(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トンネル接合素子の製造方法において、
厚さが２ｎｍ以下である第１の磁性膜と、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌのいずれか１つを少なくとも含む酸化膜と、を有し、前記第１の磁性膜と前記酸化膜との界面が膜面方向である多層膜を形成する工程と、
前記多層膜上にパターニングされたマスク層を形成する工程と、
水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて前記多層膜をプラズマエッチングする工程とを有し、
前記混合ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比が５０％以下であることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気トンネル接合素子の製造方法において、
前記第１の磁性膜は前記酸化膜よりも上方に形成され、
前記混合ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比を第１の流量比にして前記第１の磁性膜をプラズマエッチングし、
前記混合ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比を第２の流量比にして前記酸化膜をプラズマエッチングし、
前記第１の流量比における前記マスク層のエッチングレートに対する前記第１の磁性膜のエッチングレートの比は、前記第２の流量比における前記マスク層のエッチングレートに対する前記第１の磁性膜のエッチングレートの比よりも高く、
前記第２の流量比を５０％以下とすることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気トンネル接合素子の製造方法において、
前記多層膜は、前記酸化膜の下方に形成される第２の磁性膜を有し、
前記第２の流量比により前記第２の磁性膜をプラズマエッチングすることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気トンネル接合素子の製造方法において、
前記多層膜のプラズマエッチングは、添加ガスを前記混合ガスに加えて行われ、
前記添加ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれか１つを少なくとも含む希ガスまたはＣＯ、ＣＯ２、Ｏのいずれか１つを少なくとも含むガスであることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気トンネル接合素子の製造方法において、
前記第１の磁性膜は、ＣｏＦｅＢ膜であり、
前記酸化膜は、ＭｇＯ膜であることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気トンネル接合素子の製造方法において、
前記マスク層は、Ｔａ膜であることを特徴とする磁気トンネル接合素子の製造方法。
【請求項７】
厚さが２ｎｍ以下である第１の磁性膜と、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌのいずれか１つを少なくとも含む酸化膜と、を有し、前記第１の磁性膜と前記酸化膜との界面が膜面方向である多層膜を形成された基板がプラズマ処理されるリアクタと、誘導磁場を発生させる誘導アンテナと、前記誘導アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマ発光の変動をモニタすることにより前記プラズマ処理の終了を判定する終点判定装置と、ガスを前記リアクタに供給する第１のマスフローコントローラおよび第２のマスフローコントローラとを備えるプラズマ処理装置において、
前記多層膜は、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを用いてプラズマエッチングされ、
前記水素ガスの流量は、前記終点判定装置からの信号を基に前記第１のマスフローコントローラにより制御され、
前記窒素ガスの流量は、前記終点判定装置からの信号を基に前記第２のマスフローコントローラにより制御され、
前記混合ガスの流量に対する前記水素ガスの流量の比は、前記終点判定装置からの信号を基に第１の流量比から第２の流量比に変更され、
前記第２の流量比は、５０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の磁性膜は、前記酸化膜の上方に形成され、
