JP3843827B2 - 磁気トンネル接合素子とその製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気センサ等に用いられる磁気トンネル接合素子とその製法に関するものである。この後の説明では、磁気トンネル接合素子をＴＭＲ素子と略記する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のＴＭＲ素子を備えた磁気センサの製法としては、図４０〜４５に示すものが提案されている（例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願平１１−３６８７７６号参照）。
【０００３】
図４０の工程では、シリコン基板１の表面を覆う酸化シリコン膜２の上に下電極層としてのＣｒ層３と、反強磁性層としてのＲｈ−Ｍｎ合金層４と、下強磁性層としてのＮｉ−Ｆｅ合金層５とを順次に重ねてスパッタ法で形成した後、Ｎｉ−Ｆｅ合金層５の上にＡｌ層を形成して酸化することによりトンネルバリア層としてのアルミナ層６を形成し、アルミナ層６の上に上強磁性層としてのＮｉ−Ｆｅ合金／Ｃｏ積層（Ｃｏが下層）７と、上電極層としてのＭｏ層８とを順次に重ねてスパッタ法で形成する。Ｍｏ層８の上には、それぞれ図１３の２６ａ，２６ｂに示すような四辺形状のパターンを有するレジスト層９ａ，９ｂを周知のホトリソグラフィ処理により形成する。
【０００４】
次に、図４１の工程では、レジスト層９ａ，９ｂをマスクとする選択的イオンミリング処理により層３〜８の積層に分離溝１０を酸化シリコン膜２に達するように形成することにより該積層を層３〜８の部分３ａ〜８ａからなる第１の積層部分と層３〜８の部分３ｂ〜８ｂからなる第２の積層部分とに分離する。この後、レジスト層９ａ，９ｂを除去する。
【０００５】
図４１のイオンミリング工程では、図４６に示したように分離溝１０の側壁に側壁堆積膜ＤＰ１が形成される。側壁堆積膜ＤＰ１は、レジスト層９ａ，９ｂがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性成分（有機物）を多量に含むもので、その他にも層３ａ〜５ａ，７ａ，８ａの金属成分や酸化シリコン膜２の構成成分等を含んでいる。
【０００６】
図４１のレジスト除去工程では、レジスト層９ａ，９ｂに対してＯ２プラズマによるアッシング処理を施した後、有機剥離液を用いて剥離処理を施す。しかし、このような処理を施しても、側壁堆積膜ＤＰ１を完全に除去するのは困難であり、しかもレジスト残渣Ｒ１，Ｒ２が残留する。レジスト残渣Ｒ１，Ｒ２は、レジスト層９ａ，９ｂに由来するレジスト変性成分の他に、金属成分やＳｉＯ２等の成分を含んでいるため、有機溶媒等を用いるレジスト除去処理によって完全に除去するのが困難である。
【０００７】
図４２の工程では、図４１の工程で得られた第１及び第２の積層部分の上にそれぞれレジスト層９ｃ，９ｄ及びレジスト層９ｅをホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層９ｃ，９ｄ，９ｅのパターンは、図１３のＴａ，Ｔｂ，Ｔｃに示すような四辺形状のパターンとする。
【０００８】
図４３の工程では、レジスト層９ｃ〜９ｅをマスクとする選択的イオンミリング処理（又は選択的ウエットエッチング処理）により第１及び第２の積層部分に分離溝１２を層部分４ａ，４ｂに達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、分離溝１０で囲まれた層３，４の部分３ａ，４ａと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ａ１〜８ａ１との積層からなり、ＴＭＲ素子Ｔｂは、分離溝１０で囲まれた層３，４の部分３ａ，４ａと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ａ２〜８ａ２との積層からなる。層部分３ａ，４ａの積層は、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通の電極層であり、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続している。ＴＭＲ素子Ｔｃは、分離溝１０で層部分３ａ、４ａから分離された層３，４の部分３ｂ，４ｂと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ｂ〜８ｂとの積層からなる。イオンミリング処理の後、レジスト層９ｃ〜９ｅを除去する。
【０００９】
図４３のイオンミリング工程では、図４１の工程に関して前述したと同様にして図４７に示すように分離溝１０，１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３が形成される。そして、図４３のレジスト除去工程では、図４１の工程に関して前述したと同様にしてアッシング処理及び有機剥離液処理を行なうが、このようにしても、側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３を完全に除去するのが困難であり、しかもレジスト残渣Ｒ３〜Ｒ６が残留する。側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３は、レジスト層９ｃ〜９ｅがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性成分（有機物）を多量に含むもので、その他にも層３ａ〜５ａ，７ａ、８ａの金属成分及び酸化シリコン膜２の構成成分等を含んでいる。レジスト残渣Ｒ３〜Ｒ６は、レジスト層９ｃ〜９ｅに由来するレジスト変性成分を主体とするものである。なお、図４３のレジスト除去工程では、分離溝１２の側壁において側壁堆積膜ＤＰ２がない個所にレジスト残渣が残留することもある。
【００１０】
図４４の工程では、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃ及び分離溝１０，１２を覆って基板上面にスパッタ法により層間絶縁膜としての酸化シリコン膜１３を形成する。そして、選択的イオンミリング処理によりＴＭＲ素子Ｔａ〜ＴｃのＭｏ層８ａ１，８ａ２，８ｂにそれぞれ対応する接続孔１３ａ〜１３ｃを酸化シリコン膜１３に形成する。
【００１１】
図４５の工程では、酸化シリコン膜１３の上に接続孔１３ａ〜１３ｃを覆ってＡｌをスパッタ法で被着した後、その被着層を選択的イオンミリング処理によりパターニングして配線層としてのＡｌ層１４ａ，１４ｂを形成する。Ａｌ層１４ａは、接続孔１３ａを介してＴＭＲ素子ＴａのＭｏ層８ａ１に接続され、Ａｌ層１４ｂは、接続孔１３ｂ，１３ｃを介してＴＭＲ素子Ｔｂ，ＴｃのＭｏ層８ａ２，８ｂを相互接続する。この結果、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃは、直列接続されたことになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、次の（ａ）〜（ｃ）のような問題点がある。
【００１３】
（ａ）選択マスクとしてのレジスト層は、イオンミリングにより削られやすいので、図４１，４３の工程では、レジスト層９ａ〜９ｅを０．６〜２．０μｍ程度に厚く形成する必要があり、微細加工に適していない。すなわち、厚いレジスト層では、微細パターンの形成が困難であると共にパターン倒れが起こりやすく、しかも角度ミリングでの加工時には影となる部分が生ずるため加工精度が低下する。
【００１４】
（ｂ）分離溝１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２やレジスト残渣が残留すると、トンネルバリア層６ａの上下の金属層間で電気的な短絡やリークが生ずる原因となり、歩留りの低下や素子特性の劣化を招く。また、図４６，４７に示したようにレジスト残渣Ｒ１〜Ｒ６が残留すると、パーティクル発生の原因となり、歩留りの低下を招く。
【００１５】
（ｃ）図４３のイオンミリング工程で分離溝１２を形成する際に分離溝１０の底部で酸化シリコン膜がエッチングされるため、分離溝１０の深さＤがエッチング分だけ増大し、分離溝１０の段差が急峻となる。このため、図４４の工程でスパッタ法により酸化シリコン膜１３を形成すると、分離溝１０の開口端近傍で膜欠陥が生じやすく、図４５の工程でＡｌ層１４ｂを形成すると、Ａｌ層１４ｂと層部分４ａとが膜欠陥を介して短絡する不良を生ずることがある。なお、スパッタ法に比べて段差被覆性が良好なＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法は、膜欠陥は生じないものの、４００℃程度の処理となり、ＴＭＲ素子が高温に弱いため、酸化シリコン膜１３の形成に適していない。
【００１６】
上記（ｂ）の問題点に対処する方法としては、酸又はアルカリ等の溶液により側壁堆積膜やレジスト残渣を除去する処理が考えられる。しかし、このような処理は、極めて薄いトンネルバリア層にダメージを与えたり、トンネルバリア層の上下の金属層をエッチングして形状悪化を招いたりするので、得策でない。また、レジスト変性成分を含む側壁堆積膜を有機溶媒等を用いて除去する処理では、人体や環境に有害な物質を使用しなければならず、有機廃液の処理のためにコスト上昇を招く。
【００１７】
上記（ｂ）の問題点に関してＴＭＲ素子のリーク電流を低減する方法としては、磁気トンネル接合積層を選択的イオンミリング処理によりパターニングしてＴＭＲ素子を形成する際に酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリングを行なうことによりＴＭＲ素子の側壁に酸化物又は窒化物からなる絶縁層を形成するものが知られている（例えば、特開２００１−５２３１６号公報参照）。このようなイオンミリング処理を図４３の工程で採用した場合、エッチング終点の検出に困難を伴うという問題点がある。すなわち、図４３のイオンミリング処理では、エッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることが多い。この方法を用いた場合、反強磁性層としてのＲｈ−Ｍｎ合金層４ａ，４ｂの構成原子に基づく発光を検出してイオンミリングを停止する。酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリングを行なう場合、酸素又は窒素を含まない雰囲気中でイオンミリングを行なう場合に比べてエッチレートが低下するため、単位時間当りの励起原子の発生量が減少し、発光検出に必要な信号強度が低下する。このため、エッチング終点の検出精度が低下し、アンダーエッチングによりＴＭＲ素子Ｔｂ，Ｔｃ間の短絡を招いたり、オーバーエッチングによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ間で接続抵抗の増大（更には断線）を招いたりする。その上、図４３の工程の前に分離溝１０を形成しておくと、図４３の工程においてＲｈ−Ｍｎ合金層４ａ，４ｂの露出面積が分離溝１０に相当する分だけ減少するため、発光検出に必要な信号強度は更に低下することになる。従って、エッチング終点の検出が一層困難となり、アンダーエッチング又はオーバーエッチングが一層発生しやすくなる。
【００１８】
上記（ｃ）の問題点に対処する方法としては、図４３対応のイオンミリング工程の後、図４１対応のイオンミリング工程を実施する方法が提案されている（例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願２００１−２８８８０９号参照）。この方法によれば、分離溝１２を形成した後、分離溝１０を形成することになるので、分離溝１０の段差を低くすることができ、層間絶縁膜（酸化シリコン膜１３に対応）の膜欠陥に基づく配線の短絡不良を防止することができる。また、図４３対応のイオンミリング工程において分離溝１０がない分だけ発光検出に必要な信号強度を増大させることができる。
【００１９】
しかしながら、イオンミリングの選択マスクとしてレジスト層（レジスト層９ａ〜９ｅに対応）を用いるので、上記（ａ）及び（ｂ）と同様の問題点を免れない。例えば、上記（ｂ）の問題点に関しては、図４３対応のイオンミリング工程では、図４７に示すように分離溝１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２が形成されたり、図４３対応のレジスト除去工程では、側壁堆積膜ＤＰ２やレジスト残渣Ｒ３〜Ｒ５が残留したりする。また、図４１対応のイオンミリング工程に先立って選択マスクとしてのレジスト層を形成する工程では、分離溝１２の側壁にレジスト等が付着して汚染を招くことがある。さらに、図４１対応のイオンミリング工程では、図４７に示すように分離溝１０の側壁に側壁堆積膜ＤＰ３が形成されたり、図４１対応のレジスト除去工程では、側壁堆積膜ＤＰ３やレジスト残渣Ｒ６が残留したり、分離溝１２の側壁において側壁堆積膜ＤＰ２がない個所にレジスト残渣が残留したりする。従って、トンネルバリア層６ａの上下の金属層間で電気的な短絡やリークが起こりやすい。
【００２０】
この発明の目的は、高信頼且つ製造容易なＴＭＲ素子を提供することにある。
【００２１】
この発明の他の目的は、高い製造歩留りを得ることができる新規なＴＭＲ素子の製法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＴＭＲ素子は、
絶縁性の一主面を有する基板と、
前記一主面に形成された磁気トンネル接合部であって、前記一主面に下から順に第１の導電材層、反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び第２の導電材層を重ねるか又は前記一主面に下から順に第１の導電材層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層、反強磁性層及び第２の導電材層を重ねて構成されたものと、
前記磁気トンネル接合部の側壁を覆う保護膜であって、前記第１の導電材層と前記反強磁性層との積層又は前記第１の導電材層をパターニングする際に用いられた絶縁性ハードマスクからなるものと
を備えたものである。
【００２３】
この発明のＴＭＲ素子によれば、磁気トンネル接合部の側壁が絶縁性ハードマスクからなる保護膜で覆われるので、安定した動作が可能であり、信頼性が向上する。また、絶縁性ハードマスクとしては、第１の導電材層と反強磁性層との積層又は第１の導電材層をパターニングする際に用いた絶縁性ハードマスクを除去しないで残しておくだけでよく、保護膜形成のための特別な工程が不要であるので、製造が容易である。
【００２４】
この発明に係る第１のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含むものである。
【００２５】
第１のＴＭＲ素子の製法によれば、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を含む積層に第１の選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合部を形成した後、トンネルバリア層の端部に第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去してから磁気トンネル接合部と反強磁性層の露呈部とを覆ってハードマスクを形成するので、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）においてハードマスクの下にエッチング生成物等が残留するのを防ぐことが出来る。また、第２の選択エッチング処理によりハードマスクを形成する際には、磁気トンネル接合部がマスク用絶縁膜で覆われるため、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）にレジスト等が付着するのを防ぐことができる。さらに、ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により電極層を形成する際には、磁気トンネル接合部がハードマスクで覆われるため、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）にエッチング生成物等が直接付着するのを防ぐことができる。従って、磁気トンネル接合部の側壁においてトンネルバリア層の上下の金属層がエッチング生成物等により接続されることがなくなり、電気的な短絡やリークを防止することができる。
【００２６】
その上、ハードマスクを形成するための第２の選択エッチング処理では、マスク用絶縁膜の材料として、レジストよりイオンミリングレート（エッチングレート）が遅いＳｉＯ２等の材料を選定するのが容易であり、マスク用絶縁膜を薄くすることができる。このため、マスク用絶縁膜をパターニングする際に選択マスクとして用いるレジスト層を薄くすることができる。従って、微細パターンの形成が容易であると共にパターン倒れが起こりにくく、しかも角度ミリングでの加工時に影となる部分が少ないため加工精度が向上する。なお、ハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用することもできる。
【００２７】
第１のＴＭＲ素子の製法においては、第１の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合積層を導電材層に達するまでエッチングすることにより磁気トンネル接合積層の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成してもよい。この場合、ハードマスクは、磁気トンネル接合部と導電材層の露呈部とを覆うように形成し、電極層を形成する工程では、導電材層にハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理を施すことにより導電材層の残存部分からなる電極層を形成する。このようにすると、第１のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。その上、電極層が導電材層の単層で構成されるため、導電材層と反強磁性層との積層で構成される場合に比べて電極層の端部での段差を低くすることができる。
【００２８】
第１のＴＭＲ素子の製法において第１の変形例を採用した場合には、第２の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合積層を形成する工程では、導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて磁気トンネル接合積層を形成してもよい。この場合、他の工程は、第１のＴＭＲ素子の製法及び第１の変形例に関して前述したと同様に実行する。このようにすると、第１のＴＭＲ素子の製法及び第１の変形例に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００２９】
第１のＴＭＲ素子の製法においては、電極層を形成した後、ハードマスク及び電極層に第３の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去するようにしてもよい。このことは、第１又は第２の変形例を採用した場合についても同様である。堆積物は、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に除去することができる。このようにすると、パーティクルの発生が抑制され、歩留りの向上が可能になる。
【００３０】
この発明に係る第２のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第２の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含むものである。
【００３１】
第２のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成した後、第１のマスク用絶縁膜に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して第１のハードマスクを形成し、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理により磁気トンネル接合積層を反強磁性層に達するまでエッチングして磁気トンネル接合部を形成するので、第２の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まず、堆積物を除去する工程では、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に堆積物を除去することができる。有機溶媒等を使用しなくてよいので、人体や環境に有害な物質の使用量を削減することができ、工程の簡素化及びコストの低減が可能になる。
【００３２】
また、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理により磁気トンネル接合部を形成するので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。
【００３３】
磁気トンネル接合部を形成する工程より後の工程（堆積物除去工程、第２のハードマスクを用いる電極層形成工程等）は、第１のＴＭＲ素子の製法に関して前述したものと同様であり、前述したと同様の作用効果が得られる。
【００３４】
第２のＴＭＲ素子の製法においては、前述した第１の変形例と同様の変更を加えてもよく、第１の変形例を採用した場合には、前述した第２の変形例と同様の変更を加えてもよい。なお、第１のハードマスクは、除去しないで残しておき、その上に第２のハードマスクを形成してもよい。第１及び第２のハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用するようにしてもよい。
【００３５】
第２のＴＭＲ素子の製法においては、電極層を形成した後、第２のハードマスク及び電極層に第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去するようにしてもよい。このことは、第１又は第２の変形例を採用した場合についても同様である。堆積物は、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に除去することができる。このようにすると、パーティクルの発生が抑制され、歩留りの向上が可能になる。
【００３６】
この発明に係る第３のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させるように前記磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施す工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第３の選択エッチングの際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含むものである。
【００３７】
第３のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させた後、磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってハードマスクを形成し、このハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により磁気トンネル接合積層の残存部を反強磁性層に達するまでエッチングして磁気トンネル接合部を形成するので、第３の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まない。このため、堆積物を除去する工程では、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いて簡単に堆積物を除去することができる。従って、トンネルバリア層の上下の金属層間に電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により磁気トンネル接合部を形成するので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。なお、ハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用することもできる。
【００３９】
第３のＴＭＲ素子の製法においては、第３の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気トンネル接合積層の残存部を選択エッチング処理により導電材層に達するまでエッチングすることにより反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に導電材層の残存部分からなる電極層を残存させる。このようにしても、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００４０】
第３のＴＭＲ素子の製法において、第３の変形例を採用した場合には、第４の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合積層を形成する工程では、第１の導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成してもよい。この場合、他の工程は、第３のＴＭＲ素子の製法及び第３の変形例に関して前述したと同様に実行する。このようにすると、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００４１】
この発明に係る第４のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施すことにより前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合積層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含むものである。
【００４２】
第４のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成した後、第１のマスク用絶縁膜に所望の電極パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して第１のハードマスクを形成し、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を磁気トンネル接合積層に施して磁気トンネル接合積層を電極パターンに従って残存させるので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。また、第２の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合積層の残存部の側壁に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まないため、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に堆積物を除去することができる。
【００４３】
磁気トンネル接合積層を電極パターンに従って残存させる工程より後の工程（第２のハードマスクを用いる磁気トンネル接合部形成工程、堆積物除去工程等）は、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したものと同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００４４】
第４のＴＭＲ素子の製法においては、前述の第３又は第４の変形例と同様の変更を加えてもよい。なお、第１のハードマスクは、除去しないで残しておき、その上に第２のハードマスクを形成してもよい。第１及び第２のハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用するようにしてもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１〜９は、この発明の第１の実施形態に係るＴＭＲ素子を備えた磁気センサの製法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（９）を順次に説明する。
【００４６】
（１）例えばシリコンからなる半導体基板２０の表面に熱酸化法により酸化シリコンからなる絶縁膜２２を形成する。表面に絶縁膜２２を形成した半導体基板２０の代りに、ガラス又は石英等からなる絶縁性基板を用いてもよい。次に、絶縁膜２２の上には、スパッタ法によりＣｒからなる導電材層２４を１０〜３０ｎｍの厚さに形成する。導電材層２４としては、Ｔｉの単層又はＴｉ層にＣｕ層を重ねた積層等を用いてもよく、あるいはＷ，Ｔａ，Ａｕ，Ｍｏ等の導電性非磁性金属材料を用いてもよい。
【００４７】
次に、導電材層２４の上には、スパッタ法によりＰｔ−Ｍｎ合金からなる反強磁性層２６を３０〜５０ｎｍの厚さに形成する。反強磁性層２６としては、Ｒｈ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金等を用いてもよい。この後、反強磁性層２６の上には、スパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性層２８を１０ｎｍの厚さに形成する。強磁性層２８としては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれかの金属、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのうちの２つ以上の金属の合金又は金属間化合物等を用いてもよく、あるいはＮｉ−Ｆｅ合金層２８の下にＣｏ層を敷くなどして積層構造のものを用いてもよい。
【００４８】
次に、強磁性層２８の上には、スパッタ法によりＡｌ層を１〜２ｎｍの厚さに形成する。そして、Ａｌ層に酸化処理を施すことによりアルミナ（酸化アルミニウム）からなるトンネルバリア層３０を形成する。トンネルバリア層３０としては、金属又は半導体を改変した酸化物（例えばＴｉＯｘ，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ２＋ＳｉＯ２［サイアロン］）、窒化物（例えばＡｌＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、酸化窒化物（例えばＡｌＮ＋Ａｌ２Ｏ３）等を用いてもよい。
【００４９】
次に、トンネルバリア層３０の上には、スパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性層３２を２０〜１００ｎｍの厚さに形成する。強磁性層３２としては、強磁性層２８に関して前述したと同様の強磁性層を用いることができる。この後、強磁性層３２の上には、スパッタ法によりＭｏからなる導電材層３４を３０〜６０ｎｍの厚さに形成する。導電材層３４としては、Ｍｏの代りに、導電材層２４に関して前述したと同様の金属材料を用いてもよい。
【００５０】
次に、導電材層３４の上には、それぞれ図１３のＴａ，Ｔｂ，Ｔｃに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層３６ａ，３６ｂ，３６ｃをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、０．３〜２．０μｍとすることができる。
【００５１】
（２）レジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとする選択的イオンミリング処理により層２８〜３４の積層に分離溝３８を反強磁性層２６に達するように形成することにより磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ，ＡＴｃを得る。磁気トンネル接合部ＡＴａは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ａ〜３４ａの積層からなり、磁気トンネル接合部ＡＴｂは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ｂ〜３４ｂの積層からなり、磁気トンネル接合部ＡＴｃは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ｃ〜３４ｃの積層からなる。層２４，２６の積層は、磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃに共通に配置されている。
【００５２】
イオンミリング処理における処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：０〜６０度
パワー：５００Ｖ、１９０ｍＡ
とすることができる。エッチング終点の検出法としては、プラズマ発光測定法を用い、反強磁性層２６の構成原子に基づく発光を検出してイオンミリングを停止する。反強磁性層２６の露出面積が大きいため、発光検出に十分な信号強度が得られ、エッチング終点を高精度で検出可能である。
【００５３】
図２のイオンミリング工程では、図１０に示すように分離溝３８の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ１１が形成される。堆積膜ＤＰ１１は、層３６ａ〜３６ｃのレジスト変性成分、層２６，２８，３２，３４の金属成分等を含んでいる。
【００５４】
イオンミリング処理の後、レジスト層３６ａ〜３６ｃを除去する。レジスト除去は、例えばＯ２プラズマによるアッシング処理を施した後、有機剥離液を用いた薬液処理を施すことにより行なうことができる。アッシング処理における処理条件は、一例として、
Ｏ２流量：１００ｓｃｃｍ
圧力：５０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：１５０Ｗ
とすることができる。レジスト除去法の他の例としては、アセトン超音波洗浄法等を用いてもよい。なお、独立のレジスト除去工程を設ける代りに、イオンミリング処理中に同時にレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去するようにしてもよい。
【００５５】
上記のようなレジスト除去工程において、図１０に示したような側壁堆積膜ＤＰ１１を分離溝３８の側壁（特に３０ｂ等のトンネルバリア層の端部）から十分に除去するのが望ましいが、より確実な除去を行ないたいときは、クリーニングミリング処理（角度をもたせた短時間のミリング処理）を追加してもよい。クリーニングミリング処理における処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：４５〜８０度（好ましくは６０度）
パワー：５００Ｗ、１９０ｍＡ
とすることができる。このようなミリング処理を追加することにより分離溝３８の側壁から堆積膜ＤＰ１１をきれいに除去することができ、側壁形状は、一層テーパー状となる。
【００５６】
（３）基板上面には、磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃ及び分離溝３８を覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜４０をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜４０の厚さは、５０〜３００ｎｍ（好ましくは２００ｎｍ）とすることができる。絶縁膜４０をスパッタ法で形成する場合、処理条件は、一例として、
処理雰囲気：Ａｒガス
圧力：１〜１０ｍＴｏｒｒ（好ましくは５ｍＴｏｒｒ）
ＲＦパワー：０．５〜２ｋｗ（好ましくは１ｋｗ）
膜厚：５０ｎｍ
とすることができる。また、絶縁膜４０をＣＶＤ法で形成する場合、処理条件は、一例として、
原料：ＳｉＨ４又はＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルソ・シリケート）
Ｏ３又はＯ２流量：８０００ｓｃｃｍ
圧力：１〜１０Ｔｏｒｒ（好ましくは２．２Ｔｏｒｒ）
ＲＦパワー：３００〜１０００ｗ（好ましくは５００ｗ）
膜厚：５０ｎｍ
ヒーター温度：３００℃以下
とすることができる。
【００５７】
（４）絶縁膜４０の上には、図１３の２６ａ，２６ｂに示すように四辺形状の電極パターンを有するレジスト層４２ａ，４２ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層４２ａは、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂを覆うように形成し、レジスト層４２ｂは、磁気トンネル接合部ＡＴｃを覆うように形成する。このときのレジスト厚さは、８０〜６００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００５８】
（５）レジスト層４２ａ，４２ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜４０をパターニングしてハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。ハードマスク４０ａ，４０ｂは、それぞれレジスト層４２ａ，４２ｂに対応した絶縁膜４０の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜４０のパターニング処理をイオンミリング法で行なう場合、処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：０〜３０度
パワー：５００Ｖ、１９０ｍＡ
ミリング時間：６．０〜６．５ｍｉｎ程度
とすることができる。また、絶縁膜４０のパターニング処理をドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、一例として、
ガス流量：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ＝３０／５／１００ｓｃｃｍ
圧力：２００ｍＴｏｒｒ
パワー：７００Ｗ
とすることができる。
【００５９】
（６）図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層４２ａ，４２ｂを除去し、ハードマスク４０ａ，４０ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。これらの処理を施すことによりトンネルバリア層へのダメージなしにレジスト除去面を清浄化することができる。
【００６０】
（７）ハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層２４，２６の積層に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより該積層を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離して磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃにそれぞれ対応するＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃを得る。第１の接続部分は、層２４、２６の部分２４ａ、２６ａの積層からなるもので、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４、２６の部分２４ｂ、２６ｂの積層からなるもので、ＴＭＲ素子Ｔｃに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、イオンミリングによるエッチング深さに相当するもので、図４３の場合のように増大しない。従って、分離溝４４の段差を低く抑えることができる。なお、イオンミリング処理は、先に図２の処理に関して例示したのと同様の条件で行なうことができる。
【００６１】
図７のイオンミリング工程では、図１１に示すように分離溝３８，４４の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３が形成される。側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３は、ハードマスク４０ａ，４０ｂの絶縁材成分、層２４，２６の金属成分等を含むが、レジスト変性成分を含まない。側壁堆積膜ＤＰ１２が存在しても、分離溝３８の側壁がハードマスク４０ａで覆われているため、３０ｂ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。
【００６２】
側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３は、残しておいても素子特性上問題はないが、後工程で剥離してパーティクルとなり、歩留りを低下させる恐れがある。そこで、図１２に示すように堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３を除去する処理を施してもよい。この処理では、ハードマスク４０ａ，４０ｂの耐薬品性が高いため、種々の薬液を選択可能であり、しかも堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３がレジスト変性成分等の有機物を含まないため、除去が容易である。例えば、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施すことができる。これらの処理では、４０ａ等のハードマスクの表面が薄く溶解されるため、堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３が浮き上がった状態で除去される。このとき、層２４ａ，２６ａの積層の端部におけるエッチング量は、極くわずかである。４０ａ等の薄くなったハードマスクは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【００６３】
上記のような堆積膜除去処理に加えて、図２のレジスト除去工程に関して前述したと同様のクリーニングミリング処理を追加してもよい。このようにすると、堆積膜を十分に除去可能となり、側壁形状は、一層テーパー状となる。
【００６４】
（８）基板上面には、ハードマスク４０ａ，４０ｂ及び分離溝４４を覆ってスパッタ法により酸化シリコンからなる層間絶縁膜４６を形成する。図７に示したように分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６は、分離溝４４の開口端の近傍部で膜欠陥が発生しにくい。この後、選択的イオンミリング処理によりＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの導電材層３４ａ〜３４ｃにそれぞれ対応する接続孔４６ａ〜４６ｃを絶縁膜４６に形成する。
【００６５】
（９）絶縁膜４６の上には、接続孔４６ａ〜４６ｃを覆ってスパッタ法によりＡｌ等の配線用金属を被着すると共にその被着層を選択的イオンミリング処理（又は選択的ウエットエッチング処理）によりパターニングして配線層４８ａ，４８ｂを形成する。配線層４８ａは、接続孔４６ａを介してＴＭＲ素子Ｔａの導電材層３４ａに接続され、配線層４８ｂは、接続孔４６ｂ，４６ｃを介してＴＭＲ素子Ｔｂ，Ｔｃの導電材層３４ｂ，３４ｃを相互接続する。この結果、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃは、直列接続されたことになる。図１３は、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの接続状況を示すもので、図９は、図１３のＸ−Ｘ’線断面に対応する。
【００６６】
図９の工程では、分離溝４４の開口端の近傍部において絶縁膜４６の欠陥の発生が抑制されるため、配線層４８ｂが反強磁性層２６ａと短絡するような不良を低減することができる。
【００６７】
上記した第１の実施形態の製法によれば、図２の工程ではエッチング終点を高精度で検出できること、図２〜６の工程では分離溝３８の側壁（磁気トンネル接合部の側壁）を清浄化すると共にハードマスクで被覆して分離溝３８の側壁をレジスト汚染から保護できること、図４〜６の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図７の工程では分離溝３８の側壁（磁気トンネル接合部）をハードマスクで保護しつつ電極層を寸法精度よく形成できること、図１２の工程では側壁堆積膜を除去してパーティクルの発生を防止できること、図７の工程で分離溝４４の段差を低くできるため図８の工程では絶縁膜４６の欠陥発生を抑制できることなどの理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【００６８】
図９に示す磁気センサにおいて、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの動作は同様であり、代表として素子Ｔａの動作を説明する。反強磁性層２６ａは、強磁性層２８ａの磁化の向きを固定すべく作用するので、強磁性層２８ａは、磁化固定層となる。一方、強磁性層３２ａは、磁化の向きが自由であり、磁化自由層となる。
【００６９】
導電材層（電極層）２４ａ，３４ａ間に一定の電流を流した状態において基板２０の平面内に外部磁界を印加すると、磁界の向きと強さに応じて強磁性層２８ａ，３２ａ間で磁化の相対角度が変化し、このような相対角度の変化に応じて電極層２４ａ，３４ａ間の電気抵抗値が変化する。従って、このような電気抵抗値の変化に基づいて磁界検出を行なうことができる。
【００７０】
図１４，１５は、上記した第１の実施形態の変形例を示すもので、図１〜９と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
図１４の工程は、図１の工程の後、レジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとして選択的イオンミリング処理を行なう工程であり、分離溝３８を導電材層２４に達するように深く形成する点で図２の工程とは異なるものである。この場合、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、分離溝３８で囲まれた層２６の部分２６ａ１，２６ａ２，２６ｂをそれぞれ含み、これらの層部分２６ａ１，２６ａ２，２６ｂに共通に導電材層２４が配置された状態となる。イオンミリング処理の後、図２に関して前述したと同様にしてレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去し、必要に応じてクリーニングミリング処理を行なう。図１４の工程では、図２に関して前述したと同様にエッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることができ、高い精度でエッチング終点を検出可能である。
【００７２】
次に、図１５の工程では、図３〜６に関して前述したと同様にして基板上面に絶縁膜からなるハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。そして、ハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により導電材層２４に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより層２４を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離する。第１の接続部分は、層２４の部分２４ａからなるもので、反強磁性層２６ａ１，２６ａ２を相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４の部分２４ｂからなるもので、反強磁性層２６ｂに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、図１４の工程で反強磁性層２６をエッチングしたため、図７の場合に比べて小さくなる。この後、図１２に関して前述したと同様にして分離溝３８，４４の側壁の堆積膜（エッチング生成物）を除去してもよい。
【００７３】
次に、図８に関して前述したと同様に基板上面に層間絶縁膜４６を形成する。このとき、分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６には欠陥が発生しにくい。図８に関して前述したと同様にして絶縁膜４６に接続孔４６ａ〜４６ｃを形成した後、図９に関して前述したと同様にして絶縁膜４６の上に配線層４８ａ，４８ｂを形成する。
【００７４】
図１４，１５の変形例に係る製法によれば、前述した第１の実施形態に係る製法と同様に磁気センサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気センサは、図９に示した磁気センサと同様に動作する。
【００７５】
図１６，１７は、図１〜９に関して前述した第１の実施形態の他の変形例を示すもので、図１〜９と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７６】
図１６，１７の変形例では、図１に対応する工程において、絶縁膜２２の上に下から順に導電材層２４、強磁性層２８、トンネルバリア層３０、強磁性層３２、反強磁性層、導電材層３４を形成する。ここで、強磁性層３２と導電材層３４との間の反強磁性層は、前述した反強磁性層２６と同様のもので、強磁性層３２を磁化固定層とするためのものである。
【００７７】
図１６の工程は、図１に対応する工程の後、図１４に関して前述したと同様にレジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとする選択的イオンミリング処理により分離溝３８を形成してＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃを得る工程であり、導電材層３４ａ，３４ｂ，３４ｃの下に（強磁性層３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上に）反強磁性層３３ａ，３３ｂ，３３ｃがそれぞれ存在すると共に強磁性層２８ａ〜２８ｃに共通に導電材層２４が配置された状態になる点で図１４の工程とは異なるものである。イオンミリング処理の後、図２に関して前述したと同様にしてレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去し、必要に応じてクリーニングミリング処理を行なう。図１６の工程では、図２に関して前述したと同様にエッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることができ、高い精度でエッチング終点を検出可能である。
【００７８】
次に、図１７の工程では、図３〜６に関して前述したと同様にして基板上面に絶縁膜からなるハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。そして、図１５に関して前述したと同様にしてハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により導電材層２４に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより層２４を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離する。第１の接続部分は、層２４の部分２４ａからなるもので、強磁性層２８ａ，２８ｂを相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４の部分２４ｂからなるもので、強磁性層２８ｃに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、導電材層２４の上に（強磁性層２８ａ〜２８ｃの下に）反強磁性層が存在しないため、図７の場合に比べて小さくなる。この後、図１２に関して前述したと同様にして分離溝３８，４４の側壁の堆積膜（エッチング生成物）を除去してもよい。
【００７９】
次に、図８に関して前述したと同様に基板上面に層間絶縁膜４６を形成する。このとき、分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６には欠陥が発生しにくい。図８に関して前述したと同様にして絶縁膜４６に接続孔４６ａ〜４６ｃを形成した後、図９に関して前述したと同様にして絶縁膜４６の上に配線層４８ａ，４８ｂを形成する。
【００８０】
図１６，１７の変形例に係る製法によれば、前述した第１の実施形態に係る製法と同様に磁気センサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気センサは、図９に示した磁気センサと同様に動作する。
【００８１】
次に、図１８〜２７を参照してこの発明の第２の実施形態に係る磁気センサの製法を説明する。
【００８２】
図１８の工程では、図１に関して前述したと同様に絶縁膜２２で表面が覆われた基板２０を用意した後、絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２、上磁性層５４及びマスク用絶縁膜５６を積層状に形成する。トンネルバリア層５２は、図１に関して前述したトンネルバリア層３０と同様にして形成することができる。
【００８３】
下磁性層５０は、図１に関して前述したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層したものとすることができ、他の例としては、図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねたものとしてもよい。
【００８４】
上磁性層５４は、図１に関して前述したように強磁性層３２に導電材層３４を重ねたものとすることができ、他の例としては、図１６に関して前述したように下から順に強磁性層３２、反強磁性層及び導電材層３４を積層したものとしてもよい。
【００８５】
絶縁膜５６は、一例としてＳｉＯ２からなるもので、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にしてスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００８６】
絶縁膜５６の上には、それぞれ図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層５８ａ，５８ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【００８７】
図１９の工程では、レジスト層５８ａ，５８ｂを選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜５６をパターニングしてハードマスク５６ａ，５６ｂを形成する。ハードマスク５６ａ，５６ｂは、それぞれレジスト層５８ａ，５８ｂに対応した絶縁膜５６の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜５６のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【００８８】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層５８ａ，５８ｂを除去し、ハードマスク５６ａ，５６ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【００８９】
図２０の工程では、ハードマスク５６ａ，５６ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝６０を層５０内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することにより磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を得る。磁気トンネル接合部ＡＴａ（又はＴＭＲ素子Ｔａ）は、層５２，５４の残存部５２ａ，５４ａを含むと共に、磁気トンネル接合部ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔｂ）は、層５２，５４の残存部５２ｂ，５４ｂを含み、層５０は、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂに共通に配置された状態となる。磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂの詳細な構成は、図２に関して前述したと同様であり、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂの詳細な構成は、図１４又は図１６に関して前述したと同様である。なお、イオンミリング処理における処理条件及びエッチング終点検出法は、図２に関して前述したのと同様にすることができる。
【００９０】
図２０のイオンミリング工程では、分離溝６０の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２が形成される。堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２は、ハードマスク５６ａ，５６ｂの絶縁材成分、層５０，５４の金属成分等を含むが、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、容易に除去可能である。
【００９１】
図２１の工程では、一例として、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施すことにより堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２を分離溝６０の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から除去する。この後、必要に応じて図２に関して前述したようなクリーニングミリング処理を追加してもよい。この処理により一層の清浄化が可能になると共に側壁形状は一層テーパー状となる。
【００９２】
堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２等のエッチング生成物を除去したので、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。なお、ハードマスク５６ａ，５６ｂは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【００９３】
次に、図２２の工程では、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜６２をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜６２は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、５０〜３００ｎｍ（好ましくは２００ｎｍ）とすることができる。
【００９４】
図２３の工程では、絶縁膜６２を覆って図１３の２６ａに示すように四辺形状の電極パターンを有するレジスト層６４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層６４は、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を覆うように形成する。このときのレジスト厚さは、８０〜６００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００９５】
図２４の工程では、レジスト層６４を選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜６２をパターニングしてハードマスク６２Ａを形成する。絶縁膜６２のパターニング処理は、図５に関して前述した絶縁膜４０のパターニング処理と同様にして行なうことができる。
【００９６】
図２５の工程では、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層６４を除去し、ハードマスク６２Ａを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。このようにすると、レジスト除去面を一層清浄化することができる。
【００９７】
図２６の工程では、ハードマスク６２Ａを選択マスクとするイオンミリング処理により下磁性層５０に分離溝６４を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、下磁性層５０の一部５０ａが分離溝６４で取囲まれた形で残存する。
【００９８】
図１８に示した下磁性層５０が図１に示したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層した構成である場合、図２０の工程で反強磁性層２６に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図７に示したように層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａの積層からなり、この積層がＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。また、図２０の工程で導電材層２４に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１５に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ１の積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ２の積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【００９９】
図１８に示した下磁性層５０が図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねた構成である場合、図２０の工程で導電材層２４に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１７に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ａの積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ｂの積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１００】
図２６のイオンミリング工程では、分離溝３８，４４の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５が形成される。これらの堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５は、残しておいても素子特性上問題はないが、歩留りの低下を防ぐためには除去するのが望ましい。
【０１０１】
図２７の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法によハードマスク６２Ａの表面を薄く溶解させて堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５を除去する。薄くなったハードマスク６２Ａは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【０１０２】
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１０３】
上記した第２の実施形態の製法によれば、第１の実施形態の製法に関して前述した理由に加えて、図１８，１９の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図２０の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく磁気トンネル接合部（又はＴＭＲ素子）を形成できること、図２１の工程では側壁堆積膜を除去したため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の電極層間で電気的な短絡やリークを防げることなど理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１０４】
図２８〜３３は、この発明の第３の実施形態に係る磁気センサの製法を示すもので、図１８〜２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０５】
図２８の工程では、基板２０の表面を覆う絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２及び上磁性層５４を積層状に形成する。層５０〜５４の形成は、図１８に関して前述したと同様にして行なうことができる。
【０１０６】
上磁性層５４の上には、図１３の２６ａに示したような四辺形状の電極パターンを有するレジスト層７０をホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、０．３〜２．０μｍとすることができる。
【０１０７】
図２９の工程では、レジスト層７０を選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝７２を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、層５０，５２，５４の部分５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層が分離溝７２で取囲まれた形で残存する。また、イオンミリング処理では、分離溝７２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ３１が形成される。堆積膜ＤＰ３１は層７０のレジスト変性成分、層５０，５４の金属成分等を含む。
【０１０８】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層７０を除去する。このような除去処理によっても堆積膜ＤＰ３１やレジスト残渣Ｒ１１〜Ｒ１４を十分に除去できないときは、図２に関して前述したようなクリーニングミリング処理を施すことにより堆積膜ＤＰ３１やレジスト残渣Ｒ１１〜Ｒ１４を除去することができる。
【０１０９】
図３０の工程では、層５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層と分離溝７２とを覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜７４をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜７４は，図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１１０】
図３１の工程では、絶縁膜７４の上に図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層７６ａ，７６ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１１１】
図３２の工程では、レジスト層７６ａ，７６ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法により絶縁膜７４をパターニングしてハードマスク７４ａ，７４ｂを形成する。ハードマスク７４ａ，７４ｂは、それぞれレジスト層７６ａ，７６ｂに対応した絶縁膜７４の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜７４のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１１２】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層７６ａ，７６ｂを除去し、ハードマスク７４ａ，７４ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１１３】
図３３の工程では、ハードマスク７４ａ，７４ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０Ａ〜５４Ａの積層に分離溝７８を層５０Ａ内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ａ、５４ａを含むと共に、ＴＭＲ素子Ｔｂは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ｂ、５４ｂを含み、層５０Ａの残存部５０ａは、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通に配置された状態となる。
【０１１４】
図２８に示した下磁性層５０が図１に示したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層した構成である場合、図３３の工程で反強磁性層２６に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図７に示したように層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａの積層からなり、この積層がＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。また、図３３の工程で導電材層２４に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１５に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ１の積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ２の積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１１５】
図２８に示した下磁性層５０が図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねた構成である場合、図３３の工程で導電材層２４に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１７に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ａの積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ｂの積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１１６】
図３３のイオンミリング工程では、分離溝７２，７８の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜（図示せず）が形成される。これらの堆積膜は、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生する原因となるものであり、除去する必要がある。
【０１１７】
図３３の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法により分離溝７２，７８の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から堆積膜を除去する。このとき、ハードマスク７４ａ，７４ｂの表面が薄く溶解される。薄くなったハードマスク７４ａ，７４ｂは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１１８】
上記した第３の実施形態の製法によれば、図３１，３２の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図３３の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よくＴＭＲ素子を形成できること、図３３の工程では側壁堆積膜を除去したため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークを防げることなど理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１１９】
図３４〜３９は、この発明の第４の実施形態に係る磁気センサの製法を示すもので、図１８〜２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２０】
図３４の工程では、基板２０の表面を覆う絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２及び上磁性層５４を積層状に形成する。層５０〜５４の形成は、図１８に関して前述したと同様にして行なうことができる。
【０１２１】
上磁性層５４の上には、例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜８０を形成する。絶縁膜８０は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にしてスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１２２】
絶縁膜８０の上には、図１３の２６ａに示すような四辺形状の電極パターンを有するレジスト層８２をホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１２３】
図３５の工程では、レジスト層８２を選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜８０をパターニングしてハードマスク８０Ａを形成する。ハードマスク８０Ａは、レジスト層８２に対応した絶縁膜８０の残存部分からなる。絶縁膜８０のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１２４】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層８２を除去し、ハードマスク８０Ａを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１２５】
図３６の工程では、ハードマスク８０Ａを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝８４を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、層５０，５２，５４の部分５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層が分離溝８４で取囲まれた形で残存する。また、イオンミリング処理では、分離溝８４の側壁に側壁堆積膜ＤＰ４１が形成される。堆積膜ＤＰ４１は、ハードマスク８０Ａの絶縁材成分、層５０、５４の金属成分等を含むが、レジスト変性成分等の有機物を含まない。
【０１２６】
堆積膜ＤＰ４１は、図１２に関して前述したように希フッ酸等の薬液処理で簡単に除去可能である。しかし、堆積膜ＤＰ４１は、図３８のマスクパターニング処理や図３９のイオンミリング処理で除去されるので、残しておいてもよい。
【０１２７】
図３７の工程では、ハードマスク８０Ａと層５０Ａ〜５４Ａからなる積層と分離溝８４とを覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜８６をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜８６は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１２８】
図３８の工程では、絶縁膜８６の上に図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層８８ａ，８８ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１２９】
次に、レジスト層８８ａ，８８ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法によりハードマスク８０Ａと絶縁膜８６との積層をパターニングしてハードマスク８０ａ，８０ｂ，８６ａ，８６ｂを形成する。ハードマスク８０ａ，８０ｂは、それぞれレジスト層８８ａ，８８ｂに対応したハードマスク８０Ａの第１、第２の残存部分からなると共に、ハードマスク８６ａ，８６ｂは、それぞれレジスト層８８ａ，８８ｂに対応した絶縁膜８６の第１，第２の残存部分からなる。ハードマスク８０Ａ及び絶縁膜８６の積層のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１３０】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層８８ａ，８８ｂを除去し、ハードマスク８０ａ，８６ａの積層とハードマスク８０ｂ，８６ｂの積層とを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１３１】
図３９の工程では、ハードマスク８０ａ，８６ａの積層とハードマスク８０ｂ，８６ｂの積層とを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０Ａ〜５４Ａの積層に分離溝９０を層５０Ａ内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ａ、５４ａを含むと共に、ＴＭＲ素子Ｔｂは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ｂ、５４ｂを含み、層５０Ａの残存部５０ａは、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通に配置された状態となる。残存する下磁性層５０ａによるＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂの接続形態は、図３４の工程での下磁性層５０の構成と図３９の工程での分離溝９０の深さとに応じて３通りありうるが、各々の接続形態の詳細については図３３の工程に関連して図７，図１５及び図１７を参照して前述したと同様である。
【０１３２】
図３９のイオンミリング工程では、分離溝８４，９０の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜（図示せず）が形成される。これらの堆積膜は、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生する原因となるものであり、除去する必要がある。
【０１３３】
図３９の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法により分離溝８４，９０の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から堆積膜を除去する。このとき、ハードマスク８６ａ，８６ｂの表面が薄く溶解される。薄くなったハードマスク８６ａ，８６ｂは、ハードマスク８０ａ，８０ｂと共に残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【０１３４】
また、ハードマスク８６ａ，８６ｂが丁度消費されてなくなり、ハードマスク８０ａ，８０ｂのみとなるようにイオンミリング条件を調整してもよい。このようにすると、層間絶縁膜を薄くしたり、マスク用絶縁膜８６の厚さを小さくしたりすることが可能となり、微細パターニングを精度よく行なえる。
【０１３５】
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１３６】
上記した第４の実施形態の製法によれば、第３の実施形態の製法に関して前述した理由に加えて、図３４，３５の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図３６の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく電極形状を決定できること、図３６の工程で生じた側壁堆積膜を図３８，３９の工程で簡単に除去できるため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークを防げることなどの理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１３７】
なお、この発明は、上記したような磁気センサに限らず、他の磁気センサ、磁気メモリ、磁気ヘッド等のＴＭＲ素子応用製品の製造にも適用することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、磁気トンネル接合部の側壁を覆う保護膜としてパターニングに用いた絶縁性ハードマスクを用いるようにしたので、高信頼且つ製造容易な磁気トンネル接合素子を実現できる効果が得られる。
【０１３９】
また、磁気トンネル接合部においてトンネルバリア層の端部に選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去した後、絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理により磁気トンネル接合部の下に電極層を形成したり、磁気トンネル接合積層の残存部に絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合部を形成した後、磁気トンネル接合部においてトンネルバリア層の端部に選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去したりするので、トンネルバリア層の上下の金属層間に電気的な短絡やリークが発生するのを防止でき、ＴＭＲ素子の製造歩留りが向上すると共にＴＭＲ素子の特性劣化を防止できる効果が得られる。その上、この発明の製法では、酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリング処理を行なう必要がないので、エッチング終点の検出精度が低下しない利点もある。
【０１４０】
さらに、絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理では、エッチング生成物がレジスト変性成分等の有機物を含まないので、磁気トンネル接合部の側壁に付着したエッチング生成物を有機溶媒等を用いずに簡単に除去することができ、コスト低減が可能になる効果も得られる。また、微細なパターンの形成が容易であると共に加工精度が高い利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２】 図１の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３】 図２の工程に続く絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図４】 図３の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図５】 図４の工程に続くマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図６】 図５の工程に続くレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図７】 図６の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図８】 図７の工程に続く絶縁膜形成工程及び接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図９】 図８の工程に続く配線形成工程を示す基板断面図である。
【図１０】 図２のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図１１】 図７のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図１２】 図７のイオンミリング工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図１３】 ＴＭＲ素子の接続状況を示す上面図である。
【図１４】 図２の工程の変形例を示す基板断面図である。
【図１５】 図１４の変形例における分離溝形成工程を示す基板断面図である。
【図１６】 図２の工程の他の変形例を示す基板断面図である。
【図１７】 図１６の変形例における分離溝形成工程を示す基板断面図である。
【図１８】 この発明の第２の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図１９】 図１８の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図２０】 図１９の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図２１】 図２０の工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図２２】 図２１の工程に続く絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図２３】 図２２の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２４】 図２３の工程に続くマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図２５】 図２４の工程に続くレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図２６】 図２５の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図２７】 図２６の工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図２８】 この発明の第３の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２９】 図２８の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３０】 図２９の工程に続く側壁堆積膜除去工程及び絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図３１】 図３０の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図３２】 図３１の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３３】 図３２の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３４】 この発明の第４の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程、絶縁膜形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図３５】 図３４の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３６】 図３５の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３７】 図３６の工程に続く側壁堆積膜除去工程及び絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図３８】 図３７の工程に続くレジスト層形成工程及びマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図３９】 図３８の工程に続くレジスト除去工程、イオンミリング工程及び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図４０】 従来の磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図４１】 図４０の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図４２】 図４１の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図４３】 図４２の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図４４】 図４３の工程に続く絶縁膜形成工程及び接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図４５】 図４４の工程に続く配線形成工程を示す基板断面図である。
【図４６】 図４１のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図４７】 図４３のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【符号の説明】
２０：半導体基板、２２：絶縁膜、２４，３４：導電材層、２６，３３ａ〜３３ｃ：反強磁性層、２８，３２：強磁性層、３０，５２：トンネルバリア層、３６ａ〜３６ｃ，４２ａ，４２ｂ，５８ａ，５８ｂ，６４，７０，７６ａ，７６ｂ，８２，８８ａ，８８ｂ：レジスト層、３８，４４，６０，６４，７２，７８，８４，９０：分離溝、４０，５６，６２，７４，８０，８６：マスク用絶縁膜、４０ａ，４０ｂ，５６ａ，５６ｂ，６２Ａ，７４ａ，７４ｂ，８０Ａ，８０ａ，８０ｂ，８６ａ，８６ｂ：ハードマスク、４６：層間絶縁膜、４６ａ〜４６ｃ：接続孔、４８ａ，４８ｂ：配線層、５０：下磁性層、５４：上磁性層、ＡＴａ〜ＡＴｃ：磁気トンネル接合部、Ｔａ〜Ｔｃ：ＴＭＲ素子、ＤＰ１１〜ＤＰ１３，ＤＰ２１〜ＤＰ２５，ＤＰ３１，ＤＰ４１：側壁堆積膜、Ｒ１１〜Ｒ１４：レジスト残渣。
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気センサ等に用いられる磁気トンネル接合素子とその製法に関するものである。この後の説明では、磁気トンネル接合素子をＴＭＲ素子と略記する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のＴＭＲ素子を備えた磁気センサの製法としては、図４０〜４５に示すものが提案されている（例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願平１１−３６８７７６号参照）。
【０００３】
図４０の工程では、シリコン基板１の表面を覆う酸化シリコン膜２の上に下電極層としてのＣｒ層３と、反強磁性層としてのＲｈ−Ｍｎ合金層４と、下強磁性層としてのＮｉ−Ｆｅ合金層５とを順次に重ねてスパッタ法で形成した後、Ｎｉ−Ｆｅ合金層５の上にＡｌ層を形成して酸化することによりトンネルバリア層としてのアルミナ層６を形成し、アルミナ層６の上に上強磁性層としてのＮｉ−Ｆｅ合金／Ｃｏ積層（Ｃｏが下層）７と、上電極層としてのＭｏ層８とを順次に重ねてスパッタ法で形成する。Ｍｏ層８の上には、それぞれ図１３の２６ａ，２６ｂに示すような四辺形状のパターンを有するレジスト層９ａ，９ｂを周知のホトリソグラフィ処理により形成する。
【０００４】
次に、図４１の工程では、レジスト層９ａ，９ｂをマスクとする選択的イオンミリング処理により層３〜８の積層に分離溝１０を酸化シリコン膜２に達するように形成することにより該積層を層３〜８の部分３ａ〜８ａからなる第１の積層部分と層３〜８の部分３ｂ〜８ｂからなる第２の積層部分とに分離する。この後、レジスト層９ａ，９ｂを除去する。
【０００５】
図４１のイオンミリング工程では、図４６に示したように分離溝１０の側壁に側壁堆積膜ＤＰ１が形成される。側壁堆積膜ＤＰ１は、レジスト層９ａ，９ｂがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性成分（有機物）を多量に含むもので、その他にも層３ａ〜５ａ，７ａ，８ａの金属成分や酸化シリコン膜２の構成成分等を含んでいる。
【０００６】
図４１のレジスト除去工程では、レジスト層９ａ，９ｂに対してＯ２プラズマによるアッシング処理を施した後、有機剥離液を用いて剥離処理を施す。しかし、このような処理を施しても、側壁堆積膜ＤＰ１を完全に除去するのは困難であり、しかもレジスト残渣Ｒ１，Ｒ２が残留する。レジスト残渣Ｒ１，Ｒ２は、レジスト層９ａ，９ｂに由来するレジスト変性成分の他に、金属成分やＳｉＯ２等の成分を含んでいるため、有機溶媒等を用いるレジスト除去処理によって完全に除去するのが困難である。
【０００７】
図４２の工程では、図４１の工程で得られた第１及び第２の積層部分の上にそれぞれレジスト層９ｃ，９ｄ及びレジスト層９ｅをホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層９ｃ，９ｄ，９ｅのパターンは、図１３のＴａ，Ｔｂ，Ｔｃに示すような四辺形状のパターンとする。
【０００８】
図４３の工程では、レジスト層９ｃ〜９ｅをマスクとする選択的イオンミリング処理（又は選択的ウエットエッチング処理）により第１及び第２の積層部分に分離溝１２を層部分４ａ，４ｂに達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、分離溝１０で囲まれた層３，４の部分３ａ，４ａと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ａ１〜８ａ１との積層からなり、ＴＭＲ素子Ｔｂは、分離溝１０で囲まれた層３，４の部分３ａ，４ａと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ａ２〜８ａ２との積層からなる。層部分３ａ，４ａの積層は、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通の電極層であり、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続している。ＴＭＲ素子Ｔｃは、分離溝１０で層部分３ａ、４ａから分離された層３，４の部分３ｂ，４ｂと分離溝１２で囲まれた層５〜８の部分５ｂ〜８ｂとの積層からなる。イオンミリング処理の後、レジスト層９ｃ〜９ｅを除去する。
【０００９】
図４３のイオンミリング工程では、図４１の工程に関して前述したと同様にして図４７に示すように分離溝１０，１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３が形成される。そして、図４３のレジスト除去工程では、図４１の工程に関して前述したと同様にしてアッシング処理及び有機剥離液処理を行なうが、このようにしても、側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３を完全に除去するのが困難であり、しかもレジスト残渣Ｒ３〜Ｒ６が残留する。側壁堆積膜ＤＰ２，ＤＰ３は、レジスト層９ｃ〜９ｅがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性成分（有機物）を多量に含むもので、その他にも層３ａ〜５ａ，７ａ、８ａの金属成分及び酸化シリコン膜２の構成成分等を含んでいる。レジスト残渣Ｒ３〜Ｒ６は、レジスト層９ｃ〜９ｅに由来するレジスト変性成分を主体とするものである。なお、図４３のレジスト除去工程では、分離溝１２の側壁において側壁堆積膜ＤＰ２がない個所にレジスト残渣が残留することもある。
【００１０】
図４４の工程では、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃ及び分離溝１０，１２を覆って基板上面にスパッタ法により層間絶縁膜としての酸化シリコン膜１３を形成する。そして、選択的イオンミリング処理によりＴＭＲ素子Ｔａ〜ＴｃのＭｏ層８ａ１，８ａ２，８ｂにそれぞれ対応する接続孔１３ａ〜１３ｃを酸化シリコン膜１３に形成する。
【００１１】
図４５の工程では、酸化シリコン膜１３の上に接続孔１３ａ〜１３ｃを覆ってＡｌをスパッタ法で被着した後、その被着層を選択的イオンミリング処理によりパターニングして配線層としてのＡｌ層１４ａ，１４ｂを形成する。Ａｌ層１４ａは、接続孔１３ａを介してＴＭＲ素子ＴａのＭｏ層８ａ１に接続され、Ａｌ層１４ｂは、接続孔１３ｂ，１３ｃを介してＴＭＲ素子Ｔｂ，ＴｃのＭｏ層８ａ２，８ｂを相互接続する。この結果、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃは、直列接続されたことになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、次の（ａ）〜（ｃ）のような問題点がある。
【００１３】
（ａ）選択マスクとしてのレジスト層は、イオンミリングにより削られやすいので、図４１，４３の工程では、レジスト層９ａ〜９ｅを０．６〜２．０μｍ程度に厚く形成する必要があり、微細加工に適していない。すなわち、厚いレジスト層では、微細パターンの形成が困難であると共にパターン倒れが起こりやすく、しかも角度ミリングでの加工時には影となる部分が生ずるため加工精度が低下する。
【００１４】
（ｂ）分離溝１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２やレジスト残渣が残留すると、トンネルバリア層６ａの上下の金属層間で電気的な短絡やリークが生ずる原因となり、歩留りの低下や素子特性の劣化を招く。また、図４６，４７に示したようにレジスト残渣Ｒ１〜Ｒ６が残留すると、パーティクル発生の原因となり、歩留りの低下を招く。
【００１５】
（ｃ）図４３のイオンミリング工程で分離溝１２を形成する際に分離溝１０の底部で酸化シリコン膜がエッチングされるため、分離溝１０の深さＤがエッチング分だけ増大し、分離溝１０の段差が急峻となる。このため、図４４の工程でスパッタ法により酸化シリコン膜１３を形成すると、分離溝１０の開口端近傍で膜欠陥が生じやすく、図４５の工程でＡｌ層１４ｂを形成すると、Ａｌ層１４ｂと層部分４ａとが膜欠陥を介して短絡する不良を生ずることがある。なお、スパッタ法に比べて段差被覆性が良好なＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法は、膜欠陥は生じないものの、４００℃程度の処理となり、ＴＭＲ素子が高温に弱いため、酸化シリコン膜１３の形成に適していない。
【００１６】
上記（ｂ）の問題点に対処する方法としては、酸又はアルカリ等の溶液により側壁堆積膜やレジスト残渣を除去する処理が考えられる。しかし、このような処理は、極めて薄いトンネルバリア層にダメージを与えたり、トンネルバリア層の上下の金属層をエッチングして形状悪化を招いたりするので、得策でない。また、レジスト変性成分を含む側壁堆積膜を有機溶媒等を用いて除去する処理では、人体や環境に有害な物質を使用しなければならず、有機廃液の処理のためにコスト上昇を招く。
【００１７】
上記（ｂ）の問題点に関してＴＭＲ素子のリーク電流を低減する方法としては、磁気トンネル接合積層を選択的イオンミリング処理によりパターニングしてＴＭＲ素子を形成する際に酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリングを行なうことによりＴＭＲ素子の側壁に酸化物又は窒化物からなる絶縁層を形成するものが知られている（例えば、特開２００１−５２３１６号公報参照）。このようなイオンミリング処理を図４３の工程で採用した場合、エッチング終点の検出に困難を伴うという問題点がある。すなわち、図４３のイオンミリング処理では、エッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることが多い。この方法を用いた場合、反強磁性層としてのＲｈ−Ｍｎ合金層４ａ，４ｂの構成原子に基づく発光を検出してイオンミリングを停止する。酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリングを行なう場合、酸素又は窒素を含まない雰囲気中でイオンミリングを行なう場合に比べてエッチレートが低下するため、単位時間当りの励起原子の発生量が減少し、発光検出に必要な信号強度が低下する。このため、エッチング終点の検出精度が低下し、アンダーエッチングによりＴＭＲ素子Ｔｂ，Ｔｃ間の短絡を招いたり、オーバーエッチングによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ間で接続抵抗の増大（更には断線）を招いたりする。その上、図４３の工程の前に分離溝１０を形成しておくと、図４３の工程においてＲｈ−Ｍｎ合金層４ａ，４ｂの露出面積が分離溝１０に相当する分だけ減少するため、発光検出に必要な信号強度は更に低下することになる。従って、エッチング終点の検出が一層困難となり、アンダーエッチング又はオーバーエッチングが一層発生しやすくなる。
【００１８】
上記（ｃ）の問題点に対処する方法としては、図４３対応のイオンミリング工程の後、図４１対応のイオンミリング工程を実施する方法が提案されている（例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願２００１−２８８８０９号参照）。この方法によれば、分離溝１２を形成した後、分離溝１０を形成することになるので、分離溝１０の段差を低くすることができ、層間絶縁膜（酸化シリコン膜１３に対応）の膜欠陥に基づく配線の短絡不良を防止することができる。また、図４３対応のイオンミリング工程において分離溝１０がない分だけ発光検出に必要な信号強度を増大させることができる。
【００１９】
しかしながら、イオンミリングの選択マスクとしてレジスト層（レジスト層９ａ〜９ｅに対応）を用いるので、上記（ａ）及び（ｂ）と同様の問題点を免れない。例えば、上記（ｂ）の問題点に関しては、図４３対応のイオンミリング工程では、図４７に示すように分離溝１２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ２が形成されたり、図４３対応のレジスト除去工程では、側壁堆積膜ＤＰ２やレジスト残渣Ｒ３〜Ｒ５が残留したりする。また、図４１対応のイオンミリング工程に先立って選択マスクとしてのレジスト層を形成する工程では、分離溝１２の側壁にレジスト等が付着して汚染を招くことがある。さらに、図４１対応のイオンミリング工程では、図４７に示すように分離溝１０の側壁に側壁堆積膜ＤＰ３が形成されたり、図４１対応のレジスト除去工程では、側壁堆積膜ＤＰ３やレジスト残渣Ｒ６が残留したり、分離溝１２の側壁において側壁堆積膜ＤＰ２がない個所にレジスト残渣が残留したりする。従って、トンネルバリア層６ａの上下の金属層間で電気的な短絡やリークが起こりやすい。
【００２０】
この発明の目的は、高信頼且つ製造容易なＴＭＲ素子を提供することにある。
【００２１】
この発明の他の目的は、高い製造歩留りを得ることができる新規なＴＭＲ素子の製法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＴＭＲ素子は、
絶縁性の一主面を有する基板と、
前記一主面に形成された磁気トンネル接合部であって、前記一主面に下から順に第１の導電材層、反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び第２の導電材層を重ねるか又は前記一主面に下から順に第１の導電材層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層、反強磁性層及び第２の導電材層を重ねて構成されたものと、
前記磁気トンネル接合部の側壁を覆う保護膜であって、前記第１の導電材層と前記反強磁性層との積層又は前記第１の導電材層をパターニングする際に用いられた絶縁性ハードマスクからなるものと
を備えたものである。
【００２３】
この発明のＴＭＲ素子によれば、磁気トンネル接合部の側壁が絶縁性ハードマスクからなる保護膜で覆われるので、安定した動作が可能であり、信頼性が向上する。また、絶縁性ハードマスクとしては、第１の導電材層と反強磁性層との積層又は第１の導電材層をパターニングする際に用いた絶縁性ハードマスクを除去しないで残しておくだけでよく、保護膜形成のための特別な工程が不要であるので、製造が容易である。
【００２４】
この発明に係る第１のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含むものである。
【００２５】
第１のＴＭＲ素子の製法によれば、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を含む積層に第１の選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合部を形成した後、トンネルバリア層の端部に第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去してから磁気トンネル接合部と反強磁性層の露呈部とを覆ってハードマスクを形成するので、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）においてハードマスクの下にエッチング生成物等が残留するのを防ぐことが出来る。また、第２の選択エッチング処理によりハードマスクを形成する際には、磁気トンネル接合部がマスク用絶縁膜で覆われるため、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）にレジスト等が付着するのを防ぐことができる。さらに、ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により電極層を形成する際には、磁気トンネル接合部がハードマスクで覆われるため、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）にエッチング生成物等が直接付着するのを防ぐことができる。従って、磁気トンネル接合部の側壁においてトンネルバリア層の上下の金属層がエッチング生成物等により接続されることがなくなり、電気的な短絡やリークを防止することができる。
【００２６】
その上、ハードマスクを形成するための第２の選択エッチング処理では、マスク用絶縁膜の材料として、レジストよりイオンミリングレート（エッチングレート）が遅いＳｉＯ２等の材料を選定するのが容易であり、マスク用絶縁膜を薄くすることができる。このため、マスク用絶縁膜をパターニングする際に選択マスクとして用いるレジスト層を薄くすることができる。従って、微細パターンの形成が容易であると共にパターン倒れが起こりにくく、しかも角度ミリングでの加工時に影となる部分が少ないため加工精度が向上する。なお、ハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用することもできる。
【００２７】
第１のＴＭＲ素子の製法においては、第１の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合積層を導電材層に達するまでエッチングすることにより磁気トンネル接合積層の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成してもよい。この場合、ハードマスクは、磁気トンネル接合部と導電材層の露呈部とを覆うように形成し、電極層を形成する工程では、導電材層にハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理を施すことにより導電材層の残存部分からなる電極層を形成する。このようにすると、第１のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。その上、電極層が導電材層の単層で構成されるため、導電材層と反強磁性層との積層で構成される場合に比べて電極層の端部での段差を低くすることができる。
【００２８】
第１のＴＭＲ素子の製法において第１の変形例を採用した場合には、第２の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合積層を形成する工程では、導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて磁気トンネル接合積層を形成してもよい。この場合、他の工程は、第１のＴＭＲ素子の製法及び第１の変形例に関して前述したと同様に実行する。このようにすると、第１のＴＭＲ素子の製法及び第１の変形例に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００２９】
第１のＴＭＲ素子の製法においては、電極層を形成した後、ハードマスク及び電極層に第３の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去するようにしてもよい。このことは、第１又は第２の変形例を採用した場合についても同様である。堆積物は、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に除去することができる。このようにすると、パーティクルの発生が抑制され、歩留りの向上が可能になる。
【００３０】
この発明に係る第２のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第２の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含むものである。
【００３１】
第２のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成した後、第１のマスク用絶縁膜に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して第１のハードマスクを形成し、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理により磁気トンネル接合積層を反強磁性層に達するまでエッチングして磁気トンネル接合部を形成するので、第２の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まず、堆積物を除去する工程では、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に堆積物を除去することができる。有機溶媒等を使用しなくてよいので、人体や環境に有害な物質の使用量を削減することができ、工程の簡素化及びコストの低減が可能になる。
【００３２】
また、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理により磁気トンネル接合部を形成するので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。
【００３３】
磁気トンネル接合部を形成する工程より後の工程（堆積物除去工程、第２のハードマスクを用いる電極層形成工程等）は、第１のＴＭＲ素子の製法に関して前述したものと同様であり、前述したと同様の作用効果が得られる。
【００３４】
第２のＴＭＲ素子の製法においては、前述した第１の変形例と同様の変更を加えてもよく、第１の変形例を採用した場合には、前述した第２の変形例と同様の変更を加えてもよい。なお、第１のハードマスクは、除去しないで残しておき、その上に第２のハードマスクを形成してもよい。第１及び第２のハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用するようにしてもよい。
【００３５】
第２のＴＭＲ素子の製法においては、電極層を形成した後、第２のハードマスク及び電極層に第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去するようにしてもよい。このことは、第１又は第２の変形例を採用した場合についても同様である。堆積物は、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に除去することができる。このようにすると、パーティクルの発生が抑制され、歩留りの向上が可能になる。
【００３６】
この発明に係る第３のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させるように前記磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施す工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第３の選択エッチングの際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含むものである。
【００３７】
第３のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させた後、磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってハードマスクを形成し、このハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により磁気トンネル接合積層の残存部を反強磁性層に達するまでエッチングして磁気トンネル接合部を形成するので、第３の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合部の側壁（特にトンネルバリア層の端部）に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まない。このため、堆積物を除去する工程では、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いて簡単に堆積物を除去することができる。従って、トンネルバリア層の上下の金属層間に電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理により磁気トンネル接合部を形成するので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。なお、ハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用することもできる。
【００３９】
第３のＴＭＲ素子の製法においては、第３の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気トンネル接合積層の残存部を選択エッチング処理により導電材層に達するまでエッチングすることにより反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に導電材層の残存部分からなる電極層を残存させる。このようにしても、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００４０】
第３のＴＭＲ素子の製法において、第３の変形例を採用した場合には、第４の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合積層を形成する工程では、第１の導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成してもよい。この場合、他の工程は、第３のＴＭＲ素子の製法及び第３の変形例に関して前述したと同様に実行する。このようにすると、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得られる。
【００４１】
この発明に係る第４のＴＭＲ素子の製法は、
基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施すことにより前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合積層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含むものである。
【００４２】
第４のＴＭＲ素子の製法によれば、磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成した後、第１のマスク用絶縁膜に所望の電極パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して第１のハードマスクを形成し、第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を磁気トンネル接合積層に施して磁気トンネル接合積層を電極パターンに従って残存させるので、微細パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上する。また、第２の選択エッチング処理では、磁気トンネル接合積層の残存部の側壁に付着する堆積物がレジスト変性成分等の有機物を含まないため、有機溶媒等を用いなくても、希フッ酸等を用いる薬液処理で簡単に堆積物を除去することができる。
【００４３】
磁気トンネル接合積層を電極パターンに従って残存させる工程より後の工程（第２のハードマスクを用いる磁気トンネル接合部形成工程、堆積物除去工程等）は、第３のＴＭＲ素子の製法に関して前述したものと同様であり、同様の作用効果が得られる。
【００４４】
第４のＴＭＲ素子の製法においては、前述の第３又は第４の変形例と同様の変更を加えてもよい。なお、第１のハードマスクは、除去しないで残しておき、その上に第２のハードマスクを形成してもよい。第１及び第２のハードマスクは、除去しないで残しておき、層間絶縁膜の一部として利用するようにしてもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１〜９は、この発明の第１の実施形態に係るＴＭＲ素子を備えた磁気センサの製法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（９）を順次に説明する。
【００４６】
（１）例えばシリコンからなる半導体基板２０の表面に熱酸化法により酸化シリコンからなる絶縁膜２２を形成する。表面に絶縁膜２２を形成した半導体基板２０の代りに、ガラス又は石英等からなる絶縁性基板を用いてもよい。次に、絶縁膜２２の上には、スパッタ法によりＣｒからなる導電材層２４を１０〜３０ｎｍの厚さに形成する。導電材層２４としては、Ｔｉの単層又はＴｉ層にＣｕ層を重ねた積層等を用いてもよく、あるいはＷ，Ｔａ，Ａｕ，Ｍｏ等の導電性非磁性金属材料を用いてもよい。
【００４７】
次に、導電材層２４の上には、スパッタ法によりＰｔ−Ｍｎ合金からなる反強磁性層２６を３０〜５０ｎｍの厚さに形成する。反強磁性層２６としては、Ｒｈ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金等を用いてもよい。この後、反強磁性層２６の上には、スパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性層２８を１０ｎｍの厚さに形成する。強磁性層２８としては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれかの金属、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのうちの２つ以上の金属の合金又は金属間化合物等を用いてもよく、あるいはＮｉ−Ｆｅ合金層２８の下にＣｏ層を敷くなどして積層構造のものを用いてもよい。
【００４８】
次に、強磁性層２８の上には、スパッタ法によりＡｌ層を１〜２ｎｍの厚さに形成する。そして、Ａｌ層に酸化処理を施すことによりアルミナ（酸化アルミニウム）からなるトンネルバリア層３０を形成する。トンネルバリア層３０としては、金属又は半導体を改変した酸化物（例えばＴｉＯｘ，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ２＋ＳｉＯ２［サイアロン］）、窒化物（例えばＡｌＮ，Ｓｉ３Ｎ４）、酸化窒化物（例えばＡｌＮ＋Ａｌ２Ｏ３）等を用いてもよい。
【００４９】
次に、トンネルバリア層３０の上には、スパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性層３２を２０〜１００ｎｍの厚さに形成する。強磁性層３２としては、強磁性層２８に関して前述したと同様の強磁性層を用いることができる。この後、強磁性層３２の上には、スパッタ法によりＭｏからなる導電材層３４を３０〜６０ｎｍの厚さに形成する。導電材層３４としては、Ｍｏの代りに、導電材層２４に関して前述したと同様の金属材料を用いてもよい。
【００５０】
次に、導電材層３４の上には、それぞれ図１３のＴａ，Ｔｂ，Ｔｃに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層３６ａ，３６ｂ，３６ｃをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、０．３〜２．０μｍとすることができる。
【００５１】
（２）レジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとする選択的イオンミリング処理により層２８〜３４の積層に分離溝３８を反強磁性層２６に達するように形成することにより磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ，ＡＴｃを得る。磁気トンネル接合部ＡＴａは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ａ〜３４ａの積層からなり、磁気トンネル接合部ＡＴｂは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ｂ〜３４ｂの積層からなり、磁気トンネル接合部ＡＴｃは、分離溝３８で囲まれた層２８〜３４の部分２８ｃ〜３４ｃの積層からなる。層２４，２６の積層は、磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃに共通に配置されている。
【００５２】
イオンミリング処理における処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：０〜６０度
パワー：５００Ｖ、１９０ｍＡ
とすることができる。エッチング終点の検出法としては、プラズマ発光測定法を用い、反強磁性層２６の構成原子に基づく発光を検出してイオンミリングを停止する。反強磁性層２６の露出面積が大きいため、発光検出に十分な信号強度が得られ、エッチング終点を高精度で検出可能である。
【００５３】
図２のイオンミリング工程では、図１０に示すように分離溝３８の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ１１が形成される。堆積膜ＤＰ１１は、層３６ａ〜３６ｃのレジスト変性成分、層２６，２８，３２，３４の金属成分等を含んでいる。
【００５４】
イオンミリング処理の後、レジスト層３６ａ〜３６ｃを除去する。レジスト除去は、例えばＯ２プラズマによるアッシング処理を施した後、有機剥離液を用いた薬液処理を施すことにより行なうことができる。アッシング処理における処理条件は、一例として、
Ｏ２流量：１００ｓｃｃｍ
圧力：５０ｍＴｏｒｒ
ＲＦパワー：１５０Ｗ
とすることができる。レジスト除去法の他の例としては、アセトン超音波洗浄法等を用いてもよい。なお、独立のレジスト除去工程を設ける代りに、イオンミリング処理中に同時にレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去するようにしてもよい。
【００５５】
上記のようなレジスト除去工程において、図１０に示したような側壁堆積膜ＤＰ１１を分離溝３８の側壁（特に３０ｂ等のトンネルバリア層の端部）から十分に除去するのが望ましいが、より確実な除去を行ないたいときは、クリーニングミリング処理（角度をもたせた短時間のミリング処理）を追加してもよい。クリーニングミリング処理における処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：４５〜８０度（好ましくは６０度）
パワー：５００Ｗ、１９０ｍＡ
とすることができる。このようなミリング処理を追加することにより分離溝３８の側壁から堆積膜ＤＰ１１をきれいに除去することができ、側壁形状は、一層テーパー状となる。
【００５６】
（３）基板上面には、磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃ及び分離溝３８を覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜４０をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜４０の厚さは、５０〜３００ｎｍ（好ましくは２００ｎｍ）とすることができる。絶縁膜４０をスパッタ法で形成する場合、処理条件は、一例として、
処理雰囲気：Ａｒガス
圧力：１〜１０ｍＴｏｒｒ（好ましくは５ｍＴｏｒｒ）
ＲＦパワー：０．５〜２ｋｗ（好ましくは１ｋｗ）
膜厚：５０ｎｍ
とすることができる。また、絶縁膜４０をＣＶＤ法で形成する場合、処理条件は、一例として、
原料：ＳｉＨ４又はＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルソ・シリケート）
Ｏ３又はＯ２流量：８０００ｓｃｃｍ
圧力：１〜１０Ｔｏｒｒ（好ましくは２．２Ｔｏｒｒ）
ＲＦパワー：３００〜１０００ｗ（好ましくは５００ｗ）
膜厚：５０ｎｍ
ヒーター温度：３００℃以下
とすることができる。
【００５７】
（４）絶縁膜４０の上には、図１３の２６ａ，２６ｂに示すように四辺形状の電極パターンを有するレジスト層４２ａ，４２ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層４２ａは、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂを覆うように形成し、レジスト層４２ｂは、磁気トンネル接合部ＡＴｃを覆うように形成する。このときのレジスト厚さは、８０〜６００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００５８】
（５）レジスト層４２ａ，４２ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜４０をパターニングしてハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。ハードマスク４０ａ，４０ｂは、それぞれレジスト層４２ａ，４２ｂに対応した絶縁膜４０の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜４０のパターニング処理をイオンミリング法で行なう場合、処理条件は、一例として、
Ａｒ流量：４ｓｃｃｍ
圧力：２．０×１０−４Ｔｏｒｒ
角度：０〜３０度
パワー：５００Ｖ、１９０ｍＡ
ミリング時間：６．０〜６．５ｍｉｎ程度
とすることができる。また、絶縁膜４０のパターニング処理をドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、一例として、
ガス流量：ＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒ＝３０／５／１００ｓｃｃｍ
圧力：２００ｍＴｏｒｒ
パワー：７００Ｗ
とすることができる。
【００５９】
（６）図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層４２ａ，４２ｂを除去し、ハードマスク４０ａ，４０ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。これらの処理を施すことによりトンネルバリア層へのダメージなしにレジスト除去面を清浄化することができる。
【００６０】
（７）ハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層２４，２６の積層に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより該積層を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離して磁気トンネル接合部ＡＴａ〜ＡＴｃにそれぞれ対応するＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃを得る。第１の接続部分は、層２４、２６の部分２４ａ、２６ａの積層からなるもので、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４、２６の部分２４ｂ、２６ｂの積層からなるもので、ＴＭＲ素子Ｔｃに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、イオンミリングによるエッチング深さに相当するもので、図４３の場合のように増大しない。従って、分離溝４４の段差を低く抑えることができる。なお、イオンミリング処理は、先に図２の処理に関して例示したのと同様の条件で行なうことができる。
【００６１】
図７のイオンミリング工程では、図１１に示すように分離溝３８，４４の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３が形成される。側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３は、ハードマスク４０ａ，４０ｂの絶縁材成分、層２４，２６の金属成分等を含むが、レジスト変性成分を含まない。側壁堆積膜ＤＰ１２が存在しても、分離溝３８の側壁がハードマスク４０ａで覆われているため、３０ｂ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。
【００６２】
側壁堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３は、残しておいても素子特性上問題はないが、後工程で剥離してパーティクルとなり、歩留りを低下させる恐れがある。そこで、図１２に示すように堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３を除去する処理を施してもよい。この処理では、ハードマスク４０ａ，４０ｂの耐薬品性が高いため、種々の薬液を選択可能であり、しかも堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３がレジスト変性成分等の有機物を含まないため、除去が容易である。例えば、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施すことができる。これらの処理では、４０ａ等のハードマスクの表面が薄く溶解されるため、堆積膜ＤＰ１２，ＤＰ１３が浮き上がった状態で除去される。このとき、層２４ａ，２６ａの積層の端部におけるエッチング量は、極くわずかである。４０ａ等の薄くなったハードマスクは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【００６３】
上記のような堆積膜除去処理に加えて、図２のレジスト除去工程に関して前述したと同様のクリーニングミリング処理を追加してもよい。このようにすると、堆積膜を十分に除去可能となり、側壁形状は、一層テーパー状となる。
【００６４】
（８）基板上面には、ハードマスク４０ａ，４０ｂ及び分離溝４４を覆ってスパッタ法により酸化シリコンからなる層間絶縁膜４６を形成する。図７に示したように分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６は、分離溝４４の開口端の近傍部で膜欠陥が発生しにくい。この後、選択的イオンミリング処理によりＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの導電材層３４ａ〜３４ｃにそれぞれ対応する接続孔４６ａ〜４６ｃを絶縁膜４６に形成する。
【００６５】
（９）絶縁膜４６の上には、接続孔４６ａ〜４６ｃを覆ってスパッタ法によりＡｌ等の配線用金属を被着すると共にその被着層を選択的イオンミリング処理（又は選択的ウエットエッチング処理）によりパターニングして配線層４８ａ，４８ｂを形成する。配線層４８ａは、接続孔４６ａを介してＴＭＲ素子Ｔａの導電材層３４ａに接続され、配線層４８ｂは、接続孔４６ｂ，４６ｃを介してＴＭＲ素子Ｔｂ，Ｔｃの導電材層３４ｂ，３４ｃを相互接続する。この結果、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃは、直列接続されたことになる。図１３は、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの接続状況を示すもので、図９は、図１３のＸ−Ｘ’線断面に対応する。
【００６６】
図９の工程では、分離溝４４の開口端の近傍部において絶縁膜４６の欠陥の発生が抑制されるため、配線層４８ｂが反強磁性層２６ａと短絡するような不良を低減することができる。
【００６７】
上記した第１の実施形態の製法によれば、図２の工程ではエッチング終点を高精度で検出できること、図２〜６の工程では分離溝３８の側壁（磁気トンネル接合部の側壁）を清浄化すると共にハードマスクで被覆して分離溝３８の側壁をレジスト汚染から保護できること、図４〜６の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図７の工程では分離溝３８の側壁（磁気トンネル接合部）をハードマスクで保護しつつ電極層を寸法精度よく形成できること、図１２の工程では側壁堆積膜を除去してパーティクルの発生を防止できること、図７の工程で分離溝４４の段差を低くできるため図８の工程では絶縁膜４６の欠陥発生を抑制できることなどの理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【００６８】
図９に示す磁気センサにおいて、ＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃの動作は同様であり、代表として素子Ｔａの動作を説明する。反強磁性層２６ａは、強磁性層２８ａの磁化の向きを固定すべく作用するので、強磁性層２８ａは、磁化固定層となる。一方、強磁性層３２ａは、磁化の向きが自由であり、磁化自由層となる。
【００６９】
導電材層（電極層）２４ａ，３４ａ間に一定の電流を流した状態において基板２０の平面内に外部磁界を印加すると、磁界の向きと強さに応じて強磁性層２８ａ，３２ａ間で磁化の相対角度が変化し、このような相対角度の変化に応じて電極層２４ａ，３４ａ間の電気抵抗値が変化する。従って、このような電気抵抗値の変化に基づいて磁界検出を行なうことができる。
【００７０】
図１４，１５は、上記した第１の実施形態の変形例を示すもので、図１〜９と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
図１４の工程は、図１の工程の後、レジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとして選択的イオンミリング処理を行なう工程であり、分離溝３８を導電材層２４に達するように深く形成する点で図２の工程とは異なるものである。この場合、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは、分離溝３８で囲まれた層２６の部分２６ａ１，２６ａ２，２６ｂをそれぞれ含み、これらの層部分２６ａ１，２６ａ２，２６ｂに共通に導電材層２４が配置された状態となる。イオンミリング処理の後、図２に関して前述したと同様にしてレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去し、必要に応じてクリーニングミリング処理を行なう。図１４の工程では、図２に関して前述したと同様にエッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることができ、高い精度でエッチング終点を検出可能である。
【００７２】
次に、図１５の工程では、図３〜６に関して前述したと同様にして基板上面に絶縁膜からなるハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。そして、ハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により導電材層２４に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより層２４を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離する。第１の接続部分は、層２４の部分２４ａからなるもので、反強磁性層２６ａ１，２６ａ２を相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４の部分２４ｂからなるもので、反強磁性層２６ｂに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、図１４の工程で反強磁性層２６をエッチングしたため、図７の場合に比べて小さくなる。この後、図１２に関して前述したと同様にして分離溝３８，４４の側壁の堆積膜（エッチング生成物）を除去してもよい。
【００７３】
次に、図８に関して前述したと同様に基板上面に層間絶縁膜４６を形成する。このとき、分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６には欠陥が発生しにくい。図８に関して前述したと同様にして絶縁膜４６に接続孔４６ａ〜４６ｃを形成した後、図９に関して前述したと同様にして絶縁膜４６の上に配線層４８ａ，４８ｂを形成する。
【００７４】
図１４，１５の変形例に係る製法によれば、前述した第１の実施形態に係る製法と同様に磁気センサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気センサは、図９に示した磁気センサと同様に動作する。
【００７５】
図１６，１７は、図１〜９に関して前述した第１の実施形態の他の変形例を示すもので、図１〜９と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７６】
図１６，１７の変形例では、図１に対応する工程において、絶縁膜２２の上に下から順に導電材層２４、強磁性層２８、トンネルバリア層３０、強磁性層３２、反強磁性層、導電材層３４を形成する。ここで、強磁性層３２と導電材層３４との間の反強磁性層は、前述した反強磁性層２６と同様のもので、強磁性層３２を磁化固定層とするためのものである。
【００７７】
図１６の工程は、図１に対応する工程の後、図１４に関して前述したと同様にレジスト層３６ａ〜３６ｃをマスクとする選択的イオンミリング処理により分離溝３８を形成してＴＭＲ素子Ｔａ〜Ｔｃを得る工程であり、導電材層３４ａ，３４ｂ，３４ｃの下に（強磁性層３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上に）反強磁性層３３ａ，３３ｂ，３３ｃがそれぞれ存在すると共に強磁性層２８ａ〜２８ｃに共通に導電材層２４が配置された状態になる点で図１４の工程とは異なるものである。イオンミリング処理の後、図２に関して前述したと同様にしてレジスト層３６ａ〜３６ｃを除去し、必要に応じてクリーニングミリング処理を行なう。図１６の工程では、図２に関して前述したと同様にエッチング終点検出法としてプラズマ発光測定法を用いることができ、高い精度でエッチング終点を検出可能である。
【００７８】
次に、図１７の工程では、図３〜６に関して前述したと同様にして基板上面に絶縁膜からなるハードマスク４０ａ，４０ｂを形成する。そして、図１５に関して前述したと同様にしてハードマスク４０ａ，４０ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により導電材層２４に分離溝４４を絶縁膜２２に達するように形成することにより層２４を分離溝４４により第１及び第２の接続部分（電極層）に分離する。第１の接続部分は、層２４の部分２４ａからなるもので、強磁性層２８ａ，２８ｂを相互接続した状態で残される。第２の接続部分は、層２４の部分２４ｂからなるもので、強磁性層２８ｃに接続された状態で残される。分離溝４４の深さＤは、導電材層２４の上に（強磁性層２８ａ〜２８ｃの下に）反強磁性層が存在しないため、図７の場合に比べて小さくなる。この後、図１２に関して前述したと同様にして分離溝３８，４４の側壁の堆積膜（エッチング生成物）を除去してもよい。
【００７９】
次に、図８に関して前述したと同様に基板上面に層間絶縁膜４６を形成する。このとき、分離溝４４の段差が低いので、絶縁膜４６には欠陥が発生しにくい。図８に関して前述したと同様にして絶縁膜４６に接続孔４６ａ〜４６ｃを形成した後、図９に関して前述したと同様にして絶縁膜４６の上に配線層４８ａ，４８ｂを形成する。
【００８０】
図１６，１７の変形例に係る製法によれば、前述した第１の実施形態に係る製法と同様に磁気センサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気センサは、図９に示した磁気センサと同様に動作する。
【００８１】
次に、図１８〜２７を参照してこの発明の第２の実施形態に係る磁気センサの製法を説明する。
【００８２】
図１８の工程では、図１に関して前述したと同様に絶縁膜２２で表面が覆われた基板２０を用意した後、絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２、上磁性層５４及びマスク用絶縁膜５６を積層状に形成する。トンネルバリア層５２は、図１に関して前述したトンネルバリア層３０と同様にして形成することができる。
【００８３】
下磁性層５０は、図１に関して前述したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層したものとすることができ、他の例としては、図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねたものとしてもよい。
【００８４】
上磁性層５４は、図１に関して前述したように強磁性層３２に導電材層３４を重ねたものとすることができ、他の例としては、図１６に関して前述したように下から順に強磁性層３２、反強磁性層及び導電材層３４を積層したものとしてもよい。
【００８５】
絶縁膜５６は、一例としてＳｉＯ２からなるもので、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にしてスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００８６】
絶縁膜５６の上には、それぞれ図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層５８ａ，５８ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【００８７】
図１９の工程では、レジスト層５８ａ，５８ｂを選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜５６をパターニングしてハードマスク５６ａ，５６ｂを形成する。ハードマスク５６ａ，５６ｂは、それぞれレジスト層５８ａ，５８ｂに対応した絶縁膜５６の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜５６のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【００８８】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層５８ａ，５８ｂを除去し、ハードマスク５６ａ，５６ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【００８９】
図２０の工程では、ハードマスク５６ａ，５６ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝６０を層５０内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することにより磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を得る。磁気トンネル接合部ＡＴａ（又はＴＭＲ素子Ｔａ）は、層５２，５４の残存部５２ａ，５４ａを含むと共に、磁気トンネル接合部ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔｂ）は、層５２，５４の残存部５２ｂ，５４ｂを含み、層５０は、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂに共通に配置された状態となる。磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂの詳細な構成は、図２に関して前述したと同様であり、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂの詳細な構成は、図１４又は図１６に関して前述したと同様である。なお、イオンミリング処理における処理条件及びエッチング終点検出法は、図２に関して前述したのと同様にすることができる。
【００９０】
図２０のイオンミリング工程では、分離溝６０の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２が形成される。堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２は、ハードマスク５６ａ，５６ｂの絶縁材成分、層５０，５４の金属成分等を含むが、レジスト変性成分等の有機物を含まないので、容易に除去可能である。
【００９１】
図２１の工程では、一例として、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施すことにより堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２を分離溝６０の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から除去する。この後、必要に応じて図２に関して前述したようなクリーニングミリング処理を追加してもよい。この処理により一層の清浄化が可能になると共に側壁形状は一層テーパー状となる。
【００９２】
堆積膜ＤＰ２１，ＤＰ２２等のエッチング生成物を除去したので、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生するのを防止することができる。なお、ハードマスク５６ａ，５６ｂは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【００９３】
次に、図２２の工程では、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜６２をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜６２は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、５０〜３００ｎｍ（好ましくは２００ｎｍ）とすることができる。
【００９４】
図２３の工程では、絶縁膜６２を覆って図１３の２６ａに示すように四辺形状の電極パターンを有するレジスト層６４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層６４は、磁気トンネル接合部ＡＴａ，ＡＴｂ（又はＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂ）を覆うように形成する。このときのレジスト厚さは、８０〜６００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【００９５】
図２４の工程では、レジスト層６４を選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜６２をパターニングしてハードマスク６２Ａを形成する。絶縁膜６２のパターニング処理は、図５に関して前述した絶縁膜４０のパターニング処理と同様にして行なうことができる。
【００９６】
図２５の工程では、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層６４を除去し、ハードマスク６２Ａを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。このようにすると、レジスト除去面を一層清浄化することができる。
【００９７】
図２６の工程では、ハードマスク６２Ａを選択マスクとするイオンミリング処理により下磁性層５０に分離溝６４を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、下磁性層５０の一部５０ａが分離溝６４で取囲まれた形で残存する。
【００９８】
図１８に示した下磁性層５０が図１に示したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層した構成である場合、図２０の工程で反強磁性層２６に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図７に示したように層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａの積層からなり、この積層がＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。また、図２０の工程で導電材層２４に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１５に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ１の積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ２の積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【００９９】
図１８に示した下磁性層５０が図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねた構成である場合、図２０の工程で導電材層２４に達するように分離溝６０を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１７に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ａの積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ｂの積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１００】
図２６のイオンミリング工程では、分離溝３８，４４の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５が形成される。これらの堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５は、残しておいても素子特性上問題はないが、歩留りの低下を防ぐためには除去するのが望ましい。
【０１０１】
図２７の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法によハードマスク６２Ａの表面を薄く溶解させて堆積膜ＤＰ２３〜ＤＰ２５を除去する。薄くなったハードマスク６２Ａは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【０１０２】
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１０３】
上記した第２の実施形態の製法によれば、第１の実施形態の製法に関して前述した理由に加えて、図１８，１９の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図２０の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく磁気トンネル接合部（又はＴＭＲ素子）を形成できること、図２１の工程では側壁堆積膜を除去したため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の電極層間で電気的な短絡やリークを防げることなど理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１０４】
図２８〜３３は、この発明の第３の実施形態に係る磁気センサの製法を示すもので、図１８〜２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０５】
図２８の工程では、基板２０の表面を覆う絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２及び上磁性層５４を積層状に形成する。層５０〜５４の形成は、図１８に関して前述したと同様にして行なうことができる。
【０１０６】
上磁性層５４の上には、図１３の２６ａに示したような四辺形状の電極パターンを有するレジスト層７０をホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、０．３〜２．０μｍとすることができる。
【０１０７】
図２９の工程では、レジスト層７０を選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝７２を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、層５０，５２，５４の部分５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層が分離溝７２で取囲まれた形で残存する。また、イオンミリング処理では、分離溝７２の側壁に側壁堆積膜ＤＰ３１が形成される。堆積膜ＤＰ３１は層７０のレジスト変性成分、層５０，５４の金属成分等を含む。
【０１０８】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層７０を除去する。このような除去処理によっても堆積膜ＤＰ３１やレジスト残渣Ｒ１１〜Ｒ１４を十分に除去できないときは、図２に関して前述したようなクリーニングミリング処理を施すことにより堆積膜ＤＰ３１やレジスト残渣Ｒ１１〜Ｒ１４を除去することができる。
【０１０９】
図３０の工程では、層５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層と分離溝７２とを覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜７４をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜７４は，図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１１０】
図３１の工程では、絶縁膜７４の上に図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層７６ａ，７６ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１１１】
図３２の工程では、レジスト層７６ａ，７６ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法により絶縁膜７４をパターニングしてハードマスク７４ａ，７４ｂを形成する。ハードマスク７４ａ，７４ｂは、それぞれレジスト層７６ａ，７６ｂに対応した絶縁膜７４の第１，第２の残存部分からなる。絶縁膜７４のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１１２】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層７６ａ，７６ｂを除去し、ハードマスク７４ａ，７４ｂを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１１３】
図３３の工程では、ハードマスク７４ａ，７４ｂを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０Ａ〜５４Ａの積層に分離溝７８を層５０Ａ内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ａ、５４ａを含むと共に、ＴＭＲ素子Ｔｂは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ｂ、５４ｂを含み、層５０Ａの残存部５０ａは、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通に配置された状態となる。
【０１１４】
図２８に示した下磁性層５０が図１に示したように下から順に導電材層２４、反強磁性層２６及び強磁性層２８を積層した構成である場合、図３３の工程で反強磁性層２６に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図７に示したように層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａの積層からなり、この積層がＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。また、図３３の工程で導電材層２４に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１５に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ１の積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４，２６の残存部分２４ａ，２６ａ２の積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１１５】
図２８に示した下磁性層５０が図１６に関して前述したように導電材層２４に強磁性層２８を重ねた構成である場合、図３３の工程で導電材層２４に達するように分離溝７８を形成したときは、下磁性層５０ａは、図１７に示したようにＴＭＲ素子Ｔａに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ａの積層からなると共にＴＭＲ素子Ｔｂに関しては層２４、２８の残存部分２４ａ，２８ｂの積層からなり、導電材層２４ａがＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを相互接続する形で残される。
【０１１６】
図３３のイオンミリング工程では、分離溝７２，７８の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜（図示せず）が形成される。これらの堆積膜は、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生する原因となるものであり、除去する必要がある。
【０１１７】
図３３の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法により分離溝７２，７８の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から堆積膜を除去する。このとき、ハードマスク７４ａ，７４ｂの表面が薄く溶解される。薄くなったハードマスク７４ａ，７４ｂは、残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１１８】
上記した第３の実施形態の製法によれば、図３１，３２の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図３３の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よくＴＭＲ素子を形成できること、図３３の工程では側壁堆積膜を除去したため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークを防げることなど理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１１９】
図３４〜３９は、この発明の第４の実施形態に係る磁気センサの製法を示すもので、図１８〜２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２０】
図３４の工程では、基板２０の表面を覆う絶縁膜２２の上に下から順に下磁性層５０、トンネルバリア層５２及び上磁性層５４を積層状に形成する。層５０〜５４の形成は、図１８に関して前述したと同様にして行なうことができる。
【０１２１】
上磁性層５４の上には、例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜８０を形成する。絶縁膜８０は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にしてスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１２２】
絶縁膜８０の上には、図１３の２６ａに示すような四辺形状の電極パターンを有するレジスト層８２をホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１２３】
図３５の工程では、レジスト層８２を選択マスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法等により絶縁膜８０をパターニングしてハードマスク８０Ａを形成する。ハードマスク８０Ａは、レジスト層８２に対応した絶縁膜８０の残存部分からなる。絶縁膜８０のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１２４】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層８２を除去し、ハードマスク８０Ａを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１２５】
図３６の工程では、ハードマスク８０Ａを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０〜５４の積層に分離溝８４を絶縁膜２２に達するように形成する。この結果、層５０，５２，５４の部分５０Ａ，５２Ａ，５４Ａからなる積層が分離溝８４で取囲まれた形で残存する。また、イオンミリング処理では、分離溝８４の側壁に側壁堆積膜ＤＰ４１が形成される。堆積膜ＤＰ４１は、ハードマスク８０Ａの絶縁材成分、層５０、５４の金属成分等を含むが、レジスト変性成分等の有機物を含まない。
【０１２６】
堆積膜ＤＰ４１は、図１２に関して前述したように希フッ酸等の薬液処理で簡単に除去可能である。しかし、堆積膜ＤＰ４１は、図３８のマスクパターニング処理や図３９のイオンミリング処理で除去されるので、残しておいてもよい。
【０１２７】
図３７の工程では、ハードマスク８０Ａと層５０Ａ〜５４Ａからなる積層と分離溝８４とを覆って例えばＳｉＯ２からなるマスク用絶縁膜８６をスパッタ法又はＣＶＤ法等により形成する。絶縁膜８６は、図３に関して前述した絶縁膜４０と同様にして形成することができ、膜厚は、１００〜４００ｎｍ（好ましくは３００ｎｍ）とすることができる。
【０１２８】
図３８の工程では、絶縁膜８６の上に図１３のＴａ，Ｔｂに示すような四辺形状の素子パターンを有するレジスト層８８ａ，８８ｂをホトリソグラフィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、１００〜７００ｎｍ（好ましくは３５０ｎｍ）とすることができる。
【０１２９】
次に、レジスト層８８ａ，８８ｂをマスクとするイオンミリング法又はドライエッチング法によりハードマスク８０Ａと絶縁膜８６との積層をパターニングしてハードマスク８０ａ，８０ｂ，８６ａ，８６ｂを形成する。ハードマスク８０ａ，８０ｂは、それぞれレジスト層８８ａ，８８ｂに対応したハードマスク８０Ａの第１、第２の残存部分からなると共に、ハードマスク８６ａ，８６ｂは、それぞれレジスト層８８ａ，８８ｂに対応した絶縁膜８６の第１，第２の残存部分からなる。ハードマスク８０Ａ及び絶縁膜８６の積層のパターニング処理をイオンミリング法又はドライエッチング法で行なう場合、処理条件は、図５に関して前述したと同様にすることができる。
【０１３０】
次に、図２に関して前述したと同様の方法によりレジスト層８８ａ，８８ｂを除去し、ハードマスク８０ａ，８６ａの積層とハードマスク８０ｂ，８６ｂの積層とを残存させる。このようなレジスト除去工程に加えて、希フッ酸（又はＢＨＦ）処理及び純水洗浄処理を順次に施すか又はアンモニア＋過酸化水素水処理及び純水洗浄処理を順次に施してもよい。
【０１３１】
図３９の工程では、ハードマスク８０ａ，８６ａの積層とハードマスク８０ｂ，８６ｂの積層とを選択マスクとするイオンミリング処理により層５０Ａ〜５４Ａの積層に分離溝９０を層５０Ａ内の反強磁性層（又は導電材層）に達するように形成することによりＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂを得る。ＴＭＲ素子Ｔａは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ａ、５４ａを含むと共に、ＴＭＲ素子Ｔｂは、層５２Ａ，５４Ａの残存部分５２ｂ、５４ｂを含み、層５０Ａの残存部５０ａは、ＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂに共通に配置された状態となる。残存する下磁性層５０ａによるＴＭＲ素子Ｔａ，Ｔｂの接続形態は、図３４の工程での下磁性層５０の構成と図３９の工程での分離溝９０の深さとに応じて３通りありうるが、各々の接続形態の詳細については図３３の工程に関連して図７，図１５及び図１７を参照して前述したと同様である。
【０１３２】
図３９のイオンミリング工程では、分離溝８４，９０の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜（図示せず）が形成される。これらの堆積膜は、５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発生する原因となるものであり、除去する必要がある。
【０１３３】
図３９の工程では、図１２に関して前述したと同様の方法により分離溝８４，９０の側壁（特にトンネルバリア層５２ａ，５２ｂの端部）から堆積膜を除去する。このとき、ハードマスク８６ａ，８６ｂの表面が薄く溶解される。薄くなったハードマスク８６ａ，８６ｂは、ハードマスク８０ａ，８０ｂと共に残しておいて層間絶縁膜の一部として利用することができる。
【０１３４】
また、ハードマスク８６ａ，８６ｂが丁度消費されてなくなり、ハードマスク８０ａ，８０ｂのみとなるようにイオンミリング条件を調整してもよい。このようにすると、層間絶縁膜を薄くしたり、マスク用絶縁膜８６の厚さを小さくしたりすることが可能となり、微細パターニングを精度よく行なえる。
【０１３５】
この後は、図８，９に関して前述したと同様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形成等の処理を行なう。
【０１３６】
上記した第４の実施形態の製法によれば、第３の実施形態の製法に関して前述した理由に加えて、図３４，３５の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よくハードマスクを形成できること、図３６の工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく電極形状を決定できること、図３６の工程で生じた側壁堆積膜を図３８，３９の工程で簡単に除去できるため５２ａ等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークを防げることなどの理由により磁気センサの製造歩留りが向上する。
【０１３７】
なお、この発明は、上記したような磁気センサに限らず、他の磁気センサ、磁気メモリ、磁気ヘッド等のＴＭＲ素子応用製品の製造にも適用することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、磁気トンネル接合部の側壁を覆う保護膜としてパターニングに用いた絶縁性ハードマスクを用いるようにしたので、高信頼且つ製造容易な磁気トンネル接合素子を実現できる効果が得られる。
【０１３９】
また、磁気トンネル接合部においてトンネルバリア層の端部に選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去した後、絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理により磁気トンネル接合部の下に電極層を形成したり、磁気トンネル接合積層の残存部に絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理を施して磁気トンネル接合部を形成した後、磁気トンネル接合部においてトンネルバリア層の端部に選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去したりするので、トンネルバリア層の上下の金属層間に電気的な短絡やリークが発生するのを防止でき、ＴＭＲ素子の製造歩留りが向上すると共にＴＭＲ素子の特性劣化を防止できる効果が得られる。その上、この発明の製法では、酸化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリング処理を行なう必要がないので、エッチング終点の検出精度が低下しない利点もある。
【０１４０】
さらに、絶縁膜からなるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処理では、エッチング生成物がレジスト変性成分等の有機物を含まないので、磁気トンネル接合部の側壁に付着したエッチング生成物を有機溶媒等を用いずに簡単に除去することができ、コスト低減が可能になる効果も得られる。また、微細なパターンの形成が容易であると共に加工精度が高い利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２】 図１の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３】 図２の工程に続く絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図４】 図３の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図５】 図４の工程に続くマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図６】 図５の工程に続くレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図７】 図６の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図８】 図７の工程に続く絶縁膜形成工程及び接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図９】 図８の工程に続く配線形成工程を示す基板断面図である。
【図１０】 図２のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図１１】 図７のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図１２】 図７のイオンミリング工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図１３】 ＴＭＲ素子の接続状況を示す上面図である。
【図１４】 図２の工程の変形例を示す基板断面図である。
【図１５】 図１４の変形例における分離溝形成工程を示す基板断面図である。
【図１６】 図２の工程の他の変形例を示す基板断面図である。
【図１７】 図１６の変形例における分離溝形成工程を示す基板断面図である。
【図１８】 この発明の第２の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図１９】 図１８の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図２０】 図１９の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図２１】 図２０の工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図２２】 図２１の工程に続く絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図２３】 図２２の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２４】 図２３の工程に続くマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図２５】 図２４の工程に続くレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図２６】 図２５の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図２７】 図２６の工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図２８】 この発明の第３の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図２９】 図２８の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３０】 図２９の工程に続く側壁堆積膜除去工程及び絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図３１】 図３０の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図３２】 図３１の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３３】 図３２の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３４】 この発明の第４の実施形態に係る磁気センサの製法における積層形成工程、絶縁膜形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図３５】 図３４の工程に続くマスク形成工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図３６】 図３５の工程に続くイオンミリング工程を示す基板断面図である。
【図３７】 図３６の工程に続く側壁堆積膜除去工程及び絶縁膜形成工程を示す基板断面図である。
【図３８】 図３７の工程に続くレジスト層形成工程及びマスク形成工程を示す基板断面図である。
【図３９】 図３８の工程に続くレジスト除去工程、イオンミリング工程及び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
【図４０】 従来の磁気センサの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図４１】 図４０の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図４２】 図４１の工程に続くレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
【図４３】 図４２の工程に続くイオンミリング工程及びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
【図４４】 図４３の工程に続く絶縁膜形成工程及び接続孔形成工程を示す基板断面図である。
【図４５】 図４４の工程に続く配線形成工程を示す基板断面図である。
【図４６】 図４１のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【図４７】 図４３のイオンミリング工程における側壁堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
【符号の説明】
２０：半導体基板、２２：絶縁膜、２４，３４：導電材層、２６，３３ａ〜３３ｃ：反強磁性層、２８，３２：強磁性層、３０，５２：トンネルバリア層、３６ａ〜３６ｃ，４２ａ，４２ｂ，５８ａ，５８ｂ，６４，７０，７６ａ，７６ｂ，８２，８８ａ，８８ｂ：レジスト層、３８，４４，６０，６４，７２，７８，８４，９０：分離溝、４０，５６，６２，７４，８０，８６：マスク用絶縁膜、４０ａ，４０ｂ，５６ａ，５６ｂ，６２Ａ，７４ａ，７４ｂ，８０Ａ，８０ａ，８０ｂ，８６ａ，８６ｂ：ハードマスク、４６：層間絶縁膜、４６ａ〜４６ｃ：接続孔、４８ａ，４８ｂ：配線層、５０：下磁性層、５４：上磁性層、ＡＴａ〜ＡＴｃ：磁気トンネル接合部、Ｔａ〜Ｔｃ：ＴＭＲ素子、ＤＰ１１〜ＤＰ１３，ＤＰ２１〜ＤＰ２５，ＤＰ３１，ＤＰ４１：側壁堆積膜、Ｒ１１〜Ｒ１４：レジスト残渣。
Claims (11)
- 絶縁性の一主面を有する基板と、
前記一主面に形成された磁気トンネル接合部であって、前記一主面に下から順に第１の導電材層、反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び第２の導電材層を重ねるか又は前記一主面に下から順に第１の導電材層、第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層、反強磁性層及び第２の導電材層を重ねて構成されたものと、
前記磁気トンネル接合部の側壁を覆う保護膜であって、前記第１の導電材層と前記反強磁性層との積層又は前記第１の導電材層をパターニングする際に用いられた絶縁性ハードマスクからなるものと
を備えた磁気トンネル接合素子。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねるか又は前記導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層に所望の素子パターンに従って第１の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記導電材層に達するまでエッチングすることにより前記磁気トンネル接合積層の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第１の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記導電材層の露呈部とを覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記導電材層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施すことにより前記導電材層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 前記電極層を形成した後、前記ハードマスク及び前記電極層に前記第３の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程を更に含む請求項２又は３記載の磁気トンネル接合素子の製法。
- 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第２の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層と前記反強磁性層との積層に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねるか又は前記導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層を前記導電材層に達するまでエッチングすることにより前記磁気トンネル接合積層の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第２の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と、
前記堆積物を除去した後、前記磁気トンネル接合部と前記導電材層の露呈部とを覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合部と前記導電材層の露呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記導電材層に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施すことにより前記導電材層の残存部分からなる電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 前記電極層を形成した後、前記第２のハードマスク及び前記電極層に前記第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程を更に含む請求項５又は６記載の磁気トンネル接合素子の製法。
- 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させるように前記磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施す工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第３の選択エッチングの際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねるか又は前記導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って残存させるように前記磁気トンネル接合積層に第１の選択エッチング処理を施す工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆ってマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記マスク用絶縁膜を残存させるべく前記マスク用絶縁膜に第２の選択エッチング処理を施すことにより前記マスク用絶縁膜の残存部分からなるハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記ハードマスクを選択マスクとする第３の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記導電材層に達するまでエッチングすることにより前記反強磁性層、前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分又は前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層、前記第２の磁性層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第３の選択エッチングの際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施すことにより前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合積層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることにより前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。 - 基板の絶縁性の一主面に導電材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記導電材層の上に下から順に反強磁性層、第１の磁性層、トンネルバリア層及び第２の磁性層を重ねるか又は前記導電材層の上に下から順に第１の磁性層、トンネルバリア層、第２の磁性層及び反強磁性層を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第１のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従って覆うように前記第１のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第１のマスク用絶縁膜に第１の選択エッチング処理を施すことにより前記第１のマスク用絶縁膜の残存部部分からなる第１のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層に前記第１のハードマスクを選択マスクとする第２の選択エッチング処理を施すことにより前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合積層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を覆って第２のマスク用絶縁膜を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パターンに従って覆うように前記第２のマスク用絶縁膜を残存させるべく前記第２のマスク用絶縁膜に第３の選択エッチング処理を施すことにより前記第２のマスク用絶縁膜の残存部分からなる第２のハードマスクを形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第２のハードマスクを選択マスクとする第４の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記導電材層に達するまでエッチングすることにより前記反強磁性層、前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第２の磁性層の各々の残存部分又は前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層、前記第２の磁性層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前記導電材層の残存部分からなる電極層を残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層の端部に前記第４の選択エッチング処理の際に堆積した堆積物を除去する工程と
を含む磁気トンネル接合素子の製法。
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