JP2005527101A - 炭素ベースのガスを用いる磁気薄膜のイオンビームエッチング選択性の向上 - Google Patents

Abstract

磁気材料を含む構造をエッチングする方法であって、方法が、磁気材料（８０）を含む構造（７０）を提供すること、構造の少なくとも一部にマスク材料（８４）を当てること、炭素ベースの化合物を含むエッチングプロセスを使用して磁気材料を反応性イオンビームエッチングし、マスク材料が磁気材料よりもエッチングの遅い材料を形成することとを含む方法。エッチングプロセスはさらにアルゴンイオンを含むことができる。炭素ベースの化合物は、Ｃ₂Ｈ₂、ＣＨＦ₃、及びＣＯ₂の群から選択される化合物とすることができる。別法としてエッチングプロセスは、アルゴンイオン、酸素、及びＣ₂Ｈ₂又はＣＨＦ₃のいずれかを含むことができる。磁気材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｏの群から選択される物質を含んだ化合物を含むことができる。マスク材料はＴａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、又はフォトレジストの層を含むことができる。

Description

本出願は、２００１年８月２１日出願の米国仮出願番号第６０／３１３，９１９号の利益を主張するものである。

本発明は、イオンビームエッチングのプロセスに関し、より詳細にはそのプロセスを磁気記録ヘッドの製造に使用することに関する。

多くのディスクドライブは２個の素子を含む記録ヘッドを使用する。第１の素子は、磁気ディスクの表面にデータを書き込むのに使用される書き込みヘッドである。第２の素子は、磁気抵抗素子又は巨大磁気抵抗素子（“ＭＲ素子”）を含む読み取りヘッドであり、ディスクの表面からデータを読み取るのに使用される。ＭＲ素子の抵抗は磁界の存在で変化するので、ＭＲ素子は予め書き込み素子によって書き込まれたディスク上の磁気転位を検出するのに使用される。記録ヘッドは一般にスライダーと呼ばれる小さなセラミックのブロックに収容される。スライダーは回転ディスクの近くに配置され、空気軸受によってディスク表面から分離される。

記録ヘッド製造の多くのプロセスがスパッタ薄膜を使用する。読み取り素子の重要な要素の大部分はすべてスパッタ膜から作られ、スパッタは書き込み素子のための好ましい堆積技術として間もなくメッキに置き換わることが期待されている。異方性ドライエッチングプロセスは、スパッタ膜にとって重要な可能な技術である。デバイス構造は、ナノメーター規模の正確さと精度、及び時には１より大きな厚さ対幅のアスペクト比で作る必要がある。データ記憶産業は、今のところ、記録ヘッドのスパッタ磁気材料を画定するのにアルゴンイオンビームエッチング（ＩＢＥ）に依存している。Ｎｉ合金、Ｆｅ合金、及びＣｏ合金は、物理的に硬くエッチングの遅い材料になり易く、ＩＢＥでそれらを選択的にエッチングするのは困難である。その一つの結果として、これらの合金よりも遅くエッチングされる材料が少ないので、マスキング材料を非常に厚く作らなければならない。さらに、磁気構造を完全に画定するために、ＩＢＥプロセスは下地材料の多量のオーバーエッチングを容認しなければならない。

代わりの手法は、化学的な選択性を利用し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用してある種の材料を他よりも選択的にエッチングすることである。ＲＩＥは露出したウェーハ表面に揮発性反応生成物を形成する。一度形成されると、これらの反応生成物はウェーハ表面から脱着され、ポンプで取り除かれる。残念ながら、３００℃以下程度の従来のウェーハ加工温度でＮｉ、Ｆｅ、及びＣｏから揮発性組成物を形成するのは挑戦的である。したがって、これらの材料及び関連する合金はＲＩＥすることが困難である。反応性エッチングにおける過去の試みは一般にＣＯ又はＣｌのいずれかを使用した。研究者達は化学援用ＩＢＥ又はＲＩＥプロセスのいずれかにＣＯを用いて揮発性のＮｉ−、Ｆｅ−及びＣｏ−カルボニルを形成することを試みた。しかし、今までに実際にカルボニルが形成されることを結論として実証するデータはない。一方、一部の研究グループは、ＣｌベースのＲＩＥを使用してＮｉＦｅ及びスピンバルブをエッチングすることに限られた成功を収めたが、他の材料に対するエッチング選択性が乏しい。イオンミル（ｉｏｎ ｍｉｌｌ）に反応性ガスを導入することによって、ある種の材料のエッチング速度を遅くすることは良く知られており、その一例は酸素反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）である。実際に、この種の手法は、Ｎ_２をイオンミルに加えることによってＦｅＡｌＮをＴｉよりも選択的にエッチングするのに使用された。

