特許 7438845 面内磁化膜、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】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(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、および磁気抵抗効果素子

(51)【国際特許分類】

   H01F 10/30 20060101AFI20240219BHJP

   H01F 10/16 20060101ALI20240219BHJP

   H01F 10/32 20060101ALI20240219BHJP

   H01F 1/047 20060101ALI20240219BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20240219BHJP

   H10N 52/85 20230101ALI20240219BHJP

【ＦＩ】

H01F10/30

H01F10/16

H01F10/32

H01F1/047

H10N50/10 M

H10N52/85

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020081597

(22)【出願日】2020-05-01

(65)【公開番号】P2021176182

(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】後藤 嘉宏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０９０９１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９４３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１２４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０３１５４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ １０／３０

Ｈ０１Ｆ １０／１６

Ｈ０１Ｆ １０／３２

Ｈ０１Ｆ １／０４７

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

Ｈ１０Ｎ ５２／８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、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Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、厚さが２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、
当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は０．２ｎｍ以上１ｎｍ以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはＰｔが含まれておらず、
前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、
当該面内磁化膜は、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／ｃｍ ² 以上であることを特徴とする面内磁化膜。

【請求項2】

下地膜の上に形成されて、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Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下地膜の上に設けられた下部磁性層と、
金属Ｐｔおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、
を備えており、
前記下部磁性層の厚さは０．２ｎｍ以上８ｎｍ以下であり、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜の厚さは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、
前記下部磁性層は、前記上部磁性層よりも、前記酸化物の含有量が多く、
前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜は、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。

【請求項3】

前記下部磁性層は前記酸化物を２５ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下含有し、前記上部磁性層は前記酸化物を５ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下含有することを特徴とする請求項２に記載の面内磁化膜。

【請求項4】

前記面内磁化膜は、金属Ｃｏを、金属成分の合計に対して４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有し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】

前記面内磁化膜は、ホウ素を、金属成分の合計に対して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１～４のいずれかに記載の面内磁化膜。

【請求項6】

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１～５のいずれかに記載の面内磁化膜。

【請求項7】

表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、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以上であり、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は０．２ｎｍ以上１ｎｍ以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはＰｔが含まれておらず、
前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、
当該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／ｃｍ ² 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8】

表面に凹凸を有する下地膜の上に形成されて、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Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、
前記下地膜の前記凹凸の凹部の底から該凹凸の凸部の上端までの距離は０．２ｎｍ以上１ｎｍ以下であり、
前記下地膜の前記凹凸の凸部にはＰｔが含まれておらず、
前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、
当該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9】

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10】

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７～９のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項11】

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７～１０のいずれかに記載の面内磁化膜多層構造。

【請求項12】

請求項１～６のいずれかに記載の面内磁化膜、または請求項７～１１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13】

請求項１２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、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Ｐｔ－酸化物系の面内磁化膜、Ｐｔ－酸化物系の面内磁化膜多層構造、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、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Ｐｔ－酸化物系の面内磁化膜および前記Ｐｔ－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。

【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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【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】

【0016】

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。

【0017】

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Ｐｔ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、Ｐｔ－酸化物系の面内磁化膜を形成する際には、下地膜の上にＰｔ－酸化物系の面内磁化膜を形成するが、下地膜の表面には凹凸があるので、その凹凸を適切に活用すれば、Ｐｔ磁性結晶粒同士の間の磁気的な相互作用を小さくした状態で、Ｐｔ－酸化物系の面内磁化膜を形成できるのではないかと本発明者は考えた。

【0018】

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および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、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】

【0019】

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、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。

【0020】

即ち、本発明に係る面内磁化膜の第１の態様は、下地膜の上に形成されて、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Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、厚さが２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、当該面内磁化膜の金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であることを特徴とする面内磁化膜である。

【0021】

ここで、本発明に係る面内磁化膜およびそれに付随して存在する下地膜等の部材に関し、上下方向を観念する文言は、当該面内磁化膜が積層された下地膜が最も低い位置になるように該下地膜を水平方向に配置した状態を基準として、その意味内容を解釈するものとする。

【0022】

また、「前記下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾き」は、［実施例］の欄の「（Ｅ）Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析（実施例２、６、９～１２、比較例１、３、４）」に記載した方法によって算出する。本願における他の箇所の同様の記載においても同様である。

【0023】

本発明に係る面内磁化膜の第２の態様は、下地膜の上に形成されて、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Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ｐｔおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、前記下部磁性層の厚さは０．２ｎｍ以上８ｎｍ以下であり、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜の厚さは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、前記下部磁性層は、前記上部磁性層よりも、前記酸化物の含有量が多く、前記下部磁性層と前記上部磁性層とを備えてなる当該面内磁化膜は、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である。

【0024】

前記下部磁性層は前記酸化物を２５ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下含有し、前記上部磁性層は前記酸化物を５ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下含有する、ようにしてもよい。

【0025】

前記面内磁化膜は、金属Ｃｏを、金属成分の合計に対して４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下含有していてもよい。

【0026】

前記面内磁化膜は、ホウ素を、金属成分の合計に対して０．５ａｔ％以上３．５ａｔ％以下含有していてもよい。

【0027】

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種を含むようにしてもよい。

【0028】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第１の態様は、下地膜の上に形成されて、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以上であり、前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）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。

【0029】

本発明に係る面内磁化膜多層構造の第２の態様は、下地膜の上に形成されて、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Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、前記下地膜から、該下地膜の直上の前記面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、当該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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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】

【0038】

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、面内磁化膜多層構造、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、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】

【0039】

【図1】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。

【図2】面内磁化膜１０を下地膜４０とともに、拡大して模式的に描いた拡大断面図

【図3】面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成の初期段階を模式的に示す図。

【図4】面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成が終了した段階を模式的に示す図。

【図5】面内磁化膜１０の上部磁性層１０Ｂ全体の形成が完了して、面内磁化膜１０全体の形成が完了した段階を模式的に示す図。

【図6】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２６のハードバイアス層２８に適用している状態を模式的に示す断面図。

