JPS6352312A - 薄膜磁気ヘツド - 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、例えばビデオフロッピーディスク等に情報を
書き込みあるいは読み出しするのに好適な１１１ｇ磁気
ヘッドに関し、詳細には磁気回路を構成する磁性膜の改
良に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、基板上に絶縁膜を介してコイル導体及び磁性
膜を積層してなる薄膜磁気ヘッドにおいて、 前記下部磁性膜及び上部磁性膜の少なくとも一方をＦｅ
−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性１膜で構成することにより、 磁性薄膜の磁気特性を向上し、記録再生効率の向上を図
ろうとするものである。

〔従来の技術〕

一般に、磁気テープや磁気ディスク等の磁気記録媒体に
情報を高密度に記録する装置として３膜磁気ヘツドが知
られている。

上記薄膜磁気ヘッドは、磁気コアにＦｅ−Ａｆｆ−Ｓｉ
系合金を使用しているので高周波数領域での透磁率が高
くしかも飽和磁束苫度が高いこと、ギャップ厚のコント
ロールが容易であること、デプス近傍が薄り２峻な磁界
が形成できるので記録の高密度化に通していること、ウ
ェハ上に多数のヘッドを一括形成するため均質なヘッド
を大量生産できること、等の利点を有しており、高密度
記録が可能な磁気ヘッドとして実用化されている。

一方、情報の記憶手段である磁気記録媒体は、上述の高
密度記録化に伴って、高抗磁力化の方向にあり、記録再
生波長も短波長化の一途をたどっている。したがって、
上記薄膜磁気ヘッドにおいても、より一層の飽和磁束密
度を有する磁気コア材を用い、また狭ギャップ化を進め
る等、上記の高密度記録化への対応を図る必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記薄膜磁気ヘッドを構成する磁性薄膜とし
ては、従来よりＦｅ−Ａｅ−Ｓｉ系合金。

Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ系合金２強磁性非晶質合金等の高飽和
磁束密度、高ｉ３磁率材料が多用されている。

しかしながら、上記磁性材料をコア材とした薄膜磁気ヘ
ッドでは、より一層の狭ギャップ化を図ろうとした場合
に良好な記録再生特性が得難くなっている。

例えば、作動ギャップのギャップ長を０．３０〜０゜３
４μｍとし、磁性３膜としてＦｅ−Ａｅ−Ｓｉ系合金（
飽和磁束密度Ｂｓが１１０００ガウス）を使用した薄膜
磁気ヘッドでは、周波数特性（７Ｍ）１２対１１ＭＨ２
の出力比）は良いが、色信号いわゆるクロマ信号（１，
２ＭＨｚ）の出力が小さくなり満足できるヘッド特性が
得られな（なっている。かかる状況より、現状では上記
ギャップ長を大きく設定しく例えば０．３５〜０．４０
μｍ程度）、周波数特性を犠牲にしクロマ信号の出力を
確保している。

また、上記Ｆｅ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金の執膨張係数は１
５０〜１６０　Ｘｌ０−’／℃であり、基板（Ｍｎ　−
Ｚｎフェライト）の熱膨張係数１１５〜１２０　Ｘｌ０
−’／℃と大きく異なるので、ヘッド作成過程で基板に
そりを発生し易い。この基板のそりは、各膜のパターニ
ング精度を劣化させ、ヘッド特性や歩留まりの低下の大
きな原因となっている。

かかる状況より、本発明は提案されたものであり、磁気
回路を構成する磁性薄膜の磁気特性を向上し、記録再生
効率の向上を図ることを目的とし、さらにはヘッドの作
成過程において基板にそり等を解消し歩留まりが良好な
薄膜磁気へ、ドを堤供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明者等は、上述の薄膜磁気ヘッドの記録再生効率の
向上を図るために、特に作動ギ島、ブを構成し記録・再
生に関与する磁性膜について検討を重ねた結果、Ｆｅ−
Ｇａ−５ｉ系軟磁性薄膜が高い飽和磁束密度を有するこ
とより、ｙｉ膜磁気ヘッドの磁性薄膜として有用である
との知見を得るに至った。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、このような知見に基づいて
完成されたものであって、基板上に下部磁性膜、コイル
導体及び上部付性膜が絶縁膜を介して順次積層されてな
る薄膜磁気ヘッドにおいて、前記下部磁性膜及び上部磁
性膜の少なくとも一方がＦｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性３膜
であることを特徴とするものである。

