JP2013100597A - Method for producing film member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被膜部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a coated member.
酸化マグネシウム(ＭｇＯ)は、耐火物のほか、各種添加剤や電子部品用途、蛍光体原料、各種ターゲット材原料、超伝導薄膜下地用の原料、磁気トンネル接合素子（以下、ＭＴＪ素子）のトンネル障壁、カラープラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用の保護膜などとして利用され、きわめて広範囲な用途を持つ材料として注目されている。なかでもスパッタリングターゲット部材としては、トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＴＪ素子のトンネル障壁の作製などに使用される。このトンネル磁気抵抗効果は、厚さ数ｎｍの非常に薄い絶縁体を２つの磁性層で挟んだＭＴＪ素子において、２つの磁性層の磁化の相対的な向きが平行な時と反平行な時に起こる抵抗変化現象のことであり、この磁化状態による電気抵抗変化を利用してハードディスクの磁気ヘッドなどに応用されている。 Magnesium oxide (MgO) is not only refractory, but also various additives and electronic parts, phosphor materials, various target materials, raw materials for superconducting thin films, tunnel barriers for magnetic tunnel junction devices (hereinafter MTJ devices) It is used as a protective film for a color plasma display (PDP) and attracts attention as a material having an extremely wide range of uses. Among them, the sputtering target member is used for making a tunnel barrier of an MTJ element utilizing the tunnel magnetoresistance effect. This tunnel magnetoresistive effect occurs when the relative directions of magnetization of two magnetic layers are parallel and antiparallel in an MTJ element in which a very thin insulator having a thickness of several nanometers is sandwiched between two magnetic layers. It is a resistance change phenomenon, and is applied to a magnetic head of a hard disk by utilizing the change in electrical resistance due to this magnetization state.
近年、上述したＭＴＪ素子を利用して磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ）が検討されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＲＡＭは、例えば、ＭＴＪ素子を多数配置し、それぞれの磁化配列を情報担体としており、不揮発、高速、高書き換え耐性等の特徴をもつため、従来の半導体メモリ（ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ等）を凌駕するメモリとして開発が進められている。これまで、記憶容量が数〜数十メガビット（Ｍｂｉｔ）のメモリが試作されたが、例えばＤＲＡＭを置き換えるためにはギガビット（Ｇｂｉｔ）級の更なる大容量化が必要である。 In recent years, a magnetoresistive random access memory (hereinafter referred to as MRAM) has been studied using the above-described MTJ element (see, for example, Patent Document 1). MRAM, for example, has a large number of MTJ elements and uses each magnetization array as an information carrier, and has characteristics such as non-volatility, high speed, high rewrite resistance, etc., so that it surpasses conventional semiconductor memories (SRAM, DRAM, etc.) Development is underway. So far, a memory having a storage capacity of several to several tens of megabits (Mbit) has been prototyped. For example, in order to replace a DRAM, it is necessary to further increase the capacity of the gigabit (Gbit) class.
これまでＭＴＪ素子のトンネル障壁の膜体としては、単結晶、または高純度のＭｇＯを用いるのが一般的であり、純度の高いＭｇＯ焼結体からなるスパッタリングターゲット部材を用いてスパッタによってトンネル障壁を成膜するのが一般的であった。しかし、更なる大容量化には、ＭＴＪ素子の電気抵抗が低く、大きな出力信号を得るための高い磁気抵抗比が望まれている。 Conventionally, as a tunnel barrier film body of an MTJ element, it is common to use single crystal or high-purity MgO, and a tunnel barrier is formed by sputtering using a sputtering target member made of a high-purity MgO sintered body. It was common to form a film. However, in order to further increase the capacity, the electrical resistance of the MTJ element is low, and a high magnetoresistance ratio for obtaining a large output signal is desired.
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、より高い特性を有する膜体を形成することができる被膜部材の製造方法を提供することを主目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the manufacturing method of the coating member which can form the film body which has a higher characteristic.
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を用いることにより高い特性を有する膜体を形成することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-mentioned main object, the present inventors can form a film body having high characteristics by using a sputtering target member containing Mg, Al, O and N elements. As a result, the present invention has been completed.
即ち、本発明の被膜部材の製造方法は、
被処理部材の表面に膜体が形成された被膜部材の製造方法であって、
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含むものである。
That is, the method for producing a coated member of the present invention includes:
A method for producing a film member in which a film body is formed on the surface of a member to be treated,
One type of sputtering target member made of a mixture of a plurality of substances and containing Mg, Al, O and N elements, or a plurality of types of sputtering target members containing Mg, Al, O and N elements as a whole And forming a film body on the member to be processed by sputtering using a plurality of types of sputtering target members made of one or more substances and containing at least one of Mg, Al, O, and N.
