TW201829811A - 物理蒸鍍用靶構件及濺鍍靶構件以及物理蒸鍍膜及層構造之製造方法 - Google Patents

物理蒸鍍用靶構件及濺鍍靶構件以及物理蒸鍍膜及層構造之製造方法 Download PDF

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三谷敦志
□山宗佑
高□正信
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Abstract

本發明之課題為提供一種物理蒸鍍用靶構件，其係在形成物理蒸鍍膜時因氧化導致之底層的劣化少，於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷少，物理蒸鍍膜與底層之晶格匹配性佳，進而，其自身或所形成的物理蒸鍍膜之因水合導致的變質少。 　　本發明之解決手段為，物理蒸鍍用靶構件係包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分，Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90。

Description

物理蒸鍍用靶構件及濺鍍靶構件以及物理蒸鍍膜及層構造之製造方法
[0001] 本發明係關於物理蒸鍍用靶構件及濺鍍靶構件以及物理蒸鍍膜及層構造之製造方法。
[0002] 近年來，作為提昇磁性記錄裝置之記錄密度的磁性記錄元件，磁性隧道接合(MTJ)元件係備受矚目。MTJ元件係具有以2個強磁性體層挾持隧道阻擋層的構造，亦即，強磁性體層/隧道阻擋層/強磁性體層之三層構造。以往之隧道阻擋層係使用有具有非晶質構造的Al氧化膜(非晶質AlOｘ 膜)或(001)面配向的結晶性MgO膜。但，非晶質AlOｘ 膜與強磁性體層之接合電阻高，與強磁性體層之界面粗度大，特性之偏差大，且隧道磁性電阻比(TMR比)小，因此，並不適於MTJ元件之隧道阻擋層。另一方面，結晶性MgO膜對於具有Fe或FeCo等之bcc結晶構造的強磁性體，其隧道電阻(TR)較小，TMR比為大，因此，適於MTJ元件之隧道阻擋層。因此，可期待MTJ元件之性能提昇，MTJ元件小型化，具備有MTJ元件之磁性記錄裝置的記錄密度進一步提昇。但，MgO係容易水合，因此，有時會與大氣中的水分等進行反應而於表面生成氫氧化物，而有結晶性MgO膜或用以形成其之MgO濺鍍靶構件之變質的疑慮。 　　[0003] 於專利文獻1中係記載有於結晶性MgO膜中添加有Al的尖晶石構造MgAl2 O4 膜。發現尖晶石構造MgAl2 O4 膜由於TR比非晶質AlOx 膜更低1位數以上，可得到更大的TMR比，其對於強磁性體之Co基全赫斯勒合金(Full Heusler alloy)或CoFe合金比結晶性MgO膜晶格匹配性更佳，因此可形成缺陷少的磊晶隧道接合，作為MTJ元件之隧道阻擋層非常受期待。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0004] [專利文獻1]日本專利第5586028號
[發明所欲解決之課題] 　　[0005] 在此，於專利文獻1中所記載的尖晶石構造MgAl2 O4 膜之製造方法係如以下所述。亦即，於底層之強磁性體層上藉由濺鍍來層合Mg膜與Al膜之後，施行電漿氧化處理，或者將MgAl2 合金進行濺鍍，於底層之強磁性體層上形成MgAl2 合金膜之後，施行電漿氧化，藉此將金屬膜或合金膜氧化、結晶化，而形成尖晶石構造MgAl2 O4 膜。 　　[0006] 於專利文獻1中所記載的尖晶石構造MgAl2 O4 膜之製造方法，由於是在形成金屬膜或合金膜之後，施行電漿氧化處理，因此有底層之強磁性體層之因氧化導致之劣化的疑慮。又，伴隨著金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，對於金屬膜或合金膜之氧原子的進入、或金屬膜或合金膜內之金屬原子的再排列係為必要，而有缺陷生成的疑慮。因此，來自尖晶石構造MgAl2 O4 膜或磊晶隧道接合之缺陷的去除會不充分，而有MTJ元件之小型化與磁性記錄裝置的高密度化之限制的疑慮。 　　[0007] 本發明之第1及第2樣態之目的為，提供一種物理蒸鍍用靶構件及濺鍍靶構件，其係在形成物理蒸鍍膜時因氧化導致之底層的劣化少，於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷少，物理蒸鍍膜與底層之晶格匹配性佳，進而，其自身或所形成的物理蒸鍍膜之水合性低，因水合導致的變質少。本發明之第3樣態之目的為，提供一種物理蒸鍍膜，其係因氧化導致之底層的劣化少，於與底層之接合部產生的缺陷少，與底層之晶格匹配性佳，進而，因水合導致的變質少。