JP5650760B2 - 製造装置 - Google Patents
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Description
図5は本発明の一実施形態に係る製造装置を用いて作製したトンネル磁気抵抗素子(磁気抵抗多層膜)の膜構成図である。基板25上に、Ta層41、PtMn層42、CoFe層43、Ru層44、CoFeB層45、MgO層46、CoFeB層47、Ta層48層、Ru層49、およびTa層50を有する積層体が形成されている。すなわち、基板25上に、下地層として膜厚20nmのTa層41を形成し、次いで反強磁性材料であるPtMn層42を膜厚15nmで形成し、次いで強磁性体であるCoFe層43を膜厚2.5nmで形成し、非磁性体のRu層44を膜厚0.9nmで形成し、強磁性体であるCoFeB層45を膜厚3nmで形成し、酸化物であるMgO層46を膜厚1.2nmを形成する。次いで、再び強磁性体であるCoFeB層47を膜厚3nmで形成し、その上に膜厚1.5nmの極薄いTa層48を成膜した後に、膜厚10nmのRu層49と膜厚50nmのTa層50を形成する。最下部Ta膜41と最上部Ta膜50の膜厚が際立って厚く、次いでPtMn層42と上方のRu層49の膜厚が厚い。一方、CoFe層43から真中のTa層47までは1層当たりの膜厚が3nm以下の薄い層が積層されている。またMgO層46のみ酸化物である。図5において、Ta層41が下地層、PtMn層42が反強磁性層、強磁性体CoFe層43と非磁性体Ru層44と強磁性体CoFeB層45との積層が磁化固定層、MgO層46が非磁性絶縁層、CoFeB層47が磁化自由層、Ta層48とRu層49とTa層50との積層が保護層として機能する。
上記の通り、図1では、基板搬送機構を備えた搬送チャンバーの周囲に、1つのスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜チャンバーが3つ、2つ以上のスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜チャンバーが2つ、スパッタリング以外のプロセスを行うためのプロセスチャンバーが1つ、それぞれ設けられている。後述するように、スループットの向上の観点からは、1つのスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜チャンバーは少なくとも3つ、2つ以上のスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜チャンバーは少なくとも2つ必要である。
以下の表1は、図1の装置構成におけるプロセスタイムテーブルを示す。
比較例として、表3に、特許文献1記載のスパッタリング装置を用いて、図5記載のトンネル磁気抵抗素子を形成した場合の、タイムテーブルを示す。
第1の実施例においてMgO成膜用のスパッタリング成膜チャンバーを化学的気相成長法による成膜チャンバーに置き換えても同様の効果が得られる。
図6は、図5に示したトンネル磁気抵抗素子を作製するために適用した本発明の別の実施形態に係る製造装置を示す図である。基板搬送機構として3つの基板搬送ロボット11A、11B、11Cを備えた搬送チャンバー12に、符号13A〜13Gまでの7つのスパッタリング成膜チャンバーと、基板25表面の酸化物および汚染物を逆スパッタエッチングにより除去するためのエッチングチャンバー14と、2つのロードロック室15A、15Bとを接続している。スパッタリング成膜チャンバー13A〜13Gのうち、スパッタリング成膜チャンバー13Cは5つのスパッタリングカソード、スパッタリング成膜チャンバー13Eは2つのスパッタリングカソードを備える。一方、スパッタリング成膜チャンバー13A、13B,13D,13F,13Gは1つのスパッタリングカソードを備えている。2つ以上のカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバー(スパッタリング成膜チャンバー13C、13E)は、上記磁化固定層と上記磁化自由層と上記保護層の一部の層(Ta層47)を形成する際に使用する。1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバー(スパッタリング成膜チャンバー13A、13B、13D、13F、13G)は、上記下地層と上記反強磁性層と上記非磁性絶縁層と上記保護層の一部以外の層(Ta層50)を形成する際に使用する。プロセスチャンバー(エッチングチャンバー14)は、エッチングの際に使用する。なお、第1のスパッタリング成膜チャンバーには、コスパッタリング(co−Sputer)を行うための、同一の材料からなるターゲットを2つ以上設けてもよい。
第1の比較例として、表5に、特許文献4記載のスパッタリング装置を用いて、図5記載のトンネル磁気抵抗素子を形成した場合のタイムテーブルを示す。
第2の比較例として、表6に、特許文献5記載のスパッタリング装置を用いて、図5記載のトンネル磁気抵抗素子を形成した場合のタイムテーブルを示す。
Claims (30)
- 基板上に磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造装置であって、
基板搬送機構を備えた搬送チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第4のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第5のスパッタリング成膜チャンバーと、
スパッタリング以外のプロセスを行うためのプロセスチャンバーとを備え、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第2のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第3のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第4のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第5のスパッタリング成膜チャンバーと、前記プロセスチャンバーとは、それぞれが前記搬送チャンバーと基板の受け渡しができるように、前記搬送チャンバーの周囲に配置されており、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーは、前記多層膜が有する酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を成膜するものであることを特徴とする製造装置。 - 基板上に磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造装置であって、
