KR20200067881A - 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시형태의 에칭 방법에서는, 자기 터널 접합층을 갖는 다층막이 에칭된다. 이 에칭 방법에서는, 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치의 챔버 본체는 내부 공간을 제공한다. 이 에칭 방법에서는, 내부 공간에 피가공물이 수용된다. 이어서, 내부 공간 내에서 생성된 제1 가스의 플라즈마에 의하여 다층막이 에칭된다. 제1 가스는, 탄소 및 희가스를 포함하고, 수소를 포함하지 않는다. 이어서, 내부 공간 내에서 생성된 제2 가스의 플라즈마에 의하여 다층막이 추가로 에칭된다. 제2 가스는, 탄소 및 희가스를 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하지 않는다.

Description

에칭 방법
본 개시의 실시형태는, 자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서 실행되는 피가공물의 다층막의 에칭 방법에 관한 것이다.
자기 터널 접합(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)층을 포함하는 자기 저항 효과 소자는, 예를 들면 MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory) 등의 디바이스에 있어서 이용되고 있다.
자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서는, 다층막의 에칭이 행해진다. 자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서 실행되는 에칭에서는, 플라즈마 처리 장치의 챔버 본체의 내부 공간 내에서 탄화 수소 가스 및 불활성 가스의 플라즈마가 생성되어, 해당 플라즈마로부터의 이온 및 라디칼이 다층막에 조사된다. 그 결과 다층막이 에칭된다. 이와 같은 에칭에 대해서는, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 에칭에서는, 불활성 가스로서 질소 가스와 희가스가 이용되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2011-14881호
탄화 수소 가스의 플라즈마를 생성하여 다층막을 에칭하면, 해당 다층막을 포함하는 피가공물 상에 퇴적물이 형성된다. 이 퇴적물의 양은 감소되어야 한다. 퇴적물의 양을 감소시키는 것을 가능하게 하는 에칭 방법으로서는, 플라즈마 처리 장치의 내부 공간 내에서 생성된 탄화 수소 가스와 희가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 에칭하는 공정과, 해당 내부 공간 내에서 생성된 수소 가스와 질소 가스의 플라즈마에 의하여 퇴적물을 제거하는 공정을 교대로 실행하는 에칭 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 에칭 방법에는, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화를 억제하는 것에 있어서 추가적인 개선이 요구된다.
일 양태에 있어서는, 자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서 실행되는 피가공물의 다층막의 에칭 방법이 제공된다. 다층막은, 자기 터널 접합층을 갖고, 상기 자기 터널 접합층은 제1 자성층과 제2 자성층, 및 상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층의 사이에 마련된 터널 배리어층을 포함한다. 이 에칭 방법에서는, 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치는 챔버 본체를 구비한다. 챔버 본체는 내부 공간을 제공한다. 이 에칭 방법은, (i) 내부 공간 내에 피가공물을 수용하는 공정과, (ii) 내부 공간 내에서 생성된 제1 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 에칭하는 공정이며, 제1 가스는 탄소 및 희가스를 포함하고, 수소를 포함하지 않는, 상기 공정과, (iii) 내부 공간 내에서 생성된 제2 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 추가로 에칭하는 공정이며, 제2 가스는 산소 및 희가스를 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하지 않는, 상기 공정을 포함한다.
수소를 포함하는 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 에칭하면, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성이 열화된다. 이는, 수소의 이온 및/또는 라디칼이 자기 저항 효과 소자의 다층막을 변질시키기 때문인 것으로 추측된다. 일 양태에 관한 에칭 방법에서는, 다층막의 에칭에 이용되는 제1 가스 및 제2 가스 쌍방이 수소를 포함하지 않기 때문에, 다층막의 에칭에 기인하는 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화가 억제된다. 또, 일 양태에 관한 에칭 방법에서는, 제1 가스에서 유래하는 탄소를 포함하는 퇴적물이 피가공물 상에 형성된다. 퇴적물의 양은, 제2 가스에 포함되는 산소의 이온 및/또는 라디칼에 의하여 저감된다. 또한, 제2 가스에서는 희가스에 의하여 산소 가스가 희석되어 있기 때문에, 다층막의 과잉된 산화가 억제된다.
일 실시형태에 있어서, 제1 가스는, 산소를 더 포함하고 있어도 된다. 일 실시형태에서는, 제1 가스는, 일산화 탄소 가스 또는 이산화 탄소 가스를 포함하고 있어도 된다.
일 실시형태에 있어서, 제1 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 에칭하는 공정과, 제2 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 추가로 에칭하는 공정은 교대로 반복되어도 된다.
일 실시형태에 있어서, 에칭 방법은, 내부 공간 내에 피가공물을 수용하는 공정의 실행 전에, 내부 공간 내에서, 제3 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 더 포함하고, 제3 가스는, 탄소를 포함하는 가스와 희가스를 함유해도 된다. 제3 가스의 플라즈마가 내부 공간 내에서 생성되면, 내부 공간을 구획 형성하는 표면 상에, 탄소를 함유하는 피막이 형성된다. 제2 가스에 포함되는 산소의 이온 및/또는 라디칼은, 부분적으로, 피막 중의 탄소와의 반응에 소비된다. 따라서, 이 실시형태에 의하면, 다층막의 산화가 더 억제된다. 고로, 이 실시형태에 의하면, 다층막의 에칭 속도의 저하가 억제된다.
일 실시형태에 있어서, 제3 가스는, 탄소를 포함하는 가스로서, 탄화 수소를 포함하는 가스를 함유하고 있어도 된다.
