Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом и многокамерное устройство для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом

Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом и многокамерное устройство для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления элемента с магниторезистивным эффектом для использования в магниторезистивном оперативном запоминающем устройстве (MRAM) в качестве интегрированной магнитной памяти или в тонкопленочной магнитной головке, а также к многокамерному устройству для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом.

Уровень техники

[0002] MRAM как интегрированная магнитная память привлекает внимание как неограниченно программируемая память, имеющая общую плотность, равную плотности динамического ОЗУ (DRAM) и высокую скорость, равную скорости статического ОЗУ (SRAM). Также быстро развивается разработка тонкопленочных магнитных головок, магнитных датчиков и тому подобного, использующих элементы с магниторезистивным эффектом, такие как элемент с гигантским магнитосопротивлением (GMR) и элемент с туннельным магнитосопротивлением (TMR).

[0003] В одном из примеров элементов с магниторезистивным эффектом формируют нижний электрод на подложке, выполненной из, например, кремния или стекла, а на нижнем электроде формируют многослойную пленку с восемью слоями, образующими элемент с магниторезистивным эффектом (TMR). Пример такой многослойной пленки с восемью слоями формируют последовательным нанесением слоя PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слоя с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующего слоя (слоя барьера), свободного слоя и защитного слоя (жесткой маски) на слой Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя.

[0004] Предложены способы получения необходимой эффективности элемента с магниторезистивным эффектом посредством обработки подложки, имеющей образующий этот элемент многослойную магнитную пленку, посредством технологий обработки тонких пленок, таких как реактивное ионное травление (RIE) и ионно-лучевое травление (IBE), разработанных в полупроводниковой промышленности (см. патентные ссылки 1-3).

[0005] Среди этих технологий в качестве технологии обработки, использующей реактивное ионное травление, настоящий заявитель предложил способ, использующий в качестве травильного газа спирт (например, метанол), имеющий по меньшей мере одну гидроксильную группу. Этот способ достигает результатов увеличения скорости травления и уменьшения повреждения, обычно причиняемого окислением после травления, по сравнению с традиционным способом, использующим газообразный монооксид углерода, к которому добавлен газообразный аммиак (патентная ссылка 3).

[0006] Настоящий заявитель также предложил устройства, в которых камера генерирования плазмы для генерирования плазмы и камера обработки подложки для загрузки и обработки подложки разделены разделительной перегородкой, имеющей множество сквозных отверстий, причем камера генерирования плазмы генерирует радикал, и поверхность подложки обрабатывается этими радикалами, прошедшими через разделительную перегородку (патентные ссылки 4-13).

Патентная ссылка 1: публикация заявки на патент Японии №2003-203313

Патентная ссылка 2: публикация заявки на патент Японии №2004-326831

Патентная ссылка 3: публикация заявки на патент Японии №2005-42143

Патентная ссылка 4: публикация заявки на патент Японии №2000-345349

Патентная ссылка 5: публикация заявки на патент Японии №2002-83806

Патентная ссылка 6: публикация заявки на патент Японии №2002-212732

Патентная ссылка 7: публикация заявки на патент Японии №2002-212736

Патентная ссылка 8: публикация заявки на патент Японии №2002-246386

Патентная ссылка 9: публикация заявки на патент Японии №2003-197620

Патентная ссылка 10: публикация заявки на патент Японии №2004-111506

Патентная ссылка 11: публикация заявки на патент Японии №2004-296638

Патентная ссылка 12: публикация заявки на патент Японии №2005-268396

Патентная ссылка 13: публикация заявки на патент Японии №2006-49544

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением

[0007] В целом, когда обрабатывают элемент с магниторезистивным эффектом посредством использования реактивного ионного травления или тому подобного при изготовлении этого элемента, поверхность обрабатываемой многослойной магнитной пленки в некоторых случаях повреждается.

[0008] Если происходит такое повреждение, уровень ухудшения, вызываемый повреждением поврежденной поверхности (в дальнейшем упоминаемой как «поврежденный слой») на многослойной магнитной пленке, изменяется со временем, когда элемент с магниторезистивным эффектом, например, оставляют на воздухе, очищают и отжигают на этапах изготовления элемента после этого. Магнитные характеристики этого поврежденного слоя изменяются со временем и влияют на спины, которые дают магниторезистивный эффект в многослойной магнитной пленке.

