(57)【要約】【課題】マンガン三スズ層における結晶配向性を高めることを可能とした磁気記憶素子の製造方法を提供する。【解決手段】被成膜面１１Ｓを含むサファイア基板１１を準備することと、被成膜面１１Ｓと対向する平面視においてサファイア基板１１に重なるように、マンガンとスズとからなり、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比がマンガン三スズ以上であるマンガンスズから構成されるバッファー層１２を形成することと、サファイア基板１１の厚さ方向において、サファイア基板１１とマンガン三スズ層１３とがバッファー層１２を挟むようにマンガン三スズ層１３を形成することとを備える。バッファー層１２を形成することにおいて、バッファー層１２が成膜される対象の温度が第１の温度であり、マンガン三スズ層１３を形成することにおいて、マンガン三スズ層１３が成膜される対象の温度が第１の温度よりも高い第２の温度である。【選択図】図１
2020065006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜面を含むサファイア基板を準備することと、
前記被成膜面と対向する平面視において前記サファイア基板に重なるように、マンガンとスズとからなり、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比がマンガン三スズ以上であるマンガンスズから構成されるバッファー層を形成することと、
前記サファイア基板の厚さ方向において、前記サファイア基板とマンガン三スズ層とが前記バッファー層を挟むように前記マンガン三スズ層を形成することと、を備え、
前記バッファー層を形成することにおいて、前記バッファー層が成膜される対象の温度が第１の温度であり、
前記マンガン三スズ層を形成することにおいて、前記マンガン三スズ層が成膜される対象の温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度である
磁気記憶素子の製造方法。
【請求項２】
前記バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比が、前記マンガン三スズ層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比よりも大きい
請求項１に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項３】
前記バッファー層を形成することは、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比が３．３以上５以下である前記バッファー層を形成する
請求項２に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項４】
前記サファイア基板を準備することは、前記被成膜面にｍ面を有した結晶構造を有する前記サファイア基板を準備する
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項５】
前記バッファー層を形成することは、８ｎｍ以上１６ｎｍ以下の厚さを有する前記バッファー層を形成する
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項６】
前記バッファー層を形成することにおいて、前記第１の温度が１００℃以上２００℃以下であり、
前記マンガン三スズ層を形成することにおいて、前記第２の温度が２６０℃以上３００℃以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項７】
前記バッファー層を形成することは、第１バッファー層を形成することと、第１バッファー層上に第２バッファー層を形成することとを含み、
前記第１バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比が、前記第２バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比よりも大きい
請求項１に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１バッファー層を形成することは、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比が３．３以上５以下である前記第１バッファー層を形成する
請求項７に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記憶素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記憶素子の一例として、強磁性体から構成された磁性層を備える磁気トンネル接合素子が知られている。磁気トンネル接合素子は、磁性層の磁化方向によってデータを記憶する。磁気トンネル接合素子では、磁性層が強磁性体から構成されるため、磁気トンネル接合素子において生じる漏れ磁場が大きくなり、それゆえに、磁気トンネル接合素子の高集積化が難しい。そこで、磁性層として、反強磁性体であるマンガン三スズ（Ｍｎ３Ｓｎ）から構成された反強磁性層を備える磁気記憶素子が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０１８３９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マンガン三スズ層を備える磁気記憶素子では、マンガン三スズ層における磁化方向の反転を生じやすくする上で、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることが求められている。
【０００５】
