JP2011040496A - Method of manufacturing magnetic medium, and sputtering device - Google Patents

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Masaki Kuribayashi
栗林正樹
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method that suppresses variations of memory characteristics of MRAM among finished products of MARM using TMR element in mass production, which leads to high defective occurrence frequency, wherein the variations are resulted from that the RM ratio of the TMR element in mass production is varied among wafer products without being maintained at a constant value. <P>SOLUTION: The method includes the steps of forming a ferromagnetic film in an amorphous state by DC-sputtering a ferromagnetic target under application of DC power in which high frequency component is cut by a high frequency component cut filter, and forming a crystalline magnesium oxide film by high-frequency sputtering a magnesium oxide target. The film formation sputtering device 200 includes a control program which executes the steps. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気ディスク駆動装置の磁気再生ヘッド、磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子(MRAM)及び磁気センサーに用いられる磁性媒体、好ましくは、トンネル磁気抵抗素子(さらに好ましくは、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子)に代表される磁性媒体及び記憶媒体を備えた成膜スパッタリング装置に関する。   The present invention relates to a magnetic medium used in a magnetic reproducing head of a magnetic disk drive, a storage element (MRAM) of a magnetic random access memory, and a magnetic sensor, preferably a tunnel magnetoresistive element (more preferably a spin valve type tunnel magnetoresistive). The present invention relates to a film forming sputtering apparatus provided with a magnetic medium represented by an element) and a storage medium.

特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4及び非特許文献5には、結晶性酸化マグネシウム膜をトンネルバリヤ膜として用いたトンネル磁気抵抗効果(Tunneling Magneto Resistance)素子(以下、TMR素子ともいう)が記載されている。   Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4, and Non-Patent Document 5 are tunneled with a crystalline magnesium oxide film. A tunneling magnetoresistance effect element (hereinafter also referred to as a TMR element) used as a barrier film is described.

特開2003−318465号公報JP 2003-318465 A 国際公開番号WO2005/088745号公報International Publication Number WO2005 / 088745 特開2006−080116号公報JP 2006-080116 A 米国公開US2006/0056115号公報US 2006/0056115 publication

D.D.Djayaprawiraら著「Applied Physics Letters」,86,092502(2005)D. D. “Applied Physics Letters”, 86,092502 (2005) by Djayapraira et al. C.L.Plattら著「J.Appl.Phys.」81(8),15 April 1997C. L. Platt et al., “J. Appl. Phys.” 81 (8), 15 April 1997. W.H.Butlerら著「The American Physical Society」(Physical Review Vol.63,054416)8,January 2001W. H. Butler et al., “The American Physical Society” (Physical Review Vol. 63, 0544416) 8, January 2001. 湯浅新治ら著「Japanese Journal of Applied Physics」Vol.43,No.48,pp588−590,2004年4月2日発行"Japan Journal of Applied Physics" by Shinji Yuasa et al., Vol. 43, no. 48, pp 588-590, issued April 2, 2004 S.P.Parkinら著「2004 Nature Publishing Group」Letters,pp862−887,2004年10月31日発行S. P. Published by Parkin et al., "2004 Nature Publishing Group" Letters, pp 862-887, published October 31, 2004.

本発明の技術課題は、量産時、TMR素子を用いた各種製品(例えば、MARM、磁気ヘッド、磁気ディスク等)の完成品間で、これら各種製品の性能(例えば、MRAMのメモリー特性等)にバラツキあり、不良品発生頻度が高かった。この性能バラツキは、量産時のTMR素子のMR比が完成品間(一ウエハー基板毎にTMR素子を形成した一完成品毎の間)で一定値に維持されず、変動していたことが原因していた。   The technical problem of the present invention is that the performance of various products (for example, MRAM memory characteristics, etc.) among various products (for example, MARM, magnetic head, magnetic disk, etc.) using TMR elements during mass production. There was variation and the frequency of defective products was high. This performance variation is due to the fact that the MR ratio of the TMR element during mass production was not maintained at a constant value between the finished products (between each finished product in which the TMR elements were formed for each wafer substrate) and fluctuated. Was.

本発明は、第一に、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングすることによって強磁性体薄膜アモルファスを成膜し、そして酸化マグネシウムを有するターゲットを高周波電力印加の下で、高周波マグネトロンスパッタリングすることによって酸化マグネシウムの薄膜結晶を成膜する工程を有する磁性媒体の製造法であり、又、動作実行時、該工程を実行させる制御プログラムを記憶した記憶媒体を備えた成膜パッタリング装置である。   In the present invention, firstly, a ferromagnetic thin film amorphous film is formed by DC magnetron sputtering of a target having a ferromagnetic material under application of DC power with a high frequency component cut by a high frequency component cut filter, and then oxidized. A method of manufacturing a magnetic medium having a step of forming a magnesium oxide thin film crystal by subjecting a magnesium-containing target to high-frequency magnetron sputtering under application of a high-frequency power, and a control for executing the step during operation. It is a film-forming patching apparatus provided with a storage medium storing a program.

本発明は、第二に、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第一強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第一強磁性体膜を成膜する第一工程、該第一工程の後で、低周波成分カットフィルターにより低周波成分をカットした高周波電力印加の下で、酸化マグネシウムを有するターゲットをマグネトロンスパッタリングすることによって結晶酸化マグネシウム膜を成膜する第二工程、前記第二工程の後で、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第二強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第二強磁性体膜を成膜する第三工程、並びに、前記第三工程の後で、前記酸化マグネシウム膜、前記アモルファス状態の第一強磁性体膜及び前記アモルファス状態の第二強磁性体膜をアニーリン処理を施し、これによって前記アモルファス状態から結晶状態への相変化を生じさせる第四工程を用いてトンネル磁気抵抗効果素子を形成する磁性媒体の製造法であり、又、動作実行時、該工程を実行させる制御プログラムを記憶した記憶媒体を備えた成膜スパッタリング装置である。   The present invention secondly forms a first ferromagnetic film in an amorphous state by DC magnetron sputtering of a target having a first ferromagnetic material under application of DC power with high frequency components cut by a high frequency component cut filter. A first step of film formation, and after the first step, a crystalline magnesium oxide film is formed by magnetron sputtering a target having magnesium oxide under application of high-frequency power with low-frequency component cut by a low-frequency component cut filter. The second step of film formation, after the second step, the target having the second ferromagnet is applied by DC magnetron sputtering under the application of DC power whose high-frequency component is cut by the high-frequency component cut filter. Third step of forming a ferromagnetic film, and after the third step The magnesium oxide film, the amorphous first ferromagnetic film, and the amorphous second ferromagnetic film are subjected to annealing, thereby causing a phase change from the amorphous state to the crystalline state. This is a method of manufacturing a magnetic medium for forming a tunnel magnetoresistive effect element using a process, and a film forming sputtering apparatus provided with a storage medium storing a control program for executing the process when the operation is executed.

TMR素子を備えた磁性媒体(例えば、MRAM)の量産時に、磁化自由層及び磁化固定層に用いる強磁性体膜を成膜する際に用いるDC(直流)スパッタリング法において、高周波成分(例えば、ラジオ(RF)周波数〜3GHzのようなマイクロ波であるが、この範囲に限らずラジオ周波数以下の5000KHzの周波数〜ラジオ周波数成分を含む高周波)を含む直流電源のDCマグネトロンスパッタリング装置を用いた場合には、所定のMR比(例えば、120%以上のMR比)以下の不良品磁性媒体(例えば、80%のMR比)が生産されてしまう頻度が高くなることがあった。このため、MRAM、磁気ヘッドや磁気ディスクなどの完成品量産時の製造コストが高くなっていた。   In mass production of a magnetic medium (for example, MRAM) including a TMR element, a high frequency component (for example, radio frequency) is used in a DC (direct current) sputtering method used for forming a ferromagnetic film used for a magnetization free layer and a magnetization fixed layer. When using a DC magnetron sputtering apparatus of a DC power source including a (RF) frequency to a microwave of 3 GHz, but not limited to this range, a frequency of 5000 KHz below the radio frequency to a high frequency including a radio frequency component) In some cases, a defective magnetic medium (for example, an MR ratio of 80%) having a predetermined MR ratio (for example, an MR ratio of 120% or more) or less is frequently produced. For this reason, the manufacturing cost at the time of mass production of finished products such as MRAM, magnetic head and magnetic disk has been high.

本発明者の知見によれば、上記の現象は、直流(DC)電源中に高周波数成分が存在していると、DCマグネトロンスパッタリング装置に装着したカソードマグネットの磁力線やプラズマの密度分布が高周波数成分の影響を受けて、安定に維持されず、不安定な磁力線軌跡やプラズマ軌跡を生じる、ことが原因していた。特に、マグネトロンスパッタリング装置に装着した強磁性体ターゲットの基板側表面上で発現する磁力線やプラズマ雲が周期的な位置変動を起こし、この結果、基板上に堆積する強磁性体からなるスパッタ粒子量が周期的に変動することが原因していた。
本発明者の知見によれば、アモルファス状態の強磁性体膜を成膜するに当り、上記高周波成分を直流電源からカットすることで、上記した原因を解消することができた。
According to the knowledge of the present inventor, the above phenomenon is caused when the high frequency component is present in the direct current (DC) power source, the magnetic field lines of the cathode magnet mounted on the DC magnetron sputtering apparatus and the density distribution of the plasma are high frequency. Under the influence of the components, it was not stably maintained, causing unstable magnetic field lines and plasma paths. In particular, the magnetic field lines and plasma clouds that appear on the substrate-side surface of the ferromagnetic target mounted on the magnetron sputtering apparatus cause periodic positional fluctuations. As a result, the amount of sputtered particles made of ferromagnetic material deposited on the substrate is reduced. It was caused by periodic fluctuations.
According to the knowledge of the present inventor, when the amorphous ferromagnetic film is formed, the above-mentioned cause can be eliminated by cutting the high-frequency component from the DC power source.

