JPH05189716A - 軟磁性多層膜及びこれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温熱処理を行っても結晶粒径の増大に伴う
軟磁気特性の劣化がなく、層間における相互拡散の影響
を低く抑えることのできる軟磁性多層膜を得る。 【構成】 基板２１上に、Ｎｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ
−Ｆｅ合金を主成分とする下地膜２２と、Ｆｅもしくは
Ｆｅを主成分とする合金主磁性膜２３との交互に積層さ
れた繰り返しによる周期構造を有する軟磁性多層膜にお
いて、下地膜２２の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であ
り、合金主磁性膜２３の膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎ
ｍ以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軟磁性多層膜、特にＶＴ
Ｒ等の磁気記録再生装置で使用される磁気ヘッドの磁極
に用いられる軟磁性多層膜及びこれを用いた磁気ヘッド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の分野において記録密度は年々
向上し、これにともない高保磁力媒体に充分な書き込み
が行える高飽和磁束密度を有する軟磁性材料が強く望ま
れている。すなわち、磁気ディスクを始めとしてフロッ
ピーディスク装置、磁気テープ装置などの磁気記録再生
装置の磁気記録の高密度化のためには、磁気記録媒体の
保磁力（Ｈｃ）を大きくすることが不可欠である。一
方、信号の記録を行う磁気ヘッドには、このような高保
磁力媒体を充分に磁化するため、高飽和磁束密度（Ｂ
ｓ）を有する材料が必要とされる。また、信号の再生時
に磁気記録媒体からの信号磁界を効率よく集束するため
に、磁気ヘッド材料は良好な軟磁気特性を合わせもつ必
要がある。

【０００３】図１３は、このような要求を満たす多層膜
材料として、例えば特開平３−８９５０２号公報に示さ
れた磁性多層膜の部分断面構造図である。図において、
従来の磁性多層膜は、基板１１と、基板１１の上に成膜
されたＦｅもしくはＦｅを主成分とする強磁性層１２
と、その強磁性層１２上に成膜されたＮｉ−Ｆｅ合金も
しくはＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とする強磁性層１３とか
ら構成されている。そして、強磁性層１２と強磁性層１
３とは、それらが交互に積層された繰り返しによる周期
構造を有する多層膜を構成している。

【０００４】上記のように構成される強磁性層が交互に
積層された繰り返しによる周期構造を有する従来の磁性
多層膜は、積層の周期が５０オングストローム（１０^-8
ｃｍ）以上２００オングストローム以下であり、Ｆｅも
しくはＦｅを主成分とする強磁性層２２の１周期に占め
る割合が４０％以上６０％以下であることを特徴として
いる。また、従来の磁性多層膜は、高飽和磁束密度を有
する材料を軟磁性化するため、その材料の結晶粒径を微
細化し、結晶磁気異方性を低下させている。

【０００５】このように、従来の軟磁性多層膜は、特定
の積層周期、あるいはＦｅ強磁性層とＮｉ−Ｆｅ合金強
磁性層の膜厚比を選択することにより優れた軟磁気特性
を得るようにしていた。

【０００６】図１４は、そのような従来の磁性多層膜に
おける磁気特性の積層周期依存性を示す図であり、Ｆｅ
強磁性層とＮｉ−Ｆｅ合金強磁性層の膜厚比を１：１に
固定し、積層周期を変化させた場合のＦｅ／Ｎｉ−Ｆｅ
多層膜の保磁力（Ｈｃ）と異方性磁界（Ｈｋ）の変化を
示す図である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の高飽和磁束密度を有する軟磁性多層膜は、上述し
たような特徴を持っているので、軟磁性多層膜において
主磁性膜一層当りの膜厚を厚くすると結晶粒径が増大し
保磁力が大きくなるため積層周期が小さくなる。このた
め、磁気ヘッド製造プロセスに含まれる高温熱処理（５
００℃以上）であるガラスモールドを行うと、結晶粒径
が増大し軟磁気特性が劣化し、また積層周期が小さいた
め層間での相互拡散、及び結晶粒径の成長により磁気特
性の劣化が起こると言う問題点があった。

