(57)【要約】【課題】  トンネル障壁層の酸化物あるいは窒化物がトンネル障壁層全体にわたって均一かつ均質になるように、トンネル接合素子内のトンネル障壁層のための材料を処理する方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法を提供する。本方法は、前記トンネル接合素子の前駆層上に前記トンネル障壁層を形成することと、酸化プロセスおよび窒化プロセスからなる群から選択される処理によって、前記トンネル障壁層を非導電性材料に変換することと、前記トンネル障壁層に紫外光を照射することを含み、該紫外光は、前記トンネル障壁層内にある反応物質に入射し、前記紫外光は、前記反応物質を活性化することにより、前記反応物質が、前記トンネル障壁層の材料に反応し、該材料を前記非導電性材料に変換する。   【選択図】図５A
2004153257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法であって、
前記トンネル接合素子の前駆層上に前記トンネル障壁層を形成することと、
酸化プロセスおよび窒化プロセスからなる群から選択される処理によって、前記トンネル障壁層を非導電性材料に変換することと、
前記トンネル障壁層に紫外光を照射することを含み、該紫外光は、前記トンネル障壁層内にある反応物質に入射し、前記紫外光は、前記反応物質を活性化することにより、前記反応物質が、前記トンネル障壁層の材料に反応し、該材料を前記非導電性材料に変換する方法。
【請求項２】
前記トンネル障壁層の所望の特性が得られるまで、前記紫外光を所定の時間にわたって照射し続けることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記トンネル障壁層の前記所望の特性は、前記トンネル障壁層内の所定の欠陥密度、前記トンネル障壁層の所定の絶縁破壊電圧、前記トンネル障壁層の結晶構造の変化、および前記トンネル障壁層の粒子の向きに由来する表面組織の変化からなる群から選択される特性である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応物質は、酸素、オゾンおよび窒素からなる群から選択される材料である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トンネル障壁層のための前記材料は、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素およびタンタルからなる群から選択される材料を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が高められ、前記加熱は、前記照射前の時点、前記照射中の時点および前記照射後の時点からなる群から選択され照射に関する時点で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記形成することは、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、蒸着、プラズマを利用する堆積、化学気相成長、物理気相成長、プラズマ強化化学気相成長、分子線エピタキシおよび有機金属化学気相成長からなる群から選択されるプロセスを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化プロセスは、プラズマ酸化、自然酸化、室温自然酸化およびＵＶ−オゾン酸化からなる群から選択されるプロセスである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法であって、
前記トンネル接合素子の前駆層上に非導電性トンネル障壁層を形成することと、
前記トンネル障壁層に紫外光を照射することを含み、該紫外光は、前記トンネル障壁層内にある反応物質に入射し、前記紫外光は、前記反応物質を活性化することにより、前記反応物質が、前記非導電性トンネル障壁層の材料に反応し、該材料を非導電性材料に変換する方法。
【請求項１０】
前記形成することは、スパッタリングプロセスおよび反応性スパッタリングプロセスからなる群から選択されるプロセスを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スパッタリングプロセスおよび前記反応性スパッタリングプロセスのためのターゲット材料は、酸化物材料および窒化物材料からなる群から選択される材料である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記非導電性トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が高められ、前記加熱は、前記照射前の時点、前記照射中の時点および前記照射後の時点からなる群から選択され照射に関する時点で行われる請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記トンネル障壁層のための前記材料は、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素およびタンタルからなる群から選択される材料を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記トンネル障壁層の所望の特性が得られるまで、前記紫外光を所定の時間にわたって照射し続けることをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記トンネル障壁層の前記所望の特性は、前記トンネル障壁層内の所定の欠陥密度、前記トンネル障壁層の所定の絶縁破壊電圧、前記トンネル障壁層の結晶構造の変化、および前記トンネル障壁層の粒子の向きに由来する表面組織の変化からなる群から選択される特性である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
トンネル接合素子の前駆層上に形成されるトンネル障壁層を処理する方法であって、
前記トンネル障壁層に紫外光を照射することを含み、前記紫外光は、前記トンネル障壁層内にある反応物質に入射し、
前記紫外光は前記反応物質を活性化することにより、前記反応物質が、前記トンネル障壁層の材料に反応し、該材料を非導電性材料に変換する方法。
【請求項１７】
前記トンネル障壁層を加熱することを含み、該加熱することによって前記トンネル障壁層の前記材料に対する前記反応物質の活性化速度が高められ、前記加熱は、前記照射前の時点、前記照射中の時点および前記照射後の時点からなる群から選択され照射に関する時点で行われる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記トンネル障壁層のための前記材料は、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素およびタンタルからなる群から選択される材料を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応物質は、酸素、オゾンおよび窒素からなる群から選択される材料である請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記トンネル障壁層の所望の特性が得られるまで、前記紫外光を所定の時間にわたって照射し続けることをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記トンネル障壁層の前記所望の特性は、前記トンネル障壁層内の所定の欠陥密度、前記トンネル障壁層の所定の絶縁破壊電圧、前記トンネル障壁層の結晶構造の変化、および前記トンネル障壁層の粒子の向きに由来する表面組織の変化からなる群から選択される特性である請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般にトンネル接合素子のトンネル障壁層を紫外光に暴露するための方法に関する。より具体的には、本発明はトンネル接合素子のトンネル障壁層を紫外光に暴露し、トンネル障壁層内の欠陥を修復するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トンネル接合（ＭＪＴ）は、２つの強磁性体（ＦＭ）の材料層が、トンネル障壁として機能する薄い誘電体層（すなわち、絶縁層）によって分離される素子である。トンネル接合素子の用途には、磁界センサ、およびハードディスクドライブのための薄膜高密度読出し／書込みヘッドが含まれる。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、トンネル接合を組み込み、従来のデータ記憶技術に代わるものを提供することができる新たな技術である。ＭＲＡＭは、ＤＲＡＭのような高速アクセス時間、ハードディスクドライブのような不揮発性のデータ記憶などの望ましい特性を有する。ＭＲＡＭは、データ層、記憶層、自由層あるいはデータ薄膜と呼ばれる、パターニングされた薄膜磁性素子の変更可能な磁化の向きとして、１ビットのデータ（すなわち、情報）を格納する。データ層は、バイナリ（「１」）およびバイナリ（「０」）を定義する、２つの安定した、個別の磁気状態を有するように設計される。データビットはデータ層に格納されるが、完全な磁気メモリ素子を形成するには、注意深く制御された磁性薄膜材料および誘電性薄膜材料からなる多数の層が必要とされる。磁気メモリ素子の１つの顕著な形態がスピントンネル素子である。スピントンネル現象の物理的特性は複雑であり、これを主題にした優れた文献がある。
【０００３】
図1Aでは、従来のＭＲＡＭメモリ素子１０１が、薄いトンネル障壁層１０６によって分離されたデータ層１０２および基準層１０４を含む。通常、トンネル障壁層１０６は、約２．０ｎｍ未満の厚みを有する薄膜である。トンネル磁気抵抗メモリ（ＴＭＲ）のようなトンネル接合素子では、障壁層１０６は、たとえばアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）のような非導電性の誘電体材料である。トンネル障壁層１０６は、その中をトンネル電流が流れる絶縁体である。トンネル電流の大きさおよびトンネル電流の品質は、トンネル障壁層１０６のために用いられる絶縁体の品質によって大きく左右される。トンネル障壁層１０６に印加される電圧が増加すると、トンネル電流が非線形に増加する。
【０００４】
基準層１０４は、ピン止めされた磁化の向き１０８を有する。すなわち、ピン止めされた磁化の向き１０８は所定の方向に固定されており、外部磁界に応答して回転しない。対照的に、データ層１０２は、外部磁界に応答して２つの向きの間で回転することができる、変更可能な磁化の向き１０３を有する。変更可能な磁化の向き１０３は通常、データ層１０２の容易軸Ｅに一致する。
【０００５】
図1Bでは、ピン止めされた磁化の向き１０８および変更可能な磁化の向き１０３が同じ方向を指す（すなわち、それらが互いに平行になる）とき、データ層１０２はバイナリ（「１」）を格納する。一方、ピン止めされた磁化の向き１０８および変更可能な磁化の向き１０３が逆の方向を指す（すなわち、それらが互いに反平行になる）とき、データ層１０２はバイナリ（「０」）を格納する。
【０００６】
データ層１０２および基準層１０４は、データ層１０２および基準層１０４にかかる抵抗を測定することにより、あるいは上記のトンネル電流の大きさを測定することにより、データ層１０２に格納されるビットの状態が読み取られるようにする、トンネル接合素子の電極として機能する。基準層１０４は、トンネル障壁層１０６の下に配置されるように示されるが、データ層１０２および基準層１０４の実際の位置は、それらの層が磁気メモリセル１０１を製造するためのプロセスにおいて形成される順序によるであろう。したがって、データ層１０２が最初に形成され、データ層１０２の上にトンネル障壁層１０６が形成されることができる。
【０００７】
理想的には、トンネル接合素子のトンネル障壁層１０６は平坦であり、その断面積全体にわたって均一な厚みＴを有する。さらに、理想的なトンネル障壁層１０６は、均質な誘電体材料から形成されるであろう。理想的なトンネル障壁層１０６のための評価規準の１つは、高い絶縁破壊電圧を有することである。すなわち、トンネル障壁層１０６の誘電体材料が破壊し、トンネル障壁層１０６が短絡された抵抗として機能するようになる電圧が高いことである。
【０００８】
しかしながら、従来のメモリセル１０１のようなトンネル接合素子において、メモリセル１０１の動作に悪影響を及ぼす１つの問題は、トンネル障壁層１０６内に欠陥がある結果として、絶縁破壊電圧が低くなること、または電気的短絡が生じることである。それらの欠陥は、ほんの数例を挙げると、ピンホール、バブル、表面の凹凸、金属混入、およびトンネル障壁層１０６内の厚みの不均一性を含む。
【０００９】
図２では、トンネル障壁層１０６のための材料が支持層１１０上に形成あるいは堆積される。支持層１１０には、たとえば、基準層１０６、データ層１０２、あるいは磁界応答型のメモリセルの別の層を用いることができる。たとえば、トンネル障壁層１０６のための材料には、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。その後、その材料は酸素（Ｏ２）に暴露され、酸化されて、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が形成される。
【００１０】
しかしながら、従来の酸化プロセスは、全てのアルミニウム原子を一様には酸化せず、結果として、酸化されないアルミニウム原子１１１が残され、トンネル障壁層１０６内に金属混入欠陥が形成される。酸素原子１１２の一部は、トンネル障壁層１０６のための材料１１１（たとえば、アルミニウム）と未反応のままである。しかしながら、それらの未反応の酸素原子１１２は、トンネル障壁層１０６に含まれたままになる。同様に、酸素原子１１２の一部が支持層１１０のための材料１１３の一部と反応し、酸化する。結果として、トンネル障壁層１０６と支持層１１０との間の境界面において酸化された原子１１３が、トンネル障壁層１０６の絶縁破壊電圧を低下させる欠陥を生み出す。
【００１１】
ＲＦスパッタリング、プラズマ酸化あるいはＵＶ−オゾン酸化のような、トンネル障壁層１０６を堆積あるいは形成するための従来の方法では、最終的にトンネル障壁層１０６内のいくつかの欠陥が残り、結果としてトンネル障壁の品質を劣化させ、その障壁内には短絡を引き起こすか、あるいは絶縁破壊電圧が低い、弱い箇所が存在する。さらに、それらの欠陥が存在することにより、トンネル障壁層１０６のために厚い窒化物層／酸化物層を形成する必要がある。逆に、誘電体材料が本当に品質のよい誘電体であるなら、トンネル障壁層１０６を薄くすることができる。トンネル障壁層１０６を薄くできれば、多数のトンネル接合素子を支持するウェーハ全体にわたって均一性を改善することもできる。また、トンネル障壁層１０６が薄くなると、トンネル接合の絶対抵抗も減少し、それは応用形態によっては重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、トンネル障壁層の酸化物あるいは窒化物がトンネル障壁層全体にわたって均一かつ均質になるように、トンネル接合素子内のトンネル障壁層のための材料を処理する方法を提供することである。本発明の別の目的は、トンネル接合素子内のトンネル障壁層の絶縁破壊電圧を高める方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、トンネル障壁層を薄くし、均一性を改善するとともに、トンネル障壁層の絶対抵抗を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の方法は、トンネル接合素子のトンネル障壁層を紫外光に暴露することにより、均一なトンネル障壁層への上記の要求に対処する。以前の処理ステップからトンネル障壁層内にある酸素、あるいは窒素のような別の反応物質が、紫外線放射によって活性化され、トンネル障壁層内の欠陥を修復する。紫外光として、処理装置の既存の部品に組み込まれる紫外光源からの紫外光を利用することができる。最初にトンネル障壁層が形成され、その後、紫外光を照射することができるか、あるいはトンネル障壁層の形成中に、トンネル障壁層に紫外光を照射することができる。トンネル障壁層、あるいはＭＲＡＭスタックまたは他のトンネル接合素子内の他の薄膜層が汚染される可能性が低減あるいは排除されるように、いずれのプロセスとも現場で行うことができる。本発明の方法の１つの利点として、その方法を酸化プロセスあるいは窒化プロセスと組み合わせて、紫外光による照射を酸化プロセスあるいは窒化プロセス中に、あるいはその後に行うことができるようになること、およびその方法が既存の酸化処理装置あるいは窒化処理装置に容易に組み込まれることができることが挙げられる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、熱源からの熱がトンネル接合素子のトンネル障壁層に加えられ、活性化プロセスをさらに促進する。結果として、さらに多くの欠陥が除去され、活性化のための処理時間を短縮することができる。その加熱は、紫外光を照射する前に、照射中に、あるいは照射後に行うことができる。
【００１５】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する、添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下の詳細な説明およびいくつかの図面において、類似の素子は類似の参照番号で特定される。
【００１７】
例示のための図面に示されるように、本発明は、紫外光を用いてトンネル障壁層内にある反応物質を活性化し、その反応物質がトンネル障壁層の材料と反応し、結果としてトンネル障壁層の酸化物あるいは窒化物の均一性を高めるようにする、トンネル接合素子のトンネル障壁層を処理する方法において具現される。結果として、非導電性材料において欠陥が削減され、均質性が高められ、絶縁破壊電圧が高められる。本発明の方法は、トンネル接合素子のトンネル障壁層内の欠陥を処理することに適用することができるが、本発明はトンネル障壁層の処理には限定されず、誘電体層内の欠陥を修復することが望ましいトンネル接合素子の任意の誘電体層に適用することができる。
【００１８】
図３および図４に示されるような本発明の一実施形態では、トンネル接合素子１０の前駆層４上にトンネル障壁層６が形成される。前駆層４には、限定はしないが、磁界応答型のメモリ素子のデータ層（記憶層あるいは自由層とも呼ばれる）の１つあるいは複数の層、あるいは基準層（ピン止め層とも呼ばれる）の１つあるいは複数の層を含む、トンネル接合素子１０を含む薄膜材料の層のうちの任意のものを用いることができる。たとえば、トンネル障壁層６および前駆層４には、ＴＭＲメモリセルのいくつかの層のうちの１つを用いることができる。トンネル接合素子１０は、前駆層４を支持する層２および層８のような他の層を含むことができる。層８には、たとえばシリコン（Ｓｉ）ウェーハのような基板を用いることができる。
【００１９】
トンネル接合素子１０の層８、２および４は、破線矢印ｐによって示されるように、順番Ｐにしたがって層８が層２より先に形成され、層２が層４より先に形成されるように順番に形成される。したがって、前駆層４は、順番ｐにしたがってトンネル障壁層６より先に形成される層である。トンネル接合素子１０の形成を完了するためには、順番ｐにしたがってトンネル障壁層６の形成後に行われる後続の処理ステップ（図示せず）が必要とされる。
【００２０】
例示のために、トンネル接合素子１０は前駆層４およびトンネル障壁層６を含むものとして示されているが、トンネル接合素子１０のような磁界応答型のメモリ素子は薄膜材料からなる複数の層を含むことができ、それらの層だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
【００２１】
図４では、トンネル接合素子１０の前駆層４上にトンネル障壁層６が形成される。薄膜材料を形成するために一般的に用いられるマイクロエレクトロニクス処理技法を用いて、トンネル障壁層６を形成することができる。たとえば、堆積あるいはスパッタリングプロセスを用いて、前駆層４の表面５上にトンネル障壁層６のための材料を堆積することができる。
【００２２】
トンネル障壁層６のために適した材料は、限定はしないが、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）およびタンタル（Ｔａ）を含む。トンネル障壁層６を形成するためのプロセスには、限定はしないが、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング、蒸着、プラズマを利用する堆積、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）および有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含むプロセスを用いることができる。トンネル障壁層６のための酸化物あるいは窒化物材料は、酸化物ターゲット材料あるいは窒化物ターゲット材料から反応性スパッタリングによって堆積することもできる。たとえば、堆積されることになる材料がアルミニウム酸化物である場合には、ターゲット材料としてＡｌ２Ｏ３を用いることができる。しかしながら、スパッタリングプロセスが終了した後に、依然としてトンネル障壁層６内の欠陥が修復される必要がある。
【００２３】
その後、トンネル障壁層６は、酸化物を形成するための酸化プロセス、あるいは窒化物を形成するための窒化プロセスを用いて、非導電性材料（すなわち、誘電体材料）に変換される。図４では、酸素（Ｏ２）の原子あるいは窒素（Ｎ２）の原子などの反応物質１２が、トンネル障壁層６の材料に導入される（２０）。反応物質１２のうちの一部がトンネル障壁層６の材料と化学的に反応し、酸素（Ｏ２）の場合には酸化物、窒素（Ｎ２）の場合には窒化物のような非導電性材料が形成される。
【００２４】
しかしながら、反応物質１２の全てがトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応するとは限らない。結果として、反応物質のある量が、未反応の状態で、トンネル障壁層６の材料内に残される（参照番号１２を参照されたい）。同様に、トンネル障壁層６のための材料の一部も未反応のままである（参照番号１１を参照されたい）。たとえば、アルミニウムの原子が反応しないままである可能性がある。さらに、反応物質１２の一部が、前駆層４の表面５に隣接する領域において、前駆層４のための材料と反応する（参照番号１３を参照されたい）。
【００２５】
材料１３と反応した反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と反応しない限りにおいて、その反応物質も未反応の状態である。なぜなら、反応物質１２がトンネル障壁層６の意図されたターゲット材料１１と反応していないためであり、トンネル障壁層６内に、反応物質１２と反応するために利用することができるターゲット材料の自由電子１１が存在するためである。未反応のままの反応物質１２は、トンネル障壁層６内に上記の欠陥を引き起こすようになり、絶縁破壊電圧を低下させ、かつ／またはトンネル障壁層６を不均一にするようになる。
【００２６】
図5Aでは、光源３２（すなわち、紫外線スペクトル内の放射エネルギーを放つ光源）からの紫外光３０が、トンネル障壁層６に照射される。紫外光３０の一部は、トンネル障壁層６を非導電性材料に変換するために用いられるプロセスの結果としてトンネル障壁層６内にある反応物質１２に入射する。紫外光３０は反応物質１２を活性化し、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応し、材料１１を非導電性材料に変換するようにする。基本的には、紫外光３０を照射する前に、反応物質１２の自由原子およびトンネル障壁層６の材料１１の自由原子が存在する。一旦、照射が開始されたなら、紫外光３０のエネルギーが反応物質１２を活性化し、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１の自由原子と化学的に反応し、非導電性材料が形成されるようになる。
【００２７】
たとえば、トンネル障壁層６の材料がアルミニウム（Ａｌ）であり、反応物質が酸素（Ｏ２）である場合には、所望の非導電性材料はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）である。紫外光３０を照射する前には、トンネル障壁層６内に、アルミニウムの自由原子（参照番号１１を参照されたい）および酸素の自由原子（参照番号１２を参照されたい）が存在するであろう。その照射は、紫外光３０からのエネルギーを酸素原子に伝達し、それにより酸素原子とアルミニウム原子との化学反応を完了し、アルミニウム酸化物を形成するために必要とされるエネルギーを与えることにより、酸素原子を活性化するように作用する。
【００２８】
紫外光３０のための光源３２には、限定はしないが、たとえば冷陰極ＵＶグリッドランプあるいは熱陰極ＵＶスパイラルランプを含む、市販されているＵＶ光源を用いることができる。紫外光３０の波長は応用形態によって決まるであろう。通常、約４ｎｍ〜約４００ｎｍ（ナノメートル単位）の波長を有する光が紫外線放射であるとみなされる。近紫外線は約４００ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲にあり、遠紫外線は約３００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内にあり、約２００ｎｍ未満の任意の紫外線は極紫外線であるとみなされる。紫外光３０のための波長は約２００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２９】
図5Bでは、紫外光３０の一部（破線矢印を参照されたい）が反応物質１２に入射し、反応物質１２が活性化されて（破線矢印ａを参照されたい）、反応物質１２がトンネル障壁層６の材料１１と化学的に反応する。図5Cでは、反応物質１２と材料１１とが化学的に結合する結果として、非導電性材料が形成される。さらに、材料１３と反応物質１２との間の化学的結合が破壊され（紫外線放射３０によって）、反応物質１２が材料１１と自由に結合するようになる。
【００３０】
トンネル障壁層６を非導電性材料に変換するために用いられるプロセスが酸化プロセスである場合には、その酸化プロセスとして、限定はしないが、プラズマ酸化、自然酸化、室温（すなわち約２５℃での）自然酸化およびＵＶ−オゾン酸化を含むプロセスを用いることができる。
【００３１】
ＵＶ−オゾン酸化は、紫外光３０をトンネル障壁層６に照射することと混同されるべきではない。本発明の紫外線照射方法との著しい違いは、ＵＶ−オゾン酸化が、酸素（Ｏ２）ガスが紫外光に暴露され、酸素ガスがオゾン（Ｏ３）に変換される別のプロセスであることである。その後、オゾンはトンネル障壁層６に導入される。オゾン（Ｏ３）は反応性が高く、Ｏ２よりもトンネル障壁層６の材料１１と反応しやすいので、トンネル障壁層６の材料１１の反応速度を高める。酸化あるいは窒化のために用いられるプロセスにかかわらず、反応物質１２には、限定はしないが、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）あるいは窒素（Ｎ２）を含む材料を用いることができる。
【００３２】
紫外光をトンネル障壁層６に照射することは、トンネル障壁層６の所望の特性が得られるまで、所定の時間にわたって続けることができる。所望の特性には、限定はしないが、トンネル障壁層６内の所定の欠陥密度、トンネル障壁層６の所定の絶縁破壊電圧、トンネル障壁層６の結晶構造の変化、およびトンネル障壁層６の粒子の向きに由来する表面組織の変化を含む特性を用いることができる。
【００３３】
たとえば、結晶密度として、トンネル障壁層６の単位面積あるいは単位体積当たりの金属混入（すなわち欠陥）の数を用いることができる。別の例として、紫外光３０を照射する結果として、いくつかの粒子の向きに由来する表面組織を成長させることができる。さらに別の例として、紫外光３０を照射する結果として、トンネル障壁層６の結晶構造が、非晶質から結晶に変化するようになる。トンネル障壁層６の上記の所望の特性の有効性の検証は、たとえば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）のような機器を用いて、構造上の特性を確認することにより達成されることができる。
【００３４】
紫外光３０は、トンネル接合素子１０の処理のうちのいくつかあるいは全てが行われるチャンバ（図示せず）内に配置される紫外光源３２によって生成されることができる。また紫外光源３２は、紫外光３０の波長に対して光学的に透過性を有する窓を通してトンネル障壁層６に照射されることもできる。
【００３５】
図6Aおよび図6Bに示されるような本発明の別の実施形態では、トンネル障壁層６の材料１１に対する反応物質１２の活性化速度を速めるために、照射プロセス前、あるいは照射プロセス中、あるいは照射プロセス後に、トンネル障壁層６が加熱されることができる（Ｈ）。加熱Ｈによって、活性化プロセスが加速するとともに、トンネル障壁層６からさらに多くの欠陥が除去される。
【００３６】
図6Aでは、活性化速度を速めるために、トンネル障壁層６が加熱される（Ｈ）。図6Bでは、反応物質１２が活性化され（破線矢印ａを参照されたい）、トンネル障壁層６の材料１１と反応する。マイクロエレクトロニクス分野においてよく知られている種々の方法を用いて、トンネル障壁層６を加熱（Ｈ）することができる。たとえば、熱源を収容するか、あるいは熱源からの熱を伝達することができる真空チャック、ステージ、サンプルプラットフォーム等の上に基板８を配置することにより、基板８（図３を参照されたい）を加熱（Ｈ）することができる。たとえば、石英赤外線加熱ランプ、抵抗加熱器あるいは金属リボン放射加熱器のような熱源を用いて、基板８あるいはトンネル障壁層６を加熱することができる。上記のように、トンネル障壁層６の加熱は、紫外光３０の照射中あるいは照射後に行うことができる。
