JP2654401B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ビデオテープレコーダなどに用いて好適な
薄膜磁気ヘツドに関する。

［従来の技術］ 従来、薄膜磁気ヘツドとしては、応用磁気研究会資料
（昭和60年３月11日）資料番号:MSJ39−５ pp.41−49
の成重真治等による「ハードデイスク装置用薄膜磁気ヘ
ツド」と題する論文で報告されているものがあるが、こ
れら従来の薄膜磁気ヘツドにおいては、磁気コアに一軸
異方性が付与されており、磁化容易軸は磁気コアの面に
平行であつてかつ媒体摺動面に平行となるように設定さ
れている。かかる薄膜磁気ヘツドを、以下、第６図
（ａ）により説明する。但し、同図において、１は上部
磁気コア、１′は下部磁気コア、２は磁気ギヤツプ、３
は薄膜コイルである。

図示しない基板に下部磁気コア１′が設けられ、さら
にその上に非磁性絶縁層を介して上記磁気コア１が設け
られている。下部磁気コア１′、上部磁気コア１の図示
する左側の端部では、これら磁気コアが極めて薄い非磁
性絶縁層を介し近接して対向し、磁気ギヤツプ２が形成
されている。この磁気ギヤツプ２が形成される下部磁気
コア１′、上部磁気コア１の端面が媒体摺動面を形成し
ている。

この媒体摺動面とは反対側（図面右側）では、図示し
ないが、上部磁気コア１と下部磁気コア１′とが結合さ
れるバツクコンタクト部が形成されており、これによ
り、上部磁気コア１と下部磁気コア１′とがループ状の
磁路を構成している。薄膜コイル３はこのバツクコンタ
クト部の周りに巻回され、その一部が上部磁気コア１と
下部磁気コア１′との間を通つている。

かかる構成の薄膜磁気ヘツドにおいて、上部磁気コア
１と下部磁気コア１′とは、これら磁気コアの面に平行
でかつ媒体摺動面に平行なで示す方向に磁化容易軸の
方向が設定されており、再生時に媒体（図示せず）から
磁気コアに流入する磁束は破線矢印のように流れる。こ
のため、磁気コアのいずれの個所においても、磁束の伝
播方向と磁化容易軸の方向とが直交する。一般に、一軸
異方性を有する磁性体の透磁率は磁化容易軸に直交する
方向で最大となる。従つて、この薄膜磁気ヘツドでは、
再生時の磁気コアの透磁率が最大となり、このために、
磁気抵抗が充分小さくなつて大きな再生出力が得られる
ことになる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、磁化容易軸方向に直交して磁束が流れ
るように一軸異方性をもたせた従来の薄膜磁気ヘツドに
おいては、大きな再生出力が得られるのであるが、その
反面、このように一軸異方性をもたせたが故に、ヘツド
のインダクタンスも大きくなり、再生出力をＳ、ヘツド
のインダクタンスをＬとすると、 で表わされるヘツドの性能指数が小さくなるという問題
があつた。このことを、以下、第６図（ｂ）を用いて説
明する。

同図（ｂ）において、インダクタンス測定時の時束の
流れは破線矢印で示す方向となる。このインダクタンス
測定においても、磁束の伝播方向は磁化容易軸方向に直
交し、透磁率が最大となる。そして、ヘツドのインダク
タンスは透磁率に比例するから、この薄膜磁気ヘツドで
は、インダクタンスも大きくなる。

以上のように、従来の薄膜磁気ヘツドでは、再生出力
ＳとインダクタンスＬとが共に大きくなるから、ヘツド
の性能指数である が小さい。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、再生出力が
大きく、かつヘツド性能指数が大きい薄膜磁気ヘツドを
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、上、下磁気コ
アの磁気ギヤツプ形成部の磁化容易軸方向を該磁気ギヤ
ツプの面の法線方向とする一軸異方性を付与し、さら
に、これら第1,第２の磁気コアのギャップ形成部とバッ
クコンタクト部との間の部分が、非磁性の層間絶縁膜を
挟んで磁性層が積層された構造をなすようにする。

