(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、
前記第１積層構造を基板上に形成する工程と、
前記第１積層構造が形成された基板を大気に暴露し、該基板のＭＲ比を検査する工程と、
前記第１積層構造の最上層の一部をエッチング処理する工程と、
前記第１積層構造が形成された基板上に、前記第２積層構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２積層構造を形成する工程の後に、前記第２積層構造が形成された基板を大気に暴露し、該基板の垂直磁気異方性特性を検査する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記最上層は、前記第１積層構造に含まれるＴａ層又は前記ＣｏＦｅＢ層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、
前記第２積層構造を基板上に形成する工程と、
前記第２積層構造が形成された基板を大気に暴露し、該基板の垂直磁気異方性特性を検査する工程と、
前記第２積層構造の最上層の一部をエッチング処理する工程と、
前記第２積層構造が形成された基板上に、前記第１積層構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１積層構造を形成する工程の後に、前記第１積層構造が形成された基板を大気に暴露し、該基板のＭＲ比を検査する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記最上層は、前記第２積層構造に含まれるＴａ層又は前記積層体のＣｏ層であることを特徴とする請求項４又は５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁化型磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic  Tunnel  Junction）素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Spin  Transfer  Torque  Magnetoresistive  Random  Access  Memory）では、磁化方向が膜面に対して垂直に向いている垂直磁化型ＭＴＪ素子が使用される。垂直磁化型ＭＴＪ素子を構成する各層は、非常に薄いため、成膜工程の途中で大気に暴露されるとその特性が劣化しやすい。このため、非特許文献１の技術では、バリア層と垂直磁気異方性層の特性劣化を防止するために全ての工程は真空内で一貫して行われる。【０００３】
一方、ＭＴＪの製造工程の管理では、ＭＲ（磁気抵抗効果）特性および垂直磁気特性をそれぞれ測定する必要がある。そのため、非特許文献１の技術では、ＭＲ（磁気抵抗）特性と垂直磁気異方性特性の検査を、完成後の垂直磁化型ＭＴＪ素子に対して行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】D.  C.  Worledge  et  al.,  Appl.  Phys.  Lett.  98,  022501  (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、完成後の垂直磁化型ＭＴＪ素子に対して特性検査を行う従来の方法では、所期の特性が得られず歩留まりが悪化する等のトラブル発生時に、その原因を特定することが困難であるという問題がある。【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、ＭＲ特性の検査を行う工程と垂直磁気異方性特性の検査を行う工程とを分割する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、第１及び第２積層構造のうちの一方を基板上に形成する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板を大気に暴露し、該基板の特性を検査する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板上に、第１及び第２積層構造のうちの他方を形成する工程とを有することを特徴とする製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法によれば、垂直磁化型ＭＴＪ素子の特性管理を簡素化することができる。具体的には、ＭＲ特性に影響する積層構造を形成する工程と垂直磁気異方性特性に影響する積層構造を形成する工程とを分割し、ＭＲ特性と垂直磁気異方性特性の検査工程をそれぞれ別々に行うため、所期の特性が得られない等のトラブル発生時に、どの積層構成に原因があるかの特定を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。
【図１Ｂ】Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。
【図２Ａ】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図２Ｂ】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図２Ｃ】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図２Ｄ】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図３Ａ】Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図３Ｂ】Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図３Ｃ】Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の分割成膜を示す模式図である。
【図４】シングルコアのスパッタリング装置を含む製造システムの概略構成図である。
【図５】ダブルコアのスパッタリング装置の概略構成図である。
【図６】Top-pin型垂直ＭＴＪ素子の製造方法に係るフローチャートである。
【図７】Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子の製造方法に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
図１Ａ及び１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の積層構造を示す模式図である。なお、図面に描かれた各層の厚みは、実際に製造される垂直磁化型ＭＴＪ素子の各層の相対的な厚さを示唆するものではなく、あくまで概略的に描いている。
【００１１】
垂直磁化型ＭＴＪ素子には、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａ（図１Ａ）と、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ（図１Ｂ）がある。
【００１２】
図１Ａに示すTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａについて説明する。Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａは、シリコン等の基板１０１上に下部電極１０２、Ｔａ層（シード層）１０３、フリー層（磁化自由層）としてのＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層（トンネルバリア層）１０５、及び、リファレンス層（磁化固定層）としてのＣｏＦｅＢ層１０６を順に備える。
【００１３】
さらに、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａは、ＣｏＦｅＢ層１０６の上にＴａ層１０７、超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５（キャップ層）、Ｔａ層１１１、及び上部電極１１２を順に備える。［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、所定数のＣｏ層とＰｔ層とが交互に積層されたものであり、Ｒｕ層１１０Ｃは、上下の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを磁気的に結合させるための層である。
【００１４】
なお、限定されないが、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層及びＰｔ層の交互積層回数は３〜５回であり、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＢのＣｏ層及びＰｔ層の交互積層回数は８〜１５回である。また、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、Ｐｔ層の代わりにＰｄ層を用いた［Ｃｏ／Ｐｄ］積層体としてもよい。また、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６、Ｔａ層１０７及びＲｕ層１１０Ｃの厚さは、例えばそれぞれ１０ｎｍ、１．１ｎｍ、１ｎｍ以下、１．４ｎｍ及び０．３ｎｍである。  
【００１５】
図１Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂは、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの各層を含むものであるが、基板１０１から遠い側にリファレンス層（磁化固定層）としてのＣｏＦｅＢ層１０６が配置され、それに伴い積層体１１０Ｂ、１１０Ａが基板１０１とＣｏＦｅＢ層１０６の間に設けられている。また、積層体１１０Ｂの下にシード層としてのＲｕ層１１６をさらに含み、Ｒｕ層１１６は、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ｂの結晶配向を向上させるための層である。図１Ａ、図１Ｂの構造は垂直ＭＴＪ素子の一例であって、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂは、垂直磁化を有する材料であっても良い。例えば、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂの代わりに、ＴｂＦｅＣｏ、［Ｃｏ／Ｎｉ］積層体、規則化合金であるＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ等を用いてもよい。
