JPS63299219A

JPS63299219A - 軟磁性薄膜

Info

Publication number: JPS63299219A
Application number: JP13399687A
Authority: JP
Inventors: Kenji Katori; 健二香取; Masatoshi Hayakawa; 正俊早川; Kazuhiko Hayashi; 和彦林; Koichi Aso; 阿蘇　興一
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2550996B2

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、軟磁性薄膜に関し、特に高密度記録に好適な
性能を発揮する磁気ヘッドのコア等として使用される軟
磁性ｉｌｌ！に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、磁気ヘッドのコア等として使用される軟磁性
ｒＩＩ膜において、窒化鉄に０．５〜７．５％の第三の
元素を添加した軟磁性′ＦＲ膜を単独あるいは非磁性窒
化物膜と積層して用いることにより、高飽和磁束密度、
低保磁力、高透磁率の緒特性を有し、かつこれら緒特性
が熱処理により大きく劣化しない軟磁性薄膜を提供する
ものである。

〔従来の技術〕

たとえばオーディオテープレコーダやＶＴＲ（ビデオテ
ープレコーダ）等の磁気記録再生装置においては、記録
信号の高密度化や高品質化が進行しており、鉄等の強磁
性金属粉末を磁性粉とするいわゆるメタルテープや、強
磁性金属材料を真空薄膜形成技術によりベースフィルム
上に直接波゛　着した、いわゆる蒸着テープ等が実用化
されている。

ところで、このような高保磁力を有する磁気縁媒体の特
性を十分に活かして良好な記録再生を行うためには、磁
気ヘッドのコア材料の特性として、高い飽和磁束密度を
有するとともに、同一の磁気ヘッドで再生を行おうとす
る場合においては、高透磁率を併せて有することが要求
される。

このような要求に応える軟磁性材料として、窒化鉄が知
られている。これは、窒素雰囲気中で鉄をターゲットと
してイオンビーム蒸着あるいはスパッタリングを行うこ
とにより薄膜状に形成され、飽和磁束密度が極めて高い
材料である。

また、上述のような窒化鉄の単層膜の代わりに、渦電流
損失を低減させる目的で、鉄を主体とする主磁性層と酸
化シリコン等の絶縁体を交互に積層した軟磁性積層膜も
開発されており、単層膜では得られなかった高い飽和磁
束密度と高い透磁率とを両立させることに成功している
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、磁気ヘッドの製造工程においては高融点ガラ
スを用いた融着工程が不可欠であり、この工程には高温
の熱処理を必要とする。しかし、従来開発されている２
０　ｋＧを越えるほどの極めて高い飽和磁束密度を有す
る軟磁性薄膜は、成膜が終了した段階では十分に保磁力
が低くならず、さらに４００℃程度の熱処理によっても
保磁力が上昇し、良好な軟磁気特性を示すとはいえなか
った。

積層型の軟磁性薄膜においても、その主磁性層となる軟
磁性薄膜の軟磁気特性を向上させることが特性改善の基
本となる。

そこで本発明は、熱処理を経ても軟磁気特性が劣化しな
い軟磁性ｆｉ）ＩＩの提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の軟磁性薄膜は、上述の従来の目的を達成すべく
提案されたものであり、Ｆｅ　ＩＩＮＶＡｌｌ（ただし
、Ｘ＋　Ｌ＋　Ｚは各々組成比を原子％として表し、Ａ
はＳｔ、　ＡＩ、　Ｔａ、　Ｂ、　Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｓ
ｒ。

Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ。

Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素の少なくとも１種を
表す、）なる組成式で示され、その組成範囲が０．５≦
ｙ≦２．５．０．５≦２≦７．５．　ｘ＋ｙ＋ｚ−１０
０であることを特徴とするものである。

