(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を加工する際に生じるダメージを少なくし、前記のダメージを受けたことにより磁気特性に劣化が生じることを防止でき、高品質な磁気抵抗効果素子を製造することに適した磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。【解決手段】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に対して反応性イオンエッチングにより多層磁性膜を加工する工程を含んでいる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が行われた多層磁性膜に対してイオンビーム照射する工程を含む磁気抵抗効果素子の製造方法。【選択図】図１
2011071526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に対して、反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を多層磁性膜構造体に加工する工程を含んでいる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室内にて水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを含むガスを含むガスを用いた前記反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を多層磁性膜構造体に加工し、次いで、該反応性イオンエッチング室からイオンビームエッチング室内へと該多層磁性膜構造体を搬送し、該イオンビームエッチング室内にて前記反応性イオンエッチングにより加工された前記多層磁性膜構造体の表面に対してイオンビームの加速電圧が５０〜６００Ｖであるイオンビームを照射し、該反応性イオンエッチングによるエッチング加工の際に生じた該多層磁性膜構造体の表面のダメージを除去する工程を含む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】
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であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオンビームを照射する工程は、前記多層磁性膜構造体を回転させながら行っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
反応性イオンエッチング室とイオンビームエッチング室とが真空搬送室に連通して設けられ、外部雰囲気に処理基板を曝すことなく該処理基板を該反応性イオンエッチング室から該真空搬送室内へと搬入し、該処理基板を該真空搬送室から該イオンビームエッチング室内へと搬出するよう構成された製造装置を用いている請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、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全く生じさせずに行うことは困難である。前述のRIEの場合、前記の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る加工技術により、ダメージ（主に酸化により劣化した層）を少なくできるという効果が得られている。しかし、エッチング後に除去されることなく多層磁性膜上に残されるダメージは、磁気抵抗効果素子の製造上、改善されるべき課題としてその重要性が増してきていた。
【０００８】
すなわち、このような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、この発明は、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を加工する際に生じるダメージ層を除去し、これによって、前記のダメージを受けたことにより磁気特性に劣化が生じることを防止でき、高品質な磁気抵抗効果素子を製造することに適した磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、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に対して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工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工し、次いで、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する工程を含むことを特徴とするものである。イオンビームを照射する工程には、例えば、イオンビームエッチングを用いることができる。
【００１２】
ここで、例えば、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。
【００１３】
本発明における反応性イオンエッチングが行われた多層磁性膜に対してイオンビーム照射する工程は、反応性イオンエッチングが行われた際に多層磁性膜上に形成されていたダメージ層をイオンビーム照射によって除去する工程である。これによって反応性イオンエッチングの際に多層磁性膜上に形成された酸化によるダメージ層を除去して高品質な多層磁性膜を形成することができる。
【００１４】
前記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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、イオンビームを照射する工程においては、イオンビームを多層磁性膜の積層面に対して5〜80度の入射角度で入射させるようにすることが好ましい。この範囲の入射角度にすることが、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で好ましいからである。かかる観点から、イオンビームのより好ましい入射角度は、多層磁性膜の積層面に対して30〜60度である。
【００１７】
更に、イオンビームを照射する工程は、イオンビームの加速電圧を50〜600V、イオン電流を50〜500mAとした条件の下で行うことが好ましい。この範囲にすることが、多層磁性膜に対するイオンビームの衝撃を小さくする上で好ましいからである。かかる観点から、より好ましいイオンビームの加速電圧、イオン電流の範囲は、それぞれ、50〜200V、50〜200mAである。
【００１８】
また、イオンビームを照射する工程は、前記多層磁性膜が形成された基板を回転させながら行うことが好ましい。発明者等の実験によれば、基板を回転させながらイオンビームを照射することにより、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で有効であった。
【００１９】
なお、発明者等の実験によれば、基板上に形成された多層磁性膜に対するイオンビームの衝撃を小さくし、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、当該多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で望ましい諸条件は以下のとおりであった。
【００２０】
多層磁性膜の積層面に対するイオンビームの入射角度（θ）：5〜80度
加速電圧          ：50〜600V
イオン電流        ：50〜500mA
不活性ガス圧力（Arの場合）：6mPa〜130mPa
不活性ガス圧力（Krの場合）：1mPa〜130mPa
不活性ガス圧力（Xeの場合）：1mPa〜130mPa
基板温度            ：80℃以下
基板の回転速度        ：30〜300rpm
エッチング時間      ：10sec〜3min
【００２１】
なお、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、イオンビームを照射する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、この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なわれるようにすることができる。
【００２２】
これにより、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ようにし、イオンビーム照射によってダメージ層が除去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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、前記の成膜工程には高周波高圧スパッタ法を用いることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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なうことにより、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。
