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特許7219285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】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-30
(45)【発行日】2023-02-07
(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】
H01F 10/16 20060101AFI20230131BHJP
H01F 41/18 20060101ALI20230131BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20230131BHJP
【ＦＩ】
H01F10/16
H01F41/18
H01L43/08 B
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020553991
(86)(22)【出願日】2019-10-30
(86)【国際出願番号】 JP2019042628
(87)【国際公開番号】W WO2020090914
(87)【国際公開日】2020-05-07
【審査請求日】2022-04-22
(31)【優先権主張番号】P 2018204303
(32)【優先日】2018-10-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】タム キム コング
(72)【発明者】
【氏名】櫛引 了輔
(72)【発明者】
【氏名】青野 雅広
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 恭伸
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２３８９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１０７６２５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ １０／１６
Ｈ０１Ｆ ４１／１８
Ｈ０１Ｌ ４３／０８
(57)【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および酸化物を含有してなり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、
当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有し、
厚さが２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする面内磁化膜。
【請求項2】
ＣｏＰｔ合金結晶粒と前記酸化物の結晶粒界とからなるグラニュラ構造を有してな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】
前記酸化物は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の面内磁化膜。【請求項4】
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、複数の面内磁化膜と、
非磁性中間層と、
を有してなり、
前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜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面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、
前記面内磁化膜は、
金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、
当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有しており、
前記面内磁化膜多層構造は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造。
【請求項5】
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、複数の面内磁化膜と、
結晶構造が六方最密充填構造である非磁性中間層と、
を有してなり、
前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜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面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、
前記面内磁化膜は、
金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、
当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有してなり、
前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造。
【請求項6】
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４または５に記載の面内磁化膜多層構造。【請求項7】
前記面内磁化膜は、ＣｏＰｔ合金結晶粒と前記酸化物の結晶粒界とからなるグラニュラ構造を有してなることを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。【請求項8】
前記酸化物は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項４～７のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。【請求項9】
前記面内磁化膜の１層あたりの厚さは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４～８のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。【請求項10】
請求項１～３のいずれかに記載の面内磁化膜または請求項４～９のいずれか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11】
請求項１０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12】
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および酸化物を含有してなり、
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９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く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酸化物を１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下含有し、
形成する前記面内磁化膜は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上であ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ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜多層構造およびハードバイアス層に関するとともに、前記ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜、前記ＣｏＰｔ－酸化物系の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に関する。前記ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜および前記ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜多層構造は、磁気抵抗効果素子のハードバイアス層に用いることができる。
【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残留磁化を有していると考えられる。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。
【背景技術】
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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）。
【0008】
これらに対応できる可能性のある技術として、例えば特許文献３に記載の技術がある。特許文献３に記載の技術は、センサ積層体（フリー磁性層を備えた積層体）とハードバイアス層との間に設けたシード層（Ｔａ層と、そのＴａ層の上に形成され、面心立方（１１１）結晶構造または六方最密（００１）結晶構造を有する金属層とを含む複合シード層）により、長手方向に容易軸を向かせるように磁性材料を配向させ、ハードバイアス層の保磁力の向上を試みた手法である。しかしながら、ハードバイアス層に望まれる前記磁気特性を満たしていない。また、この手法では、保磁力向上のため、センサ積層体とハードバイアス層との間に設けたシード層を厚くする必要がある。このため、センサ積層体中のフリー磁性層への印加磁場が弱くなるという問題も抱える構造である。
【0009】
また、特許文献４には、ハードバイアス層に用いる磁性材にＦｅＰｔを用いることや、Ｐｔ又はＦｅシード層を有するＦｅＰｔハードバイアス層、及びＰｔ又はＦｅのキャッピング層が記載されており、この特許文献４では、焼なまし温度が約２５０～３５０℃である焼なましの間に、シード層及びキャッピング層内のＰｔ又はＦｅ、ならびにハードバイアス層内のＦｅＰｔが互いに混ざり合う構造が提案されている。しかしながら、このハードバイアス層の形成に必要な加熱工程においては、既に積層されている他の膜への影響を考慮する必要があり、この加熱工程は可能な限り避けるべき工程である。
【0010】
特許文献５では、焼なまし温度の最適化が行われて、焼なまし温度を２００℃程度まで下げることが可能であることが示され、ハードバイアス層の保磁力が３．５ｋＯｅ以上であることが示されているが、単位面積当たりの残留磁化は１．２ｍｅｍｕ／ｃｍ2程度であり、ハードバイアス層に望まれている前記磁気特性を満たしていない。
【0011】
なお、特許文献６には、長手記録用磁気記録媒体が記載されており、その磁性層は、六方最密充填構造を有する強磁性結晶粒と、それを取り巻く主に酸化物からなる非磁性粒界とからなるグラニュラ構造であるが、このようなグラニュラ構造が磁気抵抗効果素子のハードバイアス層へ用いられた事例は無い。また、特許文献６に記載の技術は、磁気記録媒体の課題である信号対雑音比の低減を目的としており、磁性層の層間に非磁性層を用いて磁性層を多層化させているが、その上下の磁性層同士は反強磁性結合を有しており、磁性層の保持力の向上には適さない構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】特開２００８－２８３０１６号公報
【文献】特表２００８－５４７１５０号公報
【文献】特開２０１１－００８９０７号公報
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２７４９３Ａ１号公報
【文献】特開２０１２－２１６２７５号公報
【文献】特開２００３－１７８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
実際の磁気抵抗効果素子への適用を視野に入れた場合、センサ積層体（フリー磁性層を備えた積層体）およびハードバイアス層は、できるだけ薄くすることが好ましく、また、加熱成膜は行わないことが好ましい。
【0014】
この条件を満たした上で、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力（２ｋＯｅ程度）および単位面積当たりの残留磁化（２ｍｅｍｕ／ｃｍ2程度）を上回るハードバイアス層を得るためには、現状のハードバイアス層に用いられている元素や化合物とは異なる元素や化合物を探索していく必要があると本発明者は考え、また、酸化物をＣｏＰｔ系の面内磁化膜に適用することが有望であるのではないかと本発明者は考えた。また、酸化物を適用したＣｏＰｔ系の面内磁化膜を非磁性中間層を用いて多層化することも有望であるのではないかと本発明者は考えた。
【0015】
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、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】
【0016】
本発明は、以下の面内磁化膜、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より、前記課題を解決したものである。
【0017】
