JP4206585B2

JP4206585B2 - Thin film magnetic head substrate, thin film magnetic head, and method of manufacturing thin film magnetic head substrate

Info

Publication number: JP4206585B2
Application number: JP32064299A
Authority: JP
Inventors: 泰典廣岡
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2000207715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気ヘッド用基板、薄膜磁気ヘッド、および薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナチタンカーバイド（アルチック）等のセラミックス基板上にアルミナ膜等の絶縁膜を堆積したものをベースとして用いた磁気抵抗（ＭＲ：Magnetoresistance）型ヘッドが開発されている。このようなＭＲ型ヘッドでは、磁気シールド膜が上記絶縁膜上に堆積され、その磁気シールド膜上にＭＲ素子や記録ヘッド部が設けられる。磁気シールド膜は、パーマロイ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ系やＣｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系のＣｏ基アモルファス、ＦｅＡｌＳｉ合金などの軟磁性材料から形成される。
【０００３】
ＭＲ型ヘッドは、ＭＩＧ型ヘッドなどの電磁誘導型とは異なり磁気抵抗効果を利用するため、ヘッドと記憶媒体との間の相対速度に依存せず大きな再生電圧を取り出すことができる。近年、記録密度の向上のため、ＭＲ型ヘッドはコンピュータ用大容量ハードディスク装置（ＨＤＤ）やパソコン用ＨＤＤ等に用いられつつある。
【０００４】
ＭＲ型ヘッドの磁気シールド膜について、その高周波透磁率を向上させることが要請されている。具体的には、振動周波数約１００ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚの範囲で高い透磁率を発揮することが望まれている。そのため、磁気シールド膜の面内磁気異方性を基板上の広いエリアで均一に制御する技術が必要になってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気シールド膜としてセンダスト（sendust）膜などのＦｅＡｌＳｉ合金膜を使用する場合、アルミナ膜などの絶縁膜上に直接にＦｅＡｌＳｉ合金膜を堆積すると、絶縁膜とＦｅＡｌＳｉ合金膜との間の密着性が悪いという問題があり、また、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の磁気異方性を広い面積範囲内で均一に制御することが困難であった。
【０００６】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜とセラミックス基板との間に密着性を改善するとともに、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の磁気異方性を制御した薄膜磁気ヘッド用基板、薄膜磁気ヘッド、および薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜磁気ヘッド用基板は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜と、前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜を支持するセラミックス基板とを備えた薄膜磁気ヘッド用基板であって、前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜と前記セラミックス基板との間に配置された中間積層膜を備え、前記中間積層膜が前記セラミックス基板に近い側から順番にＣｒ膜およびＦｅ膜を含んでいる。
【０００８】
前記Ｆｅ膜が前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜および前記Ｃｒの各々と直接に接触しており、前記Ｆｅ膜の厚さが２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下に設定されていることが好ましい。
【０００９】
前記セラミックス基板と前記Ｃｒ膜との間に絶縁膜が設けられていることが好ましい。
【００１０】
前記Ｃｒ膜の厚さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明による他の薄膜磁気ヘッド用基板は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜と、前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜を支持するセラミックス基板とを備えた薄膜磁気ヘッド用基板であって、前記セラミックス基板の表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜と前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜との間に配置された中間積層膜を備え、前記中間積層膜は、前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜に接触する金属層であって前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜の面内一軸磁気異方性を制御する金属層と、前記セラミックス基板上の前記絶縁膜と前記金属層との間に形成され、前記絶縁膜に対して前記金属層よりも高い密着性を示す密着層とを含んでいる。
【００１２】
前記金属層の厚さは、前記金属層の表面において前記密着層の影響を実質的に反映しなくなる大きさを持つことが好ましい。
【００１３】
本発明による薄膜磁気ヘッドは、上記何れかの薄膜磁気ヘッド用基板と、前記薄膜磁気ヘッド用基板上に形成された磁気抵抗素子とを備えている。
【００１４】
本発明による薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜と、前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜を支持するセラミックス基板とを備えた薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法であって、前記セラミックス基板上に中間積層膜を形成する工程と、前記中間積層膜上に前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜を堆積する工程とを包含し、前記中間積層膜を堆積する工程は、前記セラミックス基板の上にＣｒ膜を堆積する工程と、前記Ｃｒ膜の上にＦｅ膜を堆積する工程と、前記Ｆｅ膜の上に前記ＦｅＡｌＳｉ合金膜を堆積する工程とを包含する。
