選，阻擋層103由MgO制成以獲得高的MR比。除了 MgO以外，還可使用包含鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)和硅(Si)的至少一種或兩種以上的氧化物。可使用用RF濺射等以直接形成氧化物的任意方法，和其中包括沉積金屬然后將金屬氧化的方法。通過在保持室密封時的密封氧化、使該室排氣時的流動氧化、利用活性氧的自由基氧化或者等離子體氧化等而進行氧化。在阻擋層103上沉積厚度為1-1Onm的程度的具有由包含CoFeB或者Co、Fe或Ni等至少一種或兩種以上的合金的材料的一層或兩層以上形成的結構的自由層102。自由層為其中不固定磁化的層，并且根據(jù)相對于參照層的磁化的相對角度來改變電阻。在自由層102上沉積作為上部電極層101的例如作為Ta(8nm)/Ru(5nm)/Cu(30nm)/Ru(7nm)的多層結構。該層具有保護元件的功能，并且Ta部分可由例如釕(Ru)、鈦(Ti)或鉑(Pt)的材料代替。此TMR元件通過群集型(cluster type)的基板處理裝置在真空中制造。
[0035]圖1中，反鐵磁性層107由15nm厚的PtMn制成；參照層106由2.5nm厚的Co7tlFe3tl制成;非磁性中間層105由0.85nm厚的Ru制成;參照層104由3nm厚的C06ciFe2ciB2tl制成；阻擋層103由1.0nm厚的MgO制成；以及自由層102由3nm厚的C06ciFe2ciB2ci制成。
[0036]圖2為非專利文獻2中公開的垂直磁化型元件(以下，稱為P-MTJ元件)的多層結構的示意圖。在P-MTJ元件200中，首先在處理基板上層疊緩沖層211、210。例如，將包含鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉻(Cr)和釕(Ru)的至少一種元素的材料用于緩沖層211。此外，如鉭(Ta)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉬(Mo)或鎢(W)等金屬可用于緩沖層210，并且除了這些之外，還可使用包含鎂(Mg)、銷(Al)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)和硅(Si)的至少一種或兩種以上的氧化物。
[0037]在緩沖層210上沉積作為自由層209的例如，CoFeB0此外，可在CoFeB與MgO之間沉積Co和Fe的至少一種或兩種以上的合金。CoFeB或CoFeB/CoFe磁性層的總膜厚度為0.8-2.0nm的程度。在自由層209上形成阻擋層208。優(yōu)選，阻擋層由MgO制成以獲得高的MR比。除了 MgO以外，可使用包含鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)和硅
(Si)的至少一種或兩種以上的氧化物。可使用用RF濺射等以直接形成氧化物的任意方法，和其中包括沉積金屬然后將金屬氧化的方法。通過在保持室密封時的密封氧化、使該室排氣時的流動氧化、利用活性氧的自由基氧化或者等離子體氧化等而進行氧化。
[0038]在阻擋層208上沉積包含CoFe等且厚度為0.2-lnm的程度的參照層207，包含CoFeB等且厚度為0.5-2.0nm的程度的參照層206，包含Ta等的取向分離層205，以及用于將垂直磁各向異性賦予參照層206和參照層207的參照層204。圖2中，兩層參照層通過具有Co/Pd的多層結構的實例而各自示出；然而，除此之外，還可使用如Co/Pd、Co/Pt或Co/Ni任何形式的多層結構，如TbTeCo或GdFeCo等無定形材料，以及如FePt、CoPt, MnGa或MnAl等有序合金。此外，可使用其中省略參照層207從而參照層206的CoFeB與阻擋層208直接接觸的形式。此外，取向分離層205可以由除了 Ta之外的，鉭(Ta)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉬(Pt)和釕(Ru)等至少一種或兩種以上的合金，或者包含鎂(Mg)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)和硅(Si)等至少一種或兩種以上的氧化物制成。
[0039]在參照層204上形成包含釕(Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)和錸(Re)的至少一種或兩種以上的合金且厚度為0.Snm的程度的非磁性中間層203。在非磁性中間層203上形成由如Co/Pd、Co/Pt或Co/Ni等多層結構，如TbTeCo或GdFeCo等無定形材料，以及如FePt、CoPt、MnGa或MnAl等有序合金構成的參照層202。參照層207、參照層206、取向分離層205、參照層204的多層結構部、非磁性中間層203和參照層202形成合成型的參照層。該參照層可具有其中省略非磁性中間層203和參照層202并且參照層207、參照層206、取向分離層205和參照層204形成參照層的結構。在參照層202上形成作為覆蓋層201的Ta(5nm)。Ta可以由例如^!了(Ru)、鈦(Ti)或鉬(Pt)的材料代替。此類TMR元件通過群集型的基板處理裝置在真空中制造。
