エッチング方法および装置
【課題】 付着物を確実に除去することが可能なエッチング方法を提供する。
【解決手段】 反応ガスを導入して、トンネル接合膜１０ａにバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させる。（ａ）プラズマ非発生時には、反応ガス分子９２ａが凹部２０の側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。（ｂ）プラズマ発生時には、反応ガスイオン９４を凹部２０の側壁に衝突させて、揮発性化合物を雰囲気中に離脱させることができる。これにより、凹部２０の側壁への付着物２２を確実かつ効率的に除去することができる。
【解決手段】 反応ガスを導入して、トンネル接合膜１０ａにバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させる。（ａ）プラズマ非発生時には、反応ガス分子９２ａが凹部２０の側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。（ｂ）プラズマ発生時には、反応ガスイオン９４を凹部２０の側壁に衝突させて、揮発性化合物を雰囲気中に離脱させることができる。これにより、凹部２０の側壁への付着物２２を確実かつ効率的に除去することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）半導体デバイスや磁気記録ヘッドなどに用いられる、ＴＭＲ（Tunneling Magnetro-Resistive；トンネル磁気抵抗）やＭＴＪ（Metal Tunneling junction）等の、トンネルバリア層を有するトンネル接合素子の製造に好適な、エッチング方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ半導体デバイスや磁気記録ヘッドなどには、ＴＭＲやＭＴＪなどと呼ばれるトンネルバリア層を有するトンネル接合素子が用いられている。
図６は、トンネル接合素子の側面断面図である。トンネル接合素子１０は、磁性層（固定層）１４、トンネルバリア層１５、磁性層（フリー層）１６等を順次積層したトンネル接合膜１０ａから形成される。このトンネルバリア層１５は、アルミナ等の電気絶縁性材料で構成されている。また、固定層１４の面内における磁化方向は一定に保持され、フリー層１６の面内における磁化方向は外部磁場の向きによって反転しうるようになっている。これら固定層１４およびフリー層１６の磁化方向が平行か反平行かによって、トンネル接合素子１０の抵抗値が異なるので、トンネル接合素子１０の厚さ方向に電圧を印加した場合に、トンネルバリア層１５を流れる電流の大きさが異なることになる（ＴＭＲ効果）。そこで、この電流値を検出することにより、「１」または「０」を読み出すことができるようになっている。また、フリー層１６と固定層１４との積層順序を逆にしている素子構造も多い。
【０００３】
このようなトンネル接合素子１０の形成は、トンネル接合膜１０ａをエッチングして、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成することによって行う。そのエッチングには、Ａｒ等のイオンミリングや、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）等が採用されている。そのＲＩＥには、塩素ガス（Ｃｌ２）、臭素ガス（Ｂｒ２）、ヨウ素ガス（Ｉ２）、フッ素ガス（Ｆ２）や、それらの化合物ガスなど、ハロゲン系のガスが反応ガスとして利用されている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１／０８４５７０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トンネル接合膜１０ａをエッチングして凹部２０を形成すると、エッチングにより除去された磁性元素のハロゲン化合物を主体とする物質が、凹部２０の側壁に付着することになる。この付着物２２は導電性を有するので、電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層１５のショートが発生するという問題がある。なお、上述したトンネルバリア層１５を流れる電流は微量であり、ＴＭＲ効果を利用するには、固定層１４とフリー層１６との間に大きな短絡電流が流れないことが前提となる。そのため、導電性付着物２２が存在するとトンネル接合素子１０として機能しなくなり、トンネル接合素子１０のエッチング加工において大きな課題となっている。
【０００５】
この付着物２２を取り除くため、特許文献１に示すように、酸素ガスによるアッシングや純水洗浄など、いろいろなエッチング後処理が試みられてきた。しかしながら、この付着物２２は、蒸気圧が低く水に難溶性な磁性元素のハロゲン化合物を主体としているため、上述した方法では必ずしも上手く除去できなかった。
【０００６】
この点、異方性ドライエッチングによる凹部の形成に続けて、凹部側壁への付着物を等方性ドライエッチングにより除去できれば、トンネル接合素子を効率的に製造することができる。そこで、付着物を確実に除去することが可能な、等方性ドライエッチング方法および装置の開発が望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、付着物を確実に除去することが可能なエッチング方法および装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のエッチング方法は、反応ガスを導入し、機能膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とする。
この構成によれば、プラズマ非発生時には、反応ガスの分子が機能膜に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またプラズマ発生時には、反応ガスのイオンを機能膜に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、プラズマを間歇的に発生させることにより、機能膜への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【０００８】
また、本発明の他のエッチング方法は、反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、機能膜にバイアスを間歇的に印加して、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とする。
この構成によれば、バイアス非印加時には、反応ガスのラジカル等が機能膜に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またバイアス印加時には、反応ガスのイオンを機能膜に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、バイアスを間歇的に印加することにより、機能膜への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【０００９】
また、前記機能膜に所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、前記凹部の内面への付着物を上述したエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成としてもよい。
