JPH07302711A - 軟磁性合金薄膜及びその製造方法 - Google Patents
軟磁性合金薄膜及びその製造方法Info
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- JPH07302711A JPH07302711A JP6093492A JP9349294A JPH07302711A JP H07302711 A JPH07302711 A JP H07302711A JP 6093492 A JP6093492 A JP 6093492A JP 9349294 A JP9349294 A JP 9349294A JP H07302711 A JPH07302711 A JP H07302711A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温熱処理を施さなくとも、優れた軟磁気特
性を示す高い飽和磁束密度を有する軟磁性合金薄膜を得
る。 【構成】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で示される軟磁性合
金薄膜であって、好ましくは、ＦｅＯ3 で表される酸化
鉄と、Ｆｅ4 Ｎ及びＦｅ3 Ｎで表される窒化鉄と、α−
Ｆｅの４つの相を有し、組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０．００５≦Ｙ≦０．１２ ０．００５≦Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴としている。
性を示す高い飽和磁束密度を有する軟磁性合金薄膜を得
る。 【構成】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で示される軟磁性合
金薄膜であって、好ましくは、ＦｅＯ3 で表される酸化
鉄と、Ｆｅ4 Ｎ及びＦｅ3 Ｎで表される窒化鉄と、α−
Ｆｅの４つの相を有し、組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０．００５≦Ｙ≦０．１２ ０．００５≦Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴としている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度磁気記録用の磁
気ヘッドに適した軟磁性合金薄膜に関するものであり、
特に薄膜磁気ヘッドのように低温プロセスにより製造さ
れる磁気ヘッドに適した軟磁性合金薄膜に関するもので
ある。
気ヘッドに適した軟磁性合金薄膜に関するものであり、
特に薄膜磁気ヘッドのように低温プロセスにより製造さ
れる磁気ヘッドに適した軟磁性合金薄膜に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンピューター記憶装置やＶＴＲ
等の高密度磁気記録再生装置に用いられる磁気ヘッドと
しては、記録密度の向上を図るために磁気コアの少なく
ともギャップ近傍に強磁性金属膜を配した磁気ヘッドが
提案されている。
等の高密度磁気記録再生装置に用いられる磁気ヘッドと
しては、記録密度の向上を図るために磁気コアの少なく
ともギャップ近傍に強磁性金属膜を配した磁気ヘッドが
提案されている。
【０００３】強磁性金属膜としては、パーマロイ（Ｆｅ
−Ｎｉ合金）、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合
金）、Ｃｏ系アモルファス合金ソフマックス合金（Ｆｅ
−Ｇａ−Ｓｉ合金）等が実用化されてきたが、記録密度
の更なる向上のために、記録媒体の高保磁力化が進めら
れており、磁気ヘッドとしては、記録能力の向上、オー
バーライト特性の向上が望まれている。記録能力、及び
オーバーライト特性の向上のためには強磁性金属膜の飽
和磁束密度を大きくすることが必要である。
−Ｎｉ合金）、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合
金）、Ｃｏ系アモルファス合金ソフマックス合金（Ｆｅ
−Ｇａ−Ｓｉ合金）等が実用化されてきたが、記録密度
の更なる向上のために、記録媒体の高保磁力化が進めら
れており、磁気ヘッドとしては、記録能力の向上、オー
バーライト特性の向上が望まれている。記録能力、及び
オーバーライト特性の向上のためには強磁性金属膜の飽
和磁束密度を大きくすることが必要である。
【０００４】このような背景のもとに、高飽和磁束密度
を有する軟磁性合金薄膜の研究が盛んに行われている。
例えば、単体で高飽和磁束密度を有するＦｅ膜を窒化し
たＦｅ−Ｎ膜は、Ｆｅ膜に比べ優れた軟磁気特性を示す
ことが報告されている（第１１回日本応用磁気学会学術
講演会概要集Ｐ２３０ ３ＰＢ−８窒素添加軟磁性Ｆｅ
スパッタ膜の構造と磁気特性 ソニー情報処理研究
所）。しかしながら、磁気ヘッド製造工程中のガラスボ
ンディング時の温度ほどの耐熱性がないため実用上問題
があった。この問題の解決のために、Ｆｅ−Ｎ膜にＮ
ｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｇａなどの元素を微量添加し
て、耐熱性の向上を図った高耐熱性高飽和磁束密度材
