磁気抵抗効果素子の製造方法
【課題】低ＲＡでも高ＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】 酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有する。
【解決手段】 酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）や磁気ヘッドのセンサなどに利用される磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）や磁気ヘッドのセンサに磁気抵抗効果素子が用いられている。第１の強磁性層／絶縁体層／第２の強磁性層の基本構造を有する磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層と第２の強磁性層の磁化の向きが平行のとき電気抵抗は低抵抗、反平行のとき高抵抗となる性質を利用して、一方の強磁性層の磁化の向きを固定しておき、もう一方の強磁性層の磁化の向きが外部の磁場に応じて変化するようにしておくことで、外部磁場の向きを電気抵抗の変化として検出するものである。高い検出感度を得るためには、磁化の向きが平行のときと反平行のときでの電気抵抗値の変化量の指標であるＭＲ比（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｒａｓｉｏ。磁気抵抗比）が高いことが要求される。発明者は、高いＭＲ比が得られる構成として、磁気抵抗効果素子の絶縁体層としてスパッタ成膜した酸化マグネシウム（以下、ＭｇＯと記載するが、ストイキオメトリが「１：１」を意味するものではない。）を用いた磁気抵抗効果素子を提案した（例えば、非特許文献１及び特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８６、０９２５０２（２００５）
【特許文献１】特願２００４−２５９２８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＲＡＭの高密度化や磁気ヘッドの高分解能化のために素子サイズをさらに小さくすることが要請されている。素子サイズを小さくしたとき、良好な動作のためには、磁化の向きが平行のときの１μｍ２当りの電気抵抗値（以下、ＲＡと称す）を十分に下げる必要がある。絶縁体層のＭｇＯ膜の厚さを薄くすることで、磁気抵抗効果素子のＲＡは下げられる。しかし、ＭｇＯ膜の厚さを薄くすると、ＭＲ比が大幅に低下してしまい、その結果、低いＲＡと高いＭＲ比を両立させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、低ＲＡでも高ＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ＭｇＯ層を形成する成膜室内部の構成部材の表面に酸素や水など（以下、酸化性ガスという。）に対しゲッタ効果の大きい物質が被着された状態で、基板にＭｇＯ層を成膜するようにした。それによって、ＭｇＯの膜厚が薄くても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができ、その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。ＭｇＯ層の成膜中に成膜手段から放出される酸素や水などの酸化性ガスが、前記酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質に取り込まれて除去され、前記成膜室内に前記ガスの残留が少ない状態で、ＭｇＯ層が成膜できると考えられる。
【０００８】
また、ＭｇＯ成膜室内に被着させる酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質として、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する物質の中から選択すれば、ＭｇＯ成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる手段と薄膜層を形成する手段を兼用でき、酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる専用の手段を設ける必要がない。また、ＭｇＯ成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着する工程と薄膜層を形成する工程を同時に達成できるので、工程の短縮が図れる。
【０００９】
種々検討した結果、磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層の中で、ＭｇＯ絶縁体層を成膜する工程が重要であり、ＭｇＯ絶縁体層を成膜する成膜室内の構成部材表面に被着している物質の種類によって、磁気抵抗効果素子の特性が大きく影響されることを見出した。
【００１０】
さらに検討の結果、成膜室内の構成部材表面に被着している物質が、酸素や水などの酸化性ガスに対してゲッタ効果の大きい物質であるとき、低ＲＡであっても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて得られたものである。
【００１１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、基板がフローティング電位にある状態で、或いは、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気的に絶縁した状態で、ＭｇＯ層を形成するようにしたことにより、ＭｇＯの膜厚が薄くても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができ、その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。図１は、第１の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【００１３】
図１において、表面にＳｉＯ２（二酸化シリコン）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２上に、Ｔａ（タンタル）からなる下部電極層９（膜厚１０ｎｍ）、ＰｔＭｎ（白金マンガン）からなる反強磁性層８（膜厚１５ｎｍ）、ＣｏＦｅ（コバルト鉄）層６（膜厚２．５ｎｍ）、Ｒｕ（ルテニウム）層５（膜厚０．８５ｎｍ）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）からなる第１の強磁性層２（膜厚３ｎｍ）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）からなる絶縁体層４（膜厚１．０ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３（膜厚３ｎｍ）、Ｔａからなる上部電極層１０（膜厚１０ｎｍ）、酸化防止のためのＲｕ層１１（膜厚７ｎｍ）が積層されている。
【００１４】
次に、本発明の製造装置を図２によって説明する。図２は、本発明の第１の実施例の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図であり、それぞれ真空に排気可能な、搬送室４３、ロードロック室４４、アンロードロック室４５、第１成膜室２１、第２成膜室４１、第３成膜室４２を有している。搬送室４３には、ロードロック室４４、アンロードロック室４５がバルブを介して接続され、これにより、基板は大気圧の外部空間と真空の装置内の間を出し入れできる。また、搬送室４３には、第１成膜室２１、第２成膜室４１及び第３成膜室４２がバルブを介して接続されている。これによって、真空状態を維持したまま各成膜室の間を相互に移送できる。
【００１５】
各成膜室には、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成するための成膜手段が設けられている。すなわち、第１成膜室２１には、第１のＴａ成膜手段４６及びＭｇＯ成膜手段４７が設けられており、第２成膜室４１には、ＰｔＭｎ成膜手段４８、ＣｏＦｅ成膜手段４９及び第２のＴａ成膜手段５０が設けられており、第３成膜室４２には、Ｒｕ成膜手段５１及びＣｏＦｅＢ成膜手段５２が設けられている。基板は大気に晒されること無く各成膜室間を移送され、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成する成膜手段によって順次成膜される。
【００１６】
図３は、図２に示した製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。第２成膜室、第３成膜室の内部構成は、それぞれに異なる物質を成膜すること以外は、第１成膜室と同じである。本実施例の成膜手段にはスパッタ法を採用した。第１成膜室２１は、バルブ３４を介して搬送室と接続し、バルブ３４を閉にすることによって内部が気密に保持される。第１成膜室２１の下部には、基板３０を保持する基板保持部２９が設けられている。基板保持部２９の表面は窒化アルミニウムからなる絶縁体で覆われている。
【００１７】
それぞれの成膜手段は、成膜物質のターゲットとターゲットへの電力供給部を主要な要素としている。第１成膜室２１の上部には、ＭｇＯからなるターゲット２４がターゲット取付部２３に取り付けられている。また、仕切板２２により区画されて、Ｔａからなるターゲット２６がターゲット取付部２５に取り付けられている。ターゲット２４（ＭｇＯ）及びターゲット２６（Ｔａ）には、高周波電源（図に示さず）から高周波電力がターゲット取付部２３、２５を介して供給されるようになっている。
【００１８】
また、ターゲット２４（ＭｇＯ）を遮蔽するシャッタ２７、ターゲット２６（Ｔａ）を遮蔽するシャッタ２８を有し、シャッタ３１によって基板１２が遮蔽されるようになっている。各シャッタ２７、２８，３１は、ターゲット２４（ＭｇＯ）又はターゲット２６（Ｔａ）のスパッタリングに応じて図示の位置から個別に退避可能に構成されている。第１成膜室２１には、成膜室内壁３７の側面を覆うように円筒形の防着シールド３６が設けられている。成膜室内壁、防着シールド、シャッタ、仕切板、などを以下「成膜室内構成部材」と称する。
【００１９】
第１成膜室２１の下方には、成膜室２１内を真空排気するための真空排気手段３５が設けられている。
【００２０】
次に、この発明の第１の実施例によって図１に示した磁気抵抗効果素子の一例を成膜処理する方法について、図２を参照して説明する。
【００２１】
表面にＳｉＯ２（二酸化シリコン）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２は、Ｔａよりなる下部電極層９を成膜するために、第１成膜室２１に搬入され、保持部２９に保持される。保持部２９の表面は窒化アルミニウムからなる絶縁物で覆われており、基板１２は電気的にフローティングの状態で保持される。成膜前の第１成膜室２１は、バックグラウンド圧力１０−７Ｐａ以下に排気されており、第１成膜室２１内にＡｒ（アルゴン）を導入し、所定の圧力にし、シャッタ２７、シャッタ２８及びシャッタ３１を閉状態にし、Ｔａターゲット２６に高周波電力を印加して、Ｔａのプリスパッタを行う。次に、シャッタ３１、シャッタ２８を開状態にし、Ｔａターゲット２６に高周波電力を印加することによって、基板１２上にＴａ膜を形成する。このとき同時に、第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材である、成膜室内壁３７、防着シールド３６の内壁、仕切板２２やシャッタなどの一部には、Ｔａターゲット２６からスパッタされたＴａが被着される。Ｔａターゲットからのスパッタ粒子が被着される領域は、ターゲットの位置や形状、成膜室内の成膜室内構成部材の位置や形状、成膜条件などによって異なる。所定の時間スパッタした後、シャッタ３１を閉状態にし、Ｔａターゲット２６に印加する高周波電力をオフにする。
【００２２】
Ｔａ下部電極層９が成膜された基板１２は、第１成膜室２１から搬出され、ＰｔＭｎの成膜手段４８及びＣｏＦｅ成膜手段４９が設けられた第２成膜室４１に移送され、保持部に保持される。ＰｔＭｎ成膜手段４８を用いて、基板上にＰｔＭｎ層８が形成され、次いで、ＣｏＦｅ成膜手段４９を用いて、ＣｏＦｅ層６が形成される。次に、基板１２は、第２成膜室４１から搬出され、Ｒｕ成膜手段５１及びＣｏＦｅＢ成膜手段５２が設けられた第３成膜室４２に移送され、保持部に保持される。Ｒｕ成膜手段５１を用いて、基板上にＲｕ層５が形成され、次いで、ＣｏＦｅＢ成膜手段５２を用いて、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２が形成される。このようにして、図１に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ強磁性層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢ強磁性層２までが順次形成される。尚、成膜前の各成膜室内のバックグラウンド圧力は１０−７Ｐａ以下である。
【００２３】
図１の第１の強磁性層２までが積層された基板１２は、次にＭｇＯ層４を成膜するため、再び第１成膜室２１内へ搬送され、基板保持部２９に保持される。このとき、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面は、基板上にＴａ層を形成した工程でスパッタされたＴａが最表面に被着された状態になっている。このような成膜室内で、ＭｇＯ成膜手段４７によってＭｇＯ層を基板１２上にスパッタ成膜する。シャッタ２８、シャッタ２７及びシャッタ３１を閉状態にし、ＭｇＯターゲット２４に高周波電力を印加することによって、ＭｇＯのプリスパッタを行う。次に、シャッタ２７を開状態にし、所定の時間ＭｇＯをスパッタする。次に、シャッタ３１を開状態にし、基板１２上にＭｇＯ層４を成膜する。
【００２４】
基板１２は、第１成膜室２１から搬出され、ＣｏＦｅＢ成膜手段５２の設けられた第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が形成される。次に基板１２は、第１のＴａ成膜手段４６が配置されている第１成膜室２１に再び搬入され、Ｔａ上部電極層１０が形成される。次に、Ｒｕ成膜手段５１の設けられた第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ酸化防止層１１が形成される。このようにして形成された図１に示す磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２５】
本発明の第１の実施例においては、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で、酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）の成膜手段をＭｇＯの成膜手段の設けられた第１成膜室内に設けて、ＭｇＯ膜を成膜する第１成膜室内では、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）膜とＭｇＯ膜のみが成膜されるようにした。また、ＭｇＯ層を形成する成膜室内の成膜室内構成部材の表面に被着されるＴａの酸化性ガスに対するゲッタ効果は、ＭｇＯや第１の強磁性層を形成するＣｏＦｅＢの酸化性ガスに対するゲッタ効果よりも大きい。
