JPH0648526B2 - Method of manufacturing magnetic head - Google Patents

Method of manufacturing magnetic head

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JPH0648526B2
JPH0648526B2 JP23116490A JP23116490A JPH0648526B2 JP H0648526 B2 JPH0648526 B2 JP H0648526B2 JP 23116490 A JP23116490 A JP 23116490A JP 23116490 A JP23116490 A JP 23116490A JP H0648526 B2 JPH0648526 B2 JP H0648526B2
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magnetic
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target
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正彦 直江
正三 石橋
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Description

【発明の詳細な説明】 イ.産業上の利用分野 本発明は磁気ヘッドの製造方法に関するものである。Detailed Description of the Invention a. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic head manufacturing method.

ロ.従来技術 従来、磁気テープ、磁気ディスク等の磁気記録媒体は、
ビデオ、オーディオ、ディジタル等の各種電気信号の記
録に幅広く利用されている。基体上に形成された磁性層
(磁気記録層)の面内長手方向における磁化を用いる方
式においては、新規の磁性体や新しい塗布技術等により
高密度化が図られている。また一方、近年、磁気記録の
高密度化に伴い、磁気記録媒体の磁性層の厚さ方向の磁
化(いわゆる垂直磁化)を用いる垂直磁化記録方式が、
最近になって提案されている(例えば、「日経エレクト
ロニクス」1978年8月7日号No.192 )。この記録方式
によれば、記録波長が短くなるに伴って媒体内の残留磁
化に作用する反磁界が減少するので、高密度化にとって
好ましい特性を有し、本質的に高密度記録に適した方式
であり現在実用化に向けて研究が行われている。
B. BACKGROUND ART Conventionally, magnetic recording media such as magnetic tapes and magnetic disks are
It is widely used for recording various electric signals such as video, audio and digital. In the method using the magnetization in the in-plane longitudinal direction of the magnetic layer (magnetic recording layer) formed on the substrate, a high density has been achieved by a new magnetic material or a new coating technique. On the other hand, in recent years, along with the increase in density of magnetic recording, a perpendicular magnetization recording method using magnetization (so-called perpendicular magnetization) in the thickness direction of a magnetic layer of a magnetic recording medium has been developed.
It has been recently proposed (for example, “Nikkei Electronics” No.192, August 7, 1978). According to this recording method, the demagnetizing field that acts on the residual magnetization in the medium decreases as the recording wavelength becomes shorter, so that it has characteristics preferable for high density recording and is essentially suitable for high density recording. Therefore, research is currently being conducted toward practical application.

ハ.発明の目的 本発明の目的は、上記した如き磁気記録方式に好適で高
磁化、抵抗磁力、高耐食性を期待できる磁気ヘッドの製
造方法を提供することにある。
C. OBJECT OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a magnetic head which is suitable for the magnetic recording method as described above and which can be expected to have high magnetization, resistance magnetic force and high corrosion resistance.

ニ.発明の構成 即ち、本発明は、鉄からなる複数のターゲットをプラズ
マ発生用真空槽内において互いに対向せしめ、これらの
対向ターゲット間に窒素含有ガスを供給し、前記ターゲ
ットをスパッタするプラズマを発生させ、このプラズマ
によって発生した窒化鉄イオンを加速電界で加速した後
に制御電界でエネルギー制御して前記プラズマ発生用真
空槽よりその外部へ導出し、この導出された窒化鉄イオ
ンを前記プラズマ発生用真空槽の外部に配された磁気ヘ
ッド用基体に導き、透磁層の少なくとも一部を形成する
窒化鉄として前記基体上に堆積させる、磁気ヘッドの製
造方法に係るものである。
D. Structure of the invention That is, the present invention, a plurality of targets made of iron are opposed to each other in a plasma generation vacuum tank, a nitrogen-containing gas is supplied between these opposed targets, and plasma for sputtering the target is generated, After accelerating iron nitride ions generated by this plasma with an accelerating electric field, the energy is controlled with a control electric field and is led out from the plasma generating vacuum chamber to the outside thereof, and the derived iron nitride ions are discharged from the plasma generating vacuum chamber. The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic head, which is guided to a magnetic head substrate disposed outside and is deposited on the substrate as iron nitride forming at least a part of a magnetic permeable layer.

ホ.実施例 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。E. Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail.

まず、本発明によって製造される磁気ヘッドの構成を説
明する。
First, the structure of the magnetic head manufactured according to the present invention will be described.

第1図は、磁気テープ等の磁気記録媒体15を垂直磁気
記録するのに使用する磁気ヘッド16、17を示すもの
である。このうち、ヘッド16は補助磁極として働き、
これに対向配置されるヘッド17は主磁極として機能せ
しめられる。
FIG. 1 shows magnetic heads 16 and 17 used for perpendicular magnetic recording on a magnetic recording medium 15 such as a magnetic tape. Of these, the head 16 functions as an auxiliary magnetic pole,
The head 17 arranged opposite to this is made to function as a main magnetic pole.

