JP5014597B2 - 表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 - Google Patents
表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5014597B2 JP5014597B2 JP2005176230A JP2005176230A JP5014597B2 JP 5014597 B2 JP5014597 B2 JP 5014597B2 JP 2005176230 A JP2005176230 A JP 2005176230A JP 2005176230 A JP2005176230 A JP 2005176230A JP 5014597 B2 JP5014597 B2 JP 5014597B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radical source
- tunnel junction
- wall portion
- plasma
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Description
真空処理装置201は、ラジカル源203、高周波電源に接続された高周波アンテナ204、誘電体部材で構成されたラジカル源203の壁部205、ステンレス製のチャンバ206、及び、小さな円形等の穴を蜂の巣状に設けたステンレス製円板のマルチアパーチャ207によって構成されている。また、マルチアパーチャ207に対向する位置には、ラジカル酸化処理が施される被処理基板208が配置され、当該被処理基板208の表面には極めて薄い金属膜がコーティングされている。また、ラジカル源203の壁部205の構成材料としては、高周波アンテナ204やマイクロ波導波管に対向する部分に石英やアルミナ等の誘電体部材が用いられ、他の部分はステンレスやアルミニウム等の金属部材が用いられるのが一般的である。
このような真空処理装置201においては、誘導結合プラズマを利用して酸素ラジカルを生成し、被処理基板208の金属膜を酸化させて、極薄の酸化膜を形成することが可能となっている。
また、ラジカル源203内において、被処理基板208の中央部に対応する位置のプラズマ濃度が高く、その周辺部に対応する位置のプラズマ濃度が低いという濃度分布が生じる。従って、荷電粒子と共に生成される酸素ラジカルの濃度も同様の濃度分布となり、この結果、被処理基板208上の酸化膜は不均一な膜厚分布で形成されてしまうという問題もある。
ところが、被処理基板208からトンネル接合素子を量産的に製造するには、真空処理装置201のメンテナンスサイクルを長く維持しつつ、複数の被処理基板208の各々からトンネル接合素子を複数取りする必要がある。また、トンネル接合素子は、酸化膜の膜厚に対してトンネル電流が指数関数的に変化するという特性を有しているため、量産的に製造されるトンネル接合素子の回路抵抗のバラツキを抑制するには、酸化膜の膜厚均一化を実現することが重要な課題となる。
しかしながら、上記のように、真空処理装置201における稼働時間の経時変化に起因して複数の被処理基板208に形成される酸化膜を安定した膜厚で形成できないことや、1枚の被処理基板208における酸化膜の膜厚分布が不均一になることに起因して、量産的に形成されるトンネル接合素子の酸化膜が不均一になり、回路抵抗のバラツキが生じてしまうという問題がある。
更に、誘導結合プラズマによるダメージを回避できないという問題もあり、トンネル接合素子の酸化膜を良好に形成できないという問題もある。
また、複数の被処理基板における酸化膜の膜厚均一化、及び1枚の被処理基板における酸化膜厚分布の均一化を実現し、回路抵抗のバラツキが抑制され、良好なトンネル接合膜を有するトンネル接合素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の表面酸化処理装置においては、前記壁部は、前記酸化物誘電体のバルク材からなることを特徴としている。
また、本発明の表面酸化処理装置においては、前記側壁部は導電部材からなり、前記側壁部の内面をなすラジカル源側のみに酸化物誘電体が形成されており、前記板体は、表面に酸化物誘電体が設けられた金属部材からなり、当該金属部材は、前記側壁部を構成する導電部材を介して、前記真空チャンバと同電位とされていることを特徴としている。
また、本発明のトンネル接合素子の製造方法は、トンネル接合膜を有するトンネル接合素子の製造方法であって、先に記載の表面酸化処理装置を用いることにより、前記トンネル接合膜を形成することを特徴としている。
まず、本発明の真空処理装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る真空処理装置を示す模式構成図である。図2は、真空処理装置におけるラジカル源の上面図である。図3は、真空処理装置のマルチアパーチャの一部を示す平面図である。
図1に示すように、真空処理装置1は、真空チャンバ2、ラジカル源3、電力供給部4、真空排気部5、及びテーブル6を主な構成要素として具備している。
次に、各構成要素について詳述する。
ラジカル源3は、上壁部31と側壁部32からなる壁部30と、プラズマ生成用の高周波アンテナ33と、永久磁石(磁場生成手段)34と、テーブル6の側に設けられたマルチアパーチャ(板体)35とによって構成されている。ラジカル源3のうち、真空チャンバ2の一部をなす部位は上壁部31であり、側壁部32と板体35とが真空チャンバ2に内在している。
ここで、上壁部31及び側壁部32は、溶融石英(SiO 2 )等の酸化物誘電体のバルク材からなるものである。また、酸化物誘電体としては、溶融石英以外にも、アルミナ(Al 2 O 3 )を採用することができる。
また、高周波アンテナ33は、その一端に電力供給部4が接続されており、他端は接地されている。本実施形態では、一重のコイルによって高周波アンテナ33が構成されているが、多重のコイルによって構成されたものであってもよい。
