(57)【要約】【課題】ＲＡ及びＭＲ比に優れた磁気抵抗素子の製造を可能とする。【解決手段】一実施形態の磁気抵抗素子の製造方法は、ベース基板上に下部電極を構成する第１の積層体を形成する工程と、第１の積層体の上に磁気抵抗効果積層体である第２の積層体を形成する工程と、第２の積層体の上に上部電極を形成する工程と、を含む。第１の積層体を形成する工程は、ベース基板の上に金属層を形成する工程と、金属層の上に導電性アモルファス層を形成する工程と、導電性アモルファス層に対してイオンエッチングを行う工程と、を含む。【選択図】図１
2017079089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗素子の製造方法であって、
ベース基板上に前記磁気抵抗素子の下部電極を構成する第１の積層体を形成する工程と、
前記第１の積層体の上に前記磁気抵抗素子の磁気抵抗効果積層体である第２の積層体を形成する工程と、
前記第２の積層体の上に前記磁気抵抗素子の上部電極を形成する工程と、
を含み、
第１の積層体を形成する前記工程は、
前記ベース基板の上に金属層を形成する工程と、
前記金属層の上に導電性アモルファス層を形成する工程と、
前記導電性アモルファス層に対してイオンエッチングを行う工程と、
を含む、製造方法。
【請求項２】
第１の積層体を形成する前記工程は、導電性アモルファス層を形成する前記工程の実行前に、前記金属層に対してイオンエッチングを行う工程を更に含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記導電性アモルファス層は、三元素又は四元素の合金からなり、ホウ素、炭素、窒素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、及び、チタンのうち少なくとも一つの元素と、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及び、タングステンのうち少なくとも一つの元素と、を含む、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記導電性アモルファス層は、ＣｕＺｒＡｌ、ＣｕＴｉＡｌ、ＴａＺｒＮ、又は、ＴａＺｒＮｂＢから構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記金属層及び前記導電性アモルファス層がスパッタリングによって形成される、請求項１〜４の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
磁気抵抗素子の製造システムであって、
減圧可能な容器、及び、該容器内に設けられた基板を搬送するための搬送装置を有する搬送モジュールと、
金属層の成膜、導電性アモルファス層の成膜、イオンエッチング、磁気抵抗効果積層体の成膜、及び、上部電極の成膜のための複数の処理モジュールであり、前記搬送モジュールに接続された該複数の処理モジュールと、
前記搬送モジュール及び前記複数の処理モジュールを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
ベース基板の上に前記金属層を成膜し、
前記金属層の上に前記導電性アモルファス層を成膜し、
前記導電性アモルファス層に対してイオンエッチングを行い、
前記導電性アモルファス層の上に前記磁気抵抗効果積層体を成膜し、
前記磁気抵抗効果積層体の上に上部電極を成膜する
よう前記搬送装置及び前記複数の処理モジュールを制御する、
製造システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記導電性アモルファス層を成膜する前に前記金属層に対してイオンエッチングを行うよう前記複数の処理モジュールのうち一つの処理モジュールを更に制御する、請求項６に記載の製造システム。
【請求項８】
前記複数の処理モジュールは、前記金属層の成膜及び前記導電性アモルファス層の成膜のための一以上のスパッタリング装置を含む、請求項６又は７に記載の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気抵抗素子の製造方法及び磁気抵抗素子の製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヘッド又は磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のデバイスには、磁気抵抗素子が用いられている。磁気抵抗素子は、下部電極、上部電極、及び、下部電極と上部電極の間に設けられた磁気抵抗効果積層体を有している。このような磁気抵抗素子の製造においては、ベース基板の上に下部電極が成膜され、次いで、磁気抵抗効果積層体を構成する複数の層が順に成膜され、しかる後に、磁気抵抗効果積層体の上に上部電極が成膜される。
【０００３】