［作用］ 再生時には、上記のように磁気ギヤツプ形成部での
上、下磁気コアの磁化容易軸の方向を設定しても、媒体
からの磁束の流れ方向はこの磁化容易軸の方向に直交
し、この磁化容易軸によつて再生出力が低下することが
ない。したがつて、大きな再生出力が得られる。

また、インダクタンス測定時には、上記磁気ギヤツプ
形成部での磁束の流れは磁化容易軸方向となり、透磁率
が低下してインダクタンスが小さくなる。

以上により、大きな再生出力が得られて、しかもヘツ
ド性能指数が大きくなる。

さらに、第1,第２の磁気コアのギャップ形成部とバッ
クコンタクト部との間の部分が、非磁性の層間絶縁膜を
挟んで磁性層が積層された構造をなすようにしているの
で、信号周波数が高いときのこれら第1,第２の磁気コア
での渦電流効果などによる透磁率の低下を抑圧して、ヘ
ッド性能がより向上する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面によつて説明する。

第１図は本発明による薄膜磁気ヘツドの一実施例を示
す斜視図であつて、１は上部磁気コア、１′は下部磁気
コア、２は磁気ギヤツプ、３は薄膜コイル、４は非磁性
基板、５は媒体摺動面、６はバツクコンタクト部、７は
非磁性絶縁層である。

同図において、下部磁気コア１′は非磁性基板４に設
けられた溝内に埋め込まれており、磁気ギヤツプ２の形
成部分のみが非磁性基板４の表面から突出している。下
部磁気コア１′上の媒体摺動面５から所定の深さまで、
上部磁気コア１が図示しない非常に薄い膜厚の非磁性材
を介して下部磁気コア１′に対向しており、この部分が
磁気ギヤツプ２をなしている。この磁気ギヤツプ２より
も奥の部分では、上部磁気コア１と下部磁気コア１′と
の間に非磁性絶縁層（図示せず）が設けられ、さらに、
その奥部では、上部磁気コア１と下部磁気コア１′とが
結合されて、バツクコンタクト部６が形成されている。
このバツクコンタクト部６の周りに薄膜コイル３が巻回
され、その一部が非磁性絶縁層で隔離されている上部磁
気コア１、下部磁気コア１′間を通つている。

磁気コア1,1′は、上部磁気コア１の磁気ギヤツプ形
成部分およびバツクコンタクト部６を除いてCoNbZr膜と
非磁性絶縁層７との積層体からなっている。これによ
り、信号周波数が高いときの上部磁気コア１と下部磁気
コア１′とでの渦電流効果などによる透磁率の低下を抑
圧でき、ヘッド性能がより向上する。しかし、上部磁気
コア１の磁気ギヤツプ形成部分とバツクコンタクト部６
とはCoNbZr膜のみで構成されている。これは、磁気ギヤ
ツプ形成部とバツクコンタクト部６とでは磁束が磁気コ
アの膜厚方向に流れるため、これら２つの部分を積層構
造にすると、磁束が非磁性絶縁層を横切つてコアの磁気
抵抗が増大するのを防止するためである。また、下部磁
気コア１′は、非磁性基板４上の側壁が傾斜した溝内に
薄膜作成法を用いて形成される。これにより、下部磁気
コア１′を上記の積層構造としても、その全ての磁性層
が上部磁気コア１との接合面に露出し、磁気ギヤツプ形
成部分とバツクコンタクト部６においても、磁束が非磁
性絶縁層７を横切ることがない。

上部磁気コア１と下部磁気コア１′の磁気ギヤツプ形
成部では、磁化容易軸の方向が磁気ギヤツプ２の面の法
線方向（垂直方向）に一致しており、その他の部分で
は、磁化容易軸の方向がトラツク幅方向に平行となつて
いる。

第２図はこの実施例の磁気ギヤツプ形成部およびその
付近の磁化容易軸方向と磁束の流れを示すものであつ
て、同図（ａ）は再生時、同図（ｂ）はインダクタンス
測定時を夫々示している。

第２図（ａ）において、前述のように、磁気ギヤツプ
形成部では、上部磁気コア１、下部磁気コア１′での磁
化容易軸方向は、印で示すように、磁気ギヤツプ２の
面の法線方向であり、他の部分では、印で示すよう
に、トラツク幅方向に平行である。

