KR101743498B1 - 자기저항 효과 소자의 제조 방법 - Google Patents

자기저항 효과 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101743498B1
KR101743498B1 KR1020157015986A KR20157015986A KR101743498B1 KR 101743498 B1 KR101743498 B1 KR 101743498B1 KR 1020157015986 A KR1020157015986 A KR 1020157015986A KR 20157015986 A KR20157015986 A KR 20157015986A KR 101743498 B1 KR101743498 B1 KR 101743498B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
oxygen gas
layer
holding surface
oxidation
Prior art date
Application number
KR1020157015986A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150090125A (ko
Inventor
다쿠야 세이노
가즈마사 니시무라
히로키 오쿠야마
유이치 오타니
유타 무로오카
요시미츠 시마네
Original Assignee
캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 캐논 아네르바 가부시키가이샤 filed Critical 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Publication of KR20150090125A publication Critical patent/KR20150090125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101743498B1 publication Critical patent/KR101743498B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H01L43/12—
    • H01L43/02—
    • H01L43/08—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28035—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
    • H01L21/28044—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
    • H01L21/28061—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer the conductor comprising a metal or metal silicide formed by deposition, e.g. sputter deposition, i.e. without a silicidation reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/80—Constructional details
    • H10N35/85—Magnetostrictive active materials

Abstract

금속산화물의 터널 배리어층의 형성에 있어서, 스루풋을 향상시키면서, 금속을 산화할 때에 당해 금속의 승화를 저감시킬 수 있는 자기저항 효과 소자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시형태는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법으로서, 터널 배리어층을 형성하는 공정을 포함하며, 당해 터널 배리어층을 형성하는 공정은, 기판 위에 금속막을 성막하는 성막 공정과, 금속막을 산화 처리하는 산화 공정을 포함한다. 상기 산화 공정은, 산화 처리를 행하는 처리 용기 내의 기판 홀더 상에, Mg이 형성된 기판을 유지시키고, 처리 용기 내에, Mg이 승화하지 않는 온도에서 산소 가스를 도입하여, 기판에 산소 가스를 공급하며, 산소 가스의 도입 후에, 기판을 가열한다.

Description

자기저항 효과 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNETORESISTANCE EFFECT ELEMENT}
본 발명은, 자기저항 효과 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
지금까지 자기저항 변화 소자는, 주로 하드디스크 드라이브의 미디어로부터 자장을 판독해 내는 소자에 사용되어 왔다. 이 자기저항 효과 소자는, 자장을 소자에 인가함으로써 전기 저항을 변화시키는 자기저항 효과를 이용하고 있으며, 하드디스크 드라이브 산업에 있어서는, 거대 자기저항(GMR: Giant Magneto Resistive) 효과를 이용하는 GMR 헤드보다 더욱 저항 변화율이 큰 터널 자기저항(TMR: Tunnel Magneto Resistive) 효과를 이용한 TMR 헤드를 사용하여서, 비약적으로 기록 밀도가 개선되어 있다. 한편, 이 TMR 기술을 반도체 소자와 융합한 집적화 자기 메모리인 MRAM(Magnetic random access memory)은, 이미 제품화가 개시되어 있다. MRAM은, 지금까지 반도체 소자만으로 형성해 온 SRAM이나 DRAM과는 달리, 반도체 디바이스의 상부에 자성체의 TMR 소자를 형성한다. 또한, 비휘발성이므로, 모바일 시장에 있어서 소비 전력을 비약적으로 개선할 수 있는 것으로부터, 더 대용량화가 기대되고 있다.
MRAM은, 비특허문헌 1에 개시된 바와 같이, TMR 소자로서, 자유층과 레퍼런스층의 자화 방향이 적층막 방향에 대하여 수직 방향으로 자화 회전하는 면내(In-plane) 자화형의 소자를 사용한다. 이 MRAM은, 데이터를 기억하는 메모리 셀이 크고, 기억 용량을 크게 할 수 없는 것이 문제였다. 그러나, 최근의 연구 개발에 의해, 스핀 주입을 사용한 STT(Spin Transfer Torque)-MRAM이 MRAM의 약점을 극복할 수 있으며, 이에 따른 대용량화가 기대된다. 이 기술은, 전자의 스핀에 의해 생기는 자기 모멘트를 이용해서 자성체의 자화의 방향을 바꿀 수 있기 때문에, 미세화와 함께 데이터의 기록에 필요한 전류값를 작게 할 수 있다. 따라서, 소자 사이즈가 작아져도 동작할 수 있으며, 고밀도화에 적합하다. 이 STT-MRAM은 MRAM과 마찬가지로 면내 자화형 및 자유층과 레퍼런스층의 자화 방향이 적층막 방향과 동일한 방향으로 자화 회전하는 수직 자화형의 소자를 사용한다. 수직 자화형의 대표적인 적층막 구조가 비특허문헌 2에 개시되어 있다. 또한, 소자 사이즈가 작아져도 자화 반전될 수 있도록 하는 재료 및 구조의 연구 개발이 활발해지고 있으며, 비특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 자유층의 상부에 산화물층을 형성하는 구조도 보고되어 있다.
TMR 소자의 제조에 있어서는, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2에 개시된 구조뿐만 아니라, 소망의 성막 재료로 이루어지는 타겟을 스퍼터링함으로써, 대향하는 기판 상에 성막하는 스퍼터링 성막(이하, 단순하게 스퍼터링이라 함) 방법이 널리 사용되고 있다(특허문헌1 참조). 또한 스퍼터링 장치뿐만 아니라, 소자의 저항 변화율을 개선하기 위한 결정화 어닐링 장치, 어닐링 후의 기판 냉각 장치, 산화층 형성을 위한 산화 장치의 필요성이 존재한다. 향후에는, STT-RAM의 실용화를 위하여, 이들 장치를 구사하여, 재료뿐만 아니라 고성능 소자 구조를 개발하는 것이 필수적이다.
국제공개번호 WO/2012/086183호
Young-suk Choi et al., Journal of Appl. Phys. 48(2009) 120214 D.C.Worledge et al., Appl. Phys. Lett. 98(2011) 022501 Kubota et al., Journal of Appl. Phys. 111, 07C723(2012)
상기 MRAM을 제작할 때에는, 저 코스트화를 도모하기 위해서 스루풋의 향상이 요구되고 있다. 또한, 예를 들면, MRAM의 구성요소인 금속막을 산화해서 배리어층을 형성할 경우, 상기 금속막의 산화를 신속하게 행하지 않으면, 불순물의 혼입을 초래하여, 소자의 신뢰성이나 특성을 열화 시켜버린다. 이 불순물 혼입을 저감하기 위해서도, 스루풋의 향상이 요구되고 있다.
또한, 종래에는, 상기 배리어층 형성을 위한 금속막의 산화 처리에 있어서, 금속막이 형성된 기판을 소정의 온도로 가열해서 상기 금속막을 산화하는 방식이 채용되는 것도 있다. 이 경우, 산화 처리 챔버 내에 있어서 금속막이 형성된 기판을 목표 온도까지 가열하고 나서, 당해 산화 처리 챔버 내에 산소를 도입해서 산화 처리를 행한다.
그러나, 배리어층 형성시에 사용되는 금속막 재료가 마그네슘(Mg)인 경우, Mg은 특히 승화가 일어나기 쉬운 재료이기 때문에, 상기 목표 온도까지의 가열에 있어서, Mg이 가열되므로, 당해 Mg은 온도 상승에 따라서 승화되어 버린다. 이 때문에 산소 도입 개시 시의 시점에서, Mg의 막두께는, Mg의 승화만큼 얇아진다. 따라서, 산화 처리 종료 후에 있어서는, 당해 산화 처리에 의해 생성된 산화마그네슘(MgO)의 막두께는 설계치 보다도 작아져 버린다. 이에 대해, Mg의 성막시에 상기 승화를 고려해서 미리 설계치보다 두껍게 Mg을 형성하는 것도 생각될 수 있지만, 설정치에 대하여 여분의 Mg을 성막하게 되므로, 코스트 증가로 이어져 버린다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 것은, 금속 산화물의 터널 배리어층의 형성에 있어서, 스루풋을 향상시키면서, 금속을 산화할 때에 당해 금속의 승화를 저감시킬 수 있는 자기저항 효과 소자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 태양은, 자화 자유층 및 자화고정층 중의 한쪽을 형성하는 공정과, 상기 형성된 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽 위에 터널 배리어층을 형성하는 공정과, 상기 터널 배리어층 위에 상기 자화 자유층 및 상기 자화 고정층 중의 다른 쪽을 형성하는 공정을 포함하는 자기저항 효과 소자의 제조 방법을 제공하며, 상기 터널 배리어층을 형성하는 공정은, 기판 위에 금속막을 성막하는 성막 공정과, 상기 금속막을 산화 처리하는 산화 공정을 포함하며, 상기 산화 공정은, 상기 산화 처리를 행하는 처리 용기 내의 기판 홀더의 기판 유지면으로부터 돌출시킨 지지부에 상기 금속막이 형성된 기판을 유지시키는 공정과, 상기 처리 용기 내에 산소 가스를 도입하여, 상기 지지부에 상기 기판을 재치한 상태에서, 상기 산소 가스를 상기 기판에 공급하는 공정과, 상기 산소 가스의 도입을 개시한 후에, 상기 기판 유지면 상에 상기 기판을 재치하는 기판 재치 공정과, 상기 기판 유지면 상에 재치된 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 포함한다.
