TW201438304A

TW201438304A - 磁阻效應元件之製造方法

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Publication number: TW201438304A
Application number: TW102140282A
Authority: TW
Inventors: Yukito Nakagawa; Yoshimitsu Kodaira; Motozo Kurita; Takashi Nakagawa
Original assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-10-01
Also published as: KR20150053938A; US20150311432A1; TWI517463B; US9640754B2; CN104798218B; JPWO2014080782A1; KR101721020B1; WO2014080782A1; JP6018220B2; CN104798218A

Abstract

提供在磁阻效應元件之製造工程中，有效率地除去附著於元件分離後之側壁的再附著膜中之貴金屬原子，防止因再附著膜所引起之短路的製造方法。對形成於元件分離後之磁阻效應元件側壁的再附著膜，照射使用Kr氣體或Xe氣體之電漿而所形成之離子束，從再附著膜中選擇性地除去貴金屬原子。

Description

磁阻效應元件之製造方法

本發明係關於磁阻效應元件之製造方法。

MRAM(Magnetic Random Access Memory)係具有利用磁阻效應(TMR：Tunneling Magneto Resistive)之TMR元件之非揮性記憶體，持有與DRAM(Dynamic Random Access Memory)相同程度的積體密度和與SRAM(Static Random Access Memory)相同程度之高速性，並且以無限制地重寫資料之突破性的新世代記憶體，受到世界注目。

就以MRAM用之TMR元件而言，廣泛使用適合於高積體化之垂直磁化型TMR元件(以下，也稱為P-TMR元件)(參照非專利文獻1)。

就以該TMR元件之加工方法之一而言，使用有離子束蝕刻(IBE：Ion Beam Etching)或反應性離子蝕刻(RIE：Reactive Ion Etching)技術。例如，所知的有藉由使用烴和氧之混合氣體當作蝕刻氣體並使用RIE法進行加工，選擇性蝕刻磁阻效應元件中之金屬膜(參照專利文獻1)。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2005-268349號公報〔非專利文獻〕

〔非專利文獻1〕D.C.Worledge等，Appl.Phys.Lett, 98, (2011)022501

於使用上述般之蝕刻技術而進行TMR元件之元件分離之時，在元件分離後之TMR元件之側壁形成再次堆積被蝕刻之物質的再附著膜。如此之再附著膜包含多量金屬材料，當附著於隧道阻擋層之側壁時，通過基準層和自由層之電流通過側壁之再附著膜，失去當作元件之功能。

為了防止如此之電流之短路，附著於側壁之再附著膜必須藉由氧化反應或氮化反應等被絕緣體化。

另外，P-TMR元件含有由如Pd或Pt、Ru之多數的貴金屬所構成之膜，於蝕刻後之再附著膜中也含有多量之貴金屬原子。如此之貴金屬原子因化學性穩定，故氧化或氮化之反應速度較其他原子慢。因此，當完全使再附著膜中之貴金屬原子絕緣體化時，進行了元件中之其他原子之氧化或氮化，使得元件特性惡化。

本發明係鑒於上述課題而創作出，其目的為提供包含有選擇性除去於蝕刻加工後附著於TMR元件之側壁的再附著膜中之貴金屬原子之工程的TMR元件之製造方法。

本發明為了解決上述課題，係以藉由使用Kr氣體或Xe氣體的離子束，對其他金屬原子選擇性地蝕刻被形成在TMR元件之側壁的再附著膜所含的貴金屬原子作為其主旨。

具體而言，為具有兩個強磁性層和位於上述兩個強磁性層之間的隧道阻擋層的磁阻效應元件之製造方法，其特徵為：具有對附著於元件分離之上述隧道阻擋層之側壁的金屬材料照射離子束之工程，上述離子束為使用Kr氣體或Xe氣體之電漿而所形成的離子束。

在本發明中，藉由對蝕刻加工後附著於TMR元件之側壁的再附著膜照射使用Kr氣體或Xe氣體的離子束之工程，選擇性地除去該再附著膜中之貴金屬原子。依此，若藉由本發明時，藉由選擇性地除去貴金屬原子，可抑制因再附著膜所引起之短路。再者，可縮短用以抑制短路之對再附著膜照射離子束的時間，或用以使再附著膜所含之金屬材料成為絕緣體之反應時間，可製造具有更優良之元件特性的TMR元件。

