專利名稱：磁阻元件的制造方法、用于該制造方法的存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置的再生磁頭、磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)元件和磁性傳 感器的磁阻元件，優(yōu)選隧道磁阻元件(特別是自旋閥型隧道磁阻元件)。此外，本發(fā)明涉及 磁阻元件的制造方法和用于該制造方法的存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)6、非專利文獻(xiàn)1、2中記載了由隧道阻礙層和設(shè)置在其兩側(cè) 的第一和第二鐵磁層(ferromagnetic layer)構(gòu)成的 TMR(隧道磁阻Tunneling Magneto Resistance)效應(yīng)元件。作為構(gòu)成該元件的第一和/或第二鐵磁層，使用含有Co原子、Fe 原子和B原子的合金(以下稱為CoFeB合金)。另外，作為該CoFeB合金層，記載了多晶結(jié) 構(gòu)的CoFeB合金層。另外，專利文獻(xiàn)2至專利文獻(xiàn)5、專利文獻(xiàn)7、非專利文獻(xiàn)1至非專利文獻(xiàn)5中記載 了將由單晶或多晶構(gòu)成的結(jié)晶性氧化鎂膜作為隧道阻礙膜使用的TMR元件。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2002-204004號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 國(guó)際公開(kāi)第2005/088745號(hào)小冊(cè)子專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2003-304010號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)2006-080116號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2006/0056115號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)6 美國(guó)專利第7252852號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)7 日本特開(kāi)2003-318465號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 :D. D. Djayaprawira 等著 “Applied Physics Letters",86, 092502(2005)非專利文獻(xiàn)2 湯淺新治等著“Japanese Journal of Applied Physics”第 43 卷， 第48號(hào)，第588-590頁(yè)，2004年4月2日發(fā)行非專利文獻(xiàn)3:C. L. Platt 等著 “J.Appl.Phys. ”81(8)，1997 年4 月 15 日非專利文獻(xiàn)4 H. Butler 等 “The American Physical Society" (Physical Review Vol. 63,054416)2001 年 1 月 8 日非專利文獻(xiàn)5 :S. P. Parkin 等著 “2004 Nature Publishing Group” Letters,第 862-887頁(yè)，2004年10月31日發(fā)行

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明的課題是提供一種磁阻元件的制造方法和用于該制造方法的存儲(chǔ)介質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比該制造方法具有得到了進(jìn)一步改善的高M(jìn)R比。用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的第一主題是磁阻元件的制造方法，其包括使用濺射法在基板上進(jìn)行形成 磁化固定層、磁化自由層和位于該磁化固定層與該磁化自由層之間的隧道阻礙層的成膜工 序，該磁阻元件的制造方法的特征在于，形成所述隧道阻礙層的成膜工序包括通過(guò)如下濺 射法來(lái)進(jìn)行形成結(jié)晶性氧化鎂層的成膜工序，該濺射法使用含有氧化鎂燒結(jié)體的相對(duì)密度 在90%以上的靶。本發(fā)明的第二主題是存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)了使用如下工序制造磁阻元件的控制程 序，所述工序是使用濺射法在基板上進(jìn)行形成磁化固定層、磁化自由層和位于該磁化固定 層與該磁化自由層之間的隧道阻礙層的成膜工序，該存儲(chǔ)介質(zhì)的特征在于，用于實(shí)施形成所述隧道阻礙層的成膜工序的控制程序是通過(guò)如下濺射法來(lái)實(shí)施 形成氧化鎂層的成膜工序的控制程序，該濺射法使用含有氧化鎂燒結(jié)體的相對(duì)密度90%以 上的靶。