JP3042878B2 - 磁気光学記録用多層体をスパッターする方法 - Google Patents

磁気光学記録用多層体をスパッターする方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スパッターされた白金/コバルト多層薄膜
を製造する改良された方法と、この方法によって製造さ
れた薄膜に関する。
従来の技術 垂直磁気異方性を有する薄膜は、高密度磁気記録と高
密度磁気光学記録に使用可能な材料の有力なものであ
る。そうした薄膜の製造に使用可能な材料の例は、米国
特許第4,587,176号(P.F.Carcia)に開示されるよう
な、酸化物であるガーネット及びフェライト、アモルフ
ァス希土類遷移金属合金、CoCrのような金属合金、及び
Pt/Co及びPd/Coの金属多層体を含む。
磁気光学記録用として有効であるためには、その材料
は垂直磁気異方性のほかに別の諸特性を持たなければな
らない。こうした要件には、角形ヒステリシスループ、
十分なカー(Kerr)効果、大きな室温保磁力Hc、及び使
用可能なレーザー出力と磁界強さに適合したスイッチン
グ特性が含まれる。これら必要な特性の全ては、最近の
刊行物に記述されているように、蒸着Pt/Co及びPd/Co多
層体によって示されている(例えば、W.B.Zeper他,J.Ap
pl.Phys.65,4971(1989)と、F.J.A.M.Greidanus,Appl.
Phys.Lett.54,2481(1989)を参照されたい)。
Pt/Co多層体は、より高いカー効果を示すが故に、磁
気光学記録に関してはPd/Co多層体よりも好ましい。ス
パッタリングは、他の方法よりも単純であり且つそれに
よって得られる結果の再現性がより高いが故に、こうし
た多層薄膜を調製するための好ましい製造方法である。
しかし、スパッターされたPt/Co多層体の保磁力は、磁
気光学記録のためには小さすぎる。例えば、Ochiai他,J
ap.J.Appl.Phys.28,L659(1989)と、Ochiai他,Digest
of the Int'l.Mag.Conf.−1989.Wash.,D.C.は、スパッ
ターガスとしてアルゴンを使用して調製したスパッター
されたPt/Co多層体では、そのHcが100〜350 Oe(8〜28
kA/m)に過ぎないことを報告している。これらHcの値
は、書込み−磁界として使用される一般的に約40 kA/m
であるHcの値より小さいか、又は、それと同程度の大き
さである。その結果として、新たな情報を書き込む際
に、書込み−磁界が、既知のPt/Co多層体中の直前に書
き込まれた情報を変化させる可能性がある。
これとは対照的に、蒸着Pt/Co多層体は、約1000 Oe
(80 kA/m)のHcを有し、このHc値は、直前に書き込ま
れた情報を書込み処理中において保存するのに十分な大
きさである。
Y.Ochiai他によるEP 0304873は、Hcを増大させるため
に下引き層の使用を含む、スパッタされたPt/Co多層体
の研究を開示する。しかし、この場合には、一般的には
僅かなHcの改善しか得られず、700 Oe(56 kA/m)とい
う卓越した最上の結果を得るには、厚さ1000Å(100 n
m)のPt下層を必要とする。そのようなPt下層が、基板
側からの情報の読取りと書込みを不可能にし、その厚い
Pt層の大きな熱容量と熱拡散率が、現行の固体レーザー
を用いて得られる限定された出力による書込みを不可能
にしそうであるが故に、そのような厚いPt下層の必要性
は多くの磁気光学記録応用物にとって非実用的である。
一般に、スパッターされたPt/Co多層体と、スパッタ
ーされた金属多層体に関する全ての参照文献は、スパッ
ターガスとしてアルゴンの使用を開示している。
本発明の目的は、高い保磁力を有し且つ磁気光学記録
に適したPt/Co多層体を直接的にスパッターする方法を