[0040]圖2中，緩沖層211由5nm厚的RuCoFe制成;緩沖層210由2nm厚的Ta制成；自由層209由0.8nm厚的CoFeB制成；阻擋層208由0.9nm厚的MgO制成；參照層207由0.5nm厚的Fe制成；參照層206由0.8nm厚的CoFeB制成；取向分離層205由0.3nm厚的Ta制成；并且參照層204具有包括各自具有0.25nm厚的Co和0.8nm厚的Pt的四個層疊體的結構。非磁性中間層203由0.9nm厚的Ru制成，參照層202具有包括各自具有0.25nm厚的Co和0.8nm厚的Pt的十四個層疊體的結構，并且覆蓋層201由20nm厚的Ru制成。
[0041]圖3為非專利文獻3中公開的面內(nèi)磁化型元件(以下，稱為MTJ元件)的多層結構的示意圖。在MTJ元件300中，首先在處理基板上沉積作為緩沖層309的例如，Ta(5nm)。上部的Ta也用作底層膜，并且除了 Ta之外，還可使用如鉿(Hf)、鈮(Nb)、鋯(Zr)Ji (Ti)、鉬(Mo)或鎢(W)等金屬。此外，可以在Ta等上沉積例如，包含鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉻(Cr)和釕(Ru)等的至少一種元素的層。在緩沖層309上沉積例如，3-20nm的程度的厚度的包含IrMn、PtMn、FeMn、NiMruRuRhMn或CrPtMn等的反鐵磁性層308。在反鐵磁性層308上沉積參照層307、非磁性中間層306和參照層305。參照層307包含例如，CoFe等，并且厚度為l-5nm的程度。非磁性中間層306包含釕(Ru)、絡(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)和錸(Re)的至少一種或兩種以上的合金，并且厚度為0.8nm的程度。參照層305包含例如，CoFe或CoFeB等，并且厚度為l_5nm的程度。反鐵磁性層308、固定磁性層307、非磁性中間層306和固定磁性層305形成合成型的參照層。該參照層可構造為具有反鐵磁性層和兩層參照層的雙層結構。參照層為其中將磁化方向固定的層。
[0042]在參照層305上形成阻擋層304。優(yōu)選，阻擋層304由MgO制成以獲得高的MR比。除了 MgO之外，可使用包含鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)和硅(Si)的至少一種或兩種以上的氧化物。可使用用RF濺射等以直接形成氧化物的任意方法，和其中包括沉積金屬然后將金屬氧化的方法。通過在保持室密封時的密封氧化、使該室排氣時的流動氧化、利用活性氧的自由基氧化或者等離子體氧化等而進行氧化。在阻擋層304上沉積例如，厚度為1-1Onm的程度的具有由包含CoFeB或Co、Fe或Ni等至少一種或兩種以上的合金的材料的一層或兩層以上的層形成的結構的自由層303。自由層303為其中不固定磁化的層，并且根據(jù)相對于參照層的磁化的相對角度來改變電阻。
[0043]在自由層303上形成氧化物覆蓋層302。氧化物覆蓋層302通過借助將垂直磁各向異性賦予自由層的磁化使自旋扭矩(spin torque)提供更容易的磁化反轉(zhuǎn)，而具有降低磁化反轉(zhuǎn)的臨界電流密度JcO的效果。包含鎂(Mg)、銷(Al)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、給(Hf)、鍺(Ge)或硅(Si)等的至少一種或兩種以上的氧化物可應用于氧化物覆蓋層。通過在保持室密封時的密封氧化、使該室排氣時的流動氧化、利用活性氧的自由基氧化或者等離子體氧化等而進行氧化。在氧化物覆蓋層302上形成作為覆蓋層301的Ta(5nm)。Ta可以由例如，釕(Ru)、鈦(Ti)或鉑(Pt)等材料代替。此類TMR元件通過群集型的基板處理裝置在真空中制造。
[0044]圖3中，反鐵磁性層308由15nm厚的PtMn制成；參照層307由2.5nm厚的Co7tlFe3tl制成;非磁性中間層306由0.85nm厚的Ru制成;參照層305由3nm厚的C06ciFe2ciB2tl制成；阻擋層304由Inm厚的MgO制成；自由層303由2nm厚的Fe8tlB2tl制成；氧化物覆蓋層302由0-2.4nm厚的MgO蓋制成；以及覆蓋層301由5nm厚的Ta制成。
[0045](第一實施方案)
[0046]圖4為示出根據(jù)本實施方案的氧化處理設備400在基板輸送狀態(tài)下和在第一氧化處理(或第一氧化處理狀態(tài))下的構造的示意圖。圖5為示出根據(jù)本實施方案的氧化處理設備400的構造的示意圖，并且示出第一氧化處理的另一實例。圖6為示出根據(jù)本實施方案的氧化處理設備400在第二氧化處理(或第二氧化處理狀態(tài))下的構造的示意圖。在本實施方案中，氧化處理設備400形成由圖1-3的實例示出的各元件的阻擋層。在本實施方案中，阻擋層由MgO制成，并且使具有在其上形成的Mg的基板在氧化處理設備400內(nèi)進行氧化處理，從而形成MgO。
[0047]在本實施方案中，“第一氧化處理”指在Mg不升華的溫度(例如，室溫)下進行的隧道勢皇層