JPH11340037A

JPH11340037A - 軟磁性膜、軟磁性多層膜、およびそれらの製造方法並びにそれらを用いた磁性体素子

Info

Publication number: JPH11340037A
Application number: JP10146353A
Authority: JP
Inventors: Kumio Nako; 久美男名古
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-10
Also published as: US6346336B1; CN1150570C; CN1236959A

Abstract

(57)【要約】【課題】電子機器の小型化、薄型化、軽量化、および
高性能化の要求に対応でき、トランス、インダクタ、磁
気ヘッドなどの磁性体素子の小型化、薄型化、高性能化
のために、高飽和磁化の軟磁性膜、軟磁性多層膜、およ
びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に形成したＦｅ−Ｎ系薄膜２で
あって、α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ
相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の結晶粒を１０ｎｍ以下に微細化
し、かつ膜面に平行なα−Ｆｅの格子面（１１０）およ
びγ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（２００）の間隔を格子歪みの
ない状態と比較して膨張させ、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面
（１１１）の間隔を格子歪みのない状態と比較して圧縮
された組織にすることにより、優れた軟磁性を有する高
飽和磁化の軟磁性膜、および軟磁性多層膜、を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶テレビ用アン
テナ、パルスモータ、チョークコイル、トランス、イン
ダクタ、ノイズフィルタ、電磁干渉抑制体、磁気ヘッド
などのコア材料等に用いられる軟磁性膜と軟磁性多層
膜、及びそれら軟磁性膜と軟磁性多層膜の製造方法、並
びにそれらを用いた磁性体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンや電子手帳、携帯電話な
どの情報通信機器の進展が急速に進んでいる。更に、高
度情報化（マルチメディア）社会を支える技術として、
文字、音声、静止画、動画などの各種のデータを扱う高
機能な情報通信機器が大規模な市場を形成することが予
測されている。このような背景から、情報通信機器の小
型化、薄型化、軽量化、及び高性能化が要求されてい
る。ところで、情報通信機器を構成する部品のうち、半
導体素子はＬＳＩ技術の進展により、早くから薄膜部品
化、集積化による小型化が進められている。しかしなが
ら、磁性体素子においては、薄膜部品化と集積化による
小型化と薄型化は取り残されていた。

【０００３】そこで、最近、液晶テレビ用アンテナ、パ
ルスモータ、チョークコイル、インダクタ、トランス、
磁気ヘッド、ノイズを削除するインピーダンス素子、電
磁干渉抑制体などの磁性体素子の小型化、薄型化、及び
高性能化の要請に伴い、高性能な磁性材料が要求されて
いる。そこで、これらの磁性体素子に使用される磁気コ
ア材料としては、高飽和磁化と良好な軟磁性、薄い形状
が得やすいことが要求されている。したがって、薄膜化
の要望が強く、高飽和磁化軟磁性薄膜をコア材料とする
薄膜磁性体素子の開発に対する要請が高まっている。

【０００４】従来、前述の用途に対する磁気コア材料と
して、センダスト、パーマロイ、珪素鋼等の結晶質合金
やＣｏ基非晶質合金が使用されている。しかしながら、
磁性体素子の小型化、薄型化、及び高性能化に対応する
ためには、高飽和磁束密度と優れた軟磁性の両方の特性
を兼ね備えた、より高性能の高飽和磁化軟磁性薄膜が要
求される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のセン
ダストやパーマロイ等の結晶質合金、およびＣｏ基非晶
質合金は、優れた軟磁性を有するものの飽和磁束密度が
約１Ｔ程度であり、低いという欠点があった。また、珪
素鋼の結晶質合金は飽和磁束密度が高いものの軟磁性に
おいて劣るという欠点があった。そこで、２Ｔ以上の高
飽和磁束密度を有する材料としてＦｅ−Ｎ系薄膜の研究
開発も行われているが、例えば、特開昭６４−１５９０
７号公報や特開平３−２４６９１３号公報に開示された
如く、いずれの公報に開示されたＦｅ−Ｎ系薄膜におい
ても、その保磁力Ｈｃは１Ｏｅ（７９.５７７５Ａ／
ｍ）以上であり、前述の薄膜磁性体素子に使用可能な良
好な軟磁性は得られていなかった。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ために、高飽和磁束密度と優れた軟磁性の両方の特性を
兼ね備えた、より高性能の軟磁性膜、軟磁性多層膜、及
びそれらの製造方法を提供することにある。更に、この
軟磁性膜あるいは軟磁性多層膜を使用した磁気コア材料
により、磁性体素子の小型化、薄型化、及び高性能化を
実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、前記Ｆｅ−Ｎ系
薄膜について、本発明者が更に研究を重ねた結果、α−
Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆ
ｅ₄Ｎ相の結晶粒を微細化し、かつ膜面に平行なα−Ｆ
ｅの格子面（１１０）およびγ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（２
００）の間隔を格子歪みのない状態と比較して膨張さ
せ、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（１１１）の間隔を格子歪み
のない状態と比較して圧縮された組織とすることによ
り、高飽和磁束密度を有するＦｅ−Ｎ系薄膜において、
優れた軟磁性を示す高飽和磁化の軟磁性膜が得られるこ
とを発見した。これら各相の存在は、Ｘ線回折分析によ
り確認することができる。本発明の軟磁性膜は、Ｆｅと
Ｎを含有する軟磁性薄であって、α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄
Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径
が１０ｎｍ以下であり、かつ膜面に平行なα−Ｆｅの格
子面（１１０）およびγ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（２００）
の間隔が格子歪みのない状態と比較して膨張状態であ
り、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（１１１）の間隔が格子歪み
のない状態と比較して圧縮状態である。この構成によ
り、上述した研究結果から明らかなように、高飽和磁束
密度と優れた軟磁性の両方の特性を兼ね備えた、より高
性能の軟磁性膜が実現できる。

