TW201426853A - 電漿蝕刻方法 - Google Patents
電漿蝕刻方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201426853A TW201426853A TW102100229A TW102100229A TW201426853A TW 201426853 A TW201426853 A TW 201426853A TW 102100229 A TW102100229 A TW 102100229A TW 102100229 A TW102100229 A TW 102100229A TW 201426853 A TW201426853 A TW 201426853A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- gas
- film
- ammonia
- plasma
- mask
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 151
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 34
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 37
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- -1 nitrogen-containing compound Chemical class 0.000 description 3
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FQMNUIZEFUVPNU-UHFFFAOYSA-N cobalt iron Chemical compound [Fe].[Co].[Co] FQMNUIZEFUVPNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- JMOHEPRYPIIZQU-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(2+) Chemical compound [O-2].[Ta+2] JMOHEPRYPIIZQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- 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)
Abstract
本發明的課題是在於提供一種在電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法中，不拘遮罩的開口尺寸，可取得所望的蝕刻深度之電漿蝕刻方法。本發明係以鉭作為遮罩來電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法，其特徵係具有：第一工程，其係使用氨氣與氦氣的混合氣體來將前述磁性膜電漿蝕刻至所望的深度；及第二工程，其係於前述第一工程後，使用氨氣與含有氧元素的氣體的混合氣體或氨氣與含有氫氧基的氣體的混合氣體來電漿蝕刻前述被蝕刻至所望的深度的磁性膜。
Description
本發明是有關電漿蝕刻方法，特別是有關電漿蝕刻磁性材料的電漿蝕刻方法。
近年來，為了對應於硬碟驅動的大容量化，磁頭從巨大磁阻效應(GMR：Giant Magneto Resistive effect)往利用隧道磁阻效應(TMR效應：tunnel Magneto-Resistance Effect)的磁頭移行，面記錄密度的高密度化急速進展。隨著面記錄密度的高密度化，被使用於硬碟驅動的磁頭需要微細化，在磁頭的製造中被要求微細加工技術。因此，在磁頭的製造裝置中，從離子束刻蝕(Ion Milling)裝置演進到適用電漿蝕刻裝置。
磁頭是具有：使用以藉由垂直磁氣記錄方式來將資訊記錄於記錄媒體的記錄磁場發生的磁極層、及收容該磁極層的收容層，收容層的溝部是被形成錐形(taper)形狀。並且，收容層以往是以氧化鋁(Al2O3)膜所形成，但近年來隨著收容層形成工程的工程數削減，而採用鐵(Fe)、鎳鐵(NiFe)、鈷鐵(CoFe)、鈷鎳鐵
(CoNiFe)等的磁性材料。
但，該等的磁性材料是揮發性非常低，因此電漿的蝕刻速度或垂直形狀不易取得，磁性材料的微細加工難。並且，在電漿蝕刻時產生的反應生成物會附著於電漿處理室內的內壁，而使電漿蝕刻性能容易經常變化。
