(57)【要約】ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を確実に平坦化することができる平坦化方法を提供する。ウエハＷにおいて、ＳｉＯ２膜４２に埋設されたＣｕ膜４３を成膜した後、Ｃｕ膜４３の表面へ酸素のＧＣＩＢを照射してＣｕ膜４３を平坦化し、Ｔａ膜４４を成膜した後や、Ｒｕ膜４５又はＴａ膜４６を成膜した後、Ｔａ膜４４、Ｒｕ膜４５又はＴａ膜４６へ酸素のＧＣＩＢを照射してＴａ膜４４、Ｒｕ膜４５又はＴａ膜４６を平坦化し、さらに、ＰｔＭｎ膜４７を成膜した後、ＰｔＭｎ膜４７の表面へ酸素のＧＣＩＢを照射してＰｔＭｎ膜４７を平坦化し、その後、ＣｏＦｅ薄膜５５及びＲｕ薄膜５６を成膜し、さらに、ＣｏＦｅＢ薄膜５１、ＭｇＯ薄膜５０及びＣｏＦｅＢ薄膜５２をこの順で成膜することにより、ＭＴＪ素子４８を形成する。
2014136855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上において、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）のＭＴＪ（磁気トンネル接合）素子形成前に成膜された金属膜へ酸素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射することを特徴とする平坦化方法。
【請求項２】
有機酸の雰囲気内で前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１記載の平坦化方法。
【請求項３】
前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後に前記基板を加熱することを特徴とする請求項２記載の平坦化方法。
【請求項４】
前記基板上では前記ＭＴＪ素子の形成前に複数の金属膜が成膜され、
前記複数の金属膜のうちの一の金属膜が成膜された後であって、前記一の金属膜を覆う他の金属膜が成膜される前に、前記一の金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平坦化方法。
【請求項５】
少なくとも前記ＭＴＪ素子が形成される直前に形成された前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平坦化方法。
【請求項６】
前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の平坦化方法。
【請求項７】
金属膜を成膜する成膜処理室と、酸素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射処理室とを備える基板処理システムであって、
前記成膜処理室は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に基板上へ前記金属膜を成膜し、
前記ＧＣＩＢ照射処理室は、前記ＭＴＪ素子の形成前に、前記成膜された金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする基板処理システム。
【請求項８】
基板を加熱する加熱処理室をさらに備え、
前記加熱処理室は、前記金属膜の成膜後であって前記金属膜への酸素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することを特徴とする請求項７記載の基板処理システム。
【請求項９】
下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、
前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、
前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、
前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、
前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間、前記下部金属層形成ステップ及び前記反強磁性層形成ステップの間、並びに前記反強磁性層形成ステップ及び前記ＭＴＪ素子形成ステップの間の少なくともいずれかにおいて実行される平坦化ステップをさらに有し、
前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とするＭＲＡＭ製造方法。
【請求項１０】
下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極を平坦化する平坦化ステップと、
前記平坦化された下部電極上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、
前記ＭＴＪ素子上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、
前記反強磁性層上に上部金属層を形成する上部金属層形成ステップと、
前記上部金属層上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、
前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とするＭＲＡＭ製造方法。
【請求項１１】
金属膜上に形成されたＭＴＪ素子を少なくとも備えるＭＲＡＭ素子であって、
前記金属膜の平坦度がＲａで１．０ｎｍ以下であることを特徴とするＭＲＡＭ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を平坦化する平坦化方法、基板処理システム、ＭＲＡＭ製造方法及びＭＲＡＭ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＲＡＭやＳＲＡＭに代わる次世代不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）（磁気抵抗メモリ）が開発されている。ＭＲＡＭはキャパシタの代わりにＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）（磁気トンネル接合）素子を有し、磁化状態を利用して記憶を行う。【０００３】
ＭＴＪ素子は、絶縁膜、例えば、ＭｇＯ膜と、該ＭｇＯ膜を挟んで対向する２つの強磁性膜、例えば、ＣｏＦｅＢ膜からなるが、ＭｇＯ膜が平坦化されていないとＭＴＪ素子の特性に悪影響、例えば、ＭＲ比（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｒａｔｉｏ）の低下を招く。【０００４】
図１６に示すように、ＭＴＪ素子１００は、金属膜１０４の上に形成されるが、ＭｇＯ膜１０２及びＣｏＦｅＢ膜１０１、１０３のいずれも極薄膜であるため、金属膜１０４の表面の凹凸の影響を受けて平坦度が悪化する。【０００５】
平坦度を改善する場合、プラズマを用いない平坦化方法として、ＧＣＩＢ（Ｇａｓ  Ｃｌｕｓｔｅｒ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）（ガスクラスターイオンビーム）を用いる平坦化方法が知られている。【０００６】
ＧＣＩＢは、真空雰囲気に向けてガスを吹き付けてガスを構成する分子のクラスターを形成し、さらに該クラスターをイオン化し、バイアス電圧によってイオン化されたクラスターを加速してウエハに衝突させる方法である（例えば、特許文献１参照。）。【０００７】
クラスターは、当該クラスターが金属膜等に衝突したときに当該金属膜の表面に沿ってクラスターから分子を飛散させて該表面から突出する凸部を優先的にスパッタするラテラルスパッタ効果を有することが知られている。【０００８】
金属膜１０４をＧＣＩＢで平坦化する場合、原子量の大きい希ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１０４８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、金属膜１０４は難エッチング性の貴金属からなることが多く、原子量の大きいアルゴンガスのＧＣＩＢを用いても依然として金属膜１０４の凸部をスパッタしてエッチングするのは困難であり、金属膜１０４を確実に平坦化するのは困難である。【００１１】
