DE112013006168B4 - Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements, das umfasst:einen Schritt des Bildens eines aus einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Schicht mit festgelegter Magnetisierung;einen Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht auf dem einen Gebildeten aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung; undeinen Schritt des Bildens der anderen aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung auf der Tunnelbarriereschicht,wobei der Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschichteinen Abscheidungsschritt des Abscheidens eines Metallfilms auf einem Substrat undeinen Oxidationsschritt des Unterziehens des Metallfilms einem Oxidationsprozess umfasst,wobei der Oxidationsschritt umfasst:einen Schritt des Haltens des Substrats mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf einem Ausfahrabschnitt, der sich in einem hervorstehenden Zustand befindet, wobei der Ausfahrabschnitt zwischen dem hervorstehenden Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt von einer Substrathalteoberfläche eines Substrathalters in einem Prozessierungsbehälter, in welchem der Oxidationsprozess durchgeführt wird, hervorsteht, und einem aufgenommenen Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt in der Substrathalteoberfläche aufgenommen ist, umgeschaltet werden kann,einen Schritt des Zuführens eines Sauerstoffgases zu dem Substrat durch Einführen des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter in einem Zustand, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, wobei der Schritt des Zuführens das Einführen des Sauerstoffgases bei einer Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, beinhaltet,einen Substratmontierschritt des Montierens des Substrats auf die Substrathalteoberfläche durch Umschalten des das Substrat haltenden Ausfahrabschnitts von dem hervorstehenden Zustand in den aufgenommenen Zustand nach der Zufuhr des Sauerstoffgases undeinen Erwärmungsschritt des Erwärmens des Substrats, das auf der Substrathalteoberfläche montiert ist, wobeidas Verfahren ferner einen Schritt des Beendens der Einführung des Sauerstoffgases vor dem Erwärmungsschritt umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements.
  • Technischer Hintergrund
  • Bis dato wurde ein magnetoresistiv veränderliches Element hauptsächlich als ein Element zum Einlesen eines magnetischen Feldes von Medien einer Festplatte (bzw. Computerfestplatte) verwendet. Das Magnetowiderstandelement nutzt einen Magnetowiderstandseffekt (magnetoresitiven Effekt) des Veränderns des elektrischen Widerstands durch Anlegen eines magnetischen Feldes an das Element, und die Festplattenindustrie nutzt einen TMR-Kopf, der einen Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt) aufweist, der einen größeren Grad der Widerstandsänderung aufweist, als der eines GMR-Kopfes, der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt) verwendet, welcher dahingegen eine dramatische Verbesserung der Aufzeichnungsdichte erzielt. Mittlerweile ist ein MRAM (Englisch: magnetic random access memory), welcher ein integrierter magnetischer Speicher ist, der durch Integrieren dieser TMR-Technologie mit einem Halbleiterelement erreicht wird, bereits in anfänglicher kommerzieller Anwendung. Der MRAM beinhaltet ein TMR-Element, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das auf einer Halbleitervorrichtung gebildet ist, was ihn unterscheidet von SRAM (static RAM) oder DRAM (dynamic RAM), welche bis dato lediglich aus einem Halbleiterelement gebildet worden sind. Überdies ermöglicht der MRAM eine dramatische Verbesserung der Stromaufnahme, weil er nicht flüchtig ist, und somit wird erwartet, dass er eine größere Kapazität beim Mobilkommunikationsmarkt erzielt.
  • Der MRAM verwendet, wie das TMR-Element, ein Element eines in-Ebene-Magnetisierungstyps, in welchem eine Richtung der Magnetisierung einer freien Schicht und einer Referenzschicht in einer Richtung rechtwinklig zu einer Richtung eines Mehrschichtfilms rotiert, wie in Nichtpatentdokument 1 offenbart. Der MRAM bringt das Problem mit sich, dass er nicht in der Lage ist, eine große Speicherkapazität bereitzustellen, weil er eine große Speicherzelle zum Speichern von Daten aufweist. Durch jüngste Forschung und Entwicklung kann allerdings von STT (Spin Transfer Torque)-MRAM, der Spininjektion verwendet, erwartet werden, dass er einen dem MRAM eigenen Nachteil überwindet, und somit größere Kapazität erzielt. Diese Technologie kann eine Richtung der Magnetisierung des magnetischen Materials unter Verwendung eines magnetischen Moments, das durch den Spin von Elektronen erzeugt wird, verändern, und ermöglicht somit die Miniaturisierung und ebenso eine Reduktion des zum Schreiben von Daten benötigten Stromwerts. Daher kann der STT-MRAM selbst mit einem Element kleiner Größe betrieben werden und ist somit für höhere Dichte geeignet. Der STT-MRAM verwendet wie im Fall des MRAM das Element des in-Ebene-Magnetisierungstyps, und ein Element eines rechtwinkligen Magnetisierungstyps, in welchem die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht und der Referenzschicht in derselben Richtung wie die Richtung des Mehrschichtfilms rotiert. Eine typische Mehrschichtfilmstruktur des rechtwinkligen Magnetisierungstyps ist in Nichtpatentdokument 2 offenbart. Ferner hat die Forschung und Entwicklung von Materialien und Strukturen an Fahrt gewonnen, so dass die Magnetisierung sich selbst mit dem Element geringer Größe umkehren kann, und es gab ebenso Berichte von einer Struktur, in welcher eine Oxidschicht auf der freien Schicht gebildet ist, wie in Patentdokument 3 offenbart.
  • Die Herstellung des TMR-Elements verwendet nicht nur die in Nichtpatentdokumenten 1 und 2 offenbarten Strukturen, sondern verwendet verbreitet auch eine Sputterabscheidungsverfahren (nachfolgend einfach als Sputtern bezeichnet), welches das Sputtern eines Targets, das aus einem gewünschten Abscheidungsmaterial gemacht ist, mit einbezieht, um dadurch einen Film auf einem dazu zeigenden Substrat abzuscheiden. (Siehe Patentdokument 1). Ebenso besteht Bedarf nach einer Kristallisations-Annealing-Vorrichtung zum Verbessern der Geschwindigkeit der Widerstandsänderung des Elements, einer Substratkühlvorrichtung im Anschluss an das Annealen (bzw. Tempern), einer Oxidationsvorrichtung zum Bilden der Oxidschicht, ebenso wie einer Sputtervorrichtung. In der Zukunft ist eine umfängliche Verwendung dieser Vorrichtungen zur Entwicklung von Hochleistungselementstrukturen ebenso wie von Materialien essenziell, um die praktische Verwendung von STT-RAM zu erzielen.
  • Ferner beschreibt die WO 2010/ 044 134 A1 ein weiteres Magnetowiderstandselement. Die US 6 426 308 B1 beschreibt ein Verfahren zur Bildung von Schichten mit hohen Dielektrizitätskonstanten. Die US 2008 / 0 072 821 A1 beschreibt einen Apparat zur Atomlagenabscheidung.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Internationales Patent Veröffentlichungsnr. WO 2012/ 086 183 A1
  • Nichtpatentdokument
    • Nichtpatentdokument 1: Young-suk Choi et al., Journal of Appl. Phys. 48 (2009) 120214
    • Nichtpatentdokument 2: D. C. Worledge et al., Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 022501
    • Nichtpatentdokument 3: Kubota et al., Journal of Appl. Phys. 111, 07C723 (2012)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Zur Fabrikation des oben beschriebenen MRAM besteht Bedarf nach einer Verbesserung des Durchsatzes, um eine Kostenreduktion zu erzielen. Ebenso führt, beispielsweise wenn ein Metallfilm als ein strukturelles Element des MRAM oxidiert wird, um eine Barriereschicht zu bilden, das Ausbleiben einer schnellen Oxidation des Metallfilms zu einem Vermischen von Verunreinigungen und wiederum zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit oder der Charakteristika des Elements. Die Verbesserung des Durchsatzes wird ebenso für Zwecke der Reduktion des Mischens der Verunreinigungen herbeigesehnt.
  • Ebenso wurde bis dato bisweilen ein Verfahren, welches das Erwärmen eines Substrats mit einem darauf gebildeten Metallfilm auf eine vorbestimmte Temperatur, um dadurch den Metallfilm zu oxidieren, einschließt, als ein Prozess zum Oxidieren des Metallfilms für die Bildung der Barriereschicht eingesetzt. In diesem Fall wird das Substrat mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf eine Zieltemperatur in einer Oxidationsprozesskammer erwärmt, und danach wird Sauerstoff in die Oxidationsprozesskammer eingeführt, um den Oxidationsprozess durchzuführen.