この構成によれば、凹部の側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【００１０】
また、トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して、所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、前記凹部の側壁への導電性付着物を、上述したエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成としてもよい。
この構成によれば、凹部の側壁への導電性付着物を確実かつ効率的に除去して、トンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００１１】
一方、本発明のエッチング装置は、エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記基板にバイアスを連続的に印加しうるバイアス印加手段と、前記チャンバ内でプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、基板への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【００１２】
また、本発明の他のエッチング装置は、エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記チャンバ内でプラズマを連続的に発生させうるプラズマ発生手段と、前記基板にバイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、基板への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
（第１実施形態）
最初に、第１実施形態について説明する。
図２および図３は、第１実施形態に係るエッチング方法の工程図である。第１実施形態に係るエッチング方法は、図２（ｃ）に示すように、トンネル接合膜１０ａのトンネルバリア層１５を貫通して所定パターンの凹部２０を形成する異方性ドライエッチング工程と、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、反応ガスを導入し、トンネル接合膜１０ａにバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、凹部２０の側壁への付着物２２を除去する等方性ドライエッチング工程と、を有するものである。
【００１５】
（トンネル接合素子、ＭＲＡＭ）
図１（ａ）は、トンネル接合素子の側面断面図である。トンネル接合素子１０は、ＰｔＭｎやＩｒＭｎ等からなる反強磁性層（不図示）、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等からなる磁性層（固定層）１４、ＡｌＯ（アルミナ）等からなるトンネルバリア層１５、およびＮｉＦｅやＣｏＦｅ等からなる磁性層（フリー層）１６を主として構成されている。実際には、上記以外の機能層も積層されて、１５層程度の多層構造になっている。なお、トンネル接合素子１０の断面は、図１（ａ）に示すような長方形状に限られず、台形状であってもよい。また、フリー層の厚さを固定層の厚さより薄く形成すれば、膜厚差を利用した保磁力差型のトンネル接合素子を形成することができる。
【００１６】
図１（ｂ）は、トンネル接合素子を用いたＭＲＡＭの概略構成図である。ＭＲＡＭ１００は、ＭＯＳＦＥＴ１１０およびトンネル接合素子１０を、基板５上にマトリクス状に整列配置して構成されている。上述したトンネル接合素子１０の上端部はビット線１０２に接続され、その下端部はＭＯＳＦＥＴ１１０のソース電極またはドレイン電極に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ１１０のゲート電極は、読み出し用ワード線１０４に接続されている。一方、トンネル接合素子１０の下方には、書き換え用ワード線１０６が配置されている。
【００１７】
図１に示すトンネル接合素子１０では、固定層１４の磁化方向は一定に保持され、フリー層１６の磁化方向は反転しうるようになっている。これら固定層１４およびフリー層１６の磁化方向が平行か反平行かによって、トンネル接合素子１０の抵抗値が異なるので、トンネル接合素子１０の厚さ方向に電圧を印加した場合に、トンネルバリア層１５を流れる電流の大きさが異なることになる（ＴＭＲ効果）。そこで、読み出し用ワード線１０４によりＭＯＳＦＥＴ１１０をＯＮにして、その電流値を測定することにより、「１」または「０」を読み出すことができるようになっている。
また、書き換え用ワード線１０４に電流を供給して、その周囲に磁場を発生させれば、フリー層１６の磁化方向を反転させることができる。これにより、「１」または「０」を書き換えることができるようになっている。
【００１８】
なお、固定層１４およびフリー層１６の磁化方向の組み合わせによるトンネル接合素子１０の抵抗値の差は、一般的に非常に小さくなる。この抵抗値の微差を検出するには、アルミナ等の電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層１５の抵抗値を極力小さくする必要がある。そのため、トンネルバリア層１５の厚さは、酸化前の金属アルミニウムの厚さで８〜１２オングストロームと非常に薄く形成されている。
【００１９】
（エッチング方法）
次に、トンネル接合膜をエッチングしてトンネル接合素子を形成する方法につき、図２および図３を用いて説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、トンネル接合膜１０ａを形成する。このトンネル接合膜１０ａの形成は、スパッタ法等によって行うことが可能である。
次に、図２（ｂ）に示すように、トンネル接合膜１０ａの表面に、ＳｉＯ２等からなるマスク９０を形成する。なおマスク９０の形成方法は省略する。
【００２１】
（異方性エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、マスク９０を介してトンネル接合膜１０ａを異方性ドライエッチングし、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成する。このエッチングは、以下に説明するエッチング装置において行う。
【００２２】
図４は、エッチング装置の概略構成図である。以下には、誘導結合方式（Inductive Coupling Plasma；ＩＣＰ）の反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）装置を例にして説明する。このエッチング装置６０は、チャンバ６１への反応ガスの供給手段と、チャンバ６１の内部ガスの排気手段とを備えている。また、チャンバ６１の外部上方にＲＦアンテナ６８が設けられ、そのＲＦアンテナ６８にプラズマ発生用ＲＦ電源６９が接続されている。さらに、チャンバ６１の内部下方に基板５を載置する電極６２が設けられ、その電極６２にバイアス印加用ＲＦ電源６３が接続されている。
【００２３】