即ち、本発明に係る面内磁化膜は、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および酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有し、厚さが２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする面内磁化膜である。
【0018】
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フリー磁性層にバイアス磁界を加える薄膜磁石のことである。
【0019】
また、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。
【0020】
前記面内磁化膜は、ＣｏＰｔ合金結晶粒と前記酸化物の結晶粒界とからなるグラニュラ構造を有してなるように構成してもよい。
【0021】
ここで、結晶粒界とは、結晶粒の境界のことである。
【0022】
前記酸化物は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物のうちの少なくとも１種を含むものを用いてもよい。
【0023】
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、複数の面内磁化膜と、非磁性中間層と、を有してなり、前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜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面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、前記面内磁化膜は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有しており、前記面内磁化膜多層構造は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上であり、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。
【0024】
ここで、本願において、非磁性中間層とは、面内磁化膜同士の間に配置される非磁性層のことである。
【0025】
また、本願において、強磁性結合とは、非磁性中間層を挟んで隣り合う磁性層（ここでは、前記面内磁化膜）のスピンが平行（同じ向き）になっているときに働く交換相互作用に基づく結合のことである。
【0026】
また、本願において、面内磁化膜多層構造の「単位面積あたりの残留磁化」とは、当該面内磁化膜多層構造に含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化に、当該面内磁化膜多層構造に含まれる面内磁化膜の厚さの合計の値を乗じた値のことである。
【0027】
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、複数の面内磁化膜と、結晶構造が六方最密充填構造である非磁性中間層と、を有してなり、前記非磁性中間層は、前記面内磁化膜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面内磁化膜同士は強磁性結合をしており、前記面内磁化膜は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有してなり、前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴とする面内磁化膜多層構造である。
【0028】
前記非磁性中間層は、ＲｕまたはＲｕ合金からなることが好ましい。
【0029】
前記面内磁化膜多層構造において、前記面内磁化膜は、ＣｏＰｔ合金結晶粒と前記酸化物の結晶粒界とからなるグラニュラ構造を有してなるように構成してもよい。
【0030】
前記面内磁化膜多層構造において、前記酸化物は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物のうちの少なくとも１種を含むものを用いてもよい。
【0031】
本発明に係るハードバイアス層は、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ことを特徴とするハードバイアス層である。
【0032】
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、前記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。
【0033】
本発明に係るスパッタリングターゲットは、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および酸化物を含有してなり、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９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く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酸化物を１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下含有し、形成する前記面内磁化膜は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットである。
【0034】
ここで、室温成膜とは、基板加熱をせずに成膜することを意味する。
【発明の効果】
【0035】
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、加熱成膜を行わずに実現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る。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の第１実施形態に係るＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜１０を、磁気抵抗効果素子１２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。
【図2】本発明の第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０を、磁気抵抗効果素子２４のハードバイアス層２６に適用している状態を模式的に示す断面図。
【図3】薄片化処理を行った後の薄片化サンプル８０の形状を模式的に示す斜視図。
【図4】走査透過電子顕微鏡を用いて撮像して取得した観察像の一例（実施例４５の観察像）。
【発明を実施するための形態】
【0037】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る面内磁化膜１０を、磁気抵抗効果素子１２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。なお、図１においては、下地層（面内磁化膜１０は下地層の上に形成される）の記載は省略している。
図１は、本発明の第１実施形態に係る面内磁化膜１０を、磁気抵抗効果素子１２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。なお、図１においては、下地層（面内磁化膜１０は下地層の上に形成される）の記載は省略している。
【0038】
ここでは、磁気抵抗効果素子１２としてトンネル型磁気抵抗効果素子を念頭に置いて図１に示す構成の説明を行うが、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０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。
【0039】
磁気抵抗効果素子１２（ここでは、トンネル型磁気抵抗効果素子）は、非常に薄い非磁性トンネル障壁層（以下、バリア層５４）によって分離された２つの強磁性層（フリー磁性層１６、ピン層５２）を有する。ピン層５２は、隣接する反強磁性層（図示せず）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１６は、外部磁界が存在する状態で、その磁化方向を、ピン層５２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１６が外部磁界によってピン層５２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。
【0040】
ハードバイアス層１４は、フリー磁性層１６にバイアス磁界を加えて、フリー磁性層１６の磁化方向軸を安定させる役割を有する。絶縁層５０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１６、バリア層５４、ピン層５２）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１６、バリア層５４、ピン層５２）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。
【0041】
図１に示すように、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、磁気抵抗効果素子１２のハードバイアス層１４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１６にバイアス磁界を加えることができる。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１０のみで構成されており、面内磁化膜１０の単層で構成されている。
【0042】
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、酸化物を含有し、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力と比べて同等程度以上の保磁力（２．００ｋＯｅ以上の保磁力）および単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）を有する単層の面内磁化膜である。具体的には、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜であり、金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｃｏを５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下含有し、当該面内磁化膜の全体に対して前記酸化物を１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下含有し、厚さが２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
【0043】
なお、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。
【0044】
（１－１）面内磁化膜１０の構成成分
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、前述したように、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有し、また、酸化物を含有する。
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、前述したように、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有し、また、酸化物を含有する。
【0045】
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において、磁性結晶粒（微小な磁石）の構成成分となる。
【0046】
Ｃｏは強磁性金属元素であり、面内磁化膜中の磁性結晶粒（微小な磁石）の形成において中心的な役割を果たす。スパッタリングによって得られる面内磁化膜中のＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）の結晶磁気異方性定数Ｋuを大きくするという観点および得られる面内磁化膜中の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、本実施形態に係る面内磁化膜中のＣｏの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して５５ａｔ％以上９５ａｔ％未満としている。また、同様の点から、本実施形態に係る面内磁化膜中のＣｏの含有割合は、当該面内磁化膜中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。
【0047】
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、面内磁化膜の保磁力を大きくするという機能を有する。面内磁化膜の保磁力を大きくするという観点および得られる面内磁化膜中のＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）の磁性を調整するという観点から、本実施形態に係る面内磁化膜中のＰｔの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して５ａｔ％より多く４５ａｔ％以下としている。また、同様の点から、本実施形態に係る面内磁化膜中のＰｔの含有割合は、当該面内磁化膜中の金属成分の合計に対して２０ａｔ％以上４０ａｔ％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。
