JP3131422B2 - 複室堆積システム及び磁気抵抗センサ製造方法 - Google Patents
複室堆積システム及び磁気抵抗センサ製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、多重イオン・ビ
ーム・スパッタ堆積室システムを使用してスピン・バル
ブ磁気抵抗センサを製造する方法に関するものである。
ーム・スパッタ堆積室システムを使用してスピン・バル
ブ磁気抵抗センサを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高周波（ＲＦ）あるいは直流（ＤＣ）マ
グネトロン・スパッタ堆積システムを利用して、磁気記
録センサや記録メディアのような薄膜デバイスを製造す
ることが広く知られている。このようなスパッタ堆積シ
ステムは、アルゴンのような不活性のイオン化可能なガ
スが引き込まれた真空の室内において、交差する電場と
磁場により特徴づけられる。このガスは電場により加速
された電子によりイオン化され、ターゲット近くでプラ
ズマを形成する。交差する電場と磁場により、ターゲッ
トと基板の間の領域に電子が閉じ込められる。イオンガ
スがターゲットに衝突することにより原子がはじき出さ
れて、非加工物、典型的には、選択されたターゲット物
質の一層あるいはそれ以上の層を堆積する必要がある基
板に入射する。
グネトロン・スパッタ堆積システムを利用して、磁気記
録センサや記録メディアのような薄膜デバイスを製造す
ることが広く知られている。このようなスパッタ堆積シ
ステムは、アルゴンのような不活性のイオン化可能なガ
スが引き込まれた真空の室内において、交差する電場と
磁場により特徴づけられる。このガスは電場により加速
された電子によりイオン化され、ターゲット近くでプラ
ズマを形成する。交差する電場と磁場により、ターゲッ
トと基板の間の領域に電子が閉じ込められる。イオンガ
スがターゲットに衝突することにより原子がはじき出さ
れて、非加工物、典型的には、選択されたターゲット物
質の一層あるいはそれ以上の層を堆積する必要がある基
板に入射する。
【０００３】従来の一般的なスパッタリング堆積システ
ムにおいては、比較的高い動作圧力を利用して薄膜の内
部応力を低くしており、その結果、基板に無指向性のス
パッタリング流束（sputtering flux）を生じさせてい
た。しかし、この無指向性の流束のために、デバイスの
大きさがますます小さくなるに従い、製造方法において
困難な点が生じてきた。
ムにおいては、比較的高い動作圧力を利用して薄膜の内
部応力を低くしており、その結果、基板に無指向性のス
パッタリング流束（sputtering flux）を生じさせてい
た。しかし、この無指向性の流束のために、デバイスの
大きさがますます小さくなるに従い、製造方法において
困難な点が生じてきた。
【０００４】そのため、イオン・ビーム・スパッタ堆積
を利用して、従来のＲＦ／ＤＣスパッタ技術におけるい
くつかの問題点が克服されている。イオン・ビーム・ス
パッタ堆積のいくつかの態様は、従来のスパッタ方法と
は異なるもので、大きな利点を有するものである。例え
ば、（１）低い背景圧力を用いることにより、ターゲッ
トから基板までの移動の間にはじきとばされた粒子が散
乱することが減少した。（２）イオン・ビームの指向性
を制御することにより、ターゲットへのイオン・ビーム
の入射角を変化させることができる。（３）狭いエネル
ギー分布を有するほぼ単一エネルギーのビームにより、
スパッタ量と堆積プロセスをイオン・エネルギーの関数
として制御でき、正確なビーム・フォーカスとスキャニ
ングが可能となった。（４）イオン・ビームはターゲッ
トや基板のプロセスからは独立しており、ターゲットや
基板の材質や幾何学的形状を変えても、ビームの特性は
同一に維持することができ、ビーム・エネルギーと電流
密度を独立に制御することができる。
を利用して、従来のＲＦ／ＤＣスパッタ技術におけるい
くつかの問題点が克服されている。イオン・ビーム・ス
パッタ堆積のいくつかの態様は、従来のスパッタ方法と
は異なるもので、大きな利点を有するものである。例え
ば、（１）低い背景圧力を用いることにより、ターゲッ
トから基板までの移動の間にはじきとばされた粒子が散
乱することが減少した。（２）イオン・ビームの指向性
を制御することにより、ターゲットへのイオン・ビーム
の入射角を変化させることができる。（３）狭いエネル
ギー分布を有するほぼ単一エネルギーのビームにより、
スパッタ量と堆積プロセスをイオン・エネルギーの関数
として制御でき、正確なビーム・フォーカスとスキャニ
ングが可能となった。（４）イオン・ビームはターゲッ
トや基板のプロセスからは独立しており、ターゲットや
基板の材質や幾何学的形状を変えても、ビームの特性は
同一に維持することができ、ビーム・エネルギーと電流
密度を独立に制御することができる。
【０００５】図１は、従来のイオン・ビーム・スパッタ
堆積システム１００を示した概略図である。イオン・ビ
ーム・スパッタ堆積システム１００は、真空室１２０を
有し、そこにはイオン・ビーム・ソース１２１が設けら
れている。イオン・ビーム・システム１００は、選択可
能な複数のターゲット１２３を回転ターゲット支持部１
２５上に有している。イオン・ソース１２１により放出
されるイオン・ビーム１３３は、ターゲット１２３に向
けられ、イオンの衝突によりターゲット物資がはじきと
ばされる。はじきとばされた原子１２６がターゲット物
質から放出され、堆積基板１３１（被加工物）に向けら
れ、ターゲット物質の層が基板上に形成される。
堆積システム１００を示した概略図である。イオン・ビ
ーム・スパッタ堆積システム１００は、真空室１２０を
有し、そこにはイオン・ビーム・ソース１２１が設けら
れている。イオン・ビーム・システム１００は、選択可
能な複数のターゲット１２３を回転ターゲット支持部１
２５上に有している。イオン・ソース１２１により放出
されるイオン・ビーム１３３は、ターゲット１２３に向
けられ、イオンの衝突によりターゲット物資がはじきと
ばされる。はじきとばされた原子１２６がターゲット物
質から放出され、堆積基板１３１（被加工物）に向けら
れ、ターゲット物質の層が基板上に形成される。
【０００６】厚さモニタ１３７が基板１３１に隣接して
設けられ、堆積の間に成長する薄膜の厚さをリアルタイ
ムに、その場で（in-situ）監視する。基板あるいは他
の被加工物１３１は可動台座あるいは支持部材１４１に
設置されており、この支持部材１４１は、被加工物１３
１を取り替えるためにゲート・バルブ１３８を通ってロ
ーディング・ポート１３９に引き込まれる。特定の構造
で堆積するために必要な場合は、被加工物１３１に磁場
が加えられる。台座１４１は、ロータリ／リニアモータ
を用いて回転することが可能であり、堆積の間に堆積基
板１３１を回転させることができる。イオン・ビーム・
スパッタ堆積システム１００の動作中、真空室１２０は
ポート１３５を介して真空ポンプ１６０により適切な低
圧力に維持されている。このポート１３５はゲート・バ
ルブ１６２により閉じることができる。
設けられ、堆積の間に成長する薄膜の厚さをリアルタイ
ムに、その場で（in-situ）監視する。基板あるいは他
の被加工物１３１は可動台座あるいは支持部材１４１に
設置されており、この支持部材１４１は、被加工物１３
１を取り替えるためにゲート・バルブ１３８を通ってロ
ーディング・ポート１３９に引き込まれる。特定の構造
で堆積するために必要な場合は、被加工物１３１に磁場
が加えられる。台座１４１は、ロータリ／リニアモータ
を用いて回転することが可能であり、堆積の間に堆積基
板１３１を回転させることができる。イオン・ビーム・
スパッタ堆積システム１００の動作中、真空室１２０は
ポート１３５を介して真空ポンプ１６０により適切な低
圧力に維持されている。このポート１３５はゲート・バ
ルブ１６２により閉じることができる。
【０００７】イオン・ビーム・スパッタリングを利用し
て、基板上に薄膜堆積を形成する装置や方法は、例え
ば、ＵＳＰ−４９２３５８５やＵＳＰ−５９４２６０５
に開示されている。その内容をここで参照して説明す
る。ＵＳＰ−４９２３５８５には、コンピュータにより
制御されたクオーツ水晶モニタ付きのシングル・イオン
・ビームが開示されており、このイオン・ビームによ
り、要求される薄膜や層構造の構成要素の複数ターゲッ
トから、任意組成の堆積薄膜や任意厚さの層構造を製造
することができる。ＵＳＰ−５９４２６０５には、イオ
ン・ビーム・ガスの原子質量をターゲット物質の原子質
量に適合させ、バルクの特性値に非常に近い密度と物理
特性を有する薄膜を形成する技術が開示されている。イ
