JP3236171B2

JP3236171B2 - 軟磁性多層膜

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Publication number: JP3236171B2
Application number: JP22851394A
Authority: JP
Inventors: 直也長谷川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH0897034A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は優れた軟磁気特性と耐食
性を兼備した軟磁性多層膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は先に、センダストやパーマロ
イなどの従来の磁性材料に比較し、格段に高い飽和磁束
密度と優れた透磁率を兼ね備えた磁性材料として、Ｆｅ
-Ｍ-Ｃ系（但しＭは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍ
ｏ,Ｗより選ばれる少なくとも１種以上の元素を示し、
Ｃは炭素を示す。）の微結晶合金を開発し、種々の特許
出願を行っている。ところでこの種の３元系の微結晶合
金は、１６〜１７ｋＧの高飽和磁束密度を有する特徴を
有するが、この３元系合金では耐食性を付与することが
難しいために、この合金にＡｌなどの耐食性向上効果を
奏する添加元素を含有させた４元系合金を開発し、耐食
性を向上させることができるようになっている。また更
に、この４元系微結晶合金に、低磁歪を実現するために
Ｓｉなどの種々の磁歪調整元素を添加した５元系合金を
開発し、磁歪を調整することができるようになってい
る。

【０００３】しかしながら、前記４元系あるいは５元系
の微結晶合金においては、耐食性や磁歪を調整する元素
を添加したがために、高飽和磁束密度を実現するための
Ｆｅの含有量が減少し、これによって飽和磁束密度が１
３ｋＧ程度に低下してしまう問題が生じている。また、
周知の如く磁気記録の分野においては、磁気記録媒体の
記録密度が向上し、より高保磁力の磁気記録媒体が登場
しているので、その磁気記録媒体に対して読み書きを行
うことができる磁気ヘッドの開発が進められ、このよう
な背景から更に高い飽和磁束密度を有する軟磁性材料の
登場が望まれている状況にある。

【０００４】ところで従来、高い飽和磁束密度を実現で
きる構造であって、Ｆｅの薄膜と非晶質薄膜を交互に積
層した多層軟磁性膜として、Ｆｅの薄膜とＣｏ-Ｎｂ-Ｚ
ｒ非晶質合金薄膜を用いた構造の多層膜が報告されてい
る。（F.W.A. Dirne 他：Applied physics Letter 誌、
第５３巻、第２４号（１９８８年）２３８６〜２３８８
頁参照）このような多層膜においては、Ｆｅの薄膜の粗大な柱状
結晶の成長を抑制できる利点があるものの、Ｃｏ-Ｎｂ-
Ｚｒ非晶質合金膜の結晶化温度（高くとも４５０℃程
度）を超えた温度に加熱すると、Ｃｏ-Ｎｂ-Ｚｒ非晶質
合金膜の軟磁気特性が著しく低下する問題がある。ま
た、高温で熱処理すると、Ｆｅの薄膜の結晶粒も膜の横
方向に大きく成長するために、多層膜としては耐熱性に
劣る欠点があった。従って例えば、ガラス溶着工程を経
て高温に加熱されて製造される磁気ヘッドなどに、この
種の多層膜を適用することはできない問題があった。

