JPS62188206A - Fe−Si−Al合金磁性膜及びその製造方法並びに薄膜積層磁気ヘツド - Google Patents

Fe−Si−Al合金磁性膜及びその製造方法並びに薄膜積層磁気ヘツド

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JPS62188206A
JPS62188206A JP61234404A JP23440486A JPS62188206A JP S62188206 A JPS62188206 A JP S62188206A JP 61234404 A JP61234404 A JP 61234404A JP 23440486 A JP23440486 A JP 23440486A JP S62188206 A JPS62188206 A JP S62188206A
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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】 〜         1 本発明は、一般にはFe−Si−A!L合金膜に関する
ものであり、特に皮膜中の内部応力を実質的に零にし、
磁気的特性に優れたFe−Si−A交合全磁性膜及びそ
の製造方法に関するものである。斯る本発明に従ったF
e−Si−A旦合金磁性膜は、高周波用で且つ高いS/
N比の要求される高密度記録用ヘッド、主としてビデオ
ヘッド、デジタル用ヘッド等に使用される薄膜積層磁気
ヘッドの磁性膜として好適に利用し得る。
′−びエ 占 磁気記録技術の分野における最近の記録密度の向上は著
しく、これに伴なって例えば電磁変換素子としての磁気
ヘッドに対する狭トラツク化及びコア材料の飽和磁化の
増大化並びに高周波領域におけるm磁率の改善といった
要求が高まっている。
従来、磁気ヘッドのコア部材は、第5図に示すようにフ
ェライト或いはFe−Si−Al合金1をブロック状に
切り出し、グイシングブレードソー等でトラック幅2の
規制を行なうための溝3とコイル巻線のf44とを加工
形成したものであった。しかしながら、30pm以下の
狭トラツクを有した磁気ヘッドを作製する場合には、ト
ラック幅規制のための溝3の間隔を極めて狭くする必要
があり、そのためにトラック幅2の精度に1itlll
が生じたり又はトラック幅2部分のチッピングによる形
状不良が発生するという問題が生じてきた。
一方、従来のFe−Si −Al合金等の金属磁性薄膜
を用いた金属磁性薄膜ヘッドは、3〜10ルmの該金属
磁性膜と約0.5uLmの非磁性絶縁膜とを交互に積層
し、所定の膜厚まで多層化した磁性体が利用されている
更に説明すれば、斯る全屈磁性n!lヘッドの製造にお
いては、トラック幅は、基板上にスパッタリングによっ
てトラック幅に相当する膜厚にて前記多層化磁性体を形
成すればよく、トラック幅を規制する加工が省略され、
従って上述の如きブロック状コア材を用いて磁気ヘッド
を作製する場合に生ずる問題は解決される。
しかしながら、本発明者等の研究、実験では。
スパッタされた金属磁性膜は著しく内部応力の大きい膜
となり、かかる金属磁性膜による多層化磁性体、つまり
磁性コア層を用いて金属薄膜種J!J磁気ヘッドを作製
しても、磁歪の影響を受は磁気特性が悪くなった。つま
り、該磁歪は軟質磁性材料であるFe−Si−Al合金
磁性体内の内部応力と関連して磁気異方性エネルギーを
増加させ軟磁性体では保磁力の増大、透磁率の低下等好
ましくない現象を生ぜしめ、従って、高出力の磁気ヘッ
ドを得ることはできないということが分かった。
更に、上述のように金属薄膜fk層磁気ヘッドは、一般
にガラス等の非磁性基板上に金属磁性薄膜をスパッタリ
ングで形成し、絶縁層と交互に積層した後に接合材を用
いて他の非磁性基板を堆積して挟み込むことにより磁性
コアを形成するといった製造方法が採用されている。し
かし、本発明者等の研究では、スパッタリングによる成
膜の場合には、膜の内部応力により、成膜した基板に反
りが生じ、接合面全体で一様な接合が得られ難いという
問題があることが分かった。
