JPH0571163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は二層以上の非晶質軟磁性膜の熱処理方
法に関し、特に広い周波数範囲で高透磁率が得ら
れて薄膜磁気ヘツドの磁気コアなどの各種磁気応
用部品に好適となる非晶質軟磁性膜の熱処理方法
に関する。

（従来技術） 金属は、通常、固体状態において原子配列が規
則性を有した結晶構造を持つて存在しているもの
であるが、例えば、ある種の合金溶液を溶融状態
から急冷凝固させたり、あるいは、ある種のター
ゲツト材料をイオンによりスパツタリングし、そ
の散乱された原子を基板上に急冷付着させたりす
ることにより、固体状態でも液体状態に類似した
原子配列を持つ非晶質状態の軟磁性材料が得られ
ることは周知のとおりである。

このようにして得られた非晶質軟磁性材料は、
原子配列が結晶質材料のような長範囲規則性を有
せず、ランダムに配列しているために元来、結晶
質のような結晶磁気異方性を有していない。

しかし、非晶質軟磁性材料は、その製造時に何
らかの理由で材料中に磁気異方性が誘起されるこ
とが多い。ところが、このように生起された誘導
磁気異方性は、その大きさや方向の分布が不均一
であり、製造直後の材料の磁気特性が一般的に余
り良くなく、しかも熱的にも不安定である。ま
た、非晶質状態を作り出す際に、その製造方法に
起因する種々の歪が生じており、これが材料内部
に残留してしまい、この点からも磁気特性を悪く
し、熱的に不安定である。特に磁気ヘツドの様に
磁極材料がガラスなどによつてモールドされてい
る場合には、モールド後に熱処理を施こすと、内
部歪は一度除去されてもガラスとの界面に新たな
応力が発生し、かえつて特性を悪くしてしまうこ
とがある。

非晶質軟磁性材料製造時のこれら誘導磁気異方
性や内部歪を除去するために、従来より行われて
いる熱処理方法、例えば、キユリー温度および結
晶化温度以下の温度で非酸化性雰囲気中において
回転磁界中で熱処理する方法は有効な方法であ
り、直流や低周波領域での透磁率を向上させるこ
とができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、反面、誘導磁気異方性が除去されて磁
気異方性が小さくなると、磁区構造が不安定で粗
大になり、磁壁の移動が生じ易くなるため、高周
波領域（1MHz以上）での透磁率は逆に低下して
くるという問題が生じる。

高周波領域での透磁率を向上させるためには、
磁化過程として、磁壁移動よりもそのスイツチン
グ速度が速い磁化回転を用いる必要があり、その
ためには、磁気材料にある適切な大きさの一軸磁
気異方性を付与し、その困難軸方向に駆動する必
要がある。

また、磁性材料の内部に残留した歪をガラスな
どの異種材料に覆われるまえに除去してやり最終
的に磁性材料内部に歪が残らないようにしてやる
必要がある。

本発明の目的は、上記事情に基づいて行われた
もので、非晶質軟磁性材料の高周波特性が改善さ
れる熱処理方法を提供することにある。つまり、
高周波領域で使用する非晶質軟磁性材料の特性を
向上させるためには、製造時に誘起される誘導磁
気異方性や内部歪を除去し、所望の方向に目的に
応じたある適切な大きさの一軸磁気異方性を付与
することが必要である。

（問題点を解決するための手段） 本発明の上記目的は、酸化物などから成る基体
上に少なくとも二層以上の非晶質軟磁性膜と酸化
物、導体金属膜などを付着させて、加工形成する
磁気応用素子において、該非晶質軟磁性膜を一層
付着させる毎に、非晶質軟磁性膜が最終的に高い
高周波透磁率を得たい方向と略直交する方向にか
けた静磁界中で該非晶質軟磁性材料の結晶化温度
およびキユリー温度より低い温度で熱処理を施
し、該非晶質軟磁性膜の各層を全て付着し終わつ
た後には、前記熱処理にひきつづいて、前記熱処
理温度と同じか、それ以下の温度で、該非晶質軟
磁性膜が最終的に高い高周波透磁率を得たい主た
る方向にかけた静磁界中で最終の熱処理をし、こ
の最終の熱処理の温度と時間により該非晶質軟磁
性材料の一軸磁気異方性の大きさを制御すること
を特徴とする非晶質軟磁性膜の熱処理方法により
達成される。