【０００５】一方、本発明者らは特開平３ー２６５１０
５号公報に示す明細書において、Ｆｅ-Ｍ-Ｃ（ただしＭ
は、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍｏ,Ｗのうち、少
なくとも１種を示す。）なる組成式で示される軟磁性合
金膜とＦｅの薄膜を交互に積層してなる構造の軟磁性積
層膜について特許出願を行っている。この特許出願に係
る軟磁性積層膜は、Ｆｅ-Ｍ-Ｃ合金膜中に分散した元素
Ｍの炭化物により、Ｆｅ-Ｍ-Ｃ合金膜中のｂｃｃＦｅの
みならず、Ｆｅの薄膜中の結晶粒界をもピン止めできる
効果を有し、Ｆｅの薄膜中の結晶粒の横方向への粗大化
も抑制できる効果を有し、これが故に高い耐熱性を有す
る特徴を有していた。また、従来のＣｏ-Ｎｂ-Ｚｒ系な
どの非晶質膜の飽和磁束密度は１０ｋＧ程度であったの
に対し、Ｆｅ-Ｍ-Ｃ系の単層膜は、結晶化後に約１７ｋ
Ｇの高い飽和磁束密度を示すので、多層膜全体として従
来より高い飽和磁束密度を示す特徴があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
軟磁性多層膜は、Ｆｅの薄膜とＦｅを主体とする合金膜
を用いているために、耐食性に劣る欠点があった。従っ
て磁気ヘッド用などとして用いるためには、耐熱性を有
するものの、耐食性の面で不足を生じる問題がある。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、高い透磁率と高い飽和磁束密度を有するとともに低
い保磁力を有し優れた軟磁気特性を示すとともに、この
ような優れた軟磁気特性を有した上で高耐熱性と耐食性
を兼ね備えさせた軟磁性多層膜を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、Ｆｅ
-Ｘなる組成（但しＸは、Ａｌ,Ｓｉ,Ｃｒ,Ｒｕ,Ｒｈ,Ｐ
ｄ,Ｒｅ,Ａｕより選ばれる少なくとも１種以上の元素を
示す。）を有する第１の磁性層と、Ｆｅ-Ｘ-Ｍ-Ｃなる
組成（但しＭは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍｏ,
Ｗより選ばれる少なくとも１種以上の元素を示し、Ｃは
炭素を示す。）を有する第２の磁性層が交互に積層さ
れ、前記第１の磁性層が、平均結晶粒径４０ｎｍ以下の
体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合金固溶体の結晶を主体
として構成され、前記第２の磁性層が、平均結晶粒径４
０ｎｍ以下の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合金固溶体
の結晶と平均結晶粒径１０ｎｍ以下の元素Ｍの炭化物の
粒子を主体として構成することで課題を解決した。

【０００９】本発明の軟磁性多層膜において、第１の磁
性層と第２の磁性層のうち、少なくとも１つを１層あた
り５〜４０ｎｍの範囲の厚さに形成することが好まし
い。また、先に記載の第１の磁性層の組成をＦｅ_100-a
Ｘ_aとした場合に、その組成比ａを原子％で１≦ａ≦２
５なる関係を満足するものとし、先に記載の第２の磁性
層の組成をＦｅ_100-a-b-cＸ_aＭ_bＺ_cとした場合に、
その組成比ａ,ｂ,ｃを原子％で１＜ａ≦２５、２≦ｂ≦
１５、２５≦ｃ≦２０なる関係を満足するものとするこ
とが好ましい。更に成膜条件に左右されず、確実に非晶
質相を生成させるためには、３≦ｂ≦１５、５≦ｃ≦２
０とすることがより好ましい。

【００１０】次に、本発明において、前記第２の磁性層
の成膜直後の構造が非晶質であり、第１の磁性層が結晶
質であって、前記第２の磁性層が、熱処理により、平均
結晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ
合金固溶体の結晶と平均結晶粒径１０ｎｍ以下の元素Ｍ
の炭化物の粒子を主体とする組織としたものであること
が好ましい。

【００１１】

【作用】耐食性を向上させる元素ＸをＦｅに添加したＦ
ｅ-Ｘなる組成の第１の磁性層と、耐食性を向上させる
元素ＸをＦｅ-Ｍ-Ｃ系に添加した第２の磁性層を交互に
積層してなるので、耐食性を改善した飽和磁束密度の特
に高い第１の磁性層の優れた軟磁気特性と、耐食性が高
く透磁率や保磁力の優れた第２の磁性層の特性が兼備さ
れる。その場合、第１の磁性層の結晶粒径を平均結晶粒
径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合金固
溶体の結晶を主体として構成し、第２の磁性層を平均結
晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合
金固溶体の結晶と平均結晶粒径１０ｎｍ以下の元素Ｍの
炭化物の粒子とから構成することで、第１の磁性層と第
２の磁性層の優れた面が充分に兼備される。