【図7】薄片化処理を行った後の薄片化サンプル６０の形状を模式的に示す斜視図。

【図8】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（参考例６の観察像）。

【図9】参考例６の面内磁化膜の厚さ方向に行った（図８中の黒線に沿って行った）線分析（元素分析）の結果。

【図10】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11】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９の観察像）。

【図12】実施例９の面内磁化膜の厚さ方向に行った（図１１中の黒線に沿って行った）線分析（元素分析）の結果。

【図13】正方形領域２００に対して行った「Ｐｔについての元素マッピング」の結果を示す画像。

【図14】実施例９についての膜厚方向のＰｔ量の推移を示すグラフ（縦軸：規格化されたＰｔ量、横軸：走査位置）。

【図15】走査透過電子顕微鏡を用いて正方形領域２００を撮像して取得した観察像。

【発明を実施するための形態】

【0040】

（１）第１実施形態
（１－１）概要
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。図２は、面内磁化膜１０を下地膜４０とともに、拡大して模式的に描いた拡大断面図である。なお、図１においては、下地膜４０の記載は省略している。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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、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。ただし、図２に示すように、面内磁化膜１０の部位のうち、下地膜４０近傍の部位（以下、下部磁性層１０Ａと称することがある。）は、それよりも上方の部位で下地膜４０から遠い部位（以下、上部磁性層１０Ｂと称することがある。）よりも、酸化物の含有量が多くなっており、この点については、後述する「（１－５）面内磁化膜１０の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果」で詳細に説明する。

【0046】

本第１実施形態においては、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（下部磁性層１０Ａおよび上部磁性層１０Ｂ）のみで構成されている。

【0047】

（１－２）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。

【0048】

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。

【0049】

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４５ａｔ％以上８０ａｔ％以下としている。また、同様の点から、本第１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４５ａｔ％以上７０ａｔ％以下であることが好ましく、４５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0050】

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、本第１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５５ａｔ％以下としている。また、同様の点から、本第１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３０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であることが好ましく、４０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であることがより好ましい。

【0051】

また、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０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。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１０の保磁力Ｈcをさらに向上させる効果がある。

【0052】

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。

【0053】

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（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）を、６ｖｏｌ％以上にすることが標準的であり、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（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）は、７ｖｏｌ％以上であることが好ましく、８ｖｏｌ％以上であることがより好ましい。

【0054】

ただし、面内磁化膜１０中の酸化物の含有量（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）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（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）を、３２ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、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、２５ｖｏｌ％以下であることが好ましく、２０ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。

【0055】

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（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）を、６ｖｏｌ％以上３２ｖｏｌ％以下にすることが標準的であり、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（面内磁化膜１０全体における酸化物の含有量の平均値）は、７ｖｏｌ％以上２５ｖｏｌ％以下であることが好ましく、８ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。

【0056】

また、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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

（１－３）面内磁化膜１０の厚さ
面内磁化膜１０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り、また、面内磁化膜１０の厚さを厚くすると、保磁力Ｈcが小さくなる傾向があるので、両者を両立させる観点から、面内磁化膜１０の厚さ（下部磁性層１０Ａと上部磁性層１０Ｂとを合わせた厚さ）は、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定することが標準的である。

【0060】

（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４０（図２参照）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。下地膜４０の表面は凹凸状になっており、凸部４０Ａと凹部４０Ｂが形成されている。

【0061】

積層する面内磁化膜１０中の磁性結晶粒（ＣｏＰｔ合金粒子）を整然と面内配向させるため、下地膜４０としてＲｕ下地膜またはＲｕ合金下地膜を用いる場合、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。

【0062】

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。

【0063】

（１－５）面内磁化膜１０の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果
前述したように、面内磁化膜１０の部位のうち、下地膜４０近傍の部位である下部磁性層１０Ａ（図２参照）は、それよりも上方の部位で下地膜４０から遠い部位である上部磁性層１０Ｂ（図２参照）よりも、酸化物の含有量が多くなっている。以下の説明においては、下地膜４０として、金属ＲｕからなるＲｕ下地膜４２を採用し、面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成には酸化物含有量の多い（Ｃｏ－20Ｐｔ）-30vol%ＷＯ₃ターゲットを使用し、面内磁化膜１０の上部磁性層１０Ｂの形成には酸化物含有量の少ない（Ｃｏ－20Ｐｔ）-10vol%ＷＯ₃ターゲットを使用するものとして、説明を行う。

【0064】

面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａにおける酸化物の含有量を多くし、上部磁性層１０Ｂにおける酸化物の含有量を少なくするため、面内磁化膜１０の作製に際し、まず、酸化物含有量の大きいスパッタリングターゲット（Ｃｏ－20Ｐｔ）-30vol%ＷＯ₃を用いて所定の厚さの下部磁性層１０Ａを形成した後、酸化物含有量の小さいスパッタリングターゲット（Ｃｏ－20Ｐｔ）-10vol%ＷＯ₃を用いて必要な厚さとなるまで上部磁性層１０Ｂを形成する。

【0065】

このときの面内磁化膜１０の形成過程を図３～図５に模式的に示す。図３は面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成の初期段階を模式的に示す図で、図４は面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成が終了した段階を模式的に示す図で、図５は面内磁化膜１０の上部磁性層１０Ｂ全体の形成が完了して、面内磁化膜１０全体の形成が完了した段階を模式的に示す図である。

