JPH11200040A - 磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法Info
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- JPH11200040A JPH11200040A JP10008940A JP894098A JPH11200040A JP H11200040 A JPH11200040 A JP H11200040A JP 10008940 A JP10008940 A JP 10008940A JP 894098 A JP894098 A JP 894098A JP H11200040 A JPH11200040 A JP H11200040A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus 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
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus 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 for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/301—Apparatus 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 for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying ultrathin or granular layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 軟磁性特性を向上しつつ、異方性磁界を減少
し、磁化の応答性に優れた磁性膜を形成することによ
り、製作上の歩留まりが向上できる磁気抵抗効果用磁性
膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 平板マグネトロンスパッタリングによ
り、マグネトロン磁場Mの発生中心部分から基板６表面
に到達する成膜粒子の入射角度と、他のマグネトロン磁
場Mの発生中心部分から基板６表面の同一位置に到達す
る成膜粒子の入射角度との和が、166度から194度の範囲
内になる条件で、基板６表面に磁気抵抗効果用磁性膜４
Ｄを成膜する。
し、磁化の応答性に優れた磁性膜を形成することによ
り、製作上の歩留まりが向上できる磁気抵抗効果用磁性
膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 平板マグネトロンスパッタリングによ
り、マグネトロン磁場Mの発生中心部分から基板６表面
に到達する成膜粒子の入射角度と、他のマグネトロン磁
場Mの発生中心部分から基板６表面の同一位置に到達す
る成膜粒子の入射角度との和が、166度から194度の範囲
内になる条件で、基板６表面に磁気抵抗効果用磁性膜４
Ｄを成膜する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果用磁
性膜の製造方法に関し、特に基板表面に磁気抵抗効果を
有するパーマロイ系の軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果
用磁性膜の製造方法に関する。さらに詳細には、本発明
は、平板マグネトロンスパッタリングにより軟磁性膜を
成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法に関する。
性膜の製造方法に関し、特に基板表面に磁気抵抗効果を
有するパーマロイ系の軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果
用磁性膜の製造方法に関する。さらに詳細には、本発明
は、平板マグネトロンスパッタリングにより軟磁性膜を
成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果用素子（MR素子）は、外部
磁化の変化に対して電気抵抗が変化する特性を備えてお
り、現在、再生専用磁気ヘッド、回転検出素子、磁気セ
ンサ等に広く利用されている。この磁気抵抗効果用素子
に使用される磁気抵抗効果を示す代表的な材料はNiFe等
のパーマロイ系合金である。
磁化の変化に対して電気抵抗が変化する特性を備えてお
り、現在、再生専用磁気ヘッド、回転検出素子、磁気セ
ンサ等に広く利用されている。この磁気抵抗効果用素子
に使用される磁気抵抗効果を示す代表的な材料はNiFe等
のパーマロイ系合金である。
【０００３】微弱な信号磁界を読み出す磁気ヘッドとし
て磁気抵抗効果用素子が使用される場合、外部から印加
される磁界に対する磁化の応答性が良いほど出力特性が
高まり、高性能の磁気ヘッドが製作できる。磁化の応答
性が良い磁気抵抗効果膜であるためには、より軟磁性で
あること、より異方性磁界が小さいこと等が要求され
る。
て磁気抵抗効果用素子が使用される場合、外部から印加
される磁界に対する磁化の応答性が良いほど出力特性が
高まり、高性能の磁気ヘッドが製作できる。磁化の応答
性が良い磁気抵抗効果膜であるためには、より軟磁性で
あること、より異方性磁界が小さいこと等が要求され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】磁気抵抗効果用素子に
より磁気ヘッドを製作するには、１枚の非磁性ウエハー
上に多数の磁気抵抗効果用素子を形成し、非磁性ウエハ
ーを切断して個々に分割された磁気ヘッドを一度に多数
製作する方法が一般的に採用されている。磁気抵抗効果
用素子の磁気抵抗効果膜はスパッタリングにより非磁性
ウエハーのほぼ全面に成膜され、フォトリソグラフィ技
術で形成されたマスクを使用したエッチングにより磁気
抵抗効果膜のパターンニングが行われる。ところが、ス
パッタリングによる磁気抵抗効果膜の成膜は非磁性ウエ
ハー上の成膜位置により磁性体ターゲットから叩き出さ
れた成膜粒子の入射角度にばらつきが存在するために、
ウエハー内で磁気異方性にばらつきが発生する。成膜粒
子の入射角度に傾きをもつほど磁気抵抗効果膜の磁気異
