JP2008269665A - Magnetic recording medium, manufacturing method thereof, and method of forming microcrystal metal thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気記録媒体及びその製造方法並びに微結晶金属薄膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a magnetic recording medium, a method for manufacturing the same, and a method for forming a microcrystalline metal thin film.
従来の微結晶金属膜を製造する方法は、結晶粒に相当する粉体状の材料に高い圧力等を掛けさらに高温度に晒すことで（焼結）、固体状にするか、又は、さらにその固体状の材料を原料ターゲットにしてスパッタリング法等で薄膜を形成するなどの方法が採用される。また、薄膜をパターンニングする場合は、フォトリソグラフィーとエッチング等により、材料毎に設定した手法、条件で加工することが行われている。 The conventional method for producing a microcrystalline metal film is to apply a high pressure or the like to a powdery material corresponding to a crystal grain and expose it to a higher temperature (sintering) to form a solid or further A method of forming a thin film by sputtering or the like using a solid material as a raw material target is employed. Moreover, when patterning a thin film, it is processed by the method and conditions set for each material by photolithography and etching.
また、このような微結晶金属膜を磁気記録媒体とする場合、微結晶の大きさが記録密度に大きく影響する。 When such a microcrystalline metal film is used as a magnetic recording medium, the size of the microcrystal greatly affects the recording density.
しかしながら、上述した従来の方法では、材料である粉体の製造方法、さらに焼結での高温処理、およびスパッタリングによるイオン衝撃のばらつき等の原因により、結晶粒の粒径の最小は数百ｎｍ程度と限界があり、かつ、原理上、粒径のばらつきが大きいという問題がある。 However, in the conventional method described above, the minimum grain size is about several hundreds of nanometers due to the manufacturing method of the powder as a material, high-temperature treatment in sintering, and variations in ion bombardment due to sputtering, etc. However, there is a problem that the particle size variation is large in principle.
一方、記録層の硬磁性ナノ粒子と同等の粒径、例えば、粒径１ｎｍ〜２０ｎｍの軟磁性ナノ粒子を用いた中間層を有する磁気記録媒体が開示されている(特許文献１参照)が、軟磁性ナノ粒子はカーボン相により隔離されて配列されたものである。また、かかる磁気記録媒体は、中間層の下地に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ，Ｔａなどの所定の元素を含む非晶質もしくは微結晶の合金からなる軟磁性裏打ち層を具備するものであるが、結晶粒径の記載はない。 On the other hand, a magnetic recording medium having an intermediate layer using soft magnetic nanoparticles having a particle size equivalent to the hard magnetic nanoparticles of the recording layer, for example, a particle size of 1 nm to 20 nm is disclosed (see Patent Document 1). Soft magnetic nanoparticles are arranged separated by a carbon phase. In addition, such a magnetic recording medium has a soft magnetic backing layer made of an amorphous or microcrystalline alloy containing a predetermined element such as Fe, Co, Ni, Al, Si, or Ta as an intermediate layer. However, there is no description of the crystal grain size.
本発明は、結晶粒の小さな微結晶金属薄膜を用いた磁気記録媒体及びその製造方法、並びに微結晶金属薄膜の形成方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a magnetic recording medium using a microcrystalline metal thin film having small crystal grains, a method for manufacturing the same, and a method for forming a microcrystalline metal thin film.
前記目的を達成する本発明の第１の態様は、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種の金属とＩＶ族元素とを含み、軟磁性体である多結晶薄膜からなる微結晶金属薄膜を含むことを特徴とする磁気記録媒体にある。 A first aspect of the present invention that achieves the above object comprises a polycrystalline thin film that is a soft magnetic material, containing at least one metal selected from transition metals including nickel, iron, and cobalt and a group IV element. A magnetic recording medium comprising a microcrystalline metal thin film.
かかる第１の態様では、ＩＶ族元素を含有する多結晶薄膜は、実質的には金属薄膜として機能する軟磁性体である微結晶であり、磁性材料薄膜として使用される。 In the first aspect, the polycrystalline thin film containing a group IV element is a microcrystal that is a soft magnetic substance that substantially functions as a metal thin film, and is used as a magnetic material thin film.
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の磁気記録媒体において、前記多結晶薄膜が前記金属を８０質量％以上含有することを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the magnetic recording medium according to the first aspect, wherein the polycrystalline thin film contains 80% by mass or more of the metal.
かかる第２の態様では、微結晶金属薄膜は金属を８０％以上含有する薄膜である。 In the second embodiment, the microcrystalline metal thin film is a thin film containing 80% or more of metal.
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の磁気記録媒体において、前記多結晶薄膜が、磁気異方性を有さないことを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a third aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to the first or second aspect, the polycrystalline thin film has no magnetic anisotropy.
かかる第３の態様では、微結晶金属薄膜は磁気異方性がなく、磁気記録材料として好適なものである。 In the third aspect, the microcrystalline metal thin film has no magnetic anisotropy and is suitable as a magnetic recording material.
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載の磁気記録媒体において、前記多結晶薄膜が、ＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜に、前記金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させて形成されたものであることを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to any one of the first to third aspects, the polycrystalline thin film is a group IV thin film made of a group IV element and a compound of the metal and a halogen. The magnetic recording medium is formed by reacting a precursor and a halogen radical.
かかる第４の態様では、ＩＶ族薄膜に、金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させて金属をＩＶ族薄膜に置換拡散させることにより、微結晶金属薄膜が形成される。 In the fourth aspect, a microcrystalline metal thin film is formed by allowing a precursor and a halogen radical, which are a compound of a metal and a halogen, to act on a group IV thin film to displace and diffuse the metal into the group IV thin film.
