JP3402837B2 - Processing method of magnetic thin film - Google Patents

Processing method of magnetic thin film

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JP3402837B2
JP3402837B2 JP07431995A JP7431995A JP3402837B2 JP 3402837 B2 JP3402837 B2 JP 3402837B2 JP 07431995 A JP07431995 A JP 07431995A JP 7431995 A JP7431995 A JP 7431995A JP 3402837 B2 JP3402837 B2 JP 3402837B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、Fe,CoまたはNi
を含有する磁性材料からなる磁性体薄膜の加工方法に関
する。
The present invention relates to Fe, Co or Ni.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for processing a magnetic thin film made of a magnetic material that contains

【0002】[0002]

【従来の技術】Fe,CoまたはNiを含有する磁性材
料からなる磁性体薄膜は、従来より磁気ヘッド、磁気デ
ィスク、磁気バブルメモリ、光磁気ディスク、磁気セン
サ、薄膜インダクタ等の磁性体デバイスに幅広く利用さ
れており、将来的には磁性ランダムアクセスメモリ(M
RAM)やスピン偏極効果(SP)素子等への発展が期
待されている。これらの磁性体デバイスのうち、特に薄
膜磁気ヘッド、磁気センサ、磁気バブルメモリ、薄膜イ
ンダクタ、MRAM、SP素子を作成するには磁性体薄
膜に所望のパターニングを施すことが必要不可欠であ
り、また磁気ディスクや光磁気ディスクについても記録
トラックの形成や形状異方性付与等のため、磁性体薄膜
に所望のパターニングを施すことが好ましい。
2. Description of the Related Art Magnetic thin films made of magnetic materials containing Fe, Co or Ni have been widely used in magnetic devices such as magnetic heads, magnetic disks, magnetic bubble memories, magneto-optical disks, magnetic sensors and thin film inductors. The magnetic random access memory (M
It is expected to develop into RAM) and spin polarization effect (SP) elements. Among these magnetic material devices, it is indispensable to perform desired patterning on the magnetic material thin film in order to produce a thin film magnetic head, a magnetic sensor, a magnetic bubble memory, a thin film inductor, an MRAM, and an SP element. Also for disks and magneto-optical disks, it is preferable to perform desired patterning on the magnetic thin film in order to form recording tracks and impart shape anisotropy.

【0003】従来このように磁性体薄膜に所望のパター
ニングを施すに当っては、主としてイオンミリング法が
用いられている。これは、Ar等の不活性ガスをイオン
化して加速し磁性体薄膜に衝突させる方法であり、イオ
ン密度が大きければ高いエッチング速度が得られ、しか
もイオンの衝突する角度を適切に設定できれば充分な異
方性を付与することができる。然るにイオンミリング法
では、磁性体薄膜の膜厚が厚いと材料選択性がないため
加工不能となり、また大面積の磁性体薄膜を一括加工す
る場合も大型のイオン源が必要となり経済性に欠けるば
かりか、技術的にもイオン源の大型化には限界がある。
さらにイオンミリング法においては、加工時に気相中に
放出された被加工物の一部がマスクの側壁に再付着して
加工精度が低下するため、微細なパターニングを精度よ
く施すことは困難であった。
Conventionally, the ion milling method has been mainly used to perform desired patterning on the magnetic thin film. This is a method of ionizing and accelerating an inert gas such as Ar to collide with the magnetic thin film. If the ion density is high, a high etching rate can be obtained, and it is sufficient if the angle of collision of ions can be appropriately set. Anisotropy can be imparted. However, in the ion milling method, if the thickness of the magnetic thin film is large, there is no material selectivity, so it becomes impossible to process, and even when processing a large area magnetic thin film at the same time, a large ion source is required and it is not economical. However, there is a limit to the enlargement of the ion source from the technical point of view.
Furthermore, in the ion milling method, it is difficult to perform fine patterning with high precision because part of the workpiece that is released into the gas phase during processing reattaches to the sidewalls of the mask and reduces processing accuracy. It was

【0004】なお薄膜磁気ヘッドを作成する際等には、
メッキ法で所定のパターンを有する磁性体薄膜を直接得
ることも行なわれており、例えばレジストフレームパタ
ーン内へのNiFeメッキはその代表的なものである。
しかしながら、メッキ液をパターン形成部に安定的に供
給することが困難で、メッキ液組成がパターン形成部内
外でばらつく傾向がありまた時間的にも変動しやすいこ
とから、今後要求されるサブミクロンレベルの磁性体薄
膜パターンの形成に対しては、充分対応できなくなるこ
とが予想される。
When manufacturing a thin film magnetic head, etc.,
A magnetic thin film having a predetermined pattern is also directly obtained by a plating method. For example, NiFe plating in a resist frame pattern is a typical one.
However, it is difficult to stably supply the plating liquid to the pattern forming part, the composition of the plating liquid tends to vary inside and outside the pattern forming part, and it is easy to change with time. It is expected that the formation of the magnetic thin film pattern of 1 cannot be sufficiently dealt with.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、これ
まで磁性体薄膜を加工する際に主として用いられてきた
イオンミリング法は、材料選択性や経済性の点で問題が
あり、かつ微細なパターニングを精度よく施すことも極
めて困難であった。一方イオンミリング法以外の薄膜の
加工方法としては、反応性イオンエッチング(RIE)
に代表される反応性ガスを用いたプラズマエッチング法
が以前より知られており、特にLSI製造プロセスにお
いては、材料選択性、経済性の点で好ましいうえ活性化
した反応性ガスが通常のLSI材料との間で高い蒸気圧
を有する反応生成物を容易に生成するため、微細なパタ
ーニングを施す際に広く利用されている。しかしなが
ら、磁性体薄膜の加工に同様のプラズマエッチング法を
適用する場合は、LSI製造プロセスで一般的に用いら
れる反応性ガスと磁性材料との反応生成物の蒸気圧が低
く、微細なパターニングを施すには磁性体薄膜を高温ま
で加熱する必要があり実用的でない。
As described above, the ion milling method, which has been mainly used so far in processing a magnetic thin film, has a problem in terms of material selectivity and economical efficiency, and is fine. It was also extremely difficult to perform patterning with high accuracy. On the other hand, as a thin film processing method other than the ion milling method, reactive ion etching (RIE) is used.
The plasma etching method using a reactive gas represented by the above has been known for a long time, and particularly in the LSI manufacturing process, it is preferable in terms of material selectivity and economical efficiency, and activated reactive gas is a normal LSI material. Since a reaction product having a high vapor pressure between and is easily generated, it is widely used for fine patterning. However, when the same plasma etching method is applied to the processing of the magnetic thin film, the vapor pressure of the reaction product of the reactive gas and the magnetic material generally used in the LSI manufacturing process is low and fine patterning is performed. In this case, it is necessary to heat the magnetic thin film to a high temperature, which is not practical.

【0006】例えば、IEEE Trans. Magn. 27(6),4888,1
991 や特開平3−97877号には、活性化された塩素
系ガスを用いたRIEによりFe−Si−Alからなる
磁性体薄膜を加工したことが報告されており、ここでの
塩素系ガスとして具体的にはCCl4 ,Cl2 ,CCl
3 Fが示されている。しかしながら、例えば100nm
/min程度以上の高エッチングレートの加工を行なう
ためには、基板温度が300℃以上程度に設定される必
要があり、これでは上述したような磁性体デバイスの製
造プロセスに利用することはできない。
For example, IEEE Trans. Magn. 27 (6), 4888,1
991 and Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-97877 reported that a magnetic thin film made of Fe-Si-Al was processed by RIE using an activated chlorine-based gas. Specifically, CCl 4 , Cl 2 , CCl
3 F are shown. However, for example, 100 nm
The substrate temperature must be set to about 300 ° C. or more in order to perform processing at a high etching rate of about / min or more, which cannot be used in the manufacturing process of the magnetic device as described above.

【0007】また特開平4−129014号には、F
e,CoまたはNiを含有する磁性材料からなる磁性体
薄膜の露出部に、希ガスとCl2 ,CCl4 ,CHCl
2 FまたはCCl22 の混合ガスを供給して、磁性体
薄膜を加工する技術が開示されているが、エッチングレ
ートは20nm/minと極めて低く実用的でない。し
かも、磁性体薄膜の露出部に磁性材料と塩素系ガスとの
反応生成物である塩化物が生成するものの、本質的には
あくまで希ガスの物理的エッチングで露出部の磁性体薄
膜の加工を行なうものであるため、材料選択性は乏し
く、かつ被加工物の再付着に起因して加工精度が低下す
るという問題がある。
In Japanese Patent Laid-Open No. 4-129014, F
A rare gas, Cl 2 , CCl 4 , and CHCl are formed on the exposed portion of the magnetic thin film made of a magnetic material containing e, Co, or Ni.
A technique for processing a magnetic thin film by supplying a mixed gas of 2 F or CCl 2 F 2 has been disclosed, but the etching rate is as low as 20 nm / min, which is not practical. Moreover, although chloride, which is a reaction product of the magnetic material and the chlorine-based gas, is generated in the exposed portion of the magnetic thin film, essentially, the magnetic thin film in the exposed portion is processed only by physical etching of a rare gas. Since it is carried out, there is a problem that the material selectivity is poor and the processing accuracy is lowered due to the reattachment of the workpiece.

【0008】本発明はこのような問題に鑑み、材料選択
性、経済性に優れ、大面積に亘る磁性体薄膜に対して
も、微細なパターニングを低温で高速かつ高精度に施す
ことが可能な磁性体薄膜の加工方法を提供することをそ
の目的としている。
In view of the above problems, the present invention is excellent in material selectivity and economical efficiency, and it is possible to perform fine patterning at a low temperature at a high speed and with high accuracy even on a magnetic thin film over a large area. It is an object of the present invention to provide a method for processing a magnetic thin film.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するためになされた本発明は、Fe,Co及びNiの少
なくとも1種を含有する磁性材料からなる磁性体薄膜上
に所定のパターンを有するマスクを配置し、前記磁性体
薄膜の露出部に活性化されたBCl3 を含有する反応性
ガスを供給して前記磁性材料と反応させた後、露出部の
磁性体薄膜を除去することにより前記磁性体薄膜に所望
のパターニングを施す磁性体薄膜の加工方法である。す
なわち本発明では、例えば反応性イオンエッチング(R
IE)やケミカルドライエッチング(CDE)のような
化学反応を利用した磁性体薄膜の加工方法において、活
性化された例えばプラズマ状態のBCl3 が反応性ガス
として用いられることが特徴的である。従ってここでま
ず、活性化されたBCl3 を供給することで磁性体薄膜
の露出部が除去される機構を、活性化されたCl2 を用
いた場合と対比する。
The present invention made to achieve the above object has a predetermined pattern on a magnetic thin film made of a magnetic material containing at least one of Fe, Co and Ni. A mask is disposed, a reactive gas containing activated BCl 3 is supplied to the exposed portion of the magnetic thin film to react with the magnetic material, and then the exposed magnetic thin film is removed. This is a method of processing a magnetic thin film in which desired patterning is performed on the magnetic thin film. That is, in the present invention, for example, reactive ion etching (R
In a method of processing a magnetic thin film utilizing a chemical reaction such as IE) or chemical dry etching (CDE), it is characteristic that activated BCl 3 in a plasma state is used as a reactive gas. Therefore, first, the mechanism of removing the exposed portion of the magnetic thin film by supplying the activated BCl 3 will be compared with the case where the activated Cl 2 is used.

【0010】本発明では、磁性体薄膜の加工が行なわれ
る反応室内等でBCl3 が活性化されると、塩素イオン
もしくはラジカルとB−Cl系イオンもしくはラジカル
が発生する。これらのうち、塩素イオンもしくはラジカ
ルについては磁性体薄膜の露出部に供給された際に磁性
材料と反応し、Cl2 の活性種と全く同様Fe,Co,
Niの塩化物を生成させる。
In the present invention, when BCl 3 is activated in a reaction chamber or the like where a magnetic thin film is processed, chlorine ions or radicals and B-Cl type ions or radicals are generated. Of these, chlorine ions or radicals react with the magnetic material when supplied to the exposed portion of the magnetic thin film, and are similar to active species of Cl 2 , Fe, Co,
Ni chloride is formed.

