(57)【要約】  磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、磁性膜の所定領域を反応性イオンエッチング法によりエッチングする第２工程と、並びに、第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程とを有する。
2008032745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、
前記磁性膜の所定領域を反応性イオンエッチング法によりエッチングする第２工程と、並びに、
前記第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層及びフリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記反応性イオンエッチング法は、プラズマにより活性化された水素原子及び酸素原子の存在下で前記磁性膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記活性化された水素原子及び酸素原子は、アルコール類、ケトン類、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類及びエーテル類からなる化合物群より選択された少なくとも１種の化合物を原料として生成したものであることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記活性化された水素原子及び酸素原子は、炭化水素類及び酸素含有化合物を原料として生成したものであることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
前記反応性イオンエッチング法は、さらに、プラズマにより活性化された窒素原子又は炭素原子を含有させる工程を有することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程は、還元性ガスを用いた工程であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記還元性ガスは、水素ガス及びアンモニアガスからなるガス群より選択した少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記磁性膜は、反強磁性層、ピン層及びフリー層を有する膜であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記磁気抵抗効果素子は、基板、電極、下地層、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層、フリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記磁化固着層は、２つのピン層及び該２つのピン層の間のＲｕ層を有する層であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記磁性膜は、１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波領域で、かつ、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧の真空領域で行われるスパッタリング法を用いた工程を有する成膜工程により成膜された膜であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第２工程及び前記第３工程では、該第２工程から該第３工程までの全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程の後に、さらに、保護層を設ける第４工程を有し、前記第２工程、前記第３工程及び該第４工程では、該第２工程、該第３工程及び該第４工程の順の全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１５】
磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、
前記磁気抵抗効果素子にハードマスクを設ける第２工程と、
前記ハードマスクをマスクに用いて、前記磁性膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングする第３工程と、
前記第３工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第４工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層及びフリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記反応性イオンエッチング法は、プラズマにより活性化された水素原子及び酸素原子の存在下で前記磁性膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記活性化された水素原子及び酸素原子は、アルコール類、ケトン類、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類及びエーテル類からなる化合物群より選択された少なくとも１種の化合物を原料として生成したものであることを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記活性化された水素原子及び酸素原子は、炭化水素類及び酸素含有化合物を原料として生成したものであることを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記反応性イオンエッチング法は、さらに、プラズマにより活性化された窒素原子又は炭素原子を含有させる工程を有することを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記磁性膜は、反強磁性層、ピン層及びフリー層を有する膜であることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記磁気抵抗効果素子は、基板、電極、下地層、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層、フリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記磁化固着層は、２つのピン層及び該２つのピン層の間のＲｕ層を有する層であることを特徴とする請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記磁性膜は、１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波領域で、かつ、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧の真空領域で行われるスパッタリング法を用いた工程を有する成膜工程により成膜された膜であることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第３工程及び前記第４工程では、該第３工程から該第４工程までの全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記第４工程の後に、さらに、保護層を設ける第５工程を有し、前記第３工程、前記第４工程及び該第５工程では、該第３工程、該第４工程及び該第５工程の順の全工程が大気に曝されることなく、実施されることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項２７】
第１チャンバと、該第１チャンバの内部を排気する第１排気手段と、基板を載置するための第１基板載置台と、ターゲットを載置するためのターゲット載置台と、第１カソード電極と、及び前記第１チャンバの内部にガスを導入するための第１ガス導入手段とを有するスパッタリング装置と、並びに、
第２チャンバと、該第２チャンバの内部を排気する第２排気手段と、該第２チャンバの内部空間を少なくとも２つの第１サブ空間と第２サブ空間とに分離し、該第１サブ空間と該第２サブ空間とを連結する細孔を有する部材と、該第１サブ空間に設けられた基板載置のための第２基板載置台と、該第２サブ空間に設けられた第２カソード電極及び該第２サブ空間にガスを導入するための第２ガス導入手段とを有する処理装置と、を有するマルチチャンバ装置であって、
前記処理装置は、前記第２サブ空間でプラズマを発生させた時、第１サブ空間のプラズマがイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマになるよう、前記第２ガス導入手段のガス導入量、前記第２カソードへの電力供給量及び前記第２排気手段の排気量を制御する制御手段を有することを特徴とするマルチチャンバ装置。
【請求項２８】
前記スパッタリング装置は、複数のターゲットを載置するための複数ターゲット載置台を有し、該複数ターゲット載置台は、前記第１基板載置台に対し、対向した位置に配置されていることを特徴とする請求項２７に記載のマルチチャンバ装置。
