JP3130407B2 - 磁性膜の製法および薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性膜および薄膜磁気
ヘッドの製法に関する。さらに詳しくは、高周波帯域で
用いられるＶＴＲなどの、磁性膜またはその積層膜から
なる薄膜磁気ヘッドに好適な軟磁性膜および該薄膜磁気
ヘッドの製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、たとえば特開平3-141007号公報
に示された薄膜磁気ヘッドの磁性薄膜からなる磁気コア
に付与される磁化容易軸方向とそれにともなう磁区構造
を示す図である。

【０００３】薄膜磁気ヘッドの磁気コアは、通常、スパ
ッタリング法あるいは蒸着法などを用いて磁性膜を成膜
したのち、エッチング法を用いてパターニングして形成
される。図９中、23は磁気コア内に形成される磁区、24
はこれら磁区の境界にある磁壁を示す。25は各磁区にお
ける磁化の方向、26は磁路方向すなわち磁束信号の流れ
る方向、そして27は磁化容易軸(Easy Axis)、すなわち
異方性磁界の方向を示している。28は、磁気コアの磁気
記録媒体と対向、ないしは摺動する摺動面である。した
がって磁気コアの中でもこの部分の近傍の磁気特性は磁
気ヘッドの性能に大きく影響する。

【０００４】通常、薄膜磁気ヘッドを動作させるばあ
い、その磁束信号は図９に示すように、磁化容易軸27と
直角をなす方向26、すなわち磁化困難軸方向に流れるよ
うな構成にする。これは、磁性膜の困難軸方向の磁化過
程が磁壁の移動を伴わない回転磁化過程であるために、
磁気特性（透磁率）の周波数特性が優れているからであ
る。

【０００５】困難軸方向の透磁率μ’は、磁性膜の飽和
磁束密度をＢｓ、異方性磁界の大きさをＨｋとするとＢ
ｓ／Ｈｋで表される。磁性膜のＨｋの値が大きすぎると
透磁率は小さくなり、ヘッド効率が低下する。一方、Ｈ
ｋの値を小さくしすぎてしまうと、今度は磁区構造が乱
れ磁壁移動による磁化過程を生じるために、逆に透磁率
の低下を招いたり、周波数特性を劣化させる結果をもた
らすことになる。

【０００６】さらに実際の薄膜磁気ヘッドの磁気コアの
この磁区構造は、ＢｓやＨｋの値のほかに、コア形状か
らくる反磁界（形状効果）の影響を大きく受ける。たと
えば図10（ａ）〜（ｆ）は、本発明者らによって観察さ
れたストライプ状でＢｓ＝9200gaussとした10μｍ厚さ
の磁性膜の磁区形状の一例を示したものであるが、Ｈｋ
＝3.0Ｏｅの試料においてストライプ幅が20μｍ、40μ
ｍのコア形状の磁区構造（図10（ｂ）、（ｃ）参照）が
きれいな還流磁区構造となっているのに対し、ストライ
プ幅が10μｍ幅のコア形状の磁区構造（図10（ａ）参
照）は、ダイヤモンド磁区構造と呼ばれる磁区構造にな
る。このようなダイヤモンド磁区構造を有する試料で
は、還流磁区の試料に比べ透磁率の周波数特性が著しく
劣化してしまう。一方、同じ10μｍ幅の試料でも図10
（ｄ）〜（ｆ）のようにＨｋ値を8.5Ｏｅまで上げてや
るとストライプ幅が10、20および40μｍ幅のコア形状の
磁区構造はそれぞれ、きれいな還流磁区構造を示すよう
になる。

【０００７】図10に示す例からもわかるように、特性の
優れた薄膜磁気ヘッドをうるためには、磁性膜のＨｋ値
を、その磁気コア形状や磁性膜材料に見合った最適値に
制御することが非常に重要である。

【０００８】ところが、磁性膜のＨｋ値を制御する従来
の方法としては、磁性膜の組成や種類を変えるなどのほ
か、たとえば、前記特開平3-141007号公報に示されてい
るように、磁性膜の成膜時にあらかじめ一軸異方性磁界
を付与しておき、そののち、回転磁界中で、回転磁界強
度、回転速度そして熱処理温度などの条件を最適化させ
る方法、または成膜時の異方性磁界と直交する方向に静
磁界を加えて熱処理する際の静磁界強度や熱処理温度を
最適化し、異方性磁界を90°反転させる方法が提案され
ている。

【０００９】しかしながら、これらの方法では、ある一
つのＨｋ値ごとに、磁性膜の組成や種類、あるいは回転
磁界強度、回転速度、熱処理温度など複数のパラメータ
を最適化させてやらなければならない。このため、従来
の方法による薄膜磁気ヘッドの製造プロセスにおいて
は、磁性膜は、様々な寸法、形状を有する薄膜磁気ヘッ
ドそれぞれについて最適なＨｋ値をうるために、磁性膜
の種類やその組成、さらには熱処理時の熱処理温度や回
転磁界強度、回転速度または静磁界強度など様々な条件
を最適化して製造されることになり、これがプロセスを
複雑化させ、信頼性や歩留り低下の原因の一つになって
いる。

【００１０】ひとつの例として、図11は、特開昭55-873
23号公報において提案されている薄膜磁気ヘッドの、磁
気ギャップ付近のヘッド構造を示すものであり、下部磁
性膜13の幅21を上部磁性膜20の幅22で規制されるトラッ
ク幅よりも広くしておくことによって、プロセス上にお
いて上部磁性膜20の位置が多少左右にずれたとしても、
実際のヘッドのトラック幅やギャップ形状が影響を受け
ないように工夫されたものである。このばあい、下部磁
性膜13と上部磁性膜20のトラック幅の違いにより両磁性
膜のトラック部分の磁気コア形状が異なるため、図10の
例にみられるように、その寸法によっては、両磁性膜の
Ｈｋ値をそれぞれ厳密に制御しなければならない可能性
が生じてくる。そこで従来の磁性膜のＨｋの制御方法を
用いようとすれば、上部と下部の磁性膜それぞれについ
て磁性膜の種類や組成を変えたり、成膜条件や熱処理温
度などをそれぞれの最適条件で行うことにならざるをえ
ないために、薄膜磁気ヘッドの製造プロセスが必然的に
複雑化するという問題がある。