【0011】一方本発明において、塩素イオンもしくは
ラジカルとともに発生したB−Cl系イオンもしくはラ
ジカルは、磁性体薄膜の露出部の物理的なエッチングの
進行に関与して、上述したような塩素イオンもしくはラ
ジカルと磁性材料との反応生成物であるFe,Co,N
iの塩化物の脱離・揮発を促進させる。従って、反応生
成物を蒸発脱離・揮発させる際の活性化エネルギーが著
しく低下し、低温でも非常に高速での加工を行なうこと
が可能となる。
On the other hand, in the present invention, the B-Cl-based ion or radical generated together with the chlorine ion or radical is involved in the progress of the physical etching of the exposed portion of the magnetic thin film, and the chlorine ion or radical as described above. Fe, Co, N, which are reaction products of
Promote desorption and volatilization of chloride i. Therefore, the activation energy at the time of evaporating and desorbing and volatilizing the reaction product is remarkably reduced, and it becomes possible to perform processing at a very high speed even at a low temperature.

【0012】これに対し、Cl2 の活性化で発生する塩
素イオンもしくはラジカルを磁性体薄膜の露出部に供給
した場合は、磁性体薄膜の露出部に塩化物が生成する点
では同様であるものの、その脱離が物理的に促進される
ことがなく、反応生成物を蒸発脱離・揮発させる際の活
性化エネルギーは、ほぼ生成した塩化物の化学的な蒸発
エネルギーのみで決定される。すなわち、塩素イオンも
しくはラジカルが単独で供給されるのでは、反応生成物
である塩化物の蒸気圧のみに基づいて反応生成物が脱離
・揮発され、物理的なエッチングはほとんど期待できな
い。
On the other hand, when chlorine ions or radicals generated by the activation of Cl 2 are supplied to the exposed portion of the magnetic thin film, chloride is generated in the exposed portion of the magnetic thin film, which is similar. The activation energy when evaporating, desorbing and volatilizing the reaction product is determined only by the chemical vaporization energy of the produced chloride, without the elimination being physically promoted. That is, if chlorine ions or radicals are supplied alone, the reaction products are desorbed and volatilized based only on the vapor pressure of chloride, which is a reaction product, and physical etching can hardly be expected.

【0013】従って活性化されたCl2 を反応性ガスと
して用いると、反応生成物であるFe,Co,Niの塩
化物、特にCo,Niの塩化物や2価のFeの塩化物の
蒸気圧が充分ではないために、高エッチングレートの加
工を行なうためには400℃程度以上の高温の加熱が必
要となってしまう。しかも400℃程度以上の高温での
加工では、いかに活性化された反応性ガスが用いられて
も、磁性体薄膜の露出部が除去される機構は単なる熱反
応と熱蒸発が支配的となり、RIEにより本来実現され
るはずの異方性加工を行なうことが困難となる。
Therefore, when activated Cl 2 is used as a reactive gas, the vapor pressures of the reaction products of chlorides of Fe, Co and Ni, especially Co and Ni chlorides and divalent Fe chlorides, are increased. However, in order to perform processing with a high etching rate, heating at a high temperature of about 400 ° C. or higher is required. Moreover, in processing at a high temperature of about 400 ° C. or higher, no matter how activated reactive gas is used, the mechanism for removing the exposed portion of the magnetic thin film is dominated by mere thermal reaction and thermal evaporation. This makes it difficult to carry out anisotropic processing that should be realized.

【0014】なお、CCl4 のような炭素塩化物系の活
性種が磁性体薄膜の露出部に供給された場合、塩素イオ
ンもしくはラジカルとともに発生したC−Cl系イオン
もしくはラジカルは、本発明におけるB−Cl系イオン
もしくはラジカルと同様、磁性体薄膜の露出部の物理的
なエッチングの進行に関与する。しかしながら磁性体薄
膜の加工中に、それ自体単独で堆積性を有する炭素が被
加工面に堆積されやすく、エッチングレートがやはり劣
るうえ、充分な加工精度も確保し難い。さらに炭素塩化
物系のガス及びその活性種は、公害性が大きな問題とな
る。
When a carbon chloride-based active species such as CCl 4 is supplied to the exposed portion of the magnetic thin film, the C--Cl-based ion or radical generated together with the chlorine ion or radical is B in the present invention. Like the -Cl-based ions or radicals, it participates in the progress of physical etching of the exposed portion of the magnetic thin film. However, during processing of the magnetic thin film, carbon, which has a depositability by itself, is easily deposited on the surface to be processed, the etching rate is still poor, and it is difficult to secure sufficient processing accuracy. Further, carbon chloride gas and its active species pose a serious problem of pollution.

【0015】また本発明の磁性体薄膜の加工方法におい
ては、上述したような活性化されたBCl3 とともに活
性化されたCl2 を併用することで、反応性ガス中の塩
素イオンもしくはラジカルの密度が増大するので、さら
なる低温、高速での磁性体薄膜の加工が可能となる。す
なわちBCl3 単独では、塩素イオンもしくはラジカル
との反応が充分でない亜塩化物等の低級塩化物の生成も
多く、加工後にこのような低蒸気圧の低級塩化物の残渣
が発生しやすい。これに対し、活性化されたCl2 が併
用されると、少なくとも一部の低級塩化物を化学量論組
成を有する塩化物に変化させ、反応生成物の蒸気圧を高
め蒸発の活性化エネルギーの低減に寄与するともに、残
渣の発生が大幅に抑制され結果的に加工精度も向上す
る。従って、一層低温での高エッチングレート、高精度
の加工が可能となる。
In the method of processing a magnetic thin film of the present invention, the density of chlorine ions or radicals in the reactive gas is reduced by using the activated BCl 3 and the activated Cl 2 together. Therefore, the magnetic thin film can be processed at a lower temperature and a higher speed. That is, BCl 3 alone produces a large amount of lower chlorides such as subchlorides which do not sufficiently react with chlorine ions or radicals, and such a low chloride residue having a low vapor pressure tends to be generated after processing. On the other hand, when activated Cl 2 is used in combination, at least a part of the lower chloride is converted into chloride having a stoichiometric composition, the vapor pressure of the reaction product is increased, and the activation energy of evaporation is increased. In addition to contributing to the reduction, the generation of residues is significantly suppressed, and as a result, the processing accuracy is improved. Therefore, it becomes possible to perform a high etching rate and a high precision processing at a lower temperature.

【0016】ここでBCl3 とCl2 との混合比率につ
いては、BCl3 とCl2 との合計量中Cl2 量が0〜
90vol%、好ましくは40〜85vol%,さらに
好ましくは70vol%程度となるように、反応室内へ
導入する際の流量比等を調節すればよい。何となれば、
Cl2 量が少なすぎると低級塩化物の残渣の発生が有効
に抑制されない一方、あまりにCl2 量が多いとB−C
l系イオンもしくはラジカルによるFe,Co,Niの
塩化物の脱離・揮発の促進が不充分となるおそれがある
からである。なお、Cl2 以外にも活性化することで塩
素イオンもしくはラジカルが発生するガスはあるが、少
なくともCCl4 など炭素塩化物系は公害性の問題から
除外されるべきである。この点上述したようなCl2
は、活性化された後の排ガス処理の簡便性のうえでも好
ましい。
[0016] For the mixing ratio of BCl 3 and Cl 2, where the total amount of Cl 2 amount of BCl 3 and Cl 2 is 0
The flow rate ratio when introducing into the reaction chamber may be adjusted so as to be about 90 vol%, preferably 40 to 85 vol%, and more preferably about 70 vol%. What if
If the amount of Cl 2 is too small, the generation of lower chloride residues is not effectively suppressed, while if the amount of Cl 2 is too large, BC
This is because the promotion of desorption and volatilization of chlorides of Fe, Co, and Ni by the l-type ions or radicals may be insufficient. Although there are gases other than Cl 2 that generate chlorine ions or radicals upon activation, at least carbon chlorides such as CCl 4 should be excluded from the pollution problem. In this respect, Cl 2 as described above
Is also preferable from the viewpoint of simplicity of exhaust gas treatment after being activated.

【0017】さらに本発明では、活性化されたBCl3
及び活性化されたCl2 とともに、堆積性ガスを併用す
ることで、磁性体薄膜の加工中エッチング除去された磁
性体薄膜の側壁に堆積物の被着膜が形成され、加工形状
の異方性が向上する。すなわち、本発明の磁性体薄膜の
加工方法においては堆積性ガスが併用されなくても、上
述したような活性種の密度やエネルギーを調整すること
で充分な異方性加工を行なうことは可能であるが、堆積
性ガスを併用して磁性体薄膜のパターンの側壁に被着膜
を形成させれば、加工形状の異方性を一層顕著にするこ
とができる。
Further in the present invention, activated BCl 3
By using a deposition gas together with activated Cl 2 and a deposited gas, a deposition film of a deposit is formed on the side wall of the magnetic thin film that is removed by etching during the processing of the magnetic thin film, and the anisotropic shape of the processed shape is obtained. Is improved. That is, in the magnetic thin film processing method of the present invention, it is possible to perform sufficient anisotropic processing by adjusting the density and energy of the active species as described above, even if the deposition gas is not used together. However, if the deposition gas is also used to form the adhered film on the side wall of the pattern of the magnetic thin film, the anisotropy of the processed shape can be made more remarkable.

【0018】しかもここでの堆積性ガスの併用は、被着
膜がイオン衝撃を受けやすい磁性体薄膜の被加工面には
形成され難く、磁性体薄膜のパターンの側壁のみに選択
的に形成される傾向があるため、異方性加工を行なうう
えで非常に好ましい。さらにこうして形成された被着膜
は、一般に耐蝕性の低い磁性体薄膜の保護や磁性体薄膜
のパターン間の非磁性膜との密着にも寄与するので、磁
性体薄膜の加工中や後工程における腐食が抑制され、得
られる磁性体薄膜のパターンを利用した磁性体デバイス
の信頼性が向上する。
Moreover, when the deposition gas is used together, it is difficult for the deposited film to be formed on the processed surface of the magnetic thin film, which is susceptible to ion bombardment, and it is selectively formed only on the side wall of the pattern of the magnetic thin film. Therefore, it is very preferable for anisotropic processing. Further, the deposited film thus formed contributes to the protection of the magnetic thin film, which is generally low in corrosion resistance, and the adhesion of the non-magnetic film between the patterns of the magnetic thin film. Corrosion is suppressed, and the reliability of the magnetic device using the pattern of the obtained magnetic thin film is improved.

【0019】本発明においてこのような堆積性ガスとし
ては、プラズマ中で励起等された解離種がそのままある
いはBCl3 や磁性体薄膜の構成元素と化合物を形成し
て、磁性体薄膜のパターンの側壁に被着可能なものであ
ればよく、SiCl4 ,O2,N2 ,CO,TiCl
4 ,CH22 ,CH3 等が例示される。これらの中で
も、ハンドリングの容易性、対マスクエッチング選択
比、磁性体薄膜厚さ方向のエッチングレートの確保、低
温加工性といった観点から、SiCl4 ,O2 ,N2
COが好ましい。また特にこれらがプラズマ中で励起等
された際、反応性ガス中の塩素イオンもしくはラジカル
量を高めることができる点では、SiCl4とともにT
iCl4 が好ましい。
In the present invention, as such a deposition gas, the dissociated species excited in plasma or the like form BCl 3 or a compound with a constituent element of the magnetic thin film, and form a side wall of the pattern of the magnetic thin film. As long as it can be adhered to SiCl 4 , O 2 , N 2 , CO, TiCl
4 , CH 2 F 2 , CH 3 and the like are exemplified. Among these, from the viewpoints of ease of handling, etching etching selectivity to mask, securing etching rate in the thickness direction of the magnetic thin film, and low-temperature processability, SiCl 4 , O 2 , N 2 ,
CO is preferred. In addition, in particular, when these are excited in plasma, the amount of chlorine ions or radicals in the reactive gas can be increased, so that SiCl 4 and T
iCl 4 is preferred.

