磁性器件的制造方法和制造装置、以及磁性器件

摘要

一种增大单方向各向异性常数(J

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造磁性器件的方法、一种制造磁性器件的装置、及一种磁性器件。

背景技术

利用巨磁(GMR)效应和隧穿磁阻(TMR)效应的磁阻元件的磁阻变化率极高，由此应用于磁性传感器、磁性再生头、及磁性存储器之类的磁性器件中。

具有约6～15层人工晶格结构的磁阻元件包括具有可旋转自发磁化方向的自由层、具有固定自发磁化方向的固定层、设置在固定层与自由层之间的非磁性层、及包括相对于固定层的单方向各向异性的反铁磁层。

已知的反铁磁层包括锰铱(MnIr)薄膜和铂锰(PtMn)薄膜(例如，参考专利文献1和2)。MnIr薄膜生成与固定层之间的强磁矫顽力(magnetic coerciveforce)。PtMn薄膜使得磁矫顽力的热稳定性优良。

一般使用单方向各向异性常数J_K来评价反铁磁层与固定层之间的磁矫顽力。由公式J_K＝M_S·d_F·H_ex可获得包括反铁磁层和固定层的叠层薄膜的单方向各向异性J_K。此处，M_S代表固定层的饱和磁化，d_F代表固定层的厚度，H_ex代表磁滞曲线中的变化磁场的量级。

厚度为5～10纳米的超薄MnIr膜中，随着Mn和Ir的成分比变为3∶1，并且晶体结构按照L1₂型排序，得到极大的单方向各向异性常数J_K。在Mn₃Ir薄膜中，磁矫顽力消失温度，或所谓的阻截温度(blocking temperature)，为大于等于360°。由此，Mn₃Ir薄膜具有关于磁性的较高热稳定性(专利文献3)。

一般地，使用高纯度的氩(Ar)气进行溅射而制造反铁磁层。溅射过程中压力超过1.0(Pa)的高压溅射处理提高基底温度T_sub，并且藉此增大单方向各向异性常数J_K。

图8示出了MnIr用作反铁磁层、CoFe用作固定层时的单方向各向异性常数J_K。图8中，溅射压力为2.0(Pa)，基底温度T_sub为室温(20℃)～400℃。此外，垂直轴代表单方向各向异性常数J_K，水平轴代表对主要组分为Mn和Ir的靶所施加的电力密度P_D。

如图8所示，单方向各向异性常数J_K随着所施加的电力密度P_D增大而增大。此外，当所施加电力密度P_D相同时，单方向各向异性常数J_K随着基底温度T_sub增大而增大。叠层膜的单方向各向异性常数J_K在Mn和Ir的成分比为3∶1的Mn₃Ir附近到达最大值。这一与所施加电力密度P_D的相关性意味着所施加电力密度P_D的增大会使得MnIr薄膜的成分更接近Mn₃Ir。此外，与基底温度T_sub的相关性意味着基底温度T_sub的升高会促进L1₂有序相的形成。

然而，使用上述高压处理形成反铁磁层会导致下列缺陷。溅射粒子中，Ir粒子之类的粒子质量较大。倘若这类大质量粒子与Ar粒子碰撞，大质量粒子的运动方向几乎不变。相反，当Mn粒子之类的小质量粒子与残留的Ar粒子碰撞时，小质量粒子的运动方向容易改变。从而，高压处理会导致反铁磁层的成分和膜厚度在基底平面内有较大变化。在厚度均匀性有要求且各层的允许厚度变化范围小于等于1纳米的磁性器件中，反铁磁层的这一成分和膜厚度的变化会极大地降低器件的磁特性。

可通过降低溅射压力来解决上述缺陷。然而，根据发明人进行的试验，当溅射过程中的压力降低至小于等于0.1(Pa)时，无论所施加的电力密度P_D或者基底温度T_sub如何，叠层膜都不能获得足够的单方向各向异性常数J_K。

图9示出了MnIr用作反铁磁层、CoFe用作固定层时的单方向各向异性常数J_K。图9中，基底温度T_sub为室温(20℃)或350℃，且所施加的电力密度P_D为0.41(W/cm²)～2.44(W/cm²)。此外，垂直轴代表单方向各向异性常数J_K，水平轴代表溅射压力(后文简称为处理压力P_S)。