【0066】

ＣｏＰｔ－ＷＯ₃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、金属ＲｕからなるＲｕ下地膜４２の上にＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を形成すると、金属成分であるＣｏＰｔ合金は、Ｒｕ下地膜４２の凸部４２Ａに優先的に析出してＣｏＰｔ合金相４６を形成し、酸化物成分であるＷＯ₃はＲｕ下地膜４２の凹部４２Ｂに析出して酸化物（ＷＯ₃）相４８を形成する。このため、Ｒｕ下地膜４２の凸部４２Ａ同士の間（Ｒｕ下地膜４２の凹部４２Ｂ）には酸化物（ＷＯ₃）相４８が配置され、ＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士は磁気的に分離させられることになる。Ｒｕ下地膜４２の凹部４２Ｂを酸化物（ＷＯ₃）で埋めるためには、多くの酸化物（ＷＯ₃）が必要となるため、本第１実施形態では、面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成にはＷＯ₃量の多い（Ｃｏ－20Ｐｔ）-30vol%ＷＯ₃ターゲットを用いている。このようにすることにより、面内磁化膜１０において、Ｒｕ下地膜４２の凹部４２ＢおよびＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間は酸化物で埋め尽くされ、金属がほとんど存在しなくなり、ＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の磁気的な分離が促進される。

【0067】

酸化物含有量の多い下部磁性層１０Ａの厚さは、Ｒｕ下地膜４２の凹部４２Ｂを酸化物で埋める観点から、０．２ｎｍ以上とするのが標準的であり、０．５ｎｍ以上とすることが好ましく、１ｎｍ以上とすることがより好ましいが、酸化物含有量の多い下部磁性層１０Ａの厚さを必要以上に厚くすると、面内磁化膜１０中の磁性結晶粒の存在割合が減ってしまい、保磁力Ｈcが小さくなる方向に影響を受けるおそれがあるので、下部磁性層１０Ａの厚さは、８ｎｍ以下とするのが標準的であり、７ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以下とすることがより好ましい。

【0068】

したがって、酸化物含有量の多い下部磁性層１０Ａの厚さは、０．２ｎｍ以上８ｎｍ以下とするのが標準的であり、０．５ｎｍ以上７ｎｍ以下とすることが好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることがより好ましい。

【0069】

金属成分であるＣｏＰｔ合金がＲｕ下地膜４２の凸部４２Ａに優先的に析出してＣｏＰｔ合金相４６を形成し、酸化物成分であるＷＯ₃はＲｕ下地膜４２の凹部４２Ｂに析出して酸化物（ＷＯ₃）相４８を形成する理由は、Ｒｕ下地膜４２に飛来するスパッタ粒子４４から見ると、Ｒｕ下地膜４２の凹部４２Ｂは影になるため、Ｒｕ下地膜４２の凸部４２Ａに金属が凝固し易く、そのため酸化物はＲｕ下地膜４２の凹部４２Ｂに析出するからである。

【0070】

酸化物含有量の少ない上部磁性層１０Ｂの厚さは、酸化物含有量の多い下部磁性層１０Ａとの合計厚さ（即ち、面内磁化膜１０の厚さ）が２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下となるように設定することが標準的である。

【0071】

下部磁性層１０Ａにおいては、前述したようなメカニズムで、ＣｏＰｔ合金相４６と酸化物（ＷＯ₃）相４８とが分離して形成されるので、下部磁性層１０Ａの上に形成する上部磁性層１０Ｂにおいても、ＣｏＰｔ合金相４６と酸化物（ＷＯ₃）相４８とは分離して形成されやすく、酸化物含有量の少ない上部磁性層１０Ｂの形成においても、ＣｏＰｔ合金相４６と酸化物（ＷＯ₃）相４８とは分離して形成されやすい。

【0072】

以上説明したように、本第１実施形態に係る面内磁化膜１０の下部磁性層１０Ａの形成においては、ＷＯ₃量の多い（Ｃｏ－20Ｐｔ）-30vol%ＷＯ₃ターゲットを用いており、このため、面内磁化膜１０においては、ＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）同士の間には金属成分ではなく酸化物成分が卓越して堆積しやすく、ＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間には酸化物（ＷＯ₃）相４８が形成されて、ＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間には金属はほとんど存在しておらず、ＣｏＰｔ合金結晶粒（磁性結晶粒）同士の磁気的な相互作用が弱められており、保磁力Ｈcを向上させることができる。

【0073】

なお、本発明に係る面内磁化膜においてＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間に金属がほとんど存在していないことは、後述する［実施例］の「（Ｅ）Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析（実施例２、６、９～１２、比較例１、３、４）」で実証している。

【0074】

（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、Ｒｕ下地膜４２の上に、酸化物（ＷＯ₃）量の多い（Ｃｏ－20Ｐｔ）-30vol%ＷＯ₃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、所定の厚さの下部磁性層１０Ａを形成させ、次に、酸化物（ＷＯ₃）量の少ない（Ｃｏ－20Ｐｔ）-10vol%ＷＯ₃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、下部磁性層１０Ａの上に上部磁性層１０Ｂを形成する。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。

【0075】

（２）第２実施形態
図６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２６のハードバイアス層２８に適用している状態を模式的に示す断面図である。

【0076】

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の厚さ、面内磁化膜１０を形成する際に用いる下地膜４０、面内磁化膜１０の厚さ方向における酸化物の分布とその作用効果、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。

【0077】

図６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の上に非磁性中間層２２を備え、その非磁性中間層２２の上に、面内磁化膜１０の上部磁性層１０Ｂと同一組成の追加面内磁化膜２４が積み重ねられた構造になっている。図６では、追加面内磁化膜２４を１層積み重ねただけであるが、非磁性中間層２２を間に介在させて追加面内磁化膜２４を複数層積み重ねてもよい。