本発明者等は、Fe−Si−Al合全磁性体から成る軟
質磁性膜、更には該Fe−Si−Al合金磁性体から成
る軟質磁性膜と非磁性絶縁膜とを交互にaF!tして構
成される薄膜積層磁気ヘッドを研究する過程において、
上述のように、Fe−Si−Al合金磁性体を基板にス
パッタして形成された軟磁性膜内に内部応力が形成され
、斯る内部応力が軟磁性膜に悪影響を及ぼし、結果的に
は磁気ヘッドの特性を劣化させていることを見出した。
更に、斯る軟磁性膜中に生じる内部応力について研究し
た結果、該内部応力は基板と膜との熱膨張係数の差から
生じる熱応力以外に、所謂真性応力が生じており、該真
性応力はArによりターゲットからスパッタされた高エ
ネルギー粒子が堆積中の皮膜に衝突しくピーニング)、
もぐりこむことにより該皮膜中に生じる圧縮応力と、A
rが該皮膜中に取り込まれることにより生じる圧縮応力
とから成ることが分かった。
更に又、本発明者等は、上記被膜中の内部応力を除去す
る方法について研究実験を行なったところ、ピーニング
による圧縮応力は成膜後の磁性膜を熱処理温度に昇温す
る過程で除去することができ、又Ar内包による圧縮応
力は皮膜つまりFe−Si−Al合金膜中に内包される
Ar量を0゜01〜0.3wt%となるように制御し、
且つ基板の熱膨張係数を該Fe−Si−A文合金膜の熱
膨張係数より小とすることによりなくすることができる
ことを見出した。
又、本発明者等は、上述のように内部応力を実質的に除
去した磁性膜を有効に製造するには、(1)DCスパッ
タ装置を使用し、基板にはRFバイアスを印加すること
、 (2)基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張係数
より小さな熱膨張係数を有した材料を使用すること、 (3)スパッタ作業により作製されたAr含有Fe−5
I−Al1合金磁性膜を450℃〜800℃にて熱処理
すること、 が重要であることを見出した。
本発明は斯る新規な知見に基づくものである。
及」JLIJ 従って、本発明の目的は、上記従来の問題点を解決しF
e−Si−A交合金膜中の内部応力を実質的に零にし、
良好な磁気特性を有した、即ち。
保磁力が小さく、透磁率の大なるFe−Si−A文合金
磁性膜及び斯る磁性膜の製造方法を提供することである
本発明の他の目的は、前記Fe−Si−A見合全磁性膜
を利用し、良好な磁気特性を有した、即ち、保磁力が小
さく、透磁率の大なる薄膜積層磁気ヘッドを提供するこ
とである。
一 上記目的は本発明に係るf[積層磁気ヘッドにて達成さ
れる。要約すれば本発明は、基板と、該基板上に形成さ
れたFe−Si−Al合金膜とを有した磁性膜であって
、前記基板の熱膨張係数は前記Fe−Si−Al合金膜
の熱膨張係数より小とされ、且つ前記Fe−Si −A
l合金膜中の内部応力が実質的に零となるように膜中の
Ar含有量を0.O2N2.3wt%の範囲で制御した
ことを特徴とするFe−Si−Al1合金磁性膜である
。該Fe−Si−Ai合金磁性膜は、非磁性絶縁膜と交
互に積層されて188層磁気ヘッドの磁性膜として極め
て有効に利用し得る。
本発明の好ましい実施態様によると、基板の熱膨張係数
は100 〜135X10  deg  であり、Fe
−5+−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和磁化の
高い範囲の組成とされ、熱膨張係数は110−170 
X 10−7d e g−’とされる。
又、磁性膜の膜厚はluLm〜20ILmとされる。
上記要件を満足する基板としては1例えば結晶化ガラス
(例えばHOYA社製のPEGSi20C)が好適であ
る。
又、基板上に形成されるFe−Si −Al合金膜の組
成は、通常のものとし得るが、好ましくは、フェライト
と比較して高い飽和磁化を有するFe83wt%以上の
範囲c7)Fe−st−Al合金膜であり、例えばFe
85wt%、Si9.6wt%、Al15.4wt%;
 Fe88wt%、Si7.7wt%、AJL4.3w
t%;Fe9()wt%、Si7.8wt%、AJL2
.2wt%等の組成のものが好適である。
又、磁性膜中に内包されるAr量が0.01wt%未渦
