(57)【要約】【課題】形成された膜のステップカバレッジを大きくすることが可能であり、かつ低温領域で成膜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。【解決手段】本発明の一実施形態では、プラズマ源と成膜室を隔壁板により隔離したプラズマＣＶＤ装置により多層磁性層上に絶縁性の保護層を形成する。本方法によれば、磁気特性の劣化をもたらすことなく保護層を成膜でき、かつ、１５０℃未満の低温成膜も可能である。これにより、レジストを残留させたまま保護層の成膜が可能であり、多層構造の磁気抵抗効果素子の製造において工数低減も可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの強磁性層及び前記強磁性層の間に挟まれた中間層を含む多層磁性層を備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
プラズマを生成可能なプラズマ生成空間と該プラズマ生成空間とは別個に設けられ、処理基板を搭載可能な基板保持部が配置された成膜処理空間との間に少なくとも１つの貫通孔を有する隔壁が設けられ、かつ前記プラズマ生成空間と前記成膜処理空間とが前記少なくとも１つの貫通孔により連結されており、前記プラズマ生成空間で第一の原料ガスから生成された活性種を前記少なくとも１つの貫通孔を通して前記成膜処理空間に導入し、該成膜処理空間で前記活性種と第二の原料ガスとを反応させ、前記基板保持部に搭載された処理基板に形成された多層磁性層上に絶縁性の保護層を形成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】
前記保護層は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか一つ、あるいは、これらの積層膜、またはこれらの混合膜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】
有機マスク材料により加工された前記多層磁性層上に、成膜温度が１５０℃未満で前記保護層を成膜す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４】
前記多層磁性層上に、前記加工に用いた有機マスク材料を残した状態で、前記保護層の成膜を行う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】
前記保護層の成膜において、前記プラズマ生成空間で生成されたプラズマのうち、前記成膜処理空間に流入するプラズマの電子密度が１×１０＋７ｃｍ−３以下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６】
マスク材料を用いた前記多層磁性層の加工処理と、前記マスク材料により加工された多層磁性層上への前記保護層の成膜処理と、を真空下で連続的に実行す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７】
所定の形状の加工された多層磁性層であって、該多層磁性層上に前記加工に用いられたレジスト層が形成された多層磁性層を用意する工程と、
熱により前記レジスト層が変形しない温度で、前記加工によって露出した前記多層磁性層の面上、および前記多層磁性層の上に形成されたレジスト層上に保護層を形成する工程と、
前記レジスト層が少なくとも除去されるように、前記レジスト層および前記保護層の一部を除去する工程と
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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好適に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、キャップ層が順に積層されているものなどがある。
【０００４】
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）等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。
多層磁性膜の加工が完了すると、その上に絶縁性の保護層が形成される。この保護層に求められる特徴としては、高いＢｒｅａｋ  ｄｏｗｎ  ｖｏｌｔａｇｅであること、ステップカバレッジが高いこと、表面粗さＲａが小さいこと、薄膜（５−１０ｎｍ）でも膜厚分布が良好なこと等が挙げられる。