本発明は、マンガン三スズ層における結晶配向性を高めることを可能とした磁気記憶素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための磁気記憶素子の製造方法は、被成膜面を含むサファイア基板を準備することと、前記被成膜面と対向する平面視において前記サファイア基板に重なるように、マンガンとスズとからなり、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比がマンガン三スズ以上であるマンガンスズから構成されるバッファー層を形成することと、前記サファイア基板の厚さ方向において、前記サファイア基板とマンガン三スズ層とが前記バッファー層を挟むように前記マンガン三スズ層を形成することと、を備える。前記バッファー層を形成することにおいて、前記バッファー層が成膜される対象の温度が第１の温度である。前記マンガン三スズ層を形成することにおいて、前記マンガン三スズ層が成膜される対象の温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度である。
【０００７】
上記構成によれば、バッファー層を形成することによって、サファイア基板の結晶格子と、マンガン三スズ層の結晶格子とのずれがマンガン三スズ層の結晶配向性を低くすることが抑えられ、結果として、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることができる。
【０００８】
上記磁気記憶素子の製造方法において、前記バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比が、前記マンガン三スズ層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比よりも大きくてもよい。上記構成によれば、バッファー層の結晶格子と、サファイア基板の結晶格子とのずれを抑えることによって、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることができる。
【０００９】
上記磁気記憶素子の製造方法において、前記バッファー層を形成することは、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比が３．３以上５以下である前記バッファー層を形成してもよい。上記構成によれば、マンガン三スズ層の結晶配向性が高まる確実性を高めることができる。
【００１０】
上記磁気記憶素子において、前記サファイア基板を準備することは、前記被成膜面にｍ面を有した結晶構造を有する前記サファイア基板を準備してもよい。上記構成によれば、サファイア基板が、被成膜面にａ面またはｃ面を有した結晶構造を有した場合と比べて、サファイア基板の結晶格子とマンガン三スズ層の結晶格子とのずれを抑えることができる。これにより、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることができる。
【００１１】
上記磁気記憶素子において、前記バッファー層を形成することは、８ｎｍ以上１６ｎｍ以下の厚さを有する前記バッファー層を形成してもよい。上記構成によれば、バッファー層の厚さが８ｎｍよりも薄い場合、および、１６ｎｍよりも厚い場合に比べて、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることができる。
【００１２】
上記磁気記憶素子において、前記バッファー層を形成することにおいて、前記第１の温度が１００℃以上２００℃以下であり、前記マンガン三スズ層を形成することにおいて、前記第２の温度が２６０℃以上３００℃以下であってもよい。上記構成によれば、マンガン三スズ層の結晶配向性を高める確実性が高まる。
【００１３】
上記磁気記憶素子において、前記バッファー層を形成することは、第１バッファー層を形成することと、第１バッファー層上に第２バッファー層を形成することとを含み、前記第１バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比が、前記第２バッファー層におけるスズのモル数に対するマンガンのモル数の比よりも大きくてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、第１バッファー層と第２バッファー層とのうちで、サファイア基板からの距離が小さい第１バッファー層において、第１バッファー層の結晶格子と、サファイア基板の結晶格子とのずれを小さくすることができる。一方で、第１バッファー層と第２バッファー層とのうちで、マンガン三スズ層からの距離が小さい第２バッファー層において、第２バッファー層の結晶格子と、マンガン三スズ層の結晶格子とのずれをより小さくすることができる。結果として、マンガン三スズ層の結晶配向性を高めることができる。
【００１５】
上記磁気記憶素子において、前記第１バッファー層を形成することは、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比が３．３以上５以下である前記第１バッファー層を形成してもよい。上記構成によれば、マンガン三スズ層の結晶配向性が高まる確実性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）磁気記憶素子の製造方法における第１例を示す工程図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）磁気記憶素子の製造方法における第２例を示す工程図。
