JP3971721B2 - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気ヘッドに関し、特に、垂直磁気記録用ヘッドの主磁極に用いられる軟磁性薄膜の組成および物性に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−３０９２０号公報
【特許文献２】
特開平１０−２７０２４６号公報
【特許文献３】
特開２００２−５６５０７号公報
【特許文献４】
特開２００２−１８３９１１号公報
【特許文献５】
特開２００２−３０９３５３号公報
【特許文献６】
特開２００３−３４８９１号公報
【０００３】
コンピューターの外部記憶装置等に用いられている記録媒体への高記録密度化を実現する方法の一つとして、垂直磁気記録方式が提案されている。
【０００４】
垂直磁気記録方式を利用した記録の態様としては、例えば、（１）一端側においてギャップを挟んで互いに対向し、かつ他端側において互いに磁気的に連結されたヘッド（リング型ヘッド）と、主要部が単層膜構成の記録媒体を用いる態様や、（２）記録媒体に対して垂直に配置されたヘッド（単磁極型ヘッド）と、主要部が２層膜構成の記録媒体を用いる態様が提案されている。
【０００５】
これらの態様のうち、後者の単磁極型ヘッドと主要部が２層膜構成の記録媒体との組み合わせ使用の態様は、熱揺らぎに対する耐性が極めて優れており、ヘッド性能の飛躍的向上が期待できるものとして注目されている。
【０００６】
垂直磁気記録方式を利用した単磁極型のヘッドとしては、例えば、薄膜コイルを覆うように配設されたヨークの上に、このヨークと接続されるように主磁極が配設された構成を有するものが知られている。薄膜コイルは記録用の磁束を発生させるためのものであり、薄膜コイルにおいて磁束が発生すると、その磁束がヨークを経由して主磁極に流入したのち、その主磁極の先端から記録媒体の記録面に向かって外部に放出される。この放出磁束によって記録用の磁界（垂直磁界）が発生し、この垂直磁界によって記録媒体の表面が選択的に磁化され記録される。
【０００７】
このような垂直磁気記録における信号の記録ー再生のメカニズムを考えると、記録媒体への記録密度は、垂直磁気記録用ヘッドの主磁極の形状及び性能に依存するところが大きい。すなわち、例えば、記録媒体の好適例である磁気ディスクの半径方向の記録密度（いわゆるトラック密度）を上げるには主磁極の幅を狭くする必要があり、また磁気ディスクの円周方向の記録密度（いわゆる線記録密度）を上げるには主磁極の厚みを薄くする必要がある。
【０００８】
このように高記録密度化を図るほど主磁極を細くかつ薄くする必要があり、主磁極の磁路断面積は技術の進歩につれて次第に小さくなる傾向にある。
【０００９】
このような背景のもとに、主磁極の材料となる軟磁性薄膜の磁気特性に対する要求も厳しくなっており、高透磁率、高飽和磁束密度の磁気特性を有する軟磁性薄膜を主磁極として用いる必要性が高まっている。１．８Ｔ以上の高飽和磁束密度を有する材料として、例えば、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣ、ＦｅＮ、ＦｅＣｏＭＯ（Ｍ＝Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ）などの材料が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような高飽和磁束密度の材料を垂直磁気記録用のヘッドの主磁極に用いることにより、書き込み能力は格段と向上する。しかしながら、書き込み能力の向上と相反して、垂直磁気記録用ヘッドにおいては、書き込み時以外の時に主磁極によって記録媒体の記録の消去が行なわれてしまうという問題が生じることがある。いわゆるポールイレ−ズと呼ばれている現象の発生である。ポールイレ−ズ現象は、記録情報の信頼性を低下させる大きな問題であるから、その現象を正確に解明し、ポールイレ−ズの発生しなりヘッド設計をすることは極めて重要な課題である。
【００１１】
一般に、垂直磁気記録用ヘッドに用いられる主磁極は、媒体と平行方向が磁化容易軸となり、媒体と垂直方向が磁化困難軸となるように成膜が行なわれる。このような成膜において、本発明者らが主磁極について鋭意研究を重ねた結果、例えば、主磁極を構成する結晶粒径の大きさ、形成される膜応力のかかり具合などの複雑な要因によって、磁性粒子のもつエネルギーが大きくなり１つの磁性粒子に多くの磁区が生じることがあることが分かってきた。そして、このような磁性膜を垂直磁気記録用のヘッドの主磁極膜として用いた場合、記録の書き込み終了時に磁壁のトラップが起き、記録媒体方向に主磁極の磁化方向が反転せずに媒体に対して垂直な方向に向いたままとなり、ポールイレ−ズ現象が起こることが次第に分かってきた。
