DE4004540A1 - Ferromagnetischer vielschichtfilm mit uniaxialer magnetischer anisotropie sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ferromagnetischen Viel­ schichtfilm mit uniaxialer magnetischer Anisotropie, mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion sowie mit niedriger Magneto­ striktion, der als Mehrlagensystem alternierend aus dünnen ersten Schichten aus einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe-Legie­ rung) und dünnen zweiten Schichten aus einem weiteren ferro­ magnetischen Material auf einem Substrat aufgebaut ist, wobei als Material der zweiten Schichten im wesentlichen Eisen (Fe) mit einem vorbestimmten Anteil einer Zusatzkomponente vorge­ sehen ist. Ein derartiger Vielschichtfilm ist z. B. aus "J. Appl. Phys.", Vol. 64, No. 6, Sept. 1988, Seiten 3157 bis 3162 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Her­ stellung eines derartigen Vielschichtfilms.

Das Prinzip einer longitudinalen (horizontalen) oder senkrech­ ten (vertikalen) Magnetisierung zur Speicherung von Daten in entsprechenden, beispielsweise platten- oder bandförmigen Auf­ zeichnungsmedien ist allgemein bekannt. Für diese Magnetisie­ rungsarten zu verwendende magnetische Aktoren oder Sensoren wie z. B. Magnetköpfe weisen zur Führung der magnetischen Flüsse je­ weils einen Leitkörper mit vorbestimmter Gestalt aus magneti­ sierbarem Material auf, der vorzugsweise in Dünnfilm-Technik erstellt wird. Die magnetischen Leitkörper der insbesondere für das vertikale Magnetisierungsprinzip zu verwendenden Magnet­ köpfe können dabei nach Art eines Ringkopfes oder als sogenann­ ter Einzelpol-Kopf ausgeführt sein. Ihre Polschenkel bestehen im allgemeinen aus hochpermeablen Materialien wie z. B. aus speziellen NiFe-Legierungen, z. B. aus "Permalloy". Typische Sättigungsmagnetisierungen (d. h. Sättigungsinduktionen bzw. -flußdichten B_s) dieser Materialien mit einem Fe-Anteil von etwa 19 Gew.-% liegen in der Größenordnung von 1 Tesla (T) oder darunter. Vielfach werden die Polschenkel auch zusätzlich mittels dielektrischer Zwischenschichten, beispielsweise aus SiO₂ oder Al₂O₃, lamelliert ausgebildet, um so Wirbelstromver­ luste in dem magnetischen Leitkörper zu minimieren. Die magne­ tischen Einzelschichten dieser Polschenkel können dabei so prä­ pariert sein, daß sie eine uniaxiale magnetische Anisotropie aufweisen, wobei die magnetische Vorzugsachse, die sogenannte leichte Achse der Magnetisierung, im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung des jeweiligen magnetischen Flusses ausgerich­ tet ist.

Materialien für Magnetköpfe, mit denen insbesondere eine Schreib-/Lesefunktion nach dem Prinzip einer senkrechten Magne­ tisierung auszuüben ist, sollten eine ausgeprägte magnetische Anisotropie bei gleichzeitig sehr niedriger Koerzitivfeldstärke H_ch in Richtung der sogenannten schweren Achse der Magnetisie­ rung (harte Richtung) aufweisen. Insbesondere werden Werte für diese Koerzitivfeldstärke H_ch angestrebt, die sehr viel kleiner als 0,5 A/cm sind. Außerdem wird von geeigneten Materialien auch eine möglichst geringe Magnetostriktion λ_s gefordert, um so den Einfluß von sich während des Betriebs ausbildenden uner­ wünschten Domänen auf die Schreib-/Lese-Empfindlichkeit der Köpfe zu unterdrücken. Man ist somit bestrebt, Materialien mit möglichst hoher Sättigungsinduktion B_s bei gleichzeitig hoher relativer Permeabilität µ, mit niedriger Koerzitivfeldstärke H_ce in leichter Richtung und mit geringer Magnetostriktion λ_s einzusetzen, um damit eine Verbesserung des Feldes im Schreib­ fall und der Empfindlichkeit im Lesefall erreichen zu können.

