JPS6025212A - 磁性合金膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、薄膜磁気へラドコア材料、磁気的感知デバイ
ス等に用いるのに好適な磁性合金膜の製造方法に関する
。

〔発明の背景〕

従来、磁気デバイスの材料には約８１Ｍ錠％Ｎ１−ｐｅ
金合金以下パーマロイと呼ぶ）や鉄基磁性合金が使用さ
れている。磁気デバイスとして用いる場合、ＩＮ体を形
成する際に、配向するだめの磁界の作用の下に上記磁性
合金を電気メッキ、蒸着およびスパッタリングを単独に
まだは組み合わせて用いることによって争えられる磁気
異方性を活用していた。このような方法で得られる膜体
は平面内で磁気異方性を示す。膜作製中に配向するだめ
の磁界を印加する方向は磁化容易軸に還ばれ、その結果
薄膜の平面内における磁化容易軸と直交する方向は磁化
困難軸となる。上記磁性膜はこの磁化困難軸方向を用い
て高周波領域で高速のスイッチング動作をおこなえる点
に特徴がちシ、膜厚２μｍのパーマロゴ１莫では困難軸
方向の保磁力は０、２９０　ｅであシ、これに滲ない高
周波領域での透磁率が１５００以上となる。

磁気デバイスとしては一般に高速で使用するだめ高周波
領域で透磁率が出来る限シ大きいこと、即ち一軸異方性
を付与し、困難軸方向の保磁力を小さくすることが望ま
しい。そこでｊ膜体の低保磁力化には磁性ｊ莫自体の保
磁力盆小さくすることが必ヅである。従来、磁性膜の磁
気特性は主に磁気弾性効果に左右されているため、膜形
成において組成の制御を精度よくおこない磁わい定数を
小さくしたシ、あるいは基板温度の調整やバイアスｄ位
を印加するととくより膜中の応力を低減し、磁気弾性効
果を無視できるようにするととｆ試みられてきた。捷た
、適度な熱処理により膜全体の異方性を低減することも
なされてきた。しかし、熱処理の工程が入ると、堆積す
る基板の選択を厳しく行う８鮫があり、また手間と多く
の時間を要する問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、簡単な方法で小さな保磁力を有する膜体を製
造することができる磁性合金膜の製造方法に関する。

〔発明の概要〕

磁性膜の磁気特性は組成、膜厚、膜形成条件（基板温度
、膜形成速度、真空度那）、下地および膜形成後の熱処
理によって変わることが知られている。保磁力は磁性膜
の磁気特性のなかでも磁気異方性に大いに依存している
。磁性理論によると磁気異方性は磁気弾性効果、方向性
規則格子による効果、結晶磁気異方性の効果、形状異方
性の効果等が関係する。一般に膜全体の異方性は、前記
効果の総和として与えられる。ところで、磁性膜の低保
磁力化には方向性規則格子による異方性以外他の異方性
は全て小さくする必要がある。そこで、膜全体の異方性
を小さくするだめに、従来試みられていた磁気弾性効果
による異方性の低減の他に結晶磁気異方性の効果および
形状異方性の効果等を小さくする膜形成条件を探索した
。その結果、上記異方性効果を低減するには膜構造の結
晶粒を小さくしなければならないことが判った。

本発明は、膜構造の結晶粒を小さくするためにはスパッ
タ時の真空度を高くシ、またこれと同時に磁性合金膜に
水素をドーピングすることが極めて有効であることを見
い出した結果到達されたものである。

すなわち、第１の発明は１０””Ｔｏｒｒ以上の高真空
中でスパッタリングにより基体上に磁性合金膜を製造す
る方法であり、第２の発明は１Ｏ−４Ｔ□ｒｒ以上の高
真空中でスパッタリングによシ基体上に磁性合金膜を形
成すると同時に磁性合金Ｓ中に水素をドーピングする磁
性合金膜の製造方法である。

１Ｏ−４ＴＯｒｒ以上の高真空中でスパッタリングを行
うと、得られる磁性合金膜の保磁力は０．４０ｅ以下に
小さくなるが、１０−’Ｔｏｒｒ以上の高真空中とする
ことは装置上の問題があるので、特に１０−４〜１０”
６ＴＯｒｒ　の高真空中とすることが望ましい。

このような高真空中でスパッタリングを行うと同時に磁
性合金膜に水素をドーピングすることによって磁性合金
膜の保磁力を小さくすることができる。この場合、磁性
合金膜中にドーピングする水素を４　ｖｏ１％以下とす
ることが望ましい。