일 실시형태에 있어서, 에칭 방법은, 제1 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 에칭하는 공정과, 제2 가스의 플라즈마에 의하여 다층막을 추가로 에칭하는 공정이 실행됨으로써 다층막이 에칭된 후에, 내부 공간을 구획 형성하는 표면의 클리닝을 실행하는 공정을 더 포함해도 된다. 이 실시형태에 의하면, 피가공물(W)의 다층막(ML)의 에칭이 실행된 후에, 상술한 피막이 클리닝에 의하여 제거될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 에칭 방법은, 다층막이 에칭된 후이고, 또한 클리닝을 실행하는 공정 전에, 피가공물을 내부 공간으로부터 반출하는 공정을 더 포함해도 된다. 이 실시형태에 의하면, 다층막이 에칭되어 피가공물이 내부 공간으로부터 반출된 후에, 클리닝에 의하여 피막이 제거된다. 그리고, 다른 피가공물이 내부 공간에 반입되기 전에, 상술한 피막이 다시 형성된다. 그러한 후에, 해당 다른 피가공물의 다층막의 에칭이 실행된다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 2 이상의 피가공물의 다층막이, 동일한 환경하에서 순차적으로 에칭될 수 있다.
일 실시형태에서는, 제1 자성층 및 제2 자성층의 각각은, CoFeB층이며, 터널 배리어층은 MgO층이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화를 억제할 수 있는 에칭 방법이 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 관한 에칭 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일례의 피가공물의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 에칭 방법의 실행에 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4의 (a)는 공정 ST1 및 공정 ST2에서 생성한 플라즈마를 설명하는 도이고, 도 4의 (b)는 공정 ST1 및 공정 ST2에 있어서의 피가공물의 상태를 나타내는 도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 에칭 방법의 종료 시에 있어서의 피가공물의 상태를 나타내는 도이다.
도 6은 제3 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 에칭 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 나타내는 에칭 방법(이하 "방법 MT"라 함)은, 피가공물의 다층막을 에칭하는 방법이며, 자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서 실행된다.
도 2는, 일례의 피가공물의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다. 방법 MT는 도 2에 나타내는 피가공물(W)의 다층막(ML)의 에칭을 위하여 실행될 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 피가공물(W)은 다층막(ML)을 갖는다. 다층막(ML)은, 적어도 자기 터널 접합층(TL)을 포함한다.
자기 터널 접합층(TL)은, 제1 자성층(L11), 터널 배리어층(L12), 및 제2 자성층(L13)을 포함하고 있다. 터널 배리어층(L12)은, 제1 자성층(L11)과 제2 자성층(L13)의 사이에 마련되어 있다. 제1 자성층(L11) 및 제2 자성층(L13)의 각각은, 예를 들면 CoFeB층이다. 터널 배리어층(L12)은, 금속 산화물로 형성된 절연층이다. 터널 배리어층(L12)은, 예를 들면 산화 마그네슘층(MgO층)이다.
다층막(ML)은, 제1 다층 영역(MR1) 및 제2 다층 영역(MR2)을 가질 수 있다. 제1 다층 영역(MR1)은, 상술한 자기 터널 접합층(TL)을 포함하고 있다. 이 제1 다층 영역(MR1)은, 캡층(L14), 상층(L15) 및 하층(L16)을 더 포함하고 있어도 된다. 자기 터널 접합층(TL)은 하층(L16) 상에 마련되어 있다. 상층(L15)은, 자기 터널 접합층(TL) 상에 마련되어 있다. 캡층(L14)은, 상층(L15) 상에 마련되어 있다. 상층(L15) 및 하층(L16)은, 예를 들면 텅스텐(W)으로 형성되어 있다. 캡층(L14)은, 예를 들면 탄탈럼(Ta)으로 형성되어 있다.
제1 다층 영역(MR1)은, 제2 다층 영역(MR2) 상에 마련되어 있다. 제2 다층 영역(MR2)은, 자기 저항 효과 소자에 있어서 피닝층을 구성하는 금속 다층막을 포함할 수 있다. 제2 다층 영역(MR2)은, 복수의 코발트층(L21) 및 복수의 백금층(L22)을 포함하고 있다. 복수의 코발트층(L21) 및 복수의 백금층(L22)은 교대로 적층되어 있다. 다층막(ML2)은, 루테늄(Ru)층(L23)을 더 포함할 수 있다. 루테늄층(L23)은, 복수의 코발트층(L21) 및 복수의 백금층(L22)의 교대의 적층 중에 있어서, 임의의 2개의 층 사이에 개재되어 있다.
피가공물(W)은, 하부 전극층(BL) 및 하지층(UL)을 더 가질 수 있다. 하지층(UL)은, 예를 들면 산화 실리콘으로 형성되어 있다. 하부 전극층(BL)은 하지층(UL) 상에 마련되어 있다. 제2 다층 영역(MR1)은, 하부 전극층(BL) 상에 마련되어 있다. 하부 전극층(BL)은 제1 층(L31), 제2 층(L32) 및 제3 층(L33)을 포함할 수 있다. 제3 층(L33)은 Ta층이며, 하지층(UL) 상에 마련되어 있다. 제2 층(L32)은 Ru층이며, 제3 층(L33) 상에 마련되어 있다. 제1 층(L31)은 Ta층이며, 제2 층(L33) 상에 마련되어 있다.
