(57)【要約】【課題】磁気特性のばらつきを低減しうる磁気トンネル接合素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、ＭｎＧａ層を真空成膜法により成膜する工程と、前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出する工程と、前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整し、さらにＭｎＧａ層を成膜する工程と、を有する磁気トンネル接合素子の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｎＧａ層を真空成膜法により成膜する工程と
前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出する工程と、
前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整し、さらにＭｎＧａ層を成膜する工程と、
を有する磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項２】
前記真空成膜法がスパッタリングである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記調整する成膜条件がスパッタ出力である請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記調整する成膜条件がガス圧力である請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ＭｎＧａ層の組成変化を検出する工程が、Ｘ線光電子分光法による測定である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ＭｎＧａ層の磁気特性変化を検出する工程が、磁気光学カー効果測定である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
ＭｎＧａ層の成膜手段と、
ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化の検出手段と、
前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整する調整手段と、
を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法を実施するための製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気トンネル接合素子の製造方法および製造装置に関する。より詳細には、磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）に用いる磁気トンネル接合素子の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速読み書き、大容量、低消費電力動作も可能な次世代の固体不揮発メモリとして、強磁性体の磁気抵抗効果を利用したＭＲＡＭが注目されている。特に、強磁性トンネル接合を有する磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）は、磁気抵抗変化率が大きいことから注目を集めている。
【０００３】
強磁性トンネル接合は、磁化方向が可変な記憶層、絶縁体層、および特定の磁化方向を維持する固定層との三層積層構造が基本構成となる。この強磁性トンネル接合に電流を流すと、絶縁体層をトンネルして電流が流れる。このとき、接合部の抵抗は、記憶層と固定層の磁化方向の相対角により変化し、磁化方向が平行のとき極小値を、反平行のとき極大値をとる。この抵抗変化はトンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ）効果として知られている。一つの記憶セルとして強磁性トンネル接合を有する磁気抵抗素子を用いる場合には、記憶層と固定層との磁化方向の平行、反平行状態（すなわち抵抗の極小、極大）を二進情報の“０”または“１”に対応づけることにより、情報を記憶することができる。
【０００４】
また、磁気トンネル接合素子への書き込み方式としてはスピン角運動量移動を用いたスピン注入書き込み方式が提案されている。この方式は、ＭＴＪ素子にスピン偏極電流を流して記憶層の磁化方向を反転させるものである。この方式を利用すれば、ＭＴＪ素子の記憶セルサイズを微細化することで電流密度が増える。このため、容易に磁性体の磁化反転を実現でき、高密度、低消費電力の磁気抵抗素子を構成することが可能である。