料、例えば（特開昭６３−２９９２１９、特開昭６４−
４２１０８）が知られている。これは、１８ＫＧ以上の
極めて高い飽和磁束密度を有する軟磁性合金膜である。
を有する軟磁性合金薄膜の研究が盛んに行われている。
例えば、単体で高飽和磁束密度を有するＦｅ膜を窒化し
たＦｅ−Ｎ膜は、Ｆｅ膜に比べ優れた軟磁気特性を示す
ことが報告されている（第１１回日本応用磁気学会学術
講演会概要集Ｐ２３０ ３ＰＢ−８窒素添加軟磁性Ｆｅ
スパッタ膜の構造と磁気特性 ソニー情報処理研究
所）。しかしながら、磁気ヘッド製造工程中のガラスボ
ンディング時の温度ほどの耐熱性がないため実用上問題
があった。この問題の解決のために、Ｆｅ−Ｎ膜にＮ
ｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｇａなどの元素を微量添加し
て、耐熱性の向上を図った高耐熱性高飽和磁束密度材
料、例えば（特開昭６３−２９９２１９、特開昭６４−
４２１０８）が知られている。これは、１８ＫＧ以上の
極めて高い飽和磁束密度を有する軟磁性合金膜である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高融点ガラ
スを用いた融着工程を必要としない薄膜ヘッドのような
ヘッドに用いる磁性膜に対しては、熱処理を施さなくて
も良好な磁気特性を示すことが要求される。しかしなが
ら、従来より知られているＦｅ−Ｎ等の軟磁性膜は、２
０ｋＧ程度の高い飽和磁束密度を有するが、成膜直後の
段階では最良のものでもＨｃ＝１Ｏｅ程度である。従っ
て、成膜直後の段階において、すなわち熱処理を施さな
い場合、磁気ヘッドに搭載可能な値である０．５Ｏｅ以
下を示す軟磁性合金膜は従来より知られていない。
スを用いた融着工程を必要としない薄膜ヘッドのような
ヘッドに用いる磁性膜に対しては、熱処理を施さなくて
も良好な磁気特性を示すことが要求される。しかしなが
ら、従来より知られているＦｅ−Ｎ等の軟磁性膜は、２
０ｋＧ程度の高い飽和磁束密度を有するが、成膜直後の
段階では最良のものでもＨｃ＝１Ｏｅ程度である。従っ
て、成膜直後の段階において、すなわち熱処理を施さな
い場合、磁気ヘッドに搭載可能な値である０．５Ｏｅ以
下を示す軟磁性合金膜は従来より知られていない。
【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、高温の熱処理を施さなくても、低い保磁力
（Ｈｃ）を示すことのできる軟磁性合金薄膜を提供する
ことにある。
を解消し、高温の熱処理を施さなくても、低い保磁力
（Ｈｃ）を示すことのできる軟磁性合金薄膜を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の軟磁性合金薄膜
は、ＦｅX ＮY ＯZ （Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で表される軟磁
性合金薄膜であることを特徴としている。
は、ＦｅX ＮY ＯZ （Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で表される軟磁
性合金薄膜であることを特徴としている。
【０００８】本発明において、好ましくは酸化鉄、窒化
鉄、及び鉄の相のうち少なくとも１つの相を有してい
る。さらに好ましくは、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3
Ｎ、及びα−Ｆｅのうち少なくとも１つの相を有してお
り、さらに好ましくはこれらの４つの相のいずれをも有
している。
鉄、及び鉄の相のうち少なくとも１つの相を有してい
る。さらに好ましくは、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3
Ｎ、及びα−Ｆｅのうち少なくとも１つの相を有してお
り、さらに好ましくはこれらの４つの相のいずれをも有
している。
【０００９】また、本発明において好ましくは、上記組
成式のＸ、Ｙ、及びＺは、 ０＜Ｙ≦０．１２ ０＜Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ≦１ の関係を有している。さらに好ましくは、組成式のＸ、
Ｙ、及びＺは、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１の関係を有している。
成式のＸ、Ｙ、及びＺは、 ０＜Ｙ≦０．１２ ０＜Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ≦１ の関係を有している。さらに好ましくは、組成式のＸ、
Ｙ、及びＺは、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１の関係を有している。
【００１０】本発明の好ましい実施態様の１つに従う軟
磁性合金薄膜は、Ｆｅx ＮY ＯZ の組成式で表される軟
磁性合金薄膜であり、Ｆｅ2 Ｏ3 で表される酸化鉄と、
Ｆｅ 4 Ｎ及びＦｅ3 Ｎで表される窒化鉄と、α−Ｆｅの
４つの相を有し、組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０．００５≦Ｙ≦０．１２ ０．００５≦Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴としている。
磁性合金薄膜は、Ｆｅx ＮY ＯZ の組成式で表される軟
磁性合金薄膜であり、Ｆｅ2 Ｏ3 で表される酸化鉄と、
Ｆｅ 4 Ｎ及びＦｅ3 Ｎで表される窒化鉄と、α−Ｆｅの
４つの相を有し、組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０．００５≦Ｙ≦０．１２ ０．００５≦Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴としている。
【００１１】Ｙ及びＺが０．００５未満、すなわち窒素
及び酸素が０．５原子％未満であると、結晶粒の微細化
が十分でなく、実効的な磁気異方性の低減が達成され
ず、軟磁気特性として十分な特性を示すことができな
い。またＹ及びＺが０．１２を超えると、すなわち窒素
及び酸素が１２原子％を超えると、鉄の窒化物及び酸化
物の粒成長が生じ、また磁歪が大きくなるため、十分な
軟磁気特性を得ることができない。
及び酸素が０．５原子％未満であると、結晶粒の微細化
が十分でなく、実効的な磁気異方性の低減が達成され
ず、軟磁気特性として十分な特性を示すことができな
い。またＹ及びＺが０．１２を超えると、すなわち窒素
及び酸素が１２原子％を超えると、鉄の窒化物及び酸化
物の粒成長が生じ、また磁歪が大きくなるため、十分な
軟磁気特性を得ることができない。
【００１２】また、本発明の軟磁性合金薄膜において
は、α−Ｆｅの結晶粒の粒径が２００Å以下であること
が好ましい。
は、α−Ｆｅの結晶粒の粒径が２００Å以下であること
が好ましい。
【００１３】本発明の軟磁性合金薄膜は、例えば、反応
性スパッタリングにより製造することができる。このよ
うなスパッタリングの際の窒素分圧（ＰN ）、酸素分圧
（Ｐ O ）、及びトータルガス圧力（Ｐtotal ）は、 ２．２％≦ＰN ／Ｐtotal ×１００≦４．０％ ０．１％≦ＰO ／Ｐtotal ×１００≦１．０％ の関係を有することが好ましく、さらに好ましくは、 ２．７％≦ＰN ／Ｐtotal ×１００≦３．６％ ０．３％≦ＰO ／Ｐtotal ×１００≦０．８％ の関係を有する。
性スパッタリングにより製造することができる。このよ
うなスパッタリングの際の窒素分圧（ＰN ）、酸素分圧
（Ｐ O ）、及びトータルガス圧力（Ｐtotal ）は、 ２．２％≦ＰN ／Ｐtotal ×１００≦４．０％ ０．１％≦ＰO ／Ｐtotal ×１００≦１．０％ の関係を有することが好ましく、さらに好ましくは、 ２．７％≦ＰN ／Ｐtotal ×１００≦３．６％ ０．３％≦ＰO ／Ｐtotal ×１００≦０．８％ の関係を有する。
【００１４】従って、トータルガス圧力が４．５ｍＴｏ
ｒｒの場合、窒素分圧としては０．１〜０．１７ｍＴｏ
ｒｒが好ましく、さらに好ましくは０．１２５〜０．１
４ｍＴｏｒｒである。また酸素分圧は０．００４〜０．
０４５ｍＴｏｒｒが好ましく、さらに好ましくは０．０
１５〜０．０３６ｍＴｏｒｒである。
ｒｒの場合、窒素分圧としては０．１〜０．１７ｍＴｏ
ｒｒが好ましく、さらに好ましくは０．１２５〜０．１
４ｍＴｏｒｒである。また酸素分圧は０．００４〜０．
０４５ｍＴｏｒｒが好ましく、さらに好ましくは０．０
１５〜０．０３６ｍＴｏｒｒである。
【００１５】また、本発明に従う製造方法において、ス
パッタリングの際の基板温度は、１５０℃以上２００℃
以下であることが好ましい。
パッタリングの際の基板温度は、１５０℃以上２００℃
以下であることが好ましい。
【００１６】
【作用】従来より、鉄に窒素を添加することにより、鉄
の結晶粒が微細化され、実効的な磁気異方性が小さくな
ることにより軟磁性が発現されることが知られている。
しかしながら、上述のように、窒素の添加だけでは最良
の窒素添加量でもＨｃ＝１Ｏｅ程度であり、磁気ヘッド
に搭載し得るものではない。
の結晶粒が微細化され、実効的な磁気異方性が小さくな
ることにより軟磁性が発現されることが知られている。
しかしながら、上述のように、窒素の添加だけでは最良
の窒素添加量でもＨｃ＝１Ｏｅ程度であり、磁気ヘッド
に搭載し得るものではない。
【００１７】窒素の添加量とＨｃとの関係においては、
窒素の添加量の増加に伴い、Ｈｃは徐々に減少し、極小
値（Ｈｃ＝１Ｏｅ程度）を示した後、比較的急激にＨｃ
が増加する。これは、窒素量の増加とともに結晶粒が微
細化され実効的な磁気異方性が減少することによりＨｃ
が極小値をとり、さらに窒素量が増加すると、磁歪が大
きくなること、及び鉄の窒化物の粒成長が起こることに
より、急激なＨｃの増大が起こると考えられる。
窒素の添加量の増加に伴い、Ｈｃは徐々に減少し、極小
値（Ｈｃ＝１Ｏｅ程度）を示した後、比較的急激にＨｃ
が増加する。これは、窒素量の増加とともに結晶粒が微
細化され実効的な磁気異方性が減少することによりＨｃ
が極小値をとり、さらに窒素量が増加すると、磁歪が大
きくなること、及び鉄の窒化物の粒成長が起こることに
より、急激なＨｃの増大が起こると考えられる。
【００１８】本発明に従えば、窒素のみならず酸素も同
時に添加され、従来の窒素のみの添加の際の問題が回避
され、さらに低いＨｃ、例えば０．５Ｏｅ以下のＨｃを
示す軟磁気特性を得ることができる。
時に添加され、従来の窒素のみの添加の際の問題が回避