【図３】磁気記憶素子の製造に用いられる成膜装置の一例における構成を概略的に示すブロック図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）試験例１から試験例３の磁気記憶素子の各々に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【図５】（ａ）〜（ｄ）試験例４から試験例７の磁気記憶素子の各々に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【図６】（ａ）〜（ｆ）試験例８から試験例１３の磁気記憶素子の各々に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【図７】（ａ）〜（ｆ）試験例１４から試験例１９の磁気記憶素子の各々に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【図８】試験例２０の磁気記憶素子に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【図９】（ａ）〜（ｅ）試験例２１から試験例２５の磁気記憶素子の各々に対するＸ線回折によって得られたスペクトル。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１から図９を参照して、磁気記憶素子の製造方法における一実施形態を説明する。以下では、磁気記憶素子の製造方法、磁気記憶素子の製造に用いられる成膜装置の構成、および、試験例を順に説明する。
【００１８】
［磁気記憶素子の製造方法］
図１および図２を参照して、磁気記憶素子の製造方法を説明する。以下では、図１を参照して磁気記憶素子の製造方法における第１例を説明し、その後に、図２を参照して磁気記憶素子の製造方法における第２例を説明する。
【００１９】
図１が示すように、磁気記憶素子の製造方法における第１例は、被成膜面１１Ｓを含むサファイア基板１１を準備すること（図１（ａ））、バッファー層１２を形成すること（図１（ｂ））、および、マンガン三スズ層１３（Ｍｎ３Ｓｎ層）を形成すること（図１（ｃ））を備えている。
【００２０】
バッファー層１２を形成することは、被成膜面１１Ｓと対向する平面視においてサファイア基板１１に重なるようにバッファー層１２を形成する。バッファー層１２は、マンガンとスズとからなり、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比がマンガン三スズ以上であるマンガンスズから構成される。マンガン三スズ層１３を形成することは、サファイア基板１１の厚さ方向において、サファイア基板１１とマンガン三スズ層１３とがバッファー層１２を挟むようにマンガン三スズ層１３を形成する。
【００２１】
バッファー層１２を形成することにおいて、バッファー層１２が成膜される対象の温度が第１の温度である。マンガン三スズ層１３を形成することにおいて、マンガン三スズ層１３が成膜される対象の温度が、第１の温度よりも高い第２の温度である。バッファー層１２を形成することによって、サファイア基板１１の結晶構造と、マンガン三スズ層１３の結晶配向とのずれがマンガン三スズ層１３の結晶配向性を低くすることが抑えられ、結果として、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００２２】
本実施形態において、バッファー層１２を形成することでは、バッファー層１２をサファイア基板１１上に形成する。また、マンガン三スズ層１３を形成することでは、バッファー層１２上にマンガン三スズ層１３を形成する。バッファー層１２の組成は、マンガン三スズ層１３の組成と等しい。そのため、バッファー層１２とマンガン三スズ層１３との両方において、スズのモル数（ＭＳｎ）に対するマンガンのモル数（ＭＭｎ）の比（ＭＭｎ／ＭＳｎ）は、およそ３である。以下、スズのモル数に対するマンガンのモル数の比をマンガンスズ比とも称する。なお、バッファー層１２のマンガンスズ比と、マンガン三スズ層１３のマンガンスズ比との差が、±０．０５以下である場合に、バッファー層１２の組成と、マンガン三スズ層１３の組成とが等しいと見なすことができる。
【００２３】
上述した製造方法によって製造された磁気記憶素子は、サファイア基板１１と、サファイア基板１１上に位置する１つの反強磁性層１４とを備える。磁気記憶素子が備える反強磁性層１４は、バッファー層１２と、バッファー層１２上に形成されたマンガン三スズ層１３とから構成される。なお、バッファー層１２の組成が、マンガン三スズ層１３の組成に等しい場合には、反強磁性層１４において、バッファー層１２とマンガン三スズ層とを区別することは困難である。一方で、バッファー層１２の組成が、マンガン三スズ層１３の組成とは異なる場合には、反強磁性層１４の厚さ方向に沿って組成分析を行うことによって、バッファー層１２とマンガン三スズ層１３とを区別することが可能である。
【００２４】
サファイア基板１１を準備することにおいて、被成膜面１１Ｓにｍ面を有した結晶構造を有するサファイア基板１１を準備することができる。これにより、サファイア基板１１が、被成膜面１１Ｓにａ面またはｃ面を有した結晶構造を有する場合と比べて、サファイア基板１１の結晶格子と、サファイア基板１１上のマンガン三スズ層１３の結晶格子とのずれを抑えることができる。これにより、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００２５】
バッファー層１２の膜厚は、８ｎｍ以上１６ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、バッファー層１２の厚さが８ｎｍよりも薄い場合、および、１６ｎｍよりも厚い場合に比べて、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。バッファー層１２の厚さは、８ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることがより好ましい。マンガン三スズ層１３を形成することでは、例えば、バッファー層１２の厚さよりも厚いマンガン三スズ層１３を形成する。マンガン三スズ層１３を形成することにおいて、例えば７０ｎｍ以下の厚さを有したマンガン三スズ層１３を形成することができる。