[0009] Например, в MRAM данные считываются посредством спинов в свободном слое, образующем многослойную магнитную пленку. Если магнитные характеристики изменяются вследствие повреждения, имеющего место во время обработки, такой как RIE, MRAM вызывает операционную ошибку. Интеграция с большой емкостью MRAM является трудной, поскольку велик разброс спинов в свободном слое, образующем многослойную магнитную пленку.

[0010] Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления, позволяющий предотвратить ухудшение магнитных характеристик многослойной магнитной пленки, имеющей поврежденный слой, и изготовления высококачественного элемента с магниторезистивным эффектом, а также многокамерное устройство для изготовления такого элемента с магниторезистивным эффектом.

Средства для решения задач

[0011] Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что включает в себя первый этап получения элемента с магниторезистивным эффектом, включающего в себя магнитную пленку и подложку, второй этап травления заданной области магнитной пленки методом реактивного ионного травления и третий этап воздействия на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0012] В качестве альтернативы, способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что включает в себя первый этап получения элемента с магниторезистивным эффектом, включающего в себя магнитную пленку и подложку, второй этап формирования жесткой маски на элементе с магниторезистивным эффектом, третий этап травления магнитной пленки с использованием метода реактивного ионного травления при использовании жесткой маски в качестве маски и четвертый этап воздействия на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 A/см² или менее.

[0013] В качестве альтернативы, многокамерное устройство согласно настоящему изобретению включает в себя: устройство распыления, включающее в себя первую камеру и первое вакуумирующее средство для вакуумирования первой камеры; первый подложкодержатель для удерживания подложки, мишенедержатель для удерживания мишени, первый катодный электрод и первое средство подачи газа для подачи газа в первую камеру; устройство обработки, включающее в себя вторую камеру, второе вакуумирующее средство для вакуумирования второй камеры, элемент, который разделяет внутреннее пространство второй камеры на по меньшей мере первое подпространство и второе подпространство и который имеет тонкие отверстия, соединяющие эти первое и второе подпространства; второй подложкодержатель, установленный в первом подпространстве для удерживания подложки; второе средство подачи газа для подачи газа на второй катодный электрод, установленный во втором подпространстве, и во второе подпространство; и средства управления, входящие в устройство обработки, для управления количеством подаваемого газа (с возможным диапазоном 50-3000 стандартных кубических сантиметров в минуту (ст. куб. см/мин) и более подходящим диапазоном 200-1000 ст. куб. см/мин) вторым средством подачи газа, управления величиной подаваемой мощности (с возможным диапазоном 100-3000 Вт и более предпочтительным диапазоном 200-2000 Вт) на второй катод и степенью вакуумирования (с возможным диапазоном 1-200 Па и более предпочтительным диапазоном 10-50 Па) вторым вакуумирующим средством; камеру, включающую в себя их, таким образом, что когда во втором подпространстве генерируется плазма, плазма в первом подпространстве имеет плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0014] В примере многослойной магнитной пленки, образующей элемент с магниторезистивным эффектом (TMR), формируют нижний электрод на подложке, выполненной из, например, кремния или стекла, а на этом нижнем электроде формируют многослойную пленку с восемью слоями, образующими элемент с магниторезистивным эффектом. Пример этой многослойной пленки с восемью слоев формируют последовательным нанесением слоя PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слоя с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующего слоя (слоя барьера), свободного слоя и защитного слоя (жесткой маски) на слой Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя.

[0015] Многослойную магнитную пленку, протравленную методом реактивного ионного травления, подвергают воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, и в результате поврежденный слой, состоящий из поверхностного слоя оксида, восстанавливается по мере того, как он подвергается воздействию восстанавливающей плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0016] При выполнении этапа воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может быть сформирована высококачественная многослойная магнитная пленка за счет улучшения поврежденного окислением слоя многослойной магнитной пленки, созданного реактивным ионным травлением, без изменения формы поврежденного слоя.

