(57)【要約】  【課題】精密な膜厚制御を行うことが可能なＲｕ膜の形成方法及びトンネル磁気抵抗効果多層膜を提供する。  【解決手段】本発明は、基板２０上にトンネル磁気抵抗効果多層膜を形成する場合において、一対の強磁性膜に挟まれる非磁性Ｒｕ膜をスパッタリング法によって形成する際、前記基板２０に所定のバイアス電位を与える工程を有するものである。この場合、スパッタリングの際、基板２０に対して所定の高周波電力を印加し、基板２０の電位が−２０〜−１００Ｖとなるように制御することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にトンネル磁気抵抗効果多層膜を形成する場合において、一対の強磁性膜に挟まれる非磁性Ｒｕ膜をスパッタリング法によって形成する際、前記基板に所定のバイアス電位を与える工程を有するＲｕ膜形成方法。
【請求項２】
スパッタリングの際、基板に対して所定の高周波電力を印加する請求項１記載のＲｕ膜形成方法。
【請求項３】
基板の電位が−２０〜−１００Ｖとなるようにバイアス電位を与える請求項１又は２のいずれか１項記載のＲｕ膜形成方法。
【請求項４】
一対の強磁性膜と、当該一対の強磁性膜の間に挟まれ請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法によって形成された非磁性Ｒｕ膜とからなる積層フェリ構造体を有するトンネル磁気抵抗効果多層膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネル磁気抵抗効果を用いた磁気記録用ハードディスク装置の読み出し用素子及びＭＲＡＭを作製する際に、スパッタリング法によってＲｕ膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル磁気抵抗効果多層膜は、磁気抵抗効果を発現させるために強磁性層（Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等）、反強磁性層（ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ等）、トンネル絶縁層（Ａｌ2Ｏ3）を用い、これらの材料から構成される非常に薄い膜（厚さ：１ｎｍ未満から数ｎｍ程度）を積層することによって作製するものである。
【０００３】
このトンネル磁気抵抗効果多層膜においては、積層フェリ構造体（強磁性層／非磁性中間層（Ｒｕ膜）／強磁性層の３層構成で上部強磁性層と下部強磁性層が互いに反強磁性結合した状態）と呼ばれる強磁性層が用いられる。
【０００４】
積層フェリ構造体の非磁性中間層に用いられるＲｕ膜は０．１ｎｍ以下程度の膜厚制御を必要とし、この膜厚制御ができなければトンネル磁気抵抗効果を高効率で安定して発現させることができない。
【０００５】
従来、このようなＲｕ膜はスパッタリング法によって成膜されているが（例えば、特許文献１、２参照）、精密な膜厚制御を行うことは困難で、その改善が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−３０８４１３号公報
【特許文献２】特開２００４−８７８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、精密な膜厚制御を行うことが可能なＲｕ膜の形成方法及びトンネル磁気抵抗効果多層膜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】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、基板上にトンネル磁気抵抗効果多層膜を形成する場合において、一対の強磁性膜に挟まれる非磁性Ｒｕ膜をスパッタリング法によって形成する際、前記基板に所定のバイアス電位を与える工程を有するＲｕ膜形成方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、スパッタリングの際、基板に対して所定の高周波電力を印加するものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、基板の電位が−２０〜−１００Ｖとなるようにバイアス電位を与えるものである。
請求項４記載の発明は、一対の強磁性膜と、当該一対の強磁性膜の間に挟まれ上述の方法によって形成された非磁性Ｒｕ膜とからなる積層フェリ構造体を有するトンネル磁気抵抗効果多層膜である。
【０００８】
本発明の場合、スパッタリングの際基板に所定のバイアス電位を与えることによって、成膜中にＲｕ原子が規則正しく並んで成長し、これによりＲｕ膜の結晶配向性が改善される。
【０００９】
この理由は、成膜中にＲｕ原子が規則正しく並んで成長することにより、膜の密度がバルクに近くなり物質本来の物性が発現すること、膜同士の界面の質が均一化すること、Ｒｕ原子が規則正しく並ぶことで凹凸がなくなる（平坦化する）ことが考えられる。
【００１０】
そして、本発明によれば、精密な膜厚制御を行うことが可能になるので、トンネル磁気抵抗効果を高効率で安定して発現させることができ、例えばＴＭＲ膜成膜に基づきＭＲＡＭ素子を作製した場合に、素子特性の向上と安定化を実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｒｕ膜の結晶配向性が改善して精密な膜厚制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。  
図１は、本発明が適用されるマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す全体図である。
図１に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１にあっては、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有している。
