのである。またこの薄膜磁気ヘッドのサ−マルプロトリュ−ジョンを測定したところ、浮上面方向への突出量が従来の薄膜磁気ヘッドの15nmに対し10nmと、5nm低減することが出来た。これは低Hc、低Hkによりヒステリシス損失及び渦電流損失を低減し磁気コア部の発熱を低減した効果と考えられる。

第２の実施例として、上部磁極１１に適用した例について以下に示す。磁極に最も要求される特性は高BsでありHk18Oe(1440A/m),Hc15Oe(1200A/m)と高いが薄膜化することで高周波数特性を改善した。主磁性膜材料としてBs2.4Tを有する66Fe-33Co-1Niめっき膜100nmを、層間材料として同一めっき浴から形成可能な56Co-19Ni-25Feめっき膜5nm（Bs1.8T,Hk15Oe(1200A/m),Hc1Oe(80A/m)）を主磁性膜の厚さが１μmなる様各１０層を積層した。めっき下地に主磁性膜と同一組成材料100nmを、またこの上部磁極１１はめっき後工程で下地除去と寸法調整加工と平坦化CMP加工を行う為、膜厚減少分を追加しためっき膜厚が必要となる。最表面層（主磁性膜１０層目）の膜厚を2200nmとした。この磁極１１を薄膜磁気ヘッドに適用した結果、記録周波数f=800MHzにおいてO/W特性が−18ｄBから−21ｄBとなり、サ−マルプロトリュ−ジョンは15nmから12nmと、特性改善が確認された。なお、この薄膜磁気ヘッドは、上部磁気コア１０にFeNi系合金めっき膜を採用した以外は上記第１の実施例と同じ構成である。

第３の実施例として、上部磁極１１に適用した他の例について以下に示す。O/W特性向上に伴い媒体において、記録したトラックの隣接トラックのデ−タを消去してしまうといったサイドイレ−ズ問題が発生する。この対策として磁極膜構成を、記録ギャップ膜１７近傍から遠く即ち膜厚方向にかけて高Bsから低Bsとなる様に、Bs勾配をつけて形成した。これにより磁界出力を磁気ギャップ近傍に集中させて隣接トラックへの磁界出力を低減する事が出来る。

記録ギャップ膜１７の形成後にめっき下地膜Au/Cr＝15nm/5nmをスパッタリング法で形成する。この下地膜は記録ギャップ膜１７に含む膜厚として設計した。続いて順に高Bs2.4Tの67〜73Fe-27〜33Co-0〜2Ni膜、Bs2.2Tの50〜54Fe-32〜36Co-12〜16Ni膜、Bs2.0Tの50〜54Fe-27〜31Co-17〜21Ni膜、Bs1.8Tの54〜58Co-17〜21Ni-23〜27Fe膜、Bs1.6Tの54〜58Co-26〜30Ni-14〜18Fe膜と、各層膜厚200nmで連続積層5層膜を作製した。本実施例も上記第２の実施例と同様に後工程での膜厚減少分を考慮して、最表面Bs1.70Tの54Fe-45Ni-1Co膜を膜厚2300nmめっきした。この磁極端を薄膜磁気ヘッドに適用した結果、サイドイレ−ズはトラック片側でイレ−ズ量30nmから25nmに低減することが出来た。更に記録周波数f=800MHzにおいてO/W特性が−18ｄBから−23ｄBに、サ−マルプロトリュ−ジョンは15nmから11nmと特性改善が確認された。

第４の実施例として、下部磁極１２に適用した例について以下に示す。下部磁極１２に最も要求される特性は、上部磁極１１と同様、高Bs特性である。下部磁極１２は上部磁極１１及び上部磁気コア１０と比較して、パタ−ン形状が大きく積層膜の膜厚制御が容易である為、主磁性膜と異なる材料を層間材料として選定する事が出来る。主磁性膜に高Bs2.4Tを有する70wt%FeCoを、層間材料にNiPめっきを使用した積層膜（70FeCo/NiP＝150nm/3nm）×20層を作製した。積層膜の磁気特性は従来の70FeCo（膜厚3μm）と比較して、Hkが18Oe(1440A/m)から10Oe(800A/m)と低下した。ここで下部磁極１２が媒体との浮上面側に露出する構造の場合、非磁性膜であるNiPが厚膜になるとギャップとして機能し、記録ギャップ近傍以外において漏洩磁界が発生してしまう。この漏洩磁界によりO/W特性が著しく低下してしまう事が分かった。NiP膜厚2〜10nmにおいてO/W特性は改善されるが、制御可能な範囲で薄膜化する事が望ましい。めっき方法は、各組成のめっき槽と水洗槽を交互に繰返して、70FeCo/150nm＝DC電流250mA×20分、NiP/3nm＝パルス電流×30秒。パルスめっき条件はTon/Toff＝40ms/960ms、Ion/Ioff＝2400mA/10mAとして、Toff時においてIoff電流を印加して被めっき膜のエッチング防止を図った。この磁極端を薄膜磁気ヘッドに適用した結果、記録周波数f=800MHzにおいてO/W特性が−18ｄBから−22ｄB、サ−マルプロトリュ−ジョンは15nmから12nmと特性改善が確認された。また層間材料としてNiPに替わり、Cr又はPd、Rh、Ru、Re、Mo、Ir等を試作したが、何れもO/W特性が2〜4dB程度改善することが確認された。なお、この薄膜磁気ヘッドは、上部磁気コア１０にFeNi系合金めっき膜を採用した以外は上記第１の実施例と同じ構成である。

