WO2012090474A1 - 電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法 - Google Patents

電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法 Download PDF

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    • G11B2005/3996—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 large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing an electrode film, a method for processing a magnetic film, a laminate having a magnetic film, and a method for manufacturing the laminate, and more particularly, dry etching of a magnetic thin film such as FeNi, CoFe, FeMn, CoPt, etc.
  • the present invention relates to a method for processing an electrode film useful for microfabrication, a method for processing a magnetic film, a laminate having a magnetic film, and a method for producing the laminate.
  • MRAM magnetic random access memory
  • GMR giant magnetoresistance
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • RIE reactive ion etching using alcohol
  • Patent Document 1 patterning of Ta, which is a non-organic material, is performed using a photoresist as a mask.
  • this method has a problem that since the selectivity ratio between Ta and photoresist is low, the photoresist must be formed thick, and the dimensional accuracy deteriorates.
  • SiO 2 having a high etching rate with respect to the photoresist in a fluorine-based gas and a slow etching rate with respect to Ta in a chlorine-based gas is used. It can be solved by providing it in between.
  • the present invention removes the Si compound deposited on the side wall and the bottom of the lower layer when transferring the pattern formed on the insulating silicon compound (for example, SiO 2 ) to the lower layer.
  • a method for processing an electrode film, a method for processing a magnetic film, a laminate having a magnetic film, and a method for manufacturing the laminate which can reduce deterioration of a mask shape for transferring a pattern to a lower layer.
  • a first aspect of the present invention is an electrode film processing method, in which an electrode film, a Ru film, and an insulating film containing a silicon compound are sequentially laminated on a magnetic film.
  • a method for processing a magnetic film wherein the magnetic film is formed by reactive ion etching using the electrode film obtained by the method described in the first aspect as a mask. It is characterized by processing.
  • a processing method for the electrode film which includes a laminate in which an electrode film, an Ru film, and an insulating film containing a silicon compound are sequentially stacked on a magnetic film, A first step of patterning the photoresist formed in step 1 to form a first mask, and using the first mask, the insulating film and the Ru film are formed using a fluorine-containing gas and an oxygen-containing gas.
  • a magnetic film processing method wherein the magnetic film is formed by reactive ion etching using the electrode film obtained by the method according to the third aspect as a mask. It is characterized by processing.
  • a sixth aspect of the present invention is a method of manufacturing a laminate having a magnetic film, the step of preparing a substrate on which the magnetic film is formed, the step of forming an electrode film on the magnetic film, The method includes a step of forming a Ru film on the electrode film and a step of forming an insulating film containing a silicon compound on the Ru film.
  • the magnetic film can be processed with high dimensional accuracy.
  • An etching apparatus 1 for carrying out the present invention includes a vacuum container 2.
  • the vacuum vessel 2 is exhausted by the exhaust system 21. Further, the gate valve (not shown) is opened and the substrate 9 on which the objects to be processed are stacked is carried into the vacuum vessel 2 and held in the substrate holder 4.
  • electrostatic chucking using an electrostatic chucking action or a clamp chuck using a mechanical mechanism is used as a method of fixing the substrate 9 to the substrate holder 4, electrostatic chucking using an electrostatic chucking action or a clamp chuck using a mechanical mechanism is used.
  • the substrate 9 fixed on the substrate holder 4 is maintained at a predetermined temperature by the temperature control mechanism 41.
  • the etching gas is introduced into the vacuum vessel 2 at a predetermined flow rate from a cylinder storing the etching gas via a pipe, a valve, and a flow rate regulator.
  • the introduced etching gas diffuses into the dielectric wall container 11.
  • the plasma forming means is operated.
  • the plasma forming means includes a dielectric wall container 11 that is hermetically connected so that the internal space communicates with the vacuum container 2, a one-turn antenna 12 that generates an induced magnetic field in the dielectric wall container 11, and A high frequency power source for plasma 13 that generates a high frequency power (source power) to be supplied to the antenna 12 and is connected to the antenna 12 via a matching line (not shown) via a matching unit, and a predetermined magnetic field in the dielectric wall container 11.
  • An electromagnet 14 to be generated is included.
  • a large number of side wall magnets 22 are arranged outside the side wall of the vacuum vessel 2, and a large number of magnetic poles on the surface facing the side wall of the vacuum vessel 2 are arranged in the circumferential direction so that adjacent magnets are different from each other. Has been placed. As a result, a cusp magnetic field is continuously formed along the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 2 in the circumferential direction, and plasma diffusion to the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 2 is prevented or reduced.
  • the bias high-frequency power source 5 is operated to apply a bias voltage, which is a negative direct current voltage, to the substrate 9 that is the object to be etched, and the ion incident energy from the plasma to the surface of the substrate 9 is reduced. I have control.