本発明によれば、TMR素子を用いたMRAM、ヘッドや磁気ヘッド等の完成品の量産時、完成品間での性能バラツキ(MRAMや磁気ディスク等のメモリー特性、ヘッドのセンサー感度等)を有効性能の変動範囲以内に抑制することができ、この結果、完成品の不良率を大幅に低減させることができ、低コストでの量産を可能にした。   According to the present invention, performance variation (memory characteristics of MRAM, magnetic disk, etc., head sensor sensitivity, etc.) between finished products is effective when mass-producing finished products such as MRAM, heads and magnetic heads using TMR elements. As a result, the defective rate of the finished product can be greatly reduced, and mass production at low cost is possible.

本発明の磁気抵抗素子の断面図である。It is sectional drawing of the magnetoresistive element of this invention. 本発明の磁気抵抗素子のための製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the manufacturing apparatus for the magnetoresistive element of this invention. 本発明装置のブロック図である。It is a block diagram of this invention apparatus. 本発明のMRAMの模式斜視図である。It is a model perspective view of MRAM of this invention. 本発明のMRAMの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of MRAM of this invention. 本発明で用いたカラム状結晶構造の模式斜視図である。It is a model perspective view of the columnar crystal structure used by this invention. 本発明のマグネトロン高周波スパッタリング装置である。It is a magnetron high frequency sputtering device of the present invention. 本発明のマグネトロンDCスパッタリング装置である。It is a magnetron DC sputtering apparatus of this invention.

本発明のTMR素子で用いたマグネシウム酸化物の結晶層は、カラム状結晶(又は針状結晶、柱状結晶等を含む)の集合体によって形成された結晶構造を有する。また、結晶領域内に部分的なアモルファス領域を含む結晶−アモルファス混合領域の構造物も、本発明の概念に包含される。この結晶層は、(001)結晶面が一方の臨界面から他方の臨界面に亘る膜厚方向において単結晶のカラム状単結晶集合体からなる結晶状態であるのが好ましい(カラム状単結晶とは、一単位カラムが単結晶状態である)。   The magnesium oxide crystal layer used in the TMR element of the present invention has a crystal structure formed by an aggregate of columnar crystals (or needle crystals, columnar crystals, etc.). A structure of a crystal-amorphous mixed region including a partial amorphous region in the crystal region is also included in the concept of the present invention. This crystal layer is preferably in a crystalline state in which the (001) crystal plane is composed of a columnar single crystal aggregate of single crystals in the film thickness direction from one critical plane to the other critical plane (the columnar single crystal and 1 unit column is in a single crystal state).

本発明で用いたマグネシウム酸化物のカラム状単結晶の平均的な直径は、10nm以下であり、好ましくは、2nm〜5nmの範囲であり、その膜厚は、10nm以下であり、好ましくは0.5nm〜5nmの範囲である。   The average diameter of the columnar single crystal of magnesium oxide used in the present invention is 10 nm or less, preferably in the range of 2 nm to 5 nm, and the film thickness is 10 nm or less, preferably 0. It is in the range of 5 nm to 5 nm.

又、本発明は、結晶状態の酸化マグネシウム層に換えて、カラム状単結晶の酸化マグネシウムボロン層及びカラム状単結晶の酸化亜鉛マグネシウム層を用いることができる。   In the present invention, a columnar single crystal magnesium oxide boron layer and a columnar single crystal zinc magnesium oxide layer can be used instead of the crystalline magnesium oxide layer.

本発明で用いた強磁性金属薄膜(第一強磁性体層及び第二強磁性体層)は、好ましくは、Co(コバルト)Fe(鉄)B(ボロン)合金、Co(コバルト)Fe(鉄)合金、Co(コバルト)Fe(鉄)Ni(ニッケル)合金、Co(コバルト)Fe(鉄)Ni(ニッケル)B(ボロン)合金及びNiFe(ニッケル鉄)合金からなる合金群より少なくとも1種を選択することができる。本発明で用いた強磁性金属薄膜(第一強磁性体膜及び第二強磁性体膜)は、アモルファス状態で成膜される。このアモルファス状態の第一及び第二強磁性体膜は、アニーリング工程により、結晶構造、例えば、カラム状結晶(又は針状結晶、柱状結晶等を含む)の集合体によって形成された結晶構造に相変化を生じる。この際、結晶領域内に部分的なアモルファス領域を含む結晶−アモルファス混合領域の構造物も、本発明の概念に包含される。   The ferromagnetic metal thin film (first ferromagnetic layer and second ferromagnetic layer) used in the present invention is preferably Co (cobalt) Fe (iron) B (boron) alloy, Co (cobalt) Fe (iron). ) Alloy, Co (cobalt) Fe (iron) Ni (nickel) alloy, Co (cobalt) Fe (iron) Ni (nickel) B (boron) alloy and at least one alloy group consisting of NiFe (nickel iron) alloy You can choose. The ferromagnetic metal thin films (first ferromagnetic film and second ferromagnetic film) used in the present invention are formed in an amorphous state. The first and second ferromagnetic films in the amorphous state are phase-changed into a crystal structure, for example, a crystal structure formed by an aggregate of columnar crystals (or including acicular crystals, columnar crystals, etc.) by an annealing process. Make a change. At this time, a structure of a crystal-amorphous mixed region including a partial amorphous region in the crystal region is also included in the concept of the present invention.

本発明で用いたアモルファス状態は、ナノ結晶状態(格子間隔が1.0nm以下、好ましくは0.5nm以下であって、その格子配列が規則性を持っている状態)を含むものである。本発明で用いた強磁性金属薄膜(第一強磁性体膜及び第二強磁性体膜)のカラム状結晶は、各カラム毎において、膜厚方向で、(001)結晶面が優先的に配向した単結晶であることが好ましい。本発明で用いたカラム状単結晶の平均的な直径は、10nm以下であり、好ましくは、2nm〜5nmの範囲であり、その膜厚は、10nm以下であり、好ましくは0.5nm〜5nmの範囲である。
本発明で用いた強磁性金属薄膜としては、Fe、Co及びNiからなる金属群より選択された少なくとも1種の金属を含有した薄膜、特に、Fe、Co及びNiからなる金属群より選択された少なくとも1種の金属及びBを含有した薄膜である。この際のB原子は、前記合金中、30atmic%以下、好ましくは、0.01atmic%〜20atmic%の範囲の含有量である。
The amorphous state used in the present invention includes a nanocrystalline state (a state in which the lattice interval is 1.0 nm or less, preferably 0.5 nm or less and the lattice arrangement has regularity). The columnar crystal of the ferromagnetic metal thin film (first ferromagnetic film and second ferromagnetic film) used in the present invention has a (001) crystal plane preferentially oriented in the film thickness direction for each column. A single crystal is preferable. The average diameter of the columnar single crystal used in the present invention is 10 nm or less, preferably in the range of 2 nm to 5 nm, and the film thickness is 10 nm or less, preferably 0.5 nm to 5 nm. It is a range.
The ferromagnetic metal thin film used in the present invention was selected from a thin film containing at least one metal selected from the metal group consisting of Fe, Co, and Ni, particularly, the metal group consisting of Fe, Co, and Ni. A thin film containing at least one metal and B. The B atom in this case has a content of 30 atomic% or less, preferably 0.01 atomic% to 20 atomic% in the alloy.

本発明のスパッタリング装置で用いたDCスパッタリング装置は、DC電源に接続するハイパスフィルターが用いられ、このハイパスフィルターは、直流電源の直流電力から、高周波成分(例えば、ラジオ(RF)周波数〜3GHzのようなマイクロ波の範囲の高周波であるが、この範囲に限らず、ラジオ周波数以下の5000KHz〜ラジオ周波数の範囲のような高周波であっても良い。)成分をカットすることができる。
又、本発明のスパッタリング装置で用いた高周波スパッタリング装置は、高周波電源に接続するロウパスフィルターが用いられ、このロウパスフィルターは高周波電源の高周波電力から低周波(5000KHz以下の範囲、好ましくは、10KHz〜3000KHzの範囲)の低周波数成分をカットすることができる。
直流電源及び高周波電源の投入電力は、100ワット〜3000ワット、好ましくは200ワット〜2000ワットである。
The DC sputtering apparatus used in the sputtering apparatus of the present invention uses a high-pass filter connected to a DC power source, and this high-pass filter uses a high-frequency component (for example, a radio frequency (RF) frequency to 3 GHz) from the DC power of the DC power source. However, the present invention is not limited to this range, and may be a high frequency in the range of 5000 KHz to a radio frequency equal to or lower than the radio frequency.) The component can be cut.
In addition, the high-frequency sputtering apparatus used in the sputtering apparatus of the present invention uses a low-pass filter connected to a high-frequency power source, and this low-pass filter uses a high-frequency power of the high-frequency power source to a low frequency (a range of 5000 KHz or less, preferably 10 KHz). The low frequency component in the range of ˜3000 KHz can be cut.
The input power of the direct current power source and the high frequency power source is 100 watts to 3000 watts, preferably 200 watts to 2000 watts.

