(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、
前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、
前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、
前記トンネルバリア層を作製する工程は、
前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、
前記第１の金属層を酸化する工程と、
前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、
前記第２の強磁性層を形成する工程よりも前に、前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度以上の温度で加熱処理する工程と
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金属層を成膜する工程は、前記第１の金属層の内部に酸素を含有させるように該第１の金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理する工程は、前記加熱処理により、前記酸化する工程にて前記酸化された第１の金属層の表面に残存する酸素と前記第２の金属層とを結合させることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１および第２の金属層の少なくとも一方は、マグネシウム、またはマグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項５】
前記加熱処理する工程の後に、前記加熱処理が行われた基板の冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項６】
第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、
前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、
前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、
前記トンネルバリア層を作製する工程は、
前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、
前記第１の金属層を酸化する工程と、
前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、
前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度で加熱処理する工程と
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ＭＲ比を発揮する磁気抵抗素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子は、トンネルバリア層を２つの強磁性層で挟んだ構造を有する。外部磁場を与えたときに、２つの強磁性層の磁化の相対角度が変化すると、トンネルバリア層を介した電子のトンネル伝導確率が変化し、ＴＭＲ素子の抵抗が変化する。このようなＴＭＲ素子は、ハードディスクに用いられる磁気ヘッドの読み出しセンサー部や、磁気を用いた不揮発性メモリＭＲＡＭ等のデバイスに応用されている。【０００３】
ＴＭＲ素子のトンネルバリア層の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の酸化物が用いられている。特にマグネシウムの酸化物（ＭｇＯ）トンネルバリア層は、より大きな磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を得ることができる（非特許文献１参照）。【０００４】
ＭｇＯトンネルバリア層の作製方法にはＭｇＯターゲットを高周波（ＲＦ）スパッタでダイレクトに形成する方法と、Ｍｇ層を成膜し、その後に酸化処理によってＭｇＯ層を形成する方法がある。【０００５】
ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタでダイレクトにＭｇＯトンネルバリア層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、特に低ＲＡ（素子抵抗×素子面積）でＭＲ比を改善する技術として、ＭｇＯトンネルバリア層を形成後に基板加熱を行う方法が報告されている（非特許文献２参照）。【０００６】
また、Ｍｇ層を成膜して、酸化処理によってＭｇＯ層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、第１のＭｇ層を成膜後に自然酸化によってＭｇ層の表面にＭｇＯ層を作製し、その後第２のＭｇ層を成膜することで第１のＭｇ層／ＭｇＯ層／第２のＭｇ層から成るトンネルバリア層を形成する方法が報告されている（特許文献１参照）。  
