JPS59200748A - 一軸性の磁気異方性を有する非晶質軟磁性薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非晶質磁性材料模の製造方法に閃し、特に本
発明は、透磁率が高く異方性磁界の小さい一軸性の磁気
異方性を有する非晶質軟磁性薄膜の製造方法に関するも
のである。

非晶質磁性材料は超急冷法、スパッタ法、蒸着法および
メッキ法などにより形成される。超急冷法によれば一般
にコθ〜ｉｏｏμｍ程度の比較的厚い薄帯が形成される
が、スパック法、蒸着法、メッキ法は数μｍ以下の薄膜
材イミＩを得るのに適している方法である。

非晶質磁性材料（以下非晶質軟磁性材料を単に非晶質破
性材料と称す）は全数の構成元素が規則配列をしないた
め、本質的に結晶磁気異方性を存しない。しかし実際に
はミクロ領域での磁性原子の配列や磁歪に起因する磁気
異方性が存在し、作製したま捷の状態では磁気特性は実
用上十分でない場合が多い。また非晶質状態そのものが
／っの準安定状態に過ぎず、加熱などによって他の準安
定状態に変化し、それに伴って磁気特性も変化してしま
うなどの現象が生起することからみて熱的安宇性も悪い
。そのため多くの場合、非晶質磁性材料は焼鈍が施され
た上で使用される。このための焼鈍法として神々の方法
が知られている。

超急冷薄帯などについて最も一般的に行われる焼鈍方法
は無磁界中で焼鈍する方法であシ、このような方法は特
開昭Ｓλ−／ｌグダ２１号公報などに開示されている。

との場合、焼鈍によって磁気異方性が誘導されないよう
にするため、焼鈍温度はキュリ一温度よシも高い温度に
する必要があり、一方結晶化温度より低い温度で焼鈍し
なければならないことは勿論である。従って結晶化温度
がキュリ一温度よりも高い非晶質磁性材料でなければこ
のような焼鈍法を実施することは無意味であるばかりで
なく、場合によっては有害である。

結晶化温度がキュリ一温度よシ低い非晶質材料に対して
は磁界中焼鈍法が開発され、例えば特開昭Ｓ／−’／３
９．２５号公報や同昭５２−／／’Ｉダコ１号公報など
にこの焼鈍方法が開示されている。これらの磁界中焼鈍
の場合、磁界は一方向磁界であるため一軸性の誘導磁気
異方性が誘導され、超急冷薄帯では優れた磁気特性が得
られている。しかしスパッタ法によって形成されるコバ
ルトージルコニウムヤ鉄−：’パルトヨシリコン−ホウ
素などの非晶質薄膜ではこの焼鈍方法を実施すると異方
性磁界はあまシ小さくな′らず透磁率も高くならないこ
とが４￥、開昭Ｓクーｔ、！；Ａ／／号公報に開示され
ている。

また回転磁界中で非晶質磁性材料を焼鈍する方法が特開
昭３！−／、！；２／乙１号公報、同昭５ｂ−ｓｑｓヲ
〜！；９Ａ２号公報、同昭Ｓルー４１７４’乙号公報、
同昭５６−ｑｇ：ｑｔ、、ｇ号公報などに開示されてい
る。これらの方法はいずれも材料の特定方向に磁気異方
性を生せしめず、等方向特性を得ることを目的としてお
り、これらの方法によれは擾れた磁気特性が得られてい
る。仁のような回転磁界中焼鈍法はスパッタ法によって
形成された非晶質軟磁性膜の焼鈍法としても有効である
ことが特開昭５７−６６Ａ／／や文献（第６回応用磁気
学会学術講演概要集ｉｓ　ｐＢ−７（／９１．２＞　）
によシ開示されている。非晶質磁性薄膜を回転磁界中で
焼鈍しても必ずしも等方向な磁気特性とはならないが、
成膜時に形成される磁気異方性の磁化困難軸方向での透
磁率が高く異方性磁界の小さい特性が得られる。