本發明之第4樣態之目的為，提供一種層構造，其係由於因氧化導致之底層的劣化少，於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷少，物理蒸鍍膜與底層之晶格匹配性佳，進而，因水合導致的變質少，因此TMR比提昇，而可期待小型化。 [用以解決課題之手段] 　　[0008] (1)本發明之第1樣態係關於物理蒸鍍用靶構件，其特徵為，包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分，Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90。 　　[0009] 使用包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍而成之物理蒸鍍膜係由物理蒸鍍用靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，因氧化導致之底層的劣化少。又，由於無須金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，因此可減少於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷。又，藉由使用Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90之物理蒸鍍用靶構件於底層上進行物理蒸鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的物理蒸鍍膜。進而，由於物理蒸鍍用靶構件及物理蒸鍍膜並非為MgO，因此因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。 　　[0010] (2)本發明之第2樣態係關於物理蒸鍍用靶構件，其特徵為，包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分，且包含具有尖晶石構造之結晶相。 　　[0011] 使用包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍而成之物理蒸鍍膜係由物理蒸鍍用靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，因氧化導致之底層的劣化少。又，由於無須金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，因此可減少於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷。又，藉由使用包含具有尖晶石構造之結晶相之物理蒸鍍用靶構件來於底層上進行物理蒸鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的物理蒸鍍膜。進而，由於物理蒸鍍用靶構件及物理蒸鍍膜並非為MgO，因此因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。 　　[0012] (3)於本發明之第1或第2樣態中，較佳係M為由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種。藉由使用M為由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種之物理蒸鍍用靶構件來於底層上進行物理蒸鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的物理蒸鍍膜。 　　[0013] (4)於本發明之第1或第2樣態中，較佳係使厚度成為2mm時之光透過率為60%以下。作為包含Mg與M(尤其是Al)與O作為主成分之組成物的用途，電氣機器或製造容器之窗材係為一般所知悉，但，物理蒸鍍用靶構件並不須如窗材般之光的透過性。因而，藉由以使厚度2mm時之光透過率成為60%以下的方式來構成物理蒸鍍用靶構件，而可更簡便且低價地製造物理蒸鍍用靶構件。 　　[0014] (5)於本發明之第1或第2樣態中，較佳係10GHz時之介電損失以f･Q値計為45000GHz以上。10GHz時之物理蒸鍍用靶構件之介電損失以f･Q值計為45000GHz以上一事係反映物理蒸鍍用靶構件的缺陷或不可避免之雜質少。藉由使用如此般之物理蒸鍍用靶構件來進行物理蒸鍍，而可形成缺陷或不可避免之雜質更少，且均勻的物理蒸鍍膜。 　　[0015] (6)於本發明之第1或第2樣態中，較佳係白度為30以上。白度為30以上一事係反映物理蒸鍍用靶構件的不可避免之雜質或缺陷少。