JPH09506471A - 無定形パーマロイ膜及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 実質的に無定形のパーマロイ膜から成る磁気透過性材料を開示する。この実質的に無定形のパーマロイ膜は、イオンビームス・スパッタリングによって形成される。この実質的に無定形のパーマロイ膜では、出力振幅特性とノイズ特性とが改善される。

Description

【発明の詳細な説明】 無定形パーマロイ膜及びその製法 発明の背景 本発明は、パーマロイ(permalloy)膜に関し、一層詳しくは、磁気記録システ ムに使用し得る無定形パーマロイ(permalloy)膜に関する。 磁気記憶装置の設計における最近の傾向は、磁気記憶デバイス中の磁気記憶媒 体からのデータを読み取るための磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドの使用である。誘導セ ンサーヘッドの代わりにＭＲヘッドを使用すれば、製造者は磁気記憶装置の記録 密度を増やすことができる。種々の物質、及びこれら物質から薄膜を造るための 種々の方法は、ＭＲヘッドを造るのに使用されている。ＭＲヘッドは、未来の磁 気記憶装置において必要とされるであろう、一層高い記録密度の要求事項を満た すために使用し得る。 パーマロイは、ニッケルと鉄との組合わせを含む、磁気透過性の高いあらゆる 多くの合金に対する名称である。パーマロイは、その磁気透過性が高く、周波数 特性が優れているため、しばしば薄膜ＭＲヘッド等の適用のための磁気回路材料 として使用される。パーマロイは特に、ＭＲヘッド中の薄膜の磁気抵抗要素（Ｍ ＲＥ）として使用されてきた。薄膜ＭＲヘッド中のＭＲＥは、磁気記憶媒体から 出る磁界を通過するときの抵抗の変化、及び他の好都合な磁気的・電気的諸特性 を示す部分である。 多くの磁気膜（磁気フィルム）は一般的に、パーマロイから造られるが、他の 種類の材料もしばしば使用される。例えば、無定形材料には好都合な、特に磁気 的特性に関する諸特性があるため、無定形材料は磁気薄膜を造るのに使用されて きた。これらの無定形材料は通常、自然に存在する無定形又は無定形に近い結晶 構造を有する。薄膜磁気ヘッドに使用され、自然に存在する無定形の例は、Ｃｏ Ｚｒ、ＣｏＺｒＲｈ及びＣｏＺｒＮｂを含む。これらの本質的に無定形の材料は 、その磁気透過性が高く、他の好都合な磁気的・電気的諸特性を有するため、し ばしば薄膜磁気ヘッドに使用される。 イオンビーム・スパッタリングは、薄膜の付着、特にＭＲヘッド磁気記憶装置 用のＭＲＥｓ（諸磁気抵抗要素）の付着にますます使用されている技術である。 イオンビーム・スパッタリング付着技術では、イオン発生源から遠くにあり、２ ４インチ以下のターゲット上に向けられ焦点を合せられている単一に近いエネル ギーイオンの平行ビームが使用される。ターゲットと、イオン又はプラズマ発生 領域との間の間隔距離が大きいために、イオンビーム・スパッタリングは、ｒｆ −ダイオード・スパッタリング技術等、他の標準的スパッタリング技術よりかな り低い圧力で行うことができる。圧力が一層低いためにイオンビーム中のイオン とガス分子との間の衝突は一層少なくなり、次いで、かかるイオンがターゲット と衝突する。このために、エネルギーの一層高い膜が生じる。ターゲットからの イオン及びニュートラル(neutrals)の反射は、イオンビーム・スパッタリング技 術を用いて造られる薄膜のエネルギーレベルが増大するのに役立つ。従って、イ オンビーム・スパッタリング済み薄膜では、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング 技術等の標準的技術によってスパッタリングされた膜と比較して、密度は一層大 きくなり、耐食性は改善され、不純物レベルは低減され、またひずみは改善され る。 イオンビーム・スパッタリングは、光学的コーティング、磁気光学媒体の製造 、ＭＲヘッド等、種々の薄膜応用に使用されてきた。イオンビーム・スパッタリ ングＭＲＥｓは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリングＭＲＥｓと比べ、出力が大 きく、耐食性が大きい。 イオンビーム・スパッタリング技術は、種々の多数の薄膜材料を付着させるの に使用されてきた。例えば、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＲｈ、ＣｏＺｒＮｂ等の透過性 の高い無定形材料は、イオンビーム・スパッタリング技術によってうまく付着し てきた。また、パーマロイ、即ちＮｉ_XＦｅ_1-Xのイオンビーム・スパッタリング は、種々の特性が改善されたパーマロイ膜を得るのに使用されてきた。幾つかの 論文が、イオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜の諸特性に関し書かれ てきた。 ジェリ・ロー(Jerry Lo)等による第１の論文は、『高速度二重イオンビーム・ スパッタリング済みＮｉＦｅ膜の磁気的・構造的諸特性』（ジャーナル・オブ・ アプライド・フィジックス(Journal of Applied Physics)，第６１巻，Ｎｏ．８ ，１５，１９８７年４月）と題する。この論文で著者等は、基体表面に関するタ ーゲット角を変えることによって、Ｎｉ−Ｆｅ膜の磁気的諸特性は改善し得るこ とに注目している。また、著者等は、２００〜２，０００Ｖのビーム電圧（ビー ムエネルギー ２００〜２，０００電子ボルト）で付着させた膜では、磁気的・ 電気的諸特性の有意な変化は全く観察されないことを見出だした。この論文では 更に、スパッタリング工程に窒素を添加するとＸ線回折の〈１１１〉ピークが減 少することが検討された。著者等は結局、窒素を添加しないでスパッタリングす る場合、Ｘ線回折の〈１１１〉ピーク強度は、４５°未満の回折角に対しては比 較的一定であり、また、このことは４５°未満の回折角を有するＮｉ−Ｆｅ膜は 類似の〈１１１〉組織(textures)を有することを意味すると結論付けている。 クリストファ Ｖ．ヤーネス(Christopher V．Jahnes)等による第２の論文は 、『イオンビーム・スパッタリング付着済みパーマロイ薄膜(Ion Beam Sputter Deposited Permalloy Thin Films)』（磁気に関するＩＥＥＥ会報，第２８巻， Ｎｏ．４，１９９２年７月）と題する。この論文で著者等は、彼等の研究で使用 するイオンビーム・スパッタリング手順について述べ、次いで、得られるイオン ビーム・スパッタリング付着済みパーマロイ膜について検討している。その論文 の著者等は、イオンビームス・スパッタリングは、ある条件下で、薄膜ヘッドに 使用するのに適した諸特性を有するパーマロイ膜を付着するのに使用することが できることに注目した。この論文で著者等は、イオンビーム・スパッタリング済 みパーマロイ膜について多くの観察報告を行っている。一つの重要な観察は、膜 の付着速度（この速度はイオンビームのエネルギーレベルに依存する。）の関数 としてのイオンビーム付着済み膜の磁気的特性はほとんど変化しないということ である。 記録密度の要求事項が増大し続けるとき、これらの増大する密度の要求事項を 満たし得るＭＲヘッドを造るためには、磁気的・電気的諸特性の改善された磁気 薄膜を見出す必要がある。 発明の要約 本発明は、パーマロイ膜の望ましい磁気的・電気的特性と、デジタル及びアナ ログの増大した出力振幅とを有する磁気薄膜は、将来必要とされる高い密度の要 求事項を満たし得る磁気記憶装置及び磁気記録装置の設計における重要なツール (tool)を提供するという認識に基づいている。無定形パーマロイ膜の磁気的・電 気的諸特性に類似した磁気的・電気的諸特性を有するものの出力振幅及びノイズ 特性の改善された、無定形又は実質的に無定形のパーマロイ膜は、望ましい増大 した記録密度を達成するのに使用し得る磁気材料を提供する。 本発明は、無定形又は実質的に無定形の結晶膜構造を有するパーマロイ膜であ る。