WO2009107485A1 - 磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置 Download PDF

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WO2009107485A1
WO2009107485A1 PCT/JP2009/052261 JP2009052261W WO2009107485A1 WO 2009107485 A1 WO2009107485 A1 WO 2009107485A1 JP 2009052261 W JP2009052261 W JP 2009052261W WO 2009107485 A1 WO2009107485 A1 WO 2009107485A1
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WO
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etching
chamber
ion beam
magnetic film
film
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/052261
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English (en)
French (fr)
Inventor
吉三 小平
清尚 坂本
基将 長井
保志 神谷
Original Assignee
キヤノンアネルバ株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a magnetoresistive element used in an MRAM (magnetic random access memory) that is an integrated magnetic memory, a thin film magnetic head, or the like.
  • MRAM magnetic random access memory
  • An MRAM which is an integrated magnetic memory, has attracted attention as a memory having an integration density comparable to that of a DRAM and a high speed equivalent to that of an SRAM and can be rewritten without limitation. Further, development of a thin film magnetic head, a magnetic sensor, and the like constituting a magnetoresistive effect element such as GMR (giant magnetoresistance) and TMR (tunneling magnetoresistance) is rapidly progressing.
  • GMR giant magnetoresistance
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • the magnetoresistive element is, for example, a kind of multilayer magnetic film (MR layer), in which a lower electrode is formed on a substrate, and a seven-layer multilayer film constituting the magnetoresistive element is formed thereon.
  • the seven-layer multilayer film includes, for example, a Ta layer serving as an underlayer on the bottom side, a PtMn layer serving as an antiferromagnetic layer, a pinned layer (Pinned Layer, Ru, Pinned Layer), An insulating layer (Barrier Layer) and a free layer are sequentially stacked, and a hard mask layer is stacked thereon.
  • a pre-process element provided with a multilayer magnetic film (MR layer) constituting the magnetoresistive effect element is used as reactive ion etching (RIE) or ion beam etching (IBE) cultivated in the semiconductor industry.
  • RIE reactive ion etching
  • IBE ion beam etching
  • the applicant previously proposed a method using an alcohol (for example, methanol) having at least one hydroxyl group as an etching gas, and added a conventional ammonia gas. Compared with the case where carbon oxide gas is used, the etching rate can be increased, and damage (a layer deteriorated mainly by oxidation) can be reduced (Patent Document 3).
  • an alcohol for example, methanol
  • the processing technique using the alcohol having at least one hydroxyl group as an etching gas has the effect of reducing damage (mainly a layer deteriorated by oxidation), but there is still room for improvement. It was.
  • the damage refers to crystal damage of the multilayer magnetic film (MR layer), atoms evaporated in reactive ion etching, molecular reattachment, crystal oxidation, impurity implantation, and the like.
  • the degree of deterioration of such damage is also changed by leaving in the atmosphere, cleaning, heat treatment, and the like in subsequent processes.
  • the characteristic of a magnetic thin film (MR layer) changes with the layer which received this damage, in a magnetoresistive effect element, it will influence the spin.
  • MRAM multilayer magnetic film
  • MR layer multilayer magnetic film
  • the present invention reduces the damage that occurs when processing the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element, thereby preventing the magnetic characteristics from being deteriorated due to the damage, and
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetoresistive effect element suitable for manufacturing a high-quality magnetoresistive effect element without reducing the production efficiency.
  • the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention includes a step of processing the multilayer magnetic film by reactive ion etching on a pre-process element provided with the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element.
  • a step of processing the multilayer magnetic film by reactive ion etching after processing the multilayer magnetic film by the reactive ion etching, irradiating the multilayer magnetic film on which the reactive ion etching has been performed with an ion beam; And a step of forming a protective film on the irradiated multilayer magnetic film.
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus of the present invention includes an etching gas introducing means capable of introducing alcohol as an etching gas, and a reactive ion etching chamber provided with a plasma generating means for generating plasma of the etching gas, Gas introducing means for introducing a gas for generating plasma, plasma generating means for generating plasma of the gas, holding means for the object to be processed, and an object to be processed held by the holding means for ions in the plasma An ion beam etching chamber having acceleration means for forming an electric field for acceleration by A deposition chamber capable of depositing an insulating thin film; A transfer chamber having a transfer robot connected to the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber and the film forming chamber and capable of transferring an object to be processed into each chamber; An exhaust pump capable of independently exhausting each of the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber, the film forming chamber, and the transfer chamber; A control device for controlling the reactive ion
  • a first operation for processing the magnetic film A second operation of irradiating the multilayer magnetic film on which the reactive ion etching has been performed with an ion beam in the ion beam etching chamber; A third operation of forming a protective film on the multilayer magnetic film irradiated with the ion beam in the film forming chamber; A transfer operation for transferring the object to be processed to the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber, and the film forming chamber; Before performing the transfer operation, an exhaust operation for exhausting the chamber in which the object to be processed is transferred by the exhaust means and the transfer chamber; Is executed.
  • the damaged layer inevitably formed on the multilayer magnetic film is removed by ion beam irradiation by reactive ion etching due to the nature of the etching gas. did. Therefore, a high-quality magnetoresistive element can be manufactured.
  • the yield can be improved by improving the magnetic characteristics, the production efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a flowchart of the manufacturing method of embodiment of this invention
  • (b) is a figure explaining the cross-section of the element processed according to this flowchart.
  • the schematic diagram of FIG. Comparison of cross-sectional photographs of an element prepared in this example and a comparative element.
  • the schematic diagram of FIG. The figure which shows an example of a reactive ion etching chamber.
  • ion beam irradiation process for example, ion beam etching can be used.
  • the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element is, for example, a kind of multilayer magnetic film (MR layer), in which a lower electrode is formed on a substrate, and a magnetoresistive effect element is configured thereon.
  • a multilayer film is formed.
  • the seven-layer multilayer film includes, for example, a Ta layer serving as an underlayer on the bottom side, a PtMn layer serving as an antiferromagnetic layer, a pinned layer (Pinned Layer, Ru, Pinned Layer), An insulating layer (Barrier Layer) and a free layer are sequentially stacked, and a hard mask layer is stacked thereon.
  • the step of irradiating the multilayer magnetic film on which the reactive ion etching has been performed is performed by irradiating the damaged layer formed on the multilayer magnetic film when the reactive ion etching is performed by ion beam irradiation. It is a process of removing. As a result, it is possible to form a high-quality multilayer magnetic film (MR layer) by removing a layer that has been damaged by oxidation during reactive ion etching.
  • MR layer multilayer magnetic film
  • the reactive ion etching uses an alcohol having at least one hydroxyl group as an etching gas using a hard mask layer formed on the upper surface of the multilayer magnetic film as a mask.
  • the multilayer magnetic film can be etched.
  • Reactive ion etching using an alcohol having at least one hydroxyl group as an etching gas can reduce damage to the multilayer magnetic film due to reactive ion etching, and the ion beam performed following the processing of reactive ion etching.
  • the time required for processing by etching can be shortened.
  • the ion beam is incident on the laminated surface of the multilayer magnetic film at an incident angle of 5 to 90 degrees.
  • the incident angle within this range is to prevent the atoms and molecules of the damaged layer removed by ion beam etching from being attached to the side wall surface of the multilayer magnetic film again after being removed. It is because it is preferable. From this viewpoint, the more preferable incident angle of the ion beam is 30 to 60 degrees with respect to the laminated surface of the multilayer magnetic film.
  • the ion beam irradiation step is preferably performed under the condition that the acceleration voltage of the ion beam is 50 to 600 V and the ion current is 50 to 500 mA. This is because this range is preferable in order to reduce the impact of the ion beam on the multilayer magnetic film. From this point of view, more preferable ion beam acceleration voltage and ion current ranges are 50 to 200 V and 50 to 200 mA, respectively.
  • the ion beam irradiation step is preferably performed while rotating the multilayer magnetic film. According to experiments by the inventors, by irradiating an ion beam while rotating the multilayer magnetic film, the atoms and molecules of the damaged layer removed by the ion beam etching are removed, and then the main layer of the multilayer magnetic film is again formed. It was effective in preventing adhesion to the side wall surface.
  • the impact of the ion beam on the magnetic thin film is reduced, and after the atoms and molecules of the damaged layer removed by the ion beam etching are removed, the side of the multilayer magnetic film is again mainly removed.
  • Various conditions desirable for preventing adhesion to the wall surface were as follows.
  • Incident angle ( ⁇ ) of ion beam to the laminated surface of the multilayer magnetic film 5 to 90 degrees
  • Acceleration voltage 50 to 600V
  • Ion current 50 to 500 mA
  • Inert gas pressure in the case of Ar
  • Inert gas pressure in the case of Ar
  • Inert gas pressure in the case of Kr
  • Inert gas pressure in the case of Xe
  • Element temperature before processing 80 ° C. or less
  • Etching time 10sec-3min
  • a manufacturing apparatus for carrying out the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention processes the multilayer magnetic film by reactive ion etching on a pre-process element including the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element.
