专利名称：软磁性薄膜及其制备方法和磁头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软磁性薄膜，其具有高饱和磁通密度和良好的软磁特性并且适宜用做磁盘驱动装置的磁头的磁性膜，本发明还涉及制备这种软磁性薄膜的方法和含有这种软磁性薄膜的磁头。
背景技术：
磁盘驱动装置的磁头具有由磁性膜构成的上磁极和下磁极。将朝向记录介质的磁极的端面制得较窄并且含有厚度为3μm～4μm的厚膜，从而在端面上会聚磁通量，因此通过电镀法形成磁极，这样可以选择性地以高沉积效率形成所述的膜。
随着记录密度的增加，磁头的材料应该具有高饱和磁通密度(Bs)和优异的软磁特性。特别是，在已经开发作为下一代记录头的新的垂直记录磁头中，主磁极材料的Bs必须更高，并且其软磁特性必须优于那些传统的垂直记录头。
在日本特开2002-280217号公报(文献1)中，使用在合金中饱和磁通密度(Bs)最高的FeCo作为新磁头的材料，并且公开了通过电镀法形成软磁性膜的方法。在日本特开2004-127479号公报(文献2)中，使用由Ru制成的基极层来改善用做磁记录头的磁性膜的FeCoNi的软磁特性。此外，在日本特开2005-86012号公报(文献3)中，使由电镀法形成的FeCo膜定向从而具有bcc(110)的晶体结构。
然而，虽然文献1中所公开的FeCo镀膜的饱和磁通密度(Bs)高于传统的镀膜，但由于磁致伸缩很大因此很难改善软磁特性，并且矫顽力一定很大。如果矫顽力较大，高频响应性必定会变差。文献2中所公开的FeCoNi薄膜的Bs必定会因Ni而下降，因此不能得到2.3T的Bs。此外，文献3中所公开的FeCo镀膜具有大于或等于2.3T的Bs，但使镀膜取向为bcc(110)的底层必定受到限制，因此该镀膜不适于一些制造方法。
发明内容
本发明是设计用来解决上述问题的。
本发明的一个目的是提供一种软磁性薄膜，其具有高饱和磁通密度和良好的软磁特性并且适宜用做磁盘驱动装置的磁头的磁性膜。
另一个目的是提供这种软磁性薄膜的制造方法。
而且，还有一个目的是提供含有这种软磁性薄膜的磁头。
为了达到这些目的，本发明具有以下结构。
即，通过电镀法形成这种软磁性薄膜，该薄膜是由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成，并且镀膜的内应力大于或等于400MPa。
例如，合金的组成可以是FexCo(60原子％≤x≤80原子％)、FexNi(70原子％≤x≤99原子％)或FexCoyNiz(50原子％≤x≤90原子％，10原子％≤y≤50原子％并且0原子％≤z≤20原子％)。由于镀膜的内应力大于或等于400MPa，所以软磁性膜具有足够的饱和磁通密度并且可以限制矫顽力，因此可以实现具有良好的软磁特性的磁性薄膜。
制备软磁性薄膜的方法包括以下步骤通过电镀法形成磁性薄膜，该薄膜由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成；并且在150℃或更高温度下使磁性薄膜退火。
另一种制备软磁性薄膜的方法包括以下步骤通过电镀法形成磁性薄膜，该薄膜由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成；并且将应力松弛剂或主光亮剂(primary brightening agent)用于电镀过程中，该应力松弛剂的结构式中含有[＝C-SO2-][-C-N-]键，并且该主光亮剂的加入量小于0.2克/升。
通过使磁性薄膜退火或控制应力松弛剂和主光亮剂的用量，可以增加镀膜的内应力，因此不进行复杂的步骤就可以改善磁性薄膜的特性。
磁头含有写入头，该写入头含有上磁极、下磁极和位于所述磁极之间的磁隙层，并且上磁极和/或下磁极含有所述软磁性薄膜。垂直记录磁头含有主磁极，并且该主磁极含有所述软磁性薄膜。另一种垂直记录磁头含有主磁极和尾部屏蔽物(trailing shield)，并且主磁极或尾部屏蔽物中含有所述软磁性薄膜。磁头含有本发明的软磁性薄膜，因此它们可以进行高密度记录，并且它们具有良好的高频特性。由于软磁性薄膜是通过退火步骤等制造的，因此本发明的磁头很容易用常规的制备方法制造。
由于本发明的软磁性薄膜具有高饱和磁通密度和良好的软磁特性，因此可以适用于磁盘驱动装置的磁头。本发明的方法包括退火步骤或调节电镀液的组成，因此易于适用常规的制备方法。