本発明の被膜部材の製造方法は、より高い特性を有する膜体を形成することができる。この理由は、明らかではないが、以下のように推察される。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。このため、例えば、膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体にＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。このように、本発明では、より高い特性を得ることができる。 The film member manufacturing method of the present invention can form a film body having higher characteristics. Although this reason is not clear, it is guessed as follows. For example, when a film body containing elements of Mg, Al, O, and N is formed, it is presumed that a film body in which Al and N are dissolved in MgO is probably formed. Therefore, for example, when a film member on which a film body is formed is used for a magnetic tunnel junction element, the tunnel barrier layer of MgO has a low height because Mg, Al, O, and N are contained in the tunnel barrier layer. It is expected that the electrical resistance is lowered, that is, the tunnel current is increased due to the effect of becoming. Further, since the lattice constant of MgO changes due to the solid solution of Al or N, the lattice matching at the interface between MgO as the tunnel barrier layer and the magnetic layer can be adjusted. When the lattice matching between the tunnel barrier layer and the magnetic layer is good, it is expected that a low electrical resistance and a high magnetoresistance ratio can be obtained in the magnetic tunnel junction element. Moreover, since Al or N is contained in the film body, moisture resistance and water resistance are superior to magnesium oxide. Thus, in the present invention, higher characteristics can be obtained.
次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１及び図２は、本発明の被膜部材の製造方法を実行するスパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図である。図１は、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いた場合の説明図である。図２は、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材４１，４２，４３を用いた場合、即ち複数種のスパッタリングターゲット部材を用いた場合の説明図である。このスパッタ装置２０は、ウェハー上に磁性層などを有した被処理部材１１の表面に膜体１２を形成する膜体形成装置として構成されている。スパッタ装置２０は、減圧室であるチャンバ２１と、膜体１２が形成される被処理部材１１を配置するチャンバ２１に内設された試料配置部２２と、スパッタリングターゲット部材４０を配置するターゲット配置部２５が設けられチャンバ２１に内設されたプラズマ基部２４と、バルブ２６を介してチャンバ２１に接続されガスを供給するガス供給部２７と、バルブ２８を介してチャンバ２１を減圧する真空ポンプ２９と、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に電位差を設ける電源３０と、スパッタ装置２０全体を制御する制御装置３２とを備えている。試料配置部２２とターゲット配置部２５とは対向して電源３０に接続され、チャンバ２１の内部に配設されている。制御装置３２は、電源３０の印加電圧やバルブ２６，２８の開放閉鎖、真空ポンプ２９の駆動などの制御を行う。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are configuration diagrams showing an outline of the configuration of a sputtering apparatus 20 that executes the method for manufacturing a coated member of the present invention. FIG. 1 is an explanatory diagram in the case of using one kind of sputtering target member 40 made of a mixture of a plurality of substances and containing Mg, Al, O, and N elements. FIG. 2 illustrates a case where sputtering target members 41, 42, and 43 made of one or more substances and containing at least one of Mg, Al, O, and N are used, that is, a plurality of types of sputtering target members are used. FIG. The sputtering apparatus 20 is configured as a film body forming apparatus that forms a film body 12 on the surface of a member to be processed 11 having a magnetic layer or the like on a wafer. The sputtering apparatus 20 includes a chamber 21 that is a decompression chamber, a sample placement unit 22 provided in the chamber 21 in which the processing target member 11 on which the film body 12 is formed, and a target placement unit in which the sputtering target member 40 is placed. 25, a plasma base 24 provided in the chamber 21, a gas supply unit 27 connected to the chamber 21 through a valve 26 and supplying gas, and a vacuum pump 29 for decompressing the chamber 21 through a valve 28, A power source 30 for providing a potential difference between the member to be processed 11 and the sputtering target member 40 and a control device 32 for controlling the entire sputtering apparatus 20 are provided. The sample placement unit 22 and the target placement unit 25 are connected to the power source 30 so as to face each other, and are placed inside the chamber 21. The control device 32 controls the applied voltage of the power supply 30, opening / closing of the valves 26 and 28, driving of the vacuum pump 29, and the like.
このスパッタ装置２０は、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に高周波電圧を印加する電源３０と、プラズマをターゲット近傍に封じ込めるマグネトロン型のプラズマ基部２４を備えており、マグネトロンＲＦ（Radio Frequency）スパッタ装置として構成されている。なお、スパッタ装置２０は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタのうちいずれかの処理を行うものとしてもよい。 The sputtering apparatus 20 includes a power source 30 that applies a high-frequency voltage between the member to be processed 11 and the sputtering target member 40, and a magnetron-type plasma base 24 that confines plasma in the vicinity of the target, and a magnetron RF (Radio Frequency). ) It is configured as a sputtering device. The sputtering apparatus 20 may perform any one of DC (Direct Current) sputtering, RF sputtering, magnetron DC sputtering, magnetron RF sputtering, ion beam sputtering, and ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering.