  • a reactive ion etching chamber is provided in communication with the vacuum transfer chamber, and the pre-process element is transferred from the vacuum transfer chamber to the reactive ion etching chamber while the vacuum state is maintained, and is transferred from the reactive ion etching chamber to the vacuum transfer chamber.
  • an ion beam etching chamber for performing ion beam etching by ion beam irradiation on the element etched in the reactive ion etching chamber
  • the reactive ion etching chamber is provided in communication with the vacuum transfer chamber and maintains a vacuum state. Out by the element is carried into the ion beam etching chamber via the vacuum transfer chamber, also those which are the feature that it is configured to be carried out to the vacuum transfer chamber from the ion beam etching chamber.
  • the reactive ion etching for processing the multilayer magnetic film which is performed in the reactive ion etching chamber, uses an alcohol having at least one hydroxyl group as an etching gas. It is desirable that the multilayer magnetic film be used for etching.
  • the multilayer magnetic film is etched using an alcohol having at least one hydroxyl group as an etching gas, even if a damaged layer is formed, it is only tens of angstroms thick at most. Therefore, the ion beam etching process for removing the damaged layer by ion beam irradiation performed continuously in the ion beam etching chamber is followed by low power that does not cause new damage such as crystal damage. It becomes possible to do in. And the throughput which is the production amount per unit time is not reduced in the production efficiency.
  • the ion beam etching chamber is a support table for supporting an element irradiated with the ion beam in the ion beam etching chamber, and includes a rotation support table configured to be rotatable when the ion beam irradiation is performed. Can be configured.
  • the atoms and molecules of the damaged layer removed by the ion beam etching are removed and then adhered to the side wall surface of the multilayer magnetic film again. This is advantageous for prevention.
  • a film forming chamber is further provided in communication with the vacuum transfer chamber, and the film is removed from the ion beam etching while maintaining the vacuum state.
  • the formed element can be carried into the film forming chamber through the vacuum transfer chamber.
  • the film forming chambers are connected while maintaining the vacuum state, and a protective film is formed here, and the damaged layer is removed by ion beam irradiation, and the multilayer magnetic film (MR layer) is cleaned. Can be covered with a protective film to maintain a clean state.
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus used in the present invention includes an etching gas introducing means capable of introducing alcohol as an etching gas, and a reactive ion etching provided with a plasma generating means for generating plasma of the etching gas.
  • An ion beam etching chamber having acceleration means for forming an electric field for acceleration by A deposition chamber capable of depositing an insulating thin film;
  • a transfer chamber having a transfer robot connected to the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber and the film forming chamber and capable of transferring an object to be processed into each chamber;
  • An exhaust pump capable of independently exhausting each of the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber, the film forming chamber, and the transfer chamber;
  • a control device for controlling the reactive ion etching chamber, ion beam etching chamber, film forming chamber, transfer chamber, and exhaust pump;
  • the controller is The multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element and the pre-process element having the hard mask for processing the multilayer magnetic film are subjected
  • a first operation for processing the magnetic film A second operation of irradiating the multilayer magnetic film on which the reactive ion etching has been performed with an ion beam in the ion beam etching chamber; A third operation of forming a protective film on the multilayer magnetic film irradiated with the ion beam in the film forming chamber; A transfer operation for transferring the object to be processed to the reactive ion etching chamber, the ion beam etching chamber, and the film forming chamber; Before performing the transfer operation, an exhaust operation for exhausting the chamber in which the object to be processed is transferred by the exhaust means and the transfer chamber; An apparatus for manufacturing a magnetoresistive effect element that executes the above is preferable.
  • the atoms and molecules of the damaged layer removed by the ion beam etching are removed and then adhered again mainly to the side wall surface of the multilayer magnetic film.
  • the ion beam etching chamber has an incident angle for incidence of the ion beam of 5 to 90 degrees with respect to the laminated surface of the multilayer magnetic film, more preferably, from the viewpoint of reducing the impact of the ion beam on the multilayer magnetic film.
  • the ion beam acceleration voltage can be adjusted to 50 to 600 V (more preferably 50 to 200 V), and the ion current can be adjusted to 50 to 500 mA (more preferably 50 to 200 mA). It is desirable to be.
  • Another magnetoresistive element manufacturing apparatus used in the present invention includes a step of processing the multilayer magnetic film by reactive ion etching on a pre-process element including the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive element.
  • An ion beam etching apparatus can be used as the irradiation means.
  • the etching of the hard mask layer using the photoresist layer of the multilayer magnetic film as a PR mask is performed by reactive ion etching.
  • a reactive ion etching apparatus can be further provided in the vacuum chamber held in the vacuum.
  • a film forming means for forming a thin film, that is, a protective film, on the multilayer magnetic film irradiated with the ion beam by the means for irradiating the ion beam is further provided in the vacuum chamber held in the vacuum. You can also keep it.
  • means for irradiating an ion beam for example, an ion beam etching apparatus is a support table for supporting an element irradiated with an ion beam in an ion beam etching chamber, and the ion beam irradiation is performed. It is preferable that a rotation support base that is configured to be rotatable when being performed is provided.
  • means for irradiating an ion beam can adjust the incident angle at which the ion beam is incident to 5 to 90 degrees, more preferably 30 to 60 degrees with respect to the laminated surface of the multilayer magnetic film. It is desirable that the acceleration voltage of the ion beam can be adjusted to a range of 50 to 600 V (more preferably 50 to 200 V) and the ion current can be adjusted to a range of 50 to 500 mA (more preferably 50 to 200 mA).
  • FIGS. 1A and 1B are a flowchart (a) of a processing step in a preferred embodiment of a method for manufacturing a magnetoresistive effect element of the present invention, and a cross-sectional structure (b) of a pre-processing element 10 corresponding to the flowchart. ).
  • a portion indicated by reference numeral 11 is a multilayer magnetic film (MR layer).
  • This multilayer magnetic film (MR layer) 11 defines, for example, the magnetization direction for a TMR (tunnel magnetoresistance effect) multilayer body, a GPP (giant magnetoresistive effect) multilayer body having a CPP (current perpendicular to plane) structure, and a free layer.
  • TMR stack including bias layer or CPP structure GMR multilayer, CPP structure GMR multilayer having anti-ferromagnetic coupling multilayer, CPP structure GMR multilayer having specular spin valve magnetic multilayer, dual It is composed of a GMR multilayer body having a CPP structure having a spin valve type magnetic multilayer film.
  • the multilayer magnetic film (MR layer) 11 for example, as shown in FIG. 4, a film in which a lower electrode is formed on a substrate and a multilayer film constituting a magnetoresistive element is formed thereon is used. Is done.
  • the multilayer film is composed of seven layers, the Ta layer serving as the underlayer on the bottom side, the PtMn layer serving as the antiferromagnetic layer, and the pinned layer (Pinned Layer, Ru, Pinned). Layer), an insulating layer (Barrier Layer), and a free layer are sequentially stacked, and a hard mask layer 12 is stacked thereon.
  • the Ru layer in the magnetization pinned layer is 8 ⁇
  • the Ta layer that is the hard mask layer 12 is 200 ⁇ .
  • a portion indicated by reference numeral 12 is a hard mask layer, and any one of Ta (tantalum), Ti (titanium), Al (aluminum), and Si (silicon) that is a single element.
  • a mask material made of a single layer film or a laminated film, or a mask layer made of a single layer film or a laminated film of an oxide or nitride of Ta, Ti, Al, or Si can be used.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a configuration of a preferred embodiment in the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus 20 of the present invention.
  • reference numeral 21 denotes a vacuum transfer chamber.
  • a first reactive ion etching chamber 22 and a second reactive ion etching are provided in the vacuum transfer chamber 21 via a shielding means (not shown) such as a gate valve.
  • a chamber 23, an ion beam etching chamber 24, and a film forming chamber 25 are provided so as to communicate with the vacuum transfer chamber 21, respectively.
  • the vacuum transfer chamber 21 is further provided with a wafer loader 26 through which the pre-processing element 10 can be loaded into the vacuum transfer chamber 21 and the processed element can be unloaded.
  • a transfer means (not shown) is installed, and the loaded pre-processing element 10 is transferred to the first reactive ion etching chamber 22 as indicated by arrows 31, 32, 33, 34, and 35. Further, the first reactive ion etching chamber 22 to the second reactive ion etching chamber 23, the second reactive ion etching chamber 23 to the ion beam etching chamber 24, and the ion beam etching chamber 24 to the film forming chamber. 25 can be sequentially conveyed.
  • the pre-processing element 10 indicated by arrows 31, 32, 33, 34, and 35 in FIG. 2 is transferred in a consistently vacuum state via the vacuum transfer chamber 21 without breaking the vacuum. be able to.
  • the completed element transferred from the film formation chamber 25 as indicated by an arrow 35 is unloaded from the vacuum transfer chamber 21 to the outside through the wafer loader 26.
  • the pre-processing element 10 is processed according to the flowchart shown in FIG.
