磁気抵抗効果素子の製造方法
【課題】真空中で行われるドライエッチングの微細加工の製造工程に特別な変更を加えることなく微細加工時に使用されるマスク材を二重に重ねて積層することで、製造工程中必然的に含まれる酸化過程により保護層の最表層に酸化層が形成されたとしても、ＭＲ比の低下を防止し、磁気抵抗効果素子としての性能を高く保持することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁気抵抗効果素子のドライエッチング方法であって、Ｔａからなる第１のマスクの下層にＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｉｒ、及びＲｅのいずれか１つである第２のマスクを二重に積層する方法である。
【解決手段】少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁気抵抗効果素子のドライエッチング方法であって、Ｔａからなる第１のマスクの下層にＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｉｒ、及びＲｅのいずれか１つである第２のマスクを二重に積層する方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、特に、ＭＲ比の低下を防止するのに適した磁気抵抗効果素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ並みの集積密度でＳＲＡＭ並みの高速性を持ち、かつ無制限に書き換え可能なメモリとして注目されている集積化磁気メモリであるＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）および磁気ヘッドには、例えばＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を生じさせる、主に数ｎｍ程度の非磁性または磁性の薄膜で積層された構成がある（以下「ＴＭＲ素子」という）。
【０００３】
このＴＭＲ素子を構成する複数の磁性膜の各々については、個別にスパッタリングを利用して成膜が行われ、絶縁層については金属の酸化反応を利用して成膜が行われる。
【０００４】
ＴＭＲ素子の基本構造を図５に示す。ＴＭＲ素子１０１の基本構造は、前述の通り、絶縁層１０２の両側を強磁性層１０３，１０４で挟んだ構造となっている。強磁性層１０３，１０４のそれぞれで、矢印１０３ａ，１０４ａは磁化の方向を示している。図６は、ＴＭＲ素子１０１に対して電源１０５によって電圧Ｖを印加したときのＴＭＲ素子１０１における抵抗状態を説明するためのものである。印加される電圧Ｖに応じてＴＭＲ素子１０１は、強磁性層１０３，１０４のそれぞれの磁化の状態に応じて抵抗値を変えるという特性を有している。そして、図６の（Ａ）に示されるように強磁性層１０３，１０４の磁化の方向が同一のときにはＴＭＲ素子１０１の抵抗値は最小となり、図６の（Ｂ）に示されるように、強磁性層１０３，１０４の磁化の方向が反対のときにはＴＭＲ素子１０１の抵抗値は最大となる。ＴＭＲ素子１０１の最小抵抗値はＲminで表し、ＴＭＲ素子１０１の最大抵抗値はＲmaxで表すものとする。ここで、一般に、センス電流を素子膜面に対して平行に流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）型の構造と、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）型の構造とがあるが、図５および図６は、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の一例となる。
【０００５】
上記ＴＭＲ素子１０１に関しては下記の「ＭＲ比（Ｍａｇｎｅｔｏｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）」が定義される。
【０００６】
ＭＲ比＝（Ｒmax−Ｒmin）／Ｒmin …（１）
【０００７】
次に、上記のような多層構造および抵抗特性を有するＴＭＲ素子に関して、ＭＲ比の特性劣化の観点で、従来の製造方法とその問題点を説明する。
【０００８】
ＭＲＡＭや磁気ヘッドに内蔵されるＴＭＲ素子のごとき磁気抵抗効果素子は、製造工程上微細化の加工が行われ、例えばＴＭＲ素子を構成する上記磁性層をエッチングするとき、エッチングガスとして一酸化炭素と窒素化合物（例えばＮＨ3：アンモニア）の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）や水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）等が使用される。このとき、有機系材料であるレジストマスクを利用してエッチングを行うと、選択比がとれず、微細加工を行うことができないため、磁性膜に対して選択比がとれるＴａ，ＴｉなどをハードマスクとしてＲＩＥ等によるエッチングを行うようにしている。特にＴａはもともとＴＭＲ素子を構成する薄膜材料として使用されており、他の磁性材料と同一の工程上にあるスパッタリング法で積層することができる利点がある（特許文献１，２，３参照）。
【０００９】
しかしながら、ＴａやＴｉなどをハードマスクとして前述の各ガスにてエッチングを行うと、ガス中に含まれる酸素がハードマスクの表面と反応を起こし、ハードマスクの最表層に酸化膜を形成することになる。この状態を図７を参照して説明する。図７は、ハードマスクを形成する層としてＴａ層１１１を備えたＴＭＲ素子１０１の従来のドライエッチングのプロセス（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示している。ＴＭＲ素子１０１において、特に、１１２は基板、１１３は下部電極である。
【００１０】
図７で、（Ａ）の状態では、レジスト１１４を用いてＴａ層１１１をエッチングし、Ｔａ層１１１のハードマスクを作ろうとするところである。（Ｂ）の状態ではその結果としてＴａ層１１１によるハードマスク１１１ａが形成されている。（Ｂ）では、次にハードマスクとしてのＴａ層１１１ａを用いてＴＭＲ素子を構成する各層に対してエッチングしようとする。このとき前述のガスが使用される。（Ｃ）では、ＴＭＲ素子１０１がＴａ層１１１ａをハードマスクとしてエッチングされた状態の一例が示される。この例では、フリー層１１５とバリア層１１６がエッチングされ、かつフリー層１１５の上にはハードマスクとしてのＴａ層１１１ａが数十Åの厚みで残存している。
【００１１】
上記のごとく従来のドライエッチング方法では、最終的にＴＭＲ素子１０１の最上層にハードマスクであったＴａ層１１１ａを表層に残すことになる。その後、真空中であるドライエッチング装置内で微細加工を終えたＴＭＲ素子１０１は一旦ドライエッチング装置の外、つまり大気に晒される状態になり、従ってＴＭＲ素子１０１は大気中に含まれる酸素に触れる環境に置かれることになる。そのため、エッチングのハードマスクとして用いたＴａ層をすべて除去せずに残すことで、磁性層の酸化などを保護する保護層の役割を持たせるようにしている。その結果、残存したハードマスクとしてのＴａ層１１１ａの最表層は、たとえ前述のような酸素原子を含むエッチングガスを使用しない場合でも、真空中の微細加工から大気中へ開放する製造工程上、必然的に大気中の酸素と反応を起こし、ハードマスクが酸素と接する最表層には酸化膜（または酸化層）１１７が形成されることになる。