従来、この保護層を形成する方法として、スパッタ法や原子層堆積による方法が挙げられている（特許文献１及び非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５９０１６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鳥居ら、太陽日酸技報  Ｎｏ．２４（２００５）２−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の成膜方法によれば以下のような問題があった。
（１）スパッタで作製された保護層であるＡｌ２Ｏ３では高いステップカバレッジを得ることが出来ない。
（２）スパッタで作製されたＡｌ２Ｏ３ではプラズマが直接照射されることにより絶縁層にピンホールが形成され、絶縁破壊の原因になりやすい。
（３）原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して形成されたＡｌ２Ｏ３では原子層成膜の為、成膜時間がかかる。
（４）原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して形成するＡｌ２Ｏ３のソース材料としてアルキルアルミニウム化合物、アルミニウムアルコキシド等複雑な化合物を使用する必要がある（特許文献１）。
（５）原子層堆積（ＡＬＤ）では１５０−３５０℃の高温領域を使用する（非特許文献１）。
（６）原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して形成されるＡｌ２Ｏ３では酸化剤としてＨ２Ｏを使用するが、層に含有される水分で磁気層にダメージが与えられ、磁気特性が劣化する。
本発明は、形成された膜のステップカバレッジを大きくすることが可能であり、かつ低温領域で成膜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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、２つの強磁性層及び前記強磁性層間に挟まれた中間層を含む多層磁性層を備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、プラズマを生成可能なプラズマ生成空間と該プラズマ生成空間とは別個に設けられ、処理基板を搭載可能な基板保持部が配置された成膜処理空間との間に少なくとも１つの貫通孔を有する隔壁が設けられ、かつ前記プラズマ生成空間と前記成膜処理空間とが前記少なくとも１つの貫通孔により連結されており、前記プラズマ生成空間で第一の原料ガスから生成された活性種を前記少なくとも１つの貫通孔を通して前記成膜処理空間に導入し，該成膜処理空間で前記活性種と第二の原料ガスとを反応させ、前記基板保持部に搭載された処理基板に形成された多層磁性層上に絶縁性の保護層を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、磁気抵抗効果素子の製造方法であって、所定の形状の加工された多層磁性層であって、該多層磁性層上に前記加工に用いられたレジスト層が形成された多層磁性層を用意する工程と、熱により前記レジスト層が変形しない温度で、前記加工によって露出した前記多層磁性層の面上、および前記多層磁性層の上に形成されたレジスト層上に保護層を形成する工程と、前記レジスト層が少なくとも除去されるように、前記レジスト層および前記保護層の一部を除去する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、活性種を使用したＣＶＤ法である為、十分なステップカバレッジを得ることが可能である。  
さらに、低温度領域での成膜が可能であるので、磁気特性の劣化を抑制でき、かつ、成膜中の温度上昇によるレジストの変形も抑制できるので、多層構造の磁気抵抗効果素子の製造において工程数の低減も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる製造装置の外観図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態にかかる磁気ヘッド用の磁気抵抗効果素子の製造工程の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる多層磁性層の構成例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるエッチング室の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる成膜室の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる隔壁の詳細な断面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる電子密度の測定結果を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるＭＯＳキャパシタのＩＶ特性の測定結果を示す図である（実施例、リーク電流）。
