KR101489740B1 - Dry etching method for Magnetic Tunnel Junction(MTJ) stack and vaporizing apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 여러 자기 자성 물질, 금속 물질, 산화막으로 이루어진 자기터널접합(Magnetic Tunnel Junction; MTJ) 구조용 건식 식각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 H2O 가스 또는 H2O2 가스를 식각 가스로 사용하고, 상기 식각 가스를 플라즈마화 하여 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 자기터널접합 구조를 식각하는 단계를 포함하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dry etching method for a magnetic tunnel junction (MTJ) structure comprising a plurality of magnetic materials, a metal material, and an oxide film, and more particularly, to a dry etching method using an H 2 O gas or H 2 O 2 gas as an etching gas And etching the magnetic tunnel junction structure by ions and radicals in the plasma to convert the etch gas into plasma, to a dry etching method for a magnetic tunnel junction structure.
따라서, 본 발명은 새로운 식각 가스로서 H2O 가스 또는 H2O2 가스를 이용함으로써 재 증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy)의 식각 프로파일을 갖는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
It is therefore an object of the present invention to provide a dry etching method for a magnetic tunnel junction structure having a clean anisotropic etch profile without re-deposition by using H 2 O gas or H 2 O 2 gas as a new etch gas .
디지털 기기 산업의 빠른 발전과 그에 따른 메모리 소자의 수요가 늘어남에 따라 비휘발성 메모리 소자의 개발과 상업화가 시급해 지고 있다. 비휘발성 메모리 소자로는 현재 널리 쓰이고 있는 플래시 메모리 소자 이외에도 강유전체 메모리 소자, 자성 메모리 소자 및 상변화 메모리 소자가 차세대의 비휘발성 메모리 소자로서 주목받고 있다.With the rapid development of the digital device industry and the increasing demand for memory devices, the development and commercialization of nonvolatile memory devices are urgently required. As a nonvolatile memory device, a ferroelectric memory device, a magnetic memory device, and a phase change memory device are attracting attention as a next generation nonvolatile memory device in addition to a flash memory device widely used today.
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.Particularly, a magnetic random access memory (MRAM) device is capable of high-speed writing and high-speed reading operation, can be highly integrated, has no restriction on rewriting, and is suitable for low power consumption. Slow access speed, limit of use (10 5 ~ 10 6 times) and high voltage is required in operation.
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 우주산업에의 응용이 가능하여 현재 가장 주목받고 있는 비휘발성 메모리 소자이다.
The magnetic memory device can be used as a memory device such as a personal computer, a large-sized computer, a smart card, a portable computer, a mobile communication terminal, a telephone, and a television, and is resistant to radiation as compared with other nonvolatile memory devices. And it is a nonvolatile memory device which is currently attracting the most attention.
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.
Typically, a magnetic memory element employs a magnetic tunnel junction structure as a data storage element. A magnetic tunnel junction structure in which an insulating layer is interposed between a fixed layer and a freely switchable layer includes a Co-Fe-B alloy including cobalt (Co) and iron (Fe) A metal thin film which is a tantalum (Ta) and a ruthenium (Ru), and a metal thin film such as aluminum (Al) oxide (Al 2 O 3 ) or magnesia (MgO) thin film is formed as a tunnel barrier layer.
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.At present, key processes to be preceded for application of magnetic memory devices are deposition and etching of magnetic tunnel junction structure. In particular, for the high integration of magnetic memory devices, the etching process of the magnetic tunnel junction structure is a critical process that must precede and be developed.
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), 264 페이지]. Etch processes developed to date include wet etching processes using glutaric acid, adipic acid, or suberic acid as a etchant (US Pat. No. 6,426,012 2000), O'Sullivan et al.), Ion etching (ion beam etching or ion milling), reactive ion etching (RIE) and inductively coupled plasma reactive ion etching ; ICPRIE) high-density plasma etching method [J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 15, No. 6 (1997), p. 2274, IEEE Trans. Magn., Vol. 37, No. 4 (2001), 1973, and J. Magn. Magn. Mater, 304 (2006), p. 264].
또한, BCl3/Ar, Cl2/Ar, Cl2/O2/Ar 등의 식각 가스를 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]. 하지만 염소계의 식각 가스를 이용하여 자기터널접합 구조를 식각하였을 경우에는 빠른 식각 속도를 얻을 수 있었으나, 식각된 패턴의 측면 경사가 낮기 때문에 나노 미터급의 미세 패턴의 자기터널접합 구조를 식각하는 데에는 어려움이 있었다.In addition, the magnetic tunnel junction structure is etched by applying inductively coupled plasma reactive ion etching using an etching gas such as BCl 3 / Ar, Cl 2 / Ar, Cl 2 / O 2 / Ar [J. Magn. Magn. Mater, 304 (2006), e264, Journal of Industrial Chemistry, vol. 16, 2005, 6, p. 853]. However, when the magnetic tunnel junction structure is etched using the chlorine-based etching gas, a rapid etching rate can be obtained. However, since the side slope of the etched pattern is low, it is difficult to etch the magnetic tunnel junction structure of the nanometer-scale fine pattern .
최근에는 알콜계 식각 가스(CH3OH, C2H5OH, C3H7OH)를 이용하여 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각법이 개발되어 자기터널접합 구조의 식각에 사용되고 있다[미합중국 특허 제 RE40,951E호 (2009년), Yoshimitsu Kodaira 등].
Recently, an inductively coupled plasma reactive ion etching method using an alcohol-based etching gas (CH 3 OH, C 2 H 5 OH, C 3 H 7 OH) has been developed and used for etching a magnetic tunnel junction structure [US Pat. No. RE40 , No. 951E (2009), Yoshimitsu Kodaira et al.].
본 발명자는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법에 대해 관심을 가지고 연구를 진행하던 중 H2O 가스 또는 H2O2 가스를 식각 가스로 사용하는 경우 재 증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy)의 식각 프로파일을 나타내는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention conducted research with an interest in a dry etching method for a magnetic tunnel junction structure. When an H 2 O gas or H 2 O 2 gas is used as an etching gas, a clean anisotropic etching profile without re-deposition And completed the present invention.