本発明の課題は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を確実に平坦化することができる平坦化方法、基板処理システム、ＭＲＡＭ製造方法及びＭＲＡＭ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明によれば、基板上において、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射する平坦化方法が提供される。【００１３】
本発明において、有機酸の雰囲気内で前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することが好ましい。【００１４】
本発明において、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後に前記基板を加熱することが好ましい。【００１５】
本発明において、前記基板上では前記ＭＴＪ素子の形成前に複数の金属膜が成膜され、前記複数の金属膜のうちの一の金属膜が成膜された後であって、前記一の金属膜を覆う他の金属膜が成膜される前に、前記一の金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することが好ましい。【００１６】
本発明において、少なくとも前記ＭＴＪ素子が形成される直前に形成された前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することが好ましい。【００１７】
本発明において、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することが好ましい。【００１８】
上記課題を解決するために、本発明によれば、金属膜を成膜する成膜処理室と、酸素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射処理室とを備える基板処理システムであって、前記成膜処理室は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に基板上へ前記金属膜を成膜し、前記ＧＣＩＢ照射処理室は、前記ＭＴＪ素子の形成前に、前記成膜された金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する基板処理システムが提供される。【００１９】
本発明において、基板を加熱する加熱処理室をさらに備え、前記加熱処理室は、前記金属膜の成膜後であって前記金属膜への酸素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することが好ましい。【００２０】
上記課題を解決するために、本発明によれば、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間、前記下部金属層形成ステップ及び前記反強磁性層形成ステップの間、並びに前記反強磁性層形成ステップ及び前記ＭＴＪ素子形成ステップの間の少なくともいずれかにおいて実行される平坦化ステップをさらに有し、前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射するＭＲＡＭ製造方法が提供される。【００２１】
上記課題を解決するために、本発明によれば、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極を平坦化する平坦化ステップと、前記平坦化された下部電極上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、前記ＭＴＪ素子上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、前記反強磁性層上に上部金属層を形成する上部金属層形成ステップと、前記上部金属層上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射するＭＲＡＭ製造方法が提供される。【００２２】
上記課題を解決するために、本発明によれば、金属膜上に形成されたＭＴＪ素子を少なくとも備えるＭＲＡＭ素子であって、前記金属膜の平坦度がＲａで１．０ｎｍ以下であるＭＲＡＭ素子が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を確実に平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１における平坦化処理モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２におけるＧＣＩＢ照射装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】酸素のＧＣＩＢの照射による平坦化処理を説明するための断面図である。
【図５】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭの構成を概略的に示す断面図である。
【図６】ＭＲＡＭの製造過程におけるＣｕ膜の凹凸の他の金属膜への伝播を説明するための断面図である。
【図７】酸素のＧＣＩＢの照射によるＣｕ膜の平坦化を説明するための断面図である。
【図８】ＭＲＡＭの製造過程におけるＴａ膜の凹凸の他の金属膜への伝播を説明するための断面図である。
【図９】酸素のＧＣＩＢの照射によるＴａ膜の平坦化を説明するための断面図である。
【図１０】ＭＲＡＭの製造過程におけるＰｔＭｎ膜の凹凸の他の金属膜への伝播を説明するための断面図である。
【図１１】酸素のＧＣＩＢの照射によるＰｔＭｎ膜の平坦化を説明するための断面図である。
【図１２】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図１４】本実施の形態に係る平坦化方法のフローチャートである。
【図１５】本実施の形態に係る平坦化方法の変形例のフローチャートである。
【図１６】ＭＲＡＭの一般的な構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００２８】
図１において、基板処理システム１０は、例えば、複数のウエハＷ（図中破線で示す）を収容する容器、例えば、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）１１からウエハＷを搬出するローダーモジュール１２と、ウエハＷに成膜処理を施す複数の成膜処理モジュール１３（成膜処理室）と、成膜処理が施されたウエハＷへ後述する図４の平坦化処理を施す平坦化処理モジュール１４（ＧＣＩＢ照射処理室）と、各成膜処理モジュール１３への各ウエハＷの搬出入を行うトランスファモジュール１５と、ローダーモジュール１２及びトランスファモジュール１５の間で各ウエハＷの受け渡しを行う２つのロードロックモジュール１６とを備える。
【００２９】
ローダーモジュール１２は内部が大気開放された略直方体状の搬送室からなり、ＦＯＵＰ１１を装着可能なロードポート１７を有し、該ロードポート１７に装着されたＦＯＵＰ１１への各ウエハＷの搬出入を行う搬送アーム１８（図中破線で示す）を搬送室の内部に有する。
【００３０】
トランスファモジュール１５の周りには複数の成膜処理モジュール１３が放射状に配置されて接続され、該トランスファモジュール１５は内部が減圧された搬送室を有し、搬送室の内部に配置された搬送アーム１９（図中破線で示す）によって各成膜処理モジュール１３、平坦化処理モジュール１４及び各ロードロックモジュール１６の間の各ウエハＷの搬送を行う。
【００３１】
ロードロックモジュール１６は内部を大気圧環境及び減圧環境に切替可能な待機室からなり、ローダーモジュール１２の搬送アーム１８及びトランスファモジュール１５の搬送アーム１９がロードロックモジュール１６を介して各ウエハＷの受け渡しを行う。
