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特許7431660面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子
(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】2024-02-06
(45)【発行日】2024-02-15
(54)【発明の名称】面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子
(51)【国際特許分類】
H10N 50/85 20230101AFI20240207BHJP
G11B 5/39 20060101ALI20240207BHJP
H01F 1/047 20060101ALI20240207BHJP
H01F 10/16 20060101ALI20240207BHJP
H01F 10/30 20060101ALI20240207BHJP
H01F 10/32 20060101ALI20240207BHJP
H10N 50/01 20230101ALI20240207BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20240207BHJP
【ＦＩ】
H10N50/85
G11B5/39
H01F1/047
H01F10/16
H01F10/30
H01F10/32
H10N50/01
H10N50/10 U
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020081598
(22)【出願日】2020-05-01
(65)【公開番号】P2021176183
(43)【公開日】2021-11-04
【審査請求日】2022-11-25
(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】櫛引 了輔
(72)【発明者】
【氏名】タム キム コング
(72)【発明者】
【氏名】鎌田 知成
【審査官】小山 満
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１８５１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０４７７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１３８０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第９３８４７６３（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ５０／８５
Ｇ１１Ｂ ５／３９
Ｈ０１Ｆ １／０４７
Ｈ０１Ｆ １０／１６
Ｈ０１Ｆ １０／３０
Ｈ０１Ｆ １０／３２
Ｈ１０Ｎ ５０／０１
Ｈ１０Ｎ ５０／１０
(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および金属Ｐｔ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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、
前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは３０ｎｍ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2】
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および金属Ｐｔ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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、
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3】
前記面内磁化膜は、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、ホウ素を０．５ａｔ％以上３．５ａｔ％以下含有している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多層構造。
【請求項4】
前記非磁性中間層の厚さは、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であ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多層構造。
【請求項5】
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１～４のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。
【請求項6】
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１～５のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。
【請求項7】
請求項１～６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8】
請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子に関し、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系の面内磁化膜多層構造、該面内磁化膜多層構造を有してなるハードバイアス層、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子に関する。前記ＣｏＰｔ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。
【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。
【0005】
また、本願において、ホウ素（Ｂ）は金属元素の範疇に含める。
【背景技術】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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）。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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、磁性層の保磁力の向上には適さない構造となっている。
【0015】
非特許文献１、２においては、長手記録用磁気記録媒体の記録再生特性の向上を目的とした取り組みがなされており、具体的には、高Ａｒガス圧（６Ｐａ）下で成膜したＲｕ下地上に厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ合金膜を形成した場合の保磁力Ｈcについて記載されており、Ｐｔ含有量が３０～４０ａｔ％のＣｏＰｔ合金膜においては、長手方向つまり面内方向の保磁力が８ｋＯｅを示すということが記載されている。しかしながら、残留磁化については記載されておらず、磁気抵抗効果素子向けハードバイアス層として望まれている単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）の条件を満たしているかどうか不明である。そこで、同様の条件で本発明者が確認のための実験を行ったところ、後に説明する比較例２０～２９に示すように、非特許文献１、２に示される厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ合金膜では、単位面積当たりの残留磁化が２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【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
【非特許文献】
【0017】
【文献】日本磁気学会誌、Vol.25、No.4-2、607-610頁、2001年
【文献】日本磁気学会誌、Vol.26、No.4、269-273頁、2002年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
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。
【0019】
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、ハードバイアス層の層構成も工夫することが必要であるのではないかと本発明者は考えた。具体的には、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が有望であるのではないかと本発明者は考えた。
【0020】
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多層構造を提供することを課題とし、併せて、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、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子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】