【００１２】
本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、記録の信頼性の低下の原因となるポールイレ−ズの発生を防止することができる垂直磁気記録用主磁極を備える薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、記録媒体の記録面に向かって記録用の放出磁束が放出されるように作用する垂直磁気記録用の主磁極を備える薄膜磁気ヘッドであって、
前記主磁極は、トラック幅を定める主磁極の幅が１５０ｎｍ以下の狭トラック仕様の軟磁性薄膜から構成されており、
前記軟磁性薄膜は、組成式（Ｆｅ_x−Ｃｏ_y−Ｎｉ_z）_aＭ_bＧ_cで示され、この組成式において、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、およびａ＋ｂ＋ｃ＝１の関係があり、
Ｍは、Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔのグループから選ばれた少なくとも１種であり、
Ｇは、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）のグループから選ばれた少なくとも１種であり、
上記ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，およびｃの各原子比の値が、それぞれ、
０．１≦ｘ≦０．８、
０．２≦ｙ≦０．７、
０≦ｚ≦０．２、
０．９０≦ａ≦１．０、
０≦ｂ≦０．２５、
０≦ｃ≦０．３、
を満たしており、
前記軟磁性薄膜は、薄膜を構成する結晶粒径（Ｄ）が、２４．５〜２９．５ｎｍの範囲内であり、かつ成膜された前記軟磁性薄膜の膜応力（σ）が０．０４５〜０．３８ＧＰａの範囲の引張り応力であり、
飽和磁束密度（Ｂｓ；単位はテスラ）と結晶粒径（Ｄ；単位はｎｍ）と膜応力（σ；単位はＧＰａ）との積の値であるＢｓ・Ｄ・σ値が、２．６〜２１．０であるように構成される。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様として、前記軟磁性薄膜は、その飽和磁束密度（Ｂｓ）が１．８Ｔ（テスラ）以上となるように構成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、薄膜磁気ヘッドに関し、特に、磁気ディスク等の記録媒体の記録面に向かって記録用の放出磁束が放出されるように作用する垂直磁気記録用の主磁極の構成に特徴を有するものである。なお、薄膜磁気ヘッドの具体的な全体構成は、後述することにして、最初に本願発明の要部の説明を行なう。
【００１８】
本発明における垂直磁気記録用の主磁極は、その主磁極の幅（トラック幅）、すなわち、記録媒体の記録面に対向する面における主磁極の幅（トラック幅）が、１５０ｎｍ以下、特に、５０〜１５０ｎｍの狭トラック仕様とされている（トラック幅に関する図面を添えての説明は後述する）。
【００１９】
ここで、主磁極の幅を１５０ｎｍ以下としたのは、主磁極幅が１５０ｎｍを超えると、記録媒体への高記録密度化を実現することが困難となるとともに、本願の解決すべき課題であるポールイレ−ズ現象が起こりにくくなる傾向が生じるからである。
【００２０】
そして、本発明における主磁極は、下記の組成および物性を備える軟磁性薄膜から構成される。
【００２１】
すなわち、本発明における軟磁性薄膜は、垂直磁気記録用ヘッドの主磁極用として組成設計されており、組成式（Ｆｅ_x−Ｃｏ_y−Ｎｉ_z）_aＭ_bＧ_cで示される。
上記組成式において、Ｍは、Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔのグループから選ばれた少なくとも１種を表す。これらのＭ元素群の中で、特に好ましいのは、Ｚｒ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａである。
【００２２】