前記信号は、前記終点判定装置が前記酸化膜を検知したとき、送信されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の流量比における前記多層膜上にパターニングされたマスク層のエッチングレートに対する前記第１の磁性膜のエッチングレートの比は、前記第２の流量比における前記マスク層のエッチングレートに対する前記第１の磁性膜のエッチングレートの比よりも高いことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に垂直磁化ＭＲＡＭ（Magnetic-resistive Random Access Memory）向け加工ダメージ抑制法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）素子を記憶素子として機能させるＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic-resistive Random Access Memory）は、動作速度、書き換え耐性、高集積化といった観点で不揮発性メモリとしてのニーズが高い。微細化に伴い、熱安定性の確保や書き換え電流値の低減を目的として、ＭＴＪ素子の材料が面内磁気異方性を持つ面内磁化膜から、垂直磁気異方性をもつ垂直磁化膜へと推移してきた。例えば、ＭＴＪ素子向けの垂直磁化膜として、ＭｇＯとＣｏＦｅＢとの界面磁気異方性を利用したＣｏＦｅＢがその典型例である（非特許文献１）。【０００３】
ＭＴＪ素子の材料の変化に伴い、ＳＴＴ−ＭＲＡＭの加工法に関しても変更を余儀なくされる。ＳＴＴ−ＭＲＡＭ向けの磁性膜加工法として、ＣＯ／ＮＨ３（特許文献１）やアルコール（特許文献２）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）加工法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５３８８１号公報
【特許文献２】特開２００５−４２１４３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. Ikeda et al., “A perpendicular-anisotropy CoFeB-MgO magnetic tunnel junction” Nature Materials vol. 9 (September 2010) p.721〜724
【非特許文献２】M. Satake and M. Yamada, “Degradation of perpendicular magnetic anisotropy in CoFeB film after H2 plasma irradiation” Japanese Journal of Applied Physics vol. 56, 046202 (2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化膜と磁性体との界面磁気異方性を利用した垂直磁化膜においてはＲＩＥ加工によるダメージが顕現化しつつある。その一例として、ＣＯ／ＮＨ３を用いた素子加工後のＭＴＪ素子の磁気特性の模式図を示す。図１Ａは面内磁化膜、図１Ｂは垂直磁化膜に対するものであり、それぞれ（１）ベタ膜の磁気特性、（２）ベタ膜に対してＣＯ／ＮＨ３加工を行った磁化膜の磁気特性を示している。横軸は膜に対して印加する外部磁場Ｈｏｕｔの大きさ、縦軸は磁化膜の磁化Ｍの大きさを示している。図１Ａに示されるように、面内磁化膜の場合は顕著な磁気特性劣化が起こらない。（１）ベタ膜、（２）加工後のいずれにおいても、外部磁場Ｈｏｕｔの大きさが所定の閾値を超えると、磁化膜１０１における面内磁化の向きが外部磁場Ｈｏｕｔの向きに応じて切り替わる。これに対して、図１Ｂに示されるように、垂直磁化膜の場合はＣＯ／ＮＨ３加工を行った磁化膜においては、磁化膜１０２における磁気異方性が垂直から面内へと変化し、磁化膜１０２の磁化の向きはなだらかに切り替わる。【０００７】
非特許文献２にＭｇＯとＣｏＦｅＢとの多層膜における水素（Ｈ２）プラズマの磁気特性への影響が記載されており、ＣＯ／ＮＨ３を用いたエッチングでの垂直磁化ＭＴＪ特性素子の劣化は、主に水素プラズマによる影響が大きいと推測される。そこで、本発明においては、水素イオンによる特性劣化を抑制し、かつ、エッチング形状を確保可能なＲＩＥ加工を適用した磁気トンネル接合素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施の形態である磁気トンネル接合素子の製造方法においては、厚さが２ｎｍ以下である磁性膜と、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌのいずれか１つを少なくとも含む酸化膜と、を有し、磁性膜と酸化膜との界面が膜面方向である多層膜を形成する工程と、多層膜上にパターニングされたマスク層を形成する工程と、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて多層膜をプラズマエッチングする工程とを有し、混合ガスの流量に対する水素ガスの流量の比が５０％以下である。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１０】
