JPH08218164A - Sputtering target for forming soft magnetic thin film - Google Patents

Sputtering target for forming soft magnetic thin film

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JPH08218164A
JPH08218164A JP2367395A JP2367395A JPH08218164A JP H08218164 A JPH08218164 A JP H08218164A JP 2367395 A JP2367395 A JP 2367395A JP 2367395 A JP2367395 A JP 2367395A JP H08218164 A JPH08218164 A JP H08218164A
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JP
Japan
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thin film
soft magnetic
magnetic
magnetic thin
film
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JP2367395A
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Japanese (ja)
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Akira Sakai
亮 酒井
Takashi Ishigami
隆 石上
Hiroshi Tomita
宏 富田
Tetsuhiko Mizoguchi
徹彦 溝口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering
    • H01F41/183Sputtering targets therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

PURPOSE: To develop a target for forming the soft magnetic thin film for a plane magnetic element of high resistivity and high saturation magnetic flux density by sputtering by arranging a B4 C chip on an Fe-Co alloy of specified composition. CONSTITUTION: A plane magnetic element as a combination of the plane coil and laminated magnetic material is used for the magnetic parts of a power source to miniaturize the power source as the various electrical instruments are miniaturized. A soft magnetic thin film having a low loss and a high saturation magnetization in a high-frequency region is formed by sputtering and used as the magnetic material to be used in the plane magnetic element. A target having the composition shown by (Fe1-x Cox )1-y (B1-z Xz )y (wherein, X represents one or more than two elements selected from the IVb group in periodic table, N and P; and x, y and z satisfy inequalities, 0<=x<=0.5, 0.06<y<0.5 and 0<z<1, respectively) and having a uniform and small permeability over the entire face is used as the target to be used for the plane magnetic element. The soft magnetic thin film has such a microstructure that a first amorphous layer 1 contg. Fe and Co is surrounded with a second amorphous layer 2 contg. group IVa elements such as B and C.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、軟磁性薄膜形成用スパ
ッタリングターゲットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputtering target for forming a soft magnetic thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、各種電子機器の小形化が盛んに進
められている。しかし、電子機器の電源部の小形化はそ
れに比較して遅れている。このため、電源部が電子機器
全体に占められる容積比率は増大する一方である。電子
機器の小形化は、各種回路のLSI化によるところが大
であるが、電源部に必須であるインダクタやトランスな
どの磁気部品については、このような小形化や集積化が
遅れており、これが電子機器全体に対する電源部の容積
比率の増大の主因となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of various electronic devices has been actively promoted. However, miniaturization of the power supply section of electronic equipment is delayed compared to that. For this reason, the volume ratio of the power supply unit to the entire electronic device is increasing. The miniaturization of electronic devices is largely due to the LSI of various circuits. However, with regard to magnetic components such as inductors and transformers that are indispensable for power supply units, such miniaturization and integration are delayed, This is the main cause of the increase in the volume ratio of the power supply unit to the entire equipment.

【0003】このような問題を解決するために、電源部
の磁気部品としてのインダクタやトランスなどとして、
平面コイルと積層した磁性体を組合わせた平面型の磁気
素子が提案され、その高性能化さらには小形化の検討が
進められている。
In order to solve such a problem, as an inductor or a transformer as a magnetic component of a power source,
Planar type magnetic elements have been proposed in which a planar coil and a laminated magnetic material are combined, and studies are being made to improve their performance and further reduce their size.

【0004】この平面型磁気素子に用いられる磁性体に
は、例えば1MHz 以上の高周波領域において、低損失で
かつ高飽和磁束密度であることが要求される。今後、磁
気素子の動作周波数が10MHz 〜100MHzにと推移していく
につれ、高周波での低損失と高飽和磁化の両立が、より
一層重要な問題になっていくと考えられる。
The magnetic material used in this planar magnetic element is required to have a low loss and a high saturation magnetic flux density in a high frequency region of 1 MHz or higher, for example. As the operating frequency of magnetic elements shifts from 10MHz to 100MHz in the future, it is considered that compatibility between low loss and high saturation magnetization at high frequencies will become an even more important issue.

【0005】すなわち、高周波励磁では、渦電流損失が
顕著になるため、低損失化のために磁性体の積層化や磁
性体自体の高低効率化が必要になる。また、インダクタ
ンス密度やエネルギー密度を高めるためには、高飽和磁
化が必要である。
That is, in high-frequency excitation, eddy current loss becomes remarkable, and therefore, it is necessary to stack magnetic bodies and increase the efficiency of the magnetic bodies themselves in order to reduce the loss. Further, high saturation magnetization is required to increase the inductance density and energy density.

【0006】また、磁気ヘッドなどにおいても、記録密
度の増大と媒体の高保磁力化,高エネルギー積化,動作
周波数の高周波化などに伴い、高周波領域において低損
失かつ高飽和磁化を兼ね備えた磁性体が要求されてい
る。
Also in a magnetic head and the like, a magnetic material having a low loss and a high saturation magnetization in a high frequency region is accompanied by an increase in recording density, a high coercive force of a medium, a high energy product, and a high operating frequency. Is required.

【0007】これらの要求は、その他の磁気素子におい
ても同様である。従来、これらの要求に対する磁気素子
に用いられる磁性体としては、非晶質磁性合金薄帯ある
いは軟磁性薄膜が検討されており、その中でも軟磁性薄
膜がより薄形化が図れると共に、その製造としてスパッ
タリング法などを採用することによりその膜は非晶質磁
性合金薄帯に比較しより広い範囲で非晶質が得られるこ
とより有効であるといわれている。
These requirements also apply to other magnetic elements. Conventionally, amorphous magnetic alloy ribbons or soft magnetic thin films have been studied as magnetic materials used in magnetic elements that meet these requirements, and among them, soft magnetic thin films can be made thinner and manufactured as It is said that the film is more effective than the amorphous magnetic alloy ribbon by adopting the sputtering method or the like because the amorphous film can be obtained in a wider range.

【0008】ところで、高周波領域では、透磁率は主に
回転磁化過程によって賄われる。よって、磁化困難軸方
向の励磁が重要になり、磁化困難軸方向の高周波透磁率
および高周波損失が重要な物性値になる。
By the way, in the high frequency region, the magnetic permeability is mainly covered by the rotating magnetization process. Therefore, excitation in the hard axis direction becomes important, and high-frequency permeability and high-frequency loss in the hard axis direction become important physical property values.

【0009】高周波透磁率は、試料の様々な物性と複雑
に関連した量であるが、最も相関が高いものとして、異
方性磁場が挙げられる。概ね、高周波透磁率は異方性磁
場の逆数に比例して変化する。
The high-frequency permeability is an amount that is complicatedly related to various physical properties of a sample, and the anisotropic magnetic field is the one having the highest correlation. Generally, the high frequency magnetic permeability changes in proportion to the reciprocal of the anisotropic magnetic field.

【0010】よって、上述したような高周波領域におい
て使用される軟磁性薄膜の高飽和磁化,高透磁率および
低損失を実現するためには、磁性薄膜内で一軸異方性を
有すること、および小さすぎない軟磁性薄膜内での一軸
異方性エネルギーを有することが必要である。
Therefore, in order to realize high saturation magnetization, high magnetic permeability and low loss of the soft magnetic thin film used in the high frequency region as described above, the magnetic thin film should have uniaxial anisotropy and a small amount. It is necessary to have uniaxial anisotropy energy in the soft magnetic thin film which is not too much.

【0011】このような要求を満たす磁性薄膜の材料と
しては、例えば一般的な遷移金属系合金膜では抵抗率が
低すぎ、磁気素子の磁性体として使用するためには、積
層数を増やさなければ十分な特性が得られないなど、複
雑な構造が必要となり、製造工程や製造コストなどの点
から十分とはいえない。
As a material of the magnetic thin film satisfying such requirements, for example, a general transition metal alloy film has a too low resistivity, and in order to use it as a magnetic body of a magnetic element, the number of laminated layers must be increased. A complex structure such as insufficient characteristics cannot be obtained, which is not sufficient from the viewpoint of manufacturing process and manufacturing cost.

【0012】また、高低効率を有するソフトフェライト
などの酸化物系材料では、飽和磁化が小さく、小形化,
高出力化には不向きである。これらの従来の軟磁性薄膜
に使用されている材料の欠点を克服するために、最近、
ヘテロアモルファス膜の研究開発が行われてる(特開昭
63-119209号公報)。しかし、このような系では、高飽
和磁化と高低効率の軟磁性薄膜は得られてはいるもの
の、磁気的にほぼ等方的な軟磁性薄膜しか得られていな
い。これは、磁気素子の特性に対して最適化した透磁率
を付与,制御するのには不向きである。特に、超小形薄
膜インダクタンス素子などにおいては、特定の大きさの
面内の一軸磁気異方性が必要である。
In addition, oxide materials such as soft ferrite having high and low efficiencies have a small saturation magnetization and are small in size.
Not suitable for high output. To overcome the shortcomings of the materials used in these conventional soft magnetic thin films, recently,
Hetero-amorphous films are being researched and developed.
63-119209). However, in such a system, although a soft magnetic thin film with high saturation magnetization and high and low efficiency has been obtained, only a magnetically isotropic soft magnetic thin film has been obtained. This is not suitable for giving and controlling the magnetic permeability optimized for the characteristics of the magnetic element. In particular, a microminiature thin film inductance element or the like requires in-plane uniaxial magnetic anisotropy of a specific size.

【0013】そこで、面内一軸磁気異方性の付与,制御
により、所望の磁化困難軸の励磁による透磁率が確保で
き、かつ高透磁率化と高低効率を満たす軟磁性薄膜が切
望されている。
Therefore, a soft magnetic thin film which can secure a desired magnetic permeability by excitation of a hard axis of magnetization by satisfying and controlling in-plane uniaxial magnetic anisotropy, and which has a high magnetic permeability and a high low efficiency is desired. .

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、磁気
素子の小形化対応のための平面型磁気素子などには、高
周波領域において高飽和磁化および低損失を満足する軟
磁性薄膜が求められていることから、高抵抗率を保ちつ
つ高飽和磁化を満足することが軟磁性薄膜の必須条件と
なる。また、平面型磁気素子などに所望の高透磁率を付
与するためには、磁化困難軸励磁による高周波透磁率の
獲得が重要となる。このためには、軟磁性薄膜に面内一
軸磁気異方性を付与すると共に、その制御性を高めるこ
とが必要となる。
As described above, a soft magnetic thin film satisfying a high saturation magnetization and a low loss in a high frequency region is demanded for a flat type magnetic element or the like for coping with miniaturization of a magnetic element. Therefore, satisfying high saturation magnetization while maintaining high resistivity is an essential condition for the soft magnetic thin film. Further, in order to impart a desired high magnetic permeability to a flat magnetic element or the like, it is important to obtain a high frequency magnetic permeability by hard axis excitation. For this purpose, it is necessary to impart in-plane uniaxial magnetic anisotropy to the soft magnetic thin film and enhance its controllability.

