TWI508337B - Method for manufacturing magnetoresistive elements - Google Patents

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Takeshi Shimada
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Description

磁阻元件之製造方法
本發明係有關磁阻元件之製造方法。
近年，電子機器所使用之記憶體除了要低消耗電力與高度動作之外，也被期待是不揮發的。作為現在使用中的記憶體可舉出利用電荷蓄積之DRAM(Dynamic Random Access Memory)與快閃記憶體(flash memory)等。DRAM係被使用為電腦的主要記憶體，但切斷電源時就會喪失記憶之揮發性記憶體。又，動作中為了保持資料在一定時間閒置後也必須要再寫入而使消耗電力增加。另一方面，快閃記憶體係不揮發性記憶體，但資訊的寫入時間要延遲μ秒排序(order)。順應期待沒有該等之缺點、低消耗電力且高速動作之不揮發性記憶體之磁阻記憶體(MRAM：Magnetroresistive Random Access Memory)。
圖1顯示磁阻記憶體的基本構造。磁阻記憶體係由被設置在位元線101跟字元線102之間之磁阻元件103與供選擇各阻抗元件用之電晶體104所構成。磁阻元件103係作成在利用外部磁場或自旋注入(spin injection)讓磁化方向可以反轉的磁性層之自由層105與磁化方向還被固定之磁性膜之固定層106挾著絕緣層107之構造，如圖1(a)所示在自由層105與固定層106之磁化方向(圖中的箭頭)為平行時則磁阻元件103的電阻低；如圖1(b) 所示在自由層105與固定層106之磁化方向為反向平行時則磁阻元件103的電阻變高。使該磁阻元件103的電阻差對應於1．0訊號之記憶體便是磁阻記憶體，心臟部之磁阻元件之製造是重要的。因此，實行開發在將磁化方向平行之場合下的電阻設為Rp、將磁化方向為反向平行之場合下設為Rap時依下面的數式表記之MR比(Magnetroresistance Ratio)會較高之元件。
又，圖1中，自由層105與固定層106之磁化方向對膜面而言是朝向水平方向，但也有對膜面而言是朝向垂直方向之場合。由於提高該MR比會促進磁阻元件的膜構造或製造法的開發，非專利文獻1便顯示達成604%的MR比之結果。此外，在磁阻記憶體以外，使用該磁阻元件之磁頭或磁感應裝置等的開發也急速地進展。磁阻元件的製造方面將自由層或固定層所使用之包含鐵(Fe)．鈷(Co)．鎳(Ni)等元素之磁性材料或由氧化鎂(MgO)或氧化鋁(AlO)等所構成之絕緣層利用乾式蝕刻予以微細加工技術是必要的。作為乾式蝕刻之方法，有採用離子束蝕刻之方法與採用電漿蝕刻之方法，特別是電漿蝕刻係於半導體裝置的製造上廣泛地被採用，正因為能夠將大口徑基板均一地加工而在量產性上優異。此外，其特徵也是能夠藉化學反應之利用而提升對各種硬式光罩材料之選擇 比。
電漿蝕刻，係藉由對已被減壓之處理室導入處理用氣體，透過平板天線或線圈狀天線等，對處理室從源極電源投入高頻電力(以下，記載為源極電力)而將該氣體電漿化、將藉此所發生之離子或自由基(radical)照射至基板而加以進行。電漿源，因使電漿發生方式之不同，而存在有磁場微波型態、交感偶合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)型態、電容偶合電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)型態等種種不同的方式。此外，為了積極的將電漿中的離子拉進晶圓，也有對設置晶圓的平台施加高頻電力(以下，記載為晶圓偏壓電力)之場合。作為採用電漿蝕刻之磁性膜加工法，檢討的有將氬氣電漿化之方法(非專利文獻1)、一氧化碳與氨兩者混合氣體電漿化之方法(專利文獻1)、或甲醇氣體電漿化之方法(專利文獻2)。
圖2顯示採用電漿蝕刻之磁阻元件加工法之一例。在圖2，圖號201表示矽基板、圖號202表示電極膜、圖號203表示供使固定層的結晶性控制或固定層磁化安定用之基底層、圖號204表示固定層、圖號205表示絕緣層、圖號206表示自由層、圖號207表示供保護自由層用之蓋層、圖號208表示硬式光罩、圖號209表示光阻遮罩。圖2並未記載，但在矽基板201與電極膜202之間被形成供選擇各阻抗元件用之電晶體或供結合各元件用之配線。此外，也有不存在基底層203或蓋層207之場合。磁阻元件 的加工法之一係在如圖2的左圖所示形成各層之後，加工硬式光罩層208與蓋層207(圖2〔1〕)，其後僅加工自由層206(圖2〔2〕)之方法。在該方法於圖2〔2〕步驟僅加工自由層206是特別重要的。在非專利文獻2報告採用氬電漿且僅加工自由層206之結果。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特許第02677321號公報
〔專利文獻2〕日本特許第04111274號公報
〔非專利文獻〕
〔非專利文獻1〕S.Ikeda et.al.「Tunnel magnetoresistance of 604% at 300K by suppression of Ta diffusion in CoFeB/MgO/CoFeB pseudo spin-valves annealed at high temperature」Appl. Phys. Lett.93 (2008) 082508.
