專利名稱：磁阻效應元件的制造方法
磁阻效應元件的制造方法相關申請本申請是申請?zhí)枮?00780007233. 2、申請日為2007年2月26日、發(fā)明名稱為“磁阻效應元件的制造方法以及制造設備”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。技術區(qū)域本發(fā)明涉及用于MRAM (磁性隨機存儲器，magnetic random access memory)和磁頭的傳感器等的磁阻效應元件的制造方法。
背景技術：
磁阻效應元件用于MRAM (磁性隨機存儲器，magnetic random access memory)和磁頭的傳感器中。具有第一強磁性層/絕緣體層/第二強磁性層的基本結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件，通過利用第一強磁性層和第二強磁性層的磁化方向為同向平行時電阻低、為反向平行時電阻高的性質(zhì)，先固定一個強磁性層的磁化方向，另一個強磁性層的磁化方向根據(jù)外部磁場而變化，從而根據(jù)電阻的變化，可以檢測出外部磁場的方向。為了得到高的檢測靈敏度，要求作為磁化方向為同向平行時和反向平行時的電阻的變化量的指標的MR比(磁阻t匕,Magnetoresistance ratio)要高。作為得到高MR比的結(jié)構(gòu),發(fā)明人已經(jīng)公開了使用派射成膜的氧化鎂(以下記為MgO，但并非化學計量比為I :1)作為磁阻效應元件的絕緣體層的磁阻效應元件(例如，參照非專利文獻I以及專利文獻I)。非專利文獻I :APPLIED PHYSICS LETTERS 86,092502 (2005)專利文獻I :特愿 2004-259280 為了 MRAM的高密度化和磁頭的高分辨率化，要求元件尺寸更小。元件尺寸小時，為了能夠良好地工作，必須充分降低磁化方向為同向平行時的I μ m2的電阻(以下，稱為RA)。通過使絕緣體層的MgO膜的厚度變薄，可以降低磁阻效應元件的RA。但是，MgO膜的厚度變薄時，MR比大幅度降低，其結(jié)果，存在難以同時實現(xiàn)低RA和高MR比的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有低RA但高MR比的磁阻效應元件的制造方法以及制造設備。本發(fā)明提供了一種磁阻效應元件的制造方法，該制造方法為具有第一強磁性層、位于該第一強磁性層上的MgO層和位于該MgO層上的第二強磁性層的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，濺射含有對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的、且在構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)中吸氣效果最大的物質(zhì)的靶，在成膜室的構(gòu)件上附著該物質(zhì)；在所述吸氣效果最大的物質(zhì)附著在所述成膜室的構(gòu)件的最表面的狀態(tài)下，在所述成膜室中，在所述MgO靶上施加高頻率電力通過濺射法形成所述MgO層。優(yōu)選地，在成膜所述MgO的成膜室內(nèi)，僅所述吸氣效果最大的物質(zhì)與所述MgO層成膜。
另外，本發(fā)明還提供了一種磁阻效應元件的制造方法，該制造方法為具有第一強磁性層、位于該第一強磁性層上的MgO層和位于該MgO層上的第二強磁性層的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，濺射含有Ta的靶，在成膜室的構(gòu)件上附著Ta ；在所Ta附著在所述成膜室的構(gòu)件的最表面的狀態(tài)下，在所述成膜室中，在所述MgO靶上施加高頻率電力通過濺射法形成所述MgO層。優(yōu)選地，在成膜所述MgO的成膜室內(nèi)，僅所述Ta與所述MgO層成膜。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法依次包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在具有構(gòu)件的成膜室內(nèi)進行，該構(gòu)件的表面附著有對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)。 另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，在形成所述MgO層的成膜室內(nèi)，設置有一個以上的對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)的成膜裝置；所述對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)通過一個以上的所述成膜裝置附著到所述構(gòu)件上。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)含有一種以上的形成構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)的元素。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法依次包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在具有構(gòu)件的成膜室內(nèi)進行，該構(gòu)件的表面附著有對氧化性氣體的吸氣效果比構(gòu)成第一強磁性層的物質(zhì)大的物質(zhì)。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，在形成所述MgO層的成膜室內(nèi)，設置有一個以上的對氧化性氣體的吸氣效果比構(gòu)成第一強磁性層的物質(zhì)大的物質(zhì)的成膜裝置；所述對氧化性氣體的吸氣效果比構(gòu)成第一強磁性層的物質(zhì)大的物質(zhì)通過所述成膜裝置附著到所述構(gòu)件上。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述對氧化性氣體的吸氣效果比構(gòu)成第一強磁性層的物質(zhì)大的物質(zhì)含有一種以上的形成構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)的元素。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法依次包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在具有構(gòu)件的成膜室內(nèi)進行，該構(gòu)件的表面附著有在構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)中對氧化性氣體的吸氣效果最大的物質(zhì)。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法依次包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在具有構(gòu)件的成膜室內(nèi)進行，該構(gòu)件的表面附著有氧氣吸附能的值為145kcal/mol以上的物質(zhì)。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法依次包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在具有構(gòu)件的成膜室內(nèi)進行，該構(gòu)件的表面附著有含有Ta (鉭)、Ti (鈦)、Mg (鎂)、Zr (鋯)、Nb (鈮)、Mo (鑰)、W(鎢)、Cr (鉻)、Mn (錳)、Hf (鉿)、V (釩)、B (硼)、Si (硅)、A1 (鋁)或Ge (鍺)中的一種以上的金屬或半導體。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述形成MgO層的工序通過濺射法成膜成所述MgO層。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該方法包括使用通過真空管將包括第一成膜室的多個成膜室與輸送室連接、能不破壞真空地在所述多個成膜室之間輸送基板的設備，其特征在于，該方法包括將對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)附著在所述第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的第一工序；進行所述第一工序后，在所述第一成膜室內(nèi)在所述基板上成膜成MgO層的第三工序；在所述第一成膜室以外的所述成膜室內(nèi)，進行從第一工序的下一工序開始至所述第三工序之前的工序的第二工序；按照所述第一工序、所述第二工序、所述第三工序的順序來連續(xù)地進行這些工序。