JPH06290941A - 磁性体薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜直後から軟磁気特性に優れ、耐熱処理性
に優れた、高飽和磁束密度を有する磁性体薄膜を提供す
る。 【構成】 磁性体であるＡ物質と、前記Ａ物質に含まれ
る少なくとも一種以上の金属元素及び酸素または窒素を
含むＢ物質と、前記Ａ物質に含まれる少なくとも一種以
上の金属元素を含み、かつ前記Ｂ物質よりも酸素または
窒素含有率の高いＣ物質の少なくとも３種類の物質より
なり、前記Ａ物質よりなる複数の結晶粒界の一部が、前
記Ｂ物質またはＣ物質によっておおわれた磁性薄膜層
と、前記Ｃ物質で構成される絶縁薄膜層とが交互に積層
してなる磁性体薄膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッドをはじめ、
トランス、各種フィルター、可飽和リアクトル、チョー
クコイル、各種センサ等磁気回路を利用する電子部品、
電子機器に使用する磁性材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の高密度磁気記録用磁気ヘッドや小
型化に進む磁気回路部品の要望に伴い、従来よりスパッ
タリングや蒸着などの薄膜化技術を用いてＦｅ系、Ｃｏ
系等の高飽和磁束密度を有し且つ軟磁気特性のよい磁性
体材料の薄膜の形成が試みられている。例えば、金属磁
性体の薄膜と、Ｃｕ等の非磁性体を積層し、金属磁性体
の粒成長を抑えることで磁性体の軟磁気特性を向上させ
た薄膜や、金属磁性体内にＴｉやＮ等の不純物を分散さ
せ金属磁性体の結晶粒径を下げた金属磁性体薄膜が考案
されており、またこれらの金属磁性体の薄膜を酸化アル
ミニウム等の絶縁層と積層することで、渦電流損を減少
させ、高周波領域での透磁率の低下を抑えたものが提案
されてきた。

【０００３】一方、電子機器の小型化の要求にともな
い、電子部品の小型化、動作周波数の高周波化が進展し
てきているが、その中で磁気素子が電子機器の容積を決
定することが多い。このためにＩＣ回路に実装可能な、
微小なトランス、各種フィルター、可飽和リアクトル、
チョークコイル、各種センサ等のマイクロインダクタ素
子の形成が強く望まれており、マイクロインダクタ素子
を基板上に作製する場合、他の素子の耐熱性の問題か
ら、熱処理無しで軟磁気特性が優れた磁性体薄膜が望ま
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の積
層磁性体薄膜では、軟磁気特性の向上や、ヘッド基板と
の融着を目的とした薄膜の熱処理工程で、非磁性体と磁
性体の熱膨張係数の差による熱応力の発生や、薄膜界面
の相互拡散による、磁性層の非磁性層化、組成ずれなど
のために、期待される軟磁気特性を得ることができない
という課題があった。また、積層効果を出すためには主
磁性体に対する非磁性体の体積割合を大きくする必要が
あり、見かけの飽和磁束密度や透磁率を著しく減少させ
るという課題があった。

【０００５】また従来の磁性体に異種原子を分散させ結
晶粒を微細化させた磁性体薄膜、例えばＮを分散させた
Ｆｅ系磁性体薄膜では、熱処理時にＮがＦｅと解離する
ために結晶粒が増大して軟磁気特性が劣化したり、Ｔｉ
やＭｇなどを分散させたＦｅ系またはＣｏ系磁性体薄膜
に於いては、これらの異種元素のために飽和磁束密度が
１〜３割程度低下するという課題があった。

【０００６】また従来の高飽和磁束密度を有する磁性体
薄膜の場合、薄膜内部の応力解放のためや、異方性をつ
けるため、または相変態をさせるために、２００℃以上
で熱処理する必要があり、他のＩＣ部品を実装した基板
上でマイクロインダクタ素子として使用できないという
課題があった。

【０００７】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、薄膜形成直後及び熱処理後の何れにおいても優れた
軟磁気特性を示し、また高周波領域に於いても高透磁率
を維持し、高飽和磁束密度を有する磁性体薄膜を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の磁性体薄膜は、磁性体であるＡ物質と、Ａ
物質に含まれる少なくとも一種以上の金属元素及び酸素
または窒素を含むＢ物質と、Ａ物質に含まれる少なくと
も一種以上の金属元素を含み、かつ前記Ｂ物質よりも酸
素または窒素含有率の高いＣ物質の、少なくとも３種類
の物質よりなり、Ａ物質よりなる複数の結晶の粒界の一
部が、Ｂ物質またはＣ物質によっておおわれた磁性薄膜
層と、Ｃ物質で構成される絶縁薄膜層とが、交互に積層
してなるという構成を備えたものである。

【０００９】前記構成においては、Ｂ物質は酸素含有率
ａ（原子パーセント）が、１０≦ａ≦６０atom％、また
は窒素含有率ｂ（原子パーセント）が１０≦ｂ≦５０at
om％、且つ、１０＜ａ＋ｂ≦６０atom％で表わされる範
囲であり、Ｃ物質は酸素含有率ｃ（原子パーセント）
が、２０≦ｃ≦６７atom％、または窒素含有率ｄ（原子
パーセント）が２０≦ｄ≦５７atom％、且つ２０≦ｃ＋
ｄ≦６７atom％、且つａ＋ｂ＜ｃ＋ｄで表わされる範囲
であることが好ましい。

【００１０】また前記構成においては、Ｂ物質がＡ物質
に含まれる磁性金属元素を含むことが好ましい。また前
記構成においては、Ａ物質が酸化物生成自由エネルギー
がＦｅより低い物質、又は窒化物生成自由エネルギーが
Ｆｅより低い物質を少なくとも一種類以上含む磁性体で
あることが好ましい。

【００１１】また前記構成においては、Ａ物質は酸素含
有率ｅ（原子パーセント）が、０．１≦ｅ≦１０atom
％、または窒素含有率ｆ（原子パーセント）が０．１≦
ｆ≦２０atom％、且つ、０．１≦ｅ＋ｆ≦２５atom％で
表わされる範囲であることが好ましい。

【００１２】また前記構成においては、Ａ物質の平均膜
厚が３００〜５ｎｍ、Ｂ物質の平均膜厚が１０〜０．０
５ｎｍ、Ｃ物質の平均膜厚が５０〜１ｎｍであることが
好ましい。

【００１３】また前記構成においては、磁性薄膜層を構
成する物質のうち、Ｃ物質の層と隣合う物質がＢ物質で
あることが好ましい。この磁性体薄膜は、酸素または窒
素供給量を制御した反応性スパッタにより製造できる。

【００１４】

【作用】本発明の磁性体薄膜はＡ物質とＢ物質とＣ物質
より構成される。主磁性体であるＡ物質は、その粒界の
一部をＢ物質またはＣ物質におおわれることで成膜直後
はもちろん、熱処理後も結晶粒が微細で、結晶が高配向
しており、実効的な結晶磁気異方性、磁気異方性分散が
小さいために軟磁気特性がよい。またＡ物質より高抵抗
であるＢ物質、Ｃ物質により膜内に生ずる渦電流が抑え
られ、高周波領域での透磁率の低下が抑制される。また
Ｂ物質、Ｃ物質にはＡ物質に含まれる元素が含有される
ために、成膜直後より内部応力が小さく、軟磁気特性に
優れる。また熱処理後も、相互拡散による磁性体の非磁
性化、組成ずれ、界面における局所応力が小さく、耐熱
処理性が高い。また積層体磁性膜全体が酸化物または窒
化物を含むため、耐摩耗性、耐腐食性が向上する。

