專利名稱：磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的應(yīng)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性薄膜及其成膜方法以及應(yīng)用磁'I"生薄膜的裝
置，尤其是，涉及含有具有L1,型原子有序結(jié)構(gòu)的合金的磁性薄 膜及其成膜方法、以及其應(yīng)用裝置。作為所述磁性薄膜的應(yīng)用 裝置，主要為垂直；茲記錄介質(zhì)等》茲記錄介質(zhì)、隧道^茲電阻元件 (TMR : tunnel Magneto-Resistance )、 磁阻式隨機(jī)存儲器 (MRAM: Magnetoresistive Random Access Memory )、 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems,孩支才幾電系纟克)裝置，除jt匕 之外，對于公知的使用磁性薄膜的裝置等，根據(jù)需要可以廣泛 應(yīng)用。
背景技術(shù)：
使用所述》茲性薄膜的各種裝置中，對于》茲記錄介質(zhì)、隧道 磁電阻元件(TMR)、磁阻式隨機(jī)存儲器(MRAM)、微機(jī)電系 統(tǒng)裝置等進(jìn)行簡要說明。首先，說明磁記錄介質(zhì)。
硬盤、磁光記錄(MO)、磁帶等磁記錄裝置中使用的磁記 錄方式有面內(nèi)^茲記錄方式和垂直^茲記錄方式的兩種方式。多年 來，硬盤中使用的》茲記錄方式為，對于》茲盤表面進(jìn)行水平的,茲 記錄的面內(nèi)磁記錄方式，然而，自2005年前后，開始使用了可 更高密度進(jìn)行記錄的、對于磁盤表面進(jìn)行垂直的磁記錄的垂直 磁記錄方式，因此，開始^f吏用垂直萬茲記錄介質(zhì)作為》茲記錄介質(zhì)。 例如，專利文獻(xiàn)1中對于垂直磁記錄介質(zhì)進(jìn)4于了 7>開。專利文 獻(xiàn)l中公開了低噪聲特性、熱穩(wěn)定性和寫入特性優(yōu)異、可高密 度記錄且低成本化的垂直磁記錄介質(zhì)的 一 個(gè)例子。
圖1和圖2為所述專利文獻(xiàn)1中公開的垂直萬茲記錄介質(zhì)的
4結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，圖1中所示的垂直^茲記錄介質(zhì)具有在非；茲性
基體1上依次形成有基底層3、磁性層4和保護(hù)層5的結(jié)構(gòu)。 圖2中所示的垂直；茲記錄介質(zhì)顯示了在基底層3和非磁性基體 1之間設(shè)有用于基底層3的結(jié)晶取向性和控制結(jié)晶粒徑的晶種 層2的結(jié)構(gòu)。
另外，已知還有在基體和垂直磁性層之間設(shè)置有軟磁性層 的垂直雙層介質(zhì)，圖1中，在非磁性基體1和基底層3之間， 圖2中，在非磁性基體1和晶種層2之間，可以設(shè)置軟磁性層。
作為垂直f茲記錄介質(zhì)的磁記錄層(一磁性層)用材料，現(xiàn)在 主要使用CoPt系合金結(jié)晶膜，為了用于垂直磁記錄，控制結(jié)晶 取向，使具有六方最密堆積(hcp )結(jié)構(gòu)的CoPt系合金的c軸 垂直于膜表面(c面與膜表面平行)。
另外，作為控制磁性層結(jié)構(gòu)的一個(gè)方式，在垂直磁記錄介 質(zhì)中提出了通常被稱為粒狀磁性層的、具有用氧化物或氮化物 之類的非磁性非金屬物質(zhì)包圍鐵磁性晶粒周圍的結(jié)構(gòu)的磁性 層?？梢哉J(rèn)為，這種粒狀磁性膜的非磁性非金屬的晶界相可以 物理性地分離鐵萬茲性顆粒，因此，鐵》茲性顆粒間的》茲性相互作 用降低，可以抑制記錄位(recording bit)的遷移區(qū)域中產(chǎn)生的 鋸齒形疇壁的形成，因此可以獲得低噪聲特性。