〔非專利文獻2〕K.Kinoshita et.al.「Etching Magnetic Tunnel Junction with Metal Etchers」 Jpn.J.Appl.Phys.49 (2010) 08JB02.
然而，要在晶圓全面僅把自由層進行加工、製作顯示良好的特性之磁阻元件是困難的。
根據非專利文獻2，在執行圖2〔2〕的步驟之後如圖3(a)所示，自由層206的蝕刻量不充分而自由層206的一部份殘存之場合下，磁阻元件的特性劣化、變成無法作為元件使用。另外，在執行圖2〔2〕的步驟之後自由層 206的蝕刻量太過度，如圖3(b)所示，造成過度蝕刻中被形成的副溝301貫通下層的絕緣層205的一部份之場合也會讓磁阻元件的特性大大劣化。因此，為了製作出從晶圓全面顯示良好的特性的磁阻元件，就晶圓全面僅把自由層進行加工之技術是必要的。
作為就晶圓全面僅加工自由層的方法之一，有藉由將晶圓全面的蝕刻速度均一化、特定的時間進行處理，而就晶圓面內全部的元件僅加工自由層之方法。為達成該方法而就蝕刻裝置的硬體面與過程面兩者檢討改善方法。然而，就晶圓全面讓加工速度全部相同化是困難的，且無法只就晶圓面內的一部份僅加工自由層、製作出不全部貫通絕緣層的特行良好的磁阻元件。
作為製作出就晶圓全面顯示良好的特性的磁阻元件之另一個方法，係有為了抑制絕緣層的貫通，讓絕緣層的蝕刻速度相對於自由層的蝕刻速度減緩之方法。為了達成本目的，而就蝕刻中所使用之氣體種類等過程面的改善加以檢討。
表1用CoFeB作為代表性自由層、用MgO作為代表性絕緣層，顯示測定對不同氣體種類所形成的自由層之絕緣層選擇比之結果。
又，絕緣層選擇比係以下記數式定義，顯示絕緣層選擇比愈高則絕緣層的蝕刻速度相對於自由層的蝕刻速度就愈慢。
此外，各個選擇比係由採用ICP型態的電漿源在下記蝕刻條件下改變氣體種類加工CoFeB自由層與MgO絕緣層之結果加以算出。又，表1的CO/NH3 係按流量比CO：NH3 =1：5下導入氣體時的結果。
(蝕刻條件1)
總氣體流量：60ccm、處理壓力：0.3Pa、源極電力：1200W、晶圓偏壓電力：500W
根據非專利文獻2，即使採用氬氣在直徑200mm的晶圓上加工已製作之磁阻元件，要利用絕緣層的貫通僅僅從全體的一部份並得不到良品。採用同樣的構成，試算要從直徑300mm的晶圓全面得到良品之方法時，則有必要使 採用氬氣之絕緣層選擇比增加到3.67倍。因此，表1之氬製程從絕緣層選擇比1.6考慮起時，則5.9以上的絕緣層選擇比是必要的。
但是，如表1所示，已檢討之全部氣體種類下選擇比為3以下。雖以蝕刻條件1為基準，進行檢討處理壓力或源極電力或晶圓偏壓電力等之製程條件，仍無法大大改善絕緣層選擇比。因此，必須有改善絕緣層選擇比之新方法。
本發明之目的係為了防止因自由層正下方的絕緣層的一部分貫通所造成之磁阻元件的特性惡化，提供一種絕緣層的蝕刻速度相對於自由層(磁性層)的蝕刻速度較慢，換言之對自由層的絕緣層選擇比較高之磁阻元件之製造方法。
欲解決上述課題，作為本發明之磁阻元件之製造方法，想出如以下之技術性手段。亦即，一種磁阻元件之製造方法，具有準備形成第一磁性層、配置在前述第一磁性層下方之第二磁性層、配置在前述第一磁性層和前述第二磁性層之間之絕緣層之障壁層等之基板之步驟，與利用電漿蝕刻法進行加工前述第一磁性層之步驟之磁阻元件之製造方法，其特徵係前述障壁層含有鉭(Ta)元素或者鈦(Ti)元素。
此外，一種磁阻元件之製造方法，其特徵係具有：在 基板上方形成第二磁性層之步驟，在前述第二磁性層之上形成障壁層之藉由將構成絕緣層之絕緣材料靶、和含有鉭材料靶或含有鈦材料靶進行濺鍍而含有鉭元素或鈦元素之絕緣層之步驟，在前述障壁層之上形成第一磁性層之步驟，與利用電漿蝕刻法進行加工前述第一磁性層之步驟。
