JPH0935935A - Manufacture of soft magnet film - Google Patents

Manufacture of soft magnet film

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JPH0935935A
JPH0935935A JP20036695A JP20036695A JPH0935935A JP H0935935 A JPH0935935 A JP H0935935A JP 20036695 A JP20036695 A JP 20036695A JP 20036695 A JP20036695 A JP 20036695A JP H0935935 A JPH0935935 A JP H0935935A
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JP
Japan
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magnetic film
soft magnetic
magnetic
oxygen gas
layer
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JP20036695A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiji Yaegashi
誠司 八重樫
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Japan Energy Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
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    • H01F10/14Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing iron or nickel
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method whereby a soft magnetic film of Fe-Si-Al alloy having high saturation magnetic flux density and high permeability can be produced. SOLUTION: In forming a soft magnetic film of an alloy magnetic material made of Fe, Si, Al and other fine elements on a non-magnetic oxide substrate by sputtering, dc sputtering is carried out supplying oxygen gas to the substrate periodically. A process of forming a layer A of magnetic film 50nm thick in the absence of the oxygen gas supply and a layer B of magnetic film 3nm thick in the presence of the oxygen gas supply is repeated to produce a soft magnetic film 3μm thick composed of the layers A and the layers B alternately stacked. The content of oxygen in the layer B of the soft magnetic film is 5-20% by atom, and preferably 11-17% by atom.

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、コンピュータ用磁気デ
ィスク装置の磁気ヘッドに用いられる軟磁性膜の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a soft magnetic film used for a magnetic head of a magnetic disk device for a computer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気記録の分野においては、記録
信号の高密度化にともない、高い保磁力と残留磁束密度
を有するメタル系磁気記録媒体が使用されるようにな
り、このため、磁気記録または再生を行なう磁気ヘッド
のコア材料には、高い飽和磁束密度を有することが要求
されてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of magnetic recording, a metal-based magnetic recording medium having a high coercive force and a residual magnetic flux density has come to be used with the increase in recording signal density. Further, it has been required that the core material of the magnetic head for reproduction has a high saturation magnetic flux density.

【0003】しかし、コア材料として最も広く使用され
ている軟磁性酸化物のフェライトは、満足な特性を得に
くいので、最近は、Fe−Si−Al合金等の軟磁性薄
膜を用いた積層型磁気ヘッドが急速に注目を浴びてきて
いる。この積層型磁気ヘッドでは、Fe−Si−Al等
の合金磁性膜を、Co−Ni−O、Mn−Ni−O、ヘ
マタイト(α−Fe23 )等の非磁性酸化物基板上に
1〜10μmの膜厚で形成したものを利用している。
However, since the soft magnetic oxide ferrite most widely used as a core material is hard to obtain satisfactory characteristics, recently, a laminated magnetic layer using a soft magnetic thin film such as an Fe--Si--Al alloy is used. The head is rapidly gaining attention. In this laminated magnetic head, an alloy magnetic film of Fe-Si-Al or the like is formed on a non-magnetic oxide substrate of Co-Ni-O, Mn-Ni-O, hematite (α-Fe 2 O 3 ) or the like. A film having a film thickness of 10 μm is used.

【0004】このような積層型磁気ヘッドでは、基板上
にスパッタリングによりトラック幅に相当する膜厚で磁
性膜を形成すればよいので、トラック幅を規制する加工
が省略でき、フェライト材のようなブロック状コア材を
用いた磁気ヘッドでのような、トラック幅の加工に伴う
問題が解決される。
In such a laminated magnetic head, since a magnetic film having a film thickness corresponding to the track width may be formed on the substrate by sputtering, the process for regulating the track width can be omitted, and a block such as a ferrite material can be omitted. Problems associated with processing the track width, such as in a magnetic head using a core material, are solved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】Fe−Si−Al合金
において、最も高い透磁率が得られる組成は、センダス
ト組成(9.6wt%Si、5.5wt%Al、残りF
e)である。しかし、この組成での飽和磁束密度は10
kG(kガウス)程度である。高記録密度化にともない
記録媒体の保磁力が増大しているので、10kG程度の
飽和磁束密度では記録能力が不十分であると考えられ
る。
In the Fe-Si-Al alloy, the composition that gives the highest magnetic permeability is the sendust composition (9.6 wt% Si, 5.5 wt% Al, balance F).
e). However, the saturation magnetic flux density in this composition is 10
It is about kG (k Gauss). Since the coercive force of the recording medium is increasing with the increase in recording density, it is considered that the recording ability is insufficient at a saturation magnetic flux density of about 10 kG.