【００３７】
図４に示されるように、本発明の別の実施形態では、非導電性トンネル障壁層６が、前駆層４の表面５上に直に形成される（２０）。すなわち、トンネル障壁層６のための材料１１は、それが前駆層４上に形成される前に既に誘電体材料になっている。限定はしないが、スパッタリングプロセスおよび反応性スパッタリングプロセスを含むプロセスを用いて、非導電性トンネル障壁層６を形成することができる。スパッタリングプロセスおよび反応性スパッタリングプロセスのためのターゲット材料は、限定はしないが、酸化物材料および窒化物材料を含む。たとえば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮｘ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）あるいはタンタル酸化物（ＴａＯｘ）のようなスパッタリングターゲットを、非導電性トンネル障壁層６のための材料源として用いることができる。
【００３８】
図４、図5A、図5Bおよび図5Cを参照して先に記載されたように、非導電性トンネル障壁層６は紫外光源３２からの紫外光３０を照射され、反応物質１２を活性化し、非導電性トンネル障壁層６の材料１１と反応する。図6Aおよび図6Bを参照して先に記載されたように、照射中あるいは照射後に、非導電性トンネル障壁層６を加熱して（Ｈ）、非導電性トンネル障壁層６の材料１１に対する反応物質１２の活性化速度を速めることができる。
【００３９】
図７に示されるような本発明のさらに別の実施形態では、トンネル障壁層６がトンネル接合素子１０の前駆層４上に予め形成され、欠陥（１１、１２、１３）を含む。すなわち、トンネル障壁層６は、既に堆積、あるいはスパッタリング、あるいは別の方法で前駆層４上に形成されており、既に非導電性材料である。トンネル障壁層６は、紫外光３０を照射され、紫外光３０がトンネル障壁層６内にある反応物質１２に入射する。上記のように、紫外光３０は反応物質１２を活性化し、トンネル障壁層６の材料１１と反応させ（図5A〜図5Cを参照されたい）、材料１１を非導電性材料に変換する。
【００４０】
この実施形態では、トンネル障壁層６は既に非導電性材料である。しかしながら、その照射は、材料１１と反応物質１２の未反応の自由原子とを反応させ、トンネル障壁層６の均一性、均質性および絶縁破壊電圧を高めるための役割を果たす。反応物質１２には、限定はしないが、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）あるいは窒素（Ｎ２）を含む材料を用いることができる。さらに、図6Aおよび図6Bを参照して先に記載されたように、照射中あるいは照射後に、非導電性トンネル障壁層６を加熱して（Ｈ）、活性化速度を速めることができる。
【００４１】
上記の全ての実施形態において、紫外光３０の照射および加熱Ｈは、トンネル接合素子１０を形成するための他のマイクロエレクトロニクスプロセスとともに現場で行うことができ、トンネル障壁層６の形成中、あるいは形成後に行うことができる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態が開示および例示されてきたが、本発明は、そのように記載および図示される特定の形態あるいは部品の配置には限定されない。本発明は請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】従来の磁気メモリ素子の外形図。
【図１Ｂ】図1Aの従来の磁気メモリ素子のデータ記憶を示す概略図。
【図２】従来のトンネル接合素子の従来のトンネル障壁層の欠陥を示す断面図。
【図３】本発明による前駆層を含むトンネル接合素子の複数の薄膜層を示す断面図。
【図４】本発明による前駆層上のトンネル障壁層の形成を示す断面図。
【図５Ａ】本発明によるトンネル障壁層への紫外光の照射および反応物質の活性化を示す断面図。
【図５Ｂ】本発明によるトンネル障壁層への紫外光の照射および反応物質の活性化を示す断面図。
【図５Ｃ】本発明による、紫外光によるトンネル障壁層内の反応物質の活性化の完了を示す断面図。
【図６Ａ】本発明による、トンネル障壁層を加熱し、反応物質の活性化速度を速めることを示す断面図。
【図６Ｂ】本発明による、トンネル障壁層を加熱し、反応物質の活性化速度を速めることを示す断面図。
【図７】本発明による、トンネル接合素子の前駆層上に形成されるトンネル障壁層を示す断面図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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