根據本發明，能夠提供一種對自由層的絕緣層選擇比較高之磁阻元件之製造方法。
以下，針對本發明實施之實施例，參照圖面加以說明。
〔實施例1〕
使用圖4說明關於本發明之第一實施例。
圖4係顯示在有關本實施例1之磁阻元件之製造方法，利用電漿蝕刻法加工磁阻元件的自由層後之模式圖。在圖4，圖號201表示矽基板、圖號202表示電極膜、圖號203表示供使固定層的結晶性控制或固定層磁化安定用之基底層、圖號204表示固定層、圖號401表示含有鉭絕緣層之(MgO)100-x Tax 、圖號206表示自由層之CoFeB、圖號207表示供保護自由層用之蓋層、圖號208表示硬式光罩，從電極膜202起以上各層係在基板201上依序形 成。又，也可以準備已形成各層之基板。又，本實施例中，電極膜202採用厚度5nm的鉭膜與10nm的釕(Ru)膜之層積膜、基底層203採用厚度5nm的鉭層、固定層204採用厚度5nm的CoFeB層、自由層206採用厚度4nm的CoFeB層、蓋層207採用厚度5nm的鉭層與5nm的釕層之層積膜、硬式光罩208採用厚度70nm的鉭膜。此外，含有鉭絕緣層401的厚度係設為2.1nm。又，到圖4為止的步驟基本上係與圖2同樣的，但絕緣層205的組成或形成方法並不同。形成圖4所示的構造之後，利用周知的方法進行加工絕緣層以下的下層，製作磁阻元件。
又，圖4並未記載，但在矽基板201與電極膜202之間被形成供選擇各阻抗元件用之電晶體或供結合各元件用之配線。此外，也有基底層203或蓋層207並不存在之場合。如圖4所示，藉由在固定層204與自由層206之間插入含有鉭絕緣層401，能使絕緣層選擇比提高，顯示磁阻元件之實用上可行的特性。採用圖5及圖6說明該理由。
圖5係顯示在自由層採用CoFeB、在絕緣層採用混合MgO與鉭之含有鉭絕緣層(MgO)100-x Tax 時，對自由層的絕緣層選擇比之鉭含有量依存性。又，在圖5，鉭含有量係以體積比(vol%)來表示；絕緣層選擇比係從採用ICP型的電漿源按照下記的蝕刻條件2予以加工之結果而算出。此外，因為混合了數種物質時的蝕刻特性係與其物質等的體積比成比例，所以將在絕緣層僅採用MgO之場合設為鉭含有率0vol%、將在絕緣層僅採用鉭之場合設為 鉭含有率100vol%而進行實驗，兩者之間的絕緣層選擇比算出來近似直線。
(蝕刻條件2)
CO流量：10ccm、NH3 流量：50ccm、處理壓力：0.3Pa、源極電力：1200W、晶圓偏壓電力：300W
如圖5所示，鉭含有率100vol%之場合，顯示絕緣層選擇比為80以上的較高數值。此外，對於製作從直徑300mm的晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件而言期待達成絕緣層選擇比5.9以上，由圖5可知，如果鉭含有5.1vol%以上則可以達成。
圖6係顯示在自由層採用CoFeB、在絕緣層採用混合MgO與鉭之(MgO)100-x Tax 時，MR比之鉭含有量依存性。在圖6，鉭含有量係以體積比(vol%)來表示。又，鉭含有量0vol%的MR比係採用周知的604%。此外，因為鉭含有量100vol%時，絕緣層僅變成鉭顯示導電性，失去作為絕緣層之功能而將MR比設為0%。此外，因為混合了數種物質時的磁特性係與其物質等的體積比成比例，所以鉭含有率0vol%與鉭含有率100vol%之MR比算出來近似直線。
近年的預測方面，謀求到2019年為止實現達成MR比150%以上之元件，如果能夠達成MR比150%以上就認為磁阻元件實用上是可能的。如圖6所示，可知，鉭含有率愈增加而MR比會減少，但如果鉭含有率75.2vol%以 下，則可以得到作為磁阻元件實用上可行的MR比150%以上的數值。