【００１５】
前記Ｆｅ膜の厚さを２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００１６】
前記セラミックス基板として、表面に絶縁膜が形成された導電性セラミックス基板を用いることが好ましい。
【００１７】
前記Ｆｅ膜の堆積をスパッタリング法によって実行することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の密着性を改善する目的でＦｅＡｌＳｉ合金膜と下地絶縁膜との間にＣｒ膜を設け、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の磁気特性を評価した。その結果、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の面内一軸磁気異方性が基板面内（ウェハ面内）で大きくばらつき、磁気異方性を制御できないことがわかった。
【００１９】
本発明者は、基板側から順番に密着層／Ｆｅ膜／ＦｅＡｌＳｉ合金膜という積層構造を作製し、そのＦｅＡｌＳｉ合金膜について磁気特性を評価した。その結果、密着層とＦｅＡｌＳｉ合金膜との間に所定範囲内の厚さを有するＦｅ膜を形成することによって、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の面内一軸磁気異方性をウェハ面内の広い範囲にわたって均一化できることを見いだした。
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明による薄膜磁気ヘッド用基板およびその製造方法の実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態にかかる薄膜磁気ヘッド用基板２０の断面構成を示している。本実施形態では、質量百分率で６４％のアルミナを含むアルミナチタンカーバイドからなる厚さ２ｍｍの導電性セラミックス基板２１をウェハとして使用している。この薄膜磁気ヘッド用基板２０は、セラミックス基板２１と、セラミックス基板２１上に堆積された厚さ５μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜２２と、アルミナ膜２２上に堆積されたＣｒ膜２３と、Ｃｒ膜２３上に堆積されたＦｅ膜２４と、Ｆｅ膜２４上に堆積されたＦｅＡｌＳｉ合金膜２５とを備えている。ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５中のＦｅ、Ａｌ、およびＳｉの含有量は、それぞれ、質量百分率で、８５．０％、５．４％、および９．６％であり、ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５はセンダスト膜として機能する。
【００２２】
セラミックス基板として絶縁性材料から形成されたものを採用する場合、必ずしもセラミックス基板の上面をアルミナ膜等の絶縁膜で覆う必要はない。しかし、セラミックス基板の表面には、平滑度Ｒａが１．０ナノメータ以上の凹凸が存在するため、その導電性の有無にかかわらず、表面の平坦性を向上させるために、アルミナ膜等の絶縁膜を堆積しておくことが好ましい。このような絶縁膜の堆積によって、その表面の平坦性を向上させることができる。本実施形態の場合、アルミナ膜２２の表面をバフ研磨することによって、その平滑度Ｒａを０．５ナノメータ（ｎｍ）以下にした。研磨後、ブラシと純水によって絶縁膜２２の表面を洗浄し、不純物などのコンタミネーションをできる限り基板上から排除した。
【００２３】
本実施形態では、Ｃｒ膜２３の厚さを２０ｎｍ、Ｆｅ膜２４の厚さを１００ｎｍ、ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５の厚さを２μｍとした。何れの金属膜２３〜２５も共通のスパッタ装置内で異なるターゲットを用いたスパッタ法により堆積した。スパッタリング時のＲＦパワーは５．５Ｗ／ｃｍ２、雰囲気は１．３ＰａのＡｒガス（流量：２５ｓｃｃｍ）、基板温度は２００℃とした。スパッタ法による膜の堆積後、薄膜磁気ヘッド用基板２０に対し、６．７×１０−４Ｐａ以下の真空下あるいは窒素、アルゴンをはじめとする不活性ガス雰囲気下で４８０℃６０分の熱処理を施した。
【００２４】
スパッタ法による薄膜堆積およびその後の熱処理に際して、薄膜磁気ヘッド用基板２０は直径約１２５ｍｍの大きさを持っていた（図２参照）。しかし、薄膜磁気ヘッドとして最終的に製品化されるとき、このウェハ状態の基板２０は数ｍｍ角の大きさを持つ多数のチップに切断分離される。従って、膜特性がウェハ面内でばらつくと、最終的に得られる薄膜磁気ヘッドの製造歩留まりが大きく低下してしまうことになる。しかし、本実施形態によれば、ウェハの広い範囲において磁気特性がばらつかず、高い品質が達成された。
【００２５】
上記薄膜磁気ヘッド用基板２０について、図２に示すようにウェハ上の各ポイント１〜１３における磁気特性をマイクロカール（Ｋｅｒｒ）効果測定装置によって評価した。各ポイントの距離間隔は２０ｍｍである。その評価結果の代表例を図３（ａ）および（ｂ）に示す。グラフの横軸は磁界Ｈに対応し、縦軸は磁束密度Ｂに対応している。ただし、縦軸の値はＫｅｒｒ回転角の測定値に基づいている。図３（ａ）には、磁化困難軸（図２の矢印ａ）についての測定結果が示され、図３（ｂ）には、磁化容易軸（図２の矢印ｂ）についての測定結果が示されている。図３（ａ）および（ｂ）に示す特性が全ての測定ポイント１〜１３で観察された。このことから、ウェハ上のどの位置においても面内一軸磁気異方性が均一に得られていることがわかる。
【００２６】
図４は、この試料の高周波透磁率特性を示す。縦軸は透磁率μを示し、横軸は周波数（Frequency）を示している。図４からわかるように、周波数が１００ＭＨｚ以下の領域だけではなく１００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚにおいても、従来例より高い透磁率が達成された。
【００２７】
次に、Ｃｒ膜２３の厚さを変化させた場合の密着性および膜特性に関する評価結果を下記の表１に示す。ここで、「密着性」は、砥石切断を行ったときのアルミナ膜と金属膜との剥離強度で評価し、「膜特性」は、面内一軸磁気異方性のばらつきを評価したものである。剥離強度については、切断加工によって膜チッピングの大きさを判断し、製品化に耐えるレベルにあったものに白丸を付与している。
【００２８】
【表１】