【００２６】
図４は、磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層の膜厚・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図であり、図５は、磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。従来法では、Ｔａ下部電極層及びＴａ上部電極層を第２成膜室４１に設けられた第２のＴａ成膜手段５０を用いて形成している。従来法では、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材の表面にＭｇＯが被着された成膜室内でＭｇＯ層が成膜される。
【００２７】
図４では、Ｔａを被着した成膜室でＭｇＯ層を成膜する本発明の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子のＭｇＯ膜厚・ＭＲ比特性を四角（□）で示し、前記Ｔａを被着させずにＭｇＯ層を成膜した従来の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子のＭｇＯ膜厚・ＭＲ比特性を黒塗り菱形（◆）で示している。従来の製造方法では、ＭｇＯ層の膜厚が薄くなるに従いＭＲ比が低下しているが、本発明の製造方法によれば、ＭｇＯ層の膜厚を０．９ｎｍにまで薄くしても高いＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２８】
図５も同様に、本発明の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子のＲＡ・ＭＲ比特性を四角（□）で示し、従来の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子のＲＡ・ＭＲ比特性を黒塗り菱形（◆）で示している。従来の製造方法では、ＲＡが約１５０Ωμｍ２のときのＭＲ比は５０％に満たないが、本発明の製造方法によれば、ＲＡが約２Ωμｍ２のときのＭＲ比は約１３０％に達しており、低ＲＡで、高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２９】
本発明の第１の実施形態によれば、ＭｇＯを成膜するときの成膜室内の成膜室内構成部材の表面は酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きいＴａで覆われており、ＭｇＯ成膜時に放出される酸化性ガスに対しゲッタ効果を有するので、強磁性層２の表面の酸化や成膜されたＭｇＯ層４の膜質の劣化を防止できたと考えられる。
【００３０】
従来の製造方法及び本発明の製造方法のどちらにおいても、磁気抵抗効果素子の各薄膜層は、バックグラウンド圧力１０−７Ｐａ以下に真空排気した成膜室内で形成した。ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＴａを被覆させることなしには、バックグラウンド圧力を１０−７Ｐａにして、ＭｇＯ絶縁体層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成しても、ＭｇＯ膜の厚さが薄い場合のＭＲ比の低下は改善されなかった。ＭｇＯは水を吸着し易い潮解性の物質であり、ＭｇＯの焼結体は多孔質の物質であるため、ＭｇＯターゲットには酸素や水等の酸化性ガスが吸着していると考えられる。バックグラウンド圧力を１０−７Ｐａまで排気してもターゲットに吸着した酸化性ガスは容易に排気されず、ＭｇＯのスパッタ開始と同時にイオンで叩かれたＭｇＯターゲットから酸化性ガスがＭｇＯ成膜中の成膜空間に放出される。このため、処理基板上に形成された強磁性層の表面の酸化や成膜されるＭｇＯ絶縁体層の膜質の劣化を生じ、磁気抵抗効果素子の特性を悪化させたものと考えられる。
【００３１】
酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質は、Ｔａに限定されるものではなく、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ又はＧｅなどであってもよい。また、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい２つ以上の物質からなる合金とすることもできる。
【００３２】
上記の実施の形態では、ＭｇＯ成膜室内に被着させる酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質として、磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層９及び上部電極層１０と同じ物質（Ｔａ）を採択したので、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａ）をＭｇＯ成膜室内に被着させる工程は、Ｔａ下部電極層９及びＴａ上部電極層１０の成膜工程を行うことで同時に達成でき、殊更にそのための工程を設ける必要がない。また、この第１の実施例では磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層９及び上部電極層１０の双方のＴａを、ＭｇＯを成膜する第１成膜室２１で成膜しているので、ＭｇＯ成膜室内にＴａを比較的厚くかつ広い領域に付けることができ、大きなゲッタ効果が得られる。
【００３３】
さらに、第１の実施例において、ＭｇＯ層４を成膜する直前に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材表面にＴａを被着させる工程を挿入することもできる。このような工程を挿入することによって、磁気抵抗効果素子を構成するＴａ層を形成する工程で第１成膜室２１内の成膜室内構成部材表面に被着されるＴａに加えて、さらにＴａを被着させることができるので、成膜室２１内の成膜室内構成部材表面に被着させるＴａの厚さやＴａが被着させる領域を大きくできる。しかも、ＭｇＯ層を形成する工程の直前に成膜室内にＴａを被着させることができるので、ＭｇＯ膜の成膜時に放出される酸化性ガスに対して高いゲッタ効果が得られると考えられる。
【００３４】
また、基板１２が第１成膜室２１外にあるとき（例えば、第１の強磁性層２の成膜処理中など）、第１成膜室２１内に設けられたＴａ成膜手段を利用して、シャッタ３１を閉状態にしてＴａをスパッタして成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面にＴａを被着させる工程を行うようにしてもよい。このようにすれば、成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面に被着するＴａの厚さを厚くでき、被着する領域を広くできるので、ＭｇＯ膜の成膜時に放出される酸化性ガスに対するゲッタ効果を大きくすることができる。しかも、この工程は基板の成膜工程と並行して行われるので、工程時間を増やさずに済むメリットがある。また、この成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面にＴａを被着させるスパッタ工程は、シャッタ３１を閉状態とする動作の代わりにダミー基板を基板保持部に載置して行うこともできる。
【００３５】
次に図６及び図７を参照して、第２の実施例を説明する。
【００３６】
図６は、本発明の第２の実施例におけるＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。図１の下部電極層９に代わって、図６においては下部電極部６４が形成される。下部電極部６４は第１のＴａ層６１ａ、ＣｕＮ層６２、第２のＴａ層６１ｂからなっている。磁気抵抗効果素子の他の部分の薄膜構成は、第１の実施例の図１と変わらない。
【００３７】
図７は、本発明の第２の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図７では、第１の実施例に用いられる図２の製造装置において、第１成膜室に新たにＣｕＮ成膜手段６５が設けられている。すなわち、第２の実施例の製造装置の特徴として、ＭｇＯを成膜する成膜手段を有する第１成膜室に、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質の成膜手段（Ｔａ）と酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質の成膜手段（ＣｕＮ）が併設されている。
【００３８】
次に、本発明の製造装置及び製造方法の第２の実施例によって磁気抵抗効果素子の一例を成膜処理する方法について、図６及び図７により説明する。
【００３９】
ＳｉＯ２膜が形成されたＳｉ基板１２は、下部電極部６４の第１のＴａ層６１ａ（図６参照）を成膜するために、第１のＴａ成膜手段４６が設けられている第１成膜室２１で成膜を行う。このとき同時に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材である、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの表面の一部には、Ｔａが被着される。次に第１成膜室２１に設けられたＣｕＮ成膜手段６２を用いて、下部電極部６４のＣｕＮ層６２（図６参照）を成膜する。このとき同時に、第１成膜室２１内に、スパッタされたＣｕＮが被着される。次に下部電極部６４の第２のＴａ層６１ｂ（図６参照）を成膜するために、第１成膜室２１に設けられている第１のＴａ成膜手段４６を用いて、基板１２上にＴａを成膜する。このとき同時に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材の最表面に、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＴａが被着されることになる。次に、Ｔａ下部電極部６４が成膜された基板１２は、実施例１と同様に、第１成膜室２１から搬出されて、ＰｔＭｎ及びＣｏＦｅの各成膜手段が設けられた第２成膜室４１、Ｒｕ及びＣｏＦｅＢの各成膜手段が設けられた第３成膜室４２を順に移動して、図１に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２までが順次成膜される。尚、成膜前の各成膜室内のバックグラウンド圧力は１０−７Ｐａ以下である。
【００４０】
次に、基板１２を第１成膜室２１内へ搬入し、ＭｇＯ成膜手段４７によってＭｇＯ膜をスパッタ成膜する。ＭｇＯ層４を成膜するとき、第１成膜室２１の内部は、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きいＴａが表面に被着された状態になっている。
【００４１】
次に、ＭｇＯ層４まで成膜された基板１２は、ＣｏＦｅＢ成膜手段の設けられた第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が成膜される。そして上部電極層１０を成膜するために、第１成膜室２１に再び搬送し、第１のＴａ成膜手段によって基板上にＴａを成膜する。最後に、基板は、第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ成膜手段５１によってＲｕ層１１を成膜して、図６に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成される。
【００４２】
本発明の第２の実施例においては、ＭｇＯを成膜する第１成膜室に、本実施例の磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層を形成する物質の中で、酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）の成膜手段と酸化性ガスに対しゲッタ効果がより小さい物質（本実施例ではＣｕＮ）の成膜手段が併設されている。そして、第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果がより小さい物質が被着された後、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させて、第１成膜室内に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質が被着されている状態でＭｇＯ膜を成膜する。
【００４３】
このようにして形成された図６に示す磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。しかも、第１のＴａ層、ＣｕＮ層、第２のＴａ層を連続して一つの成膜室で形成することができるので、基板搬送を簡略化でき、工程時間を短縮できた。
【００４４】
本発明の第２の実施例では、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内に酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質の成膜手段と成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる手段を有しており、酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質が被着された後、ＭｇＯ層を成膜する直前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質が被着されているように、ＭｇＯを成膜する前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（本実施例ではＴａ）を被着させる工程を有している。
【００４５】
本発明の第２の実施例において、ＭｇＯ層を成膜する成膜室内には、ＭｇＯ膜の成膜手段、Ｔａの成膜手段及びＣｕＮの成膜手段が設けられている。これらの成膜手段によって被着される物質のなかで、酸化性ガスに対するゲッタ効果は、Ｔａが最も大きい。また、ＭｇＯ層を形成する成膜室内の成膜室内構成部材の表面に被着されるＴａの酸化性ガスに対するゲッタ効果は、ＭｇＯや第１の強磁性層を形成するＣｏＦｅＢの酸化性ガスに対するゲッタ効果よりも大きい。
【００４６】
次に、図８及び図９を参照して、第３の実施例を説明する。
【００４７】
図８は、本発明の第３の実施例におけるＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。本第３の実施例においては、図８に示すように、図１の磁気抵抗効果素子の薄膜構成において、ＭｇＯ層４の下層にＭｇ層６６が設けられている。
【００４８】
図９は、第３の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図９の第３の実施例に用いられる製造装置は、第１の実施例に用いられる製造装置において、新たに第１成膜室にＭｇの成膜手段６７が設けられている。
【００４９】
表面にＳｉＯ２を形成したＳｉ基板１２を、第１成膜室２１に搬入し、基板１２上にＴａよりなる下部電極層９を形成する。このとき同時に、第１成膜室２１内部の、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの一部には、Ｔａターゲット２６からスパッタされたＴａが被着される。