上記組成式においてＧは、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）のグループから選ばれた少なくとも１種を表す。
【００２３】
上記組成式における、ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，およびｃは、各原子比の値（ａｔ比）を示すものであり、本発明において、これらの値はそれぞれ、以下のような範囲に設定される。
【００２４】

ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である。
【００２５】
上記ｘ値が０．８を超えたり、あるいは０．１未満となると、飽和磁束密度Ｂｓが低下してしまうという不都合が生じる傾向がある。さらに、上記ｘ値の特に好ましい範囲は、０．５≦ｘ≦０．８である。
【００２６】
また、上記ｙ値が０．７を超えたり、あるいは０．２未満となると、飽和磁束密度Ｂｓが低下してしまうという不都合が生じる傾向がある。さらに、上記ｙ値の特に好ましい範囲は、０．３≦ｙ≦０．５である。
【００２７】
また、上記ｚ値が０．２を超えると、飽和磁束密度Ｂｓが１．８Ｔ以下となり、記録ヘッドのオーバーライト特性の確保が困難となってしまうという不都合が生じる傾向がある。なお、ｚ値は零を含むものであるから、本願発明の組成ではＮｉを含まない組成も存在する。その場合には、例えば、Ｆｅ−Ｃｏを最適の比率とするような配慮がなされる。
【００２８】
また、上記ａ値が０．９０未満となると、飽和磁束密度Ｂｓが低下し、記録ヘッドのオーバーライト特性の確保が困難となってしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２９】
また、上記ｂ値が０．２５を超えると、飽和磁束密度Ｂｓが低下し、記録ヘッドのオーバーライト特性の確保が困難となってしまうという不都合が生じる傾向がある。なお、ｂ値は零を含むものであるから、本願発明の組成では上記列挙した一群の元素を含まない組成も存在する。その場合には、例えば、Ｆｅ−Ｃｏを最適の比率とするか、あるいは、その一群の元素に代えてＮｉを配合して一群の元素の不存在部分をカバーするような配合の配慮がなされる。
【００３０】
また、上記ｃ値が０．３を超えると、飽和磁束密度Ｂｓの低下、および異方性磁界の増加により、記録ヘッドのオーバーライト特性の確保が困難となってしまうという不都合が生じる傾向がある。なお、ｃ値は零を含むものであるから、本願発明の組成ではＯおよびＣを含まない組成も存在する。その場合には、例えば、Ｆｅ−Ｃｏを最適の比率とするか、あるいは、Ｎｉを配合してＯおよびＣ元素の不存在部分をカバーするような配合の配慮がなされる。
【００３１】
また、本発明における軟磁性薄膜は、その薄膜を構成する結晶粒径（Ｄ）が、５〜３０ｎｍ、好ましくは、１０〜３０ｎｍの範囲内で形成される。この値が、３０ｎｍを超えると、粒子内に磁壁が生じてポールイレ−ズを誘発する可能性が生じる傾向がある。また、５ｎｍ未満となり磁性粒子が臨界体積以下になると、超常磁性を示し、磁性を失ってしまう。
【００３２】
また、本発明における軟磁性薄膜は、成膜された軟磁性薄膜の膜応力（σ）が０．０１〜０．４０ＧＰａ、好ましくは、０．０１〜０．３０ＧＰａの範囲の引張り応力となるように形成される。引張り応力であるから、膜自体は内側に引っ張られる力が作用する。膜応力（σ）が、０．０１ＧＰａ未満となると、ポールイレ−ズを誘発する可能性が生じるという不都合が生じる。一方、０．４０ＧＰａを超えると、膜と基板の密着性が低下して膜剥がれが生じるおそれがある。
【００３３】
所定範囲の引張り応力が得られるように薄膜を成膜するには、例えば、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ、（ＦｅＣｏＮｉ）ＭＧに対して、Ｇの酸素および窒素の含有量を調整する等の組成上の配慮や、成膜時の基板回転数、ガス圧、バイアス電力等の成膜条件の配慮をしつつ成膜すればよい。
【００３４】
一般に、通常の真空成膜方法で薄膜を成膜すると、圧縮応力を生じやすい。引張り応力を得るためには従来行なわれていなかったような上記の種々の成膜上の工夫を要する。
【００３５】
さらに、本発明における軟磁性薄膜は、その飽和磁束密度（Ｂｓ）が１．８Ｔ（テスラ）以上、特に、１．８〜２．４Ｔとされる。この値が、１．８Ｔ未満となると、記録媒体への高記録密度化を実現することができなくなってしまう。また、本願の解決すべき課題であるポールイレ−ズ現象が起こりにくくなる傾向が生じる。