【０００８】本発明の他の観点による軟磁性膜は、α−
Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆ
ｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ膜面に
平行なα−Ｆｅの格子面（１１０）およびγ'−Ｆｅ₄Ｎ
の格子面（２００）の間隔が格子歪みのない状態と比較
して膨張状態であり、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（１１１）
の間隔が格子歪みのない状態と比較して圧縮状態である
ＦｅとＮを含有する軟磁性薄膜がＳｉ薄膜上に形成され
た二層構造を有することを特徴としている。このよう
に、Ｓｉ薄膜上に前記軟磁性薄膜を形成することによ
り、更に優れた軟磁性を有することを発見した。

【０００９】また、Ｓｉ薄膜上に形成された二層構造を
有する軟磁性膜を複数層形成したことを特徴とする軟磁
性膜では、磁性層を厚くすることができるため、優れた
軟磁性を有する磁気コア材料を提供することができる。

【００１０】また、膜面に平行なα−Ｆｅの（１１０）
面のＸ線回折強度に対するγ'−Ｆｅ₄Ｎの（２００）面
及び（１１１）面のＸ線回折強度の相対強度比が共に１
以下であることを特徴とする軟磁性膜では、良好な軟磁
性が得られることを発見した。

【００１１】また、Ｓｉ基板に前記軟磁性膜を形成する
ことにより、Ｓｉ薄膜上に形成した場合と同様に優れた
軟磁性を有することを発見した。

【００１２】また、軟磁性多層膜は、前記軟磁性膜と非
磁性膜とを交互に積層している。このような軟磁性多層
膜の構成により、磁性体層を厚くしても、積層された磁
性体膜間の磁気誘導による渦電流の発生を抑制できるた
め、高周波特性の優れた磁気コア材料を提供することが
できる。

【００１３】また、本発明は、前記軟磁性膜あるいは前
記軟磁性多層膜の製造方法であって、前記軟磁性膜ある
いは前記軟磁性多層膜を冷却した基板上に形成する工程
を具備している。このように、前記軟磁性膜あるいは前
記軟磁性多層膜を冷却した基板上に形成することによ
り、成膜直後の状態でγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の存在しない、格
子の膨張したα−Ｆｅの微結晶相のみを形成することが
できる。

【００１４】また、本発明は、前記軟磁性膜あるいは前
記軟磁性多層膜の製造方法であって、冷却した基板上に
形成した前記軟磁性膜あるいは前記軟磁性多層膜を３０
０℃以下で熱処理する工程を具備している。このよう
に、冷却した基板上に形成した軟磁性膜あるいは前記軟
磁性多層膜を３００℃以下の温度で熱処理を施すことに
より、膜面に平行なα−Ｆｅの格子面（１１０）および
γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（２００）の間隔を格子歪みのな
い状態と比較して膨張させ、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（１
１１）の間隔を格子歪みのない状態と比較して圧縮され
た組織の軟磁性膜を形成することができる。

【００１５】また、前記軟磁性膜または前記軟磁性多層
膜を磁気コアに含む磁性体素子は、液晶テレビ用アンテ
ナ、電磁干渉抑制体、ノイズフィルタ、パルスモータ、
チョークコイル、トランス、インダクタおよび磁気ヘッ
ドから選ばれるいずれか一つであることが好ましい。前
記軟磁性膜または軟磁性多層膜は、前述のように優れた
磁気特性を有するため、選ばれた磁性体素子の小型化、
薄型化、及び高性能化のために好適に使用し得る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る軟磁性膜の
好適な実施例１〜３を添付の図１〜図８を参照しつつ説
明する。

【００１７】《実施例１》本発明者は、高周波２極スパ
ッタ装置を用いて、純鉄をターゲットにして、Ａｒガス
中にＮ₂ガスを導入した反応性スパッタ法により、図１
に示すＦｅ−Ｎ系薄膜２を作製した。図１は、水冷した
Ｓｉ基板１上に膜厚１μｍのＦｅ−Ｎ系薄膜２が形成さ
れている。作製したＦｅ−Ｎ系薄膜２は、１×１０^-3パ
スカル以下の真空中、４８ｋＡ／ｍの静磁界中で２２０
℃〜３５０℃の温度範囲で１時間の熱処理を行った。図
２は、作製したＦｅ−Ｎ系薄膜２を磁化困難軸方向に沿
って測定した、保磁力Ｈｃの熱処理温度に対する変化を
示すグラフである。図２に示すように、成膜直後の状態
から２２０℃の熱処理温度まで、保磁力は、６５０Ａ／
ｍ以上の大きな値を示すが、２３０℃の熱処理で保磁力
は急激に減少し、１５Ａ／ｍ以下の小さな値を示す。こ
の低保磁力の値は３００℃まで維持される。更に、３１
０℃以上の熱処理温度で保磁力の値は急激に増加し、３
５０℃では約６５０Ａ／ｍの大きな値を示す。このよう
に優れた軟磁性を示すＦｅ−Ｎ系薄膜の飽和磁束密度
は、２３０℃〜３００℃の熱処理温度において約２Ｔで
あった。