본 발명의 목적은 새로운 식각 가스로서 H2O 가스 또는 H2O2 가스를 이용하여 재 증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy)의 식각 프로파일을 갖는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법 및 이를 위한 기화장치를 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a dry etching method for a magnetic tunnel junction structure having a clean anisotropic etching profile without re-deposition using H 2 O gas or H 2 O 2 gas as a new etching gas and a vaporizing device therefor I have to.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the object of the present invention,
수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 H2O 가스, H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스, H2O2 가스, H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스 중 어느 하나를 식각 가스로 준비하는 단계(S100); 및 상기 식각 가스를 플라즈마화 시킨 후, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계(S200);를 포함하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 제공한다.Hydrogen, oxygen and H 2 O gas containing an OH (hydroxy), H 2 O gas mixture of gas and Ar gas, H 2 O gas and CH mixed gas of 4 gas, H 2 O 2 gas, H 2 O 2 gas And a mixed gas of an H 2 O 2 gas and a CH 4 gas as an etching gas (S100); And a step (S200) of etching the etching gas by ions and radicals in the plasma after plasma-forming the etching gas.
본 발명에 따른 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법에 있어서 상기 H2O 가스는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.In the dry etching method for a magnetic tunnel junction structure according to the present invention, the H 2 O gas is preferably selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 as an additive gas.
또한, 상기 H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.The mixed gas of the H 2 O gas and the Ar gas preferably contains 20% or more of the H 2 O gas.
또한, 상기 H2O 가스는 CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that at least one gas from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH and C 2 H 5 OH is selected as the additive gas for the H 2 O gas.
또한, 상기 H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.The mixed gas of the H 2 O gas and the CH 4 gas preferably contains 20% or more of the H 2 O gas.
또한, 상기 H2O 가스는 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.It is preferable that the H 2 O gas is selected from an O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 as an additive gas.
이때, 상기 첨가 가스는 상기 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the added gas includes the O 2 gas at 20% or less.
또한, 상기 H2O2 가스는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.It is preferable that the H 2 O 2 gas is selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 as an additive gas.
또한, 상기 H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.The mixed gas of the H 2 O 2 gas and the Ar gas preferably contains 20% or more of the H 2 O gas.
또한, 상기 H2O2 가스는 CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.It is preferable that the H 2 O 2 gas is selected from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH and C 2 H 5 OH as at least one gas.
또한, 상기 H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스는 상기 H2O2 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.The mixed gas of the H 2 O 2 gas and the CH 4 gas preferably contains 20% or more of the H 2 O 2 gas.
또한, 상기 H2O2 가스는 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다.It is preferable that the H 2 O 2 gas is selected from O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar and N 2 as an additive gas.
이때, 상기 첨가 가스는 상기 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the added gas includes the O 2 gas at 20% or less.
또한, 상기 식각 가스를 준비하는 단계(S100)는, 액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 기화기를 이용하여 기화시키는 단계(S110)와, 상기 기화된 가스를 가열하여 상기 H2O 가스 또는 상기 H2O2 가스를 생성하는 단계(S120)를 더 포함하는 것이 바람직하다.The step (S100) of preparing the etch gas includes a step (S110) of vaporizing H 2 O or H 2 O 2 in a liquid state using a vaporizer (S110), heating the vaporized gas to heat the H 2 O gas Or generating the H 2 O 2 gas (S120).
또한, 상기 식각 가스의 플라즈마화 처리는, 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 및 반응성 이온 식각법 중 어느 하나를 선택하여 수행되는 것이 바람직하다.
In addition, plasma treatment of the etching gas is preferably performed by selecting one of a high density plasma reactive ion etching method, a magnetically enhanced reactive ion etching method, and a reactive ion etching method including an inductively coupled plasma reactive ion etching method .
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 상술한 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조에 의해서도 달성될 수 있다.
The above object of the present invention can also be achieved by a magnetic tunnel junction structure which is manufactured by the above-described dry etching method for a magnetic tunnel junction structure.
또한, 상기 H2O 가스 또는 상기 H2O2 가스를 생성시키기 위한 기화장치로서, 외주면에 히팅 패드(12)가 구비된 기화기 용기(10); 상기 기화기 용기(10)의 일측에 연결되어 액체 상태의 H2O 또는 H2O2가 유입되는 유입라인(30); 및 상기 기화기 용기(10)의 타측에 연결되어 상기 히팅 패드(12)에 의해 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 유입되어 반응 챔버(200)로 배출되는 배출라인(40);을 포함하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 위한 기화장치가 제공된다.The vaporizer for generating the H 2 O gas or the H 2 O 2 gas includes a vaporizer vessel (10) having a heating pad (12) on an outer circumferential surface thereof; An
이때, 상기 배출라인(40)은 상기 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 상기 반응 챔버(200)로 이동하는 동안 응축되는 것을 방지하도록 열선(42)과 MFC(44)가 더 구비되는 것이 바람직하다.At this time, the
그리고, 상기 기화기 용기(10)는 그 내부 온도를 측정하기 위한 온도 측정계(14)와, 상기 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(16)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
The
이상에서 설명한 바와 같이, H2O 가스 또는 H2O2 가스를 식각 가스로 사용하는 본 발명의 건식 식각 방법에 따라 제조되는 자기터널접합 구조는 종래 염소계 가스 및 브로민계 가스들을 포함하는 할로겐 족 등 다른 가스를 사용하는 건식 식각에 비해 부식성 및 재 증착 없이 우수한 이방성 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타내는 효과가 있다. As described above, the magnetic tunnel junction structure manufactured according to the dry etching method of the present invention using H 2 O gas or H 2 O 2 gas as the etching gas has a conventional halogen-based gas such as a chlorine-based gas and a bromine-based gas, It exhibits excellent etching characteristics such as excellent anisotropic etching profile without corrosiveness and re-deposition compared with dry etching using other gases.
이에 따라 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 자기터널접합 구조를 사용하는 고밀도 자성메모리 소자를 포함한 모든 소자들을 제조하는데 적용될 수 있으며, 특히 미세 패턴의 형성에 효과적이다.Accordingly, the dry etching method according to the present invention can be applied to manufacture all devices including a high-density magnetic memory device using a magnetic tunnel junction structure, and is particularly effective for forming fine patterns.
또한, 본 발명에 따른 건식 식각 방법을 위한 기화장치는 H2O 가스 또는 H2O2 가스를 효율적으로 생성하여 반응 챔버에 공급함으로써 본 발명에 따른 건식 식각 방법에 적용될 수 있다.
In addition, the vaporizing apparatus for the dry etching method according to the present invention can be applied to the dry etching method according to the present invention by efficiently generating H 2 O gas or H 2 O 2 gas and supplying the gas to the reaction chamber.
도 1은 자기터널접합의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 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 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조용 식각 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 5는 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 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 H2O 또는 H2O2를 기화시키기 위한 기화장치의 도식도이다.
도 7은 도 6에 도시된 기화장치의 (a) 측면도, (b) 상부도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 H2O/Ar 식각 가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다((a) pure Ar, (b) 10%H2O/90%Ar, (c) 40%H2O/60%Ar, (d) 70%H2O/30%Ar, (e) 100%H2O).
