JP5550007B2 - 磁性薄膜及びその製造方法、並びにこのような磁性薄膜を用いた各種応用デバイス - Google Patents

Description

本発明は、Ｌ１₁型の原子の規則構造の合金を含む磁性薄膜に関する。より詳しくは、本発明の磁性薄膜は、その構造に起因する優れた磁気特性を発揮する磁性薄膜に関する。本発明は、このような磁性薄膜の製造方法、及び該磁性薄膜を用いた各種応用デバイスに関する。

磁性薄膜を適用した各種デバイスには、磁気記録媒体、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、及びマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイス等が含まれる。

まず、磁性薄膜を適用した各種デバイスの一例としての、磁気記録媒体について述べる。磁気記録媒体は、ハードディスク、光磁気記録（ＭＯ）、及び磁気テープなどの磁気記録装置に用いられ、その磁気記録方式には、面内磁気記録方式と垂直磁気記録方式とがある。

面内磁気記録方式は、従来用いられてきた方式であって、例えばハードディスク表面に対して水平に磁気記録を行う方式である。しかしながら、近年では、より高い記録密度を実現可能な、ディスク表面に対して垂直に磁気記録を行う垂直磁気記録方式が主に用いられている。

この垂直磁気記録方式を適用した媒体（垂直磁気記録媒体）については、種々の研究がなされており、例えば、以下の技術が開示されている。

特許文献１には、基体上に、少なくとも下地層、磁性層、保護層を順次形成してなり、上記磁性層が、Ｃｏ−Ｐｔ合金を主成分とする強磁性結晶粒と、それを取り囲む酸化物を主成分とする非磁性粒界とからなるグラニュラー構造を備え、かつ上記下地層が、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｕのいずれかの元素、又は、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕのいずれかの２種以上の元素の合金からなる垂直磁気記録媒体が開示されている。この垂直磁気記録媒体は、低ノイズ特性、熱安定性、及び書きこみ特性に優れ、高密度記録が可能であり、しかも低コストでの製造が可能である、とされている。

現在、垂直磁気記録媒体の磁性層には、主に、Ｃｏ−Ｐｔ系合金の結晶質膜が用いられている。このＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶質膜は、六方最密充填構造（ｈｃｐ）のＣｏ−Ｐｔ系合金のＣ軸が膜面に対して垂直（即ち、Ｃ面が膜面に平行）となるようにその結晶配向が制御され、これにより垂直磁気記録が可能となる。

磁性層の磁気特性を制御する１方式として、強磁性結晶粒の周りを酸化物及び窒化物のような非磁性非金属物質で取り囲んだ構造のグラニュラー磁性層を形成する方式が知られている。

グラニュラー磁性層においては、非磁性非金属の粒界相が強磁性粒子を物理的に分離している。このため、強磁性粒子間の磁気的な相互作用を過度に高めることなく記録ビットの遷移領域を狭小化しその揺らぎを抑制するので、低ノイズ特性が得られる。

近年においては、垂直磁気記録媒体のさらなる高記録密度化を目的として、隣接するトラック同士の磁気的な影響を低減するため、トラック間に溝を形成したディスクリートトラックメディア（ＤＴＭ）の開発が盛んに行われている。また、磁性ドット（あるいは磁性粒子）１つにつき１ビットの記録を可能とすることを目的として、磁性ドット（あるいは磁性粒子）が人工的に規則正しく並べられたビットパターンドメディア（ＢＰＭ）の開発も盛んに行われている。

更に、高い保磁力を有する磁性膜に記録することが可能な垂直磁気記録媒体を得ることを目的として、熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ、又はＴＡＭＲ）方式やマイクロ波によるエネルギーアシスト記録方式（ＭＡＭＲ）等も提案されており、これらの記録方式を応用した磁気記録媒体の研究も盛んに行われている。

次に、磁性薄膜を適用した各種デバイスの他の例としての、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、及びこれを用いた磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）について述べる。フラッシュメモリ、及びダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などの従来のメモリがメモリセル内の電子を用いて情報の記録を行っているのに対し、ＭＲＡＭは記録媒体にハードディスクなどと同じ磁性体を用いたメモリである。

