JPH06163303A - 単結晶磁性薄膜の製造方法 - Google Patents
単結晶磁性薄膜の製造方法Info
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- JPH06163303A JPH06163303A JP32990992A JP32990992A JPH06163303A JP H06163303 A JPH06163303 A JP H06163303A JP 32990992 A JP32990992 A JP 32990992A JP 32990992 A JP32990992 A JP 32990992A JP H06163303 A JPH06163303 A JP H06163303A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分子線エピタキシー等を用いることなく、通
常のスパッタ法により半導体等の基板上に立方晶のＦｅ
又はＦｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又は
Ｆｅ基合金の単結晶磁性薄膜を容易に得ることを可能と
した製造方法である。 【構成】 基板又は下地膜が形成された基板上にスパッ
タ法によって、基板にＤＣバイアスを印加しながらＦｅ
又はＦｅ基合金を成膜する。 【効果】 上記の基板へのＤＣバイアスの印加により、
基板上にＦｅ又はＦｅ基合金のエピタキシャル成長が行
なわれ、基板又は下地膜があるときはその下地膜の結晶
面に平行に配向したＦｅ又はＦｅ基合金の単結晶磁性薄
膜が得られる。
常のスパッタ法により半導体等の基板上に立方晶のＦｅ
又はＦｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又は
Ｆｅ基合金の単結晶磁性薄膜を容易に得ることを可能と
した製造方法である。 【構成】 基板又は下地膜が形成された基板上にスパッ
タ法によって、基板にＤＣバイアスを印加しながらＦｅ
又はＦｅ基合金を成膜する。 【効果】 上記の基板へのＤＣバイアスの印加により、
基板上にＦｅ又はＦｅ基合金のエピタキシャル成長が行
なわれ、基板又は下地膜があるときはその下地膜の結晶
面に平行に配向したＦｅ又はＦｅ基合金の単結晶磁性薄
膜が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば磁気記録装置な
どに用いられる磁性薄膜の製造方法に関し、特に磁性薄
膜の結晶面を所定の方向に配向させて単結晶磁性薄膜を
得る単結晶磁性薄膜の製造方法に関するものである。
どに用いられる磁性薄膜の製造方法に関し、特に磁性薄
膜の結晶面を所定の方向に配向させて単結晶磁性薄膜を
得る単結晶磁性薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、磁界を検出する磁気ヘッドには誘
導型と磁気抵抗効果型の２種類が知られており、そのう
ち磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが、高密度磁気記録にお
ける再生用磁気ヘッドとして研究が進められている。
導型と磁気抵抗効果型の２種類が知られており、そのう
ち磁気抵抗効果型の磁気ヘッドが、高密度磁気記録にお
ける再生用磁気ヘッドとして研究が進められている。
【０００３】高密度磁気記録に対し高い再生性能を有す
る磁気ヘッドを実用化するためには、磁気ヘッドのコア
材料に高い磁気抵抗効果を有する磁性薄膜を用いること
が必要である。
る磁気ヘッドを実用化するためには、磁気ヘッドのコア
材料に高い磁気抵抗効果を有する磁性薄膜を用いること
が必要である。
【０００４】従来、ＧａＡｓ（００１）基板上に成膜し
た体心立方構造をとるＦｅとＣｒの（００１）面が膜面
に平行に配向しているＦｅ／Ｃｒ人工格子膜において、
比抵抗変化量が室温においても約２０％に達することが
報告されている［Phys. Rev.Lett., 61,2472 (198
8)］。このような大きな比抵抗変化量を持つ磁性薄膜を
利用すれば、飛躍的に大きな出力を持つ磁気抵抗効果型
素子を得ることが可能になる。
た体心立方構造をとるＦｅとＣｒの（００１）面が膜面
に平行に配向しているＦｅ／Ｃｒ人工格子膜において、
比抵抗変化量が室温においても約２０％に達することが
報告されている［Phys. Rev.Lett., 61,2472 (198
8)］。このような大きな比抵抗変化量を持つ磁性薄膜を
利用すれば、飛躍的に大きな出力を持つ磁気抵抗効果型
素子を得ることが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に磁性
薄膜の比抵抗変化量はその結晶方位によって大きく異な
り、上記のＦｅ／Ｃｒ人工格子が大きな比抵抗変化量を
持つには、そのＦｅ−Ｃｒ合金薄膜の（００１）面が膜
面に平行に配向していることが重要であると考えられ
る。
薄膜の比抵抗変化量はその結晶方位によって大きく異な
り、上記のＦｅ／Ｃｒ人工格子が大きな比抵抗変化量を
持つには、そのＦｅ−Ｃｒ合金薄膜の（００１）面が膜