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 가스압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 가스압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.1 is a schematic view of the structure of a magnetic tunnel junction.
FIG. 2 is an etching profile of a magnetic tunnel junction structure etched by an ion milling method and a reactive ion etching method, which are conventional etching methods.
3 is a flowchart of an etching process of a magnetic tunnel junction structure according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are flow charts illustrating an etching method for a magnetic tunnel junction structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a magnetic tunnel junction structure (MTJ) patterned by lithography according to an embodiment of the present invention; (a) a top view (30 x 90 nm 2), (b) a cross section in the 90 nm direction, and (c) a cross section in the 30 nm direction.
6 is a schematic diagram of a vaporization apparatus for vaporizing H 2 O or H 2 O 2 according to an embodiment of the present invention.
7 is a side view (a) of the vaporizer shown in FIG. 6, and FIG. 7 (b) is a top view.
8 is a scanning electron micrograph of a MTJ stack etched with H 2 O / Ar etching gas according to an embodiment of the present invention ((a) pure Ar, (b) 10% H 2 O / 90% Ar, (c) 40% H 2 O / 60% Ar, (d) 70% H 2 O / 30% Ar, (e) 100% H 2 O).
9 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to changes in coil high frequency power at a concentration of 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar according to an embodiment of the present invention.
10 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the etch profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to the variation of the dc-bias voltage at a concentration of 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar according to an embodiment of the present invention.
11 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunneling resistance structure with respect to changes in gas pressure at a 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar concentration according to an embodiment of the present invention.
12 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the etching profile of a magnetic tunnel junction structure with respect to changes in coil high frequency power at a concentration of 100% by volume H 2 O according to an embodiment of the present invention.
13 is a scanning electron micrograph showing the etching profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to the change of the dc-bias voltage at a concentration of 100 vol% H 2 O according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunneling resistance structure with respect to changes in gas pressure at a 100 vol% H 2 O concentration in accordance with an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명은 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 H2O 가스, H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스, H2O2 가스, H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스 중 어느 하나를 식각 가스로 준비하는 단계(S100)와, 상기 식각 가스를 플라즈마화 시킨 후, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계(S200)를 포함한다.
The present invention relates to a dry etching method for a magnetic tunnel junction structure, wherein a dry etching method according to the present invention is a dry etching method for forming a H 2 O gas containing H, oxygen and OH (hydroxy) groups, H 2 O A mixed gas of gas and Ar gas, a mixed gas of H 2 O gas and CH 4 gas, a mixed gas of H 2 O 2 gas and H 2 O 2 gas and an Ar gas, a mixed gas of H 2 O 2 gas and CH 4 gas (S100) of preparing any one of the etching gas and the etching gas, and a step S200 of etching the etching gas by ions and radicals in the plasma.
또한, 본 발명의 건식 식각 방법에 있어서, 식각 가스를 준비하는 단계(S100)는 액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 기화기를 이용하여 기화시키는 단계(S110)와, 상기 기화된 가스를 가열하여 상기 H2O 가스 또는 상기 H2O2 가스를 생성하는 단계(S120)를 포함한다.
In addition, in the dry etching method of the present invention, the step (S100) of preparing an etch gas may include a step (S110) of vaporizing H 2 O or H 2 O 2 in a liquid state using a vaporizer (S110) And heating the H 2 O gas or the H 2 O 2 gas (S120).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 H2O 또는 H2O2를 기화시키기 위한 기화장치의 도식도이며, 도 7은 도 6에 도시된 기화장치의 평면도(a) 및 측면도(b)를 나타낸다.FIG. 6 is a schematic diagram of a vaporization apparatus for vaporizing H 2 O or H 2 O 2 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view (a) and side view (b) .
여기서, 본 발명에 사용되는 식각 가스를 준비하기 위해 사용되는 기화장치는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 기화기 용기(10), 유입라인(30), 배출라인(40) 및 반응 챔버(200)를 포함한다.Here, the vaporizer used for preparing the etch gas used in the present invention includes the
이때, 기화기 용기(10) 및 유입 및 배출라인(30, 40)은 진공에서도 견딜 수 있는 재질로써 스테인레스 스틸을 사용하였다.At this time, the
그리고, 기화기 용기(10)는 그 외주면에 히팅 패드(10)가 감겨져 있고, 이로 인해 액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 끓는점까지 가열하여 기화시키게 된다. 그리고, 배출라인(40)에는 열선(42)과 MFC(44)가 구비되어 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 반응 챔버(200) 내부로 이동하는 동안 응축되는 것을 방지하게 된다.The
또한, 기화기 용기(10)에는 내부 온도를 측정하기 위한 온도 측정계(14)와, 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(16)가 구비되어 있다.The
그리고, 액체 상태의 H2O 또는 H2O2가 유입되는 유입라인(30)에는 제1 밸브(V1)가 구비되어 있다. 기화기 용기(10)와 반응 챔버(200)를 연결하는 배출라인(40)의 양 단부에는 제2 밸브(V2)와 제3 밸브(V3)가 구비되어 있다.
A first valve V1 is provided in the
한편, 본 발명에 따른 식각 가스는 식각 물질과 물리적 반응 및 화학적 반응에 의하여 식각이 일어나도록 하는 것으로, 바람직하게는 수소, 산소, OH기를 포함하는 H2O 가스와, H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스(H2O/Ar), H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스(H2O/CH4) 등의 H2O 계열의 가스를 사용할 수 있다. Meanwhile, the etching gas according to the present invention is etched by physical reaction and chemical reaction with an etching material, and preferably includes H 2 O gas containing hydrogen, oxygen and OH groups, H 2 O gas and Ar gas of the mixed gas (H 2 O / Ar), H 2 O gas and the mixed gas (H 2 O / CH 4) gas of H 2 O series, such as the CH 4 gas may be used.
이때, 식각 가스로 H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스를 사용하는 경우, H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.At this time, when a mixed gas of H 2 O gas and Ar gas is used as the etching gas, it is preferable that the H 2 O gas is contained at 20% or more.
그리고, 식각 가스로서 H2O 가스를 사용하는 경우, 그 농도는 수 부피% 내지 100 부피%가 바람직하다. 이때, H2O 가스가 수 부피%인 경우 잔여 부피는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 불활성 기체군으로부터 선택된 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 보충되어 100 부피%로 만들어 사용할 수 있다. 예를 들면, H2O/He, H2O/Ne, H2O/Ar, H2O/N2 와 같은 혼합가스가 식각 가스로 사용될 수 있다.When H 2 O gas is used as the etching gas, the concentration is preferably from several vol% to 100 vol%. At this time, if the H 2 O gas is a few percent by volume, at least one gas selected from an inert gas group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 may be supplemented with the additive gas to make 100 vol. For example, H 2 O / He, H 2 O / Ne, H 2 O / Ar, H 2 O / N 2 Can be used as etching gas.