【００１６】
本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子（Top-pin型及びBottom-pin型）の構成は、ここに示した構成に限定されず、垂直磁化型ＭＴＪ素子の機能を損なわない範囲で層の増減、各層の構成材料の変更又は上下の積層順の逆転等の任意の変更を行った構成であってもよい。
【００１７】
次に、図２Ａ〜２Ｄを用いて、垂直磁化型ＭＴＪ素子のTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法における分割成膜について説明する。
【００１８】
まず、本実施形態に係るTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法では、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの第１積層構造１０に係る部分を基板上に形成後に特性検査してから、Top-pin型垂直磁化型ＭＴＪ素子１００Ａの第２積層構造２０に係る部分をさらに形成し特性検査を行うものである。ここで、第１積層構造１０は、少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２０は、少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含む。
【００１９】
より詳細には、第１成膜装置において真空下で第１積層構造１０を基板１０１上に形成した後、第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置から取出し、大気中に暴露して、そのＭＲ特性を検査する。そして、別の第２成膜装置において真空下でエッチバック（Etchback）工程を行った後、第２積層構造２０をさらに形成してTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａを形成した後、第２成膜装置から取り出し、その垂直磁気異方性特性を検査する。
【００２０】
ここで、ＭＲ特性の検査は、第１積層構造１０を形成する前に基板に対して当該検査に必要な下部電極層を形成し、さらに第１積層構造１０が形成された基板に対して当該検査に必要な上部電極層等を形成した後、ＣＩＰＴ測定器（ＣＩＰＴ：Current  In-Plane  Tunneling）等を用いて行われ、垂直磁気異方性特性の検査は、ＶＳＭ測定器（ＶＳＭ：Vibrating  Sample  Magnetometer）等を用いて行われる。また、これらの特性検査は、塵埃の少ないクリーンルーム内で行われる。なお、第１成膜装置のみによって第１積層構造１０及び第２積層構造２０の両方を形成し、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａを製造できるのであれば、別の第２成膜装置を用いる必要はない。
【００２１】
第１積層構造１０と第２積層構造２０への垂直磁化型ＭＴＪ素子の分割は、Ｔａ層１０７（「SpacerTa」ともいう。）を基準に行う。なお、第１積層構造１０が少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２０が少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含んでいれば、他の層を当該分割の基準としてもよい。図２Ａに示すように、エッチングで削られることを想定して、第１積層構造１０のＴａ層１０７を比較的厚く形成しておくとよい。このＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６、超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂの各層は２ｎｍ以下の膜厚で制御することにより、垂直磁化型ＭＴＪ素子の機能が発揮される。本実施形態においては、あらかじめＴａ層１０７の膜厚を３ｎｍ程度成膜し、エッチバックで２ｎｍ以下に制御しているが、エッチバックする厚さを１ｎｍ以上にしてもよい。
【００２２】
なお、大気に暴露されることによるＴａ層１０７の表面に生じる酸化膜の厚さは、大気下に置かれた時間や温度等に相関する酸素のＴａ層１０７内への拡散に依存するところがあるため、第１成膜装置で処理後の特性検査の検査時間や環境温度等を基に、どの程度の厚さの酸化膜がＴａ層１０７に生じるかが経験的に知ることができるため、エッチバック工程でどの程度Ｔａ層１０７を削ればよいかも経験的に知ることができる。
【００２３】
図２Ｂに示すように、Ｔａ層１０７の一部をエッチングする工程（エッチバック工程）後、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層から形成していき、最終的に図１Ａに示すTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａが形成される。
【００２４】
すなわち、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、真空下でＴａ層１０７まで第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置から取り出し、大気下のクリーンルーム内でＭＲ特性の検査を行う。そして、当該基板を第２成膜装置に導入し、真空下でＴａ層１０７の一部（酸化された部分）をエッチング（エッチバック工程）した後、［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０ＡのＣｏ層から上の層を形成していき、Top  electrode１１２まで形成した後に、第２成膜装置から取り出し、垂直磁気異方性特性の検査を行う。
【００２５】
なお、図２Ｃに示すように、Ｔａ層１０７の一部をエッチング（エッチバック工程）後に、再度Ｔａ層１０７Ａから形成しても良い。なお、Ｔａ層１０７及びＴａ層１０７Ａの形成は同じ材料及び成膜条件で行う。また、図２Ｄに示すようにＣｏＦｅＢ層１０６を比較的厚く形成してから第１成膜装置から取出し特性検査を行ない、第２成膜装置でＣｏＦｅＢ層１０６の一部をエッチングした後にＴａ層１０７から形成しても良い。
【００２６】
次に、図３Ａ〜３Ｃを用いて、垂直磁化型ＭＴＪ素子（Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ）の製造方法における分割成膜について説明する。
【００２７】
上記と同様に、本実施形態に係るBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造方法では、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの第２積層構造２１に係る部分を基板上に形成後に特性検査してから、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの第１積層構造１１に係る部分をさらに形成し特性検査を行うものである。ここで、第１積層構造１１は、少なくともＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を含み、第２積層構造２１は、少なくとも超格子構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａ、１１０Ｂを含む。
【００２８】
図３Ａに示すように第２積層構造２１のＴａ層１０７を比較的厚く形成し、図３Ｂに示すようにＴａ層１０７の一部をエッチングする工程（エッチバック工程）後、第１積層構造１１のＣｏＦｅＢ層１０６から形成していき、最終的に図１Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂが形成される。
【００２９】
この図３Ａ、３Ｂに示すBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、Ｔａ層１０７まで第２積層構造２１が形成された基板を第１成膜装置から取り出し、大気下のクリーンルーム内で垂直磁気異方性特性の検査を行う。そして、当該基板を第２成膜装置に導入し、真空下でＴａ層１０７の一部（酸化された部分）をエッチング（エッチバック工程）した後、ＣｏＦｅＢ層１０６から上の層を形成していき、Top  electrode１１２まで形成した後に、第２成膜装置から取り出し、ＭＲ特性の検査を行う。
【００３０】
なお、図３Ｃに示すように、第２積層構造２１の［Ｃｏ／Ｐｔ］積層体１１０Ａの最上層であるＣｏ層を比較的厚く形成してから第１成膜装置から取り出し特性検査を行い、第２成膜装置で当該Ｃｏ層の一部をエッチングした後にＴａ層１０７から形成してもよい。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法で使用する第１成膜装置及び第２成膜装置としてのシングルコアのスパッタリング装置４１０、４２０を含む製造システム４００の概略構成図である。
【００３２】
Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、スパッタリング装置４１０は、第１積層構造１０を形成する第１成膜装置であり、スパッタリング装置４２０は、第２積層構造２０を形成する第２成膜装置である。他方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、スパッタリング装置４１０は、第２積層構造２１を形成する第１成膜装置であり、スパッタリング装置４２０は、第１積層構造１１を形成する第２成膜装置である。
【００３３】
製造システム４００は、特性検査装置４３０、４４０も含み、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、特性検査装置４３０は、ＭＲ特性を検査するＣＩＰＴ測定器であり、特性検査装置４４０は、垂直磁気異方性特性を検査するＶＳＭ測定器である。他方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、特性検査装置４３０はＶＳＭ測定器であり、特性検査装置４４０は、ＣＩＰＴ測定器である。以下の説明は、特に断りの無い限り、Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造システム４００に関するが、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂについては、形成する層の順番の違いや使用するターゲット材料の違いを除いて同様である。
【００３４】
スパッタリング装置４１０は、ＥＦＥＭ（Equipment  Front  End  Module）４１１、ロードロックチャンバ４１２、真空搬送チャンバ４１３、エッチングチャンバ４１４、金属堆積チャンバ４１５〜４１７、酸化チャンバ４１８及び脱ガスチャンバ４１９を備え、各チャンバ内は真空に保たれる。
【００３５】
ＥＦＥＭ４１１は、基板をロードロックチャンバ４１２内に搬入及び搬出し、ロードロックチャンバ４１２は、室内を真空状態へ調整した後、基板を真空搬送チャンバ４１３へ送る。真空搬送チャンバ４１３は、各チャンバ４１４〜４１９内のロボットフィーダ（不図示）に基板を搭載及び脱離させるためのロボットローダを備える。エッチングチャンバ４１４は、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング又はイオンビームエッチング等のドライエッチング処理を基板に対して行う。金属堆積チャンバ４１５〜４１７には、第１積層構造１０の各層を形成するためのターゲット材料、例えばＴａターゲット、ＣｏＦｅＢターゲット及びＭｇターゲット等が配置され、スパッタリング処理により各層を基板上に形成する。酸化チャンバ４１８は、基板に対して酸化処理を行う。
【００３６】
スパッタリング装置４２０は、ＥＦＥＭ４２１、ロードロックチャンバ４２２、真空搬送チャンバ４２３、エッチングチャンバ４２４、金属堆積チャンバ４２５〜４２８及び脱ガスチャンバ４２９を備え、各チャンバ内は真空に保たれる。ＥＦＥＭ４２１、ロードロックチャンバ４２２、真空搬送チャンバ４２４、脱ガスチャンバ４２９は、スパッタリング装置４１０のものと同様である。金属堆積チャンバ４２５〜４２８には、第２積層構造２０の各層を形成するためのターゲット材料、例えばＣｏターゲット、Ｐｔターゲット、Ｒｕターゲット及びＴａターゲット等が配置され、スパッタリング処理により各層を基板上に形成する。
【００３７】
スパッタリング装置４１０、４２０と特性検査装置４３０、４４０間の基板の搬送は、搬送路（不図示）又はオペレータにより行われる。
【００３８】
以下さらに詳細に説明する。まず、第１成膜装置４１０のＥＦＥＭ４１１を介してロードロックチャンバ４１２に基板１０１を搬入し、真空搬送チャンバ４１３のロボットローダを駆動させることによって、ロードロックチャンバ４１２から基板を所定の基板処理チャンバ４１４〜４１９に順次移動させ、第１積層構造１０（又は第２積層構造２１）を形成する。
【００３９】
Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、第１成膜装置４１０において、エッチング処理によって基板１０１上に付着した不純物等を除去し、その後基板１０１上に下部電極１０２、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅ層１０４、ＭｇＯ層１０５、リファレンス層としてのＣｏＦｅＢ層１００６、及びＴａ層１０７を順にスパッタリング処理によって形成し、第１積層構造１０を形成する。
【００４０】
一方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、第１成膜装置４１０において、エッチング処理によって基板１０１上に付着した不純物等を除去した後、下部電極１０２、Ｔａ層１０３、及び積層体１１０Ａ、１１０Ｂを順にスパッタリング法によって形成し、第２積層構造２１を形成する。
【００４１】
次に、基板をロードロックチャンバ４１２及びＥＦＥＭ４１１を介して第１成膜装置４１０から排出して大気に暴露し、特性検査装置４３０において当該基板の特性検査（ＭＲ特性の検査又は垂直磁気異方性特性の検査）を行う。その後、第２成膜装置４２０のＥＦＥＭ４２１を介してロードロックチャンバ４２２に基板を搬入し、真空搬送チャンバ４２３のロボットローダを駆動させることによって、ロードロックチャンバ４２２から基板を所定の基板処理チャンバ４２４〜４２９に順次移動させ、第２積層構造２０（又は第１積層構造１１）を形成する。
【００４２】
Top-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造では、第２成膜装置４２０において、エッチング処理によってＴａ層１０７上に付着した不純物及びＴａ層に形成された酸化膜等を除去し、その後積層体１１０Ａ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５、Ｔａ層１１１及び上部電極１１２を順にスパッタリング処理によって形成する。一方、Bottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造では、第２成膜装置４２０において、エッチング処理によってＴａ層１０７上に付着した不純物及びＴａ層に形成された酸化膜等を除去し、その後ＣｏＦｅ層１０６、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０４、Ｔａ層１１１及び上部電極１１２を順にスパッタリング処理によって形成する。最終的に形成されたTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａ（又はBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂ）は、第２成膜装置４２０から排出された後、特性検査装置４４０において垂直磁気異方性特性（又はＭＲ特性）の検査が行われる。
【００４３】
なお、ＭｇＯ層１０５は、ＭｇＯターゲットを用いた高周波（ＲＦ）スパッタリング処理によって形成してもよいし、Ｍｇターゲットを用いたスパッタリング処理によってのＣｏＦｅＢ層の上にＭｇ層を成膜した後に当該Ｍｇ層に対して酸化処理を行うことにより形成してもよい。また、Ｍｇの成膜処理と酸化処理とは、第１成膜装置４１０（又は第２成膜装置４２０）内の同じ基板処理チャンバ内で行われてもよく、金属堆積チャンバと酸化チャンバを用いた異なる基板処理チャンバ内で行われてもよい。
【００４４】
また、垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法で使用する成膜装置として、図５に示すようなダブルコアのスパッタリング装置５００を用いてもよい。ダブルコアのスパッタリング装置５００においても本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法を行うことができ、一つの成膜装置において成膜処理できるチャンバの数が増えるため、シングルコアのスパッタリング装置に比べより多くの垂直磁化型ＭＴＪ素子を製造することができる。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子のTop-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ａの製造方法を説明するフローチャートである。
【００４６】
Ｓ６０１で、第１成膜装置４１０において基板１０１上にBottom  electrode１０２、Ｔａ層１０３、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０６及びＴａ層１０７を順に形成することにより、第１積層構造１０を形成する。なお、上記のとおり、ＣｏＦｅＢ層１０６を比較的厚く形成し、第１積層構造１０にＴａ層１０７を含めず、第２積層構造２０にＴａ層１０７を含めるようにしてもよい。
【００４７】
Ｓ６０２で、第１積層構造１０が形成された基板を第１成膜装置４１０から取出し、大気に暴露し、特性検査に必要な電極層等を形成する。Ｓ６０３で、ＣＩＰＴ測定器である特性検査装置４３０においてＭＲ特性の検査が行われる。これにより、第２積層構造２０が形成される前の第１積層構造１０のみが形成された基板に対して特性検査を行うため、第１積層構造１０に起因する特性の管理を容易にすることができる。
【００４８】
次に、Ｓ６０４で、第１積層構造１０の特性検査の完了後、第１積層構造１０の最上層（Ｔａ層１０７又はＣｏＦｅＢ層１０６）が大気暴露により自然酸化されているため、第２成膜装置４２０においてエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、Ａｒガスを使用したドライエッチングであり、例えば、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング、イオンビームエッチング等である。
【００４９】
Ｓ６０５で、第２成膜装置４２０において、（必要であればＴａ層１０７）、積層体１１０Ａ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１５、Ｔａ層１１１及びTop  electrode１１２を形成することにより、第２積層構造２０を形成する。そして、既に第１積層構造１０に対する特性検査（ＭＲ特性）が行われているため、第２積層構造２０を形成した後、Ｓ６０６で、ＶＳＭ測定器である特性検査装置４４０においてＭＲ特性と異なる特性、つまり垂直磁気異方性特性の検査が行われる。
【００５０】
図７は、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子のBottom-pin型垂直ＭＴＪ素子１００Ｂの製造方法を説明するフローチャートである。
【００５１】
Ｓ７０１で、第１成膜装置４１０において基板１０１上にBottom  electrode１０２、Ｔａ層１０３、Ｒｕ層１０６、積層体１１０Ｂ、Ｒｕ層１１０Ｃ、積層体１１０Ａ及びＴａ層１０７を順に形成することにより、第２積層構造２１を形成する。なお、上記のとおり、積層体１１０Ａの最上のＣｏ層を比較的厚く形成し、第２積層構造２１にＴａ層１０７を含めず、第１積層構造１１にＴａ層１０７を含めるようにしてもよい。
【００５２】
Ｓ７０２で、第２積層構造２１が形成された基板を第１成膜装置４１０から取出し、大気に暴露し、特性検査に必要な電極層等を形成する。Ｓ７０３で、ＶＳＭ測定器である特性検査装置４３０において垂直磁気異方性特性の検査が行われる。これにより、第１積層構造１１が形成される前の第２積層構造２１のみが形成された基板に対して特性検査を行うため、第２積層構造２１に起因する特性の管理を容易にすることができる。
【００５３】
次に、Ｓ７０４で、第２積層構造２１の特性検査の完了後、第２積層構造２１の最上層（Ｔａ層１０７又はＣｏ層）が大気暴露により自然酸化されているため、第２成膜装置４２０においてエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、Ａｒガスを使用したドライエッチングであり、例えば、容量結合（ＣＣＰ）プラズマエッチング、誘導結合（ＩＣＰ）プラズマエッチング、イオンビームエッチング等である。
【００５４】
