CN102629660A - Mtj膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MTJ膜及其制造方法。用于制造MTJ膜的方法包括形成第一铁磁层；在该第一铁磁层上形成隧道势垒层；以及在该隧道势垒层上形成第二铁磁层。第一铁磁层是具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜。用于形成隧道势垒层的步骤包括将单位膜形成处理重复n次(n是2或更大的整数)。该单位膜形成处理包括步骤：通过溅射法沉积Mg膜；以及氧化沉积的Mg膜。在第一次单位膜形成处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.3nm或更大且是0.5nm或更小。在第二次单位膜形成处理或之后的处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.1nm或更大且是0.45nm或更小。

Description

MTJ膜及其制造方法
相关申请的交叉引用
将2011年2月7日提交的，包括说明书、附图和摘要的日本专利申请No.2011-24227的公开内容以整体引入的方式并入本文中。
背景技术
本发明涉及一种用于制造MTJ(Magnetic Tunnel Junction：磁性隧道结)膜的方法。特别地，本发明涉及一种用于制造在其中通过多步氧化方法形成隧道势垒层的MTJ膜的方法。
从高集成度和高操作速度的角度，磁性随机存取存储器(MRAM)承诺了一种非易失性存储器。在MRAM中，显示出磁阻效应的磁阻元件用作存储器单元。作为典型的磁阻元件，其中隧道势垒层夹在两个铁磁层之间的MTJ(磁性隧道结)是已知的。
图1示意性地示出了一种典型的MTJ膜的结构。该典型的MTJ膜包括堆叠的层结构，在该堆叠的层结构中第一铁磁层110、隧道势垒层120和第二铁磁层130按顺序堆叠。隧道势垒层120是具有1-2nm膜厚度的薄的绝缘层，其材料是Al和Mg的氧化物。第一铁磁层110和第二铁磁层130的每一个都具有磁化强度(在图1的实例中，二者的磁化强度沿表面方向)。在这里，第一铁磁层110和第二铁磁层130中的一个是其中的磁化强度方向固定的磁化强度固定层(钉扎层)，并且另一个是其中的磁化强度方向可以反转的磁化强度自由层(自由层)。由于磁阻效应，当磁化强度固定层和磁化强度自由层的磁化强度方向是“反平行的”时，该MTJ的电阻值大于它们是“平行的”情况下的电阻值。通过使用这种电阻值的变化，MTJ膜非易失地存储数据。通过反转磁化强度自由层的磁化强度方向而向MTJ膜写入数据。
MRAM的写入特性和读出特性由MTJ的膜特性决定。例如，隧道势垒层的覆盖特性和膜的质量显著地影响读出特性。主要的读出特性包括电阻-面积的乘积，即，标准化的结电阻(R×A；R：元件电阻，A：结面积)，以及磁阻比(MR比)。可通过CIPT(Current In-PlaneTunneling：面内电流穿隧)法获得这些R×A和MR比。隧道势垒层的覆盖特性和膜的质量的下降会导致R×A的降低(短路)和MR比的降低。因此，希望形成优良的隧道势垒层。
形成隧道势垒层的方法之一包括使用氧化物靶(一个实例：MgO)的RF溅射。然而，当通过RF溅射形成隧道势垒层时，在晶片表面中的结电阻的一致性不好是已知的。另外，从颗粒产生和靶污染的角度，对于批量生产MRAM，RF射频是不能胜任的。
作为用于形成隧道势垒层的方法，“后氧化法”是已知的。根据后氧化法，(1)首先执行沉积通过溅射方法沉积的金属膜(Al膜和Mg膜)的金属沉积步骤，并且然后(2)执行通过引入氧基团等来氧化沉积的金属膜的氧化步骤。因而，形成由Al2O3或MgO制成的隧道势垒层。后氧化法具有获得了优秀的晶片表面中的结电阻的一致性的特点，并且被认为是MRAM批量生产的重要技术。
“多步氧化法”是后氧化法的一种并且将上面所述的金属沉积步骤和氧化步骤重复两次或更多次。换句话说，当将一组金属沉积步骤和氧化步骤定义为“单位膜形成处理”时，不只一次地重复执行该单位膜形成处理。
日本未审专利申请公开No.2000-357829公开了一种涉及多步氧化法的技术。根据相关技术，在第一次单位膜形成处理中，沉积的金属膜的膜厚度设定在0.3nm或更大且小于1nm。在第二次单位膜形成处理或之后的处理中，沉积的金属膜的膜厚度设定在0.1nm至1.5nm。描述了因此形成的一种具有不存在过量和不足的氧化状态的隧道势垒层。
