作为集成磁存储器的MRAM作为具有与DRAM相等的集成密度和与SRAM相等的高速度的无限可编程存储器正引起关注。使用诸如GMR(巨磁阻)元件和TMR(隧穿磁阻)元件的磁阻效应元件的薄膜磁头、磁传感器等的开发也在迅速进展。
在磁阻效应元件的例子中，将下电极形成在由例如硅或玻璃制成的基板上，并且将形成磁阻效应元件(TMR)的具有八层的多层膜形成在下电极上。通过在作为最下的下层(underlying layer)的Ta层上顺序地层叠作为反铁磁层的PtMn层、磁化固定层(被钉扎(pinned)层、Ru、被钉扎层)、绝缘层(阻挡(barrier)层)、自由层和保护层(硬掩模)，形成具有八层的此多层膜的例子。
已提出方法来通过以半导体产业中开发的诸如反应离子蚀刻(RIE)和离子束蚀刻(IBE)的薄膜处理技术处理具有形成磁阻效应元件的多层磁膜的基板，来获得所述元件的必要性能(参见专利文献1-3)。
作为这些技术之中使用反应离子蚀刻的处理技术，本申请人已提出使用具有至少一个羟基(hydroxyl group)的醇(例如，甲醇)作为蚀刻气体的方法。与使用添加有氨气的一氧化碳气体的传统方法相比，此方法实现了提高蚀刻速率以及减少主要由蚀刻之后的氧化引起的损伤的效果(专利文献3)。
本申请人还提出了这样的设备，其中，通过具有多个通孔的隔板将用于产生等离子体的等离子体产生腔以及用于装载和处理基板的基板处理腔隔开，等离子体产生腔产生自由基(radical)，并且由已穿过隔板的自由基处理基板表面(专利文献4-13)。
专利文献1：日本专利公开No.2003-203313
专利文献2：日本专利公开No.2004-326831
专利文献3：日本专利公开No.2005-42143
专利文献4：日本专利公开No.2000-345349
专利文献5：日本专利公开No.2002-83806
专利文献6：日本专利公开No.2002-212732
专利文献7：日本专利公开No.2002-212736
专利文献8：日本专利公开No.2002-246386
专利文献9：日本专利公开No.2003-197620
专利文献10：日本专利公开No.2004-111506
专利文献11：日本专利公开No.2004-296638
专利文献12：日本专利公开No.2005-268396
专利文献13：日本专利公开No.2006-49544

发明要解决的问题
一般地，当在元件的制造中通过使用反应离子蚀刻等来处理磁阻效应元件时，所处理的多层磁膜的表面有时被损伤。
如果发生此损伤，那么当在那之后的磁阻效应元件的制造步骤中所述元件例如被留置在空气中、清洁和退火时，由多层磁膜上的受损表面(以下将称作“受损层”)的损伤引起的劣化的程度随着时间改变。此受损层的磁特性随着时间改变，并且影响在多层磁膜中产生磁阻效应的自旋。
例如在MRAM中，通过形成多层磁膜的自由层中的自旋读出数据。如果磁特性由于在诸如RIE的处理期间发生的损伤而变化，那么 MRAM引起操作误差。MRAM的大容量集成是困难的，因为形成多层磁膜的自由层中自旋的变化是大的。
因此，本发明的目的是提供能够防止具有受损层的多层磁膜的磁特性的劣化和制造高质量磁阻效应元件的制造方法、以及用于制造所述磁阻效应元件的多腔设备。
解决问题的手段
根据本发明的磁阻效应元件制造方法的特征在于包括：制备包括磁膜和基板的磁阻效应元件的第一步骤；通过反应离子蚀刻方法蚀刻磁膜的预定区域的第二步骤；以及将已经历第二步骤的磁膜暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的第三步骤。
备选地，根据本发明的磁阻效应元件制造方法的特征在于包括：制备包括磁膜和基板的磁阻效应元件的第一步骤；在磁阻效应元件上形成硬掩模的第二步骤；通过使用硬掩模作为掩模使用反应离子蚀刻方法蚀刻磁膜的第三步骤；以及将已经历第三步骤的磁膜暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的第四步骤。
备选地，根据本发明的多腔设备包括：包括第一腔、用于将第一腔抽真空(evacuate)的第一抽真空装置、用于保持基板的第一基板保持器、用于保持靶的靶保持器、第一阴极电极、以及用于将气体供给到第一腔中的第一气体供给装置的溅射设备；包括第二腔、用于将第二腔抽真空的第二抽真空装置、将第二腔的内部空间分开成至少第一子空间和第二子空间并且具有连接第一子空间和第二子空间的细孔的部件、安装在第一子空间中以保持基板的第二基板保持器、用于将气体供给到安装在第二子空间中的第二阴极电极和供给到第二子空间的第二气体供给装置、以及控制装置的处理设备，所述控制装置被包括在处理设备中，用于控制第二气体供给装置的气体供给量(具有50到3000sccm的可能的范围，以及200到1000sccm的更有利的范围)、控制对第二阴极的电力供给量(具有100到3000W的可能的范围，以及200到2000W的更有利的范围)和第二抽真空装置的抽真空量(具有1到200Pa的可能的范围，以及10到50Pa的更有利的范围)； 所述腔包括这些，以使当在第二子空间中产生等离子体时，第一子空间中的等离子体具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度。