磁気トンネル接合素子の製造過程において、ＲＩＥによるダメージ低減とエッチング形状の確保との両立が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】面内磁化膜でのＣＯ／ＮＨ３加工による磁気特性の変化を説明する図である。
【図１Ｂ】垂直磁化膜でのＣＯ／ＮＨ３加工による磁気特性の変化を説明する図である。
【図２】水素プラズマ照射前後でのＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーを示す図である。
【図３Ａ】垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの磁気特性を測定するために用いた積層膜を示す図である。
【図３Ｂ】水素／窒素混合プラズマを照射した垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの磁気特性を示す図である。
【図４】垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーの水素流量比依存性を示す図である。
【図５】垂直磁化膜ＣｏＦｅＢのＴａマスク選択比の水素流量比依存性を示す図である。
【図６】プラズマエッチング加工装置の概略図である。
【図７】水素／窒素のガス流量比調整シーケンスを説明するための図である。
【図８】ＭＲＡＭの１ビットの鳥瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
水素プラズマの影響を抑えるため、垂直磁化膜に対し窒素と水素との混合ガスによるエッチングを提供する。このとき、水素流量をＨ２、窒素流量をＮ２とした場合、水素流量比Ｈ２／（Ｈ２＋Ｎ２）≦５０％とする。以下に詳細を説明する。
【００１３】
図２に水素プラズマの照射前後での垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーの膜厚依存性の結果を示す。磁性層の膜厚ｔが厚くなるほど垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーが小さくなり、垂直磁化膜としては機能しなくなる。磁性膜や障壁層（ここではＭｇＯ）のそれぞれの材質及び組み合わせにもよるが、垂直磁化膜としての特性を示す磁性膜の厚さは２ｎｍ以下である。一般的に磁性体の垂直磁化異方性エネルギーＫｅｆｆは、飽和磁化Ｍｓと実効的な異方性磁界μ０Ｈｋを用いると（数１）で表せる。
【００１４】
【数１】
0006637612.tif 000002
【００１５】
ここで、ＫｉｎｔはＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面（interface）での垂直磁気異方性エネルギー、ＫｂはＣｏＦｅＢのバルクの垂直磁気異方性エネルギー、Ｈｓは飽和磁場、μ０は真空中の透磁率とする。また、ＣｏＦｅＢのバルクの垂直磁気異方性エネルギーＫｂはほぼ０であるので、Ｋｅｆｆは近似的に膜厚ｔＣｏＦｅＢの逆数に比例する（非特許文献１）。
【００１６】
（数１）より、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面での界面垂直磁気異方性エネルギーＫｉｎｔを見積もることができ、水素プラズマを照射しない場合は、Ｋｉｎｔ＝１．０（ｍＪ／ｍ２）であるが、水素プラズマを照射した場合はＫｉｎｔ＝０．７５（ｍＪ／ｍ２）となる結果となった。これは、水素プラズマの照射によりＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面での垂直磁気異方性が減少していることを意味する。そのメカニズムとしては、ＭｇＯとＣｏＦｅＢとの界面に水素イオンが到達しＭｇＯが変質し、ＦｅとＯとの混成軌道が変調され、結果として垂直磁気異方性が低下すると推測される。この様に水素プラズマは、ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ界面での磁気異方性を低下させるため、低減させる必要がある。
【００１７】