【0006】そこで、飽和磁束密度を大きくするため
に、Si濃度とAl濃度を減らす方法があるが、しか
し、その場合、飽和磁束密度は大きくなるものの、透磁
率が小さくなるという問題が生じる。
Therefore, there is a method of reducing the Si concentration and the Al concentration in order to increase the saturation magnetic flux density. However, in this case, although the saturation magnetic flux density increases, the magnetic permeability decreases.

【0007】ところで、従来、合金磁性膜の製造方法と
して、基板に酸素ガスを周期的に導入しながらスパッタ
を行なう方法が知られている(特開昭53−7549
9、特開昭61−233409、特開平2−9811
2、特開平6−290941等)。
By the way, conventionally, as a method of manufacturing an alloy magnetic film, a method of performing sputtering while periodically introducing oxygen gas into a substrate is known (Japanese Patent Laid-Open No. 53-7549).
9, JP-A-61-233409, JP-A-2-9811
2, JP-A-6-290941).

【0008】たとえば、特開平6−290941号公報
では、基板に酸素ガスを周期的に導入しながらrfマグ
ネトロンスパッタを行ない、磁性薄膜層と絶縁薄膜層を
交互に積層するとともに、その絶縁薄膜層を構成する物
質等により磁性薄膜層を覆った合金磁性膜を開示してい
る。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-290941, rf magnetron sputtering is carried out while introducing oxygen gas into a substrate periodically, magnetic thin film layers and insulating thin film layers are alternately laminated, and the insulating thin film layers are formed. Disclosed is an alloy magnetic film in which a magnetic thin film layer is covered with constituent substances and the like.

【0009】しかしながら、本発明者の検討によれば、
透磁率を高くするためには、Fe−Fe間の磁気的な相
互作用は膜全体でなければならず、酸素を周期的に導入
した磁性層においてもFeを酸化してはならない。上記
公報のrfマグネトロンスパッタでは、プラズマが広が
って酸化反応が進みやすく、酸素を導入して形成された
層の酸化状態の制御性が悪いので、酸素を導入しない層
との交互形成によって軟磁性膜の透磁率を向上できるも
のの、高い透磁率を安定して得ることはできない。
However, according to the study by the present inventor,
In order to increase the magnetic permeability, the magnetic interaction between Fe and Fe must be the whole film, and Fe must not be oxidized even in the magnetic layer into which oxygen is periodically introduced. In the rf magnetron sputtering of the above publication, the plasma is easily spread to facilitate the oxidation reaction, and the controllability of the oxidation state of the layer formed by introducing oxygen is poor. Therefore, the soft magnetic film is formed alternately with the layer in which oxygen is not introduced. Although it is possible to improve the magnetic permeability, the high magnetic permeability cannot be stably obtained.

【0010】本発明の目的は、高い飽和磁束密度を持
ち、しかも透磁率が高いFe−Si−Al合金の軟磁性
膜を得ることができる製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of obtaining a soft magnetic film of an Fe-Si-Al alloy having a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にか
かる製造方法にて達成される。要約すれば、本発明は、
非磁性酸化物基板上にFe、Si、Alおよびその他の
微量元素からなる合金磁性体の軟磁性膜をスパッタによ
り形成する軟磁性膜の製造方法において、非磁性酸化物
基板に酸素ガスを周期的に供給しながら、dcスパッタ
を行なうことを特徴とする軟磁性膜の製造方法である。
The above object can be achieved by the manufacturing method according to the present invention. In summary, the present invention provides:
In a method of manufacturing a soft magnetic film, which comprises forming a soft magnetic film of an alloy magnetic material containing Fe, Si, Al and other trace elements on a non-magnetic oxide substrate by sputtering, oxygen gas is periodically supplied to the non-magnetic oxide substrate. The method for producing a soft magnetic film is characterized in that dc sputtering is carried out while being supplied to the soft magnetic film.

【0012】本発明によれば、非磁性酸化物基板にdc
バイアスおよびrfバイアスの少なくとも1つを印加し
ながら、dcスパッタを行なうことができ、dcバイア
スが−15V〜−50V、rfバイアスが7W〜17W
とすることができる。
According to the present invention, dc is added to the non-magnetic oxide substrate.
It is possible to perform dc sputtering while applying at least one of a bias and an rf bias, the dc bias is -15V to -50V, and the rf bias is 7W to 17W.
It can be.