1‧‧‧基板處理室

2‧‧‧電漿生成室

3‧‧‧排氣泵

4‧‧‧鐘罩

5‧‧‧氣體導入部

6‧‧‧天線

7‧‧‧整合器

8‧‧‧電磁線圈

9‧‧‧柵極

9a‧‧‧第1電極

9b‧‧‧第2電極

9c‧‧‧第3電極

10‧‧‧IBE裝置

11‧‧‧基板

12‧‧‧放電用電源

13‧‧‧中和器

14‧‧‧位置感測器

15‧‧‧基板保持器

16‧‧‧基板搬入口

17‧‧‧第1電極用電源

18‧‧‧第2電極用電源

20‧‧‧P-TMR元件

21‧‧‧基板

22‧‧‧緩衝層

23‧‧‧緩衝層

24‧‧‧自由層

25‧‧‧隧道阻擋層

26‧‧‧第1基準層

27‧‧‧第2基準層

28‧‧‧配向分離層

29‧‧‧第3基準層

30‧‧‧非磁性中間層

31‧‧‧第4基準層

32‧‧‧覆蓋層

40‧‧‧基板

41‧‧‧晶種層

42‧‧‧自由層

43‧‧‧隧道阻擋層

44‧‧‧基準層

45‧‧‧覆蓋層

46‧‧‧再附著層

圖1為可實施本發明之IBE裝置之一例的剖面模式圖。

圖2為可實施本發明之TMR元件之構成之一例的剖面模式圖。

圖3為表示IBE中之各種稀有氣體對貴金屬之選擇性的圖示。

圖4為表示IBE中之各種稀有氣體對貴金屬之選擇性的圖示。

圖5為表示IBE中之各種稀有氣體對貴金屬之選擇性的圖示。

圖6為表示IBE中之各種稀有氣體對貴金屬之選擇性的圖示。

圖7為用以說明IBE和RIE中之離子能之分布的圖示。

圖8為表示本發明之第1實施型態之工程的剖面模式圖。

圖9為表示本發明之第2實施型態之工程的剖面模式圖。

圖10為表示本發明之第3實施型態之工程的剖面模式圖。

圖11為示意性表示稀有氣體和O₂氣體之混合氣體之電漿中之各種離子之比率的圖示。

圖12為示意性表示稀有氣體和N₂氣體之混合氣體之電漿中之各種離子之比率的圖示。

以下，參照圖面說明本發明之實施型態，但是本發明並不限定於本實施型態，只要在不脫離其主旨之範圍下可適當變更。並且，在以下說明之圖面中，對具有同功能者賦予相同符號，省略其重複說明。

(第1實施型態)

圖1表示能夠實施與本發明有關之IBE處理的IBE裝置之概略圖。IBE裝置10係以當作基板處理室1和電漿源之電漿生成室2所構成。在基板處理室1設置有排氣泵3。在電漿生成室2設置有鐘罩4、氣體導入部5、RF天線6、整合器7、電磁石8，在與基板處理室1之境界設置有柵極9。

柵極9係由複數片之電極所構成。在本發明中，藉由例如圖1所示般之3片之電極構成柵極9。從鐘罩4側起依序成為第1電極9a、第2電極9b、第3電極 9c。藉由對第1電極9a施加正的電壓，對第2電極9b施加負的電壓，離子依據電位差被加速。第3電極9c也被稱為接地電極，被接地。藉由控制第2電極9b和第3電極9c之電位差，可以使用靜電透鏡效果而將離子束之直徑控制在既定之數值範圍內。離子束藉由中和器13被中和。第1電極9a及第2電極9b各被連接於用以施加既定電壓的電源17、18。