ノッチ磁極（ｎｏｔｃｈｅｄ ｐｏｌｅ）プロセスにおいて縦型書き込み素子のギャップをエッチングするために、書き込み素子の反応性エッチングプロセスが開示された。これらの反応性プロセスは、Ａｌ_２Ｏ_３ギャップのＣＦ_４−又はＣＨＦ_３−ベースのＲＩＢＥであり、良く知られている。種々の非磁性遷移金属のギャップ材料を、Ａｒとは異なるＫｒ又はＸｅなどの貴金属ガスを使用してエッチングを向上させることも提案された。

現在のデータ記憶産業ではドライエッチング磁気材料に対する選択肢がほとんどなく、入手可能なそのような磁気材料は選択性が悪い。磁気材料を選択的にエッチングする異方性ドライエッチングプロセスのポートフォリオを開発する必要がある。

磁気材料を含む構造をエッチングする方法であって、方法が、磁気材料を含む構造を提供すること、構造の少なくとも一部にマスク材料を当てること、炭素ベースの化合物を含むエッチングプロセスを使用して磁気材料を反応性イオンビームエッチングし、マスク材料が磁気材料よりも遅くエッチングする材料を形成することとを含む。エッチングプロセスはさらにアルゴンイオンを含むことができる。炭素ベースの化合物は、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨＦ_３、及びＣＯ_２の群から選択される化合物であることができる。別法としてエッチングプロセスは、アルゴンイオン、酸素、及びＣ_２Ｈ_２又はＣＨＦ_３のいずれかを含むことができる。磁気材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｏの群から選択される材料を含む化合物を含むことができる。マスク材料はＴａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、又はフォトレジストの層を含むことができる。プロセスを用いて作られた磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを含むディスクドライブも含まれる。

本発明のプロセスは、（１）イオンミル中の炭素ベースのガスと、（２）ハードマスク及びエッチング停止用の適切な材料との組み合わせを含む。例えば、Ｔａ（及び他の材料）と組み合わせた炭素ベースのガスを有するイオンミルをＮｉ−合金、Ｆｅ−合金、及びＣｏ−合金の選択エッチングに使用することができる。本出願で提案する反応性ＩＢＥプロセスは、ＲＩＥのように主として化学的なプロセスではなく、むしろ物理的なエッチングプロセスである。揮発性化合物は形成されない。本発明は種々の材料の物理的エッチング速度を修正して、他に対して１種の材料を選択的にエッチングすることを可能にする。

本発明は、磁気記録媒体とともに使用するための磁気ヘッドの製造に使用することのできるプロセス、同様にプロセスによって作られた磁気記録ヘッド、及びヘッドを含むディスクドライブを包含する。図１は、本発明によって作られた磁気ヘッドを用いることのできるディスクドライブ１０を絵で示すものである。ディスクドライブは、ディスクドライブの種々の部品を収容するような寸法で形成されたハウジング１２（上部が取り外され、この図で下部を見ることができる）を含む。ディスクドライブはハウジングの内部で少なくとも１枚の磁気記憶媒体１６、この場合磁気ディスクを回転するためのスピンドルモーター１４を含む。少なくとも１個のアーム１８がハウジング１２内に収容され、各アーム１８は記録及び／又は読み取りヘッドもしくはスライダー２２を備える第１の端部２０と、軸受２６によって軸回転するようにシャフトに取り付けられた第２の端部２４とを有する。アクチュエータモーター２８がアームの第２端部２４に配置され、ヘッド２２がディスク１６の所望のセクター上に位置するようにアーム１８を軸回転する。アクチュエータモーター２８はこの図には示していない制御装置によって制御されるが、これは当分野では良く知られている。