  • Allerdings sublimiert, in einem Fall, in dem ein Material für den Metallfilm zur Verwendung bei der Bildung der Barriereschicht Magnesium (Mg) ist, wenn Mg auf die Zieltemperatur erwärmt wird, Mg mit steigender Temperatur, da insbesondere Mg ein Material ist, das zur Sublimation neigt. Somit wird beim Start der Sauerstoffeinführung eine Filmdicke des Mg um die Menge der Sublimation an Mg reduziert. Nach der Beendigung des Oxidationsprozesses ist daher eine Filmdicke an Magnesiumoxid (MgO), die durch den Oxidationsprozess erzeugt wird, geringer als ein Entwurfswert. Unterdessen mag Mg konzeptionell im Voraus in größerer Dicke als der Entwurfswert gebildet werden, was die Sublimation während der Zersetzung von Mg erlaubt; allerdings schließt dies die exzessive Abscheidung von Mg bezogen auf den Entwurfswert mit ein, was somit zu einer Erhöhung der Kosten führt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorhergehenden Probleme durchgeführt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements bereitzustellen, das in der Lage ist, die Sublimation von Metall während der Oxidation des Metalls zu reduzieren, während es den Durchsatz bei der Bildung einer Tunnelbarriereschicht aus einem Metalloxid verbessert.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements bereitgestellt, das beinhaltet: einen Schritt des Bildens eines aus einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Schicht mit festgelegter Magnetisierung; einen Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht auf dem einen gebildeten aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung; und einen Schritt des Bildens der anderen aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung auf der Tunnelbarriereschicht, wobei der Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschicht einen Abscheidungsschritt des Abscheidens eines Metallfilms auf einem Substrat, und einen Oxidationsschritt des Unterziehens des Metallfilms einem Oxidationsprozess umfasst, wobei der Oxidationsschritt einen Schritt des Haltens des Substrats mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf einem Ausfahrabschnitt (bzw. Stützabschnitt bzw. Trägerabschnitt), der sich in einem hervorstehenden Zustand befindet, wobei der Ausfahrabschnitt zwischen dem hervorstehenden Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt von einer Substrathalteoberfläche eines Substrathalters in einem Prozessierungsbehälter, in welchem der Oxidationsprozess durchgeführt wird, hervorsteht, und einem aufgenommenen Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt in der Substrathalteoberfläche aufgenommen ist, umgeschaltet werden kann, einen Schritt des Zuführens eines Sauerstoffgases zu dem Substrat durch Einführen des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter in einem Zustand, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, einen Substratmontierschritt des Montierens des Substrats auf die Substrathalteoberfläche durch Umschalten des das Substrat haltenden Ausfahrabschnitt von dem hervorstehenden Zustand in den aufgenommenen Zustand nach der Zufuhr des Sauerstoffgases, und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des Substrats, das auf der Substrathalteoberfläche montiert ist, umfasst. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Beendens der Einführung des Sauerstoffgases vor dem Erwärmungsschritt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements bereitgestellt, das beinhaltet: einen Schritt des Bildens eines aus einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Schicht mit festgelegter Magnetisierung; einen Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht auf dem einen gebildeten aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung; und einen Schritt des Bildens der anderen aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung auf der Tunnelbarriereschicht, wobei der Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschicht einen Abscheidungsschritt des Abscheidens eines Metallfilms auf einem Substrat, und einen Oxidationsschritt des Unterziehens des Metallfilms einem Oxidationsprozess umfasst, wobei der Oxidationsschritt einen Schritt des Haltens des Substrats mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf einem Ausfahrabschnitt, der von einer Substrathalteoberfläche eines Substrathalters in einem Prozessierungsbehälter, in welchem der Oxidationsprozess durchgeführt wird, hervorsteht, einen Schritt des Zuführens eines Sauerstoffgases zu dem Substrat durch Einführen des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter in einem Zustand, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, bei einer Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, das Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche nach Beginn des Einführens des Sauerstoffgases, und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des Substrats gemeinsam mit oder nach der Einführung des Sauerstoffgases umfasst, wobei der Oxidationsschritt ferner nach dem Schritt des Haltens einen Schritt des Bildens eines Raums, der durch eine Substrathalteoberfläche des Substrathalters und einen umgebenden Abschnitt, der in dem Prozessierungsbehälter vorgesehen ist, in dem Prozessierungsbehälter durch Ändern einer relativen Position des Substrathalters bezüglich des Prozessierungsbehälters umfasst, wobei der Raum so gebildet wird, dass die Substrathalteoberfläche durch den umgebenden Abschnitt umgeben ist und eine Lücke zwischen dem umgebenden Abschnitt und dem Substrathalter gebildet wird, wobei das Sauerstoffgas, das in den Raum eingeführt wird, durch die Lücke aus dem Raum evakuiert wird, wobei der Schritt des Haltens des Substrats das Montieren des Substrats auf einen Ausfahrabschnitt, der von der Substrathalteoberfläche hervorsteht, beinhaltet, wobei der Schritt des Einführens das Zuführen des Sauerstoffgases zu dem Substrat bei der Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, in einem Zustand beinhaltet, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, wobei das Verfahren zum Herstellen ferner einen Schritt des Montierens des Substrats, das auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, auf die Substrathalteoberfläche umfasst, wobei der Erwärmungsschritt das Erwärmen des Substrats, das auf der Substrathalteoberfläche montiert ist, beinhaltet, wobei die Substrathalteoberfläche vor dem Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche erwärmt wird, wobei das Einführen des Sauerstoffgases vor dem Schritt des Montierens beendet wird, und wobei das Verfahren zum Herstellen ferner einen Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt des Einführens des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter nach dem Schritt des Montierens umfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Sublimation von Metall während der Oxidation des Metalls zu verringern, während der Durchsatz der Bildung einer Tunnelbarriereschicht aus einem Metalloxid verbessert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines in-Ebene-Magnetisierungstyp-Elements als ein Beispiel eines Elements, auf welches ein Oxidationsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
    • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines rechtwinkligen Magnetisierungstyp-Elements als ein Beispiel eines Elements, auf welches ein Oxidationsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
    • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines in-Ebene-Magnetisierungstyp-Elements als ein Beispiel eines Elements, auf welches ein Oxidationsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Oxidationsprozessapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Substrattransportzustand und unter einem Oxidationsprozesszustand illustriert.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm, das die allgemeine Konfiguration des Oxidationsprozessapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Oxidationsprozesszustand illustriert.
    • 6 ist ein schematisches Diagramm, das die allgemeine Konfiguration des Oxidationsprozessapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Substrattransportzustand illustriert.
    • 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetowiderstandelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
    • 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für einen Oxidationsprozess in einem Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
    • 9 ist eine Zeittafel des Oxidationsprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist ein Graph, der eine Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks von Mg gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Oxidationsprozessapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Oxidationsprozesszustand zeigt.
    • 12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für einen Oxidationsprozess in einem Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen begrenzt ist. In den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind Teile mit denselben Funktionen durch dieselben Bezugszeichen angezeigt, und eine wiederholte Beschreibung der Teile kann ausgelassen werden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines in-Ebene-Magnetisierungstyp-Elements (nachfolgend ein MTJ (Magnetic Tunnel Junction)-Element genannt), das in Nichtpatentdokument 1 offenbart ist. In einem MTJ-Element 100 wird eine Verbindung, die beispielsweise Tantal (Ta) und Kupfer (Cu) enthält, zunächst als eine untere Elektrodenschicht 108 (oben) auf ein Prozesssubstrat gestapelt. Die untere Elektrodenschicht 108 weist eine Struktur auf, wie etwa beispielsweise Ta (5 nm)/CuN (20 nm)/Ta (5 nm). Das obere Ta dient ebenso als ein Grundierungsfilm und neben Ta können Metalle, wie etwa Hafnium (Hf), Niob (Nb), Zircon (Zr), Titan (Ti), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) verwendet werden. Ferner kann beispielsweise eine Schicht, die zumindest ein Element aus Nickel (Ni), Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Ruthenium (Ru) enthält, auf Ta oder dergleichen abgeschieden sein.
  • Eine antiferromagnetische Schicht 107, die IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn oder CrPtMn oder dergleichen enthält, wird beispielsweise in einer Dicke in der Größenordnung von 3 bis 20 nm auf der unteren Elektrodenschicht 108 abgeschieden. Eine Referenzschicht 106, eine nichtmagnetische Zwischenschicht 105 und eine Referenzschicht 104 sind auf der antiferromagnetischen Schicht 107 abgeschieden. Die Referenzschicht 106 enthält einen magnetischen Film aus beispielsweise CoFe oder dergleichen und weist eine Dicke in der Größenordnung von 1 bis 5 nm auf. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 105 enthält zumindest ein Element ausgewählt aus Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Rhenium (Re), oder eine Legierung aus zwei oder mehreren dieser Metalle, und weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,85 nm auf. Die Referenzschicht 104 enthält einen magnetischen Film aus CoFe oder CoFeB oder dergleichen, und weist eine Dicke in der Größenordnung von 1 bis 5 nm auf. Die antiferromagnetische Schicht 107, die Schicht mit festem Magnetfeld 106, die nichtmagnetische Zwischenschicht 105 und die Schicht mit festem Magnetfeld 104 bilden eine Referenzschicht eines synthetischen Typs. Diese Referenzschicht kann konfiguriert sein, eine Doppelschichtstruktur aus der antiferromagnetischen Schicht und der Referenzschicht 106 aufzuweisen. Die Referenzschicht ist eine Schicht, in welcher eine Richtung der Magnetisierung fest (bzw. fixiert) ist.
  • Eine Barriereschicht 103 ist auf der Referenzschicht 104 gebildet. Bevorzugt ist die Barriereschicht 103 aus MgO hergestellt, um ein hohes MR-Verhältnis zu erhalten. Neben MgO kann ein Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehr aus Magnesium (Mg), Aluminum (AI), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silizium (Si) enthält, verwendet werden. Jegliches aus einem Verfahren, das RF-Sputtern oder dergleichen verwendet, um das Oxid direkt zu bilden, und einem Verfahren, welches das Abscheiden von Metall und das anschließende Oxidieren des Metalls einschließt, kann verwendet werden. Die Oxidation wird durch eine Oxidation, während der eine Kammer abgedichtet (versiegelt) bleibt, Flussoxidation, während der die Kammer evakuiert wird, Radikaloxidation oder Plasmaoxidation unter Verwendung von aktivem Sauerstoff oder dergleichen durchgeführt. Eine Schicht mit freier Magnetisierung (im Folgenden auch „freie Schicht“ genannt) 102 mit einer Struktur, die aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus einem Material, das CoFeB oder eine Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehr aus Co, Fe, Ni oder dergleichen enthält, wird in einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 10 nm (oben) auf der Barriereschicht 103 abgeschieden. Die freie Schicht ist eine Schicht, in welcher die Magnetisierung nicht fixiert ist, und die ihren Widerstand in Abhängigkeit von einem relativen Winkel bezogen auf die Magnetisierung der Referenzschicht ändert. Eine Mehrschichtstruktur, wie etwa beispielsweise Ta (8 nm)/Ru (5 nm)/Cu (30 nm)/Ru (7 nm) wird als eine obere Elektrodenschicht 101 auf der freien Schicht 102 abgeschieden. Diese Schicht weist eine Funktion des Schützens des Elements auf, und ein Ta-Abschnitt kann durch ein Material, wie etwa beispielsweise Ruthenium (Ru), Titan (Ti) oder Platin (Pt), ersetzt werden. Solch ein TMR-Element wird im Vakuum durch eine Substratprozessierungsvorrichtung eines Cluster-Typs fabriziert.
  • In 1 ist die antiferromagnetische Schicht 107 aus PtMn in 15 nm Dicke hergestellt; die Referenzschicht 106 ist aus Co70Fe30 in 2,5 nm Dicke hergestellt; die nichtmagnetische Zwischenschicht 105 ist aus Ru in 0,85 nm Dicke hergestellt; die Referenzschicht 104 ist aus Co60Fe20B20 in 3 nm Dicke hergestellt; die Barriereschicht 103 ist aus MgO in 1,0 nm Dicke hergestellt; und die freie Schicht 102 ist aus Co60Fe20B20 in 3 nm Dicke hergestellt.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines Elements mit zur Schichtebene senkrechter Magnetisierung (nachfolgend ein p-MTJ-Element genannt), das in Nichtpatentdokument 2 offenbart ist. In einem p-MTJ-Element 200 sind zunächst Pufferschichten 211, 210 auf einem Prozesssubstrat gestapelt. Beispielsweise wird ein Material, das zumindest ein Element aus Nickel (Ni), Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Ruthenium (Ru) enthält, für die Pufferschicht 211 verwendet. Ebenso kann ein Metall, wie etwa Tantal (Ta), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Zircon (Zr), Titan (Ti), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) für die Pufferschicht 210 verwendet werden, und neben diesen kann ein Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehr aus Magnesium (Mg), Aluminium (AI), Tantal (Ta), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silizium (Si) enthält, verwendet werden.
