KR101222190B1 - 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 - Google Patents
자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101222190B1 KR101222190B1 KR1020110015580A KR20110015580A KR101222190B1 KR 101222190 B1 KR101222190 B1 KR 101222190B1 KR 1020110015580 A KR1020110015580 A KR 1020110015580A KR 20110015580 A KR20110015580 A KR 20110015580A KR 101222190 B1 KR101222190 B1 KR 101222190B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- etching
- magnetic tunnel
- tunnel junction
- junction structure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 121
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 103
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 32
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 18
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 18
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 15
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 2
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- TYFQFVWCELRYAO-UHFFFAOYSA-N suberic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCC(O)=O TYFQFVWCELRYAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 1-methylsulfonylpiperidin-4-one Chemical compound CS(=O)(=O)N1CCC(=O)CC1 RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RQTFYYZAKXXZOL-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] Chemical compound [O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] RQTFYYZAKXXZOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N anhydrous glutaric acid Natural products OC(=O)CCCC(O)=O JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
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
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
- H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
- H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- 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
-
- 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
- G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
- G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
-
- 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
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
자기접합터널 구조에 사용되는 건식 식각 방법을 제공한다. 상기 자기접합터널 구조에 이용되는 건식 식각 방법은 수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 알코올계 가스 및 알코올계 가스와 아르곤가스의 혼합가스를 식각가스로 사용하는 제1단계 및 상기 식각가스를 플라즈마 처리하여, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 제2단계를 포함한다.
Description
본 발명은 여러 자기 자성 물질, 금속 물질, 산화막으로 이루어진 자기터널접합(Magnetic Tunnel Junction; MTJ) 구조에 대한 건식 식각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알코올계 가스를 식각가스로 사용하고, 상기 식각가스를 플라즈마화하여 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 자기터널접합 구조를 식각하는 단계를 포함하는 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법에 대한 것이다.
따라서, 본 발명은 알코올계 가스를 이용하여 재증착이 없는 우수한 이방성 프로파일을 보이는 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다
대용량의 정보저장과 이들의 이동 및 통신 수요가 점차 확산됨에 따라 비휘발성 메모리 소자의 수요가 급증하고 있는 추세이다. 비휘발성 메모리 소자로는 현재 널리 쓰이고 있는 플래시 메모리 소자이외에도 강유전체 메모리 소자, 자성 메모리 소자 및 상변화 메모리 소자가 차세대의 비휘발성 메모리소자로서 주목받고 있다.
특히, 자성 메모리(Magnetic Random Access Memory; MRAM) 소자는 고속 기입 및 고속 읽기 동작이 가능하고, 고집적화가 가능하며, 재기입의 제한이 없고, 저전력 소모에 적합한 소자로 플래시 메모리 소자가 가지고 있는 단점인 느린 접근속도, 사용횟수의 제한(105 ~ 106 회) 및 작동 시 고전압이 필요하다는 문제점 등을 해결할 수 있는 새로운 메모리 소자로서 연구 개발되고 있다.
자성 메모리 소자는 개인용 컴퓨터, 대형 컴퓨터, 스마트카드, 휴대용 컴퓨터, 이동통신 단말기, 전화기, 텔레비전 등의 메모리 소자로 사용이 가능하며, 다른 비휘발성 메모리 소자들에 비하여 방사선에 대한 저항력이 있어 우주 산업에의 응용이 가능하여 현재 가장 주목받고 있는 비휘발성 메모리 소자이다.
통상적으로, 자성 메모리 소자는 데이터 저장 요소로서 자기터널접합 구조를 채택하고 있다. 고정층(fixed layer)과 자유층(freely switchable layer) 사이에 절연층(insulating layer)이 삽입된 자기터널접합 구조는 코발트 계(cobalt; Co)와 철(iron; Fe)을 사용한 Co-Fe-B 합금인 자성 박막, 백금(platinum; Pt)과 망간 계(manganese; Mn)를 사용한 Pt-Mn 합금, 탄탈 계(tantalum; Ta)와 루테늄 계(ruthenium; Ru)인 금속 박막, 그리고 산화알루미늄(Aluminium oxide; Al2O3)이나 산화마그네슘(magnesia; MgO) 박막이 터널장벽 층(tunnel barrier layer)으로서 이루어져 있다.