【0021】
本発明は、以下の面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子により、前記課題を解決したものである。
【0022】
即ち、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および金属Ｐｔ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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記複数の面内磁化膜の合計の厚さは３０ｎｍ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。
【0023】
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、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および金属Ｐｔ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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、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】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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り、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。
【0028】
前記面内磁化膜は、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、ホウ素を０．５ａｔ％以上３．５ａｔ％以下含有していてもよい。
【0029】
前記非磁性中間層の厚さは、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが標準的である。
【0030】
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。
【0031】
前記面内磁化膜の１層あたりの厚さは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが標準的である。
【0032】
本発明に係るハードバイアス層は、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。
【0033】
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。
【発明の効果】
【0034】
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達成することができる面内磁化膜多層構造、該面内磁化膜多層構造を有してなるハードバイアス層、および前記ハードバイアス層を有してなる磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０を、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２２に適用している状態を模式的に示す断面図。
【図2】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3】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１０の観察像）。
【発明を実施するための形態】
【0036】
（１）本発明に係る実施形態の概要
図１は、本発明の実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０を、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２２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（面内磁化膜多層構造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、本発明の実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０を、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２２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（面内磁化膜多層構造１０は下地層の上に形成される）の記載は省略している。
【0037】
ここでは、磁気抵抗効果素子２０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、本実施形態に係る面内磁化膜多層構造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。
【0038】
磁気抵抗効果素子２０（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２４、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２４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２４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。
【0039】
ハードバイアス層２２は、フリー磁性層２４にバイアス磁界を加えて、フリー磁性層２４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２４、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２４、バリア層５４、ピン層５２）の両側のハードバイアス層２２に分流するのを抑制する役割を有する。
【0040】
（２）面内磁化膜多層構造
図１に示すように、本発明の実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、面内磁化膜１２を複数備え、さらに、その複数の面内磁化膜１２同士の間に、非磁性中間層１４を備えており、面内磁化膜１２が非磁性中間層１４を介して複数積み重ねられた構造になっている。面内磁化膜多層構造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）および単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）を有する。本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２２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２４にバイアス磁界を加えることができる。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、面内磁化膜１２を複数備え、さらに、その複数の面内磁化膜１２同士の間に、非磁性中間層１４を備えており、面内磁化膜１２が非磁性中間層１４を介して複数積み重ねられた構造になっている。面内磁化膜多層構造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）および単位面積当たりの残留磁化（２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2以上）を有する。本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、磁気抵抗効果素子２０のハードバイアス層２２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２４にバイアス磁界を加えることができる。
【0041】
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の各面内磁化膜１２は、磁気抵抗効果を発揮するフリー磁性層２４にバイアス磁界を加える。面内磁化膜１２は、ＣｏＰｔ系の面内磁化膜であり、金属Ｃｏおよび金属Ｐｔ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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有する。
【0042】
面内磁化膜多層構造１０において、面内磁化膜１２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１２の総厚（合計の厚さ）は、残留磁化Ｍrtを２．００ｍｅｕｍ／ｃｍ2以上にする観点から、３０ｎｍ以上にすることが好ましい。また、面内磁化膜１２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１４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１２同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜１２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９０ｎｍまでは、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ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１０における面内磁化膜１２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。