【００１２】前記の構造において、第１の磁性層と第２
の磁性層の少なくとも一方を５〜４０ｎｍの範囲の厚さ
に形成することで、欠陥を生じさせることなく、粗大粒
子を生じさせることがないので、良好な軟磁気特性と耐
食性を兼ね備えさせることができる。また、組成比を特
定の範囲とすることでより良好な軟磁気特性と耐食性を
兼ね備えさせることができる。更に、成膜時において結
晶質状態の第１の磁性層と、成膜時に非晶質状態とした
磁性層を形成し、これらを熱処理することで非晶質の磁
性層に微細結晶粒を生じさせ第２の磁性層とすることが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る軟磁性多層膜の一実施
例の断面構造を示すもので、この例の軟磁性多層膜Ａ
は、基板Ｋ上に交互に積層された第１の磁性層１と第２
の磁性層２を具備して構成されている。この図に示す構
造は第１の磁性層１を３層、第２の磁性層２を２層、そ
れぞれ交互に積層させたものであり、最外層には第１の
磁性層１が配置されている。なお、本発明において第１
の磁性層１と第２の磁性層２の積層順序は任意で良く、
例えば、基材Ｋに対して第２の磁性層２を当接させても
良い。また、第１の磁性層１と第２の磁性層２の積層数
も適宜の数を選択して良いが、後述する各層の厚さ制限
範囲と、磁気ヘッド用などとして全体的に０.２〜数μ
ｍオーダーの厚さが必要になることなどから、実用的に
は１０〜数１００層の積層構造とすることが好ましい。

【００１４】前記第１の磁性層１は、Ｆｅ-Ｘなる組成
（但しＸは、Ａｌ,Ｓｉ,Ｃｒ,Ｒｕ,Ｒｈ,Ｐｄ,Ｒｅ,Ａ
ｕより選ばれる少なくとも１種以上の元素）を有するも
のであり、その組成をＦｅ_100-aＸ_aと表記した場合に、
その組成比ａを原子％で０＜ａ≦２５とすることが好ま
しい。前記第２の磁性層２は、Ｆｅ-Ｘ-Ｍ-Ｃなる組成
（但しＭは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍｏ,Ｗよ
り選ばれる少なくとも１種以上の元素を示し、Ｃは炭素
を示す。）を有するものであり、その組成をＦｅ
_100-a-b-cＸ_aＭ_bＺ_cと表記した場合に、その組成比
ａ,ｂ,ｃを原子％で０＜ａ≦２５、１≦ｂ≦１５、０.
５≦ｃ≦２０なる関係を満足するものとしたものであ
る。なお、第１の磁性層においてその組成比ａを１≦ａ
≦２５の範囲とし、第２の磁性層においてその組成比
ａ,ｂ,ｃを１≦ａ≦２５、２≦ｂ≦１５、２≦ｃ≦２０
とすることがより好ましく、特にｂ,ｃを３≦ｂ≦１
５、５≦ｃ≦２０とするのが更に好ましい。

【００１５】前記元素Ｘは、ｂｃｃ-Ｆｅに固溶する元
素であり、ｂｃｃ-Ｆｅに固溶してその耐食性を改善す
る元素である。この元素ＸをＦｅ層およびＦｅ-Ｍ-Ｃ層
の両方に含有させることが重要である。なお、これらの
元素の組み合わせの系の中でも、[Ｆｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａ
ｌ-Ｍ-Ｃ]なる多層膜あるいは[Ｆｅ-Ｓｉ-Ａｌ／Ｆｅ-
Ｓｉ-Ａｌ-Ｍ-Ｃ]なる多層膜が耐食性と磁歪調整および
高飽和磁束密度を得る面から特に好ましい。

【００１６】前記の組成式で示される第１の磁性層１と
第２の磁性層２において、元素Ｘの含有量を示すａが、
ａ＜１原子％の関係であると耐食性改善の効果が顕著で
はない。また、ａ＞２５原子％の関係であると、飽和磁
束密度が低くなり過ぎる。次に、第２の磁性層２におい
て、元素Ｍの含有量を示すｂが、ｂ＜２原子％の関係で
あると成膜時の非晶質形成能が十分ではなくなるおそれ
があるとともに、ｂ＞１５原子％の関係であると、飽和
磁束密度が低くなり過ぎる。更に、第２の磁性層２にお
いて、Ｃの含有量を示すｃが、ｃ＜２原子％の関係であ
ると後述する第１の磁性層１の柱状結晶を分断できなく
なるおそれがあり、ｃ＞２０原子％の関係では飽和磁束
密度が低くなりすぎる問題がある。

