被膜部材の製造方法
【課題】より高い特性を有する膜体を形成する。
【解決手段】被膜部材１０の製造方法は、スパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリング処理によって被処理部材１１に膜体１２を形成する形成工程、を含むものである。この形成工程では、１又は複数のスパッタリングターゲット部材を用い、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体１２を被処理部材１１の表面に形成する処理を行う。ここで、スパッタリングターゲット部材は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わず、スパッタリングターゲット部材を１種用いるものとしてもよいし、スパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。被処理部材１１に形成された膜体１２には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれている。
【解決手段】被膜部材１０の製造方法は、スパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリング処理によって被処理部材１１に膜体１２を形成する形成工程、を含むものである。この形成工程では、１又は複数のスパッタリングターゲット部材を用い、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体１２を被処理部材１１の表面に形成する処理を行う。ここで、スパッタリングターゲット部材は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わず、スパッタリングターゲット部材を１種用いるものとしてもよいし、スパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。被処理部材１１に形成された膜体１２には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化マグネシウム(ＭｇＯ)は、耐火物のほか、各種添加剤や電子部品用途、蛍光体原料、各種ターゲット材原料、超伝導薄膜下地用の原料、磁気トンネル接合素子（以下、ＭＴＪ素子）のトンネル障壁、カラープラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用の保護膜などとして利用され、きわめて広範囲な用途を持つ材料として注目されている。なかでもスパッタリングターゲット部材としては、トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＴＪ素子のトンネル障壁の作製などに使用される。このトンネル磁気抵抗効果は、厚さ数ｎｍの非常に薄い絶縁体を２つの磁性層で挟んだＭＴＪ素子において、２つの磁性層の磁化の相対的な向きが平行な時と反平行な時に起こる抵抗変化現象のことであり、この磁化状態による電気抵抗変化を利用してハードディスクの磁気ヘッドなどに応用されている。
【０００３】
近年、上述したＭＴＪ素子を利用して磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ）が検討されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＲＡＭは、例えば、ＭＴＪ素子を多数配置し、それぞれの磁化配列を情報担体としており、不揮発、高速、高書き換え耐性等の特徴をもつため、従来の半導体メモリ（ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ等）を凌駕するメモリとして開発が進められている。これまで、記憶容量が数〜数十メガビット（Ｍｂｉｔ）のメモリが試作されたが、例えばＤＲＡＭを置き換えるためにはギガビット（Ｇｂｉｔ）級の更なる大容量化が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８０１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでＭＴＪ素子のトンネル障壁の膜体としては、単結晶、または高純度のＭｇＯを用いるのが一般的であり、純度の高いＭｇＯ焼結体からなるスパッタリングターゲット部材を用いてスパッタによってトンネル障壁を成膜するのが一般的であった。しかし、更なる大容量化には、ＭＴＪ素子の電気抵抗が低く、大きな出力信号を得るための高い磁気抵抗比が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、より高い特性を有する膜体を形成することができる被膜部材の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を用いることにより高い特性を有する膜体を形成することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の被膜部材の製造方法は、
被処理部材の表面に膜体が形成された被膜部材の製造方法であって、
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の被膜部材の製造方法は、より高い特性を有する膜体を形成することができる。この理由は、明らかではないが、以下のように推察される。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。このため、例えば、膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体にＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。このように、本発明では、より高い特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図。
【図２】スパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図。
【図３】スパッタリングターゲット部材のＸＲＤチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１及び図２は、本発明の被膜部材の製造方法を実行するスパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図である。図１は、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いた場合の説明図である。図２は、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材４１，４２，４３を用いた場合、即ち複数種のスパッタリングターゲット部材を用いた場合の説明図である。このスパッタ装置２０は、ウェハー上に磁性層などを有した被処理部材１１の表面に膜体１２を形成する膜体形成装置として構成されている。スパッタ装置２０は、減圧室であるチャンバ２１と、膜体１２が形成される被処理部材１１を配置するチャンバ２１に内設された試料配置部２２と、スパッタリングターゲット部材４０を配置するターゲット配置部２５が設けられチャンバ２１に内設されたプラズマ基部２４と、バルブ２６を介してチャンバ２１に接続されガスを供給するガス供給部２７と、バルブ２８を介してチャンバ２１を減圧する真空ポンプ２９と、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に電位差を設ける電源３０と、スパッタ装置２０全体を制御する制御装置３２とを備えている。試料配置部２２とターゲット配置部２５とは対向して電源３０に接続され、チャンバ２１の内部に配設されている。制御装置３２は、電源３０の印加電圧やバルブ２６，２８の開放閉鎖、真空ポンプ２９の駆動などの制御を行う。
【００１２】
このスパッタ装置２０は、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に高周波電圧を印加する電源３０と、プラズマをターゲット近傍に封じ込めるマグネトロン型のプラズマ基部２４を備えており、マグネトロンＲＦ（Radio Frequency）スパッタ装置として構成されている。なお、スパッタ装置２０は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタのうちいずれかの処理を行うものとしてもよい。
