JP7438845B2 - In-plane magnetized film, in-plane magnetized film multilayer structure, hard bias layer, and magnetoresistive element - Google Patents

In-plane magnetized film, in-plane magnetized film multilayer structure, hard bias layer, and magnetoresistive element Download PDF

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Description

本発明は、面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子に関し、詳細には、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、基板を加熱して行う成膜(以下、加熱成膜と記すことがある。)を行わずに実現することができるPt-酸化物系の面内磁化膜、Pt-酸化物系の面内磁化膜多層構造、前記面内磁化膜または前記面内磁化膜多層構造を有してなるハードバイアス層、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子に関する。前記Pt-酸化物系の面内磁化膜および前記Pt-酸化物系の面内磁化膜多層構造は、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層に用いることができる。 The present invention relates to an in-plane magnetized film, an in-plane magnetized film multilayer structure, a hard bias layer, and a magnetoresistive element. Pt-oxide that can achieve magnetic performance of 2.00 memu/cm 2 or more without performing film formation by heating the substrate (hereinafter sometimes referred to as heating film formation). a Pt-based in-plane magnetized film, a Pt-oxide-based in-plane magnetized film multilayer structure, a hard bias layer having the in-plane magnetized film or the in-plane magnetized film multilayer structure, and the hard bias layer. This invention relates to a magnetoresistive element. The Pt-oxide-based in-plane magnetization film and the Pt-oxide-based in-plane magnetization film multilayer structure can be used for a hard bias layer of a magnetoresistive element.

保磁力Hcが2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるハードバイアス層であれば、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層と比べて同等程度以上の保磁力および残留磁化を有していると考えられる。 If the hard bias layer has a coercive force Hc of 2.00 kOe or more and a residual magnetization Mrt per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more, it will be more effective than the hard bias layer of the current magnetoresistive element. It is thought that they have coercive force and residual magnetization of the same level or higher.

なお、本願において、ハードバイアス層とは、磁気抵抗効果を発揮する磁性層(以下、フリー磁性層と記すことがある。)にバイアス磁界を加える薄膜磁石のことである。 Note that in this application, the hard bias layer refers to a thin film magnet that applies a bias magnetic field to a magnetic layer that exhibits a magnetoresistive effect (hereinafter sometimes referred to as a free magnetic layer).

また、本願では、金属Coを単にCoと記載し、金属Ptを単にPtと記載し、金属Ruを単にRuと記載することがある。また、他の金属元素についても同様に記載することがある。 Further, in this application, metal Co may be simply described as Co, metal Pt may be simply described as Pt, and metal Ru may be simply described as Ru. Further, other metal elements may also be described in the same manner.

また、本願において、ホウ素(B)は金属元素の範疇に含める。 Further, in the present application, boron (B) is included in the category of metal elements.

現在多くの分野で磁気センサが用いられているが、汎用的に用いられている磁気センサの1つに磁気抵抗効果素子がある。 Magnetic sensors are currently used in many fields, and one type of magnetic sensor that is commonly used is a magnetoresistive element.

磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果を発揮する磁性層(フリー磁性層)と、該磁性層(フリー磁性層)にバイアス磁界を加えるハードバイアス層と、を有してなり、ハードバイアス層には、所定以上の大きさの磁界を安定的にフリー磁性層に印加できることが求められている。 A magnetoresistive element has a magnetic layer (free magnetic layer) that exhibits a magnetoresistive effect, and a hard bias layer that applies a bias magnetic field to the magnetic layer (free magnetic layer). , it is required to be able to stably apply a magnetic field of a predetermined magnitude or more to the free magnetic layer.

したがって、ハードバイアス層には、高い保磁力および残留磁化が求められる。 Therefore, the hard bias layer is required to have high coercive force and residual magnetization.

しかしながら、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力は、2kOe程度であり(例えば、特許文献1の図7)、これ以上の保磁力の実現が望まれている。 However, the coercive force of the hard bias layer of the current magnetoresistive element is about 2 kOe (for example, FIG. 7 of Patent Document 1), and it is desired to realize a coercive force higher than this.

また、単位面積当たりの残留磁化は、2memu/cm2程度以上であることが望まれている(例えば、特許文献2の段落0007)。 Further, it is desired that the residual magnetization per unit area is about 2 memu/cm 2 or more (for example, paragraph 0007 of Patent Document 2).

これらに対応できる可能性のある技術として、例えば特許文献3に記載の技術がある。特許文献3に記載の技術は、センサ積層体(フリー磁性層を備えた積層体)とハードバイアス層との間に設けたシード層(Ta層と、そのTa層の上に形成され、面心立方(111)結晶構造または六方最密(001)結晶構造を有する金属層とを含む複合シード層)により、長手方向に容易軸を向かせるように磁性材料を配向させ、ハードバイアス層の保磁力の向上を試みた手法である。しかしながら、ハードバイアス層に望まれる前記磁気特性を満たしていない。また、この手法では、保磁力向上のため、センサ積層体とハードバイアス層との間に設けたシード層を厚くする必要がある。このため、センサ積層体中のフリー磁性層への印加磁場が弱くなるという問題も抱える構造である。 As a technique that may be able to cope with these problems, there is, for example, a technique described in Patent Document 3. The technology described in Patent Document 3 includes a seed layer (Ta layer) provided between a sensor stack (a stack including a free magnetic layer) and a hard bias layer; A composite seed layer (including a metal layer with a cubic (111) crystal structure or a hexagonal close-packed (001) crystal structure) orients the magnetic material so that its easy axis points in the longitudinal direction, and increases the coercive force of the hard bias layer. This is a method that attempts to improve the However, it does not satisfy the above-mentioned magnetic properties desired for a hard bias layer. Furthermore, in this method, it is necessary to increase the thickness of the seed layer provided between the sensor stack and the hard bias layer in order to improve the coercive force. Therefore, this structure also has the problem that the magnetic field applied to the free magnetic layer in the sensor stack becomes weak.

また、特許文献4には、ハードバイアス層に用いる磁性材にFePtを用いることや、Pt又はFeシード層を有するFePtハードバイアス層、及びPt又はFeのキャッピング層が記載されており、この特許文献4では、焼なまし温度が約250~350℃である焼なましの間に、シード層及びキャッピング層内のPt又はFe、ならびにハードバイアス層内のFePtが互いに混ざり合う構造が提案されている。しかしながら、このハードバイアス層の形成に必要な加熱工程においては、既に積層されている他の膜への影響を考慮する必要があり、この加熱工程は可能な限り避けるべき工程である。 Further, Patent Document 4 describes the use of FePt as a magnetic material used for a hard bias layer, a FePt hard bias layer having a Pt or Fe seed layer, and a capping layer of Pt or Fe. 4 proposes a structure in which Pt or Fe in the seed layer and capping layer and FePt in the hard bias layer mix with each other during annealing at an annealing temperature of approximately 250 to 350°C. . However, in the heating process required to form this hard bias layer, it is necessary to consider the influence on other films already stacked, and this heating process is a process that should be avoided as much as possible.

特許文献5では、焼なまし温度の最適化が行われて、焼なまし温度を200℃程度まで下げることが可能であることが示され、ハードバイアス層の保磁力が3.5kOe以上であることが示されているが、単位面積当たりの残留磁化は1.2memu/cm2程度であり、ハードバイアス層に望まれている前記磁気特性を満たしていない。 Patent Document 5 shows that the annealing temperature is optimized and it is possible to lower the annealing temperature to about 200°C, and the coercive force of the hard bias layer is 3.5 kOe or more. However, the residual magnetization per unit area is about 1.2 memu/cm 2 , which does not satisfy the above-mentioned magnetic properties desired for a hard bias layer.

特許文献6には、長手記録用磁気記録媒体が記載されており、その磁性層は、六方最密充填構造を有する強磁性結晶粒と、それを取り巻く主に酸化物からなる非磁性粒界とからなるグラニュラ構造であるが、このようなグラニュラ構造が磁気抵抗効果素子のハードバイアス層へ用いられた事例は無い。また、特許文献6に記載の技術は、磁気記録媒体の課題である信号対雑音比の低減を目的としており、磁性層の層間に非磁性層を用いて磁性層を多層化させているが、その上下の磁性層同士は反強磁性結合を有しており、磁性層の保磁力の向上には適さない構造となっている。 Patent Document 6 describes a magnetic recording medium for longitudinal recording, the magnetic layer of which includes ferromagnetic crystal grains having a hexagonal close-packed structure and surrounding non-magnetic grain boundaries mainly made of oxides. However, there is no case where such a granular structure has been used for a hard bias layer of a magnetoresistive element. Furthermore, the technology described in Patent Document 6 aims to reduce the signal-to-noise ratio, which is a problem of magnetic recording media, and multilayers the magnetic layers by using a non-magnetic layer between the magnetic layers. The upper and lower magnetic layers have antiferromagnetic coupling, and the structure is not suitable for improving the coercive force of the magnetic layer.

特開2008-283016号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-283016 特表2008-547150号公報Special Publication No. 2008-547150 特開2011-008907号公報JP2011-008907A 米国特許出願公開第2009/027493A1号公報US Patent Application Publication No. 2009/027493A1 特開2012-216275号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-216275 特開2003-178423号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-178423

実際の磁気抵抗効果素子への適用を視野に入れた場合、センサ積層体(フリー磁性層を備えた積層体)およびハードバイアス層は、できるだけ薄くすることが好ましく、また、加熱成膜は行わないことが好ましい。 When considering application to actual magnetoresistive elements, it is preferable to make the sensor stack (laminate with a free magnetic layer) and hard bias layer as thin as possible, and do not perform thermal deposition. It is preferable.

この条件を満たした上で、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力(2kOe程度)および単位面積当たりの残留磁化(2memu/cm2程度)を上回るハードバイアス層を得るためには、現状のハードバイアス層に用いられている元素や化合物とは異なる元素や化合物を探索していく必要があると本発明者は考え、また、酸化物をPt系の面内磁化膜に適用することが有望であるのではないかと本発明者は考えた。また、Pt-酸化物系の面内磁化膜を形成する際には、下地膜の上にPt-酸化物系の面内磁化膜を形成するが、下地膜の表面には凹凸があるので、その凹凸を適切に活用すれば、Pt磁性結晶粒同士の間の磁気的な相互作用を小さくした状態で、Pt-酸化物系の面内磁化膜を形成できるのではないかと本発明者は考えた。 In order to satisfy this condition and obtain a hard bias layer that exceeds the coercive force (about 2 kOe) and residual magnetization per unit area (about 2 memu/cm 2 ) of the hard bias layer of the current magnetoresistive element, The inventor believes that it is necessary to search for elements and compounds different from those used in the current hard bias layer, and also hopes to apply oxides to Pt-based in-plane magnetization films. The inventor thought that this might be promising. Furthermore, when forming a Pt-oxide-based in-plane magnetized film, the Pt-oxide-based in-plane magnetized film is formed on a base film, but since the surface of the base film is uneven, The present inventor believes that by appropriately utilizing the unevenness, it may be possible to form a Pt-oxide-based in-plane magnetized film while minimizing the magnetic interaction between Pt magnetic crystal grains. Ta.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、加熱成膜を行わずに達成することができる面内磁化膜および面内磁化膜多層構造を提供することを課題とし、併せて、前記面内磁化膜または前記面内磁化膜多層構造を有してなるハードバイアス層、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子を提供することも補足的な課題とする。 The present invention has been made in view of these points, and has magnetic performance such that the coercive force Hc is 2.00 kOe or more and the residual magnetization Mrt per unit area is 2.00 memu/cm 2 or more. It is an object of the present invention to provide an in-plane magnetized film and an in-plane magnetized film multilayer structure that can be achieved without performing thermal film formation, and also to provide an in-plane magnetized film or an in-plane magnetized film multilayer structure that can be achieved without heating. It is also a supplementary object to provide a hard bias layer comprising the hard bias layer, and a magnetoresistive element comprising the hard bias layer.

本発明は、以下の面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子により、前記課題を解決したものである。 The present invention solves the above problems using the following in-plane magnetized film, in-plane magnetized film multilayer structure, hard bias layer, and magnetoresistive element.

即ち、本発明に係る面内磁化膜の第1の態様は、下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜であって、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、厚さが20nm以上80nm以下であり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であることを特徴とする面内磁化膜である。 That is, the first aspect of the in-plane magnetized film according to the present invention is an in-plane magnetized film that is formed on a base film and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element, and is made of metal Pt and oxides. and has a thickness of 20 nm or more and 80 nm or less, and contains metal Pt of 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal component of the in-plane magnetized film, and the in-plane magnetization is removed from the base film. The in-plane magnetized film is characterized in that the slope of the change in the amount of Pt in the boundary region where the film changes is 8 (1/nm) or more.

ここで、本発明に係る面内磁化膜およびそれに付随して存在する下地膜等の部材に関し、上下方向を観念する文言は、当該面内磁化膜が積層された下地膜が最も低い位置になるように該下地膜を水平方向に配置した状態を基準として、その意味内容を解釈するものとする。 Here, regarding the in-plane magnetized film according to the present invention and members such as the base film that are present accompanying it, the wording that refers to the vertical direction means that the base film on which the in-plane magnetized film is laminated is at the lowest position. The meaning and content shall be interpreted based on the state in which the base film is arranged horizontally.

また、「前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾き」は、[実施例]の欄の「(E)Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析(実施例2、6、9~12、比較例1、3、4)」に記載した方法によって算出する。本願における他の箇所の同様の記載においても同様である。 In addition, "the slope of the transition of the amount of Pt in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film" is the same as "(E) of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film directly above it" in the [Example] column. It is calculated by the method described in "Analysis of Pt amount transition in cross section in film thickness direction (Examples 2, 6, 9 to 12, Comparative Examples 1, 3, 4)". The same applies to similar descriptions in other parts of this application.

本発明に係る面内磁化膜の第2の態様は、下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜であって、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ptおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、前記下部磁性層の厚さは0.2nm以上8nm以下であり、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜の厚さは20nm以上80nm以下であり、前記下部磁性層は、前記上部磁性層よりも、前記酸化物の含有量が多く、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm2以上であることを特徴とする面内磁化膜である。 A second aspect of the in-plane magnetized film according to the present invention is an in-plane magnetized film that is formed on a base film and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element, and contains metal Pt and an oxide. and contains 20 at% or more of metal Pt and 55 at% or less of the total metal component, and contains a lower magnetic layer provided on the base film, metal Pt and the oxide, an upper magnetic layer containing 20 at% or more and 55 at% or less of metal Pt with respect to the total metal component, and provided on the lower magnetic layer, and the lower magnetic layer has a thickness of 0. The thickness of the in-plane magnetized film including the lower magnetic layer and the upper magnetic layer is 20 nm or more and 80 nm or less, and the lower magnetic layer is thicker than the upper magnetic layer. The in-plane magnetized film having a large content of the oxide and comprising the lower magnetic layer and the upper magnetic layer has a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.0 kOe or more. The present invention is an in-plane magnetization film characterized by having an in-plane magnetization of .00 memu/cm 2 or more.

前記下部磁性層は前記酸化物を25vol%以上35vol%以下含有し、前記上部磁性層は前記酸化物を5vol%以上15vol%以下含有する、ようにしてもよい。 The lower magnetic layer may contain the oxide at 25 vol% or more and 35 vol% or less, and the upper magnetic layer may contain the oxide at 5 vol% or more and 15 vol% or less.

前記面内磁化膜は、金属Coを、金属成分の合計に対して45at%以上80at%以下含有していてもよい。 The in-plane magnetization film may contain metal Co at 45 at% or more and 80 at% or less based on the total metal components.

前記面内磁化膜は、ホウ素を、金属成分の合計に対して0.5at%以上3.5at%以下含有していてもよい。 The in-plane magnetization film may contain boron from 0.5 at% to 3.5 at% of the total metal components.

前記酸化物は、Ti、Si、W、B、Mo、Ta、Nbの酸化物のうちの少なくとも1種を含むようにしてもよい。 The oxide may include at least one of oxides of Ti, Si, W, B, Mo, Ta, and Nb.

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第1の態様は、下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜多層構造であって、複数の面内磁化膜と、非磁性中間層と、を有してなり、前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜同士の間に配置されており、かつ、前記非磁性中間層を挟んで隣り合う前記面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、前記面内磁化膜は、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは30nm以上であり、前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。 A first aspect of the in-plane magnetized film multilayer structure according to the present invention is an in-plane magnetized film multilayer structure that is formed on a base film and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element, and has a plurality of planes. It has an internally magnetized film and a nonmagnetic intermediate layer, and the nonmagnetic intermediate layer is arranged between the in-plane magnetized films and is adjacent to each other with the nonmagnetic intermediate layer in between. The in-plane magnetized films are ferromagnetically coupled to each other, and the in-plane magnetized film contains metal Pt and an oxide. Pt containing 20 at% or more and 55 at% or less, the total thickness of the plurality of in-plane magnetized films is 30 nm or more, and a boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film directly above the base film. This is a multilayer structure of in-plane magnetized films characterized by a gradient of quantity transition of 8 (1/nm) or more.

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第2の態様は、下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜多層構造であって、複数の面内磁化膜と、非磁性中間層と、を有してなり、前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜同士の間に配置されており、かつ、前記非磁性中間層を挟んで隣り合う前記面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、前記面内磁化膜は、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、当該面内磁化膜多層構造は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm2以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。 A second aspect of the in-plane magnetized film multilayer structure according to the present invention is an in-plane magnetized film multilayer structure that is formed on a base film and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element, and has a plurality of planes. It has an internally magnetized film and a nonmagnetic intermediate layer, and the nonmagnetic intermediate layer is arranged between the in-plane magnetized films and is adjacent to each other with the nonmagnetic intermediate layer in between. The in-plane magnetized films are ferromagnetically coupled to each other, and the in-plane magnetized film contains metal Pt and an oxide. 20 at% or more and 55 at% or less, the slope of the transition of Pt amount in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film directly above the base film is 8 (1/nm) or more; The magnetized film multilayer structure is an in-plane magnetized film multilayer structure characterized by a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more.

本願において、非磁性中間層とは、面内磁化膜同士の間に配置される非磁性層のことである。 In this application, the nonmagnetic intermediate layer refers to a nonmagnetic layer disposed between in-plane magnetized films.

本願において、強磁性結合とは、非磁性中間層を挟んで隣り合う磁性層(ここでは、前記面内磁化膜)のスピンが平行(同じ向き)になっているときに働く交換相互作用に基づく結合のことである。 In this application, ferromagnetic coupling is based on exchange interaction that occurs when the spins of adjacent magnetic layers (here, the in-plane magnetized films) are parallel (in the same direction) with a nonmagnetic intermediate layer in between. It is a combination.

また、本願において、面内磁化膜の「単位面積あたりの残留磁化」とは、当該面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化に、当該面内磁化膜の厚さを乗じた値のことであり、面内磁化膜多層構造の「単位面積あたりの残留磁化」とは、当該面内磁化膜多層構造に含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化に、当該面内磁化膜多層構造に含まれる面内磁化膜の厚さの合計の値を乗じた値のことである。 Furthermore, in this application, the "residual magnetization per unit area" of an in-plane magnetized film is the value obtained by multiplying the residual magnetization per unit volume of the in-plane magnetized film by the thickness of the in-plane magnetized film. Yes, "residual magnetization per unit area" of an in-plane magnetized film multilayer structure is the residual magnetization per unit volume of the in-plane magnetized film included in the in-plane magnetized film multilayer structure. It is the value multiplied by the total value of the thickness of the in-plane magnetized films included in .

前記非磁性中間層は、RuまたはRu合金からなることが好ましい。 Preferably, the nonmagnetic intermediate layer is made of Ru or a Ru alloy.

