專利名稱：軟磁性薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁帶錄放像裝置(VRT)和磁帶錄放音裝置等磁錄放裝置中主要用作磁頭的芯材的軟磁性薄膜的制造方法。
隨著磁記錄的高密度化，磁記錄媒體正在高頑磁力化。使用高飽和磁通密度(主要影響磁頭的記錄特性)和高導(dǎo)磁率(主要影響磁頭的放音(像)特性)的芯材的磁頭也正在開(kāi)發(fā)。
使用高飽和磁通密度和高導(dǎo)磁率的芯材的磁頭有把軟磁性薄膜和層間絕緣膜交叉疊層的疊層型和只在鐵氧體磁芯的間隙近旁設(shè)置軟磁性薄膜的MIG型等。
疊層型磁頭的磁芯材料要求在膜面內(nèi)有各向同性的高導(dǎo)磁率。因此，采用Sendust(鐵-硅-鋁合金)膜和鈷基非晶態(tài)合金膜等。另一方面，MIG型磁頭的芯材，因?yàn)檫m合使用使膜面內(nèi)感應(yīng)單軸各向異性的高導(dǎo)磁率的軟磁性薄膜，因此使用鐵硅鋁合金膜和鈷基非晶態(tài)合金膜。
但是，鐵硅鋁合金和鈷基非晶態(tài)合金的飽和磁通密度低，約為1T，因而難于得到對(duì)于更加強(qiáng)化頑磁力的磁記錄媒體能夠滿足的記錄特性。因此，近年來(lái)，正在開(kāi)發(fā)研究以鐵或鈷為主成分的(鐵或鈷)-M-N系膜(但是M至少為Zr，Hf，Ti，Nb，Ta當(dāng)中的一種)等。
另一方面，軟磁性薄膜的制造方法適用比較容易控制薄膜組成的濺射法。其中，磁控管濺射法的成膜快且比較容易，因而，適用于軟磁性薄膜的大量生產(chǎn)。


圖11概略顯示已有的磁控管裝置，在電極1設(shè)置靶2，在靶2的里側(cè)設(shè)置磁控管放電用磁路3。磁路3在靶2的表面生成環(huán)(Toroidal)型的隧道狀磁場(chǎng)4。于是，當(dāng)在電極1上加以負(fù)電壓時(shí)，則在與電場(chǎng)垂直的隧道式磁場(chǎng)4的周圍引起磁控管放電。
總之，用以靶2為蒸發(fā)源的濺射法在與靶2相對(duì)配置的、圖外的襯底上堆積形成軟磁性薄膜。
但是，用磁控管濺射法形成(鐵或鈷)-M-N系膜等時(shí)，使用(鐵或鈷)-M系合金等作靶材會(huì)引起放電，而由(鐵或鈷)-M系那樣的高導(dǎo)磁率材料組成的靶，能使設(shè)在其內(nèi)側(cè)的磁體產(chǎn)生的磁通的大部份透過(guò)，因此，從靶的表面?zhèn)嚷┻^(guò)的磁通極少，不會(huì)發(fā)生磁控管放電，不可能由濺射形成薄膜。
作為這樣的課題的解決辦法是考慮減小靶板的厚度或提高濺射壓力。但是，靶的厚度一減少，由于磁控管濺射法特有的環(huán)狀燒蝕，靶的利用率極度下降，不適合批量生產(chǎn)。而且，選擇提高濺射壓力的解決方法時(shí)，必須設(shè)定數(shù)10毫Torr以上的壓力，于是，大大超過(guò)顯示最佳磁特性的濺射壓力(數(shù)毫Torr-10數(shù)毫Torr)。
一方面，如前所述疊層型磁頭的芯材要求膜面內(nèi)有各向同性的高磁導(dǎo)率。而MIG型磁頭的芯材在膜面內(nèi)要求具有單軸各向異性的高磁導(dǎo)率。因此，為了高效率地制造所需的軟磁性薄膜，對(duì)于設(shè)置在盡可能大面積上的襯底有必要控制磁各向異性。
因而，本發(fā)明的目的在于提供能夠在大面積上控制各向異性，高效率地批量生產(chǎn)顯示出高飽和磁通密度的軟磁性薄膜使其具有適合各種磁頭的導(dǎo)磁率的軟磁性薄膜的制造方法。
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，提供具有如下特征的軟磁性薄膜的制造方法。在混有氮?dú)獾亩栊詺怏w的氣氛中，配設(shè)以鐵或鈷為主成分的靶，同時(shí)，S極與S極彼此并排的第二區(qū)域接著N極與N極彼此并排的第一區(qū)域在一邊排列著，這樣在一直線上排列的許多磁體構(gòu)成的磁體列配設(shè)在上述靶的表面?zhèn)鹊膬蛇?，使一邊的磁體列以相反的極性對(duì)著另一邊的磁體列，用以上述靶為蒸發(fā)源的反應(yīng)性濺射形成軟磁性薄膜。
