JP2012222093A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of magnetoresistive element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a magnetoresistive element capable of preventing corrosion of the element due to a halogen-based component used for etching.SOLUTION: In the manufacturing method of a magnetoresistive element 10, a first ferromagnetic layer 13 composed of a ferromagnetic material is formed on a substrate. An insulation layer 14 composed of magnesium oxide is formed on the first ferromagnetic layer 13. A second ferromagnetic layer 15 containing at least one of Fe and Co is formed on the insulation layer 14. Etching by plasma containing a halogen-based element is performed for a laminate where the first ferromagnetic layer 13, the insulation layer 14 and the second ferromagnetic layer 15 are laminated on a substrate 11. The laminate is exposed to HO plasma containing HO.

Description

本発明は、磁気抵抗素子の製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive element manufacturing method and manufacturing apparatus.

磁場により電気抵抗が変化する「磁気抵抗効果」を利用した磁気抵抗素子は、MRAM(magnetoresistive random access memory)、磁気ヘッドあるいは磁気センサ等に利用される。磁気抵抗素子は、強磁性層や絶縁層、電極層等が積層された構造を有しており、一般的には、基板上にこれらの材料が順次成膜された積層体をエッチング等によってパターニングすることにより製造される。   A magnetoresistive element using the “magnetoresistance effect” in which the electric resistance is changed by a magnetic field is used for an MRAM (magnetoresistive random access memory), a magnetic head, a magnetic sensor, or the like. A magnetoresistive element has a structure in which a ferromagnetic layer, an insulating layer, an electrode layer, and the like are laminated. In general, a laminated body in which these materials are sequentially formed on a substrate is patterned by etching or the like. It is manufactured by doing.

ここで、積層体のエッチングにはハロゲン系元素(F、Cl、Br、I)のプラズマが用いられることが多いが、これらのハロゲン系元素はエッチング後に除去されることが必要である。エッチング後にハロゲン系元素成分が残留している場合、大気中の酸素、水分等と反応して素子を腐食(アフターコロージョン)させてしまうからである。したがって、通常、大気開放前に素子に付着しているハロゲン系元素成分を除去するプロセスが実行される。例えば、特許文献1には、エッチング後にHプラズマ等によりハロゲン系の活性種を除去する工程を有する磁気記録媒体の製造方法が記載されている。 Here, plasma of halogen-based elements (F, Cl, Br, I) is often used for etching the stacked body, but these halogen-based elements need to be removed after etching. This is because if a halogen-based element component remains after etching, it reacts with oxygen, moisture, etc. in the atmosphere, and the element is corroded (after-corrosion). Therefore, usually, a process for removing the halogen-based element component adhering to the element before opening to the atmosphere is performed. For example, Patent Document 1 describes a method of manufacturing a magnetic recording medium including a step of removing halogen-based active species by H 2 plasma or the like after etching.

特開2008−130181号公報JP 2008-130181 A

しかしながら、特許文献1に記載の方法は、磁性層と非磁性層とが積層方向に垂直な方向に並ぶ磁気記録媒体に関するものであり、磁性層と非磁性層とが積層方向に並ぶ磁気抵抗素子に対して適用することはできない。   However, the method described in Patent Document 1 relates to a magnetic recording medium in which a magnetic layer and a nonmagnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the stacking direction, and the magnetoresistive element in which the magnetic layer and the nonmagnetic layer are arranged in the stacking direction. It cannot be applied to.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、エッチングに用いられるハロゲン系成分による素子の腐食を防止することが可能な磁気抵抗素子の製造装置及び製造方法を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a magnetoresistive element manufacturing apparatus and manufacturing method capable of preventing corrosion of an element due to a halogen-based component used for etching.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に強磁性材料からなる第1の強磁性層を形成する。
酸化マグネシウムからなる絶縁層は、上記第1の強磁性層上に形成される。
Fe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層は、上記絶縁層上に形成される。
ハロゲン系元素を含むプラズマによるエッチングは、上記基板上に上記第1の強磁性層、上記絶縁層及び上記第2の強磁性層が積層された積層体に対して施される。
上記積層体は、HOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露される。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a magnetoresistive element according to an aspect of the present invention forms a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material on a substrate.
An insulating layer made of magnesium oxide is formed on the first ferromagnetic layer.
The second ferromagnetic layer containing at least one of Fe and Co is formed on the insulating layer.
Etching with plasma containing a halogen-based element is performed on a stacked body in which the first ferromagnetic layer, the insulating layer, and the second ferromagnetic layer are stacked on the substrate.
The laminate is exposed in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.

上記目的を達成するため、本発明の別の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に、強磁性材料からなる第1の強磁性層、酸化マグネシウムからなる絶縁層並びにFe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層が積層された積層体に対して、ハロゲン系元素を含むプラズマによりエッチングを施す。
上記積層体は、HOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露される。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a magnetoresistive element according to another aspect of the present invention includes a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material, an insulating layer made of magnesium oxide, and Fe and Co on a substrate. Etching is performed with plasma containing a halogen-based element on the stacked body in which the second ferromagnetic layers containing at least one layer are stacked.
The laminate is exposed in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る磁気抵抗素子の製造装置は、エッチング室と、プラズマ処理室とを具備する。
上記エッチング室は、処理対象物にハロゲン系元素を含むプラズマを照射するエッチング室と、
上記プラズマ処理室は、上記処理対象物にHOを含むプラズマであるHOプラズマを照射する。
In order to achieve the above object, a magnetoresistive element manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes an etching chamber and a plasma processing chamber.
The etching chamber includes an etching chamber that irradiates a processing target with plasma containing a halogen-based element;
The plasma processing chamber irradiates the processing object with H 2 O plasma, which is a plasma containing H 2 O.

第1の実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the magnetoresistive element which concerns on 1st Embodiment. 上記磁気抵抗素子の各層の構成材料の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the constituent material of each layer of the said magnetoresistive element. 上記磁気抵抗素子となる積層体の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the laminated body used as the said magnetoresistive element. 上記積層体のパターニング装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the patterning apparatus of the said laminated body. 上記パターニング装置の第1エッチング室及び第2エッチング室の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the 1st etching chamber of the said patterning apparatus, and a 2nd etching chamber. 上記パターニング装置のプラズマ処理室の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the plasma processing chamber of the said patterning apparatus. 上記積層体のパターニング方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the patterning method of the said laminated body. 上記積層体のレジストマスク形成工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the resist mask formation process of the said laminated body. 上記積層体の第1エッチング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the 1st etching process of the said laminated body. 上記積層体のアッシング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the ashing process of the said laminated body. 上記積層体の第2エッチング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the 2nd etching process of the said laminated body. 第2の実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the magnetoresistive element which concerns on 2nd Embodiment. 上記磁気抵抗素子の各層の構成材料の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the constituent material of each layer of the said magnetoresistive element. 上記磁気抵抗素子となる積層体の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the laminated body used as the said magnetoresistive element. 上記積層体のレジストマスク形成工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the resist mask formation process of the said laminated body. 上記積層体の第1エッチング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the 1st etching process of the said laminated body. 上記積層体のアッシング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the ashing process of the said laminated body. 上記積層体の第2エッチング工程後の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state after the 2nd etching process of the said laminated body.

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に強磁性材料からなる第1の強磁性層を形成する。
酸化マグネシウムからなる絶縁層は、上記第1の強磁性層上に形成される。
Fe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層は、上記絶縁層上に形成される。
ハロゲン系元素を含むプラズマによるエッチングは、上記基板上に上記第1の強磁性層、上記絶縁層及び上記第2の強磁性層が積層された積層体に対して施される。
上記積層体は、HOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露される。
In the method of manufacturing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention, a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material is formed on a substrate.
An insulating layer made of magnesium oxide is formed on the first ferromagnetic layer.
The second ferromagnetic layer containing at least one of Fe and Co is formed on the insulating layer.
Etching with plasma containing a halogen-based element is performed on a stacked body in which the first ferromagnetic layer, the insulating layer, and the second ferromagnetic layer are stacked on the substrate.
The laminate is exposed in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.

ハロゲン系元素(F、Cl、Br、I)を含むプラズマによりエッチングされた積層体には、エッチングの終了後においてもハロゲン系元素が残留している。この状態の積層体を大気に曝すとハロゲン系元素の残留成分が大気と反応してハロゲン化Co(CoCl、CoCl等)、ハロゲン化Fe(FeCl、FeCl等)等が生成し、積層体の各層が腐食(アフターコロージョン)する。本実施形態では、エッチング後に積層体をHOプラズマに曝露させることにより、ハロゲン系元素の残留成分を除去し、上記腐食を防止することが可能である。 In the stacked body etched with plasma containing halogen elements (F, Cl, Br, I), the halogen elements remain even after the etching is completed. When the laminated body in this state is exposed to the atmosphere, the residual components of the halogen element react with the atmosphere to generate halogenated Co (CoCl 2 , CoCl 3, etc.), halogenated Fe (FeCl 2 , FeCl 2, etc.), Each layer of the laminate corrodes (after-corrosion). In this embodiment, by exposing the stacked body to H 2 O plasma after etching, it is possible to remove the residual components of the halogen-based element and prevent the corrosion.

上記積層体をHOプラズマに曝露させる工程では、上記積層体を200℃以上に加熱してもよい。 In the step of exposing the laminate to H 2 O plasma, the laminate may be heated to 200 ° C. or higher.

積層体をHOプラズマに曝露させると同時に加熱することにより、ハロゲン系元素の残留成分によるハロゲン化水素(HCl、HBr等)の生成が促進される。ハロゲン化水素は揮発性を有するため、積層体を加熱することにより残留成分の除去を高速化させることが可能となる。 By heating the stacked body simultaneously with the H 2 O plasma, the generation of hydrogen halide (HCl, HBr, etc.) due to the residual components of the halogen-based element is promoted. Since hydrogen halide has volatility, it is possible to speed up the removal of residual components by heating the laminate.

上記HOプラズマは、HOに加えH、He、O、N、Ar、Ne及びXeの何れか一種以上を含むプラズマであってもよい。 The H 2 O plasma, H 2 addition to O H 2, He, O 2 , N 2, Ar, may be any plasma that includes one or more Ne and Xe.