【００２９】
密着性向上の観点から、Ｃｒ膜２３の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。Ｃｒ膜２３が２００ｎｍを越えて厚くなると、密着性は低下しないが、Ｃｒ膜２３の表面が荒れるなどして、金属膜全体の磁気特性に悪影響が及び始めるので好ましくない。また、Ｃｒ膜２３は薄くても密着性を向上させる機能を発揮しうるので、特に厚く形成する必要はない。量産性向上の観点からは、密着性を維持しながら可能な限り薄く形成することが好ましい。
【００３０】
Ｆｅ膜２４の厚さを変化させた場合の密着性および膜特性についての評価結果を以下の表２および表３に示す。評価基準は表１の場合と同様である。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
何れの試料についても、厚さ２０ｎｍのＣｒ膜２３を設けているため、密着性はＦｅ膜２４の厚さによらず良好である。しかし、膜特性向上の観点から、Ｆｅ膜２４の厚さは、表１および表２に示した試料について、５０ｎｍ以上であることが好ましい。これに対して、Ｆｅ膜２４の好ましい厚さ範囲の上限は、その上に堆積するＦｅＡｌＳｉ合金膜の厚さによって変化する。Ｆｅ膜２４は、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の厚さの１０分の１以下に薄く形成することが好ましい。例えば、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の厚さが２μｍの場合、Ｆｅ膜２４の好ましい厚さ範囲の上限は２００ｎｍである。ＦｅＡｌＳｉ合金膜の厚さが１μｍの場合、Ｆｅ膜２４の好ましい厚さ範囲の上限は１００ｎｍである。
【００３４】
なお、別の実験によると、Ｆｅ膜２４の厚さが２０ｎｍであっても、膜特性は充分なレベルにあった。一方、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の厚さが５μｍ以上の場合、Ｆｅ膜２４の厚さが５００ｎｍであっても膜特性は充分なレベルにあることがわかっている。従って、Ｆｅ膜２４の厚さは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましいと言える。
【００３５】
上記実施形態では、Ｆｅ膜を用いて、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の面内一軸磁気異方性の分散（ばらつき）を抑制している。しかし、Ｆｅ膜以外の金属膜であっても、ＦｅＡｌＳｉ合金膜の面内一軸磁気異方性のばらつきを抑制することのできる金属膜であれば、Ｆｅ膜に代えて、あるいはＦｅ膜に付加して使用することができる。また、下地絶縁膜に対して実用的に充分高い密着性を示す金属膜であれば、Ｃｒ膜に代えて、あるいはＣｒ膜に積層させて使用することができる。
【００３６】
上記実施形態では、ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５の厚さを１μｍまたは２μｍとしているが、その厚さはこれに限定されず、適宜必要な値に設定される。ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５を１μｍより薄くする場合、Ｆｅ膜の厚さを２０〜８０ｎｍ程度の範囲内に設定することが好ましい。ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５が比較的に薄い場合においてＦｅ膜が厚くなりすぎると、金属膜全体の磁気特性に与えるＦｅ膜の影響が強くなり過ぎ、好ましくないからである。
【００３７】
上記実施形態では、ＦｅＡｌＳｉ合金膜２５中のＦｅ、ＡｌおよびＳｉの含有量を、それぞれ、質量百分率で、８５．０％、５．４％、および９．６％としているが、本発明のＦｅＡｌＳｉ合金膜がこの組成に限定されるわけではない。Ｆｅ、ＡｌおよびＳｉの含有量は適宜必要な値に設定され得る。
【００３８】
次に、図５を参照しながら、本発明による薄膜磁気ヘッドの実施形態を説明する。図５は、薄膜磁気ヘッド５０の主要部斜視図である。
【００３９】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド５０は、アルミナチタンカーバイドからなるセラミックス基板５１と、セラミックス基板５１上に堆積された厚さ３〜１５μｍのアルミナ絶縁膜５２と、絶縁膜５２上に堆積されたＣｒ膜（密着層）５３と、Ｃｒ膜５３上に堆積されたＦｅ膜５４と、Ｆｅ膜５４上に堆積されたＦｅＡｌＳｉ合金膜５５とを備えている。ＦｅＡｌＳｉ合金膜５５中のＦｅ、Ａｌ、およびＳｉの含有量は、それぞれ、質量百分率で、８５．０％、５．４％、および９．６％であり、ＦｅＡｌＳｉ合金膜５５はセンダスト膜として機能する。本実施形態でのＣｒ膜５３、Ｆｅ膜５４、およびＦｅＡｌＳｉ合金膜５５の厚さは、それぞれ、２７ｎｍ、１００ｎｍ、および２μｍである。なお、ＦｅＡｌＳｉ合金膜５５の磁化困難軸は、図５の矢印ｃで示される方向を向いている。
【００４０】
ＦｅＡｌＳｉ合金膜５５上には、０．４μｍ程度のギャップ５６が設けられており、そのギャップ５６内に再生用のＭＲ素子５７が配置されている。ＭＲ素子５７は不図示の電極やＭＲ膜を有する公知の構成を備えている。ギャップ５６は、ＭＲ素子５７を覆うようにしてＦｅＡｌＳｉ合金膜５５上に堆積されたアルミナなどの絶縁膜から形成されている。ＭＲ素子５７の厚さは、例えば０．１μｍ程度である。
【００４１】
ギャップ５６として機能する絶縁膜上にボトムポール（厚さ：２〜３μｍ）５８が堆積されている。ボトムポール５８は、例えばパーマロイなどの軟磁性材料から形成されており、磁気シールド膜としての機能も発揮する。ボトムポール５８上には、０．４〜０．６μｍの書き込みギャップ５９を介してトップポール（厚さ：２〜３μｍ）６０が形成されている。ボトムポール５８とトップポール６０との間には、厚さ５μｍ程度のＣｕ膜をパターニングすることによって形成したコイルパターン６１が設けられている。コイルパターン６１は、その周囲が有機絶縁膜で覆われている。ボトムポール５８、コイルパターン６１およびトップポール６０等によって記録ヘッド部が構成されている。コイルパターン６１に通電することによって書き込みギャップ５９近傍に磁界が形成され、不図示の記録媒体へのデータの書き込み（記録）が実行される。記録ヘッド部はオーバーコート（厚さ：例えば４０μｍ）によって覆われている。
【００４２】
これらの積層構造は、通常の薄膜堆積技術やリソグラフィ技術によって製造される。本実施形態でも、Ｃｒ膜５３、Ｆｅ膜５４およびＦｅＡｌＳｉ合金膜５５の堆積をスパッタリング法によって行っているが、他の薄膜堆積法を用いても良い。
【００４３】
この薄膜磁気ヘッド５０は、ＭＲ素子５７の下方に前述の薄膜磁気ヘッド用基板２０と同様の構成を有しているため、Ｆｅ膜５４によってＦｅＡｌＳｉ合金膜５５の一軸異方性が制御され、高周波透磁率特性が向上している。また、Ｃｒ膜５３によって密着性が高められているので、ＦｅＡｌＳｉ合金膜５５等の剥がれの問題も生じない。
【００４４】
以上、アルミナチタンカーバイドからなるセラミックス基板を用いた例について本願発明を説明してきたが、本願発明に使用するセラミックス基板はこれに限定されない。本願明細書では、ガラスから形成された基板も「セラミックス基板」に包括されるものとする。ガラス基板を用いた場合でも、本願発明の効果が充分に発揮されるからである。
【００４５】
また、磁気シールド膜上に形成される再生素子は、ＭＲ素子に限定されない。他のタイプの素子であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＦｅＡｌＳｉ合金膜とセラミックス基板との間の密着性を改善するとともに、ＦｅＡｌＳｉ合金膜に面内一軸磁気異方性を制御し、高周波透磁率特性を改善した薄膜磁気ヘッド用基板および薄膜磁気ヘッドを提供することができる。本発明によれば、面積の広いウェハ上にＦｅＡｌＳｉ合金膜等を堆積する場合でも、面内一軸磁気異方性が広いウェハ面内で均一に達成されるため、歩留まり良く多数の薄膜磁気ヘッドを安価に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態にかかる薄膜磁気ヘッド用基板の断面図である。
【図２】本発明の実施例におけるウェハ上の測定ポイントを示す平面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例についてマイクロＫｅｒｒ効果測定装置による評価結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例と比較例に関する高周波透磁率特性を示すグラフである。
