JPH0536558A - Method for forming magnetic thin film - Google Patents

Method for forming magnetic thin film

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JPH0536558A
JPH0536558A JP18444991A JP18444991A JPH0536558A JP H0536558 A JPH0536558 A JP H0536558A JP 18444991 A JP18444991 A JP 18444991A JP 18444991 A JP18444991 A JP 18444991A JP H0536558 A JPH0536558 A JP H0536558A
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JP
Japan
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thin film
magnetic
magnetic thin
film
sputtering
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JP18444991A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Uehara
裕二 上原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は磁気ディスク装置用薄膜磁気ヘッド
の磁極などに用いる磁性薄膜の形成方法に関し、高いス
パッタガス圧中でのスパッタリング法により表面が平滑
で良好な透磁率を有する磁性薄膜を形成することを目的
とする。 【構成】 スパッタリング法によりFeターゲット4と対
向する基材膜22上に鉄を主成分とする磁性薄膜を成膜す
る際に、その成膜中のスパッタガス圧を5mTorr以上に
すると共に、基材膜22側の基板支持電極6にバイアス電
圧を印加する。また前記Feターゲット4と対向する基材
膜22表面の傾き角度θを30度以下とした構成とする。
(57) [Summary] [Object] The present invention relates to a method for forming a magnetic thin film used for a magnetic pole or the like of a thin film magnetic head for a magnetic disk device, and has a smooth surface and a good magnetic permeability by a sputtering method under a high sputtering gas pressure. The purpose is to form a magnetic thin film having the same. [Structure] When a magnetic thin film containing iron as a main component is formed on a base material film 22 facing the Fe target 4 by a sputtering method, the sputtering gas pressure during the film formation is set to 5 mTorr or more, and the base material is formed. A bias voltage is applied to the substrate supporting electrode 6 on the film 22 side. Further, the inclination angle θ of the surface of the base material film 22 facing the Fe target 4 is set to 30 degrees or less.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁気ディスク装置用の薄
膜磁気ヘッドの磁極などに用いられる磁性薄膜の形成方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a magnetic thin film used for a magnetic pole of a thin film magnetic head for a magnetic disk device.

【0002】スパッタリング法によって薄膜を形成する
場合、成膜される薄膜の表面が凹凸にならないようにス
パッタガスの圧力を十分に低い2mTorr 程度の条件下で
成膜して表面が平滑な薄膜を形成することが一般に行わ
れている。
When a thin film is formed by a sputtering method, a thin film having a smooth surface is formed by forming the thin film under the condition that the pressure of the sputtering gas is sufficiently low so that the surface of the formed thin film does not become uneven. It is generally done.

【0003】しかし、同様なスパッタリング法により磁
性薄膜などを形成する場合には、スパッタガスの圧力に
よって成膜される磁性薄膜の磁気特性が変化することか
ら、該磁性薄膜の磁気特性を高めるためには、スパッタ
ガスの圧力を高くする必要がある。このため、表面が平
滑で磁気特性の良好な磁性薄膜を形成する方法が要望さ
れている。
However, when a magnetic thin film or the like is formed by the same sputtering method, the magnetic properties of the magnetic thin film to be formed change depending on the pressure of the sputtering gas. Therefore, in order to improve the magnetic properties of the magnetic thin film. Requires that the pressure of the sputtering gas be increased. Therefore, there is a demand for a method of forming a magnetic thin film having a smooth surface and good magnetic characteristics.

【0004】[0004]

【従来の技術】従来、薄膜磁気ヘッドの磁極形成用の磁
性薄膜は、スパッタリング装置内のFeターゲットと対向
する基板支持電極に基板を配置し、12mTorr のガス圧の
Arガス雰囲気中に0.4mTorrのガス圧のN2ガスを添加した
スパッタガス中でこれら両者間に 600wの高周波スパッ
タ電力を供給してスパッタリング法によって所定膜厚の
FeNからなる磁性薄膜を成膜している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic thin film for forming a magnetic pole of a thin film magnetic head has a substrate arranged on a substrate supporting electrode facing a Fe target in a sputtering apparatus, and has a gas pressure of 12 mTorr.
In a sputtering gas prepared by adding N 2 gas having a gas pressure of 0.4 mTorr in an Ar gas atmosphere, high-frequency sputtering power of 600 w is supplied between the two to obtain a predetermined film thickness by the sputtering method.
A magnetic thin film made of FeN is formed.