Unter diesen Gesichtspunkten sind als Mehrlagensysteme ausgebil­ dete vielschichtige ferromagnetische Filme entwickelt worden.

So ist z. B. der eingangs genannten Veröffentlichung "J. Appl. Phys." ein Mehrlagensystem eines Vielschichtfilmes mit einem Null-Wert der Magnetostriktion λ_s zu entnehmen. Bei diesem Mehrlagensystem bestehen die ersten Schichten aus "Permalloy" (NiFe-Legierung mit 19 Gew.-% Fe). Zwischen diesen ersten Schichten befinden sich Schichten aus einer Fe-C-Legierung. Dieses Mehrlagensystem wird auf einem Glassubstrat dadurch er­ stellt, daß man mittels einer Ionenstrahl-Kanone abwechselnd ein Target aus der NiFe-Legierung und ein Fe-Target mit einem angesetzten Plättchen aus Kohlenstoff (C) absputtert. Bei die­ sem Aufbau zeigt sich jedoch, daß mit einer C-Konzentration von etwa 10 Gew.-% in den Fe-C-Schichten, die für einen Null- Wert der Magnetostriktion λ_s für erforderlich gehalten werden, ein unerwünscht hoher Wert der Koerzitivfeldstärke H_ch in har­ ter Richtung von über 0,5 A/cm verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Viel­ schichtfilm mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß er eine höhere Sättigungsinduktion B_s als die des verwendeten NiFe-Materials bei gleichzeitig äußerst ge­ ringer Magnetostriktion λ_s mit einem Betrag von unter 10^-6 aufweist. Außerdem soll die relative Permeabilität µ des Viel­ schichtfilmes möglichst hoch sein und insbesondere über 1000 liegen können. Ferner soll der Vielschichtfilm eine hinreichen­ de magnetische Anisotropie (Anisotropiefeldstärke H_k) bei äußerst kleiner Koerzitivfeldstärke H_ch in harter Richtung und hinreichend geringer Koerzitivfeldstärke H_ce in leichter Rich­ tung besitzen, um so eine Verwendung in Magnetköpfen zu ermög­ lichen.

Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß die Zusatzkomponente des Fe-Materials der zweiten Schichten Kohlen­ stoff (C) oder Stickstoff (N) ist, das in den zweiten Schich­ ten jeweils mit einem Anteil zwischen 0,01 Gew.-% und 1,5 Gew.-% vorhanden ist.

Zwar ist aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 20, No. 12, Juni 1972, Seiten 492 bis 494 prinzipiell bekannt, daß man durch eine Stickstoff-Zugabe zu reinem Fe verhältnismäßig hohe Werte der magnetischen Sättigungsinduktion erhalten kann. Gemäß dem dort beschriebenen Verfahren muß zunächst ein zu beschichtendes Glassubstrat bei 400°C für 1 Stunde ausgeheizt werden, bevor auf ihm eine einzige Fe-Schicht mit einer Schichtdicke von 50 nm durch Aufdampfen abgeschieden wird. Eine derartige Vor­ behandlung des Substrates ist für ein Abscheiden des erfin­ dungsgemäßen Vielschichtfilm nicht erforderlich. Das Auf­ dampfen soll bei dem bekannten Verfahren in einer N₂-Atmosphäre geschehen. Aus diesem Grund enthält die auf dem Substrat abge­ schiedene Fe-Schicht als Bestandteil Fe₁₆N₂. Dieser Bestandteil mit verhältnismäßig hohem N-Gehalt ist jedoch nicht stabil.