【００１５】

【実施例】本発明の磁性体薄膜のＡ物質に適用される物
質としては、特に限定はないが、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ
−Ｎｉ等の磁性体金属、または以上の磁性体金属中に、
酸化物生成自由エネルギー又は窒化物生成自由エネルギ
ーがＦｅより低い値を持つ元素、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｃｒ、ボロン等か
ら選ばれた少なくとも一種以上の元素を含む磁性体合金
であることが望ましい。

【００１６】また磁性体合金Ａが、酸素含有率ｅ（原子
パーセント）が、０．１≦ｅ≦１０atom％、または窒素
含有率ｆ（原子パーセント）が０．１≦ｆ≦２０atom
％、且つ、０．１≦ｅ＋ｆ≦２５atom％で表わされる範
囲の窒素または酸素を含有していると、熱処理での結晶
粒子の成長や、Ｂ物質またはＣ物質を構成する元素の相
互拡散が生じにくくなるので望ましい。

【００１７】本発明の磁性体薄膜のＢ物質に適応される
物質としては、相互拡散、及び格子定数のミスフィット
や熱膨張係数の相違などに起因する界面の局所応力緩和
のために、Ａ物質に含まれる、少なくとも一種類以上の
元素を含んでいることが望ましく、特にＡ物質に含まれ
る磁性金属元素を含むことが望ましい。さらに主磁性体
のＡ物質の結晶同志の分離を明確にし、熱処理時の粒成
長を抑えるために、Ｂ物質が、酸素含有率ａ（原子パー
セント）が、１０≦ａ≦６０atom％、または窒素含有率
ｂ（原子パーセント）が１０≦ｂ≦５０atom％、且つ０
＜ａ＋ｂ≦６０atom％の範囲で酸素または窒素を含有し
ていることが望ましい。

【００１８】本発明の磁性体薄膜のＣ物質に適応される
物質としては、相互拡散を抑制するために、Ａ物質に含
まれる、少なくとも一種類以上の元素を含んでいること
が望ましい。また高電気抵抗化、高硬度化ために、Ｃ物
質が、酸素含有率ｃ（原子パーセント）が、２０≦ｃ≦
６７atom％、または窒素含有率ｄ（原子パーセント）が
２０≦ｄ≦５７atom％、且つ、２０≦ｃ＋ｄ≦６７atom
％で表わされる範囲で、しかもＢ物質以上の含有率で窒
素、または酸素を含有していることが望ましい。本発明
の磁性体薄膜を構成する磁性薄膜層の膜厚は高周波領域
での渦電流抑制の必要から２μｍ以下であることが望ま
しい。

【００１９】本発明のＡ物質の平均膜厚または柱状晶の
粒径は結晶粒の微細化、及び結晶の配向性を高めるため
に３００〜５ｎｍの範囲が望ましく、Ｂ物質の平均膜厚
は、主にＢ物質に隣合う他の物質間をほぼ分離できる、
１０〜０．０５ｎｍの範囲であることが望ましい。Ｃ物
質の平均膜厚はＣ物質に隣合う他の物質間をほぼ絶縁で
きる５０〜１ｎｍの範囲であることが望ましい。

【００２０】本発明の磁性体薄膜の磁性薄膜層を形成す
る物質の内、Ｃ物質の層と隣合う物質は、相互拡散の抑
制ができ、さらに局所応力の緩和効果が期待できるＢ物
質であることが望ましい。

【００２１】本発明の磁性体薄膜の製造方法は、例えば
ＭＢＥ、レーザーアブレイション法、蒸着法、メッキ
等、何れの薄膜化技術を用いても実現できるが、工業的
効率、作成の容易さからかんがみて、例えばイオンビー
ムスパッタや対向ターゲット式スパッタ、マグネトロン
スパッタに代表されるスパッタリング法であることが望
ましい。用いるターゲットの数に特に限定はないが、工
業的には、一種類の磁性体ターゲットを用いたスパッタ
で、ガスの種類を変えることで異なる薄膜を連続的に積
層する製造方法が望ましい。

【００２２】本発明の磁性体積層薄膜は１．３〜１．９
Ｔの高飽和磁束密度を有し、且つ低保持力で初透磁率の
高周波特性がよいため、基盤上に形成し磁気ヘッドとし
て用いることで、高保持力媒体に、高密度信号を記録す
ることができる。さらに耐熱性、耐摩耗性に優れた特性
を持つために、磁気ヘッドの経時劣化が小さい。

【００２３】本発明の磁性体薄膜は高飽和磁束密度を有
し、１００℃以下の成膜温度で作成可能で、しかも成膜
直後の状態より優れた軟磁気特性を有するために、ＩＣ
基板上に、他のＩＣ電子回路部品とともに実装できるマ
イクロインダクタ素子として用いると特に効果がある。

【００２４】以下の実施例中に示す組成は、ＩＣＰ、Ｒ
ＢＳ及びＥＰＭＡ、ＥＤＳの分析に加え、酸化、窒化に
よる重量増の計測を組み合わせることで評価した。尚、
以下では磁性薄膜層を構成する主物質が、例えばＡ物質
とＢ物質である場合、この磁性薄膜層を薄膜ＡＢと呼
び、さらに薄膜ＡＢと積層する物質が例えばＣ物質であ
る磁性体薄膜を、磁性体薄膜ＡＢＣ、また薄膜ＡＢと積
層する物質が例えばＢ物質である磁性体薄膜を、磁性体
薄膜ＡＢＢなどと呼ぶことにする。

【００２５】（実施例１）Ａ物質及び、Ａ物質に含まれ
る少なくとも一種以上の元素と、酸素或いは窒素を含有
するＢ物質、Ｃ物質の３種類の物質より構成される磁性
体薄膜の優位性を検証するために以下の実験を行った。

【００２６】組成がＦｅのＡ１物質、組成がＦｅ−４２
atom％、Ｓｉ−３９atom％、Ｏ−１９atom％のＢ１物
質、Ｆｅ−２０atom％、Ｓｉ−２５atom％、Ｏ−５３at
om％のＣ１物質を、ＲＦマグネトロンスパッタ法によ
り、非磁性基板上に、まずＡ１物質を平均膜厚で２０ｎ
ｍ、Ｂ１物質を平均膜厚、２ｎｍを交互にスパッタリン
グした２μｍの薄膜Ａ１Ｂ１を形成し、続いて平均膜厚
２０ｎｍのＣ１物質を形成し、次に再び２μｍの薄膜Ａ
１Ｂ１を形成し、磁性体薄膜Ａ１Ｂ１Ｃ１を作成した。
尚、Ａ１物質は、Ｆｅターゲットを、８ｍTorr、Ａｒ雰
囲気で、Ｂ１物質はＦｅ−Ｓｉ合金ターゲットを、８ｍ
Torr、Ａｒ＋５％Ｏ₂ 雰囲気で、Ｃ１物質はＢ１物質と
同一のＦｅ−Ｓｉ合金ターゲットを、８ｍTorr、Ａｒ＋
１５％Ｏ₂ 雰囲気で、基板温度を２００℃、投入電力４
００Ｗで作成した。

【００２７】また、比較のため、非磁性基板上に、Ａ１
物質の単層膜、４μm を作成した。尚、成膜条件は、上
記Ａ１物質と同じである。また、比較のため、非磁性基
板上に、まずＡ１物質２０ｎｍ、Ｂ１物質、２ｎｍを交
互にスパッタリングした２μｍの薄膜Ａ１Ｂ１を形成
し、続いて２０ｎｍのＢ１物質を形成し、次に再び２μ
ｍの薄膜Ａ１Ｂ１を形成した磁性体薄膜Ａ１Ｂ１Ｂ１を
作成した。尚、Ａ１物質、Ｂ１物質の成膜条件は上記と
同じである。