ここで特徴的なことは、主磁極17として、ガラス基板
S上に窒化鉄(FexN)、特にγ′−FeN又は
(α−Fe+γ′−FeN)からなる磁性膜14を被
着せしめ、これを別のガラス板等の保持具18で保護し
た構造のものを使用していることである。磁性膜14を
構成するFexNは、後述することから明らかなよう
に、飽和磁化が大きくて信号記録を充分に行えると同時
に、ヘッドに要求される低い抵抗力(Hc)を示す。従
って、そうした磁性膜14を透磁層として有するヘッド
の性能は極めて良好となる。しかも、FexNは窒素の
含有によって耐食性も良好となり、これもヘッド特性の
向上に寄与している。
What is characteristic here is that the magnetic film 14 made of iron nitride (FexN), particularly γ′-Fe 4 N or (α-Fe + γ′-Fe 4 N) is deposited on the glass substrate S as the main magnetic pole 17. This means that a structure in which this is protected by another holder 18 such as a glass plate is used. As will be described later, the FexN forming the magnetic film 14 has a large saturation magnetization and can sufficiently perform signal recording, and at the same time, exhibits a low resistance (Hc) required for the head. Therefore, the performance of a head having such a magnetic film 14 as a magnetically permeable layer is extremely good. Moreover, FexN also has good corrosion resistance due to the inclusion of nitrogen, which also contributes to the improvement of the head characteristics.

なお、例えば、この垂直磁気記録方式においては、補助
磁極16が記録信号により励磁され、そこから媒体15
側へ磁界が発生し、これにより面内方向に主磁極17へ
向けてフラックスが集中し、媒体15の磁性層に主磁極
17に対応した磁気記録がなされる。
Note that, for example, in this perpendicular magnetic recording system, the auxiliary magnetic pole 16 is excited by a recording signal, and the medium 15 is then excited.
A magnetic field is generated toward the side, whereby the flux is concentrated in the in-plane direction toward the main pole 17, and magnetic recording corresponding to the main pole 17 is performed on the magnetic layer of the medium 15.

第2図には、他の磁気ヘッド27を示したが、このヘッ
ドでも、例えばフェライトからなるコア材Sの磁気ギャ
ップ20側の対向面にFexNからなる磁性膜14が夫
々形成されている。なお、ヘッド全面がFexNで覆わ
れているヘッドであってもよい。これらのFexNより
形成されているヘッドは特に高密度記録に適している。
FIG. 2 shows another magnetic head 27, but in this head as well, the magnetic film 14 made of FexN is formed on the facing surface of the core material S made of ferrite, for example, on the magnetic gap 20 side. The head may be a head whose entire surface is covered with FexN. A head made of these FexN is particularly suitable for high density recording.

また、上記のFexN磁性膜14は、上記以外の磁気ヘ
ッド(例えば薄膜ヘッド)にも形成することができる。
The FexN magnetic film 14 can also be formed on a magnetic head (for example, a thin film head) other than the above.

次に、上記の磁気ヘッドの製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the above magnetic head will be described.

まず、基板S(ガラス板、フェライトコア材等)を用意
し、その所定の面上に以下に説明する方法によってFe
xN膜14を形成する。このために、第3図〜第8図に
示すイオンビーム発生装置を使用するのが望ましい。
First, a substrate S (glass plate, ferrite core material, etc.) is prepared, and Fe is formed on a predetermined surface of the substrate S by the method described below.
The xN film 14 is formed. For this reason, it is desirable to use the ion beam generator shown in FIGS.

第3図に示す装置は基本的には、対向ターゲットスパッ
タ部Aと、このスパッタ部からイオン化粒子を導出する
イオンビーム導出部Bとからなっている。
The apparatus shown in FIG. 3 basically comprises an opposed target sputtering section A and an ion beam deriving section B for deriving ionized particles from this sputtering section.

スパッタ部Aにおいて、1は真空槽、2は真空槽1内に
所定のガス(Ar+N)を導入してガス圧力を10-3
10-4Torr程度に設定するガス導入管である。真空槽1の
排気系は図示省略した。ターゲット電極は、ターゲット
ホルダー4によりFe製の一対のターゲットT、T
を互いに隔てて平行に対向配置した対向ターゲット電極
として構成されている。これらのターゲット間には、外
部の磁界発生手段(マグネットコイル)3による磁界が
形成される。なお、図中の5は冷却水導入管、6は同導
出管であり、13は加速用の電極である。
In the sputtering unit A, 1 is a vacuum chamber, 2 is a predetermined gas (Ar + N 2 ) introduced into the vacuum chamber 1, and the gas pressure is 10 −3 to
It is a gas inlet pipe set to about 10 -4 Torr. The exhaust system of the vacuum chamber 1 is omitted in the figure. The target electrode is a pair of targets T 1 and T 2 made of Fe by the target holder 4.
Are opposed to each other in parallel and are arranged as opposed target electrodes. A magnetic field is formed between these targets by the external magnetic field generating means (magnet coil) 3. In the figure, 5 is a cooling water inlet pipe, 6 is the outlet pipe, and 13 is an accelerating electrode.