在本發(fā)明中，作為優(yōu)選實(shí)施方式包括下述的構(gòu)成。所述靶的相對(duì)密度設(shè)定在95. 0% 99. 9%的范圍內(nèi)。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，以使靶的直徑小于基板的直徑并且使通過(guò) 該靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)基板的中心點(diǎn)的法線交叉的方式來(lái)設(shè)置該靶和該基板，在使該 基板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)濺射法進(jìn)行形成結(jié)晶性氧化鎂層的成膜工序。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述基板以30rpm以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述基板以50rpm 500rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋 轉(zhuǎn)。在形成隧道阻礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基板的 中心點(diǎn)的法線以1° 60°的角度交叉。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基 板的中心點(diǎn)的法線以5° 45°的角度交叉。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān) 系為 0. Old ^ D ^ 0. 90d。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān) 系為 0. IOd ^ D ^ 0. 50d。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的 中心點(diǎn)的法線在偏離該基板的中心點(diǎn)的位置處交叉。在形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的 中心點(diǎn)的法線在偏離所述基板的最外周的位置處交叉。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以大幅度改善用現(xiàn)有的隧道磁阻效應(yīng)元件(以下稱為T(mén)MR元件) 所能實(shí)現(xiàn)的MR比。另外，本發(fā)明可批量生產(chǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，因此通過(guò)使用本發(fā)明，可有效地提 供能夠超高集成化的MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory 磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器) 的存儲(chǔ)元件。


圖1所示為本發(fā)明中用于MgO層的成膜的濺射裝置的一個(gè)例子的示意性截面圖。圖2為本發(fā)明中制造的磁阻元件的一個(gè)例子的示意性截面圖。圖3為本發(fā)明中制造的磁阻元件的柱狀晶體結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。圖4所示為制造本發(fā)明的磁阻元件的成膜裝置的一個(gè)例子的構(gòu)成的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明100 濺射陰極，101 濺射成膜室，102 靶，103 基板，104 基板支撐座，105 旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，106 旋轉(zhuǎn)軸，107 電力供給機(jī)構(gòu)，108 計(jì)算機(jī)，109 輸入輸出部，110 存儲(chǔ)介質(zhì)， 111 中央處理器(CPU)，112 基板103的中心法線，113 靶102的中心法線，114 基板103 面內(nèi)延長(zhǎng)線，115 靠近靶的基板的最外周側(cè)，116 基板103的中心點(diǎn)，117 靶102的中心 點(diǎn)，20:磁阻元件，21 基板，22 :TMR元件，221 =CoFeB鐵磁層(第五層)，222 隧道阻礙層 (第六層)，2231 =NiFeB鐵磁層(第八層磁化自由層)，2232 =CoFeB鐵磁層(第七層磁 化自由層)，23:下電極層(第一層基底層)，24:反鐵磁層(第二層)，25:鐵磁層(第三 層)，26 交換耦合用非磁性層(第四層)，27 上電極層(第九層)，觀硬掩模層(第十層)， 29 磁化固定層，400 磁阻元件制作裝置，401A 401C 成膜室，402 搬運(yùn)室，403 蝕刻 室，404 閘閥，405、406 負(fù)載鎖定和卸載鎖定室，31 35,41 45,51 54 陰極，407A 407C 電力輸入部，71 柱狀晶體的集合體，72 柱狀晶體
