TWI762654B

TWI762654B - 磁阻元件之製造方法

Info

Publication number: TWI762654B
Application number: TW107119118A
Authority: TW
Inventors: 前原大樹; 渡辺直樹; 中村貫人
Original assignee: 日商東京威力科創股份有限公司
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2022-05-01
Also published as: KR20180137414A; JP6917205B2; JP2019004075A; US20180366641A1; TW201906205A; US10566525B2; KR102107899B1

Abstract

本發明係一種磁阻元件之製造方法，其課題為提供可提升向異性磁場等之磁性特性的磁阻元件之製造方法。　　解決手段係有關一實施形態的製造方法，係具備：準備具備第1強磁性層與設置於第1強磁性層正上方之第1氧化物層之晶圓的第1工程，和持續於第1工程，形成第2強磁性層於第1氧化物層之正上方的第2工程，和持續第2工程，形成吸收層於第2強磁性層之正上方的第3工程，和持續於第3工程，經由熱處理而使第2強磁性層結晶化之第4工程；第2強磁性層係含有硼，吸收層係具有經由第4工程之熱處理而自第2強磁性層吸收硼之材料。

Description

磁阻元件之製造方法

本發明之實施形態係有關磁阻元件之製造方法。

MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)係具有具有比較大之磁阻變化率(MR比)之磁阻元件者為佳。於顯示大的MR比之磁阻元件係有著對於穿隧阻障層使用氧化鎂之穿隧磁阻元件。在如此之磁阻元件之製造中，為了實現良好之結晶構造而可採用固相磊晶成長。於專利文獻1係揭示有關磁阻效果元件(磁阻元件)等之技術。在專利文獻1之磁阻效果元件中，自由層係具有自穿隧阻障層之側，依序層積第1強磁性層，插入層及第2強磁性層的複合構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2010-166051號公報

[發明欲解決之課題]

在MRAM的高密度化進展的狀況中，伴隨著磁阻元件的體積之縮小化而熱安定性指數則減少，對於熱攪亂之磁化方向的安定性則降低。在專利文獻1中，顯示在製造磁阻效果元件之情況，在含有穿隧阻障層，自由層，及包覆層之層積膜的形成後，進行退火處理之方法。但在如此含有包覆層之層積膜的形成後所進行之退火處理中，相當於可抑制熱安定性指數之減少之最佳的磁性特性(特別是向異性磁場)的實現係為困難。隨之，期望有能提升向異性磁場等之磁性特性的磁阻元件之製造方法的提供。 [為了解決課題之手段]

在一形態中，提供磁阻元件之製造方法。此製造方法係具備：準備具備第1強磁性層與設置於第1強磁性層正上方之第1氧化物層之晶圓的第1工程，和持續於第1工程，形成第2強磁性層於第1氧化物層之正上方的第2工程，和持續第2工程，形成吸收層於第2強磁性層之正上方的第3工程，和持續於第3工程，經由熱處理而使第2強磁性層結晶化之第4工程；第2強磁性層係含有硼，吸收層係具有經由第4工程之熱處理而自第2強磁性層吸收硼之材料。

發明者係致力研究之結果，發現經由在第4工程之時間點，即，在依序層積第2強磁性層，吸收層於第1氧化物層上的時間點而進行熱處理，提升向異性磁場等之磁性特性者。認為在第4工程之時間點進行熱處理之情況，因經由熱處理而被吸收層吸收自第2強磁性層移動之硼原子之故，降低第2強磁性層之硼原子的濃度，因而提升第2強磁性層之磁性特性。

在一實施形態中，吸收層之膜厚係於0.1nm以上且1.0nm以下之範圍。本發明者係致力研究之結果，發現在吸收層之膜厚係於0.1nm以上且1.0nm以下之範圍的情況，未對於磁阻元件的特性帶來不良影響，吸收層則可充分地吸收自第2強磁性層移動之硼原子。

在一實施形態中，在第4工程中，熱處理係在攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行。發明者係致力研究之結果，發現第4工程之熱處理則在攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行之情況，可實現良好之向異性磁場等之磁性特性。

在一實施形態中，自第1工程至第4工程為止，在真空一貫的環境中執行。如此，在真空一貫的環境中，因進行第2強磁性層的形成，吸收層的形成，及為了結晶化第2強磁性層之熱處理之故，未於各處理暴露於大氣而可最佳地進行處理中之環境的控制之同時，可實現處理工程之簡略化。

在一實施形態中，在第4工程中，施加磁場的同時進行熱處理。如此，於在施加磁場的環境中進行熱處理之情況，可對齊第2強磁性層中之磁化方向，而可更佳地實現磁性特性的提升。

持續於第4工程，進而具備形成第3強磁性層於吸收層之正上方，形成第2氧化物層於第3強磁性層的正上方之第5工程。如此，於經由第4工程之熱處理而結晶化第2強磁性層之後，因於結晶化後之第2強磁性層上，(隔著吸收層)依序形成第3強磁性層，第2氧化物層等之其他層之故，第2強磁性層的結晶化係未受到設置於第2強磁性層上(隔著吸收層)之該其他層的結晶構造之影響，而可良好地進行。