【図９】本発明の一実施形態にかかるＭＯＳキャパシタのＩＶ特性の測定結果を示す図である（実施例、絶縁破壊電圧）。
【図１０】本発明の一実施形態にかかるＭＯＳキャパシタのＩＶ特性の測定結果を示す図である（比較例、リーク電流）。
【図１１】本発明の一実施形態にかかるＭＯＳキャパシタのＩＶ特性の測定結果を示す図である（比較例、絶縁破壊電圧）。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる成膜速度の温度依存性を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態にかかる面内分布の温度依存性を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態にかかるカバレッジの温度依存性を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態にかかる保護膜を下地として磁性層を成膜した場合の保磁力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を説明する。  
図１に本実施形態にかかるクラスタ型の製造装置７００の外観図、図２（ａ）〜（ｇ）に本実施形態にかかる磁気ヘッド用の磁気抵抗効果素子の製造工程の一例を示す図、図３に本実施形態にかかる多層磁性層の構成例を示す。
【００１３】
図１の製造装置７００は、エッチング処理を行うためのエッチング室７０２と、ＣＶＤ成膜を行うための成膜室７０３と、装置７００内の各室に基板を搬送するための搬送ロボットが配置された搬送室７０４と、装置７００内に基板を搬入または搬出するための基板搭載室７０１と、を備える。搬送室７０４と、その周囲に配される各室７０１，７０２とは、ゲートバルブを介して気密に接続される。また、各室７０１〜７０４はターボ分子ポンプなどの排気装置を備え、独立に減圧可能になっており、真空条件下で基板を各室間で搬送、連続処理が可能になっている。
【００１４】
図１の装置７００には、図２（ｂ）に示すような被処理体を導入する。この被処理体は、下部シールド層８０１（例えば、パーマロイ（ＮｉＦｅ））上に、多層磁性層８１１、及びレジスト層８０９が順に積層されている。有機マスク材料としてのレジスト層８０９は、有機化合物からなり、所定パターンに形成されている。多層磁性層８１１は、２つの強磁性層および該強磁性層間に挟まれた中間層を含む。該多層磁性層８１１は、例えば、図３に示すように、バッファ層８０３（例えば下層からＴａ層／Ｒｕ層）、反強磁性層８０４（例えばＰｔＭｎ層）、磁化固着層８０５（例えば、ＣｏＦｅ層／Ｒｕ層／ＣｏＦｅ層の積層体）、絶縁層（バリア層）８０６（例えば、ＭｇＯ、ＡｌＯｘ）、磁化自由層であるフリー層８０７（例えば、ＣｏＦｅ層）、及び、キャップ層８０８（例えばＲｕ層）を備えている。また、キャップ層８０８は、非磁性の導電材料からなり、多層磁性層８１１を保護すると共に、後述する上部シールド層と多層磁性層８１１との間の磁気的な相互作用を防止ないしは軽減する役割を果たす。多層磁性層８１１は、スパッタ法により真空条件下（真空下）での連続的な成膜が可能である。
すなわち、本実施形態では、後述するＣＶＤによる保護層成膜の工程（図２（ａ）のステップＳ９０２）の前に、複数の磁性層を積層させた多層磁性層８１１、および該多層磁性層上に形成され、所定のパターンを有するレジスト層８０９を有する被処理体を用意する。
【００１５】
まず、上述の被処理体をエッチング室７０２に導入し、多層磁性層８１１をレジスト層８０９に基づいてパターン形状に加工する（図２（ａ）のステップＳ９０１）。すなわち、多層磁性層８１１上に上記加工に用いられたレジスト層８０９が残った状態の被処理体を用意する。  
ステップＳ９０１で多層磁性層８１１を所定パターンに加工後（図２（ｃ）の状態）、被処理体を成膜室７０３に移し、該パターン加工された多層磁性層８１１上に絶縁性の保護層８１４を成膜する（ステップＳ９０２）。保護層８１４は、多層磁性層８１１の側面を電気的に絶縁する役割を果たす。このとき、エッチング加工後の表面に残るレジスト層８０９′も残したまま、その上に保護層８１４を形成する（図２（ｄ）の状態）。すなわち、ステップＳ９０１による加工によって露出した多層磁性層８１１の面上、および上記残ったレジスト層上に保護層８１４を形成する。なお、ステップＳ９０２においては、レジスト層８０９が熱により変形しない温度（例えば、１５０℃未満の温度）で保護層８１４を成膜することが好ましい。この熱により変化しない温度は、用いるレジスト層によって変化することは言うまでも無い。