【0005】そして、かかる FeN磁性薄膜は、図3(a)
の平面図及び図3(a) のA−A’切断線に沿った図3
(b) の要部断面図に示すような薄膜磁気ヘッドにおけ
る、例えばセラミック等からなる非磁性基板11上に配設
された下部磁極層12と、その下部磁極層12を含む非磁性
基板11上の表面にギャップ層13と熱硬化性樹脂等からな
る層間絶縁層14により挟まれた渦巻き状の薄膜コイル15
とを介して先端部は下部磁極層12とギャップ層13の一部
を介して対向し、他端は下部磁極層12に直接接続された
状態に配設された上部磁極層16との両磁極層の形成に用
いられている。17はこれら表面を被覆したAl2O3 からな
る厚い無機保護膜17である。
And, such FeN magnetic thin film is shown in FIG.
3A is a plan view of FIG. 3A and FIG.
In a thin film magnetic head as shown in the cross-sectional view of the main part of (b), the lower magnetic pole layer 12 disposed on the nonmagnetic substrate 11 made of, for example, ceramics, and the nonmagnetic substrate 11 including the lower magnetic pole layer 12. A spiral thin film coil 15 sandwiched by a gap layer 13 and an interlayer insulating layer 14 made of a thermosetting resin on the surface of the
And the upper magnetic pole layer 16 arranged so as to be directly connected to the lower magnetic pole layer 12 at the other end. It is used to form layers. A thick inorganic protective film 17 made of Al 2 O 3 covers these surfaces.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記下部磁
極層12及び上部磁極層16を構成する FeN磁性薄膜をスパ
ッタリング法により形成する場合、その形成される FeN
磁性薄膜内に生じる圧縮応力(圧縮方向の歪)を小さく
するためにスパッタガスの圧力を12 mTorr程度と高くす
ると、成膜時の結晶粒の成長が著しくなってその FeN磁
性薄膜の表面が凹凸になり、これに起因して透磁率が低
下するという現象が生じる。特に上部磁極層16を形成す
る FeN磁性薄膜の成膜時における段差部分Dでの結晶粒
の成長が顕著となり、その段差部分Dの透磁率がそれ以
外の部分に比べて著しく低下し、そのような下部磁極層
12及び上部磁極層16を有する薄膜磁気ヘッドの再生特性
が劣化するといった問題があった。
By the way, when the FeN magnetic thin film forming the lower magnetic pole layer 12 and the upper magnetic pole layer 16 is formed by the sputtering method, the FeN formed is formed.
If the pressure of the sputter gas is increased to about 12 mTorr to reduce the compressive stress (strain in the compressive direction) generated in the magnetic thin film, the growth of crystal grains during film formation becomes remarkable and the surface of the FeN magnetic thin film becomes uneven. Therefore, the phenomenon that the magnetic permeability decreases due to this occurs. In particular, when the FeN magnetic thin film forming the upper magnetic pole layer 16 is formed, the growth of crystal grains in the step portion D becomes remarkable, and the magnetic permeability of the step portion D is significantly reduced as compared with the other portions. Bottom pole layer
There is a problem that the reproducing characteristics of the thin film magnetic head having the 12 and the top pole layer 16 are deteriorated.

【0007】本発明は上記した従来の問題点に鑑み、ス
パッタガスの圧力を高くしたスパッタリング法により表
面が平滑で良好な磁気特性を有する新規な磁性薄膜の形
成方法を提供することを目的とするものである。
In view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to provide a novel method for forming a magnetic thin film having a smooth surface and good magnetic characteristics by a sputtering method in which the pressure of a sputtering gas is increased. It is a thing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、スパッタリング法によりターゲットと対
向する基材上に鉄を主成分とする磁性薄膜を成膜する際
に、その成膜時のスパッタガス圧を5 mTorr以上にする
と共に、基材側の支持電極にバイアス電圧を印加して成
膜する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of forming a magnetic thin film containing iron as a main component on a base material facing a target by a sputtering method. The sputtering gas pressure is set to 5 mTorr or more, and a bias voltage is applied to the supporting electrode on the base material side to form a film.

