KR101202685B1 - Method for fabricating magnetic tunnel junction - Google Patents

Method for fabricating magnetic tunnel junction Download PDF

Info

Publication number
KR101202685B1
KR101202685B1 KR1020110025978A KR20110025978A KR101202685B1 KR 101202685 B1 KR101202685 B1 KR 101202685B1 KR 1020110025978 A KR1020110025978 A KR 1020110025978A KR 20110025978 A KR20110025978 A KR 20110025978A KR 101202685 B1 KR101202685 B1 KR 101202685B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
magnetoresistive element
plasma treatment
layer
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020110025978A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120108296A (en
Inventor
박길재
진규안
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020110025978A priority Critical patent/KR101202685B1/en
Publication of KR20120108296A publication Critical patent/KR20120108296A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101202685B1 publication Critical patent/KR101202685B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

본 발명은 기판 상에 제1 자성막, 터널절연막 및 제2 자성막이 적층된 자기저항소자층을 형성하는 단계, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 단계, 제1 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 유기계 폴리머를 제거하는 단계, 제2 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 금속계 폴리머를 산화시키는 단계 및 산화된 상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 자기저항소자 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method of forming a magnetoresistive element layer in which a first magnetic layer, a tunnel insulating layer, and a second magnetic layer are stacked on a substrate, patterning the magnetoresistive element layer, and subjecting the magnetoresistive element to a first plasma treatment. Removing the organic polymer generated during the patterning of the layer, performing a second plasma treatment to oxidize the metal polymer generated during the patterning of the magnetoresistive element layer, and removing the oxidized metal based polymer. It provides a magnetoresistive device manufacturing method comprising a.

Description

자기저항소자 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING MAGNETIC TUNNEL JUNCTION}Method of manufacturing magnetoresistive element {METHOD FOR FABRICATING MAGNETIC TUNNEL JUNCTION}

본 발명은 자기저항소자 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 설명하면 식각 잔류물인 폴리머에 의한 결함을 방지하는 자기저항소자 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a magnetoresistive element, and more particularly, to a method for manufacturing a magnetoresistive element for preventing defects caused by polymers as etching residues.

반도체 소자를 대표하는 것은 DRAM과 플래시 메모리 소자이다. DRAM은 데이터 접근이 자유로워 데이터 처리 속도가 빠르고, 플래시 메모리 소자는 데이터를 비휘발하는 장점이 있다. 반면, DRAM은 주기적으로 데이터를 리프레쉬시켜야 하고, 플래시 메모리 소자는 데이터 접근이 용이하지 못하여 데이터 처리 속도가 느리다는 단점도 있다.Representative semiconductor devices are DRAM and flash memory devices. DRAM has the advantage of fast data processing due to free data access, and flash memory devices have non-volatile data. On the other hand, DRAM has to refresh data periodically, and flash memory devices have difficulty in accessing data and thus slow data processing speed.

최근, 반도체 소자 업계에서는 DRAM과 플래시 메모리 소자의 장점만을 취한 새로운 반도체 소자를 생산하기 위해 노력하고 있으며, 결과물로서는 STTRAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory)이 개발되었다. STTRAM은 자기저항(magnetoresistance)이라는 양자역학적 효과를 이용한 반도체 소자로서, DRAM의 자유로운 데이터 접근성과 플래시 메모리 소자의 데이터 비휘발성을 고루 갖춘 반도체 소자이다.Recently, in the semiconductor device industry, efforts have been made to produce new semiconductor devices that take advantage of DRAM and flash memory devices, and as a result, Spin Transfer Torque Random Access Memory (STTRAM) has been developed. STTRAM is a semiconductor device that uses a quantum mechanical effect called magnetoresistance, and is a semiconductor device that combines free data access of DRAM and data nonvolatile of flash memory device.