  • the plasma formed as described above diffuses from the dielectric wall container 11 into the vacuum container 2 and reaches the vicinity of the surface of the substrate 9. At this time, the surface of the substrate 9 is etched.
  • reference numeral 31 denotes a photoresist
  • reference numeral 32 denotes an insulating film made of a silicon compound (hereinafter referred to as an insulating silicon compound film)
  • reference numeral 33 denotes a Ru film
  • reference numeral 34 denotes an electrode film
  • reference numeral 35 denotes a TMR element, a GMR element, or the like.
  • Reference numeral 36 denotes a substrate.
  • the steps shown in FIG. 2 for forming a layer that also functions as a magnetic film processing mask and a magnetic film are described below.
  • the laminated body is obtained by laminating the magnetic film 35, the electrode film 34, the Ru film 33, and the insulating silicon compound film 32 in this order.
  • the electrode film 34 is formed on the substrate 36 on which the magnetic film 35 is formed.
  • Other configurations may exist between the magnetic film 35 and the substrate 36.
  • the magnetic film 35 may be formed in a consistent vacuum in the same apparatus as the vacuum apparatus in which the insulating silicon compound film 32 is formed from the electrode film 34, or the magnetic film 35 is formed from another apparatus. You may bring your own board.
  • the Ru film 33 and the insulating silicon compound film 32 are sequentially formed on the electrode film 34.
  • various film formation methods such as sputtering and CVD (Chemical Vapor Deposition) are used.
  • a photoresist 31 is formed on the insulating silicon compound film 32.
  • the film formation from the electrode film 34 to the photoresist 31 may be performed consistently in a vacuum, or after the film formation from the electrode film 34 to the insulating silicon compound film 32 is formed, it is taken out into the atmosphere and put into another apparatus.
  • the photoresist 31 may be deposited after the transfer.
  • the photoresist 31 is patterned by photolithography to form a desired pattern (hereinafter, the patterned photoresist 31 is also referred to as a first mask).
  • FIG. 2 shows a state after the photoresist 31 is patterned.
  • a pattern is transferred to the lower insulating silicon compound film 32 by RIE (hereinafter, the patterned insulating silicon compound film 32 is transferred to the second insulating silicon compound film 32).
  • a fluorine-containing gas is used as the first etching gas for RIE.
  • fluorocarbon is preferably used as the fluorine-containing gas.
  • an inert gas such as Ar may be appropriately added to the etching gas.
  • any gas may be used as long as the insulating silicon compound film 32 can be etched with the pattern of the first mask by plasma using the first mask.
  • the insulating silicon compound film 32 is made of a material capable of taking a selective ratio in the fluorine-containing gas with respect to the photoresist, for example, a SiO 2 film, a SiN film, a SiON film, etc., and these single layer films or these films are used at least.
  • a laminated film including two is used. That is, as the insulating silicon compound film 32, any insulating silicon compound may be used as long as the first etching gas has a high selectivity with respect to the first mask.
  • the pattern is transferred to the lower Ru film 33 by RIE (hereinafter, the patterned Ru film is also referred to as a third mask).
  • An oxygen-containing gas such as O 2 is used as the second etching gas for RIE.
  • O 2 may contain a trace amount of a halogen-based gas such as fluorocarbon, chlorine, or an inert gas.
  • the Ru film 33 can be etched with the pattern of the second mask using the second mask by plasma, and the etching rate with respect to the insulating silicon compound film 32 is increased.
  • any gas may be used. Note that the photoresist 31 is completely removed by the oxygen-containing gas plasma when the Ru film 33 is processed.
  • FIG. 3 shows a state where the Ru film 33 is processed. Further, the insulating silicon compound film 32 is hardly etched by the processing of the Ru film 33 because of its low reactivity to the oxygen-containing gas. That is, in this step, the Ru film 33 is etched by the second etching gas using the second mask so that the insulating silicon compound film 32 remains on the Ru film 33.
  • the etching rate is a film thickness in which a single layer film to be measured for the etching rate is separately formed on the substrate, and each single layer film is etched per unit time under the same conditions. Pointing.
  • the pattern is transferred to the electrode film 34 below the Ru film 33 by RIE (hereinafter, the processed electrode film 34 is changed to the first mask). 4).
  • a chlorine-containing gas such as Cl 2 or BCl 3 , or a mixed gas of BCl and Cl 2 is used as a third etching gas for RIE.
  • an inert gas such as Ar may be added as appropriate.
  • any gas may be used as the third etching gas as long as the electrode film 33 can be etched with the second mask pattern by plasma using the second mask.