【００３２】
各成膜処理モジュール１３は内部が減圧された処理室を有し、ウエハＷを枚葉で収容して処理室内で発生させたプラズマのスパッタによって当該ウエハＷへ成膜処理を施す。
【００３３】
基板処理システム１０は制御部２０を備え、該制御部２０は、例えば、所望のレシピを実現するプログラムに従って基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御して各ウエハＷに所望のレシピに対応する処理を施す。なお、図１では、制御部２０はローダーモジュール１２へ接続されているが、制御部２０は基板処理システム１０におけるいずれかの構成要素に接続されてもよく、また、いずれかの構成要素が制御部２０を有していてもよく、さらに、制御部２０は、基板処理システム１０とは異なる場所に設置された外部サーバとして構成されてもよい。
【００３４】
図２は、図１における平坦化処理モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【００３５】
図２において、平坦化処理モジュール１４は、ウエハＷを収容する処理室２１と、該処理室２１内の下方に配置された載置台２２と、該載置台２２の上面に載置されてウエハＷを静電吸着する静電チャック２３と、該静電チャック２３を静電吸着されたウエハＷと共に載置台２２から離間させるアーム部２４と、処理室２１の側壁部に配置されて酸素のＧＣＩＢを略水平に照射するＧＣＩＢ照射装置２５と、内部に有機酸、例えば、酢酸を貯蔵し、且つ処理室２１内と連通する有機酸貯蔵槽２６とを有する。
【００３６】
平坦化処理モジュール１４では、アーム部２４が、静電吸着されたウエハＷがＧＣＩＢ照射装置２５に対向するように静電チャック２３を載置台２２から離間させ、ＧＣＩＢ照射装置２５は対向するウエハＷに向けて酸素のＧＣＩＢを照射する。
【００３７】
有機酸貯蔵槽２６は連通管２７によって処理室２１へ接続されるが、該連通管２７はバルブ２８を有し、該バルブ２８の開閉によって処理室２１及び有機酸貯蔵槽２６の連通を制御する。バルブ２８が開弁したとき、有機酸貯蔵槽２６内で蒸発した酢酸のガスが連通管２７を介して処理室２１内へ導入される。
【００３８】
載置台２２は冷媒流路及びヒータ（ともに図示しない）を内蔵し、アーム部２４が載置台２２へ収容されて静電チャック２３が載置台２２の上面に載置される際、静電吸着されたウエハＷを冷却する一方、当該ウエハＷを加熱することもできる。
【００３９】
図３は、図２におけるＧＣＩＢ照射装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図３において、ＧＣＩＢ照射装置２５は、略水平に配置され、且つ内部が減圧された筒状の本体２９と、該本体２９の一端に配置されるノズル３０と、板状のスキマー３１と、イオナイザー３２と、加速器３３と、永久磁石３４と、アパーチャー板３５とを有する。
【００４１】
ノズル３０は本体２９の中心軸に沿って配置され、該中心軸に沿って酸素ガスを噴出する。スキマー３１は本体２９内の横断面を覆うように配置され、中心部が本体２９の中心軸に沿ってノズル３０へ向けて突出し、該突出した部分の頂部に細穴３６を有する。アパーチャー板３５も本体２９内の横断面を覆うように配置され、本体２９の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３７を有し、本体２９の他端も本体２９の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３８を有する。
【００４２】
イオナイザー３２、加速器３３及び永久磁石３４はいずれも本体２９の中心軸を囲むように配置され、イオナイザー３２は内蔵するフィラメントを加熱することによって電子を本体２９の中心軸へ向けて放出し、加速器３３は本体２９の中心軸に沿って電位差を生じさせ、永久磁石３４は本体２９の中心軸近傍で磁界を生じさせる。
【００４３】
ＧＣＩＢ照射装置２５では、本体２９の一端側（図中左側）から他端側（図中右側）へかけて、ノズル３０、スキマー３１、イオナイザー３２、加速器３３、アパーチャー板３５及び永久磁石３４がこの順で配置される。
【００４４】
ノズル３０が減圧された本体２９の内部へ向けて酸素ガスを噴出すると、酸素ガスの体積が急激に大きくなり、酸素ガスは急激な断熱膨張を起こして酸素分子が急冷される。各酸素分子は急冷されると、運動エネルギーが低下して各酸素分子間に作用する分子間力（ファンデルワールス力）によって互いに密着し、これにより、多数の酸素分子からなる複数の酸素ガスクラスター３９が形成される。
【００４５】
スキマー３１は細穴３６によって複数の酸素ガスクラスター３９のうち本体２９の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３９のみを選別し、イオナイザー３２は本体２９の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３９へ電子を衝突させることによって当該酸素ガスクラスター３９をイオン化し、加速器３３はイオン化された酸素ガスクラスター３９を電位差によって本体２９の他端側へ加速し、アパーチャー板３５はアパーチャー穴３７により、加速された酸素ガスクラスター３９のうち本体２９の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３９のみを選別し、永久磁石３４は磁界によって比較的小さい酸素ガスクラスター３９（イオン化された酸素分子のモノマーを含む）の進路を変更する。永久磁石３４では、比較的大きい酸素ガスクラスター３９も磁界の影響を受けるが、質量が大きいため、磁力によって進路が変更されず、本体２９の中心軸に沿って移動を継続する。
【００４６】
永久磁石３４を通過した比較的大きい酸素ガスクラスター３９は本体２９の他端のアパーチャー穴３８を通過して本体２９の外へ射出され、ウエハＷへ向けて照射される。
【００４７】
ところで、本発明者は本発明に先立って、難エッチング性の金属である銅のエッチングを促進するために、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって表面が研磨された銅基板へ酸素イオンビーム及び酢酸ガスの雰囲気内において酸素のＧＣＩＢを照射したところ、いずれも銅基板の表面をエッチングすることができたが、酸素イオンビームを照射した場合よりも、酸素のＧＣＩＢを照射した場合の方が銅基板の平坦度が向上していることを確認した。例えば、ＣＭＰによって研磨された銅基板の平坦度がＲａ＝０．８１９ｎｍであったところ、酸素イオンビームを照射した場合には同平坦度がＲａ＝１．１９２ｎｍと寧ろ悪化する一方、酸素のＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝０．５１１ｎｍへ向上しているのを確認した。
【００４８】
さらに、発明者は、スパッタによって成膜された後に結晶化した難エッチング性の金属である白金基板へ向けて、酢酸ガスが存在しない雰囲気内及び酢酸ガスの雰囲気内のそれぞれにおいて酸素のＧＣＩＢを照射したところ、いずれも白金基板の平坦度が向上していることを確認した。例えば、結晶化した白金基板の平坦度がＲａ＝１．８５ｎｍであったところ、酢酸ガスが存在しない雰囲気内で酸素のＧＣＩＢを照射した場合では同平坦度がＲａ＝１．０ｎｍへ向上し、さらに、酢酸ガスの雰囲気内で酸素のＧＣＩＢを照射した場合では同平坦度がＲａ＝０．９６ｎｍへ向上しているのを確認した。
【００４９】
また、酢酸ガスが存在しない雰囲気内で酸素のＧＣＩＢを照射した場合では白金基板の表面に白金だけでなく白金の酸化物が存在する一方、酢酸ガスの雰囲気内で酸素のＧＣＩＢを照射した場合では白金基板の表面に白金のみが存在していることも確認した。
【００５０】
以上の確認結果から、本発明者は、難エッチング性の金属であっても酸素のＧＣＩＢを照射することによって酸化物へ変質させることができ、さらに、当該酸化物は酢酸ガスによって容易に除去することができるという知見を得た。