OにHを加えることによってハロゲン化水素の生成を促進させ、残留成分の除去を高速化させることが可能であり、HOにNを加えることによってHOラジカルの寿命を延ばすことが可能となる。また、レジストのアッシングとハロゲン系元素の残留成分の除去を同時に実行する場合において、HOに不活性ガス(Ar、Ne、Xe)を加えることによってアッシング速度や残留成分除去の速度を制御することが可能となる。また、この場合において、HOにアッシングガスであるOを加えることによって、アッシング速度を高速化させることが可能である。 Promotes the formation of hydrogen halide by the addition of H 2 in H 2 O, it is possible to speed up the removal of residual components, the life of H 2 O radicals by adding N 2 in H 2 O It can be extended. Further, in the case where the resist ashing and the removal of the residual components of the halogen element are performed simultaneously, the ashing speed and the residual component removal speed are controlled by adding an inert gas (Ar, Ne, Xe) to H 2 O. It becomes possible. In this case, the ashing speed can be increased by adding O 2 , which is an ashing gas, to H 2 O.

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に、強磁性材料からなる第1の強磁性層、酸化マグネシウムからなる絶縁層並びにFe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層が積層された積層体に対して、ハロゲン系元素を含むプラズマによりエッチングを施す。
上記積層体は、HOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露される。
A method for manufacturing a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention includes a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material, an insulating layer made of magnesium oxide, and at least one of Fe and Co on a substrate. Etching is performed on the laminated body in which the ferromagnetic layers are laminated with plasma containing a halogen element.
The laminate is exposed in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の製造装置は、エッチング室と、プラズマ処理室とを具備する。
上記エッチング室は、処理対象物にハロゲン系元素を含むプラズマを照射するエッチング室と、
上記プラズマ処理室は、上記処理対象物にHOを含むプラズマであるHOプラズマを照射する。
A magnetoresistive element manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes an etching chamber and a plasma processing chamber.
The etching chamber includes an etching chamber that irradiates a processing target with plasma containing a halogen-based element;
The plasma processing chamber irradiates the processing object with H 2 O plasma, which is a plasma containing H 2 O.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る磁気抵抗素子について説明する。
(First embodiment)
The magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention will be described.

[磁気抵抗素子の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、磁気抵抗素子10は基板11上に、下部電極層12、ピン層(磁化固定層)13、絶縁層14、フリー層15、上部電極層16が順に積層された構成を有している。なお、図1に示す各層の厚さは実際の厚さに比例するものではない。磁気抵抗素子10は、絶縁層14をトンネル接合層(障壁層)とするトンネル磁気抵抗効果素子(TMR(tunnel magneto-resistance)素子)を構成し、例えば、STT−MRAM、磁気ヘッド、磁気センサ等の各種磁気デバイスとして用いられる。
[Configuration of magnetoresistive element]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the magnetoresistive element 10 has a configuration in which a lower electrode layer 12, a pinned layer (magnetization pinned layer) 13, an insulating layer 14, a free layer 15, and an upper electrode layer 16 are laminated on a substrate 11 in this order. Have. Note that the thickness of each layer shown in FIG. 1 is not proportional to the actual thickness. The magnetoresistive element 10 constitutes a tunnel magnetoresistive effect element (TMR (tunnel magneto-resistance) element) having the insulating layer 14 as a tunnel junction layer (barrier layer). For example, an STT-MRAM, a magnetic head, a magnetic sensor, etc. It is used as various magnetic devices.

基板11は、シリコン基板等の半導体基板で構成されるが、これに限られず、セラミック基板やガラス基板であってもよい。下部電極層12は、磁気抵抗素子10の下部電極として構成された金属等の導体層である。ピン層13は、磁化方向が固定された強磁性材料層で構成されている。絶縁層14は、ピン層13とフリー層15との間を接合し、酸化マグネシウム(MgO)で構成される。フリー層15は、磁化方向が変化可能な強磁性材料層で構成されている。上部電極層16は、磁気抵抗素子10の上部電極として構成された金属等の導体層である。   The substrate 11 is composed of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, but is not limited thereto, and may be a ceramic substrate or a glass substrate. The lower electrode layer 12 is a conductor layer made of metal or the like configured as a lower electrode of the magnetoresistive element 10. The pinned layer 13 is composed of a ferromagnetic material layer whose magnetization direction is fixed. The insulating layer 14 joins between the pinned layer 13 and the free layer 15 and is composed of magnesium oxide (MgO). The free layer 15 is composed of a ferromagnetic material layer whose magnetization direction can be changed. The upper electrode layer 16 is a conductor layer made of metal or the like configured as the upper electrode of the magnetoresistive element 10.

磁気抵抗素子10の各層のうち、ピン層13、絶縁層14、フリー層15及び上部電極層16はパターニングされており下部電極層12が部分的に表出している。このようなパターニングは、隣接する磁気抵抗素子(図示せず)との絶縁のためであり、パターニングの形態は図示するものに限られない。   Of each layer of the magnetoresistive element 10, the pinned layer 13, the insulating layer 14, the free layer 15 and the upper electrode layer 16 are patterned, and the lower electrode layer 12 is partially exposed. Such patterning is for insulation from an adjacent magnetoresistive element (not shown), and the patterning pattern is not limited to that shown.

磁気抵抗素子10は、ピン層13の磁化方向とフリー層15の磁化方向との相違による抵抗値の変化を利用して、情報の記録あるいは読み出しを可能とする。例えば、各層の磁化方向が相互に同一方向(平行)の場合の抵抗値は最も小さく、各層の磁化方向が相互に逆方向(反平行)の場合の抵抗値は最も大きい。そこで、前者の磁化態様を「0」、後者の磁化態様を「1」と各データを規定することによって、当該素子によるデジタル情報の記録あるいは読み出しが可能となる。情報の記録(書き込み)及び読み出しは、STT−MRAMの場合、下部電極層12及び上部電極層16を通じてのフリー層15に対する電流の供給制御によって行われる。   The magnetoresistive element 10 can record or read information by utilizing a change in resistance value due to a difference between the magnetization direction of the pinned layer 13 and the magnetization direction of the free layer 15. For example, the resistance value is the smallest when the magnetization directions of the layers are the same (parallel), and the resistance value is the largest when the magnetization directions of the layers are opposite (antiparallel). Therefore, by defining each data as “0” for the former magnetization mode and “1” for the latter magnetization mode, digital information can be recorded or read by the element. In the case of an STT-MRAM, recording (writing) and reading of information are performed by supplying current to the free layer 15 through the lower electrode layer 12 and the upper electrode layer 16.

磁気抵抗素子10の各層は、各種材料の単層又は積層によって構成されている。図2は、磁気抵抗素子10の各層の構成材料の一例を示す図である。   Each layer of the magnetoresistive element 10 is composed of a single layer or a stack of various materials. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a constituent material of each layer of the magnetoresistive element 10.

下部電極層12は、Ta(タンタル)層21、Ru(ルテニウム)層22及びTa層23がこの順で積層された構造とすることができる。下部電極層12はこの他にも、各種電極材料からなるものとすることができる。   The lower electrode layer 12 may have a structure in which a Ta (tantalum) layer 21, a Ru (ruthenium) layer 22, and a Ta layer 23 are laminated in this order. In addition, the lower electrode layer 12 can be made of various electrode materials.

ピン層13は、PtMn(白金マンガン)層24、CoFeB(コバルト鉄ホウ素)層25、Ru層26及びCoFeB層27がこの順で積層された構造とすることができる。ピン層13はこの他にも、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Ir(イリジウム)、Pt(白金)、Mn(マンガン)等のひとつあるいは複数種の金属からからなるものや、CoFeやCoFeB等の合金からなる層上にCoB/Pt等の垂直磁化人工格子、L10規則合金(FePt、CoPt)、L11規則合金(CoPt)、相分離系合金(CoCrPt、CoCrPt−SiO)、ホイスラー合金(CoMnSi)、アモルファス希土類(TbFeCo)等の材料が更に積層されたものとすることができる。また、これらの材料にSi(シリコン)、B(ホウ素)、P(リン)等の半金属元素が含まれてもよい。 The pinned layer 13 may have a structure in which a PtMn (platinum manganese) layer 24, a CoFeB (cobalt iron boron) layer 25, a Ru layer 26, and a CoFeB layer 27 are laminated in this order. The pinned layer 13 is made of one or more kinds of metals such as Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Ir (iridium), Pt (platinum), Mn (manganese), etc. In addition, on a layer made of an alloy such as CoFe or CoFeB, a perpendicular magnetization artificial lattice such as CoB / Pt, an L10 ordered alloy (FePt, CoPt), an L11 ordered alloy (CoPt), a phase separation alloy (CoCrPt, CoCrPt—SiO 2) ), Heusler alloy (CoMnSi), amorphous rare earth (TbFeCo), and the like. Further, these materials may contain metalloid elements such as Si (silicon), B (boron), and P (phosphorus).

絶縁層14は、単層のMgO(酸化マンガン)層28からなるものとすることができる。   The insulating layer 14 can be composed of a single MgO (manganese oxide) layer 28.

フリー層15は、単層のCoFe(コバルト鉄)層29からなるものとすることができる。フリー層15はこの他にも、Fe及びCoの少なくとも一方を含有する材料からなるものとすることができる。また、フリー層15は、CoFeやCoFeB等の合金からなる層上に、CoB/Pt等の垂直磁化人工格子、L10規則合金(FePt、CoPt)、L11規則合金(CoPt)、相分離系合金(CoCrPt、CoCrPt−SiO)、ホイスラー合金(CoMnSi)、アモルファス希土類(TbFeCo)等の材料が更に積層されたものとすることができる。 The free layer 15 can be composed of a single layer of CoFe (cobalt iron) layer 29. In addition, the free layer 15 may be made of a material containing at least one of Fe and Co. The free layer 15 is formed on a layer made of an alloy such as CoFe or CoFeB, a perpendicular magnetization artificial lattice such as CoB / Pt, an L10 ordered alloy (FePt, CoPt), an L11 ordered alloy (CoPt), or a phase separation alloy ( A material such as CoCrPt, CoCrPt—SiO 2 ), Heusler alloy (CoMnSi), amorphous rare earth (TbFeCo) or the like may be further laminated.