  • the electrode film 34 a material which has a selectivity with respect to the insulating silicon compound film 32 and functions as an electrode after the magnetic film 35 is processed is used.
  • a material Ta, Ti or a nitride or carbide thereof, a single layer film containing at least one of W, or a laminated film thereof is used.
  • a single layer film of Ta or Ti, a laminated film of Ta and TaC, or the like is used. That is, as the electrode film 34, any conductive material can be used as long as the third etching gas has a high selectivity with respect to the second mask.
  • the electrode film 34 may be partially oxidized on the surface in consideration of selectivity with respect to the second mask. In the case where an oxidized portion is formed on the surface of the electrode film 34, the electrode film 34 can function as an electrode by removing the oxidized portion at the same time as the processing of the magnetic film 35 or by a surface treatment after the processing.
  • FIG. 4 shows a state in which the electrode film 34 has been processed and the insulating silicon compound film 32 has been removed.
  • the over-etching means that the etching depth obtained from the etching rate and etching time of the film to be etched is larger than the film thickness of the etching target film.
  • the magnetic film 35 is processed by RIE using the third mask, the fourth mask, and the fourth etching gas.
  • the RIE fourth etching gas an alcohol gas, a hydrocarbon gas, or a mixed gas of an alcohol gas and a hydrocarbon gas is preferably used.
  • FIG. 5 shows a state in which the magnetic film 35 is processed using the third mask and the fourth mask.
  • the insulating silicon compound film 32 and the redeposited silicon compound can be obtained without deteriorating the shapes of the third mask and the fourth mask that function as masks when processing the magnetic film. Can be removed.
  • the electrode film 34 can be processed with high dimensional accuracy.
  • the magnetic film 35 can be processed with high accuracy, and a magnetoresistive effect element corresponding to further miniaturization can be manufactured.
  • a Ta film is formed as an electrode film 34 with a thickness of 100 nm, a Ru film 33 with a thickness of 5 nm, an insulating silicon compound film 32 with a SiO 2 film of 20 nm, and a photoresist 31 with a thickness of 80 nm.
  • RIE is performed under the following conditions to simultaneously process the insulating silicon compound film 32 and the Ru film 33 which are SiO 2 films.
