TWI440236B - Method for manufacturing magnetoresistive elements - Google Patents

Method for manufacturing magnetoresistive elements Download PDF

Info

Publication number
TWI440236B
TWI440236B TW099146324A TW99146324A TWI440236B TW I440236 B TWI440236 B TW I440236B TW 099146324 A TW099146324 A TW 099146324A TW 99146324 A TW99146324 A TW 99146324A TW I440236 B TWI440236 B TW I440236B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
metal layer
forming
metal
heat treatment
Prior art date
Application number
TW099146324A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201145631A (en
Inventor
Kazumasa Nishimura
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 TW201145631A publication Critical patent/TW201145631A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI440236B publication Critical patent/TWI440236B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01Manufacture or treatment
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/093Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/098Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/01Magnetic additives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Description

磁阻元件之製造方法
本發明係有關發揮高MR比之磁阻元件之製造方法。
穿隧磁阻(TMR)元件係具有以2個強磁性層夾持穿隧阻障層的構造。在賦予外部磁場時,當2個強磁性層的磁化之相對角度產生變化時,藉由穿隧阻障層之電子的穿隧傳導確率產生變化,TMR元件的阻抗產生變化。
如此之TMR元件係使用於硬碟之磁頭的讀出而應用於感測器部,或使用磁性之非揮發性記憶體MRAM等之裝置。
作為TMR元件之穿隧阻障層的材料係使用鋁(Al),鈦(Ti),鎂(Mg)等之氧化物。特別是鎂的氧化物(MgO)穿隧阻障層係可得到更大之磁阻變化率(MR比)(參照非專利文獻1)。
對於MgO穿隧阻障層之製作方法,係有以高頻率(RF)濺鍍直接形成MgO標靶的方法,和將Mg層成膜,之後經由氧化處理而形成MgO層的方法。
對於使用將MgO標靶以RF濺鍍直接形成MgO穿隧阻障層的方法之TMR元件,特別是作為以低RA(元件阻抗×元件面積)改善MR比之技術,報告有於形成MgO穿隧阻障層後,進行基板加熱之方法(參照非專利文獻2)。
另外,對於將Mg層成膜,使用經由氧化處理而形成MgO層之方法的TMR元件,報告有在將第1之Mg層成膜後,經由自然氧化而於Mg層的表面製作MgO層,之後由將第2之Mg層成膜者,形成第1之Mg層/MgO層/第2之Mg層所成之穿隧阻障層之方法(參照專利文獻1)。
作為其他的方法,報告有在將第1之Mg層成膜後,在高壓下施以氧化處理,之後將第2之Mg層成膜,在低壓下施以氧化處理之方法(參照專利文獻2)。
更且,作為穿隧阻障層,報告有形成第1MgO層與第2MgO層之層積體(參照專利文獻3)。在揭示於專利文獻3之方法中,首先,形成第1Mg層,氧化該第1Mg層而形成第1MgO層。接著,經由在磁場中將該第1MgO層進行退火者而於第1MgO層具有結晶配向性。接著,於第1MgO層上形成第2Mg層,氧化該第2Mg層而形成第2MgO層,形成第1MgO層與第2MgO層之層積體的穿隧阻障層。
以往技術文獻
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-142424號公報
[專利文獻2]日本特開2007-305768號公報
[專利文獻3]日本特開2007-173843號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Butler們,Physical Review B,63,054416(2001)