第５の実施例として、下部磁極１２に適用した他の例について以下に示す。これは上記第３の実施例で述べた上部磁極１１の膜構成を記録ギャップ膜１７から下方に同一順となる様、積層した構造である。めっき下地膜としてBs1.6Tとなる54〜58Co-26〜30Ni-14〜18Fe膜100nmをスパッタリング法で形成し、続いて順にBs1.8Tの54〜58Co-17〜21Ni-23〜27Fe膜、Bs2.0Tの50〜54Fe-27〜31Co-17〜21Ni膜、Bs2.2Tの50〜54Fe-32〜36Co-12〜16Ni膜、Bs2.4Tの67〜73Fe-27〜33Co-0〜2Ni膜と、各層膜厚200nmで４層積層めっき膜を作製した。

本実施例も後工程（下地除去と平坦化加工）での膜厚減少分を考慮して、最表面Bs2.4Tの67〜73Fe-27〜33Co-0〜2Ni膜を膜厚1300nmめっきした。この磁極１２を薄膜磁気ヘッドに適用した結果、サイドイレ−ズはトラック片側でイレ−ズ量30nmから26nmと低減出来ることが出来た。更に記録周波数f=800MHzにおいてO/W特性が−18ｄBから−23ｄB、サ−マルプロトリュ−ジョンは15nmから11nmと特性改善が確認された。

第６の実施例として、下部磁気コア１３に適用した例について以下に示す。下部磁気コア１３として高記録周波数における高磁界出力を達成すべく、高比抵抗ρ特性が要求されている。下部磁気コア１３は、下部磁極１２と同様にパタ−ン形状が大きく積層膜の膜厚制御が容易である為、主磁性膜と異なる材料を層間材料として選定する事が出来る。従来、高ρ45μΩcm特性を有する52〜56wt%FeNiを使用してきたが、この膜を主磁性膜として層間材料にNiPめっきを使用する事により、更に高ρ特性が可能となる。上記第４の実施例で述べたNiPめっき条件を使用して積層膜（56FeNi/NiP＝100nm/5nm）×20層を作製した。積層膜の磁気特性は従来の56FeNi（膜厚2μm）と比較して、Hkは8Oe(640A/m)から4Oe(320A/m)と低下し、ρは45μΩcmから50μΩcmと増加する事が出来た。この下部磁気コア１３を薄膜磁気ヘッドに適用した結果、記録周波数f=800MHzにおいてO/W特性が−18ｄBから−21ｄBと特性改善が確認された。また層間材料としてNiPに替わり、Cr又はPd、Rh、Ru、Re、Mo、Ir等を試作したが、何れもO/W特性が2〜3dB程度改善することが確認された。なお、この薄膜磁気ヘッドは、上部磁気コア１０にFeNi系合金めっき膜を採用した以外は上記第１の実施例と同じ構成である。

第７の実施例として、図８に本発明を採用した垂直記録型薄膜磁気ヘッド２０を示す。上部ヨーク２１に積層膜（88FeNi/20FeNi）×10層を、主磁極２２に積層膜（70FeCo/NiP＝150nm/3nm）×20層を、副磁極２３に積層膜（56FeNi/NiP＝100nm/5nm）×20層を作製した。その結果、従来の垂直記録型薄膜磁気ヘッドと比較して、O/W特性の低下はなく高周波数帯域でも十分使用可能な事が確認できた。

