JP2005268349A - Reactive ion etching method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、Pt、Ir等の難エッチング性元素を含有する磁性材料を反応性イオンエッチングする方法及びその装置に関し、特に、ＭＲＡＭ等の磁気記録素子における、Ptを含有する磁気記録層並びにPt、Ir等の含有するピン止め層を含む種々の磁性材料層を、一酸化炭素を用いることなく反応性イオンエッチングする方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for reactive ion etching of a magnetic material containing a hard-to-etch element such as Pt and Ir, and more particularly to a magnetic recording layer containing Pt and Pt in a magnetic recording element such as an MRAM. The present invention relates to a method and apparatus for reactive ion etching of various magnetic material layers including a pinned layer containing Ir or the like without using carbon monoxide.
次世代の主記憶用メモリとしては、ＳＲＡＭに迫る高速性と、ＤＲＡＭに近い集積度と、さらに無制限の書き換え可能でかつ不揮発であることが要求されており、これらの観点から、ＭＲＡＭが有力視されている。 Next-generation main memory is required to be as fast as SRAM, to be close to DRAM, and to be unlimitedly rewritable and non-volatile. Has been.
ＭＲＡＭとは、磁気ランダムアクセスメモリ（magnetic random access memory）のことで、磁気抵抗素子と標準的な半導体技術を組み合わせたメモリであり、不揮発性、低電圧動作、無制限の読み出し・書き込み階と、高速な読み出し・書き込み速度、および優れた耐放射線性などの特徴がある。 MRAM is a magnetic random access memory that combines a magnetoresistive element and standard semiconductor technology, and is non-volatile, low voltage operation, unlimited read / write level, high speed Features such as high read / write speed and excellent radiation resistance.
ここで、磁気抵抗素子とは、磁化の状態により、高い抵抗値と低い抵抗値の状態を持つ素子のことで、この抵抗値を検出することで、磁化の状態を判定するものである。その抵抗値の検出には、例えば、薄い非磁性層を挟んだ２つの強磁性層間のトンネル電流を計測する方式（ＴＭＲ：tunnel magneto resistance）等が考えられる。 Here, the magnetoresistive element is an element having a high resistance value and a low resistance value depending on the magnetization state, and the magnetization state is determined by detecting this resistance value. In order to detect the resistance value, for example, a method of measuring a tunnel current between two ferromagnetic layers sandwiching a thin nonmagnetic layer (TMR: tunnel magneto resistance) or the like can be considered.
そして、このトンネル電流は、両強磁性層の磁化方向が揃っている場合と互いに直行する方向である場合とで大きく変化することから、信号の書き込みや読み出しに利用できる。但し、磁気による書き込み、読み出し処理のためには、何れか一方の強磁性層の磁化方向を固定しておき、他方の強磁性層の磁化方向を制御する必要がある。 This tunnel current changes greatly depending on whether the magnetization directions of both ferromagnetic layers are aligned and in a direction perpendicular to each other, and can be used for signal writing and reading. However, for the magnetic writing and reading processing, it is necessary to fix the magnetization direction of one of the ferromagnetic layers and control the magnetization direction of the other ferromagnetic layer.
このための固定化方式としては、固定層側の下地層として、磁化の反転を妨げる反強磁性材料からなるピン止め層を設けておく構造が広く知られている（特許文献１参照）。 As a fixing method for this purpose, a structure in which a pinning layer made of an antiferromagnetic material that prevents magnetization reversal is provided as an underlayer on the fixed layer side is widely known (see Patent Document 1).
その際の反強磁性材料としては、FeMn、IrMn、MnPt、PdPtMn、NiMn、TbCo、FeRh-Ir、及びその組合せ等であり、PtやIrのようにきわめてエッチングが難しい材料がしばしば用いられており、磁気ランダムアクセスメモリのように微細なパターニングを要する用途において、このスピンバルブ構造を導入することの障害となってきた。さらに、パターンドメディア材料として近年注目を集めているFe-Pt系材料やCo-Pt系の磁性材料が知られているが、これらの材料にもPtが含有されていることから、これら磁気記録層のパターニングについても同様に支障を来している。 The antiferromagnetic material at that time is FeMn, IrMn, MnPt, PdPtMn, NiMn, TbCo, FeRh-Ir, and combinations thereof, and materials that are extremely difficult to etch such as Pt and Ir are often used. In applications that require fine patterning, such as magnetic random access memories, this has become an obstacle to the introduction of this spin valve structure. In addition, Fe-Pt materials and Co-Pt magnetic materials that have been attracting attention as patterned media materials in recent years are known, but since these materials also contain Pt, these magnetic recording materials Layer patterning is similarly hindered.
