WO2011081203A1 - 磁気抵抗素子の製造方法 - Google Patents

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和正 西村
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キヤノンアネルバ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a magnetoresistive element that exhibits a high MR ratio.
  • the tunnel magnetoresistive (TMR) element has a structure in which a tunnel barrier layer is sandwiched between two ferromagnetic layers. If the relative angle of magnetization of the two ferromagnetic layers changes when an external magnetic field is applied, the tunnel conduction probability of electrons through the tunnel barrier layer changes, and the resistance of the TMR element changes.
  • TMR element is applied to devices such as a read sensor unit of a magnetic head used for a hard disk and a non-volatile memory MRAM using magnetism.
  • an oxide such as aluminum (Al), titanium (Ti), magnesium (Mg), or the like is used.
  • a magnesium oxide (MgO) tunnel barrier layer can obtain a larger magnetoresistance change rate (MR ratio) (see Non-Patent Document 1).
  • MgO tunnel barrier layer There are two methods for producing the MgO tunnel barrier layer: a method in which an MgO target is directly formed by radio frequency (RF) sputtering, and a method in which an Mg layer is formed and then an MgO layer is formed by oxidation treatment.
  • RF radio frequency
  • the MgO layer is formed on the surface of the Mg layer by natural oxidation after forming the first Mg layer, and then A method of forming a tunnel barrier layer composed of a first Mg layer / MgO layer / second Mg layer by forming a second Mg layer has been reported (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 A method of forming a tunnel barrier layer composed of a first Mg layer / MgO layer / second Mg layer by forming a second Mg layer has been reported (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 As another method, there has been reported a method in which after the first Mg layer is formed, an oxidation treatment is performed under high pressure, and then a second Mg layer is formed and then the oxidation treatment is performed under low pressure (patent) Reference 2).
  • Patent Document 3 a laminated body of a first MgO layer and a second MgO layer is formed as a tunnel barrier layer.
  • a first Mg layer is formed, and the first Mg layer is oxidized to form a first MgO layer.
  • the first MgO layer is annealed in a magnetic field to give the first MgO layer crystal orientation.
  • a second Mg layer is formed on the first MgO layer, the second Mg layer is oxidized to form a second MgO layer, and a tunnel barrier layer that is a laminate of the first MgO layer and the second MgO layer is formed. Yes.
  • the method of forming the MgO target by RF sputtering can obtain a higher MR ratio, but this method has a problem that there are many particles. When the particles fall in a region corresponding to the TMR element on the wafer, there is a concern that the electrical characteristics of the TMR element are deteriorated.
  • the method of forming the Mg layer and then performing the oxidation treatment to form the MgO layer has fewer particles and is suitable for mass production than the method of RF sputtering the MgO target, but the MR ratio is small. There's a problem.
  • the MR ratio obtained by the method disclosed in the above-mentioned Patent Document is 34% in Patent Document 1 and about 60% in Patent Document 3.
  • the present invention provides a method of manufacturing a magnetoresistive element that can obtain a higher MR ratio in a method of forming a metal oxide layer (eg, MgO layer) by oxidizing a metal layer (eg, Mg layer).
  • the purpose is to provide.
  • a first aspect of the present invention is a method of manufacturing a magnetoresistive element, the step of providing a substrate on which a first ferromagnetic layer is formed, A step of forming a tunnel barrier layer on the ferromagnetic layer and a step of forming a second ferromagnetic layer on the tunnel barrier layer, wherein the step of forming the tunnel barrier layer includes the first strong layer.
  • a method for manufacturing a magnetoresistive element comprising: preparing a substrate on which a first ferromagnetic layer is formed; and forming a tunnel barrier layer on the first ferromagnetic layer. And a step of forming a second ferromagnetic layer on the tunnel barrier layer, and the step of producing the tunnel barrier layer comprises forming a first metal layer on the first ferromagnetic layer. Forming a film; oxidizing the first metal layer; forming a second metal layer on the oxidized first metal layer; and the oxidized first metal layer. And heat-treating the second metal layer at a temperature at which the second metal layer boils.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining a manufacturing process of a TMR element according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the TMR element according to the present embodiment.
  • step S ⁇ b> 1 the base layer 2 having the first base layer 2 a and the second base layer 2 b and the fixed magnetic layer 4 are formed on the processing substrate 1.
  • the first underlayer 2a of the multilayer film on the processing substrate for example, tantalum (Ta), hafnium (Hf), niobium (Nb), zirconium (Zr), titanium (Ti), molybdenum (Mo) or
  • a base layer made of tungsten (W) or the like and having a thickness of about 0.5 to 5 nm is formed.
  • a second underlayer 2b containing at least one element such as nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr), ruthenium (Ru) or the like is formed to a thickness of about 0.5 to 5 nm.
  • an antiferromagnetic layer 3 made of, for example, IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn, CrPtMn or the like is formed to a thickness of about 3 to 15 nm.
  • a stacked body of the first base layer 2a and the second base layer 2b is used as the base layer 2.
  • the present invention is not limited to this, and the base layer 2 may be a single layer. good.
  • a ferromagnetic layer 4a made of CoFe or the like having a thickness of about 1 to 5 nm, and an alloy of at least one or more of Ru, Cr, rhodium (Rh), iridium (Ir), and rhenium (Re)
  • a nonmagnetic intermediate layer 4b having a thickness of about 0.8 nm and a ferromagnetic layer 4c having a thickness of about 1 to 5 nm made of CoFe, CoFeB, or the like are formed.
  • the antiferromagnetic layer 3, the ferromagnetic layer 4 a, the nonmagnetic intermediate layer 4 b, and the ferromagnetic layer 4 c form a synthetic type fixed magnetization layer 4.
  • the ferromagnetic layers 4a and 4b and the nonmagnetic intermediate layer 4b may be replaced with a single ferromagnetic layer.