【００５０】
次に、基板１２は、ＰｔＭｎ及びＣｏＦｅの各成膜手段が設けられた第２成膜室４１、Ｒｕ及びＣｏＦｅＢの各成膜手段が設けられた第３成膜室４２に順に移動して、図９に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２までが順次成膜される。
【００５１】
尚、各薄膜層は、各成膜室内のバックグラウンド圧力を１０−７Ｐａ以下まで排気して、成膜した。
【００５２】
強磁性層２までが順次積層された基板１２は、再び第１成膜室２１内に搬入され、Ｍｇ成膜手段６７のＭｇターゲットをスパッタしてＭｇ層６６が成膜される。このとき同時に、第１成膜室２１内部の、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの一部には、ＭｇターゲットからスパッタされたＭｇが被着する。Ｍｇは酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であり、酸素又は水などに対するゲッタ作用が大きい物質である。成膜室内がこの状態で、ＭｇＯ成膜手段４７のＭｇＯターゲットをスパッタしてＭｇＯ層４を基板１２上にスパッタ成膜する。
【００５３】
ＭｇＯ層４までが成膜された基板１２は、第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が成膜される。次に、基板は第１成膜室２１に再び移動し、Ｔａ上部電極層１０が成膜される。次に、第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ層が成膜される。こうして、図８に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成される。
【００５４】
このようにして形成された磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００５５】
本実施例においては、ＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着される酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質は、Ｍｇである。
【００５６】
ＭｇＯ層はＭｇ層の後に続けて成膜されるので、ＭｇＯ成膜の直前に、Ｍｇは第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されることになるので、本実施例においてＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるＭｇは高いゲッタ効果が得られると考えられる。酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によっても変わり、Ｍｇ膜はＭｇＯ層を成膜する直前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるため、被着されたＭｇ膜の表面は清浄な状態にあり、より高いゲッタ効果が得られると考えられるからである。
【００５７】
ＭｇＯ層を形成する成膜室内でＭｇ層形成し、それに加えてＴａ層も形成する本実施例においては、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＭｇとＴａがＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるので、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質をより厚く、より広い領域に被着させることができるので、より効果がある。しかし、Ｔａ電極層をＭｇＯ成膜室で形成しなければならないというものではなく、Ｍｇ層のみをＭｇＯの成膜室で形成し、Ｔａ層はＭｇＯ層を成膜する成膜室とは別の成膜室で形成したとしても効果がある。
【００５８】
次に図１０を用いて、第４の実施例を説明する。図１０は、図１に示された構成の磁気抵抗効果素子において、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜する直前に、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に種々の物質が被着された状態で、ＭｇＯ膜を基板１２上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定し比較した図である。
【００５９】
実施の方法を、ＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質としてＴｉに例を採って説明する。第１成膜室内にＭｇＯ成膜手段、Ｔａ成膜手段に加えて、Ｔｉ成膜手段を設けた。基板１２に第１の強磁性層２まで順次積層する。第１成膜室内の成膜室内構成部材表面にはＴａ下部電極層の形成時にＴａが被着されている。ＭｇＯ層４を成膜する直前に、第１成膜室２１内にＴｉが被着される工程を挿入する。すなわち、第１の強磁性層２までが順次積層された基板１２を第１成膜室２１に搬送し基板保持部２９に保持し、シャッタ３１を閉状態として基板１２を遮蔽した状態で、Ｔｉのターゲットシャッタを開状態とし、Ｔｉをスパッタして、成膜室内壁３７、防着シールド３６、シャッタ、仕切板２２などの表面にＴｉを被着させる。次に、その状態で第１の実施例と同様にして基板１２にＭｇＯ層４を成膜する。以下第１の実施例と同様に薄膜を積層して磁気抵抗効果素子を形成する。
【００６０】
このようにして種々の物質が成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着された状態で、ＭｇＯ層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定した。その結果、ＭｇＯを被着させてＭｇＯ層をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比約５０％であったのに対し、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢを被着させてＭｇＯ層をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比は約７０％〜１３０％の値が得られた。Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒを被着させてＭｇＯ膜をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比は約１９０％〜２１０％の高い値が得られることがわかった。ＭｇＯを成膜する成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着する物質としては、ＭｇＯよりもゲッタ効果の大きい物質であれば素子特性を改善する効果がある。さらに、望ましくは、ＭｇＯを成膜する成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質として、本発明第１、第２の実施例のＴａ、第３の実施例のＭｇ以外に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ等を適宜採択すれば、素子特性を改善する効果が大きい。
【００６１】
酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値を指標として比較できる。一方、ＭＲ比が高い値であったＴｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒの酸素ガス吸着エネルギーの値は、１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きい。ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面に、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きい酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きい物質を被着させることによって、ＭｇＯ成膜時に放出される酸化性ガスが、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面で、十分にゲッタリングされるようにした。これによって、強磁性層の表面の酸化や成膜されたＭｇＯ絶縁体層の膜質の劣化の小さい磁気抵抗効果素子を形成することができた。
【００６２】
このことから、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を成膜室内部の成膜室内構成部材表面に被着された状態で絶縁体層ＭｇＯ膜の成膜を行い、磁気抵抗効果素子を形成すれば、低ＲＡであっても高ＭＲ比の良好なデバイス特性を得られるものと考えられる。したがって、本実施例によるＴａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ以外の物質であっても、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であれば、ＭｇＯ層の成膜処理中に放出される酸素や水等の酸化性ガスを十分にゲッタリングし、低ＲＡであっても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができると考えられる。例えば、酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きいＮｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ等でも効果があると考えられる。
【００６３】
また、ＭｇＯを成膜する成膜室の内壁に被着する物質は、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を主要に含めばよい。
【００６４】
ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質は、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中に前記酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きい物質がない場合、前記酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を適宜選んで、ＭｇＯ成膜室内にその成膜手段を設けることができる。
【００６５】
また、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着される物質は、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上の物質とすることによって、ＭｇＯ成膜時に放出される酸素や水等の酸化性ガスが、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面で、十分にゲッタリングされるようにした。
【００６６】
ＭｇＯ成膜室内に被着させるタイミングは、ＭｇＯ成膜の直前であることがより望ましい。酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によって変わり、表面が清浄な状態であると、高いゲッタ効果が得られると考えられるからである。
【００６７】
ＭｇＯ成膜室内に被着される物質は、特にＴａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ又はＧｅであることが望ましい。
【００６８】
ＭｇＯ成膜室内に被着される物質が、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層を形成する物質であるならば、ＭｇＯ成膜室内に被着される手段と薄膜層を形成する手段を兼用でき、工程も兼ねることができるので、装置をコンパクトにでき、工程の短縮が図れる。
【００６９】
次に図１１乃至図１３を参照して、第５の実施例を説明する。図１１は、本発明の第４の実施例において製造する、ＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図、図１２は、本発明の第４の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図、図１３は、本発明の第４の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。なお、図１、図３、図６及び図８と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７０】
図１１に示すように、本実施例において製造するＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成は、表面にＴｈ−Ｏｘ（単層熱酸化膜）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２０上に、第１のＴａ層６１ａ（膜厚５．０ｎｍ）と第１のＣｕＮ層６２ａ（膜厚２０ｎｍ）と第２のＴａ層６１ｂ（膜厚３．０ｎｍ）と第２のＣｕＮ層６２ｂ（膜厚２０ｎｍ）とからなる下部電極部６４０、Ｔａ層６８（膜厚３．０ｎｍ）及びＲｕ層６９（膜厚５．０ｎｍ）からなる下地層、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）からなる反強磁性層８０（膜厚７．０ｎｍ）、ＣｏＦｅ層６（膜厚２．５ｎｍ）、Ｒｕ層５（膜厚０．８５ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２（膜厚３．０ｎｍ）、ＭｇＯからなる絶縁体層４（膜厚１．０ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３（膜厚３．０ｎｍ）、Ｔａ層１０ａ（膜厚８．０ｎｍ）とＣｕ層１０ｃ（膜厚３０ｎｍ）とＴａ層１０ｂ（膜厚５．０ｎｍ）からなる上部電極層、酸化防止のためのＲｕ層１１（膜厚７．０ｎｍ）が積層されている。なお、Ｔａ層６８及びＲｕ層６９からなる下地層は、反強磁性層を結晶成長させるためのものである。
【００７１】
本実施例におけるＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置は、図２又は図７に示す成膜装置とほぼ同一の構成からなるが、その第１成膜室２１に関しては、図１２に示すように構成されている。第１の実施例においては、基板保持部２９の表面が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁体で覆われているものを説明したが、本実施例における製造装置では、基板保持部２９と基板１２との間に、基板載置台２９０が設けられており、この基板載置台２９０に基板１２が直接載置されるものであることを特徴とする。基板載置台２９０は、少なくとも、基板保持部２９と基板１２とが接触する部分において絶縁可能な構成であればよく、例えば、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁物を溶射して基板載置台２９０を構成してもよく、基板載置台２９０自体を絶縁物によって構成してもよい。このようにして、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング状態）、即ち、基板１２がフローティング電位となるようにする。また、基板１２と、基板載置台２９０や基板保持部２９とが、電気的に絶縁された状態であればよい。なお、本実施例に係る基板保持部２９自体の表面は、絶縁体で覆われていなくてもよい。