され、さらに低いＨｃ、例えば０．５Ｏｅ以下のＨｃを
示す軟磁気特性を得ることができる。
【００１９】本発明の軟磁性合金薄膜は、ＦｅX ＮY Ｏ
Z の組成式で表される軟磁性合金薄膜であり、酸素を含
有することにより、成膜直後の段階で低い保磁力を有
し、磁歪が低く、かつ高い飽和磁束密度を有することが
可能とされている。
Z の組成式で表される軟磁性合金薄膜であり、酸素を含
有することにより、成膜直後の段階で低い保磁力を有
し、磁歪が低く、かつ高い飽和磁束密度を有することが
可能とされている。
【００２０】鉄、窒素、酸素系の合金については、特開
平３−１１６９１０、特開平３−１２９８０５、特開平
３−１６６７０５、特開平３−２３２２０６、特開平３
−２５０７０６、特開平３−２５０７０７、特開平３−
２７０２０２、特開平３−２７０２０４、特開平３−２
８８４１０、特開平４−６１３０６、特開平４−６１３
０７、特開平４−６１３０８、特開平４−８４４０３、
特開平４−１６２５０５、特開平４−２３６４０５等が
開示されているが、いずれも第４元素として添加元素を
混入し、熱的な安定性の向上を目的としたものであり、
本発明のように２００℃以下のプロセスにおいて十分な
軟磁性特性を示すようなものではない。
平３−１１６９１０、特開平３−１２９８０５、特開平
３−１６６７０５、特開平３−２３２２０６、特開平３
−２５０７０６、特開平３−２５０７０７、特開平３−
２７０２０２、特開平３−２７０２０４、特開平３−２
８８４１０、特開平４−６１３０６、特開平４−６１３
０７、特開平４−６１３０８、特開平４−８４４０３、
特開平４−１６２５０５、特開平４−２３６４０５等が
開示されているが、いずれも第４元素として添加元素を
混入し、熱的な安定性の向上を目的としたものであり、
本発明のように２００℃以下のプロセスにおいて十分な
軟磁性特性を示すようなものではない。
【００２１】
【実施例】以下、本発明に従う実施例により本発明をさ
らに詳細に説明する。以下の実施例において、磁性合金
薄膜の作製は、ＲＦスパッタリング法により行った。磁
性合金薄膜は、その膜厚が１．５μｍ程度のなるように
非磁性基板上に形成した。
らに詳細に説明する。以下の実施例において、磁性合金
薄膜の作製は、ＲＦスパッタリング法により行った。磁
性合金薄膜は、その膜厚が１．５μｍ程度のなるように
非磁性基板上に形成した。
【００２２】ターゲットとしては、直径２９ｃｍ、厚み
５ｍｍの、純度９９．９９％のＦｅを用いた。また、反
応性スパッタリングに用いる反応性ガスは、窒素ガス及
び／または酸素ガスをＡｒガスに混合して用いた。成膜
時のトータルガス圧力は４〜９ｍＴｏｒｒとし、基板温
度は１５０〜２００℃とし、投入ＲＦ電力は１．２〜
１．５ｋＷとして、種々の組成の磁性膜を作製した。
５ｍｍの、純度９９．９９％のＦｅを用いた。また、反
応性スパッタリングに用いる反応性ガスは、窒素ガス及
び／または酸素ガスをＡｒガスに混合して用いた。成膜
時のトータルガス圧力は４〜９ｍＴｏｒｒとし、基板温
度は１５０〜２００℃とし、投入ＲＦ電力は１．２〜
１．５ｋＷとして、種々の組成の磁性膜を作製した。
【００２３】保磁力（Ｈｃ）、飽和磁束密度（Ｂｓ）の
測定はＶＳＭを用いて行った。透磁率（μ）の測定はフ
ェライトヨークを用いたインダクタンス法により測定し
た。なお、全ての磁性膜は成膜直後の状態で熱処理せず
に測定した。
測定はＶＳＭを用いて行った。透磁率（μ）の測定はフ
ェライトヨークを用いたインダクタンス法により測定し
た。なお、全ての磁性膜は成膜直後の状態で熱処理せず
に測定した。
【００２４】組成については、ＥＰＭＡとＥＳＣＡによ
り測定した。なお、組成の測定においては±２０％程度
の誤差が見込まれる。また、磁性膜中の相の同定には、
Ｘ線回折とＥＳＣＡを用いた。
り測定した。なお、組成の測定においては±２０％程度
の誤差が見込まれる。また、磁性膜中の相の同定には、
Ｘ線回折とＥＳＣＡを用いた。
【００２５】図２は、Ｆｅ−Ｎ膜のＨｃ及びμと、薄膜
形成の際の窒素分圧との関係を示す図である。成膜条件
は、基板温度２００℃、トータルガス圧力９ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦ投入電力１．５ｋＷである。図２に示されるよ
うに、窒素分圧の増加に伴い、Ｈｃが徐々に低くなり、
窒素分圧０．６ｍＴｏｒｒにおいて、最良の軟磁気特性
である、Ｈｃ＝１．２Ｏｅ、μ＝２０００を示してい
る。窒素分圧が０．６ｍＴｏｒｒより高くなると、軟磁
気特性が低下していることがわかる。
形成の際の窒素分圧との関係を示す図である。成膜条件
は、基板温度２００℃、トータルガス圧力９ｍＴｏｒ
ｒ、ＲＦ投入電力１．５ｋＷである。図２に示されるよ
うに、窒素分圧の増加に伴い、Ｈｃが徐々に低くなり、
窒素分圧０．６ｍＴｏｒｒにおいて、最良の軟磁気特性
である、Ｈｃ＝１．２Ｏｅ、μ＝２０００を示してい
る。窒素分圧が０．６ｍＴｏｒｒより高くなると、軟磁
気特性が低下していることがわかる。
【００２６】図１は、Ｆｅ−Ｎ−Ｏ膜におけるＨｃ及び
μと、酸素分圧との関係を示す図である。ここでは、窒
素分圧を０．３ｍＴｏｒｒと一定にし、その他の成膜条
件は、上述のＦｅ−Ｎ膜と同一である。図１に示される
ように、酸素分圧の増加に伴い、Ｈｃが徐々に低くな
