[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

TW201407648A - 旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法 - Google Patents

旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201407648A
TW201407648A TW102131280A TW102131280A TW201407648A TW 201407648 A TW201407648 A TW 201407648A TW 102131280 A TW102131280 A TW 102131280A TW 102131280 A TW102131280 A TW 102131280A TW 201407648 A TW201407648 A TW 201407648A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
substrate
sputtering
magnetic
film
Prior art date
Application number
TW102131280A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI456607B (zh
Inventor
Koji Tsunekawa
Hiroyuki Hosoya
Yoshinori Nagamine
Shinji Furukawa
Naoki Watanabe
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 TW201407648A publication Critical patent/TW201407648A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI456607B publication Critical patent/TWI456607B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure 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
    • G11B5/3903—Structure 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
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225—Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3464—Sputtering using more than one target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure 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
    • G11B5/3903—Structure 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure 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
    • G11B2005/3996—Structure 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 large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163—Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/325—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being noble metal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

將在旋轉閥型之通道磁阻元件或是巨大磁阻元件中的磁性層之磁性向異性提升。將磁性層之成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，而進行之。

Description

旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法
本發明，係有關於磁阻元件之製造方法、濺鍍成膜處理室、具有濺鍍成膜處理室之磁阻元件之製造裝置、程式、記憶媒體。
旋轉閥型之通道磁阻元件以及巨大磁阻元件之多層膜，係藉由如同專利文獻1中所示一般之濺鍍法而被製作。在成膜磁性層時，為了使磁性層之磁化方向成為一致，係必須要賦予單軸方向之磁性向異性。
作為對磁性層而賦予單軸方向之磁性向異性的方法，例如，一般而言，係有如同專利文獻2一般之一面施加平行於基板面且方向係於一方向上一致的磁場，一面對磁性層作濺鍍成膜的方法。經由如此這般地施加外部磁場所賦予的磁性向異性，係被稱為感應磁性向異性。
另一方面，作為對磁性膜賦予磁性向異性之前述以外的方法，例如，係週知有如同在非專利文件1以及2中所示一般，當在基板上堆積磁性膜時，以使蒸鍍粒子從一定之傾斜方向而入射的方式來作配置的所謂傾斜入射成膜 法。在此些之非專利文獻中，係可得知，從入射角成為30°以上起，向異性磁場Hk係增大。如此這般之經由傾斜入射成膜法所被賦予的磁性向異性，由於係如同在非專利文獻3中所示一般，可想見到，傾斜成長之結晶粒的形狀係為其之起源，因此，係被考慮為形狀磁性向異性。
上述傾斜入射成膜所致之形狀向異性的賦予，對於在薄膜電感中所被使用之數微米尺度的厚度之膜厚的磁性單層膜，係經常被使用，但是，在由數奈米尺度之薄膜的多層膜所成之旋轉閥型磁阻元件之製作中，係並未被使用。
[專利文獻1]日本特開2002-167661號公報
[專利文獻2]日本特開2002-53956號公報
[非專利文獻1]M. S. Cohen「Journal Of Applied Physics」,32,87S(1961)
[非專利文獻2]E Yu et al,.「IEEE Transactions On Magnetics」,41. 3259 (2005)
[非專利文獻3]金原粲、藤原英夫共著「應用物理學選書3薄膜」p.275，裳華房，1989年12月20日，第9版發行
隨著磁碟片或是磁性隨機存取記憶體之記憶容量的提高，於其中所使用之磁性再生頭或是記憶元件之尺寸亦必須縮小。亦即是，必須要將磁阻元件之加工尺寸縮小。若 是元件尺寸變小，則由於磁性層之體積V係變小，因此，作為熱安定性之指標而被週知的KuV/kT值係變小。於此，Ku係為每單位面積之磁性向異性能量，並有著Ku=Ms×Hk/2之關係。Ms係為磁性體之飽和磁化，Hk係為向異性磁場，k係為波茲曼常數，T係為絕對溫度。KuV/kT值變小一事，係代表由於熱而使磁性層之磁化狀態成為不安定。為了就算是V變小亦不使KuV/kT值變小，使Ku變大一事係為重要。
