(57)【要約】  従来は、機能素子の製造において、上部電極及び下部電極を形成するために、多くの工程が必要であり、また電極の形成の際に位置ずれの問題が生じていた。  機能素子の製造方法において、下地層とパターニングされた多層膜及びキャップ層を覆う保護膜を成膜した後、レジストを改めて形成することなく下地層の加工を行うことにより従来よりも少ない工程で電極を形成することができる。またパターニングされた多層膜及びキャップ上に形成された保護膜をマスクとするために位置ずれの問題を防ぐことができる。
2012176747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子の製造方法であって、  下地層とパターニングされた多層膜及びキャップ層に保護膜を形成する保護膜形成工程と、  前記保護膜及び前記下地層の所定の領域をエッチングすることで上部電極及び下部電極を１の工程により形成する電極形成工程と、  を備えることを特徴とする機能素子の製造方法。
【請求項２】
前記エッチングは反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１に記載の機能素子の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜はＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項２に記載の機能素子の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜は酸化シリコンもしくは窒化シリコンであり、  前記下地層はタンタル、チタン、アルミニウム、シリコン、ルテニウム、窒化タンタル、窒化チタン、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、炭化タンタル、炭化チタンのいずれかの単層膜または積層膜であることを特徴とする請求項３に記載の機能素子の製造方法。
【請求項５】
前記キャップ層はタンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタン、炭化タンタル、炭化チタンのいずれかの単層膜又は積層膜であることを特徴とする請求項４に記載の機能素子の製造方法。
【請求項６】
前記反応性イオンエッチングにおいてエッチングガスとしてフルオロカーボンもしくはハイドロフルオロカーボンを用いることを特徴とする請求項５に記載の機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は機能素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）はＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）等の磁気抵抗効果を利用した不揮発性メモリで、ＤＲＡＭ並みの集積密度とＳＲＡＭ並みの高速性を持ち、且つ無制限にデータが書き換えられる画期的な次世代メモリとして世界から注目されている。【０００３】  ＭＲＡＭの構成としては例えば、メタル配線（ワード線）を有したシリコンやガラスの基板上に、下地層、磁気抵抗効果の基本構造を有する多層膜、キャップ層が順に形成されている。多層膜の例として下側から反強磁性層、磁化固定層、絶縁層、磁化自由層が順に積層されている。【０００４】  磁気抵抗効果素子は、例えば、信号の読み出しと書き込みに使うワード線とビット線の交点に設置される。磁気抵抗効果素子の最下層の下地層と最上層のキャップ層がそれぞれ下部電極、上部電極に加工され、配線に接続することで電極の役割を果たすメモリセルとして使われる。【０００５】  磁気抵抗効果素子は、下部電極から上部電極へと磁気抵抗効果素子内に電流を垂直に流し、磁化自由層の磁化の向きを自由に変えることにより、絶縁層に流れる電流の電気抵抗値の高低を「０」、「１」と変化し、メタル配線と情報を交換することで読み出し、書き込みを行う。【０００６】  磁気抵抗効果素子の加工には、一般にエッチング技術が用いられる。エッチング技術にはイオンビームエッチング（ＩＢＥ：Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法がある。【０００７】  従来は、この磁気抵抗効果素子の加工において、下部電極と上部電極はそれぞれ別の工程でエッチングされていた（例えば特許文献１）。【０００８】  図６は、従来の下部電極及び上部電極の加工工程を表したものである。図６（ａ）は、配線１４上に形成された下地層１３の上に、多層膜１２と上部電極となるキャップ層１１が形成された基板を示す。この基板に対し、キャップ層１１、多層膜１２及び下地層１３を覆うように保護膜１５及び層間膜１６を形成した状態を図６（ｂ）に示す。次に、層間膜１６上にマスク１７を形成した状態を図６（ｃ）に示す。