현재 자성 메모리 소자의 응용을 위하여 선행되어야 할 핵심 공정들은 자기터널접합 구조의 증착과 식각이다. 특히, 자성 메모리 소자의 고집적화를 위하여 자기터널접합 구조의 식각 공정은 증착 이상으로 중요한 핵심 공정으로 반드시 선행되고 개발되어야 하는 공정이다.
현재까지 개발된 식각 공정으로는 부식액으로써 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 또는 슈베르산(suberic acid)을 사용한 습식 식각(wet etching) 공정 [미합중국 특허 제 6,426,012호(2000년), O'Sullivan 등] 이외에도 건식 식각 공정인 이온 빔 식각(ion beam etching or ion milling), 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE) 및 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE)의 고밀도 플라즈마 식각법 등이 사용되었다 [J. Vac. Sci. Tech. B, 15권, 6호(1997), 2274 페이지, IEEE Trans. Magn., 37권, 4호(2001년), 1973 페이지와 J. Magn. Magn. Mater., 304권(2006년), e264 페이지].
최근에는 BCl3/Ar, Cl2/Ar, Cl2/O2/Ar 등의 식각가스를 사용하여 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 적용하여 자기터널접합 구조가 식각되었다. [J. Magn. Magn. Mater., 304권(2006년), e264 페이지와 공업화학지, 16권(2005년), 6호, 853 페이지].
염소계의 식각가스를 이용하여 자기터널접합 구조를 식각하였을 경우에는 빠른 식각 속도를 얻을 수 있었으나, 식각된 패턴의 측면 경사가 낮기 때문에 나노미터급의 미세 패턴의 자기터널접합 구조를 식각하는 데에는 어려움이 있었다. 본 발명에서는 염소계나 브로민계 가스를 이용하지 않고, 새로운 식각가스로서 알코올계 가스를 이용하여 깨끗한 이방성(anisotropy)의 식각 프로파일을 갖는 자기터널접합 구조의 식각공정을 개발하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 염소계나 브로민계 가스를 이용하지 않고 새로운 식각가스로서 알코올계 가스를 이용하여 깨끗한 이방성(anisotropy)의 식각 프로파일을 갖는 자기터널접합 구조에 이용되는 건식 식각 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법은 수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 알코올계 가스 및 알코올계 가스와 아르곤가스의 혼합가스를 식각가스로 사용하는 단계, 상기 식각가스를 플라즈마 처리하여, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계를 포함한다.
상기 알코올계 가스로서 CH3OH 및 C2H5OH등과 모든 알코올계 가스들을 사용함을 특징으로 한다.
상기 CH3OH 가스의 농도는 40 부피% 내지 80 부피%이고, 잔부는 He, Ne, Ar, 및 N2 가스로부터 1종 이상이 선택되는 불활성 가스임을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 및 반응성 이온 식각법 중 적어도 어느 하나로 선택되어 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 공정은 800 W 내지 1500 W의 코일 고주파 전력, 300 V 내지 500 V의 dc-바이어스 전압 및 1 mTorr 내지 5 mTorr 범위의 가스 압력에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자기터널 접합 구조는 상기 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 건식 식각 공정에 따라 제조되는 자기터널접합 구조는 종래 염소계 가스 및 브로민계 가스들을 포함하는 할로겐 족 다른 가스를 사용하는 건식 식각에 비해 부식성 및 재증착 없이 우수한 이방성 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타냄으로써 본 발명을 이용하면 나노미터급의 자기터널접합 구조를 제조할 수 있다.