【００３６】
また、本発明における軟磁性薄膜において、飽和磁束密度（Ｂｓ；単位はテスラ）と結晶粒径（Ｄ；単位はｎｍ）と膜応力（σ；単位はＧＰａ）との積の値であるＢｓ・Ｄ・σ値は、０．２１６〜２０の範囲が好ましい。この値が、０．２１６未満となると、圧縮応力が発生しポールイレ−ズを誘発され、且つ、飽和磁束密度が低下するという不都合が生じ傾向がある。また、２０を超えると、ポールイレ−ズが発生してしまうという不都合が生じ傾向がある。
【００３７】
また、本発明における軟磁性薄膜は、３００℃以下、特に、２００〜２５０℃の熱処理温度で良好な軟磁性特性を発現させることができる。例えば、成膜後に２５０℃で１５８００Ａ／ｍ（２００Ｏｅ）の磁場を磁化容易軸方向に掛けながら、３時間の保持がなされる。実際の薄膜ヘッドでは、例えば、磁気記録の読み取り用のＧＭＲ再生ヘッド部との複合化がなされることが多く、熱処理温度が３００℃を超える操作をすると、ＧＭＲ素子の出力劣化を引き起こす原因となってしまう。
【００３８】
上述してきた垂直磁気記録用の主磁極を備える薄膜磁気ヘッドの好適な一構成例について、図１〜図４を参照しつつ、詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示し、図２は、本発明の薄膜磁気ヘッドのエアリング面に垂直な断面を示している。なお、図１および図２に示される上向きの矢印Ｂは、薄膜磁気ヘッドに対して記録媒体（図示せず）が相対的に進行する方向、すなわち、記録媒体の進行方向（媒体進行方向）を表している。
【００４０】
以下の説明では、図１および図２中におけるＸ軸方向の寸法を「幅」、Ｙ軸方向の寸法を「長さ」、Ｚ軸方向の寸法を「厚さ」とそれぞれ表記する。また、Ｙ軸方向のエアベアリング面に近い側を「前方」、その反対側を「後方」とそれぞれ表記する。これらの表記内容は、後述する図３以降の図面（図３および図４）においても同様とする。
【００４１】
薄膜磁気ヘッドは、記録・再生の双方の機能を実行可能な複合型ヘッドの形態とされることが一般的であり、ハードディスクドライブなどの磁気記録再生装置に搭載されるものである。薄膜磁気ヘッドは、図１および図２に示されるように、例えば、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）よりなる基板１上に、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる絶縁膜２と、例えば、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto-resistive）を利用して再生操作を行なう再生ヘッド部１００Ａと、例えばアルミナよりなる非磁性層７と、垂直記録方式を利用して記録操作を行なう単磁極型の記録ヘッド部１００Ｂと、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１３とがこの順に積層された構成をなしている。
【００４２】
再生ヘッド部１００Ａは、例えば、下部シールド層３と、シールドギャップ膜４と、上部シールド層５とがこの順に積層された構成をなしている。シールドギャップ膜４には、例えば、ハードディスクなどの記録媒体に対向する記録媒体対向面（エアベアリング面）２０に一端面が露出するように、再生素子としてのＭＲ素子６が埋設されている。
【００４３】
下部シールド層３および上部シールド層５は、例えば、ＮｉＦｅ（パーマロイ）から構成され、シールドギャップ膜４は、例えば、アルミナから構成される。ＭＲ素子６は、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-resistance）やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-resistance）などを利用して再生操作を行なう素子である。
【００４４】
記録ヘッド部１００Ｂは、例えば、リターンヨーク層８と、ギャップ層９により埋設された磁束発生用の薄膜コイル１０と、リターンヨーク層８に接続されたヨーク層１１と、このヨーク層１１に接続された主磁極層１２がこの順に積層された構成をなしている。主磁極層１２は、「特許請求の範囲」で記載されている「主磁極」と実質的に同義である。
【００４５】
上記の「接続」とは、物理的に接触し、かつ磁気的に連結していることを意味する。