パーマロイ膜（この膜はニッケルと鉄とから成る原子組成を有する。）は、 面心立方〈１１１〉平面の実質的に無定形である。この面心立方〈１１１〉平面 は基体表面に実質的に平行である。本発明の好ましい具体例において、無定形パ ーマロイ膜は、ニッケル３０〜８６％を含有する組成を有する。 本発明の幾つかの好ましい具体例において、実質的に無定形のパーマロイ膜は 、イオンビーム・スパッタリングによって形成される。イオンビーム・スパッタ リングは、好ましい具体例においては、５００電子ボルト以下のイオンビーム・ エネルギーを用いて行う。少なくとも一つの好ましい具体例では、実質的に無定 形のパーマロイ膜は、約３００電子ボルトのイオンビーム・エネルギーを用いた イオンビーム・スパッタリングによって形成する。他の好ましい具体例では、実 質的に無定形のパーマロイ膜は、イオンビームとパーマロイ・ターゲットとの間 の入射角約３０°のイオンビーム・スパッタリングによって形成する。 幾つかの好ましい具体例において、本発明の実質的に無定形のパーマロイ膜は 、磁気抵抗ヘッド中の磁気抵抗要素として使用される。これらの好ましい具体例 において、無定形パーマロイ膜から成る磁気抵抗要素は、出力振幅及びノイズの 諸特性が改善される。 図面の簡単な説明 図１は、磁気抵抗要素を有する磁気抵抗ヘッドの断面図であり、この磁気抵抗 要素は本発明の実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜が組み込める。 図２は、本発明に従って使用し得るイオンビーム・スパッタリング装置の概略 図である。 図３は、面心立方単位格子の概略図である。 図４及び図５は、本発明による実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ 膜の出力振幅特性対ノイズ特性を示すグラフである。 図６は、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みパーマロイ膜の出力振幅特性 対ノイズ特性を示すグラフである。 図７は、多くのイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜の抵抗率対粒 子サイズを示すグラフである。 図８は、実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜の面心立方〈１１１ 〉Ｘ線回折ピークを示すグラフであり、２種の非無定形パーマロイ膜の面心立方 〈１１１〉のＸ線回折ピークを示す。 好ましい具体例の詳細な説明 Ａ．磁気抵抗ヘッドの概要 図１は、磁気記憶装置内で使用される読取り書込みヘッド２０の断面図である 。ヘッド２０には、誘導書込みデバイス２２及び磁気抵抗（ＭＲ）読取りデバイ ス２４が含まれる。誘導書込みデバイス２２には、コイル２８及び磁極片２６が 含まれる。電流はコイル２８を通過して磁界を発生させる。コイル２８によって 発生した磁界は、磁極片２６によって、表面２３に隣接する磁気記憶媒体（示し ていない。）の方へ導かれ、その磁気媒体の上に情報が書込まれる。 ＭＲ読取りデバイス２４には、磁気抵抗要素（ＭＲＥ）３０、導電通路３２及 びシールド(shields，遮蔽物)３４が含まれる。ＭＲＥ３０は典型的には、磁気 抵抗薄膜である。ＭＲ読取りデバイス２４が、隣接する磁気記憶媒体から出る磁 界を通過するとき、ＭＲＥ３０の抵抗は変化する。換言すれば、ＭＲＥ３０の抵 抗はほとんど磁界に依存する。 予め決めた電流が、導電通路３２及びＭＲＥ３０を通して供給される。図１に 十分には示していないが、導電通路３２は、ＭＲＥ３０へ流れる電流のための通 路と、ＭＲＥ３０から流れる電流のための通路とを与える。ＭＲ読取りデバイス ２４が可変磁界を通過する間、ＭＲＥ３０の抵抗は変化するので、導電通路３２ を横切る電圧の変化は同様に検知される。従って、導電通路３２を横切る電圧の 変化をモニターすることによって、磁気記憶媒体に記憶されるデータを読取るこ とができる。代替的には、導電通路３２及びＭＲＥ３０を通して予め決めた電流 を通過させる代わりに、通路３２を横切って一定電圧をかけることができる。そ うすると、ＭＲＥ３０の抵抗の変化によって、通路３２を通って流れる電流の変 化が生じる。この場合、データは、通路３２及びＭＲＥ３０を通って流れる電流 の変化をモニターすることによって読取ることができる。 ＭＲＥ３０は、磁気抵抗特性を示す多くの材料で造れる。ＭＲＥ３０の製造に 使用される一般的な材料はパーマロイである。パーマロイは、ニッケルと鉄との 組合わせから成る合金である。従って、パーマロイは、Ｎｉ_XＦｅ_1-Xの原子組成 を有する。ニッケル８１％と鉄１９％とを有するパーマロイ（Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉）は 、ごく一般的に磁気薄膜に使用される。しかし、パーマロイには、ニッケルと鉄 とのかなり多くの組合わせが含まれる。実際、ニッケル−鉄の多数の合金が知ら れており、大抵はＮｉを３０％〜８６％含有する。本発明は、特定割合のニッケ ルを含有するパーマロイには全く限定されないが、むしろ一般的なパーマロイの 膜を適用する意図である。 Ｂ．パーマロイ膜のイオンビーム付着 図２は、本発明による、基体上に磁気薄膜を造るためのイオンビーム・スパッ タリング付着装置の概略図である。イオンビーム・スパッタリング付着装置５０ には、付着ガン(deposition gun)５２、ターゲット５４及び基体５６が含まれる 。付着ガン５２には、静電レンズ又は加速格子５８及びプラズマ発生領域６０が 含まれる。プラズマ発生領域６０で、本質的に正に帯電したアルゴンイオンの雲 であるプラズマが放出される。本発明の好ましい具体例で、正に帯電したイオン はアルゴンイオンである。負の電圧を加速格子５８にかけてアルゴンイオンを加 速させ、ターゲット５４の方にアルゴンイオンのビーム６２を向ける。加速格子 ５８にかけられる電圧によって、ビーム６２をつくるアルゴンイオンのエネルギ ーは制御される。結果的に、ビーム６２のイオンエネルギーは非常に均一である 。 本発明の好ましい具体例と関連して使用するイオンビーム・スパッタリング付 着装置５０で、ターゲット５４は、付着ガン５２から約１８インチの位置に設置 される。しかし、他の具体例では、ターゲット５４と付着ガン５２との間の距離 は、変えてもよい。 本発明の好ましい具体例で、ターゲット５４はパーマロイで構成される。本発 明の好ましい具体例で、ターゲット５４用としては、大体、ニッケル８１％と鉄 １９％との原子組成を有するパーマロイを使用する場合もあり、ニッケルと鉄と の可変比を有するパーマロイを使用する場合もある。 イオンビーム６２からのアルゴンは、ターゲット５４の表面と衝突する。その 結果、１個以上のニッケル及び（又は）鉄の原子が、イオンビーム６２中の各々 アルゴンイオンによって、ターゲット５４から打ち落とされる。次いで、ターゲ ット５４から打ち落とされたニッケル及び鉄の原子は、基体５６の表面に集まり 濃縮され、パーマロイ膜を形成する。 イオンビーム・スパッタリングでは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリングと比 べて一層低い圧力を使用するので、イオンビーム６２中のアルゴンイオンは、タ ーゲット５４と衝突する前、少ないガス分子と衝突する。その結果、ターゲット ５４の表面と衝突するアルゴンイオンは、一層大きなエネルギーを有する。従っ て、ターゲット５４からスパッタリングされ、集められ濃縮されて、基体５６の 表面にパーマロイ膜を形成するニッケル及び鉄の原子もまた、一層大きなエネル ギーを有する。更に、イオンビーム６２からの高エネルギーアルゴンイオンの幾 つかはターゲット５４に当たって跳ね返り、成長している膜６４に衝撃を与え、 かくして、膜６４が形成されるとき、膜６４に追加エネルギーを与える。 加速格子５８にかける電圧はしばしば、ビームエネルギー又はビーム電圧と呼 ばれる。ビームエネルギーを増大又は減少させて、膜の付着速度を変える。ビー ムエネルギーを増大させると、膜の付着速度は増大する。同様に、ビームエネル ギーを減少させると、膜の付着速度は減少する。また、ビームエネルギーを増大 又は減少させることによって、パーマロイ膜６４の磁気的・電気的特性は改善し 得る。 イオンビーム６２とターゲット５４との間の角度（ここでは、入射角Θ_Iと呼 ぶ。）が変わるように、ターゲット５４を回転させることができる又はターゲッ ト５４に旋回心軸をつけることができる。入射角Θ_Iを変えることによって、基 体５６（これは、イオンビーム６２の方向に実質的に平行に保持される。）の上 のパーマロイ膜６４の磁気的特性は改善し得る。また、付着速度は、Θ_Iが減少 するにつれて減少し得る。 Ｃ．ＦＣＣ〈１１１〉の平面での結晶成長 図３は、面心立方（ＦＣＣ）の単位格子(unit cell)１００の透視図である。 ＦＣＣの単位格子１００は、薄膜の一般的分子構造である。完全な結晶格子では 、各々ＦＣＣ単位格子１００なら、立方体の各角に原子１０１を、立方体の６つ のサイド即ち面の各々の平面中の中心に置かれた原子１０２を有する。結晶成長 の平面又は方向は、ＦＣＣ単位格子１００の軸に沿って定義し得る。例えば、線 分(line segment)はＦＣＣ〈１１１〉の平面を示す。ニッケル膜は、ＦＣＣ〈１ １１〉平面の方向に、結晶学的に成長する傾向があり、ＦＣＣ〈１１１〉平面は 基体（その上にニッケル膜が成長する。）の表面に平行に存在する。 一般に、ＦＣＣ〈１１１〉平面に沿う結晶度が高い程、膜の原子配列の距離は 長い。ＦＣＣ〈１１１〉平面の任意の膜の結晶度は、幾つかの方法によって測定 し得る。ＦＣＣ〈１１１〉平面の膜の結晶度を測定するための、非常に一般的な 方法は、Ｘ線回折分析を行うことである。ＦＣＣ〈１１１〉の得られるＸ線回折 ピークの強度又は大きさは、個々の粒子内のＦＣＣ〈１１１〉平面の結晶度と、 粒子サイズと、膜厚とに依存する。任意の膜厚で、結晶度が大きければ大きい程 又はＦＣＣ〈１１１〉平面の膜の原子配列の距離が長ければ長い程、Ｘ線回折ピ ークの強度は大きい。同様に、結晶度が小さければ小さい程又はＦＣＣ〈１１１ 〉平面に沿う原子配列の距離が短ければ短い程、Ｘ線回折ピークの強度は小さい 。 膜が成長する条件に基づくと、膜の特性、特に磁気的特性は、かなり改善し得 る。典型的には、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みパーマロイ膜も、イオ ンビームス・スパッタリング済みパーマロイ膜も、多結晶構造を有する。多くの 例で、従来技術のパーマロイ薄膜は、それらの磁気的・電気的諸特性を変えるべ く、加熱して結晶度の一層大きいものにした。 Ｄ．粒子サイズ 粒子サイズは、膜の配列因子である。たとえ、膜中に結晶の原子配列がある程 度存在していたとしても、粒子サイズが減少するとき、長距離の原子配列も正に 減少し得る。もし、パーマロイ膜の粒子が非常に小さければ、抵抗率は非常に高 くなり得る。この因子は、後で詳細に検討する。多くの状況下での膜の最適特性 には、大きい出力振幅及び小さい抵抗率が含まれる。端的に言えば、出力振幅は 典型的には、膜のデルタ・ロー(Delta-Rho)の関数と考えられる。 Ｅ．無定形膜 無定形は、分子の不規則的集合による、固体物質の非結晶状態と定義される。 ＦＣＣ〈１１１〉平面での完全に無定形な膜については、ＦＣＣ〈１１１〉平面 に沿った結晶度は全く見られず、その膜のＦＣＣ〈１１１〉のＸ線回折ピークは 全く存在しない。換言すれば、そのＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークはゼロに等 しい。 しかし、ＦＣＣ〈１１１〉平面で完全に無定形であり、それゆえにＦＣＣ〈１ １１〉のＸ線回折ピークを全く示さない物質は、めったに見出だし得ない。しか し、多くの材料は無定形材料であると見なされる。磁気薄膜の用語では、非常に 低いＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークを有する薄膜材料は、無定形又は無定形に 近い、又は本質的に無定形であると見なされる。膜のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折 ピークが無定形又は無定形に近いと見なされる膜として十分低いかどうかは、そ の膜のピークの大きさを、類似の厚さと組成とを有する無定形膜のＦＣＣ〈１１ １〉Ｘ線回折ピークと比較することによって決定し得る。薄膜の無定形の程度を 決定する代替的方法は、電子顕微鏡技術を使用して膜の長距離原子配列を決定す ることである。しかし、この技術は非常に高価であり、特殊な装置を要する。 Ｆ．試験条件と結果 本発明が少なくとも部分的に基礎となる試験のために、イオンビーム・スパッ タリングを使用して、直径３インチのシリコンウェーハ上に薄膜パーマロイＭＲ Ｅｓを付着させた。各々ウェーハは、多くの特有のＭＲＥｓを保持する。二重ガ ン・イオンビーム・スパッタリング装置を使用して、それらウェーハ上に、Ｎｉ₈₁ Ｆｅ₁₉（８１／１９パーマロイ）の原子組成を有するパーマロイＭＲＥｓを付 着させた。そのイオンビーム・スパッタリング装置を用い、８１／１９パーマロ イから成るターゲットに、正に帯電したアルゴンイオンのビームを向けた。イオ ンビームのエネルギーレベルも、ターゲットについてのイオンビームの入射角Θ_I も変化させた。入射角は二つの位置、３０°と９０°（即ち標準）との間で変 化させた。イオンビームのエネルギーレベルは、エネルギーレベル３００、５０ ０及び１，０００電子ボルトの間で変化させた。 上述の通り、イオンビーム・エネルギーレベル又はビーム電圧が高ければ高い ほど、付着速度は速くなり、かつ、スパッタリングのターゲットから反射される ニュートラル及びアルゴンイオンによる付着済み膜のエネルギー衝突は激しかっ た。上記のイオンビーム・スパッタリング条件を使用してＭＲＥを付着させた後 、標準ゼブラ・ビルド法(standard zebra build process)に従って、ウェーハを 仕上げた。次いで、試験を行って、ビームエネルギーと入射角を変えることによ って仕上げた複数のイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハを互いに 比較し、かつ、標準ｒｆ−ダイオード・スパッタリング付着済みウェーハの２種 、硬質ディスク及びゼブラと比較した。 表Ｉは、前記イオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ上、及び前記 ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハ上のＭＲＥ膜の、測定済み電気 的・磁気的諸特性を要約する。表Ｉから分かる通り、入射角９０°（標準入射角 ）でスパッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥ膜は、５００ 電子ボルト又は１，０００電子ボルトのビームエネルギーを有した。入射角３０ °でスパッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥ膜は、３００ ，５００及び１，０００電子ボルトのビームエネルギーを有した。種々のＭＲＥ ｓの厚さ（Å）も表Ｉに示す。 ＭＲＥとしてのパーマロイ薄膜の品質の一つの尺度は、その膜のデルタ・ロー である。デルタ・ローは、磁界が存在しないときの膜の抵抗と比較した、磁界に 置かれた膜によって示される抵抗の変化である。表Ｉから、イオンビーム・スパ ッタリング済みパーマロイのＭＲＥ膜は全体的に、標準的ｒｆ−ダイオード・ス パッタリング済みパーマロイのＭＲＥ膜よりも低いデルタ・ローを有することが 分かる。この点で、初めは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みパーマロイ のＭＲＥｓは、イオンビーム・スパッタリング済みパーマロイのＭＲＥｓよりも 優れているように見えるかも知れない。