在形成磁阻效应元件(TMR)的多层磁膜的例子中，将下电极形成在由例如硅或玻璃制成的基板上，以及将形成磁阻效应元件的具有八层的多层膜形成在下电极上。通过在作为最下的下层的Ta层上顺序地层叠作为反铁磁层的PtMn层、磁化固定层(被钉扎层、Ru、被钉扎层)、绝缘层(阻挡层)、自由层、以及保护层(硬掩模)，形成具有八层的此多层膜的例子。
将通过反应离子蚀刻方法蚀刻的多层磁膜暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体，并且由表面氧化物层制成的受损层在当它被暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的还原性等离子体时被还原。
通过执行暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的步骤，能够通过改善由反应离子蚀刻产生的多层磁膜的氧化受损层而不改变受损层的形状，来形成高质量多层磁膜。
在本发明的磁阻效应元件制造方法中，能够通过使用形成在多层磁膜的上表面上的硬掩模层作为掩模、并且使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体来蚀刻多层磁膜，以执行反应离子蚀刻。
使用具有至少一个羟基的醇(例如甲醇或乙醇)作为蚀刻气体的反应离子蚀刻能够减少反应离子蚀刻对多层磁膜造成的损伤，并且能够缩短在反应离子蚀刻的处理之后执行的离子束蚀刻的处理所需的时间。
还可以使用由RCOR’(R或R’为烷基(alkyl group))表示的酮(例如，甲基乙基酮、异丙基甲基酮和甲基丙基酮)、由RCOH(R为烷基)表示的醛、由RCOOH(R为烷基)表示的羧酸、由RCOOR’(R为烷基)表示的酯、和由ROR’(R为烷基)表示的醚。
另外，也可以使用诸如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的具有甲基的烃，并且在烃中混合氧气、CO气体、氨气或CO2气体是更有利的。
此外，在上述本发明的两种磁阻效应元件制造方法中，都在暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的步骤之后执行形成保护膜的步骤。
在真空状态中执行上述使用反应离子蚀刻方法的步骤和暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的步骤，而不被暴露于空气(以下，将被称作“一致的(consistent)真空步骤”)。能够在真空状态中一致地执行一致的真空步骤，而不被暴露于空气，直到前述保护膜形成步骤的结尾。
因为使用上述一致的真空步骤，所以能够在被保持在真空状态中的干净环境中形成保护膜，并且具有通过暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体而改善的受损层的多层磁膜能够被保持覆盖有保护膜。
这里所说的真空状态优选地为低于1.3×10-5Pa的低压力状态，但是不限定真空条件(真空度)。
这里所说的自由基是不具有电荷并且从诸如氢或氨的还原性气体产生的中性活性物种(active species)。
通过高频高压力溅射方法和溅射设备制造磁阻效应元件。高频高压力溅射方法是在1KHz(含)到100MHz(含)的高频区域内以及在1Pa(含)到20Pa(含)的高压力的真空度区域内执行的溅射方法。在此方法中，也可对基板侧施加脉冲DC或RF偏压。
高频高压力溅射方法通过改变要被施加到基板侧的偏压或者溅射的压力条件，来增大基板的整个表面之上侧表面上的覆盖度(coverage)。
即，即使当将基板上的多层磁膜形成为具有凹陷或凸起的形状时，高频高压力溅射方法对于凹陷中的侧表面或者凸起的两个侧表面也具有高的膜厚度可控性，并且对于凹陷中的侧表面或者凸起的两个侧表面也具有高的膜厚度对称性。为了在用于磁头中的磁阻效应元件中充分利用硬偏压(hard bias)的特性，产生磁阻效应的凸起部分(与头的缝隙长度对应的部分)和形成硬偏压的部分必须由极薄的绝缘层(例 如AlN或AlO2膜)绝缘。通过高频高压力溅射方法的成膜的优点在于：可以形成在凸起部分的两个侧表面上具有高对称性的有利的非常薄的绝缘层等。
