KR20180137414A

KR20180137414A - 자기 저항 소자의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180137414A
Application number: KR1020180067830A
Authority: KR
Inventors: 히로키 마에하라; 나오키 와타나베; 간토 나카무라
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2018-12-27
Also published as: TW201906205A; JP2019004075A; US20180366641A1; KR102107899B1; TWI762654B; US10566525B2; JP6917205B2

Abstract

본 발명은 이방성 자계 등의 자기 특성을 향상할 수 있는 자기 저항 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 형태에 따른 제조 방법은, 제 1 강자성층과 제 1 강자성층의 바로 위에 마련된 제 1 산화물층을 구비하는 웨이퍼를 준비하는 제 1 공정과, 제 1 공정에 계속해서, 제 1 산화물층의 바로 위에 제 2 강자성층을 형성하는 제 2 공정과, 제 2 공정에 계속해서, 제 2 강자성층의 바로 위에 흡수층을 형성하는 제 3 공정과, 제 3 공정에 계속해서, 제 2 강자성층을 열처리에 의해 결정화시키는 제 4 공정을 구비하고, 제 2 강자성층은 붕소를 포함하고, 흡수층은 제 4 공정의 열처리에 의해 제 2 강자성층으로부터 붕소를 흡수하는 재료를 가진다.

Description

자기 저항 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNETORESISTIVE ELEMENT}

본 발명의 실시 형태는 자기 저항 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)는 비교적으로 큰 자기 저항 변화율(MR비)을 가지는 자기 저항 소자를 가지는 것이 바람직하다. 큰 MR비를 나타내는 자기 저항 소자에는, 터널 배리어층에 산화 마그네슘을 이용한 터널 자기 저항 소자가 있다. 이러한 자기 저항 소자의 제조에서 양호한 결정 구조를 실현하기 위해 고상(固相) 에피택셜 성장이 채용될 수 있다. 특허문헌 1에는, 자기 저항 효과 소자(자기 저항 소자) 등과 관련되는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 자기 저항 효과 소자에서, 프리층은 터널 배리어층측으로부터 제 1 강자성층, 삽입층 및 제 2 강자성층이 차례로 적층된 복합 구조를 가진다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-166051호 공보

MRAM의 고밀도화가 진행되는 상황에서는, 자기 저항 소자의 체적의 축소화에 따라 열안정성 지수가 감소하여, 열교란에 대한 자화 방향의 안정성이 저감된다. 특허문헌 1에서는, 자기 저항 효과 소자를 제조하는 경우에, 터널 배리어층, 프리층, 및 캡층을 포함하는 적층막의 형성 후에, 어닐 처리가 행해지는 방법이 나타내어져 있다. 그러나, 이와 같이 캡층을 포함하는 적층막의 형성 후에 행해지는 어닐 처리에서는, 열안정성 지수의 감소를 억제할 수 있을 정도의 적합한 자기 특성(특히 이방성 자계)의 실현은 곤란하다. 따라서, 이방성 자계 등의 자기 특성을 향상할 수 있는 자기 저항 소자의 제조 방법의 제공이 바람직하다.

일 형태에서는, 자기 저항 소자의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은 제 1 강자성층과 제 1 강자성층의 바로 위에 마련된 제 1 산화물층을 구비하는 웨이퍼를 준비하는 제 1 공정과, 제 1 공정에 연속해서, 제 1 산화물층의 바로 위에 제 2 강자성층을 형성하는 제 2 공정과, 제 2 공정에 연속해서, 제 2 강자성층의 바로 위에 흡수층을 형성하는 제 3 공정과, 제 3 공정에 연속해서, 제 2 강자성층을 열처리에 의해 결정화시키는 제 4 공정을 구비하고, 제 2 강자성층은 붕소를 포함하고, 흡수층은 제 4 공정의 열처리에 의해 제 2 강자성층으로부터 붕소를 흡수하는 재료를 가진다.

발명자는, 열심히 연구한 결과, 제 4 공정의 타이밍에서, 즉 제 1 산화물층 상에 제 2 강자성층, 흡수층을 차례로 적층한 타이밍에서 열처리를 행하는 것에 의해, 이방성 자계 등의 자기 특성이 향상되는 것을 발견하였다. 제 4 공정의 타이밍에서 열처리를 행하는 경우, 열처리에 의해 제 2 강자성층으로부터 이동한 붕소 원자가 흡수층에 흡수되므로, 제 2 강자성층의 붕소 원자의 농도가 저감되어, 이에 따라 제 2 강자성층의 자기 특성이 향상된다고 생각된다.

일 실시 형태에서는, 흡수층의 막 두께는 0.1㎚ 이상 또한 1.0㎚ 이하의 범위에 있다. 발명자는, 열심히 연구한 결과, 흡수층의 막 두께가 0.1㎚ 이상 또한 1.0㎚ 이하의 범위인 경우에, 자기 저항 소자의 특성에 악영향을 주는 일없이, 흡수층이 제 2 강자성층으로부터 이동한 붕소 원자를 충분히 흡수할 수 있다는 것을 발견하였다.

일 실시 형태에서는, 제 4 공정에서, 열처리는 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하인 범위에서 행해진다. 발명자는, 열심히 연구한 결과, 제 4 공정의 열처리가 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하인 범위에서 행해지는 경우에 양호한 이방성 자계 등의 자기 특성이 실현될 수 있다는 것을 발견하였다.

일 실시 형태에서는, 제 1 공정부터 제 4 공정까지는 일관된 진공 환경에서 실행된다. 이와 같이, 일관된 진공 환경에서, 제 2 강자성층의 형성, 흡수층의 형성, 및 제 2 강자성층을 결정화하기 위한 열처리가 행해지므로, 처리마다 대기에 노출되는 일이 없이 처리 중의 분위기의 제어가 적절히 행해짐과 아울러, 처리 공정의 간략화가 실현될 수 있다.

일 실시 형태에서는, 제 4 공정에서는, 자장을 인가하면서 열처리를 행한다. 이와 같이, 자장이 인가된 환경에서 열처리가 행해지는 경우에는, 제 2 강자성층 중의 자화 방향을 가지런히 할 수 있어, 자기 특성의 향상이 보다 적절히 실현될 수 있다.

