JPH01239821A

JPH01239821A - 磁性多層膜およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01239821A
Application number: JP6686188A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nagai; 靖浩永井; Masakatsu Senda; 正勝千田; Keiichi Yanagisawa; 佳一柳沢
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-25

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、磁気記録薄膜ヘッドの磁極等に適する磁性多
層膜に関するものである。

〔従来の技術〕

たとえば、磁気ファイル装置などの磁気記録密度を高く
しようとすると、記録媒体に保磁力（Ｉｌｃ）の大きい
磁性材料を用いると同時に、磁気ヘットには記録媒体を
十分に磁化できる高飽和束密度（ＵＳ）を有し、かつ記
録媒体からのもれ磁束を効率よく集束するために、良好
な軟磁性材料で構成されたものが必要となる。このよう
な条件を満足するヘッドとして、現在（よフォトリソグ
ラフィ技術を応用した微細加工技術と磁性薄膜によって
得られた薄膜磁気ヘッドが利用されている。このような
薄膜磁気ヘッド用軟磁性薄膜には、従来、真空蒸着、ス
パッタ、およびメツキ法によるＮｉＦｅ合金（Ｂｓ〜１
テスラ）が用いられているが、１０００エルステッド以
上の高保磁力媒体に６ｉｉ化信号を十分に書き込むこと
は困難である。そのため、高Ｂｓ強磁性金ＦＡ膜として
、Ｆｅ膜が有望であるが、結晶磁気異方性が強く、保磁
力が大きいため、そのままではヘッド用磁極として使用
できない。この点を改善するために、現在Ｆｅ系合金を
主体とした多層磁性体膜（たとえば特願昭６１−９６５
１０号）、あるいはＦｅ膜を主体とした人工格子膜（た
とえば、特願昭６２−１９４９８５号）が提案され、高
Ｂｓでかつ良好な軟磁気特性を有する磁性薄膜が提供さ
れつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらの膜は、異種金属膜を積層するために、
膜応力が大きく、基板からはくすしやすいという欠点が
あり、磁性部品の実用化に際して問題がある。また、こ
れらの多層膜構成を実現する場合、膜厚制御が容易で、
磁気特性を確保しやすいスパッタ法が使用されている。

しかし、従来のＲＦスパッタ法、［１Ｃスパツタ法では
、堆積基板が放電プラズマ中に設置されるため、必要以
上の基板温度上昇が生じ、多層膜の６ｎ気特性の劣化を
招きやすく、６ｇ性部品のデバイス特性を安定化てきな
いという問題があった。

そこで、強磁性Ｆｅ金属膜の特徴である高Ｂｓを保持し
つつ、良好な軟磁気特性を実現でき、しかも基板からの
はくりが生しない強Ｉｉｎ性膜の実現が強く要望されて
いた。

本発明の目的はこれらの欠点を解決し、高Ｂｓで、良好
な軟磁気特性を有し、しかも基板からのはくりが生じな
い磁性多層膜を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明多層磁性■つｌ
は基板上にＦｅ層と、Ｎｉ、　ＣｏおよびＦｅＣｏのう
ちの一種からなる層が交互に積層され、かつ積層の境界
部に熱拡散による合金層が形成されていることを特徴と
する。

本発明製造方法は１００℃以上かつ４００℃未満の温度
に加熱した基板上に、Ｆｅ層と、Ｎｉ、　ＧｏおよびＦ
ｅＣｏのうちの一種からなる層を交互に積層することを
特徴とする。

〔作　用〕

本発明による磁性多層膜は積層間に合金層を有している
ので高Ｂｓでかつ良好な軟磁気特性を有し、しかも膜は
くり等のデバイス製造時の問題が生じないため、薄膜磁
気ヘッドの磁極に利用した場合、高保磁力媒体の磁化信
号を効率よく記録再生できるヘッドを安定に歩留、つよ
く製造できる。

（実施例〕以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明による磁性多層膜を作製するための装
置の一例を示す。１はＦｅターゲット、２はＮｉあるい
はＣｏターゲット、４は磁性多層膜を堆積させる基板で
あり、５は基板温度を制御するヒータ部である。６はタ
ーゲットをスパッタするためのイオン源であり、６Ａは
シャッタである。