【0043】
（３）面内磁化膜
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２は、「（２）面内磁化膜多層構造」で前述したように、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有し、面内磁化膜１２の１層当たりの厚さは、標準的には５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２は、「（２）面内磁化膜多層構造」で前述したように、金属成分としてＣｏおよびＰｔを含有し、面内磁化膜１２の１層当たりの厚さは、標準的には５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【0044】
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において、磁性結晶粒（微小な磁石）の構成成分となる。
【0045】
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多層構造１０の面内磁化膜１２中のＣｏの含有割合は、当該面内磁化膜１２中の金属成分の合計に対して４５ａｔ％以上８０ａｔ％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多層構造１０の面内磁化膜１２中のＣｏの含有割合は、当該面内磁化膜１２中の金属成分の合計に対して４５ａｔ％以上７５ａｔ％以下であることが好ましく、４５ａｔ％以上７０ａｔ％以下であることがより好ましい。
【0046】
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多層構造１０の面内磁化膜１２中のＰｔの含有割合は、当該面内磁化膜１２中の金属成分の合計に対して２０ａｔ％以上５５ａｔ％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多層構造１０の面内磁化膜１２中のＰｔの含有割合は、当該面内磁化膜１２中の金属成分の合計に対して２５ａｔ％以上５５ａｔ％以下であることが好ましく、３０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であることがより好ましい。
【0047】
また、本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２の金属成分として、ＣｏおよびＰｔ以外に、ホウ素Ｂを０．５ａｔ％以上３．５ａｔ％以下含有させてもよい。後述する実施例で実証しているように、ホウ素Ｂを０．５ａｔ％以上３．５ａｔ％以下含有させることにより、面内磁化膜多層構造１０の保磁力Ｈcをさらに向上させる効果がある。
【0048】
（４）非磁性中間層
非磁性中間層１４は、面内磁化膜１２同士の間に介在して、面内磁化膜１２を分離し、面内磁化膜１２を多層化する役割を有する。面内磁化膜１２に非磁性中間層１４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。
非磁性中間層１４は、面内磁化膜１２同士の間に介在して、面内磁化膜１２を分離し、面内磁化膜１２を多層化する役割を有する。面内磁化膜１２に非磁性中間層１４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。
【0049】
非磁性中間層１４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１２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１４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１２同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜１２は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtの値を維持したまま、保磁力Ｈcをさらに向上させることができる。
【0050】
したがって、本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は良好な保磁力Ｈcを発現することができる。
【0051】
非磁性中間層１４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）の金属にすることが好ましい。具体的には、非磁性中間層１４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。
【0052】
非磁性中間層１４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。
【0053】
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１４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１４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。
【0054】
また、非磁性中間層１４の厚さは、面内磁化膜多層構造１０の保磁力Ｈcを向上させる観点から、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下が標準的である。ただし、後述する実施例１４～１７および比較例１４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０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下の非磁性中間層を用いてＣｏＰｔ面内磁化膜を多層化することにより、ＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造（比較例１４）よりも、保磁力Ｈcを９～２２％程度向上させることができ、厚さ１ｎｍ以上２ｎｍ以下の非磁性中間層を用いて多層化することにより、ＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造（比較例１４）よりも、保磁力Ｈcを１６～２２％程度向上させることができ、厚さ１．５ｎｍ以上２ｎｍ以下の非磁性中間層を用いて多層化することにより、ＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造（比較例１４）よりも、保磁力Ｈcを２１～２２％程度向上させることができるので、非磁性中間層１４の厚さは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下がより好ましく、１．５ｎｍ以上２ｎｍ以下が特に好ましい。
【0055】
（５）下地膜
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２を形成する際に用いる下地膜としては、面内磁化膜１２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。
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２を形成する際に用いる下地膜としては、面内磁化膜１２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。
【0056】
積層する面内磁化膜（ＣｏＰｔ－酸化物）１２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。
【0057】
なお、本発明に係る面内磁化膜多層構造の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。
【0058】
（６）スパッタリングターゲット
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２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２０のハードバイアス層２２の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜１２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および金属Ｐｔ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５５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上４５ａｔ％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以上とすることができる。後述する「（Ｇ）面内磁化膜の組成分析（実施例１０、１１、１２、１３）」に記載しているように、作製したＣｏＰｔ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、面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２に含まれる各元素の組成範囲とは一致していない。