在磁阻效应元件制造设备中，形成用于通过高频高压力溅射方法形成多层磁膜的溅射腔和用于通过反应离子蚀刻来处理多层磁膜的反应离子蚀刻腔，以与真空传送腔连通。在维持真空状态的同时，基板能够被从真空传送腔装载到溅射腔中，被从溅射腔卸载到真空传送腔，被从真空传送腔装载到反应离子蚀刻腔中，以及被从反应离子蚀刻腔卸载到真空传送腔。
形成用于将反应离子蚀刻腔中蚀刻的基板暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的自由基处理腔，以与真空传送腔连通。在维持真空状态的同时，从反应离子蚀刻腔卸载的基板能够被经由真空传送腔而装载到自由基处理腔中，并且从自由基处理腔卸载到真空传送腔。
当通过使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体蚀刻多层磁膜时，即使形成受损层，受损层的厚度也至多约为几十 这使得可以缩短通过使用主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体在自由基处理腔中随后执行的用于还原受损层的处理的时间。此处理既不降低作为每单位时间生产量的生产能力，也不降低生产效率。
注意，在上述本发明的磁阻效应元件制造设备中，还可以形成与真空传送腔连通的成膜腔，并且在维持真空状态的同时经由真空传送腔将从自由基处理腔卸载的基板装载到成膜腔中。
因为在维持真空状态的同时如此连接成膜腔并且在此腔中形成保护膜，所以受损层在当它被暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体时被还原，并且随后多层磁膜被覆盖有保护膜。从而，多层磁膜能够被保持干净。
希望前述成膜腔为使用在高频高压力条件下执行的、即在1KHz(含)到100MHz(含)的高频区域内和1Pa(含)到20Pa(含) 的高压力的真空度区域内执行的溅射方法的成膜腔。这使得可以在一致的真空成膜中使用高频高压力溅射方法。如前所述，可以使用高频高压力溅射方法，其通过改变要被施加到基板侧的偏压或溅射的压力条件来增大基板的整个表面之上凸起部分的两个侧表面上的覆盖度。
另一个设备能够在同一自由基处理腔中执行上述两个步骤，即，使用反应离子蚀刻方法的步骤和暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的步骤。
在另一个设备的同一自由基处理腔中，在第一步骤中供给前述蚀刻气体，并且随后在第二步骤中供给前述还原性气体。
在另一个设备中，也能够通过将基板移动到同一腔中来执行上述第一和第二步骤。这指的是所谓的直列(in line)类型制造设备。
另外，在安装用于通过反应离子蚀刻来蚀刻形成磁阻效应元件的多层磁膜的装置之前，也能够在保持在真空中的前述真空腔中安装用于通过使用多层磁膜的光致抗蚀剂层作为PR掩模通过反应离子蚀刻来蚀刻硬掩模层的装置。
也可在暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体的步骤之后执行形成保护膜的步骤。也可在保持在真空中的前述真空腔中执行此保护膜形成步骤。
在此保护膜形成中，在高频高压力条件下、即在1KHz(含)到100MHz(含)的高频区域内和1Pa(含)到20Pa(含)的高压力的真空度区域内执行溅射，并且希望能够在一致的真空成膜中使用高频高压力溅射方法。
在本发明的磁阻效应元件制造方法和制造设备中，通过将受损层暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体，以将由于蚀刻气体的性质而由反应离子蚀刻在多层磁膜上不可避免地形成的受损层还原，而不改变图案形状。从而，能够制造高质量的磁阻效应元件。也可以提高生产效率，因为能够通过改善磁特性而提高产量。
此外，在受损层当它被暴露于主要含有自由基并且具有4×10-7 A/cm2或更小的离子电流密度的等离子体时被还原之后，在受损层的表面上随后形成保护膜，并且在真空状态中一致地执行包括保护膜形成步骤的这些步骤。这使得可以在被维持在真空状态中的干净周围环境中形成保护膜，并且保持基板表面干净。
从结合附图进行的下面的解释，本发明的其他特征和优点将是显而易见的。注意，在附图中相同的参考数字表示相同或类似的部分。

被并入说明书中且组成说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1a为本发明的实施例的制造方法的流程图，以及图1b为显示具有形成根据所述流程图被处理的磁阻效应元件的多层磁膜的基板的截面结构的视图；
图2为显示具有形成磁阻效应元件的多层磁膜的基板的截面结构的例子的视图；
图3为显示根据本发明的磁阻效应元件制造设备的例子的布置概况的视图；
图4为显示根据本发明的磁阻效应元件制造设备的溅射腔的例子的布置概况的视图；