【0020】これらの中でもSiCl4 は、活性化され
たBCl3 とともに好ましく併用される堆積性ガスであ
る。すなわち、一般にSiCl4 の解離種が堆積された
場合に生成する非晶質Siは、塩素系ガスが活性化され
て発生する塩素イオンもしくはラジカルでエッチングさ
れやすく、被着膜として形成されてもその安定性に乏し
い。しかしながら、SiCl4 が活性化されたBCl3
とともに併用されると、被着膜としてBのドープされた
p型の非晶質Siが堆積され、このp−Siについては
塩素ラジカルとの間で電子の授受が行なわれにくいこと
に起因して、充分安定な被着膜となり得るからである。
Of these, SiCl 4 is a deposition gas which is preferably used together with activated BCl 3 . That is, generally, amorphous Si produced when dissociated species of SiCl 4 is deposited is easily etched by chlorine ions or radicals generated by activation of chlorine-based gas, and even if formed as an adhered film, Poor stability. However, SiCl 4 is activated to BCl 3
When used together with, the p-type amorphous Si doped with B is deposited as a deposition film, and this p-Si is difficult to exchange electrons with chlorine radicals. This is because a sufficiently stable adherend film can be obtained.

【0021】本発明で具体的に上述したような堆積性ガ
スが用いられた場合、磁性体薄膜のパターンの側壁の被
着膜としてそれぞれ、SiCl4 では非晶質Si、O2
では磁性体薄膜の構成元素の酸化物、N2 ではBCl3
とN2 の反応生成物である硼素窒化物、COでは炭素及
び磁性体薄膜の構成元素の酸化物、TiCl4 ではTi
が被着可能である。なおO2 は、酸化活性元素を構成元
素として含有する磁性体薄膜の加工を行なうときに特に
有効であり、例えばZrを構成元素とするCoZrNb
膜についてはZrの酸化物、Si,Alを構成元素とす
るFeSiAl膜についてはSiやAlの酸化物を被着
膜として、磁性体薄膜の側壁に容易に堆積させることが
できる。
[0021] If a specific deposition gas as described above is used in the present invention, respectively as an adherend film of the side wall of the pattern of the magnetic thin film, the SiCl 4 amorphous Si, O 2
Is an oxide of a constituent element of the magnetic thin film, and N 2 is BCl 3
Boron nitride, which is a reaction product of N with N 2 , oxides of carbon and constituent elements of the magnetic thin film in CO, Ti in TiCl 4.
Can be attached. Note that O 2 is particularly effective when processing a magnetic thin film containing an oxidative active element as a constituent element, and for example, CoZrNb containing Zr as a constituent element.
With respect to the film, an oxide of Zr and an oxide of Si or Al for the FeSiAl film having Si and Al as constituent elements can be easily deposited on the side wall of the magnetic thin film as an adhered film.

【0022】さらに本発明においては、堆積性ガスを適
宜組合せて用いてもよく、特に堆積性ガスとしてSiC
4 またはTiCl4 とO2 が併用されるとSiやTi
の酸化物、SiCl4 またはTiCl4 とN2 が併用さ
れるとSiやTiの窒化物が被着可能となる。このと
き、O2 ,N2 のかわりにN2 O,NH3 等をSiCl
4 またはTiCl4 と併用しても同様にSiやTiの酸
化物や窒化物が被着可能であるが、排ガス処理の簡便性
からO2 ,N2 を用いる方が好ましい。
Further, in the present invention, a deposition gas may be appropriately combined and used, and particularly SiC is used as the deposition gas.
When L 4 or TiCl 4 and O 2 are used together, Si or Ti
When N 2 is used in combination with the above oxide, SiCl 4 or TiCl 4 , the nitride of Si or Ti can be deposited. At this time, instead of O 2 and N 2 , N 2 O and NH 3 are replaced by SiCl.
Similarly, oxides or nitrides of Si or Ti can be adhered even when used in combination with 4 or TiCl 4 , but it is preferable to use O 2 or N 2 from the viewpoint of simplicity of exhaust gas treatment.

【0023】また、本発明において特に堆積性ガスとし
てCOが用いられる場合、活性化されたBCl3 やCl
2 と磁性材料との反応生成物であるFe,Co,Niの
塩化物に対しCOが還元剤としても機能する。従って、
Fe,Co,Niの塩化物の一部が極めて蒸気圧の高い
カルボニル系化合物に転換するので、結果的に一段と低
温、高速での磁性体薄膜の加工が可能となる。さらにこ
のとき、Fe,Co,Niの塩化物がカルボニル化され
る際の触媒成分となる活性金属、具体的にはLi,N
a,K,Rb,Cs,Mg,Al,Zn,Cu等をCO
とともに磁性体薄膜の露出部に供給すれば、塩化物のカ
ルボニル化合物への転換率が増大するので有効である。
In the present invention, particularly when CO is used as the deposition gas, activated BCl 3 or Cl
CO also functions as a reducing agent for chlorides of Fe, Co, and Ni, which are reaction products of 2 and the magnetic material. Therefore,
Since a part of the chlorides of Fe, Co, and Ni are converted into a carbonyl compound having an extremely high vapor pressure, the magnetic thin film can be processed at a much lower temperature and a higher speed as a result. Further, at this time, an active metal serving as a catalyst component when the chlorides of Fe, Co and Ni are carbonylated, specifically, Li and N
CO for a, K, Rb, Cs, Mg, Al, Zn, Cu, etc.
When it is supplied to the exposed part of the magnetic thin film together with this, the conversion rate of the chloride to the carbonyl compound increases, which is effective.

【0024】ここで、触媒成分の磁性体薄膜の露出部へ
の供給に当っては、Li,Na,K,Rb,Cs,M
g,Al,Zn,Cuの単体を用いてもよいが、水素化
リチウム等の水素化物、ナトリウムアマルガム等のアマ
ルガム、有機リチウム、有機アルミニウム等の有機金属
のように、これらを含有する化合物を用いることもでき
る。また、これらは固体、液体、気体のいずれの形態で
あってもよく、その形態に応じて磁性体薄膜が形成され
た試料が設置される反応室のガス導入系または試料の近
傍に適宜配置することで、磁性体薄膜の露出部に触媒成
分となる元素を供給することができる。
Here, in supplying the catalyst component to the exposed portion of the magnetic thin film, Li, Na, K, Rb, Cs, and M are supplied.
Although simple substances of g, Al, Zn, and Cu may be used, compounds containing them such as hydrides such as lithium hydride, amalgams such as sodium amalgam, and organic metals such as organic lithium and organic aluminum are used. You can also In addition, these may be in any form of solid, liquid and gas, and depending on the form, they are appropriately arranged in the gas introduction system of the reaction chamber where the sample on which the magnetic thin film is formed or in the vicinity of the sample. As a result, the element serving as the catalyst component can be supplied to the exposed portion of the magnetic thin film.

【0025】本発明における堆積性ガスの混合比率は、
BCl3 とCl2 との合計量に対し5〜30vol%程
度さらには15vol%程度となるように、反応室内へ
導入する際の流量比等が調節されることが好ましい。何
となれば堆積性ガスの混合比率が少ないと、磁性体薄膜
のパターンの側壁に充分に被着膜が形成されず、逆に堆
積性ガスの混合比率が多いと、被加工面に堆積物が被着
してエッチングレートが低下するおそれがあるからであ
る。なお堆積性ガスとしてSiCl4 とO2 やN2 を併
用する場合は、全堆積性ガス量中のSiCl4 量が25
〜75vol%程度に設定されることが好ましい。
The mixing ratio of the deposition gas in the present invention is
It is preferable that the flow rate ratio when introducing into the reaction chamber is adjusted so that the total amount of BCl 3 and Cl 2 is about 5 to 30 vol%, and further about 15 vol%. If the mixing ratio of the deposition gas is small, the deposited film is not sufficiently formed on the side wall of the pattern of the magnetic thin film, and conversely, if the mixing ratio of the deposition gas is large, deposits are formed on the work surface. This is because there is a risk that the film will be deposited and the etching rate will decrease. When SiCl 4 and O 2 or N 2 are used together as the deposition gas, the amount of SiCl 4 in the total deposition gas is 25
It is preferably set to about 75 vol%.

【0026】本発明において上述したようなガスは、さ
らにHe,Ne,Ar,Kr,Xeといった希ガスやH
2 等のキャリアガスで希釈されて反応室内に導入されて
もよい。またこれらのガスの活性化に当っては、プラズ
マ放電等電気的方法、紫外光照射等の光学的方法、加熱
等の熱的方法等が利用可能である。さらに、これらを併
用することもできるが、少なくともプラズマ放電等の電
気的方法を利用して、プラズマ状態の反応性ガスを磁性
体薄膜の露出部に供給することが好ましい。
In the present invention, the above-mentioned gases include rare gases such as He, Ne, Ar, Kr and Xe and H.
It may be diluted with a carrier gas such as 2 and introduced into the reaction chamber. For activation of these gases, electrical methods such as plasma discharge, optical methods such as ultraviolet light irradiation, thermal methods such as heating, etc. can be used. Further, these can be used together, but it is preferable to supply the reactive gas in the plasma state to the exposed portion of the magnetic thin film by utilizing at least an electric method such as plasma discharge.

【0027】ここで、このように電気的方法を利用して
活性化されたBCl3 等を含有する反応性ガスを、磁性
体薄膜の露出部に供給して磁性体薄膜を加工する場合、
加工温度は100℃以上300℃以下に設定されること
が好ましい。すなわち本発明においては、放電活性化等
された反応性ガスを用いて100℃以上の加工温度で磁
性体薄膜の露出部をエッチングすれば、実用的に充分な
高エッチングレートでの磁性体薄膜の加工が可能とな
る。ただし特に高速加工の必要がない場合は、100℃
未満の加工温度で磁性体薄膜の加工を行なっても構わな
いが、100℃未満の加工温度では上述したような低級
塩化物等の残渣が多く発生する傾向がある。
Here, when the reactive gas containing BCl 3 or the like activated by the electric method is supplied to the exposed portion of the magnetic thin film to process the magnetic thin film,
The processing temperature is preferably set to 100 ° C or higher and 300 ° C or lower. That is, in the present invention, if the exposed portion of the magnetic thin film is etched at a processing temperature of 100 ° C. or higher using a reactive gas that has been activated by discharge, a magnetic thin film with a practically sufficient high etching rate can be obtained. Processing is possible. However, if high speed processing is not required, 100 ℃
The magnetic thin film may be processed at a processing temperature of less than 100 ° C., but at a processing temperature of less than 100 ° C., a large amount of residues such as the above-mentioned lower chlorides tend to be generated.

【0028】一方加工温度が300℃を越えると、磁性
体薄膜の露出部における単なる熱反応と熱蒸発が支配的
となって、加工形状の異方性が低下するおそれがある。
換言すれば、放電等されなくても単なる熱反応と熱蒸発
に基づき、磁性体薄膜の露出部のエッチングが進行して
しまう温度の下限値が300℃であり、本発明において
は磁性体薄膜の加工温度が300℃以下だと単なる熱反
応と熱蒸発は実質的に問題とならず、放電活性化された
反応性ガスによる異方性加工が充分に進行する。さら
に、磁性体薄膜を利用する一般的な磁性体デバイスにつ
いて、300℃以下の温度は通常磁性体デバイスが具備
するほとんどの基板や膜の耐熱温度以下に相当するの
で、本発明の磁性体薄膜の加工方法において加工温度が
300℃以下に設定されると、その応用範囲が格段に広
がる。
On the other hand, if the processing temperature exceeds 300 ° C., the mere thermal reaction and thermal evaporation in the exposed portion of the magnetic thin film become dominant, and the anisotropy of the processed shape may decrease.
In other words, the lower limit value of the temperature at which the etching of the exposed portion of the magnetic thin film proceeds based on mere thermal reaction and thermal evaporation without being discharged is 300 ° C. When the processing temperature is 300 ° C. or lower, mere thermal reaction and thermal evaporation do not substantially pose a problem, and anisotropic processing by the discharge-activated reactive gas sufficiently proceeds. Further, for a general magnetic substance device using a magnetic substance thin film, a temperature of 300 ° C. or lower corresponds to the heat resistant temperature of most substrates or films normally included in the magnetic substance device, and therefore, the magnetic substance thin film of the present invention can be used. When the processing temperature is set to 300 ° C. or less in the processing method, the range of application is significantly expanded.