【００５１】
以上の知見に基づいて、本発明者は、酸素のＧＣＩＢによって難エッチング性の金属膜の平坦度を向上できる理由を以下のように推察した。
【００５２】
まず、酸素のＧＣＩＢが難エッチング性の金属膜の表面に衝突すると、酸素分子のクラスターが有する大きな運動エネルギーによって金属と酸素の化学反応が促進されて金属膜の表面に金属の酸化物が生成される。この化学反応は酸素分子のクラスターが衝突しやすい表面の凸部において優先的に進行するが、難エッチング性の貴金属であっても貴金属の酸化物はそれ自体の蒸気圧が他の一般の金属の酸化物よりも高く、また、処理室内の圧力と同程度か、若しくはそれ以上であるために昇華しやすい、さらに、酢酸等のカルボキシル基を有する有機酸は貴金属と錯体を形成して貴金属の酸化物の昇華を補助するため、酢酸ガスは金属の酸化物を容易に除去する。
【００５３】
一方、酸素のＧＣＩＢは、金属膜の表面に衝突したときに当該金属膜の表面に沿って酸素分子のクラスターから酸素分子を飛散させて該表面から突出する凸部を優先的にスパッタする。
【００５４】
すなわち、有機酸ガスの雰囲気中で酸素のＧＣＩＢを金属膜の表面へ照射すると、表面の凸部の優先的な酸化物への変質、昇華という化学的除去と、表面の凸部の酸素分子による優先的なスパッタという物理的除去との相乗効果によって金属膜の平坦度が向上する。
【００５５】
ところで、金属膜の平坦化技術として、金属膜の形成後に当該金属膜の表面をプラズマ中の陽イオンによってスパッタし、平坦化することが検討されているが、陽イオンはバイアス電圧によって金属膜へ引きずり込まれるため、金属膜の表面の凹凸だけでなく平坦部もエッチングすることがあり、却って金属膜の平坦度が悪化することがある。
【００５６】
したがって、プラズマ中の陽イオンによるスパッタを用いずに金属膜の平坦度を向上させることができる、上述した酸素のＧＣＩＢの金属膜の表面への照射は金属膜の平坦化技術として大変に有効である。また、（ＭＴＪ）素子の構成膜を酸化させる酸素ガス等の酸化ガスは素子の性能を劣化させるため、通常のＭＲＡＭの製造処理では使用されないが、本発明では上述したように、酸素をＧＣＩＢに用い、且つ有機酸による酸化膜の除去を併用することによって酸素を使用することが可能となる。
【００５７】
本実施の形態では、上記知見に基づき、ＭＲＡＭの製造過程において、ＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜４０へ、図４に示すように、酸素ガスクラスター３９からなる酸素のＧＣＩＢを照射して該金属膜４０を平坦化する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭの構成を概略的に示す断面図である。ＭＲＡＭはウエハＷの表面に多数形成されるが、図５は複数の金属膜等の積層構造に加工を施して得られたＭＲＡＭを示す。なお、図６以下の積層構造も加工が施された状態で示される。ＭＲＡＭはＭＴＪ素子を有する電子デバイスであり、ＭＴＪ素子は、通常、酸化膜が、（磁化方向が固定された）固定層である強磁性体層及び（磁化方向が自由である）自由層である強磁性体層で挟まれた構造を呈し、酸化膜は、通常、ＡｌＯｘやＭｇＯからなり、強磁性体層はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅＢ合金等からなる。
【００５９】
図５において、ＭＲＡＭ４１（ＭＲＡＭ素子）は、ウエハＷのシリコン基部上に形成されたＳｉＯ２膜４２に埋設されたＣｕ膜４３と、該Ｃｕ膜４３上に成膜されたＴａ膜４４と、該Ｔａ膜４４上に成膜されたＲｕ膜４５と、該Ｒｕ膜４５上に成膜されたＴａ膜４６と、該Ｔａ膜４６上に成膜された反強磁性層であるＰｔＭｎ膜４７と、該ＰｔＭｎ膜４７上に形成されたＣｏＦｅ薄膜５５と、該ＣｏＦｅ薄膜５５の上に形成されたＲｕ薄膜５６と、該Ｒｕ薄膜５６の上に形成されたＭＴＪ素子４８と、該ＭＴＪ素子４８上に成膜されたＴａ膜４９とを有し、ＭＴＪ素子４８は、ＭｇＯ薄膜５０と、該ＭｇＯ薄膜５０を挟んで対向する２つのＣｏＦｅＢ薄膜５１、５２とからなる。Ｃｕ膜４３及びＴａ膜４４は下部電極を構成し、Ｔａ膜４９は上部電極を構成する。
【００６０】
Ｃｕ膜４３は、ＳｉＯ２膜４２にプラズマエッチング等によって溝が形成された後、該溝へめっき等によってＣｕを埋め込むことによって形成され、Ｔａ膜４４〜Ｒｕ薄膜５６、Ｔａ膜４９の各々は各成膜処理モジュール１３においてプラズマのスパッタによって成膜され、ＭＴＪ素子４８の各薄膜５０〜５２も各成膜処理モジュール１３においてプラズマのスパッタによって成膜される。
【００６１】
ＭＲＡＭ４１では、ＭＴＪ素子４８の特性を維持するために、各薄膜５０〜５２、５５、５６、特に、ＭｇＯ薄膜５０が平坦化され、ＭｇＯ薄膜５０は膜厚が一定、例えば、約１ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００６２】
一方、ＭＲＡＭ４１の製造過程では、例えば、図６に示すように、Ｃｕ膜４３が成膜された後、Ｃｕ膜４３の表面がＣＭＰによって研磨されるが、ＣＭＰや続くＴａ膜４４の上方に形成される絶縁膜、例えば、ＳｉＣＮ膜のエッチングの際におけるプラズマへの暴露によってＣｕ膜４３の表面に凹凸が生じる。なお、ＳｉＣＮ膜はＣｕ膜４３の形成過程においてエッチングによって除去されるため、図６には表されていない。
【００６３】
該Ｃｕ膜４３の表面の凹凸を除去することなく、Ｔａ膜４４以降の膜を成膜すると、各金属膜はＣｕ膜４３の表面の凹凸を伝播し、ＭＴＪ素子４８の各薄膜５０〜５２も平坦化されない。
【００６４】
したがって、本実施の形態では、Ｃｕ膜４３の表面がプラズマへ暴露されて表面に凹凸が生じた後であって、Ｔａ膜４４が成膜される前に、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、処理室２１内の酢酸ガスの雰囲気中において、図７に示すように、ＧＣＩＢ照射装置２５によって酸素ガスクラスター３９からなる酸素のＧＣＩＢをＣｕ膜４３へ照射する。この場合、Ｃｕ膜４３の凹凸が、上述した化学的除去及び物理的除去によって除去されてＣｕ膜４３の表面が平坦化される。
【００６５】
また、Ｔａ膜４４〜Ｔａ膜４６の各々はプラズマのスパッタによって成膜されるため、成膜直後はアモルファス状態であるが、その後、Ｔａ膜４４〜Ｔａ膜４６のそれぞれにおいてトータルエネルギーを削減するために多結晶成長が進行し、体積収縮及び変形が生じてＴａ膜４４〜Ｔａ膜４６の各々の表面に凹凸が生じる。
【００６６】
ここで、図８に示すように、例えば、多結晶成長の進行によって生じたＴａ膜４６の表面の凹凸を除去することなく、ＰｔＭｎ膜４７を成膜すると、ＰｔＭｎ膜４７〜Ｒｕ薄膜５６はＴａ膜４６の表面の凹凸を伝播し、ＭＴＪ素子４８の各薄膜５０〜５２も平坦化されない。
【００６７】
したがって、本実施の形態では、Ｔａ膜４６の表面に多結晶成長の進行によって凹凸が生じた後であって、ＰｔＭｎ膜４７が成膜される前に、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、処理室２１内の酢酸ガスの雰囲気中において、図９に示すように、酸素のＧＣＩＢをＴａ膜４６へ照射する。この場合、Ｔａ膜４６の凹凸が、上述した化学的除去及び物理的除去によって除去されてＴａ膜４６の表面が平坦化される。なお、Ｔａ膜４４〜Ｔａ膜４６に関しては、いずれか１つの膜を酸素のＧＣＩＢによって平坦化してもよく、Ｔａ膜４４〜Ｔａ膜４６の全てを酸素のＧＣＩＢによって平坦化してもよい。
【００６８】
さらに、ＰｔＭｎ膜４７もプラズマのスパッタによって成膜されるため、成膜直後はアモルファス状態であるが、その後、多結晶成長が進行して表面に凹凸が生じる。
【００６９】
ここで、図１０に示すように、多結晶成長の進行によって生じたＰｔＭｎ膜４７の表面の凹凸を除去することなく、ＭＴＪ素子４８を形成すると、ＣｏＦｅ薄膜５５、Ｒｕ薄膜５６やＣｏＦｅＢ薄膜５１はＰｔＭｎ膜４７の表面の凹凸を伝播し、ＭｇＯ薄膜５０も平坦化されない。
【００７０】