さらに、本発明の軟磁性薄膜は、Ｆｅ８ＮｙＡｇ（ただ
し、Ｌ　Ｙ＋　２は各々組成比を原子％として表し、Ａ
はＳｉ、　ＡＩ、　Ｔａ、　Ｂ、　Ｍｇ、　Ｃａ。

Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ。

Ｖ、Ｗ、Ｈｒ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素の少なくとも１
種を表す、）なる組成式で示され、その組成範囲が０．
５≦ｙ≦２．５．０．５≦２≦７．５．ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
００である主磁性層と、非磁性窒化物膜とを積層したこ
とを特徴とするものである。

本発明にかかる軟磁性′ｇｌ膜あるいは積層型の軟磁性
薄膜の主磁性層は、窒化鉄に上述のような種々の元素を
０．５〜７．５原子％の割合で添加したものであるが、
添加元素を２種以上組み合わせることも可能である０本
発明にかかる軟磁性薄膜は、窒素を含む雰囲気中でのス
パッタリングにより作成され、このとき、上述の元素の
添加方法としては、まず目的の元素と鉄との合金を調製
し、該合金をターゲットとして使用する方法が考えられ
る。

しかし、アルカリ土類金属等の鉄と固溶しない金属・に
ついてはチップを作成し、該チップを鉄ターゲツト上に
置いてスパッタリングを行う。

また、上述の軟磁性薄膜を主磁性層とし、これを他の非
磁性窒化物膜と積層する場合、使用できる非磁性窒化物
には、Ｓ　１ｉＮａ、ＢＮ、ＡＩ　Ｎ。

ＴａＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、Ｔ　ｉＮ、ＧａＮ、ＭｇＮ。

ＭｏＮ、ＶＮ等がある。これらの窒化物は２種以上ン琵
合しても良い。

上述のような材料を使用した積層型の軟磁性薄膜におい
て、非磁性窒化物膜は主磁性層と同様にスパッタリング
により成膜される。このとき、主磁性層および非磁性窒
化物膜の膜厚は所望の特性により適宜設定すれば良いが
、まず主磁性層の１層あたりの膜厚は磁気特性の観点か
ら１００〜１．０００μｍが望ましい。また、非磁性窒
化物膜の１１１あたりの膜厚は３〜５００人の範囲とす
ることが望ましい、膜厚が３人未満では均一な成膜が困
難な上、積層膜とする意味が無く、また上記の範囲以上
では飽和磁束密度が低下する。また、上記主磁性層と非
磁性窒化物膜の積層枚数も、適宜選択して良い。

〔作用〕

本発明にかかる軟磁性薄膜においては、窒化鉄に種々の
元素が添加されることにより、高飽和磁束密度および高
透磁率が達成されている。添加されたこれら種々の元素
は窒化鉄の膜中で安定な窒化物を形成するため、高温下
でも窒化鉄膜中から窒素を脱離させない、したがって磁
気ヘッドの製造工程においてガラス融着のための熱処理
を経ても保磁力が大幅には上昇せず、良好な軟磁気特性
を維持することが可能となる。

また、上述の軟磁性薄膜を非磁性窒化物膜と積層した積
層型の軟磁性薄膜においては、熱処理を経た後にかえっ
て保磁力が低減され、より一層の軟磁気特性の改善効果
が期待できる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を実験結果にもとづいて説
明する。

第１の実施例本実施例は、添加元素としてアルミニウム、タリウムお
よびケイ素を使用した単層膜としての軟磁性薄膜の例で
ある。

Ｆ　　ｅ　ｑｑＡ　　ｌ　　！＋　　　Ｆ　　ｅ　！？
Ｔ　　ａ　３＋　　およびＦ　　ｅ　＊ｔＳ　　ｌ　　
ｓ（数値はいずれも原子％）の組成を有する鉄合金ター
ゲットを調製し、２．５モル％の窒素を含有するアルゴ
ン雰囲気中、ガス圧３　ｍＴｏｒｒ、出力３００Ｗの条
件にて高周波マグネトロン・スパッタリングを行い、ア
ルミニウム含有窒化鉄薄膜（夏）、タリウム含有窒化鉄
薄膜（Ｉ［）、およびケイ素含有窒化鉄薄膜（Ｉ［Ｉ）
をそれぞれ作成′した。これらの各窒化鉄薄膜について
５５０°Ｃで１時間アニールを行った後、保磁力を測定
し、アニール前の保磁力と比較した。この結果を第１表
にまとめた。

