СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА С МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ И МНОГОКАМЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА С МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ЭФФЕКТОМ Российский патент 2010 года по МПК H01L43/12 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к способу изготовления элемента с магниторезистивным эффектом для использования в магниторезистивном оперативном запоминающем устройстве (MRAM) в качестве интегрированной магнитной памяти или в тонкопленочной магнитной головке, а также к многокамерному устройству для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом.

Уровень техники

[0002] MRAM как интегрированная магнитная память привлекает внимание как неограниченно программируемая память, имеющая общую плотность, равную плотности динамического ОЗУ (DRAM) и высокую скорость, равную скорости статического ОЗУ (SRAM). Также быстро развивается разработка тонкопленочных магнитных головок, магнитных датчиков и тому подобного, использующих элементы с магниторезистивным эффектом, такие как элемент с гигантским магнитосопротивлением (GMR) и элемент с туннельным магнитосопротивлением (TMR).

[0003] В одном из примеров элементов с магниторезистивным эффектом формируют нижний электрод на подложке, выполненной из, например, кремния или стекла, а на нижнем электроде формируют многослойную пленку с восемью слоями, образующими элемент с магниторезистивным эффектом (TMR). Пример такой многослойной пленки с восемью слоями формируют последовательным нанесением слоя PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слоя с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующего слоя (слоя барьера), свободного слоя и защитного слоя (жесткой маски) на слой Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя.

[0004] Предложены способы получения необходимой эффективности элемента с магниторезистивным эффектом посредством обработки подложки, имеющей образующий этот элемент многослойную магнитную пленку, посредством технологий обработки тонких пленок, таких как реактивное ионное травление (RIE) и ионно-лучевое травление (IBE), разработанных в полупроводниковой промышленности (см. патентные ссылки 1-3).

[0005] Среди этих технологий в качестве технологии обработки, использующей реактивное ионное травление, настоящий заявитель предложил способ, использующий в качестве травильного газа спирт (например, метанол), имеющий по меньшей мере одну гидроксильную группу. Этот способ достигает результатов увеличения скорости травления и уменьшения повреждения, обычно причиняемого окислением после травления, по сравнению с традиционным способом, использующим газообразный монооксид углерода, к которому добавлен газообразный аммиак (патентная ссылка 3).

[0006] Настоящий заявитель также предложил устройства, в которых камера генерирования плазмы для генерирования плазмы и камера обработки подложки для загрузки и обработки подложки разделены разделительной перегородкой, имеющей множество сквозных отверстий, причем камера генерирования плазмы генерирует радикал, и поверхность подложки обрабатывается этими радикалами, прошедшими через разделительную перегородку (патентные ссылки 4-13).

Патентная ссылка 1: публикация заявки на патент Японии №2003-203313

Патентная ссылка 2: публикация заявки на патент Японии №2004-326831

Патентная ссылка 3: публикация заявки на патент Японии №2005-42143

Патентная ссылка 4: публикация заявки на патент Японии №2000-345349

Патентная ссылка 5: публикация заявки на патент Японии №2002-83806

Патентная ссылка 6: публикация заявки на патент Японии №2002-212732

Патентная ссылка 7: публикация заявки на патент Японии №2002-212736

Патентная ссылка 8: публикация заявки на патент Японии №2002-246386

Патентная ссылка 9: публикация заявки на патент Японии №2003-197620

Патентная ссылка 10: публикация заявки на патент Японии №2004-111506

Патентная ссылка 11: публикация заявки на патент Японии №2004-296638

Патентная ссылка 12: публикация заявки на патент Японии №2005-268396

Патентная ссылка 13: публикация заявки на патент Японии №2006-49544

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением

[0007] В целом, когда обрабатывают элемент с магниторезистивным эффектом посредством использования реактивного ионного травления или тому подобного при изготовлении этого элемента, поверхность обрабатываемой многослойной магнитной пленки в некоторых случаях повреждается.

[0008] Если происходит такое повреждение, уровень ухудшения, вызываемый повреждением поврежденной поверхности (в дальнейшем упоминаемой как «поврежденный слой») на многослойной магнитной пленке, изменяется со временем, когда элемент с магниторезистивным эффектом, например, оставляют на воздухе, очищают и отжигают на этапах изготовления элемента после этого. Магнитные характеристики этого поврежденного слоя изменяются со временем и влияют на спины, которые дают магниторезистивный эффект в многослойной магнитной пленке.

[0009] Например, в MRAM данные считываются посредством спинов в свободном слое, образующем многослойную магнитную пленку. Если магнитные характеристики изменяются вследствие повреждения, имеющего место во время обработки, такой как RIE, MRAM вызывает операционную ошибку. Интеграция с большой емкостью MRAM является трудной, поскольку велик разброс спинов в свободном слое, образующем многослойную магнитную пленку.

[0010] Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления, позволяющий предотвратить ухудшение магнитных характеристик многослойной магнитной пленки, имеющей поврежденный слой, и изготовления высококачественного элемента с магниторезистивным эффектом, а также многокамерное устройство для изготовления такого элемента с магниторезистивным эффектом.

Средства для решения задач

[0011] Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что включает в себя первый этап получения элемента с магниторезистивным эффектом, включающего в себя магнитную пленку и подложку, второй этап травления заданной области магнитной пленки методом реактивного ионного травления и третий этап воздействия на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0012] В качестве альтернативы, способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что включает в себя первый этап получения элемента с магниторезистивным эффектом, включающего в себя магнитную пленку и подложку, второй этап формирования жесткой маски на элементе с магниторезистивным эффектом, третий этап травления магнитной пленки с использованием метода реактивного ионного травления при использовании жесткой маски в качестве маски и четвертый этап воздействия на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 A/см² или менее.

[0013] В качестве альтернативы, многокамерное устройство согласно настоящему изобретению включает в себя: устройство распыления, включающее в себя первую камеру и первое вакуумирующее средство для вакуумирования первой камеры; первый подложкодержатель для удерживания подложки, мишенедержатель для удерживания мишени, первый катодный электрод и первое средство подачи газа для подачи газа в первую камеру; устройство обработки, включающее в себя вторую камеру, второе вакуумирующее средство для вакуумирования второй камеры, элемент, который разделяет внутреннее пространство второй камеры на по меньшей мере первое подпространство и второе подпространство и который имеет тонкие отверстия, соединяющие эти первое и второе подпространства; второй подложкодержатель, установленный в первом подпространстве для удерживания подложки; второе средство подачи газа для подачи газа на второй катодный электрод, установленный во втором подпространстве, и во второе подпространство; и средства управления, входящие в устройство обработки, для управления количеством подаваемого газа (с возможным диапазоном 50-3000 стандартных кубических сантиметров в минуту (ст. куб. см/мин) и более подходящим диапазоном 200-1000 ст. куб. см/мин) вторым средством подачи газа, управления величиной подаваемой мощности (с возможным диапазоном 100-3000 Вт и более предпочтительным диапазоном 200-2000 Вт) на второй катод и степенью вакуумирования (с возможным диапазоном 1-200 Па и более предпочтительным диапазоном 10-50 Па) вторым вакуумирующим средством; камеру, включающую в себя их, таким образом, что когда во втором подпространстве генерируется плазма, плазма в первом подпространстве имеет плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0014] В примере многослойной магнитной пленки, образующей элемент с магниторезистивным эффектом (TMR), формируют нижний электрод на подложке, выполненной из, например, кремния или стекла, а на этом нижнем электроде формируют многослойную пленку с восемью слоями, образующими элемент с магниторезистивным эффектом. Пример этой многослойной пленки с восемью слоев формируют последовательным нанесением слоя PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слоя с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующего слоя (слоя барьера), свободного слоя и защитного слоя (жесткой маски) на слой Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя.