【００１３】
次に、被処理部材１１の表面に膜体１２が形成された被膜部材１０の製造方法について説明する。この被膜部材１０の製造方法は、スパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリング処理によって被処理部材１１に膜体１２を形成する形成工程、を含むものである。この形成工程では、１又は複数のスパッタリングターゲット部材を用い、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体１２を被処理部材１１の表面に形成する処理を行う。ここで、スパッタリングターゲット部材は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わず、スパッタリングターゲット部材を１種用いるものとしてもよいし、スパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。
【００１４】
この形成工程では、例えば、図１に示すように、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材４０を１種用いるものとしてもよい。この物質としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（例えばアルミナ，Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、マグネシウムアルミニウム酸化物（例えばスピネル，ＭｇＡｌ2Ｏ4）、マグネシウムアルミニウム酸窒化物（例えばＭｇＡｌＯＮ）、アルミニウム酸窒化物（例えばＡｌＯＮ）、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物がより好ましい。複数の物質の混合物からなる１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いる際には、例えば、酸化マグネシウム、マグネシウムアルミニウム酸化物及び窒化アルミニウムの混合物、例えば、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4とＡｌＮとが混合されて焼結されたコンポジット材料などを用いることがより好ましい。こうすれば、比較的容易にスパッタリングターゲット部材を作製することができる。あるいは、スパッタリングターゲット部材４０として、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸化物とを含み、更にアルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含む３種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物などを用いるものとしてもよい。
【００１５】
あるいは、この形成工程では、例えば、図２に示すように、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。例えば、図２では、スパッタリングターゲット部材４１〜４３の３種を用いるものとしたが、２種としてもよいし４種としてもよい。なお、スパッタリングレートなどの調整や装置構成の複雑化を考慮すると、スパッタリングターゲット部材は、３種以下であることが好ましい。この物質としては、上述した、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、酸化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物の組み合わせがより好ましい。このように、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わない。この形態について以下説明する。
【００１６】
１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、Ｍｇを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＯを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＮを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、を上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうすれば、各スパッタリングターゲット部材を作製しやすい。具体的には、例えば、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＭｇＡｌ2Ｏ4のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、マルチターゲット式のスパッタ装置にて同時に被処理部材１１にスパッタリング処理してもよい。あるいは、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＡｌ2Ｏ3のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。
【００１７】
また、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、複数種のスパッタリングターゲット部材の１以上が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含む複数の物質の混合物からなるものを上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうしても、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２を形成することができる。具体的には、例えば、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ2Ｏ4を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。また、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。あるいは、ＭｇＯの単一材料のスパッタリングターゲット部材と、ＭｇＡｌ2Ｏ4及びＡｌＮを混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。このように、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれているようにすれば、上述した物質のいずれか１以上を任意に組み合わせるものとしてもよい。
【００１８】
この形成工程では、１種又は複数種のスパッタリングターゲット部材の全体において、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％（原子％）以上であるスパッタリングターゲット部材４０を用いることが好ましい。原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上では、被処理部材１１に形成される膜体１２が、酸化マグネシウムの結晶構造をより維持し、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有するものとすることができる。このＭｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇは、０．５以上２以下の範囲がより好ましく、０．７５以上１．２５以下の範囲が更に好ましい。また、ＭｇとＯの合計が８５ａｔ％以上であることがより好ましく、９０ａｔ％以上であることが更に好ましい。また、ターゲット部材の原子比を制御する方法以外に、スパッタ時の各ターゲットの出力を制御することで各ターゲットからのスパッタ量を制御し、スパッタ成分の比が上記範囲となるようにしてもよい。
【００１９】
