JPH01319670A - 双軸異方性を有する単結晶磁気被膜を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエピタＡ−シャル成長法に関するものであり、
さらに詳赴１には金属のエピタキシャル成長に関するも
のである。。

当業界ては公知となっているか、鉄のような金属のフィ
ルムを＋１１．０＋方位てカリウム砒素び）基板上にエ
ピタキシャルに成長させて単結晶層を形成する。二とが
てきる。（１，１０）面には、マクネチツクイージー゛
アクシス（＋ｎａｇｎｅｔｉｃ　　ｅａｓｙ　　ａｘｉ
ｓ）”、００１＞、マクネチック・アクシス　バー１−
（＋ｎａＨｎｃｔｉｃ　　ａｘｉｓ　　ｈａｒｄ）　、
］］１′、およびインターメゾイエ−１ゝ゛アクシス（
ｉｎｌ、ｅｒｍｅｄｉａｌｅａｘｉ：＋）１１０゛・か
含まれている。Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｊ−にわりる単結晶Ｆ
ｅフィルノ＼の分子線エピタキシャル層ル成長“（プリ
ンツら、応用物理学レター３９（Ｖ）、５ｅｐｔ：、１
．９８１．）と題する外交においで、著者らは分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）を使用してカリウム砒素の（１ｅ
Ｖ〜１００１．Ｏ）面トに単結晶鉄フィル７＼を成長さ
ぜることを説明している。上記外交に記載の分子線エピ
タキシー法によると、鉄源か高温（１１５０°Ｃ）に加
熱され、鉄源から鉄原子か蒸発する。超高真空下（分子
線エピタキシー法の特徴である）において（、：ｌ、蒸
発しな鉄原子か基板Ｉ＼と移動する。基板は通常的５０
℃〜４５０　’＜７の範囲Ｊｎ高品度加熱される。本手
法の場合、鉄原子に付す、される運動エイ・ルギーの量
は、鉄源の加熱時に鉄原子に付Ｑ−される運動エネルキ
ーの量および基板の温度に関係する９通常、これらの鉄
原子の運動エネルキーは０．１〜０．２ｅＶの範囲であ
る。

１１０）族の面か成長すると、歌属学的研究用として興
味ある物質か得られるか、＋１００）族の面く例えは、
通常カリウム砒素のデバイス製造に使用される（＋ｉ、
Ｏ）面）か成長すると、さらに有益なものとなる。（１
００）族の面としては、立方晶系の閃亜鉛鉱カリウム砒
素結晶の（］　１００　、　（０１，０＞　、および（
００１）面かある０例えは、最終的には多層半導体構造
物を作１罠することかてきると考えられている。この、
Ｌうな多層構造物には、その上に加工されたデバイスを
イｊする多数の乎導体エピタキシャル層を形成さぜ、該
デバイスを金属導体によって相互接続して作製されｌこ
物も含まれる。下０）すの半導体エピタキシャル層の−
１−に引き続き半導体エピタキシヤフ一 ル層を成長させる。連続した半導体層に−）いて下側エ
ピタキシャル層と同し結晶ｗＩ造をもなぜるなめには、
金属導体相互接続物も、基板の結晶配向と類似の結晶配
向を有する単結晶層でなければならない。従っで、デバ
イスの作用上、例えばカリウノ、砒素のような物質にお
いては、ｌｏｏ＞方位か好ましいので、ガリウム砒素士
は同様に＜１１００　〉方位を持つように金属層を成長
さぜるのが有利であろう３ さらに、鉄のようなある金属の磁性を利用するためには
、カリウム砒素のようなく：ｌＱＱ：″一方位の半導体
物質−１１に鉄のような金属を：１００：；・方ａて成
長さぜるのか有利であろう。（１，００）面一ヒに成長
した鉄は、＜０１０ンおよびて００１：ン・方位におい
で、互いに直交した平面状の結晶配向を与える。このよ
うな相互に直交した平面状の結晶配向すなわち方位によ
っで、双軸異方性を有する欽フィルムが得られ、従っで
、；０１．　Ｏ）、：・またはテｏｏｌ・方位のいずれ
かに平行な方位に磁化するのか容易な一刻の磁化状態を
有するフィルノ＼が得られるか、：１１０．、・方位の
５Ｊ：うな中間軸方位に磁化するのは困難であろう。こ
の特性を利用しで、Ｅ　ジャルマンによる米国特許出願
Ｎｏ、　　　、、、、　、、　、　　　　　（不出願書
と同し日に提出され、本発明ど同し譲受人に譲渡されて
いる）に記載び）磁気貯蔵素子を作製することがてきる
７ 基板の温度は低い方がよい、なぜなら金属層は基板とは
かなり異なる熱膨張特性を有することかあるからである
６基板を冷却すると、熱膨張特性の差によって結晶に歪
みか止し、これによって鉄結晶層における原子の配列か
わずかにずれ、従って結晶の質が低下することとなる。