本発明は、材料を選択的にエッチングすることができ、磁気記録ヘッドの製造に使用することのできる異方性ドライエッチングプロセスを提供する。一例では、本発明は炭素含有ガスを使用する反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）プロセスを提供する。本発明は、反応性ガスをイオンミルに導入して将来のマスク材料上に硬い表面層を形成することによって、通常の磁気材料及び合金の最も可能性の高いエッチング選択性を達成することを追求している。これは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びそれぞれそれらの炭化物よりもエッチングの遅い炭化物を形成する材料を使用することによって完遂される。この手法で揮発性化合物が形成する可能性はごく僅かであるが、斜めの角度でエッチングすることによってイオンミルが側壁から再堆積した材料を除去することができるので、さほど重要ではない。

本発明は種々の処理構想を包含し、反応性エッチングガスとハードマスクに選択した材料とエッチング停止材の組み合わせを使用する。反応性ガスは標準イオンミルのカウフマン（Ｋａｕｆｍａｎ）源に導入して誘導結合プラズマ中にイオンを発生させ、一組の電圧バイアスされたグリッドによってそれらを加速することができる。

一例では、プロセスはアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）とＡｒの混合物をＲＩＢＥプロセスに使用する。いくつかの材料のＣ_２Ｈ_２の比流速の関数としての絶対エッチング速度実験データを図２に示す。簡明さを期すため、ＦｅＣｏＢ、Ｔａ、及びＡＺ１５０５フォトレジストのエッチング速度データのみ示されている。他の材料のデータは概略同じ傾向に従うが、図からは省いた。比流速０．７１４、０．８、及び０．８８２の全流速は、それぞれ１４、１５、及び１７ＳＣＣＭであった。“中間”イオンビームパラメーターには、加速電圧６００Ｖ、ビーム電流３００ｍＡ、ＲＦ電力約４００Ｗ、及び抑制電圧４００Ｖを使用した。図２において、線４０はＦｅＣｏＢのエッチング速度、線４２はＴａのエッチング速度、及び線４４はＡＺ１５０５フォトレジストのエッチング速度を表す。図２は冶具角度４５°のエッチング速度を表すが、これらのデータはすべての冶具角度で観察された挙動を反映している。図２のデータは、Ｃ_２Ｈ_２の量が増加するとエッチング速度が低下するという観察された全体の傾向を表している。ＦｅＣｏＢのエッチング速度の全体の低下にもかかわらず、Ｔａ及びフォトレジストのエッチング速度はさらに急速に低下する。

図３はＴａ及びＡＺ１５０１フォトレジストに対するＦｅＣｏＢのエッチング選択性を示し、ＦｅＣｏＢとＴａ又はフォトレジストのいずれかのエッチング速度の比率として定義される。破線４６は、従来のＡｒＩＢＥ及びＷ又は高品質のＡｌ_２Ｏ_３を用いて実現した最良の選択性を示している。図３では線４８はＦｅＣｏＢ／Ｔａの選択性を表し、曲線５０はＦｅＣｏＢ／ＡＺ１５０５の選択性を表す。研究した最高のＣ_２Ｈ_２比流速については、殆ど９対１という注目すべきエッチング選択性が観察される。最も高い比流速によって、レジストが過熱され、その結果“燃焼”するときを想起させる、激しい劣化をフォトレジストに招いたことに注意されたい。

他のプロセスの例は、ＣＨＦ_３とＡｒを組み合わせたもので、絶対エッチング速度及び選択性のデータをそれぞれ図４及び５に示す。図４のデータを生じさせるのに使用したパラメーターは、アセチレンの代わりにＣＨＦ_３を使用したことを除き、図２のデータを生じさせるものと同じである。図４において、曲線５２はＦｅＣｏＢのエッチング速度を表し、曲線５４はＮｉＦｅＣｒのエッチング速度を表し、曲線５６はＷのエッチング速度を表し、曲線５８はＡＺ１５０５フォトレジストのエッチング速度を表す。