作為可對如此的磁性材料進行反應性離子蝕刻的電漿蝕刻方法，例如在專利文獻1揭示有以添加氨(NH3)或胺類氣體等含氮化合物氣體的一氧化碳(CO)氣體作為反應氣體使用的乾蝕刻方法。
並且，使用此含氮化合物氣體與一氧化碳氣體的混合氣體，作為被蝕刻材料對遮罩之高選擇比的電漿蝕刻方法，在專利文獻2是揭示有以添加含氮化合物氣體的一氧化碳氣體作為反應氣體，使用鉭或氮化鉭的遮罩來進行蝕刻的方法。
〔專利文獻1〕日本特開平8-253881號公報
〔專利文獻2〕日本特開2001-274144號公報
但，揭示於專利文獻2的以往技術以鉭作為遮罩使用一氧化碳(CO)與氨(NH3)的混合氣體來電漿蝕刻磁性膜時，如圖10所示般隨著收容層的橫寬尺寸變窄，深度
方向的切削量會減少，一旦收容層的橫寬尺寸形成比250nm以下還窄，則會在深度方向的切削量為150nm附近產生蝕刻停止，發生即使延長蝕刻時間切削量也不會增加的現象。
因此，有鑑於上述課題，本發明是提供一種在電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法中，不拘遮罩的開口尺寸，可取得所望的蝕刻深度之電漿蝕刻方法。
本發明係以鉭作為遮罩來電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法，其特徵係具有：第一工程，其係使用氨氣與氦氣的混合氣體來將前述磁性膜電漿蝕刻至所望的深度；及第二工程，其係於前述第一工程後，使用氨氣與含有氧元素的氣體的混合氣體或氨氣與含有氫氧基的氣體的混合氣體來電漿蝕刻前述被蝕刻至所望的深度的磁性膜。
藉由本發明，在電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法中，不拘遮罩的開口尺寸，可取得所望的蝕刻深度。
1‧‧‧感應耦合天線
2‧‧‧放電部
3‧‧‧處理部
4‧‧‧匹配器
5‧‧‧氣體供給裝置
6‧‧‧電極
7‧‧‧電漿
8‧‧‧排氣裝置
9‧‧‧法拉第屏蔽
10‧‧‧第1高頻電源
11‧‧‧第2高頻電源
12‧‧‧試料
13‧‧‧AlTiC基板
14‧‧‧鎳鐵膜
15‧‧‧鉭膜
圖1是本發明所使用的電漿蝕刻裝置的概略剖面圖。
圖2是藉由本發明來電漿蝕刻的試料的膜構造。
圖3是藉由本發明來電漿蝕刻的鎳鐵膜的形狀的剖面圖。
圖4是表示藉由甲醇氣體、一氧化碳氣體及氨氣的混合氣體來蝕刻的鎳鐵膜的圖。
圖5是表示藉由氨氣來蝕刻的鎳鐵膜的圖。
圖6是表示藉由氨氣及氦氣的混合氣體來蝕刻的鎳鐵膜的圖。
圖7是表示藉由氨氣與一氧化碳氣體的混合氣體來蝕刻的鎳鐵膜的圖。
圖8是表示開口尺寸對氨氣與氦氣的混合比率的依存性的圖。
圖9是表示溝形狀的錐形角度對氨氣的流量比率的依存性的圖。
圖10是表示磁性膜的蝕刻深度對遮罩的開口尺寸的依存性的圖。
以下，利用圖面來說明本發明之一實施例。首先，利用圖1來說明用以實施本發明的電漿蝕刻裝置。
電漿處理室是具備：放電部2，其係石英(SiO2)或陶瓷(Al2O3)的非導電性材料，形成電漿生成部；及處理部3，其係配置有載置被處理體的試料12之電極6。
處理部3是被接地，電極6是隔著絕緣材來安裝於處理部3。
在放電部2的上方產生感應磁場配置有線圈狀的感應耦合天線1及電容耦合天線之法拉第屏蔽9，感應耦合天線1及法拉第屏蔽9是從第1高頻電源10經由匹配器4來供給高頻電力。並且，感應耦合天線1是由線圈狀的第1感應耦合天線1a及配置於前述第1感應耦合天線1a的外側之線圈狀的第2感應耦合天線1b所構成。
在電漿處理室的內部是由氣體供給裝置5來供給處理氣體，且藉由排氣裝置8來減壓排氣至所定的壓力。並且，藉由利用感應耦合天線1所產生的感應磁場來使從氣體供給裝置5供給至電漿處理室內部的處理氣體電漿化。而且，為了將存在於電漿7中的離子引入至試料12上，而從第2高頻電源11供給偏壓高頻電力至電極6。
並且，本電漿蝕刻裝置是具有對應於難蝕刻材料的蝕刻之構造，藉由朝法拉第屏蔽9施加高頻電壓，可抑制及除去往放電部2之反應生成物的附著。
其次，說明有關使用圖1所示的電漿蝕刻裝置的本發明。最初將藉由本發明來電漿蝕刻的試料12的膜構造顯示於圖2。
在AlTiC基板13上由下依序層疊500nm的厚度的鎳鐵膜14、及170nm的厚度的鉭膜15、及50nm的厚度的氧化鋁膜16。另外，氧化鋁膜16是預先藉由光微影技術來使溝圖案圖案化，開口寬度為215nm的遮罩。
首先最初以氧化鋁膜16作為遮罩，如表1的步驟1所示般，使用60ml/min的Cl2氣體及20ml/min的BCl3氣體的混合氣體，以處理壓力為0.3Pa、來源RF功率為800W、偏壓RF功率為50W的蝕刻條件來除去鉭膜15表層的自然氧化膜。接著，在除去鉭膜15表層的自然氧化膜之後，如表1的步驟2所示般，使用75ml/min的Cl2氣體及5ml/min的CF4氣體的混合氣體，以處理壓力為0.3Pa、來源RF功率為800W、偏壓RF功率為35W的條件，形成鉭膜15的遮罩。