【請求項２９】
前記第１基板載置台と前記ターゲット載置台とは、互いにその表面の法線が交差するように設置されていることを特徴とする請求項２７に記載のマルチチャンバ装置。
【請求項３０】
前記複数ターゲット載置台と前記第１基板載置台とは、互いにその表面の法線が交差するように設置されていることを特徴とする請求項２８に記載のマルチチャンバ装置。
【請求項３１】
前記第１基板載置台と前記ターゲット載置台とは、互いにその表面が非平行になるように設置されていることを特徴とする請求項２７に記載のマルチチャンバ装置。
【請求項３２】
前記複数ターゲット載置台と前記第１基板載置台とは、互いにその表面が非平行になるように設置されていることを特徴とする請求項２８に記載のマルチチャンバ装置。
【請求項３３】
前記第１カソード電極は、１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波電源と接続可能にされていることを特徴とする請求項２７に記載のマルチチャンバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集積化磁気メモリであるＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）や、薄膜磁気ヘッドなどで利用される磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子を製造するためのマルチチャンバ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ並の集積密度でＳＲＡＭ並の高速性を持ち、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ＭＲＡＭ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）といった磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドや磁気センサー等の開発が急速に進んでいる。【０００３】
磁気抵抗効果素子としては、例えば、シリコンやガラス等の基板の上に下部電極を形成し、その上に磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）を構成する８層の多層膜が形成されているものがある。この８層の多層膜は、例えば、一番下側に下地層となるＴａ層、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層、磁化固着層（Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ）、絶縁層（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）、フリー層、保護層（ハードマスク）が順に積層されているものなどがある。【０００４】
磁気抵抗効果素子については、それを構成する多層磁性膜が形成された基板を、半導体産業で培われた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）などの薄膜加工技術で加工して、所要の性能が得られるようにするという提案がなされている（特許文献１〜３参照）。【０００５】
この中で、反応性イオンエッチングによる加工技術については、出願人は、先に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（例えばメタノール）を用いる方法を提案している。これによって、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた場合に比べ、エッチング速度を高めることができ、しかも、主にエッチング後の酸化によるダメージを少なくできるという効果を得ている（特許文献３）。【０００６】
また、出願人は、先に、プラズマを生成するプラズマ生成室と基板を搬入、処理する基板処理室とを複数の貫通孔を有した隔壁板によって隔離し、プラズマ生成室でラジカルを発生させ、隔壁板を通過したラジカルによって基板表面を処理する装置を提案している（特許文献４〜１３）。
【特許文献１】特開２００３−２０３３１３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２６８３１号公報
【特許文献３】特開２００５−４２１４３号公報
【特許文献４】特開２０００−３４５３４９号公報
【特許文献５】特開２００２−８３８０６号公報
【特許文献６】特開２００２−２１２７３２号公報
【特許文献７】特開２００２−２１２７３６号公報
【特許文献８】特開２００２−２４６３８６号公報
【特許文献９】特開２００３−１９７６２０号公報
【特許文献１０】特開２００４−１１１５０６号公報
【特許文献１１】特開２００４−２９６６３８号公報
【特許文献１２】特開２００５−２６８３９６号公報
【特許文献１３】特開２００６−４９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、磁気抵抗効果素子の製造において、反応性イオンエッチング等を用いて加工を行った場合、加工後の多層磁性膜の表面にダメージを生じさせることがある。【０００８】
ダメージを生じた場合には、多層磁性膜上のダメージを受けた表面（以下、「ダメージ層」という）は、その後の磁気抵抗効果素子の製造工程において、大気放置、洗浄、熱処理等が行われることによって、そのダメージによる劣化の度合いが経時的に変化することが確認されてきている。そして、このダメージ層の磁気特性が経時変化を起こし、多層磁性膜において磁気抵抗効果を生じさせているスピンに影響を与えていることがわかってきている。【０００９】
例えば、ＭＲＡＭでは多層磁性膜を構成したフリー層のスピンの回転によりデータの読み出しを行うが、ＲＩＥ等の加工時のダメージにより磁気特性にばらつきがあると、ＭＲＡＭとしては誤動作することとなる。因みに、ＭＲＡＭの大容量集積化が難しいのは、多層磁性膜を構成しているフリー層のスピンのばらつきが大きいためであるといわれている。【００１０】
そこで、この発明の目的は、ダメージ層を持った多層磁性膜の磁気特性劣化を防止でき、高品質な磁気抵抗効果素子を製造する製造方法及び磁気抵抗効果素子を製造するためのマルチチャンバ装置を提供すること、にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、前記磁性膜の所定領域を反応性イオンエッチング法によりエッチングする第２工程と、並びに、前記第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程とを有する、ことを特徴とする。【００１２】
あるいは、本発明にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、前記磁気抵抗効果素子にハードマスクを設ける第２工程と、前記ハードマスクをマスクに用いて、前記磁性膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングする第３工程と、並びに、前記第３工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第４工程を有する、ことを特徴とする。【００１３】
あるいは、本発明にかかるマルチチャンバ装置は、第１チャンバと、該第１チャンバの内部を排気する第１排気手段と、基板を載置するための第１基板載置台と、ターゲットを載置するためのターゲット載置台と、第１カソード電極と、及び前記第１チャンバの内部にガスを導入するための第１ガス導入手段とを有するスパッタリング装置、並びに、第２チャンバと、該第２チャンバの内部を排気する第２排気手段と、該第２チャンバの内部空間を少なくとも２つの第１サブ空間と第２サブ空間とに分離し、該第１サブ空間と該第２サブ空間とを連結する細孔を有する部材と、該第１サブ空間に設けられた基板載置のための第２基板載置台と、該第２サブ空間に設けられた第２カソード電極及び該第２サブ空間にガスを導入するための第２ガス導入手段とを有する処理装置と、を有し、前記処理装置は、前記第２サブ空間でプラズマを発生させた時、第１サブ空間のプラズマがイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマになるよう、前記第２ガス導入手段のガス導入量（実施可能な範囲：５０〜３０００ｓｃｃｍと、より好ましい範囲：２００〜１０００ｓｃｃｍ）、前記第２カソードへの電力供給量（実施可能な範囲：１００〜３０００Ｗと、より好ましい範囲：２００〜２０００Ｗ）及び前記第２排気手段の排気量（実施可能な範囲：１〜２００Ｐａと、より好ましい範囲：１０〜５０Ｐａ）を制御する制御手段を有する。【００１４】