面に平行に配向していることが重要であると考えられ
る。
【０００６】しかし、体心立方構造を持つＦｅは一般に
（１１０）面が配向し易く、このためＧａＡｓ単結晶等
の（００１）半導体基板上にエピタキシャル成長を行な
わせるには、分子線エピタキシー等の高真空成膜方法を
用いなければならない問題があった。
（１１０）面が配向し易く、このためＧａＡｓ単結晶等
の（００１）半導体基板上にエピタキシャル成長を行な
わせるには、分子線エピタキシー等の高真空成膜方法を
用いなければならない問題があった。
【０００７】又分子線エピタキシー等の高真空成膜方法
により、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ等の半導体基板上に強磁性
体の薄膜が形成でき、強磁性体と半導体を組合せた新た
なデバイスの可能性が示唆されている［Science, 250,1
092 (1990)］。しかし、これには分子線エピタキシー等
の高真空成膜方法を用いる必要がある。
により、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ等の半導体基板上に強磁性
体の薄膜が形成でき、強磁性体と半導体を組合せた新た
なデバイスの可能性が示唆されている［Science, 250,1
092 (1990)］。しかし、これには分子線エピタキシー等
の高真空成膜方法を用いる必要がある。
【０００８】更に分子線エピタキシー法によりＦｅ−Ａ
ｌ合金の磁性薄膜を形成することが考えられるが、この
場合、Ａｌを蒸発させるためにはハクヌードセンセルを
用いて加熱すればよいものの、Ｆｅは融点が高いために
エレクトロンビームガンを用いる必要が生じる。そのた
め得られるＦｅ−Ａｌ合金の薄膜に、高エネルギー粒子
により表面欠陥が入る恐れがある。
ｌ合金の磁性薄膜を形成することが考えられるが、この
場合、Ａｌを蒸発させるためにはハクヌードセンセルを
用いて加熱すればよいものの、Ｆｅは融点が高いために
エレクトロンビームガンを用いる必要が生じる。そのた
め得られるＦｅ−Ａｌ合金の薄膜に、高エネルギー粒子
により表面欠陥が入る恐れがある。
【０００９】本発明の目的は、分子線エピタキシー等の
高真空成膜方法を用いることなく、通常のスパッタ法に
より半導体等の基板上に体心立方晶構造を持つＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ
基合金の単結晶磁性薄膜を容易に得ることを可能とした
単結晶磁性薄膜の製造方法を提供することである。
高真空成膜方法を用いることなく、通常のスパッタ法に
より半導体等の基板上に体心立方晶構造を持つＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ
基合金の単結晶磁性薄膜を容易に得ることを可能とした
単結晶磁性薄膜の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
単結晶磁性薄膜の製造方法にて達成される。要約すれば
本発明は、基板又は下地膜が形成された基板上にスパッ
タ法によって、前記基板にＤＣバイアスを印加しなが
ら、体心立方晶構造を有するＦｅ又はＦｅ基合金の薄膜
を形成することにより、前記基板上にその結晶面が前記
基板又は下地膜表面の結晶面と平行に配向されたＦｅ又
はＦｅ基合金の単結晶磁性薄膜を得ることを特徴とする
単結晶磁性薄膜の製造方法である。好ましくは、前記基
板又は下地膜表面の結晶面が（１００）面、（１１０）
面又は（１１１）面であり、得られる単結晶磁性薄膜の
結晶面がそれぞれ（１００）面、（１１０）面又は（１
１１）面である。
単結晶磁性薄膜の製造方法にて達成される。要約すれば
本発明は、基板又は下地膜が形成された基板上にスパッ
タ法によって、前記基板にＤＣバイアスを印加しなが
ら、体心立方晶構造を有するＦｅ又はＦｅ基合金の薄膜
を形成することにより、前記基板上にその結晶面が前記
基板又は下地膜表面の結晶面と平行に配向されたＦｅ又
はＦｅ基合金の単結晶磁性薄膜を得ることを特徴とする
単結晶磁性薄膜の製造方法である。好ましくは、前記基
板又は下地膜表面の結晶面が（１００）面、（１１０）
面又は（１１１）面であり、得られる単結晶磁性薄膜の
結晶面がそれぞれ（１００）面、（１１０）面又は（１
１１）面である。
【００１１】本発明者等は、分子線エピタキシー等の高
真空成膜方法を用いることなく、通常のスパッタ法によ
り、半導体等の基板上に体心立方晶構造を持つＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ
基合金の単結晶磁性薄膜を得るべく鋭意研究を重ねた。
真空成膜方法を用いることなく、通常のスパッタ法によ
り、半導体等の基板上に体心立方晶構造を持つＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ
基合金の単結晶磁性薄膜を得るべく鋭意研究を重ねた。
【００１２】その結果、基板又は下地膜を形成した基板
にＤＣバイアスを印加して、スパッタ法により基板上に
Ｆｅ又はＦｅ基合金の薄膜を形成すれば、基板上に体心
