磁性薄膜以及包括磁性薄膜的應用設備的制造方法

磁性薄膜以及包括磁性薄膜的應用設備的制造方法
【專利摘要】本發明的課題在于，提供具有高的磁各向異性常數(Ku)及大的頑磁力(Hc)的磁性薄膜以及包括該磁性薄膜的應用設備。本發明的磁性薄膜包括有序合金，該有序合金包含從由Fe以及Ni構成的群選擇的至少一種第一元素、從由Pt、Pd、Au以及Ir構成的群選擇的至少一種第二元素以及Sc。
【專利說明】
磁性薄膜從及包括磁性薄膜的應用設備
技術領域
[0001] 在本說明書中公開了幾個實施方式的發明設及包含有序合金的磁性薄膜。更詳細 而言，實施方式的幾個結構例設及有序合金WFeW及Pt為主成分且包含Sc的磁性薄膜。進 而，在本說明書中公開了幾個實施方式的發明設及包括上述磁性薄膜的應用設備。
【背景技術】
[0002] 包括磁性薄膜的應用設備包括磁記錄介質、隧道磁阻元件(TMR)、磁阻隨機存取存 儲器(MRAM) W及微機電系統(MEMS)設備等。
[0003] 作為包括磁性薄膜的應用設備的第一例，說明磁記錄介質。磁記錄介質被用于硬 盤、光磁記錄(M0)盤W及磁帶等磁記錄裝置。其磁記錄方式包括面內磁記錄方式W及垂直 磁記錄方式。
[0004] 面內磁記錄方式是W往使用的方式，是例如相對于硬盤表面水平地進行磁記錄的 方式。但是，近年來，主要使用能夠實現更高的記錄密度的與盤表面垂直地進行磁記錄的垂 直磁記錄方式。
[0005] 在垂直磁記錄方式中使用的磁記錄介質下有時記載為"垂直磁記錄介質"）至 少包括非磁性基板和由硬質磁性材料形成的磁記錄層。垂直磁記錄介質也可W任意選擇性 地還包括由軟磁性材料形成而承擔使磁頭產生的磁通集中到磁記錄層的作用的軟磁性襯 底層、用于使磁記錄層的硬質磁性材料向目的的方向取向的晶種層、保護磁記錄層的表面 的保護層等。
[0006] 近年來，W進一步提高垂直磁記錄介質的記錄密度為目的，迫切需要使磁記錄層 中的磁性晶粒的粒徑縮小。另一方面，磁性晶粒的粒徑的縮小使所記錄的磁化的熱穩定性 降低。因此，為了補償磁性晶粒的粒徑的縮小所致的熱穩定性的降低，要求使用具有更高的 晶體磁各向異性的材料來形成磁性晶粒。
[0007] 但是，具有用具有高的磁各向異性的材料形成的磁記錄層的磁記錄介質具有大的 頑磁力，磁化的記錄困難。為了克服該記錄困難性，提出了熱輔助磁記錄方式、微波輔助磁 記錄方式等能量輔助磁記錄方式。在熱輔助磁記錄方式中，利用磁性材料中的磁各向異性 常數化U)的溫度依賴性、即溫度越高則Ku越小運樣的特性。在該方式中，使用具有磁記錄層 的加熱功能的頭。即，通過使磁記錄層升溫而臨時地使Ku降低來使反轉磁場降低，在該期間 進行寫入。在降溫之后，Ku返回到原來的高的值，所W能夠穩定地保持所記錄的磁化。
[000引作為包括磁性薄膜的應用設備的第二例，說明隧道磁阻元件(TMR)W及使用它的 磁阻隨機存取存儲器(MRAM)。閃存存儲器、靜態隨機存取存儲器(SRAM)、動態隨機存取存儲 器(DRAM)等W往的存儲器使用存儲器單元內的電子來進行信息的記錄。另一方面，MRAM是 將與硬盤等相同的磁性體用于記錄介質的存儲器。
[0009] MRAM具有10ns左右的地址訪問時間W及20ns左右的循環時間。因此，MRAM的讀寫 速度是DRAM的讀寫速度的5倍左右，即與靜態隨機存取存儲器(SRAM)的讀寫速度等同。另 外，MRAM具有能夠實現閃存存儲器的十分之一左右的低功耗W及高密度的集成運樣的優 點。