또한, 자기터널접합 구조를 사용하는 고밀도 자성메모리 소자의 제조에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 식각 방법인 이온 밀링법(ion milling method)과 반응성 이온 식각법(reactive ion etching method)에 의하여 식각된 자기터널접합 구조의 식각 프로파일이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조의 식각 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피(lithography)에 의하여 패턴된 자기터널접합 구조(MTJ)의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진; (a) top view (30 x 90 nm2), (b) 90 nm 방향의 단면도, (c) 30 nm 방향의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 투과전자현미경 사진과 EDS 분석을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 식각 방법인 이온 밀링법(ion milling method)과 반응성 이온 식각법(reactive ion etching method)에 의하여 식각된 자기터널접합 구조의 식각 프로파일이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조의 식각 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피(lithography)에 의하여 패턴된 자기터널접합 구조(MTJ)의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진; (a) top view (30 x 90 nm2), (b) 90 nm 방향의 단면도, (c) 30 nm 방향의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 투과전자현미경 사진과 EDS 분석을 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명은 알코올계 가스를 식각가스로 사용하고, 상기 식각가스를 플라즈마화하는 단계, 및 자기터널접합 구조를 식각하는 단계를 포함하는 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 수소와 산소 그리고 OH기를 포함하는 알코올계 가스, 및 알코올계 가스와 아르곤가스의 혼합가스를 식각가스로 사용하고, 상기 식각가스를 플라즈마화하여 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계를 포함한다.
상기 식각가스는 식각 물질과 물리적 반응 및 화학적 반응에 의하여 식각이 일어나도록 하는 것으로, 바람직하게는 수소와 산소를 포함하는 알코올계 가스 및 알코올계 가스와 아르곤가스의 혼합가스를 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 CH3OH 또는 CH3OH/Ar 등을 들 수 있다.
이때 식각가스로서 CH3OH을 사용하는 경우, 그 농도는 40 부피% 내지 80 부피%가 바람직한 바, 상기한 범위에서 우수한 이방성 식각 프로파일을 나타낼 수 있으며, 잔여부피는 He, Ne, Ar 및 N2 가스로부터 선택되는 불활성 기체로 보충하여 100 부피%로 만들어 사용할 수 있다.
또한, 상기 식각가스로 알코올 계열의 가스를 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는CH3OH 또는CH3OH/Ar 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 식각하고자 하는 자기터널접합 구조와 화학적 반응을 일으켜 식각을 수행할 수 있도록 하는 상기 식각가스를 플라즈마 상태로 활성화시키는 방법을 특히 제한하는 것은 아니다.
바람직하게는 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각법(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE)을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 (magnetically enhanced reactive ion etching; MERIE), 및 반응성 이온 식각법 (reactive ion etching; RIE) 중에서 선택할 수 있으며, 특히 고밀도 플라즈마 식각 방법을 사용하여 식각 공정을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 고밀도 플라즈마 식각법에 있어서, 재증착이 없는 우수한 이방성 프로파일을 나타내는 자기터널접합 구조의 식각 공정 개발을 위하여 변화시킬 주요 공정 변수들로는 식각가스의 농도, 코일 고주파 전력(coil rf power), 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압(dc-bias voltage), 및 가스 압력(gas pressure) 등이 있다.
이때, 본 발명에 있어서 우수한 식각 프로파일을 얻기 위한 가장 바람직한 식각 공정 변수들의 범위는 CH3OH/Ar의 식각가스 중에서 CH3OH 가스의 농도가 40 부피% 내지 80 부피%, 코일 고주파 전력이 800 W 내지 1500 W, dc-바이어스 전압이 300 V 내지 500 V, 및 가스 압력이 1 mTorr 내지 5 mTorr의 범위일 수 있다.
