JPH08253881A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH08253881A JPH08253881A JP5568795A JP5568795A JPH08253881A JP H08253881 A JPH08253881 A JP H08253881A JP 5568795 A JP5568795 A JP 5568795A JP 5568795 A JP5568795 A JP 5568795A JP H08253881 A JPH08253881 A JP H08253881A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 アンモニア（ＮＨ3 ）またはアミン類ガス等
の含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素（ＣＯ）ガス
を反応ガスとして用いるドライエッチング法。 【効果】 従来、困難であった遷移金属元素を主成分と
する磁性材料に対する反応性イオンエッチングが可能と
なり、磁性合金の微細加工が実現できる。また、将来実
現される量子効果磁気素子の作製も可能となる。さら
に、エッチング速さが大きいことから、磁性材料の微細
加工プロセスに要する時間が短縮され、生産効率の向上
が可能となる。さらにまた、遷移金属のみが選択的にエ
ッチングされるという性質があるので、マスク材料の限
定条件が少なくなり、微細加工プロセスの構成において
融通性がよくなる。
の含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素（ＣＯ）ガス
を反応ガスとして用いるドライエッチング法。 【効果】 従来、困難であった遷移金属元素を主成分と
する磁性材料に対する反応性イオンエッチングが可能と
なり、磁性合金の微細加工が実現できる。また、将来実
現される量子効果磁気素子の作製も可能となる。さら
に、エッチング速さが大きいことから、磁性材料の微細
加工プロセスに要する時間が短縮され、生産効率の向上
が可能となる。さらにまた、遷移金属のみが選択的にエ
ッチングされるという性質があるので、マスク材料の限
定条件が少なくなり、微細加工プロセスの構成において
融通性がよくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ドライエッチング方
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
薄膜インダクティブ磁気ヘッド、マイクロインダクタ
ー、マイクロトランス、薄膜磁気抵抗効果ヘッド、薄膜
永久磁石等のマイクロ磁気素子およびマイクロ磁気回路
の作成や、スピン散乱磁気抵抗効果素子、スピンバルブ
素子、強磁性トンネル接合素子、スピン電界効果素子、
スピン電界効果トランジスタ、バイポーラススピンスイ
ッチ等の量子効果磁気素子の作成等における微細加工に
有用なドライエッチング方法に関するものである。
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
薄膜インダクティブ磁気ヘッド、マイクロインダクタ
ー、マイクロトランス、薄膜磁気抵抗効果ヘッド、薄膜
永久磁石等のマイクロ磁気素子およびマイクロ磁気回路
の作成や、スピン散乱磁気抵抗効果素子、スピンバルブ
素子、強磁性トンネル接合素子、スピン電界効果素子、
スピン電界効果トランジスタ、バイポーラススピンスイ
ッチ等の量子効果磁気素子の作成等における微細加工に
有用なドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】一般に超ＬＳＩ等の微小半導
体素子や磁気素子はリソグラフィ技術とエッチング技術
という２つのプロセスを組み合わせて製造されている。
リソグラフィ技術は被加工材料（半導体の膜や磁性体の
膜）表面に塗布したレジスト膜等の感光膜に微細図形を
作り出す技術であり、これには紫外線を用いてそれを行
うフォトリソグラフィ技術、電子線を用いてそれを行う
電子線リソグラフィ技術、イオン線を用いて行うイオン
線リソグラフィ技術がある。
体素子や磁気素子はリソグラフィ技術とエッチング技術
という２つのプロセスを組み合わせて製造されている。
リソグラフィ技術は被加工材料（半導体の膜や磁性体の
膜）表面に塗布したレジスト膜等の感光膜に微細図形を
作り出す技術であり、これには紫外線を用いてそれを行
うフォトリソグラフィ技術、電子線を用いてそれを行う
電子線リソグラフィ技術、イオン線を用いて行うイオン
線リソグラフィ技術がある。
【０００３】また、エッチング技術は、リソグラフィで
作製したレジストパターンを目的とする半導体薄膜、磁
性体薄膜等に転写し、素子を形成する技術である。後者
のエッチング方法については、酸やアルカリ水溶液を用
いて被加工物のみをレジストに対して選択的に溶解させ
る湿式エッチング技術が一般的であった。しかしなが
ら、湿式エッチング法は、被加工物の溶解が等方的に進
むため、レジストで覆われている影の部分も回り込んで
浸食されるという問題点があり、微小な構造を形成する
ことは困難であった。特に、磁性材料であって、多結晶
な材料を加工しようとする場合には、さらに微小構造の
形成は困難であった。
作製したレジストパターンを目的とする半導体薄膜、磁
性体薄膜等に転写し、素子を形成する技術である。後者
