JP2008205472A

JP2008205472A - 軟磁性層の形成方法および磁性層の軟化方法

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Publication number: JP2008205472A
Application number: JP2008036532A
Authority: JP
Inventors: ▲暁▼敏 ▲劉▼; Xiaomin Liu; Cherng-Chyi Han; 承▲埼▼ 韓; Feiyue Li; ▲飛▼▲趺▼ 李
Original assignee: Headway Technologies Inc
Current assignee: Headway Technologies Inc
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2008-09-04
Also published as: US20080197021A1

Abstract

【課題】飽和保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋが低く、かつ飽和磁束密度Ｂｓの高い軟磁性層の形成方法を提供する。
【解決手段】基板９上に、軟磁性材料を用いた電気めっきにより、互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を形成する。そののち、第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ軟磁性層を加熱し（第１アニール工程）、次いで、第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ軟磁性層を加熱する（第２アニール工程）。２段階アニール処理により、磁性層の磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅ，磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈおよび異方性磁界Ｈｋが低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、飽和保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋが小さく、かつ飽和磁束密度Ｂｓの大きな軟磁性層を得るための軟磁性層の形成方法、および磁性層の軟化方法に関する。

電気めっき法は、一般に、半導体デバイスでの銅相互接続構造に含まれる金属層や、磁気記録デバイスにおける磁性層を形成するためなどに数多く用いられている。読み取りヘッドや書き込みヘッドにおける磁性層は一般にスパッタ法により形成されるが、スパッタプロセスでは巨大な結晶磁気異方性を生じると共に内部応力が大きくなる。一方、電気めっき法では、結晶粒子の大きさが小さく表面が滑らかであり、飽和磁束密度Ｂｓが高く、飽和保磁力Ｈｃの低い磁性層を得ることができる。

この電気めっきプロセスでは、作用極（カソード）、対向電極（アノード）および金属陽イオンを含む電解質溶液を含む電気めっきセル中を電流が流れ、その結果カソード上に配置された基板の上に金属のめっきがなされる。具体的には、各電極に所定の電位を印加することにより、カソード側へカチオン、アノード側へアニオンがそれぞれ移動し、その結果、基板上には鉄イオン（Ｆｅ²⁺），コバルトイオン（Ｃｏ²⁺）、ニッケルイオン（Ｎｉ²⁺）などの金属イオンが堆積され、例えば、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＮｉＦｅなどのめっき層が形成される。このめっき層は例えば書き込みヘッドにおけるボトム磁極層あるいはトップ磁極層として利用される。

高密度の磁気記録のための書き込み材料としては、高飽和保持力記録媒体に対して記録可能なように、２．３Ｔ（＝２３ｋＧ）より大きな高飽和磁束密度を有することが望まれる。このような高飽和磁束密度を有する材料としては殆どがＣｏ（コバルト），Ｆｅ（鉄）を含む合金である。この種の合金は、一般に１．１９ｋＡ／ｍ（≒１５Ｏｅ）以上の比較的大きな異方性磁界Ｈｋを有している。しかし、この異方性磁界Ｈｋが大きいと書き込みヘッドの透磁性が低下するため、高密度かつ高周波数記録用途ではその効果が低減される。このようなことから、従来、ＣｏＦｅ等の合金であって、低い飽和保磁力Ｈｃでありながら高い飽和磁束密度Ｂｓを有する軟磁性層を形成するためのめっき手法が望まれていた。

この種の先行技術としては，ＣｏＦｅ層を形成するためのめっき浴に関するものとして特許文献１がある。特許文献２，３には、めっき浴に芳香族スルフィン酸塩およびアルデヒドからなるα−ヒドロキシスルホンを含むことにより、ＣｏＦｅ層での均染，光沢および被覆度の低下のような欠陥を修正する技術が開示されている。特許文献４には、めっき浴に芳香族スルフィン酸あるいはその塩を用いることにより、飽和磁化（saturation magnetization）の高い軟磁性のＣｏＦｅ合金層を形成する方法が開示されている。

また、特許文献５にはスピンバルブ構造に対して２段階アニールを施す方法が開示されている。この方法では、１００００Ｏｅの磁界を印加しつつ約２５０℃の温度でアニール処理がなされるが、磁界は冷却前に５００Ｏｅに低減され、その結果ＡＰ１層およびＡＰ２層の磁化方向がピンド強磁性層の磁化方向に揃えられる。
Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ４，７５６，８１６Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ４，０１４，７５９Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ４，０５３，３７３Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ６，８５５，２４０Ｕ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ２００５／０２５２５７６

