JPH04162505A

JPH04162505A - 軟磁性薄膜

Info

Publication number: JPH04162505A
Application number: JP28756690A
Authority: JP
Inventors: Masatatsu Sugaya; 菅屋　正達; Yuichi Sato; 雄一佐藤; Yoshikazu Narumiya; 成宮　義和
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1992-06-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、軟磁性薄膜、特に高密度記録に適した磁気ヘ
ッド、薄膜インダクタ等に用いられる軟磁性薄膜に関す
る。

〈従来の技術〉磁気記録の分野では、磁気言己録の高密度化、高周波化
が進んでいる。

そして、磁気記録の高密度化に伴ない、磁気配録媒体の
保磁力Ｈａが高（なってきている。

このため、従来のセンダストやパーマロイを用いた磁気
ヘッドでは、軟磁性薄膜の飽和磁束密度Ｂｓが不十分な
ため、高保磁力、例えば保磁力Ｈｃが１４０００ｅ以上
の磁気記録媒体に十分に書き込むことができない。

このような事情から飽和磁束密度Ｂ−８が高い軟磁性薄
膜（１’５　ｋＧ）が種々提案されている。

これらの提案は、単層膜や、各種多層膜についてのもの
であるが、製造上の観点からは、構造が単純な単層膜が
好ましい。

〈発明が解決しようとする課題〉本発明の主たる目的は、飽和磁束密度Ｂｓが高く、透磁
率μが高い軟磁性薄膜を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉このような目的は下記（１）〜（４）の本発明によって
達成される。

（１）下記式で表わされる原子比の組成を有することを
特徴とする軟磁性薄膜。

式　　Ｆ　ｅ　　１ａａ−１ａ＊ｂ＊ｃ＋　　Ｍ　ａ　
　Ｎ　ｂ　　Ｏｅ（上式においてＭは、３Ａ族元素の１
種以上であり、０．２≦ａ≦１０．０．５≦ｂ≦２０、
０≦ｃ≦１０である。）（２”）ａ＋ｂ＋ｃ≦２０である上記（１）にｇ２載の
軟磁性薄膜。

（３）Ｆｅを主成分とする主磁性相を有し、前記主磁性
相の結晶粒子の平均結晶粒径りが１０００Å以下である
上記（１）または（２）に記載の軟磁性薄膜。

（４）Ｆｅを主成分とする主磁性層を有し、前記主磁性
相の結晶粒子が全体の５０体積％以上存在する上記（１
）ないしく３）のいずれかに記載の軟磁性薄膜。

〈発明の具体的構成〉以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明の軟磁性薄膜は、上記式で示される原子比組成を
有する。

式　　Ｆｅ＋ａ。−＋ａ＊ｂ＊ｃｌ　　Ｍ　ａ　　Ｎ　
ｂ　　Ｏｃ上記式においてＭは、３Ａ族元素の１種以上
である。

すなわち、Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ＝Ｌｕ、Ａ　ｃ　＝　
Ｌ　ｒの１種以上である。

これらのうち、良好な軟磁気特性が得られるという点で
Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅの１種以上、特にＹ、Ｓｃが好ま
しい。

また、Ｍの原子百分率ａは、０．２〜１０、好ましくは
０．５〜８、より好ましくは０．８〜７．５である。　
　　− ０，２ａｔ％未満では、通常のスパッタ装置で成膜する
場合微細結晶とならないため、十分な軟磁性が得られず
、透磁率μが低下する。

１０ａｔ％をこえると、飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ程
度未満に低下してしまう。　これは、非晶質化したり、
結晶性が悪化するためのものであると考えられる。