【００１１】また別の例として、図12に示す特開平3-17
8015号公報に記載のヘッドが提案されている。この例に
よれば、上部磁性膜20が高透磁率材20ａの両側に高飽和
密度で低透磁率の材料20ｂを貼りあわせて形成されたも
のである。この構造にすることより記録時と再生時で有
効なトラック幅を変化させることができる効果をもたら
し、ワイドライト／ナローリードが達成される。その結
果、オフトラック特性を向上でき、トラック密度を向上
することができる。このばあいは図11のヘッドに比べ、
さらにもう１種類の異なる磁気特性を有する磁性膜が必
要となる可能性があり、同一ヘッドの製造工程におい
て、最多で３種類の磁性膜材料、そしてそれぞれに最適
な成膜条件、熱処理条件が含まれることになり、さらに
プロセスを複雑化するという問題が生じる。

【００１２】このように、個々の磁気コアに要求される
最適なＨｋ値をうるために、磁性膜の組成や種類、そし
てその成膜条件や熱処理条件など様々な条件を最適化し
なければならないのは、以下に述べるような理由によ
る。

【００１３】すなわち、磁気ヘッドに用いられる磁性膜
は、磁区形状や透磁率μ’に直接関係するＢｓおよびＨ
ｋの値のほかに、飽和磁歪λｓがほぼゼロであることが
要求される。つまり磁気ヘッドに用いられる磁性膜にお
いては、Ｂｓ、Ｈｋ、λｓの３つの磁性量が同時に最適
化されていなければならない。ところが、たとえばＨｋ
を所望の値にするために、従来のように磁性膜の組成や
成膜条件、さらに熱処理時の温度、回転磁界強度、回転
速度または静磁界強度などをパラメータとして変化させ
ようとすると、これらはＨｋ値のほかにもＢｓ、λｓの
値にも影響を及ぼすることになるので、これらＢｓやλ
ｓの変化量も同時に補償しなければならないため、結局
様々なパラメータを最適化しなければならなくなるので
ある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来よ
り発明されている高性能な薄膜磁気ヘッドは、一般に複
数の種類の磁性膜を磁気コアとして用いるような構成と
なっているが、これら磁性膜の磁気特性（Ｂｓ、Ｈｋ、
λｓなど）を最適化するためには、それぞれの磁性膜に
ついて異なる成膜条件や熱処理条件を設定しなければな
らないため、薄膜磁気ヘッドの製造プロセスが複雑にな
るという問題が生じている。

【００１５】そして、このように磁性膜の製造が複雑で
あることが、薄膜磁気ヘッドにおけるヘッド設計の自由
度をせばめている原因になる。

【００１６】本発明は、かかる問題を解消するためにな
されたもので、成膜条件や熱処理の温度条件を変えるこ
となく、一軸磁気異方性などの磁性膜の磁気特性を幅広
く制御できる軟磁性膜の製法を提供することを目的とす
る。さらに、異なる磁気特性を有する複数の磁性膜を必
要とする薄膜磁気ヘッドにおいて、この磁性膜の製法を
用いることにより、使用する磁性膜の種類を最小限に抑
えることができ、製造プロセスを従来より大幅に簡略化
することのできる薄膜磁気ヘッドの製法を提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の磁性膜の製法
は、一軸磁気異方性を有する磁性膜の製法であって、磁
性膜の面内方向のうちある一方向に第１の一軸異方性磁
界を付与し、ついで第１の一軸異方性磁界の方向とは異
なる方向に熱処理用直流磁界を加えながら前記磁性膜の
熱処理を行い、そののち該熱処理用直流磁界方向または
その近傍の方向が最終的な膜の磁化容易軸方向となるよ
うに第２の一軸異方性磁界を付与するとともに、前記熱
処理用直流静磁界の方向を変えることにより、第２の一
軸異方性磁界の大きさを制御することを特徴とするもの
である。

【００１８】前記磁性膜に第１の一軸異方性磁界を付与
する方法は基板の一方向に直流静磁界を印加しながら磁
性膜を成膜することにより行うのが好ましい。

【００１９】前記一軸磁気異方性を有する磁性膜が、添
加元素としてＣｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＨｆおよびＴａからな
る群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むＣｏ−Ｚ
ｒ系非晶質膜であるのが好ましい。

【００２０】前記Ｃｏ−Ｚｒ系非晶質膜の結晶化する温
度よりも低い温度で第２の一軸異方性磁界を付与するた
めの熱処理を行うのが好ましい。

【００２１】前記一軸磁気異方性を有する磁性膜が、添
加元素としてＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ
およびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元
素を含むＦｅ−Ｎ系結晶質合金であるのが好ましい。

【００２２】前記一軸磁気異方性を有する磁性膜をおい
て、添加元素としてＺｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからな
る群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むＦｅ−Ｎ
系合金により、非晶質状態で成膜し、該非晶質状態の膜
の結晶化する温度よりも高い温度で直流静磁界を印加し
ながら熱処理を行うことにより、該非晶質状態の膜を微
結晶化させるとともに、同時に第１の一軸異方性磁界を
付与するのが好ましい。

【００２３】また、本発明の薄膜磁気ヘッドの製法は、
基板上に下部磁性膜を成膜し、ついで絶縁層と銅コイル
を少なくとも各１層順次成膜し、さらに絶縁層を介して
上部磁性膜を成膜することにより薄膜磁気ヘッドを製造
する方法であって、前記両磁性膜を請求項１記載の方法
により成膜することを特徴とする。

