DE69325959T2

DE69325959T2 - Herstellungsverfahren eines weichmagnetischen Filmes

Info

Publication number: DE69325959T2
Application number: DE69325959T
Authority: DE
Inventors: Isamu Aokura; Kumio Nago; Koichi Osano; Hiroshi Sakakima; Toshiyuki Suemitsu; Hitoshi Yamanishi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2013-08-25
Also published as: EP0584768A1; EP0584768B1; US5403457A; DE69325959D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht auf einem Substrat gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die weichmagnetische Schicht ist für den Einsatz in Magnetköpfen eines magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräts bestimmt, wie beispielsweise eines Videorecorders (video cassette recorder, VCR) oder eines Audioaufzeichnungs- und -wiedergabegeräts.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Als Reaktion auf die bei der neueren Magnetaufzeichnungstechnik erforderliche hohe Aufzeichnungsdichte wurde viel Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von Magnetköpfen mit besserem Arbeitsverhalten berichtet. Zum Erreichen einer hohen Aufzeichnungsdichte war es erforderlich, die Spurbreite und die Spaltlänge des Magnetkopfs so eng wie möglich zu machen und den Magnetkopf aus einem Kernmaterial einer weichmagnetischen Schicht herzustellen, der eine hohe Magnetflußdichte und eine hohe magnetische Permeabilität hat.
Zur Erfüllung dieser Anforderungen wurden unterschiedliche Arten von Magnetköpfen entwickelt. Ein Beispiel ist der in Fig. 9 gezeigte ringförmige Magnetkopf mit aufeinanderlaminierten Schichten, bei dem das Kernmaterial hergestellt ist aus zusammengesetzten Lagen einer weichmagnetischen Schicht 10 und einer elektrisch isolierenden Schicht 11, die alternierend aneinandergesetzt sind und sanwitchartig zwischen einem Paar eines nichtmagnetischen Substrats sitzen. Das Kernmaterial bildet eine Magnetspur. Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Glasmaterial, Bezugszeichen 14 einen Magnetspalt (Fig. 10).
Ein anderes Beispiel ist der in Fig. 11 gezeigte Magnetkopf (als MIG-Kopf bezeichnet), bei dem der Hauptteil der Magnetspur aus einem Ferritmaterial 15 aufgebaut ist und in der Nähe des magnetisch leicht zu sättigenden Magnetspalts 16 eine weichmagnetische Schicht 17 vorgesehen ist. Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Glasmaterial, Bezugszeichen 19 eine isolierende Schicht.
Das Arbeitsverhalten von Magnetköpfen entspricht weitgehend den Materialeigenschaften des Kernmaterials. Zum Erreichen einer hohen Aufzeichnungsdichte ist es erforderlich, daß das Kernmaterial eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte (diese bestimmt hauptsächlich die Aufzeichnungseigenschaften) und eine hohe magnetische Permeabilität (diese bestimmt hauptsächlich die Wiedergabeeigenschaften) hat.
Im Zusammenhang mit diesen Anforderungen muß das Kernmaterial für den beschriebenen schichtartigen Magnetkopf aus einem Material hergestellt werden, welches eine hohe isotrope Permeabilität hat. Ein derzeit praktisch eingesetztes Kernmaterial ist eine Sendust-Schicht (eine Fe/Al/Si-Legierung) oder eine Schicht aus einer amorphen Legierung auf der Basis von Kobalt. Andererseits wird das Kernmaterial für den MIG-Kopf bevorzugt aus einer weichmagnetischen Schicht hergestellt, die eine hohe magnetische Permeabilität hat, wobei ein uniaxiale Anisotropie in einer Ebene vorliegt. Das derzeit praktisch eingesetzte Kernmaterial ist eine Sendust-Schicht (eine Fe/Al/Si-Legierung) oder eine Schicht aus einer amorphen Legierung auf der Basis von Kobalt. Die Sendust-Schicht (Fe/Al/Si- Legierung) oder die Schicht aus der amorphen Legierung auf der Basis von Kobalt hat jedoch eine Sättigungsmagnetflußdichte, die mehr oder weniger nur 1T beträgt. Obwohl sich die Anstrengungen auf das Erreichen einer hohen Aufzeichnungsdichte richten, indem man ein Aufzeichnungsmedium mit großer Koerzitivkraft verwendet, findet herkömmliches Kernmaterial seine Begrenzung in der Sättigungsmagnetflußdichte.
In dieser Situation richteten sich Forschung und Entwicklung auf eine weichmagnetische Schicht mit hohe Sättigungsmagnetflußdichte und hoher magnetischer Permeabilität. Das derzeit untersuchte Kernmaterial ist eine Schicht, die aufgebaut ist aus einem (Fe, Co)/M/(N, C, B)-Legierungssystem (wobei M mindestens ein Metall ist, augewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, Hf, Ti, Nb und Ta), einem Fe/Co/B-Legierungssystem oder einem Fe/N-Legierungsystem).
Andererseits wurden Forschungsarbeiten für ein Schichtbildungsverfahren durchgeführt, bei dem ein Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder ein Sputterverfahren in Verbindung mit einem weichmagnetischen Material eingesetzt wurden, beispielsweise die Sendust-Legierungsschicht oder eine Permalloy-Schicht. Ins besondere ermöglicht es ein Magnetronsputterverfahren, die Herstellung der Schicht bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen, indem man die Nachteile des Sputterverfahrens verbessert, bei dem die Herstellung der Schicht mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die um eine Größenordnung kleiner ist als beim Elektronenstrahlverdampfungsverfahren. Ein jüngerer Fortschritt bei der Technologie der Herstellung von Schichten hat außerdem einen neuen Typus von Sputtergeräten ergeben wie z. B. das Karussellgerät sowie das In-line-Gerät. Das Karussellsputtergerät wird mit einer Magnetronsputterelektrode ausgerüstet, die eine rechtwinklige flache Platte aufweist und bei der die Herstellung der Schicht so erfolgt, daß ein zylinderartiger Substrathalter gedreht wird. Das In-line-Sputtergerät hat große Ausmaße und führt die Herstellung der Schicht so durch, daß ein Substrat parallel zu einem Target bewegt wird. Dieser Sputtergeräte können die Herstellung der Schicht mit großer Geschwindigkeit durchführen, wie es für das Magnetronsputtern charakteristisch ist, und bezüglich einer großen Fläche eine einheitliche Schichtdicke erreichen. Infolgedessen kann mit diesen Sputtergeräten eine Massenherstellung der weichmagnetischen Schicht erreicht werden.