【0048】
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０が含有する酸化物は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、Ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物のうちの少なくとも１種を含む。そして、面内磁化膜１０中において、前記のような酸化物からなる非磁性体によって、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、こ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前記酸化物の結晶粒界とからなる。
【0049】
したがって、面内磁化膜１０中の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好ましい。この観点から、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０中に含まれる酸化物の含有量を、１０ｖｏｌ％以上にしており、また、同様の観点から、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０中に含まれる酸化物の含有量は、１２．５ｖｏｌ％以上であることが好ましく、１５ｖｏｌ％以上であることがより好ましい。
【0050】
ただし、面内磁化膜１０中の酸化物の含有量が多くなりすぎると、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１０中に含まれる酸化物の含有量を、４２ｖｏｌ％以下にしており、また、同様の観点から、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０中に含まれる酸化物の含有量は、３７．５ｖｏｌ％以下であることが好ましく、３５ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。
【0051】
したがって、本第１実施形態においては、面内磁化膜１０中に含まれる酸化物の含有量を、１０ｖｏｌ％以上４２ｖｏｌ％以下にしており、また、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０中に含まれる酸化物の含有量は、１２．５ｖｏｌ％以上３７．５ｖｏｌ％以下であることが好ましく、１５ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。
【0052】
後述する実施例で実証しているように、酸化物としてＷＯ3またはＭｏＯ3を含むと、面内磁化膜１０の保磁力Ｈcが大きくなるので、酸化物としてＷＯ3またはＭｏＯ3を含むことが好ましい。
【0053】
なお、現状の面内磁化膜では、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。
【0054】
一方、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０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１０中のＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）の飽和磁化および残留磁化は大きくなり、また、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０の保磁力Ｈcおよび残留磁化は大きくなる。このことは、後述する実施例で実証している。
【0055】
（１－２）面内磁化膜１０の厚さ
後述する実施例で実証しているように、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜の厚さ（非磁性中間層を設けない単層の場合）が２０ｎｍを下回ると、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満となり（比較例７）、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜の厚さ（非磁性中間層を設けない単層の場合）が８０ｎｍを上回ると、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅを下回る（比較例８、９）ので、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜が単層である本第１実施形態に係る面内磁化膜１０の厚さは、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定している。
後述する実施例で実証しているように、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜の厚さ（非磁性中間層を設けない単層の場合）が２０ｎｍを下回ると、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満となり（比較例７）、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜の厚さ（非磁性中間層を設けない単層の場合）が８０ｎｍを上回ると、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅを下回る（比較例８、９）ので、ＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜が単層である本第１実施形態に係る面内磁化膜１０の厚さは、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定している。
【0056】
ただし、後述する実施例で実証しているように、単層のＣｏＰｔ－ＷＯ3面内磁化膜の厚さが２０～４０ｎｍのとき保磁力Ｈcが大きくなり（実施例９、１２、１３）、２０～３０ｎｍのとき保磁力Ｈcが特に大きくなる（実施例９、１２）ので、本第１実施形態に係る面内磁化膜の厚さは、２０～４０ｎｍであることが好ましく、２０～３０ｎｍであることがより好ましい。
【0057】
（１－３）面内磁化膜１０の保磁力および残留磁化
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力と比べて同等程度以上の保磁力（２．００ｋＯｅ以上の保磁力）および同等程度以上の単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）を有する単層の面内磁化膜である。
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、現状の磁気抵抗効果素子のハードバイアス層の保磁力と比べて同等程度以上の保磁力（２．００ｋＯｅ以上の保磁力）および同等程度以上の単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）を有する単層の面内磁化膜である。
【0058】
後述する第２実施形態で詳述するように、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０を、非磁性中間層２２（図２参照）を介在させて多層化することにより、残留磁化の値を維持したまま、保磁力をさらに向上させることができる。このことは、後述する実施例で実証している。
【0059】
（１－４）下地膜
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０を形成する際に用いる下地膜としては、面内磁化膜１０の磁性粒子（ＣｏＰｔ合金粒子）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合金からなる下地膜が適している。
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０を形成する際に用いる下地膜としては、面内磁化膜１０の磁性粒子（ＣｏＰｔ合金粒子）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合金からなる下地膜が適している。
【0060】
積層する面内磁化膜（ＣｏＰｔ－酸化物）１０の磁性結晶粒（ＣｏＰｔ合金粒子）を整然と面内配向させるため、用いるＲｕ下地膜またはＲｕ合金下地膜の表面には、（１０．０）面または（１１．０）面が多く配置されるようにすることが好ましい。
【0061】
なお、本発明に係る面内磁化膜を形成する際に用いる下地膜は、Ｒｕ下地膜またはＲｕ合金下地膜に限定されるわけではなく、得られる面内磁化膜のＣｏＰｔ磁性結晶粒を面内配向させ、かつ、ＣｏＰｔ磁性結晶粒同士の磁気的な分離を促進させることができる下地膜であれば使用可能である。
【0062】
（１－５）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１０を作製する際に用いるスパッタリングターゲットは、磁気抵抗効果素子１２のハードバイアス層１４の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜１０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および酸化物を含有してなり、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９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く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酸化物を１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下含有し、形成する面内磁化膜は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上である。後述する「（Ｊ）作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の組成分析」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、そのずれを考慮して設定した組成範囲であり、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０に含まれる各元素の組成範囲とは一致していない。
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０を作製する際に用いるスパッタリングターゲットは、磁気抵抗効果素子１２のハードバイアス層１４の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜１０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および酸化物を含有してなり、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９５ａｔ％未満含有し、金属Ｐｔを５ａｔ％より多く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酸化物を１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下含有し、形成する面内磁化膜は、保磁力が２．００ｋＯｅ以上で、かつ、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上である。後述する「（Ｊ）作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の組成分析」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、そのずれを考慮して設定した組成範囲であり、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０に含まれる各元素の組成範囲とは一致していない。
【0063】
このスパッタリングターゲットの構成成分（金属Ｃｏ、金属Ｐｔおよび酸化物）についての説明は、前記「（１－１）面内磁化膜１０の構成成分」に記載した面内磁化膜の構成成分についての説明と同様であるので、説明は省略する。
【0064】
（１－６）面内磁化膜１０の形成方法
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、前記「（１－５）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、所定の下地膜（前記「（１－４）下地膜」に記載した下地膜）の上に成膜して形成する。なお、この成膜過程で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１０は、室温成膜で形成することが可能である。