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載の磁気記録媒体において、前記ＩＶ族元素が、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to any one of the first to fourth aspects, the group IV element is at least one element selected from the group consisting of silicon, germanium, and carbon. The magnetic recording medium is characterized in that it exists.
かかる第５の態様では、金属と共に、ＩＶ族元素としてシリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む微結晶金属薄膜となる。 In the fifth aspect, the microcrystalline metal thin film contains at least one element selected from the group consisting of silicon, germanium and carbon as a group IV element together with the metal.
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載の磁気記録媒体において、前記金属がニッケルであり、前記ＩＶ族元素がシリコンであることを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to any one of the first to fifth aspects, the metal is nickel and the group IV element is silicon. is there.
かかる第６の態様では、ニッケルと共に、ＩＶ族元素としてシリコンを含む磁気記録媒体となる。 In the sixth aspect, the magnetic recording medium includes silicon as a group IV element together with nickel.
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様に記載の磁気記録媒体において、前記微結晶金属薄膜上に磁気記録膜を具備することを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to any one of the first to sixth aspects, a magnetic recording film is provided on the microcrystalline metal thin film.
かかる第７の態様では、微結晶金属薄膜が磁性材料として機能し、磁気記録膜に記録するために用いられる。 In the seventh aspect, the microcrystalline metal thin film functions as a magnetic material and is used for recording on the magnetic recording film.
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の磁気記録媒体において、前記磁気記録膜が、面内磁気記録方式又は垂直磁気記録方式により記録されるものであることを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to an eighth aspect of the present invention, in the magnetic recording medium according to the seventh aspect, the magnetic recording film is recorded by an in-plane magnetic recording method or a perpendicular magnetic recording method. It is on a recording medium.
かかる第８の態様では、磁気記録膜は、面内磁気記録方式又は垂直磁気記録方式により記録される。 In the eighth aspect, the magnetic recording film is recorded by the in-plane magnetic recording method or the perpendicular magnetic recording method.
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様に記載の磁気記録媒体において、磁気テープ、ハードディスク又は光ディスクであることを特徴とする磁気記録媒体にある。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the magnetic recording medium according to any one of the first to eighth aspects, wherein the magnetic recording medium is a magnetic tape, a hard disk, or an optical disk.
かかる第９の態様では、微結晶金属薄膜を磁性材料として用いた磁気テープ、ハードディスク又は光ディスクが実現される。 In the ninth aspect, a magnetic tape, hard disk or optical disk using a microcrystalline metal thin film as a magnetic material is realized.
本発明の第１０の態様は、被処理体の表面に形成されたＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜に、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、前記ＩＶ族薄膜を多結晶薄膜からなる微結晶金属薄膜とすることを特徴とする微結晶金属薄膜の形成方法にある。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a group IV thin film composed of a group IV element formed on a surface of an object to be processed, at least one metal selected from transition metals including nickel, iron, and cobalt, and halogen. In the method of forming a microcrystalline metal thin film, the group IV thin film is formed into a microcrystalline metal thin film made of a polycrystalline thin film by allowing a precursor and a halogen radical, which are the above compounds, to act.
かかる第１０の態様では、実質的には金属薄膜として機能する結晶粒径が１００ｎｍ以下の微結晶の多結晶薄膜を形成することができる。 In the tenth aspect, a microcrystalline polycrystalline thin film having a crystal grain size of 100 nm or less that substantially functions as a metal thin film can be formed.
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載の微結晶金属薄膜の形成方法おいて、前記ＩＶ族薄膜を所定形状にパターニングしてＩＶ族薄膜パターンを形成した後、当該ＩＶ族薄膜パターンに前記前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることを特徴とする微結晶金属薄膜の形成方法にある。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the method for forming a microcrystalline metal thin film according to the tenth aspect, after the group IV thin film is patterned into a predetermined shape to form a group IV thin film pattern, the group IV thin film In the method of forming a microcrystalline metal thin film, the precursor and a halogen radical are allowed to act on a pattern.
かかる第１１の態様では、所定形状にパターニングされた微結晶金属薄膜が比較的容易に形成できる。 In the eleventh aspect, a microcrystalline metal thin film patterned into a predetermined shape can be formed relatively easily.
本発明の第１２の態様は、真空容器であるチャンバの内部にニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属を含む材料で形成した被エッチング部材を配設すると共に当該被エッチング部材にハロゲンを含む作用ガスをプラズマ化して得られるハロゲンラジカルを作用させることにより金属とハロゲンとの化合物である前駆体を形成する一方、表面にＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜を有する被処理体を前記チャンバ内に収納した状態でその温度を前記被エッチング部材よりも低温に保持して前記前駆体を前記ＩＶ族薄膜パターンの表面に吸着させると共に前記ハロゲンのラジカルを作用させることにより微結晶金属薄膜とする工程を具備することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法にある。 In a twelfth aspect of the present invention, a member to be etched formed of a material containing at least one metal selected from transition metals containing nickel, iron, and cobalt is disposed inside a chamber that is a vacuum vessel. A precursor, which is a compound of a metal and a halogen, is formed by allowing a halogen radical obtained by converting a working gas containing halogen into plasma to act on the member to be etched, while having a group IV thin film made of a group IV element on the surface. By keeping the temperature of the object to be processed in the chamber lower than that of the member to be etched, the precursor is adsorbed on the surface of the group IV thin film pattern, and the radicals of the halogen are acted on. A method of manufacturing a magnetic recording medium comprising the step of forming a microcrystalline metal thin film.