このように構成されたスパッタ装置において、平行に対
向し合った両ターゲットT、Tの各表面と垂直方向
に磁界を形成し、この磁界により陰極降下部(即ち、第
4図に明示する如く、ターゲットT−T間に発生し
たプラズマ雰囲気7と各ターゲットT及びTとの間
の領域8、9)での電界で加速されたスパッタガスイオ
ンのターゲット表面に対する衝撃で放出されたγ電子を
ターゲット間の空間にとじ込め、対向した他方のターゲ
ット方向へ移動させる。他方のターゲット表面へ移動し
たγ電子は、その近傍の陰極降下部で反射される。こう
して、γ電子はターゲットT−T間において磁界に
束縛されながら往復運動を繰返すことになる。この往復
運動の間に、γ電子は中性の雰囲気ガスと衝突して雰囲
気ガスのイオンと電子とを生成させ、これらの生成物が
ターゲットからのγ電子の放出と雰囲気ガスのイオン化
を促進させる。従って、ターゲットT−T間の空間
には高密度のプラズマが形成され、これに伴ってターゲ
ット物質が充分にスパッタされることになる。
In the sputtering apparatus configured as described above, a magnetic field is formed in the direction perpendicular to the surfaces of the targets T 1 and T 2 that face each other in parallel, and this magnetic field causes the cathode descending portion (that is, clearly shown in FIG. 4). as, released by the impact against the target surface of the electric field at an accelerated sputtering gas ions in the region 8,9) between the plasma atmosphere 7 generated between the target T 1 -T 2 and each target T 1 and T 2 The γ electrons are trapped in the space between the targets and moved toward the other facing target. The γ-electrons that have moved to the surface of the other target are reflected by the cathode fall portion in the vicinity thereof. Thus, the γ-electrons repeat the reciprocating motion while being bound by the magnetic field between the targets T 1 and T 2 . During this reciprocating motion, the γ-electrons collide with the neutral atmospheric gas to generate ions and electrons of the atmospheric gas, and these products promote the emission of γ-electrons from the target and the ionization of the atmospheric gas. . Therefore, high-density plasma is formed in the space between the targets T 1 and T 2 , and the target material is sufficiently sputtered accordingly.

この対向ターゲットスパッタ装置は、他の飛翔手段に比
べて、高速スパッタによる高堆積速度の製膜が可能であ
り、また基体がプラズマに直接曝されることがなく、低
い基体温度での製膜が可能である。
Compared to other flying means, this facing target sputtering apparatus is capable of forming a film at a high deposition rate by high-speed sputtering, does not directly expose the substrate to plasma, and can form a film at a low substrate temperature. It is possible.

第3図の装置で注目されるべき構成は、スパッタ部Aに
おいてターゲットから叩き出されたFeと反応ガス(N
)とが反応してイオン化された粒子、即ちFexNの
イオンを効率良く外部へ導出するための導出部Bを有し
ていることである。即ち、この導出部Bは、ターゲット
の外側近傍に配されたスクリーングリッドGを有
し、これらのターゲットT及びグリッドGは夫々所定
の電位に保持されると同時に、イオン化粒子10を通過
させるための小孔11、12が夫々対応した数及びパタ
ーンに形成されている。これは、第5図及び第6図に夫
々明示した。各小孔11、12は例えば2mmφであって
5mmの間隔を置いて形成され、グリッドGの厚みは1mm
であってよい。
The structure to be noted in the apparatus of FIG. 3 is that Fe sputtered from the target in the sputter part A and the reaction gas (N
2 ) has a lead-out portion B for efficiently leading out the ionized particles, that is, the ions of FexN, to the outside. That is, the deriving unit B includes a screen grid G which is disposed outside the vicinity of the target T 2, the targets T 2 and the grid G at the same time is held in each predetermined potential, passes through the ionized particles 10 Small holes 11 and 12 are formed in a corresponding number and pattern. This is clearly shown in FIGS. 5 and 6, respectively. The small holes 11 and 12 are, for example, 2 mmφ and are formed at intervals of 5 mm, and the thickness of the grid G is 1 mm.
May be

第7図は、上記装置を動作させる際の電気回路系を概略
的に示すが、加速電極13に加速電圧Vpを印加した状態
で、両ターゲットT、Tに負電圧Vt を与え、かつ
グリッドGを接地している。また、イオンビーム導出部
B側に配した基板Sも接地している。第8図は各部のポ
テンシャル分布を示し、Vp は0〜200 Vに、Vt は 5
00〜1000Vに設定される。
FIG. 7 schematically shows an electric circuit system for operating the above-mentioned device. In the state where the acceleration voltage Vp is applied to the acceleration electrode 13, a negative voltage Vt is applied to both targets T 1 and T 2 , and The grid G is grounded. The substrate S arranged on the side of the ion beam derivation unit B is also grounded. Fig. 8 shows the potential distribution of each part. Vp is 0 to 200 V and Vt is 5
It is set to 0 to 1000V.

このような条件で上記装置を動作させると、スパッタ部
A(真空度10-3〜10-4Torr)において発生したプラズマ
中のイオンは下部ターゲットTの陰極降下部9(第4
図参照)で加速電極13によって加速された後、ターゲ
ットT−グリッドG間の電界によって減速されながら
上記小孔11、12を通過し、基板Sとプラズマとの間
の電位差に相当するエネルギーを以て導出される。導出
されたイオンビーム10は、導出部B(真空度10-5Torr
以上)側に形成される電界E(第3図参照)の作用で効
果的に集束せしめられ、上記エネルギーを以て基板Sに
入射することになる。こうして、加速電極(又は陽極)
13に加える陽極電圧Vp を変化させることにより、基
板S上への堆積イオン(FexN)のエネルギーを制御
しながら、グリッドGの作用で効率良くイオンビーム1
0を引出し、基板S上へ導くことができる。また、基板
Sのある側は10-5Torr以上の高真空に引かれているの
で、クリーンで不純物の少ない磁性膜を堆積させること
ができる。
When the above apparatus is operated under such conditions, the ions in the plasma generated in the sputter part A (vacuum degree 10 −3 to 10 −4 Torr) are generated in the cathode descending part 9 (the fourth target) of the lower target T 2 .
After being accelerated by the accelerating electrode 13 in FIG. 2), the energy is passed through the small holes 11 and 12 while being decelerated by the electric field between the target T 2 and the grid G, and the energy corresponding to the potential difference between the substrate S and the plasma is applied. Derived. The extracted ion beam 10 is guided to the derivation part B (vacuum degree 10 −5 Torr
The above is effectively focused by the action of the electric field E (see FIG. 3) formed on the side, and is incident on the substrate S with the above energy. Thus, the acceleration electrode (or anode)
By changing the anode voltage Vp applied to 13, the energy of the deposited ions (FexN) on the substrate S is controlled, and the ion beam 1 is efficiently generated by the action of the grid G.
0 can be pulled out and guided onto the substrate S. Further, since the side on which the substrate S is located is pulled by a high vacuum of 10 −5 Torr or more, a clean magnetic film containing few impurities can be deposited.