基板搬送機構を備えた搬送チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第4のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第5のスパッタリング成膜チャンバーと、
スパッタリング以外のプロセスを行うためのプロセスチャンバーとを備え、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第2のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第3のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第4のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第5のスパッタリング成膜チャンバーと、前記プロセスチャンバーとは、それぞれが前記搬送チャンバーと基板の受け渡しができるように、前記搬送チャンバーの周囲に配置されており、
前記多層膜は、膜厚が10nm以上の金属膜を含む第1の膜と、膜厚が10nm以上の金属膜を含む第2の膜と、酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を含む第3の膜とを有する多層膜であり、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーは前記第1の膜を成膜するものであり、前記第2のスパッタリング成膜チャンバーは前記第2の膜を成膜するものであることを特徴とする製造装置。 - 前記第1のスパッタリング成膜チャンバーは、前記多層膜が有する酸化物膜を成膜するものであることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。
- 前記第3のスパッタリング成膜チャンバーは前記第3の膜を成膜するものであることを特徴とする請求項2に記載の製造装置。
- 前記搬送チャンバーは前記第1〜第5の成膜チャンバーとの間で基板を搬送するための基板搬送ロボットを備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記搬送チャンバーは真空に維持されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、分子ビーム、ガスクラスタービームによって基板もしくは基板上に形成された薄膜を除去するためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、化学的気相成長法によって基板もしくは基板上に形成された薄膜上に薄膜を形成するためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、ガス、中性活性種、イオンまたはそれらの混合雰囲気の中で基板もしくは基板上に形成された薄膜を化学反応させるためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、基板を加熱、または冷却、または加熱と冷却を行うためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造装置。
- 前記多層膜は、前記多層膜が有する酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を挟むように設けられた、複数の膜からなる磁化固定層、および磁化自由層とをさらに有し、
前記第4のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化固定層を成膜するものであり、
前記第5のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化自由層を成膜するものであることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。 - 前記多層膜は、前記第3の膜を挟むように設けられた、複数の膜からなる磁化固定層、および磁化自由層とをさらに有し、
前記第4のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化固定層を成膜するものであり、
前記第5のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化自由層を成膜するものであることを特徴とする請求項2に記載の製造装置。 - 基板上に磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造装置であって、
基板搬送機構を備えた搬送チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーと、
1つのスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第4のスパッタリング成膜チャンバーと、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第5のスパッタリング成膜チャンバーと、
スパッタリング以外のプロセスを行うためのプロセスチャンバーとを備え、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第2のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第3のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第4のスパッタリング成膜チャンバーと、前記第5のスパッタリング成膜チャンバーと、前記プロセスチャンバーとは、それぞれが前記搬送チャンバーと基板の受け渡しができるように、前記搬送チャンバーの周囲に配置されており、
前記多層膜は、前記多層膜の中で最も膜厚の薄い膜よりも桁違いに厚い金属膜を含む第1の膜と、前記最も膜厚の薄い膜よりも桁違いに厚い金属膜を含む第2の膜と、酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を含む第3の膜とを有する多層膜であ
り、
前記第1のスパッタリング成膜チャンバーは前記第1の膜を成膜するものであり、前記第2のスパッタリング成膜チャンバーは前記第2の膜を成膜するものであることを特徴とする製造装置。 - 前記第3のスパッタリング成膜チャンバーは前記第3の膜を成膜するものであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記第1のスパッタリング成膜チャンバー、前記第2のスパッタリング成膜チャンバー、および前記第3のスパッタリング成膜チャンバーのスパッタリングカソードの各々は、前記第4のスパッタリング成膜チャンバーおよび前記第5のスパッタリング成膜チャンバーのスパッタリングカソードの各々よりも大きいことを特徴とする請求項1、2、13のいずれか一項に記載の製造装置。