另外，以垂直磁記錄介質(zhì)的更高記錄密度化為目標(biāo)，為了 減少相鄰一磁道的萬茲性影響，正在積極開發(fā)》茲道間:沒置有槽的離 散》茲道々某介(DTM: discrete track media), 以及，為了 4吏每1 個(gè)f茲性顆?？梢杂涗?比特(bit),正在積才及開發(fā)通過人工方 法使磁性顆粒有序排列的位規(guī)則媒介(BPM: bit patterned media )。
此外，為了可以記錄在具有高矯頑力的磁性膜上，也正在研 究熱專it助i茲i己錄(HAMR: Heat-Assisted Magnetic Recording 、TAMR: Thermal Assist Magnetic Recording )的i己錄方式，同時(shí) 也在研究與這種記錄方式對應(yīng)的磁記錄介質(zhì)。
接著，對隧道》茲電阻元件(TMR)、；茲阻式隨機(jī)存儲器
(MRAM)等進(jìn)行說明。閃存、DRAM等現(xiàn)有的存儲器是使用 存儲單元內(nèi)的電子進(jìn)行記錄，與此相對，MRAM是將與硬盤等 相同的磁性體用于記憶介質(zhì)的存儲器技術(shù)。圖3示出了其模式 結(jié)構(gòu)(出處"自旋注入磁化反轉(zhuǎn)的現(xiàn)狀與課題"、"Materia Japan Vol.42 No.9"、 2003年9月20日、屋上^>二郎等著、社團(tuán)法人 日本金屬學(xué)會發(fā)行、第646頁圖10)。 MRAM可以以地址存取 時(shí)間10ns左右、周期時(shí)間20ns左右和DRAM的5倍左右與 SRAM同樣地進(jìn)行高速讀寫。而且，具有只有閃存的十分之一 左右的低耗電量和高集成性等優(yōu)點(diǎn)。
如圖3的(a)所示，MRAM中應(yīng)用了 "TMR效應(yīng)"，通過 用2層的磁性體薄膜夾住數(shù)個(gè)原子程度厚度的絕緣體薄膜，使 一側(cè)的磁性體薄膜的磁化方向?qū)τ诹?一側(cè)發(fā)生變化，從而電阻 值發(fā)生變化。即，如圖3的(b)所示，使用了隧道》茲電阻元件
(TMR)。
另外，作為隧道》茲電阻元件(TMR),存在在反鐵磁性薄 膜上設(shè)置有鐵磁性薄膜的結(jié)構(gòu)的元件。例如，專利文獻(xiàn)9的圖 5中/>開了具有這種結(jié)構(gòu)的隧道》茲電阻元件。此外，專利文獻(xiàn)9 的圖4中，也/>開了自旋閥型磁阻元件，這種情況也與上述隧 道磁電阻元件相同，具有在反鐵磁性薄膜上設(shè)置有鐵磁性薄膜 的結(jié)構(gòu)。
接著，說明MEMS裝置。MEMS是指，將才幾械零件部件、 傳感器、執(zhí)行器、電路集成在一個(gè)硅基板、玻璃基板、有機(jī)材 料等之上的裝置。作為技術(shù)應(yīng)用的例子，有投影儀的光學(xué)元件 的一種DMD ( Digital Micromirror Device,凄t字孩i4竟裝置)、和速度傳 感器、流量傳感器等各種傳感器等。今后，制造業(yè)當(dāng)然更加期
待在醫(yī)療領(lǐng)域等中的應(yīng)用。上述MEMS裝置中， 一部分使用了 磁性薄膜。
然而，在上述這樣的各種裝置中，希望提高磁性薄膜的磁 性特性，大的Ku、即具有單軸磁疇各向異性的垂直磁化膜的開 發(fā)，對于今后的記錄介質(zhì)和存儲器的大容量化和高密度化是必 須的。尤其是，垂直》茲記錄介質(zhì)中，ECC ( exchange coupled composite, 交換耦合復(fù)合介質(zhì))、石更件棧/4欠件棧、Exchange Spring (交換彈簧)等具有硬層和軟層重疊結(jié)構(gòu)的顆粒或者點(diǎn) 的磁記錄層作為將來的高密度磁記錄介質(zhì)的磁記錄層而被提 出。但是，為了充分發(fā)揮這些介質(zhì)的特性，并且實(shí)現(xiàn)高熱穩(wěn)定 性和優(yōu)異的飽和記錄特性，需要使用10 erg/cm3數(shù)量級的Ku、 即具有單軸磁疇各向異性的垂直磁化膜作為硬膜。另 一方面，
對于作為將來的高密度存儲器而被期待的自旋注入反磁化型 MRAM也在進(jìn)4亍以下研究，通過〗吏用1()7erg/cm3凄t量級的大的 Ku、即具有單軸石茲疇各向異性的垂直》茲化力莫，/人而實(shí)現(xiàn)大容量 化。
另夕卜，上述說明中，Ku值的單位用erg/cm3的單位表示， 將該單位變換為SI單位時(shí)，通過erg/cm3 = 10"J/m3換算即可。 此外，將后述的飽和磁化單位emu/cm3變換為SI單位時(shí)，通過 1 emu/cm3 = 103A/m換算即可。
作為如前述那樣的具有大的Ku的垂直磁化膜，非專利文 獻(xiàn)1中公開了 Co-Pt的Lh型有序合金膜。另外，非專利文獻(xiàn)2 和專利文獻(xiàn)8中公開了 Fe-Pt的Ll。型有序合金膜。此外，在 專利文獻(xiàn)2、 3、 4、 5、 6、 7中，記載了 Fe-Pt有序合金、Fe畫Pd 有序合金和Co-Pt有序合金等LU型有序合金以及以此作為磁性層使用的》茲記錄介質(zhì)。
尤其是，所述非專利文獻(xiàn)1中記載的Co-Pt的Lh型有序 合金膜，通過提高有序度可以期待更大的Ku。
然而，為了應(yīng)用于垂直磁記錄介質(zhì)等，不^又需要大Ku、即 具有單軸磁疇各向異性，還需要飽和》茲化、即Ms也控制在適
當(dāng)?shù)闹?。關(guān)于這些，例如在非專利文獻(xiàn)3中進(jìn)行了詳細(xì)的記載。 非專利文獻(xiàn)3的第180頁的左欄中，基于圖3和圖4,記載了"飽 和磁化Ms的值在300 ~ 700emu/cm3的區(qū)域熱穩(wěn)定性良好，即
化曲線的矩形比維持為 1 , 飽和—磁化Ms的值也需要為 600emu/cm3以下"。
即，各種裝置中使用的磁性薄膜，根據(jù)目的，需要較低地 抑制飽和^茲化Ms，同時(shí)，又能獲得高Ku、即單軸石茲疇各向異 性。
曰本凈爭開2006 — 85825號乂>才艮 曰本凈爭開2002 — 208129號乂>才艮 曰本凈爭開2003 — 173511號7>寺艮 曰本凈爭開2002 - 216330號7>才艮 曰本凈爭開2004 — 311607號7>才艮 曰本對爭開2001 — 101645號7>才艮 日本國際公開WO2004 / 034385號再公表公
專利文獻(xiàn)1 專利文獻(xiàn)2 專利文獻(xiàn)3 專利文獻(xiàn)4 專利文獻(xiàn)5 專利文獻(xiàn)6 專利文獻(xiàn)7
報(bào)
專利文獻(xiàn)8: 專利文獻(xiàn)9:
曰本對爭開2004 — 311925號7^才艮 曰本凈爭開2005 — 333106號乂>才艮 非專利文獻(xiàn)1: H, Sato, et al., "Fabrication of Lll type Co-Pt ordered alloy films by sputter deposition", J. Appl. Phys.,103, 07E114 ( 2008 )非專利文獻(xiàn)2: S. Okamoto et al.， "Chemical-order-dependent magnetic anisotropy and exchange stiffness constant ofFePt (001)epitaxial films", Phys.Rev.B， 66， 024413 ( 2002 )
非專利文獻(xiàn)3:Y. Inaba, et al., "Magnetic Properties ofHard/Soft-Stacked Perpendicular Media Having Very Thin Soft Layers with a High Saturation Magnetization" .，J. Magn.Soc. Jpn.， 31， 178 ( 2007 )

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明鑒于上述問題，本發(fā)明的課題在于提供一種可以較低地抑制飽和-磁化Ms、又可以-提供高Ku、即單軸》茲疇各向異性的磁性薄膜及其成膜方法、以及應(yīng)用該磁性薄膜的各種裝置。
用于解決問題的方案