그리고, 식각 가스로 H2O 가스를 사용하는 경우 CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택될 수 있다. 예를 들면, H2O/CH4, H2O/CH3OH, H2O/C2H5OH가 식각 가스로 사용될 수 있다.When H 2 O gas is used as an etching gas, one or more gases from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH, and C 2 H 5 OH may be selected as an additive gas. For example, H 2 O / CH 4 , H 2 O / CH 3 OH, and H 2 O / C 2 H 5 OH can be used as the etching gas.
그리고, 식각 가스로 H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스(H2O/CH4)를 사용하는 경우 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.When a mixed gas of H 2 O gas and CH 4 gas (H 2 O / CH 4 ) is used as the etching gas, it is preferable that the H 2 O gas is contained by 20% or more.
그리고, 식각 가스로 H2O 가스를 사용하는 경우 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, H2O/O2, H2O/O2/He, H2O/O2/Ne, H2O/O2/Ar, H2O/O2/N2가 식각 가스로 사용될 수 있다. 이때, 첨가 가스는 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
When the H 2 O gas is used as the etching gas, it is preferable that the O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 are selected as the additive gas. For example, H 2 O / O 2, H 2 O /
또한, 본 발명에 따른 식각 가스는 식각 물질과 물리적 반응 및 화학적 반응에 의하여 식각이 일어나도록 하는 것으로, 수소, 산소, OH기를 포함하는 H2O2 가스와, H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스(H2O2/Ar), H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스(H2O2/CH4 ) 등의 H2O2 계열의 가스를 사용할 수 있다. The etching gas according to the present invention causes etching to occur by physical reaction and chemical reaction with the etching material, and includes etching of H 2 O 2 gas containing hydrogen, oxygen, OH group, H 2 O 2 gas, and Ar gas may be a mixed gas (H 2 O 2 / Ar), H 2 O 2 gas and CH 4 gas mixture gas (H 2 O 2 / CH 4) gas in the H 2 O 2 such as a series of.
이때, 식각 가스로 H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스를 사용하는 경우, H2O2 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.At this time, when a mixed gas of H 2 O 2 gas and Ar gas is used as the etching gas, it is preferable that the H 2 O 2 gas is contained at 20% or more.
그리고, 식각 가스로서 H2O2 가스를 사용하는 경우, 그 농도는 수 부피% 내지 100 부피%가 바람직하다. 이때, H2O2 가스가 수 부피%인 경우 잔여 부피는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 불활성 기체군으로부터 선택된 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 보충되어 100 부피%로 만들어 사용할 수 있다. 예를 들면, H2O2/He, H2O2/Ne, H2O2/Ar, H2O2/N2 와 같은 혼합가스가 식각 가스로 사용될 수 있다.When H 2 O 2 gas is used as the etching gas, the concentration is preferably from several vol% to 100 vol%. At this time, if the H 2 O 2 gas is in a range of several vol%, at least one gas selected from an inert gas group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 may be supplemented with the additive gas to make 100 vol%. For example, H 2 O 2 / He, H 2 O 2 / Ne, H 2 O 2 / Ar, H 2 O 2 / N 2 Can be used as etching gas.
그리고, 식각 가스로 H2O2 가스를 사용하는 경우, CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택될 수 있다. 예를 들면, H2O2/CH4, H2O2/CH3OH, H2O2/C2H5OH가 식각 가스로 사용될 수 있다.When H 2 O 2 gas is used as the etching gas, one or more gases from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH, and C 2 H 5 OH may be selected as the additive gas. For example, H 2 O 2 / CH 4 , H 2 O 2 / CH 3 OH, and H 2 O 2 / C 2 H 5 OH can be used as the etching gas.
그리고, 식각 가스로 H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스(H2O2/CH4)를 사용하는 경우 H2O2 가스가 20% 이상 포함되는 것이 바람직하다.When a mixed gas of H 2 O 2 gas and CH 4 gas (H 2 O 2 / CH 4 ) is used as the etching gas, it is preferable that the H 2 O 2 gas is contained by 20% or more.
그리고, 식각 가스로 H2O2 가스를 사용하는 경우 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, H2O2/O2, H2O2/O2/He, H2O2/O2/Ne, H2O2/O2/Ar, H2O2/O2/N2가 식각 가스로 사용될 수 있다. 이때, 첨가 가스는 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
When H 2 O 2 gas is used as the etching gas, it is preferable that the O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 are selected as the additive gas. For example, H 2 O 2 / O 2 , H 2
본 발명에 있어서, 식각하고자 하는 자기터널접합 구조와 화학적 반응을 일으켜 식각을 수행할 수 있도록 하는 상기 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화시키는 방법을 특히 제한하는 것은 아니다. In the present invention, the method of activating the etch gas into a plasma state, which enables a chemical reaction with the magnetic tunnel junction structure to be etched to perform etching, is not particularly limited.
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 있다. 특히 고밀도 플라즈마 식각 방법을 사용하여 식각 공정을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.Preferably, a high-density plasma reactive ion etching method including inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE), magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE), and reactive ion etching Reactive ion etching (RIE). In particular, it is more preferable to perform the etching process using a high density plasma etching method.
상기 고밀도 플라즈마 식각법에 있어서, 재 증착이 없는 우수한 이방성 프로파일을 나타내는 자기터널접합 구조의 식각 공정 개발을 위하여 변화시킬 주요 공정 변수들로는 식각 가스의 농도, 코일 고주파 전력(coil rf power), 기판(substrate)에 인가되는 dc-바이어스 전압(dc-bias voltage), 및 가스압력(gas pressure) 등이 있다.
In order to develop an etching process for a magnetic tunnel junction structure exhibiting excellent anisotropic profile in the high density plasma etching method, the main process parameters to be changed include the concentration of the etching gas, the coil RF power, (Dc-bias voltage), and gas pressure applied to the gate electrode (not shown).
상기와 같이 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각 공정에 의하여 제조되는 자기터널접합 구조는 자성 메모리 소자에 적용될 수 있으며, 자기터널접합 구조가 사용되는 모든 소자들에 적용될 수 있다.
The magnetic tunnel junction structure manufactured by the inductively coupled plasma reactive ion etching process as described above can be applied to a magnetic memory device and can be applied to all devices in which a magnetic tunnel junction structure is used.
도 1은 자기터널접합의 구조에 대한 개략도이다.1 is a schematic view of the structure of a magnetic tunnel junction.
<실시예 1> 자기터널접합 구조의 제조≪ Example 1 > Manufacture of magnetic tunnel junction structure
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. Referring to FIG. 1, the magnetic tunnel junction structure used in the experiment of the present invention is a multilayer thin film having a thickness of approximately 30 nm on a
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) 및 TiN(45) (nm in unit)으로 이루어져 있으며, 하드 마스크(hard mask)로서 이용되는 질화티타늄(titanium nitride; TiN) 박막이 자기터널접합 구조 위에 50 nm의 두께로 증착될 수 있다.
The magnetic tunnel junction structure of the multilayered thin film is composed of Ru (5),
도 2는 기존의 식각 방법인 이온 밀링법(ion milling method)과, 반응성 이온 식각법(reactive ion etching method)에 의하여 식각된 자기터널접합 구조의 식각 프로파일이다. FIG. 2 is an etching profile of a magnetic tunnel junction structure which is etched by the conventional ion milling method and the reactive ion etching method.
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 재 증착이 생성되었으며, 이 재 증착은 소자 구동 시 전기적 단락의 원인이 되거나 불균일한 전기적 특성을 보인다. 또한 후속 공정 진행시에 문제를 일으키는 원인이 된다.
As shown in FIG. 2A, when the magnetic tunnel junction structure is etched using an etching method following a physical etching mechanism such as an ion milling method, the side surface of the magnetic tunnel junction structure Redeposition has been created and this redeposition may cause electrical shorts or irregular electrical characteristics when driving the device. It also causes problems in the subsequent process.
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 식각 공정조건에 따라서 반응성 이온 식각법을 이용하여 식각을 진행해도 도 2의 (a)와 같은 재 증착이 발생하기도 한다.
As shown in FIG. 2B, when the reactive ion etching method (RIE) is used and the magnetic tunnel junction structure is etched using the photoresist as a mask, the etch rate of the photoresist Since the etch rate of the magnetic tunnel junction structure is much slower than that of the etched magnetic tunnel junction structure, the etched magnetic tunnel junction structure exhibits a very low etch profile. Or if the etching is performed using the reactive ion etching method according to the etching process conditions, redeposition as shown in FIG. 2 (a) may occur.
그러므로 자기터널접합 구조는 식각 후에, 재 증착이 없는 이방성 식각 프로파일을 가져야 하는 데, 이를 성취하기 위해서는 식각 속도가 매우 느린 하드 마스크(hard mask)가 필요하다. 본 발명에서는 여러 가지 하드 마스크 가운데서 알코올계 가스와 잘 반응하지 않는 질화티타늄 박막을 선택하여 하드 마스크로서 도입하였다.
Therefore, the magnetic tunnel junction structure must have an anisotropic etch profile without re-deposition after etching, which requires a hard mask with a very slow etch rate. In the present invention, a titanium nitride thin film which is not well reacted with an alcohol gas among various hard masks was selected and introduced as a hard mask.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조의 식각 공정의 순서도이다. 3 is a flowchart of an etching process of a magnetic tunnel junction structure according to an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 3, a titanium nitride thin film, which does not react well with an alcohol-based gas, is deposited on a magnetic tunnel junction structure using a radio frequency (rf) magnetron sputtering method .
질화티타늄 박막은 스퍼터 반응 챔버 내로 질소 가스 (유량: 5 sccm)와 아르곤 가스(유량: 48 sccm)를 주입하고 5 mTorr의 가스압력에서 400 W의 고주파 전력을 가하여 100 nm의 두께로 증착되었다. The titanium nitride thin film was deposited to a thickness of 100 nm by injecting nitrogen gas (flow rate: 5 sccm) and argon gas (flow rate: 48 sccm) into the sputter reaction chamber and applying 400 W of high frequency power at a gas pressure of 5 mTorr.
질화티타늄 박막이 증착된 자기터널접합 구조는 포토레지스트(photoresist)를 사용하여 1000~1200 nm의 두께로 도포되었고, 리소그래피(lithography) 공정을 적용하여 패턴(pattern)되었다.
The magnetic tunnel junction structure in which the titanium nitride thin film was deposited was applied with a thickness of 1000 to 1200 nm using a photoresist and patterned by applying a lithography process.
마스크로서 포토레지스트를 이용하여 질화티타늄 박막을 식각 한 후에 포토레지스트를 포토레지스트 스트리퍼(photoresist stripper)를 이용하여 제거하였고, 남은 질화티타늄 박막을 하드 마스크로 이용하여 자기터널접합 구조를 식각하였다. After the titanium nitride thin film was etched using a photoresist as a mask, the photoresist was removed using a photoresist stripper, and the remaining titanium nitride thin film was used as a hard mask to etch the magnetic tunnel junction structure.
본 발명에서 질화티타늄 박막과 자기터널접합 구조는 고밀도의 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE) 시스템을 사용하여 식각되었다.
In the present invention, the titanium nitride thin film and the magnetic tunnel junction structure are etched using a high density inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) system.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기터널접합 구조용 식각 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.4A and 4B are flow charts illustrating an etching method for a magnetic tunnel junction structure according to an embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 수소, 산소와 OH(hydroxy)기를 포함하는 H2O 가스, H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스, H2O2 가스, H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스, H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스 중 어느 하나를 식각 가스로 준비하는 단계(S100)와, 상기 식각 가스를 플라즈마화 시킨 후, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계(S200)를 포함한다.4A, the dry etching method according to the present invention includes hydrogen, an H 2 O gas containing oxygen and an OH (hydroxy) group, a mixed gas of H 2 O gas and Ar gas, a mixed gas of H 2 O gas and CH 4 and a step (S100) of preparing either a gas mixture, H 2 O 2 gas, H 2 O 2 gas and mixed gas, H 2 O gas mixture of 2 gas and CH 4 gas of Ar gas in the gas as an etching gas, And etching the etching gas by ions and radicals in the plasma (S200).
이때, 도 4b에 도시된 바와 같이 식각 가스를 준비하는 단계(S100)는 액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 기화기를 이용하여 기화시키는 단계(S110)와, 상기 기화된 가스를 가열하여 상기 H2O 가스 또는 상기 H2O2 가스를 생성하는 단계(S120)를 포함한다. 여기서, H2O 가스(또는 H2O2 가스)는 기화기에서 생성되고, 기체상태로 유지되어 반응 챔버(200) 입구에서 Ar 가스 또는 H4 가스 등과 혼합되어 반응 챔버(200) 안으로 주입된다.
