JP5085637B2 - Dry etch stop process to eliminate electrical shorts in MRAM device structure - Google Patents
Dry etch stop process to eliminate electrical shorts in MRAM device structure Download PDFInfo
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Description
本出願は、2005年3月16日出願の「MRAMデバイス構造における電気的短絡を排除するドライエッチング停止処理」という名称の米国特許仮出願出願番号第60/783、157号からの優先権を請求するものであり、この特許は、本明細書において引用により組み込まれている。 This application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 783,157 entitled "Dry Etch Stop Treatment to Eliminate Electrical Shorts in MRAM Device Structures" filed March 16, 2005. This patent is incorporated herein by reference.
本発明は、一般的に半導体製作に関し、特に、磁気トンネル接合デバイス及びメモリデバイスで使用するような金属−絶縁体−金属の積層薄膜スタックを収容するデバイス構造を製作することに関する。 The present invention relates generally to semiconductor fabrication, and more particularly to fabricating device structures containing metal-insulator-metal stacked thin film stacks for use in magnetic tunnel junction devices and memory devices.
金属−絶縁体−金属の積層膜は、磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)などのようなメモリデバイスにおけるストレージ要素として使用される。MRAM技術のためのメモリ要素は、多層材料のパターン化した構造体であり、通常、NiFe、CoFe、PtMn、Ruなどのような異なる材料のスタックで構成され、かつAI2O3又はMgOのような絶縁体に似た材料を含むことができる。典型的なスタックは、これらの材料の多くて10個又はそれよりも多くの層を収容することができ、そのうちの一部は非磁性材料であり、一部は磁性材料であり、1つ又は2つは絶縁材料である。本明細書の絶縁膜とは、バルク形態で高い電気抵抗を示す酸化又は窒化金属層と定めている。ストレージ要素を製作するためには、上に重なるブランケット膜の形で層単位で材料を堆積させ、フォトレジストのパターン層を形成し、膜をエッチングして適切な構造体にすることが必要である。 Metal-insulator-metal stacks are used as storage elements in memory devices such as magnetic random access memory (MRAM). The memory element for MRAM technology is a patterned structure of multilayer material, usually composed of a stack of different materials such as NiFe, CoFe, PtMn, Ru, etc. and like AI 2 O 3 or MgO A material similar to a simple insulator can be included. A typical stack can contain at most 10 or more layers of these materials, some of which are non-magnetic materials, some are magnetic materials, one or Two are insulating materials. The insulating film in this specification is defined as an oxide or metal nitride layer that exhibits high electrical resistance in a bulk form. In order to fabricate storage elements, it is necessary to deposit material layer by layer in the form of an overlying blanket film, form a patterned layer of photoresist, and etch the film into a suitable structure. .
磁気抵抗性材料を除去するために、イオンビームミリング又はイオンビームエッチング処理が使用されている。イオンビームミリングは、しかし、物理的フライス加工処理である。マスクにより保護されていない区域は、イオンによる衝撃により除去される。イオン衝撃は、無保護材料をスパッタリングするか、又は剥離して除去する。イオンビームミリングは、作動時に選択性が低く、マスク縁部又はMRAMセル本体の境界に近いスタックの部分は、容易に損傷される可能性がある。 Ion beam milling or ion beam etching processes are used to remove the magnetoresistive material. Ion beam milling, however, is a physical milling process. Areas not protected by the mask are removed by ion bombardment. The ion bombardment is removed by sputtering or peeling off the unprotected material. Ion beam milling is less selective in operation and the portion of the stack near the border of the mask edge or MRAM cell body can be easily damaged.
化学エッチング技術も、堆積層の一部分を選択的に除去するために使用されている。エッチング技術の例としては、ドライエッチング技術及びウェットエッチング技術がある。 Chemical etching techniques have also been used to selectively remove portions of the deposited layer. Examples of the etching technique include a dry etching technique and a wet etching technique.
現在のエッチング技術の欠点の1つは、MRAM構造のプロフィールが、薄いトンネル接合部にわたって電気的短絡を受け易いということである。絶縁誘電トンネル層の上方の上部磁石層と、このトンネル層の下方の下部磁石層との間の垂直分離は、電気的短絡を防止するには不適切である。 One drawback of current etching techniques is that the profile of the MRAM structure is susceptible to electrical shorts across the thin tunnel junction. The vertical separation between the upper magnet layer above the insulating dielectric tunnel layer and the lower magnet layer below this tunnel layer is inadequate to prevent electrical shorts.
本発明の実施形態は、とりわけ、上部磁気層のプラズマオーバーエッチング中にトンネル障壁層が停止層として機能する磁気トンネル接合部(MTJ)デバイスの製作に関する。結果として生じるMTJデバイスは、トンネル障壁層にわたって優れた電気的分離を示している。 Embodiments of the present invention relate, inter alia, to the fabrication of magnetic tunnel junction (MTJ) devices in which the tunnel barrier layer functions as a stop layer during plasma overetching of the top magnetic layer. The resulting MTJ device exhibits excellent electrical isolation across the tunnel barrier layer.
別の実施形態では、プラズマオーバーエッチング中に使用するガスには、トンネル障壁層と比較して上部磁気層の選択性の高いエッチングをもたらす種を含有するハロゲンガスを除外することが好ましい。ガスへの酸素導入により、処理の再現性が向上する。 In another embodiment, the gas used during plasma overetching preferably excludes halogen gases containing species that result in highly selective etching of the top magnetic layer compared to the tunnel barrier layer. By introducing oxygen into the gas, process reproducibility is improved.
更に別の実施形態では、フッ素−塩素ガス混合物を使用して、トンネル障壁層の上にある磁石層を部分エッチングする。 In yet another embodiment, a fluorine-chlorine gas mixture is used to partially etch the magnet layer overlying the tunnel barrier layer.
最後に、別の実施形態は、フォトレジストマスク剥離前又は剥離中のHe及びH2ガスによる腐食プラズマ処理に関する。任意的に、剥離段階後に、水による洗浄処理とHe及びH2脱水焼成とを使用することができる。 Finally, another embodiment relates to a corrosive plasma treatment with He and H 2 gases before or during photoresist mask stripping. Optionally, after the stripping step, a water washing treatment and He and H 2 dehydration firing can be used.
