TW201533255A - 穿隧磁阻效應元件之製造方法、及濺鍍裝置 - Google Patents

穿隧磁阻效應元件之製造方法、及濺鍍裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201533255A
TW201533255A TW103145932A TW103145932A TW201533255A TW 201533255 A TW201533255 A TW 201533255A TW 103145932 A TW103145932 A TW 103145932A TW 103145932 A TW103145932 A TW 103145932A TW 201533255 A TW201533255 A TW 201533255A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
target
film
film forming
forming process
Prior art date
Application number
TW103145932A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI535878B (zh
Inventor
Yuichi Otani
Takuya Seino
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Publication of TW201533255A publication Critical patent/TW201533255A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI535878B publication Critical patent/TWI535878B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225—Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/123—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys having a L10 crystallographic structure, e.g. [Co,Fe][Pt,Pd] thin films
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/305—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
    • H01F41/307—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3426—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3476—Testing and control
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
    • H01F10/3231—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer
    • H01F10/3236—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer made of a noble metal, e.g.(Co/Pt) n multilayers having perpendicular anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

於採用絕緣物靶材藉濺鍍法而對於基板進行成膜處理之情況下，減低在基板面內的電阻值等之特性的變異性。進行：於在含基板之表面的面之第1絕緣物靶材的投影面處於第1狀態時，濺鍍該第1絕緣物靶材而進行成膜之第1成膜程序；及於在含基板之表面的面之第2絕緣物靶材的投影面處於與第1狀態有異的第2狀態時，濺鍍該第2絕緣物靶材而進行成膜之第2成膜程序；第2成膜程序，係採取獲得相對於藉第1成膜程序而得之膜的從基板之中心部至周邊部所發生的第1特性變化，展現從基板之中心部至周邊部於至少一部分具有與第1特性變化係相反趨勢的第2特性變化之絕緣膜。

Description

穿隧磁阻效應元件之製造方法、及濺鍍裝置
本發明，係關於穿隧磁阻效應元件之製造方法、及濺鍍裝置者。
屬應用穿隧磁阻效應(TMR：Tunnel Magneto Resistance effect)技術之積體化磁性記憶體的磁阻記憶體(MRAM：Magnetoresistive Random Access Memory)近年來吸引注目。在用於MRAM之TMR元件方面，係存在示於非專利文獻1之面內磁化型的元件、或示於非專利文獻2之垂直磁化型的元件。在面內磁化型，係自由層與基準層之磁化方向，相對於構成元件之積層膜的積層方向而磁化旋轉於垂直方向。在垂直磁化型，係自由層與基準層之磁化方向，磁化旋轉於與構成元件之積層膜的積層方向同方向。
於TMR元件之製造，係濺鍍由期望的成膜材料所成之靶材，從而於對向之基板上成膜之濺鍍(以下，亦單稱作濺鍍)法受到廣用。在作為在TMR元件之穿隧能障層而使用的絕緣膜之製造方法方面，係對於氧化物靶材 進行RF濺鍍從而成膜氧化膜之方法(參照專利文獻1)為已知。此外，於成膜金屬膜後實施氧化處理從而形成氧化膜之方法(參照專利文獻2)亦為已知。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本發明專利公開2013-82961號公報
[專利文獻2]美國專利第7780820號說明書
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Young-suk Choi et al., Jpn. J. of Appl. Phys. 48, 120214 (2009)
[非專利文獻2]D. C. Worledge et al., Appl. Phys. Lett. 98, 022501 (2011)
於採用TMR元件之裝置，為了獲得更高之輸出信號，係需要製造具有高磁阻比(MR比)之TMR元件。尤其，穿隧能障層之狀態係大大影響MR比。
採用記載於專利文獻1之氧化物靶材而形成氧化膜的情況下，相較於藉記載於專利文獻2之金屬膜的氧化而形成氧化膜之情況，有獲得高MR比之趨勢。然 而，採用記載於專利文獻1之方法而實施氧化膜的成膜處理之情況下，相較於採用記載於專利文獻2之方法而形成氧化膜的情況，基板面內之各點，尤其從基板之中心至外周，有電阻值之變異性為大之趨勢。如此之電阻值之變異性，係成為從1個基板所得之磁阻效應元件間的特性之變異性的原因，使良率不良化，故盡可能減低為理想。
