特開 2023-7180 成膜装置及び成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023007180

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】成膜装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H10N 50/01 20230101AFI20230111BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20230111BHJP

   H01F 41/20 20060101ALI20230111BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

H01L43/12

H01L43/08 Z

H01F41/20

C23C14/08 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021110267

(22)【出願日】2021-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】北田 亨

(72)【発明者】

【氏名】五味 淳

(72)【発明者】

【氏名】中村 貫人

【テーマコード（参考）】

4K029

5E049

5F092

【Ｆターム（参考）】

4K029AA24

4K029BA43

4K029BA53

4K029BB02

4K029BC06

4K029GA01

4K029KA01

4K029KA09

5E049HC01

5F092AA11

5F092AB06

5F092AC12

5F092BB10

5F092BB22

5F092BB23

5F092BB36

5F092BB43

5F092BB53

5F092BC04

5F092BC07

5F092BC12

5F092BC13

5F092BC19

5F092BC22

5F092BE01

5F092CA23

5F092CA26

5F092GA05

(57)【要約】

【課題】磁気トンネル接合素子の特性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
【解決手段】基板に積層構造を形成して磁気トンネル接合素子を形成する成膜装置であって、前記基板上に磁性層及び絶縁層を形成する複数の処理室と、前記基板に磁場を印加して加熱処理をする加熱処理室と、前記成膜処理室及び前記加熱処理室を接続する真空搬送室と、制御部と、を備える、成膜装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に積層構造を形成して磁気トンネル接合素子を形成する成膜装置であって、
前記基板に磁性層及び絶縁層を形成する複数の処理室と、
前記基板に磁場を印加して加熱処理をする加熱処理室と、
前記処理室及び前記加熱処理室を接続する真空搬送室と、
制御部と、を備える、
成膜装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記基板に第１の磁性層を形成し、前記第１の磁性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記第１の磁性層及び前記絶縁層が形成された前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程と、
前記絶縁層の上に第２の磁性層を形成する工程と、を実行する、
請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程は、
前記第１の磁性層及び前記絶縁層を結晶化する、
請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程は、
前記第１の磁性層の磁化方向を制御する、
請求項２または請求項３に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第２の磁性層が形成された前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程を更に実行する、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項6】

基板に積層構造を形成して磁気トンネル接合素子を形成する成膜方法であって、
前記基板に第１の磁性層を形成し、前記第１の磁性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記第１の磁性層及び前記絶縁層が形成された前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程と、
前記絶縁層の上に第２の磁性層を形成する工程と、を有する、
成膜方法。

【請求項7】

前記第２の磁性層が形成された前記基板に磁場を印加して加熱処理をする工程を更に有する、
請求項６に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）に用いられる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）素子は、２つの磁性層と、これらの間に設けられた絶縁層からなるトンネルバリア層とを有する積層構造として構成されている。

【0003】

特許文献１には、成膜システムでウエハに積層膜を成膜した後、成膜システムから取り出したウエハに加熱処理を実施することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－４７０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

２つの磁性膜及び絶縁膜をアニール処理して結晶化する際、磁性膜中のボロンが拡散する。これにより、ＭＴＪ素子の性能が低下するおそれがある。

【0006】

上記課題に対して、一側面では、磁気トンネル接合素子の特性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板に積層構造を形成して磁気トンネル接合素子を形成する成膜装置であって、前記基板に磁性層及び絶縁層を形成する複数の処理室と、前記基板に磁場を印加して加熱処理をする加熱処理室と、前記成膜処理室及び前記加熱処理室を接続する真空搬送室と、制御部と、を備える、成膜装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、磁気トンネル接合素子の特性を向上する成膜装置及び成膜方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】基板処理システムの一例の構成を示す平面図である。

【図2】ＭＴＪ素子の形成処理を説明するフローチャートの一例である。

【図3】形成される素子の断面図の一例である。

【図4】磁場アニール処理装置の一例の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

＜基板処理システム１００＞
基板処理システム（成膜装置）１００の全体構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理システム１００の一例の構成を示す平面図である。

