WO2007105472A1 - 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Koji Tsunekawa
David Djulianto DJAYAPRAWIRA
Hiroki Maehara
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a magnetoresistive effect element used for a magnetic random access memory (MRAM), a sensor of a magnetic head, and the like.
  • MRAM magnetic random access memory
  • Magnetoresistive elements are used in sensors for magnetic random access memory (MRAM) and magnetic heads.
  • the first ferromagnetic layer, the Z insulator layer, and the magnetoresistive effect element having the basic structure of the second ferromagnetic layer, the magnetic directions of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are parallel to each other.
  • the electric resistance is low and the anti-parallel property is high, the direction of the magnetic layer of one ferromagnetic layer is fixed and the direction of the magnetic layer of the other ferromagnetic layer is fixed.
  • the direction of the external magnetic field is detected as a change in electrical resistance.
  • the MR ratio Magneticoresistan ce rasioo magnetoresistance ratio
  • MgO the insulator layer of the magnetoresistive effect element
  • Non-Patent Document 1 APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 092502 (2005)
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application 2004- 259280
  • An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a magnetoresistive effect element having a high MR ratio even with a low RA.
  • a method for manufacturing a magnetoresistive element of the present invention is the method for manufacturing a magnetoresistive element having an MgO layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer.
  • the step of forming the MgO layer and the step of forming the second ferromagnetic layer are in this order, and the step of forming the MgO layer has a getter effect on the acid gas than MgO. It is characterized in that it is performed in a film forming chamber having a constituent member having a large substance deposited on its surface.
  • the getter effect for the acidic gas is provided more than the film forming means force of the substance larger than MgO.
  • the deposition of a substance having a getter effect on the oxidizing gas larger than MgO on the constituent member is performed by one or more of the film forming means.
  • a substance whose getter effect on the oxidizing gas in the method of manufacturing a magnetoresistive element according to the present invention is larger than MgO may be one or more forces of elements constituting the substance constituting the magnetoresistive element. It is characterized by.
  • the method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is the same as the method for manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • a step of forming a magnetic layer, a step of forming an MgO layer, and a step of forming a second ferromagnetic layer in this order, and the step of forming the MgO layer has a getter effect on an oxidizing gas. It is characterized in that it is carried out in a film forming chamber having a constituent member having a surface coated with a material larger than the material constituting the ferromagnetic layer of 1.
  • the getter effect with respect to the oxidizing gas is larger than that of the material constituting the first ferromagnetic layer.
  • One or more film forming means for the substance is provided, and the getter effect on the oxidizing gas is larger than that of the substance constituting the first ferromagnetic layer. It is characterized by being performed by.
  • the material having a getter effect with respect to the oxidizing gas larger than the material constituting the first ferromagnetic layer constitutes the magnetoresistive effect element. It is also characterized by having one or more powers of the elements that make up the substance.
  • the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is the same as the method of manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • a step of forming a magnetic layer, a step of forming an MgO layer, and a step of forming a second ferromagnetic layer in this order, and the step of forming the MgO layer comprises a substance constituting the magnetoresistive effect element Among them, the method is characterized in that it is carried out in a film forming chamber having a constituent member having a surface on which a substance having the greatest getter effect with respect to an acidic gas is deposited.
  • the method for manufacturing a magnetoresistive effect element is the method for manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer. a step of forming a magnetic layer, a step of forming a step and the second ferromagnetic layer forming the MgO layer in this order, the step of forming the MgO layer, the oxygen gas adsorption energy value 1 45k C It is characterized in that it is carried out in a film forming chamber having a constituent member having a surface of alZmol or more deposited thereon.
  • the method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is the same as the method for manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • the step of forming the MgO layer includes Ta (tantalum), Ti (titanium), Mg (magnesium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), W (tungsten), Cr (chromium), Mn (manganese), Hf (hafnium), V (vanadium), B (boron), It is characterized in that it is carried out in a film forming chamber having a structural member having a metal or a semiconductor having one or more forces of Si (silicon), A1 (aluminum) or Ge (germanium) deposited on the surface.
  • the step of forming the MgO layer in the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is characterized in that the MgO layer is formed by a sputtering method.
  • a plurality of film forming chambers including the first film forming chamber are connected to the transfer chamber via a valve, and the plurality of film forming chambers are connected without breaking a vacuum.
  • a method of manufacturing a magnetoresistive effect element using an apparatus capable of transferring a substrate between the film formation chambers of A first step of depositing a substance having a getter effect on the oxygen-containing gas larger than MgO on the surface of the constituent member in the first film-forming chamber; and the first step, which is performed after the first step.
  • a plurality of film forming chambers including the first film forming chamber are connected to the transfer chamber via a valve, and the plurality of film forming chambers without breaking the vacuum are connected.
  • a first step of depositing, a third step performed after the first step and depositing an MgO layer on the substrate in the first deposition chamber, and the first deposition chamber A second step of performing from the next step of the first step to the step before the third step in the film forming chamber other than the first step, the first step,
  • the second step and the third step are sequentially performed in this order.
  • a plurality of film forming chambers including the first film forming chamber are connected to the transfer chamber via a valve, and the plurality of film forming chambers are not broken.
  • a magnetoresistive element manufacturing method using an apparatus capable of transferring a substrate between film forming chambers of Ta, Ti, Mg, Zr, Nb, Mo, W, Cr, Mn, Hf, V, B A first step of depositing a metal or semiconductor composed of one or more of Si, Al, or Ge on the surface of a component in the first film formation chamber, and the first step is performed after the first step.
  • the first step of the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention has a large getter effect with respect to the acidic gas, and a substance on the surface of the constituent member in the first film forming chamber. At the same time, the film is formed on the substrate.
  • the first step of the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention includes the first step. It is performed in parallel with the step of forming a film on the substrate in the film forming chamber other than the film forming chamber.
  • the third step of the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is characterized in that the Mg 2 O layer is formed by sputtering.
  • a plurality of film forming chambers including the first film forming chamber are connected to the transfer chamber via a valve, and the plurality of film forming chambers are connected without breaking a vacuum.
  • the substrate is transferred to the first film forming chamber, and Mg is sputtered in the first film forming chamber to form an Mg layer on the substrate.
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus is configured such that a material having a getter effect with respect to an oxidizing gas larger than MgO is formed in the film forming chamber in which the MgO layer is formed. It is characterized in that a means for attaching is provided.
  • the magnetoresistive element manufacturing apparatus is a magnetoresistive element manufacturing apparatus having an MgO layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer.
  • the film forming chamber for forming a film is provided with means for depositing a material having a getter effect larger than that for forming the first ferromagnetic layer on the surface of the constituent member in the film forming chamber with respect to the oxidizing gas.
  • the substance having a large getter effect with respect to the acidic gas is an acidic gas among the substances constituting the magnetoresistive element. It is a substance that has the largest getter effect on.
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus provides a material having an oxygen gas adsorption energy value of 145 kcalZmol or more in the film forming chamber for forming the MgO layer. It is characterized in that a means for attaching is provided.
  • the magnetoresistive element manufacturing apparatus includes Ta Ti Mg Zr Nb Mo W Cr Mn Hf VB Si A1 or more than one force of Ge or Ge in the film forming chamber for forming the MgO layer.
  • Means for depositing the metal or semiconductor to be deposited on the surface of the constituent member in the film forming chamber is provided.
  • a plurality of film forming chambers including the film forming chamber for forming the MgO layer are connected to the transfer chamber via a valve, and a vacuum is applied. The substrate can be transferred between the plurality of film formation chambers without breaking.
  • the magnetoresistive element manufacturing apparatus is characterized in that a MgO target is provided in a film forming chamber for forming the MgO layer, and a power supply unit for supplying power to the target is provided.
  • the method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is the same as the method for manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • the method of manufacturing a magnetoresistive effect element includes a substrate, a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, and the second ferromagnetic layer.
  • a step of forming a first ferromagnetic layer on the substrate a step of forming an MgO layer, and a second ferromagnetic layer
  • the step of forming the MgO layer is performed by placing the substrate on a substrate mounting table whose portion in contact with the substrate is an insulator.
  • the substrate is mounted on a substrate mounting table on which an insulator is sprayed.
  • the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is characterized in that the substrate is mounted on a substrate mounting table made of an insulator.
  • the step of forming the MgO layer is performed in a state in which a mask is disposed at a peripheral portion of the substrate apart from the substrate. It is characterized by that.
  • the method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention is the same as the method for manufacturing a magnetoresistive effect element having an MgO layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
  • the step of forming the MgO layer includes a substrate and a substrate holding portion that holds the substrate. Electric It is performed in a state of being electrically insulated.
  • a mask electrically insulated from the substrate is disposed in the periphery of the substrate. It is performed by.
  • the magnetoresistive element manufacturing apparatus is a magnetoresistive element manufacturing apparatus having an MgO layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer.
  • the film formation chamber for film formation is provided with means for bringing the substrate into a floating potential.
  • the magnetoresistive element manufacturing apparatus is an magnetoresistive element manufacturing apparatus having an MgO layer between a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer.
  • the film forming chamber for film formation is provided with means for electrically insulating the substrate and the substrate holding portion for holding the substrate.
  • the surface of the constituent member in the film forming chamber in which the MgO layer is formed is protected against oxygen, water, and the like (hereinafter referred to as "oxidizing gas").
  • oxidizing gas oxygen, water, and the like
  • An MgO layer was deposited on the substrate with a material with a large getter effect applied.
  • a magnetoresistive element having a high MR ratio can be obtained even when the MgO film is thin, and as a result, a magnetoresistive element having a high MR ratio can be obtained even at a low RA.
  • Deposition means power during the MgO layer deposition
  • Oxygen gas such as oxygen and water released is taken in and removed by a substance having a larger getter effect than the oxygen and water such as oxygen gas. It is considered that an MgO layer can be formed in a state where the gas remains little in the film forming chamber.
  • the getter effect is great for the oxygen and water such as oxygen and water deposited in the MgO deposition chamber!
  • a means for depositing a substance having a large getter effect on an acidic gas such as oxygen or water and a means for forming a thin film layer can be used on the surfaces of the constituent members in the MgO film forming chamber. There is no need to provide a dedicated means for depositing a substance having a large getter effect on such an acidic gas.
  • the process of depositing a substance having a large getter effect on an acidic gas such as oxygen or water and the process of forming a thin film layer are simultaneously achieved on the surface of a component in the MgO film forming chamber. As a result, the process can be shortened.
  • the step of forming the MgO insulator layer is important among the thin film layers constituting the magnetoresistive effect element, and the surface of the component member in the deposition chamber for forming the MgO insulator layer It has been found that the characteristics of the magnetoresistive element are greatly influenced by the type of material deposited on the substrate.
  • the substrate is at a floating potential, or the substrate and the substrate holding portion that holds the substrate are electrically insulated.
  • the MgO layer By forming the MgO layer, a high MR ratio magnetoresistive element can be obtained even when the MgO film is thin. As a result, a high MR ratio magnetoresistive element can be obtained even at low RA. I was able to get it.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive element having an MgO insulator layer manufactured in the first embodiment.
  • Lower electrode layer 9 (thickness 10 nm) with Ta (tantalum) force, antiferromagnetic layer 8 (thickness 15 nm) made of PtMn (platinum manganese), CoFe (cobalt iron) layer 6 (thickness 2.5 nm), Ru (Ruthenium) layer 5 (thickness 0.85 nm), first ferromagnetic layer 2 (thickness 3 nm) that also has CoFeB (cobalt iron boron) force, insulator layer 4 (thickness 1) made of MgO (magnesium oxide) Onm), CoFeB second ferromagnetic layer 3 (film thickness 3 nm), Ta force upper electrode layer 10 (film thickness 10 nm), and Ru layer 11 (film thickness 7 nm) to prevent oxidation Has been.
  • antiferromagnetic layer 8 (thickness 15 nm) made of PtMn (platinum manganese) made of PtMn (platinum manganese), CoFe (
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the film forming chamber of the manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention, which can be evacuated to a transfer chamber 43, a load lock chamber 44, and an unload lock, respectively.
  • a film chamber 41 and a third film formation chamber 42 are provided.
  • a load lock chamber 44 and an unload lock chamber 45 are connected to the transfer chamber 43 through valves, so that the substrate can be taken in and out between the external space at atmospheric pressure and the inside of the vacuum apparatus.
  • the first film forming chamber 21, the second film forming chamber 41, and the third film forming chamber 42 are connected to the transfer chamber 43 through valves. As a result, the film formation chambers can be transferred to each other while maintaining the vacuum state.
  • Each film forming chamber is provided with a film forming means for forming each layer of the magnetoresistive effect element. That is, the first film forming chamber 21 is provided with the first Ta film forming means 46 and the MgO film forming means 47, and the second film forming chamber 41 is provided with the PtMn film forming means 48 and the CoFe film forming means. A stage 49 and a second Ta film forming means 50 are provided, and a Ru film forming means 51 and a CoFeB film forming means 52 are provided in the third film forming chamber 42. The substrate is transferred between the respective film forming chambers without being exposed to the atmosphere, and is sequentially formed by film forming means for forming the respective layers of the magnetoresistive effect element.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the internal configuration of the first film formation chamber of the manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the internal structures of the second film formation chamber and the third film formation chamber are the same as those of the first film formation chamber except that different materials are formed on the respective films.
  • a sputtering method was employed as the film forming means in this example.
  • the first film forming chamber 21 is connected to the transfer chamber through a valve 34, and the inside of the first film forming chamber 21 is kept airtight by closing the nozzle 34.
  • a substrate holder 29 that holds the substrate 30 is provided below the first film formation chamber 21.
  • the surface of the substrate holder 29 is covered with an insulator made of aluminum nitride.
  • Each film forming means mainly includes a target of a film forming substance and a power supply unit to the target.
  • a target 24 having MgO force is attached to the target attaching portion 23.
  • a target 26 which is partitioned by the partition plate 22 and has Ta force is attached to the target mounting portion 25.
  • the target 24 (MgO) and the target 26 (Ta) are supplied with high-frequency power from a high-frequency power source (not shown) via the target mounting portions 23 and 25.
  • a shatter 27 that shields the target 24 (MgO) and a shutter 28 that shields the target 26 (Ta) are provided, and the substrate 12 is shielded by the shatter 31.