现在通过实施例并且参考附图来描述本发明的实施方式，其中图1显示了在困难轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；图2显示了在容易轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；图3显示了在困难轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与退火温度的依赖关系图；图4显示了在容易轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与退火温度的依赖关系图；图5显示了FeCo镀膜的内应力与退火温度的依赖关系图；图6显示了FeCo镀膜的内应力与应力松弛剂浓度的依赖关系图；图7显示了在困难轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；图8显示了在容易轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；图9显示了在困难轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与退火温度的依赖关系图；图10显示了在容易轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与退火温度的依赖关系图；
图11显示了FeNi镀膜的内应力与退火温度的依赖关系图；图12是使用本发明的软磁性薄膜的磁头的截面图；和图13是使用本发明的软磁性薄膜的另一种磁头的截面图。
具体实施例方式
现在将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。
本发明的软磁性薄膜是由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金通过电镀法制成的，并且其特征在于镀膜的内应力大于或等于400MPa。为了增加所述膜的内应力，对由电镀法制成的磁性薄膜进行退火，或者限制用于电镀的应力松弛剂的用量。
(FeCo合金薄膜)下面将说明用做本发明的软磁性薄膜的FeCo合金薄膜的制造方法。
使用由Al2O3-TiC制成的基材，并且在它上面通过溅射或汽相沉积形成用于电镀的基膜。并且通过电镀法在基膜上形成FeCo镀膜。基膜可以是磁性膜或非磁性膜。基膜的厚度取决于薄膜电阻，它会影响FeCo镀膜的分布。薄膜电阻与金属的电阻率有关，因此如果使用具有高电阻率的金属，应当使所述膜较厚。在加工作为磁头的基体的滑块时，如果采用分流法(shunting process)，将会降低电阻率而与材料无关，因此不需要考虑基膜的厚度，在分流法中，部分磁头与基材电连接以避免静电损害元件。
注意，为了将FeCo镀膜牢固地附着在基材上，在基材上形成厚度为5nm～10nm的Ti膜，然后在其上形成基膜。为了牢固地附着FeCo镀膜，可以用Ta、Cr、Nb等代替Ti。
表1
表1中显示了电镀液的组成和成膜条件。上述溶液包括Co和Fe的硫酸盐试剂、硼酸、导电剂和应力松弛剂来提供Co离子和Fe离子。应力松弛剂是结构式中含有[＝C-SO2-][-C-N-]键的有机物质。在本实施方式中使用糖精钠。此外，结构式中含有[＝C-SO2-]而不含有[-N-]的萘-1，3，6-三磺酸盐、萘-1，5-二磺酸盐等都是常用试剂并且可以加入到FeCo电镀液中。
镀膜中应力松弛剂的混合量可以根据应力松弛剂的化学吸附力而改变，也可以根据电镀液中的其他离子而改变。例如，如果存在于电镀液中的离子包括氮，如铵离子，氮的化学吸附力促进了应力松弛剂混入镀膜中。当存在抗蚀图形时，该功能是明显的。然而，如果该促进效果过高，则应力松弛剂不仅降低了内应力而且降低了饱和磁通密度(Bs)。Bs的降低是不符合需要的。
当使用结构式中含有[＝C-SO2-][-C-N-]的有机物质作为应力松弛剂时，应当考虑导电剂。可以使用氯化物盐、硫酸盐或氨基磺酸盐的试剂作为导电剂，其中每种盐的阳离子是碱金属或氢。例如，可以使用氯化钠、氯化钾、氯化锂、硫酸钠等。在本实施方式中，可以使用氯化钠。
FeCo镀膜在约64KA/m的直流磁场中形成。下面将对成膜条件进行说明。
考虑铁离子的电流效率和抗氧化性，用于成膜的合适的pH值为2.0～3.0。在本实施方式中，成膜的pH值为2.3。用硫酸调节pH值。注意，也可以用盐酸调节pH值。为了提高pH值，可以使用氨水、氢氧化钠等。然而，氢氧化钠容易形成氢氧化物沉淀，因此不鼓励使用氢氧化钠。
可以使用脉冲电流。脉冲电流的平均电流密度为3～25毫安/平方厘米；其占空率(duty cycle)为5％～75％；并且其频率为1～100赫兹。也可以用直流电来成膜，但镀膜表面的粗糙度比采用脉冲电流电镀得到的FeCo膜表面的粗糙度大。
用脉冲电流电镀得到的FeCo膜的Ra≤5nm，所以该膜具有高平整度。电镀液的温度为20℃～35℃。如果温度太高，就会加速铁的氧化从而缩短溶液的使用寿命。溶液的合适的温度是30℃或更低。注意，优选进行N2鼓泡从而抑制溶液的氧化。此外，应当避免频繁地开关溶液浴的盖子来抑制氧化。
图1显示了在困难轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；图2显示了在容易轴方向上FeCo镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图。在图1和2中，使用了四种基膜。
与基膜的种类无关，FeCo镀膜的组成是FexCo100-x(65重量％≤x≤75重量％)，并且其饱和磁通密度(Bs)大于或等于2.3T。当x为60重量％≤x≤80重量％时，Bs为Bs≥2.25T。
如图1和2所示，在困难轴和容易轴方向上矫顽力随着FeCo镀膜的内应力(σ)的增加而减小。注意，矫顽力根据基膜而变化，但在所有的FeCo膜中都发现了矫顽力随着内应力增加而减小的趋势。在其基膜具有显著软磁特性的膜上，矫顽力的应力依赖性并不明显，因此这种膜的特性必须单独进行研究。
通过退火可以增加镀膜的应力。退火气氛取决于膜的制备方法。在本实施方式中，退火是在真空气氛中进行的。退火的保持时间也取决于膜的制备方法。在本实施方式中，保持时间是1个小时。退火所施加的磁场(通过电镀成膜时的磁化方向)也取决于膜的制备方法。然而在本实施方式中，没有施加磁场。
图3-5显示了在困难轴方向上的矫顽力、在容易轴方向上的矫顽力和镀膜中的内应力相对于退火温度的变化。根据图5，镀膜中的内应力随着退火温度的增加而增加。根据图3和图4，矫顽力随着退火温度的增加而减小，并且在困难轴方向上的矫顽力能够在退火温度为150℃或更高时得以保持。因此，可以在150℃或更高温度下进行退火来降低矫顽力。注意，最大退火温度应该等于或低于磁性膜的再结晶温度。
为了有效地增加镀膜的内应力，可以控制加入到电镀液中的应力松弛剂的用量。图6显示了镀膜的内应力(σ)与应力松弛剂浓度的依赖关系图。当应力松弛剂的浓度小于0.2克/升时，内应力增加。即，可以降低FeCo镀膜的矫顽力，并且可以改善FeCo镀膜的软磁特性。在另一种情况中，可以通过控制主光亮剂而不是应力松弛剂的添加量来增加镀膜的内应力。
(FeNi合金薄膜)接下来，将对FexcNi(70原子％≤x≤99原子％)中矫顽力相对于其中内应力的变化进行说明。
在本实施方式中，使用与上述制造FeCo合金薄膜所用的相同的基材和相同的基膜。
表2
表2中显示了电镀液的组成和成膜条件。上述溶液包括Ni和Fe的硫酸盐试剂、硼酸、导电剂和应力松弛剂来提供Ni离子和Fe离子。其他组成和电镀条件与制备FeCo镀膜的实施方式相同，因此省略了其说明。
当FeNi镀膜的组成为80原子％≤x≤99原子％，其饱和磁通密度(Bs)大于或等于2T而与基膜的种类无关；当组成是90重量％≤x时，其饱和磁通密度是Bs＞2.1T。
FeNi镀膜具有微晶结构而与电镀所用的基膜无关。通过改变晶体结构它们的软磁特性几乎不会变化。
图7显示了在困难轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图；并且图8显示了在容易轴方向上FeNi镀膜的矫顽力与应力的依赖关系图。在两个图中，矫顽力均随着镀膜内应力的增加而减少。
图9～图11中显示了在困难轴方向上的矫顽力、在容易轴方向上的矫顽力和镀膜中的内应力相对于退火温度的变化。根据图9和图10，矫顽力随着退火温度的增加而减小，根据图11，内应力随着退火温度的增加而增加。
即使在刚刚形成镀膜之后FeNi镀膜的软磁特性较差，也可以通过将镀膜退火来改善软磁特性。根据图9～图11，优选的退火温度为大于或等于150℃，更优选为大于或等于200℃。
注意，通过控制应力松弛剂的浓度可以增大内应力，但有时会在镀膜上形成裂纹。因此，应力松弛剂的浓度应该高于电镀FeCo薄膜所用的应力松弛剂的浓度，从而稳定地形成FeNi镀膜。
在上述的实施方式中，磁性膜是FeCo镀膜和FeNi镀膜。此外，组成为FexCoyNiz(50原子％≤x≤90原子％，10原子％≤y≤50原子％并且0原子％≤z≤20原子％)的磁性膜也具有与所述FeCo镀膜及所述FeNi镀膜一样的软磁特性。
(磁头)本发明的FeCo镀膜的Bs＞2.3T并且Hc_h＜200A/m；本发明的FeNi镀膜的Bs＞2.1T并且Hc_h＜50A/m。所以它们具有高Bs和良好的软磁特性，并且它们可以有效地用于构成磁盘驱动装置的磁头的磁性膜。
在图12中，本发明的软磁性薄膜用在磁头的磁隙层中。该磁头包含包括作为读取元件的MR元件10的读出头、下屏蔽层12和与下屏蔽层12一起将MR元件10夹在中间的上屏蔽层14；和写入头，其包括下磁极16、上磁极18和线圈20。注意，上屏蔽层14作为写入头的下磁极16。
下磁极16的末端磁极部分16a和上磁极18的末端磁极部分18a在朝向记录介质的写入头的末端部分中形成。在末端磁极部分16a和18a之间形成写入间隙。在本实施方式中，写入间隙层是由绝缘层22a和形成在绝缘层22a上的晶种层22b构成，其中绝缘层22a是由铝、SiO2等制成。如果晶种层22b是非磁性膜，则晶种层22b可以单独作为写入间隙层。磁性薄膜24是本发明的软磁性薄膜。磁性膜24通过以下步骤制备通过电镀法形成磁性膜；并且将磁性膜退火。在另一种情况中，控制电镀磁性膜24的方法来增加它的内应力从而改善软磁特性。通过使用本发明的软磁性薄膜，该写入头能够进行高密度记录并且能够改善高频特性。
在图13中，本发明的软磁性薄膜用在垂直记录磁头中。垂直记录磁头包括含有主磁极26和旁轭28的写入头。尾部屏蔽物28a形成在旁轭28的前端，并且使用本发明的软磁性薄膜作为磁性薄膜30。非磁性导电层32a作为磁性薄膜30电镀成膜时的底层。
注意，本发明的软磁性薄膜可以用在尾部屏蔽物28a中。
由于本发明的软磁性薄膜具有高饱和磁通密度和良好的软磁特性，因此主磁极26或尾部屏蔽物28a中使用了该软磁性薄膜的磁头能够进行高密度记录，并且能够大大改善高频特性。
在不偏离其实质特征的精神的情况下本发明可以包含其他特定形式。因此在所有方面本发明的实施方式均应该被认为是解释性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明书来表述，并且落入该权利要求的含义和等同范围内的所有变化形式都包括在本发明中。
权利要求
1.一种软磁性薄膜，该软磁性薄膜是通过电镀法由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成的，其中镀膜的内应力为大于或等于400MPa。
2.如权利要求1所述的软磁性薄膜，其中所述合金的组成是FexCo，其中60原子％≤x≤80原子％。
3.如权利要求1所述的软磁性薄膜，其中所述合金的组成是FexNi，其中70原子％≤x≤99原子％。
4.如权利要求1所述的软磁性薄膜，其中所述合金的组成是FexCoyNiz，其中50原子％≤x≤90原子％，10原子％≤y≤50原子％并且0原子％≤z≤20原子％。
5.一种软磁性薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤通过电镀法形成磁性薄膜，所述磁性薄膜由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成；和在大于或等于150℃的温度使所述磁性薄膜退火。
6.一种软磁性薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤通过电镀法形成磁性薄膜，所述磁性薄膜由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成，其中将应力松弛剂或主光亮剂用于电镀法中，所述应力松弛剂的结构式中含有[＝C-SO2-][-C-N-]键，所述主光亮剂的加入量小于0.2克/升。
7.一种含有写入头的磁头，所述磁头包含上磁极、下磁极和位于所述磁极之间的磁隙层，其中所述上磁极和/或所述下磁极含有软磁性薄膜，所述软磁性薄膜是通过电镀法由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成的，并且镀膜的内应力为大于或等于400MPa。
8.一种含有主磁极的垂直记录磁头，其中所述主磁极含有软磁性薄膜，所述软磁性薄膜是通过电镀法由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成的，并且镀膜的内应力为大于或等于400MPa。
9.一种含有主磁极和尾部屏蔽物的垂直记录磁头，其中所述主磁极或所述尾部屏蔽物含有软磁性薄膜，所述软磁性薄膜是通过电镀法由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成的，并且镀膜的内应力为大于或等于400MPa。
全文摘要
一种软磁性薄膜，其具有高饱和磁通密度和良好的软磁特性，并且它适宜用做磁盘驱动装置的磁头的磁性膜。这种软磁性薄膜是通过电镀法由含有选自Fe、Co和Ni的两种或三种元素的合金制成的，并且镀膜的内应力为大于或等于400MPa。
文档编号G11B5/31GK101022011SQ20061008790
公开日2007年8月22日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年2月15日
发明者三宅裕子 申请人:富士通株式会社