本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置を図９に示す。この磁気ディスク装置構成は、情報を記録する磁気ディスク１０５と、磁気ディスク１０５を回転させるスピンドルモ−タ１０６と、磁気ディスク１０５に情報を記録又は再生する薄膜磁気ヘッド１０７と、薄膜磁気ヘッド１０７を磁気ディスク１０５の目標位置に決めるアクチュエ−タ１０８と、ボイスコイルモ−タ１０９とを備える。また記録又は再生時において、薄膜磁気ヘッド１０７と磁気ディスク１０５との間隔をサブミクロンスペ−スで安定浮上させる為のサスペンション１１０を固定し、アクチュエ−タ１０８とボイスコイルモ−タ１０９により駆動されるガイドア−ム１１１を備えている。更に図示していないが、磁気ディスク回転制御系、ヘッド位置決め制御系、記録/再生信号処理系とからなる。

この磁気ディスク装置は、高周波数領域で十分な記録、再生ができるので、データ転送速度の高速化と、記録密度の高密度化を実現できる。

88FeNi合金めっきにおける異方性磁界Hｋの膜厚依存性を示す図である。 88FeNi合金めっきにおける保磁力Hcの膜厚依存性を示す図である。 FeNi合金めっきにおける異方性磁界HｋのFe組成依存性を示す図である。本発明の一実施例による積層磁性膜における、異方性磁界Hｋの層間材料膜厚依存性を示す図である。本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッドにおけるL特性の記録周波数依存性を示す図である。本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッドにおけるO/W特性の記録周波数依存性を示す図である。本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッドの断面図である。本発明の一実施例による垂直記録型薄膜磁気ヘッドの断面図である。本発明の一実施例による薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の構成図である。

符号の説明

１，１０７…薄膜磁気ヘッド、１０…上部磁気コア、１１…上部磁極、１２…下部磁極、１３…下部磁気コア、１４…上部磁気シ−ルド、１５…GMRセンサ、
１６…下部磁気シ−ルド、１７…磁気ギャップ膜、１８…絶縁体、１９…導体コイル、２０…垂直記録型薄膜磁気ヘッド、２１…上部ヨーク、２２…主磁極、２３…副磁極、１０５…磁気ディスク、１０６…スピンドルモ−タ、１０８…アクチュエ−タ、
１０９…ボイスコイルモ−タ、１１０…サスペンション、１１１…ガイドア−ム。