【0009】また、前記ターゲットと対向する基材表面
の傾き角度を30度以下にする。
Further, the inclination angle of the surface of the base material facing the target is set to 30 degrees or less.

【0010】[0010]

【作用】Arガスに微量のN2ガスを添加した5 mTorr以上
のスパッタガス圧によるスパッタリング法により基材上
に鉄を主成分とする FeN磁性薄膜を成膜する際に、基材
側の支持電極に負のバイアス電圧を印加することによっ
て、スパッタ物質の被着と同時に結晶粒の著しい成長で
膜表面に突出する部分にArガスがイオン化されたArイオ
ンが引き寄せられれて衝撃することにより、突出する結
晶粒の急成長が抑制されながら成膜が行われる。この結
果、膜表面が平滑化されると共に、磁気特性 (透磁率
等) の良好な FeN磁性薄膜を得ることができる。
[Function] When a FeN magnetic thin film containing iron as a main component is formed on a substrate by a sputtering method in which a trace amount of N 2 gas is added to Ar gas and the sputtering gas pressure is 5 mTorr or more, the substrate side is supported. By applying a negative bias voltage to the electrode, Ar gas ionized Ar ions are attracted to and impact the area of the film surface where the sputtered material is deposited and the crystal grains grow significantly. The film formation is performed while suppressing the rapid growth of the crystal grains. As a result, it is possible to obtain a FeN magnetic thin film having a smooth film surface and good magnetic characteristics (permeability and the like).

【0011】また、上記したスパッタ条件による作用
と、前記基材表面のターゲットに対する傾き角度を30度
以下にすることにより、該30度以下に傾いている基材表
面にも膜表面が平滑で、かつ磁気特性 (透磁率等) の良
好な FeN磁性薄膜を得ることができる。
Further, by the action of the above-mentioned sputtering conditions and the inclination angle of the substrate surface with respect to the target being 30 degrees or less, the film surface is smooth even on the substrate surface inclined to the 30 degrees or less, In addition, it is possible to obtain a FeN magnetic thin film having excellent magnetic properties (permeability, etc.).

【0012】[0012]

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例について詳
細に説明する。図1は本発明に係る磁性薄膜の形成方法
に用いるスパッタ装置の一実施例を示す概略構成図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a sputtering apparatus used in the method for forming a magnetic thin film according to the present invention.

【0013】図示のように平行平板二極型の高周波スパ
ッタ装置における真空排気系2とスパッタガス導入管3
を備えたスパッタ室1内にFeターゲット4を支持したタ
ーゲット電極5と、あらかじめ薄膜磁気ヘッドのコイル
を被覆絶縁するために用いる硬化樹脂膜を塗着し、θ=
30°の傾斜面を有する段差部分22a を部分的に形成した
基材膜22が配設されたガラス基板21を支持した水冷式の
基板支持電極6とを対向配置する。
As shown in the drawing, a vacuum exhaust system 2 and a sputtering gas introducing pipe 3 in a parallel plate bipolar high frequency sputtering apparatus.
The target electrode 5 supporting the Fe target 4 and the cured resin film used for covering and insulating the coil of the thin film magnetic head are applied in advance in the sputtering chamber 1 provided with
A water-cooled substrate supporting electrode 6 supporting a glass substrate 21 on which a base film 22 having a stepped portion 22a having an inclined surface of 30 ° is disposed is arranged to face.

