(57)【要約】【課題】磁性膜の成膜時の表面粗さを低減し、上部磁極等を高精度に形成することを可能にする磁性積層膜およびその製造方法、ならびに磁性積層膜を用いた磁気ヘッドを提供する。【解決手段】FeとCoを含む磁性膜１０ａ、１０ｂを成膜する工程と、該磁性膜１０ａ、１０ｂの表面に平滑化処理を施す工程と、平滑化処理が施された磁性膜の表面に、不連続膜となる膜厚に磁性材１２ａあるいは絶縁材を成膜する工程とを繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、
該磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程と、
平滑化処理が施された磁性膜の表面に、不連続膜となる膜厚に磁性材あるいは絶縁材を成膜する工程と
を繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする磁性積層膜の製造方法。
【請求項２】
FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、
該磁性膜の表面に、不連続膜となる膜厚に磁性材あるいは絶縁材を成膜する工程と、
表面に不連続膜が形成された磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程と
を繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする磁性積層膜の製造方法。
【請求項３】
前記不連続膜となる膜厚に形成する磁性材として、前記FeとCoを含む磁性膜よりもBs値の小さい磁性材を使用することを特徴とする請求項１または２記載の磁性積層膜の製造方法。
【請求項４】
前記不連続膜となる膜厚に形成する磁性材として、NiFeを用いることを特徴とする請求項３記載の磁性積層膜の製造方法。
【請求項５】
FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、
該磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程と
を繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする磁性積層膜の製造方法。
【請求項６】
前記平滑化処理として、イオンミリングあるいは逆スパッタリングを施すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の磁性積層膜の製造方法。
【請求項７】
FeとCoを含む磁性膜と、
該磁性膜の表面に成膜された、磁性材あるいは絶縁材からなる不連続膜とが交互に積層された磁性積層膜であって、
前記磁性膜の表面が平滑化処理されていることを特徴とする磁性積層膜。
【請求項８】
ライト磁極の磁性層として、
FeとCoを含む磁性膜と、該磁性膜の表面に成膜された、磁性材あるいは絶縁材からなる不連続膜とが交互に積層され、前記磁性膜の表面が平滑化処理された磁性積層膜を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項９】
前記磁性積層膜が、ライトギャップに隣接する磁性層に用いられていることを特徴とする請求項８記載の磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面の平滑性が良好な磁性積層膜およびその製造方法、ならびに磁性積層膜を用いた磁気ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置では、磁気記録媒体の面記録密度の増大にともない、高保磁力(Hc）を有する記録媒体が用いられるようになってきた。しかしながら、高保磁力を有する記録媒体を使用する場合には、磁気ヘッドは、より強いライト磁界を発生させる必要があり、高飽和磁束密度（高Bs値）を有する磁性材によってライト磁極を形成することが検討されている。また、ライト磁極は磁気応答性（高周波特性）についても優れている必要があり、軟磁性特性が良好であることも求められる。
ライト磁極に高Bs材を使用する場合、水平型の磁気ヘッドにおいては、磁束が最も集中するライトギャップに隣接させて高Bs層を形成する。垂直型の磁気ヘッドにおいては、主磁極の上部層に高Bs層を形成する。
【０００３】
FeCoは高Bs値を有する磁性材として知られており、ライト磁極に用いる高Bs材として好適に使用することができる。しかしながら、FeCoは高Bs値は有するものの、磁歪定数が大きく、軟磁性特性に劣るという問題があった。このような課題を解決する磁性膜膜構造として、FeCo層と絶縁膜とを交互に積層し、あるいはFeCo層と軟磁性特性にすぐれたNiFe層を交互に積層した構造が提案されている。
【特許文献１】国際公開公報  ＷＯ２００４/０９７８０６