前記非磁性中間層の厚さは、0.3nm以上3nm以下であることが標準的である。 The thickness of the nonmagnetic intermediate layer is typically 0.3 nm or more and 3 nm or less.

前記面内磁化膜の1層あたりの厚さは、5nm以上30nm以下であることが標準的である。 The standard thickness of each layer of the in-plane magnetized film is 5 nm or more and 30 nm or less.

本発明に係るハードバイアス層は、前記面内磁化膜または前記面内磁化膜多層構造を有してなることを特徴とするハードバイアス層である。 The hard bias layer according to the present invention is a hard bias layer characterized by having the above-described in-plane magnetized film or the above-described in-plane magnetized film multilayer structure.

本発明に係る磁気抵抗効果素子は、前記ハードバイアス層を有してなることを特徴とする磁気抵抗効果素子である。 A magnetoresistive element according to the present invention is a magnetoresistive element characterized by having the hard bias layer.

本発明によれば、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、加熱成膜を行わずに達成することができる面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、前記面内磁化膜または前記面内磁化膜多層構造を有してなるハードバイアス層、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子を提供することができる。 According to the present invention, magnetic performance such as a coercive force Hc of 2.00 kOe or more and a residual magnetization Mrt per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more can be achieved without thermal film formation. an in-plane magnetized film, an in-plane magnetized film multilayer structure, a hard bias layer having the in-plane magnetized film or the in-plane magnetized film multilayer structure, and a magnetoresistive effect including the hard bias layer. element can be provided.

本発明の第1実施形態に係る面内磁化膜10を、磁気抵抗効果素子12のハードバイアス層14に適用している状態を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment of the present invention is applied to a hard bias layer 14 of a magnetoresistive element 12. 面内磁化膜10を下地膜40とともに、拡大して模式的に描いた拡大断面図An enlarged cross-sectional view schematically depicting the in-plane magnetized film 10 together with the base film 40 面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成の初期段階を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically showing the initial stage of formation of the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10. 面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成が終了した段階を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically showing a stage where the formation of the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10 has been completed. 面内磁化膜10の上部磁性層10B全体の形成が完了して、面内磁化膜10全体の形成が完了した段階を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically showing a stage where the formation of the entire upper magnetic layer 10B of the in-plane magnetized film 10 has been completed, and the formation of the entire in-plane magnetized film 10 has been completed. 本発明の第2実施形態に係る面内磁化膜多層構造20を、磁気抵抗効果素子26のハードバイアス層28に適用している状態を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an in-plane magnetized film multilayer structure 20 according to a second embodiment of the present invention is applied to a hard bias layer 28 of a magnetoresistive element 26. 薄片化処理を行った後の薄片化サンプル60の形状を模式的に示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view schematically showing the shape of a thinned sample 60 after being subjected to a thinning process. 走査透過電子顕微鏡を用いて撮像して取得した観察像の一例(参考例6の観察像)。An example of an observed image obtained by imaging using a scanning transmission electron microscope (observed image of Reference Example 6). 参考例6の面内磁化膜の厚さ方向に行った(図8中の黒線に沿って行った)線分析(元素分析)の結果。Results of line analysis (elemental analysis) performed in the thickness direction (along the black line in FIG. 8) of the in-plane magnetized film of Reference Example 6. 薄片化処理を行った後の薄片化サンプル80の形状を模式的に示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view schematically showing the shape of a thinned sample 80 after being subjected to thinning treatment. 走査透過電子顕微鏡を用いて撮像して取得した観察像の一例(実施例9の観察像)。An example of an observed image obtained by imaging using a scanning transmission electron microscope (observed image of Example 9). 実施例9の面内磁化膜の厚さ方向に行った(図11中の黒線に沿って行った)線分析(元素分析)の結果。Results of line analysis (elemental analysis) performed in the thickness direction (along the black line in FIG. 11) of the in-plane magnetized film of Example 9. 正方形領域200に対して行った「Ptについての元素マッピング」の結果を示す画像。An image showing the results of "element mapping for Pt" performed on the square area 200. 実施例9についての膜厚方向のPt量の推移を示すグラフ(縦軸:規格化されたPt量、横軸:走査位置)。A graph showing the transition of the amount of Pt in the film thickness direction for Example 9 (vertical axis: normalized amount of Pt, horizontal axis: scanning position). 走査透過電子顕微鏡を用いて正方形領域200を撮像して取得した観察像。An observation image obtained by imaging a square area 200 using a scanning transmission electron microscope.

(1)第1実施形態
(1-1)概要
図1は、本発明の第1実施形態に係る面内磁化膜10を、磁気抵抗効果素子12のハードバイアス層14に適用している状態を模式的に示す断面図である。図2は、面内磁化膜10を下地膜40とともに、拡大して模式的に描いた拡大断面図である。なお、図1においては、下地膜40の記載は省略している。
(1) First Embodiment (1-1) Overview FIG. 1 shows a state in which an in-plane magnetized film 10 according to a first embodiment of the present invention is applied to a hard bias layer 14 of a magnetoresistive element 12. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically depicting the in-plane magnetized film 10 together with the base film 40. Note that in FIG. 1, the description of the base film 40 is omitted.

ここでは、磁気抵抗効果素子12としてトンネル型磁気抵抗効果素子を念頭に置いて図1に示す構成の説明を行うが、本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、トンネル型磁気抵抗効果素子のハードバイアス層への適用に限定されるわけではなく、例えば巨大磁気抵抗効果素子、異方性磁気抵抗効果素子のハードバイアス層への適用も可能である。 Here, the configuration shown in FIG. 1 will be explained with a tunnel type magnetoresistive element in mind as the magnetoresistive element 12. However, the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment has a tunnel type magnetoresistive effect. The present invention is not limited to application to the hard bias layer of an element, and can also be applied to, for example, a hard bias layer of a giant magnetoresistive element or an anisotropic magnetoresistive element.

磁気抵抗効果素子12(ここでは、トンネル型磁気抵抗効果素子)は、非常に薄い非磁性トンネル障壁層(以下、バリア層54)によって分離された2つの強磁性層(フリー磁性層16、ピン層52)を有する。ピン層52は、隣接する反強磁性層(図示せず)との交換結合により固定されることなどによって、その磁化方向が固定されている。フリー磁性層16は、外部磁界が存在する状態で、その磁化方向を、ピン層52の磁化方向に対して自由に回転させることができる。フリー磁性層16が外部磁界によってピン層52の磁化方向に対して回転すると、電気抵抗が変化するため、この電気抵抗の変化を検出することで、外部磁界を検出することができる。 The magnetoresistive element 12 (here, tunnel type magnetoresistive element) consists of two ferromagnetic layers (free magnetic layer 16, pinned layer 54) separated by a very thin non-magnetic tunnel barrier layer (hereinafter referred to as barrier layer 54). 52). The pinned layer 52 has its magnetization direction fixed by being fixed by exchange coupling with an adjacent antiferromagnetic layer (not shown). The free magnetic layer 16 can freely rotate its magnetization direction with respect to the magnetization direction of the pinned layer 52 in the presence of an external magnetic field. When the free magnetic layer 16 is rotated relative to the magnetization direction of the pinned layer 52 by an external magnetic field, the electrical resistance changes, and by detecting this change in electrical resistance, the external magnetic field can be detected.

ハードバイアス層14は、フリー磁性層16にバイアス磁界を加えて、フリー磁性層16の磁化方向軸を安定させる役割を有する。絶縁層50は電気的な絶縁材料で形成されており、センサ積層体(フリー磁性層16、バリア層54、ピン層52)を垂直方向に流れるセンサ電流が、センサ積層体(フリー磁性層16、バリア層54、ピン層52)の両側のハードバイアス層14に分流するのを抑制する役割を有する。 The hard bias layer 14 has the role of applying a bias magnetic field to the free magnetic layer 16 to stabilize the magnetization direction axis of the free magnetic layer 16. The insulating layer 50 is made of an electrically insulating material, and the sensor current flowing vertically through the sensor stack (free magnetic layer 16, barrier layer 54, pinned layer 52) It has the role of suppressing the flow from being shunted to the hard bias layers 14 on both sides of the barrier layer 54 and pinned layer 52).

図1に示すように、本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、磁気抵抗効果素子12のハードバイアス層14として用いることができ、磁気抵抗効果を発揮するフリー磁性層16にバイアス磁界を加えることができる。 As shown in FIG. 1, the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment can be used as a hard bias layer 14 of a magnetoresistive element 12, and a bias magnetic field is applied to a free magnetic layer 16 that exhibits a magnetoresistive effect. can be added.

本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、CoPt-酸化物系の面内磁化膜であり、金属Co、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力と比べて同等程度以上の保磁力(2.00kOe以上の保磁力)および単位面積当たりの残留磁化(2.00memu/cm2以上)を有する単層の面内磁化膜である。ただし、図2に示すように、面内磁化膜10の部位のうち、下地膜40近傍の部位(以下、下部磁性層10Aと称することがある。)は、それよりも上方の部位で下地膜40から遠い部位(以下、上部磁性層10Bと称することがある。)よりも、酸化物の含有量が多くなっており、この点については、後述する「(1-5)面内磁化膜10の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果」で詳細に説明する。 The in-plane magnetization film 10 according to the first embodiment is a CoPt-oxide-based in-plane magnetization film, which contains metal Co, metal Pt, and an oxide, and has a hard bias of the current magnetoresistive element. It is a single-layer in-plane magnetized film having a coercive force equivalent to or higher than the coercive force of the layer (coercive force of 2.00 kOe or more) and residual magnetization per unit area (2.00 memu/cm 2 or more). However, as shown in FIG. 2, among the parts of the in-plane magnetized film 10, a part near the base film 40 (hereinafter sometimes referred to as the lower magnetic layer 10A) is a part of the base film 40 that is located above the base film 40. 40 (hereinafter sometimes referred to as the upper magnetic layer 10B), the oxide content is higher than that in the portion far from the upper magnetic layer 10B. This will be explained in detail in ``Distribution of oxides in the thickness direction and their effects.''

本第1実施形態においては、ハードバイアス層14は、本第1実施形態に係る面内磁化膜10(下部磁性層10Aおよび上部磁性層10B)のみで構成されている。 In the first embodiment, the hard bias layer 14 is composed only of the in-plane magnetized film 10 (the lower magnetic layer 10A and the upper magnetic layer 10B) according to the first embodiment.

(1-2)面内磁化膜10の構成成分
本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、前述したように、金属成分としてCoおよびPtを含有し、また、酸化物を含有する。
(1-2) Constituent Components of In-plane Magnetized Film 10 As described above, the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment contains Co and Pt as metal components, and also contains an oxide.

金属Coおよび金属Ptは、スパッタリングによって形成される面内磁化膜において、磁性結晶粒(微小な磁石)の構成成分となる。 Metallic Co and metal Pt become constituent components of magnetic crystal grains (fine magnets) in an in-plane magnetized film formed by sputtering.

Coは強磁性金属元素であり、面内磁化膜中の磁性結晶粒(微小な磁石)の形成において中心的な役割を果たす。スパッタリングによって得られる面内磁化膜中のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の結晶磁気異方性定数Kuを大きくするという観点および得られる面内磁化膜中のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の磁性を維持するという観点から、本実施形態に係る面内磁化膜中のCoの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して45at%以上80at%以下としている。また、同様の点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜中のCoの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して45at%以上70at%以下であることが好ましく、45at%以上60at%以下であることがより好ましい。 Co is a ferromagnetic metal element and plays a central role in the formation of magnetic crystal grains (microscopic magnets) in the in-plane magnetized film. Aspects of increasing the magnetocrystalline anisotropy constant Ku of CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) in an in-plane magnetized film obtained by sputtering and CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) in the obtained in-plane magnetized film From the viewpoint of maintaining magnetism, the content ratio of Co in the in-plane magnetized film according to this embodiment is set to 45 at % or more and 80 at % or less with respect to the total metal component in the in-plane magnetized film. Further, from the same point of view, the content ratio of Co in the in-plane magnetized film according to the first embodiment is 45 at% or more and 70 at% or less with respect to the total metal component in the in-plane magnetized film. It is preferably 45 at% or more and 60 at% or less.

Ptは、所定の組成範囲でCoと合金化することにより合金の磁気モーメントを低減させる機能を有し、磁性結晶粒の磁性の強さを調整する役割を有する。一方、スパッタリングによって得られる面内磁化膜中のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の結晶磁気異方性定数Kuを大きくして、面内磁化膜の保磁力を大きくするという機能を有する。面内磁化膜の保磁力を大きくするという観点および得られる面内磁化膜中のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の磁性を調整するという観点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜中のPtの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して20at%以上55at%以下としている。また、同様の点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜中のPtの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して30at%以上55at%以下であることが好ましく、40at%以上55at%以下であることがより好ましい。 Pt has a function of reducing the magnetic moment of the alloy by alloying with Co in a predetermined composition range, and has a role of adjusting the magnetic strength of magnetic crystal grains. On the other hand, it has the function of increasing the coercive force of the in-plane magnetized film by increasing the crystal magnetic anisotropy constant Ku of the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) in the in-plane magnetized film obtained by sputtering. From the viewpoint of increasing the coercive force of the in-plane magnetized film and adjusting the magnetism of the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) in the obtained in-plane magnetized film, the in-plane magnetized film according to the first embodiment The content ratio of Pt in the in-plane magnetized film is set to 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal components in the in-plane magnetized film. Further, from the same point of view, the content ratio of Pt in the in-plane magnetized film according to the first embodiment is 30 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal component in the in-plane magnetized film. It is preferably 40 at% or more and 55 at% or less.

また、本第1実施形態に係る面内磁化膜10の金属成分として、CoおよびPt以外に、ホウ素Bを0.5at%以上3.5at%以下含有させてもよい。ホウ素Bを0.5at%以上3.5at%以下含有させることにより、面内磁化膜10の保磁力Hcをさらに向上させる効果がある。 Further, as a metal component of the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment, boron B may be included in addition to Co and Pt from 0.5 at% to 3.5 at%. By containing boron B of 0.5 at % or more and 3.5 at % or less, there is an effect of further improving the coercive force Hc of the in-plane magnetized film 10.

本第1実施形態に係る面内磁化膜10が含有する酸化物は、Ti、Si、W、B、Mo、Ta、Nbの酸化物のうちの少なくとも1種を含む。そして、面内磁化膜10中において、前記のような酸化物からなる非磁性体によって、CoPt合金磁性結晶粒同士が仕切られており、グラニュラ構造が形成されている。即ち、このグラニュラ構造は、CoPt合金結晶粒とその周囲を取り囲む前記酸化物の結晶粒界とからなる。 The oxide contained in the in-plane magnetization film 10 according to the first embodiment includes at least one of oxides of Ti, Si, W, B, Mo, Ta, and Nb. In the in-plane magnetized film 10, the CoPt alloy magnetic crystal grains are partitioned from each other by the above-mentioned nonmagnetic material made of oxide, forming a granular structure. That is, this granular structure consists of CoPt alloy crystal grains and the crystal grain boundaries of the oxide surrounding the CoPt alloy crystal grains.

したがって、面内磁化膜10中の酸化物の含有量を多くした方が磁性結晶粒同士の間を確実に仕切りやすくなり、磁性結晶粒同士を独立させやすくなるので好ましい。この観点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)を、6vol%以上にすることが標準的であり、また、同様の観点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)は、7vol%以上であることが好ましく、8vol%以上であることがより好ましい。 Therefore, it is preferable to increase the content of oxide in the in-plane magnetized film 10 because it becomes easier to partition the magnetic crystal grains and make the magnetic crystal grains independent from each other. From this point of view, the content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment (the average value of the content of oxides in the entire in-plane magnetized film 10) should be set to 6 vol% or more. is standard, and from the same point of view, the content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment (the average value of the content of oxides in the entire in-plane magnetized film 10) ) is preferably 7 vol% or more, more preferably 8 vol% or more.

ただし、面内磁化膜10中の酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)が多くなりすぎると、酸化物がCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)中に混入してCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の結晶性に悪影響を与えて、CoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)においてhcp以外の構造の割合が増えるおそれがある。この観点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)を、32vol%以下にすることが標準的であり、また、同様の観点から、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量は、25vol%以下であることが好ましく、20vol%以下であることがより好ましい。 However, if the content of oxides in the in-plane magnetized film 10 (the average value of the oxide content in the entire in-plane magnetized film 10) becomes too large, the oxides will be absorbed into the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains). There is a possibility that the proportion of structures other than hcp in the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) will increase due to the adverse effect on the crystallinity of the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains). From this point of view, the content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment (the average value of the content of oxides in the entire in-plane magnetized film 10) should be set to 32 vol% or less. is standard, and from the same point of view, the content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment is preferably 25 vol% or less, and preferably 20 vol% or less. It is more preferable.

したがって、本第1実施形態においては、面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)を、6vol%以上32vol%以下にすることが標準的であり、また、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中に含まれる酸化物の含有量(面内磁化膜10全体における酸化物の含有量の平均値)は、7vol%以上25vol%以下であることが好ましく、8vol%以上20vol%以下であることがより好ましい。 Therefore, in the first embodiment, the content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 (the average value of the content of oxides in the entire in-plane magnetized film 10) is set to 6 vol% or more and 32 vol% or less. The content of oxides contained in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment (the average value of the oxide content in the entire in-plane magnetized film 10) is It is preferably 7 vol% or more and 25 vol% or less, and more preferably 8 vol% or more and 20 vol% or less.

また、酸化物としてWO3またはMoO3を含むと、面内磁化膜10の保磁力Hcが大きくなるので、酸化物としてWO3またはMoO3を含むことが好ましい。 Furthermore, if WO 3 or MoO 3 is included as an oxide, the coercive force Hc of the in-plane magnetized film 10 increases, so it is preferable to include WO 3 or MoO 3 as an oxide.

なお、現状の面内磁化膜では、CoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)同士を仕切る粒界材料として、Cr、W、Ta、B等の単体元素が用いられているため、粒界材料が、ある程度、CoPt合金に固溶すると考えられる。このため、現状の面内磁化膜のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)は、結晶性に悪影響を受けて飽和磁化および残留磁化が低減していると考えられ、現状の面内磁化膜は、その保磁力Hcおよび残留磁化の値が悪影響を受けていると考えられる。 In addition, in the current in-plane magnetization film, single elements such as Cr, W, Ta, and B are used as grain boundary materials that partition CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains), so the grain boundary materials are It is thought that a certain degree of solid solution is formed in the CoPt alloy. For this reason, it is thought that the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) of the current in-plane magnetized film are adversely affected by crystallinity and have reduced saturation magnetization and residual magnetization, and the current in-plane magnetized film is It is considered that the values of coercive force Hc and residual magnetization are adversely affected.

一方、本第1実施形態に係る面内磁化膜10においては、粒界材料が酸化物であるので、粒界材料がCr、W、Ta、B等の単体元素の場合と比べて、粒界材料がCoPt合金に固溶しにくい。このため、本第1実施形態に係る面内磁化膜10中のCoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)の飽和磁化および残留磁化は大きくなり、また、本第1実施形態に係る面内磁化膜10の保磁力Hcおよび残留磁化は大きくなる。 On the other hand, in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment, since the grain boundary material is an oxide, the grain boundary The material is difficult to form a solid solution in the CoPt alloy. Therefore, the saturation magnetization and residual magnetization of the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) in the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment become large, and the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment The coercive force Hc and residual magnetization of will increase.