図５はＣＨＦ_３の比流速の関数としてのエッチング選択性を示す。図５の破線４６は図３と同じである。図５において、曲線６０はＦｅＣｏＢ：Ｗの比エッチング速度を表し、曲線６２はＮｉＦｅＣｒ：Ｗの選択性を表し、曲線６４はＦｅＣｏＢ：ＡＺ１５０５の比エッチング速度を表し、曲線６６はＮｉＦｅＣｒ：ＡＺ１５０５の比エッチング速度を表す。このプロセスではＷ及び０．３５７のＣＨＦ_３の比流速を使用するときに向上することが観察され、この場合選択性はＷ又はＡｌ_２Ｏ_３でのＡｒＩＢＥよりも約４５％良好であった。また、フォトレジストＡＺ１５０５もＣＨＦ_３を加えるこことによって、その選択性がＡｒＩＢＥの最良の性能以下に留まるものの、選択性の向上を示す。このプロセスでは、選択性の向上するＣＨＦ_３流速の小さな“窓”がある。（ＣＨＦ_３＋Ａｒ）に対するＣＨＦ_３の比流速は０．２７〜０．４３であることが好ましく、より好ましくは０．３〜０．４である。これらのデータは、プロセス変向の許容範囲がほとんどないことを示しているが、それにもかかわらず、プロセスが異なる材料の使用を許容することを示している。これは、例えばマスク又はエッチング停止材としてＷがＴａよりも良い選択であるならば、有用なこともある。

これらのプロセスは両方とも、標準的なＡｒＩＢＥを使用してこれまでに達成した最良の選択性性能をしのぐものである。基準となる磁気材料にＦｅＣｏＢを使用し、Ｗ又は高品質のＡｌ_２Ｏ_３をマスク材料として使用することによって、４５°の冶具角度でＡｒＩＢＥによる最良の選択性が達成された。この選択性を図３及び５の曲線４６に示す。Ｃ_２Ｈ_２ＲＩＢＥプロセスでは、Ｔａ又はフォトレジストのいずれかを使用してさらにより良い選択性が観察される。Ｗ、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＳｉＯ_２などの他の非磁気材料は、Ｃ_２Ｈ_２の流速を上げても選択性に変化がなく、又は悪化を示す。ＣＨＦ_３ＲＩＢＥプロセスでは、Ｗ又はＡＺ１５０５フォトレジストを使用してより良い選択性が観察される。対照的にＴａは改善を示さず、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２の選択性はＣＨＦ_３の流速を上げると悪化する。

また、我々はこれらの２つのプロセス性能を、ＮｉＦｅ及びトップスピンバルブ（ｔｏｐ ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅ）構造などの技術的に重要な材料（例えば、５５ＮｉＦｅＣｒ／５０ＣｏＦｅ／３０Ｃｕ／３０ＣｏＦｅ／４Ｒｕ／２５ＣｏＦｅ／７０ＩｒＭｎ／６０Ｒｕ。数字は層の厚さÅである）で評価した。図２〜５に示したＦｅＣｏＢの基準性能で観察されたものと比肩し得る、選択性の向上が観察された。さらに、より急速にエッチングする、より高電圧のビームパラメーターを使用して選択性の測定も行った。最も高いＣ_２Ｈ_２流速のＣ_２Ｈ_２ＲＩＢＥプロセスで、約４対１の選択性が観察された。

ＴａとＷの正反対の性能、及びそれらの使用する反応性ガスの種類に対する依存性は、炭化物が表面に形成される仕組みに微妙な細部事象が存在することを示唆している。加えて、以前に公表されたデータは、炭化物がＣベースのエッチングガスを使用するときに形成され、ＴａＣとＷＣはＴａとＷよりもエッチングが遅くなることが予想されることを示している。

我々はＴａとＷをハードマスク材料として主に研究したが、本発明に含まれるＣベースＲＩＢＥプロセスはこれらの材料だけに制限されるものではない。炭素ベースＲＩＢＥは、Ｍｏ、Ｓｉ、及びＴｉなどエッチングの遅い炭化物を形成する材料へ広範囲に拡張することもできる。

最終的に、反応性エッチングにＣ_２Ｈ_２を使用する一つの利点は、それらがＣＯ、ＣＨ_４、及びＣｌなどの他の反応性ガスよりも安全であることであり、したがってディスクドライブ製造から有害な材料を省く必要性とより合致する。ＣＨＦ_３に要求される安全規制はない。アセチレンは可燃性であるが、有害ではなく、したがってガス収納庫だけを必要とする。有害ガスと違って、高価な二重壁配管やガス検出器の必要がない。さらに、ウェーハ表面に形成する反応性副生産物は炭化物であると想定され、これらはカルボニルや腐食性のＣｌの副生産物よりもはるかに安全である。したがって、イオンミルの排出ガスに要求される特別な安全規制がない。

