JPS6347359A - コバルトフエライト系スピネル薄膜の製造方法 - 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〕 本発明は、光磁気記録材料であるコバルトフェライト系
スピネル薄膜の製造方法に関するものであり、特にこの
種スピネル薄膜の反応性スパッタリングによる低温成膜
法に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ＣＯ及びＦｅ、あるいはＣｏ、Ｇａ及びＦｅ
を主体とする合金ターゲットを用い酸化雰囲気中でスパ
ッタを行うことにより、比較的低温において結晶性に優
れたスピネル薄膜を作製することを可能とするものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、耐酸化性を有する光磁気記録材料としてコバルト
フェライト系スピネル薄膜が報告されている。

このコバルトフェライト系スピネル薄膜は、例えば希土
類金属と遷移金属との非晶質合金からなる光磁気記録材
料等に比べて、酸化物であることから酸化腐食を受ける
ことがないこと、カー回転角あるいはファラデー回転角
が大きいというように磁気光学効果が大きいこと、等の
数々の利点を有し、実用化が期待されている。

ところで、上述のコバルトフェライト系スピネル薄膜を
作製する方法としては、例えば特開昭６０−１２４９０
１号公報等に記載されるように、成膜の容易さ等から金
属酸化物焼結体をターゲットとして用いたスパッタリン
グによるのが一般的である。

この場合・スバ・ツタリングによる成膜時の基板温度は
、５００℃以上にされることが多い。また、低温で成膜
したとしても、光磁気記録媒体としての特性を生じせし
めるために、成膜後さらに高温の熱処理過程が必要であ
る。これは、光磁気記録材料としての磁気特性や磁気光
学特性が成膜した酸化物薄膜のスピネルとしての結晶性
と基本的に結びついており、上記高温基板上への成膜や
熱処理過程は主としてこの結晶性の改善に必要であるこ
とによる。

しかしながら、上記高温基板上への成膜や高温の熱処理
過程は、基板の選択に著しい制限を課すとともに、製造
プロセスの複雑化や製造コストの上昇をもたらす０例え
ば、基板温度を４００〜５００℃とするには基板自体に
かなりの耐熱性が要求され、この種の光記録媒体におい
て汎用されているポリカーボネート基板やエポキシ樹脂
基板等の高分子基板を使用することは難しい。また、基
板の温度を上げるまでに長時間を要することから、生産
性の点でも問題が多い。

また金属酸化物焼結体のターゲットは、（ａｌスパッタ
リング時に高温になり易く、高温化によるターゲットの
破壊や酸素含有量の変化が起こり易いこと、 （ｂｌ酸化物ターゲットの特徴として成膜速度が著しく
小さい場合が多く、スパッタ時の投入電力を大きくして
も高速度での成膜が難しく、量産性が悪いこと、 等の欠点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、コバルトフェライト系スピネル薄膜は光
磁気記録材料として有望な材料であるが、これまでの報
告では、記録媒体として充分な光磁気特性を示すものは
、高温基板上に成膜したものや成膜後５００℃程度以上
で熱処理を施したちのに限られているのが現状である・ −Ｃに、光磁気記録媒体は、その量産性から考えて・低
温（２００℃程度）の基板上に成膜できることが望まし
い。特に、いわゆる光磁気ディスクのように基板にポリ
カーボネートやエポキシ樹脂等の高分子材料を用いる場
合には、低温成膜は重要な課題である。

そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、結晶性が良好で光磁気記録媒体として必
要な磁気特性、磁気光学特性を備えたコバルトフェライ
ト系スピネル薄膜を低温基板上に成膜可能とすることを
目的とする。

また本発明は、コバルトフェライト系スピネル薄膜の高
速度での成膜を可能とし、量産性の向上を図ることを目
的とする。

さらに本発明は、適切なキュリ一温度を有し記録感度に
優れたコバルトフェライト系スピネル薄膜の製造方法を
提供することを目的とし、同時に磁気異方性や磁気歪、
磁気光学効果等を改善することが可能な製造方法の提供
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、前述の目的を達成せんものと長期に亘り
鋭意研究を重ねた結果、酸化雰囲気中で合金ターゲット
を用いて反応性スパッタを行うことにより、２００℃程
度の低温の基板上に結晶性の良好なコバルトフェライト
系スピネル薄膜を成膜することができるとの知見を得る
に至った。

