CN111146336A - 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 - Google Patents
一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111146336A CN111146336A CN201811298691.2A CN201811298691A CN111146336A CN 111146336 A CN111146336 A CN 111146336A CN 201811298691 A CN201811298691 A CN 201811298691A CN 111146336 A CN111146336 A CN 111146336A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chamber
- etching
- sample
- tunnel junction
- magnetic tunnel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 113
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 Amino Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 claims 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 abstract description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 70
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 4
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
- H10N50/85—Magnetic active materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
本发明公开一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法，所使用的刻蚀装置包括样品装载腔室、真空过渡腔室、反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室以及真空传输腔室，在不中断真空的情况下，在反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室依照特定的步骤对晶圆进行加工、处理。本发明能够有效改善高密度小器件生产过程中受掩蔽效应的影响。另外，离子束刻蚀腔室和反应离子刻蚀腔室结合使用，大幅度降低了磁性隧道结膜层结构的金属沾污及损伤，极大的提高了器件的性能和可靠性，并且克服了现有的单一刻蚀方法存在的技术问题，提高了生产效率和刻蚀工艺精度。
Description
技术领域
本发明涉及磁性随机存储器领域，具体涉及一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法。
背景技术
随着半导体器件特征尺寸的进一步等比例缩小，传统的闪存技术将达到尺寸的极限。为进一步提高器件的性能，研发人员开始对新结构、新材料、新工艺进行积极的探索。近年来，各种新型非易失性存储器得到了迅速发展。其中，磁性随机存储器(MRAM)凭借其拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，动态随机存储器(DRAM)的高集成度，功耗远远的低于动态随机存储器，并且相对于快闪存储器(Flash)，随着使用时间的增加性能不会发生退化等优势，受到业界越来越多的关注，被认为是极有可能替代静态随机存取存储器、动态随机存取存储器、闪存，而成为下一代“通用”存储器的强有力候选者之一。产业界及科研机构致力于优化电路设计、工艺方法及集成方案以获得能够成功商业化的磁性随机存储器器件。
磁隧道结(MTJ)是磁性随机存储器的核心结构。磁隧道结图形化的主要方法还是需要通过刻蚀的方法，因为磁隧道结的材料是难于干法刻蚀的材料Fe，Co，Mg等，难以形成挥发产物，且不能采用腐蚀气体(Cl2等)，否则会影响磁隧道结的性能，所以需要用到比较复杂的刻蚀方法才能实现，刻蚀工艺非常具有难度和挑战。传统的大尺寸磁隧道结刻蚀都是通过离子束刻蚀完成的。由于离子束刻蚀采用惰性气体，基本上没有引入化学刻蚀的成分进入反应腔室，从而使得磁隧道结的侧壁不受化学反应的侵蚀。在保证侧壁干净的情况下，离子束刻蚀可以获得比较完美的磁隧道结侧壁——干净并且没有受到化学破坏。但是，离子束刻蚀也有其不完美的一面。一方面，离子束刻蚀能够实现的一个原理是采用较高的物理轰击力，而过大的物理轰击力会导致磁隧道结侧壁尤其是隔离层以及附近的核心层的原子层排序受到干扰，从而破坏磁隧道结的磁性特征。另一方面，离子束刻蚀都采用一定的角度实现刻蚀，这个为离子束刻蚀带来了局限性。随着磁隧道结器件尺寸做的越来越小，使得离子束刻蚀常用的角度不能达到磁隧道结的底部，从而达不到磁隧道结器件分离的需求，使得图形化失败。