상기와 같이 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각공정에 의하여 제조되는 자기터널접합 구조는 자성 메모리 소자에 적용될 수 있으며 자기터널접합구조가 사용되는 모든 소자들에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합의 구조에 대한 개략도이다.
<실시예 1> 자기터널접합 구조의 제조
도 1을 참조하면, 본 발명을 위한 실험에서 사용된 자기터널접합 구조는 dc-마그네트론 스퍼터링법(direct current (dc) magnetron sputtering method)을 이용하여 SiO2/Si 기판 위에 대략 30 nm 두께의 다층 박막으로 증착될 수 있다.
상기 다층 박막으로 이루어진 자기터널접합 구조는 위에서부터 Ru(5)/CoFeB(2)/MgO (0.8)/CoFeB(1.5)/Ru(0.8)/CoFe(1.5)/PtMn(15)/TiN(45) (nm in unit)으로 이루어져 있으며, 하드마스크(hard mask)로서 이용되는 질화티타늄(titanium nitride; TiN) 박막이 자기터널접합 구조 위에 50 nm의 두께로 증착될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기존의 식각 방법인 이온 밀링법(ion milling method)과 반응성 이온 식각법(reactive ion etching method)에 의하여 식각된 자기터널접합 구조의 식각 프로파일이다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 이온 밀링법(ion milling method) 등의 물리적 식각 메커니즘을 따르는 식각 방법을 이용하여 자기터널접합 구조를 식각하였을 경우에는, 자기터널접합 구조의 패턴 측면에 재증착이 생성되었으며, 이 재증착은 소자 구동 시 전기적 단락의 원인이 되거나 불균일한 전기적 특성을 보인다 또한 후속 공정 진행시에 문제를 일으키는 원인이 된다.
도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 반응성 이온 식각 방법(reactive ion etching method; RIE)을 이용하고, 포토레지스트를 마스크로서 사용하여 자기터널접합 구조를 식각한 경우는 포토레지스트의 식각 속도에 비하여 자기터널접합 구조의 식각 속도가 매우 느리므로, 식각된 자기터널접합 구조는 식각 경사가 매우 낮은 식각 프로파일을 나타낸다. 또는 식각공정 조건에 따라서 반응성 이온 식각법을 이용하여 식각을 진행해도 도 2의 (a)와 같은 재증착이 발생하기도 한다.
그러므로 자기터널접합 구조는 식각 후에, 재증착이 없는 이방성 식각프로파일을 가져야 하는 데 이를 성취하기 위해서는 식각속도가 매우 느린 하드마스크가 필요하다. 본 발명에서는 여러 가지 하드 마스크 가운데서 알코올계 가스와 잘 반응하지 않는 질화티타늄 박막을 선택하여 하드마스크로서 도입하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조의 식각 공정의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 마스크로서 포토레지스트 대신에 사용하기 위하여 알코올계 가스와 잘 반응하지 않는 질화티타늄 박막을 자기터널접합 구조 위에 고주파 마그네트론 스퍼터링법(radio frequency (rf) magnetron sputtering method)을 이용하여 증착시킨다.
질화티타늄 박막은 스퍼터 체임버 내로 질소 가스 (유량: 5 sccm)와 아르곤 가스 (유량: 48 sccm)를 주입하고 5 mTorr의 가스 압력에서 400 W의 고주파 전력을 가하여 100 nm의 두께로 증착되었다.
질화티타늄 박막이 증착된 자기터널접합 구조는 포토레지스트(photoresist)를 사용하여 1000~1200 nm의 두께로 도포되었고, 리소그래피(lithography) 공정을 적용하여 패턴(pattern)되었다.