如图9所示，当基底温度T_sub为350℃时，单方向各向异性常数J_K随着处理压力P_S的减小而缓慢减小，并且最终到达与基底温度T_sub为室温(20℃)时的单方向各向异性常数J_K大致相等的量级(约0.4(erg/cm²))。相反，当基底温度T_sub为室温(20℃)时，单方向各向异性常数J_K随着处理压力P_S的减小而缓慢增大，但不超过基底温度T_sub为350℃时的单方向各向异性常数J_K。

专利文献1：第2672802号日本专利

专利文献2：第2962415号日本专利

专利文献3：第2005-333106号日本专利公开

发明内容

本发明提供一种制造磁性器件的方法、一种制造磁性器件的装置、及由在溅射期间压力小于等于1.0(Pa)的低压处理中增大单方向各向异性常数J_K的制造装置所制造的磁性器件。

本发明的一个方面为一种制造磁性器件的方法。所述方法包括将所述基底放置在成膜室中；将所述基底加热至预定温度；将所述成膜室的压力减小至小于等于0.1(Pa)；且在已减压的所述成膜室中，通过使用Kr和Xe中的至少一种对主要成分为形成所述反铁磁层之元素的靶进行溅射，从而在所述基底上形成所述反铁磁层。所述反铁磁层包括由组成式Mn_100-X-M_X(M为Ru、Rh、Ir及Pt中的至少一种，X的取值范围为20(原子％)≤X≤30(原子％))表示的L1₂有序相。

本发明的另一方面为制造磁性器件的装置。所述装置包括容纳所述基底的成膜室；减小所述成膜室的压力的减压单元；对所述成膜室中的所述基底进行加热的加热单元；阴极，其包括主要成分为形成所述反铁磁层之元素的靶；向所述成膜室供给Kr和Xe中至少一种的供给单元；控制单元，其驱动所述加热单元以将所述基底加热至预定温度、驱动所述减压单元以将所述成膜室的压力减小至小于等于0.1(Pa)、驱动所述供给单元以向所述成膜室供给Kr和Xe中至少一种、及驱动所述阴极以对所述靶进行溅射并且在所述基底上形成所述反铁磁层。所述反铁磁层包括由组成式Mn_100-X-M_X(M为Ru、Rh、Ir及Pt中的至少一种，X的取值范围为20(原子％)≤X≤30(原子％))表示的L1₂有序相。

本发明的另一方面为由上述制造装置所制造的磁性器件。

附图说明

图1为磁性器件制造装置的示意图；

图2为反铁磁层室的侧视剖视图；

图3为示出单方向各向异性常数与施加的电力密度的相关性的图示；

图4为示出单方向各向异性常数与处理压力的相关性的图示；

图5为示出电阻均匀性与处理压力的相关性的图示；

图6为示出交换耦合磁场的电阻均匀性与处理压力的相关性的图示；

图7为示出磁性存储器的主要部件的示意剖视图；

图8为示出现有单方向各向异性常数与施加的电力密度的相关性的图示；

图9为示出现有单方向各向异性常数与处理压力的相关性的图示。

具体实施方式

现参考附图描述根据本发明实施例的磁性器件制造装置10。图1为示出磁性器件制造装置10的示意图。如图1所示，制造装置10包括传送装置11、成膜装置12、及用作控制单元的控制装置13。

传送装置11包括能够容纳多个基底S的盒体C，以及传送基底S的传送自动机构。在开始在基底S上进行成膜处理时，传送装置11将基底S从盒体C搬入成膜装置12，并且在基底S的成膜处理结束时，传送装置11将基底S从成膜装置12搬出并且放到盒体S上。基底S例如可由硅、玻璃、AlTiC等形成。

成膜装置12连接至装载室FL的传送室FX以及预处理室F0，所述装载室FL搬入且搬出基板S，所述预处理室F0用于清洗基板S的表面。传送室FX还连接至形成反铁磁层的反铁磁层室F1以及形成固定层的固定层室F2。传送室FX还连接至形成非反铁磁层的非反铁磁层室F3以及形成自由层的自由层室F4。

当基底S的成膜处理开始时，装载室FL从传送装置11接收基底S并且将基底S传送至传送室FX。当基底S的成膜处理结束时，装载室FL从传送室FX接收基底S并且将基底S传送到传送装置11。

传送室FX包括传送基底S的传送自动机构(未示)。当基底S的成膜处理开始时，传送室FX依次将基底S传送至预处理室F0、反铁磁层室F1、固定层室F2、非反铁磁层室F3、及自由层室F4。当基底S的成膜处理结束时，传送室FX将基底S从自由层室F4传送至装载室FL。