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該方法包括通過真空管將包括第一成膜室的多個成膜室與輸送室連接、能不破壞真空地在所述多個成膜室之間輸送基板的設備，其特征在于，該方法包括將氧氣吸附能的值為145kcal/mol以上的物質(zhì)附著在所述第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的第一工序；進行所述第一工序后，在所述第一成膜室內(nèi)在所述基板上成膜成MgO層的第三工序；在所述第一成膜室以外的所述成膜室內(nèi)，進行從所述第一工序的下一工序開始至所述第三工序之前的工序的第二工序；按照所述第一工序、所述第二工序、所述第三工序的順序來連續(xù)地進行這些工序。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該方法包括使用通過真空管將包括第一成膜室的多個成膜室與輸送室連接、能不破壞真空地在所述多個成膜室之間輸送基板的設備，其特征在于，該方法包括將含有Ta、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W、Cr、Mn、Hf、V、B、Si、Al或Ge中的一種以上的金屬或半導體附著在所述第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的第一工序；進行所述第一工序后，在所述第一成膜室內(nèi)在所述基板上成膜成MgO層的第三工序；在所述第一成膜室以外的所述成膜室內(nèi)，進行從第一工序的下一工序開始至所述第三工序之前的工序的第二工序；按照所述第一工序、所述第二工序、所述第三工序的順序來連續(xù)地進行這些工序。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第一工序是將所述對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)附著在所述第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面，同時成膜于所述基板上。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第一工序與在所述第一成膜室以外的所述成膜室內(nèi)、在所述基板上成膜的工序同時進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第三工序為通過濺射法成膜成所述MgO層。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，該方法包括在通過真空管將包括第一成膜室的多個成膜室與輸送室連接、能不破壞真空地在所述多個成膜室之間輸送基板的設備中進行如下工序?qū)⑺龌遢斔椭了龅谝怀赡な?，在所述第一成膜室?nèi)濺射Mg，在所述基板上成膜成Mg層，同時將Mg附著在所述第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面的工序；和繼續(xù)在所述第一成膜室內(nèi)成膜成MgO層的工序。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，該設備包括在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)，設置有將對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的物質(zhì)附著在成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的裝置。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該設備包括在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)設置有將對氧化性氣體的吸氣效果比形成第一強磁性層的物質(zhì)大的物質(zhì)附著在所述成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的裝置。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，所述對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)為在構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)中對氧化性氣體的吸氣效果最大的物質(zhì)。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，在成膜成MgO層的成膜室 內(nèi)，設置有將氧氣吸附能的值為145kcal/mol以上的物質(zhì)附著在所述成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的裝置。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)，設置有將含有Ta、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W、Cr、Mn、Hf、V、B、Si、Al或Ge中的一種以上的金屬或半導體附著在所述成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的裝置。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，該制造設備通過真空管將包括成膜成所述MgO層的成膜室的多個成膜室與輸送室連接，能不破壞真空地在所述多個成膜室之間輸送基板。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，其特征在于，所述成膜成MgO層的成膜室內(nèi)設置有MgO的靶，所述靶上具有供給電力的電力供給部。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在基板處于浮動電位的狀態(tài)下進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件具有基板、第一強磁性層、第二強磁性層、和形成于所述第一強磁性層和所述第二強磁性層之間的MgO層，其特征在于，該方法包括在所述基板上形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序通過將所述基板載置在連接所述基板的部分為絕緣物的基板載置臺上來進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述基板載置在噴鍍有絕緣物的基板載置臺上。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述基板載置在由絕緣物形成的基板載置臺上。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述形成MgO層的工序在將掩模與所述基板分開地設置在所述基板的周邊部的狀態(tài)下進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，該方法包括形成第一強磁性層的工序、形成MgO層的工序以及形成第二強磁性層的工序；所述形成MgO層的工序在基板和保持該基板的基板保持部為電絕緣的狀態(tài)下進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述形成MgO層的工序在將與所述基板電絕緣的掩模設置在所述基板的周邊部的狀態(tài)下進行。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)，設置有用于使基板處于浮動電位的狀態(tài)的裝置。另外，本發(fā)明的磁阻效應元件的制造設備，該磁阻效應元件在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO層，其特征在于，在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)，設置有用于使基板和保持該基板的基板保持部電絕緣的裝置。在本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法以及制造設備中，在形成MgO層的成膜室內(nèi)