【0013】また、軟磁性膜のうちの酸素ガスを供給し
ないで形成された軟磁性膜層の酸素含有量が5原子%以
下であり、酸素ガスを導入して形成された軟磁性膜層の
酸素含有量が5原子%以上20原子%以下とすることが
できる。さらに、軟磁性膜のうちの酸素ガスを供給しな
いで形成された軟磁性膜層の厚さが20nm〜150n
m、酸素ガスを導入して形成された軟磁性膜層の厚さが
0.8nm以上とすることができる。
In the soft magnetic film, the oxygen content of the soft magnetic film layer formed without supplying oxygen gas is 5 atomic% or less, and the soft magnetic film layer formed by introducing oxygen gas The oxygen content can be 5 atomic% or more and 20 atomic% or less. Further, the soft magnetic film layer formed without supplying oxygen gas in the soft magnetic film has a thickness of 20 nm to 150 n.
The thickness of the soft magnetic film layer formed by introducing oxygen gas can be 0.8 nm or more.

【0014】本発明による軟磁性膜は、非磁性酸化物基
板付近に酸素ガスが供給されない状態で形成された軟磁
性膜の層(以下、A層という)と、基板付近に酸素ガス
が供給された状態で形成された軟磁性膜の層(以下、B
層という)とが交互に積層されて構成される。軟磁性膜
の大部分を示すA層はB層に挟まれることにより、熱処
理を行なった後でも結晶粒が微細であり、実効的な結晶
磁気異方性が小さくなり、良好な軟磁性膜となる。
In the soft magnetic film according to the present invention, a layer of the soft magnetic film (hereinafter referred to as layer A) formed in a state where oxygen gas is not supplied near the non-magnetic oxide substrate, and oxygen gas is supplied near the substrate. Layer of the soft magnetic film (hereinafter referred to as B
And layers) are alternately laminated. Since the A layer, which represents most of the soft magnetic film, is sandwiched between the B layers, the crystal grains are fine even after the heat treatment, and the effective magnetocrystalline anisotropy becomes small, so that a good soft magnetic film is obtained. Become.

【0015】本発明では、軟磁性膜の成膜に、工業的に
一般的なdcスパッタを用いるが、このdcスパッタは
プラズマの広がりが少ないので、酸素ガスの供給下に形
成されるB層は、その中の元素の酸化反応が過度に進む
ことを回避できる。このdcスパッタの際、ターゲット
に印加するスパッタ電圧とは別に、基板にdcバイアス
および/またはrfバイアスを印加し、そのバイアスを
最適な範囲に選択することにより、B層の主要元素であ
るFe、Si、Alの酸化状態を制御することができ
る。
In the present invention, industrially general dc sputtering is used to form the soft magnetic film. However, since this dc sputtering does not spread plasma widely, the B layer formed under the supply of oxygen gas is It is possible to avoid excessive progress of the oxidation reaction of the elements therein. At the time of this dc sputtering, a dc bias and / or an rf bias is applied to the substrate separately from the sputtering voltage applied to the target, and the bias is selected within an optimum range, whereby Fe, which is the main element of the B layer, The oxidation state of Si and Al can be controlled.

【0016】磁性膜の軟磁気特性を良くするには、B層
のFeは全て金属状態、Siは一部が酸化された状態、
Alはほとんどが酸化された状態とするのがよく、この
ような酸化状態のB層が熱処理後に得られるようにする
と、最も軟磁気特性に優れた磁性膜を作製することがで
きる。
In order to improve the soft magnetic characteristics of the magnetic film, all Fe in the B layer is in a metallic state, Si is in a partially oxidized state,
Al is preferably in a state in which most of it is oxidized, and when a B layer in such an oxidized state is obtained after heat treatment, a magnetic film having the best soft magnetic characteristics can be manufactured.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】本発明において、軟磁性膜のdcスパッタ
には、dc対向ターゲットスパッタ装置を使用した。タ
ーゲットにはFe−Si−Al合金を用い、非磁性酸化
物基板にはCo−Ni−Oを使用した。基板としては、
その他に、Mn−Ni−Oあるいはヘマタイト(α−F
23 )などを用いることもできる。
In the present invention, a dc facing target sputtering apparatus was used for dc sputtering of the soft magnetic film. An Fe-Si-Al alloy was used as the target, and Co-Ni-O was used as the non-magnetic oxide substrate. As a substrate,
In addition, Mn-Ni-O or hematite (α-F
e 2 O 3 ) or the like can also be used.

【0019】上記において、Co−Ni−O基板は、C
oO/NiOを主成分とする非磁性酸化物基板で、その
組成は、0/100<CoO/NiO(モル比)≦80
/20である。好ましくは、金属磁性膜の熱膨張係数の
関係から、3/97<CoO/NiO(モル比)≦60
/40が良く、添加物は、たとえば0≦Al23 (w
t%)≦5である。
In the above, the Co-Ni-O substrate is C
A non-magnetic oxide substrate containing oO / NiO as a main component, the composition of which is 0/100 <CoO / NiO (molar ratio) ≦ 80.
/ 20. Preferably, from the relationship of the thermal expansion coefficient of the metal magnetic film, 3/97 <CoO / NiO (molar ratio) ≦ 60
/ 40 is good, and the additive is, for example, 0 ≦ Al 2 O 3 (w
t%) ≦ 5.