【００１２】
しかしながらＴａ層１１１ａの最表層で酸化膜１１７が形成されると、その酸化膜１１７は絶縁層になる。ＴＭＲ素子１０１の最表層で絶縁層が形成されると、寄生抵抗分が生じてしまうため、前述したＭＲ比が低下することになる。このＭＲ比の低下は、センス電流を素子膜面に対して平行方向に流すＣＩＰ型に比べ、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ型、つまり図７のようなＴＭＲ素子の方が顕著である。そのため、ＭＲ比の低下を防止するにはＴａ層１１１ａの最表層の酸化膜１１７を除去することが必要となるが、前述のようにエッチングによる微細加工を終えたＴＭＲ素子を一旦ドライエッチング装置の外に出す際の、フリー層１１５を大気中酸素から保護する必要もある。この問題は、Ｔａの代わりにＴｉをハードマスクとして使用する場合にも同様に起きる。
【００１３】
微細加工を終えたＴＭＲ素子は、一旦大気中に出された後、電極の形成等を行うため、次の製造工程に移される。
【００１４】
また本発明に関連する従来技術として特許文献４に開示される薄膜デバイスおよびその製造方法がある。この特許文献４の薄膜デバイスおよびその製造方法は、磁気ヘッドおよび磁気ヘッドの製造方法に関するものであり、主に目的とするところは、ＧＭＲにダメージ（エッチング）を与えずにリード電極を高選択的なドライエッチングによりパターニングすることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３１３１５９５号公報
【特許文献２】特開２００２−３８２８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４１４４号公報
【特許文献４】特開２００１−２８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、ＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子を製造する従来の方法で、ドライエッチングによる微細加工後に保護層として残したハードマスクが製造工程上酸化され、その結果、絶縁層が形成されてＭＲ比が低下し劣化してしまうのを防止するということである。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、真空中で行われるドライエッチングの微細加工の製造工程に特別な変更を加えることなく微細加工時に使用されるマスク材を二重に重ねて積層することで、製造工程中必然的に含まれる酸化過程により保護層の最表層に酸化層が形成されたとしても、ＭＲ比の低下を防止し、磁気抵抗効果素子としての性能を高く保持することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。すなわち製造工程中に形成される当該酸化層が形成された保護層を導電性酸化物から形成される層として積極的に電極層として利用することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１９】
第１の磁気抵抗効果素子の製造方法（請求項１に対応）は、少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁性抵抗効果素子の製造方法において、
最上層にＴａ層、上から２番目にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、及びＲｅ（レニウム）のいずれか１つの金属からなる保護層を設けた磁性多層膜を形成し、
レジストパターンを用いて前記Ｔａ層をエッチングして、レジストパターンを除去するとともに、Ｔａのハードマスクを形成した後、
該Ｔａのハードマスクを用いて、前記保護層及びこの保護層より下側の層を酸素原子を含むエッチングガスでエッチングし、該エッチングと共に又は該エッチングの後に、前記Ｔａのハードマスクを除去して前記保護層を最上層として露出させることを特徴とする。
【００２０】
第２の磁気抵抗効果素子の製造方法（請求項２に対応）は、上記の製造方法において、前記酸素原子を含むエッチングガスは、一酸化炭素と含窒素化合物の混合ガス、または水酸基を少なくとも１つ含むアルコール系のガスであることを特徴とする。
【００２１】
上記の磁気抵抗効果素子のうち、特にセンス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＴＭＲ素子では、そのドライエッチング装置による微細加工の過程で、保護層の最表層が、例えば酸素原子と反応したときに、絶縁物になるのではなく、導電物になり得る材料を用いて当該保護層を形成するので、ＭＲ比の低下を防止し、例えばＴＭＲ素子で形成されるＭＲＡＭや磁気ヘッド等の性能を高く保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば次の効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、ＭＲＡＭや磁気ヘッド等として使用されるＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子のドライエッチングによる微細加工を行う場合において、二重にした第二のマスク材が導電物になり得る材料であるので、第一のマスク材を完全にエッチングして完全に除去せずに残した第二のマスク材が保護層を兼ねた電極として形成されるため、良好なセンス電流が得られ、高いＭＲ比を得ることができる。
【００２４】
さらに本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、第二のマスク材をＲｕなどの導電性酸化物になり得る材料で形成することにより、所定のエッチングガスによるＲＩＥエッチングに基づく微細加工で第一のマスク材は完全に除去しその下層の第二のマスク材は完全には除去せずに保護層として残し、最表層を導電性酸化物にすることができ、これをそのまま電極として用いることができる。これにより磁気抵抗効果素子を構成する磁性材料の微細加工の後で新たに電極を形成するための成膜工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の磁気抵抗効果素子の構造例（Ａ）と、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構造例（Ｂ）を示す積層膜構造図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程でのドライエッチングプロセスを示す状態推移図である。
【図３】導電性酸化物と単体金属の抵抗率を示した表を表す図である。
