JPS61224115A - 磁気ヘッド - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜磁性材料を用いた磁気ヘッドに関し、特に
耐食性の高い結晶面を薄膜表面と一致するように配向さ
せた磁性薄膜を用いることにより、磁気ヘッド製造プロ
セスにおいて歩留まりの向上をはかる薄膜磁気ヘッドに
関する。

〔発明の背景〕

近年、磁気記録技術の進展には著しいものがあり、特に
垂直磁気記録方式の出現によって磁気記録密度は大幅に
向上しつつある。この垂直磁気記録再生に用いられてい
る磁気ヘッドについて、特開昭５９−７１１１５号公報
に開示されている従来の代表的な一例を艙４図に示す。

図において、垂直磁気記録用磁気ヘッドの磁気回路の一
部は極めて薄い主磁極２によって構成されており、この
主磁極２は高い飽和磁束密度を有する磁性薄膜により作
製されている。飽和磁束密度の高い磁性材料としては、
Ｆｅ−Ａ／−３ｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−５
ｉ系合金あるいはＦｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉの少なくとも一
種に、Ｂｔ　Ｃｐ　Ｎｙ　ｆｉｔ、　Ｓｔ、　Ｐなどを
含有させた金属−非金−属系非晶質合金、もしくはＦｅ
、　Ｃｏ、　Ｎｉの少なくとも一種にＹ、　’Ｔｉ、　
Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｎｂ、　Ｔａなどを含有させた金属−
金属系非晶質合金などが従来から用いられている。これ
らの材料のうち、金属−非金属系および金属−金属系非
晶質合金は、磁歪定数および結晶化温度などの制限によ
り、ｌＯ〜１５キロガウス（ＫＧ）の飽和磁束密度のも
のが実用的に使用可能である。また、Ｆｅ−Ａ／−３ｉ
系合金は飽和磁束密度が約１０　ＫＧ　、　Ｆｅ−Ｎｉ
系合金は約８ＫＧである。一方５Ｆｅ　−Ｓｉ系合金は
飽和磁束密度が約１８ＫＧで、他の磁性材料に比較して
極めて高い飽和磁束密度を有している。約１５ＫＧ以上
の高い飽和磁束密度を示す磁性材料はＦｅを主成分とす
るものに限られており、飽和磁束密度を高めるためには
Ｆｅの含有量を多（する必要がある。しかし、一般にＦ
ｅを主成分とする合金は耐食性に問題があり、これらの
合金の薄膜を用いて磁気ヘッドを製造する場合には、磁
気ヘッド製造工程における磁性薄膜のパターン形成工程
、あるいは洗浄工程などにおいて磁性薄膜が腐食され、
製品の歩留りが低減してしまうという側照があった。

上記の問題は、垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドのみで
なく、従来の面内磁気記録用の薄膜磁気ヘッドにおいて
も同様であり、高飽和磁束密度を有し、磁気ヘッド製造
プロセスに耐える耐食性を持つ磁性薄膜が望まれていた
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、
飽和磁束密度の高い磁性薄膜の耐食性を改善することに
よって、薄膜磁気ヘッドの製造工程における磁性薄膜の
腐食を低減して、製品歩留りの向上をはかるものである
。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明においては体心立
方構造を有する金属磁性材料を用い、この金属結晶の耐
食性のよい（１１０１面もしくは（１１１）面がほぼ磁
性薄膜の膜面と一致するように配向させた磁性薄膜を磁
気ヘッドに使用することを骨子とするものである。

本発明の磁性薄膜において、高い飽和磁束密度を得るた
めにはＦｅまたはＦｅを主成分とする合金を使用する必
要があり、これらの合金は一般的に体心立方構造を有す
るものである。本発明者らは、体心立方構造を有する金
属あるいは合金の結晶面による腐食速度の差について調
査した結果、【１１０）面もしくはこの近傍の面、ある
いは（１１１）面もしくはこの近傍の面は、（ｌｏｏ）
面もしくはこの近傍の面に比較して著しく腐食速度が遅
いことを知見し本発明を完成するに至った。