发明内容
近来，从降低电流驱动的畴壁运动MRAM中的写入电流的角度，具有垂直磁各向异性的垂直磁化强度膜已受到关注。目前最有前途的一种垂直磁化强度膜是Co/Ni堆叠膜，在其中Co薄膜和Ni薄膜交替堆叠。为了在Co/Ni堆叠膜中产生垂直磁各向异性，使用适当的衬层控制晶向是重要的。通过在适当的衬层上形成Co/Ni堆叠膜，该Co/Ni堆叠膜成为具有强fcc(111)取向的微晶膜。在这种情况下，可以实现强垂直磁性各向异性。
这里，本发明的发明人通过实验首先发现了下列问题。该问题是，当通过上面描述的后氧化法和多步氧化法，在具有垂直磁性各向异性的Co/Ni堆叠层上形成作为隧道势垒层的MgO膜时，读出特性(R×A和MR比)可能会下降。例如，为了满足在上述的日本未审专利申请公开No.2000-357829(并且参考下述的图8B)中描述的膜厚度的条件，分别在第一次单位膜形成处理和第二次单位膜形成处理中形成沉积了具有0.7nm的厚度的Mg膜的样品。已经证实了关于这一样品的R×A和MR比的下降(并且参考下述的图11和图12)。
并且，本发明的发明人实验性地证实了这一问题是后氧化法和多步氧化法特有的且不会发生在RF溅射的情况中。更具体地，上面描述的问题不会发生在通过使用MgO靶的RF溅射而在Co/Ni垂直磁化强度膜上形成作为隧道势垒层的MgO膜的时候。
从这些结果来看，本发明的本发明人认为上述问题是由“晶粒的生长”引起的。参考图2说明了本发明的发明人考虑的该问题的发生机制。
图2示出了一个方面，其中具有大约1-2nm厚度的Mg膜沉积在具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠层上。如上所述，具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜是具有强fcc(111)取向的微晶膜。这种具有高晶向的堆叠膜被认为起到了Mg晶体生长的基底的作用并加速了外延Mg晶体生长。因此Mg晶粒开始生长，即便该膜厚度是大约1-2nm。如图2所示，当Mg晶粒生长时，产生了局部具有薄的膜厚度的部分。换句话说，隧道势垒层的覆盖特性下降了。
当如上所述在Mg沉积步骤中产生了局部具有薄的膜厚度的部分时，在后续的氧化步骤中，较低的层的Co/Ni堆叠膜也可能通过具有薄的膜厚度的部分而被氧化。这会引起MR比的降低。另外，当通过热处理进行界面处的元素扩散时，局部具有薄的膜厚度的部分会成为泄漏点。这会引起结短路(R×A降低)以及MR比降低。可以说，由于热处理降低了R×A和MR比，因而MTJ膜的热阻下降了(并且参考下述的图9和图10)。
如上所述，在以类似的方式满足在日本未审专利申请公开No.2000-357829中描述的膜厚度的条件(在第一次单位膜形成处理和第二次单位膜形成处理中沉积每个具有0.7nm厚度的Mg膜)的样品中观察到了R×A和MR比的降低。从这个结果来看，即使当膜厚度是大约0.7nm时，可能产生类似的现象。换句话说，在日本未审专利申请公开No.2000-357829中限定的膜厚度的范围内，读出特性可能下降。这是因为在日本未审专利申请公开No.2000-357829中并未意识到“晶粒的生长”。
如上所述，当通过后氧化法和多步氧化法形成隧道势垒层时，读出特性(R×A和MR比)可能下降。这里，较低的层的铁磁层不限于具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜。从晶粒的生长的角度，当通过后氧化法和多步氧化法在具有高晶向的铁磁层上形成隧道势垒层时，认为也会产生类似的问题。当通过在具有高晶向的铁磁层上形成隧道势垒层来形成MTJ膜时，希望抑制读出特性的下降。
在本发明的一个方面，提供一种用于制造MTJ膜的方法。该制造方法包括步骤：形成第一铁磁层、在该第一铁磁层上形成隧道势垒层、以及在该隧道势垒层上形成第二铁磁层。该第一铁磁层是具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜。形成隧道势垒层的步骤包括将单位膜形成处理重复n次(n是2或更大的整数)。该单位膜形成处理包括步骤：通过溅射法沉积Mg膜、以及氧化沉积的Mg膜。在第一次单位膜形成处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.3nm或更大且是0.5nm或更小。在第二次单位膜形成处理或之后的处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.1nm或更大且是0.45nm或更小。