(1-3)面内磁化膜10の厚さ
面内磁化膜10の厚さを薄くすると、単位面積当たりの残留磁化Mrtが小さくなる傾向があり、また、面内磁化膜10の厚さを厚くすると、保磁力Hcが小さくなる傾向があるので、両者を両立させる観点から、面内磁化膜10の厚さ(下部磁性層10Aと上部磁性層10Bとを合わせた厚さ)は、20nm以上80nm以下に設定することが標準的である。
(1-3) Thickness of the in-plane magnetized film 10 When the thickness of the in-plane magnetized film 10 is made thinner, the residual magnetization Mrt per unit area tends to become smaller. As the thickness increases, the coercive force Hc tends to decrease, so from the viewpoint of achieving both, the thickness of the in-plane magnetized film 10 (the combined thickness of the lower magnetic layer 10A and the upper magnetic layer 10B) should be 20 nm or more. It is standard to set it to 80 nm or less.

(1-4)下地膜
本第1実施形態に係る面内磁化膜10を形成する際に用いる下地膜40(図2参照)としては、面内磁化膜10の磁性粒子(CoPt合金粒子)と同じ結晶構造(六方最密充填構造hcp)である金属RuまたはRu合金からなる下地膜が適している。下地膜40の表面は凹凸状になっており、凸部40Aと凹部40Bが形成されている。
(1-4) Base film As the base film 40 (see FIG. 2) used when forming the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment, magnetic particles (CoPt alloy particles) of the in-plane magnetized film 10 and A base film made of metal Ru or Ru alloy having the same crystal structure (hexagonal close-packed structure hcp) is suitable. The surface of the base film 40 is uneven, with convex portions 40A and concave portions 40B formed therein.

積層する面内磁化膜10中の磁性結晶粒(CoPt合金粒子)を整然と面内配向させるため、下地膜40としてRu下地膜またはRu合金下地膜を用いる場合、Ru下地膜またはRu合金下地膜の表面には、(10.0)面または(11.0)面が多く配置されるようにすることが好ましい。 In order to orderly orient the magnetic crystal grains (CoPt alloy particles) in the laminated in-plane magnetized film 10 in the plane, when a Ru base film or Ru alloy base film is used as the base film 40, the Ru base film or Ru alloy base film is It is preferable that many (10.0) planes or (11.0) planes are arranged on the surface.

なお、本発明に係る面内磁化膜を形成する際に用いる下地膜は、Ru下地膜またはRu合金下地膜に限定されるわけではなく、得られる面内磁化膜のCoPt磁性結晶粒を面内配向させ、かつ、CoPt磁性結晶粒同士の磁気的な分離を促進させることができる下地膜であれば使用可能である。 Note that the base film used when forming the in-plane magnetized film according to the present invention is not limited to the Ru base film or the Ru alloy base film, and the CoPt magnetic crystal grains of the obtained in-plane magnetized film are Any underlying film can be used as long as it can orient the CoPt magnetic crystal grains and promote magnetic separation of the CoPt magnetic crystal grains.

(1-5)面内磁化膜10の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果
前述したように、面内磁化膜10の部位のうち、下地膜40近傍の部位である下部磁性層10A(図2参照)は、それよりも上方の部位で下地膜40から遠い部位である上部磁性層10B(図2参照)よりも、酸化物の含有量が多くなっている。以下の説明においては、下地膜40として、金属RuからなるRu下地膜42を採用し、面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成には酸化物含有量の多い(Co-20Pt)-30vol%WO3ターゲットを使用し、面内磁化膜10の上部磁性層10Bの形成には酸化物含有量の少ない(Co-20Pt)-10vol%WO3ターゲットを使用するものとして、説明を行う。
(1-5) Oxide distribution in the thickness direction of the in-plane magnetized film 10 and its effects As described above, the lower magnetic layer 10A, which is a part of the in-plane magnetized film 10 near the base film 40, (see FIG. 2) has a higher oxide content than the upper magnetic layer 10B (see FIG. 2), which is a portion above it and farther from the base film 40. In the following description, the Ru base film 42 made of metal Ru is used as the base film 40, and the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10 is formed with a high oxide content (Co-20Pt)-30vol. The following description assumes that a (Co-20Pt)-10vol % WO3 target with a low oxide content is used to form the upper magnetic layer 10B of the in-plane magnetized film 10.

面内磁化膜10の下部磁性層10Aにおける酸化物の含有量を多くし、上部磁性層10Bにおける酸化物の含有量を少なくするため、面内磁化膜10の作製に際し、まず、酸化物含有量の大きいスパッタリングターゲット(Co-20Pt)-30vol%WO3を用いて所定の厚さの下部磁性層10Aを形成した後、酸化物含有量の小さいスパッタリングターゲット(Co-20Pt)-10vol%WO3を用いて必要な厚さとなるまで上部磁性層10Bを形成する。 In order to increase the oxide content in the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10 and decrease the oxide content in the upper magnetic layer 10B, first, when producing the in-plane magnetized film 10, the oxide content is After forming the lower magnetic layer 10A with a predetermined thickness using a sputtering target (Co-20Pt)-30vol%WO 3 with a large oxide content, a sputtering target (Co-20Pt)-10vol%WO 3 with a small oxide content is used. Then, the upper magnetic layer 10B is formed until the required thickness is reached.

このときの面内磁化膜10の形成過程を図3~図5に模式的に示す。図3は面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成の初期段階を模式的に示す図で、図4は面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成が終了した段階を模式的に示す図で、図5は面内磁化膜10の上部磁性層10B全体の形成が完了して、面内磁化膜10全体の形成が完了した段階を模式的に示す図である。 The process of forming the in-plane magnetized film 10 at this time is schematically shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a diagram schematically showing the initial stage of formation of the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10, and FIG. 4 is a diagram schematically showing the stage when the formation of the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10 has been completed. 5 is a diagram schematically showing a stage when the entire upper magnetic layer 10B of the in-plane magnetized film 10 has been formed, and the entire in-plane magnetized film 10 has been formed.

CoPt-WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行って、金属RuからなるRu下地膜42の上にCoPt-WO3面内磁化膜を形成すると、金属成分であるCoPt合金は、Ru下地膜42の凸部42Aに優先的に析出してCoPt合金相46を形成し、酸化物成分であるWO3はRu下地膜42の凹部42Bに析出して酸化物(WO3)相48を形成する。このため、Ru下地膜42の凸部42A同士の間(Ru下地膜42の凹部42B)には酸化物(WO3)相48が配置され、CoPt合金磁性結晶粒同士は磁気的に分離させられることになる。Ru下地膜42の凹部42Bを酸化物(WO3)で埋めるためには、多くの酸化物(WO3)が必要となるため、本第1実施形態では、面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成にはWO3量の多い(Co-20Pt)-30vol%WO3ターゲットを用いている。このようにすることにより、面内磁化膜10において、Ru下地膜42の凹部42BおよびCoPt合金磁性結晶粒同士の間は酸化物で埋め尽くされ、金属がほとんど存在しなくなり、CoPt合金磁性結晶粒同士の磁気的な分離が促進される。 When sputtering is performed using a CoPt-WO 3 sputtering target to form a CoPt-WO 3 in-plane magnetized film on the Ru base film 42 made of metal Ru, the CoPt alloy, which is the metal component, is attached to the Ru base film 42. The CoPt alloy phase 46 is preferentially precipitated in the convex portions 42A, and the oxide component WO 3 is precipitated in the concave portions 42B of the Ru base film 42 to form an oxide (WO 3 ) phase 48. Therefore, an oxide (WO 3 ) phase 48 is arranged between the convex portions 42A of the Ru base film 42 (concave portions 42B of the Ru base film 42), and the CoPt alloy magnetic crystal grains are magnetically separated from each other. It turns out. In order to fill the recesses 42B of the Ru base film 42 with oxide (WO 3 ), a large amount of oxide (WO 3 ) is required. A (Co-20Pt)-30vol%WO 3 target with a large amount of WO 3 is used to form 10A. By doing this, in the in-plane magnetized film 10, the recesses 42B of the Ru base film 42 and the spaces between the CoPt alloy magnetic crystal grains are filled with oxide, almost no metal exists, and the CoPt alloy magnetic crystal grains are filled with oxide. Magnetic separation between the two is promoted.

酸化物含有量の多い下部磁性層10Aの厚さは、Ru下地膜42の凹部42Bを酸化物で埋める観点から、0.2nm以上とするのが標準的であり、0.5nm以上とすることが好ましく、1nm以上とすることがより好ましいが、酸化物含有量の多い下部磁性層10Aの厚さを必要以上に厚くすると、面内磁化膜10中の磁性結晶粒の存在割合が減ってしまい、保磁力Hcが小さくなる方向に影響を受けるおそれがあるので、下部磁性層10Aの厚さは、8nm以下とするのが標準的であり、7nm以下とすることが好ましく、5nm以下とすることがより好ましい。 The thickness of the lower magnetic layer 10A with a high oxide content is typically 0.2 nm or more, and should be 0.5 nm or more, from the viewpoint of filling the recesses 42B of the Ru base film 42 with oxides. is preferable, and more preferably 1 nm or more. However, if the thickness of the lower magnetic layer 10A with a high oxide content is made thicker than necessary, the proportion of magnetic crystal grains in the in-plane magnetized film 10 will decrease. , since the coercive force Hc may be affected in the direction in which it decreases, it is standard that the thickness of the lower magnetic layer 10A is 8 nm or less, preferably 7 nm or less, and 5 nm or less. is more preferable.

したがって、酸化物含有量の多い下部磁性層10Aの厚さは、0.2nm以上8nm以下とするのが標準的であり、0.5nm以上7nm以下とすることが好ましく、1nm以上5nm以下とすることがより好ましい。 Therefore, the thickness of the lower magnetic layer 10A with a high oxide content is typically 0.2 nm or more and 8 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 7 nm or less, and 1 nm or more and 5 nm or less. It is more preferable.

金属成分であるCoPt合金がRu下地膜42の凸部42Aに優先的に析出してCoPt合金相46を形成し、酸化物成分であるWO3はRu下地膜42の凹部42Bに析出して酸化物(WO3)相48を形成する理由は、Ru下地膜42に飛来するスパッタ粒子44から見ると、Ru下地膜42の凹部42Bは影になるため、Ru下地膜42の凸部42Aに金属が凝固し易く、そのため酸化物はRu下地膜42の凹部42Bに析出するからである。 CoPt alloy, which is a metal component, precipitates preferentially in the convex portions 42A of the Ru base film 42 to form a CoPt alloy phase 46, and WO 3 , which is an oxide component, precipitates in the concave portions 42B of the Ru base film 42 and is oxidized. The reason why the material (WO 3 ) phase 48 is formed is that when viewed from the sputtered particles 44 flying onto the Ru base film 42, the recesses 42B of the Ru base film 42 become shadows. This is because the Ru base film 42 is easily solidified, and therefore the oxide is deposited in the recess 42B of the Ru base film 42.

酸化物含有量の少ない上部磁性層10Bの厚さは、酸化物含有量の多い下部磁性層10Aとの合計厚さ(即ち、面内磁化膜10の厚さ)が20nm以上80nm以下となるように設定することが標準的である。 The thickness of the upper magnetic layer 10B with a low oxide content is set so that the total thickness (that is, the thickness of the in-plane magnetized film 10) with the lower magnetic layer 10A with a high oxide content is 20 nm or more and 80 nm or less. It is standard to set it to .

下部磁性層10Aにおいては、前述したようなメカニズムで、CoPt合金相46と酸化物(WO3)相48とが分離して形成されるので、下部磁性層10Aの上に形成する上部磁性層10Bにおいても、CoPt合金相46と酸化物(WO3)相48とは分離して形成されやすく、酸化物含有量の少ない上部磁性層10Bの形成においても、CoPt合金相46と酸化物(WO3)相48とは分離して形成されやすい。 In the lower magnetic layer 10A, the CoPt alloy phase 46 and the oxide (WO 3 ) phase 48 are separated and formed by the mechanism described above, so that the upper magnetic layer 10B formed on the lower magnetic layer 10A Also, the CoPt alloy phase 46 and the oxide (WO 3 ) phase 48 are likely to be formed separately, and even in the formation of the upper magnetic layer 10B with a small oxide content, the CoPt alloy phase 46 and the oxide (WO 3 ) phase 48 are easily formed separately. ) It is likely to be formed separately from phase 48.

以上説明したように、本第1実施形態に係る面内磁化膜10の下部磁性層10Aの形成においては、WO3量の多い(Co-20Pt)-30vol%WO3ターゲットを用いており、このため、面内磁化膜10においては、CoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)同士の間には金属成分ではなく酸化物成分が卓越して堆積しやすく、CoPt合金磁性結晶粒同士の間には酸化物(WO3)相48が形成されて、CoPt合金磁性結晶粒同士の間には金属はほとんど存在しておらず、CoPt合金結晶粒(磁性結晶粒)同士の磁気的な相互作用が弱められており、保磁力Hcを向上させることができる。 As explained above, in forming the lower magnetic layer 10A of the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment, a (Co-20Pt)-30vol%WO 3 target with a large amount of WO 3 is used. Therefore, in the in-plane magnetized film 10, oxide components rather than metal components tend to predominately accumulate between CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains), and oxide components tend to accumulate between CoPt alloy magnetic crystal grains. A physical (WO 3 ) phase 48 is formed, and there is almost no metal between the CoPt alloy magnetic crystal grains, and the magnetic interaction between the CoPt alloy crystal grains (magnetic crystal grains) is weakened. Therefore, the coercive force Hc can be improved.

なお、本発明に係る面内磁化膜においてCoPt合金磁性結晶粒同士の間に金属がほとんど存在していないことは、後述する[実施例]の「(E)Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析(実施例2、6、9~12、比較例1、3、4)」で実証している。 The fact that there is almost no metal between the CoPt alloy magnetic crystal grains in the in-plane magnetized film according to the present invention is explained in "(E) Ru base film and the CoPt surface immediately above it" in [Example] described later. This is demonstrated in "Analysis of Pt amount transition in the cross section of the internally magnetized film in the film thickness direction (Examples 2, 6, 9 to 12, Comparative Examples 1, 3, and 4)".

(1-6)面内磁化膜10の形成方法
本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、Ru下地膜42の上に、酸化物(WO3)量の多い(Co-20Pt)-30vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行って、所定の厚さの下部磁性層10Aを形成させ、次に、酸化物(WO3)量の少ない(Co-20Pt)-10vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行って、下部磁性層10Aの上に上部磁性層10Bを形成する。なお、この成膜過程で加熱することは不要であり、本第1実施形態に係る面内磁化膜10は、室温成膜で形成することが可能である。
(1-6) Method of forming in-plane magnetized film 10 The in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment has a large amount of oxide (WO 3 ) on the Ru base film 42 (Co-20Pt)- Sputtering is performed using a 30vol%WO 3 sputtering target to form the lower magnetic layer 10A with a predetermined thickness, and then (Co-20Pt)-10vol%WO 3 sputtering with a small amount of oxide (WO 3 ) is performed. Sputtering is performed using a target to form an upper magnetic layer 10B on the lower magnetic layer 10A. Note that heating is not necessary in this film formation process, and the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment can be formed by film formation at room temperature.

(2)第2実施形態
図6は、本発明の第2実施形態に係る面内磁化膜多層構造20を、磁気抵抗効果素子26のハードバイアス層28に適用している状態を模式的に示す断面図である。
(2) Second Embodiment FIG. 6 schematically shows a state in which an in-plane magnetized film multilayer structure 20 according to a second embodiment of the present invention is applied to a hard bias layer 28 of a magnetoresistive element 26. FIG.

以下、本第2実施形態に係る面内磁化膜多層構造20について説明するが、面内磁化膜10の構成成分、面内磁化膜10の厚さ、面内磁化膜10を形成する際に用いる下地膜40、面内磁化膜10の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果、および面内磁化膜10の形成方法については、すでに「(1)第1実施形態」において説明を行っているので、説明は省略する。 The in-plane magnetized film multilayer structure 20 according to the second embodiment will be described below, including the constituent components of the in-plane magnetized film 10, the thickness of the in-plane magnetized film 10, and the materials used when forming the in-plane magnetized film 10 The distribution of oxides in the thickness direction of the base film 40 and the in-plane magnetized film 10, their effects, and the method for forming the in-plane magnetized film 10 have already been explained in "(1) First Embodiment". Therefore, the explanation will be omitted.

図6に示すように、本発明の第2実施形態に係る面内磁化膜多層構造20は、第1実施形態に係る面内磁化膜10の上に非磁性中間層22を備え、その非磁性中間層22の上に、面内磁化膜10の上部磁性層10Bと同一組成の追加面内磁化膜24が積み重ねられた構造になっている。図6では、追加面内磁化膜24を1層積み重ねただけであるが、非磁性中間層22を間に介在させて追加面内磁化膜24を複数層積み重ねてもよい。 As shown in FIG. 6, the in-plane magnetized film multilayer structure 20 according to the second embodiment of the present invention includes a non-magnetic intermediate layer 22 on the in-plane magnetized film 10 according to the first embodiment, and the non-magnetic The structure is such that an additional in-plane magnetized film 24 having the same composition as the upper magnetic layer 10B of the in-plane magnetized film 10 is stacked on the intermediate layer 22. In FIG. 6, only one layer of the additional in-plane magnetized film 24 is stacked, but a plurality of layers of the additional in-plane magnetized film 24 may be stacked with the nonmagnetic intermediate layer 22 interposed therebetween.

面内磁化膜多層構造20において、面内磁化膜10の厚さおよび追加面内磁化膜24の厚さは、標準的には5nm以上30nm以下であるが、面内磁化膜10の厚さおよび追加面内磁化膜24の厚さは、保磁力Hcをより大きくする観点から、5nm以上15nm以下であることが好ましく、10nm以上15nm以下であることがより好ましい。また、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24の合計の厚さは、単位面積当たりの残留磁化Mrtを2.00meum/cm2以上にする観点から、標準的には20nm以上にする。また、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24の合計の厚さの上限に関しては、後述するように、非磁性中間層22が介在することによって分離された隣り合う面内磁化膜10と追加面内磁化膜24は強磁性結合を行い、非磁性中間層22が介在することによって分離された隣り合う追加面内磁化膜24同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24の合計の厚さが大きくなっても、理論上は保磁力Hcは小さくならず、上限はない。実際に、後述する実施例によって、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24の合計の厚さが60nmまでは、保磁力Hcが2.00kOe以上となることを確認している。 In the in-plane magnetized film multilayer structure 20, the thickness of the in-plane magnetized film 10 and the thickness of the additional in-plane magnetized film 24 are typically 5 nm or more and 30 nm or less. The thickness of the additional in-plane magnetized film 24 is preferably from 5 nm to 15 nm, more preferably from 10 nm to 15 nm, from the viewpoint of increasing the coercive force Hc. Further, the total thickness of the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24 is typically set to 20 nm or more from the viewpoint of making the residual magnetization Mrt per unit area 2.00 meum/cm 2 or more. Regarding the upper limit of the total thickness of the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24, as will be described later, adjacent in-plane magnetized films 10 separated by the interposition of the non-magnetic intermediate layer 22 The additional in-plane magnetized film 24 performs ferromagnetic coupling, and adjacent additional in-plane magnetized films 24 separated by the intervening non-magnetic intermediate layer 22 perform ferromagnetic coupling, so that the additional in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 10 Even if the total thickness of the in-plane magnetized film 24 increases, the coercive force Hc does not theoretically decrease, and there is no upper limit. In fact, it has been confirmed by Examples described below that the coercive force Hc is 2.00 kOe or more when the total thickness of the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24 is up to 60 nm.

本第2実施形態に係る面内磁化膜多層構造20は、磁気抵抗効果素子26のハードバイアス層28として用いることができ、磁気抵抗効果を発揮するフリー磁性層16にバイアス磁界を加えることができる。 The in-plane magnetized film multilayer structure 20 according to the second embodiment can be used as the hard bias layer 28 of the magnetoresistive element 26, and can apply a bias magnetic field to the free magnetic layer 16 that exhibits the magnetoresistive effect. .