제 4 공정에 연속해서, 흡수층의 바로 위에 제 3 강자성층을 형성하고, 제 3 강자성층의 바로 위에 제 2 산화물층을 형성하는 제 5 공정을 더 구비한다. 이와 같이, 제 4 공정의 열처리에 의해 제 2 강자성층이 결정화된 후에, 결정화 후의 제 2 강자성층 상에 (흡수층을 사이에 두고) 제 3 강자성층, 제 2 산화물층 등의 다른 층이 차례로 형성되므로, 제 2 강자성층의 결정화는 제 2 강자성층 상에 (흡수층을 사이에 두고) 마련되는 당해 다른 층의 결정 구조의 영향을 받는 일없이, 양호하게 행해질 수 있다.

일 실시 형태에서는, 흡수층은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 크롬, 바나듐, 니오브 중 어느 하나를 포함한다. 이와 같이, 흡수층의 재료로는, 붕소의 흡수에 적합한 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 크롬, 바나듐, 니오브 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

일 실시 형태에서는, 제 2 강자성층은 코발트, 철, 및 붕소를 포함한다. 이와 같이, 제 2 강자성층의 강자성은 코발트, 철, 및, 붕소를 포함하는 재료에 의해 실현될 수 있다.

일 실시 형태에서는, 제 1 산화물층은 산화 마그네슘을 포함한다. 이와 같이, 제 1 강자성층 및 제 2 강자성층의 사이에 배치되는 제 1 산화물층은 산화 마그네슘에 의해 실현될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이방성 자계 등의 자기 특성을 향상할 수 있는 자기 저항 소자의 제조 방법이 제공된다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 제조 방법의 실행에 이용되는 성막 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타내는 성막 장치를 구비하는 처리 시스템의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타내는 제조 방법에 의해 제조되는 자기 저항 소자의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 (a)부, (b)부, 및 (c)부를 포함하고, 도 5의 (a)부는 도 1에 나타내는 제조 방법의 실행 전의 웨이퍼 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 도 5의 (b)부 및 도 5의 (c)부는 도 1에 나타내는 제조 방법의 각 공정의 실행 후의 웨이퍼 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 자기 저항 소자의 자기 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 자기 저항 소자의 보자력(保磁力) 및 이방성 자계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 자기 저항 소자의 자기 저항 변화율, 자기 저항을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 열처리의 온도와 보자력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 열처리에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 여러 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 이하, 도 1을 참조하여, 성막 장치(10)를 이용하여 실시할 수 있는 자기 저항 소자의 제조 방법(제조 방법 MT)에 대해 설명한다. 도 1은 일 실시 형태의 제조 방법(제조 방법 MT)을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 나타내는 일 실시 형태의 제조 방법 MT는 웨이퍼 W(자기 저항 소자)를 제조하는 방법이다.

도 2는 일 실시 형태의 제조 방법 MT의 실행에 이용되는 성막 장치(10)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 성막 장치(10)의 종단면을 나타내고 있다. 우선, 도 2를 참조하여, 성막 장치(10)의 구성을 설명한다. 도 2에 나타내는 성막 장치(10)는 처리 용기(12)를 구비한다. 처리 용기(12)는 접지 전위에 접속되어 있다. 처리 용기(12)의 재료는, 예를 들면 알루미늄 등일 수 있다. 처리 용기(12)는 처리 용기(12)의 내부에 처리 공간 SP를 구획하고 있다. 처리 용기(12)의 바닥부에는, 처리 공간 SP를 감압하기 위한 배기 장치(14)가 어댑터(14a)를 거쳐서 접속되어 있다. 처리 용기(12)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반송용의 개구 AP가 형성되어 있고, 당해 측벽을 따라 개구 AP를 개폐하기 위한 게이트 밸브 GV가 마련되어 있다.

처리 용기(12) 내에는, 스테이지(16)가 마련되어 있다. 스테이지(16)는 베이스부(16a) 및 정전 척(16b)을 포함하고 있다. 베이스부(16a)는 대략 원반 형상을 가지고 있다. 베이스부(16a)의 재료는, 예를 들면 알루미늄 등일 수 있다. 일 실시 형태에서, 베이스부(16a)의 내부에는 냉각 장치가 마련되어 있어도 좋다. 이 냉각 장치는 냉매를 순환시키기 위한 냉매 유로를 포함할 수 있다.

베이스부(16a) 상에는, 정전 척(16b)이 마련되어 있다. 정전 척(16b)은 유전체막과, 당해 유전체막의 내층으로서 마련된 전극을 가진다. 정전 척(16b)의 전극에는, 직류 전원 SDC가 접속되어 있다. 정전 척(16b) 상에 탑재된 웨이퍼 W는 정전 척(16b)에 의해 생기는 정전기력에 의해 정전 척(16b)에 흡착된다. 정전 척(16b)의 내부에 히터 HT가 마련되어 있다. 히터 HT는 히터 전원 HP로부터 공급되는 전력에 의해 발열한다. 히터 HT에 의해, 정전 척(16b)의 온도 및 정전 척(16b)에 탑재되는 웨이퍼 W의 온도가 조절될 수 있다.

스테이지(16)는 스테이지 구동 기구(18)에 접속되어 있다. 스테이지 구동 기구(18)는 지축(支軸)(18a) 및 구동 장치(18b)를 포함하고 있다. 지축(18a)은 대략 기둥 형상의 부재이다. 지축(18a)의 중심축선은 연직 방향을 따라 연장되는 중심축선 AX1과 대략 일치하고 있다. 중심축선 AX1은 정전 척(16b)에 탑재되는 웨이퍼 W의 중심, 즉 스테이지(16)의 중심을 연직 방향으로 지나는 축선이다. 지축(18a)은 스테이지(16)의 바로 아래로부터 처리 용기(12)의 바닥부를 지나 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 지축(18a)과 처리 용기(12)의 바닥부 사이에는 밀봉 부재 SL1이 마련되어 있다. 밀봉 부재 SL1은 지축(18a)이 회전 및 상하 이동 가능하도록, 처리 용기(12)의 바닥부와 지축(18a) 사이의 공간을 밀봉한다. 밀봉 부재 SL1의 재료는, 예를 들면 자성 유체 씰(seal)일 수 있다.

