特開 2024-34320 面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、磁気抵抗効果素子、およびスパッタリングターゲット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024034320

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、磁気抵抗効果素子、およびスパッタリングターゲット

(51)【国際特許分類】

   H10N 50/10 20230101AFI20240306BHJP

   H10N 50/01 20230101ALI20240306BHJP

   H10N 50/80 20230101ALI20240306BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

H01L43/08 M

H01L43/08 Z

H01L43/12

H01L43/02 Z

H01F10/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022138492

(22)【出願日】2022-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】509352945

【氏名又は名称】田中貴金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002963

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＳ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100076129

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 圭佑

(74)【代理人】

【識別番号】100144299

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 崇

(72)【発明者】

【氏名】櫛引 了輔

(72)【発明者】

【氏名】タム キム コング

【テーマコード（参考）】

5E049

5F092

【Ｆターム（参考）】

5E049AA04

5E049BA16

5E049CB01

5F092AA11

5F092AA15

5F092AB01

5F092AC08

5F092AC12

5F092BB12

5F092BB75

5F092BB77

5F092BC04

5F092BC16

5F092BC36

5F092BE14

5F092BE21

5F092CA02

5F092FA08

(57)【要約】

【課題】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以上を、磁性層の面内配向を促すための非磁性の下地層を用いず、かつ加熱成膜を行わずに達成する面内磁化膜を提供する。
【解決手段】Ｃｏ、Ｐｔ及び非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、Ｃｏを４４～８２ａｔ％含有し、Ｐｔを１８～５６ａｔ％含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０～３１．０ｖｏｌ％含有し、厚さが１～３２ｎｍである初期磁性層１２Ａと、初期磁性層１２Ａの上に形成され、Ｃｏ、Ｐｔ及び非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、Ｃｏを４４～８２ａｔ％含有し、Ｐｔを１８～５６ａｔ％含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０～３１．０ｖｏｌ％含有する磁性層本体部１２Ｂと、を有し、初期磁性層１２Ａの前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物及びＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下である初期磁性層と、
前記初期磁性層の上に形成され、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有する磁性層本体部と、
を有してなり、
前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜。

【請求項2】

前記初期磁性層は、金属Ｆｅをさらに含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏおよび金属Ｆｅの合計を４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の面内磁化膜。

【請求項3】

前記磁性層本体部の前記非磁性酸化物は、ホウ素酸化物を含有することを特徴とする請求項１に記載の面内磁化膜。

【請求項4】

前記初期磁性層は、表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の下地層の上に形成され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。

【請求項5】

前記下地層は、絶縁層であることを特徴とする請求項４に記載の面内磁化膜。

【請求項6】

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、
金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下である初期磁性層と、
前記初期磁性層の上に形成された非磁性初期中間層と、
前記非磁性初期中間層の上に形成され、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有する磁性層本体部と、
を有してなり、
前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造。

【請求項7】

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、
初期磁性層と、
複数の磁性層本体部と、
非磁性中間層と、
を有してなり、
前記初期磁性層は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であり、
前記複数の磁性層本体部は、それぞれ、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、
前記複数の磁性層本体部のうちの最下層の磁性層本体部は、前記初期磁性層の上に形成されており、
前記非磁性中間層は、前記磁性層本体部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磁性層本体部同士は強磁性結合をしており、
前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造。

【請求項8】

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、
初期磁性層と、
前記初期磁性層の上に形成された非磁性初期中間層と、
複数の磁性層本体部と、
非磁性中間層と、
を有してなり、
前記初期磁性層は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であり、
前記複数の磁性層本体部は、それぞれ、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、
前記複数の磁性層本体部のうちの最下層の磁性層本体部は、前記非磁性初期中間層の上に形成されており、
前記非磁性中間層は、前記磁性層本体部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磁性層本体部同士は強磁性結合をしており、
前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造。

【請求項9】

前記非磁性初期中間層は、ＲｕまたはＲｕ合金からなることを特徴とする請求項６または８に記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項10】

前記非磁性初期中間層の厚さは、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６または８に記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項11】

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。

【請求項12】

前記非磁性中間層の厚さは、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下であ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。

【請求項13】

前記初期磁性層は、金属Ｆｅをさらに含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏおよび金属Ｆｅの合計を４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有することを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項14】

前記磁性層本体部の前記非磁性酸化物は、ホウ素酸化物を含有することを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項15】

前記初期磁性層は、表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の下地層の上に形成されていることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項16】

前記下地層は、絶縁層であることを特徴とする請求項１５に記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項17】

請求項５に記載の面内磁化膜を有してなることを特徴とするハードバイアス層。

【請求項18】

請求項１６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。

【請求項19】

請求項１７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。

【請求項20】

請求項１８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。

【請求項21】

磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜を室温成膜で形成する際に用いるスパッタリングターゲットであって、
金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有してなり、
当該スパッタリングターゲットの金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを６０ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上４０ａｔ％以下含有し、
当該スパッタリングターゲットの全体に対して前記非磁性粒界材を６ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下含有し、
前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とするスパッタリングターゲット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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、磁気抵抗効果素子、およびスパッタリングターゲットに関し、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面内磁化膜および面内磁化膜多層構造、ならびに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に関するとともに、それらに関連する磁気抵抗効果素子およびスパッタリングターゲットに関する。

【0002】

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単位面積当たりの残留磁化を有していると考えられる。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る。

【0003】

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。

【0004】

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。

【背景技術】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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）。

【0010】

フリー磁性層を含む磁気抵抗素子部に所定以上の大きさの磁界を安定的に印加できるハードバイアス層を形成するために、従来、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金のｃ軸を面内に配向させてなる面内磁化膜が用いられており、そのような面内磁化膜を得る技術として、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金のｃ軸を面内に配向させることを促す非磁性の下地層（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ合金、Ｔｉ合金等）を用いる技術がある（例えば、特許文献２の段落００２８）。

【0011】

しかしながら、この技術では、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金のｃ軸を面内に配向させることを促す非磁性の下地層（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ合金、Ｔｉ合金等）を用いる必要があり、その非磁性の下地層の厚さの分だけ、磁気抵抗素子部とハードバイアス層との距離が離れ、ハードバイアス層の磁気抵抗素子部への印加磁場が低下する。

【0012】

また、Ｃｏのｃ軸を面内に配向させてなる面内磁化膜を用いた技術として、面内磁気記録膜の技術がある（例えば、特許文献３の段落００１０）が、この技術は基板温度を２００℃以上に加熱して成膜を行う技術である。極めて薄い薄膜から構成される磁気抵抗素子部は加熱によって容易に破損してしまうため、基板加熱を伴う成膜は、ハードバイアス層の成膜方法としては不適切である。

【0013】

基板加熱を伴わない成膜方法としては、Ｃｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜形成用の下地層にＲｕ下地層を用い、かつ、該Ｒｕ下地層を成膜する際のガス圧を高ガス圧にすることで、該Ｒｕ下地層の上に成膜するＣｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜の保磁力Ｈcを向上させる技術がある（例えば、特許文献３の段落００１６、非特許文献１）。しかしながら、この技術では、保磁力Ｈcを向上させるために、Ｒｕ下地層の厚さを１５ｎｍ程度以上に厚くする必要があり、その非磁性のＲｕ下地層の厚さの分だけ、磁気抵抗素子部とハードバイアス層との距離が離れ、ハードバイアス層の磁気抵抗素子部への印加磁場が低下するため、特許文献２に記載の技術と同様の問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００８－２８３０１６号公報

【特許文献2】特表２００８－５４７１５０号公報

【特許文献3】特開２００３－１２３２４０号公報

【非特許文献】

【0015】

【非特許文献1】大森広之、前坂明弘、「Ｒｕ下地を用いたＣｏ－Ｐｔ膜の構造と磁気特性」、日本応用磁気学会誌、Vol.26, No.4, 2002, p.269-273

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

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、磁性層の面内配向を促すための非磁性の下地層を用いず、かつ、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およびハードバイアス層を提供することを課題とし、併せて、前記面内磁化膜、前記面内磁化膜多層構造または前記ハードバイアス層に関連する、磁気抵抗効果素子およびスパッタリングターゲットを提供することも補足的な課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明は前記課題を解決する発明であり、以下のような面内磁化膜、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、磁気抵抗効果素子、およびスパッタリングターゲットである。

【0018】

即ち、本発明に係る面内磁化膜の第１の態様は、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Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下である初期磁性層と、前記初期磁性層の上に形成され、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有する磁性層本体部と、を有してなり、前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜である。

【0019】

本発明に係る面内磁化膜の第２の態様は、前記第１の態様の面内磁化膜において、前記初期磁性層は、金属Ｆｅをさらに含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏおよび金属Ｆｅの合計を４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有する、態様である。

