特許 5883772 プラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5883772

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20160301BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 21/8246 20060101ALI20160301BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   H01L43/08 Z

   H01L43/12

   H01L27/10 447

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-258087(P2012-258087)

(22)【出願日】2012年11月27日

(65)【公開番号】特開2014-107364(P2014-107364A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2015年2月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】吉田 篤

(72)【発明者】

【氏名】山本 直広

(72)【発明者】

【氏名】須山 淳

(72)【発明者】

【氏名】山田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】藤田 大介

【審査官】 杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７８１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３８２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０３２７４５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４６

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＴａまたはＴｉＮを含むハードマスクを用いて第一の磁性膜と絶縁膜である障壁層と第二の磁性膜とを含有する積層膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
Ｎ₂ガスを用いて前記積層膜をテーパー形状にプラズマエッチングする第一の工程と、
前記第一の工程後、Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記積層膜の側壁に堆積した反応生成物を除去し、前記テーパー形状が垂直形状となるようにプラズマエッチングする第二の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

ＴａまたはＴｉＮを含むハードマスクを用いて第一の磁性膜と絶縁膜である障壁層と第二の磁性膜とを含有する積層膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、
Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記積層膜をテーパー形状にプラズマエッチングする第一の工程と、
前記第一の工程後、Ｎ₂ガスを用いて前記積層膜の側壁に堆積した反応生成物をプラズマエッチングする第二の工程と、
前記第二の工程後、Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記テーパー形状が垂直形状となるように前記積層膜をプラズマエッチングする第三の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記炭素を含有するガスがＣＨ₄ガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１に記載のプラズマ処理方法において、
前記第二の工程は、さらにＨｅガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記第一の工程と前記第三の工程は、さらにＨｅガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記第一の磁性膜と前記第二の磁性膜は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ，Ｍｎの中から選ばれた少なくとも一つの元素を含有する膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマエッチング方法に係り、特に磁性材料をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、巨大磁気抵抗効果(ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ)やトンネリング磁気抵抗効果(ＴＭＲ効果：ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ)により磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）素子(以下、ＭＴＪ素子と称する)で記憶させる磁気抵抗メモリ(ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)の開発が行われており、磁性材料を有するＭＴＪ素子をプラズマエッチングにより形成する手段が試みられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、高周波を用いて、炭化水素化合物のガスと、酸素原子を有する化合物のガスと、窒素原子を有する化合物のガスとを含有する反応ガスからプラズマを生成させ、このプラズマにより金属磁性体膜のエッチングを行うことが開示されている。また、エッチングガスとして、フッ化炭化水素化合物を用いることも開示されている。

【0004】

しかし、ＭＴＪ素子の側壁に導体である磁性膜が付着するために絶縁体の上部と下部に配された磁性膜が電気的にショートしてしまい、大きな磁気抵抗効果が得られないという問題があった。

【0005】

この問題の解決手段として特許文献２には、第1の磁性層、非磁性層、第2の磁性層の順にドライエッチングする。このとき加工断面つまり素子側壁に再付着物によるフェンスが形成されるが、エッチングガスに窒素を用い、再付着物の電気抵抗を高くして膜の磁気抵抗効果の減少を軽減させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−３１４７９１号公報

【特許文献2】特開２００３−７８１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来の技術では、パターン側壁へ付着物を堆積させることが前提であり、パターン側壁へ付着物が堆積するため、垂直形状を得ることが困難になる。