지축(18a)의 상단에는, 스테이지(16)가 결합되어 있고, 지축(18a)의 하단에는 구동 장치(18b)가 접속되어 있다. 구동 장치(18b)는 지축(18a)을 회전 및 상하 이동시키기 위한 동력을 발생한다. 구동 장치(18b)에 의해 발생되는 동력에 의해 지축(18a)이 회전하는 것에 의해, 스테이지(16)는 중심축선 AX1을 중심으로 회전한다. 구동 장치(18b)에 의해 발생되는 동력에 의해 지축(18a)이 상하 이동하는 것에 의해, 스테이지(16)는 상하 이동한다.

스테이지(16)의 위쪽에는, 3개 이상의 복수의 타겟(20)(음극 타겟)이 마련되어 있다. 복수의 타겟(20)과 스테이지(16) 사이에는, 셔터 SH가 마련되어 있다. 복수의 마그넷(26)(음극 마그넷)은 홀더(22a)를 거쳐서 대응하는 타겟(20)과 각각 대향하도록, 처리 용기(12)의 외부에 마련되어 있다.

복수의 타겟(20)의 각각은 대략 사각형의 평판 형상을 가지고 있다. 즉, 복수의 타겟(20)의 각각은 사각형의 4변을 따르는 가장자리를 가지고 있다. 복수의 타겟(20)은 중심축선 AX1을 중심으로 하는 원을 따라 대략 균등하게 배치되어 있다. 즉, 복수의 타겟(20)은 중심축선 AX1에 대해 둘레 방향으로 대략 균등한 간격으로 배열되어 있다. 복수의 타겟(20)은 스테이지(16)측의 표면이 스테이지(16)를 향하도록, 중심축선 AX1에 대해 경사져 있다. 복수의 타겟(20)은 성막해야 할 막의 종별에 따라 임의로 선택되는 것이며, 일 실시 형태에서는, 서로 상이한 금속 재료를 가진다.

복수의 타겟(20)의 각각은 금속제의 홀더(22a)에 의해 유지되어 있다. 홀더(22a)는 절연 부재(22b)를 거쳐서 처리 용기(12)의 천정부에 지지되어 있다. 복수의 타겟(20)에는, 홀더(22a)를 거쳐서 전원(24)이 각각 접속되어 있다. 전원(24)은 음의 직류 전압을 복수의 타겟(20)에 각각 인가한다. 또, 전원(24)은 복수의 타겟(20)에 선택적으로 전압을 인가하는 단일의 전원이어도 좋다. 혹은, 전원(24)은 복수의 타겟(20)에 각각 접속된 복수의 전원이어도 좋다.

복수의 타겟(20)과 스테이지(16) 사이에는, 셔터 SH가 마련되어 있다. 셔터 SH는 복수의 타겟(20)의 표면에 대향하도록 연장되어 있다. 일 실시 형태에서는, 셔터 SH는 중심축선 AX1을 중심축선으로 하는 원추면을 따른 형상을 가지고 있다.

셔터 SH에는, 개구 AP가 마련되어 있다. 개구 AP는 복수의 타겟(20) 중 하나의 타겟을 스테이지(16)에 대해 선택적으로 노출시킬 수 있다. 또한, 개구 AP는 복수의 타겟(20) 중 2개 이상의 타겟을 동시에 스테이지(16)에 대해 노출시키는 것이 가능해도 좋다. 이하, 복수의 타겟(20) 중 개구 AP에 접해 있고 개구 AP로부터 스테이지(16)에 대해 노출되어 있는 1개 또는 2개 이상의 타겟을 「노출 타겟」이라고 한다. 노출 타겟의 전체 영역 중, 개구 AP에 접해 있고 개구 AP로부터 스테이지(16)에 대해 노출되어 있는 영역, 즉 차폐되어 있지 않는 영역을 「노출 영역」이라고 한다.

개구 AP는 복수의 타겟(20)의 각각의 평면 사이즈와 대략 동등한 평면 사이즈를 가지고 있다. 개구 AP는 복수의 타겟(20) 중 선택된 하나의 타겟(20)의 전체 영역을 스테이지(16)에 대해 노출시키는 것이 가능한 사이즈를 가지고 있다.

셔터 SH의 중앙 부분에는, 회전축 RS가 결합하고 있다. 회전축 RS는 대략 기둥 형상의 부재이다. 회전축 RS의 중심축선은 중심축선 AX1과 대략 일치하고 있다. 회전축 RS의 일단은 처리 용기(12)의 내부에서 셔터 SH의 중앙 부분에 결합되어 있다. 회전축 RS는 처리 용기(12)의 내부로부터 처리 용기(12)의 상부를 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 처리 용기(12)의 외부에서, 회전축 RS의 타단은 회전 구동 장치 RD에 접속되어 있다. 회전 구동 장치 RD는 회전축 RS를 회전시키는 동력을 발생한다. 이 동력에 의해 회전축 RS가 중심축선 AX1을 중심으로 회전하는 것에 의해, 셔터 SH는 중심축선 AX1을 중심으로 회전할 수 있다. 셔터 SH의 회전에 의해, 개구 AP의 둘레 방향의 위치를 조정하는 것이 가능해진다.

복수의 마그넷(26)은 대응하는 타겟(20)과 대향하도록, 처리 용기(12)의 외부에 배치되어 있다. 성막 장치(10)는 복수의 마그넷(26)을 각각 주사하기 위한 복수의 주사 기구(28)를 구비하고 있다. 복수의 주사 기구(28)의 각각은 복수의 마그넷(26) 중 대응하는 마그넷을, 중심축선 AX1을 중심으로 하는 원의 접선 방향에서 주사할 수 있다.