關於旋轉閥型之磁阻元件的磁化自由層，在Ku=Ms×Hk/2之關係式中，由於Ms係為經由所使用之磁性材料而被決定的定數，因此，為了將Ku增大，將磁性層之Hk增大一事係為課題。又，如同在非專利文獻3中所示一般，在反強磁性層與第1磁化固定層之界面處所產生的一方向磁性向異性能量Jk，由於係有著與Ku成比例之關係，因此，為了提升第1磁化固定層之熱安定性，係被要求將Jk增大。
本發明，係以提供一種能夠將磁阻元件、特別是能夠將旋轉閥型之通道磁阻元件或是巨大磁阻元件處的磁性層之磁性向異性提升的技術為目的。
達成上述目的之本發明的磁阻元件之製造方法，係為在基板上，將緩衝層、和反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道 阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層，藉由濺鍍成膜而作層積之磁阻元件之製造方法，其特徵為，具備有：第1工程，係將前述第1磁化固定層與第2磁化固定層和磁化自由層中之至少一層的濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於前述基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，並使用靜止之非旋轉的基板，來進行之；和第2工程，係將前述緩衝層、和反強磁性層、和交換結合用非磁性層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層中的至少一層之濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於前述基板而以一定之入射角度而傾斜入射，並使用旋轉的基板，來進行之。
或者是，本發明之磁阻元件之製造方法，係為在基板上，將緩衝層、和反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層，藉由濺鍍成膜而作層積之磁阻元件之製造方法，其特徵為，具備有：第1工程，係將前述第1磁化固定層與第2磁化固定層和磁化自由層中之至少一層的濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於前述基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，並使用靜止之非旋轉的基板，來進行之；和第2工程，係將前述緩衝層、和反強磁性層、和交換結合用非磁性層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層中的至少一層之濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於前述基板而垂直入射，來進行之。
或者是，本發明之磁阻元件之製造方法，係為在基板上，將緩衝層、和反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層，藉由濺鍍成膜而作層積之磁阻元件之製造方法，其特徵為，具備有：第1工程，係將前述第1磁化固定層與第2磁化固定層和磁化自由層中之至少一層的濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，來進行之；和第2工程，係在前述第1工程之後，從由前述入射方向而偏移了180°之一定的入射方向，來藉由以和前述入射角度相同之入射角度而傾斜入射，來進行濺鍍成膜。
或者是，本發明之濺鍍成膜處理室，其特徵為，具備有：基板支持座，係用以將使薄膜作堆積的基板作支持；和濺鍍陰極，係與前述基板被作電性絕緣，並以對向於前述基板之方式而被作配置；和濺鍍標靶，係被支持於前述濺鍍陰極處，並由與前述薄膜相同之材料或是成為其之根源的材料所成，將前述濺鍍標靶之中心與前述基板之中心作連結的線段，和前述基板之表面上的法線，其兩者間所成之角度，係成為10°以上80°以下。
或者是，本發明之濺鍍成膜處理室，其特徵為，具備有：基板支持座，係用以將使薄膜作堆積的基板作支持；和濺鍍陰極，係與前述基板被作電性絕緣，並以對向於前述基板之方式而被作配置；和濺鍍標靶，係被支持於前述 濺鍍陰極處，並由與前述薄膜相同之材料或是成為其之根源的材料所成，前述基板支持座，係能夠以與前述基板之表面以及濺鍍標靶之表面相平行的傾動軸為中心而左右傾動，在朝向左右之傾動時，將前述濺鍍標靶之中心與前述基板之中心作連結的線段，和前述基板之表面上的法線，其兩者間所成之角度，係分別成為10°以上80°以下。
或者是，本發明之濺鍍成膜處理室，其特徵為，具備有：基板支持座，係用以將使薄膜作堆積的基板作支持；和濺鍍陰極，係與前述基板被作電性絕緣，並以對向於前述基板之方式而被作配置；和濺鍍標靶，係被支持於前述濺鍍陰極的各個處，並由與前述薄膜相同之材料或是成為其之根源的材料所成，將前述濺鍍標靶作支持之前述濺鍍陰極，係在相對於前述基板之表面而成為略平行的同一面內被設置於2個場所處，將前述濺鍍標靶之中心與前述基板之中心作連結的線段，和前述基板之表面上的法線，其兩者間所成之角度，係分別成為10°以上80°以下，同時，係可在兩濺鍍陰極之間將電力的投入作切換。
或者是，本發明之磁阻元件之製造裝置，係為在基板上，將緩衝層、和反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層，藉由濺鍍成膜而作層積之磁阻元件之製造裝置，其特徵為，具備有：真空搬送處理室，係具備有基板搬送機構；和第1濺鍍成膜處理室，係被連接於前述真空搬送處理室，並將前 述第1磁化固定層和第2磁化固定層以及磁化自由層中之至少一層作成膜；和第2濺鍍成膜處理室，係被連接於前述真空搬送處理室，並將前述緩衝層、和反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層中之除了藉由前述第1濺鍍成膜處理室所成膜之層以外的其他之層作成膜。
若依據本發明，則能夠對於磁阻元件之磁性曾賦予高磁性向異性，而能夠提升熱安定性，並成為能夠將磁阻元件小型化。而，藉由此，成為能夠對於磁碟片或是磁性隨機存取記憶體之記憶容量的增大作對應。
1‧‧‧基板搬送機構
2‧‧‧真空搬送處理室
3A‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
3B‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
3C‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
4‧‧‧第2濺鍍成膜處理室
5‧‧‧基板前處理處理室
6‧‧‧氧化處理處理室
7‧‧‧裝載鎖定室
8‧‧‧基板
9‧‧‧基板支持座
10‧‧‧濺鍍陰極
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧反強磁性層
13‧‧‧第1磁化固定層
14‧‧‧交換結合用非磁性層
15‧‧‧第2磁化固定層
16‧‧‧通道阻障層
17‧‧‧磁化自由層
18‧‧‧保護層
19‧‧‧磁化固定層
20‧‧‧濺鍍陰極
21‧‧‧濺鍍標靶
22‧‧‧傾動軸
23‧‧‧閘閥
31A‧‧‧製程控制器
31B‧‧‧製程控制器
31C‧‧‧製程控制器
31A1‧‧‧電腦
31A2‧‧‧輸入部
31A3‧‧‧記憶媒體
31A4‧‧‧處理器
31A5‧‧‧輸出部
41‧‧‧製程控制器
所添附之圖面，係被包含於說明書內並構成其之一部分，而展示本發明之實施型態，並與其之記述同時地，而被使用在對本發明之原理作說明之中。