その他の方法として、第１のＭｇ層を成膜後、高圧下で酸化処理を施し、その後第２のＭｇ層を成膜して、低圧下で酸化処理を施す方法が報告されている（特許文献２参照）。【０００７】
さらに、トンネルバリア層として、第１ＭｇＯ層と第２ＭｇＯ層との積層体を形成することが報告されている（特許文献３参照）。特許文献３に開示された方法では、まず、第１Ｍｇ層を形成し、該第１Ｍｇ層を酸化して第１ＭｇＯ層を形成する。次いで、該第１ＭｇＯ層を磁場中でアニールすることによって第１ＭｇＯ層に結晶配向性を持たせる。次いで、第１ＭｇＯ層上に第２Ｍｇ層を形成し、該第２Ｍｇ層を酸化して第２ＭｇＯ層を形成して、第１ＭｇＯ層と第２ＭｇＯ層との積層体であるトンネルバリア層を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４２４２４号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５７６８号公報
【特許文献３】特開２００７−１７３８４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｂｕｔｌｅｒら、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ、６３、０５４４１６（２００１）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９３−１９２１０９
【発明の概要】
【００１０】
一般的にＭｇＯターゲットをＲＦスパッタで形成する方法の方が、高いＭＲ比を得ることができるが、この方法ではパーティクルが多いと言う問題がある。パーティクルがウエハ上のＴＭＲ素子に相当する領域に落ちた場合、ＴＭＲ素子の電気特性を劣化させてしまう懸念がある。
【００１１】
一方、Ｍｇ層を成膜して、その後に酸化処理を行ってＭｇＯ層を形成する方法では、パーティクルが少なく、ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタする方法に比べ量産に適しているが、ＭＲ比が小さいという問題がある。上記特許文献に開示された方法で得られるＭＲ比は、特許文献１で３４％であり、特許文献３で約６０％である。
【００１２】
そこで本発明は、金属層（例えば、Ｍｇ層）を酸化処理することで金属酸化物層（例えば、ＭｇＯ層）を形成する方法において、より高いＭＲ比が得られ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。
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、磁気抵抗素子の製造方法であって、第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、前記トンネルバリア層を作製する工程は、前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、前記第１の金属層を酸化する工程と、前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、前記第２の強磁性層を形成する工程よりも前に、前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度以上の温度で加熱処理する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様は、磁気抵抗素子の製造方法であって、第１の強磁性層が形成された基板を用意する工程と、前記第１の強磁性層上にトンネルバリア層を作製する工程と、前記トンネルバリア層上に第２の強磁性層を形成する工程と、を含み、前記トンネルバリア層を作製する工程は、前記第１の強磁性層上に第１の金属層を成膜する工程と、前記第１の金属層を酸化する工程と、前記酸化された第１の金属層上に第２の金属層を成膜する工程と、前記酸化された第１の金属層及び前記第２の金属層を、該第２の金属層が沸騰する温度で加熱処理する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、パーティクルが少なく、ＭＲ比が高い磁気抵抗素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る、ＴＭＲ素子製造工程を説明するフロー図である。
【図２】図１の方法で製造されたＴＭＲ素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＴＭＲ素子を作製するための製造装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、第２のＭｇ層成膜後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合とのＲＡとＭＲ比との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、第２のＭｇ層成膜後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合との酸化時間とＲＡとの関係を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、酸化処理後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合とのＲＡとＭＲ比との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る、酸化処理後に基板加熱処理を行った場合と、行わない場合との酸化時間とＲＡとの関係を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、Ｍｇの蒸気圧の温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）  