일 실시 형태에서, 복수의 주사 기구(28)의 각각은 안내부(28a) 및 구동 장치(28b)를 포함할 수 있다. 안내부(28a)는 상기 접선 방향으로 연장되는 레일 등의 안내체이다. 구동 장치(28b)는 안내부(28a)를 따라 마그넷(26)을 이동시키기 위한 동력을 발생한다. 주사 기구(28)에 의해, 노출 타겟에 대응하는 마그넷(26)을, 개구 AP에 접하는 주사 범위 내에서 주사할 수 있다. 즉, 노출 영역의 폭에 대응하는 주사 범위 내에서 마그넷(26)을 주사할 수 있다. 따라서, 성막 장치(10)에서는, 플라스마가 고밀도로 되는 영역을 노출 영역의 근방으로 제한할 수 있다.

성막 장치(10)는 처리 용기(12) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(30)를 구비한다. 가스 공급부(30)는, 일 실시 형태에서는, 가스 소스(30a), 매스플로우 콘트롤러라는 유량 제어기(30b), 및 가스 도입부(30c)를 구비한다. 가스 소스(30a)는 처리 용기(12) 내에서 여기되는 가스의 소스이다. 가스 소스(30a)는 유량 제어기(30b)를 거쳐서 가스 도입부(30c)에 접속되어 있다. 가스 도입부(30c)는 가스 소스(30a)로부터의 가스를 처리 용기(12) 내에 도입하는 가스 라인이다. 가스 도입부(30c)는, 일 실시 형태에서는, 중심축선 AX1을 따라 연장되어 있다.

가스 공급부(30)로부터 처리 용기(12) 내로 가스가 공급되고, 전원(24)에 의해 노출 타겟에 전압이 인가되면, 처리 용기(12) 내에 공급된 가스가 여기된다. 대응하는 마그넷(26)이 주사 기구(28)에 의해 주사되면, 노출 타겟의 노출 영역의 근방에 자계가 발생한다. 이것에 의해, 노출 영역의 근방에 플라스마가 집중한다. 노출 타겟의 노출 영역에 플라스마 중의 양이온이 충돌하는 것에 의해, 당해 노출 타겟으로부터 물질이 방출된다. 이것에 의해, 노출 타겟을 구성하는 물질이 웨이퍼 W 상에 퇴적된다.

도 2에 나타내는 성막 장치(10)는 도 3에 나타내는 처리 시스템(100)의 복수의 처리실(100a) 중 어느 하나의 처리실(100a)에 수용된다. 도 3은 도 2에 나타내는 성막 장치(10)를 구비하는 처리 시스템(100)의 주요한 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

처리 시스템(100)은 베이스(122a), 베이스(122b), 베이스(122c), 베이스(122d), 수용 용기(124a), 수용 용기(124b), 수용 용기(124c), 수용 용기(124d), 로더 모듈 LM, 반송 로봇 Rb1, 제어부 Cnt, 로드록 챔버 LL1, 로드록 챔버 LL2, 게이트 GA1, 게이트 GA2를 구비한다. 처리 시스템(100)은 복수의 트랜스퍼 챔버(121), 복수의 처리실(100a), 복수의 게이트 GB1을 구비한다. 트랜스퍼 챔버(121)는 반송 로봇 Rb2를 구비한다.

로드록 챔버 LL1과, 로드록 챔버 LL1에 접하고 있는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이에는 게이트 GA1이 마련되어 있고, 게이트 GA1을 거쳐서, 웨이퍼 W가 로드록 챔버 LL1과, 로드록 챔버 LL1에 접하고 있는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이를 반송 로봇 Rb2에 의해 이동된다. 로드록 챔버 LL2와, 로드록 챔버 LL2에 접하고 있는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이에는 게이트 GA2가 마련되어 있고, 게이트 GA2를 거쳐서, 웨이퍼 W가, 로드록 챔버 LL2와, 로드록 챔버 LL2에 접하고 있는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이를 반송 로봇 Rb2에 의해 이동된다.

처리실(100a)과, 처리실(100a)에 접하고 있는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이에는 게이트 GB1이 마련되어 있고, 게이트 GB1을 거쳐서, 웨이퍼 W가 처리실(100a)과, 처리실(100a)에 접하는 트랜스퍼 챔버(121)의 사이를 반송 로봇 Rb2에 의해 이동한다.

베이스(122a~122d)는 로더 모듈 LM의 일 가장자리를 따라 배열되어 있다. 베이스(122a~122d)의 각각의 위에는, 수용 용기(124a~124d)가 각각 마련되어 있다. 수용 용기(124a~124d) 내에는, 웨이퍼 W가 수용될 수 있다.

로더 모듈 LM 내에는, 반송 로봇 Rb1이 마련되어 있다. 반송 로봇 Rb1은 수용 용기(124a~124d) 중 어느 하나에 수용되어 있는 웨이퍼 W를 취출하고, 웨이퍼 W를 로드록 챔버 LL1 또는 LL2에 반송한다.

로드록 챔버 LL1 및 LL2는 로더 모듈 LM의 다른 하나의 가장자리를 따라 마련되어 있고, 로더 모듈 LM에 접속되어 있다. 로드록 챔버 LL1 및 로드록 챔버 LL2는 예비 감압실을 구성하고 있다. 로드록 챔버 LL1 및 로드록 챔버 LL2는 각각, 게이트 GA1, 게이트 GA2를 거쳐서, 트랜스퍼 챔버(121)에 접속되어 있다.

트랜스퍼 챔버(121)는 감압 가능한 챔버이고, 트랜스퍼 챔버(121) 내에는 반송 로봇 Rb2가 마련되어 있다. 트랜스퍼 챔버(121)에는, 성막 장치(10)가 마련된 처리실(100a)이 접속되어 있다. 반송 로봇 Rb2는 로드록 챔버 LL1 또는 로드록 챔버 LL2로부터, 각각 게이트 GA1, 게이트 GA2를 거쳐서 웨이퍼 W를 취출하고, 당해 웨이퍼 W를 성막 장치(10)에 반송한다.

복수의 트랜스퍼 챔버(121), 복수의 처리실(100a)에서는, 모두 감압된 분위기가 실현되어 있고, 복수의 트랜스퍼 챔버(121), 복수의 처리실(100a)은 서로 공통의 기압(감압 후의 기압)을 가질 수 있다. 복수의 트랜스퍼 챔버(121) 및 복수의 처리실(100a)은 일관된 진공 환경을 형성한다. 웨이퍼 W는 복수의 트랜스퍼 챔버(121) 및 복수의 처리실(100a)의 사이를 왕래하는 경우에도, 일관된 진공 환경에 있다. 성막 장치(10)는, 상기한 바와 같이, 히터 HT를 구비하므로, 성막 처리 및 어닐 처리를 모두, 일관된 진공 환경에서 행할 수 있다.