在一實施形態中，吸收層係包含鎢，鉬，鉭，鉻，釩，鈮之任一。如此，於吸收層之材料係可使用對於硼之吸收最佳的鎢，鉬，鉭，鉻，釩，鈮之任一。

在一實施形態中，第2強磁性層係包含鈷，鐵，及硼。如此，第2強磁性層之強磁性係可經由包含鈷，鐵，及硼之材料而實現。

在一實施形態中，第1氧化物層係包含氧化鎂。如此，配置於第1強磁性層及第2強磁性層之間的第1氧化物層係可經由氧化鎂而實現。發明效果

如以上說明，提供可提升向異性磁場等之磁性特性的磁阻元件之製造方法。

以下，參照圖面，對於各種實施形態詳細說明。且，在各圖面中對於同一或相當的部分而言，係作為附上同一之符號者。以下，參照圖1，對於可使用成膜裝置10而實施之磁阻元件的製造方法(製造方法MT)而進行說明。圖1係顯示一實施形態之製造方法(製造方法MT)的流程圖。圖1所示之一實施形態的製造方法MT係製造晶圓W(磁阻元件)之方法。

圖2係概略性地顯示使用於一實施形態的製造方法MT之執行之成膜裝置10的圖，而顯示成膜裝置10之縱剖面。首先，參照圖2而說明成膜裝置10之構成。圖2所示之成膜裝置10係具備處理容器12。處理容器12係連接於接地電位。處理容器12之材料係例如，可為鋁等。處理容器12係於處理容器12內部區劃處理空間SP。於處理容器12之底部係隔著連接器14a而連接為了減壓處理空間SP之排氣裝置14。於處理容器12之側壁，係形成有晶圓W之搬送用的開口AP，而設置有為了沿著該側壁而開閉開口AP之柵型閥GV。

於處理容器12內係設置有平台16。平台16係包含基底部16a及靜電夾盤16b。基底部16a係具有略圓盤形狀。基底部16a之材料係例如，可為鋁等。在一實施形態中，於基底部16a之內部係設置有冷卻裝置亦可。此冷卻裝置係可包含為了使冷媒循環的冷媒流路。

於基底部16a上係設置有靜電夾盤16b。靜電夾盤16b係具有介電體膜，和作為該介電體膜之內層而設置之電極。於靜電夾盤16b之電極係連接有直流電源SDC。載置於靜電夾盤16b上之晶圓W係經由靜電夾盤16b產生之靜電力而吸附於靜電夾盤16b。對於靜電夾盤16b之內部，設置有加熱器HT。加熱器HT係經由自加熱器電源HP所供給之電力而產生發熱。經由加熱器HT，而可調節靜電夾盤16b之溫度，及載置於靜電夾盤16b之晶圓W的溫度。

平台16係連接於平台驅動機構18。平台驅動機構18係包含支軸18a及驅動裝置18b。支軸18a係為略柱狀之構件。支軸18a之中心軸線係略一致於沿著垂直方向而延伸之中心軸線AX1。中心軸線AX1係將載置於靜電夾盤16b之晶圓W的中心，即，平台16的中心，通過於垂直方向的軸線。支軸18a係自平台16之正下方通過處理容器12之底部而延伸存在至處理容器12的外部為止。於支軸18a與處理容器12之底部之間係設置有封閉構件SL1。封閉構件SL1係呈支軸18a可旋轉及上下活動地，封閉處理容器12之底部與支軸18a之間的空間。封閉構件SL1之材料係例如，可為磁性流體密封。

於支軸18a之上端係結合有平台16，而對於支軸18a之下端係連接有驅動裝置18b。驅動裝置18b係產生為了使支軸18a旋轉及上下活動的動力。伴隨著經由驅動裝置18b所產生的動力而支軸18a產生旋轉之情況，平台16係將中心軸線AX1旋轉於中心。伴隨著經由驅動裝置18b所產生的動力而支軸18a產生上下活動情況，平台16係上下活動。

於平台16之上方係設置有三個以上之複數的標靶20(陰極標靶)。於複數之標靶20與平台16之間係設置有開閉器SH。複數之磁鐵26(陰極磁鐵)係呈隔著保持具22a而分別與對應之標靶20對向地，設置於處理容器12之外部。

各複數之標靶20係具有略矩形之平板形狀。即，各複數之標靶20係具有沿著矩形的四邊的緣。複數之標靶20係沿著將中心軸線AX1作為中心的圓而略均等地配置。即，複數之標靶20係對於中心軸線AX1而言，以略均等之間隔而排列於周方向。複數之標靶20係呈平台16側的表面則朝向平台16地，對於中心軸線AX1而言傾斜。複數之標靶20係因應於欲成膜的膜之種別而任意地選擇者，而在一實施形態中，具有相互不同之金屬材料。