の場合には熱処理により生じる引張応力を緩和するには
不十分であり、又、Arlが0゜3wt%を越えた場合
には皮膜中に10’Pa以上に達する大きな圧縮応力が
発生し、斯る圧縮応力を実質的に零にすることができな
い。
本発明者等は、上記の如き本発明に係るFe−Si−A
l合金軟磁性膜は、上述のように。
(1)DCスパッタ装置を使用し、基板にはRFバイア
スを印加すること。
(2)基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張係数
より小さな熱膨張係数を有した材料を使用すること。
(3)スパッタ作業により作製されたAr含有軟磁性膜
を450℃〜800℃にて熱処理すること、 が重要であることを見出した。
上述のように、本発明において磁性膜に含有されるAr
量は極めて重要である0本発明者等の研究では、RFス
パッタで膜作製を行なうとDCバイアス印加を行なった
ときには1wt%以上にも達する相当量のArが膜中に
含有され、又DCバイアス印加なしの状態にても膜中に
0.7〜0゜9wt%程度取込まれてしまい、Ar量を
応力制御に有効な範囲で変化させることができないこと
が分かった。RFスパッタにRFバイアス印加は位相コ
ントロールが困難であり実際的でない。
又、DCスパッタにて膜作製を行なったときには、バイ
アスを印加しない状態又はDCバイアスを印加した状態
のいずれの場合においても膜中に取込まれるAr量が0
.01wt%以下であり、ArJlを応力制御に有効な
範囲で変化させることができない。
本発明の軟磁性膜に要求されるArJlは、DCスパッ
タにRFバイアスを印加することによって始めて応力制
御に有効な範囲で変化させることができる。即ち1本発
明者等は、DCグローの電力及び基板ホルダーへの印加
RF電力、更には基板とターゲット間の距離等を調整す
ることによってAr11を制御し、Ar量によって生じ
る圧縮性応力の大きさを制御し得ることを見出した。
又、このように制御されたAr量によって生じ°る圧縮
性応力は、基板と膜との熱膨張の差、即ち、基板の熱膨
張係数を膜のそれより小とすることによって皮膜中に生
じる引張応力とで相殺され、更に皮膜に生じているピー
ニング効果による圧縮応力は、熱処理温度に昇温する過
程で除去することができ、結果として本発明に係る軟磁
性膜及び該軟磁性膜を利用して製造された薄膜積層磁気
ヘッドにて内部応力は実質的に零とされる。
次に、第1図及び第2図を参照すると1本発明に係るF
e−Si−Al合金軟磁性膜を利用して製造し得る薄膜
積層磁気ヘッドlO及びその製造工程の一実施例が示さ
れる。
第2図を参照すると、例えば結晶化ガラス等の非磁性の
基板11が準備される(第2図(A))、該基板11上
に、第3図に関連して後述する構成のDCのマグネトロ
ンスパッタ装置を使用し、上記条件にてFe−Si −
Al1合金薄膜12が膜厚l〜204mにてtSされる
0次いで、該合金磁性[12上に非磁性絶縁膜13が形
成される(第2図(B))、該非磁性絶縁膜13として
は S i Ol 、 AJlz Ox等が用いられ、
前記磁性膜12を成膜したと同様のRFマグネトロンス
パッタ装置を使用して、膜厚0.03〜0.5uLmに
て成膜される。
上記工程を繰返して、磁性膜12と非磁性絶縁膜13が
必要回数81層され、第2図(C)に図示するような積
層膜構造14が形成される。斯る磁性膜12と非磁性絶
縁fi13の膜厚及び積層回数は積層部の厚さがトラッ
ク幅W(第1図)となるように適宜設定される。
次いで、前記積層膜構造14の上に接合材15が通常の
スパッタリング等で形成され(第2図(D))、他の基
板1Bが積層される。接合材15としては接合ガラス(
日本電気硝子社製GA−120、FH−11,コーニン
グ社製1990等)が使用され、特にBz 03−3 
iOz −Al2O2系の接合ガラスが最適であり、基
板16は前記基板11と同様の材料にて作製される。
このようにして作製された積層構造体17は、第2図C
F)に図示されるように、積層した厚さ方向に切断し、
一対のコア半休ブロック18,19が形成される。この
