JP2017123356A - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、磁性膜と金属酸化膜との積層構造のウエハをプラズマエッチングし、磁性膜と金属酸化膜との積層構造のウエハのデバイス特性の悪化を抑制すると共に磁性膜と金属酸化膜がエッチングされた処理室内の堆積物を除去できるプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】本発明は、磁性膜と金属酸化膜を積層する積層膜にマスクのパターンを形成するプラズマ処理方法において、前記磁性膜をプラズマエッチングし、前記磁性膜のプラズマエッチング後、前記磁性膜がプラズマエッチングされた処理室をプラズマクリーニングし、前記プラズマクリーニングは、塩素元素を含有するガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いてプラズマクリーニングする第一のプラズマクリーニングと、前記第一のプラズマクリーニング後、前記処理室内に残留するホウ素を除去する第二のプラズマクリーニングと、を含むことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法に係わり、特に磁性膜と金属酸化膜を有する積層構造の被処理基板をプラズマエッチングするプラズマ処理方法に関するものである。
これまで、電子機器等にはＤＲＡＭ(Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、ＤＲＡＭと称する)やフラッシュメモリが多く利用されてきた。これらメモリは揮発性と不揮発性という異なった性質のメモリであるが、それぞれに欠点が見られている。まず揮発性メモリであるＤＲＡＭについては、主としてパソコンのメモリとして用いられているが、電源を切ると保持していたデータが失われてしまう。
一方、不揮発性メモリであるフラッシュメモリは、電源を切ってもデータは半永久的に失われないもののデータの書き込み時間が非常に遅い。これら欠点を解消し、尚且つ、高速読み出し、大容量、低コスト、低消費電力を実現する不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、ＭＲＡＭと称する）の適用が望まれている。
ＭＲＡＭは、磁性層の磁化の向きによる電気抵抗差を用いたメモリであり、リソグラフィーにより生成されたマスク材を用いて基板上に形成されたＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の元素を含む磁性膜をドライエッチングにより微細加工する技術が必要である。
磁性膜のドライエッチングの方法としては、イオンビームエッチングを用いる方法とプラズマエッチングを用いる方法があるが、特にプラズマエッチングは半導体素子の製造で広く用いられており、大口径基板を均一にプラズマエッチングできることから量産性に優れている。
プラズマエッチングを用いた磁性膜のエッチング方法としては、Ｃｌ２ガスをプラズマ化したＣｌ２プラズマによる塩化物の生成を利用する方法、希ガスであるＡｒガス等をプラズマ化しスパッタ効果を利用する方法、またはＣＯガスとＮＨ３ガスの混合ガスやＣＨ３ＯＨといったＣＯを含有するガスをプラズマ化したＣＯ含有プラズマによる金属カルボニルの生成を利用する方法がある。
プラズマクリーニング方法においては、特許文献１には、アルミニウム（Ａｌ）と窒化チタン（ＴｉＮ）の積層膜をエッチング処理した後に、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスと塩素（Ｃｌ２）ガスとの混合ガス、または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスと塩化水素（ＨＣｌ）ガスの混合ガスをクリーニングガスとして用いることにより、チャンバー内の堆積物を減少させ、異物発生を防止するクリーニング方法が開示されている。
また、特許文献２には、フッ化ジケトンガスを用いて、プラズマ処理室内面に付着した鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）等の金属をプラズマクリーニングにより除去し、その後、酸素（Ｏ２）系プラズマクリーニングによりプラズマ処理室内面に付着した有機物を除去する方法が開示されている。
