(57)【要約】本発明は、２．２Ｔ以上の高Ｂｓを有し、かつ、表面粗度が５ｎｍ以下の平滑面に形成されることによりライトヘッド等に好適に使用できる磁性薄膜および磁気ヘッドに関する。磁性薄膜は、ＦｅＣｏ系合金層を異種の層と多層化することによって、膜表面の粗さを５ｎｍ以下に形成したものである。ＦｅＣｏ系合金層を成膜操作する際に、層ごとにＮ２ガス等の反応ガスを用いた反応性スパッタリングを施して多層化することによって膜表面の平滑化を図ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄Ｆｅ、コバルトＣｏを含む強磁性を有する第１の構成層が複数層積層されるとともに、前記第１の構成層の各層間に前記第１の構成層とは異なる組成あるいは結晶構造の強磁性を有する第２の構成層が形成された多層膜からなり、
膜表面の粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下に設けられていることを特徴とする磁性薄膜。
【請求項２】
第２の構成層が、第１の構成層を成膜した後、Ｎ２ガスあるいはＯ２ガス等の反応ガスを用いた反応性スパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の磁性薄膜。
【請求項３】
第１の構成層がＦｅＣｏ層であり、第２の構成層がＦｅＮ層であることを特徴とする請求項１または２記載の磁性薄膜。
【請求項４】
第１の構成層がＦｅＣｏ層であり、第２の構成層がＦｅＣｏＮ層であることを特徴とする請求項１または２記載の磁性薄膜。
【請求項５】
飽和磁束密度Ｂｓが、２．２Ｔ以上となるように、第１の構成層の層数および第１の構成層と第２の構成層の膜厚が設定されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の磁性薄膜。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の磁性薄膜が、ライト磁極の先端部に用いられていることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】
磁性薄膜をメッキのシード層として上部磁極がメッキにより形成されていることを特徴とする請求項６記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は磁性薄膜およびこれを用いた磁気ヘッドに関し、より詳細には、２．２Ｔ以上の高Ｂｓを有し、かつ、表面粗度が５ｎｍ以下の平滑面に形成されることによりライトヘッド等に好適に使用できる磁性薄膜およびこれを用いた磁気ヘッドに関する。
【背景技術】  磁気ディスク装置に用いられる媒体の面記録密度の増大にともない、記録ビットは数百ｎｍサイズ以下となっており、今後、さらに記録ビットが小さくなることが予想される。このようなサイズ領域では、磁性微粒子の熱擾乱の問題が現実化してくるため、媒体の抗磁力（Ｈｃ）が増大する傾向にある。一方、磁極先端部は狭幅化するから、より強いライト磁界を発生させる必要があり、また、高ＩＩｃ媒体に対応できるようにするため、磁極先端部の磁性材料はより高いＢｓ値（飽和磁束密度）を持つものが求められる。
ＦｅＣｏ合金は、２．４５Ｔという高いＢｓ値を示すものであることで知られており、この合金膜の下にバッファとして下地層を設ける方法や、合金系に添加元素を少量含有させるなどの手法による材料開発がなされている。たとえば、ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．ｖｏｌ．３６，ｐｐ．２５０６−２５０８，（２０００）では、ＦｅＣｏＮ組成による２．４Ｔ程度の高Ｂｓを有する軟磁性膜が報告されている。しかしながら、ＦｅＣｏＮの単層膜では磁気異方性の制御が難しいため、ＦｅＣｏＮ層を、パーマロイ（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）の下地層上に成膜し、あるいはパーマロイ層でサンドイッチ構造とすることで軟磁性を改善することが図られている。なお、この報告例は、ＦｅＣｏＮの膜厚が０．１μｍでの実施例であり、書き込み磁界を増大させるためには、磁極先端部に用いる高Ｂｓ膜をより厚く形成しなければならない。