したがって、本実施の形態では、ＰｔＭｎ膜４７の表面に多結晶成長の進行によって凹凸が生じた後であって、ＭＴＪ素子４８が形成される前に、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、処理室２１内の酢酸ガスの雰囲気中において、図１１に示すように、酸素のＧＣＩＢをＰｔＭｎ膜４７へ照射する。この場合、ＰｔＭｎ膜４７の凹凸が、上述した化学的除去及び物理的除去によって除去されてＰｔＭｎ膜４７の表面が平坦化される。
【００７１】
なお、ＣｏＦｅ薄膜５５やＲｕ薄膜５６も成膜直後はアモルファス状態であり、多結晶成長の進行によって凹凸が生じることがあるが、ＣｏＦｅ薄膜５５やＲｕ薄膜５６は他の金属膜に比べてさらに薄いため、生じる凹凸もさほど大きくはなく、ＭｇＯ薄膜５０の平坦度に殆ど影響を与えない。さらに、ＣｏＦｅ薄膜５５やＲｕ薄膜５６は極薄であるため、平坦化そのものが困難である。したがって、ＭｇＯ薄膜５０の平坦化に関してはＣｏＦｅ薄膜５５やＲｕ薄膜５６の平坦化よりも、寧ろ、ＰｔＭｎ膜４７の平坦化が効果的である。
【００７２】
図１２は、本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。本製造処理は、所定のプログラムに従って制御部２０が基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御することによって実行される。
【００７３】
図１２において、まず、ウエハＷを成膜処理モジュール１３へ搬入してＳｉＯ２膜４２に埋設されたＣｕ膜４３を成膜した後、ウエハＷを研磨モジュール（図示しない）へ搬入してＣＭＰによってＣｕ膜４３の表面を研磨して当該Ｃｕ膜４３を下部電極の一部として形成する（ステップＳ１２０１）。
【００７４】
次いで、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、ウエハＷを静電チャック２３へ静電吸着させ、該静電吸着されたウエハＷを、例えば、常温以下に冷却し、処理室２１内に有機酸貯蔵槽２６から蒸発した酢酸ガスを、例えば、５．３×１０−３Ｐａで導入し、アーム部２４によって静電チャック２３に静電吸着されたウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２５に対向させ、該ＧＣＩＢ照射装置２５からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射し、Ｃｕ膜４３を平坦化する（ステップＳ１２０２）。このとき、アーム部２４は静電チャック２３を図２中の上下方向や奥行き方向に移動させてウエハＷの全面を酸素のＧＣＩＢによって走査させる。なお、酸素のＧＣＩＢによるＣｕ膜４３の平坦化を促進するために、酸素のＧＣＩＢに対してウエハＷを正対させず、該ウエハＷを酸素のＧＣＩＢに対して傾斜させてもよい。
【００７５】
次いで、ウエハＷを成膜処理モジュール１３へ搬入してＴａ膜４４を成膜した後、下部金属層としてのＲｕ膜４５やＴａ膜４６を成膜する（ステップＳ１２０３）。Ｔａ膜４４、Ｒｕ膜４５及びＴａ膜４６は同じ成膜処理モジュール１３によって成膜してもよく、各々異なる成膜処理モジュール１３によって成膜してもよい。
【００７６】
Ｔａ膜４４、Ｒｕ膜４５及びＴａ膜４６では、多結晶成長の進行に伴ってＴａ膜４４、Ｒｕ膜４５及びＴａ膜４６の各々の表面に凹凸が生じるが、ある程度、多結晶成長が進行した後、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、ステップＳ１２０２と同様に、酸素のＧＣＩＢをウエハＷに照射することにより、Ｔａ膜４４、Ｒｕ膜４５及びＴａ膜４６を平坦化する（ステップＳ１２０４）。
【００７７】
次いで、ウエハＷを成膜処理モジュール１３へ搬入してＰｔＭｎ膜４７（反強磁性層）を成膜する（ステップＳ１２０５）。ＰｔＭｎ膜４７でも、多結晶成長の進行に伴って表面に凹凸が生じるため、ある程度、多結晶成長が進行した後、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、ステップＳ１２０２と同様に、酸素のＧＣＩＢをウエハＷに照射することにより、ＰｔＭｎ膜４７を平坦化する（ステップＳ１２０６）。
【００７８】
次いで、ウエハＷを成膜処理モジュール１３へ搬入してＣｏＦｅ薄膜５５及びＲｕ薄膜５６を成膜し、さらに、ＣｏＦｅＢ薄膜５１、ＭｇＯ薄膜５０及びＣｏＦｅＢ薄膜５２をこの順で成膜することにより、ＰｔＭｎ膜４７上にＭＴＪ素子４８を形成する（ステップＳ１２０７）。
【００７９】
その後、ウエハＷを別の成膜処理モジュール１３へ搬入してＭＴＪ素子４８上にＴａ膜４９を成膜して上部電極を形成し（ステップＳ１２０８）、本処理を終了する。
【００８０】
図１２のＭＲＡＭ製造処理によれば、ウエハＷ上において、ＭＴＪ素子４８の形成前に成膜された各金属膜４３〜４７へ酸素のＧＣＩＢが照射される。各金属膜４３〜４７へ酸素のＧＣＩＢが照射されると、例え、各金属膜４３〜４７が貴金属によって構成されていても、当該各金属膜４３〜４７の表面が酸化して比較的昇華しやすい酸化物へ変質する。また、ＧＣＩＢ中の酸素分子のクラスターは各金属膜４３〜４７の表面に衝突すると当該各金属膜４３〜４７の表面に沿って酸素分子を飛散させて該表面から突出する凸部を優先的にスパッタする。すなわち、各金属膜４３〜４７の表面の凸部は化学的除去及び物理的除去によって優先的に除去される。これにより、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子４８の形成前に成膜された各金属膜４３〜４７を確実に平坦化することができる。
【００８１】
また、図１２のＭＲＡＭ製造処理では、化学的除去及び物理的除去を併用するため、平坦化速度を向上することができ、加熱によって化学的反応を促進する必要がないため、ウエハＷを比較的低温で平坦化することができ、例えば、加熱によるＭＴＪ素子４８の特性の変化を抑制することができる。
【００８２】
さらに、図１２のＭＲＡＭ製造処理では、プラズマ中の陽イオンによってスパッタすることがないため、却って各金属膜４３〜４７の平坦度を悪化させるおそれがなく、また、ハロゲンガスを用いないため、平坦化を行った後にハロゲン除去のための洗浄を行う必要を無くすことができる。
【００８３】
上述した図１２のＭＲＡＭ製造処理では、酢酸ガスの雰囲気内で各金属膜４３〜４７へ酸素のＧＣＩＢが照射される。酢酸は金属の酸化物を容易に除去するので、酸素のＧＣＩＢによって酸化物へ変質した各金属膜４３〜４７の表面の凸部を確実に除去することができ、さらに、凸部の酸素分子による優先的なスパッタによって飛散して処理室２１の内壁等に付着した金属の酸化物も除去することができ、処理室２１の洗浄回数を減らすことができ、もって、基板処理システム１０の稼働率を向上することができる。
【００８４】
また、各金属膜４３〜４７の表面に酸化物が残り、後に成膜されるＣｏＦｅＢ薄膜５１、５２の一部が酸化してＭＴＪ素子４８の特性に影響を与えることがあるが、酢酸ガスによって各金属膜４３〜４７の表面に酸化物を除去するので、ＣｏＦｅＢ薄膜５１、５２の一部の酸化を防止することができ、ＭＴＪ素子４８の特性に影響を与えるのを防止することができる。
【００８５】
さらに、上述した図１２のＭＲＡＭ製造処理では、該静電吸着されたウエハＷが常温以下に冷却されるので、ウエハＷに対する酢酸ガスの吸着係数が向上し、各金属膜４３〜４７の酸化物を酢酸ガスによって効率よく除去することができる。一方、ウエハＷに吸着された酢酸が次工程、例えば、スパッタによる成膜処理まで残留すると、当該次工程に影響を与えるので、酸素のＧＣＩＢを照射した後、ウエハＷを載置台２２のヒータによって加熱して酢酸をウエハＷから気化させて除去するのが好ましい。
【００８６】
上述した図１２のＭＲＡＭ製造処理では、有機酸である酢酸ガスの雰囲気において酸素のＧＣＩＢが照射されたが、例えば、金属膜が貴金属であるＰｔやＲｕからなる場合、これらの貴金属の酸化物（例えば、ＰｔＯ、ＰｔＯ２、ＲｕＯやＲｕＯ２）の蒸気圧は高く昇華し易いため、酸素のＧＣＩＢの照射の際、酢酸ガスの雰囲気は必須ではない。
