JP4483166B2

JP4483166B2 - 永久磁石薄膜

Info

Publication number: JP4483166B2
Application number: JP2002294388A
Authority: JP
Inventors: 稔上原; 修藤原
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004134416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロモータやマイクロアクチュエータ、磁気記録媒体などに好適に用いられる永久磁石薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電気機器の小型化が進む中で、永久磁石薄膜を用いたマイクロモータやマイクロアクチュエータなどの開発が進められている。この種のデバイスのサイズや性能は、永久磁石薄膜の磁気特性に左右される。このため、永久磁石薄膜材料の候補として、粉末冶金製法で既に商用化され、高い最大エネルギー積が実現している希土類金属間化合物に注目が集まっている。
【０００３】
希土類永久磁石材料の中では、正方晶Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物を基礎とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石材料が最も広く知られている。正方晶Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ化合物は飽和磁化が高く、粉末冶金法で製作した焼結磁石は、粉末成型時に磁化容易軸を磁界配向させることで、実用永久磁石としては最高の４００ｋＪ／ｍ³を越える最大エネルギー積が得られている。そのため、薄膜においてもＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料に対する関心は高く、容易磁化方向（Ｃ軸）が薄膜の面に対して垂直に配向する傾向が強い性質と相まって、高性能垂直磁化膜としての応用が期待されている。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料を用いた永久磁石薄膜については、特許文献１などに記載されている。
【０００４】
一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系と共に、高性能希土類永久磁石材料を代表するものとしてＳｍ−Ｃｏ金属間化合物が知られている。Ｓｍ−Ｃｏ系の焼結磁石は最初に実用化された希土類永久磁石であり、後に開発された上記Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石と比べて最大エネルギー積は低いものの、キュリー温度が高いために磁気特性の熱安定性に優れ、また耐候性が比較的良好であることから、特に高温環境下での使用や信頼性が要求される機器において、現在も多くの需要がある。
【０００５】
Ｓｍ−Ｃｏ系薄膜は、上記焼結磁石の有する優れた熱安定性と耐候性を継承する薄膜材料として、高い精度と信頼性が要求されるデバイスへの応用が期待されている。また、Ｓｍ−Ｃｏ系の薄膜は外部磁界中でスパッタ形成することにより、任意の方向に磁気的な異方性を誘導することができるため、多様なデバイスの高特性化に寄与するものとして盛んに研究開発が行われている（例えば、特許文献２などに記載されている）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３７１１９号公報
【特許文献２】
F.J.Cadieu、in Physics of Thin Films, ed. M.H. Francoｍbe and J.L. Vossen(Academic Press, Boston, 1992) p.145
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石薄膜は、マイクロモータやマイクロアクチュエータなど精密部品に応用されることが多いため、高い磁気特性や熱安定性、耐候性といったバルク磁石の場合と同様の要求がなされると同時に、しばしば内部応力の低減が強く求められる。
【０００８】
図２に示すように、Ｓｍ−Ｃｏ系合金の薄膜４を単結晶シリコン基板１上に直接堆積した場合、成膜方法や成膜条件によって程度の差はあるが、Ｓｍ−Ｃｏ系合金薄膜４に引っ張り応力が通常発生する。そのため単結晶シリコン基板１は、Ｓｍ−Ｃｏ系合金薄膜４が付着された面が凹状となるように反ってしまう。Ｓｍ−Ｃｏ系合金薄膜４の引っ張り応力の絶対値がさらに大きくなると、Ｓｍ−Ｃｏ合金薄膜４が単結晶シリコン基板１から剥離したり、単結晶シリコン基板１の薄膜付着部近傍にクラックが生じることもある。
【０００９】