Ｎの原子百分率すは、０，５〜２０、好ましくは１〜１
５、より好ましくは１．５〜１５である。

０．５ａｔ％未満では、やはり、通常のスパッタ装置で
成膜する場合、微細結晶とならず、十分な軟磁気特性が
得られない。

２０ａｔ％をこえると、飽和磁束密度Ｂｓが１５ｋＧ程
度未満に低下する。

Ｏの原子百分率Ｃは、０〜１０、好ましくはＯ〜５であ
る。

Ｏの添加によってもμが向上するが、添加量が１０ａｔ
％をこえると、飽和磁束密度Ｂｓかに低下する。

さらに、ａ＋ｂ＋ｃは、２０以下、より好ましくは１５
以下であることが好ましい。

これは、飽和磁束密度Ｂｓが低下するからである。

なお、薄膜磁気ヘッドに適用した場合、Ｂｓが１５ｋＧ
未満となると、高保磁力、特に保磁力Ｈｅが１４０’Ｏ
Ｏｅ以上の磁気記録媒体に対しオーバーライド特性が低
下する。

なお、場合によっては、さらに炭素Ｃが、ＮやＯの一部
を置換して含有されていてもよい。

この場合、Ｃの含有量は、０、Ｎの合計に対して、５０
ａｔ％以下、より好ましくは２０ａｔ％以下、特に好ま
しくはＯ〜１０ａｔ％であることが好ましい。

このような本発明の軟磁性薄膜の組成は、例えば、電子
線プローブマイクロ分析（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅ
　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ＥＰＭＡ）法により
確認することができる。

軟磁性薄膜の膜厚は、用途等に応じて適宜選択すればよ
いが、通常１〜６−程度である。

このような本発明の軟磁性薄膜は、通常、Ｆｅを主成分
とする主磁性相と、Ｍの窒化物あるいは酸化物を主成分
とする窒化物相や酸化物相とを有すると考えられる。　
ただし、窒化物相や酸化物相の粒子は微細なため、通常
のＸ　！１回折等では検圧が困難な場合もある。

主磁性相は、通常、Ｆｅを主成分とする結晶粒子にて構
成される。　そして、結晶粒子は、Ｆｅのみで構成され
てもよ（、あるいはＦｅにＭ、窒素や酸素が固溶したも
のであってもよい。

また、窒化物相や酸化物相は、通常、Ｍの窒化物や酸化
物にて構成されるが、さらにＭの炭化物等が含まれてい
てもよい。　この場合、Ｍの窒化物等は、通常、最も安
定な窒化物等の形で存在するが、化学量論の組成から多
少ずれていてもよい。

主磁性層の結晶粒子の平均結晶粒径りは、１０００Å以
下であることが好ましい。

前記範囲をこえると異方性分散を小さくすることができ
なくなると考えられ、結果として保磁力Ｈｃが大きくな
り、軟磁気特性を得ることができない。

そして、平均結晶粒径りは、より好ましくは５００Å以
下、さらには４００Å以下、特に２０〜４００人である
ことが好ましい。

このような場合、特に高い透磁率μが得られ、例えば、
本発明を薄膜磁気ヘッドに適用した場合、高い再生感度
が得られる。

結晶粒子の平均結晶粒径りは、粉末法によるＸ線回折線
のα−Ｆｅ（１１０）ピークの半値巾Ｗ６゜を測定し、
下記のシェラ−の式から求めればよい。

式　　Ｄ＝０．　９　　先／Ｗ、。ｃｏｓθ上式におい
て、えは用いたＸ線の波長であり、θは回折角である。

なお、α−Ｆｅ（１１０）ピークの２０は、４４．４度
である。

また、主磁性相の結晶粒子は全体の５０体積％以上、特
に８０体積％以上存在することが好ましい。

上記範囲未満では保磁力Ｈｅが大きく、軟磁気特性が得
られず、しかも飽和磁束密度Ｂｓも低い。

微結晶よりなる主磁性相の体積比率は、例えば透過型電
子顕微鏡を用いて、マトリックスの非晶質相と析出して
いる微結晶相の体積比にて求めればよい。

本発明の軟磁性薄膜を成膜するには、蒸着、スパッタリ
ング、イオンブレーティング、ＣＶＤ等の気相法を用い
ればよい。

成膜時には、通常、基板を１００〜３００℃に加熱する
。　基板温度がこれより高いと成膜される軟磁性薄膜の
主磁性相および酸化物相の結晶粒が成長して（る。　ま
た、基板温度が１００℃以下の場合には、膜が厚くなる
と基板から剥離するようになってくる。