在本发明的另一方面，提供一种用于制造MTJ膜的方法。该制造方法包括步骤：形成第一铁磁层、在该第一铁磁层上形成隧道势垒层、以及在该隧道势垒层上形成第二铁磁层。该第一铁磁层具有fcc(111)取向的晶体结构。形成隧道势垒层的步骤包括将单位膜形成处理重复n次(n是2或更大的整数)。该单位膜形成处理包括步骤：通过溅射法沉积Mg膜、以及氧化沉积的Mg膜。在第一次单位膜形成处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.3nm或更大且是0.5nm或更小。在第二次单位膜形成处理或之后的处理中沉积的Mg膜的膜厚度是0.1nm或更大且是0.45nm或更小。
在本发明的进一步的其它方面，提供一种MTJ膜。该MTJ膜包括第一铁磁层、形成在该第一铁磁层上的隧道势垒层、以及形成在该隧道势垒层上的第二铁磁层。第一铁磁层是具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜。隧道势垒层包括n层(n是2或更大的整数)MgO膜。n层MgO膜中最接近于第一铁磁层的第一MgO膜的膜厚度是0.2415nm或更大且是0.4025nm或更小。除了第一MgO膜之外的n层MgO膜的每个膜厚度是0.0805nm或更大且是0.36225nm或更小。
根据本发明的各方面，当通过在具有高晶向的铁磁层上形成隧道势垒层来形成MTJ膜时，可以抑制读出特性的下降。
附图说明
图1示意性示出了典型的MTJ膜结构；
图2是用于图示通过本发明将解决的问题的视图；
图3是示出根据本发明实施例的MTJ膜结构的一个实例的横截面图；
图4是示出根据本发明实施例的MTJ膜结构的另一实例的横截面图；
图5是示出根据本发明实施例的用于制造MTJ膜的方法的示意图；
图6是示出根据本发明实施例的用于制造MTJ膜的方法的修改的示意图；
图7示出了在实验中使用的样品膜的构造；
图8A是示出了样品A的Mg膜厚度条件的示意图；
图8B是示出了样品B的Mg膜厚度条件的示意图；
图8C是示出了样品C的Mg膜厚度条件的示意图；
图8D是示出了样品D的Mg膜厚度条件的示意图；
图9是示出了样品A的R×A依赖于退火温度的曲线图；
图10是示出了样品A的MR比依赖于退火温度的曲线图；
图11是示出了每个样品的R×A依赖于氧化时间的曲线图；
图12是示出了每个样品的MR比依赖于氧化时间的曲线图；
图13是示出了每个样品的R×A依赖于Mg膜厚度的曲线图；以及
图14是示出了每个样品的MR比依赖于Mg膜厚度的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
1.结构
图3是示出根据实施例的MTJ膜结构的一个实例的横截面图。在衬底10上形成衬层20。在衬层20上形成第一铁磁层30。在第一铁磁层30上形成隧道势垒层40。在隧道势垒层40上形成第二铁磁层50。在第二铁磁层50上形成盖层60。
隧道势垒层40夹在第一铁磁层30和第二铁磁层50之间。通过这些第一铁磁层30、隧道势垒层40和第二铁磁层50形成磁性隧道结(MTJ)。在这样的MTJ膜1中，例如，第一铁磁层30作为磁化强度自由层或畴壁运动层，且第二铁磁层50作为磁化强度固定层。
在实施例中，第一铁磁层30具有高晶向。更具体地，第一铁磁层30具有强fcc(111)取向的晶体结构。典型地，第一铁磁层30是Co/Ni堆叠膜，在其中Co薄膜和Ni薄膜交替堆叠。可以通过适当地选择衬层20来形成具有强fcc(111)取向的晶体结构的Co/Ni堆叠膜。在这种情况下，Co/Ni堆叠膜变得具有垂直磁各向异性(易磁化轴是垂直于膜表面的方向)。换句话说，具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜等价于具有高晶向的Co/Ni堆叠膜。通过使用具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜作为畴壁运动型MRAM的畴壁运动层，可以降低写入电流。因此这种使用是优选的。