並且，表1的步驟2是為了在50nm的厚度的氧化鋁膜16的遮罩形成170nm的厚度的鉭膜15的遮罩而可取得充分對氧化鋁膜16的高選擇比之條件。而且，藉由調整CF4氣體流量，可將鉭膜15的蝕刻形狀的角度控制成所望的角度(例如80~90度的範圍)。另外，藉由本實施例之5ml/min的CF4氣體，可形成幾乎垂直的鉭膜15的遮罩。
其次，在鉭膜15的遮罩形成後，以氧化鋁膜16及鉭膜15作為遮罩，如表2的步驟1所示般，使用280ml/min的氨(NH3)氣體及370ml/min的氦(He)氣體的混合氣
體，以處理壓力為3.0Pa、來源RF功率為1800W、偏壓RF功率為800W的蝕刻條件來將鎳鐵膜14蝕刻至所望的深度。另外，所謂所望的深度是不將鎳鐵膜14全部除去的所望的深度，在本實施例是將所望的深度設為300nm。
並且，氧化鋁膜16是在鉭膜15的遮罩形成時作為遮罩使用而變薄，因此在表2的步驟1的鎳鐵膜14的蝕刻中消失。因此，從表2的步驟1之蝕刻的途中，僅以鉭膜15作為遮罩，將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度。
其次，將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度之後，以鉭膜15作為遮罩，如表2的步驟2所示般，使用175ml/min的氨(NH3)氣體及10ml/min的一氧化碳(CO)氣體的混合氣體，以處理壓力為0.6Pa、來源RF功率為1800W、偏壓RF功率為500W的蝕刻條件來蝕刻鎳鐵膜14，可取得圖3所示那樣的300nm深度之所望的角度的錐形形狀。
並且，表2的步驟2的處理壓力是形成比表2的步驟1的處理壓力還低的壓力。藉此，藉由一氧化碳(CO)氣體與遮罩的鉭膜15的反應所生成的氧化鉭(TaO)會容易到達溝的底面，有助於使溝的底面形成平坦形狀。因
此，最好表2的步驟2的處理壓力是比表2的步驟1的處理壓力還低，為1.0Pa以下。
並且，表2的步驟2的一氧化碳(CO)氣體流量，若相對於氨(NH3)氣體流量過多，則氧化鉭(TaO)會被過度生成，而恐有溝的深度變淺之虞，因此表2的步驟2的一氧化碳(CO)氣體流量相對於氨(NH3)氣體流量，最好為10%以下或15ml/min以下。
而且，表2的步驟2的偏壓RF功率是比表2的步驟1的偏壓RF功率還低。藉此，藉由一氧化碳(CO)氣體與遮罩的鉭膜15的反應所生成的氧化鉭(TaO)會容易附著於溝的底面，有助於使溝的底面形成平坦形狀。因此，最好表2的步驟2的偏壓RF功率是比表2的步驟1的偏壓RF功率還低，或表2的步驟2的偏壓RF功率相對於表2的步驟1的偏壓RF功率為2/3以下。
如以上般，藉由本發明可取得圖3所示那樣的300nm深度之所望的角度的錐形形狀，但藉由本發明可取得如此的效果的理由是可想像成如以下般。
例如，使用甲醇(CH3OH)氣體及一氧化碳(CO)氣體以及氨(NH3)氣體的混合氣體，以開口寬度為215nm溝圖案的鉭膜15作為遮罩來蝕刻鎳鐵膜14時，如圖4所示般，含在混合氣體的碳原子(C)、氧原子(O)、氮原子(N)、氫(H)會成為離子，主要以物理性的作用來蝕刻鎳鐵膜14。
但，上述的氧原子(O)與鉭膜15的構成元素的鉭原
子(Ta)會反應，生成氧化鉭(TaO)，堆積於溝的底面全體，一旦某程度鎳鐵膜14的蝕刻進展，則氧化鉭(TaO)的堆積會超過鎳鐵膜14的蝕刻，氧化鉭(TaO)的蝕刻困難，因此鎳鐵膜14的蝕刻會停止。所以，即使增加蝕刻時間，往深度方向的蝕刻也不會進行，無法蝕刻至所望的深度。
由如此的情形可想像，為了以鉭膜15作為遮罩來將鎳鐵膜14蝕刻至所望的深度，不使氧化鉭生成是件重要的事，如圖5所示般，只使用氨(NH3)氣體，以開口寬度為215nm溝圖案的鉭膜15作為遮罩來蝕刻鎳鐵膜14時，如圖5所示般，在鎳鐵膜14的被蝕刻面雖有鉭(Ta)堆積，但可藉由氨(NH3)氣體來容易除去，因此可將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度。
但，使用氨(NH3)氣體來蝕刻鎳鐵膜14時，由於與鉭膜15的遮罩的選擇比低，因此鉭膜15的遮罩肩容易後退，橫寬尺寸會擴大，因此溝形狀的錐形角度會變大。
因此，以鉭膜15作為遮罩來將鎳鐵膜14蝕刻至所望的深度時，為了不使氧化鉭(TaO)生成，且使與鉭膜15的遮罩的選擇比提升，而使用氨(NH3)氣體與氦(He)氣體的混合氣體來進行鎳鐵膜14的蝕刻。
由於氦(He)氣體是惰性氣體，因此與鉭膜15的反應貧乏。並且，氦(He)氣體是在惰性氣體之中最輕的氣體，因此對遮罩的鉭膜15的損傷少，特別是鉭膜15的落肩會被抑制。