本發明，係為了解決上述之課題而創作者，以提供於採用絕緣物靶材藉濺鍍法而對於基板進行成膜處理之情況下，可減低在基板面內的電阻值等之特性的變異性之穿隧磁阻效應元件之製造方法、及濺鍍裝置作為目的。
為了解決上述之課題，依本發明的第一方面之穿隧磁阻效應元件之製造方法，係於2個強磁性層之間配設穿隧能障層，特徵在於：具有：於在含形成前述強磁性層的基板之表面的面之第1絕緣物靶材的投影面處於第1狀態時，濺鍍該第1絕緣物靶材，於前述基板之表面進行絕緣膜之形成的第1成膜程序；及於在含前述基板之表面的面之第2絕緣物靶材的投影面處於與前述第1狀態有異的第2狀態時，濺鍍該第2絕緣物靶材，於前述基板之表面進行絕緣膜之形成的第2成膜程序；在前述第2成膜程序之前述濺鍍，係獲得相對於藉在前述第1成膜程序之前述濺鍍而得之前述絕緣膜的從前述基板之中心部至周邊部所發生的第1特性變化，從前述基板之前述中心部至前述周邊部於至少一部分展現具有與前述第1特性變化係相 反的趨勢之第2特性變化的前述絕緣膜者。
依本發明的第二方面之濺鍍裝置，係特徵在於：具有：處理室；供以將前述處理室之內部作排氣用的排氣部；供以保持配於前述處理室之內部的基板用之基板保持器；配於前述處理室之內部，可安裝絕緣物靶材之靶材保持器；供以將供以在前述靶材保持器之附近形成電漿用的高頻電力，施加於前述靶材保持器用之高頻電源；及對於在前述基板保持器所保持之前述基板，使前述靶材保持器與前述基板保持器之相對上的位置關係為第1關係，藉前述高頻電源對於前述靶材保持器施加高頻電源而濺鍍安裝於前述靶材保持器之前述絕緣物靶材從而對於前述基板執行第1成膜程序，接著，使前述靶材保持器與前述基板保持器之相對上的位置關係，係與前述第1關係為不同的第2關係，亦即獲得相對於前述第1關係下之藉前述第1成膜程序而得之絕緣膜的從前述基板之中心部至周邊部所發生的第1特性變化，從前述中心部至前述周邊部於至少一部分展現具有與前述第1特性變化係相反的趨勢之第2特性變化的絕緣膜之第2關係，藉前述高頻電源對於前述靶材保持器施加高頻電力而濺鍍安裝於前述靶材保持器之前述絕緣物靶材從而執行第2成膜程序的控制部。
依本發明，使得可於採用絕緣物靶材藉濺鍍法而對於基板進行成膜處理之情況下，減低在基板面內的電阻值等之特性的變異性。
1‧‧‧成膜裝置
2‧‧‧真空容器
3‧‧‧防著構材
4‧‧‧絕緣物靶材
6‧‧‧靶材保持器
7‧‧‧基板保持器
8‧‧‧排氣埠
10‧‧‧基板
11‧‧‧遮罩
12‧‧‧高頻電源
13‧‧‧遮擋件
14‧‧‧遮擋件驅動機構
15‧‧‧氣體導入機構
19‧‧‧磁控單元
31‧‧‧基板保持器驅動機構
40‧‧‧屏蔽
41‧‧‧壓力計
42‧‧‧閘閥
48‧‧‧渦輪分子泵浦
49‧‧‧乾式泵浦
50‧‧‧主控制部
51‧‧‧記憶裝置
100‧‧‧TMR元件
101‧‧‧上部電極層
102‧‧‧自由層
103‧‧‧穿隧能障層
104‧‧‧基準層
105‧‧‧非磁性中間層
106‧‧‧基準層
107‧‧‧反強磁性層
200‧‧‧p-TMR元件
201‧‧‧覆蓋層
202‧‧‧基準層
203‧‧‧非磁性中間層
204‧‧‧基準層
205‧‧‧配向分離層
206‧‧‧基準層
207‧‧‧基準層
208‧‧‧穿隧能障層
209‧‧‧自由層
210‧‧‧緩衝層
211‧‧‧緩衝層
700‧‧‧MRAM
701‧‧‧基板
703‧‧‧接觸插栓
704-1‧‧‧配線
704-2‧‧‧配線
705‧‧‧下部電極層
706‧‧‧字線
707‧‧‧位元線
710‧‧‧TMR元件
720‧‧‧固定磁性層
721‧‧‧穿隧能障層
722‧‧‧自由磁性層
P‧‧‧投影面
Tr‧‧‧薄膜電晶體
[圖1]就面內磁化型的穿隧磁阻效應元件之積層構造作繪示的示意圖。
[圖2]就垂直磁化型的穿隧磁阻效應元件之積層構造作繪示的示意圖。
[圖3]就本發明的一實施形態相關之濺鍍裝置的示意構成作繪示之圖。
[圖4]供以就在本發明的一實施形態相關之濺鍍裝置的靶材與基板之位置關係作說用的圖。
[圖5]供以就於本發明的一實施形態之說明所使用的「在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面」作說明用之圖。
[圖6]就採用RF濺鍍而以歷來之方法形成氧化膜的情況下之基板面內的RA分布作繪示之圖。
[圖7]就採用本發明的一實施形態相關之方法而形成氧化膜的情況下之基板面內的RA分布作繪示之圖。
[圖8]供以就本發明的一實施形態相關之RF濺鍍作說明用的流程圖。
[圖9]供以就本發明的一實施形態相關之RF濺鍍作說明用的時序圖。
[圖10]供以就於本發明的一實施形態相關之濺鍍裝置所使用的控制裝置作說明用之圖。
[圖11]就可應用採用本發明的一實施形態相關之穿隧 磁阻效應元件之製造方法而製造的穿隧磁阻效應元件之磁阻記憶體的示意構造作繪示之圖。
以下，參照圖式，而說明本發明的實施形態，惟本發明係非限定於在以下作說明之實施形態者。另外，在以下作說明之圖式中，具有同功能者係加上相同符號，亦有省略其重複的說明之情況。
(穿隧磁阻效應元件(TMR元件)之構造的說明)
於以下，示出TMR元件之構造的例子。示於以下之TMR元件，係可藉本發明的一實施形態相關之TMR元件之製造方法而製造者。
圖1，係就記載於非專利文獻1之面內磁化型的TMR元件(以下，單稱作TMR元件)之積層構造作繪示的示意圖。
如圖1所示，在TMR元件100，係首先，於處理基板之上，作為下部電極層108，而積層包含例如Ta與Cu之金屬層或金屬化合物層。具體而言，下部電極層108，係採取例如Ta(5nm)/CuN(20nm)/Ta(5nm)之構造。另外，在本說明書，係採取將材料名或於後面之括弧內記載厚度的材料名以「/」隔開從而表示積層各材料之層而成的積層構造，採取「/」之越右側的層，於積層構造位於越上部側。於下部電極層108，上部之Ta係兼具基底膜 之角色，除了Ta以外亦可採用Hf、Nb、Zr、Ti、Mo或W等之金屬。再者，亦可於其上成膜包含例如Ni、Fe、Cr、Ru之中至少1個元素的層。
於下部電極層108上，係形成由例如IrMn、PtMn、FeMn、NiMn、RuRhMn或CrPtMn等所成之例如厚度3~20nm程度的反強磁性層107。於反強磁性層107上，係形成由例如CoFe等之強磁性層所成之例如厚度1~5nm程度的基準層106。於基準層106上，係形成從例如Ru、Cr、Rh、Ir、Re之中至少1者選出之、或由此等之金屬之中2個以上的合金所成之例如厚度0.85nm程度的非磁性中間層105。於非磁性中間層105上，係形成由例如CoFe或CoFeB等之強磁性層所成之例如厚度1~5nm程度的基準層104。
上述反強磁性層107、基準層106、非磁性中間層105、及基準層104，係構成合成型之基準層。此合成型之基準層，係亦可為由反強磁性層107與基準層106之2層構造所成之構成。合成型之基準層，係磁化方向被固定之層。