Ｓ７０５で、第２成膜装置４２０において、（必要であればＴａ層１０７）、ＣｏＦｅＢ層１０６、ＭｇＯ層１０５、ＣｏＦｅＢ層１０４、Ｔａ層１１１及びTop  electrode１１２を形成することにより、第１積層構造１１を形成する。そして、既に第２積層構造２１に対する特性検査（垂直磁気異方性特性）が行われているため、第１積層構造１１を形成した後、Ｓ７０６で、ＣＩＰＴ測定器である特性検査装置４４０においてＭＲ特性の検査が行われる。
【００５５】
以上のように、垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造の途中と完成後に特性検査を分けることにより、ＣｏＦｅＢ層１０４、ＭｇＯ層１０５及びＣｏＦｅＢ層１０６を有する第１積層構造を形成した段階でＭＲ特性を、積層体１１０Ａ、１１０Ｂを有する第２積層構造を形成した段階で垂直磁気異方性特性を検査することができる。これにより、第１積層構造を形成する装置と第２積層構造を形成する装置とで、各装置による形成物（第１若しくは第２積層構造のみが形成された基板、又は第１及び第２積層構造が形成された基板）の特性が所期のものとなるように、各装置の条件（スパッタリング制御条件等）や各層の膜厚及び材料の種類等を調整すればよいため、各装置での役割は明確となり、垂直磁化型ＭＴＪ素子の特性の管理を簡素化することができる。
【００５６】
例えば、各層の膜厚を管理して第２積層構造を形成するだけで垂直磁気異方性特性が保障され、第１積層構造を形成する成膜装置に不具合が発生していても、第２積層構造を形成することは可能となる。また、成膜に用いるそれぞれの装置で、基板処理を行うモジュール数を増やすことでスループットの向上を図ることができる。例えば、図５に示すダブルコアのスパッタリング装置５００を用いることにより、図４に示すシングルコアのスパッタリング装置４１０又は４２０よりも約２倍のスループットの増加が図られる。
【００５７】
また、従来の方法では、第１積層構造と第２積層構造の両方が形成された垂直磁化型ＭＴＪ素子に対してＭＲ特性及び垂直磁気異方性特性の両方の特性検査を行っていた。そのため、例えば第１積層構造に起因するＭＲ特性で所期値からのずれが発生した場合には、第２積層構造に起因する垂直磁気異方性特性がたとえ正常であったとしても、垂直磁化型ＭＴＪ素子全部を廃棄しなければならず、第２積層構造を形成した分の成膜処理が無駄となってしまい、製造ロスコストが発生していた。しかしながら、本実施形態に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法では、各装置にてトラブル発生時には、ＭＲ特性に問題があれば第１積層構造を形成した装置にトラブルが発生していると判断でき、又は垂直磁気異方性特性に問題があれば第２積層構造を形成した装置にトラブルが発生していると判断でき、問題のある装置の原因特定が容易となり、不具合発生時のロスコストも低減することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
本発明に係る垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法は、図１Ａ及び１Ｂに示す構成を有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造に限定されるものではなく、どのような種類の垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造にも適用可能である。また、本発明に係る製造方法を用いることで、所期の特性を有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の成膜装置の条件調整に係るコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０：第１積層構造
１１：第１積層構造
２０：第２積層構造
２１：第２積層構造
１０４：ＣｏＦｅＢ層
１０５：ＭｇＯ層
１０６：ＣｏＦｅＢ層
１０７：Ｔａ層
１１０Ａ：積層体
１１０Ｂ：積層体
【要約】
本発明の一実施形態は、ＭｇＯ層を挟む一対のＣｏＦｅＢ層を含む第１積層構造と、積層体を含む第２積層構造とを有する垂直磁化型ＭＴＪ素子の製造方法であって、第１及び第２積層構造のうちの一方を基板上に形成する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板を大気に暴露し、その特性を検査する工程と、第１及び第２積層構造のうちの一方が形成された基板上に、第１及び第２積層構造のうちの他方を形成する工程とを有することを特徴とする製造方法を提供する。【図１Ａ】
0005848494.tif 000002
【図１Ｂ】
0005848494.tif 000003
【図２Ａ】
0005848494.tif 000004
【図２Ｂ】
0005848494.tif 000005
【図２Ｃ】
0005848494.tif 000006
【図２Ｄ】
0005848494.tif 000007
【図３Ａ】
0005848494.tif 000008
【図３Ｂ】
0005848494.tif 000009
【図３Ｃ】
0005848494.tif 000010
【図４】
0005848494.tif 000011
【図５】
0005848494.tif 000012
【図６】
0005848494.tif 000013
【図７】
0005848494.tif 000014