従って、当業における従来の見識は、大 抵の場合、膜のデルタ・ローが大きければ大きい程、ＭＲＥの出力振幅の変化は 大きいと言う事である。 繰り返すと、従来のＭＲＥ薄膜の設計理論では、デルタ・ローが大きければ大 きい程、薄膜のＭＲＥ材料は良好である。かかる従来の考えの下では、表Ｉに示 す結果は、入射角Θ_I９０°及びビームエネルギー１，０００電子ボルトでスパ ッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイのＭＲＥ膜は、最 良のイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイのＭＲＥ膜材料である。しか し、全体的には、硬質ディスクのｒｆ−ダイオード・パーマロイのＭＲＥ膜は最 良のパーマロイＭＲＥ膜材料であると見なされよう。 種々のＭＲＥｓの保磁力Ｈｃも表Ｉに示す。磁気材料の保磁力は、磁気材料が いかに容易に磁化されるかを決定する上で重要な因子である。保磁力Ｈｃは時々 、膜が磁化された後、磁束密度がゼロまで減少するために必要な磁界強度として 定義される。しかし、保磁力Ｈｃには他の定義も認識されていることに注目すべ きである。表Ｉから分かる通り、全てのＭＲＥｓは保磁力が非常に小さく、最高 で約１．７エルステッドである。最低の保磁力は１．３エルステッドであり、入 射角Θ_I３０°及びビームエネルギー３００又は１，０００電子ボルトで造った イオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜を有するＭＲＥｓに見られる。 表II及び表IIIに、７個の試料のＭＲＥウェーハからのＭＲＥｓに関する振幅 及びノイズの試験の結果を要約する。表IIは、これらＭＲＥｓについてのディジ タル試験ウェーハレベルの結果を説明する。ディジタルとアナログの試験でのバ イアス電流は、第２高調波(harmonics，ハーモニックス）を最小にするレベルに 設定した。 表II及び表IIIに示すデータを得るために試験した、全てのイオンビーム・ス パッタリング済みＭＲＥウェーハは、入射角Θ_I３０°でスパッタリングした。 ウェーハ１及び２は、イオンビーム・エネルギー５００電子ボルトでスパッタリ ングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハである。 ウェーハ３及び４は、イオンビーム・エネルギー１，０００電子ボルトでスパッ タリングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハであ る。ウェーハ５及び６は、イオンビーム・エネルギー３００電子ボルトでスパッ タリングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハであ る。ウェーハ７は、単一ウェーハではなく、１００個のｒｆ−ダイオード・スパ ッタ リング済みゼブラ・ヘッドＭＲＥウェーハからの試験結果の平均値を表わす。 表IIから分かる通り、イオンビーム・スパッタリング済みウェーハ１〜４から のＭＲＥｓは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハ７からのＭＲＥ ｓに類似したディジタル出力振幅を有する。ウェーハ１〜４からのＭＲＥｓのデ ィジタル出力振幅は、７７６μＶ〜８７２μＶの範囲であった。この結果は、表 Ｉに示す通りの、ウェーハ１〜４からのＭＲＥｓによって示される類似のデルタ ・ロー値とほぼ一致する。イオンビーム・エネルギー５００電子ボルトでスパッ タリングしたウェーハ１及び２は、イオンビーム・エネルギー１，０００電子ボ ルトでスパッタリングしたウェーハ３及び４よりも、概して僅かに小さいディジ タル出力振幅を示した。 表IIは、イオンビーム・エネルギー３００電子ボルトでスパッタリングしたパ ーマロイ膜に対応する、ウェーハ５及び６からのＭＲＥｓは、標準ｒｆ−ダイオ ード・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ７からのＭＲＥｓ又はイオンビーム・ スパッタリング済みＭＲＥウェーハ１〜４からの他のＭＲＥｓよりも、かなり大 きなディジタル出力振幅を有することを示す。ウェーハ５上のＭＲＥｓは１０５ ４μＶのディジタル出力振幅を有し、一方、ウェーハ５６のＭＲＥｓは１１６４ μＶのディジタル出力振幅を有した。これらの結果は、試験した全ＭＲＥウェー ハの内で最低出力を有した、ウェーハ２からのＭＲＥｓのディジタル出力振幅と 比較して３６〜５０％の改善を示す。これらの結果は、残存するイオンビーム・ スパッタリング済みＭＲＥウェーハの内で最大出力を有した、ウェーハ４からの ＭＲＥｓのディジタル出力振幅と比較して２１〜３３％の改善を示す。結局、こ れらの結果は、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ７からの ＭＲＥｓのディジタル出力振幅と比較して２９〜４２％の改善を示す。 アナログ振幅試験に対する類似結果を表IIIに示す。ウェーハ５及び６のアナ ログ出力振幅３，６６３μＶ及び４，１４６μＶは、ウェーハ１〜４及び７から のＭＲＥｓの出力を繰り返し大幅に越えた。ウェーハ５及び６からのＭＲＥｓの アナログ出力振幅は、試験したＭＲＥウェーハの内で最も小さい出力を有したウ ェーハ４からのＭＲＥｓのアナログ出力振幅１，９９０μＶよりも８４〜１０８ ％大きかった。ウェーハ５及び６からのＭＲＥｓのアナログ出力振幅は、残存す るイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハの出力振幅の内で最も大き か ったウェーハ１からのＭＲＥｓのアナログ出力振幅２，４４７μＶよりも５０〜 ６９％大きかった。結局、ウェーハ５及び６の出力は、ｒｆ−ダイオード・スパ ッタリング済みウェーハ７からのＭＲＥｓのアナログ出力振幅３，１１９μＶよ りも１７〜３３％大きかった。 検討した通り、表II及びIIIは、ウェーハ５及び６からのＭＲＥｓは、標準ｒ ｆ−ダイオード・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ７からのＭＲＥｓの出力又 はイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ１〜４からのＭＲＥｓの出 力よりもかなり大きいアナログ及びディジタル出力振幅を有するというあまり期 待されなかった結果を示す。また、表II及びIIIは、ウェーハ５及び６からのＭ ＲＥｓは、ウェーハ１〜４及び７からのＭＲＥｓと比べ、第２高調波及びノイズ 特性が大幅に改善されることも示す。繰り返すと、かかる結果は、ウェーハ１〜 ７からのＭＲＥｓは全て、幾つか他の非常に類似する磁気的・電気的特性を示す という事実を考慮したとき、驚愕すべきことである。ウェーハ５及び６（これら は、非常に小さいデルタ・ローを生じた、イオンビーム・エネルギーレベル（３ ００ｅＶ）で付着したＭＲＥｓに対応する。）は、通常、最大の出力振幅を有す るＭＲＥｓを含むようには期待されまい。ウェーハ５及び６の試験は、性能に関 し観察によって認められる改善を説明し得る、他の諸ウェーハに適用されるビル ド仕様書（build specification，組立て仕様書）からの工程上の意味ある相違 は全く示さなかった。 図４〜６は種々のウェーハのノイズ対アナログ出力振幅を説明する。図４はウ ェーハ５のアナログ出力振幅対ノイズ特性を説明する。繰り返すと、ウェーハ５ は、イオンビーム・エネルギー３００電子ボルト及び入射角Θ_I３０°を使用し て造ったイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜を有するＭＲＥｓを含 む。図５はウェーハ６のアナログ出力振幅対ノイズ特性を説明する。繰り返すと 、ウェーハ６は、イオンビーム・エネルギー３００電子ボルト及び入射角Θ_I３ ０°を使用して造ったイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜を有する ＭＲＥｓを含む。