就以柵極9之材質而言，以對反應性氣體持有耐性之材質為佳。材質可舉出鉬或鈦等。再者，即使使用以除此之外之材質形成柵極9，在其表面塗佈鉬或鈦鍺亦可。

在基板處理室1內具有基板保持器15，在該基板保持器15連接有無圖示之ESC(Electrostatic Chuck：靜電吸附)電極。藉由該ESC電極，以靜電吸附固定被載置基板保持器15之基板11。再者，就以其他基板固定手段而言，可以使用夾持支撐等之各種固定手段。藉由從氣體導入部5導入製程氣體，對RF天線6施加高頻，可以使電漿生成室2內生成該製程氣體之電漿。然後，對柵極9施加直流電壓，將電漿生成室2內之離子以射束引出，照射至基板11，依此進行基板11之處理。被引出之離子束藉由中和器13被電性中和，而被照射至基板11。

基板保持器15可以使基板11朝其面內方向旋轉(自轉)。基板保持器15具備基板之旋轉速度、基板之旋轉次數及用以控制基板保持器15對柵極9之傾斜的旋轉控制手段，和檢測出基板11之旋轉位置的手段。再者，即使在該基板保持器15具備基板保持器15對柵極9之傾斜，及可以檢測出基板11之旋轉開口位置的手段亦可。在本實施型態中，在基板保持器15設置有當作位置檢測手段之位置感測器14，可以檢測出基板11之旋轉位置。就以位置感測器14，使用旋轉編碼器。

基板11從基板搬入口16被搬入至基板處理室1內，在基板保持器15之載置面上維持水平狀態地被保持。再者，基板保持器15可以對離子束呈任意傾斜。就以基板11之材料而言，使用例如圓板狀之矽晶圓。

接著，使用圖2說明藉由本發明製造出的TMR元件之構造的一例。圖2表示強磁性層在膜厚方向磁化之P-TMR元件20之層疊構造之模式圖。圖中之括號為膜厚。本例之P-TMR元件20首先在基板21上形成RuCoFe層、Ta層，作為緩衝層22、23。在其上方，形成為強磁性層之CoFeB層以作為自由層24，並形成當作隧道阻擋層25之MgO層。隧道阻擋層25為了取得高的MR比，以MgO為適合。其他，即使為含有Mg、Al、Ti、Zn、Hf、Ge之至少一個或兩個以上的氧化物亦可。在其上方，形成屬於強磁性層之CoFe層以作為第1基準層26、屬於強磁性層之CoFeB層以作為第2基準層27、Ta層以作為配向分離層28、第3基準層29。第3基準層29係由Co和Pd之疊層構造所構成，在本例中，於交互分別層疊4層Co/Pd之後，形成Co。

接著，形成Ru層以作為非磁性中間層30、第4基準層31、Ta層32以作為覆蓋層32。第4基準層31係由Co/Pd之疊層構造所構成，Co和Pd交互各被疊層14層。

如圖2所示般，P-TMR元件20尤其具有多數貴金屬膜。因此，藉由蝕刻將形成在基板21上之磁阻效應膜進行元件分離之時，在元件之側壁附著含有多數貴金屬原子的再附著膜。

並且，在本發明中，元件分離係指從上方依序圖案製作堆積於基板上之膜，至少圖案製作至當作隧道阻擋層而發揮功能的絕緣膜為止的狀態。

針對用以有效率地除去該再附著膜所含之貴金屬原子之本發明所涉及之IBE法，使用圖3至圖6，於下述中說明。

圖3表示使用各種稀有氣體而進行Ta和Pd之IBE之時的離子之能量，和Ta和Pd之濺鍍率之比的關係。橫軸表示藉由被施加至柵極9之電壓而決定的離子束之能量。縱軸表示相對於Ta之濺鍍率的Pd之濺鍍率。各種稀有氣體被導入至電漿生成室內而生成電漿，從該電漿引出離子束而被照射至被蝕刻材，依此進行使用各種稀有氣體的IBE。

各材質對各種稀有氣體的濺鍍率使用記載於N.Matsunami等8位著，Energy Dependence of the Yields of Ion-Induced Sputtering of Monatomic Solids，IPPJ-AM- 32(Institute of Plasma Physics,Nagoya University,Japan,1983)而算出。