なお、イオンビームを引出す側に配されたターゲットT
の小孔11、12は必要以上に大きくしない方がよい
が、あまり大きくするとスパッタ部Aと導出部Bとのガ
ス圧差によって基板S側へ不要なガスがリークして堆積
膜の純度低下が生じ易く、或いはターゲットT及びグ
リッドGの強度面でも望ましくなく、しかもターゲット
面積が減少してスパッタ効率も低下し易くなることが考
えられる。
The target T placed on the side from which the ion beam is extracted
It is better not to make the small holes 11 and 12 of No. 2 larger than necessary, but if they are made too large, unnecessary gas leaks to the substrate S side due to the gas pressure difference between the sputter part A and the lead-out part B, and the purity of the deposited film decreases. It is conceivable that this is likely to occur or is not desirable in terms of the strength of the target T 2 and the grid G, and that the target area is reduced and the sputtering efficiency is also likely to be reduced.

以上に説明した方法及び装置によって、例えば第1図や
第2図に示す如く、基板S上に厚さ例えば2000ÅのFe
xN磁性膜14有する磁気ヘッドを作成することができ
る。この磁気ヘッドは、特に高密度記録用の面内長手方
向記録用や垂直磁気記録用として好適な磁性膜14を有
したものとなっている。
By the method and apparatus described above, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, Fe having a thickness of 2000 Å is formed on the substrate S.
A magnetic head having the xN magnetic film 14 can be created. This magnetic head has a magnetic film 14 suitable for in-plane longitudinal direction recording for high density recording and for perpendicular magnetic recording.

次に、上記の磁化膜(FexN)について、実験結果に
基いて更に詳述する。
Next, the above magnetized film (FexN) will be described in more detail based on experimental results.

(A)、FexN膜の構造 形成された膜は、すべて結晶性を示し、その結晶構造は
窒素ガス混合率、基板温度(Ts )及びイオン加速電圧
(Vp )に依存して変化した。
(A), Structure of FexN film The formed films all showed crystallinity, and the crystal structure changed depending on the nitrogen gas mixing ratio, the substrate temperature (Ts) and the ion acceleration voltage (Vp).

第9図に、全圧Ptotal =5×10-4Torr、Vp =20V
(一定)の条件で作製した膜の結晶構造と、PN2・Ts
の関係を示す(但し、基板は(111)Si基板)。T
s = 200℃の場合、形成される結晶相はPN2の上昇とと
もに、α−Feとγ′−FeNの混相→γ′−Fe
N単相→ε−FeNとζ−FeNの混相→ζ−Fe
Nと変化し、膜の窒化度が高まっていく。また、α−
Fe、γ′−FeNの混相膜には、面間隔 1.9〜2.0
Åを持つ不明の結晶相(U.K.)が存在していた。T
s が 200℃以上に上昇すると、各領域間の境界は高PN2
側に移動する。Ts が 200℃以下の場合にも、Ts が減
少すると膜の窒化度が減少する傾向が見られ、Ts =80
℃、PN2≦4×10-5Torrでは、α−Fe相のみが形成さ
れた。
Fig. 9 shows the total pressure Ptotal = 5 × 10 -4 Torr, Vp = 20V
The crystal structure of the film produced under (constant) conditions and PN 2 · Ts
(However, the substrate is a (111) Si substrate). T
When s = 200 ° C., the crystal phase formed is a mixed phase of α-Fe and γ′-Fe 4 N with increasing PN 2 → γ′-Fe 4
N single phase → mixed phase of ε-Fe 3 N and ζ-Fe 2 N → ζ-Fe
It changes to 2 N and the nitriding degree of the film increases. Also, α-
In the mixed phase film of Fe and γ'-Fe 4 N, the interplanar spacing is 1.9 to 2.0.
An unknown crystal phase (UK) having Å was present. T
When s rises above 200 ℃, the boundary between each region becomes high PN 2
Move to the side. Even when Ts is 200 ° C or lower, the nitriding degree of the film tends to decrease as Ts decreases.
At the temperature of PN 2 ≦ 4 × 10 −5 Torr, only α-Fe phase was formed.