軟磁性薄膜をスパッタ法により形成するには、例えば、
以下のようにする。

ターゲットには、合金鋳造体や焼結体さらには複合ター
ゲット等を用いる。

窒素を膜中に混入するためには、窒素雰囲気中の反応性
スパッタでもよく、あるいは、ターゲットに窒化物を用
いてもよい。

スパッタリングは、Ａｒ等不活性ガス雰囲気下で行なわ
れる。

そして、反応性スパッタの場合は、窒素を１〜２０体積
％、酸素を０〜２．５体積％程度含有させればよい。

スパッタの方式には特に制限はなく、また、使用するス
パッタ装置にも制限はなく、通常のものを用いればよい
。

なお、動作圧力は、通常、ＲＦスパッタの場合には３〜
３０　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ程度、このほかの諸条件は
、スパッタ方式の種類等に応じ適宜決定する。

成膜直後の膜は、非晶質でも、あるいは結晶質すなわち
結晶粒子が存在してもよい。

本発明においては、軟磁性薄膜の軟磁気特性をより一層
向上させるために熱処理を行うことが好ましい。　この
場合、特に下記の条件が好適である。

昇温速度：２〜ｂ保持温度：２００〜５５０℃、特に３００〜４５０℃程度保持時間：５〜１００分程度冷却速度：２〜ｂ雰囲気：　Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下の真空中また
はＡｒ等の不活性ガス中なお、本発明の場合、微細に分散したＭ窒化物やＭ酸化
物が、熱処理による結晶粒子の粒成長を抑制するため、
平均結晶粒径りは前記の範囲内となる。

得られた軟磁性薄膜の直流〜５０Ｈｚ程度での保磁力Ｈ
ｃは、２　０ｅ以下、特に１　０ｅ以下であることが好
ましい。

また、Ｉ　ＭＨｚでの初透磁率μ、は１０００程度以上
のものが得られる。

保磁力Ｈｃが前記範囲をこえると、あるいは初透磁率μ
、が前記範囲未満であると、磁気ヘッドに適用したとき
、記録・再生感度が低下して（る。

また、軟磁性薄膜の飽和磁束密度Ｂｓは、１５ｋＧ以上
、特に１７ｋＧ以上のものが得られる。

前記範囲未満であるとオーバーライド特性が悪化し、特
に高保磁力の磁気言己録媒体への記録が困難となる。

なお、Ｂｓ、Ｈｃ、μ６等は下記のとおり測定すればよ
い。

Ｂｓ：試料振動式磁力計（ＶＳＭ）を用いて、１０ｋＯ
ｅの磁場中で行なう。

Ｈｃ：薄膜ヒストロスコープを用いて行なう。

μ、：８の字コイル法を用いて３　ｍｏｅの高周波磁場
中で測定する。

本発明の軟磁性薄膜は薄膜磁気ヘッド等の各種磁気ヘッ
ドに適用できる。

第１図に、本発明を適用した好適実施例である浮上型の
薄膜磁気ヘッドを示す。

第１図に示される薄膜磁気ヘッドは、スライダ７上に、
絶縁層８１、下部磁極層９１、ギヤツブ屡１０、絶縁層
８３、コイル層１１、絶縁層８５、上部磁極層９５およ
び保護層１２を順次有する。

本発明においてスライダ７は、材料として従来公知の種
々のものを用いればよ（、例えばセラミックス、フェラ
イト等により構成される。

この場合、セラミックス、特にＡｆｆａＯｓ−ＴｉＣを
主成分とするセラミックス、Ｚ　ｒ　Ｏｘを主成分とす
るセラミックス、ＳｉＣを主成分とするセラミックスま
たはＡβＮを主成分とするセラミックスが好適である。