上部電極層16は、単層のTa層30からなるものとすることができる。上部電極層16はこの他にも、各種電極材料からなるものとすることができる。   The upper electrode layer 16 can be composed of a single Ta layer 30. In addition, the upper electrode layer 16 can be made of various electrode materials.

磁気抵抗素子10は以上のように構成されている。   The magnetoresistive element 10 is configured as described above.

[積層体の構成]
磁気抵抗素子10は、基板11上に上記各層が成膜された「積層体」をパターニングすることにより作成することが可能である。図3は磁気抵抗素子10となる積層体40を示す模式図である。
[Configuration of laminate]
The magnetoresistive element 10 can be produced by patterning a “laminate” in which the above layers are formed on a substrate 11. FIG. 3 is a schematic diagram showing a laminated body 40 to be the magnetoresistive element 10.

同図に示すように、積層体40は、基板11上に、Ta層41、Ru層42、Ta層43、PtMn層44、CoFeB層45、Ru層46、CoFeB層47、MgO層48、CoFe層49及びTa層50がこの順に積層されて構成されている。積層体40の各層は、上記磁気抵抗素子10の各層に対応するものであり、各層の材料に応じてその材料は変更され得る。   As shown in the figure, the laminate 40 is formed on the Ta layer 41, Ru layer 42, Ta layer 43, PtMn layer 44, CoFeB layer 45, Ru layer 46, CoFeB layer 47, MgO layer 48, CoFe on the substrate 11. The layer 49 and the Ta layer 50 are laminated in this order. Each layer of the laminated body 40 corresponds to each layer of the magnetoresistive element 10, and the material can be changed according to the material of each layer.

[積層体の作製方法]
積層体40は、基板11上に、Ta層41、Ru層42、Ta層43、PtMn層44、CoFeB層45、Ru層46、CoFeB層47、MgO層48、CoFe層49及びTa層50を順に成膜することによって製造することができる。各層は、スパッタリング法、真空蒸着法等の各種成膜方法によって成膜することが可能である。各層の厚みは例えば、MgO層48が2nm、CoFe層49が5nm、Ta層50が10nmとすることができる。積層体40はこのようにして作製される。なお、積層体40の作製方法はここに示すものに限らない。
[Production method of laminate]
The stacked body 40 includes a Ta layer 41, a Ru layer 42, a Ta layer 43, a PtMn layer 44, a CoFeB layer 45, a Ru layer 46, a CoFeB layer 47, an MgO layer 48, a CoFe layer 49, and a Ta layer 50 on the substrate 11. It can manufacture by forming into a film in order. Each layer can be formed by various film forming methods such as sputtering and vacuum deposition. For example, the thickness of each layer may be 2 nm for the MgO layer 48, 5 nm for the CoFe layer 49, and 10 nm for the Ta layer 50. The laminate 40 is produced in this way. In addition, the manufacturing method of the laminated body 40 is not restricted to what is shown here.

このようにして作製された積層体40は、PtMn層44、CoFeB層45、Ru層46、CoFeB層47、MgO層48、CoFe層49及びTa層50がパターニングされることにより磁気抵抗素子10となる。   The laminated body 40 manufactured in this way has the PtMn layer 44, the CoFeB layer 45, the Ru layer 46, the CoFeB layer 47, the MgO layer 48, the CoFe layer 49, and the Ta layer 50 patterned to form the magnetoresistive element 10 and Become.

[積層体のパターニング装置]
積層体40のパターニングに用いるパターニング装置について説明する。図4は、積層体40のパターニング装置100の概略構成を示す模式図である。同図に示すように、パターニング装置100はマルチチャンバ型装置であり、L/UL(ロード/アンロード)室101、搬送室102、プレヒート室103、第1エッチング室104、第2エッチング室105、アッシング室106、プラズマ処理室107を有する。
[Layering patterning device]
A patterning apparatus used for patterning the stacked body 40 will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the patterning device 100 for the stacked body 40. As shown in the figure, the patterning apparatus 100 is a multi-chamber apparatus, and includes an L / UL (load / unload) chamber 101, a transfer chamber 102, a preheat chamber 103, a first etching chamber 104, a second etching chamber 105, An ashing chamber 106 and a plasma processing chamber 107 are provided.

パターニング装置100は、L/UL(ロード/アンロード)室101、プレヒート室103、第1エッチング室104、第2エッチング室105、アッシング室106、プラズマ処理室107がそれぞれ搬送室102に接続された構成となっている。なお、パターニング装置100の構成はここに示すものに限られない。   In the patterning apparatus 100, an L / UL (load / unload) chamber 101, a preheat chamber 103, a first etching chamber 104, a second etching chamber 105, an ashing chamber 106, and a plasma processing chamber 107 are connected to a transfer chamber 102, respectively. It has a configuration. The configuration of the patterning apparatus 100 is not limited to that shown here.

L/UL室101は、2重の開閉扉を有し、パターニング装置100内への積層体40の搬入及び搬出を行うための室である。搬送室102は、図示しない搬送ロボットが設置され、L/UL室101から搬入された積層体40を各室に移動させるための室である。   The L / UL chamber 101 has a double opening / closing door, and is a chamber for carrying the laminate 40 into and out of the patterning apparatus 100. The transfer chamber 102 is a chamber in which a transfer robot (not shown) is installed, and the stacked body 40 loaded from the L / UL chamber 101 is moved to each chamber.

プレヒート室103は、積層体40を加熱するための室であり、室内には図示しないヒーターが設けられている。第1エッチング室104及び第2エッチング室105は、積層体40にエッチングを施すための室である。図5は第1エッチング室104及び第1エッチング室104と同様の構成を有する第2エッチング室105の構成を示す模式図である。   The preheat chamber 103 is a chamber for heating the laminated body 40, and a heater (not shown) is provided in the chamber. The first etching chamber 104 and the second etching chamber 105 are chambers for etching the stacked body 40. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the second etching chamber 105 having the same configuration as the first etching chamber 104 and the first etching chamber 104.

同図に示すように第1エッチング室104(第2エッチング室105も同様、以下略)には、チャンバ201が設けられている。チャンバ201には、チャンバ201内を真空排気するための真空排気系202が接続されている。真空排気系202は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプとその配管によって構成されている。チャンバ201の内部には、積層体40を支持するステージ203が設置されている。ステージ203の上面には、載置された積層体40を保持する静電チャックが具備されており、チャック後にステージ203と積層体40の間にHe(ヘリウム)ガスを導入する。このHeガスを熱媒体として、ステージ203の温度を積層体40に伝導させることができると同時に、積層体40全面の均熱を図る機構となっている。   As shown in the figure, a chamber 201 is provided in the first etching chamber 104 (the same applies to the second etching chamber 105). An evacuation system 202 for evacuating the chamber 201 is connected to the chamber 201. The vacuum exhaust system 202 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump and its piping. A stage 203 that supports the stacked body 40 is installed inside the chamber 201. An electrostatic chuck that holds the stacked body 40 placed thereon is provided on the upper surface of the stage 203, and He (helium) gas is introduced between the stage 203 and the stacked body 40 after the chuck. Using this He gas as a heat medium, the temperature of the stage 203 can be conducted to the laminated body 40, and at the same time, the temperature of the entire laminated body 40 is equalized.

また、エッチング室104には、ステージ203の内部において熱媒体を温度管理しながら循環させるチラー循環ユニット204が設けられている。チラー循環ユニット204は、ステージ203を所定温度に保持することが可能である。熱媒体としては市販の熱媒体(液体)を用いることができ、チラー循環ユニット204によって、ステージ203に熱媒体が供給される。   The etching chamber 104 is provided with a chiller circulation unit 204 that circulates the heat medium while controlling the temperature inside the stage 203. The chiller circulation unit 204 can maintain the stage 203 at a predetermined temperature. A commercially available heat medium (liquid) can be used as the heat medium, and the heat medium is supplied to the stage 203 by the chiller circulation unit 204.

別の方法としては,ステージ203の加熱はチラー循環ユニット204からの熱媒体にはよらず、ステージ203に内蔵されたヒーター線による加熱機構とすることができる。チラーによる加熱の場合には最高加熱温度が200℃程度であるのに対し、ヒーター線による場合は450℃まで加熱することが可能となる。但し、各所にあるOリングなどが溶けるなどの不具合を防止するため、断熱板を介した上でチャンバ203の壁と接する側をこれまでとは逆にチラーにより冷却する必要がある。   As another method, the stage 203 can be heated not by the heat medium from the chiller circulation unit 204 but by a heating mechanism using a heater wire built in the stage 203. In the case of heating with a chiller, the maximum heating temperature is about 200 ° C., whereas in the case of using a heater wire, it is possible to heat to 450 ° C. However, in order to prevent problems such as melting of O-rings and the like at various places, it is necessary to cool the side in contact with the wall of the chamber 203 through a heat insulating plate by a chiller in contrast to the conventional case.

ステージ203の周囲にはプラズマ形成空間を区画する防着板205が設けられており、プラズマ形成空間には、エッチングガス(エッチング用のプラズマの元となるガス)を導入するためのガス導入系206が接続されている。ガス導入系206は、ガスボンベ等のガス源とその配管、配管上に設けられたマスフローコントローラによって構成されている。エッチングガスは第1エッチング室104ではCl/BCl混合ガス、第2エッチング室105ではAr/O/Cl混合ガスとすることができる。また、第1エッチング室104及び第2エッチング室105においてこれら以外のハロゲン系ガス(Cl、HBr、HI、CF等)をエッチングガスとしてもよい。 A deposition plate 205 that divides the plasma formation space is provided around the stage 203, and a gas introduction system 206 for introducing an etching gas (a gas that is a source of plasma for etching) into the plasma formation space. Is connected. The gas introduction system 206 is composed of a gas source such as a gas cylinder, its piping, and a mass flow controller provided on the piping. The etching gas may be a Cl 2 / BCl 3 mixed gas in the first etching chamber 104 and an Ar / O 2 / Cl 2 mixed gas in the second etching chamber 105. Further, in the first etching chamber 104 and the second etching chamber 105, other halogen-based gases (Cl 2 , HBr, HI, CF 4, etc.) may be used as the etching gas.