  • Each shirt 27, 28, 31 supports sputtering of target 24 (MgO) or target 26 (Ta). Accordingly, the illustrated positional force can also be individually retracted.
  • the first deposition chamber 21 is provided with a cylindrical deposition shield 36 so as to cover the side surface of the inner wall 37 of the deposition chamber.
  • the film forming chamber inner wall, the deposition shield, the shirter, the partition plate, and the like are hereinafter referred to as constituent members.
  • a vacuum exhaust means 35 for evacuating the inside of the film formation chamber 21 is provided below the first film formation chamber 21.
  • a Si (silicon) substrate 12 having SiO (silicon dioxide) formed on the surface is a lower electrode made of Ta.
  • the electrode layer 9 it is carried into the first film forming chamber 21 and held in the holding unit 29.
  • the surface of the holding part 29 is covered with an insulating material having an aluminum nitride force, and the substrate 12 is held in an electrically floating state.
  • the first film formation chamber 21 before film formation is evacuated to a knock ground pressure of 10 _7 Pa or less, Ar (argon) is introduced into the first film formation chamber 21 to a predetermined pressure, 28 and Shatter 31 are closed, high frequency power is applied to Ta target 26, and Ta pre-sputtering is performed.
  • a Ta film is formed on the substrate 12 by opening the shirter 31 and the shirter 28 and applying high frequency power to the Ta target 26.
  • the film forming chamber wall 37, the inner wall of the deposition shield 36, a part of the partition plate 22 and the shatter, which are constituent members inside the first film forming chamber 21, were sputtered by Ta target 26 force.
  • Ta is deposited.
  • the region where the sputtered particles from the Ta target are deposited varies depending on the position and shape of the target, the position and shape of the constituent members in the film forming chamber, film forming conditions, and the like.
  • the shirt 31 is closed and the high-frequency power applied to the Ta target 26 is turned off.
  • the substrate 12 on which the Ta lower electrode layer 9 has been formed is unloaded from the first film formation chamber 21 and placed in the second film formation chamber 41 in which the PtMn film formation means 48 and the CoFe film formation means 49 are provided. It is transferred and held in the holding part.
  • the PtMn film forming means 48 is used to form the PtMn layer 8 on the substrate, and then the CoFe film forming means 49 is used to form the CoFe layer 6.
  • the substrate 12 is unloaded from the second film forming chamber 41, transferred to the third film forming chamber 42 provided with the Ru film forming means 51 and the CoFeB film forming means 52, and held by the holding unit.
  • the Ru layer 5 is formed on the substrate using the Ru film forming means 51, and then the first ferromagnetic layer 2 having the CoFeB force is also used using the CoFeB film forming means 52. Is formed. In this way, the PtMn antiferromagnetic layer 8, the CoFe ferromagnetic layer 6, the Ru layer 5, and the CoFeB ferromagnetic layer 2 shown in FIG. 1 are sequentially formed.
  • the background pressure in each deposition chamber before deposition is 10 _7 Pa or less.
  • the substrate 12 on which the layers up to the first ferromagnetic layer 2 in FIG. 1 are stacked is then transported again into the first film formation chamber 21 to form the MgO layer 4, and the substrate holder 29 Retained.
  • the surface of the constituent member in the first film forming chamber 21 is in a state where Ta sputtered in the process of forming the Ta layer on the substrate is deposited on the outermost surface.
  • an MgO layer is sputtered on the substrate 12 by the MgO film forming means 47.
  • Pre-sputtering of MgO is performed by closing the shirt 28, the shirt 27 and the shirt 31 and applying high-frequency power to the MgO target 24.
  • the shirt 27 is opened and MgO is sputtered for a predetermined time.
  • the shirter 31 is opened, and the MgO layer 4 is formed on the substrate 12.
  • the substrate 12 is unloaded from the first film formation chamber 21, moves to the third film formation chamber 42 provided with the CoFeB film formation means 52, and the second ferromagnetic layer 3 having the CoFeB force is formed. .
  • the substrate 12 is loaded again into the first film forming chamber 21 where the first Ta film forming means 46 is disposed, and the Ta upper electrode layer 10 is formed.
  • it moves to the third film formation chamber 42 provided with the Ru film formation means 51, and the Ru oxidation prevention layer 11 is formed.
  • the magnetoresistive element shown in Fig. 1 formed in this way was able to obtain good characteristics with a high MR ratio even when the MgO layer was thin. As a result, a magnetoresistive element with a high MR ratio was obtained even with low RA.
  • the film forming means for the material (Ta in this embodiment) has the largest getter effect with respect to the oxidizing gas. Is provided in the first film formation chamber where the MgO film formation means is provided, and in the first film formation chamber where the MgO film is formed, the material constituting the magnetoresistive element against the acidic gas Only the material having the largest getter effect (Ta in this embodiment) and the MgO film are formed.
  • the getter effect on the oxidizing gas of Ta deposited on the surface of the components in the deposition chamber that forms the MgO layer is the same as the oxidizing gas of MgO and the CoFeB that forms the first ferromagnetic layer. Greater than getter effect for.
  • FIG. 4 is a diagram comparing the film thickness / MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element between the manufacturing method of the present invention and the conventional manufacturing method
  • FIG. 5 shows the MgO of the magnetoresistive effect element.
  • Layer R It is the figure which compared the A'MR ratio characteristic with the manufacturing method by this invention, and the conventional manufacturing method.
  • the Ta lower electrode layer and the Ta upper electrode layer are formed using the second Ta film forming means 50 provided in the second film forming chamber 41.
  • the MgO layer is formed in the film forming chamber in which MgO is deposited on the surface of the constituent member in the first film forming chamber in which the MgO layer is formed.
  • Fig. 4 the MgO film thickness' MR ratio characteristics of the magnetoresistive effect element manufactured by the manufacturing method of the present invention in which an MgO layer is formed in a film deposition chamber coated with Ta are shown by squares (mouths).
  • the MR ratio characteristic of the MgO film thickness of the magnetoresistive effect element manufactured by the conventional manufacturing method in which the MgO layer is formed without depositing the Ta is indicated by a black diamond ( ⁇ ).
  • ⁇ black diamond
  • the MR ratio decreases as the MgO layer thickness decreases. According to the manufacturing method of the present invention, even if the MgO layer thickness is reduced to 0.9 nm, the MR ratio is high. Ratio magnetoresistive element can be obtained.
  • the RA'MR ratio characteristics of the magnetoresistive effect element manufactured by the manufacturing method of the present invention are shown by squares (mouths), and the RA-MR of the magnetoresistive effect element manufactured by the conventional manufacturing method is shown. Specific characteristics are indicated by black diamonds ( ⁇ ).
  • the MR ratio when RA is about 150 ⁇ ⁇ m 2 is less than 50%, but according to the manufacturing method of the present invention, the MR ratio when RA is about 2 ⁇ / zm 2 is It reached about 130%, and a low MR and high MR ratio magnetoresistive element could be obtained.
  • the surface of the constituent member in the film forming chamber when forming the MgO film is covered with Ta, which has a large getter effect with respect to the acidic gas. Since it has a getter effect on the acidic gas released during film formation, it is considered that deterioration of the quality of the MgO layer 4 formed on the surface of the ferromagnetic layer 2 was prevented.
  • each thin film layer of the magnetoresistive element was formed in a deposition chamber evacuated to a knock ground pressure of 10 -7 Pa or less. Without covering the surface of the components in the MgO film formation chamber with the oxidizing gas, which has a large getter effect, and Ta, the MgO insulator layer is formed at a knock ground pressure of 10 _7 Pa. Even when the magnetoresistive effect element was formed, the MR ratio decline when the MgO film was thin was not improved.
  • MgO is a deliquescent material that easily adsorbs water, and the sintered body of MgO is a porous material, the MgO target has an acidic gas such as oxygen or water. It is thought that the gas is adsorbed. Even if the knock ground pressure is exhausted to 10 _7 Pa, the acidic gas adsorbed on the target is not easily exhausted, and the acidic gas from the MgO target struck by ions at the same time as MgO sputtering starts.
  • Substances with a large getter effect for oxygen and water such as oxygen and water are not limited to Ta. Ti, Mg, Zr, Nb, Mo, W, Cr, Mn, Hf, V B, Si, Al or Ge may be used. In addition, it can be made of two or more alloys that have a large getter effect with respect to acidic gas.
  • the lower electrode layer 9 and the upper electrode layer 10 constituting the magnetoresistive effect element as a substance having a large getter effect with respect to the acidic gas deposited in the MgO film forming chamber. Since the same material (Ta) was adopted, the process of depositing the material (Ta) in the MgO film formation chamber is large for the oxygen-containing gas! / Ta lower electrode layer 9 and Ta upper electrode This can be achieved at the same time by carrying out the film-forming process of layer 10, and it is not necessary to provide a process for that purpose.
  • Ta in both the lower electrode layer 9 and the upper electrode layer 10 constituting the magnetoresistive effect element is formed in the first film formation chamber 21 in which MgO is formed. Therefore, Ta can be applied to a relatively thick and wide area in the MgO deposition chamber, and a large getter effect can be obtained.
  • a step of depositing Ta on the surface of the constituent member in the first film forming chamber 21 can be inserted immediately before the MgO layer 4 is formed.
  • Ta is further added. Since it can be deposited, the thickness of Ta to be deposited on the surface of the component in the film forming chamber 21 and the area to which Ta is deposited can be increased.
  • Ta can be deposited in the deposition chamber immediately before the step of forming the MgO layer, a high getter effect can be obtained with respect to the acidic gas released during the deposition of the MgO film. It is thought that.
  • the shirter 31 is closed and Ta is sputtered to cover the surface of the components in the film formation chamber 21 with Ta. You may make it perform the process to make it wear. In this way, the thickness of Ta deposited on the surface of the component in the deposition chamber 21 can be increased and the deposition area can be increased, so that the acidity released during the deposition of the MgO film is increased. The getter effect on the gas can be increased. However, since this process is performed in parallel with the film forming process of the substrate, there is an advantage that the process time is not increased. Further, the sputtering process for depositing Ta on the surface of the constituent members in the film forming chamber 21 can be performed by placing a dummy substrate on the substrate holding portion instead of the operation of closing the shirter 31.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive element having an MgO insulator layer in the second example of the present invention.
  • a lower electrode portion 64 is formed in FIG.
  • the lower electrode portion 64 includes a first Ta layer 61a, a CuN layer 62, and a second Ta layer 6 lb.
  • the thin film configuration of the other part of the magnetoresistive effect element is the same as that in FIG. 1 of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus used in the second embodiment of the present invention.
  • a CuN film forming means 65 is newly provided in the first film forming chamber. That is, as a feature of the manufacturing apparatus of the second embodiment, the first film formation chamber having the film formation means for forming MgO has a film formation means (Ta) for a substance having a large getter effect with respect to the oxidizing gas. In addition, it has a small getter effect for the acidic gas and a film deposition means (Cu N).
  • Ta film formation means
  • Cu N film deposition means
  • the Si substrate 12 on which the SiO film is formed has the first Ta layer 61a (see FIG. 6) of the lower electrode portion 64.
  • the film is formed in the first film forming chamber 21 in which the first Ta film forming means 46 is provided.
  • Ta is deposited on a part of the surface of the film forming chamber wall 37, the deposition shield 36, the partition plate 22 and the shatter, which are constituent members in the first film forming chamber 21.
  • the CuN layer 62 (see FIG. 6) of the lower electrode part 64 is formed using the CuN film forming means 62 provided in the first film forming chamber 21.
  • sputtered CuN is deposited in the first film forming chamber 21.
  • the second Ta layer 61b see FIG.
  • the first Ta film forming means 46 provided in the first film forming chamber 21 is used to form the substrate 12.
  • Ta film is deposited on top.
  • Ta which is a substance having a large getter effect with respect to the acidic gas, is deposited on the outermost surface of the constituent member in the first film forming chamber 21.
  • the substrate 12 on which the Ta lower electrode portion 64 is formed is carried out of the first film formation chamber 21 in the same manner as in the first embodiment, and the second film formation means of PtMn and CoFe is provided.
  • the first ferromagnetic layer 2 made of is sequentially deposited. Note that the background pressure in each film formation chamber before film formation is 10 _7 Pa or less.
  • the substrate 12 is carried into the first film formation chamber 21, and an MgO film is deposited by the MgO film formation means 47.
  • the MgO layer 4 is formed, the inside of the first film formation chamber 21 is in a state where Ta having a large getter effect with respect to the acidic gas is deposited on the surface.
  • the substrate 12 formed up to the MgO layer 4 moves to the third film forming chamber 42 provided with the CoFeB film forming means, and the second ferromagnetic layer 3 having the CoFeB force is formed.
  • the film is transferred again to the first film forming chamber 21, and Ta is formed on the substrate by the first Ta film forming means.
  • the substrate moves to the third film forming chamber 42, and the Ru layer 11 is formed by the Ru film forming means 51, so that the magnetoresistive effect element having the thin film configuration shown in FIG. 6 is formed.
  • the oxidizing property there is a film forming means for the substance (Ta in this example) that has the largest getter effect with respect to the gas and a film forming means for the substance (CuN in this example) that has a smaller getter effect than the acidic gas. ing.
  • the magnetoresistive effect element shown in FIG. 6 formed in this way was able to obtain good characteristics with a high MR ratio even when the MgO layer was thin. As a result, even with low RA, high MR ratio magnetism A gas resistance effect element could be obtained.
  • the substrate transfer can be simplified and the process time can be shortened. It was.
  • a film forming means for a substance having a small getter effect with respect to the acidic gas is formed in the first film forming chamber in which the MgO layer is formed, and the surface of the constituent member in the film forming chamber. It has a means for depositing a substance with a large getter effect on the oxidizing gas, and after depositing a substance with a small getter effect on the oxidizing gas, it is formed immediately before forming the MgO layer. Before the MgO film is formed, the acidic gas is applied to the surface of the structural member in the film forming chamber so that the surface of the structural member in the film chamber has a large gettering effect on the surface of the acidic gas. On the other hand, it has a step of depositing a material having a large getter effect (Ta in this embodiment).
  • an MgO film forming means, a Ta film forming means, and a CuN film forming means are provided in the film forming chamber for forming the MgO layer.