  • RIE is performed under the following conditions to process the electrode film 34 that is a Ta film and to remove the insulating silicon compound film 32 that is a SiO 2 film.
  • the SiO 2 film (insulating silicon compound film 32) on the Ru film 33 is removed, and it becomes possible to obtain a third mask and a fourth mask whose bottoms are formed vertically.
  • RIE is performed using the third mask and the fourth mask under the following conditions to process the magnetic film 35.
  • Etching gas CH 3 OH Source power 2000W Bias power 2000W Pressure in vacuum vessel 2 0.7Pa Substrate temperature 80 ° C

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Abstract

　本発明は、絶縁性珪素化合物（例えば、ＳｉＯ２）に形成されたパターンを下層に転写する際に、下層の側壁や裾に堆積したＳｉ化合物の除去を行い、且つ下層にパターンを転写するためのマスク形状の劣化を低減可能な、磁性膜を有する積層体、該積層体の製造方法、および磁性膜の加工方法を提供する。本発明の一実施形態に係る、磁性膜を有する積層体は、磁性膜（３５）と、該磁性膜３５上に形成された電極膜（３４）と、該電極膜（３４）上に形成されたＲｕ膜（３３）と、該Ｒｕ膜（３３）上に形成された絶縁性珪素化合膜（３２）とを備える。

Description

電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法
　この発明は、電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法に関し、さらに詳しくは、ＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＭｎ、ＣｏＰｔ等の磁性薄膜のドライエッチングによる微細加工に有用な電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法に関するものである。
　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（ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）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。
　磁性材料のエッチング加工方法として、磁性膜の上に非有機材からなるハードマスクを形成した、アルコールを用いた反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという）が知られている（特許文献１参照）。
特開２００５－０４２１４３号公報
　特許文献１に開示された方法では、フォトレジストをマスクとして非有機材であるＴａのパターニングを行っている。しかしこの方法ではＴａとフォトレジストの選択比が低いためにフォトレジストを厚く成膜しなければならず、寸法精度が劣化してしまうという問題がある。
　このフォトレジストの厚膜化の問題については、フッ素系ガスにおいて、フォトレジストに対してエッチング速度が速く、且つ塩素系ガスにおいて、Ｔａに対してエッチング速度が遅いＳｉＯ２を、フォトレジストとＴａの間に設ける事で解決することが出来る。
　しかしこの解決方法によると、ＲＩＥ中に、エッチングされたＳｉ化合物がＴａの側壁や裾に堆積し、Ｔａマスクの形状が悪くなってしまうという新たな問題が生じる。さらに、この堆積したＳｉ化合物をオーバーエッチングによって除去しようとすると、Ｔａマスクまでもがエッチングされてしまい、やはり形状が悪くなってしまう。
　このような寸法精度や形状の劣化は、素子の微細化が進むにつれ問題となってくる。
　本発明は上述したような種々の問題に鑑み、絶縁性珪素化合物（例えば、ＳｉＯ２）に形成されたパターンを下層に転写する際に、下層の側壁や裾に堆積したＳｉ化合物の除去を行い、且つ下層にパターンを転写するためのマスク形状の劣化を低減可能な、電極膜の加工方法、磁性膜の加工方法、磁性膜を有する積層体、および該積層体の製造方法を提供することを目的とする。
　このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、電極膜の加工方法であって、磁性膜上に、電極膜とＲｕ膜と珪素化合物を含む絶縁膜とが順次積層された積層体を用意する第１の工程と、前記絶縁膜上にフォトレジストを成膜する第２の工程と、前記フォトレジストをパターニングし第１のマスクを形成する第３の工程と、前記第１のマスクを使用して、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いて前記絶縁膜および前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで、前記第１のマスクのパターンが転写された前記絶縁膜である第２のマスク、および前記第１のマスクのパターンが転写された前記Ｒｕ膜である第３のマスクを形成する第４の工程と、前記第２及び第３のマスクを使用して、塩素含有ガスを用いて前記電極膜を反応性イオンエッチングする第５の工程とを有することを特徴とする。
　本発明の第２の態様は、磁性膜の加工方法であって、上記第１の態様に記載の方法によって得られた電極膜をマスクとして使用して反応性イオンエッチングすることで前記磁性膜を加工することを特徴とする。