以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。    DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る磁性媒体10の積層構造の一例を示し、トンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子)12を用いた磁性媒体10の積層構造を示している。この磁性媒体10によれば、基板11の上にTMR素子12を用い、このTMR素子12を含め、例えば、9層の多層膜が形成されている。この9層の多層膜では、最下層の第1層「Ta(タンタル)」から最上層の第9層「Ru(ルテニウム)」に向かった多層膜構造体となっている。    FIG. 1 shows an example of a laminated structure of a magnetic medium 10 according to the present invention, and shows a laminated structure of a magnetic medium 10 using a tunnel magnetoresistive effect element (TMR element) 12. According to the magnetic medium 10, a TMR element 12 is used on a substrate 11, and for example, a multilayer film including nine layers including the TMR element 12 is formed. This nine-layered multilayer film has a multilayered film structure from the lowermost first layer “Ta (tantalum)” to the uppermost ninth layer “Ru (ruthenium)”.

図1に図示したとおり、図中の「PtMn(15)」、「CoFe(2.5)」、非磁性「Ru(0.85)」、「CoFeB(3)」、非磁性「MgO(1.5)」、「CoFeB(3)」、非磁性「Ta(10)」及び非磁性「Ru(7)」の順序で磁性層及び非磁性層が積層されている。
11は、ウエハー基板、ガラス基板やサファイヤ基板などの基板である。12は、TMR素子で、第一強磁性体膜121、トンネルバリヤ層122及び第2強磁性体膜123によって構成されている。
13は、第1層(Ta:タンタル層)の下電極層(下地層)であり、14は、第2層(PtMn層)の反強磁性体膜である。15は第3層(CoFe膜)の強磁性体膜で、16は第4層(Ru層)の交換結合用非磁性体膜で、121は第5層(結晶性CoFeB)の強磁性体膜で、これら第3層、第4層及び第5層とから成る層は、磁化固定層19である。
実質的な磁化固定層19は、第5層の結晶性CoFeB層から成る強磁性体膜121であり、第一強磁性体膜に相当する。
122は、第6層(MgO:結晶マグネシウム酸化物)のトンネルバリア層で、絶縁層である。本発明で用いたトンネルバリア層122は、単一の結晶マグネシウム酸化物層であってもよい。
As shown in FIG. 1, “PtMn (15)”, “CoFe (2.5)”, nonmagnetic “Ru (0.85)”, “CoFeB (3)”, nonmagnetic “MgO (1) .5) "," CoFeB (3) ", nonmagnetic" Ta (10) ", and nonmagnetic" Ru (7) "are laminated in this order.
Reference numeral 11 denotes a substrate such as a wafer substrate, a glass substrate, or a sapphire substrate. A TMR element 12 includes a first ferromagnetic film 121, a tunnel barrier layer 122, and a second ferromagnetic film 123.
Reference numeral 13 denotes a lower electrode layer (underlayer) of the first layer (Ta: tantalum layer), and reference numeral 14 denotes an antiferromagnetic film of the second layer (PtMn layer). 15 is a ferromagnetic film of the third layer (CoFe film), 16 is a nonmagnetic film for exchange coupling of the fourth layer (Ru layer), and 121 is a ferromagnetic film of the fifth layer (crystalline CoFeB). Thus, the layer composed of the third layer, the fourth layer, and the fifth layer is a magnetization fixed layer 19.
The substantial magnetization fixed layer 19 is a ferromagnetic film 121 made of the fifth crystalline CoFeB layer, and corresponds to the first ferromagnetic film.
Reference numeral 122 denotes a tunnel barrier layer of a sixth layer (MgO: crystalline magnesium oxide), which is an insulating layer. The tunnel barrier layer 122 used in the present invention may be a single crystalline magnesium oxide layer.

図6は、61は、MgO(マグネシウム酸化物)のカラム状結晶62の集合体からなる結晶構造の模式斜視図である。
カラム状結晶62は、針状結晶又は柱状結晶等の概念を包含する概念である。また、多結晶領域のうちの一部に、カラム状結晶62の集合体61間の部分的なアモルファス領域を含む結晶−アモルファス混合領域の構造物であっても良い。
本発明で用いたマグネシウム酸化物のカラム状結晶は、各カラム毎において、膜厚方向で、(001)結晶面が優先的に配向した単結晶であることが好ましい。言い換えれば、カラム一単位結晶は、単結晶(カラム状単結晶)となっている。
本発明で用いたマグネシウム酸化物のカラム状単結晶の平均的な直径は、10nm以下であり、好ましくは、2nm〜5nmの範囲であり、その膜厚は、10nm以下であり、好ましくは0.5nm〜5nmの範囲である。
FIG. 6 is a schematic perspective view of a crystal structure 61 including an aggregate of columnar crystals 62 of MgO (magnesium oxide).
The columnar crystal 62 is a concept including a concept such as a needle crystal or a columnar crystal. Further, a structure of a crystal-amorphous mixed region including a partial amorphous region between the aggregates 61 of the columnar crystals 62 may be part of the polycrystalline region.
The columnar crystal of magnesium oxide used in the present invention is preferably a single crystal in which (001) crystal planes are preferentially oriented in the film thickness direction for each column. In other words, the column unit crystal is a single crystal (columnar single crystal).
The average diameter of the columnar single crystal of magnesium oxide used in the present invention is 10 nm or less, preferably in the range of 2 nm to 5 nm, and the film thickness is 10 nm or less, preferably 0. It is in the range of 5 nm to 5 nm.

123は、第7層(CoFeB)の結晶強磁性体膜であり、磁化自由層であり、第二強磁性体膜に相当する。
第7層123は、上記のほかに、カラム状結晶群の集合体からなる結晶NiFe(ニッケル鉄合金)を用いた結晶強磁性体膜であってもよい。
結晶強磁性体膜121と123とは、中間に位置するトンネルバリア層122と隣接させて設けることが好ましい。製造装置においては、これら3層は、真空を破ることなく、順次、積層される。
17は第8層(Ta:タンタル)の電極層で、18は第9層(Ru:ルテニウム)のハードマスク層である。第9層は、ハードマスクとして用いられた際には、トンネル磁気抵抗効果素子から除去されていてもよい。
Reference numeral 123 denotes a seventh layer (CoFeB) crystalline ferromagnetic film, which is a magnetization free layer, and corresponds to a second ferromagnetic film.
In addition to the above, the seventh layer 123 may be a crystalline ferromagnetic film using crystalline NiFe (nickel iron alloy) composed of an aggregate of columnar crystal groups.
The crystalline ferromagnetic films 121 and 123 are preferably provided adjacent to the tunnel barrier layer 122 located in the middle. In the manufacturing apparatus, these three layers are sequentially laminated without breaking the vacuum.
17 is an electrode layer of an eighth layer (Ta: tantalum), and 18 is a hard mask layer of a ninth layer (Ru: ruthenium). The ninth layer may be removed from the tunnel magnetoresistive element when used as a hard mask.

上記磁化固定層のうちの第5層である結晶強磁性体膜121(CoFeB)とトンネルバリア層122である第6層の結晶MgO層と磁化自由層である第7層の結晶強磁性体膜123(CoFeB)とによって、TMR素子部12が形成される。
結晶強磁性体膜121(CoFeB)及び結晶強磁性体膜123は、前述の図6に図示したカラム状結晶構造61と同一のものであってもよい。
The crystalline ferromagnetic film 121 (CoFeB) as the fifth layer of the fixed magnetization layer, the sixth crystalline MgO layer as the tunnel barrier layer 122, and the seventh crystalline ferromagnetic film as the magnetization free layer 123 (CoFeB) forms the TMR element portion 12.
The crystalline ferromagnetic film 121 (CoFeB) and the crystalline ferromagnetic film 123 may be the same as the columnar crystal structure 61 shown in FIG.

図1において、各層の括弧中の数値は、各層の厚みを示し、単位は「nm(ナノメートル)」である。当該厚みは一例であって、これに限定されるものではない。   In FIG. 1, the numerical value in parentheses of each layer indicates the thickness of each layer, and the unit is “nm (nanometer)”. The said thickness is an example and is not limited to this.

次に、図2を参照して、上記の積層構造を有する磁気抵抗素子10を製造する装置と製造方法を説明する。図2は磁気抵抗素子10を製造する装置の概略的な平面図であり、本装置は複数の磁性層及び非磁性層を含む多層膜を作製することのできる装置であり、量産型スパッタリング成膜装置である。    Next, with reference to FIG. 2, an apparatus and a manufacturing method for manufacturing the magnetoresistive element 10 having the above laminated structure will be described. FIG. 2 is a schematic plan view of an apparatus for manufacturing the magnetoresistive element 10, which is an apparatus capable of producing a multilayer film including a plurality of magnetic layers and a nonmagnetic layer, and is a mass production type sputtering film formation. Device.