部的構(gòu)件的表面附著有對氧氣和水等(以下，稱為氧化性氣體)的吸氣效果大的物質(zhì)的狀態(tài)下，在基板上成膜成MgO層。由此，即使MgO的膜厚薄，也能得到高MR比的磁阻效應元件，其結(jié)果，可以得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。將在MgO層的成膜中從成膜裝置放出的氧氣和水等氧化性氣體，吸收到所述對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)中而除去，在所述成膜室內(nèi)的所述氣體殘留少的狀態(tài)下，成膜成MgO層。此外，當作為MgO成膜室內(nèi)附著的對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，選自構(gòu)成作為對象的構(gòu)成磁阻效應元件的物質(zhì)時，將對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)附著在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面的裝置和形成薄膜層的裝置可以兼用，沒必要設置附著對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的專用裝置。另外，由于可以同時完成將對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)附著在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面的工序、和形成薄膜層的工序，因此可以縮短工序。經(jīng)各種研究后的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成磁阻效應元件的薄膜層中，成膜成MgO絕緣體層的工序很重要，根據(jù)成膜成MgO絕緣體層的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的物質(zhì)的種類的不同，對磁阻效應元件的特性的影響很大。進一步研究的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的物質(zhì)為對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)時，能得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。本發(fā)明是基于上述見解而得出的。此外，在本發(fā)明的磁阻效應元件的制造方法以及制造設備中，通過在基板處于浮動電位的狀態(tài)下、或者在基板和保持該基板的基板保持部為電絕緣的狀態(tài)下形成MgO層，即使MgO的膜厚薄，也能得到高MR比的磁阻效應元件，其結(jié)果，可以得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。


圖I為表示第一實施例中制造的、具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖；圖2為表示本發(fā)明的第一實施例的制造設備的成膜室的結(jié)構(gòu)的一個例子的平面示意圖；圖3為用于說明圖2所示的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4為比較用本發(fā)明的制造方法與以往的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO層的膜厚與MR比特性的圖；圖5為比較用本發(fā)明的制造方法與以往的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性的圖；圖6為表示本發(fā)明的第二實施例中制造的具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖；圖7為表示本發(fā)明的第二實施例的制造設備的成膜室的結(jié)構(gòu)的一個例子的平面示意圖；圖8為表示本發(fā)明的第三實施例中制造的具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖； 圖9為本發(fā)明的第三實施例的制造設備的成膜室的結(jié)構(gòu)的一個例子的平面示意圖；圖10為在圖I所示的結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件中，在基板12上剛要成膜成MgO層前，在成膜成MgO層的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著有各種物質(zhì)的狀態(tài)下,在基板12上成膜成MgO層并形成磁阻效應元件，測定并比較MR比的圖；圖11為表示本發(fā)明的第五實施例中制造的、具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖；圖12為用于本發(fā)明的第五實施例的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖13為表示本發(fā)明的第五實施例的磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性的圖；圖14為用于說明本發(fā)明的第六實施例的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖15為表示本發(fā)明的第七實施例的制造設備的基板保持部附近的結(jié)構(gòu)的圖，(a)為表示掩模和基板接觸的狀態(tài)的圖，(b)為表示掩模和基板分開的狀態(tài)的圖；圖16為表示本發(fā)明的第七實施例的磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性的圖。附圖標記說明2第一強磁性層3第二強磁性層4MgO層5Ru層6CoFe層8反強磁性層(PtMn)9下部電極層10上部電極層IOa上部電極層(Ta)IOb上部電極層(Ta) IOc上部電極層(Cu)11防止氧化層12，120基板21第一成膜室22隔板23靶安裝部24靶(MgO)25靶安裝部26靶(Ta)27，28遮擋體29基板保持部31遮擋體34真空管35排真空裝置36防沉積遮護板37成膜室內(nèi)壁41第二成膜室42第三成膜室43輸送室44負載鎖定室
45卸載鎖定室46第一 Ta成膜裝置47Mg0成膜裝置48PtMn成膜裝置49CoFe成膜裝置50Ta成膜裝置51Ru成膜裝置52CoFeB成膜裝置61a第一 Ta層61b 第二 Ta 層62CuN 層62a 第一 CuN 層62b第CuN層64，640下部電極層65CuN成膜裝置66Mg層67Mg成膜裝置68基底層(Ta) 69基底層(Ru)80反強磁性層(IrMn)290基板載置臺295掩模。
具體實施例方式參照圖I、圖2以及圖3，說明本發(fā)明的第一實施例。圖I為表示第一實施例中制造的、具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖I中，在表面形成有SiO2 (二氧化硅)的Si (硅)基板12上，層積有由Ta (鉭)形成的下部電極層9 (膜厚10nm)、由PtMn (鉬猛)形成的反強磁性層8 (膜厚15nm)、CoFe(鈷鐵)層6 (膜厚2. 5nm)、Ru (釕)層5 (膜厚O. 85nm)、由CoFeB (鈷鐵硼)形成的第一強磁性層2 (膜厚3nm)、由MgO (氧化鎂)形成的絕緣體層4 (膜厚I. Onm),由CoFeB (鈷鐵硼)形成的第二強磁性層3 (膜厚3nm)、由Ta (鉭)形成的上部電極層10 (膜厚10nm)、用于防止氧化的Ru層11 (膜厚7nm)。然后，通過圖2說明本發(fā)明的制造設備。圖2為表示本發(fā)明的第一實施例的制造設備的成膜室的結(jié)構(gòu)的一個例子的平面示意圖，具有能夠各自排真空的輸送室43、負載鎖定室(load lock chamber) 44、卸載鎖定室(unload lock chamber) 45、第一成膜室 21、第二成膜室41、第三成膜室42。負載鎖定室44、卸載鎖定室45通過真空管與輸送室43連接，由此，基板可以出入于大氣壓的外部空間和真空的設備內(nèi)的空間。此外，第一成膜室21、第二成膜室41以及第三成膜室42通過真空管與輸送室43連接。由此，可以在維持真空狀態(tài)下，在各個成膜室之間相互輸送。在各個成膜室中設置有用于形成所述磁阻效應元件的所述各層的成膜裝置。