【0008】

このため、本発明は、磁性膜のプラズマエッチング方法において、デバイス特性を劣化させずに、垂直形状を得ることができるプラズマエッチング方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、ＴａまたはＴｉＮを含むハードマスクを用いて第一の磁性膜と絶縁膜である障壁層と第二の磁性膜とを含有する積層膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、Ｎ₂ガスを用いて前記積層膜をテーパー形状にプラズマエッチングする第一の工程と、前記第一の工程後、Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記積層膜の側壁に堆積した反応生成物を除去し、前記テーパー形状が垂直形状となるようにプラズマエッチングする第二の工程とを有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、ＴａまたはＴｉＮを含むハードマスクを用いて第一の磁性膜と絶縁膜である障壁層と第二の磁性膜とを含有する積層膜をプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記積層膜をテーパー形状にプラズマエッチングする第一の工程と、前記第一の工程後、Ｎ₂ガスを用いて前記積層膜の側壁に堆積した反応生成物をプラズマエッチングする第二の工程と、前記第二の工程後、Ｎ₂ガスと炭素元素を含有するガスとの混合ガスを用いて前記テーパー形状が垂直形状となるように前記積層膜をプラズマエッチングする第三の工程とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、磁性膜のプラズマエッチング方法において、デバイス特性を劣化させずに、垂直形状を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係るプラズマエッチング装置の概略断面図である。

【図2】実施例１におけるプラズマエッチング方法のフロー図である。

【図3】バイアスＲＦパワーに対するＭＴＪ素子形状の角度依存性を示す図である。

【図4】Ｔａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比の、ＨｅガスとＣＨ４ガスの混合ガスの流量依存性を示す図である。

【図5】エッチング時間に対するＭＴＪ形状の角度依存性を示す図である。

【図6】実施例２におけるプラズマエッチング方法のフロー図である。

【図7】実施例３におけるプラズマエッチング方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る磁性材料のプラズマエッチング方法に関する一実施例を、図１ないし図７を用いて説明する。

【0014】

図１は、本発明で用いたプラズマエッチング装置の概略断面図である。プラズマエッチング装置は、石英(ＳｉＯ₂)またはセラミック(Ａｌ₂Ｏ₃)の非導電性材料からなり、プラズマ生成部を形成する放電部２と、プラズマ７と誘導結合する誘導結合アンテナ１と、プラズマ７と容量結合するファラデーシールド９と、整合器４を介して誘導結合アンテナ１およびファラデーシールド９に高周波電力を供給する第一の高周波電源１０と、被処理体である試料１２を載置し、処理部３内に配置された電極６と、電極６に高周波電力を供給する第二の高周波電源１１と、放電部２内に処理ガスを供給するガス供給装置５と、処理部３内を排気する排気装置８とを備える。

【0015】

処理部３はアースに設置されており、電極６は絶縁材を介して処理部３に取り付けられる。誘導結合アンテナ１は、コイル状の第一の誘導アンテナ１ａと第一の誘導アンテナ１ａの直径より大きくコイル状の第二の誘導アンテナ１ｂからなる。

【0016】

処理部３内には、ガス供給装置５から処理ガスが供給される一方で、排気装置８によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給装置５より処理部３内部に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１により発生する誘導磁場によりプラズマ化する。

【0017】

また、プラズマ７中に存在するイオンを試料１２上に引き込むために電極６に第２の高周波電源１１によりバイアス電圧を印加する。本プラズマエッチング装置は、不揮発性エッチング材料のエッチングに応じた構造を有しており、ファラデーシールド９へ高周波電圧を印加することによって、放電部２への反応生成物の付着抑制ならびに除去が可能である。

【0018】

次に、上記プラズマエッチング装置を用いた本発明のプラズマエッチング方法について説明する。

【実施例1】

【0019】

最初に、本発明で使用する試料１２の膜構造を図２(ａ)に示す。これは、ＭＴＪ素子形成用の試料１２であり、シリコン基板１８上に順次、下から下部電極であるＴａ膜１７と、固定層であるＣｏＦｅＢ膜１６と、障壁層であるＭｇＯ膜１５と、可変層であるＣｏＦｅＢ膜１４と、上部電極であるＴａ膜１３とが積層されている。