図2に示された磁性多層膜作製装置200は、クラスタ型製造装置であり、スパッタリング法に基づく3つの成膜チャンバを備えている。本装置200では、図示しないロボット搬送装置を備える搬送チャンバ202が中央位置に設置している。磁気抵抗素子製造のための製造装置200の搬送チャンバ202には、2つのロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206が設けられ、それぞれにより基板(例えば、シリコン基板を用いる)11の搬入及び搬出が行われる。これらのロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206を交互に、基板の搬入搬出を実施することによって、タクトタイムを短縮させ、生産性よく磁気抵抗素子を作製できる構成となっている。    The magnetic multilayer film manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 2 is a cluster type manufacturing apparatus and includes three film forming chambers based on a sputtering method. In this apparatus 200, a transfer chamber 202 having a robot transfer apparatus (not shown) is installed at the center position. The transfer chamber 202 of the manufacturing apparatus 200 for manufacturing the magnetoresistive element is provided with two load lock / unload lock chambers 205 and 206, respectively, for loading and unloading the substrate (for example, using a silicon substrate) 11. Done. By alternately loading and unloading the substrate between these load lock / unload lock chambers 205 and 206, the tact time is shortened and a magnetoresistive element can be manufactured with high productivity.

磁気抵抗素子製造のための製造装置200では、搬送チャンバ202の周囲に、3つの成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A、201B及び201Cと、1つのエッチングチャンバ203とが設けられている。エッチングチャンバ203では、TMR素子10の所要表面をエッチング処理する。各チャンバ201A、201B、201C及び203と搬送チャンバ202との間には、開閉自在なゲートバルブ204が設けられている。なお、各チャンバ201A、201B、201C及、202には、図示しない真空排気機構、ガス導入機構、電力供給機構などが付設されている。    In a manufacturing apparatus 200 for manufacturing a magnetoresistive element, three film forming magnetron sputtering chambers 201A, 201B, and 201C and one etching chamber 203 are provided around a transfer chamber 202. In the etching chamber 203, a required surface of the TMR element 10 is etched. Between the chambers 201A, 201B, 201C, and 203 and the transfer chamber 202, a gate valve 204 that can be opened and closed is provided. Each chamber 201A, 201B, 201C, and 202 is provided with a vacuum exhaust mechanism, a gas introduction mechanism, a power supply mechanism, and the like (not shown).

磁気抵抗素子製造のための製造装置200は、成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A、201B及び201Cを備えている。これら装置201A、201B及び201Cの各々には、マグネトロンDC高周波スパッタリング法、又はマグネトロン高周波スパッタリング法を用いて、基板11の上に、真空を破らずに、前述した第1層から第9層までの各膜を順次に堆積することができる。    A manufacturing apparatus 200 for manufacturing a magnetoresistive element includes magnetron sputtering chambers 201A, 201B, and 201C for film formation. Each of these apparatuses 201A, 201B, and 201C uses the magnetron DC high frequency sputtering method or the magnetron high frequency sputtering method to form the above-described first to ninth layers on the substrate 11 without breaking the vacuum. Each film can be deposited sequentially.

成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A、201B及び201Cの天井部には、それぞれ、適当な円周の上に配置された4基または5基のカソード(31、32、33、34及び35)、カソード(41、42、43、44及び45)、カソード(51、52、53及び54)が配置される。さらに当該円周と同軸上に位置する基板ホルダ上に基板11が配置される。上記カソード(31、32、33、34及び35)、カソード(41、42、43、44及び45)及びカソード(51、52、53及び54)には、装着したターゲットは、背後に、回転型マグネット又は揺動型マグネットを配置したマグネトロンスパッタリング装置とするのが好ましい。
また、電力投入手段207A、207Bおよび207Cから、上記カソードにラジオ周波数(RF周波数)のような高周波電力又はDC(直流)電力が印加される。
高周波電力としては、1MHz〜3GHzの範囲、好ましくは、5MHz〜2GHzの範囲の周波数及び100W(ワット)〜3000W(ワット)の範囲、好ましくは、200W(ワット)〜2000W(ワット)の範囲の電力を用いることができる。
Four or five cathodes (31, 32, 33, 34, and 35) and cathodes (31, 32, 33, 34, and 35) disposed on an appropriate circumference are respectively provided on the ceilings of the film forming magnetron sputtering chambers 201A, 201B, and 201C. 41, 42, 43, 44 and 45) and cathodes (51, 52, 53 and 54) are arranged. Further, the substrate 11 is disposed on a substrate holder located coaxially with the circumference. The targets mounted on the cathodes (31, 32, 33, 34 and 35), the cathodes (41, 42, 43, 44 and 45) and the cathodes (51, 52, 53 and 54) are rotated in the back. A magnetron sputtering apparatus in which a magnet or a swinging magnet is arranged is preferable.
Further, high-frequency power such as radio frequency (RF frequency) or DC (direct current) power is applied to the cathode from the power input means 207A, 207B and 207C.
The high frequency power is in the range of 1 MHz to 3 GHz, preferably in the range of 5 MHz to 2 GHz and in the range of 100 W (watts) to 3000 W (watts), preferably in the range of 200 W (watts) to 2000 W (watts). Can be used.

本発明は、TMR素子12を構成している強磁性体膜121及び123の成膜に当り、マグネトロンスパッタリングチャンバ201A及び201Cとして、前述したロウパスフィルターを接続した直流電源を用いたマグネトロンDCスパッタリング装置を適用する。
トンネルバリア層の結晶マグネシウム酸化物層122の成膜に当り、マグネトロンスパッタリングチャンバ201Bとして、前述したハイパスフィルターを接続した高周波電源を用いたマグネトロン高周波スパッタリング装置を適用する。
In the present invention, when forming the ferromagnetic films 121 and 123 constituting the TMR element 12, a magnetron DC sputtering apparatus using the DC power source connected with the low-pass filter described above as the magnetron sputtering chambers 201A and 201C. Apply.
When forming the crystalline magnesium oxide layer 122 of the tunnel barrier layer, a magnetron high-frequency sputtering apparatus using a high-frequency power source connected with the above-described high-pass filter is applied as the magnetron sputtering chamber 201B.

上記において、例えば、カソード31には、Ta(タンタル)ターゲットが装着される。カソード32には、PtMn(白金マンガン合金)ターゲットが装着される。カソード33には、CoFeB(コバルト鉄ボロン合金)ターゲットが装着される。カソード34には、CoFe(コバルト鉄合金)ターゲットが装着される。カソード35には、Ru(ルテニウム)ターゲットが装着される。    In the above, for example, a Ta (tantalum) target is attached to the cathode 31. A PtMn (platinum manganese alloy) target is attached to the cathode 32. A CoFeB (cobalt iron boron alloy) target is attached to the cathode 33. A CoFe (cobalt iron alloy) target is attached to the cathode 34. A Ru (ruthenium) target is attached to the cathode 35.

カソード41には、MgO(マグネシウム酸化物)ターゲット、又はMg(マグネシウム金属)ターゲットが装着される。Mg(マグネシウム金属)ターゲットを用いる時は、酸化性ガスとともに、反応性スパッタリングを実施するための反応性高周波スパッタリング用チャンバ(図示せず)を搬送チャンバ202に接続することができる。
また、Mg(マグネシウム金属)ターゲットを用いたスパッタリングにより、結晶マグネシウム層を成膜した後、酸化性ガス(例えば、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等)を用いた酸化チャンバ(図示せず)にて、この結晶マグネシウム合金層を結晶マグネシウム酸化物層に化学変化させることができる。
The cathode 41 is equipped with a MgO (magnesium oxide) target or a Mg (magnesium metal) target. When an Mg (magnesium metal) target is used, a reactive high-frequency sputtering chamber (not shown) for performing reactive sputtering can be connected to the transfer chamber 202 together with an oxidizing gas.
Further, after forming a crystalline magnesium layer by sputtering using a Mg (magnesium metal) target, in an oxidation chamber (not shown) using an oxidizing gas (for example, oxygen gas, ozone gas, water vapor, etc.) This crystalline magnesium alloy layer can be chemically changed to a crystalline magnesium oxide layer.

また、別の実施例では、カソード41にMgO(マグネシウム酸化物)ターゲットを装着し、カソード42にMg(マグネシウム金属)ターゲットを装着することも出来る。
この際、カソード43〜45にはターゲットを未装着とすることができ、また、カソード43〜45にも、MgO(マグネシウム酸化物)ターゲット、又はMg(マグネシウム金属)ターゲットが装着することも出来る。
In another embodiment, an MgO (magnesium oxide) target can be attached to the cathode 41, and an Mg (magnesium metal) target can be attached to the cathode 42.
At this time, no target can be attached to the cathodes 43 to 45, and an MgO (magnesium oxide) target or an Mg (magnesium metal) target can also be attached to the cathodes 43 to 45.

