溅射靶,用其制成的抗铁磁材料膜和磁阻效应器件制造技术

一种溅射靶，主要由Ｍｎ和至少一种选自下列一组元素中的Ｒ元素组成：Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ和Ｒｅ。该溅射靶包括选自由Ｒ元素和Ｍｎ形成的合金相和化合物相同中的一种相作为靶结构的至少一部分。此外，该靶中的氧含量小于等于１ｗｔ％（包括０）。用这种溅射靶，可以稳定由抗腐蚀性和耐热性优良的ＲＭｎ合金组成的抗铁磁材料膜的膜成分和膜质量。通过应用这种抗铁磁材料膜，当堆叠该抗铁磁材料膜和铁磁材料膜形成交互耦合膜时，可以稳定地得到足够高的交互耦合力。这种交互耦合膜可以用于磁阻效应器件等。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,用其制成的抗铁磁材料膜和磁阻效应器件的制作方法
本专利技术涉及一种及用其制成的抗铁磁材料膜和磁阻效应器件。
技术介绍
迄今，作为高密度磁记录重现磁头，利用一种磁阻效应器的磁头(MR头)(后面皆指MR器件)正在研究之中。目前，通常用呈现各向异性磁阻效应(AMR)的坡莫合金Ni80Fe20(原子百分数)等制作磁阻效应膜(MR膜)。由于这种AMR膜具有小至约3％的抗磁变化率(MR变化率)，因此，作为磁阻效应膜材料的替代材料，具有强抗磁效应(GMR)的一种人制点阵膜和一种旋压阀膜，如(Co/Cu)n等已经引起人们注意。在一种利用AMR膜的MR器件中，由于AMR具有磁畴，所以由磁畴所产生的巴克豪森噪音成为这种膜推向实际应用的障碍。因此，人们正在研究制造单畴AMR膜的各种方法。其中的一种方法是利用一种铁磁材料AMR膜和一种抗磁材料膜之间的交互耦合把一种AMR膜中的磁畴控制在一个特定的方向。γ-FeMn合金是目前广为人知的这样一种抗铁磁材料(例如，见USP-4,103,315说明书、USP-5,014,147说明书，和USP-5,315,468说明书)。此外，一种旋压阀膜包括一个夹层膜，具有铁磁层/无磁层/铁磁层的叠层结构，而且，通过一个铁磁层的闭合磁化可以得到一种GMR。该旋压阀膜的另一个铁磁层的闭合磁化通常要用一种抗铁磁膜和一种铁磁膜之间的交互耦合。通常用γ-MnFe合金作为这种抗铁磁材料膜的材料组份。然而，γ-MnFe的抗腐蚀性极差。尤其是它容易被水腐蚀。由于MR器件利用了一种由γ-MnFe合金制成的抗铁磁材料膜，在器件或磁头成形工艺步骤中尤其易被空气中的水腐蚀，因此MR膜的交互耦合力具有很快褪化的趋势。对于一种由抗铁磁材料膜和铁磁材料膜形成的交互耦合膜来说，从可靠性观点来讲，在如393K下需要200Oe或更高的交互耦合力。为了实现393K下200Oe或更高的交互耦合力，以及室温下的交互耦合力，交互耦合力的温度相关性需要很好。就交互耦合力的温度相关性来讲，需要一个尽可能高的临界(blocking)温度，在该温度时铁磁材料膜和抗铁磁材料膜的交互耦合力消失。然而，γ-MnFe合金的临界温度低至443K，并且其交互耦合力的温度相关性很差。此外，如在USP-5315468中，提到了具有一种面心四方晶系的晶体结构的θ-Mn合金，例如，NiMn合金作为抗铁磁材料膜。已经证明，当使用一种由θ-Mn合金组成的抗铁磁材料膜时，抗铁磁材料膜和铁磁材料膜之间的交互耦合力不会褪化。另外，人们还提出了一种临界温度高、交互耦合力大，以及抗腐蚀性好的IrMn合金作为一种抗铁磁材料膜，这种合金具有一个面心四方晶系的晶体结构。作为具有相同晶体结构的抗铁磁材料膜，人们已经认识到了PtMn合金或RhMn合金等γ-Mn合金，而非γ-MnFe合金(参见USP-4,103,315,USP-5,315,468)。如上所述，如IrMn合金、PtMn合金、RhMn合金、NiMn合金、PdMn合金和CrMn合金等Mn合金具有优良的抗腐蚀性能，并且可以得到较高的交互耦合膜的临界温度。因此，它们作为长寿命MR器件的抗铁磁材料引起广泛的注意。目前，通常用溅射方法作为形成抗铁磁材料膜的一种方法。选用一种包括上述Mn合金各组成元素的，用溅射方法可以形成一种抗铁磁材料膜。然而用现有的溅射方法形成的抗铁磁材料膜在膜面内的成分不均匀。在这样一种形成于抗铁磁材料膜和铁磁材料膜之间的交互耦合膜中，存在一个问题，即得不到足够的交互耦合力。另外，还存在一个问题，即用这种交互耦合膜的MR器件和MR头与其其它组份的膜相比对抗铁磁材料膜具有不利的影响，使其交互耦合性能褪化。另外，现有的在溅射初期和末期能引起很大的成分偏差。抗铁磁材料膜的这种时间性的膜成分变化也能引起交互耦合性能的褪化。本专利技术的第一个目的是稳定一种包括抗腐蚀性和热学性能优良的Mn合金的抗铁磁材料膜的膜成分和膜质量，和提供一种直到末期成分偏差都很小的。