JP2775770B2 - 軟磁性薄膜の製造方法 - Google Patents

軟磁性薄膜の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気ヘッドのコア材料として使用されて有
用な軟磁性薄膜の製造方法に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、軟磁性薄膜をスパッタリングにより成膜す
るに際し、適当な周期でスパッタ雰囲気中の酸素分圧を
変調させることにより、低保磁力化,高透磁率化等の軟
磁気特性の向上を図ろうとするものである。
〔従来の技術〕 例えばVTR(ビデオテープレコーダ)等の磁気記録再
生装置においては、記録信号の高密度化や高周波数化等
が進められており、この高記録密度化に対応して、磁気
記録媒体として磁性粉にFe,Co,Ni等の強磁性金属の粉末
を用いた,いわゆるメタルテープや、強磁性金属材料を
蒸着等の手法によりベースフィルム上に直接被着した,
いわゆる蒸着テープ等が実用化されつつある。
この種の磁気記録媒体は高い保磁力を有するので、記
録再生に用いる磁気ヘッドのコア材料には、高飽和磁束
密度を有することが要求される。例えば、従来磁気ヘッ
ドのコア材料として多用されているフェライト材では、
飽和磁束密度が不足し、高保磁力化に対処することは難
しい。
このため、従来これら高保磁力磁気記録媒体に対応す
るために、セラミックス等の非磁性基板やフェライト等
の磁性基板上に高飽和磁束密度を有する軟磁性膜を被着
し、これら軟磁性膜同士を突き合わせて磁気ギャップを
構成するようにしたいわゆるメタルイン・ギャップ型の
磁気ヘッドや、軟磁性膜や導体薄膜を絶縁膜を介して多
層積層構造とした薄膜磁気ヘッド等が提案されている。
上記メタルイン・ギャップ型の磁気ヘッドや薄膜磁気
ヘッドに用いられる軟磁性膜としては、熱的に安定で、
かつ高飽和磁束密度を有するFe-Al-Si系合金磁性膜や、
さらにこれを凌ぐ軟磁気特性を示すFe-Ga-Si系合金磁性
膜が知られている。
ところが、これら軟磁性膜は高保磁力磁気記録媒体に
対応し得る磁束を得るためある程度の膜厚を必要とする
ば、膜厚が厚くなるに従いうず電流損失が増大し、また
膜中の結晶粒も大きくなってしまう。このため、軟磁性
膜の磁気特性(例えば透磁率)が劣化し、結果的に磁気
ヘッドの再生出力の低下を招き高密度記録すなわち短波
長記録化が実現されない。
一般に、うず電流損失や結晶粒の成長を防止して磁気
特性を改善する一つの手法として、軟磁性膜を絶縁膜や
金属膜を介して多層積層構造とすることが知られてい
る。しかしながら、軟磁性膜の一層当たりの膜厚が減少
することにより、積層膜としての透磁率は回復するもの
の、上記絶縁膜や金属膜はFeCoNiを除きいずれも非磁性
材であるため積層膜全体としての見かけの飽和磁化が減
少する。さらに、上記非磁性材が磁気ギャップと平行に
位置する場合には、これら非磁性材が疑似ギャップとし
て動作し周波数特性にうねりを生ずる。
そこで本出願人は、先に特願昭63-99507号明細書等に
開示するように、磁性体たる酸化物磁性薄膜と軟磁性薄
膜を積層することにより、高透磁率を確保しつつ、積層
膜全体としての飽和磁束密度も向上させる軟磁性薄膜を
提案している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記軟磁性薄膜と酸化物磁性薄膜の積層構
