JP3837691B2

JP3837691B2 - 磁性薄膜の製造方法、磁気ヘッド、及び、磁気シールド

Info

Publication number: JP3837691B2
Application number: JP2000110226A
Authority: JP
Inventors: 充小田切; さなえ竹房; 裕子三宅
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: JP2001297936A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁性薄膜の製造方法、磁気ヘッド、及び、磁気シールドに関するものであり、特に、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の誘導型薄膜磁気ヘッド用上部磁極コアや薄膜トランス等の磁気デバイスに用いる内部応力の大きな高飽和磁束密度の磁性薄膜の組成変動及び膜厚変動を抑制するための手段に特徴のある磁性薄膜の製造方法、磁気ヘッド、及び、磁気シールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの外部記憶装置であるハードディスクは、年率倍のスピードで記録密度が向上し、磁気ヘッドの素子サイズも小さく、記録媒体の高保磁力化が進んでおり、この様な高保磁力の記録媒体に対しても十分な書き込み能力を有する磁性材料が要求されている。
【０００３】
この様な誘導型薄膜磁気ヘッドの書込用磁極材料としては、ＮｉＦｅ合金薄膜が一般的に用いられているが、例えば、飽和磁束密度がＢ_s＝１．０Ｔ（テスラ）のＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀、即ち、パーマロイや、Ｂ_s＝１．５ＴのＮｉ₅₀Ｆｅ₅₀、即ち、５０パーマロイが用いられている。
このパーマロイ及び５０パーマロイの内部応力は夫々約５×１０⁸ｄｙｎ／ｃｍ²及び約２×１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²であり、膜厚としては１．５〜４μｍの範囲で使用されることが多い。
【０００４】
この様なパーマロイ等の磁性薄膜によって薄膜磁気ヘッドの磁極を形成する際には、主に電気メッキ法が用いられており、基板上にスパッタリング法や真空蒸着法によってメッキベース層と呼ばれる厚さが１０〜数１００Åの金属膜を形成したのち、メッキベース層上にフォトリソグラフィー技術を用いて磁極形状を含む形状に抜かれたレジストパターンを形成し、次いで、電気メッキ法によってレジストパターンでマスクされていない部分に選択的に磁性薄膜を成長させたのち、レジストパターンを除去し、露出したメッキベース層をＡｒイオンを用いたイオンミーリングによって除去することによって磁極形状の磁性薄膜パターンを形成している。
【０００５】
例えば、表面にＳｉＯ₂膜を形成したＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板上に密着性を改善するために厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜をスパッタリング法によって成膜したのち、厚さが、例えば、５０ｎｍのＮｉＦｅ膜をスパッタリング法によって成膜してメッキベース層を形成している。
【０００６】
次いで、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ）及び硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）に対し、ほう酸（Ｈ₃ＢＯ₃）を添加してｐＨを２．５に調整するとともに、塩化アンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）を添加して導電性を調整し、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムを添加した３０℃のメッキ浴を用いて電気メッキすることによってパーマロイ或いは５０パーマロイ等のＮｉＦｅ合金薄膜を得ている。
【０００７】
一方、近年の記録媒体の高保磁力化の進展に伴って、誘導型薄膜磁気ヘッドを構成する上部磁極コア、或いは、上部磁極コア及び下部磁極層として、飽和磁束密度Ｂ_sのより高い材料を用いることが必要になり、この様な高飽和磁束密度化の要請に伴って、最も磁束の集中する部分においてはＢ_s＝１．５〜２．０Ｔが必須であるとされている。
【０００８】