即，在第一成膜室21中設置有第一 Ta成膜裝置46以及MgO成膜裝置47，在第二成膜室41中設置有PtMn成膜裝置48、CoFe成膜裝置49以及第二 Ta成膜裝置50，在第三成膜室42中設置有Ru成膜裝置51以及CoFeB成膜裝置52。在不暴露于大氣的條件下將基板在各個成膜室之間輸送，通過形成所述磁阻效應元件的所述各層的成膜裝置來依次成膜。圖3為用于說明圖2所示的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。第二成膜室、第三成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除各自用不同的物質(zhì)來成膜以外，與第一成膜室相同。本實施例的成膜裝置中采用濺射法。第一成膜室21通過真空管34與輸送室連接，通過關閉真空管34來保持內(nèi)部的氣密性。在第一成膜室21的下部，設置有保持基板30的基板保持部29?；灞３植?9的表面被由氮化鋁形成的絕緣體所覆蓋。各個成膜裝置以作為成膜物質(zhì)的靶和靶的電力供給部為主要元件。在第一成膜室21的上部，將由MgO形成的靶24安裝在靶安裝部23上。另外，通過隔板22來分區(qū)，將由Ta形成的靶26安裝在靶安裝部25上。來自高頻率電源(圖中未示出)的高頻率電力通過革巴安裝部23、25供給到靶24 (MgO)以及靶26 (Ta)。
此外，具有遮蔽靶24 (MgO)的遮擋體(shutter)27、遮蔽靶26 (Ta)的遮擋體28，通過遮擋體31來遮蔽基板12。各個遮擋體27、28、31，與靶24 (MgO)或靶26 (Ta)的濺射相應，構(gòu)成為可以各自從圖示的位置移除。第一成膜室21上設置有圓筒形的防沉積遮護板(deposition-preventive shield)36,以覆蓋成膜室內(nèi)壁37的側(cè)面。以下，將成膜室內(nèi)壁、防沉積遮護板、遮擋體、隔板等稱為構(gòu)件。在第一成膜室21的下方，設置有用于將成膜室21內(nèi)排真空的排真空裝置35。然后，對于按照本發(fā)明的第一實施例將圖I所示的磁阻效應元件的一個例子進行成膜處理的方法，參照圖2進行說明。為了由Ta成膜成下部電極層9，將表面形成有SiO2 (二氧化硅)的Si (硅)基板12搬入第一成膜室21中，保持在保持部29上。保持部29的表面用由氮化鋁形成的絕緣物來覆蓋，基板12在電浮動的狀態(tài)下保持。成膜前的第一成膜室21排氣至背景(background)壓力為10_7Pa以下，向第一成膜室21內(nèi)導入Ar (氬)，達到規(guī)定的壓力，使遮擋體27、遮擋體28以及遮擋體31為關閉狀態(tài)，在Ta靶26上施加高頻率電力，進行Ta的預濺射。然后，使遮擋體31、遮擋體28為打開狀態(tài)，通過在Ta靶26上施加高頻率電力，在基板12上形成Ta膜。此時，同時在作為第一成膜室21內(nèi)部的構(gòu)件的成膜室內(nèi)壁37、防沉積遮護板36的內(nèi)壁、隔板22和遮擋體等的一部分上，附著來自Ta靶26的濺射的Ta。來自Ta靶的濺射粒子附著的區(qū)域，隨著靶的位置和形狀、成膜室內(nèi)的構(gòu)件的位置和形狀、成模條件等而不同。在濺射規(guī)定的時間后，使遮擋體31為關閉狀態(tài)，關閉施加在Ta靶26上的高頻率電力。從第一成膜室21中搬出成膜有Ta下部電極層9的基板12，輸送至設置有PtMn的成膜裝置48以及CoFe成膜裝置49的第二成膜室41內(nèi)，保持在保持部上。用PtMn成膜裝置48，在基板上形成PtMn層8，然后，用CoFe成膜裝置49，形成CoFe層6。然后，從第二成膜室41中搬出基板12，輸送至設置有Ru成膜裝置51以及CoFeB成膜裝置52的第三成膜室42中，保持在保持部上。用Ru成膜裝置51，在基板上形成Ru層5，然后用CoFeB成膜裝置52，形成由CoFeB形成的第一強磁性層2。由此，依次形成了圖I所示的PtMn反強磁性層8、CoFe強磁性層6、Ru層5、CoFeB強磁性層2。此外，成膜前的各個成膜室內(nèi)的背景壓 力為KT7Pa以下。然后，為了成膜成MgO層4，再次將層積了圖I的第一強磁性層2的基板12輸送到第一成膜室21內(nèi)，保持在基板保持部29上。此時,第一成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的表面為最表面附著有Ta的狀態(tài)，該Ta為在基板上形成Ta層的工序中濺射的Ta。在這樣的成膜室內(nèi)，通過MgO成膜裝置47在基板12上濺射成膜成MgO層。使遮擋體28、遮擋體27以及遮擋體31為關閉狀態(tài)，通過在MgO靶24上施加高頻率電力，進行MgO的預濺射。然后，使遮擋體27為打開狀態(tài)，在規(guī)定的時間內(nèi)濺射MgO。然后，使遮擋體31為打開狀態(tài)，在基板12上成膜成MgO層4。從第一成膜室21中搬出基板12，移動至設置有CoFeB成膜裝置52的第三成膜室42內(nèi)，形成由CoFeB形成的第二強磁性層3。然后再次將基板12搬入配置有第一 Ta成膜裝置46的第一成膜室21內(nèi)，形成Ta上部電極層10。然后，移動至設置有Ru成膜裝置51的第三成膜室42內(nèi)，形成Ru防止氧化層11。這樣形成的圖I所示的磁阻效應元件，即使MgO層的膜厚薄，也能夠得到高MR比的良好的特性。其結(jié)果，能夠得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。
在本發(fā)明的第一實施例中，在設置有MgO的成膜裝置的第一成膜室內(nèi)，設置有在構(gòu)成磁阻效應元件的物質(zhì)中對氧化性氣體的吸氣效果最大的物質(zhì)(在本實施例中為Ta)的成膜裝置，在成膜成MgO膜的第一成膜室內(nèi)，僅成膜成在構(gòu)成磁阻效應元件的物質(zhì)中對氧化性氣體的吸氣效果最大的物質(zhì)(在本實施例中為Ta)膜與MgO膜。另外,形成MgO層的成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面附著的Ta對氧化性氣體的吸氣效果，比MgO和形成第一強磁性層的CoFeB對氧化性氣體的吸氣效果大。圖4為比較用本發(fā)明的制造方法與以往的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO層的膜厚與MR比特性的圖，圖5為比較 用本發(fā)明的制造方法與以往的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性的圖。在以往的方法中，使用在第二成膜室41中設置的第二 Ta成膜裝置50來形成Ta下部電極層以及Ta上部電極層。在以往的方法中，在成膜成MgO層的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面附著有MgO的成膜室內(nèi)，成膜成MgO層。圖4中，用方形(口 )表示在附著有Ta的成膜室內(nèi)成膜成MgO層的本發(fā)明的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO膜厚與MR比特性，用涂黑的菱形( )表示在未附著Ta的情況下成膜成MgO層的以往的制造方法制造的磁阻效應元件的MgO膜厚與MR比特性。在以往的制造方法中，隨著MgO層的膜厚變薄，MR比降低；根據(jù)本發(fā)明的制造方法，即使MgO層的膜厚薄至O. 9nm,也能得到高MR比的磁阻效應元件。在圖5中也同樣，用方形(口)表示通過本發(fā)明的制造方法制造的磁阻效應元件的RA與MR比特性，用涂黑的菱形( )表示通過以往的制造方法制造的磁阻效應元件的RA與MR比特性。在以往的制造方法中，RA約150 Ω μ m2時的MR比不足50%，但是，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，RA約2 Ω μ m2時的MR比能達到130 %，能夠得到低RA且高MR比的磁阻效應元件。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，對MgO進行成膜時的成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面用對氧化性氣體的吸氣效果大的Ta來覆蓋，由于具有對MgO進行成膜時放出的氧化性氣體的吸氣效果，可以防止強磁性層2的表面的氧化和成膜后的MgO層4的膜質(zhì)的劣化。在以往的制造方法以及本發(fā)明的制造方法中，磁阻效應元件的各個薄膜層，在排真空至背景壓力為10_7Pa以下的成膜室內(nèi)形成。