各複數之標靶20係經由金屬製之保持具22a而保持。保持具22a係隔著絕緣構件22b而支持於處理容器12的天頂部。於複數之標靶20係隔著保持具22a而分別連接電源24。電源24係將負的直流電壓分別施加於複數之標靶20。且，電源24係選擇性地施加電壓於複數的標靶20之單一的電源亦可。或者，電源24係亦可為分別連接於複數之標靶20的複數之電源。

於複數之標靶20與平台16之間係設置有開閉器SH。開閉器SH係呈對峙於複數之標靶20之表面地延伸存在。在一實施形態中，開閉器SH係具有沿著將中心軸線AX1作為中心軸線之圓錐面的形狀。

於開閉器SH係設置有開口AP。開口AP係可使複數之標靶20之中一個的標靶，對於平台16而言選擇性地露出者。另外，開口AP係亦可使複數之標靶20之中二個以上的標靶，對於平台16而言露出者。以下，將複數之標靶20之中面對於開口AP，而自開口AP對於平台16露出之一個或二個以上的標靶，稱為「露出標靶」。露出標靶之全範圍之中，面對於開口AP而自開口AP對於平台16露出之範圍，即，未遮蔽之範圍，稱為「露出範圍」。

開口AP係具有與複數之標靶20之各平面尺寸略同等之平面尺寸。開口AP係具有可使複數之標靶20之中所選擇之一個的標靶20之全範圍，對於平台16而言露出者之尺寸。

於開閉器SH的中央部分係結合有旋轉軸RS。旋轉軸RS係為略柱狀之構件。旋轉軸RS之中心軸線係略一致於中心軸線AX1。旋轉軸RS之一端係在處理容器12之內部中，接合於開閉器SH的中央部分。旋轉軸RS係自處理容器12之內部通過處理容器12之上部而延伸存在至處理容器12之外部。在處理容器12之外部中，旋轉軸RS之另一端係連接於旋轉驅動裝置RD。旋轉驅動裝置RD係產生使旋轉軸RS旋轉的動力。經由此動力，伴隨著旋轉軸RS則將中心軸線AX1旋轉於中心之情況，開閉器SH係可將中心軸線AX1旋轉於中心者。經由開閉器SH之旋轉，成為可調整開口AP之周方向的位置者。

複數之磁鐵26係呈與對應之標靶20對向地，配置於處理容器12之外部。成膜裝置10係具備為了分別掃描複數之磁鐵26的複數之掃描機構28。各複數之掃描機構28係可將複數之磁鐵26之中對應的磁鐵，在將中心軸線AX1作為中心的圓之接線方向進行掃描。

在一實施形態中，各複數之掃描機構28係可包含導引部28a及驅動裝置28b。導引部28a係延伸於上述接線方向的軌道等之導引體。驅動裝置28b係產生沿著導引部28a而為了使磁鐵26移動之動力。經由掃描機構28，可將對應於露出標靶之磁鐵26，在面對於開口AP之掃描範圍內進行掃描者。即，可在對應於露出範圍的寬度之掃描範圍內，掃描磁鐵26者。隨之，在成膜裝置10中，可將電漿成為高密度之範圍，限制於露出範圍的附近者。

成膜裝置10係具備供給氣體於處理容器12內之氣體供給部30。氣體供給部30係在一實施形態中，具備氣體源30a，質量流量控制器之流量控制器30b，及氣體導入部30c。氣體源30a係在處理容器12內激發之氣體的來源。氣體源30a係隔著流量控制器30b而連接於氣體導入部30c。氣體導入部30c係將來自氣體源30a之氣體導入至處理容器12內之氣體管線。氣體導入部30c係在一實施形態中，沿著中心軸線AX1而延伸。

當自氣體供給部30供給氣體於處理容器12內，再經由電源24而施加電壓於露出標靶時，加以激發供給至處理容器12內之氣體。當經由掃描機構28而掃描對應之磁鐵26時，於露出標靶的露出範圍之附近，產生磁場。經由此，電漿則集中於露出範圍的附近。經由於露出標靶的露出範圍，電漿中的正離子則進行衝突，自該露出標靶釋放物質。經由此，構成露出標靶之物質則堆積於晶圓W上。

圖2所示之成膜裝置10係收容於圖3所示之處理系統100的複數之處理室100a之中任一之處理室100a。圖3係顯示具備圖2所示之成膜裝置10的處理系統100之主要構成的一例圖。

處理系統100係具備：台122a、台122b、台122c、台122d、收容容器124a、收容容器124b、收容容器124c、收容容器124d、裝載模組LM，搬送機器手臂Rb1、控制部Cnt、負載鎖定室LL1、負載鎖定室LL2，閘門GA1、閘門GA2。處理系統100係進而具備複數之傳輸室121，複數之處理室100a，複數之閘門GB1。傳輸室121係具備搬送機器手臂Rb2。