かかる第１２の態様では、ＩＶ族薄膜に金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、金属がＩＶ族薄膜中に置換拡散し、微結晶金属薄膜が形成され、これを適用した磁気記録媒体とすることができる。 In the twelfth aspect, by allowing a precursor and a halogen radical, which are a compound of metal and halogen, to act on a group IV thin film, the metal is substituted and diffused into the group IV thin film to form a microcrystalline metal thin film. Can be used as a magnetic recording medium.
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記ＩＶ族元素が、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法にある。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a magnetic recording medium according to the twelfth aspect, the group IV element is at least one element selected from the group consisting of silicon, germanium, and carbon. A method of manufacturing a magnetic recording medium.
かかる第１３の態様では、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素からなるＩＶ族薄膜に金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、金属がＩＶ族薄膜中に置換拡散し、微結晶金属薄膜が形成される。 In the thirteenth aspect, a metal radical is reacted with a precursor which is a compound of metal and halogen and a halogen radical on a group IV thin film made of at least one element selected from the group consisting of silicon, germanium and carbon. Is substituted and diffused into the group IV thin film to form a microcrystalline metal thin film.
本発明の第１４の態様は、第１２又は１３の態様に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記ＩＶ族薄膜が、多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法にある。 A fourteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a magnetic recording medium according to the twelfth or thirteenth aspect, wherein the group IV thin film is a polycrystalline silicon thin film. is there.
かかる第１４の態様では、多結晶シリコン薄膜中に金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、金属がＩＶ族薄膜中に置換拡散し、微結晶金属薄膜が形成される。 In the fourteenth aspect, by causing a precursor, which is a compound of a metal and a halogen, and a halogen radical to act on the polycrystalline silicon thin film, the metal is substituted and diffused into the group IV thin film to form a microcrystalline metal thin film. The
本発明の第１５の態様は、第１２〜１４の何れかの態様に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記被処理体の温度を２００℃〜３００℃とすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法にある。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a magnetic recording medium according to any one of the twelfth to fourteenth aspects, the temperature of the object to be processed is 200 ° C. to 300 ° C. It exists in the manufacturing method of a medium.
かかる第１５の態様では、２００℃〜３００℃という低温でＩＶ族薄膜に金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、多結晶薄膜の結晶粒径がさらに微細となる。 In the fifteenth aspect, the crystal grain size of the polycrystalline thin film is further reduced by allowing the precursor and the halogen radical, which are compounds of metal and halogen, to act on the group IV thin film at a low temperature of 200 ° C. to 300 ° C. .
本発明の第１６の態様は、第１２〜１５の何れかの態様に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記微結晶金属薄膜が金属を８０質量％以上含有するように形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法にある。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a magnetic recording medium according to any one of the twelfth to fifteenth aspects, the microcrystalline metal thin film is formed so as to contain 80% by mass or more of a metal. And a method of manufacturing a magnetic recording medium.
かかる第１６の態様では、微結晶金属薄膜が金属を８０％以上含有し、軟磁性体として優れた特性を有する。 In the sixteenth aspect, the microcrystalline metal thin film contains 80% or more of metal and has excellent characteristics as a soft magnetic material.
かかる本発明によれば、軟磁性体として機能するＩＶ族元素を含有する多結晶薄膜が比較的微結晶となり且つ金属薄膜として機能するので、高機能な磁気記録媒体が実現される。 According to the present invention, since a polycrystalline thin film containing a group IV element that functions as a soft magnetic material becomes relatively fine crystal and functions as a metal thin film, a highly functional magnetic recording medium is realized.
本発明は、本発明者等によって開発された、金属をハロゲン化して再び還元し堆積させる技術（以下、ＭＣＲ−ＣＶＤ法（塩化還元気相成長法）という。）を応用したものである。よって、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を最初に簡単に説明する。 The present invention is an application of a technique (hereinafter referred to as MCR-CVD method (chloride reduction vapor deposition method)) developed by the present inventors to halogenate, reduce, and deposit a metal again. Therefore, the MCR-CVD method will be briefly described first.
かかるＭＣＲ−ＣＶＤ法では、まず、金属（Ｍ）製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含む作用ガスを供給し、誘導プラズマを発生させてハロゲンガスプラズマを発生させ、ハロゲンラジカルを生成する。その後、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガス成分との前駆体を生成し、被エッチング部材よりも低い温度の基板上において、前駆体をハロゲンラジカルにより還元し、金属成分を基板表面に吸着させる方法である。 In such an MCR-CVD method, first, a working gas containing halogen is supplied into a chamber provided with a member to be etched made of metal (M), an induction plasma is generated to generate a halogen gas plasma, and a halogen radical is generated. Generate. Thereafter, the member to be etched is etched with a halogen radical to generate a precursor of a metal component and a halogen gas component contained in the member to be etched, and the precursor is converted to a halogen radical on a substrate having a temperature lower than that of the member to be etched. In this method, the metal component is adsorbed on the substrate surface.
かかる一連の反応はハロゲンを塩素とした場合、次式の様に表される。
（１）プラズマの解離反応；Ｃｌ2→２Ｃｌ*
（２）エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ*→ＭＣｌ（ｇ）
（３）基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
（４）成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｍ＋Ｃｌ2↑
式中のＣｌ*は塩素ラジカル、（ｇ）はガス状態、（ａｄ）は吸着状態を示す。金属Ｍにはハロゲン化物を作る物質（銅など）が使用される。
Such a series of reactions is represented by the following formula when halogen is chlorine.