【0020】

【表1】

【0021】

表１のステップ１に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを４５０Ｗ、処理時間を１１５秒とし、Ｔａ膜１３をマスクとして、ＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をエッチングすると、図２(ｂ)のようにテーパ形状となり、Ｔａ膜１３からＣｏＦｅＢ膜１６までの側壁にＴａ成分を含有する反応生成物１９が堆積する。ここで、ソースＲＦパワーとは、第一の高周波電源１０から誘導結合アンテナ１に供給される高周波電力のことであり、バイアスＲＦパワーは、第二の高周波電源１１から電極６に供給される高周波電力のことである。

【0022】

また、ステップ１の形状は、Ｎ₂ガスの化学的反応が乏しいため、バイアスＲＦパワーに依存する。図３に示すようにバイアスＲＦパワーを２００Ｗから４５０Ｗに増加させると、ＭＴＪ素子の形状の角度は、５５度から７３度へ向上する。しかし、バイアスパワーを４５０Ｗから７００Ｗに増加させると、ＭＴＪ素子の形状の角度は、７３度から７５度となり、ほとんど向上していない。

【0023】

４５０Ｗから７００Ｗの範囲のバイアスＲＦパワーにてＭＴＪ素子の形状の角度があまり改善しない理由は、バイアスＲＦパワーを増加させると、マスクのＴａ膜１３のエッチング速度が上昇し、マスクのＴａ膜１３から発生した反応生成物のパターン近傍への付着量が増加したためと考えられる。

【0024】

図３の結果から、ＭＴＪ素子のエッチングは、低バイアスＲＦパワーより高バイアスＲＦパワーの方が垂直形状を得られ易いため、主にスパッタエッチングにて加工されていることがわかる。また、バイアスＲＦパワーが高すぎると、Ｔａ膜１３のマスクからの反応生成物の影響を受けてＭＴＪ素子の形状の角度の改善がほとんど見られなくなったと考えられる。このようなことを考慮して、本実施例のステップ１では、バイアスＲＦパワーを４５０Ｗとした。

【0025】

また、バイアスＲＦパワー以外のエッチングパラメータとして、処理圧力は、試料１２上に発生する反応生成物を効率よく排気するために、０．５Ｐａ以下とするのが望ましい。Ｎ₂ガス及びソースＲＦパワーは、Ｔａ膜１３のマスクとの選択性が高いエッチングを実現するために、Ｎ₂ガスを５０ｍｌ／ｍｉｎ以上、ソースＲＦパワーを１５００Ｗ以上にすることが望ましい。

【0026】

次に表１のステップ２に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガス３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を６０秒として、図２(ｃ)に示すようにＴａ膜１３とＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６の側壁に付着した反応生成物１９の除去をする。

【0027】

反応生成物１９は、ステップ１のエッチングによって生じたものであるため、マスクのＴａ膜１３やＣｏＦｅＢ膜１４とＣｏＦｅＢ膜１６等を含んでいる。このため、反応生成物１９を除去するには、スパッタエッチングが有効となる。しかし、主にスパッタエッチングにより反応生成物１９を除去しようとすると、マスクのＴａ膜１３も除去され易くなる。このようなことから、反応生成物１９を除去するとともにマスクのＴａ膜１３をあまり除去されないようにするために、炭素元素を含有する堆積性のガスをＮ₂ガスに添加しながら、反応生成物１９を除去した。

【0028】

本実施例では、炭素元素を含有するガスとして、ＣＨ₄(メタン)ガスを用い、さらにＨｅガスを添加した。Ｈｅ(ヘリウム)ガスを添加することにより、Ｎ₂(窒素)ガスの分圧が下がり、反応生成物１９を効率良く除去することができた。

【0029】

Ｎ₂ガスとＨｅガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いて、Ｈｅガスの流量とＣＨ₄ガスの流量をそれぞれ変化させた場合のＴａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を求めた。Ｎ₂ガスの流量を８０ｍｌ／ｍｉｎと固定し、Ｈｅガスの流量とＣＨ₄ガスの流量をそれぞれ、０と０ｍｌ／ｍｉｎ、７７と３ｍｌ／ｍｉｎ、１５４と６ｍｌ／ｍｉｎとした場合のＴａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を図４に示す。