方性が大きくなる。結晶性を有する磁気抵抗効果膜の場
合、結晶に磁気異方性をもつと異方性磁界が増大し、磁
界中熱処理などの修復処理を行っても磁気異方性は制御
できない。このため、１枚のウエハーから製作された個
々の磁気ヘッドにおいては、磁気抵抗効果用素子への外
部磁界のかかり具合や外部磁界に対する応答性にばらつ
きが発生し、出力特性にばらつきが発生する。このよう
な出力特性のばらつきは製作上の歩留まりを低下する。
より磁気ヘッドを製作するには、１枚の非磁性ウエハー
上に多数の磁気抵抗効果用素子を形成し、非磁性ウエハ
ーを切断して個々に分割された磁気ヘッドを一度に多数
製作する方法が一般的に採用されている。磁気抵抗効果
用素子の磁気抵抗効果膜はスパッタリングにより非磁性
ウエハーのほぼ全面に成膜され、フォトリソグラフィ技
術で形成されたマスクを使用したエッチングにより磁気
抵抗効果膜のパターンニングが行われる。ところが、ス
パッタリングによる磁気抵抗効果膜の成膜は非磁性ウエ
ハー上の成膜位置により磁性体ターゲットから叩き出さ
れた成膜粒子の入射角度にばらつきが存在するために、
ウエハー内で磁気異方性にばらつきが発生する。成膜粒
子の入射角度に傾きをもつほど磁気抵抗効果膜の磁気異
方性が大きくなる。結晶性を有する磁気抵抗効果膜の場
合、結晶に磁気異方性をもつと異方性磁界が増大し、磁
界中熱処理などの修復処理を行っても磁気異方性は制御
できない。このため、１枚のウエハーから製作された個
々の磁気ヘッドにおいては、磁気抵抗効果用素子への外
部磁界のかかり具合や外部磁界に対する応答性にばらつ
きが発生し、出力特性にばらつきが発生する。このよう
な出力特性のばらつきは製作上の歩留まりを低下する。
【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、磁性膜の軟磁
性特性を向上しつつ、スパッタリングの際の成膜粒子の
入射角度を適切に設定して異方性磁界のばらつきを減少
し、磁化の応答性を向上しつつ磁化の応答性のばらつき
を減少することにより、製作上の歩留まりが向上できる
磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法を提供することであ
る。
たものである。従って、本発明の目的は、磁性膜の軟磁
性特性を向上しつつ、スパッタリングの際の成膜粒子の
入射角度を適切に設定して異方性磁界のばらつきを減少
し、磁化の応答性を向上しつつ磁化の応答性のばらつき
を減少することにより、製作上の歩留まりが向上できる
磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法を提供することであ
る。
【０００６】さらに、本発明の目的は、上記目的が達成
できる磁気抵抗効果用磁性膜の製造装置、磁気抵抗効果
用磁性膜が成膜された基板を提供することである。
できる磁気抵抗効果用磁性膜の製造装置、磁気抵抗効果
用磁性膜が成膜された基板を提供することである。
【０００７】さらに、本発明の目的は、出力特性が向上
できる磁気抵抗効果用素子が組み込まれた磁気ヘッド及
びこの磁気ヘッドの製造方法を提供することである。
できる磁気抵抗効果用素子が組み込まれた磁気ヘッド及
びこの磁気ヘッドの製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、磁性体ターゲットと基板とを対向配置
し磁性体ターゲット表面で発生させるマグネトロン磁場
で成膜性能を高める平板マグネトロンスパッタリングに
より、基板表面に磁気抵抗効果を有するパーマロイ系の
軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法に
おいて、マグネトロン磁場の発生中心部分から基板表面
に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度と、他
のマグネトロン磁場の発生中心部分から基板表面の同一
位置に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度と
の和が、166度から194度の範囲内になる条件で、基板表
面に軟磁性膜を成膜したことを特徴とする。
に、この発明は、磁性体ターゲットと基板とを対向配置
し磁性体ターゲット表面で発生させるマグネトロン磁場
で成膜性能を高める平板マグネトロンスパッタリングに
より、基板表面に磁気抵抗効果を有するパーマロイ系の
軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法に
おいて、マグネトロン磁場の発生中心部分から基板表面
に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度と、他
のマグネトロン磁場の発生中心部分から基板表面の同一
位置に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度と
の和が、166度から194度の範囲内になる条件で、基板表
面に軟磁性膜を成膜したことを特徴とする。
【０００９】さらに、この発明は、磁気抵抗効果用磁性
膜の製造方法において、磁性体ターゲットと基板との間
の距離をｄ、マグネトロン磁場の発生中心間隔であるエ
ロージョン幅（丸型マグネトロンの場合はエロージョン
直径）をａ、基板表面の成膜範囲の幅をｂとし、エロー
ジョン幅の一端側のマグネトロン磁場の発生中心から最
も遠い基板表面の成膜範囲内端に到達する成膜粒子の基
板表面に対する入射角度θ1をtan θ1＝２ｄ／（ｂ＋
ａ）で定義し、他端側のマグネトロン磁場の発生中心か
ら基板表面の同一位置に到達する成膜粒子の基板表面に
対する入射角度θ2をtan θ2＝２ｄ／（ｂ−ａ）で定義
したとき、入射角度θ1と入射角度θ2との和が166度か
ら194度の範囲内になる条件で、距離ｄ、エロージョン
幅ａ及び成膜範囲の幅ｂを設定し、基板表面に軟磁性体
を成膜したことを特徴とする。
膜の製造方法において、磁性体ターゲットと基板との間
の距離をｄ、マグネトロン磁場の発生中心間隔であるエ
ロージョン幅（丸型マグネトロンの場合はエロージョン
直径）をａ、基板表面の成膜範囲の幅をｂとし、エロー
ジョン幅の一端側のマグネトロン磁場の発生中心から最
も遠い基板表面の成膜範囲内端に到達する成膜粒子の基