【図４】実験結果で得られた、本発明のＲｕの保護層を用いた場合と従来のＴａを用いた場合とのＭＲ比特性の比較を示す図である。
【図５】ＴＭＲ素子部の基本構造を示す縦断面図である。
【図６】ＴＭＲ素子部における抵抗値の変化を説明する図である。
【図７】従来の磁気抵抗効果素子の製造工程でのドライエッチングプロセスを示し、その問題点を説明するための状態推移図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に、従来の製造工程（微細加工）中の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の構造例（Ａ）と対比させながら、本発明の実施形態に係る構造例（Ｂ）を示す。
【００２８】
従来の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）１０の構造例（Ａ）によれば、基板１１の上に下部電極１２が形成され、さらに当該下部電極１２の上に、８層の磁気抵抗効果素子を構成する多層膜が形成される。この８層の多層膜は、最下層の第１層から最上層の第８層に向かって「Ｔａ」，「ＰｔＭｎ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ」，「Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ」，「Ｔａ」 の順序で磁性膜等が積層されている。第１層（Ｔａ）は下地層であり、第２層（ＰｔＭｎ）は反強磁性層であり、第３層から第５層（Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ，Ｒｕ，Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から成る層は磁化固着層であり、第６層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ：バリア層）は絶縁層であり、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）はフリー層（磁化自由層）であり、第８層（Ｔａ）は保護層となるハードマスクである。磁化固着層と絶縁層とフリー層によってＴＭＲ素子部１３が形成される。
【００２９】
次に本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０の構造例（Ｂ）によれば、基板１１の上に下部電極１２が形成され、さらに当該下部電極１２の上に、９層の磁気抵抗効果素子を構成する多層膜が形成される。この９層の多層膜では、最下層の第１層から最上層の第９層に向かって「Ｔａ」，「ＰｔＭｎ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ」，「Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ（２００Å）」，「Ｔａ」の順序で磁性膜等が積層されている。第１層から第７層、および第９層の構成に関しては、上述した従来の磁気抵抗効果素子（Ａ）の積層構造と同じである。すなわち第１層（Ｔａ）は下地層であり、第２層（ＰｔＭｎ）は反強磁性層であり、第３層から第５層（Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ，Ｒｕ，Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から成る層は磁化固着層であり、第６層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ：バリア層）は絶縁層であり、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）はフリー層（磁化自由層）であり、第９層（Ｔａ）は保護層となる第一のハードマスクである。この磁気抵抗効果素子では、最上層の第９層のＴａはハードマスクとして使用され、磁化固着層と絶縁層とフリー層によりＴＭＲ素子部１３が形成され、第８層（Ｒｕ）と第９層（Ｔａ）により形成される。本発明の磁気抵抗効果素子によれば、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）と第９層（Ｔａ）の間に電極として使用可能な保護層として第８層にＲｕ（ルテニウム）の層１５が挿入された構造となっている点に特徴がある。保護層１５のＲｕ層の厚みは例えば２００Åである。
【００３０】
次に、図１の（Ｂ）で示した磁気抵抗効果素子２０の製造工程での真空中で行われるドライエッチングプロセスを図２を参照して説明する。
【００３１】
エッチング装置としては、ここでは１ターンのアンテナを有するＩＣＰプラズマ装置を使用し、アンテナにはプラズマ用高周波電源と連結させて高周波電力（以下、ソース電力という）を印加し、また、エッチング処理の対象物であるＴＭＲ素子部がパターニングされたウエハにはセルフバイアス電圧（以下、バイアス電力という）をそれぞれ印加した。
【００３２】
図２において、（Ａ）の状態では、レジスト２１を用いて最上層のＴａ層２２をエッチングし、Ｔａ層２２のハードマスク（第一のマスク材）を作ろうとするところである。このエッチング条件は、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．８Ｐａであり、ソース電力は５００Ｗ、バイアス電力は７０Ｗ、エッチングガスはＣＦ4でその流量は５０ｓｃｃｍ（３２６ｍｇ／ｍｉｎ）である。（Ｂ）の状態ではその結果としてＴａ層による第一のマスク材であるハードマスク２３が形成されている。（Ｂ）では、次にハードマスク２３としてのＴａ層を用いて例えば上記ＴＭＲ素子部１３の一部をエッチングしようとする。このときエッチングガスとして、例えば、一酸化炭素と窒素化合物の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）、または水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）等が使用される。エッチングガスとしてＣＯとＮＨ3の混合ガスを用いた場合のエッチング条件は、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．６Ｐａであり、ソース電力は１０００Ｗ、バイアス電力は３００Ｗ、エッチングガスとしてＣＯガスの流量は２５ｓｃｃｍ（３１．２５ｍｇ／ｍｉｎ）、ＮＨ3ガスの流量は７５ｓｃｃｍ（５７．０ｍｇ／ｍｉｎ）である。またエッチングガスとしてＣＨ3ＯＨガスを用いた場合、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．４Ｐａであり、ソース電力は１０００Ｗ、バイアス電力は２００Ｗ、エッチングガスの流量は１５ｓｃｃｍ（１８．７５ｍｇ／ｍｉｎ）である。（Ｃ）では、ＴＭＲ素子部１３がエッチングされた状態の一例が示される。この例ではフリー層２４と絶縁層（バリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）層）２５がエッチングされ、かつこのＴＭＲ素子のエッチングの後に、またはＴＭＲ素子のエッチングと共にＴａのハードマスク２３を除去し、フリー層２４の上にはＲｕの層１５が最表層として露出するようになる。