【００２８】
次に本発明が提案する磁気抵抗効果素子の製造装置は、前述した本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法が使用されるものであって、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に対して、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、真空状態を維持したまま、前記基板を真空搬送室から当該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磁気抵抗効果素子の製造装置において、前記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イオンビーム照射によるイオンビームエッチングを行うイオンビームエッチング室が、更に、前記真空搬送室と連通して設けられ、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イオンビームエッチング室に搬入され、また、イオンビームエッチングから真空搬送室へ搬出できるように構成されていることを特徴にしているものである。
【００２９】
この本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置においても、反応性イオンエッチング室において行われる、前記多層磁性膜を加工する反応性イオンエッチングは、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であることが望ましい。
【００３０】
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、これに引き続いてイオンビームエッチング室で行われるイオンビーム照射による当該ダメージ層除去のためのイオンビームエッチング処理は、結晶損傷などの新たなダメージを生じさせることのない低パワーで行うことが可能になる。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。
【００３１】
ここで、イオンビームエッチング室は、イオンビームエッチング室でイオンビーム照射される基板を支持する支持台であって、イオンビーム照射が行われる際に回転可能に構成されている回転支持台を備えている構成にすることができる。
【００３２】
多層磁性膜が形成された基板を回転させつつイオンビーム照射することによって、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止できるので有利である。
【００３３】
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、イオンビームエッチング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。
【００３４】
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、イオンビーム照射によってダメージ層が除去され、引き続いて清浄にされた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。
【００３５】
なお、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。
【００３６】
かかる本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置において、イオンビームエッチング室は、イオンビームを入射させる入射角度を多層磁性膜の積層面に対して5〜80度、より好ましくは、30〜60度に調整できるものであることが望ましい。
【００３７】
この範囲の入射角度にすることが、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で好ましいからである。
【００３８】
また、イオンビームエッチング室は、イオンビームの加速電圧を50〜600V（より好ましくは、50〜200V）、イオン電流を50〜500mA（より好ましくは、50〜200mA）の範囲に調整できるものであることが望ましい。
イオンビームの加速電圧、イオン電流をこの範囲にすることが、多層磁性膜に対するイオンビームの衝撃を小さくする上で好ましいからである。
【００３９】
本発明が提案する他の磁気抵抗効果素子の製造装置は、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に対して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工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造装置であって、真空に保持されている真空室内に、前記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、前記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ビームを照射する手段とが配備されていることを特徴とするものである。
【００４０】
これはいわゆるインラインタイプの製造装置であって、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、イオンビームを照射する手段としては、イオンビームエッチングを行なうものを用いることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
また、イオンビームを照射する手段によってイオンビーム照射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。
【００４３】
この場合も、成膜手段を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なうものとし、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。
【００４４】
このようなインラインタイプの製造装置においても、イオンビームを照射する手段、例えば、イオンビームエッチング装置は、イオンビームエッチング室でイオンビーム照射される基板を支持する支持台であって、イオンビーム照射が行われる際に回転可能に構成されている回転支持台を備えている構成にすることが好ましい。
【００４５】
また、イオンビームを照射する手段、例えば、イオンビームエッチング装置は、イオンビームを入射させる入射角度を多層磁性膜の積層面に対して5〜80度、より好ましくは、30〜60度に調整でき、イオンビームの加速電圧を50〜600V（より好ましくは、50〜200V）、イオン電流を50〜500mA（より好ましくは、50〜200mA）の範囲に調整できるものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００４６】
この発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、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イオンビーム照射で除去するようにした。そこで、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。
【００４７】
更に、イオンビーム照射によってダメージ層を除去した後、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な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、イオンビーム照射によってダメージ層が除去され清浄にされた多層磁性膜を保護膜で覆って清浄な状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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説明する図。
【図２】この発明の磁気抵抗効果素子の製造装置の一例の構成概要を説明する図。
【図３】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。
