(57)【要約】【課題】自由強磁性層の軟磁気特性を向上させた磁気抵抗素子の製造方法及び磁気抵抗素子の製造装置を提供する。【解決手段】ピニング層形成工程（ステップＳ２）、ピン層形成工程（ステップＳ３）、トンネルバリア層形成工程（ステップＳ４）、自由層形成工程（ステップＳ５）の後に、酸化工程（ステップＳ６）を行い、自由強磁性層の表層部に、自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ酸化処理を施す。そして、自由強磁性層の飽和磁化を基準飽和磁化に維持させた状態で、自由強磁性層の保磁力のみを低下させる。【選択図】図４
2008041717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に下地層を積層する下地層形成工程と、
反転可能な自発磁化を有した自由強磁性層を前記下地層に積層する自由層形成工程と、
前記自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ前記自由強磁性層の表層部に酸素プラズマを照射して前記表層部を酸化する酸化工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法において、
前記酸化工程は、
前記表層部に酸素ガスの誘導結合プラズマを照射して前記表層部を酸化することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗素子の製造方法において、
前記自由層形成工程は、
前記基板の一面方向に沿って磁場を形成し、コバルト−鉄のターゲットをスパッタしてコバルト−鉄からなる前記自由強磁性層を前記下地層に積層することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気抵抗素子の製造方法において、
前記下地層形成工程は、
固定された自発磁化を有する固定強磁性層を前記基板に積層する固定層形成工程と、
前記固定強磁性層にトンネルバリア層を積層するトンネルバリア層形成工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項５】
搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、前記基板に下地層を積層する下地層チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、反転可能な自発磁化を有した自由強磁性層を前記基板に積層する自由層チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結して、前記自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ前記基板に酸素プラズマを照射する酸化チャンバと、
前記搬送系を駆動制御して、前記基板を、前記下地層チャンバ、前記自由層チャンバ、前記酸化チャンバの順に搬送する搬送制御手段と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子の製造方法及び磁気抵抗素子の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の読み取りヘッドやＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの磁気デバイスには、磁気抵抗素子が備えられている。ＨＤＤに備えられた磁気抵抗素子は、外部からの信号磁界に応じて素子抵抗を変化させて、磁界強度に応じた電気信号を出力する。ＭＲＡＭに備えられた磁気抵抗素子は、磁化方向の変換による素子の抵抗変化を用いてメモリ情報とする。
【０００３】
磁気抵抗素子には、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistive）効果を利用したＧＭＲ素子やトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magnetoresistive）効果を利用したＴＭＲ素子が知られている。これらの磁気抵抗素子は、いずれも自発磁化の方向を強固に固定した固定強磁性層と、自発磁化の方向を回転可能にした自由強磁性層と、を有している。
