KR102075446B1

KR102075446B1 - 자기 저항 효과 소자의 제조 방법

Info

Publication number: KR102075446B1
Application number: KR1020187023280A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 호소야; 요시노리 나가미네
Original assignee: 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2020-02-10
Also published as: US10461249B2; TWI644461B; KR20180103979A; GB201812278D0; US20180331280A1; WO2017134697A1; JPWO2017134697A1; GB2561790B; JP6591568B2; GB2561790A; TW201803166A

Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법은, 레퍼런스층이 성막된 기판 위에 Mg막을 형성하고, Mg막을 산화함으로써 레퍼런스층 위에 MgO층을 성막하는 공정과, MgO층이 성막된 기판을 가열하는 공정과, 가열하는 공정 후에, MgO층 위에 Mg층을 성막하는 공정과, Mg층이 성막된 기판을 냉각하는 공정과, 냉각하는 공정에 의해 기판이 냉각된 상태에서, Mg층 위에 프리층을 성막하는 공정을 갖고, Mg층을 성막하는 공정과, 냉각하는 공정과, 프리층을 성막하는 공정은, 같은 처리 챔버 내에서 행해지는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 저항 효과 소자의 제조 방법

본 발명은 자기 저항 효과 소자의 제조 방법에 관련되며, 특히 MRAM에 이용되는 수직 TMR 소자에 호적(好適)한 자기 저항 효과 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

자장(磁場)에 의해 전기 저항이 변화되는 자기 저항 효과 소자로서, TMR(Tunnel Magneto Resistance) 효과를 이용하여 정보의 기억이나 자기의 검출을 행하는 TMR 소자(MTJ 소자라고도 함)가 알려져 있다. 최근, MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등에의 MTJ 소자의 이용이 기대되고 있다.

특허문헌 1에는, MTJ 소자 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. MTJ 소자는, 프리층(자화 자유층), 터널 배리어층, 및 레퍼런스층(자화 고정층)이 적층된 구조를 포함하고, 프리층 및 레퍼런스층의 자화 방향은 각각 적층 방향과 평행하게 되어 있다.

MTJ 소자를 이용한 MRAM 디바이스의 특성의 향상을 위해서는, MR비(자기 저항비)를 높게 하는 것이 중요하다. 특허문헌 1에 기재된 CoFeB／MgO／CoFeB로 이루어지는 적층 구조는 100％를 초과하는 높은 MR비를 나타내는 것이 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술을 이용한 MTJ 소자는, 바텀핀(bottom pin) 구조의 MTJ 소자이다. 특허문헌 1의 MTJ 소자는, 레퍼런스층(자화 고정층)으로서의 CoFeB층, 프리층(자화 자유층)으로서의 CoFeB층, 및 레퍼런스층과 프리층 사이에 끼워진 터널 배리어층으로서의 MgO층을 구비하고 있다. MgO층(터널 배리어층)은, Mg 성막을 행한 후에 당해 Mg막을 산화 처리함으로써 형성되어 있다. 또한, MgO층의 프리층(자화 자유층)측에는, MgO층으로부터 프리층에의 산소의 확산을 방지하기 위해, Mg층이 MgO층 위에 추가로 성막되어 있다. MgO층의 프리층(자화 자유층)측에 형성된 당해 Mg층을 Mg캡이라고 한다.

일본국 특개2007-142424호 공보

MgO층(터널 배리어층)을 성막하기 위해 Mg 성막 및 그 산화 처리를 행한 후에는, 산소의 Mg막에의 확산을 촉진시키는 열처리가 행해진다. 그리고, 열처리 후에 Mg캡의 성막이 행해지고, 다음으로 프리층의 성막이 행해진다. 그 때문에, 프리층의 성막을 행하기 전에, 열처리까지 행한 기판을 Mg 성막용의 챔버로 되돌려서 Mg캡을 성막하는 되돌림 반송 공정이 필요해진다. 이 되돌림 반송 공정에 의해 기판의 반송 공정이 복잡해져, 생산의 스루풋이 저하되어 버리는 경우가 있었다.