【００３３】
すなわち、Ｔａに対するＲｕの選択比は約１０であるから、保護層１５のＲｕ層の厚みが例えば２００Åである場合、第１層のＴａ（ハードマスク）を約２０Åにすることでハードマスク（Ｔａ）を残すことなく、Ｒｕ層を第二のマスク材として引き続きエッチングを行い、Ｒｕ層１５の厚みを例えば保護層としての機能に必要な厚さ数十Å残してドライエッチングプロセスが完了する。
【００３４】
なお、上記のドライエッチングプロセスにおいて、状態（Ｂ）から状態（Ｃ）のドライエッチングプロセスでは下部電極１２上のＴａの層までエッチングすることもある（Ｒｕのフリー層、バリア層およびピン層に対する選択比は１〜４程度である）。
【００３５】
ここで状態（Ｂ）から状態（Ｃ）のドライエッチングプロセスで、Ｔａのハードマスク２３の除去の方法としては２通りある。第１の除去方法は、上述のようにＴＭＲ素子のエッチングを行うときに、当該エッチングが完了したときにハードマスク２３もすべて除去されるようにハードマスク２３の膜厚を予め調整しておく方法である。第２の除去方法は、膜厚調整は行わず、ＴＭＲ素子のエッチングの完了後に改めてハードマスク２３を完全に除去するプロセスを実行する方法である。
【００３６】
磁気抵抗効果素子２０の製造工程では、図２の（Ａ）〜（Ｃ）で示されたエッチングガス中に酸素を含むドライエッチングプロセスが終了した後、さらに磁気抵抗効果素子２０が大気に晒され、大気中の酸素原子がＲｕの層である第二のマスク材１５の表面と反応して酸化物２６の層（酸化膜）が形成されることになる。この酸化物２６は、Ｒｕの特性上、導電性酸化物となる。
【００３７】
図３の表（Ａ）および表（Ｂ）のそれぞれに導電性酸化物の抵抗率［Ωｍ］と単体金属の抵抗率［Ωｍ］を示す。図３が示すように、導電性酸化物であるＲｕの酸化物ＲｕＯ2は、単体金属であるＴａとほぼ同等の抵抗率を有する。
【００３８】
従って、磁気抵抗効果素子２０のＴＭＲ素子部のドライエッチングプロセスにおいて第二のマスク材１５としてＲｕを使用し、最終的に第一のマスク２３であるＴａを完全に除去すると、その製造工程で最表層に導電性絶縁物２６の層が形成され、前述したＭＲ比の低下の原因を除去できるという利点を有する。図４は、図１と同様に基板からＴＭＲ素子部までの構成が同一な磁気抵抗効果素子を用いて、従来のようにエッチング後に保護層となる最表層にＴａを使用した場合と、本発明の実施形態のようにエッチング後にＲｕが保護層になるようにした場合とのＭＲ比特性の比較を示す。エッチング条件は、図２の実施形態で説明したように、一酸化炭素と窒素化合物の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）または水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）のいずれを使用した場合の条件でもかまわないが、エッチング後に、最終的にＴＭＲ素子部であるＦｒｅｅ Ｌａｙｅｒ上に保護層として残るＴａおよびＲｕの厚さがほぼ同じ（ここでは２０〜３０Å）になるようにした（エッチングガスはＣＨ3ＯＨガスを使用）。図４の比較で明らかなように、第二のマスク材であるＲｕ保護層として使用した方がＴａを使用する場合よりも約３倍に当る高いＭＲ比が得られた。
【００３９】
さらに、磁気抵抗効果素子２０のＴＭＲ素子部のドライエッチングプロセス中に、最終的に第一のマスク材２３のＴａを完全に除去することで、その製造工程において最表層に導電性の酸化物２６の層が形成されるため、この導電性の酸化物２６の層は上部電極として使用することができる。そのために、従来の製造工程のごとく、上部電極を形成するため新たに製造工程上に設ける必要がなくなるという利点を有する。
【００４０】
上記のごとく磁気抵抗効果素子２０の製造工程におけるＴＭＲ素子のドライエッチングプロセスでは、磁気ヘッドの第二のマスク材１５として、酸素原子と反応して導電性酸化物になり得るＲｕという材料を用いるようにしたため、ＭＲ比の低下を防止し、かつ上部電極を導電性酸化物で代用することができるという効果が発揮される。
【００４１】
上記のＲｕと同様な特性を有する他の材料としては、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｅ（レニウム）を挙げることができる。図３の表（Ａ）の２行目以降に記載される通り、Ｒｈ，Ｏｓ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｒｅの酸化物であるＲｈＯ2，ＯｓＯ2，ＮｂＯ，ＩｒＯ2，ＲｅＯ3も十分な導電性を有する導電性酸化物となる。なお図３では、比較のために、導電性を有する単体金属の抵抗率を示した表（Ｂ）を示している。
【００４２】
なお、上記の実施形態の説明では酸素原子と反応して導電性酸化物になり得る材料の例を説明したが、同様にして導電性を有する窒化物または炭化物等になり得る材料に関しても、同様に本発明の基本的な考え方を適用することができるのは勿論である。
【００４３】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ（厚さ）および配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００４４】
またエッチング装置として、いわゆる高密度プラズマ源と呼ばれるヘリコン型装置、２周波励起平行平板型プラズマ装置、マイクロ波型プラズマ装置等も利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子の製造においてＭＲ比の低下を防止するのに利用される。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 従来の磁気抵抗効果素子
１１ 基板
１２ 下部電極
１３ ＴＭＲ素子部
１５ 保護層
２０ 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、特に、ＭＲ比の低下を防止するのに適した磁気抵抗効果素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ並みの集積密度でＳＲＡＭ並みの高速性を持ち、かつ無制限に書き換え可能なメモリとして注目されている集積化磁気メモリであるＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）および磁気ヘッドには、例えばＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を生じさせる、主に数ｎｍ程度の非磁性または磁性の薄膜で積層された構成がある（以下「ＴＭＲ素子」という）。
【０００３】
このＴＭＲ素子を構成する複数の磁性膜の各々については、個別にスパッタリングを利用して成膜が行われ、絶縁層については金属の酸化反応を利用して成膜が行われる。