Ｇａ　Ａ　ｓのような分解温度の低い物質か、層の成長
時において分解するのを防くためにも、低い基板温度か
必要とされる。

本発明によれは、基板の＋１．００）族の面上（特に基
板の（１００）面Ｌ）に金属の単結晶層を成長させる方
法ζ」、約１０−ｌ・ル以上の低圧力環境中に（１，０
０）方位の基板を所定σ）温度て配置する工程、高エネ
ルギーでスパッターされブこ通常少なくとも１．ｐ、Ｖ
〜１ｅＶ〜１０００ＯｅＶ＆）範囲のエネルギーを有す
る金属原子のビームを基板の方へ向ける工程、およびｎ
ｊｆ記の高エネルギーてスパッターされた金属原子を基
板上に（−１着させることによって前記基板上に前記金
属層を形成する１稈からなる。この方法では、高い運動
エネルギーを有するスパッターされた金属原子が基板に
向けられる。スパッターされた金属原子の運動エネルギ
ーか高いのて基板りにおける金属原子の表面拡散が増大
し、従って原子は基板の（１，００）面］−に成長した
単結晶金属層の本来の正しい格子位置を満たずことかて
きる、本発明の別の態様によれは、（１００）に方位（
＝１けされたｊｐ結晶基板−１−に（１００）方位を有
するｆｉｔ結晶金属皮膜をｆ土着させるＪｆ法は、ある
基板を、その基板材料の分解温度未満の所定の低い温度
にて配置し、そして圧力か約１０−″トル以下の高真空
環境を−）くり出す工程、および付着させるへき金属か
らなるターゲットにイオンのビームを向（、・りで、イ
オンビームとの衝突の衝撃によって前記ターゲ・ソ１−
から金属原子を放出させ、そして前記素灰イオンに少な
くとも約１０Ｖの運動エイ響レキ−を付与づ−る−［−
程からなる。少なくとも１ｅＶ〜１００ｅＶの運動エネ
ルギーを有する金属イオンか基板上にイ＝１着しで、凹
ＯＯ２・ノア位の単結晶金属層が形成される、こう１＝
た方法の場合、：１００〉方位の半導体基板上に巣結晶
令属膜か成長する。付着温度を低く抑えることによっで
、基板の結晶と金属層の結晶との間の熱膨張の苓か大幅
に減り、これによって結晶格子において原子が誤っ′／
：ご方位を向く程度か少なくなる。さらに本技術を利用
ずれは、金属層の」−に引き続き半導体層をエピタキシ
ャル成長さぜることかでき、従−）て埋め込まれた状態
の金属製相互接続物を有する多層半導体構造物を製造す
ることかできる。

本発明のさらに別のｇ３様によれは、（１，００）カリ
ウノ、砒素の基板か　カリウｌ、砒素び）分解温度未満
の温度お３１：ひ低圧の環境において配置される。高エ
ネルギーでスパッターされた約１ｅ■またはそれＩ”ｌ
　＋の運動エネルギーを有する金属原子のヒーノ＼か基
板に向けられる、これらの原子か基板に付着しで、基板
上に・月００：・方位のＦｅＪ−が形成される。こうし
／こ方法の場合、一対の相互直交平面の形の結晶方向を
有するＦｃ層が、カリウム砒素基板の（４００）面上に
配列する１、このようにして得られた皮膜は、一対の相
互直交残留磁気状態、すなわちＦｅ体心立方（１）ｃｃ
）構造体の２−）のイージー　・アクシス（ｅａｓｙ　
　ａｘｉｓ）に対応する−”０１０−、＞および′テ０
０１″、・方位を有する３これらの２つの方位は、整列
するのが容易なくすなわち磁化するのか容易な）一対の
磁化方位を与え、従って双軸異方性を存する皮膜が得ら
れる。さらに、Ｆｅ層は単（１００）結晶であるので、
（１００）基板および（１００）Ｆｅ層の一１―に引き
続きエピタキシャルけ００）　Ｇ　ａＡ　ｓ層を形成さ
ぜるにともてきる。

本発明のさらに別の態様によれは、単結晶金属皮膜を付
着させる方法は、基板を所定の温度て高真空環境に配置
する工程を含む。基板に付着させるべき金属からなるタ
ーゲット・にイオンのビームを向け、このときイオンの
ビーｌ＼が物質の原子に少なくとも１．、ｅＶ〜］Ｏｅ
Ｖの範囲のエネルギーを与えるようにする　これらの金
属原子はターケラｌ−から離れて基板トに再び１寸着す
るか、これと同時に比較的低エネルギーのイオンの第２
のビームを基板に向け、そＩ〜で金属原子と衝突させて
金属原子が基板上に再イ」着する際の金属原子の運動エ
ネルギーを増大させる。このような方法の場き、比較的
低エイ・ルギーのイオンの第２のビームを使用すること
によっで、単結晶金属皮膜かかなり低い温度て基板上に
成長する。こめようにして金属皮膜を成長させれは、基
板と金属層の結晶格子内における、金属層と基板層との
間の熱１ｉｆｊ張係数の差によって生じるミスマツチの
程度を少なくすることに、Ｊ：っで、金属層におりる結
晶歪みを少なくすることかできる。

さて第１し１を参照すると、金属薄膜（ここては双軸異
方性を有する鉄（Ｆｅ）皮膜）を、カリウム砒素（Ｃ，
ｘ　ａ　Ａ、　ｓ　）からなる基板１１の＋１００！結
晶面上に、エピタキシャルに成長させるなめに使用する
イオンヒーノ＼スパッタリンクシステ１１１０か示され
ており、本システムには超高真空チャンバー１２および
容器を脱気して約１．０−９１−ルの内部雰囲気圧力を
つくり出すのに使用する低温ポンプ１４か含まれている
。ここてはビーム幅の広いタイプのイオン銃１６がチャ
ンバー１２内に配置され、アルゴンガスまなは他の不活
性ガスのような適切なイオン源を使用して入１］］６ａ
からイオン種ガス＼か供給される、ここてけＦｅからな
るターゲット２４に向かい合う形で配置され／Ｓポルタ
ー２２に、基板１１が据え付けら！しる。ターゲット２
４は通常０．０６２５〜０．１２５″の範囲の厚さを有
するか、他の厚さのものも使用することかてきる。据え
付けられた基板１１とターゲット２４との間に着脱可能
なシャッター２７か挿入される。次に第１Ａ図について
説明すると、熱伝導性Ｊ）７１１７２部材２６ａ、断熱
材２６１）、ヒーターコイル２６ｃ、およびヒーターコ
イル２６ｃを保護する３１；うに配置されたカラスシー
ルド２６ｄからなるヒーター集成体２６によっで、基板
１１の温度か制御される。５ブロツク２６ａと基板１１
との間に熱電対２８を埋め込んで基板の温度を感知し、
これによって基板の温度を所定の温度限界内に制御する
。