【図４】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説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図1（a）、（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1（a））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（図1（b））を説明するものである。（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。）
図1（b）において、符号11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11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積層休もしくは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）。
【００５０】
多層磁性膜11としては、例えば、図4図示のように、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多層磁性膜が形成されているものが使用される。図4図示の例では、多層磁性膜は8層からなり、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。図4図示の例では、磁化固着層におけるRu層は8Å、保護層（ハードマスク）であるTa層は200Åである。
【００５１】
図1（b）中、符号12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。
【００５２】
図2は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置20における好ましい実施形態の構成を説明する構成図である。
【００５３】
図2において、21は真空搬送室であり、この真空搬送室21にゲートバルブ等の遮蔽手段（図示せず）を介して、第1の反応性イオンエッチング室22、第2の反応性イオンエッチング室23、イオンビームエッチング室24、成膜室25が、それぞれ真空搬送室21と連通するようにして設けられている。
【００５４】
真空搬送室21には、さらにウエハローダ26が設けられ、このウエハローダ26を通して、基板10を真空搬送室21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。
【００５５】
真空搬送室21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31、32、33、34、35のように第1の反応性イオンエッチング室22へ、また、第1の反応性イオンエッチング室22から第2の反応性イオンエッチング室23へ、第2の反応性イオンエッチング室23からイオンビームエッチング室24へ、そしてイオンビームエッチング室24から成膜室25へと順次搬送できるようになっている。
【００５６】
また、図2に矢印31、32、33、34、35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21を介して、一貫して真空の状態で行うことができる。
【００５７】
すなわち、基板10は、第1の反応性イオンエッチング室22から第2の反応性イオンエッチング室23へ、次に、第2の反応性イオンエッチング室23からイオンビームエッチング室24へ、そして最後に、イオンビームエッチング室24から成膜室25へ、真空搬送室21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、イオンビームエッチング室24においてダメージ層が除去された表面の上に、成膜室25において保護膜が形成されることになる。
【００５８】
成膜室25から矢印35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26を通して真空搬送室21から外部にアンローディングされる。
【００５９】
上記の如くの製造装置20を用いて、図1（a）に示したフローチャートに従い基板10の加工を行う。
【００６０】
真空搬送室21にローディングされた基板10を先ず第1の反応性イオンエッチング室22に搬送し、ここで基板10の多層磁性膜11の表面に形成されているフォトレジス
ト層13をPRマスク14とし、ハードマスク層12のエッチングを行う（ステップ101）。
【００６１】
次に、基板10を第1の反応性イオンエッチング室22から第2の反応性イオンエッチング室23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12をマスクとして、多層磁性膜11のエッチング加工、すなわち、多層磁性膜11の微細加工を行なう（ステップ102）。
【００６２】
この反応性イオンエッチングでは、図4に例示されている多層磁性膜11のバリア層を抜けてTa層の上の反強磁性層であるPtMn層までエッチングを行な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までエッチングしてバリア層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。
【００６３】
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。
【００６４】
第2の反応性イオンエッチング室23での加工によって、多層磁性膜11の側壁及び上表面、あるいは多層磁性膜11の側壁及び多層磁性膜11の上表面にその一部を残しているハードマスク層12の側壁及び上表面に、図1（b）の上から3段目の図示のように、主に酸化により劣化した層であるダメージ層15が形成される。
【００６５】
第2の反応性イオンエッチング室23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イオンビームエッチング室24へと搬送される。そして、イオンビームエッチング室24でダメージ層15の除去加工が行われる（ステップ103）。
【００６６】
イオンビームエッチング室24は、Ar（アルゴン）、Kr（クリプトン）、Xe（キセノン）等の不活性ガスを用いたイオンビームエッチングにより、前記のダメージ層15を除去する処理室である。
【００６７】
前述したように、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15が形成されることがある。そこで、この薄いダメージ層15をイオンビームエッチングの加工によって除去し、より高品質の多層磁性膜を得ようとするものである。
【００６８】
イオンビームエッチング室24でのイオンビームエッチングでは、プラズマクリーニングと異なり、指向性のあるイオンビームを多層磁性膜11の積層面に対して所定の入射角度で照射することによりイオンビームの衝撃により剥離したダメージ層15の原子、分子の一部が多層磁性膜11の側に再付着するのを防止できる。
【００６９】
そこで、イオンビームエッチング室24でのイオンビームは、その入射角度（図1（b）に角度θで示す多層磁性膜11の積層面に対する角度）を所望の角度に変更できるようにしておくことが望ましい。
【００７０】
発明者等の実験によれば、5〜80度、より好ましくは30〜60度の入射角度でイオンビームを照射すると、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層15の原子、分子の一部が多層磁性膜11の側に再付着するのを防止する上で効果的であった。
【００７１】
また、イオンビームエッチング室24でのイオンビームエッチングでは、基板10を回転させながらイオンビームを照射することによって、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層15の原子、分子の一部が多層磁性膜11の側に再付着するのを防止する上で効果的である。そこで例えば、イオンビームエッチング室24に備えられていて、イオンビーム照射の間基板10を支持する支持台（不図示）は、イオンビーム照射が行われている間、回転可能な回転支持台であることが望ましい。
【００７２】
発明者等の実験によれば、30〜300rpmで基板10を回転させながらイオンビームを照射すると、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層15の原子、分子の一部が多層磁性膜11の側に再付着するのを防止する上で効果的であった。
【００７３】
第2の反応性イオンエッチング室23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15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、イオンビームエッチング室24で行われるイオンビームエッチングの加工も、結晶損傷等の新たなダメージを生じさせることのない低パワーで行うことが可能であり、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。