[非專利文獻2]Appl.Phys.Lett.,93-192109
一般而言,以RF濺鍍形成MgO標靶之方法,可得到高MR比,但在此方法中,有著粒子多的問題。粒子掉落於相當於晶圓上之TMR元件的範圍之情況,有著使TMR元件的電性特性劣化之擔憂。
另一方面,在將Mg層成膜,之後進行氧化處理而形成MgO層之方法中,粒子少,比較於RF濺鍍MgO標靶之方法而適合量產,但有MR比為小之問題。在揭示於上述專利文獻之方法所得到之MR比係在專利文獻1為34%,在專利文獻3為約60%。
因此,本發明係在由氧化處理金屬層(例如,Mg層)者,形成金屬氧化物層(例如,MgO層)之方法中,其目的為提供得到更高MR比之磁阻效果元件之製造方法。
為了達成如此目的,本發明之第1之形態係磁阻元件之製造方法,其特徵為含有:準備形成有第1之強磁性層之基板的工程;和於前述第1之強磁性層上,製作穿隧阻障層之工程;和於前述穿隧阻障層上,形成第2之強磁性層的工程;製作前述穿隧阻障層之工程係具有:於前述第1之強磁性層上,將第1之金屬層成膜之工程;和氧化前述第1之金屬層之工程;和於前述氧化之第1之金屬層上,將第2之金屬層成膜之工程;和加熱處理前述氧化之第1之金屬層及前述第2之金屬層之工程。
本發明之第2之形態係磁阻元件之製造方法,其特徵為含有:準備形成有第1之強磁性層之基板的工程;和於前述第1之強磁性層上,製作穿隧阻障層之工程;和於前述穿隧阻障層上,形成第2之強磁性層的工程;製作前述穿隧阻障層之工程係具有:於前述第1之強磁性層上,將第1之金屬層成膜之工程;和氧化前述第1之金屬層之工程;和於前述氧化之第1之金屬層上,將第2之金屬層成膜之工程;和以該第2之金屬層沸騰之溫度加熱處理前述氧化之第1之金屬層及前述第2之金屬層之工程。
如根據本發明,可提供粒子少,MR比高之磁阻元件。
(第1實施形態)
圖1係說明有關本實施形態的TMR元件製造工程的流程圖。另外,圖2係概略性顯示有關本實施形態之TMR元件的構成之剖面圖。
首先,在圖1,在步驟S1中,於處理基板1上,將具有第1之基底層2a及第2之基底層2b的基底層2,以及固定磁化層4進行成膜。例如,於處理基板1上,作為多層膜之第1之基底層2a,將例如鉭(Ta),鉿(Hf),鈮(Nb),鋯(Zr),鈦(Ti),鉬(Mo)或鎢(W)等所成之厚度0.5~5nm程度之基底層成膜。於其上方,例如將含有鎳(Ni),鐵(Fe),鉻(Cr),釕(Ru)等之至少1個元素之第2之基底層2b,進行0.5~5nm程度成膜。於其上方,將例如IrMn,PtMn,FeMn,NiMn,RuRhMn,CrPtMn等所成之反強磁性層3,進行3~15nm程度成膜。
然而,在本實施形態中,作為基底層2,使用第1之基底層2a與第2之基底層2b之層積體,但並不限定於此,而基底層2係亦可為1層。
於其上方,將例如CoFe等所成之厚度1~5nm程度之強磁性層4a,和Ru,Cr,銠(Rh),銦(Ir),錸(Re)之中至少1個或2個以上的合金所成之厚度0.8nm程度之非磁性中間層4b,和例如CoFe,CoFeB等所成之厚度1~5nm程度之強磁性層4c進行成膜。反強磁性層3,強磁性層4a,非磁性中間層4b,強磁性層4c係形成合成型之固定磁化層4。亦可將強磁性層4a,4c與非磁性中間層4b置換成一層之強磁性層。此情況,固定磁化層4係成為反強磁性層3與強磁性層之2層構造。
在本實施形態中,在步驟S1,於基板1上形成固定磁化層4,但亦可使用預先將固定磁化層4成膜之基板1。即,在本實施形態中,如準備具有形成有穿隧阻障層之強磁性層的基板,亦可採用任何方法。
在步驟S2中,於上述固定磁化層4上,將第1之金屬層5a進行0.5nm~2.0nm程度成膜。作為第1之金屬層 5a,從得到Mg高之MR比的觀點為佳,而Zn,或Mg與Zn之合金亦佳。或者,第1之金屬層5a係亦可含有Mg之構成。
其他,第1之金屬層5a係亦可為Al,Ti,Zn,Hf,Ga等之金屬。
更且,於作為上述第1之金屬層5a所例示之金屬,添加氧亦可(參照第2之實施形態),或者,亦可添加硼(B),碳(C)等之非金屬之至少1個。
之後,在步驟S3中,將形成有第1之金屬層5a之基板1,搬送至氧化處理室,氧化第1之金屬層5a。氧化處理係經由氧氣或氧氣與非活性氣體,例如氦(He),氖(Ne),氬(Ar),氪(Kr),氙(Xe)之至少1個所進行。氧化方法係如由封閉處理室之封閉氧化,進行排氣同時之流程氧化,利用活性氧之自由基氧化,及電漿氧化等進行即可。
之後,在步驟S4中,將氧化第1之金屬層5a之基板1,搬送至成膜處理室,於上述氧化之第1之金屬層5a上,將第2之金屬層5b進行成膜。此係具有殘存於氧化之第1之金屬層5a之表面的氧,則經由移動至持續所形成之磁化自由層之時,防止乃至降低氧化磁化自由層之機能。第2之金屬層5b係從得到Mg高之MR比之觀點為佳。其他,使用Ti,Zn,Hf等之金屬亦可。