　なお、これらには、添加物としてＭ　ｇ、　Ｙ、　Ｚ
　ｒ　Ｏｚ、Ｔ　ｉ　Ｏｘ等が含有されていてもよい。

スライダ７の形状やサイズ等の諸条件は公知の何れのも
のであってもよく、用途に応じ適宜選択される。

スライダ７上には、絶縁層８１が形成される。

絶縁層８１の材料としては従来公知のものは何れも使用
可能であり、例えば、薄膜作製をスパッタ法により行な
うときには、５ｉ０２、ガラス、ＡβｘＯｓ等を用いる
ことができる。

絶縁層８１の膜厚やパターンは公知の何れのものであっ
てもよ（、例えば膜厚は、５〜４０ｐ程度とする。

磁極は、通常図示のように、下部磁極層９１と、上部磁
極層９５として設けられる。

本発明では、下部磁極層９１および上部磁極層９５に、
前記式で表わされる原子比組成の軟磁性薄膜を用いる。

このため、高保磁力の磁気記録媒体に対してもオーバー
ライド特性に優れ、記録・再生感度、特に、高周波数で
の記録・再生感度が高い磁気ヘッドが得られる。

下部および上部磁極層９１．９５のパターン、膜厚等は
公知のいずれのものであってもよい。　例えば下部磁極
層９１の膜厚は１〜５−程度、上部磁極層９５の膜厚は
１〜５−程度とすればよい。

下部磁極層９１および上部磁極層９５の間にはギャップ
層１０が形成される。

ギャップ層１０には、Ａ℃−０−，５ｉＯａ等公知の種
々の材料を用いればよい。

また、ギャップ層１０のパターン、膜厚等は公知の何れ
のものであってもよい。　例えば、ギャップ１０の膜厚
は０．２〜１．０−程度とすればよい。

コイル層１１の材質には特に制限はな（、通常用いられ
る八ρ、Ｃｕ等の金属を用いればよい。

コイルの巻回パターンや巻回密度についても制限はなく
、公知のものを適宜選択使用すればよい。　例えば巻回
パターンについては、図示のスパイラル型の他、積層型
、ジグザグ型等何れであってもよい。

また、コイル層１１の形成にはスパッタ法、めっき法等
の各種気相被着法を用いればよい。

図示例ではコイル層１１は、いわゆるスパイラル型とし
てスパイラル状に上部および下部磁極層９１．９５間に
配設されてお・す、コイル層１１と上部および下部磁極
層９１．９５間には絶縁Ｈ８３，８５が設層されている
。

絶縁層８３．８５の材料としては従来公知のものは何れ
も使用可能であり、例えば、薄膜作製をスパッタ法によ
り行なうときには、ＳｉＯ２，ガラス、ＡＡ２　Ｃｚ等
を用いることができる。

また、上部磁極層９５上には保護層１２が設層される。

　保護層１２の材料としては従来公知のものは何れも使
用可能であり、例えばＡρｇｏｓ等を用いることができ
る。

この場合、保護層１２のパターンや膜厚等は従来公知の
ものはいずれも使用可能であり、例えば膜厚は１０〜５
０μ程度とすればよい。

なお、本発明ではさらに各種樹脂コート層等を積層して
もよい。

このような薄膜磁気ヘッドの製造工程は、通常、薄膜作
製とパターン形成とによって行なわれる。

各層の薄膜作製には、上記したように、従来公知の技術
である気相被着法、例えば真空蒸着法、スパッタ法等を
用いればよい。

薄膜磁気ヘッドの各層のパターン形成は、従来公知の技
術である選択エツチングあるいは選択デポジシジンによ
り行なうことができる。　エツチングとしてはウェット
エツチングやドライエツチングにより行なうことができ
る。

本発明を適用した薄膜磁気ヘッドは、アーム等の従来公
知のアセンブリーと組み合わせて使用される。

また、前記の薄膜磁気ヘッドを用いて、種々の方式のオ
ーバーライド記録を行うことができる。

本発明の軟磁性薄膜は、このような薄膜磁気ヘッドのほ
か、ＭＩＧ　（メタル・イン・ギャップ）ヘッド等の各
種磁気ヘッドに適用できる。

また、熱処理温度が比較的低い３００℃程度で十分な磁
気特性が得られるので、ポリイミドなどの高分子フィル
ムの上に成膜することもできるので、薄膜インダクタ等
にも適用できる。