【００２８】また、比較のため、Ａ１物質と、組成がＣ
ｕのＢ２物質を、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、
非磁性基板上に、まずＡ１物質２０ｎｍ、Ｂ２物質、２
ｎｍを交互に合わせて積層した２μｍの薄膜Ａ１Ｂ２を
形成し、続いて２０ｎｍのＢ２物質を形成し、次に再び
２μｍの薄膜Ａ１Ｂ２を形成した磁性体薄膜Ａ１Ｂ２Ｂ
２を作成した。尚、Ａ１物質は上記の条件で、Ｂ２物質
はＣｕターゲットを、８ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、基板温
度を２００℃、投入電力４００Ｗで作成した。

【００２９】また、比較のため、Ａ１物質と、組成がＡ
ｌ−４０atom％、Ｏ−６０atom％のＢ３物質を、ＲＦマ
グネトロンスパッタ法により、非磁性基板上に、まずＡ
１物質２０ｎｍ、Ｂ３物質２ｎｍを交互に合わせて形成
した２μｍの薄膜Ａ１Ｂ３を形成し、続いて２０ｎｍの
Ｂ３物質を形成し、次に再び２μｍの薄膜Ａ１Ｂ３を形
成した磁性体薄膜Ａ１Ｂ３Ｂ３を作成した。尚、Ａ１物
質は上記の条件で、Ｂ３物質はＡｌターゲットを、８ｍ
Torr、Ａｒ＋４０％Ｏ₂ 雰囲気で、基板温度を２００
℃、投入電力４００Ｗで作成した。以上のようにして得
られた磁性体薄膜を１×１０^-6Torrの真空中で、６００
℃温度で、２時間アニールした。

【００３０】成膜直後及びアニール後の、１ＭＨｚ、１
００ＭＨｚでの初透磁率μ、抗磁力Ｈｃを（表１）に示
す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状態での８の字コイル
法、抗磁力はＭＨループトレーサーを用いて測定した。
平均膜厚はそれぞれの成膜速度から求めた値である。

【００３１】

【表１】

【００３２】（表１）に示した、Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ
１Ｂ１、Ａ１Ｂ２Ｂ２、Ａ１Ｂ３Ｂ３の４種類の磁性体
薄膜の成膜直後及びアニール後のＴＥＭ観察、及びＥＤ
Ｓ分析を行った。

【００３３】成膜直後では、すべての磁性体薄膜におい
て、薄膜面内にほぼ垂直な方向に沿って柱状晶ができて
おり、薄膜面内に垂直方向に隣合う柱状晶間には、２ｎ
ｍのＢ１〜Ｂ３の何れかのＢ物質層が部分的に存在して
いた。また薄膜の隣合う柱状晶の間にはＣ１、Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３物質の何れかの層が膜面内にほぼ平行、且つ連
続に形成されていた。

【００３４】一方、５００℃のアニール後においては、
Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ１Ｂ１、Ａ１Ｂ３Ｂ３の磁性体薄
膜においては膜面内に平行に隣合う柱状晶間の一部に、
それぞれＣ１、Ｂ１、Ｂ３の何れかの物質が、極薄く層
をなしており、Ａ１Ｂ２Ｂ２では磁性体内部まで拡散し
ていることが分かった。

【００３５】Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ１Ｂ１、Ａ１Ｂ３Ｂ
３の磁性体薄膜はアニール前後において粒径はほとんど
変化がなく平均２０ｎｍ程度であったがＡ１Ｂ２Ｂ２磁
性体薄膜の粒径がアニール前後で２０ｎｍから４０ｎｍ
程度に、またＡ１単層膜の粒径はアニール前後で３０ｎ
ｍから１００ｎｍ程度に粒成長してた。

【００３６】これらのことから、Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ
１Ｂ１、Ａ１Ｂ３Ｂ３の磁性体薄膜においては、膜面内
に垂直に隣合う柱状晶間に形成されたＢ物質の層と、膜
面内に平行に隣合う柱状晶間に形成されたＣ物質の層
が、アニール時の粒成長を抑制し軟磁気特性の耐熱処理
性を高めたものと考えられる。

【００３７】また、（表１）の初透磁率の変化を見る
と、磁性体薄膜Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ３Ｂ３、Ａ１Ｂ１
Ｂ１、Ａ１Ｂ２Ｂ２の順に、高周波領域での減少が少な
く、磁性薄膜層間が絶縁されていることが分かる。

【００３８】Ａ１Ｂ１Ｃ１、Ａ１Ｂ３Ｂ３は共に透磁率
の高周波特性がよいが、アニール後においては、Ａ１Ｂ
３Ｂ３の抗磁力が増大している。これはＸＲＤの測定結
果からＡ１Ｂ３Ｂ３の積層界面に大きな熱応力が発生し
ていることが原因であると考えられる。

【００３９】以上の結果から、磁性体の粒成長を抑制を
主目的とするＢ物質、または高抵抗であるＣ物質中に、
磁性体中に含まれる元素を１種類以上含むことで熱処理
後の相互拡散と界面応力を抑えることができ、軟磁気特
性の劣化抑えることができることがわかった。また、
Ａ、Ｂ、Ｃの組成はできるだけ互いに近い組成であるこ
とが望ましい。すなわち、本発明に述べる磁性体薄膜に
おいては、次の実施例２のなかでも再記するように、特
に主磁性体であるＡ物質との接触表面積が最も広いＢ物
質中にはＡ物質中の磁性金属元素を含んでいることが望
ましい。

【００４０】尚Ｂ物質、Ｃ物質が窒素を含有する場合、
または酸素と窒素をともに含有する場合も同様に、Ｂ物
質またはＣ物質中に、磁性体中に含まれる元素を１種以
上含むことが、熱処理時の軟磁気特性の劣化を抑制する
効果があることがわかった。

【００４１】（実施例２）Ｂ物質がＡ物質に含まれる元
素の中で特に磁性金属元素を含む磁性体薄膜の優位性を
調べるために以下の実験を行った。

【００４２】（表２）に示すような組成を持つ３種類の
磁性体薄膜、ＡＢ１Ｃ〜ＡＢ３Ｃを以下の方法で作成し
た。尚、それぞれの積層体薄膜を構成するＢ１〜Ｂ３物
質、、Ｂ物質で代表する。

【００４３】非磁性基板上に、まずＡ物質を５０ｎｍ、
Ｂ物質、０．２ｎｍを交互に合わせて２μｍの薄膜ＡＢ
を形成し、続いて２０ｎｍのＣ物質を形成し、次に再び
２μｍの薄膜ＡＢを形成し磁性体薄膜ＡＢＣを作成し
た。尚、Ａ物質は、同一のＦｅターゲットを、Ｂ１物質
はＡ物質と同一の、Ｆｅターゲットを、Ｂ２物質はＳｉ
ターゲットを、Ｂ３物質はＡｌターゲットを、Ｃ物質は
Ｓｉターゲットを投入電力４００Ｗ、８ｍTorr、Ａｒま
たは、ＡｒとＯ₂ 混合ガス雰囲気で、Ｏ₂ 濃度を変化さ
せて作成した。以上のようにして得られた磁性体薄膜を
１×１０^-6Torrの真空中で、５００℃温度で、２時間ア
ニールした。

【００４４】アニール後の、１ＭＨｚでの初透磁率μ、
抗磁力Ｈｃを（表２）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ
印加状態での８の字コイル法、抗磁力はＢＨループトレ
ーサーを用いて測定した。