【００１６】
その後、保護層８１４上にハードバイアス層８１５（例えば、ＣｏＰｔ層）を成膜し（図２（ａ）ステップＳ９０３、図２（ｅ））、リフトオフによりレジスト層８０９が少なくとも除去されるように、上記残ったレジスト層８０９′、保護層８１４の一部、およびハードバイアス層８１５の一部を除去する（図２（ａ）ステップＳ９０４、図２（ｆ））。次いで、該レジスト層８０９が除去された領域上に上部シールド層（例えば、パーマロイ（ＮｉＦｅ））８１６を成膜する（図２（ａ）のステップＳ９０５、図２（ｇ））。すなわち、本実施形態では、パターン形状の加工の後において多層磁性層８１１上に残ったレジスト層８０９′を除去して、多層磁性層８１１の一部を露出させる。
【００１７】
次に、各処理について詳述する。  
図４は、本実施形態におけるエッチング処理を行うためのエッチング室７０２の一例を示す図である。本実施形態では、エッチングの一例として、例えば、Ａｒなどの不活性ガスのプラズマを用いたイオンビームエッチング（以下、ＩＢＥ）を行う。
【００１８】
図４のＩＢＥ装置は、誘電体容器６５、プラズマ生成室６８及び基板処理室７１が排気系６３によって真空排気可能に接続されている。誘電体容器６５には、プラズマ用高周波電源６２（例えば、１３．５６ＭＨｚ）からの電流の供給により誘電磁界を発生する１ターンのアンテナ６４、プラズマ制御用磁石６６が配される。このような構成において、ガス導入系７２より誘電体容器６５内にプラズマ生成室６８を介してＡｒガスなどを導入することでプラズマを生成可能である。また、プラズマ生成室６８には側壁用磁石６７が配されており、プラズマの拡散が防止されている。プラズマ生成室６８と基板処理室７１の間には、プラズマ７３により生成したイオン（Ａｒ+など）を加速する電界を形成する加速手段としてのグリッドＧ１、Ｇ２が設けられている。グリッドＧ１，Ｇ２に異なる大きさの電位を与えることにより、その電位差によってプラズマ生成室６８から基板処理室７１に向かってイオンを加速する。基板処理室７１には、基板６１を保持する基板ホルダ６９が配置される。この基板ホルダ６９は回転機構（符号７０により回転軸を示す）によって、基板載置面をイオンビーム７４に対して所定角度に傾けることが可能である。
【００１９】
図５は、本実施形態における保護層成膜処理を行うための成膜室７０３の一例を示す図である。  
図５において、成膜室７０３は、真空容器１、電極２、電極２に穿孔された孔２ａ、電力導入棒３、電力導入棒３の外周部を覆う絶縁物４、第一のガスを後述するプラズマ生成空間１０に導入する第一のガス導入手段としての第一ガス導入部５を備える。成膜室７０３は、さらに絶縁物７および８、後述する隔壁２０を地絡するための金属等からなる電気的導体９、電極２の上、孔２ａの中及び電極２の下に拡がる、プラズマを生成可能なプラズマ生成空間１０（第一の空間）を備える。該プラズマ生成空間１０は、真空容器１の内壁および隔壁２０によって区画されており、プラズマ生成空間１０内に、電力導入棒３が接続された電極２が設けられている。電力導入棒３は図示しない高周波電源に接続されており、放電用電力の投入によりプラズマ生成空間１０にプラズマが生成される。
【００２０】
また、符号２０は隔壁を示している。符号２１は貫通孔、符号２２は拡散孔、符号２３は内部空間、符号２４は第二のガスを内部空間２３に導入する第二のガス導入手段としての第二ガス導入部を表している。ここで、貫通孔２１は、プラズマが発生している領域であるプラズマ生成空間１０（第一の空間）と、図５では隔壁２０の下（隔壁２０のプラズマ生成空間１０と反対側）に位置する成膜処理空間１１（第二の空間）とを繋ぐ。また、図６に隔壁の詳細な断面図を示すが、拡散孔２２は、内部空間２３と成膜処理空間１１とを繋ぎ、第二ガス導入部２４から内部空間２３に導入された第二のガス４２は拡散孔２２を介して成膜処理空間１１に拡散される。
【００２１】
符号３０は被処理体（処理基板）Ｗを搭載可能な基板保持部としての基板ホルダ、符号３１はその内部に埋設されているヒータである。そして、基板ホルダ３０の上部には被処理体Ｗが搭載されている。符号１１は成膜処理空間、符号１２は排気ポート、符号１３は排気手段としてのターボ分子ポンプである。ヒータ３１は図示しない温度検出手段の出力に基づいてフィードバック制御可能になっており、基板ホルダを所望の温度に調整可能である。本実施形態では、真空容器１内を隔壁２０によって２つに区分された領域のうち、基板ホルダ３０が設けられた方の領域であり、真空容器１と隔壁２０とによって区画されている。