  • the pinned magnetic layer 4 has a two-layer structure of an antiferromagnetic layer 3 and a ferromagnetic layer.
  • the fixed magnetic layer 4 is formed on the substrate 1 in step S1, but the substrate 1 on which the fixed magnetic layer 4 is formed in advance may be used. That is, in this embodiment, any method may be adopted as long as a substrate having a ferromagnetic layer on which a tunnel barrier layer is formed can be prepared.
  • a first metal layer 5a is formed on the fixed magnetic layer 4 to a thickness of about 0.5 nm to 2.0 nm.
  • Mg is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio, and Zn or an alloy of Mg and Zn is also preferable.
  • the first metal layer 5a may contain Mg.
  • the first metal layer 5a may be a metal such as Al, Ti, Zn, Hf, and Ga.
  • oxygen may be added to the metal exemplified as the first metal layer 5a (see the second embodiment), or nonmetal such as boron (B) and carbon (C). At least one may be added.
  • step S3 the substrate 1 on which the first metal layer 5a is formed is transferred to the oxidation chamber, and the first metal layer 5a is oxidized.
  • the oxidation treatment is performed with oxygen gas or an oxygen gas and an inert gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe).
  • the oxidation method may be performed by sealing oxidation with the chamber sealed, flow oxidation while exhausting, radical oxidation using active oxygen, plasma oxidation, or the like.
  • step S4 the substrate 1 on which the first metal layer 5a is oxidized is transferred to the film forming chamber, and the second metal layer 5b is formed on the oxidized first metal layer 5a.
  • This has a function of preventing or reducing the oxidation of the magnetization free layer by the oxygen remaining on the surface of the oxidized first metal layer 5a moving to the subsequently formed magnetization free layer.
  • the second metal layer 5b is preferable from the viewpoint of obtaining a high MR ratio of Mg.
  • metals such as Ti, Zn, and Hf may be used.
  • step S5 the substrate 1 on which the oxidized first metal layer 5a and the second metal layer 5b are formed is transferred to a heating chamber and subjected to heat treatment. That is, in this embodiment, the heat treatment is performed after the second metal layer 5b is formed and before the magnetization free layer 6 described later is formed.
  • the heat treatment has an effect of promoting the bonding between the metal and oxygen, homogenizing the film quality of the barrier layer, and improving the quality.
  • the second metal layer 5b is evaporated by the heat treatment.
  • the oxygen and the like that exist between the first metal layer 5a and the second metal layer 5b remaining during the oxidation of the first metal layer 5a by the heat treatment, and the like The second metal layer 5b is oxidized by reacting with the second metal layer 5b.
  • the second metal layer 5b that has not been oxidized (the metal component of the second metal layer 5b that has not been combined with oxygen by the heat treatment in this step) is evaporated in this embodiment, so that the second metal layer 5b is not oxidized.
  • the metal component that was not oxidized in the oxidation of the metal layer 5b is removed.
  • the heat treatment in this step has a function of oxidizing the second metal layer 5b and evaporating the remaining metal component without participating in the oxidation, in addition to the crystallization of the metal oxide. Therefore, the heating temperature is a temperature at which the second metal layer 5b is vaporized (a temperature at which vaporization occurs), that is, a temperature at which the evaporation of the second metal layer 5b occurs.
  • the heating temperature is the substrate temperature, 150 to 400 degrees is preferable. Below 150 degrees, the bonding of Mg and oxygen as a metal is not sufficiently promoted, and the evaporation of Mg is not complete.
  • boiling of Mg starts at about 423 K (about 150 ° C.) in an atmosphere of 1 ⁇ 10 ⁇ 9 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Torr. Accordingly, in the second metal layer 5b, Mg that is not bonded to oxygen is boiled at a temperature of about 150 ° C.
  • Mg is vaporized. Mg not bonded to oxygen is removed from the oxide of the second metal layer 5b.
  • 150 ° C. or higher is preferable. Further, at 400 degrees or more, the fixing force of the fixed magnetic layer 4 is reduced.
  • Mg that is not bonded to oxygen can be more efficiently vaporized. That is, Mg can be removed efficiently. Further, the efficiency of the removal of Mg can shorten the time for the heat treatment of the second metal layer 5b.
  • the pressure in the heating chamber is set to a pressure other than 1 ⁇ 10 ⁇ 9 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Torr
  • the temperature at which Mg evaporates at the set pressure may be extracted from FIG.
  • metals other than Mg as the 1st and 2nd metal layers 5a and 5b, from the temperature dependence of vapor pressure as shown in FIG. 8, at the temperature at which the metal to be used evaporates according to the set pressure.
  • Heat treatment may be performed so that the first and second metal layers 5a and 5b are heated.
  • Mg is vaporized (evaporated) even if the temperature at which Mg boils does not reach, so if the heating chamber is exhausted, Mg can be removed by vaporization (evaporation).
  • the heating method is preferably a method using radiation, such as a heating resistor or a lamp heater, or a method using heat conduction by placing a wafer directly on a heated stage.
  • a heating resistor or a lamp heater or a method using heat conduction by placing a wafer directly on a heated stage.
  • other heating methods may be used without any limitation.
  • the tunnel barrier layer 5 having the oxidized first metal layer 5a and the oxidized second metal layer 5b is formed.
  • step S6 the substrate 1 that has been subjected to the heat treatment in step S5 is moved to the film forming chamber, and the magnetization free layer 6 made of at least one layer or two layers of, for example, CoFe, CoFeB, NiFe, or the like is formed to 1 to 10 nm. Form a film.
  • a cooling process may be performed for the purpose of preventing diffusion between the tunnel barrier layer 5 and the magnetization free layer 6.
  • the substrate may be cooled to 150 degrees or less.