【００２６】
バッファー層１２を形成することにおいて、第１の温度が１００℃以上２００℃以下であり、マンガン三スズ層１３を形成することにおいて、第２の温度が２６０℃以上３５０℃以下であることが好ましい。これにより、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高める確実性が高まる。第１の温度は、１５０℃以上２００℃以下であることがより好ましい。第２の温度は、２６０℃以上３００℃以下であることがより好ましい。
【００２７】
図２が示すように、磁気記憶素子の製造方法における第２例は、サファイア基板１１を準備すること（図２（ａ））、第１バッファー層１２Ａを形成すること（図２（ｂ））、第２バッファー層１２Ｂを形成すること（図２（ｃ））、および、マンガン三スズ層１３を形成すること（図２（ｄ））を備えている。第２例では、バッファー層を形成することが、第１バッファー層１２Ａを形成することと、第２バッファー層１２Ｂを形成することとを含んでいる。第１バッファー層１２Ａにおけるマンガンスズ比が、第２バッファー層１２Ｂにおけるマンガンスズ比よりも大きい。
【００２８】
マンガンスズにおいて、マンガンスズ比を３よりも大きくすることによって、マンガンスズの結晶格子とサファイア基板１１の結晶格子とのずれを、マンガン三スズの結晶格子とサファイア基板１１の結晶格子とのずれよりも小さくすることができる。本実施形態では、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比を第２バッファー層１２Ｂのマンガンスズ比よりも大きくする。これにより、バッファー層のうちで、サファイア基板１１の厚さ方向において、サファイア基板１１からの距離が小さい第１バッファー層１２Ａでは、第１バッファー層１２Ａの結晶格子と、サファイア基板１１の結晶格子とのずれを、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比が３である場合よりも小さくすることができる。
【００２９】
一方で、バッファー層のうちで、マンガン三スズ層１３からの距離が小さい第２バッファー層１２Ｂにおいて、第２バッファー層１２Ｂの結晶格子と、マンガン三スズ層１３の結晶格子とのずれを、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比が３である場合よりも小さくすることができる。結果として、サファイア基板１１上に形成されるマンガン三スズ層における結晶配向性を高めることができる。
【００３０】
第１バッファー層１２Ａを形成することでは、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比が、第２バッファー層１２Ｂのマンガンスズ比よりも大きくなるように第１バッファー層１２Ａを形成する。一方で、第２バッファー層１２Ｂを形成することでは、第２バッファー層１２Ｂのマンガンスズ比が、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比よりも小さくなるように第２バッファー層１２Ｂを形成する。なお、バッファー層において、マンガンスズ比の最小値は３である。そのため、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比における最小値は、３よりも大きい。
【００３１】
第１バッファー層１２Ａを形成することでは、マンガンスズ比が３．３以上５以下である第１バッファー層１２Ａを形成することができる。これにより、マンガン三スズ層の結晶配向性が高まる確実性を高めることができる。
【００３２】
第１バッファー層１２Ａの組成は、第１バッファー層１２Ａを成膜する際の成膜圧力を第１の値から第２の値に変えることによって、第１の組成から第２の組成に変更することが可能である。成膜圧力は、第１バッファー層１２Ａを形成する際に、サファイア基板１１が収容される真空槽内の圧力である。成膜圧力を低くするほど、マンガンスズ比を小さくすることが可能である。例えば、成膜圧力を０．１０Ｐａ以上２．００Ｐａ以下の範囲に含まれるいずれかの値に設定することによって、第１バッファー層１２Ａのマンガンスズ比を３．０５以上６．６７以下の範囲に含まれるいずれかの値に設定することが可能である。
【００３３】
上述した製造方法によって製造された磁気記憶素子は、サファイア基板１１と、サファイア基板１１上に位置する１つの反強磁性層１４とを備える。磁気記憶素子が備える反強磁性層１４は、第１バッファー層１２Ａ、第２バッファー層１２Ｂ、および、マンガン三スズ層１３から構成される。第１バッファー層１２Ａの組成は、第２バッファー層１２Ｂの組成およびマンガン三スズ層１３の組成とは異なるため、反強磁性層１４の厚さ方向に沿って組成分析を行うことによって、第１バッファー層１２Ａと、第２バッファー層１２Ｂおよびマンガン三スズ層１３とを区別することが可能である。
【００３４】
［成膜装置の構成］
図３を参照して、成膜装置の一例における構成を説明する。図３は、磁気記憶素子が、マンガン三スズ層上に積層される酸化抑制層を備える場合に用いられる成膜装置を示している。
【００３５】
図３が示すように、成膜装置２０は、真空槽２１を備えている。真空槽２１は、サファイア基板１１を収容する空間を区画する。真空槽２１は、排気部２２とガス供給部２３とに接続されている。排気部２２は、真空槽２１のなかを所定の圧力まで減圧する。ガス供給部２３は、真空槽２１のなかにプロセスガスを供給する。プロセスガスは、例えば、アルゴンガスなどの希ガスである。