【図５】本発明による薄膜磁気ヘッドの主要部斜視図である。
【符号の説明】
２０薄膜磁気ヘッド用基板
２１セラミックス基板
２２絶縁膜（アルミナ膜）
２３Ｃｒ
２４Ｆｅ
２５ＦｅＡｌＳｉ合金膜
５１セラミックス基板（基体）
５２絶縁膜（アルミナ膜）
５３Ｃｒ
５４Ｆｅ
５５ＦｅＡｌＳｉ合金膜
５６ギャップ
５７ＭＲ素子
５８ボトムポール
５９書き込みギャップ
６０トップポール
６１コイルパターン
６２オーバーコート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film magnetic head substrate, a thin film magnetic head, and a method of manufacturing a thin film magnetic head substrate.
[0002]
[Prior art]
Magnetoresistance (MR) type heads have been developed that use as a base a ceramic substrate such as alumina titanium carbide (Altic) deposited on an insulating film such as an alumina film. In such an MR type head, a magnetic shield film is deposited on the insulating film, and an MR element and a recording head portion are provided on the magnetic shield film. The magnetic shield film is made of a soft magnetic material such as permalloy, Co—Nb—Zr-based or Co—Fe—B—Si-based Co-based amorphous, FeAlSi alloy.
[0003]
Unlike the electromagnetic induction type such as the MIG type head, the MR type head uses the magnetoresistive effect, so that a large reproduction voltage can be taken out regardless of the relative speed between the head and the storage medium. In recent years, in order to improve recording density, MR type heads are being used in large capacity hard disk drives (HDD) for computers, HDDs for personal computers, and the like.
[0004]
There is a demand for improving the high-frequency magnetic permeability of the magnetic shield film of the MR type head. Specifically, it is desired to exhibit high magnetic permeability in the range of vibration frequencies of about 100 MHz to about 300 MHz. For this reason, a technique for uniformly controlling the in-plane magnetic anisotropy of the magnetic shield film over a wide area on the substrate is required.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an FeAlSi alloy film such as a sendust film is used as a magnetic shield film, if the FeAlSi alloy film is deposited directly on an insulating film such as an alumina film, the adhesion between the insulating film and the FeAlSi alloy film In addition, the magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film is difficult to control uniformly within a wide area range.
[0006]
The present invention has been made in view of these points, and its main purpose is to improve adhesion between the FeAlSi alloy film and the ceramic substrate and to control the magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film. An object of the present invention is to provide a magnetic head substrate, a thin film magnetic head, and a method of manufacturing a thin film magnetic head substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A thin film magnetic head substrate according to the present invention is a thin film magnetic head substrate comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film, and is disposed between the FeAlSi alloy film and the ceramic substrate. The intermediate laminated film includes a Cr film and an Fe film in order from the side close to the ceramic substrate.
[0008]
Preferably, the Fe film is in direct contact with each of the FeAlSi alloy film and Cr, and the thickness of the Fe film is set to 20 nm or more and 500 nm or less.
[0009]
It is preferable that an insulating film is provided between the ceramic substrate and the Cr film.
[0010]
The thickness of the Cr film is preferably 5 nm or more and 100 nm or less.
[0011]