上述のように従来，種々のめっき手法が開示されているが、これらの手法では高密度かつ高周波数記録用途に要求される、低飽和保磁力Ｈｃ，低異方性磁界を有しつつ、高飽和磁束密度Ｂｓを有する軟磁性層を得るに十分ではなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、第１目的は、２．４Ｔ以上の高飽和磁束密度Ｂｓ（すなわち、高飽和磁気モーメント）を有する軟磁性層の形成方法および磁性層の軟化方法を提供することにある。

本発明の第２目的は、磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ）および磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）が１５９．２Ａ／ｍ（＝２Ｏｅ）以下であり、かつ異方性磁界Ｈｋが３９７．９Ａ／ｍ（＝５Ｏｅ）以下の軟磁性層を形成することができる軟磁性層の形成方法および磁性層の軟化方法を提供することにある。

本発明の軟磁性層の形成方法は、（ａ）基板上に、軟磁性材料を用いた電気めっきにより、互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を形成する電気めっき工程と、（ｂ）第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ磁性層を加熱する第１アニール工程と、（ｃ）第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ磁性層を加熱する第２アニール工程とを含むものである。

本発明の磁性層の軟化方法は、基板上に形成されると共に互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を軟化させる方法であって、（ａ）第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ前記磁性層を加熱する第１アニール工程と、（ｂ）第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ磁性層を加熱する第２アニール工程とを含むものである。

本発明の軟磁性層の形成方法または磁性層の軟化方法では、具体的には、第１軸が磁化容易軸または磁化困難軸であり、第２軸が磁化困難軸または磁化容易軸である。

また、電気めっき工程では、鉄イオン（Ｆｅ²⁺），コバルトイオン（Ｃｏ²⁺），ホウ酸，および１または複数の１または複数種の芳香族スルフィン酸塩を含むめっき浴を用い、めっき浴を水素イオン濃度（ｐＨ）が２以上３以下、温度が１０℃以上２５℃以下の範囲に維持することが好ましい。そのために、めっき浴に、オンタイム１０〜５０ｍｓ、オフタイム２０〜２００ｍｓの１または複数サイクルで、ピーク電流密度３０ｍＡ／ｃｍ²以上６０Ａ／ｃｍ²以下の電流を流し、これにより１０℃以上２５℃以下の温度範囲に維持することが望ましい。

めっき浴としては、濃度５０ｇ／ｄｍ³以上１４０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸第１鉄、濃度２０ｇ／ｄｍ³以上７０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸コバルト、濃度２０ｇ／ｄｍ³以上４０ｇ／ｄｍ³以下のホウ酸、濃度０．０５ｇ／ｄｍ³以上０．３ｇ／ｄｍ³以下のベンゼンスルフィン酸ナトリウム、濃度０ｇ／ｄｍ³以上７０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸ニッケル、濃度０．５ｇ／ｄｍ³以上５０ｇ／ｄｍ³以下の１または複数種の電解液、濃度０ｇ／ｄｍ³以上０．１５ｇ／ｄｍ³以下の界面活性剤、および濃度０ｇ／ｄｍ³以上２ｇ／ｄｍ³以下の応力緩和剤を含むものが望ましい。

第１および第２アニール工程では、好ましくは、それぞれ２０分以上３００分以下の間、１８０℃以上２５０℃以下の温度範囲で加熱を行うと共に、第１磁界および第２磁界の磁界強度を、いずれも１５．９２ｋＡ／ｍ（＝２００Ｏｅ）以上２３．８７ｋＡ／ｍ（＝３００Ｏｅ）以下の範囲とする。軟磁性層は、具体的には、ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅを含む合金，ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅを含む合金である。

本発明の軟磁性層の形成方法または磁性層の軟化方法では、第１アニール工程および第２アニール工程により、磁性層の磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ），磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）および異方性磁界（Ｈｋ）がそれぞれ実質的に減少し、具体的には、１５９．２Ａ／ｍ（＝２Ｏｅ）以下の磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ）および磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）、３９７．９Ａ／ｍ（＝５Ｏｅ）以下の異方性磁界（Ｈｋ）および２．４Ｔ以上の高飽和磁束密度Ｂｓを有する軟磁性層を形成することが可能になる。