  • Beispielsweise CoFeB wird als eine freie Schicht 209 auf der Pufferschicht 210 abgeschieden. Ferner kann eine Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehreren aus Co und Fe zwischen CoFeB und MgO abgeschieden sein. Eine Gesamtfilmdicke einer CoFeB- oder CoFeB/CoFe-Magnetschicht liegt in der Größenordnung von 0,8 bis 2,0 nm. Eine Barriereschicht 208 wird auf der freien Schicht 209 gebildet. Bevorzugt wird die Barriereschicht aus MgO hergestellt, um ein höheres MR-Verhältnis (Magnetowiderstandsverhältnis) zu erhalten. Neben MgO kann ein Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehrere aus Magnesium (Mg), Aluminium (AI), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silizium (Si) enthält, verwendet werden. Jegliches aus einem Verfahren, das ein RF-Sputtern oder dergleichen verwendet, um das Oxid direkt zu bilden, und ein Verfahren, welches das Abscheiden von Metall und danach das Oxidieren des Metalls mit einschließt, kann verwendet werden. Die Oxidation wird durch eine Oxidation, während der eine Kammer abgedichtet bleibt, Flussoxidation, während der die Kammer evakuiert wird, Radikaloxidation oder Plasmaoxidation unter Verwendung von aktivem Sauerstoff oder dergleichen durchgeführt.
  • Eine Referenzschicht 207, die CoFe oder dergleichen enthält und eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 bis 1 nm aufweist, eine Referenzschicht 206, die CoFeB oder dergleichen enthält und eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 bis 2,0 nm aufweist, eine Orientierungstrennschicht 205, die Ta oder dergleichen enthält, und eine Referenzschicht 204, um der Referenzschicht 206 senkrechte magnetische Anisotropie zu verleihen, und die Referenzschicht 202 sind auf der Barriereschicht 208 abgeschieden. In 2 sind zwei Referenzschichten jeweils als Beispiel so dargestellt, dass sie eine Mehrschichtstruktur aus Co/Pd aufweisen; allerdings kann daneben jegliche Art einer Mehrschichtstruktur, wie etwa Co/Pd, Co/Pt oder Co/Ni, ein amorphes Material, wie etwa TbTeCo oder GdFeCo, und eine geordnete Legierung, wie etwa FePt, CoPt, MnGa oder MnAI verwendet werden. Ebenso kann eine Form verwendet werden, in welcher die Referenzschicht 207 weggelassen ist, so dass CoFeB aus der Referenzschicht 206 in direktem Kontakt mit der Barriereschicht 208 steht. Ferner kann die Orientierungstrennschicht 205 neben Ta aus einer Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehreren aus Tantal (Ta), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Zircon (Zr), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Platin (Pt) und Ruthenium (Ru), oder einem Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehrere aus Magnesium (Mg), Aluminium (AI), Tantal (Ta), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silizium (Si) enthält, gebildet werden.
  • Eine nichtmagnetische Zwischenschicht 203, die eine Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehreren aus Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Rhenium (Re) enthält, und die eine Dicke in der Größenordnung von 0,8 nm aufweist, ist auf der Referenzschicht 204 gebildet. Eine Referenzschicht 202, die aus einer Mehrschichtstruktur, wie etwa Co/Pd, Co/Pt oder Co/Ni, einem amorphen Material, wie etwa TbTeCo oder GdFeCo, und einer geordneten Legierung, wie etwa FePt, CoPt, MnGa oder MnAl aufgebaut ist, ist auf der nichtmagnetischen Zwischenschicht 203 gebildet. Die Referenzschicht 207, die Referenzschicht 206, die Orientierungstrennschicht 205, ein Mehrschichtstrukturabschnitt der Referenzschicht 204, die nichtmagnetische Zwischenschicht 203 und die Referenzschicht 202 bilden eine Referenzschicht eines synthetischen Typs. Diese Referenzschicht kann eine Struktur aufweisen, in welcher die nichtmagnetische Zwischenschicht 203 und die Referenzschicht 202 weggelassen sind und die Referenzschicht 207, die Referenzschicht 206, die Orientierungstrennschicht 205 und die Referenzschicht 204 die Referenzschicht bilden. Ta (5 nm) ist als eine Deckschicht 201 auf der Referenzschicht 202 gebildet. Ta kann durch ein Material, wie etwa beispielsweise Ruthenium (Ru), Titan (Ti) oder Platin (Pt) ersetzt werden. Solch ein TMR-Element wird im Vakuum durch eine Substratprozessierungsvorrichtung eines Cluster-Typs fabriziert.
  • In 2 ist die Pufferschicht 211 aus RuCoFe in 5 nm Dicke hergestellt; die Pufferschicht 210 aus Ta in 2 nm Dicke; die freie Schicht 209 aus CoFeB in 0,8 nm Dicke; die Barriereschicht 208 aus MgO in 0,9 nm Dicke; die Referenzschicht 207 aus Fe in 0,5 nm Dicke; die Referenzschicht 206 aus CoFeB in 0,8 nm Dicke; die Orientierungstrennschicht 205 aus Ta in 0,3 nm Dicke; und die Referenzschicht 204 weist eine Struktur auf, die vier Stapel beinhaltet, die jeweils Co in 0,25 nm Dicke und Pt in 0,8 nm Dicke aufweisen. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 203 ist aus Ru in 0,9 nm Dicke hergestellt, die Referenzschicht 202 weist eine Struktur auf, die vierzehn Stapel beinhaltet, die jeweils Co in 0,25 nm Dicke und Pt in 0,8 nm Dicke aufweisen, und die Deckschicht 201 ist aus Ru in 20 nm Dicke hergestellt.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Mehrschichtstruktur eines in-Ebene-Magnetisierungstyp-Elements (nachfolgend als MTJ-Element bezeichnet), das in Nichtpatentdokument 3 offenbart ist. In einem MTJ-Element 300 ist Ta (5 nm) beispielsweise zunächst als eine Pufferschicht 309 auf einem Prozesssubstrat abgeschieden. Oberes Ta dient ebenso als eine Grundierungsschicht, und neben Ta kann ein Metall, wie etwa Hafnium (Hf), Niob (Nb), Zircon (Zr), Titan (Ti), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) verwendet werden. Ferner kann eine Schicht, die zumindest ein Element aus Nickel (Ni), Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Ruthenium (Ru) und dergleichen enthält, beispielsweise auf Ta oder dergleichen abgeschieden werden. Eine antiferromagnetische Schicht 308, die beispielsweise IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn oder CrPtMn oder dergleichen enthält, ist in einer Dicke in der Größenordnung von 3 bis 20 nm auf der Pufferschicht 309 abgeschieden. Eine Referenzschicht 307, eine nichtmagnetische Zwischenschicht 306 und eine Referenzschicht 305 sind auf der antiferromagnetischen Schicht 308 abgeschieden. Die Referenzschicht 307 enthält beispielsweise CoFe oder dergleichen und weist eine Dicke in der Größenordnung von 1 bis 5 nm auf. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 306 enthält eine Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehreren aus Ruthenium (Ru), Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Rhenium (Re) und hat eine Dicke in der Größenordnung von 0,8 nm. Die Referenzschicht 305 enthält beispielsweise CoFe oder CoFeB oder dergleichen und weist eine Dicke in der Größenordnung von 1 bis 5 nm auf. Die antiferromagnetische Schicht 308, die Schicht mit fester Magnetisierung 307, die nichtmagnetische Zwischenschicht 306 und die Schicht mit fester Magnetisierung 305 bilden eine Referenzschicht eines synthetischen Typs. Diese Referenzschicht kann so konfiguriert sein, dass sie eine Doppelschichtstruktur aus der antiferromagnetischen Schicht und zwei Referenzschichten aufweist. Die Referenzschicht ist eine Schicht, in welcher eine Richtung der Magnetisierung festgelegt ist.
  • Eine Barriereschicht 304 ist auf der Referenzschicht 305 gebildet. Bevorzugt wird die Barriereschicht 304 aus MgO hergestellt, um ein hohes MR-Verhältnis zu erhalten. Neben MgO kann ein Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehrere aus Magnesium (Mg), Aluminum (AI), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silizium (Si) enthält, verwendet werden. Jegliches aus einem Verfahren, das RF-Sputtern oder dergleichen verwendet, um das Oxid direkt zu bilden, und einem Verfahren, welches das Abscheiden von Metall und das anschließende Oxidieren des Metalls einschließt, kann verwendet werden. Die Oxidation wird durch eine Oxidation, während der eine Kammer abgedichtet bleibt, Flussoxidation, während der die Kammer evakuiert wird, Radikaloxidation oder Plasmaoxidation unter Verwendung von aktivem Sauerstoff oder dergleichen durchgeführt. Eine freie Schicht 303 mit einer Struktur, die aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus einem Material, das CoFeB oder eine Legierung aus zumindest einem oder zwei oder mehr aus Co, Fe, Ni oder dergleichen enthält, gebildet ist, ist in einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 10 nm auf der Barriereschicht 304 abgeschieden. Die freie Schicht 303 ist eine Schicht, in welcher die Magnetisierung nicht festgelegt ist, und ändert ihren Widerstand in Abhängigkeit von dem relativen Winkel bezogen auf die Magnetisierung der Referenzschicht.
  • Eine Oxiddeckschicht 302 ist auf der freien Schicht 303 gebildet. Die Oxiddeckschicht 302 weist die Wirkung des Reduzierens einer kritischen Stromdichte Jc0 zum Umkehren der Magnetisierung auf, indem es dem Spin-Drehmoment ermöglicht, eine leichtere Umkehrung der Magnetisierung durch Verleihen rechtwinkliger magnetischer Anisotropie der Magnetisierung der freien Schicht bereitzustellen. Ein Oxid, das zumindest eines oder zwei oder mehrere aus Magnesium (Mg), Aluminium (AI), Titan (Ti), Zink (Zn), Hafnium (Hf), Germanium (Ge) und Silicium (Si) enthält, oder dergleichen, kann auf die Oxiddeckschicht angewandt werden. Die Oxidation wird durch eine Oxidation, während der eine Kammer abgedichtet bleibt, Flussoxidation, während der die Kammer evakuiert wird, Radikaloxidation oder Plasmaoxidation unter Verwendung von aktivem Sauerstoff oder dergleichen durchgeführt. Ta (5 nm) ist als eine Deckschicht 301 auf der Oxiddeckschicht 302 gebildet. Ta kann durch ein Material, wie etwa beispielsweise Ruthenium (Ru), Titan (Ti) oder Platin (Pt) ersetzt werden. Solch ein TMR-Element wird im Vakuum durch eine Substratprozessierungsvorrichtung eines Cluster-Typs fabriziert.
