(57)【要約】  Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして成膜対象に非晶質な磁性膜を形成すること（Ｓ１２）と、非晶質な磁性膜を加熱して、非晶質な磁性膜を結晶化させること（Ｓ１３）とを含む。結晶化させることは、非晶質な磁性膜を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして成膜対象に非晶質な磁性膜を形成することと、
前記非晶質な磁性膜を加熱して、前記非晶質な磁性膜を結晶化させることと、を含み、
前記結晶化させることは、前記非晶質な磁性膜を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱することを含む
磁性膜の形成方法。
【請求項２】
前記磁性膜を形成することは、Ｍｎ３Ｓｎを主成分とするターゲットをスパッタして、前記成膜対象に非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することを含む
請求項１に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項３】
前記非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することは、前記Ｍｎ３Ｓｎ膜を形成する成膜空間の圧力が０．９Ｐａ以上１．７Ｐａ以下であることを含む
請求項２に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項４】
前記非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することは、前記成膜対象の温度が１５０℃以下であることを含む
請求項２または３に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項５】
前記成膜対象の被成膜面は、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成された下地層によって構成される
請求項２から４のいずれか一項に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項６】
成膜対象に下地層を形成することと、
Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして、前記下地層に接する非晶質な磁性層を形成することと、
前記非晶質な磁性層を前記下地層とともに加熱して、前記非晶質な磁性層を結晶化させることと、を含み、
前記結晶化させることは、前記非晶質な磁性層を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱することを含む、
磁気記憶素子の製造方法。
【請求項７】
前記下地層を形成することは、５ｎｍ以上の厚さを有する前記下地層を形成することを含む
請求項６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、磁性膜の形成方法、および、磁性層を備える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、強磁性体から形成される磁性層を備えた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形成されるため、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は難しい。そこで、マンガン三スズ（Ｍｎ３Ｓｎ）などの反強磁性体から形成された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、上述した磁性層には、数十ｎｍから数百ｎｍ程度の薄さであることが求められる。しかしながら、こうした薄さの磁性層を形成するための方法は未だ確立されていない。なお、こうした課題は、磁性層がＭｎ３Ｓｎから形成される場合に限らず、マンガン三ゲルマニウム（Ｍｎ３Ｇｅ）、または、マンガン鉄ゲルマニウム（（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅ）などの反強磁性体製の薄膜を形成する場合にも共通している。【０００５】
本発明は、反強磁性体製の薄膜を形成することを可能とした磁性膜の形成方法、および、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】
一実施形態による磁性膜の形成方法は、Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして成膜対象に非晶質な磁性膜を形成することと、前記非晶質な磁性膜を加熱して、前記非晶質な磁性膜を結晶化させることと、を含む。前記結晶化させることは、前記非晶質な磁性膜を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱することを含む。【０００７】
