CN1135084A

CN1135084A - 软磁性薄膜的制造方法

Info

Publication number: CN1135084A
Application number: CN96101520A
Authority: CN
Inventors: 青仓勇; 山西斉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2016-01-08
Also published as: KR960030105A; CN1096090C; KR100237667B1; JPH08199353A

Abstract

本发明可以在大面积的范围内控制各向异性，制造显示出高饱和磁通密度的软磁性薄膜，使其具有适于各种磁头的导磁率。其方法是在混有氮气的惰性气体保护气氛中，配设以铁或钴为主成分的溅射靶，同时，S极彼此并排的第二区域接着N极彼此并排的第一区域在一边排列着，如此排成一直线的磁体列被配设于靶表面的两侧，使一方的磁体列与另一方的磁体列以相反的极性相向。以靶为蒸发源的反应性溅射在陶瓷衬底17上堆积形成软磁性薄膜。

Description

软磁性薄膜的制造方法

本发明涉及磁带录放像装置(VRT)和磁带录放音装置等磁录放装置中主要用作磁头的芯材的软磁性薄膜的制造方法。

随着磁记录的高密度化，磁记录媒体正在高顽磁力化。使用高饱和磁通密度(主要影响磁头的记录特性)和高导磁率(主要影响磁头的放音(像)特性)的芯材的磁头也正在开发。

使用高饱和磁通密度和高导磁率的芯材的磁头有把软磁性薄膜和层间绝缘膜交叉叠层的叠层型和只在铁氧体磁芯的间隙近旁设置软磁性薄膜的MIG型等。

叠层型磁头的磁芯材料要求在膜面内有各向同性的高导磁率。因此，采用Sendust(铁-硅-铝合金)膜和钴基非晶态合金膜等。另一方面，MIG型磁头的芯材，因为适合使用使膜面内感应单轴各向异性的高导磁率的软磁性薄膜，因此使用铁硅铝合金膜和钴基非晶态合金膜。

但是，铁硅铝合金和钴基非晶态合金的饱和磁通密度低，约为1T，因而难于得到对于更加强化顽磁力的磁记录媒体能够满足的记录特性。因此，近年来，正在开发研究以铁或钴为主成分的(铁或钴)-M-N系膜(但是M至少为Zr，Hf，Ti，Nb，Ta当中的一种)等。

另一方面，软磁性薄膜的制造方法适用比较容易控制薄膜组成的溅射法。其中，磁控管溅射法的成膜快且比较容易，因而，适用于软磁性薄膜的大量生产。

图11概略显示已有的磁控管装置，在电极1设置靶2，在靶2的里侧设置磁控管放电用磁路3。磁路3在靶2的表面生成环(Toroidal)型的隧道状磁场4。于是，当在电极1上加以负电压时，则在与电场垂直的隧道式磁场4的周围引起磁控管放电。

总之，用以靶2为蒸发源的溅射法在与靶2相对配置的、图外的衬底上堆积形成软磁性薄膜。

但是，用磁控管溅射法形成(铁或钴)-M-N系膜等时，使用(铁或钴)-M系合金等作靶材会引起放电，而由(铁或钴)-M系那样的高导磁率材料组成的靶，能使设在其内侧的磁体产生的磁通的大部份透过，因此，从靶的表面侧漏过的磁通极少，不会发生磁控管放电，不可能由溅射形成薄膜。

作为这样的课题的解决办法是考虑减小靶板的厚度或提高溅射压力。但是，靶的厚度一减少，由于磁控管溅射法特有的环状烧蚀，靶的利用率极度下降，不适合批量生产。而且，选择提高溅射压力的解决方法时，必须设定数10毫Torr以上的压力，于是，大大超过显示最佳磁特性的溅射压力(数毫Torr-10数毫Torr)。

一方面，如前所述叠层型磁头的芯材要求膜面内有各向同性的高磁导率。而MIG型磁头的芯材在膜面内要求具有单轴各向异性的高磁导率。因此，为了高效率地制造所需的软磁性薄膜，对于设置在尽可能大面积上的衬底有必要控制磁各向异性。

因而，本发明的目的在于提供能够在大面积上控制各向异性，高效率地批量生产显示出高饱和磁通密度的软磁性薄膜使其具有适合各种磁头的导磁率的软磁性薄膜的制造方法。

本发明为了达到上述目的，提供具有如下特征的软磁性薄膜的制造方法。在混有氮气的惰性气体的气氛中，配设以铁或钴为主成分的靶，同时，S极与S极彼此并排的第二区域接着N极与N极彼此并排的第一区域在一边排列着，这样在一直线上排列的许多磁体构成的磁体列配设在上述靶的表面侧的两边，使一边的磁体列以相反的极性对着另一边的磁体列，用以上述靶为蒸发源的反应性溅射形成软磁性薄膜。

