次に本発明の実施例について図面を用い� ��説明する。

(実施例1)
 図3は、本発明に係る製造方法および製造装 置を用いて作製したトンネル磁気抵抗素子の 膜構成図である。反強磁性層3として厚さ7nm� �IrMnを用い、その下地層9として5nmのRu層を使� ��した以外は、図2の膜構成と同じである。

 図4を参照して、本実施例に係るトンネルバ リア層の形成方法を説明する。
 図4は、本実施例によるトンネルバリア層の 形成フローである。
 ステップS401においては、前述した実施形態 と同様にして、第1強磁性層までを成膜した� �
 ステップS403においては、第1強磁性層とな� �CoFeB層の上に、1.2nmの金属Mgを15sccmのArガスと 5sccmの酸素を独立に導入した雰囲気中で成膜� ��た(混合した酸素濃度は25%である)。次いで� �テップS405においては、酸化処理室で0.1Torrま たは1Torrの酸素雰囲気に60~600秒放置して酸化� ��理した。
 最後に、ステップS407においては、Arガスを1 5sccmのみ導入した雰囲気中で0.2nmの金属Mgを成 膜した。その後、ステップS409においては、Co FeB/Ta/Cu/Ta/Ruまで成膜してトンネル磁気抵抗素 子の成膜を終了した。

 本トンネル磁気抵抗素子は成膜後に磁場� ��アニール炉に入れ、真空中で1Tの磁場を印� �しながら360℃で2時間の磁場中アニール処理� ��行った。

 図5a、および図5bは、本トンネル磁気抵抗素 子のMR比およびRAを酸化時間に対してプロッ� �したグラフである。図5aに示すように、いず れの酸化条件においても100%を超えるMR比が得 られていることがわかる。図5bに示すように� ��RAについては、いずれの酸化条件において� �酸化時間が増すにつれてRAが増大しているが 、0.1Torrの低圧条件の方が1Torrの高圧条件に比 べて約半分の値に低くなっている。最も低い RAが得られたのは、0.1Torr条件で60秒の酸化処� ��を行った時で、2.6ωμm ² のRAで121%のMR比を達成している。

 なお、MR比とRAは、12端子プローブを用い� ��Current-In-Plane-Tunneling(CIPT)法によって測定し� �。CIPT法の測定原理はD.C.Worledge,P.L.Trouilloud,「 アプライド・フィジックス・レターズ(Applied� �Physics Letters)」,83(2003),84-86に記載されている 。

(実施例2)
 図6は、第1の金属層成膜時に酸素をドープ� �る際、成膜の初期と最後に酸素ガスの混合� �止めた場合のトンネルバリア層の形成フロ� �を示している。この時、第1の金属層を酸化� ��る方法としてラジカル酸化を用いた。トン� ��ル磁気抵抗素子の膜構成は、図2の膜構成を 用いた。

 以下に、図6を参照してトンネルバリア層の 形成フローを説明する。
 ステップS601においては、前述した実施形態 と同様にして、第1強磁性層までを成膜した� �
 ステップS603においては、以下の3つの工程� �経て、第1強磁性層上に第1の金属層を成膜し た。すなわち第1の金属層の成膜初期段階は� �酸素ガスを導入せずに、Arガス雰囲気で第1� �金属層を成膜した(第1の金属層の下部層)。� �膜中期段階において、Arガスと酸素ガスを導 入した雰囲気で第1の金属層を成膜した(第1の 金属層の中間層)。さらに成膜後期段階は、� �素ガスを導入せずに、Arガス雰囲気で第1の� �属層を成膜した(第1の金属層の上部層)。こ� �することにより、第1強磁性層および第2強磁 性層が酸化されてしまうことを抑制すること ができる。

 以下、上記ステップS603をより詳細に説明す る。
 まず初めに、スパッタリング室23の中で第1� ��磁性層となるCoFeB層の上に1.2nmの金属Mg(第1� �金属層)を成膜する。
この1.2nmの金属Mg層成膜時の投入Powerとシャッ ター開閉とArガス導入と酸素ガス導入の概略� ��イムチャートを図7に示す。まず初めにMgタ� ��ゲットのついたカソードへのパワー投入と� ��空チャンバー内へのArガスの導入をほぼ同� �に行いプラズマを発生させる。投入するパ� �ーはDC50W,導入するArガスの流量は100sccmであ� �。このプリスパッタ時間においては、ター� �ットと基板の間に配置されたシャッターは� �じているので、基板には膜が付着しない。