於基準層104上，係形成穿隧能障層103。穿隧能障層103之材料，係為了獲得高MR比而氧化鎂(MgO)為適。除此之外，穿隧能障層103之材料，係亦可為含有Mg、Al、Ti、Zn、Hf、Ge、Si中的至少1者或2者以上之氧化物。
於穿隧能障層103上，係形成屬由CoFeB或 Co、Fe、Ni等中的至少1者或2者以上之合金所成之材料被形成1層或2層以上而成之構造的例如厚度1~10nm程度的自由層102。自由層102，係磁化未被固定之強磁性層，依與基準層之磁化的相對角度而使阻力變化。
於自由層102上，係作為上部電極層101，而形成具有例如Ta(8nm)/Ru(5nm)/Cu(30nm)/Ru(7nm)之積層構造的層。上部電極層101，係具有保護元件之功能，Ta之部分，係亦可置換成例如Ru、Ti或Pt等之材料。
如示於上述圖1之TMR元件，係可藉枚葉式基板處理裝置而以多腔室製作。
另外，在圖1，反強磁性層107係厚度15nm之PtMn層，基準層106係厚度2.5nm之Co70Fe30(各數值係表示原子%，以下同樣)層，非磁性中間層105係厚度0.85nm之Ru層，基準層104係厚度3nm之Co60Fe20B20層，穿隧能障層103係厚度1.0nm之MgO層，自由層102係厚度3nm之Co60Fe20B20層。
圖2，係就記載於非專利文獻2之垂直磁化型的TMR元件(以下，稱作p-TMR元件)之積層構造作繪示的示意圖。
如圖2所示，在p-TMR元件200，係首先，於處理基板之上，依序形成緩衝層211、210。例如，於緩衝層211，係採用包含Ni、Fe、Cr、Ru至少一個元素之材料。此外，於緩衝層210，係Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo或W等之金屬為佳，除此之外，亦可採用含有Mg、 Al、Ta、Ti、Zn、Hf、Ge、Si中的至少1者或2者以上之氧化物。
於緩衝層211上，係形成由例如CoFeB等之強磁性層所成之自由層209。再者，於此CoFeB層與後述之穿隧能障層208的MgO層之間，係亦可配置Co、Fe中的至少1者或2者以上之合金層。CoFeB或CoFeB/CoFe磁性層之厚度，係總共例如0.8~2.0nm程度。
於自由層209上，係形成穿隧能障層208。穿隧能障層208的材料亦為了高MR比而MgO為適。除此之外，穿隧能障層208之材料，係亦可為含有Mg、Al、Ti、Zn、Hf、Ge、Si中的至少1者或2者以上之氧化物。
於穿隧能障層208上，係形成由例如Fe、CoFe等之強磁性層所成之例如厚度0.2~1nm程度的基準層207。於基準層207上，係形成由例如CoFeB等之強磁性層所成之例如厚度0.5~2.0nm程度的基準層206。於基準層206上，係形成由例如Ta等所成之配向分離層205。於配向分離層205上，係形成將垂直磁各向異性賦予基準層206及基準層207之基準層204。
在圖2，係在基準層204之例方面，示出具有重複積層Co/Pt，於最上層形成Co而成的積層構造者。除此之外，在基準層204方面，亦可係如Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni之積層構造、如TbTeCo、GdFeCo之非晶材料、如FePt、CoPt、MnGa、MnAl之有序合金的任一形態者。 Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni，係可重複積層，其重複數係非特別限定者。
此外，亦可採取省去基準層207，而基準層206之CoFeB直接接於穿隧能障層208之形。再者，配向分離層205，係除Ta以外，亦可採用Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W、Pt、Ru之至少一者或2者以上的合金或含有Mg、Al、Ta、Ti、Zn、Hf、Ge、Si中的至少1者或2者以上之氧化物。
於基準層204上，係形成由例如Ru、Cr、Rh、Ir、Re之中至少1者或2者以上的合金所成之例如厚度0.8nm程度的非磁性中間層203。於非磁性中間層203上，係形成基準層202。
在圖2，係在基準層202之例方面，繪示具有重複積層Co/Pd而成之積層構造者。除此之外，在基準層202方面，係亦可以如Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni之積層構造、如TbTeCo、GdFeCo之非晶材料、如FePt、CoPt、MnGa、MnAl之有序合金而構成的任一形態者。Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni，係可重複積層。Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni，係可重複積層，其重複數係非特別限定者。
上述基準層207、基準層206、配向分離層205、基準層204之積層構造部、非磁性中間層203、及基準層202，係構成合成型之基準層。另外，此合成型之基準層，係可採取省去非磁性中間層203及基準層202，以基準層207、基準層206、配向分離層205、及基準層 204而形成之構造。
於基準層202上，係形成由例如Ta所成之例如厚度5nm之覆蓋層201。Ta，係亦可置換成例如Ru、Ti、Pt等之材料。
如示於上述圖2之TMR元件，亦可藉枚葉式基板處理裝置而以多腔室製作。
另外，在圖2，緩衝層211係厚度5nm之RuCoFe層，緩衝層210係厚度2nm之Ta層，自由層209係厚度0.8nm之CoFeB層，穿隧能障層208係厚度0.9nm之MgO層，基準層207係0.5nm之Fe層，基準層206係厚度0.8nm之CoFeB層，配向分離層205係厚度0.3nm之Ta層，基準層204係厚度0.25nm之Co層與厚度0.8nm之Pt層的積層體重複4次而積層，於最上層形成厚度0.3nm之Co層的積層構造者，非磁性中間層203係厚度0.9nm之Ru層，基準層202係厚度0.25nm之Co層與厚度0.8nm之Pt層的積層體重複14次而積層之構造者，覆蓋層201係厚度20nm之Ru層。
(濺鍍裝置的說明)
參照圖3，而就本實施形態相關之濺鍍裝置(以下，亦稱作「成膜裝置」)的構成作說明。本實施形態相關之濺鍍裝置，係RF濺鍍裝置，可成膜在如示於上述圖1及圖2的TMR元件之穿隧能障層所使用的氧化鎂膜等之氧化膜其他絕緣膜者。
如圖3所示，成膜裝置1，係具備作為處理室之真空容器2。於真空容器2，係透過排氣埠8而連接著作為供以將其內部排氣用的排氣部之渦輪分子泵浦48及乾式泵浦49。此外，成膜裝置1，係具備可往真空容器2導入放電用之氣體的氣體導入機構15。