第10図に、種々の条件で形成された膜の一例のX線回
折図形を示す。形成される相のうち、ε相及びζ相はラ
ンダムな結晶方位を示したが、bcc構造のα−Fe相
は<110 >方向、fcc構造のγ′−FeN相は<10
0 >方向が膜面垂直に強く配向していた。従来、堆積粒
子に中性粒子のみを用いる通常のスパッタ法で作製され
るα−Fe、γ′−FeN膜は、雰囲気圧力の低下と
ともに各々(110 )、(111 )面(各相の最密充填面)
が配向する傾向を示すことから、上述の結果は、本発明
のイオンビームデポジション法では堆積粒子の持つ高い
運動エネルギーと一様な方向性が膜の配向を促進するこ
と、及び配向する面は堆積粒子の電荷の影響をうけ、化
合物の種類によっては最密充填面以外の面が配向しやす
くなることを示していると言える。
FIG. 10 shows X-ray diffraction patterns of examples of films formed under various conditions. Among the formed phases, the ε phase and the ζ phase showed random crystal orientations. The α-Fe phase of the bcc structure had a <110> direction, and the γ′-Fe 4 N phase of the fcc structure had a <10> direction.
The 0> direction was strongly oriented perpendicular to the film surface. Conventionally, the α-Fe and γ′-Fe 4 N films produced by the ordinary sputtering method using only neutral particles as the deposited particles are (110) and (111) planes (for each phase) as the atmospheric pressure decreases. (Closest packing surface)
The above results indicate that in the ion beam deposition method of the present invention, the high kinetic energy and uniform directivity of the deposited particles promote the orientation of the film, and It can be said that this indicates that the surface other than the close-packed surface is likely to be oriented depending on the kind of the compound due to the influence of the charge of the deposited particles.

なお、Ptotal =5×10-4Torr、PN2=1.5×10-5Tor
r、Ts = 150℃一定の条件で作製した膜のX線回折図
形グラムのVp による変化を調べた。Vp =0Vでは、
(110 )面が配向したα−Fe相の回折線のみだが、V
p =40Vではγ′=FeN相(111 )、(200 )面回
折位置にブロードなピークが明瞭に現れ、Vp =60Vで
は再びα−Fe相(110 )面の回折線のみとなる。これ
らは、Vp =0〜40Vの範囲では、Vp の上昇につれて
γ′FeN相の量の割合が増大することを示してい
る。また、Vp =40V、Ts = 150℃で堆積した膜の
γ′−FeN相の配向性はランダムで、前述のVp =
20V、Ts = 200℃で堆積した膜中のγ′相が(200 )
配向を示したのと異なっていた。Vp の上昇は、堆積イ
オンの運動エネルギーの上昇をもたらすので、基板の表
面温度及び堆積粒子の基板表面における移動度が増大し
て、その結果、鉄−窒素間の反応が促進されたものと考
えられる。Vp =60Vの結果は、イオンの運動エネルギ
ーが過大になると、鉄−窒素間の結合が抑制されるか、
または一度結合しても別の粒子による衝撃により、再分
離してしまうことを示すものと考えられる。また、膜の
配向性は、Vp の上昇により生成される高エネルギー粒
子の基板衝撃により、低下すると言える。
Ptotal = 5 × 10 −4 Torr, PN 2 = 1.5 × 10 −5 Torr
The change of the X-ray diffraction pattern gram with respect to Vp of the film produced under the condition of constant r and Ts = 150 ° C. was examined. At Vp = 0V,
Only the diffraction line of the α-Fe phase with the (110) plane oriented, but V
At p = 40 V, a broad peak clearly appears at the diffraction position of γ ′ = Fe 4 N phase (111), (200) plane, and at Vp = 60 V, only the diffraction line of α-Fe phase (110) plane again. These show that in the range of Vp = 0 to 40 V, the ratio of the amount of the γ'Fe 4 N phase increases with the increase of Vp. Further, the orientation of the γ'-Fe 4 N phase of the film deposited at Vp = 40V and Ts = 150 ° C. is random, and the above Vp =
The γ'phase in the film deposited at 20V, Ts = 200 ° C is (200)
It was different than it showed orientation. Since the increase in Vp causes the increase in the kinetic energy of the deposited ions, it is considered that the surface temperature of the substrate and the mobility of the deposited particles on the substrate surface are increased, and as a result, the reaction between iron and nitrogen is promoted. To be The result of Vp = 60 V is that if the kinetic energy of ions becomes excessive, the bond between iron and nitrogen is suppressed,
Alternatively, it is considered that the particles are re-separated by the impact of another particle even if they are once bonded. Further, it can be said that the orientation of the film is lowered by the impact of the high-energy particles generated by the increase of Vp on the substrate.

(B)、FexN膜の飽和磁化 膜の飽和磁化(4πMs )は、磁気天秤によって測定し
た。第11図、第12図に4πMs と各作製条件の関係
を示す。Ptotal =5×10-5Torr、Vs =20V(一定)
の条件で作製した膜の4πMs のPN2及びTs 依存性を
示す。
(B), Saturation magnetization of FexN film The saturation magnetization (4πMs) of the film was measured by a magnetic balance. 11 and 12 show the relationship between 4πMs and each manufacturing condition. Ptotal = 5 × 10 -5 Torr, Vs = 20V (constant)
4 shows the dependence of 4πMs on the PN 2 and Ts of the film prepared under the conditions described above.