提供することである。
発明の要約 本発明は、白金とコバルトの交互層から成る白金/コ
バルト(Pt/Co)多層薄膜を製造する改良されたスパッ
タリング法であって、この改良は、スパッターガスとし
てクリプトン、キセノン又はそれらの混合物を使用する
ことから成る。約2〜約12 mTorr(約0.27〜約1.6 Pa)
のスパッタリングガス圧力が好ましい。この方法は、そ
のコバルト層の全てが実質適に同一の厚さdCoを有し、
且つ、その白金層の全てが実質的に同一の厚さdPtを有
し、更に、dCoが約12Å(1.2nm)未満であり、dPtが約2
4Å(2.4nm)未満であり、且つ、その多層薄膜の総厚さ
が約750Å(75 nm)未満である、高い磁気保磁力を有し
且つ磁気光学記録に適したPt/Co多層薄膜の製造に特に
有効である。
本発明は、この方法で作られるPt/Co多層薄膜をも提
供する。そのコバルト層の全てが実質的に同一の厚さd
Coを有し、且つ、その白金層の全てが実質的に同一の厚
さdPtを有し、更に、dCoが約12Å(1.2nm)未満であ
り、dPtが約24Å(2.4nm)未満であり、且つ、その多層
薄膜の総厚さが約750Å(75 nm)未満であるPt/Co多層
薄膜が好ましい。dCoが約2〜約5Å(約0.2〜0.5nm)
であり、且つdPt/dCoが約1〜約5である多層薄膜が、
特に好ましい。
本発明の多層薄膜は、アルゴン中でスパッターされる
同一のdCoとdPt及び層数を有する多層薄膜よりも、遙に
大きな磁気保磁力を有する。その結果として、本発明の
多層薄膜は、アルゴン中でスパッターされる多層薄膜と
は対照的に、磁気光学記録に有効である。
発明の詳細な説明 本発明は、スパッターガスとしてクリプトン、キセノ
ン又はそれらの混合物を使用して白金/コバルト(Pt/C
o)多層薄膜を作るための、改良されたスパッタリング
法を提供する。この薄膜は、白金とコバルトの層を交互
にスパッターすることによって生成される。その多層薄
膜中のコバルト層の全てが実質的に同一の厚さdCoを有
し、且つ、その白金層の全てが実質的に同一の厚さdPt
を有することが好ましい。dCo約12Å(1.2nm)未満であ
り、dPtが約24Å(2.4nm)未満であり、且つ、その多層
薄膜の総厚さが約750Å(75 nm)未満であることが好ま
しい。更に、dCoが約2〜約5Å(約0.2〜約0.5 nm)で
あり、且つ、dPt/dCoが約1〜約5であることが最も好
ましい。ここで規定された好ましい範囲は、磁気光学記
録に最も適した特性を有する構造に一致する。
この多層薄膜は、例えばガラス、研磨シリコン、研磨
サファイア(Al2O3)、紙、アルミニウム、又は、ポリ
イミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ(エチレン
テレフタラート)等のようなポリマー材料の様々な基板
の上に、PtとCoの交互層として沈着され得る。
DC又はRFマグネトロンによるスパッタリングが使用可
能である。典型的には、基板を、回転テーブル上に置
き、Ptスパッタリング流れとCoスパッタリング流れに対
して交互に繰り返して露出する。PtとCoの沈着中予め選
択された一定時間そのテーブルが停止することが出来る
ように、そのテーブルの動きをプログラムし得る。こう
することによって、PtとCoの相対厚さを調節することか
可能である。PtターゲットとCoターゲットのスパッター
される流れが重なり合う可能性を排除するために、その
PtターゲットとCoターゲットを物理的に分離することが
好ましい。
スパッターガスは、クリプトン、キセノン、又はそれ
らの混合物である。約2〜約12 mTorr(約0.27〜約1.6
Pa)のスパッタリングガス圧力が好ましい。
本発明の方法は、アルゴンをスパッターガスとして使
用した場合に得られるPt/Co界面よりもはっきりと、又
