JP2006245146A - 磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
MR比が高く、交換結合磁場Hex及びカップリング磁場Huaが高い磁気抵抗効果素子を提供する。
【解決手段】
磁気抵抗効果素子の製造方法は、(a)基板2の上方にバッファー層3を成膜する工程と、(b)バッファー層3上に反強磁性層4を成膜する工程と、(c)反強磁性層4上に固定層5を成膜する工程と、(d)固定層5上にトンネルバリヤ層6に用いる金属膜9を形成し、金属膜9を酸化してトンネルバリヤ層6を形成する工程と、(e)トンネルバリヤ層6上にフリー層7を成膜する工程とを具備する。固定層5における第1成膜前酸素分圧及びフリー層7における第2成膜前酸素分圧の少なくとも一方は、バッファー層3の第3成膜前酸素分圧よりも低い。
【選択図】 図1
Description
すなわち、所定の到達真空度に達した後、自由磁化層と非磁性体層とを連続して形成する。従って、到達真空度は自由磁化層と非磁性体層とで同一である。固定磁化層と非磁性体層とを連続して形成する場合も同様である。
すなわち、該非磁性体層の下に位置する層(固定磁性層又は自由磁性層)を形成した後に、その層の表面を酸素を含むガスaに暴露する。
この場合、(B)工程で酸化性ガスを導入しているが、これは反強磁性層の表面に酸素を吸着させ、その上に成膜される固定強磁性層の膜質を変えるためと記載されている。従って、(C)工程で酸化性ガスを排出するときは高真空に排気すると記載されている。
この場合、固定強磁性層の成膜時に雰囲気中の酸化性ガスの分圧を所定の値にしているが、これは雰囲気中の酸素が固定強磁性層に取り込まれることで、固定強磁性層の膜質を変えるためと記載されている。
図3(a)は、1チャンバー内に1ターゲットを持つ成膜装置である。6室の成膜室23と1室の酸化室22を持つ。基板導入室25から導入された基板は、搬送室24経由で各成膜室23へ導入される。成膜室23はそれぞれバルブを介してスパッタ用Arガスを導入できるようになっている。成膜室23aには特にスローリークポート27を設置し、酸素や乾燥大気のような酸素を含むガス21を、圧力制御を行いながら導入できるようになっている。このスローリークポート27を介してガス21を導入して、成膜前の酸素分圧を変更(調整)することができる。スローリークポート27は、他の成膜室23にも設置可能である。
図4は、本発明の磁気抵抗効果素子としてのTMR素子の製造方法の実施の形態を示す断面図である。図4(a)を参照して、乾燥大気(酸素分圧20%)を導入した状態から真空引きを行い、成膜室23を所定の成膜前真空度とする。それにより所定の成膜前酸素分圧となる。ここで、成膜前真空度とは、成膜ガス(ここではArガス)を導入する直前の成膜室23の真空度(到達圧力)である。成膜前酸素分圧とは、その成膜前真空度の圧力中の酸素分圧である。その後、成膜室23にArガスを導入し、基板2上に第1バッファー層12としてのTa膜をスパッタ法で成膜する。膜厚は20nmである。続いて、第1バッファー層12上に第2バッファー層13としてのNi80Fe20膜をスパッタ法で成膜する。膜厚は1nmである。
図5は、フリー層7の成膜前真空度とMR特性との関係を示すグラフである。左側の縦軸はMR比を示し、右側の縦軸は規格化接合抵抗を示し、横軸はAl膜9のプラズマによる酸化時間を示す。ここで、成膜前真空度とは、成膜ガスを導入する前の成膜室の真空度(到達真空度)である。フリー層7を除く各層に関する成膜前真空度を2〜5×10−7Paとし、フリー層7の成膜前真空度を2×10−6Paと4×10−7PaとしてMR比及び規格化接合抵抗を比較した。曲線32はフリー層7の成膜前真空度が2×10−6Paの場合のMR比、曲線31はフリー層7の成膜前真空度が4×10−7Paの場合のMR比をそれぞれ示す。曲線34はフリー層7の成膜前真空度が2×10−6Paの場合の規格化接合抵抗、曲線33はフリー層7の成膜前真空度が4×10−7Paの場合の規格化接合抵抗をそれぞれ示す。Al膜9の酸化条件は出力を300Wと固定し、酸化時間を4、6、8秒と変えた。その結果、いずれの酸化時間の場合においても、2×10−6PaのMR比(曲線32)が、4×10−7PaのMR比(曲線31)に比較して1〜2.5%高かった。この実験はベースの雰囲気として乾燥大気を用いていることから、上記成膜前真空度における酸素分圧は、上記数値の約20%となる。
2、102 基板
3、103 バッファー層
4、104 反強磁性体層
5、105 固定層
6、106 トンネルバリア層
7、107 フリー層
8、108 キャップ層
9 Al膜
12 第1バッファー層
13 第2バッファー層
15 第1磁性層
16 非磁性層
17 第2磁性層
21 ガス
22 酸化室
23、23a 成膜室
24 搬送室
25 基板導入室
27 スローリークポート
Claims (13)
- (a)基板の上方にバッファー層を成膜する工程と、
(b)前記バッファー層上に反強磁性層を成膜する工程と、