藉由使用如此般之物理蒸鍍用靶構件來進行物理蒸鍍，而可形成不可避免之雜質或缺陷更少，且均勻的物理蒸鍍膜。 　　[0016] (7)於本發明之第1或第2樣態中，物理蒸鍍用靶構件係適用於濺鍍靶構件。 　　[0017] (8)本發明之第3樣態係關於物理蒸鍍膜之製造方法，其特徵為，使用如第1或第2樣態之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍物理蒸鍍膜。 　　[0018] 使用第1或第2樣態之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍而成之物理蒸鍍膜係由物理蒸鍍用靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，因氧化導致之底層的劣化少。又，由於無須金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，因此可減少於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷。進而，藉由使用Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90，或包含具有尖晶石構造之結晶相之物理蒸鍍用靶構件來於底層上進行物理蒸鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的物理蒸鍍膜。進而，由於物理蒸鍍膜並非為MgO，因此，因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。 　　[0019] (9)本發明之第4樣態係關於層構造之製造方法，其特徵為，使用如第1或第2樣態之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍物理蒸鍍膜，而於物理蒸鍍膜上形成強磁性體層，底層為強磁性體層，物理蒸鍍膜為隧道阻擋層。 　　[0020] 使用第1或第2樣態之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍而成之物理蒸鍍膜係由物理蒸鍍用靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，底層因氧化導致的劣化少。又，由於無須金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，因此可減少於物理蒸鍍膜與底層之接合部產生的缺陷。進而，藉由使用Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90，或包含具有尖晶石構造之結晶相之物理蒸鍍用靶構件來進行物理蒸鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的物理蒸鍍膜。若底層為強磁性體層，物理蒸鍍膜為隧道阻擋層，則可形成以2個強磁性體層挾持隧道阻擋層的構造。此層構造係由於TMR比提昇，因此可製造比以往更小型化之磁性隧道接合元件。進而，由於物理蒸鍍膜並非為MgO，因此因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。
[0021] 本發明之物理蒸鍍用靶構件雖可使用於電阻加熱蒸鍍法、濺鍍法、電子束蒸鍍法、分子束磊晶法、離子電鍍蒸鍍法、雷射剝蝕法之周知的物理蒸鍍法，但以下，作為本發明之一實施形態係針對使用於濺鍍法之濺鍍靶構件來進行說明。另外，以下所說明之本實施形態並非不當限定申請專利範圍所記載之本發明之內容者，本實施形態所說明之構成的全部內容未必是作為本發明之解決手段所必須。 　　[0022] (1)濺鍍靶構件 　　本實施形態之濺鍍靶構件係包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分。濺鍍靶構件除了主成分以外，亦可包含副成分。藉由將包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分之濺鍍靶構件進行濺鍍所形成的濺鍍膜係由濺鍍靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，因氧化導致之底層的劣化少。又，由於無須金屬膜或合金膜之氧化、結晶化，因此可減少於濺鍍膜與底層之接合部產生的缺陷。進而，由於濺鍍靶構件及濺鍍膜並非為MgO，因此因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。 　　