4πMs は、膜の結晶構造がα−Fe+γ′−Fe
+U.K.(Unknown)の混相の場合及びγ′相単相の領
域で、純鉄の4πMs (21.6KG)を上回る値を示し、
特に両領域の境界近傍では約25KGと非常に高い値とな
っている。この高い4πMs は、γ′相及びU.K.相
に起因していると言える。この高4πMs の領域は、第
9図中に斜線で示したが、この領域では高4πMs と同
時に低Hcも得られ、ヘッド材として好適なFexN膜
となる。報告されているγ′相の4πMs は、約24KG
であり、本発明におけるγ′単相膜のそれも22〜24KG
でほぼ一致している。従って、膜の4πMs が25KGに
達するということはU.K.相の4πMs がγ′相より
も高いことを意味している。高4πMs 膜がα+γ′+
U.K.とγ′単相領域との境界近傍で得られたことか
ら、U.K.相がFeNである可能性がある。
4πMs means that the crystal structure of the film is α-Fe + γ′-Fe 4 N
+ U. K. In the case of (Unknown) mixed phase and in the γ'phase single phase region, the value exceeds 4πMs (21.6KG) of pure iron,
Especially in the vicinity of the boundary between both regions, it is a very high value of about 25 KG. This high 4πMs is due to the γ'phase and U.S. K. It can be said that it is due to the phase. The region of high 4πMs is shown by the diagonal lines in FIG. 9, but in this region, low Hc can be obtained at the same time as high 4πMs, which is a suitable FexN film as a head material. The reported 4πMs of γ'phase is about 24KG
And that of the γ'single-phase film in the present invention is also 22 to 24 KG.
Are almost the same. Therefore, the fact that the 4πMs of the membrane reaches 25 KG means that the U.S.P. K. This means that the phase 4πMs is higher than the γ ′ phase. High 4πMs film is α + γ ′ +
U. K. Since it was obtained near the boundary between the γ ′ single-phase region and K. The phase may be Fe 8 N.

Ptotal =5×10-4Torr、Vp =20Vのもとで高4πM
s を持つ膜が得られる作製条件範囲は、Ts = 250℃一
定の場合、PN2= 1.1×10-5〜 4.0×10-5Torr(窒素ガ
ス混合比PN2/Ptotal = 2.0〜8.0 %)、PN2=3×
10-5Torr一定の場合、Ts = 150〜250 ℃であった。こ
れらを通常のRfスパッタ装置を用いて堆積した膜で高
い4πMs が得られる条件PN2/PBtotal = 2.7〜4.
0 %と比べると窒素ガス混合率の範囲が広くなってい
る。高4πMs を持つFeNと考えられている相は、
高エネルギー粒子の基板衝撃や基板温度の上昇に弱いこ
とが報告されているが、通常のRfスパッタ法の場合、
窒素ガス混合比の変動により、プラズマポテンシャルや
スパッタ効率が変化して高エネルギー粒子の基板衝撃効
果や基板温度の変動が生じ、これらが結晶の成長を阻害
する方向に働く場合(準安定相の破壊など)、形成範囲
が狭くなる。これに対し、本発明のイオンビームデポジ
ション法では、窒素ガス混合比を独立に変化させられる
ため、高4πMs 膜の作製範囲が広がったものと考えら
れる。
High 4πM under Ptotal = 5 × 10 -4 Torr and Vp = 20V
The production condition range for obtaining a film having s is PN 2 = 1.1 × 10 -5 to 4.0 × 10 -5 Torr (nitrogen gas mixing ratio PN 2 / Ptotal = 2.0 to 8.0%) when Ts = 250 ° C is constant. , PN 2 = 3 ×
At a constant 10 -5 Torr, Ts = 150 to 250 ° C. Conditions for obtaining a high 4πMs of a film deposited by using an ordinary Rf sputtering device PN 2 / PBtotal = 2.7 to 4.
Compared with 0%, the range of nitrogen gas mixing ratio is wider. The phase considered to be Fe 8 N with high 4πMs is
It has been reported that it is vulnerable to the impact of high energy particles on the substrate and the rise in substrate temperature, but in the case of the ordinary Rf sputtering method,
When the plasma potential and the sputtering efficiency change due to the fluctuation of the nitrogen gas mixture ratio, the substrate impact effect of high-energy particles and the fluctuation of the substrate temperature occur, and these act in the direction of inhibiting the crystal growth (breakdown of the metastable phase). Etc.), the forming range becomes narrow. On the other hand, in the ion beam deposition method of the present invention, since the nitrogen gas mixing ratio can be changed independently, it is considered that the production range of the high 4πMs film is expanded.

また、4πMs のPtotal による変化を測定したとこ
ろ、Ptotal が上昇するにつれて、高い4πMs を持つ
膜が得られる基板温度は上昇する傾向を示すことが分か
った。これは、Ptotal の上昇にともなう堆積粒子のイ
オンの割合の減少によって、形成される膜の結晶性が低
下するためと考えられる。
Also, when the change of 4πMs with Ptotal was measured, it was found that the substrate temperature at which a film having a high 4πMs was obtained increased as Ptotal increased. It is considered that this is because the crystallinity of the formed film is lowered due to the decrease of the ion ratio of the deposited particles with the increase of Ptotal.

第13図に、4πMs のVp による変化を示す。ここで
の試料は、Ptotal =5×10-4Torr、Ts = 150℃及び
Ptotal =1×10-3Torr、Ts =150 ℃の条件で作製し
たものである。4πMs は、Vp の上昇にともない減少
する傾向を示した。この結果は、Fe−N膜では堆積粒
子エネルギーが30eV(Vp =20Vに対応)を越えると
膜の短距離秩序が急速に低下することを示している。
FIG. 13 shows the change of 4πMs with Vp. The sample here was prepared under the conditions of Ptotal = 5 × 10 −4 Torr, Ts = 150 ° C. and Ptotal = 1 × 10 −3 Torr, Ts = 150 ° C. 4πMs tended to decrease with increasing Vp. This result shows that in the Fe-N film, when the deposited particle energy exceeds 30 eV (corresponding to Vp = 20 V), the short-range order of the film is rapidly lowered.