图5为显示根据本发明的磁阻效应元件制造设备的自由基处理腔的例子的布置概况的截面视图；
图6为根据本发明的磁阻效应元件制造设备的控制装置的框图；
图7为用于解释根据本发明的磁阻效应元件制造设备的另一布置概况的框图；
图8为用于解释自由基处理腔的示例性视图；以及
图9为显示当改变要被施加到基板保持机构的偏置电压时的离子电流密度的测量结果的曲线图。

图1a和1b是显示本发明的磁阻效应元件制造方法的优选实施例的处理步骤的流程图(图1a)、以及与所述流程图对应的并且显示具有形成磁阻效应元件的多层磁膜的基板10(以下在一些情况下，“具有形成磁阻效应元件的多层磁膜的基板10”将被简称为“基板10”)的截面结构的视图(图1b)。
参见图1b，由参考数字1表示的部分是多层磁膜。多层磁膜1由例如TMR(隧穿磁阻效应)多层体、具有CPP(电流垂直于平面)结构的GMR(巨磁阻效应)多层体、包括用于在自由层中定义磁化方向的偏压层的TMR叠层或CPP结构GMR叠层、具有反铁磁耦合类型多层膜的CPP结构GMR多层体、具有镜面(specular)类型自旋阀磁多层膜的CPP结构GMR多层体、或者具有双自旋阀类型多层膜的CPP结构GMR多层体制成(以下将被通称为多层磁膜)。
如图2所示，例如，通过在基板30上形成下电极31，以及在下电极31的顶上形成它本身形成磁阻效应元件的多层磁膜，来获得多层磁膜1。在图2所示的此例子中，多层磁膜1包括八层，并且将作为反铁磁层的PtMn层33、磁化固定层34(被钉扎层、Ru、被钉扎层)、绝缘层35(阻挡层)、自由层36和保护层37(硬掩模)顺序地层叠在作为最下的下层的Ta层32上。在图2所示的例子中，磁化固定层34中的Ru层为 以及作为保护层(硬掩模)的Ta层37为 
参见图1b，由参考数字3表示的部分为硬掩模层。硬掩模层3可由其为Ta(钽)、Ti(钛)、Al(铝)和Si(硅)中的任意元素作为元素的单层膜或叠层膜的掩模材料，或者其为Ta、Ti、Al和Si中的任意元素的氧化物或氮化物的单层膜或叠层膜的掩模制成。
图3为显示磁阻效应元件制造设备(多腔设备)300的优选实施例的布置的视图。
在图3中，参考数字390表示真空传送腔。第一溅射腔311、第二溅射腔321、第三溅射腔331、退火腔341、第一反应离子蚀刻腔351、第二反应离子蚀刻腔361、自由基处理腔371、和成膜腔381经由诸如闸阀(gate valve)的遮蔽(shield)装置(没有示出)被连接到真空 传送腔390，以与真空传送腔390连通。
真空传送腔390也具有晶片装载器301。晶片装载器301能够将基板10装载到真空传送腔390中，并且从真空传送腔390卸载处理了的基板。
将传送装置(没有示出)安装在真空传送腔390中。如箭头391到399所示，此传送装置能够从第一溅射腔311到第二溅射腔321、从第二溅射腔321到第三溅射腔331、从第三溅射腔331到退火腔341、从退火腔341到第一反应离子蚀刻腔351、从第一反应离子蚀刻腔351到第二反应离子蚀刻腔361、从第二反应离子蚀刻腔361到自由基处理腔371、以及从自由基处理腔371到成膜腔381顺序地传送被装载的基板10。
也能够经由真空传送腔390在真空状态中一致地执行图3中箭头391到399所示的基板10的传送，而不破坏真空。
即，经由真空传送腔390在被保持于真空状态中的纯净环境中从第一溅射腔311到第二溅射腔321、从第二溅射腔321到第三溅射腔331、从第三溅射腔331到退火腔341、从退火腔341到第一反应离子蚀刻腔351、从第一反应离子蚀刻腔351到第二反应离子蚀刻腔361、从第二反应离子蚀刻腔361到自由基处理腔371、以及最后从自由基处理腔371到成膜腔381顺序地传送基板10。在此一致的真空周围环境中的成膜腔381中，在其上受损层在自由基处理腔371中被还原的表面上形成保护膜。
如箭头399所示从成膜腔381传送的处理了的基板10被晶片装载器301从真空传送腔390卸载到外部。
在溅射腔311中，对着设置在腔的底部中心的基板保持器312上的基板313，经由溅射阴极(没有示出)将Ta、NiFe、PtMn和CoFe靶314a、314b、314c和314d安装在顶板(ceiling)上。
在溅射腔321中，对着设置在腔的底部中心的基板保持器322上的基板323，经由溅射阴极(没有示出)将Ru、CoFe和Al靶324a、324b和324c安装在顶板上。
在溅射腔331中，对着设置在腔的底部中心的基板保持器332上的基板333，经由溅射阴极(没有示出)安装CoFe、NiFe和Ta靶334a、334b和334c。
单独使用Ar作为用于溅射成膜腔311、321和331中的溅射的气体。
通过使用如上所述的制造设备300，根据图1a所示的流程图，处理基板10。