また、特開平１０−２７０２４６号公報では、ＦｅＣｏに添加元素を加えたグラニュラー合金膜として、異方性磁界Ｈｋ＞２０Ｏｅ、比抵抗ρ＞５０μΩｃｍ、Ｂｓ＞１．６Ｔを有するものが報告されている。しかしながら、比抵抗を５０μΩｃｍ以上に高めるためには、磁性元素以外の非磁性元素の含有量を増やす必要があり、その場合には飽和磁束密度が減少してしまい、２．１Ｔ以上の高Ｂｓ値を得ることは難しい。
また、ＦｅＣｏ合金を使用する場合に、単純にＦｅＣｏ合金によって厚さ０．３μｍ以上の単層膜を成膜したとすると、膜表層部に近づくにつれて結晶粒が粗大化し膜表面の荒さが大きくなる。この結果、フォトレジストを用いた露光時に膜表面での乱反射が生じ、これによって磁極の形成精度が大きくばらつくようになる。この膜をメッキのシード層に用いると、メッキの異常析出によってメッキ膜の膜質や膜厚分布がばらつき、磁極の奇形によって記録ビットの分解能が悪化するなどの問題を生じる。このように、ＦｅＣｏ合金を単層膜で使用して厚膜に形成することは磁気ヘッドの特性上多くの問題がある。
一方、磁極先端部に用いる磁性膜を多層膜に形成することによって高Ｂｓ軟磁性膜を開発することが試みられている。特開２００１−１５３３９号公報においては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる強磁性体層と、窒素Ｎを含むＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる強磁性体層を、非磁性窒化物からなる非磁性中間層を介して交互に積層した多層膜において、Ｂｓ＝１．４〜１．８Ｔの軟磁性膜が得られている。しかしながら、層間に非磁性中間層を介在させて形成した多層膜の場合には、必然的にＢｓ値は低くなってしまう。
また、特開平５−６８３４号公報においては、Ｆｅを含む合金膜を成膜した後、薄膜表面にＮ２プラズマまたはＮ２イオンを照射して窒化した窒化層を形成する工程を繰返すことによって多層膜を形成し、Ｂｓ＝１．７〜２．０Ｔを得ている。しかしながら、この例では２．２Ｔ以上といった高いＢｓ値を得ることについての報告はなく、かつ、表面粗さなどについても不明であり、磁気ヘッドへ適用可能性も不明である。さらに、窒素プラズマまたは窒素イオンによる窒化は、暴露時間によって膜厚を制御するので、反応層を厚くするすなわち反応時間を長くすると、反応が過度となって非磁性化してしまう可能性があり、膜厚選択の自由度が低いという問題がある。
本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、高Ｂｓ値を備えるとともに、表面が平滑な磁性膜として得ることができ、高保磁力を有する高密度媒体の記録用として好適に利用することができる磁性薄膜およびこれを用いた磁気ヘッドを提供するにある。
【発明の開示】
本発明に係る磁性薄膜は、ＦｅＣｏ系合金層を異種の層と多層化することによって、膜表面の粗さを５ｎｍ以下としたものである。すなわち、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏを含む強磁性を有する第１の構成層が複数層積層されるとともに、前記第１の構成層の各層間に前記第１の構成層とは異なる組成あるいは結晶構造の強磁性を有する第２の構成層が形成された多層膜からなり、膜表面の粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下に設けられていることを特徴とする。
前記第２の構成層は、第１の構成層を複数層に積層する成膜操作を断続的に行う際に、第１の構成層を成膜した後、Ｎ２ガスあるいはＯ２ガス等の反応ガスを用いた反応性スパッタリングによって形成することができる。第１の構成層を形成するごとに反応性スパッタリングによって第２の構成層を形成することにより、結晶粒の粗大化が抑制され、磁性薄膜の平滑化を図ることができる。
磁性薄膜としては、第１の構成層がＦｅＣｏ層であり、第２の構成層がＦｅＮ層であるもの、第１の構成層がＦｅＣｏ層であり、第２の構成層がＦｅＣｏＮ層であるものが好適に使用できる。
また、第１の構成層の層数および第１の構成層と第２の構成層の膜厚を調節することによって、飽和磁束密度Ｂｓが、２．２Ｔ以上の磁性薄膜として得ることができる。