再者，离子束刻蚀的时间相对较长，每台设备的产率有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法，所使用的刻蚀装置包括样品装载腔室、真空过渡腔室、反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室以及真空传输腔室，所述真空过渡腔室分别与所述样品装载腔室、所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，所述反应离子刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室分别与所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，其特征在于，在不中断真空的情况下，在反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室依照如下步骤对晶圆进行加工、处理：样品准备步骤，在半导体衬底上形成包括底电极层、磁隧道结、帽层和掩膜层的待刻蚀结构，所述磁隧道结包括固定层、自由层和隔离层；样品装载步骤，将所述样品装载到样品装载腔室，并使所述样品通过真空过渡腔室，进入真空传输腔室；反应离子刻蚀步骤，使样品进入到反应离子刻蚀腔室，利用反应离子刻蚀方法对样品进行刻蚀，当到达自由层或隔离层时停止刻蚀，之后使所述样品返回到真空传输腔室；离子束刻蚀步骤，将所述样品从所述真空传输腔室传送到离子束刻蚀腔室，利用离子束刻蚀方法对样品进行刻蚀，直到到达底电极为止；第一离子束清洗步骤，使所述样品继续停留在离子束刻蚀腔室，利用离子束去除在所述反应离子刻蚀步骤和所述离子束刻蚀步骤中产生的金属沾污及侧壁损伤，之后使所述样品返回到真空传输腔室；保护步骤，使所述样品进入到镀膜腔室，在完成刻蚀的样品上表面和周边进行镀膜保护，之后使所述样品返回到真空传输腔室；以及样品取出步骤，将所述样品从真空传输腔室，通过真空过渡腔室，返回到样品装载腔室。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，在所述反应离子刻蚀步骤与所述离子束刻蚀步骤之间，还包括第二离子束清洗步骤，将所述样品从真空传输腔室传送到离子束刻蚀腔室，利用离子束去除在所述反应离子刻蚀步骤中所产生的金属沾污及侧壁损伤，之后使所述样品返回到真空传输腔室。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，所述磁隧道结的结构为固定层在隔离层上方，或者固定层在隔离层下方。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，在所述反应离子刻蚀步骤中，所使用的气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、NH3、氨基气体、CO、CO2、醇类或其组合。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，在所述离子束刻蚀步骤中，所使用的气体包括惰性气体、氮气、氧气或其组合。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，在所述保护步骤中，所镀薄膜为使相邻磁隧道结器件分离的介质材料。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，所述介质材料为四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属氮氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氮化物、碱土金属氮氧化物或其组合。
本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法中，优选为，所镀薄膜的厚度为1nm～500nm。
本发明能够有效改善高密度小器件生产过程中受掩蔽效应的影响。另外，离子束刻蚀腔室和反应离子刻蚀腔室结合使用，大幅度降低了磁性隧道结膜层结构的金属沾污及损伤，极大的提高了器件的性能和可靠性，并且克服了现有的单一刻蚀方法存在的技术问题，提高了生产效率和刻蚀工艺精度。
附图说明
图1是本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法所使用刻蚀装置的功能框图。
图2是本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法的第一实施例的流程图。
图3是待刻蚀器件的结构示意图，其中磁隧道结的固定层在隔离层下方。
图4是进行反应离子刻蚀步骤后所形成的器件结构示意图。
图5是进行离子束刻蚀步骤后所形成的器件结构示意图。
图6是进行第一离子束清洗步骤后所形成的器件结构示意图。
图7是采用不同清洗工艺参数，磁性隧道结侧壁出现的三种情形的形貌：(a)90℃<α<130℃，(b)α<90℃，(c)α<60℃。
图8是进行保护步骤后所形成的器件结构示意图。
图9是本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法的第二实施例的流程图。
图10是待刻蚀器件的另一结构示意图，其中磁隧道结的固定层在隔离层上方。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“陡直”、“倾斜”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
以下，结合附图，针对本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法所使用的装置进行说明。图1是本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法所使用的刻蚀装置的功能框图。如图1所示，刻蚀装置包括反应离子刻蚀腔室10、离子束刻蚀(IBE)腔室11、镀膜腔室12、真空传输腔室13、真空过渡腔室14和样品装载腔室15。其中，真空过渡腔室14分别与样品装载腔室15和真空传输腔室13以可联通的方式相连接。反应离子刻蚀腔室10、离子束刻蚀腔室11、镀膜腔室12分别与真空传输腔室13以可联通的方式相连接。此外，上述各腔室也可以为多个。