本专利技术的第二个目的是提供一种能够重现性地形成室温和高温区交互耦合力都很稳定的，和提供一种具有这种性能的抗铁磁材料膜。本专利技术的第三个目的是利用一种上述性能优良的抗铁磁材料膜，提供一种能重现性地获得稳定的性能和稳定的输出功率的磁阻效应器件。本专利技术的内容本专利技术的第一主要由Mn和至少一种选自下列一组元素的R元素组成Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、V、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Ru、Os、Cr、Mo、W和Re，其中上述包括选自由上述R元素和Mn形成的合金相和化合物相中的至少一种相作为该靶子结构的至少一部分。本专利技术的第二主要由Mn和至少一种选自下列一组元素的R元素组成Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、V、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Ru、Os、Cr、Mo、W和Re，其中，该包括选自由上述R元素和Mn形成的合金相和化合物相中的至少一种相作为靶结构的至少一部分，并且其氧含量小于等于1wt％(包括0)。上述第一和第二还具有如下特征非形成合金相和化合物相的Mn具有小于等于50μm晶粒直径。本专利技术的第三主要由Mn和至少一种选自下列一组元素中的R元素组成Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、V、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Ru、Os、Cr、Mo、W和Re，其氧含量小于等于1wt％(包括0)。对于本专利技术的，优选地，其碳含量小于等于0.3wt％(包括0)，其相对密度大于等于90％。本专利技术的包括，例如，30at％或更多的Mn。本专利技术的进一步包括至少一种选自下列一组元素中的元素，Be、Ti、Zr、Hf、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn和N。通过溅射上述本专利技术的形成一种本专利技术的抗铁磁材料膜。本专利技术的磁阻效应器件的特征在于它包括上述本专利技术抗铁磁材料膜。本专利技术的磁阻效应器件包括，例如，上述本专利技术的抗铁磁材料膜和一个与该膜交互耦合的铁磁材料膜。进一步地，该磁阻效应器件包括本专利技术的上述抗铁磁材料膜、一个与该抗铁磁材料膜交互耦合的第一铁磁层，以及一个通过一个非磁层与该第一铁磁层堆叠的第二铁磁材料层。本专利技术的磁阻效应器件可以用在，例如，磁头上。本专利技术的磁阻效应器件可以用在磁记录装置如MRAM上，和磁感元件上。在本专利技术中，R元素以与Mn形成合金相或化合物相的形式分布于内。通过这种分布，靶子成分可以做得均匀。进一步地，靶子结构也可以制成均匀的状态。尤其是，当靶子总成分富Mn时，通过上述分布，靶子成分和结构可以做得非常均匀。此外，若把的氧含量控制在1wt％或更低，即使成分富Mn，也能很容易地制得高密度的靶子。氧含量的降低和密度提高非常有利于纯化和制取由其形成的低氧含量的抗铁磁材料膜。引外它还有利于增加抗铁磁材料膜的膜质量和降低膜成分与靶成分的偏差。通过溅射上述本专利技术的形成一种抗铁磁材料的溅射膜，可以稳定地得到膜面成分非常均匀的抗铁磁材料膜。此外，通过均匀化成分和结构，溅射初期和末期的成分偏差得到有效抑制，氧含量的降低和高致密化也具有同样的效果。如上所述，采用本专利技术的可以重现地得到膜成分稳定性好以及膜面内成分均匀的抗铁磁材料膜。通过堆叠这种抗铁磁材料膜和例如铁磁材料膜而形成交互耦合膜，就可以稳定地得到高的交互耦合力、好的抗腐蚀性、耐热性等性能。附图简述附图说明图1是显示用本专利技术的抗铁磁材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溅射靶，主要包括Ｍｎ和至少一种选自下列一组元素中的Ｒ元素：Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ和Ｒｅ，其中，该溅射靶包括选自由Ｒ元素和Ｍｎ形成的合金相和化合物相中的至少一种相作为靶结构的至少一部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山野辺尚，藤冈直美，石上隆，胜井信雄，福家广美，齐藤和浩，岩崎仁志，渡辺高志，佐桥政司，
申请(专利权)人：东芝株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]