专利名称：形成NiP非磁性膜的方法和使用该膜制造磁头的方法
技术领域：
本发明涉及形成NiP非磁性膜的方法和使用该NiP非磁性膜制造磁头的方法，尤其涉及通过电解电镀形成NiP非磁性膜的方法和使用所述NiP非磁性膜制造磁头的方法。
背景技术：
图6是示出磁头读出头和写入头的层叠结构的横截面图，图7是从磁头的负载空气的表面看的读出头和写入头的解释图。磁头10具有层叠在基材上的读出头20和写入头30。通过在下屏蔽层21和上屏蔽层22之间形成MR元件23来构成读出头20。在写入头30中，在上屏蔽层22和上磁极32之间形成写入间隙层33，所述上屏蔽层22通常用作写入头30的下磁极31；在后间隙部分中形成导电线圈34，该后间隙部分在下磁极31和上磁极32之间形成。
下磁极31和上磁极32由具有高饱和磁通密度的金属制成；写入间隙层33由非磁性材料制成。如图所示，尖端磁极部分31a和32a分别在磁头10的磁极31和32的前端形成，因此写入头30的磁芯宽度狭窄。
下磁极31和上磁极32通过电镀法形成，这是具有高沉积效率的较好的方法。但是，在电镀法中，电镀金属沉积在抗蚀剂图案的凹槽中，从而形成磁极。因此，由于图案的纵横比使得磁芯宽度无法足够狭窄。磁芯宽度影响磁道宽度的精确性，因此磁芯宽度是提高记录介质记录密度的重要因素。因此，在电镀后通过离子修整使磁芯宽度变窄。但是，如果磁芯宽度通过离子修整变窄，则形成磁极和写入间隙层的材料又粘到磁芯上，因而必定降低磁道宽度的精确性。
为了解决磁道宽度精确性降低的问题，写入间隙层由非磁性材料例如NiP制成；并且通过电镀按顺序层叠下磁极、写入间隙层和上磁极(参见日本专利公报No.2002-157704)。写入间隙层的NiP通过在磁性材料镍(Ni)中加入预定量的磷(P)制成，以使NiP变成非磁性材料。因此，P的量很重要。如果在磁性电镀层例如下磁极上形成NiP层，则NiP层的P含量在靠近层间边界表面的部分中减小，使得部分NiP层具有磁性。为了解决该问题，通过提供脉冲电流形成NiP层(参见日本专利公报No.2002-175607)或者在下磁极上形成用于电镀NiP层的籽晶层(参见日本专利公报No.2002-298310)。
但是，在通过电镀形成由NiP层制成的写入间隙层的方法中，很难有效地防止电镀开始时P的减少。如果构成NiP层的P量减少，则NiP层具有磁性，从而使得写入间隙层的实际厚度必定比所需厚度更薄。因此，磁头的记录特性必定变差。具有磁性的写入间隙层NiP层的厚度随着电镀条件而变化，因此，实际厚度对于每一块或者每一个元件都不同。因此，传统磁头的可靠性必定降低。
应当指出，除了写入间隙层之外，磁头进一步具有隔离层和保护层，该隔离层将下磁极与屏蔽层隔开，该保护层覆盖上磁极的表面。这些非磁性层可以由绝缘材料制成。如果它们由非磁性金属材料例如NiP制成，则它们可以通过电镀形成。而且，具有层叠结构的磁头可以通过一系列电镀步骤完全形成，因此可以提高制造磁头的加工效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种容易和安全地形成NiP非磁性膜的方法。
另一个目的是提供一种使用本发明的NiP非磁性膜制造磁头的方法。
为了实现上述目的，本发明具有以下特征。
即，在通过电解电镀形成NiP非磁性膜的方法中，在由以下成分构成的NiP电镀溶液中进行电解电镀提供镍离子的试剂；提供磷离子的试剂；和包含羧基的试剂。例如，镍的硫酸盐和氯盐等可以用作提供镍离子的试剂；磷酸、亚磷酸钠等可以用作提供磷离子的试剂。