衬层20通过这样的材料来形成以便实现如上所述的具有高晶向的第一铁磁层30。衬层20可以具有在其中堆叠多个层的堆叠结构。优选的衬层20包括Ta/Pt、Co/Pt、NiFeB/Pt、NiFeZr/Pt和NiFeZr/Pt/CoPt。
隧道势垒层40是具有大约1-2nm的膜厚度的MgO膜。如下面详细描述的，通过多步氧化法在第一铁磁层30上形成隧道势垒层40。
第二铁磁层50包括Co、Ni和Fe或其合金中的任意一种。第二铁磁层50可以具有在其中堆叠多个层的堆叠结构。例如，第二铁磁层是Co/Pt堆叠膜，在其中Co薄膜和Pt薄膜交替堆叠。第二铁磁层50还可以具有堆叠的亚铁磁结构。
盖层60是用于防止由于在热处理或元件成型工艺时的工艺损伤而引起MTJ膜变形的层。盖层60的材料包括Ta和Ru。也可以不提供盖层60。
图4是示出根据实施例的MTJ膜1结构的另一实例的横截面图。如图4所示，薄的界面层35可能存在于第一铁磁层30和隧道势垒层40之间。更具体地，隧道势垒层40可以不总是“直接”形成在铁磁层30上，并且可以通过薄的界面层35而形成在第一铁磁层30上。界面层35例如是非晶CoFeB层。在这种情况下，MTJ膜1的MR比的增加是已知的。
2.制造方法
以下，详细描述根据实施例的用于制造MTJ膜1的方法。图5示出了根据实施例的用于制造MTJ膜1的方法。
首先，通过溅射法在衬底10上形成衬层20。由可以生长具有高晶向的第一铁磁层30的材料形成衬层20。优选的衬层20包括Ta/Pt、Co/Pt、NiFeB/Pt、NiFeZr/Pt和NiFeZr/Pt/CoPt。随后，通过溅射法在衬层20上形成具有高晶向的第一铁磁层30。优选地，形成在其中通过溅射交替和重复地沉积Co膜和Ni膜的Co/Ni堆叠膜作为第一铁磁层30。这种Co/Ni堆叠膜是具有强fcc(111)取向的晶体结构的微晶膜，并且是具有垂直磁各向异性的垂直磁化强度膜。
然后，在第一铁磁层30上形成隧道势垒层40。如图4所示，隧道势垒层40可以通过薄膜界面层35(例如非晶CoFeB层)形成在第一铁磁层30上。即便在这种情况下，第一铁磁层30的晶向也可以通过界面层35影响隧道势垒层40的形成。
根据实施例，通过“多步氧化法”形成隧道势垒层40。换句话说，通过将单位的薄膜形成处理重复n次(n是2或更大的整数)来形成隧道势垒层40。每次单位膜形成处理包括Mg沉积步骤和氧化步骤。在Mg沉积步骤之后继续地执行氧化步骤。
在Mg沉积步骤中通过溅射法沉积Mg膜41。在图5中，在第i(i＝1至n)次Mg沉积步骤中沉积的Mg膜用Mg膜41-i表示。
通过Mg沉积步骤沉积的Mg膜41在氧化步骤中被氧化。结果，形成MgO膜42。在图5中，由第i(i＝1至n)次氧化步骤获得的MgO膜用MgO膜42-i表示。这里，最优选的氧化方法是通过将纯氧气引入到真空中而执行的“自然氧化法”。可替换地，可以使用在其中将活化为基团状态的氧引入到真空中的“基团氧化法(radical oxidationmethod)”。
根据实施例，为了抑制晶粒的生长而执行每次单位膜形成处理。具体地，在每次Mg沉积步骤中沉积的Mg膜41的膜厚度设置在晶粒在其中不能生长的范围内。通过实验，本发明的发明人已经发现了抑制晶粒在其中生长的Mg膜厚度的优选的范围。下面将描述这些实验和Mg膜厚度的优选的范围。因为抑制了晶粒的生长，因而防止了如图2中示出的局部薄的部分的产生。结果，防止了诸如R×A和MR比的读出特性的下降。
完成隧道势垒层40的形成之后，在隧道势垒层40上形成第二铁磁层50。第二铁磁层50包括Co、Ni和Fe或其合金中的任意一种。例如，形成在其中通过溅射交替和重复地沉积Co膜和Pt膜的Co/Pt堆叠膜作为第二铁磁层50。第二铁磁层50还可以具有堆叠的亚铁磁结构。
图6示出了一种修改。在该修改中，在最后的(第n次)单位膜形成处理中省略氧化步骤。换句话说，在通过第n次Mg沉积步骤形成Mg膜41-n后，完成隧道势垒层40的形成。在这种情况下，在Mg膜41-n上形成第二铁磁层50。由于可以防止第二铁磁层50接触氧，因而这是优选的。
图6和7中示出的步骤是在真空腔中连续执行的，而没有在步骤中间开放于空气。
3.实验和Mg膜厚度的更优选的范围
通过实验，本发明的发明人已经发现了抑制晶粒在其中生长的Mg膜厚度的优选的范围。以下，将描述这些实验和Mg膜厚度的优选的范围。
