TW201531579A - 磁阻效應元件之製造方法 - Google Patents

磁阻效應元件之製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201531579A
TW201531579A TW103139785A TW103139785A TW201531579A TW 201531579 A TW201531579 A TW 201531579A TW 103139785 A TW103139785 A TW 103139785A TW 103139785 A TW103139785 A TW 103139785A TW 201531579 A TW201531579 A TW 201531579A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
layer
cooling
shield
chamber
Prior art date
Application number
TW103139785A
Other languages
English (en)
Inventor
Takuya Seino
Yuichi Otani
Kazumasa Nishimura
Original Assignee
Canon Anelva Corp
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 Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Publication of TW201531579A publication Critical patent/TW201531579A/zh

Links

Classifications

    • 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
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3286—Spin-exchange coupled multilayers having at least one layer with perpendicular magnetic anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/305—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
    • H01F41/307—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
    • 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
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68742—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a lifting arrangement, e.g. lift pins
    • 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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本發明，係提供具有比歷來高之MR比的磁阻效應元件之製造方法。本發明之一實施形態相關的磁阻效應元件之製造方法，係具備：於磁化自由層及磁化固定層之一方被形成於表面的基板上形成穿隧能障層之程序S93；於形成前述穿隧能障層的程序之後，冷卻前述基板之程序S94；及於前述冷卻的程序之後，於前述穿隧能障層上形成前述磁化自由層及前述磁化固定層的另一方之程序S95。

Description

磁阻效應元件之製造方法
本發明，係關於磁阻效應元件之製造方法者。
在電阻因磁場而變化之磁阻效應元件方面，已知利用TMR(Tunnel Magneto Resistance)效果而進行資訊之記憶或磁氣的檢測之TMR元件(亦稱作MTJ元件)。近年來，往MRAM等之MTJ元件的利用受到期待。
於非專利文獻1，係揭露垂直磁化型之MTJ元件。垂直磁化型之MTJ元件，係包含積層自由層(磁化自由層)、穿隧能障層、及基準層(磁化固定層)之構造，自由層及基準層之磁化方向係分別與積層方向平行。
為了磁阻效應元件之元件特性的提升，係提高MR比(磁阻比)為重要。記載於非專利文獻1之由CoFeB/MgO/CoFeB所成之積層構造係已知展現超過100%之高MR比。
[先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]D. C. Worledge et al., ”Spin torque switching of perpendicular Ta|CoFeB|MgO-based magnetic tunnel junctions”, Appl. Phys. Lett. 98, 2011, 022501。
然而，即使為記載於非專利文獻1之磁阻效應元件，仍不能謂之充分高的MR比。變更磁阻效應元件之構造從而進一步提高MR比之研究正被進行，另一方面亦追求非構造而變更製造方法從而提高MR比。
本發明，係為了解決上述之問題點而創作者，以提供具有比歷來高之MR比的磁阻效應元件之製造方法為目的。
本發明之一態樣，係一種磁阻效應元件之製造方法，特徵在於：具備：於磁化自由層及磁化固定層之一方被形成於表面的基板上形成穿隧能障層之程序；於形成前述穿隧能障層的程序之後，冷卻前述基板之程序；及於前述冷卻的程序之後，於前述穿隧能障層上形成前述磁化自由層及前述磁化固定層的另一方之程序。
依本發明相關之磁阻效應元件之製造方法，於形成穿隧能障層之程序後亦即於穿隧能障層上形成磁化自由層或磁化固定層之程序前，進行冷卻基板之程序，使得可實現具有高MR比之磁阻效應元件。
1‧‧‧基板處理系統
2‧‧‧基板處理腔室
3‧‧‧搬送室
4‧‧‧預抽室
5‧‧‧自動裝載器
6‧‧‧外部盒
7‧‧‧搬送機器人
100‧‧‧基板冷卻裝置
101‧‧‧腔室
101a‧‧‧上壁
101b‧‧‧側壁
101c‧‧‧下壁
102‧‧‧閘閥
103‧‧‧基板保持器
103a‧‧‧基板載置面
104‧‧‧升降銷
105‧‧‧升降銷驅動機構
106‧‧‧機械式夾具
107‧‧‧機械式夾具驅動機構
108‧‧‧風箱