피가공물(W)은 마스크(MK)를 더 갖는다. 마스크(MK)는, 제1 다층 영역(MR1) 상에 마련되어 있다. 마스크(MK)는, 단일 층으로 형성되어 있어도 되지만, 도 2에 나타내는 예에서는 적층체이다. 도 2에 나타내는 예에서는, 마스크(MK)는 층(L41~L44)을 포함하고 있다. 층(L41)은 산화 실리콘으로 형성되어 있으며, 층(L42)은 질화 실리콘으로 형성되어 있고, 층(L43)은 질화 타이타늄(TiN)으로 형성되어 있으며, 층(L44)은 루테늄으로 형성되어 있다.
이하, 도 2에 나타낸 피가공물(W)에 적용되는 경우를 예로 하여, 방법 MT의 설명을 행한다. 방법 MT에서는, 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 도 3은, 도 1에 나타내는 에칭 방법의 실행에 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도이다. 도 3에는, 플라즈마 처리 장치의 종단면의 구조가 개략적으로 나타나 있다. 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 챔버 본체(12)는, 그 내측의 공간을 내부 공간(12c)으로서 제공하고 있다. 챔버 본체(12)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)는, 접지 전위에 접속되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면, 즉 내부 공간(12c)을 구획 형성하는 벽면에는, 내플라즈마성을 갖는 막이 형성되어 있다. 이 막은, 양극 산화 처리에 의하여 형성된 막, 또는 산화 이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다. 챔버 본체(12)의 측벽(12s)에는, 개구(12g)가 형성되어 있다. 피가공물(W)은, 내부 공간(12c)에 반입될 때, 및 내부 공간(12c)으로부터 반출될 때에, 개구(12g)를 통과한다. 개구(12g)는 게이트 밸브(14)에 의하여 개폐 가능하다. 게이트 밸브(14)는, 측벽(12s)을 따라 마련되어 있다.
내부 공간(12c) 내에는, 지지부(15)가 마련되어 있다. 지지부(15)는, 챔버 본체(12)의 바닥부에서 상방으로 뻗어 있다. 지지부(15)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 지지부(15)는, 석영과 같은 절연 재료로 형성되어 있다. 내부 공간(12c) 내에는, 스테이지(16)가 추가로 마련되어 있다. 스테이지(16)는, 지지부(15)에 의하여 지지되어 있다. 스테이지(16)는, 그 위에 탑재된 피가공물(W)을 지지하도록 구성되어 있다. 피가공물(W)은, 웨이퍼와 같이 원반 형상을 가질 수 있다. 스테이지(16)는, 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 포함하고 있다.
하부 전극(18)은, 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)의 각각은, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 제2 플레이트(18b)는, 제1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있으며, 제1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 플레이트(18b) 상에는, 정전 척(20)이 마련되어 있다. 정전 척(20)은, 절연층, 및 해당 절연층 내에 내장된 전극을 갖고 있다. 정전 척(20)의 전극에는, 직류 전원(22)이 스위치(23)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 피가공물(W)의 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의하여, 피가공물(W)은 정전 척(20)에 끌어당겨져, 정전 척(20)에 의하여 유지된다.
제2 플레이트(18b)의 주연부(周緣部) 상에는, 피가공물(W)의 에지 및 정전 척(20)을 둘러싸도록 포커스 링(24)이 배치된다. 포커스 링(24)은, 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(24)은, 플라즈마 처리에 따라 적절히 선택되는 재료로 구성되어 있으며, 예를 들면 석영으로 형성된다.
제2 플레이트(18b) 내부에는, 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)에는, 챔버 본체(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛에서 배관(26a)을 통하여 냉매가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 냉매는, 배관(26b)을 통하여 칠러 유닛에 되돌려진다. 즉, 칠러 유닛과 유로(18f)의 사이에서는, 냉매가 순환된다. 이 냉매의 온도를 칠러 유닛에 의하여 제어함으로써, 정전 척(20)에 의하여 지지된 피가공물(W)의 온도가 제어된다.
플라즈마 처리 장치(10)에는, 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(20)의 상면과 피가공물(W)의 이면 사이에 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 스테이지(16)의 상방에 마련되어 있으며, 하부 전극(18)에 대하여 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)은, 부재(32)와 함께 챔버 본체(12)의 상부 개구를 폐쇄하고 있다. 부재(32)는, 절연성을 갖고 있다. 상부 전극(30)은, 이 부재(32)를 개재하여 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다.
상부 전극(30)은, 천판(天板)(34) 및 지지체(36)를 포함하고 있다. 천판(34)은 내부 공간(12c)에 접하고 있다. 천판(34)에는, 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 마련되어 있다. 이 천판(34)은, 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 실리콘으로 구성되어 있다. 혹은, 천판(34)은, 알루미늄제의 모재의 표면에 내플라즈마성의 막을 마련한 구조를 가질 수 있다. 또한, 이 막은, 양극 산화 처리에 의하여 형성된 막, 또는 산화 이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다.
지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지하도록 구성되어 있다. 지지체(36)는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 형성될 수 있다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터는, 복수의 가스 구멍(36b)이 하방으로 뻗어 있다. 복수의 가스 구멍(36b)은, 복수의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통되어 있다. 지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)에 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 개재하여, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스 및 클리닝 가스를 위한 복수의 가스 소스를 갖고 있다. 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스 및 클리닝 가스에 대해서는 후술한다.
밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있으며, 유량 제어기군(44)은 매스 플로 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 밸브군(42) 대응의 밸브 및 유량 제어기군(44) 대응의 유량 제어기를 개재하여, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치(10)는, 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스로부터의 가스를, 개별적으로 조정된 유량으로, 내부 공간(12c)에 공급하는 것이 가능하다.