因此，可想像使用氨(NH3)氣體與氦(He)氣體的混合氣體，以開口寬度為215nm溝圖案的鉭膜15作為遮罩來蝕刻鎳鐵膜14時，如圖6所示般，可抑制鉭膜15的遮罩橫寬尺寸的擴大，且可將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度。
但，蝕刻底面為圓弧形狀。一旦為如此的圓弧形狀，則有能夠造成成膜不良或裝置特性的劣化等不良影響。因此，需要使溝的底面的圓弧形狀形成平坦形狀。基於如此的情形，使用氨(NH3)氣體與氦(He)氣體的混合氣體來將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度之後，使用氨(NH3)氣體與一氧化碳(CO)氣體的混合氣體來更進行鎳鐵膜14的蝕刻。
可想像此氨(NH3)氣體與一氧化碳(CO)氣體的混合氣體之鎳鐵膜14的蝕刻，如圖7所示般，藉由一氧化碳(CO)氣體與遮罩的鉭膜15的反應，氧化鉭(TaO)會被生成，氧化鉭(TaO)會堆積於蝕刻底面，往深度方向的蝕刻會被抑制，藉此可使溝形狀的底面形成平坦形狀。
根據以上，可想像藉由本發明可取得圖3所示那樣的300nm深度之所望的角度的錐形形狀。
在本實施例的表2的步驟1是將氨(NH3)氣體設為280ml/min，將氦(He)氣體設為370ml/min，藉此可取得215nm的開口寬度的溝形狀，但如圖8所示般，藉由控制氨(NH3)氣體與氦(He)氣體的混合比，可控制開
口尺寸。
並且，在本實施例為了使溝的底面形成平坦形狀，而使用氨(NH3)氣體與一氧化碳(CO)氣體的混合氣體，但亦可取代一氧化碳(CO)氣體，而使用二氧化碳(CO2)氣體、一氧化氮(NO)氣體、二氧化氮(NO2)氣體等含有氧元素的氣體。
而且，在本實施例為了使溝的底面形成平坦形狀，而使用氨(NH3)氣體與一氧化碳(CO)氣體的混合氣體，但亦可使用氨(NH3)氣體與甲醇(CH3OH)氣體的混合氣體。
例如，以表3的步驟1所示的蝕刻條件來將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度之後，以鉭膜15作為遮罩，如表3的步驟2所示般，使用175ml/min的氨(NH3)氣體與10ml/min的甲醇(CH3OH)氣體的混合氣體，以處理壓力為0.6Pa、來源RF功率為1800W、偏壓RF功率為500W的蝕刻條件來蝕刻鎳鐵膜14，可取得圖3所示那樣的300nm深度之所望的角度的錐形形狀。
並且，表3的步驟2的處理壓力是形成比表3的步驟1的處理壓力還低的壓力。藉此，藉由甲醇(CH3OH)氣
體與遮罩的鉭膜15的反應所生成的氧化鉭(TaO)會容易到達溝的底面，有助於使溝的底面形成平坦形狀。因此，最好表3的步驟2的處理壓力是比表3的步驟1的處理壓力還低，為1.0Pa以下。
並且，表3的步驟2的甲醇(CH3OH)氣體流量，若相對於氨(NH3)氣體流量過多，則氧化鉭(TaO)會被過度生成，而恐有溝的深度變淺之虞，因此表3的步驟2的甲醇(CH3OH)氣體流量相對於氨(NH3)氣體流量，最好為10%以下或15ml/min以下。
而且，表3的步驟2的偏壓RF功率是比表3的步驟1的偏壓RF功率還低。藉此，藉由甲醇(CH3OH)氣體與遮罩的鉭膜15的反應所生成的氧化鉭(TaO)會容易附著於溝的底面，有助於使溝的底面形成平坦形狀。因此，最好表3的步驟2的偏壓RF功率是比表3的步驟1的偏壓RF功率還低或表3的步驟2的偏壓RF功率相對於表3的步驟1的偏壓RF功率為2/3以下。
並且，在表3的步驟2是使用氨(NH3)氣體與甲醇(CH3OH)氣體的混合氣體，但亦可取代甲醇(CH3OH)氣體，使用乙醇(C2H6O)氣體、丙醇(C3H8O)氣體等含有氫氧基的氣體。
並且，在本實施例是藉由氨(NH3)氣體與氦(He)氣體的混合氣體來將鎳鐵膜14蝕刻至300nm的深度，但藉由使氨(NH3)氣體的流量相對於參考的流量來增減於±15%的範圍，可使溝形狀的錐形角度相對於參考的角度
來控制在±1.2度的範圍。
例如，將氨(NH3)氣體的流量設為245nm/min，將氦(He)氣體的流量設為305nm/min的混合氣體時，如圖9所示般，成為13.5度的錐形形狀。藉此，將氨(NH3)氣體的流量設為210nm/min，將氦(He)氣體的流量設為305nm/min的混合氣體時，如圖9所示般，成為14.7度的錐形形狀，另一方面，將氨(NH3)氣體的流量設為280nm/min，將氦(He)氣體的流量設為305nm/min的混合氣體時，如圖9所示般，成為12.3度的錐形形狀。該等的結果可想像如以下般。