109‧‧‧基板保持器冷卻部
110‧‧‧基板保持器支柱
111‧‧‧屏蔽
111a‧‧‧側壁部
111b‧‧‧上壁部
111c‧‧‧底壁部
112‧‧‧屏蔽冷卻部
113‧‧‧屏蔽支柱
114‧‧‧開口部
115‧‧‧百葉件
116‧‧‧屏蔽加熱器
117‧‧‧腔室內加熱器
118‧‧‧腔室外加熱器
119‧‧‧排氣腔室
120‧‧‧排氣泵浦
121‧‧‧屏蔽內真空計
122‧‧‧腔室內真空計
123‧‧‧冷卻氣體導入部
124‧‧‧氣體管線
125‧‧‧氣體管線加熱器
200‧‧‧基板冷卻裝置
211‧‧‧屏蔽
211a‧‧‧側壁部
211b‧‧‧上壁部
211c‧‧‧底壁部
215‧‧‧百葉件
300‧‧‧基板冷卻裝置
311‧‧‧屏蔽
376‧‧‧屏蔽驅動機構
327‧‧‧風箱
900‧‧‧MTJ元件
901‧‧‧基板
902‧‧‧下部電極
903‧‧‧緩衝層
904‧‧‧自由層
905‧‧‧穿隧能障層
906‧‧‧CoFeB層
907‧‧‧配向分離層
908‧‧‧第1積層體
909‧‧‧非磁性中間層
910‧‧‧第2積層體
912‧‧‧Ta層
913‧‧‧上部電極
1000‧‧‧磁阻效應元件
1001‧‧‧基板
1002‧‧‧下部電極
1003‧‧‧晶種層
1004‧‧‧CoFe層
1005‧‧‧Ta層
1006‧‧‧自由層
1007‧‧‧穿隧能障層
1008‧‧‧基準層
1009‧‧‧Ta層
1010‧‧‧積層體
1011‧‧‧覆蓋層
1012‧‧‧上部電極
P‧‧‧氣體分子
S‧‧‧基板
[圖1]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
[圖2]本發明的一實施形態相關之屏蔽的剖面圖。
[圖3]具備本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置的基板處理系統之示意構成圖。
[圖4]就使用本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置而進行冷卻處理的例示性之元件構成作繪示的示意圖。
[圖5]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻方法的流程圖作繪示之圖。
[圖6]就本發明的一實施形態相關之冷卻前準備的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖7]就本發明的一實施形態相關之冷卻處理的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖8]就本發明的一實施形態相關之刷新處理的詳細之流程圖作繪示的圖。
[圖9]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
[圖10]本發明的一實施形態相關之屏蔽的剖面圖。
[圖11]就本發明的一實施形態相關之基板冷卻裝置作繪示的示意構成圖。
[圖12]就藉本發明的一實施形態相關之成膜方法而 製造的元件構成作繪示之示意圖。
[圖13]就本發明的一實施形態相關之成膜方法的流程圖作繪示之圖。
[圖14]就藉本發明的一實施形態相關之成膜方法而製造的元件之MR比的圖表作繪示之圖。
[圖15]就藉本發明的一實施形態相關之成膜方法而製造的元件之MR比的圖表作繪示之圖。
以下，參見圖式，而說明本發明的實施之形態，但本發明並非限定於本實施形態者。另外，在以下作說明之圖式中，具有同功能者係加上相同符號，亦有省略其重複的說明之情況。
(第1實施形態)
圖1，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置100作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置100係具備腔室101與排氣腔室119。腔室101之上壁101a係設成可拆卸，可將上壁101a拆卸而進行維護、清潔等。於腔室101之側壁101b係設有可開閉之閘閥102，可透過閘閥102而將基板S搬送於腔室101之內外。於腔室101內係設有具有基板載置面103a之基板保持器103，於基板載置面103a上係可載置基板S。
於基板保持器103係設有供以貫通基板載置 面103a而支撐基板S之背面用的棒狀之升降銷104，升降銷104係可藉升降銷驅動機構105沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。此外，於基板保持器103係設有供以將基板S之表面的外周部作固定用之機械式夾具106，機械式夾具106係可藉機械式夾具驅動機構107沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。升降銷驅動機構105及機械式夾具驅動機構107，係馬達、致動器等之任意的驅動手段。於升降銷104與升降銷驅動機構105之間、及機械式夾具106與機械式夾具驅動機構107之間，係為了可在保持腔室101之密閉狀態下移動升降銷104及機械式夾具106，而設有可伸縮之風箱108。
為了固定基板S，作為機械式夾具106及機械式夾具驅動機構107之替代，亦可設有藉靜電力而將基板S固定於基板保持器103之靜電吸附機構(ESC)。
於基板保持器103，係透過貫通腔室101之下壁101c的基板保持器支柱110，而連接著設於腔室101之外部的基板保持器冷卻部109(基板保持器冷卻手段)。利用基板保持器冷卻部109而將基板保持器103維持於低溫，使得可冷卻載置於基板載置面103a之基板S。基板保持器冷卻部109，係具有供於測定基板保持器103之溫度用的不圖示之溫度測定部(例如，熱電偶)。基板保持器103及基板保持器支柱110，係利用熱導性高之金屬，例如銅或鋁而製作較佳。
於腔室101內，設有屏蔽111。屏蔽111係以包圍基板保持器103之側方，同時覆蓋基板保持器103之上方的方式而設。亦即，屏蔽111，係以包圍基板載置面103a之側方，同時對向於基板載置面103a的方式而設。
於屏蔽111，係透過貫通腔室101之上壁101a的屏蔽支柱113，而連接著設於腔室101之外部的屏蔽冷卻部112。利用屏蔽冷卻部112而將屏蔽111維持於低溫，使得可於在基板S之搬送時從基板保持器103所放出的氣體分子到達於屏蔽111之表面時，捕捉該氣體分子，亦即保持於表面。屏蔽冷卻部112，係具有供以測定屏蔽111之溫度用的不圖示之溫度測定部(例如，熱電偶)。屏蔽111及屏蔽支柱113，係利用熱導性高之金屬，例如銅或鋁而製作較佳。
