JPH02126410A - 薄膜磁気ヘッド構造体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜磁気ヘッドに係り、特に、高記録密度対
応で、かつ、製造プロセスが容易な薄膜磁気ヘッドに関
する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜磁気ヘッド用の磁気コアには約８０ｖｔ／％
Ｎｉと約２０ｗｔ％Ｆｅからなる二元合金であるパーマ
ロイ薄膜が使用されている。この材料は、結晶磁気異方
性、及び、磁歪定数が共に小さいため、保磁力が小さく
、高透磁率であるため薄膜磁気ヘッド用の磁気コアとし
た場合、優れた読み出し性能を示すことから広く使用さ
れている。

しかし、パーマロイは飽和磁束密度が約１テスラと低い
ためにパーマロイ膜を使用した薄膜磁気ヘッドでは高記
録密度対応の高保磁力媒体、あるいは、狭トラック幅磁
気ヘッド化に対しては書き込み性能に劣り十分な記録が
できない欠点がある。

そこで、パーマロイの膜厚を厚くして磁気飽和を防ぐこ
とが考えられるが薄膜磁気ヘッド−の分解能の低下につ
ながり好ましくない。そこで、パーマロイよりも飽和磁
束密度の高い材料としてＣＯ系非晶質の開発、Ｆｅ系結
晶質材料の開発、あるいは、Ｆａ−８ｉ−ＡＱ系（セン
ダスト）材料の開発が進められている。

一方、書き込み、あるいは、読み出し等の磁界印加、誘
起電圧の検出は、上部及び下部磁性層との間に有機絶縁
層を介してＣｕ等の導体コイルによってなされる。有機
絶縁層には従来一般には耐熱性に優れたｐｒＱ（ポリイ
ミド系樹脂）等の熱硬化性樹脂が用いられている。しか
し、ＰＩＱは。

感光性樹脂でないために、ウェットエツチング法により
高段差で、かつ、一定のテーパ角をもつ形状に仕上げて
いる。従って、マスク材の厚さ、及び、エツチング時間
などの僅かな違いによって、ＰＩＱの形状・寸法に微妙
な差が生じ、それがプロセス上のネックとなっていた。

そこで、耐熱性はＰＩＱに比べて劣るがプロセス上有利
な感光性樹脂ホトレジストが広く使用されるようになっ
てきている。しかし、ホトレジストは耐熱性に難点があ
るため２５０℃〜３００℃でキュアした後は、２５０℃
以上の温度にさらすと重量減少・変形等が生じるためそ
の上に形成する上部磁性膜は温度上昇のないめっき法に
広く使用されている。めっき法は膜の組成管理がスパッ
タリング法に比べて難しいこと、めっきできる磁性膜が
限定される等の問題があり高記録密度対応の薄膜磁気ヘ
ッド開発の障害となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

パーマロイよりも飽和磁束密度の高い薄膜材料は、一般
には、Ｃｏ系の非晶質材料が知られ−でいる。

しかし、一般に、非晶質材料は基板を水冷しながらスパ
ッタリングするため、一般の結晶質材料のスパッタリン
グに比べ膜の温度上昇は小さいが。

スパッタリング後、３００℃程度の温度で回転磁界中熱
処理を施こさないと異方性磁界が大きく高透磁率になら
ない。従って、ホトレジストの上。

即ち、上部磁性膜にはホトレジストの耐熱温度を上まわ
るために非晶質材料を上部磁性膜に使用することは難し
い。

一方、パーマロイより飽和磁束密度の高い結晶質材料で
高透磁率の薄膜材料は飽和磁束密度が約２テスラと著し
く大きいＦｅ系結晶質材料、飽和磁束密度が約１．１　
テスラを示すＦｅ−８ｉ−ＡＱ系粘結晶質材料センダス
ト）等が知られているが、これらの材料はスパッタリン
グ後４００〜６００℃の温度で熱処理しないと高透磁率
を示さない欠点があるため、ホトレジスト上に形成する
上部磁性層に適用することは出来ない。従って、ホトレ
ジストを使用する薄膜磁気ヘッドのプロセスではこれら
の磁性膜と下部及び上部磁性膜として使用することは不
可能であり、高記録密度化が進む磁気ディスク装置開発
上のネックとなっている。