  • In 3 ist die antiferromagnetische Schicht 308 aus PtMn in 15 nm Dicke hergestellt; die Referenzschicht 307 aus Co70Fe30 in 2,5 nm Dicke; die nichtmagnetische Zwischenschicht 306 aus Ru in 0,85 nm Dicke; die Referenzschicht 305 aus Co60Fe20B20 in 3 nm Dicke; die Barriereschicht 304 aus MgO in 1 nm Dicke; die freie Schicht 303 aus Fe80B20 in 2 nm Dicke; die Oxiddeckschicht 302 aus einer MgO-Deckung in 0 bis 2,4 nm Dicke; und die Deckschicht 301 aus Ta in 5 nm Dicke.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Oxidationsprozessapparats 400 gemäß der Ausführungsform in einem Substrattransportzustand und während eines ersten Oxidationsprozesses (oder in einem ersten Oxidationsprozesszustand) illustriert. 5 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration des Oxidationsprozessapparats 400 gemäß der Ausführungsform illustriert, und illustriert ein weiteres Beispiel des ersten Oxidationsprozesses. 6 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration des Oxidationsprozessapparats 400 gemäß der Ausführungsform während eines zweiten Oxidationsprozesses (oder in einem zweiten Oxidationsprozesszustand) illustriert. In der Ausführungsform bildet der Oxidationsprozessapparat 400 eine Barriereschicht jedes Elements, das beispielhaft in den 1 bis 3 illustriert ist. In der Ausführungsform ist die Barriereschicht aus MgO hergestellt; und ein Substrat mit darauf gebildetem Mg wird dem Oxidationsprozess in dem Oxidationsprozessapparat unterzogen, um dadurch MgO zu bilden.
  • In der Ausführungsform bezieht sich der „erste Oxidationsprozess“ auf die Oxidation zur Bildung einer Tunnelbarriereschicht, welche bei einer Temperatur (beispielsweise Raumtemperatur) durchgeführt wird, bei welcher Mg nicht sublimiert. Ebenso bezieht sich der „zweite Oxidationsprozess“ auf die Oxidation zur Bildung einer Tunnelbarriereschicht, welche durchgeführt wird, während das Substrat absichtlich erwärmt wird, oder in einem Zustand, in dem das Substrat auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist. In der Ausführungsform wird der zweite Oxidationsprozess nach dem ersten Oxidationsprozess durchgeführt. Hier bezieht sich in der vorliegenden Erfindung die Temperatur, bei welcher eine Sublimation nicht stattfindet, auf eine Temperatur, bei welcher ein Metallfilm in Vakuum oberhalb des gesättigten Dampfdrucks nicht eliminiert wird.
  • In den 4 bis 6 beinhaltet der Oxidationsprozessapparat 400 einen Prozessierungsbehälter 401, eine Vakuumpumpe 402 als eine Evakuierungseinheit zum Evakuieren des Prozessierungsbehälters, einen Substrathalter 404, der dazu ausgelegt ist, ein Substrat 403, das in dem Prozessierungsbehälter 401 platziert ist, zu halten, ein zylindrisches Element 405, das in dem Prozessierungsbehälter 401 angeordnet ist, eine Gaseinführeinheit 406 als eine Sauerstoffgaseinführeinrichtung zum Einführen eines Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter 401 und eine Substrattransportöffnung 407. Die Substrattransportöffnung 407 ist mit einem Schlitzventil ausgestattet.
  • Der Substrathalter 404 beinhaltet eine Substrathalteoberfläche 404a, die dazu ausgelegt ist, das Substrat 403 zu halten, einen Platzierungsabschnitt 404b, auf welchem die Substrathalteoberfläche 404a gebildet ist, und einen Ausfahrabschnitt (bzw. hervorstehenden Abschnitt bzw. ausfahrbaren Abschnitt bzw. Halteabschnitt bzw. Stützabschnitt) 404c, der von der Substrathalteoberfläche 404a in Richtung der Gaseinführeinheit 406 hervorsteht, und der in der Lage ist, das Substrat 403 von der Substrathalteoberfläche 404a beabstandet zu halten. Der Ausfahrabschnitt 404c ist so konfiguriert, dass er in der Lage ist, einen hervorstehenden Zustand auszuführen, wenn der Ausfahrabschnitt 404c von der Substrathalteoberfläche 404a hervorsteht, und einen aufgenommenen Zustand (bzw. eingehausten Zustand) auszuführen, wenn der Ausfahrabschnitt 404c in der Substrathalteoberfläche 404a aufgenommen ist. Daher wird das Substrat 403 in dem hervorstehenden Zustand auf dem Ausfahrabschnitt 404c gehalten (siehe 4 und 5), und das Substrat 403 wird in dem aufgenommenen Zustand auf der Substrathalteoberfläche 404a gehalten (siehe 6).
  • Ein Heizer 408 als eine Erwärmvorrichtung ist in dem Substrathalter 404 vorgesehen. Ebenso ist eine Substrathalterantriebseinheit 409 als eine Positionsveränderungseinrichtung zum Verändern der relativen Positionen des Substrathalters 404 und des zylindrischen Elements 405 mit dem Substrathalter 404 verbunden.
  • Die Substrathalterantriebseinheit 409 bewegt den Substrathalter 404 in den Richtungen der Pfeile P (oder in eine Richtung, in welche der Substrathalter 404 näher an einen Oxidationsprozessraum 410 herangeführt wird, und einer Richtung, in welcher der Substrathalter 404 von dem Oxidationsprozessraum 410 entfernt wird). Ebenso ist die Substrathalterantriebseinheit 409 dazu konfiguriert, den Ausfahrabschnitt 404c zwischen dem bevorstehenden Zustand und dem aufgenommenen Zustand umzuschalten. Speziell wird unter Steuerung der Substrathalterantriebseinheit 409, wenn der hervorstehende Zustand geschaffen wird, in einem Fall, in dem der Ausfahrabschnitt 404c in dem Substrathalter 404 aufgenommen ist, der Ausfahrabschnitt 404c dazu gebracht, von der Substrathalteoberfläche 404a hervorzustehen; wenn der aufgenommene Zustand geschaffen wird, wird der Ausfahrabschnitt 404c, der von der Substrathalteoberfläche 404a hervorsteht, in den Substrathalter 404 aufgenommen. In der Ausführungsform wird während des Substrattransports und während des ersten Oxidationsprozesses unter der Steuerung der Substrathalterantriebseinheit 409 der Substrathalter 404 in eine Richtung, die in 4 illustriert ist, bewegt, und der Ausfahrabschnitt 404c wird dazu gebracht, von der Substrathalteoberfläche 404a hervorzustehen und in den hervorstehenden Zustand einzutreten. Während des Einbringens des Substrats wird in diesem Zustand das Substrat 403 durch die Substrattransportöffnung 407 in den Prozessierungsbehälter 401 transportiert, und das Substrat 403 wird auf den Ausfahrabschnitt 404c montiert. Während des Austragens des Substrats wird das auf dem Ausfahrabschnitt 404c gehaltene Substrat 403 durch die Substrattransportöffnung 407 aus dem Prozessierungsbehälter 401 heraustransportiert. Währenddessen führt, in dem ersten Oxidationsprozess, in dem in 4 und 5 illustrierten Zustand, die Gaseinführeinheit 406 das Sauerstoffgas in den Prozessierungsbehälter 401 ein, und dadurch findet die Oxidation von Mg vor der Oxidation während des Erwärmens statt. Ebenso wird in dem zweiten Oxidationsprozess unter der Steuerung der Substrathalterantriebseinheit 409 der Ausfahrabschnitt 404c in den Substrathalter 404 aufgenommen und dadurch wird das Substrat 403 auf der Substrathalteoberfläche 404a platziert, und der Oxidationsprozess wird durchgeführt, während das Substrat 403 erwärmt wird (siehe 6).
  • Die Gaseinführeinheit 406 ist von einer Wand 401a des Prozessierungsbehälters 401, die dem Substrathalter 404 gegenüberliegt, beabstandet und beinhaltet eine Lochplatte 411 mit vielen Löchern, einen Sauerstoffseinführpfad 412, der auf der Wand 401a angeordnet ist und mit einer Gaseinführöffnung zum Einführen des Oxidationsgases in den Prozessierungsbehälter 401, und einen Diffusionsraum 413, der einen Raum zwischen der Lochplatte 411 und der Wand 401a bildet und dazu konfiguriert ist, das durch den Sauerstoffseinführpfad 412 eingeführte Sauerstoffgas zu verteilen. In der Ausführungsform ist der Sauerstoffseinführpfad 412 so angeordnet, dass das Sauerstoffgas in den Diffusionsraum 413 eingeführt wird und das Sauerstoffgas, das durch den Sauerstoffseinführpfad 412 eingeführt und in dem Diffusionsraum 413 verteilt wird, gleichförmig durch die Lochplatte 411 in eine Substratoberfläche zugeführt wird. Mehrere Sauerstoffeinführpfade 412 können bereitgestellt sein.
  • Das zylindrische Element 405 ist ein Element mit einem herausragendem Abschnitt 405a, der von der Wand 401a in Richtung der Seite, die zu der Wand 401a zeigt (hier die Substrathalterseite) herausragt, und der herausragende Abschnitt 405a ist an die Wand 401a in einem Bereich 401b, der zumindest einen Abschnitt der Wand 401a des Prozessierungsbehälters 401 mit einschließt, an welchem der Sauerstoffseinführpfad 412 angeschlossen ist, in solch einer Art und Weise montiert, dass die Lochplatte 411 vollständig umgeben ist. In der Ausführungsform ist das zylindrische Element 405 ein zylindrisches Element, welches in einem Querschnitt, der rechtwinklig zu einer Ausdehnrichtung genommen ist, kreisförmig ist; allerdings kann der Querschnitt andere Gestalten aufweisen, wie etwa eine polygonale Form. Ebenso ist das zylindrische Element 405 beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Bevorzugt ist das zylindrische Element 405 aus Aluminium hergestellt, weil das zylindrische Element 405 leicht bearbeitet werden kann. Ebenso kann das zylindrische Element 405 neben Aluminium beispielsweise aus Titan oder rostfreiem Stahl (SUS) hergestellt sein. Ebenso kann das zylindrische Element 405 so konfiguriert sein, dass es an die Wand 401a anbringbar und von der Wand 401a abnehmbar ist. Die Lochplatte 411 ist in einem Raum angeordnet, der von dem herausragenden Abschnitt 405a umgeben ist, oder äquivalent in einem hohlen Abschnitt des zylindrischen Elements 405, und ein Abschnitt des zylindrischen Elements 405, der näher bei der Wand 401a liegt als die Lochplatte 411, zumindest ein Abschnitt der Wand 401a in dem Bereich 401b, und die Lochplatte 411 bilden den Diffusionsraum 413.