この第１表によると、すべての窒化鉄薄膜について、ア
ニール後においてはアニール前に比べてやや保磁力が上
昇してはいるものの、従来の軟磁第１表性情膜よりは遥かに優れた熱安定性を有することがわか
った。また、飽和磁束密度は、いずれの軟磁性薄膜の場
合も２０　ｋＧ前後と掻めて高い値を示した。

なお、本実施例で採用した高周波マグネトロン・スパッ
タリングの条件は上述の条件に限定されるものではなく
、たとえば窒素含量を０．５〜５モル％の範囲で、また
ガス圧を１．０〜５　ａＴｏｒｒの範囲で変化させても
差支えない、これらの条件は得られる窒化鉄の組成に影
響を及ぼすので、所望の軟磁気特性に応じて適宜選択す
れば良い。

また、スパッタリング方法も上記高周波マグネトロン・
スパッタリングに限定されるものではない、たとえば、
直流スパッタリング、対向ターゲット・スパッタリング
、イオンビーム・スパッタリング等も使用可能であり、
やはり窒素−アルゴン雰囲気中、窒素含量０．５〜５モ
ル％の条件で行われる。このときのガス圧を例示すると
、直流スパッタリングの場合１．０〜５　ｍＴｏｒｒｓ
対向ターゲット・スパッタリングの場合０．２〜５　ｍ
Ｔｏｒｒ、イオンビーム・スパッタリングの場合０．１
〜１．０ｍＴｏｒｒ程度である。

比較例上述の実験に対する比較例として、元素の添加量が本発
明において限定される範囲の外にある例を示す、まず、
元素の添加量が上記範囲より少ない例として、添加元素
を使用せず、純鉄をターゲットとして同様の条件にて窒
化鉄薄Ｗａ（ＩＶ）を作成し、同様に保磁力を測定した
。また、元素の添加量が多い例として、Ｆ　ｅｍｓ、ｓ
ｓ　ｔ＋４．５　（原子％）の組成を有する鉄合金をタ
ーゲットとして同様の条件にてケイ素含有窒化鉄薄膜（
Ｖ）を作成し、同様に保磁力を測定した。この結果を第
２表に示この表をみると、作成された窒化鉄ｍＨの保磁
力は、いずれの場合も前述の第１表に示した各軟磁性薄
膜よりも高く、軟磁気特性は劣っていることがわがつつ
た。

第２の実施例本実施例は、主磁性膜の添加元素としてケイ素またはタ
リウムを使用し、非磁性窒化物膜として窒化ケイ素を使
用し、この両者をいわゆる同時二元スパッタリングによ
り積層した軟磁性薄膜（以下、軟磁性積層膜と称する。

）の例である。

まず、添加元素としてケイ素を使用する場合について説
明する。

はじめに、チャンバー内にターゲットとなるＦｅ＊ｔＳ
ｌｓ　　（原子％）および５ｉｉＮａを並置した。

次に、これらのターゲットのいずれか一方と対向するよ
うに、結晶化ガラス等の基板を可動型の載置台に載置し
た。続いてチャンバー内を脱気した後、２．５モル％の
窒素を含有するアルゴンを封入し、ガス圧を２．５　ｗ
Ｔｏｒｒとした。

上記基板を回転させながら、出力３００−にてスパッタ
リングを行い、第１図に示すような膜厚的１　、０００
人の主磁性層であるＦ　ｅ＊ｈ、ｓｓ　ｉｔＮ＋、ｓ膜
（１）と膜厚約９人の非磁性窒化物膜である５ｉｓＮ−
１１！　（２）とを交互に積層し、軟磁性績Ｎ膜（■）
を作成した。

