JPH10223435A - Magnetic thin film and magnetic device employing it - Google Patents

Magnetic thin film and magnetic device employing it

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JPH10223435A
JPH10223435A JP24006797A JP24006797A JPH10223435A JP H10223435 A JPH10223435 A JP H10223435A JP 24006797 A JP24006797 A JP 24006797A JP 24006797 A JP24006797 A JP 24006797A JP H10223435 A JPH10223435 A JP H10223435A
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thin film
magnetic thin
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雅祥 平本
Nozomi Matsukawa
望 松川
Hiroshi Sakakima
博 榊間
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    • 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
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a magnetic thin film excellent in reliability and magnetic characteristics by including a magnetic film a mother phase of magnetic crystal grain having mean volume and mean surface area satisfying a specified expression. SOLUTION: A film is deposited on a nonmagnetic ceramic substrate by RF magnetron sputtering under a predetermined sputtering condition of discharge gas pressure, substrate temperature, additive element, reaction gas flow rate, etc. The crystal film structure has such a cross-section as the magnetic crystal grain, which can be regarded to be substantially acicular or columnar, is grown substantially normal to the surface of the substrate. The crystal structure has means sizes dL and dS in the long and short sides directions of grain satisfying the relations 5μm<dS<60μm, dL>100μm. The mean volume Va and the mean surface Sa of magnetic crystal grain sufficiently satisfy the expression; Sa>4.84Va<2/3> .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性薄膜およびこ
れを用いた磁気デバイスに関するものであり、さらに詳
しくは、磁気記録ヘッド、磁気再生ヘッド、磁気インピ
−ダンスセンサ−を始めとする磁気センサ−、磁気コイ
ル、インダクタ−などの磁気回路部品、またはIH炊飯
器、IHホットプレ−トなどの磁気誘導加熱部材として
有用な軟磁性薄膜、およびこの軟磁性薄膜を用いた磁気
ヘッド、磁気センサー、磁気回路部品、磁気誘導加熱部
材などの磁気デバイスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic thin film and a magnetic device using the same, and more particularly, to a magnetic sensor including a magnetic recording head, a magnetic reproducing head, and a magnetic impedance sensor. Magnetic thin film useful as a magnetic circuit component such as a magnetic coil, an inductor, or a magnetic induction heating member such as an IH rice cooker and an IH hot plate, and a magnetic head, a magnetic sensor, and a magnetic circuit using the soft magnetic thin film The present invention relates to a magnetic device such as a component or a magnetic induction heating member.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記録密度の向上に伴う磁気記録ヘッ
ドの書き込み能力の向上、あるいは磁気インピ−ダンス
センサ−の磁気インピ−ダンス変化率の向上、さらに磁
気誘導加熱材の電磁−熱変換効率の向上など、軟磁性材
料が用いられる磁気デバイス全般にわたり、優れた磁気
特性と高飽和磁気密度を両立する磁性材料が要求されて
いる。これらを満たす材料として近年、磁性元素を含む
非晶質膜から、熱処理を施すことにより5〜20nm程
度の粒状の磁性微結晶を析出させたFe−N系、Fe−
C系材料などが開発されている(例えば、長谷川:日本
応用磁気学会誌、14、319−322(1990)、
NAGO IEEE,Trans,magn.,VOl.28,NO.5(1992))。これら
の材料は、Co系アモルファス材と同様、磁性結晶粒の
サイズを交換結合距離より充分小さくすることで、それ
ぞれの微結晶粒が、隣接する他の微結晶粒と3次元的に
強い交換相互作用を行い、その結果それぞれの結晶磁気
異方性を相殺し、見かけの結晶磁気異方性を低下させる
ことで軟磁気特性を実現していると考えられている。
2. Description of the Related Art The write performance of a magnetic recording head is improved with the increase in magnetic recording density, the magnetic impedance change rate of a magnetic impedance sensor is improved, and the electromagnetic-heat conversion efficiency of a magnetic induction heating material is improved. There is a demand for a magnetic material that achieves both excellent magnetic properties and high saturation magnetic density over a wide range of magnetic devices using soft magnetic materials, such as improvements. In recent years, as a material that satisfies these conditions, an Fe—N-based or Fe—N alloy in which granular magnetic microcrystals of about 5 to 20 nm are precipitated from an amorphous film containing a magnetic element by performing a heat treatment.
C-based materials have been developed (for example, Hasegawa: Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, 14, 319-322 (1990),
NAGO IEEE, Trans, magn., VOl.28, NO.5 (1992)). In these materials, as in the case of the Co-based amorphous material, the size of the magnetic crystal grains is made sufficiently smaller than the exchange coupling distance so that each microcrystal grain is three-dimensionally exchangeable with other adjacent microcrystal grains. It is considered that soft magnetic characteristics are realized by performing the action, thereby canceling each crystal magnetic anisotropy and reducing the apparent crystal magnetic anisotropy.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これら微結晶材料の
内、析出または粒成長した微結晶粒子がほぼ磁性金属組
成(例えばFe、FeCo)であるものについては、特
に1.2T以上の高い飽和磁束密度を持つ材料において
耐食性が課題となっている。そこで、例えばα−Feに
Alなど不動態を形成する元素を固溶させることで耐食
性の改善が試みられているが、不動態を形成するAlな
どの耐食性元素は、基本的に、酸化物、窒化物生成自由
エネルギ−が低いために、アモルファス化または微結晶
化をするためなどに用いられる酸素、窒素、炭素、硼素
などの軽元素と優先的に反応してしまい、耐食性元素が
α−Fe微結晶に固溶した状態で残りにくい。さらにα
−Feに耐食性を付与するに充分な量を添加した場合、
飽和磁束密度が大きく低下してしまうという課題があっ
た。
Among these microcrystalline materials, those in which the precipitated or grain-grown microcrystalline particles have a substantially magnetic metal composition (for example, Fe or FeCo), have a high saturation magnetic flux of 1.2 T or more. Corrosion resistance has become an issue for materials having a high density. Therefore, for example, an attempt has been made to improve corrosion resistance by dissolving an element that forms a passivation such as Al in α-Fe. However, corrosion-resistant elements such as Al that form a passivation are basically oxides, Since the free energy of nitride formation is low, it reacts preferentially with light elements such as oxygen, nitrogen, carbon, and boron used for amorphization or microcrystallization, and the corrosion-resistant element becomes α-Fe. It hardly remains in a state of solid solution in microcrystals. Furthermore α
-When an amount sufficient to impart corrosion resistance to Fe is added,
There is a problem that the saturation magnetic flux density is greatly reduced.

【0004】一方、これらの磁性材料は例えば磁気ヘッ
ドに用いる場合、磁気ヘッド作成に必要なガラスとの融
着プロセスにおいて熱処理が施される。このときガラス
の融点、基板とガラスおよび磁性膜の熱膨張係数、そし
て磁性材料の最適微結晶析出温度のマッチングが磁気ヘ
ッドの特性を左右する。ヘッド化の熱処理温度としては
ガラスの信頼性の観点から500℃以上が望ましく、磁
性材料の最適熱処理温度もそれ以上であることが必要で
ある。
On the other hand, when these magnetic materials are used in, for example, a magnetic head, they are subjected to a heat treatment in a process of fusing with glass necessary for producing the magnetic head. At this time, the matching of the melting point of the glass, the coefficient of thermal expansion between the substrate and the glass and the magnetic film, and the optimum microcrystal deposition temperature of the magnetic material influence the characteristics of the magnetic head. The heat treatment temperature for heading is desirably 500 ° C. or higher from the viewpoint of glass reliability, and the optimum heat treatment temperature for the magnetic material needs to be higher than that.

【0005】磁気ヘッドが例えばフェライト上に磁性薄
膜を形成したメタルインギャップヘッド(MIGヘッ
ド)である場合、熱処理温度が高過ぎればフェライトと
磁性膜の界面反応が進行し、磁性膜/フェライト界面に
生じる磁気劣化層が厚くなり、疑似ギャップノイズが大
きくなる。磁気ヘッドが非磁性基板上に磁性薄膜と絶縁
膜を積層形成したLAMヘッドなどの場合は、磁性膜と
それぞれの基板の熱膨張係数が異なるために、熱処理温
度が高いほど、磁性膜と基板間の熱応力が大きくなり、
逆磁歪効果による異方性エネルギ−増加のために膜の軟
磁気特性が劣化する。このために、磁性材料の最適熱処
理温度範囲は550℃以下程度であることが望ましい。
When the magnetic head is, for example, a metal-in-gap head (MIG head) in which a magnetic thin film is formed on ferrite, if the heat treatment temperature is too high, an interface reaction between the ferrite and the magnetic film proceeds, and the magnetic film / ferrite interface is formed. The resulting magnetically degraded layer becomes thicker and the pseudo gap noise increases. When the magnetic head is a LAM head in which a magnetic thin film and an insulating film are laminated on a non-magnetic substrate, the magnetic film and the respective substrates have different coefficients of thermal expansion. Thermal stress increases,
The soft magnetic characteristics of the film deteriorate due to an increase in anisotropic energy due to the inverse magnetostriction effect. For this reason, it is desirable that the optimal heat treatment temperature range of the magnetic material is about 550 ° C. or less.

【0006】しかしながら、前述のように耐食性元素を
金属微結晶内に充分固溶した微結晶材料は、結晶構造を
安定にし、磁歪定数を十分小さくするためなどには、6
00〜700℃近傍あるいはそれ以上の温度で熱処理し
なければならないという課題があった。
However, as described above, a microcrystalline material in which a corrosion-resistant element is sufficiently dissolved in metal microcrystals is required to have a stable crystal structure and a sufficiently small magnetostriction constant.
There was a problem that heat treatment had to be performed at a temperature of about 00 to 700 ° C. or higher.

【0007】また、これら多くの微結晶磁性薄膜は、本
質的に、単位体積当たりの磁性粒子間に存在する界面が
多いために、熱処理時に界面エネルギ−をドライビィン
グフ−スとする磁性結晶粒の粒成長が著しく、良好な軟
磁性を示す最適熱処理温度範囲が狭く、特性のばらつき
や、使用温度範囲の限定が大きいという課題があった。
Further, since many of these microcrystalline magnetic thin films essentially have many interfaces between magnetic particles per unit volume, magnetic crystal grains whose interface energy is a driving force during heat treatment are used. There is a problem in that the optimum heat treatment temperature range where remarkable grain growth is exhibited and good soft magnetism is narrowed, the characteristics are varied, and the use temperature range is largely limited.

【0008】他方、多くの薄膜材料に共通の課題として
膜の内部応力による基板からの膜剥がれ、あるいは基板
の微細な割れがある。例えば一般にスパッタリング法な
どで基板上に形成される膜の内部応力は、圧縮応力また
は引っ張り応力を持つ。基板と膜の付着強度が弱い時や
基板材料の破壊強度が弱い時には、基板の形状、表面状
態に依存して膜剥がれなどの問題が発生する。
On the other hand, a problem common to many thin film materials is peeling of a film from a substrate due to internal stress of the film or fine cracking of the substrate. For example, in general, the internal stress of a film formed on a substrate by a sputtering method or the like has a compressive stress or a tensile stress. When the adhesion strength between the substrate and the film is low or when the breaking strength of the substrate material is low, problems such as film peeling occur depending on the shape and surface state of the substrate.

【0009】本発明は、軟磁性薄膜材料の高飽和磁束密
度化に伴う熱安定性、耐食性など前述の諸問題に鑑み、
結晶粒径構造およびサイズにおける諸条件、さらには元
素組成を研究し、また最適構造を実現する下地層の条
件、組成を研究することにより前記従来の課題を解決
し、信頼性と軟磁気特性に優れた磁性薄膜およびこの薄
膜を用いた磁気デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明は膜内部応力による基板からの剥がれ、基
板の破壊の問題に鑑み、基板−磁性膜間の下地構造を研
究することにより前記従来の課題を解決し、信頼性と軟
磁気特性に優れた磁性薄膜および磁気デバイスを提供す
ることも目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, such as thermal stability and corrosion resistance, associated with increasing the saturation magnetic flux density of a soft magnetic thin film material.
The above problems were solved by studying various conditions in the crystal grain size structure and size, and further studying the element composition and the conditions and composition of the underlayer to achieve the optimum structure. An object of the present invention is to provide an excellent magnetic thin film and a magnetic device using the thin film.
In addition, the present invention solves the conventional problems by studying the underlying structure between the substrate and the magnetic film in consideration of the problem of delamination from the substrate due to the internal stress of the film and the destruction of the substrate. Another object is to provide an excellent magnetic thin film and magnetic device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するべ
く、本発明の磁性薄膜は、平均体積Vaと平均表面積S
aとが下記関係式を満たす磁性結晶粒を母相とする磁性
膜を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the magnetic thin film of the present invention has an average volume Va and an average surface area S
a) includes a magnetic film having a magnetic crystal grain satisfying the following relational expression as a mother phase.

【0011】Sa>4.84Va2/3 (1) このような構成とすることにより、高い飽和磁束密度
(例えば1.2T以上)を持ちながら優れた軟磁気特性
を実現することができる。一つの磁性結晶粒は結晶学的
にほぼ単結晶である。結晶内の異方性は主に結晶磁気異
方性に支配され、また磁性膜内に存在する複数の隣接磁
性結晶粒は、互いに交換結合を行っていると考えられ
る。このとき磁性結晶粒同士が互いに及ぼし合う交換力
は、単位体積当たりに存在する磁性結晶粒が同数であれ
ば、前記式(1)に示した範囲のように、磁性結晶粒の
表面積が十分広いことで強くなり、軟磁気特性が向上す
る。
Sa> 4.84 Va 2/3 (1) With such a configuration, it is possible to realize excellent soft magnetic characteristics while having a high saturation magnetic flux density (for example, 1.2 T or more). One magnetic crystal grain is crystallographically almost a single crystal. It is considered that the anisotropy in the crystal is mainly governed by the magnetocrystalline anisotropy, and a plurality of adjacent magnetic crystal grains existing in the magnetic film are exchange-coupled to each other. At this time, the exchange force exerted by the magnetic crystal grains on each other is such that the magnetic crystal grains have a sufficiently large surface area as shown in the above formula (1) if the number of magnetic crystal grains existing per unit volume is the same. This enhances the soft magnetic properties.

【0012】前記磁性薄膜においては、磁性結晶粒が5
0nmを超える平均最大長を有することが好ましい。
In the above-mentioned magnetic thin film, the number of magnetic crystal grains is 5.
It is preferred to have an average maximum length greater than 0 nm.

【0013】この好ましい例によれば、高い飽和磁束密
度(例えば1.2T以上)を持ちながら優れた軟磁気特
性と軟磁気特性の広い温度範囲での熱処理安定性が実現
できる。一般に高飽和磁束密度の軟磁性材料が、ほぼ球
状の磁性結晶粒(Sa<4.84Va2/3)の平均結晶
粒径が20nm程度以下であるときに実現されているの
に対して、磁性結晶粒の平均最大長が50nmを超える
程度に大きくても、前記式(1)のように磁性結晶粒の
表面積が十分に大きければ軟磁気特性が実現される。ま
た、磁性結晶粒の平均最大長が上記範囲に示されるよう
に十分に長ければ、平均結晶体積は、球状とみなせるよ
うな微細な結晶粒の磁性材料に比較すると、実質的に大
きくなるために、磁性膜中の単位体積当たりの実質的な
磁性結晶粒の全表面積または全界面の占める面積を減少
させることができ、結果として、磁性体全体の熱処理時
の粒成長のドライビングフォ−スが小さくなるから、熱
処理安定性が向上する。
According to this preferred example, it is possible to realize excellent soft magnetic characteristics and heat treatment stability in a wide temperature range of the soft magnetic characteristics while having a high saturation magnetic flux density (for example, 1.2 T or more). Generally, a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density is realized when the average crystal grain size of substantially spherical magnetic crystal grains (Sa <4.84 Va 2/3 ) is about 20 nm or less. Even if the average maximum length of the crystal grains is greater than about 50 nm, soft magnetic characteristics can be realized if the surface area of the magnetic crystal grains is sufficiently large as in the above formula (1). Also, if the average maximum length of the magnetic crystal grains is sufficiently long as shown in the above range, the average crystal volume is substantially larger than a magnetic material of fine crystal grains that can be regarded as a sphere. Therefore, the total surface area or the area occupied by all the interfaces of the magnetic crystal grains per unit volume in the magnetic film can be reduced, and as a result, the driving force of the grain growth during the heat treatment of the whole magnetic material is small. Therefore, the stability of the heat treatment is improved.

【0014】また、前記磁性薄膜においては、磁性結晶
粒が、略針状体、略柱状体またはこれらの組み合わせか
らなる多枝形状体からなり、この磁性結晶粒の短手方向
の平均結晶サイズが5nmよりも大きく60nmよりも
小さいことが好ましい。
Further, in the magnetic thin film, the magnetic crystal grains are formed of a substantially needle-like body, a substantially columnar body, or a multi-branched body composed of a combination thereof, and the average crystal size of the magnetic crystal grains in the lateral direction is reduced. Preferably, it is larger than 5 nm and smaller than 60 nm.

【0015】この好ましい例によれば、高い飽和磁束密
度(例えば1.2T以上)を持ちながら優れた軟磁気特
性と軟磁気特性の広い温度範囲での熱処理安定性が実現
し、さらに耐食性が向上する。
According to this preferred example, excellent soft magnetic characteristics and heat treatment stability in a wide temperature range of soft magnetic characteristics are realized while having a high saturation magnetic flux density (for example, 1.2 T or more), and the corrosion resistance is further improved. I do.

【0016】広い温度範囲での熱安定性は、磁性薄膜の
磁性結晶粒が、略柱状体、略針状体、または多枝形状結
晶を構成する略針状部、略柱状部の長手方向の平均最大
長(平均結晶サイズ)が50nm以上と従来の微結晶材
料に比べて大きく、従って単位体積当たりの界面エネル
ギ−が小さいために粒成長しにくいことに起因する。ま
た、一般には、柱状または針状の結晶構造を有すること
は、形状異方性による磁気特性の劣化が起こると認知さ
れているが、本発明においては結晶粒体積あたりの表面
積が大きいために結晶粒子同士が強い交換相互作用を行
うことで形状磁気異方性を抑制し、軟磁気特性を向上さ
せている。さらに耐食性の向上は、磁性結晶粒子のサイ
ズおよび形状が前記範囲であれば、結晶粒子間の電気化
学的ポテンシャルのばらつきに基づく各結晶粒子間での
電位差が平均化され、局部電池効果による腐食の進行が
抑制されることに起因する。なお、短手方向の平均結晶
サイズが60nm以上である磁性薄膜では1.2T以上
の高い飽和磁束密度の実現と軟磁気特性、耐食性の両立
が困難となり、同サイズが5nm以下では広い温度範囲
における良好な熱処理安定性を得られなくなる。
The thermal stability in a wide temperature range is such that the magnetic crystal grains of the magnetic thin film are formed in a substantially columnar body, a substantially needle-like body, or a substantially needle-like portion and a substantially columnar portion constituting a multi-branched crystal in the longitudinal direction. This is because the average maximum length (average crystal size) is 50 nm or more, which is larger than that of the conventional microcrystalline material, and thus the grain growth is difficult due to a small interfacial energy per unit volume. Also, it is generally recognized that having a columnar or needle-like crystal structure causes deterioration of magnetic properties due to shape anisotropy, but in the present invention, the crystal surface is large due to a large surface area per crystal grain volume. By performing strong exchange interaction between particles, shape magnetic anisotropy is suppressed and soft magnetic properties are improved. Further improvement in corrosion resistance is that if the size and shape of the magnetic crystal particles are in the above-mentioned range, the potential difference between each crystal particle based on the variation of the electrochemical potential between the crystal particles is averaged, and the corrosion due to the local battery effect is reduced. This is because progress is suppressed. In the case of a magnetic thin film having an average crystal size in the transverse direction of 60 nm or more, it is difficult to achieve a high saturation magnetic flux density of 1.2 T or more, and at the same time to achieve both soft magnetic characteristics and corrosion resistance. Good heat treatment stability cannot be obtained.

【0017】本発明の磁性薄膜の別の構成は、略針状体
または略柱状体の磁性結晶粒を母相とし、この磁性結晶
粒の短手方向の平均結晶サイズdSおよび長手方向の平
均結晶サイズdLがそれぞれ下記関係式を満たす磁性膜
を含むことを特徴とする。
Another structure of the magnetic thin film according to the present invention is that a substantially crystalline needle-like or substantially columnar magnetic crystal grain is used as a mother phase, and the average crystal size dS in the short direction and the average crystal size in the long direction of the magnetic crystal grain are used. The size dL includes a magnetic film satisfying the following relational expression.

【0018】5nm<dS<60nm (2) dL>100nm (3) 本発明の磁性薄膜のさらに別の構成は、略針状体または
略柱状体が組み合わせからなる多枝形状結晶を含む磁性
結晶粒を母相とし、前記略針状体または前記略柱状体の
短手方向の平均結晶サイズdsおよび前記多枝形状結晶
の平均最大長dlがそれぞれ下記関係式を満たす磁性膜
を含むことを特徴とする。
5 nm <dS <60 nm (2) dL> 100 nm (3) Still another configuration of the magnetic thin film of the present invention is a magnetic crystal grain including a polybranched crystal composed of a combination of a substantially needle-like body or a substantially columnar body. And a magnetic film, wherein the average crystal size ds in the short direction of the substantially needle-like body or the substantially columnar body and the average maximum length dl of the multi-branched crystal each satisfy the following relational expression. I do.

