JP2005340260A - 磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応生成物で磁性体層の加工面を被覆するとともにその反応生成物を薄膜化することで、磁気抵抗効果素子の加工形状の改善を可能とする。
【解決手段】第１磁性体層１１１、非磁性体層１１２、第２磁性体層１１３が積層され、第２磁性体層１１３より順次エッチング加工する際に、第２磁性体層１１３の加工により発生する第１反応生成物１２１で第２磁性体層１１３の側壁を被覆するとともに、被覆に用いる第１反応生成物１２１を最小限の高さに除去して薄膜化し、非磁性体層１１２の加工時に発生する第２反応生成物１２２によって第２磁性体層１１３の加工時に発生する第１反応生成物１２１を被覆し、さらに第１磁性体層１１１の加工により発生する第３反応生成物１２３で第１磁性体層１１１の側壁を被覆するとともに、被覆に用いる第３反応生成物１２３を最小限の高さに除去して薄膜化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非磁性体層を磁性体層で挟んでなる磁化自由層を備えた磁気抵抗効果素子を加工するのが容易な磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法に関するものである。

ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）に代表される磁性体素子では、シリコン（Ｓｉ）半導体と異なり磁性体材料および非磁性体材料が用いられている。特に磁性体材料は非常に蒸気圧の低い材料である。この磁性体の加工では、イオンミリングが広く使われているが、加工時に側壁に付着する被加工材料との反応生成物が原因となり、加工の断面形状がテーパ形状となり、しかも加工変換差が大きいため、本来目的としていた寸法に仕上がらないという問題があった。例えば、図５に示すように、下層より順に第１磁性体層５１１、非磁性体層５１２、第２磁性体層５１３、マスク層５１４が形成され、マスク層５１４をイオンミリングマスクとして第２磁性体層５１３以下の層を加工した場合、加工された第２磁性体層５１３〜第１磁性体層５１１の側壁には反応生成物５２１がテーパ状に形成される。

上記問題を解決するために、ハロゲン系のガスを用いたプラズマエッチングが検討されている（例えば、特許文献１参照。）。ハロゲンガスのプラズマエッチング加工では、加工後に残留するハロゲンによる被加工材料の腐食、特に磁性体層の腐食が問題となる。また、加工側壁に付着した被加工材料が素子の磁気特性に影響を与えることも問題となる。

特開２００３−２８２８３６号公報

解決しようとする問題点は、エッチング加工後の後処理において磁性体層に腐食が起こる点であり、反応生成物により側壁の形状が悪化する点である。

本発明の磁性体層の加工方法は、第１磁性体層と非磁性体層と第２磁性体層とを順に積層した積層膜の最上層にある第２磁性体層上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをエッチングマスクに用いて前記第２磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第２磁性体層のエッチング加工で発生する第１反応生成物を堆積する工程と、前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と、前記マスクパターンおよび前記第１反応生成物をエッチングマスクに用いて前記非磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１反応生成物を被覆する状態に前記非磁性体層のエッチング加工で発生する第２反応生成物を堆積する工程と、前記マスクパターンおよび前記第２反応生成物をエッチングマスクに用いて前記第１磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第１磁性体層のエッチング加工で発生する第３反応生成物を堆積する工程と、前記第１磁性体層のエッチング加工で発生した第３反応生成物を前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、磁性体層間に非磁性体層を挟んだ磁化自由層が形成される磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、前記磁気抵抗効果素子は、第１磁性体層と非磁性体層と第２磁性体層とを順に積層した積層膜の最上層にある第２磁性体層上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをエッチングマスクに用いて前記第２磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第２磁性体層のエッチング加工で発生する第１反応生成物を堆積する工程と、前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と、前記マスクパターンおよび前記第１反応生成物をエッチングマスクに用いて前記非磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１反応生成物を被覆する状態に前記非磁性体層のエッチング加工で発生する第２反応生成物を堆積する工程と、前記マスクパターンおよび前記第２反応生成物をエッチングマスクに用いて前記第１磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第１磁性体層のエッチング加工で発生する第３反応生成物を堆積する工程と、前記第１磁性体層のエッチング加工で発生した第３反応生成物を前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程とにより形成されることを最も主要な特徴とする。