【０００８】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、高温熱処理であるガラスモールド
を行っても結晶粒径の増大に伴う軟磁気特性の劣化がな
く、さらに層間における相互拡散の影響を低く抑えるこ
とのできる軟磁性多層膜を得ることを目的としており、
さらにこの軟磁性多層膜に適した製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わる軟磁性多層膜は、Ｎｉ−Ｆｅ合金も
しくはＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とする下地膜の膜厚が１
ｎｍ（１０^-7ｃｍ）以上２０ｎｍ以下であり、Ｆｅもし
くはＦｅを主成分とする合金主磁性膜の膜厚が１００ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の第１の軟磁性多層膜製造方
法は、前記軟磁性多層膜の下地膜と合金主磁性膜とを交
互に積層するスパッタリング時の雰囲気ガスの圧力が１
ｍＴｏｒｒ以上、５ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴と
する。

【００１１】第２の軟磁性多層膜製造方法は、前記軟磁
性多層膜の面内一方向に外部磁界を印加することを特徴
とする。

【００１２】第３の軟磁性多層膜製造方法は、前記軟磁
性多層膜の基板を１００℃以上４００℃以下に保持する
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の磁気ヘッドは、前記軟磁
性多層膜を前記第１〜第３の製造方法で製造し、その軟
磁性多層膜を磁気回路の少なくとも一部に用いたことを
特徴とする。

【００１４】

【作用】従って、本発明の軟磁性多層膜によれば、下地
膜の膜厚を大きくすると共に結晶の配向性を制御するこ
とにより軟磁気特性を向上させ、積層周期を大きくする
ことができるので、高温熱処理による結晶粒径の増大に
伴う軟磁気特性の劣化を排除でき、高温熱処理による層
間における相互拡散の影響を低く抑えることができる。

【００１５】また、本発明の軟磁性多層膜の製造方法に
よれば、アルゴンガス圧が軟磁性膜の結晶配向性に大き
な影響を与えることを利用して、Ｆｅ−Ｎｉ合金もしく
はＦｅ−Ｎｉ合金を主成分とする下地膜及びＦｅもしく
はＦｅを主成分とする合金主磁性膜のスパッタリング時
のアルゴンガス圧を適当に選択することにより、軟磁性
膜の結晶配向性と軟磁気特性を向上させることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図に基づいて
説明する。図１は本実施例に係わる軟磁性多層膜の部分
断面構造図である。

【００１７】図１において、本実施例の軟磁性多層膜
は、基板２１と、基板２１の上に成膜されたＮｉ−Ｆｅ
合金もしくはＮｉ−Ｆｅ合金を主成分とする下地膜２２
と、該下地膜２２上に成膜されたＦｅもしくはＦｅを主
成分とする合金主磁性膜２３とから構成されている。

【００１８】そして、図１に示す下地膜２２と合金主磁
性膜２３は、それらが交互に積層された繰り返しによる
周期構造を有する多層膜を構成し、この積層周期は少な
くとも１回以上繰り返され、スパッタリングで図に示す
ような周期構造を有する軟磁性多層膜となる。また、本
実施例の軟磁性多層膜は、Ｎｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ
−Ｆｅ合金を主成分とする下地膜２２の膜厚が１ｎｍ以
上２０ｎｍ以下であり、ＦｅもしくはＦｅを主成分とす
る合金主磁性膜２３の膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ
以下であることを特徴としている。

【００１９】次に、図２は、図１に示す本実施例の軟磁
性多層膜の初透磁率とＸ線回折強度比のＮｉ濃度依存性
を表す図である。図２において、測定対象となった軟磁
性多層膜は、Ｎｉ−１９．１ｗｔ％Ｆｅ合金下地膜とＦ
ｅ−Ｎｉ合金主磁性膜より生成した軟磁性多層膜で、縦
軸に初透磁率とＸ線回折強度比を、横軸に主磁性膜Ｎｉ
濃度依存性を示してある。また、測定対象となった軟磁
性多層膜は、２０ｎｍの下地膜と１８０ｎｍの主磁性膜
の積層周期を少なくとも８回以上繰り返すことにより総
膜厚１６００ｎｍとしたものである。さらに、この軟磁
性多層膜の成膜時には、試料の面内一方向に外部磁界を
印加している。