のエッチング方法については、酸やアルカリ水溶液を用
いて被加工物のみをレジストに対して選択的に溶解させ
る湿式エッチング技術が一般的であった。しかしなが
ら、湿式エッチング法は、被加工物の溶解が等方的に進
むため、レジストで覆われている影の部分も回り込んで
浸食されるという問題点があり、微小な構造を形成する
ことは困難であった。特に、磁性材料であって、多結晶
な材料を加工しようとする場合には、さらに微小構造の
形成は困難であった。
【０００４】そこで、このような問題点を解決するため
に、低圧の反応ガスのプラズマを用いた反応性イオンエ
ッチング法が開発されている。この反応性イオンエッチ
ング法は、プラズマ中で被加工物の表面に対して垂直に
入射するイオンにより、化学的並びに物理的に被加工物
表面上の原子をはぎ取る方法であり、異方性加工が可能
である。そのため、湿式エッチング法の問題点であるレ
ジストで覆われている影の部分への浸食の回り込みがな
いので、微細な加工が可能である。さらに、反応性イオ
ンエッチング法は、レジストマスクと被加工物との化学
的密着性の要請や、レジストマスクのピンホールに対す
る問題が小さいといった点で湿式エッチング法より優れ
ている。
に、低圧の反応ガスのプラズマを用いた反応性イオンエ
ッチング法が開発されている。この反応性イオンエッチ
ング法は、プラズマ中で被加工物の表面に対して垂直に
入射するイオンにより、化学的並びに物理的に被加工物
表面上の原子をはぎ取る方法であり、異方性加工が可能
である。そのため、湿式エッチング法の問題点であるレ
ジストで覆われている影の部分への浸食の回り込みがな
いので、微細な加工が可能である。さらに、反応性イオ
ンエッチング法は、レジストマスクと被加工物との化学
的密着性の要請や、レジストマスクのピンホールに対す
る問題が小さいといった点で湿式エッチング法より優れ
ている。
【０００５】このため、反応性イオンエッチング法は各
種の半導体素子、とりわけシリコン超ＬＳＩの微細加工
プロセスにおいて、１９７０年代の中頃からシリコンテ
クノロジーの基本技術の一つとなり、大きな発展を遂げ
た。ダイナミックランダムアクセスメモリー（ＤＲＡ
Ｍ）でいえば、５μｍルールの１６ｋｂｉｔ ＤＲＡＭ
の頃からである。また、この技術はガリウム砒素、ガリ
ウムリン等の化合物半導体にも応用され、最近では実用
化の域に達している。
種の半導体素子、とりわけシリコン超ＬＳＩの微細加工
プロセスにおいて、１９７０年代の中頃からシリコンテ
クノロジーの基本技術の一つとなり、大きな発展を遂げ
た。ダイナミックランダムアクセスメモリー（ＤＲＡ
Ｍ）でいえば、５μｍルールの１６ｋｂｉｔ ＤＲＡＭ
の頃からである。また、この技術はガリウム砒素、ガリ
ウムリン等の化合物半導体にも応用され、最近では実用
化の域に達している。
【０００６】しかしながら、半導体分野におけるこのよ
うな反応性イオンエッチング技術の進展にもかかわら
ず、磁性材料の分野では、上記のような特徴を有する反
応性イオンエッチングの適用が困難であった。このた
め、磁気バブルメモリ、ブロッホラインメモリ、薄膜磁
気ヘッド、薄膜磁気センサー、磁気ヘッドスライダー、
導体用のＣｕ細線、およびコイル等の製造プロセスで
は、前述した湿式エッチング法の他、たとえば図４に示
したアルゴンイオンエッチング法が用いられていた。
うな反応性イオンエッチング技術の進展にもかかわら
ず、磁性材料の分野では、上記のような特徴を有する反
応性イオンエッチングの適用が困難であった。このた
め、磁気バブルメモリ、ブロッホラインメモリ、薄膜磁
気ヘッド、薄膜磁気センサー、磁気ヘッドスライダー、
導体用のＣｕ細線、およびコイル等の製造プロセスで
は、前述した湿式エッチング法の他、たとえば図４に示
したアルゴンイオンエッチング法が用いられていた。
【０００７】このアルゴンイオンエッチング法では、真
空ポンプ（１）を装備した反応容器（２）の中に熱電子
銃（３）と可動被加工物ステージ（４）が設置されてい
る装置において、真空ポンプ（１）によって真空引きさ
れた反応容器（２）内に導入されたアルゴンガス（５）
は、熱電子銃（３）によって励起され、アルゴンイオン
源（６）となる。そして、引き出し電極（７）に与えら
れる電位差によって、アルゴンイオンビーム（８）とな
って、可動被加工物ステージ（４）上の被加工物（９）
に照射される構造となっている。
空ポンプ（１）を装備した反応容器（２）の中に熱電子
銃（３）と可動被加工物ステージ（４）が設置されてい
る装置において、真空ポンプ（１）によって真空引きさ
れた反応容器（２）内に導入されたアルゴンガス（５）
は、熱電子銃（３）によって励起され、アルゴンイオン
源（６）となる。そして、引き出し電極（７）に与えら
れる電位差によって、アルゴンイオンビーム（８）とな
って、可動被加工物ステージ（４）上の被加工物（９）
に照射される構造となっている。
【０００８】だが湿式エッチング法では、前述した通
り、微細化に限界があり、また、アルゴンイオンエッチ
ング法では、アルゴンイオンのスパッタリング作用を用
いて被加工物を物理的に削り取る方法であって、化学的
作用がないために選択性がなく、またエッチング速さ
が、数ｎｍ／分程度であるため、数μｍの深さの加工を
するのに時間がかかり、効率が低いという欠点があっ
た。
り、微細化に限界があり、また、アルゴンイオンエッチ
ング法では、アルゴンイオンのスパッタリング作用を用