4B, step (S100) of preparing the etching gas includes vaporizing H 2 O or H 2 O 2 in liquid state using a vaporizer (S110), heating the vaporized gas And generating the H 2 O gas or the H 2 O 2 gas (S 120). Here, the H 2 O gas (or H 2 O 2 gas) is generated in the vaporizer and maintained in the gaseous state, mixed with Ar gas, H 4 gas or the like at the inlet of the
상기 식각 가스를 플라즈마화 시킨 후, 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계(S200)에 대하여 구체적으로 설명한다.The step S200 of etching the etching gas by ions and radicals in the plasma after the etching is described in detail.
준비된 식각 가스들은 반응 챔버(200) 내부의 Quartz(미도시) 위에 장착된 코일(mail coil)(미도시)에 고주파 전력 공급장치(radio frequency power supply)가 전력을 인가하여 고밀도 플라즈마(plasma)를 형성하게 된다.The prepared etch gases are supplied to a mail coil (not shown) mounted on a quartz (not shown) inside the
이때, 플라즈마에 포함된 이온은 화학적 기체인 H2O와 H2O2에 의한 H+ 및 OH-이온과, Ar+ 과 같은 불활성 기체 이온을 말하고, 이들에 의해 화학적 식각이 이루어진다. 그리고, 플라즈마에 포함된 라이칼에 의해 물리적 식각이 동시에 일어나게 된다.At this time, the ions included in the plasma are chemical gases such as H + and OH - ions generated by H 2 O and H 2 O 2 , and inert gas ions such as Ar + , whereby chemical etching is performed. Then, the physical etching is simultaneously caused by the lycal included in the plasma.
한편, 반응 챔버(200)의 하부에 위치한 기판 서셉터(substrate susceptor)에 고주파 전력 공급장치에 의해 소정의 전압을 걸어주면, 반응 챔버(200) 내부에서 흐름을 유지하고 있던 라디칼이 기판(substrate) 위로 향하여 시료박막들과 화학반응을 하게 된다.When a predetermined voltage is applied to a substrate susceptor located at a lower portion of the
이와 동시에 불활성인 Ar+ 이 기판으로 끌려와서 시료박막과 충돌하게 된다. 이때, 반응생성물과 충돌하여 반응생성물이 떨어져서 반응 챔버(200) 내부로 확산되고, 펌프(미도시)에 의하여 반응 챔버(200)에서 배출된다. 또한, 불활성인 Ar+ 이 시료박막과 충돌하게 된다면 박막의 결합을 끊어서 라디칼과의 표면화학반응을 용이하게 한다.
At the same time, inert Ar + is attracted to the substrate and collides with the sample thin film. At this time, the reaction product collides with the reaction product to be diffused into the
도 5는 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.5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a magnetic tunnel junction structure (MTJ) patterned by lithography according to an embodiment of the present invention; (a) top view (30 x 90 nm 2 ), (b) sectional view in the direction of 90 nm, and (c) sectional view in the direction of 30 nm.
도 5를 참조하면, 질화티타늄이 증착된 자기터널접합 구조 위에 리소그래피 공정에 의하여 30 x 90 nm2의 크기로 포토레지스트가 패턴되고, 이를 이용하여 TiN 하드 마스크가 식각되어 얻은 결과이다. Referring to FIG. 5, a photoresist is patterned with a size of 30 x 90 nm 2 by a lithography process on a titanium nitride deposited magnetic tunnel junction structure, and the result is obtained by etching a TiN hard mask.
대략 85° ~ 90° 이상의 측면 경사를 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.
An excellent anisotropic mask pattern was formed with a lateral inclination of approximately 85 ° to 90 ° or more. 4 (a) is a top view photograph of 30 x 90 nm 2 , Fig. 4 (b) is observed in a direction of 90 nm, and Fig. 4 (c) It is a photograph.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 식각 가스를 준비하기 위해 사용되는 기화장치는 기화기 용기(10), 유입라인(30), 배출라인(40) 및 반응 챔버(200)를 포함한다.6 and 7, the vaporizer used to prepare the etching gas includes a
이때, 기화기 용기(10) 및 유입 및 배출라인(30, 40)은 진공에서도 견딜 수 있는 재질로써 스테인레스 스틸을 사용하였다.At this time, the
그리고, 기화기 용기(10)는 그 외주면에 히팅 패드(10)가 감겨져 있고, 이로 인해 액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 끓는점까지 가열하여 기화시키게 된다. 그리고, 배출라인(40)에는 열선(42)과 MFC(Mass Flow rate Controler)(44)가 구비되어 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 반응 챔버(200) 내부로 이동하는 동안 응축되는 것을 방지하게 된다.The
또한, 기화기 용기(10)에는 내부 온도를 측정하기 위한 온도 측정계(14)와, 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(16)가 구비되어 있다.The
그리고, 액체 상태의 H2O 또는 H2O2가 유입되는 유입라인(30)에는 제1 밸브(V1)가 구비되어 있다. 기화기 용기(10)와 반응 챔버(200)를 연결하는 배출라인(40)의 양 단부에는 제2 밸브(V2)와 제3 밸브(V3)가 구비되어 있다.
A first valve V1 is provided in the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 H2O/Ar 식각 가스의 농도 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 8 is a scanning electron micrograph showing the etching profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to the concentration change of the H 2 O / Ar etching gas according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 H2O/Ar 식각 가스에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진((a) pure Ar, (b) 10%H2O/90%Ar, (c) 40%H2O/60%Ar, (d) 70%H2O/30%Ar, (e) 100%H2O)이다. More specifically, FIG. 8 shows an MTJ stack scanning electron microscope ((a) pure Ar, (b) 10% H 2 O / 90% etched with H 2 O / Ar etching gas according to an embodiment of the present invention, Ar, (c) 40% H 2 O / 60% Ar, (d) 70% H 2 O / 30% Ar, and (e) 100% H 2 O.
도 8은 30 x 90 nm2의 MTJ stack의 패턴에 대하여 90 nm 방향으로 관찰된 주사현미경 사진 결과들이다. 800W의 코일 고주파 전력, 300V의 dc-바이어스 전압, 그리고 5 mTorr의 가스압력에서 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 장비를 사용하여 자기터널접합 구조를 식각하여 얻은 결과이다. 8 is a scanning electron micrograph of the MTJ stack pattern of 30 x 90 nm 2 observed at 90 nm. This is the result of etching the magnetic tunnel junction structure using inductively coupled plasma reactive ion etching equipment at 800W coil high frequency power, 300V dc-bias voltage, and 5mTorr gas pressure.
