JPS61148809A - 軟磁性鉄薄膜の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は磁気ヘッド用の飽和磁束密度（Ｂｓ）および
比透磁率（μ）の高い鉄薄膜の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 たとえば磁気ファイル装置などの磁気記録体の記録面密
度および転送速度を高くしようとすると記録媒体に保磁
力（Ｈｃ）の大きい磁性材料を用いると共に、磁気ヘッ
ドには記録媒体を十分に磁化できる高飽和磁束密度を有
し、かつ記録媒体からのリーク磁束を効率よく集束する
ために高い比透磁率を有する磁性材料で構成する必要が
ある。このような条件を満足する磁気ヘッドとして従来
から、フェライトを機械加工して得られたパックヘッド
を使用してきた。

しかし、その高飽和磁束密度化と微細加工が限界に近づ
いてきたために、現在はフォトリソグラフィ技術を応用
した微細加工技術と磁性薄膜化によって得られた磁気ヘ
ッドが磁気ファイル装置、特に大容量の磁気ファイル装
置に利用されている。

この種、薄膜ヘッド用磁性材料として通常、Ｎｉ　Ｆｅ
膜（Ｂｓ＠ｌｉ＃ＩＴ）が用いられている。

また、近年注目を集めている垂直磁化記録用ヘッドには
、通常、よシ飽和磁束密＠Ｓ、）Ｏ高ＩＡｃｏＺｒ系ア
モルファス膜（Ｂｓ＃１．３Ｔ）が良く使用されている
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 磁気記録媒体を十分磁化するためには、磁気ヘッドの飽
和磁束密度Ｂｓ　（Ｔ）として、以上の値を要すること
が経験上知られている現在、磁気ファイル装置用媒体と
して、保磁力Ｈｅ−が最高１，０００　エルステッド程
度のものが使用されているから、このようＫ　１，００
０エルステツドを越える磁気記録媒体に使用する磁気ヘ
ッドには、上述したＮｉＦｅ　＊　ＣｏＺｒ以上の飽和
磁束密度を有する軟磁性薄膜が必要になる。

また、垂直磁化配縁においては主磁極厚さが薄いほど高
密度信号を再生できるが、この場合には、信号の記録時
において、主磁極部に飽和が生じやすくなるので長手記
録用磁気ヘッド以上値の高い飽和磁束密度をもつ軟磁性
薄膜が求められている。

ＮｉＦｅ　＋　ＣｏＺｒあるいはＦｅ５ｉＡｊＬ　（Ｂ
ｓ　＃　１．２　Ｔ　）以上の値の高飽和磁束密度を有
する磁性材料として鉄がある。これらのＮｉＦｅ　＋　
ＣｏＺｒあるいはＦｅ５ｉＡＪ！　薄膜は従来の真空蒸
着あるいは不活性ガスイオンビームによる鉄ターゲット
のスパッタ蒸着によって製造しておったが、比透磁率の
小さな膜しか得られず、磁気ヘッド用に使用できなかっ
た。

この発明は、このような磁気ヘッド用材料における上述
の欠点を除くためになされたものであって、飽和磁束密
度（Ｂｓ）および比透磁率（μ）の大きな軟磁性鉄薄膜
の製造方法を提供しようとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 上述の目的を達成するための本発明の軟磁性鉄薄膜の製
造方法は、不活性ガスイオンビームで鉄ターゲットをス
パッタリングし、基板上に鉄薄膜を形成する軟磁性鉄薄
膜の製造方法において、鉄ターゲットをスパッタリング
する不活性ガスイオンとして分圧比ｌＯ〜５ＯｑＩＩの
窒素を含むものを使用すると共ｋ、基板もイオンビーム
でスパッタリングして鉄薄膜を形成することを特徴とす
るものである。

本発明の軟磁性鉄薄膜の製造方法において。

鉄ターゲットをスパッタリングする不活性ガスイオンビ
ーム中の窒素の分圧比は５０チを越えると、Ｆｅ膜　Ｎ
以外に軟磁性的に良好でない窒化物が増加する。また、
窒素の分圧比が１０％に満たないときは窒素の含有量が
少く磁気特性の良好な窒化鉄が生成されない。

本発明の軟磁性鉄薄膜の製造方法においては。

基板をスパッタリングするイオンビームを鉄ターゲット
と同じ分圧比で１０〜５０チの窒素を含む不活性ガスイ
オンビームを使用してもよく、また別のイオンビームで
スパッタリングしてもよい。

また、本発明の軟磁性鉄薄膜の製造方法において、°入
射イオンビームに対する基板角度又は基板に入射するイ
オンビームの角度を調節し、基板上に形成される軟磁性
鉄薄膜の磁気特性を制御することができる。

一上記の本発明の軟磁性鉄薄膜の製造方法によって基板
上に形成される鉄薄膜は、純鉄の薄膜だけでなく、Ｆｅ
１Ｎ　ｅ　Ｆｅ４Ｎ　＋　’Ｉ’３６Ｎ等各種組成の窒
化鉄膜を含めた広義の鉄薄膜を対象とするものである。