제어부 Cnt는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이고, 처리 시스템(100)의 각 부를 제어한다. 제어부 Cnt는 반송 로봇 Rb1, 반송 로봇 Rb2, 복수의 처리실(100a)의 각각에 저장되어 있는 각종 장치(예를 들면, 성막 장치(10)) 등에 접속되어 있다. 제어부 Cnt로부터의 제어 신호에 의해, 처리 시스템(100)의 각 부, 예를 들면 반송 로봇 Rb1, 반송 로봇 Rb2, 및, 성막 장치(10)의 각 부를 제어한다. 제어부 Cnt의 기억부에는, 처리 시스템(100)의 각 부를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 당해 프로그램의 실행에 이용되는 각종의 데이터가 판독 자유롭게 저장되어 있다.

일 실시 형태에서, 제어부 Cnt는 성막 장치(10)의 각 요소를 더 제어한다. 구체적으로, 제어부 Cnt는, 회전 구동 장치 RD에 제어 신호를 송출하는 것에 의해, 셔터 SH의 회전 위치를 제어한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 복수의 타겟(20) 중 1개 또는 2개 이상의 노출 타겟을, 개구 AP로부터 스테이지(16)에 대해 노출시킬 수 있다. 제어부 Cnt는 가스 공급부(30)의 유량 제어기(30b)에 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 가스 공급부(30)로부터 소정의 가스를 소정의 유량으로 처리 용기(12) 내에 공급할 수 있다. 제어부 Cnt는 배기 장치(14)에 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 처리 용기(12) 내의 압력을 소정의 압력으로 설정할 수 있다. 제어부 Cnt는 히터 전원 HP에 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 히터 HT를 거쳐서 정전 척(16b)을 가열할 수 있어, 정전 척(16b) 상에 탑재된 웨이퍼 W를 가열할 수 있다. 제어부 Cnt는 전원(24)에 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 노출 타겟에 음의 직류 전압을 인가할 수 있다. 제어부 Cnt는 복수의 주사 기구(28)의 구동 장치(28b)에 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt는, 이것에 의해, 노출 타겟의 노출 영역의 폭에 대응하는 주사 범위 내에서, 대응하는 마그넷(26)을 주사할 수 있다.

도 1로 되돌아가서 제조 방법 MT의 설명을 행한다. 이하의 설명에서, 도 4 및 도 5가 참조된다. 도 4는 도 1에 나타내는 제조 방법에 의해 제조되는 자기 저항 소자의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 5는 (a)부, (b)부, 및 (c)부를 포함하고, 도 5의 (a)부는 도 1에 나타내는 제조 방법의 실행 전의 웨이퍼 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 도 5의 (b)부 및 도 5의 (c)부는 도 1에 나타내는 제조 방법의 각 공정의 실행 후의 웨이퍼 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 4에 나타내는 웨이퍼 W(자기 저항 소자)는 하부 전극층 EL, 자화 참조층 RL, 산화물층 IL1(제 1 산화물층), 자화 자유층 FL, 산화물층 IL2(제 2 산화물층), 캡층 CL을 구비한다. 자화 참조층 RL은 강자성층 ML1(제 1 강자성층)을 구비한다. 자화 자유층 FL은 강자성층 ML2(제 2 강자성층), 흡수층 AL, 강자성층 ML3(제 3 강자성층)을 구비한다. 자화 참조층 RL은 하부 전극층 EL 상에 마련된다. 산화물층 IL1은 자화 참조층 RL의 강자성층 ML1의 바로 위에 마련된다. 강자성층 ML2는 산화물층 IL1의 바로 위에 마련된다. 흡수층 AL은 강자성층 ML2의 바로 위에 마련된다. 강자성층 ML3은 흡수층 AL의 바로 위에 마련된다. 산화물층 IL2는 자화 자유층 FL의 바로 위에 마련된다. 산화물층 IL2는, 일 실시 형태에서, 강자성층 ML3의 바로 위에 마련된다. 캡층 CL은 산화물층 IL2 상에 마련된다.

산화물층 IL1 및 산화물층 IL2는 면방위(001)로 배향한 산화 마그네슘(MgO)을 포함한다. 강자성층 ML1, 강자성층 ML2, 및 강자성층 ML3은 모두, 면심 입법 격자(face-centered cubic lattice structure)의 구조를 가지고 있고, 붕소를 포함한다. 일 실시 형태에서, 강자성층 ML1, 강자성층 ML2, 및 강자성층 ML3은 모두 코발트, 철, 붕소(CoFeB)를 포함할 수 있다. 흡수층 AL은 후술하는 공정 ST4의 열처리에 의해, 도 5의 (b)부 및 도 5의 (c)부에 나타내는 후술하는 강자성층 ML2로부터 붕소를 흡수하는 재료를 가진다. 일 실시 형태에서, 흡수층 AL은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 크롬, 바나듐, 니오브 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 흡수층 AL의 막 두께가 0.1[㎚] 미만인 경우에는 흡수층으로서의 기능을 충분히 얻지 못하고, 또한 1.0[㎚]를 넘으면 자기 특성이 열화되기 때문에, 흡수층 AL의 막 두께는 0.1[㎚] 이상이고 또한 1.0[㎚] 이하(0.1㎚ 이상 또한 1.0㎚ 이하)의 범위에 있다. 흡수층 AL의 막 두께는, 일 실시 형태에서, 0.4[㎚]일 수 있다.

도 1에 나타내는 제조 방법 MT는, 도 5의 (a)부에 나타내는 산화물층 IL1 위에, 도 5의 (b)부 및 도 5의 (c)부에 나타내는 바와 같이, 자화 자유층 FL, 산화물층 IL2, 및 캡층 CL을 적층하여, 도 4의 구성의 자기 저항 소자(웨이퍼 W)를 제조하는 방법이다. 제조 방법 MT는 공정 ST1(제 1 공정), 공정 ST2(제 2 공정), 공정 ST3(제 3 공정), 공정 ST4(제 4 공정), 및 공정 ST5(제 5 공정)를 구비한다. 공정 ST1로부터 공정 ST5까지는, 성막 장치(10)를 포함하는 처리 시스템(100) 내에서, 일관된 진공 환경에서 실행된다.