以上に述べた結果を要約すると、以下のようになる。The following summarizes the results described above.

(a)、各膜堆積条件を独立に制御することにより、Fe
−N膜の結晶構造の窒素分圧・基板温度依存性が明らか
となり、再現性良く膜を形成できる。
(a), Fe is controlled by controlling each film deposition condition independently.
The dependency of the crystal structure of the -N film on the nitrogen partial pressure and the substrate temperature becomes clear, and the film can be formed with good reproducibility.

(b)、イオン加速電圧Vp =20Vの場合、得られた結晶
のうち、α−Fe、γ′−FeN相は、夫々(110
)、(200 )面が膜面平行に強く配向していた。これ
は、堆積粒子の持つ高い運動エネルギー、一様な方向性
及び電荷の効果によるものと考えられる。
(b) When the ion accelerating voltage Vp = 20 V, among the obtained crystals, α-Fe and γ′-Fe 4 N phases are (110)
) And the (200) plane were strongly oriented parallel to the film plane. It is considered that this is due to the effects of high kinetic energy, uniform directionality and electric charge of the deposited particles.

(c)、膜の飽和磁化4πMs は、結晶構造がα+γ′+
U.K.(Unknown)混相状態からγ′単相に遷移する作
製条件領域で、約25KGと純鉄より高い値を示した。
(c), the saturation magnetization of the film is 4πMs, and the crystal structure is α + γ ′ +
U. K. (Unknown) In the production condition region where the transition from the mixed phase state to the γ'single phase, the value was about 25 KG, which was higher than that of pure iron.

(d)、高い4πMs が得られる基板温度は、全圧Ptotal
の減少にともなって低下し、Ptotal が5×10-5Torr
以下の場合、 150〜250 ℃となった。これから堆積粒子
中のイオンの割合を増加させることにより、低基板温度
でも膜の秩序度を向上させ得ることがわかった。
(d) Substrate temperature at which high 4πMs is obtained is the total pressure Ptotal.
Ptotal is 5 × 10 -5 Torr
In the following cases, the temperature was 150-250 ℃. From this, it was found that by increasing the ratio of ions in the deposited particles, the order of the film can be improved even at a low substrate temperature.

このうち、(a)は本発明のイオンビームデポジション法
の良好な制御性が、(d)はイオン化の効果が現れたもの
であり、従来の作成法では形成困難な高品位膜を、この
イオンビームデポジション法を用いれば再現性良く形成
できることを示しており、イオンビームデポジション法
が極めて優れた作製法であることの証左である。
Among them, (a) shows good controllability of the ion beam deposition method of the present invention, (d) shows the effect of ionization, and a high-quality film that is difficult to form by the conventional preparation method, It has been shown that the ion beam deposition method can be formed with good reproducibility, which is a proof that the ion beam deposition method is an extremely excellent manufacturing method.

また、上記のFexN膜は、窒素の含有によって耐食性
が充分となっており、この点でも優れたものである。
Further, the above FexN film has excellent corrosion resistance due to the inclusion of nitrogen, and is also excellent in this respect.

なお、上述した例は種々の変形が可能である。The above-described example can be modified in various ways.

例えば、第3図において、グリッドGを複数枚セット
し、イオンビームの制御を種々に行うこともできる。ま
た、下部ターゲットTに小孔11を形成せず、両ター
ゲットT−T間の側方に上述した如きスクリーング
リッドを(縦に)配し、ここからイオンビームを側方へ
引出すようにしてもよい。第3図の例では、基板S上に
直接FexN膜を堆積せしめたが、基板Sの代わりに仮
想線で示す如くに第3のターゲットTを配し、このタ
ーゲットTにイオンビーム10を衝撃せしめ、叩き出
された(スパッタされた)別のイオン化粒子を上記Fe
xN粒子と一緒に基板S′上に導き、両者の混合膜を基
板S′上に堆積させることができる。例えば、ターゲッ
トTとしてパーマロイ(Ni80Fe20)を使用すれ
ば、基板S′上にはFexNとパーマロイとの混合物の
薄膜が得られる。
For example, in FIG. 3, a plurality of grids G may be set to control the ion beam in various ways. Further, without forming the small hole 11 to the lower target T 2, the screen grid as mentioned above on the side between the two targets T 1 -T 2 (vertically) arranged so to draw from this ion beam laterally You may In the example of FIG. 3, the FexN film is directly deposited on the substrate S, but instead of the substrate S, a third target T 3 is arranged as shown by an imaginary line, and the ion beam 10 is applied to the target T 3. The other ionized particles that were impacted and knocked out (sputtered) were added to the above Fe.
The xN particles can be introduced together with the substrate onto the substrate S ′, and a mixed film of them can be deposited on the substrate S ′. For example, if permalloy (Ni 80 Fe 20 ) is used as the target T 3 , a thin film of a mixture of FexN and permalloy can be obtained on the substrate S ′.