【0014】次に、前記スパッタ室1内を真空排気系2
により少なくとも10-6Torr以下の高真空に排気した後、
前記スパッタガス導入管3より窒素(N2)ガスを3 atm%
添加したアルゴン(Ar)ガスを、該アルゴン(Ar)ガスのガ
ス圧を12 mTorr、窒素(N2)ガスのガス圧を0.4mTorrとな
るように導入し、前記基板支持電極6にバイアス用直流
電源7より−50Vのバイアス電圧を印加した状態で該基
板支持電極6とターゲット電極5間に高周波電源8より
600Wの高周波電力を供給してプラズマ放電を発生さ
せ、スパッタリングを行う。
Next, the inside of the sputtering chamber 1 is evacuated to a vacuum exhaust system 2.
After evacuating to a high vacuum of at least 10 -6 Torr by
Nitrogen (N 2 ) gas was supplied at 3 atm% from the sputter gas inlet pipe 3.
The added argon (Ar) gas was introduced so that the gas pressure of the argon (Ar) gas was 12 mTorr and the gas pressure of the nitrogen (N 2 ) gas was 0.4 mTorr, and the bias DC was applied to the substrate supporting electrode 6. With a bias voltage of −50 V applied from the power supply 7, a high frequency power supply 8 is applied between the substrate supporting electrode 6 and the target electrode 5.
Sputtering is performed by supplying high-frequency power of 600 W to generate plasma discharge.

【0015】このようなスパッタリングにより図2の要
部断面図に示すように前記あらかじめ薄膜磁気ヘッドの
コイルを被覆絶縁するために用いる硬化樹脂膜を塗着
し、θ=30°の傾斜面を有する段差部分22a が部分的に
形成された基材膜22を含むガラス基板21上の全表面に対
して、 FeNスパッタ物質が被着されると同時に結晶粒の
著しい成長で膜表面に突出する部分にArガスがイオン化
されたArイオンが印加された負のバイアス電圧によって
引き寄せられて衝撃するため、該突出する結晶粒の急成
長が抑制されながら成膜が行われる。
As shown in the cross-sectional view of the main part of FIG. 2, a cured resin film used for coating and insulating the coil of the thin film magnetic head is previously applied by such sputtering, and has an inclined surface of θ = 30 °. The FeN sputtered material is deposited on the entire surface of the glass substrate 21 including the base material film 22 in which the step portion 22a is partially formed, and at the same time, a portion where the FeN sputtered substance is projected to the film surface due to the remarkable growth of crystal grains The Ar gas is attracted and bombarded by the negative bias voltage to which the ionized Ar ions are applied, so that the rapid crystal growth of the protruding crystal grains is suppressed and the film formation is performed.

【0016】従って、段差部分上の膜表面を含む全膜表
面が平滑で、しかも均一な磁気特性(透磁率等) を有す
る所定膜厚の FeN磁性薄膜23を容易に形成することが可
能となる。
Therefore, it becomes possible to easily form the FeN magnetic thin film 23 having a predetermined film thickness, in which the entire film surface including the film surface on the step portion is smooth and has uniform magnetic characteristics (permeability and the like). .

【0017】因みに、本実施例の方法により形成された
FeN磁性薄膜と、従来の方法により形成された FeN磁性
薄膜との諸特性を測定した結果を表1に示している。
Incidentally, it is formed by the method of this embodiment.
Table 1 shows the results of measuring various characteristics of the FeN magnetic thin film and the FeN magnetic thin film formed by the conventional method.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】この表1によって明らかなように、本実施
例の方法により形成された FeN磁性薄膜の表面粗さ及び
透磁率は、成膜面の傾きθ=0°とθ=30の場合でも殆
ど変化しないことがわかり、また従来の方法により形成
された FeN磁性薄膜の表面粗さ及び透磁率よりも優れた
結果が得られている。
As is clear from Table 1, the surface roughness and magnetic permeability of the FeN magnetic thin film formed by the method of this embodiment are almost the same even when the film forming surface inclinations θ = 0 ° and θ = 30. It was found that it did not change, and the results were superior to the surface roughness and magnetic permeability of the FeN magnetic thin film formed by the conventional method.