さらに、エッチング室104には、プラズマの発生機構として、アンテナ207、高周波電源208及びマグネットユニット209が設けられている。アンテナ207は、プラズマ形成空間の上部を閉塞する蓋体210の上部に配置されており、高周波電源208に接続されることで、プラズマ形成空間に高周波誘導電場を形成する。マグネットユニット209は、蓋体210の上部に設置されており、プラズマ形成空間に固定磁場を形成する。ガス導入系206を介してプラズマ形成空間へ導入されたエッチングガスは、アンテナ207による誘導電場の作用とマグネットユニット209による固定磁場の作用とを受けてプラズマ化する。また、エッチング室104には、プラズマ中のイオンをステージ203側へ引き付けるバイアス電源211が設けられても良い。バイアス電源211は、高周波電源で構成することができる。   Further, the etching chamber 104 is provided with an antenna 207, a high-frequency power source 208, and a magnet unit 209 as a plasma generation mechanism. The antenna 207 is arranged on the upper part of the lid 210 that closes the upper part of the plasma forming space, and is connected to the high frequency power source 208 to form a high frequency induction electric field in the plasma forming space. The magnet unit 209 is installed on the top of the lid 210 and forms a fixed magnetic field in the plasma formation space. The etching gas introduced into the plasma formation space via the gas introduction system 206 is turned into plasma by receiving the action of the induction electric field by the antenna 207 and the action of the fixed magnetic field by the magnet unit 209. Further, the etching chamber 104 may be provided with a bias power supply 211 that attracts ions in the plasma toward the stage 203 side. The bias power supply 211 can be composed of a high frequency power supply.

アッシング室106は、積層体40に塗布されるレジストマスク(後述)を除去するための室である。アッシング室106には、プラズマアッシングのためのプラズマ発生機構(図示せず)が収容されている。プラズマ発生機構はICP(Inductively coupled plasma:誘導結合プラズマ)型、マイクロ波型等の種々のものがあるが、任意のものを用いることが可能である。   The ashing chamber 106 is a chamber for removing a resist mask (described later) applied to the stacked body 40. The ashing chamber 106 accommodates a plasma generation mechanism (not shown) for plasma ashing. There are various plasma generation mechanisms such as an ICP (Inductively coupled plasma) type and a microwave type, and any type can be used.

プラズマ処理室107は、積層体40にプラズマ処理を施すための室である。図6は、プラズマ処理室107の概略構成を示す模式図である。同図に示すようにプラズマ処理室107は、チャンバ301、ヒーター302、真空排気系303、ガス導入系304、プラズマ源305及びプラズマ導入配管306を有する。ヒーター302には、ヒーター302上に載置された積層体40が示されている。   The plasma processing chamber 107 is a chamber for performing plasma processing on the stacked body 40. FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the plasma processing chamber 107. As shown in the figure, the plasma processing chamber 107 includes a chamber 301, a heater 302, a vacuum exhaust system 303, a gas introduction system 304, a plasma source 305 and a plasma introduction pipe 306. In the heater 302, the stacked body 40 placed on the heater 302 is shown.

ヒーター302はチャンバ301に収容されており、チャンバ301には真空排気系303が接続されている。チャンバ301の積層体40に対向する面には、プラズマ導入配管306が接続されており、プラズマ源305はプラズマ導入配管306を介してチャンバ301に接続されている。また、プラズマ導入配管306のプラズマ源305近傍には、ガス導入系304が接続されている。   The heater 302 is accommodated in the chamber 301, and an evacuation system 303 is connected to the chamber 301. A plasma introduction pipe 306 is connected to the surface of the chamber 301 facing the laminate 40, and the plasma source 305 is connected to the chamber 301 via the plasma introduction pipe 306. A gas introduction system 304 is connected to the plasma introduction pipe 306 in the vicinity of the plasma source 305.

ヒーター302は積層体40を加熱し、ハロゲン系元素の気化(後述)を促進するためのものである。ヒーター302は積層体40を例えば200℃以上に加熱することが可能なものとすることができる。真空排気系303は、ドライポンプ等の真空ポンプとその配管によって構成されている。   The heater 302 is for heating the laminated body 40 and promoting vaporization (described later) of the halogen-based element. The heater 302 may be capable of heating the laminate 40 to, for example, 200 ° C. or higher. The vacuum exhaust system 303 includes a vacuum pump such as a dry pump and its piping.

ガス導入系304は、ガスボンベ等のガス源とその配管、配管上に設けられたマスフローコントローラによって構成されている。本実施形態では、プラズマの元となるガスとしてHOガスをプラズマ導入配管306に供給するものとすることができる。なお、HOは、液体の状態で供給され、気化器によって水蒸気とされるものとすることができる。また、プラズマの元となるガスとして、HOにH、He、O、N、Ar、Ne及びXeの中から1種類以上を混合したガスを用いてもよい。 The gas introduction system 304 includes a gas source such as a gas cylinder and its piping, and a mass flow controller provided on the piping. In the present embodiment, H 2 O gas may be supplied to the plasma introduction pipe 306 as a gas that is a source of plasma. Incidentally, H 2 O is supplied in a liquid state, it can be assumed to be a water vapor by the carburetor. Further, as a source gas of plasma, a gas obtained by mixing one or more of H 2 O with H 2 , He, O 2 , N 2 , Ar, Ne, and Xe may be used.

OにHを加えることによってハロゲン化水素の生成を促進させ、残留成分の除去を高速化させることが可能であり、HOにNを加えることによってHOラジカルの寿命を延ばすことが可能となる。また、レジストのアッシングとハロゲン系元素の残留成分の除去を同時に実行する場合(後述)において、HOに不活性ガス(Ar、Ne、Xe)を加えることによってアッシング速度や残留成分除去の速度を制御することが可能となる。また、この場合において、HOにアッシングガスであるOを加えることによって、アッシング速度を高速化させることが可能である。 Promotes the formation of hydrogen halide by the addition of H 2 in H 2 O, it is possible to speed up the removal of residual components, the life of H 2 O radicals by adding N 2 in H 2 O It can be extended. Further, in the case where the ashing of the resist and the removal of the residual components of the halogen-based element are simultaneously performed (described later), the ashing speed and the residual component removal speed are obtained by adding an inert gas (Ar, Ne, Xe) to H 2 O. Can be controlled. In this case, the ashing speed can be increased by adding O 2 , which is an ashing gas, to H 2 O.

プラズマ源305はマイクロ波プラズマ源、高周波プラズマ源又は低周波プラズマ源とすることができる。プラズマの発生方式はICP(Inductively coupled plasma:誘導結合プラズマ)やCCP(CapacitivelyCoupledPlasma:容量結合プラズマ)であってもよく、電極形状もコイル状、平行平板状とすることができる。また、高周波放電の場合、プラズマ源305と積層体40の間にアース電位のメッシュを挿入し、ラジカルのみを積層体40に照射する構造とすることも可能である。   The plasma source 305 can be a microwave plasma source, a high frequency plasma source, or a low frequency plasma source. The plasma generation method may be ICP (Inductively coupled plasma) or CCP (Capacitively Coupled Plasma), and the electrode shape may be a coil shape or a parallel plate shape. In the case of high-frequency discharge, a structure in which a mesh having a ground potential is inserted between the plasma source 305 and the stacked body 40 to irradiate the stacked body 40 only with radicals may be employed.

プラズマ処理室107では真空排気系303によってチャンバ301内が真空排気された状態で、ヒーター302によって積層体40が加熱される。積層体40が所定温度に到達した段階でプラズマ源305からマイクロ波プラズマ等が放射され、ガス導入系304から導入されたガスに照射される。生成したプラズマはプラズマ導入配管306を通じてチャンバ301に流入し、積層体40に照射される。なお、プラズマ処理室107はここに示す構成に限られず、積層体40を加熱した状態でHO等のプラズマを積層体40に照射することが可能な構成とすることができる。 In the plasma processing chamber 107, the stacked body 40 is heated by the heater 302 while the chamber 301 is evacuated by the evacuation system 303. When the laminated body 40 reaches a predetermined temperature, microwave plasma or the like is radiated from the plasma source 305 and irradiated to the gas introduced from the gas introduction system 304. The generated plasma flows into the chamber 301 through the plasma introduction pipe 306 and is irradiated on the stacked body 40. Note that the plasma treatment chamber 107 is not limited to the structure shown here and can have a structure in which the stacked body 40 can be irradiated with plasma such as H 2 O while the stacked body 40 is heated.

パターニング装置100は以上のように構成されている。なお、パターニング装置100において、アッシング室106とプラズマ処理室107は別の室としたが、これらをひとつの室とすることも可能である。   The patterning apparatus 100 is configured as described above. In the patterning apparatus 100, the ashing chamber 106 and the plasma processing chamber 107 are separate chambers, but these chambers may be a single chamber.

[積層体のパターニング方法]
パターニング装置100を用いた、積層体40のパターニング方法について説明する。図7は積層体40のパターニング方法を示すフローチャートである。同図に示すように、積層体40は次の各工程を経由してパターニングされる。即ち、レジストマスク形成(St1)、第1エッチング(St2)、アッシング(St3)、第2エッチング(St4)、プラズマ処理(St5)である。また、図8乃至11は、各工程における積層体40の状態を示す模式図である。
[Layering patterning method]
A method for patterning the stacked body 40 using the patterning apparatus 100 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a method for patterning the stacked body 40. As shown in the figure, the laminate 40 is patterned through the following steps. That is, resist mask formation (St1), first etching (St2), ashing (St3), second etching (St4), and plasma treatment (St5). 8 to 11 are schematic views showing the state of the stacked body 40 in each step.