この形成工程では、上述したスパッタリングターゲット部材を用い、被処理部材１１の表面に膜体１２を形成するスパッタリング処理を行う。スパッタリング処理では、スパッタガスとして希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）をガス供給部２７からチャンバ２１へ供給するものとしてもよい。また、スパッタガスの一部に、Ｏ2、Ｎ2、もしくはＯとＮの化合物からなるガスを用いてもよい。こうすれば、膜体のＯ、Ｎの量を制御することもできる。また、スパッタリング処理では、チャンバ２１内の圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲となるように真空ポンプ２９により減圧してもよい。また、スパッタレートは、被処理部材１１の表面に形成される膜体１２が、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．５以上２以下の範囲、より好ましくは０．７５以上１．２５以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上となるように経験的に定めるものとしてもよい。例えば、成膜速度は膜体１２全体として０．０１Å／ｓ以上１．０Å／ｓ以下の範囲としてもよい。なお、スパッタリング処理は、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲスパッタのうちいずれかとしてもよい。このうち、マグネトロンＲＦスパッタやマグネトロンＤＣスパッタが好ましい。
【００２０】
本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製工程に含まれるものとしてもよい。このように、被処理部材１１にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成された被膜部材１０では、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測されるため、磁気トンネル接合素子の作製に用いる意義が高い。また、本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの磁気トンネル接合素子の作製工程に含まれるものとしてもよい。
【００２１】
本発明の被膜部材の製造方法で作製された被膜部材１０は、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成されている。この被膜部材１０において、膜体１２は、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相をするものであることがより好ましい。こうすれば、例えば、耐湿性や耐水性が酸化マグネシウムよりも優れ、電気抵抗がより低下するなど、より高い特性とすることができる。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、高純度なＭｇＯに対してＸＲＤピークが高角側にシフトすることで確認ができる。例えばＣｕＫアルファ線を用いたときの（２００）面のピークは酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°に現れるものとしてよい。このピークシフトはＡｌ、Ｎ成分の固溶量の増加に伴って大きくなる。即ちピークシフトが大きいほど耐湿、耐水性が向上する。また、膜体１２は、副相が少ないことがより好ましい。副相としては、例えば、ＣｕＫアルファ線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°に現れるマグネシウムアルミニウム酸窒化物相などが挙げられる。スパッタリングターゲット部材に副相を含む場合、主相と副相とのスパッタリングレートが異なる可能性があるが、副相が少ない場合には、スパッタリングターゲット部材からの発塵等を抑制することができ、成膜される膜体の均質性をより向上することができる。このほか、Ａｌ、Ｎ成分の酸化マグネシウムへの固溶により格子定数が変化することから、固溶量によって膜体の格子定数を調整でき、それによって被処理部材との格子の整合性を調整することができる。
【００２２】
以上説明した本発明の被膜部材の製造方法によれば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されるため、より高い特性を有する膜体を形成することができる。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。このように、トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体がＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２４】
例えば、上述した実施形態では、形成工程を含む本発明の被膜部材の製造方法として説明したが、その他の工程を含むものとしてもよい。例えば、磁気トンネル接合素子の製造方法としてもよい。また、形成工程のまえに、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを少なくとも含む原料を成形及び焼成しスパッタリングターゲット部材を作製する作製工程を含むものとしてもよい。あるいは、形成工程のあと、被膜部材１０を熱処理し膜体１２の強化を図る熱処理工程を含むものとしてもよい。この熱処理は、例えば１０００℃以下の温度で行うことが好ましく、５００℃以下の温度で処理することがより好ましい。熱処理の温度が１０００℃以上では、ＭｇＯに固溶しているＡｌがＭｇＯと反応してマグネシウムアルミニウム酸化物を形成するほか、Ｎが酸化されて放出される可能性があるためである。また、熱処理工程は、Ａｒ，Ｎ2などの不活性雰囲気で行うものとしてもよい。
【実施例】
【００２５】
以下には、被膜部材の製造方法の例を実施例として説明する。
【００２６】
［実施例１］
(スパッタリングターゲット部材の作製)
原料を調合する調合工程を行った。市販品のＭｇＯ原料（純度９９．４％、平均粒径３μｍ）、Ａｌ2Ｏ3原料（純度９９．９％、平均粒径０．５μｍ）、及びＡｌＮ原料（純度９９．９％、平均粒径１μｍ以下、ただしＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度とする）をｍｏｌ比でＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：ＡｌＮ＝９５．０：２．７：２．３となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径２０ｍｍの鉄芯入ナイロンボールの玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、混合粉末とした。次に、成形工程を行った。上記調合した混合粉末を、５０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形し、直径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。続いて、焼成工程を行った。円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし最高温度１６５０℃で焼成し、焼成終了までＮ2雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。得られた焼結体を、スパッタ装置のターゲットサイズに加工、表面研磨し、実施例１のスパッタリングターゲット部材とした。
【００２７】
（スパッタリングターゲット部材の結晶評価）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫアルファ，４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置を使用した。測定のステップ幅は０．０２°とした。なお、標準物質としてＮＩＳＴ製Ｓｉ標準試料粉末（ＳＲＭ６４０Ｃ）を添加した。
【００２８】
（成膜実験）