  • the pre-processing element 10 loaded in the vacuum transfer chamber 21 is first transferred to the first reactive ion etching chamber 22 where the photoresist layer 13 formed on the upper surface of the pre-processing element 10 is used as a PR mask 14. Then, the hard mask layer 12 is etched (step 101).
  • the pre-processing element 10 is transported from the first reactive ion etching chamber 22 to the second reactive ion etching chamber 23 while maintaining a vacuum state. And here, the etching process of the multilayer magnetic film (MR layer) using the hard mask layer 12 as a mask by reactive ion etching using an alcohol having at least one hydroxyl group such as methanol as an etching gas, that is, a multilayer The magnetic film (MR layer) 11 is finely processed (step 102).
  • the etching rate is increased and damage (mainly deteriorated due to oxidation) compared to the case of using a conventional carbon monoxide gas added with ammonia gas. )
  • the effect of reducing the number of layers is obtained.
  • the thickness of the layer deteriorated by oxidation can be suppressed to about several tens of angstroms.
  • the side wall and upper surface of the multilayer magnetic film (MR layer) 11 or the side wall of the multilayer magnetic film (MR layer) 11 and the upper surface of the multilayer magnetic film (MR layer) 11 are processed.
  • a damage layer 15 which is a layer deteriorated mainly due to oxidation is formed on the side wall and the upper surface of the hard mask layer 12 which remains part of the surface. It is formed.
  • the pre-processing element 10 that has finished processing in the second reactive ion etching chamber 23 is then transferred to the ion beam etching chamber 24 while maintaining a vacuum state. Then, the damage layer 15 is removed in the ion beam etching chamber 24 (step 103).
  • the ion beam etching chamber 24 is a processing chamber for removing the damaged layer 15 by ion beam etching using an inert gas such as Ar (argon), Kr (krypton), or Xe (xenon).
  • Ar argon
  • Kr krypton
  • Xe xenon
  • the damage layer 15 may be formed even by reactive ion etching with less damage using an alcohol having at least one hydroxyl group. Therefore, the thin damaged layer 15 is removed by ion beam etching to obtain a higher quality magnetic thin film (MR layer) 11.
  • MR layer magnetic thin film
  • the incident angle of the ion beam in the ion beam etching chamber 24 (the angle with respect to the laminated surface of the multilayer magnetic film 11 indicated by the angle ⁇ in FIG. 1B) can be changed to a desired angle. desirable.
  • a support base (not shown) provided in the ion beam etching chamber 24 and supporting the element 10 during ion beam irradiation is a rotary support base that can rotate while ion beam irradiation is performed. It is desirable.
  • the damage layer 15 formed by the reactive ion etching process using the alcohol having at least one hydroxyl group as the etching gas performed in the second reactive ion etching chamber 23 has a thickness of about several tens of angstroms at most. It is. Therefore, the ion beam etching process performed in the ion beam etching chamber 24 can be performed with low power without causing new damage such as crystal damage, and the unit efficiency can be increased per unit time. The throughput, which is the production amount, is not reduced.
  • the damage layer 15 formed during the reactive ion etching performed in the second reactive ion etching chamber 23 is performed during the reactive ion etching using the carbon monoxide gas to which the conventional ammonia gas is added. Since it is thinner than the damage layer to be formed, subsequent damage layer removal by ion beam irradiation can be performed within the processing time of the reactive ion etching that regulates the production efficiency of the manufacturing apparatus. Thereby, according to the manufacturing method and the manufacturing apparatus 20 of the magnetoresistive effect element of this invention, the throughput which is the production amount per unit time is not reduced in production efficiency.
  • the pre-process element 10 from which the removal of the damaged layer 15 has been completed is then transferred to the film formation chamber 25 while maintaining the vacuum state, where the protective film 16 is formed (step 104).
  • the multilayer magnetic film (MR layer) 11 that has been cleaned by removing the damage layer 15 with the protective film 16, it can be maintained in a clean state.
  • the protective film 16 is preferably an insulating thin film having a leak current of 10 ⁇ 8 A / cm 2 or less with respect to an applied voltage of 3 MV / cm 2.
  • the method for forming the protective film 16 is not particularly limited, it can be formed by PVD (physical vapor deposition) such as sputtering or CVD (chemical vapor deposition).
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an etching apparatus equipped with an ICP (Inductive Coupled Plasma) plasma source as an example of the reactive ion etching chambers 22 and 23. An etching process using the apparatus will be described.
  • ICP Inductive Coupled Plasma
  • the inside of the vacuum vessel 44 is evacuated by the exhaust system 49, the substrate 51 is carried in, held in the substrate holder 50 that can be adjusted in temperature, and maintained at a predetermined temperature.
  • the gas introduction system is operated, and an etching gas having a predetermined flow rate is introduced into the vacuum vessel 44 through the flow rate controller MFC 47b from the cylinder 47a in which the etching gas containing the alcohol gas is stored.
  • the introduced etching gas diffuses into the dielectric wall container 46 through the vacuum container 44.
  • plasma is generated in the vacuum container 44.
  • the mechanism for generating plasma includes a dielectric wall container 46, a one-turn antenna 45 that generates a dielectric magnetic field in the dielectric wall container 46, a high-frequency power source 41 for plasma, and a predetermined magnetic field in the dielectric wall container 46. And the like.
  • the dielectric wall container 46 is hermetically connected to the vacuum container 44 so that the internal space communicates, and the plasma high-frequency power source 41 is connected to the antenna 45 via a matching unit (not shown).
  • a cusp magnetic field is continuously formed along the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 44 in the circumferential direction, and plasma diffusion to the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 44 is prevented.
  • the bias high-frequency power source 48 is operated to apply a self-bias voltage, which is a negative DC component voltage, to the substrate 51 that is the object to be etched, and the ion incident energy from the plasma to the surface of the substrate 51 I have control.
  • the plasma formed as described above diffuses from the dielectric wall container 46 into the vacuum container 44, reaches the vicinity of the surface of the substrate 51, and the surface of the substrate 51 is etched in the plasma atmosphere.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an IBE apparatus as an example of the ion beam etching chamber 24.
  • the dielectric container 65, the plasma generation chamber 68, and the substrate processing chamber 71 are connected by an exhaust system 63 so as to be evacuated.
  • the dielectric container 65 is provided with a one-turn antenna 64 and a plasma control magnet 66 that generate a dielectric magnetic field by supplying a current from a plasma high-frequency power source 62 (for example, 13.56 MHz). Plasma can be generated by introducing Ar gas or the like into the dielectric container 65 via the plasma generation chamber 68. Further, a side wall magnet 67 is disposed in the plasma generation chamber 68 to prevent plasma diffusion.
  • grids G1 and G2 are provided as acceleration means for forming an electric field for accelerating ions (such as Ar + ) generated by the plasma 73, and the grids G1 and G2 are different.
  • a potential having a magnitude is applied, and ions are accelerated from the plasma generation chamber 68 toward the substrate processing chamber 71 by the potential difference.
  • a substrate holder 69 that holds the substrate 61 is disposed in the substrate processing chamber 71.
  • the substrate holder 69 can tilt the substrate mounting surface at a predetermined angle with respect to the ion beam 74 by a rotation mechanism (indicated by a reference numeral 70 indicates a rotation axis).
  • the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus of the present invention may be an inline type manufacturing apparatus as shown in FIG. 3, and the magnetoresistive effect element manufacturing method of the present invention may be implemented in such an inline type manufacturing apparatus. Is possible.
  • An apparatus for manufacturing a magnetoresistive effect element having a means for irradiating an ion beam to a magnetic film is prepared.
  • a reactive ion etching apparatus can be used, and as a means for irradiating an ion beam, ion beam etching is used.
  • An apparatus can be used.
  • the means for etching the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive effect element by reactive ion etching the means for etching the hard mask layer using the photoresist layer of the multilayer magnetic film as a PR mask by reactive ion etching.
  • a reactive ion etching apparatus can be further provided in the vacuum chamber held in the vacuum.
  • a film forming means for forming a thin film, that is, a protective film, on the multilayer magnetic film irradiated with the ion beam by the means for irradiating the ion beam is further provided in the vacuum chamber held in the vacuum. You can also keep it.
  • a method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention using such an inline type manufacturing apparatus will be described as follows with reference to FIG. The element before processing is carried into the magnetoresistive element manufacturing apparatus.
  • Etching is performed by reactive ion etching means comprising hard mask layer etching means and multilayer magnetic film etching means.
  • the hard mask layer is etched by an etching means (reactive ion etching apparatus) that performs etching of the hard mask layer by reactive ion etching using the photoresist layer of the multilayer magnetic film as a PR mask (step 301). .
  • the multilayer magnetic film is etched by means (reactive ion etching apparatus) for etching the multilayer magnetic film constituting the magnetoresistive element by reactive ion etching (step 302).
  • the damaged layer formed by the processing by the reactive ion etching means is removed by the ion beam irradiation means (ion beam etching apparatus) (step 303).
  • the multilayer magnetic film (MR layer) which has been cleaned by removing the damaged layer is covered with a protective film by a film forming means for forming a protective film (step 304), maintained in a clean state, and then transported. .