Claims

少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた当該第１の磁性めっき薄膜と異なる組成で厚さが２〜１０nｍの第２の磁性めっき薄膜を有することを特徴とする磁性膜。
前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ８０〜９６ｗｔ％を有するＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であり、前記第２の磁性めっき薄膜はＦｅ≦６０ｗｔ％を有するＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であることを特徴とする請求項１記載の磁性膜。
前記第１の磁性めっき薄膜は６６Ｆｅ−３３Ｃｏ−１Ｎｉ膜であり、前記第２の磁性めっき薄膜は５６Ｃｏ−１９Ｎｉ−２５Ｆｅ膜であることを特徴とする請求項１記載の磁性膜。
少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた厚さが２〜１０nｍの非磁性めっき薄膜を有することを特徴とする磁性膜。
前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であり、前記非磁性めっき薄膜はＮｉＰ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｉｒの中から選択された少なくとも１種のめっき膜であることを特徴とする請求項４記載の磁性膜。
前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ−Ｃｏ系合金めっき膜であり、前記非磁性めっき薄膜はＮｉＰ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｉｒの中から選択された少なくとも１種のめっき膜であることを特徴とする請求項４記載の磁性膜。
めっき浴において直流電流印加後のオフタイム時に微小直流電流を印可して厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜を形成し、該第１の磁性めっき薄膜の上に同一めっき浴においてパルス電流印加後のオフタイム時に微小パルス電流を印加して前記第１の磁性めっき薄膜と異なる組成で厚さが２〜１０nｍの第２の磁性めっき薄膜を形成し、前記第１の磁性めっき薄膜は少なくとも４層以上積層し、前記第２の磁性めっき薄膜は前記第１の磁性めっき薄膜の間に成膜することを特徴とする磁性膜の製造方法。
前記直流電流の印加とパルス電流の印加を自動的に切替えることにより、同一めっき浴において前記第１の磁性めっき薄膜と第２の磁性めっき薄膜を積層することを特徴とする請求項７記載の磁性膜の製造方法。
前記第１の磁性めっき薄膜と第２の磁性めっき薄膜を積層した後、磁場中熱処理を行うことを特徴とする請求項７又は８記載の磁性膜の製造方法。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルと、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記上部磁気コア及び上部磁極のいずれかの磁性膜は、少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた当該第１の磁性めっき薄膜と異なる組成で厚さが２〜１０nｍの第２の磁性めっき薄膜を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
前記磁性膜が上部磁気コアの場合、前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ８０〜９６ｗｔ％を有するＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であり、前記第２の磁性めっき薄膜はＦｅ≦６０ｗｔ％を有するＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であることを特徴とする請求項１０記載の薄膜磁気ヘッド。
前記磁性膜が上部磁極の場合、前記第１の磁性めっき薄膜は６６Ｆｅ−３３Ｃｏ−１Ｎｉ膜であり、前記第２の磁性めっき薄膜は５６Ｃｏ−１９Ｎｉ−２５Ｆｅ膜であることを特徴とする請求項１０記載の薄膜磁気ヘッド。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルと、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記下部磁気コア及び下部磁極のいずれかの磁性膜は、少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた厚さが２〜１０nｍの非磁性めっき薄膜を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
前記磁性膜が下部磁気コアの場合、前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であり、前記非磁性めっき薄膜はＮｉＰ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｉｒの中から選択された少なくとも１種のめっき膜であることを特徴とする請求項１３記載の薄膜磁気ヘッド。
前記磁性膜が下部磁極の場合、前記第１の磁性めっき薄膜はＦｅ−Ｃｏ系合金めっき膜であり、前記非磁性めっき薄膜はＮｉＰ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｉｒの中から選択された少なくとも１種のめっき膜であることを特徴とする請求項１３記載の薄膜磁気ヘッド。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルと、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記上部磁極は前記磁気ギャップの上部から膜厚方向に向けて、６７〜７３Ｆｅ-２７〜３３Ｃｏ-０〜２Ｎｉめっき膜と、５０〜５４Ｆｅ-３２〜３６Ｃｏ-１２〜１６Ｎｉめっき膜と、５０〜５４Ｆｅ-２７〜３１Ｃｏ-１７〜２１Ｎｉめっき膜と、５４〜５８Ｃｏ-１７〜２１Ｎｉ-２３〜２７Ｆｅめっき膜と、５４〜５８Ｃｏ-２６〜３０Ｎｉ-１４〜１８Ｆｅめっき膜とが各層約２００ｎｍの厚さで積層された磁性膜であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルと、を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記下部磁極は前記下部磁気コアから前記磁気ギャップに向けて、５４〜５８Ｃｏ-１７〜２１Ｎｉ-２３〜２７Ｆｅめっき膜と、５０〜５４Ｆｅ-２７〜３１Ｃｏ-１７〜２１Ｎｉめっき膜と、５０〜５４Ｆｅ-３２〜３６Ｃｏ-１２〜１６Ｎｉめっき膜と、６７〜７３Ｆｅ-２７〜３３Ｃｏ-０〜２Ｎｉめっき膜とが各層約２００ｎｍの厚さで層積された磁性膜であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルとを有する記録ヘッドと、該記録ヘッドに隣接して設けられた再生ヘッドとを具備する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録ヘッドの上部磁気コアと上部磁極のうちのいずれかは、少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた当該第１の磁性めっき薄膜と異なる組成で厚さが２〜１０nｍの第２の磁性めっき薄膜を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
下部磁気コアと、該下部磁気コアの先端部に位置する下部磁極と、上部磁気コアと、該上部磁気コアの先端部に位置する上部磁極と、前記下部磁極と上部磁極の間に位置する磁気ギャップと、前記下部磁気コアと上部磁気コアの間に位置する絶縁体に覆われた導体コイルとを有する記録ヘッドと、該記録ヘッドに隣接して設けられた再生ヘッドとを具備する薄膜磁気ヘッドにおいて、前記記録ヘッドの下部磁気コアと下部磁極のうちのいずれかは、少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた厚さが２〜１０nｍの非磁性めっき薄膜を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第１の磁性めっき薄膜と、該第１の磁性めっき薄膜の間に設けられた厚さが２〜１０nｍの第１の非磁性めっき薄膜を有する副磁極と、
少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第２の磁性めっき薄膜と、該第２の磁性めっき薄膜の間に設けられた当該第２の磁性めっき薄膜と異なる組成で厚さが２〜１０nｍの第３の磁性めっき薄膜を有する上部ヨークと、
該上部ヨークの先端部に位置し少なくとも４層以上の厚さが５０〜５００ｎｍの第４の磁性めっき薄膜と、該第４の磁性めっき薄膜の間に設けられた厚さが２〜１０nｍの第２の非磁性めっき薄膜を有する主磁極と、
前記上部ヨークと前記副磁極の間に位置する絶縁体で覆われた導体コイルと、
を有することを特徴とする垂直記録型薄膜磁気ヘッド。