【0015】そして、このような課題を解決する軟磁性
薄膜の形成方法に関しても、現在その軟磁性薄膜の組成
と共に研究開発が行われているところである。本発明
は、このよう課題を解決するために成されたもので、小
形化および高性能化を図ることを可能とした平面型磁気
素子などに使用される軟磁性薄膜における、高飽和磁化
と高抵抗率を両立させると共に、磁化困難軸励磁による
高周波透磁率の獲得を容易にした軟磁性薄膜を形成する
ための軟磁性薄膜形成用スパッタリングターゲットを提
供することを目的とする。
Further, a method for forming a soft magnetic thin film which solves such a problem is currently being researched and developed together with the composition of the soft magnetic thin film. The present invention has been made to solve the above problems, and has a high saturation magnetization and a high saturation magnetization in a soft magnetic thin film used for a planar magnetic element or the like capable of achieving miniaturization and high performance. An object of the present invention is to provide a sputtering target for forming a soft magnetic thin film for forming a soft magnetic thin film which has both high resistivity and facilitates acquisition of high frequency magnetic permeability due to hard axis excitation.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段と作用】本発明の軟磁性薄
膜形成用スパッタリングターゲットは、一体として見た
場合に、下記一般式: (Fe1-x Cox1-y (B1-zzy (式中、xはIVb族元素,N,Pから選ばれる1種また
は2種以上の元素を示し、x,y,zはそれぞれ0≦x
≦0.5 ,0.06<y<0.5 ,0<z<1を満足する数であ
る)よりなる組成よりなることを特徴とする。
Means and Actions for Solving the Problems The sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention has the following general formula: (Fe 1-x Co x ) 1-y (B 1-z X z ) y (In the formula, x represents one or more elements selected from IVb group elements, N and P, and x, y and z are each 0 ≦ x.
≦ 0.5, 0.06 <y <0.5, 0 <z <1).

【0017】そして、本発明の軟磁性薄膜形成用スパッ
タリングターゲットを使用し、スパッタリングを行うこ
とにより得られた軟磁性薄膜は非晶質軟磁性薄膜であ
り、それは磁性を担う第1の非晶質相と、この第1の非
晶質相の周囲に配置された高抵抗を有する第2の非晶質
相とを具備し、かつ面内で一軸磁気異方性を得ることが
できる。
Then, the soft magnetic thin film obtained by performing sputtering using the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention is an amorphous soft magnetic thin film, which is the first amorphous material responsible for magnetism. It is possible to obtain an in-plane uniaxial magnetic anisotropy, including a phase and a second amorphous phase having a high resistance arranged around the first amorphous phase.

【0018】具体的には、得られた非晶質軟磁性薄膜は
鉄(Fe)およびコバルト(Co)のから選ばれる1種
または2種を含む磁性を担う第1の非晶質相と、前記第
1の非晶質相の周囲に配置され、硼素(B)とIVb族元
素,N,Pから選ばれる1種または2種以上の元素を含
む第2の非晶質相とから構成される微構造を薄膜形成領
域の少なくとも一部として有し、かつこの非晶質軟磁性
薄膜は面内で一軸磁気異方性を得ることができるのてあ
る。
Specifically, the obtained amorphous soft magnetic thin film comprises a first amorphous phase having a magnetism containing one or two kinds selected from iron (Fe) and cobalt (Co), It is arranged around the first amorphous phase and is composed of boron (B) and a second amorphous phase containing one or more elements selected from IVb group elements, N and P. This amorphous soft magnetic thin film can have uniaxial magnetic anisotropy in the plane, because it has a microstructure as at least a part of the thin film forming region.

【0019】ここで、第1の非晶質相の具体的な構成例
としては、例えばFe基磁性,Fe−Co基あるいはC
o基の磁性非晶質相が例示される。強磁性体であるFe
やFe−Coを主とする第1の非晶質相は、高抵抗を示
すB−(IVb族元素,N,P)を主とする第2の非晶質
相により包囲されているために、軟磁性薄膜全体として
は高抵抗を示し、かつ第1の非晶質相の各島状部間は磁
気的に結合させているために、高飽和磁化を得ることが
できる。
Here, as a concrete constitutional example of the first amorphous phase, for example, Fe group magnetism, Fe--Co group or C
An example is an o-based magnetic amorphous phase. Fe, which is a ferromagnetic material
Since the first amorphous phase mainly composed of Fe or Co is surrounded by the second amorphous phase mainly composed of B- (IVb group element, N, P) exhibiting high resistance, Since the soft magnetic thin film as a whole exhibits high resistance, and the islands of the first amorphous phase are magnetically coupled to each other, high saturation magnetization can be obtained.

【0020】このような複相非晶質相は、薄膜形成領域
の少なくとも一部として有していれば良いが、より好ま
しい形態としては、膜全体を実質的にこの複相非晶質相
とすることである。
It is sufficient that such a multi-phase amorphous phase is present as at least a part of the thin film forming region, but in a more preferable form, the entire film is substantially the same as the multi-phase amorphous phase. It is to be.

【0021】上記したような、磁性を担う第1の非晶質
相の周囲に、高抵抗を示す第2の非晶質相を網目状に配
置した膜構造は、スパッタ時の成膜条件,薄膜組成の制
御などにより得ることができる。
As described above, the film structure in which the second amorphous phase exhibiting a high resistance is arranged in a mesh pattern around the first amorphous phase having magnetism is It can be obtained by controlling the thin film composition.

【0022】膜組成に関して、第1の非晶質相がFe基
である場合には、スパッタリングターゲットとしてのB
の組成比が5〜40原子%であることが好ましい。これは
Bの組成比があまり小さいと得られた軟磁性薄膜におい
て高抵抗を得ることができず、またその組成比があまり
大きいと得られた軟磁性薄膜において高飽和磁化を得る
ことができない。この組成比範囲において、非晶質状態
のFeの飽和磁束密度を大きく失うことなく高抵抗を得
ることができる。また、この組成比範囲において、一軸
磁気異方性が得られやすい。特に好ましくはBの組成比
を5〜20原子%の範囲とすることである。
Regarding the film composition, when the first amorphous phase is an Fe group, B as a sputtering target is used.
The composition ratio of is preferably 5 to 40 atomic%. When the composition ratio of B is too small, high resistance cannot be obtained in the obtained soft magnetic thin film, and when the composition ratio is too large, high saturation magnetization cannot be obtained in the obtained soft magnetic thin film. In this composition ratio range, high resistance can be obtained without significantly losing the saturation magnetic flux density of amorphous Fe. Further, in this composition ratio range, uniaxial magnetic anisotropy is easily obtained. Particularly preferably, the composition ratio of B is in the range of 5 to 20 atomic%.

【0023】また、IVb族元素,N,Pに関しては、ス
パッタリングターゲットとしての組成比を3〜15原子%
の範囲とすることが好ましく、IVb族元素,N,Pの中
でも特にCなどが好ましく用いられる。
Regarding the group IVb elements, N and P, the composition ratio as a sputtering target is 3 to 15 atom%.
It is preferable to set the range to C, and among the IVb group elements, N and P, C and the like are particularly preferably used.

【0024】また、Fe−Co系の遷移金属を主成分と
して含む第1の非晶質相は、高飽和磁化を得るために有
効である。このようなFe−Co基は、結晶質遷移金属
合金中で最大の飽和磁化を示す材料である。非晶質状態
においては、メタロイド元素の元素種,添加量などに応
じてバンド構造が変化するため、一概に最大とはいえな
いものの、高い飽和磁化を示す材料の一つである。
Further, the first amorphous phase containing a Fe-Co type transition metal as a main component is effective for obtaining a high saturation magnetization. Such an Fe-Co group is a material that exhibits the maximum saturation magnetization in the crystalline transition metal alloy. In the amorphous state, the band structure changes depending on the element species of the metalloid element, the amount added, and the like, so it cannot be said to be the maximum, but it is one of the materials exhibiting high saturation magnetization.

【0025】さらにFeリッチのFe−Co基のもの
は、Feなどより大きい磁歪常数を有する。これは、磁
歪を介して磁気弾性エネルギーに関連した磁気異方性を
誘導する上で有効である。
Further, Fe-rich Fe-Co-based ones have a larger magnetostriction constant than Fe or the like. This is effective in inducing magnetic anisotropy related to magnetoelastic energy via magnetostriction.

【0026】具体的には、磁場中成膜,磁場中高温成
膜,弾性率や熱膨張率に一軸的異方性を有する基板の成
膜,磁場中熱処理,歪を導入した状態の基板への成膜,
成膜後基板または軟磁性薄膜への歪の誘導などの単独ま
たは複合の処理などにより、磁気異方性が誘導される。
Specifically, film formation in a magnetic field, high temperature film formation in a magnetic field, film formation of a substrate having uniaxial anisotropy in elastic modulus and thermal expansion coefficient, heat treatment in a magnetic field, to a substrate in which strain is introduced Film formation,
After film formation, magnetic anisotropy is induced by a single treatment or a composite treatment such as induction of strain on the substrate or the soft magnetic thin film.

【0027】このような点から、スパッタリングターゲ
ットの組成において、xの値(Fe−Coの組成比)
は、0≦x≦0.5 を満足する範囲とする。さらに遷移金
属元素当りの磁気モーメントや磁歪常数を考慮すると、
0.1≦x≦0.4 の範囲とすることが望ましい。
From such a point, in the composition of the sputtering target, the value of x (composition ratio of Fe--Co)
Is a range satisfying 0 ≦ x ≦ 0.5. Furthermore, considering the magnetic moment and magnetostriction constant per transition metal element,
It is desirable that the range is 0.1 ≦ x ≦ 0.4.

【0028】また、遷移金属元素単体ではなく、Feお
よびCoの2種の遷移金属元素を用いることで、方位性
規則配列に準じた磁気異方性の誘導も期待でき好ましい
ものである。具体的には、磁場中熱処理や磁場中成膜な
どで誘導できる。
It is also preferable to use two kinds of transition metal elements, Fe and Co, instead of the transition metal element alone, because the induction of magnetic anisotropy according to the orientational ordered arrangement can be expected. Specifically, it can be induced by heat treatment in a magnetic field or film formation in a magnetic field.

【0029】これらに加えて、Fe−Co基は遷移金属
系非晶質の中で最も高いキュリー温度を示す系であり、
さらにFeとCoの組成比によってキュリー温度の制御
も容易である。例えば、超小形薄膜インダクタンス素子
は、一般に扱う電力の単位体積密度が高く、十分低損失
化した軟磁性薄膜を使用した場合にもある程度の温度上
昇が見込まれる。一般に、磁化を代表とする各種磁気特
性は温度異存性を持つため、動作状態によって素子特性
が変化する場合がある。これを低減するためには、キュ
リー点を調整できることは有効である。
In addition to these, the Fe--Co group is a system showing the highest Curie temperature among transition metal type amorphous materials,
Further, the Curie temperature can be easily controlled by the composition ratio of Fe and Co. For example, a microminiature thin film inductance element generally has a high unit volume density of electric power to be handled, and it is expected that the temperature will rise to some extent even when a soft magnetic thin film having a sufficiently low loss is used. In general, since various magnetic characteristics represented by magnetization have temperature dissimilarity, the element characteristics may change depending on the operating state. In order to reduce this, it is effective to be able to adjust the Curie point.

