(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｇａ、及びＷからなる群から選択された金属、該金属の酸化物、及び該金属の窒化物のいずれか１つからなる下層電極膜と、Ｒｕ及びＣｒからなる群から選択されたいずれか１つからなる中間層電極膜と、前記下層電極膜と同じ構成材料からなる上層電極膜とがこの順に積層されてなる積層電極に対し、前記上層電極膜上に形成されたレジストをマスクにする反応性イオンエッチングによって前記上層電極膜から順に各電極膜を加工する積層電極の加工方法であって、
前記上層電極膜をエッチングする工程と前記下層電極膜をエッチングする工程とでは酸素ガスの供給を停止し、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩからなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガス、及びＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスと前記ハロゲン系ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用い、
前記中間層電極膜をエッチングする工程では、少なくとも酸素ガスを含むガスをエッチングガスとして用い、
前記中間層電極膜をエッチングする工程は、前記レジストにマスクされていない前記下層電極膜上に前記中間層電極膜の一部を残存させて終了し、
前記下層電極膜をエッチングする工程は、前記下層電極膜上に残存する前記中間層電極膜の前記一部と共に前記下層電極膜をエッチングする
ことを特徴とする積層電極の加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の積層電極の加工方法において、
前記中間層電極膜がＲｕからなり、
前記中間層電極膜をエッチングする工程では、酸素ガスと、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒからなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガスとの混合ガス、及び酸素ガスと前記ハロゲン系ガスとＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１
つの不活性ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用いる
ことを特徴とする積層電極の加工方法。
【請求項３】
請求項１に記載の積層電極の加工方法において、
前記中間層電極膜がＣｒからなり、
前記中間層電極膜をエッチングする工程では、酸素ガスと、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４からなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガスとの混合ガス、及び酸素ガスと前記ハロゲン系ガスとＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用いる
ことを特徴とする積層電極の加工方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層電極の加工方法において、
前記中間層電極膜をエッチングする工程を０．１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下の圧力で行う
ことを特徴とする積層電極の加工方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層電極の加工方法において、
前記レジストは、前記上層電極膜上に形成された磁気抵抗素子の全体を覆い、
前記積層電極は、前記磁気抵抗素子の下部電極である
ことを特徴とする積層電極の加工方法。
【請求項６】
請求項１に記載の積層電極の加工方法において、
前記上層電極膜をエッチングする工程と前記下層電極膜をエッチングする工程の各工程は、Ｎ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスとを前記チャンバに供給することを更に含む積層電極の加工方法。
【請求項７】
請求項１に記載の積層電極の加工方法において、
前記上層電極膜をエッチングする工程と前記下層電極膜をエッチングする工程のエッチング条件は、エッチング時間を除き同じである積層電極の加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載の積層電極の加工方法において、
前記上層電極膜をエッチングする工程は、前記上層電極膜の厚みを前記上層電極膜のエッチングレートで除算して得られる推定エッチング完了時間に時間的マージンを加算したエッチング時間だけ実施され、
前記中間電極膜をエッチングする工程は、前記中間電極膜の厚みを前記中間電極膜のエッチングレートで除算して得られる推定エッチング完了時間と同じエッチング時間だけ実施され、
前記下層電極膜をエッチングする工程は、前記上層電極膜のエッチング時間よりも長い時間だけ実施される積層電極の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の導電膜が積層されてなる積層電極を加工する方法に関し、例えば、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に用いられる磁気抵抗素子の下部電極を加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル磁気抵抗効果を有した多層膜構造の素子、いわゆる磁気抵抗素子が知られている。磁気抵抗素子は、ハードディスクへのデータの書き込みや書き込んだデータのハードディスクからの読み出しを行う磁気抵抗効果ヘッド、あるいは、磁気を利用した記憶素子である磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の記憶媒体等として用いられている。【０００３】
特許文献１に記載されている磁気抵抗素子の製造方法ではまず、該素子の下部電極となる金属膜が形成される。次いで、この金属膜上に、２つのフリー磁性層に非磁性層が挟まれた３層構造のフリー磁性層積層体、非磁性層、２つの固定磁性層に非磁性層が挟まれた３層構造の固定磁性層積層体、及び反強磁性層がこの順に積層される。すなわち、下部電極上に多層膜構造体が形成される。そして、こうした多層膜構造体の上面にレジストが塗布され、該レジストは所望とする磁気抵抗素子の形状に応じてパターニングされる。その後、このパターニングされたレジストに従って、上記多層膜構造体がイオンミリングにより下向きに順次エッチングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０１０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような工程を経て磁気抵抗素子が形成された後、磁気抵抗素子の下層と電気的に接続された積層構造の下部電極が所定の形状に加工されることがある。図５（ａ）（ｂ）を参照して、下部電極の加工工程を説明する。図５（ａ）に示されるように、支持基板ＳＳ上に下部電極Ｅと磁気抵抗素子ＭＲが形成され、磁気抵抗素子ＭＲの全体と、その磁気抵抗素子ＭＲが積層された下部電極Ｅの上面の全体とにレジストＰＲが塗布される。そのレジストＰＲが所定の形状にパターニングされる。次いで、このレジストＰＲの上方から異方性エッチングを行う。このエッチングは、磁気抵抗素子ＭＲと同様にイオンミリングにより下部電極Ｅを構成する上層電極膜Ｅｕ、中間層電極膜Ｅｍ、下層電極膜Ｅｂの順に実施される。【０００６】