ここで、磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）を構成する多層磁性膜の場合、例えば、シリコンやガラス等の基板の上に下部電極を形成し、その上に磁気抵抗効果素子を構成する８層の多層膜が形成されているものなどがある。この８層の多層膜は、例えば、一番下側に下地層となるＴａ層、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層、磁化固着層（Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ）、絶縁層（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）、フリー層、保護層（ハードマスク）が順に積層されているものなどがある。【００１５】
反応性イオンエッチング法によるエッチング処理が行われた多層磁性膜は、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝され、表面酸化層からなるダメージ層は、イオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下の還元性プラズマの暴露によって還元される。【００１６】
ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒す工程を実施することによって、反応性イオンエッチングの際の多層磁性膜の酸化ダメージ層の形状を変えることなく改善された高品質な多層磁性膜を形成することができる。【００１７】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、反応性イオンエッチングは、多層磁性膜の上表面に形成されているハードマスク層をマスクとし、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用いて前記多層磁性膜をエッチングするものとすることができる。【００１８】
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（例えば、メタノール、エタノール、など）を用いた反応性イオンエッチングによれば、反応性イオンエッチングによって多層磁性膜に与えるダメージを少なくでき、反応性イオンエッチングの加工に続いて行われるイオンビームエッチングによる加工に要する時間を短縮することができる。【００１９】
その他に、化学式ＲＣＯＲ’（ＲまたはＲ’はアルキル基）で表されるケトン類（例えばメチルエチルケトン、イソプロピルメチルケトン、メチルプロピルケトン等）、化学式ＲＣＯＨ（Ｒはアルキル基）で表されるアルデヒド類、化学式ＲＣＯＯＨ（Ｒはアルキル基）で表されるカルボン酸類、化学式ＲＣＯＯＲ’（Ｒはアルキル基）で表されるエステル類、化学式ＲＯＲ’（Ｒはアルキル基）で表されるエーテル類を用いることが出来る。【００２０】
さらに、メタン、エタン、プロパン、プタンなどのメチル基を有する炭化水素類を用いることができ、この際酸素ガス、ＣＯガス、アンモニアガスやＣＯ２ガスを混合することが一層好ましい。【００２１】
また、前記いずれの本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法においても、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマの暴露工程の後に続いて、保護膜を形成する成膜工程が行なわれる。【００２２】
前述した反応性イオンエッチング法を用いた工程とラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマの暴露工程とは、大気に曝すことなく真空状態を維持した状態において、実行される（「真空一貫工程」と呼ぶ）。さらに、この真空一貫工程は、上述の保護膜形成工程終了まで、大気に曝すことなく一貫して真空の状態で実施することが出来る。【００２３】
上述の真空一貫工程を用いることにより、真空状態が維持された清浄な雰囲気の下で保護膜を形成することができ、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝すことによってダメージ層が改善された多層磁性膜を保護膜で覆った状態に維持することができる。【００２４】
ここで真空の状態とは、１．３×１０−５Ｐａより減圧下の状態が好ましいが、真空の状態（真空度）は限定されるものではない。【００２５】
ここでラジカルとは、電荷を持たない中性の活性種をいい、水素やアンモニア等の還元性ガスから生成される。【００２６】
前記磁気抵抗効果素子は、高周波高圧スパッタ法及びそのスパッタリング装置より製造される。高周波高圧スパッタ法とは、高周波領域が１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で、真空度の領域は、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧で行われるスパッタ法である。この場合、基板側にパルスＤＣもしくはＲＦバイアスが印加されていても良い。【００２７】
高周波高圧スパッタ法は、基板側に印加するバイアスやスパッタ時の圧力の条件を変えることにより、基板の全面にわたって側面の被覆性に優れている。【００２８】
すなわち、高周波高圧スパッタ法は、基板上の多層磁性膜が凹部や凸部をもつ形状に形成された場合でも、当該凹部内の側面や凸部の両側面に対する膜厚の制御性、及び、当該凹部内の側面や凸部の両端側面における膜厚の対称性に優れている。磁気ヘッドに使用される磁気抵抗効果素子では、ハードバイアスの特性を生かすため、磁気抵抗効果を生じる凸状部分（ヘッドのギャップ長に相当する部分）とハードバイアスを構成する部分が極めて薄い絶縁層、たとえば、ＡｌＮやＡｌＯ２膜等で絶縁される必要がある。高周波高圧スパッタ法による成膜を行うことにより、当該凸状部分の両側面で対称性に優れた良好な極薄の絶縁層等を形成することができるので有利である。【００２９】
磁気抵抗効果素子の製造装置は、高周波高圧スパッタ法により前記多層磁性膜を形成するスパッタリング室と反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する反応性イオンエッチング室が真空搬送室と連通して設けられる。真空状態を維持したまま、前記基板を真空搬送室からスパッタリング室に搬入し、スパッタリング室から真空搬送室へ搬出し、真空搬送室から反応性イオンエッチング室に搬入し、反応性イオンエッチング室から真空搬送室へ搬出できるように構成されている。【００３０】
反応性イオンエッチング室において、エッチングされた基板に対してラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝すことを行うラジカル処理室が前記真空搬送室と連通して設けられる。真空状態を維持したまま、前記反応性イオンエッチング室から搬出された前記基板が前記真空搬送室を介してラジカル処理室に搬入され、また、ラジカル処理室から真空搬送室へ搬出できるように構成されている。【００３１】
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用いて前記多層磁性膜をエッチングした場合、ダメージ層が形成されていても、それは、せいぜい数十オングストロームの厚さに過ぎないものになっている。そこで、これに引き続いて、ラジカル処理室で行われるラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマによる当該ダメージ層を還元するための処理時間を短縮することが可能になる。そして、単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることもなく、生産効率が低下することもない。【００３２】
なお、前述した本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置において、更に、前記真空搬送室に連通して成膜処理室が設けられており、真空状態を維持したまま、ラジカル処理室から搬出された基板が前記真空搬送室を介して成膜処理室に搬入されるようにすることができる。【００３３】
このように真空状態を維持したまま成膜処理室を連設し、ここで保護膜を形成するようにしたため、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマの暴露によってダメージ層が還元され、引き続いて、多層磁性膜を保護膜で覆ってしまうので、清浄な状態に維持することができる。【００３４】
前記の成膜処理室は高周波高圧の条件下、すなわち、高周波領域が１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で、真空度の領域は、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧で行われるスパッタリング方法の成膜処理室にすることが望ましい。真空一貫による成膜で高周波高圧スパッタ法を用いることができるようにするものである。前述したように、基板側に印加するバイアスやスパッタ時の圧力の条件を変えることにより、基板の全面にわたって凸状部分の両側面の被覆性に優れている高周波高圧スパッタ法を採用するものである。【００３５】
