[go: up one dir, main page]

WO2008129605A1 - 磁性素子の製造法 - Google Patents

磁性素子の製造法 Download PDF

Info

Publication number
WO2008129605A1
WO2008129605A1 PCT/JP2007/057689 JP2007057689W WO2008129605A1 WO 2008129605 A1 WO2008129605 A1 WO 2008129605A1 JP 2007057689 W JP2007057689 W JP 2007057689W WO 2008129605 A1 WO2008129605 A1 WO 2008129605A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group
magnetic element
element according
film
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/057689
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshimitsu Kodaira
Tomoaki Osada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Priority to KR1020097020323A priority Critical patent/KR20100005058A/ko
Priority to JP2009510643A priority patent/JPWO2008129605A1/ja
Priority to PCT/JP2007/057689 priority patent/WO2008129605A1/ja
Priority to CN200780052423A priority patent/CN101641807A/zh
Publication of WO2008129605A1 publication Critical patent/WO2008129605A1/ja
Priority to US12/556,987 priority patent/US20100044340A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163—Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/308—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices lift-off processes, e.g. ion milling, for trimming or patterning
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a magnetic element having a dry etching process. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a magnetic element having a step of performing dry etching at a high etching rate and a high selection ratio when finely processing a magnetic thin film.
  • MRAM magnetic random access memory
  • GMR giant magnetoresistance
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • ion milling has often been used for etching magnetic materials.
  • ion milling is a physical sputtering etching, it is difficult to achieve selectivity with respect to various materials used as a mask, and the processing shape has problems such as the bottom of the material to be etched being tapered. For this reason, it is not suitable for manufacturing large-capacity MR AM, which requires particularly fine processing technology, and it is difficult to process uniformity well with a large area substrate of 30 Omm, and the yield has not increased. .
  • RIE reactive Ion Etching
  • Magnetic materials such as CoFe and Copt are generally poor in reactivity and difficult to process without etching residues and sidewall deposits.
  • nitrogen-containing compounds such as ammonia (NH 3 ) or amine gases are used for selective etching of transition metal magnetic materials.
  • H8-2 5 3 8 8 1 proposes carbon monoxide (CO) gas with added gas as a reactive gas for dry etching, etching for dry etching of magnetic material using a mask of non-organic material
  • CO carbon monoxide
  • a gas an alcohol having at least one hydroxyl group is proposed, and as a dry etching gas for magnetic materials of difficult etching elements such as Pt and Ir, which proposes alcohol having at least one hydroxyl group, at least methane and Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 5-2 6 8 3 4 9 proposes a gas containing oxygen. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a mask material (non-organic material) formed of a non-organic material, for example, a metal atom of Group 3, Group 4, Group 5, or Group 6 of the periodic table or a material composed of these metal atom and non-metal atom.
  • the purpose is to provide a dry etching process based on high-speed etching and a high selectivity without the need for after-corrosion treatment or anti-corrosion treatment for the etching apparatus.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic element using the dry etching process.
  • the present invention firstly provides at least one gasification compound selected from the group of gas compounds consisting of ethers, aldehydes, carboxylic acids, esters, diones and amines.
  • a plasma atmosphere formed using a non-organic material mask including at least one metal selected from the group consisting of elements of Groups 8, 9, and 10 of the Periodic Table
  • a method of manufacturing a magnetic element characterized by having an etching process for etching a magnetic film or a diamagnetic film.
  • ethers a At least one gasified compound group and oxygen selected from the group of gasified compounds consisting of aldehydes, carboxylic acids, esters, diones and amines, ozone, nitrogen, H 2 0, N 2 0, N0 2
  • a method of manufacturing a magnetic element comprising: an etching step of etching a magnetic film or a diamagnetic film containing at least one selected from the metal group consisting of the elements.
  • the ethers may include at least one selected from the group consisting of dimethyl ether, jet ether and ethylene oxide.
  • aldehydes at least one selected from the group of compounds consisting of formaldehyde and acetoaldehyde can be mentioned.
  • examples of the carboxylic acids include at least one selected from the group consisting of formic acid and acetic acid.
  • examples of the esters include at least one selected from a compound group consisting of a compound group consisting of ethyl chloroformate and ethyl acetate.
  • examples of the amines include at least one selected from the group consisting of dimethylamine and triethylamine.
  • examples of the diones include at least one selected from the group of compounds consisting of tetramethylheptadione, acetylacetone, and hexafluoroacetylacetone.
  • the mask material (non-organic material mask) made of the non-organic material used in the present invention is, for example, Group 3, Group 4, Group 5, or Periodic Table such as Ta, Ti, A1, or Si.
  • a non-organic material mask material consisting of a single layer film or laminated film formed of a group 6 metal atom or a substance obtained by mixing these metal atoms and non-metal atoms.
  • the non-organic material mask used in the present invention may use, for example, a single-layer film or a laminated film of any of Ta, Ti, Al, or Si as a mask material. it can.
  • T a, T i ', A l, or T a oxide is any oxides or nitrides of S i, T 1 oxide, A 1 2 0 A 1 oxide such as 3, S i A single-layer film or a laminated film such as Si oxide such as 0 2 , TaN, TiN, A 1 N, or SiN can be used as a mask material.
  • the film thickness is 2 to 30 Onm, preferably 15 to 30 nm.
  • the laminated film thickness is 2 to 30 Omn, preferably 15 to 3 Onm.
  • a magnetic film or diamagnet made of at least one metal selected from the group of metals consisting of elements of Groups 8, 9 and 10 of the periodic table subjected to the etching process.
  • Films are FeN film, NiFe film, CoFe film, CoFeB film, PtMn film, IrMn film, Cod CoCrPt film, NiFe Co film, NiFeMo film, 'CoFeB film, FeMn film, CoP t film, NiFeCr film, CoCrE, CoPd film CoFeB film or NiFeTb film can be used.
  • These magnetic films or diamagnetic films may be ferromagnetic or soft magnetic.
  • the magnetic substance contained in the magnetic film or diamagnetic film is preferably 10 atomic% or more, preferably 50 atomic% or more, but is not limited to this value.
  • the magnetic film or diamagnetic film subjected to the etching step may be a single layer film or a laminated film.
  • the film thickness is 2 to 30 Onm, preferably 15 to 30 nm.
  • the laminated film thickness is 2 to 30 Onm, preferably 15 to 3 Onm.
  • the etching temperature during etching of the magnetic film or diamagnetic film is preferably maintained within a range of 250 ° C. or lower. 2 50 ° C Exceeding this causes unnecessary thermal damage to the magnetic film.
  • a more preferable temperature range of the present invention is 20 to 100 ° C.
  • the degree of vacuum during etching is preferably in the range of 0.05 to 10 Pa. Within this pressure range, high-density plasma can be formed with good anisotropy.
  • an oxidizing gas or nitriding gas such as oxygen, ozone, nitrogen, H 2 0, N 2 0, NO 2 and C 0 2 is added to the gasified compound. It can be added within a range not exceeding atomic percent.
  • an inert gas in a range not exceeding 90 atomic% with respect to the gasified compound.
  • the inert gas Ar, Ne, Xe, or Kr can be used.
  • a mixed gas of the additive gas and the inert gas may be used. Also in this case, it is preferable to be within the range of the addition amount.
  • the etching rate when the additive gas or the inert gas is added to the gasified compound within the above-described range, the etching rate can be further increased, and at the same time, the selectivity to the mask is greatly increased. Can be increased. In addition, if the additive gas is used in excess of 50 atomic%, the etching rate is reduced and the selectivity with respect to the non-organic material mask is also lowered.
  • the dry etching method used in the manufacturing method of the present invention eliminates the need for after-corrosion treatment when etching a magnetic material using a mask material made of a non-organic material, and at the same time provides corrosion resistance to the etching apparatus. No special consideration is required.