図６は、標準ｒｆ−ダイオード・スパッタリング工程を使用し て造り無作為に選んだウェーハの、アナログ出力振幅対ノイズ特性を説明する。 図４〜６から分かる通り、各々ウェーハは、Ｅ又はＯで表される各ＭＲ Ｅのノイズ対振幅データを有する、非常に多くのＭＲＥｓを含む。最大の振幅と ノイズとのデータ点は、試験中の試験センサーが恐らく短絡したためであろう。 図４及び５から分かる通り、イオンビーム・スパッタリング済みウェーハ５及 び６は、図６に示す標準ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハからの ＭＲＥｓと比べて振幅対ノイズの優れた特性を有するＭＲＥｓを含む。また、ウ ェーハ５及び６からのＭＲＥｓによって示される振幅対ノイズ特性は、図６に示 す標準ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハからのＭＲＥｓの振幅対 ノイズ特性と比べて遥かに均一であることが、図４〜６から分かる。このことは 恐らく、ｒｆ−ダイオード・スパッタリングとは異なるイオンビーム・スパッタ リングは、基体の位置近辺に高密度のプラズマを提供しないという事実のためで ある。このことが今度は、プラズマとアライニング(aligning)磁界との相互作用 を制限し、この効果によって厚さのばらつきは最小になる。イオンビーム・スパ ッタリング済みＭＲＥｓによって示される分布は、ｒｆ−ダイオード・スパッタ リング済みＭＲＥｓによる分布よりも一層均一であることは、イオンビーム・ス パッタリングの他の利点である。ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みＭＲＥ ｓは不均一であるために、通常、過大な製造コストとなり過剰の廃物が生じ、多 数のウェーハを廃棄する必要がある。 表Ｉに示す通りの、ウェーハ１〜７の他の幾分類似した磁気的・電気的諸特性 を考慮すると、ウェーハ５及び６からの３００電子ボルトでのイオンビーム・ス パッタリング済みＭＲＥｓの、改善された振幅、ノイズ、第２高調波(second ha rmonics)及び均一性は、興味ある結果である。努力して、ウェーハ５及び６の改 善済み諸特性を説明すべく、ウェーハ１〜７についてＸ線回折分析を行った。Ｘ 線回折分析の結果（これは表IVに示す。）によって、かかるウェーハの改善済み 諸特性の背後にある原因が洞察される。 表IVから分かる通り、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ ７からのＭＲＥｓは、ＦＣＣ〈１１１〉のＸ線回折ピーク５，４２５カウント／ 秒を示した。これは、試験済みウェーハの内で最大である。このことは、ウェー ハ７の上のｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みパーマロイの薄膜は、最大の 結晶度と最も長い距離の原子配列とを有することを示す。５００電子ボルトのイ オンビーム・エネルギーを有する、イオンビーム・スパッタリング済みウェーハ １及び２からのＭＲＥｓは、二番目に高いＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークを示 した。かかるウェーハの１，６３１カウント／秒のピークの強度は、減少してい るが依然として明確に存在する、ＦＣＣ〈１１１〉平面中の長距離原子配列と結 晶度とを示す。１，０００電子ボルトのイオンビーム・エネルギーを有する、イ オンビーム・スパッタリング済みウェーハ３及び４からのＭＲＥｓは、８６３カ ウント／秒のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークを示した。これは、イオンビーム ・スパッタリング済みウェーハ１及び２によって示される値の半分である。しか し、ウェーハ５及び６のＸ線回折ピークと比較すると、ウェーハ３及び４のＭＲ Ｅ膜は、構造が依然として本質的に結晶質であると考えられよう。全てのＸ線回 折ピークは、銅のアルファ放射に対して約４４°の回折角で生じる。 イオンビーム・スパッタリング済みウェーハ３及び４からのＭＲＥｓは、他の ウェーハからのＭＲＥｓよりもかなり薄かったことに注目すべきである。前述し た、ＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークの強度は、一部には膜厚に基づくと言う事 実と考え合わせると、もし、かかる膜が他の試験済み膜と同じ厚さならば、ウェ ーハ３及び４からのＭＲＥｓによって示されるＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピーク 強度８６３は一層大きかっただろうと思われる。更に、このことによって、ウェ ーハ５及び６からのＭＲＥｓの結晶度が減少したことが説明される。 最も意義ある試験結果は、イオンビーム・スパッタリング済みウェーハ５及び ６からのＭＲＥｓのＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークである。ＭＲＥｓを３００ 電子ボルトのイオンビーム・エネルギーでスパッタリングしたかかるＭＲＥウェ ーハは、わずか２６カウント／秒の強度のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークを示 した。このＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは、ウェーハ３及び４のピークの３ ３分の１未満である。これらのウェーハは、二番目に小さいピーク強度を有する 。もし、ウェーハ３及び４がウェーハ５及び６と同じ厚さならば、対応するＦＣ Ｃ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは、ウェーハ３及び４のピークの３３分の１未満で あろう。この結果は、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハ７のそれ の２０８分の１未満でもある。 ウェーハ５及び６の上のＭＲＥｓの２６カウント／秒のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線 回折ピーク強度は、基体平面に配列した、無定形の、実質的に無定形の、ほぼ無 定形の又は本質的に無定形のパーマロイ結晶膜構造を示す。ウェーハ１〜７の全 ては、同じような厚さを有するという事実を考え合わせると、この結果は、イオ ンビーム・エネルギー３００電子ボルトと入射角Θ_I３０°で造ったイオンビー ム・スパッタリング済みＭＲＥｓの、ＦＣＣ〈１１１〉平面に沿った結晶度はす こぶる小さく、実際の立場からは皆無であるという結論に通じる。代替的には、 かかるパーマロイ膜中には、その〈１１１〉平面に非常に短い距離の原子配列の みが存在するとも結論付けられる。この代替的結論は、以下に一層詳細に検討す る。パーマロイのＭＲＥ膜を分析するのに電子顕微鏡技術は全く使用しなかった が、減少した原子配列が見出だされるものと推定される。 ウェーハ５及び６上のパーマロイ膜の粒子サイズは、ウェーハ１〜４及び７の 上のパーマロイ膜の粒子サイズよりも有意に小さい事も、表IVに示される。ウェ ーハ５及び６からの実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜は、１２６ Åの粒子サイズを有した。ウェーハ３及び４からのパーマロイ膜は、１６９Åの 粒子サイズを有した。ウェーハ１及び２からのパーマロイ膜は、１９６Åの粒子 サイズを有した。最終的に、ウェーハ７からのパーマロイ膜（これらの膜は、こ れらが５，４２５カウント／秒という大きいＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピーク強 度を有することによって証明されるような膜の内で結晶性が最大のものであった 。）は、２２６Åの粒子サイズを有した。 