ここで、イオンミリングによるエッチングとは、例えばアルゴン等の不活性ガスをエッチング対象物に衝突させることにより、その対象物を物理的に削ることで所望の形状を得るものである。そのため、エッチング対象物の構成材料の如何を問わずエッチングが可能ではある。【０００７】
しかしながら、イオンミリングとはこのように、物理的にエッチング対象物を削る方法であることから、下部電極Ｅのエッチング時には、イオンミリングにより削られた下部電極Ｅの金属材料が、金属粒子として放出される。この金属粒子は、下部電極Ｅの上面に、特に磁気抵抗素子ＭＲの全体を覆うレジストＰＲの側壁に付着する。レジストＰＲに付着する金属粒子の量は、イオンミリングの進行により増大し、図５（ｂ）に示されるように、磁気抵抗素子ＭＲを覆うレジストＰＲの大部分が膜状の金属付着物Ｅｒによって覆われてしまう。【０００８】
こうした金属付着物Ｅｒは、イオンミリングの完了に伴いレジストＰＲを除去した後でも、下部電極Ｅに接続された状態で残存する。つまり、イオンミリングの残渣が下部電極Ｅに付着した状態となる。そのため、磁気抵抗素子ＭＲと下部電極Ｅとを覆う態様で二酸化ケイ素等の絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介して磁気抵抗素子ＭＲの上層と電気的に接続される上部電極を形成しても、金属付着物Ｅｒすなわち残渣によって上部電極と下部電極Ｅとが電気的に接続される虞がある。すなわち、上部電極と下部電極とを短絡させる上記残渣は、磁気抵抗素子の製造にかかる歩留りを悪化させることがある。【０００９】
なおこのように、エッチング対象物由来の残渣が当該エッチング対象物上に付着する問題は、上述のような磁気抵抗ランダムアクセスメモリが備える下部電極をイオンミリングによってエッチングする場合に限らず、他の半導体装置等が有する電極をイオンミリングによってエッチングした場合であっても、概ね共通してみられるものである。【００１０】
この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属材料からなる積層電極をエッチング加工する際に、該電極の形成材料に由来する残渣の発生を抑制することの可能な積層電極の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｇａ、及びＷからなる群から選択された金属、該金属の酸化物、及び該金属の窒化物のいずれか１つからなる下層電極膜と、Ｒｕ及びＣｒからなる群から選択されたいずれか１つからなる中間層電極膜と、前記下層電極膜と同じ構成材料からなる上層電極膜とがこの順に積層されてなる積層電極に対し、前記上層電
極膜上に形成されたレジストをマスクにする反応性イオンエッチングによって前記上層電極膜から順に各電極膜を加工する積層電極の加工方法を提供する。前記上層電極膜をエッチングする工程と前記下層電極膜をエッチングする工程とでは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩからなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガス、及びＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスと前記ハロゲン系ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用い、前記中間層電極膜をエッチングする工程では、少なくとも酸素ガスを含むガスをエッチングガスとして用い、前記中間層電極膜をエッチングする工程は、前記レジストにマスクされていない前記下層電極膜上に前記中間層電極膜の一部を残存させて終了し、前記下層電極膜をエッチングする工程は、前記下層電極膜上に残存する前記中間層電極膜の前記一部と共に前記下層電極膜をエッチングする。
【００１２】
上記方法によれば、エッチングガスから生成されたイオンが電極膜を構成する金属元素と反応し、揮発性の高い金属化合物を生成する。この金属化合物は、対応する金属そのものよりもレジストに対する付着性が弱い。したがって、積層電極のエッチングに由来する残渣を抑制することができるようになる。【００１３】
一例では、前記中間層電極膜がＲｕからなり、前記中間層電極膜をエッチングする工程では、酸素ガスと、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒからなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガスとの混合ガス、及び酸素ガスと前記ハロゲン系ガスとＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用いる。【００１４】
一例では、前記中間層電極膜がＣｒからなり、前記中間層電極膜をエッチングする工程では、酸素ガスと、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４からなる群から選択される少なくとも１つのハロゲン系ガスとの混合ガス、及び酸素ガスと前記ハロゲン系ガスとＮ２、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１つの不活性ガスとの混合ガスのいずれか１つをエッチングガスとして用いる。【００１５】
積層電極の加工に用いられるレジストは一般に、有機物からなるものであることから、中間層電極膜のエッチング処理時にエッチングガスとして用いられる酸素ガスと反応してレジストもエッチングされる。一方、上記ハロゲン系ガスを用いた中間層電極膜のエッチング処理では、レジストに対するエッチング選択比が酸素ガスを用いた処理よりも大きくなる。そのため、中間層電極膜のエッチング工程では、酸素ガスとハロゲン系ガスとの混合ガス、あるいは酸素ガスとハロゲン系ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることで、中間層電極膜のエッチング量に対するレジストのエッチング量をより低減することができる。つまり、積層電極に対するエッチング処理の影響を抑制することが可能となる。【００１６】
一例では、前記中間層電極膜をエッチングする工程では、前記下層電極膜の一部が露出したときにエッチングを終了し、前記下層電極膜をエッチングする工程では、前記下層電極膜上に残存する前記中間層電極膜の一部と共に前記下層電極膜をエッチングする。【００１７】
レジストは、エッチング後の電極形状を制御するために用いられるものであって、一般に有機材料からなるものである。そのため、酸素ガスを用いる中間層電極膜のエッチングにおいては、酸素ガスを用いないエッチングである上層電極膜や下層電極膜のエッチングと比較して、レジストのエッチングが大幅に進行してしまう。そして中間層電極膜のエッチング時間が長くなると、こうした酸素によってレジストのエッチング量が多くなってしまい、中間層電極膜のエッチングに続いて実行される下層電極膜のエッチングにおいてレジストの形状不良を招く虞がある。【００１８】