지지부(15)와 챔버 본체(12)의 측벽(12s)의 사이에는, 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들면 알루미늄제의 모재에 산화 이트륨 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플 플레이트(48)에는, 다수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방에 있어서는, 배기관(52)이 챔버 본체(12)의 바닥부에 접속되어 있다. 이 배기관(52)에는, 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 자동 압력 제어 밸브와 같은 압력 제어기, 및 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 갖고 있으며, 내부 공간(12c)을 감압할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 고주파 전원(62)을 더 구비한다. 제1 고주파 전원(62)은, 플라즈마 생성용 제1 고주파를 발생시키는 전원이다. 제1 고주파의 주파수는, 27MHz~100MHz 범위 내의 주파수이며, 예를 들면 60MHz이다. 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(63)를 개재하여 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 정합기(63)는, 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하 측(상부 전극(30) 측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다. 또한, 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(63)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있어도 된다. 제1 고주파 전원(62)이 하부 전극(18)에 접속되어 있는 경우에는, 상부 전극(30)은 접지 전위에 접속된다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 제2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제2 고주파 전원(64)은, 피가공물(W)에 이온을 인입하기 위한 바이어스용 제2 고주파를 발생시키는 전원이다. 제2 고주파의 주파수는 제1 고주파의 주파수보다 낮다. 제2 고주파의 주파수는, 400kHz~13.56MHz 범위 내의 주파수이며, 예를 들면 400kHz이다. 제2 고주파 전원(64)은, 정합기(65)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(65)는, 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하 측(하부 전극(18) 측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(Cnt)를 추가로 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는, 프로세서, 기억 장치, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 구체적으로, 제어부(Cnt)는, 기억 장치에 기억되어 있는 제어 프로그램을 실행하고, 해당 기억 장치에 기억되어 있는 레시피 데이터에 근거하여 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 이로써, 플라즈마 처리 장치(10)는, 레시피 데이터에 의하여 지정된 프로세스를 실행하도록 되어 있다. 예를 들면, 제어부(Cnt)는, 방법 MT용 레시피 데이터에 근거하여, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다.
이 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 처리의 실행 시에는, 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 가스 소스로부터의 가스가, 내부 공간(12c)에 공급된다. 또, 배기 장치(50)에 의하여 내부 공간(12c)이 감압된다. 그리고, 내부 공간(12c)에 공급된 가스가, 제1 고주파 전원(62)으로부터의 고주파에 의하여 발생되는 고주파 전계에 의하여 여기된다. 그 결과, 내부 공간(12c) 내에서 플라즈마가 생성된다. 또, 하부 전극(18)에 제2 고주파가 공급된다. 그 결과, 플라즈마 중의 이온이 피가공물(W)을 향하여 가속된다. 이와 같이 가속된 이온, 및/또는 라디칼이 피가공물에 조사됨으로써, 피가공물(W)이 에칭된다.
이하, 도 1과 함께, 도 4 및 도 5를 참조하여, 방법 MT에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4의 (a)는, 공정 ST1 및 공정 ST2에서 생성된 플라즈마를 설명하는 도이고, 도 4의 (b)는, 공정 ST1 및 공정 ST2에 있어서의 피가공물의 상태를 나타내는 도이다. 도 5는, 도 1에 나타내는 에칭 방법의 종료 시에 있어서의 피가공물의 상태를 나타내는 도이다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 2에 나타낸 피가공물(W)에 대하여 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 방법 MT가 적용되는 경우를 예로 하여, 방법 MT의 설명을 행한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 방법 MT는, 공정 STa, 공정 ST1, 및 공정 ST2를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 방법 MT는 공정 STp를 더 포함한다. 추가적인 실시형태에서는, 방법 MT는 공정 STb 및 공정 STc를 더 포함한다.
공정 STa에서는, 피가공물(W)이 내부 공간(12c) 내에 수용된다. 피가공물(W)은, 스테이지(16)의 정전 척(20) 상에 재치되고, 해당 정전 척(20)에 의하여 유지된다.
일 실시형태에서는, 공정 STp가, 공정 STa의 실행 전에 실행된다. 공정 STp에서는, 내부 공간(12c) 내에서 제3 가스의 플라즈마(PL3)가 생성된다. 제3 가스는, 탄소를 포함하는 가스와 희가스를 함유한다. 탄소를 포함하는 가스는, 예를 들면 메테인(CH4)과 같은 탄화 수소, 일산화 탄소(Co)와 같은 산화 탄소, 또는 C4F6과 같은 불화 탄소를 포함한다. 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스이다. 공정 STp에서는, 더미 웨이퍼와 같은 물체가 정전 척(20) 상에 재치된 상태에서, 제3 가스가 내부 공간(12c)에 공급된다. 또, 공정 STp에서는, 내부 공간(12c) 내의 압력이 지정된 압력으로 배기 장치(50)에 의하여 설정된다. 또, 공정 STp에서는, 제3 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여, 제1 고주파가 공급된다. 공정 STp에 있어서 제3 가스의 플라즈마가 생성되면, 내부 공간(12c)을 구획 형성하는 표면, 예를 들면 챔버 본체(12)의 내벽면 상에 피막이 형성된다. 이 피막은, 제3 가스에 포함되는 탄소를 함유한다.
방법 MT에서는, 공정 STa의 실행 후에, 공정 ST1 및 공정 ST2가 실행된다. 공정 ST1에서는, 제1 가스 플라즈마에 의하여 다층막(ML)이 에칭된다. 제1 가스는, 탄소 및 희가스를 포함하고, 수소를 포함하지 않는 가스이다. 제1 가스는, 산소를 더 포함하고 있어도 된다. 산소를 포함하는 경우에는, 제1 가스는, 일산화 탄소 또는 이산화 탄소 가스를 포함할 수 있다. 제1 가스 중의 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스이다. 일례에 있어서, 제1 가스는 일산화 탄소 가스와 Ar 가스를 포함한다.
공정 ST1에서는, 제1 가스가 가스 소스군(40)으로부터 내부 공간(12c)에 공급된다. 또, 내부 공간(12c) 내의 압력이 지정된 압력으로 배기 장치(50)에 의하여 설정된다. 또, 플라즈마 생성을 위하여, 제1 고주파가 제1 고주파 전원(62)으로부터 공급된다. 공정 ST1에서는, 내부 공간(12c) 내에서, 제1 고주파에 근거하는 고주파 전계에 의하여 제1 가스가 여기되어, 제1 가스의 플라즈마(PL1)가 생성된다(도 4의 (a) 참조). 공정 ST1에서는, 제2 고주파 전원(64)으로부터 제2 고주파가 하부 전극(18)에 공급된다. 제2 고주파가 하부 전극(18)에 공급됨으로써, 플라즈마(PL1) 중의 이온(탄소 및 희가스 원자의 이온)이 피가공물(W)에 인입되어, 해당 피가공물(W)에 조사된다.
공정 ST1에서는, 플라즈마(PL1)로부터의 탄소의 이온 및/또는 라디칼에 의하여, 다층막(ML)의 에칭이 용이해지도록 해당 다층막(ML)이 개질된다. 또, 플라즈마(PL1)로부터의 이온이 다층막(ML)에 충돌함으로써, 다층막(ML)이 에칭된다. 즉, 공정 ST1에서는, 이온의 스퍼터링에 의하여, 다층막(ML)이 에칭된다. 이 공정 ST1의 실행에 의하여, 마스크(MK)로부터 노출되어 있는 부분에 있어서 다층막(ML)이 에칭된다. 그 결과, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 마스크(MK)의 패턴이 다층막(ML)에 전사(轉寫)된다. 또한, 공정 ST1에서는, 탄소를 포함하는 퇴적물이 피가공물(W)의 표면 상에 형성되는 경우가 있다.
이어지는 공정 ST1에서는, 제2 가스의 플라즈마에 의하여 다층막(ML)이 추가로 에칭된다. 제2 가스는, 탄소 및 희가스를 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하지 않는다. 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스이다. 제2 가스는, 일례로서, 산소 가스와 Ar 가스를 포함한다.
공정 ST2에서는, 가스 소스군(40)으로부터 제2 가스가 내부 공간(12c)에 공급된다. 또, 내부 공간(12c) 내의 압력이 지정된 압력으로 배기 장치(50)에 의하여 설정된다. 또, 공정 ST2에서는, 플라즈마 생성을 위하여, 제1 고주파가 제1 고주파 전원(62)으로부터 공급된다. 공정 ST2에서는, 내부 공간(12c) 내에서, 제1 고주파에 근거하는 고주파 전계에 의하여 제2 가스가 여기되어, 제2 가스의 플라즈마(PL2)가 생성된다(도 4의 (a) 참조). 공정 ST2에서는, 제2 고주파 전원(64)으로부터 제2 고주파가 하부 전극(18)에 공급된다. 제2 고주파가 하부 전극(18)에 공급됨으로써, 플라즈마(PL2)로부터의 이온(산소 또는 희가스 원자의 이온)이 피가공물(W)에 인입되어, 해당 피가공물(W)에 조사된다. 즉, 이온의 스퍼터링에 의하여 다층막(ML)이 에칭된다. 또, 공정 ST2에서는, 산소의 이온 및/또는 라디칼에 의하여, 피가공물(W) 상의 탄소를 포함하는 퇴적물이 제거된다.
방법 MT에서는, 공정 ST1 및 공정 ST2를 각각이 포함하는 시퀀스가 1회 이상 실행된다. 해당 시퀀스가 복수 회 실행되는 경우에는, 공정 SJ1에 있어서, 정지 조건이 충족되는지 여부가 판정된다. 정지 조건은, 해당 시퀀스의 수행 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우에 충족된다. 공정 SJ1에 있어서 정지 조건이 충족되지 않는 것이라고 판정되면, 해당 시퀀스가 다시 실행된다. 즉, 공정 ST1과 공정 ST2가 교대로 반복된다. 한편, 공정 SJ1에 있어서 정지 조건이 충족되는 것이라고 판정되면, 해당 시퀀스의 실행이 종료된다. 시퀀스의 소정 횟수의 실행이 종료되면, 다층막(ML)은, 도 5에 나타내는 상태가 된다. 즉, 일 실시형태에서는, 해당 시퀀스는 하부 전극층(BL)이 노출될 때까지 실행되어, 다층막(ML)으로부터 도 5에 나타내는 필러가 형성된다.
방법 MT에서는, 이어서 공정 STb가 실행된다. 공정 STb에서는, 피가공물(W)이 내부 공간(12c)에서 챔버 본체(12)의 외부로 반출된다. 방법 MT에서는, 공정 STb의 실행 후에, 공정 STc가 실행된다. 공정 STc에서는, 내부 공간(12c)을 구획 형성하는 표면의 클리닝이 실행된다.
공정 STc에서는, 내부 공간(12c)에 클리닝 가스가 공급된다. 클리닝 가스는, 산소 함유 가스를 포함한다. 산소 함유 가스는, 예를 들면 산소 가스(O2 가스), 일산화 탄소, 또는 이산화 탄소 가스일 수 있다. 또, 공정 STp에서는, 내부 공간(12c) 내의 압력이 지정된 압력으로 배기 장치(50)에 의하여 설정된다. 또, 공정 STc에서는, 플라즈마 생성을 위하여, 제1 고주파가 제1 고주파 전원(62)으로부터 공급된다. 공정 STc에서는, 내부 공간(12c) 내에서, 제1 고주파에 근거하는 고주파 전계에 의하여 클리닝 가스가 여기되어, 클리닝 가스의 플라즈마가 생성된다. 공정 STc에서는, 클리닝 가스의 플라즈마로부터의 산소의 활성종에 의하여, 내부 공간(12c)을 구획 형성하는 표면, 예를 들면 챔버 본체(12)의 내벽면 상에 탄소를 포함하는 피막이 제거된다. 또한, 공정 STc는, 더미 웨이퍼와 같은 물체가 정전 척(20) 상에 재치되고, 해당 정전 척(20)에 의하여 유지된 상태에서 실행되어도 된다. 혹은, 공정 STc는, 정전 척(20) 상에 더미 웨이퍼와 같은 물체가 재치되어 있지 않은 상태에서 실행되어도 된다.
이어지는 공정 SJ2에서는, 다른 피가공물을 처리하는지 여부가 판정된다. 즉, 다른 피가공물의 다층막을 에칭하는지 여부가 판정된다. 공정 SJ2에 있어서 다른 피가공물을 처리해야 한다고 판정되는 경우에는, 공정 STp로부터의 처리가 다시 실행되어, 해당 다른 피가공물의 다층막이 에칭된다. 한편, 공정 SJ2에 있어서 다른 피가공물을 처리하지 않는다고 판정되는 경우에는, 방법 MT는 종료된다.
수소를 포함하는 가스의 플라즈마에 의하여 다층막(ML)을 에칭하면, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성이 열화된다. 이는, 수소의 이온 및/또는 라디칼이 자기 저항 효과 소자의 다층막(ML)을 변질시키기 때문인 것으로 추측된다. 한편, 방법 MT에서는, 다층막(ML)의 에칭에 이용되는 제1 가스 및 제2 가스의 쌍방이 수소를 포함하지 않기 때문에, 다층막(ML)의 에칭에 기인하는 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화가 억제된다. 또, 방법 MT에서는, 제1 가스에서 유래하는 탄소를 포함하는 퇴적물이 피가공물(W) 상에 형성된다. 퇴적물의 양은, 제2 가스에 포함되는 산소의 이온 및/또는 라디칼에 의하여 저감된다. 또한, 제2 가스에서는 희가스에 의하여 산소 가스가 희석되어 있기 때문에, 다층막(ML)의 과잉된 산화가 억제된다.
일 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 공정 STp에 있어서, 제3 가스의 플라즈마가 내부 공간(12c) 내에서 생성된다. 제3 가스의 플라즈마가 내부 공간(12c) 내에서 생성되면, 내부 공간(12c)을 구획 형성하는 표면 상에, 탄소를 함유하는 피막이 형성된다. 제2 가스에 포함되는 산소의 이온 및/또는 라디칼은, 부분적으로, 피막 중의 탄소와의 반응에 소비된다. 따라서, 이 실시형태에 의하면, 다층막(ML)의 산화가 억제된다. 고로, 다층막(ML)의 에칭 속도의 저하가 억제된다.
이상, 다양한 실시형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형형태를 구성 가능하다. 예를 들면, 방법 MT 및 그 변형형태에 관한 방법의 실행에는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 이외의 플라즈마 처리 장치를 이용하는 것이 가능하다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치로서는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 플라즈마의 생성을 위하여 마이크로파와 같은 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치가 예시된다.
또, 방법 MT에 있어서 에칭되는 다층막은, 적어도 자기 터널 접합층(TL)을 포함한다. 환언하면, 공정 ST1 및 공정 ST2를 포함하는 시퀀스는, 적어도 자기 터널 접합층(TL)을 에칭하기 위하여 실행된다. 또한, 자기 터널 접합층(TL) 이외의 다층막(ML)의 영역은, 공정 ST1 및 공정 ST2를 포함하는 시퀀스와는 상이한 처리에 의하여 에칭되어도 된다.
또, 공정 STp, 공정 STa, 공정 ST1 및 공정 ST2의 실행에 따라, 2 이상의 피가공물의 다층막(ML)이 순서대로 에칭된 후에, 공정 STc의 클리닝이 실행되어도 된다. 2 이상의 피가공물 중 그 다층막(ML)이 마지막으로 에칭되는 피가공물 이외의 피가공물은, 그 다층막(ML)이 다음으로 에칭되는 피가공물이 내부 공간(12c) 내에 수용되기 전에, 내부 공간(12c)으로부터 반출된다. 공정 STc의 클리닝은, 2 이상의 피가공물 중 그 다공막(ML)이 마지막으로 에칭된 피가공물이, 내부 공간(12c) 내에 배치된 채, 혹은 챔버 본체(12)의 외부로 반출된 후에, 실행되어도 된다.
이하, 방법 MT의 평가를 위하여 행한 다양한 실험에 대하여 설명한다. 또한, 본 개시는 이하에 설명하는 실험에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(제1 실험)
제1 실험에서는, 공정 ST1 및 공정 ST2를 각각이 포함하는 시퀀스를 실행하여, 도 2에 나타낸 구조의 피가공물의 다층막을 에칭함으로써, 복수(296개)의 실험 샘플 1을 제작했다. 복수의 실험 샘플 1의 제작에 있어서는, 도 3에 나타낸 구조의 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 이하에, 복수의 실험 샘플 1의 작성에 있어서의 처리 조건을 나타낸다.