さらに特許文献３には、塩素を含有するガスを用いたプラズマクリーニングにより、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等を除去し、その後、水素を含有するガスを用いたプラズマクリーニングにより前記クリーニングで残留した塩素成分をエッチング処理室内から除去することで、磁性膜を有するウエハへの塩素成分の打ち込みが改善され、ウエハ表面の腐食を抑制する方法が開示されている。
特開２０００−１２５１５号公報 特開２００２−３５９２３４号公報 特開２０１３−１２０８１０号公報
特許文献１に開示されたプラズマクリーニング方法では、クリーニング処理後にエッチング処理室内にホウ素成分が残留するため、引き続き磁性膜を有するウエハをエッチングすると、エッチング処理室内に残留したホウ素成分が被エッチング材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の酸素成分を還元作用で引き抜き、絶縁効果を失うことでデバイス特性を悪化させてしまう問題が生じる。
次に特許文献２に開示されたプラズマクリーニング方法では、被エッチング材料である鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）等の金属をクリーニングで除去するためにクリーニングガスとしてフッ化ジケントンガスを用いているが、このフッ化ジケントンガスはフッ素元素を６ヶ以上保有しているガスのことである。したがって、エッチング処理室内の母材やエッチング処理室内壁の保護膜がアルミニウム（Ａｌ）系で構成されたものに対してフッ素元素を６ヶ以上保有したフッ化ジケントンガスを用いると、アルミニウムとフッ素（Ｆ）が過剰に反応し、揮発性が低いフッ化アルミニウムが大量に生成され、異物が発生してしまう。
次に特許文献３に開示されたプラズマクリーニング方法では、クリーニング処理後にエッチング処理室内に水素成分が残留するため、引き続き磁性膜を有するウエハをエッチングすると、エッチング処理室内に残留した水素成分が被エッチング材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の酸素成分を還元作用で引き抜き、絶縁効果を失うことでデバイス特性を悪化させてしまう問題が生じる。
このため、本発明は、磁性膜と金属酸化膜を有する積層構造のウエハをプラズマエッチングし、金属酸化膜層が備えている絶縁効果を保持するとともに、磁性膜や金属酸化膜がプラズマエッチングされたエッチング処理室内の堆積物を効率的に除去出来るプラズマクリーニングを行うプラズマ処理方法を提供する。
本発明は、磁性膜と金属酸化膜を積層する積層膜にマスクのパターンを形成するプラズマ処理方法において、前記磁性膜をプラズマエッチングし、前記磁性膜のプラズマエッチング後、前記磁性膜がプラズマエッチングされた処理室をプラズマクリーニングし、前記プラズマクリーニングは、塩素元素を含有するガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いてプラズマクリーニングする第一のプラズマクリーニングと、前記第一のプラズマクリーニング後、前記処理室内に残留するホウ素を除去する第二のプラズマクリーニングと、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、ファラデーシールドを具備する誘電結合型プラズマエッチング装置を用いて磁性膜と金属酸化膜を積層する積層膜にマスクのパターンを形成するプラズマ処理方法において、前記磁性膜をプラズマエッチングし、前記磁性膜のプラズマエッチング後、前記磁性膜がプラズマエッチングされた処理室をプラズマクリーニングし、前記プラズマクリーニングは、塩素元素を含有するガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いてプラズマクリーニングする第一のプラズマクリーニングと、前記第一のプラズマクリーニング後、前記処理室内に残留するホウ素を除去する第二のプラズマクリーニングと、を含み、前記第二のプラズマクリーニングの前記ファラデーシールドに印加される高周波電圧を前記第一のプラズマクリーニングの前記ファラデーシールドに印加される高周波電圧より小さくすることを特徴とする。
本発明により、磁性膜と金属酸化膜で構成された積層膜をエッチングした場合、磁性膜と金属酸化膜を有する積層膜の金属酸化膜層の絶縁効果を保持するとともに磁性膜と金属酸化膜がプラズマエッチングされたエッチング処理室内の堆積物を効率的に除去できる。
本発明に係わるプラズマエッチング装置を示す断面図である。 本発明に使用したウエハ１３の膜の構造を示す図である。 本発明に係わるプラズマ処理のフロー図である。 磁性膜のプラズマエッチング中におけるエッチング処理室内の状態を示す図である。 第一のプラズマクリーニング中のエッチング処理室内の状態を示す図である。 第二のプラズマクリーニング中のエッチング処理室内の状態を示す図である。