【0020】ヘマタイト基板としては、α−Fe23
に対し、Al23 (40wt%以下)、ZrO2 (4
0wt%以下)、CeO2 (40wt%以下)、ZnO
(30wt%以下)、TiO2 (20wt%以下)を添
加した組成のものが使用できる(特公平1−2222
0)。また、α−Fe23 に対し、Cr、Mo、T
a、Wの酸化物を0.1wt%以上5wt%以下添加し
たもの(特開平6−12611)、あるいは、α−Fe
23 に対し、Cr23 を20モル%以下添加したも
のなども用いることができる。
As a hematite substrate, α-Fe 2 O 3
In contrast, Al 2 O 3 (40 wt% or less), ZrO 2 (4
0 wt% or less), CeO 2 (40 wt% or less), ZnO
(30 wt% or less) and TiO 2 (20 wt% or less) added composition can be used (Japanese Patent Publication No. 1-2222).
0). In addition, with respect to α-Fe 2 O 3 , Cr, Mo, T
One containing 0.1 wt% or more and 5 wt% or less of oxides of a and W (JP-A-6-12611), or α-Fe
To 2 O 3, the Cr 2 O 3 or the like can also be used those obtained by adding 20 mol% or less.

【0021】スパッタ室に酸素ガスを導入せずに、つま
り、基板付近に酸素ガスを供給せずにdcスパッタを行
なって得た軟磁性膜の組成は、8.0wt%Si、3.
0wt%Al、残りFeおよび微量元素である。
The composition of the soft magnetic film obtained by performing dc sputtering without introducing oxygen gas into the sputtering chamber, that is, without supplying oxygen gas near the substrate, is 8.0 wt% Si, 3.
It is 0 wt% Al, the remaining Fe and trace elements.

【0022】本発明では、基板付近に周期的に酸素ガス
を供給しながらdcスパッタを行なって、酸素ガスの非
供給下に成膜した磁性膜のA層と、酸素ガス供給下に成
膜した磁性膜のB層とが交互に重なった軟磁性膜を形成
するものである。磁性膜のA層の厚さは20nm〜15
0nm、B層の厚さは0.8nm以上、好ましくは2.
5nm〜5nmとすることができる。
In the present invention, dc sputtering is performed while periodically supplying oxygen gas to the vicinity of the substrate, and the A layer of the magnetic film formed without supplying oxygen gas and the film with oxygen gas supplied. The soft magnetic film is formed by alternately stacking the B layers of the magnetic film. The thickness of the A layer of the magnetic film is 20 nm to 15
0 nm, the thickness of the B layer is 0.8 nm or more, preferably 2.
It can be 5 nm to 5 nm.

【0023】本発明の標準の成膜条件を示せば次の通り
である; Arガス供給量 :100sccm O2 ガス供給量 :10sccm O2 ガス供給周期:30秒(A層の厚さ50nm) O2 ガス供給時間:2秒(B層の厚さ3nm) 基板温度 :室温 成膜速度 :100nm/分 dcバイアス :−30V rfバイアス :0V
The standard film forming conditions of the present invention are as follows: Ar gas supply amount: 100 sccm O 2 gas supply amount: 10 sccm O 2 gas supply period: 30 seconds (A layer thickness 50 nm) O 2 Gas supply time: 2 seconds (B layer thickness 3 nm) Substrate temperature: Room temperature Film formation rate: 100 nm / min dc bias: -30V rf bias: 0V

【0024】以下、具体的に説明する。A detailed description will be given below.

【0025】本発明において、酸素ガスの非供給下に成
膜した磁性膜のA層と、酸素ガス供給下に成膜した磁性
膜のB層とを、それぞれ50nm、3nmの厚さに形成
する過程を繰り返し、A層とB層とが交互に重なった厚
さ3μmの軟磁性膜を作製した。
In the present invention, the A layer of the magnetic film formed without oxygen gas supply and the B layer of the magnetic film formed under oxygen gas supply are formed to have thicknesses of 50 nm and 3 nm, respectively. The process was repeated to prepare a soft magnetic film having a thickness of 3 μm in which the A layer and the B layer were alternately stacked.