本発明の磁性体層の加工方法は、第２磁性体層のエッチング加工時に、第２磁性体層の側壁を第１反応生成物で被覆することができるので、第１反応生成物による保護作用により、その後の処理によって第２磁性体層が除去、腐食等を受けないという利点がある。また、第１反応生成物を第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化するため、最小限の膜厚で第１反応生成物による第２磁性体層側壁の保護膜作用を確保できるという利点がある。また、非磁性体層をエッチング加工するとともに、第１反応生成物を被覆する状態に非磁性体層のエッチング加工で発生する第２反応生成物を堆積するため、第２反応生成物で第１反応生成物を保護することができるので、その後の処理によって第１反応生成物および第２磁性体層が除去、腐食等を受けないという利点がある。また第１磁性体層をエッチング加工時に、第１磁性体層の側壁を第３反応生成物で被覆することができるので、第３反応生成物による保護作用により、その後の処理によって第１磁性体層が除去、腐食等を受けないという利点がある。また第３反応生成物を第１磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化するため、最小限の膜厚で第３反応生成物による第１磁性体層側壁の保護膜作用を確保できるという利点がある。したがって、第２磁性体層、非磁性体層、第１磁性体層の加工で生じる反応生成物の厚さを最小限にしつつ、第１、第２磁性体層を保護しながら加工することができるので、反応生成物による書き込み特性の悪化を防止することができ、書き込み特性に優れた磁性体層で非磁性体層を挟んだ構造を得ることができる。

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、本発明の磁性体層の加工方法と同様なる効果を得ることができるので、磁性体層間に非磁性体層を挟んで形成される磁気抵抗効果素子は書き込み性能に優れたものにできるという利点がある。

磁気抵抗効果素子の書き込み性能を向上させるという目的を、磁性体層のエッチング加工で発生する反応生成物を保護膜として利用するとともに、反応生成物の影響を最小限にすることで実現した。

まず、一般的な磁気記憶装置の構成を図２の概略構成断面図によって説明する。図２では、一例として、電流磁界による磁化反転を利用して情報を記憶するＭＲＡＭを示す。

図２に示すように、半導体基板１０には、選択素子として機能する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（以下、トランジスタという）２１が形成されている。この選択素子の一方の拡散層２２は、接続電極部５１および下部電極３５を介して磁気抵抗効果素子１３に接続されている。上記磁気抵抗効果素子１３は、例えばＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子からなる。上記磁気抵抗効果素子１３の下方側には、上記下部電極３５および絶縁膜４１を介して書き込みワード線１１が配設されている。また、上記書き込みワード線１１に立体的に交差（例えば直交）するようにビット線１２が配設されている。したがって、書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域に上記磁気抵抗効果素子１３が配設されることになり、磁気抵抗効果素子１３とビット線１２とは、例えば磁気抵抗効果素子１３上に形成される上部電極（図示せず）によって電気的に接続されている。

上記構成の磁気記憶装置１を製造するに際し、上記磁気抵抗効果素子１３を形成する工程では、書き込みワード線１１上に形成される絶縁膜４１上に、下部電極３５、バリア層（図示せず）、磁化固定層３１、トンネル障壁層３２、磁化自由層３３を下層より順に積層して形成する。上記磁化固定層３１および磁化自由層３３は、例えば、下層より磁性体層と非磁性体層と磁性体層とを積層したものであってもよい。

その後、本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法により、上記磁化自由層３３を形成する。さらに、トンネル障壁層３２、磁化固定層３１、下部電極３５等をエッチング加工して、磁気抵抗効果素子１３を形成する。

その後さらに、絶縁膜４２を形成した後、上記書き込みワード線１１に立体的に交差（例えば直交）するようにビット線１２を形成する。なお、磁化自由層１３３表面にバリア層を介して上部電極を形成してもよい。この場合には、磁気抵抗効果素子１３を加工する前に、一般的なエッチングプロセスによって、上部電極、バリア層を加工しておくことができる。

次に、本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施例を、図１の製造工程部分断面図によって説明する。図１では、ＭＲＡＭ（Magnetic Randon Access Memory）のＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子加工の一例を示す。