再生時では、磁束の伝播方向は、破線矢印で示すよう
に、上部磁気コア１、下部磁気コア１′のいずれの個所
においても磁化容易軸の方向と直交する。従つて、再生
時の磁気抵抗は従来の薄膜磁気ヘツドと同程度に小さ
く、大きな再生出力が得られる。インダクタンス測定時
では、第２図（ｂ）に破線矢印で示すように、磁束の伝
播方向は、磁気ギヤツプ形成部でのみ磁化容易軸の方向
と一致し、他の部分では磁化容易方向と直交する。一般
に、磁化容易軸方向の透過率は、磁壁移動に基づくもの
であり、このために、信号周波数が高くなると、磁壁の
移動が磁界の変化に充分追随できなくなり、また、異常
渦電流効果が増大して透磁率が小さくなる。従つて、こ
の実施例では、インダクタンスが従来の薄膜磁気ヘツド
に比べて小さくなる。

以上のように、磁気コアの磁気ギヤツプ形成部での磁
化容易軸方向を磁気ギヤツプ２の面の法線方向に一致さ
せ、且つ他の部分の磁化容易軸方向をトラツク幅方向に
一致させることにより、再生出力を損うことなく、イン
ダクタンスを小さくすることができる。したがつて、 すなわちヘツドの性能指数が大きくなる。

次に、この実施例での上述せる磁気異方性を実現する
ための方法を説明する。

この実施例においては、上部磁気コア１と下部磁気コ
ア１′とに対し、以下に示すように、各々異つた方法を
用いている。

いま、一例として、上部磁気コア１のトラツク幅方向
の幅を磁気ギヤツプ形成部で40μｍ、バツクコンタクト
部６の周辺で200μｍとする。また、その膜厚を磁気ギ
ヤツプ形成部とバツクコンタクト部６とで20μｍの単層
とし、他の部分で10μｍの２層とする（バツクコンタク
ト部６は下部磁気コア１′を合わせると、40μｍの膜厚
となる）。従つて、上部磁気コア１の各部分の膜厚方向
の反磁界係数は、磁気ギヤツプ形成部の反磁界係数＜バ
ツクコンタクト部６の反磁界係数くその他の部分の反磁
界係数となる。

このように反磁界係数が異なる磁性体では、同じ条件
で磁場中熱処理を施した場合には、得られる磁気異方性
が異なる。この実施例では、磁性体のこのような性質を
利用して、上記の磁気異方性を上部磁気コア１に付与し
ている。

即ち、予め上部磁気コア１全体にトラツク幅方向を磁
化容易軸方向とする異方性定数の大きい一軸異方性を付
与しておき、その後、磁気ギヤツプ形成部の反磁界より
大きく、かつバツクコンタクト部６の反磁界より小さい
外部磁界を磁気ギヤツプ２の面の法線方向に印加して磁
場中熱処理を行なう。これにより、磁気ギヤツプ形成部
では、磁場中熱処理時の磁場印加方向である磁気ギヤツ
プ２の面の法線方向を磁化容易軸とする一軸異方性が付
与される。他の部分では、初期の磁気異方性であるトラ
ツク幅方向を磁化容易軸とする一軸異方性がそのまま保
持されている。ただし、上記の反磁界は熱処理温度にお
ける反磁界である。このように、上部磁気コア１の一部
を多層化することにより、部分的に異なる磁気異方性を
付与することができるのである。

下部磁気コア１′については、磁気ギヤツプ形成部を
含む全体が多層化されており磁気ギヤツプ２の面の法線
方向の反磁界が大きい。その下部磁気コア１′は非磁性
基板４に設けられた溝内に埋め込まれている。この溝の
磁気ギヤツプ形成部における断面形状は略Ｖ字形状であ
り、このＶ字上溝の斜面が非磁性基板４の表面に対して
なす傾斜角φを30゜以上、好ましくは45゜〜80゜に設定
する。また、磁気ギヤツプ形成部における下部磁気コア
１′の断面積の2/3以上がこの斜面の直上部分の断面積
になるように設定される。CoNbZr膜をこの溝内に形成す
る場合、斜面部分での斜入射角効果により、磁気ギヤツ
プ２の面に略垂直に伸びる柱状構造が生じ、これに熱処
理を加えることで垂直磁気異方性が得られる。