また、前記磁性薄膜は磁気ヘッドのライト磁極に有効に使用することができ、高Ｂｓ値を有する磁性薄膜として、高密度記録用の磁気ヘッドとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、磁気ヘッドのライト磁極の構成を示す説明図であり、図２Ａ及び図２Ｂはライト磁極の形成方法を示す説明図であり、図３Ａ及び図３Ｂは磁性薄膜の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図１は、磁気ヘッドのライトヘッド部の断面構成を示す説明図である。同図で１０が下部磁極、１２が上部磁極であり、１４がコイルである。下部磁極１０および上部磁極１２はＮｉＦｅ等の強磁性体材からなる。下部磁極１０と上部磁極１２の媒体に対向する端面はライトギャップとしてギャップＡだけ離間して設けられている。ライト磁極の先端部でギャップＡを挟む配置に、下部磁極１０の内側面と上部磁極１２の内側面に高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂが形成されている。媒体への情報の記録は、ギャップＡにおける下部磁極１０と上部磁極１２の端面からの漏れ磁束の作用によってなされる。下部磁極１０と上部磁極１２に設けた高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂは、書き込み用の磁界強度を高める作用をなす。
図２Ａ及び図２Ｂは、ライトヘッドのギャップ近傍部分の形成方法を示す説明図である。図２Ａは、メッキにより下部磁極１０を形成した後、高Ｂｓ磁性膜１６ａ、ギャップ部１８、高Ｂｓ磁性膜１６ｂをこの順に成膜し、高Ｂｓ磁性膜１６ｂの表面にレジストを塗布し、露光および現像してレジストパターン２０を形成し、上部磁極１２をメッキにより形成した状態を示す。なお、高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂは後述する方法によって形成し、ギャップ部１８はアルミナ等の絶縁材をスパッタリングして形成する。また、レジストパターン２０には、上部磁極１２の端面をライト磁極の端面形状に合わせた細幅の柱状に形成するための溝２０ａを形成する。高Ｂｓ磁性膜１６ｂの表面にレジストパターン２０を形成した状態で、溝２０ａの底面には高Ｂｓ磁性膜１６ｂの表面が露出し、上部磁極１２はこの高Ｂｓ磁性膜１６ｂ上にメッキを成長させることによって形成される。
図２Ｂは、レジストパターン２０を除去した後、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチングを施して、ライト磁極を形成した状態を示す。このエッチング操作により、上部磁極１２の端面部がやや細幅になり、高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂ、ギャップ部１８はライト磁極部を除いて除去され、下部磁極１０はライト磁極部の側方が掘り込まれた形状となる。
このような製造工程によって製造されるライトヘッドは、高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂが高密度記録に対応できる高Ｂｓ値を有することと同時に、高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂの表面を平滑に形成することによって、レジストパターン２０を高精度に形成することができ、ギャップ間隔、メッキ膜厚のばらつきを抑えることができて、すぐれた特性を備えたライトヘッドとして形成することができる。高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂの表面を平滑面に形成すると、レジストを露光する際に高Ｂｓ磁性膜１６ｂの表面での乱反射が抑えられ、高精度のパターニングが可能となって微細なパターンを容易に形成することが可能になる。ギャップ部１８については、高磁性膜１６ａ、１６ｂの表面の凹凸が小さくなることにより、ギャップ間隔のばらつきを抑えることができる。ギャップ間隔がきわめて狭くなってきた場合には、高磁性膜１６ａ、１６ｂの表面の凹凸はライトヘッドの特性上、無視できなくなる。また、高磁性膜１６ｂの表面を平滑にすると、メッキの異常析出を抑えることができ、メッキ膜の異常やメッキ膜厚のばらつきを抑えることが可能となる。
図３Ａ及び図３Ｂは、ライトヘッドの高Ｂｓ磁性膜１６ａ、１６ｂとして使用する膜構成の例を示す。