基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112(屏蔽冷卻手段)，係供以藉任意之方法進行冷卻用的冷卻手段，可為例如利用氦之隔熱膨脹而進行冷卻的冷卻裝置(例如，Gifford-McMahon冷凍機或史特靈冷凍機等)，或可為使作為冷媒而從外部所供應的低溫之液態氮等的冷媒流通從而進行冷卻之裝置。在本實施形態係基板保持器冷卻部109與屏蔽冷卻部112以個別的構材而設，惟亦可作為單一之冷卻部而設。
於對向於在屏蔽111之側面的閘閥102之部分，係設有基板S通過用的開口部114。從腔室101之外部所搬送的基板S係通過閘閥102及屏蔽111之開口部 114而載置於基板保持器103，另外冷卻後之基板S係通過屏蔽111之開口部114及閘閥102而搬送至腔室101之外部。此外，於屏蔽111之側面的開口部114以外之部分，係設有使屏蔽111之內側與外側連通用的百葉件115。
於屏蔽111的內側之面的附近，亦即屏蔽111之對向於基板保持器103的面之附近，係設有屏蔽加熱器116。此外，於腔室101之壁面的內側附近係設有腔室內加熱器117，於腔室101之壁面的外側附近係設有腔室外加熱器118。屏蔽加熱器116及腔室內加熱器117，係對於附著在屏蔽111及腔室101之氣體分子賦予熱能而除去者，係燈等之可快速加熱的加熱手段較佳。另一方面，腔室外加熱器118，係將腔室101本身加熱者，係護套式加熱器(sheath heater)等之可將廣範圍加熱為高熱的加熱手段較佳。屏蔽加熱器116、腔室內加熱器117及腔室外加熱器118，係於圖1僅繪示一部分，以可將各面均勻加熱的方式而按既定之間隔作設置。
於腔室101，係以各個內部空間連通之方式而連接著排氣腔室119。於排氣腔室119係設有作為可將腔室101內作真空排氣之排氣部的排氣泵浦120。在排氣泵浦120方面，係可依所需之真空度而採用乾式泵浦、渦輪分子泵浦等之任意的排氣手段，亦可將其等組合而運用。再者，於腔室101係設有供以測定屏蔽111內，亦即藉屏蔽111而區劃之空間內的壓力用之屏蔽內真空計121，於 排氣腔室119係設有供以測定排氣腔室119內之壓力用的腔室內真空計122。
再者，於基板冷卻裝置100，係為了有效進行基板S之冷卻，而設有供以於基板S之背面與基板載置面103a之間導入冷卻氣體用的冷卻氣體導入部123。冷卻氣體導入部123係連接於作為冷卻氣體流通用的管之氣體管線124，氣體管線124係貫通腔室101及基板保持器103而開口於基板S之背面與基板載置面103a之間的空間。在從冷卻氣體導入部123所導入之冷卻氣體方面係可使用包含He、Ar或其等之中的至少一方之混合氣體，冷卻氣體遍布於基板S之背面使得可快速均勻冷卻基板S。氣體管線124係進一步連接於排氣泵浦120，可藉驅動排氣泵浦120而將使用後之冷卻氣體作排氣。氣體管線124係具備不圖示之可變閥，可變更路徑或流量。在圖1係氣體管線124僅繪示1系統，惟供以從冷卻氣體導入部123導入冷卻氣體用之氣體管線124與供以將冷卻氣體作排氣用的氣體管線124之2系統個別設置亦可。冷卻氣體導入部123，係具備質流控制器(MFC)、自動壓力控制器(APC)等之氣體流量調整手段較佳。另外，冷卻氣體導入部123係可不一定須設置，不使用上述之冷卻氣體，將基板S直接載置於被冷卻之基板載置面103a亦可冷卻基板S不待言之。
於氣體管線124之附近，係設有氣體管線加熱器125。藉氣體管線加熱器125而加熱氣體管線124， 使得可有效除去吸附於氣體管線之內面的氣體分子。氣體管線加熱器125，在圖1係僅設於氣體管線124之一部分，惟設於氣體管線124之整體亦可。在氣體管線加熱器125方面，係可採用任意之加熱手段，可採用例如帶式加熱器。
圖2，係含於本實施形態相關之基板冷卻裝置100的屏蔽111之剖面圖。屏蔽111，係包含將基板S或基板載置面103a之側方包圍的側壁部111a、將基板S或基板載置面103a之上方覆蓋的上壁部111b、及將比基板S或基板載置面103a之側方還下方亦即基板保持器103之側方包圍的底壁部111c。換言之，側壁部111a係沿著基板S或基板載置面103a之端面而延伸存在，上壁部111b係對向於基板S或基板載置面103a而設，底壁部111係沿著基板保持器103之側面而延伸存在。側壁部111a及底壁部111c係相對於基板S或基板載置面103a之法線大致平行而設，上壁部111b係相對於基板S或基板載置面103a大致平行而設。在本實施形態係側壁部111a、上壁部111b及底壁部111c，以一體之構材而製作，惟係分別製作之構材被連接的構成亦可。
於腔室101內被排氣而作成真空，同時基板保持器103被冷卻時，基板保持器103係作用為將空間中之水分子等的氣體分子P(包含為氣樣之舉動的微小粒子)吸附的真空泵浦。於圖2，係繪示吸附於基板保持器103之表面的氣體分子P。於此狀態下，從基板冷卻裝置 100之外部搬送來的基板S，係比被冷卻之基板保持器103相對上溫高數百度。為此，使來自外部之基板S為了載置而接近於基板保持器103之基板載置面103a時，從基板S對於吸附在基板保持器103之表面的氣體分子P賦予熱能，氣體分子P係被從基板保持器103之表面放出。
一般而言於基板S之表面(亦即，與基板保持器103係相反側之面)設有功能元件，故比起往基板S之背面(亦即，相向於基板保持器103之側的面)之氣體分子P的附著，往基板S之表面的氣體分子P之附著作為汙染而成為問題。於維持為真空之空間從基板保持器103所放出之氣體分子P，係於空間中如以圖2中之虛線A所示而大致直行。為此，在如歷來於基板保持器103之周圍未設置被冷卻的屏蔽111之情況下，氣體分子P係在腔室101之內壁等暫時吸附，一定機率下脫離(放出)，到達於基板S之表面而成為污染源。另一方面，於本實施形態相關之基板冷卻裝置100，係於基板保持器之周圍設有被冷卻之屏蔽111，故從基板保持器103之表面所放出的氣體分子P係大致直行而衝撞於側壁部111a，被捕捉於側壁部111a上。依如此之構成，使得可減低附著於基板S之表面而成為污染源的氣體分子P。
於此，就餘弦定律作說明。已知捕捉於腔室101之內壁或屏蔽111的氣體分子P被放出時，於氣體分子P行進之方向，係一般而言有稱作餘弦定律之隨機分布。依餘弦定律，飛行於捕捉之面的法線方向之機率最 高。依餘弦定律，本實施形態之情況下，側壁部111a之法線係平行於基板載置面103a，故捕捉於側壁部111a之氣體分子P脫離時，在平行於基板載置面103a之方向上飛行的氣體分子P之比例最高。亦即，捕捉於側壁部111a之氣體分子P脫離時，朝向基板S之成膜面(表面)而飛行之可能性係低。