一実施形態による磁気記録素子の製造方法は、成膜対象に下地層を形成することと、Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして、前記下地層に接する非晶質な磁性膜を形成することと、前記非晶質な磁性膜を前記下地層とともに加熱して、前記非晶質な磁性膜を結晶化させることと、を含む。前記結晶化させることは、前記非晶質な磁性膜を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱することを含む。【０００８】
上記各構成によれば、結晶化した反強磁性体製の薄膜を形成することができる。
上記磁性膜の形成方法において、前記磁性膜を形成することは、Ｍｎ３Ｓｎを主成分とするターゲットをスパッタして、前記成膜対象に非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することを含んでもよい。上記構成によれば、結晶化したＭｎ３Ｓｎの薄膜を形成することができる。【０００９】
上記磁性膜の形成方法において、前記非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することは、前記Ｍｎ３Ｓｎ膜を形成する成膜空間の圧力が０．９Ｐａ以上１．７Ｐａ以下であることを含んでもよい。上記構成によれば、成膜対象に形成されたＭｎ３Ｓｎ膜の組成が、化学量論比からずれることが抑えられる。【００１０】
上記磁性膜の形成方法において、前記非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜を形成することは、前記成膜対象の温度が１５０℃以下であることを含んでもよい。上記構成によれば、非晶質なＭｎ３Ｓｎ膜の形成時に、Ｓｎが成膜対象の熱を受けて蒸発することによって、Ｍｎ３Ｓｎ膜の組成が化学量論比からずれることが抑えられる。【００１１】
上記磁性膜の形成方法において、前記成膜対象の被成膜面は、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成された下地層によって構成されてもよい。上記構成によれば、被成膜面を形成する材料が、Ｍｎ３Ｓｎと格子定数のずれが小さい金属であるため、下地層が形成される対象における自由度を高めることができる。【００１２】
上記磁気記憶素子の製造方法において、前記下地層を形成することは、５ｎｍ以上の厚さを有する前記下地層を形成することを含んでもよい。
上記構成によれば、基板を形成する材料に関わらず、磁性膜の結晶性をより確実に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】磁気記憶素子の製造方法の一実施形態によって形成される磁気記憶素子の一例における構造を模式的に示す断面図。
【図２】磁気記憶素子の製造方法における一部が実施されるスパッタ装置の構成を示すブロック図。
【図３】磁気記憶素子の製造方法を説明するためのフローチャート。
【図４】試験例１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５】試験例２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６】試験例３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７】試験例４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８】試験例５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】試験例１２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１０】試験例１３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１１】試験例１４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１２】試験例１５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１３】試験例１６において得られた磁場とホール抵抗との関係を示すグラフ。
【図１４】試験例１７において得られた磁場とホール抵抗との関係を示すグラフ。
【図１５】試験例１８において得られた磁場とホール抵抗との関係を示すグラフ。