藉由相對於氦(He)氣體的流量來增加氨(NH3)氣體流量，氨(NH3)氣體之相對於處理壓力的分壓會增加，電漿中的離子容易散亂，藉此離子容易衝突於溝圖案的側壁。因此，溝形狀會接近垂直形狀，錐形的角度會變小。
另一方面，若使氨(NH3)氣體的流量相對於氦(He)氣體的流量來降低，則氨(NH3)氣體之相對於處理壓力的分壓會減少，往溝圖案的側壁之離子的衝突會減少。因此，溝形狀會接近錐形形狀，錐形的角度會變大。
藉由如此使氨(NH3)氣體的流量相對於參考的流量來增減於±15%的範圍，可使溝形狀的錐形角度相對於參考的角度來控制在±1.2度的範圍，但若使氨(NH3)氣體的流量超過±15%的範圍來增減，則與氨(NH3)氣體的滞在時間或排氣速度的平衡會瓦解，產生蝕刻劑不足或反應
生成物的再附著等，如圖9所示般的溝圖案的側壁的錐形角度與氨(NH3)氣體流量比率的比例關係不會成立。
在本實施例是使用鉭膜15作為遮罩，但只要在氧化時與鎳鐵膜14的選擇比為充分高的材料即可，因此亦可例如將鈦(Ti)、氧化鋯(Zr)、氧化釔(Y)、鉿(Hf)等使用於遮罩。
並且，本實施例是以蝕刻鎳鐵膜14的例子來進行說明，但即使是蝕刻含鐵(Fe)元素、鎳(Ni)元素、鈷(Co)元素之中至少一個的元素的磁性膜也可取得與本實施例同樣的效果。例如鈷鐵(CoFe)膜、鈷鎳鐵(CoNiFe)也可以。
而且，在本實施例是以使用感應耦合型的電漿蝕刻裝置的例子來進行說明，但即使是適用在利用微波及磁場的ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式的微波電漿蝕刻裝置、螺旋波電漿蝕刻裝置、電容耦合型電漿蝕刻裝置等也可取得與本實施例同等的效果。
以上，如上述般，本發明的特徵是以鉭作為遮罩，使用氨氣與氦氣的混合氣體來將磁性膜電漿蝕刻至所望的深度，接著，使用氨氣與含有氧元素的氣體的混合氣體或氨氣與含有氫氧基的氣體的混合氣體來電漿蝕刻該被蝕刻至所望的深度的磁性膜。
並且，藉由本發明可以250nm以下的開口尺寸的鉭作為遮罩來將磁性膜蝕刻至300nm以上的深度，且可使成為收容層之溝形狀的底面形成平坦形狀。
13‧‧‧AlTiC基板
14‧‧‧鎳鐵膜
15‧‧‧鉭膜
Claims (5)
- 一種電漿蝕刻方法，係以鉭作為遮罩來電漿蝕刻磁性膜的電漿蝕刻方法，其特徵係具有：第一工程，其係使用氨氣與氦氣的混合氣體來將前述磁性膜電漿蝕刻至所望的深度；及第二工程，其係於前述第一工程後，使用氨氣與含有氧元素的氣體的混合氣體或氨氣與含有氫氧基的氣體的混合氣體來電漿蝕刻前述被蝕刻至所望的深度的磁性膜。
- 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，前述含有氧元素的氣體為一氧化碳氣體。
- 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，含有前述氫氧基的氣體為甲醇氣體。
- 如申請專利範圍第2項之電漿蝕刻方法，其中，前述第二工程的處理壓力係比前述第一工程的處理壓力低。
- 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，前述第二工程的處理壓力係比前述第一工程的處理壓力低。
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 |
|---|---|
| TW201426853A true TW201426853A (zh) | 2014-07-01 |
| TWI523101B TWI523101B (zh) | 2016-02-21 |
Family
ID=50657401
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW104135224A TWI585851B (zh) | 2012-12-17 | 2013-01-04 | Plasma etching method |
| TW102100229A TWI523101B (zh) | 2012-12-17 | 2013-01-04 | Plasma etching method |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW104135224A TWI585851B (zh) | 2012-12-17 | 2013-01-04 | Plasma etching method |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8728946B1 (zh) |
| JP (1) | JP5919183B2 (zh) |
| KR (1) | KR101384258B1 (zh) |