次に、被処理部材１１の表面に膜体１２が形成された被膜部材１０の製造方法について説明する。この被膜部材１０の製造方法は、スパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリング処理によって被処理部材１１に膜体１２を形成する形成工程、を含むものである。この形成工程では、１又は複数のスパッタリングターゲット部材を用い、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体１２を被処理部材１１の表面に形成する処理を行う。ここで、スパッタリングターゲット部材は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わず、スパッタリングターゲット部材を１種用いるものとしてもよいし、スパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。 Next, the manufacturing method of the film member 10 in which the film body 12 is formed on the surface of the member to be processed 11 will be described. The method for manufacturing the coating member 10 includes a forming step of forming a film body 12 on the member 11 to be processed by sputtering using a sputtering target member. In this forming step, one or a plurality of sputtering target members are used to perform a process of forming a film body 12 containing Mg, Al, O, and N elements on the surface of the member to be processed 11. Here, the sputtering target member may be in any form as long as all of Mg, Al, O, and N are contained, and one type of sputtering target member may be used, or a plurality of sputtering target members may be used. It is good also as what uses seeds.
この形成工程では、例えば、図１に示すように、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材４０を１種用いるものとしてもよい。この物質としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（例えばアルミナ，Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、マグネシウムアルミニウム酸化物（例えばスピネル，ＭｇＡｌ2Ｏ4）、マグネシウムアルミニウム酸窒化物（例えばＭｇＡｌＯＮ）、アルミニウム酸窒化物（例えばＡｌＯＮ）、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物がより好ましい。複数の物質の混合物からなる１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いる際には、例えば、酸化マグネシウム、マグネシウムアルミニウム酸化物及び窒化アルミニウムの混合物、例えば、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4とＡｌＮとが混合されて焼結されたコンポジット材料などを用いることがより好ましい。こうすれば、比較的容易にスパッタリングターゲット部材を作製することができる。あるいは、スパッタリングターゲット部材４０として、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸化物とを含み、更にアルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含む３種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物などを用いるものとしてもよい。 In this formation step, for example, as shown in FIG. 1, one type of sputtering target member 40 made of a mixture of a plurality of substances and containing Mg, Al, O, and N elements may be used. Examples of the material include magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (for example, alumina, Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), magnesium aluminum oxide (for example, spinel, MgAl 2 O 4 ), magnesium aluminum oxynitride (for example, MgAlON), aluminum oxynitride (for example, AlON), magnesium nitride, Mg, Al, and MgAl alloy are listed, and among these, magnesium oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium aluminum oxide, magnesium from the viewpoint of handling Aluminum oxynitride and aluminum oxynitride are more preferable. When one kind of sputtering target member 40 made of a mixture of a plurality of substances is used, for example, a mixture of magnesium oxide, magnesium aluminum oxide and aluminum nitride, for example, MgO, MgAl 2 O 4 and AlN are mixed. It is more preferable to use a sintered composite material or the like. In this way, it is possible to produce the sputtering target member relatively easily. Alternatively, the sputtering target member 40 includes magnesium oxide and magnesium aluminum oxide, and further includes three or more kinds of mixtures including any one or more of aluminum nitride, magnesium aluminum oxynitride, and aluminum oxynitride, and magnesium oxide. An aluminum nitride, and a mixture of two or more of magnesium aluminum oxide, magnesium aluminum oxynitride, and aluminum oxynitride, which may contain any one or more, magnesium oxide and magnesium aluminum oxynitride, Furthermore, it contains a mixture of two or more of magnesium aluminum oxide, aluminum nitride, and aluminum oxynitride, magnesium oxide and aluminum oxynitride, and further contains magnesium oxide. Miniumu oxide, aluminum nitride, or as the like either 1 or more which may contain a mixture of two or more of magnesium aluminum oxynitride.
あるいは、この形成工程では、例えば、図２に示すように、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。例えば、図２では、スパッタリングターゲット部材４１〜４３の３種を用いるものとしたが、２種としてもよいし４種としてもよい。なお、スパッタリングレートなどの調整や装置構成の複雑化を考慮すると、スパッタリングターゲット部材は、３種以下であることが好ましい。この物質としては、上述した、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、酸化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物の組み合わせがより好ましい。このように、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わない。この形態について以下説明する。 Alternatively, in this forming step, for example, as shown in FIG. 2, the plurality of types of sputtering target members are composed of one or more substances so as to contain Mg, Al, O and N elements as a whole. A plurality of sputtering target members containing at least one of N and N may be used. For example, in FIG. 2, three types of sputtering target members 41 to 43 are used, but two types or four types may be used. In consideration of adjustment of the sputtering rate and the complexity of the apparatus configuration, the number of sputtering target members is preferably 3 or less. Examples of this substance include one or more of the above-described magnesium oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium aluminum oxide, magnesium aluminum oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium nitride, Mg, Al, and MgAl alloy. Among these, a combination of magnesium oxide, aluminum nitride, magnesium aluminum oxide, aluminum oxide, magnesium aluminum oxynitride and aluminum oxynitride is more preferable from the viewpoint of handling. As described above, when a plurality of types of sputtering target members made of one or more substances are used, any form may be used as long as the entire sputtering target member contains all of Mg, Al, O, and N. This form will be described below.