【0019】5nm<ds<60nm (4) dl>50nm (5) このような構成とすることにより、高い飽和磁束密度
(例えば1.2T以上)を持ちながら優れた軟磁気特性
と軟磁気特性の広い温度範囲での熱処理安定性が実現
し、さらに耐食性が向上する。広い温度範囲での熱安定
性は磁性薄膜の磁性結晶粒が、略柱状、略針状または多
枝形状であって、平均粒径が従来の微結晶材料に比べて
大きく、従って単位体積当たりの界面エネルギ−が小さ
いために粒成長しにくいことによる。また結晶粒子同士
が強い交換相互作用を行うことで形状磁気異方性を抑制
し、かつ互いの短手方向の結晶磁気異方性を相殺するこ
とで軟磁気特性を生み出している。さらに耐食性の向上
は、磁性結晶粒子のサイズおよび形状が前記式(2)お
よび(3)の範囲であれば(または前記式(4)および
(3)の範囲であれば)、結晶粒子間の電気化学的ポテ
ンシャルのばらつきに基づく各結晶粒子間での電位差が
平均化され、局部電池効果による腐食の進行が抑制され
ることに起因する。なお、dS(またはds)が60n
m以上では1.2T以上の高い飽和磁束密度の実現と軟
磁気特性、耐食性の両立が困難となり、dS(またはd
s)が5nm以下では広い温度範囲での熱処理安定性が
悪くなる。同様にdLが100nm以下(またはdlが
50nm以下)となると熱安定性が悪くなる。
5 nm <ds <60 nm (4) dl> 50 nm (5) With such a configuration, excellent soft magnetic characteristics and soft magnetic characteristics can be obtained while having a high saturation magnetic flux density (for example, 1.2 T or more). Stability of heat treatment in a wide temperature range is realized, and corrosion resistance is further improved. The thermal stability over a wide temperature range is such that the magnetic crystal grains of the magnetic thin film have a substantially columnar, substantially acicular or multi-branched shape, and the average particle size is larger than that of the conventional microcrystalline material. This is because grain growth is difficult due to low interfacial energy. In addition, the crystal grains perform strong exchange interaction to suppress shape magnetic anisotropy, and cancel out each other's transverse crystal magnetic anisotropy to produce soft magnetic characteristics. Further, the improvement of the corrosion resistance can be achieved if the size and shape of the magnetic crystal particles are in the range of the above formulas (2) and (3) (or in the range of the above formulas (4) and (3)). This is because the potential difference between the crystal grains based on the variation of the electrochemical potential is averaged, and the progress of corrosion due to the local battery effect is suppressed. Note that dS (or ds) is 60n
m or more, it is difficult to achieve a high saturation magnetic flux density of 1.2 T or more, and at the same time to achieve both soft magnetic characteristics and corrosion resistance.
When s) is 5 nm or less, heat treatment stability in a wide temperature range is deteriorated. Similarly, when dL is 100 nm or less (or dl is 50 nm or less), thermal stability deteriorates.

【0020】また、前記磁性薄膜においては、互いに隣
接する磁性結晶粒の結晶方位が、少なくとも面内方向で
異なることが好ましい。この好ましい例によれば、磁気
異方性の相殺率が向上し、隣接する針状、柱状または多
枝形状の結晶磁気異方性を見掛け上小さくすることで軟
磁気特性を向上させることができる。
Further, in the magnetic thin film, it is preferable that crystal orientations of magnetic crystal grains adjacent to each other are different at least in an in-plane direction. According to this preferred example, the cancellation ratio of the magnetic anisotropy is improved, and the soft magnetic characteristics can be improved by making the apparent needle magnetic, columnar or multi-branched crystalline magnetic anisotropy smaller. .

【0021】また、前記磁性薄膜においては、C、B、
OおよびNから選ばれる少なくとも1種の軽元素と、F
eよりも酸化物および/または窒化物生成自由エネルギ
−が低い元素とを含むことが好ましい。
In the magnetic thin film, C, B,
At least one light element selected from O and N;
It is preferable to include an element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than e.

【0022】例えば磁性膜をスパッタリング法により作
製する場合、主にC、B、O、Nの元素が金属磁性元素
中に固溶すること、Feより酸化物、窒化物生成自由エ
ネルギ−が低い元素と反応することなどにより、基板上
での初期成長過程で生じる島状結晶構造の結合や成膜途
中における粒同士の結合を制御し、結晶粒を好ましい針
状、柱状あるいは多枝形状など結晶粒体積当たり表面積
が大きい形状とした膜構造を実現することができる。特
に上記添加元素は複数組み合わせることで、様々な生成
自由エネルギ−の反応生成物およびその中間反応物が生
成されるため、全体としてわずかな添加物で前記膜構造
を実現でき、結果として磁性金属の高飽和磁束密度が維
持される。
For example, when a magnetic film is formed by a sputtering method, C, B, O, and N elements are mainly dissolved in a metal magnetic element, and an element having a lower free energy of oxide and nitride formation than Fe is used. By controlling the bonding of the island-like crystal structure generated during the initial growth process on the substrate and the bonding of the grains during the film formation, the crystal grains are preferably formed into needle-like, column-like, or multi-branched forms. A film structure having a large surface area per volume can be realized. In particular, by combining a plurality of the above-mentioned additional elements, a reaction product of various free energy of formation and an intermediate reactant are generated, so that the film structure can be realized with a small amount of the additive as a whole, and as a result, High saturation magnetic flux density is maintained.

【0023】また、前記磁性薄膜においては、磁性結晶
粒内に、Feよりも酸化物および/または窒化物生成自
由エネルギ−が低い元素を含むことが好ましい。
In the magnetic thin film, it is preferable that the magnetic crystal grains contain an element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than Fe.

【0024】従来の非晶質から析出させる微結晶材料で
は、熱処理過程により該元素の多くが粒界に析出してし
まうのに対し、この好ましい例によれば、該元素が磁性
金属結晶粒内に固溶した状態で成膜されるために、わず
かな添加量でも磁性結晶粒表面に酸化保護膜を形成する
に充分な固溶量を保つことができる。さらに該元素は基
板上での初期粒形状を制御し、結果的には本発明の好ま
しい結晶粒形状およびサイズを持つ磁性膜を形成する働
きを有する。
In a conventional microcrystalline material precipitated from an amorphous phase, most of the elements precipitate at the grain boundaries during the heat treatment process. According to this preferred example, however, the elements are contained in the magnetic metal crystal grains. Since the film is formed in a state of solid solution, the amount of solid solution sufficient to form an oxide protective film on the surface of the magnetic crystal grains can be maintained even with a small amount of addition. Further, the element controls the initial grain shape on the substrate, and consequently has a function of forming a magnetic film having a preferred grain shape and size according to the present invention.

【0025】また、前記磁性薄膜においては、Feより
も酸化物および/または窒化物生成自由エネルギ−が低
い元素が、IVa族元素、Va族元素、Al、Ga、S
i、GeおよびCrから選ばれる少なくとも1種の元素
であることが好ましい。
In the magnetic thin film, the element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than Fe is a group IVa element, a group Va element, Al, Ga, S
It is preferably at least one element selected from i, Ge and Cr.

【0026】これらの元素は少量の添加量で本発明の好
ましい膜構造を実現でき、同時に高い耐食性と優れた磁
気特性を両立できる。これは、これらの元素の磁性金属
結晶内での拡散速度が比較的速いことに関係していると
考えられる。
These elements can realize the preferable film structure of the present invention with a small amount of addition, and at the same time, can achieve both high corrosion resistance and excellent magnetic properties. This is considered to be related to the relatively high diffusion rate of these elements in the magnetic metal crystal.

【0027】また、前記磁性薄膜においては、前記磁性
結晶粒の粒界に、炭化物、硼化物、酸化物、窒化物およ
び金属から選ばれる少なくとも1種からなる微結晶また
はアモルファスである粒界化合物が含まれることが好ま
しい。
In the magnetic thin film, a microcrystalline or amorphous grain boundary compound made of at least one selected from carbides, borides, oxides, nitrides and metals is present at the grain boundaries of the magnetic crystal grains. Preferably, it is included.

【0028】この好ましい例によれば、磁性結晶粒の粒
形状が前記粒界化合物により制御され、本発明の好まし
い結晶粒構造が実現できるとともに磁気特性の熱処理安
定性が向上する。
According to this preferred example, the grain shape of the magnetic crystal grains is controlled by the grain boundary compound, so that the preferred crystal grain structure of the present invention can be realized, and the stability of heat treatment of magnetic properties is improved.

【0029】また、前記粒界化合物の平均最短長をTと
すると、この粒界化合物の少なくとも30%の前記平均
最短長Tが下記関係式を満たすことが好ましい。 0.1nm≦T≦3nm (6) 粒界化合物の平均最短長Tが0.1nmより小さけれ
ば、充分な粒成長抑制効果が期待できず、また3nmよ
り大きければ、磁性結晶粒同士の交換結合を妨げ、飽和
磁束密度を低下させるおそれがある。特に粒界化合物の
少なくとも30%の平均最短長Tが0.1nm≦T≦3
nmであるときに軟磁気特性と耐熱処理安定性が両立で
きることが確認された。
Further, assuming that the average shortest length of the grain boundary compound is T, it is preferable that the average shortest length T of at least 30% of the grain boundary compound satisfies the following relational expression. 0.1 nm ≦ T ≦ 3 nm (6) If the average shortest length T of the grain boundary compound is smaller than 0.1 nm, a sufficient effect of suppressing grain growth cannot be expected, and if it is larger than 3 nm, exchange coupling between magnetic crystal grains. And the saturation magnetic flux density may be reduced. In particular, the average shortest length T of at least 30% of the grain boundary compound is 0.1 nm ≦ T ≦ 3
It was confirmed that the soft magnetic property and the stability of the heat treatment can be compatible at the time of nm.

【0030】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜を形成する少なくとも1層
が、Feよりも酸化物および/または窒化物生成自由エ
ネルギ−が低い元素を含有することが好ましい。
Further, the magnetic thin film includes a base film composed of at least one layer and a magnetic film formed on the base film, wherein at least one layer forming the base film is made of an oxide rather than Fe. And / or preferably contains an element having a low free energy of nitride formation.

【0031】この好ましい例によれば、磁性膜と下地膜
の拡散反応が抑制され、前述の好ましい結晶粒構造の初
期形成膜近傍の熱安定が実現できる。例えば、該元素が
固溶状態にあれば、磁性膜または下地膜などから拡散す
る酸素、窒素、炭素などの活性元素と反応し、さらに形
成した反応生成物層が拡散防止障壁となる。また該元素
が安定した化合物として存在する場合には、該化合物が
完全な層を形成していなくとも、拡散する活性元素は、
該化合物により拡散パスを狭められるとともに、拡散パ
ス近傍で反応生成物を形成し、結果として拡散反応を抑
制する。
According to this preferred example, the diffusion reaction between the magnetic film and the underlayer is suppressed, and the above-mentioned thermal stability in the vicinity of the initially formed film having the preferred crystal grain structure can be realized. For example, when the element is in a solid solution state, it reacts with an active element such as oxygen, nitrogen, or carbon diffused from a magnetic film or a base film, and the formed reaction product layer serves as a diffusion prevention barrier. Further, when the element is present as a stable compound, even if the compound does not form a complete layer, the active element that diffuses,
The diffusion path can be narrowed by the compound, and a reaction product is formed near the diffusion path, thereby suppressing the diffusion reaction.

【0032】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜を構成する層のうち少なくと
も前記磁性膜と接する層が、Feよりも表面自由エネル
ギ−が低い物質からなることが好ましい。
[0032] The magnetic thin film includes at least one underlying film and a magnetic film formed on the underlying film, and at least one of the layers constituting the underlying film that is in contact with the magnetic film. However, it is preferable that the material has a lower surface free energy than Fe.

【0033】例えばスパッタリング法で本発明の磁性膜
を形成する場合、特に磁性膜の初期形成粒の粒成長が抑
制され、前述の好ましい結晶粒構造が基板近傍から実現
できる。逆に表面自由エネルギ−がFeよりも大きけれ
ば、界面近傍の結晶が太くなりすぎ、基板近傍で磁気劣
化層ができ、例えばフェライト上に磁性膜を形成するM
IGヘッドの場合、このような磁気劣化層は、疑似ギャ
ップ、あるいはヘッド再生感度の劣化の原因となる。ま
た例えばLAMヘッドのように磁性膜が数十nmから数
μmの比較的薄い間隔で絶縁層で分断される場合、過度
に成長した初期形成粒の結晶性の影響が膜全体に残るこ
とになる。また前記下地膜は界面に蓄積される自由エネ
ルギ−を制御できるために、膜と下地、基板間の内部応
力を小さくでき、逆磁歪効果による磁気劣化を抑制する
こともできる。下地層中、磁性膜以下の表面自由エネル
ギ−を持つ物質で形成された層の望ましい厚さは、0.
1nm以上である。
For example, when the magnetic film of the present invention is formed by a sputtering method, in particular, the grain growth of initially formed grains of the magnetic film is suppressed, and the above-described preferable crystal grain structure can be realized from the vicinity of the substrate. Conversely, if the surface free energy is larger than Fe, the crystal near the interface becomes too thick, and a magnetically degraded layer is formed near the substrate.
In the case of an IG head, such a magnetically degraded layer causes a pseudo gap or a deterioration in head reproduction sensitivity. Further, when the magnetic film is divided by the insulating layer at a relatively small interval of several tens nm to several μm as in a LAM head, for example, the influence of the crystallinity of the excessively grown initial formed grains remains on the entire film. . Further, since the free energy stored at the interface of the underlayer can be controlled, the internal stress between the film, the underlayer, and the substrate can be reduced, and the magnetic deterioration due to the inverse magnetostriction effect can be suppressed. A desirable thickness of the layer formed of a substance having a surface free energy equal to or less than that of the magnetic film in the underlayer is 0.
1 nm or more.

【0034】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜を構成する層のうち少なくと
も前記磁性膜と接する層が、Al、Ba、Ca、Mg、
Si、Ti、V、Zn、GaおよびZrから選ばれる少
なくとも1種の元素の炭化物、酸化物、窒化物および硼
化物から選ばれるいずれかの化合物であることが好まし
い。
Further, the magnetic thin film includes at least one underlying film and a magnetic film formed on the underlying film, and at least one of the layers constituting the underlying film which is in contact with the magnetic film. Are Al, Ba, Ca, Mg,
It is preferably any compound selected from carbides, oxides, nitrides, and borides of at least one element selected from Si, Ti, V, Zn, Ga, and Zr.

【0035】この好ましい例によれば、磁性膜と下地膜
の反応が抑制され、磁性膜の初期形成粒の粒形状を制御
できるため初期形成膜近傍から磁性膜の好ましい結晶粒
構造が実現できるとともに内部応力の制御が可能にな
る。
According to this preferred example, the reaction between the magnetic film and the base film is suppressed, and the grain shape of the initially formed grains of the magnetic film can be controlled, so that a preferable crystal grain structure of the magnetic film from the vicinity of the initially formed film can be realized. The internal stress can be controlled.

【0036】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜を構成する層のうち少なくと
も前記磁性膜と接する層が、C、Al、Si、Ag、C
u、Cr、Mg、Au、GaおよびZnから選ばれる少
なくとも1つの物質からなることが好ましい。
The magnetic thin film includes at least one underlying film and a magnetic film formed on the underlying film, and at least one of the layers constituting the underlying film that is in contact with the magnetic film. Is C, Al, Si, Ag, C
It is preferable to be made of at least one substance selected from u, Cr, Mg, Au, Ga and Zn.

【0037】この好ましい例によれば、磁性膜の初期形
成粒の粒形状を制御できるため初期形成膜近傍から本発
明の磁性膜の好ましい結晶粒構造が実現できる。
According to this preferred example, since the grain shape of the initially formed grains of the magnetic film can be controlled, a preferable crystal grain structure of the magnetic film of the present invention can be realized from the vicinity of the initially formed film.

【0038】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層
Aおよびこの下地層Aと接する下地層Bを含み、前記下
地層BがAl、Ba、Ca、Mg、Si、Ti、V、Z
n、GaおよびZrから選ばれる少なくとも1つの物質
からなり、前記下地層Aが前記下地層Bを構成する物質
の炭化物、酸化物、窒化物および硼化物から選ばれるい
ずれかの化合物からなることが好ましい。
The magnetic thin film includes an underlayer consisting of at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film, A underlayer B in contact with A, wherein said underlayer B is Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Z
n, Ga, and Zr, and the underlayer A may be made of a compound selected from carbides, oxides, nitrides, and borides of the material constituting the underlayer B. preferable.

【0039】この好ましい例によれば、磁性膜と下地層
または基板との反応が抑制され、かつ磁性膜の初期形成
粒の粒形状を制御できるため初期形成膜近傍から本発明
の磁性膜の好ましい結晶粒構造が実現と内部応力の制御
が可能になる。
According to this preferred embodiment, the reaction between the magnetic film and the underlayer or the substrate is suppressed, and the grain shape of the initially formed grains of the magnetic film can be controlled. Realization of a crystal grain structure and control of internal stress become possible.

【0040】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層
Aおよびこの下地層Aと接する下地層Bを含み、前記下
地層AがAl、Ba、Ca、Mg、Si、Ti、V、Z
n、GaおよびZrから選ばれる少なくとも1つの物質
からなり、前記下地層Bが前記下地層Aを構成する物質
の炭化物、酸化物、窒化物および硼化物から選ばれるい
ずれかの化合物からなることが好ましい。
Further, the magnetic thin film includes an underlayer consisting of at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and the underlayer A and the underlayer. A, wherein the underlayer A includes Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Z
n, Ga and Zr, and the underlayer B may be made of a compound selected from carbides, oxides, nitrides and borides of the material constituting the underlayer A. preferable.

【0041】この好ましい例によれば、磁性膜と下地層
または基板との反応が抑制され、かつ磁性膜の初期形成
粒の粒形状を制御できるため初期形成膜近傍から本発明
の磁性膜の好ましい結晶粒構造が実現できる。
According to this preferred embodiment, the reaction between the magnetic film and the underlayer or the substrate is suppressed, and the grain shape of the initially formed grains of the magnetic film can be controlled. A crystal grain structure can be realized.

【0042】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層
Aおよびこの下地層Aと接する下地層Bを含み、前記下
地層Aが、前記磁性膜に含まれる主構成元素から選ばれ
る少なくとも1つの元素と、酸素および窒素から選ばれ
る少なくとも1つの元素とを含み、かつ前記磁性膜より
も酸素または窒素を多く含み、前記下地層Bが、炭化
物、酸化物、窒化物および硼化物から選ばれるいずれか
の化合物からなることが好ましい。
Further, the magnetic thin film includes an underlayer consisting of at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film, A underlayer B in contact with A, said underlayer A containing at least one element selected from the main constituent elements contained in said magnetic film and at least one element selected from oxygen and nitrogen, and It is preferable that the underlayer B contains oxygen or nitrogen more than the film and is made of any compound selected from carbide, oxide, nitride, and boride.

【0043】この好ましい例によれば、磁性膜と下地層
または基板の反応が抑制され、かつ磁性膜の初期形成粒
の粒形状を制御できるため、初期形成膜近傍から磁性膜
の好ましい結晶粒構造が実現できる。
According to this preferred embodiment, the reaction between the magnetic film and the underlayer or the substrate is suppressed, and the grain shape of the initially formed grains of the magnetic film can be controlled. Can be realized.

【0044】ここで、主構成元素とは、磁性膜を構成す
る元素であって分析可能な程度に含まれている元素をい
い、具体的には、磁性膜に少なくとも0.5原子%含ま
れている元素をいう。
Here, the main constituent element refers to an element constituting the magnetic film and contained in an amount that can be analyzed, specifically, at least 0.5 atomic% in the magnetic film. Means the element.

【0045】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された主
磁性層としての磁性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性
膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接する下地層
Bを含み、前記下地層Aが副磁性層と分断層とが少なく
とも1層ずつ交互に積層されてなり、前記下地層Bが酸
化物、窒化物、炭化物および硼化物から選ばれるいずれ
かの化合物からなることが好ましい。
The magnetic thin film includes at least one underlying film and a magnetic film as a main magnetic layer formed on the underlying film, wherein the underlying film is in contact with the magnetic film. A and an underlayer B in contact with the underlayer A, wherein the underlayer A is formed by alternately laminating at least one sub-magnetic layer and a split layer, and the underlayer B is formed of an oxide, a nitride, or a carbide. And a compound selected from borides.

【0046】この好ましい例によれば、初期形成膜が分
断層で微細化されるために初期形成粒の成長が抑制さ
れ、その上部において形成される磁性膜が本発明の好ま
しい結晶粒構造を実現しやすい。さらに下地層Bが、磁
性膜と基板または下地膜との反応を抑制する。ここで分
断層とは、磁性膜や副磁性層と組成を異にする金属、合
金、炭化物、酸化物、窒化物、硼化物などからなる層で
あればよい。
According to this preferred example, the growth of the initially formed grains is suppressed because the initially formed film is miniaturized by the dividing layer, and the magnetic film formed thereover realizes the preferable crystal grain structure of the present invention. It's easy to do. Further, the underlayer B suppresses a reaction between the magnetic film and the substrate or the underlayer. Here, the dividing layer may be a layer made of a metal, an alloy, a carbide, an oxide, a nitride, a boride, or the like having a different composition from the magnetic film or the sub-magnetic layer.

【0047】この場合、分断層が、磁性膜と少なくとも
1種の元素を共有し、磁性膜よりも酸素または窒素を多
く含有していることが好ましい。この好ましい例によれ
ば、同一成分を共有しているために界面拡散が抑制され
磁気特性の耐熱処理性が高くなる。
In this case, it is preferable that the dividing layer shares at least one element with the magnetic film and contains more oxygen or nitrogen than the magnetic film. According to this preferred example, since the same component is shared, interface diffusion is suppressed, and the heat resistance of the magnetic properties is improved.

【0048】また、副磁性層と分断層とは、それぞれの
厚さ(副磁性層の厚さtM、分断層の厚さtS)が下記関
係式を満たすことが好ましい。 0.5nm≦tM≦100nm (7) 0.05nm≦tS≦10nm (8) この好ましい例によれば、効果的に初期粒成長を抑制で
きるため、その上部に形成される磁性膜が前述の好まし
い結晶粒構造を実現しやすい。
It is preferable that the thickness of the sub-magnetic layer and the thickness of the split layer (the thickness t M of the sub-magnetic layer and the thickness t S of the split layer) satisfy the following relational expression. 0.5 nm ≦ t M ≦ 100 nm (7) 0.05 nm ≦ t S ≦ 10 nm (8) According to this preferred example, since the initial grain growth can be effectively suppressed, the magnetic film formed on the It is easy to realize the preferred crystal grain structure.

