JP2013197397A - 磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係わる磁気抵抗効果素子の製造方法は、第1の磁性層12を形成する工程と、第1の磁性層12上にトンネルバリア層13を形成する工程と、トンネルバリア層13上に第2の磁性層14を形成する工程と、第2の磁性層14上にハードマスク層15を形成する工程と、ハードマスク層15をマスクにして、クラスターイオンビームにより、第2の磁性層14、トンネルバリア層13及び第1の磁性層12をパターニングする工程とを備える。クラスターイオンビームを構成するクラスターイオン16は、クラスターサイズの分布を持ち、クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である。
【選択図】図2
Description
実施形態は、クラスターイオンビームを用いて、磁気抵抗効果素子のパターニング又は磁気抵抗効果素子の側壁部の非磁性化を行う製造方法に関する。
図1及び図2は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第1の実施例を示している。
磁気抵抗効果素子のパターニングに使用するクラスターイオンのクラスターサイズとハードマスク層のマスク残存率との関係について考察する。
クラスターサイズの分布のピーク値を10000とし、クラスターイオンの加速電圧を50kVとする。この場合、クラスターサイズ10000のクラスターイオンにおける原子又は分子の1個当たりのエネルギー又はその平均値は、5eV/個である。
クラスターサイズの分布のピーク値を5000とし、クラスターイオンの加速電圧を25kVとする。この場合、クラスターサイズ5000のクラスターイオンにおける原子又は分子の1個当たりのエネルギー又はその平均値は、5eV/個である。
クラスターサイズの分布のピーク値を1000とし、クラスターイオンの加速電圧を5kVとする。この場合、クラスターサイズ1000のクラスターイオンにおける原子又は分子の1個当たりのエネルギー又はその平均値は、5eV/個である。
クラスターサイズの分布のピーク値を200とし、クラスターイオンの加速電圧を1kVとする。この場合、クラスターサイズ200のクラスターイオンにおける原子又は分子の1個当たりのエネルギー又はその平均値は、5eV/個である。
クラスターサイズを特に規定しない(サイズセレクト無し)の場合であり、この場合は、条件2と同じであるものとする。
モノマーイオンビームによりパターニングを行う。Cl原子及びKr原子を含むガス雰囲気中において、RIE(Reactive Ion beam Etching)により、加速電圧500Vで、磁気抵抗効果素子のパターニングを行う。基板温度(ステージ温度)は、250℃とする。
磁気抵抗効果素子のパターニングに使用するクラスターイオンのクラスターサイズとトンネルバリア層の厚さとの関係について考察する。
上述の「クラスターサイズとマスク残存率との関係」及び[クラスターサイズとトンネルバリア層の厚さとの関係]を求めるに当たって使用したサンプルについて、さらに、クラスターサイズと素子コンダクタンスとの関係について考察した。
既に述べたように、GCIBエッチングに使用するクラスターイオンに関しては、クラスターサイズに分布を有し、かつ、クラスターサイズのピーク値を有する。上述の実施例では、クラスターサイズの分布のピーク値を、2以上、1000以下にすることについて説明した。
磁気抵抗効果素子のパターニングに使用するクラスターイオンのクラスターサイズと保磁力との関係について考察する。
磁気抵抗効果素子のパターニングに使用するクラスターイオンのクラスターサイズとハードマスクのテーパー角度との関係について考察する。
上述の実施例では、磁気抵抗効果素子のパターニングに使用するクラスターイオンビームのクラスターサイズが分布を有する。この場合、非常に小さなクラスターサイズ(例えば、2〜4)のクラスターイオンも含まれる場合がある。
上述の実施例におけるGCIBエッチング後に、被エッチング面に吸着したガスクラスターを構成する原子又は分子の除去や、GCIBエッチングによるダメージの回復などを目的として、クラスターサイズが1000を超えるクラスターイオンを、被エッチング面に照射してもよい。
クラスターサイズの分布のピーク値が、2以上、1000以下のクラスターイオンを用いて磁気抵抗効果素子のパターニングを行うことにより、以下の付随的な効果を得ることができる。
図10は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第2の実施例を示している。
図11及び図12は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第3の実施例を示している。
図13は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第4の実施例を示している。
図14乃至図19は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第5の実施例を示している。
図20乃至図21は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第6の実施例を示している。
上述の第5及び第6の実施例では、非磁性化(GCIB照射)において、クラスターサイズの分布のピーク値を、2以上、1000以下に設定することにより、磁気抵抗効果素子の側壁部に注入されるクラスターイオンのドーズプロファイルのばらつきによる磁気抵抗効果素子の実効的なサイズのばらつき(エッジラフネス)を小さくすることができる。
図25乃至図26は、磁気抵抗効果素子の製造方法の第7の実施例を示している。
図28は、上述の第1乃至第7の実施例に使用するGCIB照射装置の概要を示している。
上述の各実施例に係わる磁気抵抗効果素子は、高記録密度のハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)の磁気ヘッドや、高集積化された磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)のメモリセルなどのストレージデバイスに適用可能である。
実施形態によれば、クラスターイオンビームを用いた新たな磁気抵抗効果素子の製造方法を実現できる。
Claims (18)
- 第1の磁性層を形成する工程と、前記第1の磁性層上にトンネルバリア層を形成する工程と、前記トンネルバリア層上に第2の磁性層を形成する工程と、前記第2の磁性層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、クラスターイオンビームにより、前記第2の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第1の磁性層をパターニングする工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第1の磁性層を形成する工程と、前記第1の磁性層上にトンネルバリア層を形成する工程と、前記トンネルバリア層上に第2の磁性層を形成する工程と、前記第2の磁性層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、モノマーイオンビームにより、前記第2の磁性層をパターニングする工程と、クラスターイオンビームにより、前記第1の磁性層をパターニングする工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第1の磁性層を形成する工程と、前記第1の磁性層上にトンネルバリア層を形成する工程と、前記トンネルバリア層上に第2の磁性層を形成する工程と、前記第2の磁性層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、少なくとも前記第2の磁性層をパターニングする工程と、クラスターイオンビームにより、前記第1及び第2の磁性層を部分的に非磁性化する工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第1の磁性層を形成する工程と、前記第1の磁性層上にトンネルバリア層を形成する工程と、前記トンネルバリア層上に第2の磁性層を形成する工程と、前記第2の磁性層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、クラスターイオンビームにより、少なくとも前記第2の磁性層をパターニングするのに並行して前記第1及び第2の磁性層を部分的に非磁性化する工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第1の磁性層を形成する工程と、前記第1の磁性層上にトンネルバリア層を形成する工程と、前記トンネルバリア層上に第2の磁性層を形成する工程と、前記第2の磁性層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、前記第2の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第1の磁性層をパターニングする工程と、クラスターイオンビームを、前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第2の磁性層の側壁部に照射する工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下である磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンビームを照射した後に、クラスターサイズが1000を越えるクラスターイオンであって、原子又は分子の1個当たりのエネルギーが1eV/個以下であるクラスターイオンを用いて、補助的に照射を行う請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンビームを構成する全てのクラスターイオンのうちの70%以上が、2以上、1000以下のクラスターサイズを有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンを構成する原子又は分子の1個当たりのエネルギーは、30eV/個以下である請求項1又は2又は5に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンを構成する原子又は分子の1個当たりのエネルギーは、30eV/個を越える請求項3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記パターニングにより、平面サイズが30nm以下の前記磁気抵抗効果素子が形成される請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンは、F2、CHF3、CF4、C2F6、C2HF5、CHClF2、NF3、SF6、ClF3、Cl2、HCl、CClF3、CHCl3、CBrF3、Br2、CO2、CO、N2、O2、NH3、N2O、及び、CH3OCH3のうちから選択される1つの分子、又は、He、Ne、Ar、Kr、Sb、及び、Xeのうちから選択される1つの原子を含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンの照射中において、F2、CHF3、CF4、C2F6、C2HF5、CHClF2、NF3、SF6、ClF3、Cl2、HCl、CClF3、CHCl3、CBrF3、Br2、CO2、CO、N2、O2、NH3、N2O、CH3OCH3、HF、HNO3、H3PO4、H2SO4、H2O2、及び、CH3COOHのうちから選択される1つの分子を含むガスを前記クラスターイオンの照射面に供給する請求項11に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記パターニングは、クラスターイオンビームを用いて行う請求項3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記パターニングは、モノマーイオンビームを用いて行う請求項5に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記クラスターイオンビームの照射により、前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第2の磁性層の側壁部の再付着層を除去又は絶縁層に変換する請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記非磁性化により、前記第1及び第2の磁性層の側壁部に20at%を超える濃度の非磁性原子を有する不活性領域が形成される請求項3又は4に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記非磁性原子は、Ta、W、Hf、Zr、Nb、Mo、V、Cr、Si、Ge、P、As、Sb、O、N、Cl、及び、Fのうちから選択される少なくとも1つを含む請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 被パターニング層を形成する工程と、前記被パターニング層上にハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層をマスクにして、クラスターイオンビームにより、前記被パターニング層をパターニングする工程とを具備し、前記クラスターイオンビームを構成するクラスターイオンは、クラスターサイズの分布を持ち、前記クラスターサイズの分布のピーク値は、2以上、1000以下であるパターニング方法。
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