【００７２】
ここで、基板１２をフローティング電位とするためには、前述のように基板１２と基板載置台２９０とを絶縁することの他、例えば、基板載置台２９０と基板保持部２９とを絶縁すること、基板保持部２９と接地とを絶縁すること等の手段によっても実現することができ、基板１２と接地との間のいずれかの部分で絶縁されていればよい。また、絶縁方法としては、一例として、絶縁物を介挿すること、基板載置台２９０や基板保持部２９等の成膜室内構成部材自体を絶縁物によって構成すること、前記絶縁する部分（接触部分）のみを絶縁物で構成すること、又は、前記絶縁する部分同士を離間させること、のように種々の方法がある。
【００７３】
本実施例におけるＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記のように、基板保持部２９と基板１２とを絶縁させて、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング状態）で、ＭｇＯ層４を成膜することを特徴とするものである。なお、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａなど）が被着された状態で、基板１２にＭｇＯ層４を成膜する工程その他の成膜工程は、既に説明した実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射して基板載置台２９０を構成する場合は、約０．２ｍｍの厚さでＡｌ２Ｏ３を溶射すれば、基板１２はフローティング状態となる。また、基板載置台２９０自体を絶縁物としてのＡｌＮ板（厚さ約１４ｍｍ）で構成することによっても、基板１２をフローティング状態とすることができる。そこで、これらのように構成してＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を比較した（図１３）。図１３において、（Ｉ）は、ステンレス鋼板で構成された基板載置台２９０を用いた場合の特性、（ＩＩ）は、ステンレス鋼板の表面に約０．２ｍｍの厚さのＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合の特性、（ＩＩＩ）は、厚さ約１４ｍｍのＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合の特性を示している。なお、（ＩＩＩ）の場合においてＡｌＮを採択したのは熱伝導率が大きいためである。
【００７５】
図１３に示すように、例えば、ＲＡが１０Ω−μｍ２において、ステンレス鋼板で構成された基板載置台２９０を用いた場合（Ｉ）は、ＭＲ比が約５０％まで低下していたが、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩ）及びＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩＩ）は、２００％を超える高いＭＲ比を実現することができた。したがって、本発明のように、絶縁物（基板載置台２９０）を介して基板１２を基板保持部２９に載置して成膜することによって、低いＲＡ領域でも、ＭＲ比の低下が小さく、従来に比較して大きなＭＲ比が得られるものであり、従来において困難とされている低ＲＡと高ＭＲ比の両立を実現することができる。
【００７６】
さらに、ＲＡが５Ω−μｍ２において明らかなように、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩ）よりも、ＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩＩ）の方が、より高いＭＲ比を得ることができた。したがって、低ＲＡ高ＭＲ比の両立という課題をより一層解決しているものである。なお、本実施例により製造される磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図１１）は、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）からなる反強磁性層８０、下地層（Ｔａ層６８及びＲｕ層６９）等の点において、既に前述した各実施例による磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図１、図６、図８）との相違があるが、各実施例において示した薄膜構成の磁気抵抗効果素子の製造装置又は製造方法においても、本実施例のように基板１２をフローティング状態とすることによって、前記と同様の結果を得ることができる。
【００７７】
次に図１４を参照して、第６の実施例を説明する。図１４は、本発明の第６の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。なお、図３及び図１２と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７８】
前述した第５の実施例においては、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａなど）が被着された状態で、基板１２にＭｇＯ層４を成膜する成膜装置又は成膜方法を説明したが、必ずしも前記物質が被着された状態である必要はない。すなわち、第６の実施例は、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に前記物質（Ｔａなど）を被着させることなく、基板保持部２９と基板１２とを絶縁させて、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング電位にある状態）で、ＭｇＯ層４を成膜することを特徴とする。従って、本実施例における製造装置では、基板保持部２９と基板１２との間に、前述した第５の実施例における基板載置台２９０と同様の基板載置台２９０が設けられ、この基板載置台２９０に基板１２が直接載置される。本実施例では、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に前記物質（Ｔａなど）を被着させないので、第１成膜室２１内部は、図１４に示すように、ＭｇＯのみをターゲットとして配置すればよく、ターゲットとしてのＴａ２６、ターゲット取付部２５、仕切板２２、シャッタ２７及び２８等（図１２参照）は特段設ける必要はない。この結果、図１３に示すような、低いＲＡ領域でもＭＲ比の低下が小さく、従来に比較して大きなＭＲ比が得られる。
【００７９】
次に図１５及び図１６を参照して、第７の実施例を説明する。図１５は、本発明の第７の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり、（ａ）は、マスクと基板とが接触している状態を示す図、（ｂ）は、マスクと基板が離間している状態を示す図、図１６は、本実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。なお、図３及び図１２と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００８０】
一般的に、基板を基板保持部に保持した状態で成膜を行う場合、基板の裏面側（基板保持部と接する側）に、成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止するために、基板の周辺部を覆って押さえる金属製のマスクが採択されている（図１５（ａ）符号２９５参照）。この点、本実施例では、図１５（ｂ）に示すように、ＭｇＯ層４を形成する工程は、基板保持部２９と基板１２との間に、前述の基板載置台２９０を設け、基板載置台２９０に基板１２を直接載置し、基板１２がフローティング電位にある状態で、金属製のマスク２９５と基板１２とを離間させて行うようにしたものである。なお、基板１２を上記した他の方法によってフローティング電位にある状態としてもよい。マスク２９５と基板１２とは、基板１２の裏面へのスパッタ粒子の回り込みを防止可能な距離だけ離間されていればよく、例えば、０．５ｍｍに設定する。このようにして、マスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態とする。
【００８１】
本発明において、マスクとは、基板に対して成膜処理を行う場合において、基板の裏面側に成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止するために、基板の周辺部を覆う構成部材をいう。
【００８２】
ＭｇＯ層４を形成する工程において、図１５（ａ）に示すように基板１２の周辺部にマスク２９５を接触させた場合、及び、図１５（ｂ）に示すようにマスク２９５と基板１２とを離間させた場合の各々に基づいて、ＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を比較した（図１６）。図１６において、黒塗り三角（▲）は基板１２の周辺部にマスク２９５を接触させた場合の特性、黒塗り丸（●）はマスク２９５と基板１２とを離間させた場合の特性を示している。
例えば、ＲＡが５Ω−μｍ２において、マスク２９５と基板１２とを接触させた場合（▲）よりも、マスク２９５と基板１２とを離間させた場合（●）の方が、より高いＭＲ比を得ることができ、全体としてもマスク２９５と基板１２とを離間させた場合（●）の方が、低ＲＡ高ＭＲ比の両立という課題をより解決しているものである。従って、金属製のマスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態となり、ＭｇＯ成膜中においてＭｇＯ層に電流が流れることが防止され、その結果、ＭｇＯ層の膜質の劣化防止、ひいては磁気抵抗効果素子の特性の悪化を回避することができたものと考えられる。
【００８３】
本実施例においては、マスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態としたが、例えば、マスク２９５自体を絶縁物で構成すれば、図１５（ａ）のように基板１２とマスク２９５とが接触していても、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態とすることができるので、前記と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
以上、添付図面を参照して本発明の第１から第７の実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【００８５】
例えば、本実施例の成膜装置は、３つの成膜室を有する装置として説明したが、それに限らない。また、成膜室内に２つ乃至は３つの成膜手段を有する装置として説明したが、それに限らない。また、本実施例の装置の成膜室形状に限定されない。
【００８６】
また、本実施例の装置においては、酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる成膜室内の成膜室内構成部材は、成膜室内壁、防着シールド、仕切板やシャッタなどとして説明したが、それに限定されない。成膜室内部の成膜室内構成部材表面に被着させることが重要なのであって、他の構成でもよい。
【００８７】
また、磁気抵抗効果素子の前記各層の形成方法は、スパッタ法によるものを説明したが、その他蒸着等の成膜方法によることも可能であり、成膜方法が特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図である。
【図３】図２に示した製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図４】磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層の膜厚・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。
【図５】磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。
【図６】本発明の第２の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図である。
【図８】本発明の第３の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１０】図１に示された構成の磁気抵抗効果素子において、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜する直前に、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に種々の物質が被着された状態で、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定し比較した図である。
【図１１】本発明の第５の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり、（ａ）は、マスクと基板とが接触している状態を示す図、（ｂ）は、マスクと基板が離間している状態を示す図である。
【図１６】本発明の第７の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
２ 第１の強磁性層
３ 第２の強磁性層
４ ＭｇＯ層
５ Ｒｕ層
６ ＣｏＦｅ層
８ 反強磁性層（ＰｔＭｎ）
９ 下部電極層
１０ 上部電極層
１０ａ 上部電極層（Ｔａ）
１０ｂ 上部電極層（Ｔａ）
１０ｃ 上部電極層（Ｃｕ）
１１ 酸化防止層
１２、１２０ 基板
２１ 第１成膜室
２２ 仕切板
２３ ターゲット取付部
２４ ターゲット（ＭｇＯ）
２５ ターゲット取付部
２６ ターゲット（Ｔａ）
２７、２８ シャッタ
２９ 基板保持部
３１ シャッタ
３４ バルブ
３５ 真空排気手段
３６ 防着シールド
３７ 成膜室内壁
４１ 第２成膜室
４２ 第３成膜室
４３ 搬送室
４４ ロードロック室
４５ アンロードロック室
４６ 第１のＴａ成膜手段
４７ ＭｇＯ成膜手段
４８ ＰｔＭｎ成膜手段
４９ ＣｏＦｅ成膜手段
５０ Ｔａ成膜手段
５１ Ｒｕ成膜手段
５２ ＣｏＦｅＢ成膜手段
６１ａ 第１のＴａ層
６１ｂ 第２のＴａ層
６２ ＣｕＮ層
６２ａ 第１のＣｕＮ層
６２ｂ 第２のＣｕＮ層
６４、６４０ 下部電極層
６５ ＣｕＮ成膜手段
６６ Ｍｇ層
６７ Ｍｇ成膜手段
６８ 下地層（Ｔａ）
６９ 下地層（Ｒｕ）
８０ 反強磁性層（ＩｒＭｎ）
２９０ 基板載置台