  • Ta has the largest getter effect for the acidic gas.
  • the getter effect on the oxidizing gas of Ta deposited on the surface of the component in the film forming chamber that forms the MgO layer is in contrast to the oxidizing gas of CoFeB that forms MgO and the first ferromagnetic layer. Greater than the getter effect.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO insulator layer in a third example of the present invention.
  • the third embodiment as shown in FIG. 8, in the thin film configuration of the magnetoresistive effect element in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus used in the third embodiment.
  • the manufacturing apparatus used in the third embodiment of FIG. 9 is the same as the manufacturing apparatus used in the first embodiment, except that a Mg film forming means 67 is newly provided in the first film forming chamber.
  • the Si substrate 12 on which SiO was formed on the surface was carried into the first film formation chamber 21, and Ta was deposited on the substrate 12 from Ta.
  • a lower electrode layer 9 is formed.
  • Ta sputtered from the Ta target 26 is deposited on the inside of the first deposition chamber 21 such as the deposition chamber wall 37, the deposition shield 36, the partition plate 22, and the shirter. Is done.
  • the substrate 12 sequentially moves to the second film forming chamber 41 provided with the PtMn and CoFe film forming means, and the third film forming chamber 42 provided with the Ru and CoFeB film forming means. Then, the PtMn antiferromagnetic layer 8, the CoFe layer 6, the Ru layer 5, and the first ferromagnetic layer 2 made of CoFeB shown in FIG. 9 are sequentially formed.
  • Each thin film layer was formed by evacuating the background pressure in each film formation chamber to 10 -7 Pa or less.
  • the substrate 12 on which the ferromagnetic layers 2 are sequentially stacked is again carried into the first film forming chamber 21, and the Mg layer 66 is formed by sputtering the Mg target of the Mg film forming means 67. .
  • Mg sputtered from the Mg target is deposited on a part of the film forming chamber wall 37, the deposition shield 36, the partition plate 22, the shirter, and the like inside the first film forming chamber 21.
  • Mg is a substance having a large getter effect on an oxygen-containing gas and a substance having a large getter action on oxygen or water.
  • the MgO target of the MgO film forming means 47 is sputtered to form the MgO layer 4 on the substrate 12 by the sputtering method.
  • the substrate 12 on which the MgO layer 4 is formed is moved to the third film formation chamber 42, and the second ferromagnetic layer 3 having CoFeB force is formed thereon.
  • the substrate moves again to the first film formation chamber 21, and the Ta upper electrode layer 10 is formed.
  • it moves to the third film formation chamber 42 and a Ru layer is formed.
  • the magnetoresistive effect element having the thin film configuration shown in FIG. 8 is formed.
  • the magnetoresistive effect element formed in this way was able to obtain good characteristics with a high MR ratio even when the MgO layer was thin. As a result, a magnetoresistive element with a high MR ratio was obtained even with low RA.
  • the getter effect is large with respect to the acidic gas deposited on the surface of the constituent member in the first film forming chamber for forming the MgO, and the material is Mg.
  • MgO layer is deposited after the Mg layer, Mg is deposited on the surface of the component in the first deposition chamber immediately before the MgO deposition. It is considered that Mg deposited on the surface of the component in the first film forming chamber where MgO is formed has a high getter effect.
  • the magnitude of the getter effect on the oxygen-containing gas also varies depending on the surface state of the substance, and the Mg film was deposited on the surface of the component in the deposition chamber immediately before the MgO layer was deposited. The surface of the Mg film is in a clean state, and a higher getter effect can be obtained. It is a possible power.
  • the material has a large getter effect with respect to the acidic gas. Since Mg and Ta are deposited on the surface of the components in the MgO deposition chamber, the getter effect is large for the acidic gas, and the substance can be deposited in a wider and thicker region, so it is more effective. There is. However, the Ta electrode layer must be formed in the MgO deposition chamber! /, And! /, Only the Mg layer, which is not the case, is formed in the MgO deposition chamber, and the Ta layer forms the MgO layer. Even if it is formed in a deposition chamber different from the deposition chamber, it is effective.
  • FIG. 10 shows various magnetoresistive effect elements having the structure shown in FIG. 1 on the surface of the constituent members in the first film forming chamber in which the MgO layer is formed immediately before the MgO layer is formed on the substrate 12.
  • FIG. 3 is a diagram in which a magnetoresistive effect element is formed by forming an MgO film on a substrate 12 in a state where a substance is deposited, and an MR ratio is measured and compared.
  • the implementation method will be described by taking Ti as an example of the material to be deposited on the surface of the constituent member in the first film forming chamber in which MgO is formed.
  • a T film forming means was provided in the first film forming chamber.
  • the first ferromagnetic layer 2 is sequentially stacked on the substrate 12.
  • Ta is deposited on the surface of the component in the first film formation chamber when the Ta lower electrode layer is formed.
  • a process of depositing Ti in the first deposition chamber 21 is inserted.
  • the substrate 12 on which the layers up to the first ferromagnetic layer 2 are sequentially stacked is transported to the first film formation chamber 21 and held in the substrate holding unit 29, and the shirt 12 is closed and the substrate 12 is shielded.
  • the target shatter is opened, and Ti is sputtered to deposit Ti on the surfaces of the film formation chamber wall 37, the deposition shield 36, the shatter, the partition plate 22, and the like.
  • the MgO layer 4 is formed on the substrate 12 as in the first embodiment.
  • a thin film is laminated as in the first embodiment to form a magnetoresistive element.
  • an MgO layer was formed to form a magnetoresistive element, and the MR ratio was measured.
  • the MR ratio was about 50%
  • CuN, CoFe, Ru, and CoFeB were deposited and the MgO layer was sputtered.
  • the MR ratio was about 70% to 130%.
  • a material having a getter effect larger than that of MgO has an effect of improving device characteristics.
  • the material to be deposited on the surface of the constituent member in the film forming chamber for depositing MgO in addition to Ta of the first and second embodiments of the present invention and Mg of the third embodiment, Ti, Cr If Zr, etc. is adopted as appropriate, the effect of improving the device characteristics is significant.
  • the magnitude of the getter effect with respect to the acidic gas can be compared using the value of the oxygen gas adsorption energy of the substance as an index.
  • the oxygen gas adsorption energy values of Ti, Ta, Mg, Cr, and Zr, which had high MR ratios are as large as 145kcalZmoU.
  • the insulator layer MgO film was deposited in a state where a substance having a large getter effect with respect to the acidic gas was deposited on the surface of the constituent member in the deposition chamber, and the magnetoresistive effect If an element is formed, it is considered that good device characteristics with a high MR ratio can be obtained even with low RA.
  • a magnetoresistive element with a high MR ratio can be obtained even with low RA by sufficiently gettering an acidic gas such as water or water.
  • an acidic gas such as water or water.
  • Nb, Mo, W, Mn, Hf, V, B, Si, Al, Ge, etc. which have oxygen gas adsorption energy values as large as 145 kcal / moU, are considered effective.
  • the substance deposited on the inner wall of the deposition chamber for depositing MgO has a large getter effect with respect to the acidic gas, and the substance should be mainly included.
  • the substance to be deposited on the surface of the constituent member in the MgO film forming chamber has a large getter effect with respect to the acidic gas in the substance constituting the magnetoresistive element.
  • a substance with a large getter effect is selected from the inert gas, and its composition is formed in the MgO film formation chamber.
  • Membrane means can be provided.
  • the substance to be deposited on the surface of the constituent member in the MgO film forming chamber is a substance having an oxygen gas adsorption energy value of 145 kcal Zmol or more of the substance. Acidic gas power such as water Gettering was sufficiently performed on the surface of the components in the MgO film forming chamber.
  • the timing of deposition in the MgO film formation chamber be immediately before the MgO film formation. This is because the magnitude of the getter effect with respect to the acidic gas varies depending on the surface state of the substance, and it is considered that a high getter effect can be obtained if the surface is clean.
  • the material to be deposited in the MgO deposition chamber may be Ta, Ti, Mg, Zr, Nb, Mo, W, Cr, Mn, Hf, V, B, Si, Al, or Ge. desirable.
  • the material deposited in the MgO deposition chamber is a material that forms a thin film layer constituting the target magnetoresistive element
  • the means and the thin film layer deposited in the MgO deposition chamber Since it can also serve as a means for forming the film and can also serve as a process, the apparatus can be made compact and the process can be shortened.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO layer manufactured in the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a diagram of the manufacturing apparatus of the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the internal configuration of the first film forming chamber
  • FIG. 13 is a diagram showing the RA * MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element according to the fourth example of the present invention.
  • components having substantially the same functions and configurations as those in FIGS. 1, 3, 6, and 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions of the same portions are omitted. To do.
  • the thin film structure of the magnetoresistive element having the MgO layer manufactured in this example is Si (silicon) with Th-Ox (single-layer thermal oxide film) formed on the surface.
  • the first Ta layer 61a (thickness 5. Onm)
  • the first CuN layer 62a (thickness 20 nm)
  • the second Ta layer 61b (thickness 3. Onm)
  • the second CuN Lower electrode part 640 with layer 62b (thickness 20 nm) and force, underlayer consisting of Ta layer 68 (thickness 3. Onm) and Ru layer 69 (thickness 5.
  • anti-strength with IrMn iridium manganese force Magnetic layer 80 (film thickness 7.01111), (Film thickness 2.5 nm), Ru layer 5 (film thickness 0.85 nm), first ferromagnetic layer 2 made of CoFeB (film thickness 3.0 nm), from MgO Comprising an insulating layer 4 (film thickness 1. 0 nm), the second ferromagnetic layer 3 (film thickness 3. onm) consisting of C O FeB, Ta layer 10a (film thickness 8. onm) and Cu layer 10c (thickness 30 nm) and Ta layer 10b (thickness 5. Onm) are stacked on top electrode layer and Ru layer 11 (thickness 7. Onm) to prevent oxidation.
  • the underlayer consisting of Ta layer 68 and Ru layer 69 is for crystal growth of the antiferromagnetic layer.
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus having the MgO layer in the present example has almost the same configuration force as the film forming apparatus shown in FIG. 2 or FIG. 7, but the first film forming chamber 21 is shown in FIG. 1 It is configured as shown in 2.
  • the surface of the substrate holding portion 29 is covered with an insulator that also has an aluminum nitride (A1N) force, and the force that describes the force.
  • a substrate mounting table 290 is provided between the substrate 12 and the substrate 12.
  • the substrate 12 is directly mounted on the substrate mounting table 290.
  • the substrate mounting table 290 may be any structure that can be insulated at least at the portion where the substrate holding unit 29 and the substrate 12 are in contact.
  • the substrate mounting table 290 itself may be configured by spraying an insulating material such as 2 3), or the substrate mounting table 290 itself may be configured by an insulating material. In this manner, the substrate 12 is in a state of being completely electrically floated (floating state), that is, the substrate 12 is set to a floating potential. Further, it is only necessary that the substrate 12 and the substrate mounting table 290 and the substrate holding unit 29 are electrically insulated. Note that the surface of the substrate holder 29 itself according to the present embodiment may not be covered with an insulator.
  • the substrate mounting table 290 and the substrate holding unit 29 are disconnected. It can also be realized by means of rimming, insulating the substrate holding part 29 and the ground, etc., as long as it is insulated at any part between the substrate 12 and the ground. Further, as an isolation method, for example, an insulating material is inserted, constituent members such as the substrate mounting table 290 and the substrate holding unit 29 are formed of an insulating material, only the insulating portion (contact portion). There are various methods such as forming the insulator with an insulator or separating the insulating portions from each other.
  • the manufacturing method of the magnetoresistive effect element having the MgO layer in this example is as described above.
  • the substrate holding unit 29 and the substrate 12 are insulated, and the MgO layer 4 is formed in a state where the substrate 12 is electrically floated (floating state).
  • the substrate 12 is coated with a material having a large getter effect (such as Ta) on the acidic gas on the surface of the constituent members in the first film forming chamber 21 where the MgO layer 4 is formed.
  • a material having a large getter effect such as Ta
  • the substrate mounting table 290 is configured by spraying Al 2 O on the surface of a stainless steel plate, it is approximately 0.
  • the substrate 12 can also be put in a floating state by configuring the plate mounting table 290 itself with an A1N plate (thickness of about 14 mm) as an insulator. Therefore, a magnetoresistive element having the MgO layer configured as described above was manufactured, and the RA.MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive element were compared (FIG. 13).
  • FIG. 13 shows the characteristics when using the substrate mounting table 290 made of stainless steel plate, and ( ⁇ ) shows about 0.2 mm thick AlO sprayed on the surface of the stainless steel plate. The characteristics when using the substrate mounting table 290, ( ⁇ ) is the thickness
  • the substrate mounting table 290 which has plate strength ( ⁇ )
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the internal configuration of the first film formation chamber of the manufacturing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. Note that components having substantially the same functions and configurations as those in FIGS. 3 and 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions of the same portions are omitted.
  • the surface of the constituent member in the first film forming chamber 21 where the MgO layer 4 is formed has a large getter effect on the oxidizing gas! /, Substance (Ta, etc.)
  • the film forming apparatus or the film forming method for forming the MgO layer 4 on the substrate 12 has been described, the material is not necessarily applied. That is, in the sixth embodiment, the substrate holding portion 29 and the substrate 12 that do not deposit the substance (such as Ta) on the surface of the constituent member inside the first film forming chamber 21 in which the MgO layer 4 is formed are provided.
  • the MgO layer 4 is formed in a state where the substrate 12 is electrically insulated and in a state where it is completely floating (at a floating potential). Therefore, in the manufacturing apparatus in the present embodiment, the substrate mounting table 290 similar to the substrate mounting table 290 in the fifth embodiment described above is provided between the substrate holding portion 29 and the substrate 12, and this substrate mounting table The substrate 12 is directly placed on 290. In this embodiment, since the substance (such as Ta) is not deposited on the surface of the constituent members in the first film forming chamber 21 in which the MgO layer 4 is formed, the inside of the first film forming chamber 21 is shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration in the vicinity of the substrate holding portion of the manufacturing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 (a) is a diagram showing a state where the mask and the substrate are in contact with each other. ) Indicates the state where the mask and the substrate are separated
  • FIG. 16 shows the RA 'MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element according to this example. Note that components having substantially the same functions and configurations as those in FIGS. 3 and 12 are described with the same reference numerals, and detailed descriptions of the same portions are omitted.