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的第一主題是磁阻元件的制造方法，本發(fā)明中制造的磁阻元件在基板上具 有磁化固定層、隧道阻礙層、磁化自由層。本發(fā)明的制造方法的特征在于，在所述隧道阻礙層的成膜工序中，使用相對(duì)密度 90%以上的氧化鎂(以下稱為MgO)燒結(jié)體進(jìn)行結(jié)晶性MgO層的成膜。以下列舉本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明。此外，在以下的說(shuō)明中，氧化鎂表示為MgO，鈷鐵硼合金表示為Coi^eB，鎳鐵硼合金 表示為Nii^eB，鈷鐵合金表示為Coi^e，鉬錳合金表示為PtMn。圖1所示為用于與本發(fā)明的制造方法相關(guān)的隧道阻礙層的成膜的濺射裝置的一 個(gè)例子的示意性截面圖。在圖1的裝置中，在濺射成膜室101的頂棚部設(shè)有濺射陰極100，該濺射陰極100 上安裝了靶102。濺射陰極100在頂棚部中以傾斜的狀態(tài)安裝。在濺射成膜室101的底面 部的中央，配置了通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)105和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸106設(shè)置成自由旋轉(zhuǎn)的基板支撐座 104，，基板103保持水平狀態(tài)而被搭載在該基板支撐座104上。因此，基板103在成膜時(shí)通 過(guò)基板支撐座104的旋轉(zhuǎn)而在面內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)?；逯巫?04的旋轉(zhuǎn)速度V可以設(shè)定 在恒定速度。另外，可以將旋轉(zhuǎn)速度V設(shè)定為可變速度，例如初期為低速(VI)，后半部分為 高速(V2)，或者初期為高速(V2)，后半部分為低速(Vl)等。此外，還可以按一次函數(shù)、二次 函數(shù)的比例使基板支撐座104的旋轉(zhuǎn)速度V可變化。在本發(fā)明中，用于隧道阻礙層的成膜的靶102是相對(duì)密度90%以上的MgO燒結(jié)體， 優(yōu)選相對(duì)密度為95. 0% 99. 9%。相對(duì)密度可以將根據(jù)使用了阿基米德法的“JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))_R1634”為基準(zhǔn)而測(cè)定的燒結(jié)密度除以理論密度來(lái)求出。此時(shí)的MgO的理論密度為3. 585g/cm3。MgO燒結(jié)體例如如下制備。首先通過(guò)以1質(zhì)量％ 10質(zhì)量％的含量將MgO粉末添 加到聚乙二醇等粘結(jié)劑中，再將其分散在乙醇分散液中來(lái)制作漿料。MgO粉末的平均粒徑 為0. 01 μ m 50 μ m，優(yōu)選為0. 1 μ m 10 μ m。用球磨機(jī)將該漿料濕式混合20小時(shí)以上， 然后干燥，將該干燥粉末在高溫下和高壓下燒成數(shù)小時(shí)，從而獲得MgO燒結(jié)體。優(yōu)選的燒成 溫度為1000°C 2000°C，優(yōu)選的燒成壓力為lOOOKg/cm2 2000Kg/cm2，優(yōu)選的燒成時(shí)間為 1小時(shí) 10小時(shí)。在上述燒成條件當(dāng)中，通過(guò)適當(dāng)選擇燒成溫度、燒成壓力和燒成時(shí)間，可以適當(dāng)選 擇燒結(jié)體的相對(duì)密度。例如，與以1200°C、1200Kg/cm2、l小時(shí)的條件燒成獲得的燒結(jié)體的 相對(duì)密度95. 5%比較，以1500°C、1500Kg/cm2、3小時(shí)的條件燒成獲得的燒結(jié)體的相對(duì)密度 可以得到諸如99. 8%的大數(shù)值。本發(fā)明中所使用的MgO燒結(jié)體中，能以IOppm IOOppm范圍的量含有各種微量成 分，例如Si原子、C原子、Al原子、Ca原子等。此外，在MgO燒結(jié)體中，所含有的B原子可以 在 Iatomic% 50atomic% 內(nèi)，優(yōu)選在 IOatomic% 2fetomic% 的范圍內(nèi)。