마스크로서 포토레지스트을 이용하여 질화티타늄 박막을 식각 한 후에 포토레지스트를 포토레지스트 스트리퍼(photoresist stripper)를 이용하여 제거하였고, 남은 질화티타늄 박막을 하드마스크로 이용하여 자기터널접합 구조를 식각하였다. 본 발명에서 질화티타늄 박막과 자기터널접합 구조는 고밀도의 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE) 시스템을 사용하여 식각되었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피(lithography)에 의하여 패턴된 자기터널접합 구조(MTJ)의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진; (a) top view (30 x 90 nm2), (b) 90 nm 방향의 단면도, (c) 30 nm 방향의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 질화티타늄이 증착된 자기터널접합 구조 위에 리소그래피 공정에 의하여 30 x 90 nm2의 크기로 포토레지스트가 패턴되고 이를 이용하여 TiN 하드마스크가 식각되어 얻은 결과이다.
대략 85~90도 이상의 측면경사를 보이며 우수한 이방성의 마스크 패턴이 형성되었다. 도 4의 (a)는 30 x 90 nm2의 top view 사진이고 도 4의 (b)는 90 nm의 방향에서 관찰된 것이고 도 4의 (c)는 30 nm의 방향에서 관찰된 주사현미경 사진이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스의 농도 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
보다 구체적으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH)이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CH3OH/Ar 식각가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진((a) pure Ar, (b) 10%CH3OH/90%Ar, (c) 40%CH3OH/60%Ar, (d) 70%CH3OH/30%Ar, (e) 100%CH3OH) 이다.
도 5는 30 x 90 nm2의 동일한 MTJ stack의 패턴에 대하여 90 nm 방향으로 관찰된 것이고, 도 6은 30 nm 방향에서 관찰된 주사현미경 사진 결과들이다. 800W의 코일 고주파 전력, 300 V의 dc-바이어스 전압, 그리고 5 mTorr의 가스 압력에서 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비를 사용하여 자기터널접합 구조를 식각하여 얻은 결과이다.
순수한 Ar 가스를 이용하여 식각된 자기터널접합 구조는 식각된 측면에 재증착 물질(redeposited materials)이 형성된 것이 관찰되었다(도 5(a)와 도 6(a)).
그러나 10 부피% CH3OH (도 5의 (b)와 도 6의 (b)) 가스를 이용한 자기터널접합 구조의 식각 결과는 식각된 측면에 재증착이 약간 존재하는 식각 프로파일이 관찰되었다.
그러나 40부피% CH3OH 가스 (도 5의 (c)와 도 6의 (c))와 70부피% CH3OH 가스(도 5의 (d)와 도 6의 (d))를 이용한 자기터널접합 구조의 식각결과는 식각된 측면에 재증착이 존재하지 않는 식각프로파일이 관찰되었다.
그리고 100부피% CH3OH 가스 (도 5의 (e)와 도 6의 (e))를 이용한 자기터널접합 구조의 식각결과도 식각된 측면에 역시 재증착이 존재하지 않는 식각프로파일이 관찰되었다.
그러나 100 부피% CH3OH 가스의 경우에는 30 nm의 방향에서 관찰된 식각프로파일에서 식각된 측면에 미세하게 재증착이 형성된 것으로 관찰되었다.
이러한 결과로부터 재증착이 없는 수직적인 이방성 식각프로파일을 얻기 위하여는 적어도 어느 정도 이상의 CH3OH 가스가 필요하며 동시에 최소한의 Ar 가스의 첨가도 필수적인 것으로 판단된다. 물론 그 외의 적절한 식각공정변수들의 선택도 필수적이다.
식각메카니즘으로는 CH3OH/Ar 가스로부터 H 라디컬과 OH기가 MTJ 박막들과 직접 또는 간접적으로 화학반응에 참여하고 Ar 이온들이 식각되는 박막들의 화합결합을 파괴하여 화학반응을 도와주고 또는/그리고 형성된 화합물들의 탈착을 도와주므로써 재증착없는 이방성 식각프로파일을 얻을 수 있는 것으로 사료된다.