【００１３】
この真空槽２は、ガス導入系３を介して例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入するように構成されており、この真空槽２内の下部には処理対象物である基板２０が載置されるようになっている。
【００１４】
ここで、基板２０は、真空槽２の外部に設けられたマッチングボックス４を介して高周波電源５に接続され、スパッタリングの際に後述する高周波電力が印加されるようになっている。
さらに、この基板２０は、高周波ノイズカットフィルターを内蔵した電位測定器６に接続されている。
【００１５】
一方、真空槽２内の上部には、マグネトロンカソード７が設けられている。このマグネトロンカソード７には、バッキングプレート８に取り付けられたターゲット３０が配置され、またバッキングプレート８の近傍にはマグネット９が設けられている。
【００１６】
このターゲット３０は、真空槽２の外部に設けられた直流電源１０に接続され、スパッタリングの際に所定の直流電圧が印加されるようになっている。
【００１７】
図２は、本発明が適用されるトンネル磁気抵抗効果多層膜の構成を示す断面図である。
図２に示すように、このトンネル磁気抵抗効果多層膜は、いわゆるボトム型のスピンバルブ膜であり、積層フェリ構造が適用されているものである。
【００１８】
このスピンバルブ膜１１は、例えばシリコン又はアルチック（アルミナ−酸化チタン）からなる基板１２上に、下地層（Ｔａ等）１３、反強磁性層（ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ等）１４、後述する強磁性層１５、トンネル絶縁層（Ａｌ2Ｏ3）１６、強磁性層（Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等）１７、保護層１８が、順次積層されて構成されている。
【００１９】
ここで、強磁性層１５は、例えばＣｏＦｅからなる第１及び第２の強磁性層２１、２２間に、非磁性中間層であるＲｕ膜２３を介在させた積層フェリ構造を有している。
【００２０】
本発明において、第１の強磁性層２１上にＲｕ膜２３を形成するには、図１に示すスパッタリング装置を用い、真空排気を行いながら真空槽２内に例えばＡｒガスを導入して内部圧力を５×１０-1〜２×１０-2Ｐａ程度に保持し、その状態でマグネトロンスパッタリングを行う。
【００２１】
そして、このスパッタリングの際、高周波電源５からマッチングボックス４を介して基板２０に高周波電力を供給する。
【００２２】
本発明の場合、特に限定されることはないが、膜の結晶配向性改善及び低抵抗化の観点からは、基板２０に対して例えば周波数１３．５６ＭＨｚ、電力５〜５０Ｗの高周波電力を供給することが好ましい。
そして、これにより、基板２０のＤＣ電位が−２０Ｖ〜−１００Ｖ、より好ましくは、−５０Ｖ〜−１００Ｖとなるように制御する。
【００２３】
以上説明した本実施の形態によれば、スパッタリングの際基板２０にＲＦバイアス電力を印加して基板２０のＤＣ電位を−２０Ｖ〜−１００Ｖとなるように制御することによって、Ｒｕ膜の結晶配向性が改善され、精密な膜厚制御を行うことが可能になる（例えば、図３及び図４参照）。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
図１に示すマグネトロンスパッタリング装置を用い、基板に対して所定のＲＦバイアス電力（周波数１３．５６ＭＨｚ、電力５〜５０Ｗ）を印加し、基板上におけるＤＣバイアス電位を制御しながらＲｕ膜のスパッタリングを行った。
また、比較のため、基板に対してバイアス電力を印加せずにＲｕ膜のスパッタリングを行った。
なお、本例の場合、膜厚は１０ｎｍとした。
【００２５】
図３は、このようにして得られた実施例及び比較例の膜の結晶配向性をＸ線回折法により測定した結果を示すグラフ、図４は、実施例及び比較例の膜のシート抵抗を示すグラフである。
【００２６】
図３に示すように、基板に対してバイアス電位を付与しないで成膜した比較例１に比べ、バイアス電位を−５０Ｖ〜−１００Ｖ付与した実施例１、２では、膜の回折強度が増加しており、明らかなＲｕ膜の結晶配向性改善が見られる。
【００２７】
また、図４に示すように、実施例１、２の膜のシート抵抗については、バイアス電位を−５０Ｖ〜−１００Ｖ付与することでＲｕ膜のシート抵抗が減少しており、膜質が改善されたことが理解される。
【００２８】
一方、バイアス電位を−１５０Ｖまで増加させた比較例２については、Ｘ線回折強度の点からは結晶性の改善が観察できるが、図４に示すように、シート抵抗が増加しており、バイアス付与の条件としては大きすぎると考えられる。
【００２９】
また、バイアス電位を−１７０Ｖまで増加させた比較例３については、膜の回折強度が増加せず、Ｒｕ膜の結晶配向性改善が見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明が適用されるマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す全体図
【図２】本発明が適用されるトンネル磁気抵抗効果多層膜の構成を示す断面図
【図３】実施例及び比較例の膜の結晶配向性をＸ線回折法により測定した結果を示すグラフ
【図４】実施例及び比較例の膜のシート抵抗を示すグラフ
【符号の説明】
【００３１】
１…マグネトロンスパッタリング装置  ２…真空槽  ４…基板  ５…高周波電源  ９…マグネット  １５…強磁性層  ２０…基板  ２１…第１の強磁性層  ２２…第２の強磁性層  ３０…ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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