保护气体中的氮气分压可以设定为2％至10％。而软磁性薄膜至少在第1及第2层薄膜之间隔着绝缘膜形成叠层的多层结构的情况下，第1薄膜和第2薄膜形成时，可以使保护气氛中的氮气分压不同。

在本发明中，在混有氮气的惰性气体的保护气氛中，设置以铁或钴为主成分的靶，同时，如上所述，成一直线排列的许多磁体构成的磁体列配设于靶的表面侧的两侧，一边的磁体列与另一边的磁体列反极性相向配置。因此，磁极间隔又长又大，在使用大型的靶时也能给该表面以必要的磁场。亦即，在大面积设置的衬底上，高效地以均匀的速度形成软磁性薄膜有了可能。

而且，即使使用板厚大的靶，也能够向靶的表面侧提供充分的磁通，因此，可以用溅射的方法大批量生产软磁性薄膜。

当把气氛中的氮气控制在2％至10％的范围内时，可以使大面积设置的衬底上堆积形成的软磁性薄膜的膜面内感应所希望的单轴各向异性，能够大批量地制造适合MIG型磁头等的软磁性薄膜。

而且，软磁性薄膜至少在第1和第2薄膜间隔着绝缘膜叠层构成多层结构的情况下，在第1薄膜和第2薄膜形成时，使保护气氛中氮气的分压不同，就有可能隔着绝缘膜叠层形成单轴各向异性感应方向不同的软磁性薄膜，能够大批量生产作为整体显示出各向同性的高导磁率的多层软磁性薄膜。

图1为本发明一实施例的溅射装置的侧剖面图。

图2为表示本发明一实施例的溅射装置的，主要是磁体列的平面图。

图3为图2的B-B’剖面图。

图4为本发明一实施例的靶表面上的磁通密度分布图。

图5为表示软磁性薄膜的顽磁力与氮分压的关系的特性图。

图6为在各衬底位置测得的，软磁性薄膜的膜面内的导磁率的数据。

图7为在各衬底位置测得的，软磁性薄膜的膜面内的导磁率的数据。

图8为在各衬底位置测得的，软磁性薄膜的膜面内的导磁率的数据。

图9为在各衬底位置测得的，软磁性薄膜的膜面内的导磁率的数据。

图10为在各衬底位置测得的，多层软磁性薄膜的膜面内的导磁率的数据。

图11为表示已有的磁控管溅射装置的电极构成的侧剖面图。

下面参照附图对本发明的实施例加以说明。

图1所示的溅射装置的腔室5具有通向真空泵的真空排气口6和气体导入管7a、7b，气体流量控制器8a、8b分别连接于气体导入管7a、7b。从而，氩气9a及氮气9b通过气体流量控制器8a、8b作为放电气体被导入腔室。由Fe-Ta合金构成的长方形靶10设置于溅射电极11上，溅射电极11连接于放电用电源12上。

而且，在靶10表面侧的两侧设置磁体列13、14。15a、15b为磁体托架，16为绝缘体，17为陶瓷衬底，18表示衬底托架。

如图2及图3所示，磁体列13由8个磁体13a至13h成一直线排列而成，磁体列14由8个磁体14a至14h成一直线排列而成。形成磁体列13的第1区域的4个磁体13a至13d分别置N极于内侧，形成第2区域的4个磁体13e至13h分别置S极于内侧。而形成磁体列14的第1区域的4个磁体14a至14d分别置S极于内侧，形成第2区域的4个磁体14e至14h分别置N极于内侧。总之，两列磁体13、14在第1区域和第2区域中彼此极性相反地排列，而且，是隔着靶10互相反极性地相对配置。又如图4所示，设定离靶10的中心越近的磁体其顽磁力越是逐步减弱。而且，图4所示的磁通密度是在离靶10表面2毫米的位置测得的数值，以图2从左向右的方向磁通解释为正的极性。

使用截断为纵127毫米，宽381毫米的长方形的Fe-Ta合金靶，用导入氩气及氮气的反应性溅射制成Fe-Ta-N系软磁性薄膜。改变氮气分压时的顽磁力的变化示于图5。由图5可以看出，氮气的分压小于2％或大于10％时顽磁力为100A/m以上，因而不适合用作磁头芯材。

用与上面相同的方法，在与靶相向的位置上，纵向5块、横向6块等间隔地设置纵14mm、宽28mm的非磁性陶瓷材料衬底(衬底的设置范围为纵70mm，宽170mm)，在陶瓷衬底上堆积形成膜厚3微米的Fe-Ta-N系软磁性薄膜。在各衬底位置上的1MHz的复数导磁率的实数部μ′示于图6、图7及图8上。在图6至图8中，各衬底位置上的复数导磁导率的实数部μ′的大小分别表示在纵向和横向上。图6表示氮气分压为3％，的情况，图7表示氮气分压为4％的情况，图8表示氮气分压为5％的情况。