図３Ａは、Ｆｅ７０Ｃｏ３０ターゲット（ａｔ％表記）のＡｒ中でのスパッタと、ＦｅターゲットのＡｒ＋Ｎ２混合ガス中での反応性スパッタとを交互に行ったものである。２２が下地層、２４がＦｅ７０Ｃｏ３０層、２５がＦｅＮ層である。Ｆｅ７０Ｃｏ３０層２４の厚さは５０ｎｍ、ＦｅＮ層２５の厚さは３ｎｍである。実施例はＦｅ７０Ｃｏ３０層２４を８層積層したもので、各々のＦｅ７０Ｃｏ３０層２４の層間にＦｅＮ層２５が形成されている。
図３Ｂは、Ｆｅ７０Ｃｏ３０ターゲットをＡｒ中でスパッタし、その後、Ｎ２ガスを真空槽中に導入し、反応性スパッタによりＦｅＣｏを窒素と反応させることを繰り返した膜構造となっている。図３Ｂでは、２６がＦｅＣｏＮ層である。この場合も、Ｆｅ７０Ｃｏ３０層２４が８層積層され、各々のＦｅ７０Ｃｏ３０層２４の層間にＦｅＣｏＮ層２６が形成されている。
両例共に、スパッタ時の圧力は０．１〜３Ｐａ、スパッタ投入電力密度は１〜１０×１０−４Ｗ／ｍ２、窒素流量は０．５〜１０ｓｃｃｍとした。ターゲットと基板間の間隔は９０〜１８０ｍｍである．基板にはＡｌ２Ｏ３付きＴｉＯを用いた。
表１は、図３Ａ並びに図３Ｂの膜構造におけるＢｓ値と表面粗さＲａを測定した結果である。比較例として、Ｆｅ７０Ｃｏ３０単層膜（厚さ４００ｎｍ）の結果を併記した。ここで、飽和磁束密度ＢｓはＳＱＵＩＤにより１０ｋＯｅ印加して測定した。表面粗さＲａは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。
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Ｆｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜、およびＦｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＣｏＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜においては、Ｂｓ〜２．４Ｔを維持したまま、表面粗さがＦｅ７０Ｃｏ３０単層膜よりも抑制され、５ｎｍ以下となっていることがわかる。表面粗さが抑制される理由としては、ＦｅＣｏの膜厚方向での結晶成長に伴う結晶粒の粗大化が断続的に挿入したＦｅＮ層、ＦｅＣｏＮ層によって抑えられるためと考えられる．
表２は、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＣｏＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜をシード層として用い、Ｆｅ６４Ｃｏ２８Ｎｉ８（ａｔ％）膜を２μｍ厚でメッキしたときの目視による膜表面状態を示した。
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両膜とも金属光沢を有している。これに対し、Ｆｅ７０Ｃｏ３０単層膜（厚さ４００ｎｍ）をシード層としてメッキした場合には、もやがかかっており、平坦性が悪いことが示唆される。これは、シード層の表面凹凸がメッキ時の膜成長に影響しているためと考えられる．
また、露光時の下地層に、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜、Ｆｅ７０Ｃｏ３０／ＦｅＣｏＮ／Ｆｅ７０Ｃｏ３０多層膜を用いた場合にも、Ｆｅ７０Ｃｏ３０単層膜による下地層を用いた場合よりも、反射光の散乱を抑えることができ、パターンばらつきが減少する結果が得られた．
なお、上記の膜表面と同様の平滑性化が、ＦｅＣｏ層に対してＯ２を反応性ガスとして反応性スパッタを行って酸化層を設けることによっても得られている。この場合の酸化層は、上述した実施形態におけるＦｅＮ層、ＦｅＣｏＮ層と同様に作用するものと考えられる。
以上説明した様に、本発明の高Ｂｓ磁性膜を使用することにより、磁性膜の表面粗さに起因したヘッド不良率を低減することができ、ヘッド量産の歩留まりを向上させることができる。また、高い書き込み磁界を有するライヘッドを形成することができて、高密度記録用の磁気ヘッドとして提供することが可能となる。
【図１】
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【国際調査報告】
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