【０００４】
ＴＭＲ素子の基本構造を図５に示す。ＴＭＲ素子１０１の基本構造は、前述の通り、絶縁層１０２の両側を強磁性層１０３，１０４で挟んだ構造となっている。強磁性層１０３，１０４のそれぞれで、矢印１０３ａ，１０４ａは磁化の方向を示している。図６は、ＴＭＲ素子１０１に対して電源１０５によって電圧Ｖを印加したときのＴＭＲ素子１０１における抵抗状態を説明するためのものである。印加される電圧Ｖに応じてＴＭＲ素子１０１は、強磁性層１０３，１０４のそれぞれの磁化の状態に応じて抵抗値を変えるという特性を有している。そして、図６の（Ａ）に示されるように強磁性層１０３，１０４の磁化の方向が同一のときにはＴＭＲ素子１０１の抵抗値は最小となり、図６の（Ｂ）に示されるように、強磁性層１０３，１０４の磁化の方向が反対のときにはＴＭＲ素子１０１の抵抗値は最大となる。ＴＭＲ素子１０１の最小抵抗値はＲminで表し、ＴＭＲ素子１０１の最大抵抗値はＲmaxで表すものとする。ここで、一般に、センス電流を素子膜面に対して平行に流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）型の構造と、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）型の構造とがあるが、図５および図６は、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の一例となる。
【０００５】
上記ＴＭＲ素子１０１に関しては下記の「ＭＲ比（Ｍａｇｎｅｔｏｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）」が定義される。
【０００６】
ＭＲ比＝（Ｒmax−Ｒmin）／Ｒmin …（１）
【０００７】
次に、上記のような多層構造および抵抗特性を有するＴＭＲ素子に関して、ＭＲ比の特性劣化の観点で、従来の製造方法とその問題点を説明する。
【０００８】
ＭＲＡＭや磁気ヘッドに内蔵されるＴＭＲ素子のごとき磁気抵抗効果素子は、製造工程上微細化の加工が行われ、例えばＴＭＲ素子を構成する上記磁性層をエッチングするとき、エッチングガスとして一酸化炭素と窒素化合物（例えばＮＨ3：アンモニア）の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）や水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）等が使用される。このとき、有機系材料であるレジストマスクを利用してエッチングを行うと、選択比がとれず、微細加工を行うことができないため、磁性膜に対して選択比がとれるＴａ，ＴｉなどをハードマスクとしてＲＩＥ等によるエッチングを行うようにしている。特にＴａはもともとＴＭＲ素子を構成する薄膜材料として使用されており、他の磁性材料と同一の工程上にあるスパッタリング法で積層することができる利点がある（特許文献１，２，３参照）。
【０００９】
しかしながら、ＴａやＴｉなどをハードマスクとして前述の各ガスにてエッチングを行うと、ガス中に含まれる酸素がハードマスクの表面と反応を起こし、ハードマスクの最表層に酸化膜を形成することになる。この状態を図７を参照して説明する。図７は、ハードマスクを形成する層としてＴａ層１１１を備えたＴＭＲ素子１０１の従来のドライエッチングのプロセス（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示している。ＴＭＲ素子１０１において、特に、１１２は基板、１１３は下部電極である。
【００１０】
図７で、（Ａ）の状態では、レジスト１１４を用いてＴａ層１１１をエッチングし、Ｔａ層１１１のハードマスクを作ろうとするところである。（Ｂ）の状態ではその結果としてＴａ層１１１によるハードマスク１１１ａが形成されている。（Ｂ）では、次にハードマスクとしてのＴａ層１１１ａを用いてＴＭＲ素子を構成する各層に対してエッチングしようとする。このとき前述のガスが使用される。（Ｃ）では、ＴＭＲ素子１０１がＴａ層１１１ａをハードマスクとしてエッチングされた状態の一例が示される。この例では、フリー層１１５とバリア層１１６がエッチングされ、かつフリー層１１５の上にはハードマスクとしてのＴａ層１１１ａが数十Åの厚みで残存している。
【００１１】
上記のごとく従来のドライエッチング方法では、最終的にＴＭＲ素子１０１の最上層にハードマスクであったＴａ層１１１ａを表層に残すことになる。その後、真空中であるドライエッチング装置内で微細加工を終えたＴＭＲ素子１０１は一旦ドライエッチング装置の外、つまり大気に晒される状態になり、従ってＴＭＲ素子１０１は大気中に含まれる酸素に触れる環境に置かれることになる。そのため、エッチングのハードマスクとして用いたＴａ層をすべて除去せずに残すことで、磁性層の酸化などを保護する保護層の役割を持たせるようにしている。その結果、残存したハードマスクとしてのＴａ層１１１ａの最表層は、たとえ前述のような酸素原子を含むエッチングガスを使用しない場合でも、真空中の微細加工から大気中へ開放する製造工程上、必然的に大気中の酸素と反応を起こし、ハードマスクが酸素と接する最表層には酸化膜（または酸化層）１１７が形成されることになる。
【００１２】
しかしながらＴａ層１１１ａの最表層で酸化膜１１７が形成されると、その酸化膜１１７は絶縁層になる。ＴＭＲ素子１０１の最表層で絶縁層が形成されると、寄生抵抗分が生じてしまうため、前述したＭＲ比が低下することになる。このＭＲ比の低下は、センス電流を素子膜面に対して平行方向に流すＣＩＰ型に比べ、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ型、つまり図７のようなＴＭＲ素子の方が顕著である。そのため、ＭＲ比の低下を防止するにはＴａ層１１１ａの最表層の酸化膜１１７を除去することが必要となるが、前述のようにエッチングによる微細加工を終えたＴＭＲ素子を一旦ドライエッチング装置の外に出す際の、フリー層１１５を大気中酸素から保護する必要もある。この問題は、Ｔａの代わりにＴｉをハードマスクとして使用する場合にも同様に起きる。
【００１３】
微細加工を終えたＴＭＲ素子は、一旦大気中に出された後、電極の形成等を行うため、次の製造工程に移される。
【００１４】
また本発明に関連する従来技術として特許文献４に開示される薄膜デバイスおよびその製造方法がある。この特許文献４の薄膜デバイスおよびその製造方法は、磁気ヘッドおよび磁気ヘッドの製造方法に関するものであり、主に目的とするところは、ＧＭＲにダメージ（エッチング）を与えずにリード電極を高選択的なドライエッチングによりパターニングすることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３１３１５９５号公報
【特許文献２】特開２００２−３８２８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４１４４号公報