Another thin film magnetic head substrate according to the present invention is a thin film magnetic head substrate comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film, wherein the insulating film is formed on the surface of the ceramic substrate. And an intermediate laminated film disposed between the insulating film and the FeAlSi alloy film, the intermediate laminated film being a metal layer in contact with the FeAlSi alloy film, the in-plane uniaxial magnetism of the FeAlSi alloy film A metal layer that controls anisotropy, and an adhesion layer that is formed between the insulating film and the metal layer on the ceramic substrate and exhibits higher adhesion to the insulating film than the metal layer. It is out.
[0012]
The thickness of the metal layer preferably has a size that does not substantially reflect the influence of the adhesion layer on the surface of the metal layer.
[0013]
A thin film magnetic head according to the present invention includes any one of the above thin film magnetic head substrates and a magnetoresistive element formed on the thin film magnetic head substrate.
[0014]
A method of manufacturing a substrate for a thin film magnetic head according to the present invention is a method for manufacturing a substrate for a thin film magnetic head comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film. Including a step of forming a film and a step of depositing the FeAlSi alloy film on the intermediate laminated film, and the step of depositing the intermediate laminated film includes a step of depositing a Cr film on the ceramic substrate; A step of depositing an Fe film on the Cr film; and a step of depositing the FeAlSi alloy film on the Fe film.
[0015]
The thickness of the Fe film is preferably 20 nm or more and 500 nm or less.
[0016]
As the ceramic substrate, a conductive ceramic substrate having an insulating film formed on the surface is preferably used.
[0017]
The deposition of the Fe film is preferably performed by a sputtering method.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inventor of the present application provided a Cr film between the FeAlSi alloy film and the base insulating film for the purpose of improving the adhesion of the FeAlSi alloy film, and evaluated the magnetic characteristics of the FeAlSi alloy film. As a result, it was found that the in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film varies widely in the substrate plane (in the wafer plane), and the magnetic anisotropy cannot be controlled.
[0019]
The inventor produced a laminated structure of adhesion layer / Fe film / FeAlSi alloy film in order from the substrate side, and evaluated the magnetic characteristics of the FeAlSi alloy film. As a result, the in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film is made uniform over a wide range in the wafer surface by forming an Fe film having a thickness within a predetermined range between the adhesion layer and the FeAlSi alloy film. I found what I could do.
[0020]
Hereinafter, embodiments of a thin film magnetic head substrate and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a thin film magnetic head substrate 20 according to the present embodiment. In the present embodiment, a conductive ceramic substrate 21 having a thickness of 2 mm made of alumina titanium carbide containing 64% alumina by mass percentage is used as a wafer. The thin film magnetic head substrate 20 includes a ceramic substrate 21, a 5 μm thick alumina (Al 2 O 3) film 22 deposited on the ceramic substrate 21, a Cr film 23 deposited on the alumina film 22, and a Cr film 23. An Fe film 24 deposited on top and an FeAlSi alloy film 25 deposited on the Fe film 24 are provided. The contents of Fe, Al, and Si in the FeAlSi alloy film 25 are 85.0%, 5.4%, and 9.6%, respectively, by mass percentage, and the FeAlSi alloy film 25 functions as a sendust film. To do.
[0022]