本第１実施形態に係る面内磁化膜１０は、前記「（１－５）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、所定の下地膜（前記「（１－４）下地膜」に記載した下地膜）の上に成膜して形成する。なお、この成膜過程で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１０は、室温成膜で形成することが可能である。
【0065】
（２）第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０を、磁気抵抗効果素子２４のハードバイアス層２６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、本発明の第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０を、磁気抵抗効果素子２４のハードバイアス層２６に適用している状態を模式的に示す断面図である。
【0066】
以下、本第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０について説明するが、面内磁化膜１０の構成成分、面内磁化膜１０の保持力および残留磁化、面内磁化膜１０を形成する際に用いる下地膜、面内磁化膜１０を作製する際に用いるスパッタリングターゲット、および面内磁化膜１０の形成方法については、すでに「（１）第１実施形態」において説明を行っているので、説明は省略する。
【0067】
図２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２０は、第１実施形態に係る面内磁化膜１０を複数備え、さらに、その複数の第１実施形態に係る面内磁化膜１０同士の間に、非磁性中間層２２を備えており、面内磁化膜１０が非磁性中間層２２を介して複数積み重ねられた構造になっている。
【0068】
面内磁化膜多層構造２０において、面内磁化膜１０の１層当たりの厚さは、標準的には５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。また、面内磁化膜１０の総厚（合計の厚さ）は、残留磁化Ｍｒｔを２ｍｅｕｍ／ｃｍ2以上にする観点から、２０ｎｍ以上にしている。また、面内磁化膜１０の総厚（合計の厚さ）の上限に関しては、後述するように、非磁性中間層２２が介在することによって分離された隣り合う面内磁化膜１０同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜１０の総厚（合計の厚さ）が大きくなっても、理論上は保磁力Ｈcは小さくならず、上限はない。実際に、後述する実施例によって、少なくとも総厚（合計の厚さ）が１００ｎｍまでは、保磁力Ｈcが２ｋＯｅ以上となることを確認している。また、面内磁化膜多層構造２０における面内磁化膜１０の１層当たりの厚さに関しては、保磁力Ｈcをより大きくする観点から、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0069】
本第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０は、磁気抵抗効果素子２４のハードバイアス層２６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２８にバイアス磁界を加えることができる。
【0070】
非磁性中間層２２は、第１実施形態に係る面内磁化膜１０同士の間に介在して、面内磁化膜１０を分離し、面内磁化膜１０を多層化する役割を有する。面内磁化膜１０を非磁性中間層２２を介在させて多層化することにより、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ことができる。
【0071】
非磁性中間層２２が介在することによって分離された隣り合う面内磁化膜１０同士は、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２２が介在することによって分離された隣り合う面内磁化膜１０同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜１０は、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ことができる。
【0072】
したがって、本第２実施形態に係る面内磁化膜多層構造２０は良好な保磁力Ｈcを発現することができる。
【0073】
非磁性中間層２２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２２としては、面内磁化膜１０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。
【0074】
非磁性中間層２２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。
【0075】
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２２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２２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。
【0076】
また、非磁性中間層２２の厚さは、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。後述する実施例で実証しているように、金属ＲｕまたはＲｕ合金からなる厚さ０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の非磁性中間層を用いることにより、面内磁化膜１０の保磁力Ｈcを１５％程度向上させることができる。ただし、厚さ０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の非磁性中間層であれば、面内磁化膜１０の保磁力Ｈcを向上させる効果はほぼ同じであるので、材料コスト低減の観点および磁気抵抗効果素子への適用のしやすさの観点（厚さが薄い方が、磁気抵抗効果素子へ適用しやすくなる。）から、非磁性中間層２２の厚さは、０．３ｎｍ以上１．５ｎｍ以下がより好ましく、０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下が特に好ましい。
【実施例】
【0077】
以下、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜について、本発明を裏付けるための実施例および比較例について記載する。以下の（Ａ）では、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比について検討しており、以下の（Ｂ）では、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）の体積比について検討しており、以下の（Ｃ）では、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さについて検討しており、以下の（Ｄ）では、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物の種類について検討している。また、以下の（Ｅ）～（Ｉ）では、非磁性中間層によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化について記載している。
【0078】
また、以下の（Ｊ）では、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のずれの程度を確認するために、実施例４５、４７、５０、５２のＣｏＰｔ－ＷＯ3系の面内磁化膜を取り上げて、組成分析を行った。その結果、面内磁化膜の組成と当該面内磁化膜を作製するのに用いたスパッタリングターゲットの組成との間にずれが生じることが判明した。そのため、実際に組成分析を行った実施例４５、４７、５０、５２以外のＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の組成については、実施例４５、４７、５０、５２の組成分析結果から判明した組成のずれを考慮して、作製に用いたスパッタリングターゲットの組成から算出し、各実施例におけるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の組成とした。
【0079】
＜（Ａ）ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比についての検討（実施例１～７、比較例１、２）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
【0080】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、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厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を同装置を用いてスパッタリング法により厚さ５０ｎｍ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、本願の実施例および比較例においてスパッタリングの際に用いたスパッタリング装置は株式会社エイコーエンジニアリング製ＥＳ－３１００Ｗであるが、以下では装置名の記載は省略する。
【0081】
形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分であるＣｏとＰｔの合計に対するＰｔの含有割合を、５．７ａｔ％から５０．５ａｔ％まで５．６ａｔ％刻みで変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0082】
作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜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）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－酸化物系の面内磁化膜の膜厚５０ｎｍを乗じて、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表１に示す。
【0083】
【表1】
【0084】
表１からわかるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が１０～４５ａｔ％、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が３１．０ｖｏｌ％で、かつ、厚さが５０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれる実施例１～７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。
【0085】
一方、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が５．７ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例１は、保磁力Ｈcが１．４７ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が５０．５ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例２は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．６２ｍｅｍｕ／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。
【0086】
＜（Ｂ）ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）の体積比についての検討（実施例８～１１、比較例３～６）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）の体積比を変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）の体積比を変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
【0087】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍ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。
【0088】
形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）の体積比を、０ｖｏｌ％から５１．８ｖｏｌ％まで、５．２ｖｏｌ％または１０．４ｖｏｌ％（または１０．５ｖｏｌ％）の刻み幅で変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0089】