以上，由圖5及圖6的結果可知，藉由在絕緣層採用含有鉭絕緣層〔(MgO)100-x Tax 〕、將鉭含有率設在5.1vol%以上75.2vol%以下，能夠達成可製作出從直徑300mm的晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件之絕緣層選擇比5.9以上、與作為磁阻元件實用上可行的MR比150%以上。
又，圖5的結果係採用將CO與NH3 按1：5的比率混合之CO與NH3 的混合氣體，但是本處理方面即使僅採用CO、或者僅NH3 ，對CoFeB之鉭的蝕刻速度也是較慢。此外，與CO和NH3 的混合氣體同樣地，即使採用CH3 OH，對CoFeB之鉭的蝕刻速度也是較慢。因此，若以符合處理條件並滿足絕緣層選擇比5.9以上、與MR比150%以上來調整鉭含有率，即使以採用將CO和NH3 的混合氣體的混合比替換之氣體或CH3 OH之處理進行使用也是無妨的。
本實施例係記載有關在自由層含有CoFeB、在含有鉭絕緣層在MgO含有鉭之物質，然而，在自由層採用NiFe等其他的磁性材料、在AlO或MgAlO等替代MgO之其他絕緣層含有鉭，也是可期待有同樣的效果。此外，不僅鉭，將TaC、TaS、TaSi、TaN、或TaO等鉭含有物混合在絕緣層之場合也是可期待有同樣的效果。因此，只要是滿足絕緣層選擇比5.9以上、與MR比150%以上，並不特別 限制自由層的材質、絕緣層的材質、或鉭含有物的組成。但是，也考慮一絕緣層的製作法，將混合鎂和鉭含有物之膜、或者混合鋁和鉭含有物之膜、或者混合鎂鋁和鉭含有物之膜進行成膜，之後，利用電漿氧化、臭氧化、或自由基氧化等手法，使已成膜的膜全面氧化，藉此製作含有鉭絕緣層，於此之後在含有鉭絕緣層的上部將自由層等的膜進行成膜之方法。但是，鉭含有物會因為氧化使密度變化大，而在成膜後進行氧化時因氧化處理造成急遽的密度變化而在絕緣層發生破裂，使磁特性大大惡化。因此，製作含有鉭絕緣層之場合，在成膜後將膜全面氧化之後，不可以在其上部將自由層等膜進行成膜。具體而言，在含有鉭絕緣層進行成膜時，最好是採用混合氧化鎂和鉭含有物之單一靶、或混合氧化鋁和鉭含有物之單一靶、或者混合鎂鋁氧化物和鉭含有物之單一靶於氦、氖、氬、氪、或氙等所謂稀有氣體氛圍下進行濺鍍成膜。此外，也可以藉由將氧化鎂和鉭含有物、氧化鋁和鉭含有物、或者鎂鋁氧化物和鉭含有物作為各個不同的靶來使用，將複數的靶同時進行濺鍍，而讓含有鉭絕緣層進行成膜。此時，如果將一個氧化鎂和一個鉭含有物、一個氧化鋁和一個鉭含有物、或者一個鎂鋁氧化物和一個鉭含有物作為靶使用的話，除此以外還同時使用由碳或矽等所形成的靶亦可。此外，成膜後進行氧化時急遽的密度變化會造成在絕緣層發生破裂，如果是在成膜中進行氧化則密度變化變得較平穩，能夠抑制破裂的發生。因此，也可以藉由採用鎂與鉭含有物、鋁 與鉭含有物、或鋁鎂和鉭含有物之單一或者複數之靶，並在稀有氣體含有氧之氛圍或者氧氣氛圍下進行濺鍍而將含有鉭絕緣層進行成膜。此外，為了得到期望的含有TaN絕緣層，藉由在稀有氣體含有氮之氛圍或者含有氮氛圍下進行濺鍍而將含有TaN絕緣層進行成膜亦可，濺鍍中的成膜氛圍則不特別限制。
上述所示之採用CO和NH3 之混合氣體與CH3 OH之處理，有關鈦、TiN、TiAl、TiB、TiC、TiO、TiS、TiSi等鈦含有物，對CoFeB之該等的蝕刻速度也是較慢。因此，如果滿足絕緣層選擇比5.9以上、MR比150%以上，也可以取代鉭含有物而採用鈦含有物。