预处理室F0为对基底S的表面进行溅射，并且对基底S的表面进行溅射清洗的溅射装置。

反铁磁层室F1为溅射装置，其包括用于形成衬垫电极层的靶T以及用于形成反铁磁层的靶T。反铁磁层室F1对各靶T进行溅射以形成金属膜或反铁磁膜，该金属膜或反铁磁膜的成分与形成基底S上的各靶T的元素实质相同。所述具有实质相同组分的膜包括的膜组分与所述靶的组分偏差小于等于10(原子％)。

衬垫电极层包括缓和基底S的表面粗糙度的缓冲层和决定所述反铁磁层的晶向的种子层。衬垫电极层可由钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、钨(W)、铬(Cr)，或者这些元素的合金形成。反铁磁层通过同固定层的相互作用将固定层的磁化方向固定为单一方向。反铁磁层为由反铁磁体形成的薄膜，所述反铁磁体包括由组成式为Mn_100-X-M_X(M为元素Ru、Rh、Ir及Pt中的至少一种，X的取值范围为20(原子％)≤X≤30(原子％))表示的L1₂有序相。反铁磁层例如可由铱锰(IrMn)、铂锰(PtMn)等形成。

固定层室F2为溅射装置，该溅射装置包括多个用于形成固定层的靶T。固定层室F2对各靶T进行溅射以形成铁磁膜，该铁磁膜的成分与形成基底S上的各靶T的元素实质相同。固定层为其磁化方向经由与反铁磁层相互作用而固定为单一方向的铁磁层。固定层可由钴铁(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)、及镍铁(NiFe)形成。固定层不限于单层结构，并且可为由铁磁层/磁性连接层/铁磁层形成的叠层含铁结构，例如，CoFe/Ru/CoFeB。

非磁性层室F3为溅射装置，该溅射装置包括多个用于形成非磁性层的靶T。非磁性层室F3对各靶T进行溅射以形成非磁性膜，该非磁性膜与形成基底S上的各靶T的元素实质相同。非磁性层为厚度为0.4～2.5的金属薄膜或者为其厚度允许隧穿电流沿厚度方向流动的绝缘层。非磁性层的电阻值根据固定层的自发磁化与自由层的自发磁化是否平行而变化。非磁性层例如可由铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)，或者这些元素的合金形成。非磁性层还可由氧化镁(MgO)或氧化铝(Al₂O₃)形成。

自由层室F4为包括用于形成自由层的靶T和用于形成保护层的靶T的溅射装置。自由层室F4对各靶T进行溅射以形成铁磁膜或金属膜，该铁磁膜或金属膜与形成基底S上的各靶T的元素实质相同。自由层具有可使得自发磁化方向旋转的矫顽力，并且使得其自发磁化方向与固定层的自发磁化方向平行或不平行。自由层可为CoFe、CoFeB或NiFe的单层结构，CoFeB/Ru/CoFeB的叠层含铁结构，或者CoFe和NiFe的叠层结构。保护层包括缓和基底S的表面粗糙度的势垒层或者用于环境空气的缓冲层。保护层可由Ta、Ti、W、Cr，或这些元素的合金形成。

参考图1，控制装置13控制制造装置10以执行多种处理。控制装置13包括用于执行各种计算的CPU、用于存储各种数据的RAM、以及用于存储各种控制程序的ROM或硬盘。例如，控制装置13从硬盘读取传送程序，并且根据传送程序将基底S传送至各个室。此外，控制装置13从硬盘读取用于各层的成膜条件，并且根据膜形成条件执行用于各层的成膜处理。

如图1中的双点划线所示，控制装置13电气连接传送装置11和成膜装置12的各腔室。传送装置11使用各种传感器(未示)来检测经处理的基底S的数量和尺寸，并且将检测结果提供至控制装置13。控制装置13使用来自传送装置的检测结果生成与传送装置11相对应的第一驱动控制信号，并且将第一驱动控制信号提供至传送装置11。传送装置11响应第一驱动控制信号而执行传送基底S的处理。成膜装置12使用各种传感器(未示)来检测装载室FL和反铁磁层室F1等各腔室的状态，例如基底S的存在以及压力，并且将检测结果提供至控制装置13。控制装置13使用来自成膜装置12的检测结果生成与成膜装置12相对应的第二驱动控制信号，并且将第二驱动控制信号提供至成膜装置12。成膜装置12响应第二驱动控制信号而在基底S上形成膜。