【0049】なお、副磁性層と分断層の積層された厚さ
の合計は300nm以下とすることが好ましい。tM
厚さが0.5nmより小さいか、100nmより大きく
すると積層された下地の磁気特性が劣化する。tMの厚
さを30nm以下とすると、初期形成膜近傍の内部応力
が減少し、基板−磁性薄膜間の応力緩和が実現できる。
一方、分断層は0.05nmより小さいと効果が得難く
なり、10nmよりも大きくすると、積層下地上の主磁
性膜との磁気結合が弱くなり好ましくない。
It is preferable that the total thickness of the sub magnetic layer and the split layer is 300 nm or less. If the thickness of t M is smaller than 0.5 nm or larger than 100 nm, the magnetic properties of the laminated base are deteriorated. When the thickness of t M is 30 nm or less, the internal stress in the vicinity of the initially formed film is reduced, and stress relaxation between the substrate and the magnetic thin film can be realized.
On the other hand, if the split layer thickness is smaller than 0.05 nm, the effect is difficult to obtain, and if it is larger than 10 nm, the magnetic coupling with the main magnetic film on the laminated base is weakened, which is not preferable.

【0050】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜のうち、少なくとも基板と接
する層が、アモルファス磁性体または平均粒径dが下記
関係式を満たす磁性結晶粒を母相とする微細磁性層であ
ることが好ましい。
The magnetic thin film includes at least one underlying film and a magnetic film formed on the underlying film, and at least a layer of the underlying film that is in contact with the substrate is made of an amorphous magnetic material. Alternatively, it is preferable that the fine magnetic layer has a magnetic crystal grain whose average particle diameter d satisfies the following relationship as a mother phase.

【0051】d≦20nm (9) 一般に、スパッタリング法などで形成された薄膜材料
は、成膜直後に内部応力が存在し、内部応力の値、基板
と膜との付着強度、膜の厚さ、基板の破壊強度などに応
じて、膜剥がれ、基板の破壊が発生する。この最大の原
因は膜の内部応力であるが、実際に性能の高い機能性膜
の成膜条件は、成膜直後の内部応力が最低である場合と
は限らない。発明者は、内部応力を持ちながらも、膜剥
がれ、基板の破壊の少ない条件を調べるために様々な検
討を重ねた結果、以下のようなメカニズムを想定し、そ
れを実証することで前記構成に至った。
D ≦ 20 nm (9) Generally, a thin film material formed by a sputtering method or the like has an internal stress immediately after the film formation, and the value of the internal stress, the adhesive strength between the substrate and the film, the thickness of the film, Depending on the breaking strength of the substrate, the film is peeled off and the substrate is broken. The biggest cause is the internal stress of the film, but the film formation conditions of the functional film having high performance are not always the case where the internal stress immediately after the film formation is the lowest. The inventor, despite having internal stress, made various examinations to examine conditions with little film peeling and substrate destruction.As a result, the following mechanism was assumed, and the above mechanism was verified by assuming the following mechanism. Reached.

【0052】すなわち、膜形成に用いられる基板の表面
荒さは、数nmから数百nm程度(例えば3nm〜80
0nm)であるが、実際に基板表面にはさらに原子オ−
ダ−の鋭利な先端形状を有する研磨痕などが残存してい
る。一般に、スパッタリング法を用いて基板上に膜を形
成した場合、その初期形成過程では基板上に島状構造が
発生し、この島状結晶の隙間にこの種の溝が残存しやす
い。膜剥がれの一つの要因として、このような溝部分に
よる基板表面と膜との界面に生じる隙間の存在が挙げら
れる。膜が内部応力を有する場合には、残存した溝にこ
の内部応力が集中することになり、鋭利な先端形状の溝
からの基板割れが生じやすくなる。従って、一つの解決
策として、基板表面の溝をなくすことが考えられる。ま
たもう一つの解決策として、鋭利な先端溝を埋め込むこ
とが考えられる。
That is, the surface roughness of the substrate used for film formation is about several nm to several hundred nm (for example, 3 nm to 80 nm).
0 nm), but in fact, the substrate surface has
Polishing marks and the like having a sharp tip of the Dar remain. Generally, when a film is formed on a substrate by using a sputtering method, an island-like structure is generated on the substrate in an initial formation process, and such a groove tends to remain in a gap between the island-like crystals. One cause of film peeling is the presence of a gap at the interface between the substrate surface and the film due to such a groove portion. When the film has internal stress, the internal stress concentrates on the remaining groove, and the substrate is easily cracked from the groove having a sharp tip. Therefore, one solution is to eliminate the grooves on the substrate surface. Another solution is to fill a sharp tip groove.

【0053】以上のことから、アモルファス磁性体を母
相とするか、あるいは平均結晶粒を20nm以下に微細
化した微細化下地層を薄膜の下地として形成することで
膜剥がれや、基板割れが抑制できる。前記平均粒径が2
0nmより大きければこの効果は徐々に失われていく。
As described above, peeling of the film and cracking of the substrate can be suppressed by using the amorphous magnetic material as a matrix or forming a fine underlayer in which the average crystal grain is reduced to 20 nm or less as the underlayer of the thin film. it can. The average particle size is 2
If it is larger than 0 nm, this effect is gradually lost.

【0054】前述のように薄膜材料の共通課題として、
膜剥がれ、基板破壊があるが、磁性材料においては、成
膜後に膜を成膜温度よりも数百度程度高い温度で熱処理
し、さらに熱処理した状態で基板と膜の熱応力を含む内
部応力がゼロ近辺にする必要がある。熱処理により膜内
部に応力緩和が起こるために、成膜直後と熱処理後にお
ける膜内部応力には著しい差が生じる。従って、薄膜材
料の中でも特に磁性薄膜においては、わずかに数μmの
膜厚でも膜剥がれや、基板割れが起こりやすく、本発明
の範囲の微細化層を設ける意義、効果は大きい。
As described above, a common problem of the thin film material is as follows.
Although film peeling and substrate destruction occur, in the case of magnetic materials, after film formation, the film is heat-treated at a temperature several hundred degrees higher than the film-forming temperature, and the internal stress including the thermal stress of the substrate and the film is reduced to zero after the heat treatment. Need to be near. Since the stress relaxation occurs inside the film due to the heat treatment, a significant difference occurs between the film internal stress immediately after the film formation and after the heat treatment. Therefore, in the case of a magnetic thin film, especially among magnetic thin films, even if the film thickness is only a few μm, film peeling and substrate cracking are likely to occur, and the significance and effect of providing a miniaturized layer within the scope of the present invention is great.

【0055】また、特にMIGヘッドなどではフェライ
トと磁性膜間に設けられる微細化層が非磁性であれば疑
似ギャップの原因となるために、磁性材料による微細磁
性層であることが好ましい。
In particular, in a MIG head or the like, if the miniaturized layer provided between the ferrite and the magnetic film is non-magnetic, a pseudo gap may be caused. Therefore, a micro magnetic layer made of a magnetic material is preferable.

【0056】前記磁性薄膜においては、微細磁性層の厚
さtrと、磁性膜の厚さtfとが下記関係式を満たすこと
が好ましい。 10nm<tr<tf/3 (10) 微細磁性層の厚さが10nm以下では基板割れ抑制の効
果が得難くなる。これは基板表面の凹凸を充分埋めるこ
とができないためであると考えられる。また微細磁性層
の厚さが磁性膜の厚さの1/3程度以上でないと主磁性
膜の特性を充分に活かすことが困難となる。なお、微細
磁性層trの最大厚さは、好ましくは300nm程度で
あり、この程度の厚さがあれば割れ抑制効果と磁気特性
の両立が実現しやすい。
[0056] In the magnetic thin film, the thickness t r of the fine magnetic layer, it is preferable that the thickness t f of the magnetic film satisfies the following relationships. 10nm <t r <t f / 3 (10) The thickness of the fine magnetic layer becomes difficult to obtain the effect of substrate crack suppressed in the 10nm or less. It is considered that this is because the unevenness on the substrate surface cannot be sufficiently filled. If the thickness of the fine magnetic layer is not more than about 1/3 of the thickness of the magnetic film, it is difficult to make full use of the characteristics of the main magnetic film. The maximum thickness of the fine magnetic layer t r is preferably about 300 nm, is likely to achieve both the suppression and magnetic properties cracking With such a thickness.

【0057】また、前記磁性薄膜においては、前記微細
磁性層と前記磁性膜とが少なくとも1種の共通元素を有
することが好ましい。
In the magnetic thin film, it is preferable that the fine magnetic layer and the magnetic film have at least one common element.

【0058】この好ましい例によれば、微細磁性層と磁
性膜が共通元素を持つことにより、互いの層の電気化学
ポテンシャルが近くなり、異種層間での局部電池効果に
よる腐食が抑制され、また微細磁性層と磁性膜が連続し
て形成される場合は各層の適度な相互拡散により、異種
層間での剥がれが抑制される。
According to this preferred example, since the fine magnetic layer and the magnetic film have a common element, the electrochemical potentials of the layers are close to each other, so that corrosion due to the local battery effect between different layers is suppressed, When the magnetic layer and the magnetic film are formed continuously, peeling between different layers is suppressed by appropriate mutual diffusion of each layer.

【0059】前記共通元素は、微細磁性層または磁性膜
に含まれる元素中、酸化物および/または窒化物生成自
由エネルギ−が最も低い元素を含むことが好ましい。
The common element preferably contains an element having the lowest free energy of oxide and / or nitride formation among elements contained in the fine magnetic layer or the magnetic film.

【0060】この好ましい例によれば、微細磁性層、磁
性層間での腐食の進行がさらに抑制される。また、微細
磁性層と磁性膜とが連続して形成されるさらに好ましい
例によれば、各層の過度な相互拡散による磁気的劣化層
形成の抑制ができる。
According to this preferred example, the progress of corrosion between the fine magnetic layer and the magnetic layer is further suppressed. Further, according to a further preferred example in which the fine magnetic layer and the magnetic film are formed continuously, formation of a magnetically degraded layer due to excessive mutual diffusion of each layer can be suppressed.

【0061】また、前記共通元素は、酸素、窒素、炭素
および硼素から選ばれる少なくとも1種の元素であるこ
とが好ましい。これらの元素の添加により、前述の好ま
しいしい磁性膜の結晶粒および微細磁性層の構造を容易
に実現できる。
[0061] The common element is preferably at least one element selected from oxygen, nitrogen, carbon and boron. The addition of these elements makes it possible to easily realize the preferable crystal grains of the magnetic film and the structure of the fine magnetic layer.

【0062】また、前記微細磁性層は、IIIa族、IVa
族、Va族から選ばれる少なくとも1種の元素を含むこ
とが好ましい。IIIa族、IVa族、Va族元素は、酸化
物、窒化物生成自由エネルギ−がFeより低く耐食性に
優れている。また添加量を制御することでCo、Feを
微細化し易く、前記微細磁性層を形成しやすい。
The fine magnetic layer is made of a group IIIa, IVa
It preferably contains at least one element selected from the group consisting of group III and group Va. Group IIIa, IVa, and Va elements have lower free energy of oxide and nitride formation than Fe and have excellent corrosion resistance. Further, by controlling the amount of addition, Co and Fe are easily made finer, and the fine magnetic layer is easily formed.

【0063】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層
Aおよびこの下地層Aと接する下地層Bを含み、前記磁
性膜中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元素群濃
度C1(原子量%)、前記下地層A中の酸素、窒素、炭
素および硼素からなる元素群濃度C2(原子量%)、前
記下地層B中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元
素群濃度C3(原子量%)が下記関係式を満たすことが
好ましい。
The magnetic thin film includes an underlayer consisting of at least one layer, and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and the underlayer A and the underlayer. A, including an underlayer B in contact with A, an element group concentration C 1 (atomic weight%) of oxygen, nitrogen, carbon, and boron in the magnetic film, and an element group of oxygen, nitrogen, carbon, and boron in the underlayer A It is preferable that the concentration C 2 (atomic weight%) and the concentration C 3 (atomic weight%) of the element group composed of oxygen, nitrogen, carbon and boron in the underlayer B satisfy the following relational expression.

【0064】0≦C1≦C3<C2 (11) この好ましい例によれば、下地層Aまたは下地層Bは少
なくとも一方が微細磁性層として働き、特に基板側の下
地層Bが主にその役割を持つ。磁性膜と接する下地層A
は、酸素、窒素、炭素、硼素から選ばれた少なくとも1
つの元素の含有量が多くより微細な組織を持つために、
単に微細磁性層としての役割だけでなく磁性膜の初期形
成粒の粒成長抑制効果を持ち、磁性薄膜全体の磁気特性
を向上させる。
0 ≦ C 1 ≦ C 3 <C 2 (11) According to this preferred example, at least one of the underlayer A and the underlayer B functions as a fine magnetic layer. Have that role. Underlayer A in contact with magnetic film
Is at least one selected from oxygen, nitrogen, carbon, and boron
In order to have a finer structure with a high content of two elements,
It not only serves as a fine magnetic layer but also has the effect of suppressing the growth of grains formed initially in the magnetic film, and improves the magnetic properties of the entire magnetic thin film.

【0065】また、前記磁性薄膜においては、少なくと
も1層からなる下地膜と、この下地膜上に形成された磁
性膜とを含み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層
Aおよびこの下地層Aと接する下地層Bを含み、前記磁
性膜中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元素群濃
度C1(原子量%)、前記下地層A中の酸素、窒素、炭
素および硼素からなる元素群濃度C2(原子量%)、前
記下地層B中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元
素群濃度C3(原子量%)が下記関係式を満たすことが
好ましい。
The magnetic thin film includes an underlayer consisting of at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film, A, including an underlayer B in contact with A, an element group concentration C 1 (atomic weight%) of oxygen, nitrogen, carbon, and boron in the magnetic film, and an element group of oxygen, nitrogen, carbon, and boron in the underlayer A It is preferable that the concentration C 2 (atomic weight%) and the concentration C 3 (atomic weight%) of the element group composed of oxygen, nitrogen, carbon and boron in the underlayer B satisfy the following relational expression.

【0066】0≦C1≦C2≦C3 (12) この好ましい例によれば、下地層Aまたは下地層Bは少
なくとも一方が微細磁性層として働き、特に基板側の下
地層Bが主にその役割を持つ。磁性膜と接する下地層A
は、過度に粒成長しやすい磁性膜の初期形成粒を、磁性
膜より酸素、窒素、炭素、硼素から選ばれる少なくとも
1つの元素の含有量を多くすることで抑制することがで
き、磁性薄膜全体の磁気特性を向上させる。
0 ≦ C 1 ≦ C 2 ≦ C 3 (12) According to this preferred example, at least one of the underlayer A and the underlayer B functions as a fine magnetic layer. Have that role. Underlayer A in contact with magnetic film
Can be suppressed by increasing the content of at least one element selected from oxygen, nitrogen, carbon, and boron in the magnetic film as compared with the magnetic film. Improve the magnetic properties of

【0067】前記式(12)において、元素群濃度C1
とC3とが相違する場合には、層界面における濃度差を
緩和するように、元素群濃度C2が膜厚方向においてほ
ぼ連続的に変化していることが好ましい。
In the above equation (12), the element group concentration C 1
When C 3 and C 3 are different, it is preferable that the element group concentration C 2 changes almost continuously in the film thickness direction so as to reduce the difference in concentration at the layer interface.

【0068】この好ましい例によれば、下地層A内で、
酸素、窒素、炭素および硼素から選ばれる少なくとも1
つの元素の含有量が連続的に変調されることで、互いの
層の過度な相互拡散による磁気劣化層の形成を抑制する
ことができる。また結晶粒の形状、サイズが連続的に変
化するために下地層Bから磁性膜への磁気的連続性が向
上し、軟磁気特性が向上する。
According to this preferred example, in the underlayer A,
At least one selected from oxygen, nitrogen, carbon and boron
By continuously modulating the contents of the two elements, formation of a magnetically degraded layer due to excessive mutual diffusion of the layers can be suppressed. Further, since the shape and size of the crystal grains are continuously changed, the magnetic continuity from the underlayer B to the magnetic film is improved, and the soft magnetic characteristics are improved.

【0069】また、前記微細磁性層を含む前記磁性薄膜
は、凹凸を有する基板上に形成したものであることが好
ましい。
The magnetic thin film including the fine magnetic layer is preferably formed on a substrate having irregularities.

【0070】例えば、MIGヘッドの作製プロセスの一
つとして、基板平行方向に数〜数百μm(例えば5μm
〜500μm)の間隔で、また基板垂直方向に数μm〜
数mm(例えば1μm〜3mm)の凹凸形状を持つ基板
上に膜形成をする場合がある。この場合、基板単位体積
当たりに対する膜付着面積が増加するために、基板表面
近傍にかかる全膜応力が増加することになり、必然的
に、膜剥がれや、基板割れの確率が増加する。従って、
基板の形状が凹凸を持つ場合、微細化下地層を形成する
ことで膜剥がれ、基板割れが抑制できる。
For example, as one of the manufacturing processes of the MIG head, several to several hundred μm (for example, 5 μm
500500 μm), and several μm
In some cases, a film is formed on a substrate having an uneven shape of several mm (for example, 1 μm to 3 mm). In this case, since the film adhesion area per unit volume of the substrate increases, the total film stress applied near the substrate surface increases, and the probability of film peeling and substrate cracking increases inevitably. Therefore,
When the substrate has irregularities, the formation of the miniaturized underlayer can prevent film peeling and substrate cracking.

【0071】また、前記磁性薄膜は、高抵抗基板または
高抵抗材料上に、下地膜または磁性膜が形成されたもの
であることが好ましい。
It is preferable that the magnetic thin film has a base film or a magnetic film formed on a high-resistance substrate or a high-resistance material.

【0072】基板または材料の抵抗値が数十μΩcm程
度以下であれば、磁性膜、下地層、または磁性薄膜との
間で局部電池が構成され腐食が起こりやすくなる。本発
明の下地層または磁性膜を形成する好ましい基板または
材料の抵抗値は数百μΩcm以上(例えば200μΩc
m以上)である。
When the resistance value of the substrate or the material is about several tens μΩcm or less, a local battery is formed between the magnetic film, the underlayer, and the magnetic thin film, and corrosion is likely to occur. The resistance value of a preferable substrate or material for forming the underlayer or the magnetic film of the present invention is several hundred μΩcm or more (for example, 200 μΩc
m or more).

【0073】また、前記磁性薄膜が、バリア層を形成し
た基板上に形成された磁性薄膜であって、前記バリア層
が、Al、Si、CrおよびZrから選ばれる少なくと
も1種の元素の酸化物または窒化物からなり、下記関係
式を満たす厚さduを有することが好ましい。
Further, the magnetic thin film is a magnetic thin film formed on a substrate having a barrier layer formed thereon, wherein the barrier layer is made of an oxide of at least one element selected from Al, Si, Cr and Zr. Alternatively, it is preferable to have a thickness du made of nitride and satisfying the following relational expression.

【0074】 0.5nm<du<10nm (13) 基板上に高抵抗材料であるAl、Si、CrおよびZr
から選ばれる少なくとも1種以上の酸化物または窒化物
を形成することで、基板の抵抗値が低くても、基板と、
下地膜または磁性膜間での局部電池効果による腐食が抑
制され、また熱処理時には基板と下地膜または磁性膜間
の拡散反応が抑制できる効果がある。バリア膜の厚さ
は、0.5nmより厚ければ前記効果を得ることができ
るが、10nm以上となると、例えばMIGヘッドを形
成した場合、疑似ギャップの原因となるために好ましく
ない。
0.5 nm <du <10 nm (13) Al, Si, Cr and Zr, which are high-resistance materials, are formed on the substrate.
By forming at least one or more oxides or nitrides selected from the group consisting of:
Corrosion due to the local battery effect between the base film and the magnetic film is suppressed, and a diffusion reaction between the substrate and the base film or the magnetic film during heat treatment can be suppressed. The above effect can be obtained if the thickness of the barrier film is more than 0.5 nm. However, if the thickness is more than 10 nm, it is not preferable because, for example, when a MIG head is formed, a pseudo gap is caused.

【0075】また、本発明の磁性薄膜の別の構成は、
(Ma1 b1 c100-ddにより示される組成を有する
磁性膜を含むことを特徴とする。
Another configuration of the magnetic thin film of the present invention is as follows.
(M a X 1 b Z 1 c ) Including a magnetic film having a composition represented by 100-d Ad .

【0076】ただし、MはFe、CoおよびNiから選
ばれる少なくとも1種の磁性金属元素であり、X1はS
i、Al、GaおよびGeから選ばれる少なくとも1種
の元素であり、Z1はIVa族、Va族およびCrから選ば
れる少なくとも1種の元素であり、AはOおよびNの少
なくとも1種の元素であり、a、b、cおよびdは、以
下の関係式を満たす数値である。
Here, M is at least one magnetic metal element selected from Fe, Co and Ni, and X 1 is S
i is at least one element selected from Al, Ga and Ge, Z 1 is at least one element selected from the group IVa, Va and Cr, and A is at least one element of O and N And a, b, c and d are numerical values satisfying the following relational expression.