【００２４】また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、基板上
に下部磁性膜および上部磁性膜の両磁性膜からなる磁気
コアと、該磁気コアの記録媒体に対向し、該記録媒体に
磁気信号を書き込む部分に設けられた非磁性体からなる
ギャップ層と、上部および下部磁性膜を磁気的および電
気的に分離させる絶縁層と、該絶縁層の中に埋設された
信号の入出力用の導電性コイルとからなる薄膜磁気ヘッ
ドであって、前記磁気コアに用いられる上部磁性膜およ
び下部磁性膜のストライプ幅が異なる幅で形成され、該
ストライプ幅の狭い磁性膜の異方性磁界の大きさが他方
の磁性膜の異方性磁界の大きさより大きく形成されてな
ることを特徴とする。

【００２５】

【作用】本発明の磁性膜の製法によれば、同じ組成の磁
性材料であれば、成膜条件および熱処理条件（温度、保
持時間、フンイキガス、印加直流静磁界強度など）など
の多数のパラメータを一切変えることなく、磁性膜の面
内方向のうちある一方向に第１の一軸異方性磁界を付与
したのち、熱処理時に印加する直流静磁界の角度方向の
みを変えて、第２の一軸異方性磁界を付与することによ
り、磁化容易軸の方向を制御するため、あらかじめ磁性
膜の飽和磁束密度Ｂｓや飽和磁歪λｓの値を最適化して
おけば、これらＢｓ、λｓ値に影響を与えることなく所
望の一軸異方性磁界Ｈｋ値の磁化容易軸を有する磁性膜
を容易にうることができる。

【００２６】さらに、前記磁性膜の製法を用いれば、磁
気特性の異なる複数の磁気コアが要求される薄膜磁気ヘ
ッドにおいても、磁性膜形成プロセス上は、磁性膜熱処
理時に印加する直流静磁界の角度方向の変更だけで容易
に磁化容易軸の方向を制御できるため、磁気ヘッドの設
計の自由度を広げることができるとともに、磁性膜形成
プロセスを大幅に簡略化できるため、薄膜磁気ヘッドの
生産性を向上させることができる。

【００２７】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明の磁性膜
の製法および薄膜磁気ヘッドについて説明する。

【００２８】図１は、本発明の磁性膜の製法の手順を示
す説明図である。図１（ａ）に示されるように、まず磁
性膜が形成される基板１の全体に一様な直流静磁界２を
永久磁石またはヘルムホルツコイルなどの電磁石を用い
て印加する。

【００２９】磁界の強さは、少なくとも地磁気の大きさ
よりも強ければよいが、強度分散または方向分散のない
一軸異方性磁界をうるためには、70Ｏｅ以上であること
が好ましい。

【００３０】ついで直流静磁界２を印加した状態で磁性
粒子３を基板１に飛散させ、基板１の表面に磁性膜を形
成する。

【００３１】磁性膜は、具体的にはＲＦスパッタリン
グ、ＲＦマグネトロンスパッタリング、ＤＣマグネトロ
ンスパッタリングまたはイオンビームスパッタリングな
どの各種スパッタリング法で形成される。また、蒸着法
やメッキ法などによっても形成することができる。

【００３２】磁性膜としては、たとえば非晶質の磁性膜
をうるためにはＣｏ_xＺｒ_yＲ_1-x-y（ｘ、ｙは重量％
（百分率）の比率で0.65≦ｘ≦0.93、０≦ｙ≦0.20、ｘ
＋ｙ＜１、ＲはＣｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＨｆおよびＴａから
なる群より選ばれる少なくとも１種の元素）からなるＣ
ｏ−Ｚｒ系合金が用いられる。

【００３３】また結晶化するばあいには、成膜により直
接結晶化した磁性膜をうるには、たとえばＦｅ_pＭ_1-p-q
Ｎ_q（ｐ、ｑは原子％（百分率）の比率で0.70≦ｐ≦0.9
0、0.05≦ｑ≦0.15、ｐ＋ｑ＜１、ＭはＣ、Ｓｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の元
素）からなるＦｅ−Ｎ系結晶質合金が用いられる。

【００３４】また、成膜時には非晶質状態で成膜し、そ
ののち磁性膜の結晶化温度より高い温度の熱処理をする
ことにより結晶化する磁性膜としては前記Ｆｅ_pＭ_1-p-q
Ｎ_qからなるＦｅ−Ｎ系合金の添加元素ＭとしてＺｒ、
Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群より選ばれる少なくと
も１種の元素を添加することによりえられる。

【００３５】その結果、図１（ｂ）に示されるように、
基板１の表面に第１の一軸異方性磁界５が付与された磁
性膜４が形成される。本発明においては、第１の一軸異
方性磁界５の方向が重要であって、その向きは正逆のど
ちらでもよい。つまり、図１（ａ）において、右向きの
矢印で示した直流静磁界２は、これとは逆の左向きに加
えたとしても、一軸異方性磁界５の角度に関して何ら問
題はない。なお、第１の一軸異方性磁界５の方向とその
向きは、通常、成膜時に印加される直流静磁界２の方向
と向きに一致するが、その方向と大きさは磁束密度と磁
界の大きさの関係を示すＢ−Ｈカーブを調べることによ
って簡単にうることができる。

【００３６】ついで、図１（ｃ）に示されるように、磁
性膜４の全体に第１の一軸異方性磁界５の方向から角度
θだけ回転した方向に一様な直流静磁界６を加える（な
お角度θは反時計方向を正とする）。前述の直流静磁界
２と同じく、直流静磁界６も、図１（ｃ）に示している
左手前から右後方への向きであっても、その逆の右後方
から左手前への向きであっても本発明の及ぼす効果は等
価である。したがって、本発明による効果をうるための
角度θは、０°から180°の範囲である必要はなく、０
°から90°の範囲で変化させてやればよい。また、負方
向についても同様である。