非磁性中間層22は、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24の間、および追加面内磁化膜24同士の間に介在して、面内磁化膜10と追加面内磁化膜24を分離し、また、追加面内磁化膜24同士を分離して、面内磁化膜を多層化する役割を有する。非磁性中間層22を介在させて面内磁化膜を多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Mrtの値を維持したまま、保磁力Hcをさらに向上させることができる。 The non-magnetic intermediate layer 22 is interposed between the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24 and between the additional in-plane magnetized films 24 to separate the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24. It also has the role of separating the additional in-plane magnetized films 24 from each other to form a multilayer in-plane magnetized film. By interposing the nonmagnetic intermediate layer 22 and forming a multilayer in-plane magnetized film, it is possible to further improve the coercive force Hc while maintaining the value of residual magnetization Mrt per unit area.

非磁性中間層22が介在することによって分離された面内磁化膜10と追加面内磁化膜24、および追加面内磁化膜24同士は、スピンが平行(同じ向き)になるように配置する。このように配置することにより、非磁性中間層22が介在することによって分離された面内磁化膜10と追加面内磁化膜24、および追加面内磁化膜24同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造20は、単位面積当たりの残留磁化Mrtの値を維持したまま、保磁力Hcを向上させることができ、良好な保磁力Hcを発現することができる。 The in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24, which are separated by the interposition of the nonmagnetic intermediate layer 22, and the additional in-plane magnetized films 24 are arranged so that their spins are parallel (in the same direction). By arranging them in this way, the in-plane magnetized film 10 and the additional in-plane magnetized film 24, which are separated by the interposition of the non-magnetic intermediate layer 22, and the additional in-plane magnetized films 24 are ferromagnetically coupled. The in-plane magnetized film multilayer structure 20 can improve the coercive force Hc while maintaining the value of residual magnetization Mrt per unit area, and can exhibit a good coercive force Hc.

非磁性中間層22に用いる金属は、CoPt合金磁性結晶粒の結晶構造を損なわないようにする観点から、CoPt合金磁性結晶粒と同じ結晶構造(六方最密充填構造hcp)の金属にする。具体的には、非磁性中間層22としては、面内磁化膜10中のCoPt合金磁性結晶粒の結晶構造と同じ結晶構造(六方最密充填構造hcp)である金属RuまたはRu合金を好適に用いることができる。 The metal used for the non-magnetic intermediate layer 22 is a metal having the same crystal structure as the CoPt alloy magnetic crystal grains (hexagonal close-packed structure hcp) from the viewpoint of not damaging the crystal structure of the CoPt alloy magnetic crystal grains. Specifically, as the non-magnetic intermediate layer 22, metal Ru or Ru alloy having the same crystal structure (hexagonal close-packed structure hcp) as the crystal structure of the CoPt alloy magnetic crystal grains in the in-plane magnetized film 10 is preferably used. Can be used.

非磁性中間層22に用いる金属がRu合金の場合の添加元素としては、具体的には例えば、Cr、Pt、Coを用いることができ、それらの金属の添加量の範囲は、Ru合金が六方最密充填構造hcpとなる範囲とするのがよい。 When the metal used for the non-magnetic intermediate layer 22 is a Ru alloy, specifically, for example, Cr, Pt, and Co can be used as additive elements. It is preferable to set the range to a close-packed structure hcp.

アーク溶解を行ってRu合金のバルクサンプルを作製し、X線回折装置(XRD:(株)リガク製 SmartLab)によってX線回折のピーク解析を行ったところ、RuCr合金においては、Crの添加量が50at%のときに、六方最密充填構造hcpとRuCr2の混相が確認されたので、非磁性中間層22にRuCr合金を用いる場合、Crの添加量は50at%未満とするのが適当であり、40at%未満とすることが好ましく、30at%未満とすることがより好ましい。また、RuPt合金においては、Ptの添加量が15at%のときに、六方最密充填構造hcpとPt由来の面心立方構造fccの混相が確認されたので、非磁性中間層22にRuPt合金を用いる場合、Ptの添加量は15at%未満とするのが適当であり、12.5at%未満とすることが好ましく、10at%未満とすることがより好ましい。また、RuCo合金においては、Coの添加量に関わらず六方最密充填構造hcpを形成するが、Coを40at%以上添加すると磁性体となるため、Coの添加量は40at%未満とするのが適当であり、30at%未満とすることが好ましく、20at%未満とすることがより好ましい。 A bulk sample of Ru alloy was prepared by arc melting, and X-ray diffraction peak analysis was performed using an X-ray diffraction device (XRD: SmartLab, manufactured by Rigaku Corporation). At 50 at%, a mixed phase of hexagonal close-packed structure hcp and RuCr2 was confirmed, so when using RuCr alloy for the non-magnetic intermediate layer 22, it is appropriate that the amount of Cr added be less than 50 at%. , is preferably less than 40 at%, more preferably less than 30 at%. Furthermore, in the RuPt alloy, when the amount of Pt added was 15 at%, a mixed phase of a hexagonal close-packed structure hcp and a face-centered cubic structure derived from Pt was confirmed. When used, the amount of Pt added is suitably less than 15 at%, preferably less than 12.5 at%, and more preferably less than 10 at%. In addition, RuCo alloys form a hexagonal close-packed structure hcp regardless of the amount of Co added, but if 40 at% or more of Co is added, it becomes a magnetic material, so it is recommended that the amount of Co added be less than 40 at%. It is suitable and preferably less than 30 at%, more preferably less than 20 at%.

また、非磁性中間層22の厚さは、0.3nm以上3nm以下が標準的である。 Further, the standard thickness of the nonmagnetic intermediate layer 22 is 0.3 nm or more and 3 nm or less.

以下、本発明を裏付けるための実施例、比較例および参考例について記載する。 Examples, comparative examples, and reference examples for supporting the present invention will be described below.

以下の(A)では、CoPt-WO3面内磁化膜の下部磁性層(金属成分であるCo、Ptの組成比がCo:Pt=76.6:23.4である場合)の厚さについての検討しており、以下の(B)では、CoPt-WO3面内磁化膜の下部磁性層(金属成分であるCo、Ptの組成比がCo:Pt=48.0:52.0である場合)の厚さについての検討しており、以下の(C)では、CoPt-WO3面内磁化膜の上にRu非磁性中間層を介してCoPt-WO3追加面内磁化膜を積み重ねて多層化して構成した面内磁化膜多層構造の多層化の効果について検討している。 In (A) below, the thickness of the lower magnetic layer of the CoPt-WO 3 in-plane magnetization film (when the composition ratio of the metal components Co and Pt is Co:Pt=76.6:23.4) In (B) below, the lower magnetic layer of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film (composition ratio of metal components Co and Pt is Co:Pt = 48.0:52.0) In (C) below, an additional in-plane magnetized CoPt-WO 3 film is stacked on top of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized film via a Ru nonmagnetic intermediate layer. We are investigating the effects of multilayer structure of multilayered in-plane magnetized films.

また、以下の(D)では、作製したCoPt-WO3面内磁化膜の実際の組成(組成分析によって得られた組成)と、当該CoPt-WO3面内磁化膜の作製に用いたスパッタリングターゲットの組成との間のずれの程度を確認するために、参考例1~8のCoPt-WO3面内磁化膜を取り上げて、組成分析を行った。その結果、作製された面内磁化膜の組成と当該面内磁化膜を作製するのに用いたスパッタリングターゲットの組成との間にずれが生じることが判明した。 In addition, in (D) below, the actual composition of the produced CoPt-WO 3 in-plane magnetized film (composition obtained by composition analysis) and the sputtering target used for producing the CoPt-WO 3 in-plane magnetized film are shown. In order to confirm the degree of deviation between the composition and the composition, the CoPt--WO 3 in-plane magnetized films of Reference Examples 1 to 8 were taken up and subjected to composition analysis. As a result, it was found that a discrepancy occurred between the composition of the produced in-plane magnetized film and the composition of the sputtering target used to produce the in-plane magnetized film.

以下の(A)~(C)で記載する実施例および比較例におけるCoPt-WO3面内磁化膜の組成は、作製に用いたスパッタリングターゲットの組成に対して、以下の(D)で判明した組成のずれを補正する計算を施して、算出したものである。 The compositions of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized films in the examples and comparative examples described in (A) to (C) below were determined in (D) below with respect to the composition of the sputtering target used for fabrication. It was calculated by performing calculations to correct the compositional deviation.

また、以下の(E)では、Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析を行って、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域のPt量推移の傾きk(1/nm)を算出した。 In addition, in (E) below, we analyze the transition of Pt amount in the cross section in the film thickness direction of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film immediately above it, and analyze the boundary area where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetized film. The slope k (1/nm) of the Pt amount transition was calculated.

<(A)CoPt-WO3面内磁化膜の下部磁性層(Co:Pt=76.6:23.4)の厚さについての検討(実施例1~8、比較例1、2)>
実施例1~8、比較例1、2では、(Co-20Pt)-WO3スパッタリングターゲットを用いて作製したCoPt-WO3面内磁化膜の部位のうち、酸化物含有量が多い下部磁性層の厚さを変化させて実験データを取得した。作製したCoPt-WO3面内磁化膜において、下部磁性層のWO3含有量は31.1vol%であり、上部磁性層のWO3含有量は10.4vol%である。
<(A) Study on the thickness of the lower magnetic layer (Co:Pt=76.6:23.4) of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film (Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 and 2)>
In Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, among the parts of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized film produced using the (Co-20Pt)-WO 3 sputtering target, the lower magnetic layer with a high oxide content Experimental data were obtained by varying the thickness of the material. In the produced CoPt-WO 3 in-plane magnetization film, the WO 3 content in the lower magnetic layer is 31.1 vol%, and the WO 3 content in the upper magnetic layer is 10.4 vol%.

実施例1~6では、下部磁性層の厚さを0.5nmから3nmまで0.5nm刻みで変化させており、実施例7、8では、下部磁性層の厚さを5nm、7nmとした。比較例1、2では、下部磁性層の厚さを0nm、10nmとした。実施例1~8、比較例1、2のいずれにおいても、面内磁化膜の厚さ(下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ)は30nmである。 In Examples 1 to 6, the thickness of the lower magnetic layer was varied from 0.5 nm to 3 nm in 0.5 nm increments, and in Examples 7 and 8, the thickness of the lower magnetic layer was 5 nm and 7 nm. In Comparative Examples 1 and 2, the thickness of the lower magnetic layer was 0 nm and 10 nm. In any of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, the thickness of the in-plane magnetized film (the combined thickness of the lower magnetic layer and the upper magnetic layer) is 30 nm.

以下、具体的に説明する。 This will be explained in detail below.

まず、Si基板上に、Ru下地膜を、株式会社エイコーエンジニアリング製ES-3100Wを用いてスパッタリング法により厚さ60nmとなるように形成した。なお、本願の実施例および比較例においてスパッタリングの際に用いたスパッタリング装置は、いずれの成膜(Ru下地膜、面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層、Ru非磁性中間層、追加面内磁化膜の成膜)においても株式会社エイコーエンジニアリング製ES-3100Wであるが、以下では装置名の記載は省略する。 First, a Ru base film was formed on a Si substrate to a thickness of 60 nm by sputtering using ES-3100W manufactured by Eiko Engineering Co., Ltd. Note that the sputtering equipment used for sputtering in the Examples and Comparative Examples of the present application was used for forming any of the films (Ru underlayer, lower magnetic layer and upper magnetic layer of the in-plane magnetized film, Ru nonmagnetic intermediate layer, additional surface ES-3100W manufactured by Eiko Engineering Co., Ltd. was also used for forming the internally magnetized film, but the name of the apparatus will be omitted below.

そして、実施例1~8および比較例2では、CoPt面内磁化膜の下部磁性層を、所定の厚さとなるようにRu下地膜の上に(Co-20Pt)-30vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成し、形成した下部磁性層の上に、CoPt面内磁化膜の上部磁性層を、(Co-20Pt)-10vol%WO3スパッタリングターゲットを用いて、面内磁化膜の厚さ(下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ)が30nmとなるように、スパッタリング法により形成した。比較例1では、下部磁性層を設けずに、Ru下地膜の上に、CoPt面内磁化膜を、厚さ30nmとなるように(Co-20Pt)-10vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成した。 In Examples 1 to 8 and Comparative Example 2, a (Co-20Pt)-30vol%WO 3 sputtering target was placed on the Ru base film so that the lower magnetic layer of the CoPt in-plane magnetization film had a predetermined thickness. An upper magnetic layer of a CoPt in-plane magnetized film is formed on the formed lower magnetic layer by a sputtering method using a (Co-20Pt)-10vol%WO 3 sputtering target to reduce the thickness of the in-plane magnetized film. It was formed by sputtering so that the thickness (the combined thickness of the lower magnetic layer and the upper magnetic layer) was 30 nm. In Comparative Example 1, a CoPt in-plane magnetization film was sputtered on the Ru base film to a thickness of 30 nm using a (Co-20Pt)-10vol%WO 3 sputtering target without providing a lower magnetic layer. Formed by law.

これらの成膜過程(Ru下地膜ならびに面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層の成膜過程)では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。 In these film-forming processes (the film-forming process of the Ru base film and the lower and upper magnetic layers of the in-plane magnetized film), the substrate was not heated, and film formation was performed at room temperature.

作製した実施例1~8および比較例1、2の面内磁化膜のヒステリシスループを振動型磁力計(VSM:(株)玉川製作所製 TM-VSM211483-HGC型)(以下、振動型磁力計と記す。)により測定した。測定したヒステリシスループから、保磁力Hc(kOe)および残留磁化Mr(memu/cm3)を読み取った。そして、読み取った残留磁化Mr(memu/cm3)に、作製したCoPt面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製したCoPt-酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Mrt(memu/cm2)を算出した。 The hysteresis loops of the produced in-plane magnetized films of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a vibrating magnetometer (VSM: TM-VSM211483-HGC type manufactured by Tamagawa Seisakusho Co., Ltd.) (hereinafter referred to as a vibrating magnetometer). ). The coercive force Hc (kOe) and residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) were read from the measured hysteresis loop. Then, the read residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) is multiplied by the total thickness of the manufactured CoPt in-plane magnetized film, and the residual magnetization Mr per unit area of the manufactured CoPt-oxide-based in-plane magnetized film is calculated. (memu/cm 2 ) was calculated.

また、実施例2、6および比較例1においては、以下の(E)に記載した「Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析」を行い、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)」を求めた。 In addition, in Examples 2 and 6 and Comparative Example 1, "Analysis of Pt content transition in the film thickness direction cross section of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film immediately above it" described in (E) below was performed, The "inclination k (1/nm) of the graph showing the transition of the amount of Pt" in the boundary region where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetization film was determined.

実施例1~8および比較例1、2の結果を、次の表1に示す。 The results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.

Figure 0007438845000001
Figure 0007438845000001

表1からわかるように、実施例2、6の面内磁化膜は、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属成分(Co、Pt)の合計に対するPtの含有量が20at%以上55at%以下であり、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8以上である観点で、本発明の範囲に含まれ、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、基板加熱をしない室温成膜で実現している。 As can be seen from Table 1, the in-plane magnetized films of Examples 2 and 6 are in-plane magnetized films with a thickness of 30 nm containing metal Co, metal Pt, and oxide, and the metal components (Co, Pt ) is within the scope of the present invention from the viewpoint that the content of Pt is 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total of Magnetic performance including coercive force Hc of 2.00 kOe or more and residual magnetization Mrt per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more is achieved by room temperature film formation without substrate heating. .

実施例2、6の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量がほとんど存在していないということが推定される。このため、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされていることが推定され、実施例2、6の面内磁化膜は、保磁力Hcが4.86kOe、4.87kOeと大きくなったものと考えられる。 In the in-plane magnetized films of Examples 2 and 6, the slope of the transition of the amount of Pt in the boundary region where the transition from the base film to the in-plane magnetized film changes is 8 (1/nm) or more, and the CoPt magnetization in the region near the base film is It is estimated that there is almost no amount of metal (Co, Pt) present between the crystal grains. Therefore, it is presumed that the magnetic separation between the CoPt magnetic crystal grains is sufficient, and the in-plane magnetized films of Examples 2 and 6 have a large coercive force Hc of 4.86 kOe and 4.87 kOe. It is thought that it has become.

また、実施例1~8の面内磁化膜は、前記観点とは別の観点、即ち、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ptおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、上部磁性層よりも酸化物含有量の多い下部磁性層の厚さが0.2nm以上8nm以下であり、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、基板加熱をしない室温成膜で実現しているという観点で、本発明の範囲に含まれる。 In addition, the in-plane magnetized films of Examples 1 to 8 are in-plane magnetized films with a thickness of 30 nm that contain metal Co, metal Pt, and oxide, and A lower magnetic layer containing Pt and an oxide, containing 20 at% or more and 55 at% or less of metal Pt with respect to the total metal component, and a lower magnetic layer provided on the base film, and a lower magnetic layer containing metal Pt and the oxide. an upper magnetic layer provided on the lower magnetic layer, containing metal Pt of 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal component, and the upper magnetic layer is more oxidized than the upper magnetic layer. The thickness of the lower magnetic layer containing a large amount of carbon is 0.2 nm or more and 8 nm or less, the coercive force Hc is 2.00 kOe or more, and the residual magnetization Mrt per unit area is 2.00 memu/cm 2 or more. This magnetic performance is included in the scope of the present invention from the viewpoint that it is achieved by film formation at room temperature without heating the substrate.

一方、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属成分(Co、Pt)の合計に対するPtの含有量が23.3at%であるが、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)未満で、かつ、当該面内磁化膜の厚さ方向において酸化物含有量が10.4vol%と一定であり、本発明の範囲に含まれない比較例1の面内磁化膜は、保磁力Hcが4.64kOeであり、本発明の範囲に含まれる実施例1~8の面内磁化膜の保磁力Hc(4.75~4.87kOe)と比べて劣っている。比較例1の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)未満であり、その傾きが8(1/nm)以上である実施例2、6の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量が多くなったため、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったことが、保磁力Hcが小さくなった原因と考えられる。 On the other hand, it is an in-plane magnetized film with a thickness of 30 nm containing metal Co, metal Pt, and oxide, and the Pt content is 23.3 at% with respect to the total metal components (Co, Pt). The slope of the Pt content transition in the boundary region where the transition from the base film to the in-plane magnetized film is less than 8 (1/nm), and the oxide content in the thickness direction of the in-plane magnetized film is 10.4 vol%. The in-plane magnetized film of Comparative Example 1, which is constant and not included in the scope of the present invention, has a coercive force Hc of 4.64 kOe, and the in-plane magnetized film of Examples 1 to 8, which is included in the scope of the present invention, has a coercive force Hc of 4.64 kOe. It is inferior to the coercive force Hc (4.75 to 4.87 kOe) of In the in-plane magnetized film of Comparative Example 1, the slope of the Pt amount transition in the boundary region where the transition from the base film to the in-plane magnetized film changes is less than 8 (1/nm), and the slope is 8 (1/nm) or more. It is smaller than the in-plane magnetized films of Examples 2 and 6, and the amount of metal (Co, Pt) present between the CoPt magnetic crystal grains is large in the region near the base film. It is thought that the reason for the decrease in the coercive force Hc is that the magnetic separation between the two is insufficient.