そこで、下層電極膜の一部が露出したときに中間層電極膜のエッチングを終了することにより、レジストが酸素ガスに曝される時間を短縮させることが可能となる。この際、エッチングされるべき中間層電極膜のうち、その一部が下層電極膜上に残存することとなるが、こうした少量の中間層電極膜は、下層電極膜のエッチング工程においてハロゲン系ガスのエッチングによって除去可能である。それゆえ、レジストの形状不良を抑えつつ、且つエッチング後における積層電極の形状不良も抑えることが可能となる。【００１９】
一例では、前記中間層電極膜をエッチングする工程を０．１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下の圧力で行う。
中間層電極膜のエッチング工程では、その条件によってはレジストのエッチングレートが中間層電極膜のエッチングレート以上になる虞がある。つまり、中間層電極膜のエッチング選択比が１以下であれば、中間層電極膜よりもレジストのエッチングが進行してしまい、中間層電極膜のエッチング終了以前にレジストのほとんどがエッチングされて、該積層電極を所望の形状とすることができない可能性がある。【００２０】
ここで本願発明者らは、中間層電極膜をエッチングする工程を０．１Ｐａ以上且つ１０Ｐａ以下に設定した圧力で行うことにより、レジストに対する中間層電極膜のエッチング選択比を１に近づけ、該中間層電極膜のドライエッチング時におけるレジストに対する中間層電極膜の選択性を向上させた。つまり、上記方法によれば、中間層電極膜のエッチング時におけるレジストのエッチングを抑制することができるようになる。【００２１】
一例では、前記レジストは、前記上層電極膜上に形成された磁気抵抗素子の全体を覆い、前記積層電極は、前記磁気抵抗素子の下部電極である。
上記方法によるように、当該加工方法は、磁気抵抗素子の下部電極を加工する方法として採用することができる。そのため、下部電極の加工時に、該下部電極を構成する材料の残渣が抑制可能となれば、下部電極とこれの上面に載置された磁気抵抗素子とが意図しない態様で電気的に接続されることや、下部電極と上部電極とが短絡することを抑制可能ともなり、ひいては、磁気抵抗素子を有したデバイスの製造にかかる歩留りの悪化を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】積層電極を加工するためのプラズマエッチング装置の概略図。
【図２】上記プラズマエッチング装置において反応性イオンエッチングされる処理基板の部分破断平面図。
【図３】図２の基板の３-３線に沿った断面図。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）実施の形態に係る積層電極の加工方法を示す断面図。
【図５】（ａ）（ｂ）従来の積層電極の加工方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る積層電極の加工方法をプラズマエッチング装置にて実施される反応性イオンエッチングに適用した一実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、反応性イオンエッチングが実施されるプラズマエッチング装置の概略構成を示している。図１に示されるように、プラズマエッチング装置１０が有するチャンバ本体１１の上側開口には、該チャンバ本体１１の内部空間であるプラズマ生成空間１１ａを密封する石英板１２が取付けられて、これらチャンバ本体１１と石英板１２とによって真空チャンバを構成している。プラズマ生成空間１１ａは、図示しない真空ポンプ等からなる排気部により所定の圧力に減圧されるようになっている。また、チャンバ本体１１には、エッチング処理時に、該チャンバ本体１１の温度を温調水の供給等によって調整するチャンバ温調機構１１ｂが接続されている。
【００２４】
上記プラズマ生成空間１１ａには、プラズマエッチング処理の対象物である処理基板Ｓを支持するための基板ステージ１３が配設されている。この基板ステージ１３はバイアス用マッチング回路２０を介してバイアス用高周波電源２１に電気的に接続されている。このバイアス用高周波電源２１から出力される高周波電力は、負荷側からの反射波が小さくなるように上記バイアス用マッチング回路２０によりインピーダンス整合されて、上記基板ステージ１３を介して処理基板Ｓに印加される。また、基板ステージ１３のウェハ載置面には、該処理基板Ｓの外周を囲うリング状の保護部材１４が配設されている。この保護部材１４は、例えば塩素系やヨウ素系のプラズマに対して高い耐性を有するグラッシーカーボンにより構成され、上記プラズマ生成空間１１ａに生成されたプラズマから基板ステージ１３の外周部を保護する機能を有している。さらに、基板ステージ１３には、これに載置される処理基板Ｓの温度を所定温度に調整するステージ温調機構２２が接続されている。このプラズマエッチング装置１０内にてエッチング処理が実施される際には、その処理条件に応じて、このステージ温調機構２２によって供給される温調水等を介して上記処理基板Ｓの温度を調整することができる。
【００２５】
図２及び図３を参照して、処理基板Ｓの構造を説明する。処理基板Ｓの支持基体である支持基板ＳＳには、能動素子や受動素子が内設されてなる複数の素子領域Ｃが仮想分割されている。こうした支持基板ＳＳの上面には、複数の素子領域Ｃの全体に広がるように三層の金属膜が積層された下部電極Ｅが形成されている。また、各素子領域Ｃには、上記下部電極Ｅにおける最上層に、周知の構造を有する磁気トンネル接合素子ＭＴＪが１つずつ設けられている。各磁気トンネル接合素子ＭＴＪの全体がレジストＰＲによって覆われている。各レジストＰＲは、対応する素子領域Ｃの一部も覆う。より正確には、素子領域Ｃの下部電極Ｅにおける最上層の金属膜のうち、上記プラズマエッチング装置１０（図１）によりエッチングする部位以外の領域がレジストＰＲによって覆われている。
【００２６】
図３を参照して、処理基板Ｓの断面構造を説明する。支持基板ＳＳには、三層の金属膜からなる下部電極Ｅが積層されている。図示した例では、該下部電極Ｅは、最下層すなわち下層電極膜Ｅｂと、中間層すなわち中間層電極膜Ｅｍと、最上層すなわち上層電極膜Ｅｕとからなる。下層電極膜Ｅｂは、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される金属からなる金属膜、あるいはこれら金属の窒化物若しくは酸化物からなる群から選択される金属化合物からなる金属化合物膜である。中間層電極膜Ｅｍは、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはクロム（Ｃｒ）からなる。上層電極膜Ｅｕは、下層電極膜Ｅｂと同様の構成材料からなる。これら３層の金属膜はそれぞれ、２ｎｍ〜３０ｎｍの厚さである。上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂの厚みは同じであり、中間層電極膜Ｅｍは上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂよりも薄くなるように構成されている。上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂを構成する金属は、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、及びヨウ素（Ｉ）のうちの１つあるいは複数のハロゲン元素に対する反応性を有する。中間層電極膜Ｅｍを構成する金属は、酸素に対する反応性を有している。なお、下層電極膜Ｅｂは、支持基板ＳＳとの密着性を高める機能と、中間層電極膜Ｅｍの結晶配向性を向上する機能とを有している。また、中間層電極膜Ｅｍは、下部電極Ｅ全体の電気抵抗を低下させる機能と、上層電極膜Ｅｕの結晶配向性と平坦性を向上させる機能とを有する。そして、上層電極膜Ｅｕは、磁気トンネル接合素子ＭＴＪの平坦性と結晶配向性を向上させる機能と、中間層電極膜Ｅｍとの密着性を向上させる機能とを有する。