【００１７】次に前記第１の磁性層１において、図１に
示すＦｅ-Ｘなる組成の結晶粒３・・・の平均結晶粒径は４
０ｎｍ以下とされ、その結晶粒３は柱状結晶とされてい
る。また、第２の磁性層２は、Ｆｅ-Ｘなる組成の結晶
粒４・・・の結晶粒界に元素Ｍの炭化物５・・・が析出された
構造になっていて、この第２の磁性層２においてもＦｅ
-Ｘなる組成の結晶粒４・・・の平均結晶粒径は４０ｎｍ以
下にされている。また、第２の磁性層２内の炭化物５の
粒径は１０ｎｍ以下にされている。ここで、前記結晶粒
３・・・または結晶粒４・・・の平均結晶粒径が４０ｎｍを超
えるようであると、良好な軟磁気特性を得ることが難し
くなる。更に、元素Ｍの炭化物５の粒径が１０ｎｍを超
えると、図２に拡大して示すように、隣接する結晶粒
４、４が直接接触する面積（炭化物の介在していない部
分での結晶粒４、４どうしの接触面積）を充分に確保で
きなくなるので、１０ｎｍ以下が好ましい。これは、結
晶粒４、４間の交換相互作用を充分に働かせて高い軟磁
気特性を得るためには、結晶粒４、４の直接接触する面
積を出来るだけ広くとることが有利になることに起因し
ている。

【００１８】なお、第１の磁性層１の厚さは４０ｎｍ以
下とされている。第１の磁性層１のＦｅ-Ｘなる組成の
結晶粒３の大きさは、図１に示すようにその層自体の厚
さと同程度になる。従って、結晶粒３の粒径を４０ｎｍ
以下とするためには、層厚を４０ｎｍ以下とすることが
好ましい。

【００１９】次に、第２の磁性層２が５ｎｍより薄い
と、第１の磁性層１のＦｅ-Ｘなる組成の結晶粒３の柱
状結晶を充分に分断することができなくなり、結晶粒３
が粗大化する。この理由は、第２の磁性層２をスパッタ
や真空蒸着などの成膜法で形成した場合、膜の素材物質
がアイランド状（島状）に点在して生成し、これが最後
につながって連続膜になるので、膜が薄すぎると第２の
薄膜磁性２が連続膜になる以前の厚さになるため穴が生
じやすく、この穴付きの第２の磁性層上に第１の磁性層
１を形成したのでは、穴を通して上下の第１の磁性層１
がつながって磁性層１の結晶が粗大な柱状結晶になって
しまうおそれが高いためである。次の理由は、第２の磁
性層２を第１の磁性層１上に成膜する場合、最初に堆積
したごく薄い部分は、ｂｃｃのＦｅの結晶であり、厚さ
の増加とともに次第に非晶質が堆積するようになる。従
って厚さ５ｎｍ以下の第２の磁性層２では一部結晶層の
堆積となってしまい、非晶質層の堆積が充分ではなくな
るためである。

【００２０】なお、仮に第１の磁性層１を５ｎｍ以下に
形成し、第２の磁性層２を４０ｎｍ以上に形成し、第１
の磁性層１に穴等の欠陥がないとすれば、上記のような
問題を生じないが、第１の磁性層１の飽和磁束密度は第
２の磁性層２の飽和磁束密度よりも大きいので、第１の
磁性層１の厚さを第２の磁性層２の厚さよりも小さくす
ると多層膜全体としての飽和磁束密度を高くするために
は不利となる。

【００２１】前記構造の軟磁性多層膜Ａは、Ａｌ,Ｓｉ,
Ｃｒ,Ｒｕ,Ｒｈ,Ｐｄ,Ｒｅ,Ａｕより選ばれる少なくと
も１種以上の元素Ｘを含む耐食性に優れ、極めて高い飽
和磁束密度を示すＦｅ-Ｘなる組成の第１の磁性層１
と、元素Ｘに加えてＴｉ,Ｚｒ,Ｈｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍ
ｏ,Ｗより選ばれる少なくとも１種以上の元素Ｍと炭素
Ｃを含む耐食性に優れ、飽和磁束密度が高く、低磁歪の
Ｆｅ-Ｍ-Ｘ-Ｃなる組成の第２の磁性層２を積層してい
るために、全体として飽和磁束密度が極めて高く、磁歪
が低く、かつ、耐食性に優れる特徴がある。