次に操作面について説明する。図示されているように、
ジャ・ツタ−２７の背後にあるホルダー２２に］−）ｕ
ｈの基板１１か配置される、容器を脱気して少なくとも
５Ｘ］０−８１−ルＪ〕内部圧が得られるようにする。

こ１ｌ１７）高真空か得られＡ２後、容器に不活性ガス
（ににではアルゴン）を充填して８ン５−５〜］ｘｌＯ
−’）ルの範囲の圧力にする、通常、容器を充填するの
に使用されるガスは、後述する方法でイオン種を与２る
のに使Ｊｉ＋ｆされるのと同しガスである。シャッター
２７は通常閉じた位置にあり、これに３１：つて基板１
１をターゲットから遮蔽している。

基板１１−１１に層をエピタキシャル成長させる前に、
基板１１を予め定めた温度（通常Ｔ、ｊ：　２１５℃〜
３３５℃の範囲）で配置する４基板１１か所定の温度に
達した後、イオン種ガス（ここてはアルゴン）をガス入
口１．６ａに導き、イオン銃１６に供給する。アルゴン
のイオン（Ａｒ＋）３３かイオン銃１６から発射されて
加速され、ターケラ１−２４に向かって進め、基板１１
にほぼ向かい音って配置在されているターゲット２４の
面に衝突する。しかしなから、この場合、シャツ＝１５
− ター２７は閉した位置になっており、基板】１はターゲ
ット２４から遮蔽されている４、従っで、イオンはター
ゲ・・ノド２４を打ち叩き、シャッター２７」−に鉄の
皮膜が得られる。シャッター２７上におりるこのＦｅの
予備付着物は、チャンバー１２内に残存する遊離酸素（
○、）の捕獲体として作用させることができ、これによ
って層中の酸素濃度が極めて低いエピタキシャルＦｅ層
が基板上に得られるようになる。。

この予備成長操作後、再びイオンｆｆｔ１６にＡ「を導
き、通常５００〜２．０００ｅＶの範囲の電子エネルギ
ーを有するＡｒイオンをイオン銃から発射し、このＡｒ
イオンか基板１１に向かい音っているクーケ・・ノＩ〜
の部分を打ち叩く。ターゲット２４の原子とＡ「イオン
との衝突の結果、ターゲット２４からＦｅ原子か叩き出
され、約１ｅＶ〜１ｅＶ〜１０００ＯｅＶの電子エネル
ギーを有するＦｅ原子（このうち、相当数の原子か約１
０〜２０ｅＶの範囲内の電子エネルギーを有する）か得
られる。こうして得られ／こ原子は種々の方向に向いて
進むが、ファンビーム３４によって示されているような
態様て主として基板１１の方へ向かう、２従っで、金属
原子は高い運動エネルギーを有し、基板１１＋、におけ
る原子の表面拡散エネルギーか増大する。これによ−）
で、Ｆｅ原子を正規の格子位置に付着させることかてき
、１ｏｎ）基板上に単結晶（１００１ドｅ層が得られる
。

基板１］か（１００１族の面に方位付けされた状態にあ
れ（Ｊ、基板上に付着しまた鉄屑も同様に＋１００ｉ族
の面に方位付けされるであろう。特に最も近い＜１１０
＞軸の方向Ｊ＼２°±０５°内て整列のすれたデバイス
タイプのＱ　ａ　Ａ　ｓ　、Ｉ　ＯＯ”；・方位の場合
、共通の面に配置された一対の一：：０１０＞および＜
００１．＞方位を有するで１００・方位のＦｅ層が基板
表面上に得られる、これによっで、単結晶半導体絶縁材
料を引き続き成長させることのてきる層が、さらにまｌ
こ双軸異方性を有する層が得られる。

イオンヒーノ＼スパッタリンク装置１０は、他の従来の
スパッタリンク装置およυ金属層のエピタキシャル皮膜
を作製するための１ｆ来の成長技術に比較しで、いくつ
かの利点がある１、先ず第］に、本発明の技術を使用ず
れは、竹にカリウム砒素のような−’１００＞方位の半
導体＋イ料Ｉ−４に高品質の単結晶皮膜を成長させるこ
とかできる。比穀的低い注力および低い温度環境て鉄原
子に高い運動エネルギーが供給され、叩き出されたＦｅ
原子は高い運動エネルギーで長い平均自由行程をイ１し
　従ってＦｅ原子は高い表面拡散移動度をも−）ことか
でき、このため基板の温度が低くても、Ｆｅ皮膜か成長
していく際に鉄原子を正規の格子位置に付着させること
かできる。すなわち、運動エネルギーか高いと、基板の
温度が低くても表面拡散エネルギーか高くなり、これは
エピタキシャル成長にとって好ましい状態である４さら
に基板の温度か低いことは、カリウム砒素のような材料
に対して特にイｊ利である。というのは、カリウム砒素
の場合、温度が高いと分解を起こすか、あるいは処理別
Ｊ−されるウェーハかｔｆｌ、　（８を受けるからであ
る。さらに、Ｆｅ皮膜はガリウム砒素とは異なる熱膨張
特性を有するので、高い運動エネルギーを有した状！ぶ
て低温にて件名さぜれば、両方の材料の熱膨張特性にお
けるミスマツチによって引き起こされる結晶歪７）が抑
えられ、従−）で１−′ｅ層の結晶特性かさらに改良さ
れる。