[0010] 此處，能夠通過各種技術，制造在MRAM中使用的TMR。例如，通過在反鐵磁性薄膜上 形成鐵磁性薄膜，能夠得到包括TMR的層疊體。在日本特開2005-333106號公報(專利文獻1) 中，公開了如下交換禪合元件:在基板上依次層疊反鐵磁性層W及與該反鐵磁性層交換禪 合的鐵磁性層，上述反鐵磁性層包含Mn-Ir合金的規則相(Mmir)。在該文獻的圖5中，公開 了包括上述交換禪合元件的TMR的示意剖面圖。另外，在該文獻的圖4中，公開了具備交換禪 合元件的自旋閥型磁阻元件。
[00川作為包括磁性薄膜的應用設備的第立例，說明微機電系統(MEMS)設備。MEMS設備 是在單一的基板上將機械要素零件、傳感器、致動器和/或電子電路集成化而成的設備的總 稱。可使用的基板包括娃基板、玻璃基板或者有機材料基板。MEMS設備的應用例包括:作為 投影儀的光學元件的1種的數字微型反射鏡設備(DMD);用于噴墨打印機的頭部的微小噴 嘴；W及壓力傳感器、加速度傳感器和流量傳感器那樣的各種傳感器。近年來，除了制造業 中的應用W外，還期待醫療領域等中的MEMS設備的應用。
[001。上述應用設備(磁記錄介質、TMR、MRAMW及MEMS設備)都要求磁性薄膜的磁特性的 提高，具體而言要求單軸磁各向異性常數化U)的提高。另外，運樣呈現優良的Ku值的磁性薄 膜的開發被認為今后對記錄介質W及存儲器的大容量化和/或高密度化作出很大貢獻。
[0013] 作為呈現優良的Ku值的材料的候補，有序合金受到矚目，活躍地進行其研究。作為 有序合金，著眼于化Pt、CoPt等各種材料。用于添加到它們中而提高特性的添加材料的探索 也正繼續。關于運一點，在日本特開2010-135610號公報(專利文獻2)中，提出了含有Lh型 的Co-Pt-C有序合金的磁性薄膜。該Co-Pt-C有序合金能夠包含任意選擇性地從由Ni、Fe、 111、吐、￥、11、5。、〇1、211、口(1、化、腳、]\1〇、抓、2'、4邑、打、411、1^、胖、化、冊、41、51、66^及財勾成的 群中選擇的至少一種添加元素。但是，未具體地研究運些添加元素對磁性薄膜造成的影響。
[0014] 另外，在日本特開2008-59733號公報（專利文獻3)中，提出了具有通過由FePd、 FePtXoPtW及MnAl那樣的LIq型有序合金構成的磁性晶粒W及由氧化物構成的非磁性晶 界而構成的粒狀構造的磁記錄層的磁記錄介質。此處，氧化物由氧和至少一個元素具有負 的還原電位的一個或者多個元素構成。作為構成氧化物的元素的例子，記載了筑(Sc)。但 是，在該文獻中，未針對上述粒狀構造的磁記錄層的特性進行任何評價。另外，在該文獻中， 既未公開也未啟示在Llo型有序合金中導入添加元素。
[0015] 如W上那樣，當前，幾乎未進行與作為添加到有序合金的材料的Sc有關的研究。關 于添加了 Sc的情況下的有序合金的磁特性、特別是運樣的有序合金中的磁各向異性常數Ku 的研究也幾乎未得到進展。
[0016] 專利文獻1:日本特開2005-333106號公報
[0017] 專利文獻2:日本特開2010-135610號公報
[0018] 專利文獻3:日本特開2008-59733號公報

【發明內容】

[0019] 在本說明書中公開了幾個結構例的發明的目的在于，提供一種具有高的磁各向異 性常數Ku及大的頑磁力化的磁性薄膜W及包括該磁性薄膜的應用設備。
[0020] 作為本發明的實施方式的一個例子的磁性薄膜的特征在于，包含有序合金，所述 有序合金包含從由化W及Ni構成的群選擇的至少一種第一元素、從由Pt、Pd、AuW及Ir構成 的群選擇的至少一種第二元素 W及Sc。優選的是，第一元素是Fe，第二元素是Pt。另外，有序 合金期望具有Llo型有序構造。另外，本實施方式的磁性薄膜也可W具有由包含所述有序合 金的磁性晶粒和非磁性晶界構成的粒狀構造。非磁性晶界能夠包含從由碳、棚、氧化物W及 氮化物構成的群選擇的至少一種材料。另外，能夠使用本實施方式的磁性薄膜，來形成微機 電系統。