作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜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）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－酸化物系の面内磁化膜の膜厚３０ｎｍを乗じて、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表２に示す。
【0090】
【表2】
【0091】
表２からわかるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が１０～４２ｖｏｌ％、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が２２．５ａｔ％で、かつ、厚さが３０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれる実施例８～１１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。
【0092】
一方、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が０ｖｏｌ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例３は、保磁力Ｈcが１．３４ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が４．９ｖｏｌ％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１．５９ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が４６．６ｖｏｌ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例５は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．７７ｍｅｍｕ／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。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の全体に対する酸化物（ＷＯ3）の体積比が５１．８ｖｏｌ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例６は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．５３ｍｅｍｕ／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。
【0093】
＜（Ｃ）ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さについての検討（実施例９、１２～１７および比較例７～９）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さを変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3は単層であり、非磁性中間層を設けていない。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さを変化させて実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3は単層であり、非磁性中間層を設けていない。具体的には以下の通りである。
【0094】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3をスパッタリング法により形成した。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。
【0095】
スパッタリングの際には、スパッタ時間を変化させて、得られるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さを、１０ｎｍから１００ｎｍまで１０ｎｍ刻みで変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0096】
ここで、各サンプルの面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さは、スパッタレートとスパッタ時間から算出することができる。スパッタレートについては、成膜した面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さとスパッタ時間との関係を事前に測定して算出した。この際、面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さは、触針式段差計（ＢＲＵＫＥＲ製 ＤｅｋｔａｋＸＴ）を用い、触針に１００μＮの負荷を加えて膜付着部と未付着部を通過させ、通過させた際の膜厚方向の高さの差を求めて算出した。さらに、各サンプルの面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の垂直断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）（日立ハイテクノロジーズ製 Ｈ－９５００）で観察して膜厚の確認を行った。
【0097】
作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜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）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－酸化物系の面内磁化膜の膜厚を乗じて、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表３に示す。
【0098】
【表3】
【0099】
表３からわかるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さが２０～８０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれる実施例９、１２～１７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。
【0100】
実施例９、１２～１７のうち、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さが２０～４０ｎｍである実施例９、１２、１３は、保磁力Ｈcが３．５ｋＯｅ以上と大きい。また、厚さが薄い方が、磁気抵抗効果素子への適用もしやすくなり、また、材料費も低減される。したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さは２０～４０ｎｍであることが好ましいと考えられる。
【0101】
一方、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さが１０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれない比較例７は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．２６ｍｅｍｕ／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。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さが９０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれない比較例８は、保磁力Ｈcが１．７８ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。また、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-20.5vol%ＷＯ3の厚さが１００ｎｍであり、本発明の範囲に含まれない比較例９は、保磁力Ｈcが１．４９ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。
【0102】
＜（Ｄ）ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物の種類についての検討（実施例１０、１８～２３）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物の種類を種々変更して実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物の種類を種々変更して実験データを取得した。形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜は単層であり、非磁性中間層は設けていない。具体的には以下の通りである。
【0103】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍ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。
【0104】
形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物の種類を種々変更してデータを取得した。用いた酸化物は、ＷＯ3、Ｂ2Ｏ3、ＭｏＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2である。
【0105】
作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜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）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－酸化物系の面内磁化膜の膜厚３０ｎｍを乗じて、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表４に示す。
【0106】
【表4】
【0107】
表４からわかるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の酸化物として、ＷＯ3、Ｂ2Ｏ3、ＭｏＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2を用いた実施例１０、１８～２３は、組成が（Ｃｏ-22.5Ｐｔ）-30～31vol%酸化物で、かつ、厚さが３０ｎｍであり、本発明の範囲に含まれるが、いずれも、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。
【0108】
酸化物としてＷＯ3を用いた実施例１０および酸化物としてＭｏＯ3を用いた実施例１９においては、作製したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の保磁力が３ｋＯｅを超えており、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜において用いる酸化物として好ましい。
【0109】
＜（Ｅ）非磁性中間層（金属Ｒｕ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層）によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化についての検討（実施例２４～３０）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、金属Ｒｕ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、金属Ｒｕ非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設ける金属Ｒｕ非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、金属Ｒｕ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、金属Ｒｕ非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設ける金属Ｒｕ非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
【0110】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成した後、その上に金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍ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、いずれも室温成膜で行った。
【0111】
金属Ｒｕ非磁性中間層の厚さを、０ｎｍ、０．３ｎｍ、０．６ｎｍ、１．２ｎｍ、１．８ｎｍ、２．４ｎｍ、３．０ｎｍと変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0112】