ウェーハ５及び６によって示される減少済み粒子サイズは、これらウェーハ中 に見出だされ大幅に減少した結晶度に実質的に寄与する。粒子サイズは、長距離 原子配列に影響を及ぼす。粒子サイズが減少するとき、長距離原子配列も減少す る。粒子サイズと長距離原子配列との関係は、個々の粒子内で、結晶性と見なせ る原子配列が存在し、一方、同時に、減少済み粒子サイズが膜の長距離原子配列 を減少させる効果を有し得るようなものである。従って、粒子サイズが減少する 結果としての減少済み長距離原子配列もまた、膜の減少済み全結晶構造に変わる 。このことは、ウェーハ１〜７上のパーマロイ膜について、粒子サイズが増大す るとき、ＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは増大するという事実の更なる証拠で ある。従って、ウェーハ５及び６の上のパーマロイ膜は、かかる膜の実質的に無 定形の結晶構造に寄与する減少済み粒子サイズを有すると言う事ができる。 粒子サイズは、パーマロイ膜の結晶性に大きな影響を及ぼすように見えるが、 膜の結晶度が膜の粒子サイズに必ずしも正比例していないことは、表IVのデータ の非線形性から明らかである。例えば、実質的に無定形のウェーハ５及び６のＦ ＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは、ウェーハ３及び４のピークの３３分の１未満 であるが、ウェーハ５及び６の粒子サイズは、ウェーハ３及び４の粒子サイズよ りも約２５％小さいだけである。従って、本発明の実質的に無定形のパーマロイ 膜のような、実質的に無定形の結晶構造を示すパーマロイ膜で生じる固有の粒子 サイズを決定することは困難である。しかし、表IVのデータから、１６９Å未満 の粒子サイズが必要であるように思える。 前述した通り、ＭＲＥ膜によって示され得る最適特性は、高い出力振幅である 。従来の理論の下では、出力振幅を増大させるためには、膜のデルタ・ローをも 増大させる必要があった。減少済み粒子サイズと、その結果得られる無定形の又 は実質的に無定形の結晶構造とを有する本発明の膜において、かかる膜は、デル タ ・ローは増大しないで、実質的に一層高い出力振幅を示した。繰り返すと、この ことは、部分的には、ウェーハ５及び６の上の実質的に無定形のＭＲＥ膜の減少 済み粒子サイズに起因するものと推定される。 しかし、減少済み粒子サイズのみが、得られた改善済み結果の全てを説明する 訳ではないようである。本発明の膜は、抵抗率において有意な増大は示さなかっ た。図７は、パーマロイ膜の抵抗率対粒子サイズを示すグラフである。図７に示 すデータは、３００電子ボルトのビームエネルギーでスパッタリングされた、多 くのイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜から取った。これらの膜は 、３００〜４００Åの厚さであった。図７から分かる通り、粒子サイズが１６０ Å以下から１００Å以上に減少するにつれて、膜の抵抗率はごくわずか変化した 。しかし、粒子サイズは約１００Åよりずっと小さくなるにつれて、抵抗率はす こぶる急速に増大した。検出される最小粒子サイズに対応する抵抗率は、非常に 大きくなるであろう。 上記で検討した通り、粒子サイズが小さい事だけでは、得られた結果を説明し 得ない。ｒｆ−ダイオード・スパッタリング技術等の他の技術は、理論的には非 常に厳しい製造条件下で、上記で得られたような小さい粒子サイズを得るのに使 用し得る。必要な非常に厳しい製造条件には、基体を液体冷却剤で冷却するスパ ッタリングが含まれる。かかる過度に難儀なｒｆ−ダイオード・スパッタリング 条件では、恐らく減少済み粒子サイズを得ることができよう。しかし、本発明の 実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜中に発見されるような、増大済 み出力振幅と、低い又は標準的な抵抗率との望ましい組合わせは得られない。実 質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜中で観察される増大済み出力振幅 は、部分的には、ある条件下でのイオンビーム・スパッタリング工程の結果であ る粒子の高密度パッキング(dense packing)による。もし、膜の粒子が高度にパ ッキングされないならば、膜中の単位体積当りに存在する活性センサー材料を造 る一層少ないシグナルの結果として、出力振幅は減少し、かつ抵抗率は恐らく増 大するであろう。 図８は、選定した３つのＭＲＥウェーハからのＭＲＥｓのＦＣＣ〈１１１〉Ｘ 線回折ピークを示すグラフである。この３つのウェーハは、表Ｉ〜IVに示す結果 を確認すべく試験を行った。曲線１５０（この曲線は、約１１，０００カウント ／秒のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピーク１５２を有する。）は、標準ｒｆ−ダイ オード・スパッタリング済みＭＲＥウェーハに対応する。曲線１５４（この曲線 は、約５，４００カウント／秒のＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピーク１５６を有す る。）は、５００電子ボルトのイオンビーム・エネルギーと３０°の入射角Θ_I とでスパッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハに対 応する。対照的に、曲線１５８（この曲線は、３００電子ボルトのイオンビーム ・エネルギーと３０°の入射角Θ_Iとでスパッタリングしたイオンビーム・スパ ッタリング済みＭＲＥウェーハに対応する。）は、約１００カウント／秒のピー ク強度１６０を有する。曲線１５８のピーク１６０は、表IVに示すウェーハ５及 び６のピーク強度２６カウント／秒よりも幾分大きいが、それでもそのピークは 、他の試験済みウェーハのピークと比べて、ほぼ無定形の膜構造を示す。 従って、Ｘ線回折分析によって証明される通り、高密度のパックされた(packe d)減少済み粒子サイズのパーマロイ膜を造るための本発明の技術によって、無定 形の又は実質的に無定形の結晶構造を示す膜が得られる。 １単位容積当りの一層活性なセンサー材料を造ることに加えて、ウェーハ５及 び６からの無定形又はほぼ無定形のＭＲＥ膜がなぜ、優れた出力振幅とノイズ特 性とを示すかの他の可能な説明は、一層大きなパッキング密度では、標準ｒｆ− ダイオード付着技術の一層小さいパッキング密度よりも一層強い酸化が制限され ると言う事である。また、磁気光学媒体を有する場合のように、無定形膜の構造 もまた、結晶粒界領域の壁ピニング(wall pinning)等の本質的なノイズ機構を制 限し得る。かかる因子は、発見した無定形パーマロイ膜によって示される改善済 み特性を説明するのに役立つかも知れない。 本発明は、好ましい具体例に言及しつつ説明してきたが、当業者は本発明の精 神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において変形し得ることを認識しよ う。例えば、本発明は一般的な無定形パーマロイ膜に適用させる意図であり、ニ ッケルと鉄との特定比を有する無定形パーマロイ膜に限定させる意図はない。ま た、実施試験では、３００電子ボルトのビームエネルギー・レベルと３０°の入 射角Θ_Iのイオンビーム・スパッタリング条件で、最適結果が得られたが、本発 明は、かかる厳密な条件下でスパッタリング化た、無定形の又はほぼ無定形のパ ーマロイ膜に限定させる意図ではない。例えば、イオンビーム・スパッタリング 済みパーマロイ膜の結晶度を低減する上で、イオンビーム・エネルギーレベルは 、入射角Θ_Iよりも一層重要な役割を果たすように思える。また、無定形パーマ ロイ膜は、かかるスパッタリング条件下で付着させた膜に独特のものではない。 当業者は、本発明の実質的に無定形の膜を造るための最適なビームエネルギー及 び入射角は、ターゲット間隔に対する基体のような、装置設計の特徴に依存して 変化することを認識しよう。結局、無定形パーマロイ膜はＭＲヘッドの要素とし て用途において示してきたが、かかる膜は、他の用途にも使用し得る。