将装载到真空传送腔390中的基板10顺序地传送到第一溅射腔311、第二溅射腔321、和第三溅射腔331，由此在作为下层的Ta层32上顺序地层叠作为反铁磁层的PtMn层33、磁化固定层34(被钉扎层、Ru、被钉扎层)、绝缘层35(阻挡层)、自由层36、和保护层37(硬掩模)。
下面将参照图4解释本发明的溅射腔的结构。在此溅射腔中，可将基板412放置在基板保持器411上。当在基板412上沉积膜时，安装在溅射腔外部的伺服马达(没有示出)经由旋转传输机构(没有示出)旋转基板保持器411。可通过旋转基板412形成具有高的膜厚度均匀性的膜。靶422附着在靶阴极421上。
抽真空装置(没有示出)还通过抽真空端口432对腔431抽真空。
气体供给系统433和434可将希望的处理气体供给到溅射腔。膜片(diaphragm)真空计等通过能够测量内部的端口(没有示出)监测其中执行处理的溅射腔的内部压力。
将靶422对于放置在基板保持器411上的基板412倾斜设置；设计基板保持器411以使能够同时安装多个靶，并且在此实施例中，安装五个靶阴极。基板保持器411的轴411a和靶422的轴422a以预定的角度θ彼此相交，并且存在于同一平面中。将两个轴411a和422a之间的角度θ优选地设在5°≤θ≤45°。
溅射阴极421和靶422通过绝缘体(没有示出)与溅射腔431和其他部分电绝缘。
固定到可旋转支承板423的永磁体的磁体阵列424存在于靶422 和靶阴极421之上或旁边。支承板423具有驱动机构(没有示出)。当设备在工作中时，被包括在驱动机构中的伺服马达使磁体阵列424绕支承板旋转轴423a旋转。
在非常薄的膜的形成中，使用双闸(shutter)435以维持成膜性能。特别是当使用多个靶时，双闸435对防止交叉污染是重要的。
DC电源(没有示出)对上述靶422供给用于产生等离子体的DC电力。注意，DC电力的使用不是本质性的。也可以通过代替DC电力使用RF(AC)电力来产生等离子体。
然后，将基板10传送到退火腔341，并且执行退火处理。退火温度为例如约300℃，并且执行退火处理例如4小时。这给予PtMn层33希望的磁化。
随后，将基板10传送到第一反应离子蚀刻腔351，并且通过使用形成在基板10的多层磁膜1的表面上的光致抗蚀剂层4作为PR掩模5来蚀刻硬掩模层3(步骤101)。
然后在维持真空状态的同时将基板10从第一反应离子蚀刻腔351传送到第二反应离子蚀刻腔361。在第二反应离子蚀刻腔361中，蚀刻多层磁膜1，即，通过使用诸如甲醇的具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体的反应离子蚀刻、通过使用硬掩模层3作为掩模，对多层磁膜1进行微图案化(micropattern)(步骤102)。
在此反应离子蚀刻中，可通过图2中例示的多层磁膜1的绝缘层35，在Ta层32上的作为反铁磁层的PtMn层33上执行蚀刻。作为MRAM的一个制造步骤，也可以蚀刻自由层36并且在绝缘层35处停止蚀刻。可在任何步骤中采用此反应离子蚀刻步骤(步骤102)。
与使用添加有氨气的一氧化碳气体的传统方法相比，使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体使得可以获得提高蚀刻速率和减少受损层(主要被氧化劣化的层)的效果。例如，当使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体时，能够将被氧化劣化的层的厚度减少到约几十 
如图1b中从上面起的第三视图所示，第二反应离子蚀刻腔361中的处理在多层磁膜1的侧壁和上表面上、或者在多层磁膜1的侧壁 和上表面以及部分剩余在多层磁膜1的上表面上的硬掩模层3的侧壁和上表面上，形成作为主要被氧化损伤的层的受损层6。
随后，在维持真空状态的同时，将第二反应离子蚀刻腔361中处理了的基板10传送到自由基处理腔371。在自由基处理腔371中执行还原受损层6的处理(步骤103)。
自由基处理腔371是用于通过使用诸如氢或氨的气体而产生离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体以还原受损层6的处理腔。
图5是显示作为根据本发明的用于将多层磁膜暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的装置的例子的、磁阻效应元件制造设备的自由基处理腔371(参见图3)的布置的截面视图。
如图5所示，自由基处理腔371具有被允许与真空传送腔390(参见图3)连通而不破坏真空的真空容器。抽真空机构13可将自由基处理腔371抽真空到低压力并且保持在预定的真空状态中。还将由导电材料(例如SUS或铝)制成的隔板14水平设置在自由基处理腔371中。设置隔板14，以使其外围被推到导电固定部件22的下表面上，由此形成封闭状态。经由导电固定部件22将隔板14设定在地电位27。