また、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属成分(Co、Pt)の合計に対するPtの含有量が20at%以上55at%以下であるが、酸化物含有量が31.1vol%と多い下部磁性層の厚さが10nmと厚く、本発明の範囲に含まれない比較例2の面内磁化膜は、保磁力Hcが3.85kOeであり、実施例1~8の面内磁化膜の保磁力Hc(4.75~4.87kOe)と比べて大きく劣っている。酸化物含有量が31.1vol%と多い下部磁性層の厚さが10nmと厚くなりすぎると、面内磁化膜中の磁性結晶粒の割合が相対的に小さくなってしまうことが原因と考えられる。 Further, the in-plane magnetization film has a thickness of 30 nm and contains metal Co, metal Pt, and oxide, and the content of Pt is 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total of the metal components (Co, Pt). However, the in-plane magnetization film of Comparative Example 2, which has a lower magnetic layer with a high oxide content of 31.1 vol% and is as thick as 10 nm and is not included in the scope of the present invention, has a coercive force Hc of 3.85 kOe. This is significantly inferior to the coercive force Hc (4.75 to 4.87 kOe) of the in-plane magnetized films of Examples 1 to 8. This is thought to be due to the fact that when the thickness of the lower magnetic layer with a high oxide content of 31.1 vol% becomes too thick (10 nm), the proportion of magnetic crystal grains in the in-plane magnetized film becomes relatively small. .

<(B)CoPt-WO3面内磁化膜の下部磁性層(Co:Pt=48.0:52.0)の厚さについての検討(実施例9、10、比較例3)>
実施例9、10、比較例3では、(Co-45Pt)-WO3スパッタリングターゲットを用いて作製したCoPt-WO3面内磁化膜の部位のうち、酸化物含有量が多い下部磁性層の厚さを変化させて実験データを取得した。作製したCoPt-WO3面内磁化膜において、下部磁性層のWO3含有量は30.9vol%であり、上部磁性層のWO3含有量は10.3vol%である。
<(B) Study on the thickness of the lower magnetic layer (Co:Pt=48.0:52.0) of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film (Examples 9 and 10, Comparative Example 3)>
In Examples 9 and 10 and Comparative Example 3, among the parts of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized film produced using a (Co-45Pt)-WO 3 sputtering target, the thickness of the lower magnetic layer with a high oxide content was Experimental data were obtained by varying the In the produced CoPt-WO 3 in-plane magnetization film, the WO 3 content in the lower magnetic layer is 30.9 vol%, and the WO 3 content in the upper magnetic layer is 10.3 vol%.

実施例9、10では、下部磁性層の厚さを1nm、3nmとした。比較例3では、下部磁性層の厚さを0nmとした。実施例9、10、比較例3のいずれにおいても、面内磁化膜の厚さ(下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ)は30nmである。 In Examples 9 and 10, the thickness of the lower magnetic layer was 1 nm and 3 nm. In Comparative Example 3, the thickness of the lower magnetic layer was 0 nm. In each of Examples 9 and 10 and Comparative Example 3, the thickness of the in-plane magnetized film (the combined thickness of the lower magnetic layer and the upper magnetic layer) is 30 nm.

以下、具体的に説明する。 This will be explained in detail below.

まず、Si基板上に、Ru下地膜を、スパッタリング法により厚さ60nmとなるように形成した。 First, a Ru base film was formed on a Si substrate to a thickness of 60 nm by sputtering.

そして、実施例9、10では、CoPt面内磁化膜の下部磁性層を、所定の厚さとなるようにRu下地膜の上に(Co-45Pt)-30vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成し、形成した下部磁性層の上に、CoPt面内磁化膜の上部磁性層を、(Co-45Pt)-10vol%WO3スパッタリングターゲットを用いて、面内磁化膜の厚さ(下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ)が30nmとなるように、スパッタリング法により形成した。比較例3では、下部磁性層を設けずに、Ru下地膜の上に、CoPt面内磁化膜を、厚さ30nmとなるように (Co-45Pt)-10vol%WO3スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成した。 In Examples 9 and 10, the lower magnetic layer of the CoPt in-plane magnetization film was sputtered onto the Ru base film to a predetermined thickness using a (Co-45Pt)-30vol%WO 3 sputtering target. An upper magnetic layer of a CoPt in-plane magnetized film was formed on the lower magnetic layer formed by using a (Co-45Pt)-10vol%WO 3 sputtering target to reduce the thickness of the in-plane magnetized film (lower magnetic layer). It was formed by sputtering so that the combined thickness of the magnetic layer and the upper magnetic layer was 30 nm. In Comparative Example 3, a CoPt in-plane magnetization film was sputtered on the Ru base film to a thickness of 30 nm using a (Co-45Pt)-10vol%WO 3 sputtering target without providing a lower magnetic layer. Formed by law.

これらの成膜過程(Ru下地膜ならびに面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層の成膜過程)では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。 In these film-forming processes (the film-forming process of the Ru base film and the lower and upper magnetic layers of the in-plane magnetized film), the substrate was not heated, and film formation was performed at room temperature.

作製した実施例9、10および比較例3の面内磁化膜のヒステリシスループを振動型磁力計により測定した。測定したヒステリシスループから、保磁力Hc(kOe)および残留磁化Mr(memu/cm3)を読み取った。そして、読み取った残留磁化Mr(memu/cm3)に、作製したCoPt面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製したCoPt-酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Mrt(memu/cm2)を算出した。 The hysteresis loops of the produced in-plane magnetized films of Examples 9 and 10 and Comparative Example 3 were measured using a vibrating magnetometer. The coercive force Hc (kOe) and residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) were read from the measured hysteresis loop. Then, the read residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) is multiplied by the total thickness of the manufactured CoPt in-plane magnetized film, and the residual magnetization Mr per unit area of the manufactured CoPt-oxide-based in-plane magnetized film is calculated. (memu/cm 2 ) was calculated.

また、以下の(E)に記載した「Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析」を行い、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)」を求めた。 In addition, we performed the "Analysis of the Pt content transition in the film thickness direction cross section of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film directly above it" described in (E) below, and the transition from the Ru base film to the CoPt in-plane magnetized film was performed. The "inclination k (1/nm) of the graph showing the transition of the amount of Pt" in the boundary region was determined.

実施例9、10および比較例3の結果を、次の表2に示す。 The results of Examples 9 and 10 and Comparative Example 3 are shown in Table 2 below.

Figure 0007438845000002
Figure 0007438845000002

表2からわかるように、実施例9、10の面内磁化膜は、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属成分(Co、Pt)の合計に対するPtの含有量が20at%以上55at%以下であり、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上である観点で、本発明の範囲に含まれ、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、基板加熱をしない室温成膜で実現している。 As can be seen from Table 2, the in-plane magnetized films of Examples 9 and 10 are in-plane magnetized films with a thickness of 30 nm containing metal Co, metal Pt, and oxide, and the metal components (Co, Pt ) is 20 at% or more and 55 at% or less, and the slope of the Pt content transition in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film is 8 (1/nm) or more, Room-temperature film formation without substrate heating, which is within the scope of the present invention, has magnetic performance such that the coercive force Hc is 2.00 kOe or more and the residual magnetization Mrt per unit area is 2.00 memu/cm 2 or more. This has been realized.

実施例9、10の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量がほとんど存在していないということが推定される。このため、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされていることが推定され、実施例9、10の面内磁化膜は、保磁力Hcが5.39kOeと大きくなったものと考えられる。 The in-plane magnetized films of Examples 9 and 10 have a slope of 8 (1/nm) or more in the Pt amount transition in the boundary region where the base film changes to the in-plane magnetized film, and the CoPt magnetization in the region near the base film is It is estimated that there is almost no amount of metal (Co, Pt) present between the crystal grains. Therefore, it is presumed that the magnetic separation between the CoPt magnetic crystal grains is sufficient, and the in-plane magnetized films of Examples 9 and 10 have a large coercive force Hc of 5.39 kOe. Conceivable.

また、実施例9、10の面内磁化膜は、前記観点とは別の観点、即ち、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属Ptおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ptおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、上部磁性層よりも酸化物含有量の多い下部磁性層の厚さが0.2nm以上8nm以下であり、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、基板加熱をしない室温成膜で実現しているという観点でも、本発明の範囲に含まれる。 In addition, the in-plane magnetized films of Examples 9 and 10 are in-plane magnetized films with a thickness of 30 nm that contain metal Co, metal Pt, and oxide, and A lower magnetic layer containing Pt and an oxide, containing 20 at% or more and 55 at% or less of metal Pt with respect to the total metal component, and a lower magnetic layer provided on the base film, and a lower magnetic layer containing metal Pt and the oxide. an upper magnetic layer provided on the lower magnetic layer, containing metal Pt of 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal component, and the upper magnetic layer is more oxidized than the upper magnetic layer. The thickness of the lower magnetic layer containing a large amount of carbon is 0.2 nm or more and 8 nm or less, the coercive force Hc is 2.00 kOe or more, and the residual magnetization Mrt per unit area is 2.00 memu/cm 2 or more. The scope of the present invention also falls within the scope of the present invention from the viewpoint that this magnetic performance is achieved by film formation at room temperature without heating the substrate.

一方、金属Co、金属Pt、および酸化物を含有する厚さが30nmの面内磁化膜であって、金属成分(Co、Pt)の合計に対するPtの含有量が51.8at%であるが、当該面内磁化膜の厚さ方向において酸化物含有量が10.3vol%と一定であり、本発明の範囲に含まれない比較例3の面内磁化膜は、保磁力Hcが5.31kOeであり、本発明の範囲に含まれる実施例9、10の面内磁化膜の保磁力Hc(5.39kOe)と比べて劣っている。比較例3の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)未満であり、その傾きが8(1/nm)以上である実施例9、10の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量が多くなったため、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったことが、保磁力Hcが小さくなった原因と考えられる。 On the other hand, it is an in-plane magnetized film with a thickness of 30 nm containing metal Co, metal Pt, and oxide, and the Pt content is 51.8 at% with respect to the total metal components (Co, Pt). The in-plane magnetized film of Comparative Example 3, which has a constant oxide content of 10.3 vol% in the thickness direction of the in-plane magnetized film and is not included in the scope of the present invention, has a coercive force Hc of 5.31 kOe. This is inferior to the coercive force Hc (5.39 kOe) of the in-plane magnetized films of Examples 9 and 10, which are included in the scope of the present invention. In the in-plane magnetized film of Comparative Example 3, the slope of the Pt amount transition in the boundary region where it changes from the base film to the in-plane magnetized film is less than 8 (1/nm), and the slope is 8 (1/nm) or more. It is smaller than the in-plane magnetized films of Examples 9 and 10, and the amount of metal (Co, Pt) existing between the CoPt magnetic crystal grains is large in the region near the base film. It is thought that the reason for the decrease in the coercive force Hc is that the magnetic separation between the two is insufficient.

<(C)CoPt-WO3面内磁化膜多層構造において下部磁性層を設けることの効果についての検討(実施例11、12、比較例4)>
実施例11で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ15nmのCoPt-WO3面内磁化膜((Co-52.0Pt)-30.9vol%WOである下部磁性層の厚さが1nm、(Co-51.8Pt)-10.3vol%WOである上部磁性層の厚さが14nm)の上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層を形成し、そのRu非磁性中間層の上に、酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。
<(C) Study on the effect of providing a lower magnetic layer in a CoPt-WO 3 in-plane magnetized film multilayer structure (Examples 11 and 12, Comparative Example 4)>
The in-plane magnetized film multilayer structure formed in Example 11 had a 15-nm-thick CoPt-WO 3 in-plane magnetized film ((Co-52.0Pt)-30.9vol%WO 3 lower magnetic layer with a thickness of 1 nm; (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 (with a thickness of 14 nm), a Ru nonmagnetic intermediate layer with a thickness of 2 nm is formed, and on the Ru nonmagnetic intermediate layer, A 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetization film with an oxide content of 10.3 vol% is stacked, and then a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and an oxidized (Co-51.8Pt)-10.3vol% WO 3 in-plane magnetized films with a thickness of 15 nm and a CoPt-WO 3 in-plane magnetized film with a content of 10.3 vol% are stacked, and the total thickness of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized films becomes 60 nm. Repeatedly stacking a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol% until CoPt -WO 3 It has a multilayer structure with in-plane magnetization films stacked in four layers.

実施例12で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ15nmのCoPt-WO3面内磁化膜((Co-52.0Pt)-30.9vol%WOである下部磁性層の厚さが3nm、(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3である上部磁性層の厚さが12nm)の上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層を形成し、そのRu非磁性中間層の上に、酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。 The in-plane magnetized film multilayer structure formed in Example 12 had a 15-nm-thick CoPt-WO 3 in-plane magnetized film ((Co-52.0Pt)-30.9vol%WO 3 lower magnetic layer with a thickness of 3 nm; (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 (with a thickness of 12 nm), a Ru non-magnetic intermediate layer with a thickness of 2 nm is formed, and on the Ru non-magnetic intermediate layer, A 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetization film with an oxide content of 10.3 vol% is stacked, and then a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and an oxidized (Co-51.8Pt)-10.3vol% WO 3 in-plane magnetized films with a thickness of 15 nm and a CoPt-WO 3 in-plane magnetized film with a content of 10.3 vol% are stacked, and the total thickness of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized films becomes 60 nm. Repeatedly stacking a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol% until CoPt -WO 3 It has a multilayer structure with in-plane magnetization films stacked in four layers.

比較例4で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜の上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層を形成し、そのRu非磁性中間層の上に、酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。このように、比較例4では、実施例11、12とは異なり、Ru下地膜の上に設ける1層目のCoPt-WO3面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層を形成させることはしていない。 The multilayer structure of the in-plane magnetized film formed in Comparative Example 4 consists of forming a 2-nm-thick Ru nonmagnetic intermediate layer on a 15-nm-thick (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized film. On the Ru nonmagnetic intermediate layer, a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol% was stacked, and further on top of that, A 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol % are stacked, and a CoPt-WO 3 in-plane magnetization film is stacked. A 2 nm thick Ru non-magnetic interlayer and a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 with an oxide content of 10.3 vol% until the total thickness of the magnetized film is 60 nm. It has an in-plane magnetized film multilayer structure in which four layers of CoPt-WO 3 in-plane magnetized films are stacked by repeating stacking of in-plane magnetized films. In this way, in Comparative Example 4, unlike Examples 11 and 12, in the first layer of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film provided on the Ru base film, the lower magnetic layer with a high oxide content was first formed. An upper magnetic layer having a low oxide content is not formed after the formation of the upper magnetic layer.

以下、具体的に説明する。 This will be explained in detail below.

まず、Si基板上に、Ru下地膜を、スパッタリング法により厚さ60nmとなるように形成した。 First, a Ru base film was formed on a Si substrate to a thickness of 60 nm by sputtering.

そして、実施例11では、形成したRu下地膜の上に、厚さ1nmとなるように(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3面内磁化膜(下部磁性層)をスパッタリング法により形成し、その上に、厚さ14nmとなるように(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜(上部磁性層)をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ15nmのCoPt-WO3面内磁化膜の上にスパッタリング法(Ru100at%のスパッタリングターゲットを使用)によりRu非磁性中間層を厚さ2nmとなるように形成し、形成した厚さ2nmのRu非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。 In Example 11, a (Co-52.0Pt)-30.9vol%WO 3 in-plane magnetized film (lower magnetic layer) was formed to a thickness of 1 nm on the formed Ru base film by sputtering. On top of that, a (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized film (upper magnetic layer) was formed to a thickness of 14 nm by sputtering, and the CoPt-WO 3 film with a thickness of 15 nm was formed. A Ru nonmagnetic intermediate layer is formed to a thickness of 2 nm on the in-plane magnetized film by a sputtering method (using a Ru 100 at% sputtering target), and sputtering is performed on the formed Ru nonmagnetic intermediate layer with a thickness of 2 nm. A 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol%WO 3 in-plane magnetized film was formed by sputtering, and on top of that a 2 nm thick Ru non-magnetic intermediate layer and an oxide content of 10 nm were formed. (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized films with a thickness of 15 nm and .3 vol% were stacked by sputtering until the total thickness of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized films reached 60 nm. Repeatedly stacking a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and a 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol% by sputtering method, A multilayer structure of in-plane magnetized films was formed by stacking four layers of CoPt-WO 3 in-plane magnetized films.

実施例12では、形成したRu下地膜の上に、厚さ3nmとなるように(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3面内磁化膜(下部磁性層)をスパッタリング法により形成し、その上に、厚さ12nmとなるように(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜(上部磁性層)をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ15nmのCoPt-WO3面内磁化膜の上にスパッタリング法(Ru100at%のスパッタリングターゲットを使用)によりRu非磁性中間層を厚さ2nmとなるように形成し、形成した厚さ2nmのRu非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。 In Example 12, a (Co-52.0Pt)-30.9vol%WO 3 in-plane magnetized film (lower magnetic layer) was formed to a thickness of 3 nm on the formed Ru base film by sputtering. A (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized film (upper magnetic layer) was formed on top of the 12 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetization film (upper magnetic layer) using a sputtering method, and a 15-nm thick CoPt-WO 3 in-plane magnetized film was formed on the top by sputtering. A Ru nonmagnetic intermediate layer is formed to a thickness of 2 nm on the magnetized film by sputtering (using a 100 at% Ru sputtering target), and then a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer is formed by sputtering on the formed 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer. A 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetized film was formed by sputtering, and on top of that a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and an oxide content of 10.3 vol. (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized films with a thickness of 15 nm were stacked by sputtering until the total thickness of the CoPt-WO 3 in-plane magnetized films reached 60 nm. CoPt- A multilayer structure of in-plane magnetized films was formed by stacking four WO 3 in-plane magnetized films.

比較例4では、形成したRu下地膜の上に、厚さ15nmとなるように(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、その上にスパッタリング法(Ru100at%のスパッタリングターゲットを使用)によりRu非磁性中間層を厚さ2nmとなるように形成し、形成した厚さ2nmのRu非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、CoPt-WO3面内磁化膜の合計の厚さが60nmになるまで、厚さ2nmのRu非磁性中間層および酸化物含有量が10.3vol%である厚さ15nmの(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、CoPt-WO3面内磁化膜を4層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。このように、比較例4では、実施例11、12とは異なり、Ru下地膜の上に設ける1層目のCoPt-WO3面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層を形成させることはしておらず、積み重ねた4層の面内磁化膜は、いずれも(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3面内磁化膜である。 In Comparative Example 4, a (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 in-plane magnetized film was formed to a thickness of 15 nm on the formed Ru base film by a sputtering method, and then a sputtering method ( A Ru non-magnetic intermediate layer is formed to a thickness of 2 nm using a sputtering target containing 100 at% Ru (using a sputtering target of 100 at% Ru), and a 15 nm-thick (Co-51.8 Co-51.8 A Pt)-10.3 vol% WO 3 in-plane magnetization film was formed by sputtering, and on top of that, a 2 nm thick Ru nonmagnetic intermediate layer and a 15 nm thick (Pt)-10.3 vol% WO 3 film with an oxide content of 10.3 vol% A 2 nm thick Ru non-magnetic intermediate layer and A 15 nm thick (Co-51.8Pt)-10.3vol% WO 3 in-plane magnetized film with an oxide content of 10.3 vol% was repeatedly stacked by a sputtering method to form 4 CoPt-WO 3 in-plane magnetized films. A multilayer structure of in-plane magnetized films was formed by stacking layers. In this way, in Comparative Example 4, unlike Examples 11 and 12, in the first layer of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film provided on the Ru base film, the lower magnetic layer with a high oxide content was first formed. The upper magnetic layer with low oxide content is not formed after the formation of (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 . It is an in-plane magnetized film.

実施例11、12および比較例4の成膜過程(Ru下地膜、CoPt面内磁化膜およびRu非磁性中間層の成膜過程)では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。 In the film-forming processes of Examples 11 and 12 and Comparative Example 4 (the film-forming process of the Ru base film, CoPt in-plane magnetized film, and Ru nonmagnetic intermediate layer), the substrate was not heated, and the film was formed at room temperature. went.