本発明の軟磁性層の形成方法および磁性層の軟化方法では、磁性層を形成したのち、この磁性層に対して磁界を印加しつつ２段階のアニール処理を施すようにしたので、高密度かつ高周波数記録用途に要求される、低飽和保磁力Ｈｃおよび低異方性磁界Ｈｋでありながら高飽和磁束密度Ｂｓを有する軟磁性層を容易に得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
本実施の形態の軟磁性層の形成方法および磁性層の軟化方法は、特に、高記録密度・高周波数用途に要求される、飽和保磁力Ｈｃおよび異方性磁界Ｈｋが低く、かつ飽和磁束密度Ｂｓの高い軟磁性層を形成するための方法である。具体的には、例えば、磁気記録デバイスにおけるボトム層あるいはポール層や、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory)デバイスにおける導電配線上のクラッド層となる軟磁性層を形成するものである。

本実施の形態の軟磁性層の形成方法は、（ａ）基板上に、ＣｏＦｅなどの軟磁性材料、用いた電気めっきにより、互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を形成する電気めっき工程と、（ｂ）第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ軟磁性層を加熱する第１アニール工程と、（ｃ）第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ軟磁性層を加熱する第２アニール工程と、を含むものである。

また、本実施の形態の磁性層の軟化方法は、基板上に形成されると共に互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を軟化させる方法であって、（ａ）第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ磁性層を加熱する第１アニール工程と、（ｂ）第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ磁性層を加熱する第２アニール工程と、を含むものである。上記両方法は実質的に共通しているので、以下、併せて説明する。なお、本実施の形態では、磁化方向における第１軸は磁化容易軸、第２軸は磁化困難軸をそれぞれ意味している。

図１は上記方法に適用可能な電気めっき装置１の一例を表すものである。この装置１では、磁性層は、好ましくはめっきを促進するために基板上のシード層（図示せず）に形成される。めっき対象となる基板は例えば書き込みヘッドでの書き込みギャップ層である。書き込みヘッドは、読み取り／書き込みヘッド一体型のデバイスの読み取りヘッド上に形成されている。シード層はスパッタ法により形成され、好ましくは続いて形成されるめっき磁性層と同じ組成を有するものとする。このシード層は基板上に形成された後、その上にフォトレジスト膜のパターンが形成され、磁性層となる開口部が規定される。そして、この開口部にめっき磁性層が形成されると、フォトレジスト層およびシード層のその下の部分が除去される。

磁性層は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどのＣｏＦｅ系合金からなる軟磁性材料、あるいはＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ系合金からなる軟磁性材料により形成されるものである。この磁性層は、例えば書き込みヘッドの磁極層（厚み２μｍ〜３μｍ）を構成するが、電気めっきによれば２μｍより薄く形成することが可能になる。

電気めっき装置１は、タンクのような容器２を有し、この容器２の内部には電解質溶液（電解液）３が収容されている。なお、図示しないが、電解液３をかき回すためのポンプやパドルのような手段および電解液を充填するためのリザーバが設けられている。電解液３は、Ｆｅ²＋およびＣｏ²⁺を含有する電解質塩を含む水溶液であるが、更に、塩化物および／または硫酸塩として、Ｎｉ²⁺のような１または複数種類の他の金属カチオンを含めてもよい。電解液３には、好ましくは、そのｐＨを２〜３の値に維持するための緩衝剤としてほう酸（Ｈ₃ＢＯ₃）が添加される。

電解液３には、また、軟磁性層の特性を最適化するに必要な光沢剤および均染剤の量を低減すると共に、軟磁性層における軟磁気特性を改良するために、ベンゼンスルフィン酸ナトリウム（sodium benzenesulfinate ）のような１または複数種の芳香族スルフィン酸塩を含めるようにしてもよい。更に、この電解液３には、めっき効率を最適化するために他の添加物を含めるようにしてもよい。他の添加物としては、例えば、応力緩和剤（stress reducing agent)としてサッカリンナトリウム、界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウム（sodium lauryl sulfate ）がそれぞれ挙げられる。電解液３の温度は１０℃以上２５℃以下の範囲に維持し、めっき工程の間は、回転パドルのような手段によってかき回すことが好ましい。