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Magnetronsputterelektrode, die mit einem Target in Gestalt einer rechtwinkligen flachen Platte versehen ist. Ein Target 1 ist mit Lötmaterial wie Indium oder dergleichen mit einer Grundplatte 5 verbunden und hängt außerdem über einen vakuumdichten O-Ring an einem Elektrodenkörper 6. Das Target 1 weist an seiner Rückseite einen magnetischen Kreis für die Magnetronentladung auf. Der magnetische Kreis bildet geschlossene magnetische Kraftlinien 7, wobei ein Teil der magnetischen Kraftlinien 7 so angeordnet sind, daß sie auf der Oberfläche des Target 1 zueinander parallel verlaufen. Als Ergebnis bildet sich auf der Oberfläche des Target 1 ein Trochoiden- Magnetfeld, mit der Gestalt eines geschlossenen Tunnels. Wenn an die mit dem Target 1 in Gestalt einer rechtwinkligen Platte flachen Platte verbundene Sputtereletrode über eine Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle eine negative Spannung angelegt wird, erfolgt die Magnetronentladung in der Nähe des Trochoiden-Magnetfelds mit geschlossener tunnelartiger Gestalt, wo sich ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld kreuzen. Das Target 1 beginnt dann mit dem Sputtern, und es bildet sich auf einem Substrat 4 eine weichmagnetische Schicht.
Es ist jedoch bekannt, daß ein Kernmaterial mit hoher Sättigungsmagnetflußdichte und hoher magnetischer Permeabilität eine Schicht ist, die aufgebaut ist aus dem (Fe, Co)/M/(N, C, B)-Legierungssystem (wobei M mindestens ein Metall ist, augewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, Hf, Ti, Nb und Ta), dem Fe/Co/B-Legie rungssystem oder dem Fe/N-Legierungsystem und hergestellt wird mit einem herkömmlichen Magnetronsputterverfahren mit einem Target in Gestalt einer rechtwinkligen flachen Platte oder mit Reaktivsputtern und Einsatz von Stickstoffgas mit Bildung einer Nitridschicht. In diesem Fall ist es erforderlich, das Target zu entladen, welches aus einem Kernmaterial mit hoher Sättigungsmagnetflußdichte aufgebaut ist, wie z. B. das (Fe, Co)/M/(N, C, B)-Legierungssystem (wobei M mindestens ein Metall ist, augewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, Hf, Ti, Nb und Ta), einem Fe/Co/B-Legierungssystem oder einem Fe/N-Legierungsystem. Das dickere Target verhindert, daß der Magnetfluß aus der Targetoberfläche ausbricht. Als Ergebnis erfolgt keine Entladung des Magnetrons, und das Sputtern wird verhindert.
Das dünnere Target erlaubt dann eine Entladung des Magnetrons und ermöglicht die Durchführung des Sputterns. Das herkömmliche Magnetronsputterverfahren führt jedoch dazu, daß das Target heterogen abgetragen bzw. erodiert wird, weil das Target eine zu sputternde Fläche erzeugt (diese wird nachfolgend als Erosionsfläche bezeichnet und trägt in Fig. 18 das Bezugszeichen 9), sowie eine Fläche, an der sich die gesputterten Teilchen erneut anhängen. Dies führt dazu, daß sich die Erosionsfläche mit dem Fortschritt des Sputterns verändert. Als Ergebnis verändert sich die Dickenverteilung der gesputterten Schicht, und dies hat zur Folge, daß sich mit der Veränderung der Dickenverteilung die magnetischen Eigenschaften der entstehenden Schicht verändern. Es besteht deshalb das Problem, daß das herkömmliche Magnetronsputterverfahren eine schlechtere Ausbeute in Bezug auf die Nutzung des Targets hat, wenn das Target dünner wird. Dies führt zu dem Problem, daß die Herstellung der Magnetschicht in großem Maßstab schwierig ist.
Andererseits erfordert wie beschrieben das Kernmaterial für den Vielschichtmagnetkopf eine Material mit hoher Permeabilität und Isotropie in einer Ebene. Das Kernmaterial für den erwähnten MIG-Magnetkopf sowie für einen Magnetkopf mit Hauptpolantrieb erfordert eine weichmagnetische Schicht mit hoher magnetischer Permeabilität, damit in einer Ebene eine uniaxiale Anisotropie induziert wird. Es ist deshalb wichtig, die magnetische Anisotropie zu steuern.
Die JP-A-59-16 322 (Patent Abstracts of Japan) offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetschicht auf einem Substrat, wobei bei dem Verfahren das Sputtern durchgeführt wird, während an die Targetoberfläche durch einen Magneten in der Nähe eines gerillten Teils des Targets ein Magnetfeld angelegt wird; dies führt zur Bildung einer magnetischen Schicht auf einer Oberfläche des Substrats, die dem Target entgegengesetzt ist. Die Lage des Magneten ist an der Rückseite des Targets, so daß die magnetischen Kraftlinien parallel zum Target verlaufen.
K. Terunuma et al (IEEE Translation Journal on Magnetics, Japan, 6 (1991) Januar, Nr. 1, New York, US, Seiten 23-28) beschreiben die Wirkung eines Zusatzes von Zr und Ti zu Stickstoff enthaltenden Eisenschichten, indem sie die Schichtstrukturen und magnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit des Gehalts an Zr und Ti studieren. Es wird berichtet, daß die Koerzitivkraft von Fe/N-Schichten nach dem Tempern bei etwa 350ºC abrupt zunimmt, wogegen Fe/Zr/N- und Fe/Ti/N-Schichten selbst nach Tempern bei höheren Temperaturen eine kleine Koerzitivkraft beibehalten. Der Zusatz von Zr und Ti in geringen Mengen zeigte hohe Wirksamkeit bei der Verbesserung der thermischen Stabilität von Fe/N, weil er das Wachstum von Eisenkristallkeimen verhinderte.