これまで、こうした難エッチング性の磁性材料のパターニングには、イオンミリングのような物理的エッチングが利用されてきたが、再堆積によるトンネルバリアのショートの問題が指摘されている（非特許文献１参照）。 Conventionally, physical etching such as ion milling has been used for patterning of such a hard-to-etch magnetic material, but the problem of shorting of the tunnel barrier due to redeposition has been pointed out (see Non-Patent Document 1). ).
この非特許文献１には、Arをベースとした塩素系ガスを用いて化学イオンエッチングした場合、Ir-Mn層へのエッチングが5nm以下であれば、Al-Oのバリア層への再堆積によるショートの問題はないと指摘されており、NiFeやCoFeといった強磁性層は化学イオンエッチングできるものの、IrMn層は事実上のエッチングストップ層として利用できる程度に難エッチング性であることが示唆されている。 According to Non-Patent Document 1, when chemical ion etching is performed using a chlorine-based gas based on Ar, if etching to the Ir-Mn layer is 5 nm or less, it is due to redeposition of Al-O on the barrier layer. It has been pointed out that there is no short-circuit problem, and it is suggested that the IrMn layer can be used as a practical etching stop layer, although the ferromagnetic layer such as NiFe and CoFe can be chemically ion etched. .
一方、CO／NH3ガスをヘリコンプラズマ発生装置にてプラズマ化し、NiFe、CoFe、Feといった磁性材料に導入してエッチングする方法が知られ、該方法がMRAM等の製造工程に適用可能であることが指摘されている（非特許文献２参照）。 On the other hand, a method is known in which CO / NH 3 gas is converted into plasma by a helicon plasma generator, introduced into a magnetic material such as NiFe, CoFe, and Fe and etched, and the method can be applied to manufacturing processes such as MRAM. Has been pointed out (see Non-Patent Document 2).
また、NH3等の含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとし、該反応ガスをプラズマ化して、タンタル又は窒化タンタル層からなるマスクに対して十分な選択性をもって、コバルトプラチナ合金（CoPt）をドライエッチングする方法が知られている（特許文献２参照）。 Further, a carbon monoxide gas to which a nitrogen-containing compound gas such as NH 3 is added is used as a reaction gas, and the reaction gas is turned into plasma, and a cobalt platinum alloy having sufficient selectivity with respect to a mask made of a tantalum or tantalum nitride layer. A method of dry etching (CoPt) is known (see Patent Document 2).
スピンバルブを用いた磁気ランダムアクセスメモリー（ＭＲＡＭ）のプロセッシング用途への拡がりを考えるとき、通常の強磁性材料からなる磁性層に対するエッチング性だけでは十分なプロセッシング法といえず、同様な設備によって所要のパターニングが必要となる。 When considering the expansion of magnetic random access memory (MRAM) processing using spin valves to processing applications, it is not a sufficient processing method with only etching properties for magnetic layers made of ordinary ferromagnetic materials. Patterning is required.
しかも、イオンミリングといった物理的エッチング方法では、非特許文献１で指摘されているとおり、再堆積に伴うトンネルバリアのショートの問題が残る上、高い生産性は望むべくもない。 Moreover, in the physical etching method such as ion milling, as pointed out in Non-Patent Document 1, the problem of shorting of the tunnel barrier accompanying redeposition remains, and high productivity cannot be expected.
高い生産性が期待でき、他の製造工程との整合性を考えると、化学的イオンエッチングにより、磁性材料は勿論のこと、Pt、It等の難エッチング性元素を含む強磁性又は反強磁性材料であっても充分高速かつ再堆積の懸念なくエッチングできる技術の確立が求められている。 High productivity can be expected, and in consideration of consistency with other manufacturing processes, not only magnetic materials but also ferromagnetic or antiferromagnetic materials containing difficult-to-etch elements such as Pt and It are used by chemical ion etching. Even so, it is necessary to establish a technique capable of etching at a sufficiently high speed and without concern about redeposition.
したがって、非特許文献２に例示される通常の強磁性層のみを対象としたエッチング方法では埒があかず、また非特許文献１や特許文献２に例示されるエッチング方法では、最近の強磁性層や反強磁性層へのエッチング速度があまりにも小さく、実用性が期待できない。 Therefore, the etching method for only the normal ferromagnetic layer exemplified in Non-Patent Document 2 has no defects, and the etching methods exemplified in Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 have a recent ferromagnetic layer. Moreover, the etching rate to the antiferromagnetic layer is too small, and practicality cannot be expected.
さらに、特許文献１に例示される方法は、そもそもCoPt等の磁性層に対するエッチング性があまりにも良くないためにマスク層との間の選択性がとれないことから、マスク層の材質を改良する技術に過ぎず、磁性材料等の難エッチング材料に対するエッチング性能としてはあまりにも不十分である。しかもこの技術はCOガスを用いるプロセスであることから、毒性の高いガスを取り扱うなど操作性の点でも改善すべき点が多い。 Furthermore, the method exemplified in Patent Document 1 is a technique for improving the material of the mask layer because the etching property with respect to the magnetic layer such as CoPt is not so good in the first place and the selectivity with the mask layer cannot be taken. However, the etching performance with respect to difficult-to-etch materials such as magnetic materials is too insufficient. Moreover, since this technology is a process using CO gas, there are many points that should be improved in terms of operability, such as handling highly toxic gases.
本発明者らは、脱一酸化炭素プロセス化を図りつつ、Pt、Ir等を含む難エッチング元素を含む磁性材料を化学的イオンエッチング可能な原料ガスを模索した結果、上述の技術的課題を解決し得るドライエッチング方法を開発するに至った。本発明は次の技術的事項により特定される発明である。 As a result of searching for a source gas that can be chemically ion-etched with a magnetic material containing a difficult-to-etch element including Pt, Ir, etc. while achieving a carbon monoxide process, the present inventors have solved the above technical problem. It came to develop the dry etching method which can do. The present invention is an invention specified by the following technical matters.
本発明（１）は、金属薄膜の反応性イオンエッチング方法において、少なくともメタンと酸素を含む原料ガスを用いることを特徴とする反応性イオンエッチング方法である。
また、本発明（２）は、前記金属薄膜が、Fe、Co、Ni、Pt、Irの群から選ばれた何れか一種の金属、それらの群から選ばれた何れか一種又は二種以上の元素を含む合金、又はそれら群から選ばれた二種以上の元素を含む金属間化合物若しくは超格子材料からなることを特徴とする、本発明（１）の反応性イオンエッチング方法である。
本発明（３）は、前記金属薄膜が、強磁性材料又は反強磁性材料であることを特徴とする、本発明（１）又は本発明（２）の何れか１発明の反応性イオンエッチング方法である。
本発明（４）は、前記原料ガスには、さらにアンモニア、窒素、一酸化窒素のうち何れか一種又は二種以上を含むことを特徴とする、本発明（１）〜本発明（３）の何れか１発明の反応性イオンエッチング方法である。
本発明（５）は、磁性メモリ製造用であることを特徴とする、本発明（１）〜本発明（４）の何れか１発明の反応性イオンエッチング方法である。
一方、本発明（６）は、一部にレジスト被膜を施した半導体基板上の金属薄膜に対して、少なくともメタンと酸素を含む原料ガスをプラズマ化して得られた活性種を導入することにより、レジスト被膜から露出した前記金属被膜を除去して、前記半導体基板上に記憶領域を形成する工程を含むことを特徴とする、磁性メモリの製造方法である。
また、本発明（７）は、前記金属薄膜が、Fe、Co、Ni、Pt、Irの群から選ばれた何れか一種の金属、それらの群から選ばれた何れか一種又は二種以上の元素を含む合金、又はそれら群から選ばれた二種以上の元素を含む金属間化合物若しくは超格子材料からなることを特徴とする、本発明（６）の磁性メモリの製造方法である。
本発明（８）は、前記金属薄膜が、強磁性材料又は反強磁性材料であることを特徴とする、本発明（６）又は本発明（７）の何れか１発明の磁性メモリの製造方法である。
本発明（９）は、前記原料ガスには、さらにアンモニア、窒素、一酸化窒素のうち何れか一種又は二種以上を含むことを特徴とする、本発明（６）〜本発明（８）の何れか１発明の磁性メモリの製造方法である。
さらに、本発明（１０）は、排気手段に連結する真空容器は、少なくともプラズマ発生室とエッチング処理室を含み、
前記プラズマ発生室は、容量結合型又は誘導結合型にて電力が供給されるとともに、前記エッチング処理室は、処理基板を保持する試料台を備え、
さらに、前記プラズマ発生室から活性種を引き出すための前記試料台に向けて傾斜する電場分布又は磁場分布を呈する反応性イオンエッチング装置において、
前記真空容器は、少なくともメタンと酸素を含む原料ガスを前記プラズマ発生室に導入するための原料ガス導入手段とさらに連結するものであることを特徴とする、反応性イオンエッチング装置である。
本発明（１１）は、前記金属薄膜が、Fe、Co、Ni、Pt、Irの群から選ばれた何れか一種の金属、それらの群から選ばれた何れか一種又は二種以上の元素を含む合金、又はそれら群から選ばれた二種以上の元素を含む金属間化合物若しくは超格子材料からなることを特徴とする、本発明（１０）の反応性イオンエッチング装置である。
また、本発明（１２）は、前記金属薄膜が、強磁性材料又は反強磁性材料であることを特徴とする、本発明（１０）又は本発明（１１）の何れか１発明の反応性イオンエッチング装置。
本発明（１３）は、前記原料ガスには、さらにアンモニア、窒素、一酸化窒素のうち何れか一種又は二種以上を含むことを特徴とする、本発明（１０）〜本発明（１２）の何れか１発明の反応性イオンエッチング装置である。
本発明（１４）は、磁性メモリ製造用であることを特徴とする、本発明（１０）〜本発明（１３）の何れか１発明の反応性イオンエッチング装置である。
The present invention (1) is a reactive ion etching method using a source gas containing at least methane and oxygen in a reactive ion etching method of a metal thin film.