【００２０】図から明らかなように、この場合の軟磁性
多層膜の初透磁率は、Ｎｉ濃度６ｗｔ％あたりで最大値
を示しており、同様にＸ線回折強度比もＮｉ濃度６ｗｔ
％で最大値を示している。このようにＮｉ濃度と、初透
磁率及びＸ線回折強度比との間には非常によい相関関係
がみられる。このことから、高初透磁率実現に関して結
晶の配向性の制御が重要であることがわかる。

【００２１】次に、図３は、本実施例の軟磁性多層膜の
Ｘ線回折強度比のスパッタリングアルゴンガス圧依存性
を示す図である。図において、測定対象となった軟磁性
多層膜は、Ｎｉ−１９．１ｗｔ％Ｆｅ合金下地膜とＦｅ
−９．０ｗｔ％Ｓｉ合金主磁性膜より生成される軟磁性
多層膜であり、２０ｎｍの下地膜と１８０ｎｍの主磁性
膜の積層周期を８回以上繰り返すことにより総膜厚１６
００ｎｍとしたものである。また、成膜時に試料の面内
一方向に外部磁界を印加し、さらに、基板を加熱し１０
０℃に保持している。

【００２２】この場合の軟磁性多層膜は、図から明らか
なように、アルゴンガス圧（スパッタ圧）を下げるにし
たがって回折強度比は上昇している。

【００２３】次に、図４は、本実施例の軟磁性多層膜の
初透磁率のスパッタリングアルゴンガス圧依存性を示す
図である。図において、測定対象となった軟磁性多層膜
は、上記図３に示した軟磁性多層膜と同様である。図か
ら明らかなように、初透磁率においてもアルゴンガス圧
を下げるにしたがって初透磁率が向上しており、図３に
示したＸ線回折強度比の傾向と一致していると共に、図
２で説明した結果とも一致している。

【００２４】以上のように、本実施例の軟磁性多層膜に
おいては、初透磁率と主磁性膜の結晶配向性とは密接な
関係が存在し、結晶配向性を高めることにより磁気特性
を向上させることが可能であることがわかる。そして、
結晶配向性を高める手段としてスパッタリング時のアル
ゴンガス圧を下げることが非常に有効であることが確認
されている。

【００２５】また、図５は、本実施例の軟磁性多層膜の
膜圧比を変えた場合の初透磁率の熱安定性を示す図であ
る。図において、測定対象となった軟磁性多層膜は、Ｎ
ｉ−１９．１ｗｔ％Ｆｅ合金下地膜とＦｅ−９．０ｗｔ
％Ｓｉ合金主磁性膜より生成される軟磁性多層膜であ
り、５ｎｍの下地膜と６００ｎｍの主磁性膜の積層周期
を繰り返したものと、２０ｎｍの下地膜と１８０ｎｍの
主磁性膜の積層周期を繰り返したものの２種類の軟磁性
多層膜を用いた結果を示している。

【００２６】図から明らかなように、主磁性膜一層当り
の膜圧が厚いほうが熱安定性がよいことがわかる。これ
は熱処理による層間での相互拡散の影響が主磁性膜一層
当りの膜圧を厚くすることにより低減できたためと考え
られる。さらに、本実施例の軟磁性多層膜の高い初透磁
率は結晶粒径の微細化ではなく、主磁性膜の配向性を高
めることにより実現しているため、ここに示したような
大きな積層周期でも良好な軟磁気特性が得られる。

【００２７】次に、図６は本実施例の軟磁性多層膜を適
用した磁気ヘッドの斜視図である。図において、本実施
例の磁気ヘッドは、動作ギャップ３１と、軟磁性多層膜
３２と、磁気コア半体対３３と、接合ガラス３４と、コ
イル巻回線窓３５とから構成されている。

