JP5919183B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマエッチング方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5919183B2
JP5919183B2 JP2012274193A JP2012274193A JP5919183B2 JP 5919183 B2 JP5919183 B2 JP 5919183B2 JP 2012274193 A JP2012274193 A JP 2012274193A JP 2012274193 A JP2012274193 A JP 2012274193A JP 5919183 B2 JP5919183 B2 JP 5919183B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
plasma etching
ammonia
mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012274193A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014120591A (ja
Inventor
高廣 阿部
高廣 阿部
直広 山本
直広 山本
山田　健太郎
健太郎 山田
淳 須山
淳 須山
藤田　大介
大介 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi High Technologies Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to JP2012274193A priority Critical patent/JP5919183B2/ja
Priority to TW104135224A priority patent/TWI585851B/zh
Priority to TW102100229A priority patent/TWI523101B/zh
Priority to US13/767,913 priority patent/US8728946B1/en
Priority to KR1020130017958A priority patent/KR101384258B1/ko
Priority to US14/248,376 priority patent/US9378758B2/en
Publication of JP2014120591A publication Critical patent/JP2014120591A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5919183B2 publication Critical patent/JP5919183B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163—Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/1278—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive specially adapted for magnetisations perpendicular to the surface of the record carrier
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、プラズマエッチング方法に係り、特に磁性材料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関する。
近年、ハードディスクドライブの大容量化に対応するため、磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果(ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ)からトンネリング磁気抵抗効果(ＴＭＲ効果：ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ)を利用した磁気ヘッドへ移行し、面記録密度の高密度化が急速に進んでいる。面記録密度の高密度化に伴い、ハードディスクドライブに使用される磁気ヘッドは、微細化が必要になり、磁気ヘッドの製造において微細加工技術が求められている。このため、磁気ヘッドの製造装置においては、イオンミリング装置からプラズマエッチング装置の適用が進められている。
磁気ヘッドは、垂直磁気記録方式によって情報を記録媒体に記録するための記録磁界を発生させる磁極層とそれを収容する収容層とを有し、収容層の溝部は、テーパ形状に形成される。また、収容層は、従来、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)膜で形成されていたが、近年、収容層形成工程の工程数削減に伴い、鉄(Ｆｅ)、ニッケル鉄(ＮｉＦｅ）、コバルト鉄(ＣｏＦｅ）、コバルトニッケル鉄(ＣｏＮｉＦｅ)等の磁性材料が採用されている。
しかし、これらの磁性材料は、揮発性が非常に低いため、プラズマによるエッチング速度や垂直形状が得られにくく、磁性材料の微細加工が難しい。また、プラズマエッチング時に発生する反応生成物がプラズマ処理室内の内壁に付着してプラズマエッチング性能を経時的に変化させ易い。
このような磁性材料に対して反応性イオンエッチングを可能とするプラズマエッチング方法として、例えば、特許文献１には、アンモニア(ＮＨ3)またはアミン類ガス等の含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素(ＣＯ)ガスを反応ガスとして用いるドライエッチング方法が開示されている。
また、この含窒素化合物ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスを用いてマスクに対する被エッチング材料の高選択比のプラズマエッチング方法として、含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素ガスを反応ガスとし、タンタル又は窒化タンタルによるマスクを使用してエッチングを行う方法が特許文献２に開示されている。
特開平８−２５３８８１号公報 特開２００１−２７４１４４号公報
しかし、特許文献２に開示された従来技術であるタンタルをマスクとして一酸化炭素(ＣＯ)とアンモニア(ＮＨ3）との混合ガスを用いて磁性膜をプラズマエッチングした場合、図１０に示すように収容層の間口寸法が狭くなるに従い、深さ方向の削れ量が減少し、収容層の間口寸法が２５０ｎｍ以下より狭くなると、深さ方向の削れ量が１５０ｎｍ近傍でエッチストップが生じ、エッチング時間を延ばしても削れ量が増加しない現象が生じる。
このため、上記課題を鑑みて、本発明は、磁性膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、マスクの開口寸法によらず、所望のエッチング深さを得ることができるプラズマエッチング方法を提供する。
本発明は、タンタルをマスクとして磁性膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、アンモニアガスとヘリウムガスとの混合ガスのみを用いて前記磁性膜を所望の深さまでプラズマエッチングする第一の工程と、前記第一の工程後、アンモニアガスと酸素元素を含有するガスとの混合ガスまたは、アンモニアガスと水酸基を含有するガスとの混合ガスを用いて前記所望の深さまでエッチングされた磁性膜をプラズマエッチングする第二の工程とを有することを特徴とする。
本発明により、磁性膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、マスクの開口寸法によらず、所望のエッチング深さを得ることができる。
本発明が用いるプラズマエッチング装置の概略断面図である。 本発明によりプラズマエッチングされる試料の膜構造である。 本発明によりプラズマエッチングされたニッケル鉄膜の形状の断面図である。 メタノールガスと一酸化炭素ガスとアンモニアガスとの混合ガスによりエッチングされたニッケル鉄膜を示す図である。 アンモニアガスによりエッチングされたニッケル鉄膜を示す図である。 アンモニアガスとヘリウムガスの混合ガスによりエッチングされたニッケル鉄膜を示す図である。 アンモニアガスと一酸化炭素ガスの混合ガスによりエッチングされたニッケル鉄膜を示す図である。 アンモニアガスとヘリウムガスの混合比率に対する開口寸法の依存性を示す図である。 アンモニアガスの流量比率に対する溝形状のテーパ角度の依存性を示す図である。 マスクの開口寸法に対する磁性膜のエッチング深さの依存性を示す図である。
本発明の一実施例を図面を用いて以下、説明する。最初に本発明を実施するためのプラズマエッチング装置を図１を用いて説明する。
プラズマ処理室は、石英(ＳｉＯ2)または、セラミック(Ａｌ2Ｏ3）の非導電性材料でありプラズマ生成部を形成する放電部２と、被処理体である試料１２が載置される電極６が配置された処理部３とを備える。処理部３は、アースに接地されており、電極６は、絶縁材を介して処理部３に取り付けられる。
放電部２の上方に誘導磁場を生成しコイル状の誘導結合アンテナ１と容量結合アンテナであるファラデーシールド９とが配置され、誘導結合アンテナ１およびファラデーシールド９は、第１の高周波電源１０より整合器４を介して高周波電力が供給される。また、誘導結合アンテナ１は、コイル状の第１の誘導結合アンテナ1ａと前記第１の誘導結合アンテナ１ａの外側に配置されコイル状の第２の誘導結合アンテナ１ｂとからなる。
プラズマ処理室の内部には、ガス供給装置５から処理ガスが供給されるとともに、排気装置８によって所定の圧力に減圧排気される。また、ガス供給装置５よりプラズマ処理室内部に供給された処理ガスを誘導結合アンテナ１により発生した誘導磁場によってプラズマ化する。さらに、プラズマ７中に存在するイオンを試料１２上に引き込むために電極６に第２の高周波電源１１よりバイアス高周波電力を供給する。
また、本プラズマエッチング装置は、難エッチング材料のエッチングに対応した構造を有しており、ファラデーシールド９へ高周波電圧を印加することによって、放電部２への反応生成物の付着抑制ならびに除去が可能となる。
次に、図１に示すプラズマエッチング装置を用いた本発明について説明する。最初に本発明によりプラズマエッチングされる試料１２の膜構造を図２に示す。
ＡｌＴｉＣ基板１３上に下から順に５００ｎｍの厚さのニッケル鉄膜１４と、１７０ｎｍの厚さのタンタル膜１５と、５０ｎｍの厚さのアルミナ膜１６とが積層されている。尚、アルミナ膜１６は、予めリソグラフィー技術によって溝パターンがパターニングされ、開口幅が２１５ｎｍのマスクである。
先ず最初にアルミナ膜１６をマスクとして、表１のステップ１に示すように６０ｍｌ／ｍｉｎのＣｌ2ガスと２０ｍｌ／ｍｉｎのＢＣｌ3ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを８００Ｗ、バイアスＲＦパワーを５０Ｗとするエッチング条件でタンタル膜１５表層の自然酸化膜を除去する。引き続きタンタル膜１５表層の自然酸化膜を除去した後、表１のステップ２に示すように７５ｍｌ／ｍｉｎのＣｌ2ガスと５ｍｌ／ｍｉｎのＣＦ4ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを８００Ｗ、バイアスＲＦパワーを３５Ｗとしてタンタル膜１５のマスクを形成する。
また、表１のステップ２は、５０ｎｍの厚さのアルミナ膜１６のマスクで１７０ｎｍの厚さのタンタル膜１５のマスクを形成するのに十分な、アルミナ膜１６に対する高選択比を得ることができる条件である。さらにＣＦ4ガス流量を調整することによって、タンタル膜１５のエッチング形状の角度を所望の角度(例えば８０〜９０度の範囲)に制御することができる。尚、本実施例での５ｍｌ／ｍｉｎのＣＦ4ガスにより、ほぼ垂直のタンタル膜１５のマスクを形成できる。
次に、タンタル膜１５のマスク形成後、アルミナ膜１６とタンタル膜１５をマスクとして、表２のステップ１に示すように、２８０ｍｌ／ｍｉｎのアンモニア(ＮＨ3)ガスと３７０ｍｌ／ｍｉｎのヘリウム(Ｈｅ)ガスの混合ガスを用い、処理圧力を３．０Ｐａ、ソースＲＦパワーを１８００Ｗ、バイアスＲＦパワーを８００Ｗとするエッチング条件で所望の深さまでニッケル鉄膜１４をエッチングした。尚、所望の深さとは、ニッケル鉄膜１４を全て除去しない所望の深さであり、本実施例では、所望の深さを３００ｎｍとした。
また、アルミナ膜１６は、タンタル膜１５のマスク形成の際にマスクとして使用されて薄くなっていたため、表２のステップ１でのニッケル鉄膜１４のエッチング中に消失する。このため、表２のステップ１でのエッチングの途中からタンタル膜１５だけをマスクとしてニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングすることになる。
次に、ニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングした後、タンタル膜１５をマスクとして、表２のステップ２に示すように、１７５ｍｌ／ｍｉｎのアンモニア(ＮＨ3)ガスと１０ｍｌ／ｍｉｎの一酸化炭素(ＣＯ)ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．６Ｐａ、ソースＲＦパワーを１８００Ｗ、バイアスＲＦパワーを５００Ｗとするエッチング条件でニッケル鉄膜１４をエッチングして図３に示すような３００ｎｍ深さの所望の角度のテーパ形状を得ることができた。
また、表２のステップ２の処理圧力は、表２のステップ１の処理圧力より低い圧力となっている。このことにより、一酸化(ＣＯ)ガスとマスクのタンタル膜１５との反応により生成された酸化タンタル(ＴａＯ)が溝の底面に到達し易くなり、溝の底面をフラット形状にするのに寄与している。このため、表２のステップ２の処理圧力は、表２のステップ１の処理圧力より低く、１．０Ｐａ以下であることが望ましい。
また、表２のステップ２における一酸化炭素(ＣＯ)ガス流量は、アンモニア(ＮＨ3)ガス流量に対して、多すぎると酸化タンタル(ＴａＯ)が過剰に生成されて溝の深さが浅くなる恐れがあるため、表２のステップ２における一酸化炭素(ＣＯ)ガス流量は、アンモニア(ＮＨ3)ガス流量に対して１０％以下または、１５ｍｌ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。
さらに、表２のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表２のステップ１のバイアスＲＦパワーより低くしている。このことにより、一酸化(ＣＯ)ガスとマスクのタンタル膜１５との反応により生成された酸化タンタル(ＴａＯ)が溝の底面に付着し易くなり、溝の底面をフラット形状にするのに寄与している。このため、表２のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表２のステップ１のバイアスＲＦパワーより低いまたは、表２のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表２のステップ１のバイアスＲＦパワーに対して２／３以下であることが望ましい。
以上の通り、本発明により図３に示すような３００ｎｍ深さの所望の角度のテーパ形状を得ることができたが、本発明によりこのような効果を得ることができた理由は、以下のように考えられる。
例えば、メタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスと一酸化炭素(ＣＯ)ガスとアンモニア(ＮＨ3)ガスとの混合ガスを用いて、開口幅が２１５ｎｍであり溝パターンのタンタル膜１５をマスクとしてニッケル鉄膜１４をエッチングした場合、図４に示すように、混合ガスに含まれる炭素原子(Ｃ)、酸素原子(Ｏ）、窒素原子(Ｎ）、水素(Ｈ）がイオンとなり、主に物理的な作用でニッケル鉄膜１４をエッチングする。
しかし、上記の酸素原子(Ｏ)とタンタル膜１５の構成元素であるタンタル原子(Ｔａ）が反応し、酸化タンタル(ＴａＯ)が生成され、溝の底面全体に堆積し、ある程度ニッケル鉄膜１４のエッチングが進むと、ニッケル鉄膜１４のエッチングより酸化タンタル(ＴａＯ）の堆積が上回り、酸化タンタル(ＴａＯ）のエッチングが困難なため、ニッケル鉄膜１４のエッチングがストップする。このため、エッチング時間を増加させても深さ方向へのエッチングが進行しなくなり、所望の深さまでエッチングできなくなる。
このようなことから、タンタル膜１５をマスクとしてニッケル鉄膜１４を所望の深さまでエッチングするには酸化タンタルを生成させないことが重要であると考え、図５に示すように、アンモニア(ＮＨ3)ガスだけを用いて、開口幅が２１５ｎｍであり溝パターンのタンタル膜１５をマスクとしてニッケル鉄膜１４をエッチングした場合、図５に示すように、ニッケル鉄膜１４の被エッチング面には、タンタル(Ｔａ)が堆積するが、アンモニア(ＮＨ3)ガスにより容易に除去できるため、ニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングすることができる。
しかし、アンモニア(ＮＨ3)ガスを用いてニッケル鉄膜１４をエッチングする際、タンタル膜１５のマスクとの選択比が低いため、タンタル膜１５のマスク肩が後退しやすくなり、間口寸法が拡がるため、溝形状のテーパ角度が大きくなる。
このため、タンタル膜１５をマスクとしてニッケル鉄膜１４を所望の深さまでエッチングする際、酸化タンタル(ＴａＯ)を生成させることなく、かつ、タンタル膜１５のマスクとの選択比を向上させるために、アンモニア(ＮＨ3)ガスとヘリウム(Ｈｅ)ガスの混合ガスを用いてニッケル鉄膜１４のエッチングを行った。
ヘリウム(Ｈｅ)ガスは、不活性ガスであるため、タンタル膜１５との反応が乏しい。また、ヘリウム(Ｈｅ)ガスは、不活性ガスの中で最も軽いガスであるため、マスクのタンタル膜１５に対してのダメージが少なく、特に、タンタル膜１５の肩落ちが抑制される。
このため、アンモニア(ＮＨ3)ガスとヘリウム(Ｈｅ)ガスの混合ガスを用いて、開口幅が２１５ｎｍであり溝パターンのタンタル膜１５をマスクとしてニッケル鉄膜１４をエッチングした場合、図６に示すように、タンタル膜１５のマスク間口寸法の拡大を抑制できるとともにニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングすることができたものと考えられる。
しかし、エッチング底面がラウンド形状となっている。このようなラウンド形状であると、成膜不良やデバイス特性の劣化などの悪影響を及ぼす可能性がある。このため、溝の底面のラウンド形状をフラット形状にする必要がある。このようなことから、アンモニア(ＮＨ3)ガスとヘリウム(Ｈｅ)ガスの混合ガスを用いてニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングした後、アンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素(ＣＯ)ガスとの混合ガスを用いてさらにニッケル鉄膜１４のエッチングを行った。
このアンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素(ＣＯ)ガスとの混合ガスによるニッケル鉄膜１４のエッチングでは、図７に示すように一酸化炭素(ＣＯ)ガスとマスクのタンタル膜１５との反応により、酸化タンタル(ＴａＯ）が生成され、酸化タンタル(ＴａＯ)がエッチング底面に堆積して、深さ方向へのエッチングが抑制されることによって溝形状の底面をフラット形状にすることができたものと考えられる。
以上のことより、本発明によって、図３に示すような３００ｎｍ深さの所望の角度のテーパ形状を得ることができたと考えられる。
本実施例の表２のステップ１では、アンモニア(ＮＨ3)ガスを２８０ｍｌ／ｍｉｎ、ヘリウム(Ｈｅ)ガスを３７０ｍｌ／ｍｉｎとすることにより、２１５ｎｍの開口幅の溝形状を得ることができたが、図８に示すように、アンモニア(ＮＨ3)ガスとヘリウム(Ｈｅ)ガスの混合比を制御することにより、開口寸法を制御できる。
また、本実施例では溝の底面をフラット形状にするためにアンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素(ＣＯ)ガスの混合ガスを用いたが、一酸化炭素(ＣＯ)ガスの代わりに二酸化炭素(ＣＯ2)ガス、一酸化窒素(ＮＯ)ガス、二酸化窒素(ＮＯ2)ガス等の酸素元素を含有するガスを用いても良い。
さらに、本実施例では溝の底面をフラット形状にするためにアンモニア(ＮＨ3)ガスと一酸化炭素(ＣＯ)ガスの混合ガスを用いたが、アンモニア(ＮＨ3)ガスとメタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスの混合ガスを用いても良い。
例えば、表３のステップ１に示すエッチング条件にてニッケル鉄膜１４を３００ｎｍの深さまでエッチングした後、タンタル膜１５をマスクとして、表３のステップ２に示すように、１７５ｍｌ／ｍｉｎのアンモニア(ＮＨ3)ガスと１０ｍｌ／ｍｉｎのメタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスの混合ガスを用い、処理圧力を０．６Ｐａ、ソースＲＦパワーを１８００Ｗ、バイアスＲＦパワーを５００Ｗとするエッチング条件でニッケル鉄膜１４をエッチングして図３に示すような３００ｎｍ深さの所望の角度のテーパ形状を得ることができた。
また、表３のステップ２の処理圧力は、表３のステップ１の処理圧力より低い圧力となっている。このことにより、メタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスとマスクのタンタル膜１５との反応により生成された酸化タンタル(ＴａＯ)が溝の底面に到達し易くなり、溝の底面をフラット形状にするのに寄与している。このため、表３のステップ２の処理圧力は、表３のステップ１の処理圧力より低く、１．０Ｐａ以下であることが望ましい。
また、表３のステップ２におけるメタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガス流量は、アンモニア(ＮＨ3)ガス流量に対して、多すぎると酸化タンタル(ＴａＯ)が過剰に生成されて溝の深さが浅くなる恐れがあるため、表３のステップ２におけるメタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガス流量は、アンモニア(ＮＨ3)ガス流量に対して１０％以下または、１５ｍｌ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。
さらに、表３のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表３のステップ１のバイアスＲＦパワーより低くしている。このことにより、メタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスとマスクのタンタル膜１５との反応により生成された酸化タンタル(ＴａＯ)が溝の底面に付着し易くなり、溝の底面をフラット形状にするのに寄与している。このため、表３のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表３のステップ１のバイアスＲＦパワーより低いまたは、表３のステップ２のバイアスＲＦパワーは、表３のステップ１のバイアスＲＦパワーに対して２／３以下であることが望ましい。
また、表３のステップ２では、アンモニア(ＮＨ3)ガスとメタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスの混合ガスを用いたが、メタノール(ＣＨ3ＯＨ)ガスの代わりにエタノール(Ｃ2Ｈ6Ｏ)ガス、プロパノール(Ｃ3Ｈ8Ｏ)ガス等の水酸基を含有するガスでも良い。
また、本実施例では、アンモニア(ＮＨ3)ガスとヘリウム(Ｈｅ)ガスとの混合ガスにより、３００ｎｍの深さまでニッケル鉄膜１４をエッチングしたが、アンモニア(ＮＨ3)ガスの流量をリファレンスの流量に対して±１５％の範囲で増減することによって、溝形状のテーパ角度をリファレンスの角度に対し±１．２度の範囲で制御できる。
例えば、アンモニア(ＮＨ3)ガスの流量を２４５ｎｍ／ｍｉｎ、ヘリウム(Ｈｅ)ガスの流量を３０５ｎｍ／ｍｉｎとする混合ガスの場合、図９に示すように１３．５度のテーパ形状となる。続いて、アンモニア(ＮＨ3)ガスの流量を２１０ｎｍ／ｍｉｎ、ヘリウム(Ｈｅ)ガスの流量を３０５ｎｍ／ｍｉｎとする混合ガスの場合、図９に示すように１４．７度のテーパ形状となり、一方、アンモニア(ＮＨ3)ガスの流量を２８０ｎｍ／ｍｉｎ、ヘリウム(Ｈｅ)ガスの流量を３０５ｎｍ／ｍｉｎとする混合ガスの場合、図９に示すように１２．３度のテーパ形状となる。これらの結果は以下のように考えられる。
ヘリウム(Ｈｅ)ガスの流量に対してアンモニア(ＮＨ3)ガス流量を増加することによって、アンモニア(ＮＨ3)ガスの処理圧力に対する分圧が増加し、プラズマ中のイオンが散乱しやすくなることにより溝パターンの側壁にイオンが衝突しやすくなる。このため、溝形状が垂直形状に近づき、テーパの角度が小さくなる。
一方、ヘリウム(Ｈｅ)ガスの流量に対してアンモニア(ＮＨ3)ガスの流量を低下させると、アンモニア(ＮＨ3)ガスの処理圧力に対する分圧が減少し、溝パターンの側壁へのイオンの衝突が減少する。このため、溝形状がテーパ形状に近づき、テーパの角度が大きくなる。
このようにアンモニア(ＮＨ3)ガスの流量をリファレンスの流量に対して±１５％の範囲で増減することによって、溝形状のテーパ角度をリファレンスの角度に対し±１．２度の範囲で制御できるが、アンモニア(ＮＨ3)ガスの流量を±１５％の範囲を超えて増減させると、アンモニア(ＮＨ3)ガスの滞在時間や排気速度とのバランスが崩れ、エッチャント不足や反応生成物の再付着などが生じて図９に示すような溝パターンの側壁のテーパ角度とアンモニア(ＮＨ3)ガス流量比率との比例関係が成り立たなくなる。
本実施例では、タンタル膜１５をマスクとして用いたが、酸化した場合にニッケル鉄膜１４との選択比が十分に高い材料であれば良いので、例えば、チタン(Ｔｉ)、ジルコニア(Ｚｒ）、イットリア(Ｙ）、ハフニウム(Ｈｆ)等をマスクに用いても良い。
また、本実施例は、ニッケル鉄膜１４をエッチングした例で説明したが、鉄(Ｆｅ)元素、ニッケル(Ｎｉ)元素、コバルト(Ｃｏ)元素の中で少なくとも一つの元素を含む磁性膜をエッチングしても本実施例と同様な効果を得ることができる。例えば、コバルト鉄(ＣｏＦｅ）膜、コバルトニッケル鉄(ＣｏＮｉＦｅ)でも良い。
さらに、本実施例では、誘導結合型のプラズマエッチング装置を用いた例で説明したが、マイクロ波と磁界を利用したＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)方式のマイクロ波プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマエッチング装置等に適用しても本実施例と同等の効果を得ることができる。
以上、上述した通り、本発明は、タンタルをマスクとしてアンモニアガスとヘリウムガスの混合ガスを用いて磁性膜を所望の深さまでプラズマエッチングし、引き続き、アンモニアガスと酸素元素を含有するガスとの混合ガスまたは、アンモニアガスと水酸基を含有するガスとの混合ガスを用いて所望の深さまでエッチングされた磁性膜をプラズマエッチングすることを特徴とする。
また、本発明により、２５０ｎｍ以下の開口寸法のタンタルをマスクとして３００ｎｍ以上の深さまで磁性膜をエッチングすることができるとともに収容層となる溝形状の底面をフラット形状にすることができる。
１ 誘導結合アンテナ
２ 放電部
３ 処理部
４ 整合器
５ ガス供給装置
６ 電極
７ プラズマ
８ 排気装置
９ ファラデーシールド
１０ 第１の高周波電源
１１ 第２の高周波電源
１２ 試料
１３ ＡｌＴｉＣ基板
１４ ニッケル鉄膜
１５ タンタル膜

Claims (6)

  1. タンタルをマスクとして磁性膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
    アンモニアガスとヘリウムガスとの混合ガスのみを用いて前記磁性膜を所望の深さまでプラズマエッチングする第一の工程と、
    前記第一の工程後、アンモニアガスと酸素元素を含有するガスとの混合ガスまたは、アンモニアガスと水酸基を含有するガスとの混合ガスを用いて前記所望の深さまでエッチングされた磁性膜をプラズマエッチングする第二の工程とを有することを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
    前記酸素元素を含有するガスは、一酸化炭素ガスであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
  3. 請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
    前記水酸基を含有するガスは、メタノールガスであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
  4. 請求項２に記載のプラズマエッチング方法において、
    前記第二の工程の処理圧力は、前記第一の工程の処理圧力より低いことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  5. 請求項３に記載のプラズマエッチング方法において、
    前記第二の工程の処理圧力は、前記第一の工程の処理圧力より低いことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  6. 請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
    第一の工程は、アルミナ膜とタンタル膜をマスクとして前記磁性膜のプラズマエッチングを開始するとともに前記磁性膜のプラズマエッチングの途中で前記アルミナ膜が消失する第一のエッチング工程と、前記第一の工程後、前記タンタル膜をマスクとして前記磁性膜を前記所望の深さまでプラズマエッチングする第二のエッチング工程とを有し、
    前記第一のエッチング工程および前記第二のエッチング工程は、前記アンモニアガスとヘリウムガスとの混合ガスのみを用いることを特徴とするプラズマエッチング方法。
JP2012274193A 2012-12-17 2012-12-17 プラズマエッチング方法 Active JP5919183B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012274193A JP5919183B2 (ja) 2012-12-17 2012-12-17 プラズマエッチング方法
TW104135224A TWI585851B (zh) 2012-12-17 2013-01-04 Plasma etching method
TW102100229A TWI523101B (zh) 2012-12-17 2013-01-04 Plasma etching method
US13/767,913 US8728946B1 (en) 2012-12-17 2013-02-15 Plasma etching method
KR1020130017958A KR101384258B1 (ko) 2012-12-17 2013-02-20 플라즈마 에칭 방법
US14/248,376 US9378758B2 (en) 2012-12-17 2014-04-09 Plasma etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012274193A JP5919183B2 (ja) 2012-12-17 2012-12-17 プラズマエッチング方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014120591A JP2014120591A (ja) 2014-06-30
JP5919183B2 true JP5919183B2 (ja) 2016-05-18

Family

ID=50657401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012274193A Active JP5919183B2 (ja) 2012-12-17 2012-12-17 プラズマエッチング方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8728946B1 (ja)
JP (1) JP5919183B2 (ja)
KR (1) KR101384258B1 (ja)
TW (2) TWI585851B (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5919183B2 (ja) * 2012-12-17 2016-05-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法
JP5887366B2 (ja) * 2013-03-26 2016-03-16 東京エレクトロン株式会社 遷移金属を含む膜をエッチングする方法
JP6227483B2 (ja) * 2014-05-30 2017-11-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
JP7008474B2 (ja) * 2016-11-30 2022-01-25 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2677321B2 (ja) 1995-03-15 1997-11-17 科学技術庁金属材料技術研究所長 ドライエッチング方法
JPH09184075A (ja) * 1995-12-27 1997-07-15 Canon Inc プラズマ処理方法及び処理装置
WO2001027987A1 (fr) 1999-10-13 2001-04-19 Daikin Industries, Ltd. Gaz de gravure a sec
JP3433721B2 (ja) * 2000-03-28 2003-08-04 ティーディーケイ株式会社 ドライエッチング方法及び微細加工方法
JP4605554B2 (ja) * 2000-07-25 2011-01-05 独立行政法人物質・材料研究機構 ドライエッチング用マスク材
JP2004269910A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Tdk Corp 磁性材のドライエッチング方法、磁性材及び磁気記録媒体
JP4170165B2 (ja) * 2003-06-30 2008-10-22 Ｔｄｋ株式会社 反応性イオンエッチング用のマスク材料、マスク及びドライエッチング方法
JP2005277249A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Sony Corp プラズマ処理方法および磁気記憶装置の製造方法
JP2006060044A (ja) 2004-08-20 2006-03-02 Canon Anelva Corp 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP4534664B2 (ja) * 2004-08-24 2010-09-01 ソニー株式会社 磁気記憶装置の製造方法
JP2008065944A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Ulvac Japan Ltd 磁性層パターンの形成方法、磁気抵抗素子の製造方法、及び磁気記憶媒体の製造方法
RU2390883C1 (ru) * 2006-09-13 2010-05-27 Кэнон АНЕЛВА Корпорейшн Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом и многокамерное устройство для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом
US8334148B2 (en) * 2009-11-11 2012-12-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming pattern structures
JP2010045398A (ja) * 2009-11-17 2010-02-25 Canon Anelva Corp 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP5919183B2 (ja) * 2012-12-17 2016-05-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマエッチング方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI523101B (zh) 2016-02-21
TWI585851B (zh) 2017-06-01
US8728946B1 (en) 2014-05-20
KR101384258B1 (ko) 2014-04-11
US20140217061A1 (en) 2014-08-07
JP2014120591A (ja) 2014-06-30
US9378758B2 (en) 2016-06-28
TW201426853A (zh) 2014-07-01
TW201604957A (zh) 2016-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4170165B2 (ja) 反応性イオンエッチング用のマスク材料、マスク及びドライエッチング方法
JP2011014881A (ja) 磁気素子の製造方法と装置
KR101578077B1 (ko) 플라즈마 에칭 방법
JP5919183B2 (ja) プラズマエッチング方法
JP5883772B2 (ja) プラズマ処理方法
US9070388B2 (en) Plasma processing method
US9449842B2 (en) Plasma etching method
JP4545569B2 (ja) 金属磁性体膜の加工方法
JP6040314B2 (ja) プラズマ処理方法
Moneck et al. Challenges and promises in the fabrication of bit patterned media
JP5815459B2 (ja) プラズマエッチング方法
JP5875723B2 (ja) プラズマ処理方法
JP6368837B2 (ja) プラズマエッチング方法
Li et al. A statistical approach to optimization of alumina etching in a high density plasma
KR20170001056A (ko) 아세트산 가스를 이용한 자성 박막의 식각방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150520

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151222

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160201

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160315

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5919183

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350