於真空容器2的內部，係於其上方，露出被濺鍍面之絕緣物靶材4被保持於靶材保持器6。絕緣物靶材4，係由構成應成膜之絕緣膜的絕緣物材料所成者，可依應成膜的絕緣膜之種類而適選。例如，於成膜氧化膜之情況下，係可採用氧化物靶材。尤其，於應成膜氧化鎂膜之情況下，係可在絕緣物靶材4方面，採用氧化鎂靶材。
另外，在圖3，係繪示絕緣物靶材4之數為2的情況，惟絕緣物靶材4之數係亦可為3以上之數。
此外，於從靶材4所放出之濺鍍粒子所到達的既定之位置，係設有供以載置應將絕緣膜成膜於表面之基板10用的基板保持器7。基板10，係透過設於真空容器2之閘閥42，而搬入及搬出。於基板保持器7之基板載置面的周圍，係可設有供以防止往基板10之端部或側壁、背面等之膜的附著用之遮罩11。基板保持器7，係將載置基板10之基板載置面構成為可自轉，在載置基板10之狀態下，將基板10構成為可在其面內作旋轉。於本實施形態，基板保持器7之旋轉軸與基板10之旋轉軸係以一致的方式而構成。基板保持器7之旋轉，係藉基板保持器驅動機構31而控制。
除此之外，於真空容器2，係設有供以測定真空容器2之內部的壓力用之壓力計41。此外，於真空容器2內，以包圍基板保持器7之上方的空間之周圍的方式設有筒狀之屏蔽40(防著屏蔽構材)。
絕緣物靶材4，係配置於基板10之斜對面，相對於基板10帶有傾斜而對向。於本實施形態，絕緣物靶材4之徑，係採用小於基板10之徑者。如本實施形態所示，將絕緣物靶材4設在相對於基板保持器7及基板10傾斜而對向之位置，使得即使於採用絕緣物靶材4之徑為小者的情況下，仍在成膜於基板10上之絕緣膜方面，獲得在基板10之面內良好的膜厚分布。
另外，絕緣物靶材4相對於基板保持器7及基板10傾斜，係指如圖3所示，於採用表面為平坦之未使用的絕緣物靶材4時，其表面與基板10之表面非平行。
於靶材保持器6，係連接著高頻電源(以下，亦稱作RF電源)12。於RF電源12與靶材保持器6之間，係設有不圖示之整合器。藉RF電源12，於靶材保持器6施加電壓，於真空容器2之內部空間形成電漿，從而進行濺鍍。於靶材保持器6之背面，係配置磁控單元19。藉磁控單元19，於靶材4之附近形成供以將電漿關住用的磁力線。
於靶材保持器6之附近，係以覆蓋靶材保持器6之周圍的方式設置圓筒狀之防著構材3，防止濺鍍粒 子直接附著於真空容器2之內面。此外，於靶材保持器6與基板保持器7之間，係設有遮蔽件13。遮蔽件13，係呈藉遮蔽件驅動機構14而控制。藉此，遮蔽件13，係構為可切換絕緣物靶材4與基板10互相傾斜而對向之開狀態、及絕緣物靶材4與基板10互相遮蔽之閉狀態。
在濺鍍裝置1，係可將MgO靶材等之絕緣物靶材4設置2個以上。將絕緣物靶材4配置2個以上，使得成膜速度快於採用1個絕緣物靶材4而放電之情況，可提高生產性。
氣體導入機構15，係由供以導入放電用之氣體用的配管、貯藏氣體之氣缸、供以控制氣體之流量用的質流控制器、供以遮斷或開始氣體之流通用的閥類、及減壓閥或濾波器等而構成。
接著，利用圖4而就供以說明絕緣物靶材4與基板10之位置關係用的各種參數作說明。
首先，說明關於角度θ。如圖4所示，角度θ，係直線N1與直線N3所成之角度。
直線N3，係包含基板10之被處理面的面之法線。或者，直線N3，係亦可依基板保持器7之載置基板10的面而定義。亦即，直線N3，係亦可定義為包含基板保持器7之載置基板10的面之面的法線。
直線N1，係通過絕緣物靶材4之被濺鍍面的中心c之絕緣物靶材4之被濺鍍面的法線。另外，絕緣物靶材4，係對於基板10進行成膜處理，使得該被濺鍍面 之形狀會有變化，惟直線N1，係非因絕緣物靶材4之使用所致的表面形狀之變化而變化者。亦即，直線N1，係以絕緣物靶材4未使用之被濺鍍面之表面為平坦之狀態而定義。或者，直線N1，係亦可依靶材保持器6之載置絕緣物靶材4之面而定義。亦即，直線N1，係亦可定義為靶材保持器6之載置絕緣物靶材4之面的法線，亦即成為通過絕緣物靶材4之被濺鍍面之中心c者。
直線N2，係通過基板10之被成膜面的中心之基板10之被成膜面的法線。另外，基板10，係進行對其之成膜處理，使得其被成膜面之形狀會有變化，惟直線N2，係以成膜基板10前之被成膜面的表面為平坦之狀態而定義。或者，直線N2，係亦可依基板保持器7之載置基板10之面而定義。亦即，直線N2，係亦可定義為基板保持器7之基板10之法線，亦即成為通過基板10之被成膜面的中心者。
角度θ，係以直線N3、關於絕緣物靶材4之直線N1一致之狀態為0度。然後，將從該狀態，以絕緣物靶材4表面之中心作為旋轉之中心，而於包含直線N1與直線N3之面的面內方向使絕緣物靶材4旋轉時的直線N3與直線N1所成之角度定義為θ。
在本實施形態相關之成膜裝置1，係以絕緣物靶材4之中心與基板10之中心互相偏位的方式，而配置靶材保持器6與基板保持器7。在本實施形態，係使從θ=0度之狀態，於絕緣物靶材4之表面朝向基板10之側 的方向使絕緣物靶材4旋轉的情況下之角度為「+」，使於相反之方向使絕緣物靶材4旋轉的情況下之角度為「-」。因此，例如於0度<θ<+90度，係變成作為絕緣物靶材4之中心法線的直線N1、及作為基板10之中心法線的直線N2，以絕緣物靶材4作為基準而在基板10之側交叉。
接著，說明關於偏位距離及T/S距離。
偏位距離，係通過基板10之中心的直線N2與直線N3之間的距離。
T/S距離，係從絕緣物靶材4之表面的中心位置至包含基板10之表面的面S之沿著直線N3的距離。或者，T/S距離，係亦可依靶材保持器6之載置絕緣物靶材4的面、及基板保持器7之載置基板10的面而定義。
另外，就角度θ於往基板10之成膜處理為可能的範圍無特別限制。其中，考量於基板10成膜絕緣膜時之膜厚的面內分布、及濺鍍粒子之往基板10上的附著效率時，15度≦θ≦60度為佳。
接著，利用圖5，而就於本實施形態之說明所使用的「在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面」作說明。
如圖5所示，在含基板10之面的絕緣物靶材4之投影面P，係可從絕緣物靶材4之表面上的各點，於相對於絕緣物靶材4之表面而垂直的方向，亦即於沿著直線N1之方向使假想上的直線延伸，考量各直線與包含基 板10之面的交點從而求得。
另外，於本實施形態相關之成膜裝置1，於基板保持器7，係設有可上下動及水平移動之機構，使得可將上述偏位距離及T/S距離分別設定為既定之距離而執行成膜。此外，於靶材保持器6，係設有可使相對於上述基板10的絕緣物靶材4之角度θ變更的擺動機構，使得可設定成既定之角度θ而執行成膜。
此外，就於本實施形態之說明所使用的「在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面之狀態」作說明。
「在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面之狀態」，係利用在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面之位置、及該投影面之形狀而決定。使上述之角度θ、T/S距離、及偏位距離的至少任一者變化，使得在包含基板10之面的絕緣物靶材4之投影面P會變化。例如，使角度θ變化之情況下，投影面之形狀會變化。此外，於使T/S距離及偏位距離之中的至少一方變化之情況下，係在含基板之表面的面之靶材的投影面之位置會變化。