上述課題通過以下而實(shí)現(xiàn)。即，本發(fā)明的^茲性薄膜，其特征在于，其含有具有Lh型原子有序結(jié)構(gòu)的Co-M-Pt合金，其中，所述M表示單 一 或者多個(gè)除Co和Pt以外的金屬元素。(方案1 )。
另外，本發(fā)明的磁性薄膜，其特征在于，其具備包括以具有Lh型的原子的有序結(jié)構(gòu)的Co-M-Pt合金(所述M表示單一或者多個(gè)除Co和Pt以外的金屬元素。)為主要成分的鐵磁性晶粒、和包圍其的非磁性晶界的粒狀結(jié)構(gòu)(方案2)。
此外，上述方案1或2所述的磁性薄膜的特征在于，磁性薄膜的易磁化軸與膜表面垂直取向(方案3)。
另外，上述方案1 ~ 3的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜中，所述Co-M-Pt合金優(yōu)選為Co-Ni-Pt合金或Co-Ni-M2-Pt (所述M2
9表示單一或者多個(gè)除Co、 Ni和Pt以外的金屬元素。)(方案4 )。
此外，上述方案1 ~ 3的任意一項(xiàng)所述的》茲性薄膜中，所述Co-M-Pt合金優(yōu)選為Co-Ni-Pt合金，組成優(yōu)選如下，Co為10 ~35at%, Ni為20 55ato/。，剩余部分為Pt (方案5 )。
另外，上述方案1 ~ 3的任意一項(xiàng)所述的》茲性薄膜中，所述Co-M-Pt合金可以為Co-Fe-Pt合金或Co-Fe-M3-Pt (所述M3表示單一或者多個(gè)除Co、 Fe和Pt以外的金屬元素。)(方案6 )。
接下來，作為磁性薄膜的成膜方法的發(fā)明，優(yōu)選為下述發(fā)明。即，其特征在于，其為在基體上成膜方案1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜的方法，其中，使所述基體溫度在150°C ~ 500°C的范圍，并通過成膜前的真空度為lxlO"Pa以下的高真空磁控濺射法來形成磁性薄膜(方案7)。
另外，上述方案7所述的磁性薄膜的成膜方法中，所述基體溫度優(yōu)選為270°C ~ 400。C的范圍(方案8)。
此外，上述方案7或8所述的磁性薄膜的成膜方法中，所述真空度優(yōu)選為7xl(T7Pa以下(方案9)。
接下來，作為各種裝置的發(fā)明，優(yōu)選為下述發(fā)明。即，一種垂直磁記錄介質(zhì)，其特征在于，其為在基體上至少形成磁性層而成的垂直f茲記錄介質(zhì)，所述》茲性層為方案1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜。(方案10)。
另外， 一種隧道石茲電阻元件，其特4正在于，其具備上述方案1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的萬茲性薄膜(方案11 )。此外， 一種f茲阻式隨機(jī)存儲器，其特征在于，其具備上述方案1~6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜(方案12)。此外， 一種微機(jī)電系統(tǒng)裝置，其特征在于，其具備上述方案1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜(方案13 )。
接下來，以Co-Ni-Pt合金為例，對L1,型原子有序結(jié)構(gòu)、和具有該結(jié)構(gòu)的合金的磁性薄膜的概要和優(yōu)點(diǎn)、該磁性薄膜的
制造方法的概要等進(jìn)行說明。Co-Fe-Pt合金，雖然其特性傾向
具有部分差異，但從本發(fā)明的技術(shù)思想的觀點(diǎn)出發(fā)，可敘述相同的說明。
Lh型結(jié)構(gòu)是指，以fcc結(jié)構(gòu)為基本的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其原子位
置具有周期性。具體而言，作為原子密排面的(111)面的結(jié)構(gòu)