之後,在步驟S5中,將形成有氧化之第1之金屬層5a及第2之金屬層5b之基板1,搬送至加熱處理室,加 上加熱處理。即,在本實施形態中,成膜第2之金屬層5b後,且成膜後述之磁化自由層6前,施以加熱處理。加熱處理係促進金屬與氧的結合,有著將阻障層的膜質做成均質化,高品位之效果。更且,在本實施形態中,經由該加熱處理,蒸發第2之金屬層5b。在本實施形態中,如上述經由加熱處理,於第1之金屬層5a之氧化時殘留,使存在於第1之金屬層5a與第2之金屬層5b之間的氧等與該第2之金屬層5b反應,氧化該第2之金屬層5b。此時,將未氧化之第2之金屬層5b(未經由本步驟之加熱處理而與氧結合之第2之金屬層5b之金屬成分),在本實施形態中經由蒸發之時,去除在第2之金屬層5b之氧化未氧化之金屬成分。因而,本步驟之加熱處理之功能除了金屬氧化物之結晶化之外,還有第2之金屬層5b之氧化,及蒸發未參與該氧化而殘留之金屬成分之功能。因而,加熱溫度係第2之金屬層5b氣化之溫度(引起氣化之溫度),即,引起第2之金屬層5b之蒸發的溫度。
例如,作為第1及第2之金屬層5a,5b而使用Mg,加熱處理時之加熱處理室內的壓力為1×10-9 ~1×10-8 Torr之情況,加熱溫度係為基板溫度,150~400度為佳。在150度以下中,未充分促進作為金屬之的Mg與氧的結合,另外Mg之蒸發亦未完全。如從圖8了解到,Mg之情況,在1×10-9 ~1×10-8 Torr之環境中,在約423K(約150℃),Mg的沸騰開始。隨之,在第2之金屬層5b中,在 1×10-9 ~1×10-8 Torr之環境,以約150℃以上的溫度未與氧結合之Mg係沸騰,該Mg產生氣化,從第2之金屬層5b之氧化物,除去未與氧結合之Mg。如此,為了使Mg蒸發,而150℃以上為佳。另外,在400度以上,固定磁化層4之固著力則減少。
如此,作為第2之金屬層5b之加熱處理時的加熱溫度,經由採用Mg沸騰之溫度之時,可將未與氧結合之Mg更有效地進行氣化。
即,可效率佳地進行Mg的除去。另外,經由該Mg除去之效率化,可縮短上述第2之金屬層5b之加熱處理的時間。
然而,將加熱處理室內的壓力作為1×10-9 ~1×10-8 Torr以外之壓力的情況,係在從圖8設定壓力,當然如抽出Mg蒸發之溫度即可。另外,作為第1及第2之金屬層5a,5b而使用Mg以外之金屬的情況,亦從如圖8之蒸氣壓的溫度依存性,呈以因應設定壓力所使用之金屬蒸發的溫度,加熱第1及第2之金屬層5a,5b地,進行加熱處理即可。
然而,在本實施形態中,如上述,經由使未與氧結合之Mg氣化而除去則為重要。因而,即使未達Mg沸騰之溫度,因亦引起Mg之氣化(蒸發)之故,如將加熱處理室進行排氣,亦可經由氣化(蒸發)而除去Mg。
另外,加熱的方法係利用發熱阻抗體或加熱燈等放射之方法,直接將晶圓放置於加熱之平台上,利用熱傳導之方法等為佳。更且,亦可為其他的加熱方法,並無限制。
由如此作為,在本步驟中,形成有具有氧化之第1之金屬層5a及氧化之第2之金屬層5b的穿隧阻障層5。
在步驟S6中,將在步驟S5施以加熱處理之基板1移動至成膜處理室,將例如CoFe,CoFeB,NiFe等之至少1層或2層以上所成之磁化自由層6進行1~10nm程度成膜。但,於將磁化自由層6成膜之前,以防止穿隧阻障層5與磁化自由層6之擴散的目的,進行冷卻工程亦可。基板係如冷卻至150度以下即可。
在步驟S7中,於磁化自由層6上,將Ta,Ru,Ti,Pt等之至少1層或2層以上所成之保護層7,進行1~30nm程度成膜。
如此之TMR元件係經由如圖3所示之群組型基板處理裝置,由真空一貫加以製作。
接著,對於在本實施形態之群組型製造裝置加以說明。
對於為了製作在本實施形態之TMR元件,至少需要1個以上之成膜處理室,1個之氧化處理室,1個之基板加熱處理室。
例如,從負載鎖定室8所搬送之基板1係搬送至成膜處理室9a,從圖2所示之基底層2至第2之強磁性層4c,成膜於基板1上。之後,基板1係搬送至成膜處理室9b,將第1之金屬層5a(例如,第1之Mg層)進行成膜。之後,形成有第1之金屬層5a之基板1係搬送至氧化處理室10,將第1之金屬層5a進行氧化。之後,氧化第1之金屬層5a之基板1係返回至成膜處理室9b,於氧化之第1之金屬層5a上,將第2之金屬層5b(例如,第2之Mg層)進行成膜。之後,形成有第2之金屬層5b之基板1係搬送至加熱處理室11,進行基板加熱處理。之後,加熱處理之基板1係返回至成膜處理室9b,將磁化自由層6及保護層7進行成膜。在此,負載鎖定室8,成膜處理室9a,9b,氧化處理室10,及加熱處理室11係以移轉處理室12所有加以連繫。各處理室係各具備排氣裝置而可獨立進行排氣,可以真空一貫進行基板處理。
在此,為了基板加熱處理後之冷卻,設置冷卻處理室,於磁化自由層6之成膜之前,進行冷卻亦可。或於磁化自由層6之成膜之前,在成膜處理室內進行冷卻亦可。
上述之TMR元件係可使用於硬碟用磁頭的讀出感測器或MRAM之記錄單元,或其他磁性感測器。
以上所述之實施形態係全為例示性顯示本發明之構成,限定性顯示之構成。
(實施例1)
在以上說明之本實施形態中,對於將金屬層成膜,使用之後經由氧化處理而形成氧化層之方法之TMR元件,對於可得到高MR比之TMR元件的製造方法加以說明。