未在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面覆蓋作為對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的Ta時，即使使背景壓力為10_7Pa，成膜成MgO絕緣體層，形成磁阻效應元件，MgO膜的厚度薄時的MR比的降低也得不到改善。MgO為易吸附水的潮解性的物質(zhì)，MgO的燒結(jié)體為多孔的物質(zhì)，因此，MgO靶可以吸附氧氣和水等氧化性氣體。即使進行排氣使背景壓力至10_7Pa，靶上吸附的氧化性氣體不容易排出，開始MgO的濺射時，同時來自于受到離子轟擊的MgO靶的氧化性氣體放出到MgO成膜中的成膜空間內(nèi)。因此，發(fā)生了處理基板上形成的強磁性層的表面的氧化和成膜后的MgO絕緣體層的膜質(zhì)的劣化，使磁阻效應元件的特性變差。對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，并不限定于Ta，也可以為Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W、Cr、Mn、Hf、V、B、Si、Al或Ge等。此外，也可以為由對氧化性氣體的吸氣效果大的兩種以上的物質(zhì)形成的合金。在上述的實施方式中，MgO的成膜室內(nèi)附著的對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，可以使用與構(gòu)成磁阻效應元件的下部電極層9以及上部電極層10相同的物質(zhì)(Ta)，將對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)(Ta)附著在MgO成膜室內(nèi)的工序，可以在進行Ta下部電極層9以及Ta上部電極層10的成膜工序時同時完成，沒必要再特別設置用于將對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)(Ta)附著在MgO成膜室內(nèi)的工序。此外，由于在該第一實施例中，將構(gòu)成磁阻效應元件的下部電極層9以及上部電極層10的兩者的Ta，在成膜成MgO的第一成膜室21中進行成膜，因此，在MgO成膜室內(nèi)Ta比較厚且占有廣闊的區(qū)域，可以得到大的吸氣效果。而且，在第一實施例中，還可以在剛成膜成MgO層4前，插入在第一成膜室21內(nèi)的構(gòu)件表面附著Ta的工序。通過插入這樣的工序，可以在形成構(gòu)成磁阻效應元件的Ta層的工序中，在第一成膜室21內(nèi)的構(gòu)件表面附著Ta，而且由于可以附著Ta，可以增大成膜室21內(nèi)的構(gòu)件表面附著的Ta的厚度和Ta附著的區(qū)域。而且由于可以在剛形成MgO層的工序前在成膜室內(nèi)附著Ta，因此可以得到對MgO膜的成膜時放出的氧化性氣體的高的吸氣效果。另外,基板12在第一成膜室21外時(例如,第一強磁性層2的成膜處理中等),也 可以進行利用設置在第一成膜室21內(nèi)的Ta成膜裝置，使遮擋體31為關閉狀態(tài)，濺射Ta，在成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的表面附著Ta的工序。由此，可以使成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的表面附著的Ta的厚度變厚，可以擴大附著的區(qū)域，因此，可以增大對MgO膜的成膜時放出的氧化性氣體的吸氣效果。而且，由于該工序與基板的成膜工序同時進行，因此具有不增加完成工序時間的優(yōu)點。另外，也可以代替使遮擋體31為關閉狀態(tài)的工作，通過將樣品基板載置在基板保持部上，來進行在該成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的表面附著Ta的濺射工序。然后，參照圖6以及圖7來說明第二實施例。圖6為表示本發(fā)明的第二實施例的具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。代替圖I的下部電極層9，圖6中形成了下部電極部64。下部電極部64由第一 Ta層61a、CuN層62、第二 Ta層61b組成。磁阻效應元件的其它部分的薄膜結(jié)構(gòu)與第一實施例的圖I相同。圖7為本發(fā)明的第二實施例中使用的制造裝置的示意圖。圖7為在第一實施例中使用的圖2的制造裝置中，在第一成膜室內(nèi)新設有CuN成膜裝置65。即，第二實施例的制造裝置的特征在于，在具有成膜成MgO的成膜裝置的第一成膜室內(nèi)，同時設置有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的成膜裝置(Ta)和對氧化性氣體的吸氣效果小的物質(zhì)的成膜裝置(CuN)。然后，按照本發(fā)明的制造設備以及制造方法的第二實施例來對磁阻效應元件的一個例子進行成膜處理的方法，通過圖6以及圖7進行說明。為了在形成有SiO2的Si基板12上成膜成下部電極部64的第一 Ta層61a (參照圖6),在設置有第一 Ta成膜裝置46的第一成膜室21內(nèi)進行成膜。此時，同時在作為第一成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的成膜室內(nèi)壁37、防沉積遮護板36、隔板22和遮擋體等的表面的一部分上，附著Ta。然后，使用第一成膜室21內(nèi)設置的CuN成膜裝置62，成膜成下部電極部64的CuN層62 (參照圖6)。此時，同時在第一成膜室21內(nèi)附著濺射的CuN。然后，為了成膜成下部電極部64的第二 Ta層61b (參照圖6)，使用設置有第一成膜室21的第一 Ta成膜裝置46，在基板12上對Ta進行成膜。此時，同時在第一成膜室21內(nèi)的構(gòu)件的最表面，附著作為對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的Ta。然后，與實施例I相同，將成膜有Ta下部電極部64的基板12從第一成膜室21中搬出，依次移動到設置有PtMn以及CoFe的各個成膜裝置的第二成膜室41、設置有Ru以及CoFeB的各個成膜裝置的第三成膜室42，依次成膜成如圖I所示的PtMn反強磁性層8、CoFe層6、Ru層5、由CoFeB形成的第一強磁性層2。此夕卜，成膜前的各個成膜室內(nèi)的背景壓力為KT7Pa以下。然后，將基板12搬入第一成膜室21內(nèi)，通過MgO成膜裝置47濺射成膜成MgO膜。成膜成MgO層4時，第一成膜室21的內(nèi)部為對氧化性氣體的吸氣效果大的Ta附著在表面的狀態(tài)。然后，將成膜成MgO層4的基板12移動至設置有CoFeB成膜裝置的第三成膜室42內(nèi)，成膜成由CoFeB形成的第二強磁性層3。然后，為了成膜成上部電極層10，再次輸送至第一成膜室21內(nèi)，通過第一 Ta成膜裝置在基板上對Ta進行成膜。最后，將基板移動至第三成膜室42內(nèi)，通過Ru成膜裝置51成膜成Ru層11，形成具有圖6所示的薄膜結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件。
在本發(fā)明的第二實施例中，在對MgO進行成膜的第一成膜室內(nèi)，在形成構(gòu)成本實施例的磁阻效應元件的薄膜層的物質(zhì)中，同時設置有對氧化性氣體的吸氣效果最大的物質(zhì)(本實施例中為Ta)的成膜裝置和對氧化性氣體的吸氣效果更小的物質(zhì)(本實施例中為CuN)的成膜裝置。然后，在第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著對氧化性氣體的吸氣效果更小的物質(zhì)后，附著對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，在第一成膜室內(nèi)，在附著有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的狀態(tài)下，成膜成MgO膜。由此形成的圖6所示的磁阻效應元件，即使MgO層的膜厚薄，也能夠得到高MR比的良好的特性。其結(jié)果，能夠得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。而且，由于可以在一個成膜室內(nèi)連續(xù)形成第一 Ta層、CuN層、第二 Ta層，因此可以省略基板輸送，縮短工序時間。