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【発明の名称】 薄膜磁気ヘッドの製造方法、薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置
【発明者】 【氏名】岡田 泰行

【氏名】工藤 一恵

【氏名】星屋 裕之
【要約】 【課題】応力緩和剤を含まないめっき浴から作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜は、Ｂｓが１．９Ｔ以上、Ｈｃｈが２００Ａ／ｍ以下という特性を有するものであるが、めっき膜の応力が大きいため、膜厚２．０μｍ以上の成膜が困難である。一方応力緩和剤を含む浴から作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜では、Ｈｃｈ＝３２Ａ／ｍ程度という、保磁力の低い膜が得られているが、応力緩和剤を浴中に添加するためＢｓが１．８５Ｔ程度しか得られない。そこで本発明では、高飽和磁束密度を有し、かつ、高記録密度に対応する十分な磁界が発生できる磁気ヘッドの作製方法を提供する。

【解決手段】電気めっき法において、パルス電流を用いて成膜を行なうパルスめっき法により、結晶粒を微細化し内部応力の低減されためっき磁性薄膜を得ることができ、従来得られなかった厚膜の磁性膜を白濁もしくは剥離なく成膜することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に形成された下部磁気コアを形成する工程と、先端部で磁気ギャップ膜を介して下部磁気コアと結合し、後端部で下部磁気コアと結合し、後端部よりも先端部における幅が狭く、後端部から先端部に向かう途中で徐々にその幅を狭める形状を有する上部磁気コアを形成する工程と、上部磁気コアと下部磁気コアを周回して配置されたコイルを形成する工程と、コイルと上部磁気コア及び下部磁気コアとの間に形成された絶縁層を形成する工程を有し、上記上部磁気コアあるい下部磁気コアの少なくとも一部をＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを主成分とし、コバルト２０から９０重量パーセント、鉄１０から５０重量パーセント、ニッケル０から２０重量パーセントである軟磁性膜を電気めっきにより作製し、該電気めっきが電気めっき浴に電極を浸漬して成膜時間内に電流のオンとオフを繰り返すことでめっき膜を電着するパルスめっき法により作製することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】上記電流のオン時間ｔonと、オフの時間ｔoffとの関係が、ｔon／（ｔon＋ｔoff）≦０．２であることを特徴とする上記請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】基板上に形成された下部磁気コアと、先端部で磁気ギャップ膜を介して下部磁気コアと結合し、後端部で下部磁気コアと結合し、後端部よりも先端部における幅が狭く、後端部から先端部に向かう途中で徐々にその幅を狭める形状を有する上部磁気コアと、上部磁気コアと下部磁気コアを周回して配置されたコイルと、コイルと上部磁気コア及び下部磁気コアとの間に形成された絶縁層を有する誘導型薄膜磁気ヘッドであって、上記上部磁気コアあるい下部磁気コアの少なくとも一部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを主成分とする軟磁性膜から形成された磁気ヘッドであって、上記軟磁性膜の組成がコバルト２０から９０重量パーセント、鉄１０から５０重量パーセント、ニッケル０から２０重量パーセントであり、該軟磁性膜の平均結晶粒径が５から３０ｎｍであることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項４】上記軟磁性膜の膜厚方向の構造が、面心立方構造と体心立方構造の体積率の変調構造であることを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッド。
【請求項５】上記請求項３又は４記載の磁気ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜磁気ヘッドの製造方法、薄膜磁気ヘッド及び磁気記憶装置に係り、特に、高記録密度の記録を行うことができる記録・再生分離型磁気ヘッド記録用に使われる誘導型薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、記録媒体の高保磁力化が進み、このような高保磁力の記録媒体に対して十分な記録能力を有する薄膜磁気ヘッドが要求されている。そのため、これらの磁気ヘッドは、磁気コア材料として飽和磁束密度（Ｂｓ）の大きな材料を用いて構成することが必要である。最近ではこれらの高飽和磁束密度を有するコア材料として、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅによる三元系軟磁性薄膜が、例えば特開平６−８９４２２号公報、特開平６−３４６２０２号公報、特公平１０−２８２１４５６号公報などに記載されて提案されている。