【００１８】図３は、作成したＦｅ−Ｎ系薄膜２の熱処
理温度に対するＸ線回折強度の変化を示すグラフであ
る。図３に示すように、成膜直後の状態では、γ'−Ｆ
ｅ₄Ｎ相の存在しない、格子の膨張したα−Ｆｅの（１
１０）面のみの比較的ブロードな回折ピークが観測され
る。良好な軟磁性（１５Ａ／ｍ以下の低保磁力）が出現
する２３０℃の熱処理でγ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）と
（２００）格子面のブロードな回折ピークが観測され
る。熱処理温度の上昇とともに、α−Ｆｅおよびγ'−
Ｆｅ₄Ｎの格子面の回折強度が強くなるが、低保磁力を
維持する３００℃の熱処理まで回折ピークはブロードで
ある。この時、α−Ｆｅは（１１０）面に配向してい
る。そして、軟磁性が損なわれる３５０℃の熱処理でα
−Ｆｅおよびγ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面の回折強度が著しく
強くなり、γ'−Ｆｅ₄Ｎの回折強度はα−Ｆｅのそれよ
りも強くなっていることが分かる。

【００１９】これらのＸ線回折の結果をもとに、デバイ
・シェラーの式を用いて、γ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）、
（２００）面、およびα−Ｆｅの（１１０）面の平均粒
径を算出した。図４は熱処理温度に対する平均粒径の変
化を示すグラフである。図４に示すように、α−Ｆｅ相
とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相が共存し、良好な軟磁性が得られる２
３０〜３００℃の熱処理温度範囲では、α−Ｆｅ相、
γ'−Ｆｅ₄Ｎ相ともに平均粒径は１０ｎｍ以下である。
しかし、軟磁性が損なわれる３５０℃の熱処理では、α
−Ｆｅ相、γ'−Ｆｅ₄Ｎ相ともに平均粒径は１０ｎｍよ
りも大きな値になっていることが分かる。

【００２０】次に、膜面に平行なγ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１
１）、（２００）格子面、およびα−Ｆｅの（１１０）
格子面の間隔の歪みを次式を用いて評価した。格子面間
隔の歪みΔｄは、薄膜の格子面間隔をｄ_F、ＡＳＴＭカ
ードに示されるバルクの格子面間隔（格子歪みのない状
態）をｄとして次式（１）により表される。

【００２１】 Δｄ（％）＝（ｄ_F−ｄ）×１００／ｄ −−−− （１）

【００２２】図５は熱処理温度に対する格子面間隔の歪
みの変化を示すグラフである。格子面間隔の歪みΔｄの
値において、正が膨張状態、負が圧縮状態であることを
表している。図５に示すように、良好な軟磁性が得られ
る２３０〜３００℃の熱処理温度の範囲では、α−Ｆｅ
（１１０）およびγ'−Ｆｅ₄Ｎ（２００）の格子面の間
隔は格子歪みのない状態と比較して２％以下膨張し、
γ'−Ｆｅ₄Ｎ（１１１）の格子面の間隔は格子歪みのな
い状態と比較して１.５％以下圧縮されていることが分
かる。軟磁性の損なわれる３５０℃の熱処理では、γ'
−Ｆｅ₄Ｎ（２００）、γ'−Ｆｅ₄Ｎ（１１１）、およ
びα−Ｆｅ（１１０）の格子面の間隔はすべて圧縮され
ていることが分かる。

【００２３】図６はα−Ｆｅの（１１０）面のＸ線回折
強度に対するγ'−Ｆｅ₄Ｎの（２００）面および（１１
１）面のＸ線回折強度の相対強度比ＩＦｅＮ／ＩＦｅの
熱処理温度に対する変化を示すグラフである。前述した
ように、良好な軟磁性（１５Ａ／ｍ以下の低保磁力）が
得られる２３０〜３００℃の熱処理温度の範囲では、図
６に示すように、γ'−Ｆｅ₄Ｎ（１１１）面およびγ'
−Ｆｅ₄Ｎ（２００）面ともにＩＦｅＮ／ＩＦｅの値が
ともに１以下であることが分かる。軟磁性の損なわれる
３５０℃の熱処理では、ＩＦｅＮ／ＩＦｅの値は、約
１.４を示している。

【００２４】《実施例２》次に、本発明に係る軟磁性薄
膜の実施例２について添付の図７を用いて説明する。図
７は実施例２の軟磁性薄膜の断面図である。図７に示す
ように、ＳｉおよびＴｉ−Ｍｇ−Ｎｉ−Ｏ系セラミック
基板３上に、５０ｎｍのＳｉ薄膜４を形成し、そのＳｉ
薄膜４上に、前述の実施例１と同様に反応性スパッタ法
により、膜厚１μｍのＦｅ−Ｎ系薄膜５を作製した。作
製したＦｅ−Ｎ系薄膜５は、１×１０^-3パスカル以下の
真空中、４８ｋＡ／ｍの静磁界中で２５０℃の温度で１
時間の熱処理を行った。このＳｉ薄膜４上にＦｅ−Ｎ系
薄膜５を形成した二層構造を有する軟磁性薄膜の磁化困
難軸方向の保磁力を、前述した実施例１の膜厚１μｍの
単層のＦｅ−Ｎ系薄膜と比較して表１に示した。なお、
表１において、基板としてＳｉを用いた場合とセラミッ
クを用いた場合とについて比較している。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示すように、Ｓｉ基板上に形成した
単層のＦｅ−Ｎ系薄膜の保磁力は、Ｓｉ基板上にＳｉ薄
膜を形成し、その上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構
造を有する軟磁性薄膜の保磁力と同等の５Ａ／ｍの小さ
な値を示している。しかしながら、セラミック基板上に
形成した単層のＦｅ−Ｎ系軟磁性薄膜の保磁力は、４２
Ａ／ｍであるが、セラミック基板上にＳｉ薄膜を形成
し、そのＳｉ薄膜の上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層
構造を有する軟磁性薄膜にすることにより、Ｓｉ基板上
に形成した単層のＦｅ−Ｎ系薄膜と同等の５Ａ／ｍの低
保磁力を示した。