  • Es ist notwendig, einen gleichförmigen Sauerstoffdruck auf einer Oberfläche von Mg als ein Oxidationsobjekt bereitzustellen, um die Sauerstoffverteilung von MgO zu verbessern und somit eine in-Ebene-RA-Verteilung von MgO zu verbessern. In anderen Worten ist in einem Fall, in dem eine Richtung von der Gaseinlassöffnung zu der Evakuierungsseite eine (einzige) Richtung ist, der Druck in der Gaseinlassöffnung hoch und der Druck auf der Evakuierungsseite ist gering. Beispielsweise ist im Fall eines hochreaktiven Materials, wie etwa Mg, bekannt, dass dieser Druckgradient eine Verschlechterung der Sauerstoffverteilung mit sich bringt. Daher ist eine Struktur, die mit der Lochplatte 411 ausgestattet ist, bevorzugt. Speziell ermöglicht es das Bereitstellen der Lochplatte 411 und des zylindrischen Elements 405, die Oberfläche des Substrats 403 in einer Position, die in den 5 und 6 illustriert ist, gleichförmig zu versorgen, und somit ermöglicht es die Reduzierung der Ungleichheit der Oxidationsverteilung von MgO, das durch Oxidation in der Oberfläche des Substrats 403 hergestellt wird, selbst wenn der Sauerstoffeinführpfad 412 nicht koaxial mit der Vakuumpumpe 402 als die Evakuierungseinheit vorliegt (beispielsweise in einem Fall, in dem eine Sauerstoffeinlassrichtung des Sauerstoffeinführpfades 412 rechtwinklig zu einer Evakuierungsrichtung der Vakuumpumpe 402 liegt, wie in 4 und 5 illustriert). Daher kann die RA-Verteilung verbessert werden.
  • Das Sauerstoffgas wird durch die Löcher der Lochplatte 411 in den Oxidationsprozessraum 410 eingeführt, und somit kann von der Lochplatte 411 gesagt werden, dass sie ein Bereich (auch ein „Sauerstoffgaseinführbereich“ genannt) der Gaseinführeinheit 406 ist, in welchem ein Abschnitt für die begrenzte Einführung des Sauerstoffgases in den Oxidationsprozessraum bereitgestellt wird.
  • In einem Fall, in dem die Lochplatte 411 beispielhaft nicht bereitgestellt ist, wird das Sauerstoffgas durch den Sauerstoffeinführpfad 412 in den Oxidationsprozessraum 410 eingeführt, und somit bildet die Region 401b die Sauerstoffgaseinführregion.
  • In der Ausführungsform kann von der Sauerstoffgaseinführregion, dem zylindrischen Element 405 und dem Substrathalter 404 (oder der Substrathalteoberfläche 404a) gesagt werden, dass sie den Oxidationsprozessraum 410 bilden.
  • Ebenso ist das zylindrische Element 405 so angeordnet, dass es eine Lücke 415 zwischen dem herausragenden Abschnitt 405a und zumindest einem Abschnitt (oder dem Platzierungsabschnitt 4b) des Substrathalters 404 bildet, wenn der Substrathalter 404 in einer Öffnung 405b des zylindrischen Elements 405, wie in 5 und 6 illustriert, eingeführt ist. Speziell ist das zylindrische Element 405 so konfiguriert, dass es während der Bildung in dem Oxidationsprozessraum 410 eine Lücke 415 zwischen dem herausragenden Abschnitt 405a und dem Platzierungsabschnitt 404b, der den Substrathalter 404 umgibt und auf dem die Substrathalteoberfläche 404a gebildet ist, bereitstellt. Daher wird das Sauerstoffgas, das von der Gaseinführeinheit 406 in den Oxidationsprozessraum 410 eingeführt wird, durch die Lücke 415 aus dem Oxidationsprozessraum 410 in einen externen Raum 414 des Oxidationsprozessraums 410 evakuiert. Das aus dem Oxidationsprozessraum 410 durch die Lücke 415 in den externen Raum 414 evakuierte Sauerstoffgas wird aus dem Prozessierungsbehälter 401 durch die Vakuumpumpe 402 evakuiert.
  • Die Substrathalterantriebseinheit 409 bewegt den Substrathalter 404 in der Richtung des Pfeils P, so dass die Substrathalteoberfläche 404a in dem zylindrischen Element 405 aufgenommen ist, und beendet die Bewegung des Substrathalters 404 an einer vorbestimmten Position, in welcher die Substrathalteoberfläche 404a (oder der Platzierungsabschnitt 404b) in der Öffnung 405b eingeführt ist. Somit wird, wie in den 5 und 6 illustriert, der Oxidationsprozessraum 410, welcher mit dem externen Raum 414 lediglich durch die Lücke 415 in Verbindung steht, gebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Oxidationsprozessraum 410 durch die Lochplatte 411, den herausragenden Abschnitt 405a und den Substrathalter 404 (oder der Substrathalteoberfläche 404a) gebildet. In der Ausführungsform bilden daher in dem Prozessbehälter 401 die Lochplatte 411 und der herausragende Abschnitt 405a einen umgebenden Abschnitt, welcher gemeinsam mit der Substrathalteoberfläche 404a einen kleineren Raum als den durch die innere Wand des Prozessbehälters 401 abgeteilten Raum bildet. Daher ist der umgebende Abschnitt für das zylindrische Element 405 ein umgebendes Element zum Partitionieren des Oxidationsprozessraums 410 gemeinsam mit der Lochplatte 411 und dem Substrathalter 404 (oder der Substrathalteoberfläche 404a), so dass, während des Oxidationsprozesses, das durch die Sauerstoffgaseinführeinheit 406 eingeführte Sauerstoffgas restriktiv in den Oxidationsprozessraum 410 in den Prozessbehälter 401 eingeführt wird.
  • Wie oben angemerkt, ist in einem Fall, in dem die Lochplatte 411 beispielsweise nicht bereitgestellt ist, der Oxidationsprozessraum 410 aus dem Bereich 411b, dem herausragenden Abschnitt 405a und dem Substrathalter 404 gebildet, und somit ist in diesem Fall der oben beschriebene umgebende Abschnitt der Bereich 401b, welcher ein Abschnitt der inneren Wand des Prozessbehälters 401 ist, und der herausragende Abschnitt 405a.
  • Ebenso kann die Substrathalterantriebseinheit 409 so konfiguriert sein, dass die Substrathalteoberfläche 404a in einer Richtung in der Ebene der Substrathalteoberfläche 404a rotierbar ist. In anderen Worten kann der Substrathalter 404 so konfiguriert sein, dass die Substrathalteoberfläche 404a um eine Richtung einer Normalen zu der Substrathalteoberfläche 404a rotiert. Somit kann in einem Fall, in dem die Substrathalteoberfläche 404a rotiert wird, der Substrathalter 404 mit einer elektrostatischen Einspannvorrichtung (ESC; Englisch: electrostatic chuck) ausgestattet sein, so dass das Substrat 403 elektrostatisch auf die Substrathalteoberfläche 404a angezogen wird. Somit wird das Substrat an den ESC angezogen und somit kann während des zweiten Oxidationsprozesses die Oxidation durchgeführt werden, während das Substrat 403 in einem Zustand rotiert wird, in dem das Substrat auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.
  • Bevorzugt wird ein Sauerstoffdruck auf der Oberfläche des Substrats 403 gleichförmig eingestellt, um die Sauerstoffverteilung zu verbessern und somit die RA-Verteilung zu verbessern. Daher wird, selbst wenn die Einführung von der Lochplatte 411 nicht gleichförmig ist, die Substrathalteoberfläche 404a rotiert, um dadurch das Substrat 403 zu rotieren, und somit eine Gaskonzentrationsverteilung des zu der Oberfläche des Substrats 403 zugeführten Sauerstoffgases gleichförmig gemacht werden kann. Daher kann die RA-Verteilung verbessert werden.
  • Ebenso ist in der Ausführungsform die Substrathalterantriebseinheit 409 so konfiguriert, dass sie den Substrathalter 404 entlang der Ausdehnungsrichtung des herausragenden Abschnitts 405a in dem zylindrischen Element 405 bewegt. In anderen Worten kann die Substrathalterantriebseinheit 409 den Substrathalter 404 in dem zylindrischen Element 405 in einer Richtung bewegen, in welcher der Substrathalter 404 näher an die Lochplatte 411 als den Sauerstoffgaseinführbereich bewegt ist, und in einer Richtung, in welcher der Substrathalter 404 von der Lochplatte 411 weg bewegt wird.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements gemäß der Ausführungsform illustriert. Das Magnetowiderstandelement, das hier beschrieben ist, weist eine Struktur auf, bei welcher eine Schicht mit freier Magnetisierung (hier auch als freie Schicht bezeichnet), eine Tunnelbarriereschicht und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung (hier auch als magnetisierungsfixierte Schicht bezeichnet) übereinander in Reihenfolge auf einem Substrat beispielhaft gestapelt sind. Es ist unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auf die Herstellung eines Magnetowiderstandelements mit einer Struktur anwendbar ist, bei welcher eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, eine Tunnelbarriereschicht und eine Schicht mit freier Magnetisierung in dieser Reihenfolge aufeinander auf einem Substrat gestapelt sind.
  • Zunächst wird ein Substrat 403, auf welchem eine vorbestimmte Schicht als eine Grundierung der Schicht mit freier Magnetisierung gebildet ist, angefertigt. Bei Schritt S71 wird in einer gewissen Abscheidungskammer die Schicht mit freier Magnetisierung auf der Grundierungsschicht gebildet. In einem anderen Beispiel wird in einem Fall der Struktur, in welcher die magnetisierungsfixierte Schicht, die Tunnelbarriereschicht und die Schicht mit freier Magnetisierung in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt sind, die magnetisierungsfixierte Schicht auf der Grundierungsschicht gebildet. In anderen Worten wird in Schritt S71 eines aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der magnetisierungsfixierten Schicht auf der Grundierungsschicht gebildet.
  • In Schritt S72 wird in der oben beschriebenen gewissen Abscheidungskammer oder einer anderen Kammer Mg auf der Schicht mit freier Magnetisierung, die in Schritt S71 abgeschieden wurde, gebildet. Somit scheidet dieser Schritt als ein Abscheidungsprozess den oben beschriebenen Metallfilm zur Bildung der Tunnelbarriereschicht, die aus einem Oxid hergestellt ist, ab.
  • In Schritt S73 wird das Substrat 403, auf dem in Schritt S72 Mg gebildet wurde, durch die Substrattransportöffnung 407 in den Oxidationsprozessapparat 400 transportiert, und der Oxidationsprozess wird in dem Oxidationsprozessapparat 400 durchgeführt. Details des Oxidationsprozesses werden später beschrieben werden.