磁気書き込みヘッドのスパッタされた頂部磁極、及び面に垂直な電流の（ＣＰＰ）巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）読み取り素子のトラック幅を画定するための２つのプロセスを概説することによって、これらのＲＩＢＥプロセスの応用可能性を示す。ＣベースＲＩＢＥは本明細書に述べたもの以外に多くのプロセスに使用可能である。例えば、他の２つの用途は平面内電流（ＣＩＰ）ＧＭＲ読み取り素子、及びトンネル接合読み取りヘッドの画定を含む。

本発明を使用する、磁気書き込みヘッドのスパッタされた頂部磁極を画定するプロセスは図６〜９に図示されている。図６〜９は、書き込み素子製造への炭素ベースＲＩＢＥの用途を示す。図は、垂直書き込み素子の頂部磁極を作る製造手順のために、空気軸受表面（ＡＢＳ）を示す概略図である。図６はリソグラフ的に画定されたレジストを有する薄膜多層の断面である。ＡｒＩＢＥプロセスはレジストパターンをＲＩＥマスク（図示されていない）に画定する。薄膜多層構造７０は平坦化した表面７２の上に堆積され、表面の一部は書き込みヨークの露出した部分を含む。この頂部磁極工程の前に作られた材料と構造の全ては表面７２の下に位置し、それらは層７４で表されている。構造７０中の各層の役割は以下の通りである。Ｔａ又はＷの底部層７６はエッチング停止材として働く。緩衝層７８は任意であるが、高モーメント材料中に十分な磁気を促進する場合、及びそれが犠牲層として働くことができ、ＲＩＢＥプロセス中に高モーメント層の“足（ｆｅｅｔ）”の除去の助けになる場合、含むことができる。高モーメント磁気層８０は緩衝層の上に位置する。キャップ層８２は高モーメント磁気層の上に位置する。Ｔａ又はＷのハードマスク層８４はキャップ層の上に位置する。反応性イオンエッチングマスク８６は硬質層の上に位置する。レジスト８８は反応性イオンエッチングマスクの上に位置する。

プロセスの一つの点で、図６の層７６と７８を貫通してヨークまでビアを開口し、この例の高モーメント層が、ヨークの残りと交換結合（ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ）することが望ましい。高モーメント層が垂直書き込み素子の頂部磁極を形成する。我々はＦｅＣｏＢの例を使用するが、他の高モーメント材料を使用することができる。キャップ層は書き込み磁極のトレール端部（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）を保護する非磁気材料である。この層は両方ともＦベースのＲＩＥに抵抗性があり、ＣベースのＲＩＢＥで容易にエッチングし、それらの材料の例は非磁性のＮｉＦｅＣｒである。頂部のＴａ又はＷ層は高モーメント層のハードマスクとして働く。最終的に、第１のＲＩＥ工程中、Ｔａ又はＷに頂部磁極構造を画定するためにＲＩＥマスクが使用される。

図７はＦベースのＲＩＥによる、Ｔａ又はＷのハードマスクへのデバイスパターンの画定を示す。頂部磁極構造は、標準的なＡｒＩＢＥ工程によってレジストからＲＩＥマスクに移される。また、ＲＩＥマスクは、ＮｉＦｅ又はＡｌなどのＦベースのＲＩＥに抵抗性のある、ある種の材料を蒸着又はイオンビーム堆積法のような方向性のある技術でレジストを通して堆積する、リフトオフプロセスで画定することができることを特記する。ＲＩＥマスクが画定されると、パターンはＦベースのＲＩＥによってＴａ又はＷ層に移すことができる。次いでこれは高モーメント層のＣベースＲＩＢＥ中の頂部磁極マスクとして働く。図８は、次いでＴａ又はＷのハードマスクが高モーメント頂部磁極（この例ではＦｅＣｏＢ）のＣベースＲＩＢＥの間にデバイス構造を画定するために使用されることを示す。図９は、Ｔａ又はＷのエッチング停止材層を除去するために、第２のＦベースＲＩＥを使用する最終工程を示す。図９に示した最後の工程は、Ｔａ又はＷのエッチング停止材層を場から除去する。