[0021] 作為本發明的實施方式的一個例子的磁記錄介質的特征在于，包括非磁性基板和 磁記錄層，所述磁記錄層包括所述磁性薄膜。
[0022] 作為本發明的實施方式的一個例子的隧道磁阻元件的特征在于，包括固定磁性 層、自由磁性層W及勢壘層，所述勢壘層位于所述固定磁性層與所述自由磁性層之間，所述 固定磁性層W及所述自由磁性層的至少一方包括所述磁性薄膜。能夠使用該隧道磁阻元件 來形成磁隨機存取存儲器。
[0023] 通過采用上述結構，作為本發明的實施方式的一個例子的磁性薄膜能夠具有大的 磁各向異性常數KuW及大的頑磁力化運兩者。另外，具有上述特性的磁性薄膜作為具有高 的記錄密度的磁記錄介質的磁記錄層是有用的。進而，上述磁性薄膜被認為對磁阻元件的 小型化、磁隨機存取存儲器W及微機電系統的集成度的提高等也有用。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示出第二實施方式的磁記錄介質的一個結構例的概略剖面圖。
[0025] 圖2是示出隧道磁阻元件的一個結構例的概略剖面圖，（a)是示出記錄有"0"的信 號的狀態的圖，（b)是示出記錄有"Γ的信號的狀態的圖。
[0026] 圖3是示出磁阻隨機存取存儲器的一個結構例的概略剖面圖。
[0027] 圖4是示出實施例1的磁記錄介質中的Sc含量和晶格的a軸W及C軸的長度的關系 的圖形。
[00%]圖5是示出實施例1的磁記錄介質中的Sc含量和頑磁力化的關系的圖形。
[0029] 圖6是示出實施例1的磁記錄介質中的Sc含量和磁各向異性常數Ku的關系的圖形。
[0030] 符號說明
[0031] 10:非磁性基板;20:晶種層;30:磁記錄層;60:隧道磁阻元件;62:固定磁性層;64: 自由磁性層;66:勢壘層;70 :M0S-FET; 72:基板;74:源極;76:漏極;78:柵極;82:觸點;84:字 線;86:比特線;88:數字線；100: MRAM。
【具體實施方式】
[0032] 第一實施方式的磁性薄膜包含有序合金，所述有序合金包含從由FeW及Ni構成的 群選擇的至少一種第一元素、從由Pt、Pd、AuW及Ir構成的群選擇的至少一種第二元素 W及 Sc。優選的是，有序合金具有Llo型構造。優選的Llo型有序合金包含FePtScW及FePdSc。另 夕h特別優選的LIg型有序合金包含作為第一元素的化、作為第二元素的PtW及Sc。
[0033] 在本實施方式中使用的有序合金中，關于第一元素相對第二元素之比，也可 原子數為基準而設為0.7~1.3的范圍內、優選設為0.8~1.1的范圍內。通過使用該范圍內 的組成比，能夠得到具有大的磁各向異性常數Ku的Llo型有序構造。
[0034] 在本實施方式中使用的有序合金中的Sc優選為0價的氧化狀態的Sc、即金屬狀態 的Sc。雖然不期望被某種理論約束，但能夠認為通過Sc的添加而發生LIq型有序構造的晶格 的C軸長增大的變形，通過該晶格的變形而得到大的磁各向異性常數KuW及大的頑磁力化。 有序合金不包含Sc氧化物那樣的更高的氧化狀態的Sc。其原因為，更高的氧化狀態的Sc的 化合物所引起的其他原子的置換、或者、更高的氧化狀態的Sc的化合物的向格子內的侵入 等使晶格變形的過程在原理上被認為難W發生，所W難W認為通過更高的氧化狀態的Sc的 化合物，能夠實現本實施方式的作用效果。