立方晶構造を持つＦｅ又はＦｅ基合金がエピタキシャル
成長して、Ｆｅ又はＦｅ基合金の結晶面が基板又は下地
膜表面のの結晶面と平行に配向された単結晶磁性薄膜が
得られることを見出した。
にＤＣバイアスを印加して、スパッタ法により基板上に
Ｆｅ又はＦｅ基合金の薄膜を形成すれば、基板上に体心
立方晶構造を持つＦｅ又はＦｅ基合金がエピタキシャル
成長して、Ｆｅ又はＦｅ基合金の結晶面が基板又は下地
膜表面のの結晶面と平行に配向された単結晶磁性薄膜が
得られることを見出した。
【００１３】以下、本発明について詳細に説明する。
【００１４】本発明においては、基板上にＦｅ又はＦｅ
基合金の薄膜を形成するが、このＦｅ合金は、Ｆｅと同
様、体心立方晶の結晶構造を有する種類とされる。例え
ばＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−
Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｇａ等が挙げられる。このよ
うな体心立方晶構造を有するＦｅ又はＦｅ基合金の薄膜
によれば、容易に軟磁性膜としての好ましい特性が得ら
れる。
基合金の薄膜を形成するが、このＦｅ合金は、Ｆｅと同
様、体心立方晶の結晶構造を有する種類とされる。例え
ばＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−
Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｇａ等が挙げられる。このよ
うな体心立方晶構造を有するＦｅ又はＦｅ基合金の薄膜
によれば、容易に軟磁性膜としての好ましい特性が得ら
れる。
【００１５】本発明において使用する基板は、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＰ合金、ＡｌＰ合金、ＧａＡｓ合金、ＺｎＳｅ
合金、ＡｌＡｓ合金、ＣｄＳ合金、ＩｎＰ合金の立方晶
構造を有する単結晶基板、或いはこのＳｉ、Ｇｅ、Ｇａ
Ｐ合金、ＡｌＰ合金、ＧａＡｓ合金、ＺｎＳｅ合金、Ａ
ｌＡｓ合金、ＣｄＳ合金、ＩｎＰ合金の単結晶下地膜を
有する基板である。これらＳｉやＧｅ、ＧａＰ合金等
は、結晶の格子定数が５．４〜５．９Åであり、Ｆｅ及
びＦｅ基合金結晶の約２倍の格子定数を有するので、Ｆ
ｅ又はＦｅ基合金をエピタキシャル成長させるのに最適
な基板となる。
ｅ、ＧａＰ合金、ＡｌＰ合金、ＧａＡｓ合金、ＺｎＳｅ
合金、ＡｌＡｓ合金、ＣｄＳ合金、ＩｎＰ合金の立方晶
構造を有する単結晶基板、或いはこのＳｉ、Ｇｅ、Ｇａ
Ｐ合金、ＡｌＰ合金、ＧａＡｓ合金、ＺｎＳｅ合金、Ａ
ｌＡｓ合金、ＣｄＳ合金、ＩｎＰ合金の単結晶下地膜を
有する基板である。これらＳｉやＧｅ、ＧａＰ合金等
は、結晶の格子定数が５．４〜５．９Åであり、Ｆｅ及
びＦｅ基合金結晶の約２倍の格子定数を有するので、Ｆ
ｅ又はＦｅ基合金をエピタキシャル成長させるのに最適
な基板となる。
【００１６】本発明においては、上記したように、ＤＣ
バイアスを印加したスパッタにより、基板上にＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、結晶面が基板
又は下地膜表面の結晶面と平行に配向されたＦｅ又はＦ
ｅ基合金の単結晶磁性薄膜を得るものであるから、その
基板又は下地膜の結晶面に特に制限はないが、好ましく
は、基板又は下地膜の結晶面は（１００）面、（１１
０）面又は（１１１）面に配向していることが好まし
い。これは、結晶面が（１００）面、（１１０）面又は
（１１１）面に配向した単結晶磁性薄膜が得られ、コア
等の磁気材料として特に有用な単結晶磁性薄膜となるか
らである。
バイアスを印加したスパッタにより、基板上にＦｅ又は
Ｆｅ基合金をエピタキシャル成長させて、結晶面が基板
又は下地膜表面の結晶面と平行に配向されたＦｅ又はＦ
ｅ基合金の単結晶磁性薄膜を得るものであるから、その
基板又は下地膜の結晶面に特に制限はないが、好ましく
は、基板又は下地膜の結晶面は（１００）面、（１１
０）面又は（１１１）面に配向していることが好まし
い。これは、結晶面が（１００）面、（１１０）面又は
（１１１）面に配向した単結晶磁性薄膜が得られ、コア
等の磁気材料として特に有用な単結晶磁性薄膜となるか
らである。
【００１７】最も最適なのは、磁性薄膜の結晶面が（１
１１）面に配向する場合で、結晶面が立方晶の（１１
１）面に配向した結晶からなる薄膜は、磁化が（１１
１）面内で回転しても面内で磁化の結晶方位の依存性が
なく、等方磁歪を示すからである。従って特別に膜面に
対して垂直方向に向き易い垂直磁気異方性を付与しない
限り、薄膜の磁化は（１１１）面内に向き、高透磁率の
軟磁性膜が得られるようになる。
１１）面に配向する場合で、結晶面が立方晶の（１１
１）面に配向した結晶からなる薄膜は、磁化が（１１
１）面内で回転しても面内で磁化の結晶方位の依存性が
なく、等方磁歪を示すからである。従って特別に膜面に
対して垂直方向に向き易い垂直磁気異方性を付与しない
限り、薄膜の磁化は（１１１）面内に向き、高透磁率の
軟磁性膜が得られるようになる。