  • the step of forming the MgO layer 4 includes the substrate mounting table 290 described above between the substrate holding portion 29 and the substrate 12, and the substrate The substrate 12 is directly mounted on the mounting table 290, and the metal mask 295 and the substrate 12 are separated from each other while the substrate 12 is at a floating potential.
  • the substrate 12 may be in a floating potential state by another method described above.
  • the mask 295 and the substrate 12 are set to 0.5 mm, for example, as long as they are separated from each other by a distance that can prevent the sputter particles from entering the back surface of the substrate 12. In this manner, the mask 295 and the substrate 12 are separated from each other, whereby the mask 295 and the substrate 12 are electrically insulated.
  • the mask refers to the substrate in order to prevent film formation particles from forming around the back side of the substrate when the film formation process is performed on the substrate.
  • ⁇ A component that covers the periphery.
  • the step of forming the MgO layer 4 when the mask 295 is brought into contact with the peripheral portion of the substrate 12 as shown in FIG. 15 (a), and with the mask 295 as shown in FIG. 15 (b). Based on each of the cases where the substrate 12 was separated, magnetoresistive elements having MgO layers were manufactured, and the MR ratio characteristics of the MgO layers of the magnetoresistive elements were compared (FIG. 16).
  • the black triangle ( ⁇ ) indicates the characteristics when the mask 295 is in contact with the periphery of the substrate 12
  • the black circle ( ⁇ ) indicates the characteristics when the mask 295 and the substrate 12 are separated from each other. Yes.
  • the MR ratio is higher when mask 295 and substrate 12 are separated ( ⁇ ) than when mask 295 and substrate 12 are in contact ( ⁇ ).
  • the lower RA is higher. It solves the issue of balancing MR ratios. Therefore, by separating the metal mask 295 and the substrate 12 from each other, the mask 295 and the substrate 12 are electrically insulated from each other, and current is prevented from flowing through the MgO layer during the MgO film formation. As a result, it is considered that the deterioration of the film quality of the MgO layer can be prevented, and the deterioration of the characteristics of the magnetoresistive element can be avoided.
  • the film forming apparatus of the present embodiment has been described as an apparatus having three film forming chambers, but the present invention is not limited thereto. Further, although the apparatus has been described as having two or three film forming means in the film forming chamber, the present invention is not limited to this. Moreover, it is not limited to the film formation chamber shape of the apparatus of the present embodiment.
  • the constituent members in the film forming chamber for depositing a substance having a large getter effect with respect to the acidic gas such as oxygen and water are the walls of the film forming chamber and the deposition shield.
  • the deposition shield Although described as a cutting board or a shirt, it is not limited to this. It is important that the film is deposited on the surface of the component inside the film forming chamber, and other configurations may be used.
  • each layer of the magnetoresistive effect element has been described by the sputtering method, but it can also be formed by other film forming methods such as vapor deposition, and the film forming method is particularly limited. is not.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO insulator layer manufactured in a first example of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of a configuration of a film forming chamber of the manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • 3] A sectional view for explaining the internal configuration of the first film forming chamber of the manufacturing apparatus shown in FIG.
  • V 5 This is a diagram comparing the RA'MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element between the manufacturing method according to the present invention and the conventional manufacturing method.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO insulator layer manufactured in a second example of the present invention.
  • FIG. 7 A schematic plan view showing an example of the configuration of the film quality of the manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO insulator layer manufactured in a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of the film quality of the manufacturing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 In the magnetoresistive effect element having the configuration shown in FIG. 1, various substances are formed on the surface of the constituent members in the first film forming chamber in which the MgO layer is formed immediately before the MgO layer is formed on the substrate 12.
  • FIG. 5 is a diagram in which a MgO layer is formed on a substrate 12 to form a magnetoresistive effect element, and an MR ratio is measured and compared in a state where is deposited.
  • FIG. 11 is a view showing an example of a thin film configuration of a magnetoresistive effect element having an MgO insulator layer manufactured in a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the internal configuration of the first film formation chamber of the manufacturing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the RA′MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element according to the fifth example of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the internal configuration of the first film formation chamber of the manufacturing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration in the vicinity of a substrate holding portion of a manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention, (a) is a diagram showing a state where the mask and the substrate are in contact, and (b) is a diagram showing , Mask and substrate are separated FIG.
  • FIG. 16 is a graph showing the RA′MR ratio characteristics of the MgO layer of the magnetoresistive effect element according to the seventh example of the present invention.
  • Vacuum exhaust means Deposition shield film deposition chamber wall Second deposition chamber Third deposition chamber Transfer chamber

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Abstract

　低ＲＡでも高ＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置を提供する。 　酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質が前記ＭｇＯ層を成膜する室内に設けられた構成部材（第１成膜室２１内部の、成膜室内壁３７、防着シールド３６の内壁、仕切板２２やシャッタなど）の表面に被着された成膜室内で前記ＭｇＯ層を成膜するとによって、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間にＭｇＯ（酸化マグネシウム）層を有する磁気抵抗効果素子を製造する。ゲッタ効果の大きい物質は、該物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上の物質であればよく、特に前記磁気抵抗効果素子を構成する物質としてのＴａ（タンタル）が好適である。

Description

磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
技術分野
[0001] この発明は、 MRAM (magnetic random access memory)や磁気ヘッドのセ ンサなどに利用される磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置に関する。
背景技術
[0002] MRAM (magnetic random access memory)や磁気ヘッドのセンサに磁気 抵抗効果素子が用いられている。第 1の強磁性層 Z絶縁体層 Z第 2の強磁性層の 基本構造を有する磁気抵抗効果素子は、第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の磁ィ匕 の向きが平行のとき電気抵抗は低抵抗、反平行のとき高抵抗となる性質を利用して、 一方の強磁性層の磁ィ匕の向きを固定しておき、もう一方の強磁性層の磁ィ匕の向きが 外部の磁場に応じて変化するようにしておくことで、外部磁場の向きを電気抵抗の変 ィ匕として検出するものである。高い検出感度を得るためには、磁ィ匕の向きが平行のと きと反平行のときでの電気抵抗値の変化量の指標である MR比（Magnetoresistan ce rasioo磁気抵抗比）が高いことが要求される。発明者は、高い MR比が得られる 構成として、磁気抵抗効果素子の絶縁体層としてスパッタ成膜した酸ィ匕マグネシウム (以下、 MgOと記載するが、ストィキオメトリが「1 : 1」を意味するものではない。）を用 Vヽた磁気抵抗効果素子を提案した (例えば、非特許文献 1及び特許文献 1を参照)。
[0003] 非特許文献 1 : APPLIED PHYSICS LETTERS 86、 092502 (2005)
特許文献 1：特願 2004— 259280
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] MRAMの高密度化や磁気ヘッドの高分解能化のために素子サイズをさらに小さく することが要請されている。素子サイズを小さくしたとき、良好な動作のためには、磁 化の向きが平行のときの： L m2当りの電気抵抗値 (以下、 RAと称す)を十分に下げ る必要がある。絶縁体層の MgO膜の厚さを薄くすることで、磁気抵抗効果素子の RA は下げられる。しかし、 MgO膜の厚さを薄くすると、 MR比が大幅に低下してしまい、 その結果、低 ヽ RAと高 ヽ MR比を両立させることが困難であると 、う問題があった。
[0005] 本発明は、低 RAでも高 MR比を有する磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装 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
[0006] 本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の 間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁性層を形 成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程をこの順 に有し、前記 MgO層を形成する工程は、酸ィヒ性ガスに対するゲッタ効果が MgOより 大きい物質が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行われることを特徴と する。
[0007] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記 MgO層を形成する成膜 室内には、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質の成膜手段力 以 上設けられ、前記酸化性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質の前記構成 部材への被着は、前記成膜手段の 1以上によって行われることを特徴とする。
[0008] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記酸化性ガスに対するゲッ タ効果が MgOより大きい物質は、前記磁気抵抗効果素子を構成する物質をなす元 素の 1以上力もなることを特徴とする。
[0009] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 をこの順に有し、前記 MgO層を形成する工程は、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が 第 1の強磁性層を構成する物質より大きい物質が表面に被着された構成部材を有す る成膜室内で行われることを特徴とする。
[0010] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記 MgO層を形成する成膜 室内には、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が第 1の強磁性層を構成する物質より大き い物質の成膜手段が 1以上設けられ、前記酸化性ガスに対するゲッタ効果が第 1の 強磁性層を構成する物質より大き!/ヽ物質の前記構成部材への被着は、前記成膜手 段によって行われることを特徴とする。 [0011] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記酸化性ガスに対するゲ ッタ効果が第 1の強磁性層を構成する物質より大きい物質は、前記磁気抵抗効果素 子を構成する物質をなす元素の 1以上力もなることを特徴とする。