ＭＲＡＭは、アドレスアクセスタイムが１０ｎｓ程度であって、サイクルタイムが２０ｎｓ程度である。このため、ＤＲＡＭの５倍程度、即ちスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）並みの高速での読み書きが可能である。また、ＭＲＡＭには、フラッシュメモリの１０分の１程度の低消費電力、及び高集積性が実現されるという長所もある。

ここで、ＭＲＡＭに用いるＴＭＲは、例えば、反強磁性薄膜上に強磁性薄膜を形成した積層体とすることができ、種々の技術が開示されている。

特許文献２には、基板上に、反強磁性層、及び該反強磁性層と交換結合する強磁性層が順次積層されてなり、上記反強磁性層が、Ｍｎ−Ｉｒ合金の規則相（Ｍｎ₃Ｉｒ）を備える交換結合素子が開示されており、当該文献の図５には、ＴＭＲの模式断面図が開示されている。また、当該文献の図４には、交換結合素子を具備したスピンバルブ型磁気抵抗素子が開示されており、この素子も、上記ＴＭＲと同様に、反強磁性薄膜上に強磁性薄膜が形成された積層体である。

加えて、磁性薄膜を適用した各種デバイスの更に他の例としての、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスについて述べる。ＭＥＭＳデバイスとは、機械要素部品、センサー、アクチュエータ、及び／又は電子回路を１つのシリコン基板、ガラス基板、又は有機材料などの上に集積化したデバイスの総称である。

ＭＥＭＳデバイスの応用例としては、プロジェクタの光学素子の１種であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、及びインクジェットプリンタのヘッド部に用いる微小ノズル、圧力センサー、加速度センサー、及び流量センサーなどの各種のセンサーなどが挙げられる。このようなデバイスは、近年では、製造業はもとより、医療分野などでも応用が期待されている。

以上に示した、磁性薄膜を適用した各種デバイス（磁気記録媒体、ＴＭＲ、ＭＲＡＭ、及びＭＥＭＳデバイス）においては、いずれも、磁性薄膜の磁気特性の向上、具体的には一軸磁気異方性（Ｋｕ）の向上が要請されている。なお、このように優れたＫｕ値を示す磁性薄膜の開発は、今後、記録媒体及びメモリの大容量化及び／又は高密度化に多大に貢献すると考えられる。

例えば、垂直磁気記録媒体の磁気記録層としては、ＥＣＣ（exchange coupled composite）、ハード／ソフト・スタック、及びExchange Springなどのハード層とソフト層とを重ねた構造の粒子又はドットを備える記録層が、高密度化を達成する手段として提案されている。

しかしながら、これらの媒体の特性を十分に発揮させ、高い熱安定性及び優れた飽和記録特性等を実現するためには、１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³程度のＫｕ値を示す垂直磁化膜をハード層に用いる必要がある。

また、将来の高密度メモリとして期待されているスピン注入磁化反転型のＭＲＡＭにおいても、１０⁷ｅｒｇ／ｃｍ³程度の大きなＫｕ値を示す垂直磁化膜を用いることで、大容量化を実現する研究が行われている。

このような磁気記録媒体及びメモリに使用するのに好適なＫｕ値を示す垂直磁化膜については、種々の研究がなされており、例えば、以下の技術が開示されている。

非特許文献１には、スパッタ堆積によるＣｏ−ＰｔのＬ１₁型規則合金膜の製造が開示されている。また、非特許文献２及び特許文献３には、Ｆｅ−ＰｔのＬ１₀型規則合金膜が開示されている。更に、特許文献４〜９には、Ｆｅ−Ｐｔ規則合金、Ｆｅ−Ｐｄ規則合金、Ｃｏ−Ｐｔ規則合金などのＬ１₀型規則合金及びこれを磁性層として用いた磁気記録媒体が開示されている。なお、非特許文献１に開示されたＣｏ−ＰｔのＬ１₁型規則合金膜は、従来の合金膜に比べて著しく大きな規則度を実現できるため、特に大きなＫｕ値を示すことが期待される。