Die JP-A-4-137 715 (Patent Abstracts of Japan) offenbart ein Sputterverfahren mit Vorspannung zum Erzeugen einer isotropen weichmagnetischen Schicht aus Legierungsnitrid. Die magnetische Schicht kann Ta enthalten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht zur Verfügung zu stellen, die eine hohe magnetische Permeabilität und eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte zusammen mit magnetischer Anisotropie aufweist. Ein Aspekt dieser Aufgabe ist die Eignung der weichmagnetischen Schicht für die Massenproduktion.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Sputterelektrode gemäß Anspruch 10. Geeignete Ausführungsformen des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht zur Verfügung gestellt, bei dem ein Sputtergerät eingesetzt wird, welches mit einer Sputterelektrode versehen ist, die über einem Target in Gestalt einer rechtwinkligen flachen Platte Permanentmagnete angeordnet hat, so daß die durch die Permanentmagnete erzeugten magnetischen Kraftlinien parallel zur Oberfläche des Target in Gestalt einer rechtwinkligen flachen Platter verlaufen und die durch die Mittellinie des Targets in Gestalt der rechtwinkligen flachen Platte unterteilte Magnetfeldverteilung symetrisch ist, wobei die magnetischen Kraftlinien an der rechten Seiten der Mittellinie die entgegengesetzte Richtung zu der an der linken Seite der Mittellinie aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zum Herstellen einer ferromagnetischen Schicht, beispielsweise einer weichmagnetischen Schicht, die als Hauptbestandteil Fe oder Co enthält, insbesondere einer Schicht des Fe/M/N-Systems, die als Hauptbestandteil Fe und 50 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% M enthält (welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti).
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an ein Substrat, welches mit einer solchen weichmagnetischen Schicht versehen werden soll, in vielen Fällen eine geringe negative Vorspannung angelegt, in einigen Fällen jedoch keine Vorspannung. Das Verfahren ergibt in großem Maßstab und mit guter Ausbeute eine weichmagnetische Schicht mit hoher magnetischer Permeabilität und hoher Sättigungsmagnetflußdichte in Abhängigkeit von den Anforderungen an den Magnetkopf.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Mehrfachschicht zur Verfügung gestellt, die mehrere weichmagnetische Schichten aufweist, die über eine elektrisch isolierende Schicht aneinandergefügt sind. Bei dem Verfahren wird jede weichmagnetische Schicht mit voneinander abweichenden negativen Vorspannungen hergestellt, wobei das erfindungsgemäße Sputtergerät eingesetzt wird. Die entstehende weichmagnetische Schicht hat eine hohe magnetische Permeabilität, die über eine große Fläche einheitlich verteilt ist und ist gekennzeichnet durch eine bessere Massenproduktion zur Nutzung der weichmagnetischen Schicht als Kernmaterial eines mehrschichtigen Magnetkopfs.
Die weichmagnetischen Schichten, die als Schichten des Fe/M/N-Systems bezeichnet werden, enthalten als Hauptbestandteil Fe und 5 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% M welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti) und werden auf einem Substrat hergestellt mit Hilfe des Magnetronsputterverfahrens mit voneinander abweichenden negativen Vorspannungen (unter Einschluß der Vorspannung null). Die weichmagnetischen Schichten, die eine spezielle Dicke haben, werden aneinandergesetzt über eine elektrisch isolierende Schicht, die eine spezielle Dicke hat. Die entstehende weichmagnetische Schicht hat eine hohe magnetische Permeabilität, die einheitlich über eine große Fläche verteilt ist, und ist gekennzeichnet durch eine bessere Massenproduktion zur Nutzung der weichmagnetischen Schicht als Kernmaterial eines mehrschichtigen Magnetkopfs, der im hohen Frequenzbereich betrieben werden kann.
Die weichmagnetische Schicht, die als weichmagnetische Schicht des Fe/M/N- Systems bezeichnet wird, enthält als Hauptkomponente Fe und 5 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% M (welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti). Die entstehende weichmagnetische Schicht umfaßt ein Gemisch aus feinen Kristallen von α-Fe und feinen Metallnitridteilchen. Die feinen Kristalle von α-Fe lösen mindestens ein Element oder eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), N (Stickstoff) und Metall (M)-Nitrid, die das Gitter des α-Fe erweitern und eine mittlere Korngröße von weniger als 15 nm aufweisen, während die feinen Kristalle von Metallnitrid ein Korngröße von weniger als 5 nm aufweisen, und es zeigt sich ein besseres Arbeitsverhalten bezüglich der weichmagnetischen Eigenschaften.