【0078】

面内磁化膜多層構造２０において、面内磁化膜１０の厚さおよび追加面内磁化膜２４の厚さは、標準的には５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であるが、面内磁化膜１０の厚さおよび追加面内磁化膜２４の厚さは、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。また、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４の合計の厚さは、単位面積当たりの残留磁化Ｍrtを２．００ｍｅｕｍ／ｃｍ²以上にする観点から、標準的には２０ｎｍ以上にする。また、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４の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と追加面内磁化膜２４は強磁性結合を行い、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追加面内磁化膜２４同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４の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、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４の合計の厚さが６０ｎｍまでは、保磁力Ｈcが２．００ｋＯｅ以上となることを確認している。

【0079】

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２６のハードバイアス層２８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。

【0080】

非磁性中間層２２は、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４の間、および追加面内磁化膜２４同士の間に介在して、面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４を分離し、また、追加面内磁化膜２４同士を分離して、面内磁化膜を多層化する役割を有する。非磁性中間層２２を介在させて面内磁化膜を多層化することにより、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。

【0081】

非磁性中間層２２が介在することによって分離された面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４、および追加面内磁化膜２４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面内磁化膜１０と追加面内磁化膜２４、および追加面内磁化膜２４同士は強磁性結合を行うため、面内磁化膜多層構造２０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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

また、非磁性中間層２２の厚さは、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下が標準的である。

【実施例】

【0086】

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。

【0087】

以下の（Ａ）では、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の下部磁性層（金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比がＣｏ：Ｐｔ＝７６．６：２３．４である場合）の厚さについての検討しており、以下の（Ｂ）では、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の下部磁性層（金属成分であるＣｏ、Ｐｔの組成比がＣｏ：Ｐｔ＝４８．０：５２．０である場合）の厚さについての検討しており、以下の（Ｃ）では、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の上にＲｕ非磁性中間層を介してＣｏＰｔ－ＷＯ₃追加面内磁化膜を積み重ねて多層化して構成した面内磁化膜多層構造の多層化の効果について検討している。

【0088】

また、以下の（Ｄ）では、作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃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－ＷＯ₃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のずれの程度を確認するために、参考例１～８のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を取り上げて、組成分析を行った。その結果、作製された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。

【0089】

以下の（Ａ）～（Ｃ）で記載する実施例および比較例におけるＣｏＰｔ－ＷＯ₃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、以下の（Ｄ）で判明した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。

【0090】

また、以下の（Ｅ）では、Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析を行って、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域のＰｔ量推移の傾きｋ（１／ｎｍ）を算出した。

【0091】

＜（Ａ）ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の下部磁性層（Ｃｏ：Ｐｔ＝７６．６：２３．４）の厚さについての検討（実施例１～８、比較例１、２）＞
実施例１～８、比較例１、２では、(Ｃｏ-20Ｐｔ)－ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いて作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の部位のうち、酸化物含有量が多い下部磁性層の厚さを変化させて実験データを取得した。作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、下部磁性層のＷＯ₃含有量は３１．１ｖｏｌ％であり、上部磁性層のＷＯ₃含有量は１０．４ｖｏｌ％である。

【0092】

実施例１～６では、下部磁性層の厚さを０．５ｎｍから３ｎｍまで０．５ｎｍ刻みで変化させており、実施例７、８では、下部磁性層の厚さを５ｎｍ、７ｎｍとした。比較例１、２では、下部磁性層の厚さを０ｎｍ、１０ｎｍとした。実施例１～８、比較例１、２のいずれにおいても、面内磁化膜の厚さ（下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ）は３０ｎｍである。

【0093】

以下、具体的に説明する。

【0094】

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。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（Ｒｕ下地膜、面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層、Ｒｕ非磁性中間層、追加面内磁化膜の成膜）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。

【0095】

そして、実施例１～８および比較例２では、ＣｏＰｔ面内磁化膜の下部磁性層を、所定の厚さとなるようにＲｕ下地膜の上に(Ｃｏ-20Ｐｔ)－30vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成し、形成した下部磁性層の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜の上部磁性層を、(Ｃｏ-20Ｐｔ)－10vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いて、面内磁化膜の厚さ（下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ）が３０ｎｍとなるように、スパッタリング法により形成した。比較例１では、下部磁性層を設けずに、Ｒｕ下地膜の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ３０ｎｍとなるように(Ｃｏ-20Ｐｔ)－10vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成した。

【0096】

これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜ならびに面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層の成膜過程）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１～８および比較例１、２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面内磁化膜の合計厚さを乗じて、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。

【0098】

また、実施例２、６および比較例１においては、以下の（Ｅ）に記載した「Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析」を行い、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）」を求めた。

【0099】

実施例１～８および比較例１、２の結果を、次の表１に示す。

【0100】

【表1】

【0101】

表１からわかるように、実施例２、６の面内磁化膜は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であり、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８以上である観点で、本発明の範囲に含まれ、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。

【0102】

実施例２、６の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量がほとんど存在していないということが推定される。このため、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされていることが推定され、実施例２、６の面内磁化膜は、保磁力Ｈcが４．８６ｋＯｅ、４．８７ｋＯｅと大きくなったものと考えられる。

【0103】

また、実施例１～８の面内磁化膜は、前記観点とは別の観点、即ち、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ｐｔおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、上部磁性層よりも酸化物含有量の多い下部磁性層の厚さが０．２ｎｍ以上８ｎｍ以下であり、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、基板加熱をしない室温成膜で実現しているという観点で、本発明の範囲に含まれる。

【0104】

一方、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が２３．３ａｔ％であるが、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）未満で、かつ、当該面内磁化膜の厚さ方向において酸化物含有量が１０．４ｖｏｌ％と一定であり、本発明の範囲に含まれない比較例１の面内磁化膜は、保磁力Ｈcが４．６４ｋＯｅであり、本発明の範囲に含まれる実施例１～８の面内磁化膜の保磁力Ｈc（４．７５～４．８７ｋＯｅ）と比べて劣っている。比較例１の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）未満であり、その傾きが８（１／ｎｍ）以上である実施例２、６の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量が多くなったため、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったことが、保磁力Ｈcが小さくなった原因と考えられる。