【0026】このとき、Arガス供給量は100scc
m(standard cubic centimeter :標準状態体積cm
3 )、基板付近への酸素ガスの供給量は10sccm、
全ガス圧力は2mmTorrとした。基板に印加するd
cバイアスは−10V〜−100V、rfバイアスは5
W〜20Wの範囲とした。ターゲットに印加するスパッ
タ電圧は、約−800Vとした。比較例として、これら
のバイアスを印加しない条件での成膜も行なった。
At this time, the Ar gas supply amount is 100 scc
m (standard cubic centimeter: standard state volume cm)
3 ), the supply amount of oxygen gas near the substrate is 10 sccm,
The total gas pressure was 2 mmTorr. Applied to the substrate d
c bias is -10V to -100V, rf bias is 5
The range was W to 20W. The sputtering voltage applied to the target was about -800V. As a comparative example, film formation was also performed under the condition that these biases were not applied.

【0027】軟磁性膜を形成後、基板を真空熱処理炉に
入れて、5×10-6Torr以下の真空中で700℃、
1時間の熱処理を行なった。その後、磁性膜の初透磁率
を、フェイライトヨーク法により2MHzの周波数で測
定した。
After forming the soft magnetic film, the substrate is placed in a vacuum heat treatment furnace and 700 ° C. in a vacuum of 5 × 10 -6 Torr or less.
Heat treatment was performed for 1 hour. Then, the initial permeability of the magnetic film was measured at a frequency of 2 MHz by the Fayrite yoke method.

【0028】図1は、基板に印加したdcバイアスを0
V、−10V、−20V、−30V、−40V、−50
V、−100Vと変化したときの、dcバイアスと磁性
膜の初透磁率の関係を示したグラフである。基板にdc
バイアスを印加しない場合、磁性膜の初透磁率は500
程度の低い値を示しているが、基板にdcバイアスを−
15V〜−50V印加した場合には、初透磁率は200
0以上に増加しており、−20V〜−40V印加した場
合には、初透磁率が3000以上とさらに良好な軟磁気
特性を示している。それ以上のdcバイアス印加では、
初透磁率の低下が認められる。従って、本発明では、基
板へ印加するdcバイアスは−15V〜−50V、好ま
しくは−20V〜−40Vとする。
FIG. 1 shows that the dc bias applied to the substrate is zero.
V, -10V, -20V, -30V, -40V, -50
6 is a graph showing the relationship between the dc bias and the initial magnetic permeability of the magnetic film when V and −100 V are changed. Dc on the board
When no bias is applied, the initial permeability of the magnetic film is 500.
Although it shows a low value, a dc bias is applied to the substrate.
When 15V to -50V is applied, the initial magnetic permeability is 200.
When the applied voltage is −20 V to −40 V, the initial magnetic permeability is 3000 or more, which is a more favorable soft magnetic property. When a dc bias higher than that is applied,
A decrease in initial permeability is observed. Therefore, in the present invention, the dc bias applied to the substrate is -15V to -50V, preferably -20V to -40V.

【0029】図2は、基板に印加したrfバイアスを0
W、5W、10W、15W、20Wと変化したときの、
rfバイアスと磁性膜の初透磁率の関係を示したもので
ある。なお、このときのdcバイアス0Vである。基板
へのrfバイアスの印加により、dcバイアスと同様な
初透磁率の増加が認められる。7W〜17Wのrfバイ
アスの印加により、初透磁率が2000以上の良好な軟
磁気特性を示し、9W〜12Wのrfバイアスの印加で
は、初透磁率が3000以上と、さらに良好な軟磁気特
性を示している。従って、基板へのrfバイアスの印加
を7W〜17W、好ましくは9W〜12Wとした。
FIG. 2 shows that the rf bias applied to the substrate is zero.
When changing to W, 5W, 10W, 15W, 20W,
It shows the relationship between the rf bias and the initial magnetic permeability of the magnetic film. The dc bias at this time is 0V. When the rf bias is applied to the substrate, an increase in initial permeability similar to that of the dc bias is observed. By applying an rf bias of 7 W to 17 W, the initial magnetic permeability shows a good soft magnetic property of 2000 or more, and by applying the rf bias of 9 W to 12 W, the initial magnetic permeability of 3000 or more, a better soft magnetic property is obtained. Shows. Therefore, the application of the rf bias to the substrate is set to 7 W to 17 W, preferably 9 W to 12 W.

【0030】上記のdcバイアスおよびrfバイアス
は、それぞれ異なる仕方で初透磁率を向上させるので、
いずれか一方だけを印加しても、両方を印加しても構わ
ない。
The above dc bias and rf bias improve the initial permeability in different ways, so
Either one or both may be applied.