  • the damage layer of the multilayer magnetic film (MR layer) inevitably generated by reactive ion etching is ionized by carrying out the magnetoresistive effect element manufacturing method of the present invention. Since it is removed by beam irradiation, a high-quality magnetoresistive element can be manufactured. In addition, since the yield can be improved by improving the magnetic characteristics, the production efficiency can be improved.
  • FIGS. 1A and 1B An example of manufacturing a magnetoresistive effect element in the steps shown in FIGS. 1A and 1B using the magnetoresistive effect element manufacturing apparatus 20 of the present invention having the configuration shown in FIG.
  • Step 1 Etching of hard mask layer 12 using photoresist layer 13 as PR mask 14
  • Reactive ion etching apparatus for example, first reactive ion etching of an etching apparatus equipped with an ICP (Inductive Coupled Plasma) plasma source
  • ICP Inductive Coupled Plasma
  • Etching gas CF 4 Etching gas flow rate: 326 mg / min (50 sccm)
  • Hard mask layer 12 Ta layer
  • Source power 500W Bias power: 70W Pressure in the first reactive ion etching chamber 22: 0.8 Pa
  • Temperature of substrate holder holding element 10 before processing 80 ° C.
  • Step 2 Etching of the multilayer magnetic film (MR layer) 11 using the hard mask layer 12 as a mask Similar to the reactive ion etching apparatus used in the step 1, for example, ICP (Inductive Coupled) Plasma)
  • the multilayer magnetic film (MR layer) 11 is etched using the hard mask layer (Ta layer) 12 as a mask under the following conditions. .
  • Etching gas CH 3 OH gas Etching gas flow rate: 18.756 mg / min (15 sccm)
  • Step 3 Removal of Damaged Layer 15 by Ion Beam Etching
  • the damaged layer 15 was removed by ion beam irradiation under the following conditions.
  • Source power 100W Ion beam incident angle ( ⁇ ): 50 to 85 degrees
  • Acceleration voltage 500V
  • Ion current 125 mA
  • Inert gas pressure 1 to 0.05 mTorr
  • Element temperature before processing 80 ° C
  • Rotation speed of element before processing 10rpm
  • Etching time 37 sec (etching rate: 1.1 angstrom / sec)
  • Step 4 Formation of Protective Film 16
  • an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film is sputtered as the protective film 16 under the following conditions (Al 2 O 3 target).
  • the magnetic thin film (MR layer) 11 which was formed by removing the damaged layer 15 and was cleaned was covered with a protective film 16.
  • Sputtering gas Ar Pressure in the film forming chamber 25: 3 Pa Discharge power: 1000W Deposition time: 83 sec Aluminum oxide film thickness: 5nm
  • FIG. 5 shows a cross-sectional photograph of the magnetoresistive effect element processed as described above, and FIG. 6 shows a schematic diagram thereof.
  • Steps 1, 2, and 4 were performed under the same conditions, and the cross-sectional shape of the magnetoresistive effect element (comparative element) that was not subjected to the process of Step 3 was compared with the cross-sectional shape of the element of this example.
  • a photograph is shown in FIG. 7, and a schematic diagram thereof is shown in FIG. 7 and 8, (a) is the element of this example, and FIG. 7 (b) is the comparison element. It can be seen that the damaged layer 15 (oxide film layer (TaOx)) on the surface has been removed by the ion beam etching process in step 3.
  • the magnetoresistive effect element processed in the process of the present invention was improved by 20% with respect to the MR ratio of the magnetoresistive effect element in which the damaged layer 15 was not removed by the ion beam etching process.
  • the number of processed elements (throughput) per unit time of the pre-processing element 10 is governed by the processing time of reactive ion etching. In other words, even if an ion beam etching processing step is added, the ion beam etching processing is completed within the processing time of the reactive ion etching, so that the throughput is not lowered and the yield is improved by improving the magnetic characteristics (MR ratio). Since it can be improved, production efficiency can be improved.
  • MR ratio magnetic characteristics
  • Step 1 Etching of the hard mask layer 12 using the photoresist layer 13 as the PR mask 14 In the same manner as in Example 1, the hard mask layer 12 using the photoresist layer 13 as the PR mask 14 is etched.
  • Step 2 Etching of multilayer magnetic film (MR layer) 11 using hard mask layer 12 as a mask
  • the hard mask layer (Ta) is the same as in Example 1 except that the etching time is 3 minutes and 20 seconds.
  • the multilayer magnetic film (MR layer) 11 is etched using the (layer) 12 as a mask.
  • Step 3 Removal of Damaged Layer 15 by Ion Beam Etching
  • the damaged layer 15 was removed by ion beam irradiation in the same manner as in Example 1 except that the etching time was 18 seconds.
  • Step 4 Formation of the protective film 16
  • a silicon nitride film (SiN) is formed as the protective film 16 by the CVD method under the following conditions, and the damaged layer 15 is removed.
  • the cleaned magnetic thin film (MR layer) 11 was covered with a protective film 16.
  • a CVD module is connected as a film forming chamber.

Abstract

　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を加工する際に生じるダメージを少なくし、前記のダメージを受けたことにより磁気特性に劣化が生じることを防止でき、なおかつ、生産効率を低下させずに高品質な磁気抵抗効果素子を製造することに適した磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。 　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を備えた加工前素子に対して反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工した後に、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する工程と、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する工程と、を含む磁気抵抗効果素子の製造方法。