例えば、 無定形パーマロイ膜は、磁界を検出するための磁力計等の装置にも使用し得る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１２月１４日 【補正内容】 イオンビーム・スパッタリングは、薄膜の付着、特にＭＲヘッド磁気記憶装置 用のＭＲＥｓ（諸磁気抵抗要素）の付着にますます使用されている技術である。 イオンビーム・スパッタリング付着技術では、イオン発生源から遠くにあり、６ ０ｃｍ（２４インチ）以下のターゲット上に向けられ焦点を合せられている単一 に近いエネルギーイオンの平行ビームが使用される。ターゲットと、イオン又は プラズマ発生領域との間の間隔距離が大きいために、イオンビーム・スパッタリ ングは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリング技術等、他の標準的スパッタリング 技術よりかなり低い圧力で行うことができる。圧力が一層低いためにイオンビー ム中のイオンとガス分子との間の衝突は一層少なくなり、次いで、かかるイオン がターゲットと衝突する。このために、エネルギーの一層高い膜が生じる。ター ゲットからのイオン及びニュートラル(neutrals)の反射は、イオンビーム・スパ ッタリング技術を用いて造られる薄膜のエネルギーレベルが増大するのに役立つ 。従って、イオンビーム・スパッタリング済み薄膜では、ｒｆ−ダイオードスパ ッタリング技術等の標準的技術によってスパッタリングされた膜と比較して、密 度は一層大きくなり、耐食性は改善され、不純物レベルは低減され、またひずみ は改善される。 イオンビーム・スパッタリングは、光学的コーティング、磁気光学媒体の製造 、ＭＲヘッド等、種々の薄膜応用に使用されてきた。イオンビーム・スパッタリ ングＭＲＥｓは、ｒｆ−ダイオード・スパッタリングＭＲＥｓと比べ、出力が大 きく、耐食性が大きい。 イオンビーム・スパッタリング技術は、種々の多数の薄膜材料を付着させるの に使用されてきた。例えば、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＲｈ、ＣｏＺｒＮｂ等の透過性 の高い無定形材料は、イオンビーム・スパッタリング技術によってうまく付着し てきた。また、パーマロイ、即ちＮｉ_XＦｅ_1-Xのイオンビーム・スパッタリング は、種々の特性が改善されたパーマロイ膜を得るのに使用されてきた。幾つかの 論文が、イオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜の諸特性に関し書かれ てきた。 第３の論文は「Ｇ．Ｃ．チー(Chi)らの主題『ＲＦスパッタリング済み及びＥ −ビーム蒸着済みＮｉＦｅ膜の磁気抵抗、構造及び磁気異方性(The magnetoresi stiity，structure，and magnetic anisotropy of RF sputtered and E-beam ev aporated NiFe Films)』，ジャーナル・オブ・フィズィクス，第５２巻，Ｎｏ． ３，１９８１年３月」である。この論文で著者らはＲＦスパッタリング及びＥ− ビーム蒸着によって形成されたＮｉＦｅ膜の種々の構造的・磁気的諸特性を述べ ている。バブル検出器としてのパーロイ膜の使用が述べられている。 第４の論文は「タカハシ(Takahashi)らの主題『ＳＡＷによって励起された基 体上にスパッタリングされた薄膜の製造及び磁気特性(Fabrication and Magneti c Properties of Thin Films Sputtered on the Substrate Excited by SAW)』 ，ＩＥＥＥ トランスレーション・ジャーナル・オン・マグネチックス・イン・ ジャパン(IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan)，第６巻，Ｎｏ． ２，１９９１年２月」である。この論文で著者らは、表面音波によって励起され た基体上に、直流マグネトロン・スパッタリングによりＮｉＦｅ膜を付着するこ とを述べている。著者は、表面音波の励起振幅の関数として膜の物理的構造を著 しく変化させ得ること、並びにかかる構造的変化は膜の磁気特性を部分的に変化 させることを発見した。 Ｂ．パーマロイ膜のイオンビーム付着 図２は、本発明による、基体上に磁気薄膜を造るためのイオンビーム・スパッ タリング付着装置の概略図である。イオンビーム・スパッタリング付着装置５０ には、付着ガン(deposition gun)５２、ターゲット５４及び基体５６が含まれる 。付着ガン５２には、静電レンズ又は加速格子５８及びプラズマ発生領域６０が 含まれる。プラズマ発生領域６０で、本質的に正に帯電したアルゴンイオンの雲 であるプラズマが放出される。本発明の好ましい具体例で、正に帯電したイオン はアルゴンイオンである。負の電圧を加速格子５８にかけてアルゴンイオンを加 速させ、ターゲット５４の方にアルゴンイオンのビーム６２を向ける。加速格子 ５８にかけられる電圧によって、ビーム６２をつくるアルゴンイオンのエネルギ ーは制御される。結果的に、ビーム６２のイオンエネルギーは非常に均一である 。 本発明の好ましい具体例と関連して使用するイオンビーム・スパッタリング付 着装置５０で、ターゲット５４は、付着ガン５２から約４５ｃｍ（１８インチ） の位置に設置される。しかし、他の具体例では、ターゲット５４と付着ガン５２ との間の距離は、変えてもよい。 上述の通り、イオンビーム・エネルギーレベル又はビーム電圧が高ければ高い ほど、付着速度は速くなり、かつ、スパッタリングのターゲットから反射される ニュートラル及びアルゴンイオンによる付着済み膜のエネルギー衝突は激しかっ た。上記のイオンビーム・スパッタリング条件を使用してＭＲＥを付着させた後 、標準ゼブラ・ビルド法(standard zebra build process)に従って、ウェーハを 仕上げた。次いで、試験を行って、ビームエネルギーと入射角を変えることによ って仕上げた複数のイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハを互いに 比較し、かつ、標準ｒｆ−ダイオード・スパッタリング付着済みウェーハの２種 、硬質ディスク及び第２のデザインと比較した。 表Ｉは、前記イオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥウェーハ上、及び前記 ｒｆ−ダイオード・スパッタリング済みウェーハ上のＭＲＥ膜の、測定済み電気 的・磁気的諸特性を要約する。表Ｉから分かる通り、入射角９０°（標準入射角 ）でスパッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥ膜は、５００ 電子ボルト又は１，０００電子ボルトのビームエネルギーを有した。入射角３０ °でスパッタリングしたイオンビーム・スパッタリング済みＭＲＥ膜は、３００ ，５００及び１，０００電子ボルトのビームエネルギーを有した。種々のＭＲＥ ｓの厚さ（Ａ）も表Ｉに示す。 種々のＭＲＥｓの保磁力Ｈｃも表Ｉに示す。磁気材料の保磁力は、磁気材料が いかに容易に磁化されるかを決定する上で重要な因子である。保磁力Ｈｃは時々 、膜が磁化された後、磁束密度がゼロまで減少するために必要な磁界強度として 定義される。しかし、保磁力Ｈｃには他の定義も認識されていることに注目すべ きである。表Ｉから分かる通り、全てのＭＲＥｓは保磁力が非常に小さく、最高 で約１３５Ａｍ^-1（１．７エルステッド）である。最低の保磁力は１０３Ａｍ^-1 （１．３エルステッド）であり、入射角Θ_I３０°及びビームエネルギー３００ 又は１，０００電子ボルトで造ったイオンビーム・スパッタリング済みパーマロ イ膜を有するＭＲＥｓに見られる。 表II及び表IIIに、７個の試料のＭＲＥウェーハからのＭＲＥｓに関する振幅 及びノイズの試験の結果を要約する。表IIは、これらＭＲＥｓについてのディジ タル試験ウェーハレベルの結果を説明する。