在本實施例中,對於第1之金屬層5a使用Mg,將作為第1之金屬層5a之第1之Mg層進行1.2nm成膜。之後,氧化第1之Mg層,於其上方,作為第2之金屬層5b,將Mg(第2之Mg層)進行0.4nm成膜。之後,對於進行經由第2之Mg層蒸發之溫度的基板加熱處理(圖1之步驟S5)之情況(實施例1),和未進行之情況(比較例1)而製作TMR元件,測定RA及MR比。基板加熱處理係使阻抗體發熱,經由輻射而加熱基板。基板溫度係約300度。將其結果示於圖4。另外,RA係經由氧化時間而使其變化,但對於氧化時間與RA之關係,將結果示於圖5。
於圖6顯示於改變進行基板加熱處理之時機的情況(比較例2)所得到之元件,和在上述比較例1所得到之元件之氧化時間與RA之關係。在比較例2中,將第1之Mg層進行成膜,之後氧化第1之Mg層,進行基板加熱處理之後,將第2之Mg層進行成膜。另外,於圖7,顯示以此條件所製作之TMR元件的氧化時間與RA之關係。
從圖4了解到,經由進行基板加熱處理之時,在同等RA之MR比則提昇。另外,從圖5了解到,作為相同之氧化時間進行加熱處理者,RA亦上升。從此等結果,於氧化處理時,預想到Mg與氧係無法充分結合,經由基板加熱處理,促進Mg與氧之結合,可說是可降低針孔等之缺陷。
另外,從圖6可了解到,作為基板加熱處理之時機,如比較例2,氧化處理第1之Mg層而進行基板加熱處 理,該加熱處理後,將第2之Mg層成膜時,比較於比較例1,元件特性產生劣化。此係對於氧化處理後,認為於從第1之Mg層(第1之金屬層5a)所形成之MgO層表面附近,存在有剩餘的氧原子,由經由對此施以加熱處理而將MgO加以過氧化,或者氧化下部之強磁性層者而特性下降。對於比較例1的結果,亦同樣地對於氧化處理後,認為於從第1之Mg層所形成之MgO層表面,存在有剩餘的氧原子之故,未得到良質之結晶性MgO層而特性下降。
在本實施例中,將第1之Mg層,於氧化處理後,將第2之Mg層成膜之後進行加熱。
因此,存在於MgO層表面附近(即,氧化的第1之金屬層5a,和形成於該第1之金屬層5a之第2之金屬層5b之界面)的剩餘的氧原子與第2之Mg層(第2之金屬層5b)產生反應而形成MgO層。即,經由本實施例之基板加熱處理(步驟S5),將存在於上述界面的氧,與第2之Mg層的Mg結合而將第2之Mg層變換成MgO。並且,認為經由施以該基板加熱處理之時,促進MgO層之形成及MgO的結晶化,得到Mg:O的化學計量比更接近1:1之良質的結晶性MgO層之故,比較於比較例而得到良好結果之構成。
如此,在本實施形態中,形成第1之金屬層5a,氧化該第1之金屬層5a之後,於該氧化之第1之金屬層5a上形成第2之金屬層5b,之後經由進行加熱處理,氧化成為穿隧阻障層的原料之金屬層時,可以減輕無論如何都會殘留於該金屬層表面附近的氧之對於MR比劣化之影響。即,在本實施形態中,於第1之金屬層5a之氧化後,形成第2之金屬層5b,以殘留有氧於氧化之第1之金屬層5a與第2之金屬層5b之界面的狀態進行加熱處理之故,可將在以往中成為MR比劣化之原因的殘留於金屬層表面附近的氧,使用於第2之金屬層5b之氧化,結果得到與除去存在於上述界面的氧的情況等價的效果。此氧化係經由存在於上述界面的氧之構成之故,可消除乃至降低殘存於氧化之第2之金屬層5b表面的氧。另外,為了引起上述氧化之加熱溫度係因設定為引起第2之金屬層5b之蒸發的溫度之故,在第2之金屬層5b未氧化的成分係加以氣化而除去,可形成降低殘存於表面的氧之金屬氧化物。
如以上所述,在經由Mg層之金屬層的氧化處理而得到MgO層之金屬的氧化層之方法中,於金屬之氧化層(例如,MgO層)形成後,將金屬層(例如,Mg層)成膜,並且將該金屬層成膜之後施以加熱處理為重要。並且,如根據該方法,可提供比較於以往提昇MR比之磁阻元件。
然而,在上述之實施形態及實施例,限定磁化自由層6及固定磁化層4之位置而有所記載,但磁化自由層6及固定磁化層4之位置係在本發明中並未有特別限制。即磁化自由層6則形成於穿隧阻障層5之下側,而固定磁化層4則形成於較穿隧阻障層5為上側亦可。
(第2實施形態)
在本實施形態中,於第1之金屬層5a之形成時,於第1之金屬層5a意圖含有氧原子(摻雜氧於第1之金屬層5a)。即,在本實施形態中,在第1之金屬層5a之形成時,於成膜處理室亦導入有氧氣,於其內部含有氧同時,形成第1之金屬層5a。
例如,以電漿濺鍍將第1之金屬層5a成膜之情況,在圖1的步驟S2中,由添加氧於形成電漿的氣體者,可於第1之金屬層5a中含有氧原子。即,將成為第1之金屬層5a之原料的金屬(例如,Mg)之標靶設置於成膜處理室,於該成膜處理室內導入非活性氣體而生成電漿,將上述標靶進行電漿濺鍍,形成第1之金屬層5a於基板1上。在上述例中,加上於非活性氣體而將氧氣導入至成膜處理室內。此時,所供給之氧氣係加以或不做電漿激發亦可。隨之,從標靶所濺鍍之濺鍍粒子(例如,Mg粒子),和氧(電漿激發之情況係氧離子或氧自由基)則供給至基板,對於該基板上係導入所供給的氧之形式,將第1之金屬層加以成膜。即,形成氧摻雜之第1之金屬層。
為了上述氧摻雜之氧氣的導入時間係與作為濺鍍氣體之非活性氣體的導入時間相同亦可,而亦可不同。另外,上述氧氣的停止時間,亦可與非活性氣體之停止時間相同,而亦可不同。