とき、図示されるようにアジマス角0にて切断するのが
好ましい0次いで、少なくとも片方のコア半休、本実施
例ではコア半体18に巻線I#20(第1図)を形成し
た後1両コア半休ブロック18.19の突合せ面18a
、19aを研摩し、該面にSiOz等の非磁性のギヤツ
ブスペーサー21をスパッタ等の手段にて形成しく第2
図(F))、第1図に図示されるように両コア半休ブロ
ック1B、19は前記接合面18a、19a部にて接着
される。
最後に、テープ摺動面を形成するべくR研摩加工及び他
の成形加工並びに巻線加工が行なわれ、Fj膜積層磁気
ヘッド10が得られる。
次に1本発明を実施例について説明する。
実施例1 第3図に本実施例に使用したDCマグネトロンスパッタ
(RFバイアス印加)装M(日型アネルバ社製5PF−
210型)の概略を示す、DCスパッタ@@30は高圧
直流電源Siに接続された陰極32と、RFバイアス電
源33に接続され電気的に絶縁された基板ホルダー34
とを具備し、前記陰、[32にはターゲット35が配置
され、ホルダー34には基板11が配置された。又、装
置は一方の口36から真空ポンプ(図示せず)にて真空
引され、又他方の口37からArガスが導入された。
ターゲット35としてはSi10.5wt%。
AfL5.5wt%、残部Feから成るホットプレスさ
れた直径4インチ、厚さ4mmのものを使用した。
基板11は、熱膨張係数が120Xlo−7deg−1
の結晶化ガラス(HOYA社製PEGSi20C)であ
り、直径が2インチのものを表面粗さ150大にポリッ
シュして使用した。
ターゲット35と基板11との距離は45mmとされ、
Ar圧力は4X10−’Torr、投入電力はsoow
とした。又、基板温度は60℃であり、成膜速度は0 
、4 p、 m / m i nであった。
上記条件にてRF電力をホルダーに同装置のRF電源用
発振管プレート電圧でO−0,6kvの範囲で変動して
印加し、基板ll上にFe−Si−Al合金膜を膜厚4
ルmにて成膜した。該成膜された軟磁性膜は、その後6
50℃でlhr、熱処理した。
このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜の熱
膨張係数はl 10−10−170X10−7deであ
り、又、該軟磁性膜の内部応力、Ar含有量、RF電力
との関係は第4図に示される通りであった。
第4図から、Ar含有量と圧縮応力との間には明瞭な比
例関係があり、Ar含有量は印加したRF電源の発振管
プレート電圧に比例することにより内部応力を引張応力
から圧縮応力にまで変化せしめ得ることが分かる0本実
施例では、該プレート電圧が0.35kvのとき、成膜
中の内部応力は±lXl08Pa以内となり、磁気特性
として保磁力0.160s、IMI(zでの実効化初透
磁率2000が得られた。
実施例2 実施例1で使用したDCマグネトロンスパッタ(RFバ
イアス印加)装N(日型アネルバ社製5PF−210型
)、基板11及びターゲット35を使用し、同じスパッ
タ条件にて該基板11上にFe−Si−Al合金115
112を膜厚4.7pmにて成膜した。
このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜の熱
膨張係数は110l10−170X10−7deであり
、又、上述したように、該軟磁性膜の内部応力、Ar含
有量、RF電力との関係は第4図に示される通りであっ
た0本実施例において、RF主電源発振管プレート電圧
が0.35kvのとき、成膜中の内部応力は±lXlo
gPa以内であった。
続いて、こノF e −S i −A 1合金WI41
2の上に絶縁膜13を形成した。絶縁膜の作製は、Fe
−Si−Al1合金膜作製に使用した前記マグネトロン
スパッタ装置にRF主電源接続したものを用い、ターゲ
ットとして直径4インチ、厚さ5mmのSiO2を使用
した。ターゲットと磁性膜形成済の基板との距離は45
 m mとした。Ar圧力は4X10−’Torr、投
入電力は300Wとした。又基板の温度は60℃であり
、成膜速度は0 、14 m / m I nであった
。斯る条件にて基板の磁性膜上にSinz膜が膜厚0.