本発明は、ある程度、磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)デバイスで使用する磁気トンネル接合部(MTJ)デバイスを製作するパターン化方法の開発に基づいている。本明細書で更に説明するように、本発明の極めて重要な態様は、本発明の方法により準備したMTJデバイスでは、現在の技術と比較して誘電トンネル層と接触する磁石層間で優れた電気的分離が得られるということである。 The present invention is based in part on the development of a patterning method for fabricating magnetic tunnel junction (MTJ) devices for use in magnetic random access memory (MRAM) devices. As further described herein, a very important aspect of the present invention is that the MTJ device prepared by the method of the present invention has superior electrical properties between the magnet layers in contact with the dielectric tunnel layer compared to current technology. The separation is obtained.
MTJが収容される典型的MRAM構造を図1に示している。MRAM構造は、基板上の磁性膜、導電膜、絶縁膜の複合スタックである。図1では、典型的MRAM構造の特定の構成要素が示されており、基板10、障壁層12、下部接触層14、CoFe、Ru、NiFe、IrMn、及びPtMnなどのような層から成る多層固定磁石構造体16、アルミナ又はMgOのような誘電トンネル層18、切換可能磁石層20(NiFe、CoFe、CoNiFe、及びCoFeBなど)、及び上部接触層22(Ta、Tan、Ti、TiN、及びWなど)から成る。
A typical MRAM structure in which the MTJ is accommodated is shown in FIG. The MRAM structure is a composite stack of a magnetic film, a conductive film, and an insulating film on a substrate. In FIG. 1, specific components of a typical MRAM structure are shown, a multi-layer pinning comprising layers such as
硬質マスク層24、反射防止コーティング26、及びフォトレジスト28のパターン層も図1に示されている。フォトレジスト層28は、レジスト層により保護されていない下層の各部をエッチングして除去することができるように、エッチングを行うためにフォトレジストの下方にある下層の1つ又はそれよりも多くをマスクとして電気デバイス製作の当業者により一般的に使用される光感応材料である。一般的に30Åから800Å厚である反射防止膜26は、一般的に、放射線を吸収し、光学的に不透明膜を形成して撮像レジストのコントラストを強化するために用いる。ARCコーティングは、重なり合うPRマスク層への入射光の反射を実質的に低減する。それによってフォトレジスト材料の過度の露光が防止される。硬質マスク層24は、中間マスク転写層としてデバイス製作において一般的に用いられる。利用時には、フォトレジストをドライエッチングマスクとして用いて、硬質マスク及び恐らくは下層の1つ又はそれよりも多くにパターンを転写し、次に、硬質マスク層をマスクとして用いて、フォトレジストを使用して形成されない残りの下層にパターンを転写する。二酸化珪素及び窒化珪素のような硬質マスクは、フォトレジストに対してマスクの耐久性を改善するか、又は高分子フォトレジスト層の軟化点を超える温度での処理を可能にするための手段として一般的に用いる。
A pattern layer of hard mask layer 24, anti-reflective coating 26, and
磁気スタック構造は、一般的に基板10上に形成される。基板10は、被露光面を有するあらゆる構造を含むことができる。この構造は、シリコンウェーハ、シリコン・オン・インスレータ(SOI)、シリコン・オン・サファイア(SOS)、アルミニウム炭化チタン(AlTiC)ドープ及び非ドープ半導体、III−V又はII−VI族半導体、ベース半導体基礎によって支持されたシリコンエピタキシャル層、及び他の半導体構造のような半導体デバイスの製造において使用する構造であることが好ましい。半導体は、シリコンを主成分とする必要はない。半導体は、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、又はガリウムヒ素とすることができる。この構造は、ガラス又はポリマーのような非半導体とすることができる。基板10は、トランジスタ、2極管、コンデンサ、及び抵抗器のような埋込み電子デバイス、又は磁気多層スタックと共に使用するあらゆる他のデバイス又は回路要素を含むことができる。
The magnetic stack structure is generally formed on the
MTJが内部に収容された図1に示す典型的多層MRAM構造に対しては、多層構造を形成する特定の層、例えば、材料及びその配置が変る可能性があることが理解される。MTJ構造及びMRAM構造は、当業技術で公知であり、例えば、「化学機械的研磨を用いてMRAMデバイスを製作する方法」という名称のYates他に付与された米国特許第6、673、675号、「磁気抵抗性ランダムアクセスメモリ(MRAM)セルパターン化」という名称のLu他に付与された米国特許第6、677、165号、「トンネル接合部メモリセル及びセルに至る電流を制御する位相遷移材料を有する磁気メモリ」という名称のGurney他に付与された米国特許第6、653、704号、「磁性膜をパターン化する方法」いう名称のPendharkar他に付与された米国特許第6、024、885号、及び「制御磁気応答を備えた磁気トンネル接合部」という名称のGallagher他に付与された米国特許第5、650、958号に説明されており、これらの特許の全ては、本明細書において引用により組み込まれている。 It will be appreciated that for the exemplary multi-layer MRAM structure shown in FIG. 1 in which the MTJ is housed, the particular layers forming the multi-layer structure, such as materials and their arrangement, may vary. MTJ and MRAM structures are known in the art, for example, US Pat. No. 6,673,675 to Yates et al. Entitled “Method of Fabricating MRAM Devices Using Chemical Mechanical Polishing”. US Pat. No. 6,677,165 to Lu et al., Entitled “Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) Cell Patterning”, “Tunnel Junction Memory Cells and Phase Transition Controlling Current to Cells US Pat. No. 6,653,704, granted to Gurney et al. Entitled “Magnetic Memory with Materials”, US Pat. No. 6,024, assigned to Pendharkar et al., Entitled “Method of Patterning Magnetic Films” No. 885, and US patents granted to Gallagher et al., Entitled “Magnetic Tunnel Junction with Controlled Magnetic Response”. Are described in No. 5,650,958, all of these patents are incorporated herein by reference.
磁性膜スタックの配向は、図1に示す順番に対して逆にすることができることを理解すべきである。すなわち、膜構造の配向は、膜スタックが逆の順番で堆積することができ、上部接触層及び自由磁石層が誘電トンネル層の下方にあり、多層固定層及び反強磁性層が誘電トンネル層より上方に設けられるようなものとすることができる。また、磁性膜スタックは、自由層を誘電体トンネル層より上方か、又は誘電体トンネル層の下方に堆積させる配向の複数の磁気トンネル接合部を含むことができ、かつ本発明の方法の範囲内に留まることができることも理解すべきである。 It should be understood that the orientation of the magnetic film stack can be reversed with respect to the order shown in FIG. That is, the orientation of the film structure allows the film stack to be deposited in reverse order, the upper contact layer and the free magnet layer are below the dielectric tunnel layer, and the multilayer pinned layer and the antiferromagnetic layer are from the dielectric tunnel layer. It can be as provided above. The magnetic film stack can also include a plurality of magnetic tunnel junctions oriented to deposit the free layer above or below the dielectric tunnel layer, and within the scope of the method of the present invention. It should also be understood that it can remain.