본 발명의 제2 태양은, 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽을 형성하는 공정과, 상기 형성된 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽 위에 터널 배리어층을 형성하는 공정과, 상기 터널 배리어층 위에 상기 자화 자유층 및 상기 자화 고정층의 다른 쪽을 형성하는 공정을 포함하는 자기저항 효과 소자의 제조 방법을 제공하며, 상기 터널 배리어층을 형성하는 공정은, 기판 위에 금속막을 성막하는 성막 공정과, 상기 금속막을 산화 처리하는 산화 공정을 포함하고, 상기 산화 공정은, 상기 산화 처리를 행하는 처리 용기 내의 기판 홀더 상에, 상기 금속막이 형성된 기판을 유지시키는 공정과, 상기 처리 용기 내에, 상기 금속막이 승화하지 않는 온도에서 산소 가스를 도입하여, 상기 기판에 상기 산소 가스를 공급하는 공정과, 상기 산소 가스의 도입과 동시에, 또는 당해 산소 가스의 도입 후에, 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 포함하고, 상기 산화 공정은, 상기 유지시키는 공정 후에, 상기 기판 홀더의 상기 처리 용기에 대한 상대 위치를 변화시켜서, 상기 기판 홀더의 기판 유지면과 상기 처리 용기 내에 마련된 포위부에 의하여 형성되는 공간을, 상기 처리 용기 내에 형성하는 공정으로서, 상기 포위부에 의해 상기 기판 유지면이 둘러싸이고, 또한 당해 포위부와 상기 기판 홀더 사이에 간극이 형성되도록 상기 공간을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 공간 내에 도입된 산소 가스는, 상기 간극을 통해서 당해 공간으로부터 배기되는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 금속 산화물의 터널 배리어층의 형성에 있어서, 스루풋을 향상시키면서, 금속을 산화할 때에 당해 금속의 승화를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리에 적용되는 소자의 일례인 면내 자화형 소자의 적층 구조의 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리에 적용되는 소자의 일례인 수직 자화형 소자의 적층 구조의 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리에 적용되는 소자의 일례인 면내 자화형 소자의 적층 구조의 모식도.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리 장치의 기판 반송 상태 및 산화 처리 상태에 있어서의 개략구성을 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리 장치의 산화 처리 상태에 있어서의 개략구성을 나타내는 모식도.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리 장치의 기판 반송 상태에 있어서의 개략구성을 나타내는 모식도.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기저항 효과 소자의 제조 방법의 순서를 나타내는 플로차트.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 터널 배리어층의 형성 공정에 있어서의 산화 처리의 순서를 나타내는 플로차트.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리의 타이밍 차트.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른, Mg의 증기압의 온도 의존성을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화 처리 장치의 산화 처리 상태에 있어서의 개략구성을 나타내는 모식도.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 터널 배리어층의 형성 공정에 있어서의 산화 처리의 순서를 나타내는 플로차트.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 또, 이하에서 설명하는 도면에서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 부여하고, 그 반복의 설명은 생략할 수도 있다.
도 1은, 비특허문헌 1에 개시된 면내 자화형 소자(이하, MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 소자)의 적층 구조의 모식도이다. MTJ 소자(100)에서는, 먼저, 처리 기판 위에, 하부 전극층(108)으로서, 예를 들면 탄탈륨(Ta)과 구리(Cu)를 포함하는 화합물을 적층한다. 예를 들면, 하부 전극층(108)은, Ta(5nm)/CuN(20nm)/Ta(5nm)와 같은 구조를 갖는다. 상부의 Ta는 하층막의 역할을 겸비하고 있으며, Ta 이외에도, 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 금속으로 하여도 된다. 또한, 그 위에 예를 들면, 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr), 루테늄(Ru) 중 적어도 1개의 원소를 포함하는 층을 성막하여도 된다.
하부 전극층(108) 위에 예를 들면, IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn 또는 CrPtMn 등을 포함하는 반강자성층(107)을 3∼20nm 정도 성막한다. 반강자성층(107) 위에 예를 들면, CoFe 등의 자성막을 포함하는 두께 1∼5nm 정도의 레퍼런스층(106)과, 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 레늄(Re) 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소, 또는 이들 금속 중의 2개 이상의 합금을 포함하는 두께 0.85nm 정도의 비자성 중간층(105)과, 예를 들면, CoFe 또는 CoFeB 등의 자성막을 포함하는 두께 1∼5nm 정도의 레퍼런스층(104)을 성막한다. 반강자성층(107), 고정 자성층(106), 비자성 중간층(105), 고정 자성층(104)은 합성형(synthetic type)의 레퍼런스층을 형성한다. 이 레퍼런스층은 반강자성층과 레퍼런스층(106)의 2층 구조를 갖는 구성이어도 된다. 레퍼런스층은 자화 방향이 고정된 층이다.
레퍼런스층(104) 위에 배리어층(103)을 형성한다. 배리어층(103)은 높은 MR 비를 얻기 위하여 MgO가 바람직하다. 그 외에도, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물을 이용할 수도 있다. 또한, 산화물은 RF 스퍼터링 등을 이용하여 직접 형성하는 방법, 금속을 성막하고 나서 산화하는 방법 중의 어느 쪽을 이용해도 된다. 산화는 챔버를 밀봉 상태로 유지하면서 행하는 밀봉 산화(seal-oxidation), 챔버를 배기하면서 행하는 플로 산화(flow-oxidation), 활성 산소를 이용하는 라디칼 산화(radical-oxidation) 또는 플라즈마 산화(plasma-oxidation) 등에 의해서 행해진다. 배리어층(103) 위에, 예를 들면, CoFeB 또는 Co, Fe, Ni 등 중의 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금을 포함하는 재료를, 1층 또는 2층 이상 형성하는 구조인 자유층(102)을 1∼10nm 정도 성막한다. 자유층은 자화가 고정되어 있지 않은 층이며, 레퍼런스층의 자화와의 상대 각도에 따라 저항을 변화시킨다. 자유층(102) 위에 상부 전극층(101)으로서, 예를 들면, Ta(8nm)/Ru(5nm)/Cu(30nm)/Ru(7nm)와 같은 적층 구조를 성막한다. 이 층은 소자를 보호하는 기능을 갖고 있으며, Ta의 부분은, 예를 들면, 루테늄(Ru), 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 등의 재료로 치환하여도 된다. 이러한 TMR 소자는 클러스터형 기판 처리 장치에 의해, 진공 상태에서 제작된다.
또, 도 1에서는, 반강자성층(107)은 15nm 두께의 PtMn이고, 레퍼런스층(106)은 2.5nm 두께의 Co70Fe30이고, 비자성 중간층(105)은 0.85nm 두께의 Ru이고, 레퍼런스층(104)은 3nm 두께의 Co60Fe20B20이고, 배리어층(103)은 1.0nm 두께의 MgO이며, 자유층(102)은 3nm 두께의 Co60Fe20B20이다.
도 2는, 비특허문헌 2에 개시된 수직 자화형 소자(이하, p-MTJ 소자)의 적층 구조의 모식도이다. p-MTJ 소자(200)에서는, 먼저, 처리 기판 위에, 버퍼층(211, 210)을 성막한다. 예를 들면, 버퍼층(211)에는 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr), 루테늄(Ru) 중 적어도 1개의 원소를 포함하는 재료를 사용한다. 또한, 버퍼층(210)에는 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 금속이 사용될 수 있으며, 그 외에도, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물이어도 된다.
버퍼층(210) 위에, 자유층(209)으로서, 예를 들면, CoFeB를 성막한다. 또한 CoFeB와 MgO 사이에 Co, Fe 중의 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금을 배치하여도 된다. CoFeB 또는 CoFeB/CoFe 자성층의 전체 막두께는 0.8∼2.0nm 정도이다. 자유층(209) 위에, 배리어층(208)을 형성한다. 배리어층은 높은 MR 비를 얻기 위하여 MgO가 바람직하다. 그 외에도, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물을 이용할 수도 있다. 또한, 산화물은 RF 스퍼터링 등을 이용하여 직접 형성하는 방법, 금속을 성막하고 나서 산화하는 방법 중의 어느 쪽을 이용해도 된다. 산화는 챔버를 밀봉 상태로 유지하면서 행하는 밀봉 산화, 챔버를 배기하면서 행하는 플로 산화, 활성 산소를 이용하는 라디칼 산화 또는 플라즈마 산화 등에 의해서 행해진다.