例如,作為第1之金屬層5a而使用Mg,而作為非活性氣體使用Ar氣體之情況,例如,如在將15sccm之Ar氣體,和5sccm之氧氣獨立地進行導入之環境中(混合之氧濃度係25%),將作為第1之金屬層5a之Mg成膜即可。
在本實施形態中,因第1之金屬層5a含有氧之故,在該第1之金屬層5a,和該第1之金屬層5a之下層的強磁性層4c的界面附近,亦可良好地進行第1之金屬層5a之氧化。
通常,對於形成有第2之層於第1之層上的層積體而言,氧化第2之層之情況,對於在第2之層,為了氧化與第1之層的界面附近,必須嚴謹地進行氧化的控制。當氧化過強時,將氧化至第1之層,另外當氧化太弱時,產生有在第2之層末加以氧化之部分。
對此,在本實施形態中,如上述,導入氧同時,將第1之金屬層5a成膜之故,在形成於強磁性層4c上之第1之金屬層5a,氧則分布於厚度方向,對於與第1之金屬層5a內之強磁性層4c的界面附近,亦存在有氧。因而,在步驟S3之氧化處理中,預先含於第1之金屬層5a的氧亦貢獻於該第1之金屬層5a之氧化之故,在第1之金屬層5a之上述界面附近,亦經由含有於第1之金屬層5a的氧而良好地加以氧化。隨之,在第1之金屬層5a與強磁性層4c的界面,亦可形成起因於第1之金屬層5a之良質的金屬氧化物(例如,MgO)。
圖1係說明有關本發明之一實施形態的TMR元件製造工程的流程圖。
圖2係概略性顯示以圖1之方法所製造之TMR元件的構成之剖面圖。
圖3係顯示為了製作有關本發明之一實施形態的TMR元件之製造裝置之構成圖。
圖4係顯示有關本發明之一實施形態,於第2之Mg層成膜後進行基板加熱處理情況,和未進行情況之RA與MR比的關係特性圖。
圖5係顯示有關本發明之一實施形態,於第2之Mg層成膜後進行基板加熱處理情況,和未進行情況之氧化時間與RA的關係特性圖。
圖6係顯示有關本發明之一實施形態,於氧化處理後進行基板加熱處理情況,和未進行情況之RA與MR比的關係特性圖。
圖7係顯示有關本發明之一實施形態,於氧化處理後進行基板加熱處理情況,和未進行情況之氧化時間與RA的關係特性圖。
圖8係顯示有關本發明之一實施形態的Mg之蒸氣壓的溫度依存性的圖。

Claims (10)

  1. 一種磁阻元件之製造方法,其特徵為含有:於形成在基板上的第1之強磁性層上,製作穿隧阻障層之工程;和於前述穿隧阻障層上,形成第2之強磁性層的工程,其中,製作前述穿隧阻障層之工程係具有:於前述第1之強磁性層上,將第1之金屬層成膜之工程;氧化前述第1之金屬層之工程;於前述氧化之第1之金屬層上,將第2之金屬層成膜之工程;和在形成第2強磁性層之前,加熱處理前述氧化之第1之金屬層及前述第2之金屬層之工程。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法,其中,將前述第1之金屬層成膜的工程係以含有氧於前述第1之金屬層的內部的方式,形成該第1之金屬層。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法,其中,前述加熱處理之工程係經由前述加熱處理,結合以前述氧化之工程殘存於前述氧化之第1之金屬層表面的氧與前述第2之金屬層。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法,其中,前述第1及第2之金屬層之至少一方係鎂,或含有鎂。
  5. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方 法,其中,於前述加熱處理之工程之後,進行執行有前述加熱處理之基板的冷卻。
  6. 一種磁阻元件之製造方法,其特徵為含有:於形成在基板上的第1之強磁性層上,製作穿隧阻障層之工程;和於前述穿隧阻障層上,形成第2之強磁性層的工程;其中,製作前述穿隧阻障層之工程係具有:前述第1之強磁性層上,將第1之金屬層成膜之工程;氧化前述第1之金屬層之工程;和於前述氧化之第1之金屬層上,將第2之金屬層成膜之工程;和在形成第2強磁性層之前,以該第2之金屬層沸騰之溫度加熱處理前述氧化之第1之金屬層及前述第2之金屬層之工程。
  7. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法,其中,該加熱處理在前述第2金屬層沸騰之溫度下進行。
  8. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法,其中,各個工程在真空下一致的進行。
  9. 如申請專利範圍第1項記載之磁阻元件之製造方法, 其中,該磁阻元件之製造方法由包含負載鎖定室和沉積室的處理裝置進行。
  10. 如申請專利範圍第9項記載之磁阻元件之製造方法,其中,該處理裝置為包含轉換室的叢集式處理裝置。
TW099146324A 2009-12-28 2010-12-28 Method for manufacturing magnetoresistive elements TWI440236B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009298254 2009-12-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201145631A TW201145631A (en) 2011-12-16