【００２７】基板上にＳｉ薄膜を形成し、その上にＦｅ
−Ｎ系薄膜を形成した二層構造を有する軟磁性薄膜にお
いて得られる優れた軟磁性の実現は、基板として、セラ
ミック基板を用いた場合に限るものではなく、基板材料
がガラスや有機物フィルムなどにおいても同様の効果を
有する。また、Ｓｉ薄膜の厚みは、５０ｎｍに限るもの
ではなく、任意の膜厚であっても同様の効果を有する。

【００２８】《実施例３》次に、本発明に係る軟磁性薄
膜の実施例３について、添付の図８を用いて説明する。
図８は、実施例３の軟磁性薄膜の断面図である。図８に
示すように、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板６上にＡｌ₂Ｏ₃薄膜
７を形成し、その上にＳｉ薄膜８ａを膜厚５０ｎｍを形
成した。Ｓｉ薄膜８ａの上にＦｅ−Ｎ系薄膜９を膜厚
０.５μｍを形成し、その上にＳｉ薄膜８ｂを５ｎｍ、
その上にＦｅ−Ｎ系薄膜９を膜厚０.５μｍで形成し
た。このように作成した多層構造の軟磁性薄膜を、１×
１０^-3パスカル以上の真空中、４８ｋＡ／ｍの静磁界中
で２６０℃の温度で１時間の熱処理を行った。この軟磁
性薄膜の磁化困難軸方向の保磁力は、１５Ａ／ｍであっ
た。Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ基板上にＡｌ₂Ｏ₃薄膜を形成
し、その上に単層の膜厚１μｍのＦｅ−Ｎ系薄膜を形成
した場合の保磁力の値４９Ａ／ｍと比較すると、前記多
層構造の軟磁性薄膜の軟磁性は大きく改善されているこ
とが分かる。

【００２９】また、前記軟磁性薄膜が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｒｕおよ
びＲｈから選ばれる少なくとも１つの元素を数原子％、
あるいは、この他の元素が微量含まれていても本発明の
目的に反しない程度であれば差し支えない。

【００３０】《実施例４》次に、本発明に係る軟磁性多
層膜の実施例を添付の図９〜図１２を参照しつつ説明す
る。図９は、本発明の実施例４の軟磁性多層膜の一実施
態様を示す断面図である。この軟磁性多層膜１１は、基
本的な構成としては、基板１２の表面上に実施例１の図
１に示した単層のＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した軟磁性薄
膜、または実施例２の図７に示したＳｉ薄膜上にＦｅ−
Ｎ系薄膜を形成した二層構造を有する軟磁性薄膜、ある
いはこの二層構造を有する軟磁性薄膜を複数層形成した
実施例３の多層構造の軟磁性薄膜の内の、少なくとも１
種の軟磁性薄膜１３と非磁性膜１４とが交互に積層され
て構成されている。膜の積層数、各膜の膜厚は、特に制
限されるものではなく、要求される特性に応じて適宜設
定される。

【００３１】軟磁性多層膜は、単層のＦｅ−Ｎ系薄膜か
らなる軟磁性薄膜、Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成
した二層構造を有する軟磁性薄膜、あるいはこの二層構
造を有する軟磁性薄膜を複数層形成した軟磁性薄膜の内
の少なくとも１種の軟磁性薄膜１３および／または非磁
性膜１４の膜厚を異厚にして構成してもよい。図１０
は、非磁性膜１４が、０.５〜５０ｎｍの膜厚を有する
非磁性膜１４ａと、５０〜５００ｎｍの膜厚を有する非
磁性膜１４ｂとの２種の膜厚を有する態様を示したもの
である。また、図１１は、軟磁性薄膜１３の膜厚が異な
る３種類の軟磁性薄膜１３ａ、１３ｂ、１３ｃの一実施
態様を示したものであり、図１２は、軟磁性薄膜１３と
非磁性膜１４の双方がそれぞれ異なる膜厚のものを含む
一実施態様を示したものである。なお、図１０〜図１２
において、ａ、ｂ、およびｃの符号は、これが付された
膜の膜厚が同一であることを示すものである。また、こ
れらの実施態様において、軟磁性薄膜１３の好ましい膜
厚は、５〜５０００ｎｍである。

【００３２】前記軟磁性薄膜１３は、高周波２極スパッ
タ装置を用いて、純鉄をターゲットにして、Ａｒガス中
にＮ₂ガスを導入した反応性スパッタ法により形成する
ことができる。軟磁性薄膜１３に含まれる窒素は、雰囲
気中のＮ₂ガスの分圧を調整することにより、適正化さ
れ得る。

