JPS5988814A - 希土類金属と鉄を主体としたアモルフアス垂直磁化膜の製造方法 - 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】 この発明は、希土類金属と鉄を主体としたアモルファス
（非晶質）垂直磁化膜の製造方法に関するものである。

希土類金属（Ｒ＝Ｇｄ、　Ｔｂ　、　Ｄｙ、　Ｅｒ、　
Ｈｏなど）と遷移金属（Ｔ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなど）か
らなるアモルファス垂直磁化膜は磁気バブルメモリや光
磁気メモリなどの記録媒体として応用さハる。

これらの垂直磁化膜を製作するには、Ｇｄ、−Ｃ。

系では膜の選択的再スパツタリング効果を起させること
が必要であり、反対ＫＧｄ−Ｆｅ系などでは選択的再ス
パツタリング効果は起きない方がよいといわれており、
このことは現在では公知である〔例えば、Ｔ、　Ｋａ　
Ｊ　ａｙａｍａ　ｅ＋ａｌ、　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　ＥＴｒａ
ｎａ、Ｍａｇ−ＭＡＧ−１３（１９７７）１６０３参照
〕。

この発明は、上記のような結果をさらに発展させ、Ｒ−
Ｃｏ系ではなくＲ−Ｆｅ系のアモルファス膜で、垂直磁
気異方性エネルギー（Ｋｕ　）を誘起あるいは増強させ
る製造方法を提供することを目的とする。

アモルファスＲ−Ｆｅ膜はキュリ一温度（Ｔｃ）が大体
数１０〜３００℃の間にあり、キュリ一点書き込みの光
磁気メモリ記録媒体として利用さねる。光磁気メモリ記
録媒体としては、（１）垂直磁化膜であること、（２）
室温での保磁力（Ｈ，）が大きいこと（数キーエルステ
ッド）、（３）キュリ一温度（Ｔｃ）が室温よりすこし
高いか、または磁気補償温度（Ｔｃ、ｒｎ、）が室温付
近にあること、（４）磁気特性が安定であること、（５
）媒体ノイズが少ないこと、などが要求される。これら
のうち（１）。

（２）　、　（５）の一部などは製作条件に依存し、研
究要素の多い部分である。

光磁気メモリ記録媒体は、保持力が大きい方が書き込み
ビットが安定化する。垂直磁化膜の保持力は大体垂直磁
気異方性エネルギー（Ｋｕ）の呟に比例し、磁化の値に
（Ｍ、）に逆比例するので、ビットの安定性を縄めるた
めにはできるだけ垂直磁気異方性エネルギーを太き（す
る必要があり、いかにして高い垂直磁気異方性エネルギ
ーを誘導させつるかが製造上の焦点の１つとなっている
。

Ｇｄ−Ｃｏ系アモルファス薄膜では、基板に−２０〜−
１００Ｖｉ度の電圧を印加するか、もしくはスパックの
ガス圧（Ｐ）を制御（極＜低くするかまたは高くする）
し、膜にＧｄ原子の選択的な再スパツタリング効果を誘
起し、垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）を生じさせる
ことが必要である。

一方、Ｇｄ　−Ｆｅ　、Ｄｙ−Ｆｅなどの系では、こう
した条件下では垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）は誘
導されず、製作条件を全く逆忙することが必要である。

こねらの現象は、主として、Ｒ原子の選択的再スパツタ
リング効果によって誘導される合金内における原子対の
異方的配置などを含む微視的構造変化に由来する磁気特
性の変化と考えら第１るものであるが、この発明は、上
記の効果をもとにさらに深く研究した結果行なわれたも
のである（選択的再スパツタリング効果による構造変化
妬ついては、Ｙ　、　Ｎ　ｌ　ｓ　ｉｈａ、ｒａ　他、
Ｊ　ｐｎ　、　Ｊ、Ａｐｐｌ　。

Ｐｈｙｓ、１７（１９７８）１０８３およびＪｐｎ。

Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ−１８（１９７９）１２８１に
述べられている）。

たとえば、アモルファスＴｂ−Ｆｅ（テルビウム−鉄）
薄膜をスパックリング法で製作する時に基板に印加する
直流バイアス電圧を変えて行くと、第１図に示すように
、基板に加えるバイアス電圧ｖｂ−Ｏｖでは垂直磁気異
方性エネルギー（Ｋｕ）は、Ｋ、〉０で垂直磁化膜とな
り、その後、負の常は垂直磁化膜にはならない。また、
この系の膜の垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の主た
る原因は歪み誘起の磁気異方性と考えられる。一方、正
のバイアス電圧ｖｂ　を印加した場合には、バイアス■
、が増加して行くに伴ない垂直磁気異方性エネルギー（
Ｋｕ）は徐々に増大するようになる。これらの現象の中
で負のバイアス電圧Ｖｂを印加した時垂直磁気異方性エ
ネルギー（Ｋｕ）が減少することはＧｄ−Ｆｅ膜で知ら
れていることと本質的に同じであり、公知である（　Ｔ
、　　Ｋａｔａｙａｍａ他、Ｉ　ＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ
ｏＭａｇ、ＭＡＧ−１３（１９７７）１６０３）。しか
し、さらに高いバイアス亀圧ｖｂの領域で正の垂直磁気
異方性エネルギー（Ｋｕ）が再び安定に誘起されること
および正のバイアス電圧の印加で垂直磁気異方性エネル
ギー（Ｋ、）が増強さ４るこはこ匁で新たに見出された
現象で、この発明の主費点である。