於負載鎖定室LL1，和接觸於負載鎖定室LL1之傳輸室121之間係設置有閘門GA1，而隔著閘門GA1，晶圓W則經由搬送機器手臂Rb2而移動在負載鎖定室LL1，和接觸於負載鎖定室LL1之傳輸室121之間。於負載鎖定室LL2，和接觸於負載鎖定室LL2之傳輸室121之間係設置有閘門GA2，而隔著閘門GA2，晶圓W則經由搬送機器手臂Rb2而移動在負載鎖定室LL2，和接觸於負載鎖定室LL2之傳輸室121之間。

於處理室100a，和接觸於處理室100a之傳輸室121之間係設置有閘門GB1，而隔著閘門GB1，經由搬送機器手臂Rb2而移動在處理室100a，和接觸於處理室100a之傳輸室121之間。

台122a~122d係沿著裝載模組LM之一緣而配列。於各台122a~122d上方係分別設置收容容器124a~124d。於收容容器124a~124d內係可收容晶圓W。

於裝載模組LM內係設置有搬送機器手臂Rb1。搬送機器手臂Rb1係取出收容於收容容器124a~124d之任一的晶圓W，將晶圓W搬送至負載鎖定室LL1或LL2。

負載鎖定室LL1及LL2係沿著裝載模組LM之另外的一緣而設置，而連接於裝載模組LM。負載鎖定室LL1及負載鎖定室LL2係構成預備減壓室。負載鎖定室LL1及負載鎖定室LL2係分別隔著閘門GA1、及閘門GA2而連接於傳輸室121。

傳輸室121係可減壓之處理室，於傳輸室121內係設置有搬送機器手臂Rb2。於傳輸室121係連接設置有成膜裝置10之處理室100a。搬送機器手臂Rb2係自負載鎖定室LL1或負載鎖定室LL2，分別隔著閘門GA1、閘門GA2而取出晶圓W，將該晶圓W搬送至成膜裝置10。

在複數之傳輸室121，複數之處理室100a中，均實現減壓之環境，而複數之傳輸室121，複數之處理室100a係可具有相互共通之氣壓(減壓後之氣壓)。複數之傳輸室121及複數之處理室100a係形成真空一貫的環境。晶圓W係對於往返在複數之傳輸室121及複數之處理室100a之間的情況，亦位於真空一貫的環境。成膜裝置10係如上述，因具備加熱器HT之故，可將成膜處理及退火處理，同時在真空一貫的環境中進行。

控制部Cnt係具備處理器，記憶部，輸入裝置，顯示裝置等之電腦，而控制處理系統100之各部。控制部Cnt係連接於收納於各搬送機器手臂Rb1，搬送機器手臂Rb2，複數之處理室100a之各種裝置(例如，成膜裝置10)等。經由來自控制部Cnt之控制信號，控制處理系統100之各部，例如，搬送機器手臂Rb1，搬送機器手臂Rb2，及成膜裝置10之各部。於控制部Cnt之記憶部，係為了控制處理系統100之各部的電腦程式，及使用於該程式的執行之各種的資料則讀出自在地收納。

在一實施形態中，控制部Cnt係進而控制成膜裝置10之各要素。具體而言，控制部Cnt係經由送出控制信號至旋轉驅動裝置RD，控制開閉器SH之旋轉位置。控制部Cnt係經由此，而可使複數之標靶20之中一個或二個以上的露出標靶，自開口AP對於平台16而言露出。控制部Cnt係送出控制信號至氣體供給部30的流量控制器30b。控制部Cnt係經由此，而可自氣體供給部30以特定的流量，供給特定之氣體於處理容器12內。控制部Cnt係送出控制信號至排氣裝置14。控制部Cnt係經由此，而可將處理容器12內之壓力設定為特定之壓力。控制部Cnt係送出控制信號至加熱器電源HP。控制部Cnt係經由此，而可隔著加熱器HT，加熱靜電夾盤16b，可加熱載置於靜電夾盤16b上之晶圓W。控制部Cnt係送出控制信號至電源24。控制部Cnt係經由此，而可施加負的直流電壓於露出標靶。控制部Cnt係送出控制信號至複數之掃描機構28的驅動裝置28b。控制部Cnt係經由此，可在對應於露出標靶之露出範圍的寬度之掃描範圍內，掃描對應的磁鐵26。

返回至圖1而進行製造方法MT的說明。在以下的說明中，參照圖4及圖5。圖4係顯示經由圖1所示之製造方法而製造之磁阻元件的構成之一例的剖面圖。圖5係包含(a)部、(b)部、及(c)部，圖5的(a)部係模式性地顯示圖1所示之製造方法的執行前之晶圓的狀態之剖面圖，而圖5的(b)部及圖5的(c)部係模式性地顯示圖1所示之製造方法的各工程之執行後之晶圓的狀態之剖面圖。