１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、Ｍｇを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＯを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＮを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、を上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうすれば、各スパッタリングターゲット部材を作製しやすい。具体的には、例えば、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＭｇＡｌ2Ｏ4のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、マルチターゲット式のスパッタ装置にて同時に被処理部材１１にスパッタリング処理してもよい。あるいは、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＡｌ2Ｏ3のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。 In the case where a plurality of types of sputtering target members made of one or more substances are used, the above-described plurality of types of sputtering target members containing at least Mg, sputtering target members containing at least Al and O, and sputtering target members containing at least Al and N are used. It may be used as a sputtering target member. If it carries out like this, it will be easy to produce each sputtering target member. Specifically, for example, a sputtering target member made of MgO, a sputtering target member made of MgAl 2 O 4 and a sputtering target member made of AlN are individually produced, and simultaneously sputtered onto the member 11 to be processed by a multi-target type sputtering apparatus. It may be processed. Alternatively, a sputtering target member made of MgO, a sputtering target member made of Al 2 O 3, and a sputtering target member made of AlN may be prepared individually and used for the sputtering process.
また、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、複数種のスパッタリングターゲット部材の１以上が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含む複数の物質の混合物からなるものを上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうしても、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２を形成することができる。具体的には、例えば、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ2Ｏ4を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。また、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。あるいは、ＭｇＯの単一材料のスパッタリングターゲット部材と、ＭｇＡｌ2Ｏ4及びＡｌＮを混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。このように、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれているようにすれば、上述した物質のいずれか１以上を任意に組み合わせるものとしてもよい。 Further, when a plurality of types of sputtering target members made of one or more substances are used, one or more of the plurality of kinds of sputtering target members are made of a mixture of a plurality of substances containing at least one of Mg, Al, O and N May be used as the plurality of types of sputtering target members. Even in this case, the film body 12 containing Mg, Al, O and N can be formed on the surface of the member 11 to be processed. Specifically, for example, a sputtering target member made of a composite material in which MgO and MgAl 2 O 4 are mixed and a sputtering target member made of a single material of AlN may be individually produced and used for the sputtering process. Further, a sputtering target member made of a composite material in which MgO and Al 2 O 3 are mixed and a sputtering target member made of a single material of AlN may be individually produced and used for the sputtering process. Alternatively, a sputtering target member made of a single material of MgO and a sputtering target member made of a composite material in which MgAl 2 O 4 and AlN are mixed may be individually produced and used for the sputtering process. As described above, as long as the entire sputtering target member contains Mg, Al, O, and N, any one or more of the above-described substances may be arbitrarily combined.
この形成工程では、１種又は複数種のスパッタリングターゲット部材の全体において、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％（原子％）以上であるスパッタリングターゲット部材４０を用いることが好ましい。原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上では、被処理部材１１に形成される膜体１２が、酸化マグネシウムの結晶構造をより維持し、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有するものとすることができる。このＭｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇは、０．５以上２以下の範囲がより好ましく、０．７５以上１．２５以下の範囲が更に好ましい。また、ＭｇとＯの合計が８５ａｔ％以上であることがより好ましく、９０ａｔ％以上であることが更に好ましい。また、ターゲット部材の原子比を制御する方法以外に、スパッタ時の各ターゲットの出力を制御することで各ターゲットからのスパッタ量を制御し、スパッタ成分の比が上記範囲となるようにしてもよい。 In this formation step, O / Mg, which is the atomic ratio of O to Mg, is in the range of 0.25 to 4, and the total of Mg and O is 80 at% in the entire sputtering target member. It is preferable to use the sputtering target member 40 that is (atomic%) or more. When the atomic ratio of O / Mg is in the range of 0.25 or more and 4 or less and the total of Mg and O is 80 at% or more, the film body 12 formed on the member 11 to be processed further maintains the crystal structure of magnesium oxide. However, it can have a lower electrical resistance than magnesium oxide. O / Mg, which is the atomic ratio of O to Mg, is more preferably in the range of 0.5 to 2 and even more preferably in the range of 0.75 to 1.25. Further, the total of Mg and O is more preferably 85 at% or more, and further preferably 90 at% or more. In addition to the method of controlling the atomic ratio of the target member, the sputtering amount from each target may be controlled by controlling the output of each target during sputtering so that the ratio of the sputter components falls within the above range. .