本発明に使用する磁性薄膜は、例えばＦｅ、Ｆｅ−５ｗ
ｔ（重量）％Ｓｉ合金およびＦｅ−５ｗｔ％ＡＩ！−９
ｗｔ％Ｓｉ合金であって、第１表にこれらの金属あるい
は合金の結晶面における腐食速度の変化を示す。

この場合、腐食液としては塩酸と塩化第２鉄の水溶液を
用い、各磁性材料の（１００）面における腐食速度を１
とした。

第１表 第１表から明らかなように、ＦｅまたはＦｅを主成分と
する体心立方構造の金属の（１００）面の腐食速度に比
較して、（１１０）面の腐食速度は約Ｍｕ　＋（ｉｌｌ
）面は約にであり、（１１０）面および（ｉｌｌ）面は
（１００）面に比較して著しく耐食性が良好であること
が判明した。したがって、これら体心立方構造を有する
金属結晶の（１１０）面および（１１１）面が薄膜面に
ほぼ一致するように配向させた磁性薄膜は、（１００）
面が薄膜表面となる場合に比較して著しく耐食性の優れ
たものとなる。また、（１１０１面が薄膜表面に一致す
るように配向した薄膜は、（１１１）面が薄膜表面に一
致するように配向した薄膜よりも約２倍の耐食性を有し
ており、より好ましい。このように、（１１０）面ある
いは（１１１）面が薄膜表面に一致するように配向した
磁性薄膜を用いた磁気へ・ソドは、磁気ヘッド製造工程
における磁性薄膜パターニングの工程あるいは洗浄の工
程などにおいて腐食が生じにくく、製品の歩留りを向上
させることができるという利点がある。

本発明に用いられる磁性材料は、上述のように体心立方
構造を有する磁性金属あるいは合金であり、さらに具体
的には、ＦｅあるいはＦｅを主成分とする金属あるいは
合金である。例えば、重量％で、Ｂｅ＜１．４％、　Ａ
Ｉ！＜３４％　、　５ｉ（１５％　、　Ｔｉ＜　２　％
。

Ｖ＜１００　％、　Ｃｒ＜１００　％、　Ｍｎ＜　３％
、　Ｇｏ＜７５％。

Ｎ１（３０％ｐ　Ｚｎ＜　８　％　ｙ　Ｇｅ　＜　１６
　％　＋　Ａｓ　（１０％　、　Ｍ。

く５％、　Ｒｕ＜１０％　、　Ｒｈ＜６５％　、　Ｓｎ
　＜　５％　、　Ｗ＜８％、　Ｒｅ＜２９％、　Ｏ８＜
３５％、　Ｉｒ＜４０％、　Ｐｔ＜４６％、Ｃｅ（６％
などの添加元素を含有するＦｅ合金は体心立方構造を有
しており、これらの添加元素は１種のみならず２種以上
を同時に添加されることもある。なお、これらの添加元
素の内ＡＩ！、Ｖ。

６ｒに関しては、Ｆｅ合金への添加量を多（すると飽和
磁束密度が低くなり、薄膜磁気ヘッドに適しなくなるた
め、それぞれの含有量を２０　ｗｔ　％以下、４５ｗｔ
％以下、５Ｑｗｔ％以下とすることが望ましい。

また、本発明において、スパッタリング法あるいは真空
蒸着法などにより作製した薄膜は、熱的に非平衡状態に
ある場合が多いために、結晶構造が体心立方構造のまま
、添加元素が上記の含有量以上に過飽和の状態で固溶す
る場合もある。さらにまた、Ｆｅに固溶した場合に、体
心立方構造以外の析出物を生じる上記添加元素以外の元
素を添加し、スパッタリング法あるいは真空蒸着法など
により薄膜を作製した場合においても均一な体心立方構
造をとる場合がある。

本発明において、体心立方構造を有する金属および合金
の結晶方位を配向せしめた薄膜を作製する方法としては
、基板に単結晶を使用し、この単結晶の種類と結晶面を
選択する方法、さらに薄膜の作製条件を選択する方法な
どがある。単結晶基板の種類としては、ＦｅまたはＦｅ
を主成分とする磁性合金の結晶の（１１０）面あるいは
（１１１）面の原子配列の対称性および周期と類似する
原子配列の対称性および周期を有する単結晶基板を用い
ることが望ましい。