これに加えて、エッチング装置６０は、チャンバ６１においてプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段を備えている。具体的には、プラズマ発生用ＲＦ電源６９にパルス信号発生手段６９ａが接続されて、ＲＦアンテナ６８から高周波電力を間歇的に印加しうるようになっている。また、エッチング装置６０は、基板５に対して高周波バイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段を備えている。具体的には、バイアス印加用ＲＦ電源６３にパルス信号発生手段６３ａが接続されて、電極６２から高周波バイアスを間歇的に印加しうるようになっている。
【００２４】
そして、上記のようにトンネル接合膜およびマスクを形成した基板５を、エッチング装置６０におけるチャンバ６１内の電極６２上に載置する。次に、チャンバ６１内に反応ガスとしてＣｌ２およびＡｒの混合ガスを導入する。そして、ＲＦアンテナ６８によりチャンバ６１内にプラズマを発生させ、トンネル接合膜のエッチングを開始する。そのエッチングプロセスの代表的な条件は、反応ガスの圧力が０．１〜１０Ｐａ、プラズマを発生させるためのＲＦアンテナ６８への投入電力が５００〜７００Ｗ、基板５に高周波バイアスを印加するための電極６２への投入電力が５０〜１００Ｗである。ここでは、パルス信号発生手段６９ａ，６３ａをいずれもＯＦＦにして、電源６９，６３から高周波電力を連続的に印加する。
【００２５】
チャンバ内に発生したプラズマにより、反応ガスのラジカルやイオン等が生成される。そして、電極６２により基板５に高周波バイアスを印加すれば、図２（ｃ）に示すように、生成されたイオンを加速してトンネル接合膜１０ａに衝突させることが可能になり、化学・物理エッチングが行われる。上述したエッチング条件では、この化学・物理エッチングが支配的となる。すなわち、主に基板の垂直方向にエッチングが行われ、横方向にはほとんど削れない、いわゆる異方性エッチングとなる。本実施形態では、この異方性エッチングによる加工を主プロセスと呼ぶ。
この主プロセスにより、図２（ｃ）に示すように、マスク９０の開口部の下方に所定パターンの凹部２０が形成される。その後、マスク９０を除去する。
【００２６】
（等方性エッチング工程）
ここで形成された凹部２０の側壁には、付着物２２が存在している。この付着物２２は、主プロセスによる副生成物であって、蒸気圧が低い磁性元素のハロゲン化合物等で構成されている。この化合物は導電性を有することから、電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層のショートが発生し、トンネル接合素子が機能しなくなるおそれがある。
【００２７】
そこで、主プロセスに引き続き、この付着物を除去するための後処理プロセスを行う。この後処理プロセスでは、図４に示すエッチング装置６０を用いて、等方性ドライエッチングを行う。具体的には、チャンバ６１に導入するＣｌ２およびＡｒの混合ガスの流量を増加させ、また排気手段におけるコンダクタンスバルブの開度を絞ることにより、チャンバ６１内の反応ガスの圧力を１０〜１００Ｐａ程度に高める。
【００２８】
そして、パルス信号発生手段６３ａをＯＦＦにしたまま、バイアス印加用ＲＦ電源６３からの投入電力を低下させる。これにより、電極６２から基板５に対して小さなバイアスを連続的に印加する。一方、プラズマ発生用ＲＦ電源６９からの投入電力を５００〜７００Ｗに維持した状態で、パルス信号発生手段６９ａをＯＮにする。一例を挙げれば、パルス信号の周波数は１００〜１０００Ｈｚ程度とし、ｄｕｔｙ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）は１：１とする。これにより、ＲＦアンテナ６８から高周波電力を間歇的に印加して、チャンバ６１内でプラズマを間歇的に発生させる。
【００２９】
プラズマがＯＦＦの間は、図３（ａ）に示すように、反応ガスが励起されないが、塩素ガスの分子９２ａが凹部２０の内面に等方的に吸着される。そして、吸着された塩素ガスが付着物２２を構成する遷移金属等と反応して、遷移金属の塩化物が形成される。
プラズマがＯＮになると、図３（ｂ）に示すように、反応ガスが励起されてラジカルやイオン等が生成される。基板にはバイアスが印加されているので、生成されたアルゴンイオン９４が加速されて、直接的に凹部２０の側壁に衝突する。また、凹部２０の底面で反跳したアルゴンイオンや、底面への衝突で電荷を失って反跳した中性アルゴン原子が、間接的に凹部２０の側壁に衝突する。これらの衝撃によって、凹部２０の側壁に形成された遷移金属の塩化物が雰囲気中に離脱する。これにより、凹部２０の側壁の付着物２２が除去される。
【００３０】
そして、プラズマを間歇的に印加することにより、凹部への塩素ガスの吸着、塩化物の形成、およびアルゴンの衝突による塩化物の離脱が繰り返される。ここでは、塩素ガスが等方的に吸着されるので、垂直方向、横方向ともほぼ同じエッチング速度で削れる、いわゆる等方性エッチング加工となる。これにより、図３（ｃ）に示すように、凹部２０の側壁への付着物を効率的に除去することができる。なお、付着物の厚さは数ｎｍと極めて薄いため、エッチングによる再付着はほとんどなく、短時聞で付着物を除去することが可能である。したがって、凹部２０の加工寸法への影響はほとんどない。
【００３１】
（純水リンス工程）
上述した後処理プロセスの後、トンネル接合膜１０ａの表面に吸着している残留塩素を除去するための純水リンスなど、通常のエッチング後処理を行う。以上により、トンネル接合素子１０が形成される。
なお、上述した主プロセスおよび後処理プロセスでは、反応ガスとしてＣｌ２を用いたが、ＢＣｌ３やＳｉＣｌ４、ＢＩ３、ＢＢｒ３、ＨＢｒ、ＳｉＦ４などのハロゲン系ガス若しくはこれらの混合ガス、またはこれらにＯ２を加えた混合ガスなどを用いてもよい。このようなハロゲン系ガスを採用すれば、主プロセスによる副生成物の蒸気圧が比較的高くなり、凹部側壁への付着量を低減することができる。
【００３２】
以上に詳述したように、本実施形態のトンネル接合素子のエッチング方法では、トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、反応ガスを導入し、トンネル接合膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、凹部側壁への付着物を除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成とした。
この構成によれば、プラズマ非発生時には、反応ガスの分子が凹部側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またプラズマ発生時には、反応ガスのイオンを凹部側壁に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、プラズマを間歇的に発生させることにより、凹部側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。その結果、トンネル接合素子におけるトンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るエッチング方法につき、図２および図５を用いて説明する。第２実施形態に係るエッチング方法は、プラズマを連続的に発生させつつバイアスを間歇的に印加する点で、バイアスを連続的に印加しつつプラズマを間歇的に発生させる第１実施形態と相違している。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