【００３７】直流静磁界６の強さは、図１（ａ）におけ
る直流静磁界２と同じ理由からやはり70Ｏｅ以上である
ことが好ましい。

【００３８】ついで、図１（ｃ）の状態で、試料を熱処
理炉などを用いて熱処理し、第２の一軸異方性磁界を付
与させる。このときの熱処理温度は本発明の作用を考え
たばあい、とくに限定されないが、磁気ヘッドへの適用
を考えたばあい、その磁気ヘッドの工程で許される温度
範囲内に設定する必要がある。たとえば、薄膜磁気ヘッ
ドにおいては、絶縁体として通常レジストが使用される
が、このレジストの耐熱温度はおよそ300℃以下である
ため、ヘッドプロセスに含まれる熱処理工程時の温度は
300℃以下に設定しなければならない。

【００３９】また、磁性膜が最終的に非晶質膜であるば
あい、その膜の結晶化温度がＴｘであるとすると、加熱
による膜の結晶化を防ぐために、熱処理温度はＴｘより
も低い温度に設定しなければならない。

【００４０】逆に、磁性膜の状態が最終的に結晶質膜
で、磁性膜を結晶化させてやる必要があるばあいは、Ｔ
ｘよりも高い温度に設定しておく必要がある。しかし、
後者のばあい、磁性膜を結晶化させる工程は図１（ｃ）
における工程時に必須ではなく、たとえば図１（ａ）の
磁性膜形成後、第１の一軸異方性磁界５を形成する際に
加熱処理を行って結晶化させておいてもよい。また、図
１（ａ）の成膜直後に既に結晶化した磁性膜がえられて
いれば、とくに磁性膜を結晶化させる工程が必ずしも必
要でないことはいうまでもない。

【００４１】以上、述べたように図１（ｃ）における熱
処理時の熱処理温度は、磁性膜の種類やそれが用いられ
る磁気ヘッドの製造プロセスで許される範囲内で自由に
設定すればよい。また、熱処理時の温度保持時間もとく
に限定されることはないが、実際の作業効率を考える
と、たとえば30分から120分程度が好ましい。

【００４２】叙上のごとく熱処理を行うことにより、図
１（ｄ）に示されるように、磁性膜４に最終的に第２の
一軸異方性磁界８から負方向に−δだけ回転した方向に
一軸異方性磁界が付与され、この方向が最終的な膜の磁
化容易軸９となる。図１（ｄ）では、最終的な膜の磁化
容易軸９の方向が、（ｃ）の工程で付与される第２の一
軸異方性磁界８の方向とは異なっているが、通常のばあ
い、最終的な膜の磁化容易軸９は、第２の一軸異方性磁
界８の方向とほぼ一致する。ただし、第１の一軸異方性
磁界５と第２の一軸異方性磁界８の大きさに極端な差が
あるような条件では、最終的な磁化容易軸９の方向は、
第２の一軸異方性磁界８の方向とは必ずしも一致せず、
その近傍の０°〜20°回転した方向にずれる。最終的な
膜の磁化容易軸９の方向と大きさはＢ−Ｈカーブを測定
することによって、正確に確認することができる。薄膜
磁気ヘッドを製造する際には、この最終的な磁化容易軸
９の方向が磁気コアの磁束信号の流れと直交する方向に
一致するように磁性膜を形成する。

【００４３】つぎに、具体的な実施例により、さらに詳
細に説明する。

【００４４】［実施例１］本実施例では、磁性膜として
Ｃｏ−Ｚｒ系非晶質合金に添加元素としてＮｂを含み、
その組成がＣｏ＝78.5重量％、Ｚｒ＝6.0重量％、Ｎｂ
＝15.5重量％、結晶化温度Ｔｘ＝550℃のＣｏＺｒＮｂ
非晶質合金を用いた。以下、図１の流れに沿って具体的
に説明する。

【００４５】まず、図１（ａ）において、基板１として
３インチ径のＳｉウェハを用い、永久磁石を基板の両側
にセットして約170Ｏｅの直流静磁界２を加えた状態
で、ＲＦスパッタリング法を用いて、膜厚が約５μｍの
ＣｏＺｒＮｂ非晶質膜からなる磁性膜４を形成した。図
２は、この状態、すなわち図１（ｂ）における試料の磁
化困難軸方向（第１の一軸異方性磁界５と直角方向）で
測定したＢ−Ｈカーブを示す。第１の一軸異方性磁界５
の大きさＨｋは９Ｏｅであった。

【００４６】つぎに、図１（ｃ）において、ヘルムホル
ツコイルを用いて約70Ｏｅの強さの直流静磁界６を試料
に加え、５×10^-5Torr以下の真空中で、温度Ｔ＝200
℃、保持時間30分の条件で熱処理を行った。このとき、
角度θを０°から90°の範囲で変化させた７種類の試料
を作製した。

【００４７】以上の手順で作製されたＣｏＺｒＮｂ非晶
質膜のＢ−Ｈカーブを調べ、最終的に付与された磁化容
易軸における磁界の大きさＨｋを測定した。Ｂ−Ｈカー
ブの結果を図３に示す。図３（ａ）〜（ｅ）では、それ
ぞれ角度θが15°、30°、45°、60°、75°のばあいの
Ｂ−Ｈカーブが示されており、角度θが大きくなるにつ
れてＢ−Ｈカーブの線形範囲が急峻になることがわか
る。また、磁化容易軸における磁界の大きさＨｋの角度
θに対する依存性を図４に示す。なお、図４中Ａは第１
の一軸異方性磁界５の大きさを示す。θを０°から90°
の範囲で変化させることにより、Ｈｋ値は３Ｏｅから９
Ｏｅまで変化していることがわかる。なお、最終的にえ
られたこれら７種類のＣｏＺｒＮｂ非晶質膜試料の飽和
磁束密度Ｂｓ、および飽和磁歪λｓは角度θにかかわら
ず、いずれの試料においてもそれぞれＢｓ＝9200gaus
s、λｓ＝−3.3×10^-7で一定のままであった。したがっ
て本実施例においては、θを０°から90°まで変えるこ
とによって、Ｂｓ＝9200gauss、λｓ＝−3.3×10^-7を変
化させることなく、Ｈｋの値が３Ｏｅから９Ｏｅまでの
ＣｏＺｒＮｂ非晶質膜をうることができた。