そして、エッチングによってマスク１７に形成されたパターンを層間膜１６、保護膜１５及び下地層１３に転写することで下部電極を形成した状態を図６（ｄ）に示す。この状態からマスク１７を除去した状態を図６（ｅ）に示す。その後、層間膜１６及び保護膜１５をエッチングすることで、上部電極となる該キャップ層１１の頭だしを行った状態を図６（ｆ）に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−６０１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  しかし、図６に示すような加工方法によれば、磁気抵抗効果素子の製造において多くの工程が必要となる。また工程数に応じて加工装置の増加や大型化が避けられない。さらに、素子の微細化に伴い、層間膜１６の上に形成されるマスクを精度良く多層膜１２上に形成することが困難となり、位置ずれの問題が生じる可能性がある。位置ずれが生じた場合、多層膜側壁の保護膜が消滅することで電気的な短絡が生じ、素子としての機能が失われる可能性がある。【００１１】  本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、多層膜を加工後に下部電極と上部電極を従来よりも少ない工程で加工することが可能な機能素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上述した課題を解決するために本発明は、機能素子の製造方法であって、下地層とパターニングされた多層膜及びキャップ層に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜及び前記下地層の所定の領域をエッチングすることで上部電極及び下部電極を１の工程により形成する電極形成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、多層膜を加工後に下部電極と上部電極を少ない工程で加工することが可能であり、かつ加工時の位置ずれを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構造の一例を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程の一部を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造装置（反応性イオンエッチング装置）を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造装置（ラジカル反応装置）を説明するための図である。
【図６】従来の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  図４は本実施形態に好適なエッチング装置の一例を説明するための図である。
【００１６】  図４に係る装置は反応性イオンエッチング法を用いて磁気抵抗効果素子の加工を行うことができる。このエッチング装置は真空容器４０及び、真空容器４０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導体壁容器４０６を有する。真空容器４０は内部が排気系４０３によって排気される。また、真空容器４０には、不図示のゲートバルブから基板７が搬入され、基板ホルダー４４に保持される。基板ホルダー４４は温度制御機構４５により所定温度に維持することが可能である。
【００１７】  真空容器４０の側壁の外側には、多数の側壁用磁石４２が多数並べて配置され、これによってカスプ磁場が真空容器４０の側壁の内面に沿って形成される。このカスプ磁場によって真空容器４０の側壁の内面へのプラズマの拡散が防止されている。
【００１８】  次に、エッチング実行時の動作について説明する。まず、ガス導入系４１を動作させ、ガスを溜めているボンベから配管、バルブ、及び、流量調整器を介して、所定の流量のエッチングガスを真空容器４０内へ導入する。導入されたエッチングガスは、真空容器４０内を経由して誘電体壁容器４０６内に拡散する。次にプラズマ源４０１を動作させる。プラズマ源４０１は、誘電体壁容器４０６内に誘導磁界を発生するアンテナ４０２と、アンテナ４０２に不図示の整合器を介して伝送路４０４によって接続される電源４０３と、電磁石４０５を有する。電磁石４０５は誘電体壁容器４０６内に所定の磁界を生じさせる。電源４０３はアンテナ４０２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４０３が発生させた高周波によってアンテナ４０２に電流が流れ、誘電体壁容器４０６の内部にプラズマＰが形成される。
【００１９】  形成されたプラズマＰは誘電体壁容器４０６から真空容器４０内に拡散し、基板７の表面付近に達することで基板７の表面がエッチングされる。この時、同時に、バイアス用電源４６を作動させて、プラズマから基板７の表面へのイオンの入射を制御している。