本発明は、プラズマエッチング装置を用いて磁性膜と絶縁膜を有する積層構造のウエハをプラズマエッチングし、磁性膜と絶縁膜のプラズマエッチングが完了したウエハをエッチング処理室から搬出した後、上記エッチング処理室内をプラズマクリーニングするプラズマ処理方法であり、本発明が構成するプラズマクリーニングは、塩素ガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いたプラズマにより磁性膜と絶縁膜を含んだ堆積物を除去する工程と、四フッ化炭素ガスと酸素含有ガスの混合ガスを用いたプラズマにより、上記エッチング処理室に残留しているホウ素を除去する工程を有する。
以下に本発明の一実施例について説明する。
最初に、本発明を適用するプラズマエッチング装置について図１を用いて説明する。エッチング処理室は、プラズマ生成部を形成する石英（ＳｉＯ２）またはセラミック（Ａｌ２Ｏ３）の非導電性材料からなる放電部２と、試料であるウエハ１３が載置され、ウエハ載置面以外はセラミック（Ａｌ２Ｏ３）の非導電性材料からなるサセプタ７で覆われ、高周波バイアス電力が供給される電極６が配置されたプラズマ処理室３とから構成される。
また、プラズマ処理室３は、接地されており、電極６は、絶縁材を介してプラズマ処理室３内に配置されている。放電部２の外側には、第一の誘導アンテナ１ａと第二の誘導アンテナ１ｂとからなる誘導アンテナ１と、誘導アンテナ１と放電部２との間に配置され、容量結合電極であるファラデーシールド１０と、整合器４を介してプラズマを生成するための高周波電力を誘導アンテナ１に供給する第一の高周波電源１１とが設けられている。
本プラズマエッチング装置は、ファラデーシールド１０に整合器４を介して第一の高周波電源１１より高周波電圧を印加することによって、放電部２への反応生成物の付着抑制ならびに除去が可能である。エッチング処理室内部には、ガス供給装置５から処理ガスが供給される一方で、排気装置９によって所定の圧力に減圧排気される。
ガス供給装置５によりエッチング処理室内部に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導アンテナ１により発生した誘導磁場の作用によりエッチング処理室内にプラズマ８を生成する。また、プラズマ８中のイオンをウエハ１３に引き込むため、電極６に第二の高周波電源１２により高周波バイアス電圧を印加する。この高周波バイアス電圧を印加することにより、サセプタ７への反応生成物の付着抑制ならびに除去が可能となる。
次に、本発明に使用するウエハ１３の膜構造を図２に示す。図２に示すようにシリコン基板１４上に下から順次、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）である磁性膜１５と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である金属酸化膜１６と、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）である磁性膜１５とが積層された構造で成膜されている。所謂、磁気トンネル接合(Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ)素子構造である。また、最上層の磁性膜１５の上にマスクとしてタンタル（Ｔａ）膜１７がパターン形成されている。
なお、本実施例では磁性膜としてコバルト鉄（ＣｏＦｅ）、金属酸化膜として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いたが、これに限定されるものではない。磁性膜については、鉄（Ｆｅ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）等でも良い。また、金属酸化膜については、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等でも良い。
すなわち、少なくとも、磁性膜については鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の中で１つの元素を含有する材料であれば良い。また、金属酸化膜は、酸化された金属膜であれば良い。さらに本実施例では、マスクとして、タンタル（Ｔａ）を用いたが、本発明はタンタル（Ｔａ）に限定されず、タンタル（Ｔａ）以外のハードマスク、レジストマスクまたは、レジストマスクとハードマスクが積層されたマスクでも良い。
