JPH01501072A - アモルファスアルミニウム―窒素合金層の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アモルファスアルミニウムー窒素合金層の製造方法ｉ肌＠１東 本発明は磁気光学（ＭＯ）記録の分野に関する。より詳細には磁気光学記録素子 に使用する窒化アルミニウム層の製造方法に関する。

ここで用いる「磁気光学記録素子」は、その構造の一部を形成する磁気光学記録 層の磁気パターンに対応して偏光入射光の特性を選択的に変える磁気光学書き込 み／読み出しプロセスに用いられる多層構造をいう、かかる記録素子として典型 的なものは、支持体、磁気光学記録層（例えば、希土類および遷移金属のアモル ファス合金）および−以上の誘導体または半導体の耐蝕性非反射層とを含む、い わゆる「二層」記録素子は、一方の表面上に単一の非反射層を有し反対面上に支 持体（これは層の数を決める際計算に入れない）を有する磁気光学層を含む、「 三層」構造は、支持体とＭＯ層との間に第二の保護層を含む。

ＭＯ記録素子の非反射保護層の基本的な機能は、周知のクール（Ｋ　ｅｒｒ）効 果（反射系）とファラデ４−　（Ｆ　ａｒａｄａｙ）効果（透過系）による磁気 光学回転角ｅｋを大きくすることである０周知のようにより望ましいＭＯ材料の あるものは０．５′″よりずっと小さいｅｋＬか示さないためθｋを大きくしな ければ読み出しシグナルのシグナル対ノイズの比は良くて最低限界値にしかなら ない。

非反射層のもう一つの同等に重要な機能は、これに接するＭＯ層の腐食を防止す ることである。最も望ましいＭＯ層のあるもの（例えば前述の希土類−遷移金属 （ＲＥ−ＴＭ）合金）は周囲環境に不安定であることがよく知られている。即ち 、これらは耐蝕性がほとんどなく、また言うまでもないが磁気光学的特性を全く 変えでしまう酸化に対する抵抗性もほとんどない。

太田らの「多層構造を有する磁気光学材料の信頼性の研究」（１９８４年発行邦 論文誌：応用エレクトロニクス（ＡｐｐｌｉｅｄＥ　Ｉｅｅｔｒｏｎｉｃｓ）　 、第８巻、Ｎｏ、　２．９３−９６頁）には、結晶窒化アルミニウム（ＡＩＮ＞ でできている耐蝕層の対の間に希土類−遷移金属（ＲＥ−ＴＭ）の薄膜をはさみ 込んだ三層記録素子が開示されている。これらの層はガラス支持体で支えられて おり、露出しているＡＩＮ層は反射層（例えば銅）ではみ出し被覆されている。

かかる多層配列の結果、磁気光学回転角θには１．２°へと大きくなりＭＯ層の 保磁力は常時比較的安定となった。このようにθに値が大きくなったためｅｋＪ Ｒ値（ここでＲは記録素子の反射能）が比較的大きくなるという利点が生み出さ れたが、かかる素子の製造は比較的時間を要しそのためコスト高である。

さらにかかる素子の環境に対する安定性は今だ所望のものからほど遠いものであ る。

１乳へｉ扛 本発明は、本発明のＭＯ記録素子の製造方法を提供することを目的とする。窒化 アルミニウムのアモルファスフィルム、中でも特にＡ　ｌ　１−　ｘ　Ｎ　ｘの 化学量論式を有するもの（ここでＸは約０．３０から０．４５の間である）は実 質的に大きなθｋを与え従来技術の結晶ＡＩＮ層よりも高い耐蝕性を有する０本 発明によれば、かかるフィルムの製造方法が提供される。その方法には、沈着速 度、窒素対不活性ガスの比、支持体の温度、蒸着電力、窒素流速、全圧が精密に 制御された蒸着反応工程が含まれる。

本発明は好ましい具体例の詳細な説明とその中の部分を説明する図面な参照する ことによってよりよく理解されるであろう。

区画！］１（４■朋− 第１Ａ図および第１Ｂ図は磁気光学記録素子の横断面図である。。

第２図および第３図は各々アモルファス非反射層があるｊ′％自とない場合の磁 気光学記録素子（第１図）のケールヒステリシスループである。

第４図は非反射被膜の厚さによる記録素子の反射率と磁気光学回転角の変化の仕 方３示したものである。

第５図は本発明の方法な実施するために用いられる型の蒸着反応器を図解したも のである。

第６図は本発明の方法により製造したアモルファスアルミニウムー窒素合金薄膜 の転位電子顕ＷＬ鏡写真（Ｔ　Ｅ　Ｍ　、２５０，０００倍）である。

第７図は第６図の１膜の特定部分を電子線回折した図である。

第８図はアモルファスおよび結晶の窒化アルミニウム層の耐蝕性な示したグラフ である。

い、の；＆ｆ＝８ 第１図は二層の磁気光学記録素子の横断面図である。この素子は支持体１０を有 しており、この支持体は希望により例えばガラス、ポリカーボネートアセテート またはアクリル樹脂でできた透明な材料であってもよい、支持体１０の頂部に、 偏光入射光に対するクールとファラデイーの効果を与えるいかなる材料を含んで いてもよい磁気光学薄膜層１２が配置される。しかしながら、記録層１２は希土 類と遷移金属を含む合金を含んでいるのが好ましい、特に好ましいＭＯ′Ｎｆｌ はテルビウム−鉄−コバルト（ＴｂＦｅＣｏ）である。記録層１２の頂部に、ア ルミニウムー窒素合金（Ａ　１　＋　−ｘ　Ｎ　ｘ　）薄膜の耐蝕非反射層１４ が配置される。

第１図の記録素子のＡ　Ｉ　Ｉ−ｘ　Ｎ　ｘ層は性質上アモルファスである。即 ち、第６図および第７図の顕微鏡写真と電子回折パターンから明らかなように結 晶構造が実質上全くない、即ち、周囲ガスがＭＯ層に到達して反応するために通 る迅速拡散用の流路として働くであろう粒子の境界が存在しない。粒子の境界の 不存在はまた、記録素子の性能（即ちシグナル／ノイズ比）を滅じがちな粒子境 界ノイズを除去する効果をもたらす。

このアモルファス層の組成式または化学量論式は式Ａ　ｌ　１−　Ｘ　ＮＸで表 わされる。ここでＸは約０．３０から０．４５の間である。本物質は化学量論式 ＡＩＮの結晶化合物とは光学的性質が異なることに注目すべきである６例えば６ ３３ｎｍ波長でのＳｉ支持体上のＡ　１　＋　−ｘ　Ｎ　ｘ薄膜（例えば６０ｎ ｍ）の屈折率は約１．８５であるのに対し、結晶ＡＩＮは約２．０５である。前 面書き込み、／読み出しモードの第１Ａ図の記録素子を用いたときは、指数１． ８５は反射防止効果のため結晶ＡＩＮの指数（ｎ＝２．０５）よりも典型的なＭ Ｏ材料（ロシ３．２）によりよく調和する。入射材が空気である前面書き込み／ 読み出しモードを仮定すると、被覆層の屈折率がＭＯ層の屈折率の平方根に等し いときに光学的調和（即ち、最高の反射防止状況が達成される）が達せられる。

第２図と第３図について、ＴｂＦｅＣｏで被覆したアモルファスＡ１．−にＮｘ の二層記録素子のクールヒステリシスループと第２図に示し、ＴｂＦｅＣｏで被 覆していないもののそれを第３図に示した。アモルファスＡｌ、−にＮｘ被覆記 録素子の２６には約２．３３°であるのに対し非被覆素子の一２θにはわずかに ０．２８°であることに注目すべきである。この８倍以上もの全般にわたる増大 は、単純な二層記録素子において現在までに発見されたクール回転増大の中で最 大のものであると思われる。また、この増大は前述の太田らの大獄に記載された より複雑な多層構造において達せられる増大と十分に比較しうる。　Ａｌｔ−ｘ Ｎｘ層の厚さによる反射率とクール増大の変化を第４図に示した。ここではクー ル増大因子をθに／θｋｏで表わした。ここでθｋｏとθにはそれぞれ被覆、非 被覆の記録素子のクール回転角を表わす。

Ａｔ＋−ｘＮｘ層の厚さは前述の性能係数ｅｋ、／−Ｒを最大にすることによっ てｉ！に適化するのが好ましい。

本発明の好ましい実施態様によれば、アモルファス窒化アルミニウムの薄膜はア ルゴン−窒素雰囲気下でアルミニウムターゲット（例えば純度９９．９９９５％ ）を反応を伴ったスパッタリングに供することによってＲＦ千圃面磁電管系おい て調製される。

ＲＦＦ電管スパッタリングのための一般的な構成を第５図に示した。その図に記 載されるように、アルゴンと窒素は真空室２２に入る前に混合室２０で予め混合 される。ＡＩ、〜ｘＮｘフィルムをつけるための支持体Ｓは、反対面で水冷しな 銅塊Ｂと熱的な接−ゲットＴは支持体Ｓから約５ｃｙ離れたところにおき、通常 の平面磁電管（例えば米国特許第４，３２４，６３１号に開示されるもの）でさ さえて２キロワツトの交流電源ＲＦの陰端子に有効に続が１する。ターゲットに 与えられる電力は可変インピーダンスＺによって調節される。真空室は極めて高 純度のアルゴンと窒素を導入する前はポンプで１ｘｌＯ−’）−ル以下にしてお く。付着膜の不純物を最小限にするために、シャッターＳ′が支持体Ｓを付着か ら保護している間に通常の方法でターゲットをきれいにスパッタリングするのが 望ましい、その方法は、先ず１５分間純粋なアルゴン雰囲気下でスパッタリング し、次いで３０分間所望の混合気体中でスパッタリングする２段階からなる。

付着したＡ　ｌ　１−　Ｘ　ｐＪ　ｘの性質はＲＦスパッタリング系のパラメー ターに依存することが明らかになっている。１つの重要なパラメーターは付着速 度であり、当然のことながらその速度はＲＦの電力、ターゲットから支持体まで の距離、支持体の温度、全スパッタリング圧力、窒素の分圧等に依存する。付着 速度の他にもアモルファスフィルム製造を調節するのににｇ・要なパラメーター として　ａ）窒素とアルゴンの比、ｂ）支持体の温度、Ｃ）スパッタリング用電 力、ｄ）反応気体（Ｎ２）の流速、ｅ）全圧がある。

以下の条件でアモルファスＡ　Ｉ！１−　ｘ　Ｎ　ｘフィルムが製造されること が判明している。

Ｎ　２　：　Ａ　ｒ比　−３０−５０％支持体の温度　−＜８０℃ 付着速度　−〉１５ナノメ一ター／分 スパッタリング用電力　−ｅｏｏ−ｉｏｏｏワット窒素の流速　−３−６ｓｅｅ 鍮 全スパッタリング圧力　−１−１５ｓＴｏｒｒ光学的構造および耐蝕性に関する 限り最良のフィルムは、Ｎ　２　：　Ａｒ比が約５０％、スパッタリング用電力 が約６００ワツト、窒素の流速が３　ｓｅｃｍ、全スパッタリング圧力が５ｍＴ ｏｒｒ、支持体の温度が７５℃および付着速度が１６ｎｍ／ｗｉｎで製造される 。

Ｎ２：Ａｒ比が２０％より小さければフィルムは実質的には多結晶質のアルミニ ウムからなり、Ｎ２：Ａｒ比が５０％を越えれば得られるフィルムは微品質の窒 化アルミニウムとなる。Ｎ　２　：　Ａ　ｒ比が約３０％から５０％の間であり その他のパラメーターが適当であれば、上述の望ましい化学量論（即ち、Ａ　ｌ 　１−　ｘ　Ｎ　ｘフィルムのＸが約０．３０から０．４５の間である）が達成 される。

ＲＦスパッタリング中は以下の一般条件が適している。

スパッタリング用電力　−３００−２０００ワツトスパツタリングガスの圧力　 −１−３０ｍＴｏｒｒバックグランド圧力　−Ｉ　Ｘ　１０−’ＴｏｒｒＮ２流 速　−３−６ｓｃｃ翰 ターゲツトと支持体との距Ｎ　−５ｃｚ上述のようにアモルファスＡ　１　＋　 −ｘ　Ｎ　ｘフィルムは第１Ｂ図に示す三層構造のようなより複雑な記録素子中 に有効に用いることができる。Ａ　Ｉ　Ｈ−ｘ　Ｎ　ｘフィルムが磁気−光学層 の両面につけられているときは磁気光学層の汚染を両面から防ぐことになる。

アモルファスＡ　ｌ　＋　−ｘ　Ｎ　ｘ中間層１６は、金属水酸化物または金属 酸化物を形成させるＭＯ層１２へ支持体に吸収されている水や不純物が移動しな いようにしている。

アモルファスＡ　１１−　ｘ　Ｎ　ｘ被覆物が結晶性フィルムよりも耐蝕性が優 れていることを明らかにするために、１１００ｎのアモルファスＡ１．ｘＮｘお よび１１００ｎ層の結晶ＡＩＮで各々被覆した２種類のＴｂＦｅＣｏフィルム（ 厚さ１０１００ｎについて電気化学的腐食試験を行った。これらの試験対象物を ０，１モルのクロル酢酸／ＫＣＩ緩衝水溶液に浸し６３２ｎｍの光で吸光度と透 過率の変化を測定した。８食が起こるとフィルムのピンホールが広がる。酸化や 腐食の程度を定量的に表わすにはピンホールの全面積をはかるのが最良である。

しかし、ピンホールの面積を正確に測定するのは困難であり時間がかかるためフ ィルムを通した光学的な吸光度／透過度でもって腐食した穴の全面積・を１間接 的に測定することとした。この浸漬試験における吸光度の変化を第８図に示した 。結晶窒化アルミニウムで被覆したＴｂＦ’ｅＣｏフィルムは短時間のうちに吸 光度が著しく減少した（曲線Ａ）、２４一時間の浸漬の間に結晶で被覆した方は ６０％以上吸光度が減少したのに対してアモルファス窒化アルミニウムで被覆し たものは同じ条件で同じ時間試験しても２０９Ｃシか吸光度は減少しなかった（ 曲線Ｂ）。

これらの結果はアモルファス窒化アルミニウムで被覆したＴｂＦｅＣｏ材料の方 が耐蝕性が良いことを示している。同じ溶液について電位変化の分極試験を行っ たところ同様の結果が得られた。アモルファス窒化アルミニウムの被覆は結晶窒 化アルミニウムの被覆より耐蝕性が２倍以上良いことが明らかになったすｌは酸 素に対する反応性が極めて高いため、フィルム付着の際にスパッタリング室に酸 素が微量存在していてもＡＩ、ｘＮｘフィルム中に入りこんでしまうかも知れな い。結果の良し悪しは問わずＡ　ｌ　１−　ｘ　Ｎ　ｘフィルムに生ずるかかる 変化も本発明に包含されるものである。

本発明を好ましい具体例を特に参照しながら開、示したが、以下に述べる特許請 求の範囲に明示する発明の精神と範囲を逸脱せずに改良しうろことが当業者には 明らかであろう。

ＦＩＧ、　Ｉｂ −１２，０−７，２−２，４０２，４７，２１２，０ＦＩＧ、３　緘−−スデ・ ド ＦＩＧ、　４ Ａｔｙ−ｒ　Ｎｘｑ４３　（ｎｌ’ｎ）ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ ν等　ア：ＩＣｋｒｓ’） ＦＩＧ、　８ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１の 昭和６３年　５月１３日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）低圧の窒素および不活性ガスの雰囲気下でアルミニウムターゲットに極 めて近接して支持体を配置し；ｂ）（ｉ）窒素対不活性ガスの比を約３０から５ ０％、（ｉｉ）支持体の温度を約８０℃未満、（ｉｉｉ）スパッタリング用電力 を約６００から１０００ワット、（ｉｖ）窒素の流速を約３から６ｓｃｃｍ、（ ｖ）全スパッタリング圧力を約１から１５ｍＴｏｒｒに維持しながら支持体上に アルミニウムー窒素合金を１５ナノメーター／分より速い速度で反応を伴うスパ ッタリングをする；各工程からなる支持体上にアルミニウムー窒素合金のアモル ファス層を形成する方法。
2. ２．窒素対不活性ガスの比を約５０％、支持体の温度を約７５℃、スパッタリン グ用電力を約３ｓｃｃｍ、全スパッタリング圧力を約５ｍＴｏｒｒに維持する請 求項１の方法。