電子通信学会電子材料部品・材料研究会ＣＰＭｇｔ　−
／／　（）ｑｇ／）には、次のような焼鈍法が開示され
ている。すなわちこの焼鈍法はスパッタ法で形成された
コバルト−ジルコニウム薄膜の一方向に比較的強い磁界
を印加して焼鈍して一軸性の磁気異方性を発生させた′
後、それと直角方向に弱い磁界をかけて焼鈍して磁気異
方性を分散させ等方性の高い特性を得る方法である。

特開昭Ｓｔ−１１１７５０号公報によれば磁界中焼鈍に
よって多軸磁気異方性を発生させる方法が開示されてい
る。この方法は所定時間毎に所定角度ずつ試料を回転さ
せて焼鈍を行う方法である。

以上に述べたように従来知られている焼鈍方法は明確な
一軸磁気異方性の形成を抑えるような焼鈍方法である。

先に述べた如く、非晶質軟磁性薄膜にあっては成膜時に
形成される一軸磁気異方性は完全には消滅しないが、目
的は同様である。しかし成る種の用途においては明確な
一軸性の磁気異方性を、目的とする任意の方向に形成し
た方が有利な場合がある。例えば磁性薄膜を磁気ヘッド
に応用する場合、−軸磁気異方性を付与して磁化困難軸
方向に磁路を形成するようにして用いるのが一般的であ
る。その迎由は磁壁移動に依るよりも磁化回転による方
が磁化反転の速度が速く高周波での動作に優れているこ
と、磁化困難軸方向の方が容易軸方向よシも透磁率が高
いこと、および再生時のノイズが少ないなどでを）る。

磁性薄膜を磁気ヘッドに用いる賜金、記録感度を高くす
るために異方性磁界の小さいことが必要で必シ、また再
生効率を高くするためには困餘軸方向の透磁率の高いこ
とが望ましい。特に垂直磁気記録罠用いられる垂直ヘッ
ドでは透磁率の高い程再生出力が向上し透磁率を高くす
ることが有効でちる。

後に述べるように、スパッタ法で成膜時に形成される磁
気異方性の磁化容易軸は膜面内の場所によって異る。こ
のことは任意の目的とする方向に広い面積にわたって一
様な一軸磁気異方性を形成することが困難なことを示し
ている。従って、かかる非晶質磁性薄膜を回転磁界中で
焼鈍しても任意の方向に一軸磁気異方性を形成すること
はできない。任意の方向に一軸磁気異方性を形成する有
利さは特に量産効果として大きく、また磁性薄膜を微細
加工した後に磁気異方性形成の焼鈍が可能であるなどの
点にある。

さて特開昭！；ＩＩ−／２２００θ号公報には非晶質磁
性薄膜において磁化容易軸を安定化させ低い保磁力と高
い透磁率を得るために外部磁界中で焼鈍することが述べ
られている。外部一方向磁界中で長時間（例えば、２ｓ
ｏ　Ｃ程度で／乙時間、３！；ＯＣ程度で７時間）焼鈍
することによシ安定な容易軸が得られている。容易軸の
安定性の目安として上記焼鈍温度よりも低い温度におい
て磁化困難軸方向に磁界を印加して焼鈍し、新たな容易
軸の形成が起るまでの焼鈍時間の長さをとっている。し
かしこの方法によれば、特開昭５？−Ａ／、１，１１号
公報などで述ぺられている通ル、回転磁界中焼鈍で得ら
れる程の高い透磁率を得ることが難しい。

本発明は以上のような現状に鑑みてなされたものであシ
、非晶質軟磁性薄膜の任意の方向に明確な一軸性の磁気
異方向を発生させ、なおかつ困難軸方向の透磁率が高く
異方性磁界の小さい非晶質軟磁性薄膜（以下非晶質軟磁
性薄膜を非晶質磁性薄膜と称す）の製造方法を提供せん
とするものである。