添加元素としてタリウムを使用する場合も、ターゲット
としてＦｅｗｔＴａｓ　　（原子％）を使用すること以
外は上記のケイ素を使用する場合と同様に行い、主磁性
層としてＦ　ｅ　ｑｈ、　ｓＴ　ａ　ｔＮ　１．　ｓ膜
を含む軟磁性槽１ｍ（■）を得た。

このようにして作成された軟磁性積層膜（■）。

（■）について、５５０°Ｃで１時間アニール処理を行
った後、保磁力および５　ＭＨｚにおける透磁率を測定
し、アニール前の保磁力および透磁率と比較した。この
結果を第３表に示す。

この第３表によると、いずれの軟磁性槽Ｆｉｌｌｌｌに
おいてもアニール後においてはアニール前よりも保磁力
が低減されていた。また透磁率は、ケイ素第３表を添加元素とした場合は若干の低下を、またタリウムを
添加元素とした場合は若干の上昇を示しているが、いず
れにおいても実用上は極めて良好な軟磁気特性が達成さ
れている。

これらの良好な軟磁気特性を示すデータの一例として、
第２図（Ａ）および第２図（Ｂ）に軟磁性積層膜（’１
ｌｌ）のヒステリシス曲線を示した。第２図（Ａ）はア
ニール前、第２図（Ｂ）はアニール後のヒステリシス曲
線をそれぞれ表す、これらの図から、アニール後におい
てはアニール前に比べて飽和磁束密度は２０　ｋＧとほ
とんど変化していないが保磁力が０．１（Ｏｅ）低くな
り、ヒステリシス曲線の横方向の幅が狭まっていること
がわかる。

また、第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）には、同じく軟
磁性積層ＩＩＩ　（Ｖ［）の透磁率の周波数依存性を示
す。第３図（Ａ）はアニール前、第３図（Ｂ）はアニー
ル後の特性をそれぞれ示している。

これらの図において、縦軸は透磁率、横軸は周波数をそ
れぞれ表す。これをみると、アニール後ではアニール前
に比べて測定した周波数帯域全般にわたってほぼ一様に
透磁率が若干低下したが、それでもなお実用上十分に高
い透磁率を有していることがわかった。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の第１の発明
は、窒化鉄中に安定な窒化物を形成し得る元素を所定の
範囲内で添加することにより、磁気ヘッドの製造工程に
含まれる高温のアニール処理を経た後でも安定な軟磁気
特性を維持することを可能としたものである。したがっ
て、この軟磁性薄膜を使用することにより、従来問題と
なっていたアニール後の保磁力の上昇を低く抑えること
が可能である。

また、本発明の第２の発明においては、上記軟磁性薄膜
を非磁性窒化物膜と組み合わせて積層型の軟磁性薄膜と
しているので、アニール後にかえって保磁力が低減され
、より一層の改善効果を得ことができる。