但是，也考慮一絕緣層的製作法，將混合鎂和鈦含有物之膜、或者混合鋁和鈦含有物之膜進行成膜，之後，利用電漿氧化、臭氧化、或自由基氧化等手法，使已成膜的膜全面氧化，藉此製作含有鈦絕緣層，於此之後在含有鈦絕緣層的上部將自由層等的膜進行成膜之方法。但是，鈦含有物會因為氧化使密度變化大，而在成膜後進行氧化時因氧化處理造成急遽的密度變化而在絕緣層發生破裂，使磁特性大大惡化。因此，製作含有鈦絕緣層之場合，在成膜後將膜全面氧化之後，不可以在其上部將自由層等膜進行成膜。具體而言，在含有鉭絕緣層進行成膜時，最好是採用混合氧化鎂和鈦含有物之單一靶、或混合氧化鋁和鈦含有物之單一靶、或者混合鎂鋁氧化物和鈦含有物之單一靶於氦、氖、氬、氪、或氙等所謂稀有氣體氛圍下進行濺 鍍成膜。此外，也可以藉由將氧化鎂和鈦含有物、氧化鋁和鈦含有物、或者鎂鋁氧化物和鈦含有物作為各個不同的靶來使用，將複數的靶同時進行濺鍍，而讓含有鈦絕緣層進行成膜。此時，如果將一個氧化鎂和一個鈦含有物、一個氧化鋁和一個鈦含有物、或者一個鎂鋁氧化物和一個鈦含有物作為靶使用的話，除此以外還同時使用由碳或矽等所形成的靶亦可。此外，成膜後進行氧化時急遽的密度變化會造成在絕緣層發生破裂，如果是在成膜中進行氧化則密度變化變得較平穩，能夠抑制破裂的發生。因此，也可以藉由採用鎂與鈦含有物、鋁與鈦含有物、或鋁鎂和鈦含有物之單一或者複數之靶，並在稀有氣體含有氧之氛圍或者氧氣氛圍下進行濺鍍而將含有鈦絕緣層進行成膜。此外，根據同樣的理由，為了得到期望的含有鈦絕緣層，藉由在稀有氣體含有氮之氛圍或者含有氮氛圍下進行濺鍍而將含有TiN絕緣層進行成膜亦可，濺鍍中的成膜氛圍則不特別限制。
以上，根據本實施例，能夠提供一種對自由層的絕緣層選擇比較高之磁阻元件之製造方法。
〔實施例2〕
針對關於本發明之第二實施例使用圖7及圖8加以說明。又，實施例1記載而本實施例未記載之事項只要沒有特殊情事也能適用於本實施例。
圖7係顯示在有關本實施例2之磁阻元件之製造方 法，利用電漿蝕刻法加工自由層之製造流程之磁阻元件之模式圖。在圖7，圖號201表示矽基板、圖號202表示電極膜、圖號203表示供使固定層的結晶性控制或固定層磁化安定用之基底層、圖號204表示固定層、圖號701表示第一絕緣層、圖號702表示層間含有鉭層、圖號703表示第二絕緣層、圖號206表示自由層、圖號207表示供保護自由層用之蓋層、圖號208表示硬式光罩、圖號209表示光阻遮罩，從電極膜202起以上各層係在基板201上依序形成。又，也可以準備已形成各層之基板。圖7並未記載，但在矽基板201與電極膜202之間被形成供選擇各阻抗元件用之電晶體或供結合各元件用之配線。此外，也有基底層203或蓋層207並不存在之場合。在如圖7的左圖所示形成各層之後，加工硬式光罩層208與蓋層207(圖7〔1〕)，其後僅加工自由層206(圖2〔2〕)。形成圖7的右圖所示的構造之後，利用周知的方法進行加工絕緣層以下的下層，製作磁阻元件。
又，電漿蝕刻法係藉由對設置晶圓的平台施加晶圓偏壓電力，將電漿中的離子積極的引入晶圓促進蝕刻。在此，被引入晶圓之離子的能量比較高的場合，於被加工面使蝕刻進行同時也對被加工面打入多數的離子，利用被打入的離子讓被加工面的下層的元素擴散至上層。特別是在加工圖7〔2〕磁性材料之自由層206之步驟，係採用離子能量高的處理因而促進元素的擴散。因此，在圖7〔2〕的步驟於上層並未形成硬式光罩208之被加工面，利用被照 射之離子的能量，讓層間含有鉭層702擴散至第二絕緣層703。圖8顯示將該狀態模式地表示圖。
如圖8所示，藉由於被加工面讓層間含有鉭層702擴散至第二絕緣層703，形成含有鉭絕緣層801。在圖7〔2〕的步驟，使用處理採用NH3 、CO和NH3 的混合氣體、或CH3 OH之場合，使絕緣層含有鉭時絕緣層選擇比提高，因而，利用該含有鉭絕緣層801的形成，僅使被加工面的絕緣層選擇比提高。藉此，能夠達成可製作出從直徑300mm的晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件之絕緣層選擇比5.9以上。