본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 자기 저항 효과 소자를 제조할 때의 반송 공정을 간소화하고, 생산의 스루풋을 향상시킬 수 있는 자기 저항 효과 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법은, 레퍼런스층이 성막된 기판 위에 Mg막을 형성하고, 상기 Mg막을 산화함으로써 상기 레퍼런스층 위에 MgO층을 성막하는 공정과, 상기 MgO층이 성막된 상기 기판을 가열하는 공정과, 상기 가열하는 공정 후에, 상기 MgO층 위에 Mg층을 성막하는 공정과, 상기 Mg층이 성막된 상기 기판을 냉각하는 공정과, 상기 냉각하는 공정에 의해 상기 기판이 냉각된 상태에서, 상기 Mg층 위에 프리층을 성막하는 공정을 갖고, 상기 Mg층을 성막하는 공정과, 상기 냉각하는 공정과, 상기 프리층을 성막하는 공정은, 같은 처리 챔버 내에서 행해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법은, 레퍼런스층이 성막된 기판 위에 Mg막을 형성하고, 상기 Mg막을 산화함으로써 상기 레퍼런스층 위에 MgO층을 성막하는 공정과, 상기 MgO층이 성막된 상기 기판을 가열하는 공정과, 상기 가열하는 공정 후에, 상기 MgO층 위에 Mg층을 성막하는 공정과, 상기 Mg층이 성막된 상기 기판을 냉각하는 공정과, 상기 냉각하는 공정에 의해 상기 기판이 냉각된 상태에서, 상기 Mg층 위에 제1 프리층을 성막하는 공정과, 상기 냉각하는 공정 후에, 실온에서, 상기 제1 프리층 위에 제2 프리층을 성막하는 공정을 갖고, 상기 Mg층을 성막하는 공정과, 상기 냉각하는 공정과, 상기 제1 프리층을 성막하는 공정은, 같은 처리 챔버 내에서 행해지고, 상기 제2 프리층을 성막하는 공정은, 상기 같은 처리 챔버와는 다른 처리 챔버 내에서 행해지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법에 의하면, 자기 저항 효과 소자를 제조할 때의 생산의 스루풋을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 성막 처리를 행하는 기판 처리 시스템의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 처리 챔버의 개략 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 성막 처리를 행하는 예시적인 MTJ 소자의 구성을 나타내는 모식도.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법을 나타내는 프로세스 차트.
도 4b는 비교예의 자기 저항 효과 소자의 제조 방법을 나타내는 프로세스 차트.
도 5a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법을 나타내는 타임 차트.
도 5b는 비교예의 자기 저항 효과 소자의 제조 방법을 나타내는 타임 차트.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서 설명하는 도면에서, 같은 기능을 갖는 것은 동일 부호를 부여하고, 그 반복되는 설명은 생략하는 경우도 있다.

도 1은, 본 실시형태에 따른 자기 저항 효과 소자의 성막 처리를 행하는 기판 처리 시스템(10)의 개략 구성도이다. 기판 처리 시스템(10)은, 클러스터형의 진공 처리 장치이며, 반송 챔버(11)와, 복수의 처리 챔버(A∼F)와, 로드록 챔버(15, 16)와, 반송 장치(12, 13)를 구비하고 있다. 반송 챔버(11)에는, 복수의 처리 챔버(A∼F), 로드록 챔버(15, 16)가 게이트 밸브를 통해 접속되어 있다. 성막 처리가 행해지는 기판은, 반송 챔버(11) 내에 마련된 반송 장치(12, 13)에 의해, 로드록 챔버(15, 16) 및 각 처리 챔버(A∼F) 사이에서 소정의 처리순에 따라서 반송된다. 로드록 챔버(15, 16)의 외측(반송 챔버(11)에 접속되어 있지 않은 측)에는, 기판 처리 시스템(10)에 대하여 기판을 공급·배출하기 위한 오토 로더(도시 생략)가 마련되어 있다.