[0017] В способе изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению реактивное ионное травление может быть выполнено травлением многослойной магнитной пленки при использовании слоя жесткой маски, сформированного на верхней поверхности многослойной магнитной пленки, в качестве маски, и использовании спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, в качестве травильного газа.

[0018] Реактивное ионное травление с использованием в качестве травильного газа спирта (например, метанола или этанола), имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, может уменьшить повреждение, наносимое многослойной магнитной пленке реактивным ионным травлением, и может сократить время, требуемое для обработки ионно-лучевым травлением, выполняемым вслед за обработкой реактивным ионным травлением.

[0019] Также возможно использовать кетоны (например, метилэтилкетон, изопропилметилкетон и метилпропилкетон), представленные как RCOR' (R или R' является алкильной группой), альдегиды, представленные как RCOH (R является алкильной группой), карбоновые кислоты, представленные как RCOOH (R является алкильной группой), сложные эфиры, представленные как RCOOR' (R является алкильной группой), и простые эфиры, представленные как ROR' (R является алкильной группой).

[0020] В дополнение могут также быть использованы углеводороды, имеющие метиловую группу, такие как метан, этан, пропан и бутан, а более выгодно примешивать в эти углеводороды газообразный кислород, газообразный CO, газообразный аммиак или газообразный CO₂.

[0021] Более того, в обоих описанных выше способах изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению этап формирования защитной пленки выполняют за этапом воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0022] Описанные выше этап, использующий метод реактивного электронного травления, и этап воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, выполняют в вакууме без подвергания воздействию воздуха (которые далее называются «последовательными вакуумными этапами»). Последовательные вакуумные этапы могут быть последовательно выполнены в состоянии вакуума без подвергания воздействию воздуха до конца вышеупомянутого этапа формирования защитной пленки.

[0023] Поскольку используются описанные выше последовательные вакуумные этапы, защитная пленка может быть сформирована в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума, а многослойная магнитная пленка, имеющая поврежденный слой, улучшенный под воздействием плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может поддерживаться покрытой защитной пленкой.

[0024] Упомянутое здесь состояние вакуума предпочтительно является состоянием с низким давлением ниже, чем 1,3×10^-5 Па, но состояние вакуума (уровень вакуума) не ограничено.

[0025] Упомянутый здесь радикал является нейтральной активной частицей, не имеющей электрического заряда и образовавшейся из восстановительного газа, такого как водород или аммиак.

[0026] Элемент с магниторезистивным эффектом изготавливают с помощью способа и устройства высокочастотного распыления под высоким давлением. Способ высокочастотного распыления под высоким давлением является способом распыления, выполняемым в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно). В этом способе к стороне подложки может также подаваться импульсный постоянный ток или прикладываться РЧ смещение (распыление на несимметричном переменном токе).

[0027] Способ высокочастотного распыления под высоким давлением увеличивает покрытие на боковых поверхностях среди всей поверхности подложки за счет изменения прилагаемого к стороне подложки смещения или режима давления распыления.

[0028] То есть даже когда многослойная магнитная пленка на подложке формируется в форме с углублением или выступом, способ высокочастотного распыления под высоким давлением обладает высокой управляемостью толщиной пленки по отношению к боковой поверхности в углублении или двум боковым поверхностям выступа и обладает высокой симметрией толщины пленки по отношению к боковой поверхности в углублении или двум боковым поверхностям выступа. Чтобы приспособить большинство характеристик жесткого подмагничивания в элементе с магниторезистивным эффектом для использования в магнитной головке, выступающая часть (часть, соответствующая ширине рабочего зазора головки), которая дает магниторезистивный эффект, и часть, образующая жесткое подмагничивание, должны быть изолированы чрезвычайно тонким изолирующим слоем, например, пленкой AlN или AlO₂. Формирование пленки способом высокочастотного распыления под высоким давлением выгодно тем, что возможно сформировать подходящий очень тонкий изолирующий слой или тому подобный, имеющий высокую симметрию на двух боковых поверхностях выступающей части.