  • a protective layer 7 made of at least one layer or two or more layers of Ta, Ru, Ti, Pt or the like is formed on the magnetization free layer 6 to a thickness of about 1 to 30 nm.
  • Such a TMR element is manufactured in a consistent vacuum by a cluster type substrate processing apparatus as shown in FIG.
  • At least one film forming chamber, one oxidation chamber, and one substrate heating chamber are required.
  • the substrate 1 transported from the load lock chamber 8 is transported to the film forming chamber 9a, and the layers from the underlayer 2 to the second ferromagnetic layer 4c shown in FIG. Thereafter, the substrate 1 is transferred to the film forming chamber 9b, and a first metal layer 5a (for example, a first Mg layer) is formed. Thereafter, the substrate 1 on which the first metal layer 5a is formed is transferred to the oxidation chamber 10, and the first metal layer 5a is oxidized. Thereafter, the substrate 1 on which the first metal layer 5a is oxidized is returned to the film forming chamber 9b, and a second metal layer 5b (for example, a second Mg layer) is formed on the oxidized first metal layer 5a. A film is formed.
  • a first metal layer 5a for example, a first Mg layer
  • the substrate 1 on which the second metal layer 5b is formed is transferred to the heating chamber 11, and substrate heating processing is performed. Thereafter, the heat-treated substrate 1 returns to the film forming chamber 9b, and the magnetization free layer 6 and the protective layer 7 are formed.
  • the load lock chamber 8, the film forming chambers 9 a and 9 b, the oxidation chamber 10, and the heating chamber 11 are all connected by a transfer chamber 12. Each chamber can be independently evacuated with an evacuation device, and the substrate can be processed in a consistent vacuum.
  • a cooling chamber may be provided for cooling after the substrate heat treatment, and cooling may be performed before the formation of the magnetization free layer 6.
  • cooling may be performed in the film forming chamber before the film formation of the magnetization free layer 6.
  • the above-described TMR element can be used for a read sensor of a magnetic head for a hard disk, a recording cell of an MRAM, or another magnetic sensor.
  • Example 1 In the present embodiment described above, a TMR element manufacturing method capable of obtaining a high MR ratio will be described for a TMR element using a method of forming a metal layer and then forming an oxide layer by oxidation treatment. .
  • Mg was used for the first metal layer 5a, and a first Mg layer as the first metal layer 5a was formed to a thickness of 1.2 nm. Thereafter, the first Mg layer was oxidized, and a Mg (second Mg layer) film having a thickness of 0.4 nm was formed thereon as the second metal layer 5b. Thereafter, a TMR element is manufactured for the case where the substrate heating process (step S5 in FIG. 1) at the temperature at which the second Mg layer evaporates is performed (Example 1) and the case where it is not performed (Comparative Example 1). MR ratio was measured. In the substrate heat treatment, the resistor was heated and the substrate was heated by radiation. The substrate temperature is about 300 degrees. The result is shown in FIG. Moreover, although RA was changed with the oxidation time, the results of the relationship between the oxidation time and RA are shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the relationship between the oxidation time of the element obtained in the case where the timing of performing the substrate heat treatment is changed (Comparative Example 2) and the element obtained in Comparative Example 1 and RA.
  • Comparative Example 2 the first Mg layer was formed, then the first Mg layer was oxidized, and the second Mg layer was formed after the substrate heat treatment.
  • FIG. 7 shows the relationship between the oxidation time and RA of the TMR element manufactured under these conditions.
  • FIG. 4 shows that the MR ratio in the equivalent RA is improved by performing the substrate heat treatment.
  • FIG. 5 shows that RA is increased when the heat treatment is performed for the same oxidation time. From these results, it is expected that Mg and oxygen are not sufficiently bonded during the oxidation treatment, and the substrate heat treatment promotes the bonding between Mg and oxygen, reducing defects such as pinholes. I can say that.
  • the timing of the substrate heat treatment is as follows: the first Mg layer is oxidized and the substrate heat treatment is performed as in Comparative Example 2, and the second Mg layer is formed after the heat treatment. It can be seen that the device characteristics deteriorate compared to Example 1. This is because, after the oxidation treatment, excess oxygen atoms exist in the vicinity of the surface of the MgO layer formed from the first Mg layer (first metal layer 5a), and MgO is peroxidized by heat treatment there. Alternatively, it is considered that the characteristics are degraded due to oxidation of the lower ferromagnetic layer.
  • the second Mg layer is formed and then heated. For this reason, surplus oxygen atoms existing in the vicinity of the MgO layer surface (that is, the interface between the oxidized first metal layer 5a and the second metal layer 5b formed on the first metal layer 5a). And the second Mg layer (second metal layer 5b) react to form an MgO layer. That is, by the substrate heat treatment (step S5) of the present embodiment, oxygen present at the interface is combined with Mg of the second Mg layer to convert the second Mg layer into MgO.
  • the first metal layer 5a is formed, the first metal layer 5a is oxidized, and then the second metal layer 5b is formed on the oxidized first metal layer 5a. Then, when the metal layer that is the raw material of the tunnel barrier layer is oxidized by heat treatment, the influence of oxygen remaining in the vicinity of the surface of the metal layer on the deterioration of the MR ratio can be reduced. it can. That is, in this embodiment, the second metal layer 5b is formed after the oxidation of the first metal layer 5a, and oxygen remains at the interface between the oxidized first metal layer 5a and the second metal layer 5b.
  • oxygen remaining in the vicinity of the surface of the metal layer which has conventionally caused the MR ratio deterioration, can be used for the oxidation of the second metal layer 5b, and is present at the interface as a result.
  • An effect equivalent to removing the oxygen that has been removed can be obtained. Since this oxidation is due to oxygen present at the interface, oxygen remaining on the surface of the oxidized second metal layer 5b can be eliminated or reduced. Further, since the heating temperature for causing the oxidation is set to a temperature at which the second metal layer 5b evaporates, the components not oxidized in the second metal layer 5b are vaporized and removed, and the surface It is possible to form a metal oxide in which oxygen remaining in the metal is reduced.