【0029】また、このとき充分な異方性加工を行なう
うえでは、磁性体薄膜上での放電密度を1〜10W/cm
2 、磁性体薄膜面近傍に形成される陰極降下電圧を0.
5〜2.5kVに設定して、発生するプラズマの密度や
エネルギーを調整することが好ましい。すなわち放電密
度が1W/cm2 未満、あるいは陰極降下電圧が0.5k
V未満だと、特に300℃近い温度で磁性体薄膜の加工
を行なった場合、磁性体薄膜の露出部において単なる熱
反応と熱蒸発が支配的となって、加工形状の異方性が低
下することがある。逆に放電密度が10W/cm2 を越え
るか、陰極降下電圧が2.5kVを越えると、過酷な放
電条件に起因して磁性体薄膜がダメージを負ったり、物
理的なエッチングの進行が速く充分な対マスクエッチン
グ選択比が得られなくなったりするおそれがある。さら
に放電密度は、試料の加工温度が低いほど高く設定され
ることが望まれ、例えば加工温度が100℃程度に低い
場合、好ましい放電密度は2W/cm2 以上である。
At this time, in order to perform sufficient anisotropic processing, the discharge density on the magnetic thin film should be 1 to 10 W / cm.
2. The cathode drop voltage formed near the surface of the magnetic thin film is set to 0.
It is preferable to set it to 5 to 2.5 kV to adjust the density and energy of the generated plasma. That is, the discharge density is less than 1 W / cm 2 , or the cathode drop voltage is 0.5 k.
If it is less than V, especially when the magnetic thin film is processed at a temperature near 300 ° C., the thermal reaction and thermal evaporation dominate in the exposed portion of the magnetic thin film, and the anisotropy of the processed shape decreases. Sometimes. On the other hand, if the discharge density exceeds 10 W / cm 2 or the cathode drop voltage exceeds 2.5 kV, the magnetic thin film may be damaged due to severe discharge conditions, and physical etching may proceed rapidly enough. There is a possibility that a high etching selectivity ratio to mask may not be obtained. Further, the discharge density is desired to be set higher as the processing temperature of the sample is lower. For example, when the processing temperature is as low as about 100 ° C., the preferable discharge density is 2 W / cm 2 or more.

【0030】なおこれらの放電密度及び陰極降下電圧
は、反応室内に導入されるガスとガス圧に依存するもの
であり、本発明の磁性体薄膜の加工方法ではガス圧、放
電密度及び陰極降下電圧のうちの2つが定まれば、他の
1つも同時に決定されることになる。ここで本発明にお
いて、放電密度及び陰極降下電圧が上述したような設定
された際の反応室内のガス圧は、概ね5〜50Pa程度
となる。
The discharge density and the cathode drop voltage depend on the gas and the gas pressure introduced into the reaction chamber, and in the method of processing a magnetic thin film of the present invention, the gas pressure, the discharge density and the cathode drop voltage. If two of them are decided, the other one will be decided at the same time. Here, in the present invention, the gas pressure in the reaction chamber when the discharge density and the cathode drop voltage are set as described above is approximately 5 to 50 Pa.

【0031】また本発明では、通常基板上に形成された
磁性体薄膜上にまず所定のパターンを有するマスクが配
置されるが、このときのマスクとしてはレジスト、カー
ボン、ケイ素酸化物、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、
窒化アルミニウム等を用いることができ、これらの中で
もレジストは製造プロセスの簡便性から特に好ましい。
ただし、レジストの耐熱温度を越える150℃以上程度
の温度で磁性体薄膜を加工する場合は、まず磁性体薄膜
上にケイ素酸化物、酸化アルミニウム等を成膜し、その
上に所定のパターンを有するレジストを形成して低温で
ケイ素酸化物、酸化アルミニウムの露出部のエッチング
を行ない、パターンを転写した後アッシング等によって
レジストを剥離する。続いて、上述したように所定のパ
ターンが転写されたケイ素酸化物、酸化アルミニウム等
の膜をマスクとして、磁性体薄膜の加工を行なえばよ
い。さらに基板としては特に限定されず、通常フェライ
ト基板、ガラス基板、シリコン基板等が挙げられるが、
本発明においては特に低温での磁性体薄膜の加工が可能
であるため、樹脂基板を用いてもよい。
Further, in the present invention, a mask having a predetermined pattern is usually arranged on the magnetic thin film formed on the substrate. The mask at this time is resist, carbon, silicon oxide, aluminum oxide, Silicon nitride,
Aluminum nitride or the like can be used, and of these, the resist is particularly preferable because of the simplicity of the manufacturing process.
However, when processing the magnetic thin film at a temperature of about 150 ° C. or higher, which is higher than the resisting temperature of the resist, first, silicon oxide, aluminum oxide or the like is formed on the magnetic thin film, and a predetermined pattern is formed on the film. A resist is formed and exposed portions of silicon oxide and aluminum oxide are etched at a low temperature. After transferring a pattern, the resist is peeled off by ashing or the like. Then, the magnetic thin film may be processed using the film of silicon oxide, aluminum oxide, etc., to which the predetermined pattern is transferred as described above, as a mask. Furthermore, the substrate is not particularly limited, and usually includes a ferrite substrate, a glass substrate, a silicon substrate, and the like.
In the present invention, since a magnetic thin film can be processed especially at low temperature, a resin substrate may be used.

【0032】本発明は、具体的にはFe,Co,Ni単
体やこれらの合金のほか、FeN,FeSiAl,Co
FeN,CoZrNb,CoFeSiB等の磁性材料か
らなる磁性体薄膜に広く適用可能である。すなわち本発
明の磁性体薄膜の加工方法は、このような磁性材料との
間で反応生成物を生成したうえで、反応生成物の脱離を
物理的に促進させ得る反応性ガスを用いているので、磁
性体薄膜を低温でも高エッチングレートで精度よく選択
的に一括加工することができる。なお本発明では加工時
間を短縮するために、活性化した反応性ガスと適宜併用
されるAr等の希ガスにも例えば電気的にエネルギーを
付与して加速させ、磁性体薄膜の露出部に供給すること
も可能である。
In the present invention, specifically, Fe, Co and Ni simple substances and their alloys, as well as FeN, FeSiAl and Co are used.
It can be widely applied to magnetic thin films made of magnetic materials such as FeN, CoZrNb, and CoFeSiB. That is, the method for processing a magnetic thin film of the present invention uses a reactive gas that can physically promote the desorption of the reaction product after the reaction product is generated between the magnetic material and the magnetic material. Therefore, the magnetic thin film can be selectively and collectively processed with high etching rate and high accuracy even at a low temperature. In the present invention, in order to reduce the processing time, for example, a rare gas such as Ar, which is appropriately used in combination with the activated reactive gas, is electrically supplied with energy to be accelerated and supplied to the exposed portion of the magnetic thin film. It is also possible to do so.

【0033】[0033]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を示
す。図1は、本発明の実施に当って使用されたRIE実
験装置の概略構成図である。図1において、1は反応
室、21は放電陰極、22は試料台、3は試料、4は容
量結合型高周波電源、5は対向電極、61はガス供給
源、62はガス流量調整器、63はガス供給リング、7
1は試料加熱用赤外線ランプ、72は集光用ランプハウ
ジング面、73は赤外線透過用石英窓、8はガス排気
系、9は陰極降下電圧モニタ、10は試料温度モニタ、
11はガス圧力計である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an RIE experimental apparatus used for carrying out the present invention. In FIG. 1, 1 is a reaction chamber, 21 is a discharge cathode, 22 is a sample stage, 3 is a sample, 4 is a capacitively coupled high-frequency power source, 5 is a counter electrode, 61 is a gas supply source, 62 is a gas flow rate regulator, and 63. Is a gas supply ring, 7
1 is an infrared lamp for heating a sample, 72 is a lamp housing surface for condensing, 73 is a quartz window for transmitting infrared rays, 8 is a gas exhaust system, 9 is a cathode drop voltage monitor, 10 is a sample temperature monitor,
Reference numeral 11 is a gas pressure gauge.

【0034】ここで反応室1にはSUSを用い、内壁部
には塩素系ガスによる腐食を防止する目的でアルマイト
処理の施されたAl板を配置した。さらに陰極21にも
SUSを用い、やはりアルマイト処理したAl円筒で被
覆した。また試料台22は直径18cmの石英板からな
る。
Here, SUS was used for the reaction chamber 1, and an Al plate subjected to alumite treatment for the purpose of preventing corrosion due to chlorine-based gas was arranged on the inner wall portion. Further, SUS was used for the cathode 21 as well, and the cathode 21 was coated with an aluminum cylinder which was also anodized. The sample table 22 is made of a quartz plate having a diameter of 18 cm.

【0035】一方容量結合型高周波電源4には、周波数
13.56MHz、最大パワー4kWのものを使用し、
試料台22近傍で陰極降下電圧を形成するため放電陰極
21に容量結合させた。また対向電極5にはアルマイト
処理したAl円環を用い、中央部は赤外線を試料3に照
射するためにメッシュ状とした。なお対向電極5は、試
料3上での放電密度を一様化させるためのものであり、
特に設置されなくても構わない。
On the other hand, the capacitive coupling type high frequency power source 4 having a frequency of 13.56 MHz and a maximum power of 4 kW is used.
The discharge cathode 21 was capacitively coupled to form a cathode drop voltage in the vicinity of the sample table 22. The counter electrode 5 was made of an alumite-treated Al ring, and the central portion was made mesh-shaped to irradiate the sample 3 with infrared rays. The counter electrode 5 is for uniformizing the discharge density on the sample 3,
It does not need to be installed in particular.

【0036】ガス供給源61は、シリンダーキャビネッ
ト内のBCl3 ,Cl2 ,SiCl4 ,COの各ガスボ
ンベ及びシリンダーキャビネット外のボンベストッカー
に収納したO2 ,N2 の各ガスボンベを、圧力調整器を
介してSUSパイプでガス流量調整器62に連結したも
のである。シリンダーキャビネット内のガスボンベにつ
いては、各ガス系ともパージ用の窒素ラインを連結し非
動作時は全てのガスラインを窒素パージ状態にした。こ
こで各ガスラインは、ガス流量調整器62を通過するま
では当然それぞれ独立しており、ガス流量調整器62の
出口側でこれらの各ガスラインが連結して反応室1内に
導入されている。また、これら各ガスラインを反応室1
を介さずに直接ガス排気系8に連結するバイパスライン
を設け、かつ反応容器パージ用のN2 のガスラインをガ
ス供給源61中のN2 のガスラインの他に別設した(図
示せず)。
As the gas supply source 61, BCl 3 , Cl 2 , SiCl 4 and CO gas cylinders inside the cylinder cabinet and O 2 and N 2 gas cylinders housed in a cylinder stove outside the cylinder cabinet are set as pressure regulators. It is connected to the gas flow rate adjuster 62 by an SUS pipe via. With respect to the gas cylinders in the cylinder cabinet, a nitrogen line for purging was connected to each gas system, and all gas lines were in a nitrogen purge state when not operating. Here, each gas line is naturally independent until it passes through the gas flow rate regulator 62, and at the outlet side of the gas flow rate regulator 62, these gas lines are connected and introduced into the reaction chamber 1. There is. Moreover, each of these gas lines is connected to the reaction chamber 1.
The bypass line is provided which connects directly to the gas exhaust system 8 without passing through, and not the gas line of N 2 in the reaction vessel for purging was in addition to the separately provided (illustrated gas line of N 2 in the gas supply source 61 ).

