(57)【要約】【課題】本発明は、反応生成物のエッチングパターン側壁への堆積を抑制するプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】本発明は、第一の磁性膜と、前記第一の磁性膜の上方に配置された第二の磁性膜と、前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜の間に配置された金属酸化膜と、前記第二の磁性膜の上方に配置され上部電極となる第二の金属膜と、前記第一の磁性膜の下方に配置され下部電極となる第一の金属膜とを有する試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、一酸化炭素ガスを用いて前記第一の磁性膜と前記金属酸化膜と前記第二の磁性膜をエッチングする第一の工程と、前記第一の工程後、前記試料を水素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてエッチングする第二の工程とを有し、前記第一の金属膜は、タンタルを含有する膜であることを特徴とする。【選択図】図６
2015018885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁性膜と、前記第一の磁性膜の上方に配置された第二の磁性膜と、前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜の間に配置された金属酸化膜と、前記第二の磁性膜の上方に配置され上部電極となる第二の金属膜と、前記第一の磁性膜の下方に配置され下部電極となる第一の金属膜とを有する試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
一酸化炭素ガスを用いて前記第一の磁性膜と前記金属酸化膜と前記第二の磁性膜をエッチングする第一の工程と、
前記第一の工程後、前記試料を水素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてエッチングする第二の工程とを有し、
前記第一の金属膜は、タンタルを含有する膜であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程は、第一のエッチング工程と前記第一のエッチング工程後に行われる第二のエッチング工程を有し、
前記第二のエッチング工程のバイアスＲＦ電力は、前記第一のエッチング工程のバイアスＲＦ電力より小さいことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程前に四フッ化メタンガスとアルゴンガスの混合ガスを用いて前記第二の金属膜をエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程は、さらにアンモニアガスを用い、
前記第二の金属膜は、タンタルを含有する膜であり、
前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程と前記第二の工程は同一の処理室で行われることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程から前記第二の工程への移行は、プラズマを継続した状態で行われることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項７】
第一の磁性膜と、前記第一の磁性膜の上方に配置された第二の磁性膜と、前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜の間に配置された金属酸化膜と、前記第二の磁性膜の上方に配置され上部電極となる第二の金属膜と、前記第一の磁性膜の下方に配置され下部電極となる第一の金属膜とを有する試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
一酸化炭素ガスを用いて前記第一の磁性膜と前記金属酸化膜と前記第二の磁性膜をエッチングするエッチング工程を有し、
前記第一の金属膜は、タンタルを含有する膜であり、
前記エッチング工程は、第一の工程と前記第一の工程後に行われる第二の工程を有し、
前記第二の工程のバイアスＲＦ電力は、前記第一の工程のバイアスＲＦ電力より小さいことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗メモリ等に用いられる磁性膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報量の増加に伴い、電子機器は低消費電力化が求められている。電子機器に用いられる半導体メモリについても、高速動作であるとともに電源を供給しなくても情報を保持し続ける不揮発性メモリであることが要求されている。これらの要求から、低消費電力かつ高速に動作する不揮発性メモリとして磁気抵抗メモリ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ、以下、ＭＲＡＭと称する）の適応が期待されている。
【０００３】
ＭＲＡＭの製造においてはリソグラフィーにより生成したマスクを用い、基板上に形成された鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の強磁性体金属の内、少なくとも１つを含む磁性膜をドライエッチングにより微細加工する技術が必要である。磁性膜をドライエッチングで微細加工する技術は、磁性材料を使った磁気ヘッドの加工でも需要が高まっている。