下部磁気コア１′のバツクコンタクト部６の周辺部分
に関しては、コア幅が広く、且つ底面が平坦な溝内に形
成されるため、磁気ギヤツプ形成部のような垂直磁気異
方性は生じない。従つて、上部磁気コア１と同様の方法
でトラツク幅方向に磁化容易軸を与えることができる。

第３図はこの実施例における磁区構造の一例を示す側
面図である。同図に示すように、磁気ギヤツプ形成部で
は膜厚方向の直線的磁壁９が、その他の部分では膜厚方
向のジグザグ磁壁９′が夫々観測された。これらはいず
れも一軸異方性膜の磁区構造であり、夫々膜厚方向、ト
ラツク幅方向の磁化容易軸をもつ場合に観測される磁区
構造である。

次に、第４図により、各部の材料、膜厚などの一例を
具体的に示して第１図に示した薄膜磁気ヘツドの製造方
法について説明する。

まず、非磁性基板４上に、フオトリゾグラフイツク法
およびイオンエツチング法により、磁気ギヤツプ形成部
が第１図に示したようなＶ字状をなす溝を形成し、この
溝が埋め込まれるように、CoNbZr膜と層間絶縁材である
SiO₂膜７とを交互にスパツタ形成し、研摩によつてこの
膜の溝以外に付着した部分を取除く。そして、磁気ギヤ
ツプ形成部及びバツクコンタクト部６に相当する部分に
凸部を形成し、これら凸部間の凹部が埋め込まれるよう
にコイル絶縁層であるSiO₂膜８をスパツタ形成し、研磨
によつて表面を平坦化して下部磁気コア１′が形成され
る。この際、下部磁気コア１′のCoNbZr膜の膜厚は、第
１層が10μｍ、第２層が凸部で20μｍ、他の部分で10μ
ｍであり、SiO₂膜の膜厚は0.1μｍである（第４図
（ａ））。

次に、コイル絶縁層８の上にマグネトロンスパツタ法
を用いて膜厚３μｍのCu膜を形成し、フオトリソゾグラ
フイツク法により薄膜コイル３を形成する。（第４図
（ｂ））。

そして、コイル絶縁層８の上に、この薄膜コイル３が
埋設するように、SiO₂膜を形成し、研摩によりその表面
を平坦化した後、磁気ギヤツプ形成部及びバツクコンタ
クト部６の直上のSiO₂膜を除去してコイル絶縁部８を形
成し、さらに、磁気ギヤツプ２となる膜厚0.3μｍのSiO
₂膜２をスパツタで形成する（第４図（ｃ））。

次に、バツクコンタクト部６に相当する位置のSiO₂膜
を除去してスルーホールとした後、上部磁気コア１の第
１層目の磁性膜としての膜厚10μｍのCoNbZr膜を形成
し、その上に層間絶縁層７である膜厚0.1μｍのSiO₂膜
を順次形成する（第４図（ｄ））。そして、磁気ギヤツ
プ形成部及びバツクコンタクト部６の直上の層間絶縁層
７を除去した後（第４図（ｅ））、上部磁気コア１の第
２層目となる膜厚10μｍのCoNbZr膜を形成し、イオンミ
リング法によつてCoNbZr膜を所望の形状に加工して上部
磁気コア１を得る（第４図（ｆ））。

以上の工程でウエハプロセスが完了する。ウエハプロ
セス中の薄膜の加工には、全てフオトリゾグラフイツク
法及びイオンミリング法を用いる。また、CoNbZr膜の作
成にはDC対向スパツタリング法を用い、成膜時のプラズ
マ収束磁界の方向をトラツク幅方向に一致させる。さら
に、SiO₂膜の作成にはマグネトロンスパツタ法を用い
る。