特開２００６−８５８２５号公報 特開２００５−３３３１０６号公報 特開２００４−３１１９２５号公報 特開２００２−２０８１２９号公報 特開２００３−１７３５１１号公報 特開２００２−２１６３３０号公報 特開２００４−３１１６０７号公報 特開２００１−１０１６４５号公報 国際公開ＷＯ２００４／０３４３８５号再公表公報 H. Sato, et al., "Fabrication of L11 type Co-Pt ordered alloy films by sputter deposition", J. Appl. Phys.,103, 07E114(2008) S. Okamoto et al., "Chemical-order-dependent magnetic anisotropy and exchange stiffness constant of FePt (001) epitaxial films", Phys.Rev.B, 66, 024413(2002)

しかしながら、近年の各種デバイスにおける大容量化、高密度化の状況下においては、特許文献１〜９及び非特許文献１，２に開示されているいずれの磁性薄膜と同等以上の大きさの一軸磁気異方性を有し、且つ、より簡便な製造技術により形成することのできる垂直磁気記録層（磁性薄膜）の開発が望まれる。

従って、本発明の目的は、大きな一軸磁気異方性を有する磁性薄膜、及び当該磁性薄膜の製造方法、並びに該磁性薄膜を用いた各種の応用デバイスを提供することにある。

本発明は、原子が規則的に配列したＬ１₁型のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金を含有する、磁性薄膜に関する。本発明の磁性薄膜は、磁気記録媒体等の各種デバイスに適用することができる。

このような磁性薄膜においては、上記磁性薄膜が、５０ｖｏｌ％以下のＣを含有することが望ましい。

また、上記Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金には、Ｃｏ及びＰｔ以外の金属元素の少なくとも１種を含ませることができる。さらに、上記磁性薄膜を、非磁性粒界を有するグラニュラー構造とすることができる。以上の磁性薄膜においては、磁化容易軸が膜面に対して垂直に配向していることが望ましい。

次に、本発明は、基体上に上記の磁性薄膜を製造するにあたり、上記基体の温度を１５０〜５００℃とし、成膜前の真空度が１×１０^-4Ｐａ以下の高真空マグネトロンスパッタ法により形成する、磁性薄膜の製造方法に関する。当該製造方法においては、上記基体温度を２７０〜４００℃とすることが望ましく、また、上記真空度を７×１０^-7Ｐａ以下とすることが望ましい。

更に、本発明は、上記のような磁性薄膜を備える垂直磁気記録媒体、トンネル磁気抵抗素子、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ、及びマイクロエレクトロメカニカルシステムデバイスを包含する。

本発明の磁性薄膜は、上記構成により、Ｌ１₁型のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金に関して優れた規則度を実現し、磁性薄膜の優れた磁気異方性を発揮することができる。これにより、当該磁性薄膜を使用した各種の応用デバイスにおいては、大容量化及び／又は高密度化を高いレベルで達成することができる。

＜磁性薄膜（及びその製造方法）＞
以下に、本発明の磁性薄膜をその製造方法とともに説明する。なお、以下に示す例は本発明の単なる例示であって、当業者であれば適宜設計変更することができる。

本発明の磁性薄膜は、原子が規則的に配列したＬ１₁型のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金を含有する、磁性薄膜である。

ここで、本発明において、Ｌ１₁型とは、面心立方格子において、互いに組成の異なる２種類の原子最密面が交互に積層された結晶構造を意味する。

上記磁性薄膜は、５０ｖｏｌ％以下のＣを含有することが好ましく、２〜３０ｖｏｌ％のＣを含有することがより好ましく、１〜３０ｖｏｌ％のＣを含有することが好ましい。このように下限値を１ｖｏｌ％以上とすると、原子規則度及びＫｕ値が高く、且つ、結晶粒界等へのＣの析出を抑えた磁気的連続性の高いＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ合金膜が形成できる。一方、上限値を３０ｖｏｌ％以下とすることで、大きなＫｕ値を維持しながら粒子が分離している粒子体積率の高いＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ合金のグラニュラー膜が得られる。

Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金は、Ｃｏ、Ｐｔ、及びＣを必須元素として含み、更に、Ｃｏ及びＰｔ以外の金属元素の少なくとも１種が含まれていてもよい。例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ等を任意選択的に含むことができる。

また、特に、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金中のＣの含有量を２〜５ｖｏｌ％とすることが好ましい。これにより、例えばガラス基体上に磁性薄膜を形成した場合には、形成された多結晶のＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ合金を含む磁性薄膜の一軸磁気異方性（Ｋｕ）の値が、ＭｇＯ単結晶基体の（１１１）面に形成した単結晶のＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ合金を含む磁性薄膜のＫｕ値に最も近くなる。このことは、多結晶のＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ合金が単結晶のＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ合金に比べて原子配列の規則度が低いところ、多結晶の上記合金にＣを添加することでＫｕ値を大幅に向上させることができるためであり、各種デバイスに用いる磁性膜の形成上、非常に重要なことである。

さらに、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金中のＣの含有量を上記の２〜５ｖｏｌ％から３０ｖｏｌ％まで増大しても、多結晶のＬ１₁型Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ合金が得られる。このため、当該組成域におけるＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金薄膜の組織制御を図って、非磁性のＣ等を主とする粒界相を形成することで、エネルギーアシスト等で用いられる高いＫｕ値を示すグラニュラー膜が得られる可能性がある。

このような磁性薄膜は、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金の結晶粒の間に、非磁性のＣ等を主とする粒界相以外の非磁性物質を介在させて、グラニュラー膜とすることもできる。

グラニュラー膜を形成するために用いる非磁性物質としては、上記のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金の結晶粒を磁気的に分離する性能が高いＳｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、及びＡｌ₂Ｏ₃などが挙げられる。中でも、ＳｉＯ₂は、上記Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金からなる結晶粒を磁気的に分離する性能が優れている点で好ましい。また、グラニュラー膜を形成するために用いる非磁性物質は、Ｌ１₁型の規則構造であってもよいし、その他の構造であってもよい。

以上に示すいずれの磁性薄膜においても、磁化容易軸が膜面に対して垂直に配向していることが好ましい。ここで、磁化容易軸とは、結晶磁気異方性を有する磁性薄膜において、磁化され易い結晶方位を意味する。磁化容易軸が膜面に対して垂直に配向しているか否かは、Ｘ線回折等による結晶方位の測定により調査することができる。

次に、このような磁性薄膜は、当該磁性薄膜が積層される基体温度を１５０〜５００℃とし、成膜前の真空度が１×１０^-4Ｐａ以下の高真空マグネトロンスパッタ法により形成することで得られる。

基体としては、磁性薄膜、及び必要な場合はその上に更に積層される各層の形成を順次好適に行うことができるものであれば特に限定されない。例えば、ガラス基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。

マグネトロンスパッタ法、特に高真空マグネトロンスパッタ法を用いることは、量産に適した成膜技術により、Ｌ１_１型の規則構造の形成を促進するという理由による。

磁性薄膜形成時の基体の加熱温度は、１５０〜５００℃とすることが好ましい。１５０℃以上とすることで、Ｌ１_１型の規則構造の形成を促進することができる一方、５００℃以下とすることで、Ｌ１_１型の規則構造の乱れを抑制することができる。当該加熱温度は、２７０〜４００℃とすることで、上記効果を極めて高いレベルで達成することができる。

磁性薄膜形成時の真空度は、１×１０^-4Ｐａ以下とすることが、Ｌ１_１型の規則構造の形成を促進する点で好ましい。当該真空度は、７×１０^-7Ｐａ以下とすることが、上記効果を高いレベルで達成することができる点でより好ましい。

＜磁性薄膜を用いた各種応用デバイス＞
次に、上述した磁性薄膜を用いた各種応用デバイスについて説明する。なお、以下に示す例も、本発明の単なる例示であり、当業者であれば適宜設計変更することができる。