【００１８】本発明の特徴は、スパッタ時に基板にＤＣ
バイアスを印加することであり、これにより基板上に結
晶性の良いエピタキシャル成長をさせることができる。
（１１１）基板又は（１１１）下地膜の基板を用いた場
合は、ＤＣバイアスの印加なしでもエピタキシャル成長
が一応達成されるが、結晶性が良くない。又、（１０
０）、（１１０）基板又は（１００）、（１１０）下地
膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なしでは
エピタキシャル成長できない。更にＲＦバイアスを印加
すると、どの面の基板、下地膜の基板を用いてもエピタ
キシャルできない。
バイアスを印加することであり、これにより基板上に結
晶性の良いエピタキシャル成長をさせることができる。
（１１１）基板又は（１１１）下地膜の基板を用いた場
合は、ＤＣバイアスの印加なしでもエピタキシャル成長
が一応達成されるが、結晶性が良くない。又、（１０
０）、（１１０）基板又は（１００）、（１１０）下地
膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なしでは
エピタキシャル成長できない。更にＲＦバイアスを印加
すると、どの面の基板、下地膜の基板を用いてもエピタ
キシャルできない。
【００１９】最適なバイアスの条件は、基板の結晶面
（これに下地膜が形成されているときにはその結晶面）
の方位により異なる。好ましい配向面を有する基板につ
いてのＤＣバイアスを例示すれば、例えば（１００）基
板又は（１００）下地膜の基板ではＤＣバイアス−１０
Ｖ以下であり、これにより基板上にエピタキシャル成長
が達成される。（１１０）基板又は（１１０）下地膜の
基板では、−３０Ｖ以下のＤＣバイアスでエピタキシャ
ル成長が達成される。又（１１１）基板又は（１１１）
下地膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なし
でもエピタキシャル成長が一応達成されるが、−４０〜
−６０ＶのＤＣバイアスを印加すると、結晶性の良いよ
り好ましい薄膜が得られる。
（これに下地膜が形成されているときにはその結晶面）
の方位により異なる。好ましい配向面を有する基板につ
いてのＤＣバイアスを例示すれば、例えば（１００）基
板又は（１００）下地膜の基板ではＤＣバイアス−１０
Ｖ以下であり、これにより基板上にエピタキシャル成長
が達成される。（１１０）基板又は（１１０）下地膜の
基板では、−３０Ｖ以下のＤＣバイアスでエピタキシャ
ル成長が達成される。又（１１１）基板又は（１１１）
下地膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なし
でもエピタキシャル成長が一応達成されるが、−４０〜
−６０ＶのＤＣバイアスを印加すると、結晶性の良いよ
り好ましい薄膜が得られる。
【００２０】成膜を行なう前に、基板の表面（下地膜が
設けられた基板ではその下地膜の表面）を清浄化するた
めに、フッ化水素水、フッ化アンモニウム水などによる
水素終端化処理、或いはＡｒイオンによるボンバードメ
ントなどの前処理を行なう必要がある。
設けられた基板ではその下地膜の表面）を清浄化するた
めに、フッ化水素水、フッ化アンモニウム水などによる
水素終端化処理、或いはＡｒイオンによるボンバードメ
ントなどの前処理を行なう必要がある。
【００２１】成膜に用いるスパッタとしては、マグネト
ロンスパッタ、ＥＣＲスパッタ、イオンビームスパッタ
及び対向ターゲット式スパッタから選ばれるスパッタ法
が使用できる。
ロンスパッタ、ＥＣＲスパッタ、イオンビームスパッタ
及び対向ターゲット式スパッタから選ばれるスパッタ法
が使用できる。
【００２２】成膜時のＡｒガス等のスパッタガスの圧力
は、０．３〜３．０ｍＴｏｒｒの範囲とされる。スパッ
タガス圧が０．３ｍＴｏｒｒ未満では、成膜速度が低過
ぎて実用的でなく、逆に３．０ｍＴｏｒｒを超えると、
スパッタされた粒子がガスにより散乱されて結晶性が低
下し、いずれも好ましくない。より好ましいガス圧は
０．８〜２．０ｍＴｏｒｒである。
は、０．３〜３．０ｍＴｏｒｒの範囲とされる。スパッ
タガス圧が０．３ｍＴｏｒｒ未満では、成膜速度が低過
ぎて実用的でなく、逆に３．０ｍＴｏｒｒを超えると、
スパッタされた粒子がガスにより散乱されて結晶性が低
下し、いずれも好ましくない。より好ましいガス圧は
０．８〜２．０ｍＴｏｒｒである。
【００２３】スパッタに使用する陰極電力及びターゲッ
トの中心から基板までの距離は、対向ターゲットスパッ
タの場合、例えば陰極電力は２００〜１０００Ｗ、ター
ゲットの中心から基板までの距離は１２０〜１８０ｍｍ
が例示される。ターゲットと基板の距離が近すぎると、
プラズマ中に基板がさらされて膜質が劣化する。
トの中心から基板までの距離は、対向ターゲットスパッ
タの場合、例えば陰極電力は２００〜１０００Ｗ、ター
ゲットの中心から基板までの距離は１２０〜１８０ｍｍ
が例示される。ターゲットと基板の距離が近すぎると、
プラズマ中に基板がさらされて膜質が劣化する。
【００２４】成膜時の基板温度は２００〜４００℃の範
囲が適当である。基板温度が２００℃よりも低いと、得