次に、シャッターを開けて成膜を開始する 。膜厚が0.6nmに達したら(第1の金属層の下部� �に相当する)、5sccm(酸素濃度=4.76%)の酸素ガス を導入し、Mg層に微量の酸素をドープする。M g層の膜厚が1.0nmに達したら(第1の金属層の中� ��層に相当する)酸素の導入を停止する。引き 続き、残りの0.2nmのMg層をAr雰囲気中で成膜し (第1の金属層の上部層に相当する)、1.2nmの第1 の金属層の成膜を完了する。

 なお、本実施例においては、第1の金属層 の成膜初期段階と成膜後期段階において、酸 素を導入せず、Ar雰囲気で第1の金属層を成膜 したが、必ずしも両段階で行う必要はなく、 どちらか一方の成膜段階だけ酸素を導入せず 、Ar雰囲気で第1の金属層を成膜する方法を採 用してもよい。

 次に、ステップS605においては、基板を酸 化処理室26へ移動しラジカル酸化する。ラジ� ��ル酸化時には真空チャンバー内に700sccmの酸 素ガスを導入し、電極に300WのRFパワーを投入 した。酸化時間は10秒とした。

 最後に、ステップS607もおいては、基板を スパッタリング室24に移動し、0.3nmの金属Mg(� �2の金属層に相当する)を成膜する。次いでス テップS609においては、前述の実施形態と同� �にして、第2強磁性層以降を成膜した。

 図8は、本方法によって作製したトンネル磁 気抵抗素子のRAとMR比の関係を示したグラフ� �ある。比較のために、第1の金属Mg層成膜時� �酸素を導入しない場合のデータもプロット� �た。第1の金属Mg層成膜時に酸素を導入し、� �属Mg層に酸素をドープすることによって、2.5 ωμm ² の低RAで86%の高MR比を達成することができた� �

(実施例3)
 図9は、実施例2で使用したトンネル磁気抵� �素子の膜構成およびMgOトンネルバリアの形� �方法と同様のトンネル磁気抵抗素子におい� �、ラジカル酸化の酸化時間のみを100秒とし� �時のRAの基板面内分布を示したグラフである 。横軸は直径300mmウエハの中心からの距離で� ��る。比較のためにMgOの焼結ターゲットからR FスパッタリングによってダイレクトにMgOト� �ネルバリアを形成したトンネル磁気抵抗素� �のRA分布も載せた。これによれば、本発明の 方法によって形成したトンネル磁気抵抗素子 のRA分布は1.6%であり、MgO焼結ターゲットのRF� ��パッタリングによる方法のRA分布9.4%よりも� ��らかに良い結果であることがわかる。

(実施例4)
 図10もまた実施例2で使用したトンネル磁気� ��抗素子の膜構成およびMgOトンネルバリアの� ��成方法と同様のトンネル磁気抵抗素子であ� ��て、ラジカル酸化の酸化時間のみを20秒と� �た時のRAの基板間バラツキを示したグラフで ある。横軸は連続処理した基板の枚数である 。比較のためにMgOの焼結ターゲットからRFス� ��ッタリングによってダイレクトにMgOトンネ� ��バリアを形成したトンネル磁気抵抗素子のR Aバラツキも載せた。これによれば、本発明� �方法によって形成したトンネル磁気抵抗素� �の基板間RAバラツキは1.3%であり、MgO焼結タ� �ゲットのRFスパッタリングによる方法のRAバ� ��ツキ6.7%よりも明らかに良い結果であること がわかる。

(実施例5)
 図10は、実施例1の磁気トンネル素子におい� ��、第2の金属Mg層の膜厚を変えた時のMR比を� �したグラフである。第2の金属Mg層を成膜す� �ことによって著しくMR比が増大することがわ かった。本結果から第2に金属層として成膜� �る金属Mg層の膜厚は0.1nm以上0.6nm以下が好ま� �い。こうすることにより、100%以上のMR比を� �現することができる。