3井mにて形成された。
次いで、上記方法にて前記絶縁膜上に磁性!I12及び
絶縁膜13の順に4回繰り返し、81R膜構造14を得
た。該積層膜構造14の全膜厚は2e延mであった。該
a層膜構造14の上に接合材15、本実施例では日本電
気硝子社製FH−11を通常のスパッタリング等で形成
し、前記基板11と同じ材料で形成された他の基板16
を積層して8&層構造体17を作製した。該積層構造体
17、つまり積層膜構造14の磁性膜12は、その後6
50℃でlhr熱処理した。
このようにして作製されたFFe−Si−A合金膜 S
 i Oz llk層軟層性磁性膜部応力は士l×10
gPa以内であり1本研究者等の多くの研究実験による
と、このようにしてr&膜された積層軟磁性膜は全膜厚
が3〜40ルmの範囲では士l×10g Pa以内であ
った。
磁気特性は、保磁力0.180e、1MHzでの比初透
磁率2000が得られた。この積層構造体17を第2図
(F)に示した工程により加工して、第1図に図示する
如き形状の、トラック巾が膜厚方向とされるVTR用磁
気ヘッドとし、電磁変換特性評価を行なった。ヘッドの
諸元は表1に、測定条件は表2に、各周波数での最大再
生出力は表3に示す。
表1(ヘッド諸元) 表2 (AM定条件) 表3 (Jll定結果) 表3より、5MHzでの規格化出力で比較すると本発明
に従って製造されたFe−Si −Al合金薄膜積層磁
気ヘッドの最大再生出力値は、VH5型ビデオテープレ
コーダーに用いられる従来の単結晶M n −Z nフ
ェライトヘッドの値の約3倍に相当し、本発明に従った
磁気ヘッドによると極めて大さな再生出力が得られるこ
とが理解される。
尚、本発明においてArをいれる方法としては、上記実
施例に限定されず、スパッタ膜に直接Arをイオン注入
したり、真空蒸着法とイオン注入法の組合せによる方法
等も適用可能である。
又、本発明に係るFe−Si−A見合金薄膜は磁気ヘッ
ドに限定されず、例えば薄膜インダクター、磁気シール
ド用皮膜等にも有効に利用することができ、又1本発明
に係るFe−Si−A見合金ill!を有効に利用して
構成される磁気ヘッドの構造についても1本実施例では
VTR用ヘッドとしたが、何らこれに限定されるもので
はなく1例えばコンピュータ用の磁気ディスク装置用ヘ
ッド等にも適用可能である。
i且立亘」 以上説明したように、本発明に係るFe−Si−A見合
金薄膜は、金属磁性膜の内部応力を実質的に零とし、こ
れにともなって初透磁率が大幅に向上するものであって
、従来技術よりも再生出力が大幅に増大した高性能の薄
膜積層磁気ヘッド及びその他の磁気デバイスの磁性膜と
して極めて有効に利用し得る。又1本発明に係る製造法
によると、斯るFe−Si−A見合金薄膜、延いてはう
膜積層磁気ヘッドが極めて好適に製造される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るFe−Si−A見合金薄膜を利
用した薄膜積層磁気ヘッドの一実施例を示す斜視図であ
る。 第2図A、B、C,D、E、Fは本発明に係るFe−S
i−11合金薄膜を利用した薄膜積層磁気ヘッドの製造
方法の一実施例を示す製造工程図である。 第3図は、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜及び
薄膜積層磁気ヘッドの製造に使用されるDCマグネトロ
ンスパッタ装置の一実施例を示す概略断面図である。 第4図は、本発明に係るFe−Si−A交合全軟磁性膜
の一実施例の内部応力、Ar含有量、RFバイアスの関
係を示す図である。 第5図は、従来の磁気ヘッドを製造するためのコア部材
の斜視図である。 lO:薄ll!積層磁気ヘッド 11.16:基板 12:磁性膜 13:絶縁膜 14:薄膜構造 15:接合材 Si:高圧電源 32:陰極 33:RF主電 源4:陽極 1υa 第3図 RF電源発振管のプレート電圧