られる薄膜の結晶性が悪く、４００℃よりも高いと薄膜
を形成する金属に基板又はその下地膜との拡散が生じ
る。従って結晶性が良く且つ基板等との拡散のない薄膜
を得るには、基板温度は２００〜４００℃の範囲がよ
く、より好ましくは３００〜３５０℃の範囲である。
囲が適当である。基板温度が２００℃よりも低いと、得
られる薄膜の結晶性が悪く、４００℃よりも高いと薄膜
を形成する金属に基板又はその下地膜との拡散が生じ
る。従って結晶性が良く且つ基板等との拡散のない薄膜
を得るには、基板温度は２００〜４００℃の範囲がよ
く、より好ましくは３００〜３５０℃の範囲である。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例について説明する。
【００２６】実施例１〜３ Ｆｅ（９９．９％）、直径１００ｍｍの対向ターゲット
を用いたスパッタ装置により、Ａｒ雰囲気中でＤＣスパ
ッタを行ない、鏡面研磨されたＳｉ（１００）、Ｓｉ
（１１０）、Ｓｉ（１１１）基板上にＦｅを成膜し、そ
れぞれ厚さ０．３μｍのＦｅ磁性薄膜を得た（実施例１
〜３）。
を用いたスパッタ装置により、Ａｒ雰囲気中でＤＣスパ
ッタを行ない、鏡面研磨されたＳｉ（１００）、Ｓｉ
（１１０）、Ｓｉ（１１１）基板上にＦｅを成膜し、そ
れぞれ厚さ０．３μｍのＦｅ磁性薄膜を得た（実施例１
〜３）。
【００２７】スパッタ条件は、陰極電力を２００Ｗ、Ａ
ｒガス圧を１ｍＴｏｒｒ、基板温度を３５０℃とし、Ｆ
ｅターゲットの中心から基板までの距離を１５０ｍｍと
した。ＤＣバイアスは、印加したものと印加電圧を種々
の値にして印加したものとで行なった。
ｒガス圧を１ｍＴｏｒｒ、基板温度を３５０℃とし、Ｆ
ｅターゲットの中心から基板までの距離を１５０ｍｍと
した。ＤＣバイアスは、印加したものと印加電圧を種々
の値にして印加したものとで行なった。
【００２８】成膜に先立って、成膜室内において基板に
１００ＷのＲＦ電力を印加して、Ａｒイオンのボンバー
ドメントを１０分間行ない、基板を清浄化した。
１００ＷのＲＦ電力を印加して、Ａｒイオンのボンバー
ドメントを１０分間行ない、基板を清浄化した。
【００２９】実施例１、２及び３の場合のＤＣバイアス
印加電圧に対する各面方位でのピークの半値幅とＸ線全
強度を、図１、２及び３にそれぞれ示す。
印加電圧に対する各面方位でのピークの半値幅とＸ線全
強度を、図１、２及び３にそれぞれ示す。
【００３０】（１００）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成し
た実施例１の場合、図１に示されるように、ＤＣバイア
ス−１０Ｖ以下でエピタキシャル成長されていることが
分る。
た実施例１の場合、図１に示されるように、ＤＣバイア
ス−１０Ｖ以下でエピタキシャル成長されていることが
分る。
【００３１】同様に、（１１０）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜
を形成した実施例２の場合、図２に示されるように、Ｄ
Ｃバイアス−３０Ｖ以下でエピタキシャル成長されてい
ることが分る。
を形成した実施例２の場合、図２に示されるように、Ｄ
Ｃバイアス−３０Ｖ以下でエピタキシャル成長されてい
ることが分る。
【００３２】更に（１１１）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形
成した実施例３の場合、図３に示されるように、ＤＣバ
イアスを印加しないときにも、Ｆｅ（２２２）ピークの
半値幅は１．４ degree と小さく、一応エピタキシャル
成長されているが、ＤＣバイアスを−４０Ｖ〜−６０Ｖ
印加すると、Ｆｅ（２２２）ピークの半値幅は０．９de
greeと更に小さくなり、結晶性の良いより好ましい薄膜
が得られたことが分る。
成した実施例３の場合、図３に示されるように、ＤＣバ
イアスを印加しないときにも、Ｆｅ（２２２）ピークの
半値幅は１．４ degree と小さく、一応エピタキシャル
成長されているが、ＤＣバイアスを−４０Ｖ〜−６０Ｖ
印加すると、Ｆｅ（２２２）ピークの半値幅は０．９de
greeと更に小さくなり、結晶性の良いより好ましい薄膜
が得られたことが分る。
【００３３】実施例１のＤＣバイアス−１０Ｖ、実施例
２のＤＣバイアス−３０Ｖ、及び実施例３のＤＣバイア
ス−５０Ｖの場合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を、図４、
５及び６にそれぞれ示す。
２のＤＣバイアス−３０Ｖ、及び実施例３のＤＣバイア
ス−５０Ｖの場合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を、図４、
５及び６にそれぞれ示す。
【００３４】（１００）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成し
た実施例１のＤＣバイアス−１０Ｖの場合、図４に示さ
れるように、回折線のＦｅのピークは、（１００）Ｓｉ
基板と同じ方位のＦｅ（２００）のみが検出されてい