このように保磁力が十分に低い軟磁性薄膜を磁気ヘッド
に応用すれば、磁気ヘッドの帯磁が防止され、歪みが少
なくＳ／Ｎ比の高い良好な記録・再生が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した積層型の軟磁性薄膜の構成例
を模式的に示す断面図である。第２図（Ａ）および第２
図（Ｂ）はケイ素を添加元素とした場合の軟磁性積層膜
のヒステリシス曲線を示す特性図であり、第２図（Ａ）
はアニール前、第２図ＣＢ）はアニール後の特性をそれ
ぞれ表すものである。第３図（Ａ）および第３図（Ｂ）
はケイ素を添加元素とした場合の軟磁性積層膜の透磁率
の周波数依存性を示す特性図であり、第３図（Ａ）はア
ニール前、第３図（Ｂ）の特性をそれぞれ表すものであ
る。１−・−Ｆ　ｅｗａ、ｓｓ　ｔｘＮ＋、ｓ膜２・・・５
ｉｓＮｎ膜特許出願人　　　　ソニー株式会社代理人　　　弁理士　　小　池　　　見回　　　田村榮
− 同　　　佐藤　勝第１図第２図（Ａ＞　　　　　　　　　　第２図（Ｂ）届じ反
数（ＭＨｚ）第３図（Ａ’）７、補正の内容手続主甫正書（自発）昭和６２年７月１０日特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１、事件の表示昭和６２年特許願第１３３９９６号２、発明の名称軟磁性薄膜３、補正をする者４、代理人６、補正の対象別紙（１）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正する
。（２）　　明細書第５頁第１３行、および第６頁第２行
の「０．５≦ｙ≦２．５」を「２．５≦ｙ≦５．Ｏ」と
補正する。特許請求の範囲ｒ（１）　Ｆ　ｅ、ＩＮｙＡ−（ただし、Ｘ＋　Ｌ　Ｚ
は各々組成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、ＡＩ、Ｔ
ａ。Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ。Ｎｂ、Ｔ　ｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｒ、Ｇａ、Ｇｅ。希土類元素の少なくとも１種を表す。）なる組成式で示
され、その組成範囲が２．５≦　≦５．００．５≦２°≦７．５ ”＋３’＋Ｚ＝１００であることを特徴とする軟磁性薄膜。（２）Ｆｅ、ＮｙＡ、（ただし、Ｌ　Ｖ＋　Ｚは各々組
成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、ＡＩ、Ｔａ、Ｂ。Ｍ　ｇ　、Ｃａ　＋　　Ｓ　ｒ　＋　Ｂ　ａ　、Ｃｒ　
＋　Ｍ　ｎ　＋　　Ｚ　ｒ　＋　Ｎ　ｂ　。Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素の
少なくとも１種を表す。）なる組成式で示され、その組
成範囲が２．５≦≦５．００．５≦２≦７．５ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である主磁性層と、非磁性窒化物膜とを積層したことを
特徴とする軟磁性薄膜。ｊ手続（甫正書（自発）昭和６２年７月１４日１３事件の表示昭和６２年特許願第１３３９９６号２、発明の名称軟磁性薄膜３、補正をする者４、代理人６、補正の対象７、補正の内容（１）　　明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正
する。（２）　　明細書第５頁第１３行、および第６頁第２行
に「０．５≦ｙ≦２．５」とある記載を「０．５≦ｙ≦
５．０」と補正する。別紙特許請求の範囲ｒ（１）ＦｅｘＮ、Ａ、（ただし、Ｘ＋　Ｙ＋　２は各
々組成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｔａ。Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ。希土類元素の少なくとも１種を表す、）なる組成式で示
され、その組成範囲が０．５≦≦５．００．５≦２≧７．５Ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００であることを特徴とする軟磁性薄膜。（２）　Ｆ　ｅ　ｌｌＮ　ｙ　Ａ　−（ただし、Ｌ　Ｖ
＋　ｚは各々組成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、Ａ
Ｉ、Ｔａ、Ｂ。Ｍｇ、Ｃａ、−３ｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ。Ｔｉ、　Ｍｏ、　Ｖ、　Ｗ、　Ｈｆ、　Ｇａ、　Ｇｅ、
希土類元素の少なくとも１種を表す。）なる組成式で示
され、その組成範囲が０．５≦　≦５．００．５≦２≦７．５ｘ＋ｙ＋ｚ＝］、ＯＯ

Claims

【特許請求の範囲】（１）Ｆｅ＿ｘＮ＿ｙＡ＿ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは各
々組成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、
Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ
、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素
の少なくとも１種を表す。）なる組成式で示され、その
組成範囲が０．５≦ｙ≦２．５、０．５≦ｚ≦７．５ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００であることを特徴とする軟磁性薄膜。（２）Ｆｅ＿ｘＮ＿ｙＡ＿ｚ（ただし、ｘ、ｙ、ｚは各
々組成比を原子％として表し、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、
Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ
、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素
の少なくとも１種を表す。）なる組成式で示され、その
組成範囲が０．５≦ｙ≦２．５、０．５≦ｚ≦７．５ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である主磁性層と、非磁性窒化物膜とを積層したことを
特徴とする軟磁性薄膜。