通過(guò)靶102的中心點(diǎn)117的法線(以下稱為中心法線)113與通過(guò)在下方水平配 置的基板103的上面(被成膜面)的中心點(diǎn)116的法線(以下稱為中心法線)112以角度 θ交叉。角度θ優(yōu)選為Γ 60°，進(jìn)一步優(yōu)選為5° 45°。因此，從靶102到基板103 的濺射顆粒從斜向向基板103入射。在本發(fā)明中，可以配置該靶102和基板103，使得靶102的中心法線113與基板103 的被成膜面的面方向延長(zhǎng)線114在偏離基板103的中心點(diǎn)116的位置處交叉。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選配置基板和靶，使得靶102的中心法線113與基板103的 被成膜面的面方向延長(zhǎng)線114在從基板103的最外周115向外側(cè)偏離的位置處交叉。此時(shí)， 所述交叉的位置優(yōu)選是從接近靶102的基板103的最外周115到基板103的半徑的二分之 一以內(nèi)。即，所述交叉的位置是在從基板103的中心點(diǎn)116到半徑d dX 1. 5之間。此外，在本發(fā)明中，可以準(zhǔn)備靶102和基板103，使得靶102的半徑D與基板103的 半徑d的關(guān)系優(yōu)選為0. Old ^ D ^ 0. 90d，進(jìn)一步優(yōu)選為0. IOd^ D ^ 0. 50d。在本發(fā)明中，如上所述，使用了半徑小于基板103的半徑的靶102的情況下，通過(guò) 利用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)105的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的基板支撐座104和旋轉(zhuǎn)軸106的旋轉(zhuǎn)，從而使基板103旋轉(zhuǎn) 進(jìn)行成膜。此時(shí)的基板103的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選設(shè)定為30rpm以上，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為50rpm 500rpmo在本發(fā)明中，如上所述通過(guò)使用比基板103小的靶102，可以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化， 與使用直徑在基板直徑以上的大型靶進(jìn)行成膜的TMR元件比較，可以發(fā)揮同等或更高的性 能。尤其，由于實(shí)現(xiàn)了裝置的小型化，可以實(shí)現(xiàn)用于排氣的電力、用于產(chǎn)生等離子體的電力 的節(jié)能化。在圖1的裝置中，在保持靶102的濺射陰極100上，由電力供給機(jī)構(gòu)107的DC電 源(未圖示)施加規(guī)定的DC電力(例如IW 1000W，優(yōu)選IOW 300W)。此外，作為電力 供給裝置，可以使用RF電源以代替DC電源。在靶102與基板103之間，優(yōu)選地配置按任意定時(shí)進(jìn)行開(kāi)閉操作的快門(mén)機(jī)構(gòu)(未 圖示)。由此，即使在將電力供給靶102、從靶102放出濺射顆粒時(shí)，通過(guò)快門(mén)機(jī)構(gòu)的開(kāi)閉操作中的關(guān)閉操作，可以限制堆積在基板上。控制濺射裝置的操作的計(jì)算機(jī)108由CPU(中央處理器)111、存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ) 介質(zhì)110、輸入輸出部109構(gòu)成。計(jì)算機(jī)108可以使用規(guī)定性能的通用計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)介質(zhì) 110可以采用通用計(jì)算機(jī)中使用的、使用了硬盤(pán)介質(zhì)、磁光盤(pán)介質(zhì)、Floppy (注冊(cè)商標(biāo))盤(pán)介 質(zhì)、閃存、MRAM等非易失性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)等適宜的各種介質(zhì)。本發(fā)明中的存儲(chǔ)介質(zhì)是指前述硬盤(pán)介質(zhì)、磁光盤(pán)介質(zhì)、軟盤(pán)介質(zhì)、閃存、MRAM等所 有非易失性存儲(chǔ)器的、所有可儲(chǔ)存程序的介質(zhì)，也包括通常稱為記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)介質(zhì)。上述存儲(chǔ)介質(zhì)110中存儲(chǔ)控制程序，使得在圖1的濺射成膜室101內(nèi)，由MgO燒結(jié) 體構(gòu)成的相對(duì)密度90%以上的靶102被濺射，濺射顆粒在基板103上堆積。