【００２７】
こうした下部電極Ｅにおける上層電極膜Ｅｕの上面には、磁気トンネル接合素子ＭＴＪが形成される。この磁気トンネル接合素子ＭＴＪは、周知の多層構造からなる素子である。磁気トンネル接合素子ＭＴＪを形成するための複数の層が下部電極Ｅの上面に積層され、エッチングあるいはミリングにより所定の形状にパターニングされることで磁気トンネル接合素子ＭＴＪが形成される。磁気トンネル接合素子ＭＴＪは、レジストＰＲにより覆われている。このレジストＰＲは、下部電極Ｅの全体に塗布された後、該下部電極Ｅの最終形状に合わせてパターニングされたものである。レジストＰＲは下部電極Ｅを所定の形状にエッチングするエッチングマスクとして機能する。また、該レジストＰＲは、磁気トンネル接合素子ＭＴＪのデザインルールに合わせて適宜選択されるものであって、例えばフェノール系樹脂やイミド系樹脂等の耐熱性樹脂材料からなる。
【００２８】
こうした構成を有する処理基板Ｓは、上記プラズマエッチング装置１０（図１）でのエッチング処理の他、これに続く工程、例えば磁気トンネル接合素子ＭＴＪを介して上記下部電極Ｅに接続される上部電極を形成する工程等を経ることにより、上記素子領域Ｃのそれぞれに、磁気を利用した記憶素子である磁気抵抗素子が形成され、複数の素子領域Ｃからなるランダムアクセスメモリ、いわゆるＭＲＡＭが構築されることになる。
【００２９】
他方、図１に示される石英板１２の上方には、二重巻の高周波ループアンテナ３０が配設されており、この高周波ループアンテナ３０と石英板１２との間には、高周波ループアンテナ３０と同軸のループ状の永久磁石３１が石英板１２の表面と平行に配設されている。該高周波ループアンテナ３０は、放電用マッチング回路４０を介して放電用高周波電源４１に電気的に接続されている。この放電用高周波電源４１から出力される高周波電力は、上記バイアス用高周波電源２１から出力される高周波電力と同様、負荷側からの反射波が小さくなるように放電用マッチング回路４０によってインピーダンス整合され、高周波ループアンテナ３０に印加される。高周波ループアンテナ３０は、高周波電場をプラズマ生成空間１１ａに印加する。この高周波電場により生起された誘導電場により、プラズマ生成空間１１ａ内のエッチングガスのプラズマが生成する。このとき、上記永久磁石３１は、高周波ループアンテナ３０に流れる電流と略直交する方向の静磁場をプラズマ生成空間１１ａに形成する。また、上記石英板１２と永久磁石３１との間には、石英板１２と略同径の平面状電極３２が石英板１２の表面と平行に配設されている。この平面状電極３２は、可変コンデンサ４２及び前記放電用マッチング回路４０を介して前記放電用高周波電源４１に電気的に接続されている。こうした平面状電極３２は、上記石英板１２の内表面上に一様な電界を形成する機能を有しており、例えば線状金属材料により構成されている。
【００３０】
上記チャンバ本体１１には、ハロゲン系ガス供給部５０、不活性ガス供給部５１、及び酸素ガス供給部５２が接続されている。これらハロゲン系ガス供給部５０、不活性ガス供給部５１、及び酸素ガス供給部５２は、制御されたタイミングで、プラズマ生成空間１１ａにハロゲン系ガス、不活性ガス、及び酸素ガスをそれぞれ供給する。ハロゲン系ガス、不活性ガス、及び酸素ガスはプラズマエッチング処理のエッチングガスである。
【００３１】
なお、上記ハロゲン系ガス供給部５０から供給されるハロゲン系ガスは、単独で、あるいは不活性ガス供給部５１から供給される不活性ガスと混合されて、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング工程で用いられる。一例では、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング工程では、酸素ガス供給部５２は酸素ガスの供給を停止する。
【００３２】
上記酸素ガス供給部５２から供給される酸素ガスは、ハロゲン系ガス供給部５０から供給されるハロゲン系ガスと混合されて、中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程で用いられる。中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程では、酸素ガスとハロゲン系ガスと上記不活性ガス供給部５１から供給される不活性ガスとをエッチングガスとして用いるようにしてもよい。
【００３３】
ちなみに、上記ハロゲン系ガスとしては、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂの構成材料である金属材料、つまりタンタル、チタン、モリブデン、ガリウム、及びタングステンからなる群から選択される１つ、と反応して揮発性のハロゲン化金属を生成するガスが採用される。
【００３４】
好ましいハロゲン系ガスを列記する。例えば、フッ素（Ｆ）の化合物としては、四フッ化炭素（ＣＦ４）、四フッ化エチレン（Ｃ２Ｆ４）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、六フッ化プロペン（Ｃ３Ｆ６）、八フッ化プロパン（Ｃ３Ｆ８）、六フッ化ブタジエン（Ｃ４Ｆ６）、八フッ化シクロブタン（Ｃ４Ｆ８）、及び八フッ化シクロペンテン（Ｃ５Ｆ８）が挙げられる。また、塩素（Ｃｌ）の化合物としては、単体の塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が、そして、臭素（Ｂｒ）の化合物としては臭化水素（ＨＢｒ）が、さらに、ヨウ素（Ｉ）の化合物としてはヨウ化水素（ＨＩ）が挙げられる。１つまたは複数のハロゲン系ガスがハロゲン系ガス供給部５０から供給される。また、上記不活性ガスとしては窒素（Ｎ２）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、及びキセノン（Ｘｅ）ガスが挙げられる。１つまたは複数の不活性ガスが不活性ガス供給部５１から供給される。
【００３５】
当該プラズマエッチング装置１０には、プラズマエッチング処理を制御する制御部６０が設けられている。制御部６０は、上記基板ステージ１３、バイアス用マッチング回路２０、バイアス用高周波電源２１、放電用マッチング回路４０、及び放電用高周波電源４１、及び可変コンデンサ４２と接続されており、プラズマエッチング処理の条件に基づく各種制御信号を各部へ供給する。
【００３６】
例えば制御部６０は、該制御部６０の記憶領域に格納されたプラズマエッチング処理条件を参照する。そして、この処理条件に応じた温度制御信号を基板ステージ１３のステージ温調機構２２に供給して、処理基板Ｓの温度を制御する。
【００３７】