他の装置は、前述の反応性イオンエッチング法による工程とラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す工程との２つ工程を同一ラジカル処理室で実施することが出来る。【００３６】
他の装置は、同一のラジカル処理室内に、第１工程において、上記エッチングガスが供給され、続いて、第２工程において、上記還元性ガスが供給される。【００３７】
また、他の装置は、同一チャンバ内において、上記第１工程と第２工程の実施を基板移動によって実施することも出来る。これはいわゆるインラインタイプの製造装置を意味している。【００３８】
また、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段の前に、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行うエッチングする手段を前記の真空に保持されている真空室内に、更に、配備しておくこともできる。【００３９】
また、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す工程が実施された後、さらに、保護膜を形成する工程を実施しても良い。この保護膜工程は、前記真空に保持されている真空室内に配備しておくこともできる。【００４０】
この保護膜製造は、高周波高圧の条件下、すなわち、高周波領域が１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で、真空度の領域は、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧でスパッタリングを行うものでとし、真空一貫による成膜で高周波高圧スパッタ法を用いることができるようにすることが望ましい。【００４１】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置では、反応性イオンエッチングによって、エッチングガスの性質上、多層磁性膜の上に必然的に形成されるダメージ層を、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒すことでパターン形状を変えることなく還元するようにした。このため、高品質の磁気抵抗効果素子を製造することができる。また、磁気特性の向上により歩留まりを改善できるので生産効率を向上することができる。【００４２】
更に、ラジカルを主成分としたイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒すことによってダメージ層を還元した後、続いてその表面上に保護膜を形成するようにし、しかも保護膜を形成する成膜工程まで一貫して真空の状態で行うようにすることによって、真空状態が維持された清浄な雰囲気の下で保護膜を形成し、基板表面を清浄な状態に維持することができる。【００４３】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図１】ａは、この発明の実施形態の製造方法のフローチャート、ｂは、このフローチャートに従って加工される磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜が形成された基板の断面構造を示す図である。
【図２】磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜が形成された基板の断面構造の一例を示す図である。
【図３】この発明における磁気抵抗効果素子の製造装置の一例の構成概要を示す図である。
【図４】この発明における磁気抵抗効果素子の製造装置のスパッタリング室の一例の構成概要を示す図である。
【図５】この発明における磁気抵抗効果素子の製造装置のラジカル処理室の一例の構成概要を示す断面図である。
【図６】この発明における磁気抵抗効果素子の製造装置の制御手段のブロック図である。
【図７】この発明の磁気抵抗効果素子の製造装置の他の構成概要を説明するブロック図である。
【図８】ラジカル処理室を説明するための模式図である。
【図９】基板保持機構に印加するバイアス電圧を変化させた場合のイオン電流密度の測定結果を例示する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１ａ、ｂは、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい実施形態における加工工程のフローチャート（図１ａ）と、当該フローチャートに対応させた磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜が形成された基板１０の断面構造を示す図（図１ｂ）である（以下、「磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜が形成された基板１０」を単に「基板１０」と表すことがある。）。【００４６】
図１ｂにおいて、符号１で示されている部分が多層磁性膜である。この多層磁性膜１は、例えば、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）多層体、ＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｐｌａｎｅ）構造のＧＭＲ（巨大磁気抵抗化効果）多層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだＴＭＲ積層体もしくはＣＰＰ構造のＧＭＲ積層体、反強磁性結合型多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体などで構成される（以下、総称して多層磁性膜という）。【００４７】
多層磁性膜１としては、例えば、図２に示すように、基板３０の上に下部電極３１を形成し、その上に磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜が形成されているものが使用される。図２に示す例では、多層磁性膜１は８層からなり、一番下側に下地層となるＴａ層３２、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層３３、磁化固着層３４（Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ）、絶縁層３５（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）、フリー層３６、保護層３７（ハードマスク）が順に積層されている。図２に示す例では、磁化固着層３４におけるＲｕ層は８Å、保護層（ハードマスク）であるＴａ層３７は２００Åである。【００４８】
図１ｂ中、符号３で示されている部分は、ハードマスク層であり、単体元素であるＴａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）のいずれかの単層膜又は積層膜からなるマスク材、又は、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉのいずれかの酸化物又は窒化物の単層膜又は積層膜からなるマスクで構成することができる。【００４９】
図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置（マルチチャンバ装置）３００における好ましい実施形態の構成を示す構成図である。【００５０】
図３において、３９０は真空搬送室であり、この真空搬送室３９０にゲートバルブ等の遮蔽手段（不図示）を介して、第１のスパッタリング室３１１、第２のスパッタリング室３２１、第３のスパッタリング室３３１、アニール室３４１、第１の反応性イオンエッチング室３５１、第２の反応性イオンエッチング室３６１、ラジカル処理室３７１、成膜処理室３８１が、それぞれ真空搬送室３９０と連通するようにして設けられている。【００５１】
真空搬送室３９０には、さらにウエハローダ３０１が設けられ、このウエハローダ３０１を通して、基板１０を真空搬送室３９０にローディングし、加工完了後の基板をアンローディングできるようになっている。【００５２】
真空搬送室３９０内には、図示しない搬送手段が設置されており、ローディングされた基板１０を矢印３９１〜３９９のように第１のスパッタリング室３１１から第２のスパッタリング室３２１へ、第２のスパッタリング室３２１から第３のスパッタリング室３３１へ、第３のスパッタリング室３３１からアニール室３４１へ、アニール室３４１から第１の反応性イオンエッチング室３５１へ、また、第１の反応性イオンエッチング室３５１から第２の反応性イオンエッチング室３６１へ、第２の反応性イオンエッチング室３６１からラジカル処理室３７１へ、そしてラジカル処理室３７１から成膜処理室３８１へと順次搬送できるようになっている。【００５３】
また、図３において矢印３９１〜３９９で示されている基板１０の移送は、真空を破ることなく、真空搬送室３９０を介して、一貫して真空の状態で行うことができる。【００５４】