【特許文献４】特開２００１−２８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、ＴＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子を製造する従来の方法で、ドライエッチングによる微細加工後に保護層として残したハードマスクが製造工程上酸化され、その結果、絶縁層が形成されてＭＲ比が低下し劣化してしまうのを防止するということである。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、真空中で行われるドライエッチングの微細加工の製造工程に特別な変更を加えることなく微細加工時に使用されるマスク材を二重に重ねて積層することで、製造工程中必然的に含まれる酸化過程により保護層の最表層に酸化層が形成されたとしても、ＭＲ比の低下を防止し、磁気抵抗効果素子としての性能を高く保持することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。すなわち製造工程中に形成される当該酸化層が形成された保護層を導電性酸化物から形成される層として積極的に電極層として利用することができる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１９】
第１の磁気抵抗効果素子の製造方法（請求項１に対応）は、少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁性抵抗効果素子の製造方法において、
最上層にＴａ層、上から２番目にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、及びＲｅ（レニウム）のいずれか１つの金属からなる保護層を設けた磁性多層膜を形成し、
レジストパターンを用いて前記Ｔａ層をエッチングして、レジストパターンを除去するとともに、Ｔａのハードマスクを形成した後、
該Ｔａのハードマスクを用いて、前記保護層及びこの保護層より下側の層を酸素原子を含むエッチングガスでエッチングし、該エッチングと共に又は該エッチングの後に、前記Ｔａのハードマスクを除去して前記保護層を最上層として露出させることを特徴とする。
【００２０】
第２の磁気抵抗効果素子の製造方法（請求項２に対応）は、上記の製造方法において、前記酸素原子を含むエッチングガスは、一酸化炭素と含窒素化合物の混合ガス、または水酸基を少なくとも１つ含むアルコール系のガスであることを特徴とする。
【００２１】
上記の磁気抵抗効果素子のうち、特にセンス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＴＭＲ素子では、そのドライエッチング装置による微細加工の過程で、保護層の最表層が、例えば酸素原子と反応したときに、絶縁物になるのではなく、導電物になり得る材料を用いて当該保護層を形成するので、ＭＲ比の低下を防止し、例えばＴＭＲ素子で形成されるＭＲＡＭや磁気ヘッド等の性能を高く保持することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば次の効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、ＭＲＡＭや磁気ヘッド等として使用されるＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子のドライエッチングによる微細加工を行う場合において、二重にした第二のマスク材が導電物になり得る材料であるので、第一のマスク材を完全にエッチングして完全に除去せずに残した第二のマスク材が保護層を兼ねた電極として形成されるため、良好なセンス電流が得られ、高いＭＲ比を得ることができる。
【００２４】
さらに本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、第二のマスク材をＲｕなどの導電性酸化物になり得る材料で形成することにより、所定のエッチングガスによるＲＩＥエッチングに基づく微細加工で第一のマスク材は完全に除去しその下層の第二のマスク材は完全には除去せずに保護層として残し、最表層を導電性酸化物にすることができ、これをそのまま電極として用いることができる。これにより磁気抵抗効果素子を構成する磁性材料の微細加工の後で新たに電極を形成するための成膜工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の磁気抵抗効果素子の構造例（Ａ）と、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構造例（Ｂ）を示す積層膜構造図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程でのドライエッチングプロセスを示す状態推移図である。
【図３】導電性酸化物と単体金属の抵抗率を示した表を表す図である。
【図４】実験結果で得られた、本発明のＲｕの保護層を用いた場合と従来のＴａを用いた場合とのＭＲ比特性の比較を示す図である。
【図５】ＴＭＲ素子部の基本構造を示す縦断面図である。
【図６】ＴＭＲ素子部における抵抗値の変化を説明する図である。
【図７】従来の磁気抵抗効果素子の製造工程でのドライエッチングプロセスを示し、その問題点を説明するための状態推移図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に、従来の製造工程（微細加工）中の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の構造例（Ａ）と対比させながら、本発明の実施形態に係る構造例（Ｂ）を示す。
【００２８】
従来の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）１０の構造例（Ａ）によれば、基板１１の上に下部電極１２が形成され、さらに当該下部電極１２の上に、８層の磁気抵抗効果素子を構成する多層膜が形成される。この８層の多層膜は、最下層の第１層から最上層の第８層に向かって「Ｔａ」，「ＰｔＭｎ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ」，「Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ」，「Ｔａ」 の順序で磁性膜等が積層されている。第１層（Ｔａ）は下地層であり、第２層（ＰｔＭｎ）は反強磁性層であり、第３層から第５層（Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ，Ｒｕ，Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から成る層は磁化固着層であり、第６層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ：バリア層）は絶縁層であり、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）はフリー層（磁化自由層）であり、第８層（Ｔａ）は保護層となるハードマスクである。磁化固着層と絶縁層とフリー層によってＴＭＲ素子部１３が形成される。