一般的に、下部電極は、大きい膜厚を有する金属層を含んでおり、当該金属層は、その成膜直後において、大きい表面粗さを有する。即ち、金属層の表面は大きな起伏を有する。このような金属層を含む下部電極の上に磁気抵抗効果積層体が成膜されるので、当該磁気抵抗効果積層体の各層も大きな起伏を有するものとなる。磁気抵抗効果積層体の各層が大きな起伏を有すると、当該磁気抵抗効果積層体における隣接する層の密着面積が大きくなる。また、磁気抵抗効果積層体には、原子レベルの乱れが大きい粒界が生じる。磁気抵抗素子の製造においては、一般的に、当該磁気抵抗素子に対する加熱処理が行われるが、加熱処理後には、大きな密着面積及び大きい粒界等に起因して層間での原子の移動が生じ、ＲＡ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ａｒｅａ  ｐｒｏｄｕｃｔ）及びＭＲ比といった磁気抵抗素子の特性が劣化する。
【０００４】
このような磁気抵抗素子の特性の劣化という問題に対処するために、特許文献１には、磁気抵抗素子を構成する層に対してプラズマ処理を行い、当該層の表面を平坦化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した磁気抵抗効果積層体の各層の起伏は、下部電極の起伏に起因するものである。したがって、下部電極の起伏を低減させる必要がある。下部電極を構成する金属層は、一般的にスパッタリングによって成膜されるので、多数の結晶粒と結晶粒界を含む多結晶膜である。このような金属層をプラズマ処理によってエッチングすると、エッチングの初期段階には、当該金属層の凸部、例えば、結晶粒の先端がエッチングされ、当該金属層のその表面の起伏が減少する。しかしながら、更なる平坦化のために金属層を更にエッチングすると、原子密度の小さい部分、即ち、結晶粒界が存在する部分が優先的にエッチングされる。したがって、プラズマ処理によるエッチングでは、金属層の表面の起伏は十分に低減され得ない。故に、ＲＡ及びＭＲ比に優れた磁気抵抗素子を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様においては、磁気抵抗素子の製造方法が提供される。この製造方法は、ベース基板上に磁気抵抗素子の下部電極を構成する第１の積層体を形成する工程と、第１の積層体の上に磁気抵抗素子の磁気抵抗効果積層体である第２の積層体を形成する工程と、第２の積層体の上に磁気抵抗素子の上部電極を形成する工程と、を含む。第１の積層体を形成する工程は、ベース基板の上に金属層を形成する工程と、金属層の上に導電性アモルファス層を形成する工程と、導電性アモルファス層に対してイオンエッチングを行う工程と、を含む。
【０００８】
この製造方法では、下部電極の金属層上に導電性アモルファス層が形成される。多結晶膜と異なり、導電性アモルファス層には、結晶粒及び結晶粒界が実質的に存在しない。したがって、イオンエッチングによって、導電性アモルファス層の表面の起伏が低減される。この導電性アモルファス層を含む下部電極の上に磁気抵抗効果積層体、即ち、第２の積層体が形成されるので、各層の起伏が小さい磁気抵抗効果積層体が得られ、粒界の生成が抑制される。その結果、ＲＡ及びＭＲ比に優れた磁気抵抗素子が提供される。
【０００９】
一実施形態において、第１の積層体を形成する工程は、導電性アモルファス層を形成する工程の実行前に、金属層に対してイオンエッチングを行う工程を更に含んでいてもよい。
【００１０】
一実施形態では、導電性アモルファス層は、三元素又は四元素の合金から構成されていてもよく、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、及び、チタン（Ｔｉ）のうち少なくとも一つの元素と、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、及び、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも一つの元素と、を含んでいてもよい。一実施形態では、導電性アモルファス層は、ＣｕＺｒＡｌ、ＣｕＴｉＡｌ、ＴａＺｒＮ、又は、ＴａＺｒＮｂＢから構成されていてもよい。
【００１１】
一実施形態では、金属層及び導電性アモルファス層がスパッタリングによって形成されてもよい。
【００１２】
別の態様においては、磁気抵抗素子の製造システムが提供される。この製造システムは、搬送モジュール、複数の処理モジュール、及び、制御部を備える。搬送モジュールは、減圧可能な容器、及び、当該容器内に設けられた、基板を搬送するための搬送装置を有する。複数の処理モジュールは、搬送モジュールに接続されている。これらの処理モジュールは、金属層の成膜、導電性アモルファス層の成膜、イオンエッチング、磁気抵抗効果積層体の成膜、及び、上部電極の成膜のためのモジュールである。制御部は、搬送モジュール及び複数の処理モジュールを制御するよう構成されている。制御部は、ベース基板の上に前記金属層を成膜し、金属層の上に導電性アモルファス層を成膜し、導電性アモルファス層に対してイオンエッチングを行い、導電性アモルファス層の上に磁気抵抗効果積層体を成膜し、磁気抵抗効果積層体の上に上部電極を成膜するよう、搬送装置及び複数の処理モジュールを制御する。この製造システムでは、磁気抵抗素子の各層の成膜及び導電性アモルファス層の平坦化を減圧環境下で行うことができる。したがって、大気圧環境下で平坦化処理を行う装置（例えば化学機械研磨装置）が不要となり、工程の短縮化を図ることができる。
【００１３】
一実施形態では、制御部は、導電性アモルファス層を成膜する前に金属層に対してイオンエッチングを行うよう、複数の処理モジュールのうち一つの処理モジュールを更に制御してもよい。
【００１４】