すなわち、基板１０は、第１のスパッタリング室３１１から第２のスパッタリング室３２１へ、第２のスパッタリング室３２１から第３のスパッタリング室３３１へ、第３のスパッタリング室３３１からアニール室３４１へ、アニール室３４１から第１の反応性イオンエッチング室３５１へ、第１の反応性イオンエッチング室３５１から第２の反応性イオンエッチング室３６１へ、次に、第２の反応性イオンエッチング室３６１からラジカル処理室３７１へ、そして最後に、ラジカル処理室３７１から成膜処理室３８１へ、真空搬送室３９０を介して真空状態が維持された清浄な雰囲気の下で順次搬送される。そして、このような真空一貫の雰囲気の下で、ラジカル処理室３７１においてダメージ層が還元された表面の上に、成膜処理室３８１において保護膜が形成されることになる。【００５５】
成膜処理室３８１から矢印３９９のように搬送された加工完了後の基板１０は、ウエハローダ３０１を通して真空搬送室３９０から外部にアンローディングされる。【００５６】
スパッタチャンバ３１１では、チャンバ底部中央の基板ホルダ３１２上に配置された基板３１３に対し、天井部にＴａ、ＮｉＦｅ、ＰｔＭｎおよびＣｏＦｅのターゲット３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、および３１４ｄがおのおの図示しないスパッタリングカソードを介して設置されている。【００５７】
スパッタチャンバ３２１においてはチャンバ底部中央の基板ホルダ３２２上に配置された基板３２３に対し、天井部にＲｕ、ＣｏＦｅ、およびＡｌのターゲット３２４ａ、３２４ｂ、および３２４ｃがおのおの図示しないスパッタリングカソードを介して設置されている。【００５８】
スパッタチャンバ３３１においてはチャンバ底部中央の基板ホルダ３３２上に配置された基板３３３に対し、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、およびＴａのターゲット３３４ａ、３３４ｂ、および３３４ｃが、おのおの図示しないスパッタリングカソードを介して設置されている。【００５９】
スパッタ成膜チャンバ３１１、３２１、３３１において、スパッタリング時に使用するガスとしてはＡｒのみを使用した。【００６０】
上記の如くの製造装置３００を用いて、図１ａに示したフローチャートに従い基板１０の加工を行う。【００６１】
真空搬送室３９０にローディングされた基板１０を第１のスパッタリング室３１１、第２のスパッタリング室３２１、第３のスパッタリング室３３１へと順次搬送し、下地層となるＴａ層３２、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層３３、磁化固着層３４（Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ  Ｌａｙｅｒ）、絶縁層３５（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）、フリー層３６、保護層３７（ハードマスク）の順に積層する。【００６２】
図４を用いて本発明のスパッタリング室の構造を説明する。このスパッタリング室は、基板ホルダ４１１の上に基板４１２を載置できるようになっている。基板ホルダ４１１は、基板４１２上での膜堆積の間、スパッタリング室外に設置したサーボモータ（不図示）から回転導入機構（不図示）を介し回転させられる。基板４１２を回転させることにより、膜厚の均一性が良好な成膜を行うことができる。ターゲットカソード４２１にはターゲット４２２が取り付けられている。【００６３】
また、チャンバ４３１の内部は、排気ポート４３２を通し、排気手段（不図示）により排気されている。【００６４】
ガス導入系４３３、４３４によりスパッタリング室へ所望の処理ガスが導入可能となっている。処理中のスパッタリング室内部の圧力は、内部が計測できるポート（不図示）を通し、ダイヤフラム式真空計等によりモニタされている。【００６５】
ターゲット４２２は、基板ホルダ４１１の上に配置された基板４１２に対して斜めに配置されており、複数のターゲットを同時に搭載することが可能なように設計されており、本実施形態では５基のターゲットカソードが搭載されている。基板ホルダ４１１の軸４１１ａとターゲット４２２の軸４２２ａは所定の角度θにて交差するようになっており、２つの軸４１１ａと軸４２２ａは同じ平面内に存在する。これらの２つの軸４１１ａと軸４２２ａの間の角度θは５°≦θ≦４５°となるように配置されることが好ましい。【００６６】
スパッタリングカソード４２１とターゲット４２２は、絶縁体（不図示）によってスパッタリング室４３１やその他の部分から電気的に絶縁されている。【００６７】
ターゲット４２２とターゲットカソード４２１の上側または横側には、回転可能な支持プレート４２３に固定された永久磁石によるマグネット配列４２４が存在する。支持プレート４２３は、駆動機構（不図示）を有している。装置が作動している間、マグネット配列４２４は、駆動機構の中に含まれるサーボモータによって支持プレート回転軸４２３ａを中心に回転させられている。【００６８】
二重シャッタ４３５は、非常に薄い成膜において成膜性能を保つために使用される。特に複数のターゲットを用いた場合、クロスコンタミネーションを防ぐために重要である。【００６９】
前述したターゲット４２２は、ＤＣ電源（不図示）からプラズマを生成するためのＤＣ電力が供給される。なお、ＤＣ電力を用いることは本質的なことではない。ＤＣ電力の代わりにＲＦ（交流）電力によりプラズマを発生させるために用いることもできる。【００７０】
次に、アニール室３４１に基板１０を搬送し、アニーリング処理を行う。アニーリング温度は、例えば約３００°Ｃであり、例えば４時間アニーリング処理が行われる。これにより、ＰｔＭｎ層３３に所望の磁化が与えられる。【００７１】
次に、第１の反応性イオンエッチング室３５１に基板１０を搬送し、ここで基板１０の多層磁性膜１の表面に形成されているフォトレジスト層４をＰＲマスク５とし、ハードマスク層３のエッチングを行う（ステップ１０１）。【００７２】
次に、基板１０を第１の反応性イオンエッチング室３５１から第２の反応性イオンエッチング室３６１へ、真空状態を維持して搬送する。そして、ここで、エッチングガスとしてメタノールなどの水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いた反応性イオンエッチングにより、ハードマスク層３をマスクとして、多層磁性膜１のエッチング加工、すなわち、多層磁性膜１の微細加工を行う（ステップ１０２）。【００７３】
この反応性イオンエッチングでは、図２に例示されている多層磁性膜１の絶縁層３５を抜けてＴａ層３２の上の反強磁性層であるＰｔＭｎ層３３までエッチングを行うようにすることができる。また、ＭＲＡＭの製造工程の一つであるフリー層３６までエッチングして絶縁層層３５でエッチングを止めるようにすることもできる。この反応性イオンエッチングの工程（ステップ１０２）では、いずれの工程でも採用可能である。【００７４】
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用いることによって、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた場合に比べ、エッチング速度を高くし、しかもダメージ層（主に酸化により劣化した層）を少なくできる効果が得られる。例えば、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用いることによって、酸化により劣化した層の厚さを数十オングストローム程度に抑えることができる。【００７５】
第２の反応性イオンエッチング室３６１での加工によって、多層磁性膜１の側壁及び上表面、あるいは多層磁性膜１の側壁及び多層磁性膜１の上表面にその一部を残しているハードマスク層３の側壁及び上表面に、図１ｂの上から３段目の図のように、主に酸化により劣化した層であるダメージ層６が形成される。【００７６】
第２の反応性イオンエッチング室３６１での加工を終了した基板１０は、続いて、真空状態を維持してラジカル処理室３７１へと搬送される。そして、ラジカル処理室３７１でダメージ層６の還元処理が行われる（ステップ１０３）。【００７７】
ラジカル処理室３７１は、水素やアンモニア等のガスを用いてイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマを生成し、前記のダメージ層６を還元する処理室である。【００７８】
図５は、本発明における多層磁性膜にイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒す手段の一例として、磁気抵抗効果素子の製造装置のラジカル処理室３７１（図３参照）の構成を示す断面図である。【００７９】
図５に示すように、ラジカル処理室３７１は、真空搬送室３９０（図３参照）の真空を破ることなく連通された真空容器を有し、その内部は、排気機構１３によって排気可能であり、減圧されて所定の真空状態に保持可能となっている。また、ラジカル処理室３７１の内部には、水平な状態で導電性部材（例えば、ＳＵＳやアルミニウム）で作られた隔壁板１４が設けられている。隔壁板１４は、その周縁部が導電性固定部材２２の下面に押さえ付けられて密閉状態を形成するように配置されており、導電性固定部材２２を介して接地電位２７となっている。【００８０】