【００８７】
また、上述した図１２のＭＲＡＭ製造処理では、ＭＴＪ素子４８より下方の金属膜４３〜４７に酸素のＧＣＩＢを照射して平坦化を行ったが、金属膜４３〜４７の全てを平坦化する必要はなく、少なくともいずれか１つの金属膜が平坦化されるだけでも、ＭＴＪ素子４８におけるＭｇＯ薄膜５０の平坦化を期待することができる。特に、ＭＴＪ素子４８に近いＰｔＭｎ膜４７のみへ酸素のＧＣＩＢを照射して平坦化を行えば、例え、ＰｔＭｎ膜４７が自身の多結晶成長の進行に伴う凹凸だけでなく、下方の各金属膜４３〜４６の表面の凹凸が伝播された結果としての凹凸を表面に有していても、いずれの凹凸も一度に除去することができるため、平坦化の効率を向上することができる。但し、ＰｔＭｎ膜４７へ長期間に亘って酸素のＧＣＩＢを照射すると、ＰｔＭｎ膜４７からＭｎが抜けて磁性を失うことがあるため、この場合、ＰｔＭｎ膜４７上に犠牲層としてのＭｎリッチなＰｔＭｎ薄膜を形成するのが好ましい。
【００８８】
また、ＭｇＯ薄膜５０の直下のＣｏＦｅＢ薄膜５１を酸素のＧＣＩＢの照射によって平坦化してもよいが、ＣｏＦｅＢ薄膜５１の膜厚が非常に薄いため、ＣｏＦｅＢ薄膜５１の平坦化を効果的に行うことができない。したがって、ＣｏＦｅＢ薄膜５１の平坦化を行う場合には、他の金属膜の平坦化も行うのが好ましい。
【００８９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る平坦化方法及び基板処理システムについて説明する。
【００９０】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、基板処理システムがアニールモジュールをさらに備える点で上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００９１】
図１３は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００９２】
図１３において、基板処理システム５３は、基板処理システム１０と異なり、成膜処理モジュール１３や平坦化処理モジュール１４に加えてアニールモジュール５４（加熱処理室）をさらに備える。アニールモジュール５４はランプヒータ（図示しない）等を内蔵し、収容したウエハＷを加熱する。
【００９３】
ところで、スパッタによって成膜された各金属膜４３〜４７はアモルファス状態から多結晶成長が進行して表面に凹凸が生じるが、多結晶成長は比較的ゆっくりと進行するため、多結晶が完全に成長しきらないうちに、各金属膜４３〜４７へ酸素のＧＣＩＢの照射による平坦化を施すと、各金属膜４３〜４７では平坦化された後にも多結晶成長が進行し、平坦化された表面に凹凸が生じる可能性がある。
【００９４】
本実施の形態では、これに対応して、各金属膜４３〜４７を加熱することによって多結晶成長を促進させ、酸素のＧＣＩＢの照射による平坦化前に各金属膜４３〜４７の多結晶化を飽和させる。
【００９５】
図１４は、本実施の形態に係る平坦化方法のフローチャートである。本方法は、図１２のＭＲＡＭ製造処理におけるステップＳ１２０２、ステップＳ１２０４及びステップＳ１２０６において実行される。
【００９６】
図１４において、まず、ウエハＷをアニールモジュール５４へ搬入し、ウエハＷをランプヒータで加熱する。このとき、アモルファス状態である金属膜４３〜４７のいずれか（以下、単に「金属膜」という。）において多結晶成長が促進されて多結晶化が飽和する（ステップＳ１４０１）。なお、ＰｔＭｎ膜４７を加熱する場合、当該ＰｔＭｎ膜４７の磁性を失わないために、ＰｔＭｎのキュリー温度以下で加熱するのが好ましい。
【００９７】
次いで、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、ウエハＷを静電チャック２３へ静電吸着させ、処理室２１内に有機酸貯蔵槽２６から蒸発した酢酸ガスを導入し、アーム部２４によって静電チャック２３に静電吸着されたウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２５に対向させ、該ＧＣＩＢ照射装置２５からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射し、金属膜を平坦化する（ステップＳ１４０２）。このとき、金属膜の多結晶化は飽和しているので、当該金属膜では平坦化された後に多結晶成長は発生せず、平坦化された表面に凹凸が生じることがない。
【００９８】
次いで、ウエハＷを再度アニールモジュール５４へ搬入し、ウエハＷをランプヒータで加熱する。このとき、ウエハＷへ吸着された酢酸が気化して除去され（ステップＳ１４０３）、その後、本方法を終了する。
【００９９】
図１４の平坦化方法によれば、金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射する前にウエハＷを加熱するので、当該金属膜の多結晶化を飽和させることができ、ＧＣＩＢの照射によって金属膜が平坦化された後、金属膜において多結晶成長が進行して当該金属膜の平坦度が再度低下するのを防止することができる。
【０１００】
また、ウエハＷに対する酢酸ガスの吸着係数を向上させるためにウエハＷを冷却する場合は、図１５に示すように、ステップＳ１４０１のウエハＷの加熱を行った後であって、ステップＳ１４０２の酸素のＧＣＩＢの照射による平坦化前に、ウエハＷを平坦化処理モジュール１４へ搬入し、ウエハＷを静電チャック２３へ静電吸着させ、該静電吸着されたウエハＷを、例えば、常温以下に冷却するのが好ましい（ステップＳ１５０１）。
【０１０１】
これにより、ウエハＷが冷却された後であって酸素のＧＣＩＢの照射による平坦化前にウエハＷが加熱されることがないため、平坦化の際、ウエハＷに対する酢酸ガスの吸着係数を向上させることができる。
【０１０２】
上述した図１４の平坦化方法では、金属膜の多結晶化を飽和させるための加熱をアニールモジュール５４で行ったが、当該加熱は平坦化処理モジュール１４の載置台２２のヒータによって行ってもよい。
【０１０３】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【０１０４】
図１２のＭＲＡＭ製造処理のフローチャートや図１４の平坦化方法は、ＭＴＪ素子４８と近接する金属層が存在すれば、図５に示す構成以外の構成を有するＭＲＡＭの製造に適用することができる。
【０１０５】
例えば、電気回路構成の関係で、図５のＭＲＡＭ４１と逆構造のＭＲＡＭも用いられることがあるが、当該ＭＲＡＭを製造する際には、例えば、図１２のＭＲＡＭ製造処理の各ステップを逆に実行する。この場合、ステップＳ１２０８の後に、ステップＳ１２０２と同様の平坦化を実行してＴａ膜４９を平坦化し、その後、ステップＳ１２０７を実行する。これにより、ＭＴＪ素子４８を構成する各薄膜、特に、ＭＴＪ素子４８におけるＭｇＯ薄膜５０の平坦化を行うことができる。また、この場合、ステップＳ１２０６、ステップＳ１２０４及びステップＳ１２０２の平坦化は不要である。
【０１０６】
また、ＭＲＡＭの下部金属層を構成する貴金属もＲｕやＴａに限られず、他の貴金属、例えば、Ｐｔであってもよい。
【０１０７】
さらに、処理室２１内に導入される有機酸のガスは酢酸ガスに限られず、例えば、カルボキシル基を有する有機酸（カルボン酸）である蟻酸やクロロ酢酸のガスを処理室２１内に導入してもよい。
【０１０８】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ、例えば、制御部２０に供給し、制御部２０のＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【０１０９】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１１０】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより制御部２０に供給されてもよい。