【0077】0.1≦b≦26 0.1≦c≦5 a+b+c=100 1≦d≦100.1 ≦ b ≦ 26 0.1 ≦ c ≦ 5 a + b + c = 100 1 ≦ d ≦ 10

【0078】Mは好ましくはFeを主成分とする。X1
は主として結晶内に一部固溶し耐食性を向上させ、また
結晶内での拡散過程さらにはAとの反応過程で、結晶粒
の粒形状を制御する効果がある。X1の添加量が26原
子%を超えると飽和磁束密度が低下しすぎ、また0.1
原子%より少ない添加量では効果がない。また、Z1
磁歪を正にする働きを持つとともに添加元素X1と同
様、耐食性、粒形状の制御に効果がある。Z1の添加量
は0.1原子%以上から効果が現れるものの5原子%を
超えると、飽和磁束密度の低下ばかりでなく、例えばス
パッタリング法で膜を形成した場合、成膜直後に非晶質
化がすすみ、好ましい結晶粒構造の形成が困難になる場
合がある。元素X1および元素Z1は、耐食性、粒形状制
御においては基本的には同様の働きを有することになる
が、拡散速度、酸化物または窒化物生成自由エネルギ
−、反応生成物の臨界核サイズがそれぞれ異なるため
に、例えば本発明の磁性薄膜をスパッタリング法で形成
する場合、成膜直後から熱処理において複数の中間反応
を持つ反応過程が生じる。このために単一反応過程を持
つ磁性薄膜にくらべ添加物量そのものが少なくても熱処
理安定性が高くなる。また、Aは1原子%以上から10
原子%の範囲では本発明の好ましい結晶粒構造を形成す
るが10原子%を超えると成膜直後の非晶質化の促進、
あるいは結晶粒内に固溶している好ましいX1、Z1元素
量との反応による耐食性、磁気特性の劣化、さらには結
晶粒内へのA元素の固溶量増大による軟磁気特性の劣化
を招く。この磁性膜は、前述の下地層、バリア層または
基板と適宜組み合わせて磁性薄膜とすることが好まし
い。
M preferably contains Fe as a main component. X 1
Has an effect of improving the corrosion resistance by mainly forming a solid solution in the crystal, and has an effect of controlling the grain shape of the crystal grains in the diffusion process in the crystal and the reaction process with A. Amount of X 1 is too low saturation magnetic flux density exceeds 26 atomic%, also 0.1
No effect is obtained with an addition amount of less than atomic%. Further, Z 1 has a function of making the magnetostriction positive, and is effective in controlling the corrosion resistance and the grain shape similarly to the additive element X 1 . When the amount of addition of Z 1 is 0.1 atomic% or more, the effect is exhibited, but when it exceeds 5 atomic%, not only does the saturation magnetic flux density decrease, but also, for example, when a film is formed by a sputtering method, In some cases, formation of a preferable crystal grain structure becomes difficult. The elements X 1 and Z 1 basically have the same function in corrosion resistance and grain shape control. However, the diffusion rate, the free energy of oxide or nitride formation, the critical nucleus size of the reaction product, For example, when the magnetic thin film of the present invention is formed by a sputtering method, a reaction process having a plurality of intermediate reactions occurs in the heat treatment immediately after the film formation. Therefore, even when the amount of the additive itself is smaller than that of the magnetic thin film having a single reaction process, the heat treatment stability is improved. A is from 1 atomic% or more to 10%.
In the range of atomic%, the preferred crystal grain structure of the present invention is formed.
Alternatively, deterioration of corrosion resistance and magnetic properties due to the reaction with the preferred amounts of X 1 and Z 1 elements dissolved in the crystal grains, and deterioration of soft magnetic properties due to an increase in the solid solution amount of the element A in the crystal grains are also considered. Invite. This magnetic film is preferably formed into a magnetic thin film by appropriately combining with the above-described underlayer, barrier layer or substrate.

【0079】また、本発明の磁性薄膜の別の構成は、
(Ma2 b2 c100-ddにより示される組成を有する
磁性膜を含むことを特徴とする。
Another structure of the magnetic thin film of the present invention is as follows.
(M a X 2 b Z 2 c ) A magnetic film having a composition represented by 100-d Ad .

【0080】ただし、MはFe、CoおよびNiから選
ばれる少なくとも1種の磁性金属元素であり、X2はS
iおよびGeから選ばれる少なくとも1種の元素であ
り、Z2はIVa族、Va族、Al、GaおよびCrから選
ばれる少なくとも1種の元素であり、AはOおよびNの
少なくとも1種の元素であり、a、b、cおよびdは、
以下の関係式を満たす数値である。
Here, M is at least one magnetic metal element selected from Fe, Co and Ni, and X 2 is S
at least one element selected from i and Ge, Z 2 is at least one element selected from the group IVa, Va, Al, Ga and Cr, and A is at least one element of O and N And a, b, c and d are
It is a numerical value satisfying the following relational expression.

【0081】0.1≦b≦23 0.1≦c≦8 a+b+c=100 1≦d≦100.1 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ c ≦ 8 a + b + c = 100 1 ≦ d ≦ 10

【0082】Mは好ましくはFeを主成分とする。X2
は主として結晶内に一部固溶し磁歪定数を正または負に
調整する働きをするとともに、磁性結晶の結晶磁気異方
性を小さくするばかりでなく耐食性を向上させ、また結
晶内での拡散過程さらにはAとの反応過程で、結晶粒の
粒形状を制御する効果がある。X2の添加量が23原子
%を超えると飽和磁束密度が低下しすぎ、また0.1原
子%より少ない添加量では効果がない。またZ2は磁歪
を正にする働きを持つとともに添加元素X2と同様、耐
食性、粒形状の制御に効果がある。Z2の添加量は0.
1原子%以上から効果が現れるものの8原子%を超える
と、飽和磁束密度の低下ばかりでなく、例えばスパッタ
リング法で膜を形成した場合、成膜直後に非晶質化がす
すみ、好ましい結晶粒構造の形成が困難になる場合があ
る。元素X2および元素Z2は、耐食性、粒形状制御にお
いては基本的には同様の働きを有することになるが、拡
散速度、酸化物または窒化物生成自由エネルギ−、反応
生成物の臨界核サイズがそれぞれ異なるために、例えば
本発明の磁性薄膜をスパッタリング法で形成する場合、
成膜直後から熱処理において複数の中間反応を持つ反応
過程が生じる。このために単一反応過程を持つ磁性薄膜
にくらべ添加物量そのものが少なくても熱処理安定性が
高くなる。さらにAは、1原子%以上から10原子%の
範囲では好ましい結晶粒構造を形成するが10原子%を
超えると成膜直後の非晶質化の促進、あるいは結晶粒内
に固溶している好ましいX2、Z2元素量との反応による
耐食性、磁気特性の劣化、さらには結晶粒内へのA元素
の固溶量増大による軟磁気特性の劣化を招く。この磁性
膜は、前述の下地層、バリア層または基板と適宜組み合
わせて磁性薄膜とすることが好ましい。
M preferably contains Fe as a main component. X 2
Is mainly dissolved in the crystal to adjust the magnetostriction constant to positive or negative, not only to reduce the crystal magnetic anisotropy of the magnetic crystal, but also to improve the corrosion resistance, and to improve the diffusion process in the crystal. Further, in the course of the reaction with A, there is an effect of controlling the grain shape of the crystal grains. Amount of X 2 is too low saturation magnetic flux density exceeds 23 atomic%, also not effective in amount less than 0.1 atom%. Further, Z 2 has a function of making magnetostriction positive, and has an effect of controlling corrosion resistance and grain shape similarly to the additive element X 2 . The addition amount of Z 2 0.
When the effect is exhibited from 1 atomic% or more, when the atomic concentration exceeds 8 atomic%, not only does the saturation magnetic flux density decrease, but also, for example, when a film is formed by a sputtering method, amorphization proceeds immediately after the film formation, and a preferable crystal grain structure is obtained. May be difficult to form. Element X 2 and element Z 2 have basically the same function in corrosion resistance and grain shape control, but the diffusion rate, free energy of oxide or nitride formation, and the critical nucleus size of the reaction product Because each is different, for example, when forming the magnetic thin film of the present invention by a sputtering method,
Immediately after the film formation, a reaction process having a plurality of intermediate reactions occurs in the heat treatment. Therefore, even when the amount of the additive itself is smaller than that of the magnetic thin film having a single reaction process, the heat treatment stability is improved. Further, A forms a preferable crystal grain structure in the range of 1 atomic% or more to 10 atomic%, but if it exceeds 10 atomic%, it promotes amorphization immediately after film formation or forms a solid solution in the crystal grains. This leads to deterioration of corrosion resistance and magnetic properties due to the reaction with the preferable amounts of X 2 and Z 2 elements, and further to deterioration of soft magnetic properties due to an increase in the solid solution amount of the element A in the crystal grains. This magnetic film is preferably formed into a magnetic thin film by appropriately combining with the above-described underlayer, barrier layer or substrate.

【0083】本発明の磁性薄膜の別の構成は、(Fea
SibAlcd100-eeにより示される組成を有する
磁性膜を含むことを特徴とする。
Another structure of the magnetic thin film of the present invention is (Fe a
Si b Al c T d), characterized in that it comprises a magnetic film having a composition represented by 100-e N e.

【0084】ただし、Tは、TiおよびTaから選ばれ
る少なくとも1種の元素であり、a、b、c、dおよび
eは、以下の関係式を満たす数値である。
Here, T is at least one element selected from Ti and Ta, and a, b, c, d and e are numerical values satisfying the following relational expressions.

【0085】10≦b≦23 0.1≦d≦5 0.1≦c+d≦8 a+b+c+d=100 1≦e≦1010 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ d ≦ 5 0.1 ≦ c + d ≦ 8 a + b + c + d = 100 1 ≦ e ≦ 10

【0086】ここで、柱状、針状、多枝形状などの、体
積当たりの表面積が大きい形状を持つ磁性結晶粒は、主
にFeSiで形成され、また粒界にはAl−N、Ta
(Ti)−N、Si−Nなどの窒化物生成自由エネルギ
−が小さい反応生成物が形成されていると考えられる。
Here, magnetic crystal grains having a shape having a large surface area per volume such as a columnar shape, a needle shape, or a multi-branched shape are mainly formed of FeSi, and the grain boundaries are formed of Al—N, Ta.
It is considered that a reaction product having a small free energy of nitride formation, such as (Ti) -N or Si-N, is formed.

【0087】SiはFeに固溶し規則化した場合、b2
またはDo3構造をとることで結晶磁気異方性を低下さ
せる効果があることが知られているが、特に本発明の場
合、X線による構造解析の結果それらの回折線は確認さ
れていない。しかしながら、他の元素を固定してSi量
を上記の範囲で変化させた場合、磁歪が正から負へ変化
することが確認されている。従って、本発明の磁性結晶
粒を主として形成しているFeSi合金は規則度が低い
もののやや結晶磁気異方性を下げていると推定される。
上記のSi含有量の範囲ではT(Ta、Ti)は0.1
原子%より少ないと耐食性、磁気特性改善の効果はある
が熱安定性改善の効果が弱い。また5原子%より多いと
飽和磁束密度が減少する。またAl、Tの合計が8原子
%を超えると飽和磁束密度の低下とともに磁歪定数が大
きくなるために好ましくない。この磁性膜は、前述の下
地層、バリア層または基板と適宜組み合わせることで磁
性薄膜とすることが好ましい。
When Si is dissolved in Fe and is ordered, b2
Alternatively, it is known that taking a Do3 structure has an effect of lowering the crystal magnetic anisotropy. However, in the case of the present invention in particular, as a result of structural analysis by X-rays, those diffraction lines have not been confirmed. However, it has been confirmed that when other elements are fixed and the amount of Si is changed in the above range, the magnetostriction changes from positive to negative. Therefore, it is presumed that the FeSi alloy mainly comprising the magnetic crystal grains of the present invention has slightly lower crystal magnetic anisotropy although the degree of order is low.
In the above range of the Si content, T (Ta, Ti) is 0.1.
If it is less than atomic%, the effect of improving corrosion resistance and magnetic properties is obtained, but the effect of improving thermal stability is weak. If it exceeds 5 atomic%, the saturation magnetic flux density decreases. On the other hand, if the sum of Al and T exceeds 8 atomic%, the saturation magnetic flux density decreases and the magnetostriction constant increases, which is not preferable. This magnetic film is preferably a magnetic thin film by appropriately combining with the above-described underlayer, barrier layer or substrate.

【0088】また、本発明の磁性薄膜の別の構成は、
(FeaSibAlcTid100-e-fefにより示され
る組成を有する磁性膜を含むことを特徴とする。
Another structure of the magnetic thin film of the present invention is as follows.
(Fe a Si b Al c Ti d) characterized in that it comprises a magnetic film having a composition represented by the 100-ef N e O f.

【0089】10≦b≦23 0.1≦d≦5 0.1≦c+d≦8 a+b+c+d=100 1≦e+f≦10 0.1≦f≦510 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ d ≦ 5 0.1 ≦ c + d ≦ 8 a + b + c + d = 100 1 ≦ e + f ≦ 10 0.1 ≦ f ≦ 5

【0090】ここで柱状、針状、多枝形状などの、体積
当たりの表面積が大きい形状を持つ磁性結晶粒は、主に
FeSiで形成され、また粒界にはAl−N、Al−
O、Ti−N、Ti−O、SiN、Si−Oなどの窒化
物生成自由エネルギ−が小さい反応生成物が形成されて
いると考えられる。上記のSi含有量の範囲ではTiは
0.1原子%より少ないと耐食性、磁気特性改善の効果
はあるが熱安定性改善の効果が弱い。また5原子%より
多いと飽和磁束密度が減少する。またAl、Tiの合計
が8原子%を超えると飽和磁束密度の低下とともに磁歪
定数が大きくなるために好ましくない。Nは単独でも効
果がある元素であるが、特にOと複合添加することで、
さらに磁気特性が向上する。これは反応生成物の増加に
よる効果であると考えられる。また、Oは添加量が0.
1原子%以下ではその効果が明瞭でなく、また5原子%
より多く添加すると飽和磁束密度の劣化、磁歪定数の増
加などが起こる。この磁性膜は、前述の下地層、バリア
層または基板と適宜組み合わせて磁性薄膜とすることが
好ましい。
The magnetic crystal grains having a shape having a large surface area per volume, such as columnar, acicular, or multi-branched, are mainly formed of FeSi, and Al-N, Al-
It is considered that a reaction product having a low free energy of nitride formation, such as O, Ti-N, Ti-O, SiN, or Si-O, is formed. When the content of Ti is less than 0.1 atomic% in the above-mentioned range of the Si content, the effect of improving corrosion resistance and magnetic properties is obtained, but the effect of improving thermal stability is weak. If it exceeds 5 atomic%, the saturation magnetic flux density decreases. If the sum of Al and Ti exceeds 8 atomic%, the saturation magnetic flux density decreases and the magnetostriction constant increases, which is not preferable. N is an element that is effective even when used alone, but especially when combined with O,
Further, the magnetic properties are improved. This is considered to be an effect due to an increase in reaction products. O is added in an amount of 0.1.
At less than 1 atomic%, the effect is not clear, and at 5 atomic%
If more is added, the saturation magnetic flux density deteriorates and the magnetostriction constant increases. This magnetic film is preferably formed into a magnetic thin film by appropriately combining with the above-described underlayer, barrier layer or substrate.

【0091】前記磁性薄膜は、高飽和磁束密度と高い透
磁率を有し、さらに耐熱処理安定性、耐食性に優れてお
り、各種の磁気デバイスに適用することができる。特
に、高保持力媒体への記録能力と、高再生感度、さらに
耐環境性が要求される磁気ヘッドに用いることが好まし
い。
The magnetic thin film has a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability, and is excellent in heat treatment stability and corrosion resistance, and can be applied to various magnetic devices. In particular, it is preferably used for a magnetic head that requires a recording capability on a medium having a high coercive force, high reproduction sensitivity, and environmental resistance.

【0092】[0092]

【発明の実施の形態】本発明の構造、組成を有する磁性
薄膜は、低ガス圧雰囲気で形成することができ、例えば
高周波マグネトロンスパッタリング、直流スパッタリン
グ、対向タ−ゲットスパッタリング、イオンビ−ムスパ
ッタリング、ECRスパッタリングなどに代表されるス
パッタリング法で成膜することができる。具体的には、
本発明の磁性膜の組成からの組成ずれを考慮して組成決
定した合金タ−ゲットを不活性ガス中でスパッタし基板
上に成膜する、金属タ−ゲット上に添加元素ペレットを
配置して同時にスパッタし成膜する、あるいは添加物の
一部をガス状態で装置内に導入し反応性スパッタを行い
成膜することなどにより、実施すればよい。この際、放
電ガス圧、放電電力、基板の温度、基板のバイアス状
態、タ−ゲット上および基板近傍の磁場値、タ−ゲット
形状、基板への粒子の入射方向などを変化させること
で、磁性膜の構造、熱膨張係数、基板とタ−ゲット位置
による膜特性などが制御できる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic thin film having the structure and composition of the present invention can be formed in a low gas pressure atmosphere. For example, high frequency magnetron sputtering, DC sputtering, facing target sputtering, ion beam sputtering, ECR The film can be formed by a sputtering method represented by sputtering or the like. In particular,
An alloy target whose composition is determined in consideration of a composition deviation from the composition of the magnetic film of the present invention is sputtered in an inert gas to form a film on a substrate, and an additional element pellet is arranged on a metal target. The film formation may be performed by simultaneously sputtering to form a film, or by introducing a part of the additive in a gas state into the apparatus and performing reactive sputtering to form a film. At this time, by changing discharge gas pressure, discharge power, substrate temperature, substrate bias state, magnetic field value on the target and near the substrate, target shape, direction of particle incidence on the substrate, etc. The film structure, thermal expansion coefficient, film characteristics depending on the substrate and the target position can be controlled.

【0093】また、熱蒸着、イオンプレーティング、ク
ラスターイオンビーム蒸着、反応性蒸着、EB蒸着、M
BEなどに代表される蒸着法や超急冷法により磁性薄膜
を成膜することも可能である。
Also, thermal evaporation, ion plating, cluster ion beam evaporation, reactive evaporation, EB evaporation, M
It is also possible to form a magnetic thin film by a vapor deposition method typified by BE or a super-quenching method.

【0094】用いる基板としては、例えば本発明の磁性
膜をMIGヘッドに加工する場合には、フェライト基板
を用い、LAMヘッドに加工する場合には、非磁性絶縁
基板を用いることが好ましい。それぞれの基板は、必要
に応じあらかじめ基板と磁性膜の反応防止、結晶状態制
御などの目的で下地層やバリア膜を形成してもよい。
As a substrate to be used, for example, it is preferable to use a ferrite substrate when processing the magnetic film of the present invention into a MIG head, and to use a non-magnetic insulating substrate when processing the magnetic film into a LAM head. Each substrate may be formed with an underlayer or a barrier film in advance for the purpose of preventing the reaction between the substrate and the magnetic film, controlling the crystal state, and the like, if necessary.

【0095】磁性薄膜を磁気ヘッドとして用いる場合に
は、それぞれの形状の磁気ヘッドプロセスに必要なヘッ
ド加工プロセスを行うが、磁性膜の磁気特性は、ヘッド
加工プロセスの熱処理条件を経た状態で測定することに
なる。成膜プロセスを制御することで下記実施例中の組
成の磁性膜は成膜直後でもすべて軟磁気特性を示し、本
発明の磁性薄膜は、薄膜ヘッドなど低温形成プロセスで
用いる場合でも使用することができる。
When a magnetic thin film is used as a magnetic head, the head processing required for the magnetic head process of each shape is performed. The magnetic characteristics of the magnetic film are measured under the heat treatment conditions of the head processing. Will be. By controlling the film forming process, all the magnetic films having the compositions in the following examples show soft magnetic characteristics immediately after film formation, and the magnetic thin film of the present invention can be used even when used in a low temperature forming process such as a thin film head. it can.

【0096】[0096]

【実施例】以下の実施例中、膜構造はX線回折(XR
D)、透過型電子顕微鏡(TEM)、高分解能走査型電
子顕微鏡(HR−SEM)により、分析した。実施例中
で述べる磁性結晶粒とは、主にTEMの明視野像と暗視
野像の比較により、結晶学的にほぼ同一の結晶方位を持
つと考え得る連続した結晶領域を指す。組成分析はEP
MA、RBS(ラザフォ−ド後方散乱分析)により、特
に微小領域の組成はTEM付随のEDSにより、また、
抗磁力はBHル−プトレ−サ−、飽和磁束密度はVSM
により、さらに、耐食性はJIS C0024の環境試
験法塩水噴霧試験法に準じ、または純水中にサンプルを
浸積することによりそれぞれ評価した。以下に本発明の
実施例の詳細を記す。
EXAMPLES In the following examples, the film structure was measured by X-ray diffraction (XR).
D), transmission electron microscope (TEM), and high-resolution scanning electron microscope (HR-SEM). The magnetic crystal grains described in the examples refer to continuous crystal regions that can be considered to have crystallographically substantially the same crystal orientation mainly by comparing a bright-field image and a dark-field image of a TEM. Composition analysis is EP
MA, RBS (Razaford backscattering analysis), especially the composition of the micro-region is determined by EDS with TEM,
The coercive force is BH loop tracer and the saturation magnetic flux density is VSM
And the corrosion resistance was evaluated according to the salt spray test method according to JIS C0024, or by immersing the sample in pure water. Hereinafter, details of the embodiment of the present invention will be described.

【0097】(実施例1)実施例1は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、放電ガス圧や基板温度などのスパ
ッタ条件、添加元素、反応ガス流量比を変え、組成およ
び結晶形状などの膜構造を調べた結果である。結果を
(表1)〜(表3)にまとめて示す。膜断面は、図2に
示すTEM断面略図のように、略針状または略柱状とみ
なせる磁性結晶粒がほぼ基板面に対して垂直に成長した
構造を有していた。
Example 1 In Example 1, the film structure such as the composition and crystal shape was changed by changing the sputtering conditions such as the discharge gas pressure and the substrate temperature, the added elements, and the reaction gas flow ratio by using the RF magnetron sputtering method. This is the result of the examination. The results are summarized in (Table 1) to (Table 3). The cross section of the film had a structure in which magnetic crystal grains that could be regarded as substantially needle-like or column-like were grown almost perpendicular to the substrate surface, as shown in a schematic TEM cross-sectional view shown in FIG.