さらにこのようにして（１，００）カリウス８砒素基板
上にイ・１着させたＰｃ皮膜は、いわゆる双軸異方性を
有する。鉄は体心立方構造を有するか、一方力りｒＨ７
ム砒素ζ４閃亜鉛鉱構造として知られている立方構造を
有し、またＦｅのほは２倍び）格子定数をイｊするぴ）
で、カリウム砒素に対するＦｅ皮膜の一１分に密な格子
整自か得られる１、カリウム砒素の（１００）表面十に
Ｆｅ皮膜をｆ＝ｉ着さゼることによ−）で、ガリウム砒
素表面に対して垂直の非平面軸内にＦｅ皮膜の（１００
）表面、および相互直交の関係にあるＦｅ立方構造の　
ＯＩ　Ｏ：：＝方位と′ＯＯ１，：；＝方位（カリウム
砒素の表面と同じ平面内に配置された方位）か得られる
　従っで、Ｆｅ結晶ので０１０〕・および００１・方位
は、［？（・磁性Ｑ１膜材利を１〕えるための残留磁気
状態としで、また一対の相互直交残留磁気状罪として使
用することかできる。

鉄皮膜の）１を結晶特性は、Ｘ線による測定および磁気
的測定によって明らかにされている。５７０すツメ−タ
ーの厚さを哨する皮膜に関して′Ｉ÷）られたＸ線口・
ソキンク曲線を第２図に示す、早−、の１７Ｃ（２００
１ピークが存在していることによっで、皮膜の単結晶性
が確認される。

振動サンプル磁力計を使用して磁気モーメン１〜を方位
および場の強度の関数として測定することによっで、皮
膜の磁気的性質を検討した。そめ結果を第３〜５図に示
す。

磁場および磁気モーメン１へが皮膜の平面内にある場６
、磁気異方性エネルギーは Ｅ　ｎｎ１ｓ＝（Ｋ　　１　／４）Ｓｉｎ２（２θ　）
　　　　　　　　　　　　（１）という式によって表さ
れ、このとき■（ｌは一次異方性定数、そしてθは磁気
モーメントと平面内イージー・アクシス（ｅａ３ｙ　　
ａｘｉｓ）のうぢの−一）との間の角度（例えは（０１
０＞、第３図）である。平面内イージー・アクシス（ｅ
ａｓｙ　　ａｘｉｓ）に列してθ。の角度で磁場がかけ
られる場合、全エネルギー（磁気異方性エネルギーとセ
ーマンエネルキーの合計）は Ｅ−−に、！Ｅｉｎ２２（θ。−θ１）−１−ＩＭｓｃ
ｏｓθ１（２）という式によって表され、このときθ１
は第３図に示されている磁気モーメン１へと磁場との間
の角度、Ｉ」は場の強度、そしてＭｓは飽和磁気である
。

最小のエネルギーａ　Ｅ　／　ｃ９０１−〇に対する条
件はθ。について次のように解くことができ、θ。−〇
、＋　−−−５ｉｎ−’　（４Ｈ／　Ｈａｎ　　ｓｉｎ
θ、：Ｉ　（：３＞このときＨａｎ＝　２　Ｋ　１／　
Ｍｓは磁気異方性の場である。磁力計は、磁場の方向に
関して磁気ヘクトルの射影を７１４１１定する。すなわ
ち、磁気モーメンｌ□　’Ｘ：　Ｍｓ　ｃｏｓθ１　　
　　　（４）従っで、式く３）と（４）は磁場の強度才
〕よひ配向に列する磁気モーメン１−の依存性を算出す
るのに使用する。二とかできる。

厚さ２００旧ｎの皮膜について磁気測定を行った。

第４［：Ｊは、ｌ：ｏｌｌ、）方位に沿って（すなわち
、パハ一　ド′°の平面内軸に沿って）磁場をかけたと
きの、場の強度の関数としての減少磁気を示している。

Ｍ　、／　Ｍ　！＋に対する理論曲線は↑／′ｆ２（Ｉ
」−〇に対して）から１　（＋−１／　）ｉ　ａｎ−１
に対して）まて十昇し、１−（／　ｌ−Ｔ　ａｎ　＝　
１にて不連続な勾配を有するく第４図においてθ。−４
５°て標識イ１けした実線）。磁場と平面内ハート方（
ｕ　（ｈａｒｄ　　ｄｉｒｅｃｔ、ｉｏｎ＞との間に僅
かに不整列が合った場合に相当する理論曲線が、第４図
に破線て示されている。通常チータボイン１−は、θ、
−４５°に対する理論曲線とθ。−４３°に対する理論
曲線との間にはいる。これらの測定値から推定される磁
気異方性の場ｉ、：ｌ：　５５０エルスデツドであり、
バルク状の鉄に対して受は入れられている値と一致する
。

第５図は、場の強度を５０エルステ・・ノドに固定しで
、磁気モーメンＩ・を場の配向の関数として測定した結
果を示ず、、　Ｈａ　／　Ｉ−＋・・０１に対する理論
曲線（白丸）は、実験データ（黒丸）と良く一致してい
る。

曲線中の鋭いくぼみは、皮膜の平面内ハート　アクシス
（ｈａｒｄ　　ａｘｉｓ）において起こる。この配向に
おいては、理論曲線の勾配は不連続である、なせを表す
、各ピークにお（′）る強磁性共鳴場の値は実質的に等
１〜く、またくぼみにおける強磁性共鳴場の値も実質的
に等しい。これによっで、ｆ」加されたいかなる単軸異
方性の場もなく双軸異方性の場が存在することが確認さ
れる。

