JPH06251976A - 磁性薄膜の製造方法 - Google Patents

磁性薄膜の製造方法

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JPH06251976A
JPH06251976A JP3518193A JP3518193A JPH06251976A JP H06251976 A JPH06251976 A JP H06251976A JP 3518193 A JP3518193 A JP 3518193A JP 3518193 A JP3518193 A JP 3518193A JP H06251976 A JPH06251976 A JP H06251976A
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JP
Japan
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thin film
film
magnetic thin
present
substrate
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JP3518193A
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English (en)
Inventor
Shinji Furukawa
伸治 古川
Shigehiro Onuma
繁弘 大沼
Fumio Matsumoto
文夫 松本
Hiroyasu Fujimori
啓安 藤森
Takeshi Masumoto
健 増本
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AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYUSHO KK
Original Assignee
AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電気抵抗と飽和磁化が共に高い軟磁
性薄膜を成膜条件による特性の変化を少なくして、容易
に高性能なものを得ることができる磁性薄膜の製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、FeとBNをターゲットとして、同
時に高周波スパッタリングすることによりFe基非晶質
磁性薄膜を製造する際に、ベルジャーに対して負になる
ように基板に直流電圧を印加して成膜し、しかる後に結
晶化温度以下でかかる磁性薄膜を熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波域で優れた軟磁気
特性を有する電気比抵抗および飽和磁化の大きな磁性薄
膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器を小型化あるいは高機能
化する目的で動作周波数を高める努力が盛んに行われて
いる。しかし、トランスやインダクターあるいは磁気ヘ
ッドなどに用いられている磁性材料に高周波域で充分な
特性を有したものがなく、回路全体の周波数を制限する
ことが多かった。これは、1MHz以上の高周波域にな
ると磁性材料自体を流れる渦電流により大きな損失が発
生することが主な原因であった。金属系の磁性材料は電
気抵抗が小さいために渦電流損が大きくなりやすく高周
波域で使用することは困難であった。一方、フェライト
およびガーネットなどの酸化物系磁性材料は材料自体の
電気抵抗が非常に高いため、渦電流による損失は比較的
発生しにくい。しかし、透磁率の大きなものが得にく
く、飽和磁束密度が小さいために材料を大きくしなけれ
ばならず小型化は困難であった。また、飽和磁束密度が
小さいために、自然共鳴周波数が低下し高周波域で用い
るためには制限が多かった。
【0003】飽和磁束密度が高く、かつ高周波特性の良
好な磁性材料に対する期待は大きく、これまでに金属系
磁性材料の電気抵抗を高くする方法が種々提案されてい
る。特に特開昭54−94428号公報に開示されたN
2 ガスの反応性スパッタリングにより電気抵抗の高い非
晶質合金膜を得る方法と特開昭60−152651号公
報に開示された金属とセラミクスの同時スパッタリング
によりセラミクスが分散した非晶質合金膜を得る方法は
従来の金属系磁性材料に比べてはるかに大きな比抵抗を
得ることができる上で重要である。特に、後者の方法は
軟磁気特性と高い電気抵抗を両立し得ることから工業的
価値は大きいものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】FeとBNを同時にス
パッタして得られる非晶質合金膜は電気抵抗および飽和
磁化が大きく、軟磁気特性に優れたものであるため高周
波域で用いられる磁性材料として有用であった。しか
し、これらの材料は成膜条件、特にスパッタ圧力に大き