本發(fā)明中使用的計(jì)算機(jī)108將存儲(chǔ)介質(zhì)110中存儲(chǔ)的程序控制用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)暫時(shí)存 儲(chǔ)在CPU 11中。而且，這里為了根據(jù)控制程序進(jìn)行運(yùn)算處理，控制信號(hào)從輸入輸出部109 發(fā)送到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)105和電力供給部107。根據(jù)該控制信號(hào)，通過(guò)控制與驅(qū)動(dòng) 馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)105連接的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)(未圖示)，可以控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)105的旋轉(zhuǎn)速度。此外，來(lái)自輸入輸出部109的控制信號(hào)，通過(guò)控制與電力供給部107連 接的電力控制機(jī)構(gòu)(未圖示)，可以實(shí)施與來(lái)自電力供給部107的輸出電力有關(guān)的控制。圖2示出了在本發(fā)明的制造方法中制造的磁阻元件20的層疊結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子， 示出了使用TMR元件22的磁阻元件20的層疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)該磁阻元件20，在基板21上，含 有該TMR元件22，例如形成10層的多層膜。在該10層的多層膜中，形成了從最下層的第 一層(Ta層)到最上層的第十層(Ru層)的多層膜結(jié)構(gòu)體。具體而言，將PtMn層M、CoFe 層25、非磁性金屬層(Ru)層26、CoFeB層221、作為隧道阻礙層的非磁性多晶MgO層222、 CoFeB層2232、NiFeB層2231層疊。進(jìn)一步，在其上可以將非磁性Ta層27和非磁性Ru層 觀依次層疊。其中，圖中的各層的括弧中的數(shù)值表示各層的厚度，單位為nm。該厚度是一 個(gè)例子，不限于該厚度。另外，本發(fā)明中，作為鐵磁層的221可以是增加了 CoFeB層與其他鐵磁層的兩層以
上的層疊結(jié)構(gòu)。21是硅基板、陶瓷基板、玻璃基板、藍(lán)寶石基板等基板。22是TMR元件，通過(guò)由多晶CoFeB構(gòu)成的鐵磁層221、由多晶MgO構(gòu)成的隧道阻礙 層222、由多晶CoFeB構(gòu)成的鐵磁層2232和由多晶NiFeB構(gòu)成的鐵磁層2231的積膜層結(jié)構(gòu) 體構(gòu)成。 另外，在本發(fā)明中，上述CoFeB鐵磁層2232可以微量(5atomiC %以下，優(yōu)選 0. 01 Iatomic^ )含有其他原子，例如Pt、Ni、Mn等。此外，作為微量成分含有Ni原子 的CoFeB鐵磁層2232中的Ni原子的含量相對(duì)于NiFeB鐵磁層2231中的Ni原子的含量為 5atomic%&下，優(yōu)選為 0. 01 1. Oatomic%。另外，在本發(fā)明中，上述NiFeB鐵磁層2231可以微量(5atomiC %以下，優(yōu)選 0.01 Iatomic^ )含有其他原子，例如Pt、Co、Mn等。此外，作為微量成分，含有Co原子 的NiFeB鐵磁層2231中的Co原子的含量相對(duì)于CoFeB鐵磁層2232中的Co原子的含量為 5atomic%&下，優(yōu)選為 0. 01 1. Oatomic%。23是第一層(Ta層)的下電極層(基底層)，24是第二層(PtMn層)的反鐵磁層。 25是第三層(( 層)的鐵磁層，沈是第四層(Ru層)的交換耦合用非磁性層。
第五層是由結(jié)晶性CoFeB層221構(gòu)成的鐵磁層。結(jié)晶性CoFeB層221中的B含量 設(shè)定為0. latomic% 60atomic%，優(yōu)選為10atomic% 50atomic%的范圍。本發(fā)明中， 結(jié)晶性CoFeB層221可以含有微量(5atomiC %以下，優(yōu)選0. 01 Iatomic^ )其他原子， 例如Pt、Ni、Mn等。由上述的第三層、第四層和第五層構(gòu)成的層是磁化固定層四。實(shí)質(zhì)的磁化固定層 29為第五層結(jié)晶性CoFeB層221的鐵磁層。第六層222是多晶MgO隧道阻礙層，且是絕緣層。本發(fā)明中使用的隧道阻礙層222 也可以是單一的多晶MgO層。本發(fā)明的隧道阻礙層222中的多晶MgO層中可以以IOppm IOOppm的范圍的量 含有各種微量成分，例如Si原子、C原子、Al原子、Ca原子等。此外，本發(fā)明的隧道阻礙層222中的多晶MgO中，能夠以1質(zhì)量％ 50質(zhì)量％、優(yōu) 選10質(zhì)量％ 25質(zhì)量％的范圍含有B原子。