この様な高飽和磁束密度化に応える磁性薄膜として、ＣｏＮｉＦｅが開発されており（必要ならば、特願２０００−７４８７号公報参照）、このＣｏＮｉＦｅはパーマロイや５０パーマロイより優れた磁気特性を有しており、例えば、Ｃｏ₆₄Ｎｉ₁₂Ｆｅ₂₄の飽和磁束密度はＢ_s≒２Ｔであり、ヘッド磁界を従来よりも大きくすることができる。
【０００９】
この様な電気メッキ法により作製されるＣｏＮｉＦｅ膜の内部応力はウェハ面内部分布を有し、０．５〜１０×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²程度となるが、パーマロイ或いは５０パーマロイに比べて大きく、ミクロンオーダーの厚さで成膜した場合、剥離が生じやすいという問題がある。
因に、Ｃｏ₆₄Ｎｉ₁₂Ｆｅ₂₄の内部応力は約７×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²となる。
【００１０】
この様に磁性薄膜に剥離が生ずると、剥離した磁性薄膜、即ち、金属片によって他部を損傷したり、別の工程で粉塵を発生させたりして、製造装置トラブルの原因となるため、磁極材料として採用することが困難であった。
【００１１】
図４参照
図４は、剥離なく成膜可能な膜厚の最大パターン面積依存性を示す図であり、図から明らかなように、最大パターン面積の増加に伴って成膜可能膜厚が低下することが理解される。
なお、曲線は、実測値に基づいて最小二乗法によって求めたものである。
【００１２】
したがって、最大パターン面積を小さくすることによって応力の大きなＣｏＮｉＦｅ膜もミクロンオーダーで剥離なく成膜することが可能であり、例えば、現状における磁極パターンの面積は〜１０００μｍ²であるので、２μｍ程度の厚膜化が可能であることが判明した。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、磁極パターンの他に、メッキによる膜面内の組成分布の均一性を向上させるために、磁極パターンの近傍周囲に、磁極パターンより面積の大きな所謂捨てメッキパターンを設けるのが通常であり、この様な捨てメッキパターンの面積は１００００μｍ²を越えてしまうので、約１μｍ以上の膜厚に成膜した場合に剥離が生ずることになる。
【００１４】
図５参照
図５は従来の磁極形成用レジストパターンの概略的平面図であり、レジストパターン３１に設けた上部磁極形成用開口３２の周囲を覆うように大面積の捨てメッキ用開口３４を設けており、この捨てメッキ用開口３４の面積は通常１００００μｍ²を越えてしまう。
なお、上部磁極の先端のライトポール部に接続している部分は、上部磁極のライトポール部の組成変動或いは膜厚変動を抑制するために設けた磁極付加部形成用開口３３である。
【００１５】
この様な剥離が生ずると電気抵抗が変化して導通が悪くなるので、基板面内における電流密度分布も変化し、剥離の生じた部分近傍と、剥離の生じていない部分において電流密度が異なり、組成分布及び膜厚分布に不均一性が生ずることになる。
一方、剥離を防止するために、捨てメッキパターンを設けない場合には、基板面内の組成分布及び膜厚分布を劣化させ、製造歩留りの低下を招くことになる。
【００１６】
この様な問題を解決するために、例えば、約７×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²の内部応力を有するＣｏ₆₄Ｎｉ₁₂Ｆｅ₂₄膜の膜厚を１μｍ以下とし、磁極として足りない厚みをパーマロイ等を重ねて成膜して補うことも提案されているが、この場合の磁極の実効的な飽和磁束密度Ｂ_sは２Ｔを下回ることになり、ＣｏＮｉＦｅを用いた効果が減ずることになる。
【００１７】
したがって、剥離を生ずることなく、５０パーマロイより高飽和磁束密度の磁性薄膜を所望の厚さに、且つ、組成分布及び膜厚分布を劣化させることなく成膜することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
図１は、メッキマスクを構成するレジストフレームの形状を示す概略的平面図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、磁性薄膜の製造方法において、基板上に、少なくとも一つの磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口２と、一つの磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口２に対して複数の繰り返しパターンからなる捨てメッキパターン用開口３とからなるメッキパターン用開口２，３を有するメッキマスク１を設け、このメッキマスク１をマスクとして内部応力が０．５×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²以上の磁性薄膜を選択的に電気メッキ法によって成膜する際に、磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口２と個々の捨てメッキパターン用開口３の面積を３０００μｍ²以下とすることを特徴とする。