STTRAM은 데이터를 저장하기 위해 자기저항소자(Magnetic Tunnel Junction)를 포함한다. 일반적으로, 두 개의 강자성막의 자화방향(magnetization direction)에 따라 자기저항비(magnetoresistance, MR)가 달라진다. STTRAM은 이와 같은 자기저항비의 변화를 감지하여 자기저항소자에 저장된 데이터가 1 인지 0 인지를 판독한다.STTRAM includes a magnetic tunnel junction to store data. In general, the magnetoresistance (MR) varies depending on the magnetization direction of the two ferromagnetic films. The STTRAM senses such a change in the magnetoresistance ratio and reads whether the data stored in the magnetoresistive element is 1 or 0.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 자기저항소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1A and 1B are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a magnetoresistive element according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부층(1)이 형성된 기판 상에, 제1 자성막(2), 터널절연막(3), 제2 자성막(4), 하드마스크막(5), 식각장벽막(6), 반사방지막(7) 및 마스크패턴(8)을 순차적으로 형성한다. 제1 자성막(2)은 자화방향이 고정된 박막으로서, 금속계 강자성막으로 형성된다. 제2 자성막(4)은 전류의 공급 방향에 따라 자화방향이 가변하는 박막으로서, 금속계 강자성막으로 형성된다. 하부층(1)은 자기저항소자를 선택하기 위한 트랜지스터와, 트랜지스터의 접합영역과 자기저항소자를 연결하기 위한 하부전극을 포함한다.As shown in FIG. 1A, a first magnetic film 2, a tunnel insulating film 3, a second magnetic film 4, a hard mask film 5, and an etching are formed on a substrate on which a predetermined lower layer 1 is formed. The barrier film 6, the antireflection film 7, and the mask pattern 8 are sequentially formed. The first magnetic film 2 is a thin film having a fixed magnetization direction, and is formed of a metal-based ferromagnetic film. The second magnetic film 4 is a thin film whose magnetization direction varies in accordance with the supply direction of the current, and is formed of a metal-based ferromagnetic film. The lower layer 1 includes a transistor for selecting a magnetoresistive element, and a lower electrode for connecting the junction region of the transistor and the magnetoresistive element.

도 1b에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(8)을 식각장벽으로 식각 공정을 진행하여 자기저항소자(9) 및 하드마스크막 패턴(5A)을 형성한다. 여기서, 하드마스크막 패턴(5A)은 자기저항소자(9)의 상부전극이 된다.As shown in FIG. 1B, the etching process of the mask pattern 8 using the etching barrier is performed to form the magnetoresistive element 9 and the hard mask layer pattern 5A. Here, the hard mask film pattern 5A becomes the upper electrode of the magnetoresistive element 9.

그런데, 위와 같은 자기저항소자의 제조 방법 중 자기저항소자(9)를 식각하는 과정에서 유기계 폴리머(organic polymer)와 금속계 폴리머(metallic polymer)가 발생될 수 있는데, 이 금속계 폴리머는 자기저항소자(9) 내 제1 자성막(2)과 제2 자성막(4)을 전기적으로 연결(short)시키는 원인이 된다. 금속계 폴리머는 제1 자성막(2) 및 제2 자성막(4)에서 기인한다. 금속계 폴리머는 휘발성이 매우 낮아 제거가 힘들며, 습식 세정을 통해 제거하려 해도, 터널절연막(3)이 수분에 쉽게 용해되기 때문에 진행이 용이하지 못하다.
However, in the process of etching the magnetoresistive element 9 of the method of manufacturing a magnetoresistive element as described above, an organic polymer and a metallic polymer may be generated. The first magnetic film 2 and the second magnetic film 4 in the) are electrically shorted. The metallic polymer originates in the first magnetic film 2 and the second magnetic film 4. Metal-based polymers are very difficult to remove due to their low volatility, and even if they are to be removed by wet cleaning, the tunnel insulating film 3 is not easily dissolved because it is difficult to proceed.

본 발명은 식각잔류물인 폴리머에 의한 결함을 방지하는 자기저항소자 제조 방법을 제공한다.
The present invention provides a method of manufacturing a magnetoresistive element that prevents defects caused by an etch residue polymer.

본 발명은 기판 상에 제1 자성막, 터널절연막 및 제2 자성막이 적층된 자기저항소자층을 형성하는 단계, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 단계, 제1 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 유기계 폴리머를 제거하는 단계, 제2 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 금속계 폴리머를 산화시키는 단계 및 산화된 상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 자기저항소자 제조 방법을 포함한다.
The present invention provides a method of forming a magnetoresistive element layer in which a first magnetic layer, a tunnel insulating layer, and a second magnetic layer are stacked on a substrate, patterning the magnetoresistive element layer, and subjecting the magnetoresistive element to a first plasma treatment. Removing the organic polymer generated during the patterning of the layer, performing a second plasma treatment to oxidize the metal polymer generated during the patterning of the magnetoresistive element layer, and removing the oxidized metal based polymer. It includes a magnetoresistive device manufacturing method comprising a.