【図１６】試験例１９において得られた磁場とホール抵抗との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１から図１６を参照して、磁性膜の形成方法、および、磁気記憶素子の製造方法の一実施形態を説明する。以下では、磁気記憶素子の構成、磁性膜を形成する工程が実施されるスパッタ装置の構成、磁性膜の形成方法を含む磁気記憶素子の製造方法、および、実施例を順に説明する。
【００１５】
［磁気記憶素子の構成］
図１を参照して、磁気記憶素子の構成を説明する。
図１が示すように、磁気記憶素子１０は、基板１１と、磁性膜の一例である磁性層１２とを備えている。基板１１は、単層構造でもよいし、多層構造でもよい。単層構造の基板１１には、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から形成された基板を挙げることができる。多層構造の基板１１には、例えばケイ素（Ｓｉ）から形成されたＳｉ層と、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成されたＳｉＯ２層とを備える基板を挙げることができる。ＳｉＯ２層が、磁性層１２が形成される被成膜面を含む。
【００１６】
磁性層１２は、マンガン三スズ（Ｍｎ３Ｓｎ）、マンガン三ゲルマニウム（Ｍｎ３Ｇｅ）、および、マンガン鉄ゲルマニウム（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つから形成されている。磁性層１２は、結晶化された層である。磁性層１２は、Ｍｎ３Ｓｎから形成されることが好ましい。
【００１７】
磁気記憶素子１０は、基板１１と磁性層１２との間に位置する下地層１３を備えてもよいが、下地層１３を備えなくてもよい。下地層１３は、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、および、金（Ａｕ）から構成される群から選択されるいずれか１つから形成されている。磁気記憶素子１０は、基板１１の被成膜面がＳｉＯ２から形成される場合に、下地層１３を備えることが好ましい。
【００１８】
磁気記憶素子１０は、さらに上部電極層１４を備えてもよい。上部電極層１４は、下地層１３と同様、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成されている。
【００１９】
［スパッタ装置の構成］
図２を参照して、スパッタ装置の構成の一例を説明する。以下に説明するスパッタ装置では、磁気記憶素子の製造方法における一部が実施される。
【００２０】
図２が示すように、スパッタ装置２０は真空槽２１を備え、真空槽２１は、基板１１を収容する空間を区画している。真空槽２１には排気部２２が接続され、排気部２２は、真空槽２１内を所定の圧力まで減圧する。排気部２２は、例えば真空ポンプおよびバルブを含んでいる。
【００２１】
真空槽２１の内周面には、第１カソード２３および第２カソード２４が固定されている。第１カソード２３は、磁性層１２を形成するためのカソードであり、第２カソード２４は、下地層１３および上部電極層１４の少なくとも一方を形成するためのカソードである。
【００２２】
第１カソード２３は、第１ターゲット２３Ｔおよび第１バッキングプレート２３Ｂを備えている。第１ターゲット２３Ｔは、Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットである。各マンガン化合物は、第１ターゲット２３Ｔにおいて９５質量％以上含まれている。第１バッキングプレート２３Ｂは金属製であり、第１バッキングプレート２３Ｂに第１ターゲット２３Ｔが固定されている。
【００２３】
第２カソード２４は、第２ターゲット２４Ｔおよび第２バッキングプレート２４Ｂを備えている。第２ターゲット２４Ｔは、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットである。各金属は、第２ターゲット２４Ｔにおいて９５質量％以上含まれている。
【００２４】
第１ターゲット２３Ｔおよび第２ターゲット２４Ｔの各々には、各ターゲット２３Ｔ，２４Ｔが固定されたバッキングプレート２３Ｂ，２４Ｂを介して、直流電源２５が接続されている。
【００２５】
スパッタ装置２０は、基板１１を支持する支持部２６をさらに備えている。支持部２６は、第１ターゲット２３Ｔと第２ターゲット２４Ｔとが並ぶ方向において、第１ターゲット２３Ｔと第２ターゲット２４Ｔとの間に位置している。支持部２６は、基板１１を第１ターゲット２３Ｔおよび第２ターゲット２４Ｔの各々と対向させることが可能に構成されている。支持部２６は、基板１１と第１ターゲット２３Ｔとを第１のタイミングで対向させ、かつ、基板１１と第２ターゲット２４Ｔとを第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで対向させる。
【００２６】