  • a high-speed etching rate and a large selection ratio can be achieved. With this high-speed etching rate and a large selection ratio, a magnetic thin film composed of a single layer film or a laminated film can be formed. High-level microfabrication could be realized, and this greatly improved the yield of manufacturing highly integrated MRAM.
  • FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an etching apparatus used in the method of the embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a top view of the apparatus of FIG. 1A
  • FIG. Fig. 2B is a schematic cross-sectional view of the wafer 18 before the start of the process.
  • Fig. 2B is a schematic cross-sectional view of the Ta mask manufactured on the wafer 18 of Fig. 2A.
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the TMR element magnetic film produced by etching with the Ta mask of FIG. 2B.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the TMR element magnetic film of the present invention.
  • 4 is a schematic cross-sectional view showing an example, FIG.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the basic structure of the TMR rectifier part manufactured according to the present invention
  • FIG. 5 is a diagram showing resistance in the TMR element part manufactured according to the present invention. It is a figure explaining the change of a value.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an etching apparatus equipped with an ICP (Inductive Coupled Plasma) plasma source.
  • ICP Inductive Coupled Plasma
  • acetic acid is used as a gasification compound, and a mixed gas of oxygen gas and this is used as an etching gas.
  • a TMR element is used as shown in FIGS. 2A and 2B. Is to be etched.
  • FIGS. 2C and 3 show two examples of TMR elements manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 2A shows the laminated structure before the etching process used in the present invention. This is the wafer 9 shown in FIG. 1A, in which a magnetic material layer or the like is laminated on a quartz substrate or the like, and is an object to be etched.
  • 2 01 is & film
  • 2 0 2 is 1 film
  • 2 0 3 is Ta film
  • 2 04 is pinned layer lnm ⁇ 20mn soft magnetic CoFe film (preferably film thickness 5 nm) and PtMn film, which is an antiferromagnetic film
  • 205 is an insulating film formed of A1 20 3 (film thickness 0.1 nm to 10 nm, preferably 0.5 nm to 2 nm)
  • 2 06 is a soft magnetic film formed of a CoFe film (preferably 5 nm thick) having a film thickness of 1 nm to 20 mn as a free layer
  • 2 0 7 is a soft magnetic film formed of a NiFe film
  • 2 0 8 is A mask formed of Ta
  • 20 9 is a patterned photoresist film.
  • FIGS. 4 shows the basic structure of a TMR element manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • the basic structure of the TMR element 4 0 1 is the ferromagnetic layer 4 0 3 (NiFe film 2 in Fig. 2) on both sides of the insulating layer 4 0 2 (corresponding to the insulating film 2 0 5 in A1 2 0 3 in Fig. 2 ).
  • 0 7 and CoFe film 2 06) and 4 0 4 (corresponding to CoFe / PtMn film 2 0 4 in Fig. 2).
  • arrows 4 0 3 a and 4 0 4 a indicate the directions of magnetization.
  • the TMR element 40 1 has a characteristic that the resistance value is changed according to the respective magnetization states of the ferromagnetic layers 4 0 3 and 4 0 4 according to the applied voltage V.
  • FIG. 5A when the magnetization directions of the ferromagnetic layers 40 3 and 4 0 4 are the same, the resistance value of the TMR element 4 0 1 becomes minimum, and as shown in FIG. 5B When the magnetization directions of the ferromagnetic layers 40 3 and 4 0 4 are opposite to each other, the resistance value of the TMR element 4 0 1 is maximum.
  • the minimum resistance value of the TMR element 4 0 1 is represented by R min and the maximum resistance value of the TMR element 4 0 1 is represented by Rmax.
  • R min The minimum resistance value of the TMR element 4 0 1
  • Rmax the maximum resistance value of the TMR element 4 0 1
  • CIP Current-in-Plane
  • CPP Current Perpendicular to Plane
  • FIG. 2B shows a state after the Ta film is etched using the patterned photoresist film 20 09 shown in FIG. 1 and CF 4 gas as an etching gas.
  • the apparatus shown in FIG. 1 was used.
  • the vacuum vessel 2 shown in FIG. 1A is evacuated by the exhaust system 21 and the gate valve (not shown) is opened, and the wafer 9 provided with the magnetic layer film 'shown in FIG. Then, the wafer 9 was carried into the substrate holder 4 and held at the substrate holder 4, and the wafer 9 was maintained at a predetermined temperature by the temperature control mechanism 41.
  • the gas introduction system 3 is operated, and a predetermined flow is supplied from a cylinder storing CF 4 gas (not shown in FIG.
  • the plasma source device 1 includes a dielectric wall container 1 1 that is hermetically connected so that the internal space communicates with the vacuum vessel 2, and a one-turn generation that generates an induced magnetic field in the dielectric wall vessel 1 1.
  • Antenna 1 2, high-frequency power supply 13 3 for plasma that is connected to antenna 1 2 via transmission line 15 via a matching unit (not shown) and generates high-frequency power (source power) to be supplied to antenna 1 2, and dielectric
  • the body wall container 11 is composed of an electromagnet 14 and the like that generate a predetermined magnetic field.
  • Fig. 1B shows the structure of the device as viewed from above.
  • a large number of side wall magnets 22 are arranged outside the side wall of the vacuum vessel 2, and the magnetic poles on the surface facing the side wall of the vacuum vessel 2 are shown.
  • the bias high-frequency power source 5 is operated to apply a self-bias voltage, which is a negative DC component voltage, to the wafer 9 that is the object to be etched, and the plasma is applied to the surface of the wafer 9.
  • the ion incident energy is controlled.
  • the plasma formed as described above diffuses from the dielectric wall container 11 into the vacuum container 2 and reaches the vicinity of the surface of the wafer 9.
  • the Ta film not covered with the photoresist (PR) film 20 9 is exposed to the plasma and etched with the etching gas CF 4 , and the Ta film on the wafer 9 is Ta masked as shown in FIG. 2B. 2 0 8 are formed.
  • Etching conditions for the Ta film using the photoresist film 20 9 using CF 4 as a mask were as follows.
  • Etching conditions > Etching gas (CF 4 ) flow rate: 326 mg / min (50 sccm) Source power: 50 0 W
  • N i F e film 20 7, C o F e film 206, a 1 2 0 3 film 20 5 ⁇ beauty C o F e BZP t Mn film 2 04 facilities the etching step of etching the magnetic illustrated in the 2 C Figure A membrane was produced.
  • the apparatus shown in Fig. 1 was used, except that CF 4 gas was replaced with a mixed gas consisting of acetic acid gas and oxygen gas.
  • the etching conditions at this time were as follows.
  • the etching rate ( nm / min) at this time was measured by a conventional method. This result was 30 nm / min. Further, the selection ratio of the laminated films 204 to 207 with respect to the Ta film 203 (the etching rate of the laminated films 204 to 207 and the etching rate of the ZTa film 203) was measured by a conventional method. The result was 10.
  • etching gas acetic acid
  • the dry etching method used in the manufacturing method of the present invention has an unexpectedly remarkable effect.
  • Fig. 2C The elements shown in Fig. 2C were created in the same way as those examples except that the flow ratio of the etching gas used in Examples 1, 9, 3, 6, 13 was changed. Speed and selectivity were measured. The results are shown in Table 2.
  • the etching rates in Table 2 are the ratios when the etching rate of Example 1 is “1” and the selection ratio is [1].
  • ethers Of ethers, aldehydes, carboxylic acids, diones and amines, ethers and aldehydes are particularly corrosive and are particularly advantageous for safety. ,
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and within the technical scope grasped from the description of the claims. It can be changed to various forms.
  • the etching apparatus is not limited to the ICP type plasma apparatus having the one-turn antenna shown in FIG. 1, but a so-called high density plasma source called a helicon type plasma apparatus, a dual frequency excitation parallel plate type plasma apparatus, A wave type plasma apparatus or the like can be used.
  • a magnetic material is etched using a non-organic material as a mask material, and the magnetic material is a TMR element, the configuration of the TMR element is limited to the configuration shown in FIG. Is not to be done.
  • the present invention is not limited to the above-described TMR element, but can also be applied to a GMR element.
  • the present invention can use a process in which the insulating film 205 shown in FIG. 2A is used as an etching stopper.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