り、酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒにおいて、最良の軟磁
気特性であるＨｃ＝０．６Ｏｅ、μ＝５０００を示して
いる。
μと、酸素分圧との関係を示す図である。ここでは、窒
素分圧を０．３ｍＴｏｒｒと一定にし、その他の成膜条
件は、上述のＦｅ−Ｎ膜と同一である。図１に示される
ように、酸素分圧の増加に伴い、Ｈｃが徐々に低くな
り、酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒにおいて、最良の軟磁
気特性であるＨｃ＝０．６Ｏｅ、μ＝５０００を示して
いる。
【００２７】このような値は、Ｆｅ−Ｎ膜では得られな
かった値である。成膜条件を最適化し、Ｈｃが０．５Ｏ
ｅ以下である軟磁気特性を示す薄膜を得るため、成膜条
件を検討した。成膜条件としては、トータルガス圧、投
入電力、基板温度等をパラメーターにして実験を行っ
た。
かった値である。成膜条件を最適化し、Ｈｃが０．５Ｏ
ｅ以下である軟磁気特性を示す薄膜を得るため、成膜条
件を検討した。成膜条件としては、トータルガス圧、投
入電力、基板温度等をパラメーターにして実験を行っ
た。
【００２８】図３は、Ｆｅ−Ｎ−Ｏ膜のＨｃとトータル
ガス圧力との関係を示す図である。トータルガス圧を変
化させてＦｅ−Ｎ−Ｏ膜を形成し、得られた膜のＨｃを
測定している。窒素ガス及び酸素ガスの流量は同じであ
るが、トータルガス圧が異なっているため、窒素ガス及
び酸素ガスの分圧も異なっている。その他の成膜条件
は、図２における成膜条件とすべて同一である。図３に
示されるように、トータルガス圧６ｍＴｏｒｒにおい
て、最良のＨｃである０．４５Ｏｅが得られている。
ガス圧力との関係を示す図である。トータルガス圧を変
化させてＦｅ−Ｎ−Ｏ膜を形成し、得られた膜のＨｃを
測定している。窒素ガス及び酸素ガスの流量は同じであ
るが、トータルガス圧が異なっているため、窒素ガス及
び酸素ガスの分圧も異なっている。その他の成膜条件
は、図２における成膜条件とすべて同一である。図３に
示されるように、トータルガス圧６ｍＴｏｒｒにおい
て、最良のＨｃである０．４５Ｏｅが得られている。
【００２９】図４は、Ｆｅ−Ｎ−Ｏ膜のＨｃと、ＲＦ投
入電力との関係を示す図である。ここではトータルガス
圧を６ｍＴｏｒｒと一定にし、その他の成膜条件は図２
における成膜条件と同一である。図４に示されるよう
に、投入電力１．２ｋＷにおいて、最良のＨｃである
０．３５Ｏｅが得られている。
入電力との関係を示す図である。ここではトータルガス
圧を６ｍＴｏｒｒと一定にし、その他の成膜条件は図２
における成膜条件と同一である。図４に示されるよう
に、投入電力１．２ｋＷにおいて、最良のＨｃである
０．３５Ｏｅが得られている。
【００３０】図５は、Ｆｅ−Ｎ−Ｏ膜のＨｃと、基板温
度との関係を示す図である。ＲＦ投入電力を１．５ｋＷ
とし、トータルガス圧を６ｍＴｏｒｒとし、その他の成
膜条件は、図２における成膜条件と同一である。図５に
示されるように、基板温度２００℃及び１５０℃では低
いＨｃを示しているが、基板温度１００℃ではＨｃが高
くなっていることがわかる。
度との関係を示す図である。ＲＦ投入電力を１．５ｋＷ
とし、トータルガス圧を６ｍＴｏｒｒとし、その他の成
膜条件は、図２における成膜条件と同一である。図５に
示されるように、基板温度２００℃及び１５０℃では低
いＨｃを示しているが、基板温度１００℃ではＨｃが高
くなっていることがわかる。
【００３１】図６は、図４及び図５に示す実験結果によ
り得られた最良のＲＦ投入電力である１．２ｋＷ、及び
最良の基板温度である１５０℃において、トータルガス
圧力の依存性を調べた結果を示す図である。ここでも、
窒素ガス及び酸素ガスの流量は同じであるが、トータル
ガス圧が異なるため、窒素ガス及び酸素ガスの分圧も異
なっている。図６に示されるように、トータルガス圧
４．５ｍＴｏｒｒにおいて最良のＨｃである０．２５Ｏ
ｅが得られている。
り得られた最良のＲＦ投入電力である１．２ｋＷ、及び
最良の基板温度である１５０℃において、トータルガス
圧力の依存性を調べた結果を示す図である。ここでも、
窒素ガス及び酸素ガスの流量は同じであるが、トータル
ガス圧が異なるため、窒素ガス及び酸素ガスの分圧も異
なっている。図６に示されるように、トータルガス圧
４．５ｍＴｏｒｒにおいて最良のＨｃである０．２５Ｏ
ｅが得られている。
【００３２】以上の結果、Ｆｅ−Ｎ−Ｏ膜において最良
の特性を示すものとして得られた軟磁性合金薄膜の特性
を表１に示した。なお、比較として、Ｆｅ−Ｎ膜として
最良の特性を示す軟磁性合金薄膜の特性も併せて示し
た。
の特性を示すものとして得られた軟磁性合金薄膜の特性
を表１に示した。なお、比較として、Ｆｅ−Ｎ膜として
最良の特性を示す軟磁性合金薄膜の特性も併せて示し
た。
【００３３】
【表１】
【００３４】Ｆｅ−Ｎ膜についても、上述のＦｅ−Ｎ−
Ｏ膜と同様に、種々の成膜条件で成膜条件の最適化を目
的として実験を行ったが、Ｈｃが１Ｏｅ以下を示す軟磁
性合金薄膜を得ることができなかった。
Ｏ膜と同様に、種々の成膜条件で成膜条件の最適化を目
的として実験を行ったが、Ｈｃが１Ｏｅ以下を示す軟磁
性合金薄膜を得ることができなかった。