[0029] В устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом камера распыления для формирования многослойной магнитной пленки способом высокочастотного распыления под высоким давлением и камера реактивного ионного травления для обработки многослойной магнитной пленки реактивным ионным травлением выполнены сообщающимися с камерой вакуумного переноса. При сохранении состояния вакуума подложка может быть загружена из камеры вакуумного переноса в камеру распыления, выгружена из камеры распыления в камеру вакуумного переноса, загружена из камеры вакуумного переноса в камеру реактивного ионного травления и выгружена из камеры реактивного ионного травления в камеру вакуумного переноса.

[0030] Камера обработки радикалами для подвергания протравленной в камере реактивного ионного травления подложки воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, выполнена сообщающейся с камерой вакуумного переноса. При сохранении состояния вакуума подложка, выгруженная из камеры реактивного ионного травления, может быть загружена в камеру обработки радикалами с помощью камеры вакуумного переноса и выгружена из камеры обработки радикалами в камеру вакуумного переноса.

[0031] При травлении многослойной магнитной пленки с использованием в качестве травильного газа спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, толщина поврежденного слоя составляет самое большее примерно несколько десятков Å, даже если поврежденный слой образовался. Это позволяет сократить время обработки для восстановления поврежденного слоя, последовательно выполняемой в камере обработки радикалами с использованием плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Эта обработка не уменьшает ни производительность, т.е. количество производимой продукции в единицу времени, ни эффективность производства.

[0032] Отметим, что в описанном выше устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению дополнительно возможно создать камеру формирования пленки, сообщающуюся с камерой вакуумного переноса, и загружать подложку, выгруженную из камеры обработки радикалами, в камеру формирования пленки с помощью камеры вакуумного переноса при сохранении состояния вакуума.

[0033] Поскольку камеру формирования пленки таким образом подсоединяют с сохранением состояния вакуума и в данной камере формируют защитную пленку, то поврежденный слой восстанавливается по мере того, как он подвергается воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, и в последствии многослойная магнитная пленка покрывается защитной пленкой. Соответственно, многослойная магнитная пленка может поддерживаться чистой.

[0034] Вышеупомянутая камера формирования пленки является преимущественно камерой формирования пленки, использующей способ распыления, выполняемый с высокой частотой под высоким давлением, то есть выполняемый в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно). Это делает возможным использование способа высокочастотного распыления под высоким давлением в последовательном вакуумном формировании пленки. Как было описано ранее, возможно использовать способ высокочастотного распыления под высоким давлением, который увеличивает покрытие на боковых поверхностях выступающей части среди всей поверхности подложки за счет изменения прикладываемого к стороне подложки смещения или режима давления распыления.

[0035] Два описанных выше этапа, то есть этап, использующий метод реактивного ионного травления, и этап воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может выполнять и другое устройство в одной и той же камере обработки радикалами.

[0036] В такой же камере обработки радикалами другого устройства вышеупомянутый травильный газ подается на первом этапе, а затем на втором этапе подается вышеупомянутый восстановительный газ.

[0037] В другом устройстве описанные выше первый и второй этапы могут также быть выполнены посредством перемещения подложки в ту же камеру. Это предполагает устройство изготовления так называемого поточного типа.

[0038] В дополнение, до того как установлено средство для травления образующей элемент с магниторезистивным эффектом многослойной магнитной пленки посредством реактивного ионного травления, в вышеупомянутой вакуумной камере, поддерживаемой в вакууме, также может быть установлено средство для травления слоя жесткой маски реактивным ионным травлением при использовании фоторезистивного слоя многослойной магнитной пленки в качестве фоторезистивной маски.

[0039] Этап формирования защитной пленки может также быть выполнен после этапа воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Этот этап формирования защитной пленки может также быть выполнен в вышеупомянутой вакуумной камере, поддерживаемой в вакууме.

[0040] В ходе этого формирования защитной пленки распыление выполняется в условиях высокой частоты и высокого давления, то есть в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно), и при этом желательно иметь возможность использовать способ высокочастотного распыления под высоким давлением при последовательном вакуумном формировании пленки.

[0041] В способе и устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению поврежденный слой, неизбежно формируемый на многослойной магнитной пленке реактивным ионным травлением вследствие свойств травильного газа, восстанавливается без изменения формы рисунка посредством подвергания этого поврежденного слоя воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Соответственно, может быть изготовлен высококачественный элемент с магниторезистивным эффектом. Также возможно увеличить эффективность производства, поскольку может быть увеличен выход годного за счет улучшения магнитных характеристик.