オン・ビーム・ガスの質量とイオン・ビームのエネルギ
ーの両方をターゲット物質の関数として制御することに
より、選択された特性が最適化された単一層構造あるい
は多層構造を作り、その結果得られる構造において、各
層に特定の機能を与えることができる。
て、基板上に薄膜堆積を形成する装置や方法は、例え
ば、ＵＳＰ−４９２３５８５やＵＳＰ−５９４２６０５
に開示されている。その内容をここで参照して説明す
る。ＵＳＰ−４９２３５８５には、コンピュータにより
制御されたクオーツ水晶モニタ付きのシングル・イオン
・ビームが開示されており、このイオン・ビームによ
り、要求される薄膜や層構造の構成要素の複数ターゲッ
トから、任意組成の堆積薄膜や任意厚さの層構造を製造
することができる。ＵＳＰ−５９４２６０５には、イオ
ン・ビーム・ガスの原子質量をターゲット物質の原子質
量に適合させ、バルクの特性値に非常に近い密度と物理
特性を有する薄膜を形成する技術が開示されている。イ
オン・ビーム・ガスの質量とイオン・ビームのエネルギ
ーの両方をターゲット物質の関数として制御することに
より、選択された特性が最適化された単一層構造あるい
は多層構造を作り、その結果得られる構造において、各
層に特定の機能を与えることができる。
【０００８】イオン・ビーム・スパッタ堆積システム
は、磁気記録装置において使用する異方性磁気抵抗（Ａ
ＭＲ）センサや巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを堆積す
るために、従来技術において利用されている。ＧＭＲセ
ンサにおいて、磁気抵抗（ＭＲ）センシング層の抵抗
は、非磁性層によって分離された磁性層の間の伝導電子
のスピン依存移動の関数として、そして、磁性層と非磁
性層との界面や磁性層内で、その移動に伴い起こるスピ
ン依存散乱の関数として変化する。ＧＭＲ促進非磁性金
属物質（例、銅）によって分離された２層の強磁性金属
（Ｎｉ−ＦｅあるいはＣｏあるいはＮｉ−Ｆｅ／Ｃｏ）
のみを用いたＧＭＲセンサは、一般にスピン・バルブ
（ＳＶ）・センサとして言及される。
は、磁気記録装置において使用する異方性磁気抵抗（Ａ
ＭＲ）センサや巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを堆積す
るために、従来技術において利用されている。ＧＭＲセ
ンサにおいて、磁気抵抗（ＭＲ）センシング層の抵抗
は、非磁性層によって分離された磁性層の間の伝導電子
のスピン依存移動の関数として、そして、磁性層と非磁
性層との界面や磁性層内で、その移動に伴い起こるスピ
ン依存散乱の関数として変化する。ＧＭＲ促進非磁性金
属物質（例、銅）によって分離された２層の強磁性金属
（Ｎｉ−ＦｅあるいはＣｏあるいはＮｉ−Ｆｅ／Ｃｏ）
のみを用いたＧＭＲセンサは、一般にスピン・バルブ
（ＳＶ）・センサとして言及される。
【０００９】図２は従来技術におけるＳＶセンサ２００
の空気ベアリング表面の図である。ＳＶセンサ２００
は、中央領域２０２によって分離された端部領域２０
４、２０６を有している。自由層（自由強磁性層）２１
０は、非磁性の導電性スペーサ層２１５によって、ピン
留め層（ピン留めされた強磁性層）２２０（非常に薄い
Ｃｏ界面層を有していてもよい）から分離されている。
ピン留め層２２０の磁化は、基板２５０に堆積された反
強磁性（ＡＦＭ）層との交換結合により固定されてい
る。しかし、自由層の磁化は外部磁場により、自由に回
転することができる。自由層２１０、スペーサ層２１
５、ピン留め層２２０、そしてＡＦＭ層２３０は中央領
域２０２に形成されている。硬磁性（hard）バイアス層
２５２、２５４が、それぞれ、端部領域２０４、２０６
上に形成され、ＭＲ自由層２１０のための縦方向バイア
スを与える。リード２６０、２６５が、それぞれ、硬磁
性バイアス層２５２、２５４上に形成され、センシング
電流Ｉｓを、電流原２７０からＭＲセンサ２００へ流す
ための電気的接続部を構成する。信号ディテクタ２８０
がリード２６０と２６５に電気的に接続され、ＳＶセン
サ２００の抵抗が、外部磁場（例、ディスクに記録され
たデータビットにより形成される場）の変化により変化
するのを感知する。
の空気ベアリング表面の図である。ＳＶセンサ２００
は、中央領域２０２によって分離された端部領域２０
４、２０６を有している。自由層（自由強磁性層）２１
０は、非磁性の導電性スペーサ層２１５によって、ピン
留め層（ピン留めされた強磁性層）２２０（非常に薄い
Ｃｏ界面層を有していてもよい）から分離されている。
ピン留め層２２０の磁化は、基板２５０に堆積された反
強磁性（ＡＦＭ）層との交換結合により固定されてい
る。しかし、自由層の磁化は外部磁場により、自由に回
転することができる。自由層２１０、スペーサ層２１
５、ピン留め層２２０、そしてＡＦＭ層２３０は中央領
域２０２に形成されている。硬磁性（hard）バイアス層
２５２、２５４が、それぞれ、端部領域２０４、２０６
上に形成され、ＭＲ自由層２１０のための縦方向バイア
スを与える。リード２６０、２６５が、それぞれ、硬磁
性バイアス層２５２、２５４上に形成され、センシング
電流Ｉｓを、電流原２７０からＭＲセンサ２００へ流す
ための電気的接続部を構成する。信号ディテクタ２８０
がリード２６０と２６５に電気的に接続され、ＳＶセン
サ２００の抵抗が、外部磁場（例、ディスクに記録され
たデータビットにより形成される場）の変化により変化
するのを感知する。
【００１０】ＡＦＭ層２３０がＮｉＯから形成されてい
るＳＶセンサ２００は、ＮｉＯが高耐食特性を有するの
で、特に望ましい。イオン・ビーム・スパッタ堆積シス
テム１００において、そのようなＳＶセンサの堆積を行
う場合、まず、反応性イオン・ビームスパッタリングを
使用してＡｌ２Ｏ３で形成される基板層２５０とＮｉＯ
で形成されるＡＦＭ層２３０を堆積し、その後、不活性
ガス雰囲気中でのイオン・ビーム・スパッタリングによ
り金属層を堆積する。基板層２５０は酸素含有ガス内で
アルミニウム・ターゲットをイオン・ビームでスパッタ
リングし、Ａｌ ２Ｏ３層を形成することにより堆積され
る。ＮｉＯのＡＦＭ層２３０は、、要求される交換特性
が達成される厚さ、典型的には２００−５００Åの厚さ
まで、ニッケル・ターゲットを酸素含有ガス中でスパッ
タリングすることにより、基板層２５０上に堆積され
る。その後、次に続く金属層の堆積の前に、酸素含有ガ
スは真空室から排出され、ターゲットはスパッタ・クリ
ーニングされる。ピン留め層２２０はＮｉ−Ｆｅ、スペ
ーサ層２１５はＣｕ、自由層２１０はＮｉ−Ｆｅ、キャ
ップ層２０５はＴａからそれぞれ形成される。これらの
層は、アルゴンのような、不活性スパッタリング・ガス
中で、ＮｉＯ・ＡＦＭ層２３０の上に順に堆積される。
るＳＶセンサ２００は、ＮｉＯが高耐食特性を有するの
で、特に望ましい。イオン・ビーム・スパッタ堆積シス
テム１００において、そのようなＳＶセンサの堆積を行
う場合、まず、反応性イオン・ビームスパッタリングを
使用してＡｌ２Ｏ３で形成される基板層２５０とＮｉＯ
で形成されるＡＦＭ層２３０を堆積し、その後、不活性
ガス雰囲気中でのイオン・ビーム・スパッタリングによ
り金属層を堆積する。基板層２５０は酸素含有ガス内で
アルミニウム・ターゲットをイオン・ビームでスパッタ
リングし、Ａｌ ２Ｏ３層を形成することにより堆積され
る。ＮｉＯのＡＦＭ層２３０は、、要求される交換特性
が達成される厚さ、典型的には２００−５００Åの厚さ
まで、ニッケル・ターゲットを酸素含有ガス中でスパッ
タリングすることにより、基板層２５０上に堆積され
る。その後、次に続く金属層の堆積の前に、酸素含有ガ
スは真空室から排出され、ターゲットはスパッタ・クリ
ーニングされる。ピン留め層２２０はＮｉ−Ｆｅ、スペ
ーサ層２１５はＣｕ、自由層２１０はＮｉ−Ｆｅ、キャ
ップ層２０５はＴａからそれぞれ形成される。これらの
層は、アルゴンのような、不活性スパッタリング・ガス
中で、ＮｉＯ・ＡＦＭ層２３０の上に順に堆積される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ＮｉＯ・ＡＦＭ層２３
０とピン留め強磁性層２２０との間で、良い交換特性を
得るために、強磁性層は新しく付着した、よごれが少な
いＮｉＯ表面上に堆積する必要がある。それゆえ、Ｎｉ
Ｏ表面のよごれを最小限にするために、ＮｉＯの堆積を
終えてからＮｉＯ上へ次の強磁性層の堆積を行うまでの
時間として定義される保持時間を、最小にする必要があ
る。
０とピン留め強磁性層２２０との間で、良い交換特性を
得るために、強磁性層は新しく付着した、よごれが少な
いＮｉＯ表面上に堆積する必要がある。それゆえ、Ｎｉ
Ｏ表面のよごれを最小限にするために、ＮｉＯの堆積を
終えてからＮｉＯ上へ次の強磁性層の堆積を行うまでの
時間として定義される保持時間を、最小にする必要があ
る。
【００１２】従来技術におけるイオン・ビーム堆積シス
テムにおいては、ＮｉＯ層の堆積とＮｉＯ層上へのピン
留め強磁性層の堆積との間の保持時間を、堆積システム
のスループット能力を下げることなく、２層間の交換特
性を最適化するために十分に短くすることができなかっ
た。ウェハ毎に必要となる長い処理時間のためにおこる
イオン・ビーム・スパッタ堆積システムの低いスループ
ットは、ＮｉＯ・ＳＶセンサの製造コストを引き上げる
ことになる。
テムにおいては、ＮｉＯ層の堆積とＮｉＯ層上へのピン
留め強磁性層の堆積との間の保持時間を、堆積システム
のスループット能力を下げることなく、２層間の交換特
性を最適化するために十分に短くすることができなかっ
た。ウェハ毎に必要となる長い処理時間のためにおこる
イオン・ビーム・スパッタ堆積システムの低いスループ
ットは、ＮｉＯ・ＳＶセンサの製造コストを引き上げる
ことになる。
【００１３】それゆえ、ピン留め強磁性層を堆積する前
のＮｉＯ・ＡＦＭ層表面の保持時間を最小化し、制御す
ることで、ＳＶセンサの能力を改善し、さらに堆積シス
テムのウェハ・スループットを増加させることにより製
造コストを減少させる、イオン・ビーム堆積システムと
堆積方法が必要とされる。
のＮｉＯ・ＡＦＭ層表面の保持時間を最小化し、制御す
ることで、ＳＶセンサの能力を改善し、さらに堆積シス
テムのウェハ・スループットを増加させることにより製
造コストを減少させる、イオン・ビーム堆積システムと
堆積方法が必要とされる。
【００１４】本発明の一つの目的は、２つのイオン・ビ
ーム・スパッタ（ＩＢＳ）堆積室と、この２つのＩＢＳ
堆積室を接続し、真空条件下でウェハを一方のＩＢＳ堆
積室に送り、あるいは２つのＩＢＳ堆積室の間でウェハ
を移動させる手段を与えるウェハ操作室を有する、複室
堆積システムを示すことである。
ーム・スパッタ（ＩＢＳ）堆積室と、この２つのＩＢＳ
堆積室を接続し、真空条件下でウェハを一方のＩＢＳ堆
積室に送り、あるいは２つのＩＢＳ堆積室の間でウェハ
を移動させる手段を与えるウェハ操作室を有する、複室
堆積システムを示すことである。
【００１５】本発明の他の目的は、反応性イオン・ビー
ム・スパッタ堆積と金属層堆積が、分離されたＩＢＳ堆
積室で行われ、スピン・バルブ・センサ層の特性を改善
することが可能な、複室堆積システムを示すことであ
る。
ム・スパッタ堆積と金属層堆積が、分離されたＩＢＳ堆
積室で行われ、スピン・バルブ・センサ層の特性を改善
することが可能な、複室堆積システムを示すことであ
る。
【００１６】本発明の他の目的は、ＮｉＯで形成された
ＡＦＭ層を有するスピン・バルブ・センサ層のイオン・
ビーム・スパッタ堆積の方法であって、第１のＩＢＳ堆
積室でＡＦＭ層を堆積し、第２のＩＢＳ堆積室で金属層
を堆積することにより、ＡＦＭ層とピン留め層の間の交
換結合を増加させることができる、イオン・ビーム・ス
パッタ堆積方法を示すことである。
ＡＦＭ層を有するスピン・バルブ・センサ層のイオン・
ビーム・スパッタ堆積の方法であって、第１のＩＢＳ堆
積室でＡＦＭ層を堆積し、第２のＩＢＳ堆積室で金属層
を堆積することにより、ＡＦＭ層とピン留め層の間の交
換結合を増加させることができる、イオン・ビーム・ス
パッタ堆積方法を示すことである。
【００１７】本発明の他の目的は、ＮｉＯで形成された
ＡＦＭ層を有するスピン・バルブ・センサ層のイオン・
ビーム・スパッタ堆積の方法であって、スループットが
改善されたイオン・ビーム堆積方法を示すことである。
ＡＦＭ層を有するスピン・バルブ・センサ層のイオン・
ビーム・スパッタ堆積の方法であって、スループットが
改善されたイオン・ビーム堆積方法を示すことである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、第１のイオン・ビーム・スパッタ（以下、ＩＢＳ
と言う）堆積室、第２のＩＢＳ堆積室及びウェハ操作室
を含む多重堆積室システムを使用してスピン・バルブ磁
気抵抗センサを製造する方法が開示される。本製造方法
は、前記第１のＩＢＳ堆積室において基板上に反強磁性
（ＡＦＭ）層を反応性スパッタ堆積するステップと、真
空条件下で、前記基板を前記第１のＩＢＳ堆積室から第
２のＩＢＳ堆積室に移動するステップと、前記反応性ス
パッタ堆積ステップの完了直後から制御された保持時間
以内に、前記第２のＩＢＳ堆積室内において前記ＡＦＭ
層の上に第１の強磁性層のスパッタ堆積を開始すること
により、前記ＡＦＭ層及び前記第１の強磁性層の間の交
換結合特性が良好になるように第１の強磁性層を形成す
るステップとから成る。本製造方法で使用される好まし
い形態の多重堆積室システムは、第１及び第２のＩＢＳ
堆積室のそれぞれが、イオン・ビーム・ソース、複数の
ターゲットを有する回転ターゲット支持手段、台座もし
くは基板支持手段、そして真空ポンプを有する。ウェハ
操作室は、真空ポンプを有する第１、第２のアクセス
室、ウェハ位置あわせ手段、基板を移動させるための回
転可能なターンテーブル上に固定された放射状に移動す
る往復移動手段、そして真空ポンプを有する。ウェハ操
作室は、第１及び第２のＩＢＳ堆積室にゲート・バルブ
を介して接続され、このバルブが開くことにより、アク
セス・ポートを介して、往復移動手段は基板をそれぞれ
のＩＢＳ堆積室に出し入れすることができ、このバルブ
が閉じることにより、ウェハ操作室と第１及び第２のＩ
ＢＳ堆積室の間の真空シールがなされる。
めに、第１のイオン・ビーム・スパッタ（以下、ＩＢＳ
と言う）堆積室、第２のＩＢＳ堆積室及びウェハ操作室
を含む多重堆積室システムを使用してスピン・バルブ磁
気抵抗センサを製造する方法が開示される。本製造方法
は、前記第１のＩＢＳ堆積室において基板上に反強磁性
（ＡＦＭ）層を反応性スパッタ堆積するステップと、真
空条件下で、前記基板を前記第１のＩＢＳ堆積室から第
２のＩＢＳ堆積室に移動するステップと、前記反応性ス
パッタ堆積ステップの完了直後から制御された保持時間
以内に、前記第２のＩＢＳ堆積室内において前記ＡＦＭ
層の上に第１の強磁性層のスパッタ堆積を開始すること
により、前記ＡＦＭ層及び前記第１の強磁性層の間の交
換結合特性が良好になるように第１の強磁性層を形成す
るステップとから成る。本製造方法で使用される好まし
い形態の多重堆積室システムは、第１及び第２のＩＢＳ
堆積室のそれぞれが、イオン・ビーム・ソース、複数の
ターゲットを有する回転ターゲット支持手段、台座もし
くは基板支持手段、そして真空ポンプを有する。ウェハ
操作室は、真空ポンプを有する第１、第２のアクセス
室、ウェハ位置あわせ手段、基板を移動させるための回
転可能なターンテーブル上に固定された放射状に移動す
る往復移動手段、そして真空ポンプを有する。ウェハ操
作室は、第１及び第２のＩＢＳ堆積室にゲート・バルブ
を介して接続され、このバルブが開くことにより、アク
セス・ポートを介して、往復移動手段は基板をそれぞれ
のＩＢＳ堆積室に出し入れすることができ、このバルブ
が閉じることにより、ウェハ操作室と第１及び第２のＩ
ＢＳ堆積室の間の真空シールがなされる。
【００１９】本発明の好ましい実施形態において、複室
堆積システムは、ＮｉＯから形成されるＡＦＭ層を有す
るスピン・バルブ・センサ層をウェハ上に堆積するため
に構成される。第１のＩＢＳ堆積室は酸素含有ガス中で
の、Ａｌ２Ｏ３基板層とＮｉＯ・ＡＦＭ層の反応性スパ
ッタ堆積のために使用される。第２のＩＢＳ堆積室は、
次の不活性ガス雰囲気中での金属層スパッタ堆積プロセ
スに使用される。反応性スパッタ堆積プロセスと金属層
堆積プロセスを分離することにより、一つの室を使用す
る場合に比べ、ポンプダウン時間を減少させ、ターゲッ
トの酸素よごれを減少させ、ＮｉＯ層表面のよごれを減
少させ、そしてサイクルタイムを減少させてシステムの
スループットを改善する。
堆積システムは、ＮｉＯから形成されるＡＦＭ層を有す
るスピン・バルブ・センサ層をウェハ上に堆積するため
に構成される。第１のＩＢＳ堆積室は酸素含有ガス中で
の、Ａｌ２Ｏ３基板層とＮｉＯ・ＡＦＭ層の反応性スパ
ッタ堆積のために使用される。第２のＩＢＳ堆積室は、
次の不活性ガス雰囲気中での金属層スパッタ堆積プロセ
スに使用される。反応性スパッタ堆積プロセスと金属層
堆積プロセスを分離することにより、一つの室を使用す
る場合に比べ、ポンプダウン時間を減少させ、ターゲッ
トの酸素よごれを減少させ、ＮｉＯ層表面のよごれを減
少させ、そしてサイクルタイムを減少させてシステムの
スループットを改善する。
