[发明专利]制造磁性器件的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及制造磁性器件的方法，所述制造磁性器件的方法包括干法蚀刻法。更具体地，本发明涉及干法蚀刻法，所述干法蚀刻法用于磁性材料(在下文中，术语“磁性材料”用于铁磁性和反铁磁性材料)如FeNi、CoFe、FeMn、CoPt、CoFeB、PtMn和IrMn的膜或膜叠加体的微加工。

背景技术

使用磁性材料的随机存储器如MRAM(磁随机存储器)和STRAM(自旋转移(spin transfer)随机存储器)作为具有与DRAM相同水平的高集成密度和具有与SRAM相同水平的高速性能并且是非易失性和可无限重写的存储器已受到关注。类似地，构成磁阻器件如GMR(巨磁阻)和TMR(隧穿磁阻)的薄膜磁头以及磁性传感器等已得到快速发展。

迄今为止，离子铣(ion milling)法已经常作为用于磁性材料的蚀刻方法而使用。然而，由于离子铣法是物理溅射蚀刻方法，所以难以选择性地蚀刻不同材料。离子铣还具有蚀刻后外形具有锥形或类裙形的形状的问题。因此，离子铣法尤其不适合用于制造需要精细加工技术的具有大容量的MRAM。另外，在当前情况下，离子铣法难以以高的均匀性加工具有300mm的大面积的基板，因此难以提高产率。

代替该离子铣法，开始引入在半导体工业中已培育的技术。在这些技术中，积极地开发了蚀刻法，所述蚀刻法使用在不形成后腐蚀(after-corrosion)的情况下对于加工铁磁性材料有效的NH₃+CO类气体(日本专利申请特开No.H8-253881)，以及所述蚀刻工艺使用CH₃OH气体(日本专利申请特开No.2005-42143)。然而，通过使用这些反应性气体的蚀刻法，导致磁性材料加工表面上的氧化反应，因此导致在磁性材料加工后磁性质劣化的问题。

常规MRAM器件或TMR传感器器件具有比较大的接合面积，以致由于磁性材料加工表面氧化而导致的损坏层对磁性质没有产生很大的影响。然而，当接合面积变得更小时，由加工表面上形成的氧化层(损坏层)造成的影响不能忽视。由于未来微加工将进一步发展，因此该问题将对磁性质愈加产生重要的影响，使得不能获得正常的器件特性。

发明内容

本发明的目的是提供制造磁性器件的方法，并提供其设备，所述方法采用干法蚀刻法，当在使用非有机材料作为掩模材料的同时蚀刻磁性材料时，所述干法蚀刻法能够通过使用不氧化磁性材料加工表面的气体来减少可劣化磁特性的蚀刻损坏。

为了实现上述目的，本发明提出了用于通过使用碳氢化物(carbon hydride)气体和惰性气体的混合气体和通过使用由非有机材料制成的掩模蚀刻磁性材料的干法蚀刻法。

上述蚀刻气体的实例为乙烯(C₂H₄)气体与氮气(N₂)的混合气体。

由非有机材料制成的掩模可以采用由任意的Ta、Ti、Al和Si的单一膜或叠加膜制成的掩模材料，或者由任意的Ta、Ti、Al和Si的氧化物或氮化物的单一膜或叠加膜制成的掩模材料。

例如，掩模材料可以采用由任意的作为单一元素的Ta、Ti、Al和Si制成的单一膜或叠加膜。掩模材料还可以采用由作为任意的Ta、Ti、Al和Si的氧化物或氮化物的Ta氧化物、Ti氧化物、Al氧化物如Al₂O₃、Si氧化物如SiO₂、TaN、TiN、AlN、SiN等制成的单一膜或叠加膜。掩模材料还可以采用单一元素膜、氧化物膜和/或氮化物膜的任意组合的叠加体。

在本发明中采用的上述干法蚀刻法中，在将磁性材料的温度理想地保持在250℃以下的范围内的同时，蚀刻该磁性材料。这是由于防止极薄的磁性薄膜受到不必要的热损坏。更优选的温度为在20-100℃的范围内。在本发明中采用的上述干法蚀刻法中，磁性材料理想地在0.005-10Pa的范围内的真空中蚀刻。该压力范围能够加工具有优异的各向异性的磁性材料。在根据本发明的上述干法蚀刻法中，可以向蚀刻气体添加一种或多种惰性气体作为添加气体。向蚀刻气体中添加0体积％以上至95体积％以下的一种或多种惰性气体是理想的。这里所定义的一种或多种惰性气体除了稀有气体如He、Ar、Ne、Xe和Kr以外还包括氮气。

当通过使用在本发明中采用的干法蚀刻法和由非有机材料制成的掩模来蚀刻磁性材料时，消除了后腐蚀(after-corrosion)处理的必要性，而且不需要特别考虑蚀刻设备的耐腐蚀性。