[0023] 於濺鍍靶構件中所包含之Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比較佳為70：30～10：90，更佳為65：35～20：80，再更佳為60：40～30：70，特佳為55：45～40：60。藉由調整於濺鍍靶構件中所包含之Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比，而可控制濺鍍膜之結晶相或晶格常數。因此，可形成與底層之晶格匹配性佳的濺鍍膜。 　　[0024] 濺鍍靶構件較佳係包含具有尖晶石構造的結晶相。藉由將包含具有尖晶石構造之結晶相的濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的濺鍍膜。 　　[0025] 於濺鍍靶構件中所包含之M，較佳係由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種。藉由將M為由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種之濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成與底層之晶格匹配性佳的濺鍍膜。 　　[0026] 使厚度成為2mm時之濺鍍靶構件的光透過率，較佳為60%以下，更佳為45%以下。作為包含Mg與M(尤其是Al)與O作為主成分之組成物的用途，電氣機器或製造容器之窗材係為一般所知悉，但，濺鍍靶構件並不須如窗材般之光的透過性。藉由使光透過率成為上述範圍，而可更簡便且低價地製造濺鍍靶構件。 　　[0027] 濺鍍靶構件之不可避免之雜質至少為0.5質量%，較佳為0.1質量%以下，更佳為0.01質量%以下。藉由將不可避免之雜質少的濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成不可避免之雜質或缺陷更少且均勻的濺鍍膜。 　　[0028] 10GHz時之濺鍍靶構件的介電損失，以f･Q值計，較佳為45000GHz以上，更佳為50000GHz以上，再更佳為70000GHz以上，特佳為80000GHz以上。介電損失之f･Q值大係反映濺鍍靶構件之缺陷或不可避免之雜質少。藉由將如此之濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成缺陷或不可避免之雜質更少且均勻的濺鍍膜。另外，介電損失係以tanδ或其倒數之品質因數Q值(=1/tanδ)表示，但，由於會隨著頻率而變動，因此一般以作為頻率f與Q值之積的f･Q值表示。f･Q值越大則介電損失越小。 　　[0029] 濺鍍靶構件之白度較佳為30以上，更佳為50以上，再更佳為60以上，特佳為65以上。白度高係反映濺鍍靶構件之不可避免之雜質或缺陷少。藉由將如此之濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成缺陷或不可避免之雜質更少，且均勻的濺鍍膜。另外，白度係使用CIE1976(L*,a*,b*)之L*。白度越接近100，表示越接近白色。 　　[0030] 濺鍍靶構件之表面粗度，較佳為5μm以下，更佳為2μm以下，再更佳為1μm以下。藉由將濺鍍靶構件之表面粗度小，亦即表面幾乎平滑的濺鍍靶構件之表面更均勻地濺鍍，而可形成缺陷更少且均勻的濺鍍膜。 　　[0031] 濺鍍靶構件之厚度及直徑係可因應於濺鍍裝置來變更成所期望之厚度及直徑，作為一例係可列舉厚度為2.0mm以下。 　　[0032] 濺鍍靶構件之材料只要均勻且緻密則無特別限制，但較佳係由燒結體所構成。可比熔融固化等其他之固體的製造方法更簡便且低價地製造均勻且緻密的濺鍍靶構件。 　　[0033] 燒結體之相對密度，較佳為95質量%以上，更佳為98質量%以上，再更佳為99質量%以上，特佳為99.5質量%以上。燒結體之相對密度越高，則濺鍍靶構件越緻密且均勻，而可形成缺陷更少且均勻的濺鍍膜。 　　[0034] 燒結體之3點彎曲強度，較佳為230MPa以上，更佳為250MPa以上，再更佳為300MPa以上，特佳為320MPa以上。燒結體之彎曲強度越高，則濺鍍靶構件越緻密且均勻，而可形成缺陷更少，且均勻的濺鍍膜。另外，3點彎曲強度之測定方法係使用JIS R1601。 　　[0035] 當將以圓換算出粒子的面積之Heywood換算直徑設為粒徑時，構成燒結體之結晶粒子的平均粒徑只要可使燒結體成為均勻且緻密則無特別限制，但，較佳為1～100μm，更佳為2～80μm，再更佳為2～60μm，特佳為2～50μm。藉由將均勻且緻密的濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成缺陷更少，且均勻的濺鍍膜。 　　