薄膜の内部応力を低減するための試みは、多くの材料系で古くからしばしば取り上げられてきた。それにも関わらず、Ｓｍ−Ｃｏ合金薄膜の場合は、従来、磁気特性と内部応力の絶対値の低減を両立させる技術が確立しておらず、このことが、Ｓｍ−Ｃｏ合金膜を各種デバイスに応用していくにあたっての大きな障害となっていた。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは優れた磁気特性を保ちながら、しかも内部応力の絶対値が小さいＳｍ−Ｃｏ合金系の永久磁石薄膜を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石薄膜は、単結晶シリコン基板に支持された積層構造を備える永久磁石薄膜であって、前記積層構造は、アルミニウム酸化物層と、前記アルミニウム酸化物層と接するように配置された、ＳｍおよびＣｏを主要構成元素とする希土類合金磁性層とを含み、前記積層構造の断面に生じている垂直応力の前記断面にわたる平均の絶対値が５×１０⁸Ｐａ以下に調節されている。
【００１２】
好ましい実施形態において、前記アルミニウム酸化物層は、片面が前記単結晶シリコン基板の表面に接触するように堆積されており、前記アルミニウム酸化物層の前記片面に対向する他の面に接触するように前記希土類合金磁性層が堆積されている。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記アルミニウム酸化物層の厚さは、前記希土類合金磁性層の厚さの１／３０以上１／３以下である。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記積層構造は、更に他のアルミニウム酸化物層、および希土類合金磁性層を含み、この希土類磁性合金層もＳｍとＣｏを主要構成元素として含有している。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記希土類合金磁性層は磁気異方性を有している。
【００１６】
本発明のマイクロマシーンは、上記いずれかの永久磁石薄膜を備えていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の永久磁石薄膜は、単結晶シリコン基板に支持された積層構造を備えており、この積層構造中にＳｍ−Ｃｏ系合金磁性層だけではなく、アルミニウム酸化物層を配置することにより、単結晶シリコン基板の反りや撓みを抑制する。このアルミニウム酸化物層は、結晶質若しくは非晶質、または、結晶質および非晶質が混在した組織を有している。本発明者らは、上記のような膜構造を採用することによって、優れた永久磁石特性を発揮し、しかも内部応力の著しく小さい永久磁石薄膜が実現することを見出した。
【００１８】
以下、図１を参照しながら本発明の永久磁石薄膜について、その好ましい実施形態の詳細を説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態における永久磁石薄膜の断面構成を示している。図示されるように、磁性を担う希土類合金磁性層３が単結晶シリコン基板１に支持されている。この希土類合金磁性層３と単結晶シリコン基板１とは接しておらず、両者の間には、適切な範囲内に厚さを有するアルミニウム酸化物層２が配置されている。
【００２０】
本永久磁石薄膜においては、希土類合金磁性層３を構成しているＳｍおよびＣｏを主要元素とする磁性合金が磁気的性質を主として担っている。希土類金属と遷移金属からなる磁性材料にあって、ＳｍおよびＣｏの組み合わせからなる合金、あるいは金属間化合物は、高い飽和磁化と強い磁気異方性を併せ持ち、さらにキュリー点が高いので、残留磁束密度や保磁力の温度変化が小さいことが知られている。この性質は薄膜の形態にあっても保たれるので、マイクロデバイス等にこのような薄膜が応用された場合、高性能でかつ信頼性の高い製品が期待できる。
【００２１】
なお、本永久磁石薄膜を用いるデバイスの機能や製造工程等の違いによっては、Ｃｏの一部が他の遷移金属に置換されたり、Ｓｍの一部が他の軽希土類金属と置換されていてもよい。特に、より高い残留磁束密度を得るために、Ｃｏの一部がＦｅに置換されていることが好ましい。また、保磁力を向上させるために、Ｃｏの一部がＣｕやＺｒで置換されていることが望ましい。
【００２２】
遷移金属や軽希土類金属以外の元素であっても、本永久磁石薄膜の磁気特性や本永久磁石薄膜を備えたデバイスの諸特性に著しい悪影響を及ぼさない限り、不純物として混入することは差しつかえない。
【００２３】
ＳｍおよびＣｏを主要元素とする磁性合金膜の形成方法は特に限定されないが、薄膜の組成の均一性と再現性に優れたスパッタ法が望ましい。薄膜形成時に磁性合金膜を堆積する面が加熱されていることが望ましい。好ましい堆積面の加熱温度は２００℃以上７００℃以下の温度である。さらに好ましい堆積面の加熱温度は２５０℃以上６００℃以下の温度である。
【００２４】