な影響を受け均一な特性を得ることが困難であった。す
なわち、スパッタ圧力が低い場合、飽和磁界および保磁
力が大きく垂直磁気異方性を示すものとなった。一方、
スパッタ圧が大きい場合は保磁力が大きくなり、さらに
電気抵抗や飽和磁化も極めて大きく変化するものであっ
た。従って、電磁気特性の均一なFe/BN非晶質薄膜
を得ることは困難であった。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、電気抵抗と飽和磁化が共に高い軟磁性薄膜を成膜条
件による特性の変化を少なくして、容易に高性能なもの
を得ることができる磁性薄膜の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、FeとBNをターゲットとして、同時に高
周波スパッタリングすることによりFe基非晶質磁性薄
膜を製造する際に、ベルジャーに対して負になるように
基板に直流電圧を印加して成膜し、しかる後に結晶化温
度以下でかかる磁性薄膜を熱処理することを特徴とする
ものである。
【0007】
【作用】上記手段により、FeとBNを同時に高周波ス
パッタして成膜する際に基板に直流の負電圧を印加し、
後に結晶化温度以下で熱処理することによりスパッタ圧
力依存性が極めて小さく優れた軟磁気特性を示すFe/
BN非晶質薄膜が得られる。
【0008】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
【0009】本発明の一実施例は、FeとBNをターゲ
ットとして、同時に高周波スパッタリングすることによ
りFe基非晶質磁性薄膜を製造する際に、ベルジャーに
対して負になるように基板に直流電圧を印加して成膜
し、しかる後に結晶化温度以下でかかる磁性薄膜を熱処
理して磁性薄膜を製造するものである。すなわち、基板
に直流の負バイアス電圧を印加しながら成膜した場合、
そのままでは垂直磁気異方性を有するため、300〜5
00 Oe程度の磁界でないと飽和せず、軟磁気特性は
得られない。この薄膜を200℃〜400℃の結晶化温
度以下の温度で熱処理することにより垂直磁気異方性が
消失し0.1 Oeあるいはそれ以下の保磁力の非常に
優れた軟磁性材料とすることができる。さらに本発明の
方法により作製されるFe/BN非晶質薄膜は垂直磁気
異方性を消失する温度から結晶化する温度までの広い温
度範囲で磁気特性の変化が少ないため、基板を正あるい
は絶縁した状態で成膜した時に比べて熱安定性の優れた
ものである。
【0010】このような効果は基板に直流の負電圧を印
加してはじめて得られるものであるが、成膜中に膜自身
にも電圧が印加されることが好ましい。これは、負電圧
の印加効果はArイオンボンバードメントを制御してい
ると思われ、基板に印加しただけでは効果が不十分にし
か得られない場合があるからである。以下、本発明を具
体的実施例によりさらに詳細に説明する。
【0011】直径4インチの純度が99.9%のFe円
盤上に被覆率が50%になるように純度が99.9%の
BN板を扇状に設置した複合ターゲットを用いて高周波
スパッタリングすることによりBNが分散したFe基非
晶質合金薄膜を作製した。成膜条件は以下の表1のよう
に設定した。 投入電力 80W 基板温度 20℃ 基板 コーニング#7059 厚さ0.5mm 膜圧 0.5μm スパッタガス流量 Ar 3〜20CCM 表1
【0012】この時、スパッタ圧を3×10-3〜1×1
0-1Torrまで変化させた。また、本発明の実施例として
基板ホルダーとベルジャー間に基板側が−150Vとな
るように直流バイアス電圧を印加した。比較例として、
従来と同様に基板および基板ホルダーをベルジャーに対
して絶縁したものも作製した。それぞれの条件を以下の
表2に示す。 基板電圧 スパッタ圧(mTorr) 実施例1 -150 3 実施例2 -150 10 実施例3 -150 30 実施例4 -150 50 実施例5 -150 100 比較例1 絶縁 3 比較例2 絶縁 10 比較例3 絶縁 30 比較例4 絶縁 50 比較例5 絶縁 100 表2
【0013】これらの試料はすべて下記の測定を行なっ
た後、2×10−6Torr以下の真空中、1kOe の静
磁界を印加しながら450℃までの各温度で1時間保持
し熱処理を施した。
【0014】得られた試料は理学電気社製X線回折装置
RAD−III Aにより組織を同定した。磁気特性は、理
研電子社製試料振動型磁力計BHV−30SSにより直
流磁化特性を測定し、直流四端子法により電気比抵抗を
測定した。
【0015】はじめに成膜後そのままの状態でスパッタ
圧に対する電気抵抗ρ、飽和磁束密度Bs、保磁力Hc
の依存性を本発明の実施例並びに従来の比較例について
それぞれ図1、図2、図3に示す。本発明の実施例の場
合、スパッタ圧が3×10-3〜1×10-1Torrまでの間
で電気抵抗ρ、飽和磁束密度Bs、保磁力Hcにほとん