| TW (2) | TWI585851B (zh) |
Families Citing this family (4)
| 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)
| 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 |
-
2012
- 2012-12-17 JP JP2012274193A patent/JP5919183B2/ja active Active
-
2013
- 2013-01-04 TW TW104135224A patent/TWI585851B/zh active
- 2013-01-04 TW TW102100229A patent/TWI523101B/zh active
- 2013-02-15 US US13/767,913 patent/US8728946B1/en active Active
- 2013-02-20 KR KR1020130017958A patent/KR101384258B1/ko active IP Right Grant
-
2014
- 2014-04-09 US US14/248,376 patent/US9378758B2/en active Active
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 |
| TW201604957A (zh) | 2016-02-01 |
| JP5919183B2 (ja) | 2016-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9601688B2 (en) | Method of manufacturing magnetoresistive element and method of processing magnetoresistive film | |
| Matsui et al. | Etching characteristics of magnetic materials (Co, Fe, Ni) using CO/NH3 gas plasma for hardening mask etching | |
| TWI585851B (zh) | Plasma etching method | |
| JP2011014881A (ja) | 磁気素子の製造方法と装置 | |
| KR101578077B1 (ko) | 플라즈마 에칭 방법 | |
| US20140217060A1 (en) | Method for defect reduction in magnetic write head fabrication | |
| 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 | |
| JP5883772B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JP4769002B2 (ja) | エッチング方法 | |
| JP2012099589A (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JP4545569B2 (ja) | 金属磁性体膜の加工方法 | |
| JP2011014679A (ja) | 磁性素子の製造法及び記憶媒体 | |
| JP6040314B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| Abe et al. | Highly selective reactive-ion etching using CO/NH 3/Xe gases for microstructuring of Au, Pt, Cu, and 20% Fe–Ni | |
| JP6368837B2 (ja) | プラズマエッチング方法 | |
| JP5875723B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JP2003059015A (ja) | 磁気ヘッドの製造方法 | |
| KR20170001056A (ko) | 아세트산 가스를 이용한 자성 박막의 식각방법 | |
| KR20150029914A (ko) | H2o 가스를 이용한 자성 박막의 식각 방법 | |
| JP2011014677A (ja) | 磁性素子の製造法及び記憶媒体 |