なお、本発明における薄膜の形成方法としては、真空蒸
着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法、Ｃ
ＶＤ法、あるいは各種のめっき法などを用いることがで
きる。

〔発明の実施例〕

以下に、本発明の一実施例を挙げさらに詳細に説明する
。

（実施例　１’） 基板として、表面が（１００）面にほぼ一致したＳｉ単
結晶を用い、この基板上にイオンビームスパッタリング
装置を用いて、Ｆｅ薄膜を被着した。スパッタリングガ
スとしてはＡｒを用い、Ａｒガス圧はｌ　Ｘ　１０−’
　Ｔｏｒｒとした。また、イオンの加速電圧は１．１ｋ
Ｖ、イオン電流を５ＱｍＡとした。基板温度は約４０℃
とし、膜厚は０．３μｍとした。このＦｅ薄膜をＸ線回
折法ｌζより測定した結果を第１図（ａ）に示す。なお
、ターゲットはＣｕを用いた。図において、縦軸は最大
回折線強度（Ｉｍａｘ）と各回折線強度ｆＩ）の比を示
し、横軸は回折角〔２θ（ａｅｇ））を示す。

なお、比較例としてガラス基板を用いて、本実施例と同
様の条件でＦｅ薄膜を作製した。このＦｅ薄膜のＸ線回
折パターンを第１図（ｂｌに示す。

本発明の基板表面が（１００）面と一致したＳｉ単結晶
基板を用いた場合には、第１図（ａ）に示すごとく、は
ぼ（１１０）面のみが薄膜面と平行になるように結晶が
配向したＦｅ薄膜が得られている。一方、比較例である
ガラス基板を用いた場合には、第１図ｆｂ）に示すごと
く、（１１０）面、（１００）面、（２１１）面、（３
１０）面、（１１１）面などがＦｅ薄膜面と平行に存在
している。

次に、第１図（ａｌに示した、Ｓｉ単結晶基板を用い、
Ｆｅ薄膜を形成しながら、薄膜形成用以外の第２のイオ
ンガンを用いて、薄膜表面をエツチングする操作を行な
った。この方法により作製した膜をＸ線回折法により測
定した。なお、第２のイポンガンの加速電圧は２００　
Ｖ、電流密度をＱ、１ｍＡ／ｄとした。この方法によっ
て作製したＦｅ薄膜のＸ線回折パターンは、第１図（ａ
）に示した場合とほぼ同様であったが、第１図（ａ）の
場合には（１１０）面回折ピークの半値幅が約１度（０
）であったのに対し、第２のイオンガンを用いて同時に
エツチング操作を行なった場合には半値幅が約０．２°
となり、薄膜形成を行ないながら、同時にエツチング操
作を行なうことにより、より結晶配向性の優れた磁性薄
膜が得られることが判明した。

上述のように、Ｓｉ単結晶基板を用い薄膜面と一致する
ように（１１０）面が配向し、薄膜表面が（１１０）面
により構成されたＦｅ薄膜と、ガラス基板上に作製した
（１１０）面が配向していないＦｅ薄膜とを、磁気ヘッ
ド製造工程における洗浄工程において純水を用いて５分
間洗浄した結果、ガラス基板上の無配向Ｆｅ薄膜は約４
０個／ｃＩＩの密度の局部腐食を生じ、一方、（ｌｌＯ
）面が配向したＳｉ単結晶基板上のＦｅ薄膜は局部腐食
の数が約５個／ｄに減少した。

さらに、第２のイオンガンを用いて、エツチング操作を
行ないながら薄膜形成を行なったＦｅ薄膜においては、
局部腐食の数が約３個／ｃｄに減少した。

以上説明したごとく、（１１０）面が薄膜面に一致する
ように配向したＦｅ薄膜を用いることにより、薄膜の耐
食性を著しく向上させることができ、これを用いた磁気
ヘッドの製造プロセスにおける歩留まりを大幅に向上で
きることを確認した。