【0030】

図４に示すようにＮ₂ガスとＨｅガスとＣＨ₄ガスの流量がそれぞれ、８０ｍｌ／ｍｉｎ、７７ｍｌ／ｍｉｎ、３ｍｌ／ｍｉｎの場合に、ＣｏＦｅＢ膜のエッチング速度を維持したまま、Ｔａ膜のエッチング速度をほぼ０ｍｌ／ｍｉｎとすることができた。

【0031】

次に表１のステップ３に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガスを３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を１２０秒として、図２(ｃ)に示すようなＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６のテーパ形状を図２(ｄ)に示すような垂直形状とするためにＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をプラズマエッチングする。

【0032】

ステップ３後のエッチング形状は、図５に示すようにステップ３の処理時間を増加させるに従ってテーパ形状から垂直形状に近づき、処理時間が６０秒の場合、エッチング形状の角度が８２度、処理時間が１２０秒の場合、エッチング形状の角度が８５度となる。

【0033】

以上、表１に示すステップ１ないしステップ３の処理を行うことにより、可動層と固定層を電気的にショートさせることなくＭＴＪ素子を垂直にプラズマエッチングすることができた。

【0034】

また、図４に示すようにＴａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を高くするためには、ステップ２及び３で用いるＣＨ₄ガスの流量を３ｍｌ／ｍｉｎ以上にすることが望ましい。また、本実施例のステップ２及び３にてＮ₂ガスとＨｅガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いたが、Ｎ₂ガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いても、本実施例と同様な効果を得ることができる。

【0035】

さらに、本実施例では、炭素元素を含有するガスとしてＣＨ₄ガスを用いたが、Ｃ₂Ｈ₆(エタン)ガス、Ｃ₃Ｈ₈(プロパン)ガス、Ｃ₄Ｈ₁₀(ブタン)ガス、Ｃ₅Ｈ₁₂(ペンタン)ガス、Ｃ₂Ｈ₄(エチレン)ガス、Ｃ₂Ｈ₂(アセチレン)ガスの中で少なくともいずれか一つのガスを用いても良い。

【0036】

次に本実施例で用いたＴａ膜１３のマスクの厚さを薄くしたＭＴＪ素子形成用の試料１２に本発明を適用した例について説明する。

【実施例2】

【0037】

最初に、本発明で使用する試料１２の膜構造を図６(ａ)に示す。これは、ＭＴＪ素子形成用の試料１２であり、シリコン基板１８上に順次、下から下部電極であるＴａ膜１７と、固定層であるＣｏＦｅＢ膜１６と、障壁層であるＭｇＯ膜１５と、可変層であるＣｏＦｅＢ膜１４と、上部電極であるＴａ膜２１とが積層されている。尚、本実施例のＴａ膜２１の厚さは、実施例１におけるＴａ膜１３の厚さの半分としている。

【0038】

【表2】

【0039】

先ず、表２のステップ１に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを４５０Ｗ、処理時間を１１５秒とし、Ｔａ膜２１をマスクとして、ＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をエッチングすると、図６(ｂ)のようにテーパ形状となり、Ｔａ膜２１からＣｏＦｅＢ膜１６までの側壁にＴａ成分を含有する反応生成物１９が堆積する。ここで、ソースＲＦパワーとは、第一の高周波電源１０から誘導結合アンテナ１に供給される高周波電力のことであり、バイアスＲＦパワーは、第二の高周波電源１１から電極６に供給される高周波電力のことである。

【0040】

次に表２のステップ２に示すように、Ｎ２ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガスを３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を３０秒として図６(c)に示すように反応生成物１９を除去する。