(1) Plasma dissociation reaction; Cl 2 → 2Cl *
(2) Etching reaction; M + Cl * → MCl (g)
(3) Adsorption reaction to the substrate; MC1 (g) → MC1 (ad)
(4) Film formation reaction; MCl (ad) + Cl * → M + Cl 2 ↑
In the formula, Cl * represents a chlorine radical, (g) represents a gas state, and (ad) represents an adsorption state. As the metal M, a substance (such as copper) that forms a halide is used.
かかる、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を応用した本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。 An embodiment of the present invention to which the MCR-CVD method is applied will be described in detail with reference to the drawings. The description of the present embodiment is an exemplification, and the configuration of the present invention is not limited to the following description.
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る多結晶ニッケル薄膜の製造方法を実現する装置（ＭＣＲ−ＣＶＤ装置）の概略を示す正面図である。本形態に係る方法の説明に先立ち、この装置について説明しておく。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a front view schematically showing an apparatus (MCR-CVD apparatus) for realizing a method for producing a polycrystalline nickel thin film according to an embodiment of the present invention. Prior to the description of the method according to this embodiment, this apparatus will be described.
図１に示すように、例えば石英を材料として円筒状に形成されたチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には石英で形成した被処理部材３が載置されている。この被処理部材３としては、図２（ａ）に示すように、シリコン基板３１の表面に形成された酸化シリコン膜（二酸化シリコン膜）３２上に形成した多結晶シリコン膜３３を有するものを用いる。
As shown in FIG. 1, for example, a support base 2 is provided near the bottom of a
支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられている。ここで、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、被処理部材３が２５０℃乃至３００℃に維持される温度）に制御される。 The support base 2 is provided with a temperature control means 6 having a heater 4 and a refrigerant flow means 5. Here, the support base 2 is controlled by the temperature control means 6 to a predetermined temperature (for example, a temperature at which the member to be processed 3 is maintained at 250 to 300 ° C.).
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波電流が供給される。これら、プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
The upper surface of the
チャンバ１にはニッケルを含む材料で形成した被エッチング部材１１が保持され、この被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して被処理部材３と天井板７との間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材１１は、棒状の突起部１２とリング部１３とからなり、突起部１２がチャンバ１の中心側に延びるようにリング部１３が設けられている。これにより、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
A member to be etched 11 formed of a material containing nickel is held in the
なお、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材１１を格子状に形成したり、網目状に形成したりする等の態様が考えられる。 In addition, as a structure which makes it a discontinuous state with respect to the electric flow of the plasma antenna 8, aspects, such as forming the to-be-etched member 11 in a grid | lattice form, or forming in a mesh shape, can be considered.
被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンである塩素を含有する作用ガス（Ｃｌ2ガス）２１を供給するノズル１４が周方向に等間隔で複数（例えば８箇所：図には２箇所を示してある）接続されている。ノズル１４には流量及び圧力が制御される流量制御器１５を介してＣｌ2ガス２１が送られる。流量制御器１５によりチャンバ１内に供給されるＣｌ2ガス２１の量を制御することで、チャンバ１内のガスプラズマ密度を制御している。
Around the cylindrical portion of the
なお、反応に関与しないガス等は排気口１８から排気され、天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１９によって真空引きすることにより所定の真空度に維持される。
In addition, the gas etc. which do not participate in reaction are exhausted from the
ここで、作用ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。本形態ではハロゲンとして安価なＣｌ2ガスを用いたことによりランニングコストの低減を図ることができる。 Here, as the halogen contained in the working gas, fluorine, bromine, iodine, or the like can be applied. In this embodiment, the running cost can be reduced by using an inexpensive Cl 2 gas as the halogen.
かかる装置を使用して、被処理部材３を処理すると、酸化シリコン膜３２上に形成されている多結晶シリコン膜３３が、図２（ｂ）に示すように、ニッケルを含有する微結晶ニッケル薄膜３４となる。
When the
以下、このような微結晶ニッケル薄膜３４の形成プロセスについて説明する。 Hereinafter, a process for forming such a microcrystalline nickel thin film 34 will be described.