【０１１１】
また、制御部２０が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１１２】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、制御部２０に挿入された機能拡張ボードや制御部２０に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１１３】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【０１１４】
本出願は、２０１３年３月７日に出願された日本出願第２０１３−０４５２６１号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本出願に記載された全内容を本出願に援用する。
【符号の説明】
【０１１５】
Ｗ  ウエハ
１０、５３  基板処理システム
１３  成膜処理モジュール
１４  平坦化処理モジュール
２０  制御部
２５  ＧＣＩＢ照射装置
２６  有機酸貯蔵槽
３９  酸素ガスクラスター
４０  金属膜
４１  ＭＲＡＭ
４３  Ｃｕ膜
４４、４６、４９  Ｔａ膜
４５  Ｒｕ膜
４７  ＰｔＭｎ膜
４８  ＭＴＪ素子
５０  ＭｇＯ薄膜
５１、５２  ＣｏＦｅＢ薄膜
５４  アニールモジュール
【図１】
2014136855.tif 000003
【図２】
2014136855.tif 000004
【図３】
2014136855.tif 000005
【図４】
2014136855.tif 000006
【図５】
2014136855.tif 000007
【図６】
2014136855.tif 000008
【図７】
2014136855.tif 000009
【図８】
2014136855.tif 000010
【図９】
2014136855.tif 000011
【図１０】
2014136855.tif 000012
【図１１】
2014136855.tif 000013
【図１２】
2014136855.tif 000014
【図１３】
2014136855.tif 000015
【図１４】
2014136855.tif 000016
【図１５】
2014136855.tif 000017
【図１６】
2014136855.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月18日(2015.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2014136855.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月22日(2016.3.22)
【手続補正２】
【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】
本発明は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を平坦化する平坦化方法、基板処理システム及びＭＲＡＭ製造方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の課題は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜を確実に平坦化することができる平坦化方法、基板処理システム及びＭＲＡＭ製造方法を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明によれば、基板上において、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に成膜された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後に前記基板を加熱する平坦化方法が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明によれば、金属膜を成膜する成膜処理室と、酸素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射処理室と、基板を加熱する加熱処理室とを備える基板処理システムであって、前記成膜処理室は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に基板上へ前記金属膜を成膜し、前記ＧＣＩＢ照射処理室は、前記ＭＴＪ素子の形成前に、前記成膜された金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射し、前記加熱処理室は、前記金属膜の成膜後であって前記金属膜への前記酸素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱する基板処理システムが提供される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明によれば、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間、前記下部金属層形成ステップ及び前記反強磁性層形成ステップの間、並びに前記反強磁性層形成ステップ及び前記ＭＴＪ素子形成ステップの間の少なくともいずれかにおいて実行される平坦化ステップをさらに有し、前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後、又は、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱するＭＲＡＭ製造方法が提供される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明によれば、下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極を平坦化する平坦化ステップと、前記平坦化された下部電極上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、前記ＭＴＪ素子上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、前記反強磁性層上に上部金属層を形成する上部金属層形成ステップと、前記上部金属層上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後、又は、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱するＭＲＡＭ製造方法が提供される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【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】
基板上において、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）のＭＴＪ（磁気トンネル接合）素子形成前に成膜された金属膜へ酸素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射し、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後に前記基板を加熱することを特徴とする平坦化方法。
【請求項２】
有機酸の雰囲気内で前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１記載の平坦化方法。
【請求項３】
前記基板上では前記ＭＴＪ素子の形成前に複数の金属膜が成膜され、
前記複数の金属膜のうちの一の金属膜が成膜された後であって、前記一の金属膜を覆う他の金属膜が成膜される前に、前記一の金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１又は２記載の平坦化方法。
【請求項４】