反应离子刻蚀腔室10可以是电感耦合等离子体(ICP)腔室、电容耦式等离子体(CCP)腔室、螺旋波等离子体腔室等反应离子刻蚀腔室。离子束刻蚀(IBE)腔室11可以是离子束刻蚀、中性粒子束刻蚀腔体等。镀膜腔室12可以是物理气相沉积(PVD)镀膜腔室，也可以是脉冲化学气相沉积(PulsedCVD)镀膜腔室、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)镀膜腔室、电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-PECVD)镀膜腔室、原子层(ALD)镀膜腔室等化学气相沉积(CVD)镀膜腔室。
此外，刻蚀装置还包括用于实现样品在各腔室的传递的样品传输系统、用于对各腔室及样品传输系统等进行控制的控制系统、用于实现各腔室所需的真空度的真空抽气系统、以及冷却系统等常规刻蚀装置所包含的功能单元。这些装置结构均可以由本领域技术人员利用现有技术加以实现。
如图2所示，本发明的单隔离层磁隧道结刻蚀方法的第一实施例通过以下步骤实现。首先，在样品准备步骤S1中，在半导体衬底上形成包含磁隧道结的待刻蚀结构。在图3中示出了待刻蚀器件的结构示意图。如图3所示，待刻蚀结构包括底电极层100、磁隧道结(包括固定层101、隔离层102和自由层103)、帽层104以及硬掩膜层105。
接下来，在样品装载步骤S2中，将样品装载到样品装载腔室15，并使样品通过真空过渡腔室14，进入真空传输腔室13。
接下来，在反应离子刻蚀步骤S3中，使样品进入到反应离子刻蚀腔室10，利用反应离子等离子体对样品进行刻蚀，当完成对帽层104的刻蚀时，停止刻蚀。之后使样品返回到真空传输腔室13。在反应离子刻蚀腔室里所使用的气体可以为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、NH3、氨基气体、CO、CO2、醇类等。刻蚀过程要实现器件的分离以及器件所需的陡直度。刻蚀形成的器件侧壁以没有金属沾污为目标，但是纳米级的金属沾污，或者极微量的如小于1nm的金属沾污是难以完全避免的。同时，刻蚀过程中可能会形成磁隧道结侧壁的纳米级的损伤层。图4是进行反应离子刻蚀步骤后所形成的器件结构示意图。图4中示意性地示出了在等离子体刻蚀过程中形成的金属沾污106以及磁隧道结侧壁的损伤层107。在反应离子刻蚀完成帽层的图形化后，掩膜层通常已经有所消耗，这时总体器件(包括掩膜层)的高宽比有所下降，这使得后续的离子束刻蚀腔室的刻蚀和清洗工艺能够在相对较大倾斜的角度开展工艺，尤其是在整体刻蚀工艺结束后，对整体的器件侧壁进行彻底的清洗及表面处理。由此可以改善高密度(1：1等间距)的小器件(20nm及以下)生产过程中受掩蔽效应的影响。
接下来，在离子束刻蚀步骤S4中，使样品进入到离子束刻蚀腔室11，利用离子束刻蚀方法继续刻蚀，当到达底电极时停止刻蚀，所得结构如图5所示。离子束刻蚀的气体可以为惰性气体、氮气、氧气等。离子束刻蚀使用的角度优选为10度到80度，该角度是离子束与样品台法向面的夹角。
接下来，在第一离子束清洗步骤S5中，使样品继续停留在离子束刻蚀腔室11，利用离子束进行金属残留物去除以及样品表面处理，使上述反应离子刻蚀步骤和离子束刻蚀步骤中形成的侧壁金属沾污以及侧壁损伤层完全去除，同时，完全去除器件底电极上方、不同器件底电极之间的介质层上方的金属沾污，实现器件的完全电学隔离，避免器件与器件之间的短路。之后使样品返回到真空传输腔室13。该离子束清洗步骤中所使用的气体可以为惰性气体、氮气、氧气等，与上述离子束刻蚀骤所使用的气体可以相同也可以不同，离子束刻蚀的角度、离子束的能量以及密度可以相同也可以不同。优选将0.1nm～5.0nm的磁隧道结的侧壁去除。在器件经过上述的两腔室的刻蚀步骤后，器件的侧壁干净并且实现了完全分离。在图6中示出了进行第一离子束清洗步骤后所形成的器件结构示意图。
在上述整体刻蚀工艺结束后，这时总体器件的高宽比有所下降，本步骤的离子束清洗可以以相对较大倾斜的角度对整体的器件侧壁进行彻底的清洗及表面处理。另外，通过离子束清洗工艺参数的调整，可以实现陡直的侧壁形貌，对器件的良率及可靠性有明显的改善。同时，在底部金属沾污的去除过程中，在允许对底电极层一定量的过刻蚀的情况下，可以明显提高器件的可靠性和良率。根据清洗工艺参数的不同，磁性隧道结侧壁形貌可能会出现三种情况，如图7所示。第一种情况，磁隧道结侧壁与底电极金属层或者介质层表面的夹角α呈现出大于90°的结构，角度最大不超过130°；第二种情况，在参数合适的清洗工艺条件下，磁隧道结侧壁与底电极金属层或者介质层表面的夹角α呈现出90的结构；第三种情况，磁隧道结侧壁与底部表面的夹角α呈现出小于90°的结构，最小不小于60°。通过清洗工艺参数的调节，可以实现刻蚀结果侧壁陡直度形貌的控制，可以获得陡直或者接近陡直的侧壁形貌。
接下来，在保护步骤S6中，使样品进入到镀膜腔室12，在完成刻蚀的样品上表面和周边进行镀膜保护，之后使样品返回到真空传输腔室13。在图8中示出了进行保护步骤后的器件结构示意图。其中，介质薄膜108为使相邻磁隧道结器件分离的介质材料，例如可以是四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物，过渡金属氧化物、过渡氮化物、过渡氮氧化物，碱土金属氧化物、碱土氮化物、碱土氮氧化物等。镀膜的厚度可以是1nm以上，500nm以下。通过在镀膜腔室的原位镀膜保护能够防止器件在后续的工艺中因裸露在大气环境中而被破坏，同时实现器件与器件间的完全绝缘隔离。