【0012】

図１に示す基板処理システム１００は、クラスタ構造（マルチチャンバタイプ）のシステムである。基板処理システム１００は、複数の処理室１１１～１１５、真空搬送室１２０、ロードロック室１３１，１３２、大気搬送室１４０、ロードポート１５０及び制御部２００を備えている。

【0013】

処理室（真空処理装置）１１１～１１５は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にてウエハ（基板）Ｗに所望の処理（クリーニング処理、エッチング処理、成膜処理、磁場アニール処理等）を施す。処理室１１１～１１５は、真空搬送室１２０に隣接して配置される。処理室１１１～１１５と真空搬送室１２０とは、ゲートバルブの開閉により連通する。処理室１１１～１１５は、ウエハＷを載置する載置部を有する。なお、処理室１１１～１１５における処理のための各部の動作は、制御部２００によって制御される。

【0014】

真空搬送室１２０は、ゲートバルブを介して、複数の室（処理室１１１～１１５、ロードロック室１３１，１３２）と連結され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、真空搬送室１２０の内部には、ウエハＷを搬送する真空搬送装置１２１が設けられている。真空搬送装置１２１は、処理室１１１～１１５のゲートバルブの開閉に応じて、処理室１１１～１１５と真空搬送室１２０との間でウエハＷの搬入及び搬出を行う。また、真空搬送装置１２１は、ロードロック室１３１，１３２のゲートバルブの開閉に応じて、ロードロック室１３１，１３２と真空搬送室１２０との間でウエハＷの搬入及び搬出を行う。なお、真空搬送装置１２１の動作、ゲートバルブの開閉は、制御部２００によって制御される。

【0015】

ロードロック室１３１，１３２は、真空搬送室１２０と大気搬送室１４０との間に設けられている。ロードロック室１３１，１３２は、ウエハＷを載置する載置部（図示せず）を有する。ロードロック室１３１，１３２は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。ロードロック室１３１，１３２と真空雰囲気の真空搬送室１２０とは、ゲートバルブの開閉により連通する。ロードロック室１３１，１３２と大気雰囲気の大気搬送室１４０とは、ドアバルブの開閉により連通する。なお、ロードロック室１３１，１３２内の真空雰囲気または大気雰囲気の切り替えは、制御部２００によって制御される。

【0016】

大気搬送室１４０は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。また、大気搬送室１４０の内部には、ウエハＷを搬送する大気搬送装置１４１が設けられている。また、大気搬送室１４０には、ウエハＷの位置合わせを行うアライナ１４２が設けられている。

【0017】

また、大気搬送室１４０の壁面には、ロードポート１５０が設けられている。ロードポート１５０は、ウエハＷが収容されたキャリアＦ又は空のキャリアＦが取り付けられる。キャリアＦとしては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。

【0018】

大気搬送装置１４１は、ドアバルブの開閉に応じて、ロードロック室１３１，１３２と大気搬送室１４０との間でウエハＷの搬入及び搬出を行う。また、大気搬送装置１４１は、アライナ１４２と大気搬送室１４０との間でウエハＷの搬入及び搬出を行う。また、
大気搬送装置１４１は、ロードポート１５０に取り付けられたキャリアＦと大気搬送室１４０との間でウエハＷの搬入及び搬出を行う。なお、大気搬送装置１４１の動作、ドアバルブの開閉は、制御部２００によって制御される。

【0019】

制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）を有する。制御部２００は、ＨＤＤに限らずＳＳＤ（Solid State Drive）等の他の記憶領域を有してもよい。ＨＤＤ、ＲＡＭ等の記憶領域には、プロセスの手順、プロセスの条件、搬送条件が設定されたレシピが格納されている。

【0020】

ＣＰＵは、レシピに従って各処理室１１１～１１５におけるウエハＷの処理を制御し、ウエハＷの搬送を制御する。ＨＤＤやＲＡＭには、各処理室１１１～１１５におけるウエハＷの処理やウエハＷの搬送を実行するためのプログラムが記憶されてもよい。プログラムは、記憶媒体に格納して提供されてもよいし、ネットワークを通じて外部装置から提供されてもよい。

【0021】

次に、ウエハＷにＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）に用いられる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）素子を形成する方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、ＭＴＪ素子の形成処理を説明するフローチャートの一例である。図３は、形成される素子の断面図の一例である。

【0022】

ステップＳ１０１において、ウエハＷを基板処理システム１００に搬入する。例えば、処理前のウエハＷを収容したキャリアＦがロードポート１５０に取り付けられる。

【0023】

ステップＳ１０２において、ウエハＷに磁化膜２０８までを成膜する。例えば、制御部２００は、大気搬送装置１４１及び真空搬送装置１２１を制御して、処理室１１１に処理前のウエハＷを搬送する。処理室１１１は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置であって、ウエハＷに成膜する。制御部２００は、処理室１１１を制御して、ウエハＷに所望の積層膜を形成する。

【0024】

ステップＳ１０３において、磁化膜２０８の上にトンネルバリア膜（絶縁膜）としてのＭｇＯ膜２０９を成膜する。例えば、制御部２００は、真空搬送装置１２１を制御して、処理室１１１から処理室１１２にウエハＷを搬送する。処理室１１２は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置であって、ウエハＷに膜を成膜する。制御部２００は、処理室１１２を制御して、ウエハＷにＭｇＯ膜２０９を成膜する。

【0025】

図３（ａ）は、ステップＳ１０３の終了後のウエハＷの積層膜を説明する模式図である。ウエハＷには、電極２０１と、下地層（Ｔａ層２０２及びＲｕ層２０３）、第１磁性層２０４、スペーサー層２０５、第２磁性層（Ｃｏ層２０６、Ｍｏ層２０７、ＣｏＦｅＢ層２０８）、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）が成膜されている。

【0026】

電極２０１は、ウエハＷの上に形成される。下地層は、電極２０１の上に形成される。下地層は、例えばＴａ層２０２及びＲｕ層２０３を積層して形成される。

【0027】

下地層の上には、ＳＡＦ（Synthetic Antiferromagnet：人工反強磁性体）構造の固定層（第１の磁性層）が形成される。固定層は、第１磁性層２０４と、スペーサー層２０５と、第２磁性層（Ｃｏ層２０６、Ｍｏ層２０７、ＣｏＦｅＢ層２０８）と、を有する。第１磁性層２０４は、下地層の上に形成される。第１磁性層２０４は、非磁性のスペーサー層２０５を介して、第２磁性層と反強磁性結合を形成し、第２磁性層の磁化方向を固定する。第１磁性層２０４は、例えばＣｏ膜とＰｔ膜を交互に積層した多層膜として形成される。非磁性のスペーサー層２０５は、第１磁性層２０４の上に形成される。スペーサー層２０５は、例えばＲｕ等で形成される。第２磁性層は、スペーサー層２０５の上に形成される。第２磁性層は、例えばＣｏ層２０６、Ｍｏ層２０７、ＣｏＦｅＢ層２０８を積層して形成される。

【0028】

トンネルバリア層（絶縁層）としてのＭｇＯ膜２０９は、第２磁性層（ＣｏＦｅＢ層２０８）の上に形成される。なお、ステップＳ１０３におけるＭｇＯ膜２０９の成膜温度は、例えば１５０℃で成膜される。

【0029】

ここで、ＰＶＤ装置で成膜されたＣｏＦｅＢ層２０８及びＭｇＯ膜２０９は、アモルファス構造となっている。

【0030】

ステップＳ１０４において、Ｉｎ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行う。例えば、制御部２００は、真空搬送装置１２１を制御して、処理室１１２から処理室１１３にウエハＷを搬送する。処理室１１３は、磁場を印加した状態でウエハＷをアニール処理（加熱処理）する磁場アニール処理装置である。制御部２００は、処理室１１３を制御して、ウエハＷに着磁処理及びアニール処理を施す。ここで、ウエハＷを加熱するアニール温度は、ＭｇＯ膜２０９の成膜温度（例えば１５０℃）よりも高温とする。例えば、ウエハＷは３７０℃以上（好ましくは、４００℃以上、５００℃以下）に加熱され、アニール処理が施される。また、アニール処理装置は、例えば１Ｔ～２Ｔの磁場を印加した状態で、アニール処理することにより、第１磁性層２０４及び第２磁性層（Ｃｏ層２０６、Ｍｏ層２０７、ＣｏＦｅＢ層２０８）の磁化方向を制御して着磁する。

【0031】

図３（ｂ）は、ステップＳ１０４の終了後のウエハＷの積層膜を説明する模式図である。磁場中アニール処理によって、ＭｇＯ膜２０９及びＣｏＦｅＢ層２０８が着磁するとともに結晶化する。なお、結晶化を格子のハッチで模式的に示す。この際、ＣｏＦｅＢ層２０８中のボロン（Ｂ）がＭｏ層２０７やＴａ層２０２に拡散する。拡散したボロン３００を模式的に示す。

【0032】

ここで、処理室１１３である磁場アニール処理装置の一例について、図４を用いて説明する。図４は、磁場アニール処理装置４００の一例の構成を示す断面図である。

【0033】

磁場アニール処理装置４００は、ＭＲＡＭの製造に用いられ、固定層（ＣｏＦｅＢ層２０８）及びトンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）成膜後に着磁処理およびアニール処理を行う装置である。磁場アニール処理装置４００は、図１示す基板処理システム１００の１つの処理室１１３として設けられる。

【0034】

磁場アニール処理装置４００は、処理容器４０１と、磁石部４０２と、素線部４０３ａ，４０３ｂと、ヨーク４０４と、支持部４０５と、ゲートバルブ４０６と、加熱部４０７と、冷却部（図示せず）と、を備える。

【0035】

処理容器４０１は、ウエハＷを処理する処理空間４１０を画定する。処理容器４０１は、第１の壁部４０１ａと、第２の壁部４０１ｂと、排気管４０１ｃと、を備える。第１の壁部４０１ａは、第１の断熱層４０１ａ１を備える。第２の壁部４０１ｂは、第２の断熱層４０１ｂ１を備える。排気管４０１ｃは、排気装置（図示せず）に接続され、処理容器４０１内のガスを排気する。

【0036】

磁石部４０２は、第１のコア部４０２ａと、第２のコア部４０２ｂと、を備える。第１のコア部４０２ａは、第１の端面４０２ａ１を備える。第２のコア部４０２ｂは、第２の端面４０２ｂ１を備える。

【0037】

磁石部４０２は、電磁石であり、電源（図示せず）から素線部４０３ａおよび素線部４０３ｂに電流が供給されることによって磁界を発生し得る。素線部４０３ａは、第１のコア部４０２ａの周りに巻き回され被覆された銅線等である。素線部４０３ｂは、第２のコア部４０２ｂの周りに巻き回され被覆された銅線等である。第１の端面４０２ａ１は、磁石部４０２の第１の磁極に対応し、第２の端面４０２ｂ１は、磁石部４０２の第２の磁極に対応している。第１の磁極、第２の磁極のそれぞれは、例えば、Ｎ極、Ｓ極であり得る。第１の端面４０２ａ１と第２の端面４０２ｂ１とは、互いに並行に延びており、離間して向かい合っている。

【0038】

第１のコア部４０２ａの周囲には、素線部４０３ａが設けられ、第２のコア部４０２ｂの周囲には素線部４０３ｂが設けられている。第１のコア部４０２ａおよび第２のコア部４０２ｂは、例えば鉄等の金属からなり、素線部４０３ａ、素線部４０３ｂによって生じる磁力線を第１の端面４０２ａ１および第２の端面４０２ｂ１に収束させる。また、磁石部４０２には、ヨーク４０４が設けられている。

【0039】

処理容器４０１は、磁石部４０２の第１の端面４０２ａ１と磁石部４０２の第２の端面４０２ｂ１との間に配置される。磁石部４０２の第１のコア部４０２ａ（第１の端面４０２ａ１）は、処理容器４０１の外側において処理容器４０１の第１の壁部４０１ａ上に設けられ、磁石部４０２の第２のコア部４０２ｂ（第２の端面４０２ｂ１）は、処理容器４０１の外側において処理容器４０１の第２の壁部４０１ｂ上に設けられる。第１の壁部４０１ａは、第１の端面４０２ａ１に接していてもよい。第２の壁部４０１ｂは、第２の端面４０２ｂ１に接していてもよい。

【0040】

第１の断熱層４０１ａ１は、第１の壁部４０１ａの内部に設けられている。第１の断熱層４０１ａ１は、例えば第１の壁部４０１ａの内部に設けられた水冷ジャケットである。第１の断熱層４０１ａ１は、第１の端面４０２ａ１に接していてもよい。第２の断熱層４０１ｂ１は、第２の壁部４０１ｂの内部に設けられている。第２の断熱層４０１ｂ１は、例えば第２の壁部４０１ｂの内部に設けられた水冷ジャケットである。第２の断熱層４０１ｂ１は、第２の端面４０２ｂ１に接していてもよい。第１の断熱層４０１ａ１の水冷ジャケットおよび第２の断熱層４０１ｂ１の水冷ジャケットは、何れも、チラーユニット（図示せず）に接続された配管を有している。チラーユニットは、第１の断熱層４０１ａ１および第２の断熱層４０１ｂ１に冷却液を循環させることによって、処理容器４０１と磁石部４０２との間の熱の移動を低減する（断熱する）。第１の断熱層４０１ａ１および第２の断熱層４０１ｂ１は、例えば繊維系や発泡系の断熱材を有していてもよく、この場合、この断熱材は、第１の壁部４０１ａと第１のコア部４０２ａの第１の端面４０２ａ１との間、および、第２の壁部４０１ｂと第２のコア部４０２ｂの第２の端面４０２ｂ１との間に設置され得る。

【0041】

支持部４０５は、処理容器４０１内に設けられる。ウエハＷは、ゲートバルブ４０６を介して、真空搬送室１２０の真空搬送装置１２１によって処理空間４１０内に搬送され、支持部４０５に支持されるように載置される。

【0042】

磁石部２によって発生される磁力線は、処理空間４１０内において支持部４０５によって支持されている状態のウエハＷに対し垂直となる。ウエハＷには、磁石部４０２によって、０．１～２［Ｔ］程度の磁界が生じ得る。

【0043】

加熱部４０７は、支持部４０５によって支持されるウエハＷを加熱する。加熱部４０７は、処理容器４０１内に配置され、例えば、抵抗加熱ヒータ、赤外線ヒータまたはランプヒータ等であってよい。

【0044】

冷却部（図示せず）は、支持部４０５によって支持されるウエハＷを冷却する。冷却部は、例えば、処理空間４１０内に冷却ガスを供給するガス供給装置であってよい。処理空間４１０内に供給された冷却ガスは、ウエハＷと熱交換することにより、ウエハＷを冷却する。その後、冷却ガスは、排気管４０１ｃから処理容器４０１外に排気される。冷却ガスは、例えば、Ｎ_２ガス、Ｈｅガス等の希ガスを用いることができる。

【0045】

これにより、磁場アニール処理装置４００は、枚葉で着磁処理及びアニール処理を行うことができる。

【0046】

図２及び図３に戻り、ステップＳ１０５において、ＭｇＯ膜上の磁性層等を成膜する。例えば、制御部２００は、真空搬送装置１２１を制御して、処理室１１３から処理室１１４にウエハＷを搬送する。処理室１１４は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置であって、ウエハＷに成膜する。制御部２００は、処理室１１４を制御して、ウエハＷに処理室１１１を制御して、ウエハＷに所望の積層膜を形成する。