本発明による非晶質磁性薄膜の焼鈍法は次のようにして
実施される。すなわちスパッタ法で形成された非晶質磁
性薄膜を真空中又は不活性ガス中に置き、膜面内の成る
方向に直流磁界を印加しておいて第７回目の焼鈍を行う
。この時の焼鈍温度は結晶化温度よシ低くしなければな
らないことは勿論であるが、さらにこの第１回目の焼鈍
によって印加磁界の方向に新たに磁化容易軸の形成が起
らないような焼鈍温度と焼鈍時間に抑えることが望まし
い。しかしこれは絶対的な条件ではない。

具体的には２００　Ｃ以上３１．ＯＣ程度が望ましい。

コＯθＣより低い佇度では焼鈍の効果は殆んどないし、
また３６０Ｃ以上で焼鈍すると新しい方向への磁化容易
軸の形成が短時間に起シ制御が難しい。

第１回目の焼鈍の効果は膜面内に垂直な磁気異方性を消
失させると同時に恐らく第２回目の焼鈍を実施して透磁
率を向上させるために必要な成る種の磁化容易軸の安定
化を計る上で効果があると考えられる。このことは後に
実施例で説明するが、第２回目の焼鈍において極めて短
時間で印加磁界方向に新たな磁化容易軸を形成させ得る
ような低い温度で第１回目の焼鈍全実施すると透磁率が
あまシ高くならないからである。従って第１回目の焼鈍
は好才しくは３ｏｏ　Ｃ以上、第２回目の焼鈍温度よシ
若干低い程度が望ましい。次に非晶質薄膜を面内で？０
０回転し、第１回目の印加磁界方向と直交する方向に磁
界を印加して第２回目の焼鈍を行う。この時の焼鈍温度
は第１回目の焼鈍温度よシ高くする。一方、焼鈍時間を
適正に選定し印加磁界の方向に新たに磁化容易軸が発生
したら出来るだけすみやかに焼鈍を止める。場合によっ
てはさらに膜面内で直流磁界方向を９００変えて第３回
目の焼鈍を第２回目と同じ温度、又は若干高くてもよい
。第２回目およびそれ以降の焼鈍において印加磁界方向
に新たな容易軸の形成が起ったならばすみやかに焼鈍を
止める理由は、更に焼鈍を続けると異方性磁界が大きく
なシ透磁率が減少してしまうからである。第一回目およ
びそれ以降の焼鈍温度は後述の実施例の場合３ｔθ〜３
ｇθＣ程度である。これらの最適焼鈍温度は非晶質薄膜
材料の組成によって変わるものである。

ところで、特開昭ｊ−７−４６４１／号公報には、直流
磁界中で焼鈍し磁気異方性を誘導させると透磁率□は大
きくなシ、異方性磁界はかなり大きくなることが記載さ
れている。しかし焼鈍は７回しか行われていない点にお
いて明らかに本発明の方法とは異る。また文献（第６回
日本応用磁気学会学術錨演概要集、／！；ｐＢ−７、（
１９ｇ２））によれば、コバルト−ジルコニウム膜を直
流磁界中で焼鈍し、その後それと直角方向に磁界を加え
て同じ温度で焼鈍すると、焼鈍時間に対して透磁率は最
、′τ値を示すことが述べられている。またこの背磁亭
の最大値は回転磁界中ち′εｉ：ｕの場合より小さいと
述べられている。この場合はり同の焼鈍が同じ温度でな
されていること、およびΩ回目の焼鈍で印加磁界の方向
に磁化容易軸を形成せしめない点で本発明の方法とは異
る。

次に本うへ明を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は非晶質磁性薄膜の組成を特定するものではない
が、飽和磁束密度が旨く、しかも零磁歪組成を有するコ
バルト−ニオブ−ジルコニウムからなる非晶質磁性薄膜
を遠んで以下に説明する。