【0098】結晶形状は、結晶粒長手方向の平均サイズ
dL、短手方向の平均サイズdSにより評価した。な
お、長手方向のサイズは、膜の粒成長方向に平行な破断
面のSEM観察、あるいは研磨面をイオンミリングした
後、TEM観察を行うことで見積もった。ただし、粒成
長方向に完全に平行な膜断面を観察することが困難であ
るため、実際のdLは、厳密には表中の値より長い可能
性があるが、ここでは、ほぼ平行な膜断面の観察により
得られた値を平均サイズdLとする。また、短手方向の
サイズdSは、前述と同様、完全に平行な膜断面を観察
することが困難であること、および結晶粒の形状を考慮
して、断面観察されるエリアにおいて、最も太い幅を持
つ結晶粒群についての平均値を採用した。なお、以下の
サンプルの膜厚は3μmであり、磁気特性は520℃真
空中での熱処理後の値である。
The crystal shape was evaluated based on the average size dL in the longitudinal direction of the crystal grains and the average size dS in the lateral direction. The size in the longitudinal direction was estimated by SEM observation of a fractured surface parallel to the grain growth direction of the film, or TEM observation after ion-milling the polished surface. However, since it is difficult to observe a film section completely parallel to the grain growth direction, the actual dL may be strictly longer than the value in the table. Is determined as the average size dL. Also, the size dS in the short direction is the widest width in the area where the cross section is observed in consideration of the difficulty in observing a completely parallel cross section of the film and the shape of the crystal grains as described above. The average value of the group of crystal grains having is adopted. The thickness of the following samples is 3 μm, and the magnetic properties are the values after heat treatment at 520 ° C. in vacuum.

【0099】実施例1の成膜条件を以下に示す。 ・実施例aa〜az、ba〜bz条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物チップを配置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2〜4% 酸素流量比:0.5〜2% 放電電力:400W また上記実施例条件から下記の条件を変更することで比
較例実験を行った。 ・比較例ca〜cc条件 基板温度:室温→300℃に変更 ・比較例cd〜bf条件 放電ガス圧:1〜4mTorr→8〜12mTorrに
変更 ・比較例cg〜ch条件 窒素流量比:2〜4%→5〜7%に変更 酸素流量比:0.5〜2%→2〜7%に変更
The film forming conditions in Example 1 are shown below. Examples aa-az, ba-bz conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: composite target in which element or compound chip is arranged on Fe target Target size: 3 Inch Discharge gas pressure: 1 to 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2 to 4% Oxygen flow ratio: 0.5 to 2% Discharge power: 400 W Also compared by changing the following conditions from the above example conditions An example experiment was performed.・ Comparison example ca to cc conditions Substrate temperature: changed from room temperature to 300 ° C. ・ Comparative example cd to bf conditions Discharge gas pressure: changed from 1 to 4 mTorr → 8 to 12 mTorr ・ Comparative example cg to ch conditions Nitrogen flow ratio: 2 to 4 % → Changed from 5 to 7% Oxygen flow ratio: changed from 0.5 to 2% to 2 to 7%

【0100】[0100]

【表1】 [Table 1]

【0101】[0101]

【表2】 [Table 2]

【0102】[0102]

【表3】 [Table 3]

【0103】以上の実施例のO、NをB、Cに一部置換
または全部置換した場合もほとんど同じ磁気特性と結晶
構造との相関を得た。
In the above examples, when O and N were partially or completely substituted with B and C, almost the same correlation between the magnetic properties and the crystal structure was obtained.

【0104】また、実施例中のサンプルは、いずれも隣
接する磁性結晶粒の結晶方位が面内方向でランダムにな
っていた。
In each of the samples in the examples, the crystal orientation of adjacent magnetic crystal grains was random in the in-plane direction.

【0105】また、上記実施例の磁性膜をDCマグネト
ロンスパッタで作製したところ、放電ガス圧を0.5〜
2mTorr、投入電力を100Wに変更することでほ
ぼ同様の組成と結晶構造を得ることができ、さらに成膜
直後から優れた軟磁気特性を示すことが確認された。
When the magnetic film of the above embodiment was manufactured by DC magnetron sputtering, the discharge gas pressure was set to 0.5 to
It was confirmed that almost the same composition and crystal structure can be obtained by changing the input power to 2 mTorr and the input power to 100 W, and that excellent soft magnetic properties are exhibited immediately after film formation.

【0106】上記実施例のいずれのサンプルも基板面に
対して平行な面で膜構造を観察すると、変形した円形、
変形した楕円形、またはこれらの形状が組み合わされた
構造を有しており、磁性結晶粒の平均体積Vaに対する
平均表面積Saは、十分にSa>4.84Va2/3の関
係を満足していることが確認された。
When the film structure of each of the samples of the above embodiments was observed on a plane parallel to the substrate surface, a deformed circular shape was observed.
It has a deformed elliptical shape or a structure in which these shapes are combined, and the average surface area Sa with respect to the average volume Va of the magnetic crystal grains sufficiently satisfies the relationship of Sa> 4.84 Va 2/3 . It was confirmed that.

【0107】上記実施例および比較例のサンプルを純水
中に6時間浸漬したところ、比較例ca〜cfのサンプ
ルは基板表面が見えるまで腐食していたのに対し、実施
例中サンプルは腐食が見られたものの完全腐食には至ら
なかった。また比較例cg、chのサンプルは耐食性が
一番良好であったが、全サンプルの中で飽和磁束密度の
低下が目立って大きかった。
When the samples of the above Examples and Comparative Examples were immersed in pure water for 6 hours, the samples of Comparative Examples ca to cf were corroded until the substrate surface was visible, whereas the samples of the Examples were not corroded. Although it was seen, it did not lead to complete corrosion. Also, the samples of Comparative Examples cg and ch had the best corrosion resistance, but the reduction of the saturation magnetic flux density was remarkably large among all the samples.

【0108】(実施例2)実施例2は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、放電ガス圧、基板温度、タ−ゲッ
ト形状、入射粒子の方向などのスパッタ条件や結晶形状
などの膜構造と磁気特性の関係を調べた結果である。結
果を(表4)および(表5)にまとめて示す。
Example 2 In Example 2, the RF magnetron sputtering method was used, and sputtering conditions such as discharge gas pressure, substrate temperature, target shape, direction of incident particles, film structure such as crystal shape, and magnetic properties were used. This is the result of examining the relationship. The results are summarized in (Table 4) and (Table 5).

【0109】結晶形状の評価としては、磁性結晶粒が略
柱状、略針状の形状であるものについては、結晶粒長手
方向の平均サイズをdL、短手方向の平均サイズをdS
と表記する。また略柱状部、略針状部が合成された多枝
形状を有する磁性結晶粒に関しては、それぞれの部位の
短手方向をds、多枝形状の磁性結晶粒の最大長をdl
とする。dL,dS,dsおよびdlの測定方法は、実
施例1と同様である。また、以下のサンプルの膜厚は3
μmで磁気特性は520℃真空中での熱処理後の値であ
る。
As for the evaluation of the crystal shape, the average size in the longitudinal direction of the crystal grains is dL and the average size in the short direction is dS for the magnetic crystal grains having a substantially columnar or needle-like shape.
Notation. Further, regarding the magnetic crystal grains having a multi-branched shape obtained by combining the substantially columnar portion and the substantially needle-shaped portion, the short direction of each portion is ds, and the maximum length of the multi-branched magnetic crystal grain is dl.
And The measuring method of dL, dS, ds and dl is the same as in the first embodiment. The thickness of the following sample is 3
In μm, the magnetic properties are values after heat treatment at 520 ° C. in vacuum.

【0110】実施例2の成膜条件を以下に示す。 ・実施例aa〜ag条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:水冷〜250℃ 磁性膜タ−ゲット:FeAlSiTi合金タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2〜4% 酸素流量比:0.5〜2% 放電電力:400W また上記の実施例aa〜ag条件から下記の条件を変更
することで比較例実験を行った。 ・比較例ca〜ce条件 上記基板温度:300℃または液体窒素冷却に変更 ・実施例ba〜bg条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:水冷〜250℃ 磁性膜タ−ゲット:FeAlSiTi合金タ−ゲット タ−ゲットサイズ:5インチ×15インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2〜4% 酸素流量比:0.5〜2% 放電電力:2kW また上記の実施例ba〜bz条件から下記の条件を変更
することで比較例実験を行った。 ・比較例da〜de条件 上記基板温度:300℃または液体窒素冷却に変更
The film forming conditions in Example 2 are shown below. Examples aa to ag conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: water cooled to 250 ° C. Magnetic film target: FeAlSiTi alloy target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 1 to 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2 to 4% Oxygen flow ratio: 0.5 to 2% Discharge power: 400 W A comparative example experiment was performed by changing the following conditions from the above-described example aa to ag conditions. Comparative Example ca-ce conditions The above substrate temperature: changed to 300 ° C or liquid nitrogen cooling. Example ba-bg conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: water-cooled to 250 ° C Magnetic film target: FeAlSiTi alloy target Target size: 5 inches × 15 inches Discharge gas pressure: 1 to 4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2 to 4% Oxygen flow ratio: 0.5 to 2% Discharge power: 2 kW A comparative example experiment was performed by changing the following conditions from the conditions of ~ bz.・ Comparison Examples da to de Conditions The above substrate temperature: changed to 300 ° C. or liquid nitrogen cooling

【0111】[0111]

【表4】 [Table 4]

【0112】[0112]

【表5】 [Table 5]

【0113】以上の実施例aa〜agにおいては、図2
に示すTEM断面略図のように磁性結晶粒が略柱状また
は略針状の結晶粒を母相とし、基板に対してほぼ垂直方
向に成長した構造を持っていた。一方、実施例bb〜b
gにおいては、図1に示すTEM断面略図のように、磁
性結晶粒が、略柱状または略針状の結晶粒および略柱状
部または略針状部が2つ以上接合した多枝形状の結晶粒
を母相とする構造を有していた。これは実施例aa〜a
gと比較してタ−ゲットサイズが大きいために、基板に
入射する斜め粒子が多く、結晶粒の成長条件が変化した
ためと考えられる。なお、上記多枝形状は、基板に入射
する粒子の入射角が周期的に変化する、例えば基板−タ
−ゲット間の位置関係を変化させながら成膜するような
手段を用いても実現できることが確認された。
In the embodiments aa to ag described above, FIG.
As shown in the schematic TEM cross-sectional view shown in FIG. 3, the magnetic crystal grains had a substantially columnar or substantially needle-like crystal grain as a mother phase, and had a structure grown in a direction substantially perpendicular to the substrate. On the other hand, Examples bb to b
g, the magnetic crystal grains are substantially columnar or substantially needle-shaped crystal grains and multi-branched crystal grains in which two or more substantially columnar or substantially needle-shaped parts are joined, as shown in the schematic TEM cross-sectional view shown in FIG. Was used as a mother phase. This is shown in Examples aa to a
This is probably because the target size was larger than that of g, so that many oblique particles were incident on the substrate, and the growth conditions of the crystal grains were changed. Note that the above-mentioned multi-branched shape can be realized even by using a means in which the angle of incidence of particles incident on the substrate changes periodically, for example, a method of forming a film while changing the positional relationship between the substrate and the target. confirmed.

【0114】実施例1と同様、実施例2のいずれのサン
プルも、基板面に対して平行な面で膜構造を観察する
と、変形した円形、変形した楕円形、またはこれらの形
状が組み合わされた構造を有しており、磁性結晶粒の平
均体積Vaに対する平均表面積Saは、十分にSa>
4.84Va2/3の関係を満足していることが確認され
た。
As in Example 1, when the film structure of any of the samples of Example 2 was observed in a plane parallel to the substrate surface, a deformed circle, a deformed ellipse, or a combination of these shapes was observed. And the average surface area Sa with respect to the average volume Va of the magnetic crystal grains is sufficiently larger than Sa>
It was confirmed that the relationship of 4.84 Va 2/3 was satisfied.

【0115】また、比較例サンプルでは(1)dl>5
0nm、(2)5nm<dS<60nm(3)dL>1
00nmのいずれかの条件を満足していないものに関し
て磁気特性が悪い。
In the comparative sample, (1) dl> 5
0 nm, (2) 5 nm <dS <60 nm (3) dL> 1
Magnetic properties are poor for those that do not satisfy any of the conditions of 00 nm.

【0116】なお、以上の実施例および比較例のサンプ
ルの組成は、(FeaSibAlcTid100-e-fef
なる組成式で表せば、aが75〜77、bが18〜2
1、cが1〜4、dが1〜4、eが1〜2、fが4〜9
の範囲であった。同一成膜条件でほぼ同一な膜構造を形
成した場合に、この程度の範囲の組成変化では上記の実
施例と比較例との間にみられるような磁気特性の変化は
観察されなかった。
[0116] The composition of samples of Examples and Comparative Examples, (Fe a Si b Al c Ti d) 100-ef N e O f
In the formula, a is 75 to 77 and b is 18 to 2.
1, c is 1-4, d is 1-4, e is 1-2, f is 4-9
Was in the range. When substantially the same film structure was formed under the same film forming conditions, a change in the magnetic properties as observed between the above-described example and the comparative example was not observed with a composition change in this range.

【0117】また、実施例2のO、NをB、Cに一部置
換または全部置換した場合、または実施例1で作製した
組成と同じ組成でタ−ゲットサイズなどを変えることに
より膜構造を多枝形状にした場合においても、前述の好
ましい結晶粒サイズの範囲内において優れた磁気特性が
得られた。
Further, when O and N in Example 2 are partially or completely substituted with B and C, or by changing the target size and the like with the same composition as the composition prepared in Example 1, the film structure can be changed. Even in the case of a multi-branched shape, excellent magnetic characteristics were obtained within the above-mentioned preferable range of the crystal grain size.

【0118】また、実施例中のサンプルはいずれも隣接
する磁性結晶粒の結晶方位が面内方向でランダムになっ
ていた。
In each of the samples in the examples, the crystal orientation of adjacent magnetic crystal grains was random in the in-plane direction.

【0119】また、上記実施例の磁性膜をDCマグネト
ロンスパッタで作製したところ、放電ガス圧を0.5〜
2mTorr、投入電力を100Wに変更することでほ
ぼ同様の組成と結晶構造を得ることができ、さらに成膜
直後から優れた軟磁気特性を示すことが確認された。
When the magnetic film of the above embodiment was manufactured by DC magnetron sputtering, the discharge gas pressure was set to 0.5 to
It was confirmed that almost the same composition and crystal structure can be obtained by changing the input power to 2 mTorr and the input power to 100 W, and that excellent soft magnetic properties are exhibited immediately after film formation.

【0120】上記実施例および比較例のサンプルを0.
5規定の塩水中に50時間浸漬したところ、比較例サン
プルが膜表面または膜基板界面でわずかに変色したのに
対して、実施例中サンプルは変化がなかった。
The samples of the above-mentioned Examples and Comparative Examples were used in 0.1.
When immersed in 5N salt water for 50 hours, the comparative sample slightly discolored on the film surface or the membrane substrate interface, whereas the sample in the example did not change.

【0121】(実施例3)実施例3は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、放電ガス圧、基板温度などのスパ
ッタ条件、添加元素、反応ガス流量比を変え、組成およ
び結晶形状などの膜構造を調べた結果である。結果を
(表6)にまとめて示す。
Example 3 In Example 3, the film structure such as the composition and the crystal shape was changed by changing the sputtering conditions such as the discharge gas pressure and the substrate temperature, the added elements and the reaction gas flow ratio by using the RF magnetron sputtering method. This is the result of the examination. The results are summarized in (Table 6).

【0122】結晶粒形状、粒界状態は、前述のように、
膜断面、膜平行面のTEM観察を行うことにより見積も
った。結晶粒界化合物の平均最短厚TもTEM観察から
見積もった値である。なお、以下のサンプルの膜厚は3
μmである。
As described above, the crystal grain shape and grain boundary state
It was estimated by performing TEM observation of the film cross section and the film parallel plane. The average shortest thickness T of the crystal grain boundary compound is also a value estimated from TEM observation. The thickness of the following samples was 3
μm.

【0123】実施例3の成膜条件を以下に示す。 ・サンプルa〜i条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物チップを配置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:2〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2〜4% 酸素流量比:0.5〜2% 放電電力:400W 真空中熱処理温度:500℃ また上記条件から下記の条件を変更することでさらに実
験を行った。 ・サンプルj〜r条件 上記真空中熱処理温度:500℃→600℃に変更
The film forming conditions of the third embodiment are shown below. -Sample a to i conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: composite target in which element or compound chip is arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 2 to 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2 to 4% Oxygen flow ratio: 0.5 to 2% Discharge power: 400 W Heat treatment temperature in vacuum: 500 ° C. The above conditions are further changed by changing the following conditions. An experiment was performed. -Sample j to r conditions: Heat treatment temperature in vacuum: changed from 500 ° C to 600 ° C

【0124】[0124]

【表6】 [Table 6]

【0125】なお上記実施例では、結晶粒サイズは、す
べて前述の好ましい結晶粒サイズの範囲に入っており、
磁気特性の差は、粒界化合物の厚さに起因すると考えら
れる。また、実施例のO、NをB、Cに一部または全部
置換した場合も同様の磁気特性と粒界構造との相関が得
られた。
In the above embodiment, the crystal grain sizes are all within the above-mentioned preferred crystal grain size range.
The difference in magnetic properties is considered to be due to the thickness of the grain boundary compound. Similar correlation between the magnetic properties and the grain boundary structure was also obtained when O and N in Examples were partially or entirely substituted with B and C.

【0126】実施例3の実施例a〜iのサンプルは純水
に24時間浸漬した後も、腐食は認められなかった。純
水中で腐食が確認された(実施例1)中の実施例aa〜
azサンプルと、実施例3中の実施例a〜iサンプル
は、結晶粒の構造、粒界化合物のサイズなどの基本的な
相違は認められないものの、TEM付随のEDSで調べ
たところ、実施例aa〜az結晶粒内には、Feより酸
化物または窒化物生成自由エネルギ−が低い元素がほと
んど認められなかったのに対して、実施例a〜iにおい
ては10数原子%以上存在していることが確認された。
The samples of Examples a to i of Example 3 showed no corrosion even after immersion in pure water for 24 hours. Examples aa to a in the case where corrosion was confirmed in pure water (Example 1)
The az sample and the samples a to i in Example 3 did not show any fundamental differences such as the structure of the crystal grains and the size of the grain boundary compound, but were examined by EDS accompanying TEM. In the aa to az crystal grains, almost no element having lower free energy of oxide or nitride formation than Fe was recognized, whereas in Examples a to i, more than 10 atomic% or more existed. It was confirmed that.

【0127】また、本実施例の磁性膜を、斜め入射成分
の多いスパッタリング法で形成することにより、結晶粒
形状を前述の好ましいサイズを有する多枝形状にした場
合でも、同様の効果があることが確認された。
Further, the same effect can be obtained even when the magnetic film of the present embodiment is formed by a sputtering method having a large amount of oblique incident components so that the crystal grains have a multi-branched shape having the preferred size described above. Was confirmed.

【0128】また、上記実施例の磁性膜をDCマグネト
ロンスパッタで作製したところ、放電ガス圧を0.5〜
2mTorr、投入電力を100Wに変更することでほ
ぼ同様の組成と結晶構造を得ることができ、さらに成膜
直後から優れた軟磁気特性を示すことが確認された。
When the magnetic film of the above embodiment was manufactured by DC magnetron sputtering, the discharge gas pressure was set to 0.5 to
It was confirmed that almost the same composition and crystal structure can be obtained by changing the input power to 2 mTorr and the input power to 100 W, and that excellent soft magnetic properties are exhibited immediately after film formation.

【0129】(実施例4)実施例4は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、基板上に様々な下地膜を形成し、
その上に同一条件の磁性膜を形成し、膜構造と磁気特性
を調べた結果である。結果を(表7)にまとめて示す。
実施例、比較例とも、磁性膜としては同一の条件で形成
した(Fe80Si17Al1Nb29415を用いた。
Example 4 In Example 4, various base films were formed on a substrate by using an RF magnetron sputtering method.
This is a result of forming a magnetic film under the same conditions thereon and examining the film structure and magnetic characteristics. The results are summarized in (Table 7).
Example, both Comparative Examples were used were formed in the same conditions (Fe 80 Si 17 Al 1 Nb 2) 94 O 1 N 5 as the magnetic film.

【0130】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素チップを配
置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2% 酸素流量比:0.5% 放電電力:400W 磁性膜の結晶状態はXRDを用いて調べた。なお、以下
のサンプルの膜厚は1μmであり、表中の磁気特性は、
真空中500℃30分の熱処理後の値である。
The conditions for forming the magnetic film are shown below. Magnetic film deposition conditions Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: composite target in which element chips are arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow rate Ratio: 2% Oxygen flow rate ratio: 0.5% Discharge power: 400 W The crystal state of the magnetic film was examined using XRD. The thickness of the following samples was 1 μm, and the magnetic characteristics in the table were as follows:
The value after heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes in vacuum.

【0131】また、下地膜の成膜条件を以下に示す。 ・下地膜成膜条件 基板:非磁性セラミック基板 基板温度:室温 下地膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0〜20% 酸素流量比:0〜20% 放電電力:100W なお、下地膜の膜厚は2nmである。
The conditions for forming the underlayer are shown below. -Base film deposition conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: room temperature Base film target: element or compound target on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0 to 20% Oxygen flow ratio: 0 to 20% Discharge power: 100 W The thickness of the base film is 2 nm.

【0132】[0132]

【表7】 [Table 7]

【0133】表面自由エネルギ−値は測定法によって値
が変化するために、表には、Feの表面自由エネルギ−
値との大小関係のみを示す。XRDおよびTEM分析結
果から、サンプルr〜vでは粒成長が著しく、磁気特性
劣化の原因になっていると考えられる。また、上記下地
膜は、非晶質の割合が高く、便宜上分子式で表記してい
るが、実際には正確な化学両論比組成からずれている。
さらに本実施例の効果を調べるためにサンプルaとサン
プルiについて、それぞれ単結晶基板のMgOとアルミ
ナ基板を用いて磁気特性を調べたところ、いずれもさら
に磁気特性が向上することが確認された。また、本実施
例の下地膜は、前述の好ましい結晶粒構造を持つ他の磁
性薄膜でも同様の効果があることも確認された。
Since the surface free energy varies depending on the measurement method, the table shows the surface free energy of Fe.
Only the magnitude relationship with the value is shown. From the results of XRD and TEM analysis, it is considered that grain growth is remarkable in the samples r to v, which causes deterioration of magnetic characteristics. The base film has a high amorphous ratio and is represented by a molecular formula for convenience, but actually deviates from the exact stoichiometric composition.
Further, in order to examine the effect of the present example, the magnetic characteristics of samples a and i were examined using a single crystal substrate of MgO and an alumina substrate, respectively, and it was confirmed that the magnetic characteristics were further improved in each case. In addition, it was also confirmed that the underlayer film of this example has the same effect even with the other magnetic thin films having the above-described preferable crystal grain structure.