第２実施形態に係るエッチング方法でも、まず第１実施形態と同じ主プロセスを行う。すなわち、図２（ａ）に示すように、トンネル接合膜１０ａを形成する。次に図２（ｂ）に示すように、トンネル接合膜１０ａの表面にＳｉＯ２等からなるマスク９０を形成する。次に図２（ｃ）に示すように、マスク９０を介してトンネル接合膜１０ａを異方性ドライエッチングし、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成する。
【００３５】
ここで形成された凹部２０の側壁には、付着物２２が存在している。そこで第２実施形態においても、この付着物を等方性ドライエッチングにより除去する。具体的には、主プロセスに引き続き、図４に示すエッチング装置６０を用いて、付着物を除去するための後処理プロセスを行う。この後処理プロセスでは、チャンバ６１に導入するＣｌ２およびＡｒの混合ガスの流量を増加させ、また排気手段におけるコンダクタンスバルブの開度を絞ることにより、チャンバ６１内の反応ガスの圧力を１０〜１００Ｐａ程度に高める。
【００３６】
そして、プラズマ発生用ＲＦ電源６９からの投入電力を５００〜７００Ｗに維持し、パルス信号発生手段６９ａをＯＦＦにしたまま、チャンバ６１内でプラズマを連続的に発生させる。一方、バイアス印加用ＲＦ電源６３からの投入電力を低下させて、パルス信号発生手段６３ａをＯＮにする。一例を挙げれば、パルス信号の周波数は１００〜１０００Ｈｚ程度とし、ｄｕｔｙ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）は１：１とする。これにより、電極６２から基板５に対して小さなバイアスを間歇的に印加する。
【００３７】
第２実施形態では、プラズマを連続的に発生させるので、反応ガスが連続的に励起されラジカルやイオン等が生成される。
バイアスがＯＦＦの間は、図５（ａ）に示すように、励起された塩素ラジカル９２ｂや塩素イオン９２ｃおよび励起されなかった塩素ガスの分子９２ａが、凹部２０の内面に等方的に吸着される。そして、吸着された塩素ガスの分子９２ａ、ラジカル９２ｂ、およびイオン９２ｃが、付着物２２を構成する遷移金属等と反応して、遷移金属の塩化物が形成される。
バイアスがＯＮになると、図５（ｂ）に示すように、励起されたアルゴンイオン９４が加速されて、直接的に凹部２０の側壁に衝突する。また、凹部２０の底面で反跳したアルゴンイオンや、底面への衝突で電荷を失って反跳した中性アルゴン原子が、間接的に凹部２０の側壁に衝突する。これらの衝撃により、凹部２０の側壁に形成された遷移金属の塩化物が雰囲気中に離脱する。これにより、凹部２０の側壁の付着物２２が除去される。
【００３８】
そして、バイアスを間歇的に印加することにより、凹部への塩素ガス等の吸着、塩化物の形成、およびアルゴンの衝突による塩化物の離脱が繰り返される。ここでは、塩素ガス等が等方的に吸着されるので、垂直方向、横方向ともほぼ同じエッチング速度で削れる、いわゆる等方性エッチング加工となる。これにより、図３（ｃ）に示すように、凹部２０の側壁への付着物を効率的に除去することができる。なお、付着物の厚さは数ｎｍと極めて薄いため、エッチングによる再付着はほとんどなく、短時聞で付着物を除去することが可能である。したがって、凹部２０の加工寸法への影響はほとんどない。
【００３９】
その後、第１実施形態と同様に、トンネル接合膜１０ａの表面に吸着している残留塩素を除去するための純水リンスなど、通常のエッチング後処理を行う。以上により、トンネル接合素子１０が形成される。
なお、上述した主プロセスおよび後処理プロセスでは、反応ガスとしてＣｌ２を用いたが、ＢＣｌ３やＳｉＣｌ４、ＢＩ３、ＢＢｒ３、ＨＢｒ、ＳｉＦ４などのハロゲン系ガス若しくはこれらの混合ガス、またはこれらにＯ２を加えた混合ガスなどを用いてもよい。
【００４０】
以上に詳述したように、第２実施形態に係るエッチング方法では、反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、トンネル接合膜にバイアスを間歇的に印加して、凹部側壁への付着物を除去する等方性ドライエッチング工程を有する構成とした。
この構成によれば、バイアス非印加時には、反応ガスの分子やラジカル、イオン等が凹部側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またバイアス印加時には、反応ガスのイオンを凹部側壁に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、バイアスを間歇的に印加することにより、凹部側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。その結果、トンネル接合素子におけるトンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００４１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００４２】
例えば、上記各実施形態ではプラズマまたはバイアスの一方を連続的に発生させ他方を間歇的に発生させたが、両方を間歇的に発生させてもよい。また、上記各実施形態では異方性ドライエッチング工程に続けて同じ装置を用いて等方性ドライエッチング工程を行ったが、それぞれを異なる装置で行ってもよい。その際、工程間の基板搬送を真空下で行うことにより、大気からの水分の吸着による基板の腐食を防止することができる。また、上記各実施形態では等方性ドライエッチング工程において印加するバイアスを異方性ドライエッチング工程より小さくしたが、同等のバイアスを印加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】トンネル接合素子およびＭＲＡＭの概略構成図である。
【図２】トンネル接合素子のエッチング方法の説明図である。
【図３】第１実施形態に係るエッチング方法の説明図である。
【図４】エッチング装置の概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係るエッチング方法の説明図である。
【図６】導電性物質が付着したトンネル接合素子の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ａ‥トンネル接合膜 ２０‥凹部 ２２‥付着物 ９２ａ‥反応ガス分子 ９４‥反応ガスイオン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）半導体デバイスや磁気記録ヘッドなどに用いられる、ＴＭＲ（Tunneling Magnetro-Resistive；トンネル磁気抵抗）やＭＴＪ（Metal Tunneling junction）等の、トンネルバリア層を有するトンネル接合素子の製造に好適な、エッチング方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ半導体デバイスや磁気記録ヘッドなどには、ＴＭＲやＭＴＪなどと呼ばれるトンネルバリア層を有するトンネル接合素子が用いられている。