ヘ.発明の効果 本発明は上述した如く、透磁層の少なくとも一部が窒化
鉄からなっている(即ち、窒化鉄特有の高磁化、低H
c、耐食性を発揮する)高性能のヘッドを製造するに際
し、対向ターゲットスパッタで生じた窒化鉄イオンを加
速電界で加速し、更に制御電界(グリッド電圧)下で制
御してからプラズマ発生用真空槽外へ導出し、基体上に
導いているので、イオンをエネルギー制御しながら効率
よく引き出すことができ、磁性特性及び耐食性の良好な
窒化鉄膜を形成できる。この場合、制御電界(グリッド
電圧)はイオンのエネルギーを適切にコントロールして
真空槽外へ引き出すのに寄与するため、基体に対するイ
オンの衝撃を緩らげて結晶の成長を促進し、高磁気特性
の膜を形成することができる。
F. EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, at least a part of the magnetic permeable layer is made of iron nitride (that is, high magnetization and low H characteristic of iron nitride).
(c, which exhibits corrosion resistance) When manufacturing a high-performance head, a plasma generation vacuum tank is used after accelerating iron nitride ions generated by facing target sputtering with an accelerating electric field and further controlling them under a control electric field (grid voltage). Since it is led out to the outside and is led on the substrate, it is possible to efficiently take out the ions while controlling the energy, and it is possible to form an iron nitride film having excellent magnetic properties and corrosion resistance. In this case, the control electric field (grid voltage) contributes to appropriately control the energy of the ions and pull them out of the vacuum chamber, so that the impact of the ions on the substrate is relaxed to promote the growth of crystals and to improve the magnetic properties. Film can be formed.

また、プラズマ発生用真空槽の外部に基体を配している
ので、基体がプラズマに曝されることがなく、低い基体
温度での製膜が可能であると共に、基体温度の変動も生
じない。この結果、上記のエネルギー制御と共に基体温
度を適度に設定でき、結晶成長を十分に進行させて高磁
気特性の膜を再現性よく形成できる。
Further, since the substrate is arranged outside the plasma generation vacuum tank, the substrate is not exposed to plasma, film formation is possible at a low substrate temperature, and the substrate temperature does not fluctuate. As a result, the substrate temperature can be appropriately set together with the above energy control, and the crystal growth can be sufficiently advanced to form a film with high magnetic characteristics with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本発明の実施例を示すものであって、 第1図、第2図は磁気ヘッドの二例を示す各概略図、 第3図はイオンビーム発生装置の断面図、 第4図は対向ターゲットスパッタの原理図、 第5図はイオンビーム導出側のターゲット及びグリッド
の平面図、 第6図は第5図のX−X線断面図、 第7図は上記装置の電気回路系を示す図、 第8図は各部のポテンシャル分布図、 第9図は堆積膜の結晶構造と窒素分圧、基板温度との関
係を示す図、 第10図は堆積膜のX線解析図、 第11図は堆積膜の飽和磁化及び抗磁力と窒素分圧との
関係を示すグラフ、 第12図は堆積膜の飽和磁化と基板温度との関係を示す
グラフ、 第13図は堆積膜の飽和磁化と加速電圧との関係を示す
グラフ である。 なお、図面に示した符号において、 2……ガス導入管 3……マグネットコイル 10……イオンビーム 11、12……小孔 13……陽極(加速電極) 14……磁性(化)膜 T、T……ターゲット G……スクリーングリッド A……スパッタ部 B……イオンビーム導出部 S……基板 である。
The drawings show an embodiment of the present invention. FIGS. 1 and 2 are schematic views showing two examples of a magnetic head, FIG. 3 is a sectional view of an ion beam generator, and FIG. Principle diagram of target sputtering, FIG. 5 is a plan view of a target and a grid on the ion beam deriving side, FIG. 6 is a sectional view taken along line XX of FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram showing an electric circuit system of the above apparatus. Fig. 8 is a potential distribution diagram of each part, Fig. 9 is a diagram showing the relationship between the crystal structure of the deposited film, the nitrogen partial pressure, and the substrate temperature, Fig. 10 is an X-ray analysis diagram of the deposited film, and Fig. 11 is A graph showing the relationship between the saturation magnetization and coercive force of the deposited film and the nitrogen partial pressure, FIG. 12 is a graph showing the relationship between the saturation magnetization of the deposited film and the substrate temperature, and FIG. 13 is the saturation magnetization of the deposited film and the acceleration voltage. It is a graph which shows the relationship with. In addition, in the code | symbol shown in drawing, 2 ... Gas introduction tube 3 ... Magnet coil 10 ... Ion beam 11, 12 ... Small hole 13 ... Anode (accelerating electrode) 14 ... Magnetic (ized) film T 1 a T 2 ...... target G ...... screen grid a ...... sputtering unit B ...... ion beam outlet portion S ...... substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】鉄からなる複数のターゲットをプラズマ発
生用真空槽内において互いに対向せしめ、これらの対向
ターゲット間に窒素含有ガスを供給し、前記ターゲット
をスパッタするプラズマを発生させ、このプラズマによ
って発生した窒化鉄イオンを加速電界で加速した後に制
御電界でエネルギー制御して前記プラズマ発生用真空槽
よりその外部へ導出し、この導出された窒化鉄イオンを
前記プラズマ発生用真空槽の外部に配された磁気ヘッド
用基体に導き、透磁層の少なくとも一部を形成する窒化
鉄として前記基体上に堆積させる、磁気ヘッドの製造方
法。
1. A plurality of iron targets are made to face each other in a plasma generating vacuum chamber, a nitrogen-containing gas is supplied between these facing targets to generate plasma for sputtering the target, and the plasma is generated by the plasma. After accelerating the iron nitride ions with an accelerating electric field, the energy is controlled with a control electric field to lead out from the plasma generation vacuum chamber to the outside, and the derived iron nitride ions are placed outside the plasma generation vacuum chamber. A method of manufacturing a magnetic head, which comprises leading to a magnetic head substrate and depositing iron nitride as at least part of a magnetically permeable layer on the substrate.
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