いて被加工物を物理的に削り取る方法であって、化学的
作用がないために選択性がなく、またエッチング速さ
が、数ｎｍ／分程度であるため、数μｍの深さの加工を
するのに時間がかかり、効率が低いという欠点があっ
た。
【０００９】なお、磁性材料の場合に反応性イオンエッ
チング法の適用が困難な理由は以下の通りである。すな
わち、反応性イオンエッチングでは、プラズマ中で発生
した反応ガスの化学的活性種であるイオン、ラジカル、
中性種が被加工物質の表面に吸着し、被加工物表面と化
学反応を行い、低い結合エネルギーをもつ反応層を形成
する。そこで、被加工物の表面はプラズマ中で正イオン
の垂直の衝撃にさらされている。このため、結合エネル
ギーがゆるんだ表面反応層は物理的に（スパッタリング
作用により）はぎとられやすくなる。このように、反応
性イオンエッチングは化学的作用と物理的作用とが同時
に起こって進行するプロセスであり、そのため物質によ
る選択性が得られ、また加工物をその表面に垂直に切っ
てゆくという異方性が得られる。
チング法の適用が困難な理由は以下の通りである。すな
わち、反応性イオンエッチングでは、プラズマ中で発生
した反応ガスの化学的活性種であるイオン、ラジカル、
中性種が被加工物質の表面に吸着し、被加工物表面と化
学反応を行い、低い結合エネルギーをもつ反応層を形成
する。そこで、被加工物の表面はプラズマ中で正イオン
の垂直の衝撃にさらされている。このため、結合エネル
ギーがゆるんだ表面反応層は物理的に（スパッタリング
作用により）はぎとられやすくなる。このように、反応
性イオンエッチングは化学的作用と物理的作用とが同時
に起こって進行するプロセスであり、そのため物質によ
る選択性が得られ、また加工物をその表面に垂直に切っ
てゆくという異方性が得られる。
【００１０】表面反応層の結合エネルギーはその物質の
蒸気圧とほぼ物理的意味が同じで、プラズマによって形
成される表面反応層物質が真空中で蒸発しやすいかどう
かで、反応性イオンエッチングがうまく行くかどうかが
判断される。ところが、遷移金属元素（たとえばＦｅ，
Ｎｉ）を主成分とする磁性材料（例えばパーマロイ）で
は、反応性イオンエッチングで用いられるＣＦ4 ，ＣＣ
ｌ4 のプラズマを用いると、半導体材料と同じようにハ
ロゲン化合物（たとえばＦｅＣｌ2 、ＦｅＣｌ 3 、Ｎｉ
Ｃｌ2 ）が形成されるが、これらの遷移金属ハロゲン化
合物はＳｉＣｌ 4 、ＧａＣｌ3 等の半導体元素のハロゲ
ン化合物に比較して、結合エネルギーがはるかに大きい
ので、蒸発しにくく、またスパッタ作用を受けにくく、
反応はそこで止まってしまうという問題がある。
蒸気圧とほぼ物理的意味が同じで、プラズマによって形
成される表面反応層物質が真空中で蒸発しやすいかどう
かで、反応性イオンエッチングがうまく行くかどうかが
判断される。ところが、遷移金属元素（たとえばＦｅ，
Ｎｉ）を主成分とする磁性材料（例えばパーマロイ）で
は、反応性イオンエッチングで用いられるＣＦ4 ，ＣＣ
ｌ4 のプラズマを用いると、半導体材料と同じようにハ
ロゲン化合物（たとえばＦｅＣｌ2 、ＦｅＣｌ 3 、Ｎｉ
Ｃｌ2 ）が形成されるが、これらの遷移金属ハロゲン化
合物はＳｉＣｌ 4 、ＧａＣｌ3 等の半導体元素のハロゲ
ン化合物に比較して、結合エネルギーがはるかに大きい
ので、蒸発しにくく、またスパッタ作用を受けにくく、
反応はそこで止まってしまうという問題がある。
【００１１】そこで、この問題を解決するものとして、
K. Kinoshitaらによる昇温イオンエッチング法 (K. Kin
oshita，K. Yamada and H. Matutera. IEEE Trans. Mag
n.,27(1981), 4888.)が提案されており、ＣＣｌ4 のプ
ラズマを用いる一般的なプラス化学反応系に加え、被加
工物をハロゲンランプからの赤外線により照射し、被加
工物を２７０〜３７０℃に加熱することを特徴としてい
る。この加熱により熱的に遷移金属ハライドを蒸発させ
る方法である。
K. Kinoshitaらによる昇温イオンエッチング法 (K. Kin
oshita，K. Yamada and H. Matutera. IEEE Trans. Mag
n.,27(1981), 4888.)が提案されており、ＣＣｌ4 のプ
ラズマを用いる一般的なプラス化学反応系に加え、被加
工物をハロゲンランプからの赤外線により照射し、被加
工物を２７０〜３７０℃に加熱することを特徴としてい
る。この加熱により熱的に遷移金属ハライドを蒸発させ
る方法である。
【００１２】しかしながら、この方法では、加熱温度が
高分子化合物のレジストマスクの耐熱性の限界を越えて
いるので、通常のレジストマスクに変わってガラス（Ｓ
ｉＯ 2 ）やアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の耐熱性のよい無
機質をマスク材料として用いなくてはならないという欠
点がある。また、この方法はセンダスト合金（Ｆｅ−Ｓ
ｉ−Ａｌ合金）には有効であるが、その他の磁性材料、
純Ｆｅ、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、さらに、Ｃｕ
に対しては速いエッチング速さが得られないという欠点
があった。
高分子化合物のレジストマスクの耐熱性の限界を越えて
いるので、通常のレジストマスクに変わってガラス（Ｓ