【００３５】次に、本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜の相に
ついて説明する。まず、図１に示される３種類の合金薄
膜、すなわち酸素分圧０ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ）、
酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ−Ｏ）、酸素
分圧０．１ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ−Ｏ）の各軟磁性合金
薄膜について、ＥＳＣＡにより相の同定を行った。な
お、図１に示す薄膜のその他の成膜条件は、トータルガ
ス圧９ｍＴｏｒｒ、ＲＦ投入電力１．５ｋＷ、基板温度
２００℃、Ａｒガス３０ｓｃｃｍ、窒素ガス流量〜
ともに１．８５ｓｃｃｍ、窒素ガス分圧〜ともに
０．３ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．６０ｓｃｃｍ、
１．０５ｓｃｃｍ、酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒ、
０．１０ｍＴｏｒｒである。
ついて説明する。まず、図１に示される３種類の合金薄
膜、すなわち酸素分圧０ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ）、
酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ−Ｏ）、酸素
分圧０．１ｍＴｏｒｒ（Ｆｅ−Ｎ−Ｏ）の各軟磁性合金
薄膜について、ＥＳＣＡにより相の同定を行った。な
お、図１に示す薄膜のその他の成膜条件は、トータルガ
ス圧９ｍＴｏｒｒ、ＲＦ投入電力１．５ｋＷ、基板温度
２００℃、Ａｒガス３０ｓｃｃｍ、窒素ガス流量〜
ともに１．８５ｓｃｃｍ、窒素ガス分圧〜ともに
０．３ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．６０ｓｃｃｍ、
１．０５ｓｃｃｍ、酸素分圧０．０７ｍＴｏｒｒ、
０．１０ｍＴｏｒｒである。
【００３６】図７（ａ）及び（ｂ）は、〜の薄膜の
ＥＳＣＡ分析結果を示すチャートである。図７に示され
るように、Ｆｅ−Ｎ膜には、Ｆｅと、２つの状態のＦｅ
の窒化物が確認された。及びのＦｅ−Ｎ−Ｏ膜につ
いては、Ｆｅと２つの状態のＦｅの窒化物と、さらにＦ
ｅ2 Ｏ3 の存在が確認された。以上の結果をまとめると
表２のようになる。
ＥＳＣＡ分析結果を示すチャートである。図７に示され
るように、Ｆｅ−Ｎ膜には、Ｆｅと、２つの状態のＦｅ
の窒化物が確認された。及びのＦｅ−Ｎ−Ｏ膜につ
いては、Ｆｅと２つの状態のＦｅの窒化物と、さらにＦ
ｅ2 Ｏ3 の存在が確認された。以上の結果をまとめると
表２のようになる。
【００３７】
【表２】
【００３８】〜で確認されたＦｅの窒化物の２つの
状態についてはＥＳＣＡで判別することができないの
で、Ｘ線回折により同定した。図８はこの結果を示すＸ
線回折チャート図である。図８に示されるように、Ｆｅ
の窒化物の一方はＦｅ4 Ｎであり、他方はＦｅ3 Ｎであ
ることがわかった。
状態についてはＥＳＣＡで判別することができないの
で、Ｘ線回折により同定した。図８はこの結果を示すＸ
線回折チャート図である。図８に示されるように、Ｆｅ
の窒化物の一方はＦｅ4 Ｎであり、他方はＦｅ3 Ｎであ
ることがわかった。
【００３９】以上の結果、本発明に従う低い保磁力を示
すの軟磁性合金薄膜が、Ｆｅ、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、
Ｆｅ2 Ｏ3 の４相を有する構造であることがわかった。
また、Ｘ線回折のα−Ｆｅ（１１０）のピークの半値幅
から、良好な軟磁気特性を示す本発明に従う軟磁性合金
薄膜においては、その結晶粒径が２００Å以下であるこ
とがわかった。
すの軟磁性合金薄膜が、Ｆｅ、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、
Ｆｅ2 Ｏ3 の４相を有する構造であることがわかった。
また、Ｘ線回折のα−Ｆｅ（１１０）のピークの半値幅
から、良好な軟磁気特性を示す本発明に従う軟磁性合金
薄膜においては、その結晶粒径が２００Å以下であるこ
とがわかった。
【００４０】次に組成について述べる。、、及び
とも窒素分圧ＰN ＝０．３ｍＴｏｒｒであり酸素分圧の
みが異なるが、作成されたＦｅ−Ｎ−Ｏ膜の窒素・酸素
組成は異なる。は酸素分圧ＰO ＝０．００ｍＴｏｒｒ
であるため、酸素組成は０（ａｔ％）である。は窒素
組成４〜８（ａｔ％）、酸素組成５〜８（ａｔ％）であ
り、は窒素組成１３〜１５（ａｔ％）、酸素組成１３
〜１５（ａｔ％）という結果がＥＰＭＡとＥＳＣＡの定
量分析から得られた。先にも述べたように、定量値につ
いては、ＥＰＭＡとＥＳＣＡの両方で行っても上述のよ
うなばらつきを生じる。
とも窒素分圧ＰN ＝０．３ｍＴｏｒｒであり酸素分圧の
みが異なるが、作成されたＦｅ−Ｎ−Ｏ膜の窒素・酸素
組成は異なる。は酸素分圧ＰO ＝０．００ｍＴｏｒｒ
であるため、酸素組成は０（ａｔ％）である。は窒素
組成４〜８（ａｔ％）、酸素組成５〜８（ａｔ％）であ