【０００５】
さらに、ＭＴＪ素子の絶縁体層として、ＭｇＯを用いることで、非常に高い磁気抵抗比が得られることが理論的に示され、近年注目を集めている。ＭｇＯを結晶化させることにより、強磁性層から特定の波数を持った電子のみを選択的にトンネル伝導させうる。このとき、特定の結晶方位でスピン分極率が大きな値を示すことから、巨大な磁気抵抗効果が発現する。したがって、ＭＴＪ素子の磁気抵抗効果を大きくすることが、ＭＲＡＭの高密度化、低消費電力化に直結する。
【０００６】
ＭｇＯ層を形成するには、従来、スパッタリングが好適に用いられている（例えば、下記特許文献１）。特許文献１では、スパッタリングターゲットとしてＭｎＧａ合金およびＭｎのターゲットを用いて、コスパッタリングによりＭＴＪ素子を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＴＪ素子の記憶層または固定層として用いうる強磁性層としては、Ｌ１０構造となる組成のＭｎＧａを用いることが注目されている。ＭｎＧａは、スピン注入型（ＳＴＴ）のＭＴＪ素子に用いてＳＴＴ−ＭＲＡＭを形成することが検討されている。製造工程の簡便さの点からは、ＭｇＯ層と同様にＭｎＧａ層もスパッタリングにより積層することが好ましい。しかしながら、本発明者の検討により、ＭｎＧａ層は、成膜しているうちに、磁気特性が変化し素子の特性にばらつきが生じることが分かった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、成膜途中のＭｎＧａの磁気特性の変化を防止し、素子の特性のばらつきを低減しうる磁気トンネル接合素子の製造方法およびそのための製造装置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】
【００１０】
本発明者らは、上記の問題点を解決すべく鋭意研究を行った結果、下記の製造方法によれば、素子の特性のばらつきが低減されたＭＴＪ素子が得られることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、
ＭｎＧａ層を真空成膜法により成膜する工程と
成膜したＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出する工程と、
前記検出した結果により、前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整し、さらにＭｎＧａ層を成膜する工程と、
を有する磁気トンネル接合素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気トンネル接合素子の製造方法は、成膜中のＭｎＧａ層の磁気特性変化または組成変化を検出し、それらの変化を補償することにより、ＭｎＧａ層の磁気特性変化および素子の特性のばらつきを低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｍｎ６３Ｇａ３７層の磁気光学カー効果測定の結果を示すグラフである。
【図２】Ｍｎ５７Ｇａ４３層の磁気光学カー効果測定の結果を示すグラフである。
【図３】本発明の製造装置の一例を示す模式図である。
【図４】図３の製造装置のスパッタ室を模式的に示した概略断面図である。
【図５】図３の製造装置の測定室を模式的に示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）は、典型的には、下地層、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層を順に備える。本発明は、特に第１磁性層および／または第２磁性層として用いられる、ＭｎＧａ層の成膜に伴う上記の問題点を解決するものである。以下、各工程に分けて本発明を説明する。
【００１５】
＜ＭｎＧａ層の成膜工程＞
本発明のＭＴＪ素子の製造方法は、ＭｎＧａ層を真空成膜法により成膜する工程を実施する。ＭｎＧａ合金には以下のような性質があり、ＭＲＡＭの強磁性層に用いる材料として注目されている。すなわち、ＭｎＧａはＭｎの組成比が５０ａｔ％で強磁性体となり、膜面に垂直方向の磁化容易軸を有し得る。また、高スピン分極率を有するため、大きな磁気抵抗比を得ることが可能である。また、ＭｎＧａは磁気摩擦定数が小さく、磁化反転に必要なエネルギーが少なくて済み、磁化反転のための電流密度を大幅に低減できる。磁化反転しやすいことから、ＭｎＧａ層はＭＴＪ素子の記憶層に好適であるが、第２磁性層の材料との組み合わせによって、固定層として用いることもできる。