如以圖2中之虛線B所示，於氣體分子P之中係可能存在未在側壁部111a被捕捉或在暫時捕捉後脫離者。此時，氣體分子P係從側壁部111a依上述之餘弦定律而脫離，故以高機率飛行於側壁部111a之法線方向，以比其低之機率飛行於基板載置面103a之方向或從基板載置面103a遠離之方向。飛行於側壁部111a之法線方向的氣體分子P，係大致直行而衝撞於對向之側壁部111a，再度捕捉於側壁部111a。此外，飛行於從基板載置面103a遠離之方向的氣體分子P，係大致直行而衝撞於設在對向於基板載置面103a之位置的上壁部111b，捕捉於上壁部111b。其結果，大部分之氣體分子P由側壁部111a或上壁部111b所捕捉，故可能到達於基板S之表面的氣體分子P(亦即，從側壁部111a脫離而飛行於基板載置面103a之方向的氣體分子P)之數係大幅減低。因此，在本實施形態係在屏蔽111方面除了側壁部111a以外設置上壁部111b，故比僅設置側壁部111a之情況更確實捕捉氣體分子P，可進一步減低附著於基板S之表面的氣體分子。
再者屏蔽111之底壁部111c，係設於基板保持器103與腔室101之內壁之間，包圍基板保持器103之側面。將腔室101整體作冷卻係耗費大量成本，故在本實施形態係腔室101本身不作冷卻，腔室101之內壁係相對於基板保持器103相對上高溫。為此，如歷來於基板保持器103之周圍未設置被冷卻的屏蔽111之情況下，係因輻射使得熱從腔室101之內壁傳至基板保持器103，基板保持器103之溫度分布變不穩定或不均勻。另一方面，於本實施形態相關之基板冷卻裝置100，係被冷卻之屏蔽111之底壁部111c設於基板保持器103與腔室101之內壁之間，故抑制從腔室101之內壁往基板保持器103的傳熱，易於將在基板保持器103之基板載置面103a之面內的溫度分布穩定化及均勻化。底壁部111c係不一定要包圍基板保持器103之高度方向的全部，只要包圍基板保持器103之高度方向的至少一部分，即可改善基板保持器103之溫度分布。此外，為了抑制屏蔽111與基板保持器103之間的傳熱而進一步改善基板保持器103之溫度分布，以基板保持器103及屏蔽111之溫度變大致相同的方式使基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112動作較佳。
百葉件115，係屏蔽111之側壁部111a及底壁部111c的一部分相對於側壁部111a及底壁部111c之面傾斜而突出為板狀而設，百葉件115之根部係開口。依如此之構成，使得可實現維持成低溫之屏蔽111捕捉氣體分子之效果，同時於後述之刷新處理將氣化的氣體分子從 屏蔽111之內部往外部透過百葉件115而排出。再者，為了含百葉件115之面與含側壁部111a及底壁部111c之面所夾的角在含上壁部111b之面側變銳角，百葉件115係傾斜而設。依上述之餘弦定律，依如此之構成，使得即使為氣體分子從百葉件115脫離之情況，氣體分子朝向基板S之表面的機率係低，朝向面向上壁部111b之方向的機率為高。另外，在圖1中，開口部114與百葉件115，係皆形成為側壁部111a之一部分，上壁部111b、側壁部111a及底壁部111c係連續之構材。
圖3，係具備本實施形態相關之基板冷卻裝置100的基板處理系統1之示意構成圖。基板處理系統1係枚葉式的裝置，具備複數個基板處理腔室2、預抽室4、本實施形態相關之基板冷卻裝置100。複數個基板處理腔室2係可為對於基板S進行相同的處理者，或亦可為進行不同的處理者。複數個基板處理腔室2、預抽室4、基板冷卻裝置100係透過搬送室3而連接，於各自的連接部分係設有可開閉之閘閥。於搬送室3係設有搬送機器人7，驅動搬送機器人7從而在各基板處理腔室2、預抽室4及基板冷卻裝置100之間按既定的處理順序而搬送基板S。於各基板處理腔室2、搬送室3及基板冷卻裝置100係分別設有排氣泵浦，可在保持真空之下在腔室間搬送基板S。於預抽室4之外側，係設有供以供應基板S用的自動裝載器5。自動裝載器5，係以於大氣側從收納複數個基板之外部盒6每次取出一個基板，收容於預抽室4內之方 式而構成。
圖4，係就利用本實施形態相關之基板冷卻裝置100而進行冷卻處理之例示性的MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件900之構成作繪示的示意圖。MTJ元件，係用於例如MRAM(Magnetic Random Access Memory)、磁感測器等。
MTJ元件900，係垂直磁化型MTJ元件(p-MTJ元件)。MTJ元件900，係於基板901上依序具備下部電極902、緩衝層(Ta層)903、自由層(CoFeB層)904、及穿隧能障層(MgO層)905。進一步於其上，MTJ元件900，係依序具備積層CoFeB層906、配向分離層(Ta層)907、第1積層體908、非磁性中間層(Ru層)909、第2積層體910而成之基準層(磁化固定層)、積層Ru層911與Ta層912而成之覆蓋層、及上部電極913。在MTJ元件900方面係不限於此處所示的構成，在不損及垂直磁化型元件之功能的範圍下可採用進行層之增減、各層之構成材料的變更、上下之積層順序的顛倒等之任意的變更之構成。
採用本實施形態相關之基板冷卻裝置100的冷卻處理，係於自由層(CoFeB層)904上成膜穿隧能障層(MgO層)905後亦即於穿隧能障層(MgO層)905之上成膜基準層的CoFeB層906前進行較佳。在此時間點運用基板冷卻裝置100而進行冷卻處理時，可因冷卻而使穿隧能障層905之特性提升，且可抑制於冷卻中穿隧能障 層905之表面(亦即，穿隧能障層905與CoFeB層906之間的界面)受汙染。採用基板冷卻裝置100之冷卻處理，係可在其他任意之時間點進行，可在複數個時間點進行。
本實施形態相關之基板冷卻裝置100之適用對象係非限於圖4的MTJ元件900者，適用於在真空中進行冷卻處理的任意之基板或元件。
依本實施形態相關之基板冷卻裝置100，由於被冷卻之屏蔽111之側壁部111a包圍基板S或基板載置面103a之側方，故可捕捉基板S接近於基板保持器103時所放出的氣體分子，減低氣體分子所致的基板S之表面的汙染。此外，被冷卻之屏蔽111之上壁部111b覆蓋基板S或基板載置面103a之上方，故可高機率捕捉未由側壁部111a捕捉而脫離之氣體分子，進一步減低氣體分子所致的基板S之表面的汙染。此外，被冷卻之屏蔽111之底壁部111c比基板S或基板載置面103a之側方還下方包圍基板保持器103之側方，故可減低腔室101之內壁與基板保持器103之間的輻射所致之熱移動，將基板保持器103之熱分布穩定化及均勻化。