　本発明の第３の態様は、磁性膜上に、電極膜とＲｕ膜と珪素化合物を含む絶縁膜とが順次積層された積層体が有する前記電極膜の加工方法であって、前記絶縁膜上に形成されたフォトレジストをパターニングし第１のマスクを形成する第１の工程と、前記第１のマスクを使用して、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いて前記絶縁膜および前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで、前記第１のマスクのパターンが転写された前記絶縁膜である第２のマスク、および前記第１のマスクのパターンが転写された前記Ｒｕ膜である第３のマスクを形成する第２の工程と、前記第２及び第３のマスクを使用して、塩素含有ガスを用いて前記電極膜を反応性イオンエッチングする第３の工程とを有することを特徴とする。
　本発明の第４の態様は、磁性膜の加工方法であって、上記第３の態様に記載の方法によって得られた電極膜をマスクとして使用して反応性イオンエッチングすることで前記磁性膜を加工することを特徴とする。
　本発明の第５の態様は、磁性膜を有する積層体であって、前記磁性膜と、前記磁性膜上に形成された電極膜と、前記電極膜上に形成されたＲｕ膜と、前記Ｒｕ膜上に形成された珪素化合物を含む絶縁膜とを備えることを特徴とする。
　本発明の第６の態様は、磁性膜を有する積層体の製造方法であって、前記磁性膜が形成された基板を用意する工程と、前記磁性膜上に電極膜を成膜する工程と、前記電極膜上にＲｕ膜を成膜する工程と、前記Ｒｕ膜上に珪素化合物を含む絶縁膜を成膜する工程と、を有することを特徴とする。
　本発明を用いることで磁性膜を寸法精度良く加工することが可能となる。
本発明の一実施形態を実施するための装置構成の一例である。 本発明の一実施形態に係る積層体を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る積層体を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る積層体を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。
　図１を用いて、本発明を実施するためのエッチング装置について説明する。
　本発明の一実施形態に係るエッチング装置１は真空容器２を有する。真空容器２は排気系２１によって排気される。また、不図示のゲートバルブを開けて被処理物を積層した基板９を真空容器２内に搬入し、基板ホルダー４に保持する。基板ホルダー４に基板９を固定する方法としては、静電吸着作用を利用した静電吸着、あるいは機械的機構を利用したクランプチャックなどが用いられる。基板ホルダー４上に固定された基板９は温度制御機構４１により所定の温度に維持される。
　ガス導入系３を動作させることにより、エッチングガスを貯蔵しているボンベから配管、バルブ、流量調整器を介して、エッチングガスを所定の流量で真空容器２内へ導入する。導入されたエッチングガスは、誘電体壁容器１１内に拡散する。ここで、プラズマ形成手段を動作させる。プラズマ形成手段は、真空容器２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た誘電体壁容器１１と、誘電体壁容器１１内に誘導磁界を発生する１ターンのアンテナ１２と、アンテナ１２に不図示の整合器を介して伝送路１５によって接続され、アンテナ１２に供給する高周波電力（ソース電力）を発生させるプラズマ用高周波電源１３と、誘電体壁容器１１内に所定の磁界を生じさせる電磁石１４等を有している。プラズマ用高周波電源１３が発生させた高周波電力が伝送路１５によってアンテナ１２に供給された際に、１ターンのアンテナ１２に電流が流れ、この結果、誘電体壁容器１１の内部にプラズマが形成される。
　なお、真空容器２の側壁の外側には、多数の側壁用磁石２２が並べられており、真空容器２の側壁を臨む面の磁極が、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２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２の側壁の内面へのプラズマの拡散が防止ないしは低減されている。この時、同時に、バイアス用高周波電源５を作動させて、エッチング処理対象物である基板９に負の直流分の電圧であるバイアス電圧が与えられ、プラズマから基板９の表面へのイオン入射エネルギーを制御している。上記のようにして形成されたプラズマが誘電体壁容器１１から真空容器２内に拡散し、基板９の表面付近にまで達する。この際、基板９の表面がエッチングされる。
　次に、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
　図２において、符号３１はフォトレジスト、符号３２は珪素化合物からなる絶縁膜（以下絶縁性珪素化合膜という）、符号３３はＲｕ膜、符号３４は電極膜、符号３５はＴＭＲ素子やＧＭＲ素子などの磁性膜、符号３６は基板を示す。
　図２に示される、磁性膜加工用マスクとしても機能する層、および磁性膜を有する積層体を形成するための工程を以下にしめす。
　上記積層体は、磁性膜３５と、電極膜３４と、Ｒｕ膜３３と、絶縁性珪素化合膜３２とをこの順番で積層させたものである。
　まず、磁性膜３５が形成された基板３６上に、電極膜３４の成膜を行う。なお磁性膜３５と基板３６の間には他の構成が存在していても良い。また、磁性膜３５は、電極膜３４から絶縁性珪素化合膜３２が形成される真空装置と同一の装置内で真空一貫で成膜されても良いし、他の装置から磁性膜３５が形成された基板を持ってきても良い。そして電極膜３４の上にＲｕ膜３３及び絶縁性珪素化合膜３２を順次成膜する。成膜方法としては、スパッタリングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など種々の成膜方法が用いられる。