図６は、トンネル接合素子の側面断面図である。トンネル接合素子１０は、磁性層（固定層）１４、トンネルバリア層１５、磁性層（フリー層）１６等を順次積層したトンネル接合膜１０ａから形成される。このトンネルバリア層１５は、アルミナ等の電気絶縁性材料で構成されている。また、固定層１４の面内における磁化方向は一定に保持され、フリー層１６の面内における磁化方向は外部磁場の向きによって反転しうるようになっている。これら固定層１４およびフリー層１６の磁化方向が平行か反平行かによって、トンネル接合素子１０の抵抗値が異なるので、トンネル接合素子１０の厚さ方向に電圧を印加した場合に、トンネルバリア層１５を流れる電流の大きさが異なることになる（ＴＭＲ効果）。そこで、この電流値を検出することにより、「１」または「０」を読み出すことができるようになっている。また、フリー層１６と固定層１４との積層順序を逆にしている素子構造も多い。
【０００３】
このようなトンネル接合素子１０の形成は、トンネル接合膜１０ａをエッチングして、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成することによって行う。そのエッチングには、Ａｒ等のイオンミリングや、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）等が採用されている。そのＲＩＥには、塩素ガス（Ｃｌ２）、臭素ガス（Ｂｒ２）、ヨウ素ガス（Ｉ２）、フッ素ガス（Ｆ２）や、それらの化合物ガスなど、ハロゲン系のガスが反応ガスとして利用されている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１／０８４５７０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トンネル接合膜１０ａをエッチングして凹部２０を形成すると、エッチングにより除去された磁性元素のハロゲン化合物を主体とする物質が、凹部２０の側壁に付着することになる。この付着物２２は導電性を有するので、電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層１５のショートが発生するという問題がある。なお、上述したトンネルバリア層１５を流れる電流は微量であり、ＴＭＲ効果を利用するには、固定層１４とフリー層１６との間に大きな短絡電流が流れないことが前提となる。そのため、導電性付着物２２が存在するとトンネル接合素子１０として機能しなくなり、トンネル接合素子１０のエッチング加工において大きな課題となっている。
【０００５】
この付着物２２を取り除くため、特許文献１に示すように、酸素ガスによるアッシングや純水洗浄など、いろいろなエッチング後処理が試みられてきた。しかしながら、この付着物２２は、蒸気圧が低く水に難溶性な磁性元素のハロゲン化合物を主体としているため、上述した方法では必ずしも上手く除去できなかった。
【０００６】
この点、異方性ドライエッチングによる凹部の形成に続けて、凹部側壁への付着物を等方性ドライエッチングにより除去できれば、トンネル接合素子を効率的に製造することができる。そこで、付着物を確実に除去することが可能な、等方性ドライエッチング方法および装置の開発が望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、付着物を確実に除去することが可能なエッチング方法および装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のエッチング方法は、反応ガスを導入し、機能膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とする。
この構成によれば、プラズマ非発生時には、反応ガスの分子が機能膜に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またプラズマ発生時には、反応ガスのイオンを機能膜に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、プラズマを間歇的に発生させることにより、機能膜への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【０００８】
また、本発明の他のエッチング方法は、反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、機能膜にバイアスを間歇的に印加して、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とする。
この構成によれば、バイアス非印加時には、反応ガスのラジカル等が機能膜に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またバイアス印加時には、反応ガスのイオンを機能膜に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、バイアスを間歇的に印加することにより、機能膜への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【０００９】
また、前記機能膜に所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、前記凹部の内面への付着物を上述したエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成としてもよい。
この構成によれば、凹部の側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【００１０】
また、トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して、所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、前記凹部の側壁への導電性付着物を、上述したエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成としてもよい。
この構成によれば、凹部の側壁への導電性付着物を確実かつ効率的に除去して、トンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００１１】
一方、本発明のエッチング装置は、エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記基板にバイアスを連続的に印加しうるバイアス印加手段と、前記チャンバ内でプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、基板への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【００１２】
また、本発明の他のエッチング装置は、エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記チャンバ内でプラズマを連続的に発生させうるプラズマ発生手段と、前記基板にバイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、基板への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
（第１実施形態）
最初に、第１実施形態について説明する。