순수한 Ar 가스를 이용하여 식각된 자기터널접합 구조는 식각된 측면에 재 증착 물질(redeposited materials)이 형성된 것이 관찰되었다(도 8(a)). In the magnetic tunnel junction structure etched using pure Ar gas, it was observed that redeposited materials were formed on the etched side (FIG. 8 (a)).
그러나 10 부피% H2O(도 8(b)) 가스를 이용한 자기터널접합 구조의 식각 결과는 식각된 측면에 재 증착이 약간 존재하는 식각 프로파일이 관찰되었다. However, the etch profile of the magnetic tunnel junction structure using 10 vol% H 2 O (FIG. 8 (b)) gas showed an etch profile with slight re-deposition on the etched side.
그러나 40 부피% H2O 가스(도 8(c))와 70 부피% H2O 가스(도 8(d))를 이용한 자기터널접합 구조의 식각 결과는 식각된 측면에 재 증착이 존재하지 않는 식각 프로파일이 관찰되었다. However, the etching result of the magnetic tunnel junction structure using 40 vol% H 2 O gas (FIG. 8 (c)) and 70 vol% H 2 O gas (FIG. 8 (d)) shows that there is no redeposition on the etched side An etch profile was observed.
그리고 100 부피% H2O 가스 (도 8(e))를 이용한 자기터널접합 구조의 식각 결과도 식각된 측면에 역시 재 증착이 존재하지 않는 식각 프로파일이 관찰되었다. And also the etch profile does not exist, the re-deposited on the etching result of the magnetic tunnel junction structure using a 100 vol% H 2 O gas (Fig. 8 (e)) is also etched side was observed.
이러한 결과로부터 재 증착이 없는 수직적인 이방성 식각 프로파일을 얻기 위하여는 적어도 어느 정도 이상의 H2O 가스가 필요하며 100 부피% H2O 가스만으로도 충분한 것으로 판단된다.From these results, it is considered that at least a certain amount of H 2 O gas is required to obtain a vertical anisotropic etching profile without re-deposition, and that only 100 volume% H 2 O gas is sufficient.
식각 메카니즘으로는 H2O/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 도와줌으로써 재 증착이 없는 이방성 식각 프로파일을 얻을 수 있는 것으로 파악된다.As an etching mechanism, H radicals and OH groups from H 2 O / Ar gas directly or indirectly participate in chemical reactions with MTJ thin films, and Ar ions help chemical reactions by destroying the bonds of the etched thin films and / The anisotropic etching profile without redeposition can be obtained by helping desorption of the compounds formed.
도 8에서 얻은 식각 결과로부터 식각 가스의 농도를 40 부피% H2O/60 부피% Ar와 100 부피% H2O에서 800W의 코일 고주파 전력, 300V의 dc-바이어스 전압, 그리고 5 mTorr의 가스압력을 표준 식각 조건으로 고정하여 각각의 공정변수들을 변화시켜 자기터널저항의 식각 프로파일을 조사하였다.
FIG volume the concentration of the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 9 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to changes in coil high frequency power at a concentration of 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 9의 (a)는 700W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.More specifically, Figure 9 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched with 700 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 9의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.FIG. 9 (b) shows an MTJ stack scanning electron micrograph of an etched wafer with 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 9의 (c)는 900W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
FIG. 9C shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by a 900 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 10 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the etch profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to the variation of the dc-bias voltage at a concentration of 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 10의 (a)는 800W ICP power/200V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.More specifically, FIG. 10 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 200 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 10의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.10 (b) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 10의 (c)는 800W ICP power/400V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
FIG. 10 (c) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 400 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 40 부피% H2O/60 부피% Ar 농도에서 가스압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 11 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunneling resistance structure with respect to changes in gas pressure at a 40 vol% H 2 O / 60 vol% Ar concentration according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 11의 (a)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/ 1 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다. More specifically, FIG. 11 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 1 mTorr gas pressure.
도 11의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.11 (b) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 11의 (c)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/10 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.11 (c) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 10 mTorr gas pressure.
도 11의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 가스압력을 1 mTorr로 감소시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각 경사는 가스압력이 5 mTorr 일 때와 비교하여 다소 개선되는 것을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 11A to 11C, it can be seen that the etching gradient of the magnetic tunnel junction structure in which the gas pressure is reduced to 1 mTorr is somewhat improved as compared with the case where the gas pressure is 5 mTorr.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 코일 고주파 전력의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 12 is a scanning electron micrograph showing the etching profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to changes in coil high frequency power at a concentration of 100 vol% H2O according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 12의 (a)는 700W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.More specifically, Figure 12 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched with 700 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 12의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.FIG. 12 (b) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 12의 (c)는 900W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
Figure 12 (c) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched with 900 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 자기터널접합 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 13 is a scanning electron micrograph showing the etching profile of the magnetic tunnel junction structure with respect to the change of the dc-bias voltage at a concentration of 100 vol% H 2 O according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 13의 (a)는 800W ICP power/200V dc-바이어스 전압/ 5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.More specifically, FIG. 13 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 200 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 13의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.13 (b) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 13의 (c)는 800W ICP power/400V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
13 (c) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 400 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 100 부피% H2O 농도에서 가스압력의 변화에 대한 자기터널저항 구조의 식각 프로파일을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. Figure 14 is a scanning electron micrograph showing the etch profile of the magnetic tunneling resistance structure with respect to changes in gas pressure at 100 vol% H2O concentration according to one embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 14의 (a)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/1 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다. More specifically, FIG. 14 (a) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 1 mTorr gas pressure.
도 14의 (b)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/5 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.FIG. 14 (b) shows a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 5 mTorr gas pressure.
도 14의 (c)는 800W ICP power/300V dc-바이어스 전압/10 mTorr 가스압력에 의하여 식각된 MTJ stack 주사전자현미경 사진을 나타낸다.FIG. 14C is a scanning electron micrograph of an MTJ stack etched by 800 W ICP power / 300 V dc-bias voltage / 10 mTorr gas pressure.
도 14의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 가스압력을 1 mTorr로 감소시켜 식각한 자기터널접합 구조의 식각 경사는 가스압력이 5 mTorr 일 때와 비교하여 다소 개선되는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 14A to 14C, it can be seen that the etching gradient of the magnetic tunnel junction structure in which the gas pressure is reduced to 1 mTorr is somewhat improved as compared with the case where the gas pressure is 5 mTorr.
즉, 감소한 가스압력에 의하여 입자들의 평균자유행로가 증가하여 Ar 양이온의 스퍼터링 효과가 증가하면서, 수직방향으로의 식각이 이루어진 결과이다.