【００１９】
この様に、磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口２と個々の捨てメッキパターン用開口３の面積を３０００μｍ²以下とすることによって、厚膜の成膜が困難な内部応力が０．５×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²以上の磁性薄膜、特に、ＣｏＮｉＦｅ薄膜を１．５μｍ以上の膜厚に成膜することが可能になる。
【００２１】
また、捨てメッキパターン用開口３を設けることによって、目的とする磁性薄膜を組成分布及び膜厚分布の均一性を保った状態で成膜することが可能になり、且つ、この捨てメッキパターン用開口３の面積も３０００μｍ²以下としているので成膜したメッキ膜が剥離することがない。
【００２２】
（２）また、本発明は、上記（１）において、磁性薄膜が、少なくともＣｏ、Ｎｉ、及び、Ｆｅを含む３元以上の合金であることを特徴とする。
【００２３】
この様な磁性薄膜として、Ｃｏ、Ｎｉ、及び、Ｆｅを含む３元以上の合金とすることによって、飽和磁束密度の高い磁性薄膜、例えば、１．５Ｔ以上の飽和磁束密度の磁性薄膜とすることができる。
なお、磁性薄膜の比抵抗を高めるために、ＣｏＮｉＦｅに、Ｃｒ、Ｍｏ、或いは、Ｗ等の非磁性金属元素を添加しても良いものである。
【００２４】
（３）また、本発明は、磁気ヘッドにおいて、誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極または下部磁極の少なくとも一部に上記（１）または（２）に記載の製造方法によって製造した磁性薄膜を用いたことを特徴とする。
【００２５】
この様に、上記（１）または（２）に記載の製造方法による磁性薄膜を上部磁極または下部磁極の少なくとも一部に適用することによって、高保磁力の記録媒体に対応する磁気ヘッドを構成することができ、それによって、高密度記録化が可能になる。
なお、この場合には、上部磁極及び下部磁極の全体を構成しても良いし、また、何方か一方を構成しても良いし、或いは、上部磁極及び下部磁極の少なくとも先端部のチップ状磁極コアとして用いても良いものである。
【００２６】
（４）また、本発明は、磁気シールドにおいて、上記（１）または（２）に記載の製造方法によって製造した磁性薄膜を用いたことを特徴とする。
【００２７】
この様に、上記（１）または（２）に記載の製造方法による磁性薄膜を磁気シールドに用いることによって、効果的に磁気シールドすることができる。
なお、この場合の磁気シールドとしては、ＭＲヘッドの上下の磁気シールド層或いは磁気測定装置等の他の磁気デバイスの磁気シールド層等が対象となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。
なお、本発明の実施の形態において用いるメッキ装置は、従来技術として一般に用いられているパドル装置を用い、このパドル装置によってメッキ浴を攪拌しながら電解メッキを行うものであり、パドルの形状、磁性薄膜を堆積させる基板との距離、即ち、カソードとの距離、及び、回転速度等は必要に応じて任意に設定するものであり、特に限定されるものではなく、また、基板等の構成は試作用の構成として説明する。
【００２９】
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）はレジストパターンの概略的平面図であり、また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、まず、表面にＳｉＯ₂膜１２を形成したシリコン基板１１上に、スパッタリング法によって厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜１３を形成し、引き続いて厚さが、例えば、５０ｎｍのＣｏＮｉＦｅメッキベース層１４を形成する。
【００３０】
次いで、レジストを塗布し、露光・現像することによって上部磁極形成用開口１６及び複数の繰り返しパターンからなる捨てメッキ用開口１７を有するレジストパターン１５を形成する。
この場合、上部磁極形成用開口１６は、ｗ₁＝４０μｍ、ｈ₁＝１０μｍ、ｈ₂＝１０μｍで、６００μｍ²の面積とし、捨てメッキ用開口１７は、ｄ₁＝ｄ₂＝５０μｍで、２５００μｍ²の面積とする。
【００３１】