배리어층(208) 위에, CoFe 등을 포함하는 두께 0.2∼1nm 정도의 레퍼런스층(207)과, CoFeB 등을 포함하는 두께 0.5∼2.0nm 정도의 레퍼런스층(206)과, Ta 등을 포함하는 배향 분리층(205)과, 수직 자기 이방성을 레퍼런스층(206) 및 레퍼런스층(207)에 부여하는 레퍼런스층(204)을 성막한다. 도 2에서는, 예로서 2개의 레퍼런스층 각각을 Co/Pd의 적층 구조로 나타냈지만, 그 이외에도, Co/Pd, Co/Pt, Co/Ni와 같은 적층 구조, TbTeCo, GdFeCo와 같은 아모르포스 재료, FePt, CoPt, MnGa, MnAl과 같은 규칙화 합금 중의 어느 형태이어도 된다. 또한, 레퍼런스층(207)을 생략하고, 레퍼런스층(206)의 CoFeB이 직접 배리어층(208)에 접하는 형태이어도 된다. 또한, 배향 분리층(205)은 Ta 이외에도, 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 백금(Pt), 루테늄(Ru) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금이거나, 또는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물이어도 된다.
레퍼런스층(204) 위에, 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 레늄(Re) 중 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금을 포함하는 두께 0.8nm 정도의 비자성 중간층(203)을 형성한다. 비자성 중간층(203) 위에, Co/Pd, Co/Pt, Co/Ni과 같은 적층 구조, TbTeCo, GdFeCo와 같은 아모르포스 재료, FePt, CoPt, MnGa, MnAl과 같은 규칙화 합금으로 구성되는 레퍼런스층(202)을 형성한다. 레퍼런스층(207), 레퍼런스층(206), 배향 분리층(205), 레퍼런스층(204)의 적층 구조부, 비자성 중간층(203) 및 레퍼런스층(202)으로 합성형 레퍼런스층을 형성한다. 또한, 레퍼런스층은 비자성 중간층(203)과 레퍼런스층(202)을 생략하고, 레퍼런스층(207), 레퍼런스층(206), 배향 분리층(205), 레퍼런스층(204)으로 형성되는 구조이어도 된다. 레퍼런스층(202) 위에 캡층(cap layer)(201)으로서, Ta(5nm)를 형성한다. Ta는, 예를 들면, 루테늄(Ru), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 등의 재료로 치환하여도 된다. 이러한 TMR 소자는 클러스터형 기판 처리 장치에 의해, 진공 상태에서 제작된다.
또, 도 2에서는, 버퍼층(211)은 5nm 두께의 RuCoFe이고, 버퍼층(210)은 2nm 두께의 Ta이고, 자유층(209)은 0.8nm 두께의 CoFeB이고, 배리어층(208)은 0.9nm 두께의 MgO이고, 레퍼런스층(207)은 0.5nm 두께의 Fe이고, 레퍼런스층(206)은 0.8nm 두께의 CoFeB이고, 배향 분리층(205)은 0.3nm 두께의 Ta이며, 레퍼런스층(204)은 0.25nm 두께의 Co와 0.8nm 두께의 Pt의 적층체를 4개 포함하는 구조이다. 비자성 중간층(203)은 0.9nm 두께의 Ru이고, 레퍼런스층(202)은 0.25nm 두께의 Co와 0.8nm두께의 Pt의 적층체를 14개 포함하는 구조이며, 캡층(201)은 20nm 두께의 Ru이다.
도 3은, 비특허문헌 3에 개시된 면내 자화형 소자(이하, MTJ 소자)의 적층 구조의 모식도이다. MTJ 소자(300)에서는, 먼저, 처리 기판 위에, 버퍼층(309)으로서, 예를 들면, Ta(5nm)를 성막한다. 상부의 Ta는 하층막의 역할을 겸비하고 있으며, Ta 이외에, 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W) 등의 금속으로 하여도 된다. 또한, 그 위에 예를 들면, 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr), 루테늄(Ru) 등 중의 적어도 1개의 원소를 포함하는 층을 성막하여도 된다. 버퍼층(309) 위에 예를 들면, IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn, CrPtMn 등을 포함하는 반강자성층(308)을 두께 3∼20nm 정도 성막한다. 반강자성층(308) 위에 예를 들면, CoFe 등을 포함하는 두께 1∼5nm 정도의 레퍼런스층(307)과, 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 레늄(Re) 중 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금을 포함하는 두께 0.8nm 정도의 비자성 중간층(306)과, 예를 들면, CoFe, CoFeB 등을 포함하는 두께 1∼5nm 정도의 레퍼런스층(305)을 성막한다. 반강자성층(308), 고정 자성층(307), 비자성 중간층(306), 고정 자성층(305)은 합성형의 레퍼런스층을 형성한다. 이 레퍼런스층은 반강자성층과 2개의 레퍼런스층의 2층 구조를 갖는 구성이어도 된다. 레퍼런스층은 자화 방향이 고정된 층이다.
레퍼런스층(305) 위에 배리어층(304)을 형성한다. 배리어층(304)은 높은 MR 비를 얻기 위하여 MgO가 바람직하다. MgO 이외에도, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물이어도 된다. 또한, 산화물은 RF 스퍼터링 등을 이용하여 직접 형성하는 방법, 금속을 성막하고 나서 산화하는 방법 중의 어느 쪽을 이용해도 된다. 산화는 챔버를 밀봉 상태로 유지하면서 행하는 밀봉 산화, 챔버를 배기하면서 행하는 플로 산화, 활성 산소를 이용하는 라디칼 산화 또는 플라즈마 산화 등에 의해서 행해진다. 배리어층(304) 위에, 예를 들면, CoFeB 또는 Co, Fe, Ni 등의 적어도 1개 또는 2개 이상의 합금을 포함하는 재료를 1층 또는 2층 이상 형성한 구조인 자유층(303)을 두께 1∼10nm 정도 성막한다. 자유층(303)은 자화가 고정되어 있지 않은 층이며, 레퍼런스층의 자화와의 상대 각도에 따라 전기 저항이 변화된다.
자유층(303) 위에 산화물 캡층(302)을 형성한다. 산화물 캡층(302)은 자유층의 자화에 수직 자기이방성을 부여하여, 스핀 토크에 의한 자화 반전을 보다 쉽게 함으로써, 자화 반전하는 임계 전류 밀도 Jc0를 저감하는 효과를 갖는다. 산화물 캡층에는 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si) 중의 적어도 1개 또는 2개 이상을 함유하는 산화물 등을 적용할 수 있다. 산화는 챔버를 밀봉 상태로 유지하면서 행하는 밀봉 산화, 챔버를 배기하면서 행하는 플로 산화, 활성 산소를 이용하는 라디칼 산화 또는 플라즈마 산화 등에 의해서 행해진다. 산화물 캡층(302) 위에 캡층(301)으로서, Ta(5nm)를 형성한다. Ta는, 예를 들면, 루테늄(Ru), 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 등의 재료로 차환하여도 된다. 이러한 TMR 소자는 클러스터형 기판 처리 장치에 의해, 진공 일관에서 제작된다.
또한, 도 3에서는, 반강자성층(308)은 15nm 두께의 PtMn이고, 레퍼런스층(307)은 2.5nm 두께의 Co70Fe30이고, 비자성 중간층(306)은 0.85nm 두께의 Ru이고, 레퍼런스층(305)은 3nm 두께의 Co60Fe20B20이고, 배리어층(304)은 1nm 두께의 MgO이고, 자유층(303)은 2nm 두께의 Fe80B20이고, 산화물 캡층(302)은 0∼2.4nm 두께의 MgO 캡이며, 캡층(301)은 5nm 두께의 Ta이다.
(제1 실시형태)
도 4는, 본 실시형태에 따른 산화 처리 장치(400)의 구성을 나타내는 모식도로서, 기판 반송 상태, 및 제1 산화 처리(제1 산화 프로세스 상태)에 있어서의 도면이다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 산화 처리 장치(400)의 구성을 나타내는 모식도로서, 제1 산화 처리의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 6은, 본 실시형태에 따른 산화 처리 장치(400)의 구성을 나타내는 모식도로서, 제2 산화 처리(제2 산화 프로세스 상태)에 있어서의 도면이다. 본 실시형태에서는, 산화 처리 장치(400)에 의해, 예로서 든 도 1∼도 3에 나타낸 각 소자의 배리어층을 형성한다. 본 실시형태에서는, 배리어층은 MgO이며, Mg이 형성된 기판을 산화 처리 장치(400) 내에서 산화 처리해서 MgO를 형성한다.
또한, 본 실시형태에 있어서, "제1 산화 처리"란, Mg이 승화하지 않는 온도(예를 들면, 실온)에서 행하는 터널 배리어층 형성을 위한 산화를 지칭한다. 또한, "제2 산화 처리"란, 기판을 의도적으로 가열하면서, 또는 소정의 온도로 가열된 상태에서 행하는 터널 배리어층 형성을 위한 산화를 지칭한다. 본 실시형태에서는 제1 산화 처리 후에 제2 산화 처리를 행한다. 여기서, 본 발명에 있어서, 승화하지 않는 온도란, 포화 증기압을 넘어서 금속막이 진공 중에서 탈리하지 않는 온도를 지칭한다.
도 4∼6에 있어서, 산화 처리 장치(400)는, 처리 용기(401)와, 처리 용기 내를 배기하기 위한 배기부로서의 진공 펌프(402)와, 처리 용기(401) 내에 마련된 기판(403)을 유지하기 위한 기판 홀더(404)와, 처리 용기(401) 내에 마련된 통부재(405)와, 처리 용기(401) 내에 산소 가스를 도입하는 산소 가스 도입 수단으로서의 가스 도입부(406)와, 기판 반송구(407)를 구비하고 있다. 당해 기판 반송구(407)에는 슬릿 밸브가 마련되어 있다.