[圖1]展示本發明之磁阻元件的製造裝置之其中一例的構成圖。
[圖2]對於身為本發明所致之製造對象的旋轉閥型通道磁阻元件之其中一例作展示的展示膜構成之圖。
[圖3]濺鍍粒子之對於基板的入射方向之說明圖。
[圖4]濺鍍粒子之對於基板的入射方向之說明圖。
[圖5]展示第2濺鍍成膜處理室之其中一例的說明圖。
[圖6]展示第2濺鍍成膜處理室之另外一例的說明圖。
[圖7]對於在第2濺鍍成膜處理室處之成膜時或是磁場中退火工程處所施加的磁場之說明圖。
[圖8]展示在實施例1中所製造了的通道磁阻元件之膜構成的圖。
[圖9]展示一方向磁性向異性能量Jk和相對於基板面法線之濺鍍粒子的入射角間之關係的圖。
[圖10]展示在實施例2中所製造了的通道磁阻元件之膜構成的圖。
[圖11]對於在實施例中使用VSM而對通道磁阻元件之磁化曲線作了測定後的結果作展示之圖。
[圖12]展示在實施例4中所製造了的通道磁阻元件之膜構成的圖。
[圖13]展示向異性磁場Hk和相對於基板面法線之濺鍍粒子的入射角間之關係的圖。
[圖14]展示電腦之概略構成的區塊圖。
以下，針對本發明之實施形態作詳細說明。但是，在此實施型態中所記載之構成要素，係僅為例示，本發明之技術範圍，係由經由申請專利範圍而作確定者，而並非經 由以下之個別的實施型態所被作限定者。
圖1，係展示本發明之磁阻元件的製造裝置(以下，亦單純稱為「製造裝置」)之其中一例的構成圖。
本例之製造裝置，係由搭載有2台之基板搬送機構(真空搬送機器人)1的真空搬送處理室2；和3台之第1濺鍍成膜處理室3A~3C；和本發明之第2濺鍍成膜處理室4；和基板前處理處理室5；和氧化處理處理室6；和2個的裝載鎖定室7，而構成之。3台的第1濺鍍成膜處理室3A~3C、和第2濺鍍成膜處理室4、和基板前處理處理室5、和氧化處理處理室6、和2個的裝載鎖定室7，係分別經由閘閥23而被連接於真空搬送處理室2處。
第1濺鍍成膜處理室3A~3C，係分別在將被支持於中央處之基板8作包圍的位置處，具備有5個的與基板8間被作了電性絕緣之平板狀的濺鍍陰極10。在各濺鍍陰極10處，係被保持有由與所成膜之薄膜相同之材料或是成為其之根源的材料所成之濺鍍標靶(未圖示)。此第1濺鍍成膜處理室3A~3C，係分別為一面使基板8作旋轉一面從斜方向而使濺鍍粒子入射並進行成膜(旋轉傾斜入射濺鍍成膜)者，藉由對被保持在各濺鍍陰極10處之濺鍍標靶的種類作改變，並對投入電力之濺鍍陰極10作切換，而成為能夠成膜5種類之薄膜。
第2濺鍍成膜室4，係具備有被與基板8作了電性絕緣之正多角柱狀的濺鍍陰極20。此濺鍍陰極20，係可在周方向上作旋轉，並於各側面處將由與所成膜之薄膜相同 之材料或是成為其之根源的材料所成之濺鍍標靶21(參考圖5)作保持，而成為能夠藉由在周方向上作旋轉，來將任一之濺鍍標靶21與被基板支持座9所支持之基板8相對向。又，基板支持座9，係成為能夠以與基板8之表面以及被支持於濺鍍陰極20處之濺鍍標靶21的表面相平行之傾動軸22為中心而作左右傾動。
本例之在第2濺鍍成膜處理室4處的濺鍍陰極20，例如係成為三角柱狀，並成為能夠將3種類之濺鍍標靶21作支持，而，藉由對與基板8相對向之濺鍍標靶21作選擇，而成為能夠成膜3種類之薄膜。濺鍍陰極20，係不僅是上述之三角柱狀，而亦可作成四角柱以上之多角柱狀。又，作為在第2濺鍍成膜處理室4處之濺鍍陰極20，亦可使用平板狀者。
除了裝載鎖定室7以外之所有的真空處理室，係分別藉由真空幫浦而被作減壓，而成為2×10-6Pa以下之真空氛圍，各真空處理室間之基板8的移動，係經由真空搬送機器人而在真空中進行。裝載鎖定室7，係在將基板8從大氣而導入至真空搬送處理室2內時、以及當在基板8處形成薄膜後而從真空來取出至大氣中時，被作使用。基板前處理處理室5，係用了將從大氣而導入之基板8的表面上所附著之大氣中的不純物作除去而使用。第1濺鍍成膜處理室3A~3C，係被使用於將除了經由第2濺鍍成膜處理室4所成膜之磁性層以外的所有之層作成膜。氧化處理處理室6，係在形成通道磁阻元件之通道阻障層之時，而使 用在將成為通道阻障層之前驅體的金屬薄膜作氧化並形成通道阻障層。
於圖1中所示之磁阻元件的製造裝置，係在第1濺鍍成膜處理室3A、3B及3C以及第2濺鍍成膜處理室4的每個中，而具備有用以進行一連串之控制的製程控制器31A、31B、31C以及41。製程控制器31A、31B、31C以及41，係能夠接收從製造裝置本體(第1濺鍍成膜處理室、第2濺鍍成膜處理室)而來之輸入訊號，並對以依據流程圖來使在製造裝置中之處理動作的方式而被程式化的程式之實行作控制，而將藉由實行結果所得到的動作指示輸出至製造裝置本體處。製程控制器31A、31B、31C以及41之構成，基本上係分別具備有圖14中所示之電腦31A1的構成，而由輸入部31A2、具備有程式以及資料之記憶媒體31A3、處理器31A4以及輸出部31A5所成，並對所對應之裝置本體作控制。輸入部31A2，係除了從裝置本體之資料輸入功能以外，亦成為能夠進行從外部而來之命令的輸入。
亦即是，製程控制器31A、31B、31C以及41，係對以下之操作程序(工程)作控制：將第1磁化固定層與第2磁化固定層和磁化自由層中之至少一層的濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，並使用靜止之非旋轉的基板來進行之；接著，將緩衝層、和反強磁性層、和交換結合用非磁性層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、 以及保護層中的至少一層之濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而以一定之入射角度來傾斜入射，並使用旋轉之基板來進行之。
又，製程控制器31A、31B、31C以及41，係對以下之操作程序(工程)作控制：將第1磁化固定層與第2磁化固定層和磁化自由層中之至少一層的濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射，並使用靜止之非旋轉的基板來進行之；接著，將緩衝層、和反強磁性層、和交換結合用非磁性層、和通道阻障層或是非磁性傳導層、和磁化自由層、以及保護層中的至少一層之濺鍍成膜，藉由將濺鍍粒子對於基板而垂直入射來進行之。
圖2，係為對於身為本發明所致之製造對象的旋轉閥型通道磁阻元件之其中一例作展示的膜構成圖。
本例之通道磁阻元件，係在基板上，將緩衝層11、和反強磁性層12、和第1磁化固定層13、和交換結合用非磁性層14、和第2磁化固定層15、和通道阻障層16、和磁化自由層17、以及保護層18，連續地依序作濺鍍成膜並作層積。成膜，例如係經由DC濺鍍法而被進行。
於此，第1磁化固定層13，係藉由與反強磁性層12間之交換結合，而使磁動量被固定在一方向上。進而，第2磁化固定層15，其磁動量係被固定在與交換結合用非磁性層14之反平行方向上。此種藉由第1磁化固定層13、交換結合用非磁性層14以及第2磁化固定層15所成的3 層構造之磁化固定層19，係形成層積鐵氧磁化固定層。又，本發明之磁化固定層19，係並非為被限定於3層構造之層積鐵氧磁化固定層者，而亦可為藉由層之磁性層所構成的1層構造之磁化固定層19，或亦可為第1磁化固定層13以及第2磁化固定層15分別為由2層以上之磁性層所成的層積構造。
作為緩衝層11之材料，例如，係使用有鉭(Ta)，膜厚係以5~50nm為理想。