【００１６】
さらに、ＭｎＧａ層は、Ｌ１０構造またはＤ０２２構造であれば、２０Ｍｅｒｇ／ｃｍ３以上の高垂直磁気異方性（Ｋｕ）、約８００程度の調整可能な飽和磁化（Ｍｓ）、７１％の高スピン分極率（Ｐ）、０．０００３という非常に低いダンピング定数（α）を有することが理論的に予測されている。これらの特質は、高集積ＳＴＴ−ＭＲＡＭ向けのＭＴＪ素子に最適な特性である。
【００１７】
しかしながら、ＭｎＧａ合金は、その組成の変化や歪みによる磁気特性の劣化が非常に顕著である。したがって、成膜の際は、その組成比が好ましくはＭｎｘＧａ１００−ｘ、４３≦ｘ＜７５ａｔ％、より好ましくは４３≦ｘ＜６４ａｔ％となるように成膜条件を調整する必要がある。本発明者は、スパッタリング等でのＭｎＧａの成膜中にＭｎが抜け、ＭｎＧａ層の組成が、Ｍｎの比率が少なくなる方向に変化することを見出した。その組成変化のために、ＭＴＪ素子の磁気特性のばらつきが生じていることが分かった。したがって本発明では、後述するように組成の変化を検出し、補償するように成膜条件の調整を行う。上記の組成範囲は、Ｌ１０構造の組成範囲は４３≦ｘ＜６４ａｔ％であり、Ｄ０２２構造の組成範囲は６７≦ｘ＜７５ａｔ％である。
【００１８】
真空成膜する方法には特に制限はなく、従来の成膜方法を使用できる。例えば、スパッタリング、分子線エピタキシー法、原子層堆積法、パルスレーザデポジション、イオンビームデポジション、クラスターイオンビーム、イオンプレーティング法等の物理気相成長法、化学気相成長法を挙げることができる。
【００１９】
好ましい一実施形態としては、成膜方法はスパッタリングである。スパッタリングは低コストでかつ迅速に製造可能であることから、特に好ましい。スパッタリングの手法は特に制限はなく、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、電子サイクロトン共鳴スパッタリング、ヘリコンスパッタリング、誘導結合プラズマスパッタリングなどの各種スパッタリング法を用いうる。このうち、成膜の再現性に優れていることから、特にマグネトロンスパッタが好ましい。
【００２０】
スパッタリングターゲットとしては、Ｍｎ６０Ｇａ４０〜Ｍｎ４０Ｇａ６０の組成のＭｎＧａ合金、より好ましくはＭｎ５５Ｇａ４５〜Ｍｎ４５Ｇａ５５、さらに好ましくはＭｎ５０Ｇａ５０の組成のＭｎＧａ合金ターゲットを用いることができる。スパッタ出力としては特に制限はないが、その最適な出力はターゲットサイズに依存し、ターゲットサイズが直径２インチの場合には、２０〜６０Ｗが好ましく、より好ましくは３０〜５０Ｗである。基板温度としては特に制限はないが、１００〜３００℃、より好ましくは１５０〜２５０℃である。Ａｒガス圧力としては特に制限はないが、０．０１〜２Ｐａが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２Ｐａである。
【００２１】
本実施形態では、成膜したＭｎＧａの組成変化を補償するため、ＭｎＧａ成膜に先立って、予め、使用する特定組成のＭｎＧａターゲットの積算使用時間に対する、ＭｎＧａ層の組成変化を取得しておく。加えて、当初のＭｎＧａターゲットと、当初使用したものよりもＭｎの組成比の高いＭｎＧａターゲットまたはＭｎターゲットを用いてコスパッタした場合の、それぞれのターゲットに対するスパッタ出力に対するＭｎＧａの組成変化を予め取得しておく。また、別の実施形態では、成膜したＭｎＧａの組成変化を補償するため、予めＡｒガス圧に対するＭｎＧａ層の組成変化を取得しておく。これらのデータは、後述するＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出した結果により、成膜条件を調整する際に用いることができる。
【００２２】
好ましい他の実施形態としては、成膜方法は分子線エピタキシー法である。分子線エピタキシー法では、超高真空中で、高純度の原料を蒸発させ、蒸発した原料は他の分子と衝突することなくビーム状に進行する。この分子線は下地となる基板結晶上で反応し、基板結晶と原子配列のそろった結晶を成長させることができる。シャッターを開閉することで簡単に原料の供給を制御でき、複数の原料を切り替えることもできるため、組成の制御が容易であるという利点がある。分子線エピタキシー法の場合にも、当初のＭｎＧａ原料供給源の積算供給時間に対するＭｎＧａ層の組成変化を取得しておく。加えて、蒸着源への印加出力に対する成膜速度のデータを取得しておく。これらのデータも、ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出した結果により、成膜条件を調整する際に用いることができる。