Mit dem Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht erhält man in großem Maßstab eine weichmagnetische Schicht mit hoher Sättigungsmagnetflußdichte und hoher magnetischer Permeabilität, weil das Magnetronsputtern einen Arbeitsschritt umfaßt, bei dem eine weichmagnetische Schicht auf einem Substrat erzeugt wird, wobei ein Sputtergerät eingesetzt wird, welches mit einer Sputterelektrode versehen ist, die oberhalb eines Targets in Gestalt einer rechtwinkligen flachen Platte Permanentmagnete so angeordnet hat, daß die durch die Permanentmagnete erzeugten magnetischen Kraftlinien parallel zur Oberfläche des Targets in Gestalt der rechtwinkligen Platte verlaufen, wobei die Magnetfeldverteilung von der Mittellinie des Targets in Gestalt der rechtwinklingen flachen Platte so unterteilt wird, daß sie zur Mittelinie symetrisch ist, wobei die magnetischen Kraftlinien auf der rechten Seite der Mittelinie die entgegengesetzte Richtung zu der auf der linken Seite der Mittellinie haben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der man an ein Substrat bei der Bildung der weichmagnetischen Schicht mit dem obigen Verfahren eine negative Vorspannung anlegt, zeigt die entstehende weichmagnetische Schicht, die auf dem Substrat gebildet wird, eine in weiten Bereichen in einer Richtung ausgerichtete Anisotropie, die für die Verwendung als Kernmaterial eines MIG-Magnetkopfes und eines Magnetkopfes mit Hauptpolantrieb geeignet ist; sie ist auch günstig in großem Maßstab herzustellen, um eine weichmagnetische Schicht für den Einsatz in einem Kernmaterial des MIG-Magnetkopfs zu erhalten. Insbesondere erlaubt eine Energiedichte von 3.700 W/m² oder weniger eine bessere Massenproduktion der weichmagnetischen Schicht, die für den Einsatz als Kernmaterial eines MIG-Magnetkopfes oder dergleichen geeignet ist.
Bei einem anderen Verfahren wird eine Mehrfachschicht aus weichmagnetischen Schichten, die voneinander durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennt sind, mit voneinander abweichenden negativen Vorspannungen (unter Einfluß der Vorspannung null) hergestellt. Die entstehende weichmagnetische Schicht, die auf dem Substrat gebildet wird, zeigt eine hohe isotrope Permeabilität, die über einen weiten Bereich einheitlich verteilt ist, und wird günstig in großem Maßstab hergestellt, um eine weichmagnetische Schicht zu erhalten, die für ein Kernmaterial eines beschichteten Magnetkopfs eingesetzt wird.
In der weichmagnetischen Schicht, die aufgebaut ist aus Fe als Hauptbestandteil und 5 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% M (welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), enthält die weichmagnetische Schicht ein Gemisch aus feinen Kristallen von α-Fe und feinen Kristallen eines Metallnitrids, wobei die Kristalle von α-Fe mindestens ein Element oder eine Verbindung lösen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), N (Stickstoff) und Metall (-Nitrid) und dehnen sich aus und erreichen eine mittlere Korngröße von weniger als 15 nm, wogegen feine Kristalle von Metallnitrid eine Korngröße von weniger als 5 nm aufweisen, so daß die entstehende weichmagnetische Schicht ein besseres Arbeitsverhalten bei den weichmagnetischen Eigenschaften zeigt.
Der Magnetkopf, der die weichmagnetische Schicht mindestens als Teil des magnetischen Kreises enthält, die durch die Erfindung gebildet wird, ermöglicht eine Massenproduktion in großem Umfang und verbesserte Eigenschaften bezüglich der Reproduzierbarkeit der Aufzeichnung gegen ein Medium mit hoher Koerzitivkraft.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen gleiche Teile durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und die folgendes zeigen. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Sputtergeräts gemäß der Aus führungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Magnetfeldverteilung auf den Target;
Fig. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der weichmagnetischen Schicht und der hochfrequenten (HF) Vorspannung zeigt, die an den Substrathalter angelegt ist;
Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Koerzitivkraft der weichmagnetischen Schicht und der HF-Vorspannung zeigt, die an den Substrathalter angelegt ist;
Fig. 5 ist ein Graph, der das Röngtenbeugungsbild der weichmagnetischen Schicht zeigt;
Fig. 6 ist ein Graph, der die Veränderung der magnetischen Permeabilität mit der Veränderung der Lage der Schichtebene der weichmagnetischen Schicht zeigt;
Fig. 7 ist ein Graph, der die Veränderung der magnetischen Permeabilität mit der Veränderung in Lage der Schichtebene der weichmagnetischen Schicht zeigt;
Fig. 8 ist ein Graph, der die Veränderung der magnetischen Permeabilität mit der Veränderung in Lage der Schichtebene der weichmagnetischen Mehrfachschicht zeigt;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen geschichteten Magnetkopfes;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Draufsicht der Kontaktoberfläche des in Fig. 9 gezeigten Magnetkopfs;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen MBG-Magnetkopfs;
Fig. 12 ist eine vergrößerte Draufsicht der Kontaktfläche des in Fig. 11 gezeig ten Magnetkopfs;
Fig. 13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der magnetischen Permeabilität und der Dicke der weichmagnetischen Mehrfachschicht zeigt;
Fig. 14 ist ein Graph, der die Frequenzabhängigkeit in Beziehung zur magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Schicht zeigt;
Fig. 15 ist ein Graph, der die Frequenzabhängigkeit in Beziehung zur magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Mehrfachschicht zeigt, bei der die isolierende Schicht aus SiO&sub2; eine Dicke von 0,05 um hat;
Fig. 16 ist ein Graph, der die Frequenzabhängigkeit in Beziehung zur magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Mehrfachschicht zeigt, bei der die isolierende Schicht aus SiO&sub2; eine Dicke von 0,01 um hat;
Fig. 17 ist ein Graph, der die Frequenzabhängigkeit in Beziehung zur magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Mehrfachschicht zeigt, bei der die isolierende Schicht aus SiO&sub2; eine Dicke von 0,15 um hat;
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer Magnetronsputterelektrode gemäß dem Stand der Technik.

Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Beispiel 1

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die die Sputterelektrode und die Lage des Substrats in dem Sputtergerät gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Beschreibung betrifft unter Bezugnahme auf Fig. 1 die erste Ausführungsform. Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 18 gezeigten herkömmlichen Elemente werden bei der Beschreibung weggelassen.
Eine rechtwinkliges Target 1 weist Permanentmagnete 2 auf, die an seiner Seite angeordnet ist und einen Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfelds bilden. Jeder Permanentmagnet 2 weist mehrere kleine Magnete auf, die dem Zweck dienen, die Stärke des Magnetfelds zu verändern. Parallel zur Oberfläche des rechtwinkligen Targets verlaufende magnetische Kraftlinien 3 verlaufen parallel zur Mittelinie A des Targets 1 und sind symetrisch gegen die Mittelinien A in Verbindung mit der Intensität der magnetischen Kraftlinien angeordnet. Die magnetischen Kraftlinien an der rechten Seite der Mittelinie A verlaufen außerdem in entgegengesetzter Richtung zu den magnetischen Kraftlinien an der linken Seite der Mittelinie A. Oberhalb des rechtwinklingen Targets 1 ist ein Substrat 4 angeordnet und verläuft parallel zur Oberfläche des Targets 1; an dieses ist eine Vorspannung angelegt.
Wenn die Permanentmagnete so angeordnet sind, daß die parallel zur Oberfläche des rechtwinklingen Targets verlaufenden magnetischen Kraftlinien sich in einer Richtung befinden, ist die Schraubenbewegung der Elektronen aufgrund des Magnetfelds und des elektrischen Felds auf eine Richtung beschränkt. Dementsprechend zeigt die Plasmadichte in einer Richtung, die die magnetischen Kraftlinien kreuzt und parallel zur Oberfläche des Targets verläuft, eine Veränderung von einem Pegel zu einem niedrigen Pegel. Als Ergebnis zeigt die Dickeverteilung der magnetischen Schicht eine große Variationsbreite.
Die weichmagentische Schicht des Systems Fe/Ta/N wird mit einem Reakivsputterverfahren hergestellt, bei dem Argongas eingesetzt wird, welches N&sub2;-Gas enthält. Das eingesetzte Gerät ist das in Fig. 1 gezeigte Sputtergerät. Das eingesetzte Target ist eine Fe/Ta-Target von rechtwinkliger Gestalt und einer Länge von 127 mm und einer Breite von 381 mm. Ein Substrathalter zum Halten des Substrats hat eine wirksame Oberfläche von 2,7 · 10&supmin;² m² (eine Länge von 100 mm und eine Breite von 270 mm); an ihn wird eine HF-Vorspannung von 0 bis 150 W angelegt (im Hinblick auf die Energiedichte von 0 bis 5.556 W/m²). Die weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems mit einer Dicke von 2,5 um wird auf einem Keramiksubstrat gebildet, welches mit Wasser gekühlt wird und eine thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 115 · 10&supmin;&sup7;/ºC hat.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Magnetfeldverteilung in paralleler Richtung zur Substratoberfläche. Die in Fig. 2 gezeigte Mittellinie A ist die gleiche Linie wie die von Fig. 1. Das Magnetfeld wird als positiv bezeichnet, wenn die magnetischen Kraftlinien vom Pol N des Permanentmagneten auf der rechten Seite von Fig. 1 zum Pol S des Permanentmagneten auf der linken Seite verlaufen. Das Magnetfeld wird als negativ bezeichnet, wenn die magnetischen Kraftlinien vom Pol N des Permanentmagneten auf der linken Seite von Fig. 1 zum Pol S des Permanentmagneten auf der rechten Seiten verlaufen. Die Zusammensetzung der magnetischen Schicht des Fe/Ta/N-Systems wird mit dem RBS-Verfahren analy siert (Rutherford back scatertering method, RBS, Rückstreuverfahren nach Rutherford). Fig. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der an den Substrathalter angelegten negativen Vorspannung und der Zusammensetzung der Schicht zeigt. Fig. 3 verdeutlicht, daß die magnetische Schicht sich bezüglich des Gehaltes an Fe bei einer Vorspannung von 0 bis 100 W nicht verändert. Der Fe-Gehalt ist konstant und beträgt 79 Atom-%.
Der Gehalt an Ta und N in der weichmagnetischen Schicht verändert sich nicht bei einer Vorspannung, die von 0 bis 20 W reicht und zeigt bei einem konstanten Wert von etwa 10 Atom-%. Bei einer Vorspannung von 100 W zeigt sich keine große Veränderung, d. h. der Gehalt an Ta nimmt nur um 1 Atom-% zu, und der Gehalt an N nimmt nur um 2 Atom-% ab. Die magnetische Schicht enthält 0,7 bis 1,5 Atom-% Ar. Es ist unvermeidbar, daß die Schicht einige Atom-% Ar oder Sauerstoff enthält.
Die entstehende Schicht wird eine Stunde lang bei 550ºC ohne Magnetfeld im Vakuum wärmebehandelt. Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Koerzitivkraft der entstehenden Schicht und der an den Substrathalter angelegten HF-Vorspannung zeigt. Fig. 4 verdeutlicht, daß eine Vorspannung von 0 bis 80 W eine weichmagnetische Schicht mit verbesserten weichmagnetischen Eigenschaften erzeugt, was durch eine Koerzitivkraft Hc von weniger als 20 A/m gezeigt wird. Andererseits führt eine Vorspannung von größer als 100 W zu einer steilen Zunahme der Koerzitivkraft (etwa 500 A/m) und zu verschlechterten weichmagnetischen Eigenschaften. Die Veränderung bezüglich der weichmagnetischen Eigenschaften entsteht durch die Veränderung in der Struktur der magnetischen Schicht, wie es Fig. 5 zeigt.
Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Vorspannung in Beziehung zum Röntgenbeugungsbild der Schicht, wenn die Vorspannung von 0 bis 80 W verändert wird. Fig. 5 macht deutlich, daß die Schicht mit besseren weichmagnetischen Eigenschaften eine feine Struktur ist, die ein Gemisch von α-Fe mit vergrößerten Gitter enthält sowie Tantalnitrid. Eine elektronenmikroskopische Betrachtung zeigt, daß der α-Fe-Kristall eine mittlere Korngröße von weniger als 15 nm und die feinen Teilchen aus Tantalnitrid eine mittlere Korngröße von weniger als 5 nm haben. Die Schicht mit verbesserten weichmagnetischen Eigenschaften zeigt eine Sättigungsmagnetflußdichte Bs von 1,5 bis 1,6 T und eine Sättigungsmagnetostriktion λs mit einem Absolutwert von kleiner als 10&supmin;&sup6;.

Beispiel 2

Eine weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems wird auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, wobei eine HF-Vorspannung angelegt wird, die im Bereich von 0 bis 80 W liegt. Die weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems hat eine Schichtdicke von 2,5 um und wird mit der magnetischen Permeabilität gemessen. Die weichmagnetische Schicht von Beispiel 2 zeigt in Bezug auf die Koerzitivkraft, die Sättigungsmagnetflußdichte, die Sättigungsmagnetostriktion, die Schichtzusammensetzung und die Schichtstruktur ähnliches Verhalten wie die von Beispiel 1.
Weil die weichmagnetische Schicht mit einem Schrägsputterverfahren hergestellt wird, zeigt die weichmagnetische Schicht eine Anisotropie der magnetischen Permeabilität der Schichtebene, die mit dem Ort des Substrats variiert. Die Fig. 6 und 7 sind Graphen, die die Veränderung im Realteil u' der komplexen magnetischen Permeabilität bei 1 MHz bei einer Variation des Ortes des Substrats zeigen.
Die Herstellung der Schicht wird durchgeführt durch Anlegen der Frequenzvorspannung von 0,20 und 80 W. Die Schicht, die bei dem in Fig. 6 gezeigten Ort des Substrats gebildet wird, zeigt eine Isotropie der hohen magnetischen Permeabilität bei fehlender Vorspannung und zeigt eine uniaxiale Anisotropie der hohen Permeabilität bei Vorspannungen von 20 und 80 W. Andererseits zeigt die Schicht, die bei dem in Fig. 7 gezeigten Ort des Substrats gebildet wird, eine Anisotropie der hohen magnetischen Permeabilität bei fehlender Vorspannung, eine relativ isotrope Permeabilität bei einer Vorspannung von 20 W und eine uniaxiale Isotropie der magnetischen Permeabilität bei der Vorspannung von 80 W. Die bei einer Vorspannung von 80 W gebildete weichmagnetische Schicht zeigt, daß die hohe magnetische Permeabilität mit uniaxialer Anisotropie im hohen Ausmaß eine Orientierung in einer Richtung aufweist und sehr geeignet ist zum Einsatz für ein Kernmaterial für einen MIG-Magnetkopf.
Im Fall einer weichmagnetischen Mehrfachschicht jedoch, die alternierend aufeinanderlaminierte Schichten über eine elektrisch isolierende Schicht aufweist, von denen eine eine weichmagnetische Schicht aus Fe/Ta/N ist, die bei fehlender Vorspannung hergestellt wurde, und die andere eine weichmagnetische Schicht aus Fe/Ta/N ist, die bei einer HF-Vorspannung von 20 W hergestellt wurde, werden alle entstehenden weichmagnetischen Schichten isotrop bei dem in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ort des Substrats, wodurch eine Erweiterung der die isotrope Schicht bildenden Fläche innerhalb des Substrathalters erreicht wird. Der Grund besteht darin, daß die sich ergebende magnetische Permeabilität keine Abhängigkeit vom arithmetischen Mittel der zwei aufeinanderlaminierten Schichten und mehr eine Abhängigkeit von der höheren magnetischen Permeabilität zeigt, so daß die Bildung einer isotropen Schicht verwirklicht wird.