  • In Schritt S74 wird das Substrat 403, auf dem durch den Oxidationsprozess in Schritt S73 MgO (oder die Tunnelbarriereschicht) gebildet wurde, in die oben beschriebene gewisse Abscheidungskammer oder die andere Kammer transportiert, und die magnetisierungsfixierte Schicht wird auf MgO als der Tunnelbarriereschicht gebildet. In dem oben beschriebenen anderen Beispiel wird, in dem Fall der Struktur, bei welcher die magnetisierungsfixierte Schicht, die Tunnelbarriereschicht und die Schicht mit freier Magnetisierung in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt sind, die Schicht mit freier Magnetisierung auf MgO gebildet. In anderen Worten wird in Schritt S74 die andere aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der magnetisierungsfixierte Schicht auf der Tunnelbarriereschicht gebildet.
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für einen Oxidationsprozess in einem Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschicht gemäß der Ausführungsform illustriert. 9 ist eine Zeittafel des Oxidationsprozesses von 8. In der in 8 illustrierten Ausführungsform weist der Substrathalter 404 eine ESC-Funktion und einen Substratrotiermechanismus auf.
  • In Schritt S81 wird zum Zeitpunkt t1 das Schlitzventil der Substrattransportöffnung 407 geöffnet, um das Substrat 403 mit darauf gebildetem Mg in den Prozessbehälter 401 zu transportieren, und das Substrat 403 wird auf dem Ausfahrabschnitt 404c in einem hervorstehenden Zustand montiert. Somit wird das Substrat 403 mit darauf gebildetem Mg auf dem Substrathalter gehalten. Zum Zeitpunkt t1 wird das Schlitzventil geschlossen.
  • In Schritt S82 führt in dem in 4 illustrierten Zustand zum Zeitpunkt t3 die Gaseinführeinheit 406 das Sauerstoffgas in den Prozessbehälter 401 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Heizer 408 nicht betrieben, und die Temperatur in dem Prozessbehälter 401 liegt bei Raumtemperatur. Durch diese Sauerstoffeinfuhr wird Mg auf dem Substrat 403 oxidiert (oder der erste Oxidationsprozess wird durchgeführt). In der Ausführungsform ist es in dem ersten Oxidationsprozess wichtig, dass eine Sublimation von Mg minimiert wird. Daher ist eine Substrattemperatur nicht auf Raumtemperatur begrenzt, und das Substrat 403 kann durch den Heizer 408 oder eine externe Heizvorrichtung (nicht gezeigt) erwärmt werden, vorausgesetzt, dass diese Temperatur eine Temperatur ist, bei welcher Mg nicht sublimiert. Ebenso kann der Heizer 408 ständig betrieben werden, um ständig den Substrathalter 404 zu erwärmen, um den Durchsatz zu verbessern. Ebenso ist in diesem Fall in Schritt S81 das Substrat 403 auf dem Ausfahrabschnitt 404c montiert, und somit wird die Temperatur des Substrats 403 bei der Temperatur gehalten, bei welcher Mg nicht sublimiert.
  • In Schritt S83 bewegt sich, während die Sauerstoffzufuhr, die bei Schritt S82 begonnen hat, beibehalten wird, zum Zeitpunkt t4 der Ausfahrabschnitt 404c nach unten und wird in dem Substrathalter 404 aufgenommen, und dadurch wird das Substrat 403, das auf dem Ausfahrabschnitt 404c platziert ist, auf die Substrathalteoberfläche 404a montiert.
  • In Schritt S84 wird, während die Sauerstoffzufuhr, die bei Schritt S82 begonnen hat, beibehalten wird, zum Zeitpunkt t5 der Heizer 408 betrieben, um die Erwärmung des Substrats 403, das auf der Substrathalteoberfläche 404a montiert ist, zu beginnen. In anderen Worten erwärmt der Heizer 408 die Substrathalteoberfläche 404a, um somit das Substrat 403 zu erwärmen. Ebenso wird die ESC-Funktion des Substrathalters 404 eingeschaltet, um das Substrat 403 auf der Substrathalteoberfläche 404a elektrostatisch anzuziehen. Die ESC-Funktion wird eingeschaltet, und dadurch kann das Substrat 403 in kurzer Zeit auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, und zum Zeitpunkt t6 erreicht das Substrat 403 eine Zielerwärmtemperatur. Dieser Schritt startet die Oxidation (oder den zweiten Oxidationsprozess) von Mg, das auf dem Substrat 403 gebildet ist und nicht durch den ersten Oxidationsprozess oxidiert ist, während Mg erwärmt wird. Die oben beschriebene Zielerwärmungstemperatur kann gleich oder höher als eine Temperatur eingestellt sein, bei welcher Mg sublimiert, oder kann niedriger als diese Temperatur eingestellt sein. Allerdings ist es bevorzugt, dass dieser Erwärmprozess das Substrat 403 unter einer Bedingung erwärmt, bei der Mg nicht sublimiert.
  • In Schritt S85 wird, während die Sauerstoffzufuhr, die bei Schritt S82 begonnen hat, beibehalten wird, zum Zeitpunkt t7 die Substrathalterantriebseinheit 409 betrieben, um den Substrathalter 404 in eine Position zu bewegen, in welcher der Oxidationsprozessraum 410, wie in 6 illustriert, gebildet wird. Dadurch wird der Oxidationsprozessraum 410 als ein kleinerer Raum als der Prozessbehälter 401 in dem Prozessbehälter 401 gebildet. Gleichzeitig wird die Substrathalterantriebseinheit 409 betrieben, um die Substrathalteoberfläche 404a um die Richtung der Normalen zu der Substrathalteoberfläche 404a zu rotieren, und dadurch das Substrat 403 zu rotieren. Dieser Schritt kann die Erwärmung des Substrats 403 und die Sauerstoffeinführung durchführen, während der Substrathalter 404 näher an die Lochplatte 411 als den Sauerstoffgaseinführbereich (oder eine Sauerstoffgaseinführeinheit) bewegt wird.
  • In der Ausführungsform wird der Oxidationsprozessraum 410 nach dem Schritt S84 gebildet; allerdings ist der Zeitpunkt der Bildung des Oxidationsprozessraums 410 nicht derart begrenzt. Beispielsweise kann der Oxidationsprozessraum 410 zu jeglicher Zeit vor Schritt S84 gebildet werden (beispielsweise zwischen dem Schritt S81 und dem Schritt S82, etc.).
  • In Schritt S86 wird zum Zeitpunkt t8 die Gaseinführeinheit 406 so gesteuert, dass sie die in Schritt S82 begonnene Sauerstoffzufuhr beendet. Gleichzeitig wird die Substrathalterantriebseinheit 409 so gesteuert, dass sie die Substrathalteoberfläche 404a anhält und den Substrathalter 404 auf eine in 4 illustrierte Position bewegt. Dann wird zum Zeitpunkt t9 der Betrieb des Heizers 408 beendet und die ESC-Funktion wird ausgeschaltet, und zum Zeitpunkt t10 wird der Ausfahrabschnitt 404c in einem aufgenommenen Zustand aufwärts bewegt, um von einer Substrathalteoberfläche 404a hervorzustehen, so dass das Substrat 403 mit darauf gebildetem MgO auf einem Ausfahrabschnitt 404c gehalten wird. Dann wird zum Zeitpunkt t11 das Schlitzventil der Substrattransportöffnung 407 geöffnet, um das Substrat, das auf dem Ausfahrabschnitt 404c gehalten wird, aus dem Prozessbehälter 401 auszutragen, und zum Zeitpunkt t12 wird das Schlitzventil geschlossen. In der Ausführungsform wird die Vakuumpumpe 402, die mit dem Prozessbehälter 401 verbunden ist, ständig betrieben, um ständig den Prozessbehälter 401 in den oben beschriebenen Schritten S81 bis S86 zu evakuieren. Allerdings ist der Betrieb der Vakuumpumpe 402 nicht derart begrenzt, und die Vakuumpumpe 402 kann gemäß jedem Schritt begrenzt betrieben werden.
  • Gemäß der Ausführungsform wird das Sauerstoffgas in einem Zustand zugeführt, in dem der Ausfahrabschnitt 404c das Substrat 403 beabstandet von der Substrathalteoberfläche 404a hält, und Mg, das auf dem Substrat 403 gebildet ist, wird zunächst bei Raumtemperatur als die Temperatur, bei welcher Mg nicht sublimiert, oxidiert. Daher kann die Oberfläche (oder eine exponierte Oberfläche) von Mg auf dem Substrat 403 und deren Umgebung bei einer Temperatur oxidiert werden, bei welcher Mg nicht sublimiert. Ein Magnesium (Mg)-Film weist einen geringeren Dampfdruck auf als andere Metallfilme, wie in 10 illustriert. Beispielsweise beginnt Mg, wie aus 10 ersichtlich, bei etwa 423 K (etwa 150°C) in einer Atmosphäre von 1 × 10-9 bis 1 × 10-8 Torr zu sublimieren. Daher sublimiert Mg, das auf dem Substrat 403 gebildet ist, bei einer Temperatur von etwa 150°C oder höher in einer Atmosphäre von 1 × 10-9 bis 1 × 10-8 Torr und dann verdampft Mg. In der Ausführungsform wird durch den ersten Oxidationsprozess das Sauerstoffgas zugeführt, um Mg dem Oxidationsprozess bei der Temperatur zu unterziehen, bei welcher Mg nicht sublimiert, um die Sublimation von Mg zu minimieren. Dies ermöglicht die Oxidation eines Teils von Mg, das auf dem Substrat 403 gebildet ist, um MgO zu bilden, während es die Sublimation von Mg auf ein Minimum reduziert.
  • In der Ausführungsform wird dann der Ausfahrabschnitt 404c in dem Substrathalter 404 aufgenommen, um auf der Substrathalteoberfläche 404a das Substrat 403 zu montieren, das auf dem Ausfahrabschnitt 404c gehalten wird und das darauf gebildetes Mg, das an der Oberfläche davon und in deren Umgebung zu MgO umgewandelt wurde, aufweist, und der Oxidationsprozess (oder der zweite Oxidationsprozess) wird bei einem geringen Druck durchgeführt, während das Substrat 403, das auf der Substrathalteoberfläche 404a montiert ist, durch den Heizer 408 auf die vorbestimmte Temperatur aufgewärmt wird. Daher wird Mg, das durch den ersten Oxidationsprozess nicht oxidiert worden ist, durch die starke oxidative Kraft oxidiert, indem es die Oxidation unter Erwärmen wie oben beschrieben durchläuft. Bis dato wies die Oxidation, welche während des Erwärmens stattfand, das Problem des Erhöhens der Menge der Sublimation von Mg insbesondere im Hochvakuum auf. Unterdessen wird bei der Ausführungsform in einem Schritt vor der Oxidation, welche durchgeführt wird, während das Erwärmen stattfindet, die Oberfläche aus Mg, die auf dem Substrat 403 gebildet ist, und deren Umgebung durch den ersten Oxidationsprozess in MgO transformiert. Daher neigt durch den ersten Oxidationsprozess gebildetes MgO nicht zur Sublimation und dient somit als Deckschicht, um die Sublimation der darunterliegenden Schicht aus Mg (oder ein Bereich aus Mg in Richtung des Inneren der Oberfläche davon und deren Umgebung) zu unterdrücken.