Description

磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置
　この発明は、集積化磁気メモリであるＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）や、薄膜磁気ヘッドなどで利用される磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置に関する。
　ＤＲＡＭ並の集積密度でＳＲＡＭ並の高速性を持ち、かつ無制限に書き換え可能なメモリとして集積化磁気メモリであるＭＲＡＭが注目されている。又、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）やＴＭＲ（トンネリング磁気抵抗）といった磁気抵抗効果素子を構成する薄膜磁気ヘッドや磁気センサー等の開発が急速に進んでいる。
　磁気抵抗効果素子としては、例えば、多層磁性膜（ＭＲ層）の一種で、基板の上に下部電極を形成し、その上に磁気抵抗効果素子を構成する７層の多層膜が形成されているものがある。この場合、７層の多層膜は、例えば、一番下側に下地層となるＴａ層、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層、磁化固着層（Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ）、絶縁層（Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｌａｙｅｒ）、フリー層が順に積層され、その上にハードマスク層が積層されているものなどがある。
　このような磁気抵抗効果素子については、それを構成する多層磁性膜（ＭＲ層）が設けられた加工前素子を、半導体産業で培われた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）などの薄膜加工技術で加工して、所要の性能が得られるようにするという提案がなされている（特許文献１～３参照）。
　この中で、反応性イオンエッチングによる加工技術については、出願人は、先にエッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコール（例えばメタノール）を用いる方法を提案し、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた場合に比べ、エッチング速度を高めることができ、しかもダメージ（主に酸化により劣化した層）を少なくできるという効果を得ている（特許文献３）。
特開２００３－２０３３１３号公報 特開２００４－３２６８３１号公報 特開２００５－４２１４３号公報
　ところで、磁気抵抗効果素子の製造において、反応性イオンエッチングやイオンビームエッチングの加工を行った場合、イオン衝撃による磁気抵抗効果素子に対するダメージを全く生じさせずに行うことは困難である。すなわち、前記の水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールをエッチングガスとして用いる加工技術により、ダメージ（主に酸化により劣化した層）を少なくできるという効果が得られているが、まだ改善の余地が残されていた。
　ここで、ダメージとは、多層磁性膜（ＭＲ層）の結晶損傷、反応性イオンエッチングにおいて蒸発した原子、分子の再付着、結晶の酸化、不純物の打ち込み等による磁性膜の劣化をいう。このようなダメージは、その後の工程における大気放置、洗浄、熱処理等によっても劣化度合いが変化する。そして、このダメージを受けている層により、磁性薄膜（ＭＲ層）の特性が変化するため、磁気抵抗効果素子においてはそのスピンに影響することとなる。
　例えば、ＭＲＡＭでは多層磁性膜（ＭＲ層）を構成したフリー層のスピンの回転によりデータの読み出しを行うが、磁性薄膜の特性にばらつきがあると、ＭＲＡＭとしては誤動作することとなる。因みに、ＭＲＡＭの大容量集積化が難しいのは、多層磁性膜（ＭＲ層）を構成しているフリー層のスピンのばらつきが大きいためであるといわれている。
　そこで、この発明は、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を加工する際に生じるダメージを少なくし、これによって、前記のダメージを受けたことにより磁気特性に劣化が生じることを防止でき、なおかつ、生産効率を低下させずに高品質な磁気抵抗効果素子を製造することに適した磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的としている。
　この発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を備えた加工前素子に対して反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工した後に、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する工程と、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
　また、この発明の磁気抵抗効果素子の製造装置は、アルコールをエッチングガスとして導入可能なエッチングガス導入手段、及び、前記エッチングガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えた反応性イオンエッチング室と、
　プラズマ生成用のガスを導入するガス導入手段、前記ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段、被処理体の保持手段、及び、前記プラズマ中のイオンを前記保持手段に保持される被処理体に向かって加速させるための電界を形成する加速手段を有するイオンビームエッチング室と、
　絶縁性薄膜を成膜可能な成膜室と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室及び成膜室に接続され、各室に被処理体を搬送可能な搬送ロボットを有する搬送室と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室及び搬送室を夫々独立して排気可能な排気ポンプと、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室、搬送室及び排気ポンプを制御する制御装置と、を有し、
　前記制御装置は、
　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜及び前記多層磁性膜加工用のハードマスクを有する加工前素子に対し、前記反応性イオンエッチング室で、前記エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前記多層磁性膜を加工する第１操作と、
　前記イオンビームエッチング室で、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する第２操作と、
　前記成膜室で、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する第３操作と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、及び、成膜室に被処理体を搬送する搬送操作と、
　前記搬送操作を行う前に、排気手段により被処理体が搬送される室及び搬送室を排気する排気操作と、
を実行させることを特徴とするものである。
　この発明の磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置では、反応性イオンエッチングによって、エッチングガスの性質上、多層磁性膜の上に必然的に形成されるダメージ層をイオンビーム照射で除去するようにした。そこで、高品質の磁気抵抗効果素子を製造することができる。また、磁気特性の向上により歩留まりを改善できるので生産効率を向上することができる。
（ａ）は、この発明の実施形態の製造方法のフローチャート、（ｂ）は、このフローチャートに従って加工される素子の断面構造を説明する図。 この発明の磁気抵抗効果素子の製造装置の一例の構成概要を説明する図。 この発明の磁気抵抗効果素子の製造装置の他の構成概要を説明するブロック図。 多層磁性膜（ＭＲ層）の断面構造の一例を説明する図。 本実施例により作成された素子の断面写真。 図５の模式図。 本実施例により作成された素子と比較素子の断面写真の比較。 図７の模式図。 反応性イオンエッチング室の一例を示す図。 イオンビームエッチング室の一例を示す図。
符号の説明
１０　加工前素子
１１　多層磁性膜（ＭＲ層）
１２　ハードマスク層
１３　フォトレジスト層
１４　ＰＲマスク
１５　ダメージ層
１６　保護膜
２０　製造装置
２１　真空搬送室
２２　第１の反応性イオンエッチング室
２３　第２の反応性イオンエッチング室
２４　イオンビームエッチング室
２５　成膜室（ＰＶＤ）あるいは（ＣＶＤ）
２６　ウエハローダ
　以下、本発明を詳細に説明する。
　イオンビームを照射する工程には、例えば、イオンビームエッチングを用いることができる。
　ここで、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜としては、例えば、多層磁性膜（ＭＲ層）の一種で、基板の上に下部電極を形成し、その上に磁気抵抗効果素子を構成する７層の多層膜が形成されているものなどがある。この場合、７層の多層膜は、例えば、一番下側に下地層となるＴａ層、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層、磁化固着層（Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ）、絶縁層（Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｌａｙｅｒ）、フリー層が順に積層され、その上にハードマスク層が積層されているものなどがある。
　本発明における反応性イオンエッチングが行われた多層磁性膜に対してイオンビーム照射する工程は、反応性イオンエッチングが行われた際に多層磁性膜上に形成されていたダメージ層をイオンビーム照射によって除去する工程である。これによって反応性イオンエッチングの際に酸化によるダメージが生じていた層を除去して高品質な多層磁性膜（ＭＲ層）を形成することができる。
　前記本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、反応性イオンエッチングは、多層磁性膜の上表面に形成されているハードマスク層をマスクとし、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いて前記多層磁性膜をエッチングするものとすることができる。
　エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いた反応性イオンエッチングによれば、反応性イオンエッチングによって多層磁性膜に与えるダメージを少なくでき、反応性イオンエッチングの加工に続いて行われるイオンビームエッチングによる加工に要する時間を短縮することができる。
　また、イオンビームを照射する工程においては、イオンビームを多層磁性膜の積層面に対して５～９０度の入射角度で入射させるようにすることが好ましい。この範囲の入射角度にすることが、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で好ましいからである。かかる観点から、イオンビームのより好ましい入射角度は、多層磁性膜の積層面に対して３０～６０度である。
　更に、イオンビームを照射する工程は、イオンビームの加速電圧を５０～６００Ｖ、イオン電流を５０～５００ｍＡとした条件の下で行うことが好ましい。この範囲にすることが、多層磁性膜に対するイオンビームの衝撃を小さくする上で好ましいからである。かかる観点から、より好ましいイオンビームの加速電圧、イオン電流の範囲は、それぞれ、５０～２００Ｖ、５０～２００ｍＡである。
　また、イオンビームを照射する工程は、前記多層磁性膜を回転させながら行うことが好ましい。発明者等の実験によれば、多層磁性膜を回転させながらイオンビームを照射することにより、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で有効であった。
　なお、発明者等の実験によれば、磁性薄膜に対するイオンビームの衝撃を小さくし、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で望ましい諸条件は以下のとおりであった。
　多層磁性膜の積層面に対するイオンビームの入射角度（θ）：５～９０度
　加速電圧：５０～６００Ｖ
　イオン電流：５０～５００ｍＡ
　不活性ガス圧力（Ａｒの場合）：１～０．０５ｍＴｏｒｒ
　不活性ガス圧力（Ｋｒの場合）：１～０．０１ｍＴｏｒｒ
　不活性ガス圧力（Ｘｅの場合）：１～０．０１ｍＴｏｒｒ