【0020】

本発明に係る面内磁化膜の第３の態様は、前記第１または前記第２の態様の面内磁化膜において、前記磁性層本体部の前記非磁性酸化物がホウ素酸化物を含有する態様である。

【0021】

本発明に係る面内磁化膜の第４の態様は、前記第１～前記第３の態様のいずれかの態様の面内磁化膜において、前記初期磁性層が、表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の下地層の上に形成されている態様である。

【0022】

ここで、本願において、表面粗さは算術平均粗さＲａのことを意味する。

【0023】

本発明に係る面内磁化膜の第５の態様は、前記第４の態様の面内磁化膜において、前記下地層が絶縁層である態様である。

【0024】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第１の態様は、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、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下である初期磁性層と、前記初期磁性層の上に形成された非磁性初期中間層と、前記非磁性初期中間層の上に形成され、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有する磁性層本体部と、を有してなり、前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。

【0025】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第２の態様は、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、初期磁性層と、複数の磁性層本体部と、非磁性中間層と、を有してなり、前記初期磁性層は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であり、前記複数の磁性層本体部は、それぞれ、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、前記複数の磁性層本体部のうちの最下層の磁性層本体部は、前記初期磁性層の上に形成されており、前記非磁性中間層は、前記磁性層本体部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磁性層本体部同士は強磁性結合をしており、前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。

【0026】

ここで、前記複数の磁性層本体部のうちの最下層の磁性層本体部は、前記複数の磁性層本体部のうち、前記初期磁性層に最も近い位置に形成される磁性層本体部のことである。

【0027】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第３の態様は、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、初期磁性層と、前記初期磁性層の上に形成された非磁性初期中間層と、複数の磁性層本体部と、非磁性中間層と、を有してなり、前記初期磁性層は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性粒界材を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、厚さが１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であり、前記複数の磁性層本体部は、それぞれ、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性酸化物を含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有し、体積全体に対して前記非磁性酸化物を２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下含有し、前記複数の磁性層本体部のうちの最下層の磁性層本体部は、前記非磁性初期中間層の上に形成されており、前記非磁性中間層は、前記磁性層本体部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磁性層本体部同士は強磁性結合をしており、前記初期磁性層の前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。

【0028】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第４の態様は、前記第１または第３の態様の面内磁化膜多層構造において、前記非磁性初期中間層がＲｕまたはＲｕ合金からなる態様である。

【0029】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第５の態様は、前記第１または前記第３の態様の面内磁化膜多層構造において、前記非磁性初期中間層の厚さが０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である態様である。

【0030】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第６の態様は、前記第２または前記第３の態様の面内磁化膜多層構造において、前記非磁性中間層がＲｕまたはＲｕ合金からなる態様である。

【0031】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第７の態様は、前記第２または前記第３の態様の面内磁化膜多層構造において、前記非磁性中間層の厚さが０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である態様である。

【0032】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第８の態様は、前記第１～前記第７の態様のいずれかの態様の面内磁化膜多層構造において、前記初期磁性層は、金属Ｆｅをさらに含有し、金属成分の合計に対して、金属Ｃｏおよび金属Ｆｅの合計を４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有する、態様である。

【0033】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第９の態様は、前記第１～前記第８の態様のいずれかの態様の面内磁化膜多層構造において、前記磁性層本体部の前記非磁性酸化物がホウ素酸化物を含有する態様である。

【0034】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第１０の態様は、前記第１～前記第９の態様のいずれかの態様の面内磁化膜多層構造において、前記初期磁性層が、表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下の下地層の上に形成されている態様である。

【0035】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第１１の態様は、前記第１０の態様の面内磁化膜多層構造において、前記下地層が絶縁層である態様である。

【0036】

本発明に係るハードバイアス層の第１の態様は、前記第５の態様の面内磁化膜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。

【0037】

本発明に係るハードバイアス層の第２の態様は、前記第１１の態様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である。

【0038】

本発明に係る磁気抵抗効果素子の第１の態様は、前記第１の態様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である。

【0039】

本発明に係る磁気抵抗効果素子の第２の態様は、前記第２の態様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である。

【0040】

本発明に係るスパッタリングターゲットの態様は、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜を室温成膜で形成する際に用いるスパッタリングターゲットであって、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有してなり、当該スパッタリングターゲットの金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを６０ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上４０ａｔ％以下含有し、当該スパッタリングターゲットの全体に対して前記非磁性粒界材を６ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下含有し、前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなることを特徴とするスパッタリングターゲットである。

【発明の効果】

【0041】

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、磁性層の面内配向を促すための非磁性の下地層を用いず、かつ、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およびハードバイアス層を提供することができ、また、前記面内磁化膜、前記面内磁化膜多層構造または前記ハードバイアス層に関連する、磁気抵抗効果素子およびスパッタリングターゲットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０、面内磁化膜１２およびハードバイアス層１４を模式的に示す断面図であり、本発明の第１実施形態に係る面内磁化膜１２を、磁気抵抗効果素子１０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】従来例における磁気抵抗効果素子２００を模式的に示す断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０、面内磁化膜多層構造２２およびハードバイアス層２４を模式的に示す断面図であり、本発明の第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２を、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子３０、面内磁化膜多層構造３２およびハードバイアス層３４を模式的に示す断面図であり、本発明の第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２を、磁気抵抗効果素子３０のハードバイアス層３４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明の第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子４０、面内磁化膜多層構造４２およびハードバイアス層４４を模式的に示す断面図であり、本発明の第４実施形態に係る面内磁化膜多層構造４２を、磁気抵抗効果素子４０のハードバイアス層４４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【図6】参考例１～８の実験結果について、非磁性粒界酸化物の種類を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとった棒グラフである。

【図7】参考例８のＣｏＰｔ面内磁化膜（初期磁性層）の垂直断面（ＣｏＰｔ面内磁化膜の面内方向と直交する方向の断面）を走査透過電子顕微鏡で撮像して取得した観察像（断面ＴＥＭ写真）である。

【図8】実施例１～６および比較例１の実験結果について、面内磁化膜の初期磁性層の厚さを横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフである。

【図9】実施例４、７～１５、比較例２、３の実験結果について、面内磁化膜の初期磁性層中のＺｎＯ含有量を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフである。

【図10】初期磁性層の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの合計に対するＰｔの含有量（ａｔ％）を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。ここでは、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子としてトンネル型磁気抵抗効果素子を念頭に置いて説明を行うが、本発明に係る磁気抵抗効果素子がトンネル型磁気抵抗効果素子に限定されるわけではない。また、本発明に係る面内磁化膜およびハードバイアス層は、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。

【0044】

（１）第１実施形態
（１－１）第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の概略構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０、面内磁化膜１２およびハードバイアス層１４を模式的に示す断面図であり、本発明の第１実施形態に係る面内磁化膜１２を、磁気抵抗効果素子１０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、従来例における磁気抵抗効果素子２００を模式的に示す断面図である。

【0045】

本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０（ここでは、トンネル型磁気抵抗効果素子）は、面内磁化膜１２（ハードバイアス層１４）と、磁気シールド層５０と、シード層５２と、反強磁性層５４と、ピン層５６と、バリア層５８と、フリー磁性層６０と、キャップ層６２と、絶縁層７０と、を有してなる。

【0046】

ピン層５６とフリー磁性層６０は、どちらも強磁性層であり、非常に薄い非磁性トンネル障壁層であるバリア層５８によって分離されている。ピン層５６は、隣接する反強磁性層５４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６０は、外部磁界が存在する状態で、その磁化方向を、ピン層５６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６０が外部磁界によってピン層５６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。磁気シールド層５０の上にシード層５２が設けられていて、シード層５２の上に反強磁性層５４が設けられている。フリー磁性層６０の上に、キャップ層６２が設けられている。

【0047】

ハードバイアス層１４は、フリー磁性層６０にバイアス磁界を加えて、フリー磁性層６０の磁化方向軸を安定させる役割を有する。本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０においては、面内磁化膜１２がハードバイアス層１４を構成している。

【0048】

絶縁層７０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６０、バリア層５８、ピン層５６、反強磁性層５４）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６０、バリア層５８、ピン層５６、反強磁性層５４）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。絶縁層７０としては、具体的には例えば、酸化シリコンや酸化アルミニウム等を用いることができる。

【0049】

（１－２）第１実施形態に係る面内磁化膜１２およびハードバイアス層１４の概略構成
図１に示すように、本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０においては、面内磁化膜１２をハードバイアス層１４として用いており、面内磁化膜１２が、磁気抵抗効果を発揮するフリー磁性層６０にバイアス磁界を加える。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１２のみで構成されている。

【0050】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２は、初期磁性層１２Ａと、磁性層本体部１２Ｂと、を有して構成されている。初期磁性層１２Ａおよび磁性層本体部１２Ｂのどちらも、磁性金属粒子が非磁性粒界材で仕切られたグラニュラ構造を有する面内磁化膜である。