（実施例　２） 基板として、表面が（１１１）面にほぼ一致したＳｉ単
結晶を用い、この基板上にイオンビームスパッタリング
装置を用いてＦｅ薄膜を被着した。スパッタリング条件
は、上述の実施例１と同様に、Ａｒガス圧力Ｉ　Ｘ　１
０＝　Ｔｏｒｒ、イオン加速電圧１．ｌｋＶ。

電流５ＱｍＡ、基板温度約４０℃、膜厚は０．３μｍと
した。このＦｅ薄膜のＸ線回折パターンは第２図に示す
−ごとく、（２２２）からの回折ピークが最も強（、薄
膜表面が（１１１）面となるように優先的に配向してい
ることが判明した。この薄膜にはまた、（１１０１，（
２００）、（２１１１，（２２０）面からの回折線も観
察され、（１１０）、（２１ｘ）、（１００）面などの
面が薄膜表面に一致するような結晶粒も存在している。

一方、完全な無配向のＦｅ多結晶から得られる各面のＸ
線回折線強度比では、ＡＳＴＭ回折データカード５−　
Ｑ　５９５　（ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙ　ｆｏ
ｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ発行）によれ
ば第２表に示すようになっている。

第２表 第２表に示すとと（、無配向の多結晶の場合には（２２
２）面の回折線強度と（１１０）面の回折線強度との比
１１２□２＋／Ｉｔｏｏ＋は０．０６であるのに対し、
第２図に示した薄膜はＩ　１２２２１／　Ｉ　ｎｔｏ＋
は２となっており、この薄膜は薄膜表面が【１１１）面
に一致するように結晶粒が強く配向していると言える。

上記のように、（１１１）面が薄膜表面と一致するよう
に配向したＦｅ薄膜を、上述の実施例１と同様の方法で
、純水を用いて５分間洗浄した結果約１０個／ｃ１１の
数の局部腐食を生じ、これに対しガラス基板上に作製し
た第１図（ｂｌに示したＦｅ薄膜に比較して大幅に局部
腐食の密度を減少できることが明らかとなった。

以上のように、結晶粒（１１１）面が薄膜面と一致する
ように配向せしめたＦｅ薄膜は大幅に耐食性が向上し、
これを用いた薄膜磁気ヘッドは、製造歩留まりを太き（
向上できることを確認した。

（実施例　３） 基板としてガラス基板を用い、この基板上に高周波二極
スパッタリング装置を用いてＦｅ−３ｉ合金薄膜を被着
した。ターゲットにはＦｅ−５，５重量（ｗｔ）チＳｉ
合金を用いた。Ａｒガス圧力を５　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒ
ｒから５　Ｘ　ＩＱ−２Ｔｏｒｒまで変化して作製した
膜の大線回折パターンを第３図（ａｌ、　（ｂ）、　（
Ｃ）に示す。なお、基板温度は３５０℃とした。

Ａｒガス圧力が５　Ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒの第３図（Ｃ
）およびＡｒガス圧力が３　Ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒの第
３図（ｂ）においては、薄膜表面が種々の結晶面で構成
される多結晶からなっているのに対して、Ａｒガス圧力
が２　Ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の条件で作製した薄膜
は、第３図（ａ）に示すように、薄膜表面が（１１０）
面に一致する結晶粒のみからなっていることが判明した
。これらのＦｅ−５ｉ合金薄膜を、上述の実施例１と同
様の方法で純水を用いて５分間洗浄した結果、（１１（
Ｎ面が薄膜表面と一致するように配向した第３図（ａ）
の薄膜は、局部腐食の密度が約６個／ｄであったのに対
して、（ｔｌｏ）面の配向性の乏しい第３図（ｂ）およ
び（Ｃ１に示す薄膜は約３５個／ｄおよび約４５個／ｄ
であった。以上のように、結晶粒の（１１０７面が薄膜
表面と一致するように配向せしめたＦｅ−５ｉ合金薄膜
は、耐食性が著しく向上し、この合金薄膜を用いた磁気
ヘッドの製造プロセスの歩留まりを大幅に向上できるこ
とを確認した。

