JP4987378B2 - 磁気抵抗素子の製造装置 - Google Patents
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Description
施す酸化が、自由強磁性層の自発磁化を維持して、自由強磁性層の保磁力を低下させる。したがって、自由強磁性層を大気解放することなく、該自由強磁性層の軟磁気特性を向上させることができる。この結果、磁気抵抗素子の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
強磁性層15の自発磁化を保護する。また、保護層16は、表層部15aの荒れを緩和するバッファ層であって、周辺回路と磁気抵抗素子10の接続を円滑にする。保護層16には、例えばTa、Ti、W、Cr、またはこれらの合金を用いることができる。
移載機20Aは、複数の基板11を収容したカセットCと、カセットCに収容された基板11を移載するロボットを搭載し、カセットCに収容される基板11を順次成膜処理装置20Bに移載する。また、移載機20Aは、成膜処理装置20Bによって成膜処理の施された基板11を対応するカセットCに収容する。
第2〜第4下層膜用チャンバF2〜F4は、それぞれ下地層12、固定強磁性層13(ピニング層13a、ピン層13b)及びトンネルバリア層14を積層するためのターゲットを装着したスパッタチャンバであって、各ターゲット種に対応した層を積層する。
例えば、上層膜用チャンバF5は、CoFeターゲットを装着して自由強磁性層15(CoFe層)を積層する。この際、上層膜用チャンバF5は、基板11の一面方向に沿う磁界を形成して自由強磁性層15をスパッタ成膜し、基板11の一面方向に磁気異方性を有した自由強磁性層15を形成する。また、上層膜用チャンバF5は、Taターゲットを装着して保護層16(Ta層)を積層する。
に基板11を搬送し、基板11のピニング層13aにピン層13bを積層する(ピン層形成工程:ステップS3)。
まず、自由強磁性層15の磁化曲線について説明する。図5は、振動式磁化測定装置によって計測した自由強磁性層15の容易軸方向の磁化曲線である。図5は、(a)、(b)、(c)の順に酸化時間Toxを長くしたものであって、各々の酸化時間Toxは、0秒、10秒、40秒である。図6の実線と破線は、それぞれ振動式磁化測定装置によって計測した自由強磁性層15の困難軸方向と容易軸方向の磁化曲線である。図6は、(a)、(b)、(c)の順に酸化時間Toxを長くしたものであって、各々の酸化時間Toxは、0秒、10秒、40秒である。
(実施例)
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板11として用い、基板11を、第1及び第2下層膜用チャンバF1,F2に搬送して、膜厚が3〜5nmのTa層(下地層12)を基板11に積層した。次に、Ta層の積層された基板11を上層膜用チャンバF5に搬送して、膜厚が4nmのCoFe層(自由強磁性層15)をTa層に積層した。次いで、CoFe層の積層された基板11を酸化チャンバF6に搬送して、CoFe層の表層部15aに酸素プラズマに10秒間だけ晒し、実施例の自由強磁性層15を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて実施例の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した(図5(b)及び図6(b)の実線参照)。
(比較例1)
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板11として用い、基板11を、第1及び第2下層膜用チャンバF1,F2に搬送して、膜厚が3〜5nmのTa層(下地層12)を積層した。次に、Ta層の積層された基板11を上層膜用チャンバF5に搬送して、膜厚が4nmのCoFe層(自由強磁性層15)をTa層に積層し、比較例1の自由強磁性層15を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて比較例1の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した(図5(a)及び図6(a)の実線参照)。なお、比較例1の容易軸方向で残留磁化が0(esu)になる磁場を基準保磁力Hceとし、比較例1の困難軸方向で残留磁化が0(esu)になる磁場を基準保磁力Hchとする。また、比較例1の容易軸方向における飽和磁化を基準飽和磁化Msとする。
(比較例2)
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板11として用い、基板11を、第1及び第
2下層膜用チャンバF1,F2に搬送して、膜厚が3〜5nmのTa層(下地層12)を基板11に積層した。次に、Ta層の積層された基板11を上層膜用チャンバF5に搬送して、膜厚が4nmのCoFe層(自由強磁性層15)をTa層に積層した。次いで、CoFe層の積層された基板11を酸化チャンバF6に搬送して、CoFe層の表層部15aを酸素プラズマに40秒間だけ晒し、比較例2の自由強磁性層15を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて比較例2の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した(図5(c)及び図6(c)の実線参照)。
(1)上記実施形態では、自由層形成工程(ステップS5)の後に酸化工程(ステップS6)を行い、自由強磁性層15の表層部15aに、自由強磁性層15の自発磁化を維持可能な所定時間の酸化処理を施す。よって、自由強磁性層15の飽和磁化を基準飽和磁化Msに維持させた状態で、自由強磁性層15の保磁力のみを基準保磁力Hce,Hchよりも低下させることができる。したがって、自由強磁性層15の軟磁気特性を向上させることができる。この結果、自由強磁性層15の膜厚範囲や適用材料範囲を拡大させることができ、磁気抵抗素子10の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
・上記実施形態では、自由強磁性層15(CoFe層)の磁化曲線に基づいて酸化時間Toxを設定した。これに限らず、例えば、固定強磁性層13/トンネルバリア層14/自由強磁性層15/保護層16の磁化曲線に基づいて酸化時間Toxを設定してもよい。すなわち、酸化時間Toxは、自由強磁性層15の自発磁化を維持できる時間であればよく、その設定方法に限定されるものではない。
Claims (1)
- 搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、固定された自発磁化を有する固定強磁性層を前記基板に積層する第1の下地膜用チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、前記固定強磁性層にトンネルバリア層を積層する第2の下地膜用チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、前記基板の一面方向に沿って磁場を形成し、コバルト−鉄のターゲットをスパッタしてコバルト−鉄からなる反転可能な自発磁化を有した自由強磁性層を前記トンネルバリア層に積層する自由層チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、アルゴンガスと酸素ガスとによる誘導結合プラズマである酸素プラズマを形成し、前記自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ前記自由強磁性層に直接前記酸素プラズマを照射する酸化チャンバと、
前記搬送系を駆動制御して、前記基板を、前記第1の下地膜用チャンバ、前記第2の下地膜用チャンバ、前記自由層チャンバ、前記酸化チャンバの順に搬送する搬送制御手段と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗素子の製造装置。
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