於此，於圖6，就在絕緣物靶材方面採用MgO靶材，使T/S距離變化而將作為絕緣膜之MgO膜成膜於基板上的情況下之基板上的位置及RA(阻力面積積)之關係的例子作繪示。另外，關於角度θ，係以皆為θ=30度進行成膜。示於圖6之圖表的橫軸，係表示通過基板之中心的一直線上之基板的各點之位置，以基板之中心 為0。縱軸，係顯示基板之各點的位置之RA。RA，係使基板之中心的值為1.0，示出標準化之值。關於MgO以外之膜的構成，係如同示於圖2之構成。RA之測定，係形成示於圖2之積層構造，於進行元件分離前之狀態下進行。
如從示於圖6之結果知悉，例如T/S距離為240mm之情況下，在基板中心RA最低，RA朝向基板外周而增加，之後，於最外周係稍微降低。另一方面，使T/S距離為260mm，使在含基板之表面的面之MgO靶材的投影面變化之情況下，在基板中心附近RA最高，RA朝向基板外周而不斷降低。於此，算出各T/S距離下之RA分布(1σ，以下同樣)之情況下，T/S距離240mm下係9.2%，250mm下係4.3%，260mm下係9.6%。另外，關於屬從成膜MgO膜之基板(晶圓)端部起範圍10mm之周緣部的邊緣排除，係不進行RA之測定而從RA分布的算出除外。
為了減低上述之RA分布，在本實施形態，係組合2個成膜程序，而藉濺鍍法進行氧化膜等之絕緣膜之成膜。
具體而言，首先，基板保持器與靶材保持器之相對上的位置關係處於第1關係時，或者，於在含基板之表面的面之絕緣物靶材的投影面處於第1狀態時進行第1成膜程序。在此第1成膜程序，係以獲得從基板之中心部至周邊部就既定的特性具有第1特性變化之膜的方式作 成膜。於此，既定之特性，係指例如上述之RA等電氣特性等。
然後，基板保持器與靶材保持器之相對上的位置關係處於第2關係時，或者，於在含基板之表面的面之靶材的投影面處於第2狀態時進行第2成膜程序。在此第2成膜程序，係從基板之中心部至周邊部於至少一部分，以獲得具有就與第1特性變化相同的特性具有與第1特性變化係相反趨勢的傾向之第2特性變化的膜之方式作成膜。
作為一例，係於第1成膜程序，以T/S距離為240mm進行MgO膜之成膜，於下個第2成膜程序，以T/S距離為260mm進行MgO膜之成膜。
經包含如此之第1及第2成膜程序的程序，使得於第1成膜程序被堆積之絕緣膜的從基板之中心部至周邊部的至少一部分所發生之第1特性變化，藉於第2成膜程序被堆積之絕緣膜的從基板之中心部至周邊部的至少一部分所發生之第2特性變化而被抵消。此結果，使得可減低從基板之中心部朝向周邊部的RA等之既定之特性的變異性。再者，在絕緣物靶材方面採用氧化物靶材而進行氧化膜的形成，使得相較於藉金屬膜之氧化而形成氧化膜的情況，可獲得高MR比。
於圖7，就採用本實施形態相關之方法的情況下之在基板面內的各點之RA的變異性之例作繪示。示於圖7之圖表的橫軸及縱軸係如同示於圖6之圖表。在本實 驗，係在絕緣物靶材方面採用MgO靶材，將作為絕緣膜之MgO膜成膜於基板上。在第1成膜程序及第2成膜程序之成膜時間的合計係固定於65秒。然後於第1成膜程序，係使T/S距離為240mm，於第2成膜程序係使T/S距離為260mm，調查使在各成膜程序之處理時間的情況下之在基板面內的各點之RA的變化。
於圖7，繪點a，係表示於第1成膜程序50秒、於第2成膜程序進行15秒之成膜的情況下之結果。此時之RA分布係2.4%。繪點b，係表示於第1成膜程序45秒、於第2成膜程序進行20秒之成膜的情況下之結果。此時之RA分布係3.4%。繪點c，係表示於第1成膜程序32.5秒、於第2成膜程序進行32.5秒之成膜的情況下之結果。此時之RA分布係4.2%。如從示於圖7之結果知悉，採用本實施形態相關之方法而進行MgO膜之成膜的情況下，該RA分布，係成為比示於圖6之結果的任一者皆良好者。
於此，就於本實施形態之說明所採用的RA進行說明。RA係表示接面電阻值，以RA=Rp×A(Ω‧μm2)定義。於此，Rp，係固定層與自由層之磁化為平行之(阻力低)狀態下的阻力值。A，係元件之截面積(垂直於電流方向之面)。於RA之測定，係採用以採用作為美國IBM公司與獨Infineon Technologies公司所開發之技術的CIPT(Current In-Plane Tunneling)法、及CAPRES公司之顯微鏡12點探針的技術而開發之測定器而測定之方法。 在測定之對象方面，係可採用將穿隧磁阻膜加工而形成之TMR元件而測定。或者，亦可採用以可更簡易作測定之CIPT測定器作測定的RA值。在本實施形態，係採用以CIPT測定器作測定之RA值。
CIPT法，係於TMR膜之膜面測定垂直方向的阻力，於磁阻效應膜之表面使4個探針作接觸而測定阻力值的方法。在例子方面，就以示於圖1之TMR膜(TMR元件)作為測定對象的情況作說明。藉CIPT法而測定之TMR膜的阻力，係成為作為穿隧能障層之MgO層的上部之水平方向的阻力Rt、MgO層之下部的水平方向之阻力Rb、及垂直於MgO層之方向的阻力RA之合成電阻。TMR膜的下部與上部之電極，係採用電阻小之金屬層，使得可使MgO層之上部與下部的水平方向之阻力減低，提高合成電阻之中的垂直之方向的阻力RA之測定準確度。如此採用CIPT法，使得可測定屬接面電阻值之RA。
另外，在上述之說明，係就採用單一的絕緣物靶材而進行第1成膜程序與第2成膜程序之情況作說明。然而，各成膜程序，係可採用相同的絕緣物材料製之複數個絕緣物靶材而執行。同時濺鍍複數個絕緣物靶材而進行成膜，使得可提高成膜速度，使生產性提升。
此外，在上述之說明，係就採用相同的絕緣物靶材而進行第1成膜程序與第2成膜程序之情況作說明。亦即，於濺鍍既定之絕緣物靶材而進行第1成膜程序後，驅動基板保持器，變更T/S距離之下，再度濺鍍相同 的絕緣物靶材而進行第2成膜程序。然而，使於第1成膜程序採用之絕緣物靶材、及於第2成膜程序採用之靶材為相同絕緣物材料製但為個別之不同的絕緣物靶材，同時濺鍍此等之絕緣物靶材，從而同時執行第1成膜程序及第2成膜程序亦可。在此等不同的絕緣物靶材，係採取互相使T/S距離有異。此方法，係於相對於1個基板保持器設置複數個靶材保持器之裝置，採用靶材保持器與基板保持器之距離因各個的靶材保持器而異的濺鍍裝置從而可執行。採用如此之方法，使得使T/S距離變化之程序變不需要，故可縮短基板處理時間，提高生產性。
在上述之實施形態，係變更T/S距離，從而使在包含基板之被處理面的面之絕緣物靶材的投影面之狀態變化。然而，使絕緣物靶材的投影面之狀態作變化的方法係非限定於此者。例如，使於第1成膜程序採用之絕緣物靶材、及於第2成膜程序採用之絕緣物靶材的相對於基板之傾斜角度θ(圖4參照)有異，使得可使在包含基板之被處理面的面之靶材的投影面變化。