【００２０】連続的な流れで行われる堆積方法は、次の
ようなものである。第１のウェハが挿入され、第１のＩ
ＢＳ堆積室のために位置あわせされる。第１のウェハは
第１のＩＢＳ堆積室に移動され、そこで、反応性スパッ
タ堆積プロセスが行われる。第１のウェハはその後、第
１のＩＢＳ堆積室からウェハ位置あわせ手段に移動さ
れ、第２のＩＢＳ堆積室のために位置あわせされた後、
金属層堆積プロセスのために第２のＩＢＳ堆積室に移動
される。そのとき、第２のウェハが挿入され、位置あわ
せされた後に第１の堆積室に移動され、そこで反応性ス
パッタ堆積が行われる。この反応性スパッタ堆積は、第
１のウェハが第２のＩＢＳ堆積室で金属層を堆積するの
と同時に行われる。第１のウェハの金属層堆積が終わっ
た後、第１のウェハは第２のＩＢＳ堆積室の外へ移動さ
れ、アクセス室のウェハ・スタック（台）に置かれる。
第２のウェハは、第１のＩＢＳ堆積室から位置あわせ手
段に移動され、その後、第２のＩＢＳ堆積室に移動され
る。それから、第３のウェハがシステムに挿入され、処
理フローが連続して続けらる。ウェハの各移動ステップ
の間、第１及び第２のＩＢＳ堆積室は、適切にゲート・
バルブを閉じることにより相互に分離され、相互よごれ
を最小限に抑えている。システムの各部における真空ポ
ンプは、処理の間に必要とされる低圧力条件を達せいす
るために使用される。
ようなものである。第１のウェハが挿入され、第１のＩ
ＢＳ堆積室のために位置あわせされる。第１のウェハは
第１のＩＢＳ堆積室に移動され、そこで、反応性スパッ
タ堆積プロセスが行われる。第１のウェハはその後、第
１のＩＢＳ堆積室からウェハ位置あわせ手段に移動さ
れ、第２のＩＢＳ堆積室のために位置あわせされた後、
金属層堆積プロセスのために第２のＩＢＳ堆積室に移動
される。そのとき、第２のウェハが挿入され、位置あわ
せされた後に第１の堆積室に移動され、そこで反応性ス
パッタ堆積が行われる。この反応性スパッタ堆積は、第
１のウェハが第２のＩＢＳ堆積室で金属層を堆積するの
と同時に行われる。第１のウェハの金属層堆積が終わっ
た後、第１のウェハは第２のＩＢＳ堆積室の外へ移動さ
れ、アクセス室のウェハ・スタック（台）に置かれる。
第２のウェハは、第１のＩＢＳ堆積室から位置あわせ手
段に移動され、その後、第２のＩＢＳ堆積室に移動され
る。それから、第３のウェハがシステムに挿入され、処
理フローが連続して続けらる。ウェハの各移動ステップ
の間、第１及び第２のＩＢＳ堆積室は、適切にゲート・
バルブを閉じることにより相互に分離され、相互よごれ
を最小限に抑えている。システムの各部における真空ポ
ンプは、処理の間に必要とされる低圧力条件を達せいす
るために使用される。
【００２１】イオン・ビーム・スパッタリング・システ
ムの処理過程は、ソフトウェアによってプログラミング
されたコンピュータ・システムを用いてリモート・コン
トロールで制御される。ソフトウェアはゲートバルブの
開閉や、真空ポンプの動作、ウェハ操作手段の動作、そ
してイオン・ビーム・スパッタ堆積プロセスを制御し、
要求される動作条件下での有効な処理フローを維持す
る。ＮｉＯ層の反応性スパッタ堆積完了を制御し、第２
のＩＢＳ堆積室を次の金属堆積プロセスのために使用す
ることができるので、ＮｉＯ表面がよごれされうる時間
を最小化することが可能となり、ＳＶセンサにおけるＮ
ｉＯ・ＡＦＭ層の交換結合特性が改善される。
ムの処理過程は、ソフトウェアによってプログラミング
されたコンピュータ・システムを用いてリモート・コン
トロールで制御される。ソフトウェアはゲートバルブの
開閉や、真空ポンプの動作、ウェハ操作手段の動作、そ
してイオン・ビーム・スパッタ堆積プロセスを制御し、
要求される動作条件下での有効な処理フローを維持す
る。ＮｉＯ層の反応性スパッタ堆積完了を制御し、第２
のＩＢＳ堆積室を次の金属堆積プロセスのために使用す
ることができるので、ＮｉＯ表面がよごれされうる時間
を最小化することが可能となり、ＳＶセンサにおけるＮ
ｉＯ・ＡＦＭ層の交換結合特性が改善される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下の説明は、現段階での本発明
の最良の実施形態を示したものである。この説明は、本
発明の一般的原則を示すものであり、本発明の発明思想
を限定することを意図したものではない。
の最良の実施形態を示したものである。この説明は、本
発明の一般的原則を示すものであり、本発明の発明思想
を限定することを意図したものではない。
【００２３】図３は本実施形態における複室堆積システ
ム３００を上方から見た図である。複室堆積システム３
００は、第１のＩＢＳ堆積室３０２、第２のＩＢＳ堆積
室３０４、第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０２、３０４
の間に配置され、この２つのＩＢＳ堆積室のそれぞれに
ゲート・バルブ３０８、３０８’を介して接続されたウ
ェハ操作室３０６、を有する。図３において、第２のＩ
ＢＳ堆積室３０４の構成部であって、第１のＩＢＳ堆積
室３０２の構成部と同一もしくは類似部は、同じ数字に
ダシュを付して表示している。第１のＩＢＳ堆積室３０
２と第２のＩＢＳ堆積室３０４は、本質的に同一のイオ
ン・ビーム・スパッタ堆積モジュールであり、それぞれ
がイオン・ビーム・ソース３２８、複数のターゲット３
３０を支持する回転ターゲット支持手段３３３、そして
可動基板台３３６上に設置された基板３３２を含んでい
る。基板台３３６は台支持アーム３３８に固定され、こ
のアームはＩＢＳ堆積室３０２に設けられた台角度駆動
手段３４０に接続されている。台角度駆動手段３４０は
ほぼ９０°回転することができ、基板台３３６の向きを
変化させて、基板３３２を回転ターゲット支持手段３３
３に面する位置からゲート・バルブ３０８を介して出入
りできるように上（図３の紙面）を向く位置まで変化さ
せることができる。基板台３３６は、ロータリー／リニ
ア・モータを使用して堆積の間も回転可能であり、堆積
基板３３２を回転させて堆積薄膜の均一性をよくするこ
とができる。ＩＢＳ堆積室３０２は、ゲート・バルブ３
４８に取り付けられたポート３４６を介して、低温真空
ポンプ３５０とターボ分子ポンプ３４４により吸気さ
れ、適切な低圧に維持されている。
ム３００を上方から見た図である。複室堆積システム３
００は、第１のＩＢＳ堆積室３０２、第２のＩＢＳ堆積
室３０４、第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０２、３０４
の間に配置され、この２つのＩＢＳ堆積室のそれぞれに
ゲート・バルブ３０８、３０８’を介して接続されたウ
ェハ操作室３０６、を有する。図３において、第２のＩ
ＢＳ堆積室３０４の構成部であって、第１のＩＢＳ堆積
室３０２の構成部と同一もしくは類似部は、同じ数字に
ダシュを付して表示している。第１のＩＢＳ堆積室３０
２と第２のＩＢＳ堆積室３０４は、本質的に同一のイオ
ン・ビーム・スパッタ堆積モジュールであり、それぞれ
がイオン・ビーム・ソース３２８、複数のターゲット３
３０を支持する回転ターゲット支持手段３３３、そして
可動基板台３３６上に設置された基板３３２を含んでい
る。基板台３３６は台支持アーム３３８に固定され、こ
のアームはＩＢＳ堆積室３０２に設けられた台角度駆動
手段３４０に接続されている。台角度駆動手段３４０は
ほぼ９０°回転することができ、基板台３３６の向きを
変化させて、基板３３２を回転ターゲット支持手段３３
３に面する位置からゲート・バルブ３０８を介して出入
りできるように上（図３の紙面）を向く位置まで変化さ
せることができる。基板台３３６は、ロータリー／リニ
ア・モータを使用して堆積の間も回転可能であり、堆積
基板３３２を回転させて堆積薄膜の均一性をよくするこ
とができる。ＩＢＳ堆積室３０２は、ゲート・バルブ３
４８に取り付けられたポート３４６を介して、低温真空
ポンプ３５０とターボ分子ポンプ３４４により吸気さ
れ、適切な低圧に維持されている。
【００２４】ＩＢＳ堆積室３０２は、イオン・ビーム・
エッチング銃３５２を有し、基板３３２の表面に向けて
イオンのビームを発射して、基板に薄膜を堆積する前に
汚れを取り除く。厚さモニタ３４２が基板３３２に隣接
して設けられ、リアルタイムに、その場で（in-sit
u）、堆積の間に成長する薄膜の厚さを監視している。
流束制御装置３３５が堆積基板３３２の前に固定され、
ターゲット３３０からはじきとばされた原子の流束を部
分的にブロックし、堆積基板３３２の回転とともに使用
されて、堆積層の厚さの均一性をよくしている。必要な
場合は、基板３３２に磁場をかけて特定の構造を堆積す