これらの現象は、本質的には従来考えらねていた低いエ
ネルギー範囲における選択的再スパツタリング効果によ
ってもたらされるアモルファス構造の微視的変化とは異
なった環境の選択的阿スパッタリング効果による構造変
化と選択的酸化による磁気特性の変化がその原因と考え
られている。

つまり、負のバイアス電圧Ｖ、を印加した時の垂直磁気
異方性エネルギー（Ｋｕ）の変化は、バイアス電圧■、
二〇〜−６０Ｖまでは、付着しているアモルファス合金
中の、主として、Ｆｅ原子のみで囲まねた孤立したＴｂ
原子のみが再スパツタリングされるため、アモルファス
構造中でＦｅ−Ｆｅ。

Ｆｅ　−Ｔｂ　、Ｔｂ−Ｔｂという結合が膜の水平と垂
直方向とで異方的に分布するようになり、磁歪定数（λ
お）などが変化し、垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）
は減少して行く。一方、バイアス電圧Ｖ、ニー６０Ｖ以
上の領域では、アモルファス合金中の孤立したＴｂ原子
だけでなく、まわりを２個、３個のＴｂ原子で囲まね、
たＴｂ原子も次第纜再スパッタリングされるようになる
ために、先にのべた原子対分布の異方性は生成されず、
構造はＦｅ　ｒｉｃｈ　とＴｂ　ｒｉｃｈの２つのアモ
ルファス構造に分かねて行き、磁歪定数（λ、）などの
巨視的な磁気特性は再度増加するようになり、垂直磁気
異方性エネルキ−（Ｋｕ）は増加するようにｔ「るもの
と考えられる。ただし、この場合にも、組成は連続的に
Ｆｅ　ｒｉｃｈ　　に移行する（第２図参照）。

このように、Ｔｂ−Ｆｅ系アモルファス合金膜の場合、
バイアス電圧Ｖ、＝−１０＋ＩＶ以上で常に安定した高
い垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）が誘起さねること
がわかった。

ここで垂直磁気異方性エネルギー（Ｋ、）が再び一 増加しほじるバイアス電圧ｖｂの値は材料によ２−１’
７Ｔ、 Ｖ、Ｇｄ−ＦｅやＧａ−Ｃｏでは約−１５０ｖ以上であ
る。また、この場合、バイアス電圧ｖｂ　が印加されて
おり、Ａｒイオンが基板を衝撃するので０２やＮ２等の
不純物ガス分子の吸着がすくなくなるため、膜中に含ま
れる酸（また窒ン化物が減少し概して欠陥量の少ない膜
ができる。このことは単にバイアス電圧ｖｈ＝Ｏｖ付近
で得られると同程度の垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ
）の値が高い負のバイアス電圧ｖｂの印加によって誘導
されるというだけでなく、性質のよい膜の作製が可能と
いう利点も有している。一方、正のバイアス電圧Ｖ、領
域での垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の増加はＡｒ
ガス雰囲気中の微量の０２やＮ２が柱状のＴｂ酸（窒）
化物鋼を形成するための形状磁気異方性効果によるもの
と考えられる。この領域では垂直磁気異方性エネルギー
（Ｋｕ）が増加するため、若干磁化が上昇した場合でも
、書き込みビットの安定性は増大する。

第２図はアモルファスＴｂ−Ｔｂ膜の飽和磁化（４πＭ
：、この材料の磁化は磁気構造が複雑であるため飽和し
ないので１６にエルステッドにおける磁化を表示した。

）の基板に印加するバイアス電圧依存性を示す図である
。ターゲットには、第１図と同様、Ｔｂ、６　　Ｆ　８
７４　合金を使用している。

飽和磁化４πＭ：は負のバイアス電圧Ｖ、の増加に伴っ
て単調に増加するのみで、第１図の垂直磁気異方性エネ
ルギー（Ｋｕ）のような極小はみられない。飽和磁化４
πＭ、′は組成によって決まるのの増加がみられるが、
その後はほぼ一定となっている。このことはアモルファ
ス膜中のＴｂ　が少しだけ酸化または窒化していること
を示している。

なお、上記ではアモルファスＴｂ　−Ｆｅ　［の例を示
したが、Ｄｙ−Ｆｅ膜、Ｇｄ　−Ｆｅ　膜などでも垂直
磁化異方性エネルギー（Ｋｕ）の極小を示すＶ、の値が
異なるものの、全体の挙動は大体同じである。また、タ
ーゲット組成を変えても基本的にはこの挙動は変らない
。