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２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２０のハードバイアス層２２の少なくとも一部として用いられる面内磁化膜１２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および金属Ｐｔ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５５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上４５ａｔ％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以上とすることができる。後述する「（Ｇ）面内磁化膜の組成分析（実施例１０、１１、１２、１３）」に記載しているように、作製したＣｏＰｔ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、面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２に含まれる各元素の組成範囲とは一致していない。
【0059】
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。
【0060】
このスパッタリングターゲットの構成成分（金属Ｃｏおよび金属Ｐｔ）についての説明は、前記「（３）面内磁化膜」に記載した面内磁化膜１２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。
【0061】
（７）面内磁化膜多層構造の形成方法
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、前記「（５）下地膜」に記載した下地膜の上に１層目の面内磁化膜１２を、前記「（６）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形成させ、形成した１層目の面内磁化膜１２の上に、前記「（４）非磁性中間層」に記載した非磁性中間層１４をスパッタリングによって形成させる。そして、形成した非磁性中間層１４の上に、前記「（６）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、２層目の面内磁化膜１２を形成させる。面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２の層数が３層以上の場合には、２層目の面内磁化膜１２の上に、非磁性中間層１４をスパッタリングにより形成させ、形成した非磁性中間層１４の上に、前記「（６）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、３層目の面内磁化膜１２を形成させる。以降、この操作を必要な回数繰り返して、所望の層数の面内磁化膜多層構造１０を形成する。
本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、前記「（５）下地膜」に記載した下地膜の上に１層目の面内磁化膜１２を、前記「（６）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形成させ、形成した１層目の面内磁化膜１２の上に、前記「（４）非磁性中間層」に記載した非磁性中間層１４をスパッタリングによって形成させる。そして、形成した非磁性中間層１４の上に、前記「（６）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、２層目の面内磁化膜１２を形成させる。面内磁化膜多層構造１０の面内磁化膜１２の層数が３層以上の場合には、２層目の面内磁化膜１２の上に、非磁性中間層１４をスパッタリングにより形成させ、形成した非磁性中間層１４の上に、前記「（６）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、３層目の面内磁化膜１２を形成させる。以降、この操作を必要な回数繰り返して、所望の層数の面内磁化膜多層構造１０を形成する。
【0062】
なお、「（７）面内磁化膜多層構造の形成方法」に記載したいずれの成膜過程においても加熱することは不要であり、本実施形態に係る面内磁化膜多層構造１０は、室温成膜で形成することが可能である。
【実施例】
【0063】
以下、ＣｏＰｔ面内磁化膜を用いた面内磁化膜多層構造について、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。以下の（Ａ）では、面内磁化膜多層構造を構成するＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比およびＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化の効果（総厚が３０ｎｍの場合）について検討しており、以下の（Ｂ）では、面内磁化膜多層構造を構成するＣｏＰｔ面内磁化膜の総厚が６０ｎｍの場合の多層化の効果について検討しており、以下の（Ｃ）では、面内磁化膜多層構造を構成するＣｏＰｔ面内磁化膜の総厚が９０ｎｍの場合の多層化の効果について検討しており、以下の（Ｄ）では、面内磁化膜多層構造を構成する非磁性中間層の厚さについて検討しており、以下の（Ｅ）では、ＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造（総厚が６０ｎｍの場合）へホウ素（Ｂ）を添加する効果について検討している。また、以下の（Ｆ）では、非特許文献１、２に記載のＣｏＰｔ合金膜と同一の厚さ（１５ｎｍ）の単層のＣｏＰｔ面内磁化膜をＰｔ組成を変化させて作製して磁気特性を測定している。
【0064】
また、以下の（Ｇ）では、作製したＣｏＰｔ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１０、１１、１２、１３のＣｏＰｔ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１０、１１、１２、１３以外のＣｏＰｔ面内磁化膜の組成については、実施例１０、１１、１２、１３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面内磁化膜の組成とした。
【0065】
＜（Ａ）面内磁化膜多層構造を構成するＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比およびＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化の効果（総厚が３０ｎｍの場合）についての検討（実施例１～６、比較例１～１１）＞
実施例１～６および比較例１で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで２層積み重ねた多層構造である。そして、実施例１～６および比較例１においては、この面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を２２．０ａｔ％から５６．９ａｔ％まで変化させて）実験データを取得した。
実施例１～６および比較例１で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで２層積み重ねた多層構造である。そして、実施例１～６および比較例１においては、この面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を２２．０ａｔ％から５６．９ａｔ％まで変化させて）実験データを取得した。
【0066】
比較例２～１１は、厚さ３０ｎｍの単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ組成を２２．０ａｔ％から７４．４ａｔ％まで変化させて作製して、実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
【0067】
まず、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６０ｎｍとなるように形成した。
【0068】
そして、実施例１～６および比較例１では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ１５ｎｍとなるように所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を、前記装置ＥＳ－３１００Ｗを用いてスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜の上に、前記装置ＥＳ－３１００Ｗを用いてスパッタリング法（Ｒｕ１００ａｔ％のスパッタリングターゲットを使用）によりＲｕ非磁性中間層を厚さ２．０ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上に、前記装置ＥＳ－３１００Ｗを用いてスパッタリング法により所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を厚さ１５ｎｍとなるように形成した。比較例２～１１では、形成した前記Ｒｕ下地膜の上に、厚さ３０ｎｍとなるように所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を、前記装置ＥＳ－３１００Ｗを用いてスパッタリング法により形成した。