在该方法中，有机试剂和无机试剂都可以用作包含羧基的试剂。例如，柠檬酸钠可以用作该试剂。
在该方法中，沉积NiP膜的速率可以是0.01～0.04μm/分钟。在这种情况下，从电解电镀开始起，NiP膜中就可以包括足以从NiP膜中排除磁性的P量。因此，足够的P量可以均匀和稳定地分散在整个膜中。
在该方法中，电镀电流的电流密度可以大于或等于5mA/cm2。在这种情况下，可以保持NiP膜的沉积速率，而且可以在不溶解基底金属层的情况下进行电镀。
考虑到NiP膜基底层的抗蚀性和用于使NiP膜形成图案的抗蚀剂的耐受性，NiP电镀溶液的优选pH值是4～8。
磁头包括作为磁极或者磁性屏蔽层的多个磁性膜；和作为隔开磁性膜的隔离层或者覆盖磁性膜表面的保护层的NiP非磁性膜。在制造该磁头的方法中，该NiP非磁性膜通过本发明的上述方法形成。通过采用形成NiP非磁性膜的方法，磁头的该非磁性膜可以通过电解电镀容易而安全地形成，因此可以简化磁头的制造工艺。NiP膜可以变成完全非磁性膜，可以防止非磁性膜的实际厚度变化，从而可以提高磁头的可靠性。
NiP非磁性膜用于写入间隙层中，该写入间隙层在下磁极和上磁极之间形成，因此可以固定间隙长度，从而可以防止磁头特性的变化。
在本发明中，NiP非磁性膜可以通过电解电镀容易地形成。通过在磁头中采用本发明的NiP非磁性膜，可以容易地制造磁头。而且，该NiP膜可以在厚度方向上是完全非磁性的，以使该NiP膜可以用于间隙长度必须精确设置的写入间隙层中。因此，可以提供具有高精确度和高可靠性的磁头。
现在将通过实施例并参考附图来说明本发明的实施方式，其中图1是包含在NiP电镀膜中的磷(P)的量相对于其厚度的图；图2是包含在NiP电镀膜中的磷(P)的量相对于其沉积速率的图；图3是NiP电镀膜沉积速率相对于镍离子与羧基之间的浓度比和电镀电流的图；
图4是溶解FeCo电镀膜的量相对于NiP电镀溶液pH值的图；图5是退火前后NiP膜磁性变化的图；图6是示出传统磁头读出头和写入头的层叠结构的横截面图；和图7是从传统磁头的负载空气的表面看，读出头和写入头的解释图。
具体实施例方式
现在将参考附图详细说明本发明的优选实施方式。
下表列出了用于通过电解电镀形成NiP非磁性膜的NiP电镀溶液组成的例子。该NiP电镀溶液包含作为提供镍(Ni)的试剂的硫酸镍和氯化镍；以及作为提供磷(P)的试剂的磷酸和亚磷酸氢钠。此外，在NiP电镀溶液中添加作为羧酸的柠檬酸钠。
应当指出，可以添加的羧酸不局限于柠檬酸钠。具有羧基的其它试剂也可以使用，但是不能使用容易和Ni形成不可溶解的沉淀的酒石酸钠。
表
在该NiP电镀溶液中，硫酸盐和氯盐用作提供镍离子的来源，但是可以使用它们两者之一。磷酸和亚磷酸氢钠混合用作提供磷离子的来源。它们不需要混合，但是可以通过混合强酸(磷酸)和中性化合物(亚磷酸氢钠)而容易地调节电镀溶液的pH值。应当指出，NiP电镀溶液的pH值最终通过添加硫酸或者氢氧化钠来调节。
图1中示出了磷(P)的量相对于NiP电镀膜的关系，该NiP电镀膜分别在传统的NiP溶液和上述例子的NiP溶液中形成。该NiP膜通过NiP电镀在FeCo基底层上形成。在包含柠檬酸钠的电镀溶液中，从开始起P量就完全保持在大约20原子％(at％)。
图5示出NiP膜的磁性随P的量的变化。电镀结束时膜的磁性与电镀之后的退火膜的磁性不同。通过在250℃的温度下对膜退火1小时而提高了磁性。根据图5，如果NiP膜中P的量大于或等于约15(at％)，则甚至经过退火的NiP膜也是非磁性膜。