支持部２６には、支持部２６を回転させる回転部２７が接続されている。回転部２７は、回転軸を中心として支持部２６を回転させる。なお、支持部２６は回転軸に沿って延びる形状を有し、かつ、回転軸は、第１ターゲット２３Ｔと第２ターゲット２４Ｔとが並ぶ方向に対して直交する。回転部２７は、回転軸を中心として支持部２６を回転させることによって、支持部２６が支持する基板１１を第１ターゲット２３Ｔと対向させる。あるいは、回転部２７は、回転軸を中心として支持部２６を回転させることによって、支持部２６が支持する基板１１を第２ターゲット２４Ｔと対向させる。
【００２７】
真空槽２１にはプロセスガス供給部２８が接続され、プロセスガス供給部２８は、真空槽２１が区画する空間内にプロセスガスを供給する。プロセスガス供給部２８は、真空槽２１の外部に設置されたボンベに接続したマスフローコントローラーである。プロセスガスには、例えばアルゴンなどの希ガスを挙げることができる。
【００２８】
スパッタ装置２０では、まず、支持部２６に基板１１が設置される。次いで、排気部２２によって排気された真空槽２１に、プロセスガス供給部２８が所定の流量でプロセスガスを供給することによって、真空槽２１の内部が所定の圧力に調整される。そして、基板１１が第２ターゲット２４Ｔと対向する状態で、直流電源２５が、第２バッキングプレート２４Ｂに電圧を印加する。これにより、第２ターゲット２４Ｔの被スパッタ面がスパッタされることによって、下地層１３が基板１１に形成される。一方で、基板１１が第１ターゲット２３Ｔと対向する状態で、直流電源２５が、第１バッキングプレート２３Ｂに電圧を印加する。これにより、第１ターゲット２３Ｔの被スパッタ面がスパッタされることによって、磁性層１２が下地層１３上に形成される。
【００２９】
［磁気記憶素子の製造方法］
図３を参照して、磁気記憶素子１０の製造方法を説明する。なお、磁気記憶素子１０の製造方法は、磁性層１２の形成方法を含んでいる。以下では、磁気記憶素子１０が下地層１３を備える場合の製造方法を磁気記憶素子１０の製造方法の一例として説明する。
【００３０】
磁気記憶素子１０の製造方法は、成膜対象の一例である基板１１に下地層１３を形成すること、非晶質な磁性層１２を形成すること、および、非晶質な磁性層１２を結晶化させることを含む。非晶質な磁性層１２を形成することは、Ｍｎ３Ｓｎ、Ｍｎ３Ｇｅ、および、（Ｍｎ１−ｘＦｅｘ）Ｇｅから構成される群から選択されるいずれか１つを主成分とするターゲットをスパッタして、下地層１３に接する非晶質な磁性層１２を形成することを含む。非晶質な磁性層１２を結晶化させることは、非晶質な磁性層１２を下地層１３とともに加熱することを含む。この場合、磁性層１２を２２５℃以上４００℃以下の温度に加熱する。以下、図３を参照して、磁気記憶素子１０の製造方法をより詳しく説明する。
【００３１】
図３が示すように、磁気記憶素子１０の製造方法は、下地層形成工程（ステップＳ１１）、磁性層形成工程（ステップＳ１２）、および、アニール工程（ステップＳ１３）を含んでいる。
【００３２】
下地層形成工程では、基板１１に下地層１３を形成する。下地層形成工程では、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成される下地層１３を基板１１に形成する。下地層１３の厚さは、数ｎｍから数十ｎｍであり、５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３３】
なお、下地層形成工程に続く磁性層形成工程、および、アニール工程は、磁性膜の形成方法を構成する。磁性膜の形成工程における成膜対象の一例は、基板１１と下地層１３とを含む。そのため、下地層形成工程後の磁性膜の形成方法において、成膜対象の被成膜面は、Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成される下地層１３によって構成されている。
【００３４】
これにより、被成膜面の一例である下地層１３が、Ｍｎ３Ｓｎとの格子定数のずれが小さい金属によって形成されているため、Ｍｎ３Ｓｎ膜の結晶性を高めることができる。下地層１３が上述した群から選択されるいずれかの金属で形成される場合には、基板１１がＳｉ層とＳｉＯ２層とから構成される場合であっても、Ｍｎ３Ｓｎ層の結晶性を高めることができる。
【００３５】
磁性層形成工程では、下地層１３上に磁性層１２を形成する。磁性層１２の厚さは、例えば数十ｎｍ以上数百ｎｍ以下である。磁性層形成工程では、Ｍｎ３Ｓｎを主成分とするターゲットをスパッタして、下地層１３に非晶質なＭｎ３Ｓｎ層を形成することが好ましい。非晶質なＭｎ３Ｓｎ層を形成することは、Ｍｎ３Ｓｎ層を形成する成膜空間の圧力が０．９Ｐａ以上１．７Ｐａ以下であることを含むことが好ましい。言い換えれば、磁性層形成工程において、Ｍｎ３Ｓｎ層を形成する場合には、スパッタ装置２０内の圧力が、０．９Ｐａ以上１．７Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、成膜対象に形成されたＭｎ３Ｓｎ層の組成が、化学量論比からずれることが抑えられる。