【特許文献２】特開２００７−２２０８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、FeCo膜をスパッタリング等によって成膜する場合、FeCo膜を連続的に成膜していくと、FeCo膜の面粗さ（凹凸）が大きくなり、FeCo膜の上に微細パターンを形成する際に影響を与えることが問題となってきた。
図７に、FeCo膜を連続成膜した場合の膜の状態を説明的に示す。FeCoの結晶粒は大きいため、スパッタリングによって700nm程度の厚さに連続成膜すると、結晶粒が大きく成長し、FeCo膜の表面が粗くなる。
【０００５】
水平磁気ヘッドのライト磁極を形成する工程では、下部磁極の表面に高Bs膜を成膜した後、ライトギャップ層を形成し、上部磁極を形成する。これらの工程では、高Bs膜を形成した上にレジストパターンを形成するから、レジストパターンの下地層となる高Bs膜（FeCo膜）の表面粗さが大きいと、高精度にレジストパターンをパターニングすることができないという問題が生じる。磁気記録媒体の面記録密度が増大するとともに、ライト磁極はきわめて微細パターンに形成されるようになってきた。これとともにレジストパターンの形成精度にはより高精度が求められる。
【０００６】
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、磁性膜の成膜時の表面粗さを低減し、上部磁極等を高精度に形成することを可能にする磁性積層膜およびその製造方法、ならびに磁性積層膜を用いた磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る磁性積層膜の製造方法は、FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、該磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程と、平滑化処理が施された磁性膜の表面に、不連続膜となる膜厚に磁性材あるいは絶縁材を成膜する工程とを繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る磁性積層膜の製造方法は、FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、該磁性膜の表面に、不連続膜となる膜厚に磁性材あるいは絶縁材を成膜する工程と、表面に不連続膜が形成された磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程とを繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする。
前記不連続膜となる膜厚に形成する磁性材として、前記FeとCoを含む磁性膜よりもBs値の小さい磁性材を使用することが有効であり、とくに、前記不連続膜となる膜厚に形成する磁性材として、NiFeを用いることが有効である。
【０００９】
また、本発明の磁性積層膜の製造方法は、FeとCoを含む磁性膜を成膜する工程と、該磁性膜の表面に平滑化処理を施す工程とを繰り返して、磁性膜を複数層に積層することを特徴とする。この方法によれば、磁性積層膜は磁性膜のみによって形成される。
なお、前記平滑化処理としては、イオンミリングあるいは逆スパッタリングを施す方法が好適に用いられる。
【００１０】
また、本発明に係る磁性積層膜は、FeとCoを含む磁性膜と、該磁性膜の表面に成膜された、磁性材あるいは絶縁材からなる不連続膜とが交互に積層された磁性積層膜であって、前記磁性膜の表面が平滑化処理されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る磁気ヘッドは、ライト磁極の磁性層として、FeとCoを含む磁性膜と、該磁性膜の表面に成膜された、磁性材あるいは絶縁材からなる不連続膜とが交互に積層され、前記磁性膜の表面が平滑化処理された磁性積層膜を備えることを特徴とする。
また、前記磁性積層膜は、ライトギャップに隣接する磁性層に用いることによって、ライトギャップ近傍において強磁界を発生させることができ、ライト磁極を微細パターンに形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る磁性積層膜の製造方法によれば、表面平滑性の良好な磁性積層膜を製造することができ、ライトヘッド用の磁極を高精度の微細パターンに形成することができる。また、本発明に係る磁性積層膜は、高Bs値を備え、軟磁性特性のすぐれた磁性積層膜として提供することができ、例として、磁気ヘッドのライト磁極に用いる磁性層として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
（磁性積層膜の製造方法）