図2に示す1つの単純化された実施形態では、MTJスタックは、基板101、下部接触層14、固定下部磁石層16、誘電トンネル層18、切換可能上部磁石層21、及び上部接触層22を含む。スタック構造は、フォトレジスト層28でパターン化される。この単純化した構造は、本発明の好ましい実施形態の以下の説明で使用する。
In one simplified embodiment shown in FIG. 2, the MTJ stack includes a substrate 101, a
本発明のエッチング停止処理シーケンスを図3、図4、及び図5に示している。 The etching stop processing sequence of the present invention is shown in FIGS.
図3は、本発明の処理シーケンスを示すものであり、磁気スタックを堆積させ(100)、PRをパターン化し(102)、硬質マスク層及び上部接触層の一方又は両方をエッチングし(104)、反応性エッチング処理を用いて上部磁石層の一部を除去する(106)。上部磁石層の反応性エッチング106の後、MTJデバイス構造に直接に本発明のエッチング停止処理を行うか(108)、又は最初にDI洗浄処理、PR剥離利、及びプラズマベースの腐食処理から成る腐食処理シーケンス、次に、本発明のエッチング停止処理を行う(108)。 FIG. 3 illustrates the processing sequence of the present invention, depositing a magnetic stack (100), patterning PR (102), etching one or both of the hard mask layer and the top contact layer (104), A portion of the upper magnet layer is removed using a reactive etching process (106). After reactive etching 106 of the top magnet layer, the MTJ device structure is directly subjected to the etch stop process of the present invention (108), or an etch comprising first a DI cleaning process, a PR strip, and a plasma-based etch process. A processing sequence and then an etching stop process of the present invention is performed (108).
本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行う図3に示す一実施形態では、MTJデバイス構造のパターン化を完了すると、デバイスは、その後の処理に移る(114)。本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行う第2の実施形態では、デバイスに一連の処理を行って腐食を防止する。塩素含有及び臭素含有エッチング化学物質に磁性膜が露出されると、周囲条件下で、デバイスの真空からの除去時に及び被エッチング膜が湿気にその後に露出された時に有害反応が発生する可能性がある。膜の感度に基づいて、図3に示すような有害腐食性反応を防止する様々なシーケンスが開発されている。
腐食防止処理を使用し、かつ腐食処理をトンネル層上でのエッチング停止108の後に使用する本発明の方法の一実施形態では、腐食処理シーケンスは、DI洗浄処理と、その次に行うフォトレジスト剥離/腐食処理112とから構成される。腐食防止処理を使用し、かつ腐食防止処理をトンネル層上でのエッチング停止108の後に使用する本発明の方法の第2の実施形態では、腐食防止処理シーケンスは、フォトレジスト剥離/腐食処理112と、その次に行うDI水洗浄処理110とから構成される。
In one embodiment shown in FIG. 3 where the
In one embodiment of the method of the present invention using a corrosion prevention process and using the corrosion process after etch stop 108 on the tunnel layer, the corrosion process sequence comprises a DI cleaning process and a subsequent photoresist strip. /
図3に示す一実施形態では、本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行わず、むしろ、腐食処理110及び112を先に行う。本発明のエッチング停止処理を上部磁石の反応性部分エッチング106に直後に行わない図3に示す第1の実施形態では、MTJデバイス構造は、トンネル層の上で本発明のエッチング停止108の前にDI水洗浄処理110を行い、その次に、フォトレジスト剥離/腐食処理112を行う。本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行わない本発明の方法の第2の実施形態では、デバイスには、フォトレジスト剥離/腐食処理112を行い、次に、トンネル層上での本発明のエッチング停止108の前にDI水洗浄処理を行う。
In one embodiment shown in FIG. 3, the
図4は、本発明の処理シーケンスを示すものであり、磁気スタックを堆積させ(100)、PRをパターン化し(102)、硬質マスクをエッチングする(103)。硬質マスクエッチング103後、MTJデバイス構造にフォトレジストスト剥離処理を行うか(107)、又は反応性エッチング105を行って上部接触層を除去し、反応性エッチング処理106を行って上部磁石の一部を除去する。硬質マスクエッチング処理103に続いてフォトレジスト剥離処理107を行う本発明の方法の第1の実施形態では、フォトレジスト処理107の後に、MTJデバイスに反応性エッチング105を行って上部接触層を除去し、反応性エッチング処理106を行って上部磁石の一部を除去する。硬質マスクエッチング処理103を行い、その次に反応性エッチング処理105を行って上部接触層を除去し、反応性エッチング処理106を行って上部磁石の一部を除去する本発明の方法の第2の実施形態では、MTJデバイスに、次に、フォトレジスト剥離処理107を行う。 FIG. 4 illustrates the processing sequence of the present invention, in which a magnetic stack is deposited (100), PR is patterned (102), and the hard mask is etched (103). After the hard mask etching 103, the MTJ device structure is subjected to a photoresist stripping process (107), or a reactive etching 105 is performed to remove the upper contact layer, and a reactive etching process 106 is performed to perform a part of the upper magnet. Remove. In the first embodiment of the method of the present invention in which the hard mask etching process 103 is followed by the photoresist stripping process 107, after the photoresist process 107, the MTJ device is subjected to a reactive etching 105 to remove the upper contact layer. Then, a reactive etching process 106 is performed to remove a part of the upper magnet. Performing a hard mask etch process 103, followed by a reactive etch process 105 to remove the upper contact layer, and a reactive etch process 106 to remove a portion of the upper magnet. In the embodiment, the photoresist stripping process 107 is next performed on the MTJ device.