[0036] 構成燒結體之結晶粒子的D90/D10只要可使燒結體成為均勻且緻密則無特別限制，但，較佳為4以下，更佳為3以下，再更佳為2.5以下，特佳為2.3以下。藉由將均勻且緻密的濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成缺陷更少，且均勻的濺鍍膜。 　　[0037] 另外，平均粒徑係求出結晶粒子200個之粒徑，並使用粒徑分布(個數基準)之50%之值(D50)。D10、D90係相同地使用粒徑分布(個數基準)之10%之值、90%之值。 　　[0038] (2)濺鍍靶構件之製造方法 　　本實施形態之濺鍍靶構件之製造方法係包含下列步驟：將原料之粉末進行秤量、混合而得到漿體的原料混合步驟、將漿體進行乾燥造粒而得到造粒粉的乾燥造粒步驟、將造粒粉成形而得到成形體的成形步驟、將成形體進行燒結而得到燒結體的燒結步驟、以及將燒結體的外形進行加工而得到濺鍍靶構件的外形加工步驟。以下，更詳細地說明濺鍍靶構件之製造方法。 　　[0039] (2-1)原料混合步驟 　　作為濺鍍靶構件之原料係可使用MgO、M2 O3 (M為3價之金屬元素)的粉末。M係以由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種為宜。原料係包含MgO與M2 O3 作為主成分，亦可因應需要而進一步包含副成分。原料之粉末的純度以高者為宜，至少為99.5質量%以上，較佳為99.9質量%以上，更佳為99.99質量%以上，再更佳為99.999質量%以上。藉由使用純度高的原料之粉末，而可得到不可避免之雜質少的濺鍍靶構件。藉由將此濺鍍靶構件進行濺鍍，而可形成不可避免之雜質或缺陷更少，且均勻的濺鍍膜。 　　[0040] 當使用以圓換算出粒子的面積之Heywood換算直徑時，原料之粉末的平均粒徑(D50)係由於越小越可促進燒結而可得到均勻且緻密的濺鍍靶構件，因此至少為100μm以下，較佳為1μm以下，更佳為0.5μm以下。 　　[0041] 濺鍍靶構件之原料係並不限定於MgO、M2 O3 之氧化物，亦可使用碳酸鹽、硝酸鹽等在製造步驟中成為氧化物之化合物。 　　[0042] 將原料之粉末進行秤量。Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比較佳為70：30～10：90，更佳為65：35～20：80，再更佳為60：40～30：70，特佳為55：45～40：60。藉由調整Mg與M的莫耳比，而可控制濺鍍膜之結晶相或晶格常數。因此，可形成與底層之晶格匹配性佳的濺鍍膜。 　　[0043] 將原料之粉末進行混合而得到漿體。混合方法係只要可將原料之粉末均勻地混合則無特別限制，例如，以濕式球磨機為宜。於濕式球磨機中，將原料之粉末、分散介質、以及球裝入容器中，並進行混合(濕式混合)。分散介質係可使用水，或醇、甲醇等之有機溶媒。原料與分散介質之質量比例係只要可將原料之粉末均勻地混合則無特別限制，但一般以15：85～75：25居多。亦可為了將原料之粉末均勻地混合而進一步添加分散劑。分散劑係只要在後述之脫脂或燒結步驟中分解而不殘留則無特別限制。混合時間係只要可將原料之粉末均勻地混合則無特別限制，但，較佳為10小時以上。若原料之粉末無法均勻地混合，則於濺鍍靶構件會產生組成、密度不均，而強度容易降低。又，若將如此之濺鍍靶構件進行濺鍍，則於濺鍍中容易產生異常放電，進而，容易形成缺陷多，且不均勻的濺鍍膜。 　　[0044] 原料混合步驟，亦可在將原料之粉末混合之後，進一步包含下列步驟：將漿體進行乾燥而得到乾燥粉的乾燥步驟、將乾燥粉進行熱處理，而得到原料的一部分或全部由複合氧化物所構成之熱處理粉的熱處理步驟、以及將熱處理粉與分散介質之甲醇與氧化鋁球裝入容器，進行濕式粉碎而得到漿體的粉碎步驟。由於原料之粉末的反應會因熱處理而進行，因此在之後的燒結步驟所得之濺鍍靶構件容易包含具有尖晶石構造的結晶相。熱處理粉之粒徑係為了容易促進之後的燒結步驟之燒結，而以小者為佳。因此，粉碎步驟亦可在濕式粉碎之前進一步組合乾式粉碎。 　　[0045] (2-2)乾燥造粒步驟 　　將原料混合步驟中所得之漿體進行乾燥、造粒，而得到適於成形的造粒粉。亦可於漿體中，在乾燥前因應需要而添加成形助劑。成形助劑雖無特別限制，但一般以使用聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、Selosol、石蠟等居多。乾燥方法雖無特別限制，但例如以旋轉蒸發器、噴霧式乾燥機為宜。造粒粉的純度以高者為宜，至少為99.5質量%，更佳為99.9質量%，再更佳為99.99質量%以上。 　　[0046] (2-3)成形步驟 　　將造粒粉成形，而得到特定之形狀的成形體。成形方法係可將使用有模具的單軸成形、CIP(冷均壓)成形等周知的成形方法單獨或組合來進行。