為，由以(Co-Ni)為主要成分的原子面和以Pt為主要成分的原子面1原子層1原子層交替層積而成。例如，以(Co-Ni )5QPt50組成完全有序化的、即原子容納于理想的位置的Lh型結(jié)構(gòu)是指，僅由Co-Ni構(gòu)成的原子面和僅由Pt構(gòu)成的原子面1原子層1原子層交替層積而成的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上是無法得到這種理想的
結(jié)構(gòu)的，但是，希望盡可能增大將有序度S用Smax進(jìn)行歸一化的S/Smax，其中Smax為考慮化學(xué)計(jì)量學(xué)的原子豐度比而理論上能實(shí)現(xiàn)的有序度的最大值。
接下來，對Lh型Co-Ni-Pt薄膜的概-要和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。1 )該Lh型Co-Ni-Pt膜具有較大的單軸磁疇各向異性Ku，與由于具有高Ku而通常受到廣泛注目的Ll。型Fe-Pt有序化合金膜相比，具有以下方面的優(yōu)勢。
(1 )如果提高原子排列的有序度，與Ll。型Fe-Pt有序化合金膜相比，可以得到更大的Ku。
(2)可以在150 ~ 500°C、更^f尤選在270 ~ 400。C的比4交的低的基體溫度下形成。公知的LU型Fe-Pt需要600。C左右。
(3 )結(jié)晶取向性、即作為易磁化軸的<111>軸的垂直取向的控制性優(yōu)異。
2)另夕卜，L^型Co-Ni-Pt膜的Ku以及飽和石茲化Ms，均依賴組成而發(fā)生變化，因此，通過調(diào)整組成，可以控制Ku和Ms。尤其是，詳細(xì)內(nèi)容如后所述，通過用Ni替換Co,與Co-Pt 二元相比，可以在4交低地抑制Ms的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高Ku化。即，與二元合金的具有相同的Ms的組成比4交，存在可以獲得高Ku的區(qū)域。而且，與Co-Pt二元相比，可以在低Pt濃度下實(shí)現(xiàn)相同的特性。
接下來，對磁性薄膜的制作方法進(jìn)行說明。前述本發(fā)明的磁性薄膜可以通過超高真空^茲控濺射法來形成，超高真空對于獲得有序度高的Lh型結(jié)構(gòu)很重要。至少不能利用真空性能差的裝置進(jìn)行制作。例如，通過使用MgO(lll)單結(jié)晶基板作為基板，可以獲得易磁化軸<111>軸與膜表面垂直取向的單結(jié)晶膜。另外，通過使用玻璃盤、附有熱氧化膜的Si基板等平滑性良好的基板，可以獲得易磁化軸<111>軸與膜表面垂直取向的多結(jié)晶膜。此外，單結(jié)晶膜和多結(jié)晶膜的情況下，均優(yōu)選使用Ru或者Pt的基底層。而且，基體溫度為36(TC左右時(shí)，可以獲得有序度最高的磁性薄膜。所形成的L"型結(jié)構(gòu)，尤其至接近400。C的溫度為止是穩(wěn)定的，除了特殊的情況，實(shí)用上的熱穩(wěn)定性優(yōu)異。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，可以提供可較低地抑制飽和》茲化Ms、同時(shí)可以提供高Ku、即單軸磁疇各向異性的磁性薄膜及其成膜方法、以及應(yīng)用該磁性薄膜的滿足需要的合適的各種裝置。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的垂直磁記錄介質(zhì)的示意截面圖。
圖2為與圖1不同的本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的垂直石茲記錄介質(zhì)的示意截面圖。(TMR)的磁阻式隨機(jī)存儲器(MRAM)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的Lh-Co-Ni-Pt垂直磁化膜
的Ku和Ms的組成依賴性的示意圖。
圖5與圖4的實(shí)施例相關(guān)，為將Ms的組成依賴性(a)與
Ku的組成依賴性(b)分開表示的示意圖。
圖6涉及本發(fā)明的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄
膜的實(shí)施例，與多種組成相關(guān)，表示Ku與Ni (或者Fe量)量
x的關(guān)系。
圖7涉及本發(fā)明的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄 膜的實(shí)施例，與多種組成相關(guān)，表示Ms與Ni (或者Fe量)量 x的關(guān)系。
圖8與本發(fā)明相關(guān)，為在MgO ( 111 )基板上形成的 (Co100-XNix) soPt5o組成對于X射線衍射圖的Ni量X的依賴 性的示意圖。
附圖標(biāo)記i兌明 1非磁性基體 2晶種層 3基底層 4磁性層 5保護(hù)層
具體實(shí)施例方式
接下來，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，基于圖4~ 圖8,對于具有Lh型原子有序結(jié)構(gòu)的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt 合金的磁性薄膜的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的Lh-Co-Ni-Pt垂直磁化膜 的Ku和Ms的組成依賴性的示意圖，Co-Ni-Pt的各組成(？t% )用三相網(wǎng)格表示，垂直f茲化膜顯示的是在基^反溫度360。C下， 在MgO ( 111 )基4反上形成的情況。在圖4右下方，在標(biāo)記有 Phase boundary (相界)的比較細(xì)的虛線的左側(cè)的寬闊區(qū)域中， 可以實(shí)現(xiàn)Lh型的結(jié)構(gòu)。所述虛線的右側(cè)的狹窄區(qū)域，被稱作 m-DO^型，故制成了與Lh型不同的結(jié)構(gòu)。
另外，圖4中，用o標(biāo)記表示的各點(diǎn)上附注有Ku值，其等 值線用粗實(shí)線表示。此外，Ms的等值線用粗長的虛線表示。另 外，圖中用粗虛線描繪的橢圓狀的區(qū)域表示的是，與Co-Pt 二 元相比，適合4交^f氐地抑制Ms、同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高Ku化的區(qū)域。 而且，如果通過改善成膜條件等而提高有序度的話，該區(qū)域會 進(jìn)一步擴(kuò)大。另外，該區(qū)域與Co-Pt 二元比較，具有可以通過 少量Pt而實(shí)現(xiàn)相同的^茲特性的優(yōu)點(diǎn)。
上述適合的區(qū)域如上述方案5所述，組成大致如下，Co 為10 ~ 35 ( at% ), Ni為20 ~ 55 ( at% ),剩余部分為Pt。并且， 該組成下，Ku的值大致為1 2.2xl(^erg/cmS,略微寬范圍來看， 為1 ~ 2.5x107erg/cm3, Ms的4i大致為400 ~ 800emu/cm3。
圖5與上述圖4的實(shí)施例相關(guān)，為了^f更于理解，將Ms的 組成依賴性與Ku的組成依賴性分開表示，(a)圖中用粗實(shí)線 表示Ms的等值線，(b)圖中用粗實(shí)線表示Ku的等值線。
接下來，說明圖6和圖7。圖6涉及本發(fā)明的Co-Ni-Pt合 金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄膜的實(shí)施例，與多種組成相關(guān)，表 示Ku與Ni (或者Fe量)量x的關(guān)系，圖7表示Ms與Ni (或 者Fe量)量x的關(guān)系。
圖6和圖7中所示的Lh型有序合金通過超高真空(UHV: Ultra High Vacuum )用的DC;茲控濺射裝置(ANELVA， E8001 ) 制作。開始成膜前的到達(dá)真空度為7xl(T7Pa以下。'減射中使用 雜質(zhì)濃度為2~ 3ppb的超高純度氣體?；迨褂肕gO ( 111 )
14單結(jié)晶基板。在Co-M-Pt合金(Co-Ni-Pt合金或Co-Fe-Pt合金) 和基板之間設(shè)置Pt基底層，在Co-M-Pt合金上設(shè)置Pt覆蓋層。 所述Pt基底層、Co-M-Pt合金層、Pt覆蓋層的膜厚分別制成 20nm、 10nm和2nm。