【００３６】
真空槽２１は、第１カソード２４、第２カソード２５、および、ステージ２６を収容する。第１カソード２４は、バッファー層１２およびマンガン三スズ層１３を形成するためのカソードである。第２カソード２５は、酸化抑制層を形成するためのカソードである。第１カソード２４は、マンガン三スズを主成分とする第１ターゲットを備える。第２カソード２５は、例えば、タンタルを主成分とする第２ターゲットを備える。第１ターゲット、および、第２ターゲットは、別々の直流電源に接続されている。
【００３７】
ステージ２６は、サファイア基板１１を支持する。ステージ２６は、第１ターゲットと第２ターゲットとの間にサファイア基板１１を配置する。ステージ２６は、ステージ駆動部２７に接続されている。ステージ駆動部２７は、サファイア基板１１が第１ターゲットと対向する状態と、サファイア基板１１が第２ターゲットと対向する状態とを、ステージ２６の移動によって切り換える。
【００３８】
ステージ２６は、バイアス電源２８に接続されている。バイアス電源２８は、ステージ２６にバイアス電圧を印加して、サファイア基板１１に堆積するマンガン三スズ層１３の一部を物理的に除去する。
【００３９】
成膜装置２０が備えるコントローラーは、排気部２２、ガス供給部２３、第１カソード２４、第２カソード２５、ステージ駆動部２７、および、バイアス電源２８の駆動を制御する。コントローラーは、まず、ステージ２６にサファイア基板１１を載置する。次いで、コントローラーは、ガス供給部２３を駆動して所定の流量でプロセスガスを供給する。続いて、コントローラーは、サファイア基板１１が第１ターゲットと対向するようにステージ駆動部２７を駆動して、第１カソード２４に電圧を印加し、かつ、バイアス電源２８を駆動する。これによって、第１ターゲットがスパッタされて、マンガン三スズ層がサファイア基板１１に堆積する。
【００４０】
なお、コントローラーは、スズ原子やマンガン原子などの蒸発を抑えて、バッファー層１２やマンガン三スズ層１３が所定のマンガンスズ比を有するように、サファイア基板１１の温度、および、真空槽２１内の圧力などを調整する。コントローラーは、サファイア基板１１の温度を、例えば１００℃以上３５０℃以下の範囲に含まれるいずれかの温度に調整する。また、コントローラーは、真空槽２１内の圧力を０．１０Ｐａ以上２．００Ｐａ以下の範囲に含まれるいずれかの圧力に調整する。
【００４１】
コントローラーは、次いで、マンガン三スズ層１３が第２ターゲットと対向するようにステージ駆動部２７を駆動し、その状態で、第２カソード２５に電圧を印加し、かつ、バイアス電源２８を駆動する。これによって、第２ターゲットがスパッタされて、酸化抑制層がマンガン三スズ層１３に堆積する。酸化抑制層は、真空下においてマンガン三スズ層１３を覆うため、酸化源がマンガン三スズ層１３に到達することを抑える。
【００４２】
［試験例］
図４から図９を参照して、磁気記憶素子の製造方法における試験例を説明する。なお、以下では、試験例１から試験例２５の磁気記憶素子の各々を解析するために、Ｘ線回折装置（BRUKER AXS D8 DISCOVER、BRUKER社製）を用いた。
【００４３】
［マンガン三スズ層の結晶配向性］
試験例１において、被成膜面にｍ面を有した結晶構造を有するサファイア基板を準備した。そして、サファイア基板上にマンガン三スズ層を形成し、マンガン三スズ層上に酸化抑制層の一例であるタンタル（Ｔａ）層を形成した。次いで、マンガン三スズ層をアニールした。これにより、試験例１の磁気記憶素子を得た。
【００４４】
［成膜条件（マンガン三スズ層）］
・ターゲット電力    ５０Ｗ
・成膜圧力          １．２Ｐａ
・スパッタガス      アルゴン（Ａｒ）ガス
・ガス流量          １００ｓｃｃｍ
・基板温度          室温
・層厚              ７０ｎｍ
【００４５】
［成膜条件（タンタル層）］
・ターゲット電力    ５０Ｗ
・成膜圧力          ０．２３Ｐａ
・スパッタガス      アルゴン（Ａｒ）ガス
・ガス流量          ３４ｓｃｃｍ
・基板温度          室温
・層厚              ５ｎｍ
【００４６】
［アニール条件］
・圧力              ０．００５Ｐａ
・温度              ４００℃
・時間              ３０分
【００４７】
被成膜面にｒ面を有した結晶構造を有するサファイア基板を準備した以外は、試験例１と同様の方法によって、試験例２の磁気記憶素子を得た。また、被成膜面にａ面を有した結晶構造を有するサファイア基板を準備した以外は、試験例１と同様の方法によって、試験例３の磁気記憶素子を得た。
【００４８】
試験例１から試験例３の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図４（ａ）から図４（ｃ）が示すスペクトルが得られた。なお、図４（ａ）が試験例１のスペクトルを示し、図４（ｂ）が試験例２のスペクトルを示し、図４（ｃ）が試験例３のスペクトルを示している。
【００４９】
図４（ａ）および図４（ｂ）が示すように、試験例１の磁気記憶素子、および、試験例２の磁気記憶素子では、（２−１０）配向を有するマンガン三スズ、（２００）配向を有するマンガン三スズ、および、（２０１）配向を有するマンガン三スズに由来するピークの強度が非常に小さいことが認められた。一方で、図４（ｃ）が示すように、試験例３の磁気記憶素子では、（２−１０）配向を有するマンガン三スズ、および、（２０１）配向を有するマンガン三スズに対応するピークの強度が、試験例１および試験例２と同程度に小さいことが認められ、また、（２００）配向を有するマンガン三スズのピークが認められなかった。このように、試験例１から試験例３の磁気記憶素子によれば、バッファー層を形成することなくマンガン三スズ層を形成した場合には、特定の結晶配向を有するマンガン三スズ層が得られ難いことが認められた。