〈作用〉 以上のように、分圧比１０〜５０％の窒素を含む不活性
ガスイオンビームで鉄ターゲットをスパッタリングする
と、ターゲットからスパッタリングされた鉄イオンは、
不活性ガスイオンビーム中では比較的活性の窒素イオン
と反応して鉄窒化物を形成し基板面に成膜する。しかも
成膜中、基板もイオンビームでスパッタリングされる結
果、成膜の結晶成長も制御されその磁気％性もコントロ
ールされるものと考えられる。

〈実施例〉 つぎに、本発明の代表的な実施例と比較例に基づいて発
明内容を具体的に説明する。

第１図は１本発明の軟磁性鉄薄膜の成膜に使用するスパ
ッタ装置１０の概略構造を示す。図中、１はイオン銃、
２は不活性ガス導入口、３は鉄ターゲット％４はたとえ
ばポリアミド製基板、５はイオン銃から放射される不活
性ガスイオンビームの拡がシ範囲を示す。

このスパッタ蒸着装置１０を用いて軟磁性鉄薄膜を製造
するには、先ずスパッタ蒸着装置１０内を２　Ｘ　１０
−’　Ｔｏｒｒ程度に排気した後、不活性ガス導入口２
から分圧比でそれぞれ１０，２０゜３０．３４．４０，
５０，６０．８０および９６チの窒素を含むＡｒガスを
２　Ｘ　１０−４Ｔｏｒｒ導入し、不活性ガスをイン化
した後、イオン銃ｌとターゲット３間にＩＫＶの電位差
を与えてビーム電流２５〜２８ｆ？ｌＡのイオンビーム
を加速し、ターゲット３をスパッタリングし、基板角度
１２゜の基板４上に基板電流５〜６ＦＦＩＡで成膜した
。

かくして得られた成膜の磁気特性（保磁力Ｈｃ　）と不
活性ガス（Ａｒ）中の窒素分圧依存性を示すと第２図の
特性図を得る。この特性図から、不活性ガス中の窒素分
圧が１０〜５０チにおいて。

保磁力が急激に激小していることが判る。また、窒素分
圧を４０％にして成膜した鉄薄膜の保磁力と基板角度の
依存性を・測定した結果を示すと第３図の結果をうる。

ただし、成膜時のスパッタ蒸着装置１０の動作真空度は
２．２　Ｘ　１０”−’Ｔｏｒｒ、イオン銃−鉄ターゲ
ット間電位差ＩＫＶ、ビーム電流２５〜２８ｆｆｌＡ、
基板電流５〜６ｆｉＡである。第３図の特性図から基板
角度８〜１４°において保磁力が低くなることを示して
いる。

窒素雰囲気中で鉄薄膜を形成すると、ＦｅｔＮ。

Ｆｅ４Ｎ　、　Ｆｅ＠Ｎ等各種の組成の窒化鉄膜が形成
され、それぞれ特有の磁気特性を示すことが知られてい
る。

特にＦｅ３Ｎは純鉄を越える飽和磁束密度（Ｂ８）と軟
磁気特性を示すことが知られている。上述した第２図、
第３図の特性図において窒素分圧、基板角度がある特定
の範囲で保磁力が低下するのはＸ線構造解析の結果では
特定できなかったが、Ｆｅ３Ｎが比較的多く生成される
ととＫよるものと考えられる。

また、Ａｒガスに対する窒素ガス分圧比が４０チのガス
を用いて成膜した鉄薄膜の飽和磁束密度Ｂｓの基板角度
依存性について測定した結果を第４図に示す。ただし、
測定はスパッタ蒸着装置の動作真空度２．２　Ｘ　１０
−’Ｔｏｒｒ　＊加速電圧ＩＫＶ、ビーム電流２５〜２
８ｆｆｌＡ、基板電流５〜６ｆｉＡで行った。また、基
板（ポリイミド製）上に鉄薄膜を成膜した後、この基板
を矩形状に打ち抜き、これを１０枚重ねてＶ　Ｓ　Ｍ　
（ＶｉｂｒａｔｉｎｇＳａｍｐｌｅ　Ｍａｇｎｅｔｏｍ
ｅｔｅｒ　：振動試料磁化測定装置）で飽和磁束密度（
Ｂ８）を測定した。第４図の特性図から、保磁力が小さ
くなる範囲の基板角度であっても飽和磁束密度（ＢＱも
増加し、純鉄以上の２Ｔを越える値を示しており、Ｆｅ
３　Ｎが生成している可能性を示している。

また、第５図に本発明の製造方法で成膜した保磁力Ｈａ
が約１エルステツドの軟磁性鉄薄膜のＢＨ特性（印加磁
場対磁束密度）および比透磁率（μ）の周波数特性図を
示す。第５図の特性図から数１０メガヘルツ（ＭＨｚ）
まで、　１，０００以上の値を示し、磁気ヘッド用材料
として十分な特性を有していることが判る。