隔板14将自由基处理腔371的内部隔成上空间和下空间。在上空间中形成等离子体放电空间15，且在下空间中形成基板处理空间16。将高频电极20安装在等离子体放电空间15中，并且将基板保持机构17安装在基板处理空间16中。
在隔板14内部形成处理气体供给空间24。处理气体供给空间24与等离子体放电空间15隔开，并且通过多个处理气体扩散孔26与基板处理空间16连通。
形成在隔板14内部的处理气体供给空间24是用于通过将气体分散(disperse)以将从外部供给到隔板14的处理气体，例如用于成膜的硅烷气体，均匀供给到基板处理空间16中的空间。将用于从外部供给诸如硅烷气体的成膜气体的处理气体供给管28侧向连接到处理气体供给空间24。
还形成多个隔板通孔25b，以垂直延伸穿过隔板14的那些不存在 处理气体供给空间24的部分。
即，由隔板14将自由基处理腔371的内部隔成等离子体放电空间15和基板处理空间16，但是等离子体放电空间15和基板处理空间16仅通过多个隔板通孔25b彼此连通。
将基板保持机构17的电位保持在与自由基处理腔371相同的电位的地电位27。另外，在基板保持机构17内部形成加热器18。加热器18能够将基板10保持在预定的温度。
用于从外部将诸如氢或氨的等离子体产生气体供给到等离子体放电空间15的等离子体产生气体供给管23被连接到绝缘部件21a。
经由用于控制流率的质量流动控制器(没有示出)将等离子体产生气体供给管23连接到等离子体产生气体供给源。
下面将解释通过使用如上所述配置的自由基处理腔执行自由基处理的方法。
基板10被装载到自由基处理腔371中，并且被放置在基板保持机构17上。抽真空机构13将自由基处理腔371抽真空到低压力并且保持在预定的真空状态中。然后，通过等离子体产生气体供给管23将氨气供给到等离子体放电空间15。
当在上述状态中经由电力供给杆29对高频电极20供给高频电力时，在等离子体放电空间15中发生放电并且产生等离子体19。同时，产生作为中性激发物种的氮自由基(激发的活性物种)。
通过隔板通孔25b将产生的氮自由基供给到其中设置基板10的基板处理空间16。从而，能够对基板10执行自由基处理而不将它暴露于等离子体19。
已将图5所示的自由基处理腔371解释为用于将多层磁膜1暴露于自由基的装置。然而，如前所述，也可将自由基处理腔371用作用于通过使用例如硅烷气体作为成膜气体并且通过处理气体供给管28将硅烷气体供给到处理气体供给空间24来形成膜的装置。
即，将被供给到处理气体供给空间24的硅烷气体通过处理气体扩散孔26直接供给到基板处理空间16，而不与自由基或等离子体接触。
这样供给到基板处理空间16中的硅烷气体引起与通过隔板通孔25b供给到基板处理空间16中的氮气的氮自由基的化学反应，由此在基板10的表面上形成氮化硅膜。
如上所述，根据应用，保护膜7可以选自例如由高频高压力溅射形成的氮化铝和由CVD形成的氮化硅膜。
下面将参照图6解释自由基处理腔371的控制。图6是显示根据本发明的用于将离子电流密度控制为4×10-7A/cm2或更小的控制装置的例子的框图。
如图6所示，离子电流密度检测装置601被安装在第二子空间631中，并且能够检测第二子空间631中的离子电流密度。离子电流密度检测装置601将检测的离子电流密度的数值通知给电力控制装置602、气体控制装置603和抽真空控制装置604，并且执行反馈控制以使第二子空间631中的离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小。
如上所述，即使通过使用具有至少一个羟基的醇并且引起小的损伤的反应离子蚀刻执行的处理，有时也在自由基处理腔371中形成受损层6。因此，通过将薄的受损层6暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体，以将它还原而不改变其形状，从而获得较高质量的多层磁膜。
通过使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体的反应离子蚀刻在第二反应离子蚀刻腔361中执行的处理形成的受损层6具有最多约几十 的厚度。这使得可以缩短在反应离子蚀刻之后由自由基处理腔371中的自由基执行的用于还原受损层的处理的时间。另外，所述处理既不降低作为每单位时间生产量的生产能力，也不降低生产效率。
即，在第二反应离子蚀刻腔361中通过反应离子蚀刻形成的受损层6比通过使用添加有氨气的一氧化碳气体的传统反应离子蚀刻形成的受损层薄。从而，那之后，在确定制造设备的生产效率的反应离子蚀刻处理时间之内，能够通过将受损层暴露于自由基而将它还原。因此，本发明的磁阻效应元件制造方法和制造设备300既不降低作为每单位时间生产量的生产能力，也不降低生产效率。