【0031】図3は、基板温度を室温(30℃)、10
0℃、200℃、300℃と変化させたときの、基板温
度と磁性膜の初透磁率の関係を示したものである。dc
スパッタ時の基板の温度を350℃以下にすると、初透
磁率が2000以上の良好な軟磁気特性を示し、基板温
度が100℃以下では、初透磁率が3000以上と、さ
らに良好な軟磁気特性を示している。従って、dcスパ
ッタ時の基板の温度は350℃以下、好ましくは100
℃以下とする。
In FIG. 3, the substrate temperature is room temperature (30 ° C.), 10
It shows the relationship between the substrate temperature and the initial magnetic permeability of the magnetic film when changed to 0 ° C, 200 ° C, and 300 ° C. dc
When the temperature of the substrate during sputtering is 350 ° C. or less, the initial magnetic permeability shows a good soft magnetic property of 2000 or more, and when the substrate temperature is 100 ° C. or less, the initial magnetic permeability is 3000 or more, and a more favorable soft magnetic property. Is shown. Therefore, the temperature of the substrate during dc sputtering is 350 ° C. or lower, preferably 100 ° C.
It should be below ° C.

【0032】図4は、酸素ガス供給量を0sccm、5
sccm、10sccm、15sccm、20sccm
と変化させたときの、酸素ガス供給量と磁性膜の初透磁
率の関係を示したものである。基板付近への周期的な酸
素ガス供給における供給1回当たりの酸素ガス供給量が
4.5sccm〜14sccmの範囲で、初透磁率が2
000以上の良好な軟磁気特性を示し、中でも、9sc
cm〜11sccmでは、初透磁率が3000以上を示
している。従って、基板付近への周期的供給1回当たり
の酸素ガス供給量は4.5sccm〜14sccm、好
ましくは9sccm〜11sccmとすべきである。
In FIG. 4, the oxygen gas supply amount is 0 sccm, 5
sccm, 10 sccm, 15 sccm, 20 sccm
4 shows the relationship between the oxygen gas supply amount and the initial magnetic permeability of the magnetic film when changed to. In the periodic supply of oxygen gas to the vicinity of the substrate, the initial permeability is 2 when the supply amount of oxygen gas per supply is 4.5 sccm to 14 sccm.
000 or more showing good soft magnetic characteristics, among which 9sc
From cm to 11 sccm, the initial magnetic permeability is 3000 or more. Therefore, the amount of oxygen gas supplied per periodic supply to the vicinity of the substrate should be 4.5 sccm to 14 sccm, preferably 9 sccm to 11 sccm.

【0033】図5は、酸素ガス供給時間を0秒、1秒、
2秒、4秒、6秒、8秒と変化させたときの、酸素ガス
供給時間と磁性膜の初透磁率の関係を示したものであ
る。すなわち、B層の厚さを0nm〜13nmまで変化
させたときの、B層の厚さと初透磁率の関係を示したも
のである。基板付近への周期的な酸素ガス供給における
供給1回当たりの酸素ガス供給時間が0.5秒以上で、
初透磁率が2000以上の良好な軟磁気特性を示し、
1.5〜3秒では、初透磁率が3000以上を示してい
る。従って、基板付近への周期的供給の1回当たりの酸
素ガス供給時間は0.5秒以上、好ましくは1.5〜3
秒とする。すなわち、好ましいB層の厚さは、0.8n
m以上、好ましくは2.5nm〜5nmである。
In FIG. 5, the oxygen gas supply time is 0 seconds, 1 second,
It shows the relationship between the oxygen gas supply time and the initial magnetic permeability of the magnetic film when changed to 2 seconds, 4 seconds, 6 seconds, and 8 seconds. That is, it shows the relationship between the thickness of the B layer and the initial magnetic permeability when the thickness of the B layer was changed from 0 nm to 13 nm. In the periodic oxygen gas supply to the vicinity of the substrate, the oxygen gas supply time per supply is 0.5 seconds or more,
Shows good soft magnetic properties with initial permeability of 2000 or more,
At 1.5 to 3 seconds, the initial magnetic permeability is 3000 or more. Therefore, the oxygen gas supply time per periodic supply to the substrate is 0.5 seconds or more, preferably 1.5 to 3
Seconds. That is, the preferable thickness of the B layer is 0.8n.
m or more, preferably 2.5 nm to 5 nm.