ｉＯ 2 ）やアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の耐熱性のよい無
機質をマスク材料として用いなくてはならないという欠
点がある。また、この方法はセンダスト合金（Ｆｅ−Ｓ
ｉ−Ａｌ合金）には有効であるが、その他の磁性材料、
純Ｆｅ、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、さらに、Ｃｕ
に対しては速いエッチング速さが得られないという欠点
があった。
【００１３】一方、磁性材料に対する反応性イオンエッ
チング法に関して、新しい反応系を確立するための努力
もなされてきている。一酸化炭素（ＣＯ）ガスのプラズ
マを使う方法が例えば、M.J.Vasileと J.Mogabにより研
究されている。(M.J. VasileとJ. Mogab, J. Vac. Sci.
Technol. A4(1986), 1841.)。この方法では、ＣＯの活
性ラジカルにより被加工物の遷移金属表面で遷移金属カ
ーボニル化合物（Ｆｅ（ＣＯ）5 ，Ｎｉ（ＣＯ）4 ，Ｃ
ｏ2 （ＣＯ）5 等）を生成させ、真空中での蒸発作用あ
るいはスパッタリング作用によりそれをはぎ取り、エッ
チングすることをその原理としている。遷移金属カーボ
ニル化物は遷移金属化物の中で結合エネルギーが小さい
唯一の化合物である。しかしながら、この方法はエッチ
ング速度が極めて遅く、これら一連の研究は成功しなか
った。
チング法に関して、新しい反応系を確立するための努力
もなされてきている。一酸化炭素（ＣＯ）ガスのプラズ
マを使う方法が例えば、M.J.Vasileと J.Mogabにより研
究されている。(M.J. VasileとJ. Mogab, J. Vac. Sci.
Technol. A4(1986), 1841.)。この方法では、ＣＯの活
性ラジカルにより被加工物の遷移金属表面で遷移金属カ
ーボニル化合物（Ｆｅ（ＣＯ）5 ，Ｎｉ（ＣＯ）4 ，Ｃ
ｏ2 （ＣＯ）5 等）を生成させ、真空中での蒸発作用あ
るいはスパッタリング作用によりそれをはぎ取り、エッ
チングすることをその原理としている。遷移金属カーボ
ニル化物は遷移金属化物の中で結合エネルギーが小さい
唯一の化合物である。しかしながら、この方法はエッチ
ング速度が極めて遅く、これら一連の研究は成功しなか
った。
【００１４】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来技術の問題を解消し、遷移金属
元素を主成分とする磁性材料に対して、反応性イオンエ
ッチングを可能にすることのできる、新しい方法を提供
することを目的としている。
されたものであり、従来技術の問題を解消し、遷移金属
元素を主成分とする磁性材料に対して、反応性イオンエ
ッチングを可能にすることのできる、新しい方法を提供
することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、含窒素化合物ガスを添加した一酸化
炭素ガスを反応ガスとして金属または合金表面をエッチ
ングすることを特徴とするドライエッチング方法を提供
する。また、この発明は、上記方法における態様とし
て、反応ガスとしてアンモニア、アミン類ガスを用いる
こと、さらには、磁性金属、または磁性合金の表面エッ
チングを行うことを特徴とするドライエッチング方法を
も提供する。
を解決するために、含窒素化合物ガスを添加した一酸化
炭素ガスを反応ガスとして金属または合金表面をエッチ
ングすることを特徴とするドライエッチング方法を提供
する。また、この発明は、上記方法における態様とし
て、反応ガスとしてアンモニア、アミン類ガスを用いる
こと、さらには、磁性金属、または磁性合金の表面エッ
チングを行うことを特徴とするドライエッチング方法を
も提供する。
【００１６】
【作用】すなわち、この発明は、先の一酸化炭素ガスプ
ラズマを用いる方法について、プラズマ中で期待した化
学反応は進行しないことの原因について鋭意研究を行
い、その結果として得られた知見に基づいて完成されて
いる。つまり、ＣＯ分子は、プラズマ中で次式の不均一
化反応によって０価の炭素単体と４価の炭素イオンから
なるＣＯ2 分子に分解し、導入したＣＯ分子は遷移金属
カーボニルを生成することに寄与しないという問題があ
る。
ラズマを用いる方法について、プラズマ中で期待した化
学反応は進行しないことの原因について鋭意研究を行
い、その結果として得られた知見に基づいて完成されて
いる。つまり、ＣＯ分子は、プラズマ中で次式の不均一
化反応によって０価の炭素単体と４価の炭素イオンから
なるＣＯ2 分子に分解し、導入したＣＯ分子は遷移金属
カーボニルを生成することに寄与しないという問題があ
る。
【００１７】
【化１】
【００１８】そこで、この発明者は、この不均一化反応
を起こさせないか、もしくは遅らせるための分子をプラ
ズマ中に加えることを検討した。より具体的には、ＮＨ
3 ガス、有機アミンガス、Ｈ2 Ｓガス、ＳＯ2 ガス、Ｓ
蒸気、ＳＦ4 ガス、Ｈ2 Ｓガス、Ｈ2 ガス、ＨＣｌガ
ス、ＣＣｌ4 蒸気、ＣＨ4 ガス、ＣＨＣｌ3 ガス、ＣＨ
2 Ｃｌ2 ガス、ＣＨＣｌ3 ガス、ＣＦ4 ガス、ＣＨＦ3
ガス、ＣＨ2 Ｆ2 ガス、ＣＨＦ3 ガス等をそれぞれプラ
ズマ反応容器中に反応ガスであるＣＯガスとともに導入
し、質量分析計を用いて生成する分子種の種類を測定し