第２図は本発明による磁性多層膜を作製するｊ＝めの装
置の他の例を示す。図において、３は５ｉ０２．ＡＪ２
２０３などの非磁性絶縁材料ターゲットである。

磁性多層膜堆積中の動作真空度がＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏ
ｒｒ以下である点、また膜堆積時に、プラズマとの反応
が少なく、必要以上に温度が上昇しないという点で、従
来のスパッタ法より、第１図または第２図のようなイオ
ンビームスパッタ法による装置構成が磁性多層膜の作製
に適している。このような装置構成において、イオン源
６で発生させたアルゴン等の希ガスイオンをターゲット
１に照射させ、スパッタにより基板４にＦｅ層を堆積さ
せる。

そののちターゲットを回転させ、ターゲット２あるいは
ターゲット３にイオンを照射させ、基板にＮｉ、　Ｃｏ
あるいは非磁性膜を重ねて堆積させる。このような手順
を繰り返し磁性多層膜を形成する。

なお、多層膜を構成する各層の膜厚はスパッタ時間およ
びイオンの電流密度により制御し、基板温度はヒータ部
５て調節する。堆積膜の均一性の而から、基板４を回転
可能とするのがよい。

第３図は、上記のようにして作製したｉｌｉ性多性膜層
膜成を示す図である。７はＦｃ層、８はＮｉ層（あるい
はＣｏ層）、９はＮｉＦｅ層（あるいはＣｏＦｅ層）、
およびｌＯは基板である。これらの境界層（ＮｉＦｅ層
あるいはＣｏＦｅ層）は、ｌ膜堆積によって形成される
ものでなく、堆積中の基板加熱によるＦｅ層とＮｉ層（
あるいは００層）との相互拡散によって形成されたもの
であるため、組成はゆるやかに変化しており、境界部で
の応力集中をａζづ゛ることかできる。また、基板加熱
により薄膜形成時に発生しやすい内部応力を緩和させる
作用があり、基板からのはくりを防止することができる
。このような磁性膜を薄膜磁気ヘッドへ応用する場合、
２〜３μｍの総膜厚が必要であるが、基板温度を１００
℃未満とすると、膜は基板よりはくすし、デバイス微細
加工は不可能であった。しかし、基板温度を１００℃以
上４００℃未満に設定することにより、膜応力は緩和す
るとともに、各層の境界部に相互拡散領域を形成するた
めに、基板からの膜はくりを防止できるようになり、薄
膜磁気ヘットのための微細加工が可能となった。基板温
度を１６０℃に設定した場合、この境界部の拡散層の厚
さは磁歪定数の変化から見積ることができ（たとえば、
Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｔ＋ｙｓ、２月１５日号（１９８８）
）　、　ＦｃとＮｉの系に対し１．Ｏｎｍ　、　Ｆｅと
Ｇｏの系に対し１．２ｒ＋ｍであり、基板温度を上昇さ
せるに従い、その膜厚は拡大する。このような相互拡散
層の存在は、多層膜全体の磁歪定数を正の値へと変化さ
せるため、基板温度を制御することにより多層膜の磁歪
を制御することが可能である。基板温度が３５０℃にな
ると多層膜の表面が粗くなりはじめるがデバイス化の支
障とはならない。しかし４００℃以上の基板温度では、
多層膜の結晶粒が成長し、表面粗さが増すためデバイス
化は困難である。

多層膜の周期およびＦｅ層の厚さを制御することによっ
ても、多層膜の磁歪を制御することができる。例えばＦ
ｅ／Ｎｉ多層膜において、多層膜の周期（Ｆｅ膜厚＋Ｎ
ｉ膜厚）の増加とともに磁歪は減少し、周期４．７ｎｍ
で磁歪セロが実現する。また２ｎｍＮｉ−１０層ｍＦｅ
および２ｎｍＮｉ−１，５ｎｍＦｅの多層膜で磁歪ゼロ
が実現する。一方Ｆｅ／Ｃｏ多層膜ではＦｅ膜厚の減少
とともに磁歪は減少し、２５層ｍＦｅ−２０ｍＧｏおよ
びＩｆｉｎｍＦｅ−０’、　５ｎｍＣｏ多層膜で磁歪ゼ
ロが実現する。

第４図は、Ｆｅ／Ｎｉ　、　Ｆｅ／Ｃｏ　６ｎ性多層膜
の［ｌｓをＦｅ層設定厚さの関数として示したものであ
る。但し、Ｃｏ、　Ｎｉ層の設定厚さはそれぞれ、０．
５ｎｍ　％２１１ｍである。Ｆｃ層を１０口ｍ以上とす
ることにより、１９テスラ以上の高いＢｓか得らる。特
にＦｅ／Ｎｉ多層膜では構成膜厚比を変えることにより
、０　、５５．６）ら１．９６テスラまで変えることが
できる。また、これらの磁性多層膜の磁化困難軸方向保
磁力は、Ｆｃ／Ｎｉ　、　Ｆｅ／Ｃｏでそれぞれ約０．
７　、１δエルステツドであり、３５０℃１時間のアニ
ールを行うことによりそれぞれ０．３．０．８エルステ
ツドまで減少し、より良好な軟磁気特性を示した。