【0030】本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリング
ターゲットにより得られた軟磁性薄膜においては、Fe
−Coを主とする遷移金属リッチ相の非晶質化のための
メタロイド元素としてBおよびCに代表されるIVb族元
素,N,Pを用いている。
In the soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention, Fe
Group IVb elements represented by B and C, N and P are used as metalloid elements for amorphizing the transition metal rich phase mainly containing —Co.

【0031】また、これらの元素により、BとIVb族元
素,N,Pを共に含む第2の非晶質相が形成される。こ
の第2の非晶質相は、共有結合性が強く、高抵抗率を発
揮する。
Further, these elements form a second amorphous phase containing both B and IVb group elements, N and P. This second amorphous phase has a strong covalent bond and exhibits a high resistivity.

【0032】このような第2の非晶質相を得るために
は、BとIVb族元素,N,Pを共に含む、すなわちスパ
ッタリングターゲットの組成において、zの値を0<z
<1の範囲とすることが必須である。
In order to obtain such a second amorphous phase, the value of z is 0 <z in the composition of the sputtering target containing both B and IVb group elements, N and P.
It is essential that the range is <1.

【0033】なお、Fe−Coを主とする磁性相とする
系においては、メタロイド元素が不足した場合、体心系
の遷移金属結晶質相と非晶質相との混相膜となるおそれ
があり、十分な軟磁気特性が得られない場合がある。こ
れを避けるためには、典型元素(非遷移金属元素)の組
成比yを0.06を越える値とすることが効果的である。ま
た、高飽和磁化の維持の観点からyは 0.5未満とする。
In a system having a magnetic phase mainly composed of Fe-Co, when the metalloid element is insufficient, there is a possibility that a mixed phase film of a body-centered transition metal crystalline phase and an amorphous phase is formed. In some cases, sufficient soft magnetic characteristics may not be obtained. In order to avoid this, it is effective to set the composition ratio y of the typical element (non-transition metal element) to a value exceeding 0.06. Further, from the viewpoint of maintaining high saturation magnetization, y is set to less than 0.5.

【0034】ところで、上述した典型元素(非遷移金属
元素)の組成比yは面内一軸磁気異方性の付与,制御に
大きく影響を及ぼし、この組成比yの値を最適化するこ
とによって十分な面内一軸磁気異方性を得ることが可能
となる。
By the way, the composition ratio y of the above-mentioned typical element (non-transition metal element) has a great influence on the provision and control of the in-plane uniaxial magnetic anisotropy, and it is sufficient to optimize the value of this composition ratio y. In-plane uniaxial magnetic anisotropy can be obtained.

【0035】図8に、軟磁性薄膜形成用スパッタリング
ターゲットにより得られた軟磁性薄膜の組成比yと遷移
金属1原子当りの磁気異方性エネルギーεa との一関係
例(実験例)を示す。詳細は実施例で示すが、この図8
より明らかなように、Fe−Co−B−(IVb族元素,
N,P)の複相非晶質軟磁性薄膜においては、各種成膜
条件などによってFe−Coを主とする第1の非晶質相
の分散の特徴的長さや各相の体積比などが複雑に変化す
るものの、本質的な誘導磁気異方性は組成比yによって
決定されるものであり、図8はこのことを明確に示して
いる。このことは、本発明者らの研究開発により得られ
た独自の効果である。
FIG. 8 shows a relational example (experimental example) of the composition ratio y of the soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming the soft magnetic thin film and the magnetic anisotropy energy ε a per atom of the transition metal. . Details will be shown in the embodiment, but this FIG.
As is clearer, Fe-Co-B- (IVb group element,
In the (N, P) multi-phase amorphous soft magnetic thin film, the characteristic length of dispersion of the first amorphous phase mainly composed of Fe-Co, the volume ratio of each phase, etc. Although complicatedly changed, the essential induced magnetic anisotropy is determined by the composition ratio y, and this is clearly shown in FIG. This is a unique effect obtained by the research and development by the present inventors.

【0036】軟磁性薄膜の巨視的な磁気異方性は、遷移
金属元素の単位空間当りの数密度と上述した磁気異方性
エネルギーεa との積で得られるため、高周波領域で使
用する軟磁性薄膜として実用上十分な一軸磁気異方性を
得るためには、εa が十分な値を示すyの範囲、すなわ
ち、スパッタリングターゲットの組成において0.10<y
<0.33を満足する範囲とすることが望ましい。特に、組
成比0.18〜0.20の範囲で大きなεa が得られるために好
ましい。
The macroscopic magnetic anisotropy of the soft magnetic thin film is obtained by the product of the number density of the transition metal element per unit space and the above-mentioned magnetic anisotropy energy ε a. In order to obtain practically sufficient uniaxial magnetic anisotropy as a magnetic thin film, ε a has a sufficient value in the range of y, that is, 0.10 <y in the composition of the sputtering target.
It is desirable to set the range to satisfy <0.33. Particularly, it is preferable because a large ε a can be obtained in the composition ratio range of 0.18 to 0.20.

【0037】また、IVb族元素,N,Pは、上述したよ
うにBと共に使用して第2の非晶質相を形成する元素で
ある。ここで、zの値(Bと(IVb族元素,N,P)の
組成比)は、0<z<1を満足する範囲とすれば良い
が、第2の非晶質相の安定化とIVb族元素による磁気特
性の有効性などを考慮して、 0.1<z<0.6 を満足する
範囲とすることが、より好ましい。使用するIVb族元
素,N,Pは特に限定されるものではないが、Cなどを
使用することが第1の非晶質相へのIVb族元素,N,P
の添加量をある程度制限する点から好ましい。
The IVb group elements, N and P, are elements that form a second amorphous phase when used together with B as described above. Here, the value of z (composition ratio of B and (IVb group element, N, P)) may be set in a range satisfying 0 <z <1, but the second amorphous phase is stabilized. It is more preferable to set the range of 0.1 <z <0.6 in consideration of the effectiveness of the magnetic characteristics of the group IVb element. The IVb group element, N, P used is not particularly limited, but the use of C or the like makes it possible to use the IVb group element, N, P for the first amorphous phase.
Is preferable in that the addition amount of is limited to some extent.

【0038】ところで、ホフマンの理論などでも明らか
なように、微結晶化や局所磁気異方性の分散量の低減、
適度な巨視的一軸磁気異方性、磁性粒子間の適度な交換
スティフィネス定数などが軟磁気特性獲得に効果的であ
る。
By the way, as is clear from Hoffman's theory and the like, reduction of the amount of microcrystallization and dispersion of local magnetic anisotropy,
Appropriate macroscopic uniaxial magnetic anisotropy and appropriate exchange stiffness constant between magnetic particles are effective for obtaining soft magnetic properties.

【0039】特に、本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタ
リングターゲットにより得られた軟磁性薄膜は、磁歪効
果などにより第1の非晶質相内の局所的な磁気異方性が
一般的なFe基微結晶材料よりも大きくなる。このため
に、通常の粒径に相当する非晶質相の分散の特徴的長さ
と、第1の非晶質相間を隔てる第2の非晶質相の厚さ
(幅)が重要となる。
In particular, the soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention is a Fe group having a general local magnetic anisotropy in the first amorphous phase due to a magnetostriction effect or the like. Larger than microcrystalline material. For this reason, the characteristic length of dispersion of the amorphous phase corresponding to the normal grain size and the thickness (width) of the second amorphous phase separating the first amorphous phase are important.

【0040】本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリング
ターゲットにより得られた軟磁性薄膜では、第1の非晶
質相を隔てる第2の非晶質相の厚さ(幅)が3nm以下程
度で特に良好な軟磁気特性が得られる。これにより、軟
磁気特性と面内一軸磁気異方性の付与,制御が両立でき
る。これは、第2の非晶質相の厚さが十分薄く、隣接す
る第1の非晶質相間の適度な磁気的相互作用を確保する
ためと推定される。このような効果は、3nm以上の間隔
では減衰する。平均の第2の非晶質相の厚さは、5nm以
下であることが好ましい。これは、これ以上の領域では
磁気的結合領域が減少し、保磁力の増大のために軟磁気
特性が得られなくなるためである。
In the soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention, the thickness (width) of the second amorphous phase separating the first amorphous phase is about 3 nm or less, Good soft magnetic properties can be obtained. This makes it possible to achieve both soft magnetic properties and in-plane uniaxial magnetic anisotropy imparting and control. It is presumed that this is because the thickness of the second amorphous phase is sufficiently thin and a proper magnetic interaction between the adjacent first amorphous phases is ensured. Such an effect is attenuated at intervals of 3 nm or more. The average thickness of the second amorphous phase is preferably 5 nm or less. This is because the magnetic coupling region is reduced in a region beyond this and soft magnetic characteristics cannot be obtained due to the increase in coercive force.

【0041】このような第2の非晶質相の平均厚さは、
顕微鏡の実体像の拡大,縮小により各領域の面積比が不
変であることからも、各非晶質の収率から一義的に決ま
るものではないが、第2の非晶質相の領域または粒の大
きさが十分小さくなければならない。
The average thickness of the second amorphous phase is
Although the area ratio of each region does not change due to enlargement or reduction of the stereoscopic image of the microscope, it is not uniquely determined by the yield of each amorphous substance, but the region or grain of the second amorphous phase is not determined. Must be small enough.

【0042】上記第2の非晶質相の厚さに対する要求
は、Fe基複相非晶質膜よりも厳しいものであり、Fe
基では等方的軟磁気特性が得られる領域であっても、F
e−Co基では場合によっては保磁力が8000A/m以上
にも達し、軟磁気特性が得られない場合がある。この一
番の原因は、前述したように局所的磁気異方性がFe基
よりも大きいためであると考えられる。なお、前述した
Fe基複相非晶質膜の第2の非晶質相の厚さは、上記値
を基準にして上述したような条件とすることが好まし
い。
The requirement for the thickness of the second amorphous phase is stricter than that of the Fe-based multiphase amorphous film.
Even if it is a region where isotropic soft magnetic characteristics are obtained in the base, F
In some cases, the e-Co group has a coercive force of 8000 A / m or more, and soft magnetic properties may not be obtained. This is probably because the local magnetic anisotropy is larger than that of the Fe group as described above. The thickness of the second amorphous phase of the Fe-based multiphase amorphous film described above is preferably set under the conditions described above with reference to the above values.

【0043】本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリング
ターゲットにより得られた軟磁性薄膜は、適度な大きさ
の面内一軸磁気異方性を有するものであり、この面内一
軸磁気異方性の付与,制御は、上述したように様々な手
段によって行うことができ、特にその手法に限定される
ものではない。
The soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention has an in-plane uniaxial magnetic anisotropy of an appropriate size, and imparts this in-plane uniaxial magnetic anisotropy. The control can be performed by various means as described above, and the method is not particularly limited.