図２および図３は、第１実施形態に係るエッチング方法の工程図である。第１実施形態に係るエッチング方法は、図２（ｃ）に示すように、トンネル接合膜１０ａのトンネルバリア層１５を貫通して所定パターンの凹部２０を形成する異方性ドライエッチング工程と、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、反応ガスを導入し、トンネル接合膜１０ａにバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、凹部２０の側壁への付着物２２を除去する等方性ドライエッチング工程と、を有するものである。
【００１５】
（トンネル接合素子、ＭＲＡＭ）
図１（ａ）は、トンネル接合素子の側面断面図である。トンネル接合素子１０は、ＰｔＭｎやＩｒＭｎ等からなる反強磁性層（不図示）、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等からなる磁性層（固定層）１４、ＡｌＯ（アルミナ）等からなるトンネルバリア層１５、およびＮｉＦｅやＣｏＦｅ等からなる磁性層（フリー層）１６を主として構成されている。実際には、上記以外の機能層も積層されて、１５層程度の多層構造になっている。なお、トンネル接合素子１０の断面は、図１（ａ）に示すような長方形状に限られず、台形状であってもよい。また、フリー層の厚さを固定層の厚さより薄く形成すれば、膜厚差を利用した保磁力差型のトンネル接合素子を形成することができる。
【００１６】
図１（ｂ）は、トンネル接合素子を用いたＭＲＡＭの概略構成図である。ＭＲＡＭ１００は、ＭＯＳＦＥＴ１１０およびトンネル接合素子１０を、基板５上にマトリクス状に整列配置して構成されている。上述したトンネル接合素子１０の上端部はビット線１０２に接続され、その下端部はＭＯＳＦＥＴ１１０のソース電極またはドレイン電極に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ１１０のゲート電極は、読み出し用ワード線１０４に接続されている。一方、トンネル接合素子１０の下方には、書き換え用ワード線１０６が配置されている。
【００１７】
図１に示すトンネル接合素子１０では、固定層１４の磁化方向は一定に保持され、フリー層１６の磁化方向は反転しうるようになっている。これら固定層１４およびフリー層１６の磁化方向が平行か反平行かによって、トンネル接合素子１０の抵抗値が異なるので、トンネル接合素子１０の厚さ方向に電圧を印加した場合に、トンネルバリア層１５を流れる電流の大きさが異なることになる（ＴＭＲ効果）。そこで、読み出し用ワード線１０４によりＭＯＳＦＥＴ１１０をＯＮにして、その電流値を測定することにより、「１」または「０」を読み出すことができるようになっている。
また、書き換え用ワード線１０４に電流を供給して、その周囲に磁場を発生させれば、フリー層１６の磁化方向を反転させることができる。これにより、「１」または「０」を書き換えることができるようになっている。
【００１８】
なお、固定層１４およびフリー層１６の磁化方向の組み合わせによるトンネル接合素子１０の抵抗値の差は、一般的に非常に小さくなる。この抵抗値の微差を検出するには、アルミナ等の電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層１５の抵抗値を極力小さくする必要がある。そのため、トンネルバリア層１５の厚さは、酸化前の金属アルミニウムの厚さで８〜１２オングストロームと非常に薄く形成されている。
【００１９】
（エッチング方法）
次に、トンネル接合膜をエッチングしてトンネル接合素子を形成する方法につき、図２および図３を用いて説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、トンネル接合膜１０ａを形成する。このトンネル接合膜１０ａの形成は、スパッタ法等によって行うことが可能である。
次に、図２（ｂ）に示すように、トンネル接合膜１０ａの表面に、ＳｉＯ２等からなるマスク９０を形成する。なおマスク９０の形成方法は省略する。
【００２１】
（異方性エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、マスク９０を介してトンネル接合膜１０ａを異方性ドライエッチングし、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成する。このエッチングは、以下に説明するエッチング装置において行う。
【００２２】
図４は、エッチング装置の概略構成図である。以下には、誘導結合方式（Inductive Coupling Plasma；ＩＣＰ）の反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）装置を例にして説明する。このエッチング装置６０は、チャンバ６１への反応ガスの供給手段と、チャンバ６１の内部ガスの排気手段とを備えている。また、チャンバ６１の外部上方にＲＦアンテナ６８が設けられ、そのＲＦアンテナ６８にプラズマ発生用ＲＦ電源６９が接続されている。さらに、チャンバ６１の内部下方に基板５を載置する電極６２が設けられ、その電極６２にバイアス印加用ＲＦ電源６３が接続されている。
【００２３】
これに加えて、エッチング装置６０は、チャンバ６１においてプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段を備えている。具体的には、プラズマ発生用ＲＦ電源６９にパルス信号発生手段６９ａが接続されて、ＲＦアンテナ６８から高周波電力を間歇的に印加しうるようになっている。また、エッチング装置６０は、基板５に対して高周波バイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段を備えている。具体的には、バイアス印加用ＲＦ電源６３にパルス信号発生手段６３ａが接続されて、電極６２から高周波バイアスを間歇的に印加しうるようになっている。
【００２４】
そして、上記のようにトンネル接合膜およびマスクを形成した基板５を、エッチング装置６０におけるチャンバ６１内の電極６２上に載置する。次に、チャンバ６１内に反応ガスとしてＣｌ２およびＡｒの混合ガスを導入する。そして、ＲＦアンテナ６８によりチャンバ６１内にプラズマを発生させ、トンネル接合膜のエッチングを開始する。そのエッチングプロセスの代表的な条件は、反応ガスの圧力が０．１〜１０Ｐａ、プラズマを発生させるためのＲＦアンテナ６８への投入電力が５００〜７００Ｗ、基板５に高周波バイアスを印加するための電極６２への投入電力が５０〜１００Ｗである。ここでは、パルス信号発生手段６９ａ，６３ａをいずれもＯＦＦにして、電源６９，６３から高周波電力を連続的に印加する。
【００２５】
チャンバ内に発生したプラズマにより、反応ガスのラジカルやイオン等が生成される。そして、電極６２により基板５に高周波バイアスを印加すれば、図２（ｃ）に示すように、生成されたイオンを加速してトンネル接合膜１０ａに衝突させることが可能になり、化学・物理エッチングが行われる。上述したエッチング条件では、この化学・物理エッチングが支配的となる。すなわち、主に基板の垂直方向にエッチングが行われ、横方向にはほとんど削れない、いわゆる異方性エッチングとなる。本実施形態では、この異方性エッチングによる加工を主プロセスと呼ぶ。
この主プロセスにより、図２（ｃ）に示すように、マスク９０の開口部の下方に所定パターンの凹部２０が形成される。その後、マスク９０を除去する。
【００２６】
（等方性エッチング工程）
ここで形成された凹部２０の側壁には、付着物２２が存在している。この付着物２２は、主プロセスによる副生成物であって、蒸気圧が低い磁性元素のハロゲン化合物等で構成されている。この化合物は導電性を有することから、電気絶縁性材料からなるトンネルバリア層のショートが発生し、トンネル接合素子が機能しなくなるおそれがある。