【００２０】  図５は本実施形態に好適な成膜装置の一例を説明するための図である。
【００２１】  図５はラジカルによる蒸着法を用いて成膜を行うＲＳ−ＣＶＤ（Ｒａｄｉｃａｌ  Ｓｈｏｗｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に係る装置である。図５に係る装置は真空容器５０を有する。真空容器５０は排気系５１によって排気される。また、真空容器５０には、不図示のゲートバルブから基板７が搬入され、基板ホルダー５３に保持される。基板ホルダー５３はヒータ５２によって所定の温度に維持される。
【００２２】  次に、図５に示す装置の成膜実行時の動作について説明する。まず、第１のガス導入系５４を動作させ、ガスを溜めているボンベから不図示の配管、バルブ、及び、流量調整器を介して、所定の流量の成膜ガスを真空容器５０内へ導入する。導入された成膜ガスは、プラズマ生成室５５内に拡散する。そして、高周波電源５０２を動作させる。高周波電極５０１は伝送路５０３によって高周波電源５０２と接続される。高周波電源５０２から高周波電極５０１に高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を供給することで、プラズマＰが生成される。プラズマ生成室５５とラジカル反応室５８の間には導電性部材からなる隔壁板５６が配置され、隔壁板５６は貫通孔５７を有する。また隔壁板５６には第２のガス導入系５９が備わっており、ラジカル反応室５８に原料ガスを供給できる。プラズマＰは電子やラジカル、イオンを含むが、高周波放電により帯電した隔壁板５６によって電子やイオンは遮断され、ラジカルが選択的に貫通孔５７を通過してラジカル反応室５８に導入される。そして、隔壁板５６の第２のガス導入系５９からも原料ガスが導入され、基板７に蒸着し、成膜が行われる。
【００２３】  次に、図１乃至図３を参照して、上述した図４及び図５に示した装置を用いた本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する。図１は本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を模式的に示す図である。図２は本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構造を模式的に示す図である。図３は本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造において、多層膜１２までの加工工程を模式的に示す図である。
【００２４】  図２に示すように本実施形態における磁気抵抗効果素子に係る積層構造は、例えばシリコンやガラス等の基板上に配線１４（たとえばＣｕ）が形成され、配線１４の上に配線１４と接合される下部電極となる下地層１３が形成される。下地層１３の上に磁気接合部を有する多層膜１２が形成されている。多層膜１２の上には、上部電極の役割を担うキャップ層１１が形成されている。そしてキャップ層１１の上には、キャップ層１１をパターニングするためのハードマスク（例えばＳｉＯ2）１８及びレジスト１９が形成されている。なおキャップ層１１より上の層はエッチング方法やエッチング対象物によって適宜選択されるものである。
【００２５】  下地層１３は、後の工程で下部電極に加工されるため、導電性の材質が用いられる。下地層１３にはタンタルやチタン、アルミニウム、シリコン、ルテニウムもしくはこれらの導電性化合物である窒化タンタル、窒化チタン、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、炭化タンタル、炭化チタン等の単層膜又は積層膜が好適である。
【００２６】  多層膜１２の磁気接合部は例えば、反強磁性層１２４、磁化固定層１２３、バリア層１２２、磁化自由層１２１が下から順に積層されている。
【００２７】  キャップ層１１は、後の工程で上部電極に加工されるため、導電性の材質が用いられる。キャップ層１１にはタンタルやチタンもしくはこれらの導電性化合物である窒化タンタルや窒化チタン、炭化タンタル、炭化チタン等の単層膜又は積層膜が好適である。
【００２８】  なお、本発明において、下部電極となる下地層、多層膜、キャップ層、パターニングのためのハードマスク及びレジストが積層されたパターニング前のものを「積層構造」という。またパターニングにより多層膜、キャップ層、ハードマスク及びレジストに加工が施こされ、下部電極が形成されたものを「磁気抵抗効果素子」という。さらに「多層膜」とは、磁気抵抗効果素子等の機能素子における基本構造を有するものをいう。
【００２９】  上述した積層構造を例えば図４及び５に示した装置を用いて加工を行う。図３にその一例を示す。