【０００４】
自由強磁性層は、磁気抵抗素子が信号磁界を受けるときに、自発磁化の方向を信号磁界と同じ方向に回転させて、自由強磁性層と固定強磁性層の磁気モーメントを平行、あるいは反平行に変化させる。これによって、磁気抵抗素子は、信号磁界に応じた電気信号を出力したり、入力信号に応じた方向に自発磁化を固定したりする。
【０００５】
近年、携帯端末や電子機器の急速な普及にともなって、上記磁気デバイスには、一層の高集積化が要請されている。一方、磁気デバイスの高集積化は、磁気抵抗素子に入力する信号磁界の微弱化を招いて、磁気抵抗素子の検出感度を得難くしている。
【０００６】
そこで、上記磁気抵抗素子では、検出感度を向上させるために、自由強磁性層の自発磁化の反転に必要な反転磁場（保磁力）を小さくして軟磁気特性を向上させる提案がなされている。特許文献１，２は、自由強磁性層をコバルト−鉄（ＣｏＦｅ）からなる層で構成して、ＣｏＦｅ層の結晶粒径の調整や膜厚・組成の最適化を図ることにより軟磁気特性を向上させる。
【特許文献１】特開２００５−３２８０６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１８８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記自由強磁性層は、膜厚が数ｎｍと薄いために、下地層の影響や成膜時の雰囲気の影響を受けて、バルクの磁気特性を発現し難くする。特に、膜厚が１０ｎｍに満たない極薄の自由強磁性層では、上記の影響を顕著に受けて保磁力の増加を引起こす。
【０００８】
図７は、下地層（Ｔａ層）に積層した自由強磁性層（ＣｏＦｅ層）の磁化−磁場曲線（以下単に、磁化曲線という。）を示す。図７に示すように、ＣｏＦｅ層の保磁力は、上記各種の影響を受けるために、膜厚が薄くなる（図７の実線から破線）に連れて増大する。このため、薄膜の自由強磁性層に対して保磁力の増大を抑制できれば、自由強磁性層の膜厚範囲を拡張させることができ、ひいては磁気抵抗素子の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、自由強磁性層の軟磁気特性を向上させた磁気抵抗素子の製造方法及び磁気抵抗素子の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、自由強磁性層の軟磁気特性を向上させる課題について検討し、自由強磁性層の表層部に所定時間の酸化処理を施すことによって、自由強磁性層の保磁力を低減可能であることを見出した。
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載する磁気抵抗素子の製造方法では、基板に下地層を積層する下地層形成工程と、反転可能な自発磁化を有した自由強磁性層を前記下地層に積層する自由層形成工程と、前記自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ前記自由強磁性層の表層部に酸素プラズマを照射して前記表層部を酸化する酸化工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１２】
請求項１の構成によれば、所定時間の酸化処理が、自由強磁性層の自発磁化を維持しつつ自由強磁性層の保磁力を低下させる。したがって、自由強磁性層の軟磁気特性を向上させることができ、磁気抵抗素子の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載する磁気抵抗素子の製造方法では、前記酸化工程が、前記表層部に酸素ガスの誘導結合プラズマを照射して前記表層部を酸化することを要旨とする。
請求項２の構成によれば、酸素ガスの誘導結合プラズマが、酸素ガスの圧力範囲やプラズマ密度の選択範囲などを拡張させる。したがって、酸化工程と自由層形成工程を、同じ減圧系で行うことができる。よって、自由強磁性層の酸化状態を安定させることができ、かつ、磁気抵抗素子の生産性を向上させることができる。また、表層部の酸化条件を幅広く選択させることができ、本製造方法の適用範囲を拡張させることができる。
【００１４】
請求項３に記載する磁気抵抗素子の製造方法では、前記自由層形成工程は、前記基板の一面方向に沿って磁場を形成し、コバルト−鉄のターゲットをスパッタしてコバルト−鉄からなる前記自由強磁性層を前記下地層に積層することを要旨とする。