次に、本発明のプラズマ処理方法を図３に示すプラズマ処理フローを用いて説明する。
最初に図２に示すようなウエハ１３を搬送装置（図示せず）によりエッチング処理室内の電極６に載置する（Ｓ１）。次にウエハ１３の磁性膜１５と金属酸化膜１６をタンタル（Ｔａ）膜１７をマスクとして、表１のようにＣｌ２ガスのガス流量を２０ｍｌ/ｍｉｎ、Ａｒガスのガス流量を８０ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、プラズマ生成用高周波電力を１０００Ｗ、電極６に供給する高周波バイアス電力を５００Ｗ、ファラデーシールド１０に印加する高周波電圧（以下、ＦＳＶと称する）を３００Ｖとするプラズマエッチング条件にてプラズマエッチングを行う（Ｓ２）。
ここで、本実施例では磁性膜１５と金属酸化膜１６のエッチング用ガスをＣｌ２ガスとＡｒガスの混合ガスとしたが、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｈ２ガス、ＮＨ３ガス、ＣＯガス、ＣＨ３ＯＨガス等でも良い。つまり、本発明としては、磁性膜１５と金属酸化膜１６がエッチングできるガスであれば良い。
また、磁性膜１５と金属酸化膜１６のエッチング例としては、磁性膜１５と金属酸化膜１６を完全にエッチングする方法と、磁性膜１５をエッチングし金属酸化膜１６上で止める方法がある。後者の金属酸化膜１６上で止めるエッチングにおいても、金属酸化膜１６は多少エッチングされるため、本実施例のエッチング例と同様にエッチング処理室に酸化物が堆積してしまう。
Figure 2017123356
ウエハ１３の磁性膜１５と金属酸化膜１６をタンタル（Ｔａ）膜１７をマスクとして、表１のようにエッチングすると、図４に示すようにセラミック（Ａｌ２Ｏ３）製の放電部２の内壁や電極６のウエハ載置面以外を覆っているサセプタ７、及びその周辺には、被エッチング材料を含む堆積物が付着する。この付着した堆積物が多くなると、エッチング処理室の内壁やサセプタから堆積物が剥がれ異物となる。
また、放電部２の内壁やサセプタ上に堆積物が多く付着するとプラズマ状態に変化をもたらし、エッチング速度や均一性、エッチング形状等のエッチング性能に経時的な変化を引き起こしてしまう。そのため、安定したエッチング性能を得るためには、この堆積物を除去する必要がある。
次に磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチングが完了したウエハ１３を搬送装置（図示せず）によりエッチング処理室から搬出し、ダミーウエハをエッチング処理室内の電極６に載置する（Ｓ３）。但し、本発明では、磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチングが完了したウエハ１３をエッチング処理室から搬出することは必須であるが、ダミーウエハをエッチング処理室内に搬入することは、必ずしも必須というわけではない。
次に表２のようにＣｌ２ガスのガス流量を１２０ｍｌ／ｍｉｎ、ＢＣｌ３ガスのガス流量を８０ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を２．０Ｐａ、プラズマ生成用高周波電力を２０００Ｗ、電極６に供給する高周波バイアス電力を６５０Ｗ、ＦＳＶを１２００Ｖとする第一のプラズマクリーニング条件にてエッチング処理室に堆積した鉄、コバルト、タンタルを含む磁性膜系の堆積物をプラズマクリーニングする（Ｓ４）。
Figure 2017123356
第一のプラズマクリーニングにより、エッチング処理室内に堆積した鉄、コバルト、酸化物、タンタルを含む磁性膜系堆積物を除去できる理由は以下の通りのように考えられる。
磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチング中は、被エッチング材料である磁性膜１５の鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）がＣｌ２ガスと化学反応することにより、蒸気圧が高く揮発し易い塩化物（ＦｅＣｌｘ、ＮｉＣｌｘ）が生成される。また、高いイオン入射エネルギーにより、磁性膜である鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）や、絶縁膜である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は弾き飛ばされる。
