WO2016125200A1 - 垂直磁化型ｍｔｊ素子の製造方法 - Google Patents

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拓哉 清野
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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 for manufacturing a perpendicular magnetization type magnetic tunnel junction (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) element.
  • MTJ Magnetic Tunnel Junction
  • STT-MRAM Spin Transfer Torque Magnetoresistive Random Access Memory
  • a perpendicular magnetization type MTJ element whose magnetization direction is perpendicular to the film surface is used.
  • Each layer constituting the perpendicular magnetization type MTJ element is very thin, and its characteristics are likely to deteriorate when exposed to the air during the film forming process. For this reason, in the technique of Non-Patent Document 1, all the steps are performed consistently in a vacuum in order to prevent the characteristic deterioration of the barrier layer and the perpendicular magnetic anisotropic layer.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a perpendicular magnetization type MTJ element that divides a step of inspecting MR characteristics and a step of inspecting perpendicular magnetic anisotropy characteristics. .
  • One embodiment of the present invention is a method of manufacturing a perpendicular magnetization type MTJ element having a first stacked structure including a pair of CoFeB layers sandwiching an MgO layer and a second stacked structure including a stacked body, Forming one of the second stacked structures on the substrate, exposing the substrate on which one of the first and second stacked structures is formed to the atmosphere, and inspecting the characteristics of the substrate; And a step of forming the other of the first and second laminated structures on a substrate on which one of the first and second laminated structures is formed.
  • the characteristic management of the perpendicular magnetization type MTJ element can be simplified. Specifically, the step of forming the laminated structure affecting the MR characteristics and the step of forming the laminated structure affecting the perpendicular magnetic anisotropy characteristics are divided, and the inspection process of the MR characteristics and the perpendicular magnetic anisotropy characteristics is performed. Since each process is performed separately, it is possible to easily identify which stack configuration has the cause when trouble such as failure to obtain desired characteristics occurs.
  • First Embodiment 1A and 1B are schematic views showing a stacked structure of perpendicular magnetization type MTJ elements according to the first embodiment of the present invention.
  • the thickness of each layer drawn on drawing does not suggest the relative thickness of each layer of the perpendicular magnetization type MTJ element actually manufactured, but is drawn roughly.
  • Vertical magnetization type MTJ elements include a top-pin type vertical MTJ element 100A (FIG. 1A) and a bottom-pin type vertical MTJ element 100B (FIG. 1B).
  • a top-pin type vertical MTJ element 100A shown in FIG. 1A will be described.
  • a top-pin type vertical MTJ element 100A includes a lower electrode 102, a Ta layer (seed layer) 103, a CoFeB layer 104 as a free layer (magnetization free layer), and an MgO layer (tunnel barrier layer) 105 on a substrate 101 such as silicon. And a CoFeB layer 106 as a reference layer (magnetization fixed layer).
  • the top-pin type vertical MTJ element 100A includes a Ta layer 107 on a CoFeB layer 106, [Co / Pt] stacks 110A and 110B having a superlattice structure, a Ru layer 115 (cap layer), a Ta layer 111, and The upper electrode 112 is provided in order.
  • the [Co / Pt] stacks 110A and 110B are obtained by alternately stacking a predetermined number of Co layers and Pt layers, and the Ru layer 110C is formed by magnetizing the upper and lower [Co / Pt] stacks 110A and 110B. It is a layer for combining them.
  • the number of alternating layers of the Co layer and the Pt layer of the [Co / Pt] stack 110A is 3 to 5, and the number of layers of the Co layer and the Pt layer of the [Co / Pt] stack 110B that are alternately stacked. Is 8-15 times.
  • [Co / Pt] laminates 110A and 110B may be [Co / Pd] laminates using Pd layers instead of Pt layers.
  • the thicknesses of the Ta layer 103, the CoFeB layer 104, the MgO layer 105, the CoFeB layer 106, the Ta layer 107, and the Ru layer 110C are, for example, 10 nm, 1.1 nm, 1 nm or less, 1.4 nm, and 0.3 nm, respectively. . *
  • a bottom-pin type vertical MTJ element 100B shown in FIG. 1B includes each layer of the top-pin type vertical MTJ element 100A, but a CoFeB layer 106 as a reference layer (magnetization fixed layer) is disposed on the side far from the substrate 101. Accordingly, the stacked bodies 110 ⁇ / b> B and 110 ⁇ / b> A are provided between the substrate 101 and the CoFeB layer 106. Further, a Ru layer 116 as a seed layer is further included under the stacked body 110B, and the Ru layer 116 is a layer for improving the crystal orientation of the [Co / Pt] stacked body 110B.
  • the [Co / Pt] stacked bodies 110A and 110B may be made of a material having perpendicular magnetization.
  • the [Co / Pt] laminates 110A and 110B TbFeCo, [Co / Ni] laminates, ordered alloys such as CoPt and FePt may be used.
  • the configuration of the perpendicular magnetization type MTJ element (Top-pin type and Bottom-pin type) according to the present embodiment is not limited to the configuration shown here, and the number of layers is increased or decreased within a range that does not impair the function of the perpendicular magnetization type MTJ element.
  • the structure may be any change such as changing the constituent material of each layer or reversing the upper and lower stacking order.
  • the first stacked structure 10 includes at least a CoFeB layer 104, an MgO layer 105, and a CoFeB layer 106
  • the second stacked structure 20 includes at least [Co / Pt] stacked bodies 110A and 110B having a superlattice structure.
  • the substrate on which the first stacked structure 10 is formed is taken out from the first film forming apparatus and is placed in the atmosphere. Expose and test its MR properties. Then, after performing an etch-back (Etchback) process in a vacuum in another second film forming apparatus, the second stacked structure 20 is further formed to form the Top-pin type vertical MTJ element 100A, and then the second structure. Remove from the film apparatus and inspect its perpendicular magnetic anisotropy characteristics.
  • Etchback etch-back
  • the lower electrode layer necessary for the inspection is formed on the substrate before the first stacked structure 10 is formed, and the substrate on which the first stacked structure 10 is further formed.
  • the inspection is performed using a CIPT measuring device (CIPT: Current In-Plane Tunneling), etc., and the perpendicular magnetic anisotropy characteristic is inspected by a VSM measuring device (VSM: Vibrating Sample). Magnetometer) or the like.
  • CIPT Current In-Plane Tunneling
  • VSM Vibrating Sample
  • Magnetometer Vibrating Sample
  • the division of the perpendicular magnetization type MTJ element into the first stacked structure 10 and the second stacked structure 20 is performed based on the Ta layer 107 (also referred to as “SpacerTa”). If the first stacked structure 10 includes at least the CoFeB layer 104, the MgO layer 105, and the CoFeB layer 106, and the second stacked structure 20 includes at least the [Co / Pt] stacked bodies 110A and 110B having a superlattice structure, Another layer may be used as a reference for the division. As shown in FIG. 2A, it is preferable that the Ta layer 107 of the first stacked structure 10 is formed to be relatively thick on the assumption that it is removed by etching.
  • the function of the perpendicular magnetization type MTJ element is exhibited. Is done.
  • the thickness of the Ta layer 107 is formed in advance to about 3 nm and is controlled to 2 nm or less by etch back. However, the thickness to be etched back may be 1 nm or more.
  • the thickness of the oxide film formed on the surface of the Ta layer 107 due to exposure to the atmosphere depends on the diffusion of oxygen into the Ta layer 107 that correlates with the time, temperature, etc. placed in the atmosphere. Therefore, since it is possible to empirically know how much oxide film is generated in the Ta layer 107 based on the inspection time of the characteristic inspection after processing by the first film forming apparatus, the environmental temperature, etc. It can be empirically known how much the Ta layer 107 should be removed in the back process.
  • FIG. 2B after the step of etching a part of the Ta layer 107 (etch back step), it is formed from the Co layer of the [Co / Pt] stack 110A, and finally the Top-layer shown in FIG. 1A.
  • a pin type vertical MTJ element 100A is formed.
  • the substrate on which the first laminated structure 10 is formed up to the Ta layer 107 under vacuum is taken out from the first film forming apparatus, and the MR characteristics are inspected in a clean room under the atmosphere. I do.
  • the substrate is introduced into the second film forming apparatus, and a part (oxidized part) of the Ta layer 107 is etched (etched back) under vacuum, and then the Co layer of the [Co / Pt] stacked body 110A.
  • the upper layer is formed, and after the top electrode 112 is formed, it is taken out from the second film forming apparatus, and the perpendicular magnetic anisotropy characteristic is inspected.
  • a part of the Ta layer 107 may be formed again from the Ta layer 107A after etching (etch back step). Note that the Ta layer 107 and the Ta layer 107A are formed using the same material and deposition conditions. Further, as shown in FIG. 2D, after the CoFeB layer 106 is formed to be relatively thick, the extraction characteristic inspection is performed from the first film forming apparatus, and the Ta layer 107 is etched after part of the CoFeB layer 106 is etched by the second film forming apparatus. You may form from.
  • the manufacturing method of the Bottom-pin type vertical MTJ element 100B according to the present embodiment, after the part of the Bottom-pin type vertical MTJ element 100B related to the second stacked structure 21 is formed on the substrate, the characteristics are inspected. Thus, a portion related to the first stacked structure 11 of the Bottom-pin type vertical MTJ element 100B is further formed to perform characteristic inspection.
  • the first stacked structure 11 includes at least a CoFeB layer 104, an MgO layer 105, and a CoFeB layer 106
  • the second stacked structure 21 includes at least [Co / Pt] stacked bodies 110A and 110B having a superlattice structure.
  • the Ta layer 107 of the second laminated structure 21 is formed relatively thick, and after the step of etching a part of the Ta layer 107 (etch back step) as shown in FIG. A bottom-pin type vertical MTJ element 100B shown in FIG. 1B is finally formed.
  • the substrate on which the second laminated structure 21 is formed up to the Ta layer 107 is taken out from the first film forming apparatus, and is perpendicularly magnetized in a clean room under the atmosphere. Inspect anisotropic characteristics. Then, the substrate is introduced into the second film forming apparatus, and a part (oxidized part) of the Ta layer 107 is etched (etched back) under vacuum, and then the upper layer is formed from the CoFeB layer 106. Then, after forming up to the top electrode 112, it is taken out from the second film forming apparatus and inspected for MR characteristics.
  • the Co layer which is the uppermost layer of the [Co / Pt] stacked body 110A of the second stacked structure 21, is formed to be relatively thick, and then taken out from the first film forming apparatus to perform a characteristic inspection.
  • the Ta layer 107 may be formed after part of the Co layer is etched by the second film forming apparatus.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a manufacturing system 400 including single core sputtering apparatuses 410 and 420 as a first film forming apparatus and a second film forming apparatus used in the method for manufacturing a perpendicular magnetization type MTJ element according to the present embodiment. It is.
  • the sputtering apparatus 410 is a first film forming apparatus that forms the first stacked structure 10
  • the sputtering apparatus 420 is a second film forming that forms the second stacked structure 20.
  • the sputtering apparatus 410 is a first film forming apparatus that forms the second stacked structure 21
  • the sputtering apparatus 420 is a second film forming apparatus that forms the first stacked structure 11.
  • the manufacturing system 400 also includes characteristic inspection apparatuses 430 and 440.
  • the characteristic inspection apparatus 430 is a CIPT measuring instrument for inspecting MR characteristics
  • the characteristic inspection apparatus 440 is a vertical inspection apparatus. It is a VSM measuring device for inspecting magnetic anisotropy characteristics.
  • the characteristic inspection device 430 is a VSM measurement device
  • the characteristic inspection device 440 is a CIPT measurement device. The following description relates to the manufacturing system 400 of the top-pin type vertical MTJ element 100A unless otherwise specified.
  • the bottom-pin type vertical MTJ element 100B has a difference in the order of layers to be formed and the target material to be used. The same except for the differences.
  • the sputtering apparatus 410 includes an EFEM (Equipment Front End Module) 411, a load lock chamber 412, a vacuum transfer chamber 413, an etching chamber 414, metal deposition chambers 415 to 417, an oxidation chamber 418, and a degassing chamber 419. Keep in vacuum.
  • EFEM Equipment Front End Module
  • the EFEM 411 carries the substrate into and out of the load lock chamber 412, and the load lock chamber 412 adjusts the room to a vacuum state and then sends the substrate to the vacuum transfer chamber 413.
  • the vacuum transfer chamber 413 includes a robot loader for loading and unloading a substrate on a robot feeder (not shown) in each of the chambers 414 to 419.
  • the etching chamber 414 performs dry etching processing such as capacitively coupled (CCP) plasma etching, inductively coupled (ICP) plasma etching, or ion beam etching on the substrate.
  • target materials for forming each layer of the first stacked structure 10 for example, a Ta target, a CoFeB target, an Mg target, and the like are disposed, and each layer is formed on the substrate by a sputtering process.
  • the oxidation chamber 418 performs an oxidation process on the substrate.
  • the sputtering apparatus 420 includes an EFEM 421, a load lock chamber 422, a vacuum transfer chamber 423, an etching chamber 424, metal deposition chambers 425 to 428, and a degas chamber 429, and each chamber is kept in a vacuum.
  • the EFEM 421, the load lock chamber 422, the vacuum transfer chamber 424, and the degas chamber 429 are the same as those of the sputtering apparatus 410.
  • target materials for forming each layer of the second laminated structure 20, such as a Co target, a Pt target, a Ru target, and a Ta target are arranged, and each layer is formed on the substrate by a sputtering process. To do.
  • the substrate is transferred between the sputtering apparatuses 410 and 420 and the characteristic inspection apparatuses 430 and 440 by a transfer path (not shown) or an operator.
  • the substrate 101 is loaded into the load lock chamber 412 via the EFEM 411 of the first film forming apparatus 410 and the robot loader of the vacuum transfer chamber 413 is driven, whereby the substrate is loaded from the load lock chamber 412 to a predetermined substrate processing chamber 414.
  • the substrate is loaded from the load lock chamber 412 to a predetermined substrate processing chamber 414.
  • the first film forming apparatus 410 removes impurities and the like attached on the substrate 101 by etching, and then the lower electrode 102, the Ta layer 103, and the CoFe layer on the substrate 101. 104, the MgO layer 105, the CoFeB layer 1006 as a reference layer, and the Ta layer 107 are formed in this order by sputtering, and the first stacked structure 10 is formed.
  • the first film forming apparatus 410 removes impurities and the like attached on the substrate 101 by etching, and then lower electrode 102, Ta layer 103, and stacked body 110A. , 110B are sequentially formed by a sputtering method, and the second stacked structure 21 is formed.
  • the substrate is discharged from the first film forming apparatus 410 through the load lock chamber 412 and the EFEM 411 and exposed to the atmosphere, and the characteristic inspection apparatus 430 performs characteristic inspection (MR characteristic inspection or perpendicular magnetic anisotropy). Inspection of characteristics).
  • the substrate is loaded into the load lock chamber 422 via the EFEM 421 of the second film forming apparatus 420 and the robot loader of the vacuum transfer chamber 423 is driven, whereby the substrate is loaded from the load lock chamber 422 to a predetermined substrate processing chamber 424-.
  • the second stacked structure 20 (or the first stacked structure 11) is formed.
  • the second film formation apparatus 420 removes the impurities attached to the Ta layer 107 and the oxide film formed on the Ta layer by etching, and then stacks 110A, The Ru layer 110C, the stacked body 110B, the Ru layer 115, the Ta layer 111, and the upper electrode 112 are sequentially formed by a sputtering process.
  • the second film forming apparatus 420 removes the impurities attached to the Ta layer 107 and the oxide film formed on the Ta layer by the etching process, and then the CoFe layer.
  • Top-pin type vertical MTJ element 100A (or Bottom-pin type vertical MTJ element 100B) is discharged from the second film forming apparatus 420 and then subjected to the perpendicular magnetic anisotropy characteristics in the characteristic inspection apparatus 440. (Or MR characteristics) is inspected.
  • the MgO layer 105 may be formed by radio frequency (RF) sputtering using an MgO target, or after forming an Mg layer on a CoFeB layer by sputtering using an Mg target, the Mg layer You may form by performing an oxidation process with respect to. Further, the Mg film forming process and the oxidizing process may be performed in the same substrate processing chamber in the first film forming apparatus 410 (or the second film forming apparatus 420), and the metal deposition chamber and the oxidation chamber are used. May be performed in different substrate processing chambers.
  • RF radio frequency
  • a double core sputtering apparatus 500 as shown in FIG. 5 may be used as a film forming apparatus used in the method for manufacturing a perpendicular magnetization type MTJ element. Also in the double core sputtering apparatus 500, the manufacturing method of the perpendicular magnetization type MTJ element according to the present embodiment can be performed, and the number of chambers that can be subjected to film formation in one film forming apparatus is increased, so that compared with a single core sputtering apparatus. More perpendicular magnetization type MTJ elements can be manufactured.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the top-pin type vertical MTJ element 100A of the perpendicular magnetization type MTJ element according to this embodiment.
  • the first stacked structure 10 is formed by sequentially forming the bottom electrode 102, the Ta layer 103, the CoFeB layer 104, the MgO layer 105, the CoFeB layer 106, and the Ta layer 107 on the substrate 101 in the first film forming apparatus 410. To do. As described above, the CoFeB layer 106 may be formed relatively thick, and the Ta layer 107 may be included in the second stacked structure 20 without including the Ta layer 107 in the first stacked structure 10.
  • the substrate on which the first laminated structure 10 is formed is taken out from the first film forming apparatus 410 and exposed to the atmosphere to form an electrode layer and the like necessary for characteristic inspection.
  • MR characteristic inspection is performed in characteristic inspection apparatus 430 which is a CIPT measuring instrument. Accordingly, since the characteristic inspection is performed on the substrate on which only the first laminated structure 10 before the second laminated structure 20 is formed, the management of the characteristics due to the first laminated structure 10 is facilitated. Can do.
  • the uppermost layer (Ta layer 107 or CoFeB layer 106) of the first stacked structure 10 is naturally oxidized by exposure to the atmosphere, so the second film formation is performed.
  • An etching process is performed in the apparatus 420.
  • the etching process is dry etching using Ar gas, for example, capacitive coupling (CCP) plasma etching, inductive coupling (ICP) plasma etching, ion beam etching, or the like.
  • the first layer 112A (the Ta layer 107 if necessary), the stacked body 110A, the Ru layer 110C, the stacked body 110B, the Ru layer 115, the Ta layer 111, and the top electrode 112 are formed.
  • a two-layer structure 20 is formed. Since the characteristic inspection (MR characteristic) for the first laminated structure 10 has already been performed, after the second laminated structure 20 is formed, in the characteristic inspection apparatus 440 that is a VSM measuring device, a characteristic different from the MR characteristic is obtained in S606. That is, the perpendicular magnetic anisotropy characteristic is inspected.
  • MR characteristic characteristic inspection
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the bottom-pin type vertical MTJ element 100B of the perpendicular magnetization type MTJ element according to the present embodiment.
  • the bottom electrode 102, the Ta layer 103, the Ru layer 106, the stacked body 110 ⁇ / b> B, the Ru layer 110 ⁇ / b> C, the stacked body 110 ⁇ / b> A, and the Ta layer 107 are sequentially formed on the substrate 101 in the first film forming apparatus 410.
  • Structure 21 is formed.
  • the uppermost Co layer of the stacked body 110A may be formed relatively thick so that the Ta layer 107 is not included in the second stacked structure 21 and the Ta layer 107 is included in the first stacked structure 11. .
  • the substrate on which the second laminated structure 21 is formed is taken out from the first film forming apparatus 410 and exposed to the atmosphere to form an electrode layer and the like necessary for characteristic inspection.
  • the perpendicular magnetic anisotropy characteristic is inspected in the characteristic inspection apparatus 430 which is a VSM measuring instrument.
  • step S704 after the characteristic inspection of the second stacked structure 21 is completed, the uppermost layer (Ta layer 107 or Co layer) of the second stacked structure 21 is naturally oxidized by exposure to the atmosphere.
  • Etching is performed at 420.
  • the etching process is dry etching using Ar gas, for example, capacitive coupling (CCP) plasma etching, inductive coupling (ICP) plasma etching, ion beam etching, or the like.
  • CCP capacitive coupling
  • ICP inductive coupling
  • the first stacked structure 11 is formed in the second film forming apparatus 420 by forming the Ta layer 107 (if necessary), the CoFeB layer 106, the MgO layer 105, the CoFeB layer 104, the Ta layer 111, and the top electrode 112. Form. Since the characteristic inspection (perpendicular magnetic anisotropy characteristic) has already been performed on the second laminated structure 21, after forming the first laminated structure 11, MR is performed in the characteristic inspection apparatus 440 that is a CIPT measuring instrument in S 706. A property check is performed.
  • the MR characteristic is obtained at the stage of forming the first stacked structure including the CoFeB layer 104, the MgO layer 105, and the CoFeB layer 106.
  • the perpendicular magnetic anisotropy characteristics can be inspected at the stage where the second stacked structure having the stacked bodies 110A and 110B is formed.
  • a device formed by each device is formed between the device that forms the first stacked structure and the device that forms the second stacked structure.
  • the perpendicular magnetic anisotropy characteristics are ensured, and even if a defect occurs in the film forming apparatus that forms the first stacked structure, the second A laminated structure can be formed.
  • throughput can be improved by increasing the number of modules for substrate processing. For example, by using the double core sputtering apparatus 500 shown in FIG. 5, the throughput can be increased approximately twice as much as that of the single core sputtering apparatus 410 or 420 shown in FIG. 4.
  • both the MR characteristic and the perpendicular magnetic anisotropy characteristic inspection are performed on the perpendicular magnetization type MTJ element in which both the first laminated structure and the second laminated structure are formed. Therefore, for example, when a deviation from the expected value occurs in the MR characteristics due to the first laminated structure, the perpendicular magnetic anisotropy characteristics due to the second laminated structure are normal even if the perpendicular magnetic anisotropy characteristics are normal. All the type MTJ elements had to be discarded, and the film forming process for forming the second stacked structure was wasted, resulting in production loss costs.
  • the manufacturing method of the perpendicular magnetization type MTJ element according to the present invention is not limited to the production of the perpendicular magnetization type MTJ element having the configuration shown in FIGS. It is also applicable to. Further, by using the manufacturing method according to the present invention, it is possible to reduce the cost for adjusting the conditions of the film forming apparatus for the perpendicular magnetization type MTJ element having the desired characteristics.

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Abstract

　本発明の一実施形態は、ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、第１及び第２積層構造のうちの一方を基板上に形成する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板を大気に暴露し、その特性を検査する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板上に、第１及び第２積層構造のうちの他方を形成する工程とを有することを特徴とする製造方法を提供する。

Description

垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法
　本発明は、垂直磁化型磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic　Tunnel　Junction）素子の製造方法に関する。
　次世代ＳＴＴ－ＭＲＡＭ（Spin　Transfer　Torque　Magnetoresistive　Random　Access　Memory）では、磁化方向が膜面に対して垂直に向いている垂直磁化型ＭＴＪ素子が使用される。垂直磁化型ＭＴＪ素子を構成する各層は、非常に薄いため、成膜工程の途中で大気に暴露されるとその特性が劣化しやすい。このため、非特許文献１の技術では、バリア層と垂直磁気異方性層の特性劣化を防止するために全ての工程は真空内で一貫して行われる。
　一方、ＭＴＪの製造工程の管理では、ＭＲ（磁気抵抗効果）特性および垂直磁気特性をそれぞれ測定する必要がある。そのため、非特許文献１の技術では、ＭＲ（磁気抵抗）特性と垂直磁気異方性特性の検査を、完成後の垂直磁化型ＭＴＪ素子に対して行っている。
D.　C.　Worledge　et　al.,　Appl.　Phys.　Lett.　98,　022501　(2011)
　しかしながら、完成後の垂直磁化型ＭＴＪ素子に対して特性検査を行う従来の方法では、所期の特性が得られず歩留まりが悪化する等のトラブル発生時に、その原因を特定することが困難であるという問題がある。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑み、ＭＲ特性の検査を行う工程と垂直磁気異方性特性の検査を行う工程とを分割する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法を提供することを目的にする。
　本発明の一実施形態は、ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、第１及び第２積層構造のうちの一方を基板上に形成する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板を大気に暴露し、該基板の特性を検査する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板上に、第１及び第２積層構造のうちの他方を形成する工程とを有することを特徴とする製造方法を提供する。
　本発明の一実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法によれば、垂直磁化型ＭＴＪ素子の特性管理を簡素化することができる。具体的には、ＭＲ特性に影響する積層構造を形成する工程と垂直磁気異方性特性に影響する積層構造を形成する工程とを分割し、ＭＲ特性と垂直磁気異方性特性の検査工程をそれぞれ別々に行うため、所期の特性が得られない等のトラブル発生時に、どの積層構成に原因があるかの特定を容易にすることができる。
Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。 Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。 Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。 シングルコアのスパッタリング装置を含む製造システムの概略構成図である。 ダブルコアのスパッタリング装置の概略構成図である。 Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の製造方法に係るフローチャートである。 Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の製造方法に係るフローチャートである。
［第１実施形態］
　図１Ａ及び１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。なお、図面に描かれた各層の厚みは、実際に製造される垂直磁化型ＭＴＪ素子の各層の相対的な厚さを示唆するものではなく、あくまで概略的に描いている。
　垂直磁化型ＭＴＪ素子には、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａ（図１Ａ）と、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ（図１Ｂ）がある。
　図１Ａに示すTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａについて説明する。Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａは、シリコン等の基板１０１上に下部電極１０２、Ｔａ層（シード層）１０３、フリー層（磁化自由層）としてのＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層（トンネルバリア層）１０５、及び、リファレンス層（磁化固定層）としてのＣｏＦｅＢ層１０６を順に備える。
　さらに、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａは、ＣｏＦｅＢ層１０６の上にＴａ層１０７、超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５（キャップ層）、Ｔａ層１１１、及び上部電極１１２を順に備える。［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、所定数のＣｏ層とＰｔ層とが交互に積層されたものであり、Ｒｕ層１１０Ｃは、上下の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを磁気的に結合させるための層である。
　なお、限定されないが、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層及びＰｔ層の交互積層回数は３～５回であり、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＢのＣｏ層及びＰｔ層の交互積層回数は８～１５回である。また、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、Ｐｔ層の代わりにＰｄ層を用いた［Ｃｏ／Ｐｄ］積層体としてもよい。また、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６、Ｔａ層１０７及びＲｕ層１１０Ｃの厚さは、例えばそれぞれ１０ｎｍ、１．１ｎｍ、１ｎｍ以下、１．４ｎｍ及び０．３ｎｍである。　
　図１Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂは、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの各層を含むものであるが、基板１０１から遠い側にリファレンス層（磁化固定層）としてのＣｏＦｅＢ層１０６が配置され、それに伴い積層体１１０Ｂ、１１０Ａが基板１０１とＣｏＦｅＢ層１０６の間に設けられている。また、積層体１１０Ｂの下にシード層としてのＲｕ層１１６をさらに含み、Ｒｕ層１１６は、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ｂの結晶配向を向上させるための層である。図１Ａ、図１Ｂの構造は垂直ＭＴＪ素子の一例であって、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、垂直磁化を有する材料であっても良い。例えば、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂの代わりに、ＴｂＦｅＣｏ、［Ｃｏ／Ｎｉ］積層体、規則化合金であるＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ等を用いてもよい。
　本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子（Top-pin型及びBottom-pin型）の構成は、ここに示した構成に限定されず、垂直磁化型ＭＴＪ素子の機能を損なわない範囲で層の増減、各層の構成材料の変更又は上下の積層順の逆転等の任意の変更を行った構成であってもよい。
　次に、図２Ａ～２Ｄを用いて、垂直磁化型ＭＴＪ素子のTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法における分割成膜について説明する。
　まず、本実施形態に係るTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法では、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの第１積層構造１０に係る部分を基板上に形成後に特性検査してから、Top-pin型垂直磁化型ＭＴＪ素子１００Ａの第２積層構造２０に係る部分をさらに形成し特性検査を行うものである。ここで、第１積層構造１０は、少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２０は、少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含む。
　より詳細には、第１成膜装置において真空下で第１積層構造１０を基板１０１上に形成した後、第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置から取出し、大気中に暴露して、そのＭＲ特性を検査する。そして、別の第２成膜装置において真空下でエッチバック（Etchback）工程を行った後、第２積層構造２０をさらに形成してTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａを形成した後、第２成膜装置から取り出し、その垂直磁気異方性特性を検査する。
　ここで、ＭＲ特性の検査は、第１積層構造１０を形成する前に基板に対して当該検査に必要な下部電極層を形成し、さらに第１積層構造１０が形成された基板に対して当該検査に必要な上部電極層等を形成した後、ＣＩＰＴ測定器（ＣＩＰＴ：Current　In-Plane　Tunneling）等を用いて行われ、垂直磁気異方性特性の検査は、ＶＳＭ測定器（ＶＳＭ：Vibrating　Sample　Magnetometer）等を用いて行われる。また、これらの特性検査は、塵埃の少ないクリーンルーム内で行われる。なお、第１成膜装置のみによって第１積層構造１０及び第２積層構造２０の両方を形成し、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａを製造できるのであれば、別の第２成膜装置を用いる必要はない。
　第１積層構造１０と第２積層構造２０への垂直磁化型ＭＴＪ素子の分割は、Ｔａ層１０７（「SpacerTa」ともいう。）を基準に行う。なお、第１積層構造１０が少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２０が少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含んでいれば、他の層を当該分割の基準としてもよい。図２Ａに示すように、エッチングで削られることを想定して、第１積層構造１０のＴａ層１０７を比較的厚く形成しておくとよい。このＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６、超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂの各層は２ｎｍ以下の膜厚で制御することにより、垂直磁化型ＭＴＪ素子の機能が発揮される。本実施形態においては、あらかじめＴａ層１０７の膜厚を３ｎｍ程度成膜し、エッチバックで２ｎｍ以下に制御しているが、エッチバックする厚さを１ｎｍ以上にしてもよい。
　なお、大気に暴露されることによるＴａ層１０７の表面に生じる酸化膜の厚さは、大気下に置かれた時間や温度等に相関する酸素のＴａ層１０７内への拡散に依存するところがあるため、第１成膜装置で処理後の特性検査の検査時間や環境温度等を基に、どの程度の厚さの酸化膜がＴａ層１０７に生じるかが経験的に知ることができるため、エッチバック工程でどの程度Ｔａ層１０７を削ればよいかも経験的に知ることができる。
　図２Ｂに示すように、Ｔａ層１０７の一部をエッチングする工程（エッチバック工程）後、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層から形成していき、最終的に図１Ａに示すTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａが形成される。
　すなわち、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、真空下でＴａ層１０７まで第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置から取り出し、大気下のクリーンルーム内でＭＲ特性の検査を行う。そして、当該基板を第２成膜装置に導入し、真空下でＴａ層１０７の一部（酸化された部分）をエッチング（エッチバック工程）した後、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層から上の層を形成していき、Top　electrode１１２まで形成した後に、第２成膜装置から取り出し、垂直磁気異方性特性の検査を行う。
　なお、図２Ｃに示すように、Ｔａ層１０７の一部をエッチング（エッチバック工程）後に、再度Ｔａ層１０７Ａから形成しても良い。なお、Ｔａ層１０７及びＴａ層１０７Ａの形成は同じ材料及び成膜条件で行う。また、図２Ｄに示すようにＣｏＦｅＢ層１０６を比較的厚く形成してから第１成膜装置から取出し特性検査を行ない、第２成膜装置でＣｏＦｅＢ層１０６の一部をエッチングした後にＴａ層１０７から形成しても良い。
　次に、図３Ａ～３Ｃを用いて、垂直磁化型ＭＴＪ素子（Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ）の製造方法における分割成膜について説明する。
　上記と同様に、本実施形態に係るBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造方法では、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの第２積層構造２１に係る部分を基板上に形成後に特性検査してから、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの第１積層構造１１に係る部分をさらに形成し特性検査を行うものである。ここで、第１積層構造１１は、少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２１は、少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含む。
　図３Ａに示すように第２積層構造２１のＴａ層１０７を比較的厚く形成し、図３Ｂに示すようにＴａ層１０７の一部をエッチングする工程（エッチバック工程）後、第１積層構造１１のＣｏＦｅＢ層１０６から形成していき、最終的に図１Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂが形成される。
　この図３Ａ、３Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、Ｔａ層１０７まで第２積層構造２１が形成された基板を第１成膜装置から取り出し、大気下のクリーンルーム内で垂直磁気異方性特性の検査を行う。そして、当該基板を第２成膜装置に導入し、真空下でＴａ層１０７の一部（酸化された部分）をエッチング（エッチバック工程）した後、ＣｏＦｅＢ層１０６から上の層を形成していき、Top　electrode１１２まで形成した後に、第２成膜装置から取り出し、ＭＲ特性の検査を行う。
　なお、図３Ｃに示すように、第２積層構造２１の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａの最上層であるＣｏ層を比較的厚く形成してから第１成膜装置から取り出し特性検査を行い、第２成膜装置で当該Ｃｏ層の一部をエッチングした後にＴａ層１０７から形成してもよい。
　図４は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法で使用する第１成膜装置及び第２成膜装置としてのシングルコアのスパッタリング装置４１０、４２０を含む製造システム４００の概略構成図である。
　Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、スパッタリング装置４１０は、第１積層構造１０を形成する第１成膜装置であり、スパッタリング装置４２０は、第２積層構造２０を形成する第２成膜装置である。他方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、スパッタリング装置４１０は、第２積層構造２１を形成する第１成膜装置であり、スパッタリング装置４２０は、第１積層構造１１を形成する第２成膜装置である。
　製造システム４００は、特性検査装置４３０、４４０も含み、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、特性検査装置４３０は、ＭＲ特性を検査するＣＩＰＴ測定器であり、特性検査装置４４０は、垂直磁気異方性特性を検査するＶＳＭ測定器である。他方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、特性検査装置４３０はＶＳＭ測定器であり、特性検査装置４４０は、ＣＩＰＴ測定器である。以下の説明は、特に断りの無い限り、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造システム４００に関するが、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂについては、形成する層の順番の違いや使用するターゲット材料の違いを除いて同様である。
　スパッタリング装置４１０は、ＥＦＥＭ（Equipment　Front　End　Module）４１１、ロードロックチャンバ４１２、真空搬送チャンバ４１３、エッチングチャンバ４１４、金属堆積チャンバ４１５～４１７、酸化チャンバ４１８及び脱ガスチャンバ４１９を備え、各チャンバ内は真空に保たれる。
　ＥＦＥＭ４１１は、基板をロードロックチャンバ４１２内に搬入及び搬出し、ロードロックチャンバ４１２は、室内を真空状態へ調整した後、基板を真空搬送チャンバ４１３へ送る。真空搬送チャンバ４１３は、各チャンバ４１４～４１９内のロボットフィーダ（不図示）に基板を搭載及び脱離させるためのロボットローダを備える。エッチングチャンバ４１４は、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング又はイオンビームエッチング等のドライエッチング処理を基板に対して行う。金属堆積チャンバ４１５～４１７には、第１積層構造１０の各層を形成するためのターゲット材料、例えばＴａターゲット、ＣｏＦｅＢターゲット及びＭｇターゲット等が配置され、スパッタリング処理により各層を基板上に形成する。酸化チャンバ４１８は、基板に対して酸化処理を行う。
　スパッタリング装置４２０は、ＥＦＥＭ４２１、ロードロックチャンバ４２２、真空搬送チャンバ４２３、エッチングチャンバ４２４、金属堆積チャンバ４２５～４２８及び脱ガスチャンバ４２９を備え、各チャンバ内は真空に保たれる。ＥＦＥＭ４２１、ロードロックチャンバ４２２、真空搬送チャンバ４２４、脱ガスチャンバ４２９は、スパッタリング装置４１０のものと同様である。金属堆積チャンバ４２５～４２８には、第２積層構造２０の各層を形成するためのターゲット材料、例えばＣｏターゲット、Ｐｔターゲット、Ｒｕターゲット及びＴａターゲット等が配置され、スパッタリング処理により各層を基板上に形成する。
　スパッタリング装置４１０、４２０と特性検査装置４３０、４４０間の基板の搬送は、搬送路（不図示）又はオペレータにより行われる。
　以下さらに詳細に説明する。まず、第１成膜装置４１０のＥＦＥＭ４１１を介してロードロックチャンバ４１２に基板１０１を搬入し、真空搬送チャンバ４１３のロボットローダを駆動させることによって、ロードロックチャンバ４１２から基板を所定の基板処理チャンバ４１４～４１９に順次移動させ、第１積層構造１０（又は第２積層構造２１）を形成する。
　Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、第１成膜装置４１０において、エッチング処理によって基板１０１上に付着した不純物等を除去し、その後基板１０１上に下部電極１０２、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅ層１０４、ＭｇＯ層１０５、リファレンス層としてのＣｏＦｅＢ層１００６、及びＴａ層１０７を順にスパッタリング処理によって形成し、第１積層構造１０を形成する。
　一方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、第１成膜装置４１０において、エッチング処理によって基板１０１上に付着した不純物等を除去した後、下部電極１０２、Ｔａ層１０３、及び積層体１１０Ａ、１１０Ｂを順にスパッタリング法によって形成し、第２積層構造２１を形成する。
　次に、基板をロードロックチャンバ４１２及びＥＦＥＭ４１１を介して第１成膜装置４１０から排出して大気に暴露し、特性検査装置４３０において当該基板の特性検査（ＭＲ特性の検査又は垂直磁気異方性特性の検査）を行う。その後、第２成膜装置４２０のＥＦＥＭ４２１を介してロードロックチャンバ４２２に基板を搬入し、真空搬送チャンバ４２３のロボットローダを駆動させることによって、ロードロックチャンバ４２２から基板を所定の基板処理チャンバ４２４～４２９に順次移動させ、第２積層構造２０（又は第１積層構造１１）を形成する。
　Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、第２成膜装置４２０において、エッチング処理によってＴａ層１０７上に付着した不純物及びＴａ層に形成された酸化膜等を除去し、その後積層体１１０Ａ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５、Ｔａ層１１１及び上部電極１１２を順にスパッタリング処理によって形成する。一方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、第２成膜装置４２０において、エッチング処理によってＴａ層１０７上に付着した不純物及びＴａ層に形成された酸化膜等を除去し、その後ＣｏＦｅ層１０６、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０４、Ｔａ層１１１及び上部電極１１２を順にスパッタリング処理によって形成する。最終的に形成されたTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａ（又はBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ）は、第２成膜装置４２０から排出された後、特性検査装置４４０において垂直磁気異方性特性（又はＭＲ特性）の検査が行われる。
　なお、ＭｇＯ層１０５は、ＭｇＯターゲットを用いた高周波（ＲＦ）スパッタリング処理によって形成してもよいし、Ｍｇターゲットを用いたスパッタリング処理によってのＣｏＦｅＢ層の上にＭｇ層を成膜した後に当該Ｍｇ層に対して酸化処理を行うことにより形成してもよい。また、Ｍｇの成膜処理と酸化処理とは、第１成膜装置４１０（又は第２成膜装置４２０）内の同じ基板処理チャンバ内で行われてもよく、金属堆積チャンバと酸化チャンバを用いた異なる基板処理チャンバ内で行われてもよい。
　また、垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法で使用する成膜装置として、図５に示すようなダブルコアのスパッタリング装置５００を用いてもよい。ダブルコアのスパッタリング装置５００においても本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法を行うことができ、一つの成膜装置において成膜処理できるチャンバの数が増えるため、シングルコアのスパッタリング装置に比べより多くの垂直磁化型ＭＴＪ素子を製造することができる。
　図６は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子のTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法を説明するフローチャートである。
　Ｓ６０１で、第１成膜装置４１０において基板１０１上にBottom　electrode１０２、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６及びＴａ層１０７を順に形成することにより、第１積層構造１０を形成する。なお、上記のとおり、ＣｏＦｅＢ層１０６を比較的厚く形成し、第１積層構造１０にＴａ層１０７を含めず、第２積層構造２０にＴａ層１０７を含めるようにしてもよい。
　Ｓ６０２で、第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置４１０から取出し、大気に暴露し、特性検査に必要な電極層等を形成する。Ｓ６０３で、ＣＩＰＴ測定器である特性検査装置４３０においてＭＲ特性の検査が行われる。これにより、第２積層構造２０が形成される前の第１積層構造１０のみが形成された基板に対して特性検査を行うため、第１積層構造１０に起因する特性の管理を容易にすることができる。
　次に、Ｓ６０４で、第１積層構造１０の特性検査の完了後、第１積層構造１０の最上層（Ｔａ層１０７又はＣｏＦｅＢ層１０６）が大気暴露により自然酸化されているため、第２成膜装置４２０においてエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、Ａｒガスを使用したドライエッチングであり、例えば、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング、イオンビームエッチング等である。
　Ｓ６０５で、第２成膜装置４２０において、（必要であればＴａ層１０７）、積層体１１０Ａ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５、Ｔａ層１１１及びTop　electrode１１２を形成することにより、第２積層構造２０を形成する。そして、既に第１積層構造１０に対する特性検査（ＭＲ特性）が行われているため、第２積層構造２０を形成した後、Ｓ６０６で、ＶＳＭ測定器である特性検査装置４４０においてＭＲ特性と異なる特性、つまり垂直磁気異方性特性の検査が行われる。
　図７は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子のBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造方法を説明するフローチャートである。
　Ｓ７０１で、第１成膜装置４１０において基板１０１上にBottom　electrode１０２、Ｔａ層１０３、Ｒｕ層１０６、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ａ及びＴａ層１０７を順に形成することにより、第２積層構造２１を形成する。なお、上記のとおり、積層体１１０Ａの最上のＣｏ層を比較的厚く形成し、第２積層構造２１にＴａ層１０７を含めず、第１積層構造１１にＴａ層１０７を含めるようにしてもよい。
　Ｓ７０２で、第２積層構造２１が形成された基板を第１成膜装置４１０から取出し、大気に暴露し、特性検査に必要な電極層等を形成する。Ｓ７０３で、ＶＳＭ測定器である特性検査装置４３０において垂直磁気異方性特性の検査が行われる。これにより、第１積層構造１１が形成される前の第２積層構造２１のみが形成された基板に対して特性検査を行うため、第２積層構造２１に起因する特性の管理を容易にすることができる。
　次に、Ｓ７０４で、第２積層構造２１の特性検査の完了後、第２積層構造２１の最上層（Ｔａ層１０７又はＣｏ層）が大気暴露により自然酸化されているため、第２成膜装置４２０においてエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、Ａｒガスを使用したドライエッチングであり、例えば、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング、イオンビームエッチング等である。
　Ｓ７０５で、第２成膜装置４２０において、（必要であればＴａ層１０７）、ＣｏＦｅＢ層１０６、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０４、Ｔａ層１１１及びTop　electrode１１２を形成することにより、第１積層構造１１を形成する。そして、既に第２積層構造２１に対する特性検査（垂直磁気異方性特性）が行われているため、第１積層構造１１を形成した後、Ｓ７０６で、ＣＩＰＴ測定器である特性検査装置４４０においてＭＲ特性の検査が行われる。
　以上のように、垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造の途中と完成後に特性検査を分けることにより、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を有する第１積層構造を形成した段階でＭＲ特性を、積層体１１０Ａ、１１０Ｂを有する第２積層構造を形成した段階で垂直磁気異方性特性を検査することができる。これにより、第１積層構造を形成する装置と第２積層構造を形成する装置とで、各装置による形成物（第１若しくは第２積層構造のみが形成された基板、又は第１及び第２積層構造が形成された基板）の特性が所期のものとなるように、各装置の条件（スパッタリング制御条件等）や各層の膜厚及び材料の種類等を調整すればよいため、各装置での役割は明確となり、垂直磁化型ＭＴＪ素子の特性の管理を簡素化することができる。
　例えば、各層の膜厚を管理して第２積層構造を形成するだけで垂直磁気異方性特性が保障され、第１積層構造を形成する成膜装置に不具合が発生していても、第２積層構造を形成することは可能となる。また、成膜に用いるそれぞれの装置で、基板処理を行うモジュール数を増やすことでスループットの向上を図ることができる。例えば、図５に示すダブルコアのスパッタリング装置５００を用いることにより、図４に示すシングルコアのスパッタリング装置４１０又は４２０よりも約２倍のスループットの増加が図られる。
　また、従来の方法では、第１積層構造と第２積層構造の両方が形成された垂直磁化型ＭＴＪ素子に対してＭＲ特性及び垂直磁気異方性特性の両方の特性検査を行っていた。そのため、例えば第１積層構造に起因するＭＲ特性で所期値からのずれが発生した場合には、第２積層構造に起因する垂直磁気異方性特性がたとえ正常であったとしても、垂直磁化型ＭＴＪ素子全部を廃棄しなければならず、第２積層構造を形成した分の成膜処理が無駄となってしまい、製造ロスコストが発生していた。しかしながら、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法では、各装置にてトラブル発生時には、ＭＲ特性に問題があれば第１積層構造を形成した装置にトラブルが発生していると判断でき、又は垂直磁気異方性特性に問題があれば第２積層構造を形成した装置にトラブルが発生していると判断でき、問題のある装置の原因特定が容易となり、不具合発生時のロスコストも低減することができる。
（その他の実施形態）
　本発明に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法は、図１Ａ及び１Ｂに示す構成を有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造に限定されるものではなく、どのような種類の垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造にも適用可能である。また、本発明に係る製造方法を用いることで、所期の特性を有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の成膜装置の条件調整に係るコストを低減することができる。
１０：第１積層構造
１１：第１積層構造
２０：第２積層構造
２１：第２積層構造
１０４：ＣｏＦｅＢ層
１０５：ＭｇＯ層
１０６：ＣｏＦｅＢ層
１０７：Ｔａ層
１１０Ａ：積層体
１１０Ｂ：積層体
 

 

Claims (4)

  1. 　ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、
    　前記第１及び第２積層構造のうちの一方を基板上に形成する工程と、
    　前記第１及び第２積層構造のうちの前記一方が形成された基板を大気に暴露し、該基板の特性を検査する工程と、
    　前記第１及び第２積層構造のうちの前記一方が形成された基板上に、前記第１及び第２積層構造のうちの他方を形成する工程とを有することを特徴とする垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法。
  2. 　前記特性を検査する工程の後であって前記他方を形成する工程の前に、前記第１及び第２積層構造のうちの前記一方の最上層の一部をエッチング処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 　前記最上層は、前記第１積層構造に含まれるＴａ層又は前記ＣｏＦｅＢ層であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
  4. 　前記最上層は、前記第２積層構造に含まれるＴａ層又は前記積層体のＣｏ層であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。

     
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