图7示出了在实验中使用的样品膜的构造。衬层20是NiFeZr(1.5nm)、Pt(2nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.8nm)、Co(0.4nm)和Pt(0.8nm)的堆叠层。第一铁磁层30是Co(0.3nm)、Ni(0.6nm)、Co(0.3nm)、Ni(0.6nm)、Co(0.3nm)、Ni(0.6nm)、Co(0.3nm)、Ni(0.6nm)和Co(0.3nm)的堆叠层。将单独描述隧道势垒层40。
第二铁磁层是Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Ru(0.95nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.4nm)、Co(0.4nm)、Pt(0.8nm)的堆叠的亚铁磁膜。盖层60是Ru层(7nm)。
隧道势垒层是由多步氧化法形成的MgO膜。这里，在不同的Mg膜厚度条件下形成四个类型的样品(样品A、样品B、样品C和样品D)。图8A、图8B、图8C和图8D分别示出了样品A、样品B、样品C和样品D的Mg膜厚度条件。在每个图中示出了在每次Mg沉积步骤中沉积的Mg膜41的膜厚度。三角标记代表执行氧化步骤。在该实验中，使用了图6中示出的修改。在最后的(第n次)单位膜形成处理中省略氧化步骤。
参考图8A，描述了用于形成样品A的隧道势垒层40的方法。执行第一次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-1(1.3nm)。随后，通过基团氧化法执行第一次氧化步骤。最后执行第二次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-2(0.35nm)。
参考图8B，描述了用于形成样品B的隧道势垒层40的方法。执行第一次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-1(0.7nm)。随后，通过基团氧化法执行第一次氧化步骤。然后，执行第二次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-2(0.7nm)。随后，通过基团氧化法执行第二次氧化步骤。最后，执行第三次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-3(0.35nm)。应当注意到样品B的Mg膜厚度条件满足在日本未审专利申请公开No.2000-357829中描述的膜厚度条件。
参考图8C，描述了用于形成样品C的隧道势垒层40的方法。执行第一次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-1(0.5nm)。随后，通过基团氧化法执行第一次氧化步骤。然后，执行第二次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-2(0.45nm)。随后，通过基团氧化法执行第二次氧化步骤。然后，执行第三次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-3(0.45nm)。随后，通过基团氧化法执行第三次氧化步骤。最后，执行第四次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-4(0.35nm)。
参考图8D，描述了用于形成样品D的隧道势垒层40的方法。执行第一次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-1(0.5nm)。随后，通过基团氧化法执行第一次氧化步骤。然后，执行第二次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-2(0.3nm)。随后，通过基团氧化法执行第二次氧化步骤。然后，执行第三次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-3(0.3nm)。随后，通过基团氧化法执行第三次氧化步骤。然后，执行第四次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-4(0.3nm)。随后，通过基团氧化法执行第四次氧化步骤。最后，执行第五次Mg沉积步骤以沉积Mg膜41-5(0.35nm)。