本発明方法はかかる知見に基づいて完成されたものであ
って、ＣＯ及びＦｅあるいはＣｏ、　Ｇａ及びＦｅを主
体とする合金ターゲットを用い低温基板上に酸化雰囲気
中でスパッタを行ってスピネル薄膜を形成することを特
徴とするものである。

スパッタリングは、金属薄膜、酸化物薄膜のいずれを作
製する場合にも、組成制御等に優れた比較的筒便な方法
である。

本発明では、コバルトフェライト系スピネル薄膜の作製
に、酸化雰囲気中での反応性スパッタリングを採用した
。

反応性スパッタリングを行うには、スパソタリング装置
内にアルゴンガス等の不活性ガスとともに酸素ガスを導
入する必要があるが、本発明においては、不活性ガスと
酸素ガスの導入量を独立に精密に制御し、成膜速度に応
じて膜中に取り込まれる酸素量を安定に供給するように
設定する。酸素量（酸素分圧）が多すぎると、合金ター
ゲット表面の酸化が起こり、著しい成膜速度の低下をき
たす。逆に酸素量が少なすぎると、例えばウスタイト相
の薄膜が形成される等、所望のスピネル薄膜の作製が難
しい。

また、スパッタリング時の不活性ガス圧としては、５〜
５０ミリＴｏｒｒ、好ましくはｌＯ〜２０ミリＴｏｒｒ
である。

上述の反応性スパッタリングによれば、コバルトフェラ
イト系スピネル薄膜の低温成膜が可能であり、したがっ
て基板温度は１５０〜４００℃の低温状態に設定される
。勿論、４００℃以上の畜温でもスピネル薄膜の成膜は
可能であるが、これ以上高い温度の設定すると基板の選
択範囲が制限されてしまい、例えば高分子基板等の使用
が難しくなる。また、基板温度が１５０℃未満では良質
なスピネル薄膜を得ることが難しくなる。

一方、上記反応性スパッタリングを行う際に使用される
ターゲットは、ＣＯ及びＦｅを主体とする合金ターゲッ
トである。かかる合金ターゲットを使用して酸化雰囲気
中で反応性スパッタリングを行うことにより、一般式 ％式％（１） で示される組成を有するコバルトフェライト系スピネル
薄膜が形成される。なお、合金ターゲ７）の組成と得ら
れるスピネル薄膜の組成とはほぼ対応していることは、
ＥＰＭＡ分析により（ｉｎ認した。

この場合、上記一般式（１）中Ｇｏの占める割合ｘは、
０．５≦Ｘ≦１．０５の範囲に設定することが好ましい
。これはＣｏの割合Ｘが１．０５を越えると、ウスタイ
ト相薄膜が生成し易くなり、逆に０．５未満であると膜
中の酸素量の制御が鉾しくなることによる。また、上記
Ｃｏ、Ｆｅの他、合金ターゲット中にＳｔの添加元素を
混入しても差し支えない。

また、特にＣｏ；Ｆｅに加えてＧａを含有する合金ター
ゲットを使用することにより、得うれるコバルトフェラ
イト系スピネル薄膜のキュリ一温度を１００〜２００℃
程度に抑え、半導体レーザによる書き込みが容易に行え
るようにすることもできる。本発明者等の実験によれば
、添加元素としてＧａを使用したときに、上記反応性ス
パッタリングによって結晶性が良好で記録感度に優れた
スピネル薄膜が低温成膜されることが確認された。

上記Ｃｏ、Ｇａ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを
使用した場合には、得られるコバルトフェライト系スピ
ネル薄膜の組成は、次式％式％（） で示されるが、この場合にもＣｏの割合Ｘは０．５≦Ｘ
≦１．０５とすることが好ましい。また、Ｇａの割合ｙ
は、Ｑ＜ｙ≦１．１である。Ｇａはわずがな添加量でも
キュリ一温度や磁気異方性、磁気歪。

磁気光学効果等の改善に効果を発揮するが、あまり多量
に加えるとスピネル薄膜の有する光磁気記録材料として
の特性を損なう虜れがある。

〔作用〕

Ｃｏ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを用い、酸化
雰囲気中で反応スパッタを行うと、基板上にはＣＯＸ　
Ｆ　ｅ　３−Ｘ　Ｏ（但し、０．５　≦ｘ　≦１．０５
　）で表されるコバルトフェライト系スピネル薄膜が形
成される。この場合、基板温度が２００　’ｃ程度の低
温状態であっても、良好な結晶性を有するスピネル薄膜
が得られ、基板に対する制Ｎ、！１が解消される。

また、Ｃｏ、Ｇａ及びＦｅを主体とする合金ターゲット
を用い、酸化雰囲気中で反応スパッタを行っても、ＣＯ
ＸＱ　ａ　ｙ　Ｆ　ｅ　ｆｆ−ｘ−ｙＯ（１’Ａし、０
．５≦Ｘ≦１．０５，０＜ｙ≦１．１）で表されるコバ
ルトフェライト系スピネル薄膜が低温成膜される。

得られるスピネル薄膜は、結晶性に優れるとともに、キ
ュリ一温度が適切な範囲にあり、磁気特性。

磁気光学特性に優れたものである。

〔実施例〕

以下・本発明を具体的な実施例により説明するが・本発
明がこれら実施例に限定されるものでないことは言うま
でもない。

天蓋±よ コバルト−鉄合金ターゲットを用い、高周波マグネトロ
ンスパッタリング装置によってコバルトフェライト薄膜
を成膜した。

使用したスパッタリング装置の概略的な構成を第１図に
示す。

このスパッタリング装置は、マグネトロン型のスパッタ
リング装置であって、真空チャンバ（１）中に合金ター
ゲット（２）及びマグネット（３）とからなるカソード
装置と基板（４）とを対向配置することにより構成され
るものである。

ここで、上記カソード装置においては、放電により発生
する放電プラズマがマグネット（３）の磁極（３ａ）　
、　（３ｂ）間のトロイダル型°（ドーナツ型）の磁場
Ｍのトンネルの周辺に拘束され、アルゴンイオンが効率
良く合金ターゲット（２）に衝突して構成原子をたたき
出すようになっている。

一方、上記基板（４）の裏面側にはヒータ（５）が設け
られ、基板（４）の温度を制御するようになっている。

さらに、このスパッタリング装置には、上記真空チャン
バ（１）内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入するた
めの導入管（６）が設置されるとともに、酸素ガスを導
入するための導入管（７）が設置されている。これら導
入管（６）、（７）から専大されるアルゴンガスあるい
は酸素ガスの流量は、それぞれ流量制御装置、いわゆる
マスフローコントローラー（８）　、　（９）によって
独立に制御され、特に酸素ガスの流量は０．２％程度の
オーダーで精密に制御されるようになされている。

上述のスパッタリング装置を用い、導入管（７）から酸
素ガスを導入して装置内を酸化雰囲気とし、反応スパッ
タを行った。スパッタリング条件は下記の通りである。

スパッタリング条件 スパンクリング電力　　　　　　　　２００Ｗスパツタ
リングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒｊ１ｇｉ入ｉｉ
　　　　　　Ｏ，１７８〜０．３１３　ＳＣＣＭ基板　
　　　　　　　　　　　石英ガラス基板温度　　　　　
　　　　　　　２００　”Ｃターゲット　Ｃｏ３３．Ｊ
ｅｈｈ、ｑ　　（数値は原子％）スパッタリングに際し
ては、アルゴンガスのみの雰囲気で１０分間予備スパッ
タリングを施し、さらに本スパ、夕と同じ雰囲気で１ｏ
分間スパッタリングを行った後、基板上にＬｉ！厚０．
５μｍのコバルトフェライト薄膜を成膜した。