作為反強磁性層12之材料，例如，係使用有白金錳(PtMn)、銥錳(IrMn)等，PtMn之膜厚係以10~30nm為理想、IrMn之膜厚係以5~15nm為理想。
若是在緩衝層11與反強磁性層12之間插入種晶層(未圖示)，則反強磁性層12之結晶性係提升，並能夠得到使在反強磁性層12與第1磁化固定層13之間所產生的交換結合磁場增大之效果。作為此種種晶層材料，係使用有鎳鐵鉻(NiFeCr)、鎳鉻(NiCr)、釕(Ru)等，而膜厚係以1~10nm為理想。
緩衝層11以及反強磁性層12，係可使用於圖1中所示之第1濺鍍成膜處理室3A~3C中的任一者，並藉由旋轉傾斜入射濺鍍成膜而得之。
作為第1磁化固定層13，例如，係使用有鈷鐵(CoFe)，其組成比，係以CoFe=90：10~70：30at%為理想。膜厚，係以1~3nm為理想，若是在此膜厚之範圍內，則亦可為至少包含有CoFe而被層積有2種類以上之 磁性層的多層膜構造。
第1磁化固定層13，係在如圖1中所示一般之第2濺鍍成膜處理室4中，經由將濺鍍粒子相對於基板8而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射的成膜來形成為理想。此成膜，係如圖3中所示一般，基板8之表面上的法線、與濺鍍粒子之入射方向(將濺鍍標靶之中心與基板8之中心作連結之線的方向)其兩者間之所成之角度θ，係被維持在10~80°之範圍內的一定角度，藉由此，來將濺鍍粒子之入射角度設為一定，同時，經由並不使基板8作自轉，如圖4中所示一般，將相對於基板8之濺鍍粒子的入射方向固定在一個方向上(一方向之傾斜入射濺鍍成膜)。若是角度θ未滿10°，則難以得到磁性向異性，而若是角度θ超過了80°，則濺鍍粒子係成為難以附著在基板8上。
作為交換結合用非磁性層14，係可使用釕(Ru)、銠(Rh)、鉻(Cr)、或者是銥(Ir)等、又或是該些之合金。Ru層之膜厚，係有必要設為能夠經由RKKY相互作用而在第1磁化固定層13與第2磁化固定層15之間出現反強磁性結合的膜厚，實用上，係以被稱為2nd峰值(第2峰值)之0.7~0.9nm為理想。
交換結合用非磁性層14，係可使用於圖1中所示之第1濺鍍成膜處理室3A~3C中的任一者，並藉由旋轉傾斜入射濺鍍成膜而得之。
作為第2磁化固定層15，係使用有鈷鐵硼 (CoFeB)。其組成比，係以硼濃度為10~20at%、剩餘之CoFe的組成比為90：10~10：90at%為理想。膜厚，係以1~3nm為理想，若是在此膜厚之範圍內，則亦可為至少包含有CoFeB而被層積有2種類以上之磁性層的多層膜構造。
第2磁化固定層15，係可使用於圖1中所示之第2濺鍍成膜處理室4，並以藉由與第1磁化固定層13同樣的一方向傾斜入射濺鍍成膜而形成為理想。
作為藉由本發明所製造之通道磁阻元件的通道阻障層16，係使用有氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)等，關於MgO，係以身為(100)結晶面為平行於膜面而配向了的單結晶、或是包含有此種結晶成分之多結晶構造為理想。
通道阻障層16，係可藉由以使用有氧化物標靶之RF磁控管濺鍍而直接地成膜氧化物膜來得之。此成膜，係可使用於圖1中所示之第1濺鍍成膜處理室3A~3C中的任一者，並藉由旋轉傾斜入射濺鍍成膜而得之。又，通道阻障層16，亦可如同下述一般地形成：首先係將成為其之前驅體的金屬膜，使用第1濺鍍成膜處理室3A~3C中之任一者，來經由DC磁控管濺鍍而一面使基板8旋轉一面作成膜，而後，在氧化處理處理室6內，將金屬膜氧化，而形成之。通道阻障層16，係以使完成了的氧化物層之膜厚成為0.5~2.5nm為理想。
身為本發明之製造對象的巨大磁阻元件，係為將通道 阻障層16置換成了非磁性傳導層之構造。作為非磁性傳導層之材料，係使用銅(Cu)，而亦可為主要以Cu來擔任電性傳導的Cu與氧化物之混合層。此非磁性傳導層，亦係可使用於圖1中所示之第1濺鍍成膜處理室3A~3C中的任一者，並藉由旋轉傾斜入射濺鍍成膜而得之。
作為磁化自由層17，係使用鈷鐵硼(CoFeB)之單層或是CoFeB與鎳鐵(NiFe)之2層構造、鈷鐵(CoFe)與NiFe之2層構造、CoFeB與Ru與CoFeB之3層、CoFeB與Ru與NiFe之3層、CoFe與Ru與NiFe之3層、CoFeB與CoFe與Ru以及CoFe之4層、CoFeB與CoFe與Ru以及NiFe之4層等。
磁化自由層17，係可使用於圖1中所示之第2濺鍍成膜處理室4，並以藉由與第1磁化固定層13同樣的一方向傾斜入射濺鍍成膜而形成為理想。當磁化自由層17之構造係為多層構造的情況時，係以至少1層之磁性層為在第2濺鍍成膜處理室4內而藉由一方向傾斜入射濺鍍成膜來形成為理想。在本發明中所使用之磁化自由層17的膜厚，係以1.5~10nm為理想。
在本發明中，係將第1磁化固定層13與第2磁化固定層15以及磁化自由層17中之至少一層、最理想係為將此3者之濺鍍成膜，使用第2濺鍍成膜處理室4，而藉由將濺鍍粒子相對於基板8而從一定之入射方向來以一定之入射角度而傾斜入射的一方向傾斜入射濺鍍成膜來進行之。亦即是，在第2濺鍍成膜處理室4中，如圖3中所示 一般，藉由將基板8之表面上的法線、與濺鍍粒子之入射方向其兩者間之所成之角度θ，維持在10~80°之範圍內的一定角度，來將濺鍍粒子之入射角度設為一定，同時，經由並不使基板8作自轉，如圖4中所示一般，將相對於基板8之濺鍍粒子的入射方向固定在一個方向上。
當在將第1磁化固定層13與第2磁化固定層15以及磁化自由層17中之至少一層、最理想係為將此3者之濺鍍成膜，使用第2濺鍍成膜處理室4來進行時，若是在將濺鍍粒子相對於基板8而從一定之入射方向來以一定之入射角度而入射的成膜中時，暫時中斷成膜，並於此中斷期間中將基板8於其之中心軸周圍而旋轉180°，之後再將成膜再度開始，來進行從二方向之成膜，則容易得到均一之膜厚。可藉由設置於成膜中暫時將成膜中斷並於此中斷期間中在基板8之中心軸周圍而將基板支持座9作180°旋轉的旋轉機構，而進行之。將如此這般之將1層之成膜由一定之二方向來以相同之入射角度而傾斜地入射濺鍍粒子的情況，稱為二方向傾斜入射濺鍍成膜。
在第2濺鍍成膜處理室4處之二方向傾斜入射濺鍍成膜，係亦可並非為將基板於其之中心軸周圍而作180°反轉，而是例如在圖5之5a、5b中所示一般，將基板支持座9以與基板8之表面以及濺鍍標靶21之表面共通地而成為平行之1個的傾動軸22為中心來左右作傾動。具體而言，係設為能夠以傾動軸22為中心而左右作傾動，並在朝向左右之傾動時，以使將濺鍍標靶21之中心與基板 8之中心作連結的線、和基板8之表面上的法線，其兩者之間所成的角度θ a、θ b，分別成為10°以上80°以下之範圍的相同角度(θ a=θ b)的方式來作傾動，藉由此，而能夠從二方向來分別進行均等之成膜。
在第2濺鍍成膜處理室4處之二方向傾斜入射成膜，係亦可如圖6中所示一般，預先在2場所處設置濺鍍陰極20，並藉由在成膜途中而對所投入之電力作切換來進行之。在圖6所示之例中，將濺鍍標靶21作支持之平板狀的濺鍍陰極20，係在相對於基板8之表面而成為略平行的同一面內，而被設置在2個場所處。又，將被支持在此濺鍍陰極20處之濺鍍標靶21的中心與基板8之中心作連結的線、和基板8之表面上的法線，其兩者之間所成的角度θ a、θ b，係分別成為10°以上80°以下之範圍的相同角度(θ a=θ b)，同時，係成為能夠在兩濺鍍陰極20之間而進行電力之投入的切換。若是設為如此這般，則藉由在直到成膜之途中為止而對其中一方之濺鍍陰極20進行了電力之供給後，將剩餘之成膜藉由對於另外一方之濺鍍陰極20來供給電力並進行之，而能夠從二方向而分別進行均等之成膜。
為了提升所得到之磁性向異性，係以在第2濺鍍成膜處理室4處之濺鍍成膜後、或是在所有之層的成膜結束後，而施加磁場中退火工程為理想。在此磁場中退火工程中，係在真空或是氬氣或是氮氣氛圍下，一面施加1T(特斯拉)以上之磁場，一面在230~400℃之溫度範圍 內而進行0.5~10小時之退火處理。
所施加之磁場，係以如同圖7之7a中所示一般之平行於基板8之表面且磁力線彼此係在基板8之表面內而一致為平行的磁場，且施加方向係為如同圖7之7b~7e中所示之方向者為理想。圖7之7b中所示之方向，係為與在成膜時之濺鍍粒子的入射於基板8之方向為同一方向(0°方向)，圖7之7c中所示之方向，係為從在成膜時之濺鍍粒子的入射於基板8之方向而偏移了90°的方向(90°旋轉方向或是直角方向)，圖7之7d中所示之方向，係為從在成膜時之濺鍍粒子的入射於基板8之方向而偏移了180°的方向(180°旋轉方向)，圖7之7e中所示之方向，係為從在成膜時之濺鍍粒子的入射於基板8之方向而偏移了270°的方向(270°旋轉方向)。又，在第2濺鍍成膜處理室4處，若是設置能夠在成膜時產生與上述為相同之磁場的磁性產生裝置，並一面施加與上述相同之磁場一面進行成膜，則能夠提升磁性向異性。
保護層18之目的，係為了防止所製作之磁阻元件在大氣中而氧化並使磁阻特性劣化。由於係設置在磁化自由層17之正上方，因此，係以在高溫退火處理時而難以與磁化自由層17相混雜的材料為理想，一般而言，係使用5~50nm之厚度的Ta膜。然而，由於Ta相對上係為較易氧化的材料，因此，係亦可將保護層18層積化，並在與磁化自由層17相接之層中使用Ta，並在與大氣相接之層中使用Ru等之難以氧化的貴金屬材料。
(實施例1)
圖8，係為使用本發明之製造方法以及製造裝置所製作了的通道磁阻元件之膜構成圖。
作為反強磁性層，使用厚度7nm之IrMn，作為其之種晶層，使用5nm之Ru層，進而，作為其下方之緩衝層，使用了10nm之Ta層。在本通道磁阻元件中，係僅將第1磁化固定層之Co70Fe30的成膜藉由第2濺鍍成膜處理室來進行了一方向傾斜入射濺鍍成膜，而其他之層，係藉由第1濺鍍成膜處理室而作了成膜。
本通道磁阻元件，係在成膜後放入至磁場中退火爐內，並在真空中一面施加1T之磁場，一面以230℃而進行了1.5小時之磁場中退火處理。磁場之施加方向，係設為了平行於基板面(圖7之7a)的0°方向(圖7之7b)以及90°旋轉方向(圖7之7c)的2種。
圖9，係展示有：從本通道磁阻元件之反強磁性層和第1磁化固定層間之交換結合磁場Hex、和第1磁化固定層之飽和磁化Ms、和第1磁化固定層之膜厚d，而使用式Jk=Ms．d．Hex來求取出一方向磁性向異性能量Jk時，其之對於相對於基板面法線的入射角之依存性。於此，Hex和Ms，係由使用振動試料型磁力計(VSM)所得到的磁化曲線而求取出來。VSM之測定原理，例如係揭示在「實驗物理學講座6磁性測定I」(近桂一郎、安岡弘志編，丸善東京，2000年2月15日發行)中。
若藉由圖9，則可以得知，若是濺鍍粒子從一方向而入射，且其之入射角為從基板面法線而傾斜了30°以上，則不論是在磁場中進行退火時之磁場施加方向係為0°或是90°之任一的情況中，Jk均係增大。
(實施例2)
圖10，係為使用本發明之製造方法以及製造裝置所製作了的通道磁阻元件之膜構成圖。
作為反強磁性層，使用厚度15nm之PtMn，作為其下方之緩衝層，使用了10nm之Ta層。在本通道磁阻元件中，係僅將第1磁化固定層之Co70Fe30的成膜藉由第2濺鍍成膜處理室來進行了一方向傾斜入射濺鍍成膜，而圖3中所示之角度，係設為了0°與55°之兩種。其他之層，係藉由第1濺鍍成膜處理室而作了成膜。
本通道磁阻元件，係在成膜後放入至磁場中退火爐內，並在真空中一面施加1T之磁場，一面以360℃而進行了2小時之磁場中退火處理。磁場之施加方向，係設為了平行於基板面(圖7之7a)的90°旋轉方向(圖7之7c)。
圖11，係為使用VSM而對本通道磁阻元件之磁化曲線作了測定後的結果。不論是何者之磁滯迴圈，均係展示有3層階段之形狀。在圖11之第3象限處所見到的寬幅為廣之迴圈，係為第1磁化固定層之磁滯迴圈，原點附近之寬幅非常狹窄的迴圈，係為磁化自由層之磁滯迴圈，而 在第1象限處所見到之迴圈，係相當於第2磁化固定層之磁滯迴圈。第1磁化固定層之磁滯的距離中心點之0磁場的距離，係表示交換結合磁場Hex。圖11，係展示有：55°入射的情況時之Hex，係較於0°入射的情況時之Hex為更大，而，在PtMn反強磁性層之情況中時，亦展示了其係得到有一方向傾斜入射濺鍍成膜所致之磁性向異性賦予的效果。
(實施例3)
在製作實施例1以及2的磁性通道元件時，將第1磁化固定層之成膜如圖5中所示一般地，在成膜之途中而暫時停止成膜，並使基板支持座在傾動軸周圍而作傾動，而進行了使濺鍍粒子之入射角作了反轉的二方向傾斜入射濺鍍成膜。於此情況，亦得到有相同之效果。
(實施例4)
在實施例1、2以及3之磁性通道元件中，藉由除了第1磁化固定層以外，亦在第2磁化固定層處進行一方向傾斜入射成膜或是二方向傾斜入射成膜，而提升了介由交換結合用非磁性層之第1磁化固定層與第2磁化固定層之間之反強磁性結合磁場。
(實施例5)
圖12，係為使用本發明之製造方法以及製造裝置所 製作了的通道磁阻元件之膜構成圖。
作為反強磁性層，使用厚度15nm之PtMn，作為其下方之緩衝層，使用了10nm之Ta層。在本通道磁阻元件中，係僅將磁化自由層藉由第2濺鍍成膜處理室來進行了一方向傾斜入射濺鍍成膜，而其他之層，係藉由第1濺鍍成膜處理室而作了成膜。作為磁化自由層，係使用了Co70Fe30與Co60Fe20B20之2種類的磁性材料。於圖3中所說明之角度θ，係設為了25°和40°以及55°之3種。
關於磁化自由層，係在一方向傾斜入射濺鍍成膜中，對於基板而施加磁場，且亦進行了感應磁性向異性之賦予。磁場之施加方向，係設為了平行於基板面(圖7之7a)，針對Co70Fe30，係進行了0°方向(圖7之7b)以及90°旋轉方向(圖7之7c)的2種。針對Co60Fe20B20，係僅進行了90°旋轉方向。
本通道磁阻元件，係在成膜後放入至磁場中退火爐內，並在真空中一面施加1T之磁場，一面以360℃而進行了2小時之磁場中退火處理。磁場之施加方向，係與成膜時之磁場施加方向配合為相同之方向。
作為磁化自由層之磁性向異性的指標，而從以VSM測定所得到之磁化曲線來對向異性磁場Hk作了調查。關於在磁化曲線處之向異性磁場的定義，例如，係被揭示在金原粲、藤原英夫共著之「應用物理學選書3薄膜」p.302，裳華房，1989年12月20日，第9版發行中。
VSM測定時之磁場施加方向，係針對各試料，而對 相對於成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向而為平行之方向(定義為easy)與垂直之方向(定義為Hard)進行了測定，並由easy方向與hard方向之Hk的大小之差異，而對磁性向異性之大小的程度作了調查。可以說，若是easy方向與hard方向之Hk的大小之差異越大，則磁性向異性係被賦予的越強，而若是差異越小，則磁性向異性係為弱，而為磁性上等向性之磁性膜。
圖13，係為將由磁性通道元件之退火後的磁化曲線所求取出之Hk作為Y軸，並將濺鍍粒子之入射角作為X軸，而作了描繪後之圖表。於圖13中，係將成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向為0°方向(圖7之7b)時的情況標記為「//」，並將90°旋轉方向(圖7之7c)時的情況標記為「⊥」。例如，在圖之凡例中的「CoFe//easy」，係指磁性通道元件之磁化自由層的材料係為Co70Fe30，而成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向係為0°方向，且VSM測定時之施加磁場方向係為與成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向平行之方向。
在磁化自由層係為CoFe，而成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向係為0°方向的情況時，除了相對於基板表面之法線的濺鍍粒子之入射方向為55°時以外，相較於easy方向之Hk，hard方向之Hk係展現有遠高於其之值。此事，係代表磁化自由層係具備有磁性向異性，且該方向係與成膜中以及磁場中退火時之磁場施加方向為一致。此磁性向異性之強度，係當相對於基板表面之法線的 濺鍍粒子之入射角度變得越大時，則越增大。由此事，可以得知：磁化自由層之磁性向異性，基本上，係依存於成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向，但是，經由將相對於基板表面之法線的濺鍍粒子之入射角增大，而使磁性向異性賦予之效果變得更強。
又，可以得知，直到相對於基板表面之法線的入射角成為40°為止，使用於磁化自由層中之材料或是濺鍍粒子之入射方向與成膜中以及磁場中退火時的磁場施加方向所致的磁性向異性之賦予狀況係沒有太大的差異，但是，若是相對於基板表面之濺鍍粒子的入射角成為較40°為更大，則成膜中以及磁場中退火時之磁場施加方向，係以相對於濺鍍粒子之入射方向的90°旋轉方向(圖7之7c)為較佳，而關於材料，相較於CoFe，係以CoFeB為被賦予了更大之磁性向異性。同樣的效果，在270°旋轉方向(圖7之7e)時，亦為相同。
(實施例6)
在實施例5的磁性通道元件中，在CoFe磁化自由層之成膜時，就算是如圖5中所示一般，在成膜之途中而暫時停止成膜，並使基板支持座在傾動軸周圍而作傾動，而進行了使濺鍍粒子之入射角作了反轉的二方向傾斜入射濺鍍成膜，亦得到了相同之效果。
(實施例7)
在實施例1、2、3或4中，經由如同實施例5或是實施例6一般地在磁化自由層之成膜時而進行一方向或是二方向傾斜入射濺鍍成膜，而在磁化自由層處亦賦予磁性向異性，而能夠製作出磁化固定層與磁化自由層之熱安定性均作了提升的通道磁阻元件。
(實施例8)
就算是在將於實施例1~7中所使用了的磁阻元件中而將MgO通道阻障層置換為包含有Cu之非磁性傳導層的巨大磁阻元件中，亦得到了相同之效果。
(其他實施型態)
另外，不用說，本發明之目的，係亦可經由將記錄有實現前述之實施型態的功能之軟體的程式之電腦可讀取的記憶媒體供給至系統或是裝置中，而達成之。又，不用說，亦可經由使系統或是裝置之電腦(又或是CPU或MPU)將被儲存在記憶媒體中之程式讀出並實行，而達成之。
於此情況，從記憶媒體所讀出之程式本身係成為實現前述之實施型態的功能，而記憶有該程式之記憶媒體，係成為構成本發明。
作為用以供給程式之記憶媒體，例如，係可使用軟碟、硬碟、光碟、光磁碟、CD-ROM、CD-R、不揮發性之記憶體、ROM等。
又，不用說，例如藉由使電腦將所讀出之程式作實行，而實現前述之實施型態的功能，或是根據程式之指示，而使在電腦上所動作之OS(作業系統)等來進行實際之處理的一部份又或是全部，並經由該處理而實現前述之實施型態的情況，亦全部包含在本發明中。
以上，雖係藉由對於所添附之圖面的參考，而對本發明之理想實施型態作了說明，但是，本發明之實施型態，係並不被限定於此，在能夠從申請專利範圍之記載而作掌握的技術範圍內，係可作各種型態之變更。
本申請案，係以2008年6月20日所提出之日本專利申請特願2008-162385為基礎，而主張優先權，並將該記載內容之全部於此作援用。
1‧‧‧基板搬送機構
2‧‧‧真空搬送處理室
3A‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
3B‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
3C‧‧‧第1濺鍍成膜處理室
4‧‧‧第2濺鍍成膜處理室
5‧‧‧基板前處理處理室
6‧‧‧氧化處理處理室
7‧‧‧裝載鎖定室
8‧‧‧基板
9‧‧‧基板支持座
10‧‧‧濺鍍陰極
20‧‧‧濺鍍陰極
22‧‧‧傾動軸
23‧‧‧閘閥
31A‧‧‧製程控制器
31B‧‧‧製程控制器
31C‧‧‧製程控制器
41‧‧‧製程控制器

Claims (2)

  1. 一種旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法，係為在基板上，將反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層、以及磁化自由層，依序作層積之旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法，其特徵為，具備有：第1工程，係使用使濺鍍粒子對於基板而從傾斜方向入射之濺鍍標靶，而一面使前述基板旋轉一面在前述基板上進行前述反強磁性層之濺鍍成膜；和第2工程，係使用相對於前述基板之法線而軸對稱地作設置之濺鍍標靶，並一面在支持前述濺鍍標靶之濺鍍陰極間對於電力作切換，一面將前述基板保持為靜止之非旋轉的狀態，而在前述反強磁性層上進行前述第1磁化固定層之濺鍍成膜；和第3工程，係使用相對於前述基板之法線而軸對稱地作設置之濺鍍標靶，並一面在支持前述濺鍍標靶之濺鍍陰極間對於電力作切換，一面將前述基板保持為靜止之非旋轉的狀態，而在前述交換結合用非磁性層上進行前述第2磁化固定層之濺鍍成膜。
  2. 一種旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法，係為在基板上，將反強磁性層、和第1磁化固定層、和交換結合用非磁性層、和第2磁化固定層、和通道阻障層、以及磁化自由層，依序作層積之磁阻元件之製造方法， 其特徵為，具備有：第1工程，係使用使濺鍍粒子對於基板而從傾斜方向入射之濺鍍標靶，而一面使前述基板旋轉一面在前述基板上進行前述反強磁性層之濺鍍成膜；和第2工程，係使用以與前述基板相對向之方式而作設置之濺鍍標靶，並一面使前述基板左右傾斜移動，一面將前述基板保持為靜止之非旋轉的狀態，而在前述反強磁性層上進行前述第1磁化固定層之濺鍍成膜；和第3工程，係使用以與前述基板相對向之方式而作設置之濺鍍標靶，並一面使前述基板左右傾斜移動，一面將前述基板保持為靜止之非旋轉的狀態，而在前述交換結合用非磁性層上進行前述第2磁化固定層之濺鍍成膜。
TW102131280A 2008-06-20 2009-02-19 旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法 TWI456607B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008162385 2008-06-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201407648A true TW201407648A (zh) 2014-02-16
