JPS6130017A - 酸化物垂直磁化薄膜の製造方法 - Google Patents

酸化物垂直磁化薄膜の製造方法

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JPS6130017A
JPS6130017A JP15097684A JP15097684A JPS6130017A JP S6130017 A JPS6130017 A JP S6130017A JP 15097684 A JP15097684 A JP 15097684A JP 15097684 A JP15097684 A JP 15097684A JP S6130017 A JPS6130017 A JP S6130017A
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JP
Japan
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atoms
substrate
layer
film
target
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JP15097684A
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English (en)
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Satoshi Oota
聡 太田
Yoshimitsu Otani
佳光 大谷
Akira Terada
寺田 章
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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〉 本発明は磁気記録用酸化物垂直磁化薄膜の製造に関する
ものであり、特に、金属状態のターゲットを用いてFe
原子、Ba原子および酸素原子を基板に垂直方向に積層
させ、マグネトブランバイト屋バリウムフェライト薄膜
を製造する方法に関する。
〈従来の技術〉 磁気記録の高記録密度化を図るために、水平記録方式に
代わるものとして垂直記録方式が提案されている。この
新しい方式では膜の厚さ方向に磁気異方性を持つ垂直磁
化薄膜を媒体として用いることが望ましい。媒体として
は、これまで主としてCo−Cr系合金薄膜の研究が行
なわれている。しかし、大容量・高密度磁気ディスク装
置、即ち媒体とヘッドのスペーシングが約0.2μm前
後で相対速度的20 m/8の条件で動作する磁気ディ
スク装置に垂直記録方式を適用する場合、媒体に要求さ
れる機械強度や信頼性条件が厳しくなシ、そのため上記
Co−Cr系合金薄膜に代るものとして耐酸化性に優れ
、かつ膜硬度の大きいマグネトブランバイト屋の一軸異
方性バリウムフエ2イト薄膜を磁気記録媒体として用い
る研究がなされている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 マグネトブランバイト星フェライトはMFellOl。
(M : Ba 、 Pb 、 Sr )の化学式を持
ち、複雑な構造を有すること、およびバリウム酸化鉄膜
は異なった構造を有する化合物が数多く存在することの
ため作製が難かしい。従前はスフ4ツタ法によυこのマ
グネトブランバイトmの一軸異方性バリウム薄膜を作製
している。
即ち、従来の製造方法は目的とする膜組成と同一の組成
を有する焼結酸化物ターゲットを用いて基板上KBaF
eIIO1,を形成している。ところが従来の製造方法
においては、スパッタ中に焼結ターゲットが割れやすい
ことや、膜組成が経時変化しやすいなどの欠点を有して
いる。更に基板温度として500 ’C程度の高温を保
つ必要があるなど、製造上の問題点を有している。
〈問題点を解決するための手段および作用〉本発明は膜
組成が安定に形成でき、かつ膜の強度も大きく、更に基
板温度も低いマグネトブランバイト型バリウムフェライ
ト薄膜の酸化物垂直磁化薄膜を製造する方法を麺供する
ものであって、その構成は、酸化雰囲気中でスパッタリ
ングを行い、基板上に間歇的にFe原子とBa原子とを
付着させてFe原子とB&原子の層厚を制御し、酸素原
子層と平均0.51ないし10人の厚さのBa原子層お
よびFe原子層を交互に積層させることによりマグネト
プランバイト型バリウムフェライト薄膜を形成すること
を特徴とする。
本発明は膜厚の制御について、本件出願人の先願に係る
特開昭58−114号(特願昭56−98836号)の
製造方法を利用する。該先願の製造方法は(111>方
向に4つの等価な結晶磁気異方性を有するスピネル構造