Co-M-Pt合金層的成膜時(shí)的基板溫度設(shè)為360。C或39(TC, 在圖6和圖7的上方所示的Co-M-Pt合金的各組成的末尾分別 標(biāo)記為360或390。
Co-M-Pt合金層通過共濺射法形成，Co、 Ni(或者Fe)和Pt的各成膜速度依賴于組成和成膜條件，設(shè) 為1.4 ~ 4.7nm/min。
Lh型有序結(jié)構(gòu)的確認(rèn)是通過對后述的X射線衍射圖進(jìn)行 超晶格衍射線觀測而進(jìn)行的。另外，Ms、即飽和磁化，通過振 動(dòng)才羊品i茲強(qiáng)計(jì)(VSM: Vibrating Sample Magnetometer )求4尋。 Ku 、 即單軸^茲疇各向異性，通過 GST ( Generalized Sucksmith隱Thompson， 廣義Sucksmith國Thompson )'法>,4尋。止匕 外，Ku還可以通過轉(zhuǎn)矩》茲強(qiáng)計(jì)求得。
由圖6可知，在圖6所示的范圍內(nèi)，即便將Co用Ni (或 者Fe)替換，Ku也可以維持在約107erg/cm3以上的較大值。 另外，由圖7可知，即便將Co用Ni (或者Fe )替換，也可以 使Ms在約400 ~ 1200emu/cm3的較廣范圍內(nèi)變動(dòng)。
此外，在圖6和圖7所示的實(shí)施例中，用Ni (或者Fe)替 換Co的比例越大，Ku和Ms的值越表現(xiàn)出大致下降的傾向， Co-Fe-Pt合金的Ms的值表現(xiàn)出，即使Fe的比例增大Ms的值 也幾乎不發(fā)生變化的傾向。然而，根據(jù)圖4或圖5的三相網(wǎng)格 的實(shí)施例的結(jié)果，未必為上述那樣的傾向，根據(jù)組成不同而表 現(xiàn)出不同的傾向。無論哪種情況，由所述圖4~7的實(shí)施例可知， 通過調(diào)整組成可以控制Ku和Ms。
接下來，對圖8進(jìn)行說明。圖8為在MgO ( 111 )基板上形成的(Co剛.xNix) 5oPtso組成對于X射線衍射圖的Ni量X 的依賴性的示意圖，該例將基板溫度設(shè)定為360°C，薄膜的基 底層使用Pt。
均只觀察來自密排面的衍射線，可知密排面的取向與膜表 面平行。另夕卜，觀察了起因于每2原子層的原子的周期性的Lh-(111 )面和Ll廣(333 )面的衍射線，Ll!型的有序化結(jié)構(gòu)得 到實(shí)現(xiàn)。所有薄膜均具有在膜表面垂直方向(<111>方向)存 在易磁化軸的高Ku，證明了向Ll,型的有序化。未形成Lh型 的情況下，該組成域中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成fcc，因此，其》茲疇各向 異性不是單軸性，可以容易地推測出其絕對值為lxl06erg/cm3 以下。另外，嚴(yán)格地講，由于Lh型的原子排列的有序化，膜 表面垂直方向的面間隔略有縮小，基本單位變?yōu)榱庑谓Y(jié)構(gòu)，這 里，為了避免混亂，而用以立方晶為基準(zhǔn)的指數(shù)進(jìn)行標(biāo)記。
接下來，對磁性薄膜的應(yīng)用裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說明。所 述磁性薄膜通過用于上述背景技術(shù)中所述的垂直磁記錄介質(zhì)、 隧道f茲電阻元件(TMR)、》茲阻式隨才幾存^(諸器(MRAM)、 MEMS 裝置等中使用的磁性薄膜，可以實(shí)現(xiàn)滿足裝置需要的合適的裝 置。
權(quán)利要求
1.一種磁性薄膜，其含有具有L11型原子有序結(jié)構(gòu)的Co-M-Pt合金，其中所述M表示單一或者多個(gè)除Co和Pt以外的金屬元素。