【0041】

また、実施例１におけるステップ２の処理時間の６０秒に対して本実施例のステップ２では、３０秒に短縮することができた。これは、実施例１のＴａ膜１３の厚さに対して本実施例のＴａ膜２１の厚さが半分となったことにより、反応生成物１９のＴａ膜１３とＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６の側壁への付着量が実施例１の場合より減少したためと考えられる。

【0042】

次に表２のステップ３に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガスを３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を１２０秒としてテーパ形状のＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をプラズマエッチングすることにより、図６（ｄ）に示すようにＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６を垂直にエッチングすることができた。

【0043】

以上、表２に示すステップ１ないしステップ３の処理を行うことにより、可動層と固定層を電気的にショートさせることなくＭＴＪ素子を垂直にプラズマエッチングすることができた。また、ステップ１からステップ３までの合計の処理時間も実施例１より短縮することができた。

【0044】

また、図４に示すようにＴａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を高くするためには、ステップ２及び３で用いるＣＨ₄ガスの流量を３ｍｌ／ｍｉｎ以上にすることが望ましい。また、本実施例のステップ２及び３にてＮ₂ガスとＨｅガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いたが、Ｎ₂ガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いても、本実施例と同様な効果を得ることができる。

【0045】

さらに、本実施例では、炭素元素を含有するガスとしてＣＨ₄ガスを用いたが、Ｃ₂Ｈ₆(エタン)ガス、Ｃ₃Ｈ₈(プロパン)ガス、Ｃ₄Ｈ₁₀(ブタン)ガス、Ｃ₅Ｈ₁₂(ペンタン)ガス、Ｃ₂Ｈ₄(エチレン)ガス、Ｃ₂Ｈ₂(アセチレン)ガスの中で少なくともいずれか一つのガスを用いても良い。

【0046】

次に、実施例１と同じ膜構造の試料１２に実施例１と異なるプラズマエッチングを適用した例について説明する。

【実施例3】

【0047】

最初に、本発明で使用する試料１２の膜構造を図７(ａ)に示す。これは、ＭＴＪ素子形成用の試料１２であり、シリコン基板１８上に順次、下から下部電極であるＴａ膜１７と、固定層であるＣｏＦｅＢ膜１６と、障壁層であるＭｇＯ膜１５と、可変層であるＣｏＦｅＢ膜１４と、上部電極であるＴａ膜１３とが積層されている。

【0048】

【表3】

【0049】

先ず表３のステップ１に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガスを３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを４５０Ｗ、処理時間を１２５秒とし、Ｔａ膜１３をマスクとして、ＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をエッチングすると、図７(ｂ)のようにテーパ形状となり、Ｔａ膜１３からＣｏＦｅＢ膜１６までの側壁に反応生成物２０が堆積する。

【0050】

この場合の反応生成物２０は、実施例１の反応生成物１９と異なり炭素成分を含有する。ここで、ソースＲＦパワーとは、第一の高周波電源１０から誘導結合アンテナ１に供給される高周波電力のことであり、バイアスＲＦパワーは、第二の高周波電源１１から電極６に供給される高周波電力のことである。

【0051】

次に表３のステップ２に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を２０秒として、図７(ｂ)に示すようにＴａ膜１３とＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６の側壁に付着した反応生成物２０の除去を行う。

【0052】

ここで、ステップ２の条件にてレジスト材料（炭素系材料）をエッチングした結果、２００ｎｍ／ｍｉｎ以上のエッチング速度が得られた。また、ステップ２の条件でのＣｏＦｅＢ膜のエッチング速度は、図４に示すように６ｎｍ／ｍｉｎ程度であるため、レジスト材料（炭素系材料）の方がＣｏＦｅＢ膜のエッチング速度より大幅に速い。