【0069】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜、ＣｏＰｔ面内磁化膜およびＲｕ非磁性中間層の成膜過程）では、いずれも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、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、以下では装置名の記載は省略する。
【0070】
作製した実施例１～６および比較例１の面内磁化膜多層構造および比較例２～１１のＣｏＰｔ面内磁化膜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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。実施例１～６および比較例１～１１の結果を、次の表１に示す。
【0071】
【表1】
【0072】
厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜２層の間に厚さ２．０ｎｍの非磁性中間層を挟んで構成された面内磁化膜多層構造であって、ＣｏＰｔ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２２．０～５１．１ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれる実施例１～６は、表１からわかるように、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。
【0073】
一方、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜２層の間に厚さ２．０ｎｍの非磁性中間層を挟んで構成された面内磁化膜多層構造であるが、ＣｏＰｔ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５６．９ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれない比較例１は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．８９ｍｅｍｕ／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。
【0074】
また、厚さ３０ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造であって、本発明の範囲に含まれない比較例２～１１のうち、ＣｏＰｔ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２２．０～３９．５ａｔ％である比較例２～５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が、ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ含有量が同一の実施例１～４とそれぞれ比較して、保磁力Ｈcが１０～２７％程度小さくなっている。厚さ３０ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造であって、本発明の範囲に含まれない比較例２～１１のうち、ＣｏＰｔ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４５．３～７４．４ａｔ％である比較例６～１１は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtが１．３８～１．９１ｍｅｍｕ／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。
【0075】
＜（Ｂ）ＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化の効果（総厚が６０ｎｍの場合）についての検討（実施例７、８、１７、９、比較例１２～１５）＞
実施例７、８、１７、９で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた多層構造であり、実施例７、８、１７、９は、前記構成の面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を３３．７～５１．１ａｔ％と変化させて）実験データを取得した実験例である。
実施例７、８、１７、９で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた多層構造であり、実施例７、８、１７、９は、前記構成の面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を３３．７～５１．１ａｔ％と変化させて）実験データを取得した実験例である。
【0076】
比較例１２～１５は、厚さ６０ｎｍの単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ組成を３３．７ａｔ％から５１．１ａｔ％まで変化させて作製して、実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
【0077】
まず、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ６０ｎｍとなるように形成した。
【0078】
そして、実施例７、８、１７、９では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ１５ｎｍとなるように所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜の上にスパッタリング法（Ｒｕ１００ａｔ％のスパッタリングターゲットを使用）によりＲｕ非磁性中間層を厚さ２．０ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上にスパッタリング法により所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を厚さ１５ｎｍとなるように形成し、これを繰り返して所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜が４層積み重ねられた面内磁化膜多層構造を作製した。比較例１２～１５では、形成した前記Ｒｕ下地膜の上に、厚さ６０ｎｍとなるように所定の組成の単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、スパッタリング法により形成した。
【0079】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜、ＣｏＰｔ面内磁化膜およびＲｕ非磁性中間層の成膜過程）では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。
【0080】
作製した実施例７、８、１７、９の面内磁化膜多層構造および比較例１２～１５のＣｏＰｔ面内磁化膜単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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。実施例７、８、１７、９および比較例１２～１５の結果を、次の表２に示す。
【0081】
【表2】
【0082】
表２からわかるように、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた面内磁化膜多層構造であって、ＣｏＰｔ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３３．７～５１．１ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれる実施例７、８、１７、９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。
【0083】
一方、本発明の範囲に含まれない厚さ６０ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造であって、ＣｏＰｔ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３３．７～５１．１ａｔ％である比較例１２～１５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が、ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ含有量が同一の実施例７、８、１７、９とそれぞれ比較して、保磁力Ｈcが１８～２７％程度小さくなっている。
【0084】
＜（Ｃ）ＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化の効果（総厚が９０ｎｍの場合）についての検討（実施例１０～１３、比較例１６～１９）＞