【００３０】  図３（ａ）にレジスト１９をパターニングした状態を示す。この状態からフルオロカーボンをエッチングガスとして用いたＲＩＥによって、レジストに形成されたパターンを下層のハードマスク１８に転写する。ハードマスク１８をパターニング後にアッシング処理によってレジスト１９を除去した状態を図３（ｂ）に示す。次にハードマスク１８に形成されたパターンを、塩素系ガスをエッチングガスとして用いたＲＩＥによってキャップ層１１に転写した状態を図３（ｃ）に示す。そして、この状態からアルコールなどの炭素ベースガスをエッチングガスとして用いたＲＩＥによって、キャップ層１１をマスクとして多層膜１２の加工を行った状態を図３（ｄ）に示す。多層膜１２のエッチングにおいてアルコールなどの炭素ベースガスを用いた場合には、図３（ｄ）に示されるように、下地層１３がエッチングされ難いために下地層１３でエッチングが止まる。炭素ベースガスとしてはアルコール（ＣＨ3ＯＨ、Ｃ2Ｈ5ＯＨなど）や、炭化水素に酸素や窒素を加えた混合ガス（ＣＨ4＋Ｏ2、Ｃ2Ｈ6＋Ｎ2＋Ｏ2、Ｃ2Ｈ4＋Ｏ2など）、一酸化炭素とアンモニアの混合ガス、二酸化炭素などを用いることができる。
【００３１】  図１に本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法を示す。
【００３２】  図１（ａ）は、上述したように下地層１３の上層までパターニングした後の状態を示している。この状態から、下地層１３及び多層膜１２、キャップ層１１上に保護膜１５を形成した状態を図１（ｂ）に示す。この保護膜１５の成膜にはスパッタリング法やＣＶＤ法などの種々の方法が用いられる。キャップ層１１及び多層膜１２の側壁に対して十分な成膜量を確保する観点からＣＶＤ法が好ましい。特に図５に示した装置によるＲＳ−ＣＶＤ法を用いることで多層膜１２及びキャップ層１１の側壁にも十分な保護膜が形成され、且つ成膜時の素子へのダメージを低減することができる。
【００３３】  ここで、図１（ｂ）の状態における保護膜１５について、加工後の多層膜１２及びキャップ層１１の側壁部の保護膜１５を側壁部１５ｂとする。そして保護膜１５の側壁部１５ｂ以外の部分を表面部１５ａとする。即ち、表面部１５ａは、基板面内方向に略平行な面を指している。図１（ｃ）は図１（ｂ）と同じ状態を示すものであり、表面部１５ａ及び側壁部１５ｂを説明するための図である。
【００３４】  この図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す状態から、保護膜１５をマスクとして表面部１５ａ及び下地層１３のエッチングを行う。このエッチング後の様子を図１（ｄ）に示す。本発明によれば、一つのエッチング工程で表面部１５ａ及び下地層１３の加工を行うため、上部電極及び下部電極が同時に形成されることになる。エッチングを行う際にはＩＢＥ法やＲＩＥ法などが用いられる。側壁部１５ｂのエッチング量に対する表面部１５ａ及び下地層１３のエッチング量を大きくするために、特にＲＩＥ法が好ましい。以下、側壁部１５ｂのエッチング量に対する表面部１５ａ及び下地層１３のエッチング量を「異方性」という。即ち、異方性が大きいとは、側壁部１５ｂのエッチング量に対する表面部１５ａ及び下地層１３のエッチング量が大きいことを示す。保護膜１５としては電気的な短絡を防ぐために一般に絶縁膜が用いられる。
【００３５】  ＲＩＥ法によってエッチングを行う際にエッチングガスとしては、不活性ガスであるＡｒなど種々のガスを用いることができるが、特にフルオロカーボンやハイドロフルオロカーボン（以下まとめてＣＦ系ガスという）が好適である。フルオロカーボンとしてはＣＦ4やＣ2Ｆ6が、ハイドロフルオロカーボンとしてはＣＨＦ3が好適である。ＣＦ系ガスを用いた場合、異方性を大きくすることができ、さらにエッチング中に生成される炭素ポリマーによって側壁部１５ｂに保護膜が形成されるため、下地層１３の加工中に側壁部１５ｂが消滅する可能性を低減できる。側壁部１５ｂが表面部１５ａ及び下地層１３を加工中に消滅した場合、導電性である下地層１３の物質が多層膜１２の側壁部に付着し、電気的に短絡する可能性がある。
【００３６】  またこのＣＦ系ガスには添加ガスとしてアルゴン、ヘリウム、窒素、水素、酸素やキセノン等が添加されていてもよい。
【００３７】  エッチングガスとしてＣＦ系ガスを用いる場合は、保護膜１５に酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン系の絶縁膜を用いることでより異方性を大きくすることができる。
【００３８】  このとき、下地層１３は図１（ｄ）に示すように垂直に加工される必要は無く、隣接する素子との間の下地層１３がエッチングされ電気的な短絡が防がれる状態であれば、テーパ状になっていても良い。