Auch aus "IEEE Trans. Magn.", Vol. 24, No. 6, Nov. 1988, Seiten 3081 bis 3083 ist zu entnehmen, daß mittels Ionenstrahlsput­ terns hergestellte Fe-Schichten bei einer N₂-Dotierung höhere Werte der magnetischen Sättigungsinduktion und eine geringere Magnetostriktion zeigen als entsprechende Schichten aus reinem Fe. Bei diesem bekannten Verfahren wird auf einem Si- oder Glassubstrat ebenfalls nur eine einzige Fe-Schicht mit einer Schichtdicke von 300 nm abgeschieden. Für den Sputterprozeß in einem Ar/N₂-Gasgemisch ist eine saubere Ionenquelle vorauszu­ setzen. Die dann erhaltenen Schichten sind jedoch ausgeprägt isotrop. Außerdem wird im Hinblick auf eine minimale Magneto­ striktion ein Wert von über 5 Atom-% des Stickstoffgehaltes für erforderlich angesehen.

Demgegenüber wird bei der Erfindung von der Erkenntnis ausge­ gangen, daß bei einem Vielschichtaufbau aus sehr dünnen Schich­ ten wesentlich geringere Werte des Stickstoffgehaltes ausrei­ chen, um die genannten Forderungen insgesamt erfüllen zu können. Da insbesondere der erfindungsgemäße Vielschichtfilm eine hohe magnetische Anisotropie aufweist, kann er vorteilhaft zur Herstellung von Magnetköpfen für Datenspeicheranlagen ver­ wendet werden, bei denen eine derartige Anisotropie gefordert wird. Daneben läßt sich dieser Vielschichtfilm auch für Auf­ zeichnungsmedien solcher Anlagen als ferromagnetische Unter­ schicht unter einer (um) magnetisierbaren Speicherschicht vor­ sehen. Derartige Unterschichten werden auch als "Keeper" be­ zeichnet.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Viel­ schichtfilmes ist dadurch gekennzeichnet, daß die uniaxiale magnetische Anisotropie mittels eines magnetischen Gleichfeldes eingeprägt wird. Da hierzu vorteilhaft keine hohen Magnetfeld­ stärken erforderlich sind, kann gegebenenfalls sogar das magne­ tische Erdfeld ausreichen, um die geforderte Anisotropie zu er­ zeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vielschicht­ filmes bzw. des Verfahrens zu dessen Herstellung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 schematisch ein Längsschnitt durch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Viel­ schichtfilmes veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt eine Vorrich­ tung zur Herstellung eines derartigen Vielschichtfilmes.

Der in Fig. 1 als Schnitt dargestellte, allgemein mit 2 be­ zeichnete ferromagnetische Vielschichtfilm ist auf einem nicht­ magnetischen Substrat 3 beispielsweise eines Magnetkopfes oder eines Aufzeichnungsmediums ausgebildet. Bei diesem Film kann es sich insbesondere um den Magnetschenkel eines Magnetkopfes han­ deln, mit dem eine Schreib- und Lesefunktion nach dem senkrech­ ten (vertikalen) Magnetisierungsprinzip auszuüben ist. Die Her­ stellung von Dünnfilm-Magnetköpfen erfolgt im allgemeinen auf speziellen Substraten 3 unter Einsatz von Fotolithographie-, Naß- und Trockenätzverfahren zur Strukturübertragung sowie ins­ besondere durch Sputterverfahren zur Filmerzeugung. Vorteilhaft werden Substrate 3 aus einer TiC-Keramik vorgesehen, die ins­ besondere einen vorbestimmten Anteil von z. B. 30% Al₂O₃ ent­ hält. Der Film 2 ist erfindungsgemäß sandwichartig als Mehrla­ gensystem mit hinreichender magnetischer Anisotropie in der Schichtebene ausgebildet. Hierzu weist dieses System mehrere, vorzugsweise mindestens vier, vorteilhaft über zehn dünne Schichten aus einer NiFe-Legierung auf. Die einzelnen dieser als erste Schichten bezeichneten Schichten sind in der Figur mit 5 _i bezeichnet (mit 2 i n), wobei n die Anzahl der Schichten ist. Die Legierung dieser Schichten 5 _i kann gegebenen­ falls neben ihren Komponenten Ni und Fe noch metallische oder nicht-metallische Verunreinigungen oder sonstige Zusätze bis zu einem maximalen Anteil von 5 Gew.-% enthalten. Der Fe-Anteil dieser Legierung soll dabei vorteilhaft zwischen 5 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 18 Gew.-%, insbesondere bei etwa 15,5 Gew.-% liegen. Den Rest macht dabei zumindest weitgehend die Ni-Komponente aus. Bei einer derartigen Zusam­ mensetzung ist die Magnetostriktion λ_s negativ und beträgt bei einem Fe-Anteil von ungefähr 15,5 Gew.-% etwa -7,1 _* 10^-6. Jede einzelne dieser Schichten 5 _i hat dabei eine Dicke d₁, die im allgemeinen zwischen 0,5 nm und 50 nm liegt.