【００４６】
ギャップ層９は、リターンヨーク層８上に配設され、開口９Ｋが設けられたギャップ層部分９Ａと、このギャップ層部分９Ａ上に、薄膜コイル１０の各巻線間およびその周辺領域を覆うように配設されたギャップ層部分９Ｂと、ギャップ層部分９Ａ、９Ｂと共に薄膜コイル１０を覆うように配設されたギャップ層部分９Ｃとを含んで構成されている。
【００４７】
主磁極層１２は、ギャップ層部分９Ｃとヨーク層１１とにより構成された平坦面Ｆ上に配設されている。主磁極層１２（主磁極）は、本願発明の要部であり、上述したような組成や物性を備えるように構成される。また、リターンヨーク層８、ヨーク層１１は、例えばパーマロイから構成される。ギャップ層９のうち、ギャップ層部分９Ｃは、例えば、アルミナにより構成され、ギャップ層部分９Ｂは、例えば、フォトレジスト（感光性樹脂）やスピンオングラス（ＳＯＧ）により構成され、ギャップ層部分９Ｃは、例えば、アルミナやシリコン酸化物（ＳｉＯ₂）により構成される。
【００４８】
次に、図１〜図４を参照して、さらに薄膜ヘッドの詳細な構成について説明する。図３は図１や図２に示した薄膜ヘッド（特に、ヨーク層１１および磁極層１２）の概略平面構成を拡大して表しており、図４は図３に示した薄膜磁気ヘッドの概略斜視構成を示している。
【００４９】
ヨーク層１１は、主に、薄膜コイル１０において発生した磁束を収容し、その磁束を主磁極層１２に供給するためのものであり、薄膜コイル１０を覆うと共にエアベアリング面２０から後退するように配設されている。好適な本実施の形態において、ヨーク層１１は、図３に示されるように、エアベアリング面２０よりも後退した位置Ｐ１（第１の位置）から、この位置Ｐ１よりも後方の位置Ｐ２（第２の位置）まで延在しており、一定幅Ｗ２を有している。すなわち、ヨーク層１１の平面形状は、例えば、矩形状をなしている。なお、上記したよう、ヨーク層１１のうちのエアベアリング面２０からの遠い側の一端部分（バルクギャップ）１１Ｅはリターンヨーク層８と磁気的に連結されており、薄膜コイル１０は、そのヨーク層１１の一端部分１１Ｅを中心として巻回された巻線構造を有している。
【００５０】
主磁極層１２は、主に、ヨーク層１１に収容された磁束を記録媒体に向けて放出し、記録媒体をその表面と直交させる方向に磁化させるためのものであり（いわゆる垂直磁気記録のためのものであり）、エアベアリング面２０の位置Ｐ０から、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の位置Ｐ３（第３の位置）まで延在している。
【００５１】
この主磁極層１２は、例えば、位置Ｐ０から位置Ｐ３に向かって順に、記録媒体の記録トラック幅を規定する一定幅Ｗ３（トラック幅）を有する先端部１２Ａと、この先端部１２Ａの幅Ｗ３よりも大きな幅Ｗ４（Ｗ４＞Ｗ３）を有する後端部１２Ｂとを含んで構成される。この後端部１２Ｂは、例えば、後方において、ヨーク層１１の幅Ｗ２よりも大きな幅Ｗ４（Ｗ４＞Ｗ２）を有し、かつ、前方において先端部１２Ａに近づくにしたがって次第に幅が狭まるように構成されている。先端部１２Ａと後端部１２Ｂとの連結位置は、主磁極層１２の幅がＷ４からＷ３に狭まる位置、つまりフレアポイントＦＰである。
【００５２】
ここで、主磁極層１２のうちの先端部１２Ａがトラック幅を規制するいわゆる一定幅部分であり、後端部１２Ｂが磁極拡幅部分である。
【００５３】
上記のごとく、主磁極層１２は、ヨーク層１１の上部、すなわち、ヨーク層１１の、記録媒体の進行方向Ｂ（例えば、図３参照）における媒体流出側に配設されており、その磁極層１２のうちの後端部１２Ｂの一部が、ヨーク層１１のうちの先端部１１Ａの一部とオーバーラップして接続されている。すなわち、図４に示されるように、ヨーク層１１と主磁極層１２とを接続する接続面ＡＭの面積ＳＡは、ヨーク層１１の平面形状面積よりも小さくなっている。
【００５４】
上記した「媒体流出側（またはトレーリング側ともいう）」とは、記録媒体の進行方向Ｂに向かう記録媒体の移動状態を１つの流れと見た場合に、その流れの流出する側をいい、具体的には、ここでは厚さ方向（Ｚ軸方向）における上側をさしている。反対に、「媒体流出側」に対して流れの流入する側、すなわち、厚さ方向における下側は、「媒体流入側（またはリーディング側ともいう）」と呼ばれる。
【００５５】