[0015] Многослойную магнитную пленку, протравленную методом реактивного ионного травления, подвергают воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, и в результате поврежденный слой, состоящий из поверхностного слоя оксида, восстанавливается по мере того, как он подвергается воздействию восстанавливающей плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0016] При выполнении этапа воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может быть сформирована высококачественная многослойная магнитная пленка за счет улучшения поврежденного окислением слоя многослойной магнитной пленки, созданного реактивным ионным травлением, без изменения формы поврежденного слоя.

[0017] В способе изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению реактивное ионное травление может быть выполнено травлением многослойной магнитной пленки при использовании слоя жесткой маски, сформированного на верхней поверхности многослойной магнитной пленки, в качестве маски, и использовании спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, в качестве травильного газа.

[0018] Реактивное ионное травление с использованием в качестве травильного газа спирта (например, метанола или этанола), имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, может уменьшить повреждение, наносимое многослойной магнитной пленке реактивным ионным травлением, и может сократить время, требуемое для обработки ионно-лучевым травлением, выполняемым вслед за обработкой реактивным ионным травлением.

[0019] Также возможно использовать кетоны (например, метилэтилкетон, изопропилметилкетон и метилпропилкетон), представленные как RCOR' (R или R' является алкильной группой), альдегиды, представленные как RCOH (R является алкильной группой), карбоновые кислоты, представленные как RCOOH (R является алкильной группой), сложные эфиры, представленные как RCOOR' (R является алкильной группой), и простые эфиры, представленные как ROR' (R является алкильной группой).

[0020] В дополнение могут также быть использованы углеводороды, имеющие метиловую группу, такие как метан, этан, пропан и бутан, а более выгодно примешивать в эти углеводороды газообразный кислород, газообразный CO, газообразный аммиак или газообразный CO₂.

[0021] Более того, в обоих описанных выше способах изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению этап формирования защитной пленки выполняют за этапом воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0022] Описанные выше этап, использующий метод реактивного электронного травления, и этап воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, выполняют в вакууме без подвергания воздействию воздуха (которые далее называются «последовательными вакуумными этапами»). Последовательные вакуумные этапы могут быть последовательно выполнены в состоянии вакуума без подвергания воздействию воздуха до конца вышеупомянутого этапа формирования защитной пленки.

[0023] Поскольку используются описанные выше последовательные вакуумные этапы, защитная пленка может быть сформирована в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума, а многослойная магнитная пленка, имеющая поврежденный слой, улучшенный под воздействием плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может поддерживаться покрытой защитной пленкой.

[0024] Упомянутое здесь состояние вакуума предпочтительно является состоянием с низким давлением ниже, чем 1,3×10^-5 Па, но состояние вакуума (уровень вакуума) не ограничено.

[0025] Упомянутый здесь радикал является нейтральной активной частицей, не имеющей электрического заряда и образовавшейся из восстановительного газа, такого как водород или аммиак.

[0026] Элемент с магниторезистивным эффектом изготавливают с помощью способа и устройства высокочастотного распыления под высоким давлением. Способ высокочастотного распыления под высоким давлением является способом распыления, выполняемым в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно). В этом способе к стороне подложки может также подаваться импульсный постоянный ток или прикладываться РЧ смещение (распыление на несимметричном переменном токе).

[0027] Способ высокочастотного распыления под высоким давлением увеличивает покрытие на боковых поверхностях среди всей поверхности подложки за счет изменения прилагаемого к стороне подложки смещения или режима давления распыления.

[0028] То есть даже когда многослойная магнитная пленка на подложке формируется в форме с углублением или выступом, способ высокочастотного распыления под высоким давлением обладает высокой управляемостью толщиной пленки по отношению к боковой поверхности в углублении или двум боковым поверхностям выступа и обладает высокой симметрией толщины пленки по отношению к боковой поверхности в углублении или двум боковым поверхностям выступа. Чтобы приспособить большинство характеристик жесткого подмагничивания в элементе с магниторезистивным эффектом для использования в магнитной головке, выступающая часть (часть, соответствующая ширине рабочего зазора головки), которая дает магниторезистивный эффект, и часть, образующая жесткое подмагничивание, должны быть изолированы чрезвычайно тонким изолирующим слоем, например, пленкой AlN или AlO₂. Формирование пленки способом высокочастотного распыления под высоким давлением выгодно тем, что возможно сформировать подходящий очень тонкий изолирующий слой или тому подобный, имеющий высокую симметрию на двух боковых поверхностях выступающей части.

[0029] В устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом камера распыления для формирования многослойной магнитной пленки способом высокочастотного распыления под высоким давлением и камера реактивного ионного травления для обработки многослойной магнитной пленки реактивным ионным травлением выполнены сообщающимися с камерой вакуумного переноса. При сохранении состояния вакуума подложка может быть загружена из камеры вакуумного переноса в камеру распыления, выгружена из камеры распыления в камеру вакуумного переноса, загружена из камеры вакуумного переноса в камеру реактивного ионного травления и выгружена из камеры реактивного ионного травления в камеру вакуумного переноса.

[0030] Камера обработки радикалами для подвергания протравленной в камере реактивного ионного травления подложки воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, выполнена сообщающейся с камерой вакуумного переноса. При сохранении состояния вакуума подложка, выгруженная из камеры реактивного ионного травления, может быть загружена в камеру обработки радикалами с помощью камеры вакуумного переноса и выгружена из камеры обработки радикалами в камеру вакуумного переноса.

[0031] При травлении многослойной магнитной пленки с использованием в качестве травильного газа спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, толщина поврежденного слоя составляет самое большее примерно несколько десятков Å, даже если поврежденный слой образовался. Это позволяет сократить время обработки для восстановления поврежденного слоя, последовательно выполняемой в камере обработки радикалами с использованием плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Эта обработка не уменьшает ни производительность, т.е. количество производимой продукции в единицу времени, ни эффективность производства.