〔作用〕

Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜は、その飽和磁束密度が
略１３０００ガウスであり、Ｆｅ−Ａｆ−Ｓｉ系合金（
１１０００ガウス）よりも大きいことより、記録時にヘ
ッド飽和が起き難く、従ってヘッドの狭ギヤ、プ化が可
能となる。

また、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜の熱膨張係数
は略１３０ｘ　１０−’／　’ｃであり、基ｖｉ（Ｍｎ
−Ｚｎフェライト）の熱膨張係数（１１５〜１２０　Ｘ
ＩＯづ７℃）にかなり近づくため、ヘッドの作成過程で
基板にそりが発生することがなくなる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した薄膜磁気へ、ドの実施例につい
て図面を参照しながら説明する。

本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、第１図及び第２ｉ
’ｍに示すように、基板（１）上に下部磁性膜（１１）
が形成され、さらにフロントギャップ部やバックギャッ
プ部を除いて５ｉ０２等よりなる第１の絶縁膜（２）が
形成されている。

上記基：、ｘｍ　として、本実施例ではＭ　ｎ　−Ｚｎ
フェライトやＮｉ−Ｚｎフェライト等の強磁性酸化Ｔｈ
基板を使用したが、これに限定されず、セラミック等の
非磁性基板を使用しても良い。

上記第１の絶！ｉ層（２）上には、ＣｕあるいはＡ６等
の導電金属材料よりなる第１のコイル導体（３）が、所
定の間隔をもって複数ターン（本実施例では３クーン）
を有する渦巻状に形成されている。

このコイル導体（３）は、通常、上記導電金属材料を基
板（１）全面に被着した後、パターンエツチングを施す
ことにより形成される。

さらに、上記第１のコイル導体（３）を被覆するように
第２の絶８ｉ層（４）が被着形成され、上記第１のコイ
ル導体（３）と同一の巻回方向を存し、上記第２の絶縁
層（４）に形成されたコンタクト窓部（５）を介して上
記第１のコイル導体（３）と電気的に接続された第２の
コイル導体（６）が形成されている。この第２のコイル
導体（６）も渦巻状で、この例では３ターンを有してい
る。したがって、これら第１のコイル導体（３）と第２
のコイル導体（６）とは、合わせて６ターンのスパイラ
ル２層重ね巻線構造となっている。なお、これらコイル
導体としては、前述のスパイラル多層巻線構造に限られ
ず、ヘリカル型、ジグザグ型等、如何なる巻線構造であ
ってもよい。

上記第２のコイル導体（６）上には、上記第１のコイル
導体（３）と同様、後述の上部磁性膜との絶縁を図るた
めに、第３の絶縁１（７）が形成されている。

そして、上記第３の絶！ｉ層（７）上には、上記強磁性
酸化物よりなる基板（１）との共働で磁気回路を構成す
る上部磁性膜（８）が被着形成されている。

この上部磁性膜（８）は、上記各コイル導体（３）　、
　（６）の渦巻の中央部から、基板（１）の磁気記録媒
体対接面近傍に跨がって被着形成され、上記？Ｍ　’ｅ
の中央部では、各絶縁層（２）　、　（４）　、　（７
）に設けみれた窓部（９）を介して基板（１）と接続さ
れ、バックギャップを構成するとともに、磁気記録媒体
対接面近傍では、Ｓ　ＩＯｘやＴ　ａ　ｚ　Ｏｓ等のギ
ャップスペーサ（１０）を挾んで基板（１）と対向し、
作動ギャップＧを構成するようになっている。

さらにまた、図示していないが、通常は上述のコイル導
体（３）　、　（６）や上部磁性膜（８）等により構成
される磁気回路部を保護し磁気記録媒体に対する当りを
確保するための保護板が、低融点ガラス等を接着剤とし
て融着接合されている。

このように構成される本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて
は、上記下部磁性膜（１１）及び上部磁性膜（８）少な
くとも一方がＦｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜により構成
されている。

上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜において、所定の磁
気特性を確保するために、基本成分であるＦｅ、Ｇａ、
Ｓｉについては、Ｇａ１〜２３原子％、Ｓｉ９〜３１原
子％、残部Ｆｅとする。但し、Ｆｅの含有量は６８〜８
４原子裳６の範囲である。これら基本成分が上記範囲を
外れると、飽和磁束密度、１３Ｃｎ率、抗磁力等の磁気
特性を確保することが難しくなる。