電解液３中には、正電位が印加される対向電極（アノード）４および負電位が印加される作用電極（カソード）５がそれぞれ浸漬され、対向配置されている。めっき層としてＣｏＦｅ層、ＣｏＦｅＮｉ層を形成する場合には、対向電極４は好ましくはＣｏ（またはＮｉ）により形成される。めっき層としてＣｏＦｅ合金層を形成する場合には、対向電極４はＣｏにより形成される。作用電極５は白金（Ｐｔ）または金（Ａｕ）のメッシュにより形成された安定な電極であり、この作用電極５には負電位が印加される。これら作用電極５と対向電極４との間の電位差により対向電極４から作用電極５へと電流が流れ、これにより基板９へのめっきがなされる。

基板９は作用電極５に対してクランプ等の公知の手段により固定され、かつ電気的に良好に接触される。めっき工程の間、基板９およびその上に形成されたシード層のフォトレジスト膜の開口部分より露出した領域が実質的にカソードとして機能する。なお、対向電極４と作用電極５（および基板９）とは、ここでは容器２の壁面に互いに対向配置されているが、配置構成はこれに限るものではない。

対向電極４はリード８ａ、作用電極５はリード８ｂを介してポテンショスタット（電源）７とそれぞれ電気的に接続されている。電解液３中には参照電極６が浸漬されており、この参照電極６はリード８ｃを介してポテンショスタット７に電気的に接続されている。参照電極６は、好ましくは作用電極５の近傍に配置される。参照電極６は、周知のＫＣｌ電解液中にＨｇ／ＨｇＣｌ₂を有する基準カロメル電極（ＳＣＥ）またはＡｇ／ＡｇＣｌ電極である。

作用電極５の近傍位置には、容器２に隣接して磁界発生装置１０が配置されている。この磁界発生装置１０により、めっき工程の間、基板９上に堆積される磁性層（図示せず）に磁化方向が付与される。すなわち、磁界発生装置１０が発生した磁界によって、図２（Ａ），図３（Ａ）に示したように磁気異方性を有する磁性層が形成される。

電解液３はｐＨが２〜３の範囲であることが望ましく、基板９上にＣｏＦｅをめっきする場合には、鉄イオン（Ｆｅ²⁺）およびコバルトイオン（Ｃｏ²⁺）イオンを含むものとし、ＣｏＦｅＮｉをめっきする場合には、更にニッケルイオン（Ｎｉ²⁺）を含むものとする。そして、この電解液３は、次の金属イオン塩を添加することにより、所定の濃度（ｇ／ｄｍ³）に調整される。
ＦｅＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ（５０以上１４０ｇ／ｄｍ³以下）；ＣｏＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ（２０以上７０ｇ／ｄｍ³以下）；ＮｉＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ（０以上７０ｇ／ｄｍ³以下）

更に、電解液３には、めっき磁性層の軟磁気特性を改善するために、他の添加剤、や電解液支援剤を含めるようにしてもよい。具体的には、例えば、濃度２０ｇ／ｄｍ³以上４０ｇ／ｄｍ³以下のＨ₃ＢＯ₃、電解液支援（supporting electrolyte）剤としての濃度０ｇ／ｄｍ³以上２０ｇ／ｄｍ³以下のＮａＣｌ、電解液支援剤としての濃度０ｇ／ｄｍ³以上３０ｇ／ｄｍ³以下の（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄またはＮＨ₄Ｃｌ、応力緩和剤としての濃度０ｇ／ｄｍ³以上２．０ｇ／ｄｍ³以下のサッカリンナトリウム、界面活性剤としての濃度０ｇ／ｄｍ³以上０．１５ｇ／ｄｍ³以下のラウリル硫酸ナトリウム、濃度０．０５ｇ／ｄｍ³以上０．３ｇ／ｄｍ³以下のベンゼンスルフィン酸ナトリウムを含む１または２以上のアリールスルフィン酸塩が挙げられる。

電解液３の温度は１０℃以上２５℃以下の範囲に維持することが望ましく、また、この電解液３に流す電流の密度（ピーク電流密度）は、好ましくは３０ｍＡ／ｃｍ²以上６０Ａ／ｃｍ²以下の範囲である。この場合、電源としては、例えばデューティ比が１５％〜４０％、サイクルタイムが３０ｍｓ以上１５０ｍｓ以下の直流（ＤＣ）またはパルスＤＣモードの電源が用いられる。各サイクルにおけるデューティ比は、オンタイム１０ｍｓ以上５０ｍｓ以下、オフタイム２０以上２００ｍｓ以下の範囲で変化させてもよい。ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＮｉからなるめっき層は、これらの条件下において、５００Å〜１７００Å（５０００ｎｍ〜１７０００ｎｍ）の割合で形成される。めっき工程は、具体的には、所望の厚みに相当する予め決定した時間だけ行われる。