【０００４】
磁性膜のドライエッチングの方法としては、イオンビームエッチングを用いる方法とプラズマエッチングを用いる方法がある。特にプラズマエッチングは、半導体デバイスの製造で広く用いられており、大口径基板を均一に加工できることから量産性に優れている。しかし、従来、用いられてきたフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）等のハロゲン系のガスを使用したプラズマエッチングにより磁性膜に微細加工を施した場合、磁性膜のハロゲン化合物の蒸気圧が低いため、微細加工が困難である。また、磁性膜に堆積したハロゲン化合物が大気中の水分に触れると腐食が発生するため、別途防食処理を行う必要がある。
【０００５】
上記の問題点を解決する方法として、特許文献１にはプラズマ中の一酸化炭素の解離を抑制しつつ磁性体材料の加工を行うドライエッチング方法が開示されている。この方法は、蒸気圧の高い金属カルボニルが生成されることを利用したものであり、腐食等も発生しないことから磁性膜の加工に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５６１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、酸素原子（Ｏ）を含有成分とする一酸化炭素（ＣＯ）ガスを用いたエッチングでは、図９のようにエッチング後にエッチングパターン側壁及び平坦部への反応生成物の堆積が増加する。この反応生成物は主に被エッチング膜に用いられた金属からなる。この反応生成物がエッチングパターン側壁に堆積することによって、磁化自由層と磁化固定層が電気的にショートする可能性がある。
【０００８】
ＭＲＡＭは、トンネルバリア層を介し磁化自由層と磁化固定層の間に流れる電流を検知することでデータを読み出すという原理のため、磁化自由層と磁化固定層が電気的にショートして磁化の方向に関わらず電流が流れてしまうとデータを読み出すことができない。よって、反応生成物がエッチングパターン側壁に堆積して磁化自由層と磁化固定層が電気的にショートすることを防ぐことが必要である。
【０００９】
また、エッチングガスの含有成分に炭素原子（Ｃ）や酸素原子（Ｏ）が含まれてなくとも、真空容器中でプラズマに晒される部品に酸素原子（Ｏ）が含有されている場合、プラズマ中に酸素原子（Ｏ）が混入する。そのため、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを用いたエッチングと同様にエッチングパターン側壁に金属酸化物を主成分とした反応生成物が生じる。
【００１０】
このため、本発明は、反応生成物のエッチングパターン側壁への堆積を抑制することができるプラズマエッチング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第一の磁性膜と、前記第一の磁性膜の上方に配置された第二の磁性膜と、前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜の間に配置された金属酸化膜と、前記第二の磁性膜の上方に配置され上部電極となる第二の金属膜と、前記第一の磁性膜の下方に配置され下部電極となる第一の金属膜とを有する試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、一酸化炭素ガスを用いて前記第一の磁性膜と前記金属酸化膜と前記第二の磁性膜をエッチングする第一の工程と、前記第一の工程後、前記試料を水素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてエッチングする第二の工程とを有し、前記第一の金属膜は、タンタルを含有する膜であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、第一の磁性膜と、前記第一の磁性膜の上方に配置された第二の磁性膜と、前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜の間に配置された金属酸化膜と、前記第二の磁性膜の上方に配置され上部電極となる第二の金属膜と、前記第一の磁性膜の下方に配置され下部電極となる第一の金属膜とを有する試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、一酸化炭素ガスを用いて前記第一の磁性膜と前記金属酸化膜と前記第二の磁性膜をエッチングするエッチング工程を有し、前記第一の金属膜は、タンタルを含有する膜であり、前記エッチング工程は、第一の工程と前記第一の工程後に行われる第二の工程を有し、前記第二の工程のバイアスＲＦ電力は、前記第一の工程のバイアスＲＦ電力より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、反応生成物のエッチングパターン側壁への堆積を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図２】本発明に係る試料４の断面構造図である。
【図３】第二の金属膜１７のエッチング結果を示す図である。
【図４】表２のステップ１後のエッチング結果を示す図である。
【図５】表２のステップ２後のエッチング結果を示す図である。
【図６】表２のステップ３後のエッチング結果を示す図である。
【図７】水素ガスとアルゴンガスの混合ガスに対する水素ガスのガス流量比における第二の反応生成物２７の膜厚依存性を示す図である。