再者，於屏蔽111之內側的面之附近係設有屏蔽加熱器116，另外於腔室101之壁面的內側附近係設有腔室內加熱器117，故可藉屏蔽加熱器116及腔室內加熱器117對於吸附於屏蔽111及腔室101之氣體分子賦予熱能而除去。
圖5，係就採用本實施形態相關之基板冷卻裝置100的基板冷卻方法之流程圖作繪示的圖。以下的基板冷卻方法，係藉基板冷卻裝置100所具備之不圖示的控制裝置而控制。首先，在不將基板S配置於腔室101內之狀態下，基板冷卻裝置100，係進行冷卻前準備(步驟S1)。於冷卻前準備之完畢後，基板冷卻裝置100係將基板S搬送於腔室101內而進行冷卻處理(步驟S2)。於冷卻處理之完畢後，於達成既定的結束條件之情況下(步驟S3之YES)，基板冷卻裝置100係結束基板冷卻方法。既定的結束條件，係指藉使用者輸入結束指示之既定的個數之處理完畢，或無接著應處理之基板S等，可任意定之。
再者，於未達成既定的結束條件之情況下(步驟S3的NO)，亦即從前次之刷新處理的執行後(尚未進行刷新處理之情況下係基板冷卻方法的開始後)算起既定個數(例如，10~20個)之基板被冷卻處理的情況下(步驟S4之YES)，基板冷卻裝置100係進行刷新處理(步驟S5)。刷新處理係使用者所為之執行指示被輸入的情況下，或從前次之刷新處理的執行後(尚未進行刷新處理之情況下係基板冷卻方法的開始後)既定時間經過後進行亦可。另外，關於刷新處理係利用圖8而詳細說明。
於既定個數之基板未被冷卻處理之情況(步驟S4的NO)下，或刷新處理(步驟S5)之完畢後，基 板冷卻裝置100係將下個基板S搬送於腔室101內而反覆冷卻處理(步驟S2)。
圖6，係就本實施形態相關之冷卻前準備(步驟S1)的詳細之流程圖作繪示的圖。首先，基板冷卻裝置100，係在基板S未配置於腔室101內之狀態下，開始排氣泵浦120之動作(步驟S11)。基板冷卻裝置100，係使排氣泵浦120維持動作直到全部的冷卻處理完畢，維持腔室101內之真空狀態。於腔室101內成為既定的真空度，亦即既定的壓力後，基板冷卻裝置100，係使屏蔽加熱器116、腔室內加熱器117及腔室外加熱器118動作，既定的時間經過後予以停止(步驟S12)。藉此，可使附著於腔室101之內壁及屏蔽111的氣體分子等氣化而從排氣泵浦120排出，減低可能發生於冷卻處理時的基板S之汙染。之後，基板冷卻裝置100，係開始基板保持器冷卻部109及屏蔽冷卻部112的動作(步驟S13)。基板保持器103及屏蔽111冷卻至既定的溫度後，基板冷卻裝置100係結束冷卻前準備。
圖7，係就本實施形態相關之冷卻處理(步驟S2)的詳細之流程圖作繪示的圖。首先，基板冷卻裝置100，係打開閘閥102，於基板冷卻裝置100內從外部搬送基板S(步驟S21)。本實施形態下的基板S之搬送係藉連接於基板冷卻裝置100的搬送室3之搬送機器人7而進行，惟亦可於基板冷卻裝置100內設置搬送機器人7而搬送基板S。此時，基板保持器103之升降銷104係藉升 降銷驅動機構105而被上升之狀態，搬送機器人7係將基板S配置於上升之升降銷104上。之後，基板冷卻裝置100，係關閉閘閥102。
之後，基板冷卻裝置100，係藉升降銷驅動機構105使升降銷104下降，而於處在冷卻之狀態的基板保持器103之基板載置面上載置基板S，同時藉機械式夾具驅動機構107使機械式夾具106下降而固定基板S(步驟S22)。此時，於升降銷104之下降中，亦即基板S接近於基板載置面103a時(例如，基板S與基板載置面103a之間成為10mm~20mm程度之距離時)使升降銷104暫時停止，於既定時間經過後再開始升降銷104之下降較佳。藉此，可防止使基板S急速接觸於基板保持器103而發生變化或破裂。另外，於基板保持器103之基板載置面103a上載置基板S時，係屏蔽111係至少需要處於被冷卻之狀態。當然，於基板冷卻裝置100內搬送基板S時，屏蔽111被冷卻較佳。
基板S固定於基板載置面103a後，基板冷卻裝置100，係從冷卻氣體導入部123於基板S與基板載置面103a之間的空間導入冷卻氣體，待機直到基板S之冷卻完畢(步驟S23)。基板S之冷卻的完畢，係可藉既定時間經過而判定，或亦可於基板冷卻裝置100設置任意之溫度測定部而測定基板S之溫度從而判定。之後，使冷卻氣體的導入停止，而藉排氣泵浦120從基板S與基板載置面103a之間的空間將冷卻氣體作排氣。
於基板S之冷卻完畢後，藉機械式夾具驅動機構107使機械式夾具106上升，同時藉升降銷驅動機構105使升降銷104上升而從基板保持器103上卸下基板S(步驟S24)。基板冷卻裝置100，係打開閘閥102，往基板冷卻裝置100之外部搬送基板S(步驟S25)。如同步驟S21，基板S之搬送係藉連接於基板冷卻裝置100的搬送室3之搬送機器人7而進行。之後，基板冷卻裝置100，係關閉閘閥102，結束冷卻處理。亦可於接著進行下個基板S之冷卻處理的情況下，係於關閉閘閥102前將下個基板S搬送基板冷卻裝置100內。
圖8，係就本實施形態相關之刷新處理(步驟S5)的詳細之流程圖作繪示的圖。隨著進行複數次基板S之冷卻處理，從基板冷卻裝置100之外部緩慢帶進氣體分子，吸附於基板保持器103及屏蔽111之氣體分子不斷增加。其結果，吸附之氣體分子脫離而汙染基板S之虞不斷提高。所以，基板冷卻裝置100係每進行既定的數之基板S的冷卻處理，進行使設於屏蔽111之內部空間的屏蔽加熱器116動作而將氣體分子氣化及除去之刷新處理。首先，基板冷卻裝置100，係在基板S未配置於腔室101之狀態下，進行屏蔽加熱器116之動作(步驟S11)。在本實施形態下屏蔽加熱器116係予以動作數秒程度後予以停止。藉此，可屏蔽加熱器116對於吸附在基板保持器103及屏蔽111之內壁的氣體分子賦予熱能而予以氣化，透過百葉件115而排出至屏蔽111之外。氣體分子係進一步從 排氣泵浦120排出至基板冷卻裝置100之外。於屏蔽加熱器116之動作及停止後，確認基板保持器103及屏蔽111之溫度、以及腔室101內之真空度，分別成為既定的值時結束刷新處理(步驟S52)。
在本實施形態，係藉基板冷卻裝置100所具備之控制裝置而進行示於圖5~8的流程圖之各步驟的開始及結束之控制，惟亦可藉與基板冷卻裝置100個別而設之控制裝置進行基板冷卻裝置100之控制。此外，可使用者就一部分或全部之步驟對於基板冷卻裝置100明白進行開始及結束的指示，或亦可使用者自身執行一部分或全部的步驟。
(第2實施形態)