圖4所示之晶圓W(磁阻元件)係具備：下部電極層EL，磁化參照層RL，氧化物層IL1(第1氧化物層)，磁化自由層FL，氧化物層IL2(第2氧化物層)，包覆層CL。磁化參照層RL係具備強磁性層ML1(第1強磁性層)。磁化自由層FL係具備：強磁性層ML2(第2強磁性層)、吸收層AL、強磁性層ML3(第3強磁性層)。磁化參照層RL係設置於下部電極層EL上。氧化物層IL1係設置於磁化參照層RL之強磁性層ML1的正上方。強磁性層ML2係設置於氧化物層IL1之正上方。吸收層AL係設置於強磁性層ML2的正上方。強磁性層ML3係設置於吸收層AL的正上方。氧化物層IL2係設置於磁化自由層FL之正上方。氧化物層IL2係在一實施形態中，設置於強磁性層ML3的正上方。包覆層CL係設置於氧化物層IL2上。

氧化物層IL1及氧化物層IL2係包含配向於面方位(001)之氧化鎂(MgO)。強磁性層ML1、強磁性層ML2、及強磁性層ML3係均具有面心立方晶格之構造，而含有硼。在一實施形態中，強磁性層ML1、強磁性層ML2、及強磁性層ML3係均可包含鈷，鐵，硼(CoFeB)。吸收層AL係具有經由後述之工程ST4的熱處理，自圖5之(b)部及圖5(c)部所示之後述的強磁性層ML2，吸收硼之材料。在一實施形態中，吸收層AL係包含鎢，鉬，鉭，鉻，釩，鈮之任一。於吸收層AL之膜厚不足0.1[nm]之情況，係未充分地得到作為吸收層之機能，而另外，當超過0.1[nm]時，磁性特性產生劣化之故，吸收層AL之膜厚係0.1[nm]以上，且位於0.1[nm]以下(0.1nm以上且1.0nm以下)之範圍。吸收層AL之膜厚係在一實施形態中，可為0.4[nm]。

圖1所示之製造方法MT係於圖5之(a)部所示之氧化物層IL1上，如圖5之(b)部及圖5(c)部所示，層積磁化自由層FL、氧化物層IL2、及包覆層CL，製造圖4之構成的磁阻元件(晶圓W)之方法。製造方法MT係具備：工程ST1(第1工程)、工程ST2(第2工程)、工程ST3(第3工程)、工程ST4(第4工程)、及工程ST5(第5工程)。工程ST1至工程ST5為止係在包含成膜裝置10之處理系統100內，在真空一貫的環境執行。

首先，在工程ST1中，準備圖5之(a)部的構成之晶圓W，於成膜裝置10之處理空間SP內。在工程ST1中，晶圓W係載置於靜電夾盤16b上。圖5之(a)部所示之晶圓W係具備下部電極層EL、磁化參照層RL、氧化物層IL1。磁化參照層RL係具備強磁性層ML1。圖5之(a)部所示之晶圓W係具備強磁性層ML1與設置於強磁性層ML1正上方之氧化物層IL1。在工程ST1中所準備之晶圓W的強磁性層ML1係為非晶形或微結晶之狀態。

持續於工程ST1，如圖5之(b)部所示，形成強磁性層ML2於氧化物層IL1之正上方(工程ST2)。於氧化物層IL1之形成係使用以使用氧化物標靶之濺鍍法作成之方法，或經由形成金屬薄膜而進行氧化處理而作成之方法。在工程ST2中所形成的強磁性層ML2係為非晶形或微結晶之狀態。

持續於工程ST2，如圖5之(c)部所示，使用濺鍍法而形成吸收層AL於強磁性層ML2之正上方(工程ST3)。

持續於工程ST3，經由進行熱處理，使非晶形或微結晶之狀態的強磁性層ML2結晶化(工程ST4)。在工程ST4中，與強磁性層ML2同時，亦可結晶化強磁性層ML1。在工程ST4中，熱處理係在攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行。

在工程ST4之熱處理中，使用固相磊晶。即，經由工程ST4之熱處理，非晶形或微結晶之狀態的強磁性層ML1，強磁性層ML2則沿著氧化物層IL1之氧化鎂之(001)面方位的結晶構造而結晶化。

在工程ST4之熱處理中，強磁性層ML2的硼之一部分係被硼的吸收性高之吸收層AL吸收。強磁性層ML2的硼之一部分則移動至吸收層AL，而強磁性層ML2的硼濃度則降低。經由此，強磁性層ML2之磁性特性則提升。如此，經由工程ST4之熱處理，形成磁性特性良好之強磁性層ML2。且，成膜裝置10具有電磁鐵之情況，在工程ST4中，可施加磁場之同時進行熱處理。另外，於專用之熱處理裝置則作為處理系統100之處理室之1而設置之情況，係使晶圓W移動至專用之熱處理室之後，進行熱處理亦可。