レジスト剥離107及び反応性エッチング処理105を組み合わせた段階を行って上部接触層及び106を除去し、かつ上部磁石の一部を除去した後、MTJデバイスに直接にエッチング停止処理108を行うか、又は最初にDI洗浄処理及びプラズマベースの腐食処理113から成る腐食処理シーケンスを行い、その次に本発明のエッチング停止処理108を行う。
Performing a combination of resist stripping 107 and reactive etching process 105 to remove the upper contact layer and 106 and removing a portion of the upper magnet, and then performing an
本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行うか、又は上部磁石の反応性部分エッチング106が先行したフォトレジスト剥離処理107の後に行う図4に示す一実施形態では、MTJデバイス構造のパターン化を完了すると、デバイスは、その後の処理114に移る。本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行うか、又は上部磁石の反応性部分エッチング106が先行したフォトレジスト剥離処理107の後に行う第2の実施形態では、デバイスに一連の処理を行って腐食を防止する。塩素含有及び臭素含有エッチング化学物質に磁性膜が露出されると、周囲条件下で、真空からのデバイス除去時に及び被エッチング膜が湿気にその後に露出された時に有害反応が発生する可能性がある。膜の感度に基づいて、図4に示すような有害腐食反応を防止する様々なシーケンスが開発されている。
In one embodiment shown in FIG. 4, the
腐食防止処理を使用し、かつ腐食処理をトンネル層上でのエッチング停止108の後で使用する本発明の方法の一実施形態では、腐食防止処理シーケンスは、DI水洗浄処理と、その次に行うプラズマベース腐食処理112とから構成される。腐食防止処理を使用し、かつ腐食防止処理をトンネル層上でのエッチング停止108の後に使用する本発明の方法の第2の実施形態では、腐食防止処理シーケンスは、プラズマベース腐食防止処理112と、その次に行うDI水洗浄処理110とから構成される。
In one embodiment of the method of the present invention using a corrosion prevention treatment and using the corrosion treatment after the etch stop 108 on the tunnel layer, the corrosion prevention treatment sequence is followed by a DI water cleaning treatment. And a plasma-based
図4に示す一実施形態では、本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行わず、むしろ、腐食防止処理110及び113を先に行う。本発明のエッチング停止処理を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行わない図4に示す第1の実施形態では、MTJデバイス構造は、トンネル層の上で本発明のエッチング停止108の前に、DI水洗浄処理110を行い、その次に、プラズマベース腐食処理113を行う。本発明のエッチング停止処理108を上部磁石の反応性部分エッチング106の直後に行わない本発明の方法の第2の実施形態では、デバイスには、プラズマベース腐食処理113を行い、次に、トンネル層上での本発明のエッチング停止108の前にDI水洗浄処理を行う。
In one embodiment shown in FIG. 4, the
図3及び図4に示すようなその後の処理114に対する2つの手法を図5a及び図5bに示している。これらの図は、具体的には本発明のエッチング停止処理の段階108によって得られる付随する機能を利用する2つの特定の方法を説明するものである。
Two approaches to
図5aでは、MTJデバイス構造の側壁を不動態化してその後の処理中の電気的短絡を防止するために、スペーサが使用されている。側壁スペーサは、図3及び図4に示すエッチング停止処理108により説明されているように、エッチング停止処理と共に使用する。図5aは、図3及び図4に示す本発明のエッチング停止処理108に後に行うその後の処理の段階の好ましい実施形態を示している。この好ましい実施形態では、図3及び図4で説明するその後の処理114は、本方法つまり下部磁石/下部接触エッチング134を完了し、次に、DI水洗浄処理段階、次に、プラズマベース腐食防止処理142を行うために、スペーサ誘電体堆積130、スペーサエッチング132、及び下部磁石/下部接触エッチング134から成る。代替的に、プラズマベース腐食防止処理142は、デバイス150をその後の処理を続ける前に、図5aに示すように、DI水洗浄処理に先行することができる。
図5bでは、その後の処理114の代替手法が示されており、二酸化珪素又は窒化珪素のような絶縁硬質マスク層を堆積させ(120)、フォトレジストをパターン化し(122)、硬質マスクをエッチングし(124)、フォトレジストを剥離し(126)、磁石及び下部接触をエッチングする(128)。この手法では、フォトレジストパターン化は、二酸化珪素又は窒化珪素硬質マスク層が、初期の硬質マスクエッチング103、上部接触エッチング105、反応性上部磁石エッチング106、及びエッチング停止処理108から生成した垂直側壁を超えて側方に延びるようなものである。垂直側壁を超えた硬質マスク120の側方の延在は、フォトレジストパターン化122の時に、初期の硬質マスク、上部接触及び上部磁石の側壁が硬質マスク層エッチング124の後に硬質マスク層120で覆われたままであるようなものであるべきである。
In FIG. 5a, spacers are used to passivate the sidewalls of the MTJ device structure to prevent electrical shorts during subsequent processing. Sidewall spacers are used in conjunction with the etch stop process as described by the
In FIG. 5b, an alternative approach to
MRAMスタック又は他の磁気デバイス構造を含む層は、膜堆積の当業者により使用される技術を用いて堆積させる(100)。膜は、物理気相堆積、化学気相堆積、原子層堆積、ナノ層堆積、原子層堆積、蒸発、及び他の技術により堆積させることができる。スタック内の膜はまた、1つの形態でこれらの方法のうちの1つにより堆積させて、第2のチャンバでその後改質することができる。アルミナ(Al2O3)誘電体は、例えば、アルミニウムの層を堆積させて、次に、アルミニウムに酸化処理を行ってアルミナを形成することにより形成することができる。同様に、MgOは、マグネシウムの層を堆積させて、次に、マグネシウムに酸化処理を行ってMgOを形成することにより形成することができる。 Layers containing MRAM stacks or other magnetic device structures are deposited using techniques used by those skilled in the art of film deposition (100). The film can be deposited by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, atomic layer deposition, nanolayer deposition, atomic layer deposition, evaporation, and other techniques. The film in the stack can also be deposited in one form by one of these methods and subsequently modified in the second chamber. An alumina (Al 2 O 3 ) dielectric can be formed, for example, by depositing a layer of aluminum and then oxidizing the aluminum to form alumina. Similarly, MgO can be formed by depositing a layer of magnesium and then oxidizing the magnesium to form MgO.