【0134】(実施例5)実施例5は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、基板上に様々な下地膜を形成し、
その上に同一条件の磁性膜を形成し、基板と膜の反応を
調べた結果である。結果を(表8)にまとめて示す。実
施例、比較例とも磁性膜として実施例4と同一の条件で
形成した(Fe80Si17Al1Nb29415を用い
た。
Example 5 In Example 5, various base films were formed on a substrate by using an RF magnetron sputtering method.
This is a result of forming a magnetic film under the same conditions thereon and examining the reaction between the substrate and the film. The results are summarized in (Table 8). Example, using the comparative examples both were formed under the same conditions as in Example 4 as a magnetic film (Fe 80 Si 17 Al 1 Nb 2) 94 O 1 N 5.

【0135】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素チップを配
置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2% 酸素流量比:0.5% 放電電力:400W 下地膜の成膜条件を以下に示す。 ・下地膜成膜条件 基板:フェライト基板 基板温度:室温 下地膜タ−ゲット:元素または化合物タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0〜20% 酸素流量比:0〜20% 放電電力:100W サンプルa〜kの下地膜は、まずフェライト基板上に表
に示した単一元素の膜を厚さ1nmに形成し、次いで同
元素の酸化物、炭化物、窒化物を厚さ1nmに形成した
ものである。サンプルl〜vの下地膜は、同元素の酸化
物、窒化物、炭化物のみを厚さ2nmに形成したもので
ある。
The conditions for forming the magnetic film are shown below. Magnetic film deposition conditions Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: composite target in which element chips are arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow rate Ratio: 2% Oxygen flow rate ratio: 0.5% Discharge power: 400 W The conditions for forming the underlayer are shown below. Underlayer film formation conditions Substrate: ferrite substrate Substrate temperature: room temperature Underlayer target: element or compound target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0 to 20 % Oxygen flow rate ratio: 0 to 20% Discharge power: 100 W As a base film of each of the samples a to k, first, a film of a single element shown in the table is formed to a thickness of 1 nm on a ferrite substrate, and then an oxide of the same element is formed. , Carbide, and nitride to a thickness of 1 nm. The base films of Samples l to v were formed by forming only oxides, nitrides, and carbides of the same element to a thickness of 2 nm.

【0136】下地膜形成後、磁性膜を15nm、次いで
酸化防止膜として厚さ5nmのアルミナを形成し、さら
に700℃で熱処理し、その後の膜表面の変色状態によ
り、フェライト基板と膜の反応の有無を調べた。
After forming the underlayer, alumina was formed to a thickness of 15 nm for the magnetic film and then to a thickness of 5 nm as an antioxidant film, followed by heat treatment at 700 ° C., and the discoloration state of the film surface caused the reaction between the ferrite substrate and the film. The presence or absence was checked.

【0137】[0137]

【表8】 [Table 8]

【0138】表よりわかるように、サンプルa〜kの下
地構造を採用することで、フェライトのような反応しや
すい基板を用いても、膜との相互拡散を抑制することが
できる。また、サンプルa〜kの構造の下地膜上に、磁
性膜を3μm形成したところ、実施例4とほぼ同じ磁気
特性が得られた。
As can be seen from the table, the adoption of the underlayer structure of the samples a to k can suppress the interdiffusion with the film even when a substrate such as ferrite which reacts easily is used. When a magnetic film was formed to a thickness of 3 μm on the underlying film having the structure of Samples a to k, almost the same magnetic characteristics as in Example 4 were obtained.

【0139】また、本実施例の磁性膜を、斜め入射成分
の多いスパッタリング法で形成することにより、前述の
好ましい結晶粒の多枝形状にした場合でも、同様の効果
があることが確認された。
Further, it was confirmed that the same effect can be obtained even when the magnetic film of the present example is formed by the sputtering method having a large amount of obliquely incident components so as to have the above-described preferred multi-branched crystal grains. .

【0140】(実施例6)実施例6は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、基板上に様々な下地膜を形成し、
その上に同一条件の磁性膜を形成し、膜構造と磁気特性
を調べた結果である。結果を(表9)にまとめて示す。
実施例、比較例とも磁性膜として同一の条件で形成した
(Fe79Si17Al1Ta3928を用いた。
Example 6 In Example 6, various base films were formed on a substrate by using an RF magnetron sputtering method.
This is a result of forming a magnetic film under the same conditions thereon and examining the film structure and magnetic characteristics. The results are summarized in (Table 9).
In both the examples and comparative examples, (Fe 79 Si 17 Al 1 Ta 3 ) 92 N 8 formed under the same conditions as the magnetic film was used.

【0141】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素チップを配
置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:4% 放電電力:400W 磁性膜の結晶状態はXRDを用いて調べた。なお、以下
のサンプルの膜厚は1μmであり、表中の磁気特性は、
真空中500℃30分熱処理後の値である。
The conditions for forming the magnetic film are shown below. Magnetic film deposition conditions Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: composite target in which element chips are arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputtering main gas: Ar Nitrogen flow rate Ratio: 4% Discharge power: 400 W The crystal state of the magnetic film was examined using XRD. The thickness of the following samples was 1 μm, and the magnetic characteristics in the table were as follows:
The value after heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes in vacuum.

【0142】下地膜の成膜条件を以下に示す。 ・下地膜成膜条件 基板:非磁性セラミック基板 基板温度:室温 下地膜タ−ゲット:各元素タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタガス:Ar 放電電力:100W なお、下地膜の膜厚は2nmである。The conditions for forming the underlayer are shown below. -Underlayer film formation conditions Substrate: non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: room temperature Underlayer target: target of each element Size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter gas: Ar Discharge power: 100 W The thickness of the base film is 2 nm.

【0143】[0143]

【表9】 [Table 9]

【0144】XRDおよびTEM分析結果から、サンプ
ルr〜uでは粒成長が著しく、磁気特性の劣化原因にな
っていると考えられる。サンプルa〜jの下地膜は、前
述の好ましい結晶粒構造を有する他の磁性薄膜でも効果
を発揮し得ることが確認された。また、上記実施例の下
地は基板上に直接成膜したが、基板と下地膜間に、酸化
物、炭化物、窒化物、硼化物などの化合物からなる薄膜
を挟むことで基板と膜の界面反応を抑制できることも確
認された。
From the results of XRD and TEM analysis, it is considered that grain growth is remarkable in samples ru to u, which is a cause of deterioration of magnetic characteristics. It has been confirmed that the underlayers of the samples a to j can exert the effect even with other magnetic thin films having the above-mentioned preferable crystal grain structure. In the above embodiment, the substrate was formed directly on the substrate. However, by interposing a thin film made of a compound such as an oxide, carbide, nitride, or boride between the substrate and the substrate, the interface reaction between the substrate and the film was performed. It was also confirmed that can be suppressed.

【0145】(実施例7)実施例7は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、基板上に様々な下地膜を形成し、
その上に磁性膜を形成し、膜構造と磁気特性を調べた結
果である。結果を(表10)にまとめて示す。実施例、
比較例には(Fe75Si20Al3Ti29415を用い
た。
Example 7 In Example 7, various base films were formed on a substrate by using an RF magnetron sputtering method.
This is the result of forming a magnetic film thereon and examining the film structure and magnetic characteristics. The results are summarized in (Table 10). Example,
The Comparative Example was used (Fe 75 Si 20 Al 3 Ti 2) 94 O 1 N 5.

【0146】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:FeSiAlTi合金タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2% 酸素流量比:0.5% 放電電力:300W 以下のサンプルの膜厚合計は3μmであり、表中の磁気
特性は真空中500℃30分の熱処理後の値である。以
下、サンプルa〜oの下地膜を下地膜a〜o(多層膜の
場合は基板側からa1、a2、、、)と表記する。
The conditions for forming the magnetic film are shown below. Magnetic film deposition conditions Substrate temperature: room temperature Magnetic film target: FeSiAlTi alloy target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2% Oxygen flow ratio: 0. The total film thickness of the samples having a discharge power of 5% or less at 5% is 3 μm, and the magnetic properties in the table are the values after heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes in vacuum. Hereinafter, the base films of the samples a to o are referred to as base films a to o (in the case of a multilayer film, a 1 , a 2, ... From the substrate side).

【0147】下地膜a〜cは、基板上にバリア膜a1
1としてアルミナを厚さ4nmに形成し、次いで、下
地膜a2〜c2として磁性膜と同じタ−ゲットを用い、A
r+窒素ガス中またはAr+酸素ガス中で、厚さ0.5
nm〜10nmの窒化層または酸化層を形成した。
The underlying films a to c are formed on the substrate by the barrier films a 1 to a 1 .
alumina is formed in a thickness of 4nm as c 1, then the same data as the magnetic film as a base film a 2 to c 2 - using a get, A
r + nitrogen gas or Ar + oxygen gas, thickness 0.5
A nitride layer or an oxide layer having a thickness of 10 nm to 10 nm was formed.

【0148】下地膜a〜cの成膜条件を以下に示す。 ・下地膜a〜c成膜条件 基板:フェライト基板 基板温度:室温 下地膜およびバリア膜タ−ゲット:アルミナタ−ゲット FeSiAlTi合金タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタガス:(アルミナ形成時)Ar (窒化層形成時)Ar+N2;N2流量比15% (酸化層形成時)Ar+O2;O2流量比10% 放電電力:100W 下地膜d〜lは、基板上にバリア膜d1〜l1としてアル
ミナを厚さ4nmに形成し、次いで副磁性層d2〜l2
して磁性膜と同条件下で厚さが0.3nm〜200nm
となるように形成し、次いで分断層d3〜l3として磁性
膜と同じタ−ゲットを用いAr+O2ガス雰囲気で厚さ
0.03〜15nmの酸化物層を形成した。
The conditions for forming the underlying films a to c are shown below. Base film a to c film formation conditions Substrate: ferrite substrate Substrate temperature: room temperature Base film and barrier film target: alumina target FeSiAlTi alloy target target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter gas: ( Ar (at the time of forming an alumina layer) Ar (at the time of forming a nitride layer) Ar + N 2 ; N 2 flow ratio 15% (at the time of forming an oxide layer) Ar + O 2 ; O 2 flow ratio 10% Discharge power: 100 W alumina was formed to a thickness of 4nm as film d 1 to l 1, then the sub-magnetic layer d 2 to l 2 as thick under the same conditions and the magnetic film is 0.3nm~200nm
Formed to have a, then the same data as the magnetic film as the dividing d 3 to l 3 - to form an oxide layer with a thickness of 0.03~15nm in using get Ar + O 2 gas atmosphere.

【0149】下地膜d〜lの成膜条件を以下に示す。 ・下地膜d〜l成膜条件 基板:フェライト基板 基板温度:室温 下地膜およびバリア膜タ−ゲット:アルミナタ−ゲット FeSiAlTi合金タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタガス:(アルミナ形成時)Ar (副磁性層形成時)Ar+O2+N2;O2流量比0.5% N2流量比2% (分断層形成時) Ar+O2 ;O2流量比5% 放電電力:(アルミナ、分断層形成時) 100W (副磁性層形成時) 300W また、下地膜m、nは基板上にバリア膜m1、n1として
アルミナを厚さ4nmに形成し、次いで副磁性層m2
2として主磁性膜と同じ(Fe75Si20Al3Ti2
9415を厚さ10nmまたは100nmに形成し、次
いで分断層l3〜n3として窒化シリコンタ−ゲットを用
いAr+O2ガス雰囲気で窒化シリコン層を厚さ2nm
に形成した。
The conditions for forming the underlying films d to l are shown below. -Base film d to l deposition conditions Substrate: ferrite substrate Substrate temperature: room temperature Base film and barrier film target: alumina target FeSiAlTi alloy target target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter gas: ( Ar (when forming an auxiliary magnetic layer) Ar + O 2 + N 2 ; O 2 flow ratio 0.5% N 2 flow ratio 2% (when separating faults are formed) Ar + O 2 ; O 2 flow ratio 5% Discharge power: ( Alumina, when forming a tomographic layer) 100 W (when forming a sub-magnetic layer) 300 W Also, as base films m and n, alumina is formed as a barrier film m 1 and n 1 on a substrate to a thickness of 4 nm, and then a sub-magnetic layer m 2 is formed. ~
n 2 is the same as the main magnetic film (Fe 75 Si 20 Al 3 Ti 2 )
94 O 1 N 5 is formed to a thickness of 10 nm or 100 nm, and then a silicon nitride layer is formed to a thickness of 2 nm in an Ar + O 2 gas atmosphere using a silicon nitride target as the dividing layers l 3 to n 3.
Formed.

【0150】下地膜d〜kの成膜条件を以下に示す。 ・下地膜d〜k成膜条件 基板:フェライト基板 基板温度:室温 下地膜およびバリア膜タ−ゲット:アルミナタ−ゲット FeSiAlTi合金タ−ゲット Si34タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタガス:(アルミナ形成時)Ar (副磁性層形成時)Ar+O2+N2;O2流量比0.5% N2流量比2% (分断層形成時) Ar+N2 ;N2流量比10% 放電電力:(アルミナ、分断層形成時) 100W (副磁性層形成時) 300W 下地膜oは基板上にバリア膜として膜厚4nmのアルミ
ナのみを形成した。
The conditions for forming the underlying films d to k are shown below. Base film d to k film formation conditions Substrate: ferrite substrate Substrate temperature: room temperature Base film and barrier film target: alumina target FeSiAlTi alloy target Si 3 N 4 target Target size: 3 inches Discharge gas Pressure: 4 mTorr Sputter gas: (at the time of forming alumina) Ar (at the time of forming the sub-magnetic layer) Ar + O 2 + N 2 ; O 2 flow ratio 0.5% N 2 flow ratio 2% (at the time of forming a minute fault) Ar + N 2 ; N 2 flow Ratio 10% Discharge power: (Alumina, when forming a tomographic layer) 100 W (When forming a sub-magnetic layer) 300 W As the underlayer o, only 4 nm-thick alumina was formed as a barrier film on a substrate.

【0151】下地膜oの成膜条件は以下のとおりであ
る。 ・下地膜o成膜条件 基板:フェライト基板 基板温度:室温 バリア膜タ−ゲット:アルミナタ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:4mTorr スパッタガス:Ar 放電電力:100W
The conditions for forming the underlayer o are as follows. -Base film o film forming conditions Substrate: ferrite substrate Substrate temperature: room temperature Barrier film target: alumina target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 4 mTorr Sputter gas: Ar Discharge power: 100 W

【0152】[0152]

【表10】 [Table 10]

【0153】本実施例は膜そのものが前述の好ましい結
晶粒構造と組成を有しているために、優れた磁気特性を
保っているが、サンプルa〜c、e、g〜nは、さらに
磁気特性が向上している。なお、*印のサンプルjは分
断層の膜厚が15nmと厚く、例えばMIGヘッドのメ
タル材料として用いた場合、この分断層が疑似ギャップ
を生じることになるおそれがある。しかし、LAMタイ
プのヘッドに用いる場合には全く問題はない。また、*
*印のサンプルlは、抗磁力は低いが、ヒステリシスカ
−ブが階段状になっており、MIGヘッドに用いる場合
にはこの副磁性層の磁気特性がヘッド出力を決定づける
ために好ましくない。しかし、やはりLAMヘッドとし
て用いる場合には全く問題はない。
In this embodiment, the film itself has the above-mentioned preferred crystal grain structure and composition, so that excellent magnetic properties are maintained. However, the samples a to c, e, and g to n further The characteristics are improved. Note that the sample j marked with * has a thickness of 15 nm for the dividing layer, and when used as a metal material of a MIG head, for example, there is a possibility that the separating layer may cause a pseudo gap. However, there is no problem when used for a LAM type head. Also,*
The sample 1 marked with * has a low coercive force, but has a stepped hysteresis curve. When used in a MIG head, the magnetic characteristics of the sub-magnetic layer are not preferable because they determine the head output. However, there is no problem when used as a LAM head.

【0154】本実施例の下地構造は、本発明の好ましい
構造または好ましい組成の磁性膜であれば、本実施例と
同様に磁気特性を改善する効果がある。また、この下地
膜に用いることのできる組成には特に限定はなく、例え
ばアルミナの代わりに他の酸化物、または窒化物、炭化
物、硼化物のいずれを用いても同様の効果を得ることが
できる。また、サンプルa〜cの場合は、磁性膜タ−ゲ
ットの酸化物、窒化物を用いたが、硼化物、炭化物であ
ってもよい。また、サンプルe〜nでは、副磁性層とし
て主磁性層と同じ磁性膜を形成したが、メタル磁性層で
あれば同様の効果を得ることができる。また、分断膜と
して主磁性層の酸化物または窒化シリコンを用いたが、
主磁性層と結晶構造の異なる、アモルファス、金属元
素、非金属元素であれば同様の効果を得られることが確
認された。
The underlayer structure of this embodiment has the effect of improving the magnetic characteristics as in this embodiment as long as the magnetic film has a preferable structure or a preferable composition according to the present invention. The composition that can be used for the base film is not particularly limited. For example, the same effect can be obtained by using any other oxide, nitride, carbide, or boride instead of alumina. . In the case of the samples a to c, the oxides and nitrides of the magnetic film target are used, but borides and carbides may be used. In samples e to n, the same magnetic film as the main magnetic layer was formed as the sub magnetic layer. However, the same effect can be obtained with a metal magnetic layer. Although the oxide or silicon nitride of the main magnetic layer was used as the dividing film,
It has been confirmed that similar effects can be obtained with amorphous, metal, and nonmetal elements having a different crystal structure from the main magnetic layer.

【0155】(実施例8)実施例8は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、添加元素、反応ガス流量比を変え
て磁気特性を調べた結果である。結果を(表11)にま
とめて示す。なお、以下のサンプルの膜厚は3μmで磁
気特性は520℃真空中での熱処理後の値である。
Example 8 Example 8 is a result of examining magnetic properties by using an RF magnetron sputtering method while changing an additive element and a reactant gas flow ratio. The results are summarized in (Table 11). The thickness of the following samples is 3 μm, and the magnetic properties are the values after heat treatment at 520 ° C. in vacuum.

【0156】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物チップを配置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0〜8% 放電電力:400W
The conditions for forming the magnetic film are shown below. -Magnetic film deposition conditions Substrate: Non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: Room temperature Magnetic film target: Composite target in which element or compound chip is arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 1-4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0-8% Discharge power: 400 W

【0157】[0157]

【表11】 [Table 11]

【0158】上記のサンプルすべてについてJIS規格
に準じた塩水噴霧試験を行ったところ、実施例として示
したサンプルはすべて良好な耐食性を示した。
A salt spray test according to JIS standards was performed on all of the above samples, and all the samples shown as examples showed good corrosion resistance.

【0159】比較例agは、実施例ahと窒素以外は同
じ組成であり、窒素がないために磁性結晶粒子内に存在
する耐食性元素が多いにもかかわらず、ahよりも低い
耐食性を示した。このように、耐食性向上には微量の窒
素添加が効果的である。また、比較例acは400℃程
度の熱処理温度では良好な磁気特性を示したが、520
℃では表記のように劣化した。一方、実施例aeは、微
量添加のTa効果により、磁気特性の熱処理安定性が向
上していることが確認された。
Comparative Example ag had the same composition as that of Example ah except for nitrogen, and showed lower corrosion resistance than ah, despite the absence of nitrogen and the large number of corrosion-resistant elements present in the magnetic crystal grains. Thus, the addition of a small amount of nitrogen is effective for improving the corrosion resistance. Comparative example ac showed good magnetic properties at a heat treatment temperature of about 400 ° C.
At ℃, it deteriorated as indicated. On the other hand, in Example ae, it was confirmed that the heat treatment stability of the magnetic properties was improved due to the Ta effect of the trace addition.

【0160】*印の実施例aaは、軟磁気特性、耐食性
ともに良好であったが飽和磁束密度が1T以下と低い。
しかし、飽和磁束密度はフェライト以上であり、最も優
れた耐食性を持つために磁気コイルなどの用途には充分
な特性を有する。また、**印の実施例bdは、軟磁気
特性はよいが塩水噴霧試験でわずかに腐食が見られた。
しかし、耐環境性が比較的要求されない、室内据え置き
型のVTRやハ−ドデスクには十分使用できる性能を有
する。また、本実施例で記したFeSiAiTaN材料
は、本発明の好ましい下地上に形成することでさらに磁
気特性が改善する。
In Example aa marked with *, both the soft magnetic properties and the corrosion resistance were good, but the saturation magnetic flux density was as low as 1 T or less.
However, the saturation magnetic flux density is higher than that of ferrite, and has the most excellent corrosion resistance, so that it has sufficient characteristics for applications such as magnetic coils. In Example bd marked with **, the soft magnetic properties were good, but slight corrosion was observed in the salt spray test.
However, it has a performance that can be sufficiently used for an indoor stationary VTR or a hard desk, which does not require relatively high environmental resistance. In addition, when the FeSiAiTaN material described in the present embodiment is formed on the preferable underlayer of the present invention, the magnetic characteristics are further improved.

【0161】また、本実施例の磁性膜を、斜め入射成分
の多いスパッタリング法で形成することにより結晶粒形
状を前述の好ましいサイズの多枝形状にした場合でも、
同様の効果があることが確認された。
Further, even if the magnetic film of this embodiment is formed by a sputtering method having a large amount of oblique incident components so that the crystal grain shape becomes the above-described multi-branched shape having a preferable size,
It was confirmed that a similar effect was obtained.