また、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の酸化物系堆積物は、主にＢＣｌ３ガスの還元作用により揮発性の高い生成物を生成することによって除去できる。このように堆積物を除去するために塩素ガスと三塩化ホウ素の混合ガスを用いたプラズマにより、エッチング処理室内をプラズマクリーニングすると、図５に示すようにエッチング処理室の内壁やサセプタに付着した鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）を含む堆積物は、プラズマエッチング中と同様に塩素（Ｃｌ２）ラジカルと反応して蒸気圧が高く揮発し易い塩化物となり、除去される。
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）についても酸素成分（Ｏ）との結合エネルギーが高いＢＣｌ３ガスのホウ素（Ｂ）と反応することで結合が切断され、マグネシウム（Ｍｇ）とＣｌ２ガスが反応し塩化物が生成され除去される。また、磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチング中と同様に高周波バイアス電圧を印加することで、高いイオンエネルギーがサセプタ７にも入射され、サセプタ上に堆積した磁性膜１５と金属酸化膜１６の堆積物も効率良く弾き飛ばされ除去される。
また、上述の堆積物は、被エッチング材料である磁性膜１５と金属酸化膜１６から構成されているため、第一のプラズマクリーニングとしては、磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチングに使用したガスによるプラズマを用いてもエッチング処理室内の堆積物は除去可能である。このような理由から、本発明の第一のプラズマクリーニングとして、塩素ガスと三塩化ホウ素の混合ガスを用いたプラズマを用いることとした。
次に、第一のプラズマクリーニングが完了した後、次のウエハ１３の磁性膜１５や金属酸化膜１６を第一のプラズマクリーニング後のエッチング処理室でプラズマエッチングすると、エッチング処理室内に残留した微量のホウ素がエッチング処理室の内壁に付着しているため、ホウ素成分が被エッチング材料である金属酸化膜１６の酸素成分を還元作用で引き抜き、絶縁層の効果を失うことでウエハ１３のデバイス特性を悪化させてしまう。
このため、本発明では、第一のプラズマクリーニング完了後、第一のプラズマクリーニングによりエッチング処理室内に残留したホウ素成分を除去するため、表３に示すように四フッ化炭素ガス（ＣＦ４）のガス流量を５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ、酸素ガス（Ｏ２）のガス流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．５Ｐａ、プラズマ生成用高周波電力を1５００Ｗ、高周波バイアス電力を３００Ｗ、ＦＳＶを６００Ｖとして、ホウ素を除去する第二のプラズマクリーニング条件にてエッチング処理室内をプラズマクリーニングする（Ｓ５）。
Figure 2017123356
第二のプラズマクリーニングを第一のプラズマクリーニングが実施されたエッチング処理室に実施すると、図６に示すように四フッ化炭素ガスと酸素ガスプラズマから発生したフッ素成分と酸素成分がエッチング処理室の内部に残留したホウ素成分と反応することで、結合エネルギーが高い三フッ化ホウ素（ＢＦ３）や酸化ホウ素（ＢｘＯｘ）が生成され、第一のプラズマクリーニングが実施されたエッチング処理室内に残留したホウ素成分を効率良く除去することができる。
エッチング処理室内に残留したホウ素を除去するためにフッ素成分との反応を利用しているが、反応だけを考えるとフッ素元素を多く含有したガス、例えば、六フッ化硫黄の方が効率良くホウ素が除去できることが考えられる。しかし、フッ素元素が多すぎると余剰ラジカルが発生し、エッチング処理室内の母材であるアルミニウム（Ａｌ）や、エッチング処理室内壁の保護膜であるアルミアルマイトと過剰にラジカル反応が起こり、揮発性が低いフッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）が大量に生成され、異物が発生してしまう。
また、六フッ化硫黄よりフッ素元素が少ない四フッ化炭素においても同様なフッ化アルミニウムの生成が考えられるが、四フッ化炭素においては使用するガス流量に制限を持たせることで残留ホウ素成分を除去するとともにエッチング処理室内の母材であるアルミニウムとの過剰なラジカル反応を抑制することが可能である。しかしながら、ガス流量に制限を持たせることでエッチング処理室内のホウ素成分は完全には除去しきれていない。