実施例１０～１３で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで６層積み重ねた多層構造であり、実施例１０～１３は、前記構成の面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を３３．７ａｔ％から５１．１ａｔ％まで変化させて）実験データを取得した実験例である。
実施例１０～１３で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで６層積み重ねた多層構造であり、実施例１０～１３は、前記構成の面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜の金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成を変化させて（ＣｏＰｔ面内磁化膜のＰｔ組成を３３．７ａｔ％から５１．１ａｔ％まで変化させて）実験データを取得した実験例である。
【0085】
比較例１６～１９は、厚さ９０ｎｍの単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ組成を３３．７ａｔ％から５１．１ａｔ％まで振って作製して、実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
【0086】
まず、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ６０ｎｍとなるように形成した。
【0087】
そして、実施例１０～１３では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ１５ｎｍとなるように所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜の上にスパッタリング法（Ｒｕ１００ａｔ％のスパッタリングターゲットを使用）によりＲｕ非磁性中間層を厚さ２．０ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上にスパッタリング法により所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を厚さ１５ｎｍとなるように形成し、これを繰り返して所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜が６層積み重ねられた面内磁化膜多層構造を作製した。比較例１６～１９では、形成した前記Ｒｕ下地膜の上に、厚さ９０ｎｍとなるように所定の組成のＣｏＰｔ面内磁化膜を、スパッタリング法により形成した。
【0088】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜、ＣｏＰｔ面内磁化膜およびＲｕ非磁性中間層の成膜過程）では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。
【0089】
作製した実施例１０～１３の面内磁化膜多層構造および比較例１６～１９のＣｏＰｔ面内磁化膜単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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。実施例１０～１３および比較例１６～１９の結果を、次の表３に示す。
【0090】
【表3】
【0091】
表３からわかるように、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで６層積み重ねた面内磁化膜多層構造であって、ＣｏＰｔ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３３．７～５１．１ａｔ％であり、本発明の範囲に含まれる実施例１０～１３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、本発明の範囲に含まれない厚さ９０ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造であって、ＣｏＰｔ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３３．７～５１．１ａｔ％である比較例１６～１９は、保磁力Ｈcが１．７１～１．７３ｋＯｅであり、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ未満である。
【0093】
＜（Ｄ）Ｒｕ非磁性中間層の厚さについての検討（実施例１４～１７）＞
実施例１４～１７は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｒｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた面内磁化膜多層構造において、Ｒｕ非磁性中間層の厚さを、０．５ｎｍから２．０ｎｍまで０．５ｎｍ刻みで変化させて実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
実施例１４～１７は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｒｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた面内磁化膜多層構造において、Ｒｕ非磁性中間層の厚さを、０．５ｎｍから２．０ｎｍまで０．５ｎｍ刻みで変化させて実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
【0094】
まず、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ６０ｎｍとなるように形成した。
【0095】
そして、形成したＲｕ下地膜の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％、厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜の上にスパッタリング法（Ｒｕ１００ａｔ％のスパッタリングターゲットを使用）によりＲｕ非磁性中間層を形成し、形成したＲｕ非磁性中間層の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％、厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成し、これを繰り返して、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％で厚さが１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜が４層積み重ねられた面内磁化膜多層構造を作製した。Ｒｕ非磁性中間層の厚さは、０．５ｎｍ（実施例１４）、１．０ｎｍ（実施例１５）、１．５ｎｍ（実施例１６）、２．０ｎｍ（実施例１７）とした。
【0096】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜、ＣｏＰｔ面内磁化膜およびＲｕ非磁性中間層の成膜過程）では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。
【0097】
作製した実施例１４～１７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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。実施例１４～１７の結果を、前記（Ｂ）に記載した比較例１４の結果とともに、次の表４に示す。比較例１４は、Ｒｕ非磁性中間層を設けていない実験例であり、Ｐｔ含有量が４５．３％で、厚さが６０ｎｍであるＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造の実験例である。
【0098】
【表4】
【0099】
表４からわかるように、厚さ０．５～２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を設けてＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化を行った実施例１４～１７は、非磁性中間層を設けておらずＣｏＰｔ面内磁化膜が単層の比較例１４と比べて、保磁力Ｈcが９～２２％程度向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、比較例１４とほぼ同等である。
【0100】
したがって、ＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ０．５～２．０ｎｍの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９～２２％程度向上させることができる。したがって、ＣｏＰｔ面内磁化膜を多層化するためのＲｕ非磁性中間層の厚さは０．５～２．０ｎｍであることが好ましいと考えられる。
【0101】