【００４８】［実施例２］本実施例では、磁性膜とし
て、組成がＣｏ＝88.0重量％、Ｚｒ＝3.1重量％、Ｎｂ
＝8.9重量％、結晶化温度Ｔｘ＝390℃のＣｏＺｒＮｂ非
晶質膜を用いた。以下、図１の工程に沿って具体的に説
明する。

【００４９】図１（ａ）において、永久磁石を用いて約
170Ｏｅの直流静磁界２を加え、ＲＦスパッタリング法
を用いて、５μｍのＣｏＺｒＮｂ非晶質膜からなる磁性
膜４を３インチ径Ｓｉウエハ基板１上に形成した。この
ときの第１の一軸異方性磁界５の大きさはＨｋ＝11Ｏｅ
であった。

【００５０】ひき続き、図１（ｃ）における直流静磁界
６の強さ約70Ｏｅ、５×10^-5Torr以下の真空中で、おお
よそ温度Ｔ＝200℃、保持時間30分の条件で熱処理を行
った。このとき、やはり角度θを０°から90°の範囲で
変化させた７種類の試料を作製した。このようにして作
製されたＣｏＺｒＮｂ非晶質膜において、最終的に付与
される磁化容易軸における磁界の大きさＨｋをＢ−Ｈカ
ーブより測定した。その結果を図５に示す。なお、図５
中Ｂは第１の一軸異方性磁界５の大きさを示す。θを０
°から90°の範囲で変化させることにより、Ｈｋ値は３
Ｏｅから11Ｏｅまで変化していることがわかる。またこ
れらいずれの試料でも、飽和磁束密度Ｂｓと飽和磁歪λ
ｓの値は、角度θの値にかかわらず、それぞれＢｓ＝13
200gauss、λｓ＝−2.9×10^-7で一定のままであった。
したがって本実施例では、θを０°から90°まで変える
ことによって、Ｂｓ＝13200gauss、λｓ＝−2.9×10^-7
を変化させることなく、Ｈｋの値が３Ｏｅから11Ｏｅま
でのＣｏＺｒＮＢ非晶質膜をうることができた。

【００５１】［実施例３］前記２つの実施例が単層膜で
あったのに対し、本実施例は、磁性膜を２層とし、上部
と下部の磁性層に、本発明の方法を用いてそれぞれ異な
る大きさの一軸異方性磁界を付与させようとするもので
ある。磁性膜は、組成がＣｏ＝78.5重量％、Ｚｒ＝6.0
重量％、Ｎｂ＝15.5重量％、結晶化温度Ｔｘ＝550℃の
ＣｏＺｒＮｂ非晶質膜を用いた。

【００５２】まず、図１（ａ）において、約170 Ｏｅ
の直流静磁界２を加え、ＲＦスパッタリング法を用いて
５μｍのＣｏＺｒＮｂ非晶質膜からなる磁性膜４を３イ
ンチ径Ｓｉウエハ基板１上に形成した。そののち、図１
（ｃ）において、約70Ｏｅの直流静磁界６を加えて、角
度θ＝75°、５×10^-6Torrの真空中で約200℃、約30分
保持の熱処理を行い、図１（ｄ）において、磁化容易軸
９をなす３Ｏｅの大きさの一軸異方性磁界を有する第１
層目（下部）の磁性膜４をえた。

【００５３】つぎに、この上にさらに、５μｍの第２層
目のＣｏＺｒＮｂ非晶質膜を図１の手順で形成した。成
膜条件および熱処理条件は、図１（ｃ）における角度θ
を15°としたことを除き、すべて同一条件とした。な
お、最終的にえられる磁化容易軸９の方向が下部磁性膜
と上部磁性膜とで同じ方向となるように、第２層目にお
ける図１（ａ）の直流静磁界２の方向を選んでいる。

【００５４】図６は、このようにしてえられた２層膜の
磁化困難軸方向のＢ−Ｈカーブを示すものである。Ｂ−
Ｈカーブは２種類の成分からなっている。しかもそれら
のＨｋ値はそれぞれほぼ３Ｏｅと8.5Ｏｅであり、図４
で示す角度θに相当するＨｋ値に一致する。上部および
下部磁性膜それぞれに対して、所望のＨｋを独立にうる
ことができていることがわかる。

【００５５】本実施例で示されたように、本発明による
磁性膜の製法は、磁性膜が２層のばあいでもその効果を
充分にうることができる。もちろん２層に限らず、２層
以上の複数の磁性膜のばあいでも充分な効果がえられる
ことはいうまでもない。したがって、本発明による磁性
膜の製法は、磁気特性の異なる複数の磁性膜を要求する
薄膜磁気ヘッドのばあいにも有効な手段となりうる。

【００５６】なお、以上の実施例１、２および３におい
てはＣｏＺｒＮｂ系非晶質膜について説明したが、これ
以外のたとえばＣｏＺｒＣｒ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒ
Ｈｆ、ＣｏＺｒＴａ系の非晶質膜を用いても同様の効果
をうることができる。

【００５７】［実施例４］本実施例では、磁性膜として
Ｆｅ−Ｎ系結晶質膜に添加元素としてＺｒを含み、その
組成が原子百分率でＦｅ＝81.5％、Ｚｒ＝10.8％、Ｎ＝
7.7％のＦｅＺｒＮ結晶質膜を用いた。以下、図１の流
れに沿って具体的に説明する。

