(57)【要約】【課題】磁気デバイス製造のための諸技法を提供すること。【解決手段】一態様では、少なくとも１つの、たとえば不揮発性の材料をパターン形成する方法に、以下の諸ステップが含まれる。ここでハード・マスク構造が、パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上に形成される。ハード・マスク構造は、材料の最も近くに基底部を有し、基底部の反対側に上面部を有するように構成される。基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、基底部は、ハード・マスク構造の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有する。ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる材料からの垂直距離が基底部よりも長い。次に材料はエッチングされる。【選択図】図３
2009500846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上にハード・マスク構造を形成するステップであって、前記ハード・マスク構造は、前記材料の最も近くに基底部を有し、前記基底部の反対側に上面部を有するように構成され、前記基底部の少なくとも１部分が前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、前記基底部は、前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有し、前記ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる前記材料からの垂直距離が前記基底部よりも長い、ステップと、
前記材料をエッチングするステップと、
を含む、少なくとも１つの材料をパターン形成する方法。
【請求項２】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分が、その一番上の表面に関連付けられた第１の傾斜を有し、前記上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、前記第１の傾斜は前記第２の傾斜より小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の２０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の３０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エッチングされる材料が少なくとも１つの不揮発性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法を縮小するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法をエッチングによって縮小するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法を、選択的ウェット・エッチングおよび選択的反応性イオン・エッチングの技法のうちの１つまたは複数を使用して、縮小するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分を完成するために、１つまたは複数の使い捨てスペーサ材料を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の使い捨てスペーサ材料が、有機ポリマ、誘電体、および金属のうちの１つまたは複数を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料をエッチングするステップが、反応性イオン・エッチングおよびイオン・ビーム・エッチングのうちの１つまたは複数の使用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記材料が磁気デバイスの１つまたは複数の層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上にハード・マスク構造を形成するステップであって、前記ハード・マスク構造は、前記材料の最も近くに基底部を有し、前記基底部の反対側に上面部を有するように構成され、前記基底部の少なくとも１部分が前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、前記基底部は、前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有し、前記ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる前記材料からの垂直距離が前記基底部よりも長い、ステップと、
前記材料をエッチングするステップと、
を含む、少なくとも１つの不揮発性材料を含むデバイスを形成する方法。
【請求項１４】
前記ハード・マスク構造が、少なくとも一部が前記デバイス内で接点として働く導電性材料を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記デバイスが磁気デバイスを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記不揮発性材料が１つまたは複数の磁気層を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記デバイスが、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ・デバイス、相変化メモリ・デバイス、および相補型金属酸化膜半導体デバイスのうちの１つまたは複数を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい１つまたは複数の水平寸法を有する基底部を与えるように構成される、少なくとも１つのハード・マスク構成要素、
を備えるハード・マスク構造。
【請求項１９】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の２０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２０】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の３０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素はテーパをつけられる、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備える、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備え、前記１対のハード・マスク層のうちの一方が、前記１対のハード・マスク層のうちの他方よりも厚い、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備え、前記１対のハード・マスク層のうちの一方がＴｉＮを含み、前記１対のハード・マスク層のうちの他方がＴａＮを含む、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【請求項２５】
単一のハード・マスク層を備える、請求項１８に記載のハード・マスク構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料のパターン形成（patterning）に関し、とりわけ、材料をパターン形成するための改良されたハード・マスク構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ・デバイスなどのデバイスは、標準的なパターン形成技法を使用して形成することができる。磁気メモリ・デバイスは、磁気メモリ・セルを使用して情報を格納する。情報は、こうした磁気メモリ・デバイス内に、メモリ・セル内の基準層の磁化の向きと比べた、磁気メモリ・セル内の記憶層の磁化の向きとして格納される。記憶層の磁化は、論理「０」または「１」のいずれかを表す、基準層に対して平行または逆平行（anti-parallel）に配向することができる。メモリ・セルの１つのタイプである、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）は、トンネル障壁で分離された記憶層および基準層を備える。
【０００３】