最后，在样品取出步骤S7中，将样品从真空传输腔室13，通过真空过渡腔室14，返回到样品装载腔室15。
本发明的第二实施例与第一实施例基本相同，区别在于，在反应离子刻蚀步骤S3与离子束刻蚀步骤S4之间，还包括第二离子束清洗步骤S8，如图9所示，将样品从真空传输腔室13传送到离子束刻蚀腔室11，利用离子束去除在反应离子刻蚀步骤中所产生的金属沾污及侧壁损伤，之后使样品返回到真空传输腔室13。通过增加该工艺步骤，可以进一步减小反应离子刻蚀工艺所留缺陷对后续磁隧道结核心层刻蚀工艺的影响。其他步骤与第一实施例相同，在此不再赘述。
本发明的第三实施例与第一实施例基本相同，区别在于，在反应离子刻蚀步骤S3中，使样品进入到反应离子刻蚀腔室10，利用反应离子等离子体对样品进行刻蚀，当完成对帽层104和自由层103的刻蚀，到达隔离层102时停止刻蚀。其他步骤与第一实施例相同，在此不再赘述。在反应离子刻蚀到隔离层后，掩膜层通常已经有所消耗，这时总体器件(包括掩膜层)的高宽比有所下降，这使得后续的离子束刻蚀腔室的刻蚀和清洗工艺能够在相对较大倾斜的角度开展工艺，尤其是在整体刻蚀工艺结束后，对整体的器件侧壁进行彻底的清洗及表面处理。另外，由于位于隔离层下方的磁隧道结的核心层是由离子束刻蚀完成，不出现在反应离子刻蚀的化学气体氛围中，因此整个工艺过程，最大程度降低了化学气体对器件及器件膜层结构的损伤，从而可以获得性能更高的器件。
本发明的第四实施例与第二实施例基本相同，区别在于，在反应离子刻蚀步骤S3中，使样品进入到反应离子刻蚀腔室10，利用反应离子等离子体对样品进行刻蚀，当完成对帽层和自由层的刻蚀，到达隔离层时停止刻蚀。其他步骤与第二实施例相同，在此不再赘述。
以上，针对本发明的磁隧道结刻蚀方法的具体实施方式进行了详细说明，但是本发明不限定于此。各步骤的具体实施方式根据情况可以不同。此外，基于部分步骤的顺序可以调换，部分步骤可以省略等。需要说明的是，上述磁隧道结的结构仅示例，在实际的器件应用中，磁隧道结的组成还可以是自由层在隔离层的下方，而固定层在隔离层的上方，如图10所示。本发明的单隔离层磁隧道结制备方法同样适用于这些不同的结构。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法，所使用的刻蚀装置包括样品装载腔室、真空过渡腔室、反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室以及真空传输腔室，所述真空过渡腔室分别与所述样品装载腔室、所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，所述反应离子刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室分别与所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，其特征在于，在不中断真空的情况下，在反应离子刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室依照如下步骤对晶圆进行加工、处理：
样品准备步骤，在半导体衬底上形成包括底电极层、磁隧道结、帽层和掩膜层的待刻蚀结构，所述磁隧道结包括固定层、自由层和隔离层；
样品装载步骤，将所述样品装载到样品装载腔室，并使所述样品通过真空过渡腔室，进入真空传输腔室；
反应离子刻蚀步骤，使样品进入到反应离子刻蚀腔室，利用反应离子刻蚀方法对样品进行刻蚀，当到达自由层或隔离层时停止刻蚀，之后使所述样品返回到真空传输腔室；
离子束刻蚀步骤，将所述样品从所述真空传输腔室传送到离子束刻蚀腔室，利用离子束刻蚀方法对样品进行刻蚀，直到到达底电极为止；
第一离子束清洗步骤，使所述样品继续停留在所述离子束刻蚀腔室，利用离子束去除在所述反应离子刻蚀步骤和所述离子束刻蚀步骤中产生的金属沾污及侧壁损伤，之后使所述样品返回到真空传输腔室；
保护步骤，使所述样品进入到镀膜腔室，在完成刻蚀的样品上表面和周边进行镀膜保护，之后使所述样品返回到真空传输腔室；以及
样品取出步骤，将所述样品从真空传输腔室，通过真空过渡腔室，返回到样品装载腔室。
2.根据权利要求1所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述反应离子刻蚀步骤与所述离子束刻蚀步骤之间，还包括第二离子束清洗步骤，将所述样品从真空传输腔室传送到离子束刻蚀腔室，利用离子束去除在所述反应离子刻蚀步骤中所产生的金属沾污及侧壁损伤，之后使所述样品返回到真空传输腔室。
3.根据权利要求1或2所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
所述磁隧道结的结构为固定层在隔离层上方，或者固定层在隔离层下方。
4.根据权利要求1或2所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述反应离子刻蚀步骤中，所使用的气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、NH3、氨基气体、CO、CO2、醇类或其组合。
5.根据权利要求1或2所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述离子束刻蚀步骤中，所使用的气体包括惰性气体、氮气、氧气或其组合。
6.根据权利要求1或2所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述保护步骤中，所镀薄膜为使相邻磁隧道结器件分离的介质材料。
7.根据权利要求6所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