【0162】(実施例9)実施例9は、RFマグネトロ
ンスパッタ法を用い、添加元素、反応ガス流量比を変え
磁気特性を調べた結果である。結果を(表12)にまと
めて示す。なお、以下のサンプルの膜厚は3μmで磁気
特性は520℃真空中での熱処理後の値である。
Example 9 Example 9 is a result of examining magnetic properties by using an RF magnetron sputtering method while changing an additive element and a reactant gas flow ratio. The results are summarized in (Table 12). The thickness of the following samples is 3 μm, and the magnetic properties are the values after heat treatment at 520 ° C. in vacuum.

【0163】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物チップを配置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0〜8% 放電電力:400W
The conditions for forming the magnetic film are shown below. -Magnetic film deposition conditions Substrate: Non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: Room temperature Magnetic film target: Composite target in which element or compound chip is arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 1-4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0-8% Discharge power: 400 W

【0164】[0164]

【表12】 [Table 12]

【0165】上記のサンプルすべてについてJIS規格
に準じた塩水噴霧試験を行ったところ、実施例に挙げた
サンプルは、すべて良好な耐食性を示した。実施例8と
同様、比較例agと実施例ahとの比較から、耐食性向
上に微量の窒素添加が効果的であることがわかった。ま
た、比較例acと実施例aeとの比較から、微量添加の
Ti効果により磁気特性の熱処理安定性が向上している
ことがわかる。
A salt spray test according to the JIS standard was performed on all of the above samples, and all the samples shown in the examples showed good corrosion resistance. As in Example 8, a comparison between Comparative Example ag and Example ah showed that the addition of a small amount of nitrogen was effective in improving corrosion resistance. Further, a comparison between Comparative Example ac and Example ae shows that the heat treatment stability of the magnetic properties is improved due to the effect of a small amount of Ti added.

【0166】上記*印の実施例aaは、軟磁気特性、耐
食性ともに良好であったが飽和磁束密度が1T以下と低
い。しかし、飽和磁束密度はフェライト以上であり、最
も優れた耐食性を持つために磁気コイルなどの用途には
充分な特性を有する。また、**印のついた実施例bd
は、軟磁気特性はよいが塩水噴霧試験でわずかに腐食が
見られた。しかし、耐環境性が比較的要求されない、室
内据え置き型のVTRやハ−ドデスクには十分使用でき
る性能を有する。また本実施例で記したFeSiAiT
iN材料は前述の好ましい下地上に形成することでさら
に磁気特性が改善する。
In Example aa marked with *, the soft magnetic properties and the corrosion resistance were both good, but the saturation magnetic flux density was as low as 1 T or less. However, the saturation magnetic flux density is higher than that of ferrite, and has the most excellent corrosion resistance, so that it has sufficient characteristics for applications such as magnetic coils. Also, the embodiment bd marked with **
Showed good soft magnetic properties but slightly corroded in salt spray test. However, it has a performance that can be sufficiently used for an indoor stationary VTR or a hard desk, which does not require relatively high environmental resistance. Further, the FeSiAiT described in this embodiment is used.
The magnetic properties are further improved by forming the iN material on the above-mentioned preferable underlayer.

【0167】また先の(実施例8)ではTaを本実施例
ではTiを使用したが、TaまたはTiをZr、Hf、
V、Nb、Crの中から選ばれる少なくとも1種と、一
部または全部置換、あるいはSiをGeに、AlをGa
またはCrに一部または全部置換しても、同様に優れた
耐食性と磁気特性を持つことが確認された。
In the above (Embodiment 8), Ta was used in this embodiment and Ti was used. However, Ta or Ti was used in Zr, Hf,
V, Nb, Cr, at least one selected from the group and partially or entirely substituted, or Si as Ge, Al as Ga
Alternatively, it was confirmed that even when Cr was partially or entirely substituted with Cr, it also had excellent corrosion resistance and magnetic properties.

【0168】また、本実施例の磁性膜を斜め入射成分の
多いスパッタリング法で形成することで結晶粒形状を前
述の好ましいサイズの多枝形状にした場合でも、同様の
効果があることが確認された。
Further, it is confirmed that the same effect can be obtained even when the magnetic grains of the present embodiment are formed by the sputtering method having a large amount of oblique incident components so that the crystal grains have the above-described multi-branched shape having a preferable size. Was.

【0169】(実施例10)実施例10は、RFマグネ
トロンスパッタ法を用い、添加元素、反応ガス流量比を
変え磁気特性を調べた結果である。結果を(表13)〜
(表15)にまとめて示す。なお、以下のサンプルの膜
厚は3μmで磁気特性は520℃真空中での熱処理後の
値である。
Example 10 Example 10 is a result of examining magnetic properties by using an RF magnetron sputtering method while changing an additive element and a reactant gas flow ratio. Results (Table 13) ~
The results are summarized in (Table 15). The thickness of the following samples is 3 μm, and the magnetic properties are the values after heat treatment at 520 ° C. in vacuum.

【0170】磁性膜の成膜条件を以下に示す。 ・磁性膜成膜条件 基板:非磁性セラミックス基板 基板温度:室温 磁性膜タ−ゲット:Feタ−ゲット上に元素または化合
物チップを配置した複合タ−ゲット タ−ゲットサイズ:3インチ 放電ガス圧:1〜4mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0〜8% 酸素流量比:0.5〜2% 放電電力:400W
The conditions for forming the magnetic film are shown below. -Magnetic film deposition conditions Substrate: Non-magnetic ceramic substrate Substrate temperature: Room temperature Magnetic film target: Composite target in which element or compound chip is arranged on Fe target Target size: 3 inches Discharge gas pressure: 1-4 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0-8% Oxygen flow ratio: 0.5-2% Discharge power: 400W

【0171】[0171]

【表13】 [Table 13]

【0172】[0172]

【表14】 [Table 14]

【0173】[0173]

【表15】 [Table 15]

【0174】上記のサンプルすべてについてJIS規格
に準じた塩水噴霧試験を行ったところ、実施例に挙げた
サンプルはすべて良好な耐食性を示した。実施例9と実
施例10は、添加軽元素をそれぞれ窒素または窒素+酸
素にした場合の磁気特性を調査したものであるが、両実
施例を比較すると、全体的に窒素単独添加よりも窒素+
酸素を添加したほうが磁気特性が向上することがわか
る。
A salt spray test according to JIS standards was performed on all of the above samples, and all the samples shown in the examples showed good corrosion resistance. Example 9 and Example 10 investigate the magnetic properties when the added light element is nitrogen or nitrogen + oxygen, respectively. Comparing both examples, the overall results show that nitrogen +
It can be seen that the magnetic properties are improved by adding oxygen.

【0175】上記*印の実施例aa、abは、軟磁気特
性、耐食性ともに良好であるが飽和磁束密度が1T以下
と低い。しかし、飽和磁束密度はフェライト以上であ
り、最も優れた耐食性を持つために磁気コイル等の用途
には充分な特性を有する。また、**印の実施例bd
は、軟磁気特性はよいが塩水噴霧試験でわずかに腐食が
見られた。しかし、耐環境性が比較的要求されない、室
内据え置き型のVTRやハ−ドデスクには十分使用でき
る性能を有する。また、本実施例で記したFeSiAi
TiON材料は前述の好ましい下地上に形成することで
さらに磁気特性が改善する。
Examples aa and ab marked with * have good soft magnetic properties and corrosion resistance, but have a low saturation magnetic flux density of 1 T or less. However, the saturation magnetic flux density is higher than that of ferrite, and since it has the best corrosion resistance, it has sufficient characteristics for applications such as magnetic coils. In addition, the embodiment bd marked with **
Showed good soft magnetic properties but slightly corroded in salt spray test. However, it has a performance that can be sufficiently used for an indoor stationary VTR or a hard desk, which does not require relatively high environmental resistance. Further, the FeSiAi described in this embodiment is used.
The magnetic properties are further improved by forming the TiON material on the above-mentioned preferable underlayer.

【0176】本実施例のTiをTa、Zr、Hf、V、
Nb、Crの中から選ばれる少なくとも1種と一部また
は全部置換、あるいはSiをGeに、AlをGaまたは
Crに一部または全部置換しても、同様に優れた耐食性
と磁気特性を持つことが確認された。
In this embodiment, Ti, Ta, Zr, Hf, V,
Even if it is partially or wholly substituted with at least one selected from Nb and Cr, or if it is partly or wholly substituted with Si for Ge and Al or Ga or Cr, it also has excellent corrosion resistance and magnetic properties. Was confirmed.

【0177】また、本実施例の磁性膜を斜め入射成分の
多いスパッタリング法で形成することで結晶粒形状を前
述の好ましいサイズの多枝形状にした場合でも、同様の
効果があることが確認された。
Further, it is confirmed that the same effect can be obtained even when the magnetic grains of the present embodiment are formed by the sputtering method having a large amount of obliquely incident components so that the crystal grains have the above-described multi-segmented shape having a preferable size. Was.

【0178】(実施例11)一般に、フェライト上に形
成されたメタル磁性膜は、フェライトとの局部電池効
果、あるいは膜界面の隙間効果などで腐食が進行し、磁
気ヘッドとしての経時変化を起こす。実施例11では、
磁気ヘッドとしての信頼性を確認するために、MIGヘ
ッドを試作し、まず試作後のMIGヘッドの自己録再特
性を測定し、次いで同じMIGヘッドに塩水噴霧試験を
行い、試験後の磁気特性の変化を見た。比較としてメタ
ルコアにセンダスト(FeAlSi下地層Bi)を使用
したMIGヘッドの特性変化を示す。
(Embodiment 11) In general, corrosion of a metal magnetic film formed on a ferrite proceeds due to a local battery effect with the ferrite, a gap effect at a film interface, and the like, causing a temporal change as a magnetic head. In Example 11,
In order to confirm the reliability as a magnetic head, a prototype MIG head was manufactured. First, the self-recording / reproducing characteristics of the prototype MIG head were measured. Then, a salt spray test was performed on the same MIG head, and the magnetic characteristics after the test were measured. I saw a change. As a comparison, a change in characteristics of a MIG head using sendust (FeAlSi underlayer Bi) as a metal core is shown.

【0179】ヘッド仕様を以下に示す。 ・ヘッド仕様 トラック幅:17μm ギャップデプス:12.5μm ギャップレングス:0.2μm タ−ン数N:16 フェライト上のバリア膜:アルミナ4nm 磁性膜厚:4.5μm C/N特性: 相対速度=10.2m/s 録再周波数=20.9MHz テ−プ:MPテ−プThe head specifications are shown below. Head specifications Track width: 17 μm Gap depth: 12.5 μm Gap length: 0.2 μm Number of turns N: 16 Barrier film on ferrite: Alumina 4 nm Magnetic film thickness: 4.5 μm C / N characteristics: relative speed = 10 .2m / s recording / reproducing frequency = 20.9MHz tape: MP tape

【0180】[0180]

【表16】 [Table 16]

【0181】以上のように本発明の磁性膜は磁気ヘッド
に使用すると、ヘッド特性を高め、かつ高い信頼性を持
つ磁気ヘッドにすることができる。
As described above, when the magnetic film of the present invention is used for a magnetic head, a magnetic head having improved head characteristics and high reliability can be obtained.

【0182】(実施例12)実施例12は、RFマグネ
トロンスパッタ法を用い、凹凸のある基板上に、様々な
下地膜を形成することで、基板割れ抑制および磁気特性
に優れた下地膜を調べたものである。
Example 12 In Example 12, various underlayers were formed on an uneven substrate by using an RF magnetron sputtering method, and an underlayer that was excellent in suppressing substrate cracking and having excellent magnetic properties was examined. It is a thing.

【0183】2mm×28mm×1mtのフェライト基
板上に、15μm×2mm×15μmtの凹凸形状を1
00個加工した割れ試験基板を準備した。この試験基板
上に、アルミナバリア膜を3nm作製し、引き続いて窒
素、酸素、Nb、YまたはHfの添加量を様々に変えて
結晶粒径を制御し作製した様々な下地膜を100nm形
成し、最上部にFeSiAlTiON膜を10μm形成
した。この磁性薄膜を520℃で熱処理した後、膜のみ
を化学エッチングにて除去し、凹凸基板部の割れ率を調
べた。一方、平板のガラス基板上に、それぞれの下地膜
単層を3μm形成し、熱処理後の平均結晶粒径をXRD
で調べた。割れ率と、平均結晶粒径を(表17)に示
す。
On a 2 mm × 28 mm × 1 mt ferrite substrate, 15 μm × 2 mm × 15 μmt unevenness
A crack test substrate processed in 00 pieces was prepared. On this test substrate, an alumina barrier film was formed to a thickness of 3 nm, and subsequently, various underlayers formed by controlling the crystal grain size by changing the amount of addition of nitrogen, oxygen, Nb, Y or Hf to 100 nm were formed. An FeSiAlTiON film was formed to a thickness of 10 μm on the top. After heat-treating this magnetic thin film at 520 ° C., only the film was removed by chemical etching, and the crack ratio of the uneven substrate portion was examined. On the other hand, on a flat glass substrate, each underlayer monolayer was formed to 3 μm, and the average crystal grain size after heat treatment was determined by XRD.
I checked in. Table 17 shows the cracking rate and the average crystal grain size.

【0184】下地膜の成膜条件を以下に示す。 ・窒素添加下地膜成膜条件 基板温度:水冷 タ−ゲット:FeSiAlTi タ−ゲットサイズ:5×15インチ 放電ガス圧:8mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:2〜20% 酸素流量比:0% 放電電力:2kW ・酸素添加下地膜成膜条件 基板温度:水冷 タ−ゲット:FeSiAlTi タ−ゲットサイズ:5×15インチ 放電ガス圧:8mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0% 酸素流量比:2〜10% 放電電力:2kW ・Nb、YまたはHf添加下地膜成膜条件 基板温度:水冷 タ−ゲット:FeSiAlタ−ゲット上に10mm角の
Nb、Y、またはHfチップを複数枚乗せたタ−ゲット タ−ゲットサイズ:5×15インチ 放電ガス圧:8mTorr スパッタ主ガス:Ar 窒素流量比:0% 酸素流量比:0% 放電電力:2kW
The conditions for forming the underlayer are shown below. -Nitrogen-added underlayer film formation conditions Substrate temperature: water cooling Target: FeSiAlTi Target size: 5 x 15 inches Discharge gas pressure: 8 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 2 to 20% Oxygen flow ratio: 0% Discharge power: 2 kW Oxygen-added underlayer film formation conditions Substrate temperature: water-cooled Target: FeSiAlTi Target size: 5 × 15 inches Discharge gas pressure: 8 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0% Oxygen flow ratio: 2 to 10% Discharge power: 2 kW ・ Nb, Y or Hf-added underlayer film formation conditions Substrate temperature: water-cooled Target: FeSiAl target with a plurality of 10 mm square Nb, Y, or Hf chips mounted thereon -Target Target size: 5 x 15 inches Discharge gas pressure: 8 mTorr Sputter main gas: Ar Nitrogen flow ratio: 0% Oxygen flow ratio: 0% Discharge power: 2 kW

【0185】[0185]

【表17】 [Table 17]

【0186】以上の実施例から、下地膜が材料によら
ず、平均結晶粒径が20nm以下のときに、基板割れを
抑制できることがわかる。
From the above examples, it can be seen that the substrate crack can be suppressed when the average crystal grain size is 20 nm or less regardless of the material of the base film.

【0187】以上の結果を踏まえ、前述の平均結晶粒径
が30nmまたは20nmである窒素添加の下地100
nmを用いて下記のようなMIGヘッドを試作した。結
果を(表18)にまとめて示す。
Based on the above results, the nitrogen-added substrate 100 having the above-mentioned average crystal grain size of 30 nm or 20 nm was used.
The following MIG head was prototyped using nm. The results are summarized in (Table 18).

【0188】ヘッド仕様を以下に示す。 ・ヘッド仕様 トラック幅:17μm ギャップデプス:12.5μm ギャップレングス:0.2μm タ−ン数N:16 フェライト上のバリア膜:アルミナ3nm 磁性膜厚:9μm C/N特性: 相対速度=10.2m/s 録再周波数=20.9MHz テ−プ:MPテ−プThe head specifications are shown below. Head specifications Track width: 17 μm Gap depth: 12.5 μm Gap length: 0.2 μm Number of turns N: 16 Barrier film on ferrite: Alumina 3 nm Magnetic film thickness: 9 μm C / N characteristics: Relative speed = 10.2 m / S recording / reproducing frequency = 20.9 MHz tape: MP tape

【0189】[0189]

【表18】 [Table 18]

【0190】このように下地膜が本発明の好ましい範囲
にあることで磁気ヘッドの特性が向上することがわか
る。
It can be seen that the characteristics of the magnetic head are improved when the underlying film is within the preferred range of the present invention.

【0191】次に(表18)で効果のあった窒素添加に
より20nmに微細化した下地層100nm上に,さら
に粒径2nmまで微細化するように窒素添加量を増やし
た下地層を2nm形成し、上記と同じ条件でヘッド化し
た。また,同様に窒素添加により20nmまで微細化し
た下地層100nm上にさらに形成する磁性薄膜の窒素
添加量までなだらかに窒素添加量を減少させた下地層を
30nm形成し、上記と同じ条件でヘッド化した。この
結果を(表19)に示す。
Next, on the underlayer 100 nm, which was refined to 20 nm by addition of nitrogen, which was effective in (Table 18), an underlayer with an increased amount of nitrogen added was increased to 2 nm so as to further reduce the particle size to 2 nm. A head was formed under the same conditions as described above. Similarly, on the underlayer 100 nm, which has been further miniaturized to 20 nm by addition of nitrogen, an underlayer with a gradually reduced nitrogen addition amount of 30 nm is formed to the nitrogen addition amount of the magnetic thin film to be further formed. did. The results are shown in (Table 19).

【0192】[0192]

【表19】 [Table 19]

【0193】このように下地膜が前記の好ましい範囲に
あることで磁気ヘッドの特性がさらに向上することがわ
かる。
It can be seen that the characteristics of the magnetic head are further improved when the underlying film is in the above-mentioned preferable range.

【0194】次に、(表17)の実施例に示す微細化下
地層(微細磁性層)を0.5規定の塩水に100時間浸
漬試験を行ったところ、結晶粒径が5nm程度まで微細
化された窒素添加膜および酸素添加膜において、わずか
な界面腐食が観察されたが、IIIa族(Y)、IVa族
(Hf)、Va族(Nb)の元素添加による微細化下地
層のサンプルでは全く腐食が見られなかった。
Next, when the miniaturized underlayer (micromagnetic layer) shown in the example of (Table 17) was immersed in 0.5 N salt water for 100 hours, the crystal grain size was reduced to about 5 nm. Although slight interfacial corrosion was observed in the obtained nitrogen-added film and oxygen-added film, the sample of the micronized underlayer formed by adding the elements of the IIIa group (Y), the IVa group (Hf), and the Va group (Nb) was not used at all. No corrosion was seen.

【0195】次に、下地層の最適な厚さを求めるため
に、窒素添加材料の下地層膜厚を1〜500nmまで変
化させて割れ率を調べた結果を(表20)にまとめて示
す。なお、窒素添加下地層の作成条件は、平均結晶粒径
20nmの条件を選んだ。
Next, in order to determine the optimum thickness of the underlayer, the cracking rate was examined by changing the thickness of the underlayer of the nitrogen-added material from 1 to 500 nm, and the results are shown in Table 20. The conditions for forming the nitrogen-added underlayer were selected so that the average crystal grain size was 20 nm.

【0196】[0196]

【表20】 [Table 20]

【0197】以上の実施例から、微細磁性層の好ましい
厚さは10nm以上であり、さらに好ましい厚さは30
0nm以上であることがわかる。また、本実施例では、
基板としてフェライト、膜として磁性体を用いたが、本
発明の微細化下地層は、基本的に内部応力が存在する薄
膜全体について有効である。
From the above examples, the preferred thickness of the fine magnetic layer is 10 nm or more, and the more preferred thickness is 30 nm.
It turns out that it is 0 nm or more. In this embodiment,
Although a ferrite was used as the substrate and a magnetic material was used as the film, the miniaturized underlayer of the present invention is basically effective for the entire thin film in which internal stress exists.

【0198】[0198]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁性薄膜
によれば、従来の平均結晶粒径が小さい微結晶材料に比
べ、単位体積中の界面エネルギ−の総量が小さいため
に、熱処理による粒成長が抑制され、軟磁気特性を広い
温度範囲で安定化することができる。また、磁性膜は、
成膜直後から結晶質であるために、非晶質化のために多
量の添加物を必要とせず、従って飽和磁束密度が高くで
き、また成膜直後から高飽和磁束密度ヘッド用材料とし
て使用し得る。また結晶粒のサイズにより、局部電池に
よる腐食が小さく耐食性に優れた磁性膜を得ることがで
きる。
As described above, according to the magnetic thin film of the present invention, the total amount of interfacial energy per unit volume is smaller than that of a conventional microcrystalline material having a small average crystal grain size. Grain growth is suppressed, and soft magnetic characteristics can be stabilized in a wide temperature range. In addition, the magnetic film
Since it is crystalline immediately after film formation, it does not require a large amount of additives for amorphization, and therefore can have a high saturation magnetic flux density. obtain. In addition, depending on the size of the crystal grains, a magnetic film that is less corroded by a local battery and has excellent corrosion resistance can be obtained.

【0199】また、基板と磁性膜との間の下地膜に微細
化層を含ませる本発明の好ましい態様によれば、基板表
面状態や形状によらず、膜剥がれや基板破壊が抑制され
た膜形成が実現できるという効果がある。
Further, according to a preferred embodiment of the present invention in which the underlayer between the substrate and the magnetic film includes a micronized layer, regardless of the surface state or shape of the substrate, film peeling and substrate destruction are suppressed. There is an effect that formation can be realized.