为了能够在最优化的氧化时间条件下进行特性比较，准备多个样品，其中对于每种类型的每个样品改变氧化时间。对准备的每个样品施加热处理(退火)并测量R×A和MR比。通过CIPT法确定R×A和MR比。
图9示出了样品A的R×A对退火温度的依赖性。图10示出了样品A的MR比对退火温度的依赖性。已经发现，当在300℃或更高的高温下执行热处理时，会产生R×A的过度下降和MR比的过度下降。通过改变氧化温度不能解决该问题。如图2所述，局部具有由晶粒的生长产生的薄的膜厚度的部分可能成为泄漏点，并且这会引起结短路(R×A降低)以及MR比降低。由于热处理降低了R×A和MR比，因而MTJ膜的热阻下降。
图11是示出了每个样品的R×A依赖于氧化时间的曲线图。图12是示出了每个样品的MR比依赖于氧化时间的曲线图。水平轴表示在每次氧化步骤中的总的氧化时间。在曲线图中，三角形、圆形、菱形和正方形分别表示样品A、样品B、样品C和样品D的特性。对于样品A示出了在300℃的热处理之后的特性，而对于其他的样品B、C和D则示出了350℃的热处理之后的特性。
从图12可发现，对于样品B、C和D的MR比依赖于氧化时间。特别地，当氧化温度是大约50秒时，每个MR比都是最高的。当氧化时间是大约50秒时，样品B、C和D的MR比分别是大约7.5％、11％和12％。另一方面，可以证实，从通过使用MgO(氧化物)靶的RF溅射法形成隧道势垒层的实验中，最初得到的MR比为11％至12％。因此，可以发现，对于样品C和D来说，MR比降低的问题被解决了。然而，因为样品B的MR比明显低于样品C和D的MR比，因此该问题并没有被充分地解决。另外，因为如图10所示的样品A的MR比极低，因此问题是显而易见的。
从图11中可以发现，R×A依赖于样品B、C和D的氧化时间而改变。与此相反，样品A的R×A极低，且不依赖于氧化时间。这意味着产生了结短路。可以发现，对于样品C和样品D来说，R×A随着氧化时间的增加而单调增加。在获得最高的MR比的最优化的氧化时间(50秒)处的R×A，对于样品C是大约200Ωμm2且对于样品D是大约300Ωμm2，并且这些值是足够高的。换句话说，可以发现，在样品C和样品D中没有产生结短路，而作为结果，R×A的降低问题可以被解决了。R×A随着氧化时间的增加而单调增加可以作如下解释。即，当氧化时间短于最优化的氧化时间时，没被氧化的Mg有剩余，并且因此降低了R×A。当氧化时间长于最优化的氧化时间时，R×A随着磁性层的氧化而增加。这种R×A随着氧化时间的增加而单调增加是一种通常可以在后氧化法的情况下看到的现象。
尽管在样品B中可能避免结短路的状况，但其R×A对氧化时间的依赖性极不规则。具体地，当氧化时间超过最优化的氧化时间时，R×A随着氧化时间的增加而降低。很难解释这一现象，而且样品B具有由于R×A的热阻下降问题不能被完全解决的高可能性。
图13是示出了每个样品的R×A依赖于Mg膜厚度的曲线图。图14是示出了每个样品的MR比依赖于Mg膜厚度的曲线图。水平轴表示在Mg沉积步骤中的Mg膜厚度。更具体地，对于样品A，在第一次Mg沉积步骤中使用1.3nm的Mg膜厚度。对于样品B，在第一次和第二次Mg沉积步骤中使用0.7nm的Mg膜厚度。对于样品C，在第二次和第三次Mg沉积步骤中使用0.45nm的Mg膜厚度。对于样品D，在第二次至第四次Mg沉积步骤中使用0.3nm的Mg膜厚度。垂直轴示出了在获得了最高MR比的最优化的氧化时间处的特性(R×A和MR比)。
从图13和图14中可以发现，更薄的沉积的Mg的膜厚度提供了更好的特性。这是因为当沉积的Mg的膜厚度薄时，抑制了晶粒的生长。从样品C和样品D之间的比较来看，尽管二者在第一次Mg沉积步骤中的Mg膜厚度都是0.5nm厚，样品D具有更好的特性。对这一结果应当作如下考虑。结果是由第二次Mg沉积步骤或之后步骤中的Mg膜厚度差异(在样品C的情况下：0.45nm而在样品D的情况下：0.3nm)引起的。换句话说，在第二次Mg沉积步骤和之后的步骤中，较薄的Mg膜厚度也是优选的。在第二次Mg沉积步骤和之后的步骤中，较低的Co/Ni堆叠膜的晶向的影响也会存在。