【００４５】

【表２】

【００４６】それぞれの磁性体薄膜のアニール後の内部
応力をＸＲＤにより評価したところ、それぞれＡ物質膜
の結晶配向性には差がなく、また結晶粒子の大きさにも
差はなかったが、ＡＢ２ＣとＡＢ３Ｃは基板との熱応力
以外にＡＢ１Ｃよりも大きな圧縮応力が残存しており、
磁気弾性エネルギーが大きいために軟磁気特性が悪くな
っている物と考えられる。この原因は明かではないが、
実施例１にも記したように主磁性体であるＡ物質との接
触表面積が最も広いＢ物質中にはＡ物質中の磁性金属元
素を含んでいることが望ましい。

【００４７】尚、Ａ物質中の磁性金属元素よりも酸化物
または窒化物生成自由エネルギーが小さい元素を含む場
合Ｂ物質の平均膜厚は１ｎｍ以下であればＡ物質とＢ物
質の相互拡散があってもアニールによるＡ物質の粒成長
を抑えられ軟磁気特性の劣化が小さい。

【００４８】（実施例３）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の物質を含む磁性体薄膜で、Ａ物質中に、Ｆｅより
酸化物生成自由エネルギーが低い元素、またはＦｅより
窒化物生成自由エネルギーの低い元素を１種類以上含む
優位性について検証するために、以下の実験を行った。

【００４９】（表３）に示すような組成を持つ５種類の
磁性体薄膜、Ａ１Ｂ１Ｃ１〜Ａ５Ｂ５Ｃ５を以下の方法
で作成した。尚、それぞれの積層体薄膜を構成するＡ１
〜Ａ５物質、Ｂ１〜Ｂ５物質、Ｃ１〜Ｃ５物質をＡ物
質、Ｂ物質、Ｃ物質で代表する。非磁性基板上に、まず
Ａ物質を３０ｎｍ、Ｂ物質、１ｎｍを交互に合わせて２
μｍの薄膜ＡＢを形成し、続いて２０ｎｍのＣ物質を形
成し、次に再び２μｍの薄膜ＡＢを形成し磁性体薄膜Ａ
ＢＣを作成した。尚、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１物質は、同一の
Ｆｅ−Ｓｉターゲットを、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２物質は同一
の、Ｆｅ−Ｍｇターゲットを、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３物質
は、同一のＦｅ−Ｔｉターゲットを、Ａ４、Ｂ４、Ｃ４
物質は同一の、Ｆｅターゲットを、Ａ５、Ｂ５、Ｃ５物
質は、同一のＦｅ−Ｃｕターゲットを、投入電力４００
Ｗ、８ｍTorr、Ａｒまたは、ＡｒとＯ2 混合ガス雰囲気
で、Ｏ₂ 濃度を変化させて作成した。

【００５０】以上得られた磁性体薄膜を１×１０^-6Torr
の真空中で、５００℃温度で、２時間アニールした。ア
ニール後の、１ＭＨｚ、１００ＭＨｚでの初透磁率μ、
抗磁力Ｈｃを（表３）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ
印加状態での８の字コイル法、抗磁力はＢＨループトレ
ーサーを用いて測定した。

【００５１】

【表３】

【００５２】それぞれの磁性体薄膜のアニール前後のＢ
物質の層のＥＤＳ分析を行ったところ、（表３）に示し
たように、実施例として示した磁性体薄膜Ａ１Ｂ１Ｃ１
〜Ａ３Ｂ３Ｃ３が何れも、Ａ物質中に含有するＦｅより
も酸化物生成自由エネルギーまたは窒化物生成自由エネ
ルギーが低い物質、即ちＳｉ、またはＭｇ、Ｔｉの濃度
が高くなっていることが分かる。これはアニール中にＡ
物質からＳｉ、またはＭｇ、Ｔｉが、またＢ物質中から
Ｆｅが相互拡散し、二つの物質層の境界を明瞭にしたこ
とによる。一方比較例として挙げた、磁性体薄膜Ａ４Ｂ
４Ｃ４、Ａ５Ｂ５Ｃ５では、Ｂ物質中の酸素を含む層の
幅が上記の実施例中のＢ物質の層幅より広がっており、
酸化物生成による磁性体内部の体積増加が内部応力を生
じている磁性体全体の軟磁気特性を劣化させている。

【００５３】以上の結果から、磁性体中にＡ物質、Ｂ物
質、Ｃ物質の３種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ａ物質
中に、Ｆｅより酸化物生成自由エネルギーが低い元素が
含まれていることが、アニールによる酸素の磁性体中へ
の拡散を防ぎ、また高周波での透磁率の熱処理時の劣化
を防ぐ効果があることがわかる。尚実施例中示していな
いがＡ物質中に、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉの他、Ａｌ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｃｒ、ボロン等から選ばれた少なく
とも一種以上の元素を含む磁性体合金であっても同様の
効果があり、またＢ物質、Ｃ物質が窒素を含有する場
合、または酸素と窒素をともに含有する場合も同様に、
磁性体であるＡ物質中に、Ｆｅより酸化物生成自由エネ
ルギーが低い元素、またはＦｅより窒化物生成自由エネ
ルギーの低い元素を１種類以上含むことが熱処理時の軟
磁気特性の劣化を抑制する効果があることがわかった。

【００５４】（実施例４）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｃ物質中に、含有され
る酸素、又は窒素の適正量を調べるために以下の実験を
行った。

【００５５】組成がＦｅ−９４．２atom％、Ｓｉ−３．
８atom％のＡ物質、組成がＦｅ−５１atom％、Ｓｉ−２
２atom％、Ａｌ−１５atom％、Ｏ−１２atom％のＢ物
質、組成がそれぞれ（表４）に示す、Ｃ０１〜Ｃ１１で
あるＣ物質を、マグネトロンスパッタ法により、非磁性
基板上に、Ａ物質５０ｎｍ、Ｂ物質、０．５ｎｍを交互
に合わせて積層した１μｍの薄膜ＡＢと、５０ｎｍのＣ
０１〜Ｃ１１物質の何れかを交互に形成し、総膜厚約５
μｍの磁性体薄膜ＡＢＣ０１〜ＡＢＣ１１を作成した。
尚、Ａ物質は、Ｆｅ−Ｓｉターゲットを、２ｍTorr、Ａ
ｒ雰囲気で、Ｂ物質はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金ターゲット
を、２ｍTorr、Ａｒ＋３％Ｏ₂ 雰囲気で、Ｃ０１〜Ｃ１
１物質はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｓｉの何れかのターゲ
ットを使用し、酸素分量を５〜４０％を変化させたＡｒ
＋Ｏ₂ 雰囲気で、基板温度を１００℃、投入電力３００
Ｗで作成した。

【００５６】以上得られた磁性体薄膜を１×１０^-6Torr
の真空中で、５００℃温度で、２時間アニールした後
の、１ＭＨｚ、１００ＭＨｚでの初透磁率μ、抗磁力Ｈ
ｃを（表５）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状態
での８の字コイル法、抗磁力はＭＨループトレーサーを
用いて測定した。

【００５７】

【表４】

【００５８】

【表５】

【００５９】（表５）より、特に抗磁力の大きいアニー
ル後の磁性体薄膜、ＡＢＣ０２、ＡＢＣ０５と抗磁力の
小さいＡＢ０３についてＡＥＳデプスプロファイルを調
べたところ、抗磁力の大きい２つの薄膜磁性体では、酸
素、又は窒素が、Ａ物質の磁性層の中程にまで拡散して
おり、非磁性層化が進んでいることが推察できる。

【００６０】またＡＢＣ０１〜ＡＢＣ１１のＸ線回折を
調べたところ、ＡＢＣ０５、ＡＢＣ０９のＦｅ−Ａｌ−
Ｓｉ合金の格子定数が特に大きくずれており、数Ｇｄｙ
ｎｅ／ｃｍ² の内部応力が残存していることが分かっ
た。この原因は明かではないが、残存応力は軟磁気特性
を低くしている原因の一つであると考えられる。また特
に１００ＭＨｚでの初透磁率の低下が大きい、磁性体薄
膜ＡＢＣ０１、ＡＢＣ０４、ＡＢＣ０８、ＡＢＣ１１に
ついて膜に垂直方向の抵抗を測定したところ、数Ω以下
であり、充分に渦電流を抑えられていないことが分かっ
た。