우선, 공정 ST1에서, 도 5의 (a)부의 구성의 웨이퍼 W를 성막 장치(10)의 처리 공간 SP 내에 준비한다. 공정 ST1에서, 웨이퍼 W는 정전 척(16b) 상에 탑재된다. 도 5의 (a)부에 나타내는 웨이퍼 W는 하부 전극층 EL, 자화 참조층 RL, 산화물층 IL1을 구비한다. 자화 참조층 RL은 강자성층 ML1을 구비한다. 도 5의 (a)부에 나타내는 웨이퍼 W는 강자성층 ML1과 강자성층 ML1의 바로 위에 마련된 산화물층 IL1을 구비한다. 공정 ST1에서 준비된 웨이퍼 W의 강자성층 ML1은 아몰퍼스(amorphous) 또는 미결정 상태이다.

공정 ST1에 계속해서, 도 5의 (b)부에 나타내는 바와 같이, 산화물층 IL1의 바로 위에 강자성층 ML2를 형성한다(공정 ST2). 산화물층 IL1의 형성에는, 산화물 타겟을 이용한 스퍼터링법으로 작성하는 방법 혹은 금속 박막을 형성하여 산화 처리를 하는 것에 의해 작성하는 방법이 이용된다. 공정 ST2에서 형성된 강자성층 ML2는 아몰퍼스 또는 미결정 상태이다.

공정 ST2에 계속해서, 도 5의 (c)부에 나타내는 바와 같이, 스퍼터링법을 이용하여 강자성층 ML2의 바로 위에 흡수층 AL을 형성한다(공정 ST3).

공정 ST3에 계속해서, 열처리를 행하는 것에 의해, 아몰퍼스 또는 미결정 상태의 강자성층 ML2를 결정화시킨다(공정 ST4). 공정 ST4에서는, 강자성층 ML2와 함께, 강자성층 ML1도 결정화될 수 있다. 공정 ST4에서, 열처리는 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하의 범위에서 행해진다.

공정 ST4의 열처리에서는, 고상 에피택시가 이용된다. 즉, 공정 ST4의 열처리에 의해, 아몰퍼스 또는 미결정 상태의 강자성층 ML1, 강자성층 ML2가, 산화물층 IL1의 산화 마그네슘의(001) 면방위의 결정 구조에 따라 결정화된다.

공정 ST4의 열처리에서, 강자성층 ML2의 붕소의 일부는 붕소의 흡수성이 높은 흡수층 AL에 흡수된다. 강자성층 ML2의 붕소의 일부가 흡수층 AL로 이동하여, 강자성층 ML2의 붕소의 농도가 저감된다. 이에 의해 강자성층 ML2의 자기(磁氣) 특성이 향상된다. 이와 같이, 공정 ST4의 열처리에 의해, 자기 특성의 양호한 강자성층 ML2가 형성된다. 또, 성막 장치(10)가 전자석을 가지고 있는 경우, 공정 ST4에서는 자장을 인가하면서 열처리를 행할 수 있다. 또한, 전용의 열처리 장치가 처리 시스템(100)의 처리실의 하나로서 마련되어 있는 경우에는, 웨이퍼 W를 전용의 열처리실로 이동시키고 나서 열처리를 행해도 좋다.

공정 ST4의 열처리의 실행 시간은, 예를 들면 100~700초의 정도이다. 공정 ST4의 열처리의 실행 시간은, 일 실시 형태에서는 300초의 정도일 수 있다.

공정 ST4에 계속해서, 흡수층 AL의 바로 위에 강자성층 ML3을 스퍼터링법을 이용하여 형성하고, 강자성층 ML3의 바로 위에 산화물층 IL2를 형성한다(공정 ST5). 산화물층 IL2의 형성에는, 산화물 타겟을 이용한 스퍼터링법으로 작성하는 방법 혹은 금속 박막을 형성하여 산화 처리를 하는 것에 의해 작성하는 방법이 이용된다. 공정 ST5에서는, 강자성층 ML3, 산화물층 IL2와 함께, 캡층 CL이 더 형성된다. 캡층 CL은 산화물층 IL2 상에 형성된다. 캡층 CL의 형성 후에, 배치(batch) 처리에 의해, 열처리를 행하는 경우가 있다. 캡층 CL의 형성 후에 행하는 열처리는, 예를 들면 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하의 범위에서 행해진다. 캡층 CL의 형성 후에 행하는 열처리는, 일 실시 형태에서, 섭씨 400도의 정도일 수 있다. 제조 방법 MT를 포함하는 처리에 의해, 도 4의 구성의 웨이퍼 W(자기 저항 소자)가 얻어진다.

다음에, 도 6~도 10을 참조하여, 제조 방법 MT에 의해 얻어진 도 4에 나타내는 구성의 웨이퍼 W(자기 저항 소자)의 자기 특성 등에 대해 설명한다. 도 6은 자기 저항 소자의 자기 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 가로축은 외부 자장 H[Oe]를 나타내고, 도 6의 세로축은 규격화한 자화 Ms[a.u.]를 나타낸다. 그래프 G1a, 그래프 G1b는 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 자기 저항 소자(도 4의 구성의 웨이퍼 W)의 자기 히스테리시스이다. 그래프 G1c는 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 자기 히스테리시스이다. 그래프 G1a는 섭씨 450도에서 열처리가 행해진 경우의 결과이다. 그래프 G1b는 섭씨 400도에서 열처리가 행해진 경우의 결과이다. 그래프 G1c에 나타내는 바와 같이, 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]는 50[Oe] 정도이지만, 그래프 G1a, 그래프 G1b에 나타내는 바와 같이, 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]는 200[Oe] 정도였다. 도 6에 나타내는 결과는 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 웨이퍼 W쪽이, 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자보다 양호한 자기 히스테리시스가 실현되어 있는 것을 나타내고 있다. 또, 보자력 Hc[Oe]는 외부 자장 H[Oe]에 의해 자장 반전이 일어나는 자장의 값의 폭[Oe]의 1/2에 상당하는 것이다.