[0035] 在本實施方式中，有序合金也可W不一定所有原子都具有有序構造。表示有序構 造的程度的有序度S是預定的值W上即可。通過X射線衍射法(XRD)測定磁性薄膜，利用測定 值和完全規則化了時的理論值之比，計算有序度S。在Llo型有序合金的情況下，使用來源于 有序合金的（001) W及(002)峰值的積分強度來計算。通過將測定出的（002)峰值積分強度 相對(001)峰值積分強度之比的值除W在完全規則化了時理論上計算出的（002)峰值積分 強度相對(001)峰值積分強度之比，能夠得到有序度S。如果運樣得到的有序度S是0.5W上， 則作為磁性薄膜，具有實用的磁各向異性常數Ku。
[0036] 本實施方式的磁性薄膜也可W具有通過由所述有序合金構成的磁性晶粒和非磁 性晶界而構成的粒狀構造。此處，非磁性晶界也可W包含碳(C)、棚(B)、氧化物W及氮化物。 能夠在非磁性晶界中使用的氧化物包含Si化、Ti〇2W及ZnO。能夠在非磁性晶界中使用的氮 化物包含SiNW及TiN。在粒狀構造中，各個磁性晶粒通過非磁性晶界被磁性地分離。該磁性 分離特別是在將磁性薄膜用于磁記錄介質的磁記錄層的情況下，對磁記錄介質的SNR提高 有效。
[0037] 優選的是，通過伴隨基板的加熱的瓣射法，形成本實施方式的磁性薄膜。作為瓣射 法，能夠使用DC磁控瓣射法、RF瓣射法等在該技術領域中公知的方法。在W下的說明中，在 記載為瓣射法的情況下，只要未特別說明就是相同的。形成磁性薄膜時的基板溫度優選為 400~500°C的范圍內。通過采用該范圍內的基板溫度，能夠提高磁性薄膜中的Llo型有序合 金材料的有序度S。作為在瓣射法中使用的標祀，也可W使用由第一元素 W及第二元素構成 的標祀W及由Sc構成的標祀運巧巾標祀。或者，也可W使用由第一元素構成的標祀、由第二 元素構成的標祀W及由Sc構成的標祀運巧巾標祀。在運些情況下，通過對各個標祀單獨地供 給電力，能夠控制磁記錄層30的有序合金中的第一元素、第二元素 W及Sc的比例。
[0038] 在本實施方式的磁性薄膜的形成中使用的基板也可W是表面平滑的各種基板。例 如，能夠將實施了NiP鍛覆的A1合金、強化玻璃、晶化玻璃、娃或者MgO等用作基板。
[0039] 在形成具有粒狀構造的磁性薄膜時，也可W使用W預定的比例混合形成磁性晶粒 的材料和形成非磁性晶界的材料而成的標祀。或者，也可W使用由形成磁性晶粒的材料構 成的標祀和由形成非磁性晶界的材料構成的標祀。如上所述，也可W作為用于形成磁性晶 粒的標祀，使用多個標祀。在該情況下，能夠對各個標祀單獨地供給電力，控制磁性薄膜中 的磁性晶粒和非磁性晶界的比例。
[0040] 第二實施方式的磁記錄介質包括非磁性基板和磁記錄層，所述磁記錄層包括至少 一個第一實施方式的磁性薄膜。例如，在圖1所示的結構例中，磁記錄介質包括非磁性基板 10、磁記錄層30W及可任意選擇性地設置的晶種層20。
[0041] 非磁性基板10也可W是表面平滑的各種基板。能夠使用在磁記錄介質中一般使用 的材料。例如，能夠使用實施了NiP鍛覆的A1合金、強化玻璃、晶化玻璃或者MgO等，來形成非 磁性基板10。
[0042] 磁記錄層30既可W是單一的層，也可W是多個層的層疊體。在由單一的層構成的 情況下，磁記錄層30是第一實施方式的磁性薄膜。
[0043] 在磁記錄層由多個層構成的情況下，多個層中的至少一個是第一實施方式的磁性 薄膜。多個層中的其他層也可W是W居里溫度(Tc)控制為目的的層、用于調整磁化反轉的 蓋層、用于控制2個磁性層間的交換禪合的交換禪合控制層、用于控制磁特性的磁性層、控 制朝向微波輔助磁記錄的鐵磁性共振頻率的磁性層等。運些層能夠使用包括瓣射法的在該 技術中公知的任意方法來形成。