【００１５】
請求項３の構成によれば、一面方向に磁気異方性を有したコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）の保磁力を低下させることができる。
請求項４に記載する磁気抵抗素子の製造方法では、前記下地層形成工程は、固定された自発磁化を有する固定強磁性層を前記基板に積層する固定層形成工程と、前記固定強磁性層にトンネルバリア層を積層するトンネルバリア層形成工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項４の構成によれば、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
請求項５に記載する磁気抵抗素子の製造装置では、搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結して、前記基板に下地層を積層する下地層チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結して、反転可能な自発磁化を有した自由強磁性層を前記基板に積層する自由層チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結して、前記自由強磁性層の自発磁化を維持できる所定時間だけ前記基板に酸素プラズマを照射する酸化チャンバと、前記搬送系を駆動制御し、前記下地層チャンバ、前記自由層チャンバ、前記酸化チャンバの順に前記基板を搬送する搬送制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１７】
請求項５の構成によれば、自由強磁性層を有した基板が、真空搬送チャンバを通じて、自由層チャンバから酸化チャンバに搬送される。そして、酸化チャンバで所定の時間だけ
施す酸化が、自由強磁性層の自発磁化を維持して、自由強磁性層の保磁力を低下させる。したがって、自由強磁性層を大気解放することなく、該自由強磁性層の軟磁気特性を向上させることができる。この結果、磁気抵抗素子の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記したように、本発明によれば、自由強磁性層の軟磁気特性を向上させた磁気抵抗素子の製造方法及び磁気抵抗素子の製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は、磁気抵抗素子１０を説明する概略断面図である。磁気抵抗素子１０は、例えばＨＤＤの磁気ヘッドに搭載されて、磁気記録媒体（ハードディスク）に記憶された磁気情報を読み出すセンサ部として機能するものである。
【００２０】
図１において、磁気抵抗素子１０の基板１１には、下地層１２、固定強磁性層１３、トンネルバリア層１４、自由強磁性層１５、保護層１６が、基板１１側から順に積層されている。
【００２１】
下地層１２は、基板１１の表面荒れを緩和するバッファ層であって、上層（固定強磁性層１３）との接続を円滑にする。また、下地層１２は、上層の結晶配向を規定するシード層であって、固定強磁性層１３の結晶配向を規定する。下地層１２は、単層構造に限らず、例えば、バッファ層とシード層からなる２層構造によって構成してもよい。下地層１２には、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、またはこれらの合金を用いることができる。
【００２２】
固定強磁性層１３は、下地層１２に積層されたピニング層１３ａと、ピニング層１３ａに積層されたピン層１３ｂを有する。ピニング層１３ａとピン層１３ｂは、それぞれ反強磁性層と強磁性層であって、ピン層１３ｂの磁化方向がピニング層１３ａとの間の相互作用により一方向に固定される。ピン層１３ｂは、単層構造に限らず、例えば強磁性層／磁気結合層／強磁性層からなる公知の積層フェリ構造で構成してもよい。ピニング層１３ａには、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎを用いることができる。ピン層１３ｂには、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢを用いることができる。
【００２３】
トンネルバリア層１４は、非磁性の絶縁膜であって厚さ方向にトンネル電流が流れる程度の膜厚を有する。トンネルバリア層１４の抵抗値は、固定強磁性層１３の自発磁化と自由強磁性層１５の自発磁化が平行であるか、反平行であるかによって変化する。トンネルバリア層１４には、例えばＭｇＯやＡｌ２Ｏ３を用いることができる。
【００２４】
自由強磁性層１５は、自発磁化の方向を回転可能にする保磁力を有した強磁性体層である。自由強磁性層１５は、自発磁化の方向を固定強磁性層１３の自発磁化の方向と平行、あるいは反平行にする。自由強磁性層１５には、例えばＣｏＦｅの単層構造、ＣｏＦｅにＮｉＦｅを積層した積層構造を用いることができる。
【００２５】
自由強磁性層１５の表層部１５ａは、予め設定された所定時間だけ酸素プラズマに晒されている（酸化処理が施されている）。本実施形態では、自由強磁性層１５の表層部１５ａが酸素プラズマに晒されている時間を、酸化時間Ｔｏｘと定義する。酸化時間Ｔｏｘは、自由強磁性層１５の保磁力に基づいて設定されて、本実施形態では１０秒に設定されている。
【００２６】
保護層１６は、外気に対するバリア層であって、バリア性の高い不動態を形成して自由
強磁性層１５の自発磁化を保護する。また、保護層１６は、表層部１５ａの荒れを緩和するバッファ層であって、周辺回路と磁気抵抗素子１０の接続を円滑にする。保護層１６には、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、またはこれらの合金を用いることができる。
【００２７】
次に、上記磁気抵抗素子１０の製造方法を図２〜図４に従って説明する。図２は、磁気抵抗素子１０の製造装置２０を説明する図であり、図３は、酸化チャンバＦ６を説明する図である。図２及び図３において、各二点鎖線はそれぞれ電気的結線を示す。図４は、磁気抵抗素子１０の製造工程を説明するフローチャートである。
【００２８】
図２において、磁気抵抗素子１０の製造装置２０は、移載機２０Ａと、成膜処理装置２０Ｂと、搬送制御手段を構成する制御装置２０Ｃと、を備えている。
移載機２０Ａは、複数の基板１１を収容したカセットＣと、カセットＣに収容された基板１１を移載するロボットを搭載し、カセットＣに収容される基板１１を順次成膜処理装置２０Ｂに移載する。また、移載機２０Ａは、成膜処理装置２０Ｂによって成膜処理の施された基板１１を対応するカセットＣに収容する。
【００２９】
成膜処理装置２０Ｂには、真空搬送チャンバＦＸが備えられている。真空搬送チャンバＦＸには、ロードチャンバＦＬと、下地層チャンバ（第１〜第４下層膜用チャンバＦ１〜Ｆ４）と、上層膜用チャンバＦ５と、酸化チャンバＦ６と、が連通可能に連結されている。
【００３０】
ロードチャンバＦＬは、複数の基板１１を収容するステージを有し、移載機２０Ａから移載される各基板１１を収容してチャンバ内を所定の圧力まで減圧する。ロードチャンバＦＬは、成膜処理の施された各基板１１を収納してチャンバ内を大気開放する。
【００３１】
真空搬送チャンバＦＸは、所定の圧力に減圧された真空チャンバであって、搬送系を構成する搬送ロボットＲＢを搭載する。搬送ロボットＲＢは、ロードチャンバＦＬに収容された各基板１１を真空搬送チャンバＦＸに搬入して各チャンバＦ１〜Ｆ６に搬送する。真空搬送チャンバＦＸは、成膜処理の施された基板１１を順次ロードチャンバＦＬに収納する。
【００３２】
第１下層膜用チャンバＦ１は、基板１１の表面をスパッタするスパッタチャンバであって、基板１１の表面をスパッタ洗浄する。
第２〜第４下層膜用チャンバＦ２〜Ｆ４は、それぞれ下地層１２、固定強磁性層１３（ピニング層１３ａ、ピン層１３ｂ）及びトンネルバリア層１４を積層するためのターゲットを装着したスパッタチャンバであって、各ターゲット種に対応した層を積層する。
【００３３】
例えば、第２下層膜用チャンバＦ２は、タンタルターゲットとＰｔＭｎターゲットを装着して、下地層１２（タンタル層）とピニング層１３ａ（ＰｔＭｎ層）を積層する。この際、第２下層膜用チャンバＦ２は、基板１１の一面方向に沿う磁界を形成してＰｔＭｎ層をスパッタ成膜し、基板１１の一面方向に磁気異方性を有したピニング層１３ａ（ＰｔＭｎ層）を形成する。また、第３下層膜用チャンバＦ３は、ＣｏＦｅターゲット、Ｒｕターゲット、ＣｏＦｅＢターゲットを装着して、ピン層１３ｂ（ＣｏＦｅ層／Ｒｕ層／ＣｏＦｅＢ層）を積層する。この際、第３下層膜用チャンバＦ３は、基板１１の一面方向に沿う磁界を形成してピン層１３ｂをスパッタ成膜し、基板１１の一面方向に磁気異方性を有したピン層１３ｂを成膜する。また、第４下層膜用チャンバＦ４は、ＭｇＯターゲットを装着してトンネルバリア層１４（ＭｇＯ層）を積層する。
【００３４】
上層膜用チャンバＦ５は、自由強磁性層１５及び保護層１６を積層するためのターゲットを装着したスパッタチャンバであって、各ターゲット種に対応した層を積層する。
例えば、上層膜用チャンバＦ５は、ＣｏＦｅターゲットを装着して自由強磁性層１５（ＣｏＦｅ層）を積層する。この際、上層膜用チャンバＦ５は、基板１１の一面方向に沿う磁界を形成して自由強磁性層１５をスパッタ成膜し、基板１１の一面方向に磁気異方性を有した自由強磁性層１５を形成する。また、上層膜用チャンバＦ５は、Ｔａターゲットを装着して保護層１６（Ｔａ層）を積層する。
【００３５】
図３において、酸化チャンバＦ６は、真空搬送チャンバＦＸに連通可能に連結されたチャンバ本体２１を備えている。チャンバ本体２１には、ＡｒとＯ２の供給配管２３，２４が連結されて、所定流量のＡｒとＯ２が供給される。チャンバ本体２１には、排気配管２５を介して減圧ポンプＰが連結されて、チャンバ内の圧力が所定圧力に減圧される。
【００３６】
チャンバ本体２１の内部には、基板ステージ２６が配設されて、チャンバ内に搬入される基板１１が搬出可能に保持される。チャンバ本体２１の上側であって基板ステージ２６の上方には、誘導コイル２７が配設されている。誘導コイル２７には、マッチングボックス２８を介して高周波電源Ｅが接続されて、所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が供給される。
【００３７】
誘導コイル２７は、高周波電源Ｅが高周波電力を供給するときに、Ａｒ／Ｏ２系の誘導結合プラズマ（酸素プラズマ）をチャンバ本体２１の内部に形成する。基板ステージ２６に保持される基板１１の上面（表層部１５ａ）は、高周波電源Ｅが高周波電力を供給するときに、予め設定された酸化時間Ｔｏｘ（本実施形態では１０秒）だけ、上記酸素プラズマに晒される（酸化処理が施される）。
【００３８】
図２において、制御装置２０Ｃは、各種制御指令を演算するためのＣＰＵや製造プログラムを格納するためのメモリ、ＣＰＵのワーキングエリアとなるメモリなどを備えている。この制御装置２０Ｃには、移載機２０Ａと、成膜処理装置２０Ｂが電気的に接続されている。
【００３９】
移載機２０Ａは、搭載するカセットＣ（基板１１）の位置を検出して各基板１１の位置に関する情報（基板位置情報）を生成し、該基板位置情報を制御装置２０Ｃに出力する。制御装置２０Ｃは、移載機２０Ａからの情報に基づいて前記製造プログラムを実行し、移載機２０Ａに基板１１の移載処理を実施させる。
【００４０】
成膜処理装置２０Ｂの各チャンバは、それぞれチャンバの圧力や基板１１の有無を検出してチャンバの状態に関する情報（チャンバ情報）を生成し、該チャンバ情報を制御装置２０Ｃに出力する。制御装置２０Ｃは、各チャンバ情報に基づいて前記製造プログラムを実行し、各チャンバの各々に成膜処理を実施させる。
【００４１】
真空搬送チャンバＦＸの搬送ロボットＲＢは、搬送アームの手先位置を検出して手先位置に関する情報（手先位置情報）を生成し、該手先位置情報を制御装置２０Ｃに出力する。制御装置２０Ｃは、手先位置情報とチャンバ情報に基づいて製造プログラムを実行し、ロードチャンバＦＬが収容する基板１１を、第１、第２、第３、第４、上層膜用、酸化チャンバＦ１〜Ｆ６に順次搬送し、その後、再び上層膜用チャンバＦ５に搬送する。
【００４２】
すなわち、図４に示すように、制御装置２０Ｃは、まず、ロードチャンバＦＬから第１下層膜用チャンバＦ１に基板１１を搬送し、第１下層膜用チャンバＦ１で基板１１をスパッタ洗浄する（スパッタ洗浄工程：ステップＳ１）。次いで、制御装置２０Ｃは、第１下層膜用チャンバＦ１から第２下層膜用チャンバＦ２に基板１１を搬送し、洗浄された基板１１に下地層１２とピニング層１３ａを積層する（ピニング層形成工程：ステップＳ２）。そして、制御装置２０Ｃは、第２下層膜用チャンバＦ２から第３下層膜用チャンバＦ３
に基板１１を搬送し、基板１１のピニング層１３ａにピン層１３ｂを積層する（ピン層形成工程：ステップＳ３）。
【００４３】
ピン層１３ｂを積層すると、制御装置２０Ｃは、第３下層膜用チャンバＦ３から第４下層膜用チャンバＦ４に基板１１を搬送し、基板１１のピン層１３ｂにトンネルバリア層１４を積層する（トンネルバリア層形成工程：ステップＳ４）。次いで、制御装置２０Ｃは、第４下層膜用チャンバＦ４から上層膜用チャンバＦ５に基板１１を搬送し、基板１１のトンネルバリア層１４に自由強磁性層１５を積層する（自由層形成工程：ステップＳ５）。そして、制御装置２０Ｃは、上層膜用チャンバＦ５から酸化チャンバＦ６に基板１１を搬送し、自由強磁性層１５の表層部１５ａに、予め設定された酸化時間Ｔｏｘ（本実施形態では１０秒）だけ、酸化処理を施す（酸化工程：ステップＳ６）。
【００４４】
表層部１５ａに酸化処理を施すと、制御装置２０Ｃは、酸化チャンバＦ６から上層膜用チャンバＦ５に再び基板１１を搬送し、基板１１の表層部１５ａに保護層１６を積層する（保護層形成工程：ステップＳ７）。そして、制御装置２０Ｃは、上層膜用チャンバＦ５からロードチャンバＦＬに基板１１を搬送し、基板１１の成膜処理を終了する。
【００４５】
なお、本実施形態では、スパッタ洗浄工程Ｓ１、ピニング層形成工程Ｓ２及びピン層形成工程Ｓ３によって固定層形成工程が構成され、該固定層形成工程とトンネルバリア層形成工程Ｓ４によって下地層形成工程が構成されている。
【００４６】
次に、実施例及び比較例をあげて本発明の効果を説明する。
まず、自由強磁性層１５の磁化曲線について説明する。図５は、振動式磁化測定装置によって計測した自由強磁性層１５の容易軸方向の磁化曲線である。図５は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に酸化時間Ｔｏｘを長くしたものであって、各々の酸化時間Ｔｏｘは、０秒、１０秒、４０秒である。図６の実線と破線は、それぞれ振動式磁化測定装置によって計測した自由強磁性層１５の困難軸方向と容易軸方向の磁化曲線である。図６は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に酸化時間Ｔｏｘを長くしたものであって、各々の酸化時間Ｔｏｘは、０秒、１０秒、４０秒である。
（実施例）
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１１として用い、基板１１を、第１及び第２下層膜用チャンバＦ１，Ｆ２に搬送して、膜厚が３〜５ｎｍのＴａ層（下地層１２）を基板１１に積層した。次に、Ｔａ層の積層された基板１１を上層膜用チャンバＦ５に搬送して、膜厚が４ｎｍのＣｏＦｅ層（自由強磁性層１５）をＴａ層に積層した。次いで、ＣｏＦｅ層の積層された基板１１を酸化チャンバＦ６に搬送して、ＣｏＦｅ層の表層部１５ａに酸素プラズマに１０秒間だけ晒し、実施例の自由強磁性層１５を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて実施例の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した（図５（ｂ）及び図６（ｂ）の実線参照）。
（比較例１）
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１１として用い、基板１１を、第１及び第２下層膜用チャンバＦ１，Ｆ２に搬送して、膜厚が３〜５ｎｍのＴａ層（下地層１２）を積層した。次に、Ｔａ層の積層された基板１１を上層膜用チャンバＦ５に搬送して、膜厚が４ｎｍのＣｏＦｅ層（自由強磁性層１５）をＴａ層に積層し、比較例１の自由強磁性層１５を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて比較例１の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した（図５（ａ）及び図６（ａ）の実線参照）。なお、比較例１の容易軸方向で残留磁化が０（ｅｓｕ）になる磁場を基準保磁力Ｈｃｅとし、比較例１の困難軸方向で残留磁化が０（ｅｓｕ）になる磁場を基準保磁力Ｈｃｈとする。また、比較例１の容易軸方向における飽和磁化を基準飽和磁化Ｍｓとする。
（比較例２）
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１１として用い、基板１１を、第１及び第
２下層膜用チャンバＦ１，Ｆ２に搬送して、膜厚が３〜５ｎｍのＴａ層（下地層１２）を基板１１に積層した。次に、Ｔａ層の積層された基板１１を上層膜用チャンバＦ５に搬送して、膜厚が４ｎｍのＣｏＦｅ層（自由強磁性層１５）をＴａ層に積層した。次いで、ＣｏＦｅ層の積層された基板１１を酸化チャンバＦ６に搬送して、ＣｏＦｅ層の表層部１５ａを酸素プラズマに４０秒間だけ晒し、比較例２の自由強磁性層１５を得た。そして、振動式磁化測定装置を用いて比較例２の容易軸方向と難易軸方向の磁化曲線を計測した（図５（ｃ）及び図６（ｃ）の実線参照）。
【００４７】
図５において、実施例の容易軸方向（図５（ｂ））は、比較例１（図５（ａ））よりも急峻な矩形の磁化曲線を描き、磁化曲線の急峻さを発現させる。実施例の容易軸方向の飽和磁化は、基準飽和磁化Ｍｓと略同じ値であり、１０秒の酸化処理は、自発磁化量を維持させる。そして、実施例の容易軸方向の保磁力は、比較例１の基準保磁力Ｈｃｅよりも小さく、１０秒の酸化処理は、自発磁化を回転しやすくする。
【００４８】
一方、実施例の容易軸方向の飽和磁化（図５（ｂ））は、比較例２の飽和磁化（図５（ｃ））よりも大きく、４０秒の酸化処理は、自発磁化量を減少させる。そして、実施例の容易軸方向の保磁力は、比較例２の保磁力よりも小さく、４０秒の酸化処理は、自発磁化を回転し難くする。
【００４９】
この結果、酸化処理は、酸化時間Ｔｏｘが過剰に長い場合に、容易軸方向の軟磁気特性を劣化させるものの、酸化時間Ｔｏｘが１０秒の場合には、容易軸方向の軟磁気特性を明確に向上させる。
【００５０】
図６において、実施例の困難軸方向（図６（ｂ））は、比較例１（図６（ａ））よりも小さい不可逆性を有し、１０秒の酸化処理は、磁気異方性を強くしている。実施例の困難軸方向の飽和磁化は、比較例１の飽和磁化と略同じ値であり、１０秒の酸化処理は、自発磁化量を維持させる。そして、実施例の困難軸方向の保磁力は、比較例１の基準保磁力Ｈｃｈよりも小さく、１０秒の酸化処理は、困難軸方向においても、自発磁化を回転しやすくする。
【００５１】
一方、実施例の困難軸方向の飽和磁化（図６（ｂ））は、比較例２の飽和磁化（図６（ｃ））よりも大きく、４０秒の酸化処理は、困難軸方向においても、自発磁化量を減少させる。そして、実施例の容易軸方向の保磁力は、比較例２の保磁力よりも小さく、４０秒の酸化処理は、困難軸方向においても、自発磁化を回転し難くする。
【００５２】
この結果、酸化処理は、酸化時間Ｔｏｘが過剰に長い場合に、困難軸方向の軟磁気特性と、自由強磁性層１５の磁気異方性を損なうものの、１０秒間の酸化処理の場合には、困難軸方向の軟磁気特性と、自由強磁性層１５の磁気異方性を明確に向上させる。したがって、酸化工程（ステップＳ６）を有した製造工程によれば、磁気抵抗素子１０の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
【００５３】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）上記実施形態では、自由層形成工程（ステップＳ５）の後に酸化工程（ステップＳ６）を行い、自由強磁性層１５の表層部１５ａに、自由強磁性層１５の自発磁化を維持可能な所定時間の酸化処理を施す。よって、自由強磁性層１５の飽和磁化を基準飽和磁化Ｍｓに維持させた状態で、自由強磁性層１５の保磁力のみを基準保磁力Ｈｃｅ，Ｈｃｈよりも低下させることができる。したがって、自由強磁性層１５の軟磁気特性を向上させることができる。この結果、自由強磁性層１５の膜厚範囲や適用材料範囲を拡大させることができ、磁気抵抗素子１０の検出感度の向上と安定化を図ることができる。
【００５４】
（２）上記実施形態では、酸化チャンバＦ６が、酸素ガスの誘導結合プラズマを生成して自由強磁性層１５の表層部１５ａを酸化する。よって、酸素プラズマの圧力範囲やプラズマ密度の選択範囲などを拡張させることができる。したがって、酸化工程（ステップＳ６）と自由層形成工程（ステップＳ５）を、同じ減圧系で行うことができる。したがって、自由強磁性層１５の酸化状態を常に安定させることができ、かつ、磁気抵抗素子１０の生産性を向上させることができる。また、表層部１５ａの酸化条件を幅広く選択させることができ、本製造方法の適用範囲を拡張させることができる。