る。同様に、（１１０）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成し
た実施例２のＤＣバイアス−３０Ｖの場合、図５に示さ
れるように、Ｆｅのピークは（１１０）Ｓｉ基板と同じ
方位のＦｅ（１１０）及びＦｅ（２２０）のみが検出さ
れ、（１１１）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成した実施例
３のＤＣバイアス−５０Ｖの場合、図６に示されるよう
に、Ｆｅのピークは（１１１）Ｓｉ基板と同じ方位のＦ
ｅ（２２２）のみが検出されている。
た実施例１のＤＣバイアス−１０Ｖの場合、図４に示さ
れるように、回折線のＦｅのピークは、（１００）Ｓｉ
基板と同じ方位のＦｅ（２００）のみが検出されてい
る。同様に、（１１０）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成し
た実施例２のＤＣバイアス−３０Ｖの場合、図５に示さ
れるように、Ｆｅのピークは（１１０）Ｓｉ基板と同じ
方位のＦｅ（１１０）及びＦｅ（２２０）のみが検出さ
れ、（１１１）Ｓｉ基板上にＦｅ薄膜を形成した実施例
３のＤＣバイアス−５０Ｖの場合、図６に示されるよう
に、Ｆｅのピークは（１１１）Ｓｉ基板と同じ方位のＦ
ｅ（２２２）のみが検出されている。
【００３５】これから明らかなように、実施例１〜３に
よれば、Ｓｉ基板上にその結晶面と平行に配向した結晶
面のＦｅ単結晶磁性薄膜が得られていることが分る。
よれば、Ｓｉ基板上にその結晶面と平行に配向した結晶
面のＦｅ単結晶磁性薄膜が得られていることが分る。
【００３６】更にこれら実施例１〜３のＦｅ磁性薄膜に
対し振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によるＢ−Ｈループの
測定を行なったところ、薄膜の結晶面内に基板の単結晶
と同じ異方性が存在することが確認された。従ってＳｉ
（１００）基板、Ｓｉ（１１０）基板、Ｓｉ（１１１）
基板に形成した実施例１、２、３のＦｅ薄膜は、それぞ
れの基板に対してエピタキシャル成長していることが分
る。
対し振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によるＢ−Ｈループの
測定を行なったところ、薄膜の結晶面内に基板の単結晶
と同じ異方性が存在することが確認された。従ってＳｉ
（１００）基板、Ｓｉ（１１０）基板、Ｓｉ（１１１）
基板に形成した実施例１、２、３のＦｅ薄膜は、それぞ
れの基板に対してエピタキシャル成長していることが分
る。
【００３７】一例として実施例１のＦｅ薄膜のＶＳＭの
測定結果を図７に示す。図７に示されるように、Ｂ−Ｈ
ループには９０°周期の異方性が観測され、この９０°
周期の異方性は、単結晶薄膜の存在により結晶磁気異方
性が生じた結果であると考えられることから、実施例１
のＦｅ薄膜が単結晶からなることが裏付けられている。
測定結果を図７に示す。図７に示されるように、Ｂ−Ｈ
ループには９０°周期の異方性が観測され、この９０°
周期の異方性は、単結晶薄膜の存在により結晶磁気異方
性が生じた結果であると考えられることから、実施例１
のＦｅ薄膜が単結晶からなることが裏付けられている。
【００３８】実施例１、２及び３において、ＤＣバイア
スを印加しない場合のＸ線回折図形を、図８、図９及び
図１０にそれぞれ示す。
スを印加しない場合のＸ線回折図形を、図８、図９及び
図１０にそれぞれ示す。
【００３９】図８及び図９に示されるように、（１０
０）Ｓｉ基板及び（１１０）Ｓｉ基板上にＤＣバイアス
を印加しないでＦｅ薄膜を形成した場合、いずれも、回
折線のＦｅのピークは、Ｆｅ（１１０）のピークが最も
強く、Ｆｅ（２１１）ピークも検出されていることか
ら、エピタキシャル成長は起こらず、又図１０に示され
るように、（１１１）Ｓｉ基板上にＤＣバイアスを印加
しないでＦｅ薄膜を形成した場合は、ＤＣバイアスを印
加した場合の図６と同様にＦｅ（２２２）のみが検出さ
れている。これらＦｅ薄膜が多結晶の膜から構成されて
いることが分る。
０）Ｓｉ基板及び（１１０）Ｓｉ基板上にＤＣバイアス
を印加しないでＦｅ薄膜を形成した場合、いずれも、回
折線のＦｅのピークは、Ｆｅ（１１０）のピークが最も
強く、Ｆｅ（２１１）ピークも検出されていることか
ら、エピタキシャル成長は起こらず、又図１０に示され
るように、（１１１）Ｓｉ基板上にＤＣバイアスを印加
しないでＦｅ薄膜を形成した場合は、ＤＣバイアスを印
加した場合の図６と同様にＦｅ（２２２）のみが検出さ
れている。これらＦｅ薄膜が多結晶の膜から構成されて
いることが分る。
【００４０】一例として実施例においてＤＣバイアスを
印加しない場合のＦｅ薄膜のＶＳＭの測定結果を図１１
に示す。図１１に示されるように、Ｂ−Ｈループに９０
°周期の異方性が観測されていないことから、このＦｅ
薄膜は、その薄膜の結晶面内に基板の単結晶と同じ異方
性が存在しておらず、単結晶膜でないことが裏付けられ
ている。
印加しない場合のＦｅ薄膜のＶＳＭの測定結果を図１１
に示す。図１１に示されるように、Ｂ−Ｈループに９０
°周期の異方性が観測されていないことから、このＦｅ