[磁気記録媒体]
図１は、上記の磁性薄膜を用いて形成した、本発明の垂直磁気記録媒体の２つの例を示す断面図であり、（ａ）は、基体１２上に、下地層１４、磁性層１６及び保護層１８が順次形成された垂直磁気記録媒体１０ａを示し、（ｂ）は、（ａ）に示す例において、基体１２と下地層１４との間に、下地層１４の優れた結晶配向性及び／又は優れた結晶粒径を好適に制御する目的で、シード層２０を更に形成した垂直磁気記録媒体１０ｂを示す。

（基体１２）
基体１２は、垂直磁気記録媒体１０ａ，１０ｂの後述する他の構成要素１４〜２０を順次形成し、当該他の構成要素１４〜２０を支持するために媒体１０ａ，１０ｂの最下部に配設する構成要素である。基板１２としては、通常の磁気記録媒体に用いられる、ＮｉＰメッキを施したＡｌ合金、強化ガラス、及び結晶化ガラス等を用いることができるのみならず、シリコン基板を用いることもできる。

（下地層１４）
下地層１４は、磁性層１６の配向性を向上させるとともに、該層１６の粒径を制御し、更にその形成時における初期成長層の発生を抑制するために配設する構成要素である。下地層１４にこのような役割を十分に発揮させるには、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｆ等のｈｃｐ構造の材料を用いることが好ましい。

（磁性層１６）
磁性層１６は、情報を記録するために配設する構成要素である。磁性層１６は、単層体、又は２層以上の積層構造体であり、積層構造体の場合にはそのうちの少なくとも１層において、上記磁性薄膜を適用することができ、その構成及び製法については、当該磁性薄膜の欄において詳述したため省略する。

（保護層１８）
保護層１８は、図１（ａ），（ｂ）の磁気記録媒体１０の断面視において、当該層１８の下方に位置する各層１２〜１６、２０を保護するとともに、特に、磁性層１６がグラニュラー膜である場合に、磁性層１６からのＣｏの溶出を防止するために配設する構成要素である。保護層１８には、垂直磁気記録媒体に通常使用される材料を用いることができる。例えば、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、若しくはアモルファスカーボン（好ましくはダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ））などのカーボンを主体とする保護層、又は磁気記録媒体の保護層として用いることが知られている種々の薄層材料が挙げられる。保護層１８の厚さは、垂直磁気記録媒体の構成要素として通常用いられる厚さを適用することができる。

（シード層２０）
図１（ｂ）の垂直磁気記録媒体１０ｂにおいては、基体１２と下地層１４との間に更にシード層２０が形成されている。シード層２０は、当該層２０の上層として形成する下地１４の配向性を好適に制御し、ひいては磁性層１６の良好な垂直配向性を実現するために配設する構成要素である。

（その他の層）
更に、図１（ａ），（ｂ）に示す垂直磁気記録媒体１０ａ，１０ｂにおいては、これらの図に開示された各層１２〜２０以外の層を含むことができる。

例えば、図示しない軟磁性裏打ち層を、基体１２上に形成することができる。軟磁性裏打ち層は、情報の記録時にヘッドから発生する磁束の広がりを防止すべく、垂直方向の磁界を十分に確保する役割を担う構成要素である。軟磁性裏打ち層の材料としては、Ｎｉ合金、Ｆｅ合金、Ｃｏ合金を用いることができる。特に、非晶質のＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｚｒ−Ｎｂなどを用いることにより、良好な電磁変換特性を得ることができる。

上述の、下地層１４、磁性層１６、保護層１８、シード層２０、軟磁性裏打ち層等のその他の層は、例えば、スパッタ法（ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを含む）、真空蒸着法など当該技術において知られている任意の方法及び条件を用いて形成することができる。