【0047】

図３（ｃ）は、ステップＳ１０５の終了後のウエハＷの積層膜を説明する模式図である。ウエハＷには、結晶化したＭｇＯ膜２０９の上に、自由層（第２の磁性層）及びキャップ層が形成される。

【0048】

自由層は、トンネルバリア層の上に形成される。自由層は、例えばＣｏＦｅＢ層２１０、Ｍｏ層２１１、ＣｏＦｅＢ層２１２で形成される。キャップ層は、自由層の上に形成される。キャップ層は、ＭｇＯ層２１３、Ｔａ層２１４、Ｒｕ層２１５で形成される。

【0049】

ここで、ＰＶＤ装置で成膜されたＣｏＦｅＢ層２１０，２１２は、アモルファス構造となっている。

【0050】

ステップＳ１０６において、ウエハＷを基板処理システム１００から搬出する。例えば、制御部２００は、真空搬送装置１２１及び大気搬送装置１４１を制御して、キャリアＦに処理済のウエハＷを搬送する。そして、キャリアＦは、ロードポート１５０から取り外される。

【0051】

ステップＳ１０７において、Ｅｘ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行う。処理済のウエハＷは、バッチ方式の磁場アニール処理装置（図示せず）に搬送される。バッチ方式の磁場アニール処理装置は、複数のウエハＷに対し、磁場を印加した状態でウエハＷをアニール処理（加熱処理）する。

【0052】

図３（ｄ）は、ステップＳ１０７の終了後のウエハＷの積層膜を説明する模式図である。磁場アニール処理によって、ＣｏＦｅＢ層２１０、Ｍｏ層２１１、ＣｏＦｅＢ層２１２の磁化方向を制御して着磁する。また、ＣｏＦｅＢ層２１０，２１２を結晶化する。なお、結晶化を格子のハッチで模式的に示す。この際、ＣｏＦｅＢ層２１０，２１２中のボロン（Ｂ）がＭｏ層２１１やＴａ層２１４に拡散する。拡散したボロン３００を模式的に示す。

【0053】

ここで、ＭｇＯ膜２０９が結晶化していることにより、ＣｏＦｅＢ層２１０，２１２中のボロン（Ｂ）が、ＭｇＯ膜２０９を通過してＭｏ層２０７やＴａ層２０２へ拡散することを防止する。また、ＣｏＦｅＢ層２０８中のボロン（Ｂ）が、ＭｇＯ膜２０９を通過してＭｏ層２１１やＴａ層２１４へ拡散することを防止する。

【0054】

ここで、参考例に係るＭＴＪ素子の形成方法について説明する。参考例に係るＭＴＪ素子の形成方法においては、固定層（ＣｏＦｅＢ層２０８）、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）、自由層（ＣｏＦｅＢ層２１０）を成膜後に、バッチ方式の磁場アニール処理装置を用いてＥｘ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行う。

【0055】

この際、ＣｏＦｅＢ層２０８中のボロン（Ｂ）が、ＭｇＯ膜２０９を通過してＭｏ層２１１やＴａ層２１４へ拡散する。また、ＣｏＦｅＢ層２１０中のボロン（Ｂ）が、ＭｇＯ膜２０９を通過してＭｏ層２０７やＴａ層２０２へ拡散する。このように、ボロン（Ｂ）がＭｇＯ膜２０９を通過することによりピンホールの要因となり、また、ＭｇＯ膜２０９とＣｏＦｅＢ層２０８（２１０）との界面の状態が劣化する。これにより、ＭＴＪ素子の特性が低下するおそれがある。例えば、ＭｇＯ膜２０９の絶縁性能が低下するおそれがある。