TWI456607B TWI456607B (zh) 2014-10-11

Family

ID=41433927

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098105280A TWI413992B (zh) 2008-06-20 2009-02-19 Rotary valve type channel magnetoresistive element manufacturing method, program, memory media
TW102131280A TWI456607B (zh) 2008-06-20 2009-02-19 旋轉閥型通道磁阻元件之製造方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098105280A TWI413992B (zh) 2008-06-20 2009-02-19 Rotary valve type channel magnetoresistive element manufacturing method, program, memory media

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8932438B2 (zh)
JP (2) JPWO2009154009A1 (zh)
GB (1) GB2474167B (zh)
TW (2) TWI413992B (zh)
WO (1) WO2009154009A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101786868B1 (ko) 2010-12-28 2017-10-18 캐논 아네르바 가부시키가이샤 제조방법
US8755154B2 (en) * 2011-09-13 2014-06-17 Seagate Technology Llc Tuned angled uniaxial anisotropy in trilayer magnetic sensors
US9036308B2 (en) * 2011-09-21 2015-05-19 Seagate Technology Llc Varyinig morphology in magnetic sensor sub-layers
US9240200B2 (en) * 2012-11-28 2016-01-19 Seagate Technology Llc Magnetic element with crossed anisotropies
US9034150B2 (en) * 2012-11-29 2015-05-19 Seagate Technology Llc Thin film with tuned anisotropy and magnetic moment
ES2658984T3 (es) * 2013-09-05 2018-03-13 Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy Método de producción de un dispositivo magneto-electrónico multicapa y dispositivo magneto-electrónico
PL3055993T3 (pl) 2013-10-10 2020-07-13 Dolby Laboratories Licensing Corp. Wyświetlanie dci i innej treści na projektorze o rozszerzonym zakresie dynamiki
US9349391B2 (en) 2013-12-04 2016-05-24 HGST Netherlands B.V. Controlling magnetic layer anisotropy field by oblique angle static deposition
WO2015121905A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 キヤノンアネルバ株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法、およびスパッタリング装置
WO2016159017A1 (ja) 2015-03-31 2016-10-06 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、磁気メモリ装置、製造方法、動作方法、及び集積回路
TWI553922B (zh) * 2015-06-30 2016-10-11 友達光電股份有限公司 磁感電阻元件及電子裝置
US9679589B2 (en) 2015-09-11 2017-06-13 Seagate Technology Llc Magnetoresistive sensor with enhanced uniaxial anisotropy
JP6591568B2 (ja) * 2016-02-01 2019-10-16 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
US10255935B2 (en) * 2017-07-21 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Magnetic tunnel junctions suitable for high temperature thermal processing
EP3588591A1 (en) 2018-06-25 2020-01-01 Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY A multilayer device having an improved antiferromagnetic pinning layer and a corresponding manufacturing method thereof
JP2020191320A (ja) * 2019-05-20 2020-11-26 東京エレクトロン株式会社 基板製造方法、及び、処理システム
US11199594B2 (en) * 2019-08-27 2021-12-14 Western Digital Technologies, Inc. TMR sensor with magnetic tunnel junctions with a free layer having an intrinsic anisotropy
US11710707B2 (en) 2020-03-26 2023-07-25 Shibaura Mechatronics Corporation Electromagnetic wave attenuator, electronic device, film formation apparatus, and film formation method