When a ceramic substrate made of an insulating material is employed, it is not always necessary to cover the upper surface of the ceramic substrate with an insulating film such as an alumina film. However, since the surface of the ceramic substrate has irregularities with a smoothness Ra of 1.0 nanometer or more, an insulating film such as an alumina film is used to improve the flatness of the surface regardless of the conductivity. Is preferably deposited. By depositing such an insulating film, the flatness of the surface can be improved. In the present embodiment, the surface of the alumina film 22 is buffed to reduce its smoothness Ra to 0.5 nanometer (nm) or less. After polishing, the surface of the insulating film 22 was cleaned with a brush and pure water to remove impurities such as impurities from the substrate as much as possible.
[0023]
In the present embodiment, the thickness of the Cr film 23 is 20 nm, the thickness of the Fe film 24 is 100 nm, and the thickness of the FeAlSi alloy film 25 is 2 μm. All of the metal films 23 to 25 were deposited by sputtering using different targets in a common sputtering apparatus. The RF power during sputtering was 5.5 W / cm 2, the atmosphere was 1.3 Pa Ar gas (flow rate: 25 sccm), and the substrate temperature was 200 ° C. After depositing the film by sputtering, the thin film magnetic head substrate 20 is heat treated at 480 ° C. for 60 minutes in a vacuum of 6.7 × 10 −4 Pa or less or in an inert gas atmosphere such as nitrogen and argon. did.
[0024]
During thin film deposition by sputtering and subsequent heat treatment, the thin film magnetic head substrate 20 had a diameter of about 125 mm (see FIG. 2). However, when it is finally commercialized as a thin film magnetic head, the substrate 20 in the wafer state is cut and separated into a large number of chips each having a size of several mm square. Therefore, if the film characteristics vary within the wafer plane, the production yield of the finally obtained thin film magnetic head will be greatly reduced. However, according to the present embodiment, the magnetic characteristics do not vary over a wide range of the wafer, and high quality is achieved.
[0025]
With respect to the thin film magnetic head substrate 20, the magnetic characteristics at points 1 to 13 on the wafer were evaluated by a micro-curl (Kerr) effect measuring device as shown in FIG. The distance between each point is 20 mm. Representative examples of the evaluation results are shown in FIGS. The horizontal axis of the graph corresponds to the magnetic field H, and the vertical axis corresponds to the magnetic flux density B. However, the value on the vertical axis is based on the measured value of the Kerr rotation angle. 3A shows the measurement results for the hard axis (arrow a in FIG. 2), and FIG. 3B shows the measurement results for the easy axis (arrow b in FIG. 2). Has been. The characteristics shown in FIGS. 3A and 3B were observed at all measurement points 1-13. This shows that in-plane uniaxial magnetic anisotropy is obtained uniformly at any position on the wafer.
[0026]
FIG. 4 shows the high-frequency permeability characteristics of this sample. The vertical axis represents the magnetic permeability μ, and the horizontal axis represents the frequency. As can be seen from FIG. 4, a higher magnetic permeability than that of the conventional example was achieved not only in the region where the frequency was 100 MHz or less but also in the range of 100 MHz to 300 MHz.
[0027]
Next, Table 1 below shows the evaluation results regarding adhesion and film characteristics when the thickness of the Cr film 23 is changed. Here, “adhesion” is evaluated by the peel strength between the alumina film and the metal film when the grindstone is cut, and “film characteristics” are evaluations of variations in in-plane uniaxial magnetic anisotropy. . Regarding the peel strength, the size of the film chipping is determined by cutting, and white circles are given to those that are at a level that can withstand commercialization.
[0028]
[Table 1]