ることができる。ターゲット３３０をカバーするターゲ
ット・シャッタ（不図示）と、基板３３２をカバーする
基板台シャッタ３３７が設けられ、スパッタ・クリーニ
ング・プロセスの間に表面が汚れるのを防ぐ。
エッチング銃３５２を有し、基板３３２の表面に向けて
イオンのビームを発射して、基板に薄膜を堆積する前に
汚れを取り除く。厚さモニタ３４２が基板３３２に隣接
して設けられ、リアルタイムに、その場で（in-sit
u）、堆積の間に成長する薄膜の厚さを監視している。
流束制御装置３３５が堆積基板３３２の前に固定され、
ターゲット３３０からはじきとばされた原子の流束を部
分的にブロックし、堆積基板３３２の回転とともに使用
されて、堆積層の厚さの均一性をよくしている。必要な
場合は、基板３３２に磁場をかけて特定の構造を堆積す
ることができる。ターゲット３３０をカバーするターゲ
ット・シャッタ（不図示）と、基板３３２をカバーする
基板台シャッタ３３７が設けられ、スパッタ・クリーニ
ング・プロセスの間に表面が汚れるのを防ぐ。
【００２５】ウェハ操作室３３６には、基板３３２を複
室堆積システム３００に出入りさせる手段と、基板３３
２を第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０２、３０４に出入
りさせ、あるいは、第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０
２、３０４の間で基板３３２を移動させる手段が設けら
れている。さらに、真空室３０７、基板スタック３６０
を受け入れるための第１のアクセス室３１２と第２のア
クセス室３１２’を有する。基板（ウェハ）スタック３
６０は複数の基板を保持するためのものであり、好まし
い実施形態においては１２個のウェハを保持する。基板
スタック３６０が第１のアクセス室３１２に置かれた
後、ゲート・バルブ３２０を閉じて真空室３０７から分
離し、真空ポンプ３２２がアクセス室の圧力を下げる。
真空室３０７はポートとゲート・バルブ３２４を介し
て、分子真空ポンプ３２６により適切な低圧に維持され
る。第１のウェハ位置あわせ手段３１６が第１のアクセ
ス室３１２に隣接して設置され、基板３３２を回転させ
て、ウェハの周囲上に設けられた基準ノッチを、第１の
ＩＢＳ堆積室３０２内での薄膜堆積のために予め定めら
れた位置に、あるいは、第２のＩＢＳ堆積室３０４内で
の薄膜堆積のために予め定められた他の位置に位置あわ
せする。第２のアクセス室３１２’に隣接して設置され
た第２のウェハ位置あわせ手段３１６’を、第２のアク
セス室３１２’に挿入される基板の位置あわせを行うた
めに使用することができる。あるいは第２のウェハ位置
あわせ手段３１６’を用いるのではなく、ウェハ操作室
３０６の移動手段を用いて基板を第１のウェハ位置あわ
せ手段３１６に移動することにより、両方のアクセス室
に挿入された基板のために、単一のウェハ位置あわせ手
段を用いることもできる。
室堆積システム３００に出入りさせる手段と、基板３３
２を第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０２、３０４に出入
りさせ、あるいは、第１及び第２のＩＢＳ堆積室３０
２、３０４の間で基板３３２を移動させる手段が設けら
れている。さらに、真空室３０７、基板スタック３６０
を受け入れるための第１のアクセス室３１２と第２のア
クセス室３１２’を有する。基板（ウェハ）スタック３
６０は複数の基板を保持するためのものであり、好まし
い実施形態においては１２個のウェハを保持する。基板
スタック３６０が第１のアクセス室３１２に置かれた
後、ゲート・バルブ３２０を閉じて真空室３０７から分
離し、真空ポンプ３２２がアクセス室の圧力を下げる。
真空室３０７はポートとゲート・バルブ３２４を介し
て、分子真空ポンプ３２６により適切な低圧に維持され
る。第１のウェハ位置あわせ手段３１６が第１のアクセ
ス室３１２に隣接して設置され、基板３３２を回転させ
て、ウェハの周囲上に設けられた基準ノッチを、第１の
ＩＢＳ堆積室３０２内での薄膜堆積のために予め定めら
れた位置に、あるいは、第２のＩＢＳ堆積室３０４内で
の薄膜堆積のために予め定められた他の位置に位置あわ
せする。第２のアクセス室３１２’に隣接して設置され
た第２のウェハ位置あわせ手段３１６’を、第２のアク
セス室３１２’に挿入される基板の位置あわせを行うた
めに使用することができる。あるいは第２のウェハ位置
あわせ手段３１６’を用いるのではなく、ウェハ操作室
３０６の移動手段を用いて基板を第１のウェハ位置あわ
せ手段３１６に移動することにより、両方のアクセス室
に挿入された基板のために、単一のウェハ位置あわせ手
段を用いることもできる。
【００２６】図４は複室堆積システム３００の中央部４
００の図であり、ウェハ操作室３０６の詳細を示したも
のである。ウェハ操作室３０６には、真空室３０７の中
央に固定されたターンテーブル４０２が設けられてい
る。このターンテーブル４０２は、機械的往復移動手段
４０６を支持している。さらに、この機械的往復移動手
段４０６はその端部に固定された基板保持手段４０７を
有している。ターンテーブル４０２はロータリモータを
使用して、矢印４０４で示したように、時計方向にも反
時計方向にも回転可能である。往復移動手段４０６は、
ロータリ／リニア・モータ・ドライブにより伸縮が可能
であり、矢印４０８に示したように、ターンテーブル４
０２の中心に対して放射状に（半径方向に）、基板保持
手段４０７を移動させることができる。
００の図であり、ウェハ操作室３０６の詳細を示したも
のである。ウェハ操作室３０６には、真空室３０７の中
央に固定されたターンテーブル４０２が設けられてい
る。このターンテーブル４０２は、機械的往復移動手段
４０６を支持している。さらに、この機械的往復移動手
段４０６はその端部に固定された基板保持手段４０７を
有している。ターンテーブル４０２はロータリモータを
使用して、矢印４０４で示したように、時計方向にも反
時計方向にも回転可能である。往復移動手段４０６は、
ロータリ／リニア・モータ・ドライブにより伸縮が可能
であり、矢印４０８に示したように、ターンテーブル４
０２の中心に対して放射状に（半径方向に）、基板保持
手段４０７を移動させることができる。
【００２７】複室堆積システム３００内での基板（ウェ
ハ）の移動は、往復移動手段４０６のよる放射状の直線
的移動とターンテーブル４０２による角度方向の回転と
の一連の動作によりなされる。例えば、基板保持手段４
０７上のＡ位置にある基板を、ウェハ位置あわせ手段３
１６から基板台３３６まで移動させるには、移動手段４
０６が収縮して基板をＢ位置に置き、そして、ターンテ
ーブル４０２が時計方向に回転して基板をＣ位置に置
き、その後、移動手段４０６が伸張して、開いているゲ
ート・バルブ３０８を通って、基板を基板台３３６上の
Ｄ位置に置く。同様に、基板はＥ位置を介して、開いて
いるゲート・バルブ３０８’を通って、第２のＩＢＳ堆
積室３０４内のにある、基板台３３６’上のＦ位置に移
動することができる。
ハ）の移動は、往復移動手段４０６のよる放射状の直線
的移動とターンテーブル４０２による角度方向の回転と
の一連の動作によりなされる。例えば、基板保持手段４
０７上のＡ位置にある基板を、ウェハ位置あわせ手段３
１６から基板台３３６まで移動させるには、移動手段４
０６が収縮して基板をＢ位置に置き、そして、ターンテ
ーブル４０２が時計方向に回転して基板をＣ位置に置
き、その後、移動手段４０６が伸張して、開いているゲ
ート・バルブ３０８を通って、基板を基板台３３６上の
Ｄ位置に置く。同様に、基板はＥ位置を介して、開いて
いるゲート・バルブ３０８’を通って、第２のＩＢＳ堆
積室３０４内のにある、基板台３３６’上のＦ位置に移
動することができる。
【００２８】複室堆積システム３００の動作の間、第１
のウェハ・スタック３６０を第１のアクセス室３１２に
最初に載せて、第２のウェハ・スタック３６０’を第２
のアクセス室３１２’に載せることにより、連続的な処
理の流れが維持される。第１のアクセス室３１２内の全
ての基板が処理された後に、第２のアクセス室３１２’
内の基板が処理され、その間に第１のアクセス室３１２
内のウェハ・スタック３６０が新しいのウェハ・スタッ
クに交換される。
のウェハ・スタック３６０を第１のアクセス室３１２に
最初に載せて、第２のウェハ・スタック３６０’を第２
のアクセス室３１２’に載せることにより、連続的な処
理の流れが維持される。第１のアクセス室３１２内の全
ての基板が処理された後に、第２のアクセス室３１２’
内の基板が処理され、その間に第１のアクセス室３１２
内のウェハ・スタック３６０が新しいのウェハ・スタッ