[0044] 本實施方式的磁記錄介質也可W在非磁性基板10與磁記錄層30之間，還包括從由 密接層、散熱層、軟磁性襯底層、基底層W及晶種層20構成的群選擇的一個或者多個層。另 夕h本實施方式的磁記錄介質也可W在磁記錄層30上還包括保護層40。進而，本實施方式的 磁記錄介質也可W在磁記錄層30或者保護層40上還包括液體潤滑劑層。
[0045] 可任意選擇性地設置的密接層被用于提高在其上形成的層和在其下形成的層(包 括非磁性基板10)的密接性。當在非磁性基板10的上表面設置密接層的情況下，密接層20能 夠使用與上述非磁性基板10的材料的密接性良好的材料來形成。運樣的材料包括Ni、W、Ta、 化、Ru等金屬、包含上述金屬的合金。或者，也可W在非磁性基板low外的2個構成層之間形 成密接層。密接層既可W是單一的層，也可W具有多個層的層疊構造。
[0046] 可任意選擇性地設置的軟磁性襯底層控制來自磁頭的磁通，提高磁記錄介質的記 錄/再生特性。用于形成軟磁性襯底層的材料包含NiFe合金、鐵娃侶(FeSiAl)合金、CoFe合 金等晶質材料、。6了曰(：、(：0。6化、(：0化？等微晶質材料^及包含(：0化師、(：0了曰2'等(：0合金的非 晶質材料。軟磁性襯底層的膜厚的最佳值取決于在磁記錄中使用的磁頭的構造 W及特性。 在通過與其他層的連續成膜而形成軟磁性襯底層的情況下，考慮與生產性的均衡，優選軟 磁性襯底層具有lOnm~500nm的范圍內（包括兩端）的膜厚。
[0047] 當在熱輔助磁記錄方式中使用本實施方式的磁記錄介質的情況下，也可W設置散 熱層。散熱層是用于有效地吸收在熱輔助磁記錄時產生的磁記錄層30的多余的熱的層。散 熱層能夠使用熱傳導率W及比熱容高的材料來形成。運樣的材料包含Cu單質、Ag單質、Au單 質或者將它們設為主體的合金材料。此處，"設為主體"表示該材料的含量是50wt%W上。另 夕h根據強度等觀點，能夠使用Al-Si合金、Cu-B合金等來形成散熱層。進而，能夠使用鐵娃 侶(FeSiAl)合金、軟磁性的CoFe合金等來形成散熱層。通過使用軟磁性材料，能夠對散熱層 賦予使頭所產生的垂直方向磁場集中到磁記錄層30的功能，還能夠補充軟磁性襯底層的功 能。散熱層的膜厚的最佳值根據熱輔助磁記錄時的熱量和熱分布W及磁記錄介質的層結構 和各結構層的厚度而變化。在通過與其他結構層的連續成膜形成的情況等下，考慮與生產 性的均衡，散熱層的膜厚優選為lOnmW上且l(K)nmW下。散熱層能夠使用瓣射法、真空蒸鍛 法等在該技術中公知的任意方法來形成。在通常的情況下，使用瓣射法來形成散熱層。考慮 磁記錄介質所要求的特性，能夠在非磁性基板10與密接層之間、密接層與基底層之間等設 置散熱層。
[0048] 基底層是用于控制在上方形成的晶種層20的結晶性和/或晶體取向的層。基底層 既可W是單層也可W是多層。基底層優選為由&金屬或者對作為主成分的Cr添加了從由 1〇、胖、11、￥、]/[]1、了曰^及21'構成的群選擇的至少一種金屬而成的合金形成的非磁性膜。基底 層能夠使用瓣射法等在該技術中公知的任意方法來形成。
[0049] 晶種層20的功能在于確保基底層等處于其下的層與磁記錄層30之間的密接性、W 及控制作為上層的磁記錄層30的磁性晶粒的粒徑W及晶體取向。晶種層20優選為非磁性。 另外，在熱輔助磁記錄方式中使用本實施方式的磁記錄介質的情況下，優選晶種層20作為 熱阻擋部而控制磁記錄層30的溫度上升W及溫度分布。為了控制磁記錄層30的溫度上升W 及溫度分布，晶種層20優選同時實現在熱輔助記錄時的磁記錄層30的加熱時使磁記錄層30 的溫度迅速地上升的功能W及在引起磁記錄層30的面內方向的傳熱之前通過深度方向的 傳熱而將磁記錄層30的熱引導到基底層等下層的功能。