第１図は、本発明の製造方法に用いられるスノ（ツタ装
置の構成の一例を示す。高真空中でス・くツタリングで
きるように、Ａｒ等のガスをイオン源１に導入し、イオ
ン源１で発生したイオンを高真空・領域１１に引出して
利用するものであり、引出されたイオンビームをターゲ
ットホルダー４上にビームに対して傾いて１滑かれた膜
となるべきターゲット物質３に衝突させ、ターゲット物
質３からイオンビームによシその原子をスノくツタリン
グし基板７上に堆積させる装置である。ここでチャンバ
ー内の真壁度は真空計１２でモニターする。また、基板
７の両側面側に磁性膜堆積時、磁界を一方向に印加する
だめのコイル６が設けられ基板の裏面側にはヒータ５が
取を付けられ、基板７の加熱温度は熱電対によシ調整さ
れるようになっている。

なお、第１図中、８はビーム収束用コイル、９はニュー
トライザー、１０はフイラメンを示してｂる。

従って、この装［４で積層磁性体を形成するにはターゲ
ットを４種類とりかえられることが可能なので、ターゲ
ットを回転することにより積層磁性体を簡単に製造でき
る。ところが、ターゲット間にすき間があると、膜内に
ターゲツト材以外の不純物が混入することがある。そこ
で、イオンビームの発生とターゲットの回転とを電気的
に同期をとりビームを所定の時間オン、オフすることに
より不純物防止が可能となる。さらに、イオン源２より
水素等のガスを導入してイオンビームを発生し、膜内に
ガスをドーピングてきるようにしである。

このような装置では、渦電流損を小さくするため磁性合
金膜の間に絶ｆ＆層を介在させる磁性体層を形成する際
、次のような効果がある。

即ち、従来方法では同−装置膜内に磁性合金層と絶縁層
を形成するためのターゲットを別個に用意し基板を動か
してｊｉ免影形成ていた。また、一つの電源で複数のタ
ーゲットをまかなうと’ｉｉ：ｊ源回路のマツチングが
とれず所定のパワーが出力できず多くの時間を８快とす
る。

更に複数のターゲット用に複数の電源を設置する必要が
ちシ、装置が複雑化する。このような問題点は第１図に
示す装置によシ解消される。

本発明において、磁性合金としては、特にニッケルー鉄
合金又は峡−チタン合金が架ましい。

〔発明の実施例〕

８１図における基板７上には６００６以上の磁場を印加
し、ヒータ５によシ最太８００Ｃまで基板を加熱できる
。

第２図は下記スパッタリング条件下で膜形成した厚さ２
μｍのパーマロイ膜の困難’１４１１方向の保磁力とス
パッタリング時のチャンバー圧力との関係を示す。

ターゲット組成　８１重す％Ｎｊ−Ｆｅ到達真空度　８
　Ｘ　１０−７Ｔｏｒｒ以下プレスパツタ時間　３０分 Ａｒ　ｉ、ｒ、量　１０　８００Ｍ 加速電圧　６００Ｖｏｔｔ （スパッタリング用） 基板温度　３００ｐ 外部磁場　基板上で６００６ 基板タ一ゲツト間距離　１００町 この結果よシ、スパッタリング時のチャンバー圧力が５
　Ｘ　１０−′Ｔｏｒｒ以上の高真空側で磁気特性が良
好となる。第３図に形成膜の断面組織をＳＥＭによる観
察した結果を示す。第３図（イ）は５ＸＩＯ’″”Ｔｏ
ｒｒ　のときの形成膜の断面組織であり、これは粗い組
織であシ、かつ困難軸方向の保磁力は９０ｅである。第
３同色）は５Ｘ１０−ＩＩＴｏｒｒのときの形成膜の断
面組織であり、これはち密な組織となっておシ、かつ困
難軸方向の保磁力は０．２８０６である。したがって磁
性合金膜をスパッタリングによ膜形成する場合、高真空
側の方が組織がち密となシ、かつ低い保磁力となること
が判る。

次に１．膜中に水素をドーピングした効果について調べ
だ。

ターゲット組織　８重量％Ｔｉ−Ｆｅ 到達真空度　８　Ｘ　１Ｏ−７Ｔｏｒｒ以下プレスパツ
タ時間　３０分 Ａｒガスｔ　１０　８００Ｍ 水素ガス量　最大３０　８００Ｍ 加速電圧（スパッタ用）　６００Ｖ （ドーピング用）６００Ｖ 基板温度　２００Ｃ 外部磁場　基板上で６００６ 第４図に上記スパッタリング条件下で膜形成した厚さ１
μｍの鉄基磁性合金膜の困難軸方向の保磁力とドープし
た水素計との関係を示す。この結果より、ドープした水
素量が４　ｖｏ１％以下で磁気特性は良好となる。この
原因を調べるために水素を１ｖｏ１％ドーピングした膜
と水素を５ｖｏ１％ドーピングした膜との断面組織を比
較すると、水素を１　ｖｏ１％ドーピングした膜の断面
組織がち密な構造であった。