図１（１）に示すように、絶縁膜（図示せず）上に、磁化固定層１３１、トンネル障壁層１３２、第１磁性体層１１１と非磁性体層１１２と第２磁性体層１１３からなる磁化自由層３３、マスク層を下層より順に積層して形成する。上記マスク層は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜等で形成される、いわゆるハードマスクで形成される。このハードマスクは、通常のレジストマスク（図示せず）を用いたエッチング技術によってマスクパターン１１４に加工される。

上記磁化固定層３１、磁化自由層３３の第１磁性体層１１１、第２磁性体層１１３は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、コバルト鉄ニッケル（ＣｏＦｅＮｉ）、ホウ化コバルト鉄（ＣｏＦｅＢ）、ホウ化ニッケル鉄（ＮｉＦｅＢ）、ホウ化コバルトニッケル（ＣｏＮｉＢ）、ホウ化コバルト鉄ニッケル（ＣｏＦｅＮｉＢ）〕の群から選択される１種もしくは複数種を用いることができる。

また、上記非磁性体層１１２は、例えば、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）の群から選択される１種もしくは複数種を用いることができる。

上記トンネル障壁層３２には、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化マグネシウム、窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、酸化窒化マグネシウム、酸化窒化シリコン等の絶縁薄膜を用いることができる。上記トンネル障壁層３２は、上記磁化自由層３３と上記磁化固定層３１との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。

また、図示はされていないが、下部電極および上部電極には、銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金等の半導体装置の配線や電極に用いられる材料を採用することができる。また、反強磁性体層を兼ねる下部電極には、例えば、鉄マンガン、ニッケルマンガン、白金マンガン、イリジウムマンガン、ロジウムマンガン、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの１種もしくは複数種を用いることができる。

上記各膜は、主にスパッタリング法により形成することができるが、成膜原料があれば、化学的気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、蒸着法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法等、種々の成膜方法を用いることもできる。またトンネル障壁層３２は、スパッタリング法によって形成された金属膜を酸化、窒化もしくは酸化窒化させることにより得ることもできる。

その後、レジストマスクを除去する。図１（１）はレジストマスクを除去した後の状態を示した。

次に、図１（２）に示すように、上記マスクパターン１１４をエッチングマスクに用いて、上記第２磁性体層１１３をエッチング加工する。このエッチング条件としては、例えば、プラズマエッチング装置のソースパワーを１０００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗに設定し、塩素系エッチングガスを用いる。例えば塩素（Ｃｌ₂）と酸素（Ｏ₂）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、それぞれの供給流量を４０ｃｍ³／ｍｉｎ、２０ｃｍ³／ｍｉｎ、２０ｃｍ³／ｍｉｎに設定し、エッチング雰囲気の圧力を１．３３Ｐａ、基板温度を６０℃に設定した。なお、上記流量は標準状態における流量である。このエッチング加工では、第２磁性体層１１３の側壁およびマスクパターン１１４の側壁に第１反応生成物１２１が生成され、付着堆積される。

次に、エッチングにより残留している塩素による腐食を防止するため、Ｈ₂Ｏガスによるプラズマ処理を行う。このプラズマ処理条件の一例としては、マイクロ波パワーを１４００Ｗ、Ｈ₂Ｏの流量を５００ｃｍ³／ｍｉｎ（標準状態にて）、プラズマ処理雰囲気の圧力を２６６Ｐａ、基板温度を２５０℃とした。

次に、図１（３）に示すように、第２磁性体層１１３の側壁を被覆する状態を維持する最小限の高さとなるように、上記第１反応生成物１２１を除去加工して薄膜化する。この除去加工は、薬液処理により行う。薬液としては、フッ酸系薬液もしくは有機アミン系薬液を用いる。このとき、処理薬液が第２磁性体層１１３に影響を与えないようにするため、第１反応性生物１２１を全て除去することはせず、上記第２磁性体層１１３の側壁が第１反応生成物１２１で被覆して保護される範囲で、かつ第１反応性生物１２１の高さが最小限の高さとなるように、第１反応生成物１２１を加工することが重要である。