すなわち、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜の組成を
、 Ｆ　ｅ　ａ　Ｇ　ａ　ｂ　Ｓ　ｉｃ （但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ組成比を原子％として表
す。） とした場合に、その組成範囲は、 ６８≦ａ＋ｂ≦８４ １≦ｂ≦２３ ９≦Ｃ≦３１ ａ＋ｂ＋ｃ＝１００ なる関係を満足するものとする。

また、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜において、Ｆ
ｅの一部をＣＯが置換してもよい。この場合、ＣＯの増
加とともに飽和磁束密度のみならず耐蝕性、耐摩耗性が
向上するが、Ｃｏ置換量が多過ぎると飽和磁束密度の劣
化が顕著になるばかりか、軟磁気特性も悪化するので、
Ｆｅに対するＣｏ置換量はＯ〜１５原子％に抑えるのが
好ましい。

すなわち、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性１膜の組成を
、 Ｆ　ｅ　ａ　ＣＯｅ　Ｇ　ａ　ｔ　Ｓ　ｉ　ｇ（但し、
ｄ、ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ組成比を原子％として表す、
） とした場合に、その組成範囲は、 ６８≦ｄ＋ｅ≦８４ ０＜ｅ≦１５ １≦ｆ≦３５ １≦ｇ≦３５ ｄ　＋　ｅ　＋　ｆ　＋　ｇ　＝　ｌ　Ｑ　Ｑなる関係
を満足するものとする。

また、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜の耐蝕性や耐
摩耗性の一層の向上を図るために、Ｆｅ。

Ｇａ、Ｃｏ　（Ｆｅの一部をＣｏで置換したものを含む
）を基本組成とする合金にＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉ　ｒ。

Ｒｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｈｆの少なくとも１種を添加
しても良い。

すなわち、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜の組成を
、 ＦｅｈＣｏｔＧａＪＳ　ｉ、Ｍ。

（但し、ｈ、ｉ、ｊ、に、ｌはそれぞれ組成比を原子％
として表し、ＭはＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、　　Ｚｒ。

Ｎｂ、　　Ｍｏ、　　Ｔａ、　Ｗ、　Ｒｕ、　　Ｏｓ、
　　Ｉ　　ｒ、　　？！ｅ。

Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｈｆの少なくとも１種を表す、）と
した場合に、その組成範囲が、 ６８≦ｈ＋ｉ≦８４ ０≦４５１５ １≦ｊ≦２３ ６≦に≦３１ ０．５≦１≦６ ｈ＋　ｉ　＋　ｊ　＋　ｋ　＋　１　＝　１００なる関
係を満足するＦｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜としても良
い、上記添加元素Ｍの添加量を０．５〜６原子％とした
のは、添加量が０．５原子％未満では耐摩耗性や耐蝕性
の改善に十分な効果が期待できず、一方、添加量が６原
子％を越えると軟磁気特性の劣化や飽和磁束密度の減少
をもたらし好ましくない、但し、添加元素Ｍを２種以上
使用する場合には、各添加元素の添加量はそれぞれ０〜
５原子％の範囲内とするのが好ましい。

なお、これら何れの場合にも、上記組成式中、Ｇａの一
部がＡｌで置換されていてもよく、またＳｉの一部がＧ
ｅで１換されていてもよい。

ここで、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜の形成方法
としては、従来公知の種々の方法が考えられるが、なか
でも真空薄膜形成技術の手法が好適である。

この真空薄膜形成技術の手法としては、スパッタリング
やイオンブレーティング、真空莫着法。

クラスター・イオンビーム法等が挙げられる。特に、酸
素ガスあるいは窒素ガスを含む不活性ガス（Ａｒガス等
）雰囲気中でスパッタリングを行い、得られる軟磁性薄
膜の耐蝕性等をより一層改善するようにしても良い。

また、上記各成分元素の組成を調節する方法としては、 １）各成分元素を所定の割合となるように秤量し、これ
らをあらかじめ例えば高周波溶解炉等で溶解して合金イ
ンゴットを形成しておき、この合金インゴットを７発源
として使用する方法、１１）各成分の単独元素の芸発源
を用意し、これら藤発源の数で組成を制御する方法、 １１１）各成分の単独元素の茶発源を用意し、これら７
発源に加える出力（印加電圧）を制御して茂発スピード
をコントロールし組成を制；■する方法、 ｉｖ）合金を芸発源として茶着しながら他の元素を打ち
込む方法、 等が挙げられる。