作製した実施例11、12および比較例4のCoPt面内磁化膜多層構造のヒステリシスループを振動型磁力計により測定した。測定したヒステリシスループから、保磁力Hc(kOe)および残留磁化Mr(memu/cm3)を読み取った。そして、読み取った残留磁化Mr(memu/cm3)に、形成したCoPt面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製したCoPt-酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Mrt(memu/cm2)を算出した。 The hysteresis loops of the CoPt in-plane magnetized film multilayer structures of Examples 11 and 12 and Comparative Example 4 were measured using a vibrating magnetometer. The coercive force Hc (kOe) and residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) were read from the measured hysteresis loop. Then, the read residual magnetization Mr (memu/cm 3 ) is multiplied by the total thickness of the formed CoPt in-plane magnetized film, and the residual magnetization Mr per unit area of the CoPt-oxide-based in-plane magnetized film produced is calculated. (memu/cm 2 ) was calculated.

また、以下の(E)に記載した「Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析」を行い、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)」を求めた。 In addition, we performed the "Analysis of the Pt content transition in the film thickness direction cross section of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film directly above it" described in (E) below, and the transition from the Ru base film to the CoPt in-plane magnetized film was performed. The "inclination k (1/nm) of the graph showing the transition of the amount of Pt" in the boundary region was determined.

実施例11、12および比較例4の結果を、次の表3に示す。 The results of Examples 11 and 12 and Comparative Example 4 are shown in Table 3 below.

Figure 0007438845000003
Figure 0007438845000003

表3からわかるように、Ru下地膜の上に設ける1層目のCoPt-WO3面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3を形成させている実施例11、12の面内磁化膜多層構造は、1層目のCoPt-WO3面内磁化膜において酸化物含有量が厚さ方向に一定である比較例4で形成した面内磁化膜多層構造よりも、保磁力Hcが2%程度大きくなっている。 As can be seen from Table 3, in the first layer of CoPt-WO 3 in-plane magnetization film provided on the Ru base film, the lower magnetic layer (Co-52.0Pt)-30.9vol%WO with a high oxide content is first formed. In the in-plane magnetized film multilayer structure of Examples 11 and 12, in which the upper magnetic layer (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 with a low oxide content is formed after forming 3 , the first layer is In the CoPt--WO 3 in-plane magnetized film, the coercive force Hc is approximately 2% larger than that of the in-plane magnetized film multilayer structure formed in Comparative Example 4 in which the oxide content is constant in the thickness direction.

実施例11、12の面内磁化膜多層構造は、1層目のCoPt-WO3面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3を形成させているので、下地膜から面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量が少なくなっており、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされており、このため、保磁力Hcが大きくなったと考えられる。 In the in-plane magnetized film multilayer structure of Examples 11 and 12, in the first layer CoPt-WO 3 in-plane magnetized film, the lower magnetic layer (Co-52.0Pt)-30.9vol%WO with a high oxide content was first formed. After forming 3 , the upper magnetic layer (Co-51.8Pt)-10.3vol%WO 3 with low oxide content is formed, so the amount of Pt in the boundary region where the underlying film changes to the in-plane magnetized film decreases. The slope of the transition is 8 (1/nm) or more, and the amount of metal (Co, Pt) existing between the CoPt magnetic crystal grains is decreasing in the region near the base film, and the amount of metal (Co, Pt) existing between the CoPt magnetic crystal grains is decreasing. It is thought that sufficient magnetic separation was achieved, which is why the coercive force Hc became large.

一方、1層目のCoPt-WO3面内磁化膜においても酸化物含有量が厚さ方向に一定である比較例4は、下地膜から面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)未満の7.54(1/nm)であり、その傾きが8以上である実施例11、12の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、CoPt磁性結晶粒の間に存在する金属(Co、Pt)の量が多くなっており、CoPt磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったため、比較例4の保磁力Hcが実施例11、12の保磁力Hcと比べて小さくなったと考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 4, in which the oxide content is constant in the thickness direction even in the first layer of CoPt-WO 3 in-plane magnetized film, the change in Pt content in the boundary region where the base film changes to the in-plane magnetized film is The slope is 7.54 (1/nm), which is less than 8 (1/nm), which is smaller than that of the in-plane magnetized films of Examples 11 and 12, which have a slope of 8 or more. The amount of metal (Co, Pt) present between the magnetic crystal grains was large, and the magnetic separation between the CoPt magnetic crystal grains was insufficient, so the coercive force Hc of Comparative Example 4 was lower than that of the example. It is considered that the coercive force Hc of Nos. 11 and 12 is smaller than that of Nos. 11 and 12.

<(D)面内磁化膜の組成分析(参考例1~8)>
参考例1~8の面内磁化膜の組成分析を行って、作製したCoPt-WO3面内磁化膜の実際の組成(組成分析によって得られた組成)と、当該CoPt-WO3面内磁化膜の作製に用いたスパッタリングターゲットの組成との間のずれの程度を確認した。以下、参考例6の面内磁化膜に対して行った組成分析の手法の手順について概要を説明した後、各手順の内容を具体的に説明する。
<(D) Composition analysis of in-plane magnetized film (Reference Examples 1 to 8)>
Compositional analysis of the in-plane magnetized films of Reference Examples 1 to 8 was performed to determine the actual composition of the produced CoPt-WO 3 in-plane magnetized films (composition obtained by composition analysis) and the CoPt-WO 3 in-plane magnetization. The degree of deviation from the composition of the sputtering target used for film production was confirmed. Hereinafter, the procedure of the compositional analysis method performed on the in-plane magnetized film of Reference Example 6 will be outlined, and then the contents of each procedure will be specifically explained.

[手順の概要]面内磁化膜の厚さ方向に組成分析のための線分析を行い、面内磁化膜の厚さ方向断面の線分析実施箇所から、組成の変動の少ない箇所を選び出す(手順1~4)。そして、その組成の変動の少ない箇所に含まれる任意の測定点を含むように、組成分析を行う面内磁化膜の面内方向に左右に補助線を引き、その補助線上100nmの直線領域について、組成分析のための線分析を行う(手順5)。そして、検出された元素ごとに、167点の測定点についての検出強度の平均値を算出して、面内磁化膜の組成を決定する(手順6)。以下、手順1~6の内容を具体的に説明する。 [Summary of the procedure] Perform line analysis for compositional analysis in the thickness direction of the in-plane magnetized film, and select locations where the composition has little variation from the locations where the line analysis is performed in the cross-section in the thickness direction of the in-plane magnetized film (Procedure 1-4). Then, an auxiliary line is drawn left and right in the in-plane direction of the in-plane magnetized film where the composition analysis is performed so as to include any measurement point included in a location where the composition has little variation, and for a linear region of 100 nm on the auxiliary line, Perform line analysis for compositional analysis (Step 5). Then, for each detected element, the average value of the detection intensities for the 167 measurement points is calculated to determine the composition of the in-plane magnetized film (Step 6). The contents of steps 1 to 6 will be explained in detail below.

[手順1]組成分析の対象となる面内磁化膜を面内方向と直交する方向(面内磁化膜の厚さ方向)に、平行な2面で切断するとともに、得られた2つの平行な切断面の間の距離が30nm程度となるまで、FIB法(μ-サンプリング法)により薄片化処理を行う。この薄片化処理を行った後の薄片化サンプル60の形状を、図7に模式的に示す。図7に示すように、薄片化サンプル60の形状は概ね直方体形状である。前記2つの平行な切断面の間の距離が30nm程度であり、直方体形状の薄片化サンプル60の面内方向の1辺の長さは30nm程度であるが、他の2辺の長さは、走査透過電子顕微鏡による観察が可能であれば、適宜に定めてよい。 [Step 1] Cut the in-plane magnetized film to be subjected to composition analysis in two parallel planes in a direction perpendicular to the in-plane direction (thickness direction of the in-plane magnetized film), and cut the obtained two parallel planes. The thinning process is performed by the FIB method (μ-sampling method) until the distance between the cut surfaces becomes about 30 nm. The shape of the exfoliated sample 60 after this exfoliating process is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 7, the shape of the exfoliated sample 60 is approximately a rectangular parallelepiped. The distance between the two parallel cut planes is about 30 nm, and the length of one side in the in-plane direction of the rectangular parallelepiped thinned sample 60 is about 30 nm, but the lengths of the other two sides are: As long as observation using a scanning transmission electron microscope is possible, it may be determined as appropriate.

[手順2]手順1で得られた薄片化サンプル60の切断面(面内磁化膜の厚さ方向の切断面)を、100nmの長さを2cmまで拡大観察可能な(20万倍まで拡大観察可能な)走査透過電子顕微鏡を用いて撮像し、観察像を取得する。得られる観察像は長方形であるが、観察対象の面内磁化膜の最上面と切断面(面内磁化膜の厚さ方向の切断面)とが交わる部位の線が、長方形の観察像の長手方向になるように撮像する。得られた観察像の一例(参考例6の観察像)を図8に示す。面内磁化膜の観察像の取得においては、株式会社日立ハイテクノロジーズ製H-9500を用いた。 [Step 2] The cut surface of the thin sectioned sample 60 obtained in Step 1 (the cut surface in the thickness direction of the in-plane magnetized film) can be observed with a length of 100 nm up to 2 cm (up to 200,000 times magnification) (possible) Take an image using a scanning transmission electron microscope to obtain an observation image. The observation image obtained is rectangular, but the line where the top surface of the in-plane magnetized film to be observed intersects with the cut plane (the cut plane in the thickness direction of the in-plane magnetized film) is the longitudinal axis of the rectangular observation image. Take an image in the same direction. An example of the obtained observed image (observed image of Reference Example 6) is shown in FIG. H-9500 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used to obtain an observation image of the in-plane magnetized film.

[手順3]手順2で得られた観察像から、面内磁化膜に含まれる任意の点を選び(図8において黒丸62で示す)、その点から、観察像の長手方向に左右10nmの位置に点をそれぞれ付す(図8において白丸64で示す)。そして、黒丸62の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行うとともに、白丸64の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行って、3つの直線(黒丸62の点を通る厚さ方向の1つの直線および白丸64の点を通る厚さ方向の2つの直線)について、面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のための線分析(上から下に向かう方向に走査)を行う。この元素分析のための線分析を行うに際し、前記3直線の線分析の走査範囲を、原則として面内磁化膜の厚さ方向の全範囲(組成分析の対象が面内磁化膜多層構造の場合は、最上層の面内磁化膜から最下層の面内磁化膜までの全範囲)とすることができるように、1つの黒丸62の点および2つの白丸64の点を選び出すことが必要である。 [Step 3] From the observation image obtained in Step 2, select an arbitrary point included in the in-plane magnetized film (indicated by a black circle 62 in FIG. 8), and from that point, select a position 10 nm left and right in the longitudinal direction of the observation image. A point is attached to each (indicated by a white circle 64 in FIG. 8). Then, line analysis for elemental analysis is performed in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point indicated by the black circle 62, and elemental analysis is performed in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point indicated by the white circle 64. Line analysis was performed to determine the thickness of the in-plane magnetized film for three straight lines (one straight line in the thickness direction passing through the black circle 62 and two straight lines in the thickness direction passing through the white circle 64). Line analysis (scanning from top to bottom) for elemental analysis is performed in the horizontal direction. When performing line analysis for this elemental analysis, the scanning range of the three straight lines is, in principle, the entire range in the thickness direction of the in-plane magnetized film (if the target of compositional analysis is a multilayer structure of in-plane magnetized films) It is necessary to select one black circle point 62 and two white circle points 64 so that .

面内磁化膜の組成分析においては、元素分析手法としてエネルギー分散型X線分析法(EDX)を採用し、元素分析装置として日本電子株式会社製JEM-ARM200Fを用いた。そして、具体的な分析条件を次のようにした。即ち、X線検出器をSiドリフト検出器とし、X線取出角を21.9°とし、立体角を約0.98srとし、各元素に応じ一般的に適切な分光結晶を用い、測定時間1秒/点とし、走査点間隔を0.6nmとし、照射ビーム径を約0.2nmφとした。以下、本段落に記載の条件を、「手順3の分析条件」と記すことがある。 In the compositional analysis of the in-plane magnetized film, energy dispersive X-ray analysis (EDX) was employed as the elemental analysis method, and JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd. was used as the elemental analyzer. The specific analysis conditions were as follows. That is, the X-ray detector was a Si drift detector, the X-ray extraction angle was 21.9°, the solid angle was approximately 0.98 sr, a generally appropriate spectroscopic crystal was used depending on each element, and the measurement time was 1. seconds/point, the scanning point interval was 0.6 nm, and the irradiation beam diameter was approximately 0.2 nmφ. Hereinafter, the conditions described in this paragraph may be referred to as "analysis conditions for procedure 3."

図8(参考例6の観察像)中の黒線(黒丸62の点を通る面内磁化膜の厚さ方向の線)に沿って行った線分析(元素分析)の結果を図9に示す。図9において、縦軸は各元素についての検出強度、横軸は走査位置である。図9内の凡例に示す各元素は、十分な検出強度を確認できた元素であり、この参考例6の場合、十分な検出強度を確認できた元素は、Co、Pt、W、O、Ruであった。また、この参考例6の組成分析においては、Co、Oの検出にはKα1線を選択し、Pt、Ru、Wの検出にはLα1線を選択した。また、各検出強度においては、事前に測定したブランク測定における検出強度を差し引く補正を施した。図8の線分析の最終端(最下端)は、Si基板である。この箇所は理論上Siおよび表面酸化によるO以外は検出されない。そのため、この箇所で検出されたSi、O以外の検出値は当該装置における不可避な検出誤差値と考えられるので、この値より検出強度が大きな値を示した場合にのみ、当該元素の存在を示すものとした。 Figure 9 shows the results of line analysis (elemental analysis) conducted along the black line (line in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point of black circle 62) in Figure 8 (observation image of Reference Example 6). . In FIG. 9, the vertical axis represents the detection intensity for each element, and the horizontal axis represents the scanning position. Each element shown in the legend in FIG. 9 is an element for which sufficient detection intensity was confirmed. In the case of this reference example 6, the elements for which sufficient detection intensity was confirmed are Co, Pt, W, O, and Ru. Met. Further, in the composition analysis of Reference Example 6, the Kα1 line was selected for the detection of Co and O, and the Lα1 line was selected for the detection of Pt, Ru, and W. In addition, each detection intensity was corrected by subtracting the detection intensity in a blank measurement measured in advance. The final end (lowest end) of the line analysis in FIG. 8 is the Si substrate. Theoretically, nothing other than Si and O due to surface oxidation is detected at this location. Therefore, detection values other than Si and O detected at this location are considered to be unavoidable detection error values in the device, so only when the detection intensity shows a value greater than this value does it indicate the presence of the element in question. I took it as a thing.

参考例6は組成が(Co-45Pt)-30vol%WO3であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3である下部磁性層を1nm設け、その直上に、組成が(Co-45Pt)-10vol%WO3であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3である上部磁性層を29nm設ける成膜を行った。また最上層には面内磁化膜の酸化防止を目的としてTa層を10nm設け、この層の成膜には100at%Taのスパッタリングターゲットを用いた。 Reference Example 6 uses a sputtering target with a composition of (Co-45Pt)-30 vol% WO 3 and a 1 nm-thick lower magnetic layer with a composition of (Co-52.0Pt)-30.9 vol% WO 3 . Immediately above, a 29 nm thick upper magnetic layer with a composition of (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 was formed using a sputtering target with a composition of (Co-45Pt)-10 vol% WO 3 . went. Further, a 10 nm thick Ta layer was provided as the uppermost layer for the purpose of preventing oxidation of the in-plane magnetization film, and a 100 at % Ta sputtering target was used to form this layer.

図9に示す線分析の結果からわかるように、面内磁化膜においては主にCo、Pt、W、Oが確認され、下地膜においては主にRu、酸化防止層には主にTaが確認された。面内磁化膜と接する各層の界面には、成膜中におけるスパッタ熱によって、上下に隣り合う各層の元素がお互いに拡散している状態が一部に確認されるが、面内磁化膜の各主要元素の分布をみる限り、おおよそ設計した通りの成膜が行われていることを確認することができた。 As can be seen from the line analysis results shown in Figure 9, Co, Pt, W, and O were mainly found in the in-plane magnetization film, Ru was mainly found in the base film, and Ta was mainly found in the antioxidation layer. It was done. At the interface of each layer in contact with the in-plane magnetized film, a state in which the elements of the vertically adjacent layers are diffused into each other due to the sputtering heat during film formation is partially confirmed. Looking at the distribution of major elements, it was confirmed that the film was formed roughly as designed.

[手順4]手順3で行った線分析(面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のために行った線分析)の結果から、組成の変動の少ない測定点の集合箇所を選び出す。組成の変動の少ない測定点の集合箇所は、次の条件a~cを満たす測定点の集合箇所のことである。 [Procedure 4] From the results of the line analysis performed in Step 3 (line analysis performed for elemental analysis in the thickness direction of the in-plane magnetized film), select points where measurement points with little variation in composition gather. A gathering point of measurement points with little variation in composition is a gathering point of measurement points satisfying the following conditions a to c.

条件a)手順3で行った3つの直線の線分析のうちのいずれかについての測定点であって、CoおよびPtの検出強度の合計が300カウントを超える測定点であること。 Condition a) It is a measurement point for any one of the three straight line analyzes performed in step 3, and the measurement point has a total detection intensity of Co and Pt exceeding 300 counts.

条件b)当該測定点でのCoおよびPtの検出強度の合計をXカウント、当該測定点での測定を行った後の次の測定点(当該測定点から0.6nm下方に離れて隣り合う測定点)でのCoおよびPtの検出強度の合計をYカウントとしたとき、
Y/X-1<0.05
を満たすこと。
Condition b) The sum of the detected intensities of Co and Pt at the relevant measurement point is counted as When the sum of the detection intensities of Co and Pt at point ) is taken as Y count,
Y/X-1<0.05
to satisfy.

条件c)条件aおよびbを満たす5点以上の連続する測定点であること。 Condition c) Five or more consecutive measurement points satisfying conditions a and b.

条件a~cを満たす測定点の集合箇所は、5点以上の連続する測定点であるので、0.6nm×4=2.4nm以上の直線領域となる。したがって、条件a~cを満たす測定点の集合箇所は、2.4nm以上の範囲で、安定してCoおよびPtのうちの少なくともいずれか一方が検出される直線領域である。 Since the gathering point of the measurement points satisfying the conditions a to c is five or more consecutive measurement points, it becomes a linear region of 0.6 nm×4=2.4 nm or more. Therefore, the gathering point of the measurement points satisfying the conditions a to c is a linear region where at least one of Co and Pt is stably detected in a range of 2.4 nm or more.

[手順5]手順4で選び出した測定点の集合から任意の1つの測定点を選択して、面内磁化膜の組成分析のための基準点とする(図8において二重白丸66で示す)。そして、その基準点を含むように、組成分析を行う面内磁化膜の面内方向(図8の観察像の長手方向)に左右に補助線(図8において黒破線68)を引き、その補助線上の100nmの直線領域(図8において白破線70で示す。)について、手順3の分析条件と同様の分析条件で、組成分析を行う。組成分析の対象部位となる白破線70は、先に行った厚さ方向の線分析によって生じたコンタミネーションを避ける観点から、厚さ方向の線分析の箇所(図8において白線64Aに対し10nm以上離れた距離(図8において両端に矢印を付した白線72で示す。)となるように設定した。この組成分析では、100nmの直線領域について、線分析を、走査点間隔0.6nmで行うので、合計で167点の測定点における分析結果が得られる。 [Step 5] Select any one measurement point from the set of measurement points selected in step 4 and use it as a reference point for compositional analysis of the in-plane magnetized film (indicated by a double white circle 66 in FIG. 8). . Then, auxiliary lines (black broken lines 68 in FIG. 8) are drawn left and right in the in-plane direction of the in-plane magnetized film for which compositional analysis is to be performed (the longitudinal direction of the observed image in FIG. 8) so as to include the reference point. A compositional analysis is performed on a 100 nm linear region on the line (indicated by a white broken line 70 in FIG. 8) under the same analysis conditions as in step 3. The white broken line 70, which is the target area for compositional analysis, is the area where the line analysis in the thickness direction is performed (10 nm or more with respect to the white line 64A in FIG. The distance between the two points was set so that they were separated from each other (indicated by the white line 72 with arrows at both ends in FIG. , analysis results at a total of 167 measurement points are obtained.