基板９上にＣｏＦｅ磁性層を形成するときには、その組成はＣｏを２５原子％〜３５原子％、Ｆｅを６５原子％〜７５原子％とすることが好ましい。また、ＣｏＦｅＮｉ磁性層を形成するときには、その組成はＣｏを２５原子％〜３５原子％、Ｆｅを６５原子％〜７５原子％、Ｎｉを２原子％〜４原子％とすることが好ましい。このような条件により、低飽和保磁力、すなわち磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ）を６３６．６Ａ／ｍ（＝８Ｏｅ）未満，磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）を７９．６Ａ／ｍ（＝１Ｏｅ）未満とし、かつ異方性磁界（Ｈｋ）を７９５．８（＝１０Ｏｅ）未満と低くでき、しかも高飽和磁束密度（Ｂｓ≧２．４Ｔ）を有する軟磁性層を得ることができる。

さて、発明者らは、上記電気めっき装置１により形成された磁性層における軟磁気特性を改善するために、まず、めっき磁性層に対して１段階のアニール（磁化アニール）処理を施した。この磁化アニールはめっきがなされた基板９をめっき浴から取り出したのち、所定の磁界を印加しつつオーブンの中で行われる。この磁化アニールは、書き込みヘッドの中の磁性層の書き込み特性を改善するために適用される方法であるが、従来は、書き込みヘッドの製造段階において磁化困難軸アニールまたは磁化容易軸アニールのいずれか一方のみが採用されている。このような１段階の磁化アニールでも、めっき層の飽和保磁力（Ｈｃｅ，Ｈｃｈ）を低減できるものであるが、書き込みヘッドにおける高飽和磁気モーメントを有するＣｏＦｅ層として磁性層を利用する場合、それに適した十分に小さな異方性磁界（Ｈｋ）を実現することは困難である。

図２（Ａ）はアニール処理を施す前のめっきされたままのＣｏＦｅ磁性層のＢ−Ｈループ特性を示している。一方、図２（Ｂ）は同じＣｏＦｅ磁性層について一段階のアニール（磁化容易軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表したものである。これらの結果から、磁化容易軸アニールにより、磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅを５４９．１Ａ／ｍ（＝６．９Ｏｅ）から２４６．７Ａ／ｍ（＝３．１Ｏｅ）へ、磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈを６３．７Ａ／ｍ（＝０．８Ｏｅ）から２３．９Ａ／ｍ（＝０．３Ｏｅ）へ低減させることができるものの、異方性磁界Ｈｋは７８７．８Ａ／ｍ（＝９．９Ｏｅ）から１．０９ｋＡ／ｍ（＝１３．７Ｏｅ）へと増加していることが分かる。

次に、図３（Ａ）はアニール処理を施す前のめっきされたままのＣｏＦｅ磁性層のＢ−Ｈループ特性を示している。一方、図３（Ｂ）は同じＣｏＦｅ磁性層について一段階のアニール（磁化困難軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表したものである。この磁化困難軸アニールにより、磁化容易軸の９０度回転が誘発されていることが分かる。この場合、元の磁化容易軸方向に沿った磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅは５４１．１Ａ／ｍ（＝６．８Ｏｅ）から１５．９Ａ／ｍ（＝０．２Ｏｅ）へ減少する一方、元の磁化困難軸方向に沿った磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈは６３．７Ａ／ｍ（＝０．８Ｏｅ）から２３８．７Ａ／ｍ（＝３．０Ｏｅ）へと増加している。すなわち、磁化困難軸アニールにより異方性磁場の方向が変化している。異方性磁界Ｈｋは磁化困難軸アニールを施したのちも７７９．９Ａ／ｍ（＝９．８Ｏｅ）のままである。これは一段階のアニールでは、異方性磁界Ｈｋの振幅を所望の値（３９７．９Ａ／ｍ（＝５Ｏｅ）以下）に低減させることはできないことを意味している。