TWI440236B true TWI440236B (zh) 2014-06-01

Family

ID=44226605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099146324A TWI440236B (zh) 2009-12-28 2010-12-28 Method for manufacturing magnetoresistive elements

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8728830B2 (zh)
EP (1) EP2521194B1 (zh)
JP (1) JP5502900B2 (zh)
KR (1) KR101374325B1 (zh)
CN (1) CN102687297B (zh)
TW (1) TWI440236B (zh)
WO (1) WO2011081203A1 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2568305B1 (en) * 2011-09-09 2016-03-02 Crocus Technology S.A. Magnetic tunnel junction with an improved tunnel barrier
US8619394B1 (en) * 2012-11-29 2013-12-31 HGST Netherlands B.V. Magnetic tunnel junction with barrier cooling for magnetic read head
US9034491B2 (en) * 2012-11-30 2015-05-19 Seagate Technology Llc Low resistance area magnetic stack
JP5882502B2 (ja) * 2012-12-20 2016-03-09 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP6068662B2 (ja) * 2013-09-25 2017-01-25 キヤノンアネルバ株式会社 真空処理装置、真空処理方法、磁気抵抗効果素子の製造方法および磁気抵抗効果素子の製造装置
WO2015072140A1 (ja) * 2013-11-18 2015-05-21 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
WO2015072139A1 (ja) * 2013-11-18 2015-05-21 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
KR102335104B1 (ko) 2014-05-23 2021-12-03 삼성전자 주식회사 자기 소자
US9378760B2 (en) * 2014-07-31 2016-06-28 Seagate Technology Llc Data reader with tuned microstructure
KR102287755B1 (ko) 2014-11-18 2021-08-09 삼성전자주식회사 자기 저항 메모리 소자를 형성하는 방법
JP2016134510A (ja) * 2015-01-20 2016-07-25 東京エレクトロン株式会社 垂直磁化型磁気トンネル接合素子を形成する方法、及び垂直磁化型磁気トンネル接合素子の製造装置
KR101708548B1 (ko) * 2015-02-06 2017-02-22 한양대학교 산학협력단 개선된 터널 배리어 구조를 갖는 mtj 셀 및 그 제작 방법
WO2016158849A1 (ja) 2015-03-31 2016-10-06 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子
US10319904B2 (en) 2015-03-31 2019-06-11 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element
WO2016158923A1 (ja) * 2015-03-31 2016-10-06 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子
SG11201708865PA (en) 2015-05-22 2017-11-29 Canon Anelva Corp Magnetoresistance effect element
KR102397904B1 (ko) 2015-09-17 2022-05-13 삼성전자주식회사 낮은 보론 농도를 갖는 영역 및 높은 보론 농도를 갖는 영역을 포함하는 자유 층, 자기 저항 셀, 및 자기 저항 메모리 소자, 및 그 제조 방법