【００５８】まず、図１（ａ）において、基板１として
３インチ径のＳｉウエハを用い、永久磁石を基板の両側
にセットして約200Ｏｅの直流静磁界２を加えた状態
で、イオンビームスパッタ法を用いて、膜厚が約１μｍ
のＦｅＺｒＮ非晶質膜からなる磁性膜４を形成した。こ
の膜にヘルムホルツコイルを用いて約70Ｏｅの直流静磁
界を直流静磁界２が加わっていた方向と同一方向に加え
た状態で、結晶化温度Ｔｘ以上の450℃で熱処理し、図
１（ｂ）に示す第１の一軸異方性磁界５が2.5ＯｅのＦ
ｅＺｒＮ結晶質膜をえた。なお、この熱処理による結晶
化後のＦｅＺｒＮ膜の飽和磁束密度Ｂｓは15500gaussで
あった。

【００５９】つぎに、図１（ｃ）において、ヘルムホル
ツコイルを用いて約70Ｏｅの強さの直流静磁界６を試料
に加え、５×10^-6Torr以下の真空中で、おおよそ温度Ｔ
＝100℃、保持時間30分の条件で熱処理を行った。この
とき、角度θを０°から90°の範囲で変化させた７種類
の試料を作製した。

【００６０】以上の手順で作製されたＦｅＺｒＮ結晶質
膜のＢ−Ｈカーブを調べ、最終的に付与された磁化容易
軸における磁界の大きさＨｋを測定した。磁化容易軸に
おける磁界の大きさＨｋの角度θに対する依存性を図７
に示す。なお、図７中Ｃは第１の一軸異方性磁界の大き
さを示す。θを０°から90°の範囲で変化させることに
より、Ｈｋの値は0.9Ｏｅから2.5Ｏｅまで変化している
ことがわかる。なお、最終的にえられたこれら７種類の
ＦｅＺｒＮ結晶質膜試料の飽和磁束密度Ｂｓ、および飽
和磁歪λｓは角度θにかかわらず、いずれの試料におい
てもそれぞれＢｓ＝15500gauss、λｓ＝3.5×10^-6で一
定のままであった。したがって本実施例において、θを
０°から90°まで変えることによって、Ｂｓ＝15500gau
ss、λｓ＝3.5×10^-6を変化させることなく、Ｈｋの値
が0.9Ｏｅから2.5ＯｅまでのＦｅＺｒＮ結晶膜をうるこ
とができた。

【００６１】なお、本実施例においてはＦｅＺｒＮ結晶
質膜の結果のみを示したが、成膜時には非晶質状態であ
るＦｅＮｂＮ、ＦｅＨｆＮ、ＦｅＴａＮ膜についても本
実施例と同様に２回の熱処理を施すことにより、種々の
大きさの一軸異方性磁界を有する結晶質膜をうることが
できる。

【００６２】さらに、たとえばＦｅＣＮ、ＦｅＳｉＮ、
ＦｅＣｒＮ、ＦｅＭｏＮ系結晶質膜を用いるばあい、こ
れらの磁性膜は成膜直後の状態で非晶質化せず既に結晶
化しているため、本実施例で示したＦｅＺｒＮ系結晶質
膜のように成膜後、結晶化のための結晶化温度Ｔｘ以上
の熱処理をとくに必要としない。したがって、実施例１
および２で示されたＣｏＺｒＮｂ系非晶質膜のばあいと
まったく同様の手順で、直流静磁界２中で磁性膜を形成
し、第１の一軸異方性磁界５の方向と異なる方向に直流
静磁界６を加え熱処理することにより、磁化容易軸９に
おいて種々の一軸異方性磁界の値を有し、かつ熱処理前
と同じＢｓ、λｓ値をもつ磁性膜をうることができる。

【００６３】［実施例５］つぎに本発明の製法によって
作製された磁性膜を用いた薄膜磁気ヘッドについて説明
する。図８は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一実施例を示
す断面説明図であり、基板11上に下部磁性膜13が形成さ
れ、その上部に磁気ギャップ層14を介して銅コイル16、
18および上部磁性膜20が形成されて薄膜磁気ヘッドを構
成している。また、前記磁気ギャップ層14、銅コイル1
6、18および上部磁性膜20の各層のあいだにはそれぞれ
第１〜３絶縁層15、17、19が形成されているため、各層
は互いに電気的に絶縁されているが、下部磁性膜13およ
び上部磁性膜20はバックシャント部10を通じて接触して
いる。さらに、下部磁性膜13のトラック幅が上部磁性膜
20のトラック幅よりも広く設定されているため、プロセ
ス上において実際のヘッドのトラック幅を規制する上部
磁性膜20の位置がずれたとしても、トラックずれが生じ
ないように工夫されている。

【００６４】本実施例の薄膜磁気ヘッドは以下の手順で
製造される。

【００６５】まず、アルミナの下地膜12を有するアルチ
ック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）基板11上に下部磁性膜13とし
てＣｏＺｒＮｂ非晶質膜をたとえば実施例１と同様の条
件で成膜および熱処理を行い、磁化容易軸における磁界
Ｈｋが図８においてヘッド断面を直交して貫く方向（紙
面の法線方向）になるように形成する。

【００６６】そののち、写真製版技術を用いて、下部磁
気コアをパターニングする。そののち、この上に磁気ギ
ャップ層14、第１絶縁層15、銅コイル16、第２絶縁層1
7、銅コイル18、第３絶縁層19を順次形成し、ついで下
部磁性膜13と後工程で形成される上部磁性膜20とからな
る上下磁気コアを接触させるためのバックシャント部10
を形成する。

【００６７】つぎに、上部磁性膜20としてＣｏＺｒＮｂ
非晶質膜を、実施例１と同様の条件で成膜および熱処理
を行い、磁化容易軸における磁界Ｈｋの方向が下部磁性
層13と同じ方向、すなわちヘッド断面を直交して貫く方
向となるように形成する。