なお、上述の真空薄膜形成技術等により膜付けされた軟
磁性薄膜は、そのままの状態では保磁力が若干高い値を
示し良好な軟磁気特性が得られムいので、熱処理を施し
て膜の歪を除去し、軟磁気特性を改善することが好まし
い。

このような組成のＦｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜はこの
飽和磁束密度が略１３０００ガウスと大きいので、記録
時に作動ギヤツブＧ近傍以外の部分が磁気的に飽和し難
くなる。このため、作動ギヤノブＧの狭隘化が可能とな
るとともに、高抗磁力磁気記録媒体（１５０００ｅ程度
）に対して優れた記録再生特性を示す。

また、上記Ｆｅ−Ｇａ−５ｉ系軟磁性コ膜の執膨張係数
は略１３０Ｘ１０−’／℃であり、従来から多用されて
いるＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトの基板（１）の執膨張
係数１１５〜１２０　Ｘｌ０−’／℃と略同程度となる
ので、これら膜（１１）　、　（８）の成膜に発生する
膜応力等に起因する基板（１）のそりが解消できる。し
たがって、コイル導体（３）　、　（６）や上部磁性膜
（８）等のパターニングを基板（１）が平坦な状嘘で行
えるので、マスクのずれ等がなくなり、均一な品質の薄
膜磁気ヘッドを得ることができる。特に近年では、基板
（ウェハ）大型化を図り一層の量産化を図る傾向にあり
、上述の基板のそりは大きな問題となっているが、本発
明を適用することにより有効に除去できる。

また、上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜は、耐摩耗性
や耐蝕性にも優れているので、ヘッドの寿命が伸び、長
期に亘って良好な記録再生特性が持続できる。しかも、
高密度記録に要求される媒体とヘッドとの相対速度の上
昇に対しても、初期のへラドの電磁変換特性を長期間維
持できる。したがって、磁気記録媒体対接面の偏摩耗等
によるるスペーシングロスが解消できるので、高周波数
領域の記録再生には好適となる。

さらに、本発明は従来の構造、製法、工程等を同等変更
することな〈実施できるので、この実用価値は極めて高
いといえる。

さらに、本発明者等の実験によれば、磁性薄膜（１１）
　、　（８）に上記Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性ａ膜を用
い、作動ギャップＧのギャップ長を０．３５〜０．４程
度に設定し周波数特性の若干の劣化を許容することによ
り、各磁性薄膜（１１）　、　（８）の膜厚を１０〜１
５％程度薄く設定できることが確認された。したがって
、Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜を磁気コアとして使用
することにより、成膜時間やエツチング時間等の短縮が
可能となるので、製造上のメリットは図り知れない。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
、この実施例に限定されず本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で、従来公知の如何なる３膜磁気ヘツドにも適用でき
ることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の薄膜磁気ヘ
ッドにおいては、磁気回路を構成する磁性薄膜をＦｅ−
Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜としているので、飽和磁束密度
が大幅に向上し狭ギャップ化が可能となるとともに、高
抗磁力磁気記録媒体に対して優れた記録再生特性を示す
薄膜磁気ヘッドが提供できる。

また、本発明によれば、薄膜磁気ヘッドの製造プロセス
の変更は必要なく、生産効率の低下や精度の低下等の心
配はない。

さらに、ヘッドの作成過程における基板のそりが有効に
除去できるので、パターニング精度に優れ、ヘッド特性
が均一な３膜磁気ヘツドを歩留まり良く製造できる。

さらに、Ｆｅ−Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜は、耐蝕性や耐
摩耗性にも優れているので、薄膜磁気ヘッドの耐久性の
点でも有利である。

これらの利点は、薄膜磁気ヘッドの構成に由来する小型
化の容易性、高生産性、高信頼性、高密度記録化等の特
徴と相俟って薄膜磁気ヘッドの性能の向上に有効に働き
、実用価値の高い薄膜磁気ヘッドの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した薄膜石１気ヘッドの一例を示
す要部拡大平面図であり、第２図は第１図Ａ−Ａ線にお
ける要部拡大断面図である。 １　・・・・・基板 ３．６　　・・・・コイル導体 ８　・・・・・上部磁性膜 １１　　・・・・・下部磁性膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に下部磁性膜、コイル導体及び上部磁性膜が絶縁
   膜を介して順次積層されてなる薄膜磁気ヘッドにおいて
   、 前記下部磁性膜及び上部磁性膜の少なくとも一方がＦｅ
   −Ｇａ−Ｓｉ系軟磁性薄膜であることを特徴とする薄膜
   磁気ヘッド。