板表面に対する入射角度θ1をtan θ1＝２ｄ／（ｂ＋
ａ）で定義し、他端側のマグネトロン磁場の発生中心か
ら基板表面の同一位置に到達する成膜粒子の基板表面に
対する入射角度θ2をtan θ2＝２ｄ／（ｂ−ａ）で定義
したとき、入射角度θ1と入射角度θ2との和が166度か
ら194度の範囲内になる条件で、距離ｄ、エロージョン
幅ａ及び成膜範囲の幅ｂを設定し、基板表面に軟磁性体
を成膜したことを特徴とする。
【００１０】特に、この発明おいては、成膜粒子の入射
角度の斜め成分を減少するには磁性体ターゲットと基板
との間の距離ｄを充分に確保することが最適であり、距
離ｄは200mm以上に設定することが好ましい。さらに、
基板に成膜された磁性膜の軟磁性特性を向上するため
に、スパッタリングガス圧が1-3mtorrの範囲内で設定さ
れることが好ましい。
角度の斜め成分を減少するには磁性体ターゲットと基板
との間の距離ｄを充分に確保することが最適であり、距
離ｄは200mm以上に設定することが好ましい。さらに、
基板に成膜された磁性膜の軟磁性特性を向上するため
に、スパッタリングガス圧が1-3mtorrの範囲内で設定さ
れることが好ましい。
【００１１】このような磁気抵抗効果用磁性膜の製造方
法においては、基板表面の同一位置において磁性体ター
ゲットから叩き出された成膜粒子の入射角度の和が166
度から194度の範囲内に設定され、それぞれの成膜粒子
の入射角度は基板表面に対してほぼ垂直になる。つま
り、成膜粒子の入射角度の斜め成分が実質的に無視でき
る程度になり、磁性膜の磁気異方性がほとんどなくなる
ので、異方性磁界が減少できる。さらに、基板表面の成
膜範囲内においては、前述のとおり成膜粒子の入射角度
が規定されているので、磁性膜の磁気異方性のばらつき
がほとんど無視でき、異方性磁界のばらつきが減少でき
る。さらに、磁性体ターゲットと基板との間の対向距離
を充分に確保することにより、磁性膜の異方性磁界が減
少でき、かつ異方性磁界のばらつきが減少できる。さら
に、スパッタリングガス圧が適正に設定されることによ
り、軟磁性特性が向上できる。
法においては、基板表面の同一位置において磁性体ター
ゲットから叩き出された成膜粒子の入射角度の和が166
度から194度の範囲内に設定され、それぞれの成膜粒子
の入射角度は基板表面に対してほぼ垂直になる。つま
り、成膜粒子の入射角度の斜め成分が実質的に無視でき
る程度になり、磁性膜の磁気異方性がほとんどなくなる
ので、異方性磁界が減少できる。さらに、基板表面の成
膜範囲内においては、前述のとおり成膜粒子の入射角度
が規定されているので、磁性膜の磁気異方性のばらつき
がほとんど無視でき、異方性磁界のばらつきが減少でき
る。さらに、磁性体ターゲットと基板との間の対向距離
を充分に確保することにより、磁性膜の異方性磁界が減
少でき、かつ異方性磁界のばらつきが減少できる。さら
に、スパッタリングガス圧が適正に設定されることによ
り、軟磁性特性が向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る平板マグネトロンスパッタリング装置の概略構成
図、図２は平板マグネトロンスパッタリング装置の要部
概略平面図である。図１に示すように、平板マグネトロ
ンスパッタリング装置は、真空容器（真空チャンバー）
１、上部電極２、高周波電源発生源３、基板保持台とし
て使用される下部電極５、スパッタガス供給源７、真空
発生源８、ガス排気口９を備える。
施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る平板マグネトロンスパッタリング装置の概略構成
図、図２は平板マグネトロンスパッタリング装置の要部
概略平面図である。図１に示すように、平板マグネトロ
ンスパッタリング装置は、真空容器（真空チャンバー）
１、上部電極２、高周波電源発生源３、基板保持台とし
て使用される下部電極５、スパッタガス供給源７、真空
発生源８、ガス排気口９を備える。
【００１３】真空容器１内において、図１中、上側に上
部電極２が配設される。上部電極２には高周波電源発生
源３が電気的に接続されるとともに、上部電極２の表面
には磁性体ターゲット４が装着される。磁性体ターゲッ
ト４は、磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果材料、例え
ばNiFe等のパーマロイ系合金で形成される。上部電極２
には、磁性体ターゲット４の表面上においてマグネトロ
ン磁場Mを発生させ、成膜性能を向上するカソード永久
磁石２Ｍが取り付けられる。本実施の形態において、カ
ソード永久磁石２Ｍは、中心部にN極を有し周囲にS極を
有する丸形カソード永久磁石を使用する。丸形カソード
永久磁石においては、図２に示すように、N極とS極との
中間部分においてN極を中心としたその周囲に連続的に
マグネトロン磁場Mが発生する。
部電極２が配設される。上部電極２には高周波電源発生
源３が電気的に接続されるとともに、上部電極２の表面
には磁性体ターゲット４が装着される。磁性体ターゲッ
ト４は、磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果材料、例え
ばNiFe等のパーマロイ系合金で形成される。上部電極２
には、磁性体ターゲット４の表面上においてマグネトロ
ン磁場Mを発生させ、成膜性能を向上するカソード永久
磁石２Ｍが取り付けられる。本実施の形態において、カ
ソード永久磁石２Ｍは、中心部にN極を有し周囲にS極を
有する丸形カソード永久磁石を使用する。丸形カソード
永久磁石においては、図２に示すように、N極とS極との
中間部分においてN極を中心としたその周囲に連続的に
マグネトロン磁場Mが発生する。
【００１４】下部電極５は、図１中、下側に上部電極２
と適度な離間距離をもって配設される。下部電極５には
接地電源（アース電源）が接続される。下部電極５の表
面上には磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄが成膜される基板
（非磁性基板又は非磁性ウエハー）６が搭載され保持さ
れ、下部電極５に保持された基板６の表面は上部電極２
に装着された磁性体ターゲット４の表面と対向する。
と適度な離間距離をもって配設される。下部電極５には