第６図には、かなり低下さぜな基板温度にて高運動エネ
ルギー電子を供給するイオンビーム装置の別の態様か示
されている。本態様には第１図に関連して説明した装置
が含まれており、この他に第２の入口１．８ａを経て供
給される第２のイオン銃１８がさらに含まれている。イ
オン銃１８は、予備成長工程においで、ガリウム砒素基
板１１の表面をエツチングしで、金属層をエピタキシャ
ル成長させるためのより適切な表面を与えるために使用
される。

イオン銃１８はさらに、層の成長時においで、約１００
〜５００ｅＶの範囲のエネルギーを有するイオンを生成
させで、皮膜の表面−にで移動する金属原子にさらに追
加の、種々の量の運動エネルギーを（才与し、これによ
ってより低い基板温度にて高品質の皮膜を与えるのに使
用される。運動エネルギーの量かならくぼ７ゾの両側に
関して異なるイージー　アクシス（ｅａｓｙ　　ａｘｉ
ｓ）に向かって磁化へ２トルが傾くからである１、実験
データによると１、ハート　アクシス（ｈａｒｄ　　ａ
ｘｉｓ）のくぼみの付近に若干のヒスプリシスが３２ぬ
られる。第５　［Ｕに示されているように、Ｆｅ層ζＪ
、付加されたいかなる単軸異方性の場もなく双軸異方性
の場を有する。０°、９０°。

＋８０”わよひ同等の角度のθの値にて生じるくぼみに
おりる磁気モーメン１への値は実質的に等しい。

さらに、４５°、＋３５６．２２５６．および同等の角
度のθの値にて生しるピークにおける磁気モーメン１〜
の値も実質的に等しい。ここてθは、印加した場とＦｅ
層のバーｌ−アクシス（ｈａｒｄ　　ａｘｉｓ）の１つ
くすなわち１．０１１し・軸）との間の角度である。

第５Ａ図は、皮膜に関して採取した強磁性共鳴データを
示しており、これによって皮膜は、付加されたいかなる
単軸異方性の場もなく双軸異方性の場を有することか確
認される。印加した強磁性共１１、らジクナルの周波数
は１．７．２７５Ｇ　ｌ−１ｚてあった。

Ｘ軸は印加した場と層び）′０１１・軸との間の角度増
大すると、基板上における原子の表面拡散が増大し、従
って約２５　’Ｃ〜３３５℃というかなり低い基板温度
にで、単結晶金属皮膜の正規の格子位置に原子をり＝え
ることかてきる。基板温度は、好ましくは２５℃〜２１
５°Ｃである。

本発明の好ましい実施１ｍ様に−）いて説明してきたが
　本発明の概念を含んな他の実施態様も使用てきること
は、当業者にとって明らかである。従っで、実施態様は
開示された実施態様のみに限定されるものではなく、特
許請求の範囲の精神と範囲に、Ｊ：っても限定される。