처리 챔버(A)는, 스퍼터링 성막을 행하는 챔버이며, 성막에 이용하는 타깃 전극, 성막시에 기판을 재치(載置)하는 기판 홀더를 구비하고 있다. 처리 챔버(A)는, Mg캡과 프리층(자화 자유층)의 성막을 행하는 것이 가능하다. 타깃 전극에는, Mg 타깃과 CoFeB 타깃, 혹은 Mg 타깃과 CoFe 타깃이 구비되어 있다. 처리 챔버(A)에 대해서는 도 2에 의거하여 추가로 설명한다.

처리 챔버(B)는, 플라스마 에칭 챔버이며, 방전 가스(Ar 가스)의 도입 장치, 방전 가스를 플라스마화하는 방전 전극, 에칭시에 기판을 재치하는 기판 홀더를 구비하고 있다. 처리 챔버(B)는, 플라스마 에칭으로 기판의 클리닝을 행하는 것이 가능하다.

처리 챔버(C)는, 열처리 챔버이며, 기판의 가열에 이용하는 가열 장치, 기판의 냉각에 이용하는 냉각 장치, 가열 및 냉각시에 기판을 재치하는 기판 홀더를 구비하고 있다. 처리 챔버(C)는, MgO층의 열처리를 행하는 것이 가능하다.

처리 챔버(D)는, 스퍼터링 성막을 행하는 챔버이며, 성막에 이용하는 타깃 전극, 성막시에 기판을 재치하는 기판 홀더를 구비하고 있다. 처리 챔버(D)는, 핀드층(Pinned Layer), 레퍼런스층(Reference Layer), 중간층(Inter Layer)의 성막을 행하는 것이 가능하다. 타깃 전극에는, 핀드층의 성막용으로서 CoFe 타깃, 중간층의 성막용으로서 Ru 타깃, 레퍼런스층의 성막용으로서 CoFeB 타깃이 구비되어 있다.

처리 챔버(E)는, 스퍼터링 성막과 산화 처리를 행하는 챔버이며, 성막에 이용하는 타깃 전극, 성막시에 기판을 재치하는 기판 홀더, 산화 처리에 이용하는 산소 도입 장치를 구비하고 있다. 타깃 전극에는, Mg 타깃이 구비되어 있다. 처리 챔버(E)는, MgO층을 성막하는 것이 가능하다.

처리 챔버(F)는, 스퍼터링 성막을 행하는 챔버이며, 성막에 이용하는 타깃 전극, 성막시에 기판을 재치하는 기판 홀더를 구비하고 있다. 타깃 전극에는, Ta, Ru, IrMn, CoFeB, NiFe 타깃이 구비되어 있다. 처리 챔버(F)는, 버퍼층(Buffer layer)으로서 Ta／Ru, 반강자성층(Pinning layer)으로서 IrMn, 프리층(Free Layer)으로서 CoFeB／NiFe, 캡층(Cap Layer)으로서 Ru／Ta의 성막을 행하는 것이 가능하다.

도 2는, 본 실시형태에 따른 처리 챔버(A)의 개략 구성도이다. 처리 챔버(A)는, 진공 배기할 수 있는 용기(30) 내에, 타깃 전극(캐소드 전극)(41, 42), 타깃(44, 45), 기판 홀더(31), 기판(Ｗ)을 억제하는 링(37)을 구비하고 있다. 예를 들면, 타깃(44)은 Mg 타깃이며, 타깃(45)은 CoFeB, CoFe 등의 자성 재료 타깃이다. 기판 홀더(31)의 상면(기판 재치면)은, 기판(Ｗ)을 재치한 상태에서, 기판(Ｗ)의 이측(裏側)과의 사이에 극간(35)이 형성되는 형상으로 되어 있다.

기판 홀더(31)의 내부에는, 냉각 가스를 극간(35)에 도입하는 가스 도입 라인(33)이 마련되어 있다. 냉각 가스로는, Ar 또는 He를 이용할 수 있다. 용기(30)는, 게이트 밸브(51)를 통해 반송 챔버(11)에 접속되어 있다. 반송 장치(12)는, 게이트 밸브(51)를 통해 기판(Ｗ)을 기판 홀더(31) 위에 재치할 수 있도록 구성되어 있다.

기판 홀더(31)의 극간(35)에 면한 부분(냉각면(31a))은, 도시되지 않은 냉각 장치에 의해 냉각되어 있다. 냉각 장치에는, 액체 질소 등의 냉매 순환, GM(Gifford-McMahon) 쿨러 등의 공지의 냉각 수단을 채용할 수 있다. 기판 홀더(31)는, 극간(35)에 냉각 가스를 도입함으로써, 냉각 가스의 열교환 작용에 의해 기판(Ｗ)을 냉각할 수 있다. 또한, 기판 홀더(31)는, 극간(35)으로부터 냉각 가스를 배출할 수도 있다. 극간(35)에 냉각 가스를 도입하지 않은 상태에서는, 냉각면(31a)을 냉각해도 냉각면(31a)과 기판(Ｗ) 사이에서 열교환하는 냉각 가스가 없기 때문에 기판(Ｗ)의 냉각이 행해지지 않는다. 즉, 극간(35)에 냉각 가스를 도입하지 않고 행하는 처리에서는, 기판(Ｗ)의 온도는 실온인 상태이다. 이후의 설명에 있어서, 냉각면(31a)을 냉각하고, 극간(35)에 냉각 가스를 도입하는 상태를 냉각 모드라고 하고, 냉각면(31a)의 냉각 여부에 상관없이, 극간(35)에 냉각 가스를 도입하지 않은 상태를 비냉각 모드라고 한다. 기판 홀더(31)는, 냉각 모드와 비냉각 모드 중 어느 하나의 모드를 선택할 수 있다.

도 3은, 본 실시형태에 따른 성막 처리를 행하는 예시적인 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 소자(100)의 구성을 나타내는 모식도이다. MTJ 소자(100)는, 예를 들면 MRAM, 자기 센서 등에 이용된다.

MTJ 소자(100)는, 바텀핀 구조의 MTJ 소자이다. MTJ 소자(100)는, 기판(101) 위에 하부 전극(102)과, Ta／Ru층으로 이루어지는 버퍼층(103)을 구비한다. 또한, MTJ 소자(100)는, 버퍼층(103) 위에, 반강자성 재료인 IrMn으로 이루어지는 피닝층(104), 강자성 재료인 CoFe로 이루어지는 핀드층(105)을 구비한다.

MTJ 소자(100)는, 핀드층(105) 위에, Ru로 이루어지는 중간층(106), 강자성 재료인 CoFeB로 이루어지는 레퍼런스층(107)을 구비한다. 핀드층(105)은, 중간층(106)을 통해 레퍼런스층(107)과 자기적인 결합을 하고 있는 신세틱(synthetic) 반평행 핀드층이다. 또한, MTJ 소자(100)는, 레퍼런스층(107) 위에, 터널 배리어층(108), CoFeB, CoFe, NiFe를 포함하는 다층막으로 이루어지는 프리층(109), 캡층(110), 상부 전극(111)을 구비한다.

터널 배리어층(108)은, MgO층(108a)과 Mg캡(108b)으로 구성된다. Mg캡(108b)은, MgO층(108a)의 프리층(109)측에 형성되어 있다. MgO층(108a)은, Mg 성막과 산화 처리를 반복함으로써 형성된다. Mg캡(108b)은, MgO층(108a)으로부터 프리층(109)에의 산소의 확산을 방지하는 효과를 갖고 있다.

프리층(109)은, 제1 프리층(109a)과 제2 프리층(109b)으로 구성되어 있다. 제1 프리층(109a)과 제2 프리층(109b)은, 같은 성분 또는 같은 기능을 갖고 있지만, 나중에 기술하는 바와 같이, 제1 프리층(109a)을 성막하는 온도와 제2 프리층(109b)을 성막할 때의 온도는 서로 다르다.

또한, MTJ 소자(100)로서는 본 실시형태에 나타낸 구성에 한정되지 않고, MgO층에 Mg캡을 갖는 구성이면, MTJ 소자의 기능을 훼손시키지 않는 범위에서 층의 증감, 각 층의 구성 재료의 변경, 상하의 적층순의 역전 등의 임의의 변경을 행한 구성이어도 된다.

도 4a는, 본 실시형태에 따른 MTJ 소자(100)의 제조 방법을 나타내는 프로세스 차트이다. MTJ 소자(100)는, 도 1에서 나타내는 클러스터형의 기판 처리 시스템(10)을 이용하여 제조되고, Mg캡(108b)은, 도 2에 나타내는 처리 챔버(A) 내에서 형성된다.

우선, 기판 처리 시스템(10)은, 로드록 챔버(15 또는 16)에 반입된 기판(Ｗ)을 처리 챔버(B)로 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(B) 내에서, 에칭 처리를 행한다(에칭 공정). 에칭 처리에서는, 에칭법에 의해 기판(Ｗ)의 표면에 부착된 불순물 등을 제거한다.

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(F)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(F) 내에서, 버퍼층(103)을 성막하고, 계속해서, 피닝층(104)을 성막한다(핀드층 성막 공정).

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(D)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(D) 내에서, 핀드층(105), 중간층(106)을 성막하고, 추가로 레퍼런스층(107)으로서의 CoFeB층을 성막한다(레퍼런스층 성막 공정).

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(E)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(E) 내에서, MgO층(108a)을 성막한다(MgO층 성막 공정). MgO층(108a)은, 스퍼터링에 의한 Mg의 성막과 산소 도입에 의한 Mg층의 산화 처리를 반복함으로써 형성한다. Mg 성막과 산화 처리의 반복수는 임의이지만, 본 실시형태에서는 2회로 한다. 또한, 본 실시형태에서는 MgO층(108a)의 최초의 Mg 성막을 행하기 전에 산소 도입(전(前)산화 처리)을 행하고 있다. 전산화 처리에 의해, MgO층(108a)의 Mg 산화를 보다 균일하게 할 수 있다.

MgO층 성막 공정을 행한 후, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(C)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(C) 내에서, 기판(Ｗ)을 열처리한다(열처리 공정). 열처리는, MgO층(108a)의 결정성(結晶性)을 개선시킬 목적으로 행하고 있고, 기판이 300℃ 내지 400℃의 온도가 되도록 가열된다. 나중에 행해지는 냉각 공정에서는, 기판(Ｗ)이 -100℃ 이하로 냉각되기 때문에, 급격한 온도 변화에 의해 기판(Ｗ)이 깨질 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 열처리가 끝난 후, 처리 챔버(C) 내에서 실온까지 기판(Ｗ)을 냉각하는 공정을 행한다. 실온까지의 기판 냉각은, 수냉(水冷)한 기판 홀더에 기판(Ｗ)을 두고 냉각 가스에 의한 열교환에 의해 행해진다.

열처리 공정을 행한 후, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(A)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(A) 내에서, MgO층(108a) 위에 Mg캡(108b)을 성막한다(Mg캡 성막 공정). Mg캡 성막 공정은, 산화에 의해 형성된 MgO층(108a)의 표면에 있는 잉여 산소를 흡인하고, Mg캡 후에 성막되는 프리층(109)의 산화를 방지하는 효과가 있다. Mg캡 성막 공정은, 그 성질상 실온 이상의 기판 온도에서의 성막이 필요해진다.

처리 챔버(A) 내에 마련된 기판 홀더(31)의 냉각면(31a)은, -100℃ 이하의 극저온으로 냉각되어 있다. 그러나, 극간(35)에 열교환용의 매체(냉각 가스)를 도입하지 않은 상태이면, 기판 홀더(31)에 기판(Ｗ)을 두어도 냉각되지 않고, 기판 온도가 실온인 상태에서 성막할 수 있다. 여기에서 실온이란, 냉각하지 않은 상태(비냉각 모드)에 있어서의 온도를 말하는 것으로 한다. Mg캡(108b)의 성막은, 비냉각 모드에서 행해진다.

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 같은 처리 챔버(A) 내에서, 기판(Ｗ)을 -100℃ 이하의 극저온으로 냉각한다(냉각 공정). 기판(Ｗ)의 냉각은, 기판 홀더(31)의 극간(35)에 매체(냉각 가스)를 도입함으로써 행해진다(냉각 모드).

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 같은 처리 챔버(A) 내에서, 기판(Ｗ)을 냉각한 상태(냉각 모드)에서, 제1 프리층(109a)을 성막한다(프리층 냉각 성막 공정). 제1 프리층(109a)은 프리층(109)의 일부이다.

다음으로, 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(F)로 기판(Ｗ)을 이동한다. 기판 처리 시스템(10)은, 처리 챔버(F) 내에서, 제2 프리층(109b)을 실온에서 성막한다(프리층 실온 성막 공정). 제2 프리층(109b)은 프리층(109)의 일부이며, 제1 프리층(109a)과 제2 프리층(109b)으로 프리층(109)을 구성한다.

프리층(109)을 성막할 때에는, 프리층(109)의 Mg캡(108b)측의 부분이 냉각되어 있으면 되고, 기판(Ｗ)을 냉각한 상태에서 제1 프리층(109a)과 제2 프리층(109b)의 양쪽을 성막해도 된다(프리층 성막 공정). 프리층 냉각 성막 공정과 프리층 실온 성막 공정을 아울러 프리층 성막 공정이라고 한다.

마지막으로, 기판 처리 시스템(10)은, 같은 처리 챔버(F) 내에서, 캡층(110)을 성막한다(캡층 성막 공정).

도 4b는, 비교예의 MTJ 소자의 제조 방법을 나타내는 프로세스 차트이다. 비교예에서는, Mg캡 성막 공정은, 냉각 공정 및 프리층 냉각 성막 공정이 행해지는 처리 챔버(A)가 아니라, MgO 제막 공정이 행해지는 처리 챔버(E)에서 행해진다. 즉, 기판 처리 시스템은, 처리 챔버(C) 내에서 열처리 공정을 행한 후, 기판(Ｗ)을 다시 처리 챔버(E)로 이동한다. 그리고, 기판 처리 시스템은, 처리 챔버(E) 내에서 Mg캡 성막 공정을 행한 후, 기판(Ｗ)을 처리 챔버(A)로 이동한다. 그 때문에, 처리 챔버간에 있어서의 기판(Ｗ)의 반송 횟수가 늘어나고(되돌림 반송), 생산의 스루풋이 저하된다. 그에 대하여, 본 실시형태의 제조 방법(도 4a)에서는, 냉각 공정을 행하는 처리 챔버(A)에서 Mg캡 성막 공정을 행하기 때문에, 비교예에 비해 처리 챔버간에 있어서의 기판(Ｗ)의 반송 횟수를 줄일 수 있다.

도 5a는, 본 실시형태에 따른 MTJ 소자(100)의 제조 방법을 나타내는 타임 차트이다. 도 5a는, 5매의 기판(번호 1∼5)이 체재하는(반송 시간도 포함함) 처리 챔버(A∼F)에 있어서의 처리 공정의 타임 차트를 나타내고 있다. 각 처리 공정은 사각으로 나타나 있고, 부여된 부호는, 도 4a의 처리 공정(10)∼(19)에 대응하고 있다.

본 실시형태(도 5a)에서는, 냉각 공정(16)을 행하는 처리 챔버(A)에서 Mg캡 성막 공정(15)을 행하기 때문에, Mg캡 성막 공정(15)을 행하고 있는 동안에, 처리 챔버(E)에서는 다른 번호의 기판(Ｗ)에 성막 처리를 할 수 있다. 예를 들면, 처리 챔버(A)에서 번호 1의 기판의 Mg캡 성막 공정(15)이 종료하기 전에, 처리 챔버(E)에서 번호 2의 기판의 MgO 성막 공정(13)을 개시할 수 있다. 본 실시형태에서는, 비교예에 비해 기판 1매당 처리 시간을 20％ 정도 단축할 수 있다.

도 5b는, 비교예의 MTJ 소자의 제조 방법을 나타내는 타임 차트이다. 도 5b는, 도 5a와 마찬가지로, 5매의 기판(번호 1∼5)이 체재하는(반송 시간도 포함함) 처리 챔버(A∼F)에 있어서의 처리 공정의 타임 차트를 나타내고 있다. 각 처리 공정은 사각으로 나타나 있고, 부여된 부호는, 도 4b의 처리 공정(10)∼(19)에 대응하고 있다.

비교예에서는, MgO 성막 공정(13)과 Mg캡 성막 공정(15)이 같은 처리 챔버(E)에서 행해지기 때문에, 본 실시형태(도 5a)와 같이, MgO 성막 공정(13)과 Mg캡 성막 공정(15)을 2개의 기판에 대하여 평행하게 행할 수 없다. 예를 들면, 적어도 번호 1의 기판에 대한 Mg캡 성막 공정(15)이 종료하기까지, 번호 2의 기판에 대한 MgO 성막 공정(13)의 개시를 늦출 필요가 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 자기 저항 효과 소자를 제조할 때의 반송 공정을 간소화하고, 자기 저항 효과 소자의 생산의 스루풋를 향상시키는 것이 가능하다.

10: 기판 처리 시스템 A-F: 처리 챔버
11: 반송 챔버 12, 13: 반송 장치
15, 16: 로드록 챔버 100: MTJ 소자(바텀핀 구조)
107: 레퍼런스층 108a: MgO층
108b: Mg캡 109: 프리층
109a: 제1 프리층 109b: 제2 프리층

Claims

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레퍼런스층이 성막된 기판 위에 Mg막을 형성하고, 상기 Mg막을 산화함으로써 상기 레퍼런스층 위에 MgO층을 성막하는 공정과,
상기 MgO층이 성막된 상기 기판을 가열하는 공정과,
상기 가열하는 공정 후에, 상기 MgO층 위에 Mg층을 성막하는 공정과,
상기 Mg층이 성막된 상기 기판을 냉각하는 공정과,
상기 냉각하는 공정에 의해 상기 기판이 냉각된 상태에서, 상기 Mg층 위에 제1 프리층을 성막하는 공정과,
상기 냉각하는 공정 후에, 실온에서, 상기 제1 프리층 위에 제2 프리층을 성막하는 공정을 갖고,
상기 Mg층을 성막하는 공정과, 상기 냉각하는 공정과, 상기 제1 프리층을 성막하는 공정은, 같은 처리 챔버 내에서 행해지고, 상기 제2 프리층을 성막하는 공정은, 상기 같은 처리 챔버와는 다른 처리 챔버 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 같은 처리 챔버는, 상기 Mg층을 성막하기 위한 Mg 타깃과, 상기 제1 프리층을 성막하기 위한 자성 재료 타깃과, 상기 기판을 재치(載置)하는 기판 홀더를 구비하고,
상기 기판 홀더의 기판 재치면은, 상기 기판을 재치한 상태에서, 상기 기판과의 사이에 극간이 형성되는 형상을 갖고, 상기 기판 홀더는, 상기 극간에 냉각 가스를 도입하여 상기 기판을 냉각하는 냉각 모드와, 상기 극간에 냉각 가스를 도입하지 않고 상기 기판을 냉각하지 않는 비냉각 모드를 선택할 수 있도록 구성되어 있고,
상기 Mg층을 성막하는 공정은, 상기 비냉각 모드에서 행하고,
상기 냉각하는 공정은, 상기 냉각 모드에서 행하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조 방법.