【図８】バイアスＲＦ電力の第二の反応生成物２７の膜厚に対する依存性を示す図である。
【図９】従来技術によるエッチング結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る実施例を図１ないし８を参照しながら以下、説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマエッチング装置の構成の概略を説明する図である。本実施例のプラズマエッチング装置は、処理室を形成する真空容器２と、真空容器２の上部を閉塞する絶縁材料（例えば、石英、セラミックスなどの非導電性材料）製のベルジャ３と、真空容器２の内部に配置され試料４を載置する試料台５とを備え、処理室内に生成したプラズマ６により試料４をプラズマエッチングする。
【００１７】
また、試料台５は、試料台５を含む試料保持部７上に形成される。真空容器２の内部に設置されたカバー８は、試料４をエッチングすることで生成された反応生成物を真空容器２内の壁面に付着させ、反応生成物を真空容器２内に飛散させない目的で表面に凹凸加工を施している。また、ベルジャ３の外部にはコイル状の第一のアンテナ１ａおよび第二のアンテナ１ｂを配置する。尚、第一のアンテナ１ａは、第二のアンテナ１ｂの上方に配置されている。さらに、ベルジャ３の外側には、プラズマ６と静電容量的に結合する円盤状のファラデーシールド９を設置している。
【００１８】
アンテナ１ａ、１ｂおよびファラデーシールド９は整合器１０を介して第一の高周波電源１１に接続する。真空容器２にはガス供給源１２から処理ガスを供給する。また、真空容器２内のガスは排気装置１３によって所定の圧力に減圧排気される。試料台５には第二の高周波電源１４を接続する。これによりプラズマ６中のイオンを試料４上に引き込むことができる。
【００１９】
次に本実施で使用する試料４の断面構造を図２に示す。試料４は、シリコンからなるシリコン基板(図示せず)を有し、シリコン基板上に下から順次、シリコン酸化膜２５（ＳｉＯ2）と、タンタル膜（Ｔａ）からなる下部電極である第一の金属膜２４と、反強磁性交換バイアス層２３と、強磁性層２２と、ルテニウム（Ｒｕ）膜からなる非磁性層２１と、磁化固定層である第一の磁性膜２０と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜からなるトンネルバリア層である金属酸化膜１９と、磁化自由層である第二の磁性膜１８と、タンタル（Ｔａ）膜からなる上部電極である第二の金属膜１７と、予め所定の寸法にパターンにングされたハードマスク１６とが積層されている。
【００２０】
尚、ハードマスク１６は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、酸化膜（ＳｉＯ2）等からなる。また、反強磁性交換バイアス層２３と、強磁性層２２と、ルテニウム（Ｒｕ）膜からなる非磁性層２１と、磁化固定層である第一の磁性膜２０と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜からなるトンネルバリア層である金属酸化膜１９と、磁化自由層である第二の磁性膜１８までの積層膜は、磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ、以下、ＭＴＪと称する）を構成する積層膜であり、以下、ＭＴＪ素子構成膜１５と称する。
【００２１】
反強磁性交換バイアス層２３は、反強磁性材料であるプラチナ（Ｐｔ）、マンガン（Ｍｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）を含む合金及び積層膜から形成される。また、強磁性層２２、第一の磁性膜２０、第二の磁性膜１８は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも２種類を含む合金膜から形成される。
【００２２】
最初に、第二の金属膜１７のエッチング方法について説明する。所定の寸法にパターニングされたハードマスク１６をマスクとして表１に示すように四フッ化メタン（ＣＦ4）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用いて第二の金属膜１７をエッチングする。ここで、ソースＲＦ電力とは、第一の高周波電源１１からアンテナ１ａ、１ｂに供給される高周波電力のことであり、バイアスＲＦ電力とは、第二の高周波電源１４から試料台５に供給される高周波電力のことである。
【００２３】
【表１】
2015018885.tif 000003
【００２４】
第二の金属膜１７を塩素（Ｃｌ2）ガスと四フッ化メタン（ＣＦ4）ガスの混合ガスを用いてエッチングすると、試料４表面に残留塩素成分が付着し、大気中の水分（Ｈ2Ｏ）と反応して腐食が発生する問題があり、別途防食処理の必要性が生じる。また、ＭＴＪ素子構成膜１５をアンモニア（ＮＨ3）ガスを含む混合ガスでエッチングを行うが、残留した塩素分子（Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）ガスの水素原子（Ｈ）が反応して塩化水素（ＨＣｌ）が形成され、真空容器２及びガス供給源１２の周辺部品で腐食が発生する問題が生じる。このため、第二の金属膜１７とＭＴＪ素子構成膜１５を同一の真空容器２で処理すくことができなかった。
【００２５】