【００２２】従って、製造過程のガラス溶着により高温
度に加熱され、耐食性の要求される磁気ヘッド用の軟磁
性多層膜として有用な特徴があり、磁気ヘッド用とした
場合に、耐食性と低磁歪と高飽和磁束密度の全てを兼ね
備えた優れた磁気ヘッドを提供することができる。な
お、Ｆｅ-Ｍ-Ｃ系の単層膜で耐食性を上げるためには、
耐食性を上げる効果のある元素を添加する必要があり、
その元素を添加すると飽和磁束密度は１３〜１４ｋＧ程
度に低下するが、上記構造の軟磁性多層膜を用いると、
１６〜１７ｋＧ程度の飽和磁束密度を容易に得ることが
できる。

【００２３】次に前記構造の軟磁性多層膜Ａを製造する
ための方法の一つの例について説明する。図３は軟磁性
多層膜Ａを製造するために用いて好適な成膜装置の一例
を示すもので、この例の成膜装置は、支持軸１０によっ
て水平に回転自在に支持された基板ホルダ１２と、この
基板ホルダ１２の上方に離間して左右に配置されたカソ
ード１３、１４を具備して構成され、装置全体が図示略
の真空容器に収納されて構成されている。また、カソー
ド１３、１４はそれぞれ整合器１５を介して高周波電源
１６に接続されている。

【００２４】更に、基板ホルダ１２の上面には、基板Ｋ
が設置され、カソード１３の下面には第２の磁性層形成
用のターゲット１８がカソード１４の下面には第１の磁
性層形成用のターゲット１９がそれぞれ装着されてい
る。前記ターゲット１８は、純鉄、Ｆｅ-Ｘ合金、Ｆｅ-
Ｘ-Ｍ合金のいずれかからなるメインターゲット１８ａ
と、このメインターゲット１８ａの下面に装着された炭
素Ｃあるいは元素Ｘあるいは元素Ｍからなるチップ状の
サブターゲット１８ｂとから形成されるとともに、前記
ターゲット１９は、Ｆｅ-Ｘ合金から形成されている。
なお、各ターゲットの組成や配置は製造しようとする多
層膜中に元素ＭやＸを添加できれば良いので自由に選択
して良い。

【００２５】前記成膜装置を用いて軟磁性多層膜Ａを製
造するには、まず、成膜装置内部を不活性ガスを含む減
圧雰囲気とし、カソード１３とカソード１４に通電して
ターゲット１８とターゲット１９の構成原子をスパッタ
し、基板ホルダ１２の回転により基板Ｋをカソード１３
の下方かカソード１４の下方に順次移動させて基板Ｋ上
にスパッタ粒子を堆積させることで行う。基板ホルダ１
２の回転によりカソード１４の下方に基板Ｋを静止させ
た場合は、基板Ｋ上に第１の磁性層１の堆積を行うこと
ができ、カソード１３の下方に基板Ｋを静止させた場合
は、第２の磁性層用のスパッタ粒子の堆積を行うことが
でき、第２の磁性層用の準備層（即ち、非晶質層）の堆
積を行うことができる。なお、これらの堆積を行う場
合、各層の厚さは先に述べたような厚さの範囲内に入る
ように成膜処理を行う。

【００２６】図４に、第１の磁性層１を３層と第２の磁
性層用の準備層２’を２層、基板Ｋ上に交互に堆積した
状態を示す。この状態において、第１の磁性層１は、柱
状晶の配列した状態を呈しているが、第２の磁性層用の
準備層２’は成膜処理のままでは非晶質状態となってい
る。必要数の層の堆積が終了したならば、４００〜７０
０℃に加熱する熱処理を行って非晶質状態の第２の磁性
層用の準備層２’を結晶化し、微細結晶粒を析出させ
る。この熱処理により第２の磁性層用の準備層２’をＦ
ｅ-Ｘなる組成の結晶粒４とその粒界に析出した元素Ｍ
の炭化物５からなる第２の磁性層２とすることができ、
図１に示す軟磁性多層膜Ａを得ることができる。

【００２７】なお、約５５０℃以上の温度で熱処理を行
うと、元素Ｘは第１の磁性層１と第２の磁性層２の間で
拡散を起こすので、元素Ｘの濃度が第１の磁性層１と第
２の磁性層２の間で平均化されてしまうことを本発明者
らのオージェ電子分光による多層膜の深さ方向の組成分
析により知見している。一方、元素ＭとＣは強く結合し
て炭化物を形成するために、容易には拡散せず、大部分
は第２の磁性層２中に止まる。