２９５ マスク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）や磁気ヘッドのセンサなどに利用される磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）や磁気ヘッドのセンサに磁気抵抗効果素子が用いられている。第１の強磁性層／絶縁体層／第２の強磁性層の基本構造を有する磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層と第２の強磁性層の磁化の向きが平行のとき電気抵抗は低抵抗、反平行のとき高抵抗となる性質を利用して、一方の強磁性層の磁化の向きを固定しておき、もう一方の強磁性層の磁化の向きが外部の磁場に応じて変化するようにしておくことで、外部磁場の向きを電気抵抗の変化として検出するものである。高い検出感度を得るためには、磁化の向きが平行のときと反平行のときでの電気抵抗値の変化量の指標であるＭＲ比（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｒａｓｉｏ。磁気抵抗比）が高いことが要求される。発明者は、高いＭＲ比が得られる構成として、磁気抵抗効果素子の絶縁体層としてスパッタ成膜した酸化マグネシウム（以下、ＭｇＯと記載するが、ストイキオメトリが「１：１」を意味するものではない。）を用いた磁気抵抗効果素子を提案した（例えば、非特許文献１及び特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８６、０９２５０２（２００５）
【特許文献１】特願２００４−２５９２８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＲＡＭの高密度化や磁気ヘッドの高分解能化のために素子サイズをさらに小さくすることが要請されている。素子サイズを小さくしたとき、良好な動作のためには、磁化の向きが平行のときの１μｍ２当りの電気抵抗値（以下、ＲＡと称す）を十分に下げる必要がある。絶縁体層のＭｇＯ膜の厚さを薄くすることで、磁気抵抗効果素子のＲＡは下げられる。しかし、ＭｇＯ膜の厚さを薄くすると、ＭＲ比が大幅に低下してしまい、その結果、低いＲＡと高いＭＲ比を両立させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、低ＲＡでも高ＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ＭｇＯ層を形成する成膜室内部の構成部材の表面に酸素や水など（以下、酸化性ガスという。）に対しゲッタ効果の大きい物質が被着された状態で、基板にＭｇＯ層を成膜するようにした。それによって、ＭｇＯの膜厚が薄くても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができ、その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。ＭｇＯ層の成膜中に成膜手段から放出される酸素や水などの酸化性ガスが、前記酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質に取り込まれて除去され、前記成膜室内に前記ガスの残留が少ない状態で、ＭｇＯ層が成膜できると考えられる。
【０００８】
また、ＭｇＯ成膜室内に被着させる酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質として、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する物質の中から選択すれば、ＭｇＯ成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる手段と薄膜層を形成する手段を兼用でき、酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる専用の手段を設ける必要がない。また、ＭｇＯ成膜室内の構成部材の表面に酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着する工程と薄膜層を形成する工程を同時に達成できるので、工程の短縮が図れる。
【０００９】
種々検討した結果、磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層の中で、ＭｇＯ絶縁体層を成膜する工程が重要であり、ＭｇＯ絶縁体層を成膜する成膜室内の構成部材表面に被着している物質の種類によって、磁気抵抗効果素子の特性が大きく影響されることを見出した。
【００１０】
さらに検討の結果、成膜室内の構成部材表面に被着している物質が、酸素や水などの酸化性ガスに対してゲッタ効果の大きい物質であるとき、低ＲＡであっても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて得られたものである。
【００１１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、基板がフローティング電位にある状態で、或いは、基板と該基板を保持する基板保持部とを電気的に絶縁した状態で、ＭｇＯ層を形成するようにしたことにより、ＭｇＯの膜厚が薄くても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができ、その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。図１は、第１の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【００１３】
図１において、表面にＳｉＯ２（二酸化シリコン）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２上に、Ｔａ（タンタル）からなる下部電極層９（膜厚１０ｎｍ）、ＰｔＭｎ（白金マンガン）からなる反強磁性層８（膜厚１５ｎｍ）、ＣｏＦｅ（コバルト鉄）層６（膜厚２．５ｎｍ）、Ｒｕ（ルテニウム）層５（膜厚０．８５ｎｍ）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）からなる第１の強磁性層２（膜厚３ｎｍ）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）からなる絶縁体層４（膜厚１．０ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３（膜厚３ｎｍ）、Ｔａからなる上部電極層１０（膜厚１０ｎｍ）、酸化防止のためのＲｕ層１１（膜厚７ｎｍ）が積層されている。
【００１４】
次に、本発明の製造装置を図２によって説明する。図２は、本発明の第１の実施例の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図であり、それぞれ真空に排気可能な、搬送室４３、ロードロック室４４、アンロードロック室４５、第１成膜室２１、第２成膜室４１、第３成膜室４２を有している。搬送室４３には、ロードロック室４４、アンロードロック室４５がバルブを介して接続され、これにより、基板は大気圧の外部空間と真空の装置内の間を出し入れできる。また、搬送室４３には、第１成膜室２１、第２成膜室４１及び第３成膜室４２がバルブを介して接続されている。これによって、真空状態を維持したまま各成膜室の間を相互に移送できる。
【００１５】
各成膜室には、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成するための成膜手段が設けられている。すなわち、第１成膜室２１には、第１のＴａ成膜手段４６及びＭｇＯ成膜手段４７が設けられており、第２成膜室４１には、ＰｔＭｎ成膜手段４８、ＣｏＦｅ成膜手段４９及び第２のＴａ成膜手段５０が設けられており、第３成膜室４２には、Ｒｕ成膜手段５１及びＣｏＦｅＢ成膜手段５２が設けられている。基板は大気に晒されること無く各成膜室間を移送され、前記磁気抵抗効果素子の前記各層を形成する成膜手段によって順次成膜される。
【００１６】
図３は、図２に示した製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。第２成膜室、第３成膜室の内部構成は、それぞれに異なる物質を成膜すること以外は、第１成膜室と同じである。本実施例の成膜手段にはスパッタ法を採用した。第１成膜室２１は、バルブ３４を介して搬送室と接続し、バルブ３４を閉にすることによって内部が気密に保持される。第１成膜室２１の下部には、基板３０を保持する基板保持部２９が設けられている。基板保持部２９の表面は窒化アルミニウムからなる絶縁体で覆われている。
【００１７】
それぞれの成膜手段は、成膜物質のターゲットとターゲットへの電力供給部を主要な要素としている。第１成膜室２１の上部には、ＭｇＯからなるターゲット２４がターゲット取付部２３に取り付けられている。また、仕切板２２により区画されて、Ｔａからなるターゲット２６がターゲット取付部２５に取り付けられている。ターゲット２４（ＭｇＯ）及びターゲット２６（Ｔａ）には、高周波電源（図に示さず）から高周波電力がターゲット取付部２３、２５を介して供給されるようになっている。
【００１８】
また、ターゲット２４（ＭｇＯ）を遮蔽するシャッタ２７、ターゲット２６（Ｔａ）を遮蔽するシャッタ２８を有し、シャッタ３１によって基板１２が遮蔽されるようになっている。各シャッタ２７、２８，３１は、ターゲット２４（ＭｇＯ）又はターゲット２６（Ｔａ）のスパッタリングに応じて図示の位置から個別に退避可能に構成されている。第１成膜室２１には、成膜室内壁３７の側面を覆うように円筒形の防着シールド３６が設けられている。成膜室内壁、防着シールド、シャッタ、仕切板、などを以下「成膜室内構成部材」と称する。
【００１９】
第１成膜室２１の下方には、成膜室２１内を真空排気するための真空排気手段３５が設けられている。
【００２０】
次に、この発明の第１の実施例によって図１に示した磁気抵抗効果素子の一例を成膜処理する方法について、図２を参照して説明する。
【００２１】
表面にＳｉＯ２（二酸化シリコン）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２は、Ｔａよりなる下部電極層９を成膜するために、第１成膜室２１に搬入され、保持部２９に保持される。保持部２９の表面は窒化アルミニウムからなる絶縁物で覆われており、基板１２は電気的にフローティングの状態で保持される。成膜前の第１成膜室２１は、バックグラウンド圧力１０−７Ｐａ以下に排気されており、第１成膜室２１内にＡｒ（アルゴン）を導入し、所定の圧力にし、シャッタ２７、シャッタ２８及びシャッタ３１を閉状態にし、Ｔａターゲット２６に高周波電力を印加して、Ｔａのプリスパッタを行う。次に、シャッタ３１、シャッタ２８を開状態にし、Ｔａターゲット２６に高周波電力を印加することによって、基板１２上にＴａ膜を形成する。このとき同時に、第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材である、成膜室内壁３７、防着シールド３６の内壁、仕切板２２やシャッタなどの一部には、Ｔａターゲット２６からスパッタされたＴａが被着される。Ｔａターゲットからのスパッタ粒子が被着される領域は、ターゲットの位置や形状、成膜室内の成膜室内構成部材の位置や形状、成膜条件などによって異なる。所定の時間スパッタした後、シャッタ３１を閉状態にし、Ｔａターゲット２６に印加する高周波電力をオフにする。
【００２２】
Ｔａ下部電極層９が成膜された基板１２は、第１成膜室２１から搬出され、ＰｔＭｎの成膜手段４８及びＣｏＦｅ成膜手段４９が設けられた第２成膜室４１に移送され、保持部に保持される。ＰｔＭｎ成膜手段４８を用いて、基板上にＰｔＭｎ層８が形成され、次いで、ＣｏＦｅ成膜手段４９を用いて、ＣｏＦｅ層６が形成される。次に、基板１２は、第２成膜室４１から搬出され、Ｒｕ成膜手段５１及びＣｏＦｅＢ成膜手段５２が設けられた第３成膜室４２に移送され、保持部に保持される。Ｒｕ成膜手段５１を用いて、基板上にＲｕ層５が形成され、次いで、ＣｏＦｅＢ成膜手段５２を用いて、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２が形成される。このようにして、図１に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ強磁性層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢ強磁性層２までが順次形成される。尚、成膜前の各成膜室内のバックグラウンド圧力は１０−７Ｐａ以下である。
【００２３】
図１の第１の強磁性層２までが積層された基板１２は、次にＭｇＯ層４を成膜するため、再び第１成膜室２１内へ搬送され、基板保持部２９に保持される。このとき、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面は、基板上にＴａ層を形成した工程でスパッタされたＴａが最表面に被着された状態になっている。このような成膜室内で、ＭｇＯ成膜手段４７によってＭｇＯ層を基板１２上にスパッタ成膜する。シャッタ２８、シャッタ２７及びシャッタ３１を閉状態にし、ＭｇＯターゲット２４に高周波電力を印加することによって、ＭｇＯのプリスパッタを行う。次に、シャッタ２７を開状態にし、所定の時間ＭｇＯをスパッタする。次に、シャッタ３１を開状態にし、基板１２上にＭｇＯ層４を成膜する。
【００２４】
基板１２は、第１成膜室２１から搬出され、ＣｏＦｅＢ成膜手段５２の設けられた第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が形成される。次に基板１２は、第１のＴａ成膜手段４６が配置されている第１成膜室２１に再び搬入され、Ｔａ上部電極層１０が形成される。次に、Ｒｕ成膜手段５１の設けられた第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ酸化防止層１１が形成される。このようにして形成された図１に示す磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２５】
本発明の第１の実施例においては、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で、酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）の成膜手段をＭｇＯの成膜手段の設けられた第１成膜室内に設けて、ＭｇＯ膜を成膜する第１成膜室内では、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中で酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）膜とＭｇＯ膜のみが成膜されるようにした。また、ＭｇＯ層を形成する成膜室内の成膜室内構成部材の表面に被着されるＴａの酸化性ガスに対するゲッタ効果は、ＭｇＯや第１の強磁性層を形成するＣｏＦｅＢの酸化性ガスに対するゲッタ効果よりも大きい。
【００２６】
図４は、磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層の膜厚・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図であり、図５は、磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。従来法では、Ｔａ下部電極層及びＴａ上部電極層を第２成膜室４１に設けられた第２のＴａ成膜手段５０を用いて形成している。従来法では、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材の表面にＭｇＯが被着された成膜室内でＭｇＯ層が成膜される。
【００２７】
図４では、Ｔａを被着した成膜室でＭｇＯ層を成膜する本発明の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子のＭｇＯ膜厚・ＭＲ比特性を四角（□）で示し、前記Ｔａを被着させずにＭｇＯ層を成膜した従来の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子のＭｇＯ膜厚・ＭＲ比特性を黒塗り菱形（◆）で示している。従来の製造方法では、ＭｇＯ層の膜厚が薄くなるに従いＭＲ比が低下しているが、本発明の製造方法によれば、ＭｇＯ層の膜厚を０．９ｎｍにまで薄くしても高いＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２８】
図５も同様に、本発明の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子のＲＡ・ＭＲ比特性を四角（□）で示し、従来の製造方法により製造した磁気抵抗効果素子のＲＡ・ＭＲ比特性を黒塗り菱形（◆）で示している。従来の製造方法では、ＲＡが約１５０Ωμｍ２のときのＭＲ比は５０％に満たないが、本発明の製造方法によれば、ＲＡが約２Ωμｍ２のときのＭＲ比は約１３０％に達しており、低ＲＡで、高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００２９】
本発明の第１の実施形態によれば、ＭｇＯを成膜するときの成膜室内の成膜室内構成部材の表面は酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きいＴａで覆われており、ＭｇＯ成膜時に放出される酸化性ガスに対しゲッタ効果を有するので、強磁性層２の表面の酸化や成膜されたＭｇＯ層４の膜質の劣化を防止できたと考えられる。
【００３０】
従来の製造方法及び本発明の製造方法のどちらにおいても、磁気抵抗効果素子の各薄膜層は、バックグラウンド圧力１０−７Ｐａ以下に真空排気した成膜室内で形成した。ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＴａを被覆させることなしには、バックグラウンド圧力を１０−７Ｐａにして、ＭｇＯ絶縁体層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成しても、ＭｇＯ膜の厚さが薄い場合のＭＲ比の低下は改善されなかった。ＭｇＯは水を吸着し易い潮解性の物質であり、ＭｇＯの焼結体は多孔質の物質であるため、ＭｇＯターゲットには酸素や水等の酸化性ガスが吸着していると考えられる。バックグラウンド圧力を１０−７Ｐａまで排気してもターゲットに吸着した酸化性ガスは容易に排気されず、ＭｇＯのスパッタ開始と同時にイオンで叩かれたＭｇＯターゲットから酸化性ガスがＭｇＯ成膜中の成膜空間に放出される。このため、処理基板上に形成された強磁性層の表面の酸化や成膜されるＭｇＯ絶縁体層の膜質の劣化を生じ、磁気抵抗効果素子の特性を悪化させたものと考えられる。
【００３１】
酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質は、Ｔａに限定されるものではなく、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ又はＧｅなどであってもよい。また、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい２つ以上の物質からなる合金とすることもできる。
【００３２】
上記の実施の形態では、ＭｇＯ成膜室内に被着させる酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質として、磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層９及び上部電極層１０と同じ物質（Ｔａ）を採択したので、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａ）をＭｇＯ成膜室内に被着させる工程は、Ｔａ下部電極層９及びＴａ上部電極層１０の成膜工程を行うことで同時に達成でき、殊更にそのための工程を設ける必要がない。また、この第１の実施例では磁気抵抗効果素子を構成する下部電極層９及び上部電極層１０の双方のＴａを、ＭｇＯを成膜する第１成膜室２１で成膜しているので、ＭｇＯ成膜室内にＴａを比較的厚くかつ広い領域に付けることができ、大きなゲッタ効果が得られる。
【００３３】
さらに、第１の実施例において、ＭｇＯ層４を成膜する直前に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材表面にＴａを被着させる工程を挿入することもできる。このような工程を挿入することによって、磁気抵抗効果素子を構成するＴａ層を形成する工程で第１成膜室２１内の成膜室内構成部材表面に被着されるＴａに加えて、さらにＴａを被着させることができるので、成膜室２１内の成膜室内構成部材表面に被着させるＴａの厚さやＴａが被着させる領域を大きくできる。しかも、ＭｇＯ層を形成する工程の直前に成膜室内にＴａを被着させることができるので、ＭｇＯ膜の成膜時に放出される酸化性ガスに対して高いゲッタ効果が得られると考えられる。
【００３４】
また、基板１２が第１成膜室２１外にあるとき（例えば、第１の強磁性層２の成膜処理中など）、第１成膜室２１内に設けられたＴａ成膜手段を利用して、シャッタ３１を閉状態にしてＴａをスパッタして成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面にＴａを被着させる工程を行うようにしてもよい。このようにすれば、成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面に被着するＴａの厚さを厚くでき、被着する領域を広くできるので、ＭｇＯ膜の成膜時に放出される酸化性ガスに対するゲッタ効果を大きくすることができる。しかも、この工程は基板の成膜工程と並行して行われるので、工程時間を増やさずに済むメリットがある。また、この成膜室２１内の成膜室内構成部材の表面にＴａを被着させるスパッタ工程は、シャッタ３１を閉状態とする動作の代わりにダミー基板を基板保持部に載置して行うこともできる。
【００３５】
次に図６及び図７を参照して、第２の実施例を説明する。
【００３６】
図６は、本発明の第２の実施例におけるＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。図１の下部電極層９に代わって、図６においては下部電極部６４が形成される。下部電極部６４は第１のＴａ層６１ａ、ＣｕＮ層６２、第２のＴａ層６１ｂからなっている。磁気抵抗効果素子の他の部分の薄膜構成は、第１の実施例の図１と変わらない。
【００３７】
図７は、本発明の第２の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図７では、第１の実施例に用いられる図２の製造装置において、第１成膜室に新たにＣｕＮ成膜手段６５が設けられている。すなわち、第２の実施例の製造装置の特徴として、ＭｇＯを成膜する成膜手段を有する第１成膜室に、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質の成膜手段（Ｔａ）と酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質の成膜手段（ＣｕＮ）が併設されている。
【００３８】
次に、本発明の製造装置及び製造方法の第２の実施例によって磁気抵抗効果素子の一例を成膜処理する方法について、図６及び図７により説明する。
【００３９】
ＳｉＯ２膜が形成されたＳｉ基板１２は、下部電極部６４の第１のＴａ層６１ａ（図６参照）を成膜するために、第１のＴａ成膜手段４６が設けられている第１成膜室２１で成膜を行う。このとき同時に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材である、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの表面の一部には、Ｔａが被着される。次に第１成膜室２１に設けられたＣｕＮ成膜手段６２を用いて、下部電極部６４のＣｕＮ層６２（図６参照）を成膜する。このとき同時に、第１成膜室２１内に、スパッタされたＣｕＮが被着される。次に下部電極部６４の第２のＴａ層６１ｂ（図６参照）を成膜するために、第１成膜室２１に設けられている第１のＴａ成膜手段４６を用いて、基板１２上にＴａを成膜する。このとき同時に、第１成膜室２１内の成膜室内構成部材の最表面に、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＴａが被着されることになる。次に、Ｔａ下部電極部６４が成膜された基板１２は、実施例１と同様に、第１成膜室２１から搬出されて、ＰｔＭｎ及びＣｏＦｅの各成膜手段が設けられた第２成膜室４１、Ｒｕ及びＣｏＦｅＢの各成膜手段が設けられた第３成膜室４２を順に移動して、図１に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２までが順次成膜される。尚、成膜前の各成膜室内のバックグラウンド圧力は１０−７Ｐａ以下である。
【００４０】
次に、基板１２を第１成膜室２１内へ搬入し、ＭｇＯ成膜手段４７によってＭｇＯ膜をスパッタ成膜する。ＭｇＯ層４を成膜するとき、第１成膜室２１の内部は、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きいＴａが表面に被着された状態になっている。
【００４１】
次に、ＭｇＯ層４まで成膜された基板１２は、ＣｏＦｅＢ成膜手段の設けられた第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が成膜される。そして上部電極層１０を成膜するために、第１成膜室２１に再び搬送し、第１のＴａ成膜手段によって基板上にＴａを成膜する。最後に、基板は、第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ成膜手段５１によってＲｕ層１１を成膜して、図６に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成される。
【００４２】
本発明の第２の実施例においては、ＭｇＯを成膜する第１成膜室に、本実施例の磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層を形成する物質の中で、酸化性ガスに対しゲッタ効果の最も大きい物質（本実施例ではＴａ）の成膜手段と酸化性ガスに対しゲッタ効果がより小さい物質（本実施例ではＣｕＮ）の成膜手段が併設されている。そして、第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果がより小さい物質が被着された後、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させて、第１成膜室内に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質が被着されている状態でＭｇＯ膜を成膜する。
【００４３】
このようにして形成された図６に示す磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。しかも、第１のＴａ層、ＣｕＮ層、第２のＴａ層を連続して一つの成膜室で形成することができるので、基板搬送を簡略化でき、工程時間を短縮できた。
【００４４】
本発明の第２の実施例では、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内に酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質の成膜手段と成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる手段を有しており、酸化性ガスに対しゲッタ効果の小さい物質が被着された後、ＭｇＯ層を成膜する直前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質が被着されているように、ＭｇＯを成膜する前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（本実施例ではＴａ）を被着させる工程を有している。
【００４５】
本発明の第２の実施例において、ＭｇＯ層を成膜する成膜室内には、ＭｇＯ膜の成膜手段、Ｔａの成膜手段及びＣｕＮの成膜手段が設けられている。これらの成膜手段によって被着される物質のなかで、酸化性ガスに対するゲッタ効果は、Ｔａが最も大きい。また、ＭｇＯ層を形成する成膜室内の成膜室内構成部材の表面に被着されるＴａの酸化性ガスに対するゲッタ効果は、ＭｇＯや第１の強磁性層を形成するＣｏＦｅＢの酸化性ガスに対するゲッタ効果よりも大きい。
【００４６】
次に、図８及び図９を参照して、第３の実施例を説明する。
【００４７】
図８は、本発明の第３の実施例におけるＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。本第３の実施例においては、図８に示すように、図１の磁気抵抗効果素子の薄膜構成において、ＭｇＯ層４の下層にＭｇ層６６が設けられている。
【００４８】
図９は、第３の実施例に用いられる製造装置の概略図である。図９の第３の実施例に用いられる製造装置は、第１の実施例に用いられる製造装置において、新たに第１成膜室にＭｇの成膜手段６７が設けられている。
【００４９】
表面にＳｉＯ２を形成したＳｉ基板１２を、第１成膜室２１に搬入し、基板１２上にＴａよりなる下部電極層９を形成する。このとき同時に、第１成膜室２１内部の、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの一部には、Ｔａターゲット２６からスパッタされたＴａが被着される。
【００５０】
次に、基板１２は、ＰｔＭｎ及びＣｏＦｅの各成膜手段が設けられた第２成膜室４１、Ｒｕ及びＣｏＦｅＢの各成膜手段が設けられた第３成膜室４２に順に移動して、図９に示すＰｔＭｎ反強磁性層８、ＣｏＦｅ層６、Ｒｕ層５、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２までが順次成膜される。
【００５１】
尚、各薄膜層は、各成膜室内のバックグラウンド圧力を１０−７Ｐａ以下まで排気して、成膜した。
【００５２】
強磁性層２までが順次積層された基板１２は、再び第１成膜室２１内に搬入され、Ｍｇ成膜手段６７のＭｇターゲットをスパッタしてＭｇ層６６が成膜される。このとき同時に、第１成膜室２１内部の、成膜室内壁３７、防着シールド３６、仕切板２２やシャッタなどの一部には、ＭｇターゲットからスパッタされたＭｇが被着する。Ｍｇは酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であり、酸素又は水などに対するゲッタ作用が大きい物質である。成膜室内がこの状態で、ＭｇＯ成膜手段４７のＭｇＯターゲットをスパッタしてＭｇＯ層４を基板１２上にスパッタ成膜する。
【００５３】