  • In der Ausführungsform wird zudem in einem Schritt vor dem Erwärmen des Substrats 403 das Sauerstoffgas eingeführt, um den Oxidationsprozess (oder den ersten Oxidationsprozess) durchzuführen, und somit wird ein Teil des Mg bereits zum Zeitpunkt des Beginns des Oxidationsprozesses (oder des zweiten Oxidationsprozesses), welcher während des Erwärmens des Substrats durchgeführt wird, in MgO transformiert. Daher kann der Durchsatz über das bis dato Bekannte verbessert werden. Daher wird die für den Oxidationsprozess benötigte Zeit reduziert, und somit kann das Einmengen von Verunreinigungen in MgO reduziert werden.
  • In der Ausführungsform wird das Erwärmen der Substrathalteoberfläche 404a zum Erwärmen des Substrats 403 nach dem Montieren des Substrats 403 auf die Substrathalteoberfläche 404a (oder nach Schritt S83) durchgeführt; allerdings kann das Erwärmen der Substrathalteoberfläche 404a vor dem Schritt S83 durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Erwärmen der Substrathalteoberfläche 404a zwischen dem Schritt S81 und dem Schritt S83 durchgeführt werden. Dadurch kann in einem Zustand, in welchem das Substrat 403 auf der Substrathalteoberfläche 404a für den zweiten Oxidationsprozess montiert ist, die Substrathalteoberfläche 404a in einem benötigten erwärmten Zustand vorliegen. Daher kann die Wartezeit bis die Substrathalteoberfläche 404a auf eine gewünschte Temperatur erwärmt ist, reduziert werden, und somit kann der Durchsatz weiter verbessert werden.
  • In der Ausführungsform wird das Erwärmen des Substrats im Schritt S84 nach der Sauerstoffeinfuhr in Schritt S82 durchgeführt. Alleredings ist es in der Ausführungsform wichtig, dass MgO, das gebildet wird während die Sublimation von Mg auf ein Minimum reduziert ist, auf der Oberfläche von Mg und in dessen Umgebung vor der Oxidation, welche durchgeführt wird, während das Substrat erwärmt wird, gebildet wird. Daher können, wenn dies erreicht werden kann, die Sauerstoffgaszufuhr und das Erwärmen des Substrats gleichzeitig durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Folgende durchgeführt werden: ohne das Bereitstellen des Ausfahrabschnitts 404c wird das Substrat 403 auf der Substrathalteoberfläche 404a montiert, und die Sauerstoffeinführung durch die Gaseinführeinheit 406 und das Erwärmen des Substrats durch den Heizer 408 werden gleichzeitig durchgeführt. In diesem Fall verbleibt beispielsweise selbst wenn das Substrat auf eine Temperatur gleich oder höher der Temperatur, bei welcher Mg sublimiert, erwärmt wird, die Substrattemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Erwärmen des Substrats bei der Temperatur, bei welcher Mg nicht sublimiert, und somit kann von der Oxidation während dieser Zeitdauer gesagt werden, dass sie die Oxidation (oder der erste Oxidationsprozess) mit der minimierten Sublimation von Mg ist. Dann verändert sich der Prozess mit steigender Substrattemperatur kontinuierlich von dem ersten Oxidationsprozess zu dem zweiten Oxidationsprozess.
  • In der Ausführungsform ist wie oben genannt der zweite Oxidationsprozess ein Oxidationsprozess zur gleichförmigen Oxidation in der Oberfläche aus Mg und ist ein Oxidationsprozess, welcher durchgeführt wird, während die Substrattemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher erwärmt ist. Der erste Oxidationsprozess ist ein Oxidationsprozess zum Bilden von MgO, das als eine Deckschicht für die Sublimation von Mg durch die Oxidation durch den zweiten Oxidationsprozess fungiert, während es die Sublimation von Mg reduziert, und ist ein Oxidationsprozess, welcher vor dem zweiten Oxidationsprozess durch Zuführen von Sauerstoff zu dem Substrat 403 bei der Substrattemperatur (beispielsweise Raumtemperatur), bei welcher Mg nicht sublimiert, durchgeführt wird. Der erste Oxidationsprozess und der zweite Oxidationsprozess, die oben beschrieben sind, werden in dieser Reihenfolge durchgeführt und dadurch kann, selbst wenn der Oxidationsprozess in einer Niederdruckatmosphäre durchgeführt wird, während das Substrat erwärmt wird, die Sublimation von Mg reduziert werden, und die RA-Verteilung kann verbessert werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • In der ersten Ausführungsform wird der Oxidationsprozessraum 410, der kleiner ist als der Prozessierungsbehälter 401 in dem Prozessierungsbehälter 401 gebildet; allerdings mag der Oxidationsprozessraum 410 nicht gebildet werden. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Oxidationsprozessapparats gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert. Ein Oxidationsprozessapparat 1100 weist dieselbe Struktur auf, wie die des Oxidationsprozessapparats 400 der in den 4 bis 6 illustriert ist, mit der Ausnahme, dass der Oxidationsprozessapparat 1100 das zylindrische Element 405 nicht beinhaltet.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur für einen Oxidationsprozess in einem Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert.
  • In Schritt S121 wird das Schlitzventil der Substrattransportöffnung 407 geöffnet, um das Substrat 403 mit darauf gebildetem Mg in den Prozessierungsbehälter 401 zu transportieren und das Substrat 403 wird auf den Ausfahrabschnitt 404c in einem hervorstehenden Zustand montiert. Nach Beendigung des Montierens des Substrats wird das Schlitzventil geschlossen. In Schritt S122 wird der Absperrschieber 416, welcher geöffnet war, geschlossen, um den Evakuierbetrieb zu beenden. Dieser Schritt ist unnötig, wenn die Vakuumpumpe 402 in dem Schritt S121 nicht betrieben wird. In Schritt S123 führt die Gaseinführeinheit 406 das Sauerstoffgas in dem Prozessierungsbehälter 401 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Heizer 408 nicht betrieben und die Temperatur in dem Prozessierungsbehälter 401 ist Raumtemperatur. Durch diese Sauerstoffzufuhr wird Mg auf dem Substrat 403 oxidiert (oder der erste Oxidationsprozess wird durchgeführt).
  • In Schritt S124 wird die Sauerstoffzufuhr, die bei Schritt S123 begonnen wurde, beendet. Selbst wenn die Sauerstoffgaszufuhr durch diesen Schritt beendet wird, ist der Prozessierungsbehälter 401 mit einer bestimmten Menge an Sauerstoff gefüllt, und somit ist eine Sauerstoffatmosphäre in dem Prozessierungsbehälter 401 gebildet. In Schritt S125 bewegt sich der Ausfahrabschnitt 404c in einem Zustand, bei dem die Sauerstoffgaszufuhr beendet ist, nach unten und wird in den Substrathalter 404 aufgenommen, und dadurch wird das Substrat 403, das auf dem Ausfahrabschnitt 404c platziert ist, auf der Substrathalteoberfläche 404a montiert.
  • In Schritt S126 wird in einem Zustand, in dem die Sauerstoffgaseinfuhr beendet ist, der Heizer 408 angetrieben, um das Erwärmen des Substrats 403, das auf der Substrathalteoberfläche 404a montiert ist, zu beginnen. In anderen Worten erwärmt der Heizer 408 diese Substrathalteoberfläche 404a und erwärmt somit das Substrat 403. Obwohl die Sauerstoffgaseinfuhr bei Schritt S124 beendet ist, ist eine Sauerstoffatmosphäre um das Substrat 403 gebildet, und somit beginnt das Heizen in diesem Erwärmschritt das Erwärmen und die Oxidation (oder den zweiten Oxidationsprozess) von Mg, das auf dem Substrat 403 gebildet ist, welches nicht durch den ersten Oxidationsprozess oxidiert worden ist. Dann wird in dem Schritt S127 der Absperrschieber 416, der in Schritt S122 geschlossen wurde, geöffnet, um den Evakuationsbetrieb zu beginnen. Wenn die Vakuumpumpe 402 in Schritt S121 nicht betrieben ist, wird der Betrieb der Vakuumpumpe 402 in Schritt S127 wieder begonnen, um den Prozessierungsbehälter 401 zu evakuieren.
  • In der zweiten Ausführungsform kann zwischen dem Schritt S125 und dem Schritt S126 die Gaseinführeinheit 406 einen Schritt der Wiederzufuhr an Sauerstoffgas des erneuten Zuführens von Sauerstoffgas in den Prozessierungsbehälter 401 durchführen. In diesem Fall kann ein Schritt des Beendens der Zufuhr des Sauerstoffgases nach dem Schritt S126 durchgeführt werden. Ebenso wird im Schritt S126 das Substrat 403 erwärmt, während Sauerstoffgas, das bei dem Sauerstoffgaswiederzuführschritt eingeführt ist, zugeführt wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements, das umfasst: einen Schritt des Bildens eines aus einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Schicht mit festgelegter Magnetisierung; einen Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht auf dem einen Gebildeten aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung; und einen Schritt des Bildens der anderen aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung auf der Tunnelbarriereschicht, wobei der Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschicht einen Abscheidungsschritt des Abscheidens eines Metallfilms auf einem Substrat und einen Oxidationsschritt des Unterziehens des Metallfilms einem Oxidationsprozess umfasst, wobei der Oxidationsschritt umfasst: einen Schritt des Haltens des Substrats mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf einem Ausfahrabschnitt, der sich in einem hervorstehenden Zustand befindet, wobei der Ausfahrabschnitt zwischen dem hervorstehenden Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt von einer Substrathalteoberfläche eines Substrathalters in einem Prozessierungsbehälter, in welchem der Oxidationsprozess durchgeführt wird, hervorsteht, und einem aufgenommenen Zustand, bei dem der Ausfahrabschnitt in der Substrathalteoberfläche aufgenommen ist, umgeschaltet werden kann, einen Schritt des Zuführens eines Sauerstoffgases zu dem Substrat durch Einführen des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter in einem Zustand, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, wobei der Schritt des Zuführens das Einführen des Sauerstoffgases bei einer Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, beinhaltet, einen Substratmontierschritt des Montierens des Substrats auf die Substrathalteoberfläche durch Umschalten des das Substrat haltenden Ausfahrabschnitts von dem hervorstehenden Zustand in den aufgenommenen Zustand nach der Zufuhr des Sauerstoffgases und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des Substrats, das auf der Substrathalteoberfläche montiert ist, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Beendens der Einführung des Sauerstoffgases vor dem Erwärmungsschritt umfasst.