以降は、従来と同様に、メッキ浴として、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ）、及び、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）を混合し、ほう酸を３０ｇ／リットル添加することによって、ｐＨを２．０〜３．５、例えば、２．５に調整するとともに、塩化アンモニウムによって導電性を調整し、さらに、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムを０．２ｇ／リットル添加したものを用いる。
なお、硫酸第一鉄、硫酸ニッケル、及び、硫酸コバルトの混合量は、
硫酸コバルト０．０４２５〜０．４２５ｍｏｌ／リットル
硫酸ニッケル０．１〜０．４３８ｍｏｌ／リットル
硫酸第一鉄０．００７５〜０．０７５ｍｏｌ／リットル
とすることが好適であるが、上記の比に限られるものではなく、所望する膜組成或いは磁気特性に応じて適宜変更されるものである。
【００３２】
この様なメッキ浴を用いて電界メッキを行った結果、内部応力が約７×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²のＣｏ₆₄Ｎｉ₁₂Ｆｅ₂₄を上部磁極材料として必要な１．５μｍ以上の厚さまで成膜することが可能になり、したがって、飽和磁束密度が実効的にＢ_s≒２Ｔの上部磁極を形成することが可能になる。
因に、メッキパターンの面積が７００μｍ²の場合には、２．６μｍまで剥離することなく成膜することができた。
【００３３】
以降は、レジストパターン１５を除去したのち、捨てメッキパターンを選択的に除去し、次いで、Ａｒイオンを用いたイオンミーリングによってＣｏＮｉＦｅメッキベース層１４及びＴｉ膜１３の露出部を除去すれば良い。
【００３４】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明するが、目的とする磁性薄膜がＭＲヘッドの磁気シールド層である以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、説明は簡単にする。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）はレジストパターンの概略的平面図であり、また、図３（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、まず、表面にＳｉＯ₂膜２２を形成したシリコン基板２１上に、スパッタリング法によって厚さが、例えば、１０ｎｍのＴｉ膜２３を形成し、引き続いて厚さが、例えば、５０ｎｍのＣｏＮｉＦｅメッキベース層２４を形成する。
【００３５】
次いで、レジストを塗布し、露光・現像することによって磁気シールド層形成用開口２６及び複数の繰り返しパターンからなる捨てメッキ用開口２７を有するレジストパターン２５を形成する。
この場合、磁気シールド層形成用開口２６は、ｗ₂＝４０μｍ、ｈ₃＝２０μｍで、８００μｍ²の面積とし、捨てメッキ用開口２７は、ｄ₁＝ｄ₂＝５０μｍで、２５００μｍ²の面積とする。
【００３６】
以降は、上記の第１の実施の形態と同様に電界メッキを行うことによって、磁気シールド層を形成する。
この場合も磁気シールド層の膜厚を１．５μｍ以上にすることが可能になる。
【００３７】
以上、説明したように、従来大面積のまま設けていた捨てメッキパターンをある程度小さな面積に細分化することによって、ある程度の膜厚まで剥離することなく、高飽和密度の磁性膜膜を成膜することができる。
【００３８】
この場合、上述の図４の成膜可能膜厚の最大パターン面積依存性と、磁極等に必要な膜厚を考慮すると、細分化した各捨てメッキ用開口１７，２７の面積は、３０００μｍ²以下にすることが望ましく、それによって、１．５μｍ以上の膜厚の磁性薄膜を成膜することが可能になる。
なお、捨てメッキ用開口１７，２７の面積があまり小さすぎると異常析出が発生し、膜厚分布が悪くなるので注意を要する。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、メッキ浴の導電性を高めるための試薬として塩化アンモニウムを用いているが、塩化アンモニウムに限られるものではなく、塩化ナトリウム、或いは、硫酸アンモニウムを添加しても良いものである。
【００４０】
また、上記の実施の形態においては、サッカリンナトリウム等の有機添加剤、即ち、光沢剤を含まないメッキ浴を用いているが、サッカリンナトリウム等の有機添加剤を添加した場合にも適用されるものである。
【００４１】
また、上記の実施の形態の説明においては、磁性薄膜をＣｏ、Ｎｉ、及び、Ｆｅのみによって構成しているが、このような３元のＣｏＮｉＦｅ膜に限られるものではなく、３元のＣｏＮｉＦｅ膜にＣｒ、Ｍｏ、或いは、Ｗ等の非磁性金属元素を添加しても良く、それによって磁性薄膜の比抵抗を高めることができる。