此外，由於從含有鉭層702被擴散的鉭量在薄的第二絕緣層厚度變多，而使絕緣層選擇比變高。因此，即使於晶圓面內的一部份絕緣層選擇比不足，而第二絕緣層的蝕刻已進行，因為隨膜厚的減少會使絕緣層選擇比增加，而能夠於第二絕緣層的蝕刻途中就達成絕緣層選擇比5.9以上。藉此，能夠防止自由層正下方的絕緣層的一部份進行貫通所造成的磁阻元件的特性惡化，製作出從直徑300mm的晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件。
圖7及圖8中，雖做成在第一絕緣層701與第二絕緣層703之間挾著含有鉭層702之構成，特別是如果沒有必要則沒有第一絕緣層701也無妨。但是，不與第一絕緣層701接觸的話，會有栓(pin)層(固定層)204的磁特性惡化之可能性，因而，最好是將第一絕緣層701插入。此外，圖7及圖8係在二個絕緣層之間插入一個含有鉭層， 但如果在絕緣層的正下方形成含有鉭層，其個數則沒有特別限制。換言之，形成三個絕緣層，且在其間各形成1個共計2個含有鉭層亦可。但是，全部的絕緣層與含有鉭層的合計膜厚大於3nm時，MR比會大大減少，有無法達成磁阻元件實用上可行的MR比150%以上之疑慮，因而，全部的絕緣層與含有鉭層的合計膜厚最好是設定在低於3nm之有限值。此外，1個含有鉭層之厚度低於0.1nm時，會使含有鉭層變成島狀，要維持作為1個膜變得不易，因而，1個含有鉭層的厚度最好是設定在0.1nm以上。此外，含有鉭層只是鉭也可以，而如果是TaC、TaS、TaSi、TaN、或TaO等等含有鉭元素之混合部則其組成並不特別限制。
加上，上述所示之採用CO和NH3 之混合氣體與CH3 OH之處理，有關Ti、TiN、TiAl、TiB、TiC、TiO、TiS、TiSi等鈦含有物，對自由層之該等的蝕刻速度也是較慢。因此，如果滿足絕緣層選擇比5.9以上、MR比150%以上，也可以取代鉭含有物而採用鈦含有物。
以上，根據本實施例，能夠提供一種對自由層的絕緣層選擇比較高之磁阻元件之製造方法。
以上，詳細地說明了本發明，而在以下列舉主要的發明型態。
(1)一種磁阻元件，含有利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉的磁性層之自由層與利用外部磁場或自旋注入並不會讓磁化方向反轉的磁性層之固定層、被挾 在前述自由層和固定層之絕緣層之多層膜構造的磁阻元件，其特徵係前述絕緣層是由含有鉭元素之含有鉭絕緣層所構成。
(2)(1)所記載之磁阻元件，其中，上述含有鉭絕緣層係由混合氧化鎂與鉭之物所構成，鉭在含有鉭層內所佔的比例為5.1vol%以上、75.2vol%以下。
(3)一種磁阻元件，含有利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉的磁性層之自由層與利用外部磁場或自旋注入並不會讓磁化方向反轉的磁性層之固定層、被挾在前述自由層和固定層之絕緣層之多層膜構造的磁阻元件，其特徵係前述絕緣層是由含有鈦元素之含有鈦絕緣層所構成。
(4)一種磁阻元件，含有利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉的磁性層之自由層與利用外部磁場或自旋注入並不會讓磁化方向反轉的磁性層之固定層之多層膜構造的磁阻元件，其特徵係在前述固定層與自由層之間插入挾在2個絕緣層之含有鉭層。