接地電源（アース電源）が接続される。下部電極５の表
面上には磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄが成膜される基板
（非磁性基板又は非磁性ウエハー）６が搭載され保持さ
れ、下部電極５に保持された基板６の表面は上部電極２
に装着された磁性体ターゲット４の表面と対向する。
【００１５】スパッタガス供給源７は、真空容器１に連
接され、真空容器１の内部にプラズマ発生ガス例えば不
活性ガスとしてのArガスを供給する。真空発生源８は、
真空容器１に連接され、真空容器１の内部を真空状態に
する。ガス排気口９は、真空容器１に配設され、真空容
器１の内部の排気ガスを外部に排気する。
接され、真空容器１の内部にプラズマ発生ガス例えば不
活性ガスとしてのArガスを供給する。真空発生源８は、
真空容器１に連接され、真空容器１の内部を真空状態に
する。ガス排気口９は、真空容器１に配設され、真空容
器１の内部の排気ガスを外部に排気する。
【００１６】このように構成される平板マグネトロンス
パッタリング装置を使用し、良好な軟磁性特性を確保し
つつ、磁気異方性を減少しかつ磁気異方性のばらつきを
減少できる磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの成膜条件につい
て実験を行った。以下、実験条件及び実験結果について
説明する。
パッタリング装置を使用し、良好な軟磁性特性を確保し
つつ、磁気異方性を減少しかつ磁気異方性のばらつきを
減少できる磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの成膜条件につい
て実験を行った。以下、実験条件及び実験結果について
説明する。
【００１７】平板マグネトロンスパッタリングによるス
パッタ条件は次の通りである。
パッタ条件は次の通りである。
【００１８】（１）磁性体ターゲット組成：Ni組成比84
%、Fe組成比16%のパーマロイ系合金 （２）磁性体ターゲット径：3inch （３）マグネトロン放電によるエロージョン幅：36mm
（直径） （４）成膜時の真空度：3×10-6torr （５）スパッタリングガス圧：1-6mtorrの範囲 （６）磁性体ターゲット−基板間距離：90-240mmの範囲 （７）RFパワー：全てのスパッタレートがほぼ同一にな
るように調節 （８）基板：10mm角のガラス基板 この実験で使用する基板６には10mm角の小さなガラス基
板が使用される。磁気ヘッドの製造には例えば直径3inc
hのウエハーが使用されるので、下部電極５の表面の中
心部（スパッタリングの中心部であり、ウエハーの中心
部に相当する。）と中心部から約30mm離れた位置（ウエ
ハーの端部に相当する。）とにそれぞれ基板６が配置さ
れる（図１、図２参照）。また、基板６の表面に成膜さ
れる磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄには磁気異方性を付与す
るために、図３に示すように、磁性体ターゲット４と基
板６との間にN極を有する永久磁石１０ＭNとS極を有す
る永久磁石１０ＭSとを対向して配置し、成膜粒子に約1
00 Oeの磁界が印加される。
%、Fe組成比16%のパーマロイ系合金 （２）磁性体ターゲット径：3inch （３）マグネトロン放電によるエロージョン幅：36mm
（直径） （４）成膜時の真空度：3×10-6torr （５）スパッタリングガス圧：1-6mtorrの範囲 （６）磁性体ターゲット−基板間距離：90-240mmの範囲 （７）RFパワー：全てのスパッタレートがほぼ同一にな
るように調節 （８）基板：10mm角のガラス基板 この実験で使用する基板６には10mm角の小さなガラス基
板が使用される。磁気ヘッドの製造には例えば直径3inc
hのウエハーが使用されるので、下部電極５の表面の中
心部（スパッタリングの中心部であり、ウエハーの中心
部に相当する。）と中心部から約30mm離れた位置（ウエ
ハーの端部に相当する。）とにそれぞれ基板６が配置さ
れる（図１、図２参照）。また、基板６の表面に成膜さ
れる磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄには磁気異方性を付与す
るために、図３に示すように、磁性体ターゲット４と基
板６との間にN極を有する永久磁石１０ＭNとS極を有す
る永久磁石１０ＭSとを対向して配置し、成膜粒子に約1
00 Oeの磁界が印加される。
【００１９】このスパッタリング条件に基づき、基板６
の表面に成膜された磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの磁化容
易軸方向及び磁化困難軸方向を測定し、保磁力Hc及び異
方性磁界Hkを求めた。図４はスパッタリングの中心部、
スパッタリングの最端部のそれぞれの位置において磁性
体ターゲット−基板間距離（Tt-s）と保磁力Hcとの関係
を示す図、図５は同様にそれぞれの位置において磁性体
ターゲット−基板間距離（Tt-s）と異方性磁界Hkとの関
係を示す図である。なお、このときのスパッタリングの
スパッタリングガス圧は1mtorrである。
の表面に成膜された磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの磁化容
易軸方向及び磁化困難軸方向を測定し、保磁力Hc及び異
方性磁界Hkを求めた。図４はスパッタリングの中心部、
スパッタリングの最端部のそれぞれの位置において磁性
体ターゲット−基板間距離（Tt-s）と保磁力Hcとの関係
を示す図、図５は同様にそれぞれの位置において磁性体
ターゲット−基板間距離（Tt-s）と異方性磁界Hkとの関
係を示す図である。なお、このときのスパッタリングの
スパッタリングガス圧は1mtorrである。
【００２０】図４に示すように、基板６の表面に成膜さ
れた磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保磁力Hcは、磁性体タ
ーゲット−基板間距離（Tt-s）にあまり影響されずにほ
ぼ一定である。さらに、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保
磁力Hcは、スパッタリングの中心部、スパッタリングの
最端部のそれぞれにおいてほぼ同等の特性を示す。