【0105】

また、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であるが、酸化物含有量が３１．１ｖｏｌ％と多い下部磁性層の厚さが１０ｎｍと厚く、本発明の範囲に含まれない比較例２の面内磁化膜は、保磁力Ｈcが３．８５ｋＯｅであり、実施例１～８の面内磁化膜の保磁力Ｈc（４．７５～４．８７ｋＯｅ）と比べて大きく劣っている。酸化物含有量が３１．１ｖｏｌ％と多い下部磁性層の厚さが１０ｎｍと厚くなりすぎると、面内磁化膜中の磁性結晶粒の割合が相対的に小さくなってしまうことが原因と考えられる。

【0106】

＜（Ｂ）ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の下部磁性層（Ｃｏ：Ｐｔ＝４８．０：５２．０）の厚さについての検討（実施例９、１０、比較例３）＞
実施例９、１０、比較例３では、(Ｃｏ-45Ｐｔ)－ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いて作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の部位のうち、酸化物含有量が多い下部磁性層の厚さを変化させて実験データを取得した。作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、下部磁性層のＷＯ₃含有量は３０．９ｖｏｌ％であり、上部磁性層のＷＯ₃含有量は１０．３ｖｏｌ％である。

【0107】

実施例９、１０では、下部磁性層の厚さを１ｎｍ、３ｎｍとした。比較例３では、下部磁性層の厚さを０ｎｍとした。実施例９、１０、比較例３のいずれにおいても、面内磁化膜の厚さ（下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ）は３０ｎｍである。

【0108】

以下、具体的に説明する。

【0109】

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。

【0110】

そして、実施例９、１０では、ＣｏＰｔ面内磁化膜の下部磁性層を、所定の厚さとなるようにＲｕ下地膜の上に(Ｃｏ-45Ｐｔ)－30vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成し、形成した下部磁性層の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜の上部磁性層を、(Ｃｏ-45Ｐｔ)－10vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いて、面内磁化膜の厚さ（下部磁性層と上部磁性層を合わせた厚さ）が３０ｎｍとなるように、スパッタリング法により形成した。比較例３では、下部磁性層を設けずに、Ｒｕ下地膜の上に、ＣｏＰｔ面内磁化膜を、厚さ３０ｎｍとなるように (Ｃｏ-45Ｐｔ)－10vol%ＷＯ₃スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法で形成した。

【0111】

これらの成膜過程（Ｒｕ下地膜ならびに面内磁化膜の下部磁性層および上部磁性層の成膜過程）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。

【0112】

作製した実施例９、１０および比較例３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面内磁化膜の合計厚さを乗じて、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。

【0113】

また、以下の（Ｅ）に記載した「Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析」を行い、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）」を求めた。

【0114】

実施例９、１０および比較例３の結果を、次の表２に示す。

【0115】

【表2】

【0116】

表２からわかるように、実施例９、１０の面内磁化膜は、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下であり、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上である観点で、本発明の範囲に含まれ、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。

【0117】

実施例９、１０の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量がほとんど存在していないということが推定される。このため、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされていることが推定され、実施例９、１０の面内磁化膜は、保磁力Ｈcが５．３９ｋＯｅと大きくなったものと考えられる。

【0118】

また、実施例９、１０の面内磁化膜は、前記観点とは別の観点、即ち、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属Ｐｔおよび酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、下地膜の上に設けられた下部磁性層と、金属Ｐｔおよび前記酸化物を含有してなり、金属成分の合計に対して、金属Ｐｔを２０ａｔ％以上５５ａｔ％以下含有し、下部磁性層の上に設けられた上部磁性層と、を備えており、上部磁性層よりも酸化物含有量の多い下部磁性層の厚さが０．２ｎｍ以上８ｎｍ以下であり、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、基板加熱をしない室温成膜で実現しているという観点でも、本発明の範囲に含まれる。

【0119】

一方、金属Ｃｏ、金属Ｐｔ、および酸化物を含有する厚さが３０ｎｍの面内磁化膜であって、金属成分（Ｃｏ、Ｐｔ）の合計に対するＰｔの含有量が５１．８ａｔ％であるが、当該面内磁化膜の厚さ方向において酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％と一定であり、本発明の範囲に含まれない比較例３の面内磁化膜は、保磁力Ｈcが５．３１ｋＯｅであり、本発明の範囲に含まれる実施例９、１０の面内磁化膜の保磁力Ｈc（５．３９ｋＯｅ）と比べて劣っている。比較例３の面内磁化膜は、下地膜から当該面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）未満であり、その傾きが８（１／ｎｍ）以上である実施例９、１０の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量が多くなったため、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったことが、保磁力Ｈcが小さくなった原因と考えられる。

【0120】

＜（Ｃ）ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜多層構造において下部磁性層を設けることの効果についての検討（実施例１１、１２、比較例４）＞
実施例１１で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜（(Ｃｏ-52.0Ｐｔ)-30.9vol%ＷＯ_３である下部磁性層の厚さが１ｎｍ、(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)-10.3vol%ＷＯ_３である上部磁性層の厚さが１４ｎｍ）の上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層を形成し、そのＲｕ非磁性中間層の上に、酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。

【0121】

実施例１２で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜（(Ｃｏ-52.0Ｐｔ)-30.9vol%ＷＯ_３である下部磁性層の厚さが３ｎｍ、(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)-10.3vol%ＷＯ₃である上部磁性層の厚さが１２ｎｍ）の上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層を形成し、そのＲｕ非磁性中間層の上に、酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。