磁気メモリ・セルのパターン形成は、たとえば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術においてトランジスタをパターン形成する際に使用される手法と同様に、反応性イオン・エッチングによって実行することができる。別の方法では、パターン形成は、たとえば、磁気ディスク・ドライブ用の読み取りヘッドをパターン形成する際に使用される手法と同様に、イオン・ビーム・エッチングによって実行することができる。しかしながら、磁気メモリ・セルをパターン形成するためのエッチング時に、ウェハ表面から除去された不揮発性材料がセルの一部に再付着（re-deposit）し、有害な影響を及ぼす可能性がある。材料の再付着の結果として、たとえば境界の不鮮明な材料によって縁部を終端させることにより、不明瞭な（不完全に画定された）セル形状が生じる可能性がある。さらにＭＴＪの場合、たとえば再付着した材料が、トンネル障壁を横切ってショートを発生させる可能性がある。この問題は、特にエッチングが困難なある種の材料を使用する場合、通常の処理温度でエッチング・ガスと相互作用する際に揮発性化合物を容易に形成しないため、さらに悪化する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、再付着した材料の影響を最小限にするかまたは消去するエッチング技法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的実施形態に従って、ハード・マスク構造を使用する材料のパターン形成のための技法が提供される。本発明の一態様では、少なくとも１つの材料をパターン形成する方法に、以下の諸ステップが含まれる。ハード・マスク構造が、パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上に形成される。ここでハード・マスク構造は、材料の最も近くに基底部を有し、基底部の反対側に上面部を有するように構成される。基底部は、基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有する。ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる材料からの垂直距離が基底部よりも長い。たとえば、上面部を越えて外側に延在する基底部の少なくとも１部分それぞれは、横断面で見た場合、基底部の最も長い水平寸法の約２０パーセントから約４０パーセント、たとえば約３０パーセントから約４０パーセントの間の、最も長い水平寸法を有する。次に材料はエッチングされる。
【０００６】
本発明に関するより完全な理解、ならびに本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の発明上の諸態様について説明するのに先立ち、従来のエッチング技法を対象とする図１および図２について説明する。添付の図面に示された様々な層あるいは領域またはその両方は、原寸に比例せずに描画されている可能性があることが理解されよう。さらに、説明を簡単にするために、こうした集積回路構造で一般的に使用されるタイプの１つまたは複数の半導体層は、所与の図面で明示的に示されていない可能性がある。これは、明示的に示されていない半導体層が実際の集積回路デバイスで省略されることを示唆するものではない。
【０００８】
図１は、従来のエッチング技法を使用して形成された、磁気デバイス１０２を示す断面図である。磁気デバイス１０２の部分１０４は、以下で説明する図２で拡大表示されている。磁気デバイス１０２は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える。
【０００９】
図２は、（図１の）磁気デバイス１０２の部分１０４を示す図である。図２に示されるように、磁気デバイス１０２は、結合層２０４によって分離された磁気層２０３および２１３を備える、たとえば軟質の記憶層２０２を備える。磁気デバイス１０２は、トンネル障壁２１２によって記憶層２０２から分離された、基準層２１０も備える。記憶層２０２の上部には、キャップ／ハード・マスク／エッチング停止層２０６、２０７、２０８、および２０９が存在する。
【００１０】
磁気デバイス１０２のエッチング時に、たとえば矢印２１４によって示されるように、エッチングによって除去された材料が再分散する可能性がある。望ましくないことに、再分散した材料が磁気デバイス１０２の一部に再付着する可能性があり、これは通常、不揮発性材料のエッチング中のケースである。
【００１１】
具体的に言えば、再分散した材料が、すでにエッチングされている磁気デバイス１０２の一部に再付着する可能性がある。たとえば、基準層２１０のエッチングから再分散した材料が、記憶層２０２およびトンネル障壁２１２の一部に再付着する可能性があり、その結果、望ましくないことに、たとえば矢印２１６によって示されるように、可変形状および／またはサイズを有する磁気デバイス１０２を生じさせる可能性がある。このエッチング中のデバイスの側壁への材料の再付着を、本明細書では「側壁再付着」と呼ぶ。
【００１２】
再分散した材料は、トンネル障壁２１２をショートさせる、記憶層２０２から基準層２１０への連続する電気接点を形成するように、再付着する可能性もある。したがって、形成されたデバイスの磁気および電子的挙動が悪影響を受ける可能性がある。
【００１３】
本説明は、例示的モデルとして、磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）デバイスなどの磁気デバイスの形成に関するものであるが、本技法は、標準の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）技法によって容易にエッチングされない不揮発性材料を含む材料のパターン形成に、広義に適用可能であることを理解されよう。本技法に関する他の好適な適用例には、たとえば不揮発性プラチナ（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）ベースの電極で作成されたキャパシタのエッチング、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ（ＦＲＡＭ）用の強誘電性材料（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）などの）のエッチング、たとえば相変化メモリ（ＰＣＭ）用のカルコゲニドなどの相変化材料のエッチング、および、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）などのトランジスタ適用例用の金属ゲート材料のエッチングが含まれるが、これらに限定されるものではない。金属ゲート材料は、モリブデン（Ｍｏ）、Ｉｒ、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）を含むが、これらに限定されることはない。
【００１４】
図３は、本技法を使用して形成される磁気デバイス３０２を示す横断面図である。例示的一実施形態によれば、磁気デバイス３０２はＭＴＪを備える。磁気デバイス３０２は、それ自体が結合層３０８によって分離され、逆平行構成の磁気層３０６および３１０を有する、たとえば軟質の記憶層３０４を備える。磁気デバイス３０２は、障壁層３１４によって記憶層３０４から分離された基準層３１２も備える。基準層３１２は単一層を備えるか、別の方法では複数層を備えることができる。
【００１５】
磁気デバイス３０２の形成時、たとえば矢印３２０によって示されるように、エッチング中に再分散された再付着した不揮発性材料の望ましくない影響を防ぐために、薄いハード・マスク層３１６および厚いハード・マスク層３１８を備えるハード・マスク構造３１５が、少なくとも部分的に採用される。「不揮発性材料」という用語は、本明細書で使用される場合、約２００℃未満の温度での従来のＲＩＥの場合のように、エッチング・ガスとの反応を通じて材料が容易に揮発性化合物を形成しないことを示す。こうした不揮発性材料が、エッチングの気相副生成物（gas-phase by-product）として取り除かれるのではなく、ウェハおよびエッチング・チャンバの露出面に付着することになる。「ハード・マスク」と言う用語は、本明細書で使用される場合、一般に、任意の非フォトレジスト材料を言い表す。
【００１６】
具体的に言えば、ハード・マスク構造３１５は、エッチングされる材料に最も近い基底部と、基底部の反対側の上面部とを有する。基底部は、基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造３１５の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有する。例示的一実施形態によれば、横断面を見た場合、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約２０パーセントから４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。たとえば、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約３０パーセントから４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。
【００１７】
ハード・マスク構造３１５の上面部は、エッチングされる材料からの垂直距離が基底部よりも長い。たとえばハード・マスク構造３１５は、「シルク・ハット（top hat）」構成を形成するように、たとえば薄いハード・マスク層３１６を備える基底部と、たとえば厚いハード・マスク層３１８を備える上面部とを具備することができる。