[0029]
From the viewpoint of improving adhesion, the thickness of the Cr film 23 is preferably 5 nm or more and 100 nm or less. If the Cr film 23 is thicker than 200 nm, the adhesion is not lowered, but the surface of the Cr film 23 is roughened, which adversely affects the magnetic properties of the entire metal film. In addition, even if the Cr film 23 is thin, the Cr film 23 can exhibit a function of improving the adhesion, and therefore it is not necessary to form the Cr film 23 to be particularly thick. From the viewpoint of improving mass productivity, it is preferable to form it as thin as possible while maintaining adhesion.
[0030]
Tables 2 and 3 below show the evaluation results of adhesion and film characteristics when the thickness of the Fe film 24 is changed. Evaluation criteria are the same as in Table 1.
[0031]
[Table 2]

[0032]
[Table 3]

[0033]
In any sample, since the Cr film 23 having a thickness of 20 nm is provided, the adhesion is good regardless of the thickness of the Fe film 24. However, from the viewpoint of improving film characteristics, the thickness of the Fe film 24 is preferably 50 nm or more for the samples shown in Tables 1 and 2. On the other hand, the upper limit of the preferable thickness range of the Fe film 24 varies depending on the thickness of the FeAlSi alloy film deposited thereon. The Fe film 24 is preferably formed thinly to 1/10 or less of the thickness of the FeAlSi alloy film. For example, when the thickness of the FeAlSi alloy film is 2 μm, the upper limit of the preferable thickness range of the Fe film 24 is 200 nm. When the thickness of the FeAlSi alloy film is 1 μm, the upper limit of the preferable thickness range of the Fe film 24 is 100 nm.
[0034]
According to another experiment, even when the thickness of the Fe film 24 was 20 nm, the film characteristics were at a sufficient level. On the other hand, it is known that when the thickness of the FeAlSi alloy film is 5 μm or more, the film characteristics are at a sufficient level even if the thickness of the Fe film 24 is 500 nm. Therefore, it can be said that the thickness of the Fe film 24 is preferably 20 nm or more and 500 nm or less.
[0035]
In the above embodiment, the Fe film is used to suppress the dispersion (variation) of the in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film. However, even if it is a metal film other than the Fe film, if it is a metal film that can suppress the variation in the in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film, it is replaced with or added to the Fe film. Can be used. Further, any metal film that exhibits practically sufficiently high adhesion to the base insulating film can be used instead of the Cr film or laminated on the Cr film.
[0036]
In the above embodiment, the thickness of the FeAlSi alloy film 25 is 1 μm or 2 μm, but the thickness is not limited to this, and is set to a necessary value as appropriate. When making the FeAlSi alloy film 25 thinner than 1 μm, it is preferable to set the thickness of the Fe film within a range of about 20 to 80 nm. This is because when the FeAlSi alloy film 25 is relatively thin, if the Fe film becomes too thick, the influence of the Fe film on the magnetic properties of the entire metal film becomes too strong, which is not preferable.
[0037]
In the above embodiment, the contents of Fe, Al, and Si in the FeAlSi alloy film 25 are 85.0%, 5.4%, and 9.6%, respectively, by mass percentage. The alloy film is not limited to this composition. The contents of Fe, Al, and Si can be appropriately set to necessary values.
[0038]
Next, an embodiment of a thin film magnetic head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of the main part of the thin film magnetic head 50.
[0039]
The thin film magnetic head 50 of this embodiment includes a ceramic substrate 51 made of alumina titanium carbide, an alumina insulating film 52 having a thickness of 3 to 15 μm deposited on the ceramic substrate 51, and a Cr film deposited on the insulating film 52. (Adhesion layer) 53, Fe film 54 deposited on Cr film 53, and FeAlSi alloy film 55 deposited on Fe film 54. The contents of Fe, Al, and Si in the FeAlSi alloy film 55 are 85.0%, 5.4%, and 9.6%, respectively, by mass percentage, and the FeAlSi alloy film 55 functions as a sendust film. To do. The thicknesses of the Cr film 53, the Fe film 54, and the FeAlSi alloy film 55 in the present embodiment are 27 nm, 100 nm, and 2 μm, respectively. Note that the hard axis of magnetization of the FeAlSi alloy film 55 faces the direction indicated by the arrow c in FIG.
[0040]
A gap 56 of about 0.4 μm is provided on the FeAlSi alloy film 55, and a reproducing MR element 57 is disposed in the gap 56. The MR element 57 has a known configuration having an electrode (not shown) and an MR film. The gap 56 is formed of an insulating film such as alumina deposited on the FeAlSi alloy film 55 so as to cover the MR element 57. The thickness of the MR element 57 is, for example, about 0.1 μm.
[0041]
A bottom pole (thickness: 2 to 3 μm) 58 is deposited on the insulating film functioning as the gap 56. The bottom pole 58 is made of a soft magnetic material such as permalloy, for example, and also functions as a magnetic shield film. A top pole (thickness: 2 to 3 μm) 60 is formed on the bottom pole 58 via a write gap 59 of 0.4 to 0.6 μm. A coil pattern 61 formed by patterning a Cu film having a thickness of about 5 μm is provided between the bottom pole 58 and the top pole 60. The periphery of the coil pattern 61 is covered with an organic insulating film. A recording head portion is constituted by the bottom pole 58, the coil pattern 61, the top pole 60, and the like. By energizing the coil pattern 61, a magnetic field is formed in the vicinity of the write gap 59, and data is written (recorded) on a recording medium (not shown). The recording head portion is covered with an overcoat (thickness: 40 μm, for example).
[0042]
These laminated structures are manufactured by a normal thin film deposition technique or a lithography technique. Also in this embodiment, the Cr film 53, the Fe film 54, and the FeAlSi alloy film 55 are deposited by the sputtering method, but other thin film deposition methods may be used.
[0043]
Since this thin film magnetic head 50 has the same configuration as the thin film magnetic head substrate 20 below the MR element 57, the uniaxial anisotropy of the FeAlSi alloy film 55 is controlled by the Fe film 54, and the high frequency The permeability characteristics are improved. Further, since the adhesion is enhanced by the Cr film 53, the problem of peeling of the FeAlSi alloy film 55 or the like does not occur.
[0044]
As mentioned above, although this invention was demonstrated about the example using the ceramic substrate which consists of an alumina titanium carbide, the ceramic substrate used for this invention is not limited to this. In this specification, a substrate formed of glass is also included in the “ceramic substrate”. This is because even if a glass substrate is used, the effect of the present invention is sufficiently exhibited.
[0045]
Further, the reproducing element formed on the magnetic shield film is not limited to the MR element. Other types of elements may be used.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, a substrate for a thin film magnetic head which improves the adhesion between the FeAlSi alloy film and the ceramic substrate, controls the in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film, and improves the high-frequency permeability characteristics. And a thin film magnetic head can be provided. According to the present invention, even when an FeAlSi alloy film or the like is deposited on a wafer having a large area, the in-plane uniaxial magnetic anisotropy is uniformly achieved in a wide wafer surface. It can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film magnetic head substrate according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing measurement points on a wafer in an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing evaluation results by a micro-Kerr effect measuring apparatus for an example of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a graph showing high-frequency magnetic permeability characteristics regarding examples of the present invention and comparative examples.
FIG. 5 is a perspective view of main parts of a thin film magnetic head according to the present invention.
[Explanation of symbols]
20 Thin-film magnetic head substrate 21 Ceramic substrate 22 Insulating film (alumina film)
23 Cr
24 Fe
25 FeAlSi alloy film 51 Ceramic substrate (base)
52 Insulating film (alumina film)
53 Cr
54 Fe
55 FeAlSi alloy film 56 Gap 57 MR element 58 Bottom pole 59 Write gap 60 Top pole 61 Coil pattern 62 Overcoat