【００３３】ここで、非磁性膜１４としては、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＳｉＣ、Ｃ
ｕ、Ｃ、もしくはＴｉ、またはＴａ、Ｎｂ、Ｚｒもしく
はＨｆの窒化物、酸化物、炭化物などを使用することが
できる。非磁性膜１４およびＳｉ薄膜は、軟磁性薄膜１
３と同様の高周波スパッタリング法などにより、軟磁性
薄膜１３と連続的に形成、積層することが好ましい。

【００３４】《実施例５》次に、前述の実施例において
説明した軟磁性薄膜または軟磁性多層膜を用いた本発明
の磁性体素子の実施例５を図１３〜図２１を用いて説明
する。

【００３５】図１３は、本発明に係る実施例５の磁性体
素子の一実施態様であるノイズフィルタを示した斜視図
である。このノイズフィルタ２０においては、非磁性基
板２１の表面に形成された下部軟磁性体膜２２ａ上に、
Ｃｕ、Ａｌなどの導体により形成されている複数の棒状
導体２４が、互いにほぼ等間隔を保つように、ＳｉＯ₂
などの絶縁体２３中に縦横に配列されて複合体を形成し
ている。そして、この複合体が絶縁体２３の上面と両側
面とに接する上部軟磁性体膜２２ｂと前記下部軟磁性体
膜２２ａとによって囲まれている。下部軟磁性体膜２２
ａと上部軟磁性体膜２２ｂは、単層の軟磁性薄膜でも、
Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構造を有す
る軟磁性薄膜であっても、この二層構造を有する軟磁性
薄膜を複数層形成した軟磁性薄膜であってもよい。ま
た、前記軟磁性薄膜と非磁性膜とが交互に積層されてな
る軟磁性多層膜であってもよい。

【００３６】図１４は、ノイズフィルタの別の実施態様
を示したものである。図１４に示すように、一本の導体
３４を含むノイズフィルタ３０は、非磁性基板３１の表
面に形成された下部軟磁性体膜３２ａと、絶縁体３３の
上面と両側面とに接する上部軟磁性体膜３２ｂとによ
り、導体３４と絶縁体３３を囲むことにより構成されて
いる。下部軟磁性体膜３２ａと上部軟磁性体膜３２ｂ
は、単層の軟磁性薄膜でも、Ｓｉ薄膜上に軟磁性薄膜を
形成した二層構造を有する軟磁性薄膜であってもよく、
また二層構造を有する軟磁性薄膜をさらに複数層形成し
た軟磁性薄膜であってもよい。また、上記のように構成
された軟磁性薄膜と非磁性膜とが交互に積層されてなる
軟磁性多層膜であってもよい。

【００３７】このような軟磁性薄膜を構成するＦｅ−Ｎ
系薄膜の組成範囲は、Ｎが１〜１７原子％、Ｆｅが８３
〜９９原子％であることが好ましい。

【００３８】このように、本発明に係る磁性体素子の一
実施態様であるノイズフィルタは、棒状の導体３４と、
この導体３４を被覆する絶縁体３３と、この絶縁体３３
を挟持するように絶縁体３３の表面を囲むように配設さ
れた下部軟磁性体膜３２ａ、上部軟磁性体膜３２ｂとを
有する。下部軟磁性体膜３２ａと上部軟磁性体膜３２ｂ
は、α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相と
γ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ
膜面に平行なα−Ｆｅの（１１０）格子面およびγ'−
Ｆｅ₄Ｎ（２００）格子面の間隔が格子歪みのない状態
と比較して膨張し、γ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）格子面の
間隔が格子歪みのない状態と比較して圧縮されているこ
とが好ましい。

【００３９】なお、実施例５のノイズフィルタは、図１
５に示すように、非磁性基板２１上に複数個のノイズフ
ィルタ２０ａ〜２０ｄを縦横に配列した実施態様で用い
ることができる。

【００４０】また、実施例５の磁性体素子の一実施態様
である電磁干渉抑制体は、ポリイミドなどの有機物フィ
ルムのような基板上に、単層の軟磁性薄膜を形成した
り、Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構造を
有する軟磁性薄膜を形成したり、このような二層構造を
有する軟磁性薄膜をさらに複数層形成した軟磁性薄膜を
形成したり、あるいは上記のような軟磁性薄膜と非磁性
膜とを交互に積層して構成した軟磁性多層膜を形成した
ものである。また、実施例５の電磁干渉抑制体は、α−
Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆ
ｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ膜面に
平行なα−Ｆｅの（１１０）格子面およびγ'−Ｆｅ₄Ｎ
（２００）格子面の間隔が格子歪みのない状態と比較し
て膨張し、γ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）格子面の間隔が格
子歪みのない状態と比較して圧縮していることが好まし
い。

【００４１】図１６は、本発明に係る磁性体素子の一実
施態様である薄膜トランスを示したものである。この薄
膜トランス４０は、ガラス、Ｓｉウェハーなどの非磁性
基板４１の表面の一部に、図の下から順に、下部軟磁性
体膜４２、絶縁体膜４３、二次コイル４４、絶縁体膜４
３、一次コイル４５、絶縁体膜４３、導体４６、絶縁体
膜４３、上部軟磁性体膜４８が形成された積層構造を有
している。この積層構造は、上部軟磁性体膜４８により
ほぼ被覆されており、上部軟磁性体膜４８と非磁性体基
板４１との間からは、端子４７が外に延伸している。な
お、二次コイル４４、一次コイル４５、および導体４６
はＣｕなどの導体材料により構成されており、絶縁体膜
４３はＳｉＯ₂などにより構成されている。また、図１
６に簡略化して示したように、一次コイル４５と二次コ
イル４４とは、水平方向（積層面と平行方向）に捲回す
るように構成されており、その捲回比は所定の比率とな
るように設定されている。