JP6084335B1 (ja) * 2015-10-21 2017-02-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗素子の製造方法
KR102437781B1 (ko) * 2015-12-10 2022-08-30 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치 및 그 제조 방법
KR102075446B1 (ko) * 2016-02-01 2020-02-10 캐논 아네르바 가부시키가이샤 자기 저항 효과 소자의 제조 방법
JP2017157662A (ja) * 2016-03-01 2017-09-07 ソニー株式会社 磁気抵抗素子及び電子デバイス
US10256399B2 (en) * 2016-05-18 2019-04-09 International Business Machines Corporation Fabricating a cap layer for a magnetic random access memory (MRAM) device
JP2018148158A (ja) * 2017-03-09 2018-09-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 強磁性トンネル接合素子及びその製造方法
KR102470367B1 (ko) * 2017-11-24 2022-11-24 삼성전자주식회사 자기 저항 메모리 소자의 제조 방법
US10648069B2 (en) 2018-10-16 2020-05-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Monolayer-by-monolayer growth of MgO layers using Mg sublimation and oxidation
CN113013323A (zh) * 2019-12-19 2021-06-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法、半导体器件
KR102323401B1 (ko) * 2020-10-26 2021-11-05 연세대학교 산학협력단 자기 터널 접합 소자, 이를 이용한 자기 메모리 장치 및 그 제조 방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2871670B1 (ja) * 1997-03-26 1999-03-17 富士通株式会社 強磁性トンネル接合磁気センサ、その製造方法、磁気ヘッド、および磁気記録/再生装置
JP2003031867A (ja) * 2001-07-17 2003-01-31 Hitachi Ltd 酸化物磁性層と金属磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子
US6841395B2 (en) * 2002-11-25 2005-01-11 International Business Machines Corporation Method of forming a barrier layer of a tunneling magnetoresistive sensor
US7576956B2 (en) * 2004-07-26 2009-08-18 Grandis Inc. Magnetic tunnel junction having diffusion stop layer
JP4292128B2 (ja) 2004-09-07 2009-07-08 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
US7780820B2 (en) 2005-11-16 2010-08-24 Headway Technologies, Inc. Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier
US7479394B2 (en) 2005-12-22 2009-01-20 Magic Technologies, Inc. MgO/NiFe MTJ for high performance MRAM application
US7567956B2 (en) * 2006-02-15 2009-07-28 Panasonic Corporation Distributed meta data management middleware
JP2007242786A (ja) 2006-03-07 2007-09-20 Tdk Corp Cpp型磁気抵抗効果素子