保護(hù)氣體中的氮?dú)夥謮嚎梢栽O(shè)定為2％至10％。而軟磁性薄膜至少在第1及第2層薄膜之間隔著絕緣膜形成疊層的多層結(jié)構(gòu)的情況下，第1薄膜和第2薄膜形成時(shí)，可以使保護(hù)氣氛中的氮?dú)夥謮翰煌?br> 在本發(fā)明中，在混有氮?dú)獾亩栊詺怏w的保護(hù)氣氛中，設(shè)置以鐵或鈷為主成分的靶，同時(shí)，如上所述，成一直線排列的許多磁體構(gòu)成的磁體列配設(shè)于靶的表面?zhèn)鹊膬蓚?cè)，一邊的磁體列與另一邊的磁體列反極性相向配置。因此，磁極間隔又長(zhǎng)又大，在使用大型的靶時(shí)也能給該表面以必要的磁場(chǎng)。亦即，在大面積設(shè)置的襯底上，高效地以均勻的速度形成軟磁性薄膜有了可能。
而且，即使使用板厚大的靶，也能夠向靶的表面?zhèn)忍峁┏浞值拇磐?，因此，可以用濺射的方法大批量生產(chǎn)軟磁性薄膜。
當(dāng)把氣氛中的氮?dú)饪刂圃?％至10％的范圍內(nèi)時(shí)，可以使大面積設(shè)置的襯底上堆積形成的軟磁性薄膜的膜面內(nèi)感應(yīng)所希望的單軸各向異性，能夠大批量地制造適合MIG型磁頭等的軟磁性薄膜。
而且，軟磁性薄膜至少在第1和第2薄膜間隔著絕緣膜疊層構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的情況下，在第1薄膜和第2薄膜形成時(shí)，使保護(hù)氣氛中氮?dú)獾姆謮翰煌?，就有可能隔著絕緣膜疊層形成單軸各向異性感應(yīng)方向不同的軟磁性薄膜，能夠大批量生產(chǎn)作為整體顯示出各向同性的高導(dǎo)磁率的多層軟磁性薄膜。
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的濺射裝置的側(cè)剖面圖。
圖2為表示本發(fā)明一實(shí)施例的濺射裝置的，主要是磁體列的平面圖。
圖3為圖2的B-B’剖面圖。
圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的靶表面上的磁通密度分布圖。
圖5為表示軟磁性薄膜的頑磁力與氮分壓的關(guān)系的特性圖。
圖6為在各襯底位置測(cè)得的，軟磁性薄膜的膜面內(nèi)的導(dǎo)磁率的數(shù)據(jù)。
圖7為在各襯底位置測(cè)得的，軟磁性薄膜的膜面內(nèi)的導(dǎo)磁率的數(shù)據(jù)。
圖8為在各襯底位置測(cè)得的，軟磁性薄膜的膜面內(nèi)的導(dǎo)磁率的數(shù)據(jù)。
圖9為在各襯底位置測(cè)得的，軟磁性薄膜的膜面內(nèi)的導(dǎo)磁率的數(shù)據(jù)。
圖10為在各襯底位置測(cè)得的，多層軟磁性薄膜的膜面內(nèi)的導(dǎo)磁率的數(shù)據(jù)。
圖11為表示已有的磁控管濺射裝置的電極構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明。
圖1所示的濺射裝置的腔室5具有通向真空泵的真空排氣口6和氣體導(dǎo)入管7a、7b，氣體流量控制器8a、8b分別連接于氣體導(dǎo)入管7a、7b。從而，氬氣9a及氮?dú)?b通過(guò)氣體流量控制器8a、8b作為放電氣體被導(dǎo)入腔室。由Fe-Ta合金構(gòu)成的長(zhǎng)方形靶10設(shè)置于濺射電極11上，濺射電極11連接于放電用電源12上。
而且，在靶10表面?zhèn)鹊膬蓚?cè)設(shè)置磁體列13、14。15a、15b為磁體托架，16為絕緣體，17為陶瓷襯底，18表示襯底托架。