본 발명은 식각잔류물인 폴리머를 제거하기 위해 두 번의 플라즈마 처리와 한 번의 세정공정을 진행한다. 첫 번째 플라즈마 처리를 통해 폴리머 내 유기계 폴리머를 제거하고, 두 번째 플라즈마 처리를 통해 폴리머 내 금속계 폴리머를 산화시킨다. 이후, 세정공정을 진행하여 금속계 폴리머까지 제거한다. 결과적으로 폴리머층은 제거된다. 이와 같이, 식각잔류물을 제거하면, 자기저항소자 내 제1 자성막과 제2 자성막간의 전기적 연결도 방지할 수 있고, 이후 박막의 증착도 원활하게 진행할 수 있다. 따라서, 자기저항소자의 자화특성이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 나아가 자기저항소자를 포함하는 자기저항 메모리 소자의 동작 신뢰성 및 안정성을 충분히 확보할 수 있다.
In the present invention, two plasma treatments and one cleaning process are performed to remove an etch residue polymer. The first plasma treatment removes the organic polymer in the polymer and the second plasma treatment oxidizes the metal polymer in the polymer. Thereafter, the cleaning process is performed to remove the metal polymer. As a result, the polymer layer is removed. In this way, by removing the etching residue, it is possible to prevent the electrical connection between the first magnetic film and the second magnetic film in the magnetoresistive element, and then the deposition of the thin film may proceed smoothly. Therefore, the magnetization characteristic of the magnetoresistive element can be prevented from being lowered, and further, the operation reliability and stability of the magnetoresistive memory element including the magnetoresistive element can be sufficiently secured.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 자기저항소자의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 자기저항소자의 제조 방법을 나타낸 공정순서도이다.1A and 1B are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a magnetoresistive element according to the prior art.
2A to 2F are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a magnetoresistive element according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of rights of the present invention is not limited by these embodiments.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 자기저항소자의 제조 방법을 나타낸 공정순서도이다.2A to 2F are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a magnetoresistive element according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부층(101)이 형성된 기판 상에 제1 전극막(102)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, a first electrode film 102 is formed on a substrate on which a predetermined lower layer 101 is formed.

하부층(101)은 자기저항소자를 선택하기 위한 셀 트랜지스터와 셀트랜지스터의 접합영역과 자기저항소자를 연결하기 위한 콘택플러그(contact plug)를 포함한다. 또한, 하부층(101)은 제1 자성막(103)에 전류를 공급하기 위한 전극으로서, 콘택플러그와 전기적으로 연결되는 전극막을 더 포함한다. 제1 전극막은 하부전극(bottom electrode)라고도 한다.The lower layer 101 includes a contact plug for connecting the junction region of the cell transistor and the cell transistor to select the magnetoresistive element and the magnetoresistive element. In addition, the lower layer 101 further includes an electrode film electrically connected to the contact plug as an electrode for supplying current to the first magnetic film 103. The first electrode film is also called a bottom electrode.

이어서, 하부층(101) 상에 제1 자성막(102)을 형성한다.Subsequently, the first magnetic film 102 is formed on the lower layer 101.

제1 자성막(102)은 피닝막(pinning layer)이라 불리우는 반자성막과 핀드막(pinned layer)이라 불리우는 강자성막을 포함한다. 피닝막은 핀드막의 자화방향을 고정시키는 역할을 한다. 이를 위해, 피닝막은 IrMn, PtMn, MnO, MnS, MnTe, MnF2, FeF2, FeCl2, FeO, CoCl2, CoO, NiCl2 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 박막으로 형성된다. 핀드막은 피닝막에 의하여 자화방향이 고정된다. 이를 위해 핀드막은 Pt, Fe, Mn, Ru, Co, Ni, Gd, Dy, NiFe, CoFe, MnAs, MnBi, MnSb,CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12 중 적어도 어느 하나의 박막으로 형성된다.The first magnetic film 102 includes a diamagnetic film called a pinning layer and a ferromagnetic film called a pinned layer. The pinning film serves to fix the magnetization direction of the pinned film. To this end, the pinning film is formed of at least one thin film of IrMn, PtMn, MnO, MnS, MnTe, MnF 2 , FeF 2 , FeCl 2 , FeO, CoCl 2 , CoO, NiCl 2, and NiO. The pinned film is fixed in the magnetization direction by a pinning film. For this purpose, the pinned layer is made of Pt, Fe, Mn, Ru, Co, Ni, Gd, Dy, NiFe, CoFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2 , MnOFe 2 O 3 , FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 It is formed of at least one thin film of O 3 , MgOFe 2 O 3 , EuO and Y 3 Fe 5 O 12 .

이어서, 제1 자성막(102) 상에 터널절연막(103)을 형성한다.Subsequently, a tunnel insulating film 103 is formed on the first magnetic film 102.

터널절연막(103)은 MgO막 또는 Al2O3막일 수 있다.The tunnel insulating film 103 may be an MgO film or an Al 2 O 3 film.

이어서, 터널절연막(103) 상에 제2 자성막(104)을 형성한다.Next, the second magnetic film 104 is formed on the tunnel insulating film 103.