また、図示しない潤滑層を保護層１８上に形成することができる。潤滑層は、任意の構成要素であるが、保護層１８と図１（ａ），（ｂ）には示さないヘッドとの間に生ずる摩擦力を低減し、磁気記録媒体１０の優れた耐久性及び信頼性を得る目的で配設する液状の構成要素である。潤滑層の材料としては、磁気記録媒体に通常用いられる材料を使用することができる。例えば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤などが挙げられる。潤滑層の膜厚は、垂直磁気記録媒体の構成要素として通常用いられる膜厚を適用することができる。潤滑層は、ディップコート法、スピンコート法などの当該技術において知られている任意の塗布方法を用いて形成することができる。

[トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）及び磁気抵抗ランダムアクセルメモリ（ＭＲＡＭ）]
図２は、上記の磁性薄膜を用いて形成した、本発明のトンネル磁気抵抗素子（図２（ａ））と、これを用いて形成した磁気抵抗ランダムアクセルメモリ（図２（ｂ））を示す断面図である。

図２（ａ）に示すように、本発明のトンネル磁気抵抗素子３０は、固定磁性層３２と、障壁層３６と、自由磁性層３４とが順次形成された積層体である。

自由磁性層３４は、トンネル磁気抵抗素子３０に流す電流あるいは外部から与えられる磁界により、磁化の方位を変化することができる磁性層である。

障壁層３６は、自由磁性層３４と固定磁性膜３２の間にトンネル電流を流すための障壁を配設する構成要素である。障壁層３６は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物薄膜を用いて形成することができる。当該障壁層は、例えば、スパッタ法（ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを含む）、真空蒸着法など当該技術において知られている任意の方法及び条件を用いて形成することができる。

固定磁性膜３２は、トンネル磁気抵抗素子３０に、電流あるいは外部磁界を与えた場合でも、磁化の向きが変化しない磁性層として配設する構成要素である。当該固定磁性層３２と上記自由磁性層３４の各層の磁化の向きの違いにより、上記障壁層３６を流れるトンネル電流の大きさを変化させることができる。

上記の自由磁性層３４及び固定磁性層３２の少なくとも一方に、上記磁性薄膜を用いることができる。その構成及び製法については、当該磁性薄膜の欄において詳述したため省略する。

このような構成のトンネル磁気抵抗素子３０は、同素子に供給する電流又は外部磁界により自由磁性層３４の磁化の向きを変化せることで動作する。具体的には、図２（ａ）に示すように、固定磁性層３２と自由磁性層３４との磁化の向きが平行な状態（同図右側）から、これらの層３２，３４の磁化の向きが反平行の状態（同図右側）へと可逆的に変化させて動作させる。

層３２，３４の磁化の向きは、図２（ａ）に示すように、自由磁性層３４及び固定磁性層３２の面内方向にあって両層の磁化の向きが平行あるいは反平行の状態にあってもよく、また、それぞれの層の磁化の向きが両層に垂直の方向にあって両層の磁化の向きが互いに平行又は反平行の状態にあってもよい。さらに、同図に示す“０”、“１”はそれぞれ、トンネル磁気抵抗素子３０をメモリとして用いる場合の信号の０及び１を意味する。

次に、図２（ｂ）に示すように、上記の磁気抵抗素子３０は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ４０に組み込まれて使用することができる。同図に示すように、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ４０は、ソース４２ａ、ゲート４２ｂ、ドレイン４２ｃを有するＭＯＳ−ＦＥＴ４２と、ＭＯＳ−ＦＥＴ４２とコンタクト４４を介して連結された磁気抵抗素子３０と、その上方に形成されたビット線４６，４８とを備える。

図２（ｂ）に示す磁気抵抗ランダムアクセルメモリ４０は、いかなる公知技術を用いて形成することもできる。

このような構成の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ４０は、図２（ｂ）に示す構成により、磁気抵抗素子３０の上記作用により、デジタル情報を蓄えるメモリとして機能させることができる。

[その他のデバイス]
図示しないが、上記本発明の磁性薄膜を利用したその他の応用デバイスとしては、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスが挙げられる。マイクロエレクトロメカニカルシステムデバイスは、所定部材に上記の磁性薄膜を組み込んで、いかなる公知技術を用いて形成することもできる。