根据图1，在传统的电镀溶液中形成的NiP膜中，在开始形成的膜中P的量小，而且具有非磁性组成(P≥15(at％))的膜厚度是数十纳米。另一方面，在包含柠檬酸钠的溶液中形成的NiP膜中，从膜开始生成时就包括足以造成非磁性的P的量。因此，在整个膜中稳定均匀地包含P。即，本实施方案的电镀方法可以形成完全非磁性的NiP电镀膜。
图2示出在NiP电镀膜中包含的磷(P)的量与通过电解电镀形成的NiP膜的沉积速率之间的关系。根据该结果，随着NiP膜的沉积速率提高，P的量减少。为了保持NiP膜中的P的量大于或等于15(at％)，NiP膜的沉积速率必须小于或等于约0.04(μm/分钟)。
为了形成包含适当P量的NiP非磁性膜，必须控制NiP膜的沉积速率，但是该沉积速率由电镀溶液中的Ni离子与羧基之间浓度比和电镀电流来决定。
图3示出NiP电镀膜沉积速率随镍离子与羧基之间浓度比和电镀电流的变化。为了将NiP膜的沉积速率减小到小于或等于约0.04(μm/分钟)，Ni离子和羧基之间的浓度比必须小于或等于约0.3。
NiP膜的沉积速率随着电镀电流的减小而减小。在这种情况下，Ni离子和羧基之间浓度比的允许范围变宽。但是，如果电镀电流太小，当在基底层上形成NiP膜时，将溶解基底层的电镀膜。优选地，电镀NiP膜时，采用大于或等于约5mA/cm2电镀电流的电流密度、大于或等于约0.01(μm/分钟)的沉积速率和大于或等于约0.2的Ni离子与羧基之间浓度比。
当使用该NiP非磁性电镀膜作为磁头的写入间隙层时，写入间隙层的厚度约为100nm，因此厚度非常薄。如果沉积速率过高，则分布精确度降低，因此必须适当控制沉积速率，从而安全地形成薄的膜。
但是，如果在修整磁头磁极的前端时，将NiP电镀膜用作防止磁性层减少的覆盖层(cap layer)，则形成该膜的厚度必须为微米级。在这种情况下，必须以相对较高的沉积速率形成该膜。
根据NiP膜的使用选择电镀电流和Ni离子与羧基之间的浓度比，可以适当地控制形成NiP电镀膜的沉积速率。
除了上述条件，pH值也是NiP电镀溶液的重要条件。
NiP电镀溶液的最低pH值由NiP膜基底层(电镀层)的抗蚀性确定；NiP电镀溶液的最高pH值决定于抗蚀剂的耐受性。即，NiP电镀溶液的最高pH值必须不影响抗蚀剂，因此优选的最高pH值小于或等于8。例如，在FeCo电镀基底层上形成NiP膜的情况下，优选的最低pH值约为4。
图4示出FeCo电镀膜边缘的溶解量与NiP电镀溶液pH值之间的关系。
根据图4，当NiP电镀溶液的pH值大于或等于4时，在形成NiP膜时，FeCo电镀膜边缘的溶解量小于或等于膜的总厚度的1/10。当该NiP电镀膜用在磁头的写入间隙层中时，如果溶解基底层的量小于或等于膜的总厚度的1/10，则曲率可以保持较小，从而可以通过修整边缘而除去弯曲部分。
(实施例)在上述例子的NiP电镀溶液中，在FeCo电镀层上形成NiP膜，该电镀溶液包含柠檬酸钠，其pH值是4.5，其Ni离子和羧基之间浓度比是Ni2+/COO-＝0.22，电流密度是5mA/cm2。
在该NiP电镀膜中，P的浓度约为22(at％)，而且该浓度从膜生成开始就保持在整个膜中，从而可以生产NiP非磁性膜。此外，沉积速率固定，从而可以生产具有均匀的所需厚度的膜。
应当指出，在NiP电镀溶液中，在通过溅射NiFe形成的NiFe基底膜上形成NiP膜的情况下，可以得到类似的结果。
通过本发明的方法，可以通过电解电镀法容易和安全地形成在厚度方向上完全非磁性的NiP非磁性膜。通过在磁头中采用本发明的NiP非磁性膜，可以容易和安全地制造可靠的磁头。