제2 자성막(104)은 공급되는 전류의 공급 방향에 따라 자화방향이 변화한다. 제2 자성막(104)은 Pt, Fe, Mn, Ru, Co, Ni, Gd, Dy, NiFe, CoFe, MnAs, MnBi, MnSb,CrO2, MnOFe2O3, FeOFe2O3, NiOFe2O3, CuOFe2O3, MgOFe2O3, EuO 및 Y3Fe5O12 중 적어도 어느 하나의 박막으로 형성된다.The magnetization direction of the second magnetic film 104 changes according to the supply direction of the supplied current. The second magnetic film 104 includes Pt, Fe, Mn, Ru, Co, Ni, Gd, Dy, NiFe, CoFe, MnAs, MnBi, MnSb, CrO 2 , MnOFe 2 O 3 , FeOFe 2 O 3 , NiOFe 2 O 3 , CuOFe 2 O 3 , MgOFe 2 O 3 , EuO and Y 3 Fe 5 O 12 It is formed of at least one thin film.

이하부터는, 제1 자성막(102), 터널절연막(103) 및 제2 자성막(104)을 자기저항층이라고 통칭한다.Hereinafter, the first magnetic film 102, the tunnel insulating film 103, and the second magnetic film 104 will be referred to collectively as a magnetoresistive layer.

이어서, 제2 자성막(104) 상에 하드마스크막(105)을 형성한다. Next, a hard mask film 105 is formed on the second magnetic film 104.

하드마스크막(105)은 자기저항소자를 보호하고, 상부전극(top electrode)으로 작용한다. 또한, 하드마스크막(105)은 제2 자성막(104), 터널절연막(103), 제1 자성막(102)을 식각하기 위한 식각장벽으로 사용된다. 이를 위해, 하드마스크막(105)은 텅스텐(W)으로 형성한다.The hard mask film 105 protects the magnetoresistive element and acts as a top electrode. In addition, the hard mask film 105 is used as an etching barrier for etching the second magnetic film 104, the tunnel insulating film 103, and the first magnetic film 102. For this purpose, the hard mask film 105 is formed of tungsten (W).

이어서, 하드마스크막(105) 상에 식각장벽막(106), 반사방지막(107) 및 마스크패턴(108)을 순차적으로 형성한다.Subsequently, the etch barrier film 106, the antireflection film 107, and the mask pattern 108 are sequentially formed on the hard mask film 105.

식각장벽막(106)은 마스크패턴(108)의 식각마진을 보충하기 위한 박막으로서, 마스크패턴(108)만으로는 하드마스크막(105)을 식각할 수 없기 때문에 사용된다. 이를 위해 식각장벽막(106)은 비정질 카본막(a-carbon)으로 형성한다.The etch barrier film 106 is a thin film for replenishing the etching margin of the mask pattern 108 and is used because the hard mask film 105 cannot be etched using only the mask pattern 108. To this end, the etching barrier film 106 is formed of an amorphous carbon film (a-carbon).

반사방지막(105)은 마스크패턴(108)을 형성하는 과정, 즉 노광과정에서 빛의 반사에 의한 마스크패턴(108)의 형상(profile)변화를 방지한다. 이를 위해 반사방지막(107)은 실리콘질화막(Si3N4)으로 형성한다.The anti-reflection film 105 prevents a profile change of the mask pattern 108 due to reflection of light during the process of forming the mask pattern 108, that is, the exposure process. To this end, the anti-reflection film 107 is formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ).

마스크패턴(108)은 자기저항소자의 형상을 정의하기 위한 박막으로서, 각각의 마스크패턴(108)이 하나의 자기저항소자의 형상을 정의한다. 각각의 마스크패턴(108)은 동일한 크기로 형성된다. 마스크패턴(108)은 포토레지스트(photo-resist)로 형성한다.The mask pattern 108 is a thin film for defining the shape of the magnetoresistive element, and each mask pattern 108 defines the shape of one magnetoresistive element. Each mask pattern 108 is formed in the same size. The mask pattern 108 is formed of photoresist.

도 2b에 도시된 바와 같이, 마스크패턴(108)을 식각장벽으로 반사방지막(107)과 식각장벽막(106)을 식각한다. 이때, 마스크패턴(108)과 반사방지막(107)은 일부 또는 전부가 손실된다. 필요에 따라 마스크패턴(108)과 반사방지막(107)의 제거 공정을 진행한다.As shown in FIG. 2B, the antireflection film 107 and the etching barrier film 106 are etched using the mask pattern 108 as an etching barrier. At this time, some or all of the mask pattern 108 and the anti-reflection film 107 are lost. If necessary, the mask pattern 108 and the anti-reflection film 107 are removed.