如此，於使相對於絕緣物靶材的基板之傾斜角度θ變化的情況下，亦如同使T/S距離變化之情況，可改變從基板之中心部至周邊部所發生的關於既定之特性的特性變化之趨勢。例如，於第1成膜程序，濺鍍θ=θ1之第1絕緣物靶材而進行氧化物層等之絕緣膜之成膜。接著，於第2成膜程序，濺鍍θ=θ2(其中，θ1≠θ2)之第2絕緣物靶材而進行氧化物層等之絕緣膜之成膜。此時，於第 2成膜程序成膜之絕緣膜，係以獲得相對於在第1成膜程序成膜的絕緣膜之關於從基板之中心部至周邊部所發生的既定之特性的第1特性變化，從基板中心部至周邊部於至少一部分，就與第1特性變化相同的特性展現具有與第1特性變化係相反的趨勢之第2特性變化的絕緣膜之方式，進行第2成膜程序。
另外，在使相對於絕緣物靶材的基板之傾斜角度θ變化的方法方面，係可採用各種之方法。例如，採用相同之絕緣物靶材，於靶材保持器，設置可變更相對於基板之角度θ的擺動機構，於執行第1成膜程序後，使角度θ變更，執行第2成膜程序亦可。或者，於採用預先設定為角度θ1之絕緣物靶材而執行第1成膜程序後，採用預先設定為角度θ2之別的絕緣物靶材而執行第2成膜程序亦可。或者，使用預先設定成角度θ1之絕緣物靶材、及預先設定成角度θ2之別的絕緣物靶材之兩方，而同時進行成膜程序，從而同時執行第1成膜程序及第2成膜程序亦可。
此外，如上所述，亦可與使T/S距離變更或使角度θ變化同時，或代替此等，而變更偏位距離(圖4參照)，從而使在包含基板之被處理面的面之靶材的投影面變化。
於此，利用圖8及圖9，而就在上述實施形態之各程序的裝置之各要素的動作作說明。圖8，係就上述實施形態相關之RF濺鍍處理作繪示的流程圖。此外，圖 9，係就在執行在圖8所說明之流程圖時的各時點之「RF電力」、「T/S距離」、「基板保持器之旋轉」及「遮蔽件的位置」之各者的狀態作表示的時序圖。
在步驟S91，係透過作為基板搬送口之閘閥42，而將基板10搬送至真空容器2內，予以保持於基板保持器7上。此時基板保持器7，係為了在與不圖示之基板保持手段之間進行基板之交接，而位於「搬送位置」。
另外，在放電開始前之既定的時間點，藉渦輪分子泵浦48及乾式泵浦49以成為既定之壓力的方式將真空容器2內排氣，同時藉氣體導入機構15對於真空容器2內導入放電用之氣體。
在步驟S92，係驅動基板保持器驅動機構31，從而以基板保持器7與靶材保持器6之相對上的位置關係成為第1關係之方式而使基板保持器7上下動。藉此，將T/S距離設定為既定之距離。在圖9，係將此時之基板保持器7的位置表示為「第1位置」。另外，搬送位置與第1位置係相同亦可。此外，此時可與基板保持器7之上下動同時，或代替基板保持器7之上下動，而藉靶材保持器6之擺動機構將角度θ設定成既定的角度。
接著在步驟S92，係藉基板保持器驅動機構31而使基板保持器7旋轉，同時對於絕緣物靶材4藉RF電源12施加RF電力而進行放電。此時，配於絕緣物靶材4之附近的遮蔽件13，係位於絕緣物靶材4與基板10之間(遮蔽位置)。如此逾放電開始時藉遮蔽件13將絕緣物 靶材4遮蔽，係放電開始時係濺鍍率會不穩定之故。
濺鍍率穩定後，係在步驟S93，使遮蔽件13移動至非絕緣物靶材4與基板10之間的位置(非遮蔽位置)，對於基板10進行第1成膜程序之RF濺鍍。藉此，成膜MgO膜等之絕緣膜。
在下個步驟S94，係使遮蔽件13移動至遮蔽位置從而暫時停止成膜。然後，驅動基板保持器驅動機構31，從而以基板保持器7與靶材保持器6之相對上的位置關係成為第2關係之方式而使基板保持器7上下動。藉此，變更在步驟S92設定之T/S距離。在圖9，係將此時之基板保持器7的位置表示為「第2位置」。另外，此時，可與基板保持器7之上下動同時，或代替基板保持器7之上下動，而藉靶材保持器6之擺動機構將角度θ從在步驟S92之角度作變更。
在下個步驟S95，係再度使遮蔽件13移動至非遮蔽位置，對於基板10進行第2成膜程序之RF濺鍍。藉此，成膜MgO膜等之絕緣膜。
在下個步驟S96，係停止RF電源12所為之RF電力的施加，同時使遮蔽件13移動至遮蔽位置而使成膜結束。另外，RF電力之施加的停止、及遮蔽件13之往遮蔽位置的移動係可非同時。
在下個步驟S97，係為了使基板10移動至搬送位置而藉基板保持器驅動機構31使基板保持器7移動至搬送位置。之後，將基板10從真空容器2搬出，RF濺 鍍處理結束。
另外，在圖9，係就步驟S92~步驟S95，亦即遍及第1成膜程序、T/S距離之變更及第2成膜程序而接續施加RF電力之情況作繪示。然而，RF電力之施加係非限定於此情況者，例如，可於步驟S92~步驟S95的各個步驟之切換時停止RF電力之施加。但是，遍及步驟S92~步驟S95而接續施加RF電力，係可省略開始RF電力之施加至濺鍍率穩定為止的待機時間，故就產量提升之觀點為佳。
於此，利用圖10而說明關於供於使本實施形態相關之濺鍍裝置動作用的控制裝置。圖10，係就於本實施形態相關之濺鍍裝置所使用的控制裝置作繪示。
如圖10所示，控制裝置，係備有具備記憶裝置51之主控制部50。於在主控制部50所具備之記憶裝置51，係儲存執行本實施形態相關之各種的基板處理程序之控制程式。例如，控制程式，係作為遮罩ROM而安裝。或者，於藉硬碟驅動器(HDD)等而構成之記憶裝置51，透過外部之記錄媒體或網路而安裝控制程式亦可。主控制部50，係與供以於靶材施加高頻電源用的RF電源12、基板保持器驅動機構31、遮蔽件驅動機構14、及閘閥42等分別電性連接。藉此，控制裝置之主控制部50，係以可管理、控制濺鍍裝置1之動作的方式而構成。
記憶裝置51，係亦可進一步保持供於執行第1成膜程序及第2成膜程序用的資料。例如，記憶裝置51 係就角度θ、T/S距離及偏位距離之各者，保持獲得接面電阻值從基板之中心部至周邊部的至少一部分而減少之膜的條件、及獲得接面電阻值從基板之中心部至周邊部的至少一部分而增加之膜的條件。然後，記憶裝置51將此等之條件作為於第1成膜程序及第2成膜程序使用的條件而預先記憶亦可。
(關於MRAM之說明)
接著，就採用利用上述TMR元件之製造方法而製造的TMR元件之MRAM作說明。圖11，係就MRAM700之示意構造作繪示的剖面圖。
於MRAM700之基板701，係形成薄膜電晶體Tr。薄膜電晶體Tr之源/汲極擴散層，係透過接觸插栓703、配線704-1、配線704-2、及下部電極層705而電性連接於TMR元件710。
TMR元件710，係具有形成於下部電極層705之上側的固定磁性層720、形成於固定磁性層720上之穿隧能障層721、及形成於穿隧能障層721上之自由磁性層722。
此外，於TMR元件710之下側，係配設於下部電極層705之下方分開的字線706。字線706，係形成為相對於紙面延伸於垂直方向之帶狀。此外，於TMR元件710之上側，係配設延伸於與字線706正交之方向的帶狀之位元線707。亦即，TMR元件710，係配設於互相正 交之字線706與位元線707之間。
TMR元件710，係於下部電極層705之上側，積層固定磁性層720、穿隧能障層721、及自由磁性層722，對於此等固定磁性層720、穿隧能障層721、及自由磁性層722實施蝕刻而圖案化從而形成。