如圖2及圖3所示，磁體列13由8個(gè)磁體13a至13h成一直線排列而成，磁體列14由8個(gè)磁體14a至14h成一直線排列而成。形成磁體列13的第1區(qū)域的4個(gè)磁體13a至13d分別置N極于內(nèi)側(cè)，形成第2區(qū)域的4個(gè)磁體13e至13h分別置S極于內(nèi)側(cè)。而形成磁體列14的第1區(qū)域的4個(gè)磁體14a至14d分別置S極于內(nèi)側(cè)，形成第2區(qū)域的4個(gè)磁體14e至14h分別置N極于內(nèi)側(cè)。總之，兩列磁體13、14在第1區(qū)域和第2區(qū)域中彼此極性相反地排列，而且，是隔著靶10互相反極性地相對(duì)配置。又如圖4所示，設(shè)定離靶10的中心越近的磁體其頑磁力越是逐步減弱。而且，圖4所示的磁通密度是在離靶10表面2毫米的位置測(cè)得的數(shù)值，以圖2從左向右的方向磁通解釋為正的極性。
使用截?cái)酁榭v127毫米，寬381毫米的長(zhǎng)方形的Fe-Ta合金靶，用導(dǎo)入氬氣及氮?dú)獾姆磻?yīng)性濺射制成Fe-Ta-N系軟磁性薄膜。改變氮?dú)夥謮簳r(shí)的頑磁力的變化示于圖5。由圖5可以看出，氮?dú)獾姆謮盒∮?％或大于10％時(shí)頑磁力為100A/m以上，因而不適合用作磁頭芯材。
用與上面相同的方法，在與靶相向的位置上，縱向5塊、橫向6塊等間隔地設(shè)置縱14mm、寬28mm的非磁性陶瓷材料襯底(襯底的設(shè)置范圍為縱70mm，寬170mm)，在陶瓷襯底上堆積形成膜厚3微米的Fe-Ta-N系軟磁性薄膜。在各襯底位置上的1MHz的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′示于圖6、圖7及圖8上。在圖6至圖8中，各襯底位置上的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁導(dǎo)率的實(shí)數(shù)部μ′的大小分別表示在縱向和橫向上。圖6表示氮?dú)夥謮簽?％，的情況，圖7表示氮?dú)夥謮簽?％的情況，圖8表示氮?dú)夥謮簽?％的情況。
在圖6的情況下，復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′在襯底設(shè)置位置的各處，橫方向顯示出約4000至10000的高值，因此，適用于MIG型磁頭。而且，襯底間各向異性的離散小，因而，可以大批量生產(chǎn)MIG型磁頭等的芯材。
在圖7氮?dú)夥謮簽?％的情況下，襯底設(shè)置位置的所有地方，不僅縱向的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′顯示出高值，而且縱橫兩方向都在襯底設(shè)置位置的所有地方顯示出約1500至9000的高導(dǎo)磁率，因此，這適合作為膜面內(nèi)必須有各向同性的高導(dǎo)磁率的疊層型磁頭等的芯材。
在圖8的氮?dú)夥謮簽?％的情況下，縱向的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′顯示出更高的傾向，襯底設(shè)置位置的所有地方縱向上顯示出約5000至8000的高導(dǎo)磁率，因此，這適合作為MIG型磁頭等的芯材。
為了比較，把截成縱127毫米，寬381毫米的長(zhǎng)方形的Co-Nb-Zr靶設(shè)置于已有的磁控管濺射裝置內(nèi)，以導(dǎo)入氬氣和氮?dú)獾姆磻?yīng)性濺射法制成Co-Nb-Zr-N系軟磁性薄膜。這時(shí)的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′的一例示于圖9。從圖9可以看出，與本發(fā)明的實(shí)施例制作的軟磁性薄膜相比，在導(dǎo)磁率高的方向由襯底位置引起的離散大。使用已有的磁控管濺射電極制作磁頭用的芯材的軟磁性薄膜時(shí)，因由襯底位置引起的高導(dǎo)磁率方向的離散而產(chǎn)生磁頭特性的離散，所以不適合批量生產(chǎn)。
而且，顯示出良好的軟磁特性的前述Fe-Ta-N系軟磁性薄膜的飽和磁通密度B為1.5至1.6T，飽和磁致伸縮λ的絕對(duì)值為10-6以下。