ＳｍおよびＣｏを主要元素とする永久磁石材料は、結晶のｃ軸方向が磁化容易方向である。この結晶のｃ軸が特定方向に揃った結晶配向組織を形成すると、ｃ軸配向方向の最大エネルギー積が、無配向で等方的な場合と比較して著しく向上する。従って、希土類合金磁性層３を形成する際に、形成後に着磁する方向と平行な外部磁界を印加し、ＳｍおよびＣｏを主要元素とする金属間化合物に結晶配向組織を誘導することが望ましい。外部磁界の発生には、電磁石や空心コイル、または永久磁石を使った磁気回路等を用いることができる。
【００２５】
一方、単結晶シリコン基板１と希土類合金磁性層３との間に配置されるアルミニウム酸化物層２は、単結晶シリコン基板１と希土類合金磁性層３と間の化学反応を抑え、磁気特性の向上をもたらす。さらに、アルミニウム酸化物層２は、単結晶シリコン基板１に対する希土類合金層３の付着強度を高めると同時に、堆積した薄膜の平均内部応力の絶対値を低減する効果を発揮し、単結晶シリコン基板１の反りや撓みの抑制に寄与する。なお、本明細書における「積層構造の断面に生じている垂直応力の前記断面にわたる平均」とは、内部応力（基板表面に平行な垂直応力）が薄膜の厚さ方向に分布を持つ場合において、厚さ方向に沿って変化する内部応力の積層構造断面全体にわたる平均の大きさを意味するものとする。なお、簡単のため、このような平均の値を「平均内部応力」と称することとする。
【００２６】
本発明では、単結晶シリコン基板上に堆積した積層構造の平均内部応力の絶対値を低減する効果は、単結晶シリコン基板１に対して希土類合金磁性層３を単独で形成した場合に生ずる引っ張り応力と、アルミニウム酸化物層２を単独で形成した場合に生ずる圧縮応力の競合によって発揮される。
【００２７】
単結晶シリコン基板１と希土類合金磁性層３との間の界面近傍における剥離や破断の発生を回避し、単結晶シリコン基板１の機械的精度を保つには、単結晶シリコン基板１の上部に形成される薄膜の平均内部応力の絶対値をある値以下に抑えることが好ましい。このためには、本発明におけるアルミニウム酸化物層２の厚さを希土類合金磁性層３の厚さの１／３０以上１／３以下に限定することが好ましい。このような構成を採用することにより、単結晶シリコン基板１上に形成されたアルミニウム酸化物層２と希土類合金磁性層３の内部応力の平均値の絶対値を５×１０⁸Ｐａ以下に抑制することができる。
【００２８】
アルミニウム酸化物層２は、そり堆積方法および堆積条件により、非晶質または結晶質の結晶構造をとり得るが、いずれの状態であっても、単結晶シリコン基板１への付着力の強化と薄膜内部応力の低減による単結晶シリコン基板１の反りや撓みの抑制において同様の効果を示す。従って、アルミニウム酸化物層２の結晶的な形態および状態は特に限定されない。
【００２９】
本発明では、アルミニウム酸化物層２と希土類合金層３の内部応力の競合によって薄膜内部応力の絶対値の低下を実現するため、薄膜の合計厚さを大きくしたい場合には、内部応力分布の平滑化という観点から、希土類合金磁性層３の上部に、アルミニウム酸化物膜とＳｍとＣｏを主要元素とする希土類合金磁性膜との積層構造を形成することが望ましい。
【００３０】
なお、単結晶シリコン基板１において、アルミニウム酸化物層２と接触する面（主面）の結晶方位は任意に選択され得る。ただし、通常の半導体デバイスに用いられる（１００）面や（１１０）面、あるいは（１１１）面を主面として選択することにより、半導体デバイス製造技術を応用して本発明の永久磁石薄膜を備えたデバイスを生産性良く、高精度に製作することが可能となる。なお、本発明の永久磁石薄膜を用いたデバイスとその周辺回路を同一シリコン基板上にモノリシックに集積する場合、回路要素であるトランジスタなどの特性はシリコン基板の面方位に依存する。トランジスタ特性の向上という観点からも、シリコン基板の主面は（１００）や（１１０）、あるいは（１１１）の結晶面方位を持つことが好ましい。
【００３１】
以下、本発明による永久磁石薄膜の製造方法を説明する。
【００３２】
まず、本発明による永久磁石薄膜と単結晶シリコン基板とが十分な強度で接合するように、単結晶シリコン基板１の表面をポリッシングした後、その表面を洗浄する。このような清浄化方法としては、純水や有機溶剤による洗浄に加え、紫外線の照射洗浄、酸素プラズマ洗浄、逆スパッタリング等が有効であり、さらにこれらの方法を組み合わせれば、より高い効果が得られる。
【００３３】
次に、シリコン基板１の表面にアルミニウム酸化物層２を形成する。アルミニウム酸化物層２の堆積工程は、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法など任意の堆積手段を用いて行うことが可能である。例えばスパッタリング法で成膜する場合は、アルミニウム酸化物をターゲットに用い、アルゴンガスのみを容器内に導入してスパッタリングを行う通常の方法でもよいし、金属アルミニウムまたはアルミニウム酸化物をターゲットに用い、アルゴンと酸素の混合ガスを容器内に導入してスパッタリングを行う、いわゆる反応性スパッタ法を採用してもよい。