【0037】さらにガス供給リング63は、SUSパイ
プに直径2mmの孔を多数形成した後円環状に巻いたも
ので、反応室1内でのガスの流れを均一化しているが、
これを設けることなく反応室1の内壁から直接ガスが導
入されても特に差支えない。一方試料加熱用赤外線ラン
プ71、集光用ランプハウジング面72、赤外線透過用
石英窓73は、あくまで実験用の小面積の試料3を50
0℃程度の高温まで加熱する目的で設けられたもので、
300℃以下程度の加熱で足りる本発明の磁性体薄膜の
加工方法においては、集光度の低い赤外線ランプ源を使
用するか、放電陰極21あるいは試料台22にシーズヒ
ータを埋設等した方が、大面積に亘る磁性体薄膜の加工
を行なううえで実用上好ましい。またシーズヒータを放
電陰極21に埋設等して加熱する場合、ここでは赤外線
透過用石英窓73が設けられている反応室1の上方から
ガスを導入することが可能となり、このときガス導入口
に多孔の円盤を設けること等で、ガスの流れの均一化と
放電密度の一様化を同時に実現することもできる。
Further, the gas supply ring 63 is formed by forming a large number of holes having a diameter of 2 mm in a SUS pipe and then winding it in an annular shape to make the gas flow in the reaction chamber 1 uniform.
It does not matter if gas is directly introduced from the inner wall of the reaction chamber 1 without providing this. On the other hand, the sample heating infrared lamp 71, the concentrating lamp housing surface 72, and the infrared transmitting quartz window 73 are used for the sample 3 having a small area for experiments.
It is provided for the purpose of heating to a high temperature of about 0 ° C,
In the method for processing a magnetic thin film of the present invention, which requires heating at about 300 ° C. or lower, it is more preferable to use an infrared lamp source having a low light condensing degree or to embed a sheathed heater in the discharge cathode 21 or the sample table 22. It is practically preferable for processing a magnetic thin film over an area. When the sheathed heater is embedded in the discharge cathode 21 for heating, it is possible to introduce gas from above the reaction chamber 1 in which the infrared transmitting quartz window 73 is provided. By providing a porous disk or the like, it is possible to realize uniform gas flow and uniform discharge density at the same time.

【0038】ガス排気系8には通常のRIE装置と同様
にドライポンプを使用した。到達真空度は0.5Pa程
度である。陰極降下電圧モニタ9は、放電陰極21の電
源ラインに高周波高耐圧プローブを設置し、オシロスコ
ープで観測する系とした。試料温度モニタ10として
は、試料3直下の試料台22内に直径1mmの孔を開孔
し、ここに熱電対を挿入した。さらに、この熱電対のリ
ードを真空導入端子を介して反応室1の外部に取出し、
CRフィルターを介して温度コントローラに接続して、
温度コントローラの出力に応じて試料加熱用赤外線ラン
プ71を点灯することで、放電中における試料3の温度
をほぼ一定に制御した。ガス圧力計11については、1
33Paヘッドのダイアフラムタイプのものとピラニゲ
ージを併用し、磁性体薄膜の加工時はダイアフラムタイ
プのもので、排気時はピラニで、それぞれ反応室1内の
ガス圧をモニタした。
A dry pump was used for the gas exhaust system 8 as in the case of an ordinary RIE apparatus. The ultimate vacuum is about 0.5 Pa. The cathode drop voltage monitor 9 is a system in which a high frequency and high breakdown voltage probe is installed on the power supply line of the discharge cathode 21 and observation is performed with an oscilloscope. As the sample temperature monitor 10, a hole having a diameter of 1 mm was opened in the sample table 22 immediately below the sample 3, and a thermocouple was inserted therein. Furthermore, the lead of this thermocouple is taken out of the reaction chamber 1 through the vacuum introduction terminal,
Connect to the temperature controller via CR filter,
The temperature of the sample 3 during discharge was controlled to be substantially constant by turning on the infrared lamp 71 for heating the sample according to the output of the temperature controller. 1 for gas pressure gauge 11
A 33 Pa head diaphragm type and a Pirani gauge were used in combination, and the gas pressure in the reaction chamber 1 was monitored by the diaphragm type when processing the magnetic thin film and the Pirani when exhausting.

【0039】次に、ここでの実験に使用した試料3の構
造を図2に断面的に示す。図2において31はSi基板
であり、Si基板31を用いた理由は、そのハンドリン
グ及びこの上でのマスク34の形成が容易であることに
よる。しかしながらSiは塩素系ガスには浸蝕されるの
で、Si基板31と磁性体薄膜33の間にはエッチング
ストッパとして膜厚200nmのSiO2 スパッタ膜3
2が形成されている。磁性体薄膜33は主に膜厚1μm
のCo87Zr5 Nb8 膜としたが、これ以外にもNiF
e膜、FeSiAl膜、Co膜を実験に供した。なお磁
性体薄膜33はいずれの場合もスパッタ法で形成した。
Next, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the sample 3 used in the experiment here. In FIG. 2, reference numeral 31 is a Si substrate, and the reason for using the Si substrate 31 is that the handling and the formation of the mask 34 thereon are easy. However, since Si is corroded by the chlorine-based gas, the SiO 2 sputtered film 3 with a film thickness of 200 nm acts as an etching stopper between the Si substrate 31 and the magnetic thin film 33.
2 is formed. The magnetic thin film 33 mainly has a film thickness of 1 μm.
Co 87 Zr 5 Nb 8 film was used, but NiF
The e film, the FeSiAl film, and the Co film were subjected to the experiment. The magnetic thin film 33 was formed by the sputtering method in any case.

【0040】さらに磁性体薄膜33の上には、所定のパ
ターンを有するマスク34が配置されている。具体的に
は、まず磁性体薄膜33の上に膜厚200nmのSiO
2 膜をスパッタ形成し、続いて通常のフォトリソグラフ
ィ技術を利用してこのSiO2 膜上に、数種類の幅のラ
インアンドスペースからなるレジストパターンを形成し
た。次いでこれをSiO2 用のRIE装置に収容し、C
HF3 ガスを用いてエッチングすることでSiO2 膜に
レジストパターンを転写して、所定のラインアンドスペ
ースからなるパターンを有するマスク34とした後、レ
ジストアッシャーを用いてレジストパターンを除去し
た。
Further, a mask 34 having a predetermined pattern is arranged on the magnetic thin film 33. Specifically, first, a 200 nm thick SiO film is formed on the magnetic thin film 33.
Two films were formed by sputtering, and then a resist pattern composed of lines and spaces of several kinds of widths was formed on the SiO 2 film by using a normal photolithography technique. Then, this is housed in a RIE device for SiO 2 and C
The resist pattern was transferred to the SiO 2 film by etching using HF 3 gas to form a mask 34 having a pattern of predetermined line and space, and then the resist pattern was removed using a resist asher.

【0041】なお図2に示されるような試料3は、磁性
体薄膜の加工後に断面SEM像を観察して加工形状を評
価する場合に作成し、加工形状を評価しない場合等は、
磁性体薄膜33上にマスク34として厚さ0.5mmで
3mm角の石英板を直接配置した試料3を使用して、R
IEの際のエッチングレートを測定した。このとき、い
ずれについてもエッチングレートに関しては全く一致し
ていた。
The sample 3 as shown in FIG. 2 is prepared when the cross-sectional SEM image is observed after the magnetic thin film is processed to evaluate the processed shape, and when the processed shape is not evaluated,
Using a sample 3 in which a 3 mm square quartz plate having a thickness of 0.5 mm is directly placed as a mask 34 on the magnetic thin film 33, R
The etching rate at the time of IE was measured. At this time, in all cases, the etching rates were completely the same.

【0042】本実施例では上述したような試料3に対
し、図1に示した装置を使用して以下の通り磁性体薄膜
を加工した。まず、図1の装置の試料台22上に試料3
を設置し、反応室1内を排気した。次いで、試料温度モ
ニタ10の温度コントローラを所望の温度に設定して試
料加熱用赤外線ランプ71を点灯し、試料3の温度を設
定値まで上昇させ一定温度に到達した後に、ガス供給源
61及びガス流量調整器62を操作して反応室1内にガ
スを導入した。
In this example, the sample 3 as described above was processed into a magnetic thin film as follows using the apparatus shown in FIG. First, the sample 3 is placed on the sample table 22 of the apparatus shown in FIG.
Was installed and the inside of the reaction chamber 1 was evacuated. Next, the temperature controller of the sample temperature monitor 10 is set to a desired temperature, the sample heating infrared lamp 71 is turned on, the temperature of the sample 3 is raised to a set value, and after reaching a constant temperature, the gas supply source 61 and the gas are supplied. Gas was introduced into the reaction chamber 1 by operating the flow rate controller 62.

【0043】反応室1内のガス圧が一定値に達した後、
直ちに容量結合型高周波電源4を動作させて放電陰極2
2の上方に反応性ガスのグロープラズマを生成させ、所
定時間RIEによる磁性体薄膜の加工を継続した。続い
て、容量結合型高周波電源4の動作、反応室1内へのガ
スの導入を直ちに停止するとともに、試料加熱用赤外線
ランプ71を消灯し、試料3の温度が50℃以下に低下
するまで真空中あるいはN2 気流中で放置した後、試料
3を反応室1の外部に取出した。さらに、このようにし
て磁性体薄膜が加工された試料3は、断面SEM像観察
による加工形状の評価及び触針式膜厚計によるエッチン
グレートの算出を行なった。また、必要に応じてマイク
ロオージェ電子分光分析(μAES)に供した。
After the gas pressure in the reaction chamber 1 reaches a constant value,
Immediately after that, the capacitively coupled high-frequency power source 4 is operated to operate the discharge cathode 2
A glow plasma of a reactive gas was generated above 2 and processing of the magnetic thin film by RIE was continued for a predetermined time. Subsequently, the operation of the capacitively coupled high-frequency power source 4 and the introduction of gas into the reaction chamber 1 are immediately stopped, the infrared lamp 71 for heating the sample is turned off, and the vacuum is applied until the temperature of the sample 3 drops to 50 ° C. or lower. The sample 3 was taken out of the reaction chamber 1 after being left in the atmosphere or N 2 stream. Further, in the sample 3 on which the magnetic thin film was processed in this manner, the processed shape was evaluated by observing the cross-sectional SEM image, and the etching rate was calculated by the stylus type film thickness meter. In addition, micro-Auger electron spectroscopic analysis (μAES) was used as needed.

【0044】次に、ここで具体的に実施された実験例を
詳細に説明する。なお以下の各実験例は、すべて容量結
合放電を利用する平行平板型のRIE実験装置で実施し
たが、本発明の磁性体薄膜の加工方法はこれ以外にも、
例えばマグネトロン放電を利用するRIE、誘導結合放
電を利用するRIE、電子サイクロトロン共鳴放電を利
用するRIE等、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々
変形して実施することが可能である。 [実験例1]磁性体薄膜としてCo87Zr5 Nb8 膜あ
るいはCo膜を形成した試料について、BCl3 、Cl
2 またはこれらの混合ガスを用い、放電密度を1.2W
/cm2 、陰極降下電圧を約0.65kVに設定し、試料
の加工温度Tを変化させてRIEによる磁性体薄膜の加
工を行なった。ただし、このときの反応室内のガス圧は
7〜15Pa、ガスの総流量は100〜200sccm
である。またここでは、適宜装置の容量結合型高周波電
源を動作させず、試料を放電活性化されていないガス気
流中に所定時間放置したうえで磁性体薄膜の露出部のエ
ッチングの進行を観察し、本実験での単なる熱反応と熱
蒸発によるエッチングの寄与を調べた。
Next, the experimental examples specifically carried out here will be described in detail. The following experimental examples were all carried out in a parallel plate type RIE experimental device utilizing capacitive coupling discharge, but the magnetic thin film processing method of the present invention is not limited to this.
For example, various modifications such as RIE using magnetron discharge, RIE using inductively coupled discharge, RIE using electron cyclotron resonance discharge, etc. can be made without departing from the scope of the present invention. [Experimental Example 1] BCl 3 , Cl for samples having a Co 87 Zr 5 Nb 8 film or a Co film formed as a magnetic thin film.
2 or mixed gas of these, discharge density 1.2W
/ Cm 2 , the cathode drop voltage was set to about 0.65 kV, the processing temperature T of the sample was changed, and the magnetic thin film was processed by RIE. However, the gas pressure in the reaction chamber at this time is 7 to 15 Pa, and the total gas flow rate is 100 to 200 sccm.
Is. In addition, here, the capacitive coupling type high frequency power source of the device is not operated appropriately, the sample is left in a gas stream which is not discharge activated for a predetermined time, and the progress of etching of the exposed portion of the magnetic thin film is observed, In the experiment, contribution of etching due to thermal reaction and thermal evaporation was investigated.

【0045】まず図3は、純Cl2 を100sccmの
流量で導入してCoZrNb膜及びCo膜を加工したと
きの、加工温度Tとエッチングレートとの関係を示す実
験結果である。図中黒丸がCoZrNb膜、黒三角上が
Co膜について、放電活性化されたCl2 を反応性ガス
として加工を行なった結果、○、△はそれぞれ容量結合
型高周波電源を動作させることなく、同様に反応室内に
純Cl2 を導入してCoZrNb膜及びCo膜の加工を
試みた結果を示す。
First, FIG. 3 is an experimental result showing the relationship between the processing temperature T and the etching rate when pure Co 2 was introduced at a flow rate of 100 sccm to process the CoZrNb film and the Co film. In the figure, the black circles are the CoZrNb film and the black triangles are the Co film, and the results were obtained by processing with discharge-activated Cl 2 as a reactive gas. As a result, ○ and △ are the same without operating the capacitive coupling type high frequency power supply. The results of trial processing of CoZrNb film and Co film by introducing pure Cl 2 into the reaction chamber are shown in FIG.

【0046】この場合、図の傾きから算出されるエッチ
ングの活性化エネルギーEaは約0.9eV程度とな
り、ここでの反応生成物であるCoCl2 の蒸発エネル
ギー1.24eVと大きく相違する値ではない。従っ
て、物理的なエッチングによる反応生成物の脱離の促進
がほとんど期待できないことが判り、現に放電活性化さ
れていないガスを用いたのではエッチングが進行せず熱
反応と熱蒸発によるエッチングが無視できる300℃以
下の加工温度では、エッチングレートが15〜20nm
/minと低いことが図3から確認できる。またこのよ
うにエッチングの活性化エネルギーEaが高いと、図3
からも明らかな通りエッチングレートの加工温度依存性
が非常に大きく、条件の制御が繁雑になるとともに、加
工時の試料の温度を均一化することが困難である大面積
に亘る磁性体薄膜の加工には適さない。
In this case, the activation energy Ea of etching calculated from the inclination of the figure is about 0.9 eV, which is not a value greatly different from the evaporation energy 1.24 eV of CoCl 2 which is the reaction product here. . Therefore, it can be seen that the promotion of desorption of reaction products due to physical etching can hardly be expected, and if a gas that is not discharge activated is actually used, the etching does not proceed and the etching due to thermal reaction and thermal evaporation is ignored. At a processing temperature of 300 ° C or less, the etching rate is 15 to 20 nm.
It can be confirmed from FIG. 3 that it is as low as / min. In addition, when the activation energy Ea of etching is high in this way, as shown in FIG.
As is apparent from the above, the processing temperature dependence of the etching rate is very large, the control of the conditions becomes complicated, and it is difficult to make the temperature of the sample uniform during processing. Not suitable for.

【0047】なおここで、CoZrNb膜及びCo膜の
それぞれについてほぼ同等の結果が得られているのは、
Zr,NbのようなFe,Co,Ni以外の元素では、
一般的に塩化物の蒸気圧がFe,Co,Niの塩化物の
それに比べて充分に高いことの基づく。すなわち、F
e,Co,Niを構成元素とする磁性体薄膜を塩素系ガ
スを用いたRIEで加工する場合は、通常Fe,Co,
Niの塩化物の脱離・揮発がエッチングレートを律速す
る。
It should be noted that, here, almost the same results are obtained for the CoZrNb film and the Co film, respectively.
For elements other than Fe, Co and Ni such as Zr and Nb,
It is generally based on the fact that the vapor pressure of chloride is sufficiently higher than that of chlorides of Fe, Co and Ni. That is, F
When a magnetic thin film containing e, Co, and Ni as constituent elements is processed by RIE using a chlorine-based gas, Fe, Co,
Desorption / volatilization of Ni chloride limits the etching rate.

【0048】一方、純BCl3 あるいはBCl3 −Cl
2 混合ガスを放電活性化してCoZrNb膜の加工を行
なった実験結果について、加工温度Tとエッチングレー
トとの関係を図4に示す。図中黒三角下、黒三角上、黒
四角、黒丸は、それぞれ反応室内へのガスの導入量をB
Cl3 150sccm、BCl3 80sccm−Cl2
60sccm、BCl3 40sccm−Cl2 80sc
cm、BCl3 20sccm−Cl2 90sccmとし
た場合である。なお図4においては、容量結合型高周波
電源を動作させることなく、放電活性化されていないガ
スを反応室内に導入して磁性体薄膜の加工を試みた結果
を白抜き(▽、△、□、○)で併せて示す。
On the other hand, pure BCl 3 or BCl 3 --Cl
FIG. 4 shows the relationship between the processing temperature T and the etching rate with respect to the experimental result of processing the CoZrNb film by activating discharge of 2 mixed gas. In the figure, the black triangle below, the black triangle above, the black square, and the black circle indicate the amount of gas introduced into the reaction chamber, respectively.
Cl 3 150sccm, BCl 3 80sccm- Cl 2
60sccm, BCl 3 40sccm-Cl 2 80sc
cm, BCl 3 20 sccm-Cl 2 90 sccm. In FIG. 4, the result of attempting to process the magnetic thin film by introducing a gas not activated by discharge into the reaction chamber without operating the capacitively coupled high frequency power supply is outlined (▽, Δ, □, ○) is also shown.

【0049】このとき、図中の黒三角下、黒三角上、黒
四角、黒丸についてエッチングの活性化エネルギーEa
を算出すると、それぞれ約0.35eV、0.38e
V、0.44eV、0.50eVであり、B−C系イオ
ンもしくはラジカルによる物理的なエッチングの進行に
起因して、反応生成物のCoCl2 の蒸発エネルギー
1.24eVに対して、著しく低い値となっている。ま
た、放電活性化されていないガスを用いた▽、△、□、
○ではエッチングが進行せず、熱反応と熱蒸発によるエ
ッチングが無視できる300℃以下の加工温度でも、実
用的に充分な高エッチングレートでの加工が可能である
ことが判る。さらに、エッチングの活性化エネルギーE
aはBCl3 が単独で用いられた黒三角下で最も低いも
のの、BCl3 −Cl2 混合ガスを用いた方がエッチン
グレートは高く、より低温、高速での磁性体薄膜の加工
を行なううえで、活性化されたBCl3 と活性化された
Cl2との併用が有効であることが明らかである。 [実験例2]磁性体薄膜としてNi81Fe19膜及びFe
84Si10Al6 膜を形成した試料について、BCl3
Cl2 混合ガスを用い反応室内へのガスの導入量をBC
340sccm−Cl2 80sccmに固定し、それ
以外は実験例1と全く同様にしてRIEによる磁性体薄
膜の加工を行なった。この結果、放電活性化されていな
いガスを用いたのではエッチングが進行せず、熱反応と
熱蒸発によるエッチングが無視できる温度範囲は、Ni
Fe膜でほば400℃以下、FeSiAl膜で300℃
以下程度であった。またエッチングの活性化エネルギー
Eaは、NiFe膜が0.75eV、FeSiAl膜が
0.50eVといずれも低く、300℃におけるエッチ
ングレートは、NiFe膜が約100nm/min、F
eSiAl膜が約500nm/minと、図4に示した
CoZrNb膜の場合よりは劣るものの実用的には充分
な値が得られた。従って、Fe,Co,Niのいずれを
構成元素とする磁性体薄膜に対しても、低温、高速での
異方性加工が可能であることが確認された。
At this time, the activation energy Ea of etching is applied to the lower black triangle, upper black triangle, black square and black circle in the figure.
Are calculated to be about 0.35 eV and 0.38 eV, respectively.
V, 0.44 eV, and 0.50 eV, which are extremely low values with respect to the evaporation energy of CoCl 2 of the reaction product of 1.24 eV due to the progress of physical etching due to the BC ions or radicals. Has become. In addition, ▽, △, □, and
In the case of ◯, the etching does not proceed, and it can be understood that the processing can be performed at a high etching rate practically sufficient even at a processing temperature of 300 ° C. or less where etching due to thermal reaction and thermal evaporation can be ignored. Furthermore, the etching activation energy E
Although a is the lowest under the black triangle in which BCl 3 is used alone, the etching rate is higher when BCl 3 -Cl 2 mixed gas is used, and it is possible to process the magnetic thin film at a lower temperature and a higher speed. It is clear that the combined use of activated BCl 3 and activated Cl 2 is effective. [Experimental Example 2] Ni 81 Fe 19 film and Fe as magnetic thin film
For the sample on which the 84 Si 10 Al 6 film was formed, BCl 3
The amount of gas introduced into the reaction chamber was adjusted to BC by using Cl 2 mixed gas.
The magnetic thin film was processed by RIE in exactly the same manner as in Experimental Example 1 except that the film was fixed at 40 sccm of 1 3 −80 sccm of Cl 2 . As a result, the etching does not proceed using the gas that is not activated by the discharge, and the temperature range in which the etching due to the thermal reaction and the thermal evaporation can be ignored is Ni.
Fe film is about 400 ℃ or less, FeSiAl film is 300 ℃ or less
It was about the following. The activation energy Ea of etching is low at 0.75 eV for the NiFe film and 0.50 eV for the FeSiAl film, and the etching rate at 300 ° C. is about 100 nm / min.
The eSiAl film was about 500 nm / min, which was inferior to the case of the CoZrNb film shown in FIG. 4, but a practically sufficient value was obtained. Therefore, it was confirmed that the magnetic thin film containing any of Fe, Co and Ni as constituent elements can be anisotropically processed at low temperature and at high speed.

【0050】さらにこのとき得られたエッチングレート
の値は、実験例1におけるCoZrNb膜と上述したよ
うなNiFe膜及びFeSiAl膜の間で、Fe,Co
及びNiと塩素系ガスとの各反応生成物間での蒸発エネ
ルギーや蒸気圧の差から予想されるほどには相違してい
ない。すなわち、Fe,Co及びNiと塩素系ガスとの
反応で生成する各塩化物FeCl2 ,CoCl2 ,Ni
Cl2 の蒸発エネルギーは、それぞれ1.46eV、
1.24eV、2.16eVであることが知られてい
る。また、これらFeCl2 ,CoCl2 ,NiCl2
の300℃付近における蒸気圧は、それぞれ8×10-3
Pa、7×10-2Pa、5×10-6Pa程度と大きく異
なる。なお図5に、Fe,Co,Niの塩化物の蒸気圧
曲線を示す。
Further, the values of the etching rates obtained at this time are the values of Fe and Co between the CoZrNb film in Experimental Example 1 and the above-mentioned NiFe film and FeSiAl film.
Also, there is no difference as expected from the difference in evaporation energy or vapor pressure between the reaction products of Ni and chlorine-based gas. That is, the chlorides FeCl 2 , CoCl 2 , and Ni produced by the reaction of Fe, Co, and Ni with chlorine-based gas
The vaporization energies of Cl 2 are 1.46 eV and
It is known to be 1.24 eV and 2.16 eV. Also, these FeCl 2 , CoCl 2 , and NiCl 2
Vapor pressure around 300 ° C is 8 × 10 -3
Pa, 7 × 10 −2 Pa, 5 × 10 −6 Pa, which are very different. Note that FIG. 5 shows vapor pressure curves of chlorides of Fe, Co, and Ni.

【0051】ここでFeを構成元素とするFeSiAl
膜の場合、塩素系ガスとの反応で図5に示される通り3
00℃で4×104 Pa程度の非常に高い蒸気圧を有す
るFeCl3 (蒸発エネルギーは約1.32eV)が一
部生成して、結果的にエッチングレートの多少の向上が
図られたことも考えられる。しかしながらこの実験例で
は、Feの含有量が19at%にすぎないNiFe膜に
ついても、NiCl2の蒸発エネルギー及び蒸気圧から
予測される以上の高エッチングレートでの加工が行なわ
れているのであり、これはFe,Co,Niの各塩化物
の蒸発エネルギーや蒸気圧の比較だけで論じることがで
きない。従って上述したようなエッチングレートの向上
は、FeCl3 の生成の寄与など化学的な機構のみに基
づくものではなく、物理的なエッチングによる反応生成
物の脱離の促進が大いに関与していることが推定でき
た。 [実験例3]ここでは磁性体薄膜としてCo87Zr5
8 膜を形成した図2に示されるような試料について、
BCl3 −Cl2 混合ガスを用いてRIEによる磁性体
薄膜の加工を行なった。このとき、放電密度P、陰極降
下電圧(放電電圧)V、及び試料の加工温度Tを適宜変
化させてCoZrNb膜を加工を行ない、その際のエッ
チングレート、対マスクエッチング選択比、サイドエッ
チング比率、残渣、磁性体薄膜等のダメージから適切な
条件を考察した。
FeSiAl containing Fe as a constituent element
In the case of a membrane, it reacts with chlorine-based gas as shown in Fig. 3
FeCl 3 (vaporization energy of about 1.32 eV) having a very high vapor pressure of about 4 × 10 4 Pa at 00 ° C. was partially generated, and as a result, the etching rate was slightly improved. Conceivable. However, in this experimental example, the NiFe film having a Fe content of only 19 at% was processed at a higher etching rate than predicted from the evaporation energy and vapor pressure of NiCl 2. Cannot be discussed only by comparing the evaporation energies and vapor pressures of the Fe, Co, and Ni chlorides. Therefore, the improvement of the etching rate as described above is not based solely on the chemical mechanism such as the contribution of the generation of FeCl 3 , but the promotion of the desorption of the reaction product by the physical etching is greatly involved. I was able to estimate. [Experimental Example 3] Here, Co 87 Zr 5 N was used as the magnetic thin film.
For the sample as shown in FIG. 2 with the b 8 film formed,
The magnetic thin film was processed by RIE using BCl 3 —Cl 2 mixed gas. At this time, the CoZrNb film is processed by appropriately changing the discharge density P, the cathode drop voltage (discharge voltage) V, and the processing temperature T of the sample, and the etching rate, the mask etching selection ratio, the side etching ratio, Appropriate conditions were considered from the damage of residue, magnetic thin film, etc.

【0052】まず、BCl3 −Cl2 混合ガス中のCl
2 量が40〜85vol%の範囲内では、ガス圧を一定
に保持するとBCl3 とCl2 との混合比率を変えても
放電密度Pを定めれば陰極降下電圧Vが一義に決定され
ることを確認したうえで、ガス圧を10Pa程度に保持
しながら放電密度Pと加工温度Tを変化させて、CoZ
rNb膜の加工、評価を行なった。この結果全体的な傾
向として、放電密度Pを高めると、エッチングレート向
上、サイドエッチング比率低減を図ることができ、かつ
残渣の発生も抑えられる一方で、対マスクエッチング選
択比が低下し、また特に放電密度Pが著しく高いとマス
クやマスク下部の磁性体薄膜、さらにはその下地に、過
剰電力投入による加熱と過大エネルギーイオンもしくは
ラジカルの入射に起因するダメージ(荒れ)が認められ
た。
First, Cl in a BCl 3 -Cl 2 mixed gas was used.
When the amount of 2 is in the range of 40 to 85 vol%, if the gas pressure is kept constant, the cathode drop voltage V is uniquely determined if the discharge density P is determined even if the mixing ratio of BCl 3 and Cl 2 is changed. After confirming the above, the discharge density P and the processing temperature T are changed while maintaining the gas pressure at about 10 Pa, and CoZ
The rNb film was processed and evaluated. As a result, as a general tendency, when the discharge density P is increased, the etching rate can be improved and the side etching ratio can be reduced, and the generation of residues can be suppressed, while the selectivity ratio to the mask etching is lowered, and particularly When the discharge density P was extremely high, damage (roughness) due to heating due to excessive power input and incidence of excessive energy ions or radicals was observed in the mask, the magnetic thin film under the mask, and the underlying layer.

【0053】具体的には、放電密度Pが10W/cm2
越えるとダメージをSEM観察で検知でき、15W/cm
2 以上ではダメージは顕著であった。一方対マスクエッ
チング選択比については、放電密度Pが8W/cm2 、加
工温度Tが300℃という対マスクエッチング選択比を
確保し難い条件でも、対マスクエッチング選択比2程度
と実用上充分な値であり、放電密度Pが2W/cm2 、加
工温度Tが300℃では10以上の対マスクエッチング
選択比が得られた。なお、ここでの放電密度Pの増大に
伴う対マスクエッチング選択比の低下は、陰極降下電圧
Vの上昇によるイオンスパッタリング現象の増加に基づ
くものである。
Specifically, if the discharge density P exceeds 10 W / cm 2 , the damage can be detected by SEM observation.
At 2 and above, the damage was significant. On the other hand, with respect to the mask etching selectivity, the discharge density P is 8 W / cm 2 and the processing temperature T is 300 ° C. Even under the condition that it is difficult to secure the mask etching selectivity, the mask etching selectivity is about 2 which is a practically sufficient value. When the discharge density P was 2 W / cm 2 and the processing temperature T was 300 ° C., a selectivity ratio to mask etching of 10 or more was obtained. The decrease in the selective ratio to the mask etching with the increase in the discharge density P is due to the increase in the ion sputtering phenomenon due to the increase in the cathode drop voltage V.

【0054】さらに、サイドエッチング比率、対マスク
エッチング選択比及び残渣の発生は加工温度Tにも依存
し、加工温度Tが低いほどサイドエッチング比率は低減
し対マスクエッチング選択比は向上するものの、残渣が
発生しやすくなる傾向があった。また実用的に充分なエ
ッチングレートが得られ、かつ熱反応と熱蒸発によるエ
ッチングを無視できる100℃以上300℃以下の温度
範囲でも、放電密度Pを1W/cm2 未満にすると、磁性
体薄膜の露出部において中性ラジカル等による熱反応、
熱蒸発が支配的となって加工形状の異方性が損なわれる
とともに、低蒸気圧の低級塩化物の残渣が多く発生し
た。すなわち以上のことから、好ましい放電密度Pは1
〜10W/cm2 の範囲内であることが明らかとなった。
Furthermore, the side etching ratio, the mask etching selectivity and the generation of residues also depend on the processing temperature T. The lower the processing temperature T is, the side etching ratio is reduced and the mask etching selectivity is improved. Tended to occur. Further, when the discharge density P is less than 1 W / cm 2 even in a temperature range of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower where a practically sufficient etching rate can be obtained and etching due to thermal reaction and thermal evaporation can be ignored, the magnetic thin film Thermal reaction due to neutral radicals, etc. in the exposed area,
The thermal evaporation became dominant and the anisotropy of the processed shape was impaired, and a large amount of low chloride residue of low-grade chloride was generated. That is, from the above, the preferable discharge density P is 1
It became clear that it was within the range of -10 W / cm 2 .

【0055】次に、放電密度Pをここで明らかとなった
その臨界値付近で固定したうえで、反応室内のガス圧を
変えることで陰極降下電圧Vを変化させて、CoZrN
b膜の加工、評価を行なった。まず放電密度Pが10W
/cm2 に設定された場合、ガス圧が約10Paで陰極降
下電圧Vは2.5kVとなり、さらにガス圧5Paで陰
極降下電圧Vは3kVに上昇し、このとき加工温度Tが
100℃以上300℃以下の条件で加工が行なわれる
と、過大エネルギーイオンもしくはラジカルの入射に起
因してマスクやマスク下部の磁性体薄膜がダメージを負
っていた。然るに、ガス圧を20Pa、陰極降下電圧V
を約2kVとするとマスクやマスク下部の磁性体薄膜に
特にダメージが認められず、陰極降下電圧Vが2.5k
Vを越えたときに磁性体薄膜がダメージを負いやすいこ
とが明らかとなった。
Next, the discharge density P is fixed near the critical value found here, and then the cathode drop voltage V is changed by changing the gas pressure in the reaction chamber, and CoZrN
The film b was processed and evaluated. First, the discharge density P is 10W
If set to / cm 2, the cathode drop voltage V is 2.5kV becomes approximately 10Pa gas pressure, further cathode drop voltage V gas pressure 5Pa rose to 3 kV, this time working temperature T is 100 ° C. to 300 When the processing was performed under the condition of ℃ or less, the mask and the magnetic thin film under the mask were damaged due to the incidence of excessive energy ions or radicals. Therefore, the gas pressure is 20 Pa, the cathode drop voltage V
Is about 2 kV, the mask and the magnetic thin film under the mask are not particularly damaged, and the cathode drop voltage V is 2.5 kV.
It was revealed that the magnetic thin film is easily damaged when V is exceeded.

【0056】一方、放電密度Pを1W/cm2 に設定して
ガス圧を変えたところ、ガス圧が7〜15Paでは陰極
降下電圧Vは0.7〜0.55kVとなり、被加工面に
入射するイオンもしくはラジカルは充分なエネルギーを
有しており、加工温度Tが100℃以上300℃以下の
温度範囲において加工形状の異方性は良好であった。し
かしながら、ガス圧を25Paに高め陰極降下電圧Vを
0.38kVに低下させたところ、被加工面に入射する
イオンもしくはラジカルの密度は充分でもそのエネルギ
ーが不足したため、加工温度Tを300℃程度とすると
サイドエッチング比率が大幅に増大し異方性加工を行な
うことが困難となった。次いで、ガス圧を25Paに保
持したまま放電密度Pを高め陰極降下電圧Vを0.5k
Vに上昇させると、加工温度Tが300℃で加工形状の
異方性が低下しやすい条件でもサイドエッチング比率が
1/5程度に低減し、さらに陰極降下電圧Vが1kV以
上ではサイドエッチング比率は1/20程度以下となっ
た。なお陰極降下電圧Vを0.5kVまで上昇させなく
ても、加工温度Tを低下させることで充分な異方性加工
を行なうことが可能となるが、加工温度が300℃程度
のときもサイドエッチング比率を実用的に充分な1/5
程度以下に制御するには、陰極降下電圧Vが0.5kV
程度以上の条件での加工が好ましいことが判った。 [実験例4]BCl3 −Cl2 混合ガス(BCl3 :3
0vol%、Cl2 :70vol%)とともに堆積性ガ
スを適宜反応室内に導入し、放電密度を2W/cm2 、試
料の加工温度を300℃、ガス圧を10Paに設定した
うえで、磁性体薄膜としてCo87Zr5 Nb8 膜を形成
した図2に示されるような試料についてRIEによる磁
性体薄膜の加工を行なった。まず、BCl3 −Cl2
合ガスのみを反応室内に導入してCoZrNb膜を加工
し、断面SEM像観察による加工形状の評価を行なった
ところ、得られたパターンにおけるサイドエッチング比
率は1/20であった。次いで、堆積性ガスとしてSi
Cl4 及びO2 をそれぞれBCl3 −Cl2 混合ガスに
対し8vol%ずつ混合し同様の加工及び評価を行なっ
た結果、断面SEM像観察ではほとんどサイドエッチン
グが検知できない加工形状が得られた。
On the other hand, when the discharge pressure P was set to 1 W / cm 2 and the gas pressure was changed, when the gas pressure was 7 to 15 Pa, the cathode drop voltage V was 0.7 to 0.55 kV and was incident on the surface to be processed. The ions or radicals to be processed have sufficient energy, and the anisotropy of the processed shape was good in the temperature range of the processing temperature T of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. However, when the gas pressure was increased to 25 Pa and the cathode drop voltage V was decreased to 0.38 kV, the energy was insufficient even though the density of the ions or radicals incident on the surface to be processed was sufficient, so the processing temperature T was set to about 300 ° C. Then, the side etching ratio was significantly increased, making it difficult to perform anisotropic processing. Next, while maintaining the gas pressure at 25 Pa, the discharge density P is increased and the cathode drop voltage V is set to 0.5 k.
When the temperature is increased to V, the side etching ratio is reduced to about 1/5 even under the condition that the processing temperature T is 300 ° C. and the anisotropy of the processed shape is likely to decrease. Further, when the cathode drop voltage V is 1 kV or more, the side etching ratio is increased. It became about 1/20 or less. Even if the cathode drop voltage V is not increased to 0.5 kV, it is possible to perform sufficient anisotropic processing by lowering the processing temperature T. However, the side etching is performed even when the processing temperature is about 300 ° C. The ratio is practically sufficient 1/5
In order to control below a certain level, the cathode drop voltage V is 0.5 kV
It has been found that processing under the above conditions is preferable. [Experimental Example 4] BCl 3 -Cl 2 mixed gas (BCl 3: 3
0 vol%, Cl 2 : 70 vol%) and a deposition gas were appropriately introduced into the reaction chamber, the discharge density was set to 2 W / cm 2 , the sample processing temperature was set to 300 ° C., and the gas pressure was set to 10 Pa. A magnetic thin film was processed by RIE on a sample as shown in FIG. 2 on which a Co 87 Zr 5 Nb 8 film was formed. First, only the BCl 3 —Cl 2 mixed gas was introduced into the reaction chamber to process the CoZrNb film, and the processed shape was evaluated by observing a cross-sectional SEM image. The side etching ratio in the obtained pattern was 1/20. there were. Then, as a deposition gas, Si
Cl 4 and O 2 were mixed in the BCl 3 —Cl 2 mixed gas in an amount of 8 vol%, and similar processing and evaluation were performed. As a result, a processed shape in which side etching was hardly detected by cross-sectional SEM image observation was obtained.

【0057】また、堆積性ガスとしてのSiCl4 ,O
2 にかえて、それぞれTiCl4 やN2 を用いてもほぼ
同様の結果が得られた。なおここで、堆積性ガスとして
比較的蒸気圧の低いTiCl4 を用いる場合は、バブラ
ーに収納された液体状のTiCl4 をキャリアガスでバ
ブリング等させて反応室内に導入する。さらに、SiC
4 ,O2 あるいはN2 を単独でBCl3 −Cl2 混合
ガスとしても、CoZrNb膜のサイドエッチングを抑
えて加工形状の異方性を高めることができた。
Further, SiCl 4 , O as a deposition gas is used.
Similar results were obtained even when TiCl 4 and N 2 were used instead of 2 . When TiCl 4 having a relatively low vapor pressure is used as the deposition gas, liquid TiCl 4 contained in a bubbler is introduced into the reaction chamber by bubbling with a carrier gas. Furthermore, SiC
Even if l 4 , O 2 or N 2 was used alone as a BCl 3 —Cl 2 mixed gas, side etching of the CoZrNb film was suppressed and the anisotropy of the processed shape could be increased.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、材
料選択性、経済性に優れ、大面積に亘る磁性体薄膜に対
しても、微細なパターニングを低温で高速かつ高精度に
施すことが可能な磁性体薄膜の加工方法を提供すること
ができる。
As described above in detail, according to the present invention, fine patterning is performed at a low temperature at a high speed and with high accuracy even on a magnetic thin film having a large material area and excellent material selectivity and economy. It is possible to provide a method of processing a magnetic thin film capable of processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施に当って使用されたRIE実験
装置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an RIE experimental apparatus used for carrying out the present invention.

【図2】 本発明の実施に当って使用した試料の構造を
示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a sample used for carrying out the present invention.

【図3】 純Cl2 を導入してCoZrNb膜及びCo
膜を加工したときの実験結果を示す特性図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a CoZrNb film and a Co film formed by introducing pure Cl 2 .
The characteristic view which shows the experimental result at the time of processing a film.

【図4】 純BCl3 あるいはBCl3 −Cl2 混合ガ
スを放電活性化してCoZrNb膜の加工を行なった実
験結果を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an experimental result of processing a CoZrNb film by activating discharge of pure BCl 3 or BCl 3 —Cl 2 mixed gas.

【図5】 Fe,Co,Niの塩化物の蒸気圧曲線を示
す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing vapor pressure curves of Fe, Co, and Ni chloride.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……反応室、21……放電陰極、22……試料台、3
……試料、4……容量結合型高周波電源、5……対向電
極、61……ガス供給源、62……ガス流量調整器、6
3……ガス供給リング、71……試料加熱用赤外線ラン
プ、72……集光用ランプハウジング面、73……赤外
線透過用石英窓、8……ガス排気系、9……陰極降下電
圧モニタ、10……試料温度モニタ、11…ガス圧力
計、31…Si基板、32…SiO2 スパッタ膜、33
…磁性体薄膜、34…マスク。
1 ... Reaction chamber, 21 ... Discharge cathode, 22 ... Sample stage, 3
...... Sample, 4 ...... Capacitive coupling type high frequency power source, 5 ...... Counter electrode, 61 ...... Gas supply source, 62 ...... Gas flow rate regulator, 6
3 ... Gas supply ring, 71 ... Sample heating infrared lamp, 72 ... Focus lamp housing surface, 73 ... Infrared transmitting quartz window, 8 ... Gas exhaust system, 9 ... Cathode drop voltage monitor, 10 ... Sample temperature monitor, 11 ... Gas pressure gauge, 31 ... Si substrate, 32 ... SiO 2 sputtered film, 33
... magnetic thin film, 34 ... mask.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/302 104Z (56)参考文献 特開 昭58−147124(JP,A) 特開 平7−130572(JP,A) 特開 平4−129014(JP,A) 特開 平7−233488(JP,A) 特開 平8−23152(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23F 4/00 G11B 5/127 G11B 5/31 G11B 5/84 H01F 10/08 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/302 104Z (56) Reference JP-A-58-147124 (JP, A) JP-A-7-130572 ( JP, A) JP 4-129014 (JP, A) JP 7-233488 (JP, A) JP 8-23152 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23F 4/00 G11B 5/127 G11B 5/31 G11B 5/84 H01F 10/08 H01L 21/3065

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Fe,Co及びNiの少なくとも1種を
含有する磁性材料からなる磁性体薄膜上に所定のパター
ンを有するマスクを配置し、前記磁性体薄膜の露出部に
活性化されたBCl3を含有する反応性ガスを供給し
100℃以上300℃以下の温度で前記磁性材料と反応
させて前記露出部の磁性体薄膜を除去することにより
前記磁性体薄膜に所望のパターニングを施す磁性体薄膜
の加工方法。
1. A mask having a predetermined pattern is arranged on a magnetic thin film made of a magnetic material containing at least one of Fe, Co and Ni, and activated BCl 3 is exposed on the exposed portion of the magnetic thin film. supplying a reactive gas containing,
By removing the magnetic thin film of the exposed portion 100 ° C. or higher 300 ° C. at a temperature by reacting with the magnetic material,
A method of processing a magnetic thin film, wherein desired patterning is performed on the magnetic thin film.
【請求項2】 Fe,Co及びNiの少なくとも1種を2. At least one of Fe, Co and Ni
含有する磁性材料からなる磁性体薄膜上に所定のパターPredetermined pattern on the magnetic thin film made of the contained magnetic material
ンを有するマスクを配置し、前記磁性体薄膜の露出部にA mask having a magnetic film on the exposed portion of the magnetic thin film.
活性化されたBClActivated BCl 33 を含有する反応性ガス及びSiCReactive Gas and SiC Containing
l 4Four 若しくはCOを含有する堆積性ガスを供給し、前記Alternatively, by supplying a deposition gas containing CO,
磁性材料と反応させて前記露出部の磁性体薄膜を除去すThe magnetic thin film on the exposed part is removed by reacting with the magnetic material.
ることにより、前記磁性体薄膜に所望のパターニングをThe desired patterning on the magnetic thin film.
施す磁性体薄膜の加工方法。Method of processing magnetic thin film.
【請求項3】 加工温度は100℃以上300℃以下で
あることを特徴とする請求項に記載の磁性体薄膜の加
工方法。
3. The method for processing a magnetic thin film according to claim 2 , wherein the processing temperature is 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
【請求項4】 反応性ガスが活性化されたCl2を含有
する請求項1乃至3のいずれかに記載の磁性体薄膜の加
工方法。
4. The method for processing a magnetic thin film according to claim 1, wherein the reactive gas contains activated Cl 2 .
【請求項5】 BCl3とCl2との合計量に対してCl
2量が0〜90vol%であることを特徴とする請求項
記載の磁性体薄膜の加工方法。
5. Cl based on the total amount of BCl 3 and Cl 2
The amount of 2 is 0 to 90 vol%.
4. The method for processing a magnetic thin film described in 4 .
【請求項6】 BCl3とCl2との合計量に対してCl
2量が40〜85vol%であることを特徴とする請求
記載の磁性体薄膜の加工方法。
6. Cl with respect to the total amount of BCl 3 and Cl 2.
The method for processing a magnetic thin film according to claim 4 , wherein the amount of 2 is 40 to 85 vol%.
【請求項7】 反応性ガスが活性化されたCl 2 を含有
し、前記堆積性ガスの混合比率はBCl3とCl2との合
計量に対して5〜30vol%であることを特徴とする
請求項2または3記載の磁性体薄膜の加工方法。
7. The reactive gas contains activated Cl 2 .
And, mixing ratio claim 2 or 3 processing method of the magnetic thin film, wherein the a 5~30Vol% based on the total amount of BCl 3 and Cl 2 of the deposition gas.
【請求項8】 前記反応性ガスを希ガスで希釈して供給
することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載
の磁性体薄膜の加工方法。
8. The method for processing a magnetic thin film according to claim 1, wherein the reactive gas is diluted with a rare gas and supplied.
【請求項9】 前記BCl3を含有する反応性ガスを放
電により活性化することを特徴とする請求項1乃至8の
いずれかに記載の磁性体薄膜の加工方法。
9. The method for processing a magnetic thin film according to claim 1, wherein the reactive gas containing BCl 3 is activated by electric discharge.
【請求項10】 前記放電における放電密度を1〜10
W/cm2とすることを特徴とする請求項9記載の磁性
体薄膜の加工方法。
10. The discharge density in the discharge is 1 to 10
The method for processing a magnetic thin film according to claim 9, wherein W / cm 2 is set.
【請求項11】 前記放電における陰極降下電圧を0.
5〜2.5kVとすることを特徴とする請求項9または
10記載の磁性体薄膜の加工方法。
11. The cathode drop voltage in the discharge is set to 0.
The magnetic thin film processing method according to claim 9 or 10, wherein the voltage is set to 5 to 2.5 kV.
【請求項12】 前記反応性ガスのガス圧は5〜50P
aであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか
に記載の磁性体薄膜の加工方法。
12. The gas pressure of the reactive gas is 5 to 50 P.
The magnetic thin film processing method according to claim 9, wherein the magnetic thin film is a.
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