[0012] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 をこの順に有し、前記 MgO層を形成する工程は、前記磁気抵抗効果素子を構成す る物質の中で酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が最も大きい物質が表面に被着された 構成部材を有する成膜室内で行われることを特徴とする。
[0013] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 をこの順に有し、前記 MgO層を形成する工程は、酸素ガス吸着エネルギーの値が 1 45kCalZmol以上の物質が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行われ ることを特徴とする。
[0014] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 をこの順に有し、前記 MgO層を形成する工程は、 Ta (タンタル）、 Ti (チタン）、 Mg ( マグネシウム）、 Zr (ジルコニウム）、 Nb (ニオブ）、 Mo (モリブデン）、 W (タングステン )、 Cr (クロム）、 Mn (マンガン）、 Hf (ハフニウム）、 V (バナジウム）、 B (ホウ素）、 Si (シ リコン）、 A1 (アルミニウム）又は Ge (ゲルマニウム）の 1以上力もなる金属又は半導体 が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行われることを特徴とする。
[0015] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記 MgO層を形成する工程 は、前記 MgO層をスパッタ法によって成膜することを特徴とする。
[0016] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空を破ることなく前記複数の成膜 室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、 酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質を前記第 1の成膜室内の構成 部材表面に被着させる第 1の工程と、前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成 膜室で MgO層を前記基板上に成膜する第 3の工程と、前記第 1の成膜室以外の前 記成膜室で、前記第 1の工程の次の工程から、前記第 3の工程の前の工程までを行 う第 2の工程と、を有し、前記第 1の工程、前記第 2の工程、前記第 3の工程をこの順 で続けて行うことを特徴とする。
[0017] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空を破ることなく前記複数の成膜 室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、 酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以上の物質を前記第 1の成膜室内 の構成部材表面に被着させる第 1の工程と、前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成膜室で MgO層を前記基板上に成膜する第 3の工程と、前記第 1の成膜室以 外の前記成膜室で、前記第 1の工程の次の工程から、前記第 3の工程の前の工程ま でを行う第 2の工程と、を有し、前記第 1の工程、前記第 2の工程、前記第 3の工程を この順で続けて行うことを特徴とする。
[0018] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空を破ることなく前記複数の成膜 室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、 T a、 Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 Mn、 Hf、 V、 B、 Si、 Al又は Geの 1以上からなる 金属又は半導体を前記第 1の成膜室内の構成部材表面に被着させる第 1の工程と、 前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成膜室で MgO層を前記基板上に成膜す る第 3の工程と、前記第 1の成膜室以外の前記成膜室で、前記第 1の工程の次のェ 程から、前記第 3の工程の前の工程までを行う第 2の工程と、を有し、前記第 1の工程 、前記第 2の工程、前記第 3の工程をこの順で続けて行うことを特徴とする。
[0019] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記第 1の工程は、前記酸ィ匕 性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質を前記第 1の成膜室内の構成部材の表面に被 着させると同時に前記基板上に成膜することを特徴とする。
[0020] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記第 1の工程は、前記第 1 の成膜室以外の前記成膜室で前記基板上に成膜する工程と並行して行われること を特徴とする。
[0021] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法の前記第 3の工程は、前記 Mg O層をスパッタ法によって成膜することを特徴とする。
[0022] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空を破ることなく前記複数の成膜 室の間を基板が移送できる装置において、前記基板を前記第 1の成膜室に移送し、 前記第 1の成膜室で Mgをスパッタして、前記基板上に Mg層を成膜すると同時に、 前記第 1の成膜室内の構成部材の表面に Mgを被着させる工程と、続けて、前記第 1 の成膜室で MgO層を成膜する工程を含むことを特徴とする。
[0023] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、 MgO層を成膜する成膜室 に、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質を成膜室内の構成部材表 面に被着させる手段が設けられていることを特徴とする。
[0024] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置において、 MgO層を 成膜する成膜室に、酸化性ガスに対しゲッタ効果が第 1の強磁性層を形成する物質 より大きい物質を前記成膜室内の構成部材表面に被着させる手段が設けられている ことを特徴とする。
[0025] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、前記酸ィ匕性ガスに対しゲッ タ効果の大きい物質は、前記磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で酸ィ匕性ガス に対するゲッタ効果が最も大きい物質であることを特徴とする。
[0026] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、 MgO層を成膜する成膜室 に、酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以上である物質を前記成膜室 内の構成部材表面に被着させる手段が設けられていることを特徴とする。
[0027] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、 MgO層を成膜する成膜室 に、 Ta Ti Mg Zr Nb Mo W Cr Mn Hf V B Si A1又 ίま Geの 1以上力 らなる金属又は半導体を前記成膜室内の構成部材の表面に被着させる手段が設け られていることを特徴とする。 [0028] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、搬送室にバルブを介して前 記 MgO層を成膜する成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空を破ることな く前記複数の成膜室の間を基板が移送できることを特徴とする。
[0029] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、前記 MgO層を成膜する成 膜室に MgOのターゲットが設けられ、前記ターゲットに電力を供給する電力供給部 を有することを特徴とする。
[0030] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 を有し、前記 MgO層を形成する工程は、基板がフローティング電位にある状態で行 われることを特徴とする。
[0031] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板と、第 1の強磁性層と、 第 2の強磁性層と、前記第 1の強磁性層及び前記第 2の強磁性層の間に形成される MgO層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記基板上に第 1の 強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する 工程を有し、前記 MgO層を形成する工程は、前記基板に接する部分が絶縁物であ る基板載置台に、前記基板を載置させて行われることを特徴とする。
[0032] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記基板は、絶縁物が溶射 された基板載置台に載置することを特徴とする。
[0033] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記基板は、絶縁物からな る基板載置台に載置することを特徴とする。
[0034] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記 MgO層を形成するェ 程は、前記基板の周辺部に、前記基板と離間してマスクが配置された状態で行われ ることを特徴とする。
[0035] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、第 1の強磁 性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を形成する工程 を有し、前記 MgO層を形成する工程は、基板と該基板を保持する基板保持部とを電 気的に絶縁した状態で行われることを特徴とする。
[0036] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記 MgO層を形成するェ 程は、前記基板の周辺部に、前記基板と電気的に絶縁されたマスクが配置された状 態で行われることを特徴とする。
[0037] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置において、 MgO層を 成膜する成膜室には、基板をフローティング電位にある状態とするための手段が設け られていることを特徴とする。
[0038] また、本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置は、第 1の強磁性層と第 2の強 磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置において、 MgO層を 成膜する成膜室には、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気的に絶縁するた めの手段が設けられていることを特徴とする。
発明の効果
[0039] 本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置では、 MgO層を形成する 成膜室内部の構成部材の表面に酸素や水など (以下、酸ィ匕性ガスという。）に対しゲ ッタ効果の大きい物質が被着された状態で、基板に MgO層を成膜するようにした。 それによつて、 MgOの膜厚が薄くても高 MR比の磁気抵抗効果素子を得ることがで き、その結果、低 RAでも高 MR比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。 MgO層 の成膜中に成膜手段力 放出される酸素や水などの酸ィ匕性ガスが、前記酸素や水 などの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質に取り込まれて除去され、前記成 膜室内に前記ガスの残留が少ない状態で、 MgO層が成膜できると考えられる。
[0040] また、 MgO成膜室内に被着させる酸素や水などの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の 大き!/ヽ物質として、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する物質の中から選択すれ ば、 MgO成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効 果の大きい物質を被着させる手段と薄膜層を形成する手段を兼用でき、酸素や水な どの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる専用の手段を設ける必 要がない。また、 MgO成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸ィ匕性ガスに 対しゲッタ効果の大きい物質を被着する工程と薄膜層を形成する工程を同時に達成 できるので、工程の短縮が図れる。
[0041] 種々検討した結果、磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層の中で、 MgO絶縁体層 を成膜する工程が重要であり、 MgO絶縁体層を成膜する成膜室内の構成部材表面 に被着して ヽる物質の種類によって、磁気抵抗効果素子の特性が大きく影響される ことを見出した。
[0042] さらに検討の結果、成膜室内の構成部材表面に被着している物質が、酸素や水な どの酸ィ匕性ガスに対してゲッタ効果の大き 、物質であるとき、低 RAであっても高 MR 比の磁気抵抗効果素子が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づ いて得られたものである。
[0043] また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置では、基板がフロー ティング電位にある状態で、或いは、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気 的に絶縁した状態で、 MgO層を形成するようにしたことにより、 MgOの膜厚が薄くて も高 MR比の磁気抵抗効果素子を得ることができ、その結果、低 RAでも高 MR比の 磁気抵抗効果素子を得ることができた。
発明を実施するための最良の形態
[0044] 図 1、図 2及び図 3を参照して、本発明の第 1の実施例を説明する。図 1は、第 1の 実施例において製造する、 MgO絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成 の一例を示す図である。
[0045] 図 1において、表面に SiO (二酸ィ匕シリコン）を形成した Si (シリコン)基板 12上に、
2
Ta (タンタル)力もなる下部電極層 9 (膜厚 10nm)、 PtMn (白金マンガン）からなる反 強磁性層 8 (膜厚 15nm)、 CoFe (コバルト鉄)層 6 (膜厚 2. 5nm)、 Ru (ルテニウム） 層 5 (膜厚 0. 85nm)、 CoFeB (コバルト鉄ボロン)力もなる第 1の強磁性層 2 (膜厚 3n m)、 MgO (酸化マグネシウム）からなる絶縁体層 4 (膜厚 1. Onm)、 CoFeBからなる 第 2の強磁性層 3 (膜厚 3nm)、 Ta力もなる上部電極層 10 (膜厚 10nm)、酸ィ匕防止 のための Ru層 11 (膜厚 7nm)が積層されている。
[0046] 次に、本発明の製造装置を図 2によって説明する。図 2は、本発明の第 1の実施例 の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図であり、それぞれ真空に排気 可能な、搬送室 43、ロードロック室 44、アンロードロック室 45、第 1成膜室 21、第 2成 膜室 41、第 3成膜室 42を有している。搬送室 43には、ロードロック室 44、アンロード ロック室 45がバルブを介して接続され、これにより、基板は大気圧の外部空間と真空 の装置内の間を出し入れできる。また、搬送室 43には、第 1成膜室 21、第 2成膜室 4 1及び第 3成膜室 42がバルブを介して接続されている。これによつて、真空状態を維 持したまま各成膜室の間を相互に移送できる。
[0047] 各成膜室には、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成するための成膜手段が 設けられている。すなわち、第 1成膜室 21には、第 1の Ta成膜手段 46及び MgO成 膜手段 47が設けられており、第 2成膜室 41には、 PtMn成膜手段 48、 CoFe成膜手 段 49及び第 2の Ta成膜手段 50が設けられており、第 3成膜室 42には、 Ru成膜手段 51及び CoFeB成膜手段 52が設けられている。基板は大気に晒されること無く各成 膜室間を移送され、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成する成膜手段によつ て順次成膜される。
[0048] 図 3は、図 2に示した製造装置の第 1成膜室の内部構成を説明するための断面図 である。第 2成膜室、第 3成膜室の内部構成は、それぞれに異なる物質を成膜するこ と以外は、第 1成膜室と同じである。本実施例の成膜手段にはスパッタ法を採用した 。第 1成膜室 21は、バルブ 34を介して搬送室と接続し、ノ レブ 34を閉にすることによ つて内部が気密に保持される。第 1成膜室 21の下部には、基板 30を保持する基板 保持部 29が設けられて 、る。基板保持部 29の表面は窒化アルミニウムカゝらなる絶縁 体で覆われている。
[0049] それぞれの成膜手段は、成膜物質のターゲットとターゲットへの電力供給部を主要 な要素としている。第 1成膜室 21の上部には、 MgO力もなるターゲット 24がターゲッ ト取付部 23に取り付けられている。また、仕切板 22により区画されて、 Ta力もなるタ 一ゲット 26がターゲット取付部 25に取り付けられている。ターゲット 24 (MgO)及びタ 一ゲット 26 (Ta)には、高周波電源（図に示さず)から高周波電力がターゲット取付部 23、 25を介して供給されるようになっている。
[0050] また、ターゲット 24 (MgO)を遮蔽するシャツタ 27、ターゲット 26 (Ta)を遮蔽するシ ャッタ 28を有し、シャツタ 31によって基板 12が遮蔽されるようになっている。各シャツ タ 27、 28, 31は、ターゲット 24 (MgO)又はターゲット 26 (Ta)のスパッタリングに応 じて図示の位置力も個別に退避可能に構成されている。第 1成膜室 21には、成膜室 内壁 37の側面を覆うように円筒形の防着シールド 36が設けられている。成膜室内壁 、防着シールド、シャツタ、仕切板、などを以下構成部材と称する。
[0051] 第 1成膜室 21の下方には、成膜室 21内を真空排気するための真空排気手段 35が 設けられている。
[0052] 次に、この発明の第 1の実施例によって図 1に示した磁気抵抗効果素子の一例を 成膜処理する方法について、図 2を参照して説明する。
[0053] 表面に SiO (二酸ィ匕シリコン)を形成した Si (シリコン)基板 12は、 Taよりなる下部電
2
極層 9を成膜するために、第 1成膜室 21に搬入され、保持部 29に保持される。保持 部 29の表面は窒化アルミニウム力もなる絶縁物で覆われており、基板 12は電気的に フローティングの状態で保持される。成膜前の第 1成膜室 21は、ノ ックグラウンド圧力 10_7Pa以下に排気されており、第 1成膜室 21内に Ar (アルゴン)を導入し、所定の 圧力にし、シャツタ 27、シャツタ 28及びシャツタ 31を閉状態にし、 Taターゲット 26に 高周波電力を印加して、 Taのプリスパッタを行う。次に、シャツタ 31、シャツタ 28を開 状態にし、 Taターゲット 26に高周波電力を印加することによって、基板 12上に Ta膜 を形成する。このとき同時に、第 1成膜室 21内部の構成部材である、成膜室内壁 37 、防着シールド 36の内壁、仕切板 22やシャツタなどの一部には、 Taターゲット 26力 らスパッタされた Taが被着される。 Taターゲットからのスパッタ粒子が被着される領域 は、ターゲットの位置や形状、成膜室内の構成部材の位置や形状、成膜条件などに よって異なる。所定の時間スパッタした後、シャツタ 31を閉状態にし、 Taターゲット 26 に印加する高周波電力をオフにする。