　その後、絶縁性珪素化合膜３２の上にフォトレジスト３１が成膜される。このとき、電極膜３４からフォトレジスト３１までの成膜を真空一貫で行っても良いし、電極膜３４から絶縁性珪素化合膜３２までを成膜した後に、大気中に取り出して別の装置に移してからフォトレジスト３１が成膜されても良い。
　次に、フォトリソグラフィによりフォトレジスト３１のパターニングを行い、所望のパターンを形成する（以下パターニング後のフォトレジスト３１を第１のマスクともいう）。フォトレジスト３１がパターニングされた後の状態を図２に示す。そして、この第１のマスクおよび第１のエッチングガスを用いて、下部の絶縁性珪素化合膜３２にＲＩＥによってパターンを転写する（以下パターンニングされた後の絶縁性珪素化合膜３２を第２のマスクともいう）。ＲＩＥの第１のエッチングガスとしてフッ素含有ガスを用いる。フッ素含有ガスとしては例えばフルオロカーボンが好適に用いられる。エッチングガスにはフッ素含有ガスの他に適宜Ａｒなどの不活性ガスが添加されてもよい。本実施形態では、第１のエッチングガスとしては、プラズマにより、第１のマスクを用いて絶縁性珪素化合膜３２を第１のマスクのパターンでエッチングすることができればいずれのガスを用いても良い。絶縁性珪素化合膜３２には、フォトレジストに対してフッ素含有ガスにおいて選択比が取れる材質、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜などが用いられ、これらの単層膜もしくはこれらの膜を少なくとも２つ含む積層膜が用いられる。すなわち、絶縁性珪素化合膜３２としては、第１のエッチングガスについて、第１のマスクに対して選択比が高くなるような絶縁性珪素化合物であれば、いずれを用いても良い。
　次に、第２のマスクおよび第２のエッチングガスを用いて、下部のＲｕ膜３３にＲＩＥによってパターンを転写する（以下パターンニングされた後のＲｕ膜を第３のマスクともいう）。ＲＩＥの第２のエッチングガスとしてＯ２などの酸素含有ガスを用いる。Ｏ２には微量のハロゲン系ガス、例えばフルオロカーボンや塩素、または不活性ガスなどが添加されていてもよい。本実施形態では、第２のエッチングガスとしては、プラズマにより、第２のマスクを用いてＲｕ膜３３を第２のマスクのパターンでエッチングすることができ、かつ絶縁性珪素化合膜３２に対するエッチング速度がＲｕ膜３３のエッチング速度よりも低ければ（好ましくは、Ｒｕ膜３３をエッチングするが、絶縁性珪素化合膜３２をほとんどエッチングしない）、いずれのガスを用いても良い。なおフォトレジスト３１は、このＲｕ膜３３の加工時に、酸素含有ガスのプラズマによって全て取り除かれる。Ｒｕ膜３３が加工された状態を図３に示す。また絶縁性珪素化合膜３２は、酸素含有ガスに対する反応性が低いため、Ｒｕ膜３３の加工によってはほぼエッチングされない。すなわち、本工程では、Ｒｕ膜３３上に絶縁性珪素化合膜３２が残るように、上記第２のエッチングガスによりＲｕ膜３３を第２のマスクを用いてエッチングする。なお、第１のマスクを用いて、絶縁性珪素化合膜３２をＲＩＥする際に、エッチングガスをフッ素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガスとすると、絶縁性珪素化合膜３２のみならずＲｕ膜３３の加工も同時に行えるため生産性の向上が望める。
　なお本明細書においてエッチング速度とは、基板上にエッチング速度の計測対象となる単層膜をそれぞれ別個に成膜し、同条件下においてそれぞれの単層膜が単位時間当たりにエッチングされる膜厚を指している。
　次に、第２のマスクおよび第３のマスク、ならびに第３のエッチングガスを用いて、Ｒｕ膜３３の下部にある電極膜３４にＲＩＥによってパターンを転写する（以下加工後の電極膜３４を第４のマスクともいう）。ＲＩＥの第３のエッチングガスとしてＣｌ２またはＢＣｌ３、もしくはＢＣｌとＣｌ２との混合ガスなどの塩素含有ガスを用いる。塩素含有ガスのほかにも適宜Ａｒなどの不活性ガスが添加されてもよい。本実施形態では、第３のエッチングガスとしては、プラズマにより、第２のマスクを用いて電極膜３３を第２のマスクのパターンでエッチングすることができればいずれのガスを用いても良い。電極膜３４としては、絶縁性珪素化合膜３２に対して選択比が取れ、なおかつ磁性膜３５の加工後に電極として機能する材質を用いる。そのような材質としてはＴａ、Ｔｉもしくはこれらの窒化物または炭化物、Ｗのうち少なくとも１つを含有する単層膜、もしくはこれらの積層膜が用いられる。例としては、ＴａやＴｉの単層膜、ＴａとＴａＣの積層膜などが用いられる。すなわち、電極膜３４としては、第３のエッチングガスについて、第２のマスクに対して選択比が高くなるような導電性材料であれば、いずれを用いても良い。また電極膜３４は、第２のマスクに対する選択性を考慮して表面部分が一部酸化していても良い。電極膜３４の表面に酸化部分を形成した場合は、酸化部分を磁性膜３５の加工と同時もしくは加工後の表面処理によって除去することで、電極膜３４を電極として機能させることができる。
　通常、絶縁性珪素化合膜３２をマスクとして塩素含有ガスによってＲＩＥを行った場合、珪素の一部が基板上に再堆積してしまいマスクの形状が悪くなる問題がある。また、この再堆積を除去するためにオーバーエッチングを行ったとしても、絶縁性珪素化合膜３２の下部にある電極膜３４の形状が悪くなってしまう。しかし、本実施形態によれば、珪素化合物３２の下部にパターニングされたＲｕ膜３３が存在する。このＲｕ膜３３は第３のエッチングガスとしての塩素含有ガスに対して耐性を持つため、Ｒｕ膜３３上に残っている絶縁性珪素化合膜３２や、磁性膜３５上や電極膜３４の側壁に再堆積した珪素及びその化合物を除去すべくオーバーエッチングを行ったとしても、パターニングされた形状を良好に保つことができる。電極膜３４が加工され、絶縁性珪素化合膜３２が除去された状態を図４に示す。