從圖3可知即使使用任何稀有氣體，亦對Ta選擇性蝕刻Pd。

圖4表示使用He、Ne、Ar、Kr及Xe之各種稀有氣體而進行Ta及Pt之IBE之時之離子的能量，和Ta和Pt之濺鍍率之比的關係。橫軸表示藉由被施加至柵極9之電壓而決定的離子束之能量。縱軸表示相對於Ta之濺鍍率的Pt之濺鍍率。

從圖4可知Pd與Pt之情形相同，即使使用任何稀有氣體，亦對Ta選擇性蝕刻Pt。

圖5表示使用各種稀有氣體而進行Co和Pd之IBE之時的離子之能量，和Co和Pd之濺鍍率之比的關係。橫軸表示藉由被施加至柵極9之電壓而決定的離子束之能量。縱軸表示相對於Co之濺鍍率的Pd之濺鍍率。

從圖5可知針對He或Ne以外之稀有氣體，在100eV以下之低能量帶，對Co選擇性蝕刻Pd。尤其，針對Kr氣體及Xe氣體，在50eV中取得10倍以上之選擇性，從蝕刻速度和其選擇性之觀點來看，可實現生產性優良之製程。

圖6表示使用各種稀有氣體而進行Co和Pt之IBE之時的離子之能量，和Co和Pt之濺鍍率之比的關係。橫軸表示藉由被施加至柵極之電壓而決定的離子束之能量。縱軸表示相對於Co之濺鍍率的Pt之濺鍍率。

從圖6可知針對He，Pt對Co之濺鍍率為最大，大約0.1倍，對Co難以進行Pt之蝕刻。即使在Ne中也不達1倍，即使在Ar中最大也為1倍。因此，在像He或Ne、Ar之稀有氣體中，難以對Co選擇性蝕刻Pt。

另外，可知於Kr或Xe之時，對Co選擇性蝕刻Pt。尤其，越成為100eV以下之低能量，Pt對Co之選擇性越凸顯。

從圖3至圖6之結果，可知在像He或Ne、Ar之稀有氣體中，難以從混有P-TMR元件所含之金屬的再附著膜中選擇性蝕刻貴金屬原子。另外，針對Kr及Xe，即使在Pt及Pd中之任一者中，亦可選擇性蝕刻。

Kr及Xe皆係離子能越低，越提升對貴金屬之選擇性。另一方面，因離子能越低，各材料之蝕刻速度越低，故在提升生產性來看，盡量提高離子能為理想。於使用Xe進行IBE之時，即使相對於Kr為比較高之能量，因也可選擇性蝕刻貴金屬，故從生產性的觀點來看非常有利。

於考慮對貴金屬之蝕刻的選擇性及蝕刻速度之雙方時，離子能被設定在10eV以上100eV以下為佳。因在10eV以下之離子能中，對再附著的濺鍍率小，處理需要時間之故。

並且，針對藉由IBE除去再附著膜中之貴金屬原子，從製程穩定性之觀點來看非常優良。圖7表示RIE和IBE中射入至基板之離子能之分布圖。在RIE中，離子能藉由被供給至基板之高頻偏壓電位而決定，但其電位隨著高頻之頻率隨時變動。其結果，離子之能量也如圖7所示般，在寬廣範圍發散，無法僅照射既定能量之離子，成為在基板面內之特性分布或每處理基板之製程再現性惡化之原因。

另外，在IBE中，如圖7所示般，離子束中之各離子之能量發散小，可將離子能控制成既定值。因此，若藉由IBE，容易取得從對再附著膜中之貴金屬的蝕刻選擇性及再附著膜之蝕刻速度的兩個觀點所求得之理想離子能。再者，如RIE般，因無離子能之發散，故具有大於所設定之能量的離子能之離子射入基板之可能性也小。依此，比起RIE，可抑制對基板造成的損傷。

以下，針對包含藉由再附著膜除去貴金屬原子之工程的本發明之TMR元件之製造方法，可舉出具體性之製造工程而予以說明。

圖8係示意性地表示與本實施型態有關之TMR元件之製造工程之一部分。

如圖8(a)所示般，在基板40上使用濺鍍成膜法等，成膜晶種層41、自由層42、隧道阻擋層43、基準層44、覆蓋層45而形成磁阻效應膜。並且，圖8所示之TMR元件為簡化表示圖2所示之TMR元件構造。