図４に示されるように、ヨーク層１１のうちの一端部分１１Ｅの端面（リターンヨーク層８と磁気的に連結されている端面）ＥＭの面積をＳＥとし、主磁極層１２のうちの先端部１２Ａの断面（エアベアリング面２０に平行な断面）ＴＭの面積をＳＴとすると、面積ＳＴは面積ＳＥよりも小さくなっている。
【００５６】
なお、図４においては、接続面ＡＭ、端面ＥＭおよび断面ＴＭを見やすくするために、これらの面にドットを付して分かりやすい表示としている。
【００５７】
次に、図１〜図４を参照しつつ、上述してきた好適な薄膜磁気ヘッドの動作について説明する。
【００５８】
本発明における薄膜磁気ヘッドでは、情報の記録動作時において、図示しない外部回路から記録ヘッド部１００Ｂの薄膜コイル１０に電流が流れると、この薄膜コイル１０のうち、主に、ヨーク層１１のうちの一部分１１Ｅ近傍において集中的に磁束が発生する。この磁束は、ヨーク層１１に収容されたのち、そのヨーク層１１から接続面ＡＭを通じて主磁極層１２に流入する。
【００５９】
主磁極層１２に流入した磁束は、後端部１２Ｂから先端部１２Ａに流れる際にフレアポイントＦＰにおいて、幅方向に絞り込まれたのち、その先端部１２Ａの先端から外部に放出される。この放出磁束に基づいて記録用の信号磁界（垂直磁界）が発生し、この垂直磁界によって記録媒体がその表面と直交する方向に磁化される。つまり、記録媒体に情報が磁気的に記録される。
【００６０】
一方、再生時においては、再生ヘッド部１００ＡのＭＲ素子６にセンス電流が流れると、そのＭＲ素子６の抵抗値が、記録媒体からの再生用の信号磁界に応じて変化する。この抵抗変化がセンス電流の変化として検出されることにより、記録媒体に記録されている情報が磁気的に読み出される。
【００６１】
次に、図１〜図４を参照して、上述してきた好適な薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。
【００６２】
薄膜磁気ヘッドの製造方法の説明に際し、ヘッドの各構成要素の形成材料、形成位置および構造的特徴等についてはすでに上述したので、その説明は適宜省略する。
【００６３】
薄膜磁気ヘッドは、主に、めっき処理や、スパッタリングなどの成膜技術、フォトリソグラフィ処理などのパターニング技術、ならびにドライエッチングなどのエッチング技術等を含む薄膜プロセスを利用して、各構成要素を順次形成して積層させることにより製造される。すなわち、まず、基板１上に絶縁層２を形成したのち、この絶縁層２の上に下部シールド層３と、ＭＲ素子６を埋設したシールドギャップ膜４と、上部シールド層５とをこの順に積層させることにより、再生ヘッド部１００Ａを形成する。
【００６４】
次いで、再生ヘッド部１００Ａ上に非磁性層７を形成したのち、この非磁性層７の上に、リターンヨーク層８と、薄膜コイル１０を埋設したギャップ層９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）と、ギャップ層部分９Ａに設けられた開口９Ｋにおいて、リターンヨーク層８と接続されたヨーク層１１と、このヨーク層１１に接続された主磁極層１２とをこの順に積層させることにより、記録ヘッド部１００Ｂを形成する。主磁極層１２の形成手法は、上述したとおりである。
【００６５】
最後に、記録ヘッド部１００Ｂを覆うようにオーバーコート層１３を形成したのち、機械加工や研摩加工を利用してエアベアリング面２０を形成することにより、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００６６】
なお、本実施の形態では、再生ヘッド部と記録ヘッド部を備える複合型の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、記録ヘッド部だけを備える垂直磁気記録専用のヘッド（いわゆる垂直磁気記録用ヘッド）としてもよい。
【００６７】
【実施例】
以下、具体的実施例を示し、本発明の薄膜磁気ヘッドの構成をさらに詳細に説明する。
【００６８】
〔実験例１〕
アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）よりなる基板１上に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる絶縁膜２を形成したのち、この絶縁層２の上にＮｉＦｅ（パーマロイ）からなる下部シールド層３と、ＭＲ素子６を埋設するように形成したアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなるシールドギャップ膜４と、ＮｉＦｅ（パーマロイ）からなる上部シールド層５とをこの順に積層させ、再生ヘッド部１００Ａを形成した。