次に、図１（４）に示すように、上記マスクパターン１１４および上記第１反応生成物１２１をエッチングマスクに用いて、上記非磁性体層１１２をエッチング加工するとともに、上記第１反応生成物１２１を被覆する状態に上記非磁性体層１１２のエッチング加工で発生する第２反応生成物１２２を堆積する。上記非磁性体層１１２は、ルテニウム（Ｒｕ）で形成されている場合、例えば酸素（Ｏ₂）とハロゲン（例えば塩素（Ｃｌ₂））との混合ガスを用いたエッチングにより加工される。その加工条件の一例としては、エッチング装置のソースパワーを１０００Ｗ、バイアスパワーを２００Ｗに設定し、エッチングガスに塩素（Ｃｌ₂）と酸素（Ｏ₂）との混合ガスを用い、それぞれの流量を２０ｃｍ³／ｍｉｎ、１００ｃｍ³／ｍｉｎ（標準状態にて）に設定し、エッチング雰囲気の圧力を１．３３Ｐａ、基板温度を６０℃に設定した。

上記第２反応生成物１２２は、非磁性体層１１２の膜厚が薄いため、第２磁性体層１１３をエッチングしたときに生成された第１反応生成物１２１の膜厚と比較して薄く生成され、また高さも低い。前記工程で薬液処理によって第１反応生成物１２１を薄くかつ低くする除去加工を行っているため、第２反応生成物１２２によって第１反応生成物１２１を被覆することが可能になっている。

次に、図１（５）に示すように、上記マスクパターン１１４および上記第２反応生成物１２２をエッチングマスクに用いて上記第１磁性体層１１１をエッチング加工するとともに、上記第１磁性体層１１１の側壁を被覆する状態に上記第１磁性体層１１１のエッチング加工で発生する第３反応生成物１２３を堆積する。このエッチング条件としては、例えば、プラズマエッチング装置のソースパワーを１０００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗに設定し、塩素系エッチングガスを用いる。例えば塩素（Ｃｌ₂）と酸素（Ｏ₂）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、それぞれの供給流量を４０ｃｍ³／ｍｉｎ、２０ｃｍ³／ｍｉｎ、２０ｃｍ³／ｍｉｎに設定し、エッチング雰囲気の圧力を１．３３Ｐａ、基板温度を６０℃に設定した。なお、上記流量は標準状態における流量である。

次に、エッチングにより残留している塩素による腐食を防止するため、Ｈ₂Ｏガスによるプラズマ処理を行う。このプラズマ処理条件の一例としては、マイクロ波パワーを１４００Ｗ、Ｈ₂Ｏの流量を５００ｃｍ³／ｍｉｎ（標準状態にて）、プラズマ処理雰囲気の圧力を２６６Ｐａ、基板温度を２５０℃とした。

次に、図１（６）に示すように、上記第１磁性体層１１１の側壁を被覆する状態を維持する最小限の高さとなるように、上記第３反応生成物１２３を除去加工して薄膜化する。この除去加工は、薬液処理により行う。薬液としては、フッ酸系薬液もしくは有機アミン系薬液を用いる。このとき、処理薬液が第１磁性体層１１１に影響を与えないようにするため、第３反応性生物１２３を全て除去することはせず、上記第１磁性体層１１１の側壁が第３反応生成物１２３で被覆して保護される範囲で、かつ第３反応性生物１２３の高さが最小限の高さとなるように、第３反応生成物１２３を加工することが重要である。また、上記薬液処理では、第２磁性体層１１３の側壁は第１反応生成物１２１を被覆する第２反応生成物１２２によって被覆されているため、第２磁性体層１１３が薬液処理によって腐食等の影響を受けることはない。

次に、本発明の比較例の一例を図３の概略部分断面図によって説明する。

図３（１）には、本発明の如く第１反応生成物１２１、第３反応生成物１２３を薄膜化する処理を行わないで、第２磁性体層１１３、非磁性体層１１２、第１磁性体層１１１を加工した状態を示す。すなわち、前記図１（１）、（２）によって説明したのと同様にして、絶縁膜（図示せず）上に、磁化固定層３１、トンネル障壁層３２、第１磁性体層１１１と非磁性体層１１２と第２磁性体層１１３からなる磁化自由層３３、マスク層を下層より順に積層して形成する。そして、エッチング技術によって上記マスク層をマスクパターン１１４に加工する。