以上のようにして熱処理された非晶質軟磁性膜
は、最終的に内部歪がほとんどなく、また一軸異
方性が目的に応じた適切な大きさに制御されてい
るので、広い周波数範囲に渡つて高い透磁率が得
られ薄膜磁気ヘツドの磁気コアなどに好適なもの
となる。

また、この方法では、非晶質軟磁性膜を付着す
る毎に静磁界中で熱処理を施し、歪を除去し、大
きな一軸誘導磁気異方性を付与するので最終の熱
処理をするまでの間の工程で受ける弱い浮遊磁界
や熱によつても一軸磁気異方性が乱されることが
なく、安定な特性を得ることができるという利点
もある。

（実施例） 以下、本発明を薄膜磁気ヘツドの製造において
応用した実施例を挙げて本発明を説明する。

第１図ａ及びｂは、作製した薄膜磁気ヘツドの
形状を示した概略図である。図中のコイル導体４
に電流を流すことにより矢印で示した方向に磁束
は流れ、磁気ギヤツプ部６より磁束が磁気コア７
の外部に漏れ磁気記録媒体へ記録をしたり、逆に
磁気記録媒体から漏れた磁束を磁気ギヤツプ部６
より磁気コア内に導き、矢印方向に磁束が流れ鎖
交するコイルに誘導電圧が誘起されることにより
記録信号の再生を行なつたりできる様な構造にな
つている。従つて、この薄膜磁気ヘツドでは、図
中に示した矢印方向（すなわち主にＹ方向）の透
磁率を広い周波数範囲に渡つて高めることが必要
となつている。

また、このヘツドでは磁気コア７が２層の非晶
質軟磁性膜によつて形成されている。すなわち、
基板１材料に接している下部磁極膜２とこれとコ
イルをはさみ込む様に形づくられた上部磁極膜５
の２層の非晶質軟磁性膜からなつている。

以下、この薄膜磁気ヘツドの作製手順に従つて
本発明を発明する。まず、アルミナ研磨基板を基
板材料としてこの基板上にスパツタリング法を用
いて、10μm膜厚のCo91.8Zr2.3Nb5.9（at）％なる
組成の非晶質軟磁性膜（飽和磁束密度Bs＝
10.5KG、飽和磁歪λ_s≒＋３×10^-7、結晶化温度
Tx＝480℃）を全面に形成した。

次に、この試料に最終的に高い高周波透磁率を
得たい方向と略直交する方向すなわち後にヘツド
のパターンを形成した時に第１図のＸ方向となる
方向に印加した1Kθeの均一な磁界中において、
かつ10^-3〜10^-5Torrの真空中において350℃で30
分間の第１の熱処理を施しその後室温まで冷却し
た。この熱処理前後の磁性膜のBH曲線を第２図
のＡ，Ｂにそれぞれ示した。Ａの様に熱処理前に
生じていた不明確な誘導磁気異方性は、この熱処
理によりＢの様にＸ方向を容易軸とする明確な一
軸磁気異方性を示すBH曲線へと変化している。
この段階での異方性は最終的に高い透磁率を得た
い方向と略直交する方向（Ｘ方向）に付与されて
おり、その異方性磁界の大きさは10.0θeとなつて
いる。同時に、膜付着時に生じた基板の凸状のそ
りも熱処理後はほとんどなくなり膜中に生じてい
た圧縮応力が除去されることも解つた。