カソード51には、CoFeB(コバルト鉄ボロン合金)ターゲットが装着される。カソード52には、Ta(タンタル)ターゲットが装着される。カソード53には、Ru(ルテニウム)ターゲットが装着される。
また、カソード54は、ターゲットを未装着とすることができる。又は、CoFeB(コバルト鉄ボロン合金)ターゲット、Ta(タンタル)ターゲット、又はRu(ルテニウム)ターゲットをリザーブ用として適宜装着することができる。
A CoFeB (cobalt iron boron alloy) target is attached to the cathode 51. A Ta (tantalum) target is attached to the cathode 52. A Ru (ruthenium) target is attached to the cathode 53.
Further, the cathode 54 can be unmounted with a target. Alternatively, a CoFeB (cobalt iron boron alloy) target, a Ta (tantalum) target, or a Ru (ruthenium) target can be appropriately mounted for reservation.

上記カソード(31、32、33、34及び35)、カソード(41、42、43、44及び45)、並びに、カソード(51、52、53及び54)に装着した各ターゲットの各面内方向と基板の面内方向とは、互いに、非平行に配置することが、好ましい。該非平行な配置を用いることによって、基板径より小径のターゲットを回転させながら、スパッタリングすることによって、高効率で、かつ、ターゲット組成と同一組成の磁性膜及び非磁性膜を堆積させることができる。
上記非平行な配置は、例えば、ターゲット中心軸と基板中心軸との交差角を45°以下、好ましくは5°〜30°となる様に、両者を非平行に配置することができる。
また、この際の基板は、10rpm〜500rpmの回転数、好ましくは、50rpm〜200rpmの回転数を用いることができる。
Each in-plane direction of each target mounted on the cathode (31, 32, 33, 34 and 35), the cathode (41, 42, 43, 44 and 45), and the cathode (51, 52, 53 and 54) It is preferable that they be arranged non-parallel to the in-plane direction of the substrate. By using the non-parallel arrangement, a magnetic film and a nonmagnetic film having the same composition as the target composition can be deposited by sputtering while rotating a target having a smaller diameter than the substrate diameter.
In the non-parallel arrangement, for example, they can be arranged non-parallel so that the crossing angle between the target central axis and the substrate central axis is 45 ° or less, preferably 5 ° to 30 °.
Moreover, the rotation speed of 10 rpm-500 rpm, Preferably, the rotation speed of 50 rpm-200 rpm can be used for the board | substrate in this case.

本発明の主要な素子部であるTMR素子部12の成膜条件を述べる。磁化固定層(第5層のCoFeB層)である強磁性体膜121は、CoFeB組成比(atomic:原子比)60/DC20/20のターゲットを用い、Ar(アルゴンガス)圧力0.03Paで、マグネトロンDCスパッタリング( 成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A)によりスパッタレート0.64nm /secで成膜した。この時のCoFeB層(強磁性体膜121)は、アモルファス構造を有していた。   Deposition conditions of the TMR element portion 12 which is a main element portion of the present invention will be described. The ferromagnetic film 121 that is a magnetization fixed layer (the fifth CoFeB layer) uses a target having a CoFeB composition ratio (atomic: atomic ratio) of 60 / DC20 / 20, and an Ar (argon gas) pressure of 0.03 Pa. Film formation was performed at a sputtering rate of 0.64 nm / sec by magnetron DC sputtering (magnetron sputtering chamber 201A for film formation). The CoFeB layer (ferromagnetic film 121) at this time had an amorphous structure.

続いて、図7に図示するロウパスフィルターを用いたマグネトロン高周波RFスパッタリング装置(成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201B)を用いて、MgO組成比(atomic:原子比)50/50のターゲットを用い、スパッタガスとしてAr(アルゴンガス)を用い、好適な範囲0.01〜0.4Paの圧力範囲のうち、0.2Paの圧力を用いて、マグネトロン高周波RFスパッタリング(13.56MHz)により、第6層のMgO層であるトンネルバリア層122を成膜した。この際、MgO層(トンネルバリア層122)は、カラム状結晶の集合体よりなる結晶構造であった。
また、この際のマグネトロンRFスパッタリング(13.56MHz)の成膜レートは、0.14nm /secであった。
Subsequently, using a magnetron high-frequency RF sputtering apparatus (magnetron sputtering chamber 201B for film formation) using a low-pass filter shown in FIG. 7, sputtering is performed using a target having an MgO composition ratio (atomic: atomic ratio) of 50/50. Using Ar (argon gas) as the gas, the magnetron high frequency RF sputtering (13.56 MHz) is used for the sixth layer by using a pressure of 0.2 Pa in a pressure range of 0.01 to 0.4 Pa. A tunnel barrier layer 122 which is an MgO layer was formed. At this time, the MgO layer (tunnel barrier layer 122) had a crystal structure composed of an aggregate of columnar crystals.
At this time, the deposition rate of magnetron RF sputtering (13.56 MHz) was 0.14 nm / sec.

さらに続けて、マグネトロンDCスパッタリング装置(成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201C)を用いて、磁化自由層(第7層のCoFeB層)である強磁性体層123を成膜した。
この際、第7層のCoFeB膜(強磁性体膜123)は、アモルファス構造であることを確認した。
この実施例では、MgO膜の成膜速度は0.14nm /secであったが、0.01nm〜1.0nm /secの範囲で成膜しても問題ない。
Subsequently, a ferromagnetic layer 123 as a magnetization free layer (seventh CoFeB layer) was formed using a magnetron DC sputtering apparatus (deposition magnetron sputtering chamber 201C).
At this time, it was confirmed that the CoFeB film (ferromagnetic film 123) of the seventh layer had an amorphous structure.
In this embodiment, the deposition rate of the MgO film was 0.14 nm / sec, but there is no problem even if the film is deposited in the range of 0.01 nm to 1.0 nm / sec.

成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A、201B及び201Cのそれぞれでスパッタリング成膜を行って積層が完了した磁気抵抗素子10は、熱処理炉において、アニーリング処理を実施した。
このとき、アニーリング温度及び時間は、約300℃及び4時間で、8kOeの磁場中で、アニーリングを実施した。
この結果、アモルファス構造の第5層及び第7層のCoFeB膜は、図6に図示したカラム状結晶62の集合体61よりなる結晶構造であったことが確認された。
このアニーリング工程により、磁性媒体子10は、TMR効果を持ったトンネル磁気抵抗効果素子として作用することができる。
また、このアニーリング工程により、第2層のPtMn層である反強磁性体層14には、所定の磁化が付与されていた。
The magnetoresistive element 10 on which the deposition was completed by performing the sputtering film formation in each of the magnetron sputtering chambers 201A, 201B, and 201C for film formation was subjected to an annealing process in a heat treatment furnace.
At this time, annealing was performed at an annealing temperature and time of about 300 ° C. for 4 hours in a magnetic field of 8 kOe.
As a result, it was confirmed that the CoFeB films of the fifth layer and the seventh layer having an amorphous structure had a crystal structure composed of the aggregate 61 of the columnar crystals 62 illustrated in FIG.
By this annealing process, the magnetic medium element 10 can act as a tunnel magnetoresistive element having a TMR effect.
Also, by this annealing step, predetermined magnetization was imparted to the antiferromagnetic material layer 14 which is the second PtMn layer.

図7は、本発明のマグネトロン高周波スパッタリング装置の概略図である。図中、701はスパッタリングチャンバ、702は高周波電源投入部、7021はブロッキングコンデンサ、7022は周知の整合回路、7023は高周波電源、703はロウパスフィルタ、704はスパッタリング用DC(直流)電源、705はマグネットユニット、706はカソード電極、707はターゲット(結晶MgO層形成のためのMgOターゲット)、708は周知の加熱機構、709は基板ホールダ(アノード電極)、710は基板(ウエハー、ガラス基板等)、711はスパッタリングガス(Arガス、Heガス、Krガス等の不活性ガス)供給系、712はスパッタリングガス導入系、713は真空排気系(ポンプ)、714はプラズマ生成空間である。
図8は、本発明のマグネトロンDCスパッタリング装置の概略図である。図中、801はスパッタリングチャンバ、802はDC(直流)電源投入部、8021はブロッキングコンデンサ、8022は周知の整合回路、8023はDC電源、803はハイパスフィルタ、804はスパッタリング用DC(直流)電源、805はマグネットユニット、806はカソード電極、807はターゲット(結晶MgO層形成のためのMgOターゲット)、808は周知の加熱機構、809は基板ホールダ(アノード電極)、810は基板(ウエハー、ガラス基板等)、811はスパッタリングガス(Arガス、Heガス、Krガス等の不活性ガス)供給系、812はスパッタリングガス導入系、813は真空排気系(ポンプ)、814はプラズマ生成空間である。
また、本発明では、基板ホールダ809に直流電力を投入する直流電源804にも、ハイパスフィルター(図示せず)を用いることができる。この際、ハイパスフィルターは、基板ホールダ809と直流電源804との間に直列接続される。
本発明で用いたDC電源8023からの直流電力としては、長周期パルス波形であっても良い。具体的には、1000Hz以下の周波数、好ましくは、10Hz〜500Hzの周波数とすることができる。
FIG. 7 is a schematic view of the magnetron radio frequency sputtering apparatus of the present invention. In the figure, 701 is a sputtering chamber, 702 is a high-frequency power supply unit, 7021 is a blocking capacitor, 7022 is a well-known matching circuit, 7023 is a high-frequency power supply, 703 is a low-pass filter, 704 is a DC (direct current) power source for sputtering, and 705 is Magnet unit, 706 is a cathode electrode, 707 is a target (MgO target for forming a crystalline MgO layer), 708 is a known heating mechanism, 709 is a substrate holder (anode electrode), 710 is a substrate (wafer, glass substrate, etc.), 711 is a sputtering gas (inert gas such as Ar gas, He gas, Kr gas) supply system, 712 is a sputtering gas introduction system, 713 is an evacuation system (pump), and 714 is a plasma generation space.
FIG. 8 is a schematic view of the magnetron DC sputtering apparatus of the present invention. In the figure, 801 is a sputtering chamber, 802 is a DC (direct current) power supply unit, 8021 is a blocking capacitor, 8022 is a known matching circuit, 8023 is a DC power source, 803 is a high-pass filter, 804 is a DC (direct current) power source for sputtering, 805 is a magnet unit, 806 is a cathode electrode, 807 is a target (MgO target for forming a crystalline MgO layer), 808 is a known heating mechanism, 809 is a substrate holder (anode electrode), 810 is a substrate (wafer, glass substrate, etc.) 811 is a sputtering gas (inert gas such as Ar gas, He gas, Kr gas) supply system, 812 is a sputtering gas introduction system, 813 is an evacuation system (pump), and 814 is a plasma generation space.
In the present invention, a high-pass filter (not shown) can also be used for the DC power source 804 that supplies DC power to the substrate holder 809. At this time, the high pass filter is connected in series between the substrate holder 809 and the DC power source 804.
The direct current power from the DC power supply 8023 used in the present invention may be a long period pulse waveform. Specifically, the frequency can be set to 1000 Hz or less, preferably 10 Hz to 500 Hz.