れた磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保磁力Hcは、磁性体タ
ーゲット−基板間距離（Tt-s）にあまり影響されずにほ
ぼ一定である。さらに、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保
磁力Hcは、スパッタリングの中心部、スパッタリングの
最端部のそれぞれにおいてほぼ同等の特性を示す。
【００２１】図５に示すように、磁気抵抗効果用磁性膜
４Ｄの異方性磁界Hkは、スパッタリングの中心部におい
て磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）に影響されず
にほぼ一定の値（約4 Oe）を示す。ところが、スパッタ
リングの最端部において、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの
異方性磁界Hkはスパッタリングの中心部の異方性磁界Hk
に比べて倍以上の値を示し、磁性体ターゲット−基板間
距離（Tt-s）の増加とともに異方性磁界Hkは減少する。
そして、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が240m
mに達した時点でスパッタリングの最端部の異方性磁界H
kはスパッタリングの中心部の異方性磁界Hkと等しくな
る。すなわち、スパッタリングの最端部においては、磁
性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が短いほど異方性
磁界Hkが大きく、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が長いほど異方性磁界Hkが小さくなる。この現象
は、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が短いほ
ど、磁性体ターゲット４から叩き出された成膜粒子の基
板６の表面に対する入射角度の斜め成分が増加し、磁気
異方性が大きくなることに起因する。
４Ｄの異方性磁界Hkは、スパッタリングの中心部におい
て磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）に影響されず
にほぼ一定の値（約4 Oe）を示す。ところが、スパッタ
リングの最端部において、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの
異方性磁界Hkはスパッタリングの中心部の異方性磁界Hk
に比べて倍以上の値を示し、磁性体ターゲット−基板間
距離（Tt-s）の増加とともに異方性磁界Hkは減少する。
そして、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が240m
mに達した時点でスパッタリングの最端部の異方性磁界H
kはスパッタリングの中心部の異方性磁界Hkと等しくな
る。すなわち、スパッタリングの最端部においては、磁
性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が短いほど異方性
磁界Hkが大きく、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が長いほど異方性磁界Hkが小さくなる。この現象
は、磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が短いほ
ど、磁性体ターゲット４から叩き出された成膜粒子の基
板６の表面に対する入射角度の斜め成分が増加し、磁気
異方性が大きくなることに起因する。
【００２２】スパッタリングの中心部においては、磁性
体ターゲット４から叩き出された成膜粒子の基板６の表
面に対する入射角度はほぼ90度であるので、本来なら異
方性磁界Hkはほとんどなくなるが、磁気抵抗効果用磁性
膜４Ｄの異方性磁界Hkが約4Oeを示すのは永久磁石１０
ＭN及び１０ＭSによる磁化の影響による。
体ターゲット４から叩き出された成膜粒子の基板６の表
面に対する入射角度はほぼ90度であるので、本来なら異
方性磁界Hkはほとんどなくなるが、磁気抵抗効果用磁性
膜４Ｄの異方性磁界Hkが約4Oeを示すのは永久磁石１０
ＭN及び１０ＭSによる磁化の影響による。
【００２３】今回の実験において、磁性体ターゲット−
基板間距離（Tt-s）が最も長い240mmの時点で異方性磁
界Hkがスパッタリングの中心部とスパッタリングの最端
部とで等しい値（約4 Oe）を示すことから、磁性体ター
ゲット−基板間距離（Tt-s）が240mmになった時点でス
パッタリングの最端部の異方性磁界Hkがゼロになったこ
とになる。
基板間距離（Tt-s）が最も長い240mmの時点で異方性磁
界Hkがスパッタリングの中心部とスパッタリングの最端
部とで等しい値（約4 Oe）を示すことから、磁性体ター
ゲット−基板間距離（Tt-s）が240mmになった時点でス
パッタリングの最端部の異方性磁界Hkがゼロになったこ
とになる。
【００２４】図１に示すように、平板マグネトロンスパ
ッタリング装置においては、マグネトロン磁場Mの中心
部分すなわちエロージョン部でのプラズマ粒子の運動エ
ネルギが高いので、マグネトロン磁場Mの中心部分から
成膜粒子が飛来すると近似できる。すなわち、低いスパ
ッタリングガス圧により成膜粒子のプラズマ分子による
乱反射の影響がほとんどないと仮定すると、基板６の表
面に成膜された磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄは、エロージ
ョン幅の一端側（図１中、右側）のマグネトロン磁場M
の中心部分から入射する成膜粒子のベクトル方向と、他
端側（図１中、左側）のマグネトロン磁場Mの中心部分
から入射する成膜粒子のベクトル方向との合成ベクトル
方向に成長する。磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が最も長い240mmの場合、スパッタリングの最端部
（中心部から30mmの位置）において、成膜粒子の合成ベ
クトル方向は、基板６の表面に対して83度（又は97度）
になり、ほぼ垂直に近くなる。成膜粒子の合成ベクトル
方向は成膜粒子の基板６に対する入射角度の和としても