[0032] Отметим, что в описанном выше устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению дополнительно возможно создать камеру формирования пленки, сообщающуюся с камерой вакуумного переноса, и загружать подложку, выгруженную из камеры обработки радикалами, в камеру формирования пленки с помощью камеры вакуумного переноса при сохранении состояния вакуума.

[0033] Поскольку камеру формирования пленки таким образом подсоединяют с сохранением состояния вакуума и в данной камере формируют защитную пленку, то поврежденный слой восстанавливается по мере того, как он подвергается воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, и в последствии многослойная магнитная пленка покрывается защитной пленкой. Соответственно, многослойная магнитная пленка может поддерживаться чистой.

[0034] Вышеупомянутая камера формирования пленки является преимущественно камерой формирования пленки, использующей способ распыления, выполняемый с высокой частотой под высоким давлением, то есть выполняемый в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно). Это делает возможным использование способа высокочастотного распыления под высоким давлением в последовательном вакуумном формировании пленки. Как было описано ранее, возможно использовать способ высокочастотного распыления под высоким давлением, который увеличивает покрытие на боковых поверхностях выступающей части среди всей поверхности подложки за счет изменения прикладываемого к стороне подложки смещения или режима давления распыления.

[0035] Два описанных выше этапа, то есть этап, использующий метод реактивного ионного травления, и этап воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, может выполнять и другое устройство в одной и той же камере обработки радикалами.

[0036] В такой же камере обработки радикалами другого устройства вышеупомянутый травильный газ подается на первом этапе, а затем на втором этапе подается вышеупомянутый восстановительный газ.

[0037] В другом устройстве описанные выше первый и второй этапы могут также быть выполнены посредством перемещения подложки в ту же камеру. Это предполагает устройство изготовления так называемого поточного типа.

[0038] В дополнение, до того как установлено средство для травления образующей элемент с магниторезистивным эффектом многослойной магнитной пленки посредством реактивного ионного травления, в вышеупомянутой вакуумной камере, поддерживаемой в вакууме, также может быть установлено средство для травления слоя жесткой маски реактивным ионным травлением при использовании фоторезистивного слоя многослойной магнитной пленки в качестве фоторезистивной маски.

[0039] Этап формирования защитной пленки может также быть выполнен после этапа воздействия плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Этот этап формирования защитной пленки может также быть выполнен в вышеупомянутой вакуумной камере, поддерживаемой в вакууме.

[0040] В ходе этого формирования защитной пленки распыление выполняется в условиях высокой частоты и высокого давления, то есть в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно), и при этом желательно иметь возможность использовать способ высокочастотного распыления под высоким давлением при последовательном вакуумном формировании пленки.

[0041] В способе и устройстве изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению поврежденный слой, неизбежно формируемый на многослойной магнитной пленке реактивным ионным травлением вследствие свойств травильного газа, восстанавливается без изменения формы рисунка посредством подвергания этого поврежденного слоя воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее. Соответственно, может быть изготовлен высококачественный элемент с магниторезистивным эффектом. Также возможно увеличить эффективность производства, поскольку может быть увеличен выход годного за счет улучшения магнитных характеристик.

[0042] Более того, после того, как поврежденный слой восстановлен, поскольку он подвергнут воздействию плазмы, преимущественно содержащей радикал и имеющей плотность ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, впоследствии на поверхности поврежденного слоя формируется защитная пленка, и эти этапы, включая этап формирования защитной пленки, последовательно выполняются в состоянии вакуума. Это делает возможным формирование защитной пленки в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума, и сохраняет поверхность подложки чистой.

[0043] Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, приведенного в сочетании с сопроводительными чертежами. Отметим, что на сопроводительных чертежах одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые или сходные части.

Краткое описание чертежей

[0044] Сопроводительные чертежи, включенные в описание и составляющие его часть, иллюстрируют варианты воплощения изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

Фиг.1a - блок-схема способа изготовления по одному варианту воплощения настоящего изобретения, а фиг.1b - изображение, показывающее строение в разрезе подложки, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом, обрабатываемый в соответствии со этой блок-схемой;

Фиг.2 - изображение, показывающее пример строения в разрезе подложки, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом;

Фиг.3 - изображение, показывающее план компоновки примерного устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 - изображение, показывающее план компоновки примерной камеры распыления устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - изображение в разрезе, показывающее план компоновки примерной камеры обработки радикалами устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.6 - структурная схема средства управления устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.7 - структурная схема, поясняющая план другой компоновки устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению;

Фиг.8 - примерное изображение, поясняющее камеру обработки радикалами; и

Фиг.9 - график, показывающий результаты измерения плотности ионного тока при изменении напряжения смещения, прикладываемого к удерживающему подложку механизму.

Наилучший вариант осуществления изобретения

[0045] Фиг.1a и 1b представляют собой блок-схему (фиг.1a), показывающую технологические этапы предпочтительного варианта осуществления способа изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению, и изображение (фиг.1b), соответствующее этой блок-схеме и показывающее строение в разрезе подложки 10, имеющей многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом («подложка 10, имеющая многослойную магнитную пленку, образующую элемент с магниторезистивным эффектом» будет в некоторых случаях в дальнейшем просто упоминаться как «подложка 10»).

[0046] Обращаясь к фиг.1b, часть, обозначенная ссылочным номером 1, является многослойной магнитной пленкой. Многослойная магнитная пленка 1 выполнена, например, из многослойного тела с TMR (туннельным магниторезистивным эффектом), многослойного тела с GMR (гигантским магнитосопротивлением), имеющего структуру CPP (перпендикулярный плоскости ток), пакета TMR или пакета GMR CPP-структуры, включающего в себя слой смещения для определения направления намагничивания в свободном слое, многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего многослойную пленку с антиферромагнитным типом связи, многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего магнитную многослойную пленку спинового вентиля зеркального типа, или многослойного тела с GMR CPP-структуры, имеющего многослойную пленку типа двойного спинового вентиля (которая будет в общем упоминаться далее как многослойная магнитная пленка).

[0047] Как показано на фиг.2, например, эта многослойная магнитная пленка 1 получается формированием нижнего электрода 31 на подложке 30 и формированием поверх нижнего электрода 31 многослойной магнитной пленки, которая сама по себе образует элемент с магниторезистивным эффектом. В данном примере, показанном на фиг.2, многослойная магнитная пленка 1 включает в себя восемь слоев, и слой 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слой 34 с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующий слой 35 (слой барьера), свободный слой 36 и защитный слой 37 (жесткая маска) последовательно нанесены на слой 32 Ta в качестве самого нижнего нижележащего слоя. В этом примере, показанном на фиг.2, слой Ru в слое 34 с фиксированной намагниченностью составляет 8 Å, а слой 37 Ta в качестве защитного слоя (жесткой маски) составляет 200 Å.