作製した多層化サンプル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、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）を読み取った。そして、作製した多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の合計の膜厚６０ｎｍを、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）に乗じて、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表５に示す。なお、実施例２４は、非磁性中間層を設けていない実施例であり、非磁性中間層を設けて面内磁化膜を多層化した実施例２５～３０と対比するための参考実施例という位置づけの実施例である。
【0113】
【表5】
【0114】
表５からわかるように、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例２５～３０は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcがいずれも１５％程度以上向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、実施例２４（面内磁化膜が単層）とほぼ同等である。
【0115】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、金属Ｒｕ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持したまま、保磁力Ｈcを１５％程度以上向上させることができると考えられる。
【0116】
また、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例２５～３０においては、金属Ｒｕ非磁性中間層の厚さが０．３～３．０ｎｍの範囲で変化しているが、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、ほぼ同等である。
【0117】
したがって、金属Ｒｕ非磁性中間層の厚さは、０．３～３．０ｎｍの範囲であれば、多層化したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜への効果（保磁力Ｈcおよび残留磁化Ｍrtの点での効果）は同等であると考えられる。
【0118】
＜（Ｆ）非磁性中間層（Ｒｕ合金層）によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化についての検討（実施例２４、３１～３６）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、Ｒｕ合金（Ｒｕ－25Ｃｒ－25Ｃｏ）からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、Ｒｕ合金非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設けるＲｕ合金非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、Ｒｕ合金（Ｒｕ－25Ｃｒ－25Ｃｏ）からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、Ｒｕ合金非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設けるＲｕ合金非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
【0119】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成した後、その上にＲｕ合金非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍ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、いずれも室温成膜で行った。
【0120】
Ｒｕ合金非磁性中間層の厚さを、０ｎｍ、０．３ｎｍ、０．６ｎｍ、１．２ｎｍ、１．８ｎｍ、２．４ｎｍ、３．０ｎｍと変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0121】
作製した多層化サンプル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、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）を読み取った。そして、作製した多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の合計の膜厚６０ｎｍを、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）に乗じて、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表６に示す。なお、実施例２４は、非磁性中間層を設けていない実施例であり、非磁性中間層を設けて面内磁化膜を多層化した実施例３１～３６と対比するための参考実施例という位置づけの実施例である。
【0122】
【表6】
【0123】
表６からわかるように、Ｒｕ合金非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例３１～３６は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcがいずれも１１％程度以上向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、実施例２４（面内磁化膜が単層）とほぼ同等である。
【0124】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、Ｒｕ合金非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持したまま、保磁力Ｈcを１１％程度以上向上させることができると考えられる。
【0125】
また、Ｒｕ合金非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例３１～３６においては、Ｒｕ合金非磁性中間層の厚さが０．３～３．０ｎｍの範囲で変化しているが、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、ほぼ同等である。
【0126】
したがって、Ｒｕ合金非磁性中間層の厚さは、０．３～３．０ｎｍの範囲であれば、多層化したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜への効果（保磁力Ｈcおよび残留磁化Ｍrtの点での効果）は同等であると考えられる。
【0127】
なお、非磁性中間層が金属Ｒｕ非磁性中間層である実施例２５～３０の保磁力Ｈcと、非磁性中間層がＲｕ合金非磁性中間層である実施例３１～３６の保磁力Ｈcとを比べると、差はわずかであるが、非磁性中間層が金属Ｒｕ非磁性中間層である実施例２５～３０の保磁力Ｈcの方が大きいことが、表５および表６から読み取れるので、非磁性中間層としては、金属Ｒｕ非磁性中間層の方がＲｕ合金非磁性中間層よりも適していると考えられる。
【0128】
＜（Ｇ）非磁性中間層（金属Ｃｒ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層）によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化についての検討（実施例２４、比較例１０～１５）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、金属Ｃｒ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、金属Ｃｒ非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設ける非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さ方向の中間位置に、金属Ｃｒ単体からなるスパッタリングターゲットを用いて作製した非磁性中間層（以下、金属Ｃｒ非磁性中間層と記すことがある。）を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化（２層化）させて実験データを取得した。その際、設ける非磁性中間層の厚さを０ｎｍから３．０ｎｍの範囲で変化させてデータの取得を行った。具体的には以下の通りである。
【0129】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成した後、その上に金属Ｃｒ非磁性中間層を形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜をスパッタリング法により厚さ３０ｎｍ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。
【0130】
金属Ｃｒ非磁性中間層の厚さを、０ｎｍ、０．３ｎｍ、０．６ｎｍ、１．２ｎｍ、１．８ｎｍ、２．４ｎｍ、３．０ｎｍと変化させてサンプルを作製し、データを取得した。
【0131】
作製した多層化サンプル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、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）を読み取った。そして、作製した多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の合計の膜厚６０ｎｍを、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）に乗じて、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表７に示す。なお、実施例２４は、非磁性中間層を設けていない実施例であり、非磁性中間層を設けて面内磁化膜を多層化した比較例１０～１５と対比するための参考実施例という位置づけの実施例である。
【0132】
【表7】
【0133】
表７からわかるように、金属Ｃｒ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った比較例１０～１５は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcがいずれも５０％以上減少している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、実施例２４（面内磁化膜が単層）と比べて、４９％程度以上増加している。
【0134】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、金属Ｃｒ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を４９％程度以上増大させることができる一方、保磁力Ｈcは５０％以上減少してしまうと考えられる。
【0135】
また、金属Ｃｒ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った比較例１０～１５においては、金属Ｃｒ非磁性中間層の厚さが０．３～３．０ｎｍの範囲で変化しているが、保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、ほぼ同等である。
【0136】
したがって、金属Ｃｒ非磁性中間層の厚さは、０．３～３．０ｎｍの範囲であれば、多層化したＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜への効果（保磁力Ｈcおよび残留磁化Ｍrtの点での効果）は同等であると考えられる。
【0137】
以上説明したように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を金属Ｒｕ非磁性中間層で多層化した場合は、実施例２５～３０に示すように、実施例２４（面内磁化膜が単層）と比べて保磁力Ｈcが１５％程度以上向上し、Ｒｕ合金非磁性中間層で多層化した場合は、実施例３１～３６に示すように、実施例２４（面内磁化膜が単層）と比べて保磁力Ｈcが１１％程度以上向上しているが、金属Ｃｒ非磁性中間層で多層化した場合は、比較例１０～１５に示すように、実施例２４（面内磁化膜が単層）と比べて保磁力Ｈcが５０％以上減少している。この理由は、金属ＲｕおよびＲｕ－25Ｃｒ-25Ｃｏ合金の結晶構造は、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の磁性粒子（ＣｏＰｔ合金粒子）と同じ結晶構造である六方最密充填構造ｈｃｐであるのに対し、金属Ｃｒの結晶構造は、体心立方構造ｂｃｃであるためと考えられる。
【0138】
＜（Ｈ）非磁性中間層（金属Ｒｕ単体層）によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化における面内磁化膜１層の厚さの検討（実施例２４、３７～４０）＞
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、厚さ方向に２等分、４等分、６等分、１２等分する位置に、厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化させて実験データを取得した。具体的には以下の通りである。