造とした軟磁性薄膜を形成するには、同一チャンバー内
に軟磁性薄膜をスパッタする合金ターゲットと、酸化物
磁性薄膜をスパッタする合金ターゲットの両方を設置し
なければならず装置構成が複雑化する。また、軟磁性薄
膜と酸化物磁性薄膜の両方をスパッタするために工程が
煩雑となり、生産性の向上が図れない。
そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、高飽和磁束密度を確保しつつ、低保磁
力化,高透磁率化を可能とし、装置構成が簡単でしかも
生産性に優れた軟磁性薄膜の製造方法を提供することを
目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、上述の目的を達成せんものと長期間に亘
り鋭意研究を重ねた結果、軟磁性薄膜を積層する際のス
パッタ雰囲気中に適当な周期で酸素を導入することが磁
気特性の改善に極めて有効であることを見出し本発明を
完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の軟磁性薄膜の製造方法は、軟磁性
薄膜をスパッタリングにより成膜するに際し、スパッタ
雰囲気中に3〜20%の酸素を周期的に導入することを特
徴とするものである。
対象となる軟磁性薄膜としては、例えばFe-Ga-Si系軟
磁性薄膜が挙げられる。このFe-Ga-Si系軟磁性薄膜に含
まれるFe,Ca,Siの組成範囲としては、Ga含有量が1〜23
重量%、Siの含有量が9〜31重量%、残部がFeであるこ
とが好ましい。すなわち、上記Fe-Ga-Si系軟磁性薄膜を FeaGabSic (a,b,cは各成分の重量比を表す。) としたときに、その組成範囲が 68≦a≦84 1≦b≦23 9≦c≦31 a+b+c=100 であることが望ましい。上記GaやSiが少な過ぎても、ま
た逆に多すぎても磁気特性が劣化してしまう。
また、上記Feの一部をCoで置換することも可能であ
る。上記Feの一部をCoで置換することにより、飽和磁束
密度を上げることができる。このCoの置換量としては、
Feに対して0〜20重量%の範囲内とすることが好まし
い。
さらに、上述のFe-Ga-Si系軟磁性薄膜には、耐摩耗性
や軟磁気特性を一層改善するために各種元素を添加剤と
して加えてもよい。上記添加剤として使用される元素と
しては、Ti,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo,Ta,W,Ru,Os,Ir,Re,Ni,Pd,P
t,Hf,Vのうち1種または2種以上を組み合わせて0.5〜
6.0重量%の範囲で添加する。すなわち上記添加剤をM
とし、Fe-Ga-Si系軟磁性薄膜を式 FeaCobGacSide (a,b,c,d,eは各成分の重量比を表す。) で表したときに、その組成範囲が 68≦a≦84 0≦b≦15 1≦c≦23 6≦d≦31 0.5≦e≦6.0 を満足すことが望ましい。上記添加剤の添加量が所定の
範囲を越えると磁気特性を劣化してしまう。
なお、上述した各組成式中、Gaの一部がAlで置換され
ていてもよく、またSiの一部がGeで置換されていてもよ
い。
また、上記Fe-Ga-Si系軟磁性薄膜の他に、例えばFeを
主成分とする結晶質系の強磁性体材料も使用することが
可能である。具体的には、Fe-Al-Si系軟磁性薄膜,Fe-Al
系軟磁性薄膜,Fe-Si系軟磁性薄膜,Fe-Al-Ge系軟磁性薄