於成膜至覆蓋層45之後，經既定之微影工程及蝕刻工程，如圖8(b)所示般進行元件分離，形成TMR元件。此時，在各TMR元件之側壁，存在於蝕刻工程之時所形成之再附著膜46。再附著膜46因含有多量導體之貴金屬原子，故成為短路之原因。

接著，對形成有再附著膜46之TMR元件，如圖8(c)所示般，照射使用Xe離子之離子束，除去再附著膜46。此時，藉由使用Xe離子之離子束，選擇性除去再附著膜46中所含之貴金屬原子。其結果，能夠容易除去再附著膜46。或是，藉由選擇除去再附著膜46含有多量的貴金屬材料，可抑制自由層42和基準層44之短路。

(第2實施型態)

在上述實施型態中，藉由使用Xe離子之IBE處理，除去再附著膜46，或是從再附著膜46選擇性除去貴金屬材料，依此抑制自由層42和基準層44之短路。對此，在本實施型態中，於進行使用Xe離子之IBE處理之後，藉由使用O₂氣體而進行IBE處理，使再附著膜46成為絕緣體。若藉由本實施型態時，因藉由化學反應積極地使再附著膜46變化成絕緣體，故可以確實地抑制自由層42和基準層44之短路。

圖9係示意性地表示與本實施型態有關之TMR元件之製造工程之一部分。

圖9(a)、(b)分別為與圖8(a)、(b)所示之第1實施型態之工程相同的工程。

在本實施型態中，接著對形成有再附著膜46 之TMR元件，如圖9(c)所示般，照射使用Xe離子之離子束。藉由該工程，選擇性地除去再附著膜46中所含之貴金屬原子。其結果，因從再附著膜46中，除去難產生氧化反應之貴金屬原子，故再附著膜46能夠容易藉由氧化反應成為絕緣體。依此，能夠降低接著所進行的用以使再附著膜46成為絕緣體化之反應工程中之處理時間，或反應性氣體之壓力等，能夠降低由於反應性氣體對TMR元件造成的損傷。

之後，如圖9(d)所示般，藉由對放電用氣體添加O₂氣體，形成離子束而照射TMR元件，使再附著膜46氧化，成為絕緣體。

在圖9(d)所示之製程中，雖然僅將O₂氣體導入至電漿生成室，形成電漿而照射離子束亦可，但從再附著膜46之氧化速度之控制的觀點來看，以使用O₂氣體和稀有氣體之混合氣體為佳。此時，即使作為混合於O₂氣體之氣體，使用任何的稀有氣體亦可。

針對使用圖9(c)所示之Xe氣體的工程之後之氧化工程，即使使基板移動至其他腔室之後，進行氧化工程亦可。再者，就以進行氧化之時的方式而言，即使在使用反應性氣體之離子束之照射以外，藉由使基板曝露於反應性電漿中使反應亦可。

但是，使用圖9(c)所示之Xe氣體的工程，和使用圖9(d)所示之O₂氣體之工程，係以藉由使導入至電漿生成室內之氣體變化，連續性地進行為佳。例如，於一定時間進行圖9(c)所示之IBE工程之後，即使除了Xe氣體之外導入O₂氣體至電漿生成室內，接著進行氧化工程亦可。如此一來，藉由在維持藉由電漿生成室內之Xe氣體產生的電漿之狀態下，進行O₂氣體之導入，可謀求處理時間之短縮化之故。

(第3實施型態)

在本實施型態中，於進行使用Xe離子之IBE處理之後，藉由使用O₂氣體而進行IBE處理，使再附著膜46成為絕緣體。對此，在本實施型態中，藉由形成Xe和O₂之混合氣體之電漿，並從該電漿形成離子束而進行再附著膜46之IBE處理，同時進行自再附著膜46除去貴金屬原子，和再附著膜46之絕緣體化。