도 7은 자기 저항 소자의 보자력 및 이방성 자계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에는, 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe], 이방성 자계 Hk[kOe]와, 공정 ST4의 타이밍에서 2개의 상이한 온도에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자(도 4의 구성의 웨이퍼 W)의 보자력 Hc[Oe], 이방성 자계 Hk[kOe]가 나타내어져 있다. 도 7의 좌측의 세로축은 보자력 Hc[Oe]를 나타내고, 도 7의 우측의 세로축은 이방성 자계 Hk[kOe]를 나타내고 있다.

그래프 G2a는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 450도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]의 값(=214.5[Oe])를 나타내고 있다. 그래프 G3a는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 450도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 이방성 자계 Hk[kOe]의 값(=3.0[kOe])를 나타내고 있다. 그래프 G2b는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 400도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]의 값(=208.8[Oe])를 나타내고 있다. 그래프 G3b는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 400도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 이방성 자계 Hk[kOe]의 값(=3.0[kOe])를 나타내고 있다. 그래프 G2c는 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값(=47.2[Oe])를 나타내고 있다. 그래프 G3c는 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 이방성 자계 Hk[kOe]의 값(=2.3[kOe])를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 결과는, 보자력 Hc[Oe] 및 이방성 자계 Hk[kOe]의 어느 자기 특성에 대해서도, 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W가, 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자보다 양호한 것을 나타내고 있다.

도 8은 자기 저항 소자의 자기 저항 변화율, 자기 저항을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에는, 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 자기 저항 변화율 MR[%], 면적 저항 RA[Ωμm²]와, 공정 ST4의 타이밍에서 2개의 상이한 온도에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자(도 4의 구성의 웨이퍼 W)의 자기 저항 변화율 MR[%], 면적 저항 RA[Ωμm²]가 나타내어져 있다. 도 8의 좌측의 세로축은 자기 저항 변화율 MR[%]를 나타내고, 도 8의 우측의 세로축은 면적 저항 RA[Ωμm²]를 나타내고 있다.

그래프 G4a는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 450도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 자기 저항 변화율 MR[%]의 값(=191[%])을 나타내고 있다. 그래프 G5a는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 450도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 면적 저항 RA[Ωμm²]의 값(=12.2[Ωμm²])를 나타내고 있다. 그래프 G4b는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 400도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 자기 저항 변화율 MR[%]의 값(=199[%])을 나타내고 있다. 그래프 G5b는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 400도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 면적 저항 RA[Ωμm²]의 값(=11.5[Ωμm²])를 나타내고 있다. 그래프 G4c는 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 자기 저항 변화율 MR[%]의 값(=204[%])을 나타내고 있다. 그래프 G5c는 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 면적 저항 RA[Ωμm²]의 값(=9.7[Ωμm²])를 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 결과는, 도 4의 구성의 웨이퍼 W가 나타내는 자기 저항 변화율 MR[%] 및 면적 저항 RA[Ωμm²]의 어느 것에 대해서도, 공정 ST4의 타이밍에서 행한 열처리가 악영향을 주지 않는 것을 나타내고 있다.

도 9는 열처리의 온도와 보자력의 관계를 나타내는 도면이다. 도 9에는, 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]와, 공정 ST4의 타이밍에서 2개의 상이한 온도에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자(도 4의 구성의 웨이퍼 W)의 보자력 Hc[Oe]가 나타내어져 있다. 도 9의 세로축은 보자력 Hc[Oe]를 나타내고 있다.

그래프 G61은 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 400도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G62는 공정 ST4의 타이밍에서 섭씨 300도에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G63은 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 결과는 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]의 값이, 공정 ST4의 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값보다 높고 양호한 것을 나타내고 있다.

도 10은 열처리에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 10에는, 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe], 및 복수의 상이한 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자(도 4의 구성의 웨이퍼 W)의 보자력 Hc[Oe]가 나타내어져 있다. 도 10의 세로축은 보자력 Hc[Oe]를 나타내고 있다.

그래프 G71은 열처리를 행하지 않고 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G72는 강자성층 ML2를 형성한 직후의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G73은 공정 ST4의 타이밍, 즉 흡수층 AL을 형성한 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 자기 저항 소자(웨이퍼 W)의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G74는 강자성층 ML3을 형성한 직후의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 그래프 G75는 산화물층 IL2를 형성한 직후의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]의 값을 나타내고 있다. 도 10에 나타내는 결과는 공정 ST4의 타이밍(그래프 G73)에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W의 보자력 Hc[Oe]는 비교적 높고, 다른 타이밍(그래프 G71, 그래프 G72, 그래프 G74, 그래프 G75)에서 열처리를 행하여(또는, 열처리를 행하지 않고) 얻어진 자기 저항 소자의 보자력 Hc[Oe]는 비교적 낮은 것을 나타내고 있다.

도 6~도 10에 나타내는 바와 같이, 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하여 얻어진 도 4의 구성의 웨이퍼 W가 양호한 자기 특성을 나타낼 수 있었던 것은 공정 ST4의 열처리에 의해 강자성층 ML2의 붕소 원자가 흡수층 AL에 흡수되므로, 강자성층 ML2의 붕소 원자의 농도가 저감하여, 강자성층 ML2의 자기 특성이 향상되었던 것에 기인하고 있다고 생각된다.

발명자가 행한 연구에 의해, 공정 ST4의 타이밍에서, 즉 산화물층 IL1 상에 강자성층 ML2, 흡수층 AL을 차례로 적층한 타이밍에서 열처리를 행하는 것에 의해, 이방성 자계 Hk 등의 자기 특성이 향상되는 것이 발견되었다. 공정 ST4의 타이밍에서 열처리를 행하는 경우, 열처리에 의해 강자성층 ML2로부터 이동한 붕소 원자가 흡수층 AL에 흡수되므로, 강자성층 ML2의 붕소 원자의 농도가 저감되고, 이에 따라 강자성층 ML2의 자기 특성이 향상된다고 생각된다.