【００４２】このように、本発明に係る磁性体素子の一
実施態様である薄膜トランス４０は、絶縁体膜４３を介
して積層された積層面に平行な面内で捲回された一次コ
イル４５および二次コイル４４と、これら一次コイル４
５と二次コイル４４を絶縁体膜４３を介して挟持するよ
うに配置された下部軟磁性体膜４２および上部軟磁性体
膜４８とを有している。そして、これら下部軟磁性体膜
４２および上部軟磁性体膜４８は、α−Ｆｅとγ'−Ｆ
ｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均
粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ膜面に平行なα−Ｆｅ
の（１１０）格子面およびγ'−Ｆｅ₄Ｎ（２００）格子
面の間隔が格子歪みのない状態と比較して膨張し、γ'
−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）格子面の間隔が格子歪みのない
状態と比較して圧縮されていることが好ましい。

【００４３】図１６に示した下部軟磁性体膜４２および
上部軟磁性体膜４８は、薄膜トランスの磁気コアを形成
するものであって、前述の実施例のように、単層の軟磁
性薄膜であっても、Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成
した二層構造を有する軟磁性薄膜であっても、この二層
構造を有する軟磁性薄膜をさらに複数層形成した軟磁性
薄膜であってもよい。また、下部軟磁性体膜４２および
上部軟磁性体膜４８は、上記のような軟磁性薄膜と非磁
性膜とを交互に積層して形成した軟磁性多層膜であって
もよい。また、このような軟磁性薄膜を構成する、Ｆｅ
−Ｎ系薄膜の組成範囲は、Ｎが１〜１７原子％、Ｆｅが
８３〜９９原子％であることが好ましい。

【００４４】図１７および図１８は、薄膜インダクタの
一実施態様を示したものである。この薄膜インダクタ
は、Ｓｉチップ搭載型マイクロリアクトルにおけるＳｉ
チップ上の薄膜インダクタであって、図１７はその薄膜
インダクタの或る一層の導体膜５４を示す平面図であ
る。図１８は、図１７の導体膜５４を有する薄膜インダ
クタ５０の断面図である。図１８において、薄膜インダ
クタ５０は、ＩＣパッケージ５１上のＳｉチップ５５の
上に、図の下から順に、ＳｉＯ₂膜５６、下部軟磁性体
膜５２、ＳｉＯ₂などの絶縁体膜５３、ＣｕまたはＡｌ
などの積層面方向に捲回したパターンを有する導体膜５
４、上部軟磁性体膜５８が形成された積層構造を有して
いる。

【００４５】このように、本発明に係る磁性体素子の一
実施態様である薄膜インダクタ５０は、積層面方向と平
行な面上で捲回する薄膜コイルである導体膜５４と、こ
れを挟持するように配置された下部軟磁性体膜５２およ
び上部軟磁性体膜５８とを具備する積層構造を有してい
る。下部軟磁性体膜５２および上部軟磁性体膜５８は、
α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'
−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ膜
面に平行なα−Ｆｅの（１１０）格子面およびγ'−Ｆ
ｅ₄Ｎ（２００）格子面の間隔が格子歪みのない状態と
比較して膨張し、γ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）格子面の間
隔が格子歪みのない状態と比較して圧縮されていること
が好ましい。

【００４６】また、これら軟磁性体膜５２および５８
は、薄膜インダクタ５０の磁気コアを形成するものであ
って、前述の実施例のように、単層の軟磁性薄膜であっ
ても、Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構造
を有する軟磁性薄膜であっても、この二層構造を有する
軟磁性薄膜を複数層形成した軟磁性薄膜であってもよ
い。また、軟磁性体膜５２および５８は、上記のような
軟磁性薄膜と非磁性膜とを交互に積層して形成された軟
磁性多層膜であってもよい。また、これらの軟磁性薄膜
を構成する、Ｆｅ−Ｎ系薄膜の組成範囲は、Ｎが１〜１
７原子％、Ｆｅが８３〜９９原子％であることが好まし
い。

【００４７】図１９および図２０は、本発明に係る磁性
体素子の一実施態様である薄膜磁気ヘッドを示したもの
である。図１９はその薄膜磁気ヘッドの平面図であり、
図２０は図１９に示した薄膜磁気ヘッド６０のａ−ａ’
線による断面図である。この薄膜磁気ヘッド６０は、Ａ
ｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣなどの絶縁基板６１の表面に、図の下か
ら順に、下部軟磁性体膜６２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂など
からなるギャップ層６５、ＳｉＯ₂などの絶縁体層６
３、銅などからなる薄膜コイル６４、上部軟磁性体膜６
８、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる保護層６６を形成したもので
ある。