【００１８】
さらにハード・マスク構造３１５は、横断面として見た場合、円形、またはほぼ円形（たとえば楕円形）構造とすることが可能であり、基底部は、エッチングされる材料より遠位の、ハード・マスク構造３１５の上面部の直径よりも大きい直径を有する。たとえば、図３の断面図に見られたものと同様の楕円構造のトップダウンおよび傾斜側面図を示す、図８〜図１１を参照されたい。具体的に言えば、例示的一実施形態により、ハード・マスク構造３１５は円形であり、その基底部の直径３２４はその上面部の直径３２６よりも大きい。
【００１９】
しかしながら、円形、またはほぼ円形のハード・マスク構造は単に例示的構成である。他の好適なハード・マスク構造の構成は、たとえば矩形または線形構成を含むが、これらに限定されるものではない。さらに、上面部を超えて水平に延在する基底部の各部分は、第１の傾斜を有し、上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、この第１の傾斜は第２の傾斜とは異なる。具体的に言えば、基底部と上面部の界面を基点とすると、無限の傾斜（または、等価的に言えば９０度）を含む可能性のある上面部の傾斜は、ゼロの傾斜、または一部の例示的実施形態では負の傾斜を含む可能性のある基底部の傾斜よりもかなり大きく、結果として、基底部の最も外側の水平に延在する部分は、基点で基底部の部分よりも厚くなる。
【００２０】
さらに図３に示されるように、基底部でより大きく、上面部でより小さくなるように直径が階段様式（たとえば、薄いハード・マスク層３１６から厚いハード・マスク層３１８への直径の急激な変化）で連続する可能性がある。しかしながら、図５に示され、以下で説明するように、ハード・マスク構造はテーパ型（tapered）構成を有する可能性がある。
【００２１】
結果として、ハード・マスク構造３１５は、その中心部、たとえば中心厚さ３２２で最も厚い。以下で詳細に説明するように、この構成は、磁気デバイス３０２をデバイスより上の関連する配線レベルに接続する際に、その有用性にとって望ましい。
【００２２】
その基底部の直径がその上面部の直径よりも大きいハード・マスク構造を有することには、いくつかの顕著な利点がある。たとえば、こうしたハード・マスク構造を利用すると、入ってくるエッチング液（etchant）のシャドウイングが最小限になり、側壁の再付着のスパッタ収率が高くなる。したがって、非マスキング領域のエッチング中、側壁はクリーンに保たれる。また、本ハード・マスク構成は、軟層およびトンネル障壁の、高感度露出縁部のすぐ上にある不揮発性残留物のコレクタとしての働きをする可能性のある、ハード・マスクの表面積を最小限にする。したがって、下方にスパッタされ、たとえばトンネル障壁に短絡する（shunt）材料が少なくなる。図３を参照すると、厚いハード・マスク３１８上の側壁再付着物は、再度（再付着材料を作成した同じエッチング・プロセス時に）下方に移動（順方向スパッタリング）し、薄いハード・マスク３１６の上面部に付着する可能性がある。しかしながら本技法によれば、この材料は、活性層、たとえば記憶層３０４および障壁層３１４の、高感度縁部からかなりの距離に維持される。高感度縁部近くのハード・マスク厚さが減少した結果、順方向スパッタリングされる使用可能な材料が減少し、そのため、デバイスの短絡、たとえば障壁層３１４のショート、またはその挙動の変更のリスクも減少する。
【００２３】
前述のように、例示的一実施形態によれば、本ハード・マスク構造は、ＭＴＪの形成に使用され、エッチング後にハード・マスク構造の一部がＭＴＪの不可欠部分として残る。この例示的実施形態によれば、ハード・マスク構造は導電性である。したがって、本ハード・マスク構造は、中央が最も厚く、デバイスに関連付けられた配線レベルへの接続を容易にするので、有利である。たとえば図３では、ハード・マスク構造３１５はその中央部、たとえば厚さ３２２が最も厚く、これにより、以下で説明するように、デバイス上の配線層３３０への自己整合接続が提供される。
【００２４】
磁気トンネル接合の形成時の、厚／薄ハード・マスク二重層を備えるハード・マスク構造の使用が、たとえば図４に概略的に示され、以下で説明される。
【００２５】
図４は、磁気デバイスを形成するための例示的方法を示す図である。例示的一実施形態によれば、形成される磁気デバイスはＭＴＪを備える。ステップ４０２で、磁気デバイスを形成する際に使用される層が提供される。具体的に言えば、磁気層４０８は磁気デバイスの基準層として働くことになる。磁気層４０８の形成に好適な材料は、イリジウム・マンガン（ＩｒＭｎ）、プラチナ・マンガン（ＰｔＭｎ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、Ｒｕ、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、クロム・モリブデン（ＣｒＭｏ）、Ｔａ、および窒化タンタル（ＴａＮ）のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。磁気層４０８は単一層を備えるか、別の方法では複数層を備えることができる。
【００２６】
磁気層４０８の上面側に付着した障壁層４１０は、磁気デバイスのトンネル障壁として働くことになる。障壁層４１０の形成に好適な材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化シリコン（たとえばＳｉＯ２）、およびそれらの不定比の（非化学量論的）変形のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。
【００２７】
障壁層４１０の上で磁気層４０８とは反対側に付着された磁気層４１２は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層構成の下部記憶層として働くことになる。磁気層４１２を形成するために好適な材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ニッケル・コバルト鉄（ＮｉＣｏＦｅ）、および前述の１つまたは複数を含む多層、のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに、磁気層４１２は、たとえば約２ｎｍから約１０ｎｍまでの、約１０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、磁気層４１２はＮｉＦｅを含み、厚さは約５ｎｍである。
【００２８】
磁気層４１２の上で障壁層４１０とは反対側に付着された結合層４１４は、たとえば多層記憶層の構成にとって、磁気層４１２および磁気層４１６の結合層として働くことになる（以下で説明する）。結合層４１４の形成に好適な材料は、Ｒｕ、ＣｒＭｏ、およびＴａＮのうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに結合層４１４は、たとえば約０．５ｎｍから約１０ｎｍまでの、約１０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、結合層４１４はＲｕを含み、厚さは約５ｎｍである。
【００２９】
結合層４１４の上で磁気層４１２とは反対側に付着された磁気層４１６は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層の構成の上部記憶層として働くことになる。磁気層４１６の形成に好適な材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＣｏＦｅ、および前述の１つまたは複数を含む多層のうちの、１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに、磁気層４１６は、たとえば約２ｎｍから約１０ｎｍまでの、約１０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、磁気層４１６はＮｉＦｅを含み、厚さは約５ｎｍである。
【００３０】
キャップ／エッチング停止層４１８は、磁気層４１６の上で結合層４１４とは反対側に付着される。この層は任意である。たとえば、使用されるエッチングの化学的特性あるいは材料またはその両方に応じて、キャップ／エッチング停止層４１８が不要なように、磁気層４１６がエッチング停止層として働くことができる。さらに、別々のキャップ層およびエッチング停止層を採用することもできる。たとえば、キャップ層は、その下の材料の安定性のために必要な場合があるが、エッチング停止層としては働かない場合がある。したがって、キャップ層の上にエッチング停止として別の材料を採用することが可能である。単なる例としてあげると、Ｒｕを含むキャップ／エッチング停止層は、下にある磁気層を介して酸素を拡散し、その特性を変更することができる。この場合、Ｒｕ層の下にたとえばＴａＮを含む層を追加で採用することが望ましい可能性がある。この例示的構成によれば、ＴａＮを含む層はキャップ層として働き、Ｒｕを含む層はエッチング停止層として働くことになる。
【００３１】