まず、ノズル１４からＣｌ2ガス２１をチャンバ１内に供給するとともに、プラズマアンテナ８から高周波電磁波をチャンバ１内に入射することで、Ｃｌ2ガス２１をイオン化してＣｌ2ガスプラズマ２３を発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。
First, a Cl 2 gas 21 is supplied from the nozzle 14 into the
ここで、ガスプラズマ２３が被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１を加熱すると共に、被エッチング部材１１にエッチング反応を生じさせる。このエッチング反応により被エッチング部材１１の材料であるニッケルと塩素との化合物であるガス状の前駆体２４（ＮｉmＣｌn：ｍ，ｎは１以上の整数）が形成される。そして、前駆体２４は、前記被エッチング部材１１よりも低温部となっている被処理部材３の表面に向かって輸送される。また、被処理部材３に対しては、前駆体２４と共にＣｌラジカルが輸送される。
Here, the gas plasma 23 acts on the member 11 to be etched, thereby heating the member 11 to be etched and causing an etching reaction to occur in the member 11 to be etched. By this etching reaction, a gaseous precursor 24 (Ni m Cl n : m, n is an integer of 1 or more), which is a compound of nickel and chlorine, which is a material of the member 11 to be etched, is formed. Then, the precursor 24 is transported toward the surface of the member to be processed 3 that is at a lower temperature than the member to be etched 11. Further, Cl radicals are transported together with the precursor 24 to the
ここで、本実施形態では、シリコン基板３１の表面（実際には酸化シリコン膜３２の表面）上には多結晶シリコン膜３３が予め形成されており、この上へ前駆体２４とＣｌラジカルとが輸送されることで、多結晶シリコン膜３３に対してＮｉ成分が置換拡散すると考えられる。具体的には、シリコン基板３１の表面に対してＣｌラジカルと前駆体２４とが輸送されると、シリコン基板３１の表面近傍において多結晶シリコン膜３３のＳｉ成分がＮｉ成分に置換されながら、Ｎｉ成分が多結晶シリコン膜３３内に置換拡散しつつ塩素成分が離脱する還元反応が生じていると考えられ、例えば、ニッケル濃度が８０質量％以上となると、シリコン基板３１上の多結晶シリコン膜３３が、微結晶ニッケル薄膜３４となる。なお、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口から排気される。
Here, in the present embodiment, a polycrystalline silicon film 33 is formed in advance on the surface of the silicon substrate 31 (actually the surface of the silicon oxide film 32), and the precursor 24 and Cl radicals are formed thereon. It is considered that the Ni component is substituted and diffused into the polycrystalline silicon film 33 by being transported. Specifically, when Cl radicals and the precursor 24 are transported to the surface of the
かかる微結晶ニッケル薄膜３４中には、シリコンがシリコン又はニッケルシリサイドの形態で含有される。この処理により、ニッケル成分の置換拡散は酸化シリコン膜３２の位置で停止され、結果的に、酸化シリコン膜３２上に所定のニッケル濃度の微結晶ニッケル薄膜３４が形成される。また、このよう微結晶ニッケル薄膜３４の形成は、２００℃〜３００℃という低温条件下で行われるので、微結晶ニッケル薄膜３４の結晶粒子は非常に微細であり、粒径１００ｎｍ以下、好ましくは数十ｎｍ以下という多結晶薄膜が容易に実現される。
The microcrystalline nickel thin film 34 contains silicon in the form of silicon or nickel silicide. By this process, the substitutional diffusion of the nickel component is stopped at the position of the
多結晶シリコン膜３３の代わりに単結晶シリコン膜を用いることはできるが、多結晶シリコン膜の方がより望ましい。単結晶シリコンに較べ、粒界が多い分、塩素ラジカルが微結晶ニッケル薄膜３４内に侵入し易く、シリサイド化が容易且つ良好に行なわれ、途中段階ではＮｉ2Ｓｉ、Ｎｉ3Ｓｉ、Ｎｉ5Ｓｉ2などが生成され、ニッケル薄膜シリサイド膜を比較的容易に形成することができるからである。また、多結晶シリコン膜は、フォトリソグラフィー及びエッチングなどの公知の手法により、金属膜のパターニングなどと比較して比較的容易にパターニングすることができ、また、このようにパターニングした膜を上述したように処理した場合、シリコンパターンのみに選択的にニッケルが置換拡散するという利点がある。 Although a single crystal silicon film can be used instead of the polycrystalline silicon film 33, a polycrystalline silicon film is more desirable. Compared with single crystal silicon, the amount of grain boundaries increases, so that chlorine radicals can easily enter microcrystalline nickel thin film 34 and can be silicided easily and satisfactorily. In the middle stage, Ni 2 Si, Ni 3 Si, Ni 5 Si This is because a nickel thin film silicide film can be formed relatively easily. In addition, the polycrystalline silicon film can be patterned relatively easily by a known method such as photolithography and etching, as compared with the patterning of the metal film, and the film patterned in this way is as described above. In this case, there is an advantage that nickel is selectively substituted and diffused only in the silicon pattern.
ＩＶ族薄膜の一例である多結晶シリコン膜３３（図２（ａ）参照）は、例えば、公知のＣＶＤ法などにより成膜できる。一般的には、ＩＶ族薄膜は、基板を５００℃〜１２００℃にした後、ＩＶ族元素を含有するＩＶ族元素含有化合物ガス中に曝すことにより容易に形成できる。例えば、多結晶シリコン膜３３は、シリコン基板３１を約６００℃に保持し、原料ガスとして、１００ｍＴｏｒｒの下、２０％ＳｉＨ4（Ｎ2希釈）などに晒すことにより、成膜できる。また、多結晶シリコン膜３３は、例えば、フォトリソグラフィーと、例えば、ＣＦ4／Ｏ2ガスによるドライエッチングにより容易にパターニングして、シリコンパターンとすることができる。
The polycrystalline silicon film 33 (see FIG. 2A), which is an example of a group IV thin film, can be formed by, for example, a known CVD method. Generally, a group IV thin film can be easily formed by exposing the substrate to a group IV element-containing compound gas containing a group IV element after the substrate is heated to 500 ° C to 1200 ° C. For example, the polycrystalline silicon film 33 can be formed by holding the
また、シリコンパターンは、成膜後パターニングにより形成するほか、所望パターン以外の領域をレジストなどの保護膜で保護した後、ＣＶＤ法などでシリコンパターンを成膜してもよい。 In addition to forming the silicon pattern by patterning after film formation, the silicon pattern may be formed by CVD or the like after protecting a region other than the desired pattern with a protective film such as a resist.
何れにしても、所望パターン形状のシリコンパターンを有する場合には、シリコンパターンの領域のみに空間選択的にニッケル成分が置換拡散し、微結晶ニッケル薄膜３４が形成できる。 In any case, in the case where a silicon pattern having a desired pattern shape is provided, the nickel component is substituted and diffused in a space selective manner only in the silicon pattern region, and the microcrystalline nickel thin film 34 can be formed.
ここで、空間選択的とは、シリコンパターンの領域のみにニッケル成分が選択的に導入されて、その周囲の領域にはニッケル成分が作用しない状態をいう。すなわち、微結晶ニッケル薄膜３４は、セルフアライメントされた状態でシリコンパターンの領域に形成され、その周囲の領域には形成されない。なお、シリコンパターンの周囲は、シリコン以外であれば特に限定されないが、酸化膜であるのが好ましく、酸化シリコン膜であるのが好ましい。 Here, the space selective means a state in which the nickel component is selectively introduced only into the region of the silicon pattern, and the nickel component does not act on the surrounding region. That is, the microcrystalline nickel thin film 34 is formed in the region of the silicon pattern in a self-aligned state, and is not formed in the surrounding region. The periphery of the silicon pattern is not particularly limited as long as it is other than silicon, but is preferably an oxide film, and is preferably a silicon oxide film.
また、シリコンパターンの下地がシリコン基板の場合には、条件によってはニッケル成分がシリコン基板まで置換拡散するが、下地が酸化シリコン膜３２であるので、置換拡散防止膜として作用し、ニッケル成分の導入は酸化シリコン膜３２で停止される。よって、シリコンパターンを微結晶ニッケル薄膜３４とする際には、下地として金属の置換拡散を規制する置換拡散防止膜を設けるのが好ましく、この場合には、酸化シリコン膜３２が置換拡散防止膜として作用する。
When the base of the silicon pattern is a silicon substrate, the nickel component diffuses and diffuses to the silicon substrate depending on the conditions. However, since the base is the
上述したＭＣＲ−ＣＶＤ法では、基板表面に作用するハロゲンラジカルのフラックスと前駆体のフラックスとの和である総フラックスと、総フラックスに対するハロゲンラジカルのフラックスの比率とにより、処理条件が決定し、ハロゲンラジカルのフラックスの比率が相対的に低くなると、成膜モードとなり、ハロゲンラジカルのフラックスの比率が高くなるとエッチングモードとなる。 In the MCR-CVD method described above, the processing conditions are determined by the total flux, which is the sum of the halogen radical flux acting on the substrate surface and the precursor flux, and the ratio of the halogen radical flux to the total flux. When the radical flux ratio is relatively low, the film forming mode is selected, and when the halogen radical flux ratio is high, the etching mode is selected.
本発明方法では、総フラックスを高くなるように制御することにより、微結晶ニッケル薄膜３４中の平均ニッケル濃度を高くすることができ、逆に低くなるように制御することにより、平均ニッケル濃度を低くすることができる。例えば、被エッチング部材１１を同一とし、ハロゲンガスである作用ガス２１の導入量を一定とし、プラズマアンテナ８に印加するＲＦパワーを高くすると、総フラックスが高くなると共にニッケルを含む前駆体２４のフラックスが高くなり、一方、ＲＦパワーを低くすると、総フラックスが低くなると共にニッケルを含む前駆体２４のフラックスが低下する。
In the method of the present invention, the average nickel concentration in the microcrystalline nickel thin film 34 can be increased by controlling the total flux to be high, and conversely, the average nickel concentration is decreased by controlling the total flux to be low. can do. For example, if the members to be etched 11 are the same, the amount of introduction of the working
また、上記ＭＣＲ−ＣＶＤ法においては、基板の温度を被エッチング部材１１の温度よりも低く設定しているが、例えば、基板の温度４００℃以下（好ましくは３００℃以下）に設定し、この設定条件下で、被エッチング部材１１の温度を比較的高温（例えば、５００℃以上）に設定することにより、総フラックス、特に前駆体のフラックスが増加し、その結果、微結晶ニッケル薄膜３４中の平均ニッケル濃度を高くすることができる。 In the MCR-CVD method, the temperature of the substrate is set lower than the temperature of the member 11 to be etched. For example, the temperature of the substrate is set to 400 ° C. or lower (preferably 300 ° C. or lower). Under the conditions, by setting the temperature of the member 11 to be etched to a relatively high temperature (for example, 500 ° C. or more), the total flux, particularly the flux of the precursor increases, and as a result, the average in the microcrystalline nickel thin film 34 is increased. The nickel concentration can be increased.
基板上に厚さ約８ｎｍの酸化シリコン膜を設け、さらに厚さ約１５０ｎｍのＰｏｌｙ−Ｓｉ薄膜を設けた後、図１に示す装置で処理した。処理条件として、基板温度を２８０℃、被エッチング部材の温度を約５２０℃、チャンバ内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーを１．４ｋＷ（周波数１３．５６ＭＨｚ）に設定し、この条件で処理することにより、基板上に微結晶ニッケル薄膜を形成した。 A silicon oxide film having a thickness of about 8 nm was provided on the substrate, and a Poly-Si thin film having a thickness of about 150 nm was further provided, followed by processing with the apparatus shown in FIG. As processing conditions, the substrate temperature is set to 280 ° C., the temperature of the member to be etched is set to about 520 ° C., the pressure in the chamber is set to 30 mTorr, and the RF power is set to 1.4 kW (frequency 13.56 MHz). A microcrystalline nickel thin film was formed on the substrate.