【００２７】
そこで、主プロセスに引き続き、この付着物を除去するための後処理プロセスを行う。この後処理プロセスでは、図４に示すエッチング装置６０を用いて、等方性ドライエッチングを行う。具体的には、チャンバ６１に導入するＣｌ２およびＡｒの混合ガスの流量を増加させ、また排気手段におけるコンダクタンスバルブの開度を絞ることにより、チャンバ６１内の反応ガスの圧力を１０〜１００Ｐａ程度に高める。
【００２８】
そして、パルス信号発生手段６３ａをＯＦＦにしたまま、バイアス印加用ＲＦ電源６３からの投入電力を低下させる。これにより、電極６２から基板５に対して小さなバイアスを連続的に印加する。一方、プラズマ発生用ＲＦ電源６９からの投入電力を５００〜７００Ｗに維持した状態で、パルス信号発生手段６９ａをＯＮにする。一例を挙げれば、パルス信号の周波数は１００〜１０００Ｈｚ程度とし、ｄｕｔｙ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）は１：１とする。これにより、ＲＦアンテナ６８から高周波電力を間歇的に印加して、チャンバ６１内でプラズマを間歇的に発生させる。
【００２９】
プラズマがＯＦＦの間は、図３（ａ）に示すように、反応ガスが励起されないが、塩素ガスの分子９２ａが凹部２０の内面に等方的に吸着される。そして、吸着された塩素ガスが付着物２２を構成する遷移金属等と反応して、遷移金属の塩化物が形成される。
プラズマがＯＮになると、図３（ｂ）に示すように、反応ガスが励起されてラジカルやイオン等が生成される。基板にはバイアスが印加されているので、生成されたアルゴンイオン９４が加速されて、直接的に凹部２０の側壁に衝突する。また、凹部２０の底面で反跳したアルゴンイオンや、底面への衝突で電荷を失って反跳した中性アルゴン原子が、間接的に凹部２０の側壁に衝突する。これらの衝撃によって、凹部２０の側壁に形成された遷移金属の塩化物が雰囲気中に離脱する。これにより、凹部２０の側壁の付着物２２が除去される。
【００３０】
そして、プラズマを間歇的に印加することにより、凹部への塩素ガスの吸着、塩化物の形成、およびアルゴンの衝突による塩化物の離脱が繰り返される。ここでは、塩素ガスが等方的に吸着されるので、垂直方向、横方向ともほぼ同じエッチング速度で削れる、いわゆる等方性エッチング加工となる。これにより、図３（ｃ）に示すように、凹部２０の側壁への付着物を効率的に除去することができる。なお、付着物の厚さは数ｎｍと極めて薄いため、エッチングによる再付着はほとんどなく、短時聞で付着物を除去することが可能である。したがって、凹部２０の加工寸法への影響はほとんどない。
【００３１】
（純水リンス工程）
上述した後処理プロセスの後、トンネル接合膜１０ａの表面に吸着している残留塩素を除去するための純水リンスなど、通常のエッチング後処理を行う。以上により、トンネル接合素子１０が形成される。
なお、上述した主プロセスおよび後処理プロセスでは、反応ガスとしてＣｌ２を用いたが、ＢＣｌ３やＳｉＣｌ４、ＢＩ３、ＢＢｒ３、ＨＢｒ、ＳｉＦ４などのハロゲン系ガス若しくはこれらの混合ガス、またはこれらにＯ２を加えた混合ガスなどを用いてもよい。このようなハロゲン系ガスを採用すれば、主プロセスによる副生成物の蒸気圧が比較的高くなり、凹部側壁への付着量を低減することができる。
【００３２】
以上に詳述したように、本実施形態のトンネル接合素子のエッチング方法では、トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、反応ガスを導入し、トンネル接合膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、凹部側壁への付着物を除去する等方性ドライエッチング工程と、を有する構成とした。
この構成によれば、プラズマ非発生時には、反応ガスの分子が凹部側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またプラズマ発生時には、反応ガスのイオンを凹部側壁に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、プラズマを間歇的に発生させることにより、凹部側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。その結果、トンネル接合素子におけるトンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るエッチング方法につき、図２および図５を用いて説明する。第２実施形態に係るエッチング方法は、プラズマを連続的に発生させつつバイアスを間歇的に印加する点で、バイアスを連続的に印加しつつプラズマを間歇的に発生させる第１実施形態と相違している。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
第２実施形態に係るエッチング方法でも、まず第１実施形態と同じ主プロセスを行う。すなわち、図２（ａ）に示すように、トンネル接合膜１０ａを形成する。次に図２（ｂ）に示すように、トンネル接合膜１０ａの表面にＳｉＯ２等からなるマスク９０を形成する。次に図２（ｃ）に示すように、マスク９０を介してトンネル接合膜１０ａを異方性ドライエッチングし、トンネルバリア層１５を貫通する所定パターンの凹部２０を形成する。
【００３５】
ここで形成された凹部２０の側壁には、付着物２２が存在している。そこで第２実施形態においても、この付着物を等方性ドライエッチングにより除去する。具体的には、主プロセスに引き続き、図４に示すエッチング装置６０を用いて、付着物を除去するための後処理プロセスを行う。この後処理プロセスでは、チャンバ６１に導入するＣｌ２およびＡｒの混合ガスの流量を増加させ、また排気手段におけるコンダクタンスバルブの開度を絞ることにより、チャンバ６１内の反応ガスの圧力を１０〜１００Ｐａ程度に高める。
【００３６】
そして、プラズマ発生用ＲＦ電源６９からの投入電力を５００〜７００Ｗに維持し、パルス信号発生手段６９ａをＯＦＦにしたまま、チャンバ６１内でプラズマを連続的に発生させる。一方、バイアス印加用ＲＦ電源６３からの投入電力を低下させて、パルス信号発生手段６３ａをＯＮにする。一例を挙げれば、パルス信号の周波数は１００〜１０００Ｈｚ程度とし、ｄｕｔｙ比（ＯＮ／ＯＦＦの時間比）は１：１とする。これにより、電極６２から基板５に対して小さなバイアスを間歇的に印加する。
【００３７】
第２実施形態では、プラズマを連続的に発生させるので、反応ガスが連続的に励起されラジカルやイオン等が生成される。
バイアスがＯＦＦの間は、図５（ａ）に示すように、励起された塩素ラジカル９２ｂや塩素イオン９２ｃおよび励起されなかった塩素ガスの分子９２ａが、凹部２０の内面に等方的に吸着される。そして、吸着された塩素ガスの分子９２ａ、ラジカル９２ｂ、およびイオン９２ｃが、付着物２２を構成する遷移金属等と反応して、遷移金属の塩化物が形成される。
バイアスがＯＮになると、図５（ｂ）に示すように、励起されたアルゴンイオン９４が加速されて、直接的に凹部２０の側壁に衝突する。また、凹部２０の底面で反跳したアルゴンイオンや、底面への衝突で電荷を失って反跳した中性アルゴン原子が、間接的に凹部２０の側壁に衝突する。これらの衝撃により、凹部２０の側壁に形成された遷移金属の塩化物が雰囲気中に離脱する。これにより、凹部２０の側壁の付着物２２が除去される。