【００５０】
なお、図４（ａ）および図４（ｃ）が示す３つのピークのうち、（２−１０）配向が、ａ面配向を有したマンガン三スズを示すピークである。マンガン三スズ層の結晶配向性を高める上では、（２−１０）配向を有するマンガン三スズに由来するピークの強度が高い一方で、（２００）配向を有するマンガン三スズに由来するピークの強度、および、（２０１）配向を有するマンガン三スズに由来するピークの強度が低いことが好ましい。
【００５１】
［バッファー層の厚さ］
試験例４から試験例７によって、バッファー層の厚さがマンガン三スズ層の結晶配向性に与える影響について検証した。
【００５２】
試験例４において、被成膜面にｍ面を有した結晶構造を有するサファイア基板を準備した。そして、サファイア基板上に５．５ｎｍの厚さを有したバッファー層を形成し、バッファー層上に７０ｎｍの厚さを有したマンガン三スズ層を形成した。バッファー層を形成する際には、基板の温度を２００℃に設定し、バッファー層上に７０ｎｍの厚さを有したマンガン三スズ層を形成する際には、基板の温度を３００℃に設定した以外は、成膜条件を試験例１と同じ条件に設定した。さらに、マンガン三スズ層上にタンタル層を形成した。これにより、試験例４の磁気記憶素子を得た。
【００５３】
バッファー層の厚さを８ｎｍに変更した以外は、試験例４と同じ方法によって試験例５の磁気記憶素子を得た。また、バッファー層の厚さを１２ｎｍに変更した以外は、試験例４と同じ方法によって試験例６の磁気記憶素子を得た。さらにまた、バッファー層の厚さを１６ｎｍに変更した以外は、試験例４と同じ方法によって試験例７の磁気記憶素子を得た。
【００５４】
試験例４から試験例７の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図５（ａ）から図５（ｄ）が示すスペクトルが得られた。なお、図５（ａ）が試験例４のスペクトルを示し、図５（ｂ）が試験例５のスペクトルを示し、図５（ｃ）が試験例６のスペクトルを示し、図５（ｄ）が試験例７のスペクトルを示している。
【００５５】
図５（ａ）から図５（ｄ）が示すように、バッファー層の厚さに関わらず、試験例１における磁気記憶素子と比べて、マンガン三スズ層の結晶配向性が高められることが認められた。特に、バッファー層の厚さが８ｎｍ以上１６ｎｍ以下である場合に、マンガン三スズ層の結晶配向性が高められることが認められた。
【００５６】
［第１の温度］
試験例８から試験例１３によって、バッファー層を形成する際の基板の温度がマンガン三スズ層の結晶配向性に与える影響を検証した。なお、試験例８から試験例１３では、バッファー層上にマンガン三スズ層を形成する際の基板の温度を３００℃に固定した。また、試験例８、試験例９、および、試験例１１から試験例１３では、バッファー層を形成する際の基板の温度を変更した以外は、成膜条件を試験例５と同じ条件に設定した。これに対して、試験例１０では、成膜条件を試験例５と同じ条件に設定した。
【００５７】
バッファー層を形成する際の温度を、試験例８では１００℃、試験例９では１５０℃、試験例１０では２００℃、試験例１１では２２０℃、試験例１２では２５０℃、試験例１３では３００℃にそれぞれ設定した。
【００５８】
試験例８から試験例１３の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図６（ａ）から図６（ｆ）が示すスペクトルが得られた。なお、図６（ａ）が試験例８のスペクトルを示し、図６（ｂ）が試験例９のスペクトルを示し、図６（ｃ）が試験例１０のスペクトルを示している。また、図６（ｄ）が試験例１１のスペクトルを示し、図６（ｅ）が試験例１２のスペクトルを示し、図６（ｆ）が試験例１３のスペクトルを示している。
【００５９】
図６（ａ）から図６（ｆ）が示すように、第１の温度に関わらず、試験例１における磁気記憶素子と比べて、マンガン三スズ層の結晶配向性が高められることが認められた。図６（ａ）から図６（ｃ）が示すように、第１の温度が１００℃以上２００℃以下である場合に、ａ面配向を有するマンガン三スズに由来するピークの強度が高くなり、かつ、それ以外のマンガン三スズに由来するピークの強度が低くなることによって、マンガン三スズ層の結晶配向性が高められることが認められた。また、図６（ｄ）および図６（ｅ）が示すように、第１の温度が２２０℃以上２５０℃以下である場合に、ａ面配向を有しないマンガン三スズに由来するピークの強度が低くなることによって、マンガン三スズ層の結晶配向性が高められることが認められた。
【００６０】
［第２の温度］
試験例１４から試験例１９によって、第２の温度がマンガン三スズ層の結晶配向性に与える影響を検証した。なお、試験例１４から試験例１９では、サファイア基板上にバッファー層を形成する際の基板の温度を２００℃に固定した。また、試験例１４から試験例１７、および、試験例１９では、マンガン三スズ層を形成する際の基板の温度を変更した以外は、試験例５と同じ条件に設定した。これに対して、試験例１８では、成膜条件を試験例５と同じ条件に設定した。
【００６１】
マンガン三スズ層を形成する際の温度を、試験例１４では室温、試験例１５では２００℃、試験例１６では２５０℃、試験例１７では２６０℃、試験例１８では３００℃、試験例１９では３５０℃にそれぞれ設定した。
【００６２】
試験例１４から試験例１９の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図７（ａ）から図７（ｆ）が示すスペクトルが得られた。なお、図７（ａ）が試験例１４のスペクトルを示し、図７（ｂ）が試験例１５のスペクトルを示し、図７（ｃ）が試験例１６のスペクトルを示している。また、図７（ｄ）が試験例１７のスペクトルを示し、図７（ｅ）が試験例１８のスペクトルを示し、図７（ｆ）が試験例１９のスペクトルを示している。