図１は、本実施形態に係る、ＴＭＲ素子の製造工程を説明するフロー図である。また図２は、本実施形態に係るＴＭＲ素子の構成を概略的に示す断面図である。
【００１８】
まず、図１において、ステップＳ１では、処理基板１上に、第１の下地層２ａおよび第２の下地層２ｂを有する下地層２、ならびに固定磁化層４を成膜する。例えば、処理基板１の上に多層膜の第１の下地層２ａとして、例えばタンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の下地層を成膜する。その上に、例えばニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ），クロム（Ｃｒ），ルテニウム（Ｒｕ）等の少なくとも１つの元素を含む第２の下地層２ｂを０．５〜５ｎｍ程度成膜する。その上に例えばＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＦｅＭｎ，ＮｉＭｎ，ＲｕＲｈＭｎ，ＣｒＰｔＭｎ等からなる反強磁性層３を３〜１５ｎｍ程度成膜する。  
なお、本実施形態では、下地層２として第１の下地層２ａと第２の下地層２ｂとの積層体を用いているが、これに限定されず、下地層２は１層であっても良い。
【００１９】
その上に例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の強磁性層４ａと、Ｒｕ、Ｃｒ、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）のうち少なくとも１つまたは２つ以上の合金からなる厚さ０．８ｎｍ程度の非磁性中間層４ｂと、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の強磁性層４ｃを成膜する。反強磁性層３、強磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、強磁性層４ｃはシンセティック型の固定磁化層４を形成する。強磁性層４ａ、４ｂと非磁性中間層４ｂを一層の強磁性層に置き換えても良い。その場合、固定磁化層４は反強磁性層３と強磁性層の２層構造となる。
【００２０】
本実施形態では、ステップＳ１にて基板１上に固定磁化層４を形成しているが、予め固定磁化層４を成膜した基板１を用いても良い。すなわち、本実施形態では、トンネルバリア層が形成される強磁性層を有する基板を用意できれば、いずれの方法を採っても良い。
【００２１】
ステップＳ２では、上記固定磁化層４上に第１の金属層５ａを０．５ｎｍ〜２．０ｎｍ程度成膜する。第１の金属層５ａとしては、Ｍｇが高いＭＲ比を得る観点から好ましく、Ｚｎ、またはＭｇとＺｎとの合金も好ましい。あるいは、第１の金属層５ａはＭｇを含むものであっても良い。
【００２２】
その他、第１の金属層５ａは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｇａ等の金属であっても良い。さらには、上記第１の金属層５ａとして例示された金属に、酸素が添加されていても良く（第２の実施形態参照）、あるいは、ボロン（Ｂ）、炭素（Ｃ）等の非金属の少なくとも１つが添加されていても良い。
【００２３】
その後、ステップＳ３では、第１の金属層５ａが形成された基板１を酸化チャンバに搬送し、第１の金属層５ａを酸化する。酸化処理は酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも１つによって行われる。酸化方法はチャンバを封止した封止酸化、排気を行いながらのフロー酸化、活性酸素を利用したラジカル酸化、およびプラズマ酸化などで行えば良い。
【００２４】
その後、ステップＳ４では、第１の金属層５ａが酸化された基板１を成膜チャンバに搬送し、上記酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂを成膜する。これは、酸化された第１の金属層５ａの表面に残存する酸素が、続いて形成される磁化自由層へ移動することによって、磁化自由層が酸化されることを防止ないしは低減させる機能を持つ。第２の金属層５ｂはＭｇが高いＭＲ比を得る観点から好ましい。その他Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ等の金属を用いても良い。
【００２５】
その後、ステップＳ５では、酸化された第１の金属層５ａおよび第２の金属層５ｂが形成された基板１を加熱チャンバに搬送し、加熱処理を加える。即ち、本実施形態では、第２の金属層５ｂを成膜後であり、かつ後述する磁化自由層６を成膜する前に加熱処理を施す。加熱処理は、金属と酸素の結合を促進し、バリア層の膜質を均質化、高品位にする効果がある。さらに、本実施形態では、該加熱処理により、第２の金属層５ｂを蒸発させている。本実施形態では、上述のように加熱処理により、第１の金属層５ａの酸化の際に残留した、第１の金属層５ａと第２の金属層５ｂとの間に存在する酸素などと該第２の金属層５ｂとを反応させて、該第２の金属層５ｂを酸化している。このとき、酸化しなかった第２の金属層５ｂ（本ステップによる加熱処理によって酸素と結合しなかった第２の金属層５ｂの金属成分）を、本実施形態では蒸発させることにより、第２の金属層５ｂの酸化において酸化しなかった金属成分を除去している。よって、本ステップにおける加熱処理は、金属酸化物の結晶化に加えて、第２の金属層５ｂの酸化、および該酸化に関与せずに残留した金属成分を蒸発させる機能を有する。よって、加熱温度は、第２の金属層５ｂが気化している温度（気化が起こっている温度）、すなわち、第２の金属層５ｂの蒸発が起こっている温度である。
【００２６】
例えば、第１および第２の金属層５ａ、５ｂとしてＭｇを用い、加熱処理時の加熱チャンバ内の圧力が１×１０−９〜１×１０−８Ｔｏｒｒの場合、加熱温度は基板温度で、１５０〜４００度が好ましい。１５０度以下では金属としてのＭｇと酸素の結合が十分に促進されず、またＭｇの蒸発も完全ではない。図８から分かるように、Ｍｇの場合、１×１０−９〜１×１０−８Ｔｏｒｒの雰囲気においては、約４２３Ｋ（約１５０℃）でＭｇの沸騰が始まる。従って、第２の金属層５ｂにおいて、１×１０−９〜１×１０−８Ｔｏｒｒの雰囲気においては約１５０℃以上の温度で酸素と結合していないＭｇは沸騰し、該Ｍｇが気化し、第２の金属層５ｂの酸化物から酸素と結合していないＭｇが除去される。このように、Ｍｇを蒸発させるために、１５０℃以上が好ましいのである。また、４００度以上では、固定磁化層４の固着力が減少してしまう。
【００２７】
このように、第２の金属層５ｂの加熱処理時の加熱温度として、Ｍｇが沸騰する温度を採用することにより、酸素と結合していないＭｇをより効率的に気化することができる。すなわち、効率良くＭｇの除去を行うことができる。また、該Ｍｇ除去の効率化により、上記第２の金属層５ｂの加熱処理の時間を短くすることができる。
【００２８】
なお、加熱チャンバ内の圧力を１×１０−９〜１×１０−８Ｔｏｒｒ以外の圧力にする場合は、図８から設定圧力においてＭｇが蒸発する温度を抽出すれば良いことは言うまでもない。また、第１および第２の金属層５ａ、５ｂとしてＭｇ以外の金属を用いる場合も、図８のような蒸気圧の温度依存性から、設定圧力に応じた、用いる金属が蒸発する温度にて第１および第２の金属層５ａ、５ｂが加熱されるように、加熱処理を行えば良い。
【００２９】
なお、本実施形態では、上述のように酸素と結合していないＭｇを気化させることにより除去することが重要である。よって、Ｍｇが沸騰する温度に達していなくても、Ｍｇの気化（蒸発）は起こっているので、加熱チャンバを排気していれば、Ｍｇを気化（蒸発）により除去することができる。
【００３０】
また、加熱の方法は、発熱抵抗体やランプヒーター等、放射を利用する方法や、熱せられたステージの上に直接ウエハを置き、熱伝導を利用する方法などが良い。さらに、その他の加熱の方法でも良く、制限はない。
【００３１】
このようにして、本ステップでは、酸化された第１の金属層５ａおよび酸化された第２の金属層５ｂを有するトンネルバリア層５が形成される。
【００３２】
ステップＳ６では、ステップＳ５にて加熱処理が施された基板１を成膜チャンバへ移動し、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、等の少なくとも１層または２層以上からなる磁化自由層６を１〜１０ｎｍ程度成膜する。ところで、磁化自由層６を成膜する前に、トンネルバリア層５と磁化自由層６との拡散を防ぐ目的で、冷却工程を行っても良い。基板は１５０度以下まで冷却されていれば良い。
【００３３】
ステップＳ７では、磁化自由層６上にＴａ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｐｔ等の少なくとも１層または２層以上からなる保護層７を１〜３０ｎｍ程度成膜する。
【００３４】
このようなＴＭＲ素子は、図３に示したようなクラスタ型基板処理装置によって、真空一貫で作製される。
【００３５】
次に、本実施形態におけるクラスタ型製造装置について説明する。
【００３６】
本実施形態におけるＴＭＲ素子を作製するためには、少なくとも、１つ以上の成膜チャンバ、１つの酸化チャンバ、１つの基板加熱チャンバが必要である。
【００３７】
例えば、ロードロックチャンバ８から搬送された基板１は、成膜チャンバ９ａに搬送され、図２に示す下地層２から第２の強磁性層４ｃまでが基板１上に成膜される。その後、基板１は成膜チャンバ９ｂに搬送され、第１の金属層５ａ（例えば、第１のＭｇ層）が成膜される。その後、第１の金属層５ａが形成された基板１は酸化チャンバ１０に搬送され、第１の金属層５ａが酸化される。その後、第１の金属層５ａが酸化された基板１は成膜チャンバ９ｂに戻され、酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂ（例えば、第２のＭｇ層）が成膜される。その後、第２の金属層５ｂが形成された基板１は加熱チャンバ１１に搬送され、基板加熱処理が行われる。その後、加熱処理された基板１は成膜チャンバ９ｂに戻り、磁化自由層６および保護層７が成膜される。ここでロードロックチャンバ８、成膜チャンバ９ａ、９ｂ、酸化チャンバ１０、および加熱チャンバ１１はトランスファーチャンバ１２ですべて繋がれている。各チャンバは排気装置を夫々備えて独立に排気可能であり、真空一貫で基板処理することが可能である。
【００３８】
ここで、基板加熱処理後の冷却のため、冷却チャンバを設け、磁化自由層６の成膜の前に冷却を行っても良い。または磁化自由層６の成膜の前に、成膜チャンバ内で冷却を行っても良い。
【００３９】
上述したＴＭＲ素子はハードディスク用磁気ヘッドの読み出しセンサーやＭＲＡＭの記録セル、またはその他の磁気センサーに使用することが可能である。
【００４０】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであり、限定的に示すものである。
【００４１】
（実施例１）  
以上説明した本実施形態において、金属層を成膜して、その後に酸化処理によって酸化層を形成する方法を用いたＴＭＲ素子について、高いＭＲ比を得ることのできるＴＭＲ素子の製造方法について説明する。
【００４２】
本実施例では、第１の金属層５ａにＭｇを使用し、第１の金属層５ａとしての第１のＭｇ層を１．２ｎｍ成膜した。その後、第１のＭｇ層を酸化し、その上に第２の金属層５ｂとしてＭｇ（第２のＭｇ層）を０．４ｎｍ成膜した。その後、第２のＭｇ層が蒸発する温度による基板加熱処理（図１のステップＳ５）を行った場合（実施例１）と、行わない場合（比較例１）についてＴＭＲ素子を作製し、ＲＡおよびＭＲ比を測定した。基板加熱処理は、抵抗体を発熱させて、輻射により基板を加熱した。基板温度は約３００度である。その結果を図４に示す。また、ＲＡは酸化時間によって変化させたが、酸化時間とＲＡの関係について図５に結果を示す。
【００４３】
図６に基板加熱処理を行うタイミングを代えた場合（比較例２）に得られた素子と、上述した比較例１で得られた素子の酸化時間とＲＡの関係を示す。比較例２においては第１のＭｇ層を成膜して、その後に第１のＭｇ層を酸化し、基板加熱処理を行ってから第２のＭｇ層を成膜した。また図７に、この条件で作製したＴＭＲ素子の酸化時間とＲＡの関係を示す。
【００４４】
図４から、基板加熱処理を行うことによって、同等ＲＡにおけるＭＲ比が向上していることが分かる。また、図５から、同じ酸化時間としても加熱処理をした方がＲＡが上昇していることが分かる。これらの結果より、酸化処理の際に、Ｍｇと酸素は十分に結合しきれていないことが予想され、基板加熱処理によって、Ｍｇと酸素の結合が促進し、ピンホールなどの欠陥を低減できていると言える。
【００４５】
また図６から、基板加熱処理のタイミングとしては、比較例２のように第１のＭｇ層を酸化処理して基板加熱処理を行い、該加熱処理後に第２のＭｇ層を成膜すると、比較例１に比べて素子特性が劣化することが分かる。これは酸化処理後には、第１のＭｇ層（第１の金属層５ａ）から形成されたＭｇＯ層表面近傍に余剰な酸素原子が存在し、そこに加熱処理を施すことによってＭｇＯが過酸化され、あるいは下部の強磁性層が酸化されてしまうことで特性が低下していると考えられる。比較例１の結果についても同様に、酸化処理後には第１のＭｇ層から形成されたＭｇＯ層の表面に余剰な酸素原子が存在するため、良質な結晶性ＭｇＯ層が得られておらず、特性が低下していると考えられる。
【００４６】
本実施例では、第１のＭｇ層を酸化処理後に第２のＭｇ層を成膜してから加熱している。このため、ＭｇＯ層表面近傍（すなわち、酸化された第１の金属層５ａと、該第１の金属層５ａ上に形成された第２の金属層５ｂとの界面）に存在する余剰な酸素原子と第２のＭｇ層（第２の金属層５ｂ）とが反応してＭｇＯ層が形成される。すなわち、本実施例の基板加熱処理（ステップＳ５）により、上記界面に存在する酸素を、第２のＭｇ層のＭｇと結合させて第２のＭｇ層をＭｇＯに変換する。そして該基板加熱処理を施すことによって、ＭｇＯ層の形成及びＭｇＯの結晶化が促進され、Ｍｇ：Ｏの化学量論比がより１：１に近い良質な結晶性ＭｇＯ層が得られるため、比較例に比べ良好な結果が得られたものと考えられる。
【００４７】