のFeBO4水平磁化膜を化学量論に合った組成で製造
するものであシ、本発明とはその目的が異なるが、本発
明は膜厚制御について該先願の製造方法を利用しつつ、
前記先願とは全く異なるターゲット、即ち、Feないし
Fe合金ターゲットにBaペレットを付着したターゲッ
トあるいはFeないしFe合金ターゲットとBaターゲ
ットとを併設したマルチターゲットを用い、Fe原子層
とBa原子層および酸素原子層とを交互に積層させる。
第1図(a) (b)および第2図に本発明に係る装置
構成の概略を示す。
第1図(a)伽)はBaペレットを付け*Feターゲッ
トを用い、基板を回転する場合の装置構成例であシ、同
図(a)は装置の側面図、同図(b)は同装置の基板正
面図を示す。同図において、1はFe又はFe合金より
成るターゲット、2はBaペレット、3は静止シールド
マスク、4は回転基板、5は基板ホルダー、6はシール
ドマスク上の所定の開ロバターンである。
第2図はBaターゲットとFeターrットを用いて、基
板を静止させシールドマスクを開閉もしくは回転させる
装置構成例であり、同図において、1はFeまたII′
i、Fe合金ターゲット、9はBaターyット、7は開
閉もしくは回転シールドマスク、8は静止基板である。
本発明は上記第1図(a) (b)、第2図に示すよう
に、基板上へのFe/i子、Ba原子および酸素原子の
付着が間歇的に行なわれ、FeIjK子とBa原子が1
サイクル当シ平均0.51から1o^のオーダーで基板
に付着するようにターゲットと基板の間にシールドマス
クを設置し、基板回転速度を制御しく第1図)、あるい
は静止した基板とターゲットの間にあるシールドマスク
を制御して周期的に開閉しく第2図)、1サイクル当シ
に間歇的に付着するFe原子とBa原子の量を制御する
尚、一部開口を有するシールドマスクを回転させても同
様の効果が得られる。酸素雰囲気中で上記間歇的スフ9
ツタリングを行うことによシ、膜厚の制御されたFe原
子層とBa原子層および酸素原子層が交互に積層された
薄膜が得られる。
ところでマグネドグ2ンバイト型フエライトの構造は、
1軸の磁気異方性を示す。C軸方向に、酸累稠密面が積
層した配置を有する。Fe原子は、稠密構造をした酸素
イオンが作る間隙に入シ、Ba原子は酸素イオンと一部
置き換わる形で入る。ここでC軸方向のこれらの原子の
入る周期を、単位胞の長さ23.2犬を基準とし、更に
第3図のマグネドグ2ンノ9イト型7エ2イト結晶のC
軸方向の断面図を参考にして算出すると、Ba原子の間
隔はxl、sA、酸素原子層の間隔は約2.31である
。Fe原子は酸素イオンが形成する四面体と八面体間隙
に入るため、層の間隔としては11以下となるが、原子
の拡散現象を考慮し、第3図に示すように、Fe原子層
の集まりを1つの層と考えて単位胞中に4つの疑似的な
層があるとみなすことができる。そうすると約5〜6^
の間隔でこの疑似層が存在すると考えられる。このよう
にマグネトブランバイト構造をBa原子、Fe原子およ
び酸素原子の層状構造としてとらえると、酸素原子の金
属原子表面への吸着を考慮しながらFe原子とBa原子
を約12対1の割合で、かつ、基板上へ供給する周期を
制御することでマグネトブランバイト構造を形成するこ
とができる。
このように本発明においては、第1図(a) (b)お
よび第2図に示す装置例を用いることにょシ上記結晶構
造の解析に基づいたマグネトブランバイト型フェライト
薄膜が形成される。
尚、第1図と第2図との装置構成例については、Bad
レットを付着し九Feターゲットを用い、基板を回転す
る第1図の装置例より、第2図で示したようにBa原子
とFe原子の供給源を独立させ、ジッターの開閉によ多
積層堆積周期を制御する装置構成の方がマグネトブラン
バイト型フェライトを形成するのによシ好適である。
〈実施例〉 以下に本発明の実施例を示す。
実施例−1 第1図(a) (b)の装置構成によシ薄膜を形成した
この場合、Feターゲットの有効面積に対して、約10
チの面積を有するBaペレットをFeターゲット表面に
おいた。尚Baペレットの面積チは、電極間距離、スフ
4ツタ効率、シールドマスクの形状や置かれる位置によ
って変わる。基本的には測定した堆積速度分布から約F
e a Baが12対1に近くなるように決める。全圧
力は2 X 10−”Torr、 IIi素分圧4.X
 10−” Torr 、基板温度300℃、RF電力
密度11.2輩−、ガス流量15蜂−1基板回転速度を
6 rpm (試料1 ) 、 15 rpm(試料2
 ) 、 24 rpm (試料3)として、膜厚約3
400Åの膜を20分間で形成した。このスパッタリン
グの系において基板回転速度を24rpmにした場合(
試料3)の積層堆積間隔は膜厚および時間から次のよう
に考えられる。即ち基板は第1図に示したように反時計
方向に回転しているため、Fe原子が約4〜5λ厚で堆
積した後B&原子が平均約1人弱で堆積し、その上金属
表面上に酸素が1ないし2層(1〜2λ)程度吸着する
。その後も回転に伴なってFe原子、Ba原子と順に堆
積し、又、拡散しながら膜が形成されていく。従って1
回転当9に堆積するFe原子とBa原子および酸lL原
子層のトータルの厚さは約゛7大である。一方、基板回
転速度が15rpmの場合(試料2)には、1回転当F
)Fe約8〜9λ、Ba約2人弱の堆積が生じ酸素は工
ないし2層(1〜2X)が吸着していると推測さ詐る。
また基板回転速度が6 rpmの場合(試料1)には、
1回転尚#)Fe約20ス、Ba約4^の堆積が生じ酸
素は工ないし2層(1〜2λ)が吸着していると推測さ
れる。
本実施例で得られた薄膜のX線回折結果を第4図に示す
。図かられかるように試料lはBaFe104 、 B
1Fe0a−、およびFe、O,’の回折パターンが観
察されたのに対して、試料2はマグネトプランイぐイト
構造のBaF01*Ote  の回折ノ9ターンとFe
、O,やBaFe、O,の弱い回折パターyf示し、試
料3はBaFe+*O+o の回折ピークのみでの単相
を示した。又、第5図に試料1について膜面に対し水平
方向と垂直方向に磁化特性を測定した結果を示した。図
示されるように、垂直方向の残留磁化は100G、保磁
力は9800e  であシ、いずれも水平方向の値よシ
も友きく、良好な垂直磁化膜が形成されていることが確
認できた。
実施例−2 第2図の装置構成により薄膜を形成した。
100簡φのFeターゲットにはRF電力を10W/d
かけ、Fe原子の堆積速度を150λ/分とした。また
60mφのBaターゲットにはIRF電力を8 W/l
−dかけBa原子の堆積速度を60久/分とした。全圧
力を1.5 X I F2Torr 、酸素分圧を5 
X 10−3Torr 、基板温度を280 ’C、ガ
ス流量を16 CL/m  とした。基板を静止させる
一方、Feターゲット1と基板8との間に設置したシー
ルドマスク7の開閉周期は4秒、即ち平均2秒開口後2
秒閉鎖、又、Baターゲット9と基板8との間に設置し
たシールドマスク7の開閉周期は8秒、即ち平均7秒閉
鎖後1秒開口、となるように各シールドマスク7を回転
した。この結果約3000大の薄膜が得られた。
本実施例においては、約5〜6^の厚さのFe原子層と
1ないし2層(1〜2A)の酸素原子層が周期的に堆積
していくなかで、Ba原子が平均約1^弱の厚さで約1
0〜11人の周期で膜中に入っていくことになる。得ら
れた薄膜はX線回折からBaFe1tO+o  の単相
膜であることがわかり、また膜の垂直方向の磁化特性は
残留磁化115G、保磁力11000e  と優れた垂
直磁化特性を示した。
〈発明の効果〉 以上説明したようK、本発明はFe原子とBa原子を平
均0.5 大〜10大のオーダーで間歇的に形成するこ
とKよシ、マグネトブランバイト型構造を持つ1軸異方
性を持つバリウムフェライ) (BaFetzO+。)
が形成できる。このため従前のようにBaFe1tO+
o  と同一組成を持つ焼結酸化物ターゲットを用いる
必要がなく、また低い基板温度で磁気特性と機械的強度
にすぐれた酸化物垂直磁化薄膜を容易に形成できる利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) (b)は本発明に係る装置構成例を示し
、同図(a)はその側面図、同図(b)はその正面図、
第2図は本発明に係る他の装置構成例の概略図、第3図
はマグネドブ2ンバイト型結晶の模式説明図、第4図(
a)(ト))(C)は薄膜のX線回折図、第5図は薄膜
の磁化特性図である。 図中、 1はFeターゲット、 2はBaペレット、 3は静止シールド、 4は回転基板、 5は基板ホルダ、 6は開口部、 7は開閉ないし回転シールドマスク、 8は静止基板、 9はBaターゲットである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 酸化雰囲気中でスパッタリングを行い、基板上に間歇的
    にFe原子とBa原子とを付着させてFe原子とBa原
    子の層厚を制御し、酸素原子層と平均0.5Åないし1
    0Åの厚さのBa原子層およびFe原子層を交互に積層
    させることによりマグネトプランバイト型バリウムフェ
    ライト薄膜を形成することを特徴とする酸化物垂直磁化
    薄膜の製造方法。
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