【００３６】
また、磁性層形成工程において非晶質なＭｎ３Ｓｎ層を形成する場合には、成膜対象の温度が１５０℃以下であることが好ましい。これにより、非晶質なＭｎ３Ｓｎ層の形成時に、Ｓｎが成膜対象の熱を受けて蒸発することによって、Ｍｎ３Ｓｎ層の組成が化学量論比からずれることが抑えられる。
【００３７】
アニール工程では、磁性層１２が２３０℃以上４００℃以下の温度に加熱される。上述したように、下地層１３および磁性層１２は、それぞれ数ｎｍから数百ｎｍ程度の厚さを有する。そのため、下地層１３および磁性層１２の温度は、アニール工程が行われる空間の温度と同一の温度であると見なすことができる。
【００３８】
アニール工程では、真空アニール炉を用いて磁性層１２をアニールすることができる。磁性層１２のアニールを行うとき、真空アニール炉内の圧力は、例えば、５×１０−３Ｐａ以上５×１０−２Ｐａ以下であることが好ましい。
【００３９】
［試験例］
図４から図１６を参照して、試験例を説明する。
［アニール温度］
［試験例１］
（１１１）配向を有する酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶基板を準備した。そして、下地層であるＲｕ層、磁性層であるＭｎ３Ｓｎ膜、および、上部電極層であるＲｕ層の各々を以下の条件で順に形成した。なお、下地層と上部電極層とは、同一の条件で形成した。なお、下地層および上部電極層の厚さを１０ｎｍに設定し、磁性膜の厚さを１００ｎｍに設定した。
【００４０】
［下地層／上部電極層］
・ターゲット電力    １００Ｗ
・成膜圧力          ０．２Ｐａ
・スパッタガス      アルゴン（Ａｒ）ガス
・スパッタガス流量  ３０ｓｃｃｍ
［磁性層］
・ターゲット電力    １００Ｗ
・成膜圧力          １．７Ｐａ
・スパッタガス      アルゴンガス
・スパッタガス流量  ４５ｓｃｃｍ
試験例１では得られた磁性層をアニールしなかった。これにより、試験例１の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（ＢＲＵＫＥＲＡＸＳ  Ｄ８  ＤＩＳＣＯＶＥＲ、ＢＲＵＫＥＲ社製）を用いて試験例１の磁気記憶素子を解析したところ、図４が示すスペクトルが得られた。
【００４１】
図４が示すように、２θが３６°から３８°までの間において、ＭｇＯに由来するピークが認められ、また、２θが４０°から４４°までの間において、Ｒｕに由来するピークが認められた。これに対して、Ｍｎ３Ｓｎに由来するピークは認められなかった。言い換えれば、アニールが行われなかったＭｎ３Ｓｎ層は、非晶質の状態であることが認められた。
【００４２】
［試験例２］
試験例１と同様の方法によって基板、下地層、磁性層、および、上部電極層から構成される多層体を得た後、以下の条件で磁性層をアニールすることによって、試験例２の磁気記憶素子を得た。
【００４３】
［アニール条件］
・圧力    ５×１０−３Ｐａ
・温度    ３００℃
・時間    ３０分
Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例２の磁気記憶素子を解析したところ、図５が示すスペクトルが得られた。
【００４４】
図５が示すように、試験例１と同様、ＭｇＯに由来するピークと、Ｒｕに由来するピークとが認められた。さらに、２θが３８°から４２°までの間において、Ｍｎ３Ｓｎに由来するピークが認められた。すなわち、試験例２のＭｎ３Ｓｎ層は、結晶化されていることが認められた。
【００４５】
［試験例３］
基板をＳｉ層とＳｉＯ２層との多層基板に変更し、かつ、アニールの温度を２００℃に変更した以外は、試験例２と同様の方法で試験例３の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例３の磁気記憶素子を解析したところ、図６が示すスペクトルが得られた。
【００４６】
図６が示すように、試験例３の磁気記憶素子から得られたスペクトルでは、いずれのピークも認められなかった。すなわち、試験例３のＭｎ３Ｓｎ層は、結晶化されていないことが認められた。
【００４７】
［試験例４］
アニールの温度を２２５℃に変更した以外は、試験例３と同様の方法で試験例４の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例４の磁気記憶素子を解析したところ、図７が示すスペクトルが得られた。
【００４８】
図７が示すように、２θが３８°から４０°までの間において、Ｍｎ３Ｓｎに由来するピークが認められ、また、４０°から４４°までの間において、Ｒｕに由来するピークが認められた。すなわち、試験例４のＭｎ３Ｓｎ層は、結晶化されていることが認められた。