図3は、本発明装置のブロック図である。図中、301は図2中の搬送チャンバ202に相当する搬送チャンバ、302は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Aに相当する成膜チャンバ、303は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Bに相当する成膜チャンバ、304は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Cに相当する成膜チャンバ、305はロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206に相当するロードロック・アンロードロックチャンバ、306は記憶媒体312を内蔵した中央演算器(CPU)である。符号309〜311は、CPU306と各処理チャンバ301〜305とを接続するバスラインで、各処理チャンバ301〜305の動作を制御する制御信号がCPU306より各処理チャンバ301〜305に送信される。   FIG. 3 is a block diagram of the apparatus of the present invention. In the figure, 301 is a transfer chamber corresponding to the transfer chamber 202 in FIG. 2, 302 is a film forming chamber corresponding to the film forming magnetron sputtering chamber 201A, 303 is a film forming chamber corresponding to the film forming magnetron sputtering chamber 201B, Denoted at 304 is a deposition chamber corresponding to the magnetron sputtering chamber 201C for deposition, 305 is a load lock / unload lock chamber corresponding to the load lock / unload lock chambers 205 and 206, and 306 is a central processing unit incorporating a storage medium 312. (CPU). Reference numerals 309 to 311 denote bus lines connecting the CPU 306 and the processing chambers 301 to 305, and control signals for controlling the operations of the processing chambers 301 to 305 are transmitted from the CPU 306 to the processing chambers 301 to 305.

本発明の一実施例では、ロードロック・アンロードロックチャンバ305内の基板(図示せず)は、搬送チャンバ301に搬出される。この基板搬出工程は、CPU306が記憶媒体312に記憶させた制御プルグラムに基づいて演算し、この演算結果に基づく制御信号が、バスライン307及び311を通して、ロードロック・アンロードロックチャンバ305及び搬送チャンバ301に搭載した各種装置(例えば、図示していないゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等)の実行を制御することによって実施される。   In one embodiment of the present invention, a substrate (not shown) in the load lock / unload lock chamber 305 is unloaded into the transfer chamber 301. This substrate unloading step is calculated based on a control program stored in the storage medium 312 by the CPU 306, and a control signal based on the calculation result is transmitted through the bus lines 307 and 311 to the load lock / unload lock chamber 305 and the transfer chamber. This is implemented by controlling the execution of various devices (for example, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, a drive system, etc., not shown) mounted on 301.

搬送チャンバ301に搬送された基板は、成膜チャンバ302に搬出される。成膜チャンバ302に搬入された基板は、ここで、図1の第1層13、第2層14、第3層15、第4層16及び第5層121が順次積層される。この段階での第5層121のCoFeB膜は、好ましくは、アモルファス構造となっている。別の実施例では、この段階での第5層121のCoFeB膜は、多結晶構造であってもよい。
上記第1層から第5層までの積層プロセスは、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プルグラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307及び308を通して、搬送チャンバ301及び成膜チャンバ302に搭載した各種装置(例えば、図示していないカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等)の実行を制御することによって実施される。
The substrate transferred to the transfer chamber 301 is transferred to the film formation chamber 302. Here, the first layer 13, the second layer 14, the third layer 15, the fourth layer 16, and the fifth layer 121 of FIG. 1 are sequentially stacked on the substrate carried into the deposition chamber 302. The CoFeB film of the fifth layer 121 at this stage preferably has an amorphous structure. In another embodiment, the CoFeB film of the fifth layer 121 at this stage may have a polycrystalline structure.
In the stacking process from the first layer to the fifth layer, the control signal calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 passes through the bus lines 307 and 308 and the transfer chamber 301 and the film formation. Controls the execution of various devices mounted on the chamber 302 (for example, an unillustrated cathode power supply mechanism, substrate rotation mechanism, gas introduction mechanism, exhaust mechanism, gate valve, robot mechanism, transport mechanism, drive system, etc.) Is implemented.

上記第5層までの積層膜を持った基板は、一旦、搬送チャンバ301に戻され、その後成膜チャンバ303に搬入される。
成膜チャンバ303内で、上記第5層121のアモルファスCoFeB層の上に、第6層122として、結晶マグネシウム酸化物の成膜を実行する。
第6層122の成膜は、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プルグラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307及び309を通して、搬送チャンバ301及び成膜チャンバ303に搭載した各種装置(例えば、図示していないカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等)の実行を制御することによって実施される。
The substrate having the laminated film up to the fifth layer is once returned to the transfer chamber 301 and then transferred into the film formation chamber 303.
In the film formation chamber 303, a crystalline magnesium oxide film is formed as the sixth layer 122 on the amorphous CoFeB layer of the fifth layer 121.
In the film formation of the sixth layer 122, the control signal calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 is mounted on the transfer chamber 301 and the film formation chamber 303 through the bus lines 307 and 309. Implemented by controlling the execution of various devices (for example, a power input mechanism to a cathode (not shown), a substrate rotation mechanism, a gas introduction mechanism, an exhaust mechanism, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, a drive system, etc.) .

上記第6層122までの積層膜を持った基板は、再度、一旦、搬送チャンバ301に戻され、その後成膜チャンバ304に搬入される。
成膜チャンバ304内で、上記第6層122の結晶マグネシウム酸化物層の上に、第7層123、第8層17及び第9層18が順次積層される。この段階での第7層123のCoFeB膜は、好ましくは、アモルファス構造となっている。
The substrate having the laminated film up to the sixth layer 122 is once again returned to the transfer chamber 301 and then transferred into the film formation chamber 304.
In the deposition chamber 304, the seventh layer 123, the eighth layer 17, and the ninth layer 18 are sequentially stacked on the crystalline magnesium oxide layer of the sixth layer 122. The CoFeB film of the seventh layer 123 at this stage preferably has an amorphous structure.

第9層18までの積層成膜工程は、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プルグラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307及び310を通して、搬送チャンバ301及び成膜チャンバ304に搭載した各種装置(例えば、図示していないカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等)の実行を制御することによって実施される。   In the laminated film forming process up to the ninth layer 18, the control signal calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 passes through the bus lines 307 and 310 and the transfer chamber 301 and the film forming chamber 304. By controlling the execution of various devices (for example, a power supply mechanism to a cathode (not shown), a substrate rotation mechanism, a gas introduction mechanism, an exhaust mechanism, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, a drive system, etc.) To be implemented.

本発明で用いる記憶媒体312としては、ハードディスク媒体、光磁気ディスク媒体、フレキシブルディスク媒体、フラッシュメモリやMRAM等の不揮発性メモリ全般を挙げることができ、プログラム格納可能な媒体を含むものである。   Examples of the storage medium 312 used in the present invention include hard disk media, magneto-optical disk media, flexible disk media, and non-volatile memories such as flash memory and MRAM, and include media that can store programs.

また、本発明は、上記第5層121及び第7層123のアモルファスCoFeB層をアニーリングにより、結晶化を促すため及び第2層14のPtMn層の磁気付与を促すために、第1層〜第9層からなる積層膜をアニーリング炉(図示せず)に搬入することができる。
上記記憶媒体312には、アニーリング炉での工程を実施するための制御プログラムが記憶されていて、該制御プログラムに基づく、CPU306の演算により得た制御信号によって、アニーリング炉内の各種装置(図示せず、例えば、ヒータ機構、排気機構、搬送機構等)を制御し、アニーリング工程を実行することができる。
Further, the present invention provides the first layer to the second layer 121 in order to promote crystallization by annealing the amorphous CoFeB layers of the fifth layer 121 and the seventh layer 123 and to promote the magnetic application of the PtMn layer of the second layer 14. A laminated film composed of nine layers can be carried into an annealing furnace (not shown).
The storage medium 312 stores a control program for carrying out the process in the annealing furnace, and various apparatuses (not shown) in the annealing furnace are controlled by a control signal obtained by calculation of the CPU 306 based on the control program. For example, an annealing process can be performed by controlling a heater mechanism, an exhaust mechanism, a transport mechanism, and the like.