【0044】磁気異方性の付与,制御は、例えば成膜後
の磁場中熱処理,磁場中成膜, 300℃前後の高温磁
場中成膜,熱膨張率に異方性を有する基板上への室温成
膜,高温成膜,低温成膜,成膜後の基板または軟磁性薄
膜への歪の導入、およびこれらの方法の2種以上の方法
の採用などにより行うことができる。
The magnetic anisotropy is imparted and controlled by, for example, heat treatment in a magnetic field after film formation, film formation in a magnetic field, film formation in a high temperature magnetic field around 300 ° C., and a substrate having anisotropy in thermal expansion coefficient. It can be performed by room temperature film formation, high temperature film formation, low temperature film formation, introduction of strain into the substrate or soft magnetic thin film after film formation, and adoption of two or more of these methods.

【0045】これらの中で、特に軟磁気特性を維持した
一軸磁気異方性制御に適した方法としては、磁場中熱処
理かが挙げられる。この際に適した熱処理温度は膜組成
によって異なるものの、 530〜 620kの範囲とする
ことが好ましい。このような磁場中熱処理によれば、遷
移金属(TM)とめタロイド原子(MD)との間のTM
−MD対の構造異方性が磁気異方性誘導の主因となる。
Among these methods, a method suitable for controlling the uniaxial magnetic anisotropy while maintaining the soft magnetic property is heat treatment in a magnetic field. The heat treatment temperature suitable at this time varies depending on the film composition, but is preferably in the range of 530 to 620 k. According to such heat treatment in a magnetic field, TM between the transition metal (TM) and the metalloid atom (MD)
The structural anisotropy of the -MD pair is the main cause of induction of magnetic anisotropy.

【0046】非晶質復相軟磁性薄膜において、Fe−C
oを主とする第1の非晶質相と、B−(IVb族元素,
N,P)を主とする第2の非晶質相とを微細に分散させ
た膜は、高抵抗率と高飽和磁化とを両立させた軟磁気特
性の獲得と、高周波磁化困難軸励起への適用のための面
内一軸磁気異方性制御に適した材料である。
In the amorphous phase-recovered soft magnetic thin film, Fe--C
a first amorphous phase mainly composed of o, B- (IVb group element,
The film in which the second amorphous phase mainly composed of (N, P) is finely dispersed is used to obtain the soft magnetic property that achieves both high resistivity and high saturation magnetization and to excite the high-frequency magnetization hard axis. It is a material suitable for controlling in-plane uniaxial magnetic anisotropy for the application of.

【0047】これにより、平面型磁気素子などの高動作
周波数化,高効率化,高エネルギー密度化,高インダク
タンス密度化などに対応した軟磁性薄膜が得られる。こ
のような、本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリングタ
ーゲットにより得られた軟磁性薄膜を用いた平面型磁気
素子は、平面コイルの一面もしくは両面に、上述したよ
うな軟磁性薄膜を積層してなる平面インダクタンス素子
や平面トランスなどに好適である。
This makes it possible to obtain a soft magnetic thin film which is suitable for high operating frequencies, high efficiency, high energy density, high inductance density and the like of flat type magnetic elements. Such a planar magnetic element using the soft magnetic thin film obtained by the sputtering target for forming the soft magnetic thin film of the present invention is formed by laminating the above-mentioned soft magnetic thin film on one or both surfaces of the planar coil. It is suitable for flat inductance elements and flat transformers.

【0048】以下に、本発明の軟磁性薄膜形成用スパッ
タリングターゲットをより具体的に説明する。まず、本
発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリングターゲットにお
ける組織としは、Fe−Co合金およびB−x(IVb族
元素,N,P)が混在している組織,Feおよび/また
はCoにBおよび/またはx(IVb族元素,N,P)が
固溶および/または化合物を形成している組織,Fe,
Co,B,x(IVb族元素,N,P)が個々に独立して
存在している組織、Fe,Co,B,x(IVb族元素,
N,P)の一種または2種以上が存在している組織など
種々の組織を得ることが可能である。これらの組織は、
意図する軟磁性薄膜の特性により種々選択することが可
能であるが、この中でも、Feおよび/またはCoにB
および/またはx(IVb族元素)が固溶および/または
化合物を形成している組織が好ましい。
The sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention will be described in more detail below. First, as the texture in the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention, a texture in which an Fe-Co alloy and Bx (IVb group element, N, P) are mixed, Fe and / or Co in B and / or Or, a structure in which x (IVb group element, N, P) forms a solid solution and / or a compound, Fe,
Co, B, x (IVb group element, N, P) exist independently, Fe, Co, B, x (IVb group element,
It is possible to obtain various tissues such as a tissue in which one or more of (N, P) are present. These organizations
Various selections can be made depending on the intended characteristics of the soft magnetic thin film. Among them, Fe and / or Co can be selected as B.
And / or a structure in which x (group IVb element) forms a solid solution and / or a compound is preferable.

【0049】そして、その本発明の軟磁性薄膜形成用ス
パッタリングターゲットにおいては、以下の条件のいず
れか1種または2種以上を有することが好ましい。まず
第1に、スパッタターゲットの透磁率が少なくともスパ
ッタされる部位において均一であり、その透磁率が小さ
いことが好ましい。これにより、スパッタレートが大き
くなり、一様にスパッタされ、均一な軟磁性薄膜を得る
ことができる。好ましくは、スパッタターゲット全面に
おける透磁率が均一であり、その透磁率が小さいことで
ある。
Then, the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention preferably has one or more of the following conditions. First of all, it is preferable that the magnetic permeability of the sputter target is uniform at least in the portion to be sputtered, and the magnetic permeability is small. As a result, the sputter rate increases, and uniform sputtering can be performed to obtain a uniform soft magnetic thin film. Preferably, the magnetic permeability is uniform over the entire surface of the sputter target, and the magnetic permeability is small.

【0050】第2に、スパッタターゲットの気孔率が小
さい、すなわち密度が高いことが好ましい。これによ
り、成膜後の軟磁性薄膜のダストを減少することができ
る。第3に、スパッタターゲットの結晶粒径が小さいこ
とが好ましい。これにより、成膜後の軟磁性薄膜のダス
トを減少できる共に、均一な組成,膜厚の軟磁性薄膜を
得ることができる。
Second, it is preferable that the sputter target has a small porosity, that is, a high density. As a result, the dust of the soft magnetic thin film after film formation can be reduced. Thirdly, it is preferable that the crystal grain size of the sputter target is small. As a result, it is possible to reduce the dust of the soft magnetic thin film after film formation and to obtain a soft magnetic thin film having a uniform composition and thickness.

【0051】第4に、スパッタターゲットの表面粗さが
少なくともスパッタされる部位において小さいことか好
ましい。これにより、成膜後の軟磁性薄膜のダストを減
少することができる。好ましくは、スパッタターゲット
全面における表面粗さが小さいことである。
Fourth, it is preferable that the surface roughness of the sputter target is small, at least in the portion to be sputtered. As a result, the dust of the soft magnetic thin film after film formation can be reduced. Preferably, the surface roughness on the entire surface of the sputter target is small.

【0052】第5に、スパッタターゲット中の不純物、
特にガス成分が少ないことが好ましい。これにより、軟
磁気特性を向上することができる。ここで、本発明の軟
磁性薄膜形成用スパッタリングターゲットにおける形態
としは、種々の形態を採用することが可能であるが、例
えば、 (1)各構成元素の1種または2種以上よりなる原料粉
末を一体としてみた場合に所定の組成となるように配合
し、粉末冶金法により製造したスパッタターゲット。 (2)各構成元素が一体としてみた場合に所定の組成と
なるように配合し、溶解法により製造したスパッタター
ゲット。 (3)各構成元素の1種または2種以上よりなるターゲ
ット片を分割して複合的に配列してなり、所定の組成と
なるように各ターゲット片の面積比で調整して製造した
スパッタターゲット。 (4)各構成元素が一体としてみた場合に所定の組成と
なるように配合し、スパッタターゲット用基板に溶射す
ることにより製造したスパッタターゲット。 などを採用することができる。
Fifth, impurities in the sputter target,
Particularly, it is preferable that the gas component is small. Thereby, the soft magnetic characteristics can be improved. Here, as the form of the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention, various forms can be adopted, for example, (1) raw material powder consisting of one kind or two or more kinds of each constituent element A sputter target manufactured by a powder metallurgy method, which is compounded to have a predetermined composition when viewed as one body. (2) A sputter target manufactured by a melting method in which the constituent elements are blended so as to have a predetermined composition when viewed as one body. (3) A sputter target manufactured by dividing a target piece composed of one kind or two or more kinds of each constituent element into a composite array, and adjusting the area ratio of each target piece to have a predetermined composition. . (4) A sputter target produced by blending the constituent elements so as to have a predetermined composition when viewed as one body, and spraying the composition on a sputter target substrate. Can be adopted.

【0053】上記第1の粉末冶金法によりスパッタター
ゲットを製造する方法の一例としては、まず、各構成元
素の1種または2種以上よりなる原料粉末を一体として
みた場合に所定の組成となるように配合し、ボールミル
などにより混合し、均一な混合粉末を得る。この際、ボ
ールミルの混合装置の内壁および/または使用するボー
ルの表面またはそのものの材質を、各構成元素の1種ま
たは2種以上のもので形成することにより、スパッタタ
ーゲット中への不純物の混入を低減することが可能とな
る。
As an example of the method for manufacturing the sputter target by the first powder metallurgy method, first, when the raw material powders made of one kind or two kinds or more of the respective constituent elements are integrally viewed, the predetermined composition is obtained. And mixed with a ball mill or the like to obtain a uniform mixed powder. At this time, by forming the material of the inner wall of the mixing device of the ball mill and / or the surface of the ball to be used or the material itself of one or more of the constituent elements, it is possible to prevent impurities from being mixed into the sputtering target. It becomes possible to reduce.

【0054】その後、この混合粉末をカーボンモールド
に充填して、真空ホットプレスを用いて、加熱温度 900
℃以上,面圧200kg/mm2 以上の条件で加圧焼結して焼結
体を得る。あるいはこの混合粉末を成形用型に充填し、
これをwet−CIPなどを用いて成形した後、焼結し
て焼結体を得る。なお、wet−CIP後焼結して得ら
れる焼結体をより緻密化するためには、さらに熱間静水
圧プレス(HIP)処理することが好ましい。
Then, this mixed powder is filled in a carbon mold and heated at a heating temperature of 900 by using a vacuum hot press.
Sintered body is obtained by pressure sintering under conditions of ℃ or higher and surface pressure of 200 kg / mm 2 or higher. Alternatively, this mixed powder is filled in a molding die,
This is molded using wet-CIP or the like and then sintered to obtain a sintered body. In order to further densify the sintered body obtained by sintering after wet-CIP, it is preferable to further perform hot isostatic pressing (HIP).