ラジカル処理室３７１は、内部が隔壁板１４によって上下に仕切られており、上側の空間はプラズマ放電空間１５、下側の空間は基板処理空間１６が形成されている。プラズマ放電空間１５には高周波電極２０が配置され、基板処理空間１６には基板保持機構１７が配置されている。【００８１】
隔壁板１４の内部には、処理ガス導入空間２４が形成されている。処理ガス導入空間２４は、プラズマ放電空間１５とは隔離されており、基板処理空間１６とは複数の処理ガス拡散孔２６を介して連通している。【００８２】
隔壁板１４内に形成されている処理ガス導入空間２４は、隔壁板１４に外部から導入された処理ガス、例えば、成膜用のシランガス等を分散させて基板処理空間１６へ均一に供給するための空間であり、処理ガス導入空間２４には、シランガス等の成膜用ガスを外部から導入するための処理ガス導入パイプ２８が側方から接続されている。【００８３】
また、隔壁板１４の部位のうち、処理ガス導入空間２４が存在していない位置を上下方向に貫通するように、複数の隔壁板貫通孔２５ｂが形成されている。【００８４】
つまり、ラジカル処理室３７１の内部は、隔壁板１４によって、プラズマ放電空間１５と基板処理空間１６に隔離されているが、この複数の隔壁板貫通孔２５ｂを介してのみ、プラズマ放電空間１５と基板処理空間１６とが連通している。【００８５】
また、基板保持機構１７の電位は、ラジカル処理室３７１と同じ電位である接地電位２７に保持されている。さらに、基板保持機構１７の内部には、ヒータ１８が設けられており、ヒータ１８によって基板１０の温度を所定の温度に保持することができる。【００８６】
絶縁部材２１ａには、外部からプラズマ放電空間１５へ、水素やアンモニアなどのプラズマ発生用のガスを導入するプラズマ発生ガス導入パイプ２３が設けられている。【００８７】
これらのプラズマ発生ガス導入パイプ２３は、流量制御を行うマスフローコントローラ（図示せず）を介してプラズマ発生ガス供給源とそれぞれ接続されている。【００８８】
上記のように構成されたラジカル処理室を用いてラジカル処理を行う方法を、以下に説明する。【００８９】
基板１０がラジカル処理室３７１の内部に搬入され、基板保持機構１７の上に配置される。ラジカル処理室３７１の内部は排気機構１３により排気され、減圧されて所定の真空状態に保持される。次に、アンモニアガスがプラズマ発生ガス導入パイプ２３を通じてプラズマ放電空間１５に導入される。【００９０】
上記の状態において、高周波電極２０に対して電力導入棒２９を介して高周波電力が供給されるとプラズマ放電空間１５内で放電が生じプラズマ１９が生成され、同時に中性の励起種である窒素ラジカル（励起活性種）が生成される。【００９１】
生成された窒素ラジカルは、隔壁板貫通孔２５ｂを介して基板１０が配置された基板処理空間１６に導入され、これにより、基板１０はプラズマ１９に晒されることなく、ラジカル処理を行うことができる。【００９２】
ここで、図５に示すラジカル処理室３７１は、多層磁性膜１にラジカルをあてる手段として説明してきたが、前述のように、成膜用ガスとして例えばシランガスを使用し、処理ガス導入パイプ２８を通じて処理ガス導入空間２４に導入することで、成膜を行う手段として共用とすることができる。【００９３】
すなわち、処理ガス導入空間２４に導入されたシランガスは、処理ガス拡散孔２６を通ってラジカルやプラズマに接触することなく、基板処理空間１６へ直接導入される。【００９４】
こうして、基板処理空間１６内に導入されたシランガスは、隔壁板貫通孔２５ｂを介して基板処理空間１６内に導入された窒素ガスのうちの窒素ラジカルと化学反応を起こして、基板１０の表面上に窒化シリコン膜を形成させることもできる。【００９５】
このように、保護膜７を例えば、高周波高圧スパッタリング法による窒化アルミニウム等、または、ＣＶＤ法による窒化シリコン膜等、その用途により選択することも可能である。【００９６】
次にラジカル処理室３７１の制御に関して図６を使用して説明する。図６は、本発明におけるイオン電流密度を４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下に制御する制御手段の一例を示すブロック図である。【００９７】
図６に示すように、第２サブ空間の６３１には、イオン電流密度検出手段６０１が設置されており、第２サブ空間６３１のイオン電流密度を検出することができる。検出されたイオン電流密度の数値は、電力制御手段６０２、ガス制御手段６０３、排気制御手段６０４へ通知され、第２サブ空間６３１のイオン電流密度が４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下となるようにフィードバック制御される。【００９８】
以上のように、このラジカル処理室３７１では、水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いた、ダメージの少ない反応性イオンエッチングの加工でさえも、ダメージ層６が形成されることがある。そこで、この薄いダメージ層６をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒すことによってダメージ層の形状を変えることなく還元し、より高品質の多層磁性膜を得ようとするものである。【００９９】
第２の反応性イオンエッチング室３６１で行われる、水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングの加工によって形成されるダメージ層６は、せいぜい数十オングストローム程度の厚さである。そこで、これに引き続いて、ラジカル処理室３７１で行われるラジカルによる当該ダメージ層を還元するための処理時間を短縮することが可能になり、かつ、単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることもなく、生産効率が低下することもない。【０１００】
すなわち、第２の反応性イオンエッチング室３６１で行われる反応性イオンエッチングの際に形成されるダメージ層６は、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングの際に形成されるダメージ層に比べて薄いため、その後のラジカルをあてることによるダメージ層の還元を、製造装置の生産効率を律する前記反応性イオンエッチングの加工時間内で行うことができる。これにより、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法および製造装置３００によれば、単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることもなく、生産効率が低下することもない。【０１０１】
また、ラジカル処理室３７１は、図５に示された実施の形態、例えば、ラジカルの生成方法等は限定されるものではない。例えば、熱フィラメント等の発熱体を用いたラジカルの生成方法等も採用することができる。【０１０２】
ダメージ層６の除去が終了した基板１０は、次に、真空状態を維持したまま成膜処理室３８１へと搬送され、ここで保護膜７の成膜が行われる（ステップ１０４）。【０１０３】
ダメージ層６を還元した多層磁性膜１を保護膜７で覆うことによって、清浄な状態に維持することができる。【０１０４】
成膜処理室３８１は、高周波高圧スパッタリング方法が行なわれるスパッタリング室とすることができる。例えば、ステップ１０４における保護膜７の成膜は、高周波高圧の条件下、すなわち、高周波領域が１ＫＨｚ以上１００ＭＨｚ以下で、真空度の領域は、１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の高圧で行われる高周波高圧スパッタリング法による成膜にすることができる。【０１０５】
保護膜７としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の膜とすることができる。【０１０６】
次に、イオン電流密度の測定方法を説明する。図８はラジカル処理室の模式図である。図８において、基板保持機構８２上の基板が載置される位置にラングミュアプローブ８１を設置する。プラズマ発生手段（不図示）によってプラズマ空間８６にプラズマ８５を生成させ、隔壁板８４を通過し、基板処理空間８３の基板保持機構８２上の基板が載置される位置に達したプラズマのイオン電流密度をラングミュアプローブ８１によって測定する。この測定方法で、Ｏ２，ＮＨ３，Ｎ２、それぞれのガスに関して、基板保持機構に印加するバイアス電圧を変化させた場合のイオン電流密度を測定した。その結果を図９に示す。図９の縦軸がイオン電流密度/電子電流密度を示し、プラスが電子電流、マイナスがイオン電流である。図９からバイアス電圧が増加すると、電子電流密度が増加し、バイアス電圧が１０Ｖ以上になると急激に電子電流密度が増加することがわかる。つまり、バイアス電圧がプラス１０Ｖ以上になると密度の高いプラズマが基板近傍に漏れることになり、イオン衝撃等によって基板にダメージを与えてしまうことになる。これに対し、バイアス電圧をマイナスにするとイオン電流が生じるが、マイナス１００Ｖ程度までではイオン電流密度は１０−７Ａ／ｃｍ２台と非常に小さい。なお、イオン電流密度は、バイアス電圧だけで決定されるものではなく、ガス種、ガス流量、圧力、投入電力等の様々な要因によって決定されるものである。基板へのダメージは、イオン電流密度の大きさによって、決定されるので、基板が晒されるイオン電流密度を所定の値より小さくすることが重要である。発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、イオン電流密度を４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマにした状態では、反応性イオンエッチング等を用いて基板表面の加工を行った場合でも、加工後の多層磁性膜の表面へのダメージが少ないという知見を得て、本願発明に至った。【０１０７】