また、永久磁石34は、高周波アンテナ33と上壁部31との間において、高周波アンテナ33と重なって配設されている。また、図2に示すように、永久磁石34は、高周波アンテナ33に沿って等間隔に配置され、電力供給部4から高周波アンテナ33に流れる高周波電流方向Iと実質的に直交する磁場Bを生じさせるようになっている。また、永久磁石34は、図1中の符号Hで示すような磁束線をラジカル源3の内部(第一空間)に形成し、磁場向配を大きく取ることが可能であり、誘導電場の働きで当該磁束線に沿ってプラズマを高密度に生じさせるようになっている。なお、永久磁石34によって発生される磁場は高周波アンテナ33に流れる高周波電流と正確に直交する方向である必要はなく直交方向に対して±30°以内の方向をもつようにすればよい。
また、マルチアパーチャ35は、表面にアルマイト処理ないしはアルミナ溶射処理が施されたアルミニウム製の金属板であり、図3に示すように蜂の巣状に多数設けられた円形の貫通孔35aを有している。また、マルチアパーチャ35の一部は、アルマイト処理或いはアルミナ溶射処理が施されておらず、金属板の露出部が形成されている。そして、当該露出部は、ラジカル源における壁部の内側の残部、取り付けネジ等を通じて真空チャンバ2に導通しており、高周波電場がラジカル源3から漏れないようになっている。なお、本実施形態においては、貫通孔35aの形状を円形としているが、楕円状や矩形状のスリットであってもよく、これらスリットを放射状に設けた構成であってもよい。
また、ラジカル源3には、不図示のガス供給源が接続されている。これにより、ガス供給源から供給される任意のガスが、ラジカル源3内によってプラズマ化されるようになっている。本実施形態においては、酸素ガスがラジカル源3内に供給される。
このように構成されたラジカル源3は、所謂ISMを利用するものであり、その内部に生じるプラズマを閉じ込めて、マルチアパーチャ35の貫通孔35aからラジカルを取り出すようになっている。
また、真空排気部5は、真空ポンプ51と圧力調整バルブ52とからなり、真空チャンバ2内(第二空間)に供給されるガスを排気すると共に、真空チャンバ2内の圧力を所望に調整可能となっている。
また、テーブル6は、その上面に被処理基板7を保持するものである。当該被処理基板
7は、その表面には酸化処理が施される極めて薄い金属膜がコーティングされている。ま
た、被処理基板7は、テーブル6によって、ラジカル源3のマルチアパーチャ35に対向
配置されており、ラジカル源3から取り出されたラジカルに曝されるようになっている。
まず、酸素ガス或いは酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスをラジカル源3内に導入し、当該ラジカル源3内の圧力を10−1〜10−3Torr程度に調整する。この状態で、高周波アンテナ33に高周波電力を投入し、ラジカル源3内に酸素プラズマを発生させる。酸素プラズマは、主として永久磁石34の磁束線Hに伴わせて閉じ込められ、具体的には、上壁部31の内側において閉じ込められる。また、永久磁石34による閉じ込め効果だけでなく、マルチアパーチャ35によってもプラズマ中の荷電粒子がラジカル源3内に閉じ込められ、電気的に中性な酸素ラジカル及び中性酸素分子のみがマルチアパーチャ35の貫通孔35aを通過する。そして、マルチアパーチャ35に対向配置された被処理基板7の表面の金属膜が酸化され、極薄の金属酸化物膜が得られる。
ここでは、酸化膜の均一性を評価するために、ベアのSi基板を用い、その表面を酸素ラジカルで酸化して得られたSiO2膜の膜厚をエリプソメータで測定している。
図4において、横軸は真空処理装置の稼働時間(Time)を意味し、縦軸は酸化膜の膜厚の比較値(Normarized SiO2 Thickness)を意味している。
また、白四角に順ずる曲線は、比較条件Aにおける測定結果を示しており、上壁部31が陽極酸化アルミナ被覆ライナーであるラジカル源の構成において、被処理基板7に形成された酸化膜の膜厚を意味している。また、陽極酸化アルミナ被覆ライナーは、アルミニウム板を約1μmの陽極酸化膜が形成されたものである。
また、黒丸に順ずる曲線は、比較条件Bにおける測定結果を示しており、上壁部31がステンレスライナーであるラジカル源の構成において、被処理基板7に形成された酸化膜の膜厚を意味している。
また、装置稼働時間が増加するに応じて、比較条件A,B共に膜厚が厚くなり、稼働時間40hrを超えた辺りから比較条件Aの膜厚は一定となる。
他方、基準条件における溶融石英壁では酸化がそれ以上進まないので、容器壁に消費される酸素がないため、酸素ラジカル濃度の経時変化が殆どない。
ここでは、酸化膜の均一性を評価するために、ベアのSi基板を用い、その表面を酸素ラジカルで酸化して得られたSiO2膜の膜厚をエリプソメータで測定している。
図5において、横軸は被処理基板7の位置(position)を意味し、縦軸は酸化膜の膜厚の比較値(Normarized SiO2 Thickness)を意味している。
図5(b)に示すように、ISMラジカル源の場合では、被処理基板7の中央部(positionが0mm近傍)から周辺部(positionが±100mm近傍)に向けて膜厚が略均一になっていることが分かる。また、その均一性(uniformity)は、±4.1%となっている。
これは、ISMラジカル源3において生成されるプラズマは、永久磁石34によってラジカル源3の側壁部32の方向に拡張されるので、プラズマの均一性が良好となる。その結果、荷電粒子と共に生成される酸素ラジカルの濃度も同じような濃度分布となり、最終的に被処理基板7上には良好な均一性の膜厚で酸化膜が形成されるためである。一方、誘導結合ラジカル源は、永久磁石34のような磁場生成手段を有していないため、本実施形態のような膜厚均一性を得ることができない。
また、真空処理装置1における稼働時間の経過に伴うラジカル濃度の変動を抑制することができるので、長時間安定なラジカル濃度を得ることができる。従って、経時的に処理される複数の被処理基板7に対して安定した膜厚で酸化膜を形成することができる。