【００３９】  このように、本発明では保護膜１５をマスクとしてエッチングを行うため、１つのエッチング工程によって上部電極と下部電極が形成されることになる。さらに、パターニングされた多層膜１２及びキャップ層１１の上に形成された保護膜１５もパターンに沿った形状となるため、この保護膜１５をマスクとして用いることで、下部電極パターンの位置ずれの問題を防ぐことができる。
【００４０】  上述した実施形態において、保護膜１５をマスクとして表面部１５ａ及び下地層１３をエッチングしたが、このエッチング工程は複数のステップから構成されていても良い。例として、エッチング初期にソース電力を大きくし、エッチング終期に向けてソース電力を連続的に小さくしていっても良い。他にエッチングガスや処理空間内の圧力、ガス流量、プラズマ生成部への供給電力等を変化させることができる。また上述したエッチング工程は保護膜や下地層の材質に合わせて２つ以上の工程によってエッチングを行っても良い。例として第１のエッチング工程と異なる処理空間及び異なる雰囲気中で第２のエッチング工程を行っても良い。この場合エッチング工程は本実施形態に比較して増えることになるが、位置ずれの問題は防ぐことができる。
【００４１】  また上述した保護膜１５の成膜及びその後のエッチングは、一貫して真空内で行われることが好ましいが、保護膜１５の成膜後に大気に取り出し、異なる装置によってその後のエッチングを行っても良い。
【００４２】  （実施例）  本実施形態を用いて磁気抵抗効果素子の製造を行った実施例を以下に示す。
【００４３】  図３（ａ）に示す状態から、図５に示す装置を用いて以下の条件のＲＳ−ＣＶＤ法により保護膜１５を成膜した。原料ガス１及び２は第１のガス導入系５４から導入されるガスを、原料ガス３は第２のガス導入系５９から導入されるガスを示す。
【００４４】原料ガス１：ＳｉＨ4原料ガス２：Ａｒ原料ガス３：ＮＨ3原料ガス１の流量：１１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）原料ガス２の流量：２５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）原料ガス３の流量：２５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）ソース電力：１０００Ｗ真空容器５０内の圧力：２０Ｐａ基板７を保持する基板ホルダーの温度：１８０℃
【００４５】  次に図３（ｂ）に示す状態から、図４に示す装置を用いて以下の条件のＲＩＥ法により表面部１５ａ及び下地層１３のエッチングを行った。
【００４６】エッチングガス：ＣＦ4エッチングガスの流量：５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）ソース電力：７００Ｗバイアス電力：５０Ｗ真空容器３０内の圧力：０．４Ｐａ基板７を保持する基板ホルダーの温度：８０℃
【００４７】  上述した実施例により作製された磁気抵抗効果素子を透過型電子顕微鏡により観察したところ、下部電極及び上部電極が磁気抵抗効果素子のパターンに沿って形成されていることが確認された。
【００４８】  上述した実施形態において磁気抵抗効果素子を例に説明したが、本発明は抵抗変化素子（ＲｅＲＡＭ）や強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）などの、種々の機能素子の製造方法においても用いることができる。これらの機能素子においても本発明同様に、機能素子の基本構造を有する多層膜をパターニングした後に、下地層及び多層膜を覆う保護膜を形成し、該保護膜をマスクとして下地層を加工することで下部電極を形成できる。従って、これらの機能素子に用いた場合も同様に、下部電極の形成における工程数を減らすことが可能であり、また位置ずれを防ぐことができる。なお、ここでの基本構造とは、例えば磁気抵抗効果素子における磁気抵抗効果を生じせしめるトンネルバリア層及び１組の強磁性層のように、その機能を発揮するために最低限必要な構造を指す。
【００４９】  以上、添付図面を参照して本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上述した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。
【産業上の利用可能性】
【００５０】  本発明は機能素子の製造方法に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】１１  キャップ層１２  多層膜１３  下地層１４  配線１５  保護膜１６  層間膜１７  マスク１８  ハードマスク１９  レジスト７  基板４０  真空容器４０１  プラズマ源４０２  アンテナ４０３  プラズマ用高周波電源４０４  伝送路４０５  磁石４０６  誘導体壁容器４１  ガス導入系４２  磁石４３  排気系４４  基板ホルダー４５  温度制御４６  バイアス用高周波電源５０  真空容器５０１  高周波電極５０２  高周波電源５０３  伝送路５１  排気系５２  ヒータ５３  基板ホルダー５４  第１のガス導入系５５  プラズマ生成室５６  隔壁板５７  貫通孔５８  ラジカル反応室５９  第２のガス導入系