次に、上記マスクパターン１１４をエッチングマスクに用いて、上記第２磁性体層１１３をエッチング加工する。このエッチング加工では、第２磁性体層１１３の側壁およびマスクパターン１１４の側壁に第１反応生成物１２１が生成され、付着堆積される。次に、エッチングにより残留している塩素による腐食を防止するため、Ｈ₂Ｏガスによるプラズマ処理を行う。ここで、本発明で行った第１反応生成物１２１の薄膜化処理は行わず、上記マスクパターン１１４および上記第１反応生成物１２１をエッチングマスクに用いて、上記非磁性体層１１２をエッチング加工する。このとき、上記第１反応生成物１２１の側壁に上記非磁性体層１１２のエッチング加工で発生する第２反応生成物１２２が堆積付着する。さらに、上記マスクパターン１１４および上記第２反応生成物１２２をエッチングマスクに用いて上記第１磁性体層１１１をエッチング加工する。このエッチング加工では、上記第１磁性体層１１１の側壁を被覆する状態に第３反応生成物１２３が堆積される。

ここで、上記第１、第２、第３反応生成物１２１、１２２、１２３を除去するため、有機アミン系薬液による処理を行うと、まず第３反応生成物１２３がエッチングされ、やがて第１反応生成物１２１が露出される。そして第２磁性体層１１３のエッチング加工で発生した第１反応性生物１２１の有機アミン系薬液によるエッチング速度は、非磁性層１１２のエッチング加工で発生した第２反応性生物１２２のエッチング速度および第１磁性体層１１１のエッチング加工で発生した第３反応性生物１２３のエッチング速度より早いため、ＭＴＪ構造の加工後の薬液処理により、図３（２）に示すように、第１反応生成物1２１〔前記図３（１）参照〕第２磁性体層１１３がエッチングされ、スリット１３１および空洞１３２が発生する。これにより磁気抵抗効果素子の磁気特性が悪化する。

したがって、本発明のごとく、エッチング加工で露出される第２磁性体層１１３の側壁を最小限の高さで被覆するように第１反応生成物１２１を薄膜化する処理およびエッチング加工で露出される第１磁性体層１１１の側壁を最小限の高さで被覆するように第３反応生成物１２３を薄膜化する処理が有効であることが判る。このように、反応生成物を薄膜化することによって、従来は５０ｎｍ程度あった磁気抵抗効果素子の寸法変換差も、例えば１０ｎｍ程度に、最小限にとどめることができる。

上記実施例１では、第１反応生成物１２１および第３反応生成物１２３の除去加工を薬液処理によって行ったが、上記除去加工のうち少なくとも一方はイオンミリング、スパッタエッチング等の物理的除去加工により行うこともできる。この場合のイオンミリングは、イオンを斜め入射させることで、反応生成物の薄膜化を行うことができる。

次に、本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を、図４の概略部分断面図によって説明する。

前記実施例１において、第１反応生成物１２１を第２磁性体層１１３の側壁を被覆する状態を維持する最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程の代わりに次の工程を行う。すなわち、図４に示すように、第１反応生成物１２１を被覆する有機アミン系処理剤に対し耐性を有する保護膜１２４を形成する工程を行う。この保護膜１２４は、図４（１）に示すように、マスクパターン１１４を含む全面に保護膜１２４を成膜した後、全面エッチバックを行うことで、図４（２）に示すように、第１反応生成物１２１を被覆するようにサイドウォール形状に形成すればよい。また、上記保護膜１２４は第２磁性体層１１３の加工を行った後に上記第１反応生成物１２１を反応性雰囲気にさらすことなく形成することが好ましい。例えば、エッチング加工を行ったチャンバと同一もしくは大気開放せず基板の移動が可能なチャンバ内で保護膜１２４の成膜を行う。その後は、実施例１と同様に非磁性体層１１２の加工以降の工程を行えばよい。

上記保護膜１２４には、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることができる。また、保護膜１２４には、窒化シリコン膜以外に、ＳｉＣ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）膜なども用いることができ、窒化シリコン膜と同様に、有機アミン系薬液に対する保護膜効果が得られる。