이후, 식각된 식각장벽막(106)을 식각장벽으로 하드마스크막(105)을 식각하여 하드마스크막 패턴(105A)을 형성한다. 이때, 식각장벽막(106)은 일부 또는 전부가 손실된다. 필요에 따라 식각장벽막(106)의 제거 공정을 진행한다.Thereafter, the hard mask layer 105 is etched using the etched barrier layer 106 as an etch barrier to form the hard mask layer pattern 105A. At this time, part or all of the etching barrier film 106 is lost. If necessary, the etching barrier film 106 may be removed.

이어서, 하드마스크막 패턴(105A)을 식각장벽으로 제2 자성막(104), 터널절연막(103) 및 제1 자성막(102)을 식각하여 자기저항소자(MTJ)를 형성한다. 이때의 식각은 Cl2 또는 CH3OH를 이용한 RIE(Reactive ion etch)일 수 있다. Subsequently, the second magnetic film 104, the tunnel insulating film 103, and the first magnetic film 102 are etched using the hard mask film pattern 105A as an etch barrier to form a magnetoresistive element MTJ. The etching may be a reactive ion etch (RIE) using Cl 2 or CH 3 OH.

제1 자성막(102)과 터널절연막(103) 및 제2 자성막(104)을 식각하는 과정에서 폴리머층(109)이 자기저항소자(MTJ) 상에 축적된다. 폴리머층(109)은 고분자계열의 잔재물로서, 유기계 폴리머와 금속계 폴리머가 혼합된 형태를 갖는다. 특히, 금속계 폴리머는 제1 자성막(102)과 제2 자성막(104)간을 전기적으로 연결(short)시키는 결함을 유발시킨다.The polymer layer 109 is accumulated on the magnetoresistive element MTJ in the process of etching the first magnetic film 102, the tunnel insulating film 103, and the second magnetic film 104. The polymer layer 109 is a polymer-based residue and has a form in which an organic polymer and a metal polymer are mixed. In particular, the metal-based polymer causes a defect that electrically shorts the first magnetic film 102 and the second magnetic film 104.

도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 플라즈마 처리(110)를 진행하여, 폴리머층(109) 내 유기계 폴리머를 제거한다.As shown in FIG. 2C, the first plasma treatment 110 is performed to remove the organic polymer in the polymer layer 109.

제1 플라즈마 처리(110)는 He와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하며, 200~350℃, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행한다. 여기서, RF파워는 He와 N2 가스를 플라즈마화 하기 위해 인가하는 파워(power)이다. 이와 같은 제1 플라즈마 처리(110)를 진행하면, 폴리머층(109) 내 유기계 폴리머가 제거되며, 이에 따라 폴리머층(109)과 자기저항소자(MTJ)간의 접착력이 낮아진다.The first plasma treatment 110 uses a plasma in which He and N 2 are mixed, and proceeds for 10 to 60 sec in a chamber at 200 to 350 ° C., an RF power of 200 to 600 W, and a pressure condition of 1 to 4 Torr. Here, RF power is power applied to plasma He and N 2 gas. When the first plasma treatment 110 is performed, the organic polymer in the polymer layer 109 is removed, thereby lowering the adhesive force between the polymer layer 109 and the magnetoresistive element MTJ.

제1 플라즈마 처리(110)의 다른 방법으로서, H2와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하며, 200~350℃, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행한다. 이와 같은 방법으로 제1 플라즈마 처리(110)를 진행해도, 폴리머층(109) 내 유기계 폴리머가 제거되며, 이에 따라 폴리머층(109)과 자기저항소자(MTJ)간의 접착력이 낮아진다.As another method of the first plasma treatment 110, using a plasma mixed with H 2 and N 2 , 10 ~ 60sec in a chamber of 200 ~ 350 ℃, RF power of 200 ~ 600W, pressure conditions of 1 ~ 4 Torr Proceed. Even when the first plasma treatment 110 is performed in this manner, the organic polymer in the polymer layer 109 is removed, thereby lowering the adhesion between the polymer layer 109 and the magnetoresistive element MTJ.

이하부터는, 유기계 폴리머가 제거된 폴리머층(109)의 도면부호를 109A로 변경한다.Hereinafter, the reference numeral of the polymer layer 109 from which the organic polymer is removed is changed to 109A.

도 2d에 도시된 바와 같이, 제2 플라즈마 처리(111)를 진행하여, 폴리머층(109A) 내 금속계 폴리머를 산화시킨다.As shown in FIG. 2D, the second plasma treatment 111 is performed to oxidize the metal polymer in the polymer layer 109A.

제2 플라즈마 처리(111)는 N2O 플라즈마를 이용하며, 200~350℃, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행한다. 이와 같은 방법으로 제2 플라즈마 처리(110)를 진행하면, 폴리머층(109A)이 산화된다.The second plasma treatment 111 uses N 2 O plasma, and proceeds for 10 to 60 sec in a chamber having a 200 to 350 ° C., an RF power of 200 to 600 W, and a pressure condition of 1 to 4 Torr. When the second plasma treatment 110 is performed in this manner, the polymer layer 109A is oxidized.