所述介质材料为四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属氮氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氮化物、碱土金属氮氧化物或其组合。
8.根据权利要求6所述的单隔离层磁隧道结刻蚀方法，其特征在于，
所镀薄膜的厚度为1nm～500nm。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811298691.2A CN111146336A (zh) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 |
| KR1020217016263A KR102518467B1 (ko) | 2018-11-02 | 2019-05-23 | 단일 격리층의 자기 터널 접합의 식각 방법 |
| US17/289,548 US20210399215A1 (en) | 2018-11-02 | 2019-05-23 | Etching method for single-isolated magnetic tunnel junction |
| PCT/CN2019/088145 WO2020087916A1 (zh) | 2018-11-02 | 2019-05-23 | 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 |
| TW108139251A TWI726466B (zh) | 2018-11-02 | 2019-10-30 | 一種單隔離層磁性穿隧接面蝕刻方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811298691.2A CN111146336A (zh) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111146336A true CN111146336A (zh) | 2020-05-12 |
Family
ID=70463658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811298691.2A Pending CN111146336A (zh) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210399215A1 (zh) |
| KR (1) | KR102518467B1 (zh) |
| CN (1) | CN111146336A (zh) |
| TW (1) | TWI726466B (zh) |
| WO (1) | WO2020087916A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113745101A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种用于高深宽比器件刻蚀的方法及机台 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985672A (zh) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 从半导体器件去除膜的方法 |
| CN106676532A (zh) * | 2015-11-10 | 2017-05-17 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 金属刻蚀装置及方法 |
| CN108352444A (zh) * | 2015-10-30 | 2018-07-31 | 威科仪器股份有限公司 | Stt-ram结构的离子束蚀刻 |
| US10043851B1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-08-07 | Headway Technologies, Inc. | Etch selectivity by introducing oxidants to noble gas during physical magnetic tunnel junction (MTJ) etching |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1999781A2 (en) * | 2006-03-16 | 2008-12-10 | Tegal Corporation | Dry etch stop process for eliminating electrical shorting in mram device structures |
| KR102082322B1 (ko) * | 2013-08-09 | 2020-02-27 | 삼성전자주식회사 | 자기 기억 소자의 제조 방법 |
| CN107623014A (zh) * | 2016-07-14 | 2018-01-23 | 上海磁宇信息科技有限公司 | 一种磁性随机存储器的制备方法 |
| CN109065480B (zh) * | 2018-08-03 | 2021-09-07 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种磁隧道结刻蚀方法 |
| US20200052196A1 (en) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Avoiding Oxygen Plasma Damage During Hard Mask Etching in Magnetic Tunnel Junction (MTJ) Fabrication Process |
-
2018
- 2018-11-02 CN CN201811298691.2A patent/CN111146336A/zh active Pending
-
2019
- 2019-05-23 US US17/289,548 patent/US20210399215A1/en not_active Abandoned
- 2019-05-23 WO PCT/CN2019/088145 patent/WO2020087916A1/zh active Application Filing
- 2019-05-23 KR KR1020217016263A patent/KR102518467B1/ko active IP Right Grant
- 2019-10-30 TW TW108139251A patent/TWI726466B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985672A (zh) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 从半导体器件去除膜的方法 |
| CN108352444A (zh) * | 2015-10-30 | 2018-07-31 | 威科仪器股份有限公司 | Stt-ram结构的离子束蚀刻 |
| CN106676532A (zh) * | 2015-11-10 | 2017-05-17 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 金属刻蚀装置及方法 |
| US10043851B1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-08-07 | Headway Technologies, Inc. | Etch selectivity by introducing oxidants to noble gas during physical magnetic tunnel junction (MTJ) etching |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113745101A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-03 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种用于高深宽比器件刻蚀的方法及机台 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210399215A1 (en) | 2021-12-23 |
| WO2020087916A1 (zh) | 2020-05-07 |
| KR102518467B1 (ko) | 2023-04-05 |
| KR20210081420A (ko) | 2021-07-01 |
| TW202040680A (zh) | 2020-11-01 |
| TWI726466B (zh) | 2021-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109065480B (zh) | 一种磁隧道结刻蚀方法 | |
| US11367832B2 (en) | Method of making magnetoresistive random access memory device | |
| KR102496523B1 (ko) | 자기터널접합 에칭 방법 | |
| US11877519B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| US12063866B2 (en) | Multilayer magnetic tunnel junction etching method and MRAM device | |
| CN106676532A (zh) | 金属刻蚀装置及方法 | |
| CN111146336A (zh) | 一种单隔离层磁隧道结刻蚀方法 | |
| TWI714327B (zh) | 一種磁性穿隧接面製作方法 | |
| JP7568841B2 (ja) | Ｍｒａｍ磁気トンネル接合のエッチング方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 221300 No.8, Liaohe West Road, Pizhou Economic Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province Applicant after: Jiangsu Luwen Instrument Co.,Ltd. Address before: 221300 No. 8, Liaohe West Road, Pizhou Economic Development Zone, Pizhou City, Xuzhou City, Jiangsu Province Applicant before: JIANGSU LEUVEN INSTRUMMENTS Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200512 |