기판 홀더(404)는, 기판(403)을 유지하기 위한 기판 지지면(404a)과, 당해 기판 지지면(404a)이 형성된 재치부(404b)와, 기판 지지면(404a)으로부터 가스 도입부(406) 측으로 돌출하고, 기판(403)을 기판 지지면(404a)으로부터 이간하여 지지 가능한 돌기부(또는 지지부)(404c)를 갖고 있다. 상기 돌기부(404c)는, 기판 지지면(404a)으로부터 돌출시키는 돌출 상태와, 기판 지지면(404a)의 내부에 수납되는 수납 상태를 실행 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 기판(403)은, 돌출 상태(도 4, 5)에 있어서는, 돌기부(404c) 상에 유지되고, 수납 상태(도 6)에 있어서는, 기판 유지면(404a) 상에 유지된다.
기판 홀더(404)의 내부에는 가열 장치로서의 히터(408)가 마련되어 있다. 또한, 기판 홀더(404)에는, 기판 홀더(404)와 통부재(405)와의 상대 위치를 변화시키는 위치 변화 수단으로서의 기판 홀더 구동부(409)가 접속되어 있다.
기판 홀더 구동부(409)는, 기판 홀더(404)를, 화살표 방향 P(또는 기판 홀더(404)를 산화 처리 공간(410)으로 근접시키는 방향, 및 기판 홀더(404)를 산화 처리 공간(410)으로부터 멀어지게 하는 방향)로 이동시킨다. 또한, 기판 홀더 구동부(409)는, 돌기부(404c)를 돌출 상태와 수납 상태 사이에서 바꾸도록 구성되어 있다. 즉, 기판 홀더 구동부(409)의 제어에 의해, 돌출 상태의 확립시에는, 돌기부(404c)가 기판 홀더(404)의 내부에 수납되어 있는 경우는, 돌기부(404c)를 기판 유지면(404a)으로부터 돌출시키고, 수납 상태의 확립시에는, 기판 유지면(404a)으로부터 돌출하고 있는 돌기부(404c)를 기판 홀더(404)의 내부에 수납한다. 본 실시형태에서는, 기판 반송시, 및 제1 산화 처리시에 있어서는, 기판 홀더 구동부(409)의 제어에 의해, 기판 홀더(404)를 도 4에 나타낸 위치로 이동시키고, 돌기부(404c)를 기판 유지면(404a)으로부터 돌출시켜서, 돌출 상태로 한다. 기판 반입시에는, 이 상태에서, 기판 반송구(407)를 통해서 기판(403)을 처리 용기(401) 내에 반입하고, 돌기부(404c) 상에 기판(403)을 재치(載置)한다. 기판 반출시에는, 돌기부(404c) 상에 유지된 기판(403)을 기판 반송구(407)를 통해서 처리 용기(401)로부터 반출한다. 한편, 제1 산화 처리에 있어서는, 도 4, 5의 상태에서, 가스 도입부(406)에 의해 처리 용기(401) 내에 산소 가스를 도입함으로써, 가열하면서의 산화에 앞서 Mg의 산화가 행하여진다. 또한 제2 산화 처리에 있어서는, 기판 홀더 구동부(409)의 제어에 의해, 돌기부(404c)가 기판 홀더(404)의 내부에 수납된 상태가 되고, 이에 따라, 기판(403)은 기판 유지면(404a) 상에 배치되고, 기판(403)을 가열하면서의 산화 처리가 행해진다(도 6).
가스 도입부(406)는, 기판 홀더(404)와 대향하는 처리 용기(401)의 벽(401a)으로부터 이간하여 마련되며, 다수의 구멍을 갖는 샤워 플레이트(411)와, 상기 벽(401a)에 마련되어, 처리 용기(401) 내에 산소 가스를 도입하는 가스 도입구를 갖는 산소 도입 경로(412)와, 샤워 플레이트(411)와 벽(401a) 사이의 공간으로서 산소 도입 경로(412)로부터 도입된 산소 가스를 확산시키기 위한 확산 공간(413)을 갖는다. 본 실시형태에서는 확산 공간(413) 내에 산소 가스가 도입되도록 산소 도입 경로(412)가 마련되어 있으며, 산소 도입 경로(412)로부터 도입되어 확산 공간(413)에서 확산된 산소 가스는, 샤워 플레이트(411)를 통해, 기판 면 내로 균일하게 공급된다. 또한, 산소 도입 경로(412)를 복수 마련하여도 된다.
통부재(405)는, 처리 용기(401)의 벽(401a)의, 산소 도입 경로(412)가 접속된 부분을 적어도 포함하는 영역(40lb) 및 샤워 플레이트(411)를 전체적으로 둘러싸도록 벽(401a)에 장착될 수 있으며, 벽(401a)으로부터 상기 벽(401a)과 대향하는 쪽(여기에서는, 기판 홀더(404)측)을 향해서 연장되는 연장부(405a)를 갖는 부재이다. 본 실시형태에서는 통부재(405)는, 연장 방향에 수직하게 절단된 단면이 원형 모양인 통상 부재이지만, 상기 단면은 다각형 등 다른 형상이어도 된다. 또한, 통부재(405)는, 예를 들면, 알루미늄제이다. 알루미늄제로 함으로써 통부재(405)를 용이하게 가공할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 알루미늄 외에도, 예를 들면, 티타늄이나 스테인레스강(SUS)제이어도 된다. 또한, 통부재(405)가 벽(401a)에 대하여 착탈가능하게 당해 통부재(405)를 구성하여도 된다. 연장부(405a)에 의해 둘러싸인 공간, 즉, 통부재(405)의 중공부에는, 샤워 플레이트(411)가 마련되어 있으며, 통부재(405)의 샤워 플레이트(411) 보다도 벽(401a)에 가까운 부분과, 당해 벽(401a)에 있어서의 상기 영역(40lb)의 적어도 일부와, 샤워 플레이트(411)에 의해, 확산 공간(413)이 형성되어 있다.
MgO의 산화 분포를 개선하여, MgO의 면내 RA 분포를 개선하기 위해서는, 산화 대상인 Mg의 표면에서의 산소 압력을 더 균일하게 할 필요가 있다. 즉, 가스 도입구로부터 배기측까지가 일 방향인 경우, 가스 도입구의 압력은 높고, 배기측의 압력이 낮아지게 된다. 예를 들면, Mg와 같이 반응성이 높은 재료의 경우, 이 압력 구배에 의해 산화 분포가 악화되는 것이 알려져 있다. 따라서, 샤워 플레이트(411)가 마련된 구조가 바람직하다. 즉, 샤워 플레이트(411)와 통부재(405)를 설치함으로써, 산소 도입 경로(412)와 배기부로서의 진공 펌프(402)가 동축 상에 존재하지 않는 경우(예를 들면, 도 4∼5에 나타난 바와 같이, 산소 도입 경로(412)의 산소 도입 방향과 진공 펌프(402)의 배기 방향이 수직 관계에 있는 경우)이어도, 도 5, 6의 위치에 있는 기판(403)의 표면에 대하여 균일하게 산소 가스를 공급할 수 있어서, 산화에 의해 발생하는 MgO의 기판(403) 면내에 있어서의 산화 분포의 편향을 저감할 수 있다. 따라서, RA 분포를 향상시킬 수 있다.
상기 샤워 플레이트(411)의 구멍으로부터 산화 처리 공간(410)으로 산소 가스가 도입되므로, 샤워 플레이트(411)는, 가스 도입부(406)의, 산화 처리 공간 내에 산소 가스를 한정적으로 도입하기 위한 부분이 마련된 영역("산소 가스 도입 영역"이라고도 부름)이라고 할 수 있다.
또한, 일례로서 샤워 플레이트(411)를 마련하지 않는 경우에는, 산소 가스는, 산소 도입 경로(412)로부터 산화 처리 공간(410) 내로 도입되므로, 영역(40lb)이 산소 가스 도입 영역으로 된다.
본 실시형태에서는, 산소 가스 도입 영역, 통부재(405), 및 기판 홀더(404)(또는 기판 유지면(404a))에 의해, 산화 처리 공간(410)이 형성된다고 할 수 있다.
또한, 통부재(405)는, 도 5, 6에 나타나는 바와 같이, 당해 통부재(405)의 개구부(405b) 내에 기판 홀더(404)가 삽입되었을 경우, 연장부(405a)와 기판 홀더(404)의 적어도 일부(재치부(4b)) 사이에 간극(415)이 형성되도록 마련되어 있다. 즉, 통부재(405)는, 산화 처리 공간(410)의 형성시에 있어서, 기판 유지면(404a)을 둘러싸고, 또한 기판 유지면(404a)이 형성된 재치부(404b)와 연장부(405a) 사이에 간극(415)이 마련되도록 구성되어 있다. 따라서, 가스 도입부(406)로부터 산화 처리 공간(410) 내에 도입된 산소 가스는, 간극(415)을 통해서 산화 처리 공간(410)으로부터 당해 산화 처리 공간(410)의 외부 공간(414)으로 배기된다. 산화 처리 공간(410)으로부터 간극(415)을 통해서 외부 공간(414)으로 배기된 산소 가스는, 진공 펌프(402)에 의해 처리 용기(401)로부터 배기된다.