この形成工程では、上述したスパッタリングターゲット部材を用い、被処理部材１１の表面に膜体１２を形成するスパッタリング処理を行う。スパッタリング処理では、スパッタガスとして希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）をガス供給部２７からチャンバ２１へ供給するものとしてもよい。また、スパッタガスの一部に、Ｏ2、Ｎ2、もしくはＯとＮの化合物からなるガスを用いてもよい。こうすれば、膜体のＯ、Ｎの量を制御することもできる。また、スパッタリング処理では、チャンバ２１内の圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲となるように真空ポンプ２９により減圧してもよい。また、スパッタレートは、被処理部材１１の表面に形成される膜体１２が、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．５以上２以下の範囲、より好ましくは０．７５以上１．２５以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上となるように経験的に定めるものとしてもよい。例えば、成膜速度は膜体１２全体として０．０１Å／ｓ以上１．０Å／ｓ以下の範囲としてもよい。なお、スパッタリング処理は、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲスパッタのうちいずれかとしてもよい。このうち、マグネトロンＲＦスパッタやマグネトロンＤＣスパッタが好ましい。 In this formation step, the sputtering process is performed to form the film body 12 on the surface of the member to be processed 11 using the above-described sputtering target member. In the sputtering process, a rare gas (Ar, Ne, Kr, Xe) may be supplied from the gas supply unit 27 to the chamber 21 as a sputtering gas. Further, as a part of the sputtering gas, a gas composed of O 2 , N 2 , or a compound of O and N may be used. In this way, the amounts of O and N in the film body can be controlled. In the sputtering process, the pressure in the chamber 21 may be reduced by the vacuum pump 29 so that the pressure is in the range of 0.01 to 0.4 Pa. Further, the sputtering rate of the film body 12 formed on the surface of the member 11 to be processed is such that O / Mg, which is the atomic ratio of O to Mg, is in the range of 0.5 to 2, more preferably 0.75 to 1. It may be determined empirically so that the total amount of Mg and O is 80 at% or more. For example, the film forming speed may be in the range of 0.01 Å / s to 1.0 Å / s for the entire film body 12. The sputtering process may be any one of DC sputtering, RF sputtering, magnetron DC sputtering, magnetron RF sputtering, ion beam sputtering, and ECR sputtering. Of these, magnetron RF sputtering and magnetron DC sputtering are preferred.
本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製工程に含まれるものとしてもよい。このように、被処理部材１１にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成された被膜部材１０では、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測されるため、磁気トンネル接合素子の作製に用いる意義が高い。また、本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの磁気トンネル接合素子の作製工程に含まれるものとしてもよい。 In the method for manufacturing a film member of the present invention, the forming step may be included in the tunnel barrier manufacturing step of the magnetic tunnel junction element. As described above, in the film member 10 in which the film body 12 containing Mg, Al, O, and N is formed on the member 11 to be processed, the electrical resistance is reduced due to the effect that the tunnel barrier height of MgO is lowered, that is, the tunnel Since the current is expected to increase, it is highly meaningful for use in manufacturing a magnetic tunnel junction element. In the method for manufacturing a coating member of the present invention, the forming step may be included in a manufacturing step of at least one magnetic tunnel junction element among the magnetic head of the hard disk and the magnetoresistive random access memory.
本発明の被膜部材の製造方法で作製された被膜部材１０は、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成されている。この被膜部材１０において、膜体１２は、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相をするものであることがより好ましい。こうすれば、例えば、耐湿性や耐水性が酸化マグネシウムよりも優れ、電気抵抗がより低下するなど、より高い特性とすることができる。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、高純度なＭｇＯに対してＸＲＤピークが高角側にシフトすることで確認ができる。例えばＣｕＫアルファ線を用いたときの（２００）面のピークは酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°に現れるものとしてよい。このピークシフトはＡｌ、Ｎ成分の固溶量の増加に伴って大きくなる。即ちピークシフトが大きいほど耐湿、耐水性が向上する。また、膜体１２は、副相が少ないことがより好ましい。副相としては、例えば、ＣｕＫアルファ線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°に現れるマグネシウムアルミニウム酸窒化物相などが挙げられる。スパッタリングターゲット部材に副相を含む場合、主相と副相とのスパッタリングレートが異なる可能性があるが、副相が少ない場合には、スパッタリングターゲット部材からの発塵等を抑制することができ、成膜される膜体の均質性をより向上することができる。このほか、Ａｌ、Ｎ成分の酸化マグネシウムへの固溶により格子定数が変化することから、固溶量によって膜体の格子定数を調整でき、それによって被処理部材との格子の整合性を調整することができる。 In the film member 10 produced by the method for producing a film member of the present invention, a film body 12 containing Mg, Al, O, and N is formed on the surface of the member 11 to be processed. In the coating member 10, it is more preferable that the film body 12 has an MgO—AlN solid solution crystal phase in which Al and N are dissolved in MgO. In this way, for example, it is possible to achieve higher characteristics such as better moisture resistance and water resistance than magnesium oxide and lower electrical resistance. This MgO-AlN solid solution can be confirmed by shifting the XRD peak to the high angle side with respect to high-purity MgO. For example, when the CuK alpha ray is used, the peak of the (200) plane appears between 2θ = 42.9 to 44.8 °, which is between the cubic peak of magnesium oxide and the cubic peak of aluminum nitride. Good. This peak shift increases as the amount of Al and N components dissolved increases. That is, the greater the peak shift, the better the moisture resistance and water resistance. Moreover, it is more preferable that the film body 12 has few subphases. Examples of the subphase include a magnesium aluminum oxynitride phase in which an XRD peak when using CuK alpha rays appears at least at 2θ = 47 to 49 °. When the sputtering target member contains a subphase, the sputtering rate of the main phase and the subphase may be different, but when the subphase is small, dust generation from the sputtering target member can be suppressed, The homogeneity of the film body to be formed can be further improved. In addition, since the lattice constant changes due to the solid solution of Al and N components in magnesium oxide, the lattice constant of the film body can be adjusted by the amount of the solid solution, thereby adjusting the lattice consistency with the member to be processed. be able to.