【0020】なお、以上の実施例では下部磁極層及び上
部磁極層を形成する鉄を主成分とする磁性薄膜として F
eN磁性薄膜を用いた場合の例について説明したが、本発
明はこの例の他に、例えば主成分である鉄にNb、或いは
Ta等を添加した磁性薄膜を適用した場合にも同様な効果
が得られる。
In the above embodiments, the magnetic thin film containing iron as the main component for forming the lower magnetic pole layer and the upper magnetic pole layer was used as F
Although the example using the eN magnetic thin film has been described, the present invention is not limited to this example.
The same effect can be obtained when a magnetic thin film containing Ta or the like is applied.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る磁性薄膜の形成方法によれば、鉄を主成分とする
磁性薄膜をスパッタリング法により形成する際に、基板
支持電極にバイアス電極を印加することにより、ターゲ
ット面に対して成膜面が部分的に0°〜30°傾いていて
も形成された磁性薄膜の全表面が平滑で、かつ従来より
も良好な磁気特性(透磁率等) が均一化された磁性薄膜
を容易に得ることができる優れた利点を有する。
As is apparent from the above description, according to the method of forming a magnetic thin film of the present invention, when the magnetic thin film containing iron as a main component is formed by the sputtering method, the bias electrode is formed on the substrate supporting electrode. By applying the magnetic field, even if the film-forming surface is partially inclined from the target surface by 0 ° to 30 °, the entire surface of the magnetic thin film formed is smooth and the magnetic characteristics (permeability Etc.) has the excellent advantage of being able to easily obtain a magnetic thin film.

【0022】従って、各種薄膜磁気ヘッドの製造工程に
おいて段差部分を有する磁極の形成に適用して顕著なる
効果を奏し、各種薄膜磁気ヘッドの性能向上に寄与する
ところが大きい。
Therefore, when applied to the formation of a magnetic pole having a step portion in the manufacturing process of various thin film magnetic heads, a remarkable effect is exerted, and it greatly contributes to the performance improvement of various thin film magnetic heads.

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

【図1】 本発明に係る磁性薄膜の形成方法に用いるス
パッタ装置の一実施例を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a sputtering apparatus used in a method for forming a magnetic thin film according to the present invention.

【図2】 本発明に係る磁性薄膜の形成方法の一実施例
を説明するための要部断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part for explaining an embodiment of a method for forming a magnetic thin film according to the present invention.

【図3】 従来の磁性薄膜の形成方法を説明するための
薄膜磁気ヘッドを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a thin film magnetic head for explaining a conventional method of forming a magnetic thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スパッタ室 2 真空排気系 3 スパッタガス導入管 4 Feターゲット 5 ターゲット電極 6 基板支持電極 7 バイアス用直流電源 8 高周波電源 21 ガラス基板 22 基材膜 22a 段差部分 23 FeN 磁性薄膜 1 Sputtering room 2 vacuum exhaust system 3 Sputter gas introduction tube 4 Fe target 5 Target electrode 6 Substrate support electrode 7 DC power supply for bias 8 high frequency power supply 21 glass substrate 22 Base film 22a Step portion 23 FeN magnetic thin film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタリング法によりターゲット(4)
と対向する基材(22)上に鉄を主成分とする磁性薄膜を成
膜する際に、 その成膜中のスパッタガス圧を5mTorr 以上にすると共
に、基材(22)側の支持電極(6) にバイアス電圧を印加す
ることを特徴とする磁性薄膜の形成方法。
1. A target (4) prepared by a sputtering method.
When a magnetic thin film containing iron as a main component is formed on the base material (22) facing the base material (22), the sputtering gas pressure during the film formation is set to 5 mTorr or more, and the support electrode (on the base material (22) side ( A method for forming a magnetic thin film, which comprises applying a bias voltage to 6).
【請求項2】 前記ターゲット(4) と対向する基材(22)
表面の傾き角度を30度以下としたことを特徴とする請求
項1の磁性薄膜の形成方法。
2. A substrate (22) facing the target (4)
The method for forming a magnetic thin film according to claim 1, wherein the inclination angle of the surface is 30 degrees or less.
JP18444991A 1991-07-24 1991-07-24 Method for forming magnetic thin film Withdrawn JPH0536558A (en)

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Effective date: 19981008