在本發(fā)明的第二實施例中，在成膜成MgO層的第一成膜室內(nèi)，具有對氧化性氣體的吸氣效果小的物質(zhì)的成膜裝置、與將對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)附著在成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的裝置，具有附著對氧化性氣體的吸氣效果小的物質(zhì)后，將對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)(本實施例中為Ta)附著在對MgO進行成膜前的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的工序，使得在剛要成膜成MgO層前的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)。在本發(fā)明的第二實施例中，在成膜成MgO層的成膜室內(nèi)，設置有MgO膜的成膜裝置、Ta的成膜裝置以及CuN的成膜裝置。在通過這些成膜裝置附著的物質(zhì)中，對氧化性氣體的吸氣效果，Ta最大。另外，在形成MgO層的成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面附著的Ta對氧化性氣體的吸氣效果，比MgO和形成第一強磁性層的CoFeB對氧化性氣體的吸氣效果更大。然后，參照圖8以及圖9來說明第三實施例。圖8為表示本發(fā)明的第三實施例的具有MgO絕緣體層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。在本第三實施例中，如圖8所示，在圖I的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)中，在MgO層4的下層設置有Mg層66。圖9為第三實施例中使用的制造設備的示意圖。圖9的第三實施例中使用的制造設備為，在第一實施例中使用的制造設備中，在第一成膜室中新設有Mg的成膜裝置67。將表面形成有SiO2的Si基板12，搬入第一成膜室21中，在基板12上形成由Ta形成的下部電極層9。此時，同時在第一成膜室21內(nèi)部的成膜室內(nèi)壁37、防沉積遮護板36、隔板22和遮擋體等的一部分上，附著來自于Ta靶26的濺射的Ta。然后，將基板12依次移動至設置有PtMn以及CoFe的各個成膜裝置的第二成膜室41、設置有Ru以及CoFeB的各個成膜裝置的第三成膜室42內(nèi)，依次成膜成圖9所示的PtMn反強磁性層8、CoFe層6、Ru層5、由CoFeB形成的第一強磁性層2。此外，排氣至各個成膜室內(nèi)的背景壓カ為KT7Pa以下為止，進行成膜成各個薄膜層。將依次層積至強磁性層2為止的基板12再次搬入第一成膜室21內(nèi)，濺射Mg成膜裝置67的Mg靶，成膜成Mg層66。此時，同時在第一成膜室21內(nèi)部的成膜室內(nèi)壁37、防沉積遮護板36、隔板22和遮擋體等的一部分上，附著來自于Mg祀的派射的Mg。Mg為對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，為對氧氣和水等的吸氣作用大的物質(zhì)。在成膜室內(nèi)在該狀態(tài)下，濺射MgO成膜裝置47的MgO靶，在基板12上濺射成膜成MgO層4。將成膜至MgO層4為止的基板12移動至第三成膜室42內(nèi)，成膜成由CoFeB形成的第二強磁性層3。然后，再次將基板移動至第一成膜室21內(nèi)，成膜成Ta上部電極層10。然后，移動至第三成膜室42內(nèi)，成膜成Ru層。這樣，形成了具有圖8所示的薄膜結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件。這樣形成的磁阻效應元件，即使MgO的膜厚薄，也能得到高MR比的良好的特性，其結(jié)果，可以得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。在本實施例中，對MgO進行成膜的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)為Mg。由于MgO層為在形成Mg層后繼續(xù)成膜而成的,在剛對MgO進行成膜前,Mg附著在第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面，因此，本實施例中的對MgO進行成膜的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的Mg能得到高的吸氣效果。對氧化性氣體的吸氣效果的大小,也隨著物質(zhì)的表面狀態(tài)的不同而變化，由于Mg膜附著在剛要成膜成MgO層前的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面，附著的Mg膜的表面為清潔的狀態(tài)，能夠得到更高的吸氣效果。
在形成MgO層的成膜室內(nèi)形成Mg層、且形成Ta層的本實施例中，由于作為對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的Mg和Ta附著在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面，因此，對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)可以更厚、更廣闊地附著，因此具有更好的效果。但是，并不是必須在MgO成膜室內(nèi)形成Ta電極層,可以在MgO的成膜室內(nèi)只形成Mg層,在與成膜成MgO層的成膜室不同的成膜室內(nèi)形成Ta層，也具有效果。然后，用圖10來說明第四實施例。圖10為在圖I所示的結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件中，在基板12上剛要成膜成MgO層前，在成膜成MgO層的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著有各種物質(zhì)的狀態(tài)下，在基板12上成膜成MgO層并形成磁阻效應元件，測定并比較MR比的圖。作為在成膜成MgO的第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的物質(zhì)，采用Ti為例來說明實施的方法。在第一成膜室內(nèi)，除MgO成膜裝置、Ta成膜裝置以外，設置有Ti成膜裝置。在基板12上依次層積到第一強磁性層2為止。在Ta下部電極層的形成時，在第一成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著Ta。在剛成膜成MgO層4前，在第一成膜室21內(nèi)插入附著Ti的エ序。S卩，將依次層積至第一強磁性層2為止的基板12，輸送至第一成膜室21內(nèi)并保持在基板保持部29上，在使遮擋體31為關閉狀態(tài)來遮蔽基板12的狀態(tài)下，使Ti靶的遮擋體為打開狀態(tài)，濺射Ti，在成膜室內(nèi)壁37、防沉積遮護板36、遮擋體、隔板22等的表面附著Ti。然后，在該狀態(tài)下，與第一實施例相同，在基板12上成膜成MgO層4。以下,與第一實施例相同,層積薄膜，形成磁阻效應元件。
這樣，在各種物質(zhì)附著在成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面的狀態(tài)下，成膜成MgO層，形成磁阻效應元件，測定MR比。其結(jié)果，在附著MgO并濺射成膜成MgO層時，MR比為約50%，與此相對，在附著CuN、CoFe、Ru、CoFeB并濺射成膜成MgO層時，得到MR比約為70% -130%的值。在附著Ta、Ti、Mg、Cr、Zr并濺射成膜成MgO層時，得到MR比約為190% -210%的高的值。作為在對MgO進行成膜的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的物質(zhì)，只要是比MgO的吸氣效果更大的物質(zhì)，就具有改善元件特性的效果。而且，優(yōu)選情況下，作為對MgO進行成膜的成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面附著的物質(zhì)，除了本發(fā)明第一、第二實施例的Ta、第三實施例的Mg以外，若適當選擇Ti、Cr、Zr等,改善元件特性的效果好。對氧化性氣體的吸氣效果的大小，可以以該物質(zhì)的氧氣吸附能的值為指標進行比較。另ー方面，作為MR比為高的值的Ti、Ta、Mg、Cr、Zr的氧氣吸附能的值比145kcal/mol大。通過在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面附著氧氣吸附能的值比145kcal/mol大的對氧化性氣體的吸氣效果好的物質(zhì)，可以將MgO成膜時放出的氧化性氣體，充分地吸附在MgO成膜室 內(nèi)的構(gòu)件的表面。由此，能夠形成強磁性層的表面的氧化和成膜后的MgO絕緣體層的膜質(zhì) 的劣化小的磁阻效應元件。