一方、本発明のプラズマエッチングでは、四フッ化メタン（ＣＦ4）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用いることで第二の金属膜１７とＭＴＪ素子構成膜１５を同一の真空容器２でエッチングを行っても腐食が発生することなく、図３に示すように垂直形状を得ることができた。また、第二の金属膜１７のエッチング後のハードマスク１６の残膜厚は、その後に実施するＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング形状に影響を与えるため、ＭＴＪ素子構成膜１５のエッチングを考慮して最適化しなければならない。
【００２６】
本実施例では、ハードマスク１６の残膜の厚さが初期のハードマスクの膜厚に対して７０％程度でＭＴＪ素子構成膜１５のエッチングを実施した場合、ＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング中に発生する反応生成物が飛散せずにエッチングパターン側壁に付着して所望のエッチング形状を得ることが出来なかった。逆にハードマスク１６の残膜の厚さが１０％程度でＭＴＪ素子構成膜１５のエッチングを行った場合、ＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング中に第二の金属膜１７が消失する可能性がある。
【００２７】
このため、本実施例では、ＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング後に所望のエッチング形状を得るためには、ハードマスク１６の残膜の厚さを初期のハードマスクの膜厚に対して３０％から４０％となるように制御する必要がある。このようなことから表１のエッチング条件は、第二の金属膜１７のエッチング形状がその後のＭＴＪ素子構成膜１５のエッチングに対して最適な形状になるように、ガス比の調整、バイアスＲＦ電力の調整、処理時間の調整を行ったものである。
【００２８】
次にＭＴＪ素子構成膜１５のエッチングについて説明する。最初に表２のステップ１に示すように８５ｍｌ/ｍｉｎのアンモニア（ＮＨ3）ガスと１５ｍｌ/ｍｉｎの一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦ電力を２４００Ｗ、バイアスＲＦ電力を１０００Ｗ、処理時間を１２０秒とするエッチング条件にて第二の金属膜１７をマスクとして第二の磁性膜１８と金属酸化膜１９と第一の磁性膜２０と非磁性層２１と強磁性層２２と反強磁性交換バイアス層２３をエッチングした。なお、ＭＴＪ素子構成膜１５は多層膜であるが、第二の磁性膜１８、金属酸化膜１９、第一の磁性膜２０、非磁性層２１、強磁性層２２、反強磁性交換バイアス層２３のそれぞれの層が薄いため、一括してエッチングした。
【００２９】
【表２】
2015018885.tif 000004
【００３０】
表２のステップ１のプラズマエッチング中、試料４表面ではアンモニア（ＮＨ3）ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスによるスパッタリングと、一酸化炭素分子（ＣＯ）による金属カルボニルの生成が同時に起きている。表２のステップ１処理後のエッチング形状の断面を図４に示す。この時点で図４に示すように第二の金属膜１７およびＭＴＪ素子構成膜１５の側壁には第一の反応生成物２６が付着している。
【００３１】
表２のステップ１のプラズマエッチングは、一酸化炭素分子（ＣＯ）による金属カルボニル生成よりもアンモニア（ＮＨ3）ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスによるスパッタリングの寄与が大きいため、この第一の反応生成物２６は、ＭＴＪ素子構成膜１５に含まれる金属が金属カルボニルとなることができずにエッチングパターン側壁に堆積したものと考えられる。
【００３２】
次に、表２のステップ２で上記のステップ１でのエッチング残りの除去と第一の反応生成物の除去を行う。表２のステップ２は、ステップ１に対してバイアスＲＦ電力を１０００Ｗから４５０Ｗに低下させ、処理時間を１２０秒から１８０秒に増やした。バイアスＲＦ電力を低下させたことによりアンモニア（ＮＨ3）ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスのスパッタリングを低減させることができ、一酸化炭素分子（ＣＯ）による金属カルボニル生成を促進させている。
【００３３】
このようにスパッタリングを低減して一酸化炭素分子（ＣＯ）による金属カルボニル生成を促進させることで、第二の金属膜１７およびタンタル（Ｔａ）膜である第一の金属膜２４との選択比が向上し、第二の金属膜１７および第一の金属膜２４の消耗を抑えながら第一の反応生成物２６を除去することができた。表２のステップ２終了後のエッチング形状の断面を図５に示す。図５に示すように第一の反応生成物２６を除去できたが、第一の反応生成物２６とは異なる第二の反応生成物２７がエッチングパターン側壁及び平坦部に堆積した。
【００３４】
この第二の反応生成物は、ステップ２のエッチング条件で除去できなかったため、金属カルボニルを生成できる金属が含まれていないと考えられる。また、ＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング後に露出した、タンタル（Ｔａ）膜である第一の金属膜２４は、金属カルボニルを形成できないため、一酸化炭素（ＣＯ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスの混合ガスとの反応においては不揮発性である。