以上説明した本発明の被膜部材の製造方法によれば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されるため、より高い特性を有する膜体を形成することができる。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。このように、トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体がＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。 According to the manufacturing method of the coating member of the present invention described above, since the film body containing the elements of Mg, Al, O and N is formed, a film body having higher characteristics can be formed. For example, when a film body containing elements of Mg, Al, O, and N is formed, it is presumed that a film body in which Al and N are dissolved in MgO is probably formed. When the film member on which the film body is formed is used for a magnetic tunnel junction element, the tunnel barrier layer contains Mg, Al, O, and N, thereby reducing the height of the MgO tunnel barrier. It is expected that the electrical resistance will decrease, that is, the tunnel current will increase. Further, since the lattice constant of MgO changes due to the solid solution of Al or N, the lattice matching at the interface between MgO as the tunnel barrier layer and the magnetic layer can be adjusted. Thus, if the lattice matching between the tunnel barrier layer and the magnetic layer is good, it is predicted that a low electrical resistance and a high magnetoresistance ratio can be obtained in the magnetic tunnel junction element. Further, since the film body contains Al and N, the moisture resistance and water resistance are superior to magnesium oxide.
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、形成工程を含む本発明の被膜部材の製造方法として説明したが、その他の工程を含むものとしてもよい。例えば、磁気トンネル接合素子の製造方法としてもよい。また、形成工程のまえに、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを少なくとも含む原料を成形及び焼成しスパッタリングターゲット部材を作製する作製工程を含むものとしてもよい。あるいは、形成工程のあと、被膜部材１０を熱処理し膜体１２の強化を図る熱処理工程を含むものとしてもよい。この熱処理は、例えば１０００℃以下の温度で行うことが好ましく、５００℃以下の温度で処理することがより好ましい。熱処理の温度が１０００℃以上では、ＭｇＯに固溶しているＡｌがＭｇＯと反応してマグネシウムアルミニウム酸化物を形成するほか、Ｎが酸化されて放出される可能性があるためである。また、熱処理工程は、Ａｒ，Ｎ2などの不活性雰囲気で行うものとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the manufacturing method of the coated member of the present invention including the forming step has been described, but other steps may be included. For example, a method for manufacturing a magnetic tunnel junction element may be used. Moreover, it is good also as a thing including the preparation process which shape | molds and bakes the raw material which contains Mg, Al, O, and N before a formation process, and produces a sputtering target member. Alternatively, it may include a heat treatment step for strengthening the film body 12 by heat-treating the coating member 10 after the formation step. This heat treatment is preferably performed at a temperature of 1000 ° C. or less, for example, and more preferably at a temperature of 500 ° C. or less. This is because when the temperature of the heat treatment is 1000 ° C. or higher, Al dissolved in MgO reacts with MgO to form magnesium aluminum oxide, and N may be oxidized and released. Further, the heat treatment step may be performed in an inert atmosphere such as Ar or N 2 .
以下には、被膜部材の製造方法の例を実施例として説明する。 Below, the example of the manufacturing method of a film member is demonstrated as an Example.
［実施例１］
(スパッタリングターゲット部材の作製)
原料を調合する調合工程を行った。市販品のＭｇＯ原料（純度９９．４％、平均粒径３μｍ）、Ａｌ2Ｏ3原料（純度９９．９％、平均粒径０．５μｍ）、及びＡｌＮ原料（純度９９．９％、平均粒径１μｍ以下、ただしＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度とする）をｍｏｌ比でＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：ＡｌＮ＝９５．０：２．７：２．３となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径２０ｍｍの鉄芯入ナイロンボールの玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、混合粉末とした。次に、成形工程を行った。上記調合した混合粉末を、５０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形し、直径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。続いて、焼成工程を行った。円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし最高温度１６５０℃で焼成し、焼成終了までＮ2雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。得られた焼結体を、スパッタ装置のターゲットサイズに加工、表面研磨し、実施例１のスパッタリングターゲット部材とした。
[Example 1]
(Production of sputtering target member)
A blending process for blending raw materials was performed. Commercially available MgO raw material (purity 99.4%, average particle size 3 μm), Al 2 O 3 raw material (purity 99.9%, average particle size 0.5 μm), and AlN raw material (purity 99.9%, average particle size) The diameter is 1 μm or less. However, since about 1% of oxygen is inevitable for the AlN raw material, the purity is obtained by removing oxygen from the impurity element) in a molar ratio of MgO: Al 2 O 3 : AlN = 95.0: 2.7: Weighed so as to be 2.3, and wet-mixed for 4 hours using nylon pots and cobblestones of iron-cored nylon balls with a diameter of 20 mm using isopropyl alcohol as a solvent. After mixing, the slurry was taken out and dried at 110 ° C. in a nitrogen stream. Thereafter, the mixture was passed through a 30-mesh sieve to obtain a mixed powder. Next, a molding process was performed. The prepared mixed powder was uniaxially pressed at a pressure of 50 kgf / cm 2 to produce a disk-shaped molded body having a diameter of about 200 mm and a thickness of about 30 mm, and stored in a firing graphite mold. Then, the baking process was performed. The disk-shaped formed body was hot-press fired to obtain a ceramic material. In hot press firing, firing was performed at a maximum pressure of 1650 ° C. with a press pressure of 200 kgf / cm 2, and an N 2 atmosphere was maintained until the firing was completed. The holding time at the firing temperature was 4 hours. The obtained sintered body was processed into a target size of a sputtering apparatus and subjected to surface polishing to obtain a sputtering target member of Example 1.
（スパッタリングターゲット部材の結晶評価）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫアルファ，４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置を使用した。測定のステップ幅は０．０２°とした。なお、標準物質としてＮＩＳＴ製Ｓｉ標準試料粉末（ＳＲＭ６４０Ｃ）を添加した。
(Crystal evaluation of sputtering target member)
About the sintered compact obtained by the same method as Example 1, after grind | pulverizing with the mortar, the crystal phase was identified with the X-ray-diffraction apparatus. The measurement conditions were CuK alpha, 40 kV, 40 mA, 2θ = 5 ° to 70 °, and an enclosed tube X-ray diffractometer was used. The measurement step width was 0.02 °. Note that NIST Si standard sample powder (SRM640C) was added as a standard substance.
（成膜実験）
実施例１のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲で被処理部材であるシリコン基板の表面に成膜した。マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．２Å／ｓｅｃで成膜を行った。
(Deposition experiment)
The sputtering target member of Example 1 was bonded to a backing plate of a sputtering apparatus to obtain a sputtering target. Using this sputtering target, Ar was used as the sputtering gas, and the pressure was in the range of 0.01 to 0.4 Pa, and a film was formed on the surface of the silicon substrate as the member to be processed. Film formation was performed at a sputtering rate of 0.2 Å / sec by magnetron RF sputtering (13.56 MHz).
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
(Film crystal evaluation)
Regarding the crystal structure of the film after film formation, the crystal phase was identified by an X-ray diffractometer. The measurement conditions were CuKα, 50 kV, 300 mA, 2θ = 5 ° to 70 °, and the X-ray diffraction method was used. The diffraction angle of the peak top of MgO was set to the value of ICDD78-0430, and the peak shift of the film was calculated for the diffraction peak of the (200) plane of MgO.
（スパッタリングターゲット部材の化学分析）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、化学分析を行った。ＭｇとＡｌについては試料を溶解させた後、Ｍｇはキレート滴定法で、Ａｌは誘導結合プラズマ原子発光分析法にて測定を行った。Ｎについては不活性ガス融解法で測定した。Ｏについては全体を１００質量％とし、そこからＭｇとＡｌとＮの質量％を除いてＯの質量％として求めた。それぞれの元素について各元素の原子量で割った後、全体を１００ａｔ％としてそれぞれの元素のａｔ％を求めた。
(Chemical analysis of sputtering target material)
The sintered body obtained by the same method as in Example 1 was crushed in a mortar and then subjected to chemical analysis. For Mg and Al, after the sample was dissolved, Mg was measured by chelate titration, and Al was measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. N was measured by an inert gas melting method. About O, the whole was made into 100 mass%, and it calculated | required as mass% of O except the mass% of Mg, Al, and N from there. After dividing each element by the atomic weight of each element, at% of each element was determined with the whole as 100 at%.
（スパッタリングターゲット部材の評価結果）
スパッタリングターゲット部材の結晶評価結果であるＸＲＤ測定結果を図１に示す。定性分析の結果、スパッタリングターゲット部材はＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、及びＡｌＮから構成されていることがわかった。また、本焼結体を分析したところ、Ｍｇが４５．６ａｔ％、Ｏが４９．５ａｔ％、Ａｌが３．８ａｔ％、Ｎが１．１ａｔ％から構成されており、原子比Ｏ／Ｍｇが１．０９であり、ＭｇとＯの合計が９５．１ａｔ％であることがわかった。
(Evaluation result of sputtering target member)
The XRD measurement result which is the crystal evaluation result of the sputtering target member is shown in FIG. As a result of qualitative analysis, it was found that the sputtering target member was composed of MgO, MgAl 2 O 4 , and AlN. Further, when the sintered body was analyzed, it was composed of 45.6 at% Mg, 49.5 at% O, 3.8 at% Al, and 1.1 at% N, and the atomic ratio O / Mg was 1. It was found that the total of Mg and O was 95.1 at%.
(成膜後の膜評価)
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失し、４３．０４°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
(Film evaluation after film formation)
As a result of XRD measurement of the film obtained by sputtering, MgAl 2 O 4 and AlN existing in the sputtering target disappeared except for the material to be processed, and a main peak was detected at 43.04 °. This is presumed to be a diffraction peak of the (200) plane of MgO. It was obtained by sputtering because the diffraction peak was shifted from the peak angle 42.90 ° of the diffraction peak of MgDD (200) surface of ICDD78-0430, and MgAl 2 O 4 and AlN disappeared. It was predicted that a film in which Al and N were dissolved in MgO was obtained.