US11631535B1 (en) * 2021-10-07 2023-04-18 Western Digital Technologies, Inc. Longitudinal sensor bias structures and method of formation thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06220609A (ja) * 1992-07-31 1994-08-09 Sony Corp 磁気抵抗効果膜及びその製造方法並びにそれを用いた磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JPH11158616A (ja) * 1997-11-27 1999-06-15 Sony Corp スパッタリング装置及びスパッタリング方法
US6086727A (en) * 1998-06-05 2000-07-11 International Business Machines Corporation Method and apparatus to improve the properties of ion beam deposited films in an ion beam sputtering system
JP2002043159A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Anelva Corp 磁性膜作成装置及びｇｍｒヘッド又はｔｍｒヘッドの製造方法
JP4205294B2 (ja) * 2000-08-01 2009-01-07 キヤノンアネルバ株式会社 基板処理装置及び方法
JP2002167661A (ja) * 2000-11-30 2002-06-11 Anelva Corp 磁性多層膜作製装置
JP2004219532A (ja) 2003-01-10 2004-08-05 Nippon Sheet Glass Co Ltd 凹凸構造体およびその製造方法
JP4474109B2 (ja) 2003-03-10 2010-06-02 キヤノン株式会社 スパッタ装置
US6818961B1 (en) * 2003-06-30 2004-11-16 Freescale Semiconductor, Inc. Oblique deposition to induce magnetic anisotropy for MRAM cells
JP2005123412A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Anelva Corp 磁気抵抗多層膜製造方法及び製造装置
JP2007281087A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv 積層体、その製造方法及び磁気抵抗効果ヘッド
JP4726704B2 (ja) * 2006-06-05 2011-07-20 株式会社アルバック スパッタ装置およびスパッタ方法
JP2008081782A (ja) * 2006-09-27 2008-04-10 Shin Meiwa Ind Co Ltd 回転式ターゲットホルダ及び成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
GB2474167A (en) 2011-04-06
TWI456607B (zh) 2014-10-11
JP5603472B2 (ja) 2014-10-08
US20110139606A1 (en) 2011-06-16
GB2474167B (en) 2015-07-29
GB201100741D0 (en) 2011-03-02
TW201001458A (en) 2010-01-01
JPWO2009154009A1 (ja) 2011-11-24
WO2009154009A1 (ja) 2009-12-23
US8932438B2 (en) 2015-01-13
TWI413992B (zh) 2013-11-01
JP2014030030A (ja) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI413992B (zh) Rotary valve type channel magnetoresistive element manufacturing method, program, memory media
US7672089B2 (en) Current-perpendicular-to-plane sensor with dual keeper layers
JP5674297B2 (ja) Ｔｍｒ素子およびその形成方法
JP5815204B2 (ja) Ｔｍｒ素子およびその形成方法
CN107887506B (zh) 磁阻效应元件
JP2010166051A (ja) 磁気抵抗効果素子およびその形成方法
JP2011008907A (ja) ハードバイアス構造およびその形成方法、ならびに磁気再生ヘッド
US9076467B2 (en) Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with multilayer reference layer including a crystalline CoFeX layer and a Heusler alloy layer
JP2008072014A (ja) 交換結合膜及び磁気デバイス
JPWO2010029702A1 (ja) 磁気抵抗素子の製造方法、該製造方法に用いる記憶媒体
KR101553907B1 (ko) 니켈 합금을 포함하는 쉴드들을 갖는 자기 디바이스들
JP2007200428A (ja) 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及びその製造方法
CN112701218B (zh) 磁阻效应元件
US8879215B2 (en) Magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic head assembly, and magnetic recording and reproducing device
JP2008041163A (ja) 垂直通電型磁気抵抗効果型ヘッド
JP2007281087A (ja) 積層体、その製造方法及び磁気抵抗効果ヘッド
JP2001111136A (ja) 磁化方向制御膜及びこれを用いた磁気抵抗効果型センサ
JPH0992908A (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP2006139828A (ja) 磁気ヘッド
JP2002043655A (ja) スピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP4998993B2 (ja) 反強磁性的層間結合磁性膜を用いた磁気記録媒体及び磁気記憶装置
JP2022538384A (ja) 異方性磁場の低い２次元外部磁場を検知する磁場センサ
KR101406358B1 (ko) 초연자성 재료 및 이를 포함하는 스핀 밸브
CN100372032C (zh) 反铁磁耦合的磁性颗粒薄膜材料及其制备和应用
JP2004119815A (ja) 磁気抵抗効果素子