クに交換される。
【００２９】本実施形態における複室堆積システムを使
用して、ＮｉＯ・ＡＦＭ層を含むスピン・バルブ・セン
サ構造体を堆積することにより、交換結合とＧＭＲ係数
が改善されたＳＶセンサを、量産可能な方法により製造
することが可能となる。ＳＶセンサにおいてＡＦＭ層と
してＮｉＯを使用することが望ましい。ＮｉＯは耐食性
がよく、比較的高いブロッキング温度（ブロッキング温
度とは所定の物質のピン留め磁場がゼロに達する温度で
ある）を有するからである。しかし、従来技術である単
一室イオン・ビーム堆積システムを用いて、ＮｉＯ・Ｓ
Ｖセンサを製造すると、非常に低いスループットしか得
ることができなかった。これは、反応性スパッタ堆積で
用いられる酸素含有ガスを排出し、さらに、酸素で汚れ
たターゲットを次の金属層堆積のためにスパッタ・クリ
ーニングするのに多くの時間を要するからである。スル
ープットは、一括のウェハ上に反応性スパッタ堆積を行
う一連処理により改善することができるが、これらの一
括処理の結果、ＮｉＯ表面がさらされた状態で保持する
時間が長くなり、又保持時間の長さもまちまちになって
しまう。
用して、ＮｉＯ・ＡＦＭ層を含むスピン・バルブ・セン
サ構造体を堆積することにより、交換結合とＧＭＲ係数
が改善されたＳＶセンサを、量産可能な方法により製造
することが可能となる。ＳＶセンサにおいてＡＦＭ層と
してＮｉＯを使用することが望ましい。ＮｉＯは耐食性
がよく、比較的高いブロッキング温度（ブロッキング温
度とは所定の物質のピン留め磁場がゼロに達する温度で
ある）を有するからである。しかし、従来技術である単
一室イオン・ビーム堆積システムを用いて、ＮｉＯ・Ｓ
Ｖセンサを製造すると、非常に低いスループットしか得
ることができなかった。これは、反応性スパッタ堆積で
用いられる酸素含有ガスを排出し、さらに、酸素で汚れ
たターゲットを次の金属層堆積のためにスパッタ・クリ
ーニングするのに多くの時間を要するからである。スル
ープットは、一括のウェハ上に反応性スパッタ堆積を行
う一連処理により改善することができるが、これらの一
括処理の結果、ＮｉＯ表面がさらされた状態で保持する
時間が長くなり、又保持時間の長さもまちまちになって
しまう。
【００３０】 表１ 真空中におけるＮｉＯ保持時間のＳＶセンサ特性に対する効果 保持時間 Ｈｅ（Ｏｅ） ｄＲ／Ｒ（％） Ｈｅｘ（Ｏｅ） Ｈｐ（Ｏｅ） ５−１０ １５ ５．７７ ２５０ ４５０ ７５ １９ ５．４１ １５０ ２００ １５０ ３５ ４．３ ７５ １００ Ｈｅ ＝ 強磁性結合磁場 ｄＲ／Ｒ ＝ 磁気抵抗係数 Ｈｅｘ ＝ 交換磁場 Ｈｐ ＝ ピン留め磁場
【００３１】表１は、真空条件下でのＮｉＯ・ＡＦＭ層
の堆積とＮｉＯ面上のＮｉ−Ｆｅピン留め層の堆積の間
に経過する保持時間の効果について、その実験結果を示
したものである。これらの結果から、交換結合特性の良
いＳＶセンサをコンスタントに製造するには、まずなに
よりも、一連の処理においてピン留め層の堆積の前の保
持時間を常に最小限にすることが必要であることがわか
る。従来技術である単一室イオン・ビーム堆積システム
を使用すれば、一つのウェハについて処理を行うとき、
保持時間は典型的に５−１０分の範囲である。この保持
時間の結果、交換特性は比較的満足したものが得られる
が、システムのスループットは非常に低いものになる
（およそ１日に６ウェハ）。スループットを上げるため
に一連処理を利用すると、保持時間が２０分を越え、ウ
ェハごとの保持時間も全くまちまちなものになってしま
う。
の堆積とＮｉＯ面上のＮｉ−Ｆｅピン留め層の堆積の間
に経過する保持時間の効果について、その実験結果を示
したものである。これらの結果から、交換結合特性の良
いＳＶセンサをコンスタントに製造するには、まずなに
よりも、一連の処理においてピン留め層の堆積の前の保
持時間を常に最小限にすることが必要であることがわか
る。従来技術である単一室イオン・ビーム堆積システム
を使用すれば、一つのウェハについて処理を行うとき、
保持時間は典型的に５−１０分の範囲である。この保持
時間の結果、交換特性は比較的満足したものが得られる
が、システムのスループットは非常に低いものになる
（およそ１日に６ウェハ）。スループットを上げるため
に一連処理を利用すると、保持時間が２０分を越え、ウ
ェハごとの保持時間も全くまちまちなものになってしま
う。
【００３２】本実施形態における複室堆積システムを用
いてＮｉＯ・ＳＶセンサ層を堆積することにより、シス
テムのスループットを大きく向上させ、同時に、ＳＶセ
ンサの特性を維持、改善することが可能となる。これ
は、システムの一つのＩＢＳ堆積室を反応性ガススパッ
タ堆積に用い、第２のＩＢＳ堆積室を金属層不活性ガス
スパッタ堆積に用いることにより達成される。このとき
は、全てのウェハのＮｉＯ層について、一定な最小限の
保持時間を維持するように処理の流れが制御される。
いてＮｉＯ・ＳＶセンサ層を堆積することにより、シス
テムのスループットを大きく向上させ、同時に、ＳＶセ
ンサの特性を維持、改善することが可能となる。これ
は、システムの一つのＩＢＳ堆積室を反応性ガススパッ
タ堆積に用い、第２のＩＢＳ堆積室を金属層不活性ガス
スパッタ堆積に用いることにより達成される。このとき
は、全てのウェハのＮｉＯ層について、一定な最小限の
保持時間を維持するように処理の流れが制御される。
【００３３】図５は、ＮｉＯで作られたＡＦＭ層を有す
るＳＶセンサ５００を示したものである。このＳＶセン
サ５００は本実施形態の複室堆積システム３００を使用
して多層薄膜構造を堆積することにより製造された。Ｓ
Ｖセンサ５００は、Ａｌ２Ｏ ３で形成された基板層５５
０、ＮｉＯで形成されたＡＦＭ層５３０、Ｎｉ−Ｆｅで
形成された第２の強磁性層（ＦＭ２）５２４とＣｏで形
成された第１の強磁性層（ＦＭ１）５２２とで構成され
たピン留め層５２０、Ｃｕで形成されたスペーサ層５１
５、Ｎｉ−Ｆｅで形成された自由層５１０、そしてＴａ
で形成されたキャップ層５０５を有する。ウェハ（基
板）５６０は、複室堆積システム３００の第１のＩＢＳ
堆積室３０２に移動され、反応性の酸素含有ガス中でＡ
ｌターゲットをスパッタリングしてＡｌ２Ｏ３層を形成
することにより、基板層５５０がウェハ５６０上に堆積
される。反応性の酸素含有ガス中でＮｉターゲットをス
パッタリングしてＮｉＯ層を形成することにより、ＡＦ
Ｍ層５３０が基板層５５０の上に堆積される。ウェハ５
６０はその後、複室堆積システム３００の第２のＩＢＳ
堆積室３０４に移動され、不活性ガスを用いて様々な金
属ターゲットをスパッタリングして、ＳＶセンサ構造の
残りの層を堆積する。ＦＭ２層５２４、ＦＭ１層５２
２、スペーサ層５１５、自由層５１０、そしてキャップ
層５０５は、第２のＩＢＳ堆積室内で、順にＡＦＭ層５
３０上に堆積される。
るＳＶセンサ５００を示したものである。このＳＶセン
サ５００は本実施形態の複室堆積システム３００を使用
して多層薄膜構造を堆積することにより製造された。Ｓ
Ｖセンサ５００は、Ａｌ２Ｏ ３で形成された基板層５５
０、ＮｉＯで形成されたＡＦＭ層５３０、Ｎｉ−Ｆｅで
形成された第２の強磁性層（ＦＭ２）５２４とＣｏで形
成された第１の強磁性層（ＦＭ１）５２２とで構成され
たピン留め層５２０、Ｃｕで形成されたスペーサ層５１
５、Ｎｉ−Ｆｅで形成された自由層５１０、そしてＴａ
で形成されたキャップ層５０５を有する。ウェハ（基
板）５６０は、複室堆積システム３００の第１のＩＢＳ
堆積室３０２に移動され、反応性の酸素含有ガス中でＡ
ｌターゲットをスパッタリングしてＡｌ２Ｏ３層を形成
することにより、基板層５５０がウェハ５６０上に堆積
される。反応性の酸素含有ガス中でＮｉターゲットをス
パッタリングしてＮｉＯ層を形成することにより、ＡＦ
Ｍ層５３０が基板層５５０の上に堆積される。ウェハ５
６０はその後、複室堆積システム３００の第２のＩＢＳ
堆積室３０４に移動され、不活性ガスを用いて様々な金
属ターゲットをスパッタリングして、ＳＶセンサ構造の
残りの層を堆積する。ＦＭ２層５２４、ＦＭ１層５２
２、スペーサ層５１５、自由層５１０、そしてキャップ
層５０５は、第２のＩＢＳ堆積室内で、順にＡＦＭ層５
３０上に堆積される。
【００３４】上記のように、連続的な流れの処理を行
い、反応性ガス・スパッタ堆積と不可性ガス金属層堆積
を分離されたＩＢＳ堆積室に分離して行う結果、一貫し
て特性の良いＳＶセンサを、大きなスループットを達成
しながら製造することが可能となる。保持時間は５−１
０分から２−５分に縮められ、スループットは、１日６
ウェハから１日４０−６０ウェハに増加する。
い、反応性ガス・スパッタ堆積と不可性ガス金属層堆積