【図１】
2012176747.tif 000003
【図２】
2012176747.tif 000004
【図３】
2012176747.tif 000005
【図４】
2012176747.tif 000006
【図５】
2012176747.tif 000007
【図６】
2012176747.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【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】
磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
タンタル、チタン、アルミニウム、シリコン、ルテニウム、窒化タンタル、窒化チタン、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、炭化タンタル、炭化チタンのいずれかの単層膜又は積層膜である下地層と、前記下地層上に形成された反強磁性層、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層を含むパターニングされた多層膜と、前記多層膜上に形成されたパターニングされたキャップ層とを有する磁気抵抗効果素子に対して、前記下地層の表面、前記多層膜の側壁及び前記キャップ層の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜及び前記下地層の所定の領域をエッチングすることで上部電極及び下部電極を１の工程により形成する電極形成工程と、
を備え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】
前記エッチングは反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜はＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜は酸化シリコンもしくは窒化シリコンであることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記キャップ層はタンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタン、炭化タンタル、炭化チタンのいずれかの単層膜又は積層膜であることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
前記反応性イオンエッチングにおいてエッチングガスとしてフルオロカーボンもしくはハイドロフルオロカーボンを用いることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
背景技術
［０００２］
ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）はＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）等の磁気抵抗効果を利用した不揮発性メモリで、ＤＲＡＭ並みの集積密度とＳＲＡＭ並みの高速性を持ち、且つ無制限にデータが書き換えられる画期的な次世代メモリとして世界から注目されている。
［０００３］
ＭＲＡＭの構成としては例えば、メタル配線（ワード線）を有したシリコンやガラスの基板上に、下地層、磁気抵抗効果の基本構造を有する多層膜、キャップ層が順に形成されている。多層膜の例として下側から反強磁性層、磁化固定層、絶縁層、磁化自由層が順に積層されている。
［０００４］
磁気抵抗効果素子は、例えば、信号の読み出しと書き込みに使うワード線とビット線の交点に設置される。磁気抵抗効果素子の最下層の下地層と最上層のキャップ層がそれぞれ下部電極、上部電極に加工され、配線に接続することで電極の役割を果たすメモリセルとして使われる。
［０００５］
磁気抵抗効果素子は、下部電極から上部電極へと磁気抵抗効果素子内に電流を垂直に流し、磁化自由層の磁化の向きを自由に変えることにより、絶縁層に流れる電流の電気抵抗値の高低を「０」、「１」と変化し、メタル配線と情報を交換することで読み出し、書き込みを行う。
［０００６］
磁気抵抗効果素子の加工には、一般にエッチング技術が用いられる。エッチング技術にはイオンビームエッチング（ＩＢＥ：Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法がある。
［０００７］