キャップ／エッチング停止層４１８の形成に好適な材料は、Ｒｕ、Ｔａ、およびＴａＮを含むがこれらに限定されることはない。さらに、キャップ／エッチング停止層４１８は、たとえば約２ｎｍから約１０ｎｍまでの、約１０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、キャップ／エッチング停止層４１８はＲｕを含み、厚さは約１０ｎｍである。
【００３２】
薄いハード・マスク層４２０は、キャップ／エッチング停止層４１８の上で磁気層４１６とは反対側に付着される。薄いハード・マスク層４２０の形成に好適な材料は、ＴａＮ、Ｗ、Ｔａ、アルミニウム（Ａｌ）、およびＲｕのうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに、薄いハード・マスク層４２０は、たとえば約５ｎｍから約４０ｎｍまでの、約４０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、薄いハード・マスク層４２０はＴａＮを含み、厚さは約２０ｎｍである。
【００３３】
厚いハード・マスク層４２２は、薄いハード・マスク層４２０の上でキャップ／エッチング停止層４１８とは反対側に付着される。以下のステップ４０４および４０６で説明するように、薄いハード・マスク層４２０および厚いハード・マスク層４２２はハード・マスク二重層構造４２３を備え、磁気トンネル接合の形成時に採用されることになる。厚いハード・マスク層４２２の形成に好適な材料は、窒化チタン（ＴｉＮ）、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、およびシリコン（Ｓｉ）のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに、厚いハード・マスク層４２２は、たとえば約５ｎｍから約４０ｎｍまでの、約４０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、厚いハード・マスク層４２２はＴｉＮを含み、厚さは約２０ｎｍである。
【００３４】
ステップ４０２に示されるように、たとえば薄いハード・マスク層４２０および厚いハード・マスク層４２２のハード・マスク二重層構造４２３は、たとえばドライ・エッチング・プロセスを使用してエッチングされる。薄いハード・マスク層４２０および厚いハード・マスク層４２２のエッチングは、この実施形態では、薄いハード・マスク層４２０の直下の層、たとえばキャップ／エッチング停止層４１８で停止する。この「ハード・マスク開口」ステップの後、ハード・マスク二重層構造４２３は、磁気デバイスのほぼ所望のサイズの実装面積を有する。たとえば、以下で説明するステップ４０６を参照されたい。
【００３５】
ステップ４０４で、厚いハード・マスク層４２２にテーパをつけるために穏やかなウェット・エッチング・プロセスが使用される。好適なウェット・エッチング・プロセスは、ＴｉＮを含む厚いハード・マスク層４２２の場合に過酸化水素／水酸化アンモニウム（Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨ）ウェットエッチング液、およびＡｌを含む厚いハード・マスク層４２２の場合に水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）ウェットエッチング液を含むプロセスを含むが、これらに限定されることはない。厚いハード・マスク層４２２のテーパをつける時に、厚いハード・マスク層４２２の厚さは、エッチングの結果として、たとえば最高約５０ｎｍだけ減少する可能性がある。たとえば、厚いハード・マスク層４２２が初期に１５０ｎｍの厚さであった場合、ウェット・エッチングの後には、約１００ｎｍの厚さ（最も厚い地点で）になる可能性がある。厚いハード・マスク層４２２の上部に残余マスキングがない限り、ウェット・エッチングの等方性（isotropy）の結果として、厚さは側壁が水平方向にくぼむ量とほぼ同じだけ減少することになる。
【００３６】
厚いハード・マスク層４２２のテーパをつけるために採用されるウェット・エッチング・プロセスは、第一に厚いハード・マスク層４２２のエッチングに対して選択的であるはずである。たとえば一実施形態では、Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨウェットエッチング液を採用して、Ｈ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨウェットエッチング液によるエッチングにほとんど影響されない薄いハード・マスク層４２０（ＴａＮを含む）およびキャップ／エッチング停止層４１８（Ｒｕを含む）を除外して、厚いハード・マスク層４２２（ＴｉＮを含む）を選択的にエッチングする。
【００３７】
図４のステップ４０４に示されるように、厚いハード・マスク層４２２（ＴｉＮを含む）を選択的にエッチングすることによって、薄いハード・マスク層４２０とキャップ／エッチング停止層４１８との間の接合点によって決定される、明確なマスク縁部が残される。たとえば矢印４２４によって示されるようなこの接合点の水平寸法は、磁気デバイスの所望な最終水平寸法をほぼ示す。
【００３８】
たとえば図３の説明と共に前述したように、ハード・マスク二重層構造４２３は、エッチングされる材料の最も近くに基底部を有し、基底部の反対側に上面部を有するように構成される。基底部は、基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク二重層構造４２３の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有する。例示的一実施形態によれば、横断面を見た場合、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約２０パーセントから４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。たとえば、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約３０パーセントから４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。
【００３９】
ハード・マスク二重層構造４２３の上面部は、エッチングされる材料からの垂直距離が基底部よりも長い。たとえばハード・マスク二重層構造４２３は、たとえば厚いハード・マスク層４２２を備える上面部と、たとえば薄いハード・マスク層４２０を備える基底部と、を具備することができる。ハード・マスク二重層構造４２３は、円形、またはほぼ円形（たとえば楕円形）構造とすることが可能であり、基底部は、エッチングされる材料より遠位の、ハード・マスク二重層構造４２３の上面部の直径よりも大きい直径を有する。たとえば図８〜図１１を参照されたい。具体的に言えば、例示的一実施形態により、ハード・マスク二重層構造４２３は円形であり、その基底部の直径４２４はその上面部の直径４２６よりも大きい。
【００４０】
さらに、上面部を超えて水平に延在する基底部の各部分は、その上部表面に関連付けられた第１の傾斜を有し、上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、この第１の傾斜は第２の傾斜とは異なる。具体的に言えば、上面部の側壁の傾斜は基底部の上部表面の傾斜よりも大きい。本明細書に提示された教示によれば、本明細書に開示されたいずれかの実施形態において、第１の傾斜および第２の傾斜はそれぞれ、ゼロから無限の間の値を有することができる。たとえば図４のステップ４０４に示されるように、基底部の傾斜はゼロであり、上面部の傾斜はその最も上部の表面近くで約８０度である。
【００４１】
ステップ４０６では、ドライ・エッチング・プロセスを使用して、キャップ／エッチング停止層４１８、磁気層４１６、結合層４１４、磁気層４１２を、および障壁層４１０内へ、または障壁層４１０を通過して、エッチングする。磁気デバイスの形状を画定するために、薄いハード・マスク層４２０の使用に適合可能な任意の好適なドライ・エッチング・プロセスを採用することができる。たとえば、ＴａまたはＴｉベースの薄いハード・マスク層４２０を使用する場合、単独で、あるいは、イオン・ビーム・エッチング（ＩＢＥ）（反応性構成要素を使用しない純粋なスパッタリング）またはウェット化学エッチングなどの他のエッチング技法と組み合わせて、ＣＯ−ＮＨ３などの高度に選択的な酸素ベースの化学的性質を採用することができる。例示的一実施形態によれば、酸素ベースのエッチングは、キャップ／エッチング停止層４１８を通過してエッチングするために実行され、その後、残りの部分にはＩＢＥが実行される。
【００４２】
別の方法では、全体を通じて排他的にＩＢＥを使用することができる。その場合、薄いハード・マスク層４２０の厚さを、たとえばエッチングされる層の合計厚さよりも最高約１０ｎｍ厚くなるように増加することが望ましい場合があり、その結果、エッチング時に完全には腐食されない。
【００４３】