ＭｇＯ層４までが成膜された基板１２は、第３成膜室４２に移動し、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３が成膜される。次に、基板は第１成膜室２１に再び移動し、Ｔａ上部電極層１０が成膜される。次に、第３成膜室４２に移動し、Ｒｕ層が成膜される。こうして、図８に示す薄膜構成を有する磁気抵抗効果素子が形成される。
【００５４】
このようにして形成された磁気抵抗効果素子は、ＭｇＯ層の膜厚が薄くても高ＭＲ比の良好な特性を得ることができた。その結果、低ＲＡでも高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができた。
【００５５】
本実施例においては、ＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着される酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質は、Ｍｇである。
【００５６】
ＭｇＯ層はＭｇ層の後に続けて成膜されるので、ＭｇＯ成膜の直前に、Ｍｇは第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されることになるので、本実施例においてＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるＭｇは高いゲッタ効果が得られると考えられる。酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によっても変わり、Ｍｇ膜はＭｇＯ層を成膜する直前に成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるため、被着されたＭｇ膜の表面は清浄な状態にあり、より高いゲッタ効果が得られると考えられるからである。
【００５７】
ＭｇＯ層を形成する成膜室内でＭｇ層形成し、それに加えてＴａ層も形成する本実施例においては、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であるＭｇとＴａがＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着されるので、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質をより厚く、より広い領域に被着させることができるので、より効果がある。しかし、Ｔａ電極層をＭｇＯ成膜室で形成しなければならないというものではなく、Ｍｇ層のみをＭｇＯの成膜室で形成し、Ｔａ層はＭｇＯ層を成膜する成膜室とは別の成膜室で形成したとしても効果がある。
【００５８】
次に図１０を用いて、第４の実施例を説明する。図１０は、図１に示された構成の磁気抵抗効果素子において、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜する直前に、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に種々の物質が被着された状態で、ＭｇＯ膜を基板１２上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定し比較した図である。
【００５９】
実施の方法を、ＭｇＯを成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質としてＴｉに例を採って説明する。第１成膜室内にＭｇＯ成膜手段、Ｔａ成膜手段に加えて、Ｔｉ成膜手段を設けた。基板１２に第１の強磁性層２まで順次積層する。第１成膜室内の成膜室内構成部材表面にはＴａ下部電極層の形成時にＴａが被着されている。ＭｇＯ層４を成膜する直前に、第１成膜室２１内にＴｉが被着される工程を挿入する。すなわち、第１の強磁性層２までが順次積層された基板１２を第１成膜室２１に搬送し基板保持部２９に保持し、シャッタ３１を閉状態として基板１２を遮蔽した状態で、Ｔｉのターゲットシャッタを開状態とし、Ｔｉをスパッタして、成膜室内壁３７、防着シールド３６、シャッタ、仕切板２２などの表面にＴｉを被着させる。次に、その状態で第１の実施例と同様にして基板１２にＭｇＯ層４を成膜する。以下第１の実施例と同様に薄膜を積層して磁気抵抗効果素子を形成する。
【００６０】
このようにして種々の物質が成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着された状態で、ＭｇＯ層を成膜して、磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定した。その結果、ＭｇＯを被着させてＭｇＯ層をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比約５０％であったのに対し、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢを被着させてＭｇＯ層をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比は約７０％〜１３０％の値が得られた。Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒを被着させてＭｇＯ膜をスパッタ成膜したときは、ＭＲ比は約１９０％〜２１０％の高い値が得られることがわかった。ＭｇＯを成膜する成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着する物質としては、ＭｇＯよりもゲッタ効果の大きい物質であれば素子特性を改善する効果がある。さらに、望ましくは、ＭｇＯを成膜する成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質として、本発明第１、第２の実施例のＴａ、第３の実施例のＭｇ以外に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ等を適宜採択すれば、素子特性を改善する効果が大きい。
【００６１】
酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値を指標として比較できる。一方、ＭＲ比が高い値であったＴｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒの酸素ガス吸着エネルギーの値は、１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きい。ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面に、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きい酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きい物質を被着させることによって、ＭｇＯ成膜時に放出される酸化性ガスが、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面で、十分にゲッタリングされるようにした。これによって、強磁性層の表面の酸化や成膜されたＭｇＯ絶縁体層の膜質の劣化の小さい磁気抵抗効果素子を形成することができた。
【００６２】
このことから、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を成膜室内部の成膜室内構成部材表面に被着された状態で絶縁体層ＭｇＯ膜の成膜を行い、磁気抵抗効果素子を形成すれば、低ＲＡであっても高ＭＲ比の良好なデバイス特性を得られるものと考えられる。したがって、本実施例によるＴａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ以外の物質であっても、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質であれば、ＭｇＯ層の成膜処理中に放出される酸素や水等の酸化性ガスを十分にゲッタリングし、低ＲＡであっても高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を得ることができると考えられる。例えば、酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きいＮｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ等でも効果があると考えられる。
【００６３】
また、ＭｇＯを成膜する成膜室の内壁に被着する物質は、酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を主要に含めばよい。
【００６４】
ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着させる物質は、磁気抵抗効果素子を構成する物質の中に前記酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きい物質がない場合、前記酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を適宜選んで、ＭｇＯ成膜室内にその成膜手段を設けることができる。
【００６５】
また、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材表面に被着される物質は、その物質の酸素ガス吸着エネルギーの値が１４５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上の物質とすることによって、ＭｇＯ成膜時に放出される酸素や水等の酸化性ガスが、ＭｇＯ成膜室内の成膜室内構成部材の表面で、十分にゲッタリングされるようにした。
【００６６】
ＭｇＯ成膜室内に被着させるタイミングは、ＭｇＯ成膜の直前であることがより望ましい。酸化性ガスに対するゲッタ効果の大きさは、物質の表面状態によって変わり、表面が清浄な状態であると、高いゲッタ効果が得られると考えられるからである。
【００６７】
ＭｇＯ成膜室内に被着される物質は、特にＴａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｖ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ又はＧｅであることが望ましい。
【００６８】
ＭｇＯ成膜室内に被着される物質が、対象となる磁気抵抗効果素子を構成する薄膜層を形成する物質であるならば、ＭｇＯ成膜室内に被着される手段と薄膜層を形成する手段を兼用でき、工程も兼ねることができるので、装置をコンパクトにでき、工程の短縮が図れる。
【００６９】
次に図１１乃至図１３を参照して、第５の実施例を説明する。図１１は、本発明の第４の実施例において製造する、ＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図、図１２は、本発明の第４の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図、図１３は、本発明の第４の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。なお、図１、図３、図６及び図８と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７０】
図１１に示すように、本実施例において製造するＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成は、表面にＴｈ−Ｏｘ（単層熱酸化膜）を形成したＳｉ（シリコン）基板１２０上に、第１のＴａ層６１ａ（膜厚５．０ｎｍ）と第１のＣｕＮ層６２ａ（膜厚２０ｎｍ）と第２のＴａ層６１ｂ（膜厚３．０ｎｍ）と第２のＣｕＮ層６２ｂ（膜厚２０ｎｍ）とからなる下部電極部６４０、Ｔａ層６８（膜厚３．０ｎｍ）及びＲｕ層６９（膜厚５．０ｎｍ）からなる下地層、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）からなる反強磁性層８０（膜厚７．０ｎｍ）、ＣｏＦｅ層６（膜厚２．５ｎｍ）、Ｒｕ層５（膜厚０．８５ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第１の強磁性層２（膜厚３．０ｎｍ）、ＭｇＯからなる絶縁体層４（膜厚１．０ｎｍ）、ＣｏＦｅＢからなる第２の強磁性層３（膜厚３．０ｎｍ）、Ｔａ層１０ａ（膜厚８．０ｎｍ）とＣｕ層１０ｃ（膜厚３０ｎｍ）とＴａ層１０ｂ（膜厚５．０ｎｍ）からなる上部電極層、酸化防止のためのＲｕ層１１（膜厚７．０ｎｍ）が積層されている。なお、Ｔａ層６８及びＲｕ層６９からなる下地層は、反強磁性層を結晶成長させるためのものである。
【００７１】
本実施例におけるＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の製造装置は、図２又は図７に示す成膜装置とほぼ同一の構成からなるが、その第１成膜室２１に関しては、図１２に示すように構成されている。第１の実施例においては、基板保持部２９の表面が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁体で覆われているものを説明したが、本実施例における製造装置では、基板保持部２９と基板１２との間に、基板載置台２９０が設けられており、この基板載置台２９０に基板１２が直接載置されるものであることを特徴とする。基板載置台２９０は、少なくとも、基板保持部２９と基板１２とが接触する部分において絶縁可能な構成であればよく、例えば、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁物を溶射して基板載置台２９０を構成してもよく、基板載置台２９０自体を絶縁物によって構成してもよい。このようにして、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング状態）、即ち、基板１２がフローティング電位となるようにする。また、基板１２と、基板載置台２９０や基板保持部２９とが、電気的に絶縁された状態であればよい。なお、本実施例に係る基板保持部２９自体の表面は、絶縁体で覆われていなくてもよい。
【００７２】
ここで、基板１２をフローティング電位とするためには、前述のように基板１２と基板載置台２９０とを絶縁することの他、例えば、基板載置台２９０と基板保持部２９とを絶縁すること、基板保持部２９と接地とを絶縁すること等の手段によっても実現することができ、基板１２と接地との間のいずれかの部分で絶縁されていればよい。また、絶縁方法としては、一例として、絶縁物を介挿すること、基板載置台２９０や基板保持部２９等の成膜室内構成部材自体を絶縁物によって構成すること、前記絶縁する部分（接触部分）のみを絶縁物で構成すること、又は、前記絶縁する部分同士を離間させること、のように種々の方法がある。
【００７３】