また、酸化物誘電体からなる壁部30は、溶融石英のバルク材からなるので、真空処理装置1における稼働時間の経過に伴うラジカル濃度の変動を抑制することができる。
また、上壁部31の外側、すなわち上壁部31の上側に高周波アンテナ33及び永久磁石34を備えているので、ラジカル源3の中でも上壁部31の内側にプラズマを生じさせ、閉じ込めることができる。また、マルチアパーチャ35は、真空チャンバ2と同電位となっているので、ラジカル源3からプラズマが漏れるのを抑制することができる。
次に、本発明の真空処理装置を利用したトンネル接合素子の製造方法について、図面を参照して説明する。
図6は、本発明の製造方法によって製造されるトンネル接合素子の側面断面図である。図7は、トンネル接合素子を用いたMRAMの概略構成図である。
図6に示すように、トンネル接合素子110は、PtMnやIrMn等からなる反強磁性層(不図示)、NiFeやCoFe等からなる強磁性層(固定層)114、Al2O3(アルミナ)等からなるトンネルバリア層(トンネル接合膜)115、およびNiFeやCoFe等からなる強磁性層(フリー層)116を主として構成されている。実際には、上記以外の機能層も積層されて、15層程度の多層構造になっている。また、フリー層の膜厚を固定層の膜厚より薄く形成すれば、膜厚差を利用した保磁力差型のトンネル接合素子を形成することができる。
図7は、トンネル接合素子を用いたMRAMの概略構成図である。MRAM100は、MOSFET111およびトンネル接合素子110を、素子基板(被処理基板)105上にマトリクス状に整列配置して構成されている。上述したトンネル接合素子110の上端部はビット線102に接続され、その下端部はMOSFET111のソース電極またはドレイン電極に接続されている。また、MOSFET111のゲート電極は、読み出し用ワード線104に接続されている。一方、トンネル接合素子110の下方には、書き換え用ワード線106が配置されている。
まず、素子基板105上にNiFeやCoFe等からなる強磁性層114を形成し、当該強磁性層114上にアルミニウムを極薄の膜厚で形成する。その後、素子基板105を真空処理装置1に搬送し、テーブル6上に載置する。その後、ラジカル源3内に酸素ガスを供給すると共に、真空チャンバ2内の圧力が所定に設定される。そして、高周波アンテナ33に高周波電流が流れることにより、ラジカル源3内に酸素プラズマが生成される。また、当該プラズマは、永久磁石34によって閉じ込められる。また、永久磁石34による閉じ込め効果だけでなく、マルチアパーチャ35によってもプラズマ中の荷電粒子がラジカル源3内に閉じ込められ、電気的に中性な酸素ラジカル及び中性酸素分子のみがマルチアパーチャ35の貫通孔35aを通過する。そして、マルチアパーチャ35に対向配置された素子基板105の表面のアルミニウム薄膜が酸化され、極薄のトンネルバリア層115が得られる。
具体的には、真空処理装置1における稼働時間の経時変化に起因することなく、処理される複数の素子基板105上にトンネルバリア層115を安定した膜厚で形成することができる。また、1枚の素子基板105におけるトンネルバリア層115の膜厚分布を均一にすることができる。これによって、回路抵抗のバラツキを抑制することができる。また、ISMによりラジカル源3内にプラズマが閉じこまれるので、プラズマによるダメージを抑制することができ、高品位のトンネルバリア層115を良好に形成できる。
すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
Claims (4)
- 金属容器の真空チャンバと、プラズマから取り出されたラジカルを被処理基板に曝すラジカル源と、を備える表面酸化処理装置であって、
前記ラジカル源に酸素ガスを導入する機構を備え、
前記ラジカル源は、上壁部と側壁部からなる壁部、前記プラズマ生成用の高周波アンテナ、磁場生成手段、および前記被処理基板側に設けられた貫通孔を有する板体から構成されており、
前記ラジカル源のうち、前記真空チャンバの一部をなす部位は前記上壁部であり、前記側壁部と前記板体とは前記真空チャンバに内在し、
高周波電流が流れる少なくとも一つの前記高周波アンテナと、
当該高周波アンテナに流れる高周波電流と略直交する方向の磁場を発生する少なくとも一つの前記磁場生成手段とは、前記ラジカル源を構成する前記上壁部の上側に設けられ、かつ、前記磁場生成手段は、前記高周波アンテナに沿って設けられ、
前記ラジカル源における壁部の内側の略全面は酸化物誘電体からなること、
を特徴とする表面酸化処理装置。 - 前記壁部は、前記酸化物誘電体のバルク材からなること、を特徴とする請求項1に記載の表面酸化処理装置。
- 前記側壁部は導電部材からなり、前記側壁部の内面をなすラジカル源側のみに酸化物誘電体が形成されており、
前記板体は、表面に酸化物誘電体が設けられた金属部材からなり、
当該金属部材は、前記側壁部を構成する導電部材を介して、前記真空チャンバと同電位とされていること、
を特徴とする請求項1に記載の表面酸化処理装置。 - トンネル接合膜を有するトンネル接合素子の製造方法であって、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表面酸化処理装置を用いることにより、前記トンネル接合膜を形成すること、
を特徴とするトンネル接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005176230A JP5014597B2 (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005176230A JP5014597B2 (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006351843A JP2006351843A (ja) | 2006-12-28 |
JP5014597B2 true JP5014597B2 (ja) | 2012-08-29 |
Family