「レジストマスク形成(St1)」
図8に示すように、積層体40の表面、即ち、Ta層50上にレジストマスクRが形成される。レジストマスクRの形成は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてすることが可能である。レジストマスクRのパターン(形状)は、作製対象の磁気抵抗素子10のパターンに応じて適宜決定される。
“Resist mask formation (St1)”
As shown in FIG. 8, a resist mask R is formed on the surface of the stacked body 40, that is, on the Ta layer 50. The resist mask R can be formed using a general photolithography technique. The pattern (shape) of the resist mask R is appropriately determined according to the pattern of the magnetoresistive element 10 to be manufactured.

レジストマスクRが形成された積層体40は、L/UL室101を介してパターニング装置100に搬入される。積層体40は、搬送室102において搬送ロボットにより第1エッチング室104に搬入される。   The stacked body 40 on which the resist mask R is formed is carried into the patterning apparatus 100 via the L / UL chamber 101. The stacked body 40 is carried into the first etching chamber 104 by the transfer robot in the transfer chamber 102.

「第1エッチング(St2)」
積層体40は第1エッチング室104において、レジストマスクRをエッチングマスクとしてエッチングされる。具体的には、ガス導入系206(図5参照)からプラズマ形成空間にCl/BCl混合ガスが導入され、アンテナ207による誘導電場の作用とマグネットユニット209による固定磁場の作用と受けてプラズマ化される。Clガス及びBClガスのそれぞれの流量は、Cl:10〜40sccm、BCl:10〜40sccmとすることができる。また、積層体40の温度は室温、チャンバ201内の圧力は0.3〜3Pa、アンテナ電力は500〜1500W、バイアス電力は50〜150W、エッチング時間は15秒以下とすることができる。
"First etching (St2)"
The stacked body 40 is etched in the first etching chamber 104 using the resist mask R as an etching mask. Specifically, a Cl 2 / BCl 3 mixed gas is introduced into the plasma formation space from the gas introduction system 206 (see FIG. 5), and the plasma is received by the action of the induction electric field by the antenna 207 and the action of the fixed magnetic field by the magnet unit 209. It becomes. The respective flow rates of Cl 2 gas and BCl 3 gas can be Cl 2 : 10 to 40 sccm and BCl 3 : 10 to 40 sccm. The temperature of the stacked body 40 can be room temperature, the pressure in the chamber 201 can be 0.3 to 3 Pa, the antenna power can be 500 to 1500 W, the bias power can be 50 to 150 W, and the etching time can be 15 seconds or less.

このような条件下でCl/BClプラズマが積層体40に照射され、Ta層50のうちレジストマスクRに覆われていない領域がエッチングされる。図9は、第1エッチング工程によりエッチングされた積層体40を示す模式図である。なお、CoFe層49は、Ta層50とのエッチング性の違いによりこのエッチング工程ではエッチングされない。その後、積層体40は搬送ロボットによりアッシング室106に搬入される。 Under such conditions, the laminate 40 is irradiated with Cl 2 / BCl 3 plasma, and a region of the Ta layer 50 that is not covered with the resist mask R is etched. FIG. 9 is a schematic diagram showing the stacked body 40 etched by the first etching process. The CoFe layer 49 is not etched in this etching process due to the difference in etching property with the Ta layer 50. Thereafter, the stacked body 40 is carried into the ashing chamber 106 by the transfer robot.

「アッシング(St3)」
積層体40はアッシング室106において、アッシングを施され、レジストマスクRが除去される。図10は、レジストマスクRが除去された積層体40を示す模式図である。アッシングは、レジストマスクRをH、O又はHO等のプラズマに曝露させるプラズマアッシングとすることができる。Oプラズマを利用する場合のアッシング条件は、O圧力10〜300Pa、印加電力1000〜3000W、バイアス電力0〜100W(RF)、加熱温度20〜300℃、アッシング時間30秒とすることができる。その後、積層体40は搬送ロボットによりプレヒート室103に搬入される。なお、このアッシング工程はこの時点では実施せず、後述するプラズマ処理工程(St5)と同時に実施することも可能である。
"Ashing (St3)"
The laminated body 40 is subjected to ashing in the ashing chamber 106, and the resist mask R is removed. FIG. 10 is a schematic diagram showing the stacked body 40 from which the resist mask R has been removed. Ashing can be plasma ashing in which the resist mask R is exposed to plasma such as H 2 , O 2, or H 2 O. The ashing conditions in the case of using O 2 plasma can be an O 2 pressure of 10 to 300 Pa, an applied power of 1000 to 3000 W, a bias power of 0 to 100 W (RF), a heating temperature of 20 to 300 ° C., and an ashing time of 30 seconds. . Thereafter, the stacked body 40 is carried into the preheat chamber 103 by the transfer robot. Note that this ashing step is not performed at this point, and can be performed simultaneously with a plasma processing step (St5) described later.

「第2エッチング(St4)」
積層体40はプレヒート室103により所定温度まで加熱される。所定温度は150〜300℃とすることができる。その後、積層体40は搬送ロボットにより第2エッチング室105に搬入される。なお、積層体40は上記アッシング工程(St3)の直後に第2エッチング室105に搬入され、第2エッチング室105において所定温度まで加熱されるものとすることも可能である。
"Second etching (St4)"
The laminated body 40 is heated to a predetermined temperature by the preheating chamber 103. The predetermined temperature can be 150 to 300 ° C. Thereafter, the stacked body 40 is carried into the second etching chamber 105 by the transfer robot. Note that the stacked body 40 may be carried into the second etching chamber 105 immediately after the ashing step (St3) and heated to a predetermined temperature in the second etching chamber 105.

積層体40は加熱後、第2エッチング室105において、Ta層50をエッチングマスクとしてエッチングされる。具体的には、ガス導入系206(図5参照)からプラズマ形成空間にAr/O/Cl混合ガスが導入され、アンテナ207による誘導電場の作用とマグネットユニット209による固定磁場の作用と受けてプラズマ化される。Arガス、Oガス及びClガスのそれぞれの流量は、Ar:5〜40sccm、O:10〜30sccm、Cl:5〜50sccmとすることができる。また、積層体40の温度は150〜300℃、チャンバ201内の圧力は0.3〜3Pa、アンテナ電力は500〜1500W、バイアス電力は300〜800W、エッチング時間は30〜200秒とすることができる。 After the stack 40 is heated, it is etched in the second etching chamber 105 using the Ta layer 50 as an etching mask. Specifically, an Ar / O 2 / Cl 2 mixed gas is introduced into the plasma formation space from the gas introduction system 206 (see FIG. 5), and the effect of the induction electric field by the antenna 207 and the effect of the fixed magnetic field by the magnet unit 209 are received. It is turned into plasma. The flow rates of Ar gas, O 2 gas, and Cl 2 gas may be Ar: 5 to 40 sccm, O 2 : 10 to 30 sccm, and Cl 2 : 5 to 50 sccm. The temperature of the laminate 40 is 150 to 300 ° C., the pressure in the chamber 201 is 0.3 to 3 Pa, the antenna power is 500 to 1500 W, the bias power is 300 to 800 W, and the etching time is 30 to 200 seconds. it can.

このような条件下でAr/O/Clプラズマが積層体40に照射される。ここで、Ar/O/ClプラズマはTaに対するエッチング性を有しない(又は小さい)ため、CoFe層49〜PtMn層44(CoFe層49とPtMn層44及びこれら2層の間に挟まれた各層を意味する、以下同様)のうち、上層にTa層50が存在しない領域がエッチングされる。図11は、第2エッチング工程においてエッチングされた積層体40を示す模式図である。 Under such conditions, the laminate 40 is irradiated with Ar / O 2 / Cl 2 plasma. Here, since the Ar / O 2 / Cl 2 plasma has no (or small) etching property with respect to Ta, it is sandwiched between the CoFe layer 49 to the PtMn layer 44 (the CoFe layer 49 and the PtMn layer 44 and these two layers). Of each layer, the same applies hereinafter), the region where the Ta layer 50 does not exist in the upper layer is etched. FIG. 11 is a schematic diagram showing the stacked body 40 etched in the second etching step.

ここで、本エッチング工程において積層体40に曝露されたAr/O/Clプラズマの
残留成分(以下、エッチング残留成分とする)が積層体40に付着している。しかし、積層体40は真空環境(又はプロセスガス雰囲気)に収容されているため、エッチング残留成分による積層体40の腐食は発生しない。仮に、この時点で積層体40を大気中に取り出したとすると、エッチング残留成分、特にCl成分がCoあるいはFeと反応し、CoCl、CoCl、FeCl、FeCl等が生成し、積層体40の各層が腐食される。これは、Clに限られず、ハロゲン系ガスのプラズマを本工程に用いた場合も同様である。本工程の後、積層体40はプラズマ処理室107に搬入される。
Here, the residual component of Ar / O 2 / Cl 2 plasma (hereinafter referred to as an etching residual component) exposed to the stacked body 40 in this etching step is attached to the stacked body 40. However, since the stacked body 40 is accommodated in a vacuum environment (or a process gas atmosphere), the stacked body 40 is not corroded by the etching residual components. If the laminated body 40 is taken out into the atmosphere at this time, an etching residual component, particularly a Cl component, reacts with Co or Fe to produce CoCl 2 , CoCl 3 , FeCl 2 , FeCl 3, etc. Each layer is corroded. This is not limited to Cl, and the same applies when a halogen-based gas plasma is used in this step. After this step, the stacked body 40 is carried into the plasma processing chamber 107.

「プラズマ処理(St5)」
積層体40はプラズマ処理室107においてプラズマ処理を施され、上記エッチング残留成分が除去される。具体的には、ガス導入系304(図6参照)からプラズマ導入配管306にHOガスが導入され、プラズマ源305から放射されたマイクロ波等により当該ガスがプラズマ化される。HOガスの流量は500sccm、圧力は300Pa、マイクロ波放電電力は2000W、プラズマ処理時間は60secとすることができる。生成されたプラズマはプラズマ導入配管306を通じて積層体40に照射される。また、同時にヒーター302により積層体40が所定温度まで加熱される。積層体40の加熱温度は200℃とすることができる。
"Plasma treatment (St5)"
The laminated body 40 is subjected to plasma processing in the plasma processing chamber 107, and the etching residual component is removed. Specifically, H 2 O gas is introduced into the plasma introduction pipe 306 from the gas introduction system 304 (see FIG. 6), and the gas is converted into plasma by microwaves or the like emitted from the plasma source 305. The flow rate of H 2 O gas can be 500 sccm, the pressure can be 300 Pa, the microwave discharge power can be 2000 W, and the plasma treatment time can be 60 seconds. The generated plasma is irradiated to the laminate 40 through the plasma introduction pipe 306. At the same time, the laminate 40 is heated to a predetermined temperature by the heater 302. The heating temperature of the laminated body 40 can be 200 degreeC.