また、Ｒｕ非磁性中間層を設けてＣｏＰｔ面内磁化膜の多層化を行った実施例１４～１７においては、Ｒｕ非磁性中間層の厚さを０．５～２．０ｎｍの範囲で変化させているが、Ｒｕ非磁性中間層の厚さが０．５ｎｍである実施例１４と比べて、Ｒｕ非磁性中間層の厚さが１．０～２．０ｎｍである実施例１５～１７は、保磁力Ｈcが７～１２％程度向上しており、Ｒｕ非磁性中間層の厚さが１．５ｎｍ、２．０ｎｍである実施例１６、１７は、保磁力Ｈcが１１～１２％程度向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）については、実施例１４～１７における差異は最大でも４％程度である。したがって、ＣｏＰｔ面内磁化膜を多層化するためのＲｕ非磁性中間層の厚さは１．０～２．０ｎｍであることがより好ましく、１．５～２．０ｎｍであることが特に好ましいと考えられる。
【0102】
＜（Ｅ）ＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造（総厚が６０ｎｍの場合）へホウ素（Ｂ）を添加する効果についての検討（実施例１８～２０）＞
実施例１８～２０は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔＢ面内磁化膜を、Ｒｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた面内磁化膜多層構造において、ＣｏＰｔＢ面内磁化膜の金属成分の合計（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｂの合計）に対するＢの含有量を、１．０ａｔ％、２．０ａｔ％、３．０ａｔ％と変化させて実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
実施例１８～２０は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔＢ面内磁化膜を、Ｒｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねた面内磁化膜多層構造において、ＣｏＰｔＢ面内磁化膜の金属成分の合計（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｂの合計）に対するＢの含有量を、１．０ａｔ％、２．０ａｔ％、３．０ａｔ％と変化させて実験データを取得した実験例である。以下、具体的に説明する。
【0103】
まず、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ６０ｎｍとなるように形成した。
【0104】
そして、形成したＲｕ下地膜の上に、ＣｏＰｔＢ面内磁化膜を、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％、厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜の上にスパッタリング法（Ｒｕ１００ａｔ％のスパッタリングターゲットを使用）により厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を形成し、形成したＲｕ非磁性中間層の上に、ＣｏＰｔＢ面内磁化膜を、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％、厚さが１５ｎｍとなるようにスパッタリング法により形成し、これを繰り返して、Ｐｔ含有量が４５．３ａｔ％で厚さが１５ｎｍのＣｏＰｔＢ面内磁化膜が４層積み重ねられた面内磁化膜多層構造を作製した。ＣｏＰｔＢ面内磁化膜の金属成分の合計（Ｃｏ、Ｐｔ、Ｂの合計）に対するＢの含有量は、１．０ａｔ％（実施例１８）、２．０ａｔ％（実施例１９）、３．０ａｔ％（実施例２０）とした。
【0105】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜、ＣｏＰｔＢ面内磁化膜およびＲｕ非磁性中間層の成膜過程）では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。
【0106】
作製した実施例１８～２０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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。実施例１８～２０の結果を、前記（Ｄ）に記載した実施例１７の結果とともに、次の表５に示す。実施例１７は、面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜にＢを添加していない実験例であり、厚さ１５ｎｍのＣｏ－４５．３Ｐｔ面内磁化膜を厚さ２．０ｎｍのＲｕ非磁性中間層を間に挟んで４層積み重ねたＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造の実験例である。
【0107】
【表5】
【0108】
表５からわかるように、ＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜にホウ素Ｂを添加した実施例１８～２０は、ＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜にホウ素Ｂを添加していない実施例１７と比べて、保磁力Ｈcが２．５％～５．３％程度向上している。一方、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）は、実施例１７とほぼ同等である。
【0109】
したがって、ＣｏＰｔ面内磁化膜多層構造のＣｏＰｔ面内磁化膜にホウ素Ｂを添加することにより、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２．５％～５．３％程度向上させることができる。
【0110】
＜（Ｆ）厚さ１５ｎｍの単層のＣｏＰｔ面内磁化膜の検討（比較例２０～２９）＞
非特許文献１、２に記載のＣｏＰｔ合金膜と同一の厚さ（１５ｎｍ）の単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ組成を２２．０ａｔ％から７４．４ａｔ％まで変化させて作製して実験データを取得した。以下、具体的に説明する。
非特許文献１、２に記載のＣｏＰｔ合金膜と同一の厚さ（１５ｎｍ）の単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、Ｐｔ組成を２２．０ａｔ％から７４．４ａｔ％まで変化させて作製して実験データを取得した。以下、具体的に説明する。
【0111】
まず、Ｓｉ基板上に、Ｒｕ下地膜を、スパッタリング法により厚さ６０ｎｍとなるように形成した。
【0112】
そして、形成した前記Ｒｕ下地膜の上に、厚さ１５ｎｍとなるように所定の組成の単層のＣｏＰｔ面内磁化膜を、スパッタリング法により形成した。
【0113】
これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜およびＣｏＰｔ面内磁化膜の成膜過程）では、いずれも基板加熱を行っておらず、室温成膜で行った。
【0114】
作製した比較例２０～２９の厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単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）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、単位面積当たりの残留磁化Ｍrt（ｍｅｍｕ／ｃｍ2）を算出した。比較例２０～２９の結果を、次の表６に示す。
【0115】
【表6】
【0116】
表６からわかるように、本発明の範囲に含まれない厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ面内磁化膜単層構造であって、ＣｏＰｔ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２２．０～７４．４ａｔ％である比較例２０～２９のうち、Ｐｔの含有量が２２．０～６８．６ａｔ％である比較例２０～２８は、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上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が、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満であり、また、Ｐｔの含有量が７４．４ａｔ％である比較例２９は、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtは２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満であるだけでなく、保磁力Ｈcも２．００ｋＯｅ未満である。
【0117】
したがって、非特許文献１、２に示される厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ合金膜は、保磁力Ｈcについては、Ｐｔ含有量によっては２．００ｋＯｅ以上という磁気的性能を満たすが、残留磁化についてはＰｔ含有量によらず２．００ｍｅｍｕ／ｃｍ2未満であると考えられる。
【0118】
＜（Ｇ）面内磁化膜の組成分析（実施例１０、１１、１２、１３）＞
