JPH03203308A

JPH03203308A - 磁性薄膜積層体

Info

Publication number: JPH03203308A
Application number: JP34104289A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ishiwata; 延行石綿
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Home Electronics Ltd; NEC Corp
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-09-05

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】７＠業上の利用分野］本発明は、磁性体からなる薄膜の複数を非磁性体からな
る薄膜と交互に積層した磁性薄膜積層体に係り、特にビ
デオテープレコーダ（ＶＴＲ）の磁気へノドに好適な磁
性薄膜積層体に関する。

（従来の技術）ＶＴＲなどの磁気へメトは、記録の高密度化に伴って、
高飽和磁化、高透磁率を有する軟磁性材が要求されてい
る。近年は、センダスＩ・や、Ｃ。

系アモルファス等の飽和磁化の大きい合金をスパッタリ
ング等によって成膜し、磁気ヘッドに利用することが行
われている。

しかしながら、さらに大きな飽和磁化を得るために、飽
和磁化の大きい鉄あるいは、鉄に冨む合金の結晶粒を極
微細化（平均粒径１０ｎｍ以下）することで軟磁気特性
を得る方法がとられている。

材料としては、純鉄〔例えば、儒学技報ＭＲ８８１６（
１９８８））、ＦｅＳｉ　　（例えば、信学技報ＭＲ８
６−１５（１９８６））、ＦｅＣ（例えば、Ｉ　ＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ、ｏｎ　Ｍａｇ、　ＭＡＧ−２３，Ｎ。

５．２７４６　（１９８７））等の２０ＫＧ程度以上の
飽和磁化を持つ膜を、Ｓｉｎ、やアルミナ等の非磁性膜
、あるいはパーマロイ膜等と交互に積層することにより
、微結晶化したもの、あるい４ＬＦｅ−Ｍ−Ｃ（Ｍ：Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂなど）系膜において、適当な熱処
理を施すことによりスパッタ成膜時のアモルファス状態
から、極微結晶を析出させたもの（儒学技報ＭＲ８９−
１２（１９８９））等が用いられている。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕上記した、積層あるいは、アモルファス相から熱処理に
より析出させることにより得られた微結晶軟磁性膜は、
＋Ｕ気ヘッドに加工する時に、ガラスを溶着する熱工程
（６００’ＣＶｉ度）経ると、微結晶が成長し、軟磁気
性をそこなうという欠点があった。軟磁気特性の熱安定
性は、積層膜（Ｆｅ／５ｉｎ２、ＦｅＳｉ／５１０ｇ、
ＦｅＳｉ／ＮｉＦｅ、ＦｅＣ／ＮｉＦｅなど）で高々３
５０°Ｃ１ＦｅＭＣ微結晶膜で高々６００°Ｃである。

本発明は、以上の従来技術の欠点を改善するためになさ
れたちので、へンド加工時の熱工程における磁性膜の結
晶粒の成長を抑制できるｆ磁性薄膜積層体を提供するこ
とを目的としている。

（Ｌｍ題を解決するための手段および作用］上記の目的
を達成するために、本発明に係る磁性薄膜積層体は、磁
性膜と非磁性膜とが交互に積層してある磁性薄膜積層体
において、前記非磁性膜がジルコニウム、ハフニウム、
タンタル、チタニウムまたはニオブの１種以上の炭化物
からなることを特徴としている。

磁性膜は、鉄またはコバルトの少なくともいずれか一方
と、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、チタニウム
またはニオブの１種以上と、炭素とからなるものが望ま
しい。また、磁性膜には、アルミニウム、ガリウム、ケ
イ素またはゲルマニウムの少なくとも１種以上を添加す
ることができる。

上記の如く構成した本発明は、非磁性膜が炭素と親和力
の強いＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ（Ｄ一種以上の炭
化物によって構成してある。このため、磁性薄膜積層体
を磁気ヘッドに加工する際のガラスを溶着する熱工程に
おいて、磁性薄膜積層体に７００°Ｃ程度の高温が作用
しても、上記の炭化物の融点が３０００　’Ｃ程度と高
く安定なことから磁性膜内の結晶粒がＩｌｌ厚方向に拡
散、成長することを妨げる。従って、熱工程における磁
性膜内の結晶粒が大きく成長することによる透磁率の低
下、保磁力が大きくなることを阻止でき、良好な磁気ヘ
ッドを得ることができる。

磁性膜が鉄またはコバルトの少なくともいずれか一方と
、Ｚｒ、、Ｈｆ、Ｔａ、、Ｔｉ、Ｎｂの工種以上と、炭
素とからなるものであると、磁性膜の熱処理の際に、炭
素と親和力の強いＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂが、磁
性結晶粒の界面に炭化物を形成する。このため、磁気へ
ンドに加工する際の熱工程において、これらの炭化物が
磁性膜の面内における結晶粒の成長を妨げ、結晶粒を微
細な状態に維持し、透磁率の低下を防止する。