図１、２は、本発明に係る磁性積層膜の製造工程における積層膜の状態を示している。  本発明に係る磁性積層膜の製造方法においては、磁性膜を複数層に分割して成膜する。本実施形態においては、FeCo膜を複数層に分割して成膜すること、FeCo膜を成膜した後、イオンミリングあるいは逆スパッタリングによってFeCo膜の表面に平滑処理を施すこと、平滑処理を施したFeCo膜の表面にNiFe膜を不連続膜として成膜することを特徴とする。FeCo膜は高Bs磁性材料として使用し、NiFe膜はFeCo膜よりもBs値が小さい軟磁性材料として使用する。
【００１４】
図１（ａ）は、下地面上に第１層目のFeCo膜１０ａをスパッタリングによって形成した状態を示す。スパッタリングによってFeCo膜１０ａを成膜すると、FeCoの結晶粒が成長し、FeCo膜１０ａの表面が凹凸面に形成される。本実施形態では、第１層目のFeCo膜の膜厚を230nmとした。
FeCo膜１０ａは、FeCoをターゲットとする通常のスパッタリングによって形成する。スパッタリング条件としては、例として、マグネトロンRFスパッタ装置を使用し、RFパワーを、たとえば３０００W投入し、Arガス雰囲気中でスパッタする。
【００１５】
次いで、イオンミリングあるいは逆スパッタリングによって、FeCo膜１０ａの表面を平滑にする平滑化処理を行う。図１（ｂ）は、イオンミリングあるいは逆スパッタリングによってFeCo膜１０ａの表面を平滑化した状態を説明的に示す。
FeCo膜１０ａにイオンミリングあるいは逆スパッタリングを施すことによりFeCo膜１０ａの突起部分がならされ、表面から飛散したFeCoがFeCo膜１０ａの表面の凹部に付着してFeCo膜１０ａの表面が平滑化される。
【００１６】
イオンミリング条件としては、例として、グリッド搭載型イオンミル装置において、700V/270mA程度でArイオンを加速し、該Arイオンにてイオンミリングを実施する。イオンミリングは、逆スパッタリングに比べてウエハ内における分布を良好にしてイオンミリングすることができ、また、イオンミリング量の制御性も逆スパッタリングに比べて良いという利点がある。
逆スパッタリングは、FeCo膜１０ａを成膜したスパッタリング装置において、ターゲットと基板との間に逆電圧を印加することによって行う。たとえば、RF５００Wを印加し、Arガス雰囲気中で１〜2分程度の逆スパッタリングを行う。逆スパッタリングによる平滑化処理は、成膜と平滑化処理が同一の装置で行えるという利点がある。
【００１７】
次に、平滑化された第１層目のFeCo膜１０ａの表面に、NiFe膜１２ａを成膜する。NiFe膜１２ａは、スパッタリングによって、20nm程度の薄厚に成膜する。NiFe膜１２ａを薄厚に形成するとは、FeCo膜１０ａの表面にNiFe膜１２ａを成膜した際に、FeCo膜１０の表面の凹部にNiFe膜１２ａが偏在し、FeCo膜１０の表面に不連続的にNiFe膜１２ａが形成される程度の厚さに成膜するという意味である。
FeCo膜１０ａの表面に不連続的にNiFe膜１２ａを成膜して磁性層を積層する構造とすることによって、磁性積層膜のBs値を低下させず、軟磁性特性を改善できることが知られている（特許文献２）。
また、NiFe膜１２ａをFeCo膜１０ａの表面の凹部に付着するような膜厚に形成することにより、FeCo膜１０ａの表面の凹凸がさらにならされ、表面の平滑度が一層、良好になる。
【００１８】
図１（ｄ）は、第２層目のFeCo膜１０ｂを成膜した状態を示す。第２層目のFeCo膜１０ｂも第１層目のFeCo膜１０ａと同じく、スパッタリングによって230nmの厚さに成膜する。
第１層目のFeCo膜１０ａは、逆スパッタリング等による平滑化処理によって表面が平滑化され、かつNiFe膜１２ａを成膜したことによって、表面の平滑性が良好になっているから、第２層目のFeCo膜１０ｂを成膜することによって、表面の凹凸が強調されることはない。
【００１９】
図２（ａ）は、第２層目のFeCo膜１０ｂに対して逆スパッタリング等による平滑化処理を施した状態を示す。この平滑化処理によって、第２層目のFeCo膜１０ｂの表面の凹凸がならされる。
図２（ｂ）は、第２層目のFeCo膜１０ｂの表面に、第２層目のNiFe膜１０ｂを成膜した状態を示す。第２層目のNiFe膜１０ｂも、第２層目のFeCo膜１０ｂの表面に不連続的に成膜される程度の膜厚（厚さ20nm）に成膜する。
【００２０】
図２（ｃ）は、第２層目のNiFe膜１２ｂを成膜した後、第３層目のFeCo膜１０ｃを成膜し、平滑化処理を施した後、第３層目のNiFe膜１２ｃを成膜した状態を示す。
第３層目のFeCo膜１０ｃの膜厚は230nmである。これによって、FeCo膜の全厚が700nm程度となる。
第３層目のFeCo膜１０ｃに施す平滑化処理も、第１層目、第２層目のFeCo膜１０ａ、１０ｂに施す平滑化処理と同様に行う。また、第３層目のNiFe膜１２ｃも、第１層目、第２層目のNiFe膜１２ａ、１２ｂと同様に、第３層目のFeCo膜１０ｃの表面の凹部に付着する程度の厚さ、たとえば20nmとして成膜する。
【００２１】
平滑化処理によって第３層目のFeCo膜１０ｃの表面が滑らかになるとともに、NiFe膜１２ｃを成膜することによって、さらにFeCo膜１０ｃの表面の凹凸が抑制されて、FeCo膜１０ｃの表面の平滑性が良好になる。