2. —種磁性薄膜，其具備包括以具有型原子有序結(jié)構(gòu) 的Co-M-Pt合金為主要成分的鐵磁性晶粒、和包圍該《失；茲性晶 粒的非磁性晶界的粒狀結(jié)構(gòu)，其中所述M表示單一或者多個(gè)除 Co和Pt以外的金屬元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性薄膜，其特征在于，所 述磁性薄膜的易磁化軸與膜表面垂直取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜，其特 征在于，所述Co-M-Pt合金為Co-Ni-Pt合金或Co-Ni-M2-Pt， 其中所述M2表示單一或者多個(gè)除Co、 Ni和Pt以外的金屬元 素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜，其特 征在于，所述Co-M-Pt合金為Co-Ni-Pt合金，組成如下，Co 為10 ~ 35at°/。， Ni為20 55at。/。，剩余部分為Pt。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜，其特 征在于，所述Co-M-Pt合金為Co-Fe-Pt合金或Co-Fe-M3-Pt, 其中所述M3表示單一或者多個(gè)除Co、 Fe和Pt以外的金屬元 素。
7. —種磁性薄膜的成膜方法，其特征在于，其為在基體上 成膜權(quán)利要求1~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜的方法，其中， 使所述基體溫度在150°C ~ 50(TC的范圍，并通過成膜前的真空 度為1 x 1 (T4Pa以下的高真空磁控濺射法來形成^茲性薄膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性薄膜的成膜方法，其特征在 于，所述基體溫度為270°C ~ 40(TC的范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的磁性薄膜的成膜方法，其特征在于，所述真空度為7xl(T7Pa以下。
10. —種垂直磁記錄介質(zhì)，其特征在于，其為在基體上至 少形成》茲性層而成的垂直》茲記錄介質(zhì)，所述f茲性層為4又利要求 1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的》茲性薄膜。
11. 一種隧道磁電阻元件，其特征在于，其具備權(quán)利要求 1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜。
12. —種磁阻式隨機(jī)存儲器，其特征在于，其具備權(quán)利要 求1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的石茲性薄膜。
13. —種微機(jī)電系統(tǒng)裝置，其特征在于，其具備權(quán)利要求 1 ~ 6的任意一項(xiàng)所述的磁性薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以較低地抑制飽和磁化Ms、又可以提供高Ku的磁性薄膜及其成膜方法、以及應(yīng)用該磁性薄膜的各種裝置。本發(fā)明的磁性薄膜含有具有L1₁型的原子的有序結(jié)構(gòu)的Co-M-Pt合金(所述M表示單一或者多個(gè)除Co和Pt以外的金屬元素)，例如，所述Co-M-Pt合金為Co-Ni-Pt合金，組成如下，Co為10～35(at％)，Ni為20～55(at％)、剩余部分為Pt。另外，所述磁性薄膜應(yīng)用于在垂直磁記錄介質(zhì)、隧道磁電阻元件(TMR)、磁阻式隨機(jī)存儲器(MRAM)、微機(jī)電系統(tǒng)裝置等中使用的磁性膜中。
文檔編號H01F10/16GK101640098SQ200910152089
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者佐藤英夫, 岡本聰, 北上修, 島津武仁, 片岡弘康, 青井基 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué);富士電機(jī)電子技術(shù)株式會社