【００６８】さらに、上部磁性膜20をパターニングして
上部磁気コアを形成し、さらに上部保護膜21としてアル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を積層して最終的に薄膜磁気ヘッドを
えた。

【００６９】本実施例の薄膜磁気ヘッドの一例として下
部磁気コアのトラック幅が20μｍ、上部磁気コアのトラ
ック幅が10μｍになるように設計されたばあいは、たと
えば下部磁性膜のＨｋが３Ｏｅ、上部磁性膜のＨｋが8.
5ＯｅとなるようにＣｏＺｒＮｂ非晶質膜が形成される
のが好ましい。以下、各磁性層のＨｋ値の設定について
説明する。

【００７０】これらのＨｋの値は、磁気コアのギャップ
近傍のトラック部分の磁区構造をもとに決定される。Ｈ
ｋが３Ｏｅのばあいは、ストライプ幅ｗがｗ＝20μｍ以
上では規則正しい還流磁区構造となるが、ｗ＝10μｍで
はダイヤモンド磁区構造になる。一方Ｈｋが8.5Ｏｅの
ばあいは、ｗ＝10μｍでも規則正しい還流磁区構造とな
る。ダイヤモンド磁区構造になると磁壁移動による磁化
過程の割合が増加し、透磁率の低下や周波数特性の劣化
を招き、ヘッド特性が劣化してしまうことになる。

【００７１】トラック部分の磁区形状をきれいな還流軸
構造にするには、Ｈｋ値を大きくすればよいが、Ｈｋ値
を大きくしていくとヘッドとして動作する磁化困難軸方
向の透磁率が小さくなってヘッド効率を下げるため、Ｈ
ｋ値を過大に大きくするのは動作特性上好ましくない。
本発明者らはこれらの点を考慮して、トラック幅が20μ
ｍの下部磁気コアのＨｋを３Ｏｅに、トラック幅が10μ
ｍの上部磁気コアのＨｋを8.5Ｏｅに設定した。

【００７２】また、下部および上部ＣｏＺｒＮｂ非晶質
膜は、具体的にはそれぞれ本発明の実施例３で述べた第
１層目および第２層目の膜と同じ手順で形成することに
よって簡単にうることができる。

【００７３】さらに、本実施例で示したようにヘッド効
率を最適化するために異なるＨｋ値の磁性膜が必要なば
あいでも、本発明による磁性膜の製法を用いれば、熱処
理時の第２の一軸異方性磁界の設定角度を変えるだけで
対応できるため、プロセスや設備を変更することなく、
簡単に高効率の薄膜磁気ヘッドをうることができる。

【００７４】［実施例６］本実施例では、本発明による
磁性膜を用いた薄膜磁気ヘッドの他の実施例として、図
12のごとく上部磁性膜20のトラック部を中央部の高透磁
率磁性膜20ａと、その両側に高飽和磁束密度の低透磁率
磁性膜20ｂとの２種類の磁性膜によって構成したものを
示す。記録時と再生時で有効トラック幅が変化する効果
をもたらし、ワイドライト／ナローリードが実現される
結果、オフトラック特性を向上でき、トラック密度の向
上を可能とするものである。本実施例による薄膜磁気ヘ
ッドを図８の断面説明図に基づいて説明する。

【００７５】前記実施例５と同様にＣｏＺｒＮｂ非晶質
膜を用い、同様の手順で、アルミナの下地膜12を有する
アルチック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）基板11上に下部磁性膜
13、磁気ギャップ層14、第１絶縁層15、銅コイル16、第
２絶縁層17、銅コイル18、第３絶縁層19、そしてバック
シャント部10を順次形成したのち、上部磁性膜20ａを形
成する。

【００７６】つぎに図12に示されるように、上部磁性膜
20ａのトラック中央部を残して、両端部を除去し、実施
例２で用いた飽和磁束密度Ｂｓ＝13200gaussのＣｏＺｒ
Ｎｂ非晶質膜を用いて、第２の上部磁性膜20ｂを形成す
る。この磁性膜は、下部および上部磁性膜13、20ａと同
じ材料でもよい。そして、上部および下部磁気コアのト
ラック幅が同じになるように第２の上部磁性膜を20ｂを
パターニングし、その上に上部保護膜21としてアルミナ
を積層して図12に示すトラック構造を有する薄膜磁気ヘ
ッドをうる。

【００７７】このような薄膜磁気ヘッドを理想的な形で
効率よく動作させるためには、実施例５でも述べたよう
に各磁性膜13、20ａ、20ｂのＨｋ値を、実際の下部磁性
膜のトラック幅、上部磁性膜の中央部と両端部の幅に対
応して、それぞれトラック部分の磁区構造がきれいな還
流磁区構造となるような値に設定する必要がある。そし
てこのようなばあいでも、各磁性膜13、20ａおよび20ｂ
に最適なＨｋ値をうる方法として、図１に示す本発明の
角度θをパラメータとする方法を用いれば極めて簡単に
高性能な薄膜磁気ヘッドをうることができる。

【００７８】なお、以上の実施例では、Ｃｏ−Ｚｒ系非
晶質膜とＦｅ−Ｎ系結晶質膜について説明したが、本発
明に用いる磁性膜はこれらに限定されるものではなく、
一軸性の結晶磁気異方性を有する磁性膜ならば前記実施
例と同様の効果をうることができる。また、単層膜に限
らず、磁性人工格子膜や渦電流損失を低減するために用
いられる電気的絶縁膜を挟んだ積層膜においても同様の
効果をうることができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明の製法によれば、第１の一軸異方
性磁界方向と、第２の一軸異方性磁界を付与するために
熱処理時に印加する直流静磁界とのなす角度θのみをパ
ラメータとして変化させることにより、最終的にえられ
る磁化容易軸の方向の一軸異方性磁界の大きさを容易に
変えることができる。