【００６１】以上の結果からＡ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の
３種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｃ物質中に、含有さ
れる酸素、又は窒素の量が、酸素含有率ｃ（原子パーセ
ント）が、２０≦ｃ≦６７atom％、または窒素含有率ｄ
（原子パーセント）が２０≦ｄ≦５７atom％、且つ２０
≦ｃ＋ｄ≦６７atom％で表わされる範囲であるとき、相
互拡散が小さく、高電気抵抗となる。また上の条件を満
たす幾種類かのＣ物質の内、同程度の高電気抵抗を示す
ものであった場合、より誘電率の小さいものが望まし
い。

【００６２】（実施例５）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｂ物質中に、含有され
る酸素、又は窒素の適正量を調べるために以下の実験を
行った。

【００６３】組成がＦｅ−９４．２atom％、Ｓｉ−３．
８atom％Ａ物質、組成が（表６）に示す、Ｂ０１〜Ｂ０
９物質、組成がＳｉ−３３atom％、Ｏ−６７atom％のＣ
物質を、マグネトロンスパッタ法により、非磁性基板上
に、Ａ物質５０ｎｍ程度と、約５ｎｍであるＢ０１〜Ｂ
０２物質の何れかを、交互に合わせて形成した１μｍの
薄膜ＡＢ０１〜ＡＢ０９と、５０ｎｍのＣ物質をそれぞ
れ交互に形成し、総膜厚約５μｍの磁性体薄膜ＡＢ０１
Ｃ〜ＡＢ０９Ｃを作成した。尚、Ａ物質は、Ｆｅ−Ｓｉ
ターゲットを、２ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｂ物質はＦｅ
−Ｓｉ−Ａｌ合金ターゲットを、酸素分量を５〜４０％
を変化させたＡｒとＯ₂ 混合ガス、２ｍTorrの雰囲気
で、またはＳｉ−Ａｌ、Ｓｉターゲットの何れかを、２
ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｃ物質はＳｉターゲットを使用
し、酸素分量を３０％にしたＡｒ＋Ｏ₂ 雰囲気で、基板
温度を１００℃、投入電力３００Ｗで作成した。

【００６４】以上得られた磁性体薄膜を１×１０^-6Torr
の真空中で、５００℃温度で、２時間アニールした後
の、１ＭＨｚ、１００ＭＨｚでの初透磁率μ、抗磁力Ｈ
ｃを（表７）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状態
での８の字コイル法、抗磁力は６０Ｈｚの交流磁場中
で、ＭＨループトレーサーを用いて測定した。

【００６５】

【表６】

【００６６】

【表７】

【００６７】（表７）より、特に抗磁力の大きいアニー
ル後の磁性体薄膜、ＡＢ０１Ｃ、ＡＢ０５Ｃ、と抗磁力
の小さいＡＢ０２についてＡＥＳデプスプロファイルを
調べたところ、抗磁力の大きい薄膜磁性体は、酸素、又
は窒素が、Ａ物質の層の半ばにまで拡散しており、磁性
層の、非磁性層化、が進んでいることが推察できる。ま
たＢ物質に酸素、窒素とも全く含まないＡＢ０４Ｃで
は、Ａ物質中へのＡｌ及びＳｉの固溶が起こったために
Ａ物質の粒成長が起こり磁気特性を劣化させたと考えら
れる。

【００６８】以上の結果からＡ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の
３種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｂ物質中に、含有さ
れる酸素、又は窒素の適正量は、は酸素含有率ａ（原子
パーセント）が、１０≦ａ≦６０atom％、または窒素含
有率ｂ（原子パーセント）が１０≦ｂ≦５０atom％、且
つ、１０＜ａ＋ｂ≦６０atom％で表わされる範囲である
といえる。

【００６９】（実施例６）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ａ物質中に、含有され
る酸素、又は窒素の適正量を調べるために以下の実験を
行った。

【００７０】組成が（表８）、（表９）に示すＡ０１〜
Ａ１６のＡ物質、組成がＦｅ３７．６atom％、Ａｌ−
４．６atom％、Ｓｉ−８．８atom％、Ｏ−４９atom％の
Ｂ物質、組成がＦｅ−２５．３atom％、Ａｌ−３．２at
om％、Ｓｉ−９．５atom％、Ｏ−６１．９atom％Ｃ物質
を、マグネトロンスパッタ法により、非磁性基板上に、
５０ｎｍ程度のＡ０１〜Ａ１６物質何れかと、１０ｎｍ
のＢ物質を交互に合わせて形成した１μｍの薄膜Ａ０１
Ｂ〜Ａ１１Ｂと、２０ｎｍのＣ物質をそれぞれ交互に形
成し、総膜厚約５μｍの磁性体薄膜Ａ０１ＢＣ〜Ａ１６
ＢＣを作成した。尚、Ａ０１〜Ａ０８物質はＦｅ−Ｓｉ
−Ａｌ合金ターゲットを、Ａ０９〜Ａ１６物質はＦｅ−
Ｓｉ合金ターゲットを、酸素分量を０〜５％、窒素分量
０〜１０％変化させたＡｒとＯ₂ またはＮ₂ 混合ガス、
８ｍTorrの雰囲気で、Ｂ物質は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌター
ゲットを使用し、酸素分量１５％にしたＡｒとＯ₂ 混合
ガス、８ｍTorrの雰囲気で、Ｃ物質はＢ物質と同じＦｅ
−Ｓｉ−Ａｌターゲットを使用し、酸素分量を３０％に
したＡｒとＯ₂ 雰囲気で、基板温度を５０℃、投入電力
４００Ｗで作成した。

【００７１】以上得られた磁性体薄膜を成膜直後状態及
び１×１０^-6Torrの真空中で、５００℃温度で、２時間
アニールした後の、１ＭＨｚでの初透磁率μ、及び５０
０℃アニール後の飽和磁束密度Ｂｓ、及び抗磁力Ｈｃの
値を（表１０）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状
態での８の字コイル法、抗磁力、Ｂｓの値はＶＳＭを用
いて測定した。

【００７２】

【表８】

【００７３】

【表９】

【００７４】

【表１０】

【００７５】（表１０）より、特に抗磁力の大きいアニ
ール後の磁性体薄膜、Ａ０１ＢＣ、Ａ０３ＢＣ、Ａ０７
ＢＣ、Ａ０９ＢＣ、Ａ１１ＢＣ、Ａ１５ＢＣについてＡ
ＥＳデプスプロファイルを調べたところ、成膜直後時と
比較して、磁性薄膜内の組成の周期性が不明瞭になって
おり、膜面に垂直方向の垂直磁気異方性Ｈｋも増大して
いることがわかった。一方、アニール後のＸ線回折を調
べたところＡ０６ＢＣの粒径はＡ０２ＢＣ及びＡ０５Ｂ
Ｃに比較し、またＡ１４ＢＣの粒径はＡ１０ＢＣ、Ａ１
３ＢＣと比較して大きいことがわかった。

【００７６】従って、Ａ物質中に酸素または窒素を適量
に含ませることで、Ｂ物質、Ｃ物質が熱適に安定し、し
かも熱的に不安定であることが公知であるＦｅの窒化物
を含有していても、本発明のＡ、Ｂ、Ｃの３種類の物質
からなる磁性体薄膜を構成することにより、耐熱性が向
上する。