【0053】

このため、本実施例の反応生成物２０は、磁性材料に比べて炭素成分を含有する反応生成物が多くパターン側壁に付着しているため、ステップ２により容易に除去することができる。また、炭素成分を含有する反応生成物中に磁性材料が含まれていれば、リフトオフの作用で、炭素成分を含有する反応生成物が除去されるとともに磁性材料も除去される。

【0054】

次に表３のステップ３に示すように、Ｎ₂ガスを８０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを７７ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₄ガスを３ｍｌ／ｍｉｎ、処理圧力を０．３Ｐａ、ソースＲＦパワーを１６００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２００Ｗ、処理時間を１２０秒として、テーパ形状のＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６をプラズマエッチングすることにより、図７(ｄ)に示すようにＣｏＦｅＢ膜１４とＭｇＯ膜１５とＣｏＦｅＢ膜１６を垂直にエッチングすることができた。

【0055】

以上、表３に示すステップ１ないしステップ３の処理を行うことにより、可動層と固定層を電気的にショートさせることなくＭＴＪ素子を垂直にプラズマエッチングすることができた。

【0056】

また、本実施例のステップ２では、Ｎ₂ガスを用いたが、表４のステップ２に示すようにＮ₂ガスを１３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈｅガスを２９ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ４ガスを１．０ｍｌ／ｍｉｎとする混合ガスを用いても本実施例と同等の効果を得ることができる。

【0057】

【表4】

【0058】

また、図４に示すようにＴａ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を高くするためには、ステップ１及び３で用いるＣＨ₄ガスの流量を３ｍｌ／ｍｉｎ以上にすることが望ましい。また、本実施例のステップ２及び３にてＮ₂ガスとＨｅガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いたが、Ｎ₂ガスとＣＨ₄ガスの混合ガスを用いても、本実施例と同様な効果を得ることができる。

【0059】

さらに、本実施例では、炭素元素を含有するガスとしてＣＨ₄ガスを用いたが、Ｃ₂Ｈ₆(エタン)ガス、Ｃ₃Ｈ₈(プロパン)ガス、Ｃ₄Ｈ₁₀(ブタン)ガス、Ｃ₅Ｈ₁₂(ペンタン)ガス、Ｃ₂Ｈ₄(エチレン)ガス、Ｃ₂Ｈ₂(アセチレン)ガスの中で少なくともいずれか一つのガスを用いても良い。

【0060】

上述した実施例１ないし実施例３は、可動層および固定層にＣｏＦｅＢ膜を用いた例で説明したが、本発明としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ，Ｍｎの元素の中で少なくともいずれか一つの元素を含有する磁性膜であればよい。また、上述した実施例１ないし実施例３は、上部電極および下部電極にＴａ膜を用いた例で説明したが、本発明としては、Ｔａ膜、ＴｉＮ膜のいずれかの膜を少なくとも一つ含む膜であれば良い。

【0061】

さらに上述した実施例１ないし実施例３は、可動層が固定層の上方に配置されたＭＴＪ素子の例について説明したが、本発明としては、固定層が可動層の上方に配置されたＭＴＪ素子でも良い。

【0062】

上述した実施例１ないし実施例３では、誘導結合型プラズマ源のプラズマエッチング装置を用いた例で説明したが、本発明はこれに限らず、マイクロ波ＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)プラズマエッチング装置、容量結合型プラズマ源のプラズマエッチング装置、ヘリコン型プラズマエッチング装置を用いても良い。

【符号の説明】

【0063】

１ 誘導結合アンテナ
２ 放電部
３ 処理部
４ 整合器
５ ガス供給装置
６ 電極
７ プラズマ
８ 排気装置
９ ファラデーシールド
１０ 第一の高周波電源
１１ 第二の高周波電源
１２ 試料
１３ Ｔａ膜
１４ ＣｏＦｅＢ膜
１５ ＭｇＯ膜
１６ ＣｏＦｅＢ膜
１７ Ｔａ膜
１８ シリコン基板
１９ 反応生成物
２０ 反応生成物
２１ Ｔａ膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】