【0122】

比較例４で形成した面内磁化膜多層構造は、厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜の上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層を形成し、そのＲｕ非磁性中間層の上に、酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜を積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造である。このように、比較例４では、実施例１１、１２とは異なり、Ｒｕ下地膜の上に設ける１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層を形成させることはしていない。

【0123】

以下、具体的に説明する。

【0124】

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。

【0125】

そして、実施例１１では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ１ｎｍとなるように（Ｃｏ-52.0Ｐｔ)－30.9vol%ＷＯ₃面内磁化膜（下部磁性層）をスパッタリング法により形成し、その上に、厚さ１４ｎｍとなるように（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜（上部磁性層）をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ－ＷＯ₃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２ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ１５ｎｍの（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。

【0126】

実施例１２では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ３ｎｍとなるように（Ｃｏ-52.0Ｐｔ)－30.9vol%ＷＯ₃面内磁化膜（下部磁性層）をスパッタリング法により形成し、その上に、厚さ１２ｎｍとなるように（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜（上部磁性層）をスパッタリング法により形成し、形成した厚さ１５ｎｍのＣｏＰｔ－ＷＯ₃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２ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ１５ｎｍの（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。

【0127】

比較例４では、形成したＲｕ下地膜の上に、厚さ１５ｎｍとなるように（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、そ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２ｎｍとなるように形成し、形成した厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層の上にスパッタリング法により厚さ１５ｎｍの（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により形成し、さらにその上に、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ね、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の合計の厚さが６０ｎｍになるまで、厚さ２ｎｍのＲｕ非磁性中間層および酸化物含有量が１０．３ｖｏｌ％である厚さ１５ｎｍの(Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜をスパッタリング法により積み重ねることを繰り返し、ＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜を４層積み重ねた面内磁化膜多層構造を形成した。このように、比較例４では、実施例１１、１２とは異なり、Ｒｕ下地膜の上に設ける１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層を形成させることはしておらず、積み重ねた４層の面内磁化膜は、いずれも（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃面内磁化膜である。

【0128】

実施例１１、１２および比較例４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。

【0129】

作製した実施例１１、１２および比較例４のＣｏＰｔ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、形成したＣｏＰｔ面内磁化膜の合計厚さを乗じて、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。

【0130】

また、以下の（Ｅ）に記載した「Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析」を行い、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域における「Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）」を求めた。

【0131】

実施例１１、１２および比較例４の結果を、次の表３に示す。

【0132】

【表3】

【0133】

表３からわかるように、Ｒｕ下地膜の上に設ける１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層（Ｃｏ-52.0Ｐｔ)－30.9vol%ＷＯ₃を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃を形成させている実施例１１、１２の面内磁化膜多層構造は、１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において酸化物含有量が厚さ方向に一定である比較例４で形成した面内磁化膜多層構造よりも、保磁力Ｈcが２％程度大きくなっている。

【0134】

実施例１１、１２の面内磁化膜多層構造は、１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜において、最初に酸化物含有量の多い下部磁性層（Ｃｏ-52.0Ｐｔ)－30.9vol%ＷＯ₃を形成させた後に、酸化物含有量の少ない上部磁性層（Ｃｏ-51.8Ｐｔ)－10.3vol%ＷＯ₃を形成させているので、下地膜から面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）以上であり、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量が少なくなっており、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が十分になされており、このため、保磁力Ｈcが大きくなったと考えられる。

【0135】

一方、１層目のＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜においても酸化物含有量が厚さ方向に一定である比較例４は、下地膜から面内磁化膜へと移り変わる境界領域におけるＰｔ量推移の傾きが８（１／ｎｍ）未満の７．５４（１／ｎｍ）であり、その傾きが８以上である実施例１１、１２の面内磁化膜と比べて小さく、下地膜近傍領域において、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間に存在する金属（Ｃｏ、Ｐｔ）の量が多くなっており、ＣｏＰｔ磁性結晶粒の間の磁気的な分離が不十分となったため、比較例４の保磁力Ｈcが実施例１１、１２の保磁力Ｈcと比べて小さくなったと考えられる。

【0136】

＜（Ｄ）面内磁化膜の組成分析（参考例１～８）＞
参考例１～８の面内磁化膜の組成分析を行って、作製したＣｏＰｔ－ＷＯ₃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－ＷＯ₃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のずれの程度を確認した。以下、参考例６の面内磁化膜に対して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。

【0137】

［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１００ｎｍの直線領域について、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。

【0138】

［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３０ｎｍ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６０の形状を、図７に模式的に示す。図７に示すように、薄片化サンプル６０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３０ｎｍ程度であり、直方体形状の薄片化サンプル６０の面内方向の１辺の長さは３０ｎｍ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。

【0139】

［手順２］手順１で得られた薄片化サンプル６０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（参考例６の観察像）を図８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。

【0140】

［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８において黒丸６２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８において白丸６４で示す）。そして、黒丸６２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６４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６２の点を通る厚さ方向の１つの直線および白丸６４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（上から下に向かう方向に走査）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６２の点および２つの白丸６４の点を選び出すことが必要である。

【0141】

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。

【0142】

図８（参考例６の観察像）中の黒線（黒丸６２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９に示す。図９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９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、この参考例６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、この参考例６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８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。

【0143】

参考例６は組成が（Ｃｏ－４５Ｐｔ）－３０ｖｏｌ％ＷＯ₃であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が（Ｃｏ－５２．０Ｐｔ）－３０．９ｖｏｌ％ＷＯ₃である下部磁性層を１ｎｍ設け、その直上に、組成が（Ｃｏ－４５Ｐｔ）－１０ｖｏｌ％ＷＯ₃であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が（Ｃｏ－５１．８Ｐｔ）－１０．３ｖｏｌ％ＷＯ₃である上部磁性層を２９ｎｍ設ける成膜を行った。また最上層には面内磁化膜の酸化防止を目的としてＴａ層を１０ｎｍ設け、この層の成膜には１００ａｔ％Ｔａのスパッタリングターゲットを用いた。