〈実施例〉以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳
細に説明する。

実施例ＩＲＦスパッタ装置を用いて、表１に示される原子比組成
を有し、膜厚、約１−のＦｅ−Ｍ−ＮおよびＦ　ｅ　−
Ｍ　−Ｎ　−０軟磁性薄膜を基板上に成膜した。

まず、純鉄ターゲット上にＹのチップを対称性よく配置
し、この複合ターゲットから５５ｍｍの位置に基板を置
き、ＡｒとＮ２の混合ガスおよびＡｒとＮ、と０２の混
合ガスでスパッタリングを行なった。

なお、基板にはガラス（コーニング社製７０５９）を用
い、成膜中は基板を２００℃に加熱した。

主な成膜条件は、下記のとおりである。

スパッタガス：Ａｒ＋１体積％Ｎ２〜Ａｒ＋２０体積％Ｎ２（必要に応じさらに０．１〜２．５体積％の０□を加え
た。）スパッタガス圧＝５×１０−”　Ｔｏｒｒ投入電カニ　
２　、４　Ｗ／ｃｍ” 成膜速度：１６０人／分到達真空度＋　Ｉ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ次に、磁気
特性を向上させるために真空度Ｉ　Ｘ　１０−’　Ｔｏ
ｒｒ　、保持時間１時間にて、温度４００℃または５０
０℃の最適温度で熱処理を行なった後に、以下の方法で
緒特性を評価した。

（１）膜組成特別に純度９９．８５％のアルミニウム基板上に成膜し
た膜を用いて、ＥＰＭＡ法により求めた。

（２）μｍ８の字コイル法を用い、３　ｍＯｅの高周波磁場中で測
定した。

（３）保磁力（Ｈｃ）薄膜ヒストロスコープにより求めた。

（４）飽和磁束密度（Ｂｓ）ＶＳＭを用いて１０ｋＯｅの磁場中で測定した。

（５）結晶粒子の平均結晶粒径（Ｄ＞Ｘ線回折法を用いてα−Ｆｅ（１１０）ピークの半値幅
より求めた。

（６）結晶粒子の含有率透過型電子顕微鏡を用いて、マトリックスの非晶質相と
析出している微結晶相の体積比より求めた。

結果は表１に示されるとおりである。

表　　　　１サンプル　　　組　　　成　　　　　Ｄ　　結晶粒子の
　　μ１ＨｃＢｓＮｏ、　　　（ａｔ％１ｂａｊＦｅ　
　　（人）含有率（１！４（ｚ）　（Ｏｅ）　（ｋＧ）
Ｍ　　　　Ｎｏ　　　　　　　（体積％）１（本発明）
　　Ｙｌ、］、　　１０．７　０．０　　３３０　　　
１００　　　　１０００　　１．４　１６．９２（本発
明）　　Ｙ２．２　１０．８　０．０　　１８０　　　
１００　　　　１４００　　１．０　１６．０３（本発
明）　　Ｙ４．８　　２．６　０．ＯＺｏｏ　　　　１
００　　　　２０００　　０．６　１７．４４（本発明
＞　　Ｙｌ、２　　５．４　　ｏ、ｏ　　　１９ｏ１０
０　　　１１００　　１２　１８．５５（本発明）　　
Ｙ３．ｌ　　　？、３　０．０　　２２０　　　１００
　　　　１９００　　０．８　１６．５６（本発明）　
　Ｙ４．３　　７．９　０．０　　２７０　　　１００
　　　　１６００　　０．９　１５．６７（本発明）　
　Ｙ４．２　　３．１　４．０　　３６０　　　１００
　　　　１２００　　１．１　１７．３８ｃ本発明）　
　Ｙ２．１　　１．６　２．０　　３１０　　　１００
　　　　１１００　　１．２　１９゜０９（本発明）　
　Ｙｌ、３　１０．５　１．５　　２８０　　　１００
　　、　　１３００　　１．１　１６．２１０（本発明
）　　Ｙｌ、９　　３．８　１．９　　２３０　　　１
００　　　　１４００　　１．０　１７．３１１（本発
明１ｓｃ５．１　　３．１　０．０　　３００　　　１
００　　　　１８００　　０．７　１７．０１２（本発
明）Ｌａ４．２　　３．５　０．０　　２２０　　　１
００　　　　１１００　　１．２　１７．２２１（比較
）　　Ｙｏ、０　９．３　０．０　６２０　　　１００
　　　　２８０　５．７　１７．９２２（比較）　　Ｙ
ｏ、０　１０゜１　２．１　　５８０　　　１００　　
　　３８０　　３．８’　　１７．０２３（比　較）　
　ＹＱ、Ｑ　　　Ｏ，００，０１４０ｆｌ　　　　１０
０　　　　２４０　　９．１　２０．７２４（比較）　
　Ｙ４．５　０．２　０．０　５１０　　　１００　　
　　２００　９．０　１７．５表１に示される結果から
本発明の効果が明らかである。