Ｒｕ下地膜の上に形成するＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、厚さ方向に２等分、４等分、６等分、１２等分する位置に、厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるように、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を多層化させて実験データを取得した。具体的には以下の通りである。
【0139】
Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが３０ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが３０ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成して、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるように形成した（実施例３７）。
【0140】
また、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるまで同様に成膜を繰り返して、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜が４層積み重ねられた多層化サンプルを作製した（実施例３８）。
【0141】
また、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１０ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１０ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるまで同様に成膜を繰り返して、厚さ１０ｎｍのＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜が６層積み重ねられた多層化サンプルを作製した（実施例３９）。
【0142】
また、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ３０ｎｍとなるように形成し、その上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、さらにその上にＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成した後、その上に厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層をスパッタリング法により形成し、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍとなるまで同様に成膜を繰り返して、厚さ５ｎｍのＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜が１２層積み重ねられた多層化サンプルを作製した（実施例４０）。
【0143】
これらの成膜過程では基板加熱を行っておらず、いずれも室温成膜で行った。
【0144】
作製した多層化サンプル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、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の保磁力Ｈc（ｋＯｅ）および単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）を読み取った。そして、作製した多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の合計の膜厚６０ｎｍを、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位体積当たりの残留磁化Ｍr（ｍｅｍｕ／ｃｍ3）に乗じて、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。それらの結果を、次の表８に示す。なお、実施例２４は、非磁性中間層を設けていない実施例であり、非磁性中間層を設けて面内磁化膜を多層化した実施例３７～４０と対比するための参考実施例という位置づけの実施例である。
【0145】
【表8】
【0146】
表８からわかるように、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例３７～４０は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcがいずれも１３％程度以上向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、実施例２４（面内磁化膜が単層）とほぼ同等である。
【0147】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を、金属Ｒｕ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持したまま、保磁力Ｈcを１３％程度以上向上させることができると考えられる。
【0148】
また、１層当たりの面内磁化膜の厚さが１５ｎｍで４層構造の実施例３８の保磁力Ｈcは３．６６ｋＯｅであり、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcが５５％程度向上している。
【0149】
また、１層当たりの面内磁化膜の厚さが１０ｎｍで６層構造の実施例３９の保磁力Ｈcは３．０４ｋＯｅであり、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcが２９％程度向上している。
【0150】
また、１層当たりの面内磁化膜の厚さが３０ｎｍで２層構造の実施例３７の保磁力Ｈcは２．７６ｋＯｅであり、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcが１７％程度向上している。
【0151】
また、１層当たりの面内磁化膜の厚さが５ｎｍで１２層構造の実施例４０の保磁力Ｈcは２．６８ｋＯｅであり、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例２４と比べて、保磁力Ｈcが１４％程度向上している。
【0152】
したがって、面内磁化膜を複数層にした場合、１層当たりの厚さは５～３０ｎｍが好ましく、７．５～２５ｎｍがより好ましく、１０～２０ｎｍが特に好ましい。ただし、実施例９、１２～１７、比較例７の結果からわかるように、面内磁化膜の総厚（合計の厚さ）が２０ｎｍを下回ると、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの値が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2を下回るので、面内磁化膜の合計の厚さが２０ｎｍ以上であることが前提である。
【0153】
＜（Ｉ）非磁性中間層（金属Ｒｕ単体層）によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化における面内磁化膜１層の厚さの追加検討および面内磁化膜多層構造における面内磁化膜の総厚についての検討（実施例４１～５３、比較例１６、１７）＞
前段落に記載したように、面内磁化膜を複数層にした場合、保磁力Ｈcの観点から、１層当たりの厚さは５～３０ｎｍが好ましく、７．５～２５ｎｍがより好ましく、１０～２０ｎｍが特に好ましい。この点をさらに検討するため、金属Ｒｕ非磁性中間層によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化における面内磁化膜１層の厚さの追加検討を行った。また、前記（Ｈ）における面内磁化膜多層構造についての検討では、面内磁化膜の総厚が６０ｎｍの実施例のみであったので、面内磁化膜の総厚を３０ｎｍ、１００ｎｍにした面内磁化膜多層構造についても検討した。また、面内磁化膜の総厚を１００ｎｍにした面内磁化膜多層構造においては、面内磁化膜における酸化物（ＷＯ3）の含有量を３１．０ｖｏｌ％にした場合と１０．１ｖｏｌ％にした場合について検討した。
前段落に記載したように、面内磁化膜を複数層にした場合、保磁力Ｈcの観点から、１層当たりの厚さは５～３０ｎｍが好ましく、７．５～２５ｎｍがより好ましく、１０～２０ｎｍが特に好ましい。この点をさらに検討するため、金属Ｒｕ非磁性中間層によるＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の多層化における面内磁化膜１層の厚さの追加検討を行った。また、前記（Ｈ）における面内磁化膜多層構造についての検討では、面内磁化膜の総厚が６０ｎｍの実施例のみであったので、面内磁化膜の総厚を３０ｎｍ、１００ｎｍにした面内磁化膜多層構造についても検討した。また、面内磁化膜の総厚を１００ｎｍにした面内磁化膜多層構造においては、面内磁化膜における酸化物（ＷＯ3）の含有量を３１．０ｖｏｌ％にした場合と１０．１ｖｏｌ％にした場合について検討した。
【0154】
非磁性中間層としては、前記（Ｈ）と同様に、厚さ２．０ｎｍの金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて、各面内磁化膜多層構造を作製した。また、前記（Ｈ）と同様に、成膜過程では基板加熱を行っておらず、いずれも室温成膜で行った。
【0155】
各面内磁化膜多層構造の作製における具体的な手順は、前記（Ｈ）と同様に行った。また、多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の保磁力Ｈc（ｋＯｅ）の測定および多層化サンプルに含まれる面内磁化膜の単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）の測定も、前記（Ｈ）と同様に行った。
【0156】
それらの測定結果を、次の表９～１１に示す。表９は面内磁化膜の総厚が３０ｎｍの場合についての測定結果であり、表１０は面内磁化膜の総厚が１００ｎｍ、面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）含有量が３１．０ｖｏｌ％の場合についての測定結果であり、表１１は面内磁化膜の総厚が１００ｎｍ、面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）含有量が１０．１ｖｏｌ％の場合についての測定結果である。
【0157】
【表9】
【0158】
【表10】
【0159】
【表11】
【0160】
表９からわかるように、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例４１～４３（面内磁化膜の合計厚さは３０ｎｍ）は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の実施例１０と比べて、保磁力Ｈcが３～１１％程度向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは、実施例１０（面内磁化膜が単層）とほぼ同等である。
【0161】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが３０ｎｍの場合、金属Ｒｕ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtを維持したまま、保磁力Ｈcを３～１１％程度向上させることができると考えられる。
【0162】
また、表１０からわかるように、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例４４～４８（面内磁化膜の合計厚さが１００ｎｍで、面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）含有量が３１．０ｖｏｌ％）は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の比較例１６と比べて、保磁力Ｈcが２倍以上に向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは、比較例１６（面内磁化膜が単層）とほぼ同等か、最大でも１２％小さくなる程度である。
【0163】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１００ｎｍで、その酸化物（ＷＯ3）含有量が３１．０ｖｏｌ％である場合、金属Ｒｕ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtをほぼ維持したまま、保磁力Ｈcを２倍以上に向上させることができると考えられる。
【0164】
また、表１１からわかるように、金属Ｒｕ非磁性中間層を設けて面内磁化膜の多層化を行った実施例４９～５３（面内磁化膜の合計厚さが１００ｎｍで、面内磁化膜の酸化物（ＷＯ3）含有量が１０．１ｖｏｌ％）は、非磁性中間層を設けておらず面内磁化膜が単層の比較例１７と比べて、保磁力Ｈcが２倍以上に向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは、比較例１７（面内磁化膜が単層）とほぼ同等か、最大でも１２％小さくなる程度である。