本実施の形態により形成される軟磁性層は、磁化困難軸アニールおよび磁化容易軸アニールの２段階アニール（磁化アニール）により、その特性を改善したものである。これらのアニール工程は、例えば読み取り／書き込みヘッド一体型構造の書き込みヘッドに隣接して形成された読み取りヘッドにダメージを与えないよう、１８０℃〜２５０℃の温度範囲で行うことが望ましい。アニール工程において加える磁場の大きさは、読み取りヘッド内のピンド層における磁気モーメントの所望の方向が変化するのを防止すべく、２３．８７ｋＡ／ｍ（＝３００Ｏｅ）以下に保つことが望ましい。本実施の形態では、磁化困難軸アニールおよび磁化容易軸アニールのそれぞれにおいて、印加磁界の大きさは１５．９２ｋＡ／ｍ（＝２００Ｏｅ）以上２３．８７ｋＡ／ｍ（＝３００Ｏｅ）以下の範囲とする。

発明者らは、前述の方法により形成されためっき磁性層に上記２段階のアニールを施すことによって、磁性層の軟磁気特性が更に改善されたことを確認した。具体的には、飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈが更に低減され、また、１段階アニールの場合とは違って異方性磁界Ｈｋもまた減少していることを確認した。ここでは、めっきにより形成された磁性層に対して、最初に磁化容易軸アニール、続いて磁化困難軸アニールを施した。なお、各アニール処理の時間は好ましくは２０〜３００分、より好ましくは３０分〜３００分である。また、基板９は、２つのアニール処理の間に、室温で一定時間冷却させることが好ましい。印加する磁場の大きさは２つのアニール処理において同じレベルとすることが望ましいが、互いに異なる大きさとしてもよい。

図４は、めっきにより形成されたＣｏＦｅ磁性層に対して、二段階のアニール（磁化容易軸アニール／磁化困難軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表したものである。飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈは、ともに１５９．２Ａ／ｍ（＝２Ｏｅ）未満であった。また、そのＣｏＦｅ磁性層は、磁化容易軸方向のＢ−Ｈループが磁化困難軸方向のそれとほぼ同じの、磁気異方性を示すことも分かった。更に、２段階アニール処理により異方性磁界Ｈｋを２３８．７Ａ／ｍ（＝３Ｏｅ）未満に低減することができた。なお、注目すべきことは、この２段階アニール処理の間、ＣｏＦｅ磁性層の飽和磁束密度Ｂｓは変化していないことである。

［第２の実施の形態］
本実施の形態は、軟磁性層を上述のようにめっきにより形成したのちの２段階アニールの順序を逆にしたものである。すなわち、まず磁化困難軸アニール処理、次いで磁化容易軸アニール処理が施される。本実施の形態でも、各アニール処理の時間は好ましくは２０〜３００分、より好ましくは３０分〜３００分である。基板９は、２つのアニール処理の間に、室温で一定時間冷却させることが好ましく、更に、印加する磁場の大きさは２つのアニール処理において同じレベルとすることが望ましいが、異なるようにしてもよいことは第１の実施の形態と同様である。

図５は、めっきにより形成されたＣｏＦｅ磁性層に対して２段階アニール（磁化困難軸アニール／磁化容易軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表したものである。飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈともに２Ｏｅ未満であった。そして、この軟磁性層は磁気異方性を示し、その異方性磁界Ｈｋは３９７．９Ａ／ｍ（＝５Ｏｅ）と、めっきしたまま（アニール処理なし）の場合の７９５．８Ａ／ｍ（＝１０Ｏｅ）と比べて大幅に少なくなっていた。磁気特性もまた、図３（Ｂ）で示した磁化困難軸アニール処理のみの場合と比較して改善されていることが分かった。

このように電気めっきにより形成されると共に、２段階のアニール処理が施された本実施の形態のＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅ合金の磁性層は、優れた軟磁気特性を示し、高密度および高周波数用途に好適に用いることが可能になる。

上記のように、めっきにより形成されたＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅ合金の軟磁気特性は、２段階のアニール処理によって改善される。この２段階アニール処理はめっき法以外、例えばスパッタ法により形成された磁性層にも適用は可能であり、スパッタＣｏＦｅ層の飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈおよび異方性磁界Ｈｋも２段階アニール処理によって実質的に低下する。