実施例１のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲で被処理部材であるシリコン基板の表面に成膜した。マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．２Å／ｓｅｃで成膜を行った。
【００２９】
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
【００３０】
（スパッタリングターゲット部材の化学分析）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、化学分析を行った。ＭｇとＡｌについては試料を溶解させた後、Ｍｇはキレート滴定法で、Ａｌは誘導結合プラズマ原子発光分析法にて測定を行った。Ｎについては不活性ガス融解法で測定した。Ｏについては全体を１００質量％とし、そこからＭｇとＡｌとＮの質量％を除いてＯの質量％として求めた。それぞれの元素について各元素の原子量で割った後、全体を１００ａｔ％としてそれぞれの元素のａｔ％を求めた。
【００３１】
（スパッタリングターゲット部材の評価結果）
スパッタリングターゲット部材の結晶評価結果であるＸＲＤ測定結果を図１に示す。定性分析の結果、スパッタリングターゲット部材はＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、及びＡｌＮから構成されていることがわかった。また、本焼結体を分析したところ、Ｍｇが４５．６ａｔ％、Ｏが４９．５ａｔ％、Ａｌが３．８ａｔ％、Ｎが１．１ａｔ％から構成されており、原子比Ｏ／Ｍｇが１．０９であり、ＭｇとＯの合計が９５．１ａｔ％であることがわかった。
【００３２】
(成膜後の膜評価)
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失し、４３．０４°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
【００３３】
[実施例２]
（スパッタリングターゲット部材の作製）
円盤状成形体を直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度とし、ホットプレス焼成時の最高温度をＭｇＯは１４５０℃、Ａｌ2Ｏ3は１４５０℃、ＡｌＮは１８００℃として３つのターゲットとした以外、実施例１と同様の方法で実施例２のスパッタリングターゲット部材を作製した。
【００３４】
（成膜実験）
実施例２のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．４Ｐａで被処理部材である熱酸化シリコン基板の表面に成膜した。膜体の組成を調整するため、それぞれの投入出力比をＭｇＯターゲット：Ａｌ2Ｏ3ターゲット：ＡｌＮターゲット＝１３：２：１とし、マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．０１Å／ｓｅｃで成膜を行った。
【００３５】
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
【００３６】
（成膜後の膜評価）
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＡｌ2Ｏ3やＡｌＮが消失し、４３．０°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
【００３７】
以上のことより、実施例１、２のスパッタリングターゲット部材を用いて成膜することにより、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が形成されているものと推察された。この膜体によると、ＭＴＪ素子を作製した場合にＭｇＯトンネル障壁高さが低くなる等が予測され、これにより電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測された。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、ＭＴＪ素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測された。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 被膜部材、１１ 被処理部材、１２ 膜体、２０ スパッタ装置、２１ チャンバ、２２ 試料配置部、２４ プラズマ基部、２５ ターゲット配置部、２６，２８ バルブ、２７ ガス供給部、２９ 真空ポンプ、３０ 電源、３２ 制御装置、４０，４１，４２，４３ スパッタリングターゲット部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化マグネシウム(ＭｇＯ)は、耐火物のほか、各種添加剤や電子部品用途、蛍光体原料、各種ターゲット材原料、超伝導薄膜下地用の原料、磁気トンネル接合素子（以下、ＭＴＪ素子）のトンネル障壁、カラープラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用の保護膜などとして利用され、きわめて広範囲な用途を持つ材料として注目されている。なかでもスパッタリングターゲット部材としては、トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＴＪ素子のトンネル障壁の作製などに使用される。このトンネル磁気抵抗効果は、厚さ数ｎｍの非常に薄い絶縁体を２つの磁性層で挟んだＭＴＪ素子において、２つの磁性層の磁化の相対的な向きが平行な時と反平行な時に起こる抵抗変化現象のことであり、この磁化状態による電気抵抗変化を利用してハードディスクの磁気ヘッドなどに応用されている。
【０００３】
近年、上述したＭＴＪ素子を利用して磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ）が検討されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＲＡＭは、例えば、ＭＴＪ素子を多数配置し、それぞれの磁化配列を情報担体としており、不揮発、高速、高書き換え耐性等の特徴をもつため、従来の半導体メモリ（ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ等）を凌駕するメモリとして開発が進められている。これまで、記憶容量が数〜数十メガビット（Ｍｂｉｔ）のメモリが試作されたが、例えばＤＲＡＭを置き換えるためにはギガビット（Ｇｂｉｔ）級の更なる大容量化が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８０１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでＭＴＪ素子のトンネル障壁の膜体としては、単結晶、または高純度のＭｇＯを用いるのが一般的であり、純度の高いＭｇＯ焼結体からなるスパッタリングターゲット部材を用いてスパッタによってトンネル障壁を成膜するのが一般的であった。しかし、更なる大容量化には、ＭＴＪ素子の電気抵抗が低く、大きな出力信号を得るための高い磁気抵抗比が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、より高い特性を有する膜体を形成することができる被膜部材の製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を用いることにより高い特性を有する膜体を形成することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の被膜部材の製造方法は、
被処理部材の表面に膜体が形成された被膜部材の製造方法であって、
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の被膜部材の製造方法は、より高い特性を有する膜体を形成することができる。この理由は、明らかではないが、以下のように推察される。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。このため、例えば、膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体にＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。このように、本発明では、より高い特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図。
【図２】スパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図。
【図３】スパッタリングターゲット部材のＸＲＤチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１及び図２は、本発明の被膜部材の製造方法を実行するスパッタ装置２０の構成の概略を示す構成図である。図１は、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いた場合の説明図である。図２は、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材４１，４２，４３を用いた場合、即ち複数種のスパッタリングターゲット部材を用いた場合の説明図である。このスパッタ装置２０は、ウェハー上に磁性層などを有した被処理部材１１の表面に膜体１２を形成する膜体形成装置として構成されている。スパッタ装置２０は、減圧室であるチャンバ２１と、膜体１２が形成される被処理部材１１を配置するチャンバ２１に内設された試料配置部２２と、スパッタリングターゲット部材４０を配置するターゲット配置部２５が設けられチャンバ２１に内設されたプラズマ基部２４と、バルブ２６を介してチャンバ２１に接続されガスを供給するガス供給部２７と、バルブ２８を介してチャンバ２１を減圧する真空ポンプ２９と、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に電位差を設ける電源３０と、スパッタ装置２０全体を制御する制御装置３２とを備えている。試料配置部２２とターゲット配置部２５とは対向して電源３０に接続され、チャンバ２１の内部に配設されている。制御装置３２は、電源３０の印加電圧やバルブ２６，２８の開放閉鎖、真空ポンプ２９の駆動などの制御を行う。
【００１２】
このスパッタ装置２０は、被処理部材１１とスパッタリングターゲット部材４０との間に高周波電圧を印加する電源３０と、プラズマをターゲット近傍に封じ込めるマグネトロン型のプラズマ基部２４を備えており、マグネトロンＲＦ（Radio Frequency）スパッタ装置として構成されている。なお、スパッタ装置２０は、ＤＣ（Direct Current）スパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタのうちいずれかの処理を行うものとしてもよい。
【００１３】
次に、被処理部材１１の表面に膜体１２が形成された被膜部材１０の製造方法について説明する。この被膜部材１０の製造方法は、スパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリング処理によって被処理部材１１に膜体１２を形成する形成工程、を含むものである。この形成工程では、１又は複数のスパッタリングターゲット部材を用い、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体１２を被処理部材１１の表面に形成する処理を行う。ここで、スパッタリングターゲット部材は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わず、スパッタリングターゲット部材を１種用いるものとしてもよいし、スパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。
【００１４】
この形成工程では、例えば、図１に示すように、複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材４０を１種用いるものとしてもよい。この物質としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（例えばアルミナ，Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、マグネシウムアルミニウム酸化物（例えばスピネル，ＭｇＡｌ2Ｏ4）、マグネシウムアルミニウム酸窒化物（例えばＭｇＡｌＯＮ）、アルミニウム酸窒化物（例えばＡｌＯＮ）、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物がより好ましい。複数の物質の混合物からなる１種のスパッタリングターゲット部材４０を用いる際には、例えば、酸化マグネシウム、マグネシウムアルミニウム酸化物及び窒化アルミニウムの混合物、例えば、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4とＡｌＮとが混合されて焼結されたコンポジット材料などを用いることがより好ましい。こうすれば、比較的容易にスパッタリングターゲット部材を作製することができる。あるいは、スパッタリングターゲット部材４０として、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸化物とを含み、更にアルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含む３種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物、酸化マグネシウムとアルミニウム酸窒化物とを含み、更にマグネシウムアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物のいずれか１以上を含んでもよい２種類以上の混合物などを用いるものとしてもよい。
【００１５】
あるいは、この形成工程では、例えば、図２に示すように、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用いるものとしてもよい。例えば、図２では、スパッタリングターゲット部材４１〜４３の３種を用いるものとしたが、２種としてもよいし４種としてもよい。なお、スパッタリングレートなどの調整や装置構成の複雑化を考慮すると、スパッタリングターゲット部材は、３種以下であることが好ましい。この物質としては、上述した、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうち１以上が挙げられ、このうち取り扱いの観点から酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、酸化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸窒化物及びアルミニウム酸窒化物の組み合わせがより好ましい。このように、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれていれば、どのような形態でも構わない。この形態について以下説明する。
【００１６】
１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、Ｍｇを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＯを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＮを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、を上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうすれば、各スパッタリングターゲット部材を作製しやすい。具体的には、例えば、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＭｇＡｌ2Ｏ4のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、マルチターゲット式のスパッタ装置にて同時に被処理部材１１にスパッタリング処理してもよい。あるいは、ＭｇＯのスパッタリングターゲット部材とＡｌ2Ｏ3のスパッタリングターゲット部材とＡｌＮのスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。