　加工前素子の温度：８０℃以下
　加工前素子の回転速度：３０～３００ｒｐｍ
　エッチング時間：１０ｓｅｃ～３ｍｉｎ
　次に本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を実施する製造装置は、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を備えた加工前素子に対して反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する反応性イオンエッチング室が真空搬送室と連通して設けられ、真空状態を維持したまま、前記加工前素子を真空搬送室から当該反応性イオンエッチング室に搬入し、反応性イオンエッチング室から真空搬送室へ搬出できるように構成されている磁気抵抗効果素子の製造装置において、前記反応性イオンエッチング室においてエッチングされた素子に対してイオンビーム照射によるイオンビームエッチングを行うイオンビームエッチング室が、更に、前記真空搬送室と連通して設けられ、真空状態を維持したまま、前記反応性イオンエッチング室から搬出された素子が前記真空搬送室を介してイオンビームエッチング室に搬入され、また、イオンビームエッチング室から真空搬送室へ搬出できるように構成されていることを特徴にしているものである。
　この本発明で使用する磁気抵抗効果素子の製造装置においても、反応性イオンエッチング室において行われる、前記多層磁性膜を加工する反応性イオンエッチングは、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いて前記多層磁性膜をエッチングするものであることが望ましい。
　エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いて前記多層磁性膜をエッチングした場合、ダメージ層が形成されていても、それは、せいぜい数十オングストロームの厚さに過ぎないものになっている。そこで、これに引き続いて、連続して、イオンビームエッチング室で行われるイオンビーム照射による当該ダメージ層除去のためのイオンビームエッチング処理は、結晶損傷などの新たなダメージを生じさせることのない低パワーで行うことが可能になる。そして、生産効率の中で単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることもない。
　ここで、イオンビームエッチング室は、イオンビームエッチング室でイオンビーム照射される素子を支持する支持台であって、イオンビーム照射が行われる際に回転可能に構成されている回転支持台を備えている構成にすることができる。
　多層磁性膜を回転させつつイオンビーム照射することによって、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する上で有利である。
　なお、前述した本発明で使用する磁気抵抗効果素子の製造装置において、更に、前記真空搬送室に連通して成膜処理室が設けられており、真空状態を維持したまま、イオンビームエッチングから搬出された素子が前記真空搬送室を介して成膜処理室に搬入されるようにすることができる。
　このように真空状態を維持したまま成膜処理室を連設し、ここで保護膜を形成するようにして、イオンビーム照射によってダメージ層が除去され、清浄にされた多層磁性膜（ＭＲ層）を保護膜で覆って、清浄な状態に維持することができる。
　従って、本発明で使用する磁気抵抗効果素子の製造装置としては、アルコールをエッチングガスとして導入可能なエッチングガス導入手段、及び、前記エッチングガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えた反応性イオンエッチング室と、
　プラズマ生成用のガスを導入するガス導入手段、前記ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段、被処理体の保持手段、及び、前記プラズマ中のイオンを前記保持手段に保持される被処理体に向かって加速させるための電界を形成する加速手段を有するイオンビームエッチング室と、
　絶縁性薄膜を成膜可能な成膜室と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室及び成膜室に接続され、各室に被処理体を搬送可能な搬送ロボットを有する搬送室と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室及び搬送室を夫々独立して排気可能な排気ポンプと、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室、搬送室及び排気ポンプを制御する制御装置と、を有し、
　前記制御装置は、
　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜及び前記多層磁性膜加工用のハードマスクを有する加工前素子に対し、前記反応性イオンエッチング室で、前記エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前記多層磁性膜を加工する第１操作と、
　前記イオンビームエッチング室で、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する第２操作と、
　前記成膜室で、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する第３操作と、
　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、及び、成膜室に被処理体を搬送する搬送操作と、
　前記搬送操作を行う前に、排気手段により被処理体が搬送される室及び搬送室を排気する排気操作と、
を実行させる磁気抵抗効果素子の製造装置が好ましい。
　かかる本発明で使用する磁気抵抗効果素子の製造装置において、イオンビームエッチングで除去したダメージ層の原子、分子が、除去された後に、再度、多層磁性膜の主に側壁面に対して付着することを防止する観点、多層磁性膜に対するイオンビームの衝撃を小さくする観点から、イオンビームエッチング室は、イオンビームを入射させる入射角度を多層磁性膜の積層面に対して５～９０度、より好ましくは、３０～６０度に調整でき、イオンビームの加速電圧を５０～６００Ｖ（より好ましくは、５０～２００Ｖ）、イオン電流を５０～５００ｍＡ（より好ましくは、５０～２００ｍＡ）の範囲に調整できるものであることが望ましい。
　本発明で使用する他の磁気抵抗効果素子の製造装置は、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を備えた加工前素子に対して反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造装置であって、真空に保持されている真空室内に、前記多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段と、前記反応性イオンエッチングによりエッチングする手段によってエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する手段とが配備されていることを特徴とするものである。
　これはいわゆるインラインタイプの製造装置であって、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段としては、例えば、反応性イオンエッチング装置を用いることができ、イオンビームを照射する手段としては、イオンビームエッチング装置を用いることができる。
　また、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段の前に、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行うエッチングする手段、例えば、反応性イオンエッチング装置を前記の真空に保持されている真空室内に、更に、配備しておくこともできる。
　また、イオンビームを照射する手段によってイオンビーム照射が行われた前記多層磁性膜に対して薄膜、すなわち、保護膜を形成する成膜手段を、更に、前記真空に保持されている真空室内に配備しておくこともできる。
　このようなインラインタイプの製造装置においても、イオンビームを照射する手段、例えば、イオンビームエッチング装置は、イオンビームエッチング室でイオンビーム照射される素子を支持する支持台であって、イオンビーム照射が行われる際に回転可能に構成されている回転支持台を備えている構成にすることが好ましい。
　また、イオンビームを照射する手段、例えば、イオンビームエッチング装置は、イオンビームを入射させる入射角度を多層磁性膜の積層面に対して５～９０度、より好ましくは、３０～６０度に調整でき、イオンビームの加速電圧を５０～６００Ｖ（より好ましくは、５０～２００Ｖ）、イオン電流を５０～５００ｍＡ（より好ましくは、５０～２００ｍＡ）の範囲に調整できるものであることが望ましい。
　次に、図面を用いて本発明を更に詳細に説明する。
　図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい実施形態における加工工程のフローチャート（ａ）と、当該フローチャートに対応させた加工前素子１０の断面構造（ｂ）を説明するものである。
　図１（ａ）、（ｂ）において、符号１１で示されている部分が多層磁性膜（ＭＲ層）である。この多層磁性膜（ＭＲ層）１１は、例えば、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）多層体、ＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｐｌａｎｅ）構造のＧＭＲ（巨大磁気抵抗化効果）多層体、フリー層に対する磁化方向を規定するバイアス層を含んだＴＭＲ積層体もしくはＣＰＰ構造のＧＭＲ積層体、反強磁性結合型多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、スペキュラー型スピンバルブ磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体、デュアルスピンバルブ型磁性多層膜を有するＣＰＰ構造のＧＭＲ多層体などで構成される。
　多層磁性膜（ＭＲ層）１１としては、例えば、図４図示のように、基板の上に下部電極を形成し、その上に磁気抵抗効果素子を構成する多層膜が形成されているものが使用される。図４図示の例では、多層膜は７層からなり、一番下側に下地層となるＴａ層、その上に、反強磁性層となるＰｔＭｎ層、磁化固着層（Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ、Ｒｕ、Ｐｉｎｎｅｄ　Ｌａｙｅｒ）、絶縁層（Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｌａｙｅｒ）、フリー層が順に積層され、その上にハードマスク層１２が積層されている。図４図示の例では、磁化固着層におけるＲｕ層は８Å、ハードマスク層１２であるＴａ層は２００Åである。
　図１（ｂ）中、符号１２で示されている部分は、ハードマスク層であり、単体元素であるＴａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）のいずれかの単層膜又は積層膜からなるマスク材、又は、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉのいずれかの酸化物又は窒化物の単層膜又は積層膜からなるマスク層で構成することができる。
　図２は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置２０における好ましい実施形態の構成を説明する構成図である。
　図２において、２１は真空搬送室であり、この真空搬送室２１にゲートバルブ等の遮蔽手段（図示せず）を介して、第１の反応性イオンエッチング室２２、第２の反応性イオンエッチング室２３、イオンビームエッチング室２４、成膜室２５が、それぞれ真空搬送室２１と連通するようにして設けられている。
　真空搬送室２１には、さらにウエハローダ２６が設けられ、このウエハローダ２６を通して、加工前素子１０を真空搬送室２１にローディングし、加工完了後の素子をアンローディングできるようになっている。
　真空搬送室２１内には、図示しない搬送手段が設置されており、ローディングされた加工前素子１０を矢印３１、３２、３３、３４、３５のように第１の反応性イオンエッチング室２２へ、また、第１の反応性イオンエッチング室２２から第２の反応性イオンエッチング室２３へ、第２の反応性イオンエッチング室２３からイオンビームエッチング室２４へ、そしてイオンビームエッチング室２４から成膜室２５へと順次搬送できるようになっている。
　また、図２に矢印３１、３２、３３、３４、３５で示されている加工前素子１０の移送は、真空を破ることなく、真空搬送室２１を介して、一貫して真空の状態で行うことができる。