成形壓力係只要可得到良好的成形體則無特別限制，但，一般較佳為100MPa以上。另外，在後述之燒結步驟中進行HP(熱單軸加壓)燒結或HIP(熱均壓)燒結的情況下，亦可省略成形步驟或減低成形壓力。 　　[0047] (2-4)燒結步驟 　　將成形體進行燒結而得到燒結體。可藉由燒結，而比其他之固體的製造方法更簡便且低價地製造均勻且緻密的濺鍍靶構件。燒結方法係可將常壓燒結、HP燒結、HIP燒結等周知的燒結方法單獨或組合來進行。燒結溫度係只要可得到燒結體則無特別限制，但若為1800℃以下，則可在大氣環境中進行常壓燒結，故為佳。HP燒結、HIP燒結係可以比常壓燒結更低的燒結溫度得到高密度的燒結體。又，於造粒粉中包含分散劑或成形助劑的情況下，較佳係為了將該等分解、去除，而於燒結前進行脫脂。脫脂溫度雖無特別限制，但較佳係分散劑及成形助劑可完全分解、去除的溫度及昇溫速度。另外，濺鍍靶構件之製造方法係只要可製造均勻且緻密的濺鍍靶構件，則亦可使用熔融固化等其他之固體之製造方法。 　　[0048] (2-5)外形加工步驟 　　將燒結體加工成所期望之形狀而得到濺鍍靶構件。外形加工之方法係可使用切斷、研削、研磨等周知的方法。濺鍍靶構件係背板被結合，並作為濺鍍靶來供濺鍍。 　　[0049] (3)濺鍍靶構件之應用 　　作為本實施形態之濺鍍靶構件之應用例係針對MTJ元件進行說明，該MTJ元件係具有以2個強磁性體層挾持隧道阻擋層的構造，亦即，底層強磁性體層/隧道阻擋層/上部強磁性體層之三層構造。 　　[0050] MTJ元件係被形成於基板上。基板，例如，可使用尖晶石MgAl2 O4 單結晶、Si單結晶、GaAs單結晶或熱氧化Si。於基板之表面，亦可因應需要而形成例如由MgO所構成之緩衝層。 　　[0051] 於基板上依序形成底層強磁性體層(底層)、隧道阻擋層、上部強磁性體層。底層強磁性體層、隧道阻擋層及上部強磁性體層，例如，可分別藉由將Co基全赫斯勒合金(例如，Co2 FeAl0.5 Si0.5 )、本實施形態之濺鍍靶構件及CoFe合金(例如，Co75 Fe25 合金)依序進行濺鍍而形成。藉由將本實施形態之濺鍍靶構件進行濺鍍所形成的隧道阻擋層(濺鍍膜)係由濺鍍靶構件供給必要的氧(O)，因此，無須成膜後之氧化處理。因此，因氧化導致之底層強磁性體層之劣化少。又，隧道阻擋層係由於無須氧化、結晶化，因此可減少於隧道阻擋層與底層強磁性體層之接合部產生的缺陷。進而，隧道阻擋層係與由Co基全赫斯勒合金所構成的底層強磁性體層及由CoFe合金所構成的上部強磁性體層之晶格匹配性佳。因而，具有底層強磁性體層/隧道阻擋層/上部強磁性體層之MTJ元件係MTJ比提昇，因此，可製造比以往更小型化之MTJ元件。具備有此MTJ元件之磁性記錄裝置的記錄密度可進一步提高。進而，由於隧道阻擋層並非為MgO，因此因水合導致之變質少，而耐水合性等之安定性優異。 　　[0052] 本實施形態之濺鍍靶構件之用途並非限定於濺鍍法者，例如，可使用電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法、分子束磊晶法、離子電鍍蒸鍍法、雷射剝蝕法之周知的物理蒸鍍法一事係該業者得以容易理解。 [實施例] 　　[0053] 以下，針對本發明之實施例詳細地進行說明。 　　[0054] (1)濺鍍靶構件之製造 (1-1)實施例1 　　作為原料係使用平均粒徑0.2μm、純度99.98質量%之MgO的粉末與平均粒徑0.15μm、純度99.99質量%之Al2 O3 的粉末。以使MgO與Al2 O3 之莫耳比成為50：50的方式進行秤量。於樹脂製球磨機容器中，裝入分散介質之甲醇、原料之粉末、以及耐隆球，並進行15小時混合(濕式混合)，而得到漿體。將漿體使用旋轉蒸發器來進行乾燥(乾燥步驟)，將所得之乾燥粉在大氣環境中，以1000℃進行熱處理(熱處理步驟)，而得到熱處理粉。熱處理粉係在進行了乾式粉碎之後，於樹脂製球磨機容器中裝入分散介質之甲醇、經乾式粉碎的熱處理粉、以及氧化鋁球來進行濕式粉碎(粉碎步驟)，而得到漿體(原料混合步驟)。將漿體使用旋轉蒸發器來進行乾燥，將所得之乾燥粉壓碎、造粒，而得到造粒粉(乾燥造粒步驟)。 　　[0055] 將造粒粉在Ar環境中，以1500℃、壓力20MPa進行HP燒結，而得到HP燒結體。HP燒結體係在Ar環境中，以1400℃～1550℃的溫度區域、壓力100MPa進一步進行HIP燒結，而得到HIP燒結體(燒結步驟)。由於HIP燒結體會藉由惰性氣體環境中之燒結而被還原，因此在含氧之環境中，以1500℃、常壓進行5小時氧化處理，而得到燒結體。燒結體係加工成所期望之形狀(外形加工步驟)，而將所得之試料供評估。 　　[0056] (1-2)實施例2、3 　　除了將MgO：Al2 O3 之莫耳比設為40：60、30：70以外，以與實施例1相同的步驟來製作試料，而供評估。 　　[0057] (1-3)實施例4 　　使用與實施例1相同的原料之粉末，以使MgO：Al2 O3 之莫耳比成為20：80的方式進行秤量。進行與實施例1相同的濕式混合，而得到漿體(原料混合步驟)。將漿體使用旋轉蒸發器來進行乾燥，而得到乾燥粉。乾燥粉係不進行熱處理而進行壓碎、造粒，而得到造粒粉(乾燥造粒步驟)。將造粒粉以壓力100MPa成形後(成形步驟)，在大氣環境中，以1750℃、常壓進行3小時燒結，而得到燒結體(燒結步驟)。燒結體係加工成所期望之形狀(外形加工步驟)，而將所得之試料供評估。 　　[0058] (1-4)實施例5～7 　　除了將MgO：Al2 O3 之莫耳比設為10：90、60：40、70：30以外，以與實施例4相同的步驟來製作試料，而供評估。 　　[0059] (1-5)實施例8 　　使用與實施例1相同的原料之粉末，以使MgO：Al2 O3 之莫耳比成為50：50的方式進行秤量。進行與實施例1相同的濕式混合，而得到漿體。將漿體使用旋轉蒸發器來進行乾燥，而得到乾燥粉。將乾燥粉在大氣環境中，以1000℃進行熱處理，而得到熱處理粉。熱處理粉係不進行壓碎，而直接製成造粒粉。造粒粉係進行與實施例1相同的HP燒結、HIP燒結，而得到燒結體。燒結體係加工成所期望之形狀，而將所得之試料供評估。 　　[0060] (1-6)實施例9 　　除了將MgO：Al2 O3 之莫耳比設為30：70以外，以與實施例4相同的步驟來製作試料，而供評估。 　　[0061] (1-7)實施例10 　　進行與實施例1相同的原料混合步驟(包含乾燥步驟、熱處理步驟及粉碎步驟)與乾燥造粒步驟，而得到造粒粉。造粒粉係在含氧之環境中，以1700℃、常壓進行5小時氧化處理。經氧化處理的粉末係不進行壓碎而直接製成造粒粉，並進行與實施例1相同的燒結步驟(HP燒結、HIP燒結及氧化處理)與外形加工步驟，而將所得之試料供評估。 　　[0062] (2)評估方法 　　針對所得之試料來進行以下之項目的評估。 　　[0063] (2-1)相對密度 　　試料之密度，例如，可利用阿基米德法而求出。試料之相對密度，可以實測之試料的密度相對於試料之組成的理論密度(將構成試料之結晶相的理論密度與體積比率之積累計所得者)之比例作表示。 　　[0064] (2-2)構成相、尖晶石相體積比率、尖晶石相晶格常數、尖晶石相組成 　　構成試料之結晶相(構成相)、所構成之尖晶石相的體積比率及尖晶石相的晶格常數係可由X射線繞射圖型而求出。針對使用XRD裝置(Bruker AXS製D8ADVANCE)所得之Ｘ射線繞射圖型，係使用裏特沃爾德解析軟體(Bruker AXS製TOPAS)，來算出尖晶石相之體積比率及晶格常數。又，尖晶石相之組成：由晶格常數求出Mgx Al2-2x O3-2x 之x。 　　[0065] (2-3)平均粒徑、D90/D10 　　構成試料之結晶粒子的粒徑係可藉由將試料之鏡面研磨面的結晶粒子進行影像解析而求出。亦即，結晶粒子之粒徑係使用以圓換算出鏡面研磨面之結晶粒子的面積之Heywood換算直徑。平均粒徑係求出結晶粒子200個之粒徑，並使用粒徑分布(個數基準)之50%之值(D50)。D10、D90係相同地使用粒徑分布之10%之值、90%之值。 　　[0066] (2-4)白度 　　試料之白度係使用CIE 1976(L*,a*,b*)之L*。白度越接近100，表示值越接近白色。其係使用將厚度2mm之試料使用色差計(日本電飾工業製ZE6000)，以反射法(JIS Z-8722)來測定所算出之值。 　　[0067] (2-5)光透過率 　　試料之光透過率係將厚度2mm之試料的全光透過率使用分光光度計(JASCO製V-670)並以積分球來測定，而使用波長400～800nm之平均光透過率。 　　[0068] (2-6)介電損失 　　試料之介電損失係可藉由波導管法而求出。品質因數Ｑ值係將試料設置於波導管中，使用網路分析器(Agilent Technologies 8720ES)，並以測定頻率10GHz進行測定。在此，作為介電損失之指標係使用作為測定頻率f(GHz)與Q值之積的f･Q值(GHz)。f･Q值越大則介電損失越小。 　　[0069] (2-7)強度 　　試料之強度係使用3點彎曲強度(JIS R1601)。 　　[0070] (2-8)成膜測試 　　所得之試料係將Cu製背板以In結合，作為濺鍍靶而設置於濺鍍裝置(ULVAC製CSL)內，而觀察濺鍍中之異常放電之有無。 　　[0071] (2-9)不可避免之雜質 　　針對於試料中所包含之不可避免之雜質的濃度，進行電感耦合電漿(ICP)分析。 　　[0072] (3)評估結果 　　將評估結果顯示於表1。 　　