Beispiel 3

Es werden weichmagnetische Schichten des Fe/Ta/N-Systems mit einer Vorspannung von 0 und 20 W hergestellt und über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; alternierend aufeinanderlaminiert. Die isolierende Schicht aus SiO&sub2; hat bei jeder Schicht eine Dicke von 0,15 um, die weichmagnetische Schicht eine Dicke von 2,5 um. Die weichmagnetische Mehrfachschicht hat eine Gesamtdicke von 15 um.
Zum Vergleich werden weichmagnetische Mehrfachschichten des Fe/Ta/N-Systems mit zwei Verfahren hergestellt. Bei einem Verfahren werden alternierend die bei fehlender Vorspannung erhaltene weichmagnetische Schicht (Dicke 2,5 um) und die isolierende Schicht aus SiO&sub2; (Dicke 0,15 um) zu einer Gesamtdicke von 15 um aufeinanderlaminiert. Beim anderen Verfahren werden die bei einer negativen Vorspannung von 20 W erhaltene weichmagnetische Schicht (Dicke 2,5 um) und die isolierende Schicht aus SiO&sub2; (Dicke 0,15 um) zu einer Gesamtdicke von 15 um aufeinanderlaminiert. Die magnetische Schicht aus Fe/Ta/N jeder Lage enthält 10,5 Atom-% Ta, 10 Atom-% N und 79,5 Atom-% Fe, ähnlich wie bei den Beispielen 1 und 2. Die weichmagnetische Schicht aus Fe/Ta/N zeigt in Bezug auf die Koerzitivkraft, die Sättigungsmagnetflußdichte, die Sättigungsmagnetosstriktion, die Schichtzusammensetzung und die Schichtstruktur ähnliche Eigenschaften wie bei den Beispielen 1 und 2.
Fig. 8 ist ein Graph, der die Veränderung im Realteil u' der komplexen magnetischen Permeabilität der drei weichmagnetischen Schichten bei 1 MHz in Abhängigkeit vom Ort des Substrats zeigt. Ein Bezugswert (P) bezeichnet eine weichmagnetische Mehrfachschicht, die erhalten wurde durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, die bei einer HF-Vorspannung von null und 20 W hergestellt wurden, über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Ein Bezugswert (Q) bezeichnet eine weichmagnetische Mehrfachschicht, die erhalten wurde durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, die hergestellt wurden bei einer HF-Vorspannung von null, über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Ein Bezugswert (R) bezeichnet eine weichmagnetische Mehrfachschicht, die erhalten wurde durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, die hergestellt wurden bei einer HF-Vorspannung von 20 W, über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, beobachtet man eine Anisotropie der magnetischen Permeabilität bei weichmagnetischen Mehrfachschichten, die erhalten werden durch Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N- Systems, hergestellt bei HF-Vorspannungen von null über eine isolierende Schicht (Q) aus SiO&sub2;, sowie bei weichmagnetischen Mehrfachschichten, die erhalten wurden durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, hergestellt bei negativen Vorspannungen von 20 W über eine isolierende Schicht (R) aus SiO&sub2;. Andererseits beobachtet man eine Isotropie der hohen magnetischen Permeabilität bei weichmagnetischen Mehrfachschichten, die erhalten werden durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, hergestellt bei HF-Vorspannungen von null und 20 W über eine isolierende Schicht (P) aus SiO&sub2;.
Dieser Effekt wird bei allen Orten des Substrats bestätigt. Die isotrope hohe magnetische Permeabilität wird über eine große Fläche beobachtet. Es ist deshalb möglich, das Kernmaterial für den Einsatz in einem mehrschichten Magnetkopf herzustellen.
Dieses Beispiel betrifft weichmagnetische Mehrfachschichten, die erhalten werden durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, hergestellt bei fehlender Vorspannung und bei einer HF-Vorspannung von 20 W über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Die angelegte Vorspannung kann eine Gleichspannung sein. Es wird gefunden, daß man diesen Effekt auch erhält mit der weichmagnetischen Mehrfachschicht, bei der die zwei weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems aneinander angrenzend über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; mit voneinander abweichenden Vorspannungen (unter Einfluß der Vorspannung null) versorgt werden.

Beispiel 4

Es wird ein mehrschichter Magnetkopf der in Fig. 9 gezeigten Art hergestellt durch Wärmebehandlung ohne Magnetfeld eines Magnetkopfs, der hergestellt wurde aus isotropen weichmagnetischen Mehrfachschichten, die eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen und hergestellt wurden durch alternierendes Aufeinanderlaminieren einer ohne Vorspannung hergestellten weichmagnetischen Schicht und einer bei einer HF-Vorspannung von 20 W hergestellten weichmagnetischen Schicht über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Fig. 10 zeigt eine Vergrößerung des Magnetkopfs und macht deutlich, daß der Magnetkopf mit einer Spurbreite von 15 um, einer Spaltlänge von 0,2 um und einer Spalttiefe von 20 um versehen ist und daß die Anzahl der Spulenwicklungen 18 beträgt. Das Ausgangssignal des Magnetkopfs wird gemessen durch Selbstaufzeichnung der Reprozierbarkeit bei einer relativen Geschwindigkeit von 4,5 m/s in einem Trommeltester unter Verwendung eines MP-Bandes mit einer Koerzitivkraft von 120 kA/m. Verglichen mit dem aus der Mehrfachschicht (Q) hergestellten mehrschichten Magnetkopf ist C/N im hohen Frequenzbereich von 3 bis 10 MHz um mehr als etwa 5 dB verbessert.
Es wird bestätigt, daß der beschriebene, zu Isoptropie führende Effekt bei allen Stellen oder Orten des Substrats auftritt, so daß die Massenproduktion der Herstellung der Schicht in größeren Flächen möglich ist.
Dieses Beispiel betrifft weichmagnetische Mehrfachschichten, die erhalten werden durch alternierendes Aufeinanderlaminieren von weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems, hergestellt ohne Vorspannung und bei einer HF-Vorspannung von 20 W, über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Die angelegte Vorspannung kann eine Gleichspannung sein. Es wurde gefunden, daß man den gleichen Effekt erhalten kann mit weichmagnetischen Mehrfachschichten, bei denen die zwei weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems benachbart zueinander über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; mit voneinander abweichenden Vorspannungen (unter Einfluß der Vorspannung null) versorgt werden.