プロセスは図１０〜１３に示したように、ＣＰＰ読み取り素子の製造にも使用することができる。これらの図は、ＣＰＰ読み取り素子のトラック幅を画定するプロセス提案のために、ＡＢＳの図を示す。図１０はリソグラフ的に画定されたレジストを有する薄膜多層の断面図である。薄膜多層構造１００は、Ｃｕ鉛又はＮｉＦｅシールド１０４の平坦化した表面１０２上に堆積される。構造１００中の各層の役割は以下の通りである。Ｔａ又はＷの底部層１０６はエッチング停止材として働く。緩衝層７８は任意であるが、ＧＭＲスタックに良好な磁気を促進する場合、及びそれが犠牲層として働くことができ、ＲＩＢＥプロセス中にＧＭＲスタック中の“足（ｆｅｅｔ）”の除去の助けになる場合、含むことができる。ＧＭＲスタック１１０は緩衝層の上に位置する。キャップ層１１２はＧＭＲスタックの上に位置する。レジスト１１４はキャップ層の上に位置する。

次いで図１１に示すように、ＣベースのＲＩＢＥがＣＰＰセンサーのトラック幅をキャップ層の一部を除去することによって画定し、ＧＭＲスタックと底部層はレジストで保護されていない。次いで図１２に示すように、方向性のある堆積プロセスを使用して絶縁体１１６が構造の上に堆積される。絶縁体及びレジストは次いでリフトオフで取り去り、図１３に示す構造が残る。

図１０〜１３に示したプロセスの方法は、書き込み素子で述べたものと類似している。この場合、我々はトラック幅を画定するのに、剥離を用いて絶縁体を除去できるように、金属のハードマスクではなくレジストを使用した。書き込み素子プロセスとの重要な相違の一つは、Ｔａ又はＷエッチング停止材層の比抵抗の制約である。リードや他の様々な層からのＣＰＰスタックの迷抵抗は最小にしなければならない。これは、Ｔａが一般に約１８０μΩ−ｃｍの高い比抵抗を有する物質中心正方晶形相を形成するので潜在的な問題である。約２０μΩ−ｃｍの比抵抗を有するＴａの低抵抗の物質中心立方晶形相を形成することが可能であるが、生成は保証できない。対照的に、Ｗの薄膜は一般に約２０μΩ−ｃｍの比抵抗を有し、ＣＰＰ読み取り素子の用途にはより良い選択であろう。

レジストを選択するにしろ金属ハードマスクを選択するにしろ、ＣベースのＲＩＢＥプロセスはドライエッチングプロセスの制約を緩和する助けになるであろう。向上した選択性によって、同じ厚さのレジスト又はハードマスクで、より厚い層のエッチングが可能になる。逆に、より薄いマスクで同じ厚さをエッチングすることができる。ＣベースのＲＩＢＥが上記の書き込み素子プロセスに組み込まれると、現在の我々のスパッタされた頂部磁極エッチングプロセスを大きく向上することができる。最終的に、マスクとしてＴａ又はＷを使用する他の重要な利点は、両方の材料ともＦベースのＲＩＥで容易にエッチングできることである。

本発明は、記録ヘッドに使用されるＮｉ合金、Ｆｅ合金、及びＣｏ合金を選択的にエッチングするための新規なＣベースのＲＩＢＥプロセスを提供する。このプロセスは標準的なＡｒＩＢＥよりも大きく向上しており、ＣｌベースＲＩＥよりも良好な、磁気材料をドライエッチングするための潜在的な代替プロセスである。我々は２組のイオンビームパラメーターのデータだけを示すが、必要であれば、この開示の基にある原理は任意のビームパラメーターの組み合わせに拡張することができる。

データは、Ｃ_２Ｈ_２又はＣＨＦ_３のいずれかを使用する反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）プロセスにかけた時の、種々の材料のフィールドエッチング速度について示した。記録ヘッド製造におけるこれらのプロセスの応用を示すために２つの例を示す。

炭素ベースのエッチング中の炭素に富む材料の蓄積は、ガス混合物中に、炭素と容易に反応して、揮発性又は不揮発性のどちらでもよいが、急速エッチング化合物を形成する元素又は化合物を含ませることによって防止することができる。これを遂行する一つの方法は、炭素ベースのＲＩＢＥ中に使用されるガス混合物に酸素を組み込むことである。イオンビーム中の酸素は、次いで側壁に蓄積する残りの炭素から一酸化炭素又は二酸化炭素を生成する。一般に、分子状酸素は、アセチレンやメタンなど酸素を含まない炭素含有ガスと混合することができる。他の手法は、炭素と酸素の両方を有するガスを使用することである。一酸化炭素は可燃性であり毒性があるので、二酸化炭素を選択する。

図１４は、記録ヘッド製造中で使用される種々の材料のフィールドエッチング速度の測定をＣＯ_２の比流速の関数として示す。ＡｒとＣＯ_２の流速の組み合わせは１０から１６ＳＣＣＭで変動する。測定値は絶対エッチング速度である。図１５は種々の材料に対するＮｉＦｅとＦｅＣｏのエッチング選択性を示す。選択性は図１４のデータから算出される。純粋なＣＯ_２ＲＩＢＥは、純粋なＡｒＩＢＥよりも約６〜７倍高いＮｉＦｅとＦｅＣｏのエッチング選択性を生み出す。この炭素ベースのエッチングプロセスは、炭素に富む蓄積物のない、清浄な側壁の構造をもたらす。

図１４及び１５のデータは、Ａｒと混合したＣＯ_２の相対量の関数としての測定されたフィールドエッチング速度を示す。殆どの材料の絶対エッチング速度はＣＯ_２濃度の増加とともに全体的に緩やかな低下を示すが、Ｔａに対するＮｉＦｅとＦｅＣｏのエッチング選択性は特筆すべき向上を示す。この挙動はＣ_２Ｈ_２ＲＩＢＥで観察されたものと類似している。純粋なＣＯ_２のＲＩＢＥは、基準材料のＮｉＦｅとＦｅＣｏのエッチング選択性を生み出し、純粋なＡｒのＩＢＥのそれよりも６〜７倍大きい。これは大きな向上であり、絶対エッチング速度にわずかな妥協を強いるだけであって、純粋なＡｒのＩＢＥのそれよりも約２．３倍小さい。

ＣＯ_２のＲＩＢＥの重要な試験は、炭素に富む材料の蓄積を除くことができるかどうかである。パターン形成された構造が作られ、周囲の場の磁気材料はＣＯ_２のＲＩＢＥによって完全にエッチングされた。構造は清浄な側壁を示した。

全体的に、ＣＯ_２のＲＩＢＥはＣ_２Ｈ_２のＲＩＢＥで形成されたエッチング選択性に匹敵し得る。さらに、ＣＯ_２のＲＩＢＥはそれを可能にしながら同時にいくつかの向上と利点を提供する。特に、ＣＯ_２とＣ_２Ｈ_２は両方とも毒性がない。しかし、ＣＯ_２は可燃性がなく、ガス収納庫の必要がないのでより安全である。純粋なＣＯ_２はイオンビーム源を通して流すことができる。これはＣ_２Ｈ_２のＲＩＢＥで観察された挙動と対照的であり、イオンビーム源が必要な電流を発生するためには限定された量のＡｒが必要である。ＣＯ_２は、真空チャンバー及びターボポンプ内の炭素の蓄積を少なくする。したがって、ＣＯ_２を流すことでＣ_２Ｈ_２を使用するときよりもメンテナンスの問題が少なくなる。ＣＯ_２は側壁を清浄にするので、清掃工程の直後まで使用することができる。

酸素の添加は、炭素ベースのＲＩＢＥプロセスを使用するとき、側壁を清浄に保つのに有効である。ＣＯ_２の使用によってこれを実現してきたが、同じ効果を達成する他の方法は、ＣＯの使用、又はＯ_２とＣ_２Ｈ_２やＣＨ_４など酸素を持たない炭素含有ガスとの混合物を使用することによるものである。フォトレジストに対する磁気材料の選択性はＣＯ_２の比流速が増加すると低くなる。これは、磁性合金に対するフォトレジストの比エッチング速度がＣ_２Ｈ_２の比速度が増加すると低下する、Ｃ_２Ｈ_２のＲＩＢＥと対照的である。これは、フォトレジストのエッチング速度を低下させるＣＨＦ_３又はＣ_２Ｈ_２などのガスをＣＯ_２に添加することによって補償することができる。