圖10係示意性地表示與本實施型態有關之TMR元件之製造工程之一部分。

圖10(a)、(b)分別為與圖8(a)、(b)所示之第1實施型態之工程相同的工程。

接著，對形成有再附著膜46之TMR元件，如圖10(c)所示般，照射使用Xe及O₂之混合氣體而形成之離子束。藉由該工程，選擇性除去再附著膜46中所含之貴金屬原子，同時進行再附著膜46之氧化反應。

如本實施型態般，對電漿生成室供給Xe及O₂之混合氣體而形成電漿之時的該電漿中之原子之舉動予以說明。

從O₂氣體之電漿被引出的離子主要存在藉由氧分子之離子化而生成的O₂ ⁺，及藉由氧分子之解離離子化而生成的O⁺的二種類。其存在量以O₂ ⁺比較多。混合O₂氣體和稀有氣體之時的稀有氣體離子和氧分子離子之存在比率，係藉由氧分子之離子化剖面積和稀有氣體之離子化剖面積之比率而決定。Xe之離子化剖面積係氧的離子化剖面積之大約3倍，但是因Ar之離子化面積大約為0.9倍，故電漿中之氧離子和稀有氣體離子之存在比率產生如圖11所示之差。

圖11係將混合氣體中之各種稀有氣體和O₂氣體之體積比設為1：1，示意性地表示生成該混合氣體之電漿之時的該電漿中之稀有氣體離子和氧離子之比率的圖示。

如圖11所示般，可知氣體混合比率為相同之時，與Xe氣體混合之時的電漿中之氧離子量成為與Ar氣體混合之時的一半以下。

形成在TMR元件之側壁的再附著膜46一般以膜厚薄，再者再附著膜46之氧化反應也被精密控制為佳。當再附著膜46過度被氧化時，在構成內部之TMR元件之膜也產生氧化反應，使元件特性惡化之故。

如本實施型態般，於使用Xe氣體和O₂氣體之混合氣體之時，比起使用Ar氣體和O₂氣體之混合氣體或O₂氣體單獨之時，可以降低電漿中之氧離子之比例。因此，對O₂氣體導入量之氧化力的比率變小，即使在O₂ 氣體導入量變動之時，也難以對再附著膜46之氧化處理造成影響。其結果，可改善每基板之TMR元件特性之均勻性。

再者，即使對O₂氣體或Xe氣體之各個導入量的變動或電漿密度之變化、鐘罩4或柵極9之溫度變化等之IBE處理之時之製程條件之微小變化，亦可穩定進行氧化處理。

另外，於以Xe氣體和O₂氣體之混合氣體進行處理之時，在活性氧之供給量不足的狀況下，也可以另外設置供給源。再者，於活性氧供給量過剩之狀況下，藉由將O₂氣體之含有量減少至所需之最小限，可以更減少氧離子照射所帶來的損傷。於減少混合氣體中之O₂氣體之含有量之時，因更容易出現由於O₂氣體導入量之變動所導致的氧化力之變化，本實施型態特別有效。

並且，在上述實施型態中，為了使再附著膜46氧化，雖然使用O₂氣體，但是即使使用N₂O或CO₂、O₃、H₂O等之其他含氧氣體亦可。

(第4實施型態)

在第2實施型態中，藉由使用含氧氣體而進行IBE處理，使再附著膜46氧化而成為絕緣體化。對此，在本實施型態中，藉由使用含氮氣體而進行IBE處理，將再附著膜46當作氮化物而使成為絕緣體化。具體而言，在第2實施型態之圖9(d)之工程中，藉由對放電用氣體添加 N₂氣體以代替O₂氣體，形成離子束而照射至TMR元件，使再附著膜46氮化而成為絕緣體。

如此之工程，雖然僅將N₂氣體導入至電漿生成室，形成電漿而照射離子束亦可，但從再附著膜46之氧化速度之控制的觀點來看，以使用N₂氣體和稀有氣體之混合氣體為佳。此時，即使作為混合於N₂氣體之氣體，使用任何的稀有氣體亦可。