少なくとも前記ＭＴＪ素子が形成される直前に形成された前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１又は２記載の平坦化方法。
【請求項５】
前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平坦化方法。
【請求項６】
金属膜を成膜する成膜処理室と、酸素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射処理室と、基板を加熱する加熱処理室とを備える基板処理システムであって、
前記成膜処理室は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に基板上へ前記金属膜を成膜し、
前記ＧＣＩＢ照射処理室は、前記ＭＴＪ素子の形成前に、前記成膜された金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射し、
前記加熱処理室は、前記金属膜の成膜後であって前記金属膜への前記酸素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することを特徴とする基板処理システム。
【請求項７】
下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、
前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、
前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、
前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、
前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間、前記下部金属層形成ステップ及び前記反強磁性層形成ステップの間、並びに前記反強磁性層形成ステップ及び前記ＭＴＪ素子形成ステップの間の少なくともいずれかにおいて実行される平坦化ステップをさらに有し、
前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後、又は、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱することを特徴とするＭＲＡＭ製造方法。
【請求項８】
下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極を平坦化する平坦化ステップと、
前記平坦化された下部電極上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、
前記ＭＴＪ素子上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、
前記反強磁性層上に上部金属層を形成する上部金属層形成ステップと、
前記上部金属層上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、
前記平坦化ステップでは形成された金属膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後、又は、前記金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱することを特徴とするＭＲＡＭ製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月21日(2016.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明によれば、基板上において、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子形成前に成膜されたＣｕ膜へ有機酸ガスの雰囲気内で酸素のＧＣＩＢを照射し、前記Ｃｕ膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後であって、前記ＭＴＪ素子形成前に前記基板を加熱する平坦化方法が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明によれば、Ｃｕ膜を含む下部電極を形成する下部電極形成ステップと、前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間において実行される平坦化ステップをさらに有し、前記平坦化ステップでは前記形成されたＣｕ膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記Ｃｕ膜へ有機酸ガスの雰囲気内で前記酸素のＧＣＩＢを照射した後であって前記ＭＴＪ素子形成前に、又は、前記Ｃｕ膜が成膜された後であって、前記Ｃｕ膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱するＭＲＡＭ製造方法が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【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】
基板上において、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）のＭＴＪ（磁気トンネル接合）素子形成前に成膜されたＣｕ膜へ有機酸ガスの雰囲気内で酸素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射し、前記Ｃｕ膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射した後であって、前記ＭＴＪ素子形成前に前記基板を加熱することを特徴とする平坦化方法。
【請求項２】
前記Ｃｕ膜が成膜された後であって、前記Ｃｕ膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することを特徴とする請求項１記載の平坦化方法。
【請求項３】
金属膜を成膜する成膜処理室と、酸素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射処理室と、基板を加熱する加熱処理室とを備える基板処理システムであって、
前記成膜処理室は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の形成前に基板上へ前記金属膜を成膜し、
前記ＧＣＩＢ照射処理室は、前記ＭＴＪ素子の形成前に、前記成膜された金属膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射し、
前記加熱処理室は、前記金属膜の成膜後であって前記金属膜への前記酸素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することを特徴とする基板処理システム。
【請求項４】
Ｃｕ膜を含む下部電極を形成する下部電極形成ステップと、
前記下部電極上に下部金属層を形成する下部金属層形成ステップと、
前記下部金属層上に反強磁性層を形成する反強磁性層形成ステップと、
前記反強磁性層上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップと、
前記ＭＴＪ素子上に上部電極を形成する上部電極形成ステップとを有し、
前記下部電極形成ステップ及び前記下部金属層形成ステップの間において実行される平坦化ステップをさらに有し、
前記平坦化ステップでは前記形成されたＣｕ膜へ酸素のＧＣＩＢを照射し、さらに、前記Ｃｕ膜へ有機酸ガスの雰囲気内で前記酸素のＧＣＩＢを照射した後であって前記ＭＴＪ素子形成前に、又は、前記Ｃｕ膜が成膜された後であって前記Ｃｕ膜へ前記酸素のＧＣＩＢを照射する前に、前記基板を加熱することを特徴とするＭＲＡＭ製造方法。
【国際調査報告】
2014136855.tif 000020
2014136855.tif 000021
2014136855.tif 000022