（課題を解決するための手段〕 そこで、発明者等が見い出した（２５〜６゜ｗｔ％）　
Ｃｏ　−（１４〜５０　ｗ　ｔ、％）Ｎｉ−（１０〜２
４ｗｔ％）　Ｆ　ｅ　−（５〜３０　ｗ　ｔ％）Ｐｄ四
元系結晶質材料は飽和磁束密度が１８５テスラと高く、
スパッタリング時の基板温度を変えることにより他の磁
気特性を損うことなく磁歪定数を変えられること、また
、組成範囲内でＰｄ量を調整することで低基板温度でも
他の磁気特性を損なうことなく磁歪定数を零付近にもっ
てこられることを見出した。従って、下部、及び、上部
磁性膜として組成、及び、基板温度を適当に選ぶことに
よって高透磁率で、かつ、高い飽和磁束密度の薄膜磁気
ヘッド用磁気コアの実現が可能となった。

また、耐熱性に若干難点があるが飽和磁束密度が１．６
〜１．７テスラと高いＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ三元系結晶質の
めっき膜はレジスト上の上部磁性膜として有効であるこ
とがわかった。

このように、下部、及び、上部磁性層の間に形成するホ
トレジストの特性をにらみ、プロセスによる熱履歴を考
慮して下部磁性膜、及び、上部磁性膜共に、その磁気特
性を最大限に引き出せるような材料を選択することが高
記録密度化に対応した薄膜磁気ヘッドを開発するために
重要である。

即ち、下部磁性膜は （１）密着性の面から高い基板温度でスパッタリングし
た場合にも磁気特性が優れているとと、（２）スパッタ
リング後、更に、高い温度で熱処理することにより低保
磁力となり高透磁率を示すこと、 （３）ホトレジストのキュア温度に加熱（２５０〜３０
０℃）されても磁気特性の劣化がないこと、などが挙げ
られる。

一方、上部磁性膜は。

（１）ホトレジストを損傷することなく低い基板温度で
スパッタリングしても優れた磁気特性を示すこと、 （２）スパッタリング後は低い温度で熱処理しても低保
磁力となり高透磁率を示すこと、 （３）めっき磁性膜でも優れた磁気特性を示すこと等が
挙げられる。

そこで、これらの条件を勘案して材料を選択することが
重要である。

〔作用〕

そこで、ホトレジストのキュア温度２５０〜３００℃、
耐熱温度２５０℃程度を考慮して下部及び上部磁性膜の
作製条件を検討した。即ち、下部磁性膜はスパッタリン
グ後、ホトレジストのキュア温度の上限３００℃の温度
にさらされても。

磁気特性の劣化が小さいこと、上部磁性膜はスパッタリ
ング時の温度上昇を見込んでも膜が２５０℃以上になら
ないこと、及び、２５０”Ｃ以上の熱処理を必要としな
くても磁気特性が優れていること等が必要である。

第１図は本発明による薄膜磁気ヘッドの一素子の断面図
である。１はセラミック基板、２は下部磁性層でＣｏ−
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐｄ四元系結晶質磁性薄膜である。３は非
磁性ギャップ材、４は有機絶縁層としてのホトレジスト
、５は導体コイル、６は下部磁性層と同じＣｏ　−Ｎ　
ｉ　−Ｆ　ｅ　−Ｐ　ｄ四元系結晶質磁性薄膜である。