制御部６０は、処理条件に応じたバイアス用高周波電力制御信号をバイアス用高周波電源２１に供給して、処理基板Ｓに印加するバイアス用高周波電力を制御する。
制御部６０は、処理条件に基づいて、放電用高周波電力制御信号を放電用高周波電源４１に供給し、放電用高周波電源４１から高周波ループアンテナ３０に放電用高周波電力を印加する。この放電用高周波電力の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚに制御される。
【００３８】
上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング工程では、制御部６０は、ハロゲン系ガス単独を、あるいは、ハロゲン系ガスと不活性ガスとの混合ガスを、処理条件に従い、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂの金属材料に適合した流量で供給するための流量制御信号をハロゲン系ガス供給部５０に、あるいはハロゲン系ガス供給部５０と不活性ガス供給部５１とに供給する。こうして上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング工程では、ハロゲン系ガス供給部５０から、あるいはハロゲン系ガス供給部５０と不活性ガス供給部５１とから至適流量のガスが供給される。中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程では、制御部６０は、酸素ガス単独を、あるいは、酸素ガスとハロゲン系ガスとの混合ガスを、あるいは酸素ガス、ハロゲン系ガス、及び不活性ガスの混合ガスを、処理条件に従い、中間層電極膜Ｅｍの金属材料に適合した流量で供給するための流量制御信号を酸素ガス供給部５２に、あるいは酸素ガス供給部５２とハロゲン系ガス供給部５０とに、あるいは、酸素ガス供給部５２、ハロゲン系ガス供給部５０、及び不活性ガス供給部５１に供給する。こうして中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程では、酸素ガス供給部５２に、あるいは酸素ガス供給部５２とハロゲン系ガス供給部５０とに、またあるいは酸素ガス供給部５２、ハロゲン系ガス供給部５０、及び不活性ガス供給部５１から至適流量のガスが供給される。
【００３９】
制御部６０は、上記可変コンデンサ４２の静電容量を１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲内における最適な値に調整し、上記石英板１２の内表面にエッチング時の反応生成物が膜状に付着することを抑制する。なお、こうした機能を発現する構成であれば、この可変コンデンサ４２を可変チョークに変更することもできる。
【００４０】
こうした制御部６０の制御下でプラズマエッチング装置１０はまず、各種エッチング処理の条件に応じてエッチングガスをプラズマ生成空間１１ａに供給し、次いで、上記条件に応じて放電用の高周波電力を上記高周波ループアンテナ３０に印加し、高周波電力に応じた高周波磁場をプラズマ生成空間１１ａに形成する。この高周波磁場により生起される誘導電場がプラズマ生成空間１１ａに供給されたエッチングガスをプラズマ化する。その後、上記バイアス用高周波電源２１が高周波電力を処理基板Ｓに印加すると、この高周波電力に応じたバイアス電圧が処理基板Ｓに印加され、プラズマ生成空間１１ａに形成されたプラズマ中の活性種、いわゆるエッチャントにより、下部電極Ｅの各層の所定の領域が処理基板Ｓの厚さ方向にエッチングされる。
【００４１】
次に、図４、及び表１、表２を参照して、下部電極Ｅ（図２、図３）のエッチングについて詳述する。図４は、処理基板Ｓにおける単一の素子領域Ｃのみを代表として示す。
まず、処理基板Ｓがプラズマエッチング装置１０のプラズマ生成空間１１ａに、図示しない搬出・搬入口から搬入され、上記基板ステージ１３上に載置される。チャンバ温調機構１１ｂにより、チャンバ本体１１の温度は１００℃〜１５０℃に維持されている。基板ステージ１３の温度はステージ温調機構２２により２０℃〜１００℃、例えば２０℃に維持されている。これらチャンバ本体１１及び基板ステージ１３は、下部電極Ｅのエッチング処理の開始時から終了時まで上記温度に維持される。
【００４２】
次いで、上記ハロゲン系ガス供給部５０から１またはそれ以上のハロゲン系ガスがプラズマ生成空間１１ａに供給され、上記不活性ガス供給部５１から１またはそれ以上の不活性ガスがプラズマ生成空間１１ａに供給される。ハロゲン系ガスと不活性ガスの各流量は、２ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍに調量されている。その後、プラズマ生成空間１１ａの内圧が０．１Ｐａ〜１０Ｐａに調圧される。
【００４３】
その後、上記放電用高周波電源４１から高周波ループアンテナ３０に例えば８００Ｗの電力が印加される。これにより、特にハロゲン系ガスに由来するプラズマがプラズマ生成空間１１ａに誘起される。
【００４４】
その後、上記バイアス用高周波電源２１から基板ステージ１３に例えば５０Ｗの電力が印加されることにより、この基板ステージ１３上に載置された処理基板Ｓにバイアス電力が印加される。このように、処理基板Ｓにバイアス電力が印加されると、図４（ａ）に示されるように、電離したイオンや乖離した活性種、あるいは分子を含むハロゲン系ガスＧＡが処理基板Ｓ側に引き込まれ、下部電極Ｅの上層電極膜ＥｕのうちレジストＰＲによって覆われていない表面領域をエッチングする。このエッチングされる上層電極膜Ｅｕを構成する金属とハロゲン系ガスＧＡとが反応し、表１に示すハロゲン化金属が生成され、プラズマ生成空間１１ａに放出される。例えば、上層電極膜Ｅｕを構成する金属元素がＴａであって、ハロゲン系ガスＧＡがＣＦ４である場合には、揮発性を有した五フッ化タンタル（［ＴａＦ５］４）が生成する。例えば、上層電極膜Ｅｕを構成する金属元素がＴｉであって、ハロゲン系ガスＧＡがＣＦ４である場合には、揮発性を有した三フッ化チタン（ＴｉＦ３）や四フッ化チタン（ＴｉＦ４）が生成する。
【００４５】
【表１】
0005587911.tif 000002
【００４６】
これらハロゲン化金属は、対応する金属の単体と比較して揮発性が高いため処理基板Ｓに付着し難い。また、上層電極膜Ｅｕのエッチング工程では、磁気トンネル接合素子ＭＴＪを覆うレジストＰＲもわずかにエッチングされる。しかし、レジストＰＲに対する上層電極膜Ｅｕの金属材料のエッチング選択比は２．５と高い。そのため、イオンミリングのように材料の如何を問わずほぼ同一のエッチング選択比を示す方法と比較して、反応性イオンエッチングは、上層電極膜Ｅｕのエッチング量に対するレジストＰＲのエッチング量を低減させることができる。つまり、反応性イオンエッチングは、レジストＰＲによって磁気トンネル接合素子ＭＴＪが覆われた状態を維持して、磁気トンネル接合素子ＭＴＪがエッチングされることを確実に抑制することができる。なお、不活性ガスは、主にプラズマ生成空間１１ａ内の圧力を調圧する目的やプラズマ生成空間１１ａに生成するプラズマの安定化を図る目的で上記ハロゲン系ガスＧＡと同時にプラズマ生成空間１１ａに供給されている。
【００４７】