かかる微結晶ニッケル薄膜をＸＰＳ分析し、結果を図３に示す。図３のグラフに示すように、膜厚方向に亘ってニッケル濃度が一定で約８０％であることが確認された。 Such a microcrystalline nickel thin film was subjected to XPS analysis, and the results are shown in FIG. As shown in the graph of FIG. 3, it was confirmed that the nickel concentration was constant and about 80% over the film thickness direction.
ここで、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を実施する条件では、ハロゲンラジカルのフラックスが飽和状態となるので、この条件下ではＲＦパワーを変化させてもハロゲンラジカルのフラックスはほとんど変化せずに、ＲＦパワーを低くすると、前駆体のフラックスが低くなり、ＲＦパワーを高くすると、前駆体のフラックスが高くなるので、これにより平均ニッケル濃度を制御することができる。 Here, under the conditions for performing the MCR-CVD method, the halogen radical flux is saturated. Under these conditions, even if the RF power is changed, the halogen radical flux is hardly changed, and the RF power is reduced. Then, the flux of the precursor is lowered, and when the RF power is increased, the flux of the precursor is increased, so that the average nickel concentration can be controlled.
また、平均ニッケル濃度は、ハロゲンラジカルのフラックスと前駆体２４のフラックスとの比や被処理部材３の温度、基板の温度などによっても変化し、これらによって変化する前駆体２４の吸着量と、この前駆体２４が吸着した表面へ作用するハロゲンラジカルの量によって、ニッケル含有量が規定されると推定される。
The average nickel concentration also varies depending on the ratio of the flux of halogen radicals to the flux of the precursor 24, the temperature of the
したがって、本発明方法によると、主にＲＦパワーによって制御できる総フラックスを制御することにより、平均ニッケル濃度を増減できるが、被エッチング部材１１の形状、温度、ハロゲンガスの導入量、被処理部材３の温度など諸条件によっても変化するものである。例えば、他の条件を同一にし、被処理部材３の温度を高くすると、平均ニッケル濃度は低くなる方向に制御でき、逆に被処理部材３の温度を低くすると、平均ニッケル濃度が高くなる方向に制御できる。
Therefore, according to the method of the present invention, the average nickel concentration can be increased or decreased by controlling the total flux that can be controlled mainly by the RF power, but the shape of the member 11 to be etched, the temperature, the amount of halogen gas introduced, and the
なお、以上説明した実施形態では、ＩＶ族元素としてシリコンを例示したが、化学的にシリコンに近いゲルマニウム又は炭素をシリコンに置き換えても同様な金属含有薄膜が形成できる。 In the embodiment described above, silicon is exemplified as the group IV element, but a similar metal-containing thin film can be formed even if germanium or carbon that is chemically close to silicon is replaced with silicon.
また、上述した実施形態では、金属としてニッケルを例示したが、ニッケルに近い遷移金属、特に、鉄やコバルトをニッケルに置き換えても、同様に金属含有薄膜が形成できると容易に推測できる。 Moreover, although nickel was illustrated as a metal in embodiment mentioned above, even if it replaces the transition metal near nickel, especially iron and cobalt with nickel, it can estimate easily that a metal containing thin film can be formed similarly.
さらに、上述した実施形態では、被エッチング部材を形成する材料としてニッケルを例示して説明したが、ニッケル以外に鉄やコバルト等を含有する合金材料からなる被エッチング部材を用いてもよい。これにより、例えば、被エッチング部材のニッケル、鉄、コバルト等の含有量を調整することによって、微結晶金属薄膜中の金属含有量を制御することが可能となる。 Furthermore, in the above-described embodiment, nickel has been described as an example of a material for forming the member to be etched. However, a member to be etched made of an alloy material containing iron, cobalt, or the like in addition to nickel may be used. Thereby, for example, the metal content in the microcrystalline metal thin film can be controlled by adjusting the content of nickel, iron, cobalt or the like in the member to be etched.
以上説明したように形成した微結晶ニッケル薄膜は、結晶粒の粒径が１００ｎｍ以下、好ましくは数十ｎｍ以下の多結晶薄膜であり、ニッケル薄膜として機能する。また、ニッケルを例として説明したが、ニッケルに類似する鉄、コバルトを含む遷移金属についても同様に微結晶金属薄膜が形成できる。 The microcrystalline nickel thin film formed as described above is a polycrystalline thin film having a crystal grain size of 100 nm or less, preferably several tens of nm or less, and functions as a nickel thin film. In addition, although nickel has been described as an example, a microcrystalline metal thin film can be formed similarly for transition metals including iron and cobalt similar to nickel.
また、ＩＶ族元素としてシリコンを例として説明したが、ＩＶ族元素としてシリコンの他、ゲルマニウム、炭素などを用い、これに金属を含む前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、同様に微結晶金属薄膜を形成することができる。 In addition, although silicon has been described as an example of the group IV element, germanium, carbon, or the like is used in addition to silicon as the group IV element, and a metal-containing precursor and a halogen radical are allowed to act on the same, thereby similarly forming a microcrystalline metal. A thin film can be formed.
＜磁気記録媒体の実施形態＞
ここで、本発明の微結晶金属薄膜は、磁性材料として使用することができ、磁気異方性がなく、軟磁性体としての特性を有するものである。
<Embodiment of Magnetic Recording Medium>
Here, the microcrystalline metal thin film of the present invention can be used as a magnetic material, has no magnetic anisotropy, and has characteristics as a soft magnetic material.