７は保護膜としてのＡＱｔｏｓである。第２図は第１図
に示した薄膜磁気ヘッドの上部、及び、下部磁性層に適
用するＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐｄ四元系結晶質のスパッタ
リング膜の実験結果である。Ｐｄ含有量を多少変えるこ
とによって保磁力をほとんど変えることなく磁歪定数を
±０．５　Ｘ　１０″″Ｂの範囲に抑える基板温度が低
温側と高温側にあることがわかる。この時、異方性磁界
はいずれも５〜６０ｅと優れた値を示した。このことか
ら、下部磁性膜は基板温度が高いところで磁歪定数がほ
ぼ零になる組成を選び、上部磁性膜は基板温度が低い所
で磁歪定数が零になる組成を選ぶことによって上部、及
び、下部磁性膜ともにパーマロイに比べ飽和磁束密度の
高い材料で構成することができ、高記録密度磁気ディス
ク装置対応の薄膜磁気ヘッドとして好適である。また、
レジスト上に形成する上部磁性膜はレジストの損傷を避
けるためにスパッタリングによる温度上昇を見込む必要
がある。第３図は薄膜磁気ヘッドのコアに必要な膜厚１
．５〜２．０μｍスパッタリングした場合のスパッタリ
ング後の基板温度を測定した結果である。ホトレジスト
の耐熱温度の上限を２５０℃と見込めばスパッタリング
前の基板温度は約１２０℃が上限となる。

従って、第２図に示した破線の組成の膜で基板温度１０
０’Ｃで膜の磁歪定数はほぼ零を示し、ホトレジスト上
の磁性層として十分使用可能であることがわかる。一方
、非晶質材料はホトレジストのキュア時に結晶質化し磁
気特性の劣化が小さいことが重要となる。第４図は非晶
質材料としてＣ０−Ｈｆ−Ｔａ−Ｐｄ四元系を選定し加
熱温度と磁気特性との関係を調べたものである。困難軸
方向の保磁力は加熱温度３８０’Ｃを越えると急激に増
大し、結晶質化していることを示している。従って、ホ
トレジストのキュア温度の上限値３００’Ｃでは磁気特
性は全く劣化せず、下部磁性層として使用可能であるこ
とがわかる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について図面を用いて説明する。

〈実施例−１〉 第１図は本発明による磁性層の組み合わせによる薄膜磁
気ヘッドの一断面を示したものである。

下部磁性層２は４３Ｃｏ−２３Ｎｉ−１３Ｆｅ　−２１
Ｐｄの四元ターゲットを用いてスパッタリング法により
形成したものである。スパッタリング法はＲＦマグネト
ロンスパッタリングでＲＦ出力は１．５ＫＷ　、基板温
度は２８０℃である。得られた膜の困難軸方向の保磁力
は１．５エルステツド、異方性磁界は６エルステツド、
磁歪定数は−０，Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｑ”’８であり、飽和磁
束密度は１．４テスラであった。スパッタリングの過程
では異方性磁界を低減する目的で基板面に水平に直交す
る磁界を印加した。それをイオンミリング法により所望
の形状・寸法の磁気コアパターンにパターニングし、次
いでホトレジスト４（ＯＦＰＲ−８００）を介して導体
コイル５を形成し、その上に上部磁性層６を形成する。

この時、ホトレジストのキュア温度は２５０℃とした。

上部磁性膜はホトレジストの損傷を防ぐために低温でス
パッタリングした。即ち、下部磁性膜と同様の方法で、
ターゲット組成を４３Ｃｏ−２５Ｎｉ−１４Ｆｅ−１８
Ｐｄとし基板温度を１００℃としてスパッタリングした
。膜厚は２．０μｍである。その磁気特性は困難軸方向
の保磁力１．２エルステツド、異方性磁界６．５エルス
テツド、磁歪定数−〇、５×１０″″８であり、飽和磁
束密度は１．５テスラであった。スパッタリングによる
ホトレジストの損傷は認められなかった。

上部磁性層６を下部磁性層と同様にイオンミリング法に
より所望の寸法・形状の磁気コアにパタニング後、保護
膜７を形成し薄膜磁気ヘッドとした。

それらを加工して一個の薄膜磁気ヘッド素子とし電気特
性を評価した。第５図はその結果を１１１で示す。従来
のパーマロイを用いた薄膜磁気ヘッドの電気特性１２１
と比較した。再生出力特性は透磁率が従来のパーマロイ
と大差ないのでほぼ同じような傾向を示すが、記録電流
が大きくなっても再生出力の低下は見られず、飽和磁束
密度が高くなった効果が現れている。この飽和磁束密度
が高くなった効果はオーバライド特性に顕著に現われ、
本発明による薄膜磁気ヘッド１１１は従来のパーマロイ
を用いた薄膜磁気ヘッド１２１に比べ約３０〜４０％向
上している。