この第１の熱処理をした後は、上部磁極と下部
磁極の間に絶縁材料であるSiO₂膜とコイル導体
であるCu膜をスパツタリングにより付着させ、
これらをパターンニングする工程を繰り返し、磁
気コアと鎖交するコイルパターンや、磁気ギヤツ
プ、磁気コアの後部コンタクト部等を形成してい
く。これらのパターンニングは、フオトリソグラ
フイーによるフオトジストパターンの形成と、イ
オンビームによるドライエツチングによつて行つ
た。

磁気ギヤツプおよび磁気コアの後部コンタクト
部を形成した後にスパツタリング法により、
10μm膜厚の下部磁極と同一の組成の非晶質軟磁
性膜を上部磁極として付着させた。この時点での
BH曲線は図２Ｃに示した様に明確な一軸異方性
を示さなくなる。しかし、この特性はＢとＡの
BH特性を重ねをわせた特性に近く、熱処理した
後の下部磁極の特性が保たれたまま、Ａと同様の
特性を持つた上部磁極膜が付着されていることを
示している。この後、第一の熱処理と同様Ｘ方向
に印加した1kθeの均一な磁界中において、かつ、
10^-3〜10^-5Torrの真空中において350℃で30分の
第２の熱処理を施し室温まで冷却した。この時の
BH特性は第２図Ｄの様にＢと全く同様なBH曲
線になつた。同時に、上部磁極膜付着時に生じた
凸状の基板のそりも熱処理後はほとんどなくな
り、上部磁極膜中に生じていた圧縮応力と下部磁
極膜中に生じていた引張応力は両者とも除去され
ていた。磁気特性およびそりを測定した後、今度
はＹ方向に印加した1kθeの均一な磁界中におい
てかつ10^-3〜10^-5Torrの真空中において300℃で
200分間の第３の熱処理を施し室温まで冷却した。
第３の熱処理後の上下部磁極のBH特性を第２図
Ｅに示した。第１，第２の熱処理により、上下部
磁極膜ともＸ方向に付与された異方性磁界10.0
〔θe〕の一軸磁気異方性は、第３の熱処理によつ
て印加されたＹ方向の静磁界と300℃、200分とい
う温度条件により上下部磁極膜ともその容易軸を
Ｘ方向に保つたまま、大きさだけが減少し、異方
性磁界約３〔θe〕の一軸磁気異方性を示す膜に変
化していた。

磁気ヘツドはこの後、上部磁極をパターンニン
グし、保護層付着保護板接合した後に機械加工に
より所定形状に仕上げ完成する。

以上の様に本発明の熱処理方法を用いることに
より、非晶質軟磁性膜中の歪を各膜を付着する毎
に取り除くため、歪による磁気特性の劣化がな
く、また、大きく明確な一軸磁気異方性を付与し
た状態で工程を進められるので、その間に磁気特
性が乱れ難く、各層の一軸磁気異方性を同じ大き
さにそろえることができ、最終的に確実に磁気異
方性を制御することができる。

一軸磁気異方性の大きさは、第一の熱処理など
の各膜を付着する毎に行なう熱処理の温度にもよ
るが、略、最終熱処理の温度と時間によつて制御
することができる。

各膜を付着する毎に行なう熱処理温度が350℃
の場合の最終熱処理温度、時間と最終的な一軸磁
気異方性の大きさの関係をCo91.8Zr2.3Nb5.9（at
％）非晶質軟磁性膜の場合について示したのが第
３図である。同様の関係は他の組成のCoZrNb非
晶質軟磁性膜や他の合金元素から成る非晶質軟磁
性膜に対しても求めることができ、材料に応じた
熱処理温度と時間を選ぶことにより異方性磁界
Hkを制御することができる。

なお、磁気コア材料の一軸異方性磁界Hkは、
磁壁が不安定にならない範囲でかつなるべく小さ
い方が良く、これはコア寸法にもよるが略２〜
6θe程度である。従つて、第３図の測定結果より
300℃の最終熱処理では45〜300分で所望の一軸異
方性磁界が得られる。