このようにFeCo膜を複数層に分割して成膜すること、スパッタリングによって成膜したFeCo膜の表面に平滑化処理を施すこと、平滑化処理を施したFeCo膜の表面に不連続的にNiFe膜を成膜することによって、FeCoを主体とする磁性積層膜の表面粗さを効果的に抑制することができる。
【００２２】
表１に、FeCo膜を連続成膜によって700nmの厚さに成膜した場合（比較例１）、FeCo膜を３層の積層構造とし、層間にNiFe膜を不連続膜として成膜して、全膜厚を700nmとした場合（比較例２）、上述した実施形態の方法によって磁性積層膜を形成した場合(実施例）について、磁性膜の表面の粗度を測定した結果を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１に示す測定結果は、連続成膜によって700nmの厚さにFeCo膜を成膜した場合は、Rmax値（凹凸部分の差の最大値）が100nm程度もあるのに対して、本実施形態の方法によれば、Rmaxが１／２以下に低減できることがわかる。
また、比較例２にあるように、FeCo膜を分割成膜し、かつNiFe膜を不連続膜として成膜する方法と比べても、Rmax値が20nm程度以上、改善されている。
このように、本発明方法による成膜方法によって磁性積層膜を形成する方法が、磁性膜の表面の平滑性を向上させる上で有効であることがわかる。
【００２５】
図３に、上記実施形態における磁性積層膜の形成方法をフロー図によって示した。図３は、FeCo膜の成膜工程、平滑化処理工程、NiFe膜の成膜工程を繰り返すことによって、磁性積層膜を形成することを示す。
本実施形態の磁性積層膜の形成工程において使用するFeCo、NiFeは、ともに磁性材であるから、この磁性積層膜の形成工程は、同一のスパッタリング装置に、FeCo、NiFeのターゲットを設置して成膜できるという利点がある。
【００２６】
図４は、磁性積層膜を形成する他の製造工程例を示す。
図４（ａ）は、FeCo膜を成膜した後、平滑化処理を行わずにFeCo膜よりもBs値の小さいNiFe膜を成膜し、その後に平滑化処理を施す工程を繰り返して、磁性積層膜を形成する方法である。この方法の場合も、NiFe膜を成膜する際には、FeCo膜の表面にNiFe膜が不連続膜となる程度の膜厚にNiFe膜の膜厚を設定する。NiFe膜を成膜した後に、イオンミリングあるいは逆スパッタリング等の平滑化処理を施すことによって、磁性積層膜の表面の粗さを低減させることができる。
イオンミリングによって平滑化処理する場合は、イオンミリング装置の真空を破って、別の装置を使用する必要がある。その場合、積層膜が大気に触れるため、積層膜の表面が酸化するおそれがある。本製造工程のように、積層膜の表面にNiFe膜を形成する方法であれば、重要な膜であるFeCo膜の酸化を回避できるという利点がある。
【００２７】
図４（ｂ）は、FeCo膜を成膜する工程と、FeCo膜の表面を平滑化処理する工程を繰り返して磁性積層膜を形成する方法である。この製造工程では、NiFe膜を成膜する工程を省略している。FeCo膜を成膜した後、逆スパッタリング等によって平滑化処理を施すことによって、磁性積層膜表面の粗さを低減することができる。
なお、上述した実施形態においてFeCo膜の界面にNiFe膜を不連続膜として介在させているのは、磁性積層膜全体として高Bs値が得られ、FeCo膜を単独で使用する場合にくらべて軟磁性特性が改善できるようにするためである。図４（ｂ）に示す製造方法の場合は、軟磁性特性の改善効果については限定されるが、磁性積層膜の表面粗さを低減させる点においては有効である。また、FeCo膜の成膜と逆スパッタリングによる平滑化処理による場合は、一連の成膜工程で行えるという利点がある。
【００２８】
図４（ｃ）は、FeCo膜の界面に形成するNiFe膜をAl2O3膜にかえて使用する例である。FeCo膜を積層して磁性積層膜を形成する際に、FeCo膜の界面に絶縁膜を不連続膜として介在させて形成した磁性積層膜は、高Bs値と、良好な軟磁性特性が得られることが知られている（特許文献１）。本製造工程は、この絶縁膜をFeCo膜の界面に成膜して磁性積層膜を形成する方法である。FeCo膜を成膜した後、平滑化処理を施し、絶縁膜としてのAl2O3膜を不連続膜として成膜することによって、NiFe膜を用いた場合と同様に、磁性積層膜の表面粗さを低減させることができる。
この製造工程においても、不連続膜として成膜するAl2O3膜がFeCo膜の表面の凹部に入り込み、FeCo膜表面の凹凸をならすように作用する。
この製造工程のバリエーションとして、FeCo膜を成膜した後、Al2O3膜を成膜し、その後に平滑化処理を施す工程を繰り返して磁性積層膜を形成することも可能である。
【００２９】