このため、四フッ化炭素ガスだけでは不十分である残留ホウ素の除去を補うため、酸素ガスを用いた結合エネルギーが高い酸化ホウ素を生成することにより、四フッ化炭素ガスで除去しきれなかったホウ素成分をエッチング処理室内から除去することができる。
更にマスクにレジスト成分が含まれた構造を用いた場合、磁性膜１５と金属酸化膜１６のエッチング中に炭素系の堆積物がエッチング処理室内に付着してしまうが、クリーニングに酸素ガスを用いることにより、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの揮発し易い化合物を生成させ、炭素系の堆積物も除去することが出来る。
また、酸素ガスプラズマから生成された酸化ホウ素は一般的に揮発性が低いことから異物を発生させる要因とも考えられる。しかし、第一のプラズマクリーニングから第二のプラズマクリーニングに移行する際は、三塩化ホウ素によるプラズマを一旦消失させ、エッチング処理室内を排気した後に酸素ガスプラズマを生成しており、かつ、酸素と三塩化ホウ素の混合ガスとしてプラズマを形成しているわけではないので、異物となる可能性は極めて低い。
このような理由から、第二のプラズマクリーニングとして用いるガスとして、ホウ素成分が効率良く除去ができ、フッ素の余剰ラジカル発生を抑制し、エッチング処理室内の母材であるアルミニウムと過剰にラジカル反応が起こらず、異物とならない四フッ化炭素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いることとした。
また、第二のプラズマクリーニングでのＦＳＶは、第一のプラズマクリーニング時のＦＳＶより低い設定値であるため、放電部２の内壁だけでなく、エッチング処理室内の広範囲にプラズマを形成し、エッチング処理室内全域に残留したホウ素成分を除去することが可能となる。
次に、第二のプラズマクリーニング後は、電極６に載置されたダミーウエハを搬送装置（図示せず）によりエッチング処理室から搬出し、次のウエハ１３を搬送装置によりエッチング処理室内の電極６に載置する（Ｓ６）。次に、電極６に載置されたウエハ１３の磁性膜１５と金属酸化膜１６を表１に示す条件にてプラズマエッチングする（Ｓ２）。また、電極６に載置されたウエハ１３の磁性膜１５と金属酸化膜１６を表１に示す条件にてプラズマエッチングした場合、表１に示す条件にはＣｌ２ガスを含んでいるため、塩素成分が被エッチング材料である磁性膜１５を有するウエハ１３に滞留してしまう。この塩素成分が滞留した状態でウエハ１３を大気に晒した場合、塩素と大気中の水分が反応して塩酸が生成され、磁気膜１５を有するウエハ表面が腐食してしまう問題が生じる。
しかしながら、本装置は磁性膜１５や金属酸化膜１６のプラズマエッチング後に磁性膜１５や金属酸化膜１６の表面に保護膜としてＳｉＮ膜を成膜することが出来るチャンバー(図示せず)を有しているため、Ｃｌ２ガスを含んだ条件で磁性膜１５や金属酸化膜１６をプラズマエッチングしても大気中の水分と滞留した塩素成分が反応することが無い。したがって、ウエハ表面が腐食することもない。
以後、所定枚数のウエハ１３の磁性膜１５と金属酸化膜１６のプラズマエッチングが完了するまで、上述したフローを繰り返す。
以上、上述した本実施例により本発明は少なくとも磁性膜１５をエッチングした後、磁性膜系の堆積物をＣｌ２ガスで除去し酸化物系の堆積物をＢＣｌ３ガスで除去する第一のクリーニングと、第一のクリーニングで残留したホウ素をＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスを用いて除去する第二のクリーニングを実施することにより、磁性膜１５と金属酸化膜１６を有する積層構造のウエハのデバイス特性の悪化、即ち残留ホウ素による金属酸化膜１６の還元防止を図るとともに磁性膜１５と金属酸化膜１６がプラズマエッチングされたエッチング処理室内の堆積物を効率的に除去するものである。
また、本実施例では、プラズマエッチング装置として誘導結合型プラズマエッチング装置の例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロ波プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマエッチング装置、ヘリコン方プラズマエッチング装置等でも適用できる。