工程ST4之熱處理的執行時間係例如為100~700秒左右。工程ST4之熱處理的執行時間係在一實施形態中，可為300秒左右。

持續於工程ST4，使用濺鍍法而形成強磁性層ML3於吸收層AL之正上方，形成氧化物層IL2於強磁性層ML3之正上方(工程ST5)。於氧化物層IL2之形成係利用以使用氧化物標靶之濺鍍法作成之方法，或經由形成金屬薄膜而進行氧化處理而作成之方法。在工程ST5中，與強磁性層ML3，氧化物層IL2同時，進而形成包覆層CL。包覆層CL係形成於氧化物層IL2上。在包覆層CL之形成後，有經由批次處理，進行熱處理之情況。在包覆層CL之形成後進行之熱處理係在例如攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行。在包覆層CL之形成後進行之熱處理係在一實施形態中，可為攝氏400度左右。經由包含製造方法MT之處理，得到圖4構成之晶圓W(磁阻元件)。

接著，參照圖6~圖10，對於經由製造方法MT所得到之圖4所示之構成的晶圓W(磁阻元件)之磁性特性等進行說明。圖6係為了說明磁阻元件之磁滯的圖。圖6之橫軸係表示外部磁場H[Oe]，而圖6之縱軸係表示規格化之磁化Ms[a.u.]。圖表G1a、圖表G1b係在工程ST4之時間點進行熱處理所得到之圖4構成之磁阻元件(圖4構成之晶圓W)的磁滯。圖表G1c係未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之磁滯。圖表G1a係以攝氏450度進行熱處理的情況之結果。圖表G1b係以攝氏400度進行熱處理的情況之結果。如圖表G1c所示，未進行熱處理而得到之磁阻元件的矯頑磁力Hc[Oe]係50[Oe]左右，但如圖表G1a，圖表G1b所示，在工程ST4之時間點進行熱處理所得到之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]係200[Oe]左右。圖6所示之結果係顯示在工程ST4之時間點進行熱處理所得到之晶圓W則較未進行熱處理而得到之磁阻元件，實現良好之磁滯。且，矯頑磁力Hc[Oe]係相當於經由外部磁場H[Oe]而引起磁場反轉之磁場的值之寬度[Oe]之1/2者。

圖7係為了說明磁阻元件之矯頑磁力及向異性磁場的圖。顯示於圖7係顯示未進行熱處理而得到之磁阻元件的矯頑磁力Hc[Oe]，向異性磁場Hk[kOe]，和在工程ST4之時間點，以二個不同之溫度進行熱處理所得到之磁阻元件(圖4構成之晶圓W)之矯頑磁力Hc[Oe]，向異性磁場Hk[kOe]。圖7的左側之縱軸係表示矯頑磁力Hc[Oe]，而圖7之右側的縱軸係表示向異性磁場Hk[kOe]。

圖表G2a係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏450度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]的值(=214.5[Oe])。圖表G3a係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏450度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的向異性磁場Hk[kOe]的值(=3.0[kOe])。圖表G2b係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏400度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]的值(=208.8[Oe])。圖表G3b係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏400度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的向異性磁場Hk[kOe]的值(=3.0[kOe])。圖表G2c係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值(=47.2[Oe])。圖表G3c係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之向異性磁場Hk[kOe]的值(=2.3[kOe])。圖7所示之結果係對於矯頑磁力Hc[Oe]及向異性磁場Hk[kOe]之任一的磁性特性，均顯示在工程ST4之時間點進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W者則較未進行熱處理而得到之磁阻元件為良好。

圖8係為了說明磁阻元件之磁阻變化率，磁阻的圖。於圖8係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之磁阻變化率MR[%]、面積阻抗RA[Ωμm² ]，在工程ST4之時間點，以二個不同之溫度進行熱處理所得到之磁阻元件(圖4構成之晶圓W)之磁阻變化率MR[%]、面積阻抗RA[Ωμm² ]。圖8的左側之縱軸係表示磁阻變化率MR[%]、而圖8之右側的縱軸係表示面積阻抗RA[Ωμm² ]。

圖表G4a係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏450度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的磁阻變化率MR[%]的值(=191[%])。圖表G5a係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏450度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的面積阻抗RA[Ωμm² ]的值(=12.2[Ωμm² ])。圖表G4b係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏400度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的磁阻變化率MR[%]的值(=199[%])。圖表G5b係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏400度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的面積阻抗RA[Ωμm² ]的值(=11.5[Ωμm² ])。圖表G4c係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之磁阻變化率MR[%]的值(=204[%])。圖表G5c係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之面積阻抗RA[Ωμm² ]的值(=9.7[Ωμm² ])。圖8所示之結果係對於圖4之構成的晶圓W所示之磁阻變化率MR[%]及面積阻抗RA[Ωμm² ]之任一，均顯示在工程ST4之時間點進行熱處理則未帶來不良影響。