【0051】

初期磁性層１２Ａは、絶縁層７０の上に直接積層される層であり、初期磁性層１２Ａの上に形成される磁性層本体部１２Ｂの磁性金属粒子（ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ系合金粒子）が自発的な磁化容易軸（ｃ軸）を面内に配向させて成長することを促し、磁性層本体部１２Ｂにおいてｃ軸を面内方向に持つｈｃｐ構造のＣｏＰｔ系合金を有する柱状グラニュラ層を良好に形成させる役割を有するとともに、初期磁性層１２Ａ自身もハードバイアス層１４の一部として、フリー磁性層６０にバイアス磁界を加える役割を有する。これらの役割を初期磁性層１２Ａが果たす上で、初期磁性層１２Ａの非磁性粒界材が、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有していることが重要であることを、後に記載している［実施例］において実証している。

【0052】

磁性層本体部１２Ｂは、初期磁性層１２Ａの上に形成される磁性層で、文字通り面内磁化膜１２（ハードバイアス層１４）の大部分を占める本体部であり、フリー磁性層６０にバイアス磁界を加える役割を有する。

【0053】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２は、前記したような初期磁性層１２Ａと磁性層本体部１２Ｂとを有して構成されているため、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２を形成させる際には、絶縁層７０の上に従来のように厚さ１５ｎｍ程度以上の非磁性のＲｕ下地層２０２（図２参照）を形成してから当該面内磁化膜１２を形成させなくても良好な磁気的特性を発現する。絶縁層７０の上に直接、面内磁化膜１２の一部である初期磁性層１２Ａを形成させ、その上に面内磁化膜１２の残りの部位である磁性層本体部１２Ｂを形成させることにより、当該面内磁化膜１２は、良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現する。

【0054】

初期磁性層１２Ａの厚さは、面内磁化膜１２に良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現させる観点から、標準的には１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であるが、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、初期磁性層１２Ａの厚さは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましく、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下がより好ましい。初期磁性層１２Ａは磁性金属が非磁性粒界材で仕切られたグラニュラ構造を有しており、面内磁化膜１２の一部であるため、初期磁性層１２Ａの厚さが例えば３０ｎｍと厚い場合であっても、フリー磁性層６０と面内磁化膜１２との間は、フリー磁性層６０と面内磁化膜１２との間に配置された絶縁層７０の距離の分が隔てられているだけである。したがって、本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０においては、ハードバイアス層１４がフリー磁性層６０に加えるバイアス磁界の減衰量は小さい。

【0055】

一方、従来例の磁気抵抗効果素子２００は、図２に示すように、絶縁層７０の上に厚さ１５ｎｍ程度以上の非磁性のＲｕ下地層２０２を設けており、非磁性のＲｕ下地層２０２の上に面内磁化膜２０４を設けている。このため、フリー磁性層６０と面内磁化膜２０４との間には、絶縁層７０に加えて厚さ１５ｎｍ程度以上の非磁性のＲｕ下地層２０２が存在しており、フリー磁性層６０と面内磁化膜２０４との間は、絶縁層７０の厚さによる距離の分に加えて非磁性のＲｕ下地層２０２の厚さによる距離の分も隔てられており、従来例の磁気抵抗効果素子２００は、非磁性のＲｕ下地層２０２の厚さによる距離の分だけ、本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０と比べて、フリー磁性層６０と面内磁化膜２０４との間の距離が大きくなっている。このため、従来例の磁気抵抗効果素子２００においては、本第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０よりも、ハードバイアス層２０６がフリー磁性層６０に加えるバイアス磁界の減衰量が大きくなる。

【0056】

（１－３）初期磁性層１２Ａの構成成分
本第１実施形態に係る面内磁化膜１２は、前述したように、初期磁性層１２Ａと、磁性層本体部１２Ｂと、を有して構成されており、初期磁性層１２Ａおよび磁性層本体部１２Ｂのどちらも、磁性金属粒子が非磁性粒界材で仕切られたグラニュラ構造を有する面内磁化膜である。

【0057】

初期磁性層１２Ａは、前述した役割（磁性層本体部１２Ｂの磁性金属粒子（ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ系合金粒子）が自発的な磁化容易軸（ｃ軸）を面内に配向させて成長することを促し、磁性層本体部１２Ｂにおいてｃ軸を面内方向に持つｈｃｐ構造のＣｏＰｔ系合金を有する柱状グラニュラ層を良好に形成させる役割、および初期磁性層１２Ａ自身もハードバイアス層１４の一部として、フリー磁性層６０にバイアス磁界を加える役割）を果たすべく、初期磁性層１２Ａは、非磁性粒界材として、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有しており、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有している。

【0058】

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１２の初期磁性層１２Ａにおいて、磁性金属粒子（微小な磁石）の構成成分となる。

【0059】

Ｃｏは強磁性金属元素であり、面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａ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。

【0060】

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、初期磁性層１２Ａは、Ｃｏを、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有しているが、前記の観点から、初期磁性層１２ＡにおけるＣｏの含有割合のより望ましい範囲について言えば、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して５５ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが好ましく、６５ａｔ％以上７５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0061】

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１２の初期磁性層１２Ａ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１２の初期磁性層１２Ａの保磁力を大きくするという機能も有する。

【0062】

初期磁性層１２Ａの保磁力を大きくするという観点および初期磁性層１２Ａ中のＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）の磁性の強さを調整するという観点から、初期磁性層１２Ａは、Ｐｔを、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有しているが、前記の観点から、初期磁性層１２ＡにおけるＰｔの含有割合より望ましい範囲について言えば、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して２０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることが好ましく、２５ａｔ％以上３５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0063】

また、本実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａの金属成分として、ＣｏおよびＰｔ以外に、Ｆｅを、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して０．５ａｔ％以上１．５ａｔ％以下含有させてもよい。

【0064】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａの非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなる。そして、初期磁性層１２Ａ中において、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなる非磁性粒界材によって、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、初期磁性層１２Ａ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、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなる非磁性粒界材による結晶粒界と、からなる。

【0065】

初期磁性層１２Ａの前記非磁性粒界材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、この観点から、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａ中に含まれる前記非磁性粒界材の含有量を、初期磁性層１２Ａの体積全体に対して２．０ｖｏｌ％以上にすることが標準的であり、３．０ｖｏｌ％以上にすることが好ましく、４．０ｖｏｌ％以上にすることがより好ましい。

【0066】

ただし、初期磁性層１２Ａ中の前記非磁性粒界材の含有量が多くなりすぎると、前記非磁性粒界材が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１２の初期磁性層１２Ａ中に含まれる前記非磁性粒界材の含有量を、初期磁性層１２Ａの体積全体に対して３１．０ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、１５．０ｖｏｌ％以下にすることが好ましく、１０．０ｖｏｌ％以下にすることがより好ましい。

【0067】

したがって、本第１実施形態において、初期磁性層１２Ａ中の前記非磁性粒界材の含有量は、初期磁性層１２Ａの体積全体に対して２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、３．０ｖｏｌ％以上１５．０ｖｏｌ％以下にすることが好ましく、４．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％以下にすることがより好ましい。

【0068】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａの非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなり、このことが、面内磁化膜１２における磁気的特性（保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrt）を向上させる上で重要であることを、後述する［実施例］で実証している。

【0069】

（１－４）磁性層本体部１２Ｂの構成成分
磁性層本体部１２Ｂは、前述したように、初期磁性層１２Ａの上に形成される磁性層で、文字通り面内磁化膜１２（ハードバイアス層１４）の大部分を占める本体部であり、フリー磁性層６０にバイアス磁界を加える役割を有する。この役割を果たすべく、磁性層本体部１２Ｂは、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有し、非磁性粒界材として酸化物を含有している。

【0070】

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１２の磁性層本体部１２Ｂにおいて、磁性金属粒子（微小な磁石）の構成成分となる。

【0071】

Ｃｏは前述したように強磁性金属元素であり、面内磁化膜１２の磁性層本体部１２Ｂ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。

【0072】

磁性層本体部１２Ｂにおいても、初期磁性層１２Ａと同様に、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、磁性層本体部１２Ｂは、Ｃｏを、磁性層本体部１２Ｂの金属成分の合計に対して４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有しているが、前記の観点から、磁性層本体部１２ＢにおけるＣｏの含有割合のより望ましい範囲について言えば、初期磁性層１２Ａの金属成分の合計に対して５５ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが好ましく、６５ａｔ％以上７５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0073】

Ｐｔは、前述したように、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１２の磁性層本体部１２Ｂ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１２の磁性層本体部１２Ｂの保磁力を大きくするという機能も有する。