【0144】

図９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、下地膜においては主にＲｕ、酸化防止層には主にＴａが確認された。面内磁化膜と接する各層の界面には、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お互いに拡散している状態が一部に確認されるが、面内磁化膜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を確認することができた。

【0145】

［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。

【0146】

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３００カウントを超える測定点であること。

【0147】

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。

【0148】

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。

【0149】

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。

【0150】

［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８において二重白丸６６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８の観察像の長手方向）に左右に補助線（図８において黒破線６８）を引き、その補助線上の１００ｎｍの直線領域（図８において白破線７０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７０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８において白線６４Ａに対し１０ｎｍ以上離れた距離（図８において両端に矢印を付した白線７２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。

【0151】

［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。

【0152】

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（参考例６ではＷ）が全て適切に酸化した状態（参考例６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。

【0153】

参考例１～８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、参考例１～８の面内磁化膜についての組成分析の結果を、次の表４に示す。

【0154】

【表4】

【0155】

表４に示すように、スパッタリングターゲットの組成と、当該スパッタリングターゲットを用いて作製した面内磁化膜の組成との間にずれが生じるので、このずれを補正して、前記（Ａ）～（Ｃ）で記載した実施例および比較例におけるＣｏＰｔ－ＷＯ₃面内磁化膜の組成を決定している。

【0156】

なお、図８において、符号６２、６４、６４Ａ、６６、６８、７０、７２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。

【0157】

＜（Ｅ）Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析（実施例２、６、９～１２、比較例１、３、４）＞
実施例２、６、９～１２、比較例１、３、４において、Ｒｕ下地膜およびその直上のＣｏＰｔ面内磁化膜の膜厚方向断面におけるＰｔ量推移の分析を行った。以下、行った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。ここでは実施例９における分析結果に基づいて説明する。

【0158】

［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、面内磁化膜の面内方向に左右に補助線を引く。そして、その補助線およびＲｕ下地膜中のＰｔ量が０となる部位を含む正方形領域（縦１００ｎｍ×横１００ｎｍ）を設定する（手順５）。設定した正方形領域（縦１００ｎｍ×横１００ｎｍ）について、Ｐｔについての元素マッピングを行う（手順６）。そして、Ｐｔについての元素マッピングの結果から、縦方向（膜厚方向）１ｎｍあたりの平均のＰｔ量を算出して、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜までのＰｔ量の推移をグラフ化（縦軸：規格化されたＰｔ検出量、横軸：縦方向（膜厚方向）の距離）する（手順７）。手順７で得たグラフから、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域のＰｔ量推移の傾きｋ（１／ｎｍ）を算出する（手順８）。

【0159】

Ｒｕ下地膜とＣｏＰｔ面内磁化膜との境界領域であるＲｕ下地膜表面の凹凸部においてＰｔ量が少ない（Ｒｕ下地膜表面の凹部内におけるＰｔの存在量が少ない）と、縦方向（膜厚方向）に１ｎｍごとに検出したＰｔ量は、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、急激に大きくなる（Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋが大きくなる）。換言すれば、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）が大きいということは、Ｒｕ下地膜表面の凹部内におけるＰｔの存在量が少ないということであり、Ｒｕ下地膜上に形成されたＣｏＰｔ面内磁化膜内のＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間の磁気的な相互作用が弱いということであり、当該ＣｏＰｔ面内磁化膜の保磁力Ｈcが大きくなる方向に作用する。

【0160】

以下、手順１～８の内容を具体的に説明する。

【0161】

［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３０ｎｍ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１０に模式的に示す。図１０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３０ｎｍ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３０ｎｍ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。

【0162】

［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９の観察像）を図１１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。

【0163】

［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１１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１１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（上から下に向かう方向に走査）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。

【0164】

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。

【0165】

図１１（実施例９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１２に示す。図１２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１２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９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９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１１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。

【0166】

実施例９では、組成が（Ｃｏ－４５Ｐｔ）－３０ｖｏｌ％ＷＯ₃であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が（Ｃｏ－５２．０Ｐｔ）－３０．９ｖｏｌ％ＷＯ₃である下部磁性層を１ｎｍ設け、その直上に、組成が（Ｃｏ－４５Ｐｔ）－１０ｖｏｌ％ＷＯ₃であるスパッタリングターゲットを用いて、組成が（Ｃｏ－５１．８Ｐｔ）－１０．３ｖｏｌ％ＷＯ₃である上部磁性層を２９ｎｍ設ける成膜を行った。また、最上層には、面内磁化膜の酸化防止を目的としてＴａ層を１０ｎｍ設けた。このＴａ層の成膜には、１００ａｔ％Ｔａのスパッタリングターゲットを用いた。

【0167】

図１２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が確認された。面内磁化膜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。

【0168】

［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。

【0169】

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３００カウントを超える測定点であること。

【0170】

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。

【0171】

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。

【0172】

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。

【0173】

また、以上の測定により、膜厚方向の断面である図１１におけるＣｏＰｔ面内磁化膜の位置を特定することができ、同時にＣｏＰｔ面内磁化膜の下地膜はＲｕが主要元素である下地膜であることも確認することができる。

【0174】

［手順５］図１１において、Ｐｔについての元素マッピングを行う領域として、縦１００ｎｍ×横１００ｎｍの正方形領域２００を定める。

【0175】

正方形領域２００の横方向の位置は、縦方向に線分析を行った白線８４Ａおよび前記（Ｄ）で組成分析を行った箇所のどちらからも１０ｎｍ以上離れた範囲を選定する。図１１における両端矢印白線９０は、正方形領域２００と白線８４Ａとの間の距離を示しており、この距離は１０ｎｍ以上とすることが必要である。