  • a metal layer eg, Mg layer
  • the metal oxide layer eg, MgO layer
  • the positions of the magnetization free layer 6 and the fixed magnetization layer 4 are limited, but the positions of the magnetization free layer 6 and the fixed magnetization layer 4 are not particularly limited in the present invention. That is, the magnetization free layer 6 may be formed below the tunnel barrier layer 5, and the fixed magnetization layer 4 may be formed above the tunnel barrier layer 5.
  • the first metal layer 5a when the first metal layer 5a is formed, oxygen atoms are intentionally included in the first metal layer 5a (the first metal layer 5a is doped with oxygen). That is, in the present embodiment, when the first metal layer 5a is formed, oxygen gas is also introduced into the film formation chamber, and the first metal layer 5a is formed while oxygen is contained therein.
  • the first metal layer 5a is formed by plasma sputtering
  • oxygen is added to the gas that forms plasma in step S2 of FIG. 1 so that oxygen atoms are contained in the first metal layer 5a.
  • a target of a metal for example, Mg
  • an inert gas is introduced into the film formation chamber to generate plasma, and the target is converted into plasma.
  • a first metal layer 5a is formed on the substrate 1 by sputtering.
  • oxygen gas is introduced into the film forming chamber in addition to the inert gas. At this time, the supplied oxygen gas may or may not be plasma-excited.
  • sputtered particles for example, Mg particles
  • oxygen in the case of plasma excitation, oxygen ions and oxygen radicals
  • a first metal layer is deposited in the form. That is, an oxygen-doped first metal layer is formed.
  • the introduction timing of the oxygen gas for oxygen doping may be the same as or different from the introduction timing of the inert gas as the sputtering gas. Further, the stop timing of the oxygen gas may be the same as or different from the stop timing of the inert gas.
  • the first metal layer 5a when Mg is used as the first metal layer 5a and Ar gas is used as the inert gas, for example, in an atmosphere in which 15 sccm Ar gas and 5 sccm oxygen gas are independently introduced (the mixed oxygen concentration is 25 %) May be formed as the first metal layer 5a.
  • the first metal layer 5a contains oxygen, even in the vicinity of the interface between the first metal layer 5a and the ferromagnetic layer 4c that is the lower layer of the first metal layer 5a, The first metal layer 5a can be oxidized satisfactorily.
  • the vicinity of the interface with the first layer in the second layer is oxidized. It is necessary to strictly control the oxidation. If the oxidation is too strong, the first layer will be oxidized, and if the oxidation is too weak, there will be a portion that is not oxidized in the second layer.
  • the first metal layer 5a is formed while introducing oxygen as described above, in the first metal layer 5a formed on the ferromagnetic layer 4c, Oxygen is distributed in the thickness direction, and oxygen is also present near the interface with the ferromagnetic layer 4c in the first metal layer 5a. Therefore, in the oxidation treatment in step S3, oxygen contained in the first metal layer 5a in advance also contributes to the oxidation of the first metal layer 5a. Therefore, even in the vicinity of the interface of the first metal layer 5a, It is oxidized satisfactorily by oxygen contained in the first metal layer 5a. Therefore, a high-quality metal oxide (for example, MgO) derived from the first metal layer 5a can be formed also at the interface between the first metal layer 5a and the ferromagnetic layer 4c.