圖9，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置200作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置200，係與第1實施形態相關之基板冷卻裝置100係僅關於屏蔽211之構成有異，其他構成係相同。
圖10，係含於本實施形態相關之基板冷卻裝置200的屏蔽211之剖面圖。屏蔽211，係包含將基板S或基板載置面103a之側方包圍的側壁部211a、將基板S或基板載置面103a之上方覆蓋的上壁部211b、及將比基板S或基板載置面103a之側方還下方亦即基板保持器103之側方包圍的底壁部211c。在與第1實施形態相關之屏蔽111不同的點方面，係側壁部211a傾斜而設。具體 而言，相對於基板S或基板載置面103a之法線方向C將側壁部211a所夾的角度定義為D(就基板S或基板載置面103a之法線設成D=0度，使從基板S或基板載置面103a遠離之方向為正方向)時，側壁部211a以成為0度<D<90度之方式傾斜。換言之，於屏蔽211，側壁部211a從上壁部211b之外周部而連續(亦即，平穩)傾斜而設，側壁部211a之徑小於上壁部211b的外周部之徑。為此，含上壁部211b之面與含側壁部211a之面，係於基板保持器側構成銳角。在本實施形態下底壁部211c係以與側壁部211a成為齊面的方式而設，故底壁部211c亦如同側壁部211a而傾斜。
依餘弦定律，使屏蔽211之側壁部211a傾斜，使得從側壁部211a脫離之氣體分子，係飛行於側壁部211a之法線方向的機率變最高。亦即，側壁部211a，係以於捕捉於側壁部211a之氣體分子被放出時，該氣體分子朝向接近上壁部211b之方向，亦即從基板載置面103a遠離之方向的機率成為最高之方式而設。為此，於氣體分子從側壁部211a脫離之情況下，朝向基板S之表面的方向之機率變更低，朝向上壁部211b之方向的機率會上升。其結果，氣體分子捕捉於上壁部211b之機率會上升，故可進一步減低氣體分子所致的基板S之表面的汙染。
百葉件215，係傾斜之側壁部211a及底壁部211c的一部分相對於側壁部211a及底壁部211c之面傾斜 而突出為板狀而設，百葉件215之根部係開口。百葉件215，係以相對於從側壁部211a及底壁部211c朝向上壁部211b之方向成為銳角的方式傾斜而設。依如此之構成，使得即使為氣體分子從百葉件215脫離之情況，氣體分子朝向基板S之表面方向的機率係低，朝向上壁部211b方向之機率係變高。
(第3實施形態)
圖11，係就作為本實施形態相關之進行基板的冷卻之基板處理裝置的基板冷卻裝置300作繪示之示意構成圖。基板冷卻裝置300，係與第1實施形態相關之基板冷卻裝置100係僅關於屏蔽311之構成有異，其他構成係相同。
於基板冷卻裝置300，係屏蔽311係可藉屏蔽驅動機構326沿著基板S或基板載置面103a之法線方向而上升及下降。屏蔽驅動機構326，係馬達、致動器等之任意的驅動手段。於屏蔽311與屏蔽驅動機構326之間，係為了可在保持腔室101之密閉狀態下移動屏蔽311，而設有可伸縮之風箱327。
於屏蔽311，係與第1實施形態有異，未設有開口部114及百葉件115。於基板S之搬送時，係使屏蔽311移動於上方向(亦即，從基板S或基板載置面103a遠離之方向)，使得即使無開口部114仍可進行基板S之搬送。此外，於刷新處理時，係使屏蔽311移動於上方 向，因而即使無百葉件115仍可排出從基板保持器103之表面所放出的氣體分子。如此，在本實施形態係設有可使屏蔽311上升及下降之屏蔽驅動機構326，故可簡略化屏蔽311之構成。此外，無開口部114及百葉件115，故可進一步減低於冷卻中氣體分子從屏蔽311之外側侵入於內側而污染基板S之表面的機率。
於利用基板冷卻裝置300而進行基板S之冷卻時，首先基板冷卻裝置300係藉屏蔽驅動機構326而使屏蔽311上升後，使基板S移動至基板載置面103a之上方，亦即不接觸於基板載置面103a之位置。之後，藉屏蔽驅動機構326而使屏蔽311下降後，於基板載置面103a上載置基板S。在此狀態下既定時間待機，冷卻基板。如此於基板S接觸於基板載置面103a上之前使屏蔽311下降，使得可於使基板S下降時將從基板保持器103放出之氣體分子捕捉於屏蔽311。
(第4實施形態)
相對於第1~第3實施形態係對基板冷卻裝置之構成下工夫從而使MTJ元件的元件特性提升者，本實施形態係對冷卻處理之時間點下工夫從而使MTJ元件的元件特性提升者。
圖12，係就利用本實施形態相關之成膜方法而製造的例示性之MTJ元件1000(磁阻效應元件)的構成作繪示之示意圖。MTJ元件1000，係垂直磁化型MTJ 元件(p-MTJ元件)。MTJ元件1000，係於基板1001上依序具備下部電極1002、Ta層(晶種層)1003、CoFe層1004、Ta層1005、作為自由層(磁化自由層)之CoFeB層1006、及穿隧能障層(MgO層)1007。MTJ元件1000，係進一步於其上，依序具備作為基準層(磁化固定層)之CoFeB層1008、Ta層1009、積層體1010、Ta層(覆蓋層)1011、及上部電極1012。積層體1010，係將Co層與Pt層交互積層僅既定之數N者。在MTJ元件1000方面係不限於此處所示的構成，在不損及垂直磁化型元件之功能的範圍下可採用進行層之增減、各層之構成材料的變更、上下之積層順序的顛倒等之任意的變更之構成。
圖13，係就本實施形態相關之成膜方法的流程圖作繪示之圖。在此處係利用示於圖3之枚葉式的基板處理系統1而進行本實施形態相關之成膜方法的說明，惟非限定於此者。例如，亦可運用串接式之基板處理系統。此外，在本實施形態係在含於基板處理系統1之基板冷卻裝置方面採用示於圖11的基板冷卻裝置300，惟採用其他任意的基板冷卻裝置亦可。
首先，於基板處理系統1之預抽室4搬入基板S(步驟S91)。
接著，驅動搬送室3之搬送機器人7，從而將基板S移動至既定的基板處理腔室2，進行第1成膜程序(步驟S92)。在第1成膜程序，係藉蝕刻法而除去附著 於基板上之雜質等，之後MTJ元件1000之中比MgO層1007下方的膜，亦即於基板1001上依序藉濺鍍法而成膜下部電極1002、Ta層1003、CoFe層1004、Ta層1005、及作為自由層之CoFeB層1006。
接著，驅動搬送室3之搬送機器人7，從而將基板S移動至既定的基板處理腔室2，進行第2成膜程序(步驟S93)。在第2成膜程序，係成膜MTJ元件1000之中MgO層1007。MgO層1007，係藉採用MgO靶材之高頻(RF)濺鍍法而成膜。在別的方法方面，藉採用Mg靶材之濺鍍法而於作為自由層的CoFeB層1006之上成膜Mg層，之後對於該Mg層進行氧化處理從而形成亦可。成膜處理與氧化處理係可在相同的基板處理腔室2內進行，亦可在不同的基板處理腔室2內進行。