また、上記条件にてエッチング処理を実施すると、上層電極膜Ｅｕのエッチングレートは約５ｎｍ／ｓｅｃ〜約１５ｎｍ／ｓｅｃである。上層電極膜Ｅｕの厚さが例えば３０ｎｍであり、エッチングレートが５ｎｍ／ｓｅｃであれば、上層電極膜Ｅｕのエッチングは６秒で完了すると推定できる。なお、本実施の形態においては、エッチング時間によって各層のエッチング量を制御する。上層電極膜Ｅｕのエッチング工程は、上述の除算により得られる推定エッチング完了時間に時間的マージン（オーバーエッチング時間ともいう）を加算したより長い時間が上層電極膜Ｅｕのエッチング時間として設定される。例えば、膜厚をエッチングレートで除算した推定エッチング完了時間が６秒である場合には、上層電極膜Ｅｕのエッチング時間は、この推定エッチング完了時間よりも長い７秒に設定されている。時間的マージンは、処理基板Ｓ面内でのエッチングレートや膜厚の不均一性や誤差等により、上層電極膜Ｅｕの一部分がエッチング後に残らないように予め実験等により決められる。すなわち上層電極膜Ｅｕをオーバーエッチングするように上層電極膜Ｅｕのエッチング時間は決められる。このエッチング時間が経過した時点で、上層電極膜Ｅｕのエッチングは終了する。
【００４８】
次に、プラズマ生成空間１１ａには、上記酸素ガス供給部５２から酸素ガスが供給される。この酸素ガスの流量は、上記ハロゲン系ガスＧＡ及び不活性ガスと同様、２ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍに調量されている。このとき、プラズマ生成空間１１ａへの不活性ガスの供給を停止してもよい。その後、プラズマ生成空間１１ａの内圧が０．１Ｐａ〜１０Ｐａに調圧される。
【００４９】
高周波ループアンテナ３０と処理基板Ｓとには上層電極膜Ｅｕのエッチング処理時と同様の条件での電力の印加が継続されているため、少なくとも酸素ガスとハロゲン系ガスとがプラズマ生成空間１１ａに供給されると、図４（ｂ）に示されるように、酸素ガスＧＢとハロゲン系ガスＧＡとが処理基板Ｓ側に引き込まれ、中間層電極膜Ｅｍのうち上層電極膜Ｅｕ及びレジストＰＲによって覆われていない表面領域がエッチングされる。このエッチング時には、上記酸素ガスＧＢ及びハロゲン系ガスＧＡが中間層電極膜Ｅｍを構成する金属材料と反応し、表２に示されるように、中間層電極膜Ｅｍを構成する金属元素とハロゲン系ガスあるいは酸素ガスとに基づく化合物が生成される。例えば、中間層電極膜Ｅｍを構成する金属元素がＲｕであって、ハロゲン系ガスがＣＦ４である場合には、揮発性を有した三フッ化ルテニウム（ＲｕＦ３）や六フッ化ルテニウム（ＲｕＦ６）、さらには二酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）や四酸化ルテニウム（ＲｕＯ４）がプラズマ生成空間１１ａで生成されることとなる。また例えば、中間層電極膜Ｅｍを構成する金属元素がＣｒであって、ハロゲン系ガスがＣＦ４である場合には、揮発性を有した二フッ化クロム（ＣｒＦ２）や五フッ化クロム（ＣｒＦ５）、さらには三酸化クロム（ＣｒＯ３）がプラズマ生成空間１１ａで生成されることとなる。
【００５０】
【表２】
0005587911.tif 000003
【００５１】
この表２に示されるように、酸素ガスＧＢとハロゲン系ガスＧＡとによる中間層電極膜Ｅｍのエッチングにより、各種ハロゲン化金属及び金属酸化物が生成され、プラズマ生成空間１１ａに放出される。しかしながら、これらハロゲン化金属及び金属酸化物は、対応する金属の単体と比較して揮発性が高いため処理基板Ｓに付着し難い。
【００５２】
ここで、上記磁気トンネル接合素子ＭＴＪを覆うレジストＰＲは有機物であることから、レジストＰＲは中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理時にエッチングガスとして供給された酸素ガスと反応し、エッチングされ得る。本願発明者らは、レジストＰＲがエッチングされる速度の圧力依存性と、中間層電極膜Ｅｍがエッチングされる速度の圧力依存性とを測定し、０．１Ｐａ〜１０Ｐａの圧力範囲であれば、中間層電極膜Ｅｍの構成材料やレジストＰＲの構成材料に拘わらず、中間層電極膜Ｅｍのエッチング速度がレジストＰＲのエッチング速度よりも高くなることを見出した。そこで、この中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程では、プラズマ生成空間１１ａの内圧を０．１Ｐａ〜１０Ｐａに調整することで、レジストＰＲに対する中間層電極膜Ｅｍのエッチング選択比をより高くし、レジストＰＲの除去を最少化させる。
【００５３】
また、中間層電極膜Ｅｍに対するエッチングガスとして、酸素ガスＧＢよりもレジストＰＲに対するエッチング選択比が大きいハロゲン系ガスＧＡも用いるようにしていることから、中間層電極膜Ｅｍのエッチング量に対するレジストＰＲのエッチング量をより低減することができ、ひいては、磁気トンネル接合素子ＭＴＪに対する影響を抑制することが可能となる。しかしながら、ルテニウム及びクロムはいずれも、エッチングガス以外の条件を同一とした場合、ハロゲン系ガスＧＡを用いたときのエッチングレートよりも酸素ガスＧＢを用いたときのエッチングレートの方が大きく、約１０倍である。そのため、中間層電極膜Ｅｍのエッチング工程のエッチングガスは、そのエッチング時間の長期化を抑制するためにも、ハロゲン系ガスＧＡ単独よりも、ハロゲン系ガスＧＡと酸素ガスＧＢとの混合ガスであることが好ましい。
【００５４】
また、上記条件にて中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理を実施するとそのエッチングレートは約１ｎｍ／ｓｅｃ〜５ｎｍ／ｓｅｃである。中間層電極膜Ｅｍの厚さが例えば１０ｎｍであり、エッチングレートが２ｎｍ／ｓｅｃであれば、中間層電極膜Ｅｍのエッチングは５秒で完了すると推定できる。上記上層電極膜Ｅｕに対するエッチング処理と同様、エッチング時間によって中間層電極膜Ｅｍのエッチング量を制御する。しかし、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間は、上述の推定エッチング完了時間と同じ時間に設定されている。例えば、膜厚をエッチングレートで除算して得られる推定エッチング完了時間が５秒である場合には、この推定エッチング完了時間が中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間として設定されている。つまり、推定エッチング完了時間に時間的マージンは加算されない。従って、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間が経過した時点では、下層電極膜Ｅｂの一部または全部が露出され、中間層電極膜Ｅｍが部分的に処理基板Ｓに残り得る。こうして、酸素ガスによってレジストＰＲがエッチングされる量を可能な限り少なくする。
【００５５】
こうして、中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理時間が経過すると、上記上層電極膜Ｅｕのエッチング処理時と同様の条件で下層電極膜Ｅｂのエッチングが行われる。すなわち、ハロゲン系ガス供給部５０からのハロゲン系ガスＧＡと、不活性ガス供給部５１からの不活性ガスとがプラズマ生成空間１１ａに供給される。これにより、上層電極膜に対するエッチング処理と同様、処理基板Ｓ側にハロゲン系ガスＧＡが引き込まれることにより、図４（ｃ）に記載のように、下層電極膜Ｅｂがエッチングされる。このエッチングにより、表１に示される揮発性のハロゲン化金属が生成し、そのハロゲン化金属がプラズマ生成空間１１ａに放出される。