【００２２】
このような構成の装置において、ガス導入条件下でプラズマを生成させると、第一のガスのプラズマのうちイオンなどの荷電粒子は貫通孔２１の内壁などに再結合してしまうが、上記第一のガスのプラズマのうち活性種は再結合をすることなく成膜処理空間１１に導入され、第二のガスと反応する。なお、本実施形態では、プラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１との間を仕切るための隔壁２０が、第一のガスのプラズマのうち荷電粒子（例えばイオン）をなるべく通過させず、活性種を選択的に通過させるようなフィルタとして機能することが重要である。よって、隔壁２０に形成され貫通孔２１は、上記活性種を通過させるように構成されていれば、その大きさ、形状は問わない。また、貫通孔２１の形状は、ｕ・Ｌ／Ｄ＞１の条件を満たしていると、第二のガスが第一の空間に逆拡散するのを抑制できるので望ましい。なお、ｕは貫通孔２１でのガス流速、Ｌは貫通孔２１の長さ、Ｄは相互ガス拡散係数、すなわち第一及び第二のガスの相互ガス拡散係数を表す。
【００２３】
本実施形態では、第一の原料ガスとして、例えば、ＳｉＮＸ、ＳｉＯｘ又はＳｉＯＮ、あるいはそれらの混合物を形成する為に必要な、Ｏ又はＮ原子を含む物質、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２、ＮＨ３、Ｈ２、ＮＯ、ＮＯ２等のガスの少なくとも１つを含むガスを第一の空間に導入する。また、第二の原料ガスとして、モノシラン、ジシラン、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）などのケイ素化合物ガスの少なくとも１つを含むガスを第二の空間に導入する。
【００２４】
これにより、拡散孔２２を通って成膜処理空間１１に導入された第二の原料ガスと、第一の原料ガスの活性種とが化学反応を起こし、基板保持機構としての基板ホルダ３０上で目的の絶縁性の保護層８１４（ＳｉＮｘ（シリコン窒化膜），ＳｉＯｘ（シリコン酸化膜），ＳｉＯＮ（シリコン酸窒化膜）のいずれか一つ薄膜、あるいはこれらの膜の積層膜、またはこれらの混合膜）が形成される。なお、保護層８１４のうちＳｉＮｘは、多層磁性層８１１を酸化することなく成膜できるのでの好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態では、保護層８１４自体の材料に特徴があるわけではなく、その生成方法に特徴がある。従って、保護層８１４は、ＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ，ＳｉＯＮ薄膜に限らず、ＣＶＤにより形成可能な絶縁性のものであればいずれであっても良い。そのときは、第一のガスおよび第二のガスを、形成したい保護層に応じて適宜選択すれば良いことは言うまでも無い。
【００２６】
このように、本実施形態では、活性種を使用したＣＶＤ法で保護層１４を成膜する為、十分なステップカバレッジを得ることが可能である。また、下記の効果が得られる。  
（ａ）本方式を利用した保護層の形成方法では、被処理体としての基板に高密度なプラズマが照射されることがない、ないしは低減される為、基板への電荷によるダメージを無くす、ないしは低減することが可能である。  
（ｂ）本方式を利用した保護層の形成方法では、成膜速度は２−３ｎｍ／ｍｉｎとすることができ、２−１０ｎｍ程度の薄い薄膜でも高精度かつ十分な量産速度が確保できる成膜速度を実現することが出来る。  
（ｃ）保護層を形成する際に、複雑な化合物を使用する必要がない。  
（ｄ）基板（被処理体）へのプラズマからの入熱が抑制されるため、１５０℃未満、好ましくは１３０℃以下、さらに好ましくは１１０℃以下の低温度領域での成膜が可能である。従って、温度による磁気特性の劣化を防ぐ、ないしは低減することができる。  
（ｅ）低温（例えば、１５０℃未満の温度といった、熱によりレジスト層８０９が変形しない温度）での成膜が可能であるので、レジスト層８０９上に保護層を形成する場合でも、レジスト層８０９の変形を防止でき、保護層の均一成膜を実現できる。  
（ｆ）効果（ｅ）によって、マスクにレジスト層８０９のみを用いるプロセス、レジスト層８０９を除かずに保護層を成膜するプロセス、レジスト層８０９のリフトオフによりキャップ層８０８上の保護層８１４を除去するプロセス等が採用可能になり、多層構造の磁気抵抗効果素子の製造において工数低減、工程増による汚染の抑制が可能である。