  • MgO metal oxide

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Abstract

本発明は、金属層（例えば、Ｍｇ層）を酸化処理することで金属酸化物層（例えば、ＭｇＯ層）を形成する方法において、より高いＭＲ比が得られる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。本発明の一実施形態は、第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含む。上記トンネルバリア層を作製する工程は、第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、第１の金属層を酸化する工程と、該酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、上記酸化された第１の金属層及び第２の金属層を、該第２の金属層が蒸発する温度にて加熱処理する工程とを有する。

Description

磁気抵抗素子の製造方法
　本発明は、高ＭＲ比を発揮する磁気抵抗素子の製造方法に関する。
　トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子は、トンネルバリア層を２つの強磁性層で挟んだ構造を有する。外部磁場を与えたときに、２つの強磁性層の磁化の相対角度が変化すると、トンネルバリア層を介した電子のトンネル伝導確率が変化し、ＴＭＲ素子の抵抗が変化する。このようなＴＭＲ素子は、ハードディスクに用いられる磁気ヘッドの読み出しセンサー部や、磁気を用いた不揮発性メモリＭＲＡＭ等のデバイスに応用されている。
　ＴＭＲ素子のトンネルバリア層の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の酸化物が用いられている。特にマグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）トンネルバリア層は、より大きな磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を得ることができる（非特許文献１参照）。
　ＭｇＯトンネルバリア層の作製方法にはＭｇＯターゲットを高周波（ＲＦ）スパッタでダイレクトに形成する方法と、Ｍｇ層を成膜し、その後に酸化処理によってＭｇＯ層を形成する方法がある。
　ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタでダイレクトにＭｇＯトンネルバリア層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、特に低ＲＡ（素子抵抗×素子面積）でＭＲ比を改善する技術として、ＭｇＯトンネルバリア層を形成後に基板加熱を行う方法が報告されている（非特許文献２参照）。
　また、Ｍｇ層を成膜して、酸化処理によってＭｇＯ層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、第１のＭｇ層を成膜後に自然酸化によってＭｇ層の表面にＭｇＯ層を作製し、その後第２のＭｇ層を成膜することで第１のＭｇ層／ＭｇＯ層／第２のＭｇ層から成るトンネルバリア層を形成する方法が報告されている（特許文献１参照）。　
　その他の方法として、第１のＭｇ層を成膜後、高圧下で酸化処理を施し、その後第２のＭｇ層を成膜して、低圧下で酸化処理を施す方法が報告されている（特許文献２参照）。
　さらに、トンネルバリア層として、第１ＭｇＯ層と第２ＭｇＯ層との積層体を形成することが報告されている（特許文献３参照）。特許文献３に開示された方法では、まず、第１Ｍｇ層を形成し、該第１Ｍｇ層を酸化して第１ＭｇＯ層を形成する。次いで、該第１ＭｇＯ層を磁場中でアニールすることによって第１ＭｇＯ層に結晶配向性を持たせる。次いで、第１ＭｇＯ層上に第２Ｍｇ層を形成し、該第２Ｍｇ層を酸化して第２ＭｇＯ層を形成して、第１ＭｇＯ層と第２ＭｇＯ層との積層体であるトンネルバリア層を形成している。
特開２００７－１４２４２４号公報 特開２００７－３０５７６８号公報 特開２００７－１７３８４３号公報
Ｂｕｔｌｅｒら、Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｂ、６３、０５４４１６（２００１） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９３－１９２１０９
　一般的にＭｇＯターゲットをＲＦスパッタで形成する方法の方が、高いＭＲ比を得ることができるが、この方法ではパーティクルが多いと言う問題がある。パーティクルがウエハ上のＴＭＲ素子に相当する領域に落ちた場合、ＴＭＲ素子の電気特性を劣化させてしまう懸念がある。
　一方、Ｍｇ層を成膜して、その後に酸化処理を行ってＭｇＯ層を形成する方法では、パーティクルが少なく、ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタする方法に比べ量産に適しているが、ＭＲ比が小さいという問題がある。上記特許文献に開示された方法で得られるＭＲ比は、特許文献１で３４％であり、特許文献３で約６０％である。
　そこで本発明は、金属層（例えば、Ｍｇ層）を酸化処理することで金属酸化物層（例えば、ＭｇＯ層）を形成する方法において、より高いＭＲ比が得られる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
　このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、磁気抵抗素子の製造方法であって、第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、前記トンネルバリア層を作製する工程は、前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、前記第１の金属層を酸化する工程と、前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を加熱処理する工程とを有することを特徴とする。
　本発明の第２の態様は、磁気抵抗素子の製造方法であって、第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、前記トンネルバリア層を作製する工程は、前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、前記第１の金属層を酸化する工程と、前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度で加熱処理する工程とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、パーティクルが少なく、ＭＲ比が高い磁気抵抗素子を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る、ＴＭＲ素子製造工程を説明するフロー図である。 図１の方法で製造されたＴＭＲ素子の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るＴＭＲ素子を作製するための製造装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、第２のＭｇ層成膜後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合とのＲＡとＭＲ比との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る、第２のＭｇ層成膜後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合との酸化時間とＲＡとの関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る、酸化処理後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合とのＲＡとＭＲ比との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る、酸化処理後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合との酸化時間とＲＡとの関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る、Ｍｇの蒸気圧の温度依存性を示す図である。
　（第１の実施形態）　
　図１は、本実施形態に係る、ＴＭＲ素子の製造工程を説明するフロー図である。また図２は、本実施形態に係るＴＭＲ素子の構成を概略的に示す断面図である。
　まず、図１において、ステップＳ１では、処理基板１上に、第１の下地層２ａおよび第２の下地層２ｂを有する下地層２、ならびに固定磁化層４を成膜する。例えば、処理基板１の上に多層膜の第１の下地層２ａとして、例えばタンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５～５ｎｍ程度の下地層を成膜する。その上に、例えばニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），ルテニウム（Ｒｕ）等の少なくとも１つの元素を含む第２の下地層２ｂを０．５～５ｎｍ程度成膜する。その上に例えばＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＲｕＲｈＭｎ，ＣｒＰｔＭｎ等からなる反強磁性層３を３～１５ｎｍ程度成膜する。　
　なお、本実施形態では、下地層２として第１の下地層２ａと第２の下地層２ｂとの積層体を用いているが、これに限定されず、下地層２は１層であっても良い。
　その上に例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１～５ｎｍ程度の強磁性層４ａと、Ｒｕ、Ｃｒ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）のうち少なくとも１つまたは２つ以上の合金からなる厚さ０．８ｎｍ程度の非磁性中間層４ｂと、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等からなる厚さ１～５ｎｍ程度の強磁性層４ｃを成膜する。反強磁性層３、強磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、強磁性層４ｃはシンセティック型の固定磁化層４を形成する。強磁性層４ａ、４ｂと非磁性中間層４ｂを一層の強磁性層に置き換えても良い。その場合、固定磁化層４は反強磁性層３と強磁性層の２層構造となる。
　本実施形態では、ステップＳ１にて基板１上に固定磁化層４を形成しているが、予め固定磁化層４を成膜した基板１を用いても良い。すなわち、本実施形態では、トンネルバリア層が形成される強磁性層を有する基板を用意できれば、いずれの方法を採っても良い。
　ステップＳ２では、上記固定磁化層４上に第１の金属層５ａを０．５ｎｍ～２．０ｎｍ程度成膜する。第１の金属層５ａとしては、Ｍｇが高いＭＲ比を得る観点から好ましく、Ｚｎ、またはＭｇとＺｎとの合金も好ましい。あるいは、第１の金属層５ａはＭｇを含むものであっても良い。
　その他、第１の金属層５ａは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｇａ等の金属であっても良い。さらには、上記第１の金属層５ａとして例示された金属に、酸素が添加されていても良く（第２の実施形態参照）、あるいは、ボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）等の非金属の少なくとも１つが添加されていても良い。
　その後、ステップＳ３では、第１の金属層５ａが形成された基板１を酸化チャンバに搬送し、第１の金属層５ａを酸化する。酸化処理は酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも１つによって行われる。酸化方法はチャンバを封止した封止酸化、排気を行いながらのフロー酸化、活性酸素を利用したラジカル酸化、およびプラズマ酸化などで行えば良い。
　その後、ステップＳ４では、第１の金属層５ａが酸化された基板１を成膜チャンバに搬送し、上記酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂを成膜する。これは、酸化された第１の金属層５ａの表面に残存する酸素が、続いて形成される磁化自由層へ移動することによって、磁化自由層が酸化されることを防止ないしは低減させる機能を持つ。第２の金属層５ｂはＭｇが高いＭＲ比を得る観点から好ましい。その他Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ等の金属を用いても良い。
　その後、ステップＳ５では、酸化された第１の金属層５ａおよび第２の金属層５ｂが形成された基板１を加熱チャンバに搬送し、加熱処理を加える。即ち、本実施形態では、第２の金属層５ｂを成膜後であり、かつ後述する磁化自由層６を成膜する前に加熱処理を施す。加熱処理は、金属と酸素の結合を促進し、バリア層の膜質を均質化、高品位にする効果がある。さらに、本実施形態では、該加熱処理により、第２の金属層５ｂを蒸発させている。本実施形態では、上述のように加熱処理により、第１の金属層５ａの酸化の際に残留した、第１の金属層５ａと第２の金属層５ｂとの間に存在する酸素などと該第２の金属層５ｂとを反応させて、該第２の金属層５ｂを酸化している。このとき、酸化しなかった第２の金属層５ｂ（本ステップによる加熱処理によって酸素と結合しなかった第２の金属層５ｂの金属成分）を、本実施形態では蒸発させることにより、第２の金属層５ｂの酸化において酸化しなかった金属成分を除去している。よって、本ステップにおける加熱処理は、金属酸化物の結晶化に加えて、第２の金属層５ｂの酸化、および該酸化に関与せずに残留した金属成分を蒸発させる機能を有する。よって、加熱温度は、第２の金属層５ｂが気化している温度（気化が起こっている温度）、すなわち、第２の金属層５ｂの蒸発が起こっている温度である。
　例えば、第１および第２の金属層５ａ、５ｂとしてＭｇを用い、加熱処理時の加熱チャンバ内の圧力が１×１０－９～１×１０－８Ｔｏｒｒの場合、加熱温度は基板温度で、１５０～４００度が好ましい。１５０度以下では金属としてのＭｇと酸素の結合が十分に促進されず、またＭｇの蒸発も完全ではない。図８から分かるように、Ｍｇの場合、１×１０－９～１×１０－８Ｔｏｒｒの雰囲気においては、約４２３Ｋ（約１５０℃）でＭｇの沸騰が始まる。従って、第２の金属層５ｂにおいて、１×１０－９～１×１０－８Ｔｏｒｒの雰囲気においては約１５０℃以上の温度で酸素と結合していないＭｇは沸騰し、該Ｍｇが気化し、第２の金属層５ｂの酸化物から酸素と結合していないＭｇが除去される。このように、Ｍｇを蒸発させるために、１５０℃以上が好ましいのである。また、４００度以上では、固定磁化層４の固着力が減少してしまう。
　このように、第２の金属層５ｂの加熱処理時の加熱温度として、Ｍｇが沸騰する温度を採用することにより、酸素と結合していないＭｇをより効率的に気化することができる。すなわち、効率良くＭｇの除去を行うことができる。また、該Ｍｇ除去の効率化により、上記第２の金属層５ｂの加熱処理の時間を短くすることができる。
　なお、加熱チャンバ内の圧力を１×１０－９～１×１０－８Ｔｏｒｒ以外の圧力にする場合は、図８から設定圧力においてＭｇが蒸発する温度を抽出すれば良いことは言うまでもない。また、第１および第２の金属層５ａ、５ｂとしてＭｇ以外の金属を用いる場合も、図８のような蒸気圧の温度依存性から、設定圧力に応じた、用いる金属が蒸発する温度にて第１および第２の金属層５ａ、５ｂが加熱されるように、加熱処理を行えば良い。
　なお、本実施形態では、上述のように酸素と結合していないＭｇを気化させることにより除去することが重要である。よって、Ｍｇが沸騰する温度に達していなくても、Ｍｇの気化（蒸発）は起こっているので、加熱チャンバを排気していれば、Ｍｇを気化（蒸発）により除去することができる。
　また、加熱の方法は、発熱抵抗体やランプヒーター等、放射を利用する方法や、熱せられたステージの上に直接ウエハを置き、熱伝導を利用する方法などが良い。さらに、その他の加熱の方法でも良く、制限はない。
　このようにして、本ステップでは、酸化された第１の金属層５ａおよび酸化された第２の金属層５ｂを有するトンネルバリア層５が形成される。
　ステップＳ６では、ステップＳ５にて加熱処理が施された基板１を成膜チャンバへ移動し、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、等の少なくとも１層または２層以上からなる磁化自由層６を１～１０ｎｍ程度成膜する。ところで、磁化自由層６を成膜する前に、トンネルバリア層５と磁化自由層６との拡散を防ぐ目的で、冷却工程を行っても良い。基板は１５０度以下まで冷却されていれば良い。
　ステップＳ７では、磁化自由層６上にＴａ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｐｔ等の少なくとも１層または２層以上からなる保護層７を１～３０ｎｍ程度成膜する。
　このようなＴＭＲ素子は、図３に示したようなクラスタ型基板処理装置によって、真空一貫で作製される。
　次に、本実施形態におけるクラスタ型製造装置について説明する。
　本実施形態におけるＴＭＲ素子を作製するためには、少なくとも、１つ以上の成膜チャンバ、１つの酸化チャンバ、１つの基板加熱チャンバが必要である。
　例えば、ロードロックチャンバ８から搬送された基板１は、成膜チャンバ９ａに搬送され、図２に示す下地層２から第２の強磁性層４ｃまでが基板１上に成膜される。その後、基板１は成膜チャンバ９ｂに搬送され、第１の金属層５ａ（例えば、第１のＭｇ層）が成膜される。その後、第１の金属層５ａが形成された基板１は酸化チャンバ１０に搬送され、第１の金属層５ａが酸化される。その後、第１の金属層５ａが酸化された基板１は成膜チャンバ９ｂに戻され、酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂ（例えば、第２のＭｇ層）が成膜される。その後、第２の金属層５ｂが形成された基板１は加熱チャンバ１１に搬送され、基板加熱処理が行われる。その後、加熱処理された基板１は成膜チャンバ９ｂに戻り、磁化自由層６および保護層７が成膜される。ここでロードロックチャンバ８、成膜チャンバ９ａ、９ｂ、酸化チャンバ１０、および加熱チャンバ１１はトランスファーチャンバ１２ですべて繋がれている。各チャンバは排気装置を夫々備えて独立に排気可能であり、真空一貫で基板処理することが可能である。
　ここで、基板加熱処理後の冷却のため、冷却チャンバを設け、磁化自由層６の成膜の前に冷却を行っても良い。または磁化自由層６の成膜の前に、成膜チャンバ内で冷却を行っても良い。
　上述したＴＭＲ素子はハードディスク用磁気ヘッドの読み出しセンサーやＭＲＡＭの記録セル、またはその他の磁気センサーに使用することが可能である。
　以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであり、限定的に示すものである。
　（実施例１）　
　以上説明した本実施形態において、金属層を成膜して、その後に酸化処理によって酸化層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、高いＭＲ比を得ることのできるＴＭＲ素子の製造方法について説明する。
　本実施例では、第１の金属層５ａにＭｇを使用し、第１の金属層５ａとしての第１のＭｇ層を１．２ｎｍ成膜した。その後、第１のＭｇ層を酸化し、その上に第２の金属層５ｂとしてＭｇ（第２のＭｇ層）を０．４ｎｍ成膜した。その後、第２のＭｇ層が蒸発する温度による基板加熱処理（図１のステップＳ５）を行った場合（実施例１）と、行わない場合（比較例１）についてＴＭＲ素子を作製し、ＲＡおよびＭＲ比を測定した。基板加熱処理は、抵抗体を発熱させて、輻射により基板を加熱した。基板温度は約３００度である。その結果を図４に示す。また、ＲＡは酸化時間によって変化させたが、酸化時間とＲＡの関係について図５に結果を示す。
　図６に基板加熱処理を行うタイミングを代えた場合（比較例２）に得られた素子と、上述した比較例１で得られた素子の酸化時間とＲＡの関係を示す。比較例２においては第１のＭｇ層を成膜して、その後に第１のＭｇ層を酸化し、基板加熱処理を行ってから第２のＭｇ層を成膜した。また図７に、この条件で作製したＴＭＲ素子の酸化時間とＲＡの関係を示す。
　図４から、基板加熱処理を行うことによって、同等ＲＡにおけるＭＲ比が向上していることが分かる。また、図５から、同じ酸化時間としても加熱処理をした方がＲＡが上昇していることが分かる。これらの結果より、酸化処理の際に、Ｍｇと酸素は十分に結合しきれていないことが予想され、基板加熱処理によって、Ｍｇと酸素の結合が促進し、ピンホールなどの欠陥を低減できていると言える。
　また図６から、基板加熱処理のタイミングとしては、比較例２のように第１のＭｇ層を酸化処理して基板加熱処理を行い、該加熱処理後に第２のＭｇ層を成膜すると、比較例１に比べて素子特性が劣化することが分かる。これは酸化処理後には、第１のＭｇ層（第１の金属層５ａ）から形成されたＭｇＯ層表面近傍に余剰な酸素原子が存在し、そこに加熱処理を施すことによってＭｇＯが過酸化され、あるいは下部の強磁性層が酸化されてしまうことで特性が低下していると考えられる。比較例１の結果についても同様に、酸化処理後には第１のＭｇ層から形成されたＭｇＯ層の表面に余剰な酸素原子が存在するため、良質な結晶性ＭｇＯ層が得られておらず、特性が低下していると考えられる。
　本実施例では、第１のＭｇ層を酸化処理後に第２のＭｇ層を成膜してから加熱している。このため、ＭｇＯ層表面近傍（すなわち、酸化された第１の金属層５ａと、該第１の金属層５ａ上に形成された第２の金属層５ｂとの界面）に存在する余剰な酸素原子と第２のＭｇ層（第２の金属層５ｂ）とが反応してＭｇＯ層が形成される。すなわち、本実施例の基板加熱処理（ステップＳ５）により、上記界面に存在する酸素を、第２のＭｇ層のＭｇと結合させて第２のＭｇ層をＭｇＯに変換する。そして該基板加熱処理を施すことによって、ＭｇＯ層の形成及びＭｇＯの結晶化が促進され、Ｍｇ：Ｏの化学量論比がより１：１に近い良質な結晶性ＭｇＯ層が得られるため、比較例に比べ良好な結果が得られたものと考えられる。
　このように、本実施形態では、第１の金属層５ａを形成し該第１の金属層５ａを酸化してから該酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂを形成し、その後に加熱処理をすることにより、トンネルバリア層の原料となる金属層を酸化する際に、該金属層の表面近傍にどうしても残留する酸素の、ＭＲ比劣化への影響を軽減することができる。すなわち、本実施形態では、第１の金属層５ａの酸化後に第２の金属層５ｂを形成し、酸化した第１の金属層５ａと第２の金属層５ｂとの界面に酸素が残留した状態で加熱処理を行っているので、従来ではＭＲ比劣化の原因となった金属層表面近傍に残留する酸素を、第２の金属層５ｂの酸化に用いることができ、結果的に上記界面に存在していた酸素を除去したことと等価の効果が得られる。この酸化は、上記界面に存在した酸素によるものであるので、酸化された第２の金属層５ｂ表面に残存する酸素を無くす、ないしは低減することができる。また、上記酸化を起こすための加熱温度は、第２の金属層５ｂの蒸発が起こる温度に設定されているので、第２の金属層５ｂにおいて酸化されていない成分は気化されて除去され、表面に残存する酸素を低減した金属酸化物を形成することができる。
　以上述べたように、Ｍｇ層といった金属層の酸化処理によってＭｇＯ層といった金属の酸化層を得る方法においては、金属の酸化層（例えば、ＭｇＯ層）形成後に金属層（例えば、Ｍｇ層）を成膜すること、そして該金属層を成膜してから加熱処理を施すことが肝要である。そして当該方法によれば、従来に比べＭＲ比を向上させた磁気抵抗素子の提供が可能となる。
　なお、上述した実施形態及び実施例において、磁化自由層６及び固定磁化層４の位置を限定して記載したが、磁化自由層６及び固定磁化層４の位置は本発明においては特に問わない。即ち磁化自由層６がトンネルバリア層５の下側に形成され、固定磁化層４がトンネルバリア層５よりも上側に形成されても良い。
　（第２の実施形態）　
　本実施形態では、第１の金属層５ａの形成時に、第１の金属層５ａに酸素原子を意図的に含ませる（第１の金属層５ａに酸素をドープする）。すなわち、本実施形態では、第１の金属層５ａの形成時において、成膜チャンバに酸素ガスも導入して、その内部に酸素を含ませながら第１の金属層５ａを形成する。
　例えば、第１の金属層５ａをプラズマスパッタで成膜する場合、図１のステップＳ２において、プラズマを形成するガスに酸素を添加することで、第１の金属層５ａ中に酸素原子を含有させることができる。すなわち、第１の金属層５ａの原料となる金属（例えば、Ｍｇ）のターゲットを成膜チャンバ内に設け、該成膜チャンバ内に不活性ガスを導入してプラズマを生成し、上記ターゲットをプラズマスパッタして基板１上に第１の金属層５ａを形成する。上記例では、不活性ガスに加えて酸素ガスを成膜チャンバ内に導入している。このとき、供給された酸素ガスはプラズマ励起されても、されなくても良い。従って、ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子（例えば、Ｍｇ粒子）と、酸素（プラズマ励起された場合は、酸素イオンや酸素ラジカル）とが基板に供給され、該基板上には供給された酸素を取り込む形で第１の金属層が成膜される。すなわち、酸素ドープされた第１の金属層が形成される。
　上記酸素ドープのための酸素ガスの導入のタイミングは、スパッタリングガスとしての不活性ガスの導入タイミングと同じであっても良いし、異なっても良い。また、上記酸素ガスの停止タイミングも、不活性ガスの停止タイミングと同じであっても良いし、異なっても良い。
　例えば、第１の金属層５ａとしてＭｇを用い、不活性ガスとしてＡｒガスを用いる場合、例えば、１５ｓｃｃｍのＡｒガスと、５ｓｃｃｍの酸素ガスとを独立に導入した雰囲気中（混合した酸素濃度は２５％）で第１の金属層５ａとしてのＭｇを成膜すれば良い。
　本実施形態では、第１の金属層５ａが酸素を含んでいるので、該第１の金属層５ａと、該第１の金属層５ａの下層である強磁性層４ｃとの界面付近においても、第１の金属層５ａの酸化を良好に行うことができる。
　通常、第１の層上に第２の層が形成された積層体に対して、第２の層を酸化する場合、第２の層における、第１の層との界面付近を酸化させるためには、酸化の制御を厳密に行う必要がある。酸化を強くし過ぎると第１の層まで酸化することになり、また酸化を弱くし過ぎると第２の層において酸化されない部分が生じる。
　これに対して、本実施形態では、上述のように酸素を導入しながら第１の金属層５ａを成膜しているので、強磁性層４ｃ上に形成された第１の金属層５ａにおいては厚さ方向に酸素が分布することになり、第１の金属層５ａ内の強磁性層４ｃとの界面付近にも酸素が存在する。よって、ステップＳ３の酸化処理において、予め第１の金属層５ａに含まれている酸素も該第１の金属層５ａの酸化に寄与するので、第１の金属層５ａの上記界面付近においても、第１の金属層５ａに含有された酸素により良好に酸化される。従って、第１の金属層５ａと強磁性層４ｃとの界面においても、第１の金属層５ａ起因の良質な金属酸化物（例えば、ＭｇＯ）を形成することができる。

Claims (6)

  1. 　第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、
    　前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、
    　前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、
    　前記トンネルバリア層を作製する工程は、
    　　前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、
    　　前記第１の金属層を酸化する工程と、
    　　前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、
    　　前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を加熱処理する工程と
    　を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
  2. 　前記第１の金属層を成膜する工程は、前記第１の金属層の内部に酸素を含有させるように該第１の金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
  3. 　前記加熱処理する工程は、前記加熱処理により、前記酸化する工程にて前記酸化された第１の金属層の表面に残存する酸素と前記第２の金属層とを結合させることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
  4. 　前記第１および第２の金属層の少なくとも一方は、マグネシウム、またはマグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
  5. 　前記加熱処理する工程の後に、前記加熱処理が行われた基板の冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
  6. 　第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、
    　前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、
    　前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、
    　前記トンネルバリア層を作製する工程は、
    　　前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、
    　　前記第１の金属層を酸化する工程と、
    　　前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、
    　　前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度で加熱処理する工程と
    　を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
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