【００１７】
また、１以上の物質からなるスパッタリングターゲット部材を複数種用いる場合、複数種のスパッタリングターゲット部材の１以上が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含む複数の物質の混合物からなるものを上記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いるものとしてもよい。こうしても、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２を形成することができる。具体的には、例えば、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ2Ｏ4を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。また、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3を混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材と、ＡｌＮの単一材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。あるいは、ＭｇＯの単一材料のスパッタリングターゲット部材と、ＭｇＡｌ2Ｏ4及びＡｌＮを混合したコンポジット材料のスパッタリングターゲット部材とをそれぞれ個別に作製し、スパッタリング処理に用いるものとしてもよい。このように、スパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの全てが含まれているようにすれば、上述した物質のいずれか１以上を任意に組み合わせるものとしてもよい。
【００１８】
この形成工程では、１種又は複数種のスパッタリングターゲット部材の全体において、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％（原子％）以上であるスパッタリングターゲット部材４０を用いることが好ましい。原子比であるＯ／Ｍｇが０．２５以上４以下の範囲、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上では、被処理部材１１に形成される膜体１２が、酸化マグネシウムの結晶構造をより維持し、酸化マグネシウムより低い電気抵抗を有するものとすることができる。このＭｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇは、０．５以上２以下の範囲がより好ましく、０．７５以上１．２５以下の範囲が更に好ましい。また、ＭｇとＯの合計が８５ａｔ％以上であることがより好ましく、９０ａｔ％以上であることが更に好ましい。また、ターゲット部材の原子比を制御する方法以外に、スパッタ時の各ターゲットの出力を制御することで各ターゲットからのスパッタ量を制御し、スパッタ成分の比が上記範囲となるようにしてもよい。
【００１９】
この形成工程では、上述したスパッタリングターゲット部材を用い、被処理部材１１の表面に膜体１２を形成するスパッタリング処理を行う。スパッタリング処理では、スパッタガスとして希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）をガス供給部２７からチャンバ２１へ供給するものとしてもよい。また、スパッタガスの一部に、Ｏ2、Ｎ2、もしくはＯとＮの化合物からなるガスを用いてもよい。こうすれば、膜体のＯ、Ｎの量を制御することもできる。また、スパッタリング処理では、チャンバ２１内の圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲となるように真空ポンプ２９により減圧してもよい。また、スパッタレートは、被処理部材１１の表面に形成される膜体１２が、Ｍｇに対するＯの原子比であるＯ／Ｍｇが０．５以上２以下の範囲、より好ましくは０．７５以上１．２５以下の範囲であり、且つＭｇとＯの合計が８０ａｔ％以上となるように経験的に定めるものとしてもよい。例えば、成膜速度は膜体１２全体として０．０１Å／ｓ以上１．０Å／ｓ以下の範囲としてもよい。なお、スパッタリング処理は、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンＤＣスパッタ、マグネトロンＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、ＥＣＲスパッタのうちいずれかとしてもよい。このうち、マグネトロンＲＦスパッタやマグネトロンＤＣスパッタが好ましい。
【００２０】
本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製工程に含まれるものとしてもよい。このように、被処理部材１１にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成された被膜部材１０では、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測されるため、磁気トンネル接合素子の作製に用いる意義が高い。また、本発明の被膜部材の製造方法において、形成工程は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの磁気トンネル接合素子の作製工程に含まれるものとしてもよい。
【００２１】
本発明の被膜部材の製造方法で作製された被膜部材１０は、被処理部材１１の表面にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む膜体１２が形成されている。この被膜部材１０において、膜体１２は、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶したＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体の結晶相をするものであることがより好ましい。こうすれば、例えば、耐湿性や耐水性が酸化マグネシウムよりも優れ、電気抵抗がより低下するなど、より高い特性とすることができる。このＭｇＯ−ＡｌＮ固溶体は、高純度なＭｇＯに対してＸＲＤピークが高角側にシフトすることで確認ができる。例えばＣｕＫアルファ線を用いたときの（２００）面のピークは酸化マグネシウムの立方晶のピークと窒化アルミニウムの立方晶のピークとの間である２θ＝４２．９〜４４．８°に現れるものとしてよい。このピークシフトはＡｌ、Ｎ成分の固溶量の増加に伴って大きくなる。即ちピークシフトが大きいほど耐湿、耐水性が向上する。また、膜体１２は、副相が少ないことがより好ましい。副相としては、例えば、ＣｕＫアルファ線を用いたときのＸＲＤピークが少なくとも２θ＝４７〜４９°に現れるマグネシウムアルミニウム酸窒化物相などが挙げられる。スパッタリングターゲット部材に副相を含む場合、主相と副相とのスパッタリングレートが異なる可能性があるが、副相が少ない場合には、スパッタリングターゲット部材からの発塵等を抑制することができ、成膜される膜体の均質性をより向上することができる。このほか、Ａｌ、Ｎ成分の酸化マグネシウムへの固溶により格子定数が変化することから、固溶量によって膜体の格子定数を調整でき、それによって被処理部材との格子の整合性を調整することができる。
【００２２】