제2 플라즈마 처리(111)의 다른 방법으로서, N2O 와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하며, 200~350℃, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행한다. 이와 같은 방법으로도 폴리머층(109A)는 산화된다.As another method of the second plasma treatment 111, using a plasma in which N 2 O and N 2 is mixed, 10 ~ in the chamber which is 200 ~ 350 ℃, RF power of 200 ~ 600W, pressure conditions of 1 ~ 4 Torr Proceed for 60sec. In this manner, the polymer layer 109A is oxidized.

제2 플라즈마 처리(111)의 또 다른 방법으로서, N2O 와 He가 혼합된 플라즈마를 이용하며, 200~350℃, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행한다. 이와 같은 방법으로도 폴리머층(109A)는 산화된다.As another method of the second plasma treatment 111, using a plasma mixed with N 2 O and He, 10 ~ in the chamber at 200 ~ 350 ℃, RF power of 200 ~ 600W, pressure conditions of 1 ~ 4 Torr Proceed for 60sec. In this manner, the polymer layer 109A is oxidized.

이하부터는, 산화된 폴리머층(109A)의 도면부호를 109B로 변경한다.Hereinafter, the reference numeral of the oxidized polymer layer 109A is changed to 109B.

도 2e에 도시된 바와 같이, 세정 공정을 진해하여 폴리머층(109B)을 제거한다.As shown in FIG. 2E, the cleaning process is carried out to remove the polymer layer 109B.

세정 공정은 ph7~8인 약알칼리성의 알킬슬폰산(CnHmSO3H, n=4~5, m=n+2)일 수 있는 세정용액(112)을 이용하며, 제2 플라즈마 처리(111)한 후 1시간 이내에 5~10분 동안 진행한다. 제2 플라즈마 처리(111)한 후 1시간 내에 세정 공정을 진행하는 이유는 자연 산화에 의해 폴리머층(109A) 상에 산화막이 형성될 수 있기 때문이다. 또한, ph를 유지하고 금속세정의 보조액으로서 아민(amine)계열의 화합물을 세정용액(112)에 첨가할 수도 있다.The cleaning process uses a cleaning solution 112, which may be a weakly alkaline alkylsulfonic acid (C n H m SO 3 H, n = 4-5, m = n + 2) that is ph7-8, and the second plasma treatment After 111 minutes, proceed for 5-10 minutes. The reason why the cleaning process is performed within one hour after the second plasma treatment 111 is that an oxide film may be formed on the polymer layer 109A by natural oxidation. In addition, the amine-based compound may be added to the washing solution 112 as the pH is maintained and the metal washing aid is used.

이와 같이 세정 공정을 진행하면, 폴리머층(109B)은 제거된다. 한편, 세정용액(112)으로 인해 터널절연막(103)이 손상될 것이라고 판단할 수 있으나, 알킬슬폰산 내 SO3H기는 터널절연막(103)의 표면층만 용해할 뿐, 터널절연막(103)의 특성을 저하시키지 않으면서, 폴리머층(109B) 내 금속계 이온과 결합(complex)하여 제거된다.When the cleaning process proceeds in this manner, the polymer layer 109B is removed. On the other hand, it can be determined that the cleaning solution 112 will damage the tunnel insulating film 103, but the SO 3 H group in the alkylsulfonic acid only dissolves the surface layer of the tunnel insulating film 103, and the characteristics of the tunnel insulating film 103 It is combined with and removed with metal-based ions in the polymer layer 109B without lowering.

도 2f에 도시된 바와 같이, 자기저항소자(MTJ)를 덮는 캡핑막(113)을 형성한다.As shown in FIG. 2F, a capping film 113 covering the magnetoresistive element MTJ is formed.

캡핑막(113)은 수분 또는 대기중의 산소로 인한 자기저항소자(MTJ)의 산화를 방지할 수 있도록 250~350℃의 온도에서 1~2시간 동안 진행하여 형성된다. 캡핑막(113)은 실리콘질화막일 수 있으며, 실리콘질화막은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depostion) 또는 HDP(High Density Plasma) 방식으로 형성된다. 캡핑막(113)은 알루미늄산화막(Al2O3)일 수도 있다. 한편, 캡핑막(113)을 PECVD 방식으로 형성할 경우, SiH4, N2, He 가스의 조합으로 진행하며, 이때 N/Si의 조성비는 1.33 이상인 것으로 한다.The capping layer 113 is formed by proceeding at a temperature of 250 to 350 ° C. for 1 to 2 hours to prevent oxidation of the magnetoresistive element MTJ due to moisture or oxygen in the atmosphere. The capping layer 113 may be a silicon nitride layer, and the silicon nitride layer may be formed by a Plasma Enhanced Chemical Vapor Depostion (PECVD) or a High Density Plasma (HDP) method. The capping film 113 may be an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ). On the other hand, when the capping film 113 is formed by PECVD, it proceeds with a combination of SiH 4 , N 2 , He gas, wherein the composition ratio of N / Si is 1.33 or more.