た。その結果、特に、ＮＨ3 やアミン類のガスが上記の
不均一化反応（１）を抑える効果があることが判明し
た。また、次に、反応性イオンエッチング装置に導入す
るＮＨ3 等のガスとＣＯガスの混合比を変えながら、実
際にパーマロイ薄膜の反応性イオンエッチングを行い、
エッチングの速度を測定した。比較のためにＳｉ（１０
０）単結晶、アルミノほう珪酸ガラス（コーニング７０
５９グラス）についても同一条件でエッチングを行っ
た。
を起こさせないか、もしくは遅らせるための分子をプラ
ズマ中に加えることを検討した。より具体的には、ＮＨ
3 ガス、有機アミンガス、Ｈ2 Ｓガス、ＳＯ2 ガス、Ｓ
蒸気、ＳＦ4 ガス、Ｈ2 Ｓガス、Ｈ2 ガス、ＨＣｌガ
ス、ＣＣｌ4 蒸気、ＣＨ4 ガス、ＣＨＣｌ3 ガス、ＣＨ
2 Ｃｌ2 ガス、ＣＨＣｌ3 ガス、ＣＦ4 ガス、ＣＨＦ3
ガス、ＣＨ2 Ｆ2 ガス、ＣＨＦ3 ガス等をそれぞれプラ
ズマ反応容器中に反応ガスであるＣＯガスとともに導入
し、質量分析計を用いて生成する分子種の種類を測定し
た。その結果、特に、ＮＨ3 やアミン類のガスが上記の
不均一化反応（１）を抑える効果があることが判明し
た。また、次に、反応性イオンエッチング装置に導入す
るＮＨ3 等のガスとＣＯガスの混合比を変えながら、実
際にパーマロイ薄膜の反応性イオンエッチングを行い、
エッチングの速度を測定した。比較のためにＳｉ（１０
０）単結晶、アルミノほう珪酸ガラス（コーニング７０
５９グラス）についても同一条件でエッチングを行っ
た。
【００１９】図１はその結果をまとめたものである。す
なわち、ＣＯガス単体でのパーマロイに対するエッチン
グ速さは、１．３ｎｍ／分であるのに対して、ＮＨ3 ガ
スの濃度が増加するにつれて増大し、４９ｍｏｌ％ＮＨ
3 −ＣＯの組成で極大を示し、エッチング速さは約１１
ｎｍ／分にまで増大した。さらに、ＮＨ3 濃度を増大さ
せるとエッチング速さは減少し、ＮＨ3 単体では約４ｎ
ｍ／分であった。このことは、プラズマ中で、ＮＨ3 ガ
スとＣＯガスが共存することが作用効果の上から本質的
に重要であることを示している。さらに図２は、最も顕
著な効果を持つ４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯの組成の反応
ガス一定量を反応性イオンエッチング反応容器に供給し
ながら、真空排気ポンプの排気速度を変えることによ
り、反応ガスの反応容器内での圧力を変化させ、エッチ
ング速度を測定した結果を示したものである。この図２
からは、反応容器圧力により、エッチング速度は大いに
依存し、２．４×１０-8Ｔｏｒｒの圧力で極大を示し、
約３５ｎｍ／分であることがわかった。このエッチング
速度は、従来磁性材料のエッチングが行われていたアル
ゴンイオンエッチング法に対して約８倍の速さである。
また図３にも示した通り、パーマロイのＳｉに対するエ
ッチング速さの比、及びパーマロイのアルミノほう珪酸
ガラスに対するエッチング速さの比は、それぞれ４及び
９である。すなわち、この発明の反応性イオンエッチン
グ方法は、磁性材料に対して選択的に作用し、遷移金属
を成分とする磁性材料に対して優れた有効性があること
がわかる。
なわち、ＣＯガス単体でのパーマロイに対するエッチン
グ速さは、１．３ｎｍ／分であるのに対して、ＮＨ3 ガ
スの濃度が増加するにつれて増大し、４９ｍｏｌ％ＮＨ
3 −ＣＯの組成で極大を示し、エッチング速さは約１１
ｎｍ／分にまで増大した。さらに、ＮＨ3 濃度を増大さ
せるとエッチング速さは減少し、ＮＨ3 単体では約４ｎ
ｍ／分であった。このことは、プラズマ中で、ＮＨ3 ガ
スとＣＯガスが共存することが作用効果の上から本質的
に重要であることを示している。さらに図２は、最も顕
著な効果を持つ４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯの組成の反応
ガス一定量を反応性イオンエッチング反応容器に供給し
ながら、真空排気ポンプの排気速度を変えることによ
り、反応ガスの反応容器内での圧力を変化させ、エッチ
ング速度を測定した結果を示したものである。この図２
からは、反応容器圧力により、エッチング速度は大いに
依存し、２．４×１０-8Ｔｏｒｒの圧力で極大を示し、
約３５ｎｍ／分であることがわかった。このエッチング
速度は、従来磁性材料のエッチングが行われていたアル
ゴンイオンエッチング法に対して約８倍の速さである。
また図３にも示した通り、パーマロイのＳｉに対するエ
ッチング速さの比、及びパーマロイのアルミノほう珪酸
ガラスに対するエッチング速さの比は、それぞれ４及び
９である。すなわち、この発明の反応性イオンエッチン
グ方法は、磁性材料に対して選択的に作用し、遷移金属
を成分とする磁性材料に対して優れた有効性があること
がわかる。
【００２０】ＣＯガスとＮＨ3 ガス、さらには含窒素ア
ミン類等のガスを用いるこの発明の方法は、上記のパー
マロイに限られることなく、遷移金属を成分とする磁性
材料、たとえば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｏ−Ｃｒ合金、
センダスト合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）、Ｃｕ，Ｍｏ、こ
れら各種元素どうしの合金や化合物に対しても同様な作
用効果を持つ。また、これらの反応ガスのプラズマを発
生させる手段は、減圧下においてグロー放電プラズマを