以本發(fā)明的上述實(shí)施例制作的氮?dú)夥謮簽?％時(shí)的Fe-Ta-N系軟磁性薄膜與氮?dú)夥謮簽?％時(shí)的Fe-Ta-N系軟磁性薄膜隔著絕緣層SiO2相互疊層制成多層軟磁性薄膜。各層的Fe-Ta-N系軟磁性薄膜的厚度設(shè)為2.7微米，各層之間的SiO2絕緣膜的厚度設(shè)為0.15微米，把它們分別疊成7層，多層軟磁性薄膜的總厚度設(shè)為20微米。這時(shí)，縱橫兩方向的各襯底位置上的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)數(shù)部μ′為圖10所示的的值。從圖10可以看出，在襯底設(shè)置位置的所有地方，縱橫兩方向上都顯示出2000至6000的高導(dǎo)磁率。因?yàn)檫@適用于疊層型磁頭的芯材，所以能大批量制造疊層型磁頭用的軟磁性薄膜。
而且，上述實(shí)施例使用的靶是Fe-Ta合金，而本發(fā)明的軟磁性薄膜的制造方法，對(duì)于以鐵或鈷為主成分的氮化膜材料，例如，(Fe或Co)-M-N系軟磁性薄膜(M至少為Zr、Hf、Ti、Nb、Ta中的一種元素)等的制造也能與上述情況同樣地適用。
如同上面所述，采用本發(fā)明，在靶的表面的兩側(cè)配置磁體列，磁極間隔又長(zhǎng)又大，以鐵或鈷為主成分的，至少含有Zr、Hf、Ti、Nb和Ta當(dāng)中的一種的靶，是在混有氮?dú)獾亩栊詺怏w的保護(hù)氣氛中濺射的，能大批量生產(chǎn)適用于磁頭芯材的高飽和磁通密度和感應(yīng)所希望的磁各向異性的高導(dǎo)磁率的軟磁性薄膜。
而且，在制造所述軟磁性薄膜與絕緣膜相互層疊的多層軟磁性薄膜時(shí)，采用使導(dǎo)入濺射裝置的氮?dú)夥謮翰煌姆椒?，能有效地大批量生產(chǎn)適用于疊層型磁頭等的芯材的多層軟磁性薄膜。
權(quán)利要求
1.一種軟磁性薄膜的制造方法，其特征在于，在混有氮?dú)獾亩栊詺怏w保護(hù)氣氛中配設(shè)以鐵或鈷為主成分的靶，同時(shí)在所述靶的表面的兩側(cè)，設(shè)有N極與N極互相緊挨著的第1區(qū)域后面接著S極與S極互相緊挨著的第2區(qū)域的成一直線排列的許多磁體構(gòu)成的磁體列，一邊的磁體列與另一邊的磁體列極性相反地相向配設(shè)，使用以所述靶為蒸發(fā)源的反應(yīng)性濺射形成軟磁性薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁性薄膜的制造方法，其特征在于，保護(hù)氣體中的氮?dú)獾姆謮簽?％至10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟磁性薄膜的制造方法，其特征在于，在軟磁性薄膜為至少作為第1及第2薄膜隔著絕緣膜疊層的多層結(jié)構(gòu)的情況下，在第1薄膜形成時(shí)及第2薄膜形成時(shí)，使保護(hù)氣體中的氮?dú)夥謮翰煌?br> 全文摘要
本發(fā)明可以在大面積的范圍內(nèi)控制各向異性，制造顯示出高飽和磁通密度的軟磁性薄膜，使其具有適于各種磁頭的導(dǎo)磁率。其方法是在混有氮?dú)獾亩栊詺怏w保護(hù)氣氛中，配設(shè)以鐵或鈷為主成分的濺射靶，同時(shí)，S極彼此并排的第二區(qū)域接著N極彼此并排的第一區(qū)域在一邊排列著，如此排成一直線的磁體列被配設(shè)于靶表面的兩側(cè)，使一方的磁體列與另一方的磁體列以相反的極性相向。以靶為蒸發(fā)源的反應(yīng)性濺射在陶瓷襯底17上堆積形成軟磁性薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/203GK1135084SQ96101520
公開(kāi)日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1996年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月25日
發(fā)明者青倉(cāng)勇, 山西斉 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社