【００２３】
ＭｎＧａ層の厚さは、固定層であるか記憶層であるかで異なるが、通常１〜３０ｎｍが好ましく、より好ましくは５〜１０ｎｍである。固定層として用いる場合にはより厚い膜も使用することができ、好ましくは５〜２５ｎｍ、より好ましくは６〜１０ｎｍである。記憶層として用いる場合には、より薄い膜も使用することができ、１〜１５ｎｍが好ましく、より好ましくは２〜７ｎｍである。
【００２４】
ＭｎＧａ層は、成膜後、結晶配向性を向上させるために、アニーリングを行ってもよい。アニーリングの条件としては特に制限はないが、高真空雰囲気下、３００〜６００℃、１〜３０分ランプアニーリングを行うことができる。このようにして、膜面に垂直方向に磁化容易軸を有するＭｎＧａ層を形成することができる。
【００２５】
＜ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化の検出工程＞
上記のようにＭｎＧａ層を形成した後、本発明の製造方法では、ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出する工程を実施する。
【００２６】
一実施形態では、ＭｎＧａ層の組成変化を検出する工程は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）による測定である。ＸＰＳ測定は、試料表面にＸ線を照射し、光電効果により表面から放出された光電子の運動エネルギーを測定して、試料表面の元素組成に関する情報を得るものである。同時に、光電子のエネルギースペクトルを解析すれば物質表面に存在する元素の同定が可能であり、ピーク面積比を用いることにより元素を定量することができる。ＸＰＳ測定は高真空下で行われるため、ＭｎＧａ層を成膜した後に製造装置内でそのまま検出工程を実施できるため好適である。
【００２７】
予め所望の組成比のＭｎＧａ層のＸＰＳスペクトル及び基準となるＣｒバッファ層等のＸＰＳスペクトルを取得しておき、成膜後のＭｎＧａ層及びＣｒ層のＸＰＳスペクトルを取得して比較する。例えば、Ｃｒに対応するピークの強度に対してのＭｎ及びＧａに対応するピーク強度が、所定時間成膜後にどのように変化したかを調べることにより、成膜条件を調整することができる。
【００２８】
別の実施形態によれば、磁気特性変化を検出する工程は、磁気光学カー効果測定である。磁気光学カー効果測定は、試料に磁場を印加した状態で、試料表面に偏光子を通したレーザー光を照射し、反射光の偏光面を観測するものである。反射光の偏光面は、磁場のないときに比較して一定の角度だけ回転するため、磁場の大きさに対するこの角度変化を観測する。磁気光学カー効果測定も、真空中で行うことができるため、本発明の製造方法に好適である。
【００２９】
図１は、Ｍｎ６３Ｇａ３７層の磁気光学カー効果測定結果である、ヒステリシスループを示している。図１中には、成膜直後、３００℃でアニーリングした後、４００℃でアニーリングした後、および５００℃でアニーリングした後のヒステリシスループが示されている。図２は、図１とは組成の異なる、Ｍｎ５７Ｇａ４３層の磁気光学カー効果測定結果のヒステリシスループを示している。図２中には、図１と同様に、成膜直後、３００℃、４００℃、および５００℃でアニーリングした後のヒステリシスループが示されている。図１と図２とを対比すると分かるように、組成が異なると、どの段階においても互いに異なるヒステリシスループを示す。したがって、所望の組成のヒステリシスループを予め取得しておき、ＭｎＧａ層を成膜後、磁気光学カー効果測定を行った結果と比較すれば、組成変化に由来する磁気特性変化を検出することができる。具体的には、例えば、所定時間成膜後に得られたヒステリシスループの保磁力および角形性が、初期に取得したヒステリシスループから変化していた場合には、スパッタ成膜の場合はＭｎ組成が減少している可能性が高く、保磁力及び角形比の変化を補償する程度にＭｎ組成を増大させる方向に、成膜条件の調整をすることができる。
【００３０】