磁性膜を、非有機膜マスクを用いてプラズマ雰囲気下でエッチングして、磁性素子を製造する。エーテル類、アルデヒド類、カルボン酸類、エステル類及びジオン類からなるガス化化合物群から選択された少なくとも一種のガス化化合物を用いて形成したプラズマ雰囲気を形成し、プラズマ雰囲気下で非有機材料マスクを用いて、周期律表第８族、９族及び１０族の元素から成る金属群より選択された少なくとも１種の金属を含む磁性膜、又は反磁性膜をエッチングする。プラズマ雰囲気のガスとして、酸素、オゾン、窒素、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2及びＣＯ2からなるガス群から選択された少なくとも１種のガスを上述のガス化化合物に付加し得る。エッチング速度、エッチング比は良好であった。

Description

明 糸田 書 磁性素子の製造法 技術分野
この発明は、 ドライエッチング工程を有する磁性素子の製造法に関する ものである。 さらに詳しくは、 磁性薄膜の微細加工を行う際、 高速のエツ チングレートと高選択比でドライエッチングを実施する工程、 を有する磁 性素子の製造法に関するものである。 背景技術 ，
DRAM並の集積密度で S RAM並の离速性を持ち、 かつ無制限に書き 換え可能なメモリとして集積化磁気メモリである MR AM (magnetic random access memory) が注目されている。 又、 GMR (巨大磁気抵抗） や TMR (トンネリング磁気抵抗） といった磁気抵抗素子を構成する薄膜 磁気へッドゃ磁気センサー等の開発が急速に進んでいる。
これまで、 磁性材料のエッチング加工には、 イオンミリングがよく使わ れてきた。 しかし、 イオンミリングは物理的なスパッ夕エッチングである ため、 マスクとなる各種材料に対する選択性がとりにくく、 加工形状も被 エッチング材料の裾がテーパ状になるなどの課題が生じていた。 そのため、 特に微細な加工技術が求められる大容量の MR AMの製造には向かず、 3 0 Ommの大面積基板で均一性をよく加工することが難しく、 歩留まりが 上がらないのが現状であった。
このようなイオンミリングに代わり半導体産業で培われてきた技術が導 入され始めている。 '
そのなかで 3 0 0mmの大面積基板で均一性が確保でき微細加工性につ いて優れた R I E (Reactive Ion Etching, 反応性イオンエッチング） 技 術が期待されている。
しかし、 半導体産業では広く使われている R I E技術でも、 F e N i、 C o F e、 C o P t等の磁性材料については、 一般に反応性が乏しく、 ェ ッチング残渣や側壁デポなく加工することは難しかった。
上記問題点を解決する磁性膜をドライエッチングする工程を用いた磁性 素子の製造法として、 遷移金属の磁性材料の選択的エッチングのため、 ァ ンモニァ （NH3) またはアミン類ガス等の含窒素化合物ガスを添加した一 酸化炭素 （CO) ガスをドライエッチングの反応ガスとして提案する特開 平 8— 2 5 3 8 8 1号公報、 非有機材料のマスクを用いて磁性材料をドラ ィエッチングするエッチングガスとして、 水酸基を少なくとも一つ以上持 つアルコールを提案する特開平 2 0 0 5 - 4 2 1 4 3号公報及び Pt、 Ir といった難エツチング性元素の磁性材料のドライエッチングガスとして、 少なくともメタンと酸素を含むガスを提案する特開 2 0 0 5— 2 6 8 3 4 9号公報がある。 発明の開示
本発明は、 非有機材料、 例えば、 周期律表第 3族、 第 4族、 5族、 又は 6族の金属原子又はこれら金属原子と非金属原子からなる材料によって 形成したマスク材 (非有機材料マスク) を用いた際、 アフターコロージョ ン処理やエッチング装置に対する耐腐食処理が不要で、 かつ高速エツチン グ及び高い選択比に基づく ドライエッチング工程を提供することを目的 としている。 ，
また、 本発明は、 上記ドライエッチング工程を用いた磁性素子の製造法 を提供することを目的としている。
前記目的を達成するため、 本発明は、 第一に、 エーテル類、 アルデヒド 類、 カルボン酸類、 エステル類、 ジオン類及びアミン類からなるガス化化 合物群から選択された少なくとも一種のガス化化合物を用いて形成した プラズマ雰囲気下で、 非有機材料マスクを用いて、 周期律表第 8族、 9族 及び 1 0族の元素から成る金属群より選択された少なくとの 1種の金属 を含む磁性膜若しくは反磁性膜をエッチングするエッチング工程を有す る、 ことを特徴とする磁性素子の製造法であり、 第二に、 エーテル類、 ァ ルデヒド類、 カルボン酸類、 エステル類、 ジオン類及びアミン類からなる ガス化化合物群から選択された少なくとも一種のガス化化合物群及び酸 素、.オゾン、 窒素、 H20、 N20、 N02及び C02から選択されたガス群から 選択された少なくとも一種のガスを用いて形成したプラズマ雰囲気下で、 非有機材料マスクを用いて、 周期律表第 8族の金属、 9族及び 1 0族の元 素から成る金属群より選択された少なくとの 1種を含む磁性膜若しくは 反磁性膜をエッチングするエッチング工程を有する、 ことを特徴とする磁 性素子の製造法である。 '
本発明の製造法は、 前記エーテル類としては、 ジメチルェ一テル、 ジェ チルエーテル及びエチレンォキシドからなる化合物群より選択された少 なくとも一種を挙げることが出来る。
本発明の製造法は、 前記アルデヒド類として'は、 ホルムアルデヒド及び ァセトアルデヒドからなる化合物群より選択された少なくとも一種を挙 げることが出来る。
本発明の製造法は、 前記カルボン酸類としては、 ギ酸及び酢酸からなる 化合物群より選択された少なくとも一種を挙げることが出来る。
本発明の製造法は、 エステル類としては、 クロロギ酸ェチル及び酢酸ェ チルからなる化合物群からなる化合物群より選択された少なくとも一種 を挙げることが出来る。
本発明の製造法は、 前記アミン類としては、 ジメチルァミン及びトリェ チルァミンからなる化合物群より選択された少なくとも一種を挙げるこ とが出来る。
本発明の製造法は、前記ジオン類としては、テトラメチルヘプ夕ジオン、 ァセチルァセトン及びへキサフルォロ.ァセチルァセトンからなる化合物 群より選択された少なくとも一種を挙げることが出来る。
本発明で用いる非有機系材料からなるマスク材（非有機材料マスク）は、 例えば T a、 T i、 A 1、 又は S iなどの周期律表第 3族、第 4族、 5族、 若しくは 6族の金属原子、 又はこれら金属原子と非金属原子との混合によ る物質で形成した単層膜又は積層膜からなる非有機材料マスク材で、 例え- ば、 T a、 T i又は A lなどの金属、 若しくは S iなどの非金属、 又はこ れら金属又は非金属の酸化物若しくは窒化物の単層膜又は積層膜からな る非有機材料マスク材を用いることが出来る。