前述の技法は、再分散された不揮発性材料が再付着されること、およびデバイスの磁気層の性能に悪影響を与えることを、最小限にするかまたは防ぐことになる。たとえば前述の技法は、厚いハード・マスク層４２２がエッチング前面の縁部から離れて陥凹するため、たとえばＩＢＥまたはＲＩＥ中に、薄いハード・マスク層４２０によってマスキングされていない領域によって画定される、エッチングの前面で入ってくるイオンのシャドウイングを減少させる。結果として、従来のマスキング技法を使用したエッチングに比べて、再付着が最も有害なデバイスの領域で、材料のスパッタ収率の増加（たとえば、材料がスパッタされる）が見られる。ウェハ表面から完全にスパッタされない不揮発性材料があれば、厚いハード・マスク層４２２の近くで、およびたとえば、磁気層４０８、４１２、４１４、および４１６ならびに障壁層４１０の縁部を露出する高感度エッチング・フロントから離れて、ゲッタリング（getter）されることになる。したがって、不揮発性エッチング副生成物（再分散された材料）は、磁気層４０８、４１２、４１４、および４１６ならびに障壁層４１０の縁部から隔離されることになる。さらに、再付着された材料のエッチング・フロントへ戻る順方向スパッタリングは、この順方向スパッタリングがエッチング・フロントから離れて実施されるため、従来のエッチング技法に比べて大幅に減少される。具体的に言えば、厚いハード・マスク層４２２の縁部から順方向スパッタリングされた材料があれば、厚いハード・マスク層４２２の下で外側に延在する薄いハード・マスク層４２０の一部に付着することになる。したがって、層４０８、４１０、４１２、４１４、および４１６の高感度縁部は、入射されるエッチング液の原子、イオン、分子のシャドウイングが減少するため、エッチング副生成物の高感度領域へ戻る順方向スパッタリングの減少、および高感度縁部付近の材料のスパッタ収率の増加を通じて、材料が再付着されないように保つことができる。
【００４４】
たとえば、適切に管理された垂直ドライ・エッチングを使用してデバイスの最終形状が画定された後に、等方性ウェット・エッチングを使用して所望のハード・マスク形状を形成する、本明細書で説明される技法は、縮小（スケーリング）しやすい。すなわち、本明細書に提示されたデバイスの縮小バージョンを含む様々な寸法のデバイスを作成するために使用することができる。たとえば本技法によれば、テーパ（傾斜）が全ハード・マスク幅のごく一部上でのみ浅く、ほぼ垂直の側壁を使用して、関連付けられたデバイスの配線層との統合のためにハード・マスク厚さの大部分が構築されるため、幾何学的テーパ角度は縮小／最小デバイス寸法を限定する必要がない。
【００４５】
さらに前述のように、ハード・マスク構造は導電性材料を含む可能性があり、配線レベルへの接点を形成するために使用することができる。この実施形態に従い、等方性ウェット・エッチングを使用して、ハード・マスク構造をパターン形成することができる。等方性ウェット・エッチングは、ハード・マスク構造のすべての面をほぼ同じ速度でエッチングする働きをする。したがって、本技法に従い、等方性ウェット・エッチングを使用してパターン形成された導電性ハード・マスク構造は、デバイス上の中心、またはほぼ中心に電気接点を備えることになる。こうした接点は、デバイスの形成時に形成されるため、本明細書では「自己整合」接点と呼ばれる。本実施形態は、たとえば、接続のための追加のバイア（via）レベルを有することに関連付けられた複雑さがないため、デバイスの高密度パッキングを可能にする。自己整合導電性ハード・マスクは、デバイスの上に配線を接続するための簡単な方法を提供する。たとえば前述の図３を参照すると、配線層３３０は、配線層３３０が不注意でトンネル障壁の下の層に接触するリスク、およびデバイスに短絡を作るリスクなしに、導電性の厚いハード・マスク層３１８に接触する。厚いハード・マスク層３１８および４２２などの厚いハード・マスク層は、一般に、これらの配線層が障壁層３１４の下の層に接触する危険性が少ないため、結果として生じる配線レベルと統合（集積）することがより簡単である。しかしながら、ハード・マスク層の厚さには限界がある。たとえば、厚いハード・マスク層が、前述のシャドウイングおよび順方向スパッタリング・プロセスを通じてエッチングに悪影響を与え、その結果として性能損失が生じる場合は、厚過ぎる可能性がある。たとえば、配線層３３０と同様の配線層がデバイスを切り替えるための磁場の生成に使用されるＭＴＪデバイスでは、デバイスを切り替えるために必要な電力（パワー）は、配線層３３０がアクティブな磁気層から離れるにつれて増加することになる。同時に、薄いハード・マスク構造（たとえば、薄いかまたは存在しない厚いハード・マスク層４２２を備えたハード・マスク二重層構造４２３）は、エッチングの再付着に関連する問題を解決することができるが、自己整合コンタクトのための手段を提供しないため、結果として生じる配線層と統合することは困難な可能性がある。本明細書で提示されるハード・マスク構造は、厚いハード・マスク層の利点と薄いハード・マスク層の利点とを融合して、結果として配線層を確実にコンタクト（接触）する例示的手段を提供し、同時に、エッチング時に構造を画定する手段を提供する。
【００４６】
図５は、磁気デバイスを形成するための他の例示的方法を示す図である。図５に示された磁気デバイスの形成は、不揮発性材料のエッチングを含む。例示的一実施形態によれば、形成された磁気デバイスはＭＴＪを備える。ステップ５０２で、磁気デバイスを形成するために使用される層が提供される。具体的に言えば、磁気層５０６は、磁気デバイスのための基準層として働くことになる。磁気層５０６の形成に好適な材料は、磁気層４０８の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。磁気層５０６は、単一層を備えるか、別の方法では複数層を備えることができる。
【００４７】
磁気層５０６の上面側に付着された障壁層５０８は、磁気デバイスのトンネル障壁として働くことになる。障壁層５０８の形成に好適な材料は、障壁層４１０の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００４８】
障壁層５０８の上で磁気層５０６とは反対側に付着された磁気層５１０は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層構成の下部記憶層として働くことになる。磁気層５１０の形成に好適な材料は、磁気層４１２の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００４９】
磁気層５１０の上で障壁層５０８とは反対側に付着された結合層５１２は、たとえば多層記憶層構成にとって、磁気層５１０および磁気層５１４の結合層として働くことになる（以下で説明する）。結合層５１２の形成に好適な材料は、結合層４１４の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００５０】
結合層５１２の上で磁気層５１０とは反対側に付着された磁気層５１４は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層構成の上部記憶層として働くことになる。磁気層５１４の形成に好適な材料は、磁気層４１６の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００５１】
キャップ／エッチング停止層５１６は、磁気層５１４の上で結合層５１２とは反対側に付着される。キャップ／エッチング停止層５１６の形成に好適な材料は、キャップ／エッチング停止層４１８の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。さらに、キャップ／エッチング停止層５１６は、たとえば約２ｎｍから約２０ｎｍまでの、約２０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、キャップ／エッチング停止層５１６はＲｕを含み、厚さは約１０ｎｍである。
【００５２】
ハード・マスク層５１８は、キャップ／エッチング停止層５１６の上で磁気層５１４とは反対側に付着される。ステップ５０４で説明するように、ハード・マスク層５１８は、磁気デバイスの形成時に、たとえばハード・マスク構造として採用されることになる。ハード・マスク層５１８の形成に好適な材料は、厚いハード・マスク層４２２の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。さらに、ハード・マスク層５１８は、たとえば約７０ｎｍから約２００ｎｍまでの、約２００ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、ハード・マスク層５１８はＴｉＮを含み、厚さは約２００ｎｍである。したがって、図５に示された例示的実施形態によれば、ハード・マスク構造は単一層のハード・マスク層５１８を備える。
【００５３】
ステップ５０４で、厚いハード・マスク層５１８にテーパをつけるためにエッチングが使用される。例示的一実施形態によれば、ハード・マスク層５１８をエッチングするためのウェット・エッチング技法が採用される。
【００５４】