[0048] Обращаясь к фиг.1b, часть, обозначенная ссылочным номером 3, является слоем жесткой маски. Слой 3 жесткой маски может быть выполнен из материала маски, которая является однослойной пленкой или многослойной пленкой из любого из элементов Ta (тантала), Ti (титана), Al (алюминия) и Si (кремния), или маски, которая является однослойной пленкой или многослойной пленкой оксида или нитрида любого из Ta, Ti, Al и Si.

[0049] Фиг.3 представляет собой изображение, показывающее компоновку предпочтительного варианта воплощения устройства 300 изготовления элемента с магниторезистивным эффектом (многокамерного устройства).

[0050] На фиг.3 ссылочный номер 390 обозначает камеру вакуумного переноса. Первая камера 311 распыления, вторая камера 321 распыления, третья камера 331 распыления, камера 341 отжига, первая камера 351 реактивного ионного травления, вторая камера 361 реактивного ионного травления, камера 371 обработки радикалами и камера 381 формирования пленки соединены с камерой 390 вакуумного переноса с помощью закрывающих средств (не показаны), таких как вакуумные затворы, так, чтобы сообщаться с этой камерой 390 вакуумного переноса.

[0051] Камера 390 вакуумного переноса также имеет загрузчики 301 пластин. Загрузчики 301 пластин могут загружать подложку 10 в камеру 390 вакуумного переноса и выгружать обработанную подложку из камеры 390 вакуумного переноса.

[0052] В камере 390 вакуумного переноса установлено средство переноса (не показано). Как обозначено стрелками 391-399, это средство переноса может последовательно переносить загруженную подложку 10 из первой камеры 311 распыления во вторую камеру 331 распыления, из второй камеры 321 распыления в третью камеру 331 распыления, из третьей камеры 331 распыления в камеру 341 отжига, из камеры 341 отжига в первую камеру 351 реактивного ионного травления, из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления, из второй камеры 361 реактивного ионного травления в камеру 371 обработки радикалами и из камеры 371 обработки радикалами в камеру 381 формирования пленки.

[0053] Кроме того, такой перенос подложки 10, показанный стрелочками 391-399 на фиг.3, может последовательно быть выполнен в состоянии вакуума с помощью камеры 390 вакуумного переноса без нарушения вакуума.

[0054] То есть подложка 10 последовательно переносится из первой камеры 311 распыления во вторую камеру 331 распыления, из второй камеры 321 распыления в третью камеру 331 распыления, из третьей камеры 331 распыления в камеру 341 отжига, из камеры 341 отжига в первую камеру 351 реактивного ионного травления, из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления, из второй камеры 361 реактивного ионного травления в камеру 371 обработки радикалами и, наконец, из камеры 371 обработки радикалами в камеру 381 формирования пленки в чистой среде, поддерживаемой в состоянии вакуума с помощью камеры 390 вакуумного переноса. В камере 381 формирования пленки в этой последовательной вакуумной среде защитная пленка формируется на поверхности, на которой поврежденный слой восстановлен в камере 371 обработки радикалами.

[0055] Обработанная подложка 10, перенесенная из камеры 381 формирования пленки, как указано стрелкой 399, выгружается наружу из камеры 390 вакуумного переноса загрузчиком 301 пластин.

[0056] В камере 311 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 314a, 314b, 314c и 314d из Та, NiFe, PtMn и CoFe напротив подложки 313, установленной на подложкодержателе 312 в центре нижней части этой камеры.

[0057] Во второй камере 321 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 324a, 324b и 324c из Ru, CoFe и Al напротив подложки 323, установленной на подложкодержателе 322 в центре нижней части этой камеры.

[0058] В камере 331 распыления на потолок через распыляющие катоды (не показаны) установлены мишени 334a, 334b и 334c из CoFe, NiFe и Та напротив подложки 333, установленной на подложкодержателе 332 в центре нижней части этой камеры.

[0059] В качестве газа для распыления в камерах 311, 321 и 331 формирования пленки распылением использовали только Ar.

[0060] Подложка 10 обрабатывается в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг.1a, посредством использования устройства 300 изготовления, как описано выше.

[0061] Подложка 10, загруженная в камеру 390 вакуумного переноса, последовательно переносится в первую камеру 311 распыления, вторую камеру 321 распыления и третью камеру 331 распыления, в результате чего последовательно наносятся слой 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя, слой 34 с фиксированной намагниченностью (закрепленный слой, Ru, закрепленный слой), изолирующий слой 35 (слой барьера), свободный слой 36 и защитный слой 37 (жесткая маска) на слой 32 Ta в качестве нижележащего слоя.

[0062] Конструкция камеры распыления по настоящему изобретению будет описана ниже со ссылкой на фиг.4. В этой камере распыления подложка 412 может быть помещена на подложкодержатель 411. Пока пленка размещена на подложке 412, серводвигатель (не показан), установленный вне камеры распыления, вращает подложкодержатель 411 с помощью механизма передачи вращения (не показан). За счет вращения подложки 412 может быть сформирована пленка, имеющая высокую равномерность толщины пленки. Мишень 422 прикреплена к антикатоду 421.

[0063] Также вакуумирующее средство (не показано) вакуумирует камеру 431 через отверстие 432 для вакуумирования.

[0064] Системы 433 и 434 подачи газа могут подавать требуемые рабочие газы в камеру распыления. Диафрагменный вакуумметр или т.п. контролирует внутреннее давление камеры распыления, в которой выполняется обработка, через порт (не показан), позволяющий измерять внутреннее пространство.

[0065] Мишень 422 установлена под углом к подложке 412, которая помещена на подложкодержатель 411; подложкодержатель 411 сконструирован таким образом, что одновременно может быть смонтировано множество мишеней, и в данном варианте воплощения смонтировано пять антикатодов. Ось 411a подложкодержателя 411 и ось 422a мишени 422 пересекаются друг с другом под заданным углом θ и лежат в одной и той же плоскости. Угол θ между двумя осями 411a и 422a предпочтительно задан в диапазоне 5°≤θ≤45°.

[0066] Распыляющий катод 421 и мишень 422 электрически изолированы от камеры 431 распыления и других частей посредством изолятора (не показан).

[0067] Магнитный комплект 424 постоянных магнитов, прикрепленных к вращающейся опорной пластине 423, находится над или за мишенью 422 и антикатодом 421. Опорная пластина 423 имеет механизм привода (не показан). Во время функционирования устройства магнитный комплект 424 вращается вокруг вращающегося вала 423a опорной пластины посредством серводвигателя, входящего в механизм привода.