図３に示す構成の本発明にかかる磁気抵抗効果素子の製造装置３００を用い、図１ａ、ｂに図示の工程で磁気抵抗効果素子を製造する一例を説明する。【０１０８】
（１）ステップ１０１：フォトレジスト層４をＰＲマスク５としたハードマスク層３のエッチング
反応性イオンエッチング装置、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源搭載のエッチング装置の第１の反応性イオンエッチング室３５１において、以下の条件で、フォトレジスト層４をＰＲマスク５としたハードマスク層３のエッチングを行う。【０１０９】
エッチングガス                            ：ＣＦ４
エッチングガスの流量                      ：３２６ｍｇ／ｍｉｎ（５０ｓｃｃｍ）
ハードマスク層３                          ：Ｔａ層
ソース電力                                ：５００Ｗ
バイアス電力                              ：７０Ｗ
第１の反応性イオンエッチング室４２内の圧力：０．８Ｐａ
基板１０を保持する基板ホルダの温度        ：８０℃
（２）ステップ１０２：ハードマスク層３をマスクとした多層磁性膜１のエッチング加工
ステップ１０１の工程で使用したのと同様の、反応性イオンエッチング装置、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源搭載のエッチング装置の第２の反応性イオンエッチング室３６１において、以下の条件で、ハードマスク層（Ｔａ層）３をマスクとした多層磁性膜１のエッチング加工を行う。【０１１０】
エッチングガス                            ：ＣＨ３ＯＨガス
エッチングガスの流量                      ：１８．７５６ｍｇ／ｍｉｎ（１５ｓｃｃｍ）
ソース電力                                ：１０００Ｗ
バイアス電力                              ：８００Ｗ
第２の反応性イオンエッチング室４３内の圧力：０．４Ｐａ
基板１０を保持する基板ホルダの温度        ：４０℃
エッチング時間                            ：３ｍｉｎ
（３）ステップ１０３：ラジカル処理によるダメージ層６の還元
ラジカル処理室３７１で、以下の条件により、イオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒すことによってダメージ層６の還元を行う。【０１１１】
プラズマ生成空間に導入されるアンモニアガスの流量：５.０×１０−1ｌ／ｍｉｎ（５００ｓｃｃｍ）
高周波電力                    ：７００Ｗ
基板処理空間内の圧力          ：１５（Ｐａ）
基板の温度                    ：３００℃
ラジカル処理時間              ：３ｍｉｎ
以上のような加工をした磁気抵抗効果素子と、ステップ１０１、１０２の工程のみ同じ条件で行って、ステップ１０３の工程を行わなかった磁気抵抗効果素子についてＭＲ比（ｍａｇｎｅｔｏｒｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｒａｔｉｏ＝（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ）を比較した。【０１１２】
比較の結果、本発明の工程で加工した磁気抵抗効果素子は、ラジカル処理によるダメージ層６の還元を行わなかった磁気抵抗効果素子のＭＲ比に対し、７〜１０パーセント改善されていた。【０１１３】
基板１０の単位時間当たりの処理枚数（スループット）は、反応性イオンエッチングの加工時間に律速される。すなわち、ラジカル処理の工程を追加してもラジカル処理は反応性イオンエッチングの加工時間内に終わるので、スループットを低下させることはなく、磁気特性（ＭＲ比）の向上によって歩留まりを改善できるので、生産効率は向上することができる。【０１１４】
（４）ステップ１０４：保護膜７の成膜
製造装置の成膜処理室３８１において、以下の条件で、保護膜７として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を１３.５６ＭＨｚの高周波高圧スパッタリング方法（Ａｌターゲット）で成膜し、ダメージ層６を還元した多層磁性膜１に保護膜７で覆う。【０１１５】
スパッタリングガス                  ：Ａｒガス+Ｎ２ガス
成膜処理室４５内の圧力              ：８Ｐａ
基板１０を保持する基板ホルダの温度  ：２００℃
このように真空状態を維持したまま成膜処理室３８１を連設し、ここで保護膜を形成するようにしたため、イオン電流密度４×１−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒すことによってダメージ層が還元され、引き続いて、多層磁性膜を保護膜で覆ってしまうので、清浄な状態に維持することができる。【０１１６】
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施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。【０１１７】
例えば、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置を図７に示すようなインラインタイプの製造装置とし、このようなインラインタイプの製造装置において本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を実施することも可能である。【０１１８】
すなわち、真空に保持されている真空室内に、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段と、この反応性イオンエッチングによりエッチングする手段によってエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒す手段とが配備されている磁気抵抗効果素子の製造装置を準備する。【０１１９】
ここで、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段としては、例えば、反応性イオンエッチング方法を用いることができ、ラジカルをあてる手段としては、ラジカル処理を行うものを用いることができる。また、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段の前に、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行う手段を前記の真空に保持されている真空室内に、更に、配備しておくこともできる。【０１２０】
また、イオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒す手段によってラジカル処理が行われた前記多層磁性膜に対して薄膜、すなわち、保護膜を形成する成膜手段を、更に、前記真空に保持されている真空室内に配備しておくこともできる。【０１２１】
このようなインラインタイプの製造装置を用いた本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法、図７を参照して説明すると、例えば、次のように行われる。磁気抵抗効果素子の製造装置に基板を搬入する。【０１２２】
ハードマスク層のエッチング手段、多層磁性膜のエッチング手段からなる反応性イオンエッチング手段によってエッチング処理を行う。例えば、まず、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行うエッチング手段により、ハードマスク層のエッチングを行う（ステップ３０１）。【０１２３】
ついで、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段により、多層磁性膜をエッチングする（ステップ３０２）。【０１２４】