また上記保護膜１２４はカーボン系膜で成膜することもできる。成膜方法の一例としては、原料ガスに、四フッ化炭素（ＣＦ₄）等のフッ化炭素系ガス、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）等のオレフィン炭化水素ガス、フロロカーボン系（Ｃ_xＨ_yＦ_z）のガス、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化炭素（ＣＯ₂）など炭素原子を含むガスを用いることができ、また添加ガスとして酸素（Ｏ₂）、窒素（Ｎ₂）、水素（Ｈ₂）などを用いることができる。

また、上記保護膜１２４は、第２磁性体層の加工と同一チャンバ内で成膜されることが好ましい。

本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法は、磁性体を含む積層膜のエッチング加工という用途にも適用できる。

本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程部分断面図である。 一般的な磁気記憶装置の構成を示した概略構成断面図である。 本発明の比較例の一例を示した概略部分断面図である。 本発明の磁性体層の加工方法および磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を示す概略部分断面図である。 従来技術の課題を示した概略部分断面図である。

符号の説明

１１１…第１磁性体層、１１２…非磁性体層、１１３…第２磁性体層、１１４…マスクパターン、１２１…第１反応生成物、１２２…第２反応生成物、１２３…第３反応生成物

Claims (8)

1. 第１磁性体層と非磁性体層と第２磁性体層とを順に積層した積層膜の最上層にある第２磁性体層上にマスクパターンを形成する工程と、
   前記マスクパターンをエッチングマスクに用いて前記第２磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第２磁性体層のエッチング加工で発生する第１反応生成物を堆積する工程と、
   前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と、
   前記マスクパターンおよび前記第１反応生成物をエッチングマスクに用いて前記非磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１反応生成物を被覆する状態に前記非磁性体層のエッチング加工で発生する第２反応生成物を堆積する工程と、
   前記マスクパターンおよび前記第２反応生成物をエッチングマスクに用いて前記第１磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第１磁性体層のエッチング加工で発生する第３反応生成物を堆積する工程と、
   前記第１磁性体層のエッチング加工で発生した第３反応生成物を前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と
   を備えたことを特徴とする磁性体層の加工方法。
2. 前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程の代わりに、
   前記第１反応生成物を被覆する有機アミン系処理剤に対し耐性を有する保護膜を形成する工程
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁性体層の加工方法。
3. 前記保護膜は前記第１反応生成物が反応する雰囲気にさらすことなく形成される
   ことを特徴とする請求項２記載の磁性体層の加工方法。
4. 前記第１反応生成物および前記第３反応生成物の除去加工のうち少なくとも一方はイオンミリングにより行う
   ことを特徴とする請求項１記載の磁性体層の加工方法。
5. 磁性体層間に非磁性体層を挟んだ磁化自由層が形成される磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、
   前記磁化自由層は、
   第１磁性体層と非磁性体層と第２磁性体層とを順に積層した積層膜の最上層にある第２磁性体層上にマスクパターンを形成する工程と、
   前記マスクパターンをエッチングマスクに用いて前記第２磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第２磁性体層のエッチング加工で発生する第１反応生成物を堆積する工程と、
   前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と、
   前記マスクパターンおよび前記第１反応生成物をエッチングマスクに用いて前記非磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１反応生成物を被覆する状態に前記非磁性体層のエッチング加工で発生する第２反応生成物を堆積する工程と、
   前記マスクパターンおよび前記第２反応生成物をエッチングマスクに用いて前記第１磁性体層をエッチング加工するとともに、前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態に前記第１磁性体層のエッチング加工で発生する第３反応生成物を堆積する工程と、
   前記第１磁性体層のエッチング加工で発生した第３反応生成物を前記第１磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程と
   により形成されることを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
6. 前記第１反応生成物を前記第２磁性体層の側壁を被覆する状態で最小限の高さとなるように除去加工して薄膜化する工程の代わりに、
   前記第１反応生成物を被覆する有機アミン系処理剤に対し耐性を有する保護膜を形成する工程
   を備えたことを特徴とする請求項５記載の磁気記憶装置の製造方法。
7. 前記保護膜は前記第１反応生成物が反応する雰囲気にさらすことなく形成される
   ことを特徴とする請求項６記載の磁気記憶装置の製造方法。
8. 前記第１反応生成物および前記第３反応生成物の除去加工のうち少なくとも一方はイオンミリングにより行う
   ことを特徴とする請求項５記載の磁気記憶装置の製造方法。
   

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