上記効果（ｄ）〜（ｆ）をさらに説明する。  
上述のように、本実施形態では、プラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１との間に隔壁２０を設け、プラズマ生成空間１０にて生成された第一の原料ガスの活性種を選択的に成膜処理空間１１へと通過させるように隔壁２０を構成している。このようにプラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１との境界部に設けられた隔壁２０により、上記第一の原料ガスの荷電粒子（イオン）をブロックすると共に、プラズマ生成空間１０内に生成されたプラズマ起因の熱の成膜処理空間１１への移動をブロックすることができる。従って、被処理体Ｗを低温（例えば、１５０℃未満の温度といった、熱によりレジスト層８０９が変形せず、かつ多層磁性層８１１の磁気特性の劣化を低減できる温度）にしても保護層８１４を形成することができる。
【００２７】
このように低温領域により、磁性層上に保護層を形成できることは非常に有効である。すなわち、低温領域において保護層を形成できるので、多層磁性層８１１の磁気特性の劣化を低減できると共に、多層磁性層８１１上に保護層８１４を成膜する過程において多層磁性層８１１のパターン加工のために用いたレジスト層８０９′上に保護層８１４を形成することができる。
【００２８】
本実施形態では、レジスト層８０９′が多層磁性層８１１上に残った状態、すなわち、多層磁性層８１１上に形成されたレジスト層８０９′上に保護層８１４を形成できることは非常に重要である。例えば、図５に示す成膜室７０３において隔壁２０が存在しない場合（比較例）、第一の原料ガスのプラズマ生成によって、該プラズマの熱が被処理体Ｗに作用することになり、保護層の形成が高温領域で行われることになる。このとき、図２（ｄ）に示すように、レジスト層８０９′を残したまま保護層８１４を形成すると、該レジスト層が高温により変形してしまい、その上に形成される保護層も歪んでしまう。よって、比較例では、図２（ｃ）の時点でレジスト層８０９′を除去する必要がある。
【００２９】
このように、比較例のように多層磁性層８１１のエッチング加工と保護層８１４形成との間にレジスト層８０９′の除去工程を行うと、該除去工程分だけ工程数が増加し、さらには、レジスト層８０９′の除去の際に、ステップＳ９０１のエッチングによって露出した多層磁性層８１１の側面にダメージを与えてしまう恐れもある。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、プラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１との間に設けた隔壁２０によって、プラズマ生成空間１０から成膜処理空間１１へのプラズマ起因の熱の移動を抑制できるので、上述のように、保護層８１４の成膜を低温領域にて行うことができる。従って、多層磁性層８１１上にレジスト層８０９′が残った状態で保護層８１４の成膜を行っても、レジスト層８０９′の変形を抑制することができる。
【００３１】
このように、本実施形態では、ステップＳ９０２において、多層磁性層８１１上にレジスト層８０９′が形成された状態で被処理体Ｗ上に保護層８１４を成膜しても、該保護層８１４を均一に形成することができる。よって、ステップＳ９０４のリフトオフにより、余分な保護層と共に上記残ったレジスト層８０９′を同時に除去することができ、工程数の低減を実現することができる。さらに、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、残ったレジスト層８０９′を除去する際には、ステップＳ９０１のエッチングによって露出した多層磁性層８１１の側面には保護層８１４が形成されているので、エッチング後の多層磁性層８１１の側面がレジスト層８０９′の除去処理によりダメージを受ける恐れは無い。
【００３２】
すなわち、本実施形態では、多層磁性層８１１上に該多層磁性層８１１のパターン形成のために用いたレジスト層８０９′を残したまま、該レジスト層８０９′上をも含めて保護層８１４を形成しているので、余計な保護層１４の除去と残ったレジスト層８０９′とを一括して行うことができ、かつ上記露出した多層磁性層８１１の側面へのダメージを抑制してレジスト層８０９′を除去することができる。
【００３３】
このような効果を奏することができる、レジスト層８０９′が多層磁性層８１１上に残った状態で保護層８１４を形成するという本発明に特徴的な方法を、保護層８１４を良好に形成しつつも実現するために、本実施形態では次のような構造を採用している。すなわち、第一の原料ガスのプラズマを生成するためのプラズマ生成空間１０と実際に成膜を行うための成膜処理空間１１とを別個に設け、プラズマ生成空間１０から成膜処理空間１１への上記プラズマにより生成された荷電粒子の移動および該プラズマ起因の熱の移動を低減し、かつ第一の原料ガスの活性種を選択的に通過させる構造を上記２つの空間の境界部に設けている。このように活性種を選択的に通過させる構造としては、例えば、プラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１とを連結するように構成された貫通孔２１が挙げられる。
【００３４】
なお、本実施形態では、単一の真空容器１内を隔壁２０により２つの空間に分けて、一方をプラズマ生成空間１０とし、他方を成膜処理空間１１としているが、本実施形態で重要なことは、プラズマ生成空間１０と成膜処理空間１１とをそれぞれ設け、これら２つの空間を連結する領域に隔壁２０のように機能する構造を設けることである。すなわち、保護層８１４のＣＶＤ成膜に必要な活性種を生成するためにプラズマを生成するための第一の空間（プラズマ生成空間１０）とは別個の第二の空間（成膜処理空間１１）にて実際の成膜を行うように第一の空間および第二の空間を構成し、第一の空間から第二の空間へ移動する上記プラズマにより生成された荷電粒子および熱の移動を低減し、かつ第一の空間から第二の空間への活性種の移動は許可するように第一の空間および第二の空間を連結することが重要である。従って、このような構成が実現できれば、図５に示す構成に限定されない。例えば、第一の原料ガスが導入され、かつプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成容器（プラズマ生成空間）と、第二の原料ガスが導入され、かつ被処理体Ｗ上に保護層８１４を成膜するように構成された成膜処理容器（成膜処理空間）とを別個に用意し、これら２つの容器の間に該２つの容器（すなわち、プラズマ生成空間および成膜処理空間）とを連結する貫通孔を少なくとも１つ有する隔壁２０を設けるようにしても良い。
【００３５】
以上、実施形態について説明したが、本発明の適用はこれに限られるものではない。例えば、上述の保護層８１４成膜プロセスは、レジスト層８０９の代わりにＴａなどのハードマスク層を用いる場合にも適用可能である。この場合、磁気抵抗効果素子の磁気特性が２００℃以上において著しく劣化する為（積層磁性膜の界面において熱拡散が始まる）、２００℃未満で処理を行うことが好ましい。但し、ハードマスク層を用いる場合にも、ハードマスクをパターン形状とするためにレジスト層を形成する必要はある。このため、レジスト層８０９のみで多層磁性層８１１をエッチングするプロセスフローは、工程を少なくできる利点がある。
【００３６】
また、ＩＢＥでなく、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でもよく、エッチングガスの例としてはアルコールガス、炭化水素と不活性ガスの混合ガスなどを用いることができる。同様に、磁気ヘッド用のＴＭＲ素子に限らず、ＭＲＡＭ用のＴＭＲ素子の製造工程や、バリア層８０６の代わりに導電性非磁性層（Ｃｕ層など）を形成したＧＭＲ素子の製造工程でも、絶縁性の保護膜の形成に上述したＣＶＤ成膜を適用してもよい。
【００３７】
また、図５の装置において隔壁２０は内部空間を有するものに限られず、貫通孔のみを形成した薄いメッシュ状のものであってもよい。  
なお、本実施形態ではエッチング工程と保護層８１４の成膜工程を搬送チャンバ真空一貫で可能にしているが、夫々の工程を別々の装置でやってもよい。但し、エッチング加工（加工処理）を実行した磁性膜加工表面は容易に酸化しやすいため、加工後に大気に晒すと大気中の水分が加工表面に付着し酸化を促進する。その後に絶縁性保護膜を成膜した場合磁性膜表面に閉じ込められた酸化層や水分によりさらに磁性膜が酸化され、磁気抵抗効果素子の磁気特性が経時変化する。従って、真空一貫のプロセスにすることで、基板を清浄に保ったまま処理できるので、特性の劣化、ばらつき等を招くことなく、磁気抵抗効果素子を製造可能である。
【００３８】
［実施例１］  
実施例として、本発明が電子密度の要件を満たしていることを確認する為に、図５に示す装置を用いて成膜処理空間１１の電子密度測定試験を行った。成膜処理空間１１の電子密度をＬａｎｇｍｕｉｒプローブを用いて本発明の一実施形態に対して、処理基板直上１１ｍｍの所での飽和イオン電流密度を測定した。