以上説明した本発明の被膜部材の製造方法によれば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されるため、より高い特性を有する膜体を形成することができる。例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含む膜体が形成されると、おそらくＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜体となるものと推察される。膜体が形成された被膜部材が、磁気トンネル接合素子に使用された場合、トンネル障壁層にＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮが含まれることにより、ＭｇＯのトンネル障壁高さが低くなる等の効果により電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測される。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。このように、トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、磁気トンネル接合素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測される。また、膜体がＡｌやＮを含むため、耐湿性、耐水性が酸化マグネシウムよりも優れるものとなる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２４】
例えば、上述した実施形態では、形成工程を含む本発明の被膜部材の製造方法として説明したが、その他の工程を含むものとしてもよい。例えば、磁気トンネル接合素子の製造方法としてもよい。また、形成工程のまえに、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮを少なくとも含む原料を成形及び焼成しスパッタリングターゲット部材を作製する作製工程を含むものとしてもよい。あるいは、形成工程のあと、被膜部材１０を熱処理し膜体１２の強化を図る熱処理工程を含むものとしてもよい。この熱処理は、例えば１０００℃以下の温度で行うことが好ましく、５００℃以下の温度で処理することがより好ましい。熱処理の温度が１０００℃以上では、ＭｇＯに固溶しているＡｌがＭｇＯと反応してマグネシウムアルミニウム酸化物を形成するほか、Ｎが酸化されて放出される可能性があるためである。また、熱処理工程は、Ａｒ，Ｎ2などの不活性雰囲気で行うものとしてもよい。
【実施例】
【００２５】
以下には、被膜部材の製造方法の例を実施例として説明する。
【００２６】
［実施例１］
(スパッタリングターゲット部材の作製)
原料を調合する調合工程を行った。市販品のＭｇＯ原料（純度９９．４％、平均粒径３μｍ）、Ａｌ2Ｏ3原料（純度９９．９％、平均粒径０．５μｍ）、及びＡｌＮ原料（純度９９．９％、平均粒径１μｍ以下、ただしＡｌＮ原料については１％程度の酸素の含有は不可避であるため、酸素を不純物元素から除いた純度とする）をｍｏｌ比でＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：ＡｌＮ＝９５．０：２．７：２．３となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径２０ｍｍの鉄芯入ナイロンボールの玉石を用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、混合粉末とした。次に、成形工程を行った。上記調合した混合粉末を、５０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形し、直径２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。続いて、焼成工程を行った。円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし最高温度１６５０℃で焼成し、焼成終了までＮ2雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。得られた焼結体を、スパッタ装置のターゲットサイズに加工、表面研磨し、実施例１のスパッタリングターゲット部材とした。
【００２７】
（スパッタリングターゲット部材の結晶評価）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫアルファ，４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置を使用した。測定のステップ幅は０．０２°とした。なお、標準物質としてＮＩＳＴ製Ｓｉ標準試料粉末（ＳＲＭ６４０Ｃ）を添加した。
【００２８】
（成膜実験）
実施例１のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．０１〜０．４Ｐａの範囲で被処理部材であるシリコン基板の表面に成膜した。マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．２Å／ｓｅｃで成膜を行った。
【００２９】
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
【００３０】
（スパッタリングターゲット部材の化学分析）
実施例１と同じ方法で得られた焼結体について、乳鉢で粉砕した後、化学分析を行った。ＭｇとＡｌについては試料を溶解させた後、Ｍｇはキレート滴定法で、Ａｌは誘導結合プラズマ原子発光分析法にて測定を行った。Ｎについては不活性ガス融解法で測定した。Ｏについては全体を１００質量％とし、そこからＭｇとＡｌとＮの質量％を除いてＯの質量％として求めた。それぞれの元素について各元素の原子量で割った後、全体を１００ａｔ％としてそれぞれの元素のａｔ％を求めた。
【００３１】
（スパッタリングターゲット部材の評価結果）
スパッタリングターゲット部材の結晶評価結果であるＸＲＤ測定結果を図１に示す。定性分析の結果、スパッタリングターゲット部材はＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、及びＡｌＮから構成されていることがわかった。また、本焼結体を分析したところ、Ｍｇが４５．６ａｔ％、Ｏが４９．５ａｔ％、Ａｌが３．８ａｔ％、Ｎが１．１ａｔ％から構成されており、原子比Ｏ／Ｍｇが１．０９であり、ＭｇとＯの合計が９５．１ａｔ％であることがわかった。
【００３２】
(成膜後の膜評価)
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失し、４３．０４°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
【００３３】
[実施例２]
（スパッタリングターゲット部材の作製）
円盤状成形体を直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度とし、ホットプレス焼成時の最高温度をＭｇＯは１４５０℃、Ａｌ2Ｏ3は１４５０℃、ＡｌＮは１８００℃として３つのターゲットとした以外、実施例１と同様の方法で実施例２のスパッタリングターゲット部材を作製した。
【００３４】
（成膜実験）
実施例２のスパッタリングターゲット部材を、スパッタ装置のバッキングプレートに接着し、スパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、圧力は０．４Ｐａで被処理部材である熱酸化シリコン基板の表面に成膜した。膜体の組成を調整するため、それぞれの投入出力比をＭｇＯターゲット：Ａｌ2Ｏ3ターゲット：ＡｌＮターゲット＝１３：２：１とし、マグネトロンＲＦスパッタ(１３．５６ＭＨｚ)によりスパッタレート０．０１Å／ｓｅｃで成膜を行った。
【００３５】
（膜体の結晶評価）
成膜後の膜の結晶構造について、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５°〜７０°とし、Ｘ線回折法を用いた。ＭｇＯのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とし、ＭｇＯの（２００）面の回折ピークについて、膜のピークシフトを算出した。
【００３６】
（成膜後の膜評価）
スパッタにより得られた膜のＸＲＤ測定したところ、被処理部材の物質以外ではスパッタリングターゲットに存在したＡｌ2Ｏ3やＡｌＮが消失し、４３．０°に主なピークが検出された。これはＭｇＯの（２００）面の回折ピークと推測される。ＩＣＤＤ７８−０４３０のＭｇＯの（２００）面の回折ピークのピーク角度４２．９０°から回折ピークがシフトしていること、またＭｇＡｌ2Ｏ4やＡｌＮが消失していることから、スパッタにより得られた膜ではＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が得られたと予測された。
【００３７】