さらに本実施例では、第一のプラズマクリーニングのガスとして塩素ガスを使用したが、ＨＣｌガス、ＣＣｌ４ガス等の塩素元素を含有するガスでも良い。また、本実施例では、第二のプラズマクリーニングのガスとしてＯ２ガスを使用したが、ＣＯガス、ＣＯ２ガス等の酸素元素を含有するガスでも良い。
１ 誘導アンテナ
１ａ 第一の誘導アンテナ
１ｂ 第二の誘導アンテナ
２ 放電部
３ プラズマ処理室
４ 整合器
５ ガス供給装置
６ 電極
７ サセプタ
８ プラズマ
９ 排気装置
１０ ファラデーシールド
１１ 第一の高周波電源
１２ 第二の高周波電源
１３ ウエハ
１４ シリコン基板
１５ 磁性膜
１６ 金属酸化膜
１７ タンタル（Ｔａ）膜

Claims (10)

  1. 磁性膜と金属酸化膜を積層する積層膜にマスクのパターンを形成するプラズマ処理方法において、
    前記磁性膜をプラズマエッチングし、
    前記磁性膜のプラズマエッチング後、前記磁性膜がプラズマエッチングされた処理室をプラズマクリーニングし、
    前記プラズマクリーニングは、塩素元素を含有するガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いてプラズマクリーニングする第一のプラズマクリーニングと、前記第一のプラズマクリーニング後、前記処理室内に残留するホウ素を除去する第二のプラズマクリーニングと、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記第二のプラズマクリーニングは、四フッ化炭素ガスと酸素元素を含有するガスの混合ガスを用いて行われることを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記磁性膜は、鉄、コバルト、ニッケルの中のいずれか一つの元素を含有する膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  4. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記プラズマクリーニングの前に前記磁性膜と前記金属酸化膜をエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
    前記磁性膜のプラズマエッチングは、前記金属酸化膜の上方に配置された磁性膜のプラズマエッチングであることを特徴とするプラズマ処理方法。
  6. 請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
    前記金属酸化膜は、酸化マグネシウム膜であり、
    前記酸素を含有するガスは、酸素ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
  7. 請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
    前記塩素元素を含有するガスは、塩素ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。
  8. 請求項７に記載のプラズマ処理方法において、
    前記マスクの材料はタンタル膜であり、
    前記磁性膜を塩素ガスを用いてプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  9. 請求項８に記載のプラズマ処理方法において、
    前記積層膜は、磁性膜と磁性膜との間に金属酸化膜が配置された構造を有するＭＴＪ素子となる積層膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  10. ファラデーシールドを具備する誘電結合型プラズマエッチング装置を用いて磁性膜と金属酸化膜を積層する積層膜にマスクのパターンを形成するプラズマ処理方法において、
    前記磁性膜をプラズマエッチングし、
    前記磁性膜のプラズマエッチング後、前記磁性膜がプラズマエッチングされた処理室をプラズマクリーニングし、
    前記プラズマクリーニングは、塩素元素を含有するガスと三塩化ホウ素ガスの混合ガスを用いてプラズマクリーニングする第一のプラズマクリーニングと、前記第一のプラズマクリーニング後、前記処理室内に残留するホウ素を除去する第二のプラズマクリーニングと、を含み、
    前記第二のプラズマクリーニングの前記ファラデーシールドに印加される高周波電圧を前記第一のプラズマクリーニングの前記ファラデーシールドに印加される高周波電圧より小さくすることを特徴とするプラズマ処理方法。
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