【００４９】
［試験例５］
アニールの温度を４５０℃に変更した以外は、試験例３と同様の方法で試験例５の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例５の磁気記憶素子を解析したところ、図８が示すスペクトルが得られた。
【００５０】
図８が示すように、試験例５の磁気記憶素子から得られたスペクトルでは、Ｍｎ３Ｓｎに由来するピークはほとんど認められなかった。一方で、２θが４０°から４２°までの間において、ピークが認められた。このピークは、Ｍｎ３ＳｎとＲｕとの反応によって形成された化合物に由来するピークであると考えられる。
【００５１】
このように、試験例１から試験例５によれば、結晶化したＭｎ３Ｓｎ層を得る上では、アニールの温度が、２２５℃以上である必要があることが認められた。また、Ｍｎ３Ｓｎ層と、これに接する下地層や上部電極層との反応を抑える上では、アニール温度が、４５０℃よりも低い必要があることが認められた。
【００５２】
［成膜圧力］
成膜圧力を以下のように変更した以外は、試験例１と同様の方法で、試験例６から試験例１１の磁性膜を得た。試験例６では成膜圧力を０．１０Ｐａに設定し、試験例７では成膜圧力を０．１５Ｐａに設定し、試験例８では成膜圧力を０．２５Ｐａに設定した。また、試験例９では成膜圧力を０．５０Ｐａに設定し、試験例１０では成膜圧力を０．９０Ｐａに設定した。なお、試験例１１では、試験例１と同様、成膜圧力を１．７０Ｐａに設定した。また、磁性膜の形成に用いたＭｎ３Ｓｎターゲット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。これにより、Ｍｎ３Ｓｎターゲットにおいて、Ｍｎの原子数と、Ｓｎの原子数との比（Ｍｎ：Ｓｎ）は、３．１：１であることが認められた。
【００５３】
各試験例において得られた磁性膜の組成を、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（同上）を用いて解析した。解析結果は、以下の表１に示す通りであった。なお、以下では原子数比として、Ｓｎ原子の原子数を１とするときの原子数比を記載する。
【００５４】
【表１】
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表１が示すように、試験例６では原子数比が６．６７：１であり、試験例７では原子数比が６．６１：１であり、試験例８では原子数比が６．３６：１であることが認められた。また、試験例９では原子数比が５．０９：１であり、試験例１０では原子数比が３．８０：１であり、試験例１１では原子数比が３．５８：１であることが認められた。なお、電子線マクロアナライザーを用いて各試験例によって得られた磁性膜を解析しても、表１と同様の結果が得られた。
【００５５】
このように、磁性膜を形成するときには、成膜空間の圧力が、０．９０Ｐａ以上１．７０Ｐａ以下であるときに、基板上に形成された磁性膜の組成において化学量論比からずれが抑えられることが認められた。
【００５６】
［基板および下地層］
［試験例１２］
下地層であるＲｕ層を形成しない以外は、試験例２と同様の方法によって、試験例１２の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例１２の磁気記憶素子を解析したところ、図９が示すようなスペクトルが得られた。
【００５７】
図９が示すように、２θが３６°から３８°までの間において、ＭｇＯに由来するピークが認められ、また、２θが３８°から４２°までの間において、Ｍｎ３Ｓｎに由来するピークが認められた。すなわち、（１１１）配向を有したＭｇＯの単結晶基板上にＭｎ３Ｓｎ層を形成した場合には、下地層が存在しなくとも、結晶化したＭｎ３Ｓｎ層が得られることが認められた。
【００５８】
［試験例１３］
基板をＳｉ層とＳｉＯ２層との多層基板に変更した以外は、試験例１２と同様の方法で試験例１３の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例１３の磁気記憶素子を解析したところ、図１０が示すスペクトルが得られた。
【００５９】
図１０が示すように、２θが４０°から４４°までの間において、Ｒｕに由来するピークが認められた。また、２θが３６°から３８°までの間において、（０２０）配向のＭｎ３Ｓｎに由来するピークが認められ、また、２θが４０°の近傍において、（００２）配向のＭｎ３Ｓｎに由来するピークが認められた。ただし、これらピークの強度は、試験例１２において認められたＭｎ３Ｓｎのピークの強度に比べて、大幅に小さいことが認められた。このように、試験例１３では、Ｍｎ３Ｓｎの多結晶膜が形成されたことが認められた。
【００６０】
［試験例１４］