図３および図４の説明に関連して前述されたように、ハード・マスク構造は、エッチングされる材料に最も近い基底部を有するように構成される。この基底部は、基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有する。例示的一実施形態によれば、横断面を見た場合、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約２０パーセントから約４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。たとえば、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約３０パーセントから約４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有することができる。
【００５５】
ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる材料からの垂直距離が基底部よりも長い。たとえば例示的一実施形態によれば、基底部は、エッチングされる材料から水平方向に約１０ｎｍまで内側に延在するハード・マスク構造の一部として画定される。したがって、上面部は、エッチングされる材料から水平に約１０ｎｍまでを越えて内側に延在するハード・マスク構造の任意の部分である。単なる例として挙げると、図５のステップ５０４では、基底部および上面部は、エッチングされる材料から水平に約１０ｎｍまで内側に延在するハード・マスク構造の一部より上から始まる線５２４によって区別することができる。
【００５６】
ハード・マスク構造は、円形、またはほぼ円形（たとえば楕円形）構造とすることが可能であり、基底部は、エッチングされる材料より遠位の、ハード・マスク構造の上面部の直径よりも大きい直径を有する。たとえば、図８〜図１１を参照されたい。具体的に言えば、例示的一実施形態により、ハード・マスク構造は円形であり、その基底部の直径５２０はその上面部の直径５２２よりも大きい。さらに、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、その一番上の表面に関連付けられた第１の傾斜を有し、上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、この第１の傾斜は第２の傾斜とは異なる。具体的に言えば、上面部の傾斜は基底部の傾斜よりも大きい。
【００５７】
加えて、ハード・マスク構造は、誘電体マスク、取り外し可能マンドレル（mandrel）、および前述の追加材料のうちの少なくとも１つを含む組み合わせを含むが、これらに限定されることのない、ハード・マスク層５１８と組み合わせて他の材料を含むことができる。誘電体マスクが使用される場合、任意選択で、金属スペーサ材料でコーティングすることができる。誘電体マスクを金属スペーサ材料でコーティングすることにより、たとえばハード・マスクが導電性である実施形態の場合のように、ハード・マスク構造の上の配線レベルとのコンタクトが提供される。
【００５８】
取り外し可能マンドレル技法は、使い捨てのハード・マスクの使用を含む。具体的に言えば、デバイス層のエッチング後、デバイスおよびハード・マスク構造は誘電体に封入される。まだ露出されていない場合、ハード・マスクはエッチバックまたは研磨ステップによって露出される。次に、たとえばマンドレルのように、ハード・マスク構造は選択的に除去され、新しく形成された空洞（キャビティ）は、デバイスとたとえばデバイス上の配線レベルとの間に接点を提供する、導電性材料で満たされる。この手法は、たとえ導電性ハード・マスクが使用されていない場合であっても自己整合コンタクトを提供し、同時に、不揮発性材料をエッチングするために、本マスク構造を利用する。
【００５９】
例示的実施形態によれば、ドライ・エッチング（ウェット・エッチングの代わり）の化学的特性を使用してハード・マスク層５１８がエッチングされる。採用されるドライ・エッチングは、たとえばすべての方向でほぼ均一のエッチング形状を生成するような、高水準の等方性を有し、結果として、ハード・マスク構造はその中央部の方がその縁部よりも高い（さらに自己整合コンタクトの場合、前述のように、ハード・マスク構造はデバイスの中央部の方がデバイスの縁部よりも大幅に高い）形状を生じさせることが望ましい。典型的には、ほとんどのウェット・エッチングの当然の結果であるが、ドライ・エッチングで等方性を達成するには、化学的なエッチング構成要素と共に、低いバイアス・パワーを使用するように注意する必要がある。これは、標準のＲＩＥ（揮発性副生成物）技法を使用してエッチング可能なハード・マスク材料にとって、特に難しいことではない。塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、フッ素（Ｆ）を使用して、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｓｉなどのハード・マスク材料およびそれら材料から作成される化合物をエッチングすることができる。
【００６０】
等方性エッチング技法を使用すると、結果として、エッチング・フロントのシャドウイングを減少させるため、および、その上の配線層を接触させるためのさらなるプロセス統合を助ける、前述のように望ましいハード・マスク形状が生じる。ハード・マスク・エッチングの後、ハード・マスク構造はデバイスの縁部に向かって薄くなるため、磁気層をパターン形成するために使用されるエッチングは、ハード・マスク材料のエッチングに対して高度に選択的であるものとされる（ステップ５０４を参照のこと）。たとえば、こうした選択性を達成するために、ＴａまたはＴｉベースのハード・マスク構造と共に、ＣＯ−ＮＨ３またはメタノール・エッチングを使用することができる。図５に提示された実施形態は図４に提示された実施形態よりも複雑でないが、図４で概説されたプロセスの方が、デバイスの形状およびサイズをより良く制御するため、形状またはサイズが重要なほとんどの適用例にとって好ましい。
【００６１】
さらに、この例示的実施形態によれば、エッチング速度（ハード・マスク・エッチング・プロセスにおいて）がハード・マスク層５１８より遅い材料を含む層、たとえば中間ハード・マスク層（図示せず）を、ハード・マスク層５１８とキャップ／エッチング停止層５１６との間で採用することができる。中間ハード・マスク層の形成に好適な材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、および前述の材料のうち少なくとも１つを含む組み合わせを含むが、これらに限定されることはない。こうした層を採用することで、たとえば図４で説明したように、ただし、中間マスク層がエッチングされた後にハード・マスク層５１８を陥凹させる明示的ステップは除いて、縁部近くのハード・マスクの厚さを増加させる働きをする。
【００６２】
図６〜図７は、磁気デバイスを形成するための他の例示的方法を示す図である。例示的一実施形態によれば、形成される磁気デバイスはＭＴＪを備える。ステップ６０２で、磁気デバイスを形成するために使用される層が設けられる。具体的に言えば、磁気層６１０は磁気デバイスの基準層として働くことになる。磁気層６１０の形成に好適な材料は、磁気層４０８および５０６の説明に関連して前述したものを含むが、これらに限定されることはない。磁気層６１０は単一層を備えるか、別の方法では複数層を備えることができる。
【００６３】
磁気層６１０の上面側に付着された障壁層６１２は、磁気デバイスのトンネル障壁として働くことになる。障壁層６１２の形成に好適な材料は、障壁層４１０および５０８の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００６４】
障壁層６１２の上で磁気層６１０とは反対側に付着された磁気層６１４は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層構成の下部記憶層として働くことになる。磁気層６１４の形成に好適な材料は、磁気層４１２および５１０の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００６５】
磁気層６１４の上で障壁層６１２とは反対側に付着された結合層６１６は、たとえば多層記憶層構成にとって、磁気層６１４および磁気層６１８の結合層として働くことになる（以下で説明する）。結合層６１６の形成に好適な材料は、結合層４１４および５１２の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００６６】
結合層６１６の上で磁気層６１４とは反対側に付着された磁気層６１８は、磁気デバイスにとって、たとえば多層記憶層構成の上部記憶層として働くことになる。磁気層６１８の形成に好適な材料は、磁気層４１６および５１４の説明に関連して前述された材料を含むが、これらに限定されることはない。
【００６７】
キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０は、磁気層６１８の上で結合層６１６とは反対側に付着される。キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０の形成に好適な材料は、Ｒｕ、Ｔａ、およびＴａＮならびに前述のうち１つまたは複数を含む二重層を含むが、これらに限定されることはない。さらに、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０は、たとえば約２ｎｍから約２０ｎｍまでの、約２０ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０はＴａＮを含み、厚さは約１０ｎｍである。
【００６８】
ハード・マスク層６２４は、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０の上で磁気層６１８とは反対側に付着される。ハード・マスク層６２４の形成に好適な材料は、ＴｉＮ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＳｉのうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。さらに、ハード・マスク層６２４は、たとえば約５０ｎｍから約２００ｎｍまでの、約２００ｎｍまでの厚さを有することが可能である。例示的実施形態によれば、ハード・マスク層６２４はＴｉＮを含み、厚さは約１００ｎｍである。
【００６９】
ステップ６０２に示されるように、ハード・マスク層６２４がエッチングされる。具体的に言えば、ハード・マスク層６２４は、たとえばほぼ垂直の側壁を作成する標準の異方性ＲＩＥを使用して、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０上にまでエッチングすることができる。
【００７０】
ステップ６０４で、エッチングされたハード・マスク層６２４の縁部はスペーサ材料６２６によってコーティングされる。スペーサ材料６２６の形状は、共形（conformal）膜付着と、すべての水平表面から優先的にスペーサ材料６２６を除去する異方性エッチングとを含む、標準技法を使用して取得される。好適なスペーサ材料は、有機ポリマ、誘電体、および金属のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されることはない。ステップ６０４に示された例示的実施形態によれば、スペーサ材料６２６は、その基底部で約１０ｎｍから約５０ｎｍの間の幅を有する。
【００７１】
ステップ６０６で、たとえば、ハード・マスク６２４およびキャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０に対して選択的なドライまたはウェット・エッチングを使用して、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０がエッチングされ、その後スペーサ材料６２６が除去された場合、最終的なハード・マスク構造が形成される。したがって図６に示される例示的実施形態によれば、ハード・マスク構造は、ハード・マスク層６２４およびキャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０を備える。
【００７２】
たとえば、図３〜図５の説明に関連して前述されるように、ハード・マスク構造は、エッチングされる材料に最も近い基底部を有するように構成される。この基底部は、基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造の上面部よりも大きい１つまたは複数の水平寸法を有する。例示的一実施形態によれば、横断面を見た場合、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約２０パーセントから約４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有する。たとえば、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、基底部の最も長い水平寸法の約３０パーセントから約４０パーセントの間の最も長い水平寸法を有することができる。
【００７３】
ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる材料からの距離が基底部よりも長い。たとえば、ハード・マスク構造は、たとえばキャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０を備える基底部と、たとえばハード・マスク層６２４を備える上面部とを具備することができる。ハード・マスク構造は、円形、またはほぼ円形（たとえば楕円形）構造とすることが可能であり、基底部は、エッチングされる材料より遠位の、ハード・マスク構造の上面部の直径よりも大きい直径を有する。たとえば、図８〜図１１を参照されたい。具体的に言えば、例示的一実施形態により、ハード・マスク構造は円形であり、その基底部の直径６２８はその上面部の直径６３０よりも大きい。さらに、上面部を超えて水平に外側に延在する基底部の各部分は、その一番上の表面に関連付けられた第１の傾斜を有し、上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、この第１の傾斜は第２の傾斜とは異なる。具体的に言えば、上面部の傾斜は基底部の傾斜よりも大きい。たとえば、図７のステップ６０６に示されるように、基底部および上面部の傾斜は、それぞれゼロおよび無限（９０度）である。
【００７４】
ステップ６０８で、磁気層６１４、結合層６１６、および磁気層６１８は、キャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０に対して選択的なエッチング技法を使用して、たとえばキャップ／エッチング停止／薄ハード・マスク層６２０と同様の寸法までエッチングされる。代替実施形態では、スペーサ材料６２６は磁気層がエッチングされた後まで残ることになる。その後、磁気材料のエッチング時にその表面に蓄積された可能性のある残余不揮発性材料があればその材料と共に、スペーサ材料６２６を除去するために、リフトオフ（liftoff）が実行されることになる。
【００７５】
実施例
図８〜図１１は、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。具体的に言えば、図８および図１０は段階的なハード・マスク構造の平面図を示し、図９および図１１は傾斜側面図を示す。
【００７６】
図８〜図１１に示された各ハード・マスク構造は、薄いハード・マスク層の上面部に厚いハード・マスク層を備え、たとえば、それぞれハード・マスク層７０４および７０２である。厚いハード・マスク層であるハード・マスク層７０２はＴｉＮを含む。薄いハード・マスク層であるハード・マスク層７０４はＴａＮを含む。ハード・マスク層７０４は、ハード・マスク層７０２の下の足部として外側に延在する。構造は、たとえば、ハード・マスク層７０２および７０４をパターン形成するために塩素ベースのＲＩＥを使用し、ＴａＮの足部の後ろにＴｉＮを陥凹させるためにＨ２Ｏ２／ＮＨ４ＯＨウェット・エッチングを使用して、図４で前述されたように形成される。
【００７７】
たとえば、図３〜図７の説明に関連して前述されたように、ハード・マスク構造は、円形、またはほぼ円形（たとえば楕円形）構造を含むことが可能であり、基底部は、エッチングされる材料より遠位の、ハード・マスク構造の上面部の直径よりも大きい直径を有する。たとえば図８〜図１１に示されるように、ハード・マスク層７０４はハード・マスク層７０２よりも大きい直径を有する。
【００７８】
図１２〜図１５も、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。図１２〜図１５のイメージは、段階的なハード・マスク構造を使用してエッチングが実行された後の、たとえば磁気デバイスの磁気層を示す。具体的に言えば、図１２および図１４は、段階的なハード・マスク構造を伴う完全にエッチングされた磁気デバイスの平面図を示し、図１３および図１５はその傾斜側面図を示す。図８〜図１１の説明に関連して前述されるように、図１２〜図１５に示された各ハード・マスク構造は、薄いハード・マスク層の上に厚いハード・マスク層を備え、たとえば、それぞれハード・マスク層８０４および８０２である。厚いハード・マスク層であるハード・マスク層８０２はＴｉＮを含む。薄いハード・マスク層であるハード・マスク層８０４はＴａＮを含む。ハード・マスク層８０４は、ハード・マスク層８０２の下の足部として外側に延在する。
【００７９】
ＣＯ−ＮＨ３を使用する反応性イオン・エッチングでは、ハード・マスク層８０４の下に存在する磁気層をエッチングするためにプラズマが使用されてきた。図に示されるように、ハード・マスク層８０４は、エッチングに対して堅固なマスクを提供した。
【００８０】
結論として、本明細書に提示された諸技法は、少なくとも部分的に、デバイスの形成時に再付着される不揮発性材料から結果的に生じる好ましくない磁気デバイス特性をさけるために役立つ。
【００８１】