  2. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 1, wobei die Substrathalteoberfläche vor dem Substratmontierschritt erwärmt wird.
  3. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Beendens das Beenden der Einführung des Sauerstoffgases vor dem Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche durch den Substratmontierschritt beinhaltet, wobei das Verfahren zum Herstellen ferner einen Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt des Einführens des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter nach dem Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche durch den Substratmontierschritt umfasst.
  4. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 3, wobei der Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt das Einführen des Sauerstoffgases beinhaltet, während das Substrat näher an die Sauerstoffgas-Einführeinheit, die in dem Prozessierungsbehälter vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, das Sauerstoffgas darin einzuführen, bewegt wird.
  5. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 4, wobei der Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt das Einführen des Sauerstoffgases beinhaltet, während das Substrat in einer Richtung in der Ebene des Substrats rotiert wird.
  6. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm Magnesium ist.
  7. Verfahren zum Herstellen eines Magnetowiderstandelements, das umfasst: einen Schritt des Bildens eines aus einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Schicht mit festgelegter Magnetisierung; einen Schritt des Bildens einer Tunnelbarriereschicht auf dem einen Gebildeten aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung; und einen Schritt des Bildens der anderen aus der Schicht mit freier Magnetisierung und der Schicht mit festgelegter Magnetisierung auf der Tunnelbarriereschicht, wobei der Schritt des Bildens der Tunnelbarriereschicht einen Abscheidungsschritt des Abscheidens eines Metallfilms auf einem Substrat und einen Oxidationsschritt des Unterziehens des Metallfilms einem Oxidationsprozess umfasst, wobei der Oxidationsschritt umfasst: einen Schritt des Haltens des Substrats mit dem darauf gebildeten Metallfilm auf einem Ausfahrabschnitt, der von einer Substrathalteoberfläche eines Substrathalters in einem Prozessierungsbehälter, in welchem der Oxidationsprozess durchgeführt wird, hervorsteht, einen Schritt des Zuführens eines Sauerstoffgases zu dem Substrat durch Einführen des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter in einem Zustand, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, bei einer Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche nach Beginn des Einführens des Sauerstoffgases und einen Erwärmungsschritt des Erwärmens des Substrats gemeinsam mit oder nach der Einführung des Sauerstoffgases, wobei der Oxidationsschritt ferner nach dem Schritt des Haltens einen Schritt des Bildens eines Raums umfasst, der durch eine Substrathalteoberfläche des Substrathalters und einen umgebenden Abschnitt, der in dem Prozessierungsbehälter vorgesehen ist, in dem Prozessierungsbehälter durch Ändern einer relativen Position des Substrathalters bezüglich des Prozessierungsbehälters gebildet wird, wobei der Raum so gebildet wird, dass die Substrathalteoberfläche durch den umgebenden Abschnitt umgeben ist und eine Lücke zwischen dem umgebenden Abschnitt und dem Substrathalter gebildet wird, wobei das Sauerstoffgas, das in den Raum eingeführt wird, durch die Lücke aus dem Raum evakuiert wird, wobei der Schritt des Haltens des Substrats das Montieren des Substrats auf einen Ausfahrabschnitt, der von der Substrathalteoberfläche hervorsteht, beinhaltet, wobei der Schritt des Einführens das Zuführen des Sauerstoffgases zu dem Substrat bei der Temperatur, bei welcher der Metallfilm nicht sublimiert, in einem Zustand beinhaltet, in dem das Substrat auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, wobei das Verfahren zum Herstellen ferner einen Schritt des Montierens des Substrats, das auf dem Ausfahrabschnitt montiert ist, auf die Substrathalteoberfläche umfasst, wobei der Erwärmungsschritt das Erwärmen des Substrats, das auf der Substrathalteoberfläche montiert ist, beinhaltet, wobei die Substrathalteoberfläche vor dem Montieren des Substrats auf der Substrathalteoberfläche erwärmt wird, wobei das Einführen des Sauerstoffgases vor dem Schritt des Montierens beendet wird, und wobei das Verfahren zum Herstellen ferner einen Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt des Einführens des Sauerstoffgases in den Prozessierungsbehälter nach dem Schritt des Montierens umfasst.
  8. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 7, wobei der Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt das Einführen des Sauerstoffgases beinhaltet, während das Substrat näher an die Sauerstoffgas-Einführeinheit, die in dem Prozessierungsbehälter vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, das Sauerstoffgas darin einzuführen, bewegt wird.
  9. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 7, wobei der Sauerstoffgas-Wiedereinführschritt das Zuführen des Sauerstoffgases beinhaltet, während das Substrat in einer Richtung in der Ebene des Substrats rotiert wird.
  10. Verfahren zum Herstellen des Magnetowiderstandelements nach Anspruch 7, wobei der Metallfilm Magnesium ist.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6077133B2 (ja) 2013-11-18 2017-02-08 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP6305864B2 (ja) * 2014-07-31 2018-04-04 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法
WO2016125200A1 (ja) * 2015-02-02 2016-08-11 キヤノンアネルバ株式会社 垂直磁化型ｍｔｊ素子の製造方法
KR101800237B1 (ko) 2015-05-22 2017-11-22 캐논 아네르바 가부시키가이샤 자기저항 효과 소자
JP6084335B1 (ja) 2015-10-21 2017-02-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗素子の製造方法
US10050192B2 (en) * 2015-12-11 2018-08-14 Imec Vzw Magnetic memory device having buffer layer
US10361361B2 (en) * 2016-04-08 2019-07-23 International Business Machines Corporation Thin reference layer for STT MRAM
CN107264075B (zh) * 2016-04-08 2020-11-06 株式会社御牧工程 粘接方法、墨层形成体的制造方法及墨层形成体
JP6280610B1 (ja) * 2016-10-03 2018-02-14 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに位置検出装置
WO2019049244A1 (ja) * 2017-09-06 2019-03-14 Tdk株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US10741742B2 (en) 2018-02-28 2020-08-11 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Enhanced superconducting transition temperature in electroplated rhenium
US11542589B2 (en) * 2018-03-21 2023-01-03 Applied Materials, Inc. Resistance-area (RA) control in layers deposited in physical vapor deposition chamber
US10648069B2 (en) * 2018-10-16 2020-05-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Monolayer-by-monolayer growth of MgO layers using Mg sublimation and oxidation
CN110098318B (zh) * 2019-05-10 2020-11-03 北京航空航天大学 具有界面垂直磁各向异性的多膜层结构及磁随机存储器
US11177430B2 (en) * 2019-06-17 2021-11-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Memory device and manufacturing method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426308B1 (en) 1995-11-28 2002-07-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods for forming films having high dielectric constants
US20080072821A1 (en) 2006-07-21 2008-03-27 Dalton Jeremic J Small volume symmetric flow single wafer ald apparatus
WO2010044134A1 (ja) 2008-10-14 2010-04-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子製造プログラム

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000232222A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JP2002043299A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Tokyo Electron Ltd 被処理体の熱処理方法
JP2003304012A (ja) * 2002-04-10 2003-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd トンネル磁気抵抗効果素子
AU2003235110A1 (en) * 2002-04-23 2003-11-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, magnetic head, magnetic memory, and magnetic recording device using the same
US6774012B1 (en) * 2002-11-08 2004-08-10 Cypress Semiconductor Corp. Furnace system and method for selectively oxidizing a sidewall surface of a gate conductor by oxidizing a silicon sidewall in lieu of a refractory metal sidewall
EP1843386A1 (de) * 2005-01-18 2007-10-10 Nikon Corporation Flüssigkeits-entfernungsvorrichtung, belichtungsvorrichtung und bauelemente-herstellungsverfahren
US20070116888A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 Tokyo Electron Limited Method and system for performing different deposition processes within a single chamber
CN100557840C (zh) * 2006-09-21 2009-11-04 阿尔卑斯电气株式会社 CoFeB层构成固定层至少一部分的隧道型磁检测元件及其制法
JP5210533B2 (ja) 2006-09-21 2013-06-12 アルプス電気株式会社 トンネル型磁気検出素子及びその製造方法
JP2008103662A (ja) 2006-09-21 2008-05-01 Alps Electric Co Ltd トンネル型磁気検出素子及びその製造方法
WO2009031232A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Canon Anelva Corporation スパッタリング方法および装置
JP5341082B2 (ja) 2008-06-25 2013-11-13 キヤノンアネルバ株式会社 トンネル磁気抵抗素子の製造方法および製造装置
US20130134032A1 (en) 2008-06-25 2013-05-30 Canon Anelva Corporation Method of fabricating and apparatus of fabricating tunnel magnetic resistive element
JP4473344B2 (ja) * 2008-07-15 2010-06-02 キヤノンアネルバ株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP5320171B2 (ja) * 2009-06-05 2013-10-23 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
CN102460650B (zh) * 2009-06-24 2014-10-01 佳能安内华股份有限公司 真空加热/冷却装置及磁阻元件的制造方法
US8609262B2 (en) * 2009-07-17 2013-12-17 Magic Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for spin-transfer torque (STT)-RAM application
JP5247619B2 (ja) 2009-07-28 2013-07-24 キヤノンアネルバ株式会社 誘電体膜、誘電体膜を用いた半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
TW201135845A (en) * 2009-10-09 2011-10-16 Canon Anelva Corp Acuum heating and cooling apparatus
JP2011134909A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理システム
WO2011081203A1 (ja) * 2009-12-28 2011-07-07 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗素子の製造方法
WO2011081202A1 (ja) 2009-12-29 2011-07-07 キヤノンアネルバ株式会社 電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体
JP5574350B2 (ja) 2010-12-22 2014-08-20 株式会社アルバック トンネル磁気抵抗素子の製造方法
JP5458177B2 (ja) 2010-12-28 2014-04-02 キヤノンアネルバ株式会社 半導体装置の製造方法および装置
JP5999543B2 (ja) * 2012-01-16 2016-09-28 株式会社アルバック トンネル磁気抵抗素子の製造方法
KR20140129279A (ko) 2012-08-10 2014-11-06 캐논 아네르바 가부시키가이샤 터널 자기저항소자 제조장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426308B1 (en) 1995-11-28 2002-07-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods for forming films having high dielectric constants
US20080072821A1 (en) 2006-07-21 2008-03-27 Dalton Jeremic J Small volume symmetric flow single wafer ald apparatus
WO2010044134A1 (ja) 2008-10-14 2010-04-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子製造プログラム

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