【００５６】
なお、中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理から下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理への切り替え時には、上述の上層電極膜Ｅｕに対するエッチング処理から中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理への切り替え時と同様、プラズマ生成空間１１ａに供給されるガス種、及びその内圧の変更を実施するのみでもよい。しかしながら、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時にエッチングガスとして用いられた酸素ガスが、下層電極膜Ｅｂのエッチング時にも残存していると、処理基板Ｓ側に引き込まれた酸素と下層電極膜Ｅｂの金属とが反応して、金属酸化物が生成される。
【００５７】
こうした金属酸化物の揮発性は、対応する金属の単体の揮発性より高いものの、ハロゲン化金属の揮発性よりは低い。故に、該金属酸化物は、処理基板Ｓに付着する可能性があり、下部電極Ｅに対する一連のエッチング処理が完了した後にいわゆるエッチングの残渣として処理基板Ｓ上に残り得る。この残渣が完成したＭＲＡＭの内部に不純物として残留すると、該ＭＲＡＭの機能を損なう虞もある。
【００５８】
そこで、このような金属酸化物の残渣を抑制するために、中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理から下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理への切り替え時には、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間の経過時から、エッチング処理時にエッチングガスとして使用した酸素ガスが、プラズマ生成空間１１ａから完全に排気されるまで、処理基板Ｓへの電力の供給を停止する、さらには高周波ループアンテナ３０への電力の供給を停止するようにしてもよい。つまり、上記バイアス用高周波電源２１から基板ステージ１３への高周波電力の供給を停止する、さらには放電用高周波電源４１から高周波ループアンテナ３０への高周波電力の供給を停止するようにしてもよい。これにより、下層電極膜Ｅｂが酸素ガスにより酸化されることを抑制し、ひいては、上記残渣の発生を抑制することができるようにもなる。
【００５９】
また、上記上層電極膜Ｅｕに対するエッチング処理と同条件にて該下層電極膜Ｅｂのエッチング処理を実施すると、エッチングレートとエッチングされる厚さは、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂとで等しくなる。そのため、本来であれば、上層電極膜Ｅｕのエッチング処理と同様に、例えば下層電極膜Ｅｂの膜厚が３０ｎｍであって、エッチングレートが１０ｎｍ／ｓｅｃであれば、下層電極膜Ｅｂのエッチング時間は推定エッチング完了時間に時間的マージン（オーバーエッチング時間）を加算した４秒に設定すれば、該下層電極膜Ｅｂも完全にエッチングされるはずである。しかしながら上述のように、下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理の開始時には、該下層電極膜Ｅｂ上にエッチングされていない中間層電極膜Ｅｍが残存している可能性がある。しかも、中間層電極膜Ｅｍのルテニウムあるいはクロムについては、下層電極膜Ｅｂのエッチングガスとして用いられるハロゲン系ガスＧＡに対するエッチングレートは酸素ガスに対するエッチングレートの約１０％（２ｎｍ／ｓｅｃ×０．１０）と非常に小さい。そのため、残存する中間層電極膜Ｅｍの厚さが、その初期の厚さのわずか１０％程度（例えば３ｎｍ）であっても、その残存する中間層電極膜Ｅｍをハロゲン系ガスＧＡによって完全に除去するには１５秒程度要することになる。そこで、この下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理のエッチング時間は、上記上層電極膜Ｅｕのエッチング時間の５倍である２０秒に設定される。これにより、中間層電極膜Ｅｍのエッチングが完全になされていなくとも、この残存する中間層電極膜Ｅｍ含め、下層電極膜Ｅｂのエッチングを完了することができる。
【００６０】
こうして、上層電極膜Ｅｕ、中間層電極膜Ｅｍ、及び下層電極膜Ｅｂをそれぞれ、反応性イオンエッチング処理によってエッチングすることにより、図４（ｄ）に示されるように、磁気トンネル接合素子ＭＴＪを覆うレジストＰＲへのエッチングに由来する残渣の付着を伴うことなく、下部電極Ｅを所望の形状に加工することができる。
【００６１】
このように、下部電極Ｅの三層の金属膜（上層電極膜Ｅｕ、中間層電極膜Ｅｍ、下層電極膜Ｅｂ）は、いわゆる反応性ドライエッチングによりエッチングされる。これら金属膜を構成する金属は、対応するエッチングガスと反応し、揮発性の金属化合物を生成する。こうして生成された金属化合物はいずれも、上記金属膜を構成する金属の単体、あるいはその酸化物や窒化物よりも高い揮発性を有することから、上記金属膜上や処理基板Ｓに付着しにくい。すなわち、下部電極Ｅのエッチングに由来する残渣を抑制することができるようになる。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態に係る積層電極の加工方法によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）三層の金属膜からなる下部電極Ｅのエッチング処理に際し、上層電極膜Ｅｕ、中間層電極膜Ｅｍ、及び下層電極膜Ｅｂを、これら金属膜との反応性を有する各種ガスを用いたドライエッチング、いわゆる反応性ドライエッチングによりエッチングするようにした。これにより、これら上層電極膜Ｅｕ、中間層電極膜Ｅｍ、及び下層電極膜Ｅｂのいずれをエッチングした場合であっても、上記各種ガスとこれら金属膜を構成する金属との反応が進行し、これらの化合物が生成されるようになる。こうして生成された金属化合物はいずれも、上記金属膜を構成する金属の単体、あるいはその酸化物や窒化物そのものよりも揮発性が高いことから、上記金属膜上や処理基板Ｓに付着する可能性が低くなる。すなわち、下部電極Ｅのエッチングに由来する残渣を抑制することができるようになる。
【００６３】
（２）中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理時には、プラズマ生成空間１１ａの内圧を０．１〜１０Ｐａとした。これにより、レジストＰＲに対する中間層電極膜Ｅｍのエッチング選択比をより高くすることが可能となる。
【００６４】
（３）中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理を実施する際には、ハロゲン系ガスＧＡと酸素ガスＧＢとの混合ガスをエッチングガスとして用いるようにした。これにより、そのエッチング時間の長期化を抑制することができる。
【００６５】