試料は公知の高周波スパッタ法によシガラメ基板上に形
成した。Ｓインチ径のコバルトターゲット上に３ｍｍ角
のニオブとジルコニウムのベレットヲ均一に配列し、高
周波電力密度ｏ、ｇ〜ハ（、Ｗ／ｃｍ２゜アルゴン圧コ
、３−〜１０関Ｔｏｒｒで厚さ０．２〜θ、ｌＩμｍの
磁性薄膜を形成した。基板ホルダーは水冷しているが、
スパッタ中の基鈑表面温度は／θ０〜ｉｓ。

Ｃである。形成さハた膜の組成は大よそ００８５Ｎ’）
１０．５Ｚｒ４．５で、飽和磁束密度ｉＪ：　７０．０
００−Ｊｊ　ウス、磁歪走数は負の小さい値である。Ｘ
線回折法で調べた結果ノ・ローパターンのみ観測され、
得られた膜は実質的に非晶質であることが確認された。

磁化の温度変化によって調べた結晶化温度は１Ｉ−ｔ、
。

Ｃであったが、３９θＣで７時間焼鈍すると局所的に結
晶化することが顕微鏡観察で確認された。

上記の方法により形成された非晶質磁性薄膜中には地磁
気などの影響による一軸性のイｉθ気異方性が発生して
おり、透磁率はほぼ磁化困難軸方向で２０θ程度、磁化
容易軸方向では測定できない程度に小さかった。なお、
透磁率の測定にはＱメーターを用いｓｏｏ　ｋＨｚで行
った。成膜時に誘起される磁気異方性はスパッタ時に置
かれている基板の位哲によって方向の異ることが見い出
された。このことは磁気異方性の形成に寄与するのが地
磁気のみではないことを示している。第１図はシ、（板
として用いたスライドガラスにスパッタ膜を形成した後
、６闘角に切断し、各切断片の透磁率を直交する二方向
で測定した結果を示す図である。この試料はスパッタ時
に第２図のターゲット／に対して図のような位置にｔｉ
＋７かれた基板二の一部分よシ得られたものである。第
１図において矢印はそれぞれの方向で測定した透磁率の
大きさを示し、最も大きな矢印は透磁率にして約２００
であり、他の矢印は比例して小さい値を示すものである
。良く知られているように、−軸磁気異方性が発生して
いる場合、透磁率は磁化容易方向で最も小さく、困難軸
方向で最も大きい。従って第１図の結果は場所によって
磁化容易軸の方向が異っていることを示しており、成膜
時に形成される磁気異方性は地磁気のみの影響によるも
のではないことを示す。

このことはまた、スノくツタ法で非晶質磁性膜を形成す
る場合、広い面積に亘って一様な方向に一軸性の磁気異
方性を形成することが難しいことを示している。

以下に本発明を実施例について説明する。

実施例／ スパッタ法により成膜時に形成された磁化容易方向に近
い方向にｊｋｏｅの直流磁界を印カロし、真空中３ｔＯ
Ｃで７時間第１回目の焼鈍を行った後、膜面内で試料を
９０°回転し、７　ｋＯｅの磁界中で３６０ＣでΩ回目
の焼鈍を行った。この時の透磁率μを第２回目の焼鈍時
の磁異方向、すなわち成膜時に形成された磁化困難軸方
向に近い方向で測定し、第２回目の焼鈍時間ｔに対して
示したのが第３図である。第２回目の焼鈍時間に対して
透磁率は増加し飽和する傾向を示している。また成膜時
に形成された磁化容易軸は、第一回目の焼鈍によっても
その方向を変えていない。他の実施例から予想されるよ
うに、第２回目の焼鈍時間をもつと長くすれば磁界方向
への磁化容易軸の新たな形成が起るはずである。第３図
の透磁率はあ才り高いものではない。