すなわち、いずれのサンプルも１５ｋＧ以上の高いＢｓ
が得られ、２　０ｅ以下のＨｃが得られることから、μ
ｍも１０００以上のものが得られることがわかる。

そして、本発明のサンプルは熱的安定性や耐食性も良好
であった。

また、飽和磁歪値も小さい値であった。

さらに、本発明の軟磁性薄膜を磁気ヘッドに適用して、
薄膜磁気ヘッドを製造した。

そして、高保磁力の磁気記録媒体に対し、記録・再生を
行なったところ、十分なオーバーライド特性と高周波数
での高い記録・再生感度等の優れた電磁変換特性が得ら
れた。　この場合、保磁力１４０００’ｅの媒体に一定
の波長の信号を記録し、相対速度を変えて再生して得た
再生周波数特性の相対出力は、５ＭＨｚまで一定であっ
た。

〈発明の効果〉本発明の軟磁性薄膜は、飽和磁束密度Ｂｓが高く、透磁
率μが高く、保磁力Ｈｅが低い軟磁気特性を有し、しか
も熱的安定性が良い。

加えて、耐食性が良い。

さらには、単層膜で前記の特性が得られるため、成膜が
容易であり、生産歩留りや量産性が高い。

また、本発明の軟磁性薄膜を例えば、磁気ヘッドに適用
する場合、高保磁力の磁気記録媒体へ十分な記録を行な
うことができ、十分なオーバーライド特性が得られる。

加えて、記録・再生感度、特に高周波数での記録・再生
感度が従来のものに比べ格段と向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の軟磁性薄膜を適用した薄膜磁気ヘッ
ドの１例が示される部分断面図である。符号の説明７・・・スライダ８１．８３．８５・・・絶縁層９１・・・下部磁極層９５・・・上部磁極層１０・・・ギャップ層１１・・・コイル層１２・・・保護層出　願　人　ティーデイ−ケイ株式会社代　　理　　人
　　弁理士　　　石　　井　　陽　　−同　　　　　弁
理士　　　増　　１）　達　　哉ＦＩＧ、１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記式で表わされる原子比の組成を有することを
特徴とする軟磁性薄膜。式Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿（＿ａ＿＋＿ｂ＿＋＿ｃ＿）
Ｍ＿ａＮ＿ｂＯ＿ｃ（上式においてＭは、３Ａ族元素の
１種以上であり、０．２≦ａ≦１０，０．５≦ｂ≦２０
、０≦ｃ≦１０である。）
（２）ａ＋ｂ＋ｃ≦２０である請求項１に記載の軟磁性
薄膜。
（３）Ｆｅを主成分とする主磁性相を有し、前記主磁性
相の結晶粒子の平均結晶粒径Ｄが１０００Å以下である
請求項１または２に記載の軟磁性薄膜。
（４）Ｆｅを主成分とする主磁性層を有し、前記主磁性
相の結晶粒子が全体の５０体積％以上存在する請求項１
ないし３のいずれかに記載の軟磁性薄膜。