を分離されたＩＢＳ堆積室に分離して行う結果、一貫し
て特性の良いＳＶセンサを、大きなスループットを達成
しながら製造することが可能となる。保持時間は５−１
０分から２−５分に縮められ、スループットは、１日６
ウェハから１日４０−６０ウェハに増加する。
【００３５】尚、上記実施形態は、本発明の技術的思想
から外れない範囲で変更を行うことが可能であることは
言うまでもない。又、本明細書で開示された発明が、本
実施形態に限定されるものでないことは言うまでもな
い。
から外れない範囲で変更を行うことが可能であることは
言うまでもない。又、本明細書で開示された発明が、本
実施形態に限定されるものでないことは言うまでもな
い。
【００３６】まとめとして、以下に本願に含まれる発明
を記載する。 （ａ）イオン・ビーム・スパッタ（ＩＢＳ）により堆積
を行う堆積システムであって、第１のＩＢＳ堆積室と、
第２のＩＢＳ堆積室と、前記堆積システム内で基板を移
動させるためのウェハ操作室とを有し、前記ウェハ操作
室は前記第１のＩＢＳ堆積室と前記第２のＩＢＳ堆積室
との間に配置され、前記第１のＩＢＳ堆積室と前記第２
のＩＢＳ堆積室に真空シール可能に接続されている、複
室堆積システム。 （ｂ）前記ウェハ操作室はさらに、真空室と、前記真空
室の内部に回転可能に設置されたターンテーブルと、前
記ターンテーブルに設置された往復移動手段と、前記往
復移動手段の端部に設置され、前記ターンテーブルの中
心に対して放射状に移動可能であり、前記基板を保持す
る基板保持手段と、前記真空層に真空シール可能に接続
され、複数の基板を前記真空層に挿入するための第１の
アクセス室と、を有することを特徴とする（ａ）に記載
の複室堆積システム。 （ｃ）前記ウェハ操作室はさらに、前記基板を回転させ
るて位置あわせをする、位置あわせ手段を有し、前記位
置あわせ手段は、前記第１のアクセス室と前記真空層の
間に配置されている、（ｂ）に記載の複室堆積システ
ム。 （ｄ）前記ウェハ操作室はさらに、複数の基板を前記真
空室に挿入するためのアクセス室であって、前記真空室
に真空シール可能に接続された第２のアクセス室を有す
ることを特徴とする（ｂ）に記載の複室堆積システム。 （ｅ）前記第１のＩＢＳ堆積室は、反応性イオン・ビー
ム・スパッタ堆積により、反強磁性（ＡＦＭ）層を前記
基板に堆積し、前記第２のＩＢＳ堆積室は、金属層を前
記基板に堆積することを特徴とする、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）又は（ｄ）に記載の複室堆積システム。 （ｆ）第１のＩＢＳ堆積室内において、基板に反強磁性
（ＡＦＭ）層を反応性スパッタ堆積する、ＡＦＭ層反応
性スパッタ堆積ステップと、真空条件下で、前記基板を
前記第１のＩＢＳ堆積室から第２のＩＢＳ堆積に移動す
る、基板移動ステップと、前記第２のＩＢＳ堆積室内に
おいて、前記ＡＦＭ層の上に第１の強磁性層をスパッタ
堆積する、強磁性層スパッタ堆積ステップと、を有する
スピン・バルブ磁気抵抗センサ製造方法。 （ｇ）前記磁気抵抗センサ製造方法はさらに、前記第２
のＩＢＳ堆積室内において、前記強磁性層の上に非磁性
で伝導性物質の層を堆積する、非磁性層堆積ステップを
有することを特徴とする、（ｆ）に記載の磁気抵抗セン
サ製造方法。 （ｈ）前記磁気抵抗センサ製造方法はさらに、前記第２
のＩＢＳ堆積室内において、前記非磁性で伝導性物質の
層の上に第２の強磁性層を堆積する、第２の強磁性層堆
積ステップを有することを特徴とする、（ｇ）に記載の
磁気抵抗センサ製造方法。 （ｉ）前記ＡＦＭ層は、ＮｉＯで形成られたことを特徴
とする、（ｆ）、（ｇ）又は（ｈ）に記載の磁気抵抗セ
ンサ製造方法。
を記載する。 （ａ）イオン・ビーム・スパッタ（ＩＢＳ）により堆積
を行う堆積システムであって、第１のＩＢＳ堆積室と、
第２のＩＢＳ堆積室と、前記堆積システム内で基板を移
動させるためのウェハ操作室とを有し、前記ウェハ操作
室は前記第１のＩＢＳ堆積室と前記第２のＩＢＳ堆積室
との間に配置され、前記第１のＩＢＳ堆積室と前記第２
のＩＢＳ堆積室に真空シール可能に接続されている、複
室堆積システム。 （ｂ）前記ウェハ操作室はさらに、真空室と、前記真空
室の内部に回転可能に設置されたターンテーブルと、前
記ターンテーブルに設置された往復移動手段と、前記往
復移動手段の端部に設置され、前記ターンテーブルの中
心に対して放射状に移動可能であり、前記基板を保持す
る基板保持手段と、前記真空層に真空シール可能に接続
され、複数の基板を前記真空層に挿入するための第１の
アクセス室と、を有することを特徴とする（ａ）に記載
の複室堆積システム。 （ｃ）前記ウェハ操作室はさらに、前記基板を回転させ
るて位置あわせをする、位置あわせ手段を有し、前記位
置あわせ手段は、前記第１のアクセス室と前記真空層の
間に配置されている、（ｂ）に記載の複室堆積システ
ム。 （ｄ）前記ウェハ操作室はさらに、複数の基板を前記真
空室に挿入するためのアクセス室であって、前記真空室
に真空シール可能に接続された第２のアクセス室を有す
ることを特徴とする（ｂ）に記載の複室堆積システム。 （ｅ）前記第１のＩＢＳ堆積室は、反応性イオン・ビー
ム・スパッタ堆積により、反強磁性（ＡＦＭ）層を前記
基板に堆積し、前記第２のＩＢＳ堆積室は、金属層を前
記基板に堆積することを特徴とする、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）又は（ｄ）に記載の複室堆積システム。 （ｆ）第１のＩＢＳ堆積室内において、基板に反強磁性
（ＡＦＭ）層を反応性スパッタ堆積する、ＡＦＭ層反応
性スパッタ堆積ステップと、真空条件下で、前記基板を
前記第１のＩＢＳ堆積室から第２のＩＢＳ堆積に移動す
る、基板移動ステップと、前記第２のＩＢＳ堆積室内に
おいて、前記ＡＦＭ層の上に第１の強磁性層をスパッタ
堆積する、強磁性層スパッタ堆積ステップと、を有する
スピン・バルブ磁気抵抗センサ製造方法。 （ｇ）前記磁気抵抗センサ製造方法はさらに、前記第２
のＩＢＳ堆積室内において、前記強磁性層の上に非磁性
で伝導性物質の層を堆積する、非磁性層堆積ステップを
有することを特徴とする、（ｆ）に記載の磁気抵抗セン
サ製造方法。 （ｈ）前記磁気抵抗センサ製造方法はさらに、前記第２
のＩＢＳ堆積室内において、前記非磁性で伝導性物質の
層の上に第２の強磁性層を堆積する、第２の強磁性層堆
積ステップを有することを特徴とする、（ｇ）に記載の
磁気抵抗センサ製造方法。 （ｉ）前記ＡＦＭ層は、ＮｉＯで形成られたことを特徴
とする、（ｆ）、（ｇ）又は（ｈ）に記載の磁気抵抗セ
ンサ製造方法。
【図１】 従来技術における、イオン・ビーム・スパッ
タ堆積システムを示す構造図である。
タ堆積システムを示す構造図である。
【図２】 従来技術における、スピン・バルブ・センサ
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
【図３】 本発明における、複室堆積システムの概略を
示す構造図である。
示す構造図である。
【図４】 本発明における複室堆積システムの、ウェハ
操作室の概略を示す構造図である。
操作室の概略を示す構造図である。
【図５】 本発明における複室堆積システムにより製造
された、スピン・バルブ・センサの構造を示す図であ
る。
された、スピン・バルブ・センサの構造を示す図であ
る。
１００ 従来のイオン・ビーム・スパッタ堆積システ
ム、１２０ 真空室、１２１ イオン・ビーム・ソー
ス、１２３ ターゲット、１２５ 回転ターゲット支持
部、１２６ はじきとばされた原子、１３１ 堆積基板
（非加工物）、１３３ イオン・ビーム、１３５ ポー
ト、１３７ 厚さモニタ、１３８ ゲート・バルブ、１
３９ ローディング・ポート、１４１ 可動台座あるい
は支持部材、１６０ 真空ポンプ、１６２ ゲート・バ
ルブ、２００ ＳＶセンサ、２０２ 中央領域、２０
４、２０６ 端部領域、２１０ 自由層（自由強磁性
層）、２１５ 非磁性の導電性スペーサ層、２２０ ピ
ン留め層（ピン留めされた強磁性層）、２５０ 基板、
２３０ 反強磁性（ＡＦＭ）層、２５２、２５４ 硬磁
性（hard）バイアス層、２１０ ＭＲ自由層、２６０、
２６５リード、２７０ 電流原、２８０ 信号ディテク
タ、３００ 本発明における複室堆積システム、３０２
第１のＩＢＳ堆積室、３０４ 第２のＩＢＳ堆積室、
３０６ ウェハ操作室、３０８、３０８’ ゲート・バ
ルブ、３２８ イオン・ビーム・ソース、３３０ 複数
のターゲット、３３２ 基板、３３３ 回転ターゲット
支持手段、３３５ 流束制御装置、３３６ 可動基板台
上、３３７ 基板台シャッタ、３３８ 台支持アーム、
３４０ 台角度駆動手段、３４２ 厚さモニタ３４４