[0050] 為了達成上述功能，與磁記錄層30的材料相匹配地適當選擇晶種層20的材料。更 具體而言，與磁記錄層的磁性晶粒的材料相匹配地選擇晶種層20的材料。例如，在磁記錄層 30的磁性晶粒由Llo型有序合金形成的情況下，優選使用Pt金屬、或者化C1型的化合物來形 成晶種層。特別優選的是，使用MgO、SrTi化等氧化物或者TiN等氮化物來形成晶種層20。另 夕h還能夠層疊由上述材料構成的多個層來形成晶種層20。根據磁記錄層30的磁性晶粒的 結晶性的提高W及生產性的提高的觀點，晶種層20也可W具有Inm~60nm、優選Inm~20nm 的膜厚。晶種層20能夠使用瓣射法、真空蒸鍛法等在該技術中公知的任意方法來形成。
[0051] 保護層能夠使用在磁記錄介質的領域中習慣使用的材料來形成。具體而言，能夠 使用Pt等非磁性金屬、類金剛石碳等碳系材料、或者氮化娃等娃系材料來形成保護層40。另 夕h保護層既可W是單層，也可W具有層疊構造。層疊構造的保護層也可W是例如特性不同 的巧巾碳系材料的層疊構造、金屬和碳系材料的層疊構造、或者金屬氧化物膜和碳系材料的 層疊構造。保護層能夠使用瓣射法、CV的去、真空蒸鍛法等在該技術中公知的任意方法來形 成。
[0052] 液體潤滑劑層能夠使用在磁記錄介質的領域中習慣使用的材料來形成。例如，能 夠使用全氣聚酸系的潤滑劑等。液體潤滑劑層能夠使用例如浸涂法、旋涂法等涂覆法來形 成。
[0053] 說明作為第Ξ實施方式的磁阻元件。W下，為容易理解，W隧道磁阻元件(TMR)為 例子進行說明。如圖2所示，TMR包括固定磁性層62、自由磁性層64W及固定磁性層62與自由 磁性層64之間的勢壘層66,固定磁性層62W及自由磁性層64中的至少一方是第一實施方式 的磁性薄膜。
[0054] 自由磁性層64是能夠使磁化的方位變化的磁性層。能夠利用在隧道磁阻元件60中 流過的電流，通過自旋注入型來使磁化變化。或者，也可W通過從外部提供的磁場而使磁化 變化。
[0055] 勢壘層66是用于在自由磁性層64與固定磁性膜62之間配設流過隧道電流的勢壘 的構成要素。勢壘層66能夠使用氧化儀(MgO)、氧化侶(Ab化)等氧化物的薄膜來形成。勢壘 層66能夠使用例如瓣射法、真空蒸鍛法等在該技術中公知的任意方法W及條件來形成。
[0056] 固定磁性膜62是作為即使對隧道磁阻元件60提供電流或者外部磁場的情況下磁 化的朝向也不會變化的磁性層配設的構成要素。能夠根據固定磁性層62和自由磁性層64的 磁化的朝向的差異，使在勢壘層66中流過的隧道電流的大小發生變化。
[0057] 運樣的結構的隧道磁阻元件60通過利用對該元件供給的電流或者外部磁場使自 由磁性層64的磁化的朝向變化而進行動作。例如，通過通電進行自旋注入并通過自旋注入 而使磁化變化的隧道型磁阻元件如下那樣動作。如圖2(a)所示，通過從固定磁性層62向自 由磁性層64流過電流，能夠設為固定磁性層62W及自由磁性層64的磁化的朝向平行的狀 態。另外，如圖2(b)所示，通過從自由磁性層64向固定磁性層62流過電流，能夠設為固定磁 性層62W及自由磁性層64的磁化的朝向為反向平行的狀態。能夠使圖2(a) W及圖2(b)所示 的兩個狀態可逆地相互變化。隧道磁阻元件60能夠根據固定磁性層62W及自由磁性層64的 磁化的朝向是平行還是反向平行來記錄"〇"W及"Γ的信息。在圖2(a似及圖2(b)中，將固 定磁性層62W及自由磁性層64的磁化的朝向是平行的情況設為"0"，將固定磁性層62W及 自由磁性層64的磁化的朝向是反向平行的情況設為"Γ，但該對應關系也可W相反。另外， 在圖2(a) W及圖2(b)中，例示了固定磁性層62W及自由磁性層64的磁化的朝向是與層平行 的方向的情況，但固定磁性層62W及自由磁性層64的磁化的朝向也可W是與層垂直的方 向。在該情況下，也能夠根據兩層的磁化的朝向是平行還是反向平行來使在勢壘層66中流 過的隧道電流的大小變化，從而記錄"〇"W及"Γ的信息。除了 W上說明的TMRW外，也可W 設為將固定磁性層62和自由磁性層64直接接合而成的磁阻元件。
[0058] 圖3示出作為第四實施方式的磁隨機存取存儲器(MRAM)的一個結構例。圖3是通過 從外部施加的磁場使在TMR中記錄的信號變化的結構例。圖3所示的MRAM100包括:M0S- FET70,具有基板72、源極74、漏極76W及柵極78;隧道磁阻元件60,經由接觸部82而與源極 74連接;字線84，與柵極78連接;比特線86，與隧道磁阻元件60連接；W及數字線88，用于對 隧道磁阻元件60施加寫入磁場。
[0059] 本實施方式的MRAM100在比特線86W及數字線88中流過電流，通過所得到的合成 磁場，在隧道磁阻元件60中記錄"0"或者"Γ的信號。比特線86W及數字線88在相互交叉的 方向上延伸，能夠在位于流過了電流的比特線86W及數字線88的交點處的隧道磁阻元件60 中記錄信號。
[0060] 另一方面，能夠通過在字線84中流過電流而使M0S-FET70成為"導通"的狀態下，對 比特線86施加電壓，探測從比特線86經由隧道磁阻元件60 W及接觸部82流入到M0S-FET70 的電流，從而讀出來自MRAM100的信號。此時的電流相當于隧道磁阻元件60的隧道電流，對 應于"0"或者"Γ的信號。也可W設為圖3的結構例W外的方法。例如，也可W使用自旋注入 型的磁阻元件，通過對磁阻元件通電的電流而使記錄的信號變化。
[0061] 除了上述第二~第四實施方式W外，能夠在MEMS設備中使用第一實施方式的磁性 薄膜。能夠在預定部件中嵌入第一實施方式的磁性薄膜，使用任意的公知技術來形成MEMS 設備。
[0062] 實施例
[0063] (實施例1)
[0064] 對具有平滑的表面的（OOl)MgO單晶基板(TATEH0化學工業株式會社生產）進行清 洗，準備非磁性基板10。將清洗后的非磁性基板10導入到瓣射裝置內。在將非磁性基板10加 熱到350°C之后，在壓力0.4化的Ar氣體中，通過使用Pt標祀的RF磁控瓣射法，形成膜厚20皿 的Pt晶種層20。
[0065] 接下來，在將形成有晶種層20的非磁性基板10加熱到350°C之后，在壓力0.6Pa的 Ar氣體中，通過使用FePt標勒及Sc標祀的RF磁控瓣射法，形成膜厚lOnm的FePtSc磁記錄 層30，得到具有圖1所示的構造的磁記錄介質。此處，作為FePt標祀，使用化/Pt比為45/55的 標祀。另外，將對FePt標祀施加的電力固定為300W，使對Sc標祀施加的電力在40~450W變 化，調整磁記錄層30的Sc的含量。
[0066] 通過X畑，確認了所得到的磁記錄介質的磁記錄層30具有Llo型有序構造。另外，通 過XRD，測定出Llo型有序構造的晶格的a軸W及C軸的長度。進而，使用振動試樣型磁力計 (VSM)，測定所得到的磁記錄介質的磁滯曲線，測定出頑磁力化。另外，通過盧瑟福背散射法 (RBS)，測定出所得到的磁記錄介質的磁記錄層30的組成。第1表示出W上的測定結果。
[0067] [表1]
[0068] 第1表:磁記錄層的組成、晶體構造 W及磁特性的評價
[0069]
[0070] *1:單位是kOe，括號內的換算值的單位是A/mm。
[0071] *2:單位是106e巧/cm3,括號內的換算值的單位是10 6J/m3。
[0072] 圖4示出磁記錄層30的Sc含量和晶格的a軸W及C軸的長度的關系。根據圖4可知， 即使Sc含量增加，晶格的a軸的長度也幾乎不變化。另一方面，晶格的C軸的長度伴隨Sc含量 的增加而增大。由此，認為Sc在化Pt晶粒中存在。
[0073] 圖5示出磁記錄層30的Sc含量和頑磁力化的關系。另外，圖6示出磁記錄層30的Sc 含量和磁各向異性常數Ku的關系。根據圖5W及圖6可知，通過含有Sc，頑磁力化W及磁各向 異性常數Ku增大。特別是，在Sc的含量是2.4at %的情況下，頑磁力化表示8.化Oe (680A/mm) 的最大值，并且，磁各向異性常數Ku表示26.7 X 106e巧/cm3(2.67 X 106J/m3)的最大值。
[0074] 由此可知，針對Llo型有序合金添加 Sc對于發現優良的磁特性來說是有效的。
【主權項】
1. 一種磁性薄膜，其特征在于， 包含有序合金，所述有序合金包含從由Fe以及Ni構成的群選擇的至少一種第一元素、 從由Pt、Pd、Au以及Ir構成的群選擇的至少一種第二元素以及Sc。2. 根據權利要求1所述的磁性薄膜，其特征在于， 所述第一元素是Fe，所述第二元素是Pt。3. 根據權利要求1所述的磁性薄膜，其特征在于， 所述有序合金具有Llo型有序構造。4. 根據權利要求1所述的磁性薄膜，其特征在于， 所述磁性薄膜具有由包含所述有序合金的磁性晶粒和非磁性晶界構成的粒狀構造，所 述非磁性晶界包含從由碳、硼、氧化物以及氮化物構成的群選擇的至少一種材料。5. -種磁記錄介質，其特征在于， 包括非磁性基板和磁記錄層，所述磁記錄層包括權利要求1所述的磁性薄膜。6. -種磁阻元件，其特征在于， 包括權利要求1所述的磁性薄膜。7. -種隧道磁阻元件，其特征在于， 包括固定磁性層、自由磁性層以及勢皇層，所述勢皇層位于所述固定磁性層與所述自 由磁性層之間，所述固定磁性層以及所述自由磁性層中的至少一方包括權利要求1所述的 磁性薄膜。8. -種磁隨機存取存儲器，其特征在于， 包括權利要求6所述的磁阻元件。9. 一種微機電系統，其特征在于， 包括權利要求1所述的磁性薄膜。
【文檔編號】H01L29/82GK106062900SQ201580011466
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年5月19日 公開號201580011466.4, CN 106062900 A, CN 106062900A, CN 201580011466, CN-A-106062900, CN106062900 A, CN106062900A, CN201580011466, CN201580011466.4, PCT/2015/2519, PCT/JP/15/002519, PCT/JP/15/02519, PCT/JP/2015/002519, PCT/JP/2015/02519, PCT/JP15/002519, PCT/JP15/02519, PCT/JP15002519, PCT/JP1502519, PCT/JP2015/002519, PCT/JP2015/02519, PCT/JP2015002519, PCT/JP201502519
【發明人】中田仁志, 島津武仁
【申請人】富士電機株式會社