【００５５】
（３）上記実施形態では、自由強磁性層１５に、高い耐熱性を有したＣｏＦｅ層を採用した。したがって、軟磁気特性と耐熱性の双方に優れた自由強磁性層１５を提供することができる。
【００５６】
（４）上記実施形態では、自由強磁性層１５の磁化曲線に基づいて酸化時間Ｔｏｘを設定した。したがって、自由強磁性層１５の過剰な酸化を回避させることができ、より確実に、自由強磁性層１５の軟磁気特性を向上させることができる。
【００５７】
（５）上記実施形態では、基板１１を上層膜用チャンバＦ５から酸化チャンバＦ６に搬送するだけで、自由強磁性層１５の軟磁気特性を向上させることができる。したがって、別途加熱処理システムを利用して自由強磁性層１５の軟磁気特性を向上させる場合に比べて、より簡便な方法を提供することができ、磁気抵抗素子１０の生産性を向上させることができる。
【００５８】
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、自由強磁性層１５（ＣｏＦｅ層）の磁化曲線に基づいて酸化時間Ｔｏｘを設定した。これに限らず、例えば、固定強磁性層１３／トンネルバリア層１４／自由強磁性層１５／保護層１６の磁化曲線に基づいて酸化時間Ｔｏｘを設定してもよい。すなわち、酸化時間Ｔｏｘは、自由強磁性層１５の自発磁化を維持できる時間であればよく、その設定方法に限定されるものではない。
【００５９】
・上記実施形態では、酸化工程（酸化チャンバＦ６）のプラズマ源を、誘導結合プラズマに具体化した。これに限らず、例えば、酸化工程（酸化チャンバＦ６）のプラズマ源を、容量結合プラズマに具体化してもよい。すなわち、酸化工程（酸化チャンバＦ６）は、自由強磁性層１５の自発磁化を維持できる時間であればよく、そのプラズマ源に限定されるものではない。
【００６０】
・上記実施形態では、磁場を印加したスパッタ成膜によって、自由強磁性層１５に磁気異方性を付与した。これに限らず、例えば、磁場を印加した加熱処理によって、自由強磁性層１５に磁気異方性を付与する構成であってもよい。
【００６１】
・上記実施形態では、磁気抵抗素子１０をＴＭＲ素子に具体化した。これに限らず、例えば、磁気抵抗素子１０を自由強磁性層１５のみからなる回転検出センサに具体化してもよい。すなわち、磁気抵抗素子１０は、自由強磁性層１５の自発磁化の回転を利用した素子であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施形態の磁気抵抗素子を説明する図。
【図２】同じく、磁気抵抗素子の製造装置を説明する図。
【図３】同じく、酸化チャンバを説明する図。
【図４】同じく、磁気抵抗素子の製造工程を説明する図。
【図５】同じく、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に酸化時間Ｔｏｘを長くした磁気抵抗素子の容易軸方向における磁化曲線を説明する図。
【図６】同じく、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に酸化時間Ｔｏｘを長くした磁気抵抗素子の困難軸方向における磁化曲線を説明する図。
【図７】従来例の磁気抵抗素子の容易軸方向における磁化曲線を説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１０…磁気抵抗素子、１１…基板、１２…下地層、１３…固定強磁性層、１４…トンネルバリア層、１５…自由強磁性層、１６…保護層、２０…製造装置、２０Ｃ…搬送制御手段を構成する制御装置、ＦＸ…真空搬送チャンバ、Ｆ１〜Ｆ４…下地層チャンバとしての第１〜第４下層膜用チャンバ、Ｆ５…自由層チャンバを構成する上層膜用チャンバ、Ｆ６…酸化チャンバ、ＲＢ…搬送系を構成する搬送ロボット。
【図１】
2008041717.tif 000003
【図２】
2008041717.tif 000004
【図３】
2008041717.tif 000005
【図４】
2008041717.tif 000006
【図５】
2008041717.tif 000007
【図６】
2008041717.tif 000008
【図７】
2008041717.tif 000009