以上のことより、実施例１、２のスパッタリングターゲット部材を用いて成膜することにより、ＭｇＯにＡｌ及びＮが固溶した膜が形成されているものと推察された。この膜体によると、ＭＴＪ素子を作製した場合にＭｇＯトンネル障壁高さが低くなる等が予測され、これにより電気抵抗が低下、すなわちトンネル電流が増加することが予測された。また、ＡｌやＮの固溶により、ＭｇＯの格子定数が変化することから、トンネル障壁層であるＭｇＯと磁性層との界面における格子の整合性を調整することができる。トンネル障壁層と磁性層の格子整合性がよいと、ＭＴＪ素子において低い電気抵抗や高い磁気抵抗比を得られることが予測された。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 被膜部材、１１ 被処理部材、１２ 膜体、２０ スパッタ装置、２１ チャンバ、２２ 試料配置部、２４ プラズマ基部、２５ ターゲット配置部、２６，２８ バルブ、２７ ガス供給部、２９ 真空ポンプ、３０ 電源、３２ 制御装置、４０，４１，４２，４３ スパッタリングターゲット部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理部材の表面に膜体が形成された被膜部材の製造方法であって、
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含む被膜部材の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程では、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうちいずれかである前記物質を含むスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程では、Ｍｇを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＯを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＮを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、を前記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いる、請求項１又は２に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項４】
前記形成工程では、前記複数種のスパッタリングターゲット部材の１以上が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含む複数の物質の混合物からなる前記スパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項５】
前記形成工程では、前記物質が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム及びマグネシウムアルミニウム酸化物である前記１種又は前記複数種のスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項６】
前記形成工程では、前記物質が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムである前記複数種のスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項７】
前記形成工程は、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製工程に含まれる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項８】
前記形成工程は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの前記磁気トンネル接合素子の作製工程に含まれる、請求項７に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項１】
被処理部材の表面に膜体が形成された被膜部材の製造方法であって、
複数の物質の混合物からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むスパッタリングターゲット部材を１種用いるか、又は、複数種のスパッタリングターゲット部材の全体としてＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮの元素を含むように、１以上の物質からなりＭｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含むスパッタリングターゲット部材を複数種用い、スパッタリング処理によって前記被処理部材に膜体を形成する形成工程、を含む被膜部材の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程では、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、マグネシウムアルミニウム酸化物、マグネシウムアルミニウム酸窒化物、アルミニウム酸窒化物、窒化マグネシウム、Ｍｇ、Ａｌ及びＭｇＡｌ合金のうちいずれかである前記物質を含むスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程では、Ｍｇを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＯを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、Ａｌ及びＮを少なくとも含むスパッタリングターゲット部材と、を前記複数種のスパッタリングターゲット部材として用いる、請求項１又は２に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項４】
前記形成工程では、前記複数種のスパッタリングターゲット部材の１以上が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｏ及びＮのうち少なくとも１以上を含む複数の物質の混合物からなる前記スパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項５】
前記形成工程では、前記物質が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム及びマグネシウムアルミニウム酸化物である前記１種又は前記複数種のスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項６】
前記形成工程では、前記物質が酸化マグネシウム、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムである前記複数種のスパッタリングターゲット部材を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項７】
前記形成工程は、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製工程に含まれる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被膜部材の製造方法。
【請求項８】
前記形成工程は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの前記磁気トンネル接合素子の作製工程に含まれる、請求項７に記載の被膜部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１００５９７（Ｐ２０１３−１００５９７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１９２８４（Ｐ２０１２−２１９２８４）
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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