第５図は、Ｆｅ／Ｃｏ　、　Ｆｅ／ＣｏＦｅ　’Ｇｆｌ
性多層膜の困難・抽方向保ｂｎ力とＦｅ厚さの関係を示
している。

Ｆｅ／ＣｏＦｅ膜は、Ｆｅ層とＣｏＦｅ層とを交互に堆
積させたものであり、ＣｏＦｅ層の膜厚は０．５ｎｍで
ある。

Ｆｅ／Ｃｏ膜は、基板温度１６０℃で、Ｆｅ層と００層
とを交互に堆積させたものであり、Ｃｏ層の膜厚は０．
５ｒ＋＋＋＋である。Ｆｅ／ＣｏＦｅ　膜ではその境界
部か急俊な組成変化をもつのに対し、Ｆ　ｅ　／　Ｃｏ
　膜ではゆるやかな組成変化で拡散による合金層を形成
している。Ｆｅ／ＣｏＦｅ膜の保磁力がＦｅ層の厚さに
敏感で、その値もたかだか７エルステツトであるのに対
し、（’ｅ／Ｃｏ膜の保磁力はＦｅ層の厚さに対してあ
まり変化せず、その最小値も１．６エルステツドと、よ
り一層良好な軟磁性を示している。このことから、より
良好な軟磁気特性を得るには、多層膜各層の境界部はゆ
るやかな組成変化をもった磁性多層膜がよい。それゆえ
、多層膜は比較的高い基板温度の下で単金属強磁性層を
堆積させ、熱拡散による合金層を境界部に形成する方法
が、良好な軟磁気特性を実現できる点、応力集中を防止
する点、あるいは膜応力を緩和できる点で有利である。

ところで、薄膜磁気ヘッドの記録再生過程から考え、記
録時はギャップ長を広くとり、再生時はギャップ長を狭
くする方が高記録密度晶ｎ気記録に有利であることから
考え、ギャップ両側の磁性膜のＩｔｓを低くし、その他
の磁極のＢｓを高くするＦｆｌ極構成が考えられている
。しかし、従来提案されている構成では、異種強磁性体
のへテロ結合を用いるため、その境界部で応力集中を起
こしやすく、膜のはくり等により磁性薄膜部品の信頼性
および製造歩留りを確保できない。

第６図は、本発明磁性多層膜の実施例の断面図を示す。

１１は、１．５テスラ以上の高８５を有する本発明の磁
性多層膜であり、１２は１．５テスラ未満のＢｓを有す
る本発明の磁性多層膜である。１３はＢｓの異なる多層
膜の相互拡散領域であり、１４は八ｌ１２０３．５１０
２等のギャップ材料に相当する基板である。相互拡散に
よる合金層領域のために、応力集中が生ぜず、高信頼性
部品を歩留りよく製造できる。また、高Ｂｓと低Ｂｓ多
層膜は、ＦｅとＮｉ層（あるいは、ＦｅとＧｏ層）の膜
厚比を変えるだけでよく、多層膜１１および１２は基本
的には異種材料ではないため、軟１ｉｆｔ気特性の劣化
は生しない等の壱で、有利である。

一方、薄膜磁気ヘットのトラック密度特性を改善するた
めには、再生効率に大ぎな影響を及ぼす６１１極の磁区
構成を単磁区化することが必要である。これには、磁極
用Ｉ欺６ｎ性膜を５ｉ０２、へρ２０３等非磁性絶縁膜
で挟むことによって、上下膜間に静６Ｌｉ結合を有した
構造が有利である。第７図に本発明による磁性多層膜を
非磁性絶縁膜で挟んで構成した実施例を示す。１５は本
発明による磁性多層膜であり、１６は５ｉｎ２、　Ａｌ
ｌ　２０ｙ　、　５Ｊ３Ｎ４などの非磁性絶縁膜である
。１７は基板である。この非磁性絶縁膜の膜厚を変え、
ｂｎ磁区構造変化を調べた結果、２ｎｍ未満ではピンボ
ールを介した強磁性結合のために、安定した単磁区構造
が得られなかった。一方、０．２μｍ以上でも静磁結合
が不十分であり、磁極部に不安定な磁区が出現した。し
かし、２ｎｍ以上０．２　μｍ未満の膜厚を有したイ（
構成では、完全な単磁区構造が得られた。