り、は窒素組成１３〜１５（ａｔ％）、酸素組成１３
〜１５（ａｔ％）という結果がＥＰＭＡとＥＳＣＡの定
量分析から得られた。先にも述べたように、定量値につ
いては、ＥＰＭＡとＥＳＣＡの両方で行っても上述のよ
うなばらつきを生じる。
【００４１】また、図１から明らかなように、酸素分圧
が少しでも生じると改善の効果が得られている。従っ
て、窒素及び酸素が本発明の範囲内で含まれていれば、
本発明の効果が得られることがわかる。
が少しでも生じると改善の効果が得られている。従っ
て、窒素及び酸素が本発明の範囲内で含まれていれば、
本発明の効果が得られることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】本発明に従う軟磁性合金薄膜は、２０ｋ
Ｇの高い飽和磁束密度を有し、かつ特別の熱処理を施す
ことなく、成膜直後の状態において０．５Ｏｅ以下の低
い保磁力、高い透磁率（１ＭＨｚにおいて３０００以
上）、低い磁歪を示すことができる。従って、低温プロ
セスにより作成される薄膜磁気ヘッドに応用することが
可能である。
Ｇの高い飽和磁束密度を有し、かつ特別の熱処理を施す
ことなく、成膜直後の状態において０．５Ｏｅ以下の低
い保磁力、高い透磁率（１ＭＨｚにおいて３０００以
上）、低い磁歪を示すことができる。従って、低温プロ
セスにより作成される薄膜磁気ヘッドに応用することが
可能である。
【図１】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜における酸素分圧
依存性を示す図。
依存性を示す図。
【図２】Ｆｅ−Ｎ膜における窒素分圧依存性を示す図。
【図３】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜におけるトータル
ガス圧依存性を示す図。
ガス圧依存性を示す図。
【図４】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜における投入電力
依存性を示す図。
依存性を示す図。
【図５】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜における基板温度
依存性を示す図。
依存性を示す図。
【図６】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜におけるトータル
ガス圧依存性を示す図。
ガス圧依存性を示す図。
【図７】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜のＸＰＳ分析結果
を示す図。
を示す図。
【図８】本発明に従うＦｅ−Ｎ−Ｏ膜のＸ線回折分析結
果を示す図。
果を示す図。
Claims (10)
- 【請求項１】 ＦｅX ＮY ＯZ （Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）の組
成式で表されることを特徴とする軟磁性合金薄膜。 - 【請求項２】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で表される軟磁
性合金薄膜であって、 酸化鉄、窒化鉄及び鉄の相のうち少なくとも１つの相を
有することを特徴とする軟磁性合金薄膜。 - 【請求項３】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で表される軟磁
性合金薄膜であって、 Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、及びα−Ｆｅの相の
うち少なくとも１つの相を有することを特徴とする軟磁
性合金薄膜。 - 【請求項４】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で表される軟磁
性合金薄膜であって、 Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｆｅ4 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、及びα−Ｆｅの相を
有することを特徴とする軟磁性合金薄膜。 - 【請求項５】 前記組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０＜Ｙ≦０．１２ ０＜Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ≦１ の関係を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれ
か１項に記載の軟磁性合金薄膜。 - 【請求項６】 前記組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれ
か１項に記載の軟磁性合金薄膜。 - 【請求項７】 ＦｅX ＮY ＯZ の組成式で表される軟磁
性合金薄膜であって、 Ｆｅ2 Ｏ3 で表される酸化鉄と、Ｆｅ4 Ｎ及びＦｅ3 Ｎ
で表される窒化鉄と、α−Ｆｅの４つの相を有し、 前記組成式のＸ、Ｙ、及びＺが、 ０．００５≦Ｙ≦０．１２ ０．００５≦Ｚ≦０．１２ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１ の関係を有することを特徴とする軟磁性合金薄膜。 - 【請求項８】 前記α−Ｆｅの結晶粒の粒径が、２００