[手順6]検出された元素ごとに、167点の測定点についての検出強度(カウント数)の平均値を算出する。検出された各元素の検出強度(カウント数)の平均値の比が、当該面内磁化膜の各元素の組成比となる。 [Step 6] For each detected element, calculate the average value of the detection intensity (number of counts) for the 167 measurement points. The ratio of the average values of the detection intensities (number of counts) of each detected element becomes the composition ratio of each element in the in-plane magnetized film.

なお、EDXにおける分析においては、酸素(O)等の軽元素の蛍光X線が、白金(Pt)等の重元素の蛍光X線に吸収されることは避けられないが、本発明に係る面内磁化膜においては、酸素(O)等の軽元素と白金(Pt)等の重元素とが混在する。このため、酸素(O)に関しては、酸化物として存在する金属(参考例6ではW)が全て適切に酸化した状態(参考例6ではWO3)になっているものとして、当該面内磁化膜の組成を決定した。 Note that in EDX analysis, it is inevitable that fluorescent X-rays from light elements such as oxygen (O) are absorbed by fluorescent X-rays from heavy elements such as platinum (Pt). In the inner magnetization film, light elements such as oxygen (O) and heavy elements such as platinum (Pt) coexist. Therefore, regarding oxygen (O), it is assumed that all the metals that exist as oxides (W in Reference Example 6) are in an appropriately oxidized state (WO 3 in Reference Example 6). The composition of

参考例1~8の面内磁化膜の作製に用いたスパッタリングターゲットの組成と、参考例1~8の面内磁化膜についての組成分析の結果を、次の表4に示す。 The compositions of the sputtering targets used to fabricate the in-plane magnetized films of Reference Examples 1 to 8 and the results of composition analysis for the in-plane magnetized films of Reference Examples 1 to 8 are shown in Table 4 below.

Figure 0007438845000004
Figure 0007438845000004

表4に示すように、スパッタリングターゲットの組成と、当該スパッタリングターゲットを用いて作製した面内磁化膜の組成との間にずれが生じるので、このずれを補正して、前記(A)~(C)で記載した実施例および比較例におけるCoPt-WO3面内磁化膜の組成を決定している。 As shown in Table 4, there is a discrepancy between the composition of the sputtering target and the composition of the in-plane magnetized film produced using the sputtering target. ) The compositions of the CoPt--WO 3 in-plane magnetized films in the Examples and Comparative Examples described in 1.) were determined.

なお、図8において、符号62、64、64A、66、68、70、72で示す丸印や直線等は、組成分析の方法を説明するために便宜的に付したものであり、実際に測定を行った箇所と対応しているわけではない。 In FIG. 8, the circles and straight lines indicated by the symbols 62, 64, 64A, 66, 68, 70, and 72 are added for convenience to explain the method of composition analysis, and are not used in actual measurements. It does not necessarily correspond to the location where it was performed.

<(E)Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析(実施例2、6、9~12、比較例1、3、4)>
実施例2、6、9~12、比較例1、3、4において、Ru下地膜およびその直上のCoPt面内磁化膜の膜厚方向断面におけるPt量推移の分析を行った。以下、行った分析の手法の手順について概要を説明した後、各手順の内容を具体的に説明する。ここでは実施例9における分析結果に基づいて説明する。
<(E) Analysis of Pt amount transition in the film thickness direction cross section of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film directly above it (Examples 2, 6, 9 to 12, Comparative Examples 1, 3, 4)>
In Examples 2, 6, 9 to 12, and Comparative Examples 1, 3, and 4, changes in the amount of Pt in the cross section in the film thickness direction of the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film immediately above it were analyzed. Below, after an overview of the steps of the analysis method used, the content of each step will be specifically explained. Here, explanation will be given based on the analysis results in Example 9.

[手順の概要]面内磁化膜の厚さ方向に組成分析のための線分析を行い、面内磁化膜の厚さ方向断面の線分析実施箇所から、組成の変動の少ない箇所を選び出す(手順1~4)。そして、その組成の変動の少ない箇所に含まれる任意の測定点を含むように、面内磁化膜の面内方向に左右に補助線を引く。そして、その補助線およびRu下地膜中のPt量が0となる部位を含む正方形領域(縦100nm×横100nm)を設定する(手順5)。設定した正方形領域(縦100nm×横100nm)について、Ptについての元素マッピングを行う(手順6)。そして、Ptについての元素マッピングの結果から、縦方向(膜厚方向)1nmあたりの平均のPt量を算出して、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜までのPt量の推移をグラフ化(縦軸:規格化されたPt検出量、横軸:縦方向(膜厚方向)の距離)する(手順7)。手順7で得たグラフから、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域のPt量推移の傾きk(1/nm)を算出する(手順8)。 [Summary of the procedure] Perform line analysis for compositional analysis in the thickness direction of the in-plane magnetized film, and select locations where the composition has little variation from the locations where the line analysis is performed in the cross-section in the thickness direction of the in-plane magnetized film (Procedure 1-4). Then, auxiliary lines are drawn left and right in the in-plane direction of the in-plane magnetized film so as to include arbitrary measurement points included in locations where the composition has little variation. Then, a square region (100 nm long x 100 nm wide) including the auxiliary line and a portion where the amount of Pt in the Ru base film is 0 is set (step 5). Element mapping for Pt is performed for the set square area (100 nm long x 100 nm wide) (step 6). Then, from the elemental mapping results for Pt, the average Pt amount per 1 nm in the vertical direction (film thickness direction) was calculated, and the transition of the Pt amount from the Ru base film to the CoPt in-plane magnetized film was graphed (vertical). Axis: standardized detected amount of Pt, horizontal axis: distance in the vertical direction (film thickness direction) (Step 7). From the graph obtained in step 7, the slope k (1/nm) of the transition of the amount of Pt in the boundary region where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetization film is calculated (step 8).

Ru下地膜とCoPt面内磁化膜との境界領域であるRu下地膜表面の凹凸部においてPt量が少ない(Ru下地膜表面の凹部内におけるPtの存在量が少ない)と、縦方向(膜厚方向)に1nmごとに検出したPt量は、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、急激に大きくなる(Pt量の推移を示すグラフの傾きkが大きくなる)。換言すれば、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)が大きいということは、Ru下地膜表面の凹部内におけるPtの存在量が少ないということであり、Ru下地膜上に形成されたCoPt面内磁化膜内のCoPt合金磁性結晶粒同士の間の磁気的な相互作用が弱いということであり、当該CoPt面内磁化膜の保磁力Hcが大きくなる方向に作用する。 If the amount of Pt is small in the concave and convex portions of the surface of the Ru base film, which is the boundary region between the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film (the amount of Pt present in the concavities on the surface of the Ru base film is small), the amount of Pt in the longitudinal direction (film thickness The amount of Pt detected every 1 nm in the direction) suddenly increases in the boundary region where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetized film (the slope k of the graph showing the change in the amount of Pt increases). In other words, in the boundary region where the Ru underlayer changes to the CoPt in-plane magnetized film, the slope k (1/nm) of the graph showing the change in the amount of Pt is large, which means that the Pt in the recesses on the surface of the Ru underlayer is large. This means that the amount of CoPt alloy magnetic crystal grains in the CoPt in-plane magnetized film formed on the Ru base film is weak. It acts in the direction of increasing the coercive force Hc of the magnetized film.

以下、手順1~8の内容を具体的に説明する。 The contents of steps 1 to 8 will be explained in detail below.

[手順1]組成分析の対象となる面内磁化膜を面内方向と直交する方向(面内磁化膜の厚さ方向)に、平行な2面で切断するとともに、得られた2つの平行な切断面の間の距離が30nm程度となるまで、FIB法(μ-サンプリング法)により薄片化処理を行う。この薄片化処理を行った後の薄片化サンプル80の形状を、図10に模式的に示す。図10に示すように、薄片化サンプル80の形状は概ね直方体形状である。前記2つの平行な切断面の間の距離が30nm程度であり、直方体形状の薄片化サンプル80の面内方向の1辺の長さは30nm程度であるが、他の2辺の長さは、走査透過電子顕微鏡による観察が可能であれば、適宜に定めてよい。 [Step 1] Cut the in-plane magnetized film to be subjected to composition analysis in two parallel planes in a direction perpendicular to the in-plane direction (thickness direction of the in-plane magnetized film), and cut the obtained two parallel planes. The thinning process is performed by the FIB method (μ-sampling method) until the distance between the cut surfaces becomes about 30 nm. The shape of the exfoliated sample 80 after this exfoliating process is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 10, the shape of the exfoliated sample 80 is approximately a rectangular parallelepiped. The distance between the two parallel cut planes is about 30 nm, and the length of one side in the in-plane direction of the rectangular parallelepiped thinned sample 80 is about 30 nm, but the lengths of the other two sides are: As long as observation using a scanning transmission electron microscope is possible, it may be determined as appropriate.

[手順2]手順1で得られた薄片化サンプル80の切断面(面内磁化膜の厚さ方向の切断面)を、100nmの長さを2cmまで拡大観察可能な(20万倍まで拡大観察可能な)走査透過電子顕微鏡を用いて撮像し、観察像を取得する。得られる観察像は長方形であるが、観察対象の面内磁化膜の最上面と切断面(面内磁化膜の厚さ方向の切断面)とが交わる部位の線が、長方形の観察像の長手方向になるように撮像する。得られた観察像の一例(実施例9の観察像)を図11に示す。面内磁化膜の観察像の取得においては、株式会社日立ハイテクノロジーズ製H-9500を用いた。 [Procedure 2] The cut surface (cut surface in the thickness direction of the in-plane magnetized film) of the thinned sample 80 obtained in Step 1 can be observed with a length of 100 nm magnified to 2 cm (magnified observation up to 200,000 times). (possible) Take an image using a scanning transmission electron microscope to obtain an observation image. The observation image obtained is rectangular, but the line where the top surface of the in-plane magnetized film to be observed intersects the cut plane (the cut plane in the thickness direction of the in-plane magnetized film) is the longitudinal axis of the rectangular observation image. Take an image in the same direction. An example of the obtained observed image (observed image of Example 9) is shown in FIG. To obtain an observation image of the in-plane magnetized film, H-9500 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.

[手順3]手順2で得られた観察像から、面内磁化膜に含まれる任意の点を選び(図11において黒丸82で示す)、その点から、観察像の長手方向に左右10nmの位置に点をそれぞれ付す(図11において白丸84で示す)。そして、黒丸82の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行うとともに、白丸84の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行って、3つの直線(黒丸82の点を通る厚さ方向の1つの直線および白丸84の点を通る厚さ方向の2つの直線)について、面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のための線分析(上から下に向かう方向に走査)を行う。この元素分析のための線分析を行うに際し、前記3直線の線分析の走査範囲を、原則として面内磁化膜の厚さ方向の全範囲(組成分析の対象が面内磁化膜多層構造の場合は、最上層の面内磁化膜から最下層の面内磁化膜までの全範囲)とすることができるように、1つの黒丸82の点および2つの白丸84の点を選び出すことが必要である。 [Step 3] From the observation image obtained in Step 2, select an arbitrary point included in the in-plane magnetized film (indicated by a black circle 82 in FIG. 11), and from that point, select a position 10 nm left and right in the longitudinal direction of the observation image. A point is attached to each (indicated by a white circle 84 in FIG. 11). Then, line analysis for elemental analysis is performed in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point indicated by the black circle 82, and elemental analysis is performed in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point indicated by the white circle 84. Line analysis for analysis was performed to determine the thickness of the in-plane magnetized film for three straight lines (one straight line in the thickness direction passing through the point of black circle 82 and two straight lines in the thickness direction passing through the point of white circle 84). Line analysis (scanning from top to bottom) for elemental analysis is performed in the horizontal direction. When performing line analysis for this elemental analysis, the scanning range of the three straight lines is, in principle, the entire range in the thickness direction of the in-plane magnetized film (if the target of compositional analysis is a multilayer structure of in-plane magnetized films) It is necessary to select one black circle 82 point and two white circles 84 points so that the total range from the top layer in-plane magnetization film to the bottom layer in-plane magnetization film can be obtained. .

面内磁化膜の組成分析においては、元素分析手法としてエネルギー分散型X線分析法(EDX)を採用し、元素分析装置として日本電子株式会社製JEM-ARM200Fを用いた。そして、具体的な分析条件を次のようにした。即ち、X線検出器をSiドリフト検出器とし、X線取出角を21.9°とし、立体角を約0.98srとし、各元素に応じ一般的に適切な分光結晶を用い、測定時間1秒/点とし、走査点間隔を0.6nmとし、照射ビーム径を約0.2nmφとした。以下、本段落に記載の条件を、「手順3の分析条件」と記すことがある。 In the compositional analysis of the in-plane magnetized film, energy dispersive X-ray analysis (EDX) was employed as the elemental analysis method, and JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd. was used as the elemental analyzer. The specific analysis conditions were as follows. That is, the X-ray detector was a Si drift detector, the X-ray extraction angle was 21.9°, the solid angle was approximately 0.98 sr, a generally appropriate spectroscopic crystal was used depending on each element, and the measurement time was 1. seconds/point, the scanning point interval was 0.6 nm, and the irradiation beam diameter was approximately 0.2 nmφ. Hereinafter, the conditions described in this paragraph may be referred to as "analysis conditions for procedure 3."

図11(実施例9の観察像)中の黒線(黒丸82の点を通る面内磁化膜の厚さ方向の線)に沿って行った線分析(元素分析)の結果を図12に示す。図12において、縦軸は各元素についての検出強度、横軸は走査位置である。図12内の凡例に示す各元素は、十分な検出強度を確認できた元素であり、この実施例9の場合、十分な検出強度を確認できた元素は、Co、Pt、W、O、Ruであった。また、この実施例9の組成分析においては、Co、Oの検出にはKα1線を選択し、Pt、Ru、Wの検出にはLα1線を選択した。また、各検出強度においては、事前に測定したブランク測定における検出強度を差し引く補正を施した。図11の線分析の最終端(最下端)は、Si基板である。この箇所は理論上Siおよび表面酸化によるO以外は検出されない。そのため、この箇所で検出されたSi、O以外の検出値は当該装置における不可避な検出誤差値と考えられるので、この値より検出強度が大きな値を示した場合にのみ、当該元素の存在を示すものとした。 FIG. 12 shows the results of line analysis (elemental analysis) conducted along the black line (line in the thickness direction of the in-plane magnetized film passing through the point of black circle 82) in FIG. 11 (observation image of Example 9). . In FIG. 12, the vertical axis represents the detection intensity for each element, and the horizontal axis represents the scanning position. Each element shown in the legend in FIG. 12 is an element for which sufficient detection intensity was confirmed. In the case of Example 9, the elements for which sufficient detection intensity was confirmed were Co, Pt, W, O, and Ru. Met. Furthermore, in the composition analysis of Example 9, the Kα1 line was selected for the detection of Co and O, and the Lα1 line was selected for the detection of Pt, Ru, and W. In addition, each detection intensity was corrected by subtracting the detection intensity in a blank measurement measured in advance. The final end (lowest end) of the line analysis in FIG. 11 is the Si substrate. Theoretically, nothing other than Si and O due to surface oxidation is detected at this location. Therefore, detection values other than Si and O detected at this location are considered to be unavoidable detection error values in the device, so only when the detection intensity shows a value greater than this value does it indicate the presence of the element in question. I took it as a thing.

実施例9では、組成が(Co-45Pt)-30vol%WO3であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が(Co-52.0Pt)-30.9vol%WO3である下部磁性層を1nm設け、その直上に、組成が(Co-45Pt)-10vol%WO3であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が(Co-51.8Pt)-10.3vol%WO3である上部磁性層を29nm設ける成膜を行った。また、最上層には、面内磁化膜の酸化防止を目的としてTa層を10nm設けた。このTa層の成膜には、100at%Taのスパッタリングターゲットを用いた。 In Example 9, a sputtering target having a composition of (Co-45Pt)-30 vol% WO 3 was used, and a 1 nm thick lower magnetic layer having a composition of (Co-52.0Pt)-30.9 vol% WO 3 was provided. Directly above it, a 29 nm thick upper magnetic layer having a composition of (Co-51.8Pt)-10.3 vol% WO 3 is formed using a sputtering target having a composition of (Co-45Pt)-10 vol% WO 3 I did it. Furthermore, a 10 nm thick Ta layer was provided as the top layer for the purpose of preventing oxidation of the in-plane magnetization film. A 100 at % Ta sputtering target was used to form this Ta layer.

図12に示す線分析の結果からわかるように、面内磁化膜においては主にCo、Pt、W、Oが確認された。面内磁化膜の各主要元素の分布をみる限り、おおよそ設計した通りの成膜が行われていることが確認できた。 As can be seen from the line analysis results shown in FIG. 12, Co, Pt, W, and O were mainly found in the in-plane magnetized film. Looking at the distribution of each major element in the in-plane magnetized film, it was confirmed that the film was formed roughly as designed.

[手順4]手順3で行った線分析(面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のために行った線分析)の結果から、組成の変動の少ない測定点の集合箇所を選び出す。組成の変動の少ない測定点の集合箇所は、次の条件a~cを満たす測定点の集合箇所のことである。 [Procedure 4] From the results of the line analysis performed in Step 3 (line analysis performed for elemental analysis in the thickness direction of the in-plane magnetized film), select points where measurement points with little variation in composition gather. A gathering point of measurement points with little variation in composition is a gathering point of measurement points satisfying the following conditions a to c.

条件a)手順3で行った3つの直線の線分析のうちのいずれかについての測定点であって、CoおよびPtの検出強度の合計が300カウントを超える測定点であること。 Condition a) It is a measurement point for any one of the three straight line analyzes performed in step 3, and the measurement point has a total detection intensity of Co and Pt exceeding 300 counts.

条件b)当該測定点でのCoおよびPtの検出強度の合計をXカウント、当該測定点での測定を行った後の次の測定点(当該測定点から0.6nm下方に離れて隣り合う測定点)でのCoおよびPtの検出強度の合計をYカウントとしたとき、
Y/X-1<0.05
を満たすこと。
Condition b) The sum of the detected intensities of Co and Pt at the relevant measurement point is counted as When the sum of the detection intensities of Co and Pt at point ) is taken as Y count,
Y/X-1<0.05
to satisfy.

条件c)条件aおよびbを満たす5点以上の連続する測定点であること。 Condition c) There must be 5 or more consecutive measurement points that satisfy conditions a and b.

条件a~cを満たす測定点の集合箇所は、5点以上の連続する測定点であるので、0.6nm×4=2.4nm以上の直線領域となる。したがって、条件a~cを満たす測定点の集合箇所は、2.4nm以上の範囲で、安定してCoおよびPtのうちの少なくともいずれか一方が検出される直線領域である。 Since the gathering point of the measurement points satisfying the conditions a to c is five or more consecutive measurement points, it becomes a linear region of 0.6 nm×4=2.4 nm or more. Therefore, the gathering point of the measurement points satisfying the conditions a to c is a linear region where at least one of Co and Pt is stably detected in a range of 2.4 nm or more.

また、以上の測定により、膜厚方向の断面である図11におけるCoPt面内磁化膜の位置を特定することができ、同時にCoPt面内磁化膜の下地膜はRuが主要元素である下地膜であることも確認することができる。 Furthermore, through the above measurements, the position of the CoPt in-plane magnetized film in FIG. 11, which is a cross section in the film thickness direction, can be specified, and at the same time, the base film of the CoPt in-plane magnetized film is a base film whose main element is Ru. You can also confirm that there is.

[手順5]図11において、Ptについての元素マッピングを行う領域として、縦100nm×横100nmの正方形領域200を定める。 [Step 5] In FIG. 11, a square region 200 of 100 nm in length and 100 nm in width is defined as a region for performing elemental mapping for Pt.

正方形領域200の横方向の位置は、縦方向に線分析を行った白線84Aおよび前記(D)で組成分析を行った箇所のどちらからも10nm以上離れた範囲を選定する。図11における両端矢印白線90は、正方形領域200と白線84Aとの間の距離を示しており、この距離は10nm以上とすることが必要である。 The horizontal position of the square region 200 is selected to be a range that is 10 nm or more away from both the white line 84A where the line analysis was performed in the vertical direction and the location where the composition analysis was performed in (D) above. A white line 90 with arrows at both ends in FIG. 11 indicates the distance between the square region 200 and the white line 84A, and this distance needs to be 10 nm or more.

正方形領域200の縦方向の位置は、手順4で選び出した「組成の変動の少ない測定点の集合箇所」内の任意の点である二重白丸86を通る面内方向の補助線(図11において黒破線88で示す。)を含み、かつ、Ru下地膜においてPtが検出されない部位(以下、Pt量0部位と記すことがある。)を含むように選定する。 The vertical position of the square area 200 is determined by an auxiliary line in the in-plane direction passing through the double white circle 86 (in FIG. (indicated by a black broken line 88), and a region where Pt is not detected in the Ru base film (hereinafter sometimes referred to as a region with zero Pt content).

Pt量0部位は、手順4における線分析の結果を用いて確定することができ、具体的には、「Ru下地膜内の部位のPt検出量」を「CoPt面内磁化膜内におけるPt検出量の最大値」で除した値が0.01未満となる「Ru下地膜内の部位」のことである。 The area with zero Pt content can be determined using the line analysis result in Step 4. Specifically, the "detected amount of Pt in the area within the Ru base film" can be determined by the "detected amount of Pt in the CoPt in-plane magnetized film". It refers to the "site within the Ru base film" where the value divided by the "maximum value of the amount" is less than 0.01.

[手順6]取り込み画素数を256×256とし、測定時間1秒/点とし、走査点間隔を1nmとすること以外は、「手順3の分析条件」と同様の条件で、手順5で定めた正方形領域200に対してPtの検出を行い、Ptについての元素マッピングを行う。正方形領域200に対して行った「Ptについての元素マッピング」の結果を示す画像を、図13に示す。 [Step 6] The same conditions as the analysis conditions of Step 3 were used, except that the number of captured pixels was 256 x 256, the measurement time was 1 second/point, and the scanning point interval was 1 nm, as determined in Step 5. Pt is detected in the square region 200, and element mapping for Pt is performed. FIG. 13 shows an image showing the results of "elemental mapping for Pt" performed on the square region 200.

[手順7]手順6で得た「Ptについての元素マッピング」の結果から、縦方向(膜厚方向)1nmあたりの平均のPt量を算出し、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜までのPt量の推移を示すグラフを取得する。 [Step 7] From the results of "elemental mapping for Pt" obtained in step 6, calculate the average Pt amount per 1 nm in the longitudinal direction (film thickness direction), and calculate the Pt content from the Ru base film to the CoPt in-plane magnetized film. Obtain a graph showing the amount over time.

具体的には、縦方向(膜厚方向)1nmあたりの平均のPt量は、当該縦方向(膜厚方向)1nmに対する、横方向(面内方向)のPt検出量の平均値とする。縦方向(膜厚方向)1nmあたりの平均のPt量の算出において用いる横方向(面内方向)の領域の長さは100nm以上とする。得られた縦方向(膜厚方向)1nmあたりの平均のPt量を、「CoPt面内磁化膜内におけるPt検出量の最大値」で除して規格化する(このようにして規格化されたPt量を、以下、「規格化されたPt量」と記す。)。図14は、実施例9についての膜厚方向のPt量の推移を示すグラフ(縦軸:規格化されたPt量、横軸:走査位置)である。図14中の矢印で示す走査位置Xは、実施例9の面内磁化膜の膜厚方向断面を示す図15において、Ru下地膜中のPt量0部位である白破線92の位置Yに対応する。 Specifically, the average amount of Pt per 1 nm in the vertical direction (film thickness direction) is the average value of the detected amount of Pt in the horizontal direction (in-plane direction) with respect to 1 nm in the vertical direction (film thickness direction). The length of the region in the horizontal direction (in-plane direction) used in calculating the average amount of Pt per 1 nm in the vertical direction (film thickness direction) is 100 nm or more. The obtained average Pt amount per 1 nm in the longitudinal direction (thickness direction) is divided by the "maximum detected amount of Pt in the CoPt in-plane magnetized film" to standardize it. The amount of Pt is hereinafter referred to as the "normalized amount of Pt"). FIG. 14 is a graph (vertical axis: normalized Pt amount, horizontal axis: scanning position) showing the transition of the Pt amount in the film thickness direction for Example 9. The scanning position X indicated by the arrow in FIG. 14 corresponds to the position Y of the white broken line 92, which is the region with zero Pt content in the Ru base film, in FIG. 15 showing the cross section in the film thickness direction of the in-plane magnetized film of Example 9. do.

[手順8]図14において、「規格化されたPt量」が2%であるときを、Pt検出の下限界と考え、「規格化されたPt量」が2%を超えた最初のプロットの位置P(2%)に対応する走査位置(nm)から「規格化されたPt量」が80%を超えた最初のプロットの位置P(80%)に対応する走査位置(nm)までの間にある「規格化されたPt量」についてのデータを最小二乗法により直線近似して、Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)を得る。 [Step 8] In Figure 14, when the "normalized Pt amount" is 2%, it is considered the lower limit of Pt detection, and the first plot where the "normalized Pt amount" exceeds 2% is From the scanning position (nm) corresponding to position P (2%) to the scanning position (nm) corresponding to position P (80%) of the first plot where the "normalized Pt amount" exceeds 80% The slope k (1/nm) of the graph showing the transition of the Pt amount is obtained by linearly approximating the data regarding the "normalized Pt amount" in , using the least squares method.

Ru下地膜とCoPt面内磁化膜との境界領域であるRu下地膜表面の凹凸部においてPt量が少ない(Ru下地膜表面の凹部内におけるPtの存在量が少ない)と、「規格化されたPt量」は、Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、急激に大きくなる(Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)が大きくなる)。Ru下地膜の凸部にはCoPt合金磁性結晶粒が堆積しており、Ru下地膜の凸部の先端よりも上方の領域には多量のPtが存在しているからである。 If the amount of Pt is small in the concave and convex portions of the surface of the Ru base film, which is the boundary region between the Ru base film and the CoPt in-plane magnetized film (the amount of Pt present in the concavities on the surface of the Ru base film is small), The amount of Pt rapidly increases in the boundary region where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetization film (the slope k (1/nm) of the graph showing the change in the amount of Pt increases). This is because CoPt alloy magnetic crystal grains are deposited on the protrusions of the Ru base film, and a large amount of Pt is present in the region above the tips of the protrusions of the Ru base film.

Ru下地膜からCoPt面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、Pt量の推移を示すグラフの傾きk(1/nm)が大きいということは、Ru下地膜表面の凹部内におけるPtの存在量が少ないということであり、Ru下地膜上に形成されたCoPt面内磁化膜内のCoPt合金磁性結晶粒同士の間の磁気的な結合が弱いということであり、当該CoPt面内磁化膜の保磁力Hcが大きくなる方向に作用する。 In the boundary region where the Ru base film changes to the CoPt in-plane magnetized film, the slope k (1/nm) of the graph showing the change in the amount of Pt is large, which means that the amount of Pt present in the recesses on the surface of the Ru base film is large. This means that the magnetic coupling between the CoPt alloy magnetic crystal grains in the CoPt in-plane magnetized film formed on the Ru base film is weak, and the coercive force of the CoPt in-plane magnetized film is weak. It acts in the direction of increasing Hc.

なお、図11において、符号82、84、84A、86、88、90、200で示す丸印や直線等は、組成分析の方法を説明するために便宜的に付したものであり、実際に測定を行った箇所と対応しているわけではない。 Note that in FIG. 11, the circles and straight lines indicated by the symbols 82, 84, 84A, 86, 88, 90, and 200 are added for convenience to explain the method of composition analysis, and are not used in actual measurements. It does not necessarily correspond to the location where it was performed.

本発明に係る面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子は、保磁力Hcが2.00kOe以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Mrtが2.00memu/cm2以上であるという磁気的性能を、加熱成膜を行わずに実現することができ、産業上の利用可能性を有する。 The in-plane magnetized film, the in-plane magnetized film multilayer structure, the hard bias layer, and the magnetoresistive element according to the present invention have a coercive force Hc of 2.00 kOe or more and a residual magnetization Mrt per unit area of 2.00 memu. A magnetic performance of /cm 2 or higher can be achieved without thermal film formation, and has industrial applicability.

10…面内磁化膜
10A…下部磁性層
10B…上部磁性層
12、26…磁気抵抗効果素子
14、28…ハードバイアス層
16…フリー磁性層
20…面内磁化膜多層構造
22…非磁性中間層
24…追加面内磁化膜
40…下地膜
40A、42A…凸部
40B、42B…凹部
42…Ru下地膜
44…スパッタ粒子
46…CoPt合金相
48…酸化物(WO3)相
50…絶縁層
52…ピン層
54…バリア層
60…薄片化サンプル
62…黒丸(面内磁化膜に含まれる任意の点)
64…白丸(黒丸62から観察像の長手方向に左右10nmの位置の点)
64A…白線
66…二重白丸(面内磁化膜の組成分析のための基準点)
68…黒破線(二重白丸66(基準点)から観察像の長手方向に引いた補助線)
70…白破線(黒破線68(補助線)上の100nmの直線領域)
72…両端に矢印を付した白線(白線64Aに対し10nm以上離れた距離を示す)
80…薄片化サンプル
82…黒丸(面内磁化膜に含まれる任意の点)
84…白丸(黒丸82から観察像の長手方向に左右10nmの位置の点)
84A…白線
86…二重白丸(面内磁化膜の組成分析のための基準点)
88…黒破線(二重白丸86(基準点)から観察像の長手方向に引いた補助線)
90…両端矢印白線
92…白破線
200…正方形領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... In-plane magnetized film 10A... Lower magnetic layer 10B... Upper magnetic layer 12, 26... Magnetoresistive element 14, 28... Hard bias layer 16... Free magnetic layer 20... In-plane magnetized film multilayer structure 22... Nonmagnetic intermediate layer 24... Additional in-plane magnetized film 40... Base film 40A, 42A... Convex portion 40B, 42B... Concave part 42... Ru base film 44... Sputtered particles 46... CoPt alloy phase 48... Oxide (WO 3 ) phase 50... Insulating layer 52 ... Pinned layer 54 ... Barrier layer 60 ... Thinned sample 62 ... Black circle (any point included in the in-plane magnetized film)
64... White circle (point located 10 nm left and right in the longitudinal direction of the observed image from black circle 62)
64A...White line 66...Double white circle (reference point for compositional analysis of in-plane magnetized film)
68... Black broken line (auxiliary line drawn from the double white circle 66 (reference point) in the longitudinal direction of the observed image)
70... White broken line (100 nm straight line area on black broken line 68 (auxiliary line))
72...White line with arrows at both ends (indicates a distance of 10 nm or more from white line 64A)
80... Thinned sample 82... Black circle (any point included in the in-plane magnetized film)
84... White circle (point located 10 nm left and right in the longitudinal direction of the observed image from black circle 82)
84A...White line 86...Double white circle (reference point for compositional analysis of in-plane magnetized film)
88... Black broken line (auxiliary line drawn from double white circle 86 (reference point) in the longitudinal direction of the observed image)
90...White line with arrows at both ends 92...White broken line 200...Square area

Claims (13)

表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜であって、
金属Ptおよび酸化物を含有してなり、厚さが20nm以上80nm以下であり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は0.2nm以上1nm以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはPtが含まれておらず、
前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、
当該面内磁化膜は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm 2 以上であることを特徴とする面内磁化膜。
An in-plane magnetized film formed on a base film having an uneven surface and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element,
It contains metal Pt and an oxide, and has a thickness of 20 nm or more and 80 nm or less,
Containing metal Pt of 20 at% or more and 55 at% or less with respect to the total metal component of the in-plane magnetized film,
The distance from the bottom of the concave part of the unevenness of the base film to the top of the convex part of the unevenness is 0.2 nm or more and 1 nm or less,
Pt is not included in the convex portions of the unevenness of the base film,
The slope of the transition of the amount of Pt in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film is 8 (1/nm) or more,
The in-plane magnetized film has a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more .
下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜であって、
金属Ptおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下地膜の上に設けられた下部磁性層と、
金属Ptおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、前記下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、
を備えており、
前記下部磁性層の厚さは0.2nm以上8nm以下であり、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜の厚さは20nm以上80nm以下であり、
前記下部磁性層は、前記上部磁性層よりも、前記酸化物の含有量が多く、
前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm2以上であることを特徴とする面内磁化膜。
An in-plane magnetized film formed on a base film and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element,
a lower magnetic layer containing metal Pt and an oxide, containing 20 at% or more and 55 at% or less of metal Pt with respect to the total metal component, and provided on the base film;
an upper magnetic layer containing metal Pt and the oxide, containing 20 at% or more and 55 at% or less of metal Pt with respect to the total metal component, and provided on the lower magnetic layer;
It is equipped with
The thickness of the lower magnetic layer is 0.2 nm or more and 8 nm or less, and the thickness of the in-plane magnetized film comprising the lower magnetic layer and the upper magnetic layer is 20 nm or more and 80 nm or less,
The lower magnetic layer has a higher content of the oxide than the upper magnetic layer,
The in-plane magnetized film comprising the lower magnetic layer and the upper magnetic layer has a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more. An in-plane magnetized film characterized by:
前記下部磁性層は前記酸化物を25vol%以上35vol%以下含有し、前記上部磁性層は前記酸化物を5vol%以上15vol%以下含有することを特徴とする請求項2に記載の面内磁化膜。 The in-plane magnetized film according to claim 2, wherein the lower magnetic layer contains the oxide at 25 vol% or more and 35 vol% or less, and the upper magnetic layer contains the oxide at 5 vol% or more and 15 vol% or less. . 前記面内磁化膜は、金属Coを、金属成分の合計に対して45at%以上80at%以下含有していることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の面内磁化膜。 4. The in-plane magnetized film according to claim 1, wherein the in-plane magnetized film contains metal Co at 45 at% or more and 80 at% or less based on the total metal components. 前記面内磁化膜は、ホウ素を、金属成分の合計に対して0.5at%以上3.5at%以下含有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面内磁化膜。 The in-plane magnetization film according to any one of claims 1 to 4, wherein the in-plane magnetization film contains boron from 0.5 at% to 3.5 at% based on the total metal components. film. 前記酸化物は、Ti、Si、W、B、Mo、Ta、Nbの酸化物のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の面内磁化膜。 6. The in-plane magnetized film according to claim 1, wherein the oxide contains at least one of oxides of Ti, Si, W, B, Mo, Ta, and Nb. 表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜多層構造であって、
複数の面内磁化膜と、
非磁性中間層と、
を有してなり、
前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜同士の間に配置されており、かつ、前記非磁性中間層を挟んで隣り合う前記面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、
前記面内磁化膜は、
金属Ptおよび酸化物を含有してなり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、
前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは30nm以上であり、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は0.2nm以上1nm以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはPtが含まれておらず、
前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、
当該面内磁化膜多層構造は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm 2 以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造。
An in-plane magnetized film multilayer structure formed on a base film having an uneven surface and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element,
a plurality of in-plane magnetized films;
a non-magnetic intermediate layer;
It has
The non-magnetic intermediate layer is disposed between the in-plane magnetized films, and the in-plane magnetized films adjacent to each other with the non-magnetic intermediate layer in between are ferromagnetically coupled to each other,
The in-plane magnetized film is
Contains metal Pt and an oxide,
Containing metal Pt from 20 at% to 55 at% with respect to the total metal component of the in-plane magnetized film,
The total thickness of the plurality of in-plane magnetized films is 30 nm or more,
The distance from the bottom of the concave part of the unevenness of the base film to the top of the convex part of the unevenness is 0.2 nm or more and 1 nm or less,
Pt is not included in the convex portions of the unevenness of the base film,
The slope of the transition of the amount of Pt in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film directly above the base film is 8 (1/nm) or more,
The in-plane magnetized film multilayer structure has a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more .
表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層として用いられる面内磁化膜多層構造であって、
複数の面内磁化膜と、
非磁性中間層と、
を有してなり、
前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜同士の間に配置されており、かつ、前記非磁性中間層を挟んで隣り合う前記面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、
前記面内磁化膜は、
金属Ptおよび酸化物を含有してなり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ptを20at%以上55at%以下含有し、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は0.2nm以上1nm以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはPtが含まれておらず、
前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるPt量推移の傾きが8(1/nm)以上であり、
当該面内磁化膜多層構造は、保磁力が2.00kOe以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が2.00memu/cm2以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造。
An in-plane magnetized film multilayer structure formed on a base film having an uneven surface and used as a hard bias layer of a magnetoresistive element,
a plurality of in-plane magnetized films;
a non-magnetic intermediate layer;
It has
The non-magnetic intermediate layer is disposed between the in-plane magnetized films, and the in-plane magnetized films adjacent to each other with the non-magnetic intermediate layer in between are ferromagnetically coupled to each other,
The in-plane magnetized film is
Contains metal Pt and an oxide,
Containing metal Pt from 20 at% to 55 at% with respect to the total metal component of the in-plane magnetized film,
The distance from the bottom of the concave part of the unevenness of the base film to the top of the convex part of the unevenness is 0.2 nm or more and 1 nm or less,
Pt is not included in the convex portions of the unevenness of the base film,
The slope of the transition of the amount of Pt in the boundary region transitioning from the base film to the in-plane magnetized film directly above the base film is 8 (1/nm) or more,
The in-plane magnetized film multilayer structure has a coercive force of 2.00 kOe or more and a residual magnetization per unit area of 2.00 memu/cm 2 or more.
前記非磁性中間層は、RuまたはRu合金からなることを特徴とする請求項7または8に記載の面内磁化膜多層構造。 9. The in-plane magnetized film multilayer structure according to claim 7, wherein the nonmagnetic intermediate layer is made of Ru or Ru alloy. 前記非磁性中間層の厚さは、0.3nm以上3nm以下であることを特徴とする請求項7~9のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。 The in-plane magnetized film multilayer structure according to any one of claims 7 to 9, wherein the thickness of the nonmagnetic intermediate layer is 0.3 nm or more and 3 nm or less. 前記面内磁化膜の1層あたりの厚さは、5nm以上30nm以下であることを特徴とする請求項7~10のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。 The in-plane magnetized film multilayer structure according to any one of claims 7 to 10, wherein the thickness of each layer of the in-plane magnetized film is 5 nm or more and 30 nm or less. 請求項1~6のいずれかに記載の面内磁化膜、または請求項7~11のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造を有してなることを特徴とするハードバイアス層。 A hard bias layer comprising the in-plane magnetized film according to any one of claims 1 to 6, or the in-plane magnetized film multilayer structure according to any one of claims 7 to 11. 請求項12に記載のハードバイアス層を有してなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 A magnetoresistive element comprising the hard bias layer according to claim 12.
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