　成膜室２５から矢示３５のように搬送された加工完了後の素子は、ウエハローダ２６を通して真空搬送室２１から外部にアンローディングされる。
　上記の如くの製造装置２０を用いて、図１（ａ）に示したフローチャートに従い加工前素子１０の加工を行う。
　真空搬送室２１にローディングされた加工前素子１０を先ず第１の反応性イオンエッチング室２２に搬送し、ここで加工前素子１０の上表面に形成されているフォトレジスト層１３をＰＲマスク１４とし、ハードマスク層１２のエッチングを行う（ステップ１０１）。
　次に、加工前素子１０を第１の反応性イオンエッチング室２２から第２の反応性イオンエッチング室２３へ、真空状態を維持して搬送する。そして、ここで、エッチングガスとしてメタノールなどの水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いた反応性イオンエッチングにより、ハードマスク層１２をマスクとして、多層磁性膜（ＭＲ層）のエッチング加工、すなわち、多層磁性膜（ＭＲ層）１１を微細加工する（ステップ１０２）。
　エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いることによって、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた場合に比べ、エッチング速度を高くし、しかもダメージ（主に酸化により劣化した層）層を少なくできる効果が得られる。例えば、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いることによって、酸化により劣化した層の厚さを数十オングストローム程度に抑えることができる。
　第２の反応性イオンエッチング室２３での加工によって、多層磁性膜（ＭＲ層）１１の側壁及び上表面、あるいは多層磁性膜（ＭＲ層）１１の側壁及び多層磁性膜（ＭＲ層）１１の上表面にその一部を残しているハードマスク層１２の側壁及び上表面に、図１（ｂ）の上から３段目の図示のように、主に酸化により劣化した層であるダメージ層１５が形成される。
　第２の反応性イオンエッチング室２３での加工を終了した加工前素子１０は、続いて、真空状態を維持してイオンビームエッチング室２４へと搬送される。そして、イオンビームエッチング室２４でダメージ層１５の除去加工が行われる（ステップ１０３）。
　イオンビームエッチング室２４は、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）、Ｘｅ（キセノン）等の不活性ガスを用いたイオンビームエッチングにより、前記のダメージ層１５を除去する処理室である。
　前述したように、水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いた、ダメージの少ない反応性イオンエッチングの加工でさえも、ダメージ層１５が形成されることがある。そこで、この薄いダメージ層１５をイオンビームエッチングの加工によって除去し、より高品質の磁性薄膜（ＭＲ層）１１を得ようとするものである。
　イオンビームエッチング室２４でのイオンビームエッチングでは、プラズマクリーニングと異なり、指向性のあるイオンビームを多層磁性膜の積層面に対して所定の入射角度で照射することによりイオンビームの衝撃により剥離したダメージ層１５の原子、分子の一部が磁性薄膜（ＭＲ層）１１側に再付着するのを防止できる。
　そこで、イオンビームエッチング室２４でのイオンビームは、その入射角度（図１（ｂ）に角度θで示す多層磁性膜１１の積層面に対する角度）を所望の角度に変更できるようにしておくことが望ましい。
　発明者等の実験によれば、５～９０度、より好ましくは３０～６０度の入射角度でイオンビームを照射すると、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層１５の原子、分子の一部が磁性薄膜（ＭＲ層）１１側に再付着するのを防止する上で効果的であった。
　また、イオンビームエッチング室２４でのイオンビームエッチングでは、加工前素子１０を回転させながらイオンビームを照射することによって、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層１５の原子、分子の一部が磁性薄膜（ＭＲ層）１１側に再付着するのを防ぐことができる。そこで例えば、イオンビームエッチング室２４に備えられていて、イオンビーム照射の間素子１０を支持する支持台（不図示）は、イオンビーム照射が行われている間、回転可能な回転支持台であることが望ましい。
　発明者等の実験によれば、３０～３００ｒｐｍで加工前素子１０を回転させながらイオンビームを照射すると、イオンビームの衝撃により剥離したダメージ層１５の原子、分子の一部が磁性薄膜（ＭＲ層）１１側に再付着するのを防止する上で効果的であった。
　第２の反応性イオンエッチング室２３で行われる、水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングの加工によって形成されるダメージ層１５は、せいぜい数十オングストローム程度の厚さである。そこで、イオンビームエッチング室２４で行われるイオンビームエッチングの加工も、結晶損傷等の新たなダメージを生じさせることのない低パワーで行うことが可能であり、かつ、生産効率の中で単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることもない。
　すなわち、第２の反応性イオンエッチング室２３で行われる反応性イオンエッチングの際に形成されるダメージ層１５は、従来のアンモニアガスを添加した一酸化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングの際に形成されるダメージ層に比べて薄いため、その後のイオンビーム照射によるダメージ層除去を、製造装置の生産効率を律則する前記反応性イオンエッチングの加工時間内で行うことができる。これにより、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法および製造装置２０によれば、生産効率の中で単位時間当たりの生産量であるスループットを低下させることがない。
　ダメージ層１５の除去が終了した加工前素子１０は、次に、真空状態を維持したまま成膜室２５へと搬送され、ここで保護膜１６の成膜が行われる（ステップ１０４）。
　ダメージ層１５を除去して清浄にした多層磁性膜（ＭＲ層）１１を保護膜１６で覆うことによって、清浄な状態に維持することができる。
　保護膜１６としては、３ＭＶ／ｃｍ2の印加電圧に対してリーク電流が１０-8Ａ／ｃｍ２以下の絶縁性薄膜が好ましく、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、または酸化シリコンハフニウム（ＳｉＨｆＯｘ）からなる膜等が挙げられる。
　保護膜１６を形成する方法は特に限定されないが、スパッタリング法等のＰＶＤ（物理的気相成長法）、またはＣＶＤ（化学的気相成長法）により形成することができる。
　図９は、反応性イオンエッチング室２２，２３の一例として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源搭載のエッチング装置の構成を示す断面模式図である。該装置を用いたエッチング工程について説明する。
　真空容器４４内を排気系４９によって排気し、基板５１を搬入し、温度調整可能な基板ホルダー５０に保持し、所定の温度に維持する。
　次に、ガス導入系を動作させ、アルコールガスを含むエッチングガスを溜めているボンベ４７ａから流量調整器ＭＦＣ４７ｂを介して、所定の流量のエッチングガスを真空容器４４内に導入する。導入されたエッチングガスは、真空容器４４内を経由して誘電体壁容器４６内に拡散する。ここで、真空容器４４内にプラズマを発生させる。
　プラズマを発生させる機構は、誘電体壁容器４６と、誘電体壁容器４６内に誘電磁界を発生する１ターンのアンテナ４５と、プラズマ用高周波電源４１と、誘電体壁容器４６内に所定の磁界を所持させる電磁石４２等とから構成されている。誘電体壁容器４６は真空容器４４に対して内部空間が連通するようにして気密に接続され、プラズマ用高周波電源４１はアンテナ４５に整合器（不図示）を介して接続されている。
　上記構成において、プラズマ用高周波電源４１が発生させた高周波がアンテナ４５に供給された際に、１ターンのアンテナ４５に電流が流れ、その結果、誘電体壁容器４６の内部にプラズマが形成される。
　尚、真空容器４４の側壁の外側には、多数の側壁用磁石４３が、真空容器４４の側壁を望む面の磁極が隣り合う磁石同士で互いに異なるように周方向に多数並べて配置されている。
　これによってカスプ磁場が真空容器４４の側壁の内面に沿って周方向に連なって形成され、真空容器４４の側壁の内面へのプラズマの拡散が防止されている。
　この時、同時に、バイアス用高周波電源４８を作動させて、エッチング処理対象物である基板５１に負の直流分の電圧であるセルフバイアス電圧を与え、プラズマから基板５１の表面へのイオン入射エネルギーを制御している。前記のようにして形成されたプラズマが誘電体壁容器４６から真空容器４４内に拡散し、基板５１の表面付近にまで達して、該プラズマ雰囲気下で基板５１の表面がエッチングされる。
　図１０は、イオンビームエッチング室２４の一例として、ＩＢＥ装置の構成を示す断面模式図である。
　図１０のＩＢＥ装置は、誘電体容器６５、プラズマ生成室６８及び基板処理室７１が排気系６３によって真空排気可能に接続されている。誘電体容器６５には、プラズマ用高周波電源６２（例えば、１３．５６ＭＨｚ）からの電流の供給により誘電磁界を発生する１ターンのアンテナ６４、プラズマ制御用磁石６６が配され、ガス導入系７２より誘電体容器６５内にプラズマ生成室６８を介してＡｒガスなどを導入することでプラズマを生成可能である。また、プラズマ生成室６８には側壁用磁石６７が配されており、プラズマの拡散が防止されている。プラズマ生成室６８と基板処理室７１の間には、プラズマ７３により生成したイオン（Ａｒ+など）を加速する電界を形成する加速手段としてのグリッドＧ１、Ｇ２が設けられ、グリッドＧ１，Ｇ２に異なる大きさの電位を与え、その電位差によってプラズマ生成室６８から基板処理室７１に向かってイオンを加速する。基板処理室７１には、基板６１を保持する基板ホルダ６９が配置される。この基板ホルダ６９は回転機構（符号７０により回転軸を示す）によって、基板載置面をイオンビーム７４に対して所定角度に傾けることが可能である。
　以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
　例えば、本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置を図３図示のようなインラインタイプの製造装置とし、このようなインラインタイプの製造装置において本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を実施することも可能である。
　すなわち、真空に保持されている真空室内に、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段と、この反応性イオンエッチングによりエッチングする手段によってエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する手段とが配備されている磁気抵抗効果素子の製造装置を準備する。
　ここで、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段としては、例えば、反応性イオンエッチング装置を用いることができ、イオンビームを照射する手段としては、イオンビームエッチング装置を用いることができる。また、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段の前に、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行う手段、例えば、反応性イオンエッチング装置を前記の真空に保持されている真空室内に、更に、配備しておくこともできる。
　また、イオンビームを照射する手段によってイオンビーム照射が行われた前記多層磁性膜に対して薄膜、すなわち、保護膜を形成する成膜手段を、更に、前記真空に保持されている真空室内に配備しておくこともできる。
　このようなインラインタイプの製造装置を用いた本発明による磁気抵抗効果素子の製造方法は、図３を参照して説明すると、例えば、次のように行われる。磁気抵抗効果素子の製造装置に加工前素子を搬入する。
　ハードマスク層のエッチング手段、多層磁性膜のエッチング手段からなる反応性イオンエッチング手段によってエッチング処理を行う。例えば、まず、多層磁性膜のフォトレジスト層をＰＲマスクとしたハードマスク層のエッチングを反応性イオンエッチングにより行うエッチング手段（反応性イオンエッチング装置）により、ハードマスク層のエッチングを行う（ステップ３０１）。