圖3為由MgO層的柱狀晶體72的集合體71構(gòu)成的多晶結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。在 該多晶結(jié)構(gòu)中，還包括在多晶區(qū)域內(nèi)含有部分無(wú)定形區(qū)域的多晶-無(wú)定形混合區(qū)域的結(jié)構(gòu) 物。該柱狀晶體優(yōu)選是在各柱中(001)結(jié)晶面優(yōu)先在膜厚方向上取向的單晶。另外，該柱 狀單晶的平均直徑優(yōu)選為IOnm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2nm 5nm的范圍，其膜厚優(yōu)選為IOnm 以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 5nm 5nm的范圍。本發(fā)明中所使用的MgO用通式MgyOz (0. 7彡Z/Y彡1. 3，優(yōu)選0. 8彡Z/Y < 1. 0)表 示。在本發(fā)明中，優(yōu)選使用化學(xué)計(jì)算量的MgO，但即使是氧欠缺的MgO，也可以獲得高M(jìn)R比。第七層和第八層可以作為磁化自由層發(fā)揮作用。構(gòu)成第七層的結(jié)晶性CoFeB層2232可以通過(guò)使用CoFeB靶的濺射來(lái)成膜。另外， 構(gòu)成第八層的結(jié)晶性NiFeB層2231可以通過(guò)使用NiFeB靶的濺射來(lái)成膜。上述結(jié)晶性CoFeB層221、CoFeB層2232和NiFeB層2231可以具有與前述圖3所 示的由柱狀晶體結(jié)構(gòu)72構(gòu)成的集合體71相同的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。另外，結(jié)晶性CoFeB層221和CoFeB層2232優(yōu)選與位于中間的隧道阻礙層222鄰 接地設(shè)置。在制造裝置中，這三層在不破壞真空的情況下依次層疊。27是第九層(Ta層)的電極層。28是第十層(Ru層)的硬掩模層。第十層作為硬掩模使用時(shí)，可以從磁阻元件中 去除。接著，參照?qǐng)D4，說(shuō)明制造具有上述層疊結(jié)構(gòu)的磁阻元件20的裝置和制造方法。圖 4是制造磁阻元件20的裝置的示意性平面圖，本裝置是能夠制作包含多個(gè)磁性層和非磁性 層的多層膜的裝置，是批量生產(chǎn)型濺射成膜裝置。圖4所示的磁性多層膜制作裝置400是簇型制造裝置，具有基于濺射法的三個(gè)成 膜室。本裝置400中，具有機(jī)器人搬運(yùn)裝置(未圖示)的搬運(yùn)室402設(shè)置在中央位置。在 用于制造磁阻元件的制造裝置400的搬運(yùn)室402中，設(shè)置了兩個(gè)負(fù)載鎖定和卸載鎖定室405 和406，由此搬入和搬出基板(例如硅基板)11。通過(guò)用這些負(fù)載鎖定和卸載鎖定室405和 406交替地實(shí)施基板的搬入搬出，能夠縮短生產(chǎn)周期時(shí)間，形成了以良好的生產(chǎn)率制作磁阻 元件的構(gòu)成。在用于制造磁阻元件的制造裝置400中，在搬運(yùn)室402的周?chē)O(shè)置了 3個(gè)成膜用磁控濺射室40IA 40IC和一個(gè)蝕刻室403。在蝕刻室403中，對(duì)TMR元件20的所需表面進(jìn) 行蝕刻處理。在各室40IA 40IC和403與搬運(yùn)室402之間，設(shè)置了開(kāi)閉自由的閘閥404。 其中，各室401A 401C和402中，設(shè)有未圖示的真空排氣機(jī)構(gòu)、氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、電力供給機(jī) 構(gòu)等。成膜用磁控濺射室401A 401C可以使用高頻濺射法在基板11上在不破壞真空的 情況下依次堆積上述第一層到第十層的各膜。在成膜用磁控濺射室401A 401C的頂棚部中分別配置了在適當(dāng)圓周上配置的4 個(gè)或5個(gè)陰極31 35、41 45、51 M。此外，基板11配置在位于與該圓周相同的軸上 的基板支撐座上。另外，優(yōu)選形成在安裝于上述陰極31 35、41 45、51 M中的靶的 背后配置了磁鐵的磁控濺射裝置。在上述裝置中，由電力輸入裝置407A 407C對(duì)上述陰極31 35、41 45、51 討施加諸如射頻(RF頻率)之類(lèi)的高頻電力。作為高頻電力，可以使用0. 3MHz IOGHz的 范圍，優(yōu)選5MHz 5GHz范圍的頻率以及IOW 500W的范圍，優(yōu)選100W 300W的范圍的 電力。在上述中，例如，在陰極31上安裝了 Ta靶，在陰極32上安裝了 PtMn靶，在陰極33 上安裝了 CoFeB靶，在陰極34上安裝了( 靶，在陰極35上安裝了 Ru靶。另外，在陰極41上安裝了 MgO靶。