【００３４】
次に、希土類合金磁性層３をアルミニウム酸化物層２の上に形成する。希土類合金磁性層３の堆積もスパッタリング法や電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法など任意の堆積手段を用いて行うことが可能であるが、ＳｍとＣｏの組成比の制御が比較的容易なスパッタリング法が好適に用いられる。この場合スパッタリング法を用いて作製したＳｍ−Ｃｏ合金膜は、形成時に基板の温度が低いと、しばしば非晶質となる。この非晶質状態においては、保磁力の起源である磁気異方性が小さく、永久磁石薄膜として十分な磁気特性が得られない。従って本発明の永久磁石薄膜においては、希土類合金磁性層３は少なくとも部分的に結晶化している必要があり、そのため製造過程において希土類磁性合金層の形成時に基板が加熱されているか、あるいは薄膜を形成した後に熱処理が施される。希土類磁性合金層の形成時に基板を加熱する場合の加熱方法は任意であり、例えばシースヒータや赤外線ランプヒータによって直接または間接的に基板を加熱してもよい。加熱温度は２００℃から７００℃の範囲であることが望ましい。さらに望ましい加熱温度は２５０℃から６００℃の範囲である。薄膜形成後に行う加熱処理は、希土類合金磁性層が酸化しないように真空中または不活性ガス雰囲気中で実行することが望ましい。この加熱処理の時間は、熱処理温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が５００℃のとき、０．２〜２時間程度であることが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３６】
（実施例１）
本実施例では、主面の面方位が（１００）の単結晶シリコン基板（長さ１０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚み０．１ｍｍの短冊状）を用意した。次に、マグネトロンスパッタリング装置を用いて上記単結晶シリコン基板上に種類の異なる下地膜を高周波スパッタリング法で厚さ７０ｎｍ堆積させた。その後、基板を５００℃に加熱・保持し、下地膜の上にＳｍ−Ｃｏ合金層をマグネトロンスパッタリング法で厚さ４００ｎｍに形成した。スパッタ装置内で室温まで冷却した後、取り出した薄膜の内部応力および磁気特性を測定した。測定結果を下記の表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
ここで、試料Ｎｏ．２は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．３〜試料Ｎｏ．６は比較例である。また、比較例である試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．６は、それぞれ、単結晶シリコン基板上にＳｍ−Ｃｏ膜およびアルミニウム酸化物膜をそれぞれ単独で形成したものである。
【００３９】
表１において、「ＡｌＯ_x」は「アルミニウム酸化物」を意味している。本発明で用いるアルミニウム酸化物は、理想的にはＡｌ₂Ｏ₃であるが、スパッタや蒸着などの薄膜堆積方法で基板上に堆積されたアルミニウム酸化物は、必ずしも化学量論的な組成比を持つとは限らない。このため、本発明で用いるアルミニウム酸化物の化学式は、Ａｌ原子の数密度に対するＯ原子の数密度の比率ｘを用いて、「ＡｌＯ_x」と標記することができる。ここで、比率ｘの好ましい範囲は、１．０〜１．５である。
【００４０】
アルミニウム酸化物層の形成は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の焼結体ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、投入電力１２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力０．７Ｐａ、堆積速度０．５ｎｍ／ｓの条件で行った。その他の基板とＳｍ−Ｃｏ合金層との間に挿入された中間膜の形成は、純金属ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、投入電力２〜６Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力０．７Ｐａ、堆積速度０．２〜０．６ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｓｍ−Ｃｏ合金層の形成は、ターゲットに原子比でＳｍ₁₁Ｃｏ₈₉の組成比を有する鋳造合金を用いて、ＤＣスパッタリング法により投入電力２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力０．７Ｐａ、堆積速度０．５ｎｍ／ｓの条件で行った。