このように、本実施形態では、第１の金属層５ａを形成し該第１の金属層５ａを酸化してから該酸化された第１の金属層５ａ上に第２の金属層５ｂを形成し、その後に加熱処理をすることにより、トンネルバリア層の原料となる金属層を酸化する際に、該金属層の表面近傍にどうしても残留する酸素の、ＭＲ比劣化への影響を軽減することができる。すなわち、本実施形態では、第１の金属層５ａの酸化後に第２の金属層５ｂを形成し、酸化した第１の金属層５ａと第２の金属層５ｂとの界面に酸素が残留した状態で加熱処理を行っているので、従来ではＭＲ比劣化の原因となった金属層表面近傍に残留する酸素を、第２の金属層５ｂの酸化に用いることができ、結果的に上記界面に存在していた酸素を除去したことと等価の効果が得られる。この酸化は、上記界面に存在した酸素によるものであるので、酸化された第２の金属層５ｂ表面に残存する酸素を無くす、ないしは低減することができる。また、上記酸化を起こすための加熱温度は、第２の金属層５ｂの蒸発が起こる温度に設定されているので、第２の金属層５ｂにおいて酸化されていない成分は気化されて除去され、表面に残存する酸素を低減した金属酸化物を形成することができる。
【００４８】
以上述べたように、Ｍｇ層といった金属層の酸化処理によってＭｇＯ層といった金属の酸化層を得る方法においては、金属の酸化層（例えば、ＭｇＯ層）形成後に金属層（例えば、Ｍｇ層）を成膜すること、そして該金属層を成膜してから加熱処理を施すことが肝要である。そして当該方法によれば、従来に比べＭＲ比を向上させた磁気抵抗素子の提供が可能となる。
【００４９】
なお、上述した実施形態及び実施例において、磁化自由層６及び固定磁化層４の位置を限定して記載したが、磁化自由層６及び固定磁化層４の位置は本発明においては特に問わない。即ち磁化自由層６がトンネルバリア層５の下側に形成され、固定磁化層４がトンネルバリア層５よりも上側に形成されても良い。
【００５０】
（第２の実施形態）  
本実施形態では、第１の金属層５ａの形成時に、第１の金属層５ａに酸素原子を意図的に含ませる（第１の金属層５ａに酸素をドープする）。すなわち、本実施形態では、第１の金属層５ａの形成時において、成膜チャンバに酸素ガスも導入して、その内部に酸素を含ませながら第１の金属層５ａを形成する。
【００５１】
例えば、第１の金属層５ａをプラズマスパッタで成膜する場合、図１のステップＳ２において、プラズマを形成するガスに酸素を添加することで、第１の金属層５ａ中に酸素原子を含有させることができる。すなわち、第１の金属層５ａの原料となる金属（例えば、Ｍｇ）のターゲットを成膜チャンバ内に設け、該成膜チャンバ内に不活性ガスを導入してプラズマを生成し、上記ターゲットをプラズマスパッタして基板１上に第１の金属層５ａを形成する。上記例では、不活性ガスに加えて酸素ガスを成膜チャンバ内に導入している。このとき、供給された酸素ガスはプラズマ励起されても、されなくても良い。従って、ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子（例えば、Ｍｇ粒子）と、酸素（プラズマ励起された場合は、酸素イオンや酸素ラジカル）とが基板に供給され、該基板上には供給された酸素を取り込む形で第１の金属層が成膜される。すなわち、酸素ドープされた第１の金属層が形成される。
【００５２】
上記酸素ドープのための酸素ガスの導入のタイミングは、スパッタリングガスとしての不活性ガスの導入タイミングと同じであっても良いし、異なっても良い。また、上記酸素ガスの停止タイミングも、不活性ガスの停止タイミングと同じであっても良いし、異なっても良い。
【００５３】
例えば、第１の金属層５ａとしてＭｇを用い、不活性ガスとしてＡｒガスを用いる場合、例えば、１５ｓｃｃｍのＡｒガスと、５ｓｃｃｍの酸素ガスとを独立に導入した雰囲気中（混合した酸素濃度は２５％）で第１の金属層５ａとしてのＭｇを成膜すれば良い。
【００５４】
本実施形態では、第１の金属層５ａが酸素を含んでいるので、該第１の金属層５ａと、該第１の金属層５ａの下層である強磁性層４ｃとの界面付近においても、第１の金属層５ａの酸化を良好に行うことができる。
【００５５】
通常、第１の層上に第２の層が形成された積層体に対して、第２の層を酸化する場合、第２の層における、第１の層との界面付近を酸化させるためには、酸化の制御を厳密に行う必要がある。酸化を強くし過ぎると第１の層まで酸化することになり、また酸化を弱くし過ぎると第２の層において酸化されない部分が生じる。
【００５６】
これに対して、本実施形態では、上述のように酸素を導入しながら第１の金属層５ａを成膜しているので、強磁性層４ｃ上に形成された第１の金属層５ａにおいては厚さ方向に酸素が分布することになり、第１の金属層５ａ内の強磁性層４ｃとの界面付近にも酸素が存在する。よって、ステップＳ３の酸化処理において、予め第１の金属層５ａに含まれている酸素も該第１の金属層５ａの酸化に寄与するので、第１の金属層５ａの上記界面付近においても、第１の金属層５ａに含有された酸素により良好に酸化される。従って、第１の金属層５ａと強磁性層４ｃとの界面においても、第１の金属層５ａ起因の良質な金属酸化物（例えば、ＭｇＯ）を形成することができる。
【図１】
0005502900.tif 000002
【図２】
0005502900.tif 000003
【図３】
0005502900.tif 000004
【図４】
0005502900.tif 000005
【図５】
0005502900.tif 000006
【図６】
0005502900.tif 000007
【図７】
0005502900.tif 000008
【図８】
0005502900.tif 000009