[0042] Более того, после того, как поврежденный слой восстановлен, поскольку он подвергнут воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, впоследствии на поверхности поврежденного слоя формируется защитная пленка, и эти этапы, включая этап формирования защитной пленки, последовательно выполняются в состоянии вакуума. Это делает возможным формирование защитной пленки в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума, и сохраняет поверхность подложки чистой.

[0043] Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, приведенного в сочетании с сопроводительными чертежами. Отметим, что на сопроводительных чертежах одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые или сходные части.

Краткое описание чертежей

[0044] Сопроводительные чертежи, включенные в описание и составляющие его часть, иллюстрируют варианты воплощения изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

Фиг.1a - блок-схема способа изготовления по одному варианту воплощения настоящего изобретения, а фиг.1b - изображение, показывающее строение в разрезе подложки, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом, обрабатываемый в соответствии со этой блок-схемой;

Фиг.2 - изображение, показывающее пример строения в разрезе подложки, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом;

Фиг.3 - изображение, показывающее план компоновки примерного устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - изображение, показывающее план компоновки примерной камеры распыления устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - изображение в разрезе, показывающее план компоновки примерной камеры обработки радикалами устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.6 - структурная схема средства управления устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.7 - структурная схема, поясняющая план другой компоновки устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.8 - примерное изображение, поясняющее камеру обработки радикалами; и

Фиг.9 - график, показывающий результаты измерения плотности ионного тока при изменении напряжения смещения, прикладываемого к удерживающему подложку механизму.

Наилучший вариант осуществления изобретения

[0045] Фиг.1a и 1b представляют собой блок-схему (фиг.1a), показывающую технологические этапы предпочтительного варианта осуществления способа изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению, и изображение (фиг.1b), соответствующее этой блок-схеме и показывающее строение в разрезе подложки 10, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом («подложка 10, имеющая многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом» будет в некоторых случаях в дальнейшем просто упоминаться как «подложка 10»).

[0046] Обращаясь к фиг.1b, часть, обозначенная ссылочным номером 1, является многослойной магнитной пленкой. Многослойная магнитная пленка 1 выполнена, например, из многослойного тела с TMR (туннельным магниторезистивным эффектом), многослойного тела с GMR (гигантским магнитосопротивлением), имеющего структуру CPP (перпендикулярный плоскости ток), пакета TMR или пакета GMR CPP-структуры, включающего в себя слой смещения для определения направления намагничивания в свободном слое, многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего многослойную пленку с антиферромагнитным типом связи, многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего магнитную многослойную пленку спинового вентиля зеркального типа, или многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего многослойную пленку типа двойного спинового вентиля (которая будет в общем упоминаться далее как многослойная магнитная пленка).

[0047] Как показано на фиг.2, например, эта многослойная магнитная пленка 1 получается формированием нижнего электрода 31 на подложке 30 и формированием поверх нижнего электрода 31 многослойной магнитной пленки, которая сама по себе образует элемент с магниторезистивным эффектом. В данном примере, показанном на фиг.2, многослойная магнитная пленка 1 включает в себя восемь слоев, и слой 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слой 34 с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующий слой 35 (слой барьера), свободный слой 36 и защитный слой 37 (жесткая маска) последовательно нанесены на слой 32 Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя. В этом примере, показанном на фиг.2, слой Ru в слое 34 с фиксированной намагниченностью составляет 8 Å, а слой 37 Ta в качестве защитного слоя (жесткой маски) составляет 200 Å.

[0048] Обращаясь к фиг.1b, часть, обозначенная ссылочным номером 3, является слоем жесткой маски. Слой 3 жесткой маски может быть выполнен из материала маски, которая является однослойной пленкой или многослойной пленкой из любого из элементов Ta (тантала), Ti (титана), Al (алюминия) и Si (кремния), или маски, которая является однослойной пленкой или многослойной пленкой оксида или нитрида любого из Ta, Ti, Al и Si.