【００２８】上記の通り構成される本実施例の磁気ヘッ
ドの製造方法について、磁気ヘッドの製造過程を示す図
７〜図１２を用いて説明する。

【００２９】まず、図７において、磁気テープ流入側の
フェライトブロック半体３８に対して、リアギャップ接
合用のガラス溝３９と、トラック幅を規制する狭トラッ
ク溝４０を回転ホイールにより切削加工する。また、磁
気テープ流出側のフェライトブロック半体４１に対し
て、前記図１に示す下地膜２２と同様の軟磁性多層膜３
２を上述の製造方法により被着させるための多層膜溝４
２を回転ホイールにより切削加工する。この多層膜溝４
２は、軟磁性多層膜３２とフェライトブロック半体４１
の界面を動作ギャップ３１に非平行にするための溝であ
る。

【００３０】次に、上記のように切削加工したフェライ
トブロック半体４１の多層膜溝４２の上に、中間層とし
てＳｉＯ₂ 膜を薄膜形成し、さらにこの上から軟磁性多
層膜３２を成膜する。これを図８に示す。

【００３１】次に、そのフェライトブロック半体４１に
対して、フェライトブロック半体３８に切削加工した狭
トラック溝４０と同じピッチで、狭トラック溝加工を施
して狭トラック溝４０を形成する。その後、フェライト
ブロック半体４１の側面の軟磁性多層膜３２を除去する
加工を行い、リアギャップ接合用のガラス溝３９を形成
する切削加工を行う。その状態のフェライトブロック半
体４１を図９の拡大図に示す。

【００３２】次に、フェライトブロック半体３８及びフ
ェライトブロック半体４１のリアギャップ接合用のガラ
ス溝３９、狭トラック溝４０に接合ガラス３４をガラス
モールドし、フェライトブロック半体３８にコイル巻回
線窓となる溝４３を回転ホイールにより切削加工した
後、ギャップ対接面４４を精度よく研磨する。この状態
のフェライトブロックを図１０に示す。

【００３３】次に、このギャップ対接面４４をよく研磨
したフェライトブロック半体３８、４１のそれぞれのギ
ャップ対接面４４に、ギャップ材となるＳｉＯ₂ 膜を所
定の厚さに薄膜形成した後、各々を突き合せる。そし
て、この突き合わされたフェライトブロック半体３８、
４１を所定の温度で接合する。接合は接合ガラス３４の
軟化、接着による。この接合されたフェライトブロック
半体対の状態を図１１に示す。

【００３４】最後に、前述のように接合されたフェライ
トブロック半体対を、図１２における二点鎖線で示すよ
うに、所定のアジマス角をつけて切断する。この切断さ
れたフェライトブロック半体対部分が、それぞれ図６に
示したような磁気ヘッドコアである。このようにして本
実施例の磁気ヘッドが得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軟磁性多
層膜によれば、合金主磁性膜の結晶配向性を高めること
により良好な軟磁気特性を得るようにしているので、ス
パッタリング時のアルゴンガス圧を制御することにより
高初透磁率が得られると共に、安定した磁気特性が得ら
れるという効果がある。

【００３６】また、配向性を高めることにより良好な軟
磁気特性を保ったまま積層周期を大きくすることが可能
であり、高温熱処理であるガラスモールドを行っても結
晶粒径の増大に伴う軟磁気特性の劣化がなく、層間にお
ける相互拡散の影響を低く抑えることができるという効
果がある。

【００３７】さらに、本発明の軟磁性多層膜の製造方法
によれば、アルゴンガス圧が軟磁性膜の結晶配向性に大
きな影響を与えることを利用して、Ｆｅ−Ｎｉ合金もし
くはＦｅ−Ｎｉ合金を主成分とする下地膜及びＦｅもし
くはＦｅを主成分とする合金主磁性膜のスパッタリング
時のアルゴンガス圧を適当に選択することができるよう
に構成したので、軟磁性膜の結晶配向性と軟磁気特性を
向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係わる軟磁性多層膜の部分断面構造
図である。

【図２】本実施例の軟磁性多層膜の初透磁率とＸ線回折
強度比のＮｉ濃度依存性を表す図である。

【図３】本実施例の軟磁性多層膜のＸ線回折強度比のス
パッタアルゴンガス圧依存性を示す図である。

【図４】本実施例の軟磁性多層膜の初透磁率のスパッタ
アルゴンガス圧依存性を示す図である。

【図５】本実施例の軟磁性多層膜の膜圧比を変えた場合
の初透磁率の熱安定性を示す図である。

【図６】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッド
の斜視図である。

【図７】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッド
の製造過程を示す図である。

【図８】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッド
の製造過程を示す図である。

【図９】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッド
の製造過程を示す図である。

【図１０】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッ
ドの製造過程を示す図である。

【図１１】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッ
ドの製造過程を示す図である。

【図１２】本実施例の軟磁性多層膜を適用した磁気ヘッ
ドの製造過程を示す図である。

【図１３】従来の磁性多層膜の部分断面構造図である。

【図１４】従来の磁性多層膜における磁気特性の積層周
期依存性を示す図である。

【符号の説明】

１１、２１ 基板 １２、１３ 強磁性層 ２２ 下地膜 ２３ 合金主磁性膜 ３１ 動作ギャップ ３２ 軟磁性多層膜 ３３ 磁気コア半体対 ３４ 接合ガラス ３５ コイル巻回線窓 ３８ 磁気テープ流入側のフェライトブロック半体 ３９ リアギャップ接合用のガラス溝 ４０ 狭トラック溝 ４１ 磁気テープ流出側のフェライトブロック半体 ４２ 多層膜溝 ４３ コイル巻回線窓となる溝 ４４ ギャップ対接面

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【作用】従って、本発明の軟磁性多層膜によれば、主磁
性膜の膜厚を大きくすると共に結晶の配向性を制御する
ことにより軟磁気特性を向上させ、積層周期を大きくす
ることができるので、高温熱処理による結晶粒径の増大
に伴う軟磁気特性の劣化を排除でき、高温熱処理による
層間における相互拡散の影響を低く抑えることができ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】図から明らかなように、主磁性膜一層当り
の膜圧が厚いほうが熱安定性がよいことがわかる。これ
は熱処理による層間での相互拡散の影響が主磁性膜一層
当りの膜厚を厚くすることにより低減できたためと考え
られる。さらに、本実施例の軟磁性多層膜の高い初透磁
率は結晶粒径の微細化ではなく、主磁性膜の配向性を高
めることにより実現しているため、ここに示したような
大きな積層周期でも良好な軟磁気特性が得られる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 信二 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社材料デバイス研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にＮｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ−
   Ｆｅ合金を主成分とする下地膜と、この下地膜上に成膜
   されるＦｅもしくはＦｅを主成分とする合金主磁性膜と
   が、交互に積層された繰り返しによる周期構造を有する
   多層膜において、 前記Ｎｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ−Ｆｅ合金を主成分と
   する下地膜の膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、Ｆ
   ｅもしくはＦｅを主成分とする合金主磁性膜の膜厚が１
   ００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする軟
   磁性多層膜。
2. 【請求項２】 請求項１記載の軟磁性多層膜の製造方法
   において、 前記下地膜と合金主磁性膜とを交互に積層するスパッタ
   リング時の雰囲気ガスの圧力が１ｍＴｏｒｒ以上、５ｍ
   Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする軟磁性多層膜の製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の軟磁性多層膜の製造方法
   において、 前記軟磁性多層膜の面内一方向に外部磁界を印加するこ
   とを特徴とする軟磁性多層膜の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の軟磁性多層膜の製造方法
   において、 基板を１００℃以上４００℃以下に保持することを特徴
   とする軟磁性多層膜の製造方法。
5. 【請求項５】 磁気記録再生装置において使用される磁
   気ヘッドにおいて、請求項１記載の軟磁性多層膜を磁気
   回路の少なくとも一部に用いたことを特徴とする磁気ヘ
   ッド。