図３Ａに示す積層膜に対して、水素と窒素とを混合したプラズマを照射した場合の垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの磁化測定結果を図３Ｂに示す。測定に用いた積層膜はシリコン基板３０１上に順に、Ｔａ層３０２、ＣｏＦｅＢ層３０３、ＭｇＯ層３０４、Ｔａ層を積層した構造を有している。また、ＣｏＦｅＢ層３０３の膜厚は１．２ｎｍ、ＭｇＯ層３０４の膜厚は２ｎｍ、Ｔａ層３０２，３０５の膜厚は５ｎｍとした。また、３種類の流量比で測定を行い、それぞれ（１）水素流量比５０％（水素１００ｓｃｃｍ、窒素１００ｓｃｃｍ）、（２）水素流量比７５％（水素１５０ｓｃｃｍ、窒素５０ｓｃｃｍ）、（３）水素流量比１００％（水素２００ｓｃｃｍ、窒素０ｓｃｃｍ）とした。なお、流量比以外の測定条件は同一である。また、磁化測定にあたっては、（ａ）膜面方向に対して垂直方向に外部磁場Ｈｏｕｔを印加、（ｂ）膜面方向に対して水平方向に外部磁場Ｈｏｕｔを印加して測定を行った。
【００１８】
図３Ｂにおいて、（１ａ）（２ａ）（３ａ）が各流量比において外部磁場を膜面方向に対し垂直方向に印加した場合、（１ｂ）（２ｂ）（３ｂ）が各流量比において外部磁場を膜面方向に対して水平方向に印加した場合の結果を示している。水素流量比が５０％の場合、垂直方向の磁化は、保磁力がＨｃ＝０．５ｍＴとなり（１ａ）、プラズマを照射無い場合と比較しても殆ど磁気特性が変化していない。これに対して、水素流量比が１００％の場合、ＣｏＦｅＢの保磁力がＨｃ＝０．２５ｍＴとなり（３ａ）、半分程度まで減少した。特に水素流量比が７５％の場合は、垂直磁気異方性の劣化が最も顕著で、その保磁力は０となり、磁化容易軸方向が垂直から面内方向へと変化した（２ａ，２ｂ）。
【００１９】
この垂直磁気異方性の水素流量比依存性を詳細に調べるために、ＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーの水素流量比依存性を算出した。この結果を図４に示す。なお、実験に用いた積層膜、測定条件は図３で述べたものと同一である。本結果から、水素流量比が５０％以下の場合、垂直磁気異方性エネルギー（黒丸で示される）は、水素流量比の増大とともに緩やかに減少するのに対し、水素流量比が６０％以上７５％以下の領域では急激に垂直磁気異方性エネルギーが減少する。また、水素流量比が７５％以上では、再び、垂直磁気異方性エネルギーが増大し、水素単独のプラズマ照射の場合、初期状態と比較して約半分のエネルギーとなった。つまり、ＮＨ３組成に近い水素含有量でのエッチングは最も垂直磁化の磁気特性を劣化させることがわかった。
【００２０】
図４には測定した各水素流量比におけるラジカル水素密度を示している（四角で示される）。これより、水素流量比に対する垂直磁気異方性エネルギーの依存性が、混合ガスプラズマ中の水素イオンやラジカル水素の量と関連していることが読み取れる。ラジカル水素密度の水素流量比依存性を測定すると、ＮＨ３組成に近い流量比７５％の所で、最もラジカル水素密度が高い結果が得られている。
【００２１】
定性的には以下のように理解される。まず、水素流量比が低い場合は、水素イオンやラジカル種が少ないため、垂直磁化に対する水素の影響は少ない。一方で、水素流量比がある特定の領域になると、混合ガスプラズマ中での水素の乖離が促進され、結果として、水素イオンやラジカル水素の絶対量が増大する。本実験では、水素の乖離を促進させるためには窒素の存在が不可欠であり、水素流量比が極端に多い場合は、相対的に窒素の量が減少するため、例えば水素流量比１００％の条件下では、垂直磁化に対する水素の影響はそれ程大きくならない。結果として、水素流量比が７５％の所で最も垂直磁化の特性を劣化させることになり、磁気特性を確保するためには、水素流量比が少なくする必要があると結論される。
【００２２】
一方で、水素と窒素とを用いた混合ガス下での磁性膜のエッチング加工においては、水素流量比の減少によってエッチング中のマスク選択比が低下するといった課題もある。図５に水素と窒素を混合したプラズマを用いて垂直磁化膜ＣｏＦｅＢを加工した場合におけるマスク選択比の水素流量比依存性を示す。マスクとしてＴａを用い、マスク選択比としては、ＣｏＦｅＢのエッチングレート／Ｔａのエッチングレートとして定義する。水素流量比が少ない場合は、水素流量比の増大とともに選択比がゆるやかに増大し、７５％の所で最大のマスク選択比を得ることが可能となる。更に流量比を増大させると、ＣｏＦｅＢのエッチングレートが極端に減少し、水素１００％ではＣｏＦｅＢをエッチングすることが不可能となった。この結果からは、マスク選択比の観点から、ＭＴＪ素子を加工するためには水素流量比７５％付近が最適値であるといえる。
【００２３】
これらの知見を統合すると、垂直磁化ＣｏＦｅＢを被エッチング材料として考える場合、水素流量比が７５％付近でのエッチングにおいて、低ダメージ化とエッチング形状の確保とがトレードオフの関係にあることが分かる。一方で、水素流量比が５０％以下の領域では、磁気特性、および、マスク選択比ともに、これらの水素流量比依存性は少ない。そのため、水素流量比が５０％以下の領域では、低ダメージ化とエッチング形状の確保との両立が可能となる。したがって、垂直磁化ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の加工法として、水素と窒素の混合ガスを用い、かつ、その水素流量比が５０％以下とする加工法を提案するものである。
【００２４】
なお、水素と窒素との混合ガスに加えて第３のガスを添加することも有用である。第３の添加ガスとしてＣＯを用いた場合、ＣＯを添加しない場合と比較し、保磁力が６０％増大する結果となった。この結果は、添加ガス中の酸素によるスカベンジにより、エッチングガス中に含まれる水素イオンやラジカル水素を低減した効果であると推測される。一方で、マスク選択比としては、ＣＯを添加したことにより、約２０％程度増大した。これらより、ＣＯの添加により、更なる低ダメージ加工、およびマスク選択比の向上が期待される。同様の効果を有する添加ガスとしてはＣＯ２、Ｏを含むガスが考えられる。また、第３の添加ガスとして希ガスによる希釈も可能である。例えば、Ｈｅによって、水素と窒素の混合ガスを希釈した場合、エッチングガス中に含まれる水素プラズマの影響を抑制することが可能となる。この場合、マスク選択比はＨｅを添加すると若干低下するが、その低下率は１０％未満であり、エッチング後の形状に関しては殆ど差異が無い。これらより、水素流量比５０％以下とする水素と窒素との混合ガスを用いたエッチングにおいて、第３のガスを添加することにより、更なる低ダメージ化が可能となる。Ｈｅの他にもＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが使用可能である。
【００２５】
図６にこれらのガスを用いて垂直磁化膜の加工を行うプラズマエッチング装置の概略図を示す。本装置は、プラズマ発生用のアンテナ６とそれに高周波電圧を印加させる為の第１の高周波電源１及び第１の高周波整合器２を備えている。リアクタ１０内には第１の流路１１を通じて水素、第２の流路１２を通じて窒素が導入され、アンテナ６において発生した高周波の交番電磁場を、導入された水素と窒素との混合ガスに作用させることにより、反応粒子から誘導結合されたプラズマ１３を生成させる。また、装置は発生されたプラズマ１３による加工をさせるための基板電圧発生器４及び第２の高周波整合器３を備えている。また、基板９を加工時に発生するプラズマの変動をモニタリングできる終点判定装置５を備えており、終点判定装置５より得られた信号を第１のマスフローコントローラ７、および、第２のマスフローコントローラ８へフィードバックする機構を持つ。終点判定装置５の信号に応じて、第１のマスフローコントローラ７は水素の流量を、第２のマスフローコントローラ８は窒素の流量を調整することが可能である。
【００２６】
さて、ＭＴＪ素子は、数原子層レベルの積層膜によって構成されており、理想的には、各構成膜に対応した反応性ガスを用いてエッチングされるべきである。しかし、一般的に異なる反応ガスを用いた場合、エッチングの為のプラズマ放電を、都度、切る必要があり、ウエハの処理時間が大幅に伸びることが懸念される。これに対して、水素と窒素との混合ガスを用いたプラズマエッチングでは、水素流量比を変化させてもプラズマの放電には殆ど影響しない。そのため、プラズマ放電を維持しながら、所望の水素流量比を選択することが可能である。
【００２７】
図７を用いて、ＭＴＪ素子をエッチングする場合における水素及び窒素の流量調整のシーケンスを説明する。また、図８にＭＴＪ素子ＭＲＡＭの１ビットの鳥瞰図を示す。シリコン基板８００に選択トランジスタ８０１が形成され、選択トランジスタ８０１のドレイン電極８０２とビット線８０３との間にＭＴＪ素子８０４が形成されている。ＭＴＪ素子８０４は、ＭｇＯ障壁層を磁性層（ＣｏＦｅＢ層）で挟んだ積層膜構造を含む。垂直磁化膜のため、磁性層の厚みは２ｎｍ以下とする。磁性層の一方が参照層（固定層）であり、他方が記録層である。記録層の磁化方向と参照層の磁化方向との関係が平行／反平行により、１／０の信号を記録することができる。ＭＴＪ素子８０４を製造するにあたっては、磁性膜（ＣｏＦｅＢ層）−酸化膜（ＭｇＯ層）−磁性膜（ＣｏＦｅＢ層）の多層膜を生成した後、例えばＴａキャップ層を堆積する。Ｔａ膜をフォトレジストによりパターニングしてマスク層を形成する。パターニングされたＴａ膜をマスク層として以下に説明するエッチング処理を行う。
【００２８】
本シーケンスでは、図６で説明したプラズマエッチング装置において、終点判定装置５を用いてＣｏＦｅＢが積層されるＭｇＯ障壁層を検出した場合、水素流量を落とし水素流量比を低減させる。かかるシーケンスにより、ＭｇＯ障壁層より上に積層されたＣｏＦｅＢ層においては水素流量を制限することなく高選択性が得られるガス比率によりエッチングを行うことができる。かつ、ＭｇＯ障壁層の検出に伴い、ＣｏＦｅＢ−ＭｇＯ界面以下の層のエッチングにおいては水素流量を制限することにより、ＭＴＪ素子の特性確保の鍵となるＭｇＯ障壁層へ与える水素ダメージを軽減することができる。