本発明の比較例として、図8に図示したハイパスフィルター803の使用を省略したほかは、上記実施例と全く同一の方法で、100サンプルのTMR素子を製造し、100サンプルのMR比分布(平均値、最大値及び最小値)を測定した。
測定の結果、平均MR比は約125%で、最大MR比は160%で、最小MR比は98%であった。又、平均MR比の±5%以内のサンプル数は32サンプル数であった。
尚、MR比は、外部磁界に応答して磁性膜または磁性多層膜の磁化方向が変化するのに伴って、膜の電気抵抗も変化する現象(磁気抵抗効果
<Magneto-Resistive efect:MR効果>)に関するパラメータで、その電気抵抗の変化率を磁気抵抗変化率(MR比)としたものである。
As a comparative example of the present invention, except that the use of the high-pass filter 803 illustrated in FIG. 8 is omitted, a 100-sample TMR element is manufactured by the same method as the above-described embodiment, and an MR ratio distribution (average Value, maximum value and minimum value).
As a result of the measurement, the average MR ratio was about 125%, the maximum MR ratio was 160%, and the minimum MR ratio was 98%. The number of samples within ± 5% of the average MR ratio was 32 samples.
The MR ratio is a phenomenon in which the electric resistance of the film changes as the magnetization direction of the magnetic film or magnetic multilayer film changes in response to an external magnetic field (Magneto-Resistive effect: MR effect). The change rate of the electrical resistance is the magnetoresistance change rate (MR ratio).

これに対し、本発明は、測定の結果、平均MR比は比較実験とほぼ同等の125%で、最大MR比は132%で、最小MR比は118%であった。又、平均MR比の±5%以内のサンプル数は91サンプル数であった。   On the other hand, in the present invention, as a result of measurement, the average MR ratio was 125%, which was almost the same as that of the comparative experiment, the maximum MR ratio was 132%, and the minimum MR ratio was 118%. The number of samples within ± 5% of the average MR ratio was 91 samples.

また、本発明では、上記第5層121及び第7層123として、上述のCoFeB合金層に換えて、CoFeTaZr(コバルト鉄タンタルジルコニウム)合金層、CoTaZr(コバルタンタルジルコニウム)合金層、CoFeNbZr(コバルト鉄ニオブジルコニウム)合金層、CoFeZr(コバルト鉄ジルコニウム)合金層、FeTaC(鉄タンタル炭素)合金層、FeTaN(鉄タンタル窒素)合金層、又はFeC(鉄炭素)合金層などの結晶強磁性体層を用いることができる。    In the present invention, the fifth layer 121 and the seventh layer 123 are replaced with the CoFeB alloy layer described above, a CoFeTaZr (cobalt iron tantalum zirconium) alloy layer, a CoTaZr (cobal tantalum zirconium) alloy layer, a CoFeNbZr (cobalt iron). A crystalline ferromagnetic layer such as a niobium zirconium) alloy layer, a CoFeZr (cobalt iron zirconium) alloy layer, a FeTaC (iron tantalum carbon) alloy layer, a FeTaN (iron tantalum nitrogen) alloy layer, or a FeC (iron carbon) alloy layer is used. be able to.

また、本発明では、上記第4層16のRu(ルテニウム)層に換えて、Rh(ロジウム)層又はIr(イリジウム)層を用いることができる。
また、本発明では、上記第2層14のPtMn(白金マンガン合金)層に換えて、IrMn(イリジウムマンガン合金)層、IrMnCr(イリジウムマンガンクロム合金)層、NiMn(ニッケルマンガン合金)層、PdPtMn(鉛白金マンガン合金)層、RuRhMn(ルテニウムロジウムマンガン合金)層やOsMn(オスニウムマンガン)等も好ましく用いられる。又、その膜厚は、10〜30nmが好ましい。
In the present invention, an Rh (rhodium) layer or an Ir (iridium) layer can be used instead of the Ru (ruthenium) layer of the fourth layer 16.
In the present invention, instead of the PtMn (platinum manganese alloy) layer of the second layer 14, an IrMn (iridium manganese alloy) layer, an IrMnCr (iridium manganese chromium alloy) layer, a NiMn (nickel manganese alloy) layer, a PdPtMn ( A lead platinum manganese alloy) layer, a RuRhMn (ruthenium rhodium manganese alloy) layer, OsMn (osnium manganese) or the like is also preferably used. The film thickness is preferably 10 to 30 nm.

本発明の別の実施例では、上記第5層121の多結晶CoFeB合金層を結晶CoFeB合金層と結晶CoFe合金層(基板側に位置させる)との二積層膜とすることができる。
基板側に位置する上記結晶CoFe合金層は、スパッタリング法により、第4層のPtMn合金層の上に、結晶状態での成膜が可能である。
本発明者らは、上記結晶CoFe合金層の成膜に続くCoFeB層は、スパッタリング成膜直後(アニーリング工程前)でアモルファス構造であることを確認した。
本発明は、さらに、上記アモルファス構造のCoFeB層をアニーリングすることにより、エピタキシャル多結晶構造に相変化させることができる。
In another embodiment of the present invention, the polycrystalline CoFeB alloy layer of the fifth layer 121 can be a two-layer film of a crystalline CoFeB alloy layer and a crystalline CoFe alloy layer (located on the substrate side).
The crystalline CoFe alloy layer located on the substrate side can be formed in a crystalline state on the fourth PtMn alloy layer by sputtering.
The present inventors have confirmed that the CoFeB layer following the formation of the crystalline CoFe alloy layer has an amorphous structure immediately after the sputtering film formation (before the annealing step).
The present invention can further change the phase to an epitaxial polycrystalline structure by annealing the CoFeB layer having the amorphous structure.

図4は、本発明の磁気抵抗素子をメモリ素子として用いたMRAM(Magnetoresistive
Rndom Access Memory:強誘電体メモリ)401の模式図である。MRAM401において、402は本発明のメモリ素子、403はワード線、404はビット線である。多数のメモリ素子402のそれぞれは、複数のワード線403と複数のビット線404の各交点位置に配置され、格子状の位置関係に配置される。多数のメモリ素子402のそれぞれが1ビットの情報を記憶することができる。
FIG. 4 shows an MRAM (Magnetoresistive) using the magnetoresistive element of the present invention as a memory element.
1 is a schematic diagram of a (Rndom Access Memory: ferroelectric memory) 401. FIG. In the MRAM 401, 402 is a memory element of the present invention, 403 is a word line, and 404 is a bit line. Each of the large number of memory elements 402 is arranged at each intersection position of a plurality of word lines 403 and a plurality of bit lines 404, and is arranged in a lattice-like positional relationship. Each of the large number of memory elements 402 can store 1-bit information.

図5は、MRAM401のワード線403とビット線404の交点位置において、1ビットの情報を記憶するTMR素子10と、スイッチ機能を有するトランジスタ501とで構成した等価回路図である。    FIG. 5 is an equivalent circuit diagram including the TMR element 10 that stores 1-bit information and the transistor 501 having a switch function at the intersection of the word line 403 and the bit line 404 of the MRAM 401.

本発明は、量産可能で実用性が高く、かつ超高集積化が可能なMRAMのメモリ素子として利用される。    The present invention is used as a memory element of an MRAM that can be mass-produced, has high practicality, and can be highly integrated.