薄膜は、その薄膜の結晶面内に基板の単結晶と同じ異方
性が存在しておらず、単結晶膜でないことが裏付けられ
ている。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、分子線エピタキシー等の高真空成膜方法を用
いることなく、通常のスパッタ法により半導体等の基板
上に体心立方晶構造を持つＦｅ又はＦｅ基合金をエピタ
キシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ基合金の単結晶磁性
薄膜を容易に得ることができる。
によれば、分子線エピタキシー等の高真空成膜方法を用
いることなく、通常のスパッタ法により半導体等の基板
上に体心立方晶構造を持つＦｅ又はＦｅ基合金をエピタ
キシャル成長させて、Ｆｅ又はＦｅ基合金の単結晶磁性
薄膜を容易に得ることができる。
【図１】実施例１のＤＣバイアス印加電圧に対するＦｅ
（２００）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
（２００）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
【図２】実施例２のＤＣバイアス印加電圧に対するＦｅ
（１１０）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
（１１０）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
【図３】実施例３のＤＣバイアス印加電圧に対するＦｅ
（２２２）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
（２２２）ピークの半値幅とＸ線全強度とを示す図であ
る。
【図４】本発明の実施例１のＤＣバイアス−１０Ｖの場
合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図５】本発明の実施例２のＤＣバイアス−３０Ｖの場
合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
合のＦｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図６】本発明の実施例３のＤＣバイアス−５０ＶのＦ
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図７】実施例１のＤＣバイアス−１０Ｖの場合のＦｅ
薄膜のＶＳＭの測定結果を示す図である。
薄膜のＶＳＭの測定結果を示す図である。
【図８】実施例１でＤＣバイアスを印加しない場合のＦ
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図９】実施例２でＤＣバイアスを印加しない場合のＦ
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
ｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図１０】実施例３でＤＣバイアスを印加しない場合の
Ｆｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
Ｆｅ薄膜のＸ線回折図形を示す図である。
【図１１】実施例１でＤＣバイアスを印加しない場合の
Ｆｅ薄膜のＶＳＭの測定結果を示す図である。
Ｆｅ薄膜のＶＳＭの測定結果を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】本発明の特徴は、スパッタ時に基板にＤＣ
バイアスを印加することであり、これにより基板上に結
晶性の良いエピタキシャル成長をさせることができる。
（１１１）基板又は（１１１）下地膜の基板を用いた場
合は、ＤＣバイアスの印加なしでもエピタキシャル成長
が一応達成されるが、結晶性が良くない。又、（１０
０）、（１１０）基板又は（１００）、（１１０）下地
膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なしでは
エピタキシャル成長できない。更にＲＦバイアスを印加
した場合ではＤＣバイアス印加なしの場合に比べて、結
晶性向上は期待できない。
バイアスを印加することであり、これにより基板上に結
晶性の良いエピタキシャル成長をさせることができる。
（１１１）基板又は（１１１）下地膜の基板を用いた場
合は、ＤＣバイアスの印加なしでもエピタキシャル成長
が一応達成されるが、結晶性が良くない。又、（１０
０）、（１１０）基板又は（１００）、（１１０）下地
膜の基板を用いた場合は、ＤＣバイアスの印加なしでは
エピタキシャル成長できない。更にＲＦバイアスを印加
した場合ではＤＣバイアス印加なしの場合に比べて、結
晶性向上は期待できない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】スパッタに使用する陰極電力及びターゲッ
トの中心から基板までの距離は、対向ターゲットスパッ
タでターゲットの径が１００ｍｍの場合、例えば陰極電