【００７７】以上の結果からＡ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の
３種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ａ物質中に、含有さ
れる酸素、又は窒素を酸素含有率ｅ（原子パーセント）
が、０．１≦ｅ≦１０atom％、または窒素含有率ｆ（原
子パーセント）が０．１≦ｆ≦２０atom％、且つ、０．
１≦ｅ＋ｆ≦２５atom％で表わされる範囲含有すること
により、構成原子の相互拡散を抑え、磁性体の結晶を微
細にすることで、アニール後の軟磁気特性の劣化を抑制
することがわかった。またこの効果は特にＢ物質の層厚
が５ｎｍ以上の厚みの時に顕著である。

【００７８】（実施例７）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ａ物質の適正膜厚を調
べるために以下の実験を行った。

【００７９】組成がＦｅ−９０．２atom％、Ｓｉ−５．
９atom％、Ａｌ−３．９atom％のＡ１物質、組成がＦｅ
−３８．２atom％、Ｓｉ−４．３atom％、Ａｌ−２．３
atom％、Ｏ−５５．２atom％のＢ１物質、組成がＦｅ−
２５．４atom％、Ｓｉ−３．５atom％、Ａｌ−１．６at
om％、Ｏ−６９．５atom％のＣ１物質を、マグネトロン
スパッタ法により、非磁性基板上に、５００〜３ｎｍの
範囲のＡ１物質、約０．５ｎｍのＢ１物質を、交互に合
わせて形成した２μｍの薄膜と、２０ｎｍのＣ１物質を
それぞれ交互に合わせ、総膜厚約４μｍの磁性体薄膜を
作成した。

【００８０】尚、Ａ１物質は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌターゲ
ットを、２ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｂ１物質及びＣ１物
質はＡ１物質と同じターゲットを、酸素分量を変化させ
たＡｒとＯ₂ 混合ガス、２ｍTorrの雰囲気で作成した。

【００８１】尚、比較としてＡ１物質だけでできた２μ
m の薄膜と、２０ｎｍのＣ１物質をそれぞれ交互に合わ
せ、総膜厚約４μｍの積層磁性体薄膜を作成した。次
に、組成がＦｅ−９６．０atom％、Ｓｉ−４．０atom％
のＡ２物質、組成がＦｅ−３５．１atom％、Ｓｉ−５．
３atom％、Ａｌ−２．１atom％、Ｏ−５７．５atom％の
Ｂ２物質、組成がＦｅ−２４．１atom％、Ｓｉ−４．４
atom％、Ａｌ−１．８atom％、Ｏ−６９．７atom％のＣ
２物質を、マグネトロンスパッタ法により、非磁性基板
上に、５００〜３ｎｍの範囲のＡ２物質、約０．５ｎｍ
のＢ２物質を、交互に合わせた２μｍの薄膜と、２０ｎ
ｍのＣ２物質をそれぞれ交互に合わせ、総膜厚約４μｍ
の磁性体薄膜を作成した。

【００８２】尚、Ａ２物質は、Ｆｅ−Ｓｉターゲット
を、２ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｂ２物質及びＣ２物質は
同じＦｅ−Ｓｉ−Ａｌターゲットを、酸素分量を変化さ
せたＡｒとＯ₂ 混合ガス、２ｍTorrの雰囲気で作成し
た。

【００８３】尚、比較としてＡ２物質だけでできた２μ
m の薄膜と、２０ｎｍのＣ２物質をそれぞれ交互に合わ
せ、総膜厚約４μｍの積層磁性体薄膜を作成した。以上
得られた磁性体薄膜を成膜直後及び、１×１０^-6Torrの
真空中５００℃の温度で、２時間アニールした後の、１
ＭＨｚでの初透磁率μを（図１）及び（図２）に示す。
尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状態での８の字コイル法を
用い、主磁性体であるＡ物質の総膜厚で計算し、Ａ物質
の膜厚差による見かけの透磁率の減少分を補正してい
る。ＸＲＤ及び断面ＴＥＭによりそれぞれの磁性体薄膜
のアニール後のＡ１物質の平均粒径を調べた結果、Ａ１
物質の平均膜厚が１０ｎｍ以下では粒径と膜厚がほぼ一
致しているが、Ａ１物質の１層当りの平均膜厚が２μm
の積層磁性体薄膜の平均粒径が２００ｎｍ程度出あるの
に比べ、Ａ１物質の平均膜厚を３００ｎｍにした磁性体
薄膜の平均粒径は７０ｎｍであった。この粒成長の差の
原因は、膜内の内部応力や、Ｂ物質、Ｃ物質内の不純物
元素の、微量な拡散物によるピンどめ効果などが考えら
れる。

【００８４】磁気ヘッドをはじめ、磁性部品に使用する
場合、少なくとも透磁率が１０００以上、抗磁力は１Ｏ
ｅ以下であることが必要であるためＡ物質、Ｂ物質、Ｃ
物質の３種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ａ物質の平均
膜厚が３００〜５ｎｍの範囲であることが好ましい。
尚、上記実施例中の磁性体薄膜は何れも１．８〜１．９
Ｔの高飽和磁束密度を持つ。

【００８５】（実施例８）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｂ物質の適正膜厚を調
べるために以下の実験を行った。

【００８６】組成がＦｅ−８６．８atom％、Ｓｉ−９．
３atom％、Ａｌ−３．９atom％のＡ３物質、組成がＦｅ
−３２．８atom％、Ｓｉ−６．９atom％、Ａｌ−２．３
atom％、Ｏ−５８．０atom％のＢ３物質、組成がＦｅ−
２９．１atom％、Ｓｉ−６．７atom％、Ａｌ−２．９at
om％、Ｏ−６１．３atom％のＣ３物質を、マグネトロン
スパッタ法により、非磁性基板上に、約５０ｎｍのＡ３
物質、０．０５〜５０ｎｍの範囲のＢ３物質を、交互に
形成した２μｍの薄膜と、２０ｎｍのＣ３物質をそれぞ
れ交互に積層し、総膜厚約４μｍの磁性体薄膜を作成し
た。

【００８７】尚、Ａ３物質は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌターゲ
ットを、２ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｂ３物質及びＣ３物
質はＡ３物質と同じターゲットを、酸素分量を変化させ
たＡｒとＯ₂ 混合ガス、２ｍTorrの雰囲気で作成した。

【００８８】尚、比較としてＡ３物質だけでできた２μ
m の薄膜と、２０ｎｍのＣ３物質をそれぞれ交互に合わ
せ、総膜厚約４μｍの積層磁性体薄膜を作成した。次
に、組成がＦｅ−９８．０atom％、Ｓｉ−１．０atom
％、Ｎ−１．０atom％のＡ４物質、組成がＦｅ−３５．
２atom％、Ｓｉ−７．８atom％、Ｏ−５７．０atom％の
Ｂ４物質、組成がＳｉ−３３．８atom％、Ｏ−６６．２
atom％のＣ４物質を、マグネトロンスパッタ法により、
非磁性基板上に、５００〜３ｎｍの範囲のＡ２物質、約
０．５ｎｍのＢ４物質を、交互に形成した２μｍの薄膜
と、２０ｎｍのＣ４物質をそれぞれ交互に積層し、総膜
厚約４μｍの磁性体薄膜を作成した。

【００８９】尚、Ａ４物質はＦｅ−Ｓｉターゲットを、
２ｍTorr、Ａｒ雰囲気で、Ｂ２物質Ａ４物質と同じＦｅ
−Ｓｉターゲットを、酸素分量を変化させたＡｒとＯ₂
混合ガス、１２ｍTorrの雰囲気で、またＣ４物質はＳｉ
ターゲットを用いＡｒとＯ₂混合ガス、１２ｍTorrの雰
囲気で作成した。