又、本発明で用いる非有機材料マスクは、例えば、単体元素である T a、 T i、 A l、 又は S iのいずれかの単層膜又は積層膜をマスク材として使 '用することができる。 また、 T a、 T i'、 A l、 又は S iのいずれかの酸 化物又は窒化物である T a酸化物、 T 1酸化物、 A 1203等の A 1酸化物、 S i 02等の S i酸化物、 T aN、 T i N、 A 1 N、 S i N等の単層膜又 は積層膜をマスク材として使用することができる。 上記単層膜とした時は、 その膜厚は、 2〜 30 Onm、 好ましくは、 1 5〜 30 nmである。 上記積 層膜とした時は、 その積層膜厚は、 2〜3 0 Omn、 好ましくは、 1 5〜 3 Onmである。
本発明の製造法において、 エッチング工程に付される周期律表第 8族、 9族及び 1 0族の元素から成る金属群より選択された少なくとの 1種の 金属からなる磁性膜又は反磁性膜は、 FeN膜、 NiFe膜、 CoFe膜、 CoFeB 膜、 PtMn膜、 IrMn膜、 Cod CoCrPt膜、 NiFe Co膜、 NiFeMo膜、 ' CoFeB膜、 FeMn膜、 CoP t膜、 NiFeCr膜、 CoCrE, CoPd膜、 CoFeB 膜 又は NiFeTb 膜等、 を用いることが出来る。 これら磁性膜又は反磁性 膜は、 強磁性であってもよく、 また軟磁性であってもよい。 また、 本発明 は、 これら磁性膜又は反磁性膜に含有される磁性物質を 10原子％以上、 好ましくは 50原子％以上とするのが良いが、 この数値に限定されるもの ではない。
また、 本発明の製造法において、 エッチング工程に付される磁性膜また は反磁性膜は、 単層膜であっても良く、 又は積層膜であっても良い。 単層 膜とした時は、 その膜厚は、 2~30 Onm、 好ましくは、 1 5〜 30 nm である。 積層膜とした時の積層膜厚は、 2〜3 0 Onm、 好ましくは、 1 5〜 3 Onmである。
本発明の製造法おいて、 磁性膜又は反磁性膜のエッチング時のエツチン グ温度は、 2 50 °C以下の範囲に保持して行うことが望ましい。 2 50 °C を超えると、 磁性膜に対する不必要な熱的ダメージが付与される。 本発明 のより好ましい温度範囲は、 2 0〜 1 0 0 °Cである。
また、 本発明の製造法において、 エッチング時の真空度は、 0 . 0 5〜 1 0 P aの範囲が望ましい。 この圧力範囲であれば、 高密度プラズマの形 成により異方性よく加工できる。
本発明の製造法は、 酸素、 オゾン、 窒素、 H20、 N20、 NO2及び C02な どの酸化性ガス又は窒化性ガス（添加ガス）を上記ガス化化合物に対して、 5 0原子％を超えない範囲で添加することが出来る。
また、 本発明は、 不活性ガスを上記ガス化化合物に対して 9 0原子％を 超えない範囲で添加することが望ましい。 不活性ガスとしては、 A r、 N e、 X e、 又は K rなどを使用することができる。 この際、 上記添加ガス と不活性ガスとの混合ガスであっても良い。 この際においても、 上記添加 量の範囲内とするのが良い。
発明の製造法は、 上記添加ガス又は不活性ガスを上記ガス化化合物に対 して、 前述した範囲で添加すると、 さらに、 エッチングレートを増大させ ることが出来、 同時に、 マスクに対する選択性を大幅に増大させることが 出来る。 また、 添加ガスを 5 0原子％を越えて用いると、 エッチングレー 卜の減少を生じてしまう他、 非有機材料マスクに対する選択比の低下も惹 き起こすことになる。
本発明の製造法で用いたドライエッチング法は、 非有機材料からなるマ スク材を用いて磁性材料をエッチングする場合に、 ァフタ一コロージョン 処理が不要であると同時に、 エッチング装置に対する耐腐食性を特別に考 慮しなくて良い。 本発明によれば、 上述したとおり、 高速のエッチングレ ―トと大きな選択比を達成することが出来、 この高速のエッチングレート と大きな選択比とによって、 単層膜又は積層膜からなる磁性薄膜を高度の 微細加工を実現することが出来、 これによつて、 高度に集積化した M R A M製造の歩留まりを大幅に改善することが出来た。 図面の簡単な説明 第 1 A図は、 本発明の実施例の方法に使用されたエッチング装置の概略 構成図であり、第 1 B図は、第 1 A図の装置の上面図であり、第 2 A図は、 プロセス開始前のゥェ一八 （磁性体層積層基板） の断面概略図であり、 第 2 B図は、第 2 A図のゥェ一八に T aマスクを製造した断面概略図であり、 第 2 C図は、 第 2 B図の T aマスクでエッチングしてつくられた TMR素 子磁性膜実施例の断面概略図であり、 第 3図は、 本発明の別の TMR素子 磁性膜実施例を示す断面概略図であり、 第 4図は、 本発明で製造した TM R率子部の基本構造を示す縦断面図であり、 第 5図は、 本発明で製造した TMR素子部における抵抗値の変化を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
[実施例 1 ]
第 1図は、 I C P (Inductive Coupled Plasma) プラズマ源搭載のエツ チング装置の模式図である。 本実施例は、 酢酸をガス化化合物とし、 これ と酸素ガスとの混合ガスをエッチングガスとし、 第 1図の装置を用いて、 第 2 A図、 第 2 B図に図示のように TMR素子をエッチングするものであ る。 第 2 C図と第 3図は、 本発明の製造法によって製造された TMR素子 の 2例を示したものである。 第 2 A図は、 本発明で用いたエッチング工程 前の積層構造体である。 これは第 1 A図に示された、 ウェハー 9であり、 石英等の基板上に磁性材層等が積層されたもので、 該エッチング対象であ る。
第 2 A図にあって、 2 0 1は、 &膜、 2 0 2は 1膜、 2 0 3は Ta膜、 2 04はピン層となる lnm〜20mn軟磁性 CoFe膜 （好ましくは、 膜厚 5 nm) と反強磁性膜である PtMn膜との積層強磁性膜、 2 0 5は A1203で 形成した絶緣膜（膜厚 0. lnm〜10nm好ましくは、膜厚 0. 5mn〜2nm)、 2 0 6はフリー層となる膜厚 lnm〜20mnの CoFe膜 （好ましくは、 膜厚 5nm) で形成した軟磁性膜、 2 0 7は NiFe膜で形成した軟磁性膜、 2 0 8は Taで形成したマスク、 2 0 9はパターニングされたフォトレジスト 膜である。 本発明の製造法で製造した T M R素子の基本構造を第 4図に示す。 T M R素子 4 0 1の基本構造は、 絶緣層 4 0 2 (第 2図の A1203の絶緣膜 2 0 5に対応） の両側を強磁性層 4 0 3 (第 2図の NiFe膜 2 0 7と CoFe膜 2 0 6との積層膜に対応） 及び 4 0 4 (第 2図の CoFe/PtMn膜 2 0 4に 対応） で挾んだ構造となっている。 強磁性層 4 0 3及び 4 0 4のそれぞれ で、 矢印 4 0 3 a及び 4 0 4 aは磁化の方向を示している。 第 5 A図と第 5 B図は、 T M R素子 4 0 1に対して電源 4 0 5によって電圧 Vを印加し たときの T M R素子 4 0 1における抵抗状態を説明するためのものであ る。 印加される電圧 Vに応じて T M R素子 4 0 1は、 強磁性層 4 0 3及び 4 0 4のそれぞれの磁化の状態に応じて抵抗値を変えるという特性を有 している。 そして、 第 5 A図に示されるように強磁性層 4 0 3及び 4 0 4 の磁化の方向が同一のときには T M R素子 4 0 1の抵抗値は最小となり、 第 5 B図に示されるように、 強磁性層 4 0 3及び 4 0 4の磁化の方向が反 対のときには T M R素子 4 0 1の抵抗値は最大となる。 T M R素子 4 0 1 の最小抵抗値は R minで表し、 T M R素子 4 0 1の最大抵抗値は Rmaxで 表すものとする。 ここで、 一般に、 センス電流を素子膜面に対して平行に 流す C I P (Current-in-Plane) 型の構造と、 センス電流を素子膜面に対 して垂直方向に流す C P P (Current Perpendicular to Plane) 型の構造 とがあるが、 第 4図および第 5図は、 C P P型の磁気抵抗効果素子の一例 となる。
第 2 B図は、 第 1図に図示のパターニングされたフォトレジスト膜 2 0 9とエッチングガスである C F 4ガスを用いて、 T a膜をエッチングした 後の状態を図示したものである。 T a膜 2 0 8のエッチング工程は、 第 1 図に図示の装置を用いた。 第 1 A図に図示の真空容器 2内を排気系 2 1に よって排気し、 不図示のゲートバルブを開けて、 第 2 A図に図示の磁性積 層膜'を設けたゥエーハ 9を真空容器 2内に搬入し、 これを基板ホルダー 4 に保持し、 ウェハー 9を温度制御機構 4 1により所定温度に維持した。 次 に、 ガス導入系 3を動作させ、 第 1 A図には不図示の C F 4ガスを溜めて いるボンベから不図示の配管、 バルブ及び流暈調整器を介して、 所定の流 量のエッチングガス （C F 4 ) を真空容器 2内へ導入する。 導入されたェ ツチングガスは、 真空容器 2内を経由して誘電体壁容器 1 1内に拡散する。 ここで、 プラズマ源装置 1を動作させる。 プラズマ源装置 1は、 真空容器 2に対して内部空間が連通するようにして気密に接続された誘電体壁容 器 1 1と、 誘電体壁容器 1 1内に誘導磁界を発生する 1ターンのアンテナ 1 2と、 アンテナ 1 2に不図示の整合器を介して伝送路 1 5によって接続 され、 アンテナ 1 2に供給する高周波電力 （ソース電力） を発生させるプ ラズマ用高周波電源 1 3と、 誘電体壁容器 1 1内に所定の磁界を生じさせ る電磁石 1 4等とから構成されている。 プラズマ用高周波電源 1 3が発生 させた高周波が伝送路 1 5によってアンテナ 1 2に供給された際に、 1夕 —ンのアンテナ 1 2に電流が流れ、 この結果、 誘電体壁容器 1 1の内部に プラズマが形成される。
なお、 第 1 B図に該装置を上方から見た構造を示すが、 真空容器 2の 側壁の外側には、 多数の側壁用磁石 2 2が配置され、 真空容器 2の側壁を 臨む面の磁極が隣り合う磁石同士で互いに異なるように周方向に多数並 ベられ、 これによつてカスプ磁場が真空容器 2の側壁の内面に沿って周方 向に連なって形成され、 真空容器 2の側壁の内面へのプラズマの拡散が防 止されている。 この時、 同時に、 バイアス用高周波電源 5を作動させて、 エッチング処理対象物であるゥエーハ 9に負の直流分の電圧であるセル フバイアス電圧が与えられ、 プラズマからゥェ一ハ 9の表面へのイオン入 射エネルギーを制御している。 前記のようにして形成されたプラズマが誘 電体壁容器 1 1から真空容器 2内に拡散し、 ゥエーハ 9の表面付近にまで 達する。 この際、 フォトレジスト （P R ) 膜 2 0 9で被覆されていない T a膜はプラズマが露出されてエッチングガス C F 4でエッチングされ、 ゥ エーハ 9上の Ta膜が第 2 B図の如く Taマスク 2 0 8が形成される。 上記 C F 4を用いたフォトレジスト膜 2 0 9をマスクとした T a膜のェ ツチング条件は、 以下の通りであった。
ぐエッチング条件 > エッチングガス （CF4) の流量： 326mg/m i n ( 50 s c c m) ソース電力 ： 50 0 W
バイアス電力 ： 7 0 W
真空容器 2内の圧力 ： 0. 8 P a
基板ホルダー 4の温度： 40 °C 次に、 フォトレジスト 20 9を除去した後、 酢酸ガスと酸素ガスをエツ チングガスとして用いて、 前記のプロセスによって形成された T aをマス ク材として、 N i F e膜 20 7、 C o F e膜 206、 A 1203膜 20 5及 び C o F e BZP t Mn膜 2 04をエツチングするエッチング工程を施 し、 第 2 C図に図示の磁性膜を製造した。 上記プロセスも、 CF4ガスを 酢酸ガスと酸素ガスとからなる混合ガスに換えて用いた他は、 第 1図に図 示の装置を用いた。 このときのエッチング条件は、以下のとおりであった。 この時のエッチング速度 (nm/min)を常法により、 測定した。 この結果は、 30nm/minであった。 また、 常法により Ta膜 2 0 3に対する膜 204〜 207の積層膜の選択比 (積層膜 204〜207のエッチング速度 ZTa膜 203のエッチング速度）を測定した。 この結果は、 1 0であった。
<エッチング条件 >
酢酸の流量：
1 5 s c c m (40.2mg/min
酸素の流量：
5 s c c m (7.1mg/min
ソース電力： 1 000 W
バイアス電力： 800 W
真空容器 2内の圧力： 0. 4 P a
基板ホルダー 4の温度： 4 Ot: この際、 ガス導入系 3を動作させて、 第 1 A図に図示の酢酸を溜めてい る容器 3 1から、 配管 3 2、 バルブ 3 3及び流量調整器 3 4を介して、 所 定の流量のエッチングガス（酢酸） と酸素ガスとを 空容器 2内へ導入し、 エッチングを行った。 この工程でのエッチング終了後は、 第 2 C図の構造 であることを確認した。
[実施例 2〜 2 0及び比較例 1 ] ,
'上記実施例 1で用いた酢酸ガスと酸素ガスとからなるエッチングガスに 換えて、 下記表 2に示したエッチングガスを用いた他は、 実施例 1と全く 同様の方法で第 2 C図に図示の素子を作成し、 エッチング速度と選択比を 測定した。 この結果を次の表 1に示す。 表 1のエッチング速度は、 実施例 1のエッチング速度を「1」 とし、選択比を「1」 とした時の比率で示す。 表 1 エッチングガス エッチング
実施例 選択比
(流量） 速度
2 ジメチルェ一テル ( 1 5 sccm、 30.9mg/min.) • 1 . 1 0 . 8
3 ジメチルェ一テル（ 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
1 . 1 1 . 2 と酸素 （5 sccm、 7.1mg/min.)
4 エチレンォキシド（ 1 5 sccm、 29.6mg/min.)
1 . 0 0 . 9 と酸 、 5 sccm、 7.丄ノ mg/min.)
5 フ オ ルム ア ルデ ヒ ド ( 1 5 seem、
0 . 9 0 . 9 20.1mg/mm.)
6 フ オ ルム ア ル デ ヒ ド ( 1 5 sccm、
1 . 0 1 . 1 20.1mg/min.) と酸素 ( 5 sccm, 7.1mg/min.)
7 フ オ ルム ア ル デ ヒ ド （ 1 5 sccm、
20.1mg/mm.) と酸 ( 5 sccm, 7.1mg/mm.) 1 . 2 0 . 9 . とアルゴン （2 0 sccm、 35.7mg/min.)
8 酢酸 ( 1 5 sccm, 40.2mg/min.) 0 . 8 0 . 9
9 酢酸 （1 5 sccm, 40.2mg/min.) と酸素 ( 5
sccm, 7.丄 mg/imn.ノ と レゴノ Z 0 sccm, 1 . 3 0 . 9 35.7mg/mm j
1 0 酢酸ェチル （1 5 sccm、 59.0mg/min.) と酸
素 （5 sccm、 7.1mg/min.) とアルゴン （2 1 . 1 0 . 9 0 sccm、 35.7mg/mm.)
1 1 ジメチルァミン ( 1 5 sccm、 67.1mg/min.)
1 . . 2 0 . 8 と酸素 （ 5 sccm、 7.1mg/min.)
1 2 ジメチルァミン （1 5 sccm、 67.1mg/min.)
と酸素 ( 1 sccm、 1.4mg/min.) とアルゴン 1 . 2 0 . 8 0 sccm, 35.7mg/mm. 1 3 ァセチルァセトン（ 1 5 sccm> 67.0mg/min.)
1 . 1 0 . 8 と酸素 （5 sccm、 7.1mg/min.)
1 4 ァセチルァセトン（ 1 5 sccm、 67.0mg/min.)
と酸素 （ 5 sccm、 7.1mg/min.) とアルゴン 1 . 1 0 . 6 ( Δ 0 sccm. 35,7mg/mm.)
1 5 ジメチルェ一テル（ 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
と N02 ( 5 sccm、 10.3mg/min.) とアルゴン 1， 1 0 . 9 ( 2 0 sccm、 35.7mg/min.)
1 6 ジメチルエーテル（ 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
と N 2 ( 5 sccm、 6.3mg/min.) とアルゴン（ 2 1 . 2 0 . 7 0 seem, 35.7mg/min.)
1 7 ジメチ Jレエ一テ レ ( 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
と H20 ( 5 sccm、 4.0mg/min.) とアルゴン 1 . 2 0 . 8 ( 0 sccm、 35.7mg/min.)
1 8 ジメチルエーテル ( 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
と C02 ( 5 sccm、 9.8mg/min.) とアルゴン 1、. 1 0 . 7 ( 0 sccm、 35.7mg/min.)
1 9 ジメチ レエ一テ レ ( 1 5 sccm、 30.9mg/min.)
とオゾン （3 sccm、 6.4mg/min.) とァルゴ 1 . 3 0 . 8 ン ( 2 5 sccm、 44.6mg/min.)
2 0 酢酸（ 1 5 sccm、 40.2ing/min.) とオゾン（ 3
sccm、 6.4mg/min.) と ' Jレゴン ( 2 5 sccm、 1 . 3 0 . 9 44.6mg/min.)
比較例 1 メタン（ 1 5 sccm、 10.8mg/min.) と酸素（ 5
0 . 3 0 . 8 sccni、 7.1mg/min.)
以上のとおり、 本発明の製造法で用いたドライエッチング法は、 予想外 に顕著な効果を示した。
[実施例 2 1〜 2 5及び比較例 2 ]
実施例 1、 9 ,、 3、 6、 1 3で用いたエッチングガスの流量比を変更し た他は、 それら実施例と全く同様の方法で第 2 C図に図示の素子を作成し、 エッチング速度と選択比を測定した。 この結果を表 2に示す。 表 2のエツ チング速度は、 実施例 1のエッチング速度を 「1」 とし、 選択比を [ 1 ] とした時の比率で示す
表 2
エッチングガス エッチング
実施例 選択比
(流量） 速度
2 1 酢酸 ( 2 0 sccm、 53.6mg/min.) と
0 . 8 0 . 8
酸 5 、 1 0 sccm、 l4.2mg/mm.)
2 2 酢酸 （ 2 0 sccm、 53.6mg/min.) と
酸素 ( 1 0 sccm、 14.2mg/min.) と 0 . 7 0 . 9 ア レコノ、 3 0 sccm、 53.5mg/min.)
Figure imgf000014_0001
尚、 エーテル類、 アルデヒド類、 カルボン酸類、 ジオン類及びアミン類 の内、 エーテル類とアルデヒド類は腐食性もなく安全性について特に有利 である。 ，
本発明の好ましい幾つかの実施例、比較試験例を説明したが、本発明は、 前述した実施の形態に限定されるものではなく、 特許請求の範囲の記載か ら把握される技術的範囲において、種々の形態に変更可能である。例えば、 エッチング装置としては、 第 1図に図示の 1ターンのアンテナを有する I C P型プラズマ装置に限らず、 いわゆる高密度プラズマ源と呼ばれるヘリ コン型プラズマ装置、 2周波励起平行平板型プラズマ装置、 マイクロ波型 プラズマ装置等を利用することができる。 また、 非有機材料をマスク材と して磁性材料をエッチングする場合であって、 この磁性材料が T M R素子 とする場合であっても、 T M R素子の構成は、 第 2図に図示の構成に限定 されるものではない。 また、 本発明は、 上記 T M R素子に限定されるもの ではなく、 G M R素子にも適用することが出来る。 また、 本発明は、 第 3 図に図示したとおり、 第 2 A図に図示の絶縁膜 2 0 5をエッチングストツ パーとした工程を用いることも出来る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . エーテル類、 アルデヒド類、 カルボン酸類、 エステル類、 ジオン 類及びァミン類からなるガス化化合物群から選択された少なくとも 一種のガス化化合物を用いて形成したプラズマ雰囲気を形成し、 該プラズマ雰囲気下で非有'機材料マスクを用いて、 周期律表第 8 族、 9族及び 1' 0族の元素から成る金属群より選択された少なくと の 1種の金属を含む磁性膜、 又は反磁性膜をエッチングすることか らなる磁性素子の製造法。
2 . 前記エーテル類は、 ジメチルエーテル、 ジェチルエーテル及びェ チレンォキシドからなる化合物群より選択された少なくとも一種で ある請求項 1に記載の磁性素子の製造法。
3 . 前記アルデヒド類は、 ホルムアルデヒド及びァセトアルデヒドか らなる化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 1に記 載の磁性素子の製造法。
4 . 前記カルボン酸類は、 ギ酸及び酢酸からなる化合物群より選択さ れた少なくとも一種である、 請求項 1に記載の磁性素子の製造法。
5 . ' エステル類は、 クロロギ酸ェチル及び酢酸ェチルからなる化合物 群からなる化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 1 に記載の磁性素子の製造法。
6 . 前記アミン類は、 ジメチルァミン及びトリェチルァミンからなる 化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 1に記載の磁 性素子の製造法。
7 . 前記ジオン類は、 テトラメチルヘプ夕ジオン、 ァセチルアセトン 及びへキサフルォロアセチルアセトンからなる化合物群より選択さ れた少なくとも一種である、 請求項 1に記載の磁性素子の製造法。 . 磁性素子は、 TMR素子である請求項 1に記載の磁性素子の製造法。.
9 . 前記ガス化化合物に酸素、 オゾン、 窒素、 H20、 N20、 N02及び C02からなるガス群から選択された少なくとも一種のガスを添加し てプラズマ雰囲気を形成している、
請求項 1に記載の磁性素子の製造法。
10. 前記エーテル類は、 ジメチルエーテル、 ジェチルエーテル及びェ チレンォキシドからなる化合物群より選択された少なくとも一種で ある請求項 9に記載の磁性素子の製造法。 .
11. 前記アルデヒド類は、 ホルムアルデヒド及びァセトアルデヒドか らなる化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 9に記 載の磁性素子の製造法。
12. 前記カルボン酸類は、 ギ酸及び酢酸からなる化合物群より選択さ れた少なくとも一種である請求項 9に記載の磁性素子の製造法。
13. エステル類は、 クロロギ酸ェチル及び酢酸ェチルからなる化合物 群からなる化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 9 に記載の磁性素子の製造法。
14. 前記アミン類は、 ジメチルァミン及びトリェチルァミンからなる 化合物群より選択された少なくとも一種である請求項 9に記載の磁 性素子の製造法。
15. 前記ジオン類は、 テトラメチルヘプ夕ジオン、 ァセチルアセトン 及びへキサフルォロアセチルアセトンからなる化合物群より選択さ
' れた少なくとも一種 ある請求項 9に記載の磁性素子の製造法。
16. 前記非有機材料マスクは、 周期律表第 3族、 第 4族、 第 5族若し くは第 6族の金属原子材料、 又はこれら金属原子と非金属原子との 混合物材料からなる膜とを少なくとも 1つ含む請求項 1に記載の磁 性素子の製造法。
1 7 . 前記非有機材料マスクは、 T a、 T i若しくは A 1の金属、 非金 属、 これら金属若しくは非金属の酸化物又はこれら金属若しくは非 金属の窒化物からなる膜を少なくとも 1つ含む請求項 1 6に記載の 磁性素子の製造法。
18. 前記非金属は、 S iである,請求項 1 7に記載の磁性素子の製造法。
19. 前記磁性膜は、 磁性膜と反磁性膜が積層された積層磁性膜である 請求項 1に記載の磁性素子の製造法。
磁性素子は、 TMR素子である請求項 1に記載の磁性素子の製造法。
PCT/JP2007/057689 2007-03-30 2007-03-30 磁性素子の製造法 Ceased WO2008129605A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020097020323A KR20100005058A (ko) 2007-03-30 2007-03-30 자성소자 제조방법
JP2009510643A JPWO2008129605A1 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 磁性素子の製造法
PCT/JP2007/057689 WO2008129605A1 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 磁性素子の製造法
CN200780052423A CN101641807A (zh) 2007-03-30 2007-03-30 制造磁性器件的方法
US12/556,987 US20100044340A1 (en) 2007-03-30 2009-09-10 Method of fabricating magnetic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2007/057689 WO2008129605A1 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 磁性素子の製造法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US12/556,987 Continuation US20100044340A1 (en) 2007-03-30 2009-09-10 Method of fabricating magnetic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008129605A1 true WO2008129605A1 (ja) 2008-10-30