次に、イオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに晒す手段によって、前記の反応性イオンエッチング手段での加工処理によって形成されていたダメージ層を還元する（ステップ３０３）。【０１２５】
引き続いて、保護膜を形成する成膜手段によって、ダメージ層が改善された多層磁性膜を保護膜で覆って（ステップ３０４）、清浄な状態に維持し、搬出する。【０１２６】
これらの工程は、真空保持手段を構成している真空室と真空ポンプとにより、真空が維持された状態で行われる。【０１２７】
このようなインラインタイプの製造装置であっても、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を実施することにより、反応性イオンエッチングによって必然的に生じる多層磁性膜のダメージ層をラジカル処理で還元するので、高品質の磁気抵抗効果素子を製造することができる。また、磁気特性の向上により歩留まりを改善できるので生産効率を向上することができる。【０１２８】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。【０１２９】
本願は、２００６年９月１３日提出の日本国特許出願特願２００６−２４８５１８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
【図１】
2008032745.tif 000003
【図２】
2008032745.tif 000004
【図３】
2008032745.tif 000005
【図４】
2008032745.tif 000006
【図５】
2008032745.tif 000007
【図６】
2008032745.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2008032745.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月25日(2008.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、
前記磁性膜の所定領域を、反応性イオンエッチング法により、プラズマにより活性化された水素原子及び酸素原子の存在下でエッチングする第２工程と、並びに、
前記第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程と、
を有し、
前記第３工程は、
還元性ガスを導入し、プラズマを形成するプラズマ形成工程と、
複数の貫通孔を有する第１部材を通過させることで、前記プラズマ形成工程により形成したプラズマからイオン及び電子を除去する除去工程と、
前記除去工程を経て前記イオン電流密度に調整され、ラジカルを主成分とするプラズマに、前記磁性膜を曝すことで、前記磁性膜に結合した前記酸素原子を還元する曝露工程と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層及びフリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記反応性イオンエッチングは、アルコール類、ケトン類、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類及びエーテル類からなる化合物群より選択された少なくとも１種の化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記反応性イオンエッチングは、炭化水素類及び酸素含有化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記反応性イオンエッチング法は、さらに、プラズマにより活性化された窒素原子又は炭素原子を含有させる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
前記還元性ガスは、水素ガス及びアンモニアガスからなるガス群より選択した少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
前記第２工程及び前記第３工程では、該第２工程から該第３工程までの全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、
前記磁性膜の所定領域を、反応性イオンエッチング法により、プラズマにより活性化された水素原子及び酸素原子の存在下でエッチングする第２工程と、並びに、
前記第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程と、
を有し、
前記第３工程は、
還元性ガスを導入し、プラズマを形成するプラズマ形成工程と、
複数の貫通孔を有する第１部材を通過させることで、前記プラズマ形成工程により形成したプラズマからイオン及び電子を除去する除去工程と、
前記除去工程を経て前記イオン電流密度に調整され、ラジカルを主成分とするプラズマに、前記磁性膜を曝すことで、前記磁性膜に結合した前記酸素原子を還元する曝露工程と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層及びフリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記反応性イオンエッチングは、アルコール類、ケトン類、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類及びエーテル類からなる化合物群より選択された少なくとも１種の化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記反応性イオンエッチングは、炭化水素類及び酸素含有化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記反応性イオンエッチング法は、さらに、プラズマにより活性化された窒素原子又は炭素原子を含有させる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記還元性ガスは、水素ガス及びアンモニアガスからなるガス群より選択した少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程及び前記第３工程では、該第２工程から該第３工程までの全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月4日(2009.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜及び基板を有する磁気抵抗効果素子を用意する第１工程と、
前記磁性膜の所定領域を、反応性イオンエッチング法により、プラズマにより活性化された水素原子及び酸素原子の存在下でエッチングする第２工程と、並びに、
前記第２工程後の磁性膜をイオン電流密度４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下のプラズマに曝す第３工程と、
を有し、
前記第３工程は、
還元性ガスを導入し、プラズマを形成するプラズマ形成工程と、
複数の貫通孔を有する第１部材を通過させることで、前記プラズマ形成工程により形成したプラズマからイオン及び電子を除去する除去工程と、
前記除去工程を経て前記イオン電流密度に調整され、ラジカルを主成分とするプラズマに、前記磁性膜を曝すことで、前記磁性膜に結合した前記酸素原子を還元する曝露工程と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記磁気抵抗効果素子は、反強磁性層、磁化固着層、絶縁層及びフリー層を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記反応性イオンエッチングは、アルコール類、ケトン類、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類及びエーテル類からなる化合物群より選択された少なくとも１種の化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記反応性イオンエッチングは、炭化水素類及び酸素含有化合物をエッチングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記還元性ガスは、水素ガス及びアンモニアガスからなるガス群より選択した少なくとも１種のガスであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程及び前記第３工程では、該第２工程から該第３工程までの全工程が大気に曝されることなく実施されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【国際調査報告】
2008032745.tif 000012
2008032745.tif 000013
2008032745.tif 000014
2008032745.tif 000015
2008032745.tif 000016
2008032745.tif 000017
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