【００６３】
図７（ａ）から図７（ｃ）が示すように、第２の温度が２５０℃以下である場合には、試験例１などにおいて認められたマンガン三スズに由来するピークが認められなかった。すなわち、第２の温度が２５０℃以下である場合には、バッファー層上に形成されたマンガン三スズ層が結晶性を有しない、言い換えれば非結晶の状態であることが認められた。これに対して、図７（ｄ）から図７（ｆ）が示すように、第２の温度が２６０℃以上である場合には、マンガン三スズに由来するピークが認められた。特に、第２の温度が２６０℃以上３００℃以下である場合には、ａ面配向を有したマンガン三スズが優先的に形成されることが認められた。
【００６４】
なお、図６を参照して先に説明した試験例８から試験例１３の結果、および、試験例１４から試験例１９の結果によれば、第２の温度は、マンガン三スズ層の結晶化を進める温度であることが好ましい一方で、第１の温度は、非結晶のマンガンスズ層を形成することが可能な温度であることが好ましいと言える。
【００６５】
［バッファー層の組成］
試験例２０によって、バッファー層の組成がバッファー層上に形成されたマンガン三スズ層の結晶配向性に与える影響を検証した。バッファー層の組成がマンガンスズ比（ＭＭｎ／ＭＳｎ）で３．５になるように変更した以外は、試験例６と同じ方法で試験例２０の磁気記憶素子を得た。なお、試験例２０では、バッファー層上に形成されたマンガン三スズ層のマンガンスズ比が３．０であった。
【００６６】
なお、マンガン三スズ層の組成を、走査型電子顕微鏡に搭載されたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（EX-220 X-Stream、（株）堀場製作所製）を用いて解析した。また、マンガン三スズ層の組成を、電子線マイクロアナライザーを用いて解析することによっても、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて場合と同様の結果が得られることが認められた。
【００６７】
試験例２０の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図８が示すスペクトルが得られた。図８が示すように、スペクトルが備える各ピークにおける強度が、試験例６のスペクトル（図５（ｃ））が示すスペクトルが備える各ピークにおける強度と同等以上であることが認められた。
【００６８】
［第１バッファー層の組成］
試験例２１から試験例２５によって、第１バッファー層の組成がマンガン三スズ層の結晶配向性に与える影響を検証した。なお、試験例２１から試験例２５では、試験例２０と同様、エネルギー分散型Ｘ線分析装置、および、電子線マイクロアナライザーを用いて、各試験例の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層の組成を解析した。
【００６９】
試験例２１において、サファイア基板上に５ｎｍの厚さを有した第１バッファー層を形成し、第１バッファー層上に７ｎｍの厚さを有した第２バッファー層を形成した。試験例２１において、第１バッファー層のマンガンスズ比（ＭＭｎ／ＭＳｎ）が３．０５であった。また、第２バッファー層のマンガンスズ比、および、マンガン三スズ層のマンガンスズ比が、３．０であった。すなわち、第１バッファー層のマンガンスズ比が、マンガン三スズ層のマンガンスズ比と実質的に等しい値であった。試験例２１では、第１バッファー層と第２バッファー層とを形成する点を試験例４から変更した以外は、試験例４と同じ方法によって、試験例２１の磁気記憶素子を得た。
【００７０】
試験例２２では、成膜圧力を０．８Ｐａに変更することによって第１バッファー層のマンガンスズ比を３．３１に変更した以外は、試験例２１と同じ方法によって、試験例２２の磁気記憶素子を得た。試験例２３では、成膜圧力を０．７Ｐａに変更することによって第１バッファー層のマンガンスズ比を３．５０に変更した以外は、試験例２１と同じ方法によって、試験例２３の磁気記憶素子を得た。
【００７１】
試験例２４では、成膜圧力を０．５Ｐａに変更によって第１バッファー層のマンガンスズ比を３．７５に変更した以外は、試験例２１と同じ方法によって、試験例２４の磁気記憶素子を得た。試験例２５では、成膜圧力を０．２Ｐａに変更することによって４．８８に変更した以外は、試験例２１と同じ方法によって、試験例２５の磁気記憶素子を得た。
【００７２】
試験例２１から試験例２５の磁気記憶素子が備えるマンガン三スズ層をＸ線回折装置によって解析したところ、図９（ａ）から図９（ｅ）が示すスペクトルが得られた。なお、図９（ａ）が試験例２１のスペクトルを示し、図９（ｂ）が試験例２２のスペクトルを示し、図９（ｃ）が試験例２３のスペクトルを示している。また、図９（ｄ）が試験例２４のスペクトルを示し、図９（ｅ）が試験例２５のスペクトルを示している。
【００７３】
図９（ａ）から図９（ｅ）が示すように、第１バッファー層におけるマンガンスズ比を３よりも大きくすることによって、マンガン三スズ層のスペクトルにおける各ピークの強度が高まることが認められた。すなわち、第１バッファー層におけるマンガンスズ比を３よりも大きくすることによって、マンガン三スズ層の結晶配向性が高まることが認められた。特に、試験例２２から試験例２４では、ａ面配向を示す（２−１０）配向におけるピークの強度が高められる一方で、他の配向におけるピークの強度が低められるため、マンガン三スズ層の結晶配向性がより高められていることが認められた。また、試験例２２から試験例２４では、試験例２１、および、試験例２５に比べて、マンガン三スズ層が単結晶により近いことが認められた。