【0055】その後、得られた焼結体を、大型化,緻密
化の目的など必要により鍛造,圧延などの熱間加工を施
し、研削などの機械加工を施し、さらに必要により表面
をラッピングにより平滑化して、所定形状のスパッタタ
ーゲットとする。
Thereafter, the obtained sintered body is subjected to hot working such as forging and rolling as necessary for the purpose of increasing the size and densification, mechanical processing such as grinding, and further smoothing the surface by lapping if necessary. Into a sputter target having a predetermined shape.

【0056】この第1の方法により得られるスパッタタ
ーゲットの組織などにより、得られる軟磁性薄膜の特性
は影響される。このため、意図する軟磁性薄膜を得るた
めに、本発明のスパッタターゲットの製造時において、
その使用される各原料粉末の粒径,成形条件,焼結条
件,加工条件などの各製造条件を適宜選択することがで
きる。
The characteristics of the obtained soft magnetic thin film are influenced by the structure of the sputter target obtained by the first method. Therefore, in order to obtain the intended soft magnetic thin film, when manufacturing the sputter target of the present invention,
Each manufacturing condition such as the particle size of each raw material powder used, molding conditions, sintering conditions, and processing conditions can be appropriately selected.

【0057】次に、第2の溶解法によりスパッタターゲ
ットを製造する方法の一例としては、例えば、まず、各
構成元素が一体としてみた場合に所定の組成となるよう
に配合し、それを直接電子線溶解などの溶解法を用いて
インゴットを製造する。あるいは、各構成元素が一体と
してみた場合に所定の組成となる焼結体を粉末冶金法に
より得た後、それを電子線溶解などの溶解法を用いてイ
ンゴットを製造する。
Next, as an example of a method of manufacturing a sputter target by the second melting method, for example, first, the constituent elements are blended so as to have a predetermined composition when viewed as one body, and then directly mixed with an electron. An ingot is manufactured using a melting method such as linear melting. Alternatively, a sintered body having a predetermined composition when the respective constituent elements are viewed as one is obtained by a powder metallurgy method, and then an ingot is manufactured by a melting method such as electron beam melting.

【0058】その後、必要により鍛造,圧延などの熱間
加工を施し、研削などの機械加工を施し、さらに必要に
より表面をラッピングにより平滑化して、所定形状のス
パッタターゲットとする。
Thereafter, if necessary, hot working such as forging and rolling is performed, mechanical processing such as grinding is performed, and if necessary, the surface is smoothed by lapping to obtain a sputter target having a predetermined shape.

【0059】上記第1の方法あるいは第2の方法により
得られるスパッタターゲットは、一体で製造することが
薄膜形成時のダストの発生を防止する上で好ましいもの
であるが、スパッタターゲットの大型化の目的で複数の
同一のスパッタターゲットを組合せて使用しても良い。
この場合、複数の組合されるスパッタターゲットは、バ
ッキングプレートなどへろう付などにより固定される
が、ターゲット同志の接合部、特にエッジ部からのダス
トの発生を防止するために、その接合部は拡散接合ある
いは電子線(EB)溶接されることが好ましい。
The sputter target obtained by the first method or the second method is preferably manufactured integrally, in order to prevent dust from being generated during thin film formation. For the purpose, a plurality of identical sputter targets may be used in combination.
In this case, a plurality of combined sputter targets are fixed to the backing plate by brazing, etc., but the joints are spread to prevent the generation of dust from the joints of the targets, especially the edges. Joining or electron beam (EB) welding is preferable.

【0060】ここで、拡散接合の方法としては、直接接
合する方法、接合部に各構成元素の1種または2種以上
を介在させ接合する方法、あるいは接合部に各構成元素
の1種または2種以上よりなるメッキ層を介在させ接合
する方法など、種々の方法を採用できる。
Here, as the diffusion bonding method, a direct bonding method, a bonding method in which one kind or two or more kinds of each constituent element are interposed in the bonding section, or one or two kinds of each constituent element is bonded to the bonding section. Various methods can be adopted, such as a method of joining by interposing a plating layer of at least one kind.

【0061】次に、第3の各ターゲット片の面積比で調
整してスパッタターゲットを製造する方法の一例として
は、例えば、各構成元素の1種または2種以上よりなる
ターゲット片を粉末冶金法あるいは電子線(EB)溶解
法などの溶解法によりインゴットを製造し、得られたイ
ンゴットを必要により機械加工を施した後、各インゴッ
ト毎に分割してターゲット片を得、そのターゲット片を
複合的に配列し、所定の組成となるように各ターゲット
片の面積比で調整する。そして、さらに必要により、研
削などの機械加工、さらには必要により表面をラッピン
グにより平滑化して、所定形状のスパッタターゲットを
得る。
Next, as an example of a method of manufacturing a sputter target by adjusting the area ratio of each third target piece, for example, a target piece made of one or more kinds of each constituent element is powder metallurgy method. Alternatively, an ingot is manufactured by a melting method such as an electron beam (EB) melting method, the obtained ingot is machined if necessary, and then each ingot is divided to obtain target pieces, and the target pieces are combined. And the area ratio of each target piece is adjusted so that a predetermined composition is obtained. Then, if necessary, mechanical processing such as grinding is performed, and further, if necessary, the surface is smoothed by lapping to obtain a sputter target having a predetermined shape.

【0062】この場合、各ターゲット片の組織などによ
り、得られる軟磁性薄膜の特性は影響される。このた
め、このターゲット片の製造条件は適宜選択される。上
記第3の方法においては、複合的に配列されるために、
接合部、特にエッジ部からのダストの発生を防止するた
めに、その接合部は拡散接合あるいは電子線(EB)溶
接されることが好ましい。
In this case, the characteristics of the obtained soft magnetic thin film are influenced by the structure of each target piece. Therefore, the manufacturing conditions of this target piece are appropriately selected. In the third method, because of the multiple arrangement,
In order to prevent generation of dust from the joint portion, particularly the edge portion, the joint portion is preferably diffusion-bonded or electron beam (EB) welded.

【0063】ここで、拡散接合の方法としては、直接接
合する方法、接合部に各構成元素の1種または2種以上
を介在させ接合する方法、あるいは接合部に各構成元素
の1種または2種以上よりなるメッキ層を介在させ接合
する方法など、種々の方法を採用できる。
Here, as the diffusion bonding method, a direct bonding method, a bonding method in which one kind or two or more kinds of each constituent element are interposed in the bonding section, or one or two kinds of each constituent element is bonded to the bonding section. Various methods can be adopted, such as a method of joining by interposing a plating layer of at least one kind.

【0064】次に、第4の溶射によりスパッタリングタ
ーゲットを製造する方法の一例としては、各構成元素が
一体としてみた場合に所定の組成となるように配合し、
スパッタターゲット用基板に溶射、あるいは各構成元素
の1種または2種以上を個々に準備し、同時にスパッタ
ターゲット用基板に溶射した後、さらに必要により研削
などの機械加工、さらには必要により表面をラッピング
により平滑化して、所定形状のスパッタターゲットを得
る。
Next, as an example of the method for producing the sputtering target by the fourth thermal spraying, the constituent elements are blended so as to have a predetermined composition when viewed as one body,
After spraying the sputter target substrate, or individually preparing one or more of each constituent element, and simultaneously spraying the sputter target substrate, if necessary, further perform mechanical processing such as grinding, and further wrap the surface if necessary. To obtain a sputter target having a predetermined shape.

【0065】以上のような各種製造方法を採用すること
により、本発明の軟磁性薄膜形成用スパッタリングター
ゲットを得ることができる。なお、本発明における一体
として見た場合とは、少なくともそのスパッタされる部
分においてその範囲となっていれば良い。
By adopting the various manufacturing methods as described above, the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention can be obtained. The term "integrated" in the present invention means that the range is at least in the sputtered portion.

【0066】[0066]

【実施例】【Example】

実施例1 溶解法により、まず組成Fe75Co25,直径 127mm,厚
さ1mmよりなる合金スパッタリングターゲットを製造
し、そのスパッタリングターゲット上に粉末冶金法によ
り得られたB4 Cチップを配することにより、一体とし
て見た場合に本発明で規定する組成となるスパッタリン
グターゲットを得た。
Example 1 First, an alloy sputtering target having a composition of Fe 75 Co 25 , a diameter of 127 mm and a thickness of 1 mm was manufactured by a melting method, and a B 4 C chip obtained by a powder metallurgy method was placed on the sputtering target. A sputtering target having the composition specified in the present invention when viewed as a single body was obtained.

【0067】得られたスパッタリングターゲットを用い
て、RFマグネトロンスパッタリング法により、基板上
にFe−Co−B−C系軟磁性薄膜を形成した。その
際、基板とスパッタターゲット間の距離は 170mmとし、
表1に示す成膜条件により行った。なお、面積比Sc
は、B4 Cチップ面積SB4C をスパッタターゲットエロ
ージョン部面積Serosion で規格化した成膜パラメータ
である。
Using the obtained sputtering target, an Fe-Co-B-C type soft magnetic thin film was formed on the substrate by the RF magnetron sputtering method. At that time, the distance between the substrate and the sputter target is 170 mm,
The film forming conditions shown in Table 1 were used. The area ratio S c
Is a film formation parameter in which the B 4 C chip area S B4C is standardized by the sputtering target erosion area S erosion .

【0068】[0068]

【表1】 [Table 1]

【0069】上述した成膜条件により5000秒の成膜で、
0.27μmの膜厚の試料を得た。なお、成膜直前の前処理
として、スパッタ装置内が所定の真空度に到達した後
に、スパッタリングターゲットのプレスパッタ(スパッ
タリングパワー:400W× 600秒)を実施した。
Under the above-mentioned film forming conditions, a film is formed for 5000 seconds,
A sample having a film thickness of 0.27 μm was obtained. As a pretreatment immediately before film formation, after the inside of the sputtering apparatus reached a predetermined degree of vacuum, pre-sputtering of a sputtering target (sputtering power: 400 W × 600 seconds) was performed.

【0070】このようにして得た軟磁性薄膜の構造およ
び特性を以下に示す要領で測定、評価した。軟磁性薄膜
の結晶構造(微構造)の特定は、X線回折(薄膜法:C
u−Kα線、X線入射角= 2.0°)および透過型電子顕
微鏡観察により行った。軟磁性薄膜の組成比は、IPC
発光分析および高周波加熱・赤外線吸収法により特定し
た。軟磁性薄膜の膜厚は、触針型表面粗さ・膜厚計で、
抵抗率は4端子法(典型的試料形状:15mm×2mm)で測
定した。磁気測定は、振動試料型磁力計(典型的試料形
状:10mm×10mm)を用いて行った。最大印加磁場は 0.8
MA/mである。磁化曲線の測定は、磁化容易軸方向と磁化
困難軸方向のそれぞれについて行った。薄膜磁気トルク
計を用いて膜面内で外部磁場を回転させ、膜面内の磁気
トルク曲線を測定した。外部印加磁場は 0.8MA/mであ
る。得られた磁気トルク曲線をフーリエ変換して解析
し、異方性定数KU を求めた。
The structure and characteristics of the soft magnetic thin film thus obtained were measured and evaluated in the following manner. The crystal structure (microstructure) of the soft magnetic thin film is specified by X-ray diffraction (thin film method: C
u-Kα ray, X-ray incident angle = 2.0 °) and transmission electron microscope observation. The composition ratio of the soft magnetic thin film is IPC
It was identified by optical emission analysis and high frequency heating / infrared absorption method. The thickness of the soft magnetic thin film is a stylus type surface roughness / film thickness meter.
The resistivity was measured by the 4-probe method (typical sample shape: 15 mm × 2 mm). The magnetic measurement was performed using a vibrating sample magnetometer (typical sample shape: 10 mm x 10 mm). Maximum applied magnetic field is 0.8
MA / m. The magnetization curve was measured in each of the easy magnetization axis direction and the hard magnetization axis direction. An external magnetic field was rotated in the film surface using a thin film magnetic torque meter, and the magnetic torque curve in the film surface was measured. The externally applied magnetic field is 0.8 MA / m. The obtained magnetic torque curve was Fourier-transformed and analyzed to determine the anisotropy constant K U.