採用利用本實施形態相關之方法而製造的TMR元件710，使得可改善磁阻效應之再現性或晶圓內的面內均勻性，可使屬MRAM之生產性的良率提升。

Claims (14)

  1. 一種穿隧磁阻效應元件之製造方法，於2個強磁性層之間配設穿隧能障層，特徵在於：具有：於在含形成前述強磁性層的基板之表面的面之第1絕緣物靶材的投影面處於第1狀態時，濺鍍該第1絕緣物靶材，於前述基板之表面進行絕緣膜之形成的第1成膜程序；及於在含前述基板之表面的面之第2絕緣物靶材的投影面處於與前述第1狀態有異的第2狀態時，濺鍍該第2絕緣物靶材，於前述基板之表面進行絕緣膜之形成的第2成膜程序；在前述第2成膜程序之前述濺鍍，係獲得相對於藉在前述第1成膜程序之前述濺鍍而得之前述絕緣膜的從前述基板之中心部至周邊部所發生的第1特性變化，從前述基板之前述中心部至前述周邊部於至少一部分展現具有與前述第1特性變化係相反的趨勢之第2特性變化的前述絕緣膜者。
  2. 如申請專利範圍第1項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1絕緣物靶材與前述第2絕緣物靶材係相同之靶材，於進行前述第1成膜程序後，使前述第1絕緣物靶材與前述基板之距離變化，從而使前述第1絕緣物靶材的前述投影面從前述第1狀態變化成前述第2狀態而進行前述第2成膜程序。
  3. 如申請專利範圍第2項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1絕緣物靶材與前述基板之前述距離的變化，係使載置前述基板之基板保持器的位置變化從而進行。
  4. 如申請專利範圍第3項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，遍及前述第1成膜程序、前述基板保持器之位置的變化、及前述第2成膜程序而接續於前述靶材施加RF電力。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述基板保持器，係可旋轉保持前述基板者，於前述第1成膜程序及前述第2成膜程序，前述基板保持器係使前述基板旋轉。
  6. 如申請專利範圍第1項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1絕緣物靶材與前述第2絕緣物靶材係不同之靶材，同時濺鍍前述第1絕緣物靶材與前述第2絕緣物靶材，從而同時執行前述第1成膜程序與前述第2成膜程序。
  7. 如申請專利範圍第6項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1絕緣物靶材之面於前述基板之側的表面之中心的法線相對於前述含基板之表面的面而成之角度、及前述第2絕緣物靶材之面於前述基板之側的表面之中心的法線相對於前述含基板之表面的面而成之角度有異。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之穿隧磁阻效應元件 之製造方法，其中，前述基板，係藉可使前述基板在面內旋轉之基板保持器而保持，於前述第1成膜程序及前述第2成膜程序，前述基板保持器係使前述基板旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，於前述第1成膜程序及前述第2成膜程序所形成之前述絕緣膜係前述穿隧能障層，前述第1特性變化及前述第2特性變化，係在前述穿隧能障層的接面電阻值之變化。
  10. 如申請專利範圍第9項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1特性變化，係在前述基板之前述中心部的前述接面電阻值高於在前述基板之前述周邊部的接面電阻值者，前述第2特性變化，係在前述基板之前述中心部的前述接面電阻值低於在前述基板之前述周邊部的接面電阻值者。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之穿隧磁阻效應元件之製造方法，其中，前述第1絕緣物靶材及前述第2絕緣物靶材，係氧化鎂靶材。
  12. 一種濺鍍裝置，特徵在於：具有：處理室；供以將前述處理室之內部作排氣用的排氣部；供以保持配於前述處理室之內部的基板用之基板保持器； 配於前述處理室之內部，可安裝絕緣物靶材之靶材保持器；供以將供以在前述靶材保持器之附近形成電漿用的高頻電力，施加於前述靶材保持器用之高頻電源；及對於在前述基板保持器所保持之前述基板，使前述靶材保持器與前述基板保持器之相對上的位置關係為第1關係，藉前述高頻電源對於前述靶材保持器施加高頻電源而濺鍍安裝於前述靶材保持器之前述絕緣物靶材從而對於前述基板執行第1成膜程序，接著，使前述靶材保持器與前述基板保持器之相對上的位置關係，係與前述第1關係為不同的第2關係，亦即獲得相對於前述第1關係下之藉前述第1成膜程序而得之絕緣膜的從前述基板之中心部至周邊部所發生的第1特性變化，從前述中心部至前述周邊部於至少一部分展現具有與前述第1特性變化係相反的趨勢之第2特性變化的絕緣膜之第2關係，藉前述高頻電源對於前述靶材保持器施加高頻電力而濺鍍安裝於前述靶材保持器之前述絕緣物靶材從而執行第2成膜程序的控制部。
  13. 如申請專利範圍第12項之濺鍍裝置，其中，於前述第1成膜程序及前述第2成膜程序所形成之前述絕緣膜，係穿隧磁阻效應元件之穿隧能障層，前述第1特性變化及前述第2特性變化，係在前述穿隧能障層的接面電阻值之變化。
  14. 如申請專利範圍第13項之濺鍍裝置，其中，前述第1特性變化，係在前述基板之前述中心部的前述接面 電阻值高於在前述基板之前述周邊部的前述接面電阻值者，前述第2特性變化，係在前述基板之前述中心部的前述接面電阻值低於在前述基板之前述周邊部的前述接面電阻值者。
TW103145932A 2014-02-14 2014-12-27 A method of manufacturing a tunneling magnetoresistance effect element, and a sputtering apparatus TWI535878B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014026132 2014-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201533255A true TW201533255A (zh) 2015-09-01
TWI535878B TWI535878B (zh) 2016-06-01

Family