実施例１０、１１、１２、１３の面内磁化膜多層構造の面内磁化膜の組成分析を行った。実施例１０、１１、１２、１３の面内磁化膜多層構造は厚さ１５ｎｍの面内磁化膜を厚さ２ｎｍの非磁性中間層を間に挟んで６層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。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１０、１１、１２、１３の面内磁化膜多層構造の面内磁化膜の組成分析を行った。実施例１０、１１、１２、１３の面内磁化膜多層構造は厚さ１５ｎｍの面内磁化膜を厚さ２ｎｍの非磁性中間層を間に挟んで６層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。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。
【0119】
［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含むように、組成分析を行う面内磁化膜の面内方向に左右に補助線を引き、その補助線上の１００ｎｍの直線領域（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。
【0120】
［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６０ｎｍ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２に模式的に示す。図２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６０ｎｍ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６０ｎｍ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。
【0121】
［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１０の観察像）を図３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Ｈ－９５００を用いた。
【0122】
［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３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３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８２の点を通る厚さ方向の１つの直線および白丸８４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（上から下に向かって走査）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、原則として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。
【0123】
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日本電子株式会社製ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ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２１．９°とし、立体角を約０．９８ｓｒ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１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。
【0124】
図３（実施例１０の観察像）中の黒線（黒丸８２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４に示す。図４において、縦軸は各元素についての検出強度を示すカウント数であり、横軸は走査位置である。図４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１０の場合、十分な検出強度を確認できた元素は、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｕであった。また、この実施例１０の組成分析においては、Ｃｏの検出にはＫα１線を選択し、Ｐｔ、Ｒｕ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３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。また、手順３にて用いた装置における組成分析範囲では、Ｓｉ基板から面内磁化膜の上に設けた酸化保護層までの全範囲を対象とする線分析を一回の線分析で行うことはできないため、６層積層した面内磁化膜の下から４層目付近より測定を開始して下に向かって走査した結果のみを図４に示しているが、６層積層した面内磁化膜の作製過程はいずれも同様であるため、６層積層した面内磁化膜のうちのいずれの面内磁化膜においても同様の組成であると考えられる。そのため、ここで示した測定箇所よりも上方に位置する面内磁化膜の部位についての線分析は省略している。
【0125】
実施例１０は面内磁化膜多層構造であり、実施例１０では、組成がＣｏ－３０Ｐｔ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１５ｎｍである面内磁化膜（組成はＣｏ－３３．７Ｐｔ）を成膜するとともに、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。
【0126】
図４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。
【0127】
［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。
【0128】
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６００カウントを超える測定点であること。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
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。
【0132】
［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３において二重白丸８６で示す。）。そして、その基準点を含むように、組成分析を行う面内磁化膜の面内方向（図３の観察像の長手方向）に左右に補助線（図３において黒破線８８で示す。）を引き、その補助線上の１００ｎｍの直線領域（図３において白破線９０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。組成分析の対象部位となる白破線９０は、先に行った厚さ方向の線分析によって生じたコンタミネーションを避ける観点から、厚さ方向の線分析の箇所（図４において白線８４Ａ）に対し１０ｎｍ以上離れた距離（図３において両端に矢印を付した白線９２で示す。）となるように設定した。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。
【0133】
［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。
【0134】
また、実施例１８、１９、２０では面内磁化膜にホウ素（Ｂ）を添加しているが、ホウ素（Ｂ）は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、１９、２０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、Ｂの含有量は確定できない。
【0135】
なお、図３において、符号８２、８４、８４Ａ、８６、８８、９０、９２で示す丸印や直線等は、組成分析の方法を説明するために便宜的に付したものであり、実際に測定を行った箇所と対応しているわけではない。
【産業上の利用可能性】
【0136】
本発明に係る面内磁化膜多層構造、ハードバイアス層、および磁気抵抗効果素子は、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】
【0137】
１０…面内磁化膜多層構造
１２…面内磁化膜
１４…非磁性中間層
２０…磁気抵抗効果素子
２２…ハードバイアス層
２４…フリー磁性層
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）
８４Ａ…白線
８６…二重白丸（面内磁化膜の組成分析のための基準点）
８８…黒破線（二重白丸８６（基準点）から観察像の長手方向に引いた補助線）
９０…白破線（黒破線８８（補助線）上の１００ｎｍの直線領域）
９２…両端に矢印を付した白線（白線８４Ａに対し１０ｎｍ以上離れた距離を示す）
１２…面内磁化膜
１４…非磁性中間層
２０…磁気抵抗効果素子
２２…ハードバイアス層
２４…フリー磁性層
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）
８４Ａ…白線
８６…二重白丸（面内磁化膜の組成分析のための基準点）
８８…黒破線（二重白丸８６（基準点）から観察像の長手方向に引いた補助線）
９０…白破線（黒破線８８（補助線）上の１００ｎｍの直線領域）
９２…両端に矢印を付した白線（白線８４Ａに対し１０ｎｍ以上離れた距離を示す）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