Å以下であることを特徴とする請求項７に記載の軟磁性
合金薄膜。 - 【請求項９】 請求項７に記載の軟磁性合金薄膜を反応
性スパッタリングにより製造する方法であって、 スパッタリングの際の窒素分圧（ＰN ）、酸素分圧（Ｐ
O ）及びトータルガス圧力（Ｐtotal ）が、 ２．２％≦ＰN ／Ｐtotal ×１００≦４．０％ ０．１％≦ＰO ／Ｐtotal ×１００≦１．０％ の関係を有することを特徴とする軟磁性合金薄膜の製造
方法。 - 【請求項１０】 前記スパッタリングの際の基板温度が
１５０℃以上２００℃以下である請求項９に記載の軟磁
性合金薄膜の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093492A JP2963003B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 軟磁性合金薄膜及びその製造方法 |
| US08/430,393 US5617275A (en) | 1994-05-02 | 1995-04-28 | Thin film head having a core comprising Fe-N-O in a specific atomic composition ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093492A JP2963003B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 軟磁性合金薄膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07302711A true JPH07302711A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2963003B2 JP2963003B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=14083847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6093492A Expired - Fee Related JP2963003B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 軟磁性合金薄膜及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5617275A (ja) |
| JP (1) | JP2963003B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3520170B2 (ja) * | 1996-04-02 | 2004-04-19 | Ｔｄｋ株式会社 | 複合型薄膜磁気ヘッド |
| US6223420B1 (en) | 1998-12-04 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Method of making a read head with high resistance soft magnetic flux guide layer for enhancing read sensor efficiency |
| JP2000322709A (ja) | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Alps Electric Co Ltd | 薄膜素子およびその製造方法 |
| US6224719B1 (en) | 1999-05-13 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Sputtering method of manufacturing Fe-Ai-N-O laminated films using N2O as the reactive gas |
| US6410170B1 (en) | 1999-05-20 | 2002-06-25 | Read-Rite Corporation | High resistivity FeXN sputtered films for magnetic storage devices and method of fabrication |
| US6324036B1 (en) | 1999-05-26 | 2001-11-27 | International Business Machines Corporation | Combination inductive write head and magnetoresistive (MR) read head with improved topography |
| US6960911B2 (en) * | 2002-01-29 | 2005-11-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Strain sensor |
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