上記のように、この発明は、Ｒ−Ｆｅ系アモルファス合
金膜の選択的再スパツタリング機構を詳細に研究した結
果見出されたものであり、従来は明らかにされていなか
ったものである。次にいくつかの実施例を示す。

〔実施例１〕 Ｔｂｚ４Ｆ６ｙ４の組成をもつターゲットを用いて、ア
ルゴン圧ＰＡｒ　＝　４０　ｍ　Ｔｏｒｒ＋電極間距離
ｄ＝３５ｍｍの条件での垂直磁化異方性エネルギー（Ｋ
ｕ）のバイアス電圧ｖｂの依存性は第１図に示すようで
あり、たとえば、Ｖ、＝＋３０Ｖ、膜厚ｈ＝１．５μｍ
で、Ｋ　ｕ　＝　１０．５　Ｘ　１０’　ｅｒｇ／ｃｃ
＋保持力Ｈｅ＝３．５ＫＯ，、キュリ一温度Ｔ。＝１３
０℃の垂直磁化膜であった。

〔実施例２〕 Ｄ　ｙ２Ｂ　Ｆｅ７２合金ターゲツトを用いて、アルゴ
ン圧ＰＡｒ＝４０ｍＴｏｒｒ＋電極間距離ｄ二３５ｍｍ
＋バイアス電圧Ｖ、ニー１２０ｖの条件で製作したアモ
ルファス膜は、垂直磁化異方性エネルギーは、Ｋｕ＝　
３　Ｘ　１０’　ｅｒｇ／ｃｃ＋保持力Ｈ，＝ＩＫＯ。

の垂直磁化膜であった。

〔実施例３〕 Ｇ　ｄｏｓ　Ｄ　ｙｌｓ　Ｆ　ｅ７゜なる組成のターゲ
ットを用いて、アルゴン圧ＰＡｒ　＝　４０　ｍ　Ｔｏ
ｒｒ　＋　　電極間隔ｄ＝３５ｍｍ＋　バイアス電圧Ｖ
ｂ　＝＋　１０　Ｖの条件で製作したアモルファス膜は
、垂直磁化異方性エネルギーは、Ｋｕ＝＝　４　Ｘ　１
０’　　ｅｒｇ／ｃｃ＋保持力Ｈ６中２ＫＯ，の垂直磁
化膜であった。

以上説明したように、この発明に係る希土類金属と鉄を
主体としたアモルファス垂直磁化膜の製造方法は、垂直
磁気異方性を有する希土類金属と鉄を主体としたアモル
ファス垂直磁化膜をスパッタリング法で製作する際に、
基板側に正の１ｔＬ流電ａυ 圧を印加するか、または−１０（）ホルト以下の負の直
流電圧を印加するようにしたので、希土類元素の選択的
酸化による垂直磁気異方性を増強させることができ、ま
たはアモルファス内部構造を変えて垂直磁気異方性を誘
起させることができるので、保持力が大きくかつ垂直磁
気異方性エネルギーの大きなアモルファス垂直磁化膜を
製造できるという極めて優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理説明のためのアモルファスＴ　
ｂ　−Ｆ　ｅ膜における垂直磁気異方性エネルギーの基
板印加バイアス電圧の依存性を示す図、第２図は同じく
アモルファスＴｂ−Ｆｅ膜における飽和磁化（４πＭ、
、１６ＫＯ６での磁化ンの基板印加バイアス電圧依存性
を示す図である。 図中、ｖｂは基板バイアス電圧、ＰＡｒはスパッタリン
グ圧力、Ｉ（ｕは垂直磁気異方性エネルギーである。 第１図 ８０４０　　　　０　　　−４０　　　−８０　　　−
１２０　　　−１６０−直流バイアス電圧Ｖｂ、（Ｖ） 第２図 帥４０　　　　　０　　　　−４０　　　　−８０　　
　　−４２０　　　−１６０−直流バイ７ス１ゾＥ■、
（Ｖ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）垂直磁気異方性を有する希土類金属と鉄ｋ・主体
   とするアモルファス垂直磁化膜を基板上にスパッタリン
   グ法で製造するに際し、前記基板側に正の＠流電圧を印
   加しておき、これにより前記希土類金属元素の酸化物ま
   たは窒化物構造を生成させることにより垂直磁気異方性
   を増強させることを特徴とする希土類金属と鉄を主体と
   したアモルファス垂直磁化膜の製造方法。
2. （２）垂直磁気異方性を有する希土類金属と鉄を主体と
   するアモルファス垂直磁化膜な基板上にスパッタリング
   法で製造するに際し、前記基板側に一１００ボルト以下
   の負の直流電圧を印加しておき、これによりアモルファ
   ス内部構造を変えて垂直磁気異方性を誘起させることを
   特徴とする希土類金属と鉄を主体としたアモルファス垂
   直磁化膜の製造方法。