기판 홀더 구동부(409)는, 기판 유지면(404a)이 통부재(405)의 내부에 수용되도록 기판 홀더(404)를 화살표 방향 P로 이동시키고, 기판 유지면(404a)(또는 재치부(404b))이 개구부(405b)에 삽입되는 소정의 위치에서 기판 홀더(404)의 이동을 정지한다. 이와 같이 해서, 도 5, 6에 나타내는 바와 같이, 간극(415)만에 의해 외부 공간(414)과 연통(連通)하는 산화 처리 공간(410)이 형성된다. 이때, 산화 처리 공간(410)은, 샤워 플레이트(411)와, 연장부(405a)와, 기판 홀더(404)(또는 기판 유지면(404a))에 의해 형성된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 처리 용기(401)의 내부에 있어서, 처리 용기(401)의 내벽에 의해 구획되는 공간보다 작은 공간을, 기판 유지면(404a)과 함께 형성하기 위한 포위부(surrounding portion)는, 샤워 플레이트(411),및 연장부(405a)이다. 따라서, 통부재(405)에 대한 포위는, 산화 처리시에 있어서, 가스 도입부(406)에 의해 도입된 산소 가스가 처리 용기(401) 내의 산화 처리 공간(410) 내에 한정적으로 도입되도록, 당해 산화 처리 공간(410)을 샤워 플레이트(411)와 기판 홀더(404)(또는 기판 유지면(404a))와 함께 구획하기 위한 포위 부재이다.
또한, 상술한 바와 같이, 일례로서 샤워 플레이트(411)를 마련하지 않는 경우는, 산화 처리 공간(410)은, 영역(40lb)과, 연장부(405a)와, 기판 홀더(404)에 의해 형성되므로, 이 경우는, 상기 포위부는, 처리 용기(401)의 내벽의 일부인 영역(40lb), 및 연장부(405a)이다.
또한, 기판 홀더 구동부(409)는, 기판 유지면(404a)이 당해 기판 유지면(404a)의 면내 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있어도 된다. 즉, 기판 홀더(404)를, 기판 유지면(404a)의 법선(法線) 방향을 중심으로 기판 유지면(404a)이 회전하도록 구성하여도 된다. 이와 같이 기판 유지면(404a)을 회전시키는 경우는, 기판 홀더(404)에 정전 척(ESC)을 마련하여, 기판 유지면(404a)에 기판(403)을 정전 흡착시키면 된다. 이와 같이 ESC에 기판을 흡착시킴으로써, 예를 들면, 제2 산화 처리 때에, 기판(403)을 소정의 온도로 가열한 상태에서 기판(403)을 회전시키면서 산화를 행할 수 있다.
산소 분포를 개선하여, RA 분포를 개선시키기 위해서는, 기판(403) 표면에 있어서의 산소 압력을 균일하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 샤워 플레이트(411)로부터의 가스 도입이 불균일한 경우라도, 기판 유지면(404a)이 회전하는 것에 의하여 기판(403)을 회전시킴으로써, 기판(403)의 표면에 공급되는 산소 가스의 가스 농도 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, RA 분포를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판 홀더 구동부(409)는, 기판 홀더(404)를 통부재(405)의 내부에 있어서, 연장부(405a)의 연장 방향을 따라 이동시키도록 구성되어 있다. 즉, 기판 홀더 구동부(409)는, 통부재(405)의 내부에 있어서, 기판 홀더(404)를 산소 가스 도입 영역으로서의 샤워 플레이트(411)에 근접시키는 방향, 및 샤워 플레이트(411)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 7은, 본 실시형태에 따른 자기저항 효과 소자의 제조 방법의 순서를 나타내는 플로차트이다. 여기서 설명하는 자기저항 효과 소자는, 일례로서, 기판 상에, 자화 자유층, 터널 배리어층, 및 자화 고정층의 순서로 적층시킨 구조를 갖는 것이다. 또한, 본 발명이 기판 상에, 자화 고정층, 터널 배리어층, 및 자화 자유층의 순서로 적층시킨 구조를 갖는 자기저항 효과 소자의 제조에 적용될 수도 있음은 물론이다.
먼저, 기판(403) 상에 자화 자유층의 하층이 되는 소정의 층을 형성한 것을 준비한다. 스텝 S71에서는, 어떤 성막 챔버에 있어서, 상기 하층 위에 자화 자유층을 형성한다. 다른 예로서, 자화 고정층, 터널 배리어층, 자화 자유층을 순차적으로 적층시킨 구조의 경우는, 상기 하층 위에 자화 고정층을 형성한다. 즉, 스텝 S71에서는, 상기 하층 위에, 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽을 형성한다.
스텝 S72에서는, 상기 어떤 성막 챔버, 또는 다른 챔버에 있어서, 스텝 S71에서 성막된 자화 자유층 위에 Mg를 형성한다. 이와 같이 성막 공정으로서의 본 스텝에 의해, 산화물인 터널 배리어층을 형성하기 위한 상기 금속막을 성막한다.
스텝 S73에서는, 스텝 S72에서 Mg이 형성된 기판(403)을 기판 반송구(407)를 통해 산화 처리 장치(400) 내에 반송하고, 당해 산화 처리 장치(400) 내에서 산화 처리를 행한다. 이 산화 공정의 상세에 대해서는 후술한다.
스텝 S74에서는, 스텝 S73에서의 산화 처리에 의해 형성된 MgO(또는 터널 배리어층)를 갖는 기판(403)을, 상기 어떤 성막 챔버, 또는 다른 성막 챔버로 반송하고, 터널 배리어층으로서의 MgO 위에 자화 고정층을 형성한다. 상기 다른 예로서, 자화 고정층, 터널 배리어층, 자화 자유층을 순차적으로 적층시킨 구조의 경우는, MgO 위에 자화 자유층을 형성한다. 즉, 스텝 S74에서는, 터널 배리어층 위에, 자화 자유층 및 자화 고정층의 다른 쪽을 형성한다.
도 8은, 본 실시형태에 따른 터널 배리어층의 형성 공정에 있어서의 산화 처리의 순서를 나타내는 도면이다. 도 9는, 도 8의 산화 처리의 타이밍 차트를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 실시형태에 있어서는, 기판 홀더(404)는 ESC 기능, 및 기판 회전 기구를 갖는다.
스텝 S81에서는, 타이밍 t1에 있어서, 기판 반송구(407)의 슬릿 밸브를 열어서 Mg이 형성된 기판(403)을 처리 용기(401) 내로 반송하고, 돌출 상태의 돌기부(404c) 상에 기판(403)을 재치한다. 이와 같이 해서 기판 홀더 상에 Mg이 형성된 기판(403)이 유지된다. 타이밍 t2에서, 상기 슬릿 밸브를 닫는다.
스텝 S82에서는, 도 4의 상태에 있어서, 타이밍 t3에서, 가스 도입부(406)에 의해 처리 용기(401) 내에 산소 가스가 도입된다. 이때, 히터(408)를 구동하고 있지 않으며, 처리 용기(401) 내의 온도는 실온이다. 이 산소 도입에 의해, 기판(403) 상의 Mg은 산화된다(또는 제1 산화 처리가 행해진다). 또한, 본 실시형태에서는, 제1 산화 처리에 있어서, Mg의 승화를 가능한 한 억제하는 것이 중요하다. 따라서, 제1 산화 처리 시의 기판 온도는 실온에 한하지 않고, Mg이 승화하지 않는 온도이면, 히터(408)나 외부 가열 장치(미도시)에 의해 기판(403)이 가열되어도 된다. 또 스루풋을 향상시키기 위해, 히터(408)를 항상 구동시키고, 기판 홀더(404)를 항상 가열하고 있어도 된다. 이 경우에도, 스텝 S81에 있어서, 기판(403)은 돌기부(404c) 상에 재치되기 때문에, 기판(403)의 온도는 Mg이 승화하지 않는 온도로 유지된다.
스텝 S83에서는, 스텝 S82에서 개시된 산소 가스 도입을 유지하면서, 타이밍 t4에서, 돌기부(404c)가 하강하여 기판 홀더(404) 내에 수납되며, 이에 따라, 돌기부(404c) 상에 배치된 기판(403)을 기판 유지면(404a) 상에 재치한다.
스텝 S84에서는, 스텝 S82에서 개시된 산소 가스 도입을 유지하면서, 타이밍 t5에서, 히터(408)를 구동해서 기판 유지면 상에 재치된 기판(403)의 가열을 개시한다. 즉, 히터(408)에 의해 기판 유지면(404a)을 가열하고, 당해 가열에 의해 기판(403)을 가열한다. 또한, 기판 홀더(404)의 ESC 기능을 턴온하고, 기판(403)을 기판 유지면(404a) 상에 정전 흡착시킨다. 이 ESC 기능 턴온에 의해, 기판(403)을 단시간에서 소망의 온도로 가열할 수 있으며, 타이밍 t6에서, 기판(403)은 목표 가열 온도에 도달한다. 본 스텝에 의해, 기판(403) 상에 형성되고, 제1 산화 처리에서 산화되어 있지 않은 Mg의, 가열되면서의 산화(제2 산화 처리)가 개시된다. 상기 목표 가열 온도는, Mg이 승화하는 온도 이상이어도 되고, 그 온도 미만이어도 된다. 다만, 당해 가열 공정에서는, Mg이 승화하지 않는 조건에 있어서 기판(403)을 가열하는 것이 바람직하다.
스텝 S85에서는, 스텝 S82에서 개시된 산소 가스 도입을 유지하면서, 타이밍 t7에서, 기판 홀더 구동부(409)를 구동하여, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 산화 처리 공간(410)이 형성되는 위치까지 기판 홀더(404)를 이동시킨다. 이에 따라, 처리 용기(401)의 내부에, 당해 처리 용기(401)보다 작은 공간인 산화 처리 공간(410)이 형성된다. 이와 동시에, 기판 홀더 구동부(409)를 구동하여, 기판 유지면(404a)을 당해 기판 유지면(404a)의 법선 방향을 중심으로 회전시켜서, 기판(403)을 회전시킨다. 또한, 본 스텝에서는, 기판 홀더(404)를, 산소 가스 도입 영역(또는 산소 가스 도입부)으로서의 샤워 플레이트(411)에 근접시키면서, 기판(403)의 가열 및 산소 도입을 행하여도 된다.
또한, 본 실시형태에서는 스텝 S84 후에 산화 처리 공간(410)을 형성하고 있지만, 당해 산화 처리 공간(410) 형성의 타이밍은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 스텝 S84의 이전인 어느 타이밍(예를 들면, 스텝 S81과 스텝 S82 사이 등)이어도 된다.
스텝 S86에서는, 타이밍 t8에서, 가스 도입부(406)를 제어하여, 스텝 S82에서 개시된 산소 도입을 정지한다. 이와 동시에, 기판 유지면(404a)을 정지해서 기판 홀더(404)를 도 4의 위치로 이동시키도록, 기판 홀더 구동부(409)를 제어한다. 이어서, 타이밍 t9에서, 히터(408)의 구동을 정지하고, ESC 기능을 턴오프로 하고, 타이밍 t10에서, 수납 상태의 돌기부(404c)를 상승시켜서, 기판 유지면(404a)으로부터 돌출시키고, MgO가 형성된 기판(403)을 돌기부(404c) 상에 유지시킨다. 이어서, 타이밍 t11에서, 기판 반송구(407)의 슬릿 밸브를 열고, 돌기부(404c) 상에 유지된 기판을 처리 용기(401)로부터 밖으로 반출하고, 타이밍 t12에서, 상기 슬릿 밸브를 닫는다. 본 실시형태에 있어서, 처리 용기(401)에 접속된 진공 펌프(402)는 항상 구동하고 있으며, 상술한 스텝 S81∼S86에 있어서 항상 처리 용기(401) 내는 배기되어 있다. 다만, 이에 한정하지 않고, 진공 펌프(402)를 각 스텝에 맞춰서 한정적으로 구동시켜도 된다.
본 실시형태에 의하면, 돌기부(404c)에 의해 기판(403)을 기판 유지면(404a)으로부터 이간해서 유지한 상태에서 산소 가스를 공급하고, Mg이 승화하지 않는 온도인 실온에서, 기판(403) 상에 형성된 Mg을 먼저 산화시키고 있다. 따라서, 기판(403) 상의 Mg의 표면(또는 노출면) 및 그 근방에 대하여, Mg이 승화하지 않는 온도에 있어서의 산화를 행할 수 있다. 마그네슘(Mg)막은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 증기압이 다른 금속막 보다도 낮다. 예를 들면, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 1×10-9∼1×10-8Torr의 분위기에 있어서는, 약 423K(약 150℃)에서 Mg의 승화가 개시된다. 따라서, 기판(403) 상에 형성된 Mg에 있어서, 1×10-9∼1×10-8Torr의 분위기에서는 약 150℃ 이상의 온도에서 Mg은 승화하여, 당해 Mg이 기화된다. 이 Mg의 승화를 최소화하기 위해서, 본 실시형태에서는, 제1 산화 처리에 있어서, Mg이 승화하지 않는 온도에서 산소 가스를 공급해서 Mg의 산화 처리를 행한다. 이에 따라, Mg의 승화를 최소값으로 저감하면서, 기판(403) 상에 형성된 Mg의 일부를 MgO로 할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에서는, 돌기부(404c)를 기판 홀더(404)에 수납해서 당해 돌기부(404c) 상에 유지되어, 표면 및 그 근방이 MgO로 변환된 Mg이 형성된 기판(403)을 기판 유지면(404a) 상에 재치하고, 상기 기판 유지면(404a)에 재치된 기판(403)을 히터(408)에 의해 소정의 온도까지 가열하면서, 저압에서 산화 처리(제2 산화 처리)를 행한다. 따라서, 제1 산화 처리에 의해 산화되지 않은 Mg을, 상기 가열하면서의 산화에 의해 강한 산화력으로 산화시키게 된다. 종래에서는, 가열하면서의 산화에서는, 특히 고진공 중의 경우, Mg의 승화량이 많아지는 문제를 갖고 있었다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 가열하면서의 산화가 행해지기 전의 단계에서, 제1 산화 처리에 의해 기판(403) 상에 형성된 Mg의 표면 및 그 근방을 MgO로 변환시키고 있다. 따라서, 상기 제1 산화 처리에 의해 형성된 MgO는, 승화가 일어나기 어렵기 때문에, 하부-층 Mg(Mg의 표면 및 그 근방으로부터 내측의 영역)에 대하여, 승화를 억제하는 캡층으로서 기능한다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판(403)을 가열하기 전의 단계에서 산소 가스를 도입해서 산화 처리(또는 제1 산화 처리)를 행하고 있으므로, 기판 가열을 하면서의 산화 처리(또는 제2 산화 처리)가 개시될 때에는, Mg의 일부는 이미 MgO로 되어 있다. 따라서, 종래보다 스루풋을 향상시킬 수 있다. 따라서, 산화 처리에 소요되는 시간이 단축되므로, MgO에의 불순물의 혼입을 저감할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 기판(403)의 가열을 위한 기판 유지면(404a)의 가열을 기판(403)이 기판 유지면(404a) 상에 재치된 후(스텝 S83 후)에 행하고 있지만, 기판 유지면(404a)의 가열을 스텝 S83 이전에 행하여도 된다. 예를 들면, 기판 유지면(404a)의 가열은, 스텝 S81과 스텝 S83 사이에서 행하면 된다. 이와 같이 함으로써, 제2 산화 처리를 위해 기판 유지면(404a)에 기판(403)을 재치한 단계에서, 기판 유지면(404a)은 필요한 가열 상태로 되고 있다. 따라서, 기판 유지면(404a)이 소망의 온도로 가열될 때까지의 대기 시간을 단축할 수 있고, 스루풋을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 스텝 S82에서의 산소 도입 후에, 스텝 S84에서 기판의 가열을 행하고 있다. 그러나, 본 실시형태에서 중요한 것은, 기판 가열을 하면서의 산화 이전에, Mg의 승화를 최소값으로 저감하면서 형성된 MgO를, Mg의 표면 및 그 근방에 형성하는 것이다. 따라서, 이를 실현할 수 있다면, 산소 가스 도입과 기판 가열을 동시에 행하여도 된다. 예를 들면, 돌기부(404c)를 마련하지 않고, 기판(403)을 기판 유지면(404a) 상에 재치하고, 가스 도입부(406)에 의한 산소 도입과, 히터(408)에 의한 기판 가열을 동시에 행하여도 된다. 이 경우, 예를 들면, 기판을 Mg이 승화하는 온도 이상의 온도까지 가열할 경우라도, 기판 가열로부터의 소정 기간에 있어서는, 기판 온도는 Mg이 승화하지 않는 온도이므로, 이 기간에 있어서는 Mg의 승화가 최소화되는 산화(또는 제1 산화 처리)라고 할 수 있다. 그리고, 기판 온도의 상승과 함께, 제1 산화 처리로부터 제2 산화 처리로 연속적으로 처리가 변화되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제2 산화 처리는, Mg의 면내에서 균일하게 산화를 행하기 위한 산화 처리로서, 기판 온도를 소정의 온도 이상으로 가열하면서의 산화 처리이다. 그리고, 제1 산화 처리는, 상기 제2 산화 처리에 있어서의 산화에 의한 Mg의 승화에 대하여 캡층으로서 기능하는 MgO를 형성하고, Mg의 승화를 저감해서 형성하기 위한 산화 처리이며, 제2 산화 처리에 앞서, Mg이 승화하지 않는 기판 온도(예를 들면, 실온)에서 기판(403)에 산소를 공급해서 행하는 산화 처리이다. 이러한 제1 산화 처리 및 제2 산화 처리를 이 순서로 행함으로써, 기판 가열을 행하면서의 산화 처리를 저압 분위기에서 행하여도, Mg의 승화를 저감할 수 있고, 또한 RA 분포를 향상시킬 수 있다.