- 磁化固定層を含む第1の膜と、磁化自由層を含む第2の膜と、前記第1の膜および前記第2の膜の間に設けられた、酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を含む第3の膜とを有する磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造方法であって、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第3の膜を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、少なくとも前記磁化固定層を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記磁化自由層を含む複数の膜を成膜することを特徴とする製造方法。 - 前記第3の膜が酸化物膜であることを特徴とする請求項16に記載の製造方法。
- 膜厚が10nm以上の金属膜を含む第1の膜と、膜厚が10nm以上の金属膜を含む第2の膜と、前記第1の膜および前記第2の膜の間に設けられた、酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を含む第3の膜と、複数の膜からなる磁化固定層と、磁化自由層とを有する磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造方法であって、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第1の膜を成膜し、
1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第2の膜を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、少なくとも前記磁化固定層を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第4のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記磁化自由層を含む複数の膜を成膜することを特徴とする製造方法。 - 1つのスパッタリングカソードを備えた第5のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第3の膜を成膜することを特徴とする請求項18に記載の製造方法。
- 基板上に磁気抵抗素子としての多層膜を成長させる製造方法であって、
前記多層膜は、前記多層膜の中で最も膜厚の薄い膜よりも桁違いに厚い金属膜を含む第1の膜と、前記最も膜厚の薄い膜よりも桁違いに厚い金属膜を含む第2の膜と、酸化物膜、窒化物膜、および半導体膜のうち少なくとも1層を含む第3の膜と、複数の膜からなる磁化固定層と、磁化自由層とを有し、
1つのスパッタリングカソードを備えた第1のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第1の膜を成膜し、
1つのスパッタリングカソードを備えた第2のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第2の膜を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第3のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、少なくとも前記磁化固定層を成膜し、
2つ以上のスパッタリングカソードを備えた第4のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記磁化自由層を含む複数の膜を成膜することを特徴とする製造方法。 - 1つのスパッタリングカソードを備えた第5のスパッタリング成膜チャンバーにおいて、前記第3の膜を成膜することを特徴とする請求項20に記載の製造方法。
- 前記第1のスパッタリング成膜チャンバー、前記第2のスパッタリング成膜チャンバー、および前記第3のスパッタリング成膜チャンバーのスパッタリングカソードの各々は、前記第4のスパッタリング成膜チャンバーおよび前記第5のスパッタリング成膜チャンバーのスパッタリングカソードの各々よりも大きいことを特徴とする請求項19または21に記載の製造方法。
- 前記搬送チャンバーは前記第1〜第5の成膜チャンバーとの間で基板を搬送するための基板搬送ロボットを備えていることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記搬送チャンバーは真空に維持されていることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、プラズマ、イオンビーム、原子ビーム、分子ビーム、ガスクラスタービームによって基板もしくは基板上に形成された薄膜を除去するためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、化学的気相成長法によって基板もしくは基板上に形成された薄膜上に薄膜を形成するためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、ガス、中性活性種、イオンまたはそれらの混合雰囲気の中で基板もしくは基板上に形成された薄膜を化学反応させるためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記プロセスチャンバーは、基板を加熱、または冷却、または加熱と冷却を行うためのプロセスチャンバーであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。
- 前記多層膜は、前記第3の膜を挟むように設けられた、複数の膜からなる磁化固定層、および磁化自由層とをさらに有し、
前記第4のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化固定層を成膜するものであり、
前記第5のスパッタリング成膜チャンバーは、複数の膜を成膜するものであって、少なくとも前記磁化自由層を成膜するものであることを特徴とする請求項13に記載の製造装置。 - 前記磁気抵抗素子がトンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。
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