따라서 현재의 식각공정조건에서는 10 부피% CH3OH 가스농도보다는 많은 가스농도범위에서 그리고 100 부피% CH3OH 가스농도보다는 적은 가스농도 범위에서 식각하는 경우에 재증착 없이 높은 이방성 프로파일을 얻을 수 있다.
도 5와 도 6에서 얻은 식각 결과로부터 식각 가스의 농도를 70 부피% CH3OH/30 부피% Ar, 800 W의 코일 고주파 전력, 300 V의 dc-바이어스 전압, 그리고 5 mTorr의 가스 압력을 표준 식각 조건으로 고정하여 각각의 공정변수들을 변화시켜 자기터널저항의 식각 프로파일을 조사하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
보다 구체적으로, 도 7의 (a)는 700W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 7의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 7의 (c)는 900W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 7의 (d)는 1500W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 코일 고주파 전력을 700 W로 감소시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각 경사는 코일 고주파 전력이 800 W일 때와 비교하여 하드마스크에 대한 MTJ 스택(stack)의 식각 선택도가 감소하여 하드마스크의 식각이 많이 진행되었으며 식각프로파일로 다소 경사진 것이 관찰된다.
즉, 감소된 코일 고주파 전력에 의하여 플라즈마 밀도가 감소하면서 Ar 양이온의 스퍼터링 효과가 줄어들고, CH3OH 가스에 의하여 형성된 수소라디컬과 OH 기의 형성이 감소된 것에 기인한 것일 수 있다.
반면에 코일 고주파 전력을 900 W 및 1500 W로 증가시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각 경사는 800 W의 코일 고주파 전력에서 식각된 자기터널접합 구조의 식각 경사와 비교하여 조금 더 이방성 식각프로파일을 보여준다.
이것은 코일 고주파 전력이 증가함에 따라 플라즈마의 밀도가 높아져 Ar 양이온의 스퍼터링 효과 및 수소 라디컬과 OH기의 생성이 증가하여 반응성 이온 식각 메커니즘의 효과에 의하여 얻어진 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
보다 구체적으로, 도 8의 (a)는 800W ICP power/200V dc-bias voltage to substrate/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 8의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 8의 (c)는 800W ICP power/400V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 8의 (d)는 800W ICP power/500V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 8의 (a) 내지 (d)를 참조하면, dc-바이어스 전압을 200 V로 감소시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각경사는 dc-바이어스 전압이 300 V일 때와 비교하여 다소 완만해졌으며 이는 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압이 감소하여 기판에 도달하는 이온들의 에너지가 감소하여 식각 이방성이 감소하여 생긴 결과이다. 반면에 dc-바이어스 전압을 400 V와 500 V로 증가시켜 식각된 자기터널접합 구조의 식각프로파일은 개선되어, 80도 이상의 이방성 식각이 관찰된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
보다 구체적으로, 도 9의 (a)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 1mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 9의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 5mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 9의 (c)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 10mTorr 가스 압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 9의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 가스 압력을 1 mTorr로 감소시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각경사는 가스 압력이 5 mTorr 일 때와 비교하여 다소 개선는 것을 알 수 있다.
즉, 감소한 가스 압력에 의하여 입자들의 평균자유행로가 증가하여 Ar 양이온의 스퍼터링 효과가 증가하면서, 수직 방향으로의 식각이 이루어진 결과이다.
가스 압력을 10 mTorr로 증가시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각 경사는 1 mTorr와 5 mTorr의 가스 압력에서 식각된 자기터널접합 구조의 식각 프로파일에 비해 경사진 것이 관찰된다. 이것은 가스 압력이 증가함에 따라 플라즈마 밀도가 증가될 수 있지만 동시에 Ar 이온 및 라디컬의 평균자유행로가 감소되어 얻어진 결과이다.