表現でき、２箇所のマグネトロン磁場Mの中心部分から
それぞれ基板６の同一位置に到達する成膜粒子の入射角
度の和は166度（又は194度）になる。
ッタリング装置においては、マグネトロン磁場Mの中心
部分すなわちエロージョン部でのプラズマ粒子の運動エ
ネルギが高いので、マグネトロン磁場Mの中心部分から
成膜粒子が飛来すると近似できる。すなわち、低いスパ
ッタリングガス圧により成膜粒子のプラズマ分子による
乱反射の影響がほとんどないと仮定すると、基板６の表
面に成膜された磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄは、エロージ
ョン幅の一端側（図１中、右側）のマグネトロン磁場M
の中心部分から入射する成膜粒子のベクトル方向と、他
端側（図１中、左側）のマグネトロン磁場Mの中心部分
から入射する成膜粒子のベクトル方向との合成ベクトル
方向に成長する。磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が最も長い240mmの場合、スパッタリングの最端部
（中心部から30mmの位置）において、成膜粒子の合成ベ
クトル方向は、基板６の表面に対して83度（又は97度）
になり、ほぼ垂直に近くなる。成膜粒子の合成ベクトル
方向は成膜粒子の基板６に対する入射角度の和としても
表現でき、２箇所のマグネトロン磁場Mの中心部分から
それぞれ基板６の同一位置に到達する成膜粒子の入射角
度の和は166度（又は194度）になる。
【００２５】図６は成膜粒子の合成ベクトル方向又は入
射角度の和と異方性磁界Hkとの関係を示す図である。同
図６に示すように、成膜粒子の合成ベクトルが90度±7
度の83度から97度の範囲内、成膜粒子の入射角度の和に
換算すると166度から194度の範囲内であれば、異方性磁
界Hkがほぼゼロになる。
射角度の和と異方性磁界Hkとの関係を示す図である。同
図６に示すように、成膜粒子の合成ベクトルが90度±7
度の83度から97度の範囲内、成膜粒子の入射角度の和に
換算すると166度から194度の範囲内であれば、異方性磁
界Hkがほぼゼロになる。
【００２６】このようなスパッタリング条件は、図１を
参照し以下の一般式で表わせる。
参照し以下の一般式で表わせる。
【００２７】（１）磁性体ターゲット−基板間距離（Tt
-s）：ｄ （２）マグネトロン磁場Mの発生中心間隔であるエロー
ジョン幅（丸型マグネトロンの場合はエロージョン直
径）：ａ （３）基板６の表面の成膜範囲の幅：ｂ とし、 （４）エロージョン幅の一端側のマグネトロン磁場Mの
発生中心から最も遠い基板６表面の成膜範囲内端に到達
する成膜粒子の基板表面に対する入射角度θ1： tan θ1＝２ｄ／（ｂ＋ａ） （５）エロージョン幅の他端側のマグネトロン磁場Mの
発生中心から基板表面の同一位置に到達する成膜粒子の
基板表面に対する入射角度θ2： tan θ2＝２ｄ／（ｂ−ａ） で定義したとき、 （６）入射角度θ1と入射角度θ2との和： 166度≦θ1＋θ2≦194度（合成ベクトルの場合は83度≦
θ1＋θ2≦97度） 従って、このような一般式を満たす距離ｄ、エロージョ
ン幅ａ及び成膜範囲の幅ｂを設定し、基板６の表面に磁
気抵抗効果用磁性膜４Ｄを成膜すれば、成膜範囲の全域
において異方性磁界Hkがほぼゼロに減少でき、異方性磁
界Hkのばらつきが減少できる。
-s）：ｄ （２）マグネトロン磁場Mの発生中心間隔であるエロー
ジョン幅（丸型マグネトロンの場合はエロージョン直
径）：ａ （３）基板６の表面の成膜範囲の幅：ｂ とし、 （４）エロージョン幅の一端側のマグネトロン磁場Mの
発生中心から最も遠い基板６表面の成膜範囲内端に到達
する成膜粒子の基板表面に対する入射角度θ1： tan θ1＝２ｄ／（ｂ＋ａ） （５）エロージョン幅の他端側のマグネトロン磁場Mの
発生中心から基板表面の同一位置に到達する成膜粒子の
基板表面に対する入射角度θ2： tan θ2＝２ｄ／（ｂ−ａ） で定義したとき、 （６）入射角度θ1と入射角度θ2との和： 166度≦θ1＋θ2≦194度（合成ベクトルの場合は83度≦
θ1＋θ2≦97度） 従って、このような一般式を満たす距離ｄ、エロージョ
ン幅ａ及び成膜範囲の幅ｂを設定し、基板６の表面に磁
気抵抗効果用磁性膜４Ｄを成膜すれば、成膜範囲の全域
において異方性磁界Hkがほぼゼロに減少でき、異方性磁
界Hkのばらつきが減少できる。
【００２８】図７はスパッタガス圧と磁気抵抗効果用磁
性膜４Ｄの保磁力Hcとの関係を示す図である。図７は、
異方性磁界Hkのばらつきがなくなる磁性体ターゲット−
基板間距離（Tt-s）が240mmの場合と、異方性磁界Hkに
ばらつきが生じる磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が140mmの場合とについて、スパッタリングの中心部
分において測定した結果を示す。図７に示すように、異
方性磁界Hkにばらつきが生じる磁性体ターゲット−基板
間距離（Tt-s）が140mmの場合、スパッタリングガス圧
が5mtorr以下の範囲において、磁気抵抗効果用磁性膜４
Ｄの保磁力Hcの変化が小さく、軟磁性特性の良好な領域
が存在する。これに対して、異方性磁界Hkのばらつきが
ない磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が240mmの
場合、スパッタリングガス圧が1-3mtorrという限られた
範囲ではあるものの、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保磁
力Hcの変化が小さく、前者に比べて軟磁性特性の良好な
領域が存在する。
性膜４Ｄの保磁力Hcとの関係を示す図である。図７は、
異方性磁界Hkのばらつきがなくなる磁性体ターゲット−
基板間距離（Tt-s）が240mmの場合と、異方性磁界Hkに
ばらつきが生じる磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-
s）が140mmの場合とについて、スパッタリングの中心部
分において測定した結果を示す。図７に示すように、異
方性磁界Hkにばらつきが生じる磁性体ターゲット−基板
間距離（Tt-s）が140mmの場合、スパッタリングガス圧
が5mtorr以下の範囲において、磁気抵抗効果用磁性膜４