自由基处理腔371不限于图5所示的实施例，例如，不限定自由基产生方法。例如，也可以采用使用诸如热灯丝的加热器的自由基产生方法。
在维持真空状态的同时将从其去除了受损层6的基板10传送到成膜腔381，并且形成保护膜7(步骤104)。
通过以保护膜7覆盖多层磁膜1，从其还原了受损层6的多层磁膜1能够被保持干净。
成膜腔381可以是在其中执行高频高压力溅射的溅射腔。例如，可通过在高频高压力条件下、即在1KHz(含)到100MHz(含)的高频区域内和在1Pa(含)到20Pa(含)的高压力的真空度区域内执行的高频高压力溅射方法，在步骤104中形成保护膜7。
保护膜7可以是例如氮化铝(AlN)膜。
现在将解释离子电流密度测量方法。图8是自由基处理腔的示例性视图。参见图8，将朗缪尔(Langmuir)探针81安装在基板保持机构82上要放置基板的位置。等离子体产生装置(没有示出)在等离子体空间86中产生等离子体85，并且朗缪尔探针81测量已穿过隔板84并且到达基板处理空间83中基板保持机构82上要放置基板的位置的等离子体的离子电流密度。通过使用此测量方法，在改变要被施加到基板保持机构的偏置电压的同时，对O2气、NH3气和N2气中的每一个测量离子电流密度。图9显示结果。参见图9，纵坐标指示离子电流密度/电子电流密度；+侧指示电子电流，以及-侧指示离子电流。图9显示，电子电流密度当偏置电压增大时增大，并且当偏置电压为10V或更大时突然增大。即，当偏置电压为+10V或更大时，高密度等离子体泄露到基板的附近，并且离子轰击等造成对基板的损伤。相反，当偏置电压为负时产生离子电流，但是离子电流密度非常低，即处于10-7A/cm2的量级，直到偏置电压约为-100V。注意，离子电流密度不仅由偏置电压确定，还由诸如气体物种、气体流率、压力和输入电力的各种因素确定。因为离子电流密度确定对基板的损伤，所以使基板要被暴露于的离子电流密度低于预定值是重要的。本发明人进 行了广泛的研究，并且获得这样的发现，即当使用离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体时，即使使用反应离子蚀刻等处理基板表面，对处理的多层磁膜的表面的损伤也是小的，由此达到本发明。
下面将解释通过使用具有图3所示布置的根据本发明的磁阻效应元件制造设备300在图1a和1b所示步骤中制造磁阻效应元件的例子。
(1)步骤101：使用光致抗蚀剂层4作为PR掩模5执行的硬掩模层3的蚀刻
在例如包括ICP(感应耦合等离子体)等离子体源的蚀刻设备的反应离子蚀刻设备的第一反应离子蚀刻腔351中，在下面的条件下通过使用光致抗蚀剂层4作为PR掩模5蚀刻硬掩模层3。
蚀刻气体                                ：CF4
蚀刻气体流率                            ：326mg/min(50sccm)
硬掩模层3                               ：Ta层
源电力                                  ：500W
偏置电力                                ：70W
第一反应离子蚀刻腔42的内部压力          ：0.8Pa
保持基板10的基板保持器的温度            ：80℃
(2)步骤102：使用硬掩模层3作为掩模执行的多层磁膜1的蚀刻
在例如包括ICP(感应耦合等离子体)等离子体源的蚀刻设备的、与步骤101的处理中使用的类似的反应离子蚀刻设备的第二反应离子蚀刻腔361中，在下面的条件下通过使用硬掩模层(Ta层)3作为掩模蚀刻多层磁膜1。
蚀刻气体                                ：CH3OH气体
蚀刻气体流率                            ：18.756mg/min(15sccm)
源电力                                  ：1000W
偏置电力                                ：800W
第二反应离子蚀刻腔43的内部压力          ：0.4Pa
保持基板10的基板保持器的温度            ：40℃
蚀刻时间                                ：3min
(3)步骤103：通过自由基处理的受损层6的还原
在自由基处理腔371中，在下面的条件下，受损层6在当它被暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体时被还原。