另外，根據(jù)需要，可以在陰極42上安裝Mg(金 屬鎂)靶。陰極42可以用于在隧道阻礙層222中設(shè)置金屬鎂層。在陰極51中，安裝了用于第七層的CoFeB靶，在陰極52中，安裝了用于第九層的 Ta層的Ta靴，在陰極53中，安裝了用于第十層的Ru靴，在陰極M中，安裝了用于第八層的 NiFeB革巴。此外，這些靶的各面內(nèi)方向與基板的面內(nèi)方向相互具有規(guī)定的角度θ，非平行地 配置。通過(guò)使用該非平行配置，在使直徑小于基板直徑的靶旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行濺射，可以高效 率堆積磁性膜和非磁性膜，該磁性膜和非磁性膜的組成與靶組成相同。在本發(fā)明中，通過(guò)將剛成膜之后的上述第五層(CoFeB層221)、第七層(CoFeB層 2232)和第八層(NiFeB層2231)的無(wú)定形狀態(tài)退火，可以形成圖3所示的多晶結(jié)構(gòu)。因此， 在本發(fā)明中，將剛成膜之后的磁阻元件20搬入到退火爐(未圖示)中，在其中，可以使第五 層(CoFeB層221)、第七層(Co!^B223》和第八層(NiFeB層2231)的無(wú)定形狀態(tài)相變?yōu)榻Y(jié) 晶狀態(tài)。此外，此時(shí)可以對(duì)作為第二層的PtMn層M賦予磁性。實(shí)施例使用圖4所示的成膜裝置，制作圖2所示的磁阻元件。尤其，對(duì)于隧道阻礙層，使 用圖1的裝置。描述作為本發(fā)明的主要元件部的TMR元件22的成膜條件。CoFeB層221使用CoFeB組成比(atomic 原子比)60/20/20的靶以Ar作為濺射 氣體來(lái)形成，Ar氣的壓力為0. 031^。CoFeB層221的成膜通過(guò)磁控DC濺射(室401A)在 以0. 64nm/sec的濺射速率成膜。此時(shí)的CoFeB層221具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)。接著，將靶從室401A更換到濺射裝置(室401B)，使用在下述表1所記載的相對(duì)密 度下組成比(atomic 原子比)為50/50的MgO靶進(jìn)行MgO膜的成膜。表權(quán)利要求
1.一種磁阻元件的制造方法，其包括使用濺射法在基板上進(jìn)行形成磁化固定層、磁化 自由層和位于該磁化固定層與該磁化自由層之間的隧道阻礙層的成膜工序，該磁阻元件的 制造方法的特征在于，形成所述隧道阻礙層的成膜工序包括通過(guò)如下濺射法來(lái)進(jìn)行形成結(jié)晶性氧化鎂層的 成膜工序，該濺射法使用含有氧化鎂燒結(jié)體的相對(duì)密度在90%以上的靶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，所述靶的相對(duì)密度設(shè)定 在95. 0% 99. 9%的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述隧道阻礙 層的成膜工序中，以使靶的直徑小于基板的直徑并且使通過(guò)該靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)基 板的中心點(diǎn)的法線交叉的方式來(lái)設(shè)置該靶和該基板，在使該基板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)濺射法 進(jìn)行形成結(jié)晶性氧化鎂層的成膜工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述隧道阻礙層 的成膜工序中，所述基板以30rpm以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述隧道阻礙層 的成膜工序中，所述基板以50rpm 500rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述 隧道阻礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基板的中心點(diǎn)的法線以 1° 60°的角度交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述 隧道阻礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基板的中心點(diǎn)的法線以 5° 45°的角度交叉。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在 形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān)系為 0. Old ^ D ^ 0. 90d。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在 形成所述隧道阻礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān)系為 0. IOd ^ D ^ 0. 