由此，在對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)附著在成膜室內(nèi)部的構(gòu)件表面的狀態(tài)下，進行絕緣體層MgO膜的成膜，形成磁阻效應元件吋，能夠得到低RA但高MR比的良好的設備特性。因此，即使是本實施例的Ta、Ti、Mg、Cr、Zr以外的物質(zhì)，只要是對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，就能充分地吸附在MgO層的成膜處理中放出的氧氣和水等氧化性氣體，得到低RA但高MR比的磁阻效應元件。例如，氧氣吸附能的值比145kcal/mol大的Nb、Mo、W、Mn、Hf、V、B、Si、Al、Ge 等也具有效果。另外，對MgO進行成膜的成膜室的內(nèi)壁上附著的物質(zhì)主要含有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)即可。在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面上附著的物質(zhì)不是構(gòu)成磁阻效應元件的物質(zhì)中的對所述氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)時，可以適當選擇所述對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)，在MgO成膜室內(nèi)設置其成膜裝置。另外，通過使MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件表面上附著的物質(zhì)為氧氣吸附能的值為145kcal/mol以上的物質(zhì)，可以將MgO成膜時放出的氧氣和水等氧化性氣體，充分地吸附在MgO成膜室內(nèi)的構(gòu)件的表面。在MgO成膜室內(nèi)進行附著的時間，更優(yōu)選在剛對MgO進行成膜前。對氧化性氣體的吸氣效果的大小，隨著物質(zhì)的表面狀態(tài)的不同而變化，表面為清潔的狀態(tài)時，能夠得到高的吸氣效果。附著在MgO 成膜室內(nèi)的物質(zhì)優(yōu)選為 Ta、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W、Cr、Mn、Hf、V、B、Si、
Al 或 Ge。附著在MgO成膜室內(nèi)的物質(zhì)，只要是形成構(gòu)成作為對象的磁阻效應元件的薄膜層的物質(zhì)，就將在MgO成膜室內(nèi)進行附著的裝置和形成薄膜層的裝置兼用，エ序也可以同時進行，因此，可以使裝置緊密化，并縮短エ序。然后，參照圖11至圖13，說明第五實施例。圖11為表示本發(fā)明的第四實施例中制造的、具有MgO層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)的ー個例子的圖，圖12為用于說明本發(fā)明的第四實施例的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖13為表示本發(fā)明的第四實施例的磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性的圖。此外，關于具有與圖I、圖3、圖6以及圖8本質(zhì)上相同的 功能以及相同的結(jié)構(gòu)的部件，用相同的附圖標記進行說明，關于相同的部分，不作詳細的說明。如圖11所示，本實施例中制造的具有MgO層的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)為，在表面形成有Th-Ox (單層熱氧化膜)的Si (硅)基板120上，層積有由第一 Ta層61a (膜厚5. Onm)、第一 CuN 層 62a (膜厚 20nm)、第二 Ta 層 61b (膜厚 3. Onm)和第二 CuN 層 62b (膜厚20nm)組成的下部電極部640 ;由Ta層68 (膜厚3. Onm)以及Ru層69 (膜厚5. Onm)組成的基底層；由IrMn (銥錳)形成的反強磁性層80 (膜厚7. Onm) ；CoFe層6 (膜厚2. 5nm)；Ru層5 (膜厚O. 85nm)；由CoFeB形成的第一強磁性層2 (膜厚3. Onm)；由MgO形成的絕緣體層4 (膜厚I. Onm)；由CoFeB形成的第二強磁性層3 (膜厚3. Onm);由Ta層IOa (膜厚8. Onm)、Cu層IOc (膜厚30nm)與Ta層IOb (膜厚5. Onm)組成的上部電極層；用于防止氧化的Ru層11 (I旲厚7. Onm)。另外，由Ta層68以及Ru層69組成的基底層，可以用于使反強磁性層進行結(jié)晶生長。本實施例的具有MgO層的磁阻效應元件的制造設備由與圖2或圖7所示的成膜設備基本相同的結(jié)構(gòu)組成，但是，關于該第一成膜室21，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。在第一實施例中，說明了基板保持部29的表面用由氮化鋁(AlN)形成的絕緣體來覆蓋，但是，在本實施例的制造設備中，在基板保持部29和基板12之間設置有基板載置臺290，其特征在于，將基板12直接載置在該基板載置臺290上?；遢d置臺290，至少在基板保持部29和基板12接觸的部分為可絕緣的結(jié)構(gòu)即可，例如，可以在不銹鋼制板的表面噴鍍Al2O3 (氧化鋁)等絕緣物來構(gòu)成基板載置臺290，也可以通過使基板載置臺290自身為絕緣體來構(gòu)成。這樣，基板12為完全的電浮動的狀態(tài)(浮動狀態(tài))，即基板12形成浮動電位。另外，基板12與基板載置臺290或基板保持部29為電絕緣狀態(tài)即可。此外，關于本實施例的基板保持部29自身的表面，也可以不用絕緣體進行覆蓋。在此，為了使基板12形成浮動電位，除了如上所述的使基板12與基板載置臺290絕緣以外，也可以通過例如使基板載置臺290和基板保持部29絕緣、使基板保持部29和接地絕緣等的方法來實現(xiàn)，只要使基板12和接地之間的任意的部分絕緣即可。此外，作為絕緣方法的一個例子有以下各種方法插入絕緣體、基板載置臺290或基板保持部29等的構(gòu)件自身由絕緣體構(gòu)成、僅在所述絕緣的部分(接觸部分)用絕緣物來構(gòu)成、或者使所述絕緣的部分分開。本實施例的具有MgO層的磁阻效應元件的制造方法，如上所述，其特征在干，使基板保持部29和基板12絕緣，使基板12在完全電浮動的狀態(tài)(浮動狀態(tài))下，成膜成MgO層4。此外，在形成MgO層4的第一成膜室21內(nèi)部的構(gòu)件的表面附著有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)(Ta等)的狀態(tài)下，在基板12上成膜成MgO層4的エ序的其它的成膜エ序，與已經(jīng)說明過的實施例相同，不作詳細的說明。在不銹鋼板的表面噴鍍Al2O3形成基板載置臺290吋，噴鍍約O. 2mm厚的Al2O3吋，基板12成為浮動狀態(tài)。另外，通過用基板載置臺290自身為絕緣物的AlN板(厚度約14_)來構(gòu)成，也可以使基板12成為浮動狀態(tài)。于是，制造這樣構(gòu)成的具有MgO層的磁阻效應元件，比較該磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性(圖13)。在圖13中，⑴表示使用由不銹鋼鋼板構(gòu)成的基板載置臺290時的特性、(II)表示使用在不銹鋼鋼板的表面噴鍍了約0.2mm厚的Al2O3的基板載置臺290時的特性、(III)表示使用由厚度約14mm的AlN板形成的基板載置臺290時的特性。另外，(III)的情況下使用A1N，是導熱系數(shù)大的緣故。如圖13所示，例如，在RA為ΙΟΩ-μπι2時，使用由不銹鋼鋼板構(gòu)成的基板載置臺290時(I)，MR比降低至約50% ;使用在不銹鋼鋼板的表面噴鍍有Al2O3的基板載置臺290時(II)、以及使用由AlN板形成的基板載置臺290時(III)，可以實現(xiàn)超過200%的高MR比。因此，本發(fā)明中，通過絕緣物(基板載置臺290)使基板12載置在基板保持部29上進行成膜，即使在低RA區(qū)域，MR比的降低也較小，與以往相比較，能夠得到大的MR比，能夠同時實現(xiàn)以往難以實現(xiàn)的低RA和高MR比。而且，在RA為5Ω-μπι2時，很明顯地，與使用在不銹鋼鋼板的表面噴鍍有Al2O3的基板載置臺290時(II)相比，使用由AlN板形成的基板載置臺290時(III)，能夠得到更高的MR比。因此，更進一歩地解決了同時得到低RA和高MR比的問題。此外，本實施例中制造的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)(圖11)，在由IrMn (銥錳)形成的反強磁性層80、基底層(Ta層68以及Ru層69)等方面，與已經(jīng)描述過的各個實施例中的磁阻效應元件的薄膜結(jié)構(gòu)(圖