【００４１】
試料は、スパッタ装置のチャンバー内で冷却した後、取り出して、触針式段差計を使って基板の反り量を測定した。その値をもとに、金原粲、藤原英夫著「応用物理学選書３．薄膜」（１９７９年、裳華房）ｐ．１２９に記載されている近似式を使って、薄膜の内部応力を算出した。
【００４２】
さらに、試料Ｎｏ．６を除くすべての試料について、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）で膜面内方向と膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータをもとに、Ｓｍ−Ｃｏ合金層のみが一様に磁化されるものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留磁束密度Ｂ_rと保磁力Ｈ_cJを内部応力と共に表１に示している。ここで、内部応力の負号は、薄膜に働いているのが引っ張り応力であり、正号は圧縮応力であることを表している。
【００４３】
表１からわかるように、実施例（試料Ｎｏ．２）の薄膜の内部応力の絶対値は、比較例であるシリコン基板上に直接堆積したＳｍ−Ｃｏ合金膜（試料Ｎｏ．１）や他の中間膜を介してＳｍ−Ｃｏ合金膜が形成された試料（試料Ｎｏ．３〜試料Ｎｏ．５）の内部応力の絶対値と比べて著しく小さい値に抑えられていた。また単結晶シリコン基板上に直接アルミニウム酸化物膜を形成した試料Ｎｏ．６には、非常に大きな圧縮応力が生じており、実施例（試料Ｎｏ．２）における内部応力の絶対値の減少が、Ｓｍ−Ｃｏ合金膜が単独で形成された場合に発生する引っ張り応力との競合による効果であることを示した。
【００４４】
試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．５までの試料は、いずれも形状異方性のために、残留磁束密度が膜面に垂直な方向よりも膜面内方向により高くなっているが、実施例の試料では、保磁力Ｈ_cJおよび残留磁束密度Ｂ_rのいずれについても比較例の試料よりも優れた特性が得られた。
【００４５】
試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．５の比較例の磁化曲線をそれぞれ図３および図４に示し、試料Ｎｏ．２の実施例の磁化曲線を図５に示す。これらの磁化曲線を比較すると明らかなように、膜面内方向の磁化曲線の角型性は、比較例の試料よりも実施例の試料のほうが良好であって、磁気エネルギー積の高い永久磁石薄膜が得られた。
【００４６】
アルミニウム酸化物層だけを単結晶シリコン基板上に堆積すると、基板の薄膜堆積側が凸状に湾曲するように応力が発生した。また、希土類合金磁性層だけを単結晶シリコン基板上に堆積すると、基板の薄膜堆積側が凹状に湾曲するように応力が発生した。しかし、本発明の構成を採用した場合は、基板の湾曲が著しく抑えられていた。
【００４７】
（実施例２）
本実施例では、主面の面方位が（１００）の単結晶シリコン基板（長さ１０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚み０．１ｍｍの短冊状）を用意した。次に、この単結晶シリコン基板上にアルミニウム酸化物層を高周波スパッタリング法により堆積させ、その後、基板を４００℃に加熱・保持し、アルミニウム酸化物層の上にＣｕを添加したＳｍ−Ｃｏ合金層（希土類合金磁性層）を厚さ４００ｎｍに堆積させた。こうして作製した各試料の積層構造および熱処理条件を下記の表２に示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
ここで、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４が本発明の実施例であり、Ｎｏ．１およびＮｏ．５が比較例である。
【００５０】
アルミニウム酸化物層の形成は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の焼結体ターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、投入電力１２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力０．７Ｐａ、堆積速度０．５ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｓｍ−Ｃｏ合金層の形成は、ターゲットに原子比でＳｍ₁₁Ｃｏ₈₀Ｃｕ₉の組成比を有する鋳造合金を用いてＤＣスパッタリング法により、投入電力２Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力０．７Ｐａ、堆積速度０．５ｎｍ／ｓの条件で行った。
【００５１】
その後、触針式段差計を使って基板の反り量を測定した。そのデータを基に、前述の近似式を使って、膜の内部応力を算出した。
【００５２】
なお、表２における「膜構造」の欄に記載されている「基板／［ＡlＯ_x（１０ｎｍ）／Ｓｍ- （Ｃｏ，Ｃｕ）（１００ｎｍ）]×４」の標記は、「厚さ１０ｎｍのアルミニウム酸化物層と厚さ１００ｎｍのＳｍ−Ｃｏ合金層を交互に積層した構造が基板上に形成されており、その積層構造中に含まれるアルミニウム酸化物層およびＳｍ−Ｃｏ合金層の層数が何れも４である」ということを示している。
さらに、すべての試料について試料振動型磁力計（ＶＳＭ）で膜面内方向と膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータをもとに、Ｓｍ−Ｃｏ合金層のみが一様に磁化されるものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留磁束密度Ｂ_rと保磁力Ｈ_cJを内部応力と共に表２に示している。ここで、内部応力の負号は、薄膜に働いているのが引っ張り応力であり、正号は圧縮応力であることを表している。
【００５３】
表２からわかるように、アルミニウム酸化物層とＳｍ−Ｃｏ磁性合金層が適切な膜厚比で堆積された実施例（試料Ｎｏ．２〜４）では、薄膜の内部応力が比較例（試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．５）の内部応力に比べて格段に小さい。この例では、比較例と実施例の試料共に形状異方性のため、残留磁束密度が膜面に垂直な方向よりも膜面内方向により高くなっているが、保磁力Ｈ_cJおよび残留磁束密度Ｂ_rのいずれについても、実施例の試料は比較例の試料と同等かあるいは上回る特性が得られた。
【００５４】
以上説明してきた本発明の実施形態および実施例では、いずれも、アルミニウム酸化物層をシリコン基板の主面上に直接堆積しているが、本発明は、このような形態に限定されない。本発明による応力緩和の効果は、アルミニウム酸化物層とＳｍ−Ｃｏ磁性合金層とが積層されていれば得られるので、アルミニウム酸化物層およびＳｍ−Ｃｏ磁性合金層の積層順序は任意である。また、アルミニウム酸化物層およびＳｍ−Ｃｏ磁性合金層の積層体とシリコン基板との間にアルミニウム酸化物層以外の絶縁性や金属層が挿入されていても良い。ただし、アルミニウム酸化物層は、その上に堆積したＳｍ−Ｃｏ磁性合金層の磁気特性を優れたものとするので、シリコン基板の上にアルミニウム酸化物層を介してＳｍ−Ｃｏ磁性合金層を堆積することが最も好ましい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、集積回路を形成しやすいシリコン単結晶基板を支持基板として用い、Ｓｍ−Ｃｏ金属間化合物を主体とする永久磁石薄膜の優れた磁気特性を損なうことなく、積層構造中に発生する平均内部応力の絶対値を著しく低減させることが可能となる。その結果、永久磁石薄膜を支持する単結晶シリコン基板に反りの少ない、機械精度に優れたマイクロアクチュエータやマイクロデバイス、磁気記録媒体等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における永久磁石薄膜を示す断面図である。
【図２】従来の永久磁石薄膜を示す断面図である。
【図３】表１における試料Ｎｏ．１の比較例の磁化曲線を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、縦軸が磁化強度を示している。
【図４】表１における試料Ｎｏ．５の比較例の磁化曲線を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、縦軸が磁化強度を示している。
【図５】表１における試料Ｎｏ．２の実施例の磁化曲線を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、縦軸が磁化強度を示している。
【符号の説明】
１単結晶シリコン基板
２アルミニウム酸化物層
３希土類合金磁性層
４希土類合金磁性層

Claims

単結晶シリコン基板に支持された積層構造を備える永久磁石薄膜であって、
前記積層構造は、
前記単結晶シリコン基板上に形成されたアルミニウム酸化物層と、
前記アルミニウム酸化物層上に形成された、ＳｍおよびＣｏを主要構成元素とし、かつ、少なくとも部分的に結晶化している希土類合金磁性層と、
からなり、
前記アルミニウム酸化物層の厚さは、前記希土類合金磁性層の厚さの１／３０以上１／３以下であり、
内部応力の絶対値が５×１０⁸Ｐａ以下に調節されており、
保磁力Ｈ_cjが１１２ｋＡ／ｍ以上である、永久磁石薄膜。
前記積層構造は、更に他のアルミニウム酸化物層および希土類合金磁性層を含み、この希土類磁性合金層もＳｍとＣｏを主要構成元素とする、請求項１に記載の永久磁石薄膜。
前記希土類合金磁性層が磁気異方性を有している請求項１または２のいずれかに記載の永久磁石薄膜。
請求項１から３のいずれかに記載の永久磁石薄膜を備えたマイクロマシーン。