【0165】
したがって、ＣｏＰｔ－酸化物系の面内磁化膜の厚さが１００ｎｍで、その酸化物（ＷＯ3）含有量が１０．１ｖｏｌ％の場合、金属Ｒｕ非磁性中間層によって多層化することにより、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtをほぼ維持したまま、保磁力Ｈcを２倍以上に向上させることができると考えられる。
【0166】
また、面内磁化膜の合計厚さが３０ｎｍである実施例４１～４３は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持しつつ保持力を向上させる観点において、いずれも良好であるが、その中でも、実施例４１（面内磁化膜の１層の厚さが１５ｎｍ）および実施例４２（面内磁化膜の１層の厚さが１０ｎｍ）が特に良好である。
【0167】
面内磁化膜の合計厚さが１００ｎｍで、その酸化物（ＷＯ3）含有量が３１．０ｖｏｌ％である実施例４４～４８は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持しつつ保持力を向上させる観点において、いずれも良好であるが、その中でも、実施例４５（面内磁化膜の１層の厚さが２５ｎｍ）、実施例４６（面内磁化膜の１層の厚さが１２．５ｎｍ）および実施例４７（面内磁化膜の１層の厚さが１０ｎｍ）がより良好であり、実施例４６および実施例４７が特に良好である。
【0168】
面内磁化膜の合計厚さが１００ｎｍで、その酸化物（ＷＯ3）含有量が１０．１ｖｏｌ％である実施例４９～５３は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を維持しつつ保持力を向上させる観点において、いずれも良好であるが、その中でも、実施例５０（面内磁化膜の１層の厚さが２５ｎｍ）、実施例５１（面内磁化膜の１層の厚さが１２．５ｎｍ）および実施例５２（面内磁化膜の１層の厚さが１０ｎｍ）がより良好であり、実施例５１および実施例５２が特に良好である。
【0169】
したがって、前記（Ｈ）で記載した「面内磁化膜を複数層にした場合、保磁力Ｈcの観点から、１層当たりの厚さは５～３０ｎｍが好ましく、７．５～２５ｎｍがより好ましく、１０～２０ｎｍが特に好ましい」点は、実施例４１～５３の結果からも裏付けられた。
【0170】
また、実施例４１～４３の結果から、面内磁化膜の合計厚さが３０ｎｍである場合について、面内磁化膜の多層化の効果を確認することができた。実施例４４～５３の結果から、面内磁化膜の合計厚さが１００ｎｍである場合について、面内磁化膜の多層化の効果を確認することができた。
【0171】
＜（Ｊ）面内磁化膜の組成分析（実施例４５、４７、５０、５２）＞
実施例４５、４７、５０、５２の面内磁化膜の組成分析を行った。以下、行った組成分析の手法の手順について概要を説明した後、各手順の内容を具体的に説明する。
実施例４５、４７、５０、５２の面内磁化膜の組成分析を行った。以下、行った組成分析の手法の手順について概要を説明した後、各手順の内容を具体的に説明する。
【0172】
［手順の概要］面内磁化膜の厚さ方向に組成分析のための線分析を行い、面内磁化膜の厚さ方向断面の線分析実施箇所から、組成の変動の少ない箇所を選び出す（手順１～４）。そして、その組成の変動の少ない箇所に含まれる任意の測定点を中心として、面内磁化膜の面内方向の１００ｎｍの範囲（測定点は１６７点）について組成分析のための線分析を行う（手順５）。そして、検出された元素ごとに、１６７点の測定点についての検出強度の平均値を算出して、面内磁化膜の組成を決定する（手順６）。以下、手順１～６の内容を具体的に説明する。
【0173】
［手順１］組成分析の対象となる面内磁化膜を面内方向と直交する方向（面内磁化膜の厚さ方向）に、平行な２面で切断するとともに、得られた２つの平行な切断面の間の距離が１００ｎｍ程度となるまで、ＦＩＢ法（μ－サンプリング法）により薄片化処理を行う。この薄片化処理を行った後の薄片化サンプル８０の形状を、図３に模式的に示す。図３に示すように、薄片化サンプル８０の形状は概ね直方体形状である。前記２つの平行な切断面の間の距離が１００ｎｍ程度であり、直方体形状の薄片化サンプル８０の面内方向の１辺の長さは１００ｎｍ程度であるが、他の２辺の長さは、走査透過電子顕微鏡による観察が可能であれば、適宜に定めてよい。
【0174】
［手順２］手順１で得られた薄片化サンプル８０の切断面（面内磁化膜の厚さ方向の切断面）を、１００ｎｍの長さを２ｃｍまで拡大観察可能な（２０万倍まで拡大観察可能な）走査透過電子顕微鏡を用いて撮像し、観察像を取得する。得られる観察像は長方形であるが、観察対象の面内磁化膜の最上面と切断面（面内磁化膜の厚さ方向の切断面）とが交わる部位の線が、長方形の観察像の長手方向になるように撮像する。得られた観察像の一例（実施例４５の観察像）を図４に示す。面内磁化膜の観察像の取得においては、株式会社日立ハイテクノロジーズ製ＨＤ－２７００を用いた。
【0175】
［手順３］手順２で得られた観察像から、面内磁化膜に含まれる任意の点を選び（図４において黒丸８２で示す）、その点から、観察像の長手方向に左右１０ｎｍの位置に点をそれぞれ付す（図４において白丸８４で示す）。そして、黒丸８２の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行うとともに、白丸８４の点を通るように面内磁化膜の厚さ方向に、元素分析のための線分析を行って、３つの直線（黒丸の点を通る厚さ方向の１つの直線および白丸の点を通る厚さ方向の２つの直線）について、面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のための線分析を行う。この元素分析のための線分析を行うに際し、前記３直線の線分析の走査範囲を、面内磁化膜の厚さ方向の全範囲（組成分析の対象が面内磁化膜多層構造の場合は、最上層の面内磁化膜から最下層の面内磁化膜までの全範囲）とすることができるように、１つの黒丸８２の点および２つの白丸８４の点を選び出すことが必要である。
【0176】
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ＥＭＡＸ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎを用いた。そして、具体的な分析条件を次のようにした。即ち、Ｘ線検出器をＳｉドリフト検出器とし、Ｘ線取出角を２４．８°とし、立体角を約２．２ｓｒとし、各元素に応じ一般的に適切な分光結晶を用い、測定時間２秒/点とし、走査点間隔を０．６ｎｍとし、照射ビーム径を約０．２ｎｍφとした。以下、本段落に記載の条件を、「手順３の分析条件」と記すことがある。
【0177】
図４（実施例４５の観察像）中の黒線（黒丸の点を通る面内磁化膜の厚さ方向の線）に沿って行った線分析（元素分析）の結果を図５に示す。図５において、縦軸は各元素についての検出強度、横軸は走査位置である。図５内の凡例に示す各元素は、十分な検出強度を確認できた元素であり、この実施例４５の場合、十分な検出強度を確認できた元素は、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｏ、Ｒｕであった。また、この実施例４５の組成分析においては、Ｃｏ、Ｏの検出にはＫα１線を選択し、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｗの検出にはＬα１線を選択した。また、各検出強度においては、事前に測定したブランク測定における検出強度を差し引く補正を施した。図４の線分析の最終端（最下端）は、Ｓｉ基板である。この箇所は理論上Ｓｉおよび表面酸化によるＯ以外は検出されない。そのため、この箇所で検出されたＳｉ、Ｏ以外の検出値は当該装置における不可避な検出誤差値と考えられるので、この値より検出強度が大きな値を示した場合にのみ、当該元素の存在を示すものとした。
【0178】
実施例４５は面内磁化膜多層構造であり、組成が（Ｃｏ－２０Ｐｔ）－３０ｖｏｌ％ＷＯ3であるスパッタリングターゲットを用いて、１層あたりの厚さが２５ｎｍである面内磁化膜を成膜するととともに、その面内磁化膜の間に位置するように、金属Ｒｕ非磁性中間層を、面内磁化膜の層間に２ｎｍずつ設ける成膜を行った。金属Ｒｕ非磁性中間層の成膜に際しては、組成が１００ａｔ％Ｒｕであるスパッタリングターゲットを用いた。
【0179】
図５に示す線分析の結果からわかるように、面内磁化膜においては主にＣｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｏが確認され、非磁性中間層においては主にＲｕが確認された。金属Ｒｕ非磁性中間層においては面内磁化膜の構成元素に基づく検出強度が一部確認されるが、これは、成膜中におけるスパッタ熱によって、上下に隣り合う各層の元素が僅かに拡散しているためである。しかしながら、面内磁化膜および非磁性中間層の各主要元素の分布をみる限り、おおよそ設計した通りの成膜が行われていることが確認できた。
【0180】
［手順４］手順３で行った線分析（面内磁化膜の厚さ方向に元素分析のために行った線分析）の結果から、組成の変動の少ない測定点の集合箇所を選び出す。組成の変動の少ない測定点の集合箇所は、次の条件ａ～ｃを満たす測定点の集合箇所のことである。
【0181】
条件ａ) 手順３で行った３つの直線の線分析のうちのいずれかについての測定点であって、ＣｏおよびＰｔの検出強度の合計が１０００カウントを超える測定点であること。
【0182】
条件ｂ）当該測定点でのＣｏおよびＰｔの検出強度の合計をＸカウント、当該測定点での測定を行った後の次の測定点（当該測定点から０．６ｎｍ下方に離れて隣り合う測定点）でのＣｏおよびＰｔの検出強度の合計をＹカウントとしたとき、
Ｙ／Ｘ－１＜０．０５
を満たすこと。
Ｙ／Ｘ－１＜０．０５
を満たすこと。
【0183】
条件ｃ）条件ａおよびｂを満たす５点以上の連続する測定点であること。
【0184】
条件ａ～ｃを満たす測定点の集合箇所は、５点以上の連続する測定点であるので、０．６ｎｍ×４＝２．４ｎｍ以上の直線領域となる。したがって、条件ａ～ｃを満たす測定点の集合箇所は、２．４ｎｍ以上の範囲で、安定してＣｏおよびＰｔのうちの少なくともいずれか一方が検出される直線領域である。
【0185】
［手順５］手順４で選び出した測定点の集合から任意の１つの測定点を選択して、面内磁化膜の組成分析のための基準点とする（図４において二重白丸８６で示す）。そして、その基準点を中心として、組成分析を行う面内磁化膜の面内方向（図４の観察像の長手方向）に左右５０ｎｍの直線領域（合計で１００ｎｍの直線領域であり、図４において白破線８８で示す。）について、手順３の分析条件と同様の分析条件で、組成分析を行う。この組成分析では、１００ｎｍの直線領域について、線分析を、走査点間隔０．６ｎｍで行うので、合計で１６７点の測定点における分析結果が得られる。
【0186】
［手順６］検出された元素ごとに、１６７点の測定点についての検出強度（カウント数）の平均値を算出する。検出された各元素の検出強度（カウント数）の平均値の比が、当該面内磁化膜の各元素の組成比となる。
【0187】
なお、ＥＤＸにおける分析においては、酸素（Ｏ）等の軽元素の蛍光Ｘ線が、白金（Ｐｔ）等の重元素の蛍光Ｘ線に吸収されることは避けられないが、本発明に係る面内磁化膜においては、酸素（Ｏ）等の軽元素と白金（Ｐｔ）等の重元素とが混在する。このため、酸素（Ｏ）に関しては、酸化物として存在する金属（実施例４５ではＷ）が全て適切に酸化した状態（実施例４５ではＷＯ3）になっているものとして、当該面内磁化膜の組成を決定した。
【0188】
また、実施例１８では面内磁化膜にホウ素（Ｂ）酸化物（Ｂ2Ｏ3）を用いているが、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。このため、実施例１８における面内磁化膜の組成は、ＣｏおよびＰｔの組成比は確定できるが、Ｂ2Ｏ3の含有量は確定できない。
【産業上の利用可能性】
【0189】
本発明に係る面内磁化膜、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実現することができ、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0190】
１０…面内磁化膜
１２、２４…磁気抵抗効果素子
１４、２６…ハードバイアス層
１６、２８…フリー磁性層
２０…面内磁化膜多層構造
２２…非磁性中間層
５０…絶縁層
５２…ピン層
５４…バリア層
８０…薄片化サンプル
８２…黒丸（面内磁化膜に含まれる任意の点）
８４…白丸（黒丸８２から観察像の長手方向に左右１０ｎｍの位置の点）
８６…二重白丸（面内磁化膜の組成分析のための基準点）
８８…白破線（二重白丸８６（基準点）から観察像の長手方向に左右５０ｎｍの直線領域
１２、２４…磁気抵抗効果素子
１４、２６…ハードバイアス層
１６、２８…フリー磁性層
２０…面内磁化膜多層構造
２２…非磁性中間層
５０…絶縁層
５２…ピン層
５４…バリア層
８０…薄片化サンプル
８２…黒丸（面内磁化膜に含まれる任意の点）
８４…白丸（黒丸８２から観察像の長手方向に左右１０ｎｍの位置の点）
８６…二重白丸（面内磁化膜の組成分析のための基準点）
８８…白破線（二重白丸８６（基準点）から観察像の長手方向に左右５０ｎｍの直線領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