【0034】図6は、酸素ガス供給周期を8秒、15
秒、30秒、60秒、120秒と変化させたときの、酸
素ガス供給周期と磁性膜の初透磁率の関係を示したもの
である。すなわち、A層の厚さを13nm〜300nm
まで変化させたときのA層の厚さと初透磁率の関係を示
したものである。基板付近への周期的な酸素ガス供給に
おける供給周期が12〜90秒の範囲で、初透磁率が2
000以上の良好な軟磁気特性を示し、25〜40秒で
は、初透磁率が3000以上を示している。従って、基
板付近への周期的供給の酸素ガス供給周期は12〜90
秒、好ましくは25〜40秒とすべきである。すなわ
ち、好ましいA層の厚さは、20nm〜150nm、好
ましくは42nm〜67nmである。
FIG. 6 shows an oxygen gas supply cycle of 8 seconds and 15 seconds.
It shows the relationship between the oxygen gas supply cycle and the initial magnetic permeability of the magnetic film when changed to seconds, 30 seconds, 60 seconds, and 120 seconds. That is, the thickness of the A layer is 13 nm to 300 nm.
It shows the relationship between the thickness of the A layer and the initial magnetic permeability when it is changed up to. In the periodic supply of oxygen gas near the substrate, the supply cycle is 12 to 90 seconds, and the initial permeability is 2
000 or more, a good soft magnetic property is exhibited, and in 25 to 40 seconds, the initial magnetic permeability is 3000 or more. Therefore, the oxygen gas supply cycle of the periodic supply to the vicinity of the substrate is 12 to 90.
It should be in seconds, preferably 25-40 seconds. That is, the preferable thickness of the layer A is 20 nm to 150 nm, and preferably 42 nm to 67 nm.

【0035】図7は、磁性膜のB層中の酸素含有量と初
透磁率の関係を示したものである。初透磁率は、B層の
酸素含有量が15原子%付近で最大値を示している。酸
素含有量5〜20原子%で、初透磁率2000以上の良
好な軟磁気特性を示し、酸素含有量11〜17原子%で
初透磁率3000以上とさらに良好な軟磁気特性を示し
ている。従って、磁性膜のB層中の酸素含有量は5〜2
0原子%、好ましくは11〜17原子%とする。
FIG. 7 shows the relationship between the oxygen content in the B layer of the magnetic film and the initial magnetic permeability. The initial permeability shows the maximum value when the oxygen content of the B layer is around 15 atom%. When the oxygen content is 5 to 20 atomic%, the initial magnetic permeability is 2000 or more, and the soft magnetic characteristics are good. When the oxygen content is 11 to 17 atomic%, the initial magnetic permeability is 3000 or more, which is the better soft magnetic characteristics. Therefore, the oxygen content in the B layer of the magnetic film is 5 to 2
It is 0 atom%, preferably 11 to 17 atom%.

【0036】本発明によれば、磁性膜のA層中の酸素含
有量は、ほぼ3原子%と一定するが、A層の酸素含有量
が5原子%を超えると初透磁率が低下するので、上限は
5原子%以下とされる。
According to the present invention, the oxygen content in the A layer of the magnetic film is constant at about 3 atom%, but when the oxygen content of the A layer exceeds 5 atom%, the initial magnetic permeability decreases. , The upper limit is 5 atomic% or less.

【0037】本発明において、磁性膜の構成金属元素で
あるFe、Si、Alについて、それぞれの元素の中で
酸化物の占める割合をX線光電分光法により調べた。そ
の結果をB層中の酸素濃度に対して示したものが図8で
ある。
In the present invention, with respect to the constituent metal elements of the magnetic film, Fe, Si and Al, the proportion of oxides in each element was examined by X-ray photoelectric spectroscopy. FIG. 8 shows the result with respect to the oxygen concentration in the B layer.

【0038】磁性膜のB層は酸素濃度の増加とともに、
まず、初めにAlが酸化されていき、Alの全てが酸化
された後に、Siが酸化されることが分かる。Siが全
て酸化された磁性膜では、電気抵抗が急激に増大する。
従って、B層によってA層が電気的に絶縁された状態で
は、磁気的交換結合も失われると考えられ、そのような
B層とA層を持った構造の磁性膜では、軟磁性を示さな
いものと思われる。本発明では、上記したように、B層
中の酸素濃度が11〜17原子%の状態のときに、最も
良好な軟磁気特性を示しているが、そのようなB層は、
Alが全て酸化され、Siの一部が酸化されている状態
であることが分かる。
In the B layer of the magnetic film, as the oxygen concentration increases,
First, it can be seen that Al is first oxidized, and Si is oxidized after all Al is oxidized. In a magnetic film in which all Si is oxidized, the electric resistance increases sharply.
Therefore, it is considered that the magnetic exchange coupling is also lost when the A layer is electrically insulated by the B layer, and such a magnetic film having the B layer and the A layer does not exhibit soft magnetism. It seems to be. In the present invention, as described above, the best soft magnetic characteristics are exhibited when the oxygen concentration in the B layer is 11 to 17 atomic%.
It can be seen that Al is all oxidized and part of Si is oxidized.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、非磁
性酸化物基板上にFe、Si、Alおよびその他の微量
元素からなる合金磁性体の軟磁性膜をスパッタにより形
成するに際し、基板に酸素ガスを周期的に供給しながら
dcスパッタを行なったので、高い飽和磁束密度を持
ち、しかも透磁率が高いFe−Si−Al合金の軟磁性
膜を得ることができた。
As described above, according to the present invention, when a soft magnetic film of an alloy magnetic material consisting of Fe, Si, Al and other trace elements is formed on a non-magnetic oxide substrate by sputtering, Since dc sputtering was performed while periodically supplying oxygen gas, it was possible to obtain a soft magnetic film of a Fe-Si-Al alloy having a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability.