【0176】

正方形領域２００の縦方向の位置は、手順４で選び出した「組成の変動の少ない測定点の集合箇所」内の任意の点である二重白丸８６を通る面内方向の補助線（図１１において黒破線８８で示す。）を含み、かつ、Ｒｕ下地膜においてＰｔが検出されない部位（以下、Ｐｔ量０部位と記すことがある。）を含むように選定する。

【0177】

Ｐｔ量０部位は、手順４における線分析の結果を用いて確定することができ、具体的には、「Ｒｕ下地膜内の部位のＰｔ検出量」を「ＣｏＰｔ面内磁化膜内におけるＰｔ検出量の最大値」で除した値が０．０１未満となる「Ｒｕ下地膜内の部位」のことである。

【0178】

［手順６］取り込み画素数を２５６×２５６とし、測定時間１秒/点とし、走査点間隔を１ｎｍとすること以外は、「手順３の分析条件」と同様の条件で、手順５で定めた正方形領域２００に対してＰｔの検出を行い、Ｐｔについての元素マッピングを行う。正方形領域２００に対して行った「Ｐｔについての元素マッピング」の結果を示す画像を、図１３に示す。

【0179】

［手順７］手順６で得た「Ｐｔについての元素マッピング」の結果から、縦方向（膜厚方向）１ｎｍあたりの平均のＰｔ量を算出し、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜までのＰｔ量の推移を示すグラフを取得する。

【0180】

具体的には、縦方向（膜厚方向）１ｎｍあたりの平均のＰｔ量は、当該縦方向（膜厚方向）１ｎｍに対する、横方向（面内方向）のＰｔ検出量の平均値とする。縦方向（膜厚方向）１ｎｍあたりの平均のＰｔ量の算出において用いる横方向（面内方向）の領域の長さは１００ｎｍ以上とする。得られた縦方向（膜厚方向）１ｎｍあたりの平均のＰｔ量を、「ＣｏＰｔ面内磁化膜内におけるＰｔ検出量の最大値」で除して規格化する（このようにして規格化されたＰｔ量を、以下、「規格化されたＰｔ量」と記す。）。図１４は、実施例９についての膜厚方向のＰｔ量の推移を示すグラフ（縦軸：規格化されたＰｔ量、横軸：走査位置）である。図１４中の矢印で示す走査位置Ｘは、実施例９の面内磁化膜の膜厚方向断面を示す図１５において、Ｒｕ下地膜中のＰｔ量０部位である白破線９２の位置Ｙに対応する。

【0181】

［手順８］図１４において、「規格化されたＰｔ量」が２％であるときを、Ｐｔ検出の下限界と考え、「規格化されたＰｔ量」が２％を超えた最初のプロットの位置Ｐ(2%)に対応する走査位置（ｎｍ）から「規格化されたＰｔ量」が８０％を超えた最初のプロットの位置Ｐ(80%)に対応する走査位置（ｎｍ）までの間にある「規格化されたＰｔ量」についてのデータを最小二乗法により直線近似して、Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）を得る。

【0182】

Ｒｕ下地膜とＣｏＰｔ面内磁化膜との境界領域であるＲｕ下地膜表面の凹凸部においてＰｔ量が少ない（Ｒｕ下地膜表面の凹部内におけるＰｔの存在量が少ない）と、「規格化されたＰｔ量」は、Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、急激に大きくなる（Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）が大きくなる）。Ｒｕ下地膜の凸部にはＣｏＰｔ合金磁性結晶粒が堆積しており、Ｒｕ下地膜の凸部の先端よりも上方の領域には多量のＰｔが存在しているからである。

【0183】

Ｒｕ下地膜からＣｏＰｔ面内磁化膜へと移り変わる境界領域において、Ｐｔ量の推移を示すグラフの傾きｋ（１／ｎｍ）が大きいということは、Ｒｕ下地膜表面の凹部内におけるＰｔの存在量が少ないということであり、Ｒｕ下地膜上に形成されたＣｏＰｔ面内磁化膜内のＣｏＰｔ合金磁性結晶粒同士の間の磁気的な結合が弱いということであり、当該ＣｏＰｔ面内磁化膜の保磁力Ｈcが大きくなる方向に作用する。

【0184】

なお、図１１において、符号８２、８４、８４Ａ、８６、８８、９０、２００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】

【0185】

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、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】

【0186】

１０…面内磁化膜
１０Ａ…下部磁性層
１０Ｂ…上部磁性層
１２、２６…磁気抵抗効果素子
１４、２８…ハードバイアス層
１６…フリー磁性層
２０…面内磁化膜多層構造
２２…非磁性中間層
２４…追加面内磁化膜
４０…下地膜
４０Ａ、４２Ａ…凸部
４０Ｂ、４２Ｂ…凹部
４２…Ｒｕ下地膜
４４…スパッタ粒子
４６…ＣｏＰｔ合金相
４８…酸化物（ＷＯ₃）相
５０…絶縁層
５２…ピン層
５４…バリア層
６０…薄片化サンプル
６２…黒丸（面内磁化膜に含まれる任意の点）
６４…白丸（黒丸６２から観察像の長手方向に左右１０ｎｍの位置の点）
６４Ａ…白線
６６…二重白丸（面内磁化膜の組成分析のための基準点）
６８…黒破線（二重白丸６６（基準点）から観察像の長手方向に引いた補助線）
７０…白破線（黒破線６８（補助線）上の１００ｎｍの直線領域）
７２…両端に矢印を付した白線（白線６４Ａに対し１０ｎｍ以上離れた距離を示す）
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…両端矢印白線
９２…白破線
２００…正方形領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】