発生させる手段であれば、直流高電圧、高周波、マイク
ロ波を用いる方法のいずれでもよく、また、電極構造は
容量結平行平板電極、マグネトロン電極、誘導結合型電
極、サイクロトロンレゾナンスプラズマ、ヘリコン波プ
ラズマ、スーパーマグネトロン電極等何であってもよ
い。
ミン類等のガスを用いるこの発明の方法は、上記のパー
マロイに限られることなく、遷移金属を成分とする磁性
材料、たとえば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｏ−Ｃｒ合金、
センダスト合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）、Ｃｕ，Ｍｏ、こ
れら各種元素どうしの合金や化合物に対しても同様な作
用効果を持つ。また、これらの反応ガスのプラズマを発
生させる手段は、減圧下においてグロー放電プラズマを
発生させる手段であれば、直流高電圧、高周波、マイク
ロ波を用いる方法のいずれでもよく、また、電極構造は
容量結平行平板電極、マグネトロン電極、誘導結合型電
極、サイクロトロンレゾナンスプラズマ、ヘリコン波プ
ラズマ、スーパーマグネトロン電極等何であってもよ
い。
【００２１】エッチング操作については、たとえば上記
のパーマロイの場合の最適条件、すなわち、 ４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯ、 ２．４×１０-8Ｔｏｒｒ真空度 等を考慮して、対象とする磁性材料の組成、膜厚、所要
のエッチング精度等に応じて定めることができる。温度
条件についても同様に適宜に設定できる。
のパーマロイの場合の最適条件、すなわち、 ４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯ、 ２．４×１０-8Ｔｏｒｒ真空度 等を考慮して、対象とする磁性材料の組成、膜厚、所要
のエッチング精度等に応じて定めることができる。温度
条件についても同様に適宜に設定できる。
【００２２】以下、実施例を示しさらに詳しくこの発明
について説明する。
について説明する。
【００２３】
【実施例】実施例１ ８０パーマロイ（８０％Ｎｉ−Ｆｅ）を被加工物とし
て、この発明の反応性イオンエッチングを行った。ま
ず、被加工物は、（１００）面をもつＳｉ単結晶にスパ
ッタリング法により約６００ｎｍの８０パーマロイの薄
膜を形成し、その表面の一部をＳｉＯ2 マスクにより覆
ったものとした。
て、この発明の反応性イオンエッチングを行った。ま
ず、被加工物は、（１００）面をもつＳｉ単結晶にスパ
ッタリング法により約６００ｎｍの８０パーマロイの薄
膜を形成し、その表面の一部をＳｉＯ2 マスクにより覆
ったものとした。
【００２４】図３に示した通り、反応性イオンエッチン
グ装置の反応部では、容量結合型の平行平板電極を有
し、被加工物（１１）を保持した１００ｃｍ2 の面積を
もつ電極（１２）に１３．５６ＭＨｚの高周波（１３）
をブロッキングコンデンサ（１４）を介して印加できる
ようにした。その電極（１１）に３５ｍｍの間隔を隔て
て広い面積をもつ接地した対向電極（１５）を設けた。
なお、被加工物を保持した電極（１２）は、水冷（１
６）し、被加工物（１）温度を常温に保持した。一方、
４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯ混合ガス（１７）を９ｃｃ／
分の流量で導入しながら、大排気量のターボ分子ポンプ
（１８）で排気し、排気口のスロットルバルブ（１９）
を調節して、反応容器内の真空度を２．４×１０-8Ｔｏ
ｒｒに保持した。
グ装置の反応部では、容量結合型の平行平板電極を有
し、被加工物（１１）を保持した１００ｃｍ2 の面積を
もつ電極（１２）に１３．５６ＭＨｚの高周波（１３）
をブロッキングコンデンサ（１４）を介して印加できる
ようにした。その電極（１１）に３５ｍｍの間隔を隔て
て広い面積をもつ接地した対向電極（１５）を設けた。
なお、被加工物を保持した電極（１２）は、水冷（１
６）し、被加工物（１）温度を常温に保持した。一方、
４９ｍｏｌ％ＮＨ3 −ＣＯ混合ガス（１７）を９ｃｃ／
分の流量で導入しながら、大排気量のターボ分子ポンプ
（１８）で排気し、排気口のスロットルバルブ（１９）
を調節して、反応容器内の真空度を２．４×１０-8Ｔｏ
ｒｒに保持した。
【００２５】次に、５０Ｗの高周波をかけて電極間にプ
ラズマを発生させ、１０分間エッチング処理を行った。
電力密度は０．５Ｗ／ｃｍ2 とした。反応終了後、Ｓｉ
Ｏ2 マスクを除去し、マスクにより覆われていた部分
と、覆われていなかった部分の段差をファブリーペロー
干渉計で測定し、段差の形状を走査型電子顕微鏡により
観察した。
ラズマを発生させ、１０分間エッチング処理を行った。
電力密度は０．５Ｗ／ｃｍ2 とした。反応終了後、Ｓｉ
Ｏ2 マスクを除去し、マスクにより覆われていた部分
と、覆われていなかった部分の段差をファブリーペロー
干渉計で測定し、段差の形状を走査型電子顕微鏡により
観察した。
【００２６】その結果、エッチングにより生じた段差
は、３４７ｎｍであり、単位時間にあたり、エッチング
速さは３５ｎｍ／分であることがわかった。また、段差
の形状は垂直に切り立って鋭く、アンダーカットやバリ
のせりだし等は見られず、エッチング後の仕上がり形状
は良好であった。実施例２ Ｃｏ−Ｃｒ合金（Ｃｏ−９．９８％Ｃｒ）を被加工物と
して、この発明の反応性イオンエッチングを行った。
は、３４７ｎｍであり、単位時間にあたり、エッチング
速さは３５ｎｍ／分であることがわかった。また、段差
の形状は垂直に切り立って鋭く、アンダーカットやバリ
のせりだし等は見られず、エッチング後の仕上がり形状
は良好であった。実施例２ Ｃｏ−Ｃｒ合金（Ｃｏ−９．９８％Ｃｒ）を被加工物と
して、この発明の反応性イオンエッチングを行った。
【００２７】被加工物は真空蒸着法により（１００）面
をもつＳｉ単結晶ウエファ上に形成した厚さ約３００ｎ
ｍのＣｏ−Ｃｒ合金薄膜である。反応容器の圧力は実施
例１とほぼ等しく、２．５×１０-8Ｔｏｒｒであり、反
応時間は５．０分である。その他の条件は実施例１と同
一である。以上のようにして、Ｃｏ−Ｃｒ合金薄膜上の
マスクに覆われている部分と覆われていない部分、すな
わちエッチングを受けなかった部分とエッチングを受け
た部分との境界の段差の測定と、段差の急峻さを観察し
た。
をもつＳｉ単結晶ウエファ上に形成した厚さ約３００ｎ
ｍのＣｏ−Ｃｒ合金薄膜である。反応容器の圧力は実施
例１とほぼ等しく、２．５×１０-8Ｔｏｒｒであり、反
応時間は５．０分である。その他の条件は実施例１と同
一である。以上のようにして、Ｃｏ−Ｃｒ合金薄膜上の
マスクに覆われている部分と覆われていない部分、すな
わちエッチングを受けなかった部分とエッチングを受け
た部分との境界の段差の測定と、段差の急峻さを観察し
た。
【００２８】その結果、段差の高さは１２２ｎｍであ
り、Ｃｏ−Ｃｒ合金に対するエッチング速さ２４．４ｎ
ｍ／分であることが分かった。また段差の形状は垂直で
あり、ばりも少なく、良好であった。
り、Ｃｏ−Ｃｒ合金に対するエッチング速さ２４．４ｎ
ｍ／分であることが分かった。また段差の形状は垂直で
あり、ばりも少なく、良好であった。
【００２９】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、従来、困難であった遷移金属元素を主成分とする
磁性材料に対する反応性イオンエッチングが可能とな
り、磁性合金の微細加工が実現できる。また、将来実現
される量子効果磁気素子の作製も可能となる。さらに、
エッチング速さが大きいことから、磁性材料の微細加工
プロセスに要する時間が短縮され、生産効率の向上が可
能となる。さらにまた、遷移金属のみが選択的にエッチ
ングされるという性質があるので、マスク材料の限定条
件が少なくなり、微細加工プロセスの構成において融通
性がよくなる。
って、従来、困難であった遷移金属元素を主成分とする
磁性材料に対する反応性イオンエッチングが可能とな
り、磁性合金の微細加工が実現できる。また、将来実現
される量子効果磁気素子の作製も可能となる。さらに、
エッチング速さが大きいことから、磁性材料の微細加工
プロセスに要する時間が短縮され、生産効率の向上が可
能となる。さらにまた、遷移金属のみが選択的にエッチ
ングされるという性質があるので、マスク材料の限定条
件が少なくなり、微細加工プロセスの構成において融通
性がよくなる。
【図１】この発明による反応性イオンエッチング方法に
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、ＮＨ3
とＣＯの混合ガスの流量を９ｃｃ／ｍｉｎ、かつ反応槽
の圧力を３．６×１０-3Ｔｏｒｒと一定としたとき、Ｎ
Ｈ3 のモル濃度に関するパーマロイのエッチング速さの
関係を示した関係図である。
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、ＮＨ3
とＣＯの混合ガスの流量を９ｃｃ／ｍｉｎ、かつ反応槽
の圧力を３．６×１０-3Ｔｏｒｒと一定としたとき、Ｎ
Ｈ3 のモル濃度に関するパーマロイのエッチング速さの
関係を示した関係図である。
【図２】この発明による反応性イオンエッチング方法に
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、ＮＨ3
とＣＯの混合ガスの流量を９ｃｃ／ｍｉｎ、かつＮＨ3
のモル濃度を４９ｍｏｌ％と一定にしたとき、反応槽の
圧力に関するパーマロイのエッチング速さの関係を示し
た関係図である。
おいて、プラズマ反応容器に導入する反応ガス、ＮＨ3
とＣＯの混合ガスの流量を９ｃｃ／ｍｉｎ、かつＮＨ3
のモル濃度を４９ｍｏｌ％と一定にしたとき、反応槽の
圧力に関するパーマロイのエッチング速さの関係を示し
た関係図である。
【図３】この発明で実施例における反応性イオンエッチ
ング装置の構成を示す概略図である。
ング装置の構成を示す概略図である。
【図４】従来法のアルゴンイオンエッチング装置の構成
を示す概略図である。
を示す概略図である。
１１ 被加工物 １２ 高周波電極 １３ 高周波発信機 １４ ブロッキングコンデンサ １５ 対向電極（接地電極） １６ 冷却水 １７ ＮＨ3 −ＣＯ混合ガス １８ ターボ分子ポンプ １９ スロットバルブ
Claims (3)
- 【請求項１】 含窒素化合物ガスを添加した一酸化炭素
ガスを反応ガスとして金属または合金の表面をエッチン
グすることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 アンモニアもしくはアミン類ガスを添加
した一酸化炭素ガスを反応ガスとして表面エッチングす