膜,あるいはこれら軟磁性薄膜のFeの一部をCoで置換し
た軟磁性薄膜等が挙げられる。
一方、スパッタ雰囲気中に導入する酸素分圧は、雰囲
気ガス全体の3〜20%とする。すなわち、上記酸素分圧
が3%以下であると、酸素の導入量が少なすぎるために
磁気特性の向上が図れない。また、酸素分圧が20%を越
えると軟磁性薄膜の実効透磁率が著しく低下するからで
ある。なお、上記酸素分圧は磁気特性の向上を図る上か
ら5〜10%であることがより好ましい。
上記スパッタ雰囲気としては、例えばアルゴンガスが
使用可能である。
また、酸素を導入する周期としては、例えば、アルゴ
ン雰囲気中でスパッタされる膜厚が100Å〜1μm程度
で、アルゴンと酸素よりなる雰囲気中でスパッタされる
膜厚が50Å〜1μm程度であることが望ましい。さら
に、これらの雰囲気中でスパッタされる各層の積層数と
しては、それぞれ4層〜20層とすることが好ましい。
上記スパッタ雰囲気中に導入する酸素は周期的に導入
すればよいので、積層される軟磁性薄膜としては、アル
ゴンのみよりなるスパッタ雰囲気と,酸素とアルゴンよ
りなるスパッタ雰囲気中で成膜された積層型の軟磁性薄
膜のみならず、常に酸素とアルゴンのみからなるスパッ
タ雰囲気中で成膜された積層型の軟磁性薄膜であっても
よい。例えば、アルゴンと3%酸素よりなるスパッタ雰
囲気,アルゴンと15%酸素よりなるスパッタ雰囲気のよ
うな場合が挙げられる。
この場合、酸素分圧はそれぞれ3〜15%および8〜20
%とすることが好ましく、しかもその酸素分圧の差が5
%となるようにすることが望ましい。
本発明方法により製造される軟磁性薄膜は、ヘッドコ
アの突き合わせ面に軟磁性薄膜を介在させるいわゆるメ
タルイン・ギャップ型全ての磁気ヘッドに適用可能であ
る。例えば、付き合わせ面が磁気ギャップと平行に形成
されてなる磁気ヘッド,あるいは突き合わせ面が斜めに
切り欠かれ、この斜面に軟磁性薄膜が成膜され、これら
斜め膜同士の突き合わせ面に磁気ギャップが形成されて
なる磁気ヘッド等が挙げられる。
〔作用〕
本発明においては、軟磁性薄膜をスパッタリングによ
り成膜する際に、該スパッタ雰囲気中に所定量の酸素を
周期的に導入しているので、結晶粒の成長が抑制でき、
透磁率が向上する。
また本発明においては、軟磁性薄膜同士の組成変調で
あり、非磁性部を含まないため、磁気ギャップに垂直な
方向に組成変調しても磁性膜中からの磁束のもれがなく
疑似ギャップの発生が抑制される。
また本発明においては、軟磁性薄膜の成膜が単にスパ
ッタ雰囲気の変調により形成されるため、ターゲットの
数を増やす必要がない時、装置構成が簡略化でき、しか
も製造工程も簡略化される。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した具体的な実施例を説明する
が、本発明がこれら実施例に限定されるものではないこ
とは言うまでもない。
実施例1 まず、FeaGabSicRud合金(組成は原子%:a=62.5,b=
10.5,c=19,d=8)をターゲットとして用い、予め反応
防止膜として45Å厚のPtを成膜したフェライトコアブロ
ックにアルゴン雰囲気中で上記組成の合金を0.5μm成
膜した後、上記アルゴン雰囲気中に10%の酸素を導入
し、アルゴンと10%酸素からなるスパッタ雰囲気中でや
はり上記組成の合金を500Åとなるように成膜した。そ
して、これらを繰り返しアルゴン雰囲気中で成膜した0.
5μm厚の膜が8層、該0.5μm厚の膜の各層の間にアル
ゴンと10%酸素からなるスパッタ雰囲気中で成膜した50
0Å厚の膜がそれぞれ入るように積層し、全体の膜厚が
約4μmとなるようにスパッタリングした。
次いで、得られた積層膜に対して真空中550℃でアニ
ール処理を施した後、磁気特性を測定したところ、保磁
力は0.08Oe(エルステッド),実効透磁率は4000〜5000
(5MHzでの値),飽和磁束密度は11KGであった。
なお、上記アニール処理の温度は、通常の磁気ヘッド
のガラス融着が可能な値である。
さらに、上記軟磁性薄膜を実際に磁気ヘッドのコア材
として使用し、該磁気ヘッドの再生出力を測定したとこ
ろ、酸素を導入せずにスパッタリングした単層膜の軟磁
性薄膜を用いた磁気ヘッドの再生出力に比べ1dB以上の
向上が見られた。
比較例1 先の実施例1と同一のターゲットを用い、やはり予め
反応防止膜として45Å厚のPtを成膜したフェライトコア
ブロックに、アルゴンと10%酸素からなるスパッタ雰囲
気中で前記組成からなる合金を4μm厚となるように単
層の軟磁性薄膜を成膜した。
そして、上記実施例1と同様に同一条件でアニール処
理を施した後、磁気特性を測定したところ、保磁力は約
0.7Oe,実効透磁率は約1200(5MHzでの値),飽和磁束密
度は約10.2KGであった。
比較例2 先の実施例1と同一のターゲットを用い、やはり予め
反応防止膜として45Å厚のPtを成膜したフェライトコア
ブロックに、アルゴンのみからなるスパッタ雰囲気中で
前記組成からなる合金をやはり4μm厚となるように単
層の軟磁性薄膜を成膜した。
同様に、得られた軟磁性薄膜に対してアニール処理を
施した後、磁気特性を測定したところ、保磁力は1.0Oe,
実効透磁率は約800(5MHzでの値),飽和磁束密度は11K
Gであった。
前記実施例1,比較例1,比較例2の磁気特性を第1表に
まとめた。
上記第1表からわかるように、アルゴン雰囲気中で成
膜した単層膜は、保磁力,実効透磁率で大きく劣り、ま
た10%酸素を導入したアルゴン雰囲気中でスパッタリン
グした単層膜では、若干の保磁力の低下や実効透磁率の
向上が見られるものの、飽和磁束密度の低下が認められ
た。
これに対して、アルゴン雰囲気中に酸素を周期的に導
入し、アルゴン雰囲気および、酸素を含むアルゴン雰囲
気中でそれぞれ成膜した膜の積層構造とすると、飽和磁
束密度の低下が起こらずに、極めて低い保磁力が得ら
れ、しかも極めて高い実効透磁率が得られる。
したがって、アルゴン雰囲気中に酸素を周期的に導入
し積層膜構造とすれば、低保磁力化,高透磁率が達成で
き、極めて軟磁気特性に優れた軟磁性薄膜が得られる。
よって、本発明方法を適用した軟磁性薄膜を磁気ヘッ
ドのコア材料に使用すれば、出力の向上が図れ、高周波
数帯域まで出力の低下が少なく、より高保磁力磁気記録
媒体に対応可能となる。
さらに、上記軟磁性薄膜によれば、軟磁性薄膜同士の
組成変調であるゆえ非磁性元素を含まず、磁気ギャップ
に垂直な方向で組成変調してもメタル膜中からの磁束の
もれはなく疑似ギャップとして動作することもない。
また、充分な磁束を確保するために軟磁性薄膜の膜厚
を厚くしても、スパッタ雰囲気中に酸素を導入している
ので結晶粒の成長が抑制され、磁性膜の磁気特性(特
に、透磁率)が劣化することはない。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように、本発明方法によれ
ば、軟磁性薄膜を成膜する際のスパッタ雰囲気中に酸素
を周期的に導入しているので、結晶粒の成長が抑制で
き、低保磁力化,高透磁率化が容易に達成できる。
また、本発明方法を適用して得られる軟磁性薄膜は、
非磁性膜を介在させるものとは本質的に異なるため、高
飽和磁束密度が確保でき、しかも膜厚を厚くしても磁気
特性の劣化がない。また、磁気ギャップに垂直な方向で
組成変調してもメタル膜中からの磁束のもれはなく、疑
似ギャップとして動作することもない。
さらに本発明方法によれば、成膜がスパッタ雰囲気の
変調のみであるため、従来からのスパッタ装置が使用可
能で、しかも製造工程も容易となり生産性の向上が図れ
る。
したがって、本発明方法を適用して得られる軟磁性薄
膜を磁気ヘッドのコア材料に用いた場合、高周波数帯域
まで高出力を示し、高保磁力磁気記録媒体に対して良好
な記録特性を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軟磁性薄膜をスパッタリングにより成膜す
    るに際し、 スパッタ雰囲気中に3〜20%の酸素を周期的に導入する
    ことを特徴とする軟磁性薄膜の製造方法。
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