Beispiel 5

Ein in Fig. 11 gezeigter MIG-Magnetkopf wird hergestellt durch Wärmebehandlung ohne Magnetfeld eines Magnetkopfs, der hergestellt wurde aus einer weichmagnetischen Schicht des Fe/Ta/N-Systems mit einer Dicke von etwa 4 um, die hergestellt wurde durch Erzeugen einer weichmagnetischen Schicht, hergestellt bei einer HF-Vorspannung von 80 W auf einem Substrat aus Mn/Zn-Ferrit und bedeckt mit einer isolierenden Schicht aus SiO&sub2; mit einer Dicke von etwa 10 mn. Alle entstehenden Filme, die bei einer HF-Vorspannung von 80 W hergestellt werden, zeigen eine uniaxiale Anisotropie und sind in der gleichen Richtung angeordnet. Fig. 12 zeigt eine Vergrößerung des Magnetkopfs und verdeutlicht, daß der Magnetkopf mit einer Spurbreite von 15 um, einer Spaltlänge von 0,2 um und einer Spalttiefe von 20 um versehen ist und daß die Anzahl der Spulenwicklungen 20 beträgt. Das Ausgangssignal des Magnetkopfs wird gemessen durch Selbstaufzeichnung der Reprozierbarkeit bei einer relativen Geschwindigkeit von 4,5 m/s in einem Trommeltester unter Verwendung eines MP-Bandes mit einer Koerzitifkraft von 120 kA/m. Verglichen mit dem MIG-Magnetkopf, der aus der ohne Vorspannung erzeugten Schicht aus Fe/Ta/N hergestellt wurde, wobei die unterschiedliche Orte der Ferritsubstrate zu einer Schicht führen, die eine Vielzahl von Ausgangssignalen des Magnetkopfs hat, zeigen alle bei einer HF-Vorspannung von 80 W erzeugten Schichten uniaxiale magnetische Permeabilität, die in der gleichen Richtung angeordnet ist, so daß erfindungsgemäß die Massenproduktion von MIG- Magnetköpfen möglich ist, die ein stabiles Magnetkopfausgangsignal aufweisen.

Beispiel 6

Es werden weichmagnetische Schichten des Fe/Ta/N-Systems hergestellt bei Vorspannungen von null und 20 W und über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; alternierend aufeinanderlaminiert. Die isolierende Schicht aus SiO&sub2; jeder Lage hat eine Dicke von 0,15 um, die weichmagentische Schicht eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,5 um. Die weichmagnetische Mehrfachschicht hat eine Gesamtdicke von 5 zum. Jeder der weichmagnetischen Schichten mit unterschiedlichen Lagen hat eine Schichtzusammensetzung und weist eine Schichtstruktur auf wie bei Beispiel 1. Diese Schichten zeigen die isotrope hohe magnetische Permeabilität über die gesamte große Fläche. Fig. 13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Dicke der weichmagnetischen Schicht des Fe/Ta/N-Systems bei jeder Schicht zeigt sowie den Realteil u' der komplexen magnetischen Permeabilität bei 30 und 80 MHz. Fig. 13 verdeutlicht, daß die weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems eine Zunahme des Realteils u' der komplexen magnetischen Permeabilität bei hoher Frequenz (30 und 80 MHz) zeigt, wobei die Dicke der Schicht abnimmt.
Es werden weichmagnetische Schichten des Fe/Ta/N-Systems hergestellt bei einer Vorspannung von null und 20 W und über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; alternierend aufeinanderlaminiert. Die weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems jeder Lage hat eine Dicke von 0,5 um. Die isolierenden Schichten aus SiO&sub2; der unterschiedlichen Lagen werden bezüglich ihrer Dicke verändert, so daß die weichmagnetische Mehrfachschicht eine Gesamtdicke von 5 um aufweist.
Die weichmagnetische Mehrfachschicht weist eine dazwischengesetzte isolierende Schicht aus SiO&sub2; auf und zeigt die isotrope hohe magnetische Permeabilität über die gesamte große Fläche des Ortes des Substrats ähnlich wie bei Beispiel 3. Die Fig. 14, 15, 16 und 17 sind Graphen, die die Veränderung des Realteils u' und des Imaginärteils u" des komplexen magnetischen Permeabilität der weichmagnetischen Schichten zeigen, die isolierende Schichten aus SiO&sub2; mit einer Dicke von 0, 0,5, 0,1 und 0, 15 um aufweisen, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz.
Die Fig. 14, 15, 16 und 17 verdeutlichen, daß eine Zunahme der Dicke der isolierenden Schichten aus SiO&sub2; zu einer Zunahme des Realteils u' der komplexen magnetischen Permeabilität im hohen Frequenzbereich führt. Zusätzlich wird deutlich, daß eine dickere Schicht dazu führt, daß die Frequenz, bei der der Imaginärteil u" der komplexen magnetischen Permeabilität sein Maximum zeigt, zu höheren Frequenzen verschoben wird.
Wenn die isolierende Schicht aus SiO&sub2; eine Dicke von mehr als 0,3 um aufweist, existiert keine Frequenzabhängigkeit des Realteils u' und des Imaginärteils u" der komplexen magnetischen Permeabilität. Bei der weichmagnetischen Mehrfachschicht werden die über die isolierende Schicht aus SiO&sub2; benachbarten Fe/Ta/N- Schichten bei voneinander abweichenden negativen Vorspannungen (unter Einschluß der Vorspannung null) erzeugt. In diesem Fall erhält man die Isotropie der hohen Permeabilität bei der höheren Frequenz mit der kleineren Dicke der weichmagnetischen Schicht des Fe/Ta/N-Systems bei jeder Lage und mit der größeren Dicke der isolierenden Schicht aus SiO&sub2;. Die Einstellung der Dicke der weichmagnetischen Schicht und der isolierenden Schicht aus SiO&sub2; macht es möglich, die Betriebsfrequenz der weichmagnetischen Mehrfachschicht einzustellen. Dementsprechend ist es möglich, eine weichmagnetische Mehrfachschicht mit hoher Produktionsausbeute herzustellen, die über die gesamte große Fläche als Kernmaterial in einem mehrschichten Magnetkopf eingesetzt werden kann.
Die Beschreibung dieser Ausführungsform betrifft die weichmagnetische Schicht des Fe/Ta/N-Systems. Es ist jedoch möglich, den gleichen Effekt wie oben zu erhalten, indem man das Verfahren dieser Ausführungsform auf die Herstellung der weichmagnetischen Schicht eines anderen Systems anwendet, beispielsweise einer weichmagnetischen Schicht, die als Hauptbestandteil Fe (Eisen) enthält und 5 bis 20 Atom-% N (Stickstoff) und 5 bis 15 Atom-% M (Metall, welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), sowie eines modifizierten Systems, welches weitere Additive enthält, Cr, Al, Si oder Ru als Material zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Weiter verbesserte weichmagnetische Eigenschaften können erhalten werden durch Einsatz der folgenden Schichtzusammensetzung: Eine weichmagnetische Schicht, enthaltend als Hauptbestandteil Fe (Eisen) und 5 bis 20 Atom-% N (Stickstoff) und 5 bis 15 Atom-% M (Metall, welches mindestens ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), wobei die weichmagnetische Schicht ein Gemisch enthält aus 1) feinen Kristallen von α-Fe, die mindestens ein Element lösen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Ta, Zr, Hf, Nb und Ti), N (Stickstoff) und Metall (M)-Nitrid, und welches eine mittlere Korngröße von weniger als 15 nm aufweist und 2) feine Teilchen von Metallnitrid mit einer Teilchengröße von weniger als 5 nm.
Dieses Beispiel betrifft die weichmagnetische Mehrfachschicht, die erhalten wird durch alternierendes Aufeinanderlaminieren weichmagnetischer Schichten des Fe/Ta/N-Systems, hergestellt ohne Vorspannung und bei einer HF-Vorspannung von 20 W über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2;. Die angelegte Vorspannung kann eine Gleichspannung sein. Es wird auch gefunden, das der gleiche Effekt mit weichmagnetischen Mehrfachschichten erhalten werden kann, bei denen die zwei weichmagnetischen Schichten des Fe/Ta/N-Systems benachbart zueinander über eine isolierende Schicht aus SiO&sub2; mit voneinander abweichenden Vorspannungen (unter Einfluß der Vorspannung null) versorgt werden.
Ein weiteres Beispiel für die Modifikation besteht darin, daß eine Veränderung der Magnetfeldverteilung (wie in Fig. 2 gezeigt) auf der Oberfläche des Targets zu einer Veränderung des Plasmastatus führt und zu einer Variation bezüglich der Anisotropie der magnetischen Permeabilität der Schichtebene mit einer Variation bezüglich des Ortes des Substrats. In diesem Fall ist es möglich, die gleichen Effekte zu erreichen wie bei dieser Ausführungsform.
Es wird darauf hingewiesen, daß das in dieser Ausführungsform beschriebene Verfahren zur Herstellung der weichmagnetischen Schicht anwendbar ist auf andere Systeme, die als Hauptbestandteil Fe oder Co enthalten wie z. B. Sendust (ein Legierungssystem auf der Basis von Fe/Al/Si), das Fe/M/(C, B)- oder das Co/M/(N, C)-System, wobei M ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, Hf, Ti, Nb und Ta.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht auf einem Substrat (4), wobei die Schicht hauptsächlich aus einer Komponente eines ferromagnetischen Metalls aufgebaut ist und wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man