(5)一種磁阻元件，含有利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉的磁性層之自由層與利用外部磁場或自旋注入並不會讓磁化方向反轉的磁性層之固定層之多層膜構造的磁阻元件，其特徵係在前述固定層與自由層之間插入挾在2個氧化鎂層之含有鉭層。
(6)一種磁阻元件，含有利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉的磁性層之自由層與利用外部磁場或 自旋注入並不會讓磁化方向反轉的磁性層之固定層之多層膜構造的磁阻元件，其特徵係在前述固定層與自由層之間插入挾在2個絕緣層之含有鈦層。
(7)上述(1)~(6)所記載之磁阻元件之製造方法，其中，將自由層藉由使用NH3 、CO、NH3 和CO的混合氣體、或者CH3 OH之電漿蝕刻法進行加工。
根據本發明，藉由在磁阻元件之絕緣層採用含有鉭之含有鉭層或者含有鈦之含有鈦層，能夠在將磁阻元件的自由層進行加工時，把對自由層的絕緣層選擇比提高，能夠製造出於晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件。
此外，藉由在固定層與自由層之間插入挾在2個絕緣層之含有鉭層或者含有鈦層，能夠把對自由層的絕緣層選擇比提高，能夠製造於晶圓全面顯示良好的特性之磁阻元件。
又，本發明並不受限定於上述之實施例，而可以包含種種的變形例。例如，上述之實施例係為了易於瞭解的說明本發明而詳細地加以說明之例，而非限定於具備所說明之全部的構成。此外，將某實施例的構成的一部份置換成其他實施例的構成也是可以的，又，在某實施例的構成加上其他實施例的構成亦可。此外，可以針對各實施例的構成的一部份，追加、消除、置換其他構成。
101‧‧‧位元線
102‧‧‧字元線
103‧‧‧磁阻元件
104‧‧‧電晶體
105‧‧‧自由層
106‧‧‧固定層
107‧‧‧絕緣層
201‧‧‧矽基板
202‧‧‧電極膜
203‧‧‧基底層
204‧‧‧固定層
205‧‧‧絕緣層
206‧‧‧自由層
207‧‧‧蓋(cap)層
208‧‧‧硬式光罩(hard mask)
209‧‧‧光阻遮罩(resist mask)
301‧‧‧副溝(sub-trench)
401‧‧‧含有鉭絕緣層
701‧‧‧第一絕緣層
702‧‧‧層間含有鉭層
703‧‧‧第二絕緣層
801‧‧‧含有鉭絕緣層
圖1係供說明磁阻元件之基本動作原理用之模式圖； (a)顯示固定層的磁化方向與自由層的磁化方向相同之場合；(b)顯示該等之方向為相反之場合。
圖2係顯示用電漿蝕刻法進行加工磁阻元件的自由層之製造流程之模式圖。
圖3係供說明以電漿蝕刻加工磁阻元件的自由層之後的課題用之模式圖；(a)顯示自由層的加工不充分之場合；(b)顯示自由層的加工過度之場合(加工到絕緣層的下層為止)。
圖4係顯示在有關本發明第一實施例之磁阻元件之製造方法，自由層已加工的狀態之磁阻元件的模式圖。
圖5係顯示絕緣層的鉭含有量與對自由層的絕緣層選擇比之關係圖。
圖6係顯示絕緣層鉭含有量與MR比之關係圖。
圖7係顯示在有關本發明第二實施例之磁阻元件之製造方法，自由層進行加工的製造流程之磁阻元件的模式圖。
圖8係用以說明有關本發明第二實施例之磁阻元件之製造方法之效果之模式圖。
201‧‧‧矽基板
202‧‧‧電極膜
203‧‧‧基底層
204‧‧‧固定層
206‧‧‧自由層
207‧‧‧蓋(cap)層
208‧‧‧硬式光罩(hard mask)
209‧‧‧光阻遮罩(resist mask)
701‧‧‧第一絕緣層
702‧‧‧層間含有鉭層
703‧‧‧第二絕緣層

Claims (12)