【００７４】
このように、試験例２１から試験例２５では、成膜圧力を０．２０Ｐａ以上１．２０Ｐａ以下の範囲に含まれる圧力に設定した。なお、各試験例のマンガン三スズ層における組成は、試験例２０と同様の方法によって解析した。
【００７５】
上述した実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）バッファー層１２を形成することによって、サファイア基板１１の結晶格子と、マンガン三スズ層１３の結晶格子とのずれがマンガン三スズ層１３の結晶配向性を低くすることが抑えられ、結果として、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００７６】
（２）サファイア基板１１が、被成膜面１１Ｓにａ面またはｃ面を有した結晶構造を有した場合と比べて、サファイア基板１１の結晶格子とマンガン三スズ層１３の結晶格子とのずれを抑えることができる。これにより、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００７７】
（３）バッファー層１２の厚さが８ｎｍ以上１６ｎｍ以下であれば、バッファー層１２の厚さが８ｎｍよりも薄い場合、および、１６ｎｍよりも厚い場合に比べて、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００７８】
（４）第１の温度が１００℃以上２００℃以下であり、かつ、第２の温度が２６０℃以上３００℃以下であることによって、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高める確実性が高まる。
【００７９】
（５）第１バッファー層１２Ａと第２バッファー層１２Ｂとのうちで、サファイア基板１１からの距離が小さい第１バッファー層１２Ａにおいて、第１バッファー層１２Ａの結晶格子と、サファイア基板１１の結晶格子とのずれを小さくすることができる。一方で、第１バッファー層１２Ａと第２バッファー層１２Ｂとのうちで、マンガン三スズ層１３からの距離が小さい第２バッファー層１２Ｂにおいて、第２バッファー層１２Ｂの結晶格子と、マンガン三スズ層１３の結晶格子とのずれをより小さくすることができる。結果として、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００８０】
（６）第１バッファー層１２Ａにおいて、マンガンスズ比が３．３以上５以下であることによって、マンガン三スズ層１３の結晶配向性が高まる確実性を高めることができる。
【００８１】
なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［サファイア基板１１］
・サファイア基板１１は、被成膜面１１Ｓにａ面を有する結晶構造を有してもよいし、被成膜面１１Ｓにｃ面を有する結晶構造を有してもよい。または、サファイア基板１１は、被成膜面１１Ｓにｒ面、ａ面、および、ｃ面における２つ以上を有する結晶構造を有してもよい。
【００８２】
［バッファー層１２］
・バッファー層１２におけるマンガンスズ比は、マンガン三スズ層におけるマンガンスズ比よりも大きくてもよい。この場合には、図８を参照して先に説明した試験例２０によるように、バッファー層１２におけるマンガンスズ比が、マンガン三スズ層１３におけるマンガンスズ比と同程度である場合と同等以上にマンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることが可能である。なお、この場合にも、上述した第２の例と同様、バッファー層のマンガンスズ比を、３．３以上５以下の範囲に含まれる値に設定することが可能である。
【００８３】
この場合には、以下に記載の効果を得ることができる。
（７）バッファー層１２の結晶格子と、サファイア基板１１の結晶格子とのずれを抑えることによって、マンガン三スズ層１３の結晶配向性を高めることができる。
【００８４】
・バッファー層１２の厚さは、０ｎｍよりも大きければ８ｎｍ未満でもよいし、１６ｎｍよりも大きくてもよい。これらの場合であっても、バッファー層１２を形成することなくマンガン三スズ層を形成する場合に比べて、マンガン三スズ層における結晶配向性を高めることは可能である。
【００８５】
［他の変形例］
・バッファー層１２とサファイア基板１１との間には、他の層が形成されてもよい。バッファー層１２とサファイア基板１１との間に他の層が形成された場合であっても、他の層の厚さ、および、結晶構造などが、バッファー層１２によるマンガン三スズ層１３の結晶配向性を高める効果を阻害しない以上は、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
【００８６】
・バッファー層１２とマンガン三スズ層１３との間には、他の層が形成されてもよい。バッファー層１２とマンガン三スズ層１３との間に他の層が形成された場合であっても、他の層の厚さ、および、結晶構造などが、バッファー層１２によるマンガン三スズ層１３の結晶配向性を高める効果を阻害しない以上は、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
【符号の説明】
【００８７】
１１…サファイア基板、１１Ｓ…被成膜面、１２…バッファー層、１２Ａ…第１バッファー層、１２Ｂ…第２バッファー層、１３…マンガン三スズ層、１４…反強磁性層、２０…成膜装置、２１…真空槽、２２…排気部、２３…ガス供給部、２４…第１カソード、２５…第２カソード、２６…ステージ、２７…ステージ駆動部、２８…バイアス電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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