【0056】

これに対し、本実施形態に係るＭＴＪ素子の形成方法によれば、固定層（ＣｏＦｅＢ層２０８）及びトンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）を成膜した後に、Ｉｎ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を施すことにより、ＣｏＦｅＢ層２０８中のボロン（Ｂ）はＭｏ層２０７やＴａ層２０２へ拡散する。一方、ステップＳ１０４のアニール処理においては、ＭｇＯ膜２０９の上にＭｏ層２１１やＴａ層２１４が形成される前であり、ＣｏＦｅＢ層２０８中のボロン（Ｂ）がＭｇＯ膜２０９を通過する拡散を抑えることができる。これにより、ＭｇＯ膜２０９を通過するボロン（Ｂ）を抑制するとともに、ＭｇＯ膜２０９とＣｏＦｅＢ層２０８との界面の状態が劣化することを抑制する。

【0057】

また、自由層（ＣｏＦｅＢ層２１０）を成膜後に、バッチ方式の磁場アニール処理装置を用いてＥｘ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行う。ここで、ＭｇＯ膜２０９はステップＳ１０４のアニール処理によって結晶化している。これにより、ＭｇＯ膜２０９を通過するボロン（Ｂ）を抑制するとともに、ＭｇＯ膜２０９とＣｏＦｅＢ層２０８，２１０との界面の状態が劣化すること抑制する。

【0058】

なお、本実施形態に係るＭＴＪ素子の形成方法では、自由層（ＣｏＦｅＢ層２１０）及びキャップ層の成膜後に、バッチ方式の磁場アニール処理装置を用いてＥｘ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行うものとして説明したが、これに限られるものではない。、自由層及びキャップ層の成膜後に、枚葉方式の磁場アニール処理装置を用いてＩｎ－ｓｉｔｕで磁場中アニール処理を行う構成であってもよい。例えば、ステップＳ１０５で自由層及びキャップ層が成膜された後、制御部２００は、真空搬送装置１２１を制御して、処理室１１４から処理室１１５にウエハＷを搬送する。処理室１１５は、処理室１１３と同様に磁場を印加した状態でウエハＷをアニール処理する磁場アニール処理装置である。制御部２００は、処理室１１５を制御して、ウエハＷに着磁処理及びアニール処理を施す構成であってもよい。

【0059】

また、ステップＳ１０４に示す固定層（ＣｏＦｅＢ層２０８）及びトンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）成膜後のアニール処理は、ボロン（Ｂ）の通過を抑制するようにＣｏＦｅＢ層２０８及びＭｇＯ膜２０９をアニール処理して、ステップＳ１０７に示す自由層（ＣｏＦｅＢ層２１０）及びキャップ層の成膜後のアニール処理で、ＣｏＦｅＢ層２０８、ＭｇＯ膜２０９、ＣｏＦｅＢ層２１０を結晶化するようにアニール処理する構成であってもよい。

【0060】

また、ステップＳ１０４に示す固定層（ＣｏＦｅＢ層２０８）及びトンネルバリア層（ＭｇＯ膜２０９）成膜後のアニール処理は、磁場を印加せずアニール処理を行い、ステップＳ１０７に示す自由層（ＣｏＦｅＢ層２１０）及びキャップ層の成膜後のアニール処理で、磁場を印加しつつアニール処理を行うようにしてもよい。これにより、ステップＳ１０４におけるアニール処理でボロン（Ｂ）の通過を抑制するようにＣｏＦｅＢ層２０８及びＭｇＯ膜２０９をアニール処理し、ステップＳ１０７におけるアニール処理でＣｏＦｅＢ層２０８，２１０に着磁処理を行うとともに、ＣｏＦｅＢ層２０８，２１０及びＭｇＯ膜２０９を結晶化することができる。

【0061】

以上、基板処理システム及び真空処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明に係る基板処理システム及び真空処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0062】

１００ 基板処理システム（成膜装置）
１１１，１１２，１１４ 処理室
１１３，１１５ 処理室（加熱処理室）
１２０ 真空搬送室
２００ 制御部
２０８ ＣｏＦｅＢ層（第１の磁性層、固定層）
２０９ ＭｇＯ膜（絶縁層、トンネルバリア層）
２１０ ＣｏＦｅＢ層（第１の磁性層、自由層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】