[実施例２]
（スパッタリングターゲット部材の作製）
円盤状成形体を直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度とし、ホットプレス焼成時の最高温度をＭｇＯは１４５０℃、Ａｌ2Ｏ3は１４５０℃、ＡｌＮは１８００℃として３つのターゲットとした以外、実施例１と同様の方法で実施例２のスパッタリングターゲット部材を作製した。
[Example 2]
(Preparation of sputtering target member)
Example 1 except that the disk-shaped molded body has a diameter of about 100 mm and a thickness of about 30 mm, and the maximum temperature during hot press firing is 1450 ° C. for MgO, 1450 ° C. for Al 2 O 3 , 1800 ° C. for AlN, and three targets. A sputtering target member of Example 2 was produced in the same manner as described above.
（成膜実験）
実施例２のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．４Ｐａで被処理部材である熱酸化シリコン基板の表面に成膜した。膜体の組成を調整するため、それぞれの投入出力比をＭｇＯターゲット：Ａｌ2Ｏ3ターゲット：ＡｌＮターゲット＝１３：２：１とし、マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．０１Å／ｓｅｃで成膜を行った。
(Deposition experiment)
The sputtering target member of Example 2 was bonded to a backing plate of a sputtering apparatus to obtain a sputtering target. Using this sputtering target, Ar was used as the sputtering gas, the pressure was 0.4 Pa, and a film was formed on the surface of the thermally oxidized silicon substrate as the member to be processed. In order to adjust the composition of the film body, the respective input / output ratios were set as MgO target: Al 2 O 3 target: AlN target = 13: 2: 1, and the sputtering rate was 0.01 ｓｅｃ / sec by magnetron RF sputtering (13.56 MHz). The film was formed.
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
(Film crystal evaluation)
Regarding the crystal structure of the film after film formation, the crystal phase was identified by an X-ray diffractometer. The measurement conditions were CuKα, 50 kV, 300 mA, 2θ = 5 ° to 70 °, and the X-ray diffraction method was used. The diffraction angle of the peak top of MgO was set to the value of ICDD78-0430, and the peak shift of the film was calculated for the diffraction peak of the (200) plane of MgO.
（成膜後の膜評価）
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＡｌ2Ｏ3やＡｌＮが消失し、４３．０°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
(Film evaluation after film formation)
As a result of XRD measurement of the film obtained by sputtering, Al 2 O 3 and AlN existing in the sputtering target disappeared except for the material to be processed, and a main peak was detected at 43.0 °. This is presumed to be a diffraction peak of the (200) plane of MgO. It was obtained by sputtering because the diffraction peak was shifted from the peak angle 42.90 ° of the diffraction peak of MgDD (200) surface of ICDD78-0430, and MgAl 2 O 4 and AlN disappeared. It was predicted that a film in which Al and N were dissolved in MgO was obtained.
以上のことより、実施例１、２のスパッタリングターゲット部材を用いて成膜することにより、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が形成されているものと推察された。この膜体によると、ＭＴＪ素子を作製した場合にＭｇＯトンネル障壁高さが低くなる等が予測され、これにより電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測された。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、ＭＴＪ素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測された。 From the above, it was speculated that a film in which Al and N were dissolved in MgO was formed by forming a film using the sputtering target members of Examples 1 and 2. According to this film body, when the MTJ element is manufactured, it is predicted that the height of the MgO tunnel barrier is lowered, and it is predicted that the electric resistance is lowered, that is, the tunnel current is increased. Further, since the lattice constant of MgO changes due to the solid solution of Al or N, the lattice matching at the interface between MgO as the tunnel barrier layer and the magnetic layer can be adjusted. It was predicted that when the lattice matching between the tunnel barrier layer and the magnetic layer was good, a low electrical resistance and a high magnetoresistance ratio could be obtained in the MTJ element.
１０ 被膜部材、１１ 被処理部材、１２ 膜体、２０ スパッタ装置、２１ チャンバ、２２ 試料配置部、２４ プラズマ基部、２５ ターゲット配置部、２６，２８ バルブ、２７ ガス供給部、２９ 真空ポンプ、３０ 電源、３２ 制御装置、４０，４１，４２，４３ スパッタリングターゲット部材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Coating member, 11 Processed member, 12 Film body, 20 Sputter apparatus, 21 Chamber, 22 Sample arrangement part, 24 Plasma base part, 25 Target arrangement part, 26, 28 Valve, 27 Gas supply part, 29 Vacuum pump, 30 Power supply 32, 40, 41, 42, 43 Sputtering target member.
Claims (8)
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含む被膜部材の製造方法。 A method for producing a film member in which a film body is formed on the surface of a member to be treated,
One type of sputtering target member made of a mixture of a plurality of substances and containing Mg, Al, O and N elements, or a plurality of types of sputtering target members containing Mg, Al, O and N elements as a whole And a forming step of forming a film body on the member to be processed by sputtering using a plurality of sputtering target members made of one or more substances and containing at least one of Mg, Al, O, and N. Manufacturing method.
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