Further, in the present invention (2), the metal thin film is any one kind of metal selected from the group of Fe, Co, Ni, Pt, and Ir, any one kind selected from those groups, or two or more kinds. The reactive ion etching method of the present invention (1), comprising an alloy containing an element, or an intermetallic compound or a superlattice material containing two or more elements selected from these groups.
The reactive ion etching method according to any one of the present invention (1) and the present invention (2), wherein the metal thin film is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material. It is.
In the present invention (4), the raw material gas further includes any one or more of ammonia, nitrogen, and nitric oxide, according to the present invention (1) to the present invention (3). It is the reactive ion etching method of any one invention.
The present invention (5) is the reactive ion etching method according to any one of the present invention (1) to the present invention (4), wherein the reactive ion etching method is used for manufacturing a magnetic memory.
On the other hand, the present invention (6) introduces active species obtained by converting a raw material gas containing at least methane and oxygen into a plasma to a metal thin film on a semiconductor substrate partially coated with a resist film, A method of manufacturing a magnetic memory, comprising: removing a metal film exposed from a resist film to form a storage area on the semiconductor substrate.
In the present invention (7), the metal thin film may be any one kind of metal selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Pt, and Ir, any one kind selected from those groups, or two or more kinds. It is an alloy containing an element, or an intermetallic compound or superlattice material containing two or more elements selected from these groups.
In the present invention (8), the metal thin film is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material, and the method of manufacturing a magnetic memory according to any one of the present invention (6) or the present invention (7) It is.
In the present invention (9), the raw material gas further includes any one or more of ammonia, nitrogen, and nitric oxide, according to the present invention (6) to the present invention (8). A method of manufacturing a magnetic memory according to any one of the inventions.
Further, in the present invention (10), the vacuum vessel connected to the exhaust means includes at least a plasma generation chamber and an etching chamber.
The plasma generation chamber is supplied with electric power in a capacitive coupling type or an inductive coupling type, and the etching processing chamber includes a sample stage for holding a processing substrate,
Furthermore, in the reactive ion etching apparatus exhibiting an electric field distribution or a magnetic field distribution inclined toward the sample stage for extracting active species from the plasma generation chamber,
The reactive ion etching apparatus according to claim 1, wherein the vacuum vessel is further connected to a source gas introduction means for introducing a source gas containing at least methane and oxygen into the plasma generation chamber.
In the present invention (11), the metal thin film contains any one kind of metal selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Pt, and Ir, and any one kind or two or more kinds of elements selected from those groups. The reactive ion etching apparatus of the present invention (10), comprising an alloy containing, or an intermetallic compound or superlattice material containing two or more elements selected from the group.
In the present invention (12), the reactive ion according to any one of the present invention (10) or the present invention (11), wherein the metal thin film is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material. Etching equipment.
According to the present invention (13), the raw material gas further includes any one or more of ammonia, nitrogen, and nitric oxide, according to the present invention (10) to the present invention (12). A reactive ion etching apparatus according to any one of the inventions.
The present invention (14) is the reactive ion etching apparatus according to any one of the present invention (10) to the present invention (13), wherein the reactive ion etching apparatus is used for manufacturing a magnetic memory.
本発明により、通常の強磁性材料はもちろんのこと、最近のPtを含む強磁性材料やPtやIrといった難エッチング性元素を含む反磁性材料に対しても十分なエッチング速度をもってエッチングすることが可能になった。 According to the present invention, not only ordinary ferromagnetic materials but also recent ferromagnetic materials containing Pt and diamagnetic materials containing difficult-to-etch elements such as Pt and Ir can be etched with a sufficient etching rate. Became.