【図面の簡単な説明】

本発明の前記の特徴並びに本発明自体は、以下の図面の
説明から４−分に理解できるてあろう。 第１図（」、本発明に従−）で金属層を成長させるのに
使用されるイオンヒーノ＼スパッタリング装置の概略図
である。 第１Ａ図は、第１図のラインＬ　Ａ　−ｔ　Ａについて
リノ断しフ、二断面拡大図であり、第１図に示した装置
の基板ヒーターの詳細を示している。 第２図は、第１図の装置を使用して成長さぜ／、二皮膜
に関し、回折角度に対してＸ線強度をプロ・・ノ１−し
て得られた図である。 第３図は、第１図の装置を使用して成長さ伊た皮膜に関
し、磁化および磁場の配向を特性イ＝ｆ　Ｔ−する角度
の関係を示し／ごベクトルダイヤグラムである６第４図
は、第１図の装置を使用して成長させた皮膜に関し、減
少した場の強度に対して減少した磁化をプロットして得
られた図である。 第５図は、第１図の装置を使用して成長させた皮膜に関
し、角度て表示した磁場の配向に対して磁気モーメン１
へをプロワｌ−して得られた図であり、このような皮膜
の理論値と比較しである。 第５Ａ図は、第１図の装置を使用して成長させた皮膜に
関し、角度て表示した磁場め配向にか１して強磁性共口
、ら場をブロワ）・シて得られた図である。 第６図は、本発明力さらなる態様に従って金属皮膜を成
長させるのに使用されるイオンヒーノ＼スパ・ツタリン
ク装置の概略図である。 ｌ（に−］ Ｓ３どＨ 手続補正書（方式） ３補止をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 ４代理人 手　　続　　袖　　正　　店 平成昭邪元年６月２−２日 王事件の表示 昭和６３年特許願第１３２５２０　　号２発明の名称 双軸異方性へで有するｍ結晶磁気被膜を製造する方法ろ
補止をする者 事件との関係　　′特許出願人 住所 名　称　　（７８３）レイセオン・カンパニー４代理人 儒 １　特許請求の範囲を以下に訂正する。 てあっで、 少なくとも１０−’　ｌ・ルの高真空環境内に、約２１
５℃〜３５５°Ｃの範囲の温度で配置された基板を−り
える工程： ４＝Ｊ着させるべき金属からなるターケン［・にイオン
のビームを向りる工程で、このときイオンのビームがタ
ーケントから原子を放出さ−Ｕ、放出された金属原子に
１．ｅＶ〜１０ｅＶの範囲のエネルギーを伺与するよう
にイオンのビームを向げる工程：および 前記エネルギーを有する前記金属原子を基板上に付着さ
せる工程 からなる方法。 ２、単結晶金属皮膜を付着させる方法であっで、高真空
環境内に、所定の温度で配置された（１００）のガリウ
ム砒素基板を与える工程： 鉄からなるターケンＩ・にイオンのヒーＪ、を向ける工
程で、このときイオンのビームが鉄から原子を放出さ一
υ、放出された原子に約１０ｖ〜１０ｅｌｌの範を向し
ノる工程：および 比較的低工不ルキーのイオンからなる第２のビームを前
記基板乙こ向りで、ターリ−ノＩ・がら放出された鉄原
子が基板上に７＝Ｊ着する際に前記鉄原子に追加の運動
エネルギーを付与する工程 からなる方法。 ３、　　＜１００＞配向面を有するカリウム砒素単結晶
基板、および前記＜１００＞ガリウｌ、砒素の上に配置
され、＜　１００　＞耐曲面内に配置された相互に直交
する一対の＜０１．０＞および＜００１＞方向をも°っ
立方晶構造を有する鉄の単結晶の層を含む物品においで
、該鉄の層がそのＴｌ〃気的性的性質意の】軸異方性を
有することなく、２軸異方性を有することを特徴とずろ
物品。 ４、＜１００＞配向である＋１（］］結晶面を有するガ
リウム砒素基板であり、最も近い＜１１０＞軸の方向へ
２°±０゜５°内でずれている基板、および前記ガリウ
ム砒素の前記（１００１結晶面五に配置された＋１００
）結晶面を有する鉄層であっで、該鉄層はそのままで２
輔の磁気的異方性を有し、またその他の１軸の磁気的異
方性は有しない鉄層を含む物品。」 ２、　明細書第１０頁第３行にｒＮｏ、−Ｊとあるを［
１Ｎｏ、　０５７，０８９Ｊ］と訂正する。 ３、　明細書第２６頁第１１行の次に以下を新行にて挿
入する。 ｒ本発明には、以下の実施態様が含まれろ。 １、　基板−Ｈに金属層を成長さ・Ｕろ方法であっで、
低圧環境内に、所定の温度で配置された＋１００＋方位
の基板をＩｊえる工程： 高工不ル；１−−てスパンターされた、少なくとも１ｅ
ｖ〜１００ｅｌＪの範囲のエネルギーを有する金属原子
を含むビームを基板に向ける工程・および前記の高エネ
ルギーＩ：’−てスパ、・ターされた金属原子を基板上
に伺若さ・Ｕて層を形成させる工程からなる方法。 ２　低圧環境が１．０−’ｌ・ル未満の圧力となってい
る、前記第１項記載の方法。 、′３　低圧環境か不活１ノ１ソノスの環境てあろ、前
記第２項記載の方法。 ４　不活性ガスがアル：１ンである、前記第３項記ｉｉ
戊の力？去。 ５、　金属原子からなろビーノ、を基板に向りる工程が
さらに、 イ（］着さ一口るべき金属からなるターケントを設りる
二Ｆ程・および １勺５００ｅＶ以十−のエイ、月暑−一を有するイオン
のビーｌ−をターケン！−に向ＬＪて前記イオンを前記
ターケントの原子と衝突させ、これ１．こまって高エネ
ルギーでスパンクーされた金属原子のし−Ｊ、を生成さ
せろ工程 からなる、前記第１項記載の方法。 （ｊ　付着させるべき金属、う寸（・である、前記第５
項記載の方法。 ７、　金属を基（ルにイス１着さ−Ｕる１ｉｉ）　Ｌこ
、低圧環境内に７ｒ在ずろ酸素を除くため乙ご、ある金
属層を基板以外の場所６１：：　イ＝Ｊ着さ一已る、前
記第６項記載の方法。 Σ（イオン種がアル−７ンである、前記第７項記載の方
法。 ９　イオン種がアルτｌンである、前記第５項記載の方
法。 １０、中結晶基板十に？ｌ！を結晶金属皮膜を付着さ−
Ｕろ方法てあっで、 少なくとも１０−’ｌ−ルの高真空環境内に、約２１５
℃〜３５５°Ｃの範囲の温度で配置された基板を一１〕
える工程： 付着さセる・＼き金属からなるターケンＩ・にイオンの
ビームを向げる二ｌ−程で、このときイオンのビーＪ、
かターケンＩ・から原子を放出させ、放出された金属原
子に少なくとも１（ＮＶへ４０ｅＶの範囲のエネルギー
を付与するようにイオンのビー１８を向ける工程：およ
び 前記エネルギーを有する前記金属原子を基板上にイ」着
させる工程 からなる方法。 １１、低圧環境が不活性ガスの環境である、前記第１０
項記載の方法。 １２、不活性ガスが）′ルゴンである、前記第１１項記
載の方法。 １３、　（’Ｊ着させろべき金属がＦｅである、前記第
１２項記載の方法。 １４　　金属を基板にイ・ｔ　’ｔｊさせろ前に、低圧
環境内に存在する酸素を除くために、ある金属層を基板
以外の場所６；Ｚ　（＝１着させろ、前記第１３項記載
の方法。 １５・イオン種力＜Ａｒである、前記第１４項記載の方
法。 Ｉ６　　単結晶金属皮膜を付着させる方法であっで、高
真空環境内に、所定の温度で配置された基板を与える工
程・ 付着さ−Ｕるべき金属からなるターゲットにイオンのビ
ームを向＋、Ｊる工程で、このときイオンのビーＪ、が
金属から原子を放出させ、放出された原子に約１（！ｖ
〜１ｅＶ〜１００Ｏｅ〜１の範囲のエネルギーをイ・］
与ずろよ・：）にイオンのビーＪ１を向りる工程　およ
び比較的低工不ルー）−−のイオンからなる第２のし一
ムを前記基板に向けで、ターケア　１□から放出された
金属原子が基板上にイ」着する際に前記金属原子に追ノ
用の運動エネルギーをイマ］！ゴ、する工程からなる方
法。 １７、低圧環境が不活性ガスの環境である、前記第１６
項記載の方法。 １８、不活性ガスがアルゴンである、前記第１７項記載
の方法。 １９、付着させるへき金属がＦｅである、前記第１８項
記載の方法。 ２０、金属を基板に付着させる前に、低圧環境内に存在
する酸素を除くために、ある金属層を基板以外の場所に
付着させる、前記第１９項記載の方法。 ２１、イオン種がアルゴンである、前記第２０項記載の
方法。 ２２　　イオンの第２のビームが約１００ｅＶ〜５００
ｅＶの範囲のエネルギーを有ずろ、前記第１６項記載の
方法。 ２３　　基板が２５℃〜３５５°Ｃの範囲の温度で配置
されろ、前記第２１項記載の方法。 ２４、基板が２５℃〜２１５°Ｃの範囲の温度で配置さ
れる、前記第２２項記載の方法。 ２５、基板が（１００）ガリウム砒素であり、金属層が
（１００）　Ｒｅである、前記第１６項記載の方法。 ２６、基板が（１００）ガリウＪ、砒素であり、金属層
が（１００）Ｆｅである、前記第２１項記載の方法。 ２７、基板が（１００）カリウム砒素であり、金属層が
（１００）　Ｐｅである、前記第２３項記載の方法。 ２８、　＜１００＞方位の表面を有するガリウム砒素か
らなる層：および ガリウム砒素の前記＜　１．００　＞表面］二に配置さ
れた金属の単結晶からなる層 の？■の合わせ物。 ２９　　金属がＦｅである、前記第２８項記載の組み合
わ一１物。 ３０、前記のＦｅ層が、Ｆｅ層の（２００＋平面に相当
する回折角でエネルギー強度の単一ピークを有すること
を特徴とするＸ線ｒ：Ｉソートンク曲線を有する、前記
第２９項記載の組め合わせ物。 ３１、前記のＦｅ層が約３００オンゲスＩ・ローム以上
の厚さを有する、前記第３０項記載の組め合わせ物。 ３２、前記のＦｅ層が約８５０オンゲスト〔１−ム以上
の厚さを有する、前記第３０項記載の組め合わせ物。 ３３、　＜１００＞配向面を有するガリウム砒素単結晶
基板、および前記＜］００＞ガリウム砒素の一トに配置
され、＜１００＞配向面の平面内に配置された相互に直
交する一対の＜０１０＞および＜００１＞方向の立方晶
構造を有する鉄の単結晶の層を含む物品。 ３４、前記鉄層が、外部磁場と鉄層の磁化軸の１つとの
為す角であるθに関し、磁気モーメントがθが０．９０
．１ｆｌＯ°、およびそれと等価の角度の時に同じ値を
取り、さら乙こθが４５．１．３５．２２５°およびそ
れと等価の角度の時に同し値を取る磁気モーメンｌ−特
性を有する前記第３３項記載の物品。 ３５、前記鉄層の磁気的性質が有意の１軸異方性を有す
ることなく、２軸異方性を有することを特徴とする前記
第３３項記載の物品。 ３６　　前記鉄層が、１７．２７５Ｇｌｌｚの強磁性共
鳴信号を印加した時に、印加した磁場の方向と鉄層の＜
Ｏｌｌ＞軸との為す角であるθの関数として実質的に約
１，００００ｐと約２．００００ｅとの間でその応答が
正弦的に変化する強磁性共りＤ場Ｈｒｅｓをもつ磁気特
性を有することを特徴とする前記第３３項記載の物品。 ３７、該鉄層の厚さが約３００八より厚いことを特徴と
する前記第３５項記載の物品。 ３８　　該鉄層の厚さが約８５０八より厚いことを特徴
とずろ前記第３５項記載の物品。 ３９、　　＋１００＋結晶面を有するガリウム砒素基板
、および前記ガリウｌ、砒素の前記＋１００＋結晶面上
に配置された＋１００＋結晶面を有する鉄層を含む物品
。 ４０、ガリウム砒素の前記（１００）表面が＜　１００
　＞配向であり、最も近い＜１１０＞軸と２°±０．５
°ヰずれている前記第３９項記載の物品。 ４１、鉄層が、＜１００＞配向した基板の共通平面内に
、配置された一対の＜０１．０＞および＜００１＞結晶
方向を有する前記第４０項記載の物品。 ４２、該鉄層１．１そのままで２軸の磁気的異方性を有
し、またそれに重なった１輔の磁気的異方性は有しない
前記第４１項記載の物品。 ４３、最も近い＜１１０＞軸と２°±ｏ５°ずれている
＜　１００　＞配向面を有するカリウノ、砒素単結晶基
板・および ガリウム砒素の前記＜１００＞表面−ＪＪこ配置された
所望の厚さを有ずろ鉄の単結晶層であっで、＜１００＞
配向面内に配置された相互に直交する一対の＜０１０＞
および＜００１．＞方向の立方晶構造を右し、基板に最
も近い鉄層の少なくとも−・部か、有意の磁気的な１軸
異方性を有することなく、２軸異方性を有する鉄の単結
晶層を含む物品。 ４４、前記一部か約５７０Ａの厚さを有する前記第４３
項記載の物品。Ｊ 以−１− −１，１，−