然后，控制装置13驱动传送装置11和成膜装置12以将传送装置11上的基底S装入预处理室F0以对基底S的表面进行溅射清洗。此外，控制装置13驱动成膜装置12以将所述基底从预处理室F0依次传送到反铁磁层室F1、固定层室F2、非磁性层室F3、及自由层室F4以将衬垫电极层、反铁磁层、固定层、非磁性层、自由层、及保护层依次层叠在已清洗的基底S的表面上。这样，控制装置13形成包括衬垫电极层、反铁磁层、固定层、非磁性层、自由层、及保护层的磁阻元件。

现描述反铁磁层室F1。图2为示出反铁磁层室F1的侧视剖视图。

如图2所示，反铁磁层室F1包括连接至传送室FX的真空箱(下文简称为成膜区域21a)，并且将基底S从传送室FX装入腔室主体21的内部。一实施例中，腔室主体21的内部称为成膜区域21a(成膜室)。

腔室主体21经由供给管22连接至作为供给单元的质量流量控制器MFC。该质量流量控制器MFC将作为处理气体的氪(Kr)和氙(Xe)中的至少一种供给到成膜区域21a。一实施例中，以Kr或Xe作为处理气体的成膜处理分别称为Kr处理或Xe处理。以Ar作为处理气体的成膜处理称为Ar处理。

此外，腔室主体21经由排气管23连接至构成减压单元的排放单元PU。排放单元PU为由涡轮分子泵或旋转泵形成的排放系统，并且将供给有处理气体的成膜区域21a的压力降低至预定压力。一实施例中，成膜区域21a的压力称为处理压力P_S。处理压力P_S小于等于0.1(Pa)，最好为0.1(Pa)～0.04(Pa)。当处理压力P_S变得大于0.1(Pa)时，难以获得均匀的反铁磁层组合物以及均匀的膜厚度。此外，当处理压力P_S变得小于0.02(Pa)时，成膜区域21a中不具有等离子体稳定性。

腔室主体21的成膜区域21a包括构成加热单元的基底架24，以及下侧防粘合板25。基底架24包括加热器(未示)，将容纳的基底S加热到预定层，并且对基底S进行定位和固定。一实施例中，成膜处理期间基底S的温度称为基底温度T_sub。基底温度T_sub高于20℃，最好为100℃～400℃。当基底温度T_sub变得小于等于100℃时，变得难以获得L1₂有序相。当基底温度T_sub变得大于400℃时，基底S之类的底层被热损坏。

连接至基底架电动机26的输出轴并且由其驱动的基底架24绕中心轴A旋转，以使得基底S沿圆周方向旋转。基底架24沿基底S的整个圆周面对来自单一方向的溅射粒子进行散射，以改进堆积物的面内均匀性。下侧防粘合板25绕基底架24延伸，并且防止溅射粒子粘附至形成成膜区域21a的内表面。

腔室主体21包括多个设在基底架24斜上方的阴极。一实施例中，如图2所示，左边的阴极27称为第一阴极27a，右边的阴极27称为第二阴极27b。

各阴极27包括封装板28，并且经由相应的封装板28连接至外部电源(未示)。各外部电源向相应的封装板28供给预定的DC电力。一实施例中，施加至各封装板28的电力密度称为所施加的电力密度P_D。所施加的电力密度P_D设为使得反铁磁层的成分比X的范围为20(原子％)≤X≤30(原子％)。

各阴极27包括位于相应封装板28的下侧的靶T。用于第一阴极27a的靶T的主要成分是形成底层阴极层的元素，用于第二阴极27b的靶T的主要成分是形成反铁磁层的元素。用于第二阴极27b的靶T为与形成反铁磁层的元素相同的元素中的一种，并且包括60(原子％)～90(原子％)的锰(反铁磁层的主要成分)。

各靶T为盘形，并且暴露在成膜区域21a中。此外，各靶T的内表面的法线相对于基底S的法线(中心轴A)倾斜预定的角度(例如，22°)。一实施例中，第一阴极27a的靶T称为第一靶T1，第二阴极27b的靶T称为第二靶T2。

各阴极27包括磁路MG和设在相应的封装板28的上侧的阴极电机M。各磁路MG形成沿相应靶T的内表面的磁控磁场，并且在靶T附近生成高密度等离子体。各磁路MG连接至相应阴极电机M的输出轴且由其驱动。当阴极电机M受驱动时，磁路MG沿相应靶T的平面方向旋转。各阴极电机M使得相应磁路MG的磁控磁场沿相应靶T的整个周面移动，以增进腐蚀均匀性。

上侧防粘合板29设在腔室主体21的成膜区域21a上。上侧防粘合板29设为完全覆盖成膜区域21a的上侧，并且防止溅射粒子粘附到形成成膜区域21a的内壁上。上侧防粘合板29包括设在朝向各靶T之区域的闸29a。当将预定的电力供给至相应的靶T时，各闸29a打开一个朝向靶T的开口，从而能用靶T进行溅射。此外，当未对靶T供电时，各闸29a闭合该朝向靶T的开口，并且禁止用该靶T进行溅射。

当开始在衬垫电极层和反铁磁层上进行成膜处理时，控制装置13驱动且控制质量流量控制器MFC，并且将Kr和Xe中的至少一种供给到成膜区域21a。此外，控制装置13驱动且控制排放单元PU以将成膜区域21a的压力调节为小于等于0.1(Pa)，并且形成低压环境。控制装置13驱动且控制基底架电动机26和第一阴极27a以对第一靶T1进行溅射。然后，控制装置13驱动且控制基底架电动机26和第二阴极27b以对第二靶T2进行溅射。即，控制装置13在包括Kr和Xe中至少一种的低压气氛下对第一靶T1和第二靶T2进行溅射，以将衬垫电极层和反铁磁层层叠在已加热至预定温度的基底S上。

当处理气体与靶原子正面撞击时，一般地，散射角为90°的反冲粒子和散射角为180°的反冲粒子的能量分别由V_C·(M_T-M_G)/(M_T+M_G)和V_C·(M_T-M_G)²/(M_T+M_G)²表示。此处，V_C表示施加在处理气体的靶表面上的加速电压，M_T和M_G分别表示靶原子的质量和处理气体的质量。

Ar原子的摩尔质量为40.0(g/mol)，而Kr原子和Xe原子的摩尔质量分别为83.8(g/mol)和131.30(g/mol)。与使用Ar处理相比，使用Kr处理或者Xe处理可减小反冲粒子的能量。由此，Kr处理或者Xe处理减少了妨碍L1₂有序相的反冲粒子的数量及其能量，并且减少对L1₂有序相的损害。Kr处理或者Xe处理加强反铁磁层的L1₂有序相形成，以使得反铁磁层和固定层的叠层膜具有较高的单方向各向异性常数J_K。

[实例]

现以实例来描述本发明。

首先，以直径为200mm的硅晶片为基底。通过制造装置10在基底S上执行成膜处理，以获得Ta(5nm)/Ru(20nm)/MnIr(10nm)/CoFe(4nm)/Ru(1nm)/Ta(2nm)的叠层膜。

具体地，反铁磁层室F1用来将5nm厚的Ta膜和20nm厚的Ru膜层叠，然后形成10nm厚的MnIr膜以获得反铁磁层。成分为Mn₇₇Ir₂₃且直径为125mm的合金靶用作第二靶T2。基底S和靶T的距离沿各靶T的法线方向设为200mm。此外，以Kr为处理气体。

接着，固定层室F2和自由层室F4用来形成4nm厚的Co₇₀Fe₃₀膜且获得固定层，然后形成1nm厚的Ru膜和2nm厚的Ta膜以获得保护层。

当形成衬垫层、固定层和保护层时，基底的温度调节为20℃。当形成反铁磁层时，基底温度T_sub调节为350℃，对所述靶施加的电力密度P_D调节为2.04(W/cm²)，且处理压力P_S调节为0.04(Pa)，以获得本实例的叠层膜。

此外，当形成反铁磁层时，改变基底温度T_sub、所施加的电力密度P_D、处理压力P_S及处理气体中的至少一个，其余参数保持为与本实例相同，以获得对照例的叠层膜。

基底温度T_sub：20(℃)、200(℃)、250(℃)、400(℃)

施加的电力密度P_D：0.41(W/cm²)、0.81(W/cm²)、1.22(W/cm²)、1.63(W/cm²)、2.44(W/cm²)

处理压力P_S：0.1(Pa)、0.2(Pa)、0.4(Pa)、1.0(Pa)、2.0(Pa)