一実施形態では、複数の処理モジュールは、金属層の成膜及び導電性アモルファス層の成膜のための一以上のスパッタリング装置を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、その表面の起伏が低減された下部電極を得ることが可能となり、ＲＡ及びＭＲ比に優れた磁気抵抗素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す流れ図である。
【図２】図１に示す製造方法において作成される中間生産物の拡大断面図である。
【図３】図１に示す製造方法におけるイオンエッチングを説明するための図である。
【図４】図１に示す製造方法において作成される中間生産物の拡大断面図である。
【図５】図１に示す製造方法におけるイオンエッチングを説明するための図である。
【図６】図１に示す製造方法において作成される中間生産物の拡大断面図である。
【図７】図１に示す製造方法において作成される中間生産物の拡大断面図である。
【図８】図１に示す製造方法において作成される最終生産物の拡大断面図である。
【図９】一実施形態にかかる磁気抵抗素子の製造システムを概略的に示す図である。
【図１０】図９に示した製造システムの処理モジュールとして用いることが可能なスパッタリング装置の一例を概略的に示す図である。
【図１１】ステージ側から視たスパッタリング装置のシャッターを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
図１は、一実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す流れ図である。図２、図４、及び、図６〜７は、図１に示す製造方法において作成される中間生産物の一部を示す拡大断面図である。図８は、図１に示す製造方法において作成される最終生産物の一部を示す拡大断面図である。図３及び図５は、図１に示す製造方法におけるイオンエッチングを説明するための図である。
【００１９】
図１に示す製造方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、図６に示すように、ベース基板ＢＳ上に磁気抵抗素子の下部電極ＬＥが形成される。下部電極ＬＥは、第１の積層体Ｌ１から構成される。第１の積層体Ｌ１は複数の層を含む。具体的に、下部電極ＬＥは、金属層ＭＬ及び導電性アモルファス層ＡＬを含む。一例において、下部電極ＬＥは、下層ＢＬ及び上層ＴＬを更に含み得る。この例の下部電極ＬＥを形成する場合に、製造方法ＭＴの工程ＳＴ１は、図１に示すように、工程ＳＴ１１〜工程ＳＴ１６を含む。
【００２０】
工程ＳＴ１１では、ベース基板ＢＳ上に下層ＢＬが形成される。下層ＢＬは、例えば、タンタル（Ｔａ）製である。下層ＢＬは、例えば、スパッタリングにより形成される。続く工程ＳＴ１２では、ベース基板ＢＳの上に、下層ＢＬを介して、金属層ＭＬが形成される。金属層ＭＬは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）製である。金属層ＭＬは、例えば、５０ｎｍといった膜厚を有し得る。この金属層ＭＬは、例えば、スパッタリングにより形成される。この工程ＳＴ１２の実行により、図２の（ａ）に示す中間生産物が得られる。
【００２１】
図２の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ１２によって形成された金属層ＭＬは、多数の結晶粒ＣＧと結晶粒界ＣＢを含む多結晶膜であり、その表面は起伏を有している。一実施形態の製造方法ＭＴでは、このような金属層ＭＬの表面の起伏を低減させるために、工程ＳＴ１３が実行される。工程ＳＴ１３では、金属層ＭＬに対するイオンエッチングが行われる。工程ＳＴ１３のイオンエッチングでは、図３に示すように希ガスイオン（例えばＡｒイオン）が金属層ＭＬの表面に照射される。図３において、円形の図形は、希ガスイオンを示している。希ガスイオンが金属層ＭＬの表面に照射されると、結晶粒ＣＧの先端が削られ、金属層ＭＬの表面の起伏が低減される。なお、工程ＳＴ１３のイオンエッチングは、プラズマエッチングであってもよく、或いは、ガスクラスターイオンビームによるエッチングであってもよい。
【００２２】
続く工程ＳＴ１４では、金属層ＭＬの上に導電性アモルファス層ＡＬが形成される。導電性アモルファス層ＡＬは、三元素又は四元素の合金からなり、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、及び、チタン（Ｔｉ）のうち少なくとも一つの元素と、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、及び、タングステン（Ｗ）のうち少なくとも一つの元素と、を含み得る。例えば、導電性アモルファス層ＡＬは、ＣｕＺｒＡｌ、ＣｕＴｉＡｌ、ＴａＺｒＮ、又は、ＴａＺｒＮｂＢから構成される。この導電性アモルファス層ＡＬは、例えば、スパッタリングにより形成される。この工程ＳＴ１４の実行により、図４の（ａ）に示す中間生産物が得られる。
【００２３】
図４の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ１４の実行後の状態において、導電性アモルファス層ＡＬは、金属層ＭＬの起伏を反映した起伏を有する。この導電性アモルファス層ＡＬの表面の起伏を低減させるために、次いで、工程ＳＴ１５が実行される。工程ＳＴ１５では、導電性アモルファス層ＡＬに対するイオンエッチングが行われる。工程ＳＴ１５のイオンエッチングでは、図５に示すように希ガスイオン（例えばＡｒイオン）が導電性アモルファス層ＡＬの表面に照射される。図５において、円形の図形は、希ガスイオンを示している。金属層ＭＬのような多結晶膜と異なり、導電性アモルファス層ＡＬには、結晶粒及び結晶粒界が実質的に存在しない。したがって、希ガスイオンが導電性アモルファス層ＡＬの表面に照射されると、初期的には、導電性アモルファス層ＡＬの表面の全領域中で突出した部分が優先的にエッチングされ、その後、当該表面の全体が略均一にエッチングされる。その結果、導電性アモルファス層ＡＬの表面の起伏が低減される。即ち、導電性アモルファス層ＡＬの表面が平坦化される。なお、工程ＳＴ１５のイオンエッチングは、プラズマエッチングであってもよく、或いは、ガスクラスターイオンビームによるエッチングであってもよい。
【００２４】
続く工程ＳＴ１６では、導電性アモルファス層ＡＬ上に、上層ＴＬが形成される。上層ＴＬは、例えば、タンタル（Ｔａ）製である。上層ＴＬは、例えば、スパッタリングにより形成される。この工程ＳＴ１６の実行により、図６に示すように、下部電極ＬＥを含む中間生産物が得られる。
【００２５】
続く工程ＳＴ２では、磁気抵抗素子積層体である第２の積層体Ｌ２が下部電極ＬＥの上に形成される。第２の積層体Ｌ２は、一例では、第１層Ｌ２１〜第１０層Ｌ３０を含む。第１層Ｌ２１は、例えば、白金（Ｐｔ）製である。第２層Ｌ２２〜第６層Ｌ２６は、ピン止め層ＰＬを構成する。例えば、第２層Ｌ２２及び第５層Ｌ２５は、コバルト（Ｃｏ）膜とＰｔ膜を含む多層膜であり得る。また、第３層Ｌ２３はＣｏ製であり、第４層Ｌ２４はＲｕ製であり、第６層Ｌ２６はＣｏ製であり得る。また、第７層Ｌ２７は、例えば、Ｔａ製である。
【００２６】
第８層Ｌ２８は参照層を構成し、第１０層Ｌ３０は自由層を構成する。第８層Ｌ２８及び第１０層Ｌ３０は、例えば、ＣｏＦｅＢ、即ち、Ｃｏ、鉄（Ｆｅ）、及びホウ素（Ｂ）から構成されている。第９層Ｌ２９は、第８層Ｌ２８と第１０層Ｌ３０との間に設けられた絶縁層であり、トンネルバリア層を構成する。第９層Ｌ２９は、例えば、ＭｇＯ、即ち、酸化マグネシウムから構成される。
【００２７】
第２の積層体Ｌ２を構成する複数の層、即ち、第１層Ｌ２１〜第１０層Ｌ３０は、下部電極ＬＥの上に順に成膜される。例えば、第２の積層体Ｌ２を構成する複数の層は、スパッタリングによって形成され得る。なお、第９層Ｌ２９は、絶縁体のスパッタリングによって形成されてもよい。或いは、第９層Ｌ２９は、金属材料（例えば、Ｍｇ）のスパッタリングによって金属膜を形成し、当該金属膜に対して酸化処理を行うことによって、形成されてもよい。この工程ＳＴ２の実行により、図７に示すように、下部電極ＬＥ及び第２の積層体Ｌ２、即ち、磁気抵抗効果積層体を含む中間生産物が得られる。
【００２８】
続く工程ＳＴ３では、第２の積層体Ｌ２の上に上部電極ＵＥが形成される。上部電極ＵＥは、例えば、Ｔａ膜とＲｕ膜を含む多層膜から構成され得る。上部電極ＵＥは、例えば、スパッタリングにより形成される。この工程ＳＴ３により、図８に示す最終生産物、即ち、磁気抵抗素子が得られる。
【００２９】
この製造方法ＭＴでは、上述したように、下部電極ＬＥの金属層ＭＬ上に導電性アモルファス層ＡＬが形成される。多結晶膜と異なり、導電性アモルファス層ＡＬには、結晶粒及び結晶粒界が実質的に存在しない。したがって、イオンエッチングによって、導電性アモルファス層ＡＬの表面の起伏が低減される。この導電性アモルファス層ＡＬを含む下部電極ＬＥの上に磁気抵抗効果積層体、即ち第２の積層体Ｌ２が形成されるので、各層の起伏が小さい磁気抵抗効果積層体が得られ、粒界の生成が抑制される。その結果、ＲＡ及びＭＲ比に優れた磁気抵抗素子が提供される。
【００３０】
なお、図８に示す磁気抵抗素子は、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有する素子であり、磁気抵抗メモリに用いられる素子である。しかしながら、製造方法ＭＴによって製造される磁気抵抗素子は、ＭＴＪ構造を有する磁気抵抗素子に限定されるものではなく、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗素子であってもよい。また、製造方法ＭＴによって製造される磁気抵抗素子は、磁気抵抗メモリに用いられる素子に限定されるものではなく、磁気ヘッドに用いられる素子であってもよい。
【００３１】
また、第１層Ｌ２１乃至第７層Ｌ２７は、図８に示す積層順序と逆の積層順序で、第１０層Ｌ３０と上部電極ＵＥの間に形成されてもよい。この場合には、第１０層Ｌ３０が参照層になり、第８層Ｌ２８が自由層となる。
【００３２】
また、図１に示す製造方法ＭＴでは、金属層ＭＬ上に導電性アモルファス層ＡＬが形成されているが、上層ＴＬの上に導電性アモルファス層ＡＬが形成されてもよい。また、図１に示す製造方法ＭＴからは、工程ＳＴ１３、即ち、金属層ＭＬに対するイオンエッチングが省略されてもよい。
【００３３】
以下、製造方法ＭＴの実施に用いることが可能な製造システムについて説明する。図９は、一実施形態にかかる磁気抵抗素子の製造システムを概略的に示す図である。図９に示す製造システム１００は、ローダモジュール１０２、ロードロックモジュール１０４及び１０６、搬送モジュール１０８、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈ、並びに制御部１１２を備えている。なお、複数の処理モジュール１１０ａの個数、図９に示す製造システム１００においては八つであるが、任意の個数であってもよい。
【００３４】
ローダモジュール１０２は、大気圧環境下において基板を搬送する装置である。ローダモジュール１０２には、複数の台１１４が取り付けられている。複数の台１１４の各々の上には、複数の基板を収容可能なフープ１１６がそれぞれ搭載される。
【００３５】
ローダモジュール１０２は、その内部の搬送チャンバ１０２ｃに搬送装置１０２ｔを有している。搬送装置１０２ｔは、基板を保持して当該基板を搬送するためのロボットアームを含み得る。このローダモジュール１０２には、ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６が接続されている。搬送装置１０２ｔは、フープ１１６とロードロックモジュール１０４の間、又は、フープ１１６とロードロックモジュール１０６の間において基板を搬送する。
【００３６】
ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６はそれぞれ、予備減圧のためのチャンバ１０４ｃ及びチャンバ１０６ｃをそれぞれ提供している。ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６には、搬送モジュール１０８が接続されている。搬送モジュール１０８は、減圧可能な搬送チャンバ１０８ｃを提供しており、当該搬送チャンバ１０８ｃに搬送装置１０８ｔを有している。搬送装置１０８ｔは、基板を保持して当該基板を搬送するためのロボットアームを含み得る。この搬送モジュール１０８には、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈが接続されている。搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔは、ロードロックモジュール１０４及びロードロックモジュール１０６の何れかと複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈの何れかとの間、及び、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈのうち任意の二つの処理モジュール間で、基板を搬送する。
【００３７】
複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈは、金属層ＭＬの成膜、導電性アモルファス層ＡＬの成膜、イオンエッチング、磁気抵抗効果積層体、即ち第２の積層体の成膜、及び、上部電極ＵＥの成膜のための幾つかの装置を含んでいる。また、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈは、下部電極ＬＥの下層ＢＬ及び上層ＴＬの成膜のための一以上の装置を含んでいる。一実施形態では、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈは、複数のスパッタリング装置を含んでいる。複数のスパッタリング装置の各々は、一以上のターゲット物質の成膜を行うように構成されている。製造システム１００が図８に示した磁気抵抗素子の製造するように構成されている場合には、複数のスパッタリング装置の各々は、Ｔａターゲット、Ｒｕターゲット、Ｐｔターゲット、Ｃｏターゲット、ＣｏＦｅＢターゲット、酸化マグネシウムターゲット、及び導電性アモルファス層ＡＬ用のターゲット、即ち上述の三元素又は四元素を含むターゲットのうち対応の一つ以上のターゲットを有している。一例においては、複数のスパッタリング装置の各々は、四つのターゲットを有し、当該四つのターゲットのうち選択されたターゲットの構成物質のスパッタリングを行うスパッタリング装置であり得る。
【００３８】
なお、複数のスパッタリング装置のうち一つは、ＭｇＯターゲットではなく、Ｍｇターゲットを有していてもよい。この場合には、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈのうち一つは、Ｍｇ膜を酸化させるための酸化処理装置であり得る。酸化処理装置は、酸素雰囲気下においてＭｇ膜を加熱する装置であってもよく、或いは、酸素ガスのプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。このプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置等の任意のプラズマ処理装置であり得る。
【００３９】
また、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈのうち一つは、上述した製造方法ＭＴにおけるイオンエッチングのためのイオンエッチング装置であってもよい。イオンエッチング装置は、希ガスのプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。このプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置等の任意のプラズマ処理装置であり得る。或いは、イオンエッチング装置は、希ガスのイオンビームを生成するガスクラスターイオンビーム装置であってもよい。或いは、複数のスパッタリング装置のうち一つが、イオンエッチング装置として用いられてもよい。この場合には、複数のスパッタリング装置のうち一つにおいて、希ガスのプラズマが生成される。
【００４０】
また、一実施形態では、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈは、磁気抵抗素子を加熱するための加熱処理装置を含み得る。この加熱処理装置は、例えば、図８に示した磁気抵抗素子の作成後に、当該磁気抵抗素子を加熱するために用いられる。
【００４１】
制御部１１２は、搬送モジュール１０８及び複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈを制御するよう構成されている。また、制御部１１２は、ローダモジュール１０２を更に制御するよう構成されている。制御部１１２は、例えば、プロセッサ、及びメモリといった記憶装置を有するコンピュータ装置であり得る。記憶装置には、製造システム１００の各部を制御するためのプログラム及び製造システム１００において上述した製造方法ＭＴを実施するためのレシピデータが記憶されている。プロセッサは、記憶装置に記憶されているプログラム及びレシピデータに従って動作し、製造システム１００の各部を制御するための制御信号を当該各部に出力する。
【００４２】
製造方法ＭＴの実施において、制御部１１２は、ベース基板ＢＳをフープ１１６からロードロックモジュール１０４又はロードロックモジュール１０６の何れかに搬送するよう、ローダモジュール１０２の搬送装置１０２ｔを制御する。次いで、制御部１１２は、ロードロックモジュール１０４又はロードロックモジュール１０６の何れかに搬入されたベース基板ＢＳを、下層ＢＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置に搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。そして、制御部１１２は、ベース基板ＢＳ上に下層ＢＬを形成するよう、スパッタリング装置を制御する。
【００４３】
次いで、制御部１１２は、金属層ＭＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置に、ベース基板ＢＳ及び下層ＢＬを有する中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。なお、下層ＢＬ用のターゲットと金属層ＭＬ用のターゲットが一つのスパッタリング装置に設けられている場合には、この搬送は不要である。そして、制御部１１２は、下層ＢＬ上に金属層ＭＬを形成するよう、スパッタリング装置を制御する。
【００４４】
一実施形態では、制御部１１２は、金属層ＭＬに対するイオンエッチングを行うための処理モジュールに、ベース基板ＢＳ、下層ＢＬ、金属層ＭＬを有する中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。なお、この処理モジュールが、金属層ＭＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置である場合には、搬送は不要である。そして、制御部１１２は、金属層ＭＬに対するイオンエッチングを行うよう、当該処理モジュールを制御する。
【００４５】
次いで、制御部１１２は、導電性アモルファス層ＡＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置に、金属層ＭＬのイオンエッチング後の中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。なお、このスパッタリング装置が、金属層ＭＬのイオンエッチング用の処理モジュールと同一である場合には、搬送は不要である。そして、制御部１１２は、金属層ＭＬの上に導電性アモルファス層ＡＬを形成するよう、スパッタリング装置を制御する。
【００４６】
次いで、制御部１１２は、導電性アモルファス層ＡＬに対するイオンエッチングを行うための処理モジュールに、導電性アモルファス層ＡＬの形成後の中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。なお、この処理モジュールが、導電性アモルファス層ＡＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置である場合には、搬送は不要である。そして、制御部１１２は、導電性アモルファス層ＡＬに対するイオンエッチングを行うよう、当該処理モジュールを制御する。
【００４７】
次いで、制御部１１２は、上層ＴＬ用のターゲットを有するスパッタリング装置に、導電性アモルファス層ＡＬのイオンエッチング後の中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。なお、スパッタリング装置が、導電性アモルファス層ＡＬのイオンエッチング用の処理モジュールと同一である場合には、搬送は不要である。そして、制御部１１２は、導電性アモルファス層ＡＬ上に上層ＴＬを形成するよう、スパッタリング装置を制御する。これにより、図６に示したように、下部電極ＬＥを有する中間生産物が得られる。
【００４８】
次いで、制御部１１２は、第２の積層体Ｌ２、即ち磁気抵抗効果積層体の各層を順次形成するために、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔ、及び、複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈのうち当該各層の形成において動作すべき幾つかの処理モジュールを制御する。これにより、図７に示した中間生産物が得られる。
【００４９】
次いで、制御部１１２は、上部電極ＵＥ用のターゲットを有するスパッタリング装置に、第２の積層体Ｌ２を有する中間生産物を搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御する。そして、制御部１１２は、第２の積層体Ｌ２上に上部電極ＵＥを形成するよう、スパッタリング装置を制御する。これにより、図８に示した最終生産物が得られる。なお、上述したように、最終生産物を加熱処理するために、制御部１１２は、当該最終生産物を加熱処理装置に搬送するよう、搬送モジュール１０８の搬送装置１０８ｔを制御し、次いで、加熱処理を行うよう当該加熱処理装置を制御してもよい。この製造システム１００では、磁気抵抗素子の各層の成膜及び導電性アモルファス層の平坦化を減圧環境下で連続的に行うことができる。したがって、大気圧環境下で平坦化処理を行う装置（例えば化学機械研磨装置）が不要となり、工程の短縮化を図ることができる。
【００５０】
以下、製造システム１００の複数の処理モジュール１１０ａ〜１１０ｈに含まれるスパッタリング装置の構成について例示する。図１０は、図９に示した製造システムの処理モジュールとして用いることが可能なスパッタリング装置の一例を概略的に示す図である。図１１は、ステージ側から視たスパッタリング装置のシャッターを示す平面図である。
【００５１】
図１０に示すスパッタリング装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、接地電位に接続されている。処理容器１２は、その内部に空間Ｓを提供している。この処理容器１２の底部には、空間Ｓを減圧するための排気装置１４が接続されている。排気装置１４は、例えば、クライオポンプ、及びドライポンプを含み得る。また、処理容器１２の側壁には、基板ＷＨの搬送用の開口が形成されている。この開口の開閉のために、ゲートバルブＧＶが、処理容器１２の側壁に沿って設けられている。
【００５２】
処理容器１２内には、ステージ１６が設けられている。ステージ１６は、ベース部１６ａ及び静電チャック１６ｂを含み得る。ベース部１６ａは、例えば、アルミニウムから構成されており、略円盤形状を有している。
【００５３】
ベース部１６ａ上には、静電チャック１６ｂが設けられている。静電チャック１６ｂは、誘電体膜と、当該誘電体膜の内層として設けられた電極と、を有する。静電チャック１６ｂの電極には、直流電源ＳＤＣが接続されている。静電チャック１６ｂ上に載置された基板ＷＨ（ベース基板ＢＳ及び中間生産物等）は、静電チャック１６ｂが発生する静電気力によって、当該静電チャック１６ｂに吸着される。
【００５４】
ステージ１６は、ステージ駆動機構１８に接続されている。ステージ駆動機構１８は、支軸１８ａ及び駆動装置１８ｂを含んでいる。支軸１８ａは、略柱状の部材である。支軸１８ａの中心軸線は、鉛直方向に沿って延びる軸線ＡＸ１に略一致している。この軸線ＡＸ１は、ステージ１６の中心を鉛直方向に通る軸線である。支軸１８ａは、ステージ１６の直下から処理容器１２の底部を通って処理容器１２の外部まで延在している。この支軸１８ａと処理容器１２の底部との間には、封止部材ＳＬ１が設けられている。封止部材ＳＬ１は、支軸１８ａが回転及び上下動可能であるように、処理容器１２の底部と支軸１８ａとの間の空間を封止する。このような封止部材ＳＬ１は、例えば、磁性流体シールであり得る。
【００５５】
支軸１８ａの上端には、ステージ１６が結合されており、当該支軸１８ａの下端には駆動装置１８ｂが接続されている。駆動装置１８ｂは、支軸１８ａを回転及び上下動させるための動力を発生する。この動力によって支軸１８ａが回転することに伴ってステージ１６は軸線ＡＸ１中心に回転し、支軸１８ａが上下動することに伴ってステージ１６は上下動する。
【００５６】
図１０及び図１１に示すように、ステージ１６の上方には、四つのターゲット（カソードターゲット）２０が設けられている。これらターゲット２０は、軸線ＡＸ１を中心とする円弧に沿って配列されている。
【００５７】
ターゲット２０は、金属製のホルダ２２ａによって保持されている。ホルダ２２ａは、絶縁部材２２ｂを介して処理容器１２の天部に支持されている。ターゲット２０には、ホルダ２２ａを介して電源２４が接続されている。電源２４は、負の直流電圧を、ターゲット２０に印加する。なお、電源２４は、複数のターゲット２０に選択的に電圧を印加する単一の電源であってもよい。或いは、電源２４は、複数のターゲット２０にそれぞれ接続された複数の電源であってもよい。また、電源２４は、高周波電源であってもよい。
【００５８】
スパッタリング装置１０では、マグネット（カソードマグネット）２６が、ホルダ２２ａを介して対応のターゲット２０と対向するよう、処理容器１２の外部に設けられている。