従来は、この磁気抵抗効果素子の加工において、下部電極と上部電極はそ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
れぞれ別の工程でエッチングされていた（例えば特許文献１）。
［０００８］
図６は、従来の下部電極及び上部電極の加工工程を表したものである。図６（ａ）は、配線１４上に形成された下地層１３の上に、多層膜１２と上部電極となるキャップ層１１が形成された基板を示す。この基板に対し、キャンプ層１１、多層膜１２及び下地層１３を覆うように保護膜１５及び層間膜１６を形成した状態を図６（ｂ）に示す。次に、層間膜１６上にマスク１７を形成した状態を図６（ｃ）に示す。そして、エッチングによってマスク１７に形成されたパターンを層間膜１６、保護膜１５及び下地層１３に転写することで下部電極を形成した状態を図６（ｄ）に示す。この状態からマスク１７を除去した状態を図６（ｅ）に示す。その後、層間膜１６及び保護膜１５をエッチングすることで、上部電極となる該キャップ層１１の頭だしを行った状態を図６（ｆ）に示す。
先行技術文献
特許文献
［０００９］
特許文献１：特開２００６−６０１７２号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［００１０］
しかし、図６に示すような加工方法によれば、磁気抵抗効果素子の製造において多くの工程が必要となる。また工程数に応じて加工装置の増加や大型化が避けられない。さらに、素子の微細化に伴い、層間膜１６の上に形成されるマスクを精度良く多層膜１２上に形成することが困難となり、位置ずれの問題が生じる可能性がある。位置ずれが生じた場合、多層膜側壁の保護膜が消滅することで電気的な短絡が生じ、素子としての機能が失われる可能性がある。
［００１１］
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、多層膜を加工後に下部電極と上部電極を従来よりも少ない工程で加工することが可能な磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
課題を解決するための手段
［００１２］
上述した課題を解決するために本発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法であって、タンタル、チタン、アルミニウム、シリコン、ルテニウム、窒化タンタル、窒化チタン、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、炭化タンタル、炭化チタンのいずれかの単層膜又は積層膜である下地層と、前記下地層上に形成された反強磁性層、磁化固定層、バリア層及び磁化自由層を含むパターニングされた多層膜と、前記多層膜上に形成されたパターニングされたキャップ層とを有する磁気抵抗効果素子に対して、前記下地層の表面、前記多層膜の側壁及び前記キャップ層の表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜及び前記下地層の所定の領域をエッチングすることで上部電極及び下部電極を１の工程により形成する電極形成工程と、を備えることを特徴とする。
発明の効果
［００１３］
本発明によれば、多層膜を加工後に下部電極と上部電極を少ない工程で加工することが可能であり、かつ加工時の位置ずれを低減することが可能となる。
図面の簡単な説明
［００１４］
［図１］本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。
［図２］本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構造の一例を説明するための図である。
［図３］本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程の一部を説明するための図である。
［図４］本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造装置（反応性イオンエッチング装置）を説明するための図である。
［図５］本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造装置（ラジカル反応装置）を説明するための図である。
［図６］従来の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。
発明を実施するための形態
［００１５］
図４は本実施形態に好適なエッチング装置の一例を説明するための図である。
［００１６］
図４に係る装置は反応性イオンエッチング法を用いて磁気抵抗効果素子の加工を行うことができる。このエッチング装置は真空容器４０及び、真空容
【国際調査報告】
2012176747.tif 000009
2012176747.tif 000010