接著，驅動搬送室3之搬送機器人7，從而將基板S移動至基板冷卻裝置300，進行冷卻程序(步驟S94)。在冷卻程序，係將成膜MgO層1007之基板S冷卻至200K以下的溫度(在本實施形態係100K)。將基板S冷卻至200K以下的溫度，使得可於之後成膜的作為基準層之CoFeB層1008中形成非晶相。於冷卻程序，係利用基板冷卻裝置300而進行示於圖7之流程圖的冷卻處理。藉此，如就第1~第3實施形態作說明，可獲得快速進行基板S之冷卻且減低膜中的雜質等追加之效果。本實施形態相關之冷卻程序係非限於此者，只要可將成膜MgO層1007之基板S冷卻至既定的溫度，則可採用任意 之冷卻裝置的構成及冷卻處理之方法。另外，成膜的CoFeB層1008等之構成成分的分析，係可藉例如X射線繞射法而進行。
接著，驅動搬送室3之搬送機器人7，從而將基板S移動至既定的基板處理腔室2，進行第3成膜程序(步驟S95)。在第3成膜程序，係MTJ元件1000之中作為基準層的CoFeB層1008以上之膜，亦即於MgO層1007上依序藉濺鍍法而成膜CoFeB層1008、Ta層1009、積層體1010、Ta層1011、上部電極1012。
之後，進行以既定之溫度(例如150~400度)的退火處理，結束成膜(步驟S96)。成膜處理與退火處理係可在相同的基板處理腔室2內進行，亦可在不同的基板處理腔室2內進行。最後，驅動搬送室3之搬送機器人7，從而將基板S移動至預抽室4內的搬送位置(基板搬出位置)(步驟S97)。之後，基板S，係送至基板處理系統1之下游的程序。另外，以與基板處理系統1係不同的裝置進行退火處理亦可。此情況下，作為基板處理系統1之下游的程序進行退火程序。
在本實施形態，係在第1~第3成膜程序(步驟S92、S93、S95)成膜之各層係藉濺鍍法而成膜，惟亦可藉其他任意的成膜方法而成膜。
在第1~第3成膜程序(步驟S92、S93、S95)所成膜的複數個膜之中，可2以上膜在相同的基板處理腔室2內被成膜，亦可全部的膜在不同之基板處理腔 室2內被成膜。第1~第3成膜程序(步驟S92、S93、S95)之中至少1者與冷卻程序(步驟S94)在相同的腔室中進行亦可。
本實施形態相關之MTJ元件1000，係於穿隧能障層1007之上具有基準層1008之頂部固定(top pin)構造，惟亦可為於穿隧能障層1007之上具有自由層1006的底部固定(bottom pin)構造。於此情況下，係於圖13之流程圖，在第1成膜程序(步驟S92)成膜作為基準層之CoFeB層1008，之後在第2成膜程序(步驟S93)於作為基準層之CoFeB層1008上成膜MgO層1007。然後進行冷卻程序(步驟S94)，在第3成膜程序(步驟S95)於MgO層1007上成膜作為自由層之CoFeB層1006。
本實施形態相關之成膜方法，係可應用於頂部固定構造與底部固定構造之任一者，形成自由層及基準層的一方，於該自由層及基準層之一方上形成穿隧能障層，進行冷卻，於該穿隧能障層上形成自由層及基準層之另一方者。
圖14，係就利用本實施形態相關之成膜方法而製造的MTJ元件之相對於RA(面電阻)的MR比之圖表作繪示的圖。在此處係將圖13之流程圖的冷卻程序(步驟S94)之有無及時間點變更成各式各樣而製造MTJ元件，進行RA及MR比之測定。圖14之橫軸係RA(Ω．μm2)，縱軸係MR比(%)。可謂之RA越低，另外MR比越高，MTJ元件之元件特性越良好。於圖14之圖 表，四角形之點係不進行冷卻而進行成膜之MTJ元件的測定結果，圓形的點係進行冷卻而進行成膜之MTJ元件的測定結果。任一個測定結果相關之MTJ元件皆係依圖13的流程圖而製造者，僅冷卻程序(步驟S94)之有無及時間點有異。
圖14之圖表的附於圓形之點的I~VII之記號，係分別表示在圖12之MTJ元件1000的I~VII之任一個時間點進行冷卻的情況。例如，圖14之圖表的附I之記號的圓形之點，係表示於圖12之下部電極1002的形成後亦即於Ta層1003之形成前進行冷卻。本實施形態相關之成膜方法，係於MgO層1007之成膜後亦即於作為基準層之CoFeB層1008的成膜前進行冷卻者，故對應於圖14之圖表的附VI之點的圓形之點。
依圖14，得知在I~VII之任一個時間點進行冷卻而進行成膜時，與如歷來不進行冷卻之情況相比下MR比會提升。再者，得知I~VII的時間點之中，在本實施形態相關之VI的時間點，換言之於MgO層1007之成膜後亦即於作為基準層之CoFeB層1008的成膜前進行冷卻時，可實現特高之MR比且低RA。根據以上，確認了為了製造元件特性良好之MTJ元件1000，係於MgO層1007之成膜後亦即於作為基準層之CoFeB層1008的成膜前進行冷卻為有效。
圖15係就在利用本實施形態相關之成膜方法而製造的MTJ元件之作為基準層之CoFeB層中的相對於 B含有率(含硼率)之MR比的圖表作繪示之圖。在此處係將作為基準層之CoFeB層1008中的B含有率變更成各式各樣，進行MR比之測定。圖15之橫軸係作為基準層1008的CoFeB層中之B含有率(at%)，縱軸係MR比(%)。於圖15之圖表，四角形之點係不進行冷卻而進行成膜之MTJ元件的測定結果，圓形之點係於MgO層1007之成膜後亦即於作為基準層之CoFeB層1008的成膜前進行冷卻而進行成膜之MTJ元件的測定結果。任一個測定結果相關之MTJ元件皆係依圖13的流程圖而製造者，僅冷卻程序(步驟S94)之有無有異。
依圖15之圖表，得知本實施形態相關之成膜方法的測定結果(圓形之點)，係於任一B含有率皆比如歷來不進行冷卻之情況下的測定結果(四角形之點)實現高MR比。尤其，使作為基準層之CoFeB層1008中的B含有率為15at%以下時，與不進行冷卻之情況比較下MR比顯著變高，故較佳。
此外，如從圖15之圖表明白，於如歷來不進行冷卻之情況下的測定結果(四角形之點)，係於B含有率為約20%時獲得最大之MR比。為此，在歷來係一般而言使CoFeB層之B含有率為約20%(例如，Co：Fe：B=20：60：20)。相對於此，於本實施形態相關之成膜方法的測定結果(圓形之點)，係得知B含有率越低MR比變越大。為此，依本實施形態相關之成膜方法，即可邊維持高MR比亦邊比歷來將B含有率設定為低，作為基準層之 CoFeB層1008的組成之自由度為高。