<실험 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건>
·공정 ST1
내부 공간의 압력: 10[mTorr](1.333[Pa])
제1 가스 중의 Ar 가스의 유량: 25[sccm]
제1 가스 중의 일산화 탄소(CO) 가스의 유량: 175[sccm]
제1 고주파: 60[MHz], 200[W]
제2 고주파: 400[kHz], 800[W]
처리 시간: 5[초]
·공정 ST2
내부 공간의 압력: 10[mTorr](1.333[Pa])
제2 가스 중의 Ar 가스의 유량: 194[sccm]
제2 가스 중의 산소(O2) 가스의 유량: 6[sccm]
제1 고주파: 60[MHz], 200[W]
제2 고주파: 400[kHz], 800[W]
처리 시간: 5[초]
·시퀀스의 실행 횟수: 35회
또, 제1 실험에서는, 비교를 위하여, 제1 공정 및 제2 공정을 각각이 포함하는 시퀀스를 실행하여, 도 2에 나타낸 구조의 피가공물의 다층막을 에칭함으로써, 복수(287개)의 비교 샘플 1을 제작했다. 복수의 비교 샘플 1의 제작에 있어서도, 도 3에 나타낸 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 이하에, 복수의 비교 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건을 나타낸다. 또한, 제1 공정에서는, 수소를 포함하는 메테인(CH4) 가스를 이용했다.
<비교 샘플 1의 제작에 있어서의 제1 및 제2 공정의 처리 조건>
·제1 공정
내부 공간의 압력: 10[mTorr](1.333[Pa])
Kr 가스의 유량: 170[sccm]
메테인(CH4) 가스의 유량: 30[sccm]
제1 고주파: 60[MHz], 200[W]
제2 고주파: 400[kHz], 800[W]
처리 시간: 5[초]
·제2 공정
내부 공간의 압력: 10[mTorr](1.333[Pa])
Ne 가스의 유량: 50[sccm]
산소(O2) 가스의 유량: 10[sccm]
일산화 탄소(CO) 가스의 유량: 140[sccm]
제1 고주파: 60[MHz], 200[W]
제2 고주파: 400[kHz], 800[W]
처리 시간: 5[초]
·시퀀스의 실행 횟수: 30회
제1 실험에서는, 제작한 복수의 실험 샘플 1 및 복수의 비교 샘플 1의 각각의 자기 저항(MR)비를 측정했다. 측정 결과, 복수의 실험 샘플 1의 MR비의 평균값은 188.5%이며, 복수의 비교 샘플 1의 MR비의 평균값은 180.3%였다. 즉, 복수의 실험 샘플 1은, 메테인 가스를 이용하여 그들의 에칭이 행해진 복수의 비교 샘플 1에 비하여, 높은 MR비를 갖고 있었다. 따라서, 공정 ST1과 공정 ST2를 포함하는 시퀀스의 실행에 의하면, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화가 억제되는 것이 확인되었다.
(제2 실험)
제2 실험에서는, 상술한 복수의 실험 샘플 1과 동일하게 복수의 실험 샘플 2를 제작했다. 또, 비교를 위하여, 상술한 복수의 비교 샘플 1과 동일하게 복수의 비교 샘플 2를 제작했다. 그리고, 복수의 실험 샘플 2 및 복수의 비교 샘플 2의 각각에 대하여, 시료 진동형 자력계를 이용하여 제작한 자화(磁化) 곡선으로부터 보자력(保磁力)을 구했다. 측정 결과, 복수의 실험 샘플 2의 보자력 Hc의 평균값(평균 보자력)은 1590(Oe)이며, 복수의 비교 샘플 2의 보자력 Hc의 평균값(평균 보자력)은 951(Oe)이었다. 즉, 실험 샘플 2는, 비교 샘플 2에 비하여 높은 평균 보자력을 갖고 있었다. 따라서, 다층막(ML)의 에칭에 있어서 수소를 포함하지 않는 제1 가스의 플라즈마 및 제2 가스의 플라즈마를 이용함으로써, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화를 억제하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
(제3 실험)
제3 실험에서는, 다층막의 메인 에칭 후에 실행되는 오버 에칭에 있어서의 시퀀스의 실행 횟수와 보자력과의 관계를 구했다. 제3 실험에서는, 복수의 실험 샘플 3 및 복수의 비교 샘플 3을 제작했다. 복수의 실험 샘플 3의 제작에 있어서는, 상술한 복수의 실험 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로, 도 2에 나타낸 구조의 피가공물의 다층막의 메인 에칭을 행했다. 복수의 실험 샘플 3 중 몇 개의 제작에 있어서는, 오버 에칭을 실행하지 않았다. 복수의 실험 샘플 3 중 다른 실험 샘플 3의 제작에 있어서의 오버 에칭에서는, 복수의 실험 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로 시퀀스를 6회, 12회, 또는 18회 실행했다. 복수의 실험 샘플 3의 제작에 있어서는, 상술한 복수의 실험 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로, 도 2에 나타낸 구조의 피가공물의 다층막의 메인 에칭을 행했다. 복수의 비교 샘플 3 중 몇 개의 제작에 있어서는, 오버 에칭을 실행하지 않았다. 복수의 비교 샘플 3 중 다른 비교 샘플 3의 제작에 있어서의 오버 에칭에서는, 복수의 비교 샘플 1의 제작에 있어서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로 시퀀스를 6회, 12회, 또는 18회 실행했다. 또한, 복수의 비교 샘플 3 및 복수의 비교 샘플 3 각각의 제작에는, 도 3에 나타낸 구조의 플라즈마 처리 장치를 이용했다.