図１には、本発明を実施するための装置の一例を示す。反応性イオンエッチング装置（１）は、マイクロ波発信器（２）から導かれたマイクロ波と磁場発生装置（３）が発生する磁場中での電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を通じて、石英放電管（４）によって区画されたプラズマ発生室（５）に導入されたガスをプラズマ化するものである。但し、プラズマ発生機構としては、特にＥＣＲに限るものではなく、公知の容量結合型、誘導結合型の何れの形式をも採用できる。また、石英放電管（５）を用いたが、導入窓型を採用することもできる。 FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the present invention. The reactive ion etching apparatus (1) is a quartz discharge tube (ECR) through a microwave guided from a microwave transmitter (2) and an electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon in a magnetic field generated by a magnetic field generator (3). The gas introduced into the plasma generation chamber (5) partitioned by 4) is turned into plasma. However, the plasma generation mechanism is not particularly limited to ECR, and any known capacitive coupling type or inductive coupling type may be employed. Further, although the quartz discharge tube (5) is used, an introduction window type can also be adopted.
プラズマ発生室（５）で発生した活性種は、エッチング処理室（６）に導かれ、試料台（７）上に載置された強磁性材料又は反強磁性材料からなる表面を備えた基板（Ｗ）上に導かれる。活性種の導出は、ＥＣＲ方式では、プラズマ発生室とエッチング処理室間の磁場分布によって行われるが、バイアス電源（１０）を試料台（７）に印加して、強制的に行うことが、活性種の導入効率並びにエッチング異方性の観点から望ましい。 The active species generated in the plasma generation chamber (5) are guided to the etching chamber (6), and are mounted on the sample stage (7) and have a substrate having a surface made of a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material ( W) Guided up. In the ECR method, the active species are derived by the magnetic field distribution between the plasma generation chamber and the etching processing chamber. However, the active species can be forcedly applied by applying the bias power source (10) to the sample stage (7). It is desirable from the viewpoint of seed introduction efficiency and etching anisotropy.
ここで、エッチング原料ガスとしては、メタン（CH4）と酸素（O2）を基本成分とし、添加成分には、アンモニア（NH3）等の混合ガスを用いた。それぞれのガス供給経路にマスフローメータ（MFCa,MFCb,MFCc）と切換用のバルブ（va,vb,vc）が設けてあり、所望原料ガス組成を実現できる。ガス導入管（８）を通じて、反応性イオンエッチング装置の反応容器内に導入されたエッチングガスは、プラズマ発生室の下部周辺部に設けられた鍔状のガイド（９）によって、プラズマ発生室（５）の石英放電管（４）の内面に沿って略均一にプラズマ発生室内に流入される。 Here, methane (CH 4 ) and oxygen (O 2 ) are basic components as an etching source gas, and a mixed gas such as ammonia (NH 3 ) is used as an additive component. Each gas supply path is provided with a mass flow meter (MFC a , MFC b , MFC c ) and switching valves (v a , v b , v c ), so that a desired source gas composition can be realized. The etching gas introduced into the reaction vessel of the reactive ion etching apparatus through the gas introduction pipe (8) is supplied to the plasma generation chamber (5) by the bowl-shaped guide (9) provided in the lower peripheral portion of the plasma generation chamber. ) In the plasma generating chamber substantially uniformly along the inner surface of the quartz discharge tube (4).
そして、プラズマによって活性化されたエッチングガスは、基板（Ｗ）の露出表面に降り注ぎ、反応し、蒸気圧が高い反応生成物を形成して、排気口（１１）から急速に系外に排気される。この過程に伴い、基板（Ｗ）では、露出表面が更新され、結果としてエッチング処理が進行することになる。 Then, the etching gas activated by the plasma flows down to the exposed surface of the substrate (W), reacts, forms a reaction product having a high vapor pressure, and is rapidly exhausted out of the system through the exhaust port (11). The With this process, the exposed surface of the substrate (W) is updated, and as a result, the etching process proceeds.
まず実際の処理に先立ち、難エッチング素材として知られるFe3Pt磁性材料に対するエッチング可能性について、“in-silico”でシミュレーション実験を行ってみた。シミュレーションでは、密度関数理論（Density Function Theory）［1-3］と一般化勾配近似（Generalized Gradient Approximation）［4,5］に基づいてトータルエネルギー（第一原理）計算を行った。 First, prior to actual processing, we conducted a simulation experiment “in-silico” on the possibility of etching a Fe 3 Pt magnetic material known as a difficult-to-etch material. In the simulation, total energy (first principle) calculation was performed based on Density Function Theory [1-3] and Generalized Gradient Approximation [4,5].