【0071】上記実施例1で得た軟磁性薄膜の透過型電
子顕微鏡による観察結果(顕微鏡写真)を模式化して図
1に示す。また、X線回折ピークを図2に示す。このよ
うに、非晶質状の回折ピークが得られた。
The observation result (micrograph) of the soft magnetic thin film obtained in Example 1 above by a transmission electron microscope is schematically shown in FIG. The X-ray diffraction peak is shown in FIG. Thus, an amorphous diffraction peak was obtained.

【0072】図1および図2より明らかなように、Fe
とCoを共に含む第1の非晶質相(粒)1の周囲に、B
とCを共に含む第2の非晶質相2が網目状に配置された
膜構造を有していることを確認した。なお、図1中矢印
Aは、巨視的一軸磁気異方性の磁化容易軸方向を示して
いる。
As is clear from FIGS. 1 and 2, Fe
Around the first amorphous phase (grain) 1 containing both Co and Co
It was confirmed that the second amorphous phase 2 containing both C and C had a film structure arranged in a mesh. It should be noted that arrow A in FIG. 1 indicates the easy magnetization axis direction of the macroscopic uniaxial magnetic anisotropy.

【0073】以下、全ての実施例において、同様に複相
非晶質相が確認された。非晶質ピークの半値幅は成膜条
件によって種々変化したが、ピーク位置はほとんど変化
しなかった。
Hereinafter, in all the examples, the multi-phase amorphous phase was similarly confirmed. The full width at half maximum of the amorphous peak changed variously depending on the film forming conditions, but the peak position hardly changed.

【0074】また、この実施例で得た軟磁性薄膜の磁化
曲線を図3に示す。このように、面内一軸磁気異方性が
観察された。飽和磁化として 1.2T 、抵抗率として 280
μΩcmが得られた。また、面内一軸磁気異方性エネルギ
ーとして4×102 J/m3 を得た。軟磁性薄膜の組成比
は、x=0.26,y=0.3 ,z=0.2 であった。また、第
1の非晶質相1を隔てる第2の非晶質相の平均厚さは約
2.5nmであった。
The magnetization curve of the soft magnetic thin film obtained in this example is shown in FIG. Thus, in-plane uniaxial magnetic anisotropy was observed. 1.2T as saturation magnetization, 280 as resistivity
μΩcm was obtained. In addition, an in-plane uniaxial magnetic anisotropy energy of 4 × 10 2 J / m 3 was obtained. The composition ratio of the soft magnetic thin film was x = 0.26, y = 0.3, and z = 0.2. Further, the average thickness of the second amorphous phase separating the first amorphous phase 1 is about
It was 2.5 nm.

【0075】このように、成膜条件と構成元素による効
果により、高抵抗率と高飽和磁化が両立し、かつ面内一
軸磁気異方性を有する非晶質軟磁性薄膜を得ることがで
きる。
As described above, an amorphous soft magnetic thin film having both high resistivity and high saturation magnetization and in-plane uniaxial magnetic anisotropy can be obtained by the effect of the film forming conditions and the constituent elements.

【0076】実施例2 上記実施例1で得た薄膜試料に対して、面内直流磁場中
で熱処理を施した。熱処理温度は535K,熱処理時間は 1
0800秒,印加磁場の大きさは 0.8MA/m,印加磁場の方向
は磁化容易軸方向に平行とした。
Example 2 The thin film sample obtained in Example 1 was heat-treated in an in-plane DC magnetic field. Heat treatment temperature is 535K, heat treatment time is 1
The applied magnetic field was 0.8 MA / m for 0800 seconds, and the direction of the applied magnetic field was parallel to the easy axis of magnetization.

【0077】その結果、面内一軸磁気異方性は若干しか
変動せず、保磁力は 80A/m以下に減少した。このよう
に、いわゆる歪取り熱処理を施すことによって、磁気異
方性に大きく影響を与えることなく、高抵抗率,高飽和
磁化の軟磁気特性を有する非晶質軟磁性薄膜を得ること
ができる。
As a result, the in-plane uniaxial magnetic anisotropy changed only slightly and the coercive force decreased to 80 A / m or less. Thus, by performing so-called strain relief heat treatment, it is possible to obtain an amorphous soft magnetic thin film having a soft magnetic characteristic of high resistivity and high saturation magnetization without significantly affecting the magnetic anisotropy.

【0078】実施例3 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を0.24とする以外は、実施例
1と同様の成膜条件で、基板上にFe−Co−B−C系
軟磁性薄膜を形成した。
Example 3 Sputtering target B 4 C chip area ratio S c
An Fe—Co—B—C based soft magnetic thin film was formed on the substrate under the same film forming conditions as in Example 1 except that (= S B4C / S erosion ) was 0.24.

【0079】この成膜条件により3000秒の成膜で、0.22
μmの膜厚の試料を得た。この薄膜試料は、面内一軸磁
気異方性を有し、飽和磁化は 1.7T 、抵抗率は 220μΩ
cmであった。また、軟磁性薄膜の組成比は、x=0.25,
y=0.2 ,z=0.31であった。また、第1の非晶質相1
を隔てる第2の非晶質相の平均厚さは約 3.5nmであっ
た。
Under these film forming conditions, a film thickness of 3000 seconds was 0.22.
A sample having a film thickness of μm was obtained. This thin film sample has in-plane uniaxial magnetic anisotropy, saturation magnetization is 1.7 T, and resistivity is 220 μΩ.
It was cm. The composition ratio of the soft magnetic thin film is x = 0.25,
It was y = 0.2 and z = 0.31. In addition, the first amorphous phase 1
The average thickness of the second amorphous phase separating the layers was about 3.5 nm.

【0080】実施例4 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を0.31、成膜時のArガス圧
を0.27Paとする以外は、実施例1と同様の成膜条件で、
基板上にFe−Co−B−C系軟磁性薄膜を形成した。
Example 4 Sputtering target B 4 C chip area ratio S c
Under the same film forming conditions as in Example 1, except that (= S B4C / S erosion ) was 0.31 and the Ar gas pressure during film formation was 0.27 Pa,
An Fe-Co-BC soft magnetic thin film was formed on the substrate.

【0081】この成膜条件により4000秒の成膜で、0.24
μmの膜厚の試料を得た。この薄膜試料は、面内一軸磁
気異方性を有し、飽和磁化は 1.6T 、抵抗率は 160μΩ
cmであった。また、軟磁性薄膜の成膜後の段階で、面内
一軸磁気異方性と磁化困難励磁において 39.6A/mの低保
磁力が得られた。また、軟磁性薄膜の組成比は、x=0.
26,y=0.25,z=0.28であった。また、第1の非晶質
相1を隔てる第2の非晶質相の平均厚さは約 2.0nmであ
った。
Under these film forming conditions, a film formation of 4000 seconds gives 0.24
A sample having a film thickness of μm was obtained. This thin film sample has in-plane uniaxial magnetic anisotropy, saturation magnetization is 1.6 T and resistivity is 160 μΩ.
It was cm. In addition, a low coercive force of 39.6 A / m was obtained after in-plane uniaxial magnetic anisotropy and hard magnetization excitation after the soft magnetic thin film was formed. The composition ratio of the soft magnetic thin film is x = 0.
It was 26, y = 0.25, and z = 0.28. The average thickness of the second amorphous phase separating the first amorphous phase 1 was about 2.0 nm.

【0082】実施例5 直流磁場中での成膜を行う以外は実施例4と同様の成膜
条件で、基板上にFe−Co−B−C系軟磁性薄膜を形
成した。なお、印加磁場方向は、成膜後の段階で磁化困
難軸が得られる方向とした。直流印加磁場は55kA/mとし
た。
Example 5 An Fe—Co—B—C type soft magnetic thin film was formed on a substrate under the same film forming conditions as in Example 4 except that the film formation was performed in a DC magnetic field. The applied magnetic field direction was the direction in which the hard axis of magnetization was obtained at the stage after film formation. The direct current applied magnetic field was 55 kA / m.

【0083】得られた薄膜試料の磁化曲線を図4に示
す。図4から明らかなように、面内一軸磁気異方性が印
加磁場方向に誘導された。面内一軸磁気異方性は 3.5×
102 J/m3 であった。抵抗率および飽和磁化は、実施例
4と測定制度の範囲内で同一であった。このように、磁
場中成膜を行うことによって面内一軸磁気異方性の付
与,制御が容易となる。
The magnetization curve of the obtained thin film sample is shown in FIG. As is clear from FIG. 4, in-plane uniaxial magnetic anisotropy was induced in the applied magnetic field direction. In-plane uniaxial magnetic anisotropy is 3.5 ×
It was 10 2 J / m 3 . The resistivity and saturation magnetization were the same as in Example 4 within the range of measurement accuracy. As described above, by performing the film formation in the magnetic field, it becomes easy to give and control the in-plane uniaxial magnetic anisotropy.

【0084】実施例6 スパッタターゲット上にSiチップ(10mm×20mm)を3
枚追加する以外は、実施例4と同一の成膜条件で、基板
上にFe−Co−B−C−Si系軟磁性薄膜を形成し
た。
Example 6 Three Si chips (10 mm × 20 mm) were formed on a sputter target.
An Fe-Co-BC-Si based soft magnetic thin film was formed on the substrate under the same film forming conditions as in Example 4 except that the number of additional sheets was increased.

【0085】この成膜条件により4000秒の成膜で、0.25
μmの膜厚の試料を得た。この薄膜試料は、面内一軸磁
気異方性を有し、飽和磁化は 1.2T 、抵抗率は 210μΩ
cmであった。
Under these film forming conditions, the film formation for 4000 seconds is 0.25
A sample having a film thickness of μm was obtained. This thin film sample has in-plane uniaxial magnetic anisotropy, saturation magnetization 1.2T, resistivity 210 μΩ.
It was cm.