【００６９】
ＭＲ素子６としては、スピンバルブ膜からなる、巨大磁気抵抗効果素子を用いた。
【００７０】
次いで、再生ヘッド部１００Ａ上にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる非磁性層７を形成したのち、この非磁性層７の上に、ＮｉＦｅ（パーマロイ）からなるリターンヨーク層８と、薄膜コイル１０を埋設したギャップ層９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）と、ギャップ層部分９Ａに設けられた開口９Ｋにおいて、リターンヨーク層８と接続されたヨーク層１１と、このヨーク層１１に接続された主磁極層１２（主磁極）とをこの順に積層させて、記録ヘッド１００Ｂを形成した。トラック幅を定める主磁極幅は１４５ｎｍとした。
【００７１】
次いで、記録ヘッド部１００Ｂを覆うようにオーバーコート層１３を形成したのち、機械加工によりエアベアリング面２０を形成することにより、薄膜磁気ヘッドを完成させた。
【００７２】
このような一連の手順に従って、下記の表１に示すような種々の薄膜磁気ヘッドサンプルを作製した。各サンプルにおける主磁極層１２の製造方法およびその組成は、下記の表１に示す通りとした。
【００７３】
表１において、主磁極層１２のスパッタによる製造は、ＤＣマグネトロンスパッタとし、主磁極層１２のめっきによる製造は、電解めっきとした。なお、主磁極層１２は、成膜後に２５０℃で１５８００Ａ／ｍ（２００Ｏｅ）の磁場を磁化容易軸方向に掛けながら、３時間保持する操作の熱処理を行なった。
【００７４】
各薄膜磁気ヘッドサンプルの主磁極の物性測定は、下記の要領でそれぞれ行なった。
【００７５】
（１）飽和磁束密度：Ｂｓ
ＶＳＭ（Vibrating sample magnetometer）を用いて測定した。ただし、薄膜磁気ヘッドの状態では測定できないため、表１の同一組成および同一の製法に準じた測定用のサンプルを作製し、この測定用のサンプルから求めた。
【００７６】
（２）結晶粒径：Ｄ
ＸＲＤ（Ｘ-ray diffraction）ダイアグラムからのPeakの半値幅から、Sherrerの式を用いて平均粒径を求めた。
【００７７】
（３）膜応力：σ
下記式に各パラメータを代入して、応力を算出した。
Ｆ＝Ｅ・ｈ_s ²／６（１−VS）ｒｈ_f
Ｅ：ヤング率、 ｈ_s：基板厚み、 VS：ポアソン比、
ｒ：曲率半径、 ｈ_f：膜厚
なお、主磁極をスパッタ膜から形成する場合においては、ガラス基板上に主磁極の成膜を行い、ガラス基板への成膜前および成膜後の反りを測定し、応力を算出した。使用基板の大きさは、１０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍ（厚さ）とした。ヤング率Ｅの値は、６１７ＧＰａ、ポアソン比VSの値は０．２１を用いた。主磁極をイオンビーム膜（イオンビームスパッタ法によるスパッタ膜）から形成する場合も同様とした。
【００７８】
また、主磁極をめっき膜から形成する場合においては、ＡｌＴｉＣ基板上に主磁極の成膜を行い、ＡｌＴｉＣ基板への成膜前および成膜後の反りを光干渉から測定し、応力を算出した。使用基板の大きさは、６−インチＡｌＴｉＣ基板（厚さ２．０ｍｍ）とした。ヤング率Ｅの値は、４０７ＧＰａ、ポアソン比VSの値は０．２４を用いた。
【００７９】
（４）ポールイレ−ズ発生の有無の確認
下記の方法で、ポールイレ−ズ発生の有無の確認を行なった。
保磁力２６０７００Ａ／ｍ（３３００Ｏｅ）の垂直磁気記録用媒体の高周波の信号を記録したトラックの一部分に、低周波の信号をオーバーライトし、高周波信号を再生し、振幅を測定した。
【００８０】
オーバーライトする前後の高周波信号の出力信号の振幅が１０％以上低下したものをポールイレ−ズの発生「有り」と定義した。
【００８１】
結果を下記表１に示した。なお、表１中の応力σ値が、正の値のものは引張り応力を示し、負の値のものは圧縮応力を示す。
【００８２】
【表１】

【００８３】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体の記録面に向かって記録用の放出磁束が放出されるように作用する垂直磁気記録用の主磁極を備え、前記主磁極は、トラック幅を定める主磁極の幅が１５０ｎｍ以下の狭トラック仕様の軟磁性薄膜から構成されており、前記軟磁性薄膜は、組成式（Ｆｅ_x−Ｃｏ_y−Ｎｉ_z）_aＭ_bＧ_cで示され、