例えば、図６（Ａ）は、スパッタにより形成されたＣｏ₃₀Ｆｅ₇₀磁性層のＢ−Ｈループ特性を表したものであり、磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅ＝２．４３ｋＡ／ｍ（＝３０．５Ｏｅ）、磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈ＝６５２．５Ａ／ｍ（＝８．２Ｏｅ）、異方性磁界Ｈｋ＝４．８５ｋＡ／ｍ（＝６１Ｏｅ）である。このスパッタＣｏ₃₀Ｆｅ₇₀磁性層に対して２段階アニール処理（磁化容易軸アニール／磁化困難軸アニール）を施すと、図６（Ｂ）のＢ−Ｈループ特性から分かるように、飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈが改善されると共に、異方性磁界Ｈｋも低下している。すなわち、磁化容易軸アニールを施した後は、磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅ＝１．５９ｋＡ／ｍ（＝２０Ｏｅ）、磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈ＝５４９．１Ａ／ｍ（＝６．９Ｏｅ）、異方性磁界Ｈｋ＝３．０ｋＡ／ｍ（＝３８．２Ｏｅ）であり、そののち磁化困難軸アニールを施すと、磁化容易軸飽和保磁力Ｈｃｅは１．２３ｋＡ／ｍ（＝１５．８Ｏｅ）に低下した。磁化困難軸飽和保磁力Ｈｃｈは６２０．７Ａ／ｍ（＝７．８Ｏｅ）であったが、異方性磁界Ｈｋは１．６７ｋＡ／ｍ（＝２１Ｏｅ）へと低下した。注目すべきは、スパッタＣｏ₃₀Ｆｅ₇₀磁性層のアニール前の飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈ，異方性磁界Ｈｋは、めっきＣｏ₃₀Ｆｅ₇₀磁性層のそれらよりもはるかに大きいことである。このように、ＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅ合金からなるスパッタ磁性層の軟磁気特性は２段階のアニール処理により改善されるものの、最適な高周波数応答性が要求される改良された書き込みヘッドに適用するにはめっき磁性層の方が好ましい。

以上のように、めっき磁性層を形成したのち、２段階アニール処理を施すことによって、飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈが十分に低下し、異方性磁界Ｈｋが低く、かつ飽和磁束密度Ｂｓの高い軟磁性層を実現することができる。磁性層をめっきにより形成すること、あるいは磁性層に対して２段階のアニール処理を施すことのいずれかによっても、磁性層の飽和保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈおよび異方性磁界Ｈｋを低減することは可能であるが、連続して実施される２つの方法が結びつくことによってこそ、改良された書き込みヘッドに要求される磁気特性に極めて有用な改善をもたらすことができる。すなわち、従来の１段階のみのアニール処理では異方性磁界Ｈｋを意義ある程度に十分低減できず、また、めっき処理では、高密度および高周波数記録動作のために要求される高Ｂｓを得るには十分ではないが、本実施の形態ではそれが可能になる。

以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。すなわち当技術分野を熟知した当業者であれば理解できるように、上記実施の形態は本願発明の一具体例であり、本願発明は、上記の内容に限定されるものではない。製造方法、構造および寸法などの修正および変更は、本発明と一致する限り、好ましい具体例に対応して行われる。

本発明の一実施の形態に係るめっき装置の回略構成を表す図である。めっきＣｏＦｅ磁性層のＢ−Ｈループ特性（Ａ）、および同じＣｏＦｅ磁性層について磁化容易軸アニールを施したのちのＢ−Ｈループ特性（Ｂ）を表す図である。めっきＣｏＦｅ磁性層のＢ−Ｈループ特性（Ａ）、および同じＣｏＦｅ磁性層について磁化困難軸アニールを施したのちのＢ−Ｈループ特性（Ｂ）を表す図である。めっきＣｏＦｅ磁性層に対して、２段階のアニール（磁化容易軸アニール／磁化困難軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表す図である。めっきＣｏＦｅ磁性層に対して、２段階のアニール（磁化困難軸アニール／磁化容易軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性を表す図である。スパッタＣｏＦｅ磁性層のＢ−Ｈループ特性（Ａ）、およびこのスパッタＣｏＦｅ磁性層に対して２段階のアニール処理（磁化容易軸アニール／磁化困難軸アニール）を施したのちのＢ−Ｈループ特性（Ｂ）を表す図である。