a) mit Hilfe einer flachen Platte in einem Magnetronsputtergerät ein Target (1) bereitstellt,

b) Permanentmagneten (2) zum Erzeugen eines Magnetfelds an der Targetoberfläche so anordnet, daß die magnetischen Kraftlinien (3) parallel zur Targetoberfläche verlaufen, die dem Substrat (4) gegenübersteht,

c) das Substrat (4) oberhalb des Targets (1) und parallel zu dessen Oberfläche anordnet und

d) das Magnetronsputtergerät betreibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Permanentmagneten (2) so angeordnet sind, daß

b1) die magnetischen Kraftlinien (3) an entgegengesetzten Seiten einer Mittellinie (A) entgegengesetzte Richtungen haben, wobei die Mittellinie (A) parallel zu den magnetischen Kraftlinien (3) verläuft und die Targetoberlfäche symetrisch unterteilt, und

b2) die Verteilung des Magnetfelds auf beiden Seiten der Mittellinie (A) symetrisch ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Schicht als Hauptbestandteil Co und Fe enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Schicht als Hauptbestandteil Fe und 5 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% eines Metalls M enthält, welches mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall M Ta ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Sputterns an das mit der weichmagnetischen Schicht zu versehende Substrat eine negative Vorspannung kontinuierlich anlegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte der angelegten negativen Vorspannung auf 3.700. W/m² oder weniger eingestellt wird.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Herstellen einer weichmagnetischen Mehrfachschicht, die alternierend aufeinanderlaminierte weichmagnetische Schichten und Isolationsschichten aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

auf dem Substrat (4) mit Hilfe des Sputtergeräts mindestens zwei weichmagnetische Schichten gebildet werden, wobei die weichmagnetischen Schichten voneinander durch eine benachbarte Isolationsschicht getrennt sind,

wobei jede weichmagnetische Schicht mit voneinander abweichenden negativen Vorspannungen (unter Einschluß der Vorspannung null) hergestellt wird, um einen größeren isotropischen Bereich der entstehenden weichmagnetischen Schicht zu erhalten.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 5 zum Herstellen einer weichmagnetischen Schicht, die aufgebaut ist aus Fe als Hauptbestandteil und aus 5 bis 20 Atom-% N und 5 bis 15 Atom-% eines Metalls M, welches mindestens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb und Ti,

wobei die weichmagnetische Schicht ein Gemisch aus feinen Kristallen von α-Fe und feinen Teilchen des Metalls M enthält, wobei die feinkristallinen Gitter des α-Fe durch eine feste Lösung mit mindestens einem Element oder einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ta, Zr, Hf, Nb, Ti, N und einem Nitrit des Metalls M expandiert werden, wobei die feinen Kristalle des α-Fe eine mittlere Korngröße von 15 nm oder weniger und die feinen Kristalle des Metallnitrits eine mittlere Korngröße von 5 nm oder weniger aufweisen.

9. Magnetkopf, bei dem mindestens ein Teil einer magnetischen Schaltung den weichmagnetischen Film oder weichmagnetischen Mehrfachfilm aufweist, hergestellt mit dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Sputterelektrode zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Elektrode aufweist

Permanentmagneten (2), die zum Erzeugen eines Magnetfelds an der Targetoberfläche so angeordnet sind, daß die magnetischen Kraftlinien (3) parallel zur Targetoberfläche verlaufen, die dem Substrat (4) gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß

die magnetischen Kraftlinien (3) an entgegengesetzten Seiten einer Mittellinie (A) entgegengesetzte Richtungen haben, wobei die Mittellinie (A) parallel zu den magnetischen Kraftlinien (3) verläuft und die Targetoberfläche symetrisch unterteilt,

wobei die Verteilung des Magnetfelds auf beiden Seiten der Mittellinie (A) symetrisch ist.