【００９０】尚、比較としてＡ４物質だけでできた２μ
m の薄膜と、２０ｎｍのＣ４物質をそれぞれ交互に合わ
せ、総膜厚約４μｍの積層磁性体薄膜を作成した。以上
得られた磁性体薄膜を成膜直後状態及び、１×１０^-6To
rrの真空中５００℃の温度で、２時間アニールした後
の、１ＭＨｚでの初透磁率μを（図３）及び（図４）に
示す。尚、初透磁率は１ｍＯｅ印加状態での８の字コイ
ル法を用い、主磁性体であるＡ物質の膜厚で計算し、Ｂ
物質の膜厚差による見かけの透磁率の減少分を補正して
いる。

【００９１】ＸＲＤにより５００アニール後のそれぞれ
の粒径、配向性、内部応力を調べた。まず結晶粒径はＢ
物質が１ｎｍ程度まではほぼ同じ値を示すが、それ以下
になると、次第に大きくなり、特に００．３以下では、
１層当り２μm のＡ３物質だけでできた積層磁性体薄膜
の粒径と同程度にまでなる。またすべての膜が強い（１
１０）面配向を示し、特にＢ物質が０．０５〜１ｎｍの
範囲で他のピーク強度の５０倍以上になる。またＢ物質
が５０ｎｍより厚くなるとＡ物質の内部応力がアニール
によっても解放されずに残留する。即ちＢ物質の平均膜
厚が薄くなることで、Ａ物質結晶粒子が十分分離されて
いなくても、静磁結合の増大や、高配向することによる
磁気異方性分散の減少、磁気弾性エネルギーの減少など
により優れた軟磁気特性を示すことがわかる。

【００９２】以上の結果からＡ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の
３種類の物質を含む磁性体薄膜で、Ｂ物質の平均膜厚が
１０〜０．０５ｎｍの範囲であるときにＡ物質の単層磁
性体薄膜よりも軟磁気特性が優れた磁性体薄膜が得られ
ることがわかった。また特にアニール後の特性はＢ物質
の膜厚が１〜０．０５ｎｍの範囲であるとき優れた軟磁
気特性を示す。

【００９３】（実施例９）Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｃ物質の適正膜厚を調
べるために以下の実験を行った。

【００９４】組成がＦｅ−８５．５atom％、Ｓｉ−１
３．５atom％のＡ５物質、組成がＦｅ−３２．８atom
％、Ｓｉ−６．９atom％、Ａｌ−２．３atom％、Ｏ−５
８．０atom％のＢ５物質、組成がＳｉ−３３．８atom
％、Ｏ−６６．２atom％のＣ５物質を、マグネトロンス
パッタ法により、非磁性基板上に、約３０ｎｍのＡ５物
質、０．２ｎｍのＢ５物質を、交互に形成した３００ｎ
ｍの薄膜Ａ５Ｂ５と、０．５〜１００ｎｍの範囲のＣ５
物質をそれぞれ交互に１０層、積層した磁性体薄膜を作
成した。

【００９５】また比較のために、３μm の薄膜Ａ５Ｂ５
を作成した。また、上の条件でＣ物質を、組成がＡｌ−
４０atom％、Ｏ−６０．０atom％のＣ６物質にした磁性
体薄膜を作成した。

【００９６】以上得られた磁性体薄膜を１×１０^-6Torr
の真空中５００℃の温度で、２時間アニールした後の、
１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚまでの初透磁率μ測定し、１Ｍ
Ｈｚの初透磁率が９０％になる周波数ｆｄの値を（図
５）に、１ＭＨｚでの初透磁率を（図６）に示す。尚、
初透磁率は１ｍＯｅ印加状態での８の字コイル法を用
い、主磁性体であるＡ物質の膜厚で計算し、Ｃ物質の膜
厚差による見かけの透磁率の減少分を補正している。

【００９７】（図５）より、Ｃ物質が１ｎｍ以上の時に
は高周波領域での透磁率の減少は、明らかに小さく、膜
厚が厚いほどｆｄは高周波の値を示す。またＣ５物質の
方がＣ６物質を用いた場合に比べより高周波まで透磁率
が減少していないことがわかる。一方、膜厚１ｎｍ程度
の時の、Ｃ５、Ｃ６物質、それぞれを用いた磁性体薄膜
の、膜に垂直方向の抵抗を測定すると、何れも数千Ω以
上あり、ピンホール等がほとんどない良質の絶縁膜を形
成していることがわかった。従ってＣ物質の厚みによる
ｆｄの差、及びＣ５、Ｃ６物質によるｆｄの差は、Ｃ層
が容量成分として働いたために磁性層間に起こった変位
電流による損失の結果であると考えられる。一方、初透
磁率の値は今回の実施例の範囲ではＣ物質が薄い程良
く、Ｃ物質をはさんだ薄膜同志の静磁結合によって、全
体的な静磁エネルギーが減少しているためであると考え
られる。以上の結果から、Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質の３
種類の薄膜を含む磁性体薄膜で、Ｃ物質の平均膜厚は、
資料の形状にもよるが１ｎｍ程度以上の厚みがあれば良
く、また磁性体全体に占める体積割合、及び軟磁気特性
の劣化を考慮して５０ｎｍ以下であればよい。

【００９８】（実施例１０）磁性体薄膜を構成する物質
Ａ及び物質Ｂの内、Ｃ物質と隣合う物質が前記Ｂ物質で
ある優位性を調べるために以下の検討を行った。

【００９９】Ａ物質、Ｂ物質、Ｃ物質それぞれの組成が
（表１１）に示す磁性体薄膜をマグネトロンスパッタ法
により、非磁性基板上に、５０ｎｍのＡ１〜Ａ３物質
と、１ｎｍのＢ物質を交互に合わせて、Ｂ物質が再表面
になるように形成した１μｍの薄膜と、２０ｎｍのＣ物
質をそれぞれ交互に形成し、Ｃ物質と隣合う物質がＢで
あるような総膜厚約５μｍの磁性体薄膜Ａ１ＢＣ〜Ａ３
ＢＣを作成した。

【０１００】比較のために、上記と同じ、Ａ１〜Ａ３物
質、Ｂ物質、Ｃ物質を用い、非磁性基板上に、５０ｎｍ
程度のＡ１〜Ａ３物質と、１ｎｍのＢ物質を交互に合わ
せて、Ａ１〜Ａ３の何れかが再表面になるように形成し
た１μｍの薄膜と、２０ｎｍのＣ物質をそれぞれ交互に
形成し、Ｃ物質と隣合う物質がＡ１〜Ａ３何れかである
ような、総膜厚約５μｍの磁性体薄膜ＢＡ１Ｃ〜ＢＡ３
Ｃを作成した。

【０１０１】以上得られた磁性体薄膜を成膜直後状態及
び１×１０^-6Torrの真空中で、５００℃温度で、２時間
アニールした後の、１ＭＨｚでの初透磁率μ、及び抗磁
力Ｈｃの値を（表１２）に示す。尚、初透磁率は１ｍＯ
ｅ印加状態での８の字コイル法、抗磁力は６０ＨｚのＭ
Ｈループトレーサーより求めた。

【０１０２】

【表１１】

【０１０３】

【表１２】

【０１０４】（表１２）より、Ｃ物質と隣あう物質がＢ
物質である磁性体薄膜のほうが熱処理前後何れにおいて
も軟磁気特性が優れていることがわかる。成膜直後時に
おいて、それぞれのＸＲＤを調べたところ、何れも圧縮
応力がかかっているが、ＢＡ１Ｃ〜ＢＡ３ＣはＡ１ＢＣ
〜Ａ３ＢＣに比べ２〜６Ｇｄｙｎｅ／ｃｍ² 大きい圧縮
応力がかかっていた。また熱処理前後のＡＥＳのデプス
プロファイルより、ＢＡ１Ｃ〜ＢＡ３ＣはＡ１ＢＣ〜Ａ
３ＢＣに比べ相互拡散が大きいことがわかった。即ち、
成膜直後においては、界面の不正合が大きいＢＡ１Ｃ〜
ＢＡ３Ｃが歪磁気弾性エネルギーによって軟磁気特性を
劣化させており、アニール時において、内部応力をドラ
イビングフォースとする相互拡散によって、軟磁気特性
がさらに劣化していると考えられる。