また、上記実施例では、第２の熱処理後、室温
まで冷却した後第３の熱処理を実施したが、実際
の処理は、連続して行なつても良く、同温中で、
印加する静磁界の角度を変えるだけで同等の効果
が得られる。また、真空中において熱処理を行つ
たが、非酸化性雰囲気中において行なわれてもよ
い。

また、本実施例では、磁性膜の困難軸方向と高
い高周波透磁率を得たい方向である磁路方向がほ
とんど平行になつている場合を示したが、磁気ヘ
ツドの構造によつては、必ずしもこの様に理想的
な状態にはならず、その場合には困難軸方向と高
い高周波透磁率を得たい方向が、ある傾きを持つ
ても良い。第４図にこの例として、隣接する２チ
ヤンネルにヘツドが並び、磁路が非平行な磁気ヘ
ツドの例を示した。この場合には２つのチヤンネ
ルの磁路方向になるべく平行でどちらのチヤンネ
ルのヘツドの磁路方向に対しても同じ傾きを持っ
た方向（Ｙ方向）が最終的に困難軸となる様に熱
処理を施せば良い。

（発明の効果） 以上の様に本発明の熱処理方法を用いることに
より、非晶質軟磁性膜中の歪を各膜を付着する毎
に取り除くため、歪による磁気特性の劣化がな
く、また、大きく明確な一軸磁気異方性を付与し
た状態で工程を進められるので、その工程中に磁
気特性が乱れ難く、各層の一軸磁気異方性の大き
さをそろえることができるため、異方性分散が少
なく、最終的に確実に磁気異方性を制御すること
ができる。さらに最終熱処理の温度と時間を選ぶ
ことにより、目的に応じた適切な大きさの異方性
磁界に制御することができ、その制御性および再
現性は良好なものとなつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が薄膜磁気ヘツドの磁気コア
に適用された様子を説明する図で、第１図ａは平
面図、第１図ｂは垂直断面図、第２図は薄膜磁気
ヘツドの磁気コアを本発明により熱処理した際の
磁気特性の変化を示す図、第３図は
Co91.8Zr2.3Nb5.9（at％）非晶質軟磁性膜の最終
熱処理温度、時間とHkの関係を示す図、第４図
は本発明が２チヤンネルの薄膜磁気ヘツドの磁気
コアに適用された様子を説明する図である。 １……基板、２……下部磁極膜、３……絶縁
体、４……コイル導体、５……上部磁極膜、６…
…磁気ギヤツプ部、７……磁気コア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化物などから成る基体上に少なくとも二層
   以上の非晶質軟磁性膜と酸化物、導体金属膜など
   を付着させて、加工形成する磁気応用素子におい
   て、該非晶質軟磁性膜を一層付着させる毎に、該
   非晶質軟磁性膜が最終的に高い高周波透磁率を得
   たい方向と直交する方向にかけた静磁界中で該非
   晶質軟磁性材料の結晶化温度およびキユリー温度
   より低い温度で熱処理を施し、該非晶質軟磁性膜
   の各層を全て付着し終わつた後には、前記熱処理
   にひきつづいて、前記熱処理温度と同じか、それ
   以下の温度で、該非晶質軟磁性膜が最終的に高い
   高周波透磁率を得たい主たる方向にかけた静磁界
   中で最終の熱処理をし、この最終の熱処理の温度
   と、時間により該非晶質軟磁性材料の一軸磁気異
   方性の大きさを制御することを特徴とする非晶質
   軟磁性膜の熱処理方法。 ２ 熱処理時に印加する静磁界が、非晶質軟磁性
   膜に発生する反磁界よりも大きく、該非晶質軟磁
   性膜を充分磁化できる大きさであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の熱処理方法。 ３ スパツタリング法により作製された非晶質軟
   磁性膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の熱処理方法。 ４ 磁気応用素子が薄膜磁気ヘツドである特許請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載
   の熱処理方法。