これにより、積層体40に付着しているエッチング残留成分が化学反応を生じる。例えば、上述のようにCl成分が残留している場合にはHClが生成する。同様に、Br(臭素)成分が残留している場合にはHBr、I(ヨウ素)成分ではHI、F(フッ素)成分ではHF等がそれぞれ生成する。これらのハロゲン化水素は揮発性を有しており、プラズマ処理室107が減圧されているため、さらに積層体40がヒーター302により加熱されているために速やかに揮発する。   Thereby, the etching residual component adhering to the laminated body 40 causes a chemical reaction. For example, HCl is generated when the Cl component remains as described above. Similarly, when the Br (bromine) component remains, HBr, I (iodine) component generate HI, F (fluorine) component generate HF, and the like. These hydrogen halides have volatility, and since the plasma processing chamber 107 is depressurized, the stacked body 40 is further heated by the heater 302, so that it quickly volatilizes.

以上のようにして積層体40のパターニングがなされ、積層体40から図2示す磁気抵抗素子10が製造される。上述のようにプラズマ処理工程によってエッチング残留成分が除去されているため、磁気抵抗素子10のエッチング残留成分による腐食(アフターコロージョン)の発生を防止することが可能である。   The laminated body 40 is patterned as described above, and the magnetoresistive element 10 shown in FIG. Since the etching residual component is removed by the plasma treatment process as described above, it is possible to prevent the occurrence of corrosion (after-corrosion) due to the etching residual component of the magnetoresistive element 10.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る磁気抵抗素子について説明する。
第2の実施形態では、第1の実施形態に対して、磁気抵抗素子の素子構造が異なり、エッチング種、エッチングの順序等が異なる。
(Second Embodiment)
A magnetoresistive element according to the second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the element structure of the magnetoresistive element is different from that of the first embodiment, and the etching type, the order of etching, and the like are different.

[磁気抵抗素子の構成]
図12は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、磁気抵抗素子410は基板411上に、下部電極層412、ピン層(磁化固定層)413、絶縁層414、フリー層415、上部電極層416が順に積層された構成を有している。なお、図12に示す各層の厚さは実際の厚さに比例するものではない。
[Configuration of magnetoresistive element]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the magnetoresistive element 410 has a configuration in which a lower electrode layer 412, a pinned layer (magnetization pinned layer) 413, an insulating layer 414, a free layer 415, and an upper electrode layer 416 are sequentially stacked on a substrate 411. Have. Note that the thickness of each layer shown in FIG. 12 is not proportional to the actual thickness.

各層の機能は第1の実施形態に係る磁気抵抗素子10と同様であるので説明を省略する。
磁気抵抗素子410の各層のうち、フリー層415及び上部電極層416はパターニングされており絶縁層414が部分的に表出している。このようなパターニングは、隣接する磁気抵抗素子(図示せず)との絶縁のためであり、パターニングの形態は図示するものに限られない。
Since the function of each layer is the same as that of the magnetoresistive element 10 according to the first embodiment, the description thereof is omitted.
Of the layers of the magnetoresistive element 410, the free layer 415 and the upper electrode layer 416 are patterned, and the insulating layer 414 partially exposes. Such patterning is for insulation from an adjacent magnetoresistive element (not shown), and the patterning pattern is not limited to that shown.

磁気抵抗素子410の各層は、各種材料の単層又は積層によって構成されている。図13は、磁気抵抗素子410の各層の構成材料の一例を示す図である。   Each layer of the magnetoresistive element 410 is composed of a single layer or a stack of various materials. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a constituent material of each layer of the magnetoresistive element 410.

下部電極層412は、Ta層421、Ru層422及びTa層423がこの順で積層された構造とすることができる。下部電極層412はこの他にも、各種電極材料からなるものとすることができる。   The lower electrode layer 412 can have a structure in which a Ta layer 421, a Ru layer 422, and a Ta layer 423 are stacked in this order. In addition, the lower electrode layer 412 can be made of various electrode materials.

ピン層413は、PtMn層424、CoFeB層425、Ru層426及びCoFeB層427がこの順で積層された構造とすることができる。ピン層413はこの他にも、Fe、Co、Ni、Ir、Pt、Mn等のひとつあるいは複数種の金属からからなるものや、CoFeやCoFeB等の合金からなる層上にCoB/Pt等の垂直磁化人工格子、L10規則合金(FePt、CoPt)、L11規則合金(CoPt)、相分離系合金(CoCrPt、CoCrPt−SiO)、ホイスラー合金(CoMnSi)、アモルファス希土類(TbFeCo)等の材料が更に積層されたものとすることができる。また、これらの材料にSi、B、P等の半金属元素が含まれてもよい。 The pinned layer 413 can have a structure in which a PtMn layer 424, a CoFeB layer 425, a Ru layer 426, and a CoFeB layer 427 are stacked in this order. In addition to this, the pinned layer 413 is made of one or plural kinds of metals such as Fe, Co, Ni, Ir, Pt, Mn, etc., or on a layer made of an alloy such as CoFe or CoFeB. Materials such as perpendicular magnetization artificial lattice, L10 ordered alloy (FePt, CoPt), L11 ordered alloy (CoPt), phase separation system alloy (CoCrPt, CoCrPt—SiO 2 ), Heusler alloy (CoMnSi), amorphous rare earth (TbFeCo) It can be laminated. Further, these materials may contain metalloid elements such as Si, B, and P.

絶縁層414は、単層のMgO層428からなるものとすることができる。   The insulating layer 414 can be composed of a single layer of MgO layer 428.

フリー層415は、単層のCoFe層429からなるものとすることができる。フリー層415はこの他にも、Fe及びCoの少なくとも一方を含有する材料からなるものとすることができる。また、フリー層415は、CoFeやCoFeB等の合金からなる層上に、CoB/Pt等の垂直磁化人工格子、L10規則合金(FePt、CoPt等)、L11規則合金(CoPt等)、相分離系合金(CoCrPt、CoCrPt−SiO等)、ホイスラー合金(CoMnSi等)、アモルファス希土類(TbFeCo等)等の材料が更に積層されたものとすることができる。 The free layer 415 can be composed of a single CoFe layer 429. In addition, the free layer 415 can be made of a material containing at least one of Fe and Co. The free layer 415 is formed on a layer made of an alloy such as CoFe or CoFeB, a perpendicular magnetization artificial lattice such as CoB / Pt, an L10 ordered alloy (FePt, CoPt, etc.), an L11 ordered alloy (CoPt, etc.), or a phase separation system. A material such as an alloy (CoCrPt, CoCrPt—SiO 2 or the like), Heusler alloy (CoMnSi or the like), amorphous rare earth (TbFeCo or the like), or the like can be further laminated.

上部電極層416は、単層のRu層430からなるものとすることができる。上部電極層416はこの他にも、Ta、Cr等の各種電極材料及びその積層膜や合金膜、あるいは導電性酸化物膜からなるものとすることができる。   The upper electrode layer 416 can be composed of a single Ru layer 430. In addition to this, the upper electrode layer 416 can be made of various electrode materials such as Ta and Cr, and their laminated films, alloy films, or conductive oxide films.

磁気抵抗素子410は以上のように構成されている。   The magnetoresistive element 410 is configured as described above.

[積層体の構成]
磁気抵抗素子410は、基板411上に上記各層が成膜された「積層体」をパターニングすることにより作成することが可能である。図14は磁気抵抗素子410となる積層体440を示す模式図である。
[Configuration of laminate]
The magnetoresistive element 410 can be formed by patterning a “stacked body” in which the above layers are formed on a substrate 411. FIG. 14 is a schematic view showing a laminated body 440 that becomes the magnetoresistive element 410.

同図に示すように、積層体440は、基板411上に、Ta層441、Ru層442、Ta層443、PtMn層444、CoFeB層445、Ru層446、CoFeB層447、MgO層448、CoFe層449及びRu層450がこの順に積層されて構成されている。積層体440の各層は、上記磁気抵抗素子410の各層に対応するものであり、各層の材料に応じてその材料は変更され得る。   As shown in the figure, the stacked body 440 includes a Ta layer 441, a Ru layer 442, a Ta layer 443, a PtMn layer 444, a CoFeB layer 445, a Ru layer 446, a CoFeB layer 447, an MgO layer 448, and a CoFe layer. A layer 449 and a Ru layer 450 are stacked in this order. Each layer of the laminated body 440 corresponds to each layer of the magnetoresistive element 410, and the material can be changed according to the material of each layer.

[積層体の作製方法]
積層体440は、基板411上に、Ta層441、Ru層442、Ta層443、PtMn層444、CoFeB層445、Ru層446、CoFeB層447、MgO層448、CoFe層449及びTa層450を順に成膜することによって製造することができる。各層は、スパッタリング法、真空蒸着法等の各種成膜方法によって成膜することが可能である。各層の厚みは例えば、MgO層448が2nm、CoFe層449が5nm、Ta層450が10nmとすることができる。積層体440はこのようにして作製される。なお、積層体440の作製方法はここに示すものに限らない。
[Production method of laminate]
The stacked body 440 includes a Ta layer 441, a Ru layer 442, a Ta layer 443, a PtMn layer 444, a CoFeB layer 445, a Ru layer 446, a CoFeB layer 447, a MgO layer 448, a CoFe layer 449, and a Ta layer 450 over a substrate 411. It can manufacture by forming into a film in order. Each layer can be formed by various film forming methods such as sputtering and vacuum deposition. For example, the thickness of each layer can be 2 nm for the MgO layer 448, 5 nm for the CoFe layer 449, and 10 nm for the Ta layer 450. The laminated body 440 is produced in this way. Note that the method for manufacturing the stacked body 440 is not limited to the one shown here.