已知基準層具有非晶相，使得可提升MR比。然而，歷來為了使CoFeB層為非晶相，係需要將B既定之比例(如上述約20%)作添加。相對於此，於本實施形態相關之成膜方法以比歷來低之B含有率實現高MR比，係可想作於穿隧能障層成膜後亦即於基準層成膜前進行冷卻，使得可容易於基準層中形成非晶相之故。亦即，藉本實施形態相關之成膜方法的冷卻程序，使得於低B含有率仍成為基準層具有非晶相，實現高MR比。
本發明，係不限定於上述之實施形態，於不脫離本發明的趣旨之範圍可適當變更。上述之各實施形態係作為應用於在MRAM所採用之MTJ元件(TMR元件)的製造者而進行說明，惟同樣之冷卻方法及成膜方法可應用於其他MTJ元件之製造。
在上述之各實施形態係將重力方向作為上下方向而進行說明，惟構成裝置之方向係任意。例如，於將上述的各實施形態相關之基板冷卻裝置90度放倒而設(亦即，基板S之表面沿著重力方向而固定)情況下，上述之各實施形態下的上下方向，係換成相對於重力方向而垂直之方向即可。

Claims (5)

  1. 一種磁阻效應元件之製造方法，特徵在於：具備：於磁化自由層及磁化固定層之一方被形成於表面的基板上形成穿隧能障層之程序；於形成前述穿隧能障層的程序之後，冷卻前述基板之程序；及於前述冷卻的程序之後，於前述穿隧能障層上形成前述磁化自由層及前述磁化固定層的另一方之程序。
  2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，前述磁化自由層及前述磁化固定層係任一者皆為CoFeB層，前述磁化自由層及前述磁化固定層的前述另一方係具有非晶相，前述磁化自由層及前述磁化固定層之前述另一方之中的含硼率係15at%以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之製造方法，其中，前述穿隧能障層係MgO層。
  4. 如申請專利範圍第3項之製造方法，其中，前述MgO層，係以採用MgO靶材之濺鍍法而形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，前述磁阻效應元件，係垂直磁化型MTJ元件。
TW103139785A 2013-11-18 2014-11-17 磁阻效應元件之製造方法 TW201531579A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013237543 2013-11-18
JP2014082914 2014-04-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201531579A true TW201531579A (zh) 2015-08-16

Family

ID=53057089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103139785A TW201531579A (zh) 2013-11-18 2014-11-17 磁阻效應元件之製造方法

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW201531579A (zh)
WO (1) WO2015072139A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016134510A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 東京エレクトロン株式会社 垂直磁化型磁気トンネル接合素子を形成する方法、及び垂直磁化型磁気トンネル接合素子の製造装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203702A (ja) * 2004-01-19 2005-07-28 Sony Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
JP2006286669A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP2009081315A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Toshiba Corp 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
JP5588642B2 (ja) * 2009-09-02 2014-09-10 エイチジーエスティーネザーランドビーブイ トンネル接合型磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法
JP5502900B2 (ja) * 2009-12-28 2014-05-28 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015072139A1 (ja) 2015-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI570830B (zh) Substrate processing apparatus and method
US8837924B2 (en) Vacuum heating/cooling apparatus and manufacturing method of magnetoresistance element
US9410742B2 (en) High capacity magnetic annealing system and method of operating
TWI813883B (zh) 用於形成供磁阻隨機存取記憶體應用之具期望結晶性之結構之方法
US10153426B2 (en) Manufacturing method of magnetoresistive effect element
TWI632711B (zh) Magnetoresistance effect element
JP5745699B2 (ja) トンネル磁気抵抗素子の製造装置
KR20160111003A (ko) 워크피스의 에칭­후 어닐링을 수행하는 방법 및 시스템
KR102304166B1 (ko) 산화 처리 모듈, 기판 처리 시스템 및 산화 처리 방법
TWI749223B (zh) 用於降低的覆蓋區域製造環境之直立多批次磁性退火系統
TW201531579A (zh) 磁阻效應元件之製造方法
US20220220606A1 (en) Method and device for substrate processing