就象图6和7所示的传统磁头一样，本实施方案的磁头具有堆叠例如下磁极、写入间隙层、上磁极等磁性层和非磁性层的层叠结构。非磁性层用作写入间隙层、将下磁极与磁性层隔开的隔离层和覆盖上磁极表面的保护层。这些非磁性层由本发明的NiP非磁性膜制成。
在本发明的方法中，非磁性层由具有导电性的NiP制成。与采用电绝缘材料形成非磁性层的方法不同，可以通过一系列电镀步骤形成该非磁性层，其中下磁极和上磁极通过电解电镀来形成，因此可以简化电镀步骤而且提高制造效率。
而且，本发明的NiP膜可以是完全非磁性的，因此可以精确地控制NiP膜的实际厚度(非磁性部分的厚度)，可以抑制制造过程中实际厚度的变化，而且可以制造具有高精确度和高可靠性的磁头。
此外，该非磁性层由导电材料制成，所以可以防止在制造过程中由静电引起的磁头读出元件的破坏。
本发明可以以其它特定形式体现，而不脱离其精神和实质特征。因此，无论从任何方面来看，这些实施方式均应看成是解释性的，而不是限制性的，本发明的范围由附加的权利要求表示，而不是由前面的描述表示，因此，权利要求包括了等同于权利要求的意思和范围的所有变化。
权利要求
1.一种通过电解电镀形成NiP非磁性膜的方法，其中所述电解电镀在包含以下成分的NiP电镀溶液中进行提供镍离子的试剂；提供磷离子的试剂；和包含羧基的试剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述包含羧基的试剂是柠檬酸钠。
3.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述NiP膜的速率是0.01～0.04μm/分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其中电镀电流的电流密度大于或等于5mA/cm2。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述NiP电镀溶液的pH值是4～8。
6.一种制造磁头的方法，该磁头包括作为磁极或者磁性屏蔽层的多层磁性膜；和通过电解电镀形成作为隔开磁性膜的隔离层或者覆盖磁性膜表面的保护层的NiP非磁性膜，其中，所述电解电镀在包含以下成分的NiP电镀溶液中进行提供镍离子的试剂；提供磷离子的试剂；和包含羧基的试剂。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述包含羧基的试剂是柠檬酸钠。
8.如权利要求6所述的方法，其中沉积所述NiP非磁性膜的速率是0.01～0.04μm/分钟。
9.如权利要求8所述的方法，其中电镀电流的电流密度大于或等于5mA/cm2。
10.如权利要求6所述的方法，其中NiP电镀溶液的pH值是4～8。
11.如权利要求6所述的方法，其中所述NiP非磁性膜作为写入间隙层在由磁性膜制成的下磁极和上磁极之间形成。
全文摘要
本发明的方法可以容易而安全地形成NiP非磁性膜。在通过电解电镀形成NiP非磁性膜的方法中，电解电镀在由以下组分构成的NiP电镀溶液中进行提供镍离子的试剂；提供磷离子的试剂；和包含羧基的试剂。例如，镍的硫酸盐和氯盐等可以用作提供镍离子的试剂；磷酸、亚磷酸钠等可以用作提供磷离子的试剂。
文档编号H01F41/14GK1783217SQ20051005114
公开日2006年6月7日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年11月30日
发明者三宅裕子, 加藤雅也 申请人:富士通株式会社