なお、本発明において薄膜の結晶粒の配向の状反は、上
述したＸ線回折パターンにより測定することができる。

すなわち、完全に無配向の薄膜においては、各結晶面か
らのＸ線回折強度は上述の第２表に示すとと（なり、結
晶粒の（１１０）面が薄膜面と一致するように優先的に
配向した薄膜においては、（１１０）面板外の面のＸ線
回折強度が弱くなり、Ｉ　ｒ　ｂｋｔ　＋／Ｉ口１０１
が無配向膜の場合に比較して小さくなる。そして、完全
に（１１０）面のみが薄膜面に一致するように配向した
薄膜では（１１０）面板外の面からの回折線は観察され
なくなる。また、（１１１）面が薄膜面と一致するよう
に優先的に配向した薄膜においてはｌ１２２２１／１１
１００１が無配向の薄膜に比して大きくなり、完全に（
１１１）面のみが薄膜面と一致するように配向した薄膜
においては、（１１１１面以外の面の回折線が観察され
なくなる。本発明において、結晶粒の（１１０）面ある
いは（＋２２）面が薄膜面と一致するように完全に配向
した薄膜を磁気ヘッドに用いることは、耐食性を向上し
、磁気ヘッド製造プロセスにおける歩留まりを向上する
上で好ましいか、結晶粒の（１１０）面あるいは【１ｌ
ｌ）面が薄膜面と一致するように、無配向の薄膜に比較
して優先的に配向した薄膜を磁気ヘッドに用いる場合に
おいても耐食性は向上し、磁気ヘッド製造プロセスにお
ける歩留まりを向上する上で効果がある。

本発明の効果は、上述した実施例のみならず、体心立方
構造を有する金属および合金において得られ、特にＦｅ
またはＦｅを主成分とする体心立方構造を有する金属お
よび合金を用いた場合に、飽和磁束密度が高く、耐食性
の優れた磁性薄膜か得られるため、これを用いた磁気ヘ
ッドは記録特性に優れ、かつ磁気ヘッド製造プロセスに
おける歩留まりが高いものとなる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明の磁気ヘッドの磁性
薄膜として、体心立方構造を有する金属または合金、特
にＦｅまたはＦｅを主成分とする合金を用い、その結晶
面である（１１０）面または（１１１）面が、薄膜面と
ほぼ一致するように配向させることによって、飽和磁束
密度が高（、その上耐食性に優れた磁性薄膜が得られる
ため、これを用いた磁気ヘッドは記録特性に優れ、かつ
磁気ヘッド製造プロセスにおける歩留まりの大幅な向上
をはかることができ、産業上の利用価値は極めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは本発明の実施例１における磁性薄膜のＸ
線回折パターンを示す図、第１図（ｂ）はその比較例に
おけるＸ線回折パターンを示す図、第２図は本発明の実
施例２における磁性薄膜のＸ線回折パターンを示す図、
第３図ｆａｔ、　（ｂｌ、　（Ｃ１は本発明の実施例３
におけるＸ線回折パターンを示す図、第４図は従来の垂
直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの構造の一例を示す縦断面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁性薄膜を磁気回路の少なくとも一部に用いた磁気
   ヘッドにおいて、上記磁性薄膜の少なくとも一部に、体
   心立方構造を有する金属または合金からなり、かつ該金
   属または合金の結晶の｛１１０｝面もしくは｛１１１｝
   面が、上記磁性薄膜の薄膜面とほぼ一致するように配向
   させた磁性薄膜を用いることを特徴とする薄膜磁気ヘッ
   ド。 ２、上記磁性薄膜は、ＦｅもしくはＦｅを主成分とする
   金属もしくは合金であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜磁気ヘッド。 ３、上記Ｆｅを主成分とする合金は、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ
   、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ａ
   ｓ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｓｎ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、
   Ｐｔ、Ｃｅの中から選択された少なくとも１種を含有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の薄膜磁
   気ヘッド。