【０００３】特に特公平１０−２８２１４５６号公報では、Ｃｏ：４０〜７０重量パーセント、Ｎｉ：１０〜２０重量パーセント、Ｆｅ：２０〜４０重量パーセントからなる三元系合金を、応力緩和剤を含まないめっき浴から成膜することにより、１．９Ｔ以上という高い飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜を作製している。
【０００４】また、パルス電流を用いて成膜する手法は例えば特開平６−３０１９１９号公報に、Ｎｉ−Ｆｅ合金の成膜において、通電停止状態で電極表面へのイオンの拡散を促進することにより、合金組成、結晶配向性が直流電流を用いて作製しためっき膜と異なる膜が得られることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】高い磁気記録密度を有する磁気ヘッド装置には、高い飽和磁束密度を有する磁気コア材料を用いた薄膜磁気ヘッドを用いることが必要である。また、より強い磁界を発生するために、磁気コアの膜厚を厚く形成可能な成膜法、すなわち、内部応力を低減可能な成膜法が必要である。
【０００６】特許公報第２８２１４５６号に記載のあるように、応力緩和剤を含まない浴から作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜は、Ｂｓが１．９Ｔ以上、Ｈｃｈが２００Ａ／ｍ（２．５Ｏｅ）以下という特性を有するものであるが、めっき膜の応力が大きいため、膜厚２．０μｍ以上の膜に剥離が生じ、成膜が困難である。
【０００７】また、特開平６−３４６２０２号公報に記載のあるように、応力緩和剤を含む浴から作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜では、Ｈｃｈ＝３２Ａ／ｍ（０．４Ｏｅ）程度という、保磁力の低い膜が得られているが、応力緩和剤を浴中に添加するためＢｓが１．８５Ｔ程度しか得られていない。
【０００８】以上の公知例からも明らかなように、高飽和磁束密度を有し、かつ、高記録密度に対応する十分な磁界が発生できる磁気ヘッドの作製は困難であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、高保磁力化した記録媒体に対して十分な記録能力を有する薄膜磁気ヘッドおよびそれを用いた磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１０】また、高記録媒体に対して十分な書込み能力を有する磁界を発生するために、磁気コアを厚く成膜することが必要になる。そのためには、軟磁性膜の結晶粒径をできるだけ微細化し、めっき膜の応力は極力小さくする必要がある。
【００１１】ところが、応力緩和剤に代表される添加剤は、めっき膜中に（磁性金属以外の）不純物元素を少量含有させることにより、めっき膜質を改質するものであるために、めっき膜の磁気特性、特に飽和磁束密度を劣化させる要因となる。
【００１２】電気めっき法において、パルス電流を用いて成膜を行なうパルスめっき法により、結晶粒を微細化し内部応力の低減されためっき磁性薄膜を得ることができる。これにより、従来得られなかった厚膜の磁性膜を白濁もしくは剥離なく成膜することが可能となる。
【００１３】以下詳細に本発明の手段を述べる。
【００１４】パルス電流を用いて成膜しためっき膜は、結晶粒が微細化することが一般的に知られているため、従来内部応力の大きいＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ組成領域での応力を低減できることが期待される。したがって、めっき電流としてパルス電流を用いることで、従来直流電流を用いて成膜されていたものとは異なる特性を有する磁性薄膜を得ることができる。
【００１５】本発明によれば上記目的は、記録用薄膜磁気ヘッドの上部もしくは下部少なくとも一方の磁気コアの一部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅを主成分とする軟磁性膜から形成された磁気ヘッドであって、上記軟磁性膜の組成がコバルト２０から９０重量パーセント、鉄１０から５０重量パーセント、ニッケル０から２０重量パーセントとすることにより達成される。
【００１６】また上記目的は、上記軟磁性膜の平均結晶粒径が５から３０ｎｍとすることにより達成され、これは上記電気めっきが電気めっき浴に電極を浸漬して成膜時間内に電流のオンとオフを繰り返すことでめっき膜を電着するパルスめっき法により作製することにより達成される。
【００１７】さらに上記目的は、上記電流のオンとオフの時間、ｔonおよびｔoffがｔon／（ｔon＋ｔoff）≦０．２となるようにすることにより達成される。
【００１８】したがって上記目的は、電気めっき法により作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性膜を、パルス電流を印加することにより結晶粒径を制御することによってめっき膜の内部応力を低減し、３．０μｍ以上の厚膜の成膜が可能にすることにより達成される。