本実施例におけるＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記のように、基板保持部２９と基板１２とを絶縁させて、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング状態）で、ＭｇＯ層４を成膜することを特徴とするものである。なお、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａなど）が被着された状態で、基板１２にＭｇＯ層４を成膜する工程その他の成膜工程は、既に説明した実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射して基板載置台２９０を構成する場合は、約０．２ｍｍの厚さでＡｌ２Ｏ３を溶射すれば、基板１２はフローティング状態となる。また、基板載置台２９０自体を絶縁物としてのＡｌＮ板（厚さ約１４ｍｍ）で構成することによっても、基板１２をフローティング状態とすることができる。そこで、これらのように構成してＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を比較した（図１３）。図１３において、（Ｉ）は、ステンレス鋼板で構成された基板載置台２９０を用いた場合の特性、（ＩＩ）は、ステンレス鋼板の表面に約０．２ｍｍの厚さのＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合の特性、（ＩＩＩ）は、厚さ約１４ｍｍのＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合の特性を示している。なお、（ＩＩＩ）の場合においてＡｌＮを採択したのは熱伝導率が大きいためである。
【００７５】
図１３に示すように、例えば、ＲＡが１０Ω−μｍ２において、ステンレス鋼板で構成された基板載置台２９０を用いた場合（Ｉ）は、ＭＲ比が約５０％まで低下していたが、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩ）及びＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩＩ）は、２００％を超える高いＭＲ比を実現することができた。したがって、本発明のように、絶縁物（基板載置台２９０）を介して基板１２を基板保持部２９に載置して成膜することによって、低いＲＡ領域でも、ＭＲ比の低下が小さく、従来に比較して大きなＭＲ比が得られるものであり、従来において困難とされている低ＲＡと高ＭＲ比の両立を実現することができる。
【００７６】
さらに、ＲＡが５Ω−μｍ２において明らかなように、ステンレス鋼板の表面にＡｌ２Ｏ３を溶射した基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩ）よりも、ＡｌＮ板からなる基板載置台２９０を用いた場合（ＩＩＩ）の方が、より高いＭＲ比を得ることができた。したがって、低ＲＡ高ＭＲ比の両立という課題をより一層解決しているものである。なお、本実施例により製造される磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図１１）は、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）からなる反強磁性層８０、下地層（Ｔａ層６８及びＲｕ層６９）等の点において、既に前述した各実施例による磁気抵抗効果素子の薄膜構成（図１、図６、図８）との相違があるが、各実施例において示した薄膜構成の磁気抵抗効果素子の製造装置又は製造方法においても、本実施例のように基板１２をフローティング状態とすることによって、前記と同様の結果を得ることができる。
【００７７】
次に図１４を参照して、第６の実施例を説明する。図１４は、本発明の第６の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。なお、図３及び図１２と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００７８】
前述した第５の実施例においては、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質（Ｔａなど）が被着された状態で、基板１２にＭｇＯ層４を成膜する成膜装置又は成膜方法を説明したが、必ずしも前記物質が被着された状態である必要はない。すなわち、第６の実施例は、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に前記物質（Ｔａなど）を被着させることなく、基板保持部２９と基板１２とを絶縁させて、基板１２が電気的に完全に浮いた状態（フローティング電位にある状態）で、ＭｇＯ層４を成膜することを特徴とする。従って、本実施例における製造装置では、基板保持部２９と基板１２との間に、前述した第５の実施例における基板載置台２９０と同様の基板載置台２９０が設けられ、この基板載置台２９０に基板１２が直接載置される。本実施例では、ＭｇＯ層４を形成する第１成膜室２１内部の成膜室内構成部材の表面に前記物質（Ｔａなど）を被着させないので、第１成膜室２１内部は、図１４に示すように、ＭｇＯのみをターゲットとして配置すればよく、ターゲットとしてのＴａ２６、ターゲット取付部２５、仕切板２２、シャッタ２７及び２８等（図１２参照）は特段設ける必要はない。この結果、図１３に示すような、低いＲＡ領域でもＭＲ比の低下が小さく、従来に比較して大きなＭＲ比が得られる。
【００７９】
次に図１５及び図１６を参照して、第７の実施例を説明する。図１５は、本発明の第７の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり、（ａ）は、マスクと基板とが接触している状態を示す図、（ｂ）は、マスクと基板が離間している状態を示す図、図１６は、本実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。なお、図３及び図１２と実質的に同一の機能及び同一の構成を有するものについては同じ符号を付して説明し、同一の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００８０】
一般的に、基板を基板保持部に保持した状態で成膜を行う場合、基板の裏面側（基板保持部と接する側）に、成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止するために、基板の周辺部を覆って押さえる金属製のマスクが採択されている（図１５（ａ）符号２９５参照）。この点、本実施例では、図１５（ｂ）に示すように、ＭｇＯ層４を形成する工程は、基板保持部２９と基板１２との間に、前述の基板載置台２９０を設け、基板載置台２９０に基板１２を直接載置し、基板１２がフローティング電位にある状態で、金属製のマスク２９５と基板１２とを離間させて行うようにしたものである。なお、基板１２を上記した他の方法によってフローティング電位にある状態としてもよい。マスク２９５と基板１２とは、基板１２の裏面へのスパッタ粒子の回り込みを防止可能な距離だけ離間されていればよく、例えば、０．５ｍｍに設定する。このようにして、マスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態とする。
【００８１】
本発明において、マスクとは、基板に対して成膜処理を行う場合において、基板の裏面側に成膜粒子が回り込んで膜が形成されてしまうことを防止するために、基板の周辺部を覆う構成部材をいう。
【００８２】
ＭｇＯ層４を形成する工程において、図１５（ａ）に示すように基板１２の周辺部にマスク２９５を接触させた場合、及び、図１５（ｂ）に示すようにマスク２９５と基板１２とを離間させた場合の各々に基づいて、ＭｇＯ層を有する磁気抵抗効果素子を製造し、その磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を比較した（図１６）。図１６において、黒塗り三角（▲）は基板１２の周辺部にマスク２９５を接触させた場合の特性、黒塗り丸（●）はマスク２９５と基板１２とを離間させた場合の特性を示している。
例えば、ＲＡが５Ω−μｍ２において、マスク２９５と基板１２とを接触させた場合（▲）よりも、マスク２９５と基板１２とを離間させた場合（●）の方が、より高いＭＲ比を得ることができ、全体としてもマスク２９５と基板１２とを離間させた場合（●）の方が、低ＲＡ高ＭＲ比の両立という課題をより解決しているものである。従って、金属製のマスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態となり、ＭｇＯ成膜中においてＭｇＯ層に電流が流れることが防止され、その結果、ＭｇＯ層の膜質の劣化防止、ひいては磁気抵抗効果素子の特性の悪化を回避することができたものと考えられる。
【００８３】
本実施例においては、マスク２９５と基板１２とを離間させることによって、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態としたが、例えば、マスク２９５自体を絶縁物で構成すれば、図１５（ａ）のように基板１２とマスク２９５とが接触していても、マスク２９５と基板１２とが電気的に絶縁された状態とすることができるので、前記と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
以上、添付図面を参照して本発明の第１から第７の実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【００８５】
例えば、本実施例の成膜装置は、３つの成膜室を有する装置として説明したが、それに限らない。また、成膜室内に２つ乃至は３つの成膜手段を有する装置として説明したが、それに限らない。また、本実施例の装置の成膜室形状に限定されない。
【００８６】
また、本実施例の装置においては、酸素や水などの酸化性ガスに対しゲッタ効果の大きい物質を被着させる成膜室内の成膜室内構成部材は、成膜室内壁、防着シールド、仕切板やシャッタなどとして説明したが、それに限定されない。成膜室内部の成膜室内構成部材表面に被着させることが重要なのであって、他の構成でもよい。
【００８７】
また、磁気抵抗効果素子の前記各層の形成方法は、スパッタ法によるものを説明したが、その他蒸着等の成膜方法によることも可能であり、成膜方法が特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の製造装置の成膜室の構成の一例を示す平面模式図である。
【図３】図２に示した製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図４】磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層の膜厚・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。
【図５】磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を本発明による製造方法と従来の製造方法とで比較した図である。
【図６】本発明の第２の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図である。
【図８】本発明の第３の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例の製造装置の成膜質の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１０】図１に示された構成の磁気抵抗効果素子において、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜する直前に、ＭｇＯ層を成膜する第１成膜室内の成膜室内構成部材表面に種々の物質が被着された状態で、ＭｇＯ層を基板１２上に成膜して磁気抵抗効果素子を形成し、ＭＲ比を測定し比較した図である。
【図１１】本発明の第５の実施例において製造する、ＭｇＯ絶縁体層を有する磁気抵抗効果素子の薄膜構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施例の製造装置の第１成膜室の内部構成を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施例の製造装置の基板保持部近傍の構成を示す図であり、（ａ）は、マスクと基板とが接触している状態を示す図、（ｂ）は、マスクと基板が離間している状態を示す図である。
【図１６】本発明の第７の実施例による磁気抵抗効果素子のＭｇＯ層のＲＡ・ＭＲ比特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
２ 第１の強磁性層
３ 第２の強磁性層
４ ＭｇＯ層
５ Ｒｕ層
６ ＣｏＦｅ層
８ 反強磁性層（ＰｔＭｎ）
９ 下部電極層
１０ 上部電極層
１０ａ 上部電極層（Ｔａ）
１０ｂ 上部電極層（Ｔａ）
１０ｃ 上部電極層（Ｃｕ）
１１ 酸化防止層
１２、１２０ 基板
２１ 第１成膜室
２２ 仕切板
２３ ターゲット取付部
２４ ターゲット（ＭｇＯ）
２５ ターゲット取付部
２６ ターゲット（Ｔａ）
２７、２８ シャッタ
２９ 基板保持部
３１ シャッタ
３４ バルブ
３５ 真空排気手段
３６ 防着シールド
３７ 成膜室内壁
４１ 第２成膜室
４２ 第３成膜室
４３ 搬送室
４４ ロードロック室
４５ アンロードロック室
４６ 第１のＴａ成膜手段
４７ ＭｇＯ成膜手段
４８ ＰｔＭｎ成膜手段
４９ ＣｏＦｅ成膜手段
５０ Ｔａ成膜手段
５１ Ｒｕ成膜手段
５２ ＣｏＦｅＢ成膜手段
６１ａ 第１のＴａ層
６１ｂ 第２のＴａ層
６２ ＣｕＮ層
６２ａ 第１のＣｕＮ層
６２ｂ 第２のＣｕＮ層
６４、６４０ 下部電極層
６５ ＣｕＮ成膜手段
６６ Ｍｇ層
６７ Ｍｇ成膜手段
６８ 下地層（Ｔａ）
６９ 下地層（Ｒｕ）
８０ 反強磁性層（ＩｒＭｎ）
２９０ 基板載置台
２９５ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、
前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有すること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１】
酸化性ガスに対するゲッタ効果がＭｇＯより大きい物質（但し、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属又は半導体を除く）を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、
前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりＭｇＯ層を形成する第二工程と、を有すること
を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−６５１８１（Ｐ２００９−６５１８１Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０２３１（Ｐ２００８−２６０２３１）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【分割の表示】特願２００８−４２１７５（Ｐ２００８−４２１７５）の分割
【原出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【分割の表示】特願２００８−４２１７５（Ｐ２００８−４２１７５）の分割
【原出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]