上述した実施形態で作成した微結晶ニッケル薄膜について測定した磁化曲線を図４に示す。図４（ａ）は膜の面内方向と垂直方向での磁化曲線であり、図４（ｂ）はバックグラウンドである。この結果より、面内方向と垂直方向とで磁化特性に差がなく、磁気異方性がないことが明らかとなった。 FIG. 4 shows the magnetization curve measured for the microcrystalline nickel thin film prepared in the above-described embodiment. FIG. 4A shows a magnetization curve in the direction perpendicular to the in-plane direction of the film, and FIG. 4B shows the background. From this result, it was revealed that there is no difference in magnetization characteristics between the in-plane direction and the perpendicular direction, and there is no magnetic anisotropy.
よって、磁性材料として、磁気記録媒体に用いて好適である。 Therefore, it is suitable for use as a magnetic material in a magnetic recording medium.
磁気記録媒体として適用する場合の一例を図５に概念的に示す。図５に示すように、ガラスなどの基板１０１上に微結晶金属薄膜１０２が設けられ、その上に磁気記録膜１０３を設けたものである。かかる磁気記録媒体は、面内磁気記録方式にでも垂直磁気記録方式にでも適用でき、また、磁気テープ、ハードディスク、光ディスクなど種々の記録媒体として用いることができる。
An example of application as a magnetic recording medium is conceptually shown in FIG. As shown in FIG. 5, a microcrystalline metal
図６は、図５の磁気記録媒体を用いて垂直記録方式で磁気記録する様子を概念的に表したものである。 FIG. 6 conceptually shows the state of magnetic recording by the perpendicular recording method using the magnetic recording medium of FIG.
磁気記録ヘッド１１０により記録すると、磁気ヘッドの一方の極１１０ａから磁気記録膜１０３の領域１０３ａ、微結晶金属薄膜１０２の領域１０２ａ、１０２ｂ、磁気記録膜１０３の領域１０３ｂを通って他方の極１１０ｂに戻るように磁界が形成され、磁気記録膜１０３の領域１０３ａ、１０３ｂが垂直方向に磁化される。
When recording is performed by the
このような磁気記録膜１０３の領域１０３ａ、１０３ｂの境界は、磁気記録膜１０３の結晶粒の大きさに依存するが、微結晶金属薄膜１０２の結晶粒の大きさにも依存する。なお、例えば、図７（ａ）に示すように、結晶粒が小さい場合には、領域１０２ａと領域１０２ｂとの境界１０２ｃはほぼ垂直に形成される。なお、図７（ｂ）のように、微結晶金属薄膜１０２の結晶粒が大きいと、領域１０２ａ、１０２ｂの境界１０２ｄが粒界にそって形成され、境界が直線状にならずに屈曲してしまうことになる。
Such a boundary between the
＜他の実施形態＞
上記実施形態に用いた図１に示す装置においては、チャンバ１内でハロゲンガスをプラズマ化することによりそのラジカルを形成したが、ラジカルの形成方法はこれに限る必要はない。例えば次のような方法によっても形成し得る。
１） チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスに高周波の電界を作用させてこのハロゲンガスをプラズマ化する。
２） チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスにマイクロ波を供給してこのハロゲンガスをプラズマ化する。
３） チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを加熱して熱的解離する。
４） チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスに電磁波又は電子線を供給してこのハロゲンガスを解離させる。
５） チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを、触媒作用により解離させる触媒金属に接触させる。
<Other embodiments>
In the apparatus shown in FIG. 1 used in the above embodiment, the radical is formed by converting the halogen gas into plasma in the
1) A high-frequency electric field is applied to a halogen gas flowing through a cylindrical passage communicating with the inside of the
2) Microwave is supplied to the halogen gas flowing through the cylindrical passage communicating with the inside of the
3) The halogen gas flowing through the cylindrical passage communicating with the
4) An electromagnetic wave or an electron beam is supplied to the halogen gas flowing through the cylindrical passage communicating with the inside of the
5) A halogen gas flowing through a cylindrical passage communicating with the inside of the
本発明は、磁気記録媒体の他、半導体装置の製造、他の電子デバイスの製造に関する産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field related to the manufacture of semiconductor devices and other electronic devices in addition to magnetic recording media.
１ チャンバ
３ 被処理部材
８ プラズマアンテナ
１１ 被エッチング部材
２１ 作用ガス
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記ＩＶ族元素が、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 The method of manufacturing a magnetic recording medium according to claim 12,
The method for producing a magnetic recording medium, wherein the group IV element is at least one element selected from the group consisting of silicon, germanium, and carbon.
前記ＩＶ族薄膜が、多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 The method of manufacturing a magnetic recording medium according to claim 12 or 13,
The method for producing a magnetic recording medium, wherein the group IV thin film is a polycrystalline silicon thin film.
前記被処理体の温度を２００℃〜３００℃とすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 In the manufacturing method of the magnetic-recording medium in any one of Claims 12-14,
A method of manufacturing a magnetic recording medium, wherein the temperature of the object to be processed is 200 ° C. to 300 ° C.
前記微結晶金属薄膜が金属を８０質量％以上含有するように形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 In the manufacturing method of the magnetic-recording medium in any one of Claims 12-15,
A method for producing a magnetic recording medium, wherein the microcrystalline metal thin film is formed so as to contain 80% by mass or more of a metal.
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