以上、本明細書では本発明の例示的諸実施形態について説明してきたが、本発明がそれらの精密な諸実施形態に限定されないこと、ならびに、当業者であれば、本発明の範囲または趣旨を逸脱することなく様々な他の変更および修正が実行可能であることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】従来のエッチング技法を使用して形成された、磁気デバイスを示す断面図である。
【図２】従来のエッチング技法を使用して形成される、磁気デバイスの一部を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、本技法を使用して形成される磁気デバイスを示す横断面図である。
【図４】本発明の実施形態に従った、磁気デバイスを形成するための例示的方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に従った、磁気デバイスを形成するための他の例示的方法を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に従った、磁気デバイスを形成するためのさらに他の例示的方法を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、磁気デバイスを形成するためのさらに他の例示的方法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に従った、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図９】本発明の実施形態に従った、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１１】本発明の実施形態に従った、本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１２】本発明の実施形態に従った、下にある不揮発性材料のエッチング後に本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１３】本発明の実施形態に従った、下にある不揮発性材料のエッチング後に本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１４】本発明の実施形態に従った、下にある不揮発性材料のエッチング後に本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１５】本発明の実施形態に従った、下にある不揮発性材料のエッチング後に本技法を使用して段階的なハード・マスク構造を示すイメージ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月27日(2008.8.27)
【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】
パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上にハード・マスク構造を形成するステップであって、前記ハード・マスク構造は、前記材料の最も近くに基底部を有し、前記基底部の反対側に上面部を有するように構成され、前記基底部の少なくとも１部分が前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、前記基底部は、前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有し、前記ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる前記材料からの垂直距離が前記基底部よりも長い、ステップと、
前記材料をエッチングするステップと、
を含む、少なくとも１つの材料をパターン形成する方法。
【請求項２】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分が、その一番上の表面に関連付けられた第１の傾斜を有し、前記上面部の少なくとも１つの側壁は第２の傾斜を有し、前記第１の傾斜は前記第２の傾斜より小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の２０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチングされる材料が少なくとも１つの不揮発性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法を縮小するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法を、選択的ウェット・エッチングおよび選択的反応性イオン・エッチングの技法のうちの１つまたは複数を使用して、縮小するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分を完成するために、１つまたは複数の使い捨てスペーサ材料を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記１つまたは複数の使い捨てスペーサ材料が、有機ポリマ、誘電体、および金属のうちの１つまたは複数を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記材料をエッチングするステップが、反応性イオン・エッチングおよびイオン・ビーム・エッチングのうちの１つまたは複数の使用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記材料が磁気デバイスの１つまたは複数の層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
パターン形成される材料の少なくとも１つの表面上にハード・マスク構造を形成するステップであって、前記ハード・マスク構造は、前記材料の最も近くに基底部を有し、前記基底部の反対側に上面部を有するように構成され、前記基底部の少なくとも１部分が前記上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、前記基底部は、前記ハード・マスク構造の前記上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい、１つまたは複数の水平寸法を有し、前記ハード・マスク構造の上面部は、エッチングされる前記材料からの垂直距離が前記基底部よりも長い、ステップと、
前記材料をエッチングするステップと、
を含む、少なくとも１つの不揮発性材料を含むデバイスを形成する方法。
【請求項１２】
前記ハード・マスク構造が、少なくとも一部が前記デバイス内で接点として働く導電性材料を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記デバイスが磁気デバイスを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記不揮発性材料が１つまたは複数の磁気層を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記デバイスが、強誘電性ランダム・アクセス・メモリ・デバイス、相変化メモリ・デバイス、および相補型金属酸化膜半導体デバイスのうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
基底部の少なくとも１部分が上面部を越えて水平にかなりの距離だけ外側に延在するように、ハード・マスク構造の上面部の１つまたは複数の水平寸法よりも大きい１つまたは複数の水平寸法を有する基底部を与えるように構成される、少なくとも１つのハード・マスク構成要素、
を備えるハード・マスク構造。
【請求項１７】
前記上面部を越えて水平に外側に延在する前記基底部の少なくとも１部分それぞれが、横断面で見た場合、前記基底部の最も長い水平寸法の２０パーセントから４０パーセントの間の、水平寸法を有する、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素はテーパをつけられる、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備える、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備え、前記１対のハード・マスク層のうちの一方が、前記１対のハード・マスク層のうちの他方よりも厚い、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのハード・マスク構成要素が１対のハード・マスク層を備え、前記１対のハード・マスク層のうちの一方がＴｉＮを含み、前記１対のハード・マスク層のうちの他方がＴａＮを含む、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【請求項２２】
単一のハード・マスク層を備える、請求項１６に記載のハード・マスク構造。
【国際調査報告】
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