Ｍは、Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔのグループから選ばれた少なくとも１種であり、
Ｇは、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）のグループから選ばれた少なくとも１種であり、
上記ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，およびｃの各原子比の値が、それぞれ、

を満たしており、前記軟磁性薄膜は、薄膜を構成する結晶粒径（Ｄ）が、５〜３０ｎｍの範囲内であり、かつ成膜された前記軟磁性薄膜の膜応力（σ）が０．０１〜０．４０ＧＰａの範囲の引張り応力となるように構成されているので、高記録密度化を図ることのできる主磁極仕様としても、記録の信頼性の低下の原因となるポールイレ−ズの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一態様である薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面に平行な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一態様である薄膜磁気ヘッドのエアリング面に垂直な断面図である。
【図３】図３は図１や図２に示した薄膜ヘッド（特に、ヨーク層１１および磁極層１２）の概略平面構成を拡大して示した平面図である。
【図４】図４は図３に示した薄膜磁気ヘッドの概略斜視構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１…基板
２…絶縁層
３…下部シールド層
４…下部シールドギャップ膜
５…上部シールソ層
６…ＭＲ素子
７…非磁性層
８…リターンヨーク層
９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）…ギャップ層
１０…薄膜コイル
１１…ヨーク層
１３…オーバーコート層
２０…エアベアリング面

Claims (2)

1. 記録媒体の記録面に向かって記録用の放出磁束が放出されるように作用する垂直磁気記録用の主磁極を備える薄膜磁気ヘッドであって、
   前記主磁極は、トラック幅を定める主磁極の幅が１５０ｎｍ以下の狭トラック仕様の軟磁性薄膜から構成されており、
   前記軟磁性薄膜は、組成式（Ｆｅ_x−Ｃｏ_y−Ｎｉ_z）_aＭ_bＧ_cで示され、この組成式において、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、およびａ＋ｂ＋ｃ＝１の関係があり、
   Ｍは、Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔのグループから選ばれた少なくとも１種であり、
   Ｇは、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）のグループから選ばれた少なくとも１種であり、
   上記ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，およびｃの各原子比の値が、それぞれ、
   ０．１≦ｘ≦０．８、
   ０．２≦ｙ≦０．７、
   ０≦ｚ≦０．２、
   ０．９０≦ａ≦１．０、
   ０≦ｂ≦０．２５、
   ０≦ｃ≦０．３、
   を満たしており、
   前記軟磁性薄膜は、薄膜を構成する結晶粒径（Ｄ）が、２４．５〜２９．５ｎｍの範囲内であり、かつ成膜された前記軟磁性薄膜の膜応力（σ）が０．０４５〜０．３８ＧＰａの範囲の引張り応力であり、
   飽和磁束密度（Ｂｓ；単位はテスラ）と結晶粒径（Ｄ；単位はｎｍ）と膜応力（σ；単位はＧＰａ）との積の値であるＢｓ・Ｄ・σ値が、２．６〜２１．０であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記軟磁性薄膜は、その飽和磁束密度（Ｂｓ）が１．８Ｔ（テスラ）以上である請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。

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