エッチング選択性はイオンエネルギーの関数であり、ビーム電圧が低下すると選択性は増加する。これはＣＯ_２ＲＩＢＥプロセスの多重工程を使用することによって、下地層へのオーバーエッチング量を最小にすることに利用することができる。それらのプロセスでは、最初の工程で、より高いビームエネルギーを使用して場から材料を清浄化する。次いで、より低いビームエネルギーを用いる第２工程を使用して、角及び直線状の側壁を清浄化するのに必要なオーバーエッチングすることができる。また、Ｔａエッチング停止材層と組み合わせたＣＯ_２ＲＩＢＥも、上記のＣ_２Ｈ_２ＲＩＢＥと同様に、清掃又はビア開口工程として使用することができる。

本発明をいくつかの例に関して説明したが、以下の請求項で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、開示された例に種々の変更を加えることができることは当業者には明らかであろう。

本発明によって作られた磁気ヘッドを含むことのできる磁気ディスクドライブを絵で表した図である。 アルゴンとアセチレン反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング速度を示すグラフである。 アルゴンとアセチレン反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング選択性比を示すグラフである。 アルゴンとＣＨＦ_３反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング速度を示すグラフである。 アルゴンとＣＨＦ_３反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング選択性比を示すグラフである。 磁気書き込みヘッドの製造中に形成された中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気書き込みヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気書き込みヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気書き込みヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気読み取りヘッドの製造中に形成された、中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気読み取りヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気読み取りヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 磁気読み取りヘッドの製造中に形成された、他の中間構造の空気軸受表面の図である。 アルゴンとＣＯ_２反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング速度を示すグラフである。 アルゴンとＣＯ_２反応性イオンビームエッチングを使用する、種々の材料のエッチング選択性比を示すグラフである。

Claims (16)

1. 磁気材料を含む構造をエッチングする方法であって、
   磁気材料（８０）を含む構造（７０）を提供すること、
   前記構造の少なくとも一部にマスク材料（８４）を当てること、
   炭素ベースの化合物を含むエッチングプロセスを使用して、前記磁気材料に反応性イオンビームエッチングを施し、その際に前記マスク材料が前記磁気材料よりもエッチングの遅い材料を形成すること
   とを含む方法。
2. 前記エッチングプロセスがアルゴンイオンをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記炭素ベースの化合物が、
   Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨＦ_３、及びＣＯ_２からなる群から選択される化合物を含む請求項２に記載の方法。
4. 前記エッチングプロセスが、酸素、及びＣ_２Ｈ_２又はＣＨＦ_３のいずれかをさらに含む請求項２に記載の方法。
5. 前記炭素ベースの化合物が、
   Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨＦ_３、及びＣＯ_２の群から選択される化合物を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記磁気材料が、
   Ｆｅ、Ｎｉ、及びＣｏ
   からなる群から選択される材料を含む合金を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記マスク材料が、
   Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びフォトレジスト
   の群から選択される材料を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記マスク材料がエッチング停止材を形成する請求項１に記載の方法。
9. 前記マスク材料を、前記磁気材料表面の少なくとも一部に当てる請求項１に記載の方法。
10. 前記構造が、
    書き込み磁極の一部（７４）と、
    前記書き込み磁極の前記一部によって支持され、かつ前記磁気材料を支持するエッチング停止材層（７６）と、
    前記磁気材料によって支持され、かつ前記マスク材料を支持するキャップ層（８２）と、
    前記マスク材料によって支持された反応性イオンエッチングマスク層（８６）と、
    前記反応性イオンエッチングマスクによって支持されたレジスト（８８）と
    を含む請求項１に記載の方法。
11. 前記構造が、
    前記エッチング停止材層と前記磁気材料間に緩衝層（７８）
    をさらに含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記磁気材料が磁気抵抗スタック中に１つの層を形成する請求項１に記載の方法。
13. 前記磁気材料が書き込み磁極を形成する請求項１に記載の方法。
14. 前記磁気材料よりもエッチングの遅い前記材料が炭化物を含む請求項１に記載の方法。
15. 請求項１のプロセスを使用して作られる磁気ヘッド。
16. 請求項１のプロセスを使用して作られる磁気ヘッド（２２）と、
    磁気記憶媒体（１６）を回転する手段（１４）と、
    前記磁気記憶媒体の表面に隣接する前記磁気ヘッドを位置決めする手段（１８）と
    を含むディスクドライブ（１０）。

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