10 磁性媒体
11 基板
12 TMR素子部
121 強磁性体膜(第5層)
122 トンネルバリア層(第6層)
123 強磁性体膜(第7層;磁化自由層)
13 下電極層(第1層;下地層)
14 反強磁性膜(第2層)
15 強磁性体膜(第3層)
16 交換結合用非磁性体膜(第4層)
17 上電極層(第8層)
18 ハードマスク層(第9層)
19 磁化固定層
200 磁気抵抗素子作成装置
201A成膜チャンバ
201B成膜チャンバ
201C成膜チャンバ
202 搬送チャンバ
203 エッチングチャンバ
204 ゲートバルブ
205 ロードロック・アンロードロックチャンバ
206 ロードロック・アンロードロックチャンバ
31〜35 カソード
41〜45 カソード
51〜54 カソード
207A 電力投入部
207B 電力投入部
207C 電力投入部
301 搬送チャンバ
302 303 304 成膜チャンバ
305 ロードロック・アンロードロックチャンバ
306 中央演算器(CPU)
307〜311 バスライン
312 記憶媒体
401 MRAM
402 メモリ素子
403 ワード線
404 ビット線
501 トランジスタ
61 カラム状結晶群の集合体
62 カラム状結晶
701 スパッタリングチャンバ
702 高周波電源投入部
7021 ブロッキングコンデンサ
7022 整合回路
7023 高周波電源
703 ロウパスフィルタ
704 スパッタリング用DC(直流)電源
705 マグネットユニット
706 カソード電極
707 ターゲット
708 加熱機構
709 基板ホールダ(アノード電極)
710 基板(ウエハー、ガラス基板等)
711 スパッタリングガス供給系
712 スパッタリングガス導入系
713 真空排気系
714 プラズマ生成空間
801 スパッタリングチャンバ
802 DC電源投入部
8021 ブロッキングコンデンサ
8022 整合回路
8023 DC電源
803 ハイパスフィルタ
804 スパッタリング用DC(直流)電源
805 マグネットユニット
806 カソード電極
807 ターゲット
808 加熱機構
809 基板ホールダ(アノード電極)
810 基板(ウエハー、ガラス基板等)
811 スパッタリングガス供給系
812 スパッタリングガス導入系
813 真空排気系
814 プラズマ生成空間
10 Magnetic medium 11 Substrate 12 TMR element portion 121 Ferromagnetic film (fifth layer)
122 Tunnel barrier layer (6th layer)
123 Ferromagnetic film (seventh layer; magnetization free layer)
13 Lower electrode layer (first layer; underlayer)
14 Antiferromagnetic film (second layer)
15 Ferromagnetic film (third layer)
16 Nonmagnetic film for exchange coupling (fourth layer)
17 Upper electrode layer (8th layer)
18 Hard mask layer (9th layer)
19 Magnetization fixed layer 200 Magnetoresistive element creation apparatus 201A film formation chamber 201B film formation chamber 201C film formation chamber 202 transfer chamber 203 etching chamber 204 gate valve 205 load lock / unload lock chamber 206 load lock / unload lock chambers 31-35 Cathode 41-45 Cathode 51-54 Cathode 207A Power input unit 207B Power input unit 207C Power input unit 301 Transfer chamber 302 303 304 Film formation chamber 305 Load lock / unload lock chamber 306 Central processing unit (CPU)
307 to 311 Bus line 312 Storage medium 401 MRAM
402 Memory element 403 Word line 404 Bit line 501 Transistor 61 Column-shaped crystal group assembly 62 Column-shaped crystal 701 Sputtering chamber 702 High-frequency power supply unit 7021 Blocking capacitor 7022 High-frequency power supply 703 Low-pass filter 704 Sputtering DC (DC) ) Power supply 705 Magnet unit 706 Cathode electrode 707 Target 708 Heating mechanism 709 Substrate holder (anode electrode)
710 substrate (wafer, glass substrate, etc.)
711 Sputtering gas supply system 712 Sputtering gas introduction system 713 Vacuum exhaust system 714 Plasma generation space 801 Sputtering chamber 802 DC power supply unit 8021 Blocking capacitor 8022 Matching circuit 8023 DC power supply 803 High pass filter 804 Sputtering DC (direct current) power supply 805 Magnet unit 806 Cathode electrode 807 Target 808 Heating mechanism 809 Substrate holder (anode electrode)
810 substrate (wafer, glass substrate, etc.)
811 Sputtering gas supply system 812 Sputtering gas introduction system 813 Vacuum exhaust system 814 Plasma generation space

Claims (9)

高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、強磁性体を有するターゲットを直流マグネトロンスパッタリングすることによって強磁性体薄膜アモルファスを成膜し、そして酸化マグネシウムを有するターゲットを高周波電力印加の下で、高周波マグネトロンスパッタリングすることによって酸化マグネシウムの薄膜結晶を成膜する工程を有することを特徴とする磁性媒体の製造法。 A ferromagnetic thin film amorphous film is formed by direct current magnetron sputtering of a target having a ferromagnetic material under application of direct current power with a high frequency component cut by a high frequency component cut filter, and the target having magnesium oxide is applied with high frequency power. The manufacturing method of the magnetic medium characterized by having the process of forming the thin film crystal | crystallization of magnesium oxide by carrying out high frequency magnetron sputtering. 前記直流電力は、パルス波形の電力に設定されている請求項1に記載の磁性媒体の製造法。 The method of manufacturing a magnetic medium according to claim 1, wherein the DC power is set to a pulse waveform power. 前記高周波成分カットフィルターは、ラジオ周波数〜3GHzの範囲周波数成分をカットする様に設定されている請求項1に記載の磁性媒体の製造法。 The method of manufacturing a magnetic medium according to claim 1, wherein the high-frequency component cut filter is set to cut a frequency component in a range of radio frequency to 3 GHz. 高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第一強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第一強磁性体膜を成膜する第一工程、該第一工程の後で、低周波成分カットフィルターにより低周波成分をカットした高周波電力印加の下で、酸化マグネシウムを有するターゲットをマグネトロンスパッタリングすることによって結晶酸化マグネシウム膜を成膜する第二工程、前記第二工程の後で、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第二強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第二強磁性体膜を成膜する第三工程、並びに、前記第三工程の後で、前記酸化マグネシウム膜、前記アモルファス状態の第一強磁性体膜及び前記アモルファス状態の第二強磁性体膜をアニーリン処理を施し、これによって前記アモルファス状態から結晶状態への相変化を生じさせる第四工程を用いてトンネル磁気抵抗効果素子を形成することを特徴とする磁性媒体の製造法。 A first step of forming a first ferromagnetic film in an amorphous state by DC magnetron sputtering of a target having a first ferromagnetic material under application of direct current power with a high frequency component cut by a high frequency component cut filter; A second step of forming a crystalline magnesium oxide film by performing magnetron sputtering of a target having magnesium oxide under application of high-frequency power with a low-frequency component cut by a low-frequency component cut filter after one step; After two steps, an amorphous second ferromagnetic film is formed by DC magnetron sputtering on a target having a second ferromagnetic material under application of direct current power with high frequency components cut by a high frequency component cut filter. Third step, and after the third step, the magnesium oxide A fourth step of annealing the amorphous film, the amorphous first ferromagnetic film, and the amorphous second ferromagnetic film, thereby causing a phase change from the amorphous state to the crystalline state. And forming a tunnel magnetoresistive effect element. 前記低周波成分の周波数は、5000KHz以下の範囲に設定されている請求項4に記載の磁性媒体の製造法。 The method of manufacturing a magnetic medium according to claim 4, wherein the frequency of the low frequency component is set in a range of 5000 KHz or less. 前記低周波成分の周波数は、10KHz〜3000KHzの範囲に設定されている請求項4に記載の磁性媒体の製造法。 The method of manufacturing a magnetic medium according to claim 4, wherein the frequency of the low frequency component is set in a range of 10 KHz to 3000 KHz. 前記高周波成分カットフィルターは、ラジオ周波数〜3GHzの範囲の高周波成分をカットするように設定されている請求項4に記載の磁性媒体の製造法。 The magnetic medium manufacturing method according to claim 4, wherein the high-frequency component cut filter is set so as to cut a high-frequency component in a range of a radio frequency to 3 GHz. 動作実行時、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングすることによって強磁性体薄膜アモルファスを成膜し、そして酸化マグネシウムを有するターゲットを高周波電力印加の下で、高周波マグネトロンスパッタリングすることによって酸化マグネシウムの薄膜結晶を成膜する工程を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体を備えたスパッタリング装置。 When the operation is performed, a ferromagnetic thin film amorphous is formed by DC magnetron sputtering of a target having a ferromagnetic material under application of DC power from which a high frequency component has been cut by a high frequency component cut filter, and a target having magnesium oxide. A sputtering apparatus comprising a storage medium storing a control program for executing a step of forming a magnesium oxide thin film crystal by performing high-frequency magnetron sputtering under application of high-frequency power. 動作実行時、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第一強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第一強磁性体膜を成膜する第一工程、該第一工程の後で、低周波成分カットフィルターにより低周波成分をカットした高周波電力印加の下で、酸化マグネシウムを有するターゲットをマグネトロンスパッタリングすることによって結晶酸化マグネシウム膜を成膜する第二工程、前記第二工程の後で、高周波成分カットフィルターにより高周波成分をカットした直流電力印加の下で、第二強磁性体を有するターゲットをDCマグネトロンスパッタリングにより、アモルファス状態の第二強磁性体膜を成膜する第三工程、並びに、前記第三工程の後で、前記酸化マグネシウム膜、前記アモルファス状態の第一強磁性体膜及び前記アモルファス状態の第二強磁性体膜をアニーリン処理を施し、これによって前記アモルファス状態から結晶状態への相変化を生じさせる第四工程を用いてトンネル磁気抵抗効果素子を形成する工程を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体を備えたスパッタリング装置。
When the operation is executed, a first ferromagnetic film is formed in an amorphous state by DC magnetron sputtering on a target having a first ferromagnetic material under application of DC power from which a high frequency component is cut by a high frequency component cut filter. After the first step, a crystalline magnesium oxide film is formed by magnetron sputtering a target having magnesium oxide under application of high frequency power with low frequency components cut by a low frequency component cut filter. Step, after the second step, a second ferromagnetic film in an amorphous state by DC magnetron sputtering of a target having a second ferromagnetic material under application of direct current power with high frequency components cut by a high frequency component cut filter A third step of forming a film, and after the third step, the acid Performing a fourth step of annealing the magnesium phosphide film, the amorphous first ferromagnetic film, and the amorphous second ferromagnetic film, thereby causing a phase change from the amorphous state to the crystalline state. A sputtering apparatus comprising a storage medium storing a control program for executing a step of forming a tunnel magnetoresistive effect element by using.
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