【００４８】また、図２１は、薄膜磁気ヘッドの別の実
施態様を示したものである。この薄膜磁気ヘッド７０
は、下部軟磁性体膜６２と磁気シールドコア層７７との
間に、絶縁体層７３を挟み込み、この絶縁体層７３の一
部に磁気抵抗効果素子７９が挟持されている点におい
て、図１９に示した薄膜磁気ヘッド６０と相違する。こ
の薄膜磁気ヘッド７０は、シールド型の磁気抵抗効果型
ヘッド（以下、「ＭＲヘッド」という。）を再生専用ヘ
ッドとして搭載した実施態様であって、下部軟磁性体膜
６２と磁気シールドコア７７とによって、磁気抵抗効果
素子７９を磁気シールドしている。磁気抵抗効果素子７
９は、パーマロイ薄膜や、ＣｏＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｎ
ｉＦｅ、ＣｏＭｎＢ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏなどの磁気抵抗
素材から形成されている。なお、ここでは、シールド型
のＭＲヘッドについて説明したが、ヨーク型のＭＲヘッ
ドであってもよい。

【００４９】上記のように、本発明に係る磁性体素子の
一実施態様である薄膜磁気ヘッド６０、７０は、積層面
方向に捲回する薄膜コイル６４と、絶縁体層６３を介し
てこの薄膜コイル６４を挟持するように配置された軟磁
性体膜６２、６８とを有している。そして、軟磁性体膜
６２、６８は、α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α
−Ｆｅ相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下で
あり、かつ膜面に平行なα−Ｆｅの（１１０）格子面お
よびγ'−Ｆｅ₄Ｎ（２００）格子面の間隔が格子歪みの
ない状態と比較して膨張し、γ'−Ｆｅ₄Ｎの（１１１）
格子面の間隔が格子歪みのない状態と比較して圧縮され
ていることが好ましい。

【００５０】また、軟磁性体膜６２、６８は、薄膜磁気
ヘッド６０、７０の磁気コアを形成するものであって、
前述の実施例のように、単層の軟磁性薄膜であっても、
Ｓｉ薄膜上にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構造を有す
る軟磁性薄膜であっても、この二層構造を有する軟磁性
薄膜を複数層形成した軟磁性薄膜であってもよい。ま
た、軟磁性体膜６２、６８は、上記のような軟磁性薄膜
と非磁性膜とを交互に積層して構成された軟磁性多層膜
であってもよい。軟磁性薄膜６２、６８を構成するＦｅ
−Ｎ系薄膜の組成範囲は、Ｎが１〜１７原子％、Ｆｅが
８３〜９９原子％であることが好ましい。

【００５１】なお、本実施例では薄膜磁気ヘッドについ
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、磁気ヘッドとしては積層型、メタル・イン・ギャッ
プ（ＭＩＧ）型、主磁極励磁型であっても、またはその
他の形態の磁気ヘッドであってもよい。また、前述の軟
磁性膜または軟磁性多層膜を磁気コアに含む磁性体素子
は、液晶テレビ用アンテナ、電磁干渉抑制体、ノイズフ
ィルタ、パルスモータ、チョークコイル、トランス、イ
ンダクタおよび磁気ヘッドに用いられる。このため、磁
性体素子が小型化、薄型化、及び高性能化を達成してい
るため、各機器に好適に使用し得る。

【００５２】

【発明の効果】以上の実施例において詳細に説明したと
ころから明らかなように、本発明は次の効果を有する。
すなわち、本発明によれば、α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを
主相とし、α−Ｆｅ相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１
０ｎｍ以下であり、かつ膜面に平行なα−Ｆｅの（１１
０）格子面およびγ'−Ｆｅ₄Ｎ（２００）格子面の間隔
が格子歪みのない状態と比較して膨張し、γ'−Ｆｅ₄Ｎ
の（１１１）格子面の間隔が格子歪みのない状態と比較
して圧縮された、単層の軟磁性膜、あるいはＳｉ薄膜上
にＦｅ−Ｎ系薄膜を形成した二層構造を有する軟磁性膜
を有し、あるいは前記二層構造を有する軟磁性膜をさら
に複数層形成した軟磁性膜、あるいは前記軟磁性膜と非
磁性膜とを交互に積層して形成された軟磁性多層膜は、
高飽和磁束密度と優れた軟磁性を有する。そのため、こ
れらの高性能の軟磁性膜または軟磁性多層膜を用いた磁
性体素子は優れた磁気特性を有する。また、本発明に係
る軟磁性膜と軟磁性多層膜の製造方法によれば、優れた
軟磁性を有する膜体を容易に、かつ確実に形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の軟磁性薄膜を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例１において作製したＦｅ−Ｎ系
薄膜の熱処理温度に対するＸ線回折図形の変化を示す図
である。

【図３】本発明の実施例１において作製したＦｅ−Ｎ系
薄膜の熱処理温度と保磁力の関係を示す図である。

【図４】本発明の実施例１において作製したＦｅ−Ｎ系
薄膜の熱処理温度と平均粒径の関係を示す図である。

【図５】本発明の実施例１において作製したＦｅ−Ｎ系
薄膜の熱処理温度に対する格子面間隔の歪みの変化を示
す図である。

【図６】本発明の実施例１において作製したＦｅ−Ｎ系
薄膜のα−Ｆｅの（１１０）面のＸ線回折強度に対する
γ'−Ｆｅ₄Ｎの（２００）面および（１１１）面のＸ線
回折強度の相対強度比の熱処理温度に対する変化を示す
図である。

【図７】本発明の実施例２の軟磁性薄膜を示す断面図で
ある。

【図８】本発明の実施例３の軟磁性薄膜を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の実施例４の軟磁性多層膜を示す断面図
である。