（４）中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理から下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理への切り替え時には、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間の経過時から、エッチング処理時にエッチングガスとして使用した酸素ガスが、プラズマ生成空間１１ａから完全に排気されるまで、処理基板Ｓへの電力の供給を停止するようにした。これにより、下層電極膜Ｅｂが酸素ガスにより酸化されることを抑制し、ひいては、処理基板Ｓへの金属酸化物の付着、換言すればエッチング残渣の発生を抑制することができるようにもなる。
【００６６】
（５）中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング時間として、中間層電極膜Ｅｍの膜厚をエッチングレートで除算した時間を設定し、且つ下層電極膜Ｅｂに対するエッチング時間として、上層電極膜Ｅｕのエッチング時間の１０倍を設定するようにした。これにより、中間層電極膜Ｅｍの一部が下層電極膜Ｅｂ層上に残存する状態から、この残存する中間層電極膜Ｅｍも含め、下層電極膜Ｅｂのエッチングを完了することができる。そのため、エッチングされるべき中間層電極膜Ｅｍの全てが中間層電極膜Ｅｍ用のエッチングによって取り除かれるという態様と比較して、レジストＰＲが酸素ガスに曝される時間を短縮させることが可能となる。しがたって、レジストＰＲの形状不良を抑えつつ、且つエッチング後における積層電極の形状不良も抑えることが可能となる。
【００６７】
なお、上記実施の形態は以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記プラズマエッチング装置１０は、永久磁石３１と平面状電極３２とを有していなくともよい。また、プラズマエッチング装置１０は、その高周波ループアンテナ３０がチャンバ本体１１の側壁に巻回されて且つ、永久磁石３１が高周波ループアンテナ３０の外側に設けられるようにしてもよい。なお、こうしたプラズマエッチング装置にあっても、永久磁石を有しないようにしてもよい。
【００６８】
・上記各種温度、正確にはエッチング処理時の処理基板Ｓの温度、及びチャンバ本体１１の温度、エッチング処理時に高周波ループアンテナ３０に印加される高周波電力、及び処理基板Ｓに印加される高周波電力は、上記範囲に限らず、処理基板Ｓを構成する各種素子の熱的及び電気的耐性に応じて適宜選択されるものである。
【００６９】
・レジストＰＲに対する上層電極膜Ｅｕ及び下層電極膜Ｅｂのエッチング選択比、及びレジストＰＲに対する中間層電極膜Ｅｍのエッチング選択比が小さくとも、これを補うかたちでレジストＰＲの膜厚が十分に厚く構成される処理基板Ｓに対しては、ハロゲン系ガス、不活性ガス、及び酸素ガス等の各種ガスの圧力が上記範囲と異なる範囲に設定される構成であってもよい。
【００７０】
・下部電極Ｅを構成する上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂとの２つの金属膜は同一の厚さに形成されるものとし、中間層電極膜Ｅｍは、これら２層よりも薄い膜厚を有するようにした。これに限らず、これら上層電極膜Ｅｕ、下層電極膜Ｅｂ、及び中間層電極膜Ｅｍとを同一の膜厚としてもよい。
【００７１】
・中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理から下層電極膜Ｅｂに対するエッチング処理への切り替え時には、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間の経過時から、エッチング処理時にエッチングガスとして使用した酸素ガスが、プラズマ生成空間１１ａから完全に排気されるまで、処理基板Ｓへの電力の供給を停止する、さらには高周波ループアンテナ３０への電力の供給を停止するようにした。これに限らず、上層電極膜Ｅｕに対するエッチング処理から中間層電極膜Ｅｍに対するエッチング処理への切り替え時と同様、プラズマ生成空間１１ａに供給されるガス種、及びその内圧の変更を実施するのみでもよい。
【００７２】
・下部電極Ｅが有する三層の金属膜は全て単一の真空チャンバ内にてエッチング処理されるようにした。これに限らず、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチングと中間層電極膜Ｅｍのエッチングとを別の真空チャンバ内にて行ってもよい。この場合、上記プラズマエッチング装置１０を、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング処理が実施される真空チャンバと、中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理が実施される真空チャンバとの２つの真空チャンバを備える装置、いわゆるマルチチャンバ装置としてもよい。また、上記プラズマエッチング装置１０のように、単一の真空チャンバを備える装置を２つ用いることによって、上層電極膜Ｅｕと下層電極膜Ｅｂのエッチング処理と中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理とを別の真空チャンバにて実施するようにしてもよい。
【００７３】
・中間層電極膜Ｅｍのエッチング処理に際し、レジストＰＲに対する中間層電極膜Ｅｍのエッチング選択比を十分に高くすることができる、あるいは、レジストＰＲの厚さを、たとえレジストＰＲがエッチングされたとしても、これにより覆われた磁気トンネル接合素子ＭＴＪに影響しない程度に厚くすることが可能である等の場合には、上層電極膜Ｅｕのエッチング時と同様、中間層電極膜Ｅｍのエッチングレートとその層厚とから算出される推定エッチング完了時間以上のエッチング時間として設定するようにしてもよい。これにより下層電極膜Ｅｂエッチング時にはその上層である中間層電極膜Ｅｍが確実にエッチングされることになるため、該下層電極膜Ｅｂのエッチング時間は上層電極膜のエッチング時間と等しい長さにて実施することができるようになる。
【００７４】
・有機物からなるいわゆる有機系のレジストＰＲを用いるようにした。これに限らず、無機物からなるいわゆる無機系のレジストを用いるようにしてもよい。これにより、レジストが酸素ガスによってエッチングされ難くなるため、中間層電極膜Ｅｍのエッチング時間を、そのエッチングレートと層厚とから算出される推定エッチング完了時間よりも長い時間に設定し、中間層電極膜Ｅｍが確実にエッチングされるようにすることができる。
【００７５】
・上記下部電極Ｅには、トンネル磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗素子である磁気トンネル接合素子ＭＴＪが接続される構造とした。これに限らず、磁気抵抗効果を用いない磁気抵抗素子が下部電極Ｅに接続された構造としてもよい。
【００７６】
・上記反応性イオンエッチング処理の方法は、ＭＲＡＭの下部電極の加工に限らず、上記下部電極Ｅと同様の構成を有する他の積層電極の加工に用いるようにしてもよい。
【図１】
0005587911.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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