특히 가스 압력이 1 mTorr에서 식각된 자기터널접합 구조의 식각프로파일은 거의 85도 정도의 우수한 이방성 식각 결과를 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 70% CH3OH/30% Ar 가스의 농도에서 800 W 코일 파워, 300 V dc-바이어스 전압 그리고 5 mTorr의 가스압력을 이용하여 식각된 자기터널 접합구조에 대한 투과전자현미경 사진이다.
도 10(a)을 참조하면, 식각된 자기터널접합 구조는 재증착없이 이방성 식각프로파일을 보여주고 있으며 식각된 측면에 이물질의 재증착 여부를 조사하기 위하여 EDS가 조사되었다.
도 10의 (b)와 도 10의 (c)는 터널배리어 물질인 MgO 박막의 아래 부분들에 대한 EDS 측정 결과이고, 도 10 (d)와 도 10(e)는 MgO 박막의 위 부분들에 대한 EDS 결과들이다.
각 부분들에서 하부층으로부터의 재증착된 물질은 관찰되지 않았으며 모든 부분에서 관찰된 Cu는 TEM 측정을 위한 그리드(grid) 물질이고 티타늄(Ti) 성분은 시료준비과정에서 발생된 두꺼운 질화티타늄(TiN)의 하부 및 상부전극들에 의한 오염물질로 생각된다. 결론적으로 현재의 식각 가스농도와 식각 조건들에서 식각된 자기터널접합 구조는 재증착이 없는 이방성 식각 프로파일을 가지고 있는 것으로 판단된다.
본 발명에 따르면 건식 식각 공정에 따라 제조되는 자기터널접합 구조는 종래 염소계 가스 및 브로민계 가스들을 포함하는 할로겐 족 다른 가스를 사용하는 건식 식각에 비해 재증착이 없이 우수한 이방성 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타냄으로써 본 발명을 이용하면 나노미터급의 자기터널접합 구조를 제조할 수 있다.
또한, 자기터널접합 구조를 사용하는 고밀도 자성메모리 소자의 제조에도 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (6)
- 자기접합터널 구조에 사용되는 건식 식각 방법에 있어서,
수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 알코올계 가스, 또는 상기 알코올계 가스와 He, Ne, Ar, 및 N2 가스 중 적어도 하나 이상의 불활성 가스의 혼합가스를 식각가스로 사용하는 단계;
상기 식각가스를 플라즈마 처리하여, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계를 포함하며,
상기 알코올계 가스는,
CH3OH 또는 C2H5OH 중 어느 하나이며, 상기 식각 가스가 알코올계 가스와 불활성 가스의 혼합가스인 경우, 식각가스 중 알코올계 가스의 농도가 40 부피% 내지 80 부피%이고, 상기 식각 가스의 나머지 농도는 He, Ne, Ar, 및 N2 가스 중 적어도 하나 이상의 불활성 가스이며,
상기 식각하는 단계는, 800 W 내지 1500 W의 코일 고주파 전력, 300 V 내지 500 V의 dc-바이어스 전압 및 1 mTorr 내지 5 mTorr 범위의 가스 압력 하에서 하드 마스크로서 질화티타늄을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는,
유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 및 반응성 이온 식각법 중 적어도 어느 하나로 선택되어 수행되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법.