【００２８】ところで、基板Ｋ上に第１の磁性層１を成
膜する場合、４０ｎｍ以上の厚さに形成すると、図５に
示すように膜の堆積をする間に結晶粒１”の成長が起こ
り、結晶粒が粗大化してしまう。即ち、膜の堆積初期段
階においては、微結晶粒であったものが、膜の成長とと
もに粒径が大きくなってしまい、大きな膜厚であると軟
磁気特性の面で劣るようになる。従って第１の磁性層１
の結晶粒を粗大化させないように第１の磁性層１の厚さ
を４０ｎｍ以下にすることが好ましい。また、第１の磁
性層１の上下を非晶質の準備層２’で挟むことで第１の
磁性層１の柱状晶の成長を分断することができ、この準
備層２’上に再度第１の磁性層１を成膜すると、再度微
細結晶粒の堆積が始まることで第１の磁性層１・・・の全
てを微細結晶粒とすることができる。

【００２９】次に、図６は本発明に係る軟磁性多層膜の
他の構造例を示すもので、この例の構造は、第１の磁性
層１を３層と第２の磁性層２を３層、基板Ｋ上に順次積
層してなるものである。この例のように第２の磁性層２
を最外層に配置しても先の例と同等の効果を得ることが
できる。

【００３０】（製造例）以下、具体的な製造例を挙げて
本発明を更に詳細に説明する。結晶化ガラス製の基板を
図２に示す構成の高周波２極スパッタ装置の基板ホルダ
ーに装着し、スパッタ装置内を０.６７ＰａのＡｒガス
雰囲気とし、高周波入力を２.４×１０⁴Ｗ／ｍ²として
２つのカソードを同時放電し、基板ホルダを間欠的に回
転移動させて前記基板上に厚さ１０ｎｍの第１の磁性層
と、厚さ１０ｎｍの第２の磁性層用の準備層を交互に多
数回（９０〜２５０回）積層し、全体で厚さ５μｍの軟
磁性多層膜準備層を得た。なお、用いたターゲットは、
得ようとする軟磁性多層膜の組成に合わせて、Ｆｅター
ゲット、Ｆｅ-Ｘ合金ターゲット、Ｆｅ-Ｘ-Ｍ合金ター
ゲットを使い分けた。なおまた、各カソードの下に基板
を静止させている時間をタイマーで制御し、第１の磁性
層と第２の磁性層の厚さがほぼ同じになるように調整し
た。

【００３１】この成膜後、５５０℃で２０分間保持後徐
冷する熱処理を行い非晶質の準備層を結晶化して軟磁性
多層膜を得た。また、従来例として、純Ｆｅ層とＦｅ-
Ｈｆ-Ｃ層とを交互に２５０周期（合計５００層）積層
して形成した軟磁性多層膜を形成するとともに、比較例
として、各層の厚さを前述した好ましい範囲から外れた
厚さに形成した軟磁性多層膜を形成した。

【００３２】得られた各軟磁性多層膜の膜組成と、膜の
堆積数と、第１の磁性層の粒径と、第２の磁性層のＦｅ
-Ｘなる組成の結晶粒の粒径と、元素Ｍの炭化物の粒径
と、得られた各軟磁性多層膜の初透磁率（μ：１ＭＨ
ｚ）と、保磁力（Ｈｃ）と、飽和磁束密度（Ｂｓ）を測
定した結果、および、耐食性試験の結果を表１に示す。
結晶粒径の測定は、透過型電子顕微鏡観察またはＸ線回
折ピークの半値幅から算出し、耐食性試験は、６０゜
Ｃ、相対湿度９０％の環境下に９６時間放置した場合の
多層膜の外観を以下の基準で評価したものである。 ○・・・変色や腐食が全く見られないもの。 △・・・多層膜全体の１０％未満が変色したもの。 ×・・・多層膜全体の１０％以上が変色（腐食）したも
の。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示す結果から明らかなように、第１
の磁性層と第２の磁性層を前述した好ましい厚さ範囲内
とし、各元素の割合を前記の範囲内とした試料において
は、優れた透磁率と低い保磁力と高い飽和磁束密度を発
揮した。これに対し、第１の磁性層あるいは第２の磁性
層の厚さを規定の範囲の厚さから外して形成した比較例
の試料は、第１の磁性層の結晶粒径が大きくなってしま
うとともに、透磁率が低く、保磁力も大きくなってしま
い、軟磁気特性が低下している。なお、表１における比
較例の１つである第２の磁性層の厚みが３ｎｍの試料に
おいては、第２の磁性層中のＦｅ-Ｘ合金結晶粒径が２
〜４ｎｍのもののほかに、第２の磁性層が第１の磁性層
とつながってしまい、５０ｎｍ以上になってしまった結
晶粒も存在していた。表１に示す結果から明らかなよう
に、本発明に係る試料は、耐食性に優れ、高い透磁率と
低い保磁力および高い飽和磁束密度を兼ね備え、優れて
いることが明らかになった。