Ｄの保磁力Hcの変化が小さく、軟磁性特性の良好な領域
が存在する。これに対して、異方性磁界Hkのばらつきが
ない磁性体ターゲット−基板間距離（Tt-s）が240mmの
場合、スパッタリングガス圧が1-3mtorrという限られた
範囲ではあるものの、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの保磁
力Hcの変化が小さく、前者に比べて軟磁性特性の良好な
領域が存在する。
【００２９】このように、平板マグネトロンスパッタリ
ング装置によるスパッタリング条件を適正に選択するこ
とにより、軟磁性特性を向上しつつ、異方性磁界が小さ
い磁化の応答性に優れた磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄが形
成でき、この磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄを備えた例えば
磁気ヘッドに組み込まれる磁気抵抗効果用素子（MR素
子）が実現できる。図８は磁気抵抗効果用素子の斜視図
である。磁気抵抗効果用素子は、基板（非磁性基板）６
の表面上に前述のスパッタリング条件で成膜された磁気
抵抗効果用磁性膜４Ｄを備え、この磁気抵抗効果用磁性
膜４Ｄに電極１１Ａ、１１Ｂのそれぞれを離間して配置
する。図中、符号Ｔｗはトラック幅である。
ング装置によるスパッタリング条件を適正に選択するこ
とにより、軟磁性特性を向上しつつ、異方性磁界が小さ
い磁化の応答性に優れた磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄが形
成でき、この磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄを備えた例えば
磁気ヘッドに組み込まれる磁気抵抗効果用素子（MR素
子）が実現できる。図８は磁気抵抗効果用素子の斜視図
である。磁気抵抗効果用素子は、基板（非磁性基板）６
の表面上に前述のスパッタリング条件で成膜された磁気
抵抗効果用磁性膜４Ｄを備え、この磁気抵抗効果用磁性
膜４Ｄに電極１１Ａ、１１Ｂのそれぞれを離間して配置
する。図中、符号Ｔｗはトラック幅である。
【００３０】以上説明したように、本実施の形態に係る
磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの製造方法においては、基板
６の表面の同一位置において磁性体ターゲット４から叩
き出された成膜粒子の入射角度の和が166度から194度の
範囲内に設定され、それぞれの成膜粒子の入射角度は基
板６の表面に対してほぼ垂直になる。つまり、成膜粒子
の入射角度の斜め成分が実質的に無視できる程度にな
り、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの磁気異方性がほとんど
なくなるので、異方性磁界Hkが減少できる。さらに、基
板６の表面の成膜範囲内においては、前述のとおり成膜
粒子の入射角度が規定されているので、磁気抵抗効果用
磁性膜４Ｄの磁気異方性のばらつきがほとんど無視で
き、異方性磁界Hkのばらつきが減少できる。
磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの製造方法においては、基板
６の表面の同一位置において磁性体ターゲット４から叩
き出された成膜粒子の入射角度の和が166度から194度の
範囲内に設定され、それぞれの成膜粒子の入射角度は基
板６の表面に対してほぼ垂直になる。つまり、成膜粒子
の入射角度の斜め成分が実質的に無視できる程度にな
り、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの磁気異方性がほとんど
なくなるので、異方性磁界Hkが減少できる。さらに、基
板６の表面の成膜範囲内においては、前述のとおり成膜
粒子の入射角度が規定されているので、磁気抵抗効果用
磁性膜４Ｄの磁気異方性のばらつきがほとんど無視で
き、異方性磁界Hkのばらつきが減少できる。
【００３１】さらに、磁性体ターゲット４と基板６との
間の対向距離を充分に確保する、例えば200mm以上確保
することにより、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの異方性磁
界Hkが減少でき、かつ異方性磁界Hkのばらつきが減少で
きる。さらに、スパッタリングガス圧が適正に設定され
る、例えばスパッタリングガス圧が1-3mtorrに設定され
ることにより、軟磁性特性が向上できる。
間の対向距離を充分に確保する、例えば200mm以上確保
することにより、磁気抵抗効果用磁性膜４Ｄの異方性磁
界Hkが減少でき、かつ異方性磁界Hkのばらつきが減少で
きる。さらに、スパッタリングガス圧が適正に設定され
る、例えばスパッタリングガス圧が1-3mtorrに設定され
ることにより、軟磁性特性が向上できる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、磁性膜の軟磁性特性を向上し
つつ、スパッタリングの際の成膜粒子の入射角度を適切
に設定して異方性磁界のばらつきを減少し、磁化の応答
性を向上しつつ磁化の応答性のばらつきを減少し、製作
上の歩留まりが向上できる磁気抵抗効果用磁性膜の製造
方法を提供できる。
つつ、スパッタリングの際の成膜粒子の入射角度を適切
に設定して異方性磁界のばらつきを減少し、磁化の応答
性を向上しつつ磁化の応答性のばらつきを減少し、製作
上の歩留まりが向上できる磁気抵抗効果用磁性膜の製造
方法を提供できる。
【００３３】さらに、本発明は、上記効果が得られる磁
気抵抗効果用磁性膜の製造装置、磁気抵抗効果用磁性膜
が成膜された基板（ウエハー）を提供できる。
気抵抗効果用磁性膜の製造装置、磁気抵抗効果用磁性膜
が成膜された基板（ウエハー）を提供できる。
【００３４】さらに、本発明は、出力特性が向上できる
磁気抵抗効果用素子が組み込まれた磁気ヘッド及びこの
磁気ヘッドの製造方法を提供できる。
磁気抵抗効果用素子が組み込まれた磁気ヘッド及びこの
磁気ヘッドの製造方法を提供できる。
【図１】本発明の実施の形態に係る平板マグネトロンス
パッタリング装置の概略構成図である。
パッタリング装置の概略構成図である。