【００３８】
そして、バイアスを間歇的に印加することにより、凹部への塩素ガス等の吸着、塩化物の形成、およびアルゴンの衝突による塩化物の離脱が繰り返される。ここでは、塩素ガス等が等方的に吸着されるので、垂直方向、横方向ともほぼ同じエッチング速度で削れる、いわゆる等方性エッチング加工となる。これにより、図３（ｃ）に示すように、凹部２０の側壁への付着物を効率的に除去することができる。なお、付着物の厚さは数ｎｍと極めて薄いため、エッチングによる再付着はほとんどなく、短時聞で付着物を除去することが可能である。したがって、凹部２０の加工寸法への影響はほとんどない。
【００３９】
その後、第１実施形態と同様に、トンネル接合膜１０ａの表面に吸着している残留塩素を除去するための純水リンスなど、通常のエッチング後処理を行う。以上により、トンネル接合素子１０が形成される。
なお、上述した主プロセスおよび後処理プロセスでは、反応ガスとしてＣｌ２を用いたが、ＢＣｌ３やＳｉＣｌ４、ＢＩ３、ＢＢｒ３、ＨＢｒ、ＳｉＦ４などのハロゲン系ガス若しくはこれらの混合ガス、またはこれらにＯ２を加えた混合ガスなどを用いてもよい。
【００４０】
以上に詳述したように、第２実施形態に係るエッチング方法では、反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、トンネル接合膜にバイアスを間歇的に印加して、凹部側壁への付着物を除去する等方性ドライエッチング工程を有する構成とした。
この構成によれば、バイアス非印加時には、反応ガスの分子やラジカル、イオン等が凹部側壁に等方的に吸着して、揮発性化合物が形成される。またバイアス印加時には、反応ガスのイオンを凹部側壁に衝突させて、揮発性化合物を離脱させることができる。このように、バイアスを間歇的に印加することにより、凹部側壁への付着物を確実かつ効率的に除去することができる。その結果、トンネル接合素子におけるトンネルバリア層のショートを防止することができる。
【００４１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００４２】
例えば、上記各実施形態ではプラズマまたはバイアスの一方を連続的に発生させ他方を間歇的に発生させたが、両方を間歇的に発生させてもよい。また、上記各実施形態では異方性ドライエッチング工程に続けて同じ装置を用いて等方性ドライエッチング工程を行ったが、それぞれを異なる装置で行ってもよい。その際、工程間の基板搬送を真空下で行うことにより、大気からの水分の吸着による基板の腐食を防止することができる。また、上記各実施形態では等方性ドライエッチング工程において印加するバイアスを異方性ドライエッチング工程より小さくしたが、同等のバイアスを印加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】トンネル接合素子およびＭＲＡＭの概略構成図である。
【図２】トンネル接合素子のエッチング方法の説明図である。
【図３】第１実施形態に係るエッチング方法の説明図である。
【図４】エッチング装置の概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係るエッチング方法の説明図である。
【図６】導電性物質が付着したトンネル接合素子の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ａ‥トンネル接合膜 ２０‥凹部 ２２‥付着物 ９２ａ‥反応ガス分子 ９４‥反応ガスイオン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを導入し、機能膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、機能膜にバイアスを間歇的に印加して、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項３】
前記機能膜に所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、
前記凹部の内面への付着物を、請求項１または請求項２に記載のエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して、所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、
前記凹部の側壁への導電性付着物を、請求項１または請求項２に記載のエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記基板にバイアスを連続的に印加しうるバイアス印加手段と、前記チャンバ内でプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項６】
エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記チャンバ内でプラズマを連続的に発生させうるプラズマ発生手段と、前記基板にバイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項１】
反応ガスを導入し、機能膜にバイアスを連続的に印加しつつ、プラズマを間歇的に発生させて、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
反応ガスを導入し、プラズマを連続的に発生させつつ、機能膜にバイアスを間歇的に印加して、前記機能膜のエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項３】
前記機能膜に所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、
前記凹部の内面への付着物を、請求項１または請求項２に記載のエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
トンネル接合膜のトンネルバリア層を貫通して、所定パターンの凹部を形成する異方性ドライエッチング工程と、
前記凹部の側壁への導電性付着物を、請求項１または請求項２に記載のエッチング方法により除去する等方性ドライエッチング工程と、
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記基板にバイアスを連続的に印加しうるバイアス印加手段と、前記チャンバ内でプラズマを間歇的に発生させうるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項６】
エッチング対象の基板を配置するチャンバと、前記チャンバに反応ガスを導入する反応ガス供給手段と、前記チャンバ内でプラズマを連続的に発生させうるプラズマ発生手段と、前記基板にバイアスを間歇的に印加しうるバイアス印加手段とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１６５０３２（Ｐ２００６−１６５０３２Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４９７３５（Ｐ２００４−３４９７３５）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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