この磁性膜中のＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ；よ、５
〜１５ａｔ％がよい（信学技報ＭＲ８９−１２（１９８
９））、第工３回日木応磁講演概要集２５ａＤ−２（１
９８９））、これらがあまり多いと、強磁性体であるＦ
ｅまたはＣｏ０）割合が少なくなり、保磁力が大きくな
ったり、飽和磁化が小さくなるなど、磁気特性が低下す
る。また、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂが５ａｔ％よ
り少ないと、炭化物を形成して結晶粒の成長を防止する
効果が小さくなる。一方、Ｃの含有量は、上記のＺｒ、
Ｈｆ、、Ｔａ、ＴｉまたはＮｂと炭化物を形成する量で
あって、７〜２０ａ　ｔ％が望ましい（信学技報ＭＲ８
９−１２（１９８９））、第１３回日本応磁講演概要集
２５ａＤ−２（１９８９））。Ｃの含有量が多すぎると
保磁力が大きくなったり、飽和磁化が低下するし、Ｃが
少なすぎると、充分な量の炭化物を形成できない。

また、上記の磁性膜にＡｌＸＧａ、Ｓ　ｉ、Ｇｅを添加
すると、保磁力を低下させることができる。

これらの元素は、Ｆｅの磁歪を低下させることから保磁
力を低下させる作用がある。しかし、添加量は、８ａｔ
％以下か望ましい。添加量が８ａｔ％を超えると、飽和
磁化が１４ＫＧ以下となり高飽和磁化材料としては不十
分である。

〔実施例］鉄ターゲツト上にＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、、ＴｉまたはＮｂ
のいずれかのチップと炭素チップとを配置し、スパッタ
リングによって基板上にＦｅ−Ｍ−Ｃからなるアモルフ
ァス磁性膜を、１００〜２０００人形成する。但し、こ
こにＭは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂのいずれかで
ある。次に、Ｚ　ｒ。

Ｈｆ、Ｔａ５Ｔｉ、Ｎｂのいずれかからなルターゲソト
と炭素からなるターゲットとを同時にスパッタリングし
、Ｍ−Ｃの非磁性膜を数１０〜２００Ａ戚膜する。ただ
し、ここにＭは、上記と同しＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｎｂのいずれかである。

さらに、このＭＣ非磁性膜の上に前記のＦｅ−Ｍ−Ｃア
モルファス磁性膜、ＭＣ非磁性膜を交互にスパッタリン
グによって積層し、全体として数μｍ〜数１０μｍの厚
さの磁性Ｆｉ膜積層体にする。

その後、上記の積層した磁性薄膜積層体を熱処理をし、
アモルファス磁性膜を結晶化する。このとき、磁性膜中
の炭素と親和力のあるＭは、Ｃと結合して炭化物となっ
て結晶粒界に析出するとともに、非磁性膜のＭが炭化物
を形成する。

スパッタリングの条件は、通常のスパッタリング条件で
よく、例えば磁性膜を成膜する場合、真空度ｌＸ１０”
Ｔｏｒｒのチャンバ内を２×１゜３Ｔｏｒｒのアルゴン
ガス雰囲気にし、ＭとＣのチップを配置した２０．３２
ｃｍ　（８インチ）の鉄ターゲツトに１ｋＷの電力を投
入し、マグネトロンスパッタによって基板にＦｅＺｒＣ
アモルファス磁性膜を形成する。また、非磁性膜を成膜
する場合にも同様である。

積層した磁性薄膜積層体の熱処理は、５００　”Ｃ〜６
００　”Ｃの雰囲気中に３０分〜２時間程度保持してア
ニール処理を行う。

く具体的実施例〉２０．３２ｃｍの鉄ターゲツト上にＺｒと炭素とのチッ
プを配置し、２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒアルゴンガス雰囲気
中においてマグネトロンスパッタにより、第１図（Ａ）
のように基板１２上に、Ｚｒが６＋−１０ａｔ％、Ｃが
ｌ　Ｏ＝　１５　ａ　ｔ％のアモルファスのＦｅＺｒＣ
からなる磁性１１１ｊ１４を約１ＯＯＯλの成膜した。

その後、ｚｒとＣとのターゲットを２Ｘ１０−３Ｔｏｒ
ｒアルゴンガス雰囲気中でスパッタリングし、ＺｒＣか
らなる非磁性膜１６を約２０入形成した。さらに、この
非磁性膜１６上にＦｅＺｒＣの磁性膜１４とＺｒＣの非
磁性膜１６とを交互に成膜し、磁性薄膜積層体２０を形
成した。次に、上記のように形成した磁性薄膜積層体２
０を６００℃で３０分保持してアニール処理を施した。