基板をＳｉ層とＳｉＯ２層との多層基板に変更し、下地層と上部電極層との厚さを５ｎｍに変更した以外は、試験例２と同様の方法で、試験例１４の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例１４の磁気記憶素子を解析したところ、図１１が示すスペクトルが得られた。
【００６１】
図１１が示すように、２θが４０°の近傍において、（００２）配向のＭｎ３Ｓｎに由来するピークが認められた。また、試験例１４において認められたピークの強度は、試験例１３において認められたピークの強度よりも大きいことが認められた。
【００６２】
［試験例１５］
下地層と上部電極層との厚さを１０ｎｍに変更した以外は、試験例１４と同様の方法によって試験例１５の磁気記憶素子を得た。Ｘ線回折装置（同上）を用いて試験例１５の磁気記憶素子を解析したところ、図１２が示すスペクトルが得られた。
【００６３】
図１２が示すように、２θが４０°の近傍において、（００２）配向のＭｎ３Ｓｎに由来するピークが認められた。また、試験例１５において認められたピークの強度は、試験例１４において認められたピークの強度よりも大幅に大きいことが認められた。
【００６４】
試験例１３から試験例１５の解析結果から、Ｓｉ層とＳｉＯ２層との多層基板を用いた場合には、（００２）配向の単結晶であるＭｎ３Ｓｎ層を得る上では、下地層の厚さが５ｎｍ以上であることが好ましく、また、１０ｎｍ以上であることがより好ましいことが認められた。言い換えれば、下地層の厚さが５ｎｍ以上であれば、単結晶のＭｎ３Ｓｎ層を形成する上で、基板を形成する材料の自由度が高められることが認められた。
【００６５】
［磁性膜の特性］
試験例１６から試験例１９では、試験例１３の磁気記憶素子において、異常ホール効果によるホール抵抗を測定した。各試験例において、磁性膜の表面と平行な一方向に電流を流し、磁性膜の表面に垂直な方向に磁場を印加した。また、各試験例では、磁気記憶素子が配置される環境の温度を互いに異なる温度に設定した。具体的には、試験例１６では環境の温度を１００Ｋに設定し、試験例１７では環境の温度を２００Ｋに設定し、試験例１８では環境の温度を３００Ｋに設定し、試験例１９では環境の温度を４００Ｋに設定した。
【００６６】
図１４および図１５が示すように、環境の温度が２００Ｋまたは３００Ｋである場合には、ホール抵抗が磁性膜に印加される磁場の変化に応じたヒステリシスを示すことが認められた。これに対して、図１３および図１６が示すように、環境の温度が１００Ｋまたは４００Ｋである場合には、ホール抵抗がヒステリシスを示さないことが認められた。
【００６７】
以上説明したように、磁性膜の形成方法、および、磁気記憶素子の製造方法の一実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）結晶化した反強磁性体製の薄膜を形成することができる。
【００６８】
（２）結晶化したＭｎ３Ｓｎの薄膜を形成することができる。
（３）成膜空間の圧力が０．９Ｐａ以上１．７Ｐａ以下に設定される場合には、Ｍｎ３Ｓｎ膜の組成が、化学量論比からずれることが抑えられる。
【００６９】
（４）非晶質なＭｎ３Ｓｎ層を形成するときに成膜対象の温度を１５０°以下に設定することによって、基板１１の熱を受けたＳｎの蒸発がＭｎ３Ｓｎ層の組成と化学量論比との間にずれを生じさせることが抑えられる。
【００７０】
（５）Ｔｉ、Ｒｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、および、Ａｕから構成される群から選択されるいずれか１つから形成された下地層１３によって、Ｍｎ３Ｓｎ層の結晶性を高めることができる。
【００７１】
（６）下地層１３の厚さが５ｎｍ以上である場合には、基板１１を形成する材料に関わらず、磁性層１２の結晶性をより確実に高めることができる。
なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
【００７２】
［下地層］
・下地層１３の厚さは５ｎｍ未満であってもよい。下地層１３の厚さが５ｎｍ未満であっても、基板１１を形成する材料の自由度を高める効果は、少なからず得ることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…磁気記憶素子、１１…基板、１２…磁性層、１３…下地層、１４…上部電極層、２０…スパッタ装置、２１…真空槽、２２…排気部、２３…第１カソード、２３Ｂ…第１バッキングプレート、２３Ｔ…第１ターゲット、２４…第２カソード、２４Ｂ…第２バッキングプレート、２４Ｔ…第２ターゲット、２５…直流電源、２６…支持部、２７…回転部、２８…プロセスガス供給部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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