50d。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所 述隧道阻礙層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線在偏 離該基板的中心點(diǎn)的位置處交叉。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁阻元件的制造方法，其特征在于，在形成所述隧道阻礙 層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線在偏離所述基板 的最外周的位置處交叉。
12.—種存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)了使用如下工序制造磁阻元件的控制程序，所述工序是使用 濺射法在基板上進(jìn)行形成磁化固定層、磁化自由層和位于該磁化固定層與該磁化自由層之 間的隧道阻礙層的成膜工序，該存儲(chǔ)介質(zhì)的特征在于，用于實(shí)施形成所述隧道阻礙層的成膜工序的控制程序是通過(guò)如下濺射法來(lái)實(shí)施形成 氧化鎂層的成膜工序的控制程序，該濺射法使用含有氧化鎂燒結(jié)體的相對(duì)密度90%以上的 靶。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述靶的相對(duì)密度設(shè)定在 95. 0% 99. 9%的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，用于實(shí)施形成所述隧道阻礙 層的成膜工序的控制程序是用于實(shí)施如下成膜工序的控制程序以使靶的直徑小于基板的 直徑并且使通過(guò)該靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)基板的中心點(diǎn)的法線交叉的方式來(lái)設(shè)置該靶 和該基板，在使該基板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)濺射法進(jìn)行形成結(jié)晶性氧化鎂層的成膜工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻礙層的成膜工 序中，所述基板以30rpm以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻礙層的成膜工 序中，所述基板以50rpm 500rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基板的中心點(diǎn)的法線以1° 60°的角度交叉。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線與通過(guò)所述基板的中心點(diǎn)的法線以5° 45°的角度交叉。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān)系為0. Old^D ^ 0. 90d。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，所述靶的半徑D與所述基板的半徑d的關(guān)系為0. IOd^ D ^ 0. 50d。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線在偏離該基板 的中心點(diǎn)的位置處交叉。
22.根據(jù)權(quán)利要求14至21中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，在形成所述隧道阻 礙層的成膜工序中，所述基板的面方向延長(zhǎng)線與通過(guò)所述靶的中心點(diǎn)的法線在偏離所述基 板的最外周的位置處交叉。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有比以往更高的MR比的磁阻元件的制造方法。該磁阻元件的制造方法包括如下工序在基板上進(jìn)行磁化固定層、磁化自由層和位于該磁化固定層與該磁化自由層之間的隧道阻礙層的成膜的工序，在該磁阻元件的制造方法中，直徑小于基板直徑、含有氧化鎂燒結(jié)體的相對(duì)密度在90％以上的靶向被成膜面傾斜，在使基板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)濺射法進(jìn)行氧化膜層的成膜，從而形成隧道阻礙層。
文檔編號(hào)H01L43/10GK102150291SQ20098013527
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者山形伸二, 恒川孝二, 永峰佳紀(jì) 申請(qǐng)人:佳能安內(nèi)華股份有限公司