【図１０】軟磁性多層膜の別の実施態様を示す断面図で
ある。

【図１１】軟磁性多層膜の別の実施態様を示す断面図で
ある。

【図１２】軟磁性多層膜の別の実施態様を示す断面図で
ある。

【図１３】本発明の実施例５のノイズフィルタの一実施
態様を示す斜視図である。

【図１４】本発明に係る磁性体素子であるノイズフィル
タの別の実施態様を示す斜視図である。

【図１５】図１３に示したノイズフィルタの別の実施態
様を示す斜視図である。

【図１６】本発明に係る磁性体素子である薄膜トランス
の一実施態様を示す斜視図である。

【図１７】本発明に係る磁性体素子である薄膜インダク
タの一実施態様を示す平面図である。

【図１８】図１７に示した導体膜を有する薄膜インダク
タの部分断面図である。

【図１９】本発明に係る磁性体素子である薄膜磁気ヘッ
ドの一実施態様を示す平面図である。

【図２０】図１９に示した薄膜磁気ヘッドの部分断面図
である。

【図２１】本発明に係る磁性体素子である薄膜磁気ヘッ
ドの別の実施態様を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１Ｓｉ基板２Ｆｅ−Ｎ系薄膜３セラミック基板４Ｓｉ薄膜５Ｆｅ−Ｎ系薄膜６Ａｌ₂Ｏ₃ −ＴｉＣ基板７Ａｌ₂Ｏ₃薄膜８ａＳｉ薄膜８ｂＳｉ薄膜９Ｆｅ−Ｎ系薄膜１１軟磁性多層膜１２基板１３軟磁性薄膜１４非磁性膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦｅとＮを含有する軟磁性膜であって、
α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α−Ｆｅ相とγ'
−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下であり、かつ膜
面に平行なα−Ｆｅの格子面（１１０）及びγ'−Ｆｅ₄
Ｎの格子面（２００）の間隔が格子歪みのない状態と比
較して膨張状態であり、γ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（１１
１）の間隔が格子歪みのない状態と比較して圧縮状態で
あることを特徴とする軟磁性膜。
【請求項２】 α−Ｆｅとγ'−Ｆｅ₄Ｎを主相とし、α
−Ｆｅ相とγ'−Ｆｅ₄Ｎ相の平均粒径が１０ｎｍ以下で
あり、かつ膜面に平行なα−Ｆｅの格子面（１１０）お
よびγ'−Ｆｅ₄Ｎの格子面（２００）の間隔が格子歪み
のない状態と比較して膨張状態であり、γ'−Ｆｅ₄Ｎの
格子面（１１１）の間隔が格子歪みのない状態と比較し
て圧縮状態であるＦｅとＮを含有する軟磁性薄膜を有
し、前記軟磁性薄膜がＳｉ薄膜上に形成されて二層構造
を有することを特徴とする軟磁性膜。
【請求項３】Ｓｉ薄膜上に軟磁性薄膜が形成された二
層構造を有する軟磁性膜が複数層形成されていることを
特徴とする請求項２記載の軟磁性膜。
【請求項４】膜面に平行なα−Ｆｅの（１１０）面の
Ｘ線回折強度に対するγ'−Ｆｅ₄Ｎの（２００）面及び
（１１１）面のＸ線回折強度の相対強度比が共に１以下
であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の
軟磁性膜。
【請求項５】軟磁性膜を形成する基板がＳｉであるこ
とを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の軟磁
性膜。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５に記載の
軟磁性膜と非磁性膜とを交互に積層したことを特徴とす
る軟磁性多層膜。
【請求項７】請求項１、２、３、４または５に記載の
軟磁性膜の製造方法であって、前記軟磁性膜を冷却した
基板上に形成する工程を具備することを特徴とする軟磁
性膜の製造方法。
【請求項８】請求項１、２、３、４または５に記載の
軟磁性膜の製造方法であって、前記軟磁性膜を３００℃
以下で熱処理する工程を具備することを特徴とする軟磁
性膜の製造方法。
【請求項９】請求項１、２、３、４または５に記載の
軟磁性膜の製造方法であって、前記軟磁性膜を冷却した
基板上に形成する工程と、前記軟磁性膜を３００℃以下
で熱処理する工程とを具備することを特徴とする軟磁性
膜の製造方法。
【請求項１０】請求項６に記載の軟磁性多層膜の製造
方法であって、前記軟磁性多層膜を冷却した基板上に形
成する工程を具備することを特徴とする軟磁性多層膜の
製造方法。
【請求項１１】請求項６に記載の軟磁性多層膜の製造
方法であって、前記軟磁性多層膜を３００℃以下で熱処
理する工程を具備することを特徴とする軟磁性多層膜の
製造方法。
【請求項１２】請求項６に記載の軟磁性多層膜の製造
方法であって、前記軟磁性多層膜を冷却した基板上に形
成する工程と、前記軟磁性多層膜を３００℃以下で熱処
理する工程とを具備することを特徴とする軟磁性多層膜
の製造方法。
【請求項１３】請求項１、２、３、４または５に記載
の軟磁性膜、または請求項６に記載の軟磁性多層膜が磁
気コアに含まれることを特徴とする磁性体素子。
【請求項１４】磁性体素子が液晶テレビ用アンテナ、
電磁干渉抑制体、ノイズフィルタ、パルスモータ、チョ
ークコイル、トランス、インダクタ、または磁気ヘッド
である請求項１３に記載の磁性体素子。