対象1/3面はFe3Ptの(111)面で、そのFe3Ptを３層として考慮した。1/3面等を記述するために、平面波基底・擬ポテンシャル［6-8］を使った。計算は、次の１〜４の対象に対して、以下の手順で行った。
対象１：3d遷移金属合金の1/3面（Fe3Pt(111)）
対象２：3d遷移金属カルボニルガス（鉄カルボニルFe(CO)5,Pt(CO)x等）
対象３：ハロゲンガスあるいはその化合物ガス（CF4,CH4,Cl2，F2，NH3，N2,O2,H2等）
対象４：一酸化炭素
1/3 surface object in (111) plane of Fe 3 Pt, considering its Fe 3 Pt as three layers. To describe the 1/3 plane etc., we used plane wave bases and pseudopotentials [6-8]. The calculation was performed on the following objects 1 to 4 according to the following procedure.
Target 1: 1/3 surface of 3d transition metal alloy (Fe 3 Pt (111))
Target 2: 3d transition metal carbonyl gas (iron carbonyl Fe (CO) 5 , Pt (CO) x, etc.)
Target 3: Halogen gas or its compound gas (CF 4 , CH 4 , Cl 2 , F 2 , NH 3 , N 2 , O 2 , H 2 etc.)
Subject 4: Carbon monoxide
次の状態１〜３についてトータルエネルギーを算出し、エネルギー比較により、エッチング作用の有無の（第一段階の）選別を行った。状態３が状態１と状態２よりエネルギー的に安定ならば、エッチング作用を持つ可能性があると判断できる。
状態１：対象１，３，４の各々が、独立に存在する。
状態２：対象３と４が、対象１上に吸着している。
状態３：対象１〜４が共存する。
Total energy was calculated for the following states 1 to 3, and the presence or absence of etching action (first stage) was selected by energy comparison. If state 3 is more stable in energy than states 1 and 2, it can be determined that there is a possibility of having an etching action.
State 1: Each of the objects 1, 3, and 4 exists independently.
State 2: Objects 3 and 4 are adsorbed on object 1.
State 3: Targets 1 to 4 coexist.
なお、参考文献［１］〜［８］はそれぞれ以下のとおりである。
［1］ P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. 136 (1964) B 864.
［2］ W. Kohn, L.J. Sham, Phys. Rev. 140 (1965) A 1133.
［3] R.G. Parr, W. Yang, Springer, 1988.
［4] J.P. Perdew, A. Zunger, Phys. Rev. B 23 (1981) 5048.
［5] J.P. Perdew et al., Phys. Rev. B 46 (1992) 6671.
［6] M.C. Payne et al., Rev. Mod. Phys. 64 (1992) 1045.
［7] W.E. Pickett, Comp. Phys. Rep. 9 (1989) 115.
［8] D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41 (1990) 7892.
Reference documents [1] to [8] are as follows.
[1] P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. 136 (1964) B 864.
[2] W. Kohn, LJ Sham, Phys. Rev. 140 (1965) A 1133.
[3] RG Parr, W. Yang, Springer, 1988.
[4] JP Perdew, A. Zunger, Phys. Rev. B 23 (1981) 5048.
[5] JP Perdew et al., Phys. Rev. B 46 (1992) 6671.
[6] MC Payne et al., Rev. Mod. Phys. 64 (1992) 1045.
[7] WE Pickett, Comp. Phys. Rep. 9 (1989) 115.
[8] D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41 (1990) 7892.
その結果を模式的に図２に示す。この計算された各ポテンシャルエネルギーは、状態３（図中最下行の最終状態）の値が状態１，２（初期状態、中間状態）よりも大きな負の値（それぞれ「-840eV」と「-729eV」）となったことから、カルボニル化（M［CO］x）が進む可能性があることが計算上確認された。 The result is schematically shown in FIG. The calculated potential energies are negative values (-840 eV and -729 eV, respectively) in which the value of state 3 (the final state in the bottom row in the figure) is larger than states 1 and 2 (initial state, intermediate state). )), It was computationally confirmed that carbonylation (M [CO] x ) may proceed.