That is, as the average free path of the particles increases due to the reduced gas pressure, the sputtering effect of the Ar cations increases, resulting in the etching in the vertical direction.
따라서, 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 재 증착이 없이 우수한 이방성 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타냄으로써 본 발명을 이용하면 나노 미터급의 자기터널접합 구조를 제조할 수 있다. Therefore, according to the present invention, the magnetic tunnel junction structure manufactured according to the dry etching process exhibits excellent anisotropic etching profile without redeposition compared to dry etching using other halogen-based gases including chlorine-based gas and bromine-based gases By using the present invention, a nanometer-scale magnetic tunnel junction structure can be manufactured.
또한, 자기터널접합 구조를 사용하는 고밀도 자성메모리 소자의 제조에도 적용될 수 있다.
It is also applicable to the manufacture of high-density magnetic memory devices using a magnetic tunnel junction structure.
이상에서는 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 일 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기서 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention . It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 기화기 용기
12 : 히팅 패드
14 : 온도 측정계
16 : 압력 게이지
30 : 유입라인
40 : 배출라인
42 : 열선
44 : MFC
V1, V2, V3 : 밸브
200 : 반응 챔버10: Vaporizer container
12: Heating pad
14: Temperature meter
16: Pressure gauge
30: inflow line
40: discharge line
42: heat line
44: MFC
V1, V2, V3: Valve
200: reaction chamber
Claims (19)
상기 식각 가스를 플라즈마화 시킨 후, 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계(S200); 를 포함하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
Preparing an H 2 O gas or H 2 O 2 gas with an etching gas (S100); And
Etching the etching gas by ions and radicals in the plasma (S200); And a second step of forming a second layer of the magnetic tunnel junction structure.
상기 H2O 가스로는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O gas is added with at least one gas from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 as an additive gas.
상기 H2O 가스와 Ar 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the mixed gas of the H 2 O gas and the Ar gas includes 20% or more of the H 2 O gas.
상기 H2O 가스로는 CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O gas comprises at least one gas selected from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH and C 2 H 5 OH as an additive gas.
상기 H2O 가스와 CH4 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the mixed gas of the H 2 O gas and the CH 4 gas comprises 20% or more of the H 2 O gas.
상기 H2O 가스로는 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O gas is an O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 is added as an additive gas.
상기 첨가 가스는 상기 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the additive gas includes 20% or less of the O 2 gas.
상기 H2O2 가스로는 He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O 2 gas is one or more gases selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 as an additive gas.
상기 H2O2 가스와 Ar 가스의 혼합가스는 상기 H2O 가스가 20% 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the mixed gas of the H 2 O 2 gas and the Ar gas includes 20% or more of the H 2 O gas.
상기 H2O2 가스로는 CH4, CH3OH 및 C2H5OH 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O 2 gas is at least one gas selected from the group consisting of CH 4 , CH 3 OH and C 2 H 5 OH as an additive gas.
상기 H2O2 가스와 CH4 가스의 혼합가스는 상기 H2O2 가스가 20% 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the mixed gas of the H 2 O 2 gas and the CH 4 gas comprises 20% or more of the H 2 O 2 gas.
상기 H2O2 가스로는 O2 가스와, He, Ne, Ar 및 N2로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 가스가 첨가 가스로 첨가되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the H 2 O 2 gas is an O 2 gas and at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 is added as an additive gas.
상기 첨가 가스는 상기 O2 가스가 20% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the additive gas includes 20% or less of the O 2 gas.
상기 식각 가스를 준비하는 단계(S100)는,
액체 상태의 H2O 또는 H2O2를 기화기를 이용하여 기화시키는 단계(S110)와,
상기 기화된 가스를 가열하여 상기 H2O 가스 또는 상기 H2O2 가스를 생성하는 단계(S120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
The step of preparing the etching gas (S100)
Vaporizing H 2 O or H 2 O 2 in a liquid state using a vaporizer (S110)
The vaporized gas is heated to remove the H 2 O gas or the H 2 O 2 (S120) of forming a gas in the vicinity of the surface of the magnetic tunnel junction structure.
상기 식각 가스의 플라즈마화 처리는,
유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 및 반응성 이온 식각법 중 어느 하나를 선택하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법.
The method according to claim 1,
The plasma treatment of the etching gas may be performed,
Density plasma reactive ion etching method, inductively coupled plasma reactive ion etching method, high density plasma reactive ion etching method, self-enhanced reactive ion etching method, and reactive ion etching method.
A memory element having a MTJ stack, which is manufactured by the dry etching method according to any of claims 1 to 15.
외주면에 히팅 패드(12)가 구비된 기화기 용기(10);
상기 기화기 용기(10)의 일측에 연결되어 액체 상태의 H2O 또는 H2O2가 유입되는 유입라인(30); 및
상기 기화기 용기(10)의 타측에 연결되어 상기 히팅 패드(12)에 의해 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 유입되어 반응 챔버(200)로 배출되는 배출라인(40);을 포함하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 위한 기화장치.
The H 2 O gas according to claim 1 or the H 2 O 2 A vaporizer for generating a gas,
A carburetor container (10) having a heating pad (12) on its outer circumferential surface;
An inflow line 30 connected to one side of the vaporizer vessel 10 to introduce H 2 O or H 2 O 2 in a liquid state; And
H 2 O gas or H 2 O 2 which is connected to the other side of the vaporizer vessel 10 and is vaporized by the heating pad 12 And a discharge line (40) into which the gas flows and is discharged to the reaction chamber (200).
상기 배출라인(40)은 상기 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스가 상기 반응 챔버(200)로 이동하는 동안 응축되는 것을 방지하도록 열선(42)과 MFC(44)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 위한 기화장치.
18. The method of claim 17,
The discharge line 40 is connected to the vaporized H 2 O gas or H 2 O 2 Further comprising a heat line (42) and an MFC (44) to prevent gas from condensing while moving to the reaction chamber (200).
상기 기화기 용기(10)는 그 내부 온도를 측정하기 위한 온도 측정계(14)와, 상기 기화된 H2O 가스 또는 H2O2 가스의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(16)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합 구조용 건식 식각 방법을 위한 기화장치.18. The method of claim 17,
The vaporizer vessel 10 includes a temperature gauge 14 for measuring the internal temperature of the vaporizer vessel 10, a vaporizer 14 for vaporizing the vaporized H 2 O gas or H 2 O 2 Further comprising a pressure gauge (16) for measuring the pressure of the gas. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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- 2013-08-09 KR KR20130095016A patent/KR101489740B1/en active IP Right Grant
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