【０１０５】以上の結果から、磁性体薄膜を構成する物
質Ａ及び物質Ｂの内、Ｃ物質と隣合う物質が前記Ｂ物質
であることが望ましいといえる。 （実施例１１）前記実施例の中に既にいくつかの例を示
しているが、本発明の磁性体薄膜はＢ物質、Ｃ物質中に
Ａ物質に含まれる少なくとも一種類以上の元素を含んで
いるために、磁性体薄膜の形成工程として一種類の磁性
体ターゲットを用いたスパッタ法であり、ガスの種類を
変えることで異なる物質の複合体を連続的に形成する磁
性体薄膜の製造方法であることが望ましい。

【０１０６】例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系の主磁性体を
有する磁性体薄膜を形成する場合、Ａｒ等の系に不活性
なガスのガス圧や、投入電力を制御するだけで、数〜１
０数atom％の組成を任意に選択することが可能であり、
これらをＡｌ、Ｓｉが選択的に反応する、酸素、窒素等
の反応性ガスのガス流量、ガス濃度等と組み合わせるこ
とにより、Ａ、Ｂ、Ｃの３種類の物質を任意に形成する
ことが出来る。

【０１０７】以上説明した通り、本実施例によれば、薄
膜形成直後及び熱処理後の何れにおいても優れた軟磁気
特性を示し、また高周波領域に於いても高透磁率を維持
し、１．３〜１．９Ｔの高飽和磁束密度を有する磁性体
薄膜とその製造方法を実現できる。

【０１０８】

【発明の効果】本発明は磁性体であるＡ物質と、Ａ物質
に含まれる少なくとも一種以上の金属元素及び酸素また
は窒素を含むＢ物質と、同様にＡ物質に含まれる少なく
とも一種以上の金属元素を含み、かつＢ物質よりも酸素
または窒素含有率の高いＣ物質の、少なくとも３種類の
物質よりなり、Ａ物質よりなる複数の結晶粒界の一部
が、Ｂ物質またはＣ物質によっておおわれた磁性薄膜層
と、Ｃ物質で構成される絶縁薄膜層とが、交互に積層し
てなる磁性体薄膜である。

【０１０９】この磁性体薄膜によれば、主磁性体である
Ａ物質はその粒界の一部を、Ｂ物質またはＣ物質におお
われることで、結晶粒の大きさが単層膜のものより微細
化され、結晶の高配向化が起こり、実効的な結晶磁気異
方性、磁気異方性分散が小さくなる効果があり軟磁気特
性が向上する。またＡ物質より高抵抗であるＢ物質、Ｃ
物質により膜内に生ずる渦電流が抑えられ、高周波領域
での透磁率の低下が抑制されるという効果もある。さら
にＢ物質、Ｃ物質にはＡ物質に含まれる元素が含有され
るために、成膜直後より内部応力が小さく、軟磁気特性
に優れ、熱処理後では、Ｂ物質、Ｃ物質の層が効果的に
減少し、相互拡散による磁性体の非磁性化、組成ずれ、
界面における局所応力が緩和され、耐熱処理性が向上す
るという顕著な効果がある。さらに積層体磁性膜全体が
酸化物または窒化物を含むため、耐摩耗性、耐腐食性が
向上するという効果がある。

【０１１０】従ってこの磁性体薄膜を磁気ヘッドとして
使用することにより、高保持力媒体に高密度信号を記録
でき、一方、ＩＣ基板上に磁気回路部品として実装する
ことで電子機器全体の小型化ができるという効果があ
る。

【０１１１】またこの薄膜磁性体は、一種類のターゲッ
トを用いたスパッタ技術で、ガスの種類を変化させるこ
とで容易に作成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例７で作成したＡ１物質の１Ｍ
Ｈｚでの初透磁率μを示すグラフ。

【図２】 本発明の実施例７で作成したＡ２物質の１Ｍ
Ｈｚでの初透磁率μを示すグラフ。

【図３】 本発明の実施例８で作成したＢ３物質の１Ｍ
Ｈｚでの初透磁率μを示すグラフ。

【図４】 本発明の実施例８で作成したＢ４物質の１Ｍ
Ｈｚでの初透磁率μを示すグラフ。

【図５】 本発明の実施例９で作成したＣ５物質の１Ｍ
Ｈｚでの初透磁率が９０％になる周波数ｆｄの値を示す
グラフ。

【図６】 本発明の実施例９で作成したＣ５またはＣ６
物質の１ＭＨｚでの初透磁率μを示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 釘宮 公一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体であるＡ物質と、前記Ａ物質に含
   まれる少なくとも一種以上の金属元素及び酸素または窒
   素を含むＢ物質と、前記Ａ物質に含まれる少なくとも一
   種以上の金属元素を含み、かつ前記Ｂ物質よりも酸素ま
   たは窒素含有率の高いＣ物質の少なくとも３種類の物質
   よりなり、前記Ａ物質よりなる複数の結晶の粒界の一部
   が、前記Ｂ物質またはＣ物質によっておおわれた磁性薄
   膜層と、前記Ｃ物質で構成される絶縁薄膜層とが交互に
   積層してなる磁性体薄膜。
2. 【請求項２】 Ｂ物質は酸素含有率ａ（原子パーセン
   ト）が、１０≦ａ≦６０atom％、または窒素含有率ｂ
   （原子パーセント）が１０≦ｂ≦５０atom％、且つ、１
   ０＜ａ＋ｂ≦６０atom％で表わされる範囲であり、Ｃ物
   質は酸素含有率ｃ（原子パーセント）が、２０≦ｃ≦６
   ７atom％、または窒素含有率ｄ（原子パーセント）が２
   ０≦ｄ≦５７atom％、且つ２０≦ｃ＋ｄ≦６７atom％、
   且つａ＋ｂ＜ｃ＋ｄで表わされる範囲である請求項１に
   記載の磁性体薄膜。
3. 【請求項３】 Ｂ物質がＡ物質に含まれる磁性金属元素
   を含む請求項２に記載の磁性体薄膜。
4. 【請求項４】 Ａ物質が酸化物生成自由エネルギーがＦ
   ｅより低い物質、又は窒化物生成自由エネルギーがＦｅ
   より低い物質を少なくとも一種類以上含む磁性体である
   請求項１〜３いずれかに記載の磁性体薄膜。
5. 【請求項５】 Ａ物質は酸素含有率ｅ（原子パーセン
   ト）が、０．１≦ｅ≦１０atom％、または窒素含有率ｆ
   （原子パーセント）が０．１≦ｆ≦２０atom％、且つ、
   ０．１≦ｅ＋ｆ≦２５atom％で表わされる範囲である請
   求項１〜４いずれかに記載の磁性体薄膜。
6. 【請求項６】 Ａ物質の平均膜厚が３００〜５ｎｍ、Ｂ
   物質の平均膜厚が１０〜０．０５ｎｍ、Ｃ物質の平均膜
   厚が５０〜１ｎｍである請求項第１〜５いずれかに記載
   の磁性体薄膜。
7. 【請求項７】 磁性薄膜層を構成する物質のうち、Ｃ物
   質の層と隣合う物質がＢ物質である請求項１〜５いずれ
   かに記載の磁性体薄膜。