はより明瞭に画定されたPt/Co界面を結果的に生ずると
考えられる。これらのはっきりした界面は、結果的に、
垂直磁気異方性(K)に対する大きな界面寄与(例え
ば、P.F.Carcia他,Appl.Phys.Lett.47,148(1989))と
考えられ、そしてその結果、その磁気保磁力(Hc=2K/
M)も大きい。一般的には、この技術のスパッタリング
薄膜のより低いHcの原因は、蒸着薄膜の場合に比べて、
その界面がより不明確であること又は、化学的に混合さ
れた界面によるものであると考えられている。一般的に
スパッタリングは蒸着よりも高エネルギーの粒子を含ん
でいる。最も高いエネルギーの、且つ、それ故多層体界
面に対する最も潜在的破裂粒子は、より質量の大きいPt
ターゲットから跳ね返り、且つ成長中の薄膜に衝撃を与
えるスパッターガスイオン(例えばAr+)である。これ
らのスパッターガスイオンは、ほぼ直ちに中性化される
が故に、一般的に「エネルギー中性粒子」と呼ばれる。
これらの流束とエネルギーの両方は、ターゲット原子と
スパッターガス原子の質量差に比例している。即ち、最
も可能性が高いスパッターガス原子の跳ね返りエネルギ
ーは、次式で近似的に与えられる。
E=[(Mt−Mg2/(Mt+Mg]Eo Mt>Mg 前式中でEoはガスイオンの初期エネルギーであり、Mt
はターゲットの原子質量であり、Mgはスパッタリングガ
スの原子質量である。スパッタリングに使用可能な幾つ
かの非反応性ガスは、各々に質量20、40、83、131のN
e、Ar、Kr、Xeを含む。Ptの質量が195であるので、スパ
ッターガスの選択によって、衝撃ガス原子のエネルギー
と流束の両方を調節することが可能である。
実施例 全ての薄膜を、各々に直径6.5″(16.5 cm)のCoター
ゲットとPtターゲットからの、DCマグネトロンスパッタ
リングによって調製した。各々のターゲットに対するス
パッタリング電力は40Wだった。回転テーブル上に基板
を置き、各々の金属で交互に被覆した。ターゲットと基
板の間の距離は約3″(7.6 cm)だった。ガラス基板を
用いて得られた結果と、研磨シリコン基板を用いて得ら
れた結果との間には、大きな差異はなかった。ここに記
載される実施例と実験例に関しては、ガラス基板を使用
した。コンピュータによって基板の動きを制御すること
によって、沈着中に回転テーブルが各ターゲットの下で
一定時間に亙って静止状態を維持するように、回転テー
ブルをプログラムした。1秒間のCoターゲット下の滞留
時間tCoは、結果的に約3〜4Å(0.3〜0.4 nm)のCo厚
さを生じせしめる。3〜6秒間のPtターゲット下の滞留
時間tPtは、結果的に約10〜20Å(1.0〜2.0 nm)のPt厚
さを生じせしめる。沈着を行う前には、スパッタリング
ガス導入前、約2×10-7Torr(2.7×10-5Pa)のバック
グラウンド圧に、真空チャンバをポンプで排気した。
1対の隣接するPt層とCo層を「二重層」と称する。も
ちろん、Pt層の数とCo層の数は、各々に二重層の数Nに
等しい。
以下で開示される多層薄膜は全て、その薄膜平面に垂
直な磁化容易軸と、1に等しい磁気角形比を有し、即
ち、ゼロ印加磁場におけるその残留磁化が飽和値に等し
い。
実施例1〜4 10個のPt/Co二重層を各々が有する4個の試料を、ク
リプトンをスパッターガスとして使用し、各々のスパッ
ターガス圧力を5、7、8、10 mTorrとしてスパッター
した。Coターゲット下の滞留時間tCoは1秒であり、Pt
ターゲット下の滞留時間tPtは3秒であった。それらの
試料の実際厚さdPtとdCoを表1に示す。得られたHcは、
スパッターガス圧力の増大に伴って増大し、これも表1
に示す。得られたHcは全て600 Oe(48 kA/m)を超えて
いる。これらの4個の薄膜の極性カー回転角θは、約0.