〈実施例−２〉 第１図において、下部磁性層２のみ非晶質磁性薄膜を用
いて薄膜磁気ヘッドを作製した。即ち、基板１を水冷方
式の基板ホルダに設置し、ターゲットとしてＣ０１１１
−Ｈｆ＋−Ｔａａ−Ｐｄｚ（ａ　ｔ、％）を用いてスパ
ッタリングした。膜厚は１．５μｍである。その後、３
５０”Ｃの温度で一時間の回転磁界中熱処理を施して異
方性磁界を低減し高透磁率化を図った。その膜の磁気特
性は困難軸方向の保磁力０．４エルステツド、異方性磁
界２．６エルステツド、磁歪定数−〇、３　Ｘ　１０−
８であり、飽和磁束密度は１．３テスラであった。以後
の工程は実施例−１と同様の方法で行ない、上部磁性層
は低基板温度でスパッタリング可能な実施例−１と同様
の４３Ｃｏ−２５Ｎｉ−１４Ｆｅ−１８Ｐｄ（ｗｔ％）
の磁性薄膜を形成した。このようにして作製した薄膜磁
気ヘッドの電気特性は、第５図に示した実施例−１の場
合と同様、従来のパーマロイ薄膜を用いた磁気ヘッドに
比べてオーバライト性能が向上している。

〈実施例−３〉 第１図において、基板１、下部磁性層２、ギャップ材３
、ホトレジスト４、導体コイル５は実施例−１と全く同
様の方法で形成した。上部磁性層を最もホトレジストに
与えるダメージの少ないめっき法により形成した。先ず
、ホトレジストを露光、現像により所望の形状にバター
ニングした後。

めっきの下地膜として０．０２μｍのパーマロイを蒸着
法により基板全面に形成し、次いで、ＣｏＳＯ４・７Ｈ
ｚＯ：４５ｇ／Ｑ、Ｎ１ＣＱ２・６Ｈ２０：　　６０ｇ
／Ｑ　、　Ｎ１５Ｏｉ・６ＨｚＯ：　　２５ｇ　／　Ｑ
　、　Ｆ　ｅ　Ｓ　０４　・７　Ｈ２Ｏ：　２０　ｇ　
／　Ｑ、硼酸：２５ｇ／Ｑ、サッカリンナトリウム：Ｌ
５ｇ／Ｑ、ラウリル硫酸ナトリウム：０．１５ｇ／Ｑの
めつき洛中に浸漬しＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ三元系めっきを行
なった。ＰＨ：３．Ｏ，浴温：３０℃に調整し、めっき
電流密度：１７ｍＡ／ａｆをかけてめっきを施した。め
っきの間中はスパッタリング法の場合と同様に基板面内
に水平に直交する磁界を印加させた。膜厚は２．０μｍ
である。その時の膜の組成は７８Ｃｏ−１６Ｎｉ−６Ｆ
ｅ　（ｗｔ％）で、困難方向の保磁力１．０　エルステ
ッド、異方性磁界６．０エルステツド、磁歪定数０．８
Ｘ１０′″Ｂであり、飽和磁束密度は１．６テスラであ
った。その後、実施例１と同様の方法により磁気コア形
状にパターニングし保護［７を形成した。切り出した一
ケの薄膜磁気ヘッドの電気特性は第５図の１１２で示す
ように優れたオーバーライド性能を示す。