力は２００〜１０００Ｗ、ターゲットの中心から基板ま
での距離は１２０〜１８０ｍｍが例示される。ターゲッ
トと基板の距離が近すぎると、プラズマ中に基板がさら
されて膜質が劣化する。
トの中心から基板までの距離は、対向ターゲットスパッ
タでターゲットの径が１００ｍｍの場合、例えば陰極電
力は２００〜１０００Ｗ、ターゲットの中心から基板ま
での距離は１２０〜１８０ｍｍが例示される。ターゲッ
トと基板の距離が近すぎると、プラズマ中に基板がさら
されて膜質が劣化する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】図８及び図９に示されるように、（１０
０）Ｓｉ基板及び（１１０）Ｓｉ基板上にＤＣバイアス
を印加しないでＦｅ薄膜を形成した場合、いずれも、回
折線のＦｅのピークは、Ｆｅ（１１０）のピークが最も
強く、Ｆｅ（２１１）ピークも検出されていることか
ら、エピタキシャル成長は起こらない。又図１０に示さ
れるように、（１１１）Ｓｉ基板上にＤＣバイアスを印
加しないでＦｅ薄膜を形成した場合は、ＤＣバイアスを
印加した場合の図６と同様にＦｅ（２２２）のみが検出
されている。Ｆｅ薄膜が単結晶の膜から構成されている
ことが分る。
０）Ｓｉ基板及び（１１０）Ｓｉ基板上にＤＣバイアス
を印加しないでＦｅ薄膜を形成した場合、いずれも、回
折線のＦｅのピークは、Ｆｅ（１１０）のピークが最も
強く、Ｆｅ（２１１）ピークも検出されていることか
ら、エピタキシャル成長は起こらない。又図１０に示さ
れるように、（１１１）Ｓｉ基板上にＤＣバイアスを印
加しないでＦｅ薄膜を形成した場合は、ＤＣバイアスを
印加した場合の図６と同様にＦｅ（２２２）のみが検出
されている。Ｆｅ薄膜が単結晶の膜から構成されている
ことが分る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
Claims (2)
- 【請求項１】 基板又は下地膜が形成された基板上にス
パッタ法によって、前記基板にＤＣバイアスを印加しな
がら、体心立方晶構造を有するＦｅ又はＦｅ基合金を成
膜することにより、前記基板上にその結晶面が前記基板
又は下地膜表面の結晶面と平行に配向されたＦｅ又はＦ
ｅ基合金の単結晶磁性薄膜を得ることを特徴とする単結
晶磁性薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記基板又は下地膜表面の結晶面が（１
００）面、（１１０）面又は（１１１）面であり、得ら
れる単結晶磁性薄膜の結晶面がそれぞれ（１００）面、
（１１０）面又は（１１１）面である請求項１の単結晶
磁性薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32990992A JPH06163303A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 単結晶磁性薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32990992A JPH06163303A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 単結晶磁性薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163303A true JPH06163303A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18226622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32990992A Pending JPH06163303A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 単結晶磁性薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163303A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015190739A1 (ko) * | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 한양대학교 산학협력단 | 수소 원자 또는 수소 이온을 함유하는 단결정 금속막 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-11-17 JP JP32990992A patent/JPH06163303A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015190739A1 (ko) * | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 한양대학교 산학협력단 | 수소 원자 또는 수소 이온을 함유하는 단결정 금속막 및 그 제조방법 |
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