(제2 실시형태)
제1 실시형태에서는, 처리 용기(401) 내에, 당해 처리 용기(401)보다 작은 산화 처리 공간(410)을 형성하고 있지만, 당해 산화 처리 공간(410)을 형성하지 않아도 된다. 도 11은, 제2 실시형태에 따른 산화 처리 장치의 개략구성을 나타내는 모식도이다. 산화 처리 장치(1100)는, 통부재(405)를 마련하고 있지 않은 점을 제외하고는 도 4∼6에 나타내는 산화 처리 장치(400)와 동일한 구조이다.
도 12는, 제2 실시형태에 따른 터널 배리어층의 형성 공정에 있어서의 산화 처리의 순서를 나타내는 플로차트이다.
스텝 S121에서는, 기판 반송구(407)의 슬릿 밸브를 열어서 Mg이 형성된 기판(403)을 처리 용기(401) 내로 반송하고, 돌출 상태의 돌기부(404c) 상에 기판(403)을 재치한다. 상기 기판 재치가 종료되면, 상기 슬릿 밸브를 닫는다.
스텝 S122에서는, 그때까지 열고 있었던 게이트 밸브(416)를 닫고 배기 동작을 정지시킨다. 스텝 S121에서 진공 펌프(402)를 구동시키지 않는 경우에는, 본 스텝은 불필요하다. 스텝 S123에서는, 가스 도입부(406)에 의해 처리 용기(401) 내에 산소 가스가 도입된다. 이때, 히터(408)를 구동하지 않으며, 처리 용기(401) 내는 실온이다. 이 산소 도입에 의해, 기판(403) 상의 Mg은 산화된다(또는 제1 산화 처리가 행해진다).
스텝 S124에서는, 스텝 S123에서 개시된 산소 도입을 정지한다. 본 스텝에 의해 산소 가스의 도입이 정지되어도, 처리 용기(401) 내에는 소정량의 산소 가스가 채워져 있으며, 따라서 산소 분위기가 형성되게 된다.
스텝 S125에서는, 산소 가스 도입이 정지된 상태에서, 돌기부(404c)가 하강해서 기판 홀더(404) 내에 수납되며, 이에 따라, 돌기부(404c) 상에 배치된 기판(403)을 기판 유지면(404a) 상에 재치한다.
스텝 S126에서는, 산소 가스 도입이 정지된 상태에서, 히터(408)를 구동해서 기판 유지면(404a) 상에 재치된 기판(403)의 가열을 개시한다. 즉, 히터(408)에 의해 기판 유지면(404a)을 가열하고, 당해 가열에 의해 기판(403)을 가열한다. 스텝 S124에서 산소 가스 도입은 정지되지만, 기판(403)의 주위에는 산소 분위기가 형성되어 있으므로, 이 가열 공정에서의 당해 가열에 의해, 기판(403)에 형성된 Mg 중, 제1 산화 처리에서 산화되지 않은 Mg의, 가열되면서의 산화(또는 제2 산화 처리)가 개시된다. 다음으로, 스텝 S127에 있어서, 스텝 S122에서 닫은 게이트 밸브(416)를 열어서 배기 동작을 개시시킨다. 스텝 S121에 있어서 진공 펌프(402)를 구동시키지 않는 경우는, 본 스텝 S1272에서 진공 펌프(402)의 구동을 재개하여, 처리 용기(401) 내를 배기한다.
또한, 제2 실시형태에서는 스텝 S125와 스텝 S126 사이에서, 가스 도입부(406)에 의해, 산소 가스를 처리 용기(401) 내에 다시 공급하는 산소 가스 재공급 공정을 행하여도 된다. 이 경우에는, 스텝 S126 후에, 산소 가스의 공급을 정지하는 공정을 행하면 된다. 또한, 스텝 S126에서는, 상기 산소 가스 재공급 공정에서 다시 도입된 산소 가스를 공급하면서, 기판(403)을 가열한다.

Claims (26)

  1. 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽을 형성하는 공정;
    상기 형성된 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽 위에 터널 배리어층을 형성하는 공정; 및
    상기 터널 배리어층 위에 상기 자화 자유층 및 상기 자화 고정층 중의 다른 쪽을 형성하는 공정을 포함하는 자기저항 효과 소자의 제조 방법으로서,
    상기 터널 배리어층을 형성하는 공정은,
    기판 위에 금속막을 성막하는 성막 공정과,
    상기 금속막을 산화 처리하는 산화 공정을 포함하고,
    상기 산화 공정은,
    상기 산화 처리를 행하는 처리 용기 내의 기판 홀더의 기판 유지면으로부터 돌출시킨 지지부에, 상기 금속막이 형성된 기판을 유지시키는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 산소 가스를 도입하여, 상기 지지부에 상기 기판을 재치한 상태에서, 상기 산소 가스를 상기 기판에 공급하는 공정과,
    상기 산소 가스의 도입을 개시한 후에, 상기 기판 유지면 상에 상기 기판을 재치하는 기판 재치 공정과,
    상기 기판 유지면 상에 재치된 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 포함하고,
    상기 지지부는, 상기 기판 유지면으로부터 이간하여 돌출하는 돌출 상태와, 상기 기판 유지면의 내부에 수납되는 수납 상태로 전환가능하고,
    상기 기판을 유지시키는 공정은, 상기 지지부를 상기 돌출 상태로 하여 행하고,
    상기 기판 재치 공정은, 상기 지지부를 상기 수납 상태로 함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급하는 공정은, 상기 금속막이 승화하지 않는 온도에서 상기 산소 가스를 도입하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 유지면은, 상기 기판 재치 공정 전에 가열되는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열 공정 전에, 상기 산소 가스의 도입을 정지하는 공정을 더 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정지하는 공정은, 상기 기판 재치 공정에 의해 상기 기판 유지면 상에 상기 기판을 재치하기 전에, 상기 산소 가스의 도입을 정지하는 것을 포함하고,
    상기 제조 방법은, 상기 기판 재치 공정에 의해 상기 기판 유지면 상에 상기 기판을 재치한 후에, 상기 산소 가스를 상기 처리 용기 내에 도입하는 산소 가스 재도입 공정을 더 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 산소 가스 재도입 공정은, 상기 처리 용기 내에 마련되어 산소 가스를 도입하도록 구성된 산소 가스 도입부에 상기 기판을 근접시키면서, 상기 산소 가스의 도입을 행하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 산소 가스 재도입 공정은, 상기 기판을 상기 기판의 면내 방향으로 회전시키면서, 상기 산소 가스를 도입하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 금속막은 마그네슘인, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽을 형성하는 공정;
    상기 형성된 자화 자유층 및 자화 고정층 중의 한쪽 위에 터널 배리어층을 형성하는 공정; 및
    상기 터널 배리어층 위에 상기 자화 자유층 및 상기 자화 고정층 중의 다른 쪽을 형성하는 공정을 포함하는 자기저항 효과 소자의 제조 방법으로서,
    상기 터널 배리어층을 형성하는 공정은,
    기판 위에 금속막을 성막하는 성막 공정과,
    상기 금속막을 산화 처리하는 산화 공정을 포함하고,
    상기 산화 공정은,
    상기 산화 처리를 행하는 처리 용기 내의 기판 홀더 상에, 상기 금속막이 형성된 기판을 유지시키는 공정과,
    상기 처리 용기 내에, 상기 금속막이 승화하지 않는 온도에서 산소 가스를 도입하여, 상기 기판에 상기 산소 가스를 공급하는 공정과,
    상기 산소 가스의 도입과 동시에, 또는 상기 산소 가스의 도입 후에, 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 포함하고,
    상기 산화 공정은, 상기 유지시키는 공정 후에, 상기 기판 홀더의 상기 처리 용기에 대한 상대 위치를 변화시켜서, 상기 기판 홀더의 기판 유지면과 상기 처리 용기 내에 마련된 포위부(surrounding portion)에 의하여 형성되는 공간을, 상기 처리 용기 내에 형성하는 공정으로서, 상기 포위부에 의해 상기 기판 유지면이 둘러싸이고, 또한 상기 포위부와 상기 기판 홀더 사이에 간극(gap)이 형성되도록 상기 공간을 형성하는 공정을 더 포함하며,
    상기 공간 내에 도입된 산소 가스는, 상기 간극을 통해서 상기 공간으로부터 배기되는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판을 유지시키는 공정은, 상기 기판 유지면으로부터 돌출시킨 지지부 상에 상기 기판을 재치하는 것을 포함하고,
    상기 도입하는 공정은, 상기 지지부 상에 상기 기판을 재치한 상태에서, 상기 금속막이 승화하지 않는 온도에서 산소 가스를 상기 기판에 공급하는 것을 포함하고,
    상기 제조 방법은, 상기 지지부에 재치된 기판을, 상기 기판 유지면 상에 재치하는 공정을 더 포함하며,
    상기 가열 공정은, 상기 기판 유지면 상에 재치된 기판을 가열하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판 유지면은, 상기 기판 유지면 상에 상기 기판을 재치하기 전에 가열되는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 재치하는 공정 전에, 상기 산소 가스의 도입을 정지하며,
    상기 제조 방법은, 상기 재치하는 공정 후에, 상기 산소 가스를 상기 처리 용기 내에 도입하는 산소 가스 재도입 공정을 더 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 산소 가스 재도입 공정은, 상기 처리 용기 내에 마련되어 산소 가스를 도입하도록 구성된 산소 가스 도입부에 상기 기판을 근접시키면서, 상기 산소 가스를 도입하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 산소 가스 재도입 공정은, 상기 기판을 상기 기판의 면내 방향으로 회전시키면서, 상기 산소 가스를 공급하는 것을 포함하는, 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제14항에 있어서,
    상기 금속막은 마그네슘인 자기저항 효과 소자의 제조 방법.