並且，使用Xe氣體的從再附著膜46除去貴金屬原子的除去工程，和使用N₂氣體的再附著膜46之氮化工程，即使藉由使導入至電漿生成室內之氣體變化，連續性進行亦可。於在一定時間進行使用例如Xe氣體之IBE工程之後，即使除了Xe氣體之外，導入N₂氣體至電漿生成室內，接著進行氮化工程亦可。如此一來，藉由在維持藉由電漿生成室內之Xe氣體產生的電漿之狀態下，進行N₂氣體之導入，可謀求處理時間之短縮化之故。

(第5實施型態)

在第4實施型態中，雖然於進行使用Xe離子之IBE處理之後，藉由使用N₂氣體而進行IBE處理，使再附著膜46成為絕緣體，但是在本實施型態中，藉由形成Xe和N₂之混合氣體之電漿，從該電漿形成離子束而進行再附著膜46之IBE處理，同時進行從再附著膜46除去貴金屬原子，和再附著膜46之絕緣體化。具體而言，在第3實施型態之圖10(c)之工程中，藉由對Xe氣體添加N₂氣體以取代添加O₂氣體，形成離子束而照射至TMR元件，從再附著膜46選擇性除去貴金屬原子，同時使再附著膜46氮化，成為絕緣體。

如本實施型態般，對電漿生成室供給Xe及N₂之混合氣體而形成電漿之時的該電漿中之原子之舉動予以說明。

從氮氣電漿被引出的離子主要存在藉由氮分子之離子化而生成的N₂ ⁺，及藉由氮分子之解離離子化而生成的N⁺的二種類。其存在量以N₂ ⁺比較多。因氮分子之離子化剖面積幾乎與氧氣之離子化剖面積相等，故混合N₂氣體和稀有氣體之時的稀有氣體離子和氮分子離子之存在比率，產生與圖11所示之混合O₂氣體之時幾乎相同之差。

圖12係將混合氣體中之各種稀有氣體和N₂氣體之體積比設為1：1，示意性地表示生成該混合氣體之電漿之時的該電漿中之稀有氣體離子和氮離子之比率的圖示。

如圖12所示般，可知氣體混合比率為相同之時，與Xe氣體混合之時的電漿中之氮離子量成為與Ar氣體混合之時的一半以下。

形成在TMR元件之側壁的再附著膜46一般以膜厚薄，再者再附著膜46之氮化反應也被精密控制為佳。一般而言，相較於氧化反應速度，金屬之氮化反應速度極端緩慢，難以僅使用N₂氣體進行表面氮化，但是藉由利用存在於電漿之氮離子或原子狀氮能夠氮化。

於再附著膜46之氮化速度非常快之時，當實施包含氮之蝕刻製程之時，在構成內部之TMR元件之膜上也產生氮化反應，有使元件特性惡化之情況。

如本實施型態般，於使用Xe氣體和N₂氣體之混合氣體之時，比起Ar氣體和O₂氣體之混合氣體或N₂氣體單獨之時，可以抑制再附著膜46之絕緣體化處理波及至元件內部，其結果可改善每基板之TMR元件特性之均勻性。

再者，即使對N₂氣體或Xe氣體之各個導入量的變動或電漿密度之變化、鐘罩4或柵極9之溫度變化等之IBE處理之時之製程條件之微小變化，亦可穩定進行氮化處理。

另外，於以Ar氣體和N₂氣體之混合氣體進行處理之時，在活性氮之供給量不足的狀況下，也可以另外設置供給源。再者，於活性氮供給量過剩之狀況下，藉由將氮含有量減少至所需之最小限，可以更減少氮離子照射所帶來的損傷。於減少混合氣體中之N₂氣體之含有量之時，因更容易出現由於N₂氣體導入量之變動所導致的氮化力之變化，本實施型態特別有效。

於進行氮化反應之時，將N₂氣體以外之含氮氣體導入至電漿生成室內而形成電漿，可以將從該電漿引出之離子束照射至再附著膜46。為了以實用的速度進行氮化，比起氮分子或其離子，利用原子狀氮或者其離子。因此，於藉由N₂氣體之解離而生成之原子狀氮之量少之時，就以含有氮之氣體而言，以氨或氮和氫之混合氣體為佳。並且，同時含有氮和氧的N₂O等之氣體，因氧化物之生成速度比氮化物之生成速度高很多，故作為氮化氣體並不理想。