处理气体：Ar

对于各叠层膜，在室温下获得磁滞曲线以计算叠层膜的单方向各向异性常数J_K。此外，在室温下测量各叠层膜的薄膜电阻值以计算各叠层膜的电阻均匀性。以公式J_K＝M_S·d_F·H_ex计算单方向各向异性常数J_K。此处，H_ex代表磁滞曲线中朝向所施加的磁场方向的变化磁场的量级(下文简称为交换耦合磁场H_ex)。此外，M_S和d_F分别代表固定层(Co₇₀Fe₃₀膜)的饱和磁化M_S和该固定层的厚度d_F。

图3示出了单方向各向异性常数J_K与施加的电力密度P_D的相关性，图4示出了单方向各向异性常数J_K与处理压力P_S的相关性。图3中，单方向各向异性常数J_K的处理压力P_S为2.0(Pa)，且图4中的基底温度T_sub为20℃和350℃。此外，图5示出了晶片平面内的电阻均匀性与处理压力P_S的相关性，图6示出了交换耦合磁场H_ex的电阻均匀性与处理压力P_S的相关性。

图3中，单方向各向异性常数J_K随着施加的电力密度P_D增大而增大。当施加的电力密度P_D相同时，单方向各向异性常数J_K随着基底温度T_sub上升而增大。在与Ar处理相同的方式中(见图8)，这一与所施加电力密度P_D的相关性意味着所施加电力密度P_D的增大会使得MnIr薄膜的组成更接近Mn₃Ir。此外，与基底温度T_sub的相关性意味着基底温度T_sub的增大会促进L1₂有序相的形成。

因此，通过选择适当的施加的电力密度P_D和基底温度T_sub，例如350℃的基底温度和2.04(W/cm²)的所施加电力密度P_D，Kr处理获得的适于获得L1₂有序相的成分和结晶度。

图4中，当基底温度T_sub为350℃时，与处理压力P_S无关，单方向各向异性常数J_K的值为接近1.0(erg/cm²)的较高值。这一低压处理中的单方向各向异性常数J_K与Ar处理有很大的不同，并且意味着极大地促进了L1₂有序相的形成。相反，当基底温度T_sub为20℃时，单方向各向异性常数J_K的相关性与Ar处理(见图9)的相关性类似。然而，Kr处理的单方向各向异性常数J_K为约0.6(erg/cm²)，并且其值比低压下的Ar处理(见图9)的值来得高。即，根据从施加的电力密度P_D、基底温度T_sub、及处理压力P_S所获得的成分和结晶度，Kr处理促进了L1₂有序相的形成。

因此，与Ar处理相比，当处理压力P_S小于0.1(Pa)时，Kr处理的单方向各向异性常数J_K大于Ar处理，并且可通过加热基底S而进一步增大单方向各向异性常数J_K。Kr处理中，当处理压力P_S小于等于0.1(Pa)且基底温度T_sub大于等于100℃时，可获得接近1.0(erg/cm²)的高单方向各向异性常数J_K。

如图5所示，当处理压力P_S小于等于0.1(Pa)时，Ar处理中，叠层膜的电阻均匀性在1σ处为1％～2％，而Kr处理中为小于等于1％。当处理压力P_S为0.1～1.0(Pa)时，Ar处理中叠层膜的电阻均匀性保持为约1.0％，而Kr处理中增大为约5％。当处理压力P_S超过1.0(Pa)，叠层膜的电阻均匀性增大至超过10％的值，与处理气体的类型无关。与处理压力P_S的相关性意味着，成膜速度随着平均自由程的减小而降低，并且溅射粒子的溅射或然率的差增大了膜厚度差异和晶片平面内的成分比差异，且极大地降低叠层膜的电阻均匀性。

因此，当处理压力P_S小于等于0.1(Pa)时，Kr处理增大单方向各向异性常数J_K并且获得就膜厚度和晶片平面内成分而言满意的均匀性。

如图6所示，当Kr处理的处理压力P_S为0.04(Pa)时，晶片位置为5mm～85mm(晶片的中心部与边缘部之间)之间的叠层膜交换耦合磁场H_ex为大致不变的值。当Kr处理的处理压力P_S为1.0(Pa)时，中心部与边缘部之间的叠层膜交换耦合磁场H_ex有稍微的变化。相反，当Ar处理的处理压力P_S为1.0(Pa)时，叠层膜交换耦合磁场H_ex从晶片中心沿径向变小，藉此造成晶片平面内有较大的变化。如前所述的相同方式，处理压力P_S以及与处理气体的相关性意味着成膜速度随着平均自由程减小而降低，并且溅射粒子的溅射或然率的差增大了膜厚度差异和晶片平面内的成分比差异，且极大地降低叠层膜的电阻均匀性。