　なお、オーバーエッチングとは、エッチング対象膜の膜厚に対して、該膜のエッチングレートとエッチング時間から求められるエッチング深さの方が大きいことを指す。
　そして、第３のマスク及び第４のマスク、ならびに第４のエッチングガスを用いて、磁性膜３５をＲＩＥによって加工する。ＲＩＥの第４のエッチングガスとしてはアルコールガス、または炭化水素ガス、あるいはアルコールガスと炭化水素ガスとの混合ガスが好適に用いられる。第３のマスク及び第４のマスクを用いて磁性膜３５を加工した状態を図５に示す。
　なお、磁性膜３５をＲＩＥする際に第４のエッチングガスとしてアルコールガスを用いた場合、ウェハに対して塩素含有ガスについてのアフターコロージョンの処理を行う必要がない。
　このように、本実施形態によれば、磁性膜を加工するにあたってマスクとして機能する第３のマスク及び第４のマスクの形状を劣化させることなく、絶縁性珪素化合膜３２及び再堆積した珪素化合物の除去を行うことが可能となる。このため、電極膜３４を寸法精度良く加工することができる。また、電極膜３４をマスクとして用いることで、磁性膜３５の加工を精度良く行うことが可能となり、更なる微細化に対応した磁気抵抗効果素子が製造可能となる。
　（実施例）
　以下に本実施形態の実施例を示す。
　磁性膜３５が形成された基板上に、電極膜３４としてＴａ膜を１００ｎｍ、Ｒｕ膜３３を５ｎｍ、絶縁性珪素化合膜３２としてＳｉＯ２膜を２０ｎｍ、フォトレジスト３１を８０ｎｍ成膜する。
　フォトレジスト３１をフォトリソグラフィによりパターニングして第１のマスクを形成した後、以下の条件でＲＩＥを行い、ＳｉＯ２膜である絶縁性珪素化合膜３２及びＲｕ膜３３の加工を同時に行う。
エッチングガス　ＣＦ４＋Ｏ２
エッチングガスの流量比　ＣＦ４：Ｏ２＝９：１
ソース電力 　７００Ｗ
バイアス電力　１００Ｗ
真空容器２内の圧力　０．３Ｐａ
基板温度　８０℃
　該ＲＩＥによって第２のマスク及び第３のマスクを形成後、以下の条件でＲＩＥを行い、Ｔａ膜である電極膜３４の加工及びＳｉＯ２膜である絶縁性珪素化合膜３２の除去を行う。
エッチングガス　Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ａｒ
エッチングガスの流量比　Ｃｌ２＋ＢＣｌ３＋Ａｒ＝７：１：２
ソース電力　１５００Ｗ
バイアス電力　５０Ｗ
真空容器２内の圧力　０．４Ｐａ
基板温度　１２０℃
オーバーエッチング　７５％（エッチング深さが膜厚の１７５％）
　このＲＩＥにより、Ｒｕ膜３３上のＳｉＯ２膜（絶縁性珪素化合膜３２）は除去され、裾が垂直状に形成された第３のマスク及び第４のマスクを得ることが可能となる。
　次に、第３のマスク及び第４のマスクを用いて以下の条件でＲＩＥを行い、磁性膜３５の加工を行う。
エッチングガス　ＣＨ３ＯＨ
ソース電力　２０００Ｗ
バイアス電力　２０００Ｗ
真空容器２内の圧力　０．７Ｐａ
基板温度　８０℃
　本実施形態により得られた磁性膜をＳＥＭ及び断面ＴＥＭで確認したところ、精度良く加工されていることが確認できた。
 

Claims (26)

  1. 　電極膜の加工方法であって、
    　磁性膜上に、電極膜とＲｕ膜と珪素化合物を含む絶縁膜とが順次積層された積層体を用意する第１の工程と、
    　前記絶縁膜上にフォトレジストを成膜する第２の工程と、
    　前記フォトレジストをパターニングし第１のマスクを形成する第３の工程と、
    　前記第１のマスクを使用して、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いて前記絶縁膜および前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで、前記第１のマスクのパターンが転写された前記絶縁膜である第２のマスク、および前記第１のマスクのパターンが転写された前記Ｒｕ膜である第３のマスクを形成する第４の工程と、
    　前記第２及び第３のマスクを使用して、塩素含有ガスを用いて前記電極膜を反応性イオンエッチングする第５の工程と
    　を有することを特徴とする電極膜の加工方法。
  2. 　前記第４の工程は、
    　前記第１のマスクを使用して、前記フッ素含有ガスを用いて前記絶縁膜を反応性イオンエッチングすることで前記第２のマスクを形成する工程と、
    　前記第２のマスクを使用して、前記酸素含有ガスを用いて前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで前記第３のマスクを形成する工程と
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  3. 　前記第４の工程は、前記第１のマスクを使用して、前記フッ素含有ガスと前記酸素含有ガスの混合ガスを用いて、前記絶縁膜及び前記Ｒｕ膜を前記反応性イオンエッチングすることで前記第２のマスク及び前記第３のマスクを形成することを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  4. 　前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜、もしくはこれらの膜の少なくとも２つを含む積層膜であることを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  5. 　前記電極膜は、Ｔａ、Ｔｉもしくはこれらの窒化物または炭化物、Ｗのうち少なくとも１つを含有する単層膜、もしくはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  6. 　前記フッ素含有ガスはフルオロカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  7. 　前記塩素含有ガスはＢＣｌ３またはＣｌ２、もしくはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の電極膜の加工方法。