【００８０】また、磁性膜の種類や、各種成膜条件、熱
処理時の温度、保持時間、フンイキ、印加直流磁界強度
などの条件を一切変える必要がないので、一度磁性膜の
飽和磁束密度や飽和磁歪の値を最適化しておけば、これ
らの値を変えることなく、所望の異方性磁界値をもつ様
々な一軸異方性膜を容易にうることができる。

【００８１】さらに、本発明の磁性膜の製法を用いれ
ば、磁気特性の異なる複数の磁気コアが要求される薄膜
磁気ヘッドにおいても、磁性膜形成プロセス上は、磁性
膜熱処理時に印加する直流静磁界の角度方向を変更する
だけで容易に対処できるため、磁気ヘッド設計の自由度
を広げることができるとともに、磁性膜形成プロセスを
簡略化することができるため、薄膜磁気ヘッドの生産性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性膜の製法の一実施例を示す説明図
である。

【図２】本発明の製法の一実施例によってえられた磁性
膜の第１の一軸異方性磁界における磁気特性（Ｂ−Ｈカ
ーブ）を示す図である。

【図３】本発明の製法の一実施例によってえられた磁性
膜の磁気特性（Ｂ−Ｈカーブ）を示す図である。

【図４】本発明の製法の一実施例によってえられた磁性
膜の磁化容易軸における磁界の大きさと角度θとの関係
を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例によってえられた磁性膜の
磁化容易軸における磁界の大きさと角度θとの関係を示
す図である。

【図６】本発明の他の実施例によってえられた磁性膜の
磁気特性（Ｂ−Ｈカーブ）を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例によってえられた磁性膜の
磁化容易軸における磁界の大きさと角度θとの関係を示
す図である。

【図８】本発明の薄膜磁気ヘッドの一実施例を示す断面
図である。

【図９】薄膜磁気ヘッドコアの磁区構造を示す平面図で
ある。

【図１０】従来のストライプ状の磁性膜の磁区構造を示
す図である。

【図１１】従来の薄膜磁気ヘッドのトラック部分を示す
斜視図である。

【図１２】従来の薄膜磁気ヘッドの他の例のトラック部
分を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 直流静磁界 ４ 磁性膜 ５ 第１の一軸異方性磁界 ６ 直流静磁界 ８ 第２の一軸異方性磁界 ９ 磁化容易軸 11 基板 13 下部磁性膜 20 上部磁性膜 27 磁化容易軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 41/22 C23C 14/34 G11B 5/31 H01F 10/16

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一軸磁気異方性を有する磁性膜の製法で
   あって、磁性膜の面内方向のうちある一方向に第１の１
   軸異方性磁界を付与し、ついで第１の一軸異方性磁界の
   方向とは異なる方向に熱処理用直流磁界を加えながら前
   記磁性膜の熱処理を行い、そののち該熱処理用直流磁界
   方向またはその近傍の方向が最終的な膜の磁化容易軸方
   向となるように第２の一軸異方性磁界を付与するととも
   に、前記熱処理用直流静磁界の方向を変えることによ
   り、第２の一軸異方性磁界の大きさを制御することを特
   徴とする磁性膜の製法。
2. 【請求項２】 前記磁性膜に第１の一軸異方性磁界を付
   与する方法は基板の一方向に直流静磁界を印加しながら
   磁性膜を成膜することにより行うことを特徴とする請求
   項１記載の磁性膜の製法。
3. 【請求項３】 前記一軸磁気異方性を有する磁性膜が、
   添加元素としてＣｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＨｆおよびＴａから
   なる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むＣｏ−
   Ｚｒ系非晶質膜である請求項１記載の製法。
4. 【請求項４】 前記Ｃｏ−Ｚｒ系非晶質膜の結晶化する
   温度よりも低い温度で第２の一軸異方性磁界を付与する
   ための熱処理を行うことを特徴とする請求項３記載の製
   法。
5. 【請求項５】 前記一軸磁気異方性を有する磁性膜が、
   添加元素としてＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎ
   ｂおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の
   元素を含むＦｅ−Ｎ系結晶質合金である請求項１記載の
   製法。
6. 【請求項６】 前記一軸磁気異方性を有する磁性膜を、
   添加元素としてＺｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群
   より選ばれる少なくとも１種の元素を含むＦｅ−Ｎ系合
   金により、非晶質状態で成膜し、該非晶質状態の膜の結
   晶化する温度よりも高い温度で直流静磁界を印加しなが
   ら熱処理を行うことにより、該非晶質状態の膜を微結晶
   化させるとともに、同時に第１の一軸異方性磁界を付与
   することを特徴とする請求項５記載の製法。
7. 【請求項７】 基板上に下部磁性膜を成膜し、ついで絶
   縁層と銅コイルを少なくとも各１層順次成膜し、さらに
   絶縁層を介して上部磁性膜を成膜することにより薄膜磁
   気ヘッドを製造する方法であって、 前記両磁性膜を請求項１記載の製法により成膜すること
   を特徴とする薄膜磁気ヘッドの製法。
8. 【請求項８】 基板上に下部磁性膜および上部磁性膜の
   両磁性膜からなる磁気コアと、該磁気コアの記録媒体に
   対向し、該記録媒体に磁気信号を書き込む部分に設けら
   れた非磁性体からなるギャップ層と、上部および下部磁
   性膜を磁気的および電気的に分離させる絶縁層と、該絶
   縁層の中に埋設された信号の入出力用の導電性コイルと
   からなり、前記磁気コアに用いられる上部磁性膜および
   下部磁性膜のストライプ幅が異なる幅で形成され、該ス
   トライプ幅の狭い磁性膜の異方性磁界の大きさが他方の
   磁性膜の異方性磁界の大きさより大きく形成されてなる
   薄膜磁気ヘッドを製造する方法であって、前記両磁性膜
   を請求項１、２、３、４、５または６記載の製法により
   成膜することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製法。