次に、パーマロイ膜とアルミナ膜の積層磁性体を形成し
てみた。第１図に示す装置において、ターゲット数を４
枚にして下記スパッタリング条件でパーマロイとアルミ
ナの積層磁性体を形成した。

この時のターゲット回転の動作時間とイオン源の動作時
間の時間チャートを第５図に示す。これによシ、膜中に
ターゲツト材以外の不純物混入を防止することができた
。

Ａｒガｘｉｌ　１０　ＳＣＣＭ スパッタ時のチャンバー内圧力　５Ｘ１０−”　Ｔｏｒ
ｒ茫板温度板温度　３００Ｃ 外部磁場　基板上で６００ｅ パーマロイターゲツト　３枚 アルミナターゲット　１枚 回転保持台停滞時間　任意 ターゲット回転中　イオン源の電源オフその結果、次の
ような磁気特性を示した。ここで、磁性膜の総厚は２μ
ｍとし、中間層のアルミまた、５Ｊｇ栴造の磁性体で中
間アルミナ膜厚を変えた時の磁気特性について検討した
。

くするには、全層数を多くする程並びに中間絶縁層の厚
さを薄くする程一段と効果があることが判る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、困難軸方向の保磁力が小さい磁性合金
膜を簡単な方法で得ることができる。したがって、本発
明によって得られる磁性合金膜は、高周波領域での透磁
率の大きな一軸異方性膜として磁気記録用の１．・ネ膜
ヘッドのコア材料に適用でき、高記録滑匿化に対処でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に部用されるスパッタリング
装置の一例全示す構成図、第２図は厚さ２μＩｎのパー
マロイ膜での困難軸方向の保磁力とスパッタリング時の
チャンバー圧力との関係を示す線図、第３図蹴（１３）
はスパッタリング時のチャンバー圧力を変えて形成した
膜断面Ｉ１．ｌｌ識図、第４図はＦｅＴｔＪ漢の困難軸
方向の保磁力と）膜中にドープした水素惜との関係を示
す線図、第５図はターゲット回転の動作重圧とイオン綜
のｉｔｉ；源’を圧との関係を示す時間チャートである
。 １・・・スパッタリング−用イオン源、２・・・ドーピ
ング用イオン眺　３−・・ターゲツト材、４・・・ター
ゲットホルダー、５・・・ヒータ、６川コイル、７・・
・ｉＡＩ＆、８・・・ビーム収束用コイル、９・・・ニ
ュートライν′−１１０・・・フイラメン）、１１・・
・Ａ免僧内、１２・・・具空ゲージ。 代理人　升理士　鵜沼辰之 排気 （あ２− 人ペソフリンク哨の′へソへ−）モ勾（’Ｔｏｃｒ）伯
へ＝しｎ 第５１図 第１頁の続き ０発　明　者　華園雅信 日立市幸町３丁目１番１号株式 ％式％

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　１０−’Ｔｏｒｒ以上の高真空中でスパッタリン
   グにより基体上に磁性合金膜を形成することを特徴とす
   る磁性合金膜の製造方法。 ２、　１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒ　の高真空中でスパ
   ッタリングによシ基体上に磁性合金膜を形成する特許請
   求の範囲第１項記載の磁性合金膜の製造方法。 ３、磁性合金が、ニッケルー鉄合金又は鉄−チタン合金
   である特許請求の範囲第１項記；威の磁性合金膜の製造
   方法。 ４、磁性合金膜の間に絶縁層が介在している特許請求の
   範囲第１項記載の磁性合金膜の製造方法。 ５、　１０””　Ｔｏｒｒ以上の高真空中でスパッタリ
   ングによシ基体上に磁性合金膜を形成すると同時に磁性
   合金膜中に水素をドーピングすることを特徴とする磁性
   合金膜の製造方法。 ６．１０−４〜１０″”’ｌ’□ｒｒ　の高真空中でス
   パッタリングによシ基体上に磁性合金膜を形成する特許
   請求の範囲第５項記載の磁性合金膜の製造方法。 ７、磁性合金が、ニッケルー鉄合金又は鉄−チタン合金
   である特許請求の範囲第５項記載の磁性合金膜の製造方
   法。 ８゜磁性合金膜の間に絶縁層が介在している特許請求の
   範囲第５項記載の磁性合金ノ吃の製造方法。