プラズマ生成空間１０に導入するプロセスガスはＮＨ３  ５００ｓｃｃｍ又はＯ２  ５００ｓｃｃｍとキャリアガスとしてアルゴン５０ｓｃｃｍとを使用した。プラズマ生成空間１０に配備される高周波電極へはパワー７００Ｗを投入した。プロセス圧力は２０Ｐａで調査した。
この結果、図７に示すように、成膜処理空間に流入する電子密度は１×１０＋７ｃｍ−３以下に保たれており、従来の隔壁２０のない容量結合性プラズマを使用したプロセス（比較例）と比較すると、電子密度は２−４桁以上低いことが示された。
【００３９】
［実施例２］  
次に、実施例２として、ダメージの低減効果を確認する試験を行った。  
実施例２では、実施例１と同様の装置及びプロセス条件で、ＭＯＳキャパシタに対する処理を行った。  
比較例として、隔壁２０が存在しない容量結合タイプの装置について同様のテストを実施した。プロセス条件は酸素５００ｓｃｃｍ、圧力は１８０Ｐａ、投入パワーは１０００Ｗとして試験を行った。  
測定は８”ウエハ面内５６ポイント、アンテナ比（上部電極とゲート酸化膜の面積比）は７０万倍で測定した。
図８〜図１１は、ＭＯＳキャパシタのＩＶ特性の測定により、ダメージを評価した結果図である。図８（実施例２）及び図１０（比較例）中の数値は、各ポイントの（ｐＡ）を示しており、ダメージがある場合、ＭＯＳキャパシタのリーク電流値の絶対値が大きくなる。また、図９（実施例２）及び図１１（比較例）中の数値は、絶縁破壊電圧（Ｖ）を示しており、絶縁破壊電圧の絶対値が小さくなる。
比較例では、リーク電流の絶対値がウエハ面内の中で１Ｅ＋６ｐＡと局所的に高い領域があり、また絶縁破壊電圧も局所的に小さい領域が測定された（図１０、図１１参照）。このことから、プラズマ中の電子密度が大きいために、わずかなプラズマの不均一によって基板面内で電位の片寄りが誘発されることが確認された。一方、実施例２では、リーク電流はウエハ面内均一に４０ｐＡ以下で、絶縁破壊電圧も面内均一でダメージがないことが確認された（図８、図９参照）。
【００４０】
［実施例３］  
実施例３では、図５の装置を用いてＳｉＮを成膜し、各種の効果を確認した。
成膜条件は、次の通りとした。高周波電力７００Ｗを投入し、プラズマ生成空間１０にＮＨ３  ５０ｓｃｃｍ、成膜処理空間１１にＳｉＨ４とＡｒの混合ガスを合わせて６５ｓｃｃｍ導入した。また、ヒータ３１により各温度条件に基板温度を調整して成膜を行った。
図１２に、成膜速度の温度依存性を示す。  
従来法であるＡＬＤでは、１サイクル０．１−０．１５ｎｍの膜が形成され、１サイクルの時間を１０秒とすると１分間に０．６〜０．９ｎｍ程度しか成膜できないが、本発明では、成膜温度が１１０℃の時２．７５ｎｍ／ｍｉｎであるので、５ｎｍ以上の保護膜形成に対して、十分な成膜速度を得ることが可能である。
【００４１】
図１３に、面内分布の温度依存性を示す。  
２００ｍｍ基板上の面内分布を確認した。基板表面の前面に成膜して端部より３ｍｍから内側の４９ポイントで測定を実施した。成膜分布は処理基板の温度が１１０℃の低温でも３σで３％以下の均一性が得られた。
図１４に、カバレッジの温度依存性を示す。  
カバレッジは処理基板の温度が１１０℃の低温でも約８０％程度得られた。
【００４２】
図１５に、保護膜を下地として磁性層を成膜した場合の保磁力を示す。  
保護膜上にｓｅｅｄ層と磁性層を形成した場合について、ｓｅｅｄ層の膜厚を変化させたときの保磁力を確認した。図１５において、符号１５１は、本発明の一実施形態に係る方法で成膜したＳｉＮ上に形成された磁性層の保持力とｓｅｅｄ層の厚さとの関係を示すグラフである。符号１５２は、従来法で成膜したＡｌ２Ｏ３上に形成された磁性層の保持力とｓｅｅｄ層の厚さとの関係を示すグラフである。従来法で成膜したＡｌ２Ｏ３と比較すると、本発明で成膜したＳｉＮ上に形成した磁性層の方が高い保磁力が得られた。  
絶縁破壊特性に関しては、５０Ａから１０００Ａの幅広い膜厚において、従来法で成膜したＡｌ２Ｏ３では５ＭＶ／ｃｍ２であり、本発明で成膜したＳｉＮでは９−１０ＭＶ／ｃｍ２と十分な絶縁破壊特性を示した。  
低温成膜及び高温成膜での比較をする為に、１５０℃及び１１０℃で有機レジストマスクを用いて形状比較を行ったところ、１５０℃では有機マスクの変形の為パターン形状に歪みが生じたが１１０℃では特に変形は見られなかった。
【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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