[0049] Фиг.3 представляет собой изображение, показывающее компоновку предпочтительного варианта воплощения устройства 300 изготовления элемента с магниторезистивным эффектом (многокамерного устройства).

[0050] На фиг.3 ссылочный номер 390 обозначает камеру вакуумного переноса. Первая камера 311 распыления, вторая камера 321 распыления, третья камера 331 распыления, камера 341 отжига, первая камера 351 реактивного ионного травления, вторая камера 361 реактивного ионного травления, камера 371 обработки радикалами и камера 381 формирования пленки соединены с камерой 390 вакуумного переноса с помощью закрывающих средств (не показаны), таких как вакуумные затворы, так, чтобы сообщаться с этой камерой 390 вакуумного переноса.

[0051] Камера 390 вакуумного переноса также имеет загрузчики 301 пластин. Загрузчики 301 пластин могут загружать подложку 10 в камеру 390 вакуумного переноса и выгружать обработанную подложку из камеры 390 вакуумного переноса.

[0052] В камере 390 вакуумного переноса установлено средство переноса (не показано). Как обозначено стрелками 391-399, это средство переноса может последовательно переносить загруженную подложку 10 из первой камеры 311 распыления во вторую камеру 331 распыления, из второй камеры 321 распыления в третью камеру 331 распыления, из третьей камеры 331 распыления в камеру 341 отжига, из камеры 341 отжига в первую камеру 351 реактивного ионного травления, из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления, из второй камеры 361 реактивного ионного травления в камеру 371 обработки радикалами и из камеры 371 обработки радикалами в камеру 381 формирования пленки.

[0053] Кроме того, такой перенос подложки 10, показанный стрелочками 391-399 на фиг.3, может последовательно быть выполнен в состоянии вакуума с помощью камеры 390 вакуумного переноса без нарушения вакуума.

[0054] То есть подложка 10 последовательно переносится из первой камеры 311 распыления во вторую камеру 331 распыления, из второй камеры 321 распыления в третью камеру 331 распыления, из третьей камеры 331 распыления в камеру 341 отжига, из камеры 341 отжига в первую камеру 351 реактивного ионного травления, из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления, из второй камеры 361 реактивного ионного травления в камеру 371 обработки радикалами и, наконец, из камеры 371 обработки радикалами в камеру 381 формирования пленки в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума с помощью камеры 390 вакуумного переноса. В камере 381 формирования пленки в этой последовательной вакуумной среде защитная пленка формируется на поверхности, на которой поврежденный слой восстановлен в камере 371 обработки радикалами.

[0055] Обработанная подложка 10, перенесенная из камеры 381 формирования пленки, как указано стрелкой 399, выгружается наружу из камеры 390 вакуумного переноса загрузчиком 301 пластин.

[0056] В камере 311 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 314a, 314b, 314c и 314d из Та, NiFe, PtMn и CoFe напротив подложки 313, установленной на подложкодержателе 312 в центре нижней части этой камеры.

[0057] Во второй камере 321 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 324a, 324b и 324c из Ru, CoFe и Al напротив подложки 323, установленной на подложкодержателе 322 в центре нижней части этой камеры.

[0058] В камере 331 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 334a, 334b и 334c из CoFe, NiFe и Та напротив подложки 333, установленной на подложкодержателе 332 в центре нижней части этой камеры.

[0059] В качестве газа для распыления в камерах 311, 321 и 331 формирования пленки распылением использовали только Ar.

[0060] Подложка 10 обрабатывается в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг.1a, посредством использования устройства 300 изготовления, как описано выше.

[0061] Подложка 10, загруженная в камеру 390 вакуумного переноса, последовательно переносится в первую камеру 311 распыления, вторую камеру 321 распыления и третью камеру 331 распыления, в результате чего последовательно наносятся слой 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слой 34 с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующий слой 35 (слой барьера), свободный слой 36 и защитный слой 37 (жесткая маска) на слой 32 Ta в качестве нижележащего слоя.

[0062] Конструкция камеры распыления по настоящему изобретению будет описана ниже со ссылкой на фиг.4. В этой камере распыления подложка 412 может быть помещена на подложкодержатель 411. Пока пленка размещена на подложке 412, серводвигатель (не показан), установленный вне камеры распыления, вращает подложкодержатель 411 с помощью механизма передачи вращения (не показан). За счет вращения подложки 412 может быть сформирована пленка, имеющая высокую равномерность толщины пленки. Мишень 422 прикреплена к антикатоду 421.