[0054] Ta下部電極層 9が成膜された基板 12は、第 1成膜室 21から搬出され、 PtMnの成 膜手段 48及び CoFe成膜手段 49が設けられた第 2成膜室 41に移送され、保持部に 保持される。 PtMn成膜手段 48を用いて、基板上に PtMn層 8が形成され、次いで、 CoFe成膜手段 49を用いて、 CoFe層 6が形成される。次に、基板 12は、第 2成膜室 41から搬出され、 Ru成膜手段 51及び CoFeB成膜手段 52が設けられた第 3成膜室 42に移送され、保持部に保持される。 Ru成膜手段 51を用いて、基板上に Ru層 5が 形成され、次いで、 CoFeB成膜手段 52を用いて、 CoFeB力もなる第 1の強磁性層 2 が形成される。このようにして、図 1に示す PtMn反強磁性層 8、 CoFe強磁性層 6、 R u層 5、 CoFeB強磁性層 2までが順次形成される。尚、成膜前の各成膜室内のバック グラウンド圧力は 10_7Pa以下である。
[0055] 図 1の第 1の強磁性層 2までが積層された基板 12は、次に MgO層 4を成膜するた め、再び第 1成膜室 21内へ搬送され、基板保持部 29に保持される。このとき、第 1成 膜室 21内の構成部材の表面は、基板上に Ta層を形成した工程でスパッタされた Ta が最表面に被着された状態になっている。このような成膜室内で、 MgO成膜手段 47 によって MgO層を基板 12上にスパッタ成膜する。シャツタ 28、シャツタ 27及びシャツ タ 31を閉状態にし、 MgOターゲット 24に高周波電力を印加することによって、 MgO のプリスパッタを行う。次に、シャツタ 27を開状態にし、所定の時間 MgOをスパッタす る。次に、シャツタ 31を開状態にし、基板 12上に MgO層 4を成膜する。
[0056] 基板 12は、第 1成膜室 21から搬出され、 CoFeB成膜手段 52の設けられた第 3成 膜室 42に移動し、 CoFeB力もなる第 2の強磁性層 3が形成される。次に基板 12は、 第 1の Ta成膜手段 46が配置されている第 1成膜室 21に再び搬入され、 Ta上部電極 層 10が形成される。次に、 Ru成膜手段 51の設けられた第 3成膜室 42に移動し、 Ru 酸化防止層 11が形成される。このようにして形成された図 1に示す磁気抵抗効果素 子は、 MgO層の膜厚が薄くても高 MR比の良好な特性を得ることができた。その結 果、低 RAでも高 MR比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
[0057] 本発明の第 1の実施例においては、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で、酸 化性ガスに対しゲッタ効果の最も大き 、物質 (本実施例では Ta)の成膜手段を MgO の成膜手段の設けられた第 1成膜室内に設けて、 MgO膜を成膜する第 1成膜室内 では、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の最も 大きい物質 (本実施例では Ta)膜と MgO膜のみが成膜されるようにした。また、 MgO 層を形成する成膜室内の構成部材の表面に被着される Taの酸化性ガスに対するゲ ッタ効果は、 MgOや第 1の強磁性層を形成する CoFeBの酸ィ匕性ガスに対するゲッタ 効果よりも大きい。
[0058] 図 4は、磁気抵抗効果素子の MgO層の膜厚 · MR比特性を本発明による製造方法 と従来の製造方法とで比較した図であり、図 5は、磁気抵抗効果素子の MgO層の R A'MR比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。従 来法では、 Ta下部電極層及び Ta上部電極層を第 2成膜室 41に設けられた第 2の T a成膜手段 50を用いて形成している。従来法では、 MgO層を成膜する第 1成膜室内 の構成部材の表面に MgOが被着された成膜室内で MgO層が成膜される。
[0059] 図 4では、 Taを被着した成膜室で MgO層を成膜する本発明の製造方法で製造し た磁気抵抗効果素子の MgO膜厚 'MR比特性を四角（口）で示し、前記 Taを被着さ せずに MgO層を成膜した従来の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子の MgO膜 厚 'MR比特性を黒塗り菱形 (♦)で示している。従来の製造方法では、 MgO層の膜 厚が薄くなるに従い MR比が低下している力 本発明の製造方法によれば、 MgO層 の膜厚を 0. 9nmにまで薄くしても高 、MR比の磁気抵抗効果素子を得ることができ た。
[0060] 図 5も同様に、本発明の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子の RA'MR比 特性を四角（口）で示し、従来の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子の RA- MR比特性を黒塗り菱形 (♦)で示している。従来の製造方法では、 RAが約 150 Ω μ m2のときの MR比は 50%に満たないが、本発明の製造方法によれば、 RAが約 2 Ω /z m2のときの MR比は約 130%に達しており、低 RAで、高 MR比の磁気抵抗効果 素子を得ることができた。
[0061] 本発明の第 1の実施形態によれば、 MgOを成膜するときの成膜室内の構成部材の 表面は酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい Taで覆われており、 MgO成膜時に放 出される酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果を有するので、強磁性層 2の表面の酸ィ匕ゃ成 膜された MgO層 4の膜質の劣化を防止できたと考えられる。
[0062] 従来の製造方法及び本発明の製造方法のどちらにおいても、磁気抵抗効果素子 の各薄膜層は、ノックグラウンド圧力 10_7Pa以下に真空排気した成膜室内で形成し た。 MgO成膜室内の構成部材表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質で ある Taを被覆させることなしには、ノ ックグラウンド圧力を 10_7Paにして、 MgO絶縁 体層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成しても、 MgO膜の厚さが薄い場合の MR 比の低下は改善されな力つた。 MgOは水を吸着し易い潮解性の物質であり、 MgO の焼結体は多孔質の物質であるため、 MgOターゲットには酸素や水等の酸ィヒ性ガ スが吸着していると考えられる。ノックグラウンド圧力を 10_7Paまで排気してもターゲ ットに吸着した酸ィ匕性ガスは容易に排気されず、 MgOのスパッタ開始と同時にイオン で叩かれた MgOターゲットから酸ィ匕性ガスが MgO成膜中の成膜空間に放出される oこのため、処理基板上に形成された強磁性層の表面の酸化や成膜される MgO絶 縁体層の膜質の劣化を生じ、磁気抵抗効果素子の特性を悪化させたものと考えられ る。
[0063] 酸素や水などの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質は、 Taに限定されるも のではなぐ Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 Mn、 Hf、 V、 B、 Si、 Al又は Geなどで あってもよい。また、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい 2つ以上の物質力 なる合 金とすることちでさる。
[0064] 上記の実施の形態では、 MgO成膜室内に被着させる酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果 の大き 、物質として、磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層 9及び上部電極層 1 0と同じ物質 (Ta)を採択したので、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き!/、物質 (Ta) を MgO成膜室内に被着させる工程は、 Ta下部電極層 9及び Ta上部電極層 10の成 膜工程を行うことで同時に達成でき、殊更にそのための工程を設ける必要がない。ま た、この第 1の実施例では磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層 9及び上部電 極層 10の双方の Taを、 MgOを成膜する第 1成膜室 21で成膜しているので、 MgO 成膜室内に Taを比較的厚くかつ広い領域に付けることができ、大きなゲッタ効果が 得られる。
[0065] さらに、第 1の実施例において、 MgO層 4を成膜する直前に、第 1成膜室 21内の構 成部材表面に Taを被着させる工程を挿入することもできる。このような工程を挿入す ることによって、磁気抵抗効果素子を構成する Ta層を形成する工程で第 1成膜室 21 内の構成部材表面に被着される Taにカ卩えて、さらに Taを被着させることができるの で、成膜室 21内の構成部材表面に被着させる Taの厚さや Taが被着させる領域を大 きくできる。しカゝも、 MgO層を形成する工程の直前に成膜室内に Taを被着させること ができるので、 MgO膜の成膜時に放出される酸ィ匕性ガスに対して高いゲッタ効果が 得られると考えられる。
[0066] また、基板 12が第 1成膜室 21外にあるとき (例えば、第 1の強磁性層 2の成膜処理 中など)、第 1成膜室 21内に設けられた Ta成膜手段を利用して、シャツタ 31を閉状 態にして Taをスパッタして成膜室 21内の構成部材の表面に Taを被着させる工程を 行うようにしてもよい。このようにすれば、成膜室 21内の構成部材の表面に被着する Taの厚さを厚くでき、被着する領域を広くできるので、 MgO膜の成膜時に放出され る酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果を大きくすることができる。しカゝも、この工程は基板 の成膜工程と並行して行われるので、工程時間を増やさずに済むメリットがある。また 、この成膜室 21内の構成部材の表面に Taを被着させるスパッタエ程は、シャツタ 31 を閉状態とする動作の代わりにダミー基板を基板保持部に載置して行うこともできる。
[0067] 次に図 6及び図 7を参照して、第 2の実施例を説明する。
[0068] 図 6は、本発明の第 2の実施例における MgO絶縁体層を有する磁気抵抗効果素 子の薄膜構成の一例を示す図である。図 1の下部電極層 9に代わって、図 6におい ては下部電極部 64が形成される。下部電極部 64は第 1の Ta層 61a、 CuN層 62、第 2の Ta層 6 lbからなつている。磁気抵抗効果素子の他の部分の薄膜構成は、第 1の 実施例の図 1と変わらない。
[0069] 図 7は、本発明の第 2の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図 7では、 第 1の実施例に用いられる図 2の製造装置において、第 1成膜室に新たに CuN成膜 手段 65が設けられている。すなわち、第 2の実施例の製造装置の特徴として、 MgO を成膜する成膜手段を有する第 1成膜室に、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい 物質の成膜手段 (Ta)と酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の小さ!/、物質の成膜手段 (Cu N)が併設されている。
[0070] 次に、本発明の製造装置及び製造方法の第 2の実施例によって磁気抵抗効果素 子の一例を成膜処理する方法について、図 6及び図 7により説明する。
[0071] SiO膜が形成された Si基板 12は、下部電極部 64の第 1の Ta層 61a (図 6参照）を
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成膜するために、第 1の Ta成膜手段 46が設けられている第 1成膜室 21で成膜を行う 。このとき同時に、第 1成膜室 21内の構成部材である、成膜室内壁 37、防着シール ド 36、仕切板 22やシャツタなどの表面の一部には、 Taが被着される。次に第 1成膜 室 21に設けられた CuN成膜手段 62を用いて、下部電極部 64の CuN層 62 (図 6参 照）を成膜する。このとき同時に、第 1成膜室 21内に、スパッタされた CuNが被着され る。次に下部電極部 64の第 2の Ta層 61b (図 6参照）を成膜するために、第 1成膜室 21に設けられている第 1の Ta成膜手段 46を用いて、基板 12上に Taを成膜する。こ のとき同時に、第 1成膜室 21内の構成部材の最表面に、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効 果の大きい物質である Taが被着されることになる。次に、 Ta下部電極部 64が成膜さ れた基板 12は、実施例 1と同様に、第 1成膜室 21から搬出されて、 PtMn及び CoFe の各成膜手段が設けられた第 2成膜室 41、 Ru及び CoFeBの各成膜手段が設けら れた第 3成膜室 42を順に移動して、図 1に示す PtMn反強磁性層 8、 CoFe層 6、 Ru 層 5、 CoFeBからなる第 1の強磁性層 2までが順次成膜される。尚、成膜前の各成膜 室内のバックグラウンド圧力は 10_7Pa以下である。
[0072] 次に、基板 12を第 1成膜室 21内へ搬入し、 MgO成膜手段 47によって MgO膜をス ノッタ成膜する。 MgO層 4を成膜するとき、第 1成膜室 21の内部は、酸ィ匕性ガスに対 しゲッタ効果の大きい Taが表面に被着された状態になっている。
[0073] 次に、 MgO層 4まで成膜された基板 12は、 CoFeB成膜手段の設けられた第 3成 膜室 42に移動し、 CoFeB力もなる第 2の強磁性層 3が成膜される。そして上部電極 層 10を成膜するために、第 1成膜室 21に再び搬送し、第 1の Ta成膜手段によって基 板上に Taを成膜する。最後に、基板は、第 3成膜室 42に移動し、 Ru成膜手段 51に よって Ru層 11を成膜して、図 6に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成 される。
[0074] 本発明の第 2の実施例においては、 MgOを成膜する第 1成膜室に、本実施例の磁 気抵抗効果素子を構成する薄膜層を形成する物質の中で、酸化性ガスに対しゲッタ 効果の最も大き 、物質 (本実施例では Ta)の成膜手段と酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効 果がより小さい物質 (本実施例では CuN)の成膜手段が併設されている。そして、第 1成膜室内の構成部材表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果がより小さい物質が被着 された後、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させて、第 1成膜室内に 酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き!/ヽ物質が被着されて!ヽる状態で MgO膜を成膜 する。
[0075] このようにして形成された図 6に示す磁気抵抗効果素子は、 MgO層の膜厚が薄く ても高 MR比の良好な特性を得ることができた。その結果、低 RAでも高 MR比の磁 気抵抗効果素子を得ることができた。しカゝも、第 1の Ta層、 CuN層、第 2の Ta層を連 続して一つの成膜室で形成することができるので、基板搬送を簡略化でき、工程時 間を短縮できた。
[0076] 本発明の第 2の実施例では、 MgO層を成膜する第 1成膜室内に酸ィ匕性ガスに対し ゲッタ効果の小さい物質の成膜手段と成膜室内の構成部材表面に酸化性ガスに対 しゲッタ効果の大きい物質を被着させる手段を有しており、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ 効果の小さい物質が被着された後、 MgO層を成膜する直前に成膜室内の構成部材 表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質が被着されて 、るように、 MgOを 成膜する前に成膜室内の構成部材表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物 質 (本実施例では Ta)を被着させる工程を有して!/、る。
[0077] 本発明の第 2の実施例において、 MgO層を成膜する成膜室内には、 MgO膜の成 膜手段、 Taの成膜手段及び CuNの成膜手段が設けられている。これらの成膜手段 によって被着される物質のなかで、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果は、 Taが最も大き い。また、 MgO層を形成する成膜室内の構成部材の表面に被着される Taの酸化性 ガスに対するゲッタ効果は、 MgOや第 1の強磁性層を形成する CoFeBの酸ィ匕性ガ スに対するゲッタ効果よりも大きい。
[0078] 次に、図 8及び図 9を参照して、第 3の実施例を説明する。
[0079] 図 8は、本発明の第 3の実施例における MgO絶縁体層を有する磁気抵抗効果素 子の薄膜構成の一例を示す図である。本第 3の実施例においては、図 8に示すように 、図 1の磁気抵抗効果素子の薄膜構成において、 MgO層 4の下層に Mg層 66が設 けられている。
[0080] 図 9は、第 3の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図 9の第 3の実施例 に用いられる製造装置は、第 1の実施例に用いられる製造装置において、新たに第 1成膜室に Mgの成膜手段 67が設けられて 、る。
[0081] 表面に SiOを形成した Si基板 12を、第 1成膜室 21に搬入し、基板 12上に Taより
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なる下部電極層 9を形成する。このとき同時に、第 1成膜室 21内部の、成膜室内壁 3 7、防着シールド 36、仕切板 22やシャツタなどの一部には、 Taターゲット 26からスパ ッタされた Taが被着される。 [0082] 次に、基板 12は、 PtMn及び CoFeの各成膜手段が設けられた第 2成膜室 41、 Ru 及び CoFeBの各成膜手段が設けられた第 3成膜室 42に順に移動して、図 9に示す PtMn反強磁性層 8、 CoFe層 6、 Ru層 5、 CoFeBからなる第 1の強磁性層 2までが 順次成膜される。
[0083] 尚、各薄膜層は、各成膜室内のバックグラウンド圧力を 10_7Pa以下まで排気して、 成膜した。
[0084] 強磁性層 2までが順次積層された基板 12は、再び第 1成膜室 21内に搬入され、 M g成膜手段 67の Mgターゲットをスパッタして Mg層 66が成膜される。このとき同時に、 第 1成膜室 21内部の、成膜室内壁 37、防着シールド 36、仕切板 22やシャツタなど の一部には、 Mgターゲットからスパッタされた Mgが被着する。 Mgは酸ィ匕性ガスに 対しゲッタ効果の大きい物質であり、酸素又は水などに対するゲッタ作用が大きい物 質である。成膜室内がこの状態で、 MgO成膜手段 47の MgOターゲットをスパッタし て MgO層 4を基板 12上にスノッタ成膜する。
[0085] MgO層 4までが成膜された基板 12は、第 3成膜室 42に移動し、 CoFeB力もなる第 2の強磁性層 3が成膜される。次に、基板は第 1成膜室 21に再び移動し、 Ta上部電 極層 10が成膜される。次に、第 3成膜室 42に移動し、 Ru層が成膜される。こうして、 図 8に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成される。
[0086] このようにして形成された磁気抵抗効果素子は、 MgO層の膜厚が薄くても高 MR 比の良好な特性を得ることができた。その結果、低 RAでも高 MR比の磁気抵抗効果 素子を得ることができた。
[0087] 本実施例においては、 MgOを成膜する第 1成膜室内の構成部材表面に被着され る酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質は、 Mgである。
[0088] MgO層は Mg層の後に続けて成膜されるので、 MgO成膜の直前に、 Mgは第 1成 膜室内の構成部材表面に被着されることになるので、本実施例において MgOを成 膜する第 1成膜室内の構成部材表面に被着される Mgは高いゲッタ効果が得られる と考えられる。酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によって も変わり、 Mg膜は MgO層を成膜する直前に成膜室内の構成部材表面に被着される ため、被着された Mg膜の表面は清浄な状態にあり、より高いゲッタ効果が得られると 考えられる力 である。