また、本発明者の検討によれば、ＭｎＧａ層は真空成膜の途中で徐々に膜組成が変化するため、ＭＴＪ素子に好適な厚さのＭｎＧａ層を成膜する毎に組成変化等を検出する工程を実施する必要はない。上記ＭｎＧａ層の成膜工程で説明したように、予め取得した、当初のＭｎＧａターゲットの積算使用時間に対するＭｎＧａ層の組成変化のデータに基づいて、所定の積算使用時間毎に上記の検出工程を実施すればよい。
【００３１】
＜成膜条件の調整および成膜工程＞
上記のようにＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を検出した後、その結果により、ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整し、ＭｎＧａ層を再度成膜する工程を実施する。
【００３２】
一実施形態では、真空成膜法はスパッタリングであり、調整する成膜条件は、コスパッタリングにおける、異なるターゲットに印加するスパッタ出力である。ＭｎＧａ層は、ＭｎＧａ合金ターゲットを用いてスパッタリングを継続していると、徐々にＭｎが抜けて、Ｍｎ組成の低いＭｎＧａ層に変化する。そのため、ターゲットは、当初使用したＭｎＧａ合金の他に、よりＭｎ組成の高いターゲットまたはＭｎのターゲットを用意する。すなわち、コスパッタリングのターゲットとしては、Ｍｎ５０Ｇａ５０〜Ｍｎ４５Ｇａ５５の組成のＭｎＧａ合金、および、これよりもＭｎ組成の多いＭｎ６０Ｇａ４０〜Ｍｎ１００Ｇａ０の組成のＭｎＧａ合金のターゲットを用いることが好ましい。上記したように、それぞれのターゲットのスパッタ出力に対して、成膜したＭｎＧａ層の組成変化のデータを予め取得しておくことが好ましい。
【００３３】
スパッタ出力は、予め取得したデータに基づき、検出されたＭｎＧａの組成変化を補償するように決定される。より詳細には、ＭｎＧａ層は成膜の過程で徐々にＭｎ組成が減少するため、Ｍｎ組成の多いターゲットまたはＭｎのターゲットをより大きい出力で、当初のターゲットをより小さい出力で、コスパッタする。具体的な出力範囲は装置に依存するため規定できないが、例えば、その最適な出力はターゲットサイズに依存し、ターゲットサイズが直径２インチの場合には、当初のターゲットは２０〜６０Ｗが好ましく、Ｍｎ組成の多いターゲットは１０〜６０Ｗでコスパッタすることができる。
【００３４】
別の実施形態では、真空成膜方法は、単一のターゲットを用いたスパッタリングであり、調整する成膜条件は、Ａｒ等のガス圧力である。本発明者の検討によれば、スパッタ条件のうち、成膜時のガス圧（Ａｒガス圧）は、成膜されたＭｎＧａ組成に与える影響が大きいことが分かった。そのため、ガス圧力を制御することにより、Ｍｎ組成の大きい別のターゲットを用意してコスパッタを行わなくとも、１個のターゲットでＭｎＧａ層の組成変化を補償する調整が可能となる。例えば、Ｍｎ０．５Ｇａ０．５のターゲット組成で、Ａｒガス圧を０．１Ｐａとすると、Ｍｎ組成がターゲットより大きい、例えばＭｎ０．５５Ｇａ０．４５といった膜組成となる。一方、Ａｒガス圧を１．０Ｐａとすると、Ｍｎ組成がターゲットと同程度か少し小さい、例えばＭｎ０．４９Ｇａ０．５１といった膜組成となる。したがって、上記したように、ガス圧力に対するＭｎＧａ層の組成変化のデータを予め取得しておき、検出された組成変化または磁気特性変化を補償する方向にガス圧力を調整し、さらにＭｎＧａ層を成膜する。具体的には、ＭｎＧａ層は徐々にＭｎ組成が低くなるため、ガス圧力を減少させる方向に調整する。好ましいガス圧力は、この範囲に限定はされないが、０．０１〜２Ｐａである。
【００３５】
＜その他の工程＞
ＭＴＪ素子は、典型的には、バッファ層、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層を備える。上記したＭｎＧａ層は、第１磁性層および／または第２磁性層として用いられる。したがって、本発明のＭＴＪ素子の製造方法は、ＭｎＧａ層以外の層を形成する工程を含み得る。
【００３６】
ＭｎＧａ以外の層を形成する場合には、材料が異なる他は上記のＭｎＧａの成膜工程と同様にして、形成することができる。
【００３７】