【００７４】
すなわち、第2の反応性イオンエッチング室23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15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、その後のイオンビーム照射によるダメージ層除去を、製造装置の生産効率を律速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20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。
【００７５】
ダメージ層15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室25へと搬送され、ここで保護膜16の成膜が行われる（ステップ104）。
【００７６】
ダメージ層15を除去して清浄にした多層磁性膜11を保護膜16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。
【００７７】
成膜室25は、高周波高圧スパッタリング方法が行なわれる成膜室とすることができる。例えば、前記のステップ104における保護膜16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法による成膜にすることができる。
【００７８】
保護膜16としては、例えば窒化アルミニウム（AlN）の膜とすることができる。
【００７９】
図2図示の構成の本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置20を用い、図1（a）、（b）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。
【００８０】
（1）ステップ101：フォトレジスト層13をPRマスク14としたハードマスク層12のエッチング
【００８１】
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22において、以下の条件で、フォトレジスト層13をPRマスク14としたハードマスク層12のエッチングを行う。
【００８２】
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12    ：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22内の圧力：0．8Pa
基板10を保持する基板ホルダーの温度      ：80℃
【００８３】
（2）ステップ102：ハードマスク層12をマスクとした多層磁性膜11のエッチング加工
【００８４】
前記ステップ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23において、以下の条件で、ハードマスク層（Ta層）12をマスクとした多層磁性膜11のエッチング加工を行う。
【００８５】
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23内の圧力：0．4Pa
基板10を保持する基板ホルダーの温度  ：40℃
エッチング時間                  ：3min
【００８６】
（3）ステップ103：イオンビームエッチングによるダメージ層15の除去
【００８７】
イオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング室24で、以下の条件により、イオンビームの照射によってダメージ層15の除去を行った。
【００８８】
ソース電力            ：100W
イオンビームの入射角度（θ）：50〜80度
加速電圧                ：250V
イオン電流              ：70mA
不活性ガス圧力（Arの場合）：6mPa〜130mPa
基板の温度            ：80℃
基板の回転速度        ：10rpm
エッチング時間        ：3min
（エッチング速度：0．2オングストローム／sec）
【００８９】
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。
【００９０】
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、イオンビームエッチングの加工によるダメージ層15の除去を行わなかった磁気抵抗効果素子のMR比に対し、20パーセント改善されていた。
【００９１】
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、イオンビームエッチングの加工工程を追加してもイオンビームエッチングの加工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。
【００９２】
（4）ステップ104：保護膜16の成膜。
【００９３】
真空処理装置の成膜室25において、以下の条件で、保護膜16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15を除去して清浄にした多層磁性膜11を保護膜16で覆った。
【００９４】
スパッタリングガス          ：Ar＋N2
成膜室25内の圧力            ：8Pa
基板10を保持する基板ホルダーの温度：200℃
【００９５】
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。
【００９６】
例えば、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置を図3図示の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。
【００９７】
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ビームを照射する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。
【００９８】
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、イオンビームを照射する手段としては、イオンビームエッチング方法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。
【００９９】
また、イオンビームを照射する手段によってイオンビーム照射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。
【０１００】
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は、図3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。
【０１０１】
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）。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
次に、イオンビーム照射手段によって、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除去する（ステップ303）。
【０１０４】
引き続いて、保護膜を形成する成膜手段によって、ダメージ層が除去されて清浄に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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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イオンビーム照射で除去するので、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。
【符号の説明】
【０１０７】
10      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
11      多層磁性膜
12      ハードマスク層
13      フォトレジスト層
14      PRマスク
15      ダメージ層
16      保護膜
20      製造装置
21      真空搬送室
22      第1の反応性イオンエッチング室
23      第2の反応性イオンエッチング室
24      イオンビームエッチング室
25      成膜室
26      ウエハローダ
【図１】
2011071526.tif 000003
【図２】
2011071526.tif 000004
【図３】
2011071526.tif 000005
【図４】
2011071526.tif 000006