  8. 　請求項１に記載の方法によって得られた電極膜をマスクとして使用して反応性イオンエッチングすることで前記磁性膜を加工することを特徴とする磁性膜の加工方法。
  9. 　前記磁性膜を反応性イオンエッチングする際に用いられるガスが、アルコールガスもしくは炭化水素ガス、またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項８に記載の磁性膜の加工方法。
  10. 　請求項８に記載の磁性膜の加工方法を用いて製造された磁気抵抗効果素子。
  11. 　磁性膜上に、電極膜とＲｕ膜と珪素化合物を含む絶縁膜とが順次積層された積層体が有する前記電極膜の加工方法であって、
    　前記絶縁膜上に形成されたフォトレジストをパターニングし第１のマスクを形成する第１の工程と、
    　前記第１のマスクを使用して、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いて前記絶縁膜および前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで、前記第１のマスクのパターンが転写された前記絶縁膜である第２のマスク、および前記第１のマスクのパターンが転写された前記Ｒｕ膜である第３のマスクを形成する第２の工程と、
    　前記第２及び第３のマスクを使用して、塩素含有ガスを用いて前記電極膜を反応性イオンエッチングする第３の工程と
    　を有することを特徴とする電極膜の加工方法。
  12. 　前記第２の工程は、
    　前記第１のマスクを使用して、前記フッ素含有ガスを用いて前記絶縁膜を反応性イオンエッチングすることで前記第２のマスクを形成する工程と、
    　前記第２のマスクを使用して、前記酸素含有ガスを用いて前記Ｒｕ膜を反応性イオンエッチングすることで前記第３のマスクを形成する工程と
    　を有することを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  13. 　前記第２の工程は、前記第１のマスクを使用して、前記フッ素含有ガスと前記酸素含有ガスの混合ガスを用いて、前記絶縁膜及び前記Ｒｕ膜を前記反応性イオンエッチングすることで前記第２のマスク及び前記第３のマスクを形成することを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  14. 　前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜、もしくはこれらの膜の少なくとも２つを含む積層膜であることを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  15. 　前記電極膜は、Ｔａ、Ｔｉもしくはこれらの窒化物または炭化物、Ｗのうち少なくとも１つを含有する単層膜、もしくはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  16. 　前記フッ素含有ガスはフルオロカーボンであることを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  17. 　前記塩素含有ガスはＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスであることを特徴とする請求項１１に記載の電極膜の加工方法。
  18. 　請求項１１に記載の方法によって得られた電極膜をマスクとして使用して反応性イオンエッチングすることで前記磁性膜を加工することを特徴とする磁性膜の加工方法。
  19. 　前記磁性膜を反応性イオンエッチングする際に用いられるガスが、アルコールガスもしくは炭化水素ガス、またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１８に記載の磁性膜の加工方法。
  20. 　請求項１８に記載の磁性膜の加工方法を用いて製造された磁気抵抗効果素子。
  21. 　磁性膜を有する積層体であって、
    　前記磁性膜と、
    　前記磁性膜上に形成された電極膜と、
    　前記電極膜上に形成されたＲｕ膜と、
    　前記Ｒｕ膜上に形成された珪素化合物を含む絶縁膜と
    　を備えることを特徴とする磁性膜を有する積層体。
  22. 　前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜、もしくはこれらの膜の少なくとも２つを含む積層膜であることを特徴とする請求項２１に記載の磁性膜を有する積層体。
  23. 　前記電極膜は、Ｔａ、Ｔｉもしくはこれらの窒化物または炭化物、Ｗのうち少なくとも１つを含有する単層膜、もしくはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項２１に記載の磁性膜を有する積層体。
  24. 　磁性膜を有する積層体の製造方法であって、
    　前記磁性膜が形成された基板を用意する工程と、
    　前記磁性膜上に電極膜を成膜する工程と、
    　前記電極膜上にＲｕ膜を成膜する工程と、
    　前記Ｒｕ膜上に珪素化合物を含む絶縁膜を成膜する工程と、
    　を有することを特徴とする磁性膜を有する積層体の製造方法。
  25. 　前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜、もしくはこれらの膜の少なくとも２つを含む積層膜であることを特徴とする請求項２４に記載の磁性膜を有する積層体の製造方法。
  26. 　前記電極膜は、Ｔａ、Ｔｉもしくはこれらの窒化物または炭化物、Ｗのうち少なくとも１つを含有する単層膜、もしくはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項２４に記載の磁性膜を有する積層体の製造方法。
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