【図２】平板マグネトロンスパッタリング装置の要部概
略平面図である。
略平面図である。
【図３】永久磁石の配置図である。
【図４】磁性体ターゲット−基板間距離と保磁力との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図５】磁性体ターゲット−基板間距離と異方性磁界と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図６】成膜粒子の合成ベクトル方向又は入射角度の和
と異方性磁界との関係を示す図である。
と異方性磁界との関係を示す図である。
【図７】スパッタリングガス圧と保磁力との関係を示す
図である。
図である。
【図８】磁気抵抗効果用素子の斜視図である。
１ 真空容器 ２ 上部電極 ２Ｍ カソード永久磁石 ３ 高周波電源発生装置 ４ 磁性体ターゲット ４Ｄ 磁気抵抗効果用磁性膜 ５ 下部電極 ６ 基板 ７ スパッタガス供給源 ８ 真空発生源 ９ ガス排気口 １１Ａ，１１Ｂ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 磁性体ターゲットと基板とを対向配置し
磁性体ターゲット表面で発生させるマグネトロン磁場で
成膜性能を高める平板マグネトロンスパッタリングによ
り、前記基板表面に磁気抵抗効果を有するパーマロイ系
の軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法
において、 前記マグネトロン磁場の発生中心部分から基板表面に到
達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度と、他のマ
グネトロン磁場の発生中心部分から基板表面の同一位置
に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度との和
が、166度から194度の範囲内になる条件で、前記基板表
面に軟磁性膜を成膜したことを特徴とする磁気抵抗効果
用磁性膜の製造方法。 - 【請求項２】 磁性体ターゲットと基板とを対向配置し
磁性体ターゲット表面に発生させるマグネトロン磁場で
成膜性能を高める平板マグネトロンスパッタリングによ
り、前記基板表面に磁気抵抗効果を有するパーマロイ系
の軟磁性膜を成膜する磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法
において、 前記磁性体ターゲットと基板との間の距離をｄ、 前記マグネトロン磁場の発生中心間隔であるエロージョ
ン幅（丸型マグネトロンの場合はエロージョン直径）を
ａ、 前記基板表面の成膜範囲の幅をｂとし、 前記エロージョン幅の一端側のマグネトロン磁場の発生
中心から最も遠い基板表面の成膜範囲内端に到達する成
膜粒子の基板表面に対する入射角度θ1をtanθ1＝２ｄ
／（ｂ＋ａ）で定義し、 他端側のマグネトロン磁場の発生中心から基板表面の同
一位置に到達する成膜粒子の基板表面に対する入射角度
θ2をtan θ2＝２ｄ／（ｂ−ａ）で定義したとき、 前記入射角度θ1と入射角度θ2との和が166度から194度
の範囲内になる条件で、前記距離ｄ、エロージョン幅ａ
及び成膜範囲の幅ｂを設定し、前記基板表面に軟磁性体
を成膜したことを特徴とする磁気抵抗効果用磁性膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10008940A JPH11200040A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10008940A JPH11200040A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11200040A true JPH11200040A (ja) | 1999-07-27 |
Family
ID=11706677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10008940A Pending JPH11200040A (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 磁気抵抗効果用磁性膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11200040A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156854A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Tdk Corp | 磁性薄膜およびその形成方法 |
| WO2010073307A1 (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | キヤノンアネルバ株式会社 | スパッタリング装置および成膜方法 |
-
1998
- 1998-01-20 JP JP10008940A patent/JPH11200040A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156854A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Tdk Corp | 磁性薄膜およびその形成方法 |
| JP4529081B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2010-08-25 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁性薄膜 |
| WO2010073307A1 (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | キヤノンアネルバ株式会社 | スパッタリング装置および成膜方法 |
| US7955480B2 (en) | 2008-12-22 | 2011-06-07 | Canon Anelva Corporation | Sputtering apparatus and film deposition method |
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