しかも、図中右側には、一酸化炭素（CO）を原料ガスとした場合(b)の計算結果を併記したが、本実施例のメタン（CH4）と酸素(O2)を原料ガスとした場合(a)の方が、一酸化炭素（CO）を原料ガスとした場合(b)に比べ大きな負の値を示しているとおり、一酸化炭素（CO）を原料ガスとした場合以上の高いエッチング性を期待できることが示唆された。 In addition, on the right side of the figure, the calculation result of (b) when carbon monoxide (CO) is used as the source gas is also shown, but methane (CH 4 ) and oxygen (O 2 ) of this example are used as the source gas. When (a) is used, carbon monoxide (CO) is used as the source gas. As shown in the figure, the negative value is larger than when carbon monoxide (CO) is used as the source gas. It was suggested that high etching property can be expected.
次に、パターンドメディア材料として近年注目を集めているFe3Pt被膜を(111)面が表面に露出するように堆積した半導体基板を用意し、反応性イオンエッチング装置内に装填した。反応容器内を真空排気後、エッチング原料ガスを導入した。使用したエッチング原料ガスのそれぞれの流量が、CH4：30sccm、O2：10sccm、NH3：10sccmとなるように、マスフローコントローラ（MFCa,MFCb,MFCc）を設定した。 Next, a semiconductor substrate on which an Fe 3 Pt film, which has been attracting attention as a patterned media material in recent years, was deposited so that the (111) face was exposed on the surface was prepared and loaded into a reactive ion etching apparatus. After evacuating the inside of the reaction vessel, an etching source gas was introduced. The mass flow controllers (MFC a , MFC b , MFC c ) were set so that the flow rates of the etching source gases used were CH 4 : 30 sccm, O 2 : 10 sccm, and NH 3 : 10 sccm.
マイクロ波を発信させ、プラズマ発生室に導入し、磁場下でプラズマ放電させた。その際、試料台（７）には、活性種の導入効率を高めるとともにエッチング異方性を高めるために、200〜500Vのバイアス電圧を印加した。 A microwave was transmitted, introduced into the plasma generation chamber, and plasma discharged under a magnetic field. At that time, a bias voltage of 200 to 500 V was applied to the sample stage (7) in order to increase the efficiency of introducing active species and increase the etching anisotropy.
処理後の半導体基板表面のSEM像を図３に示す。このSEM像の一辺は2μmである。左側の黒い領域がエッチングされた領域を示し、一方、右側の白い領域が、エッチングレジストに覆われていた領域で、Fe3Pt被膜(111)表面が残っている領域を示す。中央部の白っぽい帯状部が、エッチングにより形成されたサイドウォールを示している。 A SEM image of the surface of the semiconductor substrate after the treatment is shown in FIG. One side of this SEM image is 2 μm. The black area on the left shows the etched area, while the white area on the right shows the area that was covered with the etching resist and the area where the Fe 3 Pt film (111) surface remains. A whitish strip at the center indicates a sidewall formed by etching.
エッチング時のバイアス条件を代えて、SEM像を解析したところ、ICPバイアスパワー：300Wのとき、加速バイアスパワー：75Wで、エッチング速度は、0.08nm/s、加速バイアスパワー：100Wで、エッチング速度：0.12nm/s、加速バイアスパワー：125Wで、エッチング速度：0.13nm/s、加速バイアスパワー：150Wで、エッチング速度：0.18nm/sという結果が得られた。 SEM images were analyzed by changing the bias conditions during etching. When the ICP bias power was 300 W, the acceleration bias power was 75 W, the etching rate was 0.08 nm / s, the acceleration bias power was 100 W, and the etching rate was: The results were 0.12 nm / s, acceleration bias power: 125 W, etching rate: 0.13 nm / s, acceleration bias power: 150 W, and etching rate: 0.18 nm / s.
本発明は、PtやIrといった難エッチング性元素を含む磁性材料に対しても、反応性イオンエッチング方法により十分なエッチング速度もってエッチング可能であることから、本発明を利用することで、通常の磁性材料はもちろんのこと、スピンバルブ素子の製作に欠かせない反強磁性層のパターニングや最近のパターンドメディア記録層のパターニングも可能となった。 Since the present invention can etch a magnetic material containing a difficult-to-etch element such as Pt or Ir with a sufficient etching rate by a reactive ion etching method, the present invention can be used to perform normal magnetic processing. In addition to materials, patterning of the antiferromagnetic layer, which is indispensable for the production of the spin valve element, and patterning of the recent patterned media recording layer are also possible.
従って、通常の半導体製造設備に本発明を適用するだけで、脱一酸化炭素プロセス化を図りつつ、スピンバルブ素子を含む磁気センサや磁気ランダムアクセスメモリ等の磁気デバイスを量産できる。 Accordingly, by simply applying the present invention to a normal semiconductor manufacturing facility, a magnetic device such as a magnetic sensor including a spin valve element or a magnetic random access memory can be mass-produced while achieving a carbon monoxide process.