[0068] Двойная заслонка 435 используется для поддерживания рабочих параметров формирования пленки при формировании очень тонкой пленки. Особенно при использовании множества мишеней двойная заслонка 435 важна для предотвращения взаимного загрязнения.

[0069] Источник питания постоянного тока (не показан) подает питание постоянного тока для генерирования плазмы на описанную выше мишень 422. Отметим, что использование питания постоянного тока не является существенным. Также возможно генерировать плазму, используя вместо питания постоянного тока РЧ питание (переменного тока).

[0070] Затем подложка 10 переносится в камеру 341 отжига и выполняется процесс отжига. Температура отжига составляет, например, примерно 300°C, и процесс отжига выполняется, например, в течение 4 часов. Это придает требуемую намагниченность слою 33 PtMn.

[0071] Позднее подложка 10 переносится в первую камеру 351 реактивного ионного травления, и слой 3 жесткой маски протравливается при использовании фоторезистивного слоя 4, сформированного на поверхности многослойной магнитной пленки 1 подложки 10, в качестве фоторезистивной маски 5 (этап 101).

[0072] Подложка 10 затем переносится из первой камеры 351 реактивного ионного травления во вторую камеру 361 реактивного ионного травления при сохранении состояния вакуума. Во второй камере 361 реактивного ионного травления многослойная магнитная пленка 1 протравливается, то есть в многослойной магнитной пленке 1 создается микроструктура (микрорисунок) при использовании слоя 3 жесткой маски в качестве маски посредством реактивного ионного травления с использованием спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, такого как метанол, в качестве травильного газа (этап 102).

[0073] На этом этапе реактивного ионного травления травление может быть выполнено на слое 33 PtMn в качестве антиферромагнитного слоя на слое 32 Ta через изолирующий слой 35 многослойной магнитной пленки 1, примерно показанной на фиг.2. Также возможно выполнять травление свободного слоя 36 и прекращать травление на изолирующем слое 35, в качестве одного этапа изготовления MRAM. Этот этап реактивного ионного травления (этап 102) может быть применен на любом этапе.

[0074] Использование спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, в качестве травильного газа дает возможность получить эффекты увеличения скорости травления и восстановления поврежденного слоя (слоя, поврежденного в основном окислением) по сравнению с традиционным способом с использованием газообразного монооксида углерода, к которому добавлен газообразный аммиак. Например, при использовании в качестве травильного газа спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, толщина поврежденного окислением слоя может быть уменьшена до примерно нескольких десятков Å.

[0075] Как показано на третьем сверху изображении на фиг.1b, обработка во второй камере 361 реактивного ионного травления формирует поврежденный слой 6 в виде поврежденного в основном окислением слоя на боковых стенках и верхней поверхности многослойной магнитной пленки 1 или на боковых поверхностях и верхней поверхности многослойной магнитной пленки 1 и боковых поверхностях и верхней поверхности слоя 3 жесткой маски, частично остающейся на верхней поверхности многослойной магнитной пленки 1.

[0076] Позднее подложка 10, обработанная во второй камере 361 реактивного травления, переносится в камеру 371 обработки радикалами при сохранении состояния вакуума. В камере 371 обработки радикалами выполняется процесс восстановления поврежденного слоя 6 (этап 103).

[0077] Камера 731 обработки радикалами является камерой обработки для восстановления поврежденного слоя 6 посредством генерирования плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее при использовании газа, такого как водород или аммиак.

[0078] Фиг.5 представляет собой изображение в разрезе, показывающее компоновку камеры 371 обработки радикалами (см. фиг.3) устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом, в качестве примера средства для подвергания многослойной магнитной пленки воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее согласно настоящему изобретению.

[0079] Как показано на фиг.5, камера 371 обработки радикалами имеет вакуумный сосуд, выполненный с возможностью сообщаться с камерой 390 вакуумного переноса (см. фиг.3) без нарушения вакуума. Камера 371 обработки радикалами может вакуумироваться до низкого давления и поддерживаться в заданном состоянии вакуума посредством вакуумирующего механизма 13. Также, в камере 371 обработки радикалами горизонтально установлена разделительная перегородка 14, выполненная из проводящего материала (например, нержавеющей стали или алюминия). Разделительная перегородка 14 установлена так, что ее периферийный край прижат к нижней поверхности проводящего фиксирующего элемента 22, тем самым образуется закрытое состояние. К разделительной перегородке 14 приложен потенциал 27 земли через проводящий фиксирующий элемент 22.

[0080] Разделительная перегородка 14 разделяет внутреннее пространство камеры 371 обработки радикалами на верхнее и нижнее пространства. В верхнем пространстве образуется зона 15 плазменного разряда, а в нижнем пространстве образуется зона 16 обработки подложки. В зоне 15 плазменного разряда установлен высокочастотный электрод 20, а в зоне 16 обработки подложки установлен удерживающий подложку механизм 17.

[0081] Внутри разделительной перегородки 14 образованы зоны 24 подачи рабочего газа. Эти зоны 24 подачи рабочего газа отделены от зоны 15 плазменного разряда и сообщаются с зоной 16 обработки подложки через множество отверстий 26 для диффузии рабочего газа.

[0082] Зоны 24 подачи рабочего газа, образованные внутри разделительной перегородки 14, представляют собой пространства для равномерной подачи рабочего газа, например, газообразного силана для формирования пленки (пленкообразующего газа), подаваемого извне в разделительную перегородку 14 в зону 16 обработки подложки при рассеивании этого газа. Трубки 28 подачи рабочего газа для подачи извне пленкообразующего газа, такого как газообразный силан, подсоединены сбоку к зонам 24 подачи рабочего газа.

[0083] Также в разделительной перегородке выполнено множество сквозных отверстий 25b, проходящих вертикально через те участки разделительной перегородки 14, в которых нет зон 24 подачи рабочего газа.

[0084] То есть внутреннее пространство камеры 371 обработки радикалами разделено разделительной перегородкой 14 на зону 15 плазменного разряда и зону 16 обработки подложки, но зона 15 плазменного разряда и зона 16 обработки подложки сообщаются друг с другом только лишь через множество сквозных отверстий 25b разделительной перегородки.

[0085] Потенциал удерживающего подложку механизма 17 поддерживается на потенциале 27 земли, который является тем же потенциалом, что и у камеры 371 обработки радикалами. В дополнение внутри удерживающего подложку механизма 17 выполнен нагреватель 18. Нагреватель 18 может поддерживать подложку 10 при заданной температуре.

[0086] Трубки 23 подачи плазмообразующего газа для подачи извне плазмообразующего газа, такого как водород или аммиак, в зону 15 плазменного разряда подсоединены к изолирующему элементу 21a.