このようにして作製された積層体440は、CoFe層449及びRu層450がパターニングされることにより磁気抵抗素子410となる。   The stacked body 440 thus manufactured becomes the magnetoresistive element 410 by patterning the CoFe layer 449 and the Ru layer 450.

[積層体のパターニング装置]
積層体440のパターニングに用いるパターニング装置について説明する。積層体440のパターニングには、第1の実施形態のパターニング装置100(図4参照)と同様の構成を有するパターニング装置を用いることができる。以下、パターニング装置100と異なる構成についてのみ説明する。
[Layering patterning device]
A patterning apparatus used for patterning the stacked body 440 will be described. For patterning the stacked body 440, a patterning apparatus having the same configuration as that of the patterning apparatus 100 (see FIG. 4) of the first embodiment can be used. Only the configuration different from that of the patterning apparatus 100 will be described below.

第1エッチング室104及び第2エッチング室105のガス導入系206から導入されるガスは、第1エッチング室104についてCl/Oガス、第2エッチング室105についてClガスとすることができる。また、第1エッチング室104及び第2エッチング室105においてこれら以外のハロゲン系ガス(Cl、HBr、HI、CF等)をエッチングガスとしてもよい。 Gas introduced from the gas introduction system 206 of the first etching chamber 104 and the second etching chamber 105 may be a Cl 2 gas for Cl 2 / O 2 gas, a second etching chamber 105 for the first etching chamber 104 . Further, in the first etching chamber 104 and the second etching chamber 105, other halogen-based gases (Cl 2 , HBr, HI, CF 4, etc.) may be used as the etching gas.

第2の実施形態に係るパターニング装置100は以上のように構成されている。   The patterning apparatus 100 according to the second embodiment is configured as described above.

[積層体のパターニング方法]
パターニング装置100を用いた、積層体440のパターニング方法について説明する。なお、積層体440のパターニング方法を示すフローチャートは、第1の実施形態に係るパーニング方法のフローチャート(図7)と同一であるので図示を省略する。
[Layering patterning method]
A method for patterning the stacked body 440 using the patterning apparatus 100 will be described. Note that the flowchart showing the patterning method of the stacked body 440 is the same as the flowchart (FIG. 7) of the panning method according to the first embodiment, so that the illustration is omitted.

図7に示すように、積層体440は次の各工程を経由してパターニングされる。即ち、レジストマスク形成(St1)、第1エッチング(St2)、アッシング(St3)、第2エッチング(St4)、プラズマ処理(St5)である。また、図15乃至図18は、各工程における積層体440の状態を示す模式図である。   As shown in FIG. 7, the laminated body 440 is patterned through the following steps. That is, resist mask formation (St1), first etching (St2), ashing (St3), second etching (St4), and plasma treatment (St5). 15 to 18 are schematic views showing the state of the stacked body 440 in each step.

「レジストマスク形成(St1)」
図15に示すように、積層体440の表面、即ち、Ru層450上にレジストマスクRが形成される。レジストマスクRの形成は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてすることが可能である。レジストマスクRのパターン(形状)は、作製対象の磁気抵抗素子410のパターンに応じて適宜決定される。
“Resist mask formation (St1)”
As shown in FIG. 15, a resist mask R is formed on the surface of the stacked body 440, that is, on the Ru layer 450. The resist mask R can be formed using a general photolithography technique. The pattern (shape) of the resist mask R is appropriately determined according to the pattern of the magnetoresistive element 410 to be manufactured.

レジストマスクRが形成された積層体440は、L/UL室101を介してパターニング装置100に搬入される。積層体440は、搬送室102において搬送ロボットにより第1エッチング室104に搬入される。   The stacked body 440 on which the resist mask R is formed is carried into the patterning apparatus 100 via the L / UL chamber 101. The stacked body 440 is carried into the first etching chamber 104 by the transfer robot in the transfer chamber 102.

「第1エッチング(St2)」
積層体440は第1エッチング室104において、レジストマスクRをエッチングマスクとしてエッチングされる。具体的には、ガス導入系206(図5参照)からプラズマ形成空間にCl/O混合ガスが導入され、アンテナ207による誘導電場の作用とマグネットユニット209による固定磁場の作用と受けてプラズマ化される。Clガス及びOガスのそれぞれの流量は、Cl:10〜40sccm、O:5〜20sccmとすることができる。また、積層体440の温度は室温、チャンバ201内の圧力は0.3〜3Pa、アンテナ電力500〜1500W、バイアス電力50〜150W、エッチング時間30秒以下とすることができる。
"First etching (St2)"
The stacked body 440 is etched in the first etching chamber 104 using the resist mask R as an etching mask. Specifically, a Cl 2 / O 2 mixed gas is introduced into the plasma formation space from the gas introduction system 206 (see FIG. 5), and the plasma is received by the action of the induction electric field by the antenna 207 and the action of the fixed magnetic field by the magnet unit 209. It becomes. The flow rates of the Cl 2 gas and the O 2 gas can be Cl 2 : 10 to 40 sccm and O 2 : 5 to 20 sccm. The temperature of the stacked body 440 can be room temperature, the pressure in the chamber 201 can be 0.3 to 3 Pa, the antenna power is 500 to 1500 W, the bias power is 50 to 150 W, and the etching time is 30 seconds or less.

このような条件下でCl/Oプラズマが積層体440に照射され、Ru層450のうちレジストマスクRに覆われていない領域がエッチングされる。図16は、第1エッチング工程によりエッチングされた積層体440を示す模式図である。なお、CoFe層449は、Ta層450とのエッチング性の違いによりこのエッチング工程ではエッチングされない。その後、積層体440は搬送ロボットによりアッシング室106に搬入される。 Under such conditions, the laminate 440 is irradiated with Cl 2 / O 2 plasma, and a region of the Ru layer 450 that is not covered with the resist mask R is etched. FIG. 16 is a schematic diagram showing the stacked body 440 etched by the first etching process. Note that the CoFe layer 449 is not etched in this etching process due to the difference in etching property with the Ta layer 450. Thereafter, the stacked body 440 is carried into the ashing chamber 106 by the transfer robot.

「アッシング(St3)」
積層体440はアッシング室106において、アッシングを施され、レジストマスクRが除去される。図17は、レジストマスクRが除去された積層体440を示す模式図である。アッシングは、レジストマスクRをH、O又はHO等のプラズマに曝露させるプラズマアッシングとすることができる。Oプラズマを利用する場合のアッシング条件は、O圧力10〜300Pa、印加電力1000〜3000W、バイアス電力0〜100W(RF)、加熱温度20〜300℃、アッシング時間30秒とすることができる。その後、積層体440は搬送ロボットによりプレヒート室103に搬入される。なお、このアッシング工程はこの時点では実施せず、後述するプラズマ処理工程(St5)と同時に実施することも可能である。
"Ashing (St3)"
The stacked body 440 is subjected to ashing in the ashing chamber 106, and the resist mask R is removed. FIG. 17 is a schematic diagram showing the stacked body 440 from which the resist mask R has been removed. Ashing can be plasma ashing in which the resist mask R is exposed to plasma such as H 2 , O 2, or H 2 O. The ashing conditions in the case of using O 2 plasma can be an O 2 pressure of 10 to 300 Pa, an applied power of 1000 to 3000 W, a bias power of 0 to 100 W (RF), a heating temperature of 20 to 300 ° C., and an ashing time of 30 seconds. . Thereafter, the stacked body 440 is carried into the preheat chamber 103 by the transfer robot. Note that this ashing step is not performed at this point, and can be performed simultaneously with a plasma processing step (St5) described later.

「第2エッチング(St4)」
積層体440はプレヒート室103により所定温度まで加熱される。加熱は積層体440の温度が150〜350℃とすることができる。その後、積層体440は搬送ロボットにより第2エッチング室105に搬入される。なお、積層体440は上記アッシング工程(St3)の直後に第2エッチング室105に搬入され、第2エッチング室105において所定温度まで加熱されるものとすることも可能である。
"Second etching (St4)"
The laminated body 440 is heated to a predetermined temperature by the preheating chamber 103. Heating can be performed at a temperature of the stacked body 440 of 150 to 350 ° C. Thereafter, the stacked body 440 is carried into the second etching chamber 105 by the transfer robot. Note that the stacked body 440 may be carried into the second etching chamber 105 immediately after the ashing step (St3) and heated to a predetermined temperature in the second etching chamber 105.

積層体440は加熱後、第2エッチング室105において、Ru層450をエッチングマスクとしてエッチングされる。具体的には、ガス導入系206(図5参照)からプラズマ形成空間にClガスが導入され、アンテナ207による誘導電場の作用とマグネットユニット209による固定磁場の作用と受けてプラズマ化される。Clガスの流量は20〜100sccmとすることができる。また、積層体440の温度は150〜350℃、チャンバ201内の圧力は0.5〜3Pa、アンテナ電力500〜3000W、バイアス電力0〜50W、エッチング時間60秒以下とすることができる。 After the heating, the stacked body 440 is etched in the second etching chamber 105 using the Ru layer 450 as an etching mask. Specifically, Cl 2 gas is introduced into the plasma formation space from the gas introduction system 206 (see FIG. 5), and is converted into plasma under the action of the induction electric field by the antenna 207 and the action of the fixed magnetic field by the magnet unit 209. The flow rate of the Cl 2 gas can be 20 to 100 sccm. The temperature of the stacked body 440 can be 150 to 350 ° C., the pressure in the chamber 201 can be 0.5 to 3 Pa, the antenna power is 500 to 3000 W, the bias power is 0 to 50 W, and the etching time is 60 seconds or less.