このアニール処理をした磁性薄膜積層体２０の磁性膜１
２を電子顕微鏡によって観察したところ、第１図（Ｂ）
に模式図で示したように、平均結晶粒数１０入の磁性微
結晶粒２２が形成されているとともに、結晶粒界にＺｒ
の炭化物２４の析出していることが観察された。また、
非磁性膜１６は、Ｚｒが炭化物となっていた（図示せず
）、そして、上記磁性薄膜積層体２０の飽和磁化（４π
ＭＳ）、保（Ｂ力（Ｈｉ、ｉ３Ｉ率（μ）を測定したと
ころ、飽和磁化が１５〜１６ｋＣ；、保磁力が０．５０
ｅ以下、５ＭＨｚにおける透磁率が３０００以上であっ
た。

一方、実施例の磁性薄膜積層体２ｏの熱処理温度と保磁
力との関係を求めたところ、第２図に示した結果が得ら
れた。

ＦｅＳ　ｉからなる磁性膜とＳｉ○からなる非磁性膜と
を積層した従来例Ｉの磁性薄膜積層体は、熱処理温度が
３５０°Ｃを越えると保磁力が角、激に大きくなる。こ
のため、従来例Ｉは、磁気ヘッドに加工する際のガラス
を溶着する熱工程において、結晶粒が成長じて透磁率の
低下を招き、保磁力が大きくなる。また、ＦｅＺｒＣの
みからなる従来例■は、処理温度が６００°Ｃを越える
と保磁力が急激に大きくなる。従って、従来例■は、従
来例Ｉより熱特性が優れている。

しかし、本実施例のＦｅＺｒＣとＺｒＣとからなる磁性
薄膜積層体２０は、処理温度が７５０°Ｃであっても保
磁力を１以下に保つことができ、透磁率がほとんど低下
しない。じかも、保（Ｂ力を０゜５以下にすることがで
き、従来例１、従来例■よりも保磁力が小さく、これら
よりも優れた磁気特性を示している。

なお、前記実施例においては、磁性体薄膜１２がＦｅＺ
ｒＣからなる場合について説明したが、上記の磁性体薄
嘆中にＡｌ４．Ｇａ、Ｓ　ｉ、Ｇｅのいずれか一種また
は複数種を添加してもよい。Ａ２、Ｇａ、Ｓ　ｉ、Ｇｅ
は、保磁力を低下させる性質を有していることが知られ
ており、ＦｅＺｒＣの磁性膜１４にこれらを添加すると
、磁性膜１２の保磁力をより低下させることができる。

ただし、Ａ１、Ｇａ、ＳｉまたはＧｅの添加量は、８ａ
ｔ％以下が望ましい。これらの添加量が８ａｔ％を超え
ると、飽和磁化が１４ＫＧ以上となるる。

また、前記実施例においては、ＦｅＺｒＣの磁性膜１４
どＺｒＣの非磁性膜１６とを積層した場合について説明
したが、基膜のＺｒの代わりにＨｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ
のいずれを用いても同様の効果を得ることができ、また
Ｚｒ、、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂの複数を含ませてもよ
い。そして、前記実施例においては、Ｆｅを主成分とす
る場合について説明したが、Ｆｅに代えてＣｏを使用し
てもよい。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明によれば、磁性膜と交互
に積層した非磁性膜をＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＴｉまたはＮ
ｂの１種以上からなる炭化物によって構成したことによ
り、この炭化物が磁性膜中の磁性結晶粒の膜厚方向に拡
散、成長するのを阻止し、ｉ！！ｆｉ率粒が低下するこ
とを防止する。

そして、磁性膜を、鉄またはコバルトの少なくともいず
れか一方と、ジルコニウム、　ハフニウム、タンタル、
チタニウムまたはニオブの１種以上と、炭素とによって
形成すると、磁性膜の熱処理の際に、炭素と親和力の強
いＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂが、磁性結晶粒の界面
に炭化物を形成し、磁気ヘッドに加工する際の熱工程に
おいて、これらの炭化物が磁性膜の面内における結晶粒
の成長を妨げ、結晶粒を微細な状態に維持し、透磁率の
低下を防止する。

また、磁性膜に、アルミニウム、ガリウム、ケイ素また
はゲルマニウムの少なくとも１種以上を添カロすると、
保磁力を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る磁性薄膜積層体の説明図
、第２図は実施例と従来例との熱処理温度と保磁力との
関係を示す図である。１４　　磁性膜、１６−　非磁性膜、２０−・磁性薄膜
積層体、２２−　磁性結晶粒、２４　・−・炭化物。（Ａ）第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁性膜と非磁性膜とが交互に積層してある磁性薄
膜積層体において、前記非磁性膜がジルコニウム、ハフ
ニウム、タンタル、チタニウムまたはニオブの１種以上
の炭化物からなることを特徴とする磁性薄膜積層体。
（２）前記磁性膜は、鉄またはコバルトの少なくともい
ずれか一方と、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、
チタニウムまたはニオブの１種以上と、炭素とからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性薄膜積層体。
（３）前記磁性膜に、アルミニウム、ガリウム、ケイ素
またはゲルマニウムの１種以上を含ませたことを特徴と
する請求項２に記載の磁性薄膜積層体。