〈実施例−４〉 第１図において、基板１の上に下部磁性層としてセンダ
ストスパッタリング薄膜を用いた。

即ち、５．５ＡＱ、−９，５Ｓｉ−８５Ｆｅ　（ｗｔ％
）のターゲットを用いて薄膜１．５μｍの下部磁性膜を
スパッタリング法により形成し、次いで、６００℃、工
時間の熱処理を施し低保磁力、高透磁化を図った。得ら
れた膜の磁気特性は保磁力０．６　エルステッド、異方
性磁界３エルステツド、磁歪定数２ＸＩＯ−Ｂであった
。また、飽和磁束密度は１．１　テスラであった。この
下部磁性層の上に実施例−１と同様の方法でホトレジス
ト４、導体コイル６、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐｄ四元系結
晶材料からなる上部磁性層６をスパッタリングにより形
成し、更に、保護膜７としてのＡｌ２ｚＯａを形成した
。切り出した一個の簿膜磁気ヘッド素子の電気特性を評
価した。結果は第５図に示す結果とほぼ同様の性能を示
したが、下部磁性層の飽和磁束密度が他の結晶質、ある
いは、非晶質の材料に比べて若干低いのでオーバライド
特性は若干下まわった。ただし、下部磁性層は、一般に
、上部磁性層に比べ磁気コア面積が大きいので飽和磁束
密度が若干低くても磁気ヘッドとしての電気特性への影
響は少ないものと考える。また、下部磁性層として飽和
磁束密度の高いＦｅ−８ｉ系、あるいは、Ｆｅ系の結晶
質材料を使うことによって磁気ヘッドとしての性能はさ
らに向上されることが期待できる。

なお、下部磁性層にパーマロイを用いた場合は、膜厚を
厚くすることにより分解能は低下するがオーバライド性
能は向上すると考えられる。

〈実施例−５〉 第６図は上・下部磁性層を多層構造とした場合の一例を
示したものである。多層構造とすることにより保磁力が
低減できるので電気特性としては。

若干、再生出力が向上した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プロセス上高精度で、かつ、低コスト
なホトレジスト上にめっき磁性膜は勿論のこと１組成管
理が容易なスパッタリング法により高飽和磁束密度材料
が形成可能となり、高記録密度対応の薄膜磁気ヘッドの
製造に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の薄膜磁気ヘッドの断面図、
第２図ないし第４図は本発明に至る実験結果の説明図、
第５図は本発明の薄膜磁気ヘッドの特性図、第６図は本
発明の他の実施例の断面図である。 １・・・基板、２・・・下部磁性層、３・・・ギャップ
材、４・・・ホトレジスト、 ５・・・導体コイル、 ６・・・上部磁性 層、 ７・・・保護膜。 第 図 第 因 基　不及　温度　（０Ｃ） 第 図 基板温度 （″Ｃン 第 図 第 図 託配電流 （ｆｎ、４）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性セラミック基板上に下部磁性層と上部磁性層
   からなる磁気回路を設け、前記上部磁性層および前記下
   部磁性層間に有機絶縁層を挟んで導体コイルを備えた薄
   膜磁気ヘッドにおいて、前記下部磁性層が非晶質材料で
   前記上部磁性層が結晶質材料からなり、かつ、パーマロ
   イに比べ飽和磁束密度が高い材料からなることを特徴と
   する薄膜磁気ヘッド構造体。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記上部磁性層がＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐｄ四元系、ある
   いは、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ三元系の結晶質材料からなるこ
   とを特徴とする薄膜磁気ヘッド構造体。 ３、特許請求の範囲第２項において、 前記下部磁性層がＣｏ−Ｈｆ−Ｔａ−Ｐｄ四元系非晶質
   材料からなり、前記上部磁性層がＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐ
   ｄ四元系、あるいは、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ三元系結晶質材
   料からなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド構造体。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記下部磁性層がセンダスト薄膜からなり、前記上部磁
   性層がＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐｄ四元系あるいはＣｏ−Ｎ
   ｉ−Ｆｅ三元系結晶質材料からなることを特徴とする薄
   膜磁気ヘッド構造体。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   下部磁性層及び前記上部磁性層が多層構造からなること
   を特徴とする薄膜磁気ヘッド構造体。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項または第５項で示し
   た薄膜磁気ヘッド構造体を搭載しトラック密度２０００
   トラック／インチ以上、線記録密度３０キロビット／イ
   ンチ以上の磁気ディスクを一つの回転軸に複数個備え、
   かつ、前記磁気ディスクを２６ｍ／ｓ以上の速度で回転
   する前記磁気ディスクの回転手段を具備したことを特徴
   とする磁気ディスク装置。