以上の結果から明らかなように、本発明による磁性多層
膜は、低いＢｓから高いＢｓまで構成膜厚比を変えるこ
とにより、ＢＳを任意に変化させることができ、薄膜磁
気ヘットに適した良好な軟磁気特性を実現でき、しかも
各層の境界部に組成のゆるやかに変化した熱拡散による
合金層を形成しているために、膜はくりのない多層膜を
実現できる。

それゆえ、高性能でかつ高信頼性の薄膜磁性部品を歩留
りよく製造できる。また、多層膜を構成する層の膜厚比
を変えて作製した１、５テスラ以上のＢｓを有する多層
膜と、１．５テスラ未溝のＢｓを有する多層膜とを積層
することにより、接合境界部に応力集中しない磁性多層
膜が安定に実現でき、磁化信号記録および再生いずれに
も適した薄膜磁気ヘットの磁極用軟磁性多層膜が製造歩
留りよく作成できる。さらに、本発明による磁性多層膜
を５ｉｎ２、Ａｆ１２０３．およびＳｉ：ｕＬ＋などの
非磁性絶縁膜で挟んだ構造の多層膜は、その絶縁膜の膜
厚を２ｎｍ以上０．２μｍ未満とすることによって、磁
極部の磁区構造を単磁区化することができ、高トラツク
密度信号を記録再生できる薄膜磁気ヘッドを実現できる
。

〔発明の効果）以上説明したように、本発明によるう磁性多層膜は、高
Ｂｓでかつ良好な軟磁気特性を有し、しかも膜はくり等
のデバイス製造時の問題が生しないため、薄膜磁気ヘッ
ドの磁極に利用した場合、高保磁力媒体の磁化信号を効
率よく記録再生できるヘッドを安定に歩留りよく製造で
きるという利点かある。また、本発明によるＢｓの異な
ったＩｒｆｉ性多層膜多層膜することにより、磁化信号
記録、および再生いずれにも通したより高性能な薄り磁
気ヘッドが歩留りよく製造できるという利点かある。さ
らに、本発明による磁性多層膜を５ｉｎ２、Ａｊ２２０
．　、　Ｓｉ、Ｎ、等の非極性絶縁膜で挾む構造の多層
磁性膜は、磁極部の磁区構造を単磁極（ヒできるために
、よりトラック密度の高い磁化信号を記録再生する薄膜
磁気ヘッドを実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

７）’；　１図および第２図はそれぞれ本発明による６
１１［１多層膜を製造するイオンビームスパッタ装置の
模式図、第３図は本発明による磁性多層膜の実施例の断面図、第４図はＦｅ／ＮｉおよびＦｅ／Ｃｏ　磁性多層膜にお
けるＵｓとＦｅ層ｌ模厚の関係を示す特性図、第５図は
Ｆｅ／ＮｉおよびＦｅ／Ｃｏ磁性多層服における保磁力
とＦｅ多層厚の関係を示す特性図、第６図および第７図
はそれぞれ本発明による磁性多層膜の実施例の断面図で
ある。１・・・Ｆｅターゲット、２・・・ＮｉあるいはＣｏターゲット、３・・・非磁性
絶縁ターゲット、４・・・基板、５・・・基板加熱部、６・・・イオン源、７・・・Ｆｅ層、８・・・Ｎｉ層あるいはＣｏ層、９−−・ＮｉＦｅあるいはＣｏＦｅ層、ｌＯ・・・基板
、１１・・・高Ｂｓを有する磁性多層膜、１２・・・１．
５テスラ未満の磁性多層膜、１３・・・熱拡散による合
金層、１４・・・基板、１５・・・磁性多層膜。１６・・・非磁性絶縁層、１７・・・基板。特許出願人　　日木電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１）基板上にＦｅ層と、Ｎｉ，ＣｏおよびＦｅＣｏのう
ちの一種からなる層が交互に積層され、かつ積層の境界
部に熱拡散による合金層が形成されていることを特徴と
する磁性多層膜。２）１００℃以上かつ４００℃未満の温度に加熱した基
板上に、Ｆｅ層と、Ｎｉ，ＣｏおよびＦｅＣｏのうちの
一種からなる層を交互に積層することを特徴とする磁性
多層膜の製造方法。