ウエハプロセス終了後、温度を460℃とし、磁場印加
方向を磁気ギヤツプ２の面の法線方向とし、磁場強度を
1.8×10⁵A/mとする条件下で30分間磁場中熱処理を施
す。なお、この熱処理温度460℃は、非磁性基板４の溝
内に形成される下部磁気コア１′の媒体摺動面側（フロ
ント部）でのキユリー温度420℃とリア部でのキユリー
温度480℃の間に設定されたものである。

以上の磁場中熱処理がなされた後、チツプ加工及びヘ
ツド組立て工程を経て薄膜磁気ヘツドが完成する。

第５図は上記実施例による薄膜磁気ヘツドと従来の薄
膜磁気ヘツドとのインダクタンスあたりのヘツド再生出
力を示したものである。同図から明らかなように、上記
実施例による薄膜磁気ヘツドは、従来の薄膜磁気ヘツド
に比べ、３〜4dBの改善が認められた。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、再生出力を従
来技術と同程度に大きくしつつ、インダクタンスを低減
させることができ、性能指数が大幅に向上する。

さらに、本発明によれば、第1,第２の磁気コアのギャ
ップ形成部とバックコンタクト部との間の部分が、非磁
性の層間絶縁膜を挾んで磁性層が積層された構造をなす
ようにしているので、信号周波数が高いときのこれら第
1,第２の磁気コアでの渦電流効果などによる透磁率の低
下を抑圧して、ヘッド性能がより向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による薄膜磁気ヘツドの一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図に示した薄膜磁気ヘツドの磁気
ギヤツプ近傍における磁化容易軸と磁束の流れを示す説
明図、第３図は第１図に示した薄膜磁気ヘツドの磁区構
造の一具体例を示す側断面図、第４図は第１図に示した
薄膜磁気ヘツドの製造プロセスの一具体例を示す工程流
れ図、第５図は第１図に示した薄膜磁気ヘツドと従来の
薄膜磁気ヘツドとの再生出力−周波数特性を示すグラフ
図、第６図は従来の薄膜磁気ヘツドの磁気ギヤツプ近傍
における磁化容易軸と磁束の流れを示す説明図である。 １……上部磁気コア、１′……下部磁気コア、２……磁
気ギヤツプ、３……薄膜コイル、４……非磁性基板、５
……媒体摺動面、６……バツクコンタクト部、７……層
間絶縁層、８……コイル絶縁層、9,9′……磁壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安河内 正也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者 座間 秀夫 茨城県勝田市大字稲田1410番地 株式会 社日立製作所東海工場内 (56)参考文献 特開 昭62−129928（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−77012（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第1,第２の磁気コアが媒体摺動面近傍で互
   いに近接して磁気ギャップを形成し、該媒体摺動面側に
   対して奥部で互いに結合されてバックコンタクト部を形
   成し、かつ該磁気ギャップを該バックコンタクト部との
   間で該第1,第２の磁気コアが隔離され、一部が該第1,第
   ２の磁気コア間を通るようにして該バックコンタクト部
   の周りに薄膜コイルが巻回されてなる薄膜磁気ヘツドに
   おいて、 該第1,第２の磁気コアにおける該磁気ギャップの形成部
   と該バックコンタクト部との間の部分が、非磁性の層間
   絶縁膜を挟んで磁性層が積層された構造をなし、 該第1,第２の磁気コアの磁化容易軸の方向が、少なくと
   も該磁気ギャップが形成される部分では、該磁気ギャッ
   プの面の法線方向に一致し、かつ、該バックコンタクト
   部分では、コンタクト面に略平行である構成を有してい
   ることを特徴とする薄膜磁気ヘツド。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記第1,第２の磁気コアの前記磁気ギャップが形成され
   る部分を除く部分における磁化容易軸の方向がトラック
   幅方向に平行であることを特徴とする薄膜磁気ヘツド。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記第1,第２の磁気コアの前記磁気ギャップ形成部分が
   Co系合金層からなることを特徴とする薄膜磁気ヘツド。
4. 【請求項４】請求項1,2または３において、 前記磁気ギャップは前記第1,第２の磁気コア間に非磁性
   絶縁膜が設けられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘツ
   ド。
5. 【請求項５】請求項1,2,3または４において、 前記第1,第２の磁気コアの一方が基板に埋設されてなる
   ことを特徴とする薄膜磁気ヘツド。