[0063] Также вакуумирующее средство (не показано) вакуумирует камеру 431 через отверстие 432 для вакуумирования.

[0064] Системы 433 и 434 подачи газа могут подавать требуемые рабочие газы в камеру распыления. Диафрагменный вакуумметр или т.п. контролирует внутреннее давление камеры распыления, в которой выполняется обработка, через порт (не показан), позволяющий измерять внутреннее пространство.

[0065] Мишень 422 установлена под углом к подложке 412, которая помещена на подложкодержатель 411; подложкодержатель 411 сконструирован таким образом, что одновременно может быть смонтировано множество мишеней, и в данном варианте воплощения смонтировано пять антикатодов. Ось 411a подложкодержателя 411 и ось 422a мишени 422 пересекаются друг с другом под заданным углом θ и лежат в одной и той же плоскости. Угол θ между двумя осями 411a и 422a предпочтительно задан в диапазоне 5°≤θ≤45°.

[0066] Распыляющий катод 421 и мишень 422 электрически изолированы от камеры 431 распыления и других частей посредством изолятора (не показан).

[0067] Магнитный комплект 424 постоянных магнитов, прикрепленных к вращающейся опорной пластине 423, находится над или за мишенью 422 и антикатодом 421. Опорная пластина 423 имеет механизм привода (не показан). Во время функционирования устройства магнитный комплект 424 вращается вокруг вращающегося вала 423a опорной пластины посредством серводвигателя, входящего в механизм привода.

[0068] Двойная заслонка 435 используется для поддерживания рабочих параметров формирования пленки при формировании очень тонкой пленки. Особенно при использовании множества мишеней двойная заслонка 435 важна для предотвращения взаимного загрязнения.

[0069] Источник питания постоянного тока (не показан) подает питание постоянного тока для генерирования плазмы на описанную выше мишень 422. Отметим, что использование питания постоянного тока не является существенным. Также возможно генерировать плазму, используя вместо питания постоянного тока РЧ питание (переменного тока).

[0070] Затем подложка 10 переносится в камеру 341 отжига и выполняется процесс отжига. Температура отжига составляет, например, примерно 300°C, и процесс отжига выполняется, например, в течение 4 часов. Это придает требуемую намагниченность слою 33 PtMn.

[0071] Позднее подложка 10 переносится в первую камеру 351 реактивного ионного травления, и слой 3 жесткой маски протравливается при использовании фоторезистивного слоя 4, сформированного на поверхности многослойной магнитной пленки 1 подложки 10, в качестве фоторезистивной маски 5 (этап 101).

[0072] Подложка 10 затем переносится из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления при сохранении состояния вакуума. Во второй камере 361 реактивного ионного травления многослойная магнитная пленка 1 протравливается, то есть в многослойной магнитной пленке 1 создается микроструктура (микрорисунок) при использовании слоя 3 жесткой маски в качестве маски посредством реактивного ионного травления с использованием спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, такого как метанол, в качестве травильного газа (этап 102).

[0073] На этом этапе реактивного ионного травления травление может быть выполнено на слое 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя на слое 32 Ta через изолирующий слой 35 многослойной магнитной пленки 1, примерно показанной на фиг.2. Также возможно выполнять травление свободного слоя 36 и прекращать травление на изолирующем слое 35, в качестве одного этапа изготовления MRAM. Этот этап реактивного ионного травления (этап 102) может быть применен на любом этапе.

[0074] Использование спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, в качестве травильного газа дает возможность получить эффекты увеличения скорости травления и восстановления поврежденного слоя (слоя, поврежденного в основном окислением) по сравнению с традиционным способом с использованием газообразного монооксида углерода, к которому добавлен газообразный аммиак. Например, при использовании в качестве травильного газа спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, толщина поврежденного окислением слоя может быть уменьшена до примерно нескольких десятков Å.

[0075] Как показано на третьем сверху изображении на фиг.1b, обработка во второй камер