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)基板と、該基板上に形成されたFe−Si−Al合
    金膜とを有した磁性膜であつて、前記基板の熱膨張係数
    は前記Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とさ
    れ、且つ前記Fe−Si−Al合金膜中の内部応力が実
    質的に零となるように膜中のAr含有量を0.01〜0
    .3wt%の範囲で制御したことを特徴とするFe−S
    i−Al合金磁性膜。 2)基板の熱膨張係数は100〜135×10^−^7
    deg^−^1であり、Fe−Si−Al合金膜はFe
    83wt%以上の飽和磁化の高い範囲の組成とされ、熱
    膨張係数は110〜170×10^−^7deg^−^
    1とされる特許請求の範囲1項記載のFe−Si−Al
    合金磁性膜。 3)基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合金
    膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al
    2〜6wt%の組成である特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載のFe−Si−Al合金磁性膜。 4)DCスパッタ装置を使用し、基板にはRFバイアス
    を印加し、そして該基板上に、該基板の熱膨張係数より
    大きな熱膨張係数を有し且つ膜中のAr含有量を0.0
    1〜0.3wt%の範囲で制御して膜中の内部応力を実
    質的に零としたFe−Si−Al合金膜を形成したこと
    を特徴とするFe−Si−Al合金磁性膜の製造方法。 5)基板の熱膨張係数は100〜135×10^−^7
    deg^−^1であり、Fe−Si−Al合金膜はFe
    83wt%以上の飽和磁化の高い範囲の組成とされ、熱
    膨張係数は110〜170×10^−^7deg^−^
    1とされる特許請求の範囲第4項記載のFe−Si−A
    l合金磁性膜の製造方法。 6)基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合金
    膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al
    2〜6wt%の組成である特許請求の範囲第4項又は第
    5項記載のFe−Si−Al合金磁性膜の製造方法。 7)2つの基板間にFe−Si−Al合金膜と非磁性絶
    縁膜とが交互に積層されて成る薄膜積層磁気ヘッドにお
    いて、前記基板の熱膨張係数は前記Fe−Si−Al合
    金膜の熱膨張係数より小とされ、且つ前記Fe−Si−
    Al合金膜中のAr含有量を0.01〜0.3wt%の
    範囲で制御して膜中の内部応力が実質的に零としたこと
    を特徴とする薄膜積層磁気ヘッド。 8)基板の熱膨張係数は100〜135×10^−^7
    deg^−^1であり、Fe−Si−Al合金膜はFe
    83wt%以上の飽和磁化の高い範囲の組成とされ、熱
    膨張係数は110〜170×10^−^7deg^−^
    1とされる特許請求の範囲第7項記載の薄膜積層磁気ヘ
    ッド。 9)基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合金
    膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al
    2〜6wt%の組成である特許請求の範囲第7項又は第
    8項記載の薄膜積層磁気ヘッド。
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