以下に本発明の効果を実施例により実証する。なお、以下の実施例は、本発明を説明するための代表例に過ぎず、本発明をなんら限定するものではない。

＜磁気記録媒体の形成＞
（実施例１）
超高真空（ＵＨＶ：Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｖａｃｕｕｍ）用のＤＣマグネトロンスパッタ装置（ＡＮＥＬＶＡＥ８００１）を用いて、磁気記録媒体を作製した。

基体として直径２．５インチのガラスディスクを用意し、当該基板上に、５ｎｍのＴａ層を形成し、その上に、２０ｎｍのＲｕ下地層を形成した。

次いで、到達真空度を７×１０^−７Ｐａ以下とするとともに、不純物濃度が２〜３ｐｐｂの超高純度アルゴンガスを用い、ガラス基板の温度を３６０℃として、Ｒｕ下地層上に１０ｎｍのＣｏ―Ｐｔ−Ｃ合金（Ｃの含有量：０ｖｏｌ％）を同時スパッタ法により形成した。なお、当該スパッタにおいては、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃの各成膜速度は、１．４〜４．７ｎｍ／分とした。これらの成膜速度は、所望の成膜合金の組成等に依存したものである。

更に、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ合金上に、２ｎｍのＰｔキャップ層を形成して、実施例１の垂直磁気記録媒体を得た。

（実施例２）
Ｃの含有量を１０ｖｏｌ％としたこと以外は、実施例１と同様に実施例２の垂直磁気記録媒体を得た。

（実施例３）
Ｃの含有量を２０ｖｏｌ％としたこと以外は、実施例１と同様に実施例３の垂直磁気記録媒体を得た。

（実施例４）
Ｃの含有量を３０ｖｏｌ％としたこと以外は、実施例１と同様に実施例４の垂直磁気記録媒体を得た。

＜評価項目＞
実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体について、Ｌ１₁型の規則構造の確認を、Ｘ線回折により超格子回折線を観測することによって行なった。また、実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体について、飽和磁化（Ｍｓ）を、試料振動型磁力計（ＶＳＭ：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）により求めた。更に、実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体について、一軸磁気異方性（Ｋｕ）をサックスミス−トンプソン法（ＧＳＴ法）によって求めた。これらの結果を以下に示す。

（Ｘ線回折パターン）
図３（ａ）〜（ｄ）は、実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体における、Ｘ線回折パターンを示すグラフである。いずれのパターンからも、最密面からの回折線のみが観察され、最密面が膜面に平行に配向した多結晶薄膜であることが判る。

また、いずれのパターンからも、２原子層毎の原子の周期性に起因したＬ１₁−（１１１）面の回折線が観察されており、Ｌ１₁型の規則化構造が実現されていることが判る。特に、Ｃが１０ｖｏｌ％の実施例２及びＣが２０ｖｏｌ％の実施例３は、Ｃが０ｖｏｌ％の実施例１と比べると、Ｌ１₁−（１１１）面の超格子回折線のピークが大きいことが判る。

（飽和磁化と一軸磁気異方性）
図４は、実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ合金からなる磁性層について、一軸磁気異方性（Ｋｕ及びＫｕｇ）を示すグラフである。同図において、Ｋｕは、実際の実施例１〜４における磁性層の一軸磁気異方性を示し、Ｋｕｇは、実施例１〜４において含有するＣ体積率を差し引いた薄膜の体積で換算した一軸磁気異方性を示す。

また、図４に示すように、Ｋｕは、Ｃの添加量が５ｖｏｌ％で最大値を示し、その後緩やかに低減する。Ｋｕｇは、Ｃの添加量が５ｖｏｌ％で最大値２．６×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３に達している。この値は、実施例１におけるＣを添加しない場合のＫｕよりも２倍近く増加しており、ＭｇＯ単結晶の（１１１）面基体上に形成した単結晶のＬ１_１型Ｃｏ−Ｐｔ薄膜のＫｕ（３．７×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３）に近づいている。従って、５ｖｏｌ％までのＣを添加したＬ１_１型Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ多結晶薄膜は、Ｃｏ−Ｐｔ多結晶薄膜よりも高い原子規則度（Ｌ１_１型の原子配列の規則性）を示すことが判る。さらに、Ｋｕｇは、Ｃの添加量が３０ｖｏｌ％においても、１．７×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３の値を維持している。従って、３０ｖｏｌ％においても、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ多結晶薄膜の結晶粒は、Ｌ１_１型の結晶構造を形成していることが判る。