第２図Ａないし第２図Ｅに酸素流入量を変化させたとき
に得られた薄膜（試料Ａ〜紙試料）のＸ線回折パターン
を示す。また、酸素流入量の変化による成膜速度の変化
を第３図に示す。なお、第３図中Ａ−Ｅで示す点は、試
料Ａ〜試料已にそれぞれ対応している。

この結果、酸素流入量が少ない条件で得られた薄膜（試
料Ａ）においては、第２図Ａに示すようにウスタイト相
の（１１１）面のピークが観察さし、このｉ＆ｔＬＡけ
内７カスに珀小トン１瞥・ｋｌ−二イト薄膜となってい
ることが判明した。

これに対して、酸素流入量を若干増やした状態で成膜さ
れた薄膜（試料Ｂ）のＸ線回折パターンでは、スピネル
の（１１１）面及び（２２２）面のピークが現れ、試料
Ｂは（１１１）面配向したスピネル相であることがわか
った。試料Ｂは極めて良好な結晶性を有し、また成ＩＰ
Ｊ速度も大である。

さらに酸素流入量を増やすと、結晶性が悪くなっていき
、ついには非晶質的になってしまう。この傾向は、第２
図Ｃ（試料Ｃ）〜第２図Ｅ（試料Ｅ）に示すＸ線回折パ
ターンから明らかである。

また、このとき成膜速度は急激に低下する。

したがって、上述の反応性スパッタリングにおいては、
成膜速度が得られる薄膜の結晶性を左右する重要なパラ
メータであると考えられる。

本実施例では、酸素流入量を適切な値に設定し、成膜速
度を大とすることにより、結晶性に優れたスピネル薄膜
が２００℃程度の低温基板上に成膜されることが確認さ
れた。（試料Ｂ） 気記録材料としての特性を調べた。

先ず、第４図に振動試料型磁束計（ＶＳＭ）によって測
定した磁化曲線を示す。図中・実線は垂直方向での磁化
曲線を、破線は面内方向での磁化曲線を示す。

この第４図より、得られるスピネル薄膜は面内成分があ
る程度あるものの、垂直磁化膜となっていることがわか
る。

第５図は、本実施例で得られたスピネル１１膜（試料Ｂ
）におけるファラデー回転角の波長依存性を示すもので
ある。

この第５図より、試料Ｂにおいては、特に半導体レーザ
の波長域である７８０ｎｍ付近で大きなファラデー回転
角を示すことがわかる。

また、第６図は試料Ｂにおける磁化の温度変化を示すも
のである。

この第６図からは、スピネル薄膜のキュリ一温度を求め
ることができる。すなわち、試料Ｂのキュリ一温度はお
よそ４７０℃である。

止較炎 ターゲットとして鉄ターゲツトを用い、他は先の実施例
１と同様の方法によりマグネタイトスピネル薄膜の作製
を試みた。

マグネタイトスピネル薄膜ｆ膜も酸素分圧を制御すれば
作製可能であると考えられるが、実際本発明者等が実験
を行ったところ、第７図に示すように成膜速度が急激に
低下し、酸素分圧の制御が非常に難しかった。

一応、第７図中？印で示す条件でマグネタイトスピネル
薄膜を得たが、無配向多結晶膜であった。

したがって、反応性スパッタリングによってスピネル薄
膜を安定に低温成膜するには、ターゲットとしてＣｏ及
びＦｅを主体とする合金ターゲットの使用が好ましいと
言える。

実施■Ｉ Ｃｏ−Ｇａ−Ｆｅ合金ターゲット（Ｃｏｚｙ、　ｚＧａ
ｚａ、　ｆｆＦｅ５ｓ、４’数値は原子％を表す）を用
い、先の実施例１と同様のスパッタリング装置により酸
化雰囲気中で反応スパッタを行った。スパッタリング条
件は下記の通りである。

スパッタリング条件 スパッタリング電力　　　　　　　　８０Ｗスパツタリ
ングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒ酸素流入量　　　
　　　　　　０．１１６　ＳＣＣＣＣ仮基板　　　　　
　　　　　石英ガラス基板温度　　　　　　　　　　　
　２００°Ｃスパッタリングに際しては、実施例１と同
様にアルゴンガスのみの雰囲気で１０分間予備スパッタ
リングを施し、さらに本スパフタと同じ雰囲気で１０分
間スパンタリングを行った後、基板上に成膜した。成膜
速度は、１０ｎｍ程度であった。