[0089] MgO層を形成する成膜室内で Mg層形成し、それに加えて Ta層も形成する本実 施例にお 、ては、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質である Mgと Taが MgO 成膜室内の構成部材表面に被着されるので、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き 、 物質をより厚ぐより広い領域に被着させることができるので、より効果がある。しかし、 Ta電極層を MgO成膜室で形成しなければならな!/、と!/、うものではなぐ Mg層のみ を MgOの成膜室で形成し、 Ta層は MgO層を成膜する成膜室とは別の成膜室で形 成したとしても効果がある。
[0090] 次に図 10を用いて、第 4の実施例を説明する。図 10は、図 1に示された構成の磁 気抵抗効果素子において、 MgO層を基板 12上に成膜する直前に、 MgO層を成膜 する第 1成膜室内の構成部材表面に種々の物質が被着された状態で、 MgO膜を基 板 12上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、 MR比を測定し比較した図である。
[0091] 実施の方法を、 MgOを成膜する第 1成膜室内の構成部材表面に被着させる物質と して Tiに例を採って説明する。第 1成膜室内に MgO成膜手段、 Ta成膜手段に加え て、 T诚膜手段を設けた。基板 12に第 1の強磁性層 2まで順次積層する。第 1成膜 室内の構成部材表面には Ta下部電極層の形成時に Taが被着されている。 MgO層 4を成膜する直前に、第 1成膜室 21内に Tiが被着される工程を挿入する。すなわち、 第 1の強磁性層 2までが順次積層された基板 12を第 1成膜室 21に搬送し基板保持 部 29に保持し、シャツタ 31を閉状態として基板 12を遮蔽した状態で、 Tiのターゲット シャツタを開状態とし、 Tiをスパッタして、成膜室内壁 37、防着シールド 36、シャツタ 、仕切板 22などの表面に Tiを被着させる。次に、その状態で第 1の実施例と同様に して基板 12に MgO層 4を成膜する。以下第 1の実施例と同様に薄膜を積層して磁気 抵抗効果素子を形成する。
[0092] このようにして種々の物質が成膜室内の構成部材表面に被着された状態で、 MgO 層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成し、 MR比を測定した。その結果、 MgOを 被着させて MgO層をスパッタ成膜したときは、 MR比約 50%であったのに対し、 Cu N、 CoFe、 Ru、 CoFeBを被着させて MgO層をスパッタ成膜したときは、 MR比は約 70%〜130%の値が得られた。 Ta、 Ti、 Mg、 Cr、 Zrを被着させて MgO膜をスパッ タ成膜したときは、 MR比は約 190%〜210%の高い値が得られることがわ力つた。 MgOを成膜する成膜室内の構成部材表面に被着する物質としては、 MgOよりもゲ ッタ効果の大きい物質であれば素子特性を改善する効果がある。さらに、望ましくは 、 MgOを成膜する成膜室内の構成部材表面に被着させる物質として、本発明第 1、 第 2の実施例の Ta、第 3の実施例の Mg以外に、 Ti、 Cr、 Zr等を適宜採択すれば、 素子特性を改善する効果が大き 、。
[0093] 酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、その物質の酸素ガス吸着エネルギー の値を指標として比較できる。一方、 MR比が高い値であった Ti、 Ta、 Mg、 Cr、 Zrの 酸素ガス吸着エネルギーの値は、 145kcalZmoUりも大きい。 MgO成膜室内の構 成部材の表面に、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmolよりも 大きい酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果の大きい物質を被着させることによって、 MgO 成膜時に放出される酸ィ匕性ガスが、 MgO成膜室内の構成部材の表面で、十分にゲ ッタリングされるようにした。これによつて、強磁性層の表面の酸ィ匕ゃ成膜された MgO 絶縁体層の膜質の劣化の小さい磁気抵抗効果素子を形成することができた。
[0094] このことから、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を成膜室内部の構成部材 表面に被着された状態で絶縁体層 MgO膜の成膜を行 ヽ、磁気抵抗効果素子を形 成すれば、低 RAであっても高 MR比の良好なデバイス特性を得られるものと考えら れる。したがって、本実施例による Ta、 Ti、 Mg、 Cr、 Zr以外の物質であっても、酸化 性ガスに対しゲッタ効果の大き 、物質であれば、 MgO層の成膜処理中に放出される 酸素や水等の酸ィ匕性ガスを十分にゲッタリングし、低 RAであっても高 MR比の磁気 抵抗効果素子を得ることができると考えられる。例えば、酸素ガス吸着エネルギーの 値が 145kcal/moUりも大きい Nb、 Mo、 W、 Mn、 Hf、 V、 B、 Si、 Al、 Ge等でも効 果があると考えられる。
[0095] また、 MgOを成膜する成膜室の内壁に被着する物質は、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ 効果の大き 、物質を主要に含めばよ 、。
[0096] MgO成膜室内の構成部材表面に被着させる物質は、磁気抵抗効果素子を構成 する物質の中に前記酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果の大き 、物質がな 、場合、前記 酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を適宜選んで、 MgO成膜室内にその成 膜手段を設けることができる。
[0097] また、 MgO成膜室内の構成部材表面に被着される物質は、その物質の酸素ガス 吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以上の物質とすることによって、 MgO成膜時 に放出される酸素や水等の酸ィヒ性ガス力 MgO成膜室内の構成部材の表面で、十 分にゲッタリングされるようにした。
[0098] MgO成膜室内に被着させるタイミングは、 MgO成膜の直前であることがより望まし い。酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によって変わり、表 面が清浄な状態であると、高いゲッタ効果が得られると考えられるからである。
[0099] MgO成膜室内に被着される物質は、特に Ta、 Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 M n、 Hf、 V、 B、 Si、 Al又は Geであることが望ましい。
[0100] MgO成膜室内に被着される物質が、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する薄 膜層を形成する物質であるならば、 MgO成膜室内に被着される手段と薄膜層を形 成する手段を兼用でき、工程も兼ねることができるので、装置をコンパクトにでき、ェ 程の短縮が図れる。
[0101] 次に図 11乃至図 13を参照して、第 5の実施例を説明する。図 11は、本発明の第 4 の実施例において製造する、 MgO層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一 例を示す図、図 12は、本発明の第 4の実施例の製造装置の第 1成膜室の内部構成 を説明するための断面図、図 13は、本発明の第 4の実施例による磁気抵抗効果素 子の MgO層の RA* MR比特性を示す図である。なお、図 1、図 3、図 6及び図 8と実 質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明 し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
[0102] 図 11に示すように、本実施例において製造する MgO層を有する磁気抵抗効果素 子の薄膜構成は、表面に Th—Ox (単層熱酸ィ匕膜)を形成した Si (シリコン)基板 120 上に、第 1の Ta層 61a (膜厚 5. Onm)と第 1の CuN層 62a (膜厚 20nm)と第 2の Ta 層 61b (膜厚 3. Onm)と第 2の CuN層 62b (膜厚 20nm)と力もなる下部電極部 640、 Ta層 68 (膜厚 3. Onm)及び Ru層 69 (膜厚 5. Onm)からなる下地層、 IrMn (イリジゥ ムマンガン)力もなる反強磁性層 80 (膜厚 7. 011111)、
Figure imgf000022_0001
(膜厚2. 5nm)、Ru 層 5 (膜厚 0. 85nm)、 CoFeBからなる第 1の強磁性層 2 (膜厚 3. 0nm)、MgOから なる絶縁体層 4 (膜厚 1. 0nm)、COFeBからなる第 2の強磁性層 3 (膜厚 3. Onm) , Ta層 10a (膜厚 8. Onm)と Cu層 10c (膜厚 30nm)と Ta層 10b (膜厚 5. Onm)からな る上部電極層、酸ィ匕防止のための Ru層 11 (膜厚 7. Onm)が積層されている。なお、 Ta層 68及び Ru層 69からなる下地層は、反強磁性層を結晶成長させるためのもの である。
[0103] 本実施例における MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置は、図 2又は図 7に示す成膜装置とほぼ同一の構成力もなるが、その第 1成膜室 21に関しては、図 1 2に示すように構成されている。第 1の実施例においては、基板保持部 29の表面が 窒化アルミニウム (A1N)力もなる絶縁体で覆われて 、るものを説明した力 本実施例 における製造装置では、基板保持部 29と基板 12との間に、基板載置台 290が設け られており、この基板載置台 290に基板 12が直接載置されるものであることを特徴と する。基板載置台 290は、少なくとも、基板保持部 29と基板 12とが接触する部分に おいて絶縁可能な構成であればよぐ例えば、ステンレス鋼板の表面に Al O (アル
2 3 ミナ)等の絶縁物を溶射して基板載置台 290を構成してもよぐ基板載置台 290自体 を絶縁物によって構成してもよい。このようにして、基板 12が電気的に完全に浮いた 状態 (フローティング状態）、即ち、基板 12がフローティング電位となるようにする。ま た、基板 12と、基板載置台 290や基板保持部 29とが、電気的に絶縁された状態で あればよい。なお、本実施例に係る基板保持部 29自体の表面は、絶縁体で覆われ ていなくてもよい。
[0104] ここで、基板 12をフローティング電位とするためには、前述のように基板 12と基板 載置台 290とを絶縁することの他、例えば、基板載置台 290と基板保持部 29とを絶 縁すること、基板保持部 29と接地とを絶縁すること等の手段によっても実現すること ができ、基板 12と接地との間のいずれかの部分で絶縁されていればよい。また、絶 縁方法としては、一例として、絶縁物を介挿すること、基板載置台 290や基板保持部 29等の構成部材自体を絶縁物によって構成すること、前記絶縁する部分 (接触部分 )のみを絶縁物で構成すること、又は、前記絶縁する部分同士を離間させること、のよ うに種々の方法がある。
[0105] 本実施例における MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記のよう に、基板保持部 29と基板 12とを絶縁させて、基板 12が電気的に完全に浮いた状態 (フローティング状態)で、 MgO層 4を成膜することを特徴とするものである。なお、 M gO層 4を形成する第 1成膜室 21内部の構成部材の表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ 効果の大きい物質 (Taなど)が被着された状態で、基板 12に MgO層 4を成膜するェ 程その他の成膜工程は、既に説明した実施例と同様であるため、詳細な説明は省略 する。
[0106] ステンレス鋼板の表面に Al Oを溶射して基板載置台 290を構成する場合は、約 0
2 3
. 2mmの厚さで Al Oを溶射すれば、基板 12はフローティング状態となる。また、基
2 3
板載置台 290自体を絶縁物としての A1N板 (厚さ約 14mm)で構成することによって も、基板 12をフローティング状態とすることができる。そこで、これらのように構成して MgO層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その磁気抵抗効果素子の MgO層の RA. MR比特性を比較した（図 13)。図 13において、（I)は、ステンレス鋼板で構成さ れた基板載置台 290を用いた場合の特性、（Π)は、ステンレス鋼板の表面に約 0. 2 mmの厚さの Al Oを溶射した基板載置台 290を用いた場合の特性、（ΠΙ)は、厚さ
2 3
約 14mmの A1N板力もなる基板載置台 290を用いた場合の特性を示して 、る。なお 、 (III)の場合にぉ 、て A1Nを採択したのは熱伝導率が大き 、ためである。
[0107] 図 13に示すように、例えば、 RAが 10 Ω— μ m2において、ステンレス鋼板で構成さ れた基板載置台 290を用いた場合 (I)は、 MR比が約 50%まで低下していた力 ス テンレス鋼板の表面に Al Oを溶射した基板載置台 290を用いた場合 (II)及び A1N
2 3
板力もなる基板載置台 290を用いた場合 (ΠΙ)は、 200%を超える高い MR比を実現 することができた。したがって、本発明のように、絶縁物（基板載置台 290)を介して基 板 12を基板保持部 29に載置して成膜することによって、低い RA領域でも、 MR比の 低下が小さぐ従来に比較して大きな MR比が得られるものであり、従来において困 難とされている低 RAと高 MR比の両立を実現することができる。
[0108] さらに、 RAが 5 Ω— μ m2において明らかなように、ステンレス鋼板の表面に Al O
2 3 を溶射した基板載置台 290を用いた場合 (II)よりも、 A1N板力もなる基板載置台 290 を用いた場合 (III)の方力 より高い MR比を得ることができた。したがって、低 RA高 MR比の両立という課題をより一層解決しているものである。なお、本実施例により製 造される磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図 11)は、 IrMn (イリジウムマンガン)力ゝらな る反強磁性層 80、下地層（Ta層 68及び Ru層 69)等の点において、既に前述した各 実施例による磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図 1、図 6、図 8)との相違があるが、各 実施例において示した薄膜構成の磁気抵抗効果素子の製造装置又は製造方法に おいても、本実施例のように基板 12をフローティング状態とすることによって、前記と 同様の結果を得ることができる。
[0109] 次に図 14を参照して、第 6の実施例を説明する。図 14は、本発明の第 6の実施例 の製造装置の第 1成膜室の内部構成を説明するための断面図である。なお、図 3及 び図 12と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を 付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
[0110] 前述した第 5の実施例においては、 MgO層 4を形成する第 1成膜室 21内部の構成 部材の表面に酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果の大き!/、物質 (Taなど)が被着された状 態で、基板 12に MgO層 4を成膜する成膜装置又は成膜方法を説明したが、必ずし も前記物質が被着された状態である必要はない。すなわち、第 6の実施例は、 MgO 層 4を形成する第 1成膜室 21内部の構成部材の表面に前記物質 (Taなど)を被着さ せることなぐ基板保持部 29と基板 12とを絶縁させて、基板 12が電気的に完全に浮 V、た状態 (フローティング電位にある状態)で、 MgO層 4を成膜することを特徴とする 。従って、本実施例における製造装置では、基板保持部 29と基板 12との間に、前述 した第 5の実施例における基板載置台 290と同様の基板載置台 290が設けられ、こ の基板載置台 290に基板 12が直接載置される。本実施例では、 MgO層 4を形成す る第 1成膜室 21内部の構成部材の表面に前記物質 (Taなど）を被着させないので、 第 1成膜室 21内部は、図 14に示すように、 MgOのみをターゲットとして配置すれば よぐターゲットとしての Ta26、ターゲット取付部 25、仕切板 22、シャツタ 27及び 28 等（図 12参照）は特段設ける必要はない。この結果、図 13に示すような、低い RA領 域でも MR比の低下が小さぐ従来に比較して大きな MR比が得られる。
[0111] 次に図 15及び図 16を参照して、第 7の実施例を説明する。図 15は、本発明の第 7 の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり、（a)は、マスクと基 板とが接触している状態を示す図、（b)は、マスクと基板が離間している状態を示す 図、図 16は、本実施例による磁気抵抗効果素子の MgO層の RA' MR比特性を示 す図である。なお、図 3及び図 12と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するも のについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省 略する。
[0112] 一般的に、基板を基板保持部に保持した状態で成膜を行う場合、基板の裏面側（ 基板保持部と接する側）に、成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止 するために、基板の周辺部を覆って押さえる金属製のマスクが採択されている（図 15 (a)符号 295参照)。この点、本実施例では、図 15 (b)に示すように、 MgO層 4を形 成する工程は、基板保持部 29と基板 12との間に、前述の基板載置台 290を設け、 基板載置台 290に基板 12を直接載置し、基板 12がフローティング電位にある状態 で、金属製のマスク 295と基板 12とを離間させて行うようにしたものである。なお、基 板 12を上記した他の方法によってフローティング電位にある状態としてもよい。マスク 295と基板 12とは、基板 12の裏面へのスパッタ粒子の回り込みを防止可能な距離だ け離間されていればよぐ例えば、 0. 5mmに設定する。このようにして、マスク 295と 基板 12とを離間させることによって、マスク 295と基板 12とが電気的に絶縁された状 態とする。
[0113] 本発明において、マスクとは、基板に対して成膜処理を行う場合において、基板の 裏面側に成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止するために、基板の 周辺部を覆う構成部材を ヽぅ。
[0114] MgO層 4を形成する工程において、図 15 (a)に示すように基板 12の周辺部にマス ク 295を接触させた場合、及び、図 15 (b)に示すようにマスク 295と基板 12とを離間 させた場合の各々に基づいて、 MgO層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その 磁気抵抗効果素子の MgO層の · MR比特性を比較した（図 16)。図 16において 、黒塗り三角（▲)は基板 12の周辺部にマスク 295を接触させた場合の特性、黒塗り 丸（參）はマスク 295と基板 12とを離間させた場合の特性を示している。
例えば、 RAが 5 Ω— μ m2において、マスク 295と基板 12とを接触させた場合（▲) よりも、マスク 295と基板 12とを離間させた場合（參）の方力 より高い MR比を得るこ とができ、全体としてもマスク 295と基板 12とを離間させた場合（參）の方が、低 RA高 MR比の両立という課題をより解決しているものである。従って、金属製のマスク 295 と基板 12とを離間させることによって、マスク 295と基板 12とが電気的に絶縁された 状態となり、 MgO成膜中において MgO層に電流が流れることが防止され、その結果 、 MgO層の膜質の劣化防止、ひいては磁気抵抗効果素子の特性の悪化を回避す ることができたものと考えられる。