JP4876708B2 (ja) * 2006-05-11 2012-02-15 Tdk株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法
JP2007305768A (ja) 2006-05-11 2007-11-22 Tdk Corp トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法
US7598579B2 (en) * 2007-01-30 2009-10-06 Magic Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction (MTJ) to reduce spin transfer magnetization switching current
KR20080096771A (ko) * 2007-02-09 2008-11-03 캐논 아네르바 가부시키가이샤 산화 처리 방법 및 산화 처리 장치
JP2008263031A (ja) * 2007-04-11 2008-10-30 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置とその製造方法
US20090122450A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Headway Technologies, Inc. TMR device with low magnetostriction free layer
US7934309B2 (en) * 2007-12-26 2011-05-03 Tdk Corporation Methods of fabricating exchange-coupling film, magnetoresistive element, and thin-film magnetic head
WO2009157064A1 (ja) 2008-06-25 2009-12-30 キヤノンアネルバ株式会社 トンネル磁気抵抗素子の製造方法および製造装置
JP2009194398A (ja) * 2009-05-25 2009-08-27 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201145631A (en) 2011-12-16
JP5502900B2 (ja) 2014-05-28
CN102687297A (zh) 2012-09-19
EP2521194A1 (en) 2012-11-07
KR20120096054A (ko) 2012-08-29
US8728830B2 (en) 2014-05-20
US20120288963A1 (en) 2012-11-15
EP2521194A4 (en) 2015-01-21
EP2521194B1 (en) 2016-03-02
JPWO2011081203A1 (ja) 2013-05-13
KR101374325B1 (ko) 2014-03-14
CN102687297B (zh) 2014-12-24
WO2011081203A1 (ja) 2011-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI440236B (zh) Method for manufacturing magnetoresistive elements
JP4908556B2 (ja) 磁気抵抗素子の製造方法
US7780820B2 (en) Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier
US7602033B2 (en) Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with composite inner pinned layer
JP5341082B2 (ja) トンネル磁気抵抗素子の製造方法および製造装置
JP6084335B1 (ja) 磁気抵抗素子の製造方法
JP4423658B2 (ja) 磁気抵抗素子及びその製造方法
KR101786868B1 (ko) 제조방법
JP5351140B2 (ja) 磁気トンネル接合デバイスの製造方法
JP5999543B2 (ja) トンネル磁気抵抗素子の製造方法
JP5689932B2 (ja) トンネル磁気抵抗素子の製造方法
WO2010095525A1 (ja) 磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の製造方法
WO2010044134A1 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子製造プログラム
WO2010026703A1 (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
TW202036949A (zh) 具有種子區域的磁阻堆疊及製造該磁阻堆疊之方法