(c)前記反強磁性層上に固定層を成膜する工程と、
(d)前記固定層上にトンネルバリヤ層に用いる金属膜を形成し、前記金属膜を酸化して前記トンネルバリヤ層を形成する工程と、
(e)前記トンネルバリヤ層上にフリー層を成膜する工程と
を具備し、
前記固定層における第1成膜前酸素分圧及び前記フリー層における第2成膜前酸素分圧の少なくとも一方は、前記バッファー層の第3成膜前酸素分圧よりも低い
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第1成膜前酸素分圧及び前記第2成膜前酸素分圧の少なくとも一方は、圧力範囲が0.2×10−6Pa以上0.2×10−5Pa以下であり、前記第3成膜前酸素分圧は、圧力範囲が0より大きく1.6×10−7Pa以下である
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - (a)基板の上方にバッファー層を成膜する工程と、
(b)前記バッファー層上に反強磁性層を成膜する工程と、
(c)前記反強磁性層上に固定層を成膜する工程と、
(d)前記固定層上にトンネルバリヤ層に用いる金属膜を形成し、前記金属膜を酸化して前記トンネルバリヤ層を形成する工程と、
(e)前記トンネルバリヤ層上にフリー層を成膜する工程と
を具備し、
前記固定層における第1成膜前酸素分圧及び前記フリー層における第2成膜前酸素分圧の少なくとも一方は、前記金属膜の第4成膜前酸素分圧よりも低い
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第1成膜前酸素分圧及び前記第2成膜前酸素分圧の少なくとも一方は、圧力範囲が0.2×10−6Pa以上0.2×10−5Pa以下であり、前記第4成膜前酸素分圧は、圧力範囲が0より大きく1.6×10−6Pa以下である
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(a)工程から前記(e)工程における上記基板は大気中に曝露されない
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(a)工程から前記(e)工程における成膜は、スパッタリング法により行われる
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(b)工程は、
(b1)前記バッファー層上にMnを含む合金を成膜する工程を備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(c)工程は、
(c1)前記反強磁性層上にFe、Co及びNiのうちのいずれかを含む磁性単金属膜若しくは磁性合金膜を成膜する工程、又は、(c2)Fe、Co及びNiのうちのいずれかを含む磁性単金属膜若しくは磁性合金膜/非磁性膜/Fe、Co及びNiのうちのいずれかを含む磁性単金属膜若しくは磁性合金膜の三層構造を成膜する工程、のいずれかを備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(d)工程は、
(d1)前記固定層上にAl膜を形成し、前記Al膜を酸化して酸化アルミニウム膜を形成する工程を備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1又は3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記(e)工程は、
(e1)前記トンネルバリヤ層上にFe、Co及びNiのうちのいずれかを含む磁性金属膜を成膜する工程を備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。 - (f)請求項1乃至10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法を実行して、基板としての半導体基板上に行列状に配列された複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
(g)前記半導体基板上に周辺回路を形成する工程と
を具備する
MRAMの製造方法。 - (h)請求項1乃至10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法を実行して、磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
(i)前記磁気抵抗効果素子を磁気ヘッド本体に搭載する工程と
を具備する
磁気ヘッドの製造方法。 - (j)請求項1乃至10のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法を実行して、磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
(k)前記磁気抵抗効果素子を磁気センサ本体に搭載する工程と
を具備する
磁気センサの製造方法。
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