【００３５】次に、第１の磁性層と第２の磁性層におい
て、元素Ｘの含有量を前記した最も好ましい範囲内に設
定した試料とその範囲外とした種々の試料を作成し、こ
れらの試料の初透磁率（μ：１ＭＨｚ）と、保磁力（Ｈ
ｃ）と、飽和磁束密度（Ｂｓ）を測定した結果、およ
び、耐食性試験の結果を表２に示す。表２において＊印
を付した試料は元素Ｘの含有量を最も好ましい範囲から
外した試料を示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２に示す結果から、前記最も好ましい範
囲から外れた組成を有する軟磁性多層膜は、前記好まし
い組成範囲の試料に比べ、透磁率と保磁力と飽和磁束密
度と耐食性のいずれかが劣っていることが判明した。

【００３８】次に、第１の磁性層と第２の磁性層におい
て、元素ＭかＣの含有量を前記した最も好ましい範囲内
に設定した試料とその範囲外とした種々の試料を作成
し、これらの試料の初透磁率（μ：１ＭＨｚ）と、保磁
力（Ｈｃ）と、飽和磁束密度（Ｂｓ）を測定した結果、
および、耐食性試験の結果を表３に示す。表３において
＊印を付した試料は元素ＭあるいはＣの含有量を最も好
ましい範囲から外した試料を示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に示す結果から、前記最も好ましい範
囲から外れた組成を有する軟磁性多層膜は、前記最も好
ましい組成範囲の試料に比べ、透磁率と保磁力と飽和磁
束密度のいずれかが劣っていることが判明した。なお、
表３の一番下の欄の試料において炭化物の粒径が１０ｎ
ｍを超えているものは、第２の磁性層内のＦｅ-Ｘ結晶
粒間の磁気的交換結合が妨げられ、軟磁気特性が低下し
ている。また、表３の、下から３番目の欄の試料におい
ては、Ｈｆ、Ｃ濃度が低いために第２の磁性層の準備層
が非晶質にならず、第１の磁性層がつながって５０ｎｍ
以上となったものもあった。

【００４１】次に、第１の磁性層と第２の磁性層におい
て、元素Ｘを他の元素で置換した試料の測定結果を表４
に示す。

【００４２】

【表４】

【００４３】表４に示す結果から、いずれの試料も高い
透磁率と低い保磁力と高い飽和磁束密度を有し、充分な
耐食性も兼ね備えていることが明らかである。なお、表
１〜表４に示す試料においては、[Ｆｅ-Ｓｉ-Ａｌ／Ｆ
ｅ-Ｓｉ-Ａｌ-Ｈｆ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａｌ-Ｈ
ｆ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ｓｉ／Ｆｅ-Ｓｉ-Ｈｆ-Ｃ]系、[Ｆｅ-
Ｃｒ／Ｆｅ-Ｃｒ-Ｚｒ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａｌ-
Ｔａ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａｌ-Ｎｂ-Ｃ]系、[Ｆ
ｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａｌ-Ｔｉ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ａｌ／Ｆｅ-Ａ
ｌ-Ｖ-Ｃ]系]、[Ｆｅ-Ｒｕ／Ｆｅ-Ｒｕ-Ｈｆ-Ｃ]系、
[Ｆｅ-Ｒｈ／Ｆｅ-Ｒｈ-Ｈｆ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ｐｄ／Ｆｅ
-Ｐｄ-Ｈｆ-Ｃ]系、[Ｆｅ-Ｒｅ／Ｆｅ-Ｒｅ-Ｈｆ-Ｃ]
系、[Ｆｅ-Ａｕ／Ｆｅ-Ａｕ-Ｈｆ-Ｃ]系の各試料におい
て、いずれも優れた特性が得られた。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
食性を向上させる元素ＸをＦｅに添加したＦｅ-Ｘなる
組成の第１の磁性層と、耐食性を向上させる元素ＸをＦ
ｅ-Ｍ-Ｃ系に添加した第２の磁性層を交互に積層してな
るので、耐食性が高く飽和磁束密度の特に高い第１の磁
性層の優れた特性と、耐食性が高く透磁率や保磁力の優
れた第２の磁性層の優れた特性を兼ね備えた軟磁性多層
膜を得ることができる。その場合、第１の磁性層の結晶
粒径を平均結晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有す
るＦｅ-Ｘ合金固溶体の結晶を主体として構成し、第２
の磁性層を平均結晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を
有するＦｅ-Ｘ合金固溶体の結晶と平均結晶粒径１０ｎ
ｍ以下の元素Ｍの炭化物の粒子とから構成することで、
第１の磁性層と第２の磁性層の優れた面を兼ね備えさせ
ることができる。