フォトレジスト堆積及びパターン化段階102を用いてMTJ又はMRAMスタックを形成するパターンを作り出す。図2の単純化したMRAMスタックの例では示していないが、反射防止コーティングをフォトレジストと共に使用してパターン転写の精度を改善することができる。更に、硬質マスク層をフォトレジストと上部接触層との間に組み込むことができる。二酸化珪素及び窒化珪素のような硬質マスク層を使用することができる。代替的に、導電上部接触層の厚みは、硬質マスク及び上部接触層の二重の目的に役立たせることができるようなものとすることができる。図2は、磁気スタック堆積100及びその後のフォトレジストパターン化102の後の単純化したMRAMスタック構造を示している。
A photoresist deposition and
好ましい実施形態では、硬質マスク層及び上部接触層は、当業者により使用される一般的な技術を用いてパターン化される(103)。酸化シリコン硬質マスクを、もしあれば、反応性エッチングする一般的な処理の一例は、CF4、CHF3、及びArの混合物を使用することである。酸化物エッチングは、文献で広く紹介されている。同様に、上部導体層104、105を反応性エッチングするために一般的に用いる方法の化学物質の例は、Ar/Cl2の混合物の使用である。また、金属接触層エッチングは、文献で広く公開されている。酸化物及び窒化硬質マスク及び金属接触層は、長年、使用されており、これらの層を除去するのに使用する技術は、当業者に明らかである。接触エッチング後の単純化したMRAMスタック構造を図6に示している。 In a preferred embodiment, the hard mask layer and top contact layer are patterned using common techniques used by those skilled in the art (103). An example of a common process for reactively etching a silicon oxide hard mask, if any, is to use a mixture of CF 4 , CHF 3 , and Ar. Oxide etching is widely introduced in the literature. Similarly, an example of a commonly used method chemistry for reactive etching of the top conductor layers 104, 105 is the use of an Ar / Cl 2 mixture. Metal contact layer etching is also widely published in the literature. Oxide and nitride hard masks and metal contact layers have been used for many years and the techniques used to remove these layers will be apparent to those skilled in the art. A simplified MRAM stack structure after contact etching is shown in FIG.
磁気多層スタックにある磁気層の除去は、当業技術において十分に確立されていない。エッチング停止処理108と組み合わせた上部磁石層反応性エッチング106に特に十分に適する方法の使用は、本発明の範囲である。この本発明の方法106は、上部磁石層の一部を除去するためのCl2、BCl3、及びHClのような塩素含有ガス、並びにCF4、SF6、CHF3のようなフッ素含有ガスのガス混合物から成る。代替的に、Cl及びF原子を含有するガス分子を使用することができる。塩素含有ガスとフッ素含有ガスの比は、2:1から20:1の範囲であるべきである。「Tegal Corporation」により製造される「Spectra(登録商標)」誘導結合処理モジュールにおいて明らかにされた反応性エッチング段階106の一般的な処理条件は、以下の通りであり、すなわち、誘導ソースコイルでの400Wの13.56MHzのrf電源、基板に印加する20Wの450kHzのrf電源、40sccmのCl2、8sccmのCF4、及び4mT処理圧力である。磁石層反応性エッチング106の後の単純化したMRAMスタック構造を図7に示している。
Removal of the magnetic layers in a magnetic multilayer stack is not well established in the art. The use of a method that is particularly well suited for the top magnet layer reactive etch 106 in combination with the
塩素含有エッチング処理の添加物としてのフッ素の介在は、滑らかな被エッチング面(図8に示すように)を生成して、かつ上部磁石反応性エッチング段階106の後に残る磁性体の非常に薄い膜内での塩素種の拡散を防止するものであることが公知である。フッ素/塩素含有ガス混合物の使用は、残りの上部磁石層と下層誘電トンネル層との間のインタフェースの5Åから25Å内に上部磁石層を除去することを可能にする。 The inclusion of fluorine as an additive in the chlorine-containing etching process produces a smooth etched surface (as shown in FIG. 8) and a very thin film of magnetic material that remains after the upper magnet reactive etching stage 106. It is known to prevent the diffusion of chlorine species in the inside. The use of a fluorine / chlorine containing gas mixture makes it possible to remove the upper magnet layer within 5 to 25 inches of the interface between the remaining upper magnet layer and the lower dielectric tunnel layer.
本発明の上部磁石反応性エッチング処理106の好ましい実施形態では、残りの上部磁石層は、エッチング停止処理108、DI水洗浄処理110、又はPR剥離/腐食処理112のようなその後の処理段階に移る前に、特徴部の近くでトンネル誘電体層に浸み込むことなく、残りの上部磁石層20と下層誘電体層18の間のインタフェースのできるだけ近くまでエッチングされることになる。好ましい実施形態では、上部磁石層20を均一にエッチングすると、下層誘電体層18は、図7に示すように、上部磁石層反応性エッチング106中にはウェーハのどこでも破れない。
In a preferred embodiment of the top magnet reactive etching process 106 of the present invention, the remaining top magnet layer is transferred to a subsequent processing step such as an
しかし、本発明の方法の一実施形態では、上部磁石層20を完全に除去すると、下層誘電体層18は破れるが、被パターン化MTJスタックの直近ではない(図9を参照されたい)。本発明の方法のこの実施形態では、上部磁石層エッチング106は、以下のガス又はガス混合物、すなわち、Cl2、Cl2/Ar、Cl2/CF4、Cl2/CHF3、Cl2/Ar、BCl3/Cl2、BCl3/Cl2/Ar、BCl3/HBr、BCl3/HBr/Ar、NH3、HN3/COのうちの1つ又はそれよりも多くを含有するエッチング処理で除去される。
However, in one embodiment of the method of the present invention, when the
別の実施形態では、上部磁石層20を完全に除去し、下層誘電体層18も被パターン化MTJスタックの直近の傾斜区域の外側で除去し、かつ下部磁石層16の全部又は一部及び下部接触層14の全て又は一部を除去する。(図10を参照されたい。)この実施形態の付随する利点は、完全なMRAM構造を単一のマスクでパターン化すること、すなわち、その後の処理段階114は不要であるということである。本発明の方法のこの実施形態では、上部磁石層エッチング106は、以下の反応ガス及びガス混合物、すなわち、Cl2、Cl2/Ar、Cl2/CF4、Cl2/CHF3、Cl2/Ar、BCl3/Cl2、BCl3/Cl2/Ar、BCl3/HBr、BCl3/HBr/Ar、NH3、HN3/COのうちの1つ又はそれよりも多くを含有するエッチング処理で除去される。
In another embodiment, the
上述の実施形態において反応段階106で除去されない上部磁石層の残りは、次に、好ましい実施形態では、アルゴンのような非反応ガス及び酸素のような酸化ガスの混合物から成るエッチング停止処理108を用いて除去し、それによってトンネル障壁層の誘電体は、停止層として機能する。好ましい実施形態では、不活性ガス流量は、一般的に10から350sccmの範囲であり、酸素含有ガスの流量は、0.02から0.15sccmの範囲である。酸素含有ガスの実際の流量は、不活性ガスの流量、酸素含有ガスの選択、及び使用するプラズマシステムの形式によって異なる可能性がある。「Tegal Corporation」により製造される「Spectra(登録商標)」誘導結合エッチングモジュール内に使用される一般的な方法108は、200mm直径のシリコン基板に対しては以下の通りであり、すなわち、ソースコイル上での100Wの13.56MHzのrf周波数電力、基板に印加する20Wの450kHzのrf電力、350sccmのAr、0.08sccmのO2、10mT処理圧力である。エッチング停止スパッタ処理段階108に対して先に示した条件は、「Tegal Corporation」により製造される「Spectra ICP」処理モジュールを処理において〜90:1のNiFeとアルミナの間のスパッタ選択性が得られることが見出されている例示的な組の条件を提供することを目的とする。(図11を参照されたい。)
The remainder of the top magnet layer that is not removed in the reaction step 106 in the above-described embodiment is then used in a preferred embodiment using an
様々な処理条件及びチャンバ構成を用いて上部磁石材料と誘電体の間で高い選択性を有する結果を得ることができる。高い選択性を達成する際に考慮すべきである2つの要素は、処理チャンバ内での不活性ガスと酸素含有ガスの比の制御、及び低いバイアス電力レベルでの本方法の操作である。これらの2つの要素に対して、以下の段落でより詳細に説明する。 A variety of processing conditions and chamber configurations can be used to obtain results with high selectivity between the top magnet material and the dielectric. Two factors that should be considered when achieving high selectivity are control of the ratio of inert gas to oxygen-containing gas in the processing chamber and operation of the method at low bias power levels. These two elements are described in more detail in the following paragraphs.
好ましい実施形態において、エッチング停止処理では、上部磁石層20と下層誘電体層18の間で高い選択性(>5:1)が必要である。上部磁石層20は、下層誘電体層18、例えば、Al2O3がエッチングされる速度の少なくとも5倍の速度でエッチングされることが予想される。NiFeとCoFeの間のスパッタ閾値及びAl2O3及びMgOのような酸化金属の閾値に著しい差があるために、NiFe/CoFeエッチング速度の正確な制御が可能である。「Tegal Corporation」(ペタルマ、CA)により製造される「Spectran(登録商標)」処理モジュールを使用して、これらの現象を確認する実験が行われた。
In a preferred embodiment, the etch stop process requires high selectivity (> 5: 1) between the
具体的には、NiFe及びCoFeスパッタ速度を単層試験ウェーハで測定し、アルミナエッチング速度をアルミナ/NiFe試験構造で測定した。試験構造は、基板上に堆積したNiFe層及びNiFe上のアルミナ(〜15Å)の非常に薄い層を有する基板から成るものであった。測定したアルミナエッチング速度は、磁気トンネル接合部を収容するスタックで見られると考えられる薄膜特性を表すものであった。 Specifically, NiFe and CoFe sputtering rates were measured with a single layer test wafer and alumina etch rates were measured with an alumina / NiFe test structure. The test structure consisted of a substrate with a NiFe layer deposited on the substrate and a very thin layer of alumina on NiFe (˜15 cm). The measured alumina etch rate represented the thin film properties believed to be seen in the stack containing the magnetic tunnel junction.
図12のグラフから明らかなように、磁気合金に対するスパッタリングの開始とアルミナのものとの間に著しい差が観察された。著しい差は、更に、10Wから25Wのバイアス電力レベルでアルミナ/NiFe試験構造に行ったエッチング速度試験で観察され、アルミナは、明確に分るほどにはエッチングされなかった。これらの観察結果によれば、特定の処理条件の下では、かなりの量のNiFe及びCoFeをTMRスタックからエッチング除去することができ、一方、同じ時間量で少量のアルミナしか除去されない。 As is apparent from the graph of FIG. 12, a significant difference was observed between the onset of sputtering for the magnetic alloy and that of alumina. A significant difference was further observed in etch rate tests performed on alumina / NiFe test structures at bias power levels from 10 W to 25 W, where the alumina was not etched appreciably. According to these observations, under certain processing conditions, significant amounts of NiFe and CoFe can be etched away from the TMR stack, while only a small amount of alumina is removed in the same amount of time.
図7、図9、及び図10に示すような反応性エッチングの段階106及びエッチング停止処理108の好ましい実施形態の後で結果として生じるデバイスプロフィールを図13、図14、及び図15に示している。これらの実施形態の各々においては、反応性エッチング段階106後の上部磁石層20の残る残留金属膜を下層誘電体層18から除去する。低バイアス非反応性エッチング停止108を備えた反応段階106後に残る上部磁石層20の除去により、下層誘電体層18を損傷することなく、他の公知の方法を凌ぐ優れた電気的分離が得られる。MTJスタックを組み込む構造のデバイス性能を制限することが公知の電気的短絡の付随する危険なく、本発明の方法の3つの実施形態の各々において幾何学的な隔離が得られる。上部磁石層20と下部磁石層16の間の優れた電気的分離も、腐食性化学物質を使用することに関わる関連の危険なく、確実なデバイスを生成するのに極めて重要である処理の段階で本発明の方法により達成される。
The resulting device profile after the preferred embodiment of the reactive etch stage 106 and
先に示したエッチング停止108の典型的な処理条件は、NiFe又はCoFeとアルミナの間の例外的に高い選択性が得られることが見出されている処理を表すことを目的としたものである。「Spectra」反応器内の処理条件の変形を本発明のエッチング停止処理108の範囲で使用することができる。
The typical process conditions for etch stop 108 shown above are intended to represent processes that have been found to obtain exceptionally high selectivity between NiFe or CoFe and alumina. . Variations in the processing conditions within the “Spectra” reactor can be used within the scope of the
塩素含有ガス及びフッ素含有ガスの混合物を使用する上部磁石層全体を除去する第1の段階及び誘電トンネル層上で停止させるために不活性ガス及び酸素含有ガスの混合物を使用する第2の段階の一方又は両方の手法を利用する類似した処理は、他の誘導結合プラズマ反応器、容量結合プラズマ反応器、電子サイクロトロン共鳴反応器、及び磁性膜からデバイスを製造するためにプラズマを生成するのに使用する他の反応器で開発することができ、それでも、これらの処理は、本発明の方法の範囲である。更に、塩素含有ガス及びフッ素含有ガスの混合物を使用して上部磁石層全体を除去する初期の段階なしにエッチング停止として誘電体層を使用するための不活性ガス及び酸素含有ガスの混合物の使用も本発明の方法の範囲である。 A first stage of removing the entire upper magnet layer using a mixture of chlorine and fluorine containing gases and a second stage of using a mixture of inert and oxygen containing gases to stop on the dielectric tunnel layer. Similar processes utilizing one or both approaches are used to generate plasma to produce devices from other inductively coupled plasma reactors, capacitively coupled plasma reactors, electron cyclotron resonance reactors, and magnetic films. However, these processes are still within the scope of the process of the present invention. Furthermore, the use of a mixture of inert gas and oxygen-containing gas to use the dielectric layer as an etch stop without the initial step of removing the entire upper magnet layer using a mixture of chlorine and fluorine containing gases. The scope of the method of the present invention.
NiFeとアルミナの間の上述のエッチング停止108のための例示的な実施形態の高い選択性は、アルゴン及び酸素のガス混合物で観察される。エッチング停止処理108において〜90:1のNiFe/アルミナ選択性を明らかにするのに使用したアルゴン/酸素ガス混合物の好ましい実施形態の代替不活性成分及び酸化成分の一方又は両方の使用は、本発明の方法の範囲である。例えば、ヘリウム、ネオン、クリプトン、及び窒素は、アルゴンの代わりに又はアルゴンと組み合わせて使用すると、エッチング停止処理108の不活発成分をもたらすことができる。同様に、N2O、NO、CO、及びCO2のような酸素の代替物は、特に、酸素の代わりに又は酸素と組み合わせて使用すると、エッチング停止処理108の酸化成分を生成することができる。代替的に、本発明の方法の範囲で、酸素含有ガスは、以下の段落で説明するように、酸素含有ガスの意図的な導入以外の方法によりエッチングチャンバでの酸素濃度を制御することにより排除することができる。
The high selectivity of the exemplary embodiment for the etch stop 108 described above between NiFe and alumina is observed with a gas mixture of argon and oxygen. The use of one or both of the alternative inert and oxidizing components of the preferred embodiment of the argon / oxygen gas mixture used to reveal a NiFe / alumina selectivity of ˜90: 1 in the
Arのような不活発スパッタガスでNiFeのような遷移金属を含む磁気層をプラズマスパッタリングした時、プラズマチャンバ内の酸素の量を調整することは、下層アルミナに対するエッチング選択性に影響を与えることができることが明らかにされている。すなわち、より高いNiFe/アルミナ選択性は、プラズマチャンバに入る酸素の流量を制御することにより達成することができる。このプラズマによる過剰エッチング処理の一実施形態では、同時に測定可能かつ制御可能な方法でプラズマチャンバに酸素を再導入しながら、エッチング処理に影響を及ぼさないレベルに背景酸素を低減することが必要である。プラズマチャンバに入ることができる背景酸素の供給源としては、例えば、(1)酸素含有内部チャンバ部品のスパッタリング、(2)空気中の酸素、(3)チャンバの材料からの脱ガス化作用、及び(4)処理システム内の他の処理モジュールがある。 When a magnetic layer containing a transition metal such as NiFe is plasma sputtered with an inert sputtering gas such as Ar, adjusting the amount of oxygen in the plasma chamber may affect the etching selectivity with respect to the lower layer alumina. It has been clarified that it can be done. That is, higher NiFe / alumina selectivity can be achieved by controlling the flow rate of oxygen entering the plasma chamber. In one embodiment of this plasma overetch process, it is necessary to reduce background oxygen to a level that does not affect the etch process while reintroducing oxygen into the plasma chamber in a simultaneously measurable and controllable manner. . Sources of background oxygen that can enter the plasma chamber include, for example, (1) sputtering of oxygen-containing internal chamber components, (2) oxygen in the air, (3) degassing action from chamber material, and (4) There are other processing modules in the processing system.
チャンバ内の制御されない背景酸素を低減した時、NiFeとアルミナの間の選択性は、非常に少ない量(例えば、〜0.08sccm)の酸素をチャンバに再導入することにより最適化することができる。酸素を再導入する1つの技術では、チャンバに接続されている2つの別々の搬送ガス供給源を使用する。第1の供給源は、99.9%のAr及び0.1%のO2を含むAr/O22ガス混合物をプラズマチャンバに供給し、一方、第2の供給源は、チャンバと平行して100%のArを含有するガスを供給する。プラズマチャンバに酸素を再導入する時、チャンバの基本圧力を〜0.001mT又はそれ未満に低減することが好ましい。更に、内部チャンバ部品の表面のスパッタリングは、最小にするか、又は制御すべきである。例えば、誘導電源電力は、ウィンドウスパッタリングを最小にするために、低い(100Wから200W)ものであるべきである。チャンバ内の過度の量の酸素は、金属磁性膜のエッチング速度を減速することができ、かつ磁石層と誘電体層の間の選択性の低減を引き起こすことができる。 When reducing uncontrolled background oxygen in the chamber, the selectivity between NiFe and alumina can be optimized by reintroducing a very small amount (eg, ˜0.08 sccm) of oxygen into the chamber. . One technique for reintroducing oxygen uses two separate carrier gas sources connected to the chamber. The first source supplies an Ar / O 2 2 gas mixture containing 99.9% Ar and 0.1% O 2 to the plasma chamber, while the second source is parallel to the chamber. A gas containing 100% Ar is supplied. When reintroducing oxygen into the plasma chamber, it is preferable to reduce the basic pressure of the chamber to ˜0.001 mT or less. Furthermore, the sputtering of the surface of the internal chamber parts should be minimized or controlled. For example, the inductive power supply should be low (100W to 200W) to minimize window sputtering. An excessive amount of oxygen in the chamber can slow down the etch rate of the metal magnetic film and can cause a reduction in selectivity between the magnet layer and the dielectric layer.
代替的に、第2の技術において、酸素供給源と処理チャンバを分離するオリフィスを通じて処理チャンバに酸素を導入する。オリフィスは、不活性ガスを混合させる時に酸素含有ガスの流れにより上部磁性膜とトンネリング誘電体の間でスパッタリング選択性の強化が生成されるようなサイズにする。 Alternatively, in the second technique, oxygen is introduced into the processing chamber through an orifice separating the oxygen source and the processing chamber. The orifice is sized such that enhanced sputtering selectivity is created between the upper magnetic film and the tunneling dielectric by the flow of the oxygen-containing gas when the inert gas is mixed.
制御したレベルの酸素を不活性ガスに導入して誘電体層上の磁性体を選択的にエッチングするのに必要な条件を達成する他の手段も本特許の範囲で使用することができる。このような実施形態では、プラズマ反応器内での酸素含有材料の内面のスパッタリングを酸素供給源として使用することができる。この実施形態では、磁性体とトンネリング誘電体層の間の選択的な除去が得られるように、質量流量コントローラ又はニードル弁のような従来の手段により、エッチングされている上部磁気層の表面で不活性ガス及び酸素含有種の混合物を生成するような容積でアルゴンのような不活性ガスを導入する。処理条件は、磁性体を>5Å/minの速度で除去し、誘電体層を<1Å/minの速度で除去するように調整する。 Other means of introducing a controlled level of oxygen into the inert gas to achieve the conditions necessary to selectively etch the magnetic material on the dielectric layer can also be used within the scope of this patent. In such an embodiment, sputtering of the inner surface of the oxygen-containing material in the plasma reactor can be used as the oxygen source. In this embodiment, the surface of the upper magnetic layer is etched by conventional means such as a mass flow controller or needle valve so as to obtain selective removal between the magnetic and tunneling dielectric layers. An inert gas such as argon is introduced in a volume that produces a mixture of active gas and oxygen-containing species. The processing conditions are adjusted to remove the magnetic material at a rate of> 5 Å / min and to remove the dielectric layer at a rate of <1 Å / min.
本発明の別の実施形態では、酸素含有ガスのレベルは、真空槽に入る大気ガスの漏れを制御することにより達成される。プラズマベースの半導体製作工程は、一般的に0.1から1000のミリトルの範囲で行う。これらの大気圧より低い条件においては、酸素は、不完全なシールを通じて、多孔性材料を通じて、かつ処理質の各部のガス抜けから不注意に導入される可能性がある。漏れの速度は、従来のプラズマ処理機器で簡単に測定することができる。 In another embodiment of the invention, the level of oxygen-containing gas is achieved by controlling the escape of atmospheric gas entering the vacuum chamber. Plasma-based semiconductor fabrication processes are typically performed in the range of 0.1 to 1000 millitorr. At conditions below these atmospheric pressures, oxygen can be inadvertently introduced through imperfect seals, through porous materials, and from outgassing of parts of the process quality. The rate of leakage can be easily measured with conventional plasma processing equipment.
この実施形態では、磁性体とトンネリング誘電体層の間の選択的な除去が得られるように、質量流量コントローラ又はニードル弁のような従来の手段により、エッチングされている上部磁気層の表面で不活性ガス及び酸素含有種の混合物を生成するような容積でアルゴンのような不活性ガスを導入する。磁性体を>5Å/minの速度で除去し、誘電体層を<1Å/minの速度で除去する程度まで不活性ガス及び酸素含有種の所要の混合物を生成する従来の手段を通じた制御された不活性ガス流の導入と組み合わせて、大気からの酸素含有漏れを制御する手法は、本発明の範囲である。 In this embodiment, the surface of the upper magnetic layer is etched by conventional means such as a mass flow controller or needle valve so as to obtain selective removal between the magnetic and tunneling dielectric layers. An inert gas such as argon is introduced in a volume that produces a mixture of active gas and oxygen-containing species. Controlled through conventional means to remove the magnetic material at a rate of> 5 Å / min and produce the required mixture of inert gas and oxygen-containing species to the extent that the dielectric layer is removed at a rate of <1 Å / min. Techniques for controlling oxygen-containing leakage from the atmosphere in combination with the introduction of an inert gas stream are within the scope of the present invention.
フォトレジストを除去すると共に腐食を防止する処理、すなわち、図3の112、図4の113、図5aの142、及び図5bの126及び142は、磁気フィルム構造と適合すべきである。レジスト除去、及びハロゲン元素含有エッチング化学物質にMRAM膜スタックが露出されることから生じる可能性がある腐食を防止することに適する水素含有ガス混合物の使用は、本発明の範囲である。好ましい実施形態では、磁性膜スタックを水素含有プラズマに露出してフォトレジストを除去するか、又は周囲条件に露出される時の腐食を防止する方法を行うか、又はその両方が行われる。水素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、又は窒素のような不活性ガスとの混合物で、処理チャンバに水素が導入される。
The process of removing the photoresist and preventing corrosion,
100 磁気スタックを堆積させる処理
102 PRをパターン化する処理
108 本発明のエッチング停止処理
100 Process for depositing
Claims (15)
(a)基板を準備する段階と、
(b)絶縁層を前記基板の上に形成する段階と、
(c)上部金属層を前記絶縁層の上に形成する段階と、
(d)下に重なる前記絶縁層に対して前記上部金属層を選択的に除去する段階と、
を含み、
前記選択的除去処理は、前記上部金属層と前記絶縁層とのスパッタ閾値間のバイアス電力による前記基板へのバイアスの印加を含む、
ことを特徴とする方法。A method of fabricating a magnetic junction memory device, comprising:
(A) preparing a substrate;
(B) forming an insulating layer on the substrate;
(C) forming an upper metal layer on the insulating layer;
(D) selectively removing the upper metal layer relative to the underlying insulating layer;
Including
The selective removal process includes application of a bias to the substrate by a bias power between sputtering thresholds of the upper metal layer and the insulating layer.
A method characterized by that.
(a)基板を準備する段階と、
(b)絶縁層を前記基板の上に形成する段階と、
(c)上部層を前記絶縁層の上に形成する段階と、
(d)下に重なる前記絶縁層に対して前記上部金属層を選択的に除去する段階と、
を含み、
前記選択的除去処理は、非反応ガスと1%未満の酸素含有ガスとの混合物を使用する物理的スパッタ処理を含む、
ことを特徴とする方法。A method of fabricating a magnetic junction memory device, comprising:
(A) preparing a substrate;
(B) forming an insulating layer on the substrate;
(C) forming an upper layer on the insulating layer;
(D) selectively removing the upper metal layer relative to the underlying insulating layer;
Including
The selective removal process includes a physical sputter process using a mixture of non-reactive gas and less than 1% oxygen-containing gas.
A method characterized by that.
(cl)フッ素含有ガスと塩素含有ガスとの混合物を使用して前記上部金属層の一部分を除去する段階、
を実行する段階を更に含むことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の方法。Prior to the step of selectively removing the upper metal layer,
(Cl) removing a portion of the upper metal layer using a mixture of a fluorine-containing gas and a chlorine-containing gas;
The method according to claim 1 or 3, further comprising the step of:
前記フッ素含有ガスは、CF4、SF6、CHF3、原子フッ素含有ガス、又はそのあらゆる組合せを含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。The chlorine-containing gas includes Cl 2 , BCl 3 , HCl, atomic chlorine-containing gas, or any combination thereof,
The fluorine-containing gas includes CF 4 , SF 6 , CHF 3 , atomic fluorine-containing gas, or any combination thereof.
6. The method of claim 5, wherein:
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