25〜約0.30度の範囲であった。これらの薄膜は磁気光学
記録用に有効であろう。
実施例5〜8 5、10、15、20個のPt/Co二重層を含有する4個の試
料各々を、クリプトンをスパッターガスとして使用し、
そのスパッターガス圧力を7 mTorrとしてスパッターし
た。COターゲット下の滞留時間tCOは1秒であり、Ptタ
ーゲット下の滞留時間tPtは4秒であった。実際厚さdPt
とdCoを表1に示す。得られたHcは、その二重層の数N
が10以上である場合には、このNとは無関係であり、こ
れも表1に示す。得られたHcは全て570 Oe(46 kA/m)
を超えており、これらの薄膜は磁気光学記録用に有効で
あろう。
実施例9 25個のPt/Co二重層を含有する試料を、キセノンをス
パッターガスとして使用し、そのスパッターガス圧力を
10 mTorrとしてスパッターした。Coターゲット下の滞留
時間tCoは1秒であり、Ptターゲット下の滞留時間tPt
4秒だった。実際厚さdPtとdCoが表1に示す。得られた
Hcは1495 Oe(120 kA/m)であり、この薄膜は磁気光学
記録用に有効であろう。
実施例10 40個のPt/Co二重層を有する試料を、キセノンをスパ
ッターガスとして使用し、そのスパッターガス圧力を5
mTorrとしてスパッターした。Coターゲット下の滞留時
間tCoを1秒であり、Ptターゲット下の滞留時間tPtは3
秒だった。実際厚さdPtとdCoを表1に示す。得られたHc
は785 Oe(62 kA/m)であり、この薄膜は磁気光学記録
用に有効であろう。
比較実験例AーB 10個のPt/Co二重層を各々有する2個の試料を、アル
ゴンをスパッターガスとして使用し、そのスパッターガ
ス圧力を5 mTorrと10 mTorrとしてスパッターした。Co
ターゲット下の滞留時間tCoは1秒であり、Ptターゲッ
ト下の滞留時間tPtは3秒だった。実際厚さdPtとdCo
表1に示す。得られたHcをも表1に示す。これら薄膜は
磁気光学記録用には有効ではないだろう。
実施例11 光重合性アクリレート系ラッカーによって形成され且
つその層の上に約80nmのAlN層が沈着させられている予
め溝切りされた層で被覆された、直径5.25″(133 cm)
のガラスディスクに関して、Pt/Co多層ディスクの熱磁
気記録特性を測定した。そのAlN層上に直接的に沈着し
たPt/Co多層記録要素は、dPt=11.0Å(1.1 nm)且つd
Co=3.5Å(0.35 nm)の10個の二重層から構成された。
その溝は、レーザー光のためのガイドトラックを与え、
そのAlN誘電層が、総体的な磁気−光学性能示数Rθ
(Rが反射率であり且つθがカー回転角である)を増大
させる。そのPt/Co多層体は、7 mTorr(0.93 Pa)の圧
力でクリプトンガスによってPt層とCo層を交互にスパッ
ターすることによって形成された。その磁気保磁力は約
800 Oe(64 kA/m)だった。
ディスク回転速度5 m/s、帯域幅30 KHz、周波数1 MH
z、レーザーパルス幅400 ns、書込み出力4.7 mW、書込
みフィールド300 Oe(23 kA/m)、読取り出力1.2 mWに
よる幾つかの熱磁気実験において、磁区はこの記録要素
に書き込まれ且つ記憶させられた。磁区の書込みと読取
りは、約820 nmの波長を有するAlGaAsレーザーからの基
板入射、放射で行なわれた。そのSN比は10.4dBであり、
その書込みノイズは非常に僅かだった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01F 41/18 H01F 41/18 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 G11B 5/85 G11B 11/10 H01F 10/08 H01F 41/18

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】白金とコバルトとの交互層から成る白金/
    コバルト多層薄膜を製造する方法において、スパッター
    ガスとしてクリプトン、キセノン又はそれらの混合物を
    使用することを特徴とする改良されたスパッタリング方
    法。
  2. 【請求項2】前記スパッターガスがクリプトンである請
    求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記スパッターガスがキセノンである請求
    項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】スパッターガス圧力が約2〜約12mTorr
    (約0.27〜約1.6Pa)である請求項1〜3の何れかに記
    載の方法。
  5. 【請求項5】前記コバルト層の全てが実質的に同一の厚
    さdCoを有し、且つ、前記白金層の全てが実質的に同一
    の厚さdPtを有し、更に、該dCoが約12Å(1.2nm)未満
    であり、該dPtが約24Å(2.4nm)未満であり、且つ、該
    多層薄膜の総厚さが約750Å(75nm)未満である請求項
    1〜4の何れかに記載の方法。
  6. 【請求項6】該dCoが約2〜約5Å(約0.2〜0.5nm)で
    あり、dPt/dCoが約1〜約5である請求項5に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】請求項1〜6の何れかの方法で製造された
    白金/コバルト多層薄膜。
JP03501076A 1989-11-27 1990-11-27 磁気光学記録用多層体をスパッターする方法 Expired - Lifetime JP3042878B2 (ja)

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EP (1) EP0502950B1 (ja)
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KR (1) KR970004574B1 (ja)
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