  26. 삭제
KR1020157015986A 2012-12-20 2013-09-04 자기저항 효과 소자의 제조 방법 KR101743498B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2012-278264 2012-12-20
JP2012278264 2012-12-20
PCT/JP2013/005249 WO2014097510A1 (ja) 2012-12-20 2013-09-04 磁気抵抗効果素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150090125A KR20150090125A (ko) 2015-08-05
KR101743498B1 true KR101743498B1 (ko) 2017-06-05

Family

ID=50977880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157015986A KR101743498B1 (ko) 2012-12-20 2013-09-04 자기저항 효과 소자의 제조 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9865805B2 (ko)
JP (1) JP5882502B2 (ko)
KR (1) KR101743498B1 (ko)
CN (1) CN104885245B (ko)
DE (1) DE112013006168B4 (ko)
SG (1) SG11201504875UA (ko)
TW (1) TWI552399B (ko)
WO (1) WO2014097510A1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6077133B2 (ja) 2013-11-18 2017-02-08 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP6305864B2 (ja) * 2014-07-31 2018-04-04 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法
WO2016125200A1 (ja) * 2015-02-02 2016-08-11 キヤノンアネルバ株式会社 垂直磁化型ｍｔｊ素子の製造方法
WO2016189772A1 (ja) 2015-05-22 2016-12-01 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子
GB2548644B (en) 2015-10-21 2020-09-02 Canon Anelva Corp Method for manufacturing magnetoresistive device
US10050192B2 (en) * 2015-12-11 2018-08-14 Imec Vzw Magnetic memory device having buffer layer
US10361361B2 (en) 2016-04-08 2019-07-23 International Business Machines Corporation Thin reference layer for STT MRAM
CN107264075B (zh) * 2016-04-08 2020-11-06 株式会社御牧工程 粘接方法、墨层形成体的制造方法及墨层形成体
JP6280610B1 (ja) * 2016-10-03 2018-02-14 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに位置検出装置
WO2019049244A1 (ja) * 2017-09-06 2019-03-14 Tdk株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US10741742B2 (en) * 2018-02-28 2020-08-11 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Enhanced superconducting transition temperature in electroplated rhenium
US11542589B2 (en) * 2018-03-21 2023-01-03 Applied Materials, Inc. Resistance-area (RA) control in layers deposited in physical vapor deposition chamber
US10648069B2 (en) * 2018-10-16 2020-05-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Monolayer-by-monolayer growth of MgO layers using Mg sublimation and oxidation
CN110098318B (zh) * 2019-05-10 2020-11-03 北京航空航天大学 具有界面垂直磁各向异性的多膜层结构及磁随机存储器
US11177430B2 (en) * 2019-06-17 2021-11-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Memory device and manufacturing method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044134A1 (ja) * 2008-10-14 2010-04-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子製造プログラム

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0165484B1 (ko) 1995-11-28 1999-02-01 김광호 탄탈륨산화막 증착 형성방법 및 그 장치
JP2000232222A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JP2002043299A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Tokyo Electron Ltd 被処理体の熱処理方法
JP2003304012A (ja) * 2002-04-10 2003-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd トンネル磁気抵抗効果素子
JPWO2003092084A1 (ja) * 2002-04-23 2005-09-02 松下電器産業株式会社 磁気抵抗効果素子とその製造方法ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気メモリおよび磁気記録装置
US6774012B1 (en) * 2002-11-08 2004-08-10 Cypress Semiconductor Corp. Furnace system and method for selectively oxidizing a sidewall surface of a gate conductor by oxidizing a silicon sidewall in lieu of a refractory metal sidewall
EP1843386A1 (en) * 2005-01-18 2007-10-10 Nikon Corporation Liquid removing apparatus, exposure apparatus and device manufacturing method
US20070116888A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 Tokyo Electron Limited Method and system for performing different deposition processes within a single chamber
US20080072821A1 (en) 2006-07-21 2008-03-27 Dalton Jeremic J Small volume symmetric flow single wafer ald apparatus
JP5210533B2 (ja) 2006-09-21 2013-06-12 アルプス電気株式会社 トンネル型磁気検出素子及びその製造方法
CN100557840C (zh) * 2006-09-21 2009-11-04 阿尔卑斯电气株式会社 CoFeB层构成固定层至少一部分的隧道型磁检测元件及其制法
JP2008103662A (ja) 2006-09-21 2008-05-01 Alps Electric Co Ltd トンネル型磁気検出素子及びその製造方法
WO2009031232A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Canon Anelva Corporation スパッタリング方法および装置
JP5341082B2 (ja) 2008-06-25 2013-11-13 キヤノンアネルバ株式会社 トンネル磁気抵抗素子の製造方法および製造装置
US20130134032A1 (en) 2008-06-25 2013-05-30 Canon Anelva Corporation Method of fabricating and apparatus of fabricating tunnel magnetic resistive element
WO2010008021A1 (ja) * 2008-07-15 2010-01-21 キヤノンアネルバ株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP5320171B2 (ja) * 2009-06-05 2013-10-23 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
WO2010150590A1 (ja) * 2009-06-24 2010-12-29 キヤノンアネルバ株式会社 真空加熱冷却装置および磁気抵抗素子の製造方法
US8609262B2 (en) * 2009-07-17 2013-12-17 Magic Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for spin-transfer torque (STT)-RAM application
JP5247619B2 (ja) 2009-07-28 2013-07-24 キヤノンアネルバ株式会社 誘電体膜、誘電体膜を用いた半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
TW201135845A (en) * 2009-10-09 2011-10-16 Canon Anelva Corp Acuum heating and cooling apparatus
JP2011134909A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理システム
CN102687297B (zh) * 2009-12-28 2014-12-24 佳能安内华股份有限公司 磁阻元件的制造方法
WO2011081202A1 (ja) 2009-12-29 2011-07-07 キヤノンアネルバ株式会社 電子部品の製造方法、電子部品、プラズマ処理装置、制御プログラム及び記録媒体
WO2012086183A1 (ja) * 2010-12-22 2012-06-28 株式会社アルバック トンネル磁気抵抗素子の製造方法
WO2012090482A1 (ja) 2010-12-28 2012-07-05 キヤノンアネルバ株式会社 半導体装置の製造方法および装置
JP5999543B2 (ja) * 2012-01-16 2016-09-28 株式会社アルバック トンネル磁気抵抗素子の製造方法
WO2014024358A1 (ja) 2012-08-10 2014-02-13 キヤノンアネルバ株式会社 トンネル磁気抵抗素子の製造装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044134A1 (ja) * 2008-10-14 2010-04-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子製造プログラム

Also Published As

Publication number Publication date
SG11201504875UA (en) 2015-07-30
CN104885245A (zh) 2015-09-02
CN104885245B (zh) 2017-06-13
US9865805B2 (en) 2018-01-09
US20160005958A1 (en) 2016-01-07
DE112013006168B4 (de) 2023-12-28
TW201448301A (zh) 2014-12-16
JPWO2014097510A1 (ja) 2017-01-12
KR20150090125A (ko) 2015-08-05
WO2014097510A1 (ja) 2014-06-26
TWI552399B (zh) 2016-10-01
JP5882502B2 (ja) 2016-03-09
DE112013006168T5 (de) 2015-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101743498B1 (ko) 자기저항 효과 소자의 제조 방법
JP6016946B2 (ja) 酸化処理装置、酸化方法、および電子デバイスの製造方法
US20210234092A1 (en) Reduction of Barrier Resistance X Area (RA) Product and Protection of Perpendicular Magnetic Anisotropy (PMA) for Magnetic Device Applications
US7576956B2 (en) Magnetic tunnel junction having diffusion stop layer
US9455400B2 (en) Magnetic tunnel junction for MRAM applications
EP2943957B1 (en) Mg discontinuous insertion layer for improving mt j shunt
KR101136871B1 (ko) 기판 처리 장치, 자기 디바이스의 제조 장치 및 제조 방법
KR101374325B1 (ko) 자기 저항 소자의 제조 방법
JP4551484B2 (ja) トンネル磁気抵抗薄膜及び磁性多層膜作製装置
US9159908B2 (en) Composite free layer within magnetic tunnel junction for MRAM applications
JP2008034857A (ja) 磁気トンネル接合素子およびその形成方法
US10361363B2 (en) Method of manufacturing tunnel magnetoresistive effect element and sputtering apparatus
GB2561790A (en) Method for manufacturing magnetoresistive effect element
Honjo et al. Impact of tungsten sputtering condition on magnetic and transport properties of double-MgO magnetic tunneling junction with CoFeB/W/CoFeB free layer
WO2007105472A1 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
US20150179925A1 (en) Magnetic multilayer stack
CN108987563A (zh) 磁性结、磁性存储器以及提供所述磁性结的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)