[0115] 本実施例においては、マスク 295と基板 12とを離間させることによって、マスク 295 と基板 12とが電気的に絶縁された状態とした力 例えば、マスク 295自体を絶縁物で 構成すれば、図 15 (a)のように基板 12とマスク 295とが接触していても、マスク 295と 基板 12とが電気的に絶縁された状態とすることができるので、前記と同様の効果を 得ることができる。
[0116] 以上、添付図面を参照して本発明の第 1から第 7の実施例を説明したが、本発明は 力かる実施形態に限定されるものではなぐ特許請求の範囲の記載力 把握される 技術的範囲にぉ 、て種々の形態に変更可能である。
[0117] 例えば、本実施例の成膜装置は、 3つの成膜室を有する装置として説明したが、そ れに限らない。また、成膜室内に 2つ乃至は 3つの成膜手段を有する装置として説明 したが、それに限らない。また、本実施例の装置の成膜室形状に限定されない。
[0118] また、本実施例の装置においては、酸素や水などの酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果 の大きい物質を被着させる成膜室内の構成部材は、成膜室内壁、防着シールド、仕 切板やシャツタなどとして説明したが、それに限定されない。成膜室内部の構成部材 表面に被着させることが重要なのであって、他の構成でもよい。
[0119] また、磁気抵抗効果素子の前記各層の形成方法は、スパッタ法によるものを説明し たが、その他蒸着等の成膜方法によることも可能であり、成膜方法が特に限定される ものではない。
図面の簡単な説明
[0120] [図 1]本発明の第 1の実施例において製造する、 MgO絶縁体層を有する磁気抵抗 効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
[図 2]本発明の第 1の実施例の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図 である。 圆 3]図 2に示した製造装置の第 1成膜室の内部構成を説明するための断面図であ る。
圆 4]磁気抵抗効果素子の MgO層の膜厚 · MR比特性を本発明による製造方法と従 来の製造方法とで比較した図である。
圆 5]磁気抵抗効果素子の MgO層の RA'MR比特性を本発明による製造方法と従 来の製造方法とで比較した図である。
圆 6]本発明の第 2の実施例において製造する、 MgO絶縁体層を有する磁気抵抗 効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
圆 7]本発明の第 2の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図 である。
圆 8]本発明の第 3の実施例において製造する、 MgO絶縁体層を有する磁気抵抗 効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
圆 9]本発明の第 3の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図 である。
[図 10]図 1に示された構成の磁気抵抗効果素子において、 MgO層を基板 12上に成 膜する直前に、 MgO層を成膜する第 1成膜室内の構成部材表面に種々の物質が被 着された状態で、 MgO層を基板 12上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、 MR 比を測定し比較した図である。
圆 11]本発明の第 5の実施例において製造する、 MgO絶縁体層を有する磁気抵抗 効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
圆 12]本発明の第 5の実施例の製造装置の第 1成膜室の内部構成を説明するため の断面図である。
[図 13]本発明の第 5の実施例による磁気抵抗効果素子の MgO層の RA'MR比特性 を示す図である。
圆 14]本発明の第 6の実施例の製造装置の第 1成膜室の内部構成を説明するため の断面図である。
圆 15]本発明の第 7の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり 、（a)は、マスクと基板とが接触している状態を示す図、（b)は、マスクと基板が離間し て 、る状態を示す図である。
[図 16]本発明の第 7の実施例による磁気抵抗効果素子の MgO層の RA'MR比特性 を示す図である。
符号の説明
2 第 1の強磁性層
3 第 2の強磁性層
4 MgO層
5 Ru層
6 CoFe層
8 反強磁性層（PtMn)
9 下部電極層
10 上部電極層
10a 上部電極層 (Ta)
10b 上部電極層 (Ta)
10c 上部電極層 (Cu)
11 酸化防止層
12、 120 基板
21 第 1成膜室
22 仕切板
23 ターゲット取付部
24 ターゲット（MgO)
25 ターゲット取付部
26 ターゲット（Ta)
27、 28 シャツタ
29 基板保持部
31 シャツタ
34 バルブ
35 真空排気手段 防着シールド 成膜室内壁 第 2成膜室 第 3成膜室 搬送室
ロード、ロック室 アンロード、ロック室 第 1の Ta成膜手段
MgO成膜手段
PtMn成膜手段
CoFe成膜手段
Ta成膜手段
Ru成膜手段
CoFeB成膜手段a 第 1の Ta層b 第 2の Ta層
CuN層
a 第 1の CuN層b 第 2の CuN層 、 640 下部電極層
CuN成膜手段
Mg層
Mg成膜手段 下地層 (Ta) 下地層（Ru) 反強磁性層 (IrMn) 基板載置台 マスク

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程をこの順に有し、
前記 MgO層を形成する工程は、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい 物質が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[2] 前記 MgO層を形成する成膜室内には、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOよ り大きい物質の成膜手段力 ^以上設けられ、前記酸ィヒ性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質の前記構成部材への被着は、前記成膜手段の 1以上によって 行われることを特徴とする請求項 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[3] 前記酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大き 、物質は、前記磁気抵抗効果 素子を構成する物質をなす元素の 1以上力 なることを特徴とする請求項 1又は請求 項 2に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[4] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程をこの順に有し、
前記 MgO層を形成する工程は、酸ィヒ性ガスに対するゲッタ効果が第 1の強磁性層 を構成する物質より大きい物質が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行 われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[5] 前記 MgO層を形成する成膜室内には、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が第 1の強 磁性層を構成する物質より大きい物質の成膜手段力 ^以上設けられ、前記酸化性ガ スに対するゲッタ効果が第 1の強磁性層を構成する物質より大きい物質の前記構成 部材への被着は、前記成膜手段によって行われることを特徴とする請求項 4に記載 の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[6] 前記酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が第 1の強磁性層を構成する物質より大きい物 質は、前記磁気抵抗効果素子を構成する物質をなす元素の 1以上力 なることを特 徴とする請求項 4又は請求項 5に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[7] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程をこの順に有し、
前記 MgO層を形成する工程は、前記磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で酸 化性ガスに対するゲッタ効果が最も大きい物質が表面に被着された構成部材を有す る成膜室内で行われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[8] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程をこの順に有し、
前記 MgO層を形成する工程は、酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以 上の物質が表面に被着された構成部材を有する成膜室内で行われること を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[9] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程をこの順に有し、
前記 MgO層を开成する工程は、 Ta、 Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 Mn、 Hf、 V、 B、 Si、 Al又は Geの 1以上力 なる金属又は半導体が表面に被着された構成部材を 有する成膜室内で行われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[10] 前記 MgO層を形成する工程は、前記 MgO層をスパッタ法によって成膜することを 特徴とする請求項 1、請求項 2、請求項 4、請求項 5、請求項 7、請求項 8、又は請求 項 9に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[11] 搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空 を破ることなく前記複数の成膜室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効 果素子の製造方法であって、
酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物質を前記第 1の成膜室内の構 成部材表面に被着させる第 1の工程と、
前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成膜室で MgO層を前記基板上に成膜す る第 3の工程と、
前記第 1の成膜室以外の前記成膜室で、前記第 1の工程の次の工程から、前記第 3 の工程の前の工程までを行う第 2の工程と、を有し、
前記第 1の工程、前記第 2の工程、前記第 3の工程をこの順で続けて行うこと を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[12] 搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空 を破ることなく前記複数の成膜室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効 果素子の製造方法であって、
酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以上の物質を前記第 1の成膜室内 の構成部材表面に被着させる第 1の工程と、
前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成膜室で MgO層を前記基板上に成膜す る第 3の工程と、
前記第 1の成膜室以外の前記成膜室で、前記第 1の工程の次の工程から、前記第 3 の工程の前の工程までを行う第 2の工程と、を有し、
前記第 1の工程、前記第 2の工程、前記第 3の工程をこの順で続けて行うこと を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[13] 搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空 を破ることなく前記複数の成膜室の間を基板が移送できる装置を用いた磁気抵抗効 果素子の製造方法であって、
Ta、 Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 Mn、 Hf、 V、 B、 Si、 Al又は Geの 1以上から なる金属又は半導体を前記第 1の成膜室内の構成部材表面に被着させる第 1のェ 程と、
前記第 1の工程の後に行われ、前記第 1の成膜室で MgO層を前記基板上に成膜す る第 3の工程と、
前記第 1の成膜室以外の前記成膜室で、前記第 1の工程の次の工程から、前記第 3 の工程の前の工程までを行う第 2の工程と、を有し、
前記第 1の工程、前記第 2の工程、前記第 3の工程をこの順で続けて行うこと を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[14] 前記第 1の工程は、前記酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を前記第 1の成 膜室内の構成部材の表面に被着させると同時に前記基板上に成膜することを特徴と する請求項 11乃至請求項 13のうち、いずれか 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造 方法。
[15] 前記第 1の工程は、前記第 1の成膜室以外の前記成膜室で前記基板上に成膜す る工程と並行して行われることを特徴とする請求項 11乃至請求項 13のうち、いずれ 力 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[16] 前記第 3の工程は、前記 MgO層をスパッタ法によって成膜することを特徴とする請 求項 11乃至請求項 13のうち、 Vヽずれか 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[17] 搬送室にバルブを介して第 1の成膜室を含む複数の成膜室が接続しており、真空 を破ることなく前記複数の成膜室の間を基板が移送できる装置において、
前記基板を前記第 1の成膜室に移送し、前記第 1の成膜室で Mgをスパッタして、 前記基板上に Mg層を成膜すると同時に、前記第 1の成膜室内の構成部材の表面に
Mgを被着させる工程と、
続けて、前記第 1の成膜室で MgO層を成膜する工程を含むこと
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[18] MgO層を成膜する成膜室に、酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が MgOより大きい物 質を成膜室内の構成部材表面に被着させる手段が設けられていること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
[19] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造装置において、 MgO層を成膜する成膜室に、酸ィ匕性ガスに対しゲッタ効果が第 1の強磁性層を形 成する物質より大きい物質を前記成膜室内の構成部材表面に被着させる手段が設 けられていること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
[20] 前記酸化性ガスに対しゲッタ効果の大き！ヽ物質は、前記磁気抵抗効果素子を構成 する物質の中で酸ィ匕性ガスに対するゲッタ効果が最も大き 、物質であることを特徴と する請求項 18又は請求項 19に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
[21] MgO層を成膜する成膜室に、酸素ガス吸着エネルギーの値が 145kcalZmol以 上である物質を前記成膜室内の構成部材表面に被着させる手段が設けられているこ と
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
[22] MgO層を成膜する成膜室に、 Ta、 Ti、 Mg、 Zr、 Nb、 Mo、 W、 Cr、 Mn、 Hf、 V、
B、 Si、 Al又は Geの 1以上力 なる金属又は半導体を前記成膜室内の構成部材の 表面に被着させる手段が設けられて 、ること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
[23] 搬送室にバルブを介して前記 MgO層を成膜する成膜室を含む複数の成膜室が接 続しており、真空を破ることなく前記複数の成膜室の間を基板が移送できることを特 徴とする請求項 18、請求項 19、請求項 21、又は請求項 22に記載の磁気抵抗効果 素子の製造装置。
[24] 前記 MgO層を成膜する成膜室に MgOのターゲットが設けられ、前記ターゲットに 電力を供給する電力供給部を有することを特徴とする請求項 18、請求項 19、請求項 21、又は請求項 22のうち、いずれか 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
[25] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程を有し、
前記 MgO層を形成する工程は、基板がフローティング電位にある状態で行われるこ と を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[26] 基板と、第 1の強磁性層と、第 2の強磁性層と、前記第 1の強磁性層及び前記第 2 の強磁性層の間に形成される MgO層と、を有する磁気抵抗効果素子の製造方法に おいて、
前記基板上に第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2 の強磁性層を形成する工程を有し、
前記 MgO層を形成する工程は、前記基板に接する部分が絶縁物である基板載置 台に、前記基板を載置させて行われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[27] 前記基板は、絶縁物が溶射された基板載置台に載置することを特徴とする請求項
26に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[28] 前記基板は、絶縁物からなる基板載置台に載置することを特徴とする請求項 26に 記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[29] 前記 MgO層を形成する工程は、前記基板の周辺部に、前記基板と離間してマスク が配置された状態で行われることを特徴とする請求項 26乃至請求項 28のうち、 V、ず れか 1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
[30] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造方法において、
第 1の強磁性層を形成する工程、 MgO層を形成する工程及び第 2の強磁性層を 形成する工程を有し、
前記 MgO層を形成する工程は、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気的に 絶縁した状態で行われること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
[31] 前記 MgO層を形成する工程は、前記基板の周辺部に、前記基板と電気的に絶縁 されたマスクが配置された状態で行われることを特徴とする請求項 30に記載の磁気 抵抗効果素子の製造方法。
[32] 第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造装置において、 MgO層を成膜する成膜室には、基板をフローティング電位にある状態とするため の手段が設けられていること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
第 1の強磁性層と第 2の強磁性層の間に MgO層を有する磁気抵抗効果素子の製 造装置において、
MgO層を成膜する成膜室には、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気的 に絶縁するための手段が設けられて 、ること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
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