[0087] Трубки 23 подачи плазмообразующего газа подсоединены к источникам подачи плазмообразующего газа через контроллеры массового расхода (не показаны) для управления расходом.

[0088] Ниже будет пояснен способ выполнения обработки радикалами при использовании камеры обработки радикалами, выполненной так, как описано выше.

[0089] Подложку 10 загружают в камеру 371 обработки радикалами и помещают на удерживающий подложку механизм 17. Камеру 371 обработки радикалами вакуумируют до низкого давления и поддерживают в заданном состоянии вакуума посредством вакуумирующего механизма 13. Затем в зону 15 плазменного разряда подают газообразный аммиак через трубки 23 подачи плазмообразующего газа.

[0090] Когда в вышеуказанном состоянии высокочастотная электрическая энергия подается на высокочастотный электрод 20 через подающий питание стержень 29, в зоне 15 плазменного разряда происходит разряд и генерируется плазма 19. При этом в качестве нейтральной возбужденной частицы генерируется радикал азота (возбужденная активная частица).

[0091] Сгенерированный радикал азота подается через сквозные отверстия 25b разделительной перегородки в зону 16 обработки подложки, в которой установлена подложка 10. В результате обработка радикалами может быть выполнена на подложке 10 без подвергания ее воздействию плазмы 19.

[0092] Камера 371 обработки радикалами, показанная на фиг.5, была пояснена в качестве средства для подвергания многослойной магнитной пленки 1 воздействию радикала. Однако, как было описано ранее, камера 371 обработки радикалами также может быть использована в качестве средства для формирования пленки при использовании, например, газообразного силана в качестве пленкообразующего газа и подаче газообразного силана в зоны 24 подачи рабочего газа через трубки 28 подачи рабочего газа.

[0093] То есть газообразный силан, подаваемый в зоны 24 подачи рабочего газа, подается непосредственно в зону 16 обработки подложки через отверстия 26 для диффузии рабочего газа без приведения в контакт с радикалом или плазмой.

[0094] Газообразный силан, таким образом подаваемый в зону 16 обработки подложки, вызывает химическую реакцию с радикалом азота газообразного азота, подаваемого в зону 16 обработки подложки через сквозные отверстия 25b разделительной перегородки, в результате чего образуется пленка нитрида кремния на поверхности подложки 10.

[0095] Как описано выше, защитная пленка 7 может быть выбрана из, например, нитрида алюминия, сформированного посредством высокочастотного распыления под высоким давлением, и пленки нитрида кремния, сформированной посредством химического осаждения из газовой фазы (CVD), в соответствии с применением.

[0096] Управление камерой 371 обработки радикалами будет описано ниже со ссылкой на фиг.6. Фиг.6 является структурной схемой, демонстрирующей пример средства управления для управления плотностью ионного тока до 4×10^-7 А/см² или менее согласно настоящему изобретению.

[0097] Как показано на фиг.6, во втором подпространстве 631 установлено средство 601 определения плотности ионного тока, способное определять плотность ионного тока во втором подпространстве 631. Средство 601 определения плотности ионного тока уведомляет средство 602 управления мощностью питания, средство 603 управления газом и средство 604 управления вакуумированием о числовом значении определяемой плотности ионного тока, и при этом выполняется управление с обратной связью так, что плотность ионного тока во втором подпространстве 631 составляет 4×10^-7А/см² или менее.

[0098] Как описано выше, поврежденный слой 6 иногда формируется в камере 371 обработки радикалами даже при обработке, выполняемой радиоактивным ионным травлением, которое использует спирт, имеющий по меньшей мере одну гидроксильную группу, и вызывает небольшое повреждение. Следовательно, подвергая его воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, тонкий поврежденный слой 6 восстанавливают без изменения его формы, тем самым получая многослойную магнитную пленку более высокого качества.

[0099] Поврежденный слой 6, сформированный обработкой, выполняемой во второй камере 361 реактивного ионного травления посредством реактивного ионного травления с использованием в качестве травильного газа спирта, имеющего по меньшей мере одну гидроксильную группу, имеет толщину самое большее примерно несколько десятков Å. Это позволяет сократить время обработки для восстановления поврежденного слоя, выполняемой радикалами в камере 371 обработки радикалами вслед за реактивным ионным травлением. В дополнение обработка не уменьшает ни производительность, т.е. количество производимой продукции в единицу времени, ни эффективность производства.

[0100] То есть поврежденный слой 6, сформированный реактивным ионным травлением во второй камере 361 реактивного ионного травления, является более тонким, чем поврежденный слой, сформированный традиционным реактивным ионным травлением с использованием газообразного монооксида углерода, к которому добавлен газообразный аммиак. Таким образом, поврежденный слой может быть восстановлен посредством подвергания его после этого воздействию радикала в течение времени обработки реактивным ионным травлением, что определяет эффективность производства устройством изготовления. Поэтому способ и устройство 300 изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению не уменьшают ни производительности как количество производимой продукции в единицу времени, ни эффективность производства.

[0101] Камера 371 обработки радикалами не ограничена вариантом воплощения, показанным на фиг.5, например, не ограничен способ генерирования радикала. Например, также возможно воспользоваться способом генерирования радикала, использующим нагреватель, такой как нить накала.

[0102] Подложку 10, с которой удален поврежденный слой 6, переносят в камеру 381 формирования пленки при сохранении состояния вакуума и формируют защитную пленку (этап 104).

[0103] Многослойная магнитная пленка 1, в которой поврежденный слой 6 восстановлен, может поддерживаться чистой путем покрытия многослойной магнитной пленки 1 защитной пленкой 7.

[0104] Камера 381 формирования пленки может быть камерой распыления, в которой выполняется высокочастотное распыление под высоким давлением. Например, защитная пленка 7 может быть сформирована на этапе 104 способом высокочастотного распыления под высоким давлением, выполняемым в условиях с высокой частотой и высоким давлением, то есть в высокочастотной области от 1 кГц (включительно) до 100 МГц (включительно) и в области уровня вакуума с высоким давлением от 1 Па (включительно) до 20 Па (включительно).

[0105] Защитная пленка 7 может быть, например, пленкой нитрида алюминия (AlN).