圖9係顯示熱處理之溫度與矯頑磁力之關係的圖。於圖9係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]、和在工程ST4之時間點，以二個不同之溫度進行熱處理所得到之磁阻元件(圖4構成之晶圓W)之矯頑磁力Hc[Oe]。圖9之縱軸係表示矯頑磁力Hc[Oe]。

圖表G61係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏400度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G62係顯示在工程ST4之時間點，以攝氏300度進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G63係顯示未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖9所示之結果係顯示在工程ST4之時間點進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]的值則較未進行工程ST4之熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值為高而為良好。

圖10係為了說明經由熱處理所致之效果的圖。於圖10係顯示未進行熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]、及在複數之不同的時間點，進行熱處理所得到之磁阻元件(圖4構成之晶圓W)之矯頑磁力Hc[Oe]。圖10之縱軸係表示矯頑磁力Hc[Oe]。

圖表G71係顯示未進行熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G72係顯示在形成強磁性層ML2之後的時間點，進行熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G73係顯示在工程ST4之時間點，即形成吸收層AL之時間點，進行熱處理所得到之圖4構成之磁阻元件(晶圓W)的矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G74係顯示在形成強磁性層ML3之後的時間點，進行熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖表G75係顯示在形成氧化物層IL2之後的時間點，進行熱處理而得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]的值。圖10所示之結果係在工程ST4之時間點(圖表G73)，進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W的矯頑磁力Hc[Oe]係顯示比較高，而在其他時間點(圖表G71，圖表G72，圖表G74，圖表G75)，進行熱處理(或未進行熱處理)所得到之磁阻元件之矯頑磁力Hc[Oe]係顯示比較低。

如圖6~圖10所示，在工程ST4之時間點，進行熱處理所得到之圖4構成之晶圓W則可顯示良好之磁性特性之情況係認為起因於因經由工程ST4之熱處理而被吸收層AL吸收強磁性層ML2之硼原子之故，強磁性層ML2之硼原子的濃度則降低，而強磁性層ML2之磁性特性提升。

經由發明者所進行的研究，發現經由在工程ST4之時間點，即，在於氧化物層IL1上依序層積強磁性層ML2、吸收層AL之時間點進行熱處理，提升向異性磁場Hk等之磁性特性。在工程ST4之時間點進行熱處理之情況，認為因經由熱處理而被吸收層AL而吸收自強磁性層ML2移動之硼原子之故，降低強磁性層ML2之硼原子的濃度，因而提升強磁性層ML2之磁性特性。

經由發明者所進行的研究，在吸收層AL之膜厚為0.1[nm]以上且1.0[nm]以下之範圍的情況，未對於磁阻元件的特性帶來不良影響，而發現吸收層AL則可充分地吸收自強磁性層ML2移動之硼原子者。

經由發明者所進行之研究，發現工程ST4之熱處理則在攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行之情況，可實現良好之向異性磁場Hk等之磁性特性者。

在可經由處理系統100所提供之真空一貫的環境中，因進行強磁性層ML2的形成，吸收層AL的形成，及為了結晶化強磁性層ML2之熱處理之故，未於各處理暴露於大氣而可最佳地進行處理中之環境的控制之同時，可實現處理工程之簡略化。

於在施加磁場的環境中進行熱處理之情況，可得到強磁性層ML2之磁化方向，而更最佳可實現磁性特性的提升。

經由工程ST4之熱處理而結晶化強磁性層ML2之後，因於結晶化後之強磁性層ML2上，(隔著吸收層AL)依序形成強磁性層ML3，氧化物層IL2等之其他層之故，強磁性層ML2的結晶化係未受到設置於強磁性層ML2上(隔著吸收層AL)之該其他層的結晶構造之影響，而可良好地進行。

於吸收層AL之材料係可使用對於硼之吸收最佳的鎢，鉬，鉭，鉻，釩，鈮之任一。強磁性層ML2之強磁性係可經由包含鈷，鐵，及硼之材料而實現。配置於強磁性層ML1及強磁性層ML2之間的氧化物層IL1係可經由氧化鎂而實現。

以上，在最佳的實施形態中，圖示說明了本發明之原理，但本發明係未自如此之原理脫離而在配置及詳細中可變更之情況，係經由該業者所理解。本發明係並非限定於揭示在本實施形態之特定的構成者。隨之，對於來自申請專利範圍及其精神之範圍的所有修正及變更請求權利。