【００３５】
さらにスパッタ効果によりタンタル（Ｔａ）が飛散した場合、飛散したタンタル（Ｔａ）は、プラズマ中の酸素原子（Ｏ）と反応してタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）を形成し、エッチングパターン側壁に堆積する。これらのことから第二の反応生成物２７は概ねタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）からなるものと考えられる。
【００３６】
また、タンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）は絶縁体であるが、しかし、本実施例のようにスパッタにより真空容器２内の雰囲気中に放出されたタンタル（Ｔａ）が酸化され、タンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）を形成してエッチングパターン側壁へ堆積する場合、形成されたタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）の薄膜は構造欠陥を多くもつ。このため、形成されたタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）薄膜が十分な絶縁性を有するとは限らない。よって、第二の反応生成物２７がエッチングパターン、特にＭＴＪ素子構成膜１５の側壁に堆積した場合、第二の磁性膜１８と第一の磁性膜２０の間で電気的なショートが発生する可能性がある。
【００３７】
このようなことから、第二の反応生成物２７を除去するために表２のステップ３に示すように水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを用いたプラズマエッチングを実施した。尚、表２のステップ２とステップ３の間のプラズマは中断することなく、継続してステップ２からステップ３に移行した。図６に示すようにステップ３の処理を行うことにより、第二の反応生成物２７を除去することができた。これは以下のように考えられる。
【００３８】
水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスによるプラズマ中に含まれる水素原子（Ｈ）により、第二の反応生成物２７の主成分であるタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）が還元され、タンタル（Ｔａ）と水分子（Ｈ2Ｏ）が生成されて水分子（Ｈ2Ｏ）は排気される。一方、水素原子（Ｈ）のタンタル酸化物（ＴａｘＯｙ）に対する還元反応により生成されたタンタル（Ｔａ）は、プラズマ中のアルゴン原子（Ａｒ）によりスパッタリングされ、真空容器２内に飛散しながら排気される。このため、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスによるエッチングで第二の反応生成物２７を除去することができたと考える。
【００３９】
尚、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスに対する水素（Ｈ2）ガスのガス流量比およびバイアスＲＦ電力は以下の理由により決定した。図７は、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスに対する水素（Ｈ2）ガスのガス流量比における第二の反応生成物２７の膜厚依存性を示す図であるが、この図７からわかるように、水素（Ｈ2）ガスの流量が７０ｍｌ／ｍｉｎ、アルゴン（Ａｒ）ガスの流量が３０ｍｌ／ｍｉｎの場合に第二の反応生成物２７の膜厚が０ｎｍとなった。
【００４０】
このため、表２のステップ３の水素（Ｈ2）ガスの流量とアルゴン（Ａｒ）ガスの流量をそれぞれ、７０ｍｌ／ｍｉｎ、３０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの流量比が１：１の場合（ガス流量はそれぞれ５０ｍｌ/ｍｉｎ）、バイアスＲＦ電力及びエッチング時間の調整により本実施例と同様の効果が得られる可能性がある。
【００４１】
次に図８は、バイアスＲＦ電力の第二の反応生成物２７の膜厚に対する依存性を示す図であるが、堆積した第二の反応生成物２７の膜厚はバイアスＲＦ電力の増加とともに減少し、バイアスＲＦ電力１３５０Ｗにおいて第二の反応生成物２７は堆積していなかった。このため、表２のステップ３のバイアスＲＦ電力を１３５０Ｗとした。
【００４２】
また、本発明では、表２のステップ２からステップ３への移行中、プラズマを継続している。プラズマを継続させながらガスの種類を変える場合、ステップ間でのプラズマ不安定やプラズマの消失が懸念される。本実施例では発生していないが、これらの懸念点に対しては、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスのエッチング前に、ガス置換ステップを例えば３秒程度挿入することで対策が可能である。
【００４３】
例えば、アンモニア（ＮＨ3）ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスでエッチングした後、ガス置換ステップとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスによるプラズマエッチングのステップを３秒挿入し、その後、水素（Ｈ2）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスによるプラズマエッチングを実施する。この時、エッチング後のエッチングパターン形状に対し、ガス置換ステップの影響を小さくするため、ガス置換ステップにおけるバイアスＲＦ電力は小さくすること（例えば５０Ｗ）が望ましい。