　ついで、磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を反応性イオンエッチングによりエッチングする手段（反応性イオンエッチング装置）により、多層磁性膜をエッチングする（ステップ３０２）。
　次に、イオンビーム照射手段（イオンビームエッチング装置）によって、前記の反応性イオンエッチング手段での加工処理によって形成されていたダメージ層を除去する（ステップ３０３）。
　引き続いて、保護膜を形成する成膜手段によって、ダメージ層が除去されて清浄にされた多層磁性膜（ＭＲ層）を保護膜で覆って（ステップ３０４）、清浄な状態に維持し、搬出する。
　これらの工程は、真空保持手段を構成している真空室と真空ポンプとにより、真空が維持された状態で行われる。
　このようなインラインタイプの製造装置であっても、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を実施することにより、反応性イオンエッチングによって必然的に生じる多層磁性膜（ＭＲ層）のダメージ層をイオンビーム照射で除去するので、高品質の磁気抵抗効果素子を製造することができる。また、磁気特性の向上により歩留まりを改善できるので生産効率を向上することができる。
　図２図示の構成の本発明の磁気抵抗効果素子の製造装置２０を用い、図１（ａ）、（ｂ）図示の工程で磁気抵抗効果素子を製造する一例を説明する。
　＜実施例１＞
　（１）ステップ１：フォトレジスト層１３をＰＲマスク１４としたハードマスク層１２のエッチング
　反応性イオンエッチング装置、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源搭載のエッチング装置の第１の反応性イオンエッチング室２２において、以下の条件で、フォトレジスト層１３をＰＲマスク１４としたハードマスク層１２のエッチングを行う。
　エッチングガス：ＣＦ4
　エッチングガスの流量：３２６ｍｇ／ｍｉｎ（５０ｓｃｃｍ）
　ハードマスク層１２：Ｔａ層
　ソース電力：５００Ｗ
　バイアス電力：７０Ｗ
　第１の反応性イオンエッチング室２２内の圧力：０．８Ｐａ
　加工前素子１０を保持する基板ホルダーの温度：８０℃
　（２）ステップ２：ハードマスク層１２をマスクとした多層磁性膜（ＭＲ層）１１のエッチング加工
　前記ステップ１の工程で使用したのと同様の、反応性イオンエッチング装置、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）プラズマ源搭載のエッチング装置の第２の反応性イオンエッチング室２３において、以下の条件で、ハードマスク層（Ｔａ層）１２をマスクとした多層磁性膜（ＭＲ層）１１のエッチング加工を行う。
　エッチングガス：ＣＨ3ＯＨガス
　エッチングガスの流量：１８．７５６ｍｇ／ｍｉｎ（１５ｓｃｃｍ）
　ソース電力：１０００Ｗ
　バイアス電力：８００Ｗ
　第２の反応性イオンエッチング室２３内の圧力：０．４Ｐａ
　加工前素子１０を保持する基板ホルダーの温度：４０℃
　エッチング時間：３ｍｉｎ
　（３）ステップ３：イオンビームエッチングによるダメージ層１５の除去
　イオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング室２４で、以下の条件により、イオンビームの照射によってダメージ層１５の除去を行った。
　ソース電力：１００Ｗ
　イオンビームの入射角度（θ）：５０～８５度
　加速電圧：５００Ｖ
　イオン電流：１２５ｍＡ
　不活性ガス圧力（Ａｒの場合）：１～０．０５ｍＴｏｒｒ
　加工前素子の温度：８０℃
　加工前素子の回転速度：１０ｒｐｍ
　エッチング時間：３７ｓｅｃ（エッチング速度：１．１オングストローム／ｓｅｃ）
　（４）ステップ４：保護膜１６の成膜
　真空処理装置の成膜室２５において、以下の条件で、保護膜１６として酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜をスパッタリング方法（Ａｌ2Ｏ3ターゲット）で成膜し、ダメージ層１５を除去して清浄にした磁性薄膜（ＭＲ層）１１を保護膜１６で覆った。
　スパッタリングガス：Ａｒ
　成膜室２５内の圧力：３Ｐａ
　放電電力：１０００Ｗ
　成膜時間：８３ｓｅｃ
　酸化アルミニウム膜厚：５ｎｍ
　以上のような加工をした磁気抵抗効果素子の断面形状写真を図５に、その模式図を図６に示す。
　またステップ１、２、４の工程のみ同じ条件で行って、ステップ３の工程を行わなかった磁気抵抗効果素子（比較素子）の断面形状と、本実施例の素子の断面形状とを比較観察した写真を図７に示し、併せて、その模式図を図８に示す。図７、８において、（ａ）が本実施例の素子、図７（ｂ）が比較素子である。ステップ３のイオンビームエッチング処理によって表面のダメージ層１５（酸化膜層（ＴａＯｘ））が削り取られていることがわかる。
　さらに両素子についてＭＲ比（ｍａｇｎｅｔｏｒｏ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ＝（Ｒｍａｘ－Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ）を比較した。
　比較の結果、本発明の工程で加工した磁気抵抗効果素子は、イオンビームエッチングの加工によるダメージ層１５の除去を行わなかった磁気抵抗効果素子のＭＲ比に対し、２０パーセント改善されていた。
　加工前素子１０の単位時間当たりの処理枚数（スループット）は、反応性イオンエッチングの加工時間に律則される。すなわち、イオンビームエッチングの加工工程を追加してもイオンビームエッチングの加工は反応性イオンエッチングの加工時間内に終わるので、スループットを低下させることはなく、磁気特性（ＭＲ比）の向上によって歩留まりを改善できるので、生産効率は向上することができる。
　＜実施例２＞
　（１）ステップ１：フォトレジスト層１３をＰＲマスク１４としたハードマスク層１２のエッチング
　実施例１と同様にして、フォトレジスト層１３をＰＲマスク１４としたハードマスク層１２のエッチングを行う。
　（２）ステップ２：ハードマスク層１２をマスクとした多層磁性膜（ＭＲ層）１１のエッチング加工
　エッチング時間を３分２０秒とした以外は、実施例１と同様にして、ハードマスク層（Ｔａ層）１２をマスクとした多層磁性膜（ＭＲ層）１１のエッチング加工を行う。
　（３）ステップ３：イオンビームエッチングによるダメージ層１５の除去
　エッチング時間を１８秒とした以外は、実施例１と同様にして、イオンビームの照射によってダメージ層１５の除去を行った。
　（４）ステップ４：保護膜１６の成膜
　真空処理装置の成膜室２５において、以下の条件で、保護膜１６としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）をＣＶＤ法で成膜し、ダメージ層１５を除去して清浄にした磁性薄膜（ＭＲ層）１１を保護膜１６で覆った。本装置構成では成膜室としてＣＶＤモジュールを連結している。
　ガス：Ａｒ／ＮＨ3／ＳｉＨ4
　成膜室２５内の圧力：１５Ｐａ
　放電電力：７００Ｗ
　成膜時間：９０ｓｅｃ
　基板ホルダー温度：２００℃
　シリコン窒化膜厚：３０ｎｍ
　以上のような加工をした磁気抵抗効果素子について、１から４の全てのステップ工程を行った素子と、ステップ１、２、４の工程のみ同じ条件で行って、ステップ３の工程を行わなかった磁気抵抗効果素子のＭＲ比（ｍａｇｎｅｔｏｒｏ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ＝（Ｒｍａｘ－Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ）を比較した結果イオンビームエッチングの加工によるダメージ層１５の除去を行わなかった磁気抵抗効果素子のＭＲ比に対し、１５パーセント改善されていた。

Claims (10)

  1. 　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜を備えた加工前素子に対して反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工する工程を含んでいる磁気抵抗効果素子の製造方法において、
    　前記反応性イオンエッチングにより前記多層磁性膜を加工した後に、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する工程と、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  2. 　反応性イオンエッチングは、多層磁性膜の上表面に形成されているハードマスク層をマスクとし、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上持つアルコールを用いて前記多層磁性膜をエッチングするものであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  3. 　イオンビームを照射する工程は、イオンビームを多層磁性膜の積層面に対して５～９０度の入射角度で照射させることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  4. 　イオンビームを照射する工程は、イオンビームを多層磁性膜の積層面に対して３０～６０度の入射角度で照射させることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  5. 　イオンビームを照射する工程は、イオンビームの加速電圧を５０～６００Ｖ、イオン電流を５０～５００ｍＡとした条件の下で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  6. 　イオンビームを照射する工程は、イオンビームの加速電圧を５０～２００Ｖ、イオン電流を５０～２００ｍＡとした条件の下で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  7. 　イオンビームを照射する工程は、前記多層磁性膜を回転させながら行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  8. 　前記保護膜をＰＶＤまたはＣＶＤにより形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  9. 　前記保護膜が、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、または酸化シリコンハフニウム（ＳｉＨｆＯｘ）からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  10. 　アルコールをエッチングガスとして導入可能なエッチングガス導入手段、及び、前記エッチングガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段を備えた反応性イオンエッチング室と、
    　プラズマ生成用のガスを導入するガス導入手段、前記ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段、被処理体の保持手段、及び、前記プラズマ中のイオンを前記保持手段に保持される被処理体に向かって加速させるための電界を形成する加速手段を有するイオンビームエッチング室と、
    　絶縁性薄膜を成膜可能な成膜室と、
    　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室及び成膜室に接続され、各室に被処理体を搬送可能な搬送ロボットを有する搬送室と、
    　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室及び搬送室を夫々独立して排気可能な排気ポンプと、
    　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、成膜室、搬送室及び排気ポンプを制御する制御装置と、を有し、
    　前記制御装置は、
    　磁気抵抗効果素子を構成する多層磁性膜及び前記多層磁性膜加工用のハードマスクを有する加工前素子に対し、前記反応性イオンエッチング室で、前記エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前記多層磁性膜を加工する第１操作と、
    　前記イオンビームエッチング室で、前記反応性イオンエッチングが行われた前記多層磁性膜に対してイオンビームを照射する第２操作と、
    　前記成膜室で、前記イオンビームが照射された前記多層磁性膜上に保護膜を形成する第３操作と、
    　前記反応性イオンエッチング室、イオンビームエッチング室、及び、成膜室に被処理体を搬送する搬送操作と、
    　前記搬送操作を行う前に、排気手段により被処理体が搬送される室及び搬送室を排気する排気操作と、
    を実行させることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
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