Claims

A thin film magnetic head substrate comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film,
An intermediate laminated film disposed between the FeAlSi alloy film and the ceramic substrate;
A thin film magnetic head substrate, wherein the intermediate laminated film includes a Cr film and an Fe film in order from the side close to the ceramic substrate.

The Fe film is in direct contact with each of the FeAlSi alloy film and the Cr film;
The thin film magnetic head substrate according to claim 1, wherein the thickness of the Fe film is set to 20 nm or more and 500 nm or less.

3. The thin film magnetic head substrate according to claim 1, wherein an insulating film is provided between the ceramic substrate and the Cr film.

4. The thin film magnetic head substrate according to claim 1, wherein the Cr film has a thickness of 5 nm to 100 nm.

A thin film magnetic head substrate comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film,
An insulating film formed on the surface of the ceramic substrate;
An intermediate laminated film disposed between the insulating film and the FeAlSi alloy film;
The intermediate laminated film is
A metal layer that contacts the FeAlSi alloy film and controls in-plane uniaxial magnetic anisotropy of the FeAlSi alloy film;
An adhesion layer formed between the insulating film on the ceramic substrate and the metal layer, and exhibiting higher adhesion to the insulating film than the metal layer;
A substrate for a thin film magnetic head.

The thin film magnetic head substrate according to claim 5, wherein the thickness of the metal layer has a size that does not substantially reflect the influence of the adhesion layer on the surface of the metal layer.

A substrate for a thin film magnetic head according to any one of claims 1 to 6;
A magnetoresistive element formed on the thin film magnetic head substrate;
Thin film magnetic head with

A method of manufacturing a thin film magnetic head substrate comprising a FeAlSi alloy film and a ceramic substrate supporting the FeAlSi alloy film,
Forming an intermediate laminated film on the ceramic substrate;
Depositing the FeAlSi alloy film on the intermediate laminated film;
Including
The step of depositing the intermediate laminated film includes
Depositing a Cr film on the ceramic substrate;
Depositing a Fe film on the Cr film;
For manufacturing a thin film magnetic head substrate.

The method of manufacturing a thin film magnetic head substrate according to claim 8, wherein the thickness of the Fe film is 20 nm or more and 500 nm or less.

The method for manufacturing a substrate for a thin film magnetic head according to claim 8 or 9, wherein a conductive ceramic substrate having an insulating film formed on a surface thereof is used as the ceramic substrate.

11. The method of manufacturing a thin film magnetic head substrate according to claim 8, wherein the deposition of the Fe film is performed by a sputtering method.