ど変化がない。一方、従来の比較例の場合、スパッタ圧
が変化すると電気抵抗ρ、飽和磁束密度Bs、保磁力H
cが大きく変化することがわかる。なお、本発明の実施
例、従来の比較例ともに全ての試料はX線回折の結果ブ
ロードなハロー以外になんらのピークも見られず非晶質
相であった。
【0016】しかし、本発明の実施例の場合、電気抵抗
ρ、飽和磁束密度Bs、保磁力Hcがほとんど変化しな
いが、保磁力Hcが10 Oe程度と極めて大きくその
ままでは軟磁性材料として用いることはできない。この
場合、結晶化温度以下の温度で熱処理することにより軟
磁気特性は顕著に改善され、従来の比較例でも最も良好
なもの以上の優れた性能を得ることができる。本発明の
実施例の試料を2×10-6Torr以下の真空中、1k0e の
静磁界を印加しながら230℃で1時間熱処理を施した
時の保磁力Hcのスパッタ圧依存性を図3に併せて示し
た。熱処理により保磁力は極めて小さくなり、従来の比
較例よりも良好な特性が得られた。また、スパッタ圧が
変化しても保磁力はほとんど変わらなかった。
【0017】さらに、本発明の実施例によるものと従来
の比較例によるものの軟磁気特性の熱処理温度依存性
を、実施例3と比較例3(ともにスパッタ圧3×10-2
Torr)に対して図4に示す。比較例3の場合、成膜その
ままで保磁力は小さいが熱処理温度が高くなるにつれて
徐々に増大し、400℃以上で極めて大きくなる。一
方、実施例3の場合は、成膜そのままでは保磁力が大き
いが約200℃の熱処理により顕著に減少し、400℃
まで約0.1 Oeと非常に低い値を維持している。す
なわち、本発明の軟磁性化熱処理を施した薄膜は従来の
方法で作製したものに比べて加熱時に特性の変化が少な
く、熱安定性に優れていることがわかる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば電気
抵抗と飽和磁化が共に高い軟磁性薄膜を成膜条件による
特性の変化を少なくして、容易に高性能なものを得るこ
とができる。そのため、性能のばらつきを小さくするこ
とができ、工業的意義は大きい。本発明において、電気
比抵抗はターゲットに用いるBNチップの占有率により
制御でき、飽和磁束密度のかねあいから適切な特性を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る基板に負の直流バイアス
電圧を印加して作製したFe/BN分散膜と従来の比較
例に係る基板を絶縁状態で成膜したFe/BN分散膜に
ついて、成膜後そのままの状態での電気抵抗のスパッタ
圧依存性を示す特性図である。
【図2】本発明の実施例に係る基板に負の直流バイアス
電圧を印加して作製したFe/BN分散膜と従来の比較
例に係る基板を絶縁状態で成膜したFe/BN分散膜に
ついて、成膜後そのままの状態での飽和磁束密度のスパ
ッタ圧依存性を示す特性図である。
【図3】本発明の実施例に係る基板に負の直流バイアス
電圧を印加して作製したFe/BN分散膜と従来の比較
例に係る基板を絶縁状態で成膜したFe/BN分散膜に
ついて、成膜後そのままの状態と2×10-6Torr以下の
真空中、1k0e の静磁界を印加しながら230℃で1時
間保持し熱処理を施した時での磁化困難軸方向の保磁力
のスパッタ圧依存性を示す特性図である。
【図4】本発明の実施例に係るスパッタ圧を3×10-2
Torrとし、基板に負の直流バイアス電圧を印加して作製
したFe/BN分散膜と従来の比較例である基板を絶縁
状態で成膜したFe/BN分散膜を2×10-6Torr以下
の真空中、1k0e の静磁界を印加しながら1時間熱処理
を施した時の磁化困難軸方向の保磁力Hcの熱処理温度
依存性を示す特性図である。
フロントページの続き (72)発明者 大沼 繁弘 宮城県仙台市青葉区南吉成6−6−3 株 式会社アモルファス・電子デバイス研究所 内 (72)発明者 松本 文夫 宮城県仙台市青葉区南吉成6−6−3 株 式会社アモルファス・電子デバイス研究所 内 (72)発明者 藤森 啓安 宮城県仙台市青葉区吉成2−20−3 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉3−8−22

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FeとBNをターゲットとして、同時に
    高周波スパッタリングすることによりFe基非晶質磁性
    薄膜を製造する際に、ベルジャーに対して負になるよう
    に基板に直流電圧を印加して成膜し、しかる後に結晶化
    温度以下でかかる磁性薄膜を熱処理することを特徴とす
    る磁性薄膜の製造方法。
JP3518193A 1993-02-24 1993-02-24 磁性薄膜の製造方法 Pending JPH06251976A (ja)

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