  1. 一種磁阻元件之製造方法，係具有準備被形成第一磁性層、第二磁性層及障壁層的基板的步驟；前述第二磁性層係配置在前述第一磁性層下方；前述障壁層係配置在前述第一磁性層和前述第二磁性層之間，其係絕緣層，與利用電漿蝕刻法進行加工前述第一磁性層之步驟之磁阻元件之製造方法，其特徵為：前述障壁層含有鉭(Ta)元素或者鈦(Ti)元素。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，構成前述障壁層之絕緣層係藉由將構成前述絕緣層之絕緣材料靶、與含有鉭材料靶或者含有鈦材料靶予以濺鍍而被形成。
  3. 如申請專利範圍第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前記絕緣材料靶係氧化鎂(MgO)靶或氧化鋁(AlO)靶或者鎂鋁氧化物(MgAlO)靶。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述第一磁性層係利用外部磁場或自旋注入使磁化方向可以反轉之自由層；前述第二磁性層係利用外部磁場或自旋注入而磁化方向不反轉之固定層。
  5. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述鉭(Ta)元素對前述障壁層之含有率係5.1vol%以上，且75.2vol%以下。
  6. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述障壁層係至少具備一層積絕緣膜，其係具有第一絕緣層、第二絕緣層、配置在前述第一絕緣層和前述第二絕緣層之間含有鉭元素或者鈦元素任何一元素之絕緣層之層積絕緣膜。
  7. 如申請專利範圍第6項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述障壁層具備複數之前述層積絕緣膜。
  8. 如申請專利範圍第6項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述障壁層的厚度係不滿3nm之有限值。
  9. 如申請專利範圍第6項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述第一絕緣層及前述第二絕緣層為氧化鎂膜。
  10. 如申請專利範圍第4項記載之磁阻元件之製造方法，其中，利用電漿蝕刻進行加工前述第一磁性層之步驟，係採用NH3 氣體、CO氣體、NH3 氣體和CO氣體之混合氣體、CH3 OH氣體之中之任一種氣體。
  11. 一種磁阻元件之製造方法，其特徵係具有：在基板上方形成第二磁性層之步驟，在前述第二磁性層之上形成障壁層，該障壁層係藉由將構成絕緣層之絕緣材料靶、和含有鉭材料靶或含有鈦材料靶進行濺鍍而含有鉭元素或鈦元素之絕緣層之步驟，在前述障壁層之上形成第一磁性層之步驟，與利用電漿蝕刻法進行加工前述第一磁性層之步驟。
  12. 如申請專利範圍第11項記載之磁阻元件之製造方法，其特徵係前述鉭元素或鈦元素對前述障壁層之含有率的範圍：MR比為150%以上，其中，在前述第一磁性層與前述第二磁性層之磁化方向是平行之場合下設定前述第一磁性層與前述第二磁性層之間的電阻為Rp、前述第一磁性層與前述第二磁性層之磁化方向是反向平行之場合下設定前述第一磁性層與前述第二磁性層之間的電阻為Rap之場合，MR比={(Rap-Rp)/Rp}×100(%)，絕緣層選擇比為5.9以上，其中，絕緣層選擇比=(前述第一磁性層之蝕刻速度)/(前述絕緣層之蝕刻速度)。
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