【００２９】
なお、ここでは最も単純なＭＴＪ多層膜の構成に対応した水素流量比可変の加工処理シーケンスについて紹介したが、ＭＴＪ多層膜の構成に応じて水素流量比を変える必要があり、今回紹介したシーケンスに限定されるものではない。
【００３０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、垂直磁化膜を構成する磁性膜としてはＣｏＦｅＢ膜に限られず、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅを少なくとも１つ含む磁性膜であればよく、障壁層もＭｇＯ膜に限られず、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌを少なくとも１つ含む酸化膜であればよい。
【実施例１】
【００３１】
図４に示した垂直磁化膜ＣｏＦｅＢの垂直磁気異方性エネルギーの水素流量比依存性の測定に関して以下に記す。磁化測定用の多層膜は、Ｓｉ基板上に、Ｔａ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）／ＭｇＯ（２ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）の順に積層したものである（図３Ａ参照）。多層膜の形成方法としては、全ての膜に関して、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより作製した。多層膜の形成後、真空中で３００℃の磁場印加熱処理を実施した。印加磁場としては、膜面方向に０．６Ｔ、熱処理の時間は、１時間とした。その後、図６に代表されるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング装置を用い、多層膜へのプラズマ照射実験を実施した。用いたガスは、水素、および、窒素とし、それぞれの流量を調整することで水素流量比を調整している。本実施例では、水素流量比を０％〜１００％の範囲で変化させ、水素と窒素との合計流量は２００ｓｃｃｍに固定した。また、プラズマ照射に用いた照射条件として、ソースパワーを１０００Ｗ、バイアスパワーを５０Ｗとし、多層膜の最表面のＴａがエッチングされない条件を採用している。なお、リファレンスのサンプルとして、プラズマを照射しない多層膜を標準サンプルとして用意した。これらの多層膜の磁化測定には、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer：振動試料型磁力計）を用いた。プラズマ照射の水素流量比が５０％以下のサンプルに関しては、図３Ｂに代表されるように明瞭な垂直磁気異方性が観測されたのに対し、水素流量比が７５％のサンプルに関しては垂直方向での磁化反転は観測されなかった。尚、水素流量比が７５％のサンプルに関しては、面内方向での磁化反転が得られた為、磁化容易軸は面内方向へ変化したと推測される。更に水素流量比を増大させた場合は、磁化容易軸方向は再び垂直方向に戻るが、保磁力の大きさは、水素流量比が５０％のサンプルと比較し、約半分の大きさに減少する結果となった。また、それぞれのサンプルに関して、垂直磁気異方性エネルギーを見積もると、図４に示す様に、水素流量比７５％で最もその値が小さくなることが分かった。これらのことから、水素流量比が５０％以下の領域では、ＣｏＦｅＢの界面垂直磁気異方性の劣化を低減できることが判明した。【００３２】
また、添加ガスの一例として、ＣＯを用いた場合の効果に関して検証した。本実施例では、混合ガスを含まない場合（水素：１００ｓｃｃｍ、窒素：１００ｓｃｃｍ）と混合ガスを含む場合（水素：５０ｓｃｃｍ、窒素：５０ｓｃｃｍ、ＣＯ：５０ｓｃｃｍ）の２種類を準備し、膜厚１．２ｎｍの垂直磁化膜ＣｏＦｅＢへこれらの混合ガスプラズマを照射させた。多層膜の構成、および、照射条件は、前述の通りであり、ＶＳＭを用いて磁気特性を評価した。ＣＯを添加しない場合は、保磁力が０．５（ｍＴ）であったのに対し、ＣＯを添加した場合は、０．８（ｍＴ）程度と増大した。これらのことから、第３の添加ガスの添加により更なる低ダメージ加工が可能であることが示された。
【符号の説明】
【００３３】
１：第１の高周波電源、２：第１の高周波整合器、３：第２の高周波整合器、４：基板電圧発生器、５：終点判定装置、６：ＩＣＰ発生用アンテナ、７：第１のマスフローコントローラ、８：第２のマスフローコントローラ、９：基板、１０：リアクタ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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