【００４４】
また、ステップ３の処理を行わなかった場合、第二の金属膜１７上に堆積した第二の反応生成物の膜厚は５ｎｍ、ＭＴＪ素子構成膜１５の側壁に堆積した第二の反応生成物の有無は有り、第一の金属膜２４上に堆積した第二の反応生成物の膜厚は６．６ｎｍであったが、ステップ３の処理を行った場合、第二の金属膜１７上に堆積した第二の反応生成物の膜厚は１．５ｎｍ、ＭＴＪ素子構成膜１５の側壁に堆積した第二の反応生成物の有無は無し、第一の金属膜２４上に堆積した第二の反応生成物の膜厚は０ｎｍであった。
【００４５】
このようにエッチング後のエッチングパターン形状について、本発明では表２のステップ３をエッチングすることにより反応生成物の量が低減されている。特にＭＴＪ素子構成膜１５の側壁への第二の反応生成物２７の堆積が無いため、第二の磁性膜１８と第一の磁性膜２０の電気的なショートが防止され、良好な磁気抵抗効果を得ることができる。但し、第二の反応生成物２７により電気的なショートが発生しない場合またはエッチング以外の製造工程により第二の反応生成物２７を除去できる場合は、本発明として表２のステップ３は必ずしも必須ではない。
【００４６】
以上、本発明を用いることによりアンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスを用いたエッチング後においても、エッチングパターン側壁及び平坦部への、金属酸化物を主成分とする反応生成物の堆積を低減することができる。
【００４７】
また、本実施例の表２のステップ１とステップ２では、アンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガスの混合ガスを用いた例であったが、本発明は、金属カルボニルを生成できるガスであればよいため、一酸化炭素（ＣＯ）ガスを含む混合ガスでも良い。また、本実施例の表２のステップ３では、水素(Ｈ2)ガスとアルゴン(Ａｒ)ガスの混合ガスを用いた例で説明したが、本発明は、アルゴンガスの代わりに、ヘリウムガス、窒素ガス、キセノンガス、クリプトンガス等の不活性ガスを用いても良い。
【００４８】
また、本実施例では上部電極および下部電極にタンタル膜（Ｔａ）を用いたが、本発明としては、少なくともタンタル（Ｔａ）元素を含んだ金属膜もしくは合金膜であればよい。さらに、本実施例ではトンネルバリア層に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜を用いたが、絶縁性を示す金属酸化膜、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜でもよい。さらに、本実施例では、磁化自由層が磁化固定層の上方に配置されたＭＴＪ素子構造の例について説明したが、本発明としては、磁化固定層が磁化自由層の上方に配置されたＭＴＪ素子構造でも良い。
【００４９】
また、本実施例のＭＴＪ素子構造は、磁化自由層と、トンネルバリア層と、磁化固定層と、非磁性層と、強磁性層と、反強磁性交換バイアス層と備える構造であったが、本発明としてのＭＴＪ素子構造は、磁化自由層とトンネルバリア層と磁化固定層とを備える構造であればよい。また、エッチング時間について、真空容器２内に発光モニタリング装置を設け、上部電極及びＭＴＪ素子構成膜１５のエッチング時間を発光モニタリング装置を用いて制御してもよい。
【００５０】
さらに上述した実施例では、誘導結合型プラズマ源のプラズマエッチング装置を用いた例で説明したが、本発明はこれに限らず、マイクロ波Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ(ＥＣＲ)プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマ源のプラズマエッチング装置、ヘリコン型プラズマエッチング装置を用いても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１ａ  第一のアンテナ
１ｂ  第二のアンテナ
２  真空容器
３  ベルジャ
４  試料
５  試料台
６  プラズマ
７  試料保持部
８  カバー
９  ファラデーシールド
１０  整合器
１１  第一の高周波電源
１２  ガス供給源
１３  排気装置
１４  第二の高周波電源
１５  ＭＴＪ素子構成膜
１６  ハードマスク
１７  第二の金属膜
１８  第二の磁性膜
１９  金属酸化膜
２０  第一の磁性膜
２１  非磁性層
２２  強磁性層
２３  反強磁性交換バイアス層
２４  第一の金属膜
２５  シリコン酸化膜
２６  第一の反応生成物
２７  第二の反応生成物
【図１】
2015018885.tif 000005
【図２】
2015018885.tif 000006
【図３】
2015018885.tif 000007
【図４】
2015018885.tif 000008
【図５】
2015018885.tif 000009
【図６】
2015018885.tif 000010
【図７】
2015018885.tif 000011
【図８】
2015018885.tif 000012
【図９】
2015018885.tif 000013