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

【図1】 多枝形状の結晶粒を有する磁性膜の膜成長方
向からみた概略図(ただし、下地膜、基板は省略してい
る。)
FIG. 1 is a schematic view of a magnetic film having multi-branched crystal grains as viewed from a film growth direction (however, a base film and a substrate are omitted).

【図2】 柱状または針状の結晶粒を持つ磁性膜の膜成
長方向からみた概略図(ただし、下地膜、基板は省略し
ている。)
FIG. 2 is a schematic view of a magnetic film having columnar or needle-like crystal grains as viewed from the film growth direction (however, a base film and a substrate are omitted).

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平均体積Vaと平均表面積Saとが下記
関係式を満たす磁性結晶粒を母相とする磁性膜を含む磁
性薄膜。 Sa>4.84Va2/3
1. A magnetic thin film including a magnetic film having a magnetic crystal grain as a mother phase in which an average volume Va and an average surface area Sa satisfy the following relational expression. Sa> 4.84Va 2/3
【請求項2】 磁性結晶粒が50nmを超える平均最大
長を有する請求項1に記載の磁性薄膜。
2. The magnetic thin film according to claim 1, wherein the magnetic crystal grains have an average maximum length exceeding 50 nm.
【請求項3】 磁性結晶粒が、略針状体、略柱状体また
はこれらの組み合わせからなる多枝形状体からなり、前
記略針状体または前記略柱状体の短手方向の平均結晶サ
イズが5nmよりも大きく60nmよりも小さい請求項
2に記載の磁性薄膜。
3. The magnetic crystal grain is formed of a substantially needle-like body, a substantially columnar body, or a multi-branched body composed of a combination thereof, and the average crystal size of the substantially needle-like body or the substantially columnar body in the lateral direction is reduced. The magnetic thin film according to claim 2, wherein the magnetic thin film is larger than 5 nm and smaller than 60 nm.
【請求項4】 略針状体または略柱状体の磁性結晶粒を
母相とし、この磁性結晶粒の短手方向の平均結晶サイズ
dSおよび長手方向の平均結晶サイズdLがそれぞれ下
記関係式を満たす磁性膜を含むことを特徴とする磁性薄
膜。 5nm<dS<60nm dL>100nm
4. A substantially needle-like or substantially columnar magnetic crystal grain is used as a parent phase, and the average crystal size dS in the lateral direction and the average crystal size dL in the longitudinal direction of the magnetic crystal grain satisfy the following relational expressions, respectively. A magnetic thin film comprising a magnetic film. 5 nm <dS <60 nm dL> 100 nm
【請求項5】 略針状体または略柱状体の組み合わせか
らなる多枝形状結晶を含む磁性結晶粒を母相とし、前記
略針状体または前記略柱状体の短手方向の平均結晶サイ
ズdsおよび前記多枝形状結晶の平均最大長dlがそれ
ぞれ下記関係式を満たす磁性膜を含むことを特徴とする
磁性薄膜。 5nm<ds<60nm dl>50nm
5. An average crystal size ds in a lateral direction of said substantially needle-like body or said substantially columnar body, wherein a magnetic crystal grain including a polybranched crystal comprising a combination of substantially needle-like body or substantially columnar body is used as a mother phase. And a magnetic thin film wherein the average maximum length dl of the multi-branched crystal includes a magnetic film satisfying the following relational expression. 5 nm <ds <60 nm dl> 50 nm
【請求項6】 互いに隣接する磁性結晶粒の結晶方位
が、少なくとも面内方向で異なる請求項1〜5のいずれ
かに記載の磁性薄膜。
6. The magnetic thin film according to claim 1, wherein crystal orientations of adjacent magnetic crystal grains are different at least in an in-plane direction.
【請求項7】 C、B、OおよびNから選ばれる少なく
とも1種の軽元素と、Feよりも酸化物および/または
窒化物生成自由エネルギ−が低い元素とを含む請求項1
〜6のいずれかに記載の磁性薄膜。
7. The method according to claim 1, comprising at least one light element selected from C, B, O and N, and an element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than Fe.
7. The magnetic thin film according to any one of items 1 to 6,
【請求項8】 磁性結晶粒内に、Feよりも酸化物およ
び/または窒化物生成自由エネルギ−が低い元素を含む
請求項1〜7のいずれかに記載の磁性薄膜。
8. The magnetic thin film according to claim 1, wherein the magnetic crystal grains contain an element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than Fe.
【請求項9】 Feよりも酸化物および/または窒化物
生成自由エネルギ−が低い元素が、IVa族元素、Va族
元素、Al、Ga、Si、GeおよびCrから選ばれる
少なくとも1種の元素である請求項7または8に記載の
磁性薄膜。
9. An element having a lower free energy of oxide and / or nitride formation than Fe is at least one element selected from the group consisting of group IVa element, group Va element, Al, Ga, Si, Ge and Cr. A magnetic thin film according to claim 7 or 8.
【請求項10】 前記磁性結晶粒の粒界に、炭化物、硼
化物、酸化物、窒化物および金属から選ばれる少なくと
も1種からなる微結晶またはアモルファスである粒界化
合物が含まれる請求項1〜9のいずれかに記載の磁性薄
膜。
10. The microcrystalline or amorphous grain boundary compound comprising at least one selected from carbides, borides, oxides, nitrides and metals is contained in the grain boundaries of the magnetic crystal grains. 10. The magnetic thin film according to any one of 9.
【請求項11】 前記粒界化合物の平均最短長をTとす
ると、この粒界化合物の少なくとも30%の前記平均最
短長Tが下記関係式を満たす請求項10に記載の磁性薄
膜。 0.1nm≦T≦3nm
11. The magnetic thin film according to claim 10, wherein assuming that the average shortest length of the grain boundary compound is T, the average shortest length T of at least 30% of the grain boundary compound satisfies the following relational expression. 0.1 nm ≦ T ≦ 3 nm
【請求項12】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜を
構成する少なくとも1層が、Feよりも酸化物および/
または窒化物生成自由エネルギ−が低い元素を含有する
請求項1〜11のいずれかに記載の磁性薄膜。
12. An underlayer comprising at least one underlayer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein at least one layer constituting the underlayer has an oxide and / or iron rather than Fe.
The magnetic thin film according to any one of claims 1 to 11, further comprising an element having a low free energy of nitride formation.
【請求項13】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜を
構成する層のうち少なくとも前記磁性膜と接する層が、
Feよりも表面自由エネルギ−が低い物質からなる請求
項1〜12のいずれかに記載の磁性薄膜。
13. An underlayer comprising at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein at least one of the layers constituting the underlayer that is in contact with the magnetic film comprises:
The magnetic thin film according to any one of claims 1 to 12, comprising a substance having a lower surface free energy than Fe.
【請求項14】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜を
構成する層のうち少なくとも前記磁性膜と接する層が、
Al、Ba、Ca、Mg、Si、Ti、V、Zn、Ga
およびZrから選ばれる少なくとも1種の元素の炭化
物、酸化物、窒化物および硼化物から選ばれるいずれか
の化合物である請求項1〜13のいずれかに記載の磁性
薄膜。
14. An underlayer comprising at least one layer, and a magnetic film formed on the underlayer, wherein at least one of the layers constituting the underlayer is in contact with the magnetic film,
Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga
The magnetic thin film according to any one of claims 1 to 13, wherein the magnetic thin film is any compound selected from carbide, oxide, nitride, and boride of at least one element selected from Zr and Zr.
【請求項15】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜を
構成する層のうち少なくとも前記磁性膜と接する層が、
C、Al、Si、Ag、Cu、Cr、Mg、Au、Ga
およびZnから選ばれる少なくとも1つの物質からなる
請求項1〜13のいずれかに記載の磁性薄膜。
15. An underlayer comprising at least one layer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein at least one of the layers constituting the underlayer that is in contact with the magnetic film comprises:
C, Al, Si, Ag, Cu, Cr, Mg, Au, Ga
The magnetic thin film according to any one of claims 1 to 13, comprising at least one substance selected from Zn and Zn.
【請求項16】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜が
前記磁性膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接す
る下地層Bを含み、前記下地層BがAl、Ba、Ca、
Mg、Si、Ti、V、Zn、GaおよびZrから選ば
れる少なくとも1つの物質からなり、前記下地層Aが前
記下地層Bを構成する物質の炭化物、酸化物、窒化物お
よび硼化物から選ばれるいずれかの化合物からなる請求
項1〜13のいずれかに記載の磁性薄膜。
16. An underlayer A comprising at least one underlayer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and an underlayer B in contact with the underlayer A Wherein the underlayer B is Al, Ba, Ca,
It is made of at least one material selected from Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga and Zr, and the underlayer A is selected from carbides, oxides, nitrides and borides of the material constituting the underlayer B. The magnetic thin film according to claim 1, comprising a compound.
【請求項17】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜が
前記磁性膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接す
る下地層Bを含み、前記下地層AがAl、Ba、Ca、
Mg、Si、Ti、V、Zn、GaおよびZrから選ば
れる少なくとも1つの物質からなり、前記下地層Bが前
記下地層Aを構成する物質の炭化物、酸化物、窒化物お
よび硼化物から選ばれるいずれかの化合物からなる請求
項1〜13のいずれかに記載の磁性薄膜。
17. An underlayer including at least one underlayer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and an underlayer B is in contact with the underlayer A Wherein the underlayer A is Al, Ba, Ca,
The underlayer B is selected from carbides, oxides, nitrides, and borides of the material constituting the underlayer A, which is made of at least one material selected from Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga, and Zr. The magnetic thin film according to claim 1, comprising a compound.
【請求項18】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜が
前記磁性膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接す
る下地層Bを含み、前記下地層Aが、前記磁性膜に含ま
れる主構成元素から選ばれる少なくとも1つの元素と、
酸素および窒素から選ばれる少なくとも1つの元素とを
含み、かつ前記磁性膜よりも酸素または窒素を多く含
み、前記下地層Bが、炭化物、酸化物、窒化物および硼
化物から選ばれるいずれかの化合物からなる請求項1〜
13のいずれかに記載の磁性薄膜。
18. An underlayer A including at least one underlayer, and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and an underlayer B is in contact with the underlayer A. Wherein the underlayer A is at least one element selected from main constituent elements contained in the magnetic film;
At least one element selected from oxygen and nitrogen and containing more oxygen or nitrogen than the magnetic film, wherein the underlayer B is any compound selected from carbide, oxide, nitride and boride Claim 1 which consists of
14. The magnetic thin film according to any of 13.
【請求項19】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された主磁性層としての磁性膜とを含
み、前記下地膜が前記磁性膜と接する下地層Aおよびこ
の下地層Aと接する下地層Bを含み、前記下地層Aが副
磁性層と分断層とが少なくとも1層ずつ交互に積層され
てなり、前記下地層Bが酸化物、窒化物、炭化物および
硼化物から選ばれるいずれかの化合物からなる請求項1
〜13のいずれかに記載の磁性薄膜。
19. An underlayer A comprising at least one underlayer, and a magnetic film as a main magnetic layer formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and the underlayer A And the underlayer A is formed by alternately laminating at least one sub-magnetic layer and at least one split layer, and the underlayer B is selected from oxides, nitrides, carbides, and borides. 2. The method according to claim 1, comprising any one of the compounds.
14. The magnetic thin film according to any one of items 13 to 13.
【請求項20】 分断層が、磁性膜と少なくとも1種の
元素を共有し、磁性膜よりも酸素または窒素を多く含有
している請求項19に記載の磁性薄膜。
20. The magnetic thin film according to claim 19, wherein the dividing layer shares at least one element with the magnetic film and contains more oxygen or nitrogen than the magnetic film.
【請求項21】 副磁性層の厚さtMと、分断層の厚さ
Sとがそれぞれ下記関係式を満たす請求項19または
20に記載の磁性薄膜。 0.5nm≦tM≦100nm 0.05nm≦tS≦10nm
21. The magnetic thin film according to claim 19, wherein the thickness t M of the sub-magnetic layer and the thickness t S of the split layer satisfy the following relational expressions, respectively. 0.5 nm ≦ t M ≦ 100 nm 0.05 nm ≦ t S ≦ 10 nm
【請求項22】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜の
うち、少なくとも基板と接する層が、アモルファス磁性
体または平均粒径dが下記関係式を満たす磁性結晶粒を
母相とする微細磁性層である請求項1〜21のいずれか
に記載の磁性薄膜。 d≦20nm
22. An underlayer comprising at least one layer, and a magnetic film formed on the underlayer, wherein at least a layer of the underlayer in contact with the substrate has an amorphous magnetic material or an average particle diameter d. The magnetic thin film according to any one of claims 1 to 21, wherein the magnetic thin film is a fine magnetic layer having a magnetic crystal grain satisfying the following relationship as a mother phase. d ≦ 20 nm
【請求項23】 微細磁性層の厚さtrと、磁性膜の厚
さtfとがそれぞれ下記関係式を満たす請求項22に記
載の磁性薄膜。 10nm<tr<tf/3
23. the thickness t r of the fine magnetic layer, the magnetic thin film according to claim 22 in which the thickness t f of the magnetic film satisfies the respective following relationships. 10nm <t r <t f / 3
【請求項24】 微細磁性層と磁性膜とが少なくとも1
種の共通元素を有する請求項22または23に記載の磁
性薄膜。
24. The micro magnetic layer and the magnetic film having at least one
24. The magnetic thin film according to claim 22, wherein the magnetic thin film has a kind of common element.
【請求項25】 共通元素が、微細磁性層または磁性膜
に含まれる元素中、酸化物および/または窒化物生成自
由エネルギ−が最も低い元素を含む請求項24に記載の
磁性薄膜。
25. The magnetic thin film according to claim 24, wherein the common element includes an element having the lowest free energy of oxide and / or nitride formation among elements contained in the fine magnetic layer or the magnetic film.
【請求項26】 共通元素が、酸素、窒素、炭素および
硼素から選ばれる少なくとも1種の元素である請求項2
4または25に記載の磁性薄膜。
26. The common element is at least one element selected from oxygen, nitrogen, carbon and boron.
26. The magnetic thin film according to 4 or 25.
【請求項27】 微細磁性層が、IIIa族、IVa族、Va
族から選ばれる少なくとも1種の元素を含む請求項22
〜26のいずれかに記載の磁性薄膜。
27. The fine magnetic layer is made of a group IIIa, group IVa, or Va
23. At least one element selected from the group consisting of:
27. The magnetic thin film according to any one of -26.
【請求項28】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜が
前記磁性膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接す
る下地層Bを含み、前記磁性膜中の酸素、窒素、炭素お
よび硼素からなる元素群濃度C1(原子量%)、前記下
地層A中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元素群
濃度C2(原子量%)、前記下地層B中の酸素、窒素、
炭素および硼素からなる元素群濃度C3(原子量%)が
下記関係式を満たす請求項22〜27のいずれかに記載
の磁性薄膜。 0≦C1≦C3<C2
28. An underlayer including at least one underlayer, and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and an underlayer is in contact with the underlayer. hints, the oxygen in the magnetic film, nitrogen, element group concentration C 1 (atomic weight%) consisting of carbon and boron, oxygen of the underlying layer a, nitrogen, element group concentration C 2 consisting of carbon and boron (atomic weight% ), Oxygen and nitrogen in the underlayer B,
Magnetic thin film according to any one of claims 22 to 27 element group concentration C 3 consisting of carbon and boron (atomic weight%) satisfy the following relational expression. 0 ≦ C 1 ≦ C 3 <C 2
【請求項29】 少なくとも1層からなる下地膜と、こ
の下地膜上に形成された磁性膜とを含み、前記下地膜が
前記磁性膜と接する下地層Aおよびこの下地層Aと接す
る下地層Bを含み、前記磁性膜中の酸素、窒素、炭素お
よび硼素からなる元素群濃度C1(原子量%)、前記下
地層A中の酸素、窒素、炭素および硼素からなる元素群
濃度C2(原子量%)、前記下地層B中の酸素、窒素、
炭素および硼素からなる元素群濃度C3(原子量%)が
下記関係式を満たす請求項22〜27のいずれかに記載
の磁性薄膜。 0≦C1≦C2≦C3
29. An underlayer A having at least one underlayer and a magnetic film formed on the underlayer, wherein the underlayer is in contact with the magnetic film and an underlayer B is in contact with the underlayer A hints, the oxygen in the magnetic film, nitrogen, element group concentration C 1 (atomic weight%) consisting of carbon and boron, oxygen of the underlying layer a, nitrogen, element group concentration C 2 consisting of carbon and boron (atomic weight% ), Oxygen and nitrogen in the underlayer B,
Magnetic thin film according to any one of claims 22 to 27 element group concentration C 3 consisting of carbon and boron (atomic weight%) satisfy the following relational expression. 0 ≦ C 1 ≦ C 2 ≦ C 3
【請求項30】 元素群濃度C1とC3とが相違し、層界
面における濃度差を緩和するように、元素群濃度C2
膜厚方向においてほぼ連続的に変化している請求項29
に記載の磁性薄膜。
30. The element group concentration C 1 is different from the element group concentration C 3, and the element group concentration C 2 changes almost continuously in the film thickness direction so as to reduce the concentration difference at the layer interface.
3. The magnetic thin film according to 1.
【請求項31】 凹凸を有する基板上に形成された請求
項22〜30のいずれかに記載の磁性薄膜。
31. The magnetic thin film according to claim 22, which is formed on a substrate having irregularities.
【請求項32】 高抵抗基板または高抵抗材料上に形成
された請求項12〜31のいずれかに記載の磁性薄膜。
32. The magnetic thin film according to claim 12, which is formed on a high-resistance substrate or a high-resistance material.
【請求項33】 バリア層を形成した基板上に形成され
た磁性薄膜であって、前記バリア層が、Al、Si、C
rおよびZrから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化
物または窒化物からなり、下記関係式を満たす厚さdu
を有する請求項10〜32のいずれかに記載の磁性薄
膜。 0.5nm<du<10nm
33. A magnetic thin film formed on a substrate having a barrier layer formed thereon, wherein the barrier layer is made of Al, Si, C
a thickness du composed of an oxide or nitride of at least one element selected from r and Zr, and satisfying the following relational expression:
The magnetic thin film according to any one of claims 10 to 32, comprising: 0.5 nm <du <10 nm
【請求項34】 (Ma1 b1 c100-ddにより示さ
れる組成を有する磁性膜を含む磁性薄膜。ただし、Mは
Fe、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の磁
性金属元素であり、X1はSi、Al、GaおよびGe
から選ばれる少なくとも1種の元素であり、Z1はIVa
族、Va族およびCrから選ばれる少なくとも1種の元
素であり、AはOおよびNの少なくとも1種の元素であ
り、a、b、cおよびdは、以下の関係式を満たす数値
である。 0.1≦b≦26 0.1≦c≦5 a+b+c=100 1≦d≦10
34. (M a X 1 b Z 1 c) magnetic thin film comprising a magnetic film having a composition represented by 100-d A d. Here, M is at least one magnetic metal element selected from Fe, Co and Ni, and X 1 is Si, Al, Ga and Ge
At least one element selected from, Z 1 is IVa
A is at least one element selected from the group consisting of Group V, Group Va and Cr, A is at least one element of O and N, and a, b, c and d are numerical values satisfying the following relational expressions. 0.1 ≦ b ≦ 26 0.1 ≦ c ≦ 5 a + b + c = 100 1 ≦ d ≦ 10
【請求項35】 (Ma2 b2 c100-ddにより示さ
れる組成を有する磁性膜を含む磁性薄膜。ただし、Mは
Fe、CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の磁
性金属元素であり、X2はSiおよびGeから選ばれる
少なくとも1種の元素であり、Z2はIVa族、Va族、A
l、GaおよびCrから選ばれる少なくとも1種の元素
であり、AはOおよびNの少なくとも1種の元素であ
り、a、b、cおよびdは、以下の関係式を満たす数値
である。 0.1≦b≦23 0.1≦c≦8 a+b+c=100 1≦d≦10
35. (M a X 2 b Z 2 c) magnetic thin film comprising a magnetic film having a composition represented by 100-d A d. Here, M is at least one kind of magnetic metal element selected from Fe, Co and Ni, X 2 is at least one kind of element selected from Si and Ge, and Z 2 is IVa group, Va group, A
At least one element selected from l, Ga and Cr, A is at least one element of O and N, and a, b, c and d are numerical values satisfying the following relational expressions. 0.1 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ c ≦ 8 a + b + c = 100 1 ≦ d ≦ 10
【請求項36】 (FeaSibAlcd100-eeによ
り示される組成を有する磁性膜を含む磁性薄膜。ただ
し、Tは、TiおよびTaから選ばれる少なくとも1種
の元素であり、a、b、c、dおよびeは、以下の関係
式を満たす数値である。 10≦b≦23 0.1≦d≦5 0.1≦c+d≦8 a+b+c+d=100 1≦e≦10
36. (Fe a Si b Al c T d) magnetic thin film comprising a magnetic film having a composition represented by 100-e N e. Here, T is at least one element selected from Ti and Ta, and a, b, c, d and e are numerical values satisfying the following relational expressions. 10 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ d ≦ 5 0.1 ≦ c + d ≦ 8 a + b + c + d = 100 1 ≦ e ≦ 10
【請求項37】 (FeaSibAlcTid100-e-fe
fにより示される組成を有する磁性膜を含む磁性薄
膜。ただし、a、b、c、d、eおよびfは、以下の関
係式を満たす数値である。 10≦b≦23 0.1≦d≦5 0.1≦c+d≦8 a+b+c+d=100 1≦e+f≦10 0.1≦f≦5
37. (Fe a Si b Al c Ti d) 100-ef N e
Magnetic thin film comprising a magnetic film having a composition represented by O f. Here, a, b, c, d, e and f are numerical values satisfying the following relational expressions. 10 ≦ b ≦ 23 0.1 ≦ d ≦ 5 0.1 ≦ c + d ≦ 8 a + b + c + d = 100 1 ≦ e + f ≦ 10 0.1 ≦ f ≦ 5
【請求項38】 請求項1〜37のいずれかに記載の磁
性薄膜を構成要素とする磁気デバイス。
38. A magnetic device comprising the magnetic thin film according to claim 1 as a component.
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