ターボ分子ポンプ、３４６ ポート、３４８ ゲート・
バルブ、３５０ 低温真空ポンプ、３５２ イオン・ビ
ーム・エッチング銃、、５００ ＳＶセンサ、５０５
キャップ層、５１０ 自由層、５１５ スペーサ層、５
２０ピン留め層、５２２ 第１の強磁性層（ＦＭ１）、
５２４ 第２の強磁性層（ＦＭ２）、５３０ ＡＦＭ
層、５５０ 基板層、５６０ ウェハ（基板）
ム、１２０ 真空室、１２１ イオン・ビーム・ソー
ス、１２３ ターゲット、１２５ 回転ターゲット支持
部、１２６ はじきとばされた原子、１３１ 堆積基板
（非加工物）、１３３ イオン・ビーム、１３５ ポー
ト、１３７ 厚さモニタ、１３８ ゲート・バルブ、１
３９ ローディング・ポート、１４１ 可動台座あるい
は支持部材、１６０ 真空ポンプ、１６２ ゲート・バ
ルブ、２００ ＳＶセンサ、２０２ 中央領域、２０
４、２０６ 端部領域、２１０ 自由層（自由強磁性
層）、２１５ 非磁性の導電性スペーサ層、２２０ ピ
ン留め層（ピン留めされた強磁性層）、２５０ 基板、
２３０ 反強磁性（ＡＦＭ）層、２５２、２５４ 硬磁
性（hard）バイアス層、２１０ ＭＲ自由層、２６０、
２６５リード、２７０ 電流原、２８０ 信号ディテク
タ、３００ 本発明における複室堆積システム、３０２
第１のＩＢＳ堆積室、３０４ 第２のＩＢＳ堆積室、
３０６ ウェハ操作室、３０８、３０８’ ゲート・バ
ルブ、３２８ イオン・ビーム・ソース、３３０ 複数
のターゲット、３３２ 基板、３３３ 回転ターゲット
支持手段、３３５ 流束制御装置、３３６ 可動基板台
上、３３７ 基板台シャッタ、３３８ 台支持アーム、
３４０ 台角度駆動手段、３４２ 厚さモニタ３４４
ターボ分子ポンプ、３４６ ポート、３４８ ゲート・
バルブ、３５０ 低温真空ポンプ、３５２ イオン・ビ
ーム・エッチング銃、、５００ ＳＶセンサ、５０５
キャップ層、５１０ 自由層、５１５ スペーサ層、５
２０ピン留め層、５２２ 第１の強磁性層（ＦＭ１）、
５２４ 第２の強磁性層（ＦＭ２）、５３０ ＡＦＭ
層、５５０ 基板層、５６０ ウェハ（基板）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−48669（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−122622（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118833（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159572（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240658（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−329424（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−335515（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01F 41/18 H01L 43/12
Claims (8)
- 【請求項１】 第１のイオン・ビーム・スパッタ（以
下、ＩＢＳと言う）堆積室、第２のＩＢＳ堆積室及びウ
ェハ操作室を含む多重堆積室システムを使用してスピン
・バルブ磁気抵抗センサを製造する方法であって、 前記第１のＩＢＳ堆積室において基板上に反強磁性層
（以下、ＡＦＭ層と言う）を反応性スパッタ堆積するス
テップと、 真空条件下で、前記基板を前記第１のＩＢＳ堆積室から
第２のＩＢＳ堆積室に移送するステップと、 前記反応性スパッタ堆積ステップの完了直後から制御さ
れた保持時間以内に、前記第２のＩＢＳ堆積室内におい
て前記ＡＦＭ層の上に第１の強磁性層のスパッタ堆積を
開始することにより、前記ＡＦＭ層及び前記第１の強磁
性層の間の交換結合特性が良好になるように第１の強磁
性層を形成するステップと、 を含む方法。 - 【請求項２】 前記強磁性層スパッタ堆積ステップの後
に前記第２のＩＢＳ堆積室内において前記第１の強磁性
層の上に非磁性で導電性の材料の層を堆積するステップ
を更に含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記第２のＩＢＳ堆積室内において前記
非磁性で導電性の材料の層の上に第２の強磁性層をスパ
ッタ堆積するステップを更に含む請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】 前記制御された保持時間が２分ないし５
分の範囲に決められている請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 第１のＩＢＳ堆積室、第２のＩＢＳ堆積
室及びウェハ操作室を含む多重堆積室システムを使用し
てスピン・バルブ磁気抵抗センサを製造する方法であっ
て、 基板を前記ウェハ操作室から前記第１のＩＢＳ堆積室へ
移送するステップと、前記第１のＩＢＳ堆積室において
基板上にＡＦＭ層を反応性スパッタ堆積するステップ
と、 真空条件下で、前記基板を前記第１のＩＢＳ堆積室から
第２のＩＢＳ堆積室に移送するステップと、 前記反応性スパッタ堆積ステップの完了直後から制御さ
れた保持時間以内に、前記第２のＩＢＳ堆積室内におい
て前記ＡＦＭ層の上に強磁性ピン留め層のスパッタ堆積
を開始することにより、前記ＡＦＭ層及び前記ピン留め
層の間の交換結合特性が良好になるように強磁性ピン留
め層を形成するステップと、 を含む方法。 - 【請求項６】 前記ＡＦＭ層がＮｉＯから成る請求項５
に記載の方法。 - 【請求項７】 前記強磁性ピン留め層がコバルから成る
第１の強磁性体層と、 該強磁性体層及び前記ＡＭＦ層
間に位置し、ＮｉＦｅから成る前記第２の強磁性体層と
より構成される請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】 第１のＩＢＳ堆積室が反応性スパッタ堆
積に専用化され、更に、前記第２のＩＢＳ堆積室が不活
性ガス・スパッタ堆積に専用化される請求項１または５
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/083372 | 1998-05-21 | ||
| US09/083,372 US6063244A (en) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | Dual chamber ion beam sputter deposition system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=22177883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11138934A Expired - Fee Related JP3131422B2 (ja) | 1998-05-21 | 1999-05-19 | 複室堆積システム及び磁気抵抗センサ製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6063244A (ja) |
| EP (1) | EP0959146B1 (ja) |
| JP (1) | JP3131422B2 (ja) |
| KR (1) | KR100318120B1 (ja) |
| CN (1) | CN1214131C (ja) |
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| MY (1) | MY116794A (ja) |
| SG (1) | SG83127A1 (ja) |
Families Citing this family (27)
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|---|---|---|---|---|
| US6201671B1 (en) * | 1998-12-04 | 2001-03-13 | International Business Machines Corporation | Seed layer for a nickel oxide pinning layer for increasing the magnetoresistance of a spin valve sensor |
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