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に金属層を成長させる方法であって、 低圧環境内に、所定の温度で配置された｛１００｝方位
   の基板を与える工程； 高エネルギーでスパッターされた、少なくとも１ｅＶ〜
   １００ｅＶの範囲のエネルギーを有する金属原子を含む
   ビームを基板に向ける工程；および前記の高エネルギー
   でスパッターされた金属原子を基板上に付着させて層を
   形成させる工程からなる方法。
2. （２）低圧環境が１０＾−＾４トル未満の圧力となって
   いる、請求項１記載の方法。
3. （３）低圧環境が不活性ガスの環境である、請求項２記
   載の方法。
4. （４）不活性ガスがアルゴンである、請求項３記載の方
   法。
5. （５）金属原子からなるビームを基板に向ける工程がさ
   らに、 付着させるべき金属からなるターゲットを設ける工程；
   および 約５００ｅＶ以上のエネルギーを有するイオンのビーム
   をターゲットに向けて前記イオンを前記ターゲットの原
   子と衝突させ、これによって高エネルギーでスパッター
   された金属原子のビームを生成させる工程 からなる、請求項１記載の方法。
6. （６）付着させるべき金属がＦｅである、請求項５記載
   の方法。
7. （７）金属を基板に付着させる前に、低圧環境内に存在
   する酸素を除くために、ある金属層を基板以外の場所に
   付着させる、請求項６記載の方法。
8. （８）イオン種がアルゴンである、請求項７記載の方法
   。
9. （９）イオン種がアルゴンである、請求項５記載の方法
   。
10. （１０）単結晶基板上に単結晶金属皮膜を付着させる方
    法であって、 少なくとも１０＾−＾４トルの高真空環境内に、約２１
    ５℃〜３５５℃の範囲の温度で配置された基板を与える
    工程； 付着させるべき金属からなるターゲットにイオンのビー
    ムを向ける工程で、このときイオンのビームがターゲッ
    トから原子を放出させ、放出された金属原子に少なくと
    も１ｅＶ〜１０ｅＶの範囲のエネルギーを付与するよう
    にイオンのビームを向ける工程；および 前記エネルギーを有する前記金属原子を基板上に付着さ
    せる工程 からなる方法。
11. （１１）低圧環境が不活性ガスの環境である、請求項１
    ０記載の方法。
12. （１２）不活性ガスがアルゴンである、請求項１１記載
    の方法。
13. （１３）付着させるべき金属がＦｅである、請求項１２
    記載の方法。
14. （１４）金属を基板に付着させる前に、低圧環境内に存
    在する酸素を除くために、ある金属層を基板以外の場所
    に付着させる、請求項１３記載の方法。
15. （１５）イオン種がＡｒである、請求項１４記載の方法
    。
16. （１６）単結晶金属皮膜を付着させる方法であって、 高真空環境内に、所定の温度で配置された基板を与える
    工程； 付着させるべき金属からなるターゲットにイオンのビー
    ムを向ける工程で、このときイオンのビームが金属から
    原子を放出させ、放出された原子に約１ｅＶ〜１０ｅＶ
    の範囲のエネルギーを付与するようにイオンのビームを
    向ける工程；および比較的低エネルギーのイオンからな
    る第２のビームを前記基板に向けて、ターゲットから放
    出された金属原子が基板上に付着する際に前記金属原子
    に追加の運動エネルギーを付与する工程 からなる方法。
17. （１７）低圧環境が不活性ガスの環境である、請求項１
    ６記載の方法。
18. （１８）不活性ガスがアルゴンである、請求項１７記載
    の方法。
19. （１９）付着させるべき金属がＦｅである、請求項１８
    記載の方法。
20. （２０）金属を基板に付着させる前に、低圧環境内に存
    在する酸素を除くために、ある金属層を基板以外の場所
    に付着させる、請求項１９記載の方法。
21. （２１）イオン種がアルゴンである、請求項２０記載の
    方法。
22. （２２）イオンの第２のビームが約１００ｅＶ〜５００
    ｅＶの範囲のエネルギーを有する、請求項１６記載の方
    法。
23. （２３）基板が２５℃〜３５５℃の範囲の温度で配置さ
    れる、請求項２１記載の方法。
24. （２４）基板が２５℃〜２１５℃の範囲の温度で配置さ
    れる、請求項２２記載の方法。
25. （２５）基板が（１００）ガリウム砒素であり、金属層
    が（１００）Ｆｅである、請求項１６記載の方法。
26. （２６）基板が（１００）ガリウム砒素であり、金属層
    が（１００）Ｆｅである、請求項２１記載の方法。
27. （２７）基板が（１００）ガリウム砒素であり、金属層
    が（１００）Ｆｅである、請求項２３記載の方法。
28. （２８）＜１００＞方位の表面を有するガリウム砒素か
    らなる層；および ガリウム砒素の前記＜１００＞表面上に配置された金属
    の単結晶からなる層 の組み合わせ物。
29. （２９）金属がＦｅである、請求項２８記載の組み合わ
    せ物。
30. （３０）前記のＦｅ層が、Ｆｅ層の（２００）平面に相
    当する回折角でエネルギー強度の単一ピークを有するこ
    とを特徴とするＸ線ロッキング曲線を有する、請求項２
    ９記載の組み合わせ物。
31. （３１）前記のＦｅ層が約３００オングストローム以上
    の厚さを有する、請求項３０記載の組み合わせ物。
32. （３２）前記のＦｅ層が約８５０オングストローム以上
    の厚さを有する、請求項３０記載の組み合わせ物。