このような条件下でClプラズマが積層体440に照射される。ここで、ClプラズマはRu及びMgOに対するエッチング性を有しない(又は小さい)ため、CoFe層449の上層にRu層450が存在しない領域がエッチングされる。図18は、第2エッチング工程においてエッチングされた積層体440を示す模式図である。 Under such conditions, the laminate 440 is irradiated with Cl 2 plasma. Here, since the Cl 2 plasma does not have (or is small) an etching property with respect to Ru and MgO, a region where the Ru layer 450 does not exist on the CoFe layer 449 is etched. FIG. 18 is a schematic diagram showing the stacked body 440 etched in the second etching step.

ここで、本エッチング工程において積層体440に曝露されたClプラズマの残留成分(以下、エッチング残留成分とする)が積層体440に付着している。しかし、積層体440は真空環境(又はプロセスガス雰囲気)に収容されているため、エッチング残留成分による積層体440の腐食は発生しない。仮に、この時点で積層体440を大気中に取り出したとすると、エッチング残留成分、特にCl成分がCoあるいはFeと反応し、CoCl、CoCl、FeCl、FeCl等が生成し、積層体440の各層が腐食される。これは、Clに限られず、ハロゲン系ガスのプラズマを本工程に用いた場合も同様である。本工程の後、積層体440はプラズマ処理室107に搬入される。 Here, a residual component of Cl 2 plasma exposed to the stacked body 440 in the present etching step (hereinafter referred to as an etching residual component) is attached to the stacked body 440. However, since the stacked body 440 is accommodated in a vacuum environment (or a process gas atmosphere), the stacked body 440 is not corroded by etching residual components. If the laminated body 440 is taken out into the atmosphere at this time, the etching residual component, particularly the Cl component reacts with Co or Fe to produce CoCl 2 , CoCl 3 , FeCl 2 , FeCl 3, etc. Each layer is corroded. This is not limited to Cl, and the same applies when a halogen-based gas plasma is used in this step. After this step, the stacked body 440 is carried into the plasma processing chamber 107.

「プラズマ処理(St5)」
積層体440はプラズマ処理室107においてプラズマ処理を施され、上記エッチング残留成分が除去される。具体的には、ガス導入系304(図6参照)からプラズマ導入配管306にHOガスが導入され、プラズマ源305から放射されたマイクロ波等により当該ガスがプラズマ化される。HOガスの流量は500sccm、圧力は300Pa、マイクロ波放電電力は2000W、プラズマ処理時間は60secとすることができる。生成されたプラズマはプラズマ導入配管306を通じて積層体440に照射される。また、同時にヒーター302により積層体440が所定温度まで加熱される。積層体440の加熱温度は200℃とすることができる。
"Plasma treatment (St5)"
The stacked body 440 is subjected to plasma processing in the plasma processing chamber 107 to remove the etching residual component. Specifically, H 2 O gas is introduced into the plasma introduction pipe 306 from the gas introduction system 304 (see FIG. 6), and the gas is converted into plasma by microwaves or the like emitted from the plasma source 305. The flow rate of H 2 O gas can be 500 sccm, the pressure can be 300 Pa, the microwave discharge power can be 2000 W, and the plasma treatment time can be 60 seconds. The generated plasma is applied to the laminate 440 through the plasma introduction pipe 306. At the same time, the laminate 440 is heated to a predetermined temperature by the heater 302. The heating temperature of the stacked body 440 can be 200 ° C.

これにより、積層体440に付着しているエッチング残留成分が化学反応を生じる。例えば、上述のようにCl成分が残留している場合にはHClが生成する。同様に、Br成分が残留している場合にはHBr、I成分ではHI、F成分ではHF等がそれぞれ生成する。これらのハロゲン化水素は揮発性を有しており、プラズマ処理室107が減圧されているため、さらに積層体440がヒーター302により加熱されているために速やかに揮発する。   Thereby, the etching residual component adhering to the laminated body 440 causes a chemical reaction. For example, HCl is generated when the Cl component remains as described above. Similarly, when the Br component remains, HBr, HI for the I component, and HF for the F component are generated. These hydrogen halides have volatility, and since the plasma processing chamber 107 is depressurized, the stacked body 440 is further heated by the heater 302, so that it quickly volatilizes.

以上のようにして積層体440のパターニングがなされ、積層体440から図2示す磁気抵抗素子410が製造される。上述のようにプラズマ処理工程によってエッチング残留成分が除去されているため、磁気抵抗素子410のエッチング残留成分による腐食(アフターコロージョン)の発生を防止することが可能である。   The laminated body 440 is patterned as described above, and the magnetoresistive element 410 shown in FIG. 2 is manufactured from the laminated body 440. Since the etching residual component is removed by the plasma treatment process as described above, the occurrence of corrosion (after-corrosion) due to the etching residual component of the magnetoresistive element 410 can be prevented.

本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。   The present invention is not limited to this embodiment, and can be modified within the scope not departing from the gist of the present invention.

上記各実施形態に示した製造方法により製造することが可能な磁気抵抗素子は、上述の構造を有するものに限られず、適宜変更することが可能である。   The magnetoresistive element that can be manufactured by the manufacturing method shown in each of the above embodiments is not limited to the one having the above-described structure, and can be appropriately changed.

プラズマ処理工程の有無による影響を確認するため、以下の測定を実施した。上記第1の実施形態係る積層体と同様の積層体を作製し、上記第1の実施形態に係るパターニング方法に従って、エッチング及びプラズマ処理を実施した。作製された磁気抵抗素子に対してEPMA(Electron Probe Micro Analyzer:電子線マイクロ分析)による残留Cl成分の測定を行った。その結果、Clの特性X線のカウント数は100カウント程度であった。これはバックグラウンド程度であり、Cl成分は残留していないことが確認された。   In order to confirm the influence of the presence or absence of the plasma treatment process, the following measurements were performed. A laminate similar to the laminate according to the first embodiment was produced, and etching and plasma treatment were performed according to the patterning method according to the first embodiment. The residual Cl component was measured by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) with respect to the produced magnetoresistive element. As a result, the count number of characteristic X-rays of Cl was about 100 counts. This was about the background, and it was confirmed that no Cl component remained.

比較として、第1の実施形態に係るパターニング方法において、プラズマ処理を施すことなく作製した磁気抵抗素子に対してEPMAによる残留Cl成分の測定を行った。その結果、Clの特性X線のカウント数は3000カウントを超えており、Cl成分が残留していることが確認された。したがって、上記実施形態に係るプラズマ処理により、残留Cl成分が有効に除去されていることがわかった。   As a comparison, in the patterning method according to the first embodiment, a residual Cl component was measured by EPMA for a magnetoresistive element manufactured without performing plasma treatment. As a result, the count number of Cl characteristic X-rays exceeded 3000 counts, and it was confirmed that the Cl component remained. Therefore, it was found that the residual Cl component was effectively removed by the plasma treatment according to the above embodiment.

10…磁気抵抗素子
40…積層体
13…ピン層(第1の強磁性層)
14…絶縁層
15…フリー層(第2の強磁性層)
100…パターニング装置
410…磁気抵抗素子
440…積層体
413…ピン層(第1の強磁性層)
414…絶縁層
415…フリー層(第2の強磁性層)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Magnetoresistive element 40 ... Laminated body 13 ... Pin layer (1st ferromagnetic layer)
14 ... Insulating layer 15 ... Free layer (second ferromagnetic layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Patterning apparatus 410 ... Magnetoresistive element 440 ... Laminated body 413 ... Pin layer (1st ferromagnetic layer)
414 ... Insulating layer 415 ... Free layer (second ferromagnetic layer)

Claims (5)

基板上に強磁性材料からなる第1の強磁性層を形成し、
前記第1の強磁性層上に、酸化マグネシウムからなる絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に、Fe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層を形成し、
前記基板上に前記第1の強磁性層、前記絶縁層及び前記第2の強磁性層が積層された積層体に対して、ハロゲン系元素を含むプラズマによりエッチングを施し、
前記積層体をHOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露させる
磁気抵抗素子の製造方法。
Forming a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material on a substrate;
Forming an insulating layer made of magnesium oxide on the first ferromagnetic layer;
Forming a second ferromagnetic layer containing at least one of Fe and Co on the insulating layer;
Etching with a plasma containing a halogen-based element on a laminate in which the first ferromagnetic layer, the insulating layer, and the second ferromagnetic layer are laminated on the substrate,
Method for manufacturing a magneto-resistance element wherein exposing the laminate in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.
請求項1に記載の磁気抵抗素子の製造方法であって、
前記積層体をHOプラズマに曝露させる工程では、前記積層体を200℃以上に加熱する
磁気抵抗素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the magnetoresistive element according to claim 1,
In the step of exposing the stacked body to H 2 O plasma, the stacked body is heated to 200 ° C. or more.
請求項1又は2に記載の磁気抵抗素子の製造方法であって、
前記HOプラズマは、HOに加えH、He、O、N、Ar、Ne及びXeの何れか一種以上を含むプラズマである
磁気抵抗素子の製造方法。
A method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 1 or 2,
The H 2 O plasma, in addition to H 2 O H 2, He, O 2, N 2, Ar, the method for manufacturing a magneto-resistance element is any plasma containing one or more Ne and Xe.
基板上に、強磁性材料からなる第1の強磁性層、酸化マグネシウムからなる絶縁層並びにFe及びCoの少なくとも一方を含有する第2の強磁性層が積層された積層体に対して、ハロゲン系元素を含むプラズマによりエッチングを施し、
前記積層体をHOを含むプラズマであるHOプラズマに曝露させる
磁気抵抗素子の製造方法。
Halogen system for a laminate in which a first ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material, an insulating layer made of magnesium oxide, and a second ferromagnetic layer containing at least one of Fe and Co are laminated on a substrate. Etching with elemental plasma,
Method for manufacturing a magneto-resistance element wherein exposing the laminate in H 2 O plasma is a plasma containing H 2 O.
処理対象物にハロゲン系元素を含むプラズマを照射するエッチング室と、
前記処理対象物にHOを含むプラズマであるHOプラズマを照射するプラズマ処理室と
を具備する磁気抵抗素子の製造装置。
An etching chamber for irradiating a processing object with plasma containing a halogen-based element;
A device for manufacturing a magnetoresistive element, comprising: a plasma processing chamber for irradiating the object to be processed with H 2 O plasma which is plasma containing H 2 O.
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