バッファ層としては、（００１）配向した正方晶構造または立方晶構造を有し、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕの群から選択される少なくとも１つの元素を含む層が挙げられる。その他には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物の層、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む窒化物の層、ＡＢＯ３からなる（００２）配向したペロブスカイト系導電性酸化物を挙げることができる。Ａは、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｌａ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂａのうちから選択された少なくとも１つの元素を含み、サイトＢはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｐｂのうちから選択され少なくとも一つの元素を含む。
【００３８】
非磁性層の材料としては、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂの群から選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物が挙げられる。具体的には、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯなどが挙げられる。結晶構造として、ＮａＣｌ構造を有する酸化物が好ましい。具体的には、好ましくは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯなどが挙げられる。
【００３９】
第１または２磁性層としてＭｎＧａ以外の材料を用いる場合には、膜面に垂直に磁化されうる強磁性材料を用いることができる。このような材料としては、Ｌ１０規則合金を挙げることができ、具体的には、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＭｎＡｌ、ＦｅＮｉＰｔ、ＣｏＦｅＰｔ、ＣｏＮｉＰｔ等が挙げられる。
【００４０】
また、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選択される１つの磁性元素とＺｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉの群から選択される２つの元素からなる非磁性元素とが組み合わさった合金も用いることもできる。具体的には、ＭｎＡｌＧｅ、ＭｎＧａＧｅ、ＭｎＺｎＳｂなどが挙げられる。
【００４１】
また、遷移金属Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群と、希土類金属Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄの群からそれぞれ選択された少なくとも１つの元素を含む合金を用いることもできる。具体的には、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏなどが挙げられる。また、これらの合金を交互に積層させた多層構造であってもよい。例えば、ＴｂＦｅ／Ｃｏ、ＴｂＣｏ／Ｆｅ、ＴｂＦｅＣｏ／ＣｏＦｅ、ＤｙＦｅ／Ｃｏ、ＤｙＣｏ／Ｆｅ、ＤｙＦｅＣｏ／ＣｏＦｅなどの多層膜が挙げられる。
【００４２】
また、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１つの元素を含む合金と、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｃｕのうち少なくとも１つの元素を含む合金とが交互に積層された構造を有する人工格子も用いうる。例えば、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＣｒ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｒｕ、Ｃｏ／Ｏｓ、Ｃｏ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｃｕ等が挙げられる。
【００４３】
［製造装置］
本発明は、ＭｎＧａ層の成膜手段と、ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化の検出手段と、前記ＭｎＧａ層の組成変化または磁気特性変化を補償する方向に成膜条件を調整する調整手段と、を備える、上記した製造方法を実施するための製造装置も提供する。
【００４４】