[0106] Теперь будет пояснен способ измерения плотности ионного тока. Фиг.8 представляет собой примерное изображение камеры обработки радикалами. Обращаясь к фиг.8, в некотором местоположении на удерживающем подложку механизме 82, где должна быть размещена подложка, установлен зонд 81 Ленгмюра. Средство генерирования плазмы (не показано) генерирует плазму 85 в зоне 86 плазмы, а зонд Ленгмюра измеряет плотность ионного тока плазмы, прошедшей через разделительную перегородку 84 и достигшей местоположения на удерживающем подложку механизме 82, где должна быть размещена подложка в зоне 83 обработки подложки. Используя этот способ измерения, плотность ионного тока измеряли для каждого из газов O₂, NH₃ и N₂ при изменении напряжения смещения, прикладываемого к удерживающему подложку механизму. Фиг.9 показывает полученные результаты. Обращаясь к фиг.9, ось ординат обозначает плотность ионного тока/плотность электронного тока; "+" сторона обозначает электронный ток, а "-" сторона обозначает ионный ток. Фиг.9 показывает, что плотность электронного тока увеличивается с возрастанием напряжения смещения и резко увеличивается, когда напряжение смещения равно 10 В или более. То есть, когда напряжение смещения равно +10 В или более, высокоплотная плазма просачивается к окрестностям подложки, и бомбардировка ионами или тому подобное наносит подложке повреждение. Напротив, когда напряжение смещения является отрицательным, создается ионный ток, но плотность этого ионного тока очень низка, а именно, порядка 10^-7 А/см² до тех пор, пока напряжение смещения не составит примерно -100 В. Отметим, что плотность ионного тока определяется не только одним лишь напряжением смещения, но и различными факторами, такими как вид газа, расход газа, давление и подаваемая мощность. Поскольку плотность ионного тока определяет наносимое подложке повреждение, важно сделать плотность ионного тока, воздействию которой подвергается подложка, более низкой, чем заданное значение. Авторы настоящего изобретения выполнили всесторонние изучения и получили данные, что при использовании плазмы с плотностью ионного тока, составляющей 4×10^-7 А/см² или менее, повреждение поверхности обрабатываемой многослойной магнитной пленки мало даже в том случае, если поверхность подложки обрабатывается с использованием реактивного ионного травления или тому подобного, тем самым придя к настоящему изобретению.

[0107] Ниже будет описан пример, в котором элемент с магниторезистивным эффектом изготавливают на этапах, показанных на фиг.1a и 1b, посредством использования устройства 300 изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению, имеющему показанную на фиг.3 компоновку.

(1) Этап 101: Травление слоя 3 жесткой маски, выполняемое с использованием фоторезистивного слоя 4 в качестве фоторезистивной маски 5

[0108] В первой камере 351 реактивного ионного травления устройства реактивного ионного травления, например, устройства травления, содержащего источник индуктивно связанной плазмы (ICP), слой 3 жесткой маски травят, используя фоторезистивный слой 4 в качестве фоторезистивной маски 5, при следующих условиях.

Травильный газ: CF₄ Расход травильного газа: 326 мг/мин (50 ст. куб. см/мин) Слой 3 жесткой маски: слой Ta Мощность источника: 500 Вт Мощность смещения: 70 Вт Внутреннее давление в первой камере 42 реактивного ионного травления: 0,8 Па Температура подложкодержателя, удерживающего подложку 10: 80°C

(2) Этап 102: Травление многослойной магнитной пленки 1, выполняемое с использованием слоя 3 жесткой маски в качестве маски

[0109] Во второй камере 361 реактивного ионного травления устройства реактивного ионного травления, сходного с используемым при обработке на этапе 101, например, устройства для травления, содержащего источник индуктивно связанной плазмы (ICP), многослойную магнитную пленку 1 травят, используя в качестве маски слой 3 жесткой маски (слой Ta), при следующих условиях.

Травильный газ: газообразный CH₃OH Расход травильного газа: 18,756 мг/мин (15 ст. куб. см/мин) Мощность источника: 1000 Вт Мощность смещения: 800 Вт Внутреннее давление во второй камере 43 реактивного ионного травления: 0,4 Па Температура подложкодержателя, удерживающего подложку 10: 40°C Время травления: 3 мин

(3) Этап 103: Восстановление поврежденного слоя 6 посредством обработки радикалами

[0110] В камере 371 обработки радикалами поврежденный слой 6 восстанавливают по мере того, как он подвергается воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее при следующих условиях.

Высокочастотная мощность: 700 Вт Внутреннее давление зоны обработки подложки: 15 Па Температура подложки: 300°C Время обработки радикалами: 3 мин

[0111] MR коэффициент (магниторезистивный коэффициент =(R_max-R_min)/R_min)) элемента с магниторезистивным эффектом, обработанного так, как описано выше, сравнили с аналогичным коэффициентом элемента с магниторезистивным эффектом, для которого выполнили только обработки на этапах 101 и 102 при тех же условиях, что описаны ваше, а обработку на этапе 103 не выполняли.

[0112] Результат сравнения показывает, что MR коэффициент элемента с магниторезистивным эффектом, обработанным посредством этапов по настоящему изобретению, был на 7-10% выше, чем у элемента с магниторезистивным эффектом, в котором поврежденный слой 6 не восстановлен обработкой радикалами.

[0113] Время обработки реактивным ионным травлением определяет количество подложек 10, обрабатываемых в единицу времени (производительность). То есть, даже если добавлен этап обработки радикалами, обработка радикалами завершается в течение времени обработки радиоактивным ионным травлением. Следовательно, производительность не уменьшается, а выход годного может быть увеличен за счет улучшения магнитных характеристик (MR коэффициента). Это позволяет увеличить эффективность производства.

(4) Этап 104: Формирование защитной пленки 7

[0114] В камере 381 формирования пленки устройства изготовления формируют пленку нитрида алюминия (AlN) в качестве защитной пленки 7 посредством способа высокочастотного (13,56 МГц) распыления под высоким давлением (мишень из Al) при нижеследующих условиях, таким образом покрывая защитной пленкой 7 многослойную магнитную пленку 1, у которой восстановлен поврежденный слой 6.

Распыляющий газ: газообразный Ar+газообразный N₂ Внутреннее давление камеры 45 формирования пленки: 8 Па Температура подложкодержателя, удерживающего подложку 10: 200°C

[0115] Поскольку камеру 381 формирования пленки подсоединяют с сохранением состояния вакуума и защитную пленку формируют в камере 381 формирования пленки так, как описано выше, поврежденный слой восстанавливается по мере того, как он подвергается воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее, а затем многослойную магнитную пленку покрывают защитной пленкой. Поэтому многослойная магнитная пленка может поддерживаться чистой.

[0116] Предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения был описан выше со ссылкой на сопроводительные чертежи. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено данным вариантом воплощения и может быть изменено в различных формах в техническом объеме, усвоенном из описания объема формулы изобретения.

[0117] Например, также возможно использовать в качестве устройства изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению устройство изготовления поточного типа, как показано на фиг.7, и выполнять способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению в этом устройстве изготовления поточного типа.