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

【図1】基板に印加したdcバイアスと磁性膜の初透磁
率の関係を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a dc bias applied to a substrate and an initial magnetic permeability of a magnetic film.

【図2】基板に印加したrfバイアスと初透磁率の関係
を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rf bias applied to the substrate and the initial magnetic permeability.

【図3】基板温度と初透磁率の関係を示したグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between substrate temperature and initial magnetic permeability.

【図4】酸素ガス供給量と初透磁率の関係を示したグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the oxygen gas supply amount and the initial magnetic permeability.

【図5】酸素ガス供給時間と初透磁率の関係を示したグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the oxygen gas supply time and the initial magnetic permeability.

【図6】酸素ガス供給周期と初透磁率の関係を示したグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the oxygen gas supply cycle and the initial magnetic permeability.

【図7】磁性膜のB層中の酸素含有量と初透磁率の関係
を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the oxygen content in the B layer of the magnetic film and the initial magnetic permeability.

【図8】磁性膜のB層中の酸素含有量とFe、Si、A
lにおけるそれぞれの酸化物の占める割合との関係を示
すグラフである。
FIG. 8: Oxygen content and Fe, Si, A in B layer of magnetic film
It is a graph which shows the relationship with the ratio which each oxide in 1 occupies.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非磁性酸化物基板上にFe、Si、Al
およびその他の微量元素からなる合金磁性体の軟磁性膜
をdcスパッタにより形成する軟磁性膜の製造方法にお
いて、非磁性酸化物基板に酸素ガスを周期的に供給しな
がら、dcスパッタを行なうことを特徴とする軟磁性膜
の製造方法。
1. Fe, Si, Al on a non-magnetic oxide substrate
In a method of manufacturing a soft magnetic film, which is formed by dc sputtering, a soft magnetic film of an alloy magnetic material composed of other trace elements, dc sputtering is performed while periodically supplying oxygen gas to a nonmagnetic oxide substrate. A method of manufacturing a characteristic soft magnetic film.
【請求項2】 非磁性酸化物基板にdcバイアスおよび
rfバイアスの少なくとも1つを印加しながら、dcス
パッタを行なう請求項1の製造方法。
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein dc sputtering is performed while applying at least one of a dc bias and an rf bias to the nonmagnetic oxide substrate.
【請求項3】 dcバイアスが−15V〜−50Vであ
る請求項2の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the dc bias is −15V to −50V.
【請求項4】 rfバイアスが7W〜17Wである請求
項2の製造方法。
4. The manufacturing method according to claim 2, wherein the rf bias is 7 W to 17 W.
【請求項5】 軟磁性膜のうちの酸素ガスを供給しない
で形成された軟磁性膜層の酸素含有量が5原子%以下で
あり、酸素ガスを導入して形成された軟磁性膜層の酸素
含有量が5原子%以上20原子%以下である請求項1、
2、3または4の製造方法。
5. The soft magnetic film layer of the soft magnetic film formed without supplying oxygen gas has an oxygen content of 5 atomic% or less, and the soft magnetic film layer of the soft magnetic film layer formed by introducing oxygen gas. The oxygen content is 5 atomic% or more and 20 atomic% or less,
2, 3 or 4 manufacturing method.
【請求項6】 軟磁性膜のうちの酸素ガスを供給しない
で形成された軟磁性膜層の厚さが20nm〜150n
m、酸素ガスを導入して形成された軟磁性膜層の厚さが
0.8nm以上である請求項1、2、3、4または5の
製造方法。
6. The soft magnetic film layer of the soft magnetic film formed without supplying oxygen gas has a thickness of 20 nm to 150 n.
6. The method according to claim 1, wherein the soft magnetic film layer formed by introducing oxygen gas has a thickness of 0.8 nm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0901135A2 (en) * 1997-09-04 1999-03-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic thin film and magnetic device using same

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EP0901135A3 (en) * 1997-09-04 1999-04-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic thin film and magnetic device using same
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