【００４２】
なお、非磁性金属元素の添加によって、飽和飽和密度Ｂ_sは１．９Ｔより若干低下するものの、５０ＮｉＦｅの飽和飽和密度、Ｂ_s＝１．５Ｔより大きくすることができ、且つ、添加量は少ないので、組成変動量も、非磁性金属元素を添加しない場合とほぼ同程度にすることができる。
【００４３】
また、上記の実施の形態の説明においては、誘導型の薄膜磁気ヘッドの上部磁極層或いは下部磁極層に用いることを前提に説明しているが、本発明はこの様な用途に限られるものではなく、再生専用の単独のＭＲヘッドの上下の磁気シールド層として用いても良いものであり、更には、誘導型の薄膜磁気ヘッドとＭＲヘッドを積層させた複合型薄膜磁気ヘッドの上下の磁気シールド層及び上下の磁極層の全体若しくはその一部として用いても良いものである。
なお、本発明の成膜方法を用いて実機の複合型薄膜磁気ヘッドを製作する場合には、基板としてＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板を用いれば良い。
【００４４】
また、上下の磁極層として用いる場合も、上下の磁極層の全てを本発明の製造方法によって形成する必要は必ずしもなく、何方か一方を構成しても良いし、或いは、上部磁極及び下部磁極の少なくとも先端部のチップ状磁極コアとして用いても良いものである。
【００４５】
さらに、本発明は磁気ヘッドに用いる磁性薄膜に限られるものではなく、例えば、磁気測定装置等における磁気シールド材或いは磁気トランス等として用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、内部応力が０．５×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²以上のＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅを含む高飽和磁束密度の磁性薄膜を成膜する際に、捨てメッキパターンを３０００μｍ²以下のパターンに細分化しているので、磁極層や磁気シールド層として必要な膜厚を剥離することなく成膜することが可能になり、ひいては、薄膜磁気ヘッドの高周波化、高記録密度化に寄与し、さらには、高性能ＨＤＤ装置等を組み込んだ磁気記憶装置の普及に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のレジストパターンの概略的構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のレジストパターンの概略的構成図である。
【図４】成膜可能膜厚の最大パターン面積依存性の説明図である。
【図５】従来の磁極形成用レジストパターンの概略的平面図である。
【符号の説明】
１メッキマスク
２メッキパターン用開口
３メッキパターン用開口
１１シリコン基板
１２ＳｉＯ₂膜
１３Ｔｉ膜
１４ＣｏＮｉＦｅメッキベース層
１５レジストパターン
１６上部磁極形成用開口
１７捨てメッキ用開口
２１シリコン基板
２２ＳｉＯ₂膜
２３Ｔｉ膜
２４ＣｏＮｉＦｅメッキベース層
２５レジストパターン
２６磁気シールド層形成用開口
２７捨てメッキ用開口
３１レジストパターン
３２上部磁極形成用開口
３３磁極付加部形成用開口
３４捨てメッキ用開口

Claims

基板上に、少なくとも一つの磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口と、前記一つの磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口に対して複数の繰り返しパターンからなる捨てメッキパターン用開口とからなるメッキマスクを設け、前記メッキマスクをマスクとして内部応力が０．５×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²以上の磁性薄膜を選択的に電気メッキ法によって成膜する際に、前記磁性薄膜形成用のメッキパターン用開口と前記個々の捨てメッキパターン用開口の面積を３０００μｍ²以下とすることを特徴とする磁性薄膜の製造方法。
上記磁性薄膜が、少なくともＣｏ、Ｎｉ、及び、Ｆｅを含む３元以上の合金であることを特徴とする請求項１記載の磁性薄膜の製造方法。
誘導型薄膜磁気ヘッドの上部磁極または下部磁極の少なくとも一部に請求項１または２に記載の製造方法によって製造した磁性薄膜を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
請求項１または２に記載の製造方法によって製造した磁性薄膜を用いたことを特徴とする磁気シールド。