【００２９】
次に本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０の構造例（Ｂ）によれば、基板１１の上に下部電極１２が形成され、さらに当該下部電極１２の上に、９層の磁気抵抗効果素子を構成する多層膜が形成される。この９層の多層膜では、最下層の第１層から最上層の第９層に向かって「Ｔａ」，「ＰｔＭｎ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ」，「Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ」，「Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ」，「Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ」，「Ｒｕ（２００Å）」，「Ｔａ」の順序で磁性膜等が積層されている。第１層から第７層、および第９層の構成に関しては、上述した従来の磁気抵抗効果素子（Ａ）の積層構造と同じである。すなわち第１層（Ｔａ）は下地層であり、第２層（ＰｔＭｎ）は反強磁性層であり、第３層から第５層（Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ，Ｒｕ，Ｐｉｎｎｅｄ Ｌａｙｅｒ）から成る層は磁化固着層であり、第６層（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ：バリア層）は絶縁層であり、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）はフリー層（磁化自由層）であり、第９層（Ｔａ）は保護層となる第一のハードマスクである。この磁気抵抗効果素子では、最上層の第９層のＴａはハードマスクとして使用され、磁化固着層と絶縁層とフリー層によりＴＭＲ素子部１３が形成され、第８層（Ｒｕ）と第９層（Ｔａ）により形成される。本発明の磁気抵抗効果素子によれば、第７層（Ｆｒｅｅ Ｌａｙｅｒ）と第９層（Ｔａ）の間に電極として使用可能な保護層として第８層にＲｕ（ルテニウム）の層１５が挿入された構造となっている点に特徴がある。保護層１５のＲｕ層の厚みは例えば２００Åである。
【００３０】
次に、図１の（Ｂ）で示した磁気抵抗効果素子２０の製造工程での真空中で行われるドライエッチングプロセスを図２を参照して説明する。
【００３１】
エッチング装置としては、ここでは１ターンのアンテナを有するＩＣＰプラズマ装置を使用し、アンテナにはプラズマ用高周波電源と連結させて高周波電力（以下、ソース電力という）を印加し、また、エッチング処理の対象物であるＴＭＲ素子部がパターニングされたウエハにはセルフバイアス電圧（以下、バイアス電力という）をそれぞれ印加した。
【００３２】
図２において、（Ａ）の状態では、レジスト２１を用いて最上層のＴａ層２２をエッチングし、Ｔａ層２２のハードマスク（第一のマスク材）を作ろうとするところである。このエッチング条件は、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．８Ｐａであり、ソース電力は５００Ｗ、バイアス電力は７０Ｗ、エッチングガスはＣＦ4でその流量は５０ｓｃｃｍ（３２６ｍｇ／ｍｉｎ）である。（Ｂ）の状態ではその結果としてＴａ層による第一のマスク材であるハードマスク２３が形成されている。（Ｂ）では、次にハードマスク２３としてのＴａ層を用いて例えば上記ＴＭＲ素子部１３の一部をエッチングしようとする。このときエッチングガスとして、例えば、一酸化炭素と窒素化合物の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）、または水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）等が使用される。エッチングガスとしてＣＯとＮＨ3の混合ガスを用いた場合のエッチング条件は、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．６Ｐａであり、ソース電力は１０００Ｗ、バイアス電力は３００Ｗ、エッチングガスとしてＣＯガスの流量は２５ｓｃｃｍ（３１．２５ｍｇ／ｍｉｎ）、ＮＨ3ガスの流量は７５ｓｃｃｍ（５７．０ｍｇ／ｍｉｎ）である。またエッチングガスとしてＣＨ3ＯＨガスを用いた場合、処理チャンバである真空容器の内部圧力は０．４Ｐａであり、ソース電力は１０００Ｗ、バイアス電力は２００Ｗ、エッチングガスの流量は１５ｓｃｃｍ（１８．７５ｍｇ／ｍｉｎ）である。（Ｃ）では、ＴＭＲ素子部１３がエッチングされた状態の一例が示される。この例ではフリー層２４と絶縁層（バリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）層）２５がエッチングされ、かつこのＴＭＲ素子のエッチングの後に、またはＴＭＲ素子のエッチングと共にＴａのハードマスク２３を除去し、フリー層２４の上にはＲｕの層１５が最表層として露出するようになる。
【００３３】
すなわち、Ｔａに対するＲｕの選択比は約１０であるから、保護層１５のＲｕ層の厚みが例えば２００Åである場合、第１層のＴａ（ハードマスク）を約２０Åにすることでハードマスク（Ｔａ）を残すことなく、Ｒｕ層を第二のマスク材として引き続きエッチングを行い、Ｒｕ層１５の厚みを例えば保護層としての機能に必要な厚さ数十Å残してドライエッチングプロセスが完了する。
【００３４】
なお、上記のドライエッチングプロセスにおいて、状態（Ｂ）から状態（Ｃ）のドライエッチングプロセスでは下部電極１２上のＴａの層までエッチングすることもある（Ｒｕのフリー層、バリア層およびピン層に対する選択比は１〜４程度である）。
【００３５】
ここで状態（Ｂ）から状態（Ｃ）のドライエッチングプロセスで、Ｔａのハードマスク２３の除去の方法としては２通りある。第１の除去方法は、上述のようにＴＭＲ素子のエッチングを行うときに、当該エッチングが完了したときにハードマスク２３もすべて除去されるようにハードマスク２３の膜厚を予め調整しておく方法である。第２の除去方法は、膜厚調整は行わず、ＴＭＲ素子のエッチングの完了後に改めてハードマスク２３を完全に除去するプロセスを実行する方法である。
【００３６】
磁気抵抗効果素子２０の製造工程では、図２の（Ａ）〜（Ｃ）で示されたエッチングガス中に酸素を含むドライエッチングプロセスが終了した後、さらに磁気抵抗効果素子２０が大気に晒され、大気中の酸素原子がＲｕの層である第二のマスク材１５の表面と反応して酸化物２６の層（酸化膜）が形成されることになる。この酸化物２６は、Ｒｕの特性上、導電性酸化物となる。
【００３７】
図３の表（Ａ）および表（Ｂ）のそれぞれに導電性酸化物の抵抗率［Ωｍ］と単体金属の抵抗率［Ωｍ］を示す。図３が示すように、導電性酸化物であるＲｕの酸化物ＲｕＯ2は、単体金属であるＴａとほぼ同等の抵抗率を有する。