1、圖6、圖8)不同，但是，在各個實施例中所示的薄膜結(jié)構(gòu)的磁阻效應元件的制造設備或制造方法中，如本實施例所示，通過使基板12為浮動狀態(tài)，也可以得到與上述相同的結(jié)果。然后，參照圖14，說明第六實施例。圖14為用于說明本發(fā)明的第六實施例的制造設備的第一成膜室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。此外，關于具有與圖3以及圖12本質(zhì)上相同的功能以及相同的結(jié)構(gòu)的部件，用相同的附圖標記進行說明，關于相同的部分，不作詳細的說明。在上述第五實施例中，已經(jīng)說明了在形成MgO層4的第一成膜室21內(nèi)部的構(gòu)件的表面附著有對氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)(Ta等)的狀態(tài)下，在基板12上成膜成MgO層4的成膜裝置或成膜方法，但是，并非必須是在所述物質(zhì)附著的狀態(tài)。即，第六實施例的特征在于，在未在形成MgO層4的第一成膜室21內(nèi)部的構(gòu)件的表面附著所述物質(zhì)(Ta等)，使基板保持部29和基板12絕緣，基板12為完全的電浮動的狀態(tài)(處于浮動電位的狀態(tài))下，成膜成MgO層4。因此，在本實施例的制造設備中，在基板保持部29和基板12之間，設置有與所述的第五實施例中的基板載置臺290相同的基板載置臺290，將基板12直接載置在該基板載置臺290上。在本實施例中，由于形成MgO層4的第一成膜室21內(nèi)部的構(gòu)件的表面未附著所述物質(zhì)(Ta等)，如圖14所示，第一成膜室21內(nèi)部僅設置作為靶的MgO即可，沒必要特別設置作為靶的Ta26、靶安裝部25、隔板22、遮擋體27以及28等(參照圖12)。結(jié)果如圖13所示，能得到低RA區(qū)域但MR比的降低小的、比以往大的MR比。然后，參照圖15以及圖16，說明第七實施例。圖15為表示本發(fā)明的第七實施例的制造設備的基板保持部附近的結(jié)構(gòu)的圖，Ca)為表示掩模和基板接觸的狀態(tài)的圖，(b)為表不掩模和基板分開的狀態(tài)的圖。圖16為表不本實施例的磁阻效應兀件的MgO層的RA與MR比特性的圖。此外，關于具有與圖3以及圖12本質(zhì)上相同的功能以及相同的結(jié)構(gòu)的部件，用相同的附圖標記進行說明，關于相同的部分，不作詳細的說明?！銇碚f，在將基板保持在基板保持部上的狀態(tài)下進行成膜時，為了防止在基板的里面?zhèn)?與基板保持部連接的ー側(cè))卷進成膜粒子形成膜，使用壓覆在基板的周邊部的金屬制的掩模(參照圖15 (a)中的符號295)。在這一點上,本實施例中，如圖15 (b)所不，在基板保持部29和基板12之間設置有所述基板載置臺290、將基板12直接載置在基板載置臺290上、基板12處于浮動電位的狀態(tài)下，使金屬制的掩模295和基板12分開來進行形成MgO層4的エ序。此外，也可以通過上述的其它的方法使基板12處于浮動電位的狀態(tài)。掩模295和基板12分開為能防止濺射粒子卷進基板12的里面的距離即可，例如，設定為O. 5_。這樣，通過使掩模295和基板12分開，可以使掩模295和基板12為電絕緣的狀態(tài)。在本發(fā)明中，掩模是在對基板進行成膜處理時，為了防止成膜粒子卷進基板的里面?zhèn)刃纬赡ざ采w在基板的周邊部的構(gòu)件。在形成MgO層4的エ序中，基于如圖15 (a)所示的掩模295與基板12的周邊部接觸的情況、以及如圖15 (b)所示的掩模295與基板12分開的情況，來制造具有MgO層的磁阻效應元件，比較該磁阻效應元件的MgO層的RA與MR比特性(圖16)。圖16中，涂黑的三角形(▲)表示掩模295與基板12的周邊部接觸的情況的特性，涂黑的圓形(·)表示掩模295與基板12分開的情況的特性。 例如，RA為5Ω-μπι2時，同掩模295與基板12的周邊部接觸的情況(▲)相比，掩模295與基板12分開的情況(·)，能夠得到更高的MR比，從整體來看，掩模295與基板12分開的情況(籲)，更能解決同時得到低RA和高MR比的問題。因此，通過使金屬制的掩模295與基板12分開，掩模295與基板12為電絕緣的狀態(tài)，可以防止在MgO成膜中的電流流至MgO層，其結(jié)果，可以防止MgO層的膜質(zhì)的劣化，進而可以避免磁阻效應元件的特性變差。在本實施例中，通過使掩模295與基板12分開，掩模295與基板12為電絕緣的狀態(tài)，但是，例如，掩模295自身由絕緣物構(gòu)成時，即使如圖15 (a)所示的掩模295與基板12接觸，由于掩模295與基板12成為電絕緣的狀態(tài)，因此可以得到與上述相同的效果。以上，參照附圖，說明了從本發(fā)明的第一至第七實施例，但是，本發(fā)明并不限定于這些實施方式，可以在由專利的權利要求書的記載所把握的技術范圍內(nèi)，進行各種方式的改變。例如，本實施例的成膜裝置，對作為具有三個成膜室的裝置進行說明，但是并不限于此。另外，對成膜室內(nèi)具有兩個至三個成膜裝置的裝置進行了說明，但是并不限于此。此夕卜，對本實施例的設備的成膜室形狀沒有限定。另外,在本實施例的設備中，附著有對氧氣和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的成膜室內(nèi)的構(gòu)件，通過成膜室內(nèi)壁、防沉積遮護板、隔板和遮擋體等進行了說明，但是并不限定于此。由于在成膜室內(nèi)部的構(gòu)件表面的附著很重要，其它的結(jié)構(gòu)也可以。此外，關于磁阻效應元件的所述各層的形成方法，說明了用濺射法來形成的方法，但也可以用其它的蒸鍍法等的成膜方法，對成膜方法沒有特別的限定。
權利要求
1.一種磁阻效應兀件的制造方法，該制造方法為具有第一強磁性層、位于該第一強磁性層上的MgO層和位于該MgO層上的第二強磁性層的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于， 濺射含有對氧化性氣體的吸氣效果比MgO大的、且在構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)中吸氣效果最大的物質(zhì)的靶，在成膜室的構(gòu)件上附著該物質(zhì)； 在所述吸氣效果最大的物質(zhì)附著在所述成膜室的構(gòu)件的最表面的狀態(tài)下，在所述成膜室中，在所述MgO靶上施加高頻率電力通過濺射法形成所述MgO層。
2.根據(jù)權利要求I所述的磁阻效應元件的制造方法，其中，在成膜所述MgO的成膜室內(nèi)，僅所述吸氣效果最大的物質(zhì)與所述MgO層成膜。
3.—種磁阻效應元件的制造方法，該制造方法為具有第一強磁性層、位于該第一強磁性層上的MgO層和位于該MgO層上的第二強磁性層的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于， 濺射含有Ta的靶，在成膜室的構(gòu)件上附著Ta ； 在所Ta附著在所述成膜室的構(gòu)件的最表面的狀態(tài)下，在所述成膜室中，在所述MgO靶上施加高頻率電力通過濺射法形成所述MgO層。
4.根據(jù)權利要求3所述的磁阻效應元件的制造方法，其中，在成膜所述MgO的成膜室內(nèi)，僅所述Ta與所述MgO層成膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有低RA但高MR比的磁阻效應元件的制造方法以及制造設備。通過在成膜成所述MgO層的室內(nèi)設置的構(gòu)件(第一成膜室21內(nèi)部的成膜室內(nèi)壁37、遮護板36的內(nèi)壁、隔板22和遮擋體等)的表面上附著有對氧和水等氧化性氣體的吸氣效果大的物質(zhì)的成膜室內(nèi)，成膜成所述MgO層，來制造在第一強磁性層和第二強磁性層之間具有MgO(氧化鎂)層的磁阻效應元件。吸氣效果大的物質(zhì)為氧氣吸附能的值為145kcal/mol以上的物質(zhì)即可，特別優(yōu)選作為構(gòu)成所述磁阻效應元件的物質(zhì)的Ta(鉭)。
文檔編號H01J37/32GK102867910SQ20121034541
公開日2013年1月9日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權日2006年3月3日
發(fā)明者永峰佳紀, 恒川孝二, D·D·賈亞普拉維拉, 前原大樹 申請人:佳能安內(nèi)華股份有限公司