実施例コ 第１回目の焼鈍を成膜時の磁化容易方向に近い方向に、
？　ｋｏｅの直流磁界を印加して３００Ｃで３θ分行い
、しかる後に膜面内で試料を９０°回転させ３　ｋＯｅ
の直流磁界を印加して３１．ＯＣで第２回目の焼鈍をｔ
分行った。焼鈍時間ｔに対して二方向で測定した透磁率
を第ｑ図に示す。実線は第２回目の焼鈍時の磁界方向、
点線はそれと直角方向での透磁率をそれぞれ示す。実線
で示きれる透磁率は焼鈍時間ｔと伴に増大し、ｔ＝／２
０分でムク０程度となり、ｔ　＞　ｉ、ｚｏ分では急激
に減少してｔ＝／４０分では／θ０程度の小さい値にな
ってし甘う。とれに対し点線で示されている透磁率は１
＞／２０分で急激に増大し、を−／！、′θ分で、２７
左θ程度となシ、その後は徐々に減少している。このよ
うな直交する一方向の透磁率の変化は、焼鈍時間が１３
０〜／Ｓθ分の間に最後に印加した磁界方向に新たな一
軸性の磁化容易軸が形成されたことを示すものである。

本実施例の第一回目の焼鈍条件は、実施例／の場合と同
じであるにも拘らず、実施例／の場合よりはるかに大き
い透磁率が得られる。これは実施例コの場合、第１回目
の焼鈍温度を第２回目の焼鈍温度よシ低くした効果であ
る。

実施例３ 実施例１と全く同様なコロの焼鈍を行った後、第一回目
の焼鈍中印加磁界と同じ方向に、？　ｋＯｅの磁界を印
加しておいて、温度を３７００に上げ第３回目の焼鈍を
行った。その時の焼鈍時間ｔに対する透磁率μの変化の
様子を第Ｓ図に示す。実線と点線はそれぞれ第３回目の
印加磁界方向およびそれと直角な方向の透磁率を示す。

実線で示される透磁率の最大値は３０θＣ程度であるが
点線の場合の最大値はダＳＯＯ近くに上昇している。こ
の実施例の場合にはｔ−ｊθ〜ｔθ分の間に第３回目の
焼鈍によって印加磁界方向に新たに磁化容易軸が形成さ
れておシ、この時の磁化困難軸方向の透磁率は非常に高
い値となっている。

第６図は１ｋＨｚの交流ヒステリシスループトレーサー
で測定したヒステリシスループであり、（ａ）は第５図
の焼鈍時間ｔ−７０分に、才だ（ｂ）は焼鈍時間ｔ−＝
−ｔｏ分に対応したものである。どれらの図の実線は最
後の焼鈍時の印加磁界方向のヒステリシスループを、ま
た点線はそれと直角方向のヒステリシスループをそれぞ
れ示す。上述した如く、焼鈍時間ｔ＝−ｘθ分では最後
の焼鈍中印加磁界方向に容易軸の形成がなされているこ
とが明らかである。

それぞれの図における磁化困難軸方向のヒステリシスル
ープよシ異方性磁界を求めると第を図（ａ）で３、ｊ−
Ｑｅ　、　（ｂ）で、２．！；　Ｏｅであシ、■）の場
合の方が小さくなっている。

実施例グ 第１回目の焼鈍を成膜時の磁化容易方向に近い方向に３
　ｋＯｅの磁界を印加して３０θＣで７時間行った。そ
の後、膜面内で試料をワθ０回転し、第１（ロ）１」と
直交する方向に、？　ｋＯｅの磁界を印加して、３７０
Ｇで第二回目の焼鈍を行った。第２回目の焼鈍時間ｔと
透磁率μの関係を第７図に示す。実線と点線は実施例λ
および実施例３と同様である。

この場合にはいずれの方向の透磁率もかなり小さい、焼
鈍時間ｔ　＝　ｓ−−ｇ分で印加磁界方向への磁化容易
軸の形成が起っていることがわかる。この実施例の場合
込磁率が低いのは、第１回目と第２回目の焼鈍湿度の差
が大きく、オだ第１回目の焼鈍温度が関過ぎて極めて短
時間内に新たな磁化容易軸の形成が起ってし丑うことに
あると考えられる。