得られたコバルトフェライト系薄膜は、第８図にそのＸ
線回折パターンを示すように、良好な結晶性を有するス
ピネル薄膜であった。第８図のＸ線回折パターンには、
低角側よりスピネル（１１１）面及び（２２２）面によ
る回折ピークが現れている。

また、得られたスピネル薄膜の磁気特性を調べたところ
、第９図に示すような磁化曲線を示した。

図中、実線は垂直方向での磁化曲線、破線は面内方向で
の磁化曲線を表しており、本実施例で得られたスピネル
薄膜も垂直磁化膜となっていることが確認された。

次に、本実施例で得られたスピネル１膜におけるファラ
デー回転角の波長依存性を調べたところ、第１Ｏ図に示
すように半導体レーザ光の波長域で大きなファラデー回
転角を示すことがわかった。

さらに、本実施例で得られたスピネル薄膜における磁化
の温度変化を調べたところ、第１１図に示すような結果
が得られ、当該スピネル薄膜のキュリ一温度はおよそ９
０℃であることがわかった。

すなわち、Ｇａの添加により、得られるスピネル薄膜の
キュリ一温度が大幅に低下した。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明においては、
Ｃｏ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを用い酸化雰
囲気中で反応スパッタを行っているので、２００℃程度
の低温基板上に良好な結晶性を有するスピネル薄膜を成
ｎりすることが可能である。したがって、スピネル薄膜
を成膜するための基板材料に対する制約が解消される。

またこの場合、ターゲットの熱的劣化もほとんどなく、
高速度でのコバルトフェライト系スピネル薄膜の成膜が
可能であり、生産性の点でも有利である。

一方、Ｃｏ、Ｇａ及びＦｅを主体とする合金ターゲット
を用い酸化雰囲気中で反応スパッタを行うことにより、
同様に良質なスピネル薄膜の低温成膜が可能となるとと
もに、磁気特性や磁気光学特性に優れたコバルトフェラ
イト系スピネル薄膜の作製が可能である。特に、Ｇａの
添加により、得られるスピネル薄膜のキュリ一温度が下
がり、記録感度に優れた光磁気記録材料とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するにあたって使用されるスパ・
７タリング装置の一例を示す概略的な構成図である。 第２図Ａないし第２図ＥはＣｏ−Ｆｅ合金ターゲットを
使用して酸素流入量を変化させながら反応スパッタを行
って得られたコバルトフェライト薄膜のＸ線回折パター
ンを示すスペクトル図である。 第３図はＣｏ−Ｆｅ合金ターゲットを使用して反応スパ
ッタを行った際の酸素流入量の変化に伴う成膜速度の変
化を示す特性図である。 第４図はＣｏ−Ｆｅ合金ターゲットを使用して得られた
コバルトフェライト系スピネル薄膜の磁化曲線を示す特
性図であり、第５図はそのファラデー回転角の波長依存
性を示す特性図、第６図は磁化の温度変化を示す特性図
である。 第７図はＦｅターゲットを使用した場合の酸素流入量と
成膜速度の関係を示す特性図である。 第８図はＣｏ−Ｇａ−Ｆｅ合金ターゲットを使用して得
られたコバルトフェライト系スピネル薄膜のＸ線回折パ
ターンを示すスペクトル図、第９図はその磁化曲線を示
す特性図、第１０図はファラデー回転角の波長依存性を
示す特性図、第１１図は磁化の温度変化を示す特性図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを用い
   低温基板上に酸化雰囲気中でスパッタを行ってスピネル
   薄膜を形成することを特徴とするコバルトフェライト系
   スピネル薄膜の製造方法。
2. （２）Ｃｏ、Ｇａ及びＦｅを主体とする合金ターゲット
   を用い低温基板上に酸化雰囲気中でスパッタを行ってス
   ピネル薄膜を形成することを特徴とするコバルトフェラ
   イト系スピネル薄膜の製造方法