ただし、第５図の周波数特性図は、上述した本発明の製
造方法によって膜厚０．３μに成膜した軟磁性鉄薄膜の
磁化困難軸方向のＢＨ特性を利用するものであって、保
磁力が１エルステツドとは、第６図に示すようにこの磁
化困難軸方向の値を表わすものとする。

装置形態が異なるとイオンビームの拡が９具合も異なる
ために基板に流入するイオン電流値も変動する。そのた
めに第２図、３図に示した結果とは異なるものとなるが
、この場合でもある特性の範囲内の窒素分圧比および基
板角度において、保磁力が小さくかつ比透磁率の高い鉄
薄膜が得られることが確認されている。また基板に同じ
値のエネルギを有するイオンビームが流入すれば同一の
効果が得られるので、ターゲットと基板にイオンを照射
するイオンガンを分離しても同一の効果が得られること
は明らかである。

比較例 第１図に示すスパッタ蒸着装置１０を用い。

先ず装置１０内を２　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒ程度に排気
した後、不活性ガス導入口２からＡｒガスを導入すると
共に、基板（ポリアミド製）を基板角度−５１０°、６
’、８°、　１０’　、　１２”　、　１５°、１７°
、１８＠にすることにより基板に流入するイオン電流を
制御して成膜したときの鉄薄膜の保磁力の特性を示すと
第７図の特性図が得られる。第７図の結果から、基板角
度が大きいことはイオン電流が大きいことを意味する。

また、このようにして基板上釦成膜した鉄薄膜の結晶構
造をＸ線回折によシ調べると、基板角度が０のときは（
２１１）の（１１０）　Ｋ、対するピーク比はバルク材
料の場合の値の０．３になるが、０が大きくなると、こ
の値はほぼ零になシ、結晶成長がコントロールさされる
ことが判る。しかし、保磁力は基板角度に関係＆＜、３
工ルステツド以上を示し・単なるイオンビーム（窒素を
含まない不活性ガスイオンビーム）によるスパッタリン
グでは比透磁率の大きな鉄薄膜が得られないことが判る
。

上述の実施例の、スパッタ蒸着装置においては、基板に
放射するイオンビームは鉄ターゲツ）３１Ｃ放射する窒
素含有の不活性ガスイオンビームと同じものを放射する
場合について例示したが、スパッタ蒸着装置に別のイオ
ン鉄を設置し、鉄ターゲットに放射する窒素含有不活性
ガスイオンビームと別のイオンビームを放射してもよい
。

また、不活性ガスとしてＡｒを使用するものについて例
示したが−Ｎｅ　＊　Ｈ・等の他の不活性ガスを使用し
ても同様の効果をうろことができる。

また、第４図の基板角度と飽和磁束密度の関係は不活性
ガスイオン中の窒素の分圧比が４０−のものについて例
示したが、１０〜５０％の範囲の分圧比の窒素を含む不
活性ガスイオンで鉄ターゲットをスパッタした場合にも
同様の特性を示すことが確認できた。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなよ−うに、本発明の軟磁性鉄薄
膜の製造方法は、分圧比で１０〜５〇−の窒素を含有す
る不活性ガスイオンビームで鉄ターゲットをスパッタリ
ングすると共に、基板をもイオンビームでスパッタリン
グするだけの操作で、基板上に生成する結晶構造を制御
された窒化鉄膜を成膜することによって、飽和磁束密度
（Ｂ８）および比透磁率の大きい鉄薄膜を形成した軟磁
性鉄薄膜を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軟磁性鉄薄膜の製造に使用するスパッ
タ装置の概略構成を示す断面図、第２図は本発明により
得られた軟磁性鉄薄膜の不活性ガス中の窒素分圧対保磁
力の関係を示す特性図、第３図は本発明により得られた
軟磁性鉄薄の基板角度対保磁力の関係を示す特性図、第
４図は本発明によシ得られた軟磁性鉄薄膜の基板角度対
飽和磁性密度の関係を示す特性図、第５図は本発明によ
り得られた軟磁性鉄薄膜の比透磁力の周波数特性図、第
６図は軟磁性鉄薄膜の磁化容易軸および磁化困難軸方向
のＢＨヒステリヒスループ図、第７図は窒素ガスを含有
しない不活性ガスイオンビームを使用して成膜した従来
の鉄薄膜の基板角度対保磁力の関係を示す特性図である
。 図面中、１・・・イオン銃。 ２・・・ガス導入口。 ３・・・鉄ターゲット。 ４・・・基板、 １０？・・スパッタ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性ガスイオンビームで鉄ターゲットをスパッ
   タリングし基板上に鉄薄膜を形成する軟磁性鉄薄膜の製
   造方法において、鉄ターゲットをスパッタリングする不
   活性ガスイオンとして分圧比１０〜５０％の窒素を含む
   ものを使用すると共に、基板もイオンビームでスパッタ
   リングし、鉄薄膜を形成することを特徴とする軟磁性鉄
   薄膜の製造方法。
2. （２）スパッタリングイオンビームに対する基板角度又
   はイオンビームの入射角度を調節し、基板上に形成する
   軟磁性鉄薄膜の磁気特性を制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の軟磁性鉄薄膜の製造方法
   。