전술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 자기저항소자 제조 방법은 자기저항소자를 형성한 후, 폴리머층(109)을 제거하기 위해 두 번의 플라즈마 처리와 한 번의 세정공정을 진행한다. 첫번째 플라즈마 처리를 통해 폴리머층(109) 내 유기계 폴리머를 제거하고, 두번째 플라즈마 처리를 통해 폴리머층(109) 내 금속계 폴리머를 산화시킨다. 이후, 세정공정을 진행하여 금속계 폴리머까지 제거한다. 결과적으로 폴리머층(109)은 제거된다.In the magnetoresistive device manufacturing method according to the embodiment of the present invention as described above, after forming the magnetoresistive device, two plasma treatments and one cleaning process are performed to remove the polymer layer 109. The first plasma treatment removes the organic polymer in the polymer layer 109, and the second plasma treatment oxidizes the metal polymer in the polymer layer 109. Thereafter, the cleaning process is performed to remove the metal polymer. As a result, the polymer layer 109 is removed.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

101: 하부층 102: 제1 자성막
103: 터널절연막 104: 제2 자성막
105: 하드마스크막 106: 식각장벽막
107: 반사방지막 108: 마스크패턴
109, 109A, 109B: 폴리머층 110: 제1 플라즈마 처리
111: 제2 플라즈마 처리 112: 세정액
113: 캡핑막101: lower layer 102: first magnetic film
103: tunnel insulating film 104: second magnetic film
105: hard mask film 106: etching barrier film
107: antireflection film 108: mask pattern
109, 109A, 109B: polymer layer 110: first plasma treatment
111: second plasma treatment 112: cleaning liquid
113: capping film

Claims (9)

기판 상에 제1 자성막, 터널절연막 및 제2 자성막이 적층된 자기저항소자층을 형성하는 단계;
상기 자기저항소자층을 패터닝하는 단계;
제1 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 유기계 폴리머를 제거하는 단계;
제2 플라즈마 처리를 하여, 상기 자기저항소자층을 패터닝하는 과정에서 생성된 금속계 폴리머를 산화시키는 단계; 및
산화된 상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 제1 플라즈마 처리는 He와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하고, 200~350℃의 온도, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
Forming a magnetoresistive element layer in which a first magnetic film, a tunnel insulating film, and a second magnetic film are stacked on a substrate;
Patterning the magnetoresistive element layer;
Removing the organic polymer generated during the patterning of the magnetoresistive element layer by performing a first plasma treatment;
Oxidizing a metal-based polymer generated during the patterning of the magnetoresistive element layer by performing a second plasma treatment; And
And removing the oxidized metal-based polymer, wherein the first plasma treatment uses a mixture of He and N 2 , a temperature of 200 to 350 ° C., an RF power of 200 to 600 W, and a pressure of 1 to 4 Torr. Method of manufacturing a magnetoresistive element that proceeds for 10 ~ 60sec in the chamber which is the condition.
삭제delete 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 처리는 H2와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하고, 200~350℃의 온도, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The first plasma treatment uses a plasma in which H 2 and N 2 are mixed, and the magnetic process proceeds for 10 to 60 sec in a chamber having a temperature of 200 to 350 ° C., an RF power of 200 to 600 W, and a pressure of 1 to 4 Torr. Method of manufacturing a resistive element.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 4 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 처리는 N2O 플라즈마를 이용하고, 200~350℃의 온도, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The second plasma treatment using a N 2 O plasma, the magnetoresistive device manufacturing method which proceeds for 10 ~ 60sec in a chamber at a temperature of 200 ~ 350 ℃, RF power of 200 ~ 600W, pressure conditions of 1 ~ 4 Torr.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 처리는 N2O 와 N2가 혼합된 플라즈마를 이용하고, 200~350℃의 온도, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The second plasma treatment uses a mixture of N 2 O and N 2 , and proceeds for 10 to 60 sec in a chamber having a temperature of 200 to 350 ° C., an RF power of 200 to 600 W, and a pressure of 1 to 4 Torr. Method of manufacturing magnetoresistive element.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 처리는 N2O 와 He가 혼합된 플라즈마를 이용하고, 200~350℃의 온도, 200~600W의 RF파워, 1~4Torr의 압력 조건인 챔버 내에서 10~60sec 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 1,
The second plasma treatment is a mixture of N 2 O and He using a plasma, the magnetic proceeds for 10 to 60 seconds in a chamber at a temperature of 200 ~ 350 ℃, RF power of 200 ~ 600W, pressure conditions of 1 ~ 4 Torr Method of manufacturing a resistive element.
청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,
상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계는 ph7~8인 약알칼리성의 알킬슬폰산으로 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 1,
Removing the metal-based polymer is a method of manufacturing a magnetoresistive device proceeding to a weak alkaline alkylsulfonic acid of ph7 ~ 8.
청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 제 7 항에 있어서,
상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계는 상기 알킬슬폰산에 아민(amine)계열의 화합물을 첨가하여 진행하는 자기저항소자 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The removing of the metal-based polymer is performed by adding an amine-based compound to the alkylsulfonic acid.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 7 항에 있어서,
상기 금속계 폴리머를 제거하는 단계는 상기 제2 플라즈마 처리를 진행한 후, 1시간 이내에 5~10분 동안 진행하는 자기저항소자 제조 방법.The method of claim 7, wherein
The removing of the metal-based polymer may be performed for 5 to 10 minutes within 1 hour after the second plasma treatment is performed.
KR1020110025978A 2011-03-23 2011-03-23 Method for fabricating magnetic tunnel junction KR101202685B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110025978A KR101202685B1 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Method for fabricating magnetic tunnel junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110025978A KR101202685B1 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Method for fabricating magnetic tunnel junction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120108296A KR20120108296A (en) 2012-10-05
KR101202685B1 true KR101202685B1 (en) 2012-11-19