[0073][0074] (3-1)實施例1～3 　　實施例1～3係相對密度為99.6～99.8質量%，為高密度。又，構成相係尖晶石相之體積比率為100%，尖晶石相之組成係反映原料之MgO與Al2 O3 之莫耳比50：50～30：70，x=0.5～0.3(Mg0.5~0.3 Al1~1.4 O2~2.4 )。可推測其係藉由造粒前之熱處理步驟而促進原料之粉末的反應之故。燒結體之平均粒徑(D50)為2.1～2.4μm，D90/D10為2.4～3.6。白度為66～75，為白色，光透過率為40～45%。又，f･Q值為74000～89000GHz，為低損失，彎曲強度為320～345MPa，作為濺鍍靶構件為充分的強度。濺鍍中之異常放電少，可進行良好的成膜。 　　[0075] (3-2)實施例4～7 　　實施例4～7係相對密度為99.5～100質量%，為高密度。又，構成相係尖晶石相之體積比率為16～88%，為低，於實施例4、5中另外觀察到Al2 O3 相，於實施例6、7中觀察到MgO相。尖晶石相之組成為x=0.48～0.5 (Mg0.48~0.5 Al1.04~1 O2 。 04~2 )。燒結體之平均粒徑(D50)為5.2～6.5μm，大於實施例1～3。可推測其係燒結溫度為高，而粒成長之故。D90/D10為2.2～3.2。白度為77～82，為白色，光透過率27～36%，低於實施例1～3。f･Q值為88000～107000GHz，為低損失，彎曲強度為340～385MPa，作為濺鍍靶構件為充分的強度。濺鍍中之異常放電少，可進行良好的成膜。 　　[0076] (3-3)實施例8 　　實施例8係相對密度為99.8質量%，為高密度，尖晶石相之體積比率為100%，尖晶石相之組成為x=0.5 (Mg0.5 AlO2 )。白度為30，為黑色，光透過率為1%。又，f･Q值為48000GHz。 　　[0077] (3-4)實施例9 　　實施例9係相對密度為96.5質量%，尖晶石相之體積比率為100%，尖晶石相之組成為x=0.5(Mg0.5 AlO2 )。燒結體之平均粒徑(D50)為1.6μm，D90/D10為2.6。白度為98，為白色，光透過率為1%，f･Q值為48000GHz。 　　[0078] (3-5)實施例10 　　實施例10係相對密度為99.8質量%，為高密度，尖晶石相之體積比率為100%，尖晶石相之組成為x=0.5 (Mg0.5 AlO2 )。燒結體之平均粒徑(D50)為12，為大。 　　[0079] (3-6)不可避免之雜質 　　實施例1～10之不可避免之雜質的濃度任一者皆為數ppm～測定下限值以下。 　　[0080] 另外，雖如上述般地針對本實施形態詳細地進行了說明，但可在不實際脫離本發明之新穎事項及效果的範圍進行各種變形一事係為該業者所能容易理解。因而，如此之變形例係全部包含於本發明之範圍內。例如，於說明書中，至少一次較廣義或同義之不同的用語與所記載的用語係於說明書之任何地方，皆可替換成該不同的用語。又，物理蒸鍍用靶構件、物理蒸鍍膜及層構造等之構成及動作亦不限定於本實施形態所說明者，可進行各種的變形。

Claims (9)

  1. 一種物理蒸鍍用靶構件，其特徵為，包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分， 　　前述Mg與M之分別換算成MgO與M2 O3 之氧化物時的莫耳比為70：30～10：90。
  2. 一種物理蒸鍍用靶構件，其特徵為，包含Mg與M(M為3價之金屬元素)與O作為主成分， 　　其包含具有尖晶石構造的結晶相。
  3. 如請求項1或2之物理蒸鍍用靶構件，其中，前述M係由Al及Ga所成之群中選出的1種或2種。
  4. 如請求項1至3中任一項之物理蒸鍍用靶構件，其中，使厚度成為2mm時之光透過率為60%以下。
  5. 如請求項1至4中任一項之物理蒸鍍用靶構件，其中，10GHz時之介電損失以f･Q値計為45000GHz以上。
  6. 如請求項1至5中任一項之物理蒸鍍用靶構件，其中，白度為30以上。
  7. 一種濺鍍靶構件，其特徵為由如請求項1至6中任一項之物理蒸鍍用靶構件所構成。
  8. 一種物理蒸鍍膜之製造方法，其特徵為，使用如請求項1至6中任一項之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍物理蒸鍍膜。
  9. 一種層構造之製造方法，其特徵為，使用如請求項1至6中任一項之物理蒸鍍用靶構件，於底層上物理蒸鍍物理蒸鍍膜， 　　於前述物理蒸鍍膜上形成強磁性體層， 　　前述底層為強磁性體層，前述物理蒸鍍膜為隧道阻擋層。
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