在图6的情况下，复数导磁率的实数部μ′在衬底设置位置的各处，横方向显示出约4000至10000的高值，因此，适用于MIG型磁头。而且，衬底间各向异性的离散小，因而，可以大批量生产MIG型磁头等的芯材。

在图7氮气分压为4％的情况下，衬底设置位置的所有地方，不仅纵向的复数导磁率的实数部μ′显示出高值，而且纵横两方向都在衬底设置位置的所有地方显示出约1500至9000的高导磁率，因此，这适合作为膜面内必须有各向同性的高导磁率的叠层型磁头等的芯材。

在图8的氮气分压为5％的情况下，纵向的复数导磁率的实数部μ′显示出更高的倾向，衬底设置位置的所有地方纵向上显示出约5000至8000的高导磁率，因此，这适合作为MIG型磁头等的芯材。

为了比较，把截成纵127毫米，宽381毫米的长方形的Co-Nb-Zr靶设置于已有的磁控管溅射装置内，以导入氩气和氮气的反应性溅射法制成Co-Nb-Zr-N系软磁性薄膜。这时的复数导磁率的实数部μ′的一例示于图9。从图9可以看出，与本发明的实施例制作的软磁性薄膜相比，在导磁率高的方向由衬底位置引起的离散大。使用已有的磁控管溅射电极制作磁头用的芯材的软磁性薄膜时，因由衬底位置引起的高导磁率方向的离散而产生磁头特性的离散，所以不适合批量生产。

而且，显示出良好的软磁特性的前述Fe-Ta-N系软磁性薄膜的饱和磁通密度B为1.5至1.6T，饱和磁致伸缩λ的绝对值为10^-6以下。

以本发明的上述实施例制作的氮气分压为3％时的Fe-Ta-N系软磁性薄膜与氮气分压为5％时的Fe-Ta-N系软磁性薄膜隔着绝缘层SiO2相互叠层制成多层软磁性薄膜。各层的Fe-Ta-N系软磁性薄膜的厚度设为2.7微米，各层之间的SiO2绝缘膜的厚度设为0.15微米，把它们分别叠成7层，多层软磁性薄膜的总厚度设为20微米。这时，纵横两方向的各衬底位置上的复数导磁率的实数部μ′为图10所示的的值。从图10可以看出，在衬底设置位置的所有地方，纵横两方向上都显示出2000至6000的高导磁率。因为这适用于叠层型磁头的芯材，所以能大批量制造叠层型磁头用的软磁性薄膜。

而且，上述实施例使用的靶是Fe-Ta合金，而本发明的软磁性薄膜的制造方法，对于以铁或钴为主成分的氮化膜材料，例如，(Fe或Co)-M-N系软磁性薄膜(M至少为Zr、Hf、Ti、Nb、Ta中的一种元素)等的制造也能与上述情况同样地适用。

如同上面所述，采用本发明，在靶的表面的两侧配置磁体列，磁极间隔又长又大，以铁或钴为主成分的，至少含有Zr、Hf、Ti、Nb和Ta当中的一种的靶，是在混有氮气的惰性气体的保护气氛中溅射的，能大批量生产适用于磁头芯材的高饱和磁通密度和感应所希望的磁各向异性的高导磁率的软磁性薄膜。

而且，在制造所述软磁性薄膜与绝缘膜相互层叠的多层软磁性薄膜时，采用使导入溅射装置的氮气分压不同的方法，能有效地大批量生产适用于叠层型磁头等的芯材的多层软磁性薄膜。

Claims

1.一种软磁性薄膜的制造方法，其特征在于，在混有氮气的惰性气体保护气氛中配设以铁或钴为主成分的靶，同时在所述靶的表面的两侧，设有N极与N极互相紧挨着的第1区域后面接着S极与S极互相紧挨着的第2区域的成一直线排列的许多磁体构成的磁体列，一边的磁体列与另一边的磁体列极性相反地相向配设，使用以所述靶为蒸发源的反应性溅射形成软磁性薄膜。

2.根据权利要求1所述的软磁性薄膜的制造方法，其特征在于，保护气体中的氮气的分压为2％至10％。

3.根据权利要求1或2所述的软磁性薄膜的制造方法，其特征在于，在软磁性薄膜为至少作为第1及第2薄膜隔着绝缘膜叠层的多层结构的情况下，在第1薄膜形成时及第2薄膜形成时，使保护气体中的氮气分压不同。