ることを特徴とする請求項１のドライエッチング方法。 - 【請求項３】 磁性金属または磁性合金をエッチングす
る請求項１または２のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5568795A JP2677321B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5568795A JP2677321B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253881A true JPH08253881A (ja) | 1996-10-01 |
| JP2677321B2 JP2677321B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=13005825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5568795A Expired - Lifetime JP2677321B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2677321B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2331273A (en) * | 1997-09-22 | 1999-05-19 | Nat Res Inst Metals | Reactive ion etching a magnetic material using a vacuum deposited mask |
| JP2002038285A (ja) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | National Institute For Materials Science | ドライエッチング用マスク材 |
| GB2366766A (en) * | 1997-09-22 | 2002-03-20 | Nat Res Inst Metals | Reactive ion etching a magnetic material |
| JP2003066019A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Nippon Sanso Corp | 金属カルボニル化合物の分析方法及び装置 |
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| US7223439B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-05-29 | Tdk Corporation | Method for manufacturing magnetic recording medium and magnetic recording medium |
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| KR20190034137A (ko) | 2017-09-21 | 2019-04-01 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 자기 터널 접합 소자의 제조 방법 및 유도 결합형 플라스마 처리 장치 |
| US11901191B2 (en) | 2021-05-10 | 2024-02-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Atomic layer etching method and semiconductor device manufacturing method using the same |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP5568795A patent/JP2677321B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| EP2184381A1 (en) | 2003-07-24 | 2010-05-12 | Canon Anelva Corporation | Dry etching method for magnetic material |
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| US11901191B2 (en) | 2021-05-10 | 2024-02-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Atomic layer etching method and semiconductor device manufacturing method using the same |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2677321B2 (ja) | 1997-11-17 |
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|---|---|---|---|
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