ディジタルとアナログの試験でのバ イアス電流は、第２高調波を最小にするレベルに設定した。 表II及び表IIIに示すデータを得るために試験した、全てのイオンビーム・ス パッタリング済みＭＲＥウェーハは、入射角Θ_I３０°でスパッタリングした。 ウェーハ１及び２は、イオンビームエネルギー５００電子ボルトでスパッタリン グしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハである。ウ ェーハ３及び４は、イオンビームエネルギー１，０００電子ボルトでスパッタリ ングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハである。 ウェーハ５及び６は、イオンビーム・エネルギー３００電子ボルトでスパッタリ ングしたイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイＭＲＥウェーハである。 ウェーハ７は、単一ウェーハではなく、１００個のｒｆ−ダイオード・スパッタ リング済みゼブラ・ヘッドＭＲＥウェーハからの試験結果の平均値を表わす。 ウェーハ５及び６上のパーマロイ膜の粒子サイズは、ウェーハ１〜４及び７の 上のパーマロイ膜の粒子サイズよりも有意に小さい事も、表IVに示される。ウェ ーハ５及び６からの実質的に無定形の結晶構造を有するパーマロイ膜は、１２６ ×１０^-10ｍ（Ａ）の粒子サイズを有した。ウェーハ３及び４からのパーマロイ 膜は、１６９×１０^-10ｍ（Ａ）の粒子サイズを有した。ウェーハ１及び２から のパーマロイ膜は、１９６×１０^-10ｍ（Ａ）の粒子サイズを有した。最終的に 、ウェーハ７からのパーマロイ膜（これらの膜は、これらが５，４２５カウント ／秒という大きいＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピーク強度を有することによって証 明されるような膜の内で結晶性が最大のものであった。）は、２２６×１０^-10 ｍ（Ａ）の粒子サイズを有した。 ウェーハ５及び６によって示される減少済み粒子サイズは、これらウェーハ中 に見出だされ大幅に減少した結晶度に実質的に寄与する。粒子サイズは、長距離 原子配列に影響を及ぼす。粒子サイズが減少するとき、長距離原子配列も減少す る。粒子サイズと長距離原子配列との関係は、個々の粒子内で、結晶性と見なせ る原子配列が存在し、一方、同時に、減少済み粒子サイズが膜の長距離原子配列 を減少させる効果を有し得るようなものである。従って、粒子サイズが減少する 結果としての減少済み長距離原子配列もまた、膜の減少済み全結晶構造に変わる 。このことは、ウェーハ１〜７上のパーマロイ膜について、粒子サイズが増大す るとき、ＦＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは増大するという事実の更なる証拠で ある。従って、ウェーハ５及び６の上のパーマロイ膜は、かかる膜の実質的に無 定形の結晶構造に寄与する減少済み粒子サイズを有すると言う事ができる。 粒子サイズは、パーマロイ膜の結晶性に大きな影響を及ぼすように見えるが、 膜の結晶度が膜の粒子サイズに必ずしも正比例していないことは、表IVのデータ の非線形性から明らかである。例えば、実質的に無定形のウェーハ５及び６のＦ ＣＣ〈１１１〉Ｘ線回折ピークは、ウェーハ３及び４のピークの３３分の１未満 であるが、ウェーハ５及び６の粒子サイズは、ウェーハ３及び４の粒子サイズよ りも約２５％小さいだけである。従って、本発明の実質的に無定形のパーマロイ 膜のような、実質的に無定形の結晶構造を示すパーマロイ膜で生じる固有の粒子 サイズを決定することは困難である。しかし、表IVのデータから、１６９× １０^-10ｍ（Ａ）未満の粒子サイズが必要であるように思える。 前述した通り、ＭＲＥ膜によって示され得る最適特性は、高い出力振幅である 。従来の理論の下では、出力振幅を増大させるためには、膜のデルタ・ローをも 増大させる必要があった。減少済み粒子サイズと、その結果得られる無定形の又 は実質的に無定形の結晶構造とを有する本発明の膜において、かかる膜は、デル タ・ローは増大しないで、実質的に一層高い出力振幅を示した。繰り返すと、こ のことは、部分的には、ウェーハ５及び６の上の実質的に無定形のＭＲＥ膜の減 少済み粒子サイズに起因するものと推定される。 しかし、減少済み粒子サイズのみが、得られた改善済み結果の全てを説明する 訳ではないようである。本発明の膜は、抵抗率において有意な増大は示さなかっ た。図７は、パーマロイ膜の抵抗率対粒子サイズを示すグラフである。図７に示 すデータは、３００電子ボルトのビームエネルギーでスパッタリングされた、多 くのイオンビーム・スパッタリング済みパーマロイ膜から取った。これらの膜は 、３００〜４００×１０^-10ｍ（Ａ）の厚さであった。図７から分かる通り、粒 子サイズが１６０×１０^-10ｍ（Ａ）以下から１００×１０^-10ｍ（Ａ）以上に減 少するにつれて、膜の抵抗率はごくわずか変化した。しかし、粒子サイズは約１ ００×１０^-10ｍ（Ａ）よりずっと小さくなるにつれて、抵抗率はすこぶる急速 に増大した。検出される最小粒子サイズに対応する抵抗率は、非常に大きくなる であろう。 請求の範囲 １．実質的に無定形のパーマロイ膜から成る、磁気透過性材料。 ２．実質的に無定形のパーマロイ膜が、ニッケル３０〜８６％を含有する、請 求項１に記載の磁気透過性材料。 ３．実質的に無定形のパーマロイ膜が、イオンビーム・スパッタリングによっ て形成される、請求項１に記載の磁気透過性材料。 ４．イオンビーム・スパッタリングが５００電子ボルト以下のイオンビーム・ エネルギーを用いて行われる、請求項３に記載の磁気透過性材料。 ５．実質的に無定形のパーマロイ膜が１６９×１０^-10ｍ未満の結晶粒度を有 する、請求項１に記載の磁気透過性材料。 ６．基体上に形成された実質的に無定形のパーマロイ膜から成る磁気抵抗要素 。 ７．実質的に無定形のパーマロイ膜がイオンビーム・スパッタリングによって 形成される、請求項６に記載の磁気抵抗要素。 ８．実質的に無定形のパーマロイ膜が面心立方の〈１１１〉方向に、実質的に 無定形の膜構造を有する、請求項６に記載の磁気抵抗要素。 ９．実質的に無定形のパーマロイ膜が１６９×１０^-10ｍ未満の粒子サイズを 有する、請求項１に記載の磁気抵抗要素。 １０．磁界を感知するための、実質的に無定形の結晶膜構造を有するパーマロ イ膜から成る磁気抵抗センサーと、 前記磁気抵抗センサーを外部回路に接続するための、前記磁気抵抗センサーに 接続された導体パスと から成る、磁気抵抗ヘッド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に無定形のパーマロイ膜から成る、磁気透過性材料。 ２．実質的に無定形のパーマロイ膜が、ニッケル３０〜８６％を含有する、請 求項１に記載の磁気透過性材料。 ３．実質的に無定形のパーマロイ膜が、イオンビームス・スパッタリングによ って形成される、請求項１に記載の磁気透過性材料。 ４．イオンビームス・スパッタリングが５００電子ボルト以下のイオンビーム ・エネルギーを用いて行われる、請求項３に記載の磁気透過性材料。 ５．実質的に無定形のパーマロイ膜が１６９Å未満の結晶粒度を有する、請求 項１に記載の磁気透過性材料。 ６．基体上に形成された実質的に無定形のパーマロイ膜から成る磁気抵抗要素 。 ７．実質的に無定形のパーマロイ膜がイオンビームス・スパッタリングによっ て形成される、請求項６に記載の磁気抵抗要素。 ８．実質的に無定形のパーマロイ膜が面心立方の〈１１１〉方向に、実質的に 無定形の膜構造を有する、請求項６に記載の磁気抵抗要素。 ９．実質的に無定形のパーマロイ膜が１６９Å未満の粒子サイズを有する、請 求項１に記載の磁気抵抗要素。 １０．磁界を感知するための、実質的に無定形の結晶膜構造を有するパーマロ イ膜から成る磁気抵抗センサーと、 前記磁気抵抗センサーを外部回路に接続するための、前記磁気抵抗センサーに 接続された導体パスと から成る、磁気抵抗ヘッド。