【0074】

磁性層本体部１２Ｂの保磁力を大きくするという観点および磁性層本体部１２Ｂ中のＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）の磁性の強さを調整するという観点から、磁性層本体部１２Ｂは、Ｐｔを、磁性層本体部１２Ｂの金属成分の合計に対して１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下含有しているが、前記の観点から、磁性層本体部１２ＢにおけるＰｔの含有割合のより望ましい範囲について言えば、磁性層本体部１２Ｂの金属成分の合計に対して２０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることが好ましく、２５ａｔ％以上３５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0075】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の磁性層本体部１２Ｂは、非磁性粒界材として酸化物を含有している。そして、磁性層本体部１２Ｂ中において、非磁性粒界材である酸化物によって、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、磁性層本体部１２Ｂ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、非磁性粒界材である酸化物からなる結晶粒界と、からなる。

【0076】

磁性層本体部１２Ｂの非磁性粒界材である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、この観点から、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の磁性層本体部１２Ｂ中に含まれる非磁性粒界材である酸化物の含有量を、磁性層本体部１２Ｂの体積全体に対して２．０ｖｏｌ％以上にすることが標準的であり、３．０ｖｏｌ％以上にすることが好ましく、４．０ｖｏｌ％以上にすることがより好ましい。

【0077】

ただし、磁性層本体部１２Ｂ中の非磁性粒界材である酸化物の含有量が多くなりすぎると、非磁性粒界材である酸化物が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１２の磁性層本体部１２Ｂ中に含まれる非磁性粒界材である酸化物の含有量を、磁性層本体部１２Ｂの体積全体に対して３１．０ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、１５．０ｖｏｌ％以下にすることが好ましく、１０．０ｖｏｌ％以下にすることがより好ましい。

【0078】

したがって、本第１実施形態においては、磁性層本体部１２Ｂ中の非磁性粒界材である酸化物の含有量を、磁性層本体部１２Ｂの体積全体に対して２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、また、磁性層本体部１２Ｂ中に含まれる非磁性粒界材である酸化物の含有量は、３．０ｖｏｌ％以上１５．０ｖｏｌ％以下にすることが好ましく、４．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％以下にすることがより好ましい。

【0079】

また、磁性層本体部１２Ｂ中の非磁性粒界材である酸化物としてホウ素酸化物を含むと、磁性層本体部１２Ｂの保磁力Ｈcが大きくなり、面内磁化膜１２の保磁力Ｈcが大きくなるので、酸化物としてホウ素酸化物を含むことが好ましい。

【0080】

なお、現状の面内磁化膜においては、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。

【0081】

一方、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の磁性層本体部１２Ｂ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１２の磁性層本体部１２Ｂの飽和磁化および残留磁化は大きくなり、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の保磁力Ｈcおよび残留磁化は大きくなる。

【0082】

（１－５）面内磁化膜１２（初期磁性層１２Ａおよび磁性層本体部１２Ｂ）の厚さ
前述したように、面内磁化膜の「単位面積あたりの残留磁化」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であるため、面内磁化膜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る。また、面内磁化膜の厚さを厚くすると、形状磁気異方性効果により、面内磁化膜の保磁力Ｈcが小さくなる傾向がある。これらは、初期磁性層１２Ａおよび磁性層本体部１２Ｂのどちらにも当てはまる。

【0083】

初期磁性層１２Ａの厚さについては、前述したように、標準的には１ｎｍ以上３２ｎｍ以下であるが、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、初期磁性層１２Ａの厚さは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましく、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下がより好ましい。

【0084】

磁性層本体部１２Ｂの厚さについては、標準的には１５ｎｍ以上８０ｎｍ以下であるが、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、磁性層本体部１２Ｂの厚さは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましく、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。

【0085】

（１－６）下地層
前述したように、従来技術では、Ｃｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜の下地層として、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金のｃ軸を面内に配向させることを促す非磁性の下地層（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ合金、Ｔｉ合金等）が用いられている（［先行技術文献］の欄に記載した特許文献２の段落００２８）。また、前述したように、他の従来技術では、成膜する際のガス圧を高ガス圧にして非磁性のＲｕ下地層を成膜するとともに、その厚さを１５ｎｍ程度以上に厚く形成した非磁性のＲｕ下地層の上にＣｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜を成膜して、Ｃｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜の保磁力Ｈcを向上させている（［先行技術文献］の欄に記載した特許文献３の段落００１６、非特許文献１）。しかしながら、これらの技術では、いずれも非磁性の下地層が用いられているため、これらの技術を用いて面内磁化膜をハードバイアス層として形成しても、非磁性の下地層の厚さによる距離の分だけ、磁気抵抗素子部とハードバイアス層との距離が離れ、ハードバイアス層の磁気抵抗素子部への印加磁場が低下してしまう。

【0086】

一方、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２および該面内磁化膜１２からなるハードバイアス層１４では、形成する面内磁化膜の磁気的特性を向上させるための非磁性の下地層は用いられておらず、絶縁層７０の上に直接、面内磁化膜１２（ハードバイアス層１４）の一部である初期磁性層１２Ａが形成されている。つまり、絶縁層７０が面内磁化膜１２（ハードバイアス層１４）の下地層となっている。このため、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２からなるハードバイアス層１４は、磁気抵抗素子部のフリー磁性層６０への距離が近く、フリー磁性層６０への印加磁場の低下が抑制されている。また、絶縁層７０の上に直接、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２を形成しても、所定の初期磁性層１２Ａを用いることにより、良好な保磁力Ｈcが得られることを後に記載する［実施例］で実証している。

【0087】

また、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２は、形成する際の下地となる絶縁層７０の表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下と極めて小さくても、良好な保磁力Ｈcが得られることも後に記載する［実施例］で実証している。一般的には、形成する際の下地となる非磁性の下地層の表面粗さはある程度大きい方が、Ｃｏ－Ｐｔ系合金結晶粒の磁気的孤立化を促し、保磁力Ｈcを大きくさせやすいとされている。

【0088】

また、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２は、形成する際の下地となる絶縁層７０の表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下と極めて小さいので、形成される面内磁化膜１２の表面の凹凸が小さくなるという効果を得ることもできる。形成される面内磁化膜１２の表面の凹凸が小さくなると、磁気抵抗効果素子１０として製品化する際の手間が少なくなり、後工程が楽になる。

【0089】

本第１実施形態に係る面内磁化膜１２において、前記したような作用効果（表面粗さが０．１ｎｍ以上１．５ｎｍ以下と極めて小さい絶縁層７０の上に直接、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２を形成しても、良好な保磁力Ｈcが得られること）が得られる理由は、面内磁化膜１２を、初期磁性層１２Ａと磁性層本体部１２Ｂとに分けて構成し、かつ、初期磁性層１２Ａの非磁性粒界材を、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなるように構成しているからであり、このことは後に記載する［実施例］で実証している。ただし、初期磁性層１２Ａの非磁性粒界材を、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなるように構成することにより、なぜ前記したような作用効果が得られるのかについての理論的な理由は、現時点では不明である。

【0090】

（１－７）スパッタリングターゲット
本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａを室温成膜で形成する際に用いるスパッタリングターゲットは、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび非磁性粒界材を含有してなり、当該スパッタリングターゲットの金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを６０ａｔ％以上８２ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを１８ａｔ％以上４０ａｔ％以下含有し、当該スパッタリングターゲットの全体に対して前記非磁性粒界材を６ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下含有し、前記非磁性粒界材は、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなる。後述する［実施例］に記載しているように、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の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－酸化物系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はずれが生じるので、前記したスパッタリングターゲットに含まれる各元素の組成範囲は、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａに含まれる各元素の組成範囲とは一致していない。

【0091】

（１－８）初期磁性層１２Ａの形成方法
本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａは、前記「（１－７）スパッタリングターゲット」に記載した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、絶縁層７０の上に成膜して形成する。この初期磁性層１２Ａの成膜過程で加熱することは不要であり、室温で成膜する。また、磁性層本体部１２Ｂの形成の際のスパッタリングにおいても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１２は、室温成膜で形成することが可能である。

【0092】

また、前記「（１－６）下地層」で記載したように、本第１実施形態に係る面内磁化膜１２の形成においては、形成する面内磁化膜１２の磁気的特性を向上させるための非磁性の下地層は用いておらず、絶縁層７０の上に直接、初期磁性層１２Ａをスパッタリングで形成し、形成した初期磁性層１２Ａの上に磁性層本体部１２Ｂをスパッタリングで形成して、面内磁化膜１２を形成する。

【0093】

（２）第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０、面内磁化膜多層構造２２およびハードバイアス層２４を模式的に示す断面図であり、本発明の第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２を、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【0094】

以下、本第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２について説明するが、第１実施形態と同一の構成要素については原則として同一の符号を付して、説明は省略する。