１ 反応性イオンエッチング装置
２ マイクロ波発信器
３ 磁場発生装置
４ 石英プラズマ放電管
５ プラズマ発生室
６ エッチング処理室
７ 試料台
８ 原料ガス導入管
９ ガイド
１０ バイアス電源
１１ 排気口
Ｗ 処理基板（ウェハ）
ＭＦＣ マスフローコントローラ
ｖ バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactive ion etching apparatus 2 Microwave transmitter 3 Magnetic field generator 4 Quartz plasma discharge tube 5 Plasma generation chamber 6 Etching processing chamber 7 Sample stage 8 Source gas introduction tube 9 Guide 10 Bias power supply 11 Exhaust port
W processing substrate (wafer)
MFC Mass Flow Controller v Valve
Claims (14)
前記プラズマ発生室は、容量結合型又は誘導結合型にて電力が供給されるとともに、前記エッチング処理室は、処理基板を保持する試料台を備え、
さらに、前記プラズマ発生室から活性種を引き出すための前記試料台に向けて傾斜する電場分布又は磁場分布を呈する反応性イオンエッチング装置において、
前記真空容器は、少なくともメタンと酸素を含む原料ガスを前記プラズマ発生室に導入するための原料ガス導入手段とさらに連結するものであることを特徴とする、反応性イオンエッチング装置。 The vacuum vessel connected to the exhaust means includes at least a plasma generation chamber and an etching processing chamber,
The plasma generation chamber is supplied with electric power in a capacitive coupling type or an inductive coupling type, and the etching processing chamber includes a sample stage for holding a processing substrate,
Furthermore, in the reactive ion etching apparatus exhibiting an electric field distribution or a magnetic field distribution inclined toward the sample stage for extracting active species from the plasma generation chamber,
The reactive ion etching apparatus according to claim 1, wherein the vacuum vessel is further connected to a source gas introduction means for introducing a source gas containing at least methane and oxygen into the plasma generation chamber.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012199377A (en) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing method and storage medium |
| WO2013027406A1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | キヤノンアネルバ株式会社 | Magnetoresistive effect element manufacturing method and magnetoresistive effect film working method |
| US8987007B2 (en) | 2012-09-21 | 2015-03-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic film using plasma etching |
| KR20150053938A (en) | 2012-11-20 | 2015-05-19 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | Method for manufacturing magnetoresistive effect element |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729878A (en) * | 1993-06-24 | 1995-01-31 | Susumu Kogyo Kk | Dry etching method for copper thin film |
| JPH08253881A (en) * | 1995-03-15 | 1996-10-01 | Natl Res Inst For Metals | Dry etching method |
| JPH08269748A (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-15 | Toshiba Corp | Method for working thin film of magnetic substance |
| JP2005314791A (en) * | 2003-12-02 | 2005-11-10 | Samco Inc | Method for working metallic magnetic material film |
-
2004
- 2004-03-17 JP JP2004075506A patent/JP2005268349A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729878A (en) * | 1993-06-24 | 1995-01-31 | Susumu Kogyo Kk | Dry etching method for copper thin film |
| JPH08253881A (en) * | 1995-03-15 | 1996-10-01 | Natl Res Inst For Metals | Dry etching method |
| JPH08269748A (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-15 | Toshiba Corp | Method for working thin film of magnetic substance |
| JP2005314791A (en) * | 2003-12-02 | 2005-11-10 | Samco Inc | Method for working metallic magnetic material film |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012199377A (en) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing method and storage medium |
| WO2013027406A1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | キヤノンアネルバ株式会社 | Magnetoresistive effect element manufacturing method and magnetoresistive effect film working method |
| KR101566863B1 (en) | 2011-08-25 | 2015-11-06 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | Method of manufacturing magnetoresistive element and method of processing magnetoresistive film |
| US9601688B2 (en) | 2011-08-25 | 2017-03-21 | Canon Anelva Corporation | Method of manufacturing magnetoresistive element and method of processing magnetoresistive film |
| US8987007B2 (en) | 2012-09-21 | 2015-03-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic film using plasma etching |
| KR20150053938A (en) | 2012-11-20 | 2015-05-19 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | Method for manufacturing magnetoresistive effect element |
| US9640754B2 (en) | 2012-11-20 | 2017-05-02 | Canon Anelva Corporation | Process for producing magnetoresistive effect element |
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