[0118] То есть получено устройство изготовления элемента с магниторезистивным эффектом, в котором средство для травления образующей элемент с магниторезистивным эффектом многослойной магнитной пленки посредством реактивного ионного травления и средство для подвергания многослойной магнитной пленки, протравленной этим средством реактивного ионного травления, воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее установлены в вакуумной камере, поддерживаемой в вакууме.

[0119] Например, способ реактивного ионного травления может быть использован в качестве средства для травления образующей элемент с магниторезистивным эффектом многослойной магнитной пленки посредством реактивного ионного травления, а способ выполнения обработки радикалами может быть использован в качестве средства для применения радикала. Также до средства для травления образующей элемент с магниторезистивным эффектом многослойной магнитной пленки посредством реактивного ионного травления, также в поддерживаемой в вакууме вакуумной камере может быть установлено средство для травления слоя жесткой маски реактивным ионным травлением при использовании фоторезистивного слоя многослойной магнитной пленки в качестве фоторезистивной маски.

[0120] В дополнение в поддерживаемой в вакууме вакуумной камере может быть дополнительно установлено средство для формирования тонкой пленки, то есть защитной пленки, на многослойной магнитной пленке, прошедшей обработку радикалами средством для подвергания многослойной магнитной пленки воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее.

[0121] Ниже со ссылкой на фиг.7 будет описан пример способа изготовления элемента с магниторезистивным эффектом согласно настоящему изобретению посредством использования устройства изготовления поточного типа, как описано выше. Подложка загружается в устройство изготовления элемента с магниторезистивным эффектом.

[0122] Процессы травления выполняются средствами реактивного ионного травления, включающими в себя средство травления слоя жесткой маски и средство травления многослойной магнитной пленки. Например, слой жесткой маски сначала протравливается средством травления для травления слоя жесткой маски реактивным ионным травлением посредством использования фоторезистивного слоя многослойной магнитной пленки в качестве фоторезистивной маски (этап 301).

[0123] Затем многослойная магнитная пленка, образующая элемент с магниторезистивным эффектом, протравливается средством для травления многослойной магнитной пленки реактивным ионным травлением (этап 302).

[0124] Поврежденный слой, сформированный обработкой, выполняемой средствами реактивного ионного травления, восстанавливается средством для подвергания поврежденного слоя воздействию плазмы с плотностью ионного тока 4×10^-7 А/см² или менее (этап 303).

[0125] Впоследствии средство формирования пленки для формирования защитной пленки покрывает многослойную магнитную пленку, имеющую улучшенный поврежденный слой, защитной пленкой (этап 304), и подложка выгружается, поддерживаясь чистой.

[0126] Эти этапы выполняются с помощью вакуумной камеры и вакуумного насоса, образующих средства поддержания вакуума при сохранении состояния вакуума.

[0127] Даже если используется устройство изготовления поточного типа, как описано выше, в результате выполнения способа изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по настоящему изобретению может быть изготовлен высококачественный элемент с магниторезистивным эффектом, поскольку поврежденный слой многослойной магнитной пленки, который неизбежно формируется при реактивном ионном травлении, восстанавливается обработкой радикалами. Также возможно увеличить эффективность производства, поскольку выход годного может быть увеличен за счет улучшения магнитных характеристик.

[0128] Настоящее изобретение не ограничено вышеописанным вариантом воплощения и могут быть выполнены различные изменения и модификации без отхода от сущности и объема изобретения. Поэтому, чтобы довести до публики объем настоящего изобретения, приложена последующая формула изобретения.

[0129] Данная заявка испрашивает преимущество заявки на патент Японии №2006-248518, поданной 13 сентября 2006 года, которая настоящим включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

Изобретение может быть использовано в магниторезистивном оперативном запоминающем устройстве (MRAM) в качестве интегрированной магнитной памяти или в тонкопленочной магнитной головке, а также в многокамерном устройстве для изготовления элемента с магниторезистивным эффектом. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом включает первый этап: получение элемента с магниторезистивным эффектом, содержащего магнитную пленку и подложку; второй этап: травление заданной области магнитной пленки методом реактивного ионного травления в присутствии атома водорода и атома кислорода, активированных плазмой; третий этап: воздействие на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока не более 4×10^-7 А/см², при этом третий этап включает в себя этап создания плазмы, на котором создают плазму при подаче восстановительного газа, этап удаления, на котором удаляют ионы и электроны из плазмы, созданной на этапе создания плазмы, посредством пропускания этой плазмы через первый элемент, имеющий множество сквозных отверстий, и этап воздействия, на котором подвергают магнитную пленку воздействию плазмы, которая отрегулирована до упомянутой плотности ионного тока благодаря этапу удаления и преимущественно содержит радикал, тем самым восстанавливая атом кислорода, связанный с магнитной пленкой. Изобретение позволяет предотвратить ухудшение магнитных характеристик многослойной магнитной пленки, имеющей поврежденный слой, и изготовить высококачественные элементы с магниторезистивным эффектом. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом, содержащий
первый этап получения элемента с магниторезистивным эффектом, включающего в себя магнитную пленку и подложку;
второй этап травления заданной области магнитной пленки методом реактивного ионного травления в присутствии атома водорода и атома кислорода, активированных плазмой; и третий этап воздействия на магнитную пленку, прошедшую второй этап, плазмы с плотностью ионного тока не более 4·10^-7 А/см²,
при этом третий этап включает в себя
этап создания плазмы, на котором создают плазму при подаче восстановительного газа,
этап удаления, на котором удаляют ионы и электроны из плазмы, созданной на этапе создания плазмы, посредством пропускания этой плазмы через первый элемент, имеющий множество сквозных отверстий, и
этап воздействия, на котором подвергают магнитную пленку воздействию плазмы, которая отрегулирована до упомянутой плотности ионного тока благодаря этапу удаления и преимущественно содержит радикал, тем самым восстанавливая атом кислорода, связанный с магнитной пленкой.

2. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором элемент с магниторезистивным эффектом является элементом, включающим в себя антиферромагнитный слой, слой с фиксированной намагниченностью, изолирующий слой и свободный слой.

3. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором метод реактивного ионного травления использует в качестве травильного газа по меньшей мере один тип соединения, выбранного из группы соединений, состоящей из спиртов, кетонов, карбоновых кислот, альдегидов, сложных эфиров и простых эфиров.

4. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором метод реактивного ионного травления использует в качестве травильного газа углеводороды и кислородсодержащее соединение.

5. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором метод реактивного ионного травления дополнительно имеет этап добавления одного из атома азота и атома углерода, активированных плазмой.

6. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором восстановительный газ является по меньшей мере одним типом газа, выбранного из группы газов, состоящей из газообразного водорода и газообразного аммиака.

7. Способ изготовления элемента с магниторезистивным эффектом по п.1, в котором на втором этапе и третьем этапе все этапы со второго этапа по третий этап выполняют без воздействия воздуха.