JPH0489606A - 軟磁性薄膜の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高飽和磁束密度と高周波透磁率を持ち、高密
度記録再生用磁気ヘッドのコア材料等に好適な軟磁性薄
膜の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

例えばオーディオテープレコーダやＶＴＲ（ビデオテー
プレコーダ）等の磁気記録再生装置においては、記録信
号の高密度化や高品質化等が進められており、この高記
録密度化に対応して、磁気記録媒体として磁性粉にＰｅ
、　Ｃｏ、　ＮＩ等の金属あるいは合金からなる粉末を
用いた。いわゆるメタルテープや１強磁性金属材料を真
空薄膜形成技術によりベースフィルム上に直接被着した
。いわゆる蒸着テープ等が開発され、各分野で実用化さ
れている。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕ところ
で、このような所定の保磁力を有する磁気記録媒体の特
性を発揮せしめるためには、磁気ヘッドのコア材料の特
性として、高い飽和磁束密度を有するとともに、同一の
磁気ヘッドで再生を行なおうとする場合、或いは、高周
波域において記録再生を行う場合等においては、高透磁
率を併せて有することが要求される。

従来は、センダスト合金（Ｐｅ−８ｔ−Ｍ、　Ｂｓ；１
０ＫＧ）や、　Ｃｏ系アモルファス合金などが用いられ
ていたが、センダスト合金は、膜の内部応力が大きく、
また結晶粒が成長し易く厚膜化が難しい。

また、飽和磁束密度ＢｓがＩＤＫＧ程度で、今以上の高
密度記録には飽和磁束密度Ｂｓが不充分である。また、
　Ｃｏ系アモルファス合金は特性も良く高飽和磁束密度
Ｂｓのものも作製できるが、４５０℃程度で結晶化して
しまうため、ヘッド形成する際に高温でガラス接合でき
ず、充分な接合強度が得られないという難点があった。

その他の軟磁性材料としては窒化鉄があり。

般に、窒素含有雰囲気中で鉄をターゲットとしてイオン
ビーム蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に形
成される。しかしながら、この軟磁性薄膜は、ガラスボ
ンディング等の際の加熱によって保磁力が大幅に上昇し
てしまい特性の安定性が不充分であるという問題があっ
た。

特開昭６３−２９９２１９号公報には、このような問題
点を改良せんとした次の軟磁性薄膜が記載されている。

ｒＰｅ）（Ｎｙ　Ａｚ　　（ただし、ｘ、ｙ、ｚは各々
組成比を原子％として表し、ＡはＳｌ、　Ａｒ４．　Ｔ
ａ、　　Ｂ。

Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｚ
ｒ、　Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｍｏ、　　Ｖ。

Ｗ、　Ｈｆ、　Ｇａ、　Ｇｅ、希土類元素の少なくとも
１種を表す。）なる組成式で示され、その組成範囲が０
．５≦ｙ≦　５．０ ０．５≦２≦７．５ ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ であることを特徴とする軟磁性薄膜。」前記軟磁性薄膜
は、前記Ａで表わされた元素と鉄との合金を調製し、該
合金をターゲットとして窒素を含む雰囲気中でのスパッ
タリングにより形成される。アルカリ土類金属等の鉄と
固溶しない金属については、そのチップを作成し該チッ
プを鉄ターゲツト上に置いてスパッタリングを行なう。

しかし、特開昭６３−２９９２１９号公報に記載の方法
で製造された軟磁性薄膜もまた加熱によって保磁力が上
昇するのを避けられない。

さらに−軸異方性を有していないため高周波域における
透磁率を高くすることができないという欠点がある。

また、製膜条件にもよるが、−膜内に結晶質材料は、膜
を付着する過程でセルフシャドウィング効果によって柱
状晶になり易く２粒界部にボイドが形成されるために磁
気的に不連続になり軟磁気特性が劣化してしまう傾向が
ある。このセルフシャドウィング効果は、磁気ヘッドを
作製する際の様に下地に段差がある場合や厚膜化する場
合に特に顕著となり、充分な特性が得られないという難
点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を改良した軟磁性薄膜
の製造方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば次の軟磁性薄膜の製造方法により上記目
的を達成することができる。

Ｐｅａ　Ｂ、　Ｎ、　　（但し、ａ、ｂ、ｃは各々原子
％を示し、ＢはＺｒ、　ｌｌｆ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔ
ａ、　　Ｖ、　Ｎｏ、　Ｗ）少なくとも１種以上を表わ
す。）なる組成式で示され、その組成範囲は ｏ＜ｂ≦２０ Ｑ＜ｃ≦２２ の範囲（但し、ｂ≦　７．５且つＣ５０を除く）である
非晶質合金膜と窒素ゲッター膜の積層体を形成し、前記
積層体を熱処理して前記合金膜中の窒素を前記窒素ゲッ
ター膜に取り込ませると共に前記合金膜を結晶化させて
軟磁性薄膜を得る軟磁性薄膜の製造方法。前記組成範囲
を点Ｅ、Ｆ、Ｇ。

Ｈ，Ｉ、Ｊにより第１図に示す。

前記窒素ゲッター膜は、好ましくは、　Ｚｒ、　Ｈｆ。

Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　　Ｖ、　Ｎｏ、　Ｗのうちの
少なくとも１種以上から成る。

また好ましくは１組成が前記非晶質合金膜の組成範囲内
にあり、ｃ／ｂが１．０〜２．１である軟磁性薄膜を得
るように前記非晶質合金膜中の窒素を前記窒素ゲッター
膜に取り込ませる。該軟磁性薄膜は、より一層良好な軟
磁性（例えば、保磁力Ｈｅ、異方性磁界Ｈｋ等）を示す
とともに、ｃ／ｂの値の減少とともにＨｋも減少する傾
向が見られる。

従って、窒素ゲッター膜に取り込ませる前記非晶質合金
膜中の窒素量を制御することにより、異方性磁界Ｈｋが
制御された軟磁性薄膜を得ることができる。

以下１本発明の着想について概説する。

前記特定組成の非晶質合金膜は２段差のある下地に形成
された場合のステップカバレッジは良好であるが、良好
な軟磁性特性を示さなかった。ところが、前記非晶質合
金膜を熱処理して結晶化させることにより、良好な軟磁
性を有する薄膜が得られるということ、さらに、前記熱
処理を磁界中において行なうと一軸異方性を有する軟磁
性薄膜が得られるということを本願発明者は見い出した
。

さらに、前記非晶質合金膜中のＮ（窒素）は膜の非晶質
化のため必要であるが、前記非晶質合金膜の表面を露出
して熱処理すると放出され（Ｎ２として放出されると思
われる）、そのため良好な軟磁性を有する薄膜が得られ
るということがわかった。本願発明者は、前記非晶質合
金膜の表面を露出させることなく層間に形成された場合
においてさえも熱処理においてＮを放出させることを鋭
意研究し２本願発明を完成するに至った。

なお、得られた軟磁性薄膜からＮを放出すると（例えば
、熱処理を追加して行なうことによって窒素ゲッター膜
により多くの窒素を取り込ませると）、Ｎの放出により
軟磁気特性が変化する。そのため、より一層良好な軟磁
気特性を得るためＮを放出させても良い。また、軟磁性
薄膜として形成された後にさらに熱処理が避けられない
場合には、軟磁性薄膜からのＮの放出を防止することに
より（例えば、窒素ゲッター膜の上にさらに窒素を透過
させない膜（ＳｉＯ□膜等）を形成することにより）、
必要以上のＮの放出による軟磁気特性の変化を防止する
ことができる。

〔好適な実施態様〕

窒素ゲッター膜は、前記非晶質合金膜の熱処理により膜
から放出される窒素を吸収して取り込むことができるも
ので良く、好ましくは、窒素を取り込む性質を有する元
素（例えば、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　ＴＩ。

Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｖ、　Ｎｏ、　Ｗ等）のうちの少なく
とも１種以上から成るものにする。

窒素ゲッター膜としては１例えば、Ｔｌ膜、　Ｚｒ膜、
ｌｌｆ膜等がある。

前記非晶質合金膜と窒素ゲッター膜の積層体は、前記非
晶質合金膜の片面又は両面に窒素ゲッター膜を直接積層
したもので良く１片面に窒素ゲッター膜を直接積層して
あれば他方の面に窒素を取り込まない膜（Ｓ１０□膜等
）が積層されていても良い。また、窒素ゲッター膜を基
板として形成し、その表面に前記非晶質合金膜を表面を
露出させて形成したものも積層体に含まれる。

窒素ゲッター膜が窒素を取り込む量は、ゲッター膜の厚
さ、熱処理温度又は熱処理時間によって制御でき、熱処
理温度が高くなるにつれて又は熱処理時間が長くなるに
つれて取り込む量も増加する。

得られる軟磁性薄膜の好ましい組成範囲は６９≦ａ≦９
３ ２≦ｂ≦１５ ５．５≦Ｃ≦２２ の範囲である。この組成範囲を点Ｑ、に、Ｌ。

Ｕ、Ｍにより第１図に示す。

前記軟磁性薄膜のより好ましい組成範囲は、前記王者の
三成分組成座標系（Ｐｅ、　　Ｂ、　Ｎ）において Ｐ　　（９１，２，７） Ｑ　　（９２，５，２，５，５） Ｒ（８７，７，５，５，５） Ｓ　　（７３，１２，１５） Ｔ　　（６９，１２，１９） Ｕ　　（８９，９，２２） Ｖ　　（７Ｂ、　　５．　１９） の７点を結ぶ線分で囲まれた範囲である。この組成範囲
を点Ｐ、Ｑ；　Ｒ，Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖｉ、ｌ：、、ｌ：り
第１図に示す。

さらに好ましくは、前記熱処理を磁界中で行ない、−軸
異方性を有する軟磁性薄膜を得ることである。

前記結晶の粒径は、好ましくは３００Å以下である。

本発明における非晶質合金膜は、　Ｆｅ及びＮと。

特定の添加元素Ｂ、即ち、　Ｚｒ、　ＩＩＩ’、　Ｔｉ
、　Ｎｂ、　Ｔａ。

Ｖ、　Ｎｏ、　Ｗの少なくとも１種以上の元素とから成
り、これらＦｅとＮと特定の添加元素Ｂ（２種以上も含
む）の三者は、前記特定の組成範囲内にある。

前記組成範囲が、０くｂ≦２０かつ、Ｑ＜ｃ≦２２の範
囲（但し、ｂ≦　７．５かつＣ５０を除く）である場合
、好ましくは、ｂ≧　０．５かつＣ≧　０．５とする。

ｂ＜０．５又はｃ＜０．５の場合にはその存在による効
果が熱処理によって明瞭でないことがあるからである。

前記添加元素Ｂが２０原子％を越えるか、又は。

Ｎが２２原子％を越える場合には、熱処理によって良好
な軟磁性が得られない。

得られる軟磁性薄膜の組成範囲が、６９≦ａ≦９３かつ
２≦ｂ≦１５かつ５．５≦Ｃ≦２２の場合は、より良好
な軟磁性を示す。

より好ましくは、前記軟磁性薄膜の組成は、前記王者の
三成分組成座標系（Ｐｃ、　　Ｂ、　Ｎ）において、前
記特定の点Ｐ、Ｑ、Ｒ，Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ（７）７点を結
ぶ線分で囲まれた範囲である。得られたこの組成範囲の
軟磁性薄膜は保磁力が小さいので、特に磁気ヘッドのコ
ア材料等に好適である。

軟磁性薄膜の最も好ましい組成範囲は、保磁力が１　、
５０ｅ以下（さらには１０ｅ以下）を示す組成範囲であ
る。

前記添加元素ＢがＺｒである場合、得られた軟磁性薄膜
の好ましい組成範囲は。

Ｆｅｄ　　（Ｚｒｅ　　Ｎ　　ｔ−ｅ　　）　　１００
−ｄ７７≦　ｄ　≦８８ ０．３≦　ｅ　≦０．３８ で示される範囲である。この組成範囲を点Ｗ。

ｘ、ｙ、ｚにより第１図に示す。これらの点Ｗ。

ｘ、ｙ、ｚの座標は、はぼ次のとおりである。

Ｗ　（８８，３，［ｉ、　　８．４） Ｘ　（８８，４，５Ｂ、　７．４４） Ｙ　（７７、８，７４，１４，２Ｂ　）Ｚ　（７７、Ｂ
、９．１１３．１） 即ち、この範囲では、　Ｆｅを７７〜８８原子％含み。

かつ、軟磁性薄膜中の２「の含有率ｂ（原子％）とＮの
含有率Ｃ（原子％）の比ｃ　／　ｂがおよそ１．６３〜
２．３３となっている。この組成範囲の軟磁性薄膜は、
良好な軟磁性（例えば、保磁力１１ｃ＜５０ｅ）を示す
。

前記添加元素は、一種又は二種以上にすることができる
。例えばＺｒのみ添加することができるが、その他の添
加元素でＺｒの一部（例えば添加されるＺｒのうちの３
０原子％）を置き換えることができる。

また、　ＰｅはＣｏ、　Ｎｉ又はＲｕの一種以上で置き
換えることができる。例えば軟磁性薄膜を構成するＰｅ
のうちの３０原子％程度まで置き換えることができる。

本発明における前記特定組成の非晶質合金膜は１例えば
ＲＰスパッタ法等の気相析着法により得ることができる
。本発明における積層体を、それを構成する非晶質合金
膜の結晶化温度以上で熱処理し前記非晶質合金膜の一部
ないし全部を結晶化させて製造することができる。好ま
しくは、３５０〜６５０℃で熱処理する。より好ましく
は、前記熱処理を磁界中において行ない、−軸磁気異方
性を誘導し前記非晶質薄膜の一部ないし全部を結晶化さ
せて製造することができる。前記磁界は、好ましくは、
前記非晶質薄膜の反磁界よりも充分大きな磁界とする。

本発明の製造方法により軟磁性薄膜を基板上に形成する
場合は、形成される基板の種類により製造後の軟磁性薄
膜の緒特性に差が生じる場合があるので、適宜基板を選
択して製造することが好ましい。

〔実施例〕

非磁性フェライト基板上にこの基板との反応を防止する
目的でＳｉＯ□を約１００人製膜した基板上に、　Ｚｒ
ターゲットを用いてガス圧０．４Ｐａ、カッド電力２０
０ＷでＲＦマグネトロンスパッタ法により第１のＺｒ薄
膜（ゲッター膜）を０．７μｍ形成し。

さらにＦ（３９０Ｚｒ＋ｏ　（ａｔ％）ターゲットを用
いてＮ２を６　ｍｏｔ’％含むＡｒガス雰囲気０．１５
Ｐａ、　カソード電力１０００ＷでＦｅＺｒＮ非晶質薄
膜を５μｍ形成した。その後さらにガス圧０　、４Ｐａ
、電力２００Ｗで第２のＺｒ薄膜（ゲッター膜）を０．
７庫形成しさらにその上に５ｉ０２を４００人形成した
。

比較の為に第１及び第２のＺｒ薄膜を形成しない以外は
同様に膜形成したもの（参考例１）及び最上層のＳＩＯ
□をも形成しないもの（参考例２）を作成した。これら
の層構成を第２図（ａ）　、　（ｂ）　。

（Ｃ）に示す。これら３つのサンプルを１　、１　［ｋ
Ｏｅ］の磁界中で５５０℃で累積１，２，４．７時間の
熱処理を行ないそれぞれの段階で透磁率を測定した。結
果を第３図に示す。本実施例は参考例１及び２と比較し
て、熱処理時間に対して安定であり、さらに高い透磁率
を実現している。

〔発明の効果〕

本発明の軟磁性薄膜の製造方法は、前記特定の非晶質合
金膜と窒素ゲッター膜の積層体を熱処理して前記合金膜
中の窒素を前記窒素ゲッター膜に取り込ませると共に前
記合金膜を結晶化させて軟磁性薄膜を得るので、得られ
た軟磁性薄膜は良好な軟磁性を示す。

また２本発明の製造方法においては、前記非晶質合金膜
の少なくとも片面に窒素ゲッター膜が積層してあれば良
いので、非晶質合金膜の表面を露出することなく、膜中
の窒素を膜外に放出させることができ、また、他方の面
に窒素を取り込まない膜（例えばＳ１０□膜等）を積層
した場合でも膜中の窒素を膜外に放出させることができ
る。従って、軟磁性薄膜を磁気ヘッドのコアの一部とし
て層間に形成する場合でも（例えば１片面に５ｉｎ２ギ
ャップ層を直接積層して形成する場合でも）。

前記非晶質合金膜の一方の面に窒素ゲッター膜が積層し
であるので、−度の熱処理によって良好な軟磁性を有す
るコア層として形成することができる。

また２本発明の製造方法において２組成が前記非晶質合
金膜の組成範囲内にあり、ｃ／ｂが１．。

〜２．１である軟磁性薄膜を得るように前記非晶質合金
膜中の窒素を窒素ゲッター膜に取り込ませることにより
、より一層良好な軟磁性を示すとともに、異方性磁界）
１ｋが前記ｃ　／　ｂ値と相関関係にある軟磁性薄膜を
得ることができる。

本発明の製造方法により製造された軟磁性薄膜は、セン
ダスト合金やアモルファス軟磁性合金よりもはるかに高
い飽和磁束密度を有し、かつ、磁歪を零とすることがで
き、低保磁力、高透磁率の優れた軟磁気特性を得ること
ができる。

また、電気抵抗率もセンダスト並に高く磁界中熱処理に
よって一軸異方性を持たせることができ、その大きさも
組成や熱処理時間によって制御することができるので、
目的に応じた高周波透磁率を得ることができる。さらに
８５０　℃までの熱処理によっても特性が劣化しないこ
とから、ガラスボンディングなどに対する耐熱性にも優
れており、あわせて高い硬度と耐食性を持つことがら。

耐摩耗性も高く、信頼性の高い材料となっている。

本発明の軟磁性薄膜の製造方法は、非晶質合金膜として
形成し熱処理によって後がら微結晶化させるので１例え
ば磁気ヘッドを製造する際の様に下地に段差がある場合
でも、膜形成にあたってステップカバレッジが良好でが
っ鏡面が得られ易く多層膜化などの手段に依らなくても
結晶粒の粗大化を防ぐことができるので、厚膜化するこ
とが可能である。

従って９本発明により製造された軟磁性薄膜を例えば磁
気ヘッドのコア材料として用いることによって、高保磁
力の磁気記録媒体に対応することができ、高品質化、高
帯域化、高記録密度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明における非晶質合金膜及び軟磁性薄膜
の組成範囲を示す図である。 第２図（ａ）は本発明における積層体の一例の層構成断
面図であり、第２図（ｂ）及び（ｃ）は参考例の層構成
断面図である。 第３図は２本発明の実施例と参考例のサンプルについて
の熱処理時間と透磁率の関係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ＿ａＢ＿ｂＮ＿ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃは各々
   原子％を示し、ＢはＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ
   、Ｍｏ、Ｗの少なくとも１種以上を表わす。）なる組成
   式で示され、その組成範囲は ０＜ｂ≦２０ ０＜ｃ≦２２ の範囲（但し、ｂ≦７．５且つｃ≦５を除く）である非
   晶質合金膜と窒素ゲッター膜の積層体を形成し、前記積
   層体を熱処理して前記合金膜中の窒素を前記窒素ゲッタ
   ー膜に取り込ませると共に前記合金膜を結晶化させて軟
   磁性薄膜を得ることを特徴とする軟磁性薄膜の製造方法
   。
2. （２）前記窒素ゲッター膜は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ
   、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗの少なくとも１種以上から成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の軟磁性薄膜の製造方法。
3. （３）組成が前記非晶質合金膜の組成範囲内にありｃ／
   ｂが１．０〜２．１である軟磁性薄膜を得るように、前
   記非晶質合金膜中の窒素を前記窒素ゲッター膜に取り込
   ませることを特徴とする請求項１又は２記載の軟磁性薄
   膜の製造方法。