JP5647351B2 - 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果膜の加工方法 - Google Patents
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Description
また本発明の第2の態様は、磁気抵抗効果膜の加工方法であって、ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の厚さ方向の一部をイオンビームエッチングによって除去すると共に、除去された除去物を、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の側壁に付着させて保護膜を形成する工程と、前記保護膜によって前記側壁を保護しながら、炭素原子、水素原子及び酸素原子を含有するガスを用いて、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜を反応性イオンエッチングによって除去する工程と、を有することを特徴とする。
このとき、上述した様に側壁への堆積物の除去があまりされないため、図2Bに示す様に素子の側壁にIBE法によりエッチングされた膜が堆積する。以下この側壁への堆積物をサイドデポジション30という。
IBE法でエッチングする際に、イオンビームが基板に対して垂直な方向(即ち磁気抵抗効果膜の膜厚方向)から入射する場合の入射角度を0度としたとき、一般に基板に対して0度〜15度の範囲であれば、磁気抵抗効果膜の側壁に対して保護膜の形成が容易である。
また、先のIBE法によるエッチングで磁気抵抗効果膜22の一部が除去されているため、所望のエッチング寸法まで磁気抵抗効果膜22を加工するときに、磁気抵抗効果膜22がケミカルダメージを受ける時間が短縮される。このためRIE法だけで磁気抵抗効果膜22をエッチングする場合に比べ、磁気抵抗効果膜22の磁気特性の劣化が抑制される。
従来ではIBE法のみでエッチングすると厚いマスク層が必要となり、またサイドデポジションが形成され、サイドデポジション中でショートするという問題が発生し、RIE法のみでエッチングすると磁気抵抗効果膜22の側壁が酸化されて磁気抵抗効果素子として機能しない領域が形成されるという問題が発生していた。それに対して、本実施形態のでは、磁気抵抗効果膜22の途中でIBE法からRIE法に切り替えることでそれらの問題を同時に解決している。
本実施形態では、磁気抵抗効果素子の予定領域の外側に保護膜32が形成されるため、RIE法によるエッチング後にも磁気抵抗効果素子の実効領域の減少が起こらない。また、保護膜32に含まれるサイドデポジション30および残留層31は、酸素を含むガスを用いたRIE法によるエッチング時に酸化されるため、保護膜32内部でのショートの発生が低減される。
また、下部電極層23にTa等の材料を用いることで下部電極層に対して磁気抵抗効果膜22を高選択比でエッチングすることができる。
サイドデポジション30を除去する場合には、オーバーエッチングを行うことでサイドデポジション30の除去及び酸化を行い、図2Dの状態にすることができる。これにより磁気抵抗効果素子のパターン形状を調整し、サイドデポジション30によるショートを防ぐことができる。
その上に、フリー層509として、例えばCoFeBを成膜し、その上にバリア層508を形成する。バリア層は高いMR比を得るためにMgOが好適である。その他、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)の少なくとも1つまたは2つ以上を含有する酸化物でも良い。
その上に、CoFe等からなる厚さ0.2〜1nm程度の第4リファレンス層507と、CoFeB等からなる第3リファレンス層506と、Taなどからなる配向分離層505とを成膜する。次に垂直磁気異方性を第3リファレンス層506および第4リファレンス層507に付与する第2リファレンス層504を成膜する。第2リファレンス層504としては、例えばCo/Pd、Co/Pt、Co/Niのような積層構造、もしくは該積層構造にCoを組み合わせた構造が用いられる。本実施形態では、第2リファレンス層504として、Co/Ptの上にCo/Pdが4組積層され、さらにCoが成膜された構造を用いている。
その上に、Ru、Cr、Rh、IrまたはReなどからなる非磁性中間層503と、Co/Pd、Co/Pt、Co/Niのような積層構造、またはそれらを組み合わせた構造で構成される第1リファレンス層502とを形成する。本実施形態では、第1リファレンス層502としてCo/Pdが14組積層された構造を用いている。
その上にキャップ層501として、Taを形成する。
Claims (12)
- 磁気抵抗効果膜を含む磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の厚さ方向の一部をイオンビームエッチングによって除去すると共に、除去された除去物を、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の側壁に付着させて保護膜を形成する工程と、
前記保護膜によって前記側壁を保護しながら、炭素原子、水素原子及び酸素原子を含有するガスを用いて、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜を、反応性イオンエッチングによって除去する工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記イオンビームエッチングは、前記磁気抵抗効果膜の厚さ方向に対して0度〜15度の角度をもってイオンビームを入射させることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記磁気抵抗効果膜は前記ハードマスク側から順に磁化自由層と、バリア層と、磁化固定層と、反強磁性層とを含み、
前記磁化自由層と、前記バリア層と、前記磁化固定層とを前記イオンビームエッチングによって除去し、
前記反強磁性層を前記反応性イオンエッチングによって除去することを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記イオンビームエッチングが前記反強磁性層に達する時点を検出することと、
前記反強磁性層に達する時点が検出された時に、前記反応性イオンエッチングに切り替えることを特徴とする請求項3に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記ガスは炭化水素と酸素の混合ガスおよびアルコールガスの少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記イオンビームエッチング中に前記磁気抵抗効果膜に含まれる所定の元素の検出もしくは該所定の元素の発光スペクトル検出を行い、該所定の元素が所定量検出された場合に前記反応性イオンエッチングによって除去する工程を開始することを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 磁気抵抗効果膜の加工方法であって、
ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の厚さ方向の一部をイオンビームエッチングによって除去すると共に、除去された除去物を、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜の側壁に付着させて保護膜を形成する工程と、
前記保護膜によって前記側壁を保護しながら、炭素原子、水素原子及び酸素原子を含有するガスを用いて、前記ハードマスクが形成された前記磁気抵抗効果膜を反応性イオンエッチングによって除去する工程と、
を有することを特徴とする磁気抵抗効果膜の加工方法。 - 前記イオンビームエッチングは、前記磁気抵抗効果膜の厚さ方向に対して0度〜15度の角度をもってイオンビームを入射させることを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果膜の加工方法。
- 前記磁気抵抗効果膜は前記ハードマスク側から順に磁化自由層と、バリア層と、磁化固定層と、反強磁性層とを含み、
前記磁化自由層と、前記バリア層と、前記磁化固定層とを前記イオンビームエッチングによって除去し、
前記反強磁性層を前記反応性イオンエッチングによって除去することを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果膜の加工方法。 - 前記イオンビームエッチングが前記反強磁性層に達する時点を検出することと、
前記反強磁性層に達する時点が検出された時に、前記イオンビームエッチングから前記反応性イオンエッチングに切り替えることを特徴とする請求項9に記載の磁気抵抗効果膜の加工方法。 - 前記ガスは炭化水素と酸素の混合ガスおよびアルコールガスの少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果膜の加工方法。
- 前記イオンビームエッチング中に前記磁気抵抗効果膜に含まれる所定の元素の検出もしくは該所定の元素の発光スペクトル検出を行い、該所定の元素が所定量検出された場合に前記反応性イオンエッチングによって除去する工程を開始することを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果膜の加工方法。
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