제3 실험에서는, 복수의 실험 샘플 3 및 복수의 비교 샘플 3의 각각에 대하여, 시료 진동형 자력계를 이용하여 제작한 자화 곡선으로부터 보자력을 구했다. 그리고, 오버 에칭에 있어서의 시퀀스의 실행 횟수와 보자력의 평균값과의 관계를 구했다. 제3 실험 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6의 그래프에 있어서, 가로축은 오버 에칭에 있어서의 시퀀스의 실행 횟수를 나타내고 있으며, 세로축은 보자력의 평균값을 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수의 실험 샘플 3, 즉 공정 ST1 및 공정 ST2의 실행에 의하여 제작한 샘플의 보자력의 평균값은, 오버 에칭에 있어서의 시퀀스의 실행 횟수에 상관없이 대략 일정했다. 한편, 메테인 가스를 이용하여 제작한 복수의 비교 샘플 3의 보자력의 평균값은, 오버 에칭에 있어서의 시퀀스의 실행 횟수의 증가에 따라 감소했다. 이 결과로부터, 공정 ST1 및 공정 ST2를 각각 포함하는 시퀀스에 따르면, 다층막으로 형성되는 필러의 형상을 조정하기 위하여 오버 에칭을 행해도, 자기 저항 효과 소자의 자기 특성의 열화를 억제하는 것이 가능한 것이 확인되었다.
10…플라즈마 처리 장치
12…챔버 본체
12c…내부 공간
16…스테이지
18…하부 전극
20…정전 척
30…상부 전극
40…가스 소스군
50…배기 장치
62…제1 고주파 전원
64…제2 고주파 전원
W…피가공물
ML…다층막
L11…제1 자성층
L12…터널 배리어층
L13…제2 자성층
TL…자기 터널 접합층
MK…마스크

Claims (9)

  1. 자기 저항 효과 소자의 제조에 있어서 실행되는 피가공물의 다층막의 에칭 방법으로서,
    상기 다층막은, 자기 터널 접합층을 가지며, 상기 자기 터널 접합층은, 제1 자성층과 제2 자성층, 및 상기 제1 자성층과 상기 제2 자성층의 사이에 마련된 터널 배리어층을 포함하고,
    상기 에칭 방법에서는, 챔버 본체를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 이용되며, 상기 챔버 본체는 내부 공간을 제공하고,
    상기 에칭 방법은,
    상기 내부 공간 내에 상기 피가공물을 수용하는 공정과,
    상기 내부 공간 내에서 생성된 제1 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 에칭하는 공정이며, 상기 제1 가스는 탄소 및 희가스를 포함하고, 수소를 포함하지 않는, 상기 공정과,
    상기 내부 공간 내에서 생성된 제2 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 추가로 에칭하는 공정이며, 상기 제2 가스는 산소 및 희가스를 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하지 않는, 상기 공정을 포함하는 에칭 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가스는, 산소를 더 포함하는, 에칭 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 가스는, 일산화 탄소 가스 또는 이산화 탄소 가스를 포함하는, 에칭 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 에칭하는 상기 공정과, 제2 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 추가로 에칭하는 상기 공정이 교대로 반복되는, 에칭 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간 내에 상기 피가공물을 수용하는 상기 공정의 실행 전에, 상기 내부 공간 내에서, 제3 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 더 포함하고,
    상기 제3 가스는, 탄소를 포함하는 가스와 희가스를 함유하는, 에칭 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 가스는, 상기 탄소를 포함하는 상기 가스로서, 탄화 수소를 포함하는 가스를 함유하는, 에칭 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    제1 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 에칭하는 상기 공정과, 제2 가스의 플라즈마에 의하여 상기 다층막을 추가로 에칭하는 상기 공정이 실행됨으로써 상기 다층막이 에칭된 후에, 상기 내부 공간을 구획 형성하는 표면의 클리닝을 실행하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 다층막이 에칭된 후이고, 또한 클리닝을 실행하는 상기 공정 전에, 상기 피가공물을 상기 내부 공간으로부터 반출하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 자성층 및 상기 제2 자성층의 각각은 CoFeB층이고, 상기 터널 배리어층은 MgO층인, 에칭 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014881A (ja) 2009-05-27 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁気素子の製造方法と装置
JP2013051227A (ja) * 2011-08-30 2013-03-14 Hitachi High-Technologies Corp プラズマエッチング方法
JP2014112664A (ja) * 2012-10-30 2014-06-19 Tokyo Electron Ltd エッチング処理方法及び基板処理装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5952060A (en) * 1996-06-14 1999-09-14 Applied Materials, Inc. Use of carbon-based films in extending the lifetime of substrate processing system components
US7204913B1 (en) * 2002-06-28 2007-04-17 Lam Research Corporation In-situ pre-coating of plasma etch chamber for improved productivity and chamber condition control
US8608973B1 (en) * 2012-06-01 2013-12-17 Lam Research Corporation Layer-layer etch of non volatile materials using plasma
JP2014183184A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Tokyo Electron Ltd コバルト及びパラジウムを含む膜をエッチングする方法
JP6285322B2 (ja) * 2014-08-26 2018-02-28 東京エレクトロン株式会社 被処理体をエッチングする方法
JP2016164955A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6339963B2 (ja) * 2015-04-06 2018-06-06 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014881A (ja) 2009-05-27 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁気素子の製造方法と装置
JP2013051227A (ja) * 2011-08-30 2013-03-14 Hitachi High-Technologies Corp プラズマエッチング方法
JP2014112664A (ja) * 2012-10-30 2014-06-19 Tokyo Electron Ltd エッチング処理方法及び基板処理装置

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