【００５９】
また、スパッタリング装置１０は、処理容器１２内にガスを供給するガス供給部３０を備えている。ガス供給部３０は、一実施形態においては、ガスソース３０ａ、マスフローコントローラといった流量制御器３０ｂ、及び、ガス導入部３０ｃを備えている。ガスソース３０ａは、処理容器１２内において励起されるガスのソースであり、希ガス（例えばＡｒガス）のソースである。ガスソース３０ａは、流量制御器３０ｂを介してガス導入部３０ｃに接続している。ガス導入部３０ｃは、ガスソース３０ａからのガスを処理容器１２内に導入するガスラインである。
【００６０】
このガス供給部３０から処理容器１２内にガスが供給され、電源２４によってターゲット２０に電圧が印加されると、処理容器１２内に供給されたガスが励起される。また、マグネット２６により対応のターゲット２０の近傍に磁界が発生する。これにより、ターゲット２０の近傍にプラズマが集中する。そして、ターゲット２０にプラズマ中の正イオンが衝突することで、ターゲット２０から当該ターゲット２０の構成物質が放出される。これにより、基板ＷＨ上に膜が形成される。
【００６１】
また、ターゲット２０とステージ１６との間には、シャッターＳＨ１及びシャッターＳＨ２が設けられている。シャッターＳＨ１は、ターゲット２０の表面に対峙するように延在している。シャッターＳＨ１は、例えば、軸線ＡＸ１を中心軸線とする円錐面に沿う形状を有している。シャッターＳＨ２は、シャッターＳＨ１とステージ１６との間に介在している。シャッターＳＨ２は、例えば、軸線ＡＸ１を中心軸線とする円錐面に沿う形状を有し、シャッターＳＨ１に沿って、且つ、シャッターＳＨ１から離間して設けられている。
【００６２】
シャッターＳＨ１には、開口ＡＰ１が形成されている。シャッターＳＨ１の中央部分には、回転軸ＲＳ１が結合している。また、シャッターＳＨ２には、開口ＡＰ２が形成されている。シャッターＳＨ２の中央部分には、回転軸ＲＳ２が結合している。回転軸ＲＳ１の中心軸線及び回転軸ＲＳ２の中心軸線は軸線ＡＸ１に略一致している。即ち、回転軸ＲＳ１及び回転軸ＲＳ２は同軸に設けられている。回転軸ＲＳ１及び回転軸ＲＳ２は、処理容器１２の外部まで延びて、駆動装置ＲＤに接続している。駆動装置ＲＤは、回転軸ＲＳ１及び回転軸ＲＳ２を軸線ＡＸ１中心に互いに独立して回転させるように構成されている。回転軸ＲＳ１の回転に伴いシャッターＳＨ１は軸線ＡＸ１中心に回転し、回転軸ＲＳ２の回転に伴いシャッターＳＨ２は軸線ＡＸ１中心に回転する。シャッターＳＨ１及びシャッターＳＨ２の回転により、開口ＡＰ１、開口ＡＰ２、及び、ターゲット２０の相対的な位置が変化する。これにより、ターゲット２０は、シャッターＳＨ１の開口ＡＰ１及びシャッターＳＨ２の開口ＡＰ２を介してステージ１６に対して露出されるか（図１１の（ａ）を参照）、或いは、シャッターＳＨ１及びシャッターＳＨ２によってステージ１６に対して遮蔽される（図１１の（ｂ）を参照）。
【００６３】
図１１の（ａ）に示す状態では、基板ＷＨ上に膜を形成することができる。一方、図１１の（ｂ）に示す状態では、ターゲット２０から放出される物質はシャッターＳＨ１及びシャッターＳＨ２により遮蔽されて、基板ＷＨ上に堆積しない。但し、図１１の（ｂ）に示す状態では、希ガスのプラズマが処理容器１２内において生成される。したがって、図１１の（ｂ）に示す状態を形成することによって、スパッタリング装置１０は、上述した導電性アモルファス層ＡＬ及び金属層ＭＬのイオンエッチングを行うことが可能である。なお、イオンエッチングを行うために、ステージ１６には高周波バイアス用の高周波電源が接続され得る。この場合に、スパッタリング装置１０は、下部電極ＬＥの形成のための複数のターゲットを有していてもよい。これにより、単一のスパッタリング装置において、下部電極ＬＥの各層の形成及びイオンスパッタリングを実行することが可能となる。
【００６４】
本発明は添付の特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において変形することができる。例えば、スパッタリング装置で導電性アモルファス層ＡＬの成膜を行う場合、当該スパッタリング装置は、複数の開口を有するシャッターを有し、複数のターゲットから当該複数のターゲットの構成元素を同時に基板に向けて放出するように構成されていてもよい。より具体的な例として、スパッタリング装置は、Ｔａターゲット、Ｚｒターゲット、Ｎｂターゲット、及び、Ｂターゲットの四つのターゲットからＴａ、Ｚｒ、Ｎｂ、及び、Ｂをそれぞれ基板に向けて放出することにより、ＴａＺｒＮｂＢ層を成膜するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１００…製造システム、１０２…ローダモジュール、１０４，１０６…ロードロックモジュール、１０８…搬送モジュール、１０８ｔ…搬送装置、１１０ａ〜１１０ｈ…処理モジュール、１１２…制御部、１０…スパッタリング装置、ＢＳ…ベース基板、ＬＥ…下部電極、Ｌ１…第１の積層体、ＭＬ…金属層、ＡＬ…導電性アモルファス層、Ｌ２…第２の積層体、ＵＥ…上部電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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