【００３８】
従って、磁気抵抗効果素子２０のＴＭＲ素子部のドライエッチングプロセスにおいて第二のマスク材１５としてＲｕを使用し、最終的に第一のマスク２３であるＴａを完全に除去すると、その製造工程で最表層に導電性絶縁物２６の層が形成され、前述したＭＲ比の低下の原因を除去できるという利点を有する。図４は、図１と同様に基板からＴＭＲ素子部までの構成が同一な磁気抵抗効果素子を用いて、従来のようにエッチング後に保護層となる最表層にＴａを使用した場合と、本発明の実施形態のようにエッチング後にＲｕが保護層になるようにした場合とのＭＲ比特性の比較を示す。エッチング条件は、図２の実施形態で説明したように、一酸化炭素と窒素化合物の混合ガス（ＣＯ＋ＮＨ3）または水酸基を含むアルコール系エッチングガス（ＣＨ3ＯＨ）のいずれを使用した場合の条件でもかまわないが、エッチング後に、最終的にＴＭＲ素子部であるＦｒｅｅ Ｌａｙｅｒ上に保護層として残るＴａおよびＲｕの厚さがほぼ同じ（ここでは２０〜３０Å）になるようにした（エッチングガスはＣＨ3ＯＨガスを使用）。図４の比較で明らかなように、第二のマスク材であるＲｕ保護層として使用した方がＴａを使用する場合よりも約３倍に当る高いＭＲ比が得られた。
【００３９】
さらに、磁気抵抗効果素子２０のＴＭＲ素子部のドライエッチングプロセス中に、最終的に第一のマスク材２３のＴａを完全に除去することで、その製造工程において最表層に導電性の酸化物２６の層が形成されるため、この導電性の酸化物２６の層は上部電極として使用することができる。そのために、従来の製造工程のごとく、上部電極を形成するため新たに製造工程上に設ける必要がなくなるという利点を有する。
【００４０】
上記のごとく磁気抵抗効果素子２０の製造工程におけるＴＭＲ素子のドライエッチングプロセスでは、磁気ヘッドの第二のマスク材１５として、酸素原子と反応して導電性酸化物になり得るＲｕという材料を用いるようにしたため、ＭＲ比の低下を防止し、かつ上部電極を導電性酸化物で代用することができるという効果が発揮される。
【００４１】
上記のＲｕと同様な特性を有する他の材料としては、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｅ（レニウム）を挙げることができる。図３の表（Ａ）の２行目以降に記載される通り、Ｒｈ，Ｏｓ，Ｎｂ，Ｉｒ，Ｒｅの酸化物であるＲｈＯ2，ＯｓＯ2，ＮｂＯ，ＩｒＯ2，ＲｅＯ3も十分な導電性を有する導電性酸化物となる。なお図３では、比較のために、導電性を有する単体金属の抵抗率を示した表（Ｂ）を示している。
【００４２】
なお、上記の実施形態の説明では酸素原子と反応して導電性酸化物になり得る材料の例を説明したが、同様にして導電性を有する窒化物または炭化物等になり得る材料に関しても、同様に本発明の基本的な考え方を適用することができるのは勿論である。
【００４３】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ（厚さ）および配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００４４】
またエッチング装置として、いわゆる高密度プラズマ源と呼ばれるヘリコン型装置、２周波励起平行平板型プラズマ装置、マイクロ波型プラズマ装置等も利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子の製造においてＭＲ比の低下を防止するのに利用される。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 従来の磁気抵抗効果素子
１１ 基板
１２ 下部電極
１３ ＴＭＲ素子部
１５ 保護層
２０ 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁性抵抗効果素子の製造方法において、
最上層にＴａ層、上から２番目にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、及びＲｅ（レニウム）のいずれか１つの金属からなる保護層を設けた磁性多層膜を形成し、
レジストパターンを用いて前記Ｔａ層をエッチングして、レジストパターンを除去するとともに、Ｔａのハードマスクを形成した後、
該Ｔａのハードマスクを用いて、前記保護層及びこの保護層より下側の層を酸素原子を含むエッチングガスでエッチングし、該エッチングと共に又は該エッチングの後に、前記Ｔａのハードマスクを除去して前記保護層を最上層として露出させることを特徴とする磁性抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記酸素原子を含むエッチングガスが、一酸化炭素と含窒素化合物の混合ガス、又は水酸基を少なくとも１つ含むアルコール系のガスであることを特徴とする請求項１に記載の磁性抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１】
少なくとも２層の磁性層を含む磁性多層膜からなる磁性抵抗効果素子の製造方法において、
最上層にＴａ層、上から２番目にＲｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｉｒ（イリジウム）、及びＲｅ（レニウム）のいずれか１つの金属からなる保護層を設けた磁性多層膜を形成し、
レジストパターンを用いて前記Ｔａ層をエッチングして、レジストパターンを除去するとともに、Ｔａのハードマスクを形成した後、
該Ｔａのハードマスクを用いて、前記保護層及びこの保護層より下側の層を酸素原子を含むエッチングガスでエッチングし、該エッチングと共に又は該エッチングの後に、前記Ｔａのハードマスクを除去して前記保護層を最上層として露出させることを特徴とする磁性抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記酸素原子を含むエッチングガスが、一酸化炭素と含窒素化合物の混合ガス、又は水酸基を少なくとも１つ含むアルコール系のガスであることを特徴とする請求項１に記載の磁性抵抗効果素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４５３９８（Ｐ２０１０−４５３９８Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１７９６（Ｐ２００９−２６１７９６）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【分割の表示】特願２００８−２９０５６９（Ｐ２００８−２９０５６９）の分割
【原出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【分割の表示】特願２００８−２９０５６９（Ｐ２００８−２９０５６９）の分割
【原出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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