因此，当处理压力P_S小于等于0.1(Pa)时，Kr处理增大单方向各向异性常数J_K并且获得就膜厚度和晶片平面内成分而言满意的均匀性。

[磁性器件]

现描述使用磁性器件制造装置10来制造用作磁性器件的磁性存储器30。图7为磁性存储器30的示意剖视图。

磁性存储器30的基底S上形成有薄膜晶体管Tr。薄膜晶体管Tr包括经由接触插塞CP、导线ML、下电极层31连接至磁阻元件32的扩散层LD。磁阻元件32为包括层叠在下电极层34上侧的反铁磁层33、固定层34、非磁性层35、自由层36的TMR元件。

从下电极层31向下间隔的字线WL设在磁阻元件32的下侧。字线WL为带状，并且形成为沿垂直于附图平面的方向延伸。设在磁阻元件32上方的带状位线BL沿垂直于字线WL的方向延伸。由此，磁阻元件32设在相互垂直的字线WL和位线BL之间。

使用制造装置10通过对下电极层31、反铁磁层33、固定层34、非磁性层35、自由层36进行层叠并且对各层进行蚀刻，而形成磁阻元件32。使用制造装置10制造的磁阻元件32将反铁磁层33/固定层34的单方向各向异性常数J_K稳定为约1.0(erg/cm²)的较高水平，并且改进反铁磁层33的厚度均匀性。从而，改进了磁性存储器30的器件特性。

本实施例的制造装置10(制造方法)以及由制造装置10制造的磁性器件具有如下优点。

(1)制造装置10将成膜区域21a中放置在基底架24上的基底S加热至预定温度，并且将处理压力P_S降低至小于等于0.1(Pa)。此外，制造装置10使用Kr和Xe中的至少一种作为处理气体对主要成分为形成反铁磁层之元素的第二靶T2进行溅射，以形成反铁磁层。

如现有技术中以Ar作为处理气体时，在溅射期间反冲的Ar粒子的平均自由程随着处理压力P_S变小而增大。该反冲Ar粒子，即指其Ar离子在溅射期间对着靶撞击的Ar粒子，并不对形成靶的元素进行溅射、消耗电荷、且变得散射。低压处理中，具有较高动能的反冲Ar粒子对着基板上的反铁磁层进行照射。反冲Ar粒子的照射对生长在基底上的形成L1₂有序相靶的元素(例如，Mn原子、Ir原子等)进行物理上的蚀刻，并且极大地损坏该L1₂有序相。本发明的发明人关注由作为低压处理使得单方向各向异性常数J_K下降的因素之一的反冲Ar粒子造成的L1₂有序相破坏。在检查反冲处理气体粒子所降低的能量时，本发明的发明人发现当至少使用Kr和Xe中的一种作为处理气体时，无论如何处理压力P_S，单方向各向异性常数J_K具有约1.0(erg/cm²)的高水平。

因此，使用Kr和Xe中的至少一种作为处理气体增进了L1₂有序相的生长。从而，在溅射期间的压力小于等于0.1(Pa)的低压处理中，单方向各向异性常数J_K得以增大，并且反铁磁层的成分和厚度的均匀性得以提升。从而，磁性器件的磁特性得以增进。

(2)制造装置10将基底S加热至预定温度(最好为100℃～400℃)以形成反铁磁层。因此，在溅射期间的压力小于等于0.1(Pa)的低压处理中，以可靠的方式增进了L1₂有序相的生长。

可对上述实施例作如下修改。

上述实施例的处理气体可为Kr和Xe的气体混合物，或者为包括Kr和Xe中的至少一种的气体。

上述实施例中，反铁磁层室F1为DC磁控溅射装置。然而，本发明并不限于这一方式。例如，反铁磁层室F1可为RF磁控型，或者具有不使用该磁路MG的结构。

上述实施例中，磁性器件为磁性存储器30。然而，本发明并不限于这一方式。例如，磁性器件可为磁性传感器或者磁性再生头，只要是包括L1₂有序相的反铁磁层的磁性器件即可。