図３〜５は、本発明のＭＴＪ素子の製造装置の一実施形態を示した模式図である。図３は本発明の製造装置であるスパッタ装置３０を上から見た模式図であり、スパッタ装置３０の全体の構成を示している。図３において、スパッタ装置３０は、複数のスパッタ室３３および測定室３４がそれぞれ真空搬送チャンバー３２に連結されて構成されている。基板１４は、ロードロックチャンバー３１から搬入され、真空搬送チャンバーを経てスパッタ室３３または測定室３４に搬送される。複数のスパッタ室３３および測定室３４は、それぞれ独立した真空チャンバーで構成される。
【００４５】
図４は、スパッタ室３３の構成を模式的に示す概略断面図である。図４中、スパッタ室３３は、真空チャンバー１１中に、回転可能な基板ホルダー１２、およびターゲット１８ａ、１８ｂをそれぞれ取り付けたカソード１３ａ、１３ｂが配置されている。ターゲット１８ａはＭｎ０．５Ｍｎ０．５のように成膜するＭｎＧａ組成に近い組成のターゲットであり、ターゲット１８ｂは、Ｍｎ組成比がより高いターゲットである。ターゲット１８ａ、１８ｂからのスパッタ出力は、カソード１３ａ、１３ｂに接続された電力制御部１９により制御する。真空チャンバー１１内は、ガス排気系１６により排気され、ガス供給系１５によりＡｒ等のガスが供給され、ガス排気系１６およびガス供給系１５はガス制御部１７により調整される。基板１４は基板ホルダー１２上に載置され、その上にＭｎＧａ層が成膜される。ＭＴＪ素子製造においては、ガス排気系１６より真空チャンバー１１内を真空にした後、ガス供給系１５からＡｒ等のガスを導入するとともに、カソード１３ａに電力制御部１９により高電圧を印加する。生成したプラズマ中のイオンの衝突によりターゲット１３ａから飛び出したＭｎおよびＧａが基板１４上に堆積し、ＭｎＧａ層を成膜する。このようにして、所定の積算時間ＭｎＧａ層を成膜した後、基板１４は組成の測定のため、真空搬送チャンバー３２を通して測定室３４に搬送される。
【００４６】
図５は、ＸＰＳ測定のための測定室３４の構成を模式的に示す概略断面図である。図５において、真空チャンバー２１内には、ＸＰＳ測定を実施するためのＸ線源２８および光電子の検出器２９が配置され、基板ホルダー２２上に載置された基板１４のＭｎＧａ層組成が真空チャンバー２１内で検出される。真空チャンバー２１内は、ガス制御部２７により制御されたガス排気系２６およびガス供給系２５により、スパッタ室３３と同様の雰囲気に保たれている。測定室３４では、所定積算時間ＭｎＧａ層を成膜した後、Ｘ線源２８および検出器２９によってＸＰＳスペクトルを取得する。検出器２９からのデータは、成膜条件調整部２３において予め取得したＸＰＳスペクトルと比較される。例えば、Ｃｒバッファ層のＣｒ原子の結合エネルギーに対応するピークの強度に対してのＭｎ原子及びＧａ原子の結合エネルギーに対応するピーク強度が、所定時間成膜後にどのように変化したかを調べることにより、組成変化を評価することができる。これによりＭｎＧａの組成がＭｎ組成が減少する方向に変化した場合には、成膜条件調整部２３は、ＭｎＧａ層の組成変化を補償するように、すなわちターゲット１８ａのスパッタ出力をより小さく、ターゲット１８ｂのスパッタ出力をより大きくなるようそれぞれ所定の出力になるように、スパッタ室３３の電力制御部１９に指示を出す。スパッタ室３３では、このようにそれぞれ調整されたスパッタ出力で、コスパッタリングによりＭｎＧａ層を再度成膜する。
【００４７】
別の実施形態では、成膜手段は分子線エピタキシー装置であり得る。また、別の実施形態では、検出手段は磁気光学カー効果測定装置であり得る。また、調整手段は、ガス圧力の制御部であり得る。
【符号の説明】
【００４８】
１１、２１      真空チャンバー、
１２、２２      基板ホルダー、
１３ａ、１３ｂ      カソード、
１４      基板、
１５、２５      ガス供給系、
１６、２６      ガス排気系、
１７、２７      ガス制御部、
１８ａ、１８ｂ      ターゲット、
１９      電力制御部、
２３      成膜条件調整部、
２８      Ｘ線源、
２９      検出器、
３０      スパッタ装置、
３１      ロードロックチャンバー
３２      真空搬送チャンバー
３３      スパッタ室
３４      測定室。
【図１】
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【図２】
2015126221.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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