Family

ID=39875154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/057689 Ceased WO2008129605A1 (ja) 2007-03-30 2007-03-30 磁性素子の製造法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100044340A1 (ja)
JP (1) JPWO2008129605A1 (ja)
KR (1) KR20100005058A (ja)
CN (1) CN101641807A (ja)
WO (1) WO2008129605A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014236096A (ja) * 2013-05-31 2014-12-15 セントラル硝子株式会社 ドライエッチング方法、ドライエッチング装置、金属膜及びそれを備えたデバイス
JP2017123356A (ja) * 2016-01-04 2017-07-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
WO2018139276A1 (ja) * 2017-01-24 2018-08-02 国立大学法人東北大学 トンネル磁気抵抗素子の製造方法
JP2019169724A (ja) * 2019-05-08 2019-10-03 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びエッチング装置
JP2019176051A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100301008A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Canon Anelva Corporation Process and apparatus for fabricating magnetic device
KR20130005804A (ko) * 2011-07-07 2013-01-16 삼성전자주식회사 자기 터널 접합 구조체의 제조 방법
KR102082322B1 (ko) 2013-08-09 2020-02-27 삼성전자주식회사 자기 기억 소자의 제조 방법
JP6347695B2 (ja) * 2013-11-20 2018-06-27 東京エレクトロン株式会社 被エッチング層をエッチングする方法
US10249479B2 (en) * 2015-01-30 2019-04-02 Applied Materials, Inc. Magnet configurations for radial uniformity tuning of ICP plasmas
JP6923881B2 (ja) * 2016-06-20 2021-08-25 国立大学法人東北大学 トンネル磁気抵抗素子及びその製造方法
CN107958950B (zh) * 2016-10-14 2020-09-22 中电海康集团有限公司 Mtj器件的制作方法、mtj器件及stt-mram

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08253881A (ja) * 1995-03-15 1996-10-01 Natl Res Inst For Metals ドライエッチング方法
JPH0945664A (ja) * 1995-07-26 1997-02-14 Sony Corp 白金薄膜のプラズマエッチング方法
JP2005042143A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Anelva Corp 磁性材料のドライエッチング方法
JP2005236144A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Fujitsu Ltd ドライエッチング方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4956197A (en) * 1986-10-27 1990-09-11 International Business Machines Corporation Plasma conditioning of a substrate for electroless plating
JP3877490B2 (ja) * 2000-03-28 2007-02-07 株式会社東芝 磁気素子およびその製造方法
JP2004332045A (ja) * 2003-05-07 2004-11-25 Renesas Technology Corp 多層膜材料のドライエッチング方法
JP2006060044A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Canon Anelva Corp 磁気抵抗効果素子の製造方法
US8560092B2 (en) * 2009-05-29 2013-10-15 Aspen Technology, Inc. Apparatus and method for model quality estimation and model adaptation in multivariable process control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08253881A (ja) * 1995-03-15 1996-10-01 Natl Res Inst For Metals ドライエッチング方法
JPH0945664A (ja) * 1995-07-26 1997-02-14 Sony Corp 白金薄膜のプラズマエッチング方法
JP2005042143A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Anelva Corp 磁性材料のドライエッチング方法
JP2005236144A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Fujitsu Ltd ドライエッチング方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014236096A (ja) * 2013-05-31 2014-12-15 セントラル硝子株式会社 ドライエッチング方法、ドライエッチング装置、金属膜及びそれを備えたデバイス
JP2017123356A (ja) * 2016-01-04 2017-07-13 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
WO2018139276A1 (ja) * 2017-01-24 2018-08-02 国立大学法人東北大学 トンネル磁気抵抗素子の製造方法
JPWO2018139276A1 (ja) * 2017-01-24 2019-11-07 国立大学法人東北大学 トンネル磁気抵抗素子の製造方法
JP2019176051A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP7223507B2 (ja) 2018-03-29 2023-02-16 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP2019169724A (ja) * 2019-05-08 2019-10-03 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びエッチング装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101641807A (zh) 2010-02-03
KR20100005058A (ko) 2010-01-13
JPWO2008129605A1 (ja) 2010-07-22
US20100044340A1 (en) 2010-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008129605A1 (ja) 磁性素子の製造法
CN101624701B (zh) 磁性材料的干法刻蚀方法
CN101901868A (zh) 制造磁性器件的方法和设备
JP4354519B2 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法
US20100078310A1 (en) Fabricating method of magnetoresistive element, and storage medium
JP2012038815A (ja) 磁気抵抗素子の製造方法
TWI557959B (zh) Manufacture method and manufacturing system of magnetoresistive effect element
EP3143649A1 (en) Reduction of barrier resistance x area (ra) product and protection of perpendicular magnetic device applications
JP2002038285A (ja) ドライエッチング用マスク材
JP2012204408A (ja) 半導体装置の製造方法
US20130134032A1 (en) Method of fabricating and apparatus of fabricating tunnel magnetic resistive element
CN102224610A (zh) 磁性膜加工室的清洁方法、磁性器件的制造方法及基板处理设备
JPWO2007032379A1 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
JP2008065944A (ja) 磁性層パターンの形成方法、磁気抵抗素子の製造方法、及び磁気記憶媒体の製造方法
JP2005302876A (ja) トンネル磁気抵抗効果素子およびその製造方法ならびに製造装置
US20100301008A1 (en) Process and apparatus for fabricating magnetic device
JP2011014679A (ja) 磁性素子の製造法及び記憶媒体
JPWO2003069691A1 (ja) 磁気抵抗素子とその製造方法、およびこの素子を含む不揮発メモリ
JP2005268349A (ja) 反応性イオンエッチング方法および反応性イオンエッチング装置
WO2006006630A1 (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気ランダムアクセスメモリ
JP2009055050A (ja) スピンバルブ型巨大磁気抵抗薄膜またはｔｍｒ膜の製造方法
JP2011014677A (ja) 磁性素子の製造法及び記憶媒体
CN100401433C (zh) 多晶Fe3O4薄膜材料的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780052423.6

Country of ref document: CN

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07741125

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2009510643

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020097020323

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07741125

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1