발명자가 행한 연구에 의해, 흡수층 AL의 막 두께가 0.1[㎚] 이상 또한 1.0[㎚] 이하인 범위의 경우에, 자기 저항 소자의 특성에 악영향을 주는 일없이, 흡수층 AL이 강자성층 ML2로부터 이동한 붕소 원자를 충분히 흡수할 수 있다는 것이 발견되었다.

발명자가 행한 연구에 의해, 공정 ST4의 열처리가 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하의 범위에서 행해지는 경우에 양호한 이방성 자계 Hk 등의 자기 특성이 실현될 수 있다는 것이 발견되었다.

처리 시스템(100)에 의해 제공될 수 있는 일관된 진공 환경에서, 강자성층 ML2의 형성, 흡수층 AL의 형성, 및 강자성층 ML2를 결정화하기 위한 열처리가 행해지므로, 처리마다 대기에 노출되는 일이 없이 처리 중의 분위기의 제어가 매우 적절히 행해짐과 아울러, 처리 공정의 간략화가 실현될 수 있다.

자장이 인가된 환경에서 열처리가 행해지는 경우에는, 강자성층 ML2의 자화 방향을 가지런히 할 수 있어, 자기 특성의 향상이 보다 적절히 실현될 수 있다.

공정 ST4의 열처리에 의해 강자성층 ML2가 결정화된 후에, 결정화 후의 강자성층 ML2 상에 (흡수층 AL을 사이에 두고) 강자성층 ML3, 산화물층 IL2 등의 다른 층이 차례로 형성되므로, 강자성층 ML2의 결정화는, 강자성층 ML2 상에 (흡수층 AL을 사이에 두고) 마련되는 당해 다른 층의 결정 구조의 영향을 받는 일없이, 양호하게 행해질 수 있다.

흡수층 AL의 재료로는, 붕소의 흡수에 적합한 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 크롬, 바나듐, 니오브 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 강자성층 ML2의 강자성은 코발트, 철, 및 붕소를 포함하는 재료에 의해 실현될 수 있다. 강자성층 ML1 및 강자성층 ML2의 사이에 배치되는 산화물층 IL1은 산화 마그네슘에 의해 실현될 수 있다.

이상, 적절한 실시 형태에서 본 발명의 원리를 도시하여 설명해 왔지만, 본 발명은 그러한 원리로부터 일탈하는 일없이 배치 및 상세에 있어 변경될 수 있는 것은 당업자에 의해 인식된다. 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 특정의 구성에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 특허청구범위 및 그 정신의 범위로부터 오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.

10: 성막 장치
100: 처리 시스템
100a: 처리실
12: 처리 용기
121: 트랜스퍼 챔버
122a: 베이스
122b: 베이스
122c: 베이스
122d: 베이스
124a: 수용 용기
124b: 수용 용기
124c: 수용 용기
124d: 수용 용기
14: 배기 장치
14a: 어댑터
16: 스테이지
16a: 베이스부
16b: 정전 척
18: 스테이지 구동 기구
18a: 지축
18b: 구동 장치
20: 타겟
22a: 홀더
22b: 절연 부재
24: 전원
26: 마그넷
28: 주사 기구
28a: 안내부
28b: 구동 장치
30: 가스 공급부
30a: 가스 소스
30b: 유량 제어기
30c: 가스 도입부
AL: 흡수층
AP: 개구
AX1: 중심축선
CL: 캡층
Cnt: 제어부
EL: 하부 전극층
FL: 자화 자유층
G1a, G1b, G1c, G2a, G2b, G2c, G3a, G3b, G3c, G4a, G4b, G4c, G5a, G5b, G5c, G61, G62, G63, G7, G72, G73, G74, G75: 그래프
GA1: 게이트
GA2: 게이트
GB1: 게이트
GV: 게이트 밸브
HP: 히터 전원
HT: 히터
IL1: 산화물층
IL2: 산화물층
LL1: 로드록 챔버
LL2: 로드록 챔버
LM: 로더 모듈
ML1: 강자성층
ML2: 강자성층
ML3: 강자성층
MT: 제조 방법
Rb1: 반송 로봇
Rb2: 반송 로봇
RD: 회전 구동 장치
RL: 자화 참조층
RS: 회전축
SDC: 직류 전원
SH: 셔터
SL: 지지 부재
SP: 처리 공간
W: 웨이퍼

Claims

자기 저항 소자(Magnetoresistive element)의 제조 방법으로서,
제 1 강자성층과, 상기 제 1 강자성층의 바로 위에 마련된 제 1 산화물층을 구비하는 웨이퍼를 준비하는 제 1 공정과,
상기 제 1 공정에 계속해서, 상기 제 1 산화물층의 바로 위에 제 2 강자성층을 형성하는 제 2 공정과,
상기 제 2 공정에 계속해서, 상기 제 2 강자성층의 바로 위에 흡수층을 형성하는 제 3 공정과,
상기 제 3 공정에 계속해서, 상기 제 2 강자성층을 열처리에 의해 결정화시키는 제 4 공정
을 구비하고,
상기 제 2 강자성층은 붕소를 포함하고,
상기 흡수층은 상기 제 4 공정의 열처리에 의해 상기 제 2 강자성층으로부터 붕소를 흡수하는 재료를 가지는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 흡수층의 막 두께는 0.1㎚ 이상 또한 1.0㎚ 이하의 범위에 있는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 4 공정에서, 상기 열처리는 섭씨 300도 이상 또한 섭씨 450도 이하의 범위에서 행해지는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 공정으로부터 상기 제 4 공정까지는 일관된 진공 환경에서 실행되는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 4 공정에서는, 자장을 인가하면서 상기 열처리를 행하는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 4 공정에 계속해서, 상기 흡수층의 바로 위에 제 3 강자성층을 형성하고, 상기 제 3 강자성층의 바로 위에 제 2 산화물층을 형성하는 제 5 공정을 더 구비하는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 흡수층은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, 크롬, 바나듐, 니오브 중 어느 하나를 포함하는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 강자성층은 코발트, 철, 및 붕소를 포함하는
자기 저항 소자의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 산화물층은 산화 마그네슘을 포함하는
자기 저항 소자의 제조 방법.