ID=53799677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103145932A TWI535878B (zh) 2014-02-14 2014-12-27 A method of manufacturing a tunneling magnetoresistance effect element, and a sputtering apparatus

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10361363B2 (zh)
JP (1) JP6095806B2 (zh)
TW (1) TWI535878B (zh)
WO (1) WO2015121905A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5848494B1 (ja) 2015-02-02 2016-01-27 キヤノンアネルバ株式会社 垂直磁化型ｍｔｊ素子の製造方法
SG11201708865PA (en) 2015-05-22 2017-11-29 Canon Anelva Corp Magnetoresistance effect element
JP2019073743A (ja) * 2017-10-12 2019-05-16 アドバンストマテリアルテクノロジーズ株式会社 成膜装置及び成膜方法
CN108018535B (zh) * 2017-12-29 2023-12-22 杭州比凡科电子科技有限公司 一种对置靶座磁控溅射装置
JP7361497B2 (ja) 2019-05-28 2023-10-16 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
JP2020196907A (ja) * 2019-05-30 2020-12-10 キヤノン株式会社 スパッタ装置およびスパッタ成膜方法
JP7384735B2 (ja) 2020-04-07 2023-11-21 株式会社アルバック スパッタリング装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7780820B2 (en) 2005-11-16 2010-08-24 Headway Technologies, Inc. Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier
JPWO2009154009A1 (ja) * 2008-06-20 2011-11-24 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗素子の製造方法、スパッタ成膜チャンバー、スパッタ成膜チャンバーを有する磁気抵抗素子の製造装置、プログラム、記憶媒体
JP5570951B2 (ja) 2009-12-26 2014-08-13 キヤノンアネルバ株式会社 反応性スパッタリング方法及び反応性スパッタリング装置
WO2011122411A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 株式会社 アルバック スパッタ装置
JP2013082961A (ja) 2011-10-07 2013-05-09 Ulvac Japan Ltd スパッタ装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI535878B (zh) 2016-06-01
WO2015121905A1 (ja) 2015-08-20
US20160276583A1 (en) 2016-09-22
JPWO2015121905A1 (ja) 2017-03-30
US10361363B2 (en) 2019-07-23
JP6095806B2 (ja) 2017-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI535878B (zh) A method of manufacturing a tunneling magnetoresistance effect element, and a sputtering apparatus
JP5647351B2 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果膜の加工方法
JP6016946B2 (ja) 酸化処理装置、酸化方法、および電子デバイスの製造方法
JP4673858B2 (ja) スパッタ装置および成膜方法
JP5232540B2 (ja) 磁気センサ構造および磁気センサ構造のｃｃｐスペーサの形成方法
JP5603472B2 (ja) スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子の製造方法
CN104885245B (zh) 磁阻元件的制造方法
JP2010109319A (ja) 磁気抵抗素子の製造法および記憶媒体
JP2010080806A (ja) 磁気抵抗素子の製造法及びその記憶媒体
TW201304221A (zh) 磁阻效應元件之製造方法
JP2008172266A (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
WO2007105472A1 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
WO2010095525A1 (ja) 磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の製造方法
JPWO2010026704A1 (ja) 磁気抵抗素子とその製造方法、該製造方法に用いる記憶媒体
JP5053788B2 (ja) 導電性プローブ、導電性プローブの製造方法、及び磁気特性測定方法
CN108232004A (zh) 一种轻离子溅射刻蚀制备磁性隧道结的方法
JP2009044174A (ja) 磁気抵抗効果素子およびそれを用いたｍｒａｍ
JP2011040496A (ja) 磁性媒体の製造法及びスパッタリング装置
JP2001077443A (ja) 積層膜成膜装置、これを用いた磁気抵抗センサの製法および磁気抵抗センサ
JP2011018693A (ja) 磁性媒体の製造法及び成膜装置
JP2009147351A (ja) 磁気抵抗デバイスの製造方法及び製造装置
JPH11328628A (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法並びにスピンバルブ膜の成膜方法
JP2009044173A (ja) 磁性多層膜形成装置
JPWO2010029701A1 (ja) 磁気抵抗素子とその製造方法、該製造方法に用いる記憶媒体
JP2010080812A (ja) 磁気抵抗素子の製造方法