Die ersten Schichten 5 _i sind untereinander jeweils durch dünne Zwischenschichten beabstandet. Die Anzahl dieser nachfolgend als zweite Schichten 6 _i bezeichneten Zwischenschichten ein­ schließlich einer äußersten, die äußerste erste Schicht 5 _n ab­ deckenden zweiten Schicht 6 _n ist somit ebenfalls n. Gegebenen­ falls kann die äußerste Schicht 6 _n auch weggelassen werden. Es ergibt sich so ein Aufbau des Films 2 aus alternierenden Schich­ ten 5 _i und 6 _i. Jede dieser zweiten Schichten 6 _i soll dabei eine Dicke d₂ haben, die mindestens so groß ist wie die Dicke d₁ der jeweils benachbarten ersten Schicht 5 _i. Vorteilhaft wird ein Verhältnis V=d₂/d₁ der Schichtdicken d₂ und d₁ gewählt, das zwischen 1 : 1 und 10 : 1, vorzugsweise zwischen 2 : 1 und 6 : 1, ins­ besondere bei etwa 4 : 1 liegt. Die Schichtdicke d₂ sollte dabei im allgemeinen einen Wert zwischen 5 nm und 50 nm, vorzugsweise zwischen 7 nm und 20 nm, insbesondere bei etwa 12 nm haben. Durch einen derartigen Aufbau des Films 2 als Mehrlagensystem aus sehr dünnen Schichten wird insbesondere auch die gewünschte magnetische Anisotropie des Films gefördert.

Erfindungsgemäß sollen die zweiten Schichten 6 _i zumindest im wesentlichen aus Eisen (Fe) bestehen, dem Kohlenstoff (C) oder Stickstoff (N) mit einem Anteil zwischen 0,01 Gew.-% und 1,5 Gew.-% zugesetzt ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein Vielschichtfilm mit derartigen zweiten Schichten bei Wahl der vorstehend genannten Schichtdicken neben einer sehr großen magnetischen Sättigungsinduktion B_s von beispielsweise 2 Tesla auch eine verschwindend geringe Magnetostriktion λ_s mit bei­ spielsweise einem Betrag | λ_s | < 5 _* 10^-7 aufweist. Zwar haben auch die Schichten 6 _i jeweils für sich allein eine negative Magnetostriktion in der Größenordnung der jeweils benachbarten NiFe-Schichten 5 _i. Es zeigt sich aber, daß sich durch das Her­ stellungsverfahren bedingt an den Grenzflächen zwischen jeweils benachbarten Schichten 5 _i und 6 _i sogenannte Intermixing-Schich­ ten oder -Zonen von etwa 0,5 nm bis 2 nm Dicke ausbilden. In diesen Intermixing-Zonen variieren die Anteile an Fe und Ni sehr stark. Die Folge davon ist, daß diese Zonen einen sehr großen positiven Wert der Magnetostriktion, beispielsweise von etwa +20.10^-6 besitzen. Betrachtet man nun die gemittelte Magnetostriktion von zwei benachbarten Schichten 5 _i und 6 _i unter Berücksichtigung ihrer gemeinsamen Intermixing-Zone, so zeigt sich, daß sich der positive und die negativen Werte der Magnetostriktion zumindest weitgehend zu dem vorstehend ge­ nannten Minimalwert kompensieren. D. h., es ist ein über den Vielschichtfilm gemittelter Wert der Magnetostriktion λ_s er­ reichbar, der vorteilhaft sehr klein ist, obwohl die einzeln betrachteten Schichten dieses Films deutliche negative Werte besitzen. Außerdem zeigt ein solcher Vielschichtfilm vorteil­ haft auch eine niedrige Koerzitivfeldstärke H_ch von weniger als 100 A/m in der harten Richtung. Dem Vielschichtfilm ist darüber hinaus eine uniaxiale magnetische Anisotropie eingeprägt, wobei die Anisotropiefeldstärke H_k Werte erreichen kann, die deutlich unter 1000 A/m liegen. Vorteilhaft lassen sich ohne weiteres Anisotropiefeldstärken H_k zwischen 300 und 500 A/m erreichen. Wegen der gegenseitigen physikalischen Beziehung zwischen Per­ meabilität µ, Sättigungsinduktion B_s und Anisotropiefeldstärke H_k liegt dann die Permeabilität µ des Vielschichtfilms 2 im Be­ reich zwischen 500 und 3000.

Gegebenenfalls kann die Hauptkomponente Fe des Materials der Schichten 6 _i außer der erfindungsgemäßen Zusatzkomponente N oder C noch andere metallische oder nicht-metallische Verun­ reinigungen oder sonstige Zusätze bis zu einem maximalen Anteil von 5 Gew.-% enthalten.

Die Schichten 5 _i und 6 _i des erfindungsgemäßen Vielschichtfilmes 2 werden vorteilhaft mittels einer physikalischen Abscheide­ technik auf mindestens einem Substrat 3 aufgebracht. Als Ab­ scheidetechnik ist dabei besonders ein Sputtern oder eine Ionen­ strahldeposition oder ein Aufdampfen geeignet. Eine Vorrichtung zu einer Herstellung mindestens eines Vielschichtfilmes durch Rf-Bias-Sputtern ist in Fig. 2 im Schnitt schematisch veran­ schaulicht. Beim Aufbau dieser allgemein mit 8 bezeichneten Vorrichtung kann von bekannten Ausführungsformen ausgegangen werden (vgl. z. B. DE-OS 36 03 726). Die Vorrichtung enthält eine Vakuumkammer 10, deren Innenraum 11 über eine im Boden der Kammer vorgesehene Öffnung 12 an eine nicht näher ausgeführte Hochvakuumpumpe 13 angeschlossen ist. Die Öffnung 12 ist mit­ tels eines Hochvakuumventils 14 zu verschließen. Zur Vorevakuie­ rung der Hochvakuumpumpe 13 dient eine Pumpe 15, die mit Hilfe eines Zweigwegeventils 16 auch an den Innenraum 11 der Kammer angeschlossen werden kann.

In einem Deckelteil 10a der Vakuumkammer 10 sind zwei Kathoden 17 und 17′ so ortsfest eingelassen, daß zwischen ihnen eine mittlere Entfernung e besteht. Diese beiden Kathoden sind ge­ genüber dem Deckelteil 10a und damit gegenüber der Vakuumkammer 10 mittels Isolatoren 18 bzw. 18′ elektrisch isoliert und mit­ tels Dichtungen 19 bzw. 19′ hochvakuumfest abgedichtet. Beide Kathoden weisen Rohrleitungen 20 bzw. 20′ auf, durch die ein sie kühlendes Medium wie z. B. Wasser hindurchströmen kann.

Im Innenraum 11 der Kammer 10 sind mindestens zwei Targets T und T′ aus Fe bzw. der gewählten NiFe-Legierung elektrisch lei­ tend an den Kathoden 17 bzw. 17′ befestigt. Die beiden Targets sind seitlich jeweils über eine mit dem Deckelteil 10a verbun­ dene Dunkelraumabschirmung 21 bzw. 21′ abgeschirmt. Unterhalb der Targets T, T′ befindet sich eine Halterung 23, die um eine Achse A drehbeweglich ausgebildet ist. Die Halterung beschreibt beim Drehn einen Kreisbogen mit vorbestimmtem mittleren Radius R. An der Halterung sind mehrere, beispielsweise diametral zwei Substrate 3 und 3′ in einem vorbestimmten Abstand a von der Ebene der Targets T, T′ so befestigt, daß sie beim Drehen auf dem Kreisbogen geführt werden. Die Drehgeschwindigkeit liegt typischerweise zwischen 0,2 und 5 Umdrehungen pro Minute, vor­ zugsweise zwischen 0,25 und einer Umdrehung pro Minute, insbe­ sondere bei 0,5 Umdrehungen pro Minute. Der Radius R der Hal­ terung 23 ist dabei so gewählt, daß die Substrate 3 und 3′ ge­ nau unterhalb der Targets T und T′ zu positionieren sind. D. h., es gilt dann annähernd: 2 _* R=e. Der Radius R beträgt z. B. etwa 20 cm. Die Substrate 3 und 3′ bewegen sich also mit ent­ sprechender Geschwindigkeit nacheinander unter den beiden Tar­ gets T und T′ hinweg. Auf die mit den Kathoden 17 und 17′ elek­ trisch leitend verbundenen Targets T und T′ ist ein kapazitiv gekoppeltes Hochfrequenz(Rf)-Potential aufgeteilt, während sich die Halterung 23 mit den beiden Substraten 3 und 3′ im allge­ meinen auf einem dem ausgebildeten Plasma gegenüber negativen (Bias)-Potential befindet. Die erforderliche Sputterleistung wird einer als HF-Sender ausgebildeten Spannungsversorgung 25 entnommen und über ein Anpassungsnetzwerk 26 auf die Targets aufgeteilt. Die sich so zwischen den Targets T und T′ und den Substraten 3 und 3′ ergebenden Targetspannungen sind mit -U bzw. -U′ bezeichnet. Ihre Größe und ihr Verhältnis zueinander beeinflussen die zu erzeugenden Schichtdicken auf den Sub­ straten. Beispielsweise liegen an den Targets T (Fe) und T′ (NiFe) negative Spannungen -U von etwa -2000 bis -1600 V und -U, von etwa -600 bis -900 V an. Diese Spannungen können auch, abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel, mit Hilfe von zwei getrennten Rf-Sendern erzeugt werden. Die mit -U_B be­ zeichnete negative Bias-Spannung zwischen dem normalerweise auf Erdpotential befindlichen Vakuumgehäuse 10 und der Substrat­ halterung 23 bewirkt einen Ionenbeschuß der Substrate während des Sputterprozesses und dient auch zur Ablösung lose gebun­ dener Verunreinigungen sowie zur Modifizierung der Struktur der abzuscheidenden Schichten. Beispielsweise kann die Bias- Spannung-U_B zwischen -10 V und -120 V, vorzugsweise zwischen -30 V und -60 V liegen und insbesondere -40 V betragen.

Dem Innenraum 11 der Vakuumkammer 10 wird ferner an einem Gas­ einlaß 28 Argon (Ar) als Sputtergas zugeführt. Da gemäß der Erfindung die abzuscheidenden Fe-Schichten als Zusatzkomponente C oder N enthalten sollen, ist eine Zumischung dieser Stoffe zu dem Ar vorgesehen. Beispielsweise kann das C in Form von Kohlen­ monoxid (CO) oder Methan (CH₄) zugemischt werden. Vorzugsweise wird jedoch N₂ angeboten. Beispielsweise beträgt die Zumischung von N₂ zum Ar beim Sputtern bis zu 10% des Gasflusses; sie liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 4% und insbesondere bei 2,5%. In dem Innenraum 11 der Vakuumkammer 10 wird dann ein Enddruck p eingestellt, der vorteilhaft zwischen 0,4 Pa und 2,7 Pa, vorzugsweise zwischen 0,8 Pa und 2,1 Pa, insbesondere bei etwa 1,6 Pa liegt.

Außerdem kann vorteilhaft eine Erwärmung der Substrate 3 und 3′ auf eine vorbestimmte Temperatur vorgesehen werden. Dabei hat sich als günstig erwiesen, wenn die Substrate auf einer Tempe­ ratur zwischen 40°C und 200°C, vorzugsweise zwischen 80°C und 140°C, insbesondere von etwa 110°C gehalten werden. Eine ent­ sprechende Temperaturbehandlung kann zum Beispiel während der Abscheidung der einzelnen Schichten erfolgen. Hierzu lassen sich im Innenraum 11 der Kammer 10 besondere, in der Figur nicht dargestellte Heizvorrichtungen wie Quarzstrahler verwen­ den. Diese Strahler sind an der Umlaufbahn der Substrate außer­ halb der Sputterzonen um z. B. 90° gegenüber den Targets ver­ setzt und beispielsweise oberhalb von den Substraten angeord­ net. Gegebenenfalls können auch Heizvorrichtungen in die Hal­ terung 23 integriert werden. Ferner ist es möglich, die Sub­ strate in einer in der Figur nicht dargestellten Schleuse mit­ tels mindestens eines Quarzstrahlers vorzuheizen. Nach Einbau der Substrate in die Halterung halten diese dann in etwa die vorgegebene Temperatur, da sie beim Sputtern im Plasma perma­ nent nachgeheizt werden.

Die uniaxiale magnetische Anisotropie des erfindungsgemäßen Vielschichtfilmes wird mittels eines magnetischen Gleichfeldes in einer vorbestimmten Achsrichtung eingeprägt. Das hierzu er­ forderliche Gleichfeld braucht vorteilhaft nur eine sehr ge­ ringe magnetische Induktion B am Ort der Substrate 3 und 3′ zu erzeugen, so daß gegebenenfalls sogar das magnetische Erdfeld ausreicht. Sollen Gleichfelder mit höherer magnetischer In­ duktion, insbesondere bis etwa 1 Tesla erzeugt werden, so können hierzu entsprechende externe Magneteinrichtung wie z. B. Permanentmagnete oder Elektromagnete verwendet werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Magnetein­ richtungen 30 und 30′ mit Permanentmagneten aus hartmagneti­ schem Material vorgesehen, die beispielsweise gemäß der DE-OS 36 03 726 ausgestaltet sein können. Dementsprechend enthält jede Magneteinrichtung zwei seitlich von dem jeweiligen Sub­ strat angeordnete Stabmagnete 30a und 30b, die über weich­ magnetische Joche verbunden sind (vgl. die DE-OS, insbesondere Fig. 2). Im Bereich der Substrate ist so in der Schichtebene ein zumindest weitgehend homogenes Feld zu erzeugen. Statt der Permanentmagnete lassen sich gegebenenfalls auch elektrische Magnetwicklungen vorsehen. Permanentmagnete wie Magnetwicklun­ gen können auch ortsfest innerhalb oder außerhalb des Vakuum­ gehäuses 10, das vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material besteht, angeordnet werden.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Einwir­ kung des magnetischen Feldes zur Ausbildung der gewünschten uniaxialen Anisotropie nicht nur während der Herstellung der einzelnen Schichten, sondern stattdessen auch nach der Ausbil­ dung des gesamten Vielschichtfilms vorzusehen.

Dabei ist es unerheblich, ob die Magnetfeldbehandlung innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer 10 erfolgt. Die Feldstärken an den Vielschichtfilmen sollten während der Nachbehandlung zwi­ schen 10 mT und 1 T liegen. Auf alle Fälle muß gleichzeitig auch eine Temperaturbehandlung bei verhältnismäßig hoher Tempe­ ratur zwischen 300°C und 600°C über 1 bis 5 Stunden lang durch­ geführt werden. Diese Temperaturbehandlung sollte unter Schutz­ gas oder im Vakuum geschehen, um so unerwünschte Oxidations­ prozesse auszuschließen. Mit einer derartigen Nachbehandlung der Vielschichtfilme läßt sich ohne weiteres die gewünschte Ausbildung einer uniaxialen Anisotropie gewährleisten.

Claims (20)

1. Ferromagnetischer Vielschichtfilm mit uniaxialer magneti­ scher Anisotropie, mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion (B_s) sowie mit niedriger Magnetostriktion (λ_s), der als Mehr­ lagensystem alternierend aus dünnen ersten Schichten aus einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe-Legierung) und dünnen zweiten Schichten aus einem weiteren ferromagnetischen Material auf einem Substrat aufgebaut ist, wobei als Material der zweiten Schichten im wesentlichen Eisen (Fe) mit einem vorbestimmten Anteil einer Zusatzkomponente vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkomponente des Fe-Materials der zweiten Schichten (6 _i) Kohlenstoff (C) oder Stickstoff (N) ist, das in den zweiten Schichten jeweils mit einem Anteil zwischen 0,01 Gew.-% und 1,5 Gew.-% vorhanden ist.

2. Vielschichtfilm nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die ersten Schichten (5 _i) eine NiFe-Legierung mit einem Anteil der Fe-Komponente zwi­ schen 5 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 18 Gew.-%, insbesondere von etwa 15,5 Gew.-% vorgesehen ist.

3. Vielschichtfilm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schichten (5 _i) jeweils eine Schichtdicke (d₁) zwischen 0,5 nm und 50 nm auf­ weisen.

4. Vielschichtfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweiten Schichten (6 _i) jeweils eine Schichtdicke (d₂) aufweisen, die mindestens gleich groß wie die Schichtdicke (d₁) einer jeweils benachbarten ersten Schicht (5 _i) ist.

5. Vielschichtfilm nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für das Verhältnis V der Schichtdicke (d₂) einer zweiten Schicht (6 _i) zur Schichtdicke (d₁) einer ersten Schicht (5 _i) gilt: 1 V 10, vorzugsweise 2 V 6.

6. Vielschichtfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß er auf einem Substrat (3) abgeschieden ist, das Titancarbid (TiC) zumindest als Hauptbestandteil enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtfilmes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die uniaxiale magnetische Anisotropie mittels eines magnetischen Gleichfeldes (B) eingeprägt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Gleichfeld das magnetische Erdfeld vorgesehen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein äußeres Gleichfeld (B) vorgesehen wird, dessen magnetische Induktion zwischen der des magneti­ schen Erdfeldes und 1 Tesla liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Schich­ ten (5 _i, 6 _i) auf einem erwärmten Substrat (3, 3′) vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (3, 3′) auf eine Tempera­ tur zwischen 40°C und 200°C erwärmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das äußere Gleichfeld während eines nachträglichen Temperns des Filmes (2) unter Schutzgas oder im Vakuum erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Tempern bei einer Temperatur zwi­ schen 300°C und 600°C über 1 bis 5 Stunden lang durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (5 _i, 6 _i) mit­ tels einer physikalischen Abscheidetechnik auf dem Substrat (3, 3′) aufgebracht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als physikalische Abscheidetechnik eine Ionenstrahldeposition oder ein Aufdampfen vorgesehen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schichten (5 _i, 6 _i) mittels einer Sputtertechnik abgeschieden werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Argon (Ar) als Sputtergas vorgesehen wird, dem Stickstoff (N₂) oder Kohlenmonoxid (CO) oder Methan (CH₄) zugemischt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Argon Stickstoff bis zu 10% des Gasflusses, vorzugsweise zwischen 0,5% und 4% zugemischt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Innenraum (11) einer Sputtervorrichtung (8) ein Druck (p) zwischen 0,4 Pa und 2,7 Pa, vorzugsweise zwischen 0,8 Pa und 2,1 Pa eingestellt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Ab­ scheidung der Schichten (5 _i, 6 _i) mittels einer Rf-Bias-Sputter­ technik zwischen einem auf Erdpotential befindlichen Vakuum­ gehäuse (10) einer entsprechenden Sputtervorrichtung (8) und dem Substrat (3, 3′) eine negative Bias-Spannung (-U_B) zwischen -10 V und -120 V, vorzugsweise zwischen -30 V und -60 V einge­ stellt wird.