比較例１ 従来公知の回転磁界中焼鈍法を実施し、本発明による焼
鈍法と比較した。本実施例においては磁界方向を回転さ
せる代シに直流磁界中で試料を回転させた。試料の回転
数は／コθｒｐｍで、磁界強度は３　ｋｏｅとした。第
ｇ図は３１．ＯＣＴ実施した焼９Ｅ時間ｔと透磁率μの
関係を示す図である。焼鈍時間ｔ−１２０分で透磁率は
最大となり３Ａ００程度の値を示している。この値は第
、５′図に点線で示されている透磁率の最高値と同程度
かそれより低い。

【図面の簡単な説明】

第１図はスライドガラス基板上に形成し／ヒ磁性膜の各
部分における一方向での透磁率の大きさを示す図、第２
図はスパック−ターゲットとスライドガラス基板の位置
関係を示す図、第３図は焼鈍時間ｔと透磁率μの関係を
示す図、第９図および第Ｓ図はそれぞれ焼鈍時間ｔと膜
面内で直交する一方向にて測定した透磁率μの関係を示
す図、第６図はヒステリシスループを示す図、第７図は
焼鈍時間ｔと膜面内一方向で測定した透磁率μの関係を
示す図、第３図は回転磁界中焼鈍の焼鈍時間ｔと透磁率
μの関係を示す図である。 特許出願人　赤井電機株式会社 代　理　人　弁理士　　村　　１）　政　　治北←−−
−南 ｔｆｆｌ 手続補正書 昭和Ｓｇ年４り＋２７日 特許庁長官若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許　願第７４８７７号 ２、発明の名称　非晶質軟磁性薄膜の製造方法３、補正
をする者 事件との関係　　特許出願人 ６、　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 補正の内容 Ｌ　明細書の特許請求の範囲の記載を下記の文のとおシ
に訂正する。 ［２特許請求の範囲 １、ス′バッタ法によシ非晶質軟磁性薄膜を形成し、磁
化容易軸方向に比較的近い任意の方向に直流磁界を印加
して真空中又は不活性ガス中で焼鈍を施し、次に直流磁
界下で試料が膜面内で直流磁界方向に対し９０°回転す
るように試料ちるいは直流磁界の何れか一方を回転さ、
せて焼鈍を施し、磁界印加方向に一軸磁気異方性を形成
させることを特徴とする非晶質軟磁性薄膜の製造方法。 ２、最初の焼鈍温度をＴ１、コ回目の焼鈍温度をＴ２、
結晶化温度をＴｘとした時、ＴＩ＜Ｔ２〈Ｔｘであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の非晶質軟
磁性薄膜の製造方法。 ３、最初の焼鈍温度Ｔｌ、および焼鈍時間を直流磁界下
でその方向に磁化容易軸の新たな形成が起らないように
制限することを特徴とする特許請求の範囲第コ項に記載
の非晶質軟磁性薄膜の製造方法。」 ２、　同書力１７頁第−θ行目に下記の文を挿入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スパッタ法によシ非晶質軟磁性簿膜を形成し、磁化
   容易軸方向に比較的近い任：はの方向に直流磁界を印加
   して真空中又は不活性ガス中で焼鈍を施し、次に直流磁
   界下で試料が膜面内で直流磁界方向に対し？０°回転す
   るように試料あるいは１１丁流電界の何れか一方を回転
   さぜつつ焼鈍？施し、磁界印加方向に一軸磁気異方性を
   形成させることを特徴とする非晶質軟磁性薄膜の製造方
   法。 ２、最初の焼鈍洗冒斐をＴ１、二回目の焼鈍温度をＴ２
   、結晶化温度をＴＸとした時、Ｔｌ＜Ｔ２〈ＴＸである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の非晶質
   軟磁性薄膜の製造方法。 ３、最初の焼鈍７品度Ｔ１、および焼鈍時間を直流磁界
   下でその方向に磁化容易軸の新たな形成が起らないよう
   に制限することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の非晶質軟磁性薄膜の製造方法。