【0086】得られた薄膜試料の磁化曲線を図5に示
す。図5から明らかなように、面内一軸磁気異方性が印
加磁場方向に誘導された。面内一軸磁気異方性と 80A/m
以下の低保磁力を兼ね備え、かつ高飽和磁化と高抵抗率
を両立させた軟磁性薄膜が得られた。
The magnetization curve of the obtained thin film sample is shown in FIG. As is clear from FIG. 5, in-plane uniaxial magnetic anisotropy was induced in the applied magnetic field direction. In-plane uniaxial magnetic anisotropy and 80A / m
A soft magnetic thin film having the following low coercive force and having both high saturation magnetization and high resistivity was obtained.

【0087】実施例7 0.9mmのストライプ状の軟磁性薄膜が 0.1mm間隔で並ぶ
ようにメタルマスクを作成し、実施例4と同一条件で成
膜を行った。ストライプの方向は、成膜後の段階で面内
磁化容易軸が得られる方向とした。
Example 7 A metal mask was formed so that 0.9 mm stripe soft magnetic thin films were arranged at 0.1 mm intervals, and film formation was performed under the same conditions as in Example 4. The stripe direction was set so that the easy axis of in-plane magnetization could be obtained at the stage after film formation.

【0088】その結果、 1.5×102 J/m3 の面内一軸磁
気異方性が得られ、磁化容易軸はストライプに平行な方
向に生じた。成膜後の段階の複相非晶質軟磁性膜自身に
起因する一軸磁気異方性は、磁区の乱れを最小限に抑え
る効果を与える。
As a result, an in-plane uniaxial magnetic anisotropy of 1.5 × 10 2 J / m 3 was obtained, and the easy axis of magnetization occurred in the direction parallel to the stripe. Uniaxial magnetic anisotropy caused by the multi-phase amorphous soft magnetic film itself at the stage after film formation has an effect of minimizing disorder of magnetic domains.

【0089】このように、成膜後の段階の一軸磁気異方
性に一般の磁性体全般に通用する形状磁気異方性の誘導
を付与して、一般の磁性体全般に通用する制御手法を併
用しても良い。
In this way, a control method applicable to general magnetic materials in general is provided by imparting induction of shape magnetic anisotropy applicable to general magnetic materials to the uniaxial magnetic anisotropy at the stage after film formation. You may use together.

【0090】実施例8 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を種々変化させたスパッタリ
ングターゲットおよび成膜時のArガス圧を種々変化さ
せ、他は実施例1の成膜条件で、基板上にFe−Co−
B−C系軟磁性薄膜を形成した。得られた薄膜の膜厚は
0.2〜 0.3μmであった。
Example 8 B 4 C chip area ratio S c of the sputtering target
(= S B4C / S erosion ) was changed variously, the Ar gas pressure during film formation was variously changed, and the other conditions were the film formation conditions of Example 1, and Fe—Co— on the substrate.
A BC soft magnetic thin film was formed. The thickness of the obtained thin film is
It was 0.2 to 0.3 μm.

【0091】得られた試料について、熱処理温度573K,
熱処理時間7320秒の真空,直流磁場中熱処理を施した。
印加磁場は 0.8MA/m,熱処理時の真空度は1×10-2Pa以
下とした。
With respect to the obtained sample, the heat treatment temperature was 573K,
Heat treatment was performed in a vacuum and DC magnetic field for a heat treatment time of 7320 seconds.
The applied magnetic field was 0.8 MA / m, and the degree of vacuum during heat treatment was 1 × 10 -2 Pa or less.

【0092】図6に得られた試料の一軸磁化曲線例を示
す。このように、一様な一軸磁気異方性が得られ、理想
的な回転磁化過程による磁化困難軸例示を示す試料が得
られた。また、図7に各種試料の異方性磁場HK を示
す。さらに、これらの試料において、図7と組成比など
の各種分析結果から算出した遷移金属1原子当りの磁気
異方性エネルギーεa のFe−CoとB−Cとの組成比
(y値)に対する異存性を図8に示した。図8から成膜
時のArガス圧やB4 Cチップ面積比Sc などの成膜条
件が様々に異なった試料群において、組成比yが異方性
エネルギーに大きな影響を与えることが分かる。
FIG. 6 shows an example of the uniaxial magnetization curve of the obtained sample. Thus, a uniform uniaxial magnetic anisotropy was obtained, and a sample showing an example of the hard axis of magnetization due to an ideal rotational magnetization process was obtained. Further, FIG. 7 shows anisotropic magnetic fields H K of various samples. Furthermore, in these samples, the magnetic anisotropy energy ε a per transition metal atom calculated from various analysis results such as FIG. 7 and the composition ratio was compared with the composition ratio (y value) of Fe—Co and B—C. The dissimilarity is shown in FIG. It can be seen from FIG. 8 that the composition ratio y has a great influence on the anisotropic energy in the sample groups in which the film forming conditions such as the Ar gas pressure and the B 4 C chip area ratio S c during film forming are variously different.

【0093】比較例1 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を0.08としたスパッタリング
ターゲットおよび成膜時のArガス圧を1Paとし、他は
実施例1の成膜条件で、基板上にFe−Co−B−C系
軟磁性薄膜を形成した。この成膜条件により2000秒の成
膜で、0.22μmの膜厚の試料を得た。
Comparative Example 1 Sputtering target B 4 C chip area ratio S c
The sputtering target with (= S B4C / S erosion ) of 0.08, the Ar gas pressure during film formation of 1 Pa, and the other film forming conditions of Example 1 were used. A thin film was formed. Under this film forming condition, a sample having a film thickness of 0.22 μm was obtained by forming a film for 2000 seconds.

【0094】この薄膜試料のX線回折を行ったところ、
α−Fe系の体心結晶質と非晶質の混相が得られている
ことがわかった。この試料においては、飽和磁化 1.4T
、抵抗率 350μΩcmが得られたものの、結晶質との混
相であるため。保磁力が9.98kA/mとなり、優れた軟磁気
特性が得られなかった。
When X-ray diffraction of this thin film sample was performed,
It was found that an α-Fe-based body-centered crystalline and amorphous mixed phase was obtained. In this sample, saturation magnetization 1.4T
, A resistivity of 350 μΩcm was obtained, but it is a mixed phase with crystalline. The coercive force was 9.98 kA / m, and excellent soft magnetic properties were not obtained.

【0095】比較例2 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を0.24とし、他は
実施例1の成膜条件で、基板上にFe−Co−B−C系
軟磁性薄膜を形成した。この成膜条件により3000秒の成
膜で、0.23μmの膜厚の試料を得た。
Comparative Example 2 Sputtering target B 4 C chip area ratio S c
(= S B4C / S erosion ) was set to 0.24 and the Fe—Co—B—C type soft magnetic thin film was formed on the substrate under the film forming conditions of Example 1 except for the above. A sample having a film thickness of 0.23 μm was obtained by film formation for 3000 seconds under these film formation conditions.

【0096】この薄膜試料のX線回折と透過型電子顕微
鏡観察の結果、実施例1と同様に複相非晶質膜が得られ
ていることが確認できた。しかし、Fe−Co基の第1
の非晶質相(粒)間を隔てる第2の非晶質相の平均厚さ
が約5nmであった。この試料においては、飽和磁化 1.2
T 、抵抗率 590μΩcmが得られたものの、図9に示すよ
うに、等方膜で任意の方向で保磁力が 3.2kA/m以上であ
り、面内一軸磁気異方性と優れた軟磁気特性が得られな
かった。
As a result of X-ray diffraction and transmission electron microscope observation of this thin film sample, it was confirmed that a multi-phase amorphous film was obtained as in Example 1. However, the first Fe-Co group
The average thickness of the second amorphous phase separating the amorphous phases (grains) was about 5 nm. In this sample, the saturation magnetization 1.2
Although T and resistivity of 590 μΩcm were obtained, as shown in FIG. 9, the coercive force was 3.2 kA / m or more in any direction in the isotropic film, and the in-plane uniaxial magnetic anisotropy and excellent soft magnetic characteristics were obtained. Was not obtained.

【0097】比較例3 スパッタリングターゲットのB4 Cチップ面積比Sc
(=SB4C /Serosion)を0.16としたスパッタリング
ターゲットおよび成膜時のArガス圧を 0.4Paとし、他
は実施例1の成膜条件で、基板上にFe−Co−B−C
系軟磁性薄膜を形成した。
Comparative Example 3 Sputtering target B 4 C chip area ratio S c
(= S B4C / S erosion ) was set to 0.16, the Ar gas pressure during film formation was set to 0.4 Pa, and the other conditions were the film formation conditions of Example 1, and Fe—Co—B—C was formed on the substrate.
A soft magnetic thin film was formed.

【0098】得られた薄膜試料は、結晶質と非晶質の混
相であり、複相非晶質軟磁性薄膜は得られなかった。組
成比は、x=0.25,y=0.05,z=0.3 であった。この
ように、yの値が小さすぎると、複相非晶質軟磁性薄膜
を得ることはできない。
The thin film sample obtained was a mixed phase of crystalline and amorphous, and a multi-phase amorphous soft magnetic thin film was not obtained. The composition ratio was x = 0.25, y = 0.05, z = 0.3. Thus, if the value of y is too small, it is not possible to obtain a multiphase amorphous soft magnetic thin film.

【0099】実施例9 実施例5と同一条件で、図10に示す薄膜インダクタ1
1の磁性膜部分(複相非晶質軟磁性薄膜)12を作製
し、その後、実施例2と同一条件で磁場中熱処理を施し
た。ここで、図10に示す薄膜インダクタ11は、ダブ
ルレクタンギュラー型平面コイル13の両主面に複相非
晶質軟磁性薄膜12,12をスパッタリングにより積層
形成して構成したものである。なお、図10中14は電
極であり、また矢印Bは磁化容易軸を、矢印Bは磁束を
示す。この実施例の薄膜インダクタは、 50MHzまでほぼ
平坦なインダクタンスを示し、品質係数Qが10以上と良
好な特性がか得られた。
Example 9 Under the same conditions as in Example 5, the thin film inductor 1 shown in FIG.
The magnetic film portion 1 (multi-phase amorphous soft magnetic thin film) 12 of No. 1 was produced, and thereafter heat-treated in a magnetic field under the same conditions as in Example 2. Here, the thin film inductor 11 shown in FIG. 10 is configured by laminating the multi-phase amorphous soft magnetic thin films 12 and 12 on both main surfaces of the double rectangular planar coil 13 by sputtering. In FIG. 10, reference numeral 14 is an electrode, arrow B indicates the easy axis of magnetization, and arrow B indicates the magnetic flux. The thin film inductor of this example showed a substantially flat inductance up to 50 MHz, and the quality factor Q was 10 or more, which was a good characteristic.

【0100】実施例10 溶解法により、まず組成Fe(純度99.9%),直径12
7mm,厚さ1mmよりなるFeスパッタリングターゲット
を製造し、そのスパッタリングターゲット上に粉末冶金
法により得られたB4 Cチップを配することにより、一
体として見た場合に本発明で規定する組成となるスパッ
タリングターゲットを得た。
Example 10 By the melting method, first, the composition Fe (purity 99.9%), diameter 12
By manufacturing an Fe sputtering target having a thickness of 7 mm and a thickness of 1 mm and disposing a B 4 C chip obtained by the powder metallurgy method on the sputtering target, the composition defined by the present invention is obtained when viewed as one body. A sputtering target was obtained.

【0101】得られたスパッタリングターゲットを用い
て、RFマグネトロンスパッタリング法により、基板上
にFe−B−C系軟磁性薄膜を形成した。その際、表2
に示す成膜条件により行った。なお、B4 Cチップ面積
比Sc (=SB4C /Serosion )は31%とした。
An Fe-BC soft magnetic thin film was formed on the substrate by the RF magnetron sputtering method using the obtained sputtering target. At that time, Table 2
The film forming conditions shown in are used. The B 4 C chip area ratio S c (= S B4C / S erosion ) was set to 31%.

【0102】[0102]

【表2】 [Table 2]

【0103】上述した成膜条件により、 0.2μmの膜厚
の試料を得た。上記実施例10で得た軟磁性薄膜の透過
型電子顕微鏡によって観察した結果、Feリッチの第1
の非晶質相とB−Cリッチの第2の非晶質相とを有し、
第2の非晶質相は第1の非晶質相の周辺に網目状に分散
配置されているのを確認した。
A sample having a film thickness of 0.2 μm was obtained under the above film forming conditions. As a result of observing the soft magnetic thin film obtained in Example 10 above with a transmission electron microscope, it was found that the Fe-rich first
And an amorphous phase of B-C rich second amorphous phase of
It was confirmed that the second amorphous phase was dispersed and arranged in a mesh shape around the first amorphous phase.

【0104】また、この薄膜試料は、飽和磁化が1.2T
で、抵抗率が 500μΩcmであった。また、軟磁性薄膜の
成膜後の段階で、面内一軸磁気異方性を有しているのを
確認した。
Further, this thin film sample has a saturation magnetization of 1.2 T.
The resistivity was 500 μΩcm. Moreover, it was confirmed that the film had in-plane uniaxial magnetic anisotropy at a stage after the formation of the soft magnetic thin film.

【0105】上記実施例10における成膜条件のうち、
成膜時のArガス圧を種々変化させて同様な非晶質膜の
成膜を行い、それらの飽和磁束密度および抵抗率を測定
した。その結果を図11および図12に示す。また、図
13にB4 Cチップ量と保磁力との関係を示す。
Among the film forming conditions in the above tenth embodiment,
A similar amorphous film was formed by variously changing the Ar gas pressure during film formation, and the saturation magnetic flux density and the resistivity thereof were measured. The results are shown in FIGS. 11 and 12. Further, FIG. 13 shows the relationship between the amount of B 4 C chips and the coercive force.

【0106】これらの図より明らかなように、成膜時の
Aガス圧を制御することにより、飽和磁化と抵抗率とを
両立させた優れた軟磁気特性が得られることが分かる。
また、成膜時のArガス圧と保磁力との関係を図14に
示す。
As is clear from these figures, by controlling the A gas pressure during film formation, it is possible to obtain excellent soft magnetic characteristics in which both saturation magnetization and resistivity are compatible.
FIG. 14 shows the relationship between the Ar gas pressure and the coercive force during film formation.

【0107】図14より明らかなように、成膜時のAr
ガス圧を制御することにより、一軸磁気異方性が得られ
ることが分かる。次に、この実施例による非晶質軟磁性
薄膜を用いて実施例9と同様にして薄膜インダクタを構
成したところ、同様に良好な特性を示した。
As is clear from FIG. 14, Ar during film formation
It can be seen that uniaxial magnetic anisotropy can be obtained by controlling the gas pressure. Next, when a thin film inductor was constructed in the same manner as in Example 9 using the amorphous soft magnetic thin film according to this example, similarly good characteristics were exhibited.

【0108】実施例11 各構成元素よりなる原料粉末を、Fe59.1Co21.4
12.37.2 およびFe57.6Co19.214.78.5 となる
ように配合し、ボールミルにより混合し均一な混合粉末
を得た。その後、これらの混合粉末をカーボンモールド
に充填して、真空ホットプレスを用いて、加圧焼結し
て、直径5インチ,厚さ3mmよりなる合金スパッタリン
グターゲットを得た。
Example 11 Fe 59.1 Co 21.4 B was used as a raw material powder composed of each constituent element.
12.3 C 7.2 and Fe 57.6 Co 19.2 B 14.7 C 8.5 were blended and mixed by a ball mill to obtain a uniform mixed powder. Then, these mixed powders were filled in a carbon mold and pressure-sintered using a vacuum hot press to obtain an alloy sputtering target having a diameter of 5 inches and a thickness of 3 mm.

【0109】得られた各スパッタリングターゲットを用
いて、RFマグネトロンスパッタリング法により、基板
上にFe−Co−B−C系軟磁性薄膜を形成した。その
際、基板とスパッタターゲット間の距離は 105mmとし、
表3に示す成膜条件により行った。
Using each of the obtained sputtering targets, a Fe-Co-B-C type soft magnetic thin film was formed on the substrate by the RF magnetron sputtering method. At that time, the distance between the substrate and the sputter target is 105 mm,
The film forming conditions shown in Table 3 were used.

【0110】[0110]

【表3】 [Table 3]

【0111】上述した成膜条件により 720秒の成膜で、
0.5μmの膜厚の試料を得た。なお、成膜直前の前処理
として、スパッタ装置内が所定の真空度に到達した後
に、スパッタリングターゲットのプレスパッタおよび基
板クリーニングを目的とした基板エッチングを行った。
Under the above-mentioned film forming conditions, a film is formed for 720 seconds,
A sample having a film thickness of 0.5 μm was obtained. As a pretreatment immediately before film formation, after the inside of the sputtering apparatus reached a predetermined vacuum degree, pre-sputtering of a sputtering target and substrate etching for the purpose of substrate cleaning were performed.

【0112】このようにして得た軟磁性薄膜に関し、実
施例1乃至実施例10と動揺の試験を行った結果、いず
れの結果も各実施例と同様に優れた軟磁気特性を有する
ものであった。
The soft magnetic thin films thus obtained were subjected to the shaking test as in Examples 1 to 10, and as a result, all of them have the same excellent soft magnetic characteristics as those of the Examples. It was

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軟磁性薄
膜形成用スパッタリングターゲットにより、高飽和磁化
と高抵抗率を両立させ、かつ磁化困難軸励磁による高周
波透磁率の獲得を容易にした軟磁性薄膜を得ることがで
きる。その結果、平面型磁気素子の小形化および高性能
化に大きく寄与することができる。
As described above, the sputtering target for forming a soft magnetic thin film of the present invention achieves both high saturation magnetization and high resistivity and facilitates acquisition of high frequency permeability by hard axis excitation. A magnetic thin film can be obtained. As a result, it can greatly contribute to miniaturization and high performance of the planar magnetic element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1における複相非晶質軟磁性薄膜の微
構造を組織的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram systematically showing the microstructure of a multi-phase amorphous soft magnetic thin film in Example 1.

【図2】 実施例1における複相非晶質軟磁性薄膜のX
線回折パターンを示す図である。
FIG. 2 is an X of the multi-phase amorphous soft magnetic thin film in Example 1.
It is a figure which shows a line diffraction pattern.

【図3】 実施例1における複相非晶質軟磁性薄膜の磁
化曲線を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a magnetization curve of a multi-phase amorphous soft magnetic thin film in Example 1.

【図4】 実施例5における複相非晶質軟磁性薄膜の磁
化曲線を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a magnetization curve of a multi-phase amorphous soft magnetic thin film in Example 5.

【図5】 実施例6における複相非晶質軟磁性薄膜の磁
化曲線を示す図である。
5 is a diagram showing a magnetization curve of a multi-phase amorphous soft magnetic thin film of Example 6. FIG.

【図6】 実施例8における複相非晶質軟磁性薄膜の一
軸磁化曲線例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a uniaxial magnetization curve of a multi-phase amorphous soft magnetic thin film in Example 8.

【図7】 実施例8における各種複相非晶質軟磁性薄膜
の異方性磁場を示す図である。
7 is a diagram showing an anisotropic magnetic field of various multi-phase amorphous soft magnetic thin films in Example 8. FIG.

【図8】 実施例8における複相非晶質軟磁性薄膜の遷
移金属1原子当りの磁気異方性エネルギーεa の組成比
y依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the composition ratio y dependence of the magnetic anisotropy energy ε a per atom of a transition metal in the multi-phase amorphous soft magnetic thin film of Example 8.

【図9】 比較例2における非晶質軟磁性薄膜の磁化曲
線を示す図である。
9 is a diagram showing a magnetization curve of an amorphous soft magnetic thin film in Comparative Example 2. FIG.

【図10】 実施例9で作製した薄膜インダクタの構成
を示す図であって、(a)はその平面図、(b)はその
X−X線に沿った断面図である。
10A and 10B are diagrams showing a configuration of a thin film inductor manufactured in Example 9, wherein FIG. 10A is a plan view thereof, and FIG. 10B is a sectional view taken along line XX thereof.

【図11】 実施例10における成膜時のArガス圧と
飽和磁束密度との一関係例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a relationship between Ar gas pressure and saturation magnetic flux density during film formation in Example 10.

【図12】 実施例10における成膜時のArガス圧と
抵抗率との一関係例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a relationship between Ar gas pressure and resistivity during film formation in Example 10.

【図13】 実施例10における成膜時のB4 Cチップ
量と保磁力との一関係例を示す図である。
13 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of B 4 C chips and coercive force during film formation in Example 10. FIG.

【図14】 実施例10における成膜時のArガス圧と
保磁力との一関係例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a relationship between Ar gas pressure and coercive force during film formation in Example 10.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FeとCoを共に含む第1の非晶質相 2 BとCを共に含む第2の非晶質相 11 薄膜インダクタ 12 複相非晶質軟磁性薄膜 13 ダブルレクタンギュラー型平面コイル 1 First amorphous phase containing both Fe and Co 2 Second amorphous phase containing both B and C 11 Thin film inductor 12 Multi-phase amorphous soft magnetic thin film 13 Double rectangular planar coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 41/18 H01F 41/18 (72)発明者 溝口 徹彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01F 41/18 H01F 41/18 (72) Inventor Tetsuhiko Mizoguchi Toshiba Komukai Toshiba, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Town No. 1 Toshiba Corporation Research & Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一体として見た場合に、下記一般式: (Fe1-x Cox1-y (B1-zzy (式中、xはIVb族元素,N,Pから選ばれる1種また
は2種以上の元素を示し、x,y,zはそれぞれ0≦x
≦0.5 ,0.06<y<0.5 ,0<z<1を満足する数であ
る)よりなる組成よりなることを特徴とする軟磁性薄膜
形成用スパッタリングターゲット。
1. When viewed as a unit, the following general formula: (Fe 1-x Co x ) 1-y (B 1-z X z ) y (where x is a group IVb element, N, P) Indicates one or more elements selected, and x, y, and z are each 0 ≦ x
≦ 0.5, 0.06 <y <0.5, and 0 <z <1), the soft magnetic thin film forming sputtering target.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9334564B2 (en) 2011-02-22 2016-05-10 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Tube-shaped sputtering target

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