10‧‧‧成膜裝置100‧‧‧處理系統100a‧‧‧處理室12‧‧‧處理容器121‧‧‧傳輸室122a‧‧‧台122b‧‧‧台122c‧‧‧台122d‧‧‧台124a‧‧‧收容容器124b‧‧‧收容容器124c‧‧‧收容容器124d‧‧‧收容容器14‧‧‧排氣裝置14a‧‧‧連接器16‧‧‧平台16a‧‧‧基底部16b‧‧‧靜電夾盤18‧‧‧平台驅動機構18a‧‧‧支軸18b‧‧‧驅動裝置20‧‧‧標靶22a‧‧‧保持具22b‧‧‧絕緣構件24‧‧‧電源26‧‧‧磁鐵28‧‧‧掃描機構28a‧‧‧導引部28b‧‧‧驅動裝置30‧‧‧氣體供給部30a‧‧‧氣體源30b‧‧‧流量控制器30c‧‧‧氣體導入部AL‧‧‧吸收層AP‧‧‧開口AX1‧‧‧中心軸線CL‧‧‧包覆層Cnt‧‧‧控制部EL‧‧‧下部電極層FL‧‧‧磁化自由層G1a‧‧‧圖表G1b‧‧‧圖表G1c‧‧‧圖表G2a‧‧‧圖表G2b‧‧‧圖表G2c‧‧‧圖表G3a‧‧‧圖表G3b‧‧‧圖表G3c‧‧‧圖表G4a‧‧‧圖表G4b‧‧‧圖表G4c‧‧‧圖表G5a‧‧‧圖表G5b‧‧‧圖表G5c‧‧‧圖表G61‧‧‧圖表G62‧‧‧圖表G63‧‧‧圖表G71‧‧‧圖表G72‧‧‧圖表G73‧‧‧圖表G74‧‧‧圖表G75‧‧‧圖表GA1‧‧‧閘門GA2‧‧‧閘門GB1‧‧‧閘門GV‧‧‧柵型閥HP‧‧‧加熱器電源HT‧‧‧加熱器IL1‧‧‧氧化物層IL2‧‧‧氧化物層LL1‧‧‧負載鎖定室LL2‧‧‧負載鎖定室LM‧‧‧裝載模組ML1‧‧‧強磁性層ML2‧‧‧強磁性層ML3‧‧‧強磁性層MT‧‧‧製造方法Rb1‧‧‧搬送機器手臂Rb2‧‧‧搬送機器手臂RD‧‧‧旋轉驅動裝置RL‧‧‧磁化參照層RS‧‧‧旋轉軸SDC‧‧‧直流電源SH‧‧‧開閉器SL1‧‧‧封閉構件SP‧‧‧處理空間W‧‧‧晶圓

圖1係顯示有關一實施形態之製造方法的流程圖。　　圖2係顯示使用於圖1所示之製造方法的執行之成膜裝置的構成之一例的圖。　　圖3係顯示具備圖2所示之成膜裝置的處理系統之構成的一例的圖。　　圖4係顯示經由圖1所示之製造方法而製造之磁阻元件的構成之一例的剖面圖。　　圖5係包含(a)部、(b)部、及(c)部，圖5的(a)部係模式性地顯示圖1所示之製造方法的執行前之晶圓的狀態之剖面圖，而圖5的(b)部及圖5的(c)部係模式性地顯示圖1所示之製造方法的各工程之執行後之晶圓的狀態之剖面圖。　　圖6係為了說明磁阻元件之磁滯的圖。　　圖7係為了說明磁阻元件之矯頑磁力及向異性磁場的圖。　　圖8係為了說明磁阻元件之磁阻變化率，磁阻的圖。　　圖9係顯示熱處理之溫度與矯頑磁力之關係的圖。　　圖10係為了說明經由熱處理所致之效果的圖。

MT‧‧‧製造方法

Claims

一種磁阻元件之製造方法，其特徵為具備：準備具備第1強磁性層與設置於該第1強磁性層正上方之第1氧化物層之晶圓的第1工程，和持續於前述第1工程，形成第2強磁性層於前述第1氧化物層之正上方的第2工程，和持續前述第2工程，形成吸收層於前述第2強磁性層之正上方的第3工程，和持續於前述第3工程，經由熱處理而使前述第2強磁性層結晶化之第4工程；前述第2強磁性層係含有硼，前述吸收層係具有經由前述第4工程之熱處理而自前述第2強磁性層吸收硼之材料，在前述第4工程中，前述熱處理係在攝氏300度以上且攝氏450度以下的範圍進行，持續於前述第4工程，進而具備形成第3強磁性層於前述吸收層之正上方，形成第2氧化物層於前述第3強磁性層的正上方之第5工程。
如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述吸收層之膜厚係於0.1nm以上且1.0nm以下之範圍。
如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述熱處理溫度係攝氏400度~攝氏450度。
如申請專利範圍第1項或第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，自前述第1工程至前述第4工程為止，在真空一貫的環境中執行。
如申請專利範圍第1項或第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，在前述第4工程中，施加磁場的同時進行前述熱處理。
如申請專利範圍第1項或第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述吸收層係包含鎢，鉬，鉭，鉻，釩，鈮之任一。
如申請專利範圍第1項或第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述第2強磁性層係包含鈷，鐵，及硼。
如申請專利範圍第1項或第2項記載之磁阻元件之製造方法，其中，前述第1氧化物層係包含氧化鎂。