【００１９】以上のように本発明では、高飽和磁束密度を有するＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜をパルスめっき法により作製することにより、高記録密度を有する磁気ディスク装置を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】表１に、本発明で使用した電気めっき浴組成を示す。電気めっき浴は、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅそれぞれのイオン源としてのＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、およびＦｅＳＯ４・５Ｈ２Ｏと、電解質としての塩化ナトリウム、ｐＨ緩衝剤としてのほう酸を含む。電解質はめっき浴の導電性を高めるものであり、ｐＨ緩衝剤はめっき工程での浴自身のｐＨ変動を抑えるものである。これらは同様の作用を持つ他の物質、たとえば電解質には硫酸アンモニウムなどを用いてもよい。また、一般にめっき法の添加剤として用いられるラウリル硫酸ナトリウムなどの光沢剤を適宜含んでもよい。
【００２１】
【表１】

【００２２】本発明ではほう酸および塩化ナトリウムの濃度を一定とし、めっき膜組成に直接関与するＣｏイオン量を３．５ｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ、Ｎｉイオン量を８．０ｇ／Ｌ〜１０ｇ／Ｌ、Ｆｅイオン量を０．３ｇ／Ｌ〜３．０ｇ／Ｌの範囲で変えて検討した。めっき電流にはパルス電流を用い、電流の印加と休止を適切な間隔で印加するような波形を用いた。電流印加時の電流密度を５０〜７５０Ａ／ｍ２（５〜７５ｍＡ／ｃｍ２）、休止時の電流密度を０Ａ／ｍ２とした。電流印加時間（オン時間）は５〜５００ミリ秒（ｍｓ）の範囲で変え、パルス１サイクルに対するオン時間の割合（以下デューティー比という）を１〜０．０９の範囲で変化させた。さらにｐＨを２．８〜３．８の範囲で変えて検討した。
【００２３】めっき基板には、下地膜としてＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ（１００ｎｍ）／ＮｉＣｒ（５ｎｍ）膜を形成したガラス基板を用いた。基板はめっき膜応力に充分耐えうる物質であれば任意の物質でよく、下地膜組成もめっき下地として導電性を有しているものであれば任意の物質でよい。また、ＮｉＣｒ層はめっき下地膜の密着力を向上させる目的で形成しており、これも同様な材料で代用可能である。
【００２４】なおめっき膜成膜時に、異方性付与のために約２４ｋＡ／ｍ（３００Ｏｅ）の外部磁界を印加した。
【００２５】以下、これらの膜の作製条件について詳細に説明する。
【００２６】（実施例１）表１に示すめっき浴を用い、オン時間を５０ｍｓに固定し、オフ時間を変化させることでデューティー比を変化させて検討を行なったところ、オフ時間を２００ｍｓ以下（デューティー比０．２以上）にした場合は膜表面が白濁し、光沢のある膜が得られなかった。これはオフ時間に対するオン時間が長すぎたために、結晶成長が速く結晶粒径が大きくなってしまったため、膜表面の凹凸が大きくなってしまったことによると考えられる。このような膜の白濁化は、オン時間を５０ｍｓよりもさらに短くし、デューティー比を０．２以下に低減することで改善することができる。
【００２７】図１は、デューティー比を変化させて作製したＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ膜組成の変化挙動であり、以下これについて説明する。オフ時間の増加に伴い、Ｃｏ及びＮｉ組成は増加し、Ｆｅ組成は減少する。オフ時間を３００ｍｓから５００ｍｓまで増加させ、デューティー比を０．１４から０．０９まで低下させると、Ｃｏは６８重量パーセントから７１重量パーセントまで、Ｎｉは８重量パーセントから１０重量パーセントまで増加し、一方でＦｅは２１重量パーセントから１８重量パーセントまで減少した。
【００２８】磁気特性については、Ｂｓはデューティー比の低下に伴って１．８Ｔから２．２Ｔまで増加し、Ｈｃｈはデューティー比０．１４では４８０Ａ／ｍ（６Ｏｅ）であったが、０．１１以上では４００Ａ／ｍ（５Ｏｅ）以下に減少した。
【００２９】これらの試料についてＸ線回折分析（ＸＲＤ）を行なった結果を図２に示す。パルスめっき法により作製しためっき膜は、面心立方格子（ｆｃｃ）相、体心立方格子（ｂｃｃ）相、及びこれらが混在した結晶構造をとっていることが確認された。また結晶粒系分布を算出したところ、平均して５ｎｍから３０ｎｍの分布を持つことが確認された。従来のＤＣ電流を用いて作製しためっき膜の結晶粒径は少なくとも５０ｎｍ以上であることから、パルスめっき法によって結晶粒が微細化された結果、磁気特性の優れた膜が得られたものと考えられる。
【００３０】（実施例２）図３は、電流印加時の電流密度を２５０〜７５０Ａ／ｍ２（２５〜７５ｍＡ／ｃｍ２）の範囲で変化させた際のＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ膜組成およびＢｓの変化であり、以下これについて説明する。その時のめっき条件は、ｐＨ＝３．０、浴温度＝３０℃、デューティー比＝０．０９とした。このときオン時間をそれぞれ１０ｍｓ〜５０ｍｓの間で変化させ、オフ時間はそれぞれ１００ｍｓ〜５００ｍｓの間で変化させた。
【００３１】電流密度を２５０Ａ／ｍ２（２５ｍＡ／ｃｍ２）とした場合、オン時間を長くするとＦｅ含有量が若干増加し、Ｃｏは逆にやや減少した。Ｎｉについては殆ど変化しなかった。ところがＢｓについてはオン時間５０ｍｓの条件では急激に増加し、２．０Ｔ以上の値を示した。この時の膜組成は、Ｃｏ：７０．５重量パーセント、Ｎｉ：９．６重量パーセント、Ｆｅ：１９．９重量パーセントであった。
【００３２】電流密度５００Ａ／ｍ２（５０ｍＡ／ｃｍ２）の条件では、同様にオン時間５０ｍｓで若干の組成変動が見られ、その組成はＣｏ：６５．２重量パーセント、Ｎｉ：６．５パーセント、Ｆｅ：２８．３パーセントであった。Ｂｓについてはほぼ一定で、いずれの条件でもほぼ２．０Ｔであった。
【００３３】さらに７５０Ａ／ｍ２（７５ｍＡ／ｃｍ２）まで電流密度を上げると、オン時間による組成変動は殆ど見られず、膜組成はＣｏ：６２．６重量パーセント、Ｎｉ６．２重量パーセント、Ｆｅ：３１．２重量パーセントであった。このときのＢｓは他の電流密度で得られた膜よりも低下し、１．８６Ｔであった。
【００３４】また、電流密度の増加に伴い膜中のＦｅ含有量は増加、Ｃｏ含有量は減少するものの、Ｎｉ含有量は電流密度に大きく影響を受けないことが確認された。
【００３５】オン時間による保磁力の変化挙動を図４に示す。電流密度の増加により保磁力は増加し、２５０Ａ／ｍ２（２５ｍＡ／ｃｍ２）では４００Ａ／ｍ（５Ｏｅ）以下だったものが５００Ａ／ｍ２（５０ｍＡ／ｃｍ２）で約６８０Ａ／ｍ（８Ｏｅ）、７５０Ａ／ｍ２（７５ｍＡ／ｃｍ２）で約１０４０Ａ／ｍ（１３Ｏｅ）であった。またオン時間による影響はほとんど見られず、オン時間を変化させても保磁力の値はほぼ一定値を示した。
【００３６】これらの結果より、従来法では結晶粒の微細化、及び保磁力の低減にはサッカリンナトリウムなどの有機系添加剤を用いる必要があったが、本発明により添加剤を含まない浴からも良好な磁気特性を有する磁性膜を得られることが実証された。
【００３７】したがって、パルスめっき法を用い、成膜中にパルス条件を変化させることにより、ほぼ同じ組成を有する膜でも磁気特性の異なるめっき膜の成膜が可能であり、また、成膜中にパルス条件を変化させることで、単一めっき浴からでも膜厚方向に結晶配向を変調させ、組成及び磁気特性を始めとする諸特性を変化させることも可能である。
【００３８】（実施例３）図５は本検討の実施例１および実施例２により製造された磁気ヘッドの構成を示す断面斜視図である（但し、図の拡大倍率は均一では無い）。図５に示す磁気ヘッドは記録・再生分離型薄膜磁気ヘッドであり、下部シールド７上に電極４に挟まれて配置された磁気抵抗効果素子３による再生用ヘッドと、このヘッドに重ねられて配置される上部シールドを兼ねる下部磁気コア８と上部磁気コア５とこれらのコアの間に挟まれて配置されるコイル１とによる記録ヘッドとにより構成される。
【００３９】そして、記録用ヘッドを構成する磁気コア５と、６とは、前述した本発明の実施例１または２のめっき浴を用いて、フレームめっき法により形成され、形成後、印加磁界を２ｋＯｅとして、処理温度を２３０℃とした条件で、１時間の熱処理が施された。
【００４０】このようにして製造された磁気ヘッドを磁気ディスク装置に組み込んで記録性能を評価した結果、前述した実施例１および２のいずれを用いた場合でも、オーバーライト特性は良好であった。
【００４１】なお、前述により製造される磁気ディスク装置の構成についての説明は省略するが、従来技術における磁気ディスク装置の記録・再生分離型磁気ヘッドの記録用の薄膜磁気ヘッドとして、本発明により製造した薄膜磁気ヘッドを使用して構成すればよく、その他の構成を同一として構成することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、従来法で作製した、１．９Ｔ以上という高い飽和磁束密度を有するＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性材料膜は、厚膜化が困難であったが本発明によれば膜厚３μｍまで作製が可能となり、該軟磁性材料膜を磁気コアに使用した薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置を作製できる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１２年８月８日（２０００．８．８）
【代理人】 【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
【公開番号】 特開２００２−５６５０７（Ｐ２００２−５６５０７Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２４５５１４（Ｐ２０００−２４５５１４）