なお、上記各実施形態においては、高飽和磁束密度を有する磁性材としてFeCo膜を用いる例について説明したが、磁性積層膜を構成する高Bs材には、FeおよびCoの少なくともいずれか１種を含む合金が使用できる。これらの合金は高い飽和磁束密度を有する。FeCo合金はO、NおよびCの少なくともいずれか１種をさらに含んでもよく、Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Ni、Mo、W、Rh、Ru、PdおよびPtの少なくともいずれか１種をさらに含んでもよい。
【００３０】
また、上記例の磁性積層膜は、高Bs磁性層を３層構造とした例であるが、磁性層の積層数を２層、あるいは４層以上とすることも可能である。また、各磁性層の膜厚は適宜選択可能であり、磁性積層膜全体の膜厚についても適宜設定することが可能である。
【００３１】
（磁気ヘッド）
図５は、上述した磁性積層膜をライト磁極に使用する磁気ヘッドの例を示す。
図５（ａ）は、水平型の磁気ヘッド、図５（ｂ）は垂直型の磁気ヘッドである。
図５（ａ）に示す磁気ヘッドは、リード素子５、下部シールド層６、上部シールド層７を備えたリードヘッド８と、ライトギャップ１５を挟む配置に設けられた下部磁極１６および上部磁極１７を備えたライトヘッド２０とを備える。下部磁極１６の後方には、バックギャップ部１８を巻回するようにコイル１９が配置されている。
上述した磁性積層膜が設けられるのは、下部磁極１６の先端磁極１６ａの部分である。      
【００３２】
図５（ｂ）に示す磁気ヘッドは、、リード素子３１、下部シールド層３２、上部シールド層３３を備えたリードヘッド３０と、主磁極４１、リターンヨーク４２、記録用のコイル４４を備えたライトヘッド４０とを備える。リターンヨーク４２の前端部には主磁極４１と対向する配置にトレーリングシールド４３が設けられている。
この磁気ヘッドにおいては、主磁極４１に上述した磁性積層膜が用いられる。
【００３３】
図６は、水平型の磁気ヘッドにおいて、下部磁極の先端磁極の部位に上述した磁性積層膜１０を使用する部位を拡大して示す。同図は、下部磁極１６上に磁性積層膜１０を成膜した後、ライトギャップ１５を形成し、めっきシード層２１を形成してめっきにより上部磁極１７を形成した状態を、ABS面での断面図によって示す。上部磁極１７を所定のパターンに形成するため、めっきシード層２１の表面にレジストパターン２２を形成し、めっきシード層２１をめっき給電層とする電解めっきによって上部磁極１７を形成する。
レジストパターン２２は露光および現像によってパターニングするから、下地層の表面状態（図のＡ面）によってパターニング精度が左右される。磁性積層膜１０として本発明に係る磁性積層膜を使用すれば、磁性積層膜の表面粗さが小さくなり、レジストパターン２２のパターニング精度を向上させることができ、ライト磁極を微細パターンに形成する場合に高精度に形成することができる。
【００３４】
図５（ａ）に示す水平型の磁気ヘッドにおいては、下部磁極１６の先端磁極１６ａに高Bs値を備え、軟磁性特性にすぐれた磁性層を形成したことによって、ライトギャップ近傍において強磁界を発生させることができ、これによって高密度記録が可能な磁気ヘッドとして提供することができる。
また、図５（ｂ）に示す垂直型の磁気ヘッドにおいても、主磁極４１を構成する磁性層として高Bsおよび軟磁性特性にすぐれた磁性層を形成することによって、高密度記録および高分解能を備えた磁気ヘッドとして提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】磁性積層膜を製造する工程における膜の状態を示す説明図である。
【図２】磁性積層膜を製造する工程における膜の状態を示す説明図である。
【図３】磁性積層膜の製造工程を示すフロー図である。
【図４】磁性積層膜の他の製造工程を示すフロー図である。
【図５】磁性積層膜を用いた磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
【図６】ライト磁極に用いる磁性積層膜の使用状態を示す断面図である。
【図７】FeCo膜を連続成膜した場合の膜の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  磁性積層膜
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  FeCo膜
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  NiFe膜
１５  ライトギャップ
１６  下部磁極
１６ａ  先端磁極
１７  上部磁極
２０、４０  ライトヘッド
２１  めっきシード層
２２  レジストパターン
８、３０  リードヘッド
４１  主磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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