ID=37647368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005176230A Active JP5014597B2 (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5014597B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101115273B1 (ko) * | 2007-12-20 | 2012-03-05 | 가부시키가이샤 알박 | 플라즈마 소스 기구 및 성막 장치 |
JP2013214393A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Ulvac Japan Ltd | ドライエッチング装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3188353B2 (ja) * | 1993-12-03 | 2001-07-16 | 日本真空技術株式会社 | 高密度プラズマ生成装置 |
JP3561080B2 (ja) * | 1996-04-23 | 2004-09-02 | 松下電器産業株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP3514186B2 (ja) * | 1999-09-16 | 2004-03-31 | 日新電機株式会社 | 薄膜形成方法及び装置 |
JP2005129564A (ja) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Nec Corp | 強磁性トンネル接合膜成膜装置 |
-
2005
- 2005-06-16 JP JP2005176230A patent/JP5014597B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006351843A (ja) | 2006-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9601688B2 (en) | Method of manufacturing magnetoresistive element and method of processing magnetoresistive film | |
KR102361240B1 (ko) | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 | |
TWI525698B (zh) | 磁性膜之離子束蝕刻方法及離子束蝕刻裝置 | |
JP4673858B2 (ja) | スパッタ装置および成膜方法 | |
JP2012204408A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US9680090B2 (en) | Plasma etching method | |
TWI634585B (zh) | 電漿處理裝置及電漿分布調整方法 | |
KR101721020B1 (ko) | 자기 저항 효과 소자의 제조 방법 | |
JP5883772B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
JP5014597B2 (ja) | 表面酸化処理装置及びトンネル接合素子の製造方法 | |
US8435596B2 (en) | Oxidizing method and oxidizing apparatus | |
JP2010021446A (ja) | プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 | |
KR100883164B1 (ko) | 자성 다층막의 제조방법 | |
Mukai et al. | High-performance and damage-free magnetic film etching using pulse-time-modulated Cl2 plasma | |
US10181559B2 (en) | Etching method | |
JPS60163433A (ja) | プラズマ処理装置 | |
KR102546091B1 (ko) | 에칭 방법 | |
JP7223507B2 (ja) | エッチング方法 | |
JP2007281019A (ja) | エッチング装置およびエッチング方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080311 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100802 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101012 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101206 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111018 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120112 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120321 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120418 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120508 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120606 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5014597 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |