JPH08253881A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH08253881A
JPH08253881A JP5568795A JP5568795A JPH08253881A JP H08253881 A JPH08253881 A JP H08253881A JP 5568795 A JP5568795 A JP 5568795A JP 5568795 A JP5568795 A JP 5568795A JP H08253881 A JPH08253881 A JP H08253881A
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magnetic
etching
alloy
etching method
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Isao Nakatani
功 中谷
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Abstract

PURPOSE: To facilitate reactive ion etching for a magnetic material by using carbon monoxide gas, in which a nitrogen-containing compound gas is added, as a reactive gas to etch the surface of a metal or alloy. CONSTITUTION: At the time of etching the surface of the metal or alloy, carbon monoxide gas, in which the nitrogen-containing compound gas is added, is used as the reactive gas. A magnetic metal or magnetic alloy is etched by using the carbon monoxide gas, in which ammonia or an amine gas is further added. Any method using AC high voltage, high frequency wave or microwave can be used as a means for generating the plasma of the reactive gas only if it is a means for generating glow discharge plasma under a reduced pressure. Fine machining for the magnetic alloy is realized by the method. And even the production of a quantum effect ceramic element, which will be practical in future, is enabled.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ドライエッチング方
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
薄膜インダクティブ磁気ヘッド、マイクロインダクタ
ー、マイクロトランス、薄膜磁気抵抗効果ヘッド、薄膜
永久磁石等のマイクロ磁気素子およびマイクロ磁気回路
の作成や、スピン散乱磁気抵抗効果素子、スピンバルブ
素子、強磁性トンネル接合素子、スピン電界効果素子、
スピン電界効果トランジスタ、バイポーラススピンスイ
ッチ等の量子効果磁気素子の作成等における微細加工に
有用なドライエッチング方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method. More specifically, the present invention is
Fabrication of thin film inductive magnetic heads, micro inductors, micro transformers, thin film magnetoresistive heads, micro magnetic elements and micro magnetic circuits such as thin film permanent magnets, spin scattering magnetoresistive effect elements, spin valve elements, ferromagnetic tunnel junction elements , Spin field effect device,
The present invention relates to a dry etching method useful for fine processing in the production of quantum effect magnetic elements such as spin field effect transistors and bipolar spin switches.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】一般に超LSI等の微小半導
体素子や磁気素子はリソグラフィ技術とエッチング技術
という2つのプロセスを組み合わせて製造されている。
リソグラフィ技術は被加工材料(半導体の膜や磁性体の
膜)表面に塗布したレジスト膜等の感光膜に微細図形を
作り出す技術であり、これには紫外線を用いてそれを行
うフォトリソグラフィ技術、電子線を用いてそれを行う
電子線リソグラフィ技術、イオン線を用いて行うイオン
線リソグラフィ技術がある。
2. Description of the Related Art Generally, a micro semiconductor element such as a VLSI or a magnetic element is manufactured by combining two processes of a lithography technique and an etching technique.
Lithography technology is a technology to create a fine pattern on a photosensitive film such as a resist film coated on the surface of a material to be processed (semiconductor film or magnetic film). Photolithography technology that uses ultraviolet rays to do this, electronic There are an electron beam lithography technique that uses an ion beam and an ion beam lithography technique that uses an ion beam.

【0003】また、エッチング技術は、リソグラフィで
作製したレジストパターンを目的とする半導体薄膜、磁
性体薄膜等に転写し、素子を形成する技術である。後者
のエッチング方法については、酸やアルカリ水溶液を用
いて被加工物のみをレジストに対して選択的に溶解させ
る湿式エッチング技術が一般的であった。しかしなが
ら、湿式エッチング法は、被加工物の溶解が等方的に進
むため、レジストで覆われている影の部分も回り込んで
浸食されるという問題点があり、微小な構造を形成する
ことは困難であった。特に、磁性材料であって、多結晶
な材料を加工しようとする場合には、さらに微小構造の
形成は困難であった。
The etching technique is a technique for forming an element by transferring a resist pattern produced by lithography to a target semiconductor thin film, magnetic thin film or the like. As the latter etching method, a wet etching technique is generally used in which only a workpiece is selectively dissolved in a resist using an acid or alkaline aqueous solution. However, the wet etching method has a problem that since the workpiece is isotropically dissolved, the shadow portion covered with the resist also wraps around and is corroded, which makes it impossible to form a minute structure. It was difficult. In particular, when processing a polycrystalline material which is a magnetic material, it is difficult to form a fine structure.

【0004】そこで、このような問題点を解決するため
に、低圧の反応ガスのプラズマを用いた反応性イオンエ
ッチング法が開発されている。この反応性イオンエッチ
ング法は、プラズマ中で被加工物の表面に対して垂直に
入射するイオンにより、化学的並びに物理的に被加工物
表面上の原子をはぎ取る方法であり、異方性加工が可能
である。そのため、湿式エッチング法の問題点であるレ
ジストで覆われている影の部分への浸食の回り込みがな
いので、微細な加工が可能である。さらに、反応性イオ
ンエッチング法は、レジストマスクと被加工物との化学
的密着性の要請や、レジストマスクのピンホールに対す
る問題が小さいといった点で湿式エッチング法より優れ
ている。
Therefore, in order to solve such a problem, a reactive ion etching method using plasma of a low pressure reaction gas has been developed. This reactive ion etching method is a method of chemically and physically stripping atoms on the surface of a workpiece by ions that are perpendicularly incident on the surface of the workpiece in plasma. It is possible. Therefore, since the erosion does not go around to the shadow portion covered with the resist, which is a problem of the wet etching method, fine processing is possible. Furthermore, the reactive ion etching method is superior to the wet etching method in that it requires less chemical adhesion between the resist mask and the workpiece and has less problems with pinholes in the resist mask.

【0005】このため、反応性イオンエッチング法は各
種の半導体素子、とりわけシリコン超LSIの微細加工
プロセスにおいて、1970年代の中頃からシリコンテ
クノロジーの基本技術の一つとなり、大きな発展を遂げ
た。ダイナミックランダムアクセスメモリー(DRA
M)でいえば、5μmルールの16kbit DRAM
の頃からである。また、この技術はガリウム砒素、ガリ
ウムリン等の化合物半導体にも応用され、最近では実用
化の域に達している。
Therefore, the reactive ion etching method has become one of the basic techniques of silicon technology since the mid-1970s and has made great progress in the microfabrication process of various semiconductor devices, particularly silicon VLSI. Dynamic Random Access Memory (DRA
Speaking of M), 16kbit DRAM of 5 μm rule
From the time. In addition, this technique has been applied to compound semiconductors such as gallium arsenide and gallium phosphide, and has recently reached the range of practical application.

【0006】しかしながら、半導体分野におけるこのよ
うな反応性イオンエッチング技術の進展にもかかわら
ず、磁性材料の分野では、上記のような特徴を有する反
応性イオンエッチングの適用が困難であった。このた
め、磁気バブルメモリ、ブロッホラインメモリ、薄膜磁
気ヘッド、薄膜磁気センサー、磁気ヘッドスライダー、
導体用のCu細線、およびコイル等の製造プロセスで
は、前述した湿式エッチング法の他、たとえば図4に示
したアルゴンイオンエッチング法が用いられていた。
However, in spite of the progress of such reactive ion etching technology in the semiconductor field, it has been difficult to apply the reactive ion etching having the above-mentioned characteristics in the field of magnetic materials. Therefore, magnetic bubble memory, Bloch line memory, thin film magnetic head, thin film magnetic sensor, magnetic head slider,
In the manufacturing process of Cu thin wires for conductors, coils, and the like, in addition to the wet etching method described above, for example, the argon ion etching method shown in FIG. 4 has been used.

【0007】このアルゴンイオンエッチング法では、真
空ポンプ(1)を装備した反応容器(2)の中に熱電子
銃(3)と可動被加工物ステージ(4)が設置されてい
る装置において、真空ポンプ(1)によって真空引きさ
れた反応容器(2)内に導入されたアルゴンガス(5)
は、熱電子銃(3)によって励起され、アルゴンイオン
源(6)となる。そして、引き出し電極(7)に与えら
れる電位差によって、アルゴンイオンビーム(8)とな
って、可動被加工物ステージ(4)上の被加工物(9)
に照射される構造となっている。
According to this argon ion etching method, in a device in which a thermoelectron gun (3) and a movable work piece stage (4) are installed in a reaction vessel (2) equipped with a vacuum pump (1), a vacuum is used. Argon gas (5) introduced into the reaction vessel (2) evacuated by the pump (1)
Is excited by the thermionic gun (3) and becomes an argon ion source (6). Then, due to the potential difference applied to the extraction electrode (7), an argon ion beam (8) is formed, and the work piece (9) on the movable work piece stage (4) is formed.
It has a structure that is irradiated to.

【0008】だが湿式エッチング法では、前述した通
り、微細化に限界があり、また、アルゴンイオンエッチ
ング法では、アルゴンイオンのスパッタリング作用を用
いて被加工物を物理的に削り取る方法であって、化学的
作用がないために選択性がなく、またエッチング速さ
が、数nm/分程度であるため、数μmの深さの加工を
するのに時間がかかり、効率が低いという欠点があっ
た。
However, the wet etching method has a limit in miniaturization as described above, and the argon ion etching method is a method of physically scraping a workpiece by using the sputtering action of argon ions. Since it has no effect, it has no selectivity, and since the etching rate is about several nm / min, it takes a long time to process a depth of several μm, resulting in low efficiency.

【0009】なお、磁性材料の場合に反応性イオンエッ
チング法の適用が困難な理由は以下の通りである。すな
わち、反応性イオンエッチングでは、プラズマ中で発生
した反応ガスの化学的活性種であるイオン、ラジカル、
中性種が被加工物質の表面に吸着し、被加工物表面と化
学反応を行い、低い結合エネルギーをもつ反応層を形成
する。そこで、被加工物の表面はプラズマ中で正イオン
の垂直の衝撃にさらされている。このため、結合エネル
ギーがゆるんだ表面反応層は物理的に(スパッタリング
作用により)はぎとられやすくなる。このように、反応
性イオンエッチングは化学的作用と物理的作用とが同時
に起こって進行するプロセスであり、そのため物質によ
る選択性が得られ、また加工物をその表面に垂直に切っ
てゆくという異方性が得られる。
The reason why it is difficult to apply the reactive ion etching method in the case of a magnetic material is as follows. That is, in reactive ion etching, ions, radicals, which are chemically active species of the reaction gas generated in plasma,
Neutral species are adsorbed on the surface of the material to be processed and chemically react with the surface of the material to be processed to form a reaction layer having low binding energy. Therefore, the surface of the work piece is exposed to the vertical impact of positive ions in the plasma. For this reason, the surface reaction layer with loose binding energy is likely to be physically peeled off (due to the sputtering action). As described above, the reactive ion etching is a process in which a chemical action and a physical action occur at the same time, so that the selectivity by the substance is obtained and the workpiece is cut perpendicularly to its surface. You can get the direction.

【0010】表面反応層の結合エネルギーはその物質の
蒸気圧とほぼ物理的意味が同じで、プラズマによって形
成される表面反応層物質が真空中で蒸発しやすいかどう
かで、反応性イオンエッチングがうまく行くかどうかが
判断される。ところが、遷移金属元素(たとえばFe,
Ni)を主成分とする磁性材料(例えばパーマロイ)で
は、反応性イオンエッチングで用いられるCF4 ,CC
4 のプラズマを用いると、半導体材料と同じようにハ
ロゲン化合物(たとえばFeCl2 、FeCl 3 、Ni
Cl2 )が形成されるが、これらの遷移金属ハロゲン化
合物はSiCl 4 、GaCl3 等の半導体元素のハロゲ
ン化合物に比較して、結合エネルギーがはるかに大きい
ので、蒸発しにくく、またスパッタ作用を受けにくく、
反応はそこで止まってしまうという問題がある。
The binding energy of the surface reaction layer depends on the material
It has almost the same physical meaning as vapor pressure, and is shaped by plasma.
Whether the surface reaction layer substance formed is easily evaporated in vacuum
And whether reactive ion etching works
To be judged. However, transition metal elements (for example, Fe,
Ni) a magnetic material whose main component is (for example, permalloy)
Is CF used in reactive ion etchingFour, CC
lFourThe same plasma as semiconductor materials can be
Rogen compounds (eg FeCl2, FeCl 3, Ni
Cl2) Are formed, but these transition metal halogenations
Compound is SiCl Four, GaCl3Halogen of semiconductor elements such as
Binding energy is much higher than that of
Therefore, it is hard to evaporate and is less susceptible to spattering,
The problem is that the reaction stops there.

【0011】そこで、この問題を解決するものとして、
K. Kinoshitaらによる昇温イオンエッチング法 (K. Kin
oshita,K. Yamada and H. Matutera. IEEE Trans. Mag
n.,27(1981), 4888.)が提案されており、CCl4 のプ
ラズマを用いる一般的なプラス化学反応系に加え、被加
工物をハロゲンランプからの赤外線により照射し、被加
工物を270〜370℃に加熱することを特徴としてい
る。この加熱により熱的に遷移金属ハライドを蒸発させ
る方法である。
Then, as a solution to this problem,
Temperature-programmed ion etching method by K. Kinoshita et al.
oshita, K. Yamada and H. Matutera. IEEE Trans. Mag
n., 27 (1981), 4888.) has been proposed, and in addition to a general plus chemical reaction system using CCl 4 plasma, the workpiece is irradiated with infrared rays from a halogen lamp to It is characterized by heating to 270 to 370 ° C. It is a method of thermally evaporating the transition metal halide by this heating.

【0012】しかしながら、この方法では、加熱温度が
高分子化合物のレジストマスクの耐熱性の限界を越えて
いるので、通常のレジストマスクに変わってガラス(S
iO 2 )やアルミナ(Al2 3 )等の耐熱性のよい無
機質をマスク材料として用いなくてはならないという欠
点がある。また、この方法はセンダスト合金(Fe−S
i−Al合金)には有効であるが、その他の磁性材料、
純Fe、パーマロイ(Fe−Ni合金)、さらに、Cu
に対しては速いエッチング速さが得られないという欠点
があった。
However, in this method, the heating temperature is
Beyond the heat resistance limit of polymer compound resist masks
Therefore, the glass (S
iO 2) And alumina (Al2O3), Etc. with good heat resistance
It is necessary to use the material as a mask material.
There is a point. In addition, this method is based on Sendust alloy (Fe-S
i-Al alloy), but other magnetic materials,
Pure Fe, Permalloy (Fe-Ni alloy), and Cu
The disadvantage is that a high etching speed cannot be obtained
was there.

【0013】一方、磁性材料に対する反応性イオンエッ
チング法に関して、新しい反応系を確立するための努力
もなされてきている。一酸化炭素(CO)ガスのプラズ
マを使う方法が例えば、M.J.Vasileと J.Mogabにより研
究されている。(M.J. VasileとJ. Mogab, J. Vac. Sci.
Technol. A4(1986), 1841.)。この方法では、COの活
性ラジカルにより被加工物の遷移金属表面で遷移金属カ
ーボニル化合物(Fe(CO)5 ,Ni(CO)4 ,C
2 (CO)5 等)を生成させ、真空中での蒸発作用あ
るいはスパッタリング作用によりそれをはぎ取り、エッ
チングすることをその原理としている。遷移金属カーボ
ニル化物は遷移金属化物の中で結合エネルギーが小さい
唯一の化合物である。しかしながら、この方法はエッチ
ング速度が極めて遅く、これら一連の研究は成功しなか
った。
On the other hand, efforts have been made to establish a new reaction system for the reactive ion etching method for magnetic materials. Methods using plasma of carbon monoxide (CO) gas have been studied by, for example, MJ Vasile and J. Mogab. (MJ Vasile and J. Mogab, J. Vac. Sci.
Technol. A4 (1986), 1841.). In this method, the transition metal carbonyl compound (Fe (CO) 5 , Ni (CO) 4 , C on the surface of the transition metal of the workpiece is generated by the active radicals of CO.
O 2 (CO) 5 etc. is generated, and the principle is to strip it off by an evaporation action or a sputtering action in a vacuum and etch it. The transition metal carbonyl compound is the only compound having a small binding energy among the transition metal compounds. However, this method has an extremely low etching rate, and this series of studies was not successful.

【0014】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来技術の問題を解消し、遷移金属
元素を主成分とする磁性材料に対して、反応性イオンエ
ッチングを可能にすることのできる、新しい方法を提供
することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the problems of the prior art and enables reactive ion etching for a magnetic material containing a transition metal element as a main component. The aim is to provide a new way of doing things.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、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て金属または合金表面をエッチ
ングすることを特徴とするドライエッチング方法を提供
する。また、この発明は、上記方法における態様とし
て、反応ガスとしてアンモニア、アミン類ガスを用いる
こと、さらには、磁性金属、または磁性合金の表面エッ
チングを行うことを特徴とするドライエッチング方法を
も提供する。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a surface of a metal or alloy is etched by using carbon monoxide gas added with a nitrogen-containing compound gas as a reaction gas. An etching method is provided. The present invention also provides, as an aspect of the above method, a dry etching method characterized by using ammonia or an amine gas as a reaction gas, and further performing surface etching of a magnetic metal or a magnetic alloy. .

【0016】[0016]

【作用】すなわち、この発明は、先の一酸化炭素ガスプ
ラズマを用いる方法について、プラズマ中で期待した化
学反応は進行しないことの原因について鋭意研究を行
い、その結果として得られた知見に基づいて完成されて
いる。つまり、CO分子は、プラズマ中で次式の不均一
化反応によって0価の炭素単体と4価の炭素イオンから
なるCO2 分子に分解し、導入したCO分子は遷移金属
カーボニルを生成することに寄与しないという問題があ
る。
In other words, the present invention has conducted intensive studies on the cause of the fact that the expected chemical reaction does not proceed in the plasma in the method using the carbon monoxide gas plasma, and based on the findings obtained as a result, It has been completed. That is, the CO molecule is decomposed into a CO 2 molecule composed of a zero-valent carbon simple substance and a tetravalent carbon ion in the plasma by the heterogeneous reaction of the following formula, and the introduced CO molecule produces a transition metal carbonyl. There is a problem of not contributing.

【0017】[0017]

【化1】 Embedded image

【0018】そこで、この発明者は、この不均一化反応
を起こさせないか、もしくは遅らせるための分子をプラ
ズマ中に加えることを検討した。より具体的には、NH
3 ガス、有機アミンガス、H2 Sガス、SO2 ガス、S
蒸気、SF4 ガス、H2 Sガス、H2 ガス、HClガ
ス、CCl4 蒸気、CH4 ガス、CHCl3 ガス、CH
2 Cl2 ガス、CHCl3 ガス、CF4 ガス、CHF3
ガス、CH2 2 ガス、CHF3 ガス等をそれぞれプラ
ズマ反応容器中に反応ガスであるCOガスとともに導入
し、質量分析計を用いて生成する分子種の種類を測定し
た。その結果、特に、NH3 やアミン類のガスが上記の
不均一化反応(1)を抑える効果があることが判明し
た。また、次に、反応性イオンエッチング装置に導入す
るNH3 等のガスとCOガスの混合比を変えながら、実
際にパーマロイ薄膜の反応性イオンエッチングを行い、
エッチングの速度を測定した。比較のためにSi(10
0)単結晶、アルミノほう珪酸ガラス(コーニング70
59グラス)についても同一条件でエッチングを行っ
た。
Therefore, the inventor of the present invention has made this heterogeneous reaction
Molecules to prevent or delay
I considered adding it to Zuma. More specifically, NH
3Gas, organic amine gas, H2S gas, SO2Gas, S
Steam, SFFourGas, H2S gas, H2Gas, HCl gas
Su, CClFourSteam, CHFourGas, CHCl3Gas, CH
2Cl2Gas, CHCl3Gas, CFFourGas, CHF3
Gas, CH2F2Gas, CHF3Gas etc.
Introduced into the Zuma reaction vessel along with CO gas
Then, use a mass spectrometer to measure the type of molecular species produced.
Was. As a result, especially NH3And amine gases are above
It was found that it has the effect of suppressing the heterogeneous reaction (1).
Was. In addition, next, it is introduced into the reactive ion etching device
NH3While changing the mixing ratio of CO gas and other gases,
In doing so, reactive ion etching of permalloy thin film is performed,
The etching rate was measured. For comparison, Si (10
0) Single crystal, aluminoborosilicate glass (Corning 70
59 glass) is also etched under the same conditions
Was.

【0019】図1はその結果をまとめたものである。す
なわち、COガス単体でのパーマロイに対するエッチン
グ速さは、1.3nm/分であるのに対して、NH3
スの濃度が増加するにつれて増大し、49mol%NH
3 −COの組成で極大を示し、エッチング速さは約11
nm/分にまで増大した。さらに、NH3 濃度を増大さ
せるとエッチング速さは減少し、NH3 単体では約4n
m/分であった。このことは、プラズマ中で、NH3
スとCOガスが共存することが作用効果の上から本質的
に重要であることを示している。さらに図2は、最も顕
著な効果を持つ49mol%NH3 −COの組成の反応
ガス一定量を反応性イオンエッチング反応容器に供給し
ながら、真空排気ポンプの排気速度を変えることによ
り、反応ガスの反応容器内での圧力を変化させ、エッチ
ング速度を測定した結果を示したものである。この図2
からは、反応容器圧力により、エッチング速度は大いに
依存し、2.4×10-8Torrの圧力で極大を示し、
約35nm/分であることがわかった。このエッチング
速度は、従来磁性材料のエッチングが行われていたアル
ゴンイオンエッチング法に対して約8倍の速さである。
また図3にも示した通り、パーマロイのSiに対するエ
ッチング速さの比、及びパーマロイのアルミノほう珪酸
ガラスに対するエッチング速さの比は、それぞれ4及び
9である。すなわち、この発明の反応性イオンエッチン
グ方法は、磁性材料に対して選択的に作用し、遷移金属
を成分とする磁性材料に対して優れた有効性があること
がわかる。
FIG. 1 summarizes the results. That is, the etching rate for permalloy with CO gas alone is 1.3 nm / min, whereas it increases as the concentration of NH 3 gas increases to 49 mol% NH 3.
The composition of 3- CO shows the maximum, and the etching speed is about 11
nm / min. Furthermore, as the NH 3 concentration is increased, the etching rate decreases, and NH 3 alone is about 4 n
It was m / min. This indicates that coexistence of NH 3 gas and CO gas in plasma is essentially important from the viewpoint of action and effect. Further, FIG. 2 shows that the reaction gas of the reaction gas having a composition of 49 mol% NH 3 —CO, which has the most remarkable effect, is supplied to the reactive ion etching reaction vessel while changing the exhaust speed of the vacuum exhaust pump. The results of measuring the etching rate by changing the pressure in the reaction vessel are shown. This figure 2
Shows that the etching rate greatly depends on the pressure of the reaction vessel, and shows a maximum at a pressure of 2.4 × 10 −8 Torr.
It was found to be about 35 nm / min. This etching rate is about 8 times faster than the argon ion etching method, which has conventionally been used to etch magnetic materials.
Further, as shown in FIG. 3, the ratio of the etching rate of permalloy to Si and the ratio of the etching rate of permalloy to aluminoborosilicate glass are 4 and 9, respectively. That is, it is understood that the reactive ion etching method of the present invention selectively acts on a magnetic material and has excellent effectiveness on a magnetic material containing a transition metal as a component.

【0020】COガスとNH3 ガス、さらには含窒素ア
ミン類等のガスを用いるこの発明の方法は、上記のパー
マロイに限られることなく、遷移金属を成分とする磁性
材料、たとえば、Fe,Ni,Co,Co−Cr合金、
センダスト合金(Fe−Si−Al)、Cu,Mo、こ
れら各種元素どうしの合金や化合物に対しても同様な作
用効果を持つ。また、これらの反応ガスのプラズマを発
生させる手段は、減圧下においてグロー放電プラズマを
発生させる手段であれば、直流高電圧、高周波、マイク
ロ波を用いる方法のいずれでもよく、また、電極構造は
容量結平行平板電極、マグネトロン電極、誘導結合型電
極、サイクロトロンレゾナンスプラズマ、ヘリコン波プ
ラズマ、スーパーマグネトロン電極等何であってもよ
い。
The method of the present invention using a gas such as CO gas and NH 3 gas, and nitrogen-containing amines is not limited to the above-mentioned permalloy, but a magnetic material containing a transition metal as a component, such as Fe or Ni. , Co, Co-Cr alloys,
The same effect can be obtained for sendust alloys (Fe-Si-Al), Cu, Mo, and alloys and compounds of these various elements. The means for generating plasma of these reaction gases may be any method using direct current high voltage, high frequency, or microwave as long as it is means for generating glow discharge plasma under reduced pressure, and the electrode structure has a capacitance. Any parallel plate electrode, magnetron electrode, inductively coupled electrode, cyclotron resonance plasma, helicon wave plasma, super magnetron electrode, etc. may be used.

【0021】エッチング操作については、たとえば上記
のパーマロイの場合の最適条件、すなわち、 49mol%NH3 −CO、 2.4×10-8Torr真空度 等を考慮して、対象とする磁性材料の組成、膜厚、所要
のエッチング精度等に応じて定めることができる。温度
条件についても同様に適宜に設定できる。
Regarding the etching operation, the composition of the target magnetic material is taken into consideration, for example, in consideration of the optimum conditions in the case of permalloy, that is, 49 mol% NH 3 —CO, 2.4 × 10 −8 Torr vacuum degree and the like. , Film thickness, required etching accuracy, etc. Similarly, the temperature condition can be appropriately set.

【0022】以下、実施例を示しさらに詳しくこの発明
について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0023】[0023]

【実施例】実施例1 80パーマロイ(80%Ni−Fe)を被加工物とし
て、この発明の反応性イオンエッチングを行った。ま
ず、被加工物は、(100)面をもつSi単結晶にスパ
ッタリング法により約600nmの80パーマロイの薄
膜を形成し、その表面の一部をSiO2 マスクにより覆
ったものとした。
EXAMPLES Example 1 Reactive ion etching according to the present invention was performed using 80 permalloy (80% Ni-Fe) as a workpiece. First, the object to be processed was one in which a thin film of about 600 nm of 80 permalloy was formed on a Si single crystal having a (100) plane by a sputtering method, and a part of the surface was covered with a SiO 2 mask.

【0024】図3に示した通り、反応性イオンエッチン
グ装置の反応部では、容量結合型の平行平板電極を有
し、被加工物(11)を保持した100cm2 の面積を
もつ電極(12)に13.56MHzの高周波(13)
をブロッキングコンデンサ(14)を介して印加できる
ようにした。その電極(11)に35mmの間隔を隔て
て広い面積をもつ接地した対向電極(15)を設けた。
なお、被加工物を保持した電極(12)は、水冷(1
6)し、被加工物(1)温度を常温に保持した。一方、
49mol%NH3 −CO混合ガス(17)を9cc/
分の流量で導入しながら、大排気量のターボ分子ポンプ
(18)で排気し、排気口のスロットルバルブ(19)
を調節して、反応容器内の真空度を2.4×10-8To
rrに保持した。
As shown in FIG. 3, in the reaction part of the reactive ion etching apparatus, there is an electrode (12) having a capacitive coupling type parallel plate electrode and having an area of 100 cm 2 holding a workpiece (11). High frequency of 13.56MHz (13)
Can be applied via a blocking capacitor (14). A grounded counter electrode (15) having a large area was provided on the electrode (11) at a distance of 35 mm.
The electrode (12) holding the work piece was cooled with water (1
6) Then, the temperature of the workpiece (1) was kept at room temperature. on the other hand,
49 mol% NH 3 —CO mixed gas (17) was added at 9 cc /
While introducing at a minute flow rate, exhaust with a large displacement turbo molecular pump (18), throttle valve (19) at the exhaust port
The degree of vacuum in the reaction vessel to 2.4 × 10 −8 To
Hold at rr.

【0025】次に、50Wの高周波をかけて電極間にプ
ラズマを発生させ、10分間エッチング処理を行った。
電力密度は0.5W/cm2 とした。反応終了後、Si
2 マスクを除去し、マスクにより覆われていた部分
と、覆われていなかった部分の段差をファブリーペロー
干渉計で測定し、段差の形状を走査型電子顕微鏡により
観察した。
Next, a high frequency of 50 W was applied to generate plasma between the electrodes, and etching treatment was performed for 10 minutes.
The power density was 0.5 W / cm 2 . After the reaction is completed, Si
The O 2 mask was removed, and the step between the portion covered with the mask and the portion not covered with the mask was measured with a Fabry-Perot interferometer, and the shape of the step was observed with a scanning electron microscope.

【0026】その結果、エッチングにより生じた段差
は、347nmであり、単位時間にあたり、エッチング
速さは35nm/分であることがわかった。また、段差
の形状は垂直に切り立って鋭く、アンダーカットやバリ
のせりだし等は見られず、エッチング後の仕上がり形状
は良好であった。実施例2 Co−Cr合金(Co−9.98%Cr)を被加工物と
して、この発明の反応性イオンエッチングを行った。
As a result, it was found that the step difference caused by etching was 347 nm, and the etching rate per unit time was 35 nm / min. Further, the shape of the step was vertically sharp and sharp, no undercut or bulging of burrs was observed, and the finished shape after etching was good. Example 2 Reactive ion etching according to the present invention was performed using a Co-Cr alloy (Co-9.98% Cr) as a workpiece.

【0027】被加工物は真空蒸着法により(100)面
をもつSi単結晶ウエファ上に形成した厚さ約300n
mのCo−Cr合金薄膜である。反応容器の圧力は実施
例1とほぼ等しく、2.5×10-8Torrであり、反
応時間は5.0分である。その他の条件は実施例1と同
一である。以上のようにして、Co−Cr合金薄膜上の
マスクに覆われている部分と覆われていない部分、すな
わちエッチングを受けなかった部分とエッチングを受け
た部分との境界の段差の測定と、段差の急峻さを観察し
た。
The work piece was formed on a Si single crystal wafer having a (100) plane by a vacuum evaporation method to a thickness of about 300 n.
m is a Co-Cr alloy thin film. The pressure in the reaction vessel is approximately the same as in Example 1, is 2.5 × 10 −8 Torr, and the reaction time is 5.0 minutes. Other conditions are the same as in Example 1. As described above, the step difference at the boundary between the mask-covered portion and the mask-uncovered portion on the Co—Cr alloy thin film, that is, the boundary between the unetched portion and the etched portion, The steepness of was observed.

【0028】その結果、段差の高さは122nmであ
り、Co−Cr合金に対するエッチング速さ24.4n
m/分であることが分かった。また段差の形状は垂直で
あり、ばりも少なく、良好であった。
As a result, the height of the step was 122 nm, and the etching rate for the Co--Cr alloy was 24.4 n.
It was found to be m / min. Further, the shape of the step was vertical and there was little flash, which was good.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、従来、困難であった遷移金属元素を主成分とする
磁性材料に対する反応性イオンエッチングが可能とな
り、磁性合金の微細加工が実現できる。また、将来実現
される量子効果磁気素子の作製も可能となる。さらに、
エッチング速さが大きいことから、磁性材料の微細加工
プロセスに要する時間が短縮され、生産効率の向上が可
能となる。さらにまた、遷移金属のみが選択的にエッチ
ングされるという性質があるので、マスク材料の限定条
件が少なくなり、微細加工プロセスの構成において融通
性がよくなる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to perform reactive ion etching on a magnetic material containing a transition metal element as a main component, which has been difficult in the past, and to realize fine processing of a magnetic alloy. Further, it becomes possible to manufacture a quantum effect magnetic element that will be realized in the future. further,
Since the etching speed is high, the time required for the microfabrication process of the magnetic material can be shortened and the production efficiency can be improved. Furthermore, since there is a property that only the transition metal is selectively etched, the conditions for limiting the mask material are reduced, and the flexibility of the configuration of the microfabrication process is improved.

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

【図1】この発明による反応性イオンエッチング方法に
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、NH3
とCOの混合ガスの流量を9cc/min、かつ反応槽
の圧力を3.6×10-3Torrと一定としたとき、N
3 のモル濃度に関するパーマロイのエッチング速さの
関係を示した関係図である。
[1] In the reactive ion etching method according to the invention, the reaction gas introduced into the plasma reaction vessel, NH 3
When the flow rate of the mixed gas of CO and CO is 9 cc / min and the pressure in the reaction tank is constant at 3.6 × 10 −3 Torr, N
FIG. 6 is a relational diagram showing the relation between the etching rate of permalloy and the molar concentration of H 3 .

【図2】この発明による反応性イオンエッチング方法に
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、NH3
とCOの混合ガスの流量を9cc/min、かつNH3
のモル濃度を49mol%と一定にしたとき、反応槽の
圧力に関するパーマロイのエッチング速さの関係を示し
た関係図である。
In Figure 2 a reactive ion etching method according to the invention, the reaction gas introduced into the plasma reaction vessel, NH 3
The flow rate of the mixed gas of CO and CO is 9 cc / min, and NH 3
FIG. 4 is a relationship diagram showing the relationship of the etching rate of permalloy with respect to the pressure in the reaction tank when the molar concentration of is constant at 49 mol%.

【図3】この発明で実施例における反応性イオンエッチ
ング装置の構成を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a reactive ion etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図4】従来法のアルゴンイオンエッチング装置の構成
を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional argon ion etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 被加工物 12 高周波電極 13 高周波発信機 14 ブロッキングコンデンサ 15 対向電極(接地電極) 16 冷却水 17 NH3 −CO混合ガス 18 ターボ分子ポンプ 19 スロットバルブ11 the workpiece 12 frequency electrode 13 RF transmitter 14 blocking capacitor 15 counter electrode (ground electrode) 16 cooling water 17 NH 3 -CO mixed gas 18 turbo-molecular pump 19 throttle valve

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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て金属または合金の表面をエッチン
グすることを特徴とするドライエッチング方法。
1. A dry etching method, which comprises etching a surface of a metal or an alloy using a carbon monoxide gas added with a nitrogen-containing compound gas as a reaction gas.
【請求項2】 アンモニアもしくはアミン類ガスを添加
した一酸化炭素ガスを反応ガスとして表面エッチングす
ることを特徴とする請求項1のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the surface etching is performed by using carbon monoxide gas added with ammonia or amines gas as a reaction gas.
【請求項3】 磁性金属または磁性合金をエッチングす
る請求項1または2のドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the magnetic metal or magnetic alloy is etched.
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