【００４５】前記の構造において、第１の磁性層と第２
の磁性層のそれぞれを５〜４０ｎｍの範囲の厚さに形成
することで、良好な軟磁気特性と耐食性を兼ね備えさせ
ることができる。また、組成比を前述した範囲とするこ
とで、より良好な軟磁気特性と耐食性を兼ね備えさせた
軟磁性多層膜を得ることができる。

【００４６】更に、成膜時において結晶質状態の第１の
磁性層と、成膜時に非晶質状態とした磁性層を形成し、
これらを熱処理することで非晶質の磁性層に微細結晶粒
を生じさせ第２の磁性層とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軟磁性多層膜の一実施例を示す断
面図である。

【図２】図１に示す構造における第２の磁性層の拡大図
である。

【図３】図１に示す軟磁性多層膜を製造する装置の一例
を示す構成図である。

【図４】基板上に軟磁性多層膜準備層を成膜した状態を
示す断面図である。

【図５】粗大化したＦｅの結晶粒を示す断面図である。

【図６】本発明に係る軟磁性多層膜の他の実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

Ａ、Ａ’・・・軟磁性多層膜１・・・第１の磁性層２・・・第２の磁性層３・・・結晶粒４・・・結晶粒５・・・炭化物

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ-Ｘなる組成（但しＸは、Ａｌ,Ｓ
ｉ,Ｃｒ,Ｒｕ,Ｒｈ,Ｐｄ,Ｒｅ,Ａｕより選ばれる少なく
とも１種以上の元素を示す。）を有する第１の磁性層
と、Ｆｅ-Ｘ-Ｍ-Ｃなる組成（但しＭは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈ
ｆ,Ｖ,Ｎｂ,Ｔａ,Ｍｏ,Ｗより選ばれる少なくとも１種
以上の元素を示し、Ｃは炭素を示す。）を有する第２の
磁性層が交互に積層され、前記第１の磁性層が、平均結
晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合
金固溶体の結晶を主体として構成され、前記第２の磁性
層が、平均結晶粒径４０ｎｍ以下の体心立方構造を有す
るＦｅ-Ｘ合金固溶体の結晶と平均結晶粒径１０ｎｍ以
下の元素Ｍの炭化物の粒子を主体として構成されてなる
ことを特徴とする軟磁性多層膜。
【請求項２】請求項１記載の軟磁性多層膜において、
第１の磁性層と第２の磁性層のうち、少なくとも１つが
１層あたり５〜４０ｎｍの範囲の厚さに形成されてなる
ことを特徴とする軟磁性多層膜。
【請求項３】請求項１または２記載の第１の磁性層の
組成をＦｅ_100-aＸ_aとした場合に、その組成比ａを原子
％で１＜ａ≦２５なる関係を満足するものとし、請求項１または２記載の第２の磁性層の組成をＦｅ
_100-a-b-c Ｘ_aＭ_bＺ_cとした場合に、その組成比ａ,
ｂ,ｃを原子％で１＜ａ≦２５２≦ｂ≦１５２≦ｃ≦２０なる関係を満足するものとしたことを特徴とする軟磁性
多層膜。
【請求項４】前記第２の磁性層の成膜直後の構造が非
晶質であり、第１の磁性層が結晶質であって、前記第２
の磁性層が、熱処理により、平均結晶粒径４０ｎｍ以下
の体心立方構造を有するＦｅ-Ｘ合金固溶体の結晶と平
均結晶粒径１０ｎｍ以下の元素Ｍの炭化物の粒子を主体
とする組織とされたことを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかに記載の軟磁性多層膜。