【0095】

図３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２２は、絶縁層７０の上に初期磁性層２２Ａが形成され、その初期磁性層２２Ａの上に、非磁性初期中間層２２Ｃが形成され、その非磁性初期中間層２２Ｃの上に、磁性層本体部２２Ｂが形成された構造になっている。ここで、初期磁性層２２Ａおよび磁性層本体部２２Ｂの構成成分および厚さは、第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａおよび磁性層本体部１２Ｂの構成成分および厚さとそれぞれ同様であるので、説明は原則として省略する。

【0096】

本第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２は、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２４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６０にバイアス磁界を加えることができる。

【0097】

非磁性初期中間層２２Ｃは、初期磁性層２２Ａと磁性層本体部２２Ｂとを厚さ方向に分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割を有する層である。

【0098】

非磁性初期中間層２２Ｃが介在することによって分離された初期磁性層２２Ａと磁性層本体部２２Ｂ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、非磁性初期中間層２２Ｃが介在することによって分離された初期磁性層２２Ａと磁性層本体部２２Ｂは強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造２２は、単位面積あたりの残留磁化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。

【0099】

非磁性初期中間層２２Ｃ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、非磁性初期中間層２２Ｃとしては、初期磁性層２２Ａおよび磁性層本体部２２Ｂ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。

【0100】

非磁性初期中間層２２Ｃ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。

【0101】

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、非磁性初期中間層２２Ｃ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、非磁性初期中間層２２Ｃ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。

【0102】

非磁性初期中間層２２Ｃの厚さについては、非磁性初期中間層２２Ｃの厚さが薄すぎると、前記した役割（初期磁性層２２Ａと磁性層本体部２２Ｂとを厚さ方向に分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割）を果たせなくなるおそれがあるため、非磁性初期中間層２２Ｃの厚さは標準的には０．３ｎｍ以上であり、０．５ｎｍ以上であることが好ましく、０．７ｎｍ以上であることがより好ましい。

【0103】

一方、非磁性初期中間層２２Ｃの厚さが薄いほど、磁性層本体部２２Ｂとフリー磁性層６０との距離が近くなり、面内磁化膜多層構造２２からなるハードバイアス層２４がフリー磁性層６０へ印加する磁場の低下が抑制されるので、非磁性初期中間層２２Ｃの厚さは、標準的には２ｎｍ以下であり、１．５ｎｍ以下であることが好ましく、１．２ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0104】

したがって、非磁性初期中間層２２Ｃの厚さは、標準的には０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることが好ましく、０．７ｎｍ以上１．２ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0105】

（３）第３実施形態
図４は、本発明の第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子３０、面内磁化膜多層構造３２およびハードバイアス層３４を模式的に示す断面図であり、本発明の第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２を、磁気抵抗効果素子３０のハードバイアス層３４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【0106】

以下、本第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２について説明するが、第１実施形態と同一の構成要素については原則として同一の符号を付して、説明は省略する。

【0107】

図４に示すように、本発明の第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２は、絶縁層７０の上に初期磁性層３２Ａが形成され、その初期磁性層３２Ａの上に第１磁性層本体部３２Ｂが形成され、その第１磁性層本体部３２Ｂの上に非磁性中間層３２Ｄが形成され、その非磁性中間層３２Ｄの上に第２磁性層本体部３２Ｃが形成された構造になっており、磁性層本体部が非磁性中間層３２Ｄによって、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃとに分離された構造になっている。ここで、初期磁性層３２Ａの構成成分および厚さは、第１実施形態に係る面内磁化膜１２の初期磁性層１２Ａの構成成分および厚さと同様であるので、説明は原則として省略する。また、第１磁性層本体部３２Ｂおよび第２磁性層本体部３２Ｃの構成成分は、第１実施形態に係る面内磁化膜１２の磁性層本体部１２Ｂの構成成分と同様であるので、説明は原則として省略する。

【0108】

本第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２は、磁気抵抗効果素子３０のハードバイアス層３４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６０にバイアス磁界を加えることができる。

【0109】

非磁性中間層３２Ｄは、磁性層本体部を厚さ方向に分離して、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃとに分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま、磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割を有する層である。

【0110】

非磁性中間層３２Ｄが介在することによって分離された、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃ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３２Ｄが介在することによって分離された第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃは強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造３２は、単位面積あたりの残留磁化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。

【0111】

第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃの厚さについては合計の厚さで考えればよく、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃの合計の厚さは、標準的には１５ｎｍ以上８０ｎｍ以下であるが、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃの合計の厚さは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましく、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。

【0112】

非磁性中間層３２Ｄ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３２Ｄとしては、面内磁化膜１２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。

【0113】

非磁性中間層３２Ｄ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。

【0114】

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３２Ｄ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３２Ｄ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。

【0115】

非磁性中間層３２Ｄの厚さについては、非磁性中間層３２Ｄの厚さが薄すぎると、前記した役割（磁性層本体部を厚さ方向に分離して、第１磁性層本体部３２Ｂと第２磁性層本体部３２Ｃとに分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま、磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割）を果たせなくなるおそれがあるため、非磁性中間層３２Ｄの厚さは標準的には０．３ｎｍ以上であり、０．５ｎｍ以上であることが好ましく、０．７ｎｍ以上であることがより好ましい。

【0116】

一方、非磁性中間層３２Ｄの厚さが薄いほど、面内磁化膜多層構造３２における面内磁化膜（初期磁性層３２Ａおよび磁性層本体部３２Ｂ、３２Ｃ）の割合が大きくなり、面内磁化膜多層構造３２からなるハードバイアス層３４がフリー磁性層６０へ印加する磁場が大きくなるので、非磁性中間層３２Ｄの厚さは、標準的には２ｎｍ以下であり、１．５ｎｍ以下であることが好ましく、１．２ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0117】

したがって、非磁性中間層３２Ｄの厚さは、標準的には０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、０．５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることが好ましく、０．７ｎｍ以上１．２ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0118】

（４）第４実施形態
図５は、本発明の第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子４０、面内磁化膜多層構造４２およびハードバイアス層４４を模式的に示す断面図であり、本発明の第４実施形態に係る面内磁化膜多層構造４２を、磁気抵抗効果素子４０のハードバイアス層４４に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【0119】

以下、本第４実施形態に係る面内磁化膜多層構造４２について説明するが、第１実施形態と同一の構成要素については原則として同一の符号を付して、説明は省略する。

【0120】

図５に示すように、本発明の第４実施形態に係る面内磁化膜多層構造４２は、絶縁層７０の上に初期磁性層４２Ａが形成され、その初期磁性層４２Ａの上に非磁性初期中間層４２Ｄが形成され、その非磁性初期中間層４２Ｄの上に第１磁性層本体部４２Ｂが形成され、その第１磁性層本体部４２Ｂの上に非磁性中間層４２Ｅが形成され、その非磁性中間層４２Ｅの上に第２磁性層本体部４２Ｃが形成された構造になっており、初期磁性層４２Ａが非磁性初期中間層４２Ｄによって、磁性層本体部４２Ｂ、４２Ｃから分離されており、また、磁性層本体部が非磁性中間層４２Ｅによって、第１磁性層本体部４２Ｂと第２磁性層本体部４２Ｃとに分離された構造になっている。ここで、初期磁性層４２Ａならびに第１磁性層本体部４２Ｂおよび第２磁性層本体部４２Ｃの構成成分および厚さは、第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２の初期磁性層３２Ａならびに第１磁性層本体部３２Ｂおよび第２磁性層本体部３２Ｃの構成成分および厚さとそれぞれ同様であるので、説明は原則として省略する。

【0121】

本第４実施形態に係る面内磁化膜多層構造４２は、磁気抵抗効果素子４０のハードバイアス層４４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６０にバイアス磁界を加えることができる。

【0122】

非磁性初期中間層４２Ｄは、初期磁性層４２Ａと第１磁性層本体部４２Ｂとを厚さ方向に分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割を有する層である。

【0123】

非磁性初期中間層４２Ｄが介在することによって分離された初期磁性層４２Ａと第１磁性層本体部４２Ｂ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、非磁性初期中間層４２Ｄが介在することによって分離された初期磁性層４２Ａと第１磁性層本体部４２Ｂは強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造４２は、単位面積あたりの残留磁化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。

【0124】

非磁性初期中間層４２Ｄに用いる金属は、第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２の非磁性初期中間層２２Ｃに用いる金属と同様であり、また、非磁性初期中間層４２Ｄの厚さは、第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２２の非磁性初期中間層２２Ｃの厚さと同様である。

【0125】

非磁性中間層４２Ｅは、磁性層本体部を厚さ方向に分離して、第１磁性層本体部４２Ｂと第２磁性層本体部４２Ｃとに分離して多層化して、磁性層の合計の厚さは維持したまま、磁性層の単層としての厚さを減じることで、単位面積あたりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させる役割を有する層である。

【0126】

非磁性中間層４２Ｅが介在することによって分離された、第１磁性層本体部４２Ｂと第２磁性層本体部４２Ｃ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４２Ｅが介在することによって分離された第１磁性層本体部４２Ｂと第２磁性層本体部４２Ｃは強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造４２は、単位面積あたりの残留磁化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。

【0127】

非磁性中間層４２Ｅに用いる金属は、第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２の非磁性中間層３２Ｄに用いる金属と同様であり、また、非磁性中間層４２Ｅの厚さは、第３実施形態に係る面内磁化膜多層構造３２の非磁性中間層３２Ｄの厚さと同様である。

【実施例0128】

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。

【0129】

以下の（Ａ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜単層構造において、面内磁化膜の初期磁性層中の非磁性粒界酸化物の種類が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響について検討しており、以下の（Ｂ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層の厚さが、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響について検討しており、以下の（Ｃ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の酸化物（ＺｎＯ）含有量（体積分率）が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響について検討しており、以下の（Ｄ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響について検討しており、以下の（Ｅ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層の非磁性粒界材をＴａ₂Ｏ₅にすることの保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討しており、以下の（Ｆ）では、ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の金属成分としてＦｅを追加添加することの保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響について検討している。

【0130】

作製したＣｏＰｔ－非磁性酸化物系の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－非磁性酸化物系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の間にはずれが生じるので、作製したＣｏＰｔ－非磁性酸化物系の面内磁化膜のうちの数点について、実際の組成を組成分析によって取得し、その結果を踏まえて、以下に記載する全ての実施例、比較例および参考例において組成のずれを補正する計算を行って、補正後の組成を、全ての実施例、比較例および参考例のそれぞれの面内磁化膜の組成とした。

【0131】

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株式会社堀場製作所製ＥＭＡＸＥｖｏｌｕｔｉｏｎを用いた。ただし、ホウ素（Ｂ）は酸素（Ｏ）よりも原子番号の小さい軽元素であるため、ＥＤＸにおける分析では検出することができないため、面内磁化膜におけるＢ₂Ｏ₃の含有量の正確な値は現時点では不明である。このため、以下に記載する実施例、比較例および参考例の面内磁化膜の組成におけるＢ₂Ｏ₃の含有量の値には、ターゲット組成におけるＢ₂Ｏ₃の含有量の値を記載したが、実際の値からずれている可能性がある。

【0132】

以下の（Ａ）～（Ｆ）で記載する実施例、比較例および参考例におけるＣｏＰｔ－非磁性酸化物系の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、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。ただし、Ｂ₂Ｏ₃については、前述したように、ターゲット組成におけるＢ₂Ｏ₃の含有量の値を記載している。

【0133】

＜（Ａ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜単層構造において、面内磁化膜の初期磁性層中の非磁性酸化物の種類が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響（参考例１～８）＞
参考例１～８において、シリコン基板上に形成するＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜単層構造の非磁性粒界酸化物の種類を種々変更して実験データを取得した。参考例１～８において用いた非磁性粒界酸化物は、参考例１から参考例８の順に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｎＯである。形成するＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜はいずれも単層であり、非磁性中間層は設けていない。

【0134】

使用したシリコン基板は、表面が１００ｎｍ程度酸化処理されており、表面は絶縁層である酸化シリコンＳｉＯxになっている。また、使用したシリコン基板の表面は鏡面仕上げがされており、当該シリコン基板の表面粗さＲａ (算術平均粗さ）は０．１ｎｍである。つまり、面内磁化膜の下地層となる酸化シリコンＳｉＯx（シリコン基板の表面の絶縁層である酸化シリコンＳｉＯx）の表面粗さＲａ(算術平均粗さ）は０．１ｎｍである。以下、使用したこのシリコン基板を、表面酸化処理シリコン基板と記載する。

【0135】

表面酸化処理シリコン基板上に、酸化物の種類がそれぞれ異なる参考例１～８のＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜単層構造を、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、それぞれ厚さ１５ｎｍとなるように形成した。この成膜過程では基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。なお、本願の実施例、比較例および参考例において、サンプル作製の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、装置名の記載は省略する。

【0136】

具体的には以下のようにして、初期磁性層中の非磁性粒界酸化物の種類の検討用のサンプルの作製および実験データの取得を行った。

【0137】

参考例１では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ａｌ₂Ｏ₃スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－5.11vol%Ａｌ₂Ｏ₃面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例２では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例３では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ｇａ₂Ｏ₃スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.89vol%Ｇａ₂Ｏ₃面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例４では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＭｇＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.28vol%ＭｇＯ面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例５では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＭｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.72vol%ＭｎＯ面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例６では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ｎｂ₂Ｏ₅スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.57vol%Ｎｂ₂Ｏ₅面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例７では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ｔａ₂Ｏ₅スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.32vol%Ｔａ₂Ｏ₅面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成し、参考例８では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ面内磁化膜単層構造をスパッタリング法で形成した。

【0138】

前記のようにして形成した参考例１～８の面内磁化膜単層構造の上に、それぞれカーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0139】

参考例１～８における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0140】

作製した参考例１～８の面内磁化膜（初期磁性層）単層構造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）ならびに飽和磁化Ｍs（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（初期磁性層）の厚さを乗じて、作製した面内磁化膜（初期磁性層）単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜（初期磁性層）の厚さを乗じて、作製した面内磁化膜（初期磁性層）単層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0141】

参考例１～８の実験結果を、次の表１に示す。また、参考例１～８の実験結果について、非磁性粒界酸化物の種類を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとった棒グラフを図６に示す。

【0142】

また、組成が(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯである参考例８のＣｏＰｔ面内磁化膜（初期磁性層）については、その垂直断面（ＣｏＰｔ面内磁化膜の面内方向と直交する方向の断面）を走査透過電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ製Ｈ－９５００）で観察し、観察像（断面ＴＥＭ写真）を撮像して取得した。その観察像（断面ＴＥＭ写真）を図７に示す。

【0143】

【表1】

【0144】

表１および図６から明らかなように、面内磁化膜（初期磁性層）の非磁性粒界酸化物として、Ｔａ₂Ｏ₅を用いた参考例７およびＺｎＯを用いた参考例８の保磁力Ｈcが、それぞれ２．０９ｋＯｅ、３．１３ｋＯｅであり２．００ｋＯｅを上回っており、他の非磁性粒界酸化物を用いた参考例１～６と比較して、格段に良好な保磁力Ｈcを得ることができた。

【0145】

参考例７および参考例８の良好な保磁力Ｈcは、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層（表面酸化処理シリコン基板の表面酸化処理層であって下地層となる絶縁層）の上に面内磁化膜（初期磁性層）を直接成膜して得られた実験結果である点が画期的である。図７の断面ＴＥＭ写真に示すように、参考例８の(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)-4.44vol%ＺｎＯの初期磁性層は、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層（表面酸化処理シリコン基板の表面酸化処理層であって下地層となる絶縁層）の上に直接形成されているにもかかわらず、Ｃｏ-26.12Ｐｔ合金粒子が、明確に分離された柱状に形成されている。参考例７の(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)-4.32vol%Ｔａ₂Ｏ₅の初期磁性層については、現時点ではその垂直断面を電子顕微鏡で観察することは行っていないが、参考例７の保磁力Ｈc（２．０９ｋＯｅ）は２．００ｋＯｅを上回っているものの参考例８の保磁力Ｈc（３．１３ｋＯｅ）よりも小さくなっているため、参考例７の初期磁性層は、参考例８の初期磁性層ほどにはＣｏ-26.12Ｐｔ合金粒子が明確に分離された柱状に形成されていないと思われる。参考例１～６の初期磁性層についても、現時点ではその垂直断面を電子顕微鏡で観察することは行っていないが、参考例１～６の保磁力Ｈcは０．１４ｋＯｅ～１．２１ｋＯｅであり、良好な保磁力Ｈcが得られなかったため、参考例１～６の初期磁性層においては、従来からの知見の通り、アモルファスである酸化シリコン層（表面酸化処理シリコン基板の表面酸化処理層であって下地層となる絶縁層）の上にＣｏＰｔ合金粒子がほとんど柱状に形成されず、ＣｏＰｔ合金粒子同士の磁気的な分離が悪くなっているものと思われる。

【0146】

前述したように、従来技術では、Ｃｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜の下地層として、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金のｃ軸を面内に配向させることを促す非磁性の下地層（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｒ合金、Ｔｉ合金等）が用いられている（［先行技術文献］の欄に記載した特許文献２の段落００２８）。また、前述したように、他の従来技術では、成膜する際のガス圧を高ガス圧にして非磁性のＲｕ下地層を成膜するとともに、その厚さを１５ｎｍ程度以上に厚く形成した非磁性のＲｕ下地層の上にＣｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜を成膜して、Ｃｏ－Ｐｔ系の面内磁化膜の保磁力Ｈcを向上させている（［先行技術文献］の欄に記載した特許文献３の段落００１６、非特許文献１）。従来技術では、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層（表面酸化処理シリコン基板の表面酸化処理層であって下地層となる絶縁層）の上に面内磁化膜を直接成膜して、良好な保磁力Ｈcを得ることなど不可能だったのである。

【0147】

参考例７および参考例８の保磁力Ｈcについての実験結果から、本発明では、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層（表面酸化処理シリコン基板の表面酸化処理層であって下地層となる絶縁層）の基板の上に直接形成する面内磁化膜（初期磁性層）の非磁性粒界酸化物として、Ｚｎ酸化物およびＴａ酸化物のうちの少なくとも１種を含有してなるものを採用するに至った。

【0148】

以下の（Ｂ）～（Ｄ）、（Ｆ）の検討では、最も良好な結果が得られた参考例８の面内磁化膜（非磁性粒界酸化物としてＺｎＯを用いた面内磁化膜）を初期磁性層として採用して検討を行っている。

【0149】

なお、図７の断面ＴＥＭ写真に示すように、参考例８の(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)-4.44vol%ＺｎＯの初期磁性層は、Ｃｏ-26.12Ｐｔ合金粒子が明確に分離された柱状に形成されたグラニュラ構造であるところ、以下の（Ｂ）～（Ｆ）の検討で用いた磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜も同様のグラニュラ構造であると考えられれるので、ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜（初期磁性層）についての非磁性粒界材（酸化物）の含有量や金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｆｅ）の組成についての実験データの知見は、磁性層本体部における非磁性粒界材（酸化物）の含有量の数値範囲の検討や金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｆｅ）の組成の数値範囲の検討においても活用できるものと考えられる。

【0150】

＜（Ｂ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部はＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層の厚さが、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討（実施例１～６、比較例１）＞
実施例１～６では、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、(Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、初期磁性層である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ面内磁化膜を、厚さを２ｎｍ（実施例１）、５ｎｍ（実施例２）、１０ｎｍ（実施例３）、１５ｎｍ（実施例４）、２０ｎｍ（実施例５）、３０ｎｍ（実施例６）と変化させて、スパッタリング法で形成した。

【0151】

そして、形成した(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ面内磁化膜（初期磁性層）の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0152】

比較例１では、表面酸化処理シリコン基板上に初期磁性層である (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ面内磁化膜を形成させることなく、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0153】

前記のようにして形成した実施例１～６および比較例１の面内磁化膜多層構造の上に、それぞれカーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0154】

実施例１～６および比較例１における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0155】

作製した実施例１～６の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）ならびに飽和磁化Ｍs（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、作製した面内磁化膜単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製した面内磁化膜多層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0156】

実施例１～６および比較例１の実験結果を、次の表２に示す。また、実施例１～６および比較例１の実験結果について、面内磁化膜の初期磁性層の厚さを横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフを図８に示す。

【0157】

【表2】

【0158】

表２および図８から明らかなように、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層の厚さが１５ｎｍ（実施例４）のとき、保磁力Ｈcが３．１５ｋＯｅと最も大きくなる一方、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層の厚さが１５ｎｍよりも厚くなると、厚さが２０ｎｍ（実施例５）、３０ｎｍ（実施例６）と厚くなるほど保磁力Ｈcの大きさが減少している。したがって、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層は、表面酸化処理シリコン基板の表面から一定の範囲（例えば、表面酸化処理シリコン基板の表面から３０ｎｍ程度以内）のみに限定的に用い、磁性層本体部としては、従来から面内磁化膜として用いられている、非磁性酸化物粒界材としてＢ₂Ｏ₃を用いた面内磁化膜（ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃）を用いた方が好ましいと考えられる。

【0159】

表２および図８に示す結果から、初期磁性層の厚さは、面内磁化膜単層構造に良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現させる観点から、標準的には１ｎｍ以上３２ｎｍ以下とするのがよく、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、初期磁性層の厚さは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましく、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下がより好ましい。

【0160】

比較例１は非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層を設けておらず、表面酸化処理シリコン基板の上に、直接、非磁性酸化物粒界材としてＢ₂Ｏ₃を用いた面内磁化膜（ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃）を形成させており、本発明の範囲に含まれない。比較例１は、保磁力Ｈcは２．４８ｋＯｅと２．００ｋＯｅを上回ったものの、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは１．８３ｍｅｍｕ／ｃｍ²であり、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²未満の結果となった。

【0161】

＜（Ｃ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の酸化物（ＺｎＯ）含有量（体積分率）が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討（実施例４、７～１５、比較例２、３）＞
実施例４、７～１５、比較例２、３では、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、ＣｏＰｔを含む厚さ１５ｎｍの初期磁性層を、ＺｎＯの含有量を０ｖｏｌ％から３０．１０ｖｏｌ％まで変化させて、スパッタリング法で形成した。

【0162】

具体的には、比較例２では、非磁性酸化物粒界材を含まないＣｏ-25Ｐｔスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍのＣｏ-26.12Ｐｔ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、比較例３では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－4vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－1.60vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例７では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－6vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－2.30vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例８では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－8vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－3.25vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例４では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例９では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－12vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－5.89vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１０では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－14vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－7.58vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１１では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－16vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－9.53vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１２では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－18vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－11.72vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１３では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－20vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－14.16vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１４では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－25vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－21.35vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１５では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－30vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－30.10vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成した。

【0163】

そして、形成した初期磁性層の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0164】

前記のようにして形成した実施例４、７～１５、比較例２、３の面内磁化膜多層構造の上に、それぞれカーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0165】

実施例４、７～１５、比較例２、３における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0166】

作製した実施例４、７～１５、比較例２、３の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）ならびに飽和磁化Ｍs（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、作製した面内磁化膜単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製した面内磁化膜多層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0167】

実施例４、７～１５、比較例２、３の実験結果を、次の表３に示す。また、実施例４、７～１５、比較例２、３の実験結果について、面内磁化膜の初期磁性層中のＺｎＯ含有量を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフを図９に示す。

【0168】

【表3】

【0169】

表３および図９から明らかなように、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層中のＺｎＯの含有量が５．８９ｖｏｌ％（実施例９）のとき、保磁力Ｈcが３．２５ｋＯｅと最も大きくなり、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた初期磁性層中のＺｎＯの含有量が５．８９ｖｏｌ％よりも大きくなると、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が大きくなるほど保磁力Ｈcの大きさが減少している。ただし、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が３０．１０ｖｏｌ％と大きくなっても、保磁力Ｈcは２．１０ｋＯｅであり、保磁力Ｈcは２．００ｋＯｅ以上を維持している。また、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が１．６０ｖｏｌ％である比較例３の保磁力Ｈcは０．８４ｋＯｅであるのに対し、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が２．３０ｖｏｌ％である実施例７の保磁力Ｈcは２．９７ｋＯｅと急激に大きくなっており、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が１．６０ｖｏｌ％から２．３０ｖｏｌ％へと変わると、面内磁化膜多層構造の保磁力Ｈcが急激に大きくなることが読み取れる。

【0170】

表３および図９に示す結果から、初期磁性層中のＺｎＯの含有量は、面内磁化膜多層構造に良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現させる観点から、初期磁性層の体積全体に対して２．０ｖｏｌ％以上３１．０ｖｏｌ％以下にするのがよく、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、３．０ｖｏｌ％以上１５．０ｖｏｌ％以下にすることが好ましく、４．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％以下にすることがより好ましい。

【0171】

初期磁性層中のＺｎＯの含有量がそれぞれ０ｖｏｌ％、１．６０ｖｏｌ％であり、初期磁性層中のＺｎＯの含有量が２．０ｖｏｌ％を下回っていて、本発明の範囲外である比較例２、３は、保磁力がそれぞれ０．４１ｋＯｅ、０．８４ｋＯｅと小さく、２．００ｋＯｅを下回った。

【0172】

単位面積当たりの残留磁化Ｍrtについては、実施例４、７～１５、比較例２、３のいずれにおいても３．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²を上回っており、良好な結果であった。

【0173】

＜（Ｄ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討（実施例４、１６～１９、比較例４、５）＞
実施例４、１６～１９、比較例４、５では、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、非磁性酸化物粒界材としてＺｎＯを用いた厚さ１５ｎｍの初期磁性層（ＣｏＰｔ－ＺｎＯ）を、初期磁性層の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて、スパッタリング法で形成した。具体的には、初期磁性層の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの合計に対して、Ｃｏを８３．９７ａｔ％から３１．０４ａｔ％まで変化させ、Ｐｔを１６．０３ａｔ％から６８．９６ａｔ％まで変化させて実験データを取得した。

【0174】

比較例４では、 (Ｃｏ-15Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-16.03Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１６では、 (Ｃｏ-20Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-20.13Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例４では、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１７では、 (Ｃｏ-30Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-34.00Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１８では、 (Ｃｏ-35Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-43.77Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、実施例１９では、 (Ｃｏ-40Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-55.42Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、比較例５では、 (Ｃｏ-45Ｐｔ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-68.96Ｐｔ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成した。

【0175】

そして、形成した初期磁性層の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0176】

前記のようにして形成した実施例４、１６～１９、比較例４、５の面内磁化膜多層構造の上に、それぞれカーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0177】

実施例４、１６～１９、比較例４、５における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0178】

作製した実施例４、１６～１９、比較例４、５の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）ならびに飽和磁化Ｍs（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、作製した面内磁化膜単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製した面内磁化膜多層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0179】

実施例４、１６～１９、比較例４、５の実験結果を、次の表４に示す。また、初期磁性層の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの合計に対するＰｔの含有量（ａｔ％）を横軸にとって、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）を縦軸にとったグラフを図１０に示す。

【0180】

【表4】

【0181】

表４および図１０から明らかなように、ＣｏＰｔ－ＺｎＯ初期磁性層（面内磁化膜）の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＣｏの含有量が４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下、Ｐｔの含有量が１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下、ＣｏＰｔ－ＺｎＯの面内磁化膜の全体に対するＺｎＯの体積比が４．４４ｖｏｌ％で、かつ、厚さが１５ｎｍであり、本発明の範囲に含まれる実施例４、１６～１９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、基板加熱をしない室温成膜で実現している。

【0182】

表４および図１０に示す結果から、初期磁性層中のＰｔの含有量は、面内磁化膜多層構造に良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現させる観点から、初期磁性層の金属成分の合計に対して１８ａｔ％以上５６ａｔ％以下にするのがよく、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、初期磁性層の金属成分の合計に対して２０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることが好ましく、２５ａｔ％以上３５ａｔ％以下であることがより好ましい。初期磁性層中のＣｏの含有量で言えば、初期磁性層中のＣｏの含有量は、面内磁化膜多層構造に良好な磁気特性（保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上で、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上。）を発現させる観点から、初期磁性層の金属成分の合計に対して４４ａｔ％以上８２ａｔ％以下にするのがよく、保磁力Ｈcと単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの両者をともに大きく両立させる観点から、初期磁性層の金属成分の合計に対して５５ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが好ましく、６５ａｔ％以上７５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0183】

一方、ＣｏＰｔ－ＺｎＯ初期磁性層（面内磁化膜）の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＣｏの含有量が８３．９７ａｔ％でＰｔの含有量が１６．０３ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例４は、保磁力Ｈcが１．６８ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。また、ＣｏＰｔ－ＺｎＯ初期磁性層（面内磁化膜）の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＣｏの含有量が３１．０４ａｔ％でＰｔの含有量が６８．９６ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例５は、保磁力Ｈcが１．５５ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満であり、また、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．７９ｍｅｍｕ／ｃｍ²であり、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²未満である。

【0184】

＜（Ｅ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層の非磁性粒界材をＴａ₂Ｏ₅にすることの保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討（実施例４、２０）＞
実施例２０では、非磁性粒界材をＴａ₂Ｏ₅にした初期磁性層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製して実験データを取得した。

【0185】

具体的には、 (Ｃｏ-25Ｐｔ)－10vol%Ｔａ₂Ｏ₅スパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－4.32vol%Ｔａ₂Ｏ₅初期磁性層をスパッタリング法で形成した。

【0186】

そして、形成した初期磁性層の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0187】

前記のようにして形成した実施例２０の面内磁化膜多層構造の上に、カーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0188】

実施例２０における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0189】

作製した実施例２０の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）ならびに飽和磁化Ｍs（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、作製した面内磁化膜単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製した面内磁化膜多層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0190】

実施例２０の実験結果を、実施例４の実験結果とともに、次の表５に示す。

【0191】

【表5】

【0192】

表５から明らかなように、初期磁性層の非磁性粒界材がＴａ₂Ｏ₅である実施例２０においても、保磁力Ｈcが３．０１ｋＯｅ、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが３．１６ｍｅｍｕ／ｃｍ²と良好な磁気特性が得られた。ただし、初期磁性層の非磁性粒界材がＺｎＯである実施例４の方が、保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtのどちらも、初期磁性層の非磁性粒界材がＴａ₂Ｏ₅である実施例２０よりも、わずかではあるがさらに良好である。

【0193】

＜（Ｆ）ＣｏＰｔ－非磁性酸化物の面内磁化膜多層構造（初期磁性層：ＣｏＰｔ－ＺｎＯ面内磁化膜、磁性層本体部：ＣｏＰｔ－Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜）において、面内磁化膜の初期磁性層中の金属成分としてＦｅを追加添加することの保磁力Ｈcおよび単位面積当たりの残留磁化Ｍrtに及ぼす影響についての検討（実施例４、２１）＞
実施例２１では、ＣｏＰｔＦｅ－ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製して実験データを取得した。

【0194】

具体的には、 (Ｃｏ-25Ｐｔ-1Ｆｅ)－10vol%ＺｎＯスパッタリングターゲットを用いて、表面酸化処理シリコン基板上に、つまり、表面粗さＲａ (算術平均粗さ）が０．１ｎｍと極めて平滑な酸化シリコン層であって下地層となる絶縁層の上に、厚さ１５ｎｍの (Ｃｏ-26.11Ｐｔ-0.78Ｆｅ)－4.44vol%ＺｎＯ初期磁性層をスパッタリング法で形成した。

【0195】

そして、形成した初期磁性層の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性初期中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１５ｎｍの第１磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜の上に、厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層をスパッタリング法で形成し、形成した厚さ１ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、厚さ１５ｎｍの第２磁性層本体部である(Ｃｏ-26.12Ｐｔ)－10vol%Ｂ₂Ｏ₃面内磁化膜をスパッタリング法で形成して、面内磁化膜多層構造を形成した。

【0196】

前記のようにして形成した実施例２１の面内磁化膜多層構造の上に、カーボンのキャップ層をスパッタリング法で形成し、磁気特性測定用のサンプルを作製した。

【0197】

実施例２１における前記の各成膜過程では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温で成膜を行った。

【0198】

作製した実施例２１の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）ならびに飽和磁化Ｍs（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、作製した面内磁化膜単層構造の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出し、読み取った飽和磁化Ｍs（ｍｅｍｕ／ｃｍ³）に、作製したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、作製した面内磁化膜多層構造の単位面積当たりの飽和磁化Ｍst（ｍｅｍｕ／ｃｍ²）を算出した。

【0199】

実施例２１の実験結果を、実施例４、２０の実験結果とともに、次の表６に示す。

【0200】

【表6】

【0201】

表６から明らかなように、面内磁化膜の初期磁性層の金属成分がＣｏ、Ｐｔ、Ｆｅである実施例２１の場合も、保磁力Ｈcが２．９８ｋＯｅと２．００ｋＯｅ以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが３．３１ｍｅｍｕ／ｃｍ²と２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ²以上であり、良好な磁気特性が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0202】

本発明に係る面内磁化膜および面内磁化膜多層構造は、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達成することができ、産業上の利用可能性を有する。また、本発明に係るハードバイアス層は、本発明に係る面内磁化膜または面内磁化膜多層構造を備えていて、良好な磁気的性能を有しており、産業上の利用可能性を有する。また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、良好な磁気的性能を有する本発明に係るハードバイアス層を備えており、産業上の利用可能性を有する。また、本発明に係るスパッタリングターゲットを用いて、室温成膜で、良好な磁気的性能を有する本発明に係る面内磁化膜の初期磁性層を形成することができ、産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0203】

１０、２０、３０、４０、２００…磁気抵抗効果素子
１２、２０４…面内磁化膜
１２Ａ、２２Ａ、３２Ａ、４２Ａ…初期磁性層
１２Ｂ、２２Ｂ…磁性層本体部
１４、２４、３４、４４、２０６…ハードバイアス層
２２、３２、４２…面内磁化膜多層構造
２２Ｃ、４２Ｄ…非磁性初期中間層
３２Ｂ、４２Ｂ…第１磁性層本体部
３２Ｃ、４２Ｃ…第２磁性層本体部
３２Ｄ、４２Ｅ…非磁性中間層
５０…磁気シールド層
５２…シード層
５４…反強磁性層
５６…ピン層
５８…バリア層
６０…フリー磁性層
６２…キャップ層
７０…絶縁層
２０２…Ｒｕ下地層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】