本発明の磁性薄膜では、Ｌ１₁型のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系規則構造を実現し、優れた磁気異方性（Ｋｕ）を発揮させることができる。従って、本発明の磁性薄膜は、大容量化及び／又は高密度化が要請されている各種デバイスに適用できる点で有望である。

本発明の磁性薄膜を用いて形成した垂直磁気記録媒体の２つの例を示す断面図であり、（ａ）は、基体１２上に、下地層１４、磁性層１６及び保護層１８が順次形成された垂直磁気記録媒体１０ａを示し、（ｂ）は、（ａ）に示す例において、基体１２と下地層１４との間に、シード層２０を更に形成した垂直磁気記録媒体１０ｂを示す。 本発明の磁性薄膜を用いて形成したトンネル磁気抵抗素子（図２（ａ））と、これを用いて形成した磁気抵抗ランダムアクセルメモリ（図２（ｂ））を示す断面図である。 垂直磁気記録媒体における、Ｘ線回折パターンを示すグラフであり、（ａ）は実施例１の媒体を示し、（ｂ）は実施例２の媒体を示し、（ｃ）は実施例３の媒体を示し、そして（ｄ）は実施例４の媒体を示す。 実施例１〜４の各垂直磁気記録媒体のＣｏ―Ｐｔ−Ｃ合金からなる磁性層について、その一軸磁気異方性Ｋｕ及び含有するＣ体積率を差し引いた薄膜の体積で換算した一軸磁気異方性Ｋｕｇを示すグラフである。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 磁気記録媒体
１２ 基体
１４ 下地層
１６ 磁性層
１８ 保護層
２０ シード層
３０ トンネル磁気抵抗素子
３２ 固定磁性層
３４ 自由磁性層
３６ 障壁層
４０ 磁気抵抗ランダムアクセスメモリ
４２ ＭＯＳ−ＦＥＴ
４２ａ ソース
４２ｂ ゲート
４２ｃ ドレイン
４４ コンタクト
４６， ビット線

Claims (12)

1. 原子が規則的に配列したＬ１₁型のＣｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金を含有することを特徴とする、磁性薄膜。
2. 前記磁性薄膜が、１ｖｏｌ％以上、５０ｖｏｌ％以下のＣを含有することを特徴とする、請求項１に記載の磁性薄膜。
3. 前記Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金に、Ｃｏ及びＰｔ以外の金属元素の少なくとも１種が含まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁性薄膜。
4. 前記磁性薄膜が、非磁性粒界を有するグラニュラー構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の磁性薄膜。
5. 磁化容易軸が膜面に対して垂直に配向していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の磁性薄膜。
6. 基体上に、請求項１から５のいずれかに記載の磁性薄膜を製造する方法であって、 前記基体温度を１５０〜５００℃とし、成膜前の真空度が１×１０^-4Ｐａ以下の高真空マグネトロンスパッタ法により形成することを特徴とする、磁性薄膜の製造方法。
7. 前記基体を２７０〜４００℃とすることを特徴とする、請求項６に記載の磁性薄膜の製造方法。
8. 前記真空度を７×１０^-7Ｐａ以下とすることを特徴とする、請求項６又は７に記載の磁性薄膜の製造方法。
9. 請求項１から５のいずれかに記載の磁性薄膜を備えることを特徴とする、垂直磁気記録媒体。
10. 請求項１から５のいずれかに記載の磁性薄膜を備えることを特徴とする、トンネル磁気抵抗素子。
11. 請求項１から５のいずれかに記載の磁性薄膜を備えることを特徴とする、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ。
12. 請求項１から５のいずれかに記載の磁性薄膜を備えることを特徴とする、マイクロエレクトロメカニカルシステムデバイス。

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