从上面描述的实验结果来看，很明显，对于样品A和B没有解决特性下降的问题，而对于样品C和D解决了该特性下降的问题。可以说，从样品C和D的Mg膜厚度条件来看，在第一次Mg沉积步骤中的Mg厚度可以是至少0.5nm或更小，且在第二次Mg沉积步骤或之后步骤中的Mg厚度可以是至少0.45nm或更小。因为没有意识到“由晶粒的生长导致的特性下降”的问题，在日本未审专利申请公开No.2000-357829中，膜厚度范围的上限值是大的。可以说，从“抑制晶粒的生长”的角度，在本发明中优选地限定了膜厚度范围的上限值。Mg膜厚度范围的下限值可以是在日本未审专利申请公开No.2000-357829中描述的类似值。因此，优选的Mg膜厚度范围如下。
在第一次Mg沉积步骤中Mg膜厚度范围：0.3nm或更大且0.5nm或更小。在第二次Mg沉积步骤或之后步骤中的Mg膜厚度范围：0.1nm或更大且0.45nm或更小。
通过氧化Mg膜41而获得的MgO膜42的膜厚度比原始的Mg膜厚度薄。从理论上讲，MgO膜42的膜厚度是Mg膜41的膜厚度的80.5％。因此，优选的第一层MgO膜42-1(最接近于第一铁磁层30的MgO膜)的膜厚度范围理论上是0.2415nm或更大且是0.4025nm或更小。优选的第二层或之后的层的MgO膜42-j(j＝2-n)的膜厚度范围理论上是0.0805nm或更大且是0.36225nm或更小。
如上所述，参考附图描述了实施例。然而，本发明不限于上述实施例，并且本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围的范围内进行修改。

Claims (7)

1.一种用于制造MTJ膜的方法，所述方法包括步骤：
形成第一铁磁层；
在所述第一铁磁层上形成隧道势垒层；以及
在所述隧道势垒层上形成第二铁磁层，
其中所述第一铁磁层是具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜，并且
其中用于形成所述隧道势垒层的步骤包括将单位膜形成处理重复n次，n是2或更大的整数，并且
其中所述单位膜形成处理包括步骤：
通过溅射法沉积Mg膜；以及
氧化沉积的Mg膜，并且
其中在第一次单位膜形成处理中所述沉积的Mg膜的膜厚度是0.3nm或更大且0.5nm或更小；并且
其中在第二次单位膜形成处理或之后的处理中所述沉积的Mg膜的膜厚度是0.1nm或更大且0.45nm或更小。
2.根据权利要求1的用于制造MTJ膜的方法，
其中省略第n次单位膜形成处理中的氧化所述沉积的Mg膜的步骤。
3.根据权利要求1的用于制造MTJ膜的方法，
其中通过自然氧化执行氧化所述沉积的Mg膜的步骤。
4.根据权利要求1的用于制造MTJ膜的方法，
其中通过非晶CoFeB层在所述第一铁磁层上形成所述隧道势垒层。
5.根据权利要求1的用于制造MTJ膜的方法，
其中在衬层上形成所述第一铁磁层；并且
其中所述衬层由Ta/Pt、Co/Pt、NiFeB/Pt、NiFeZr/Pt和NiFeZr/Pt/CoPt中的任意一种制成。
6.一种用于制造MTJ膜的方法，所述方法包括步骤：
形成第一铁磁层；
在所述第一铁磁层上形成隧道势垒层；以及
在所述隧道势垒层上形成第二铁磁层；
其中所述第一铁磁层具有fcc(111)取向的晶体结构，并且
其中用于形成所述隧道势垒层的步骤包括将单位膜形成处理重复n次，n是2或更大的整数，并且
其中所述单位膜形成处理包括步骤：
通过溅射法沉积Mg膜；以及
氧化沉积的Mg膜，并且
其中在第一次单位膜形成处理中所述沉积的Mg膜的膜厚度是0.3nm或更大且0.5nm或更小，并且
其中在第二次单位膜形成处理或之后的处理中所述沉积的Mg膜的膜厚度是0.1nm或更大且0.45nm或更小。
7.一种MTJ膜，包括：
第一铁磁层；
隧道势垒层，所述隧道势垒层形成在所述第一铁磁层上；以及
第二铁磁层，所述第二铁磁层形成在所述隧道势垒层上，
其中所述第一铁磁层是具有垂直磁各向异性的Co/Ni堆叠膜，并且
其中所述隧道势垒层包括n层MgO膜，n是2或更大的整数，并且
其中n层MgO膜中最接近所述第一铁磁层的第一MgO膜的膜厚度是0.2415nm或更大且0.4025nm或更小，并且
其中除了第一MgO膜之外的n层MgO膜的每个膜厚度是0.0805nm或更大且0.36225nm或更小。
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