符号の説明

１…めっき装置、２…容器、３…電解質溶液（電解液）、４…対向電極、５…作用電極、６…参照電極、７…ポテンショスタット、９…基板、１０…磁界発生装置

Claims

（ａ）基板上に、軟磁性材料を用いた電気めっきにより、互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を形成する電気めっき工程と、
（ｂ）前記第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ前記磁性層を加熱する第１アニール工程と、
（ｃ）前記第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ前記磁性層を加熱する第２アニール工程と
を含むことを特徴とする軟磁性層の形成方法。
前記第１軸は磁化容易軸、前記第２軸は磁化困難軸である
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記第１軸は磁化困難軸、前記第２軸は磁化容易軸である
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記電気めっき工程では、鉄イオン（Ｆｅ²⁺），コバルトイオン（Ｃｏ²⁺），ホウ酸および１または複数種の芳香族スルフィン酸塩を含むめっき浴を用い、前記めっき浴を水素イオン濃度（ｐＨ）が２以上３以下、温度が１０℃以上２５℃以下の範囲に維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記電気めっき工程では、オンタイム１０〜５０ｍｓ、オフタイム２０〜２００ｍｓの１または複数サイクルで、ピーク電流密度３０ｍＡ／ｃｍ²以上６０Ａ／ｃｍ²以下の電流を流すと共に、１０℃以上２５℃以下の温度範囲に維持する
ことを特徴とする請求項４に記載の軟磁性層の形成方法。
前記めっき浴は、濃度５０ｇ／ｄｍ³以上１４０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸第１鉄、濃度２０ｇ／ｄｍ³以上７０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸コバルト、濃度２０ｇ／ｄｍ³以上４０ｇ／ｄｍ³以下のホウ酸、濃度０．０５ｇ／ｄｍ³以上０．３ｇ／ｄｍ³以下のベンゼンスルフィン酸ナトリウム、濃度０ｇ／ｄｍ³以上７０ｇ／ｄｍ³以下の硫酸ニッケル、濃度０．５ｇ／ｄｍ³以上５０ｇ／ｄｍ³以下の１または複数種の電解液、濃度０ｇ／ｄｍ³以上０．１５ｇ／ｄｍ³以下の界面活性剤、および濃度０ｇ／ｄｍ³以上２ｇ／ｄｍ³以下の応力緩和剤を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の軟磁性層の形成方法。
前記第１および第２アニール工程を、それぞれ２０分以上３００分以下の間、１８０℃以上２５０℃以下の温度範囲で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記第１磁界および第２磁界の磁界強度を、いずれも１５．９２ｋＡ／ｍ（＝２００Ｏｅ）以上２３．８７ｋＡ／ｍ（＝３００Ｏｅ）以下の範囲とする
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記磁性層を、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ），ＣｏＦｅを含む合金，ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）またはＮｉＦｅを含む合金により形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記磁性層が１５９．２Ａ／ｍ（＝２Ｏｅ）以下の磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ）および磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）、３９７．９Ａ／ｍ（＝５Ｏｅ）以下の異方性磁界（Ｈｋ）および２．４Ｔ以上の飽和磁束密度（Ｂｓ）を有するように前記第１アニール工程および第２アニール工程を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
前記磁性層は、書き込みヘッドにおける磁極層である
ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性層の形成方法。
基板上に形成されると共に互いに交差する第１軸磁化方向および第２軸磁化方向を有する磁性層を軟化させる方法であって、
（ａ）前記第１軸磁化方向に第１磁界を印加しつつ前記磁性層を加熱する第１アニール工程と、
（ｂ）前記第２軸磁化方向に第２磁界を印加しつつ前記磁性層を加熱する第２アニール工程と
を含むことを特徴とする磁性層の軟化方法。
前記磁性層は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ），ＣｏＦｅを含む合金，ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）またはＮｉＦｅを含む合金により形成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１軸は磁化容易軸、前記第２軸は磁化困難軸である
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１軸は磁化困難軸、前記第２軸は磁化容易軸である
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１および第２アニール工程を、それぞれ２０分以上３００分以下の間、１８０℃以上２５０℃以下の温度範囲で行う
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１磁界および第２磁界の磁界強度を、いずれも１５．９２ｋＡ／ｍ（＝２００Ｏｅ）以上２３．８７ｋＡ／ｍ（＝３００Ｏｅ）以下の範囲とする
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記磁性層は、書き込みヘッドにおける磁極層である
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１アニール工程と第２アニール工程との間に、前記基板を冷却する工程を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。
前記第１アニール工程および第２アニール工程により、前記磁性層の磁化容易軸飽和保磁力（Ｈｃｅ），磁化困難軸飽和保磁力（Ｈｃｈ）および異方性磁界（Ｈｋ）をそれぞれ実質的に減少させる
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁性層の軟化方法。