高频电力                                ：700W
基板处理空间的内部压力                  ：15(Pa)
基板温度                                ：300℃
自由基处理时间                          ：3min
将如上所述被处理的磁阻效应元件的MR比率(磁阻比率＝(Rmax-Rmin)/Rmin)和仅仅在与上述相同的条件下执行了步骤101和102中的处理而没有执行步骤103中的处理的磁阻效应元件的MR比率进行比较。
比较结果显示，由本发明的步骤处理的磁阻效应元件的MR比率比其中受损层6没有被自由基处理还原的磁阻效应元件的MR比率高7％到10％。
反应离子蚀刻的处理时间确定每单位时间要被处理的基板10的数量(生产能力)。即，即使当增加自由基处理步骤时，也在反应离子蚀刻处理时间内完成自由基处理。因此，生产能力不降低，并且能通过磁特性(MR比率)的改善而提高产量。这使得可以提高生产效率。
(4)步骤104：保护膜7的形成
在制造设备的成膜腔381中，在下面的条件下通过13.56MHz高频高压力溅射方法(Al靶)形成氮化铝(AlN)膜作为保护膜7，由此以保护膜7覆盖从其还原了受损层6的多层磁膜1。
溅射气体                                ：Ar气+N2气
成膜腔45的内部压力                      ：8Pa
保持基板10的基板保持器的温度            ：200℃
因为如上所述在维持真空状态的同时连接成膜腔381并且在成膜腔381中形成保护膜，所以受损层在当它被暴露于离子电流密度为 4×1-7A/cm2或更小的等离子体时被还原，并且随后以保护膜覆盖多层磁膜。因此，能够保持多层磁膜干净。
以上已经参照附图解释了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于此实施例，并且在根据权利要求范围的描述所掌握的技术范围内能够被改变成各种形式。
例如，也可以使用图7所示的直列类型制造设备作为本发明的磁阻效应元件制造设备，并且在此直列类型制造设备中执行本发明的磁阻效应元件制造方法。
即，制备了这样的磁阻效应元件制造设备，其中，将用于通过反应离子蚀刻来蚀刻形成磁阻效应元件的多层磁膜的装置、以及用于将由此反应离子蚀刻装置蚀刻了的多层磁膜暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的装置安装在被保持在真空中的真空腔中。
例如，可以使用反应离子蚀刻方法作为用于通过反应离子蚀刻来蚀刻形成磁阻效应元件的多层磁膜的手段，并且可以使用执行自由基处理的方法作为用于施加自由基的手段。在用于通过反应离子蚀刻来蚀刻形成磁阻效应元件的多层磁膜的手段之前，还可在被保持在真空中的真空腔中进一步安装用于通过使用多层磁膜的光致抗蚀剂层作为PR掩模通过反应离子蚀刻来蚀刻硬掩模层的装置。
另外，可在被保持在真空中的真空腔中进一步安装用于在已经历自由基处理的多层磁膜上形成薄膜即保护膜的装置，所述自由基处理是通过用于将多层磁膜暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的装置进行的。
下面将参照图7解释通过使用如上所述的直列类型制造设备制造根据本发明的磁阻效应元件的方法的例子。将基板装载到磁阻效应元件制造设备中。
通过包括硬掩模层蚀刻装置和多层磁膜蚀刻装置的反应离子蚀刻装置执行蚀刻处理。例如，首先通过这样的蚀刻装置蚀刻硬掩模层，所述蚀刻装置用于通过使用多层磁膜的光致抗蚀剂层作为PR掩模、 通过反应离子蚀刻来蚀刻硬掩模层(步骤301)。
然后，通过用于通过反应离子蚀刻来蚀刻多层磁膜的装置，来蚀刻形成磁阻效应元件的多层磁膜(步骤302)。
通过用于将受损层暴露于离子电流密度为4×10-7A/cm2或更小的等离子体的装置，还原由反应离子蚀刻装置执行的处理所形成的受损层(步骤S303)。
随后，用于形成保护膜的成膜装置以保护膜覆盖具有改善的受损层的多层磁膜(步骤304)，以及基板在它被保持干净时被卸载。
在维持真空状态的同时，通过真空腔和形成真空保持装置的真空泵执行这些步骤。
即使当使用如上所述的直列类型制造设备时，也能够通过执行本发明的磁阻效应元件制造方法来制造高质量的磁阻效应元件，因为由反应离子蚀刻不可避免地形成的多层磁膜的受损层通过自由基处理被还原。还可以提高生产效率，因为能够通过改善磁特性提高产量。
本发明不限于上述实施例，并且能够作出各种改变和修改而不脱离本发明的精神和范围。因此，为了向公众告知本发明的范围，附上下面的权利要求。
本申请要求2006年9月13日提交的日本专利申请No.2006-248518的权益，其所有内容在此通过参考被并入。