- 삭제
- 제1항에 따라 건식식각된 자기터널접합 구조.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110015580A KR101222190B1 (ko) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110015580A KR101222190B1 (ko) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120096270A KR20120096270A (ko) | 2012-08-30 |
| KR101222190B1 true KR101222190B1 (ko) | 2013-01-14 |
Family
ID=46886319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110015580A KR101222190B1 (ko) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101222190B1 (ko) |
Cited By (4)
| 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 |
| US9525128B2 (en) | 2013-05-22 | 2016-12-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
| US9577183B2 (en) | 2014-04-03 | 2017-02-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing a magnetoresistive random access memory device |
| US10396275B2 (en) | 2017-01-11 | 2019-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic memory device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101489740B1 (ko) * | 2013-08-09 | 2015-02-04 | 인하대학교 산학협력단 | 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법 및 이를 위한 기화장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090067372A (ko) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 셀 형성방법 |
| KR20090067371A (ko) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 셀 형성방법 |
| KR20100076557A (ko) * | 2008-12-26 | 2010-07-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 장치 제조방법 |
-
2011
- 2011-02-22 KR KR1020110015580A patent/KR101222190B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090067372A (ko) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 셀 형성방법 |
| KR20090067371A (ko) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 셀 형성방법 |
| KR20100076557A (ko) * | 2008-12-26 | 2010-07-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 자기터널접합 장치 제조방법 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9525128B2 (en) | 2013-05-22 | 2016-12-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
| US10038136B2 (en) | 2013-05-22 | 2018-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same |
| US9444033B2 (en) | 2013-09-09 | 2016-09-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic memory device and method of manufacturing the same |
| US9577183B2 (en) | 2014-04-03 | 2017-02-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing a magnetoresistive random access memory device |
| US10396275B2 (en) | 2017-01-11 | 2019-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic memory device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120096270A (ko) | 2012-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9601688B2 (en) | Method of manufacturing magnetoresistive element and method of processing magnetoresistive film | |
| CN110945673A (zh) | 结合物理及化学蚀刻图案化磁穿隧接面 | |
| US11367832B2 (en) | Method of making magnetoresistive random access memory device | |
| KR101222190B1 (ko) | 자기터널접합 구조에 대한 건식 식각 방법 | |
| TW201503257A (zh) | 電漿蝕刻方法 | |
| Kim et al. | Evolution of etch profile of magnetic tunnel junction stacks etched in a CH3OH/Ar plasma | |
| US11770977B2 (en) | Semiconductor structure and method for forming the same | |
| Islam et al. | Dry etching strategy of spin-transfer-torque magnetic random access memory: A review | |
| TWI699913B (zh) | 磁通道接面結構與其製造方法 | |
| DE112018005779T5 (de) | Verbesserte magnetische tunnelübergangsleistung (mtj-leistung) durch einführen von oxidationsmitteln in methanol mit oder ohne edelgas während des mtj-ätzens | |
| CN110071214B (zh) | 一种减小刻蚀产物侧壁再淀积的刻蚀方法 | |
| Peng et al. | Towards the sub-50 nm magnetic device definition: Ion beam etching (IBE) vs plasma-based etching | |
| Kim et al. | High density plasma reactive ion etching of CoFeB magnetic thin films using a CH4/Ar plasma | |
| JP4364669B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| Garay et al. | Inductively coupled plasma reactive ion etching of CoFeB magnetic thin films in a CH3COOH/Ar gas mixture | |
| US9728717B2 (en) | Magnetic tunnel junction patterning using low atomic weight ion sputtering | |
| Hwang et al. | High density plasma reactive ion etching of Ru thin films using non-corrosive gas mixture | |
| KR101489740B1 (ko) | 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법 및 이를 위한 기화장치 | |
| JP2006278456A (ja) | トンネル接合素子のエッチング加工方法 | |
| US20140212993A1 (en) | Method of manufacturing a magnetoresistive device | |
| Hwang et al. | Etch characteristics of CoFeB thin films and magnetic tunnel junction stacks in a H 2 O/CH 3 OH plasma | |
| Yoon et al. | Dry etching of Ge2Sb2Te5 thin films into nanosized patterns using TiN hard mask | |
| KR101312028B1 (ko) | 자기터널접합 적층 박막에 대한 건식 식각 방법 | |
| Lee et al. | Etch characteristics of MgO thin films in Cl2/Ar, CH3OH/Ar and CH4/Ar plasmas | |
| Lee et al. | Inductively coupled plasma reactive ion etching of magnetic tunnel junction stacks using H2O/CH4 mixture |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160105 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161220 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171213 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181121 Year of fee payment: 7 |