Family

ID=47279920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110025978A KR101202685B1 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Method for fabricating magnetic tunnel junction

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101202685B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9318697B2 (en) 2013-12-24 2016-04-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of detecting an etch by-product and methods of manufacturing a magnetoresistive random access memory device using the same
US9444033B2 (en) 2013-09-09 2016-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic memory device and method of manufacturing the same
US11329219B2 (en) 2019-08-06 2022-05-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing a magnetoresistive random access memory device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102411080B1 (en) 2015-09-02 2022-06-21 삼성전자주식회사 Method for forming patterns and method for manufacturing magnetic memory device using the same
KR102473663B1 (en) 2015-10-01 2022-12-02 삼성전자주식회사 Semiconductor device having a magnetic tunnel junction assembly and Method for fabricating the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9444033B2 (en) 2013-09-09 2016-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic memory device and method of manufacturing the same
US9318697B2 (en) 2013-12-24 2016-04-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of detecting an etch by-product and methods of manufacturing a magnetoresistive random access memory device using the same
US11329219B2 (en) 2019-08-06 2022-05-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing a magnetoresistive random access memory device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120108296A (en) 2012-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8642358B2 (en) Method for fabricating magnetic tunnel junction device
CN111108618B (en) Magnetic tunnel junction in memory device and method of forming the same
CN108232009B (en) Method for manufacturing magnetic random access memory
KR100943860B1 (en) Method for forming magnetic tunnel junction cell
KR101073132B1 (en) Method for manufacturing magnetic tunnel junction device
US9190608B2 (en) Method for fabricating semiconductor device having magnetic tunnel junction layer patterned using etching gas containing oxygen
US8852762B2 (en) Magnetic random access memory with synthetic antiferromagnetic storage layers and non-pinned reference layers
KR101127766B1 (en) Method for fabricating magnetic tunnel junction
JP2012119564A (en) Magnetoresistance effect element and method of manufacturing the same
CN107623069B (en) Method for etching magnetic tunnel junction and bottom electrode thereof
US8748197B2 (en) Reverse partial etching scheme for magnetic device applications
CN110112288B (en) Method for preparing magnetic tunnel junction unit array
KR101202685B1 (en) Method for fabricating magnetic tunnel junction
CN108232008B (en) Bottom electrode contact of magnetic random access memory and preparation method thereof
US11646069B2 (en) MRAM semiconductor structure and method of forming the same
CN111613719B (en) Method for manufacturing magnetic random access memory cell array
CN111613572A (en) Method for preparing magnetic random access memory storage unit and peripheral circuit thereof
US20120241882A1 (en) Semiconductor memory device and method for fabricating the same
CN109994600B (en) Method for manufacturing magnetic random access memory
US9018720B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US8477531B2 (en) Spin torque transfer magnetoresistive random access memory in disk base with reduced threshold current
CN108735893B (en) Bottom electrode contact of magnetic random access memory and forming method thereof
KR20120094394A (en) Method for fabicating magnetic tunnel junction
KR101222117B1 (en) Method for fabricating sttram
CN111668366B (en) Top electrode contact of magnetic random access memory and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151020

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161024

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171025

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee