KR102515411B1 - Mram 스택을 패터닝하기 위한 건식 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
휘발성 종을 형성하도록 할로겐 및 에칭될 금속과 반응하는 재료를 증착하고 그리고 기판을 에칭하도록 할로겐-함유 가스 및 활성화 가스에 기판을 노출시킴으로써 금속을 에칭하는 방법들이 제공된다. 증착된 재료들은 실리콘, 게르마늄, 티타늄, 탄소, 주석, 및 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 방법들은 MRAM 구조체들을 제조하기에 적합하고 진공을 파괴하지 않고 ALD 프로세스와 ALE 프로세스를 통합하는 것을 수반할 수도 있다.
Description
반도체 제조 프로세스들은 금속들 및 금속 합금들을 포함한 다양한 재료들의 에칭을 포함한다. 그러나, 디바이스들의 사이즈가 축소되고 다양한 타입들의 구조체들의 제조가 보다 복잡해지기 때문에, 일부 에칭된 부산물들이 기판의 다른 노출된 구역들 상에 재증착할 수도 있고, 이는 디펙트들 및 결국 디바이스 고장을 유발할 수도 있다. 그 결과, 다른 에칭 기법들이 관심을 끈다.
기판들을 프로세싱하는 방법들이 본 명세서에 제공된다. 일 양태는: (a) 기판의 표면을 개질하도록 챔버 내에 위치된 기판을 할로겐-함유 가스에 노출시키는 단계, (b) 기판 상의 하나 이상의 층들을 에칭하도록 기판을 활성화 가스 및 활성화 소스에 노출시키는 단계, 및 (c) 단계 (a) 및 단계 (b) 동안, 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 하나 이상의 층들의 재료 및 할로겐-함유 가스 양자와 반응하는 반응성 재료를 챔버에 제공하는 단계를 포함하는 방법을 수반한다.
일부 실시예들에서, 단계 (c) 의 반응성 재료는 실리콘-함유 재료, 티타늄-함유 재료, 게르마늄-함유 재료, 주석-함유 재료, 탄소-함유 재료, 및/또는 이들의 조합들이다. 할로겐-함유 가스는 Cl2, BCl3, BBr3, BI3, F2, BF3, Br2, I2, 및 이들의 조합들 중 임의의 것일 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 할로겐-함유 가스는 할라이드 가스이다.
다양한 실시예들에서, 단계 (a) 및 단계 (b) 는 2개 이상의 사이클들로 반복된다. 일부 실시예들에서, 단계 (a) 내지 단계 (c) 는 진공을 파괴하지 않고 수행된다. 일부 실시예들에서, 단계 (c) 는 금속-함유 부산물들의 재증착을 감소시킨다.
상기 기판의 하나 이상의 층들의 재료는 IV족 전이 금속들, V족 전이 금속들, VI족 전이 금속들, 및 이들의 조합들 중 임의의 것일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판의 하나 이상의 층들의 재료는 유전체 재료를 포함한다. 금속 및 유전체 재료는 기판 상의 인접한 층들일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 유전체 재료는 MgO이고 그리고 유전체 재료는 CoFe를 포함한 층 및 CoPt를 포함한 층 양자에 인접하다. 일부 실시예들에서, 방법은 (d) 금속 층을 약 0 Å 내지 약 10 Å의 잔여 두께 (remaining thickness) 로 에칭하는 단계; 및 (e) 금속 층을 에칭한 후, 유전체 재료를 할로겐-함유 가스에 노출시키지 않고 기판을 활성화 가스 및 활성화 소스에 노출시킴으로써 유전체 재료를 에칭하는 단계를 더 포함한다. 단계 (e) 의 활성화 가스는 아르곤, 이산화탄소, 암모니아, 수소-함유 가스, 및 이들의 조합들 중 임의의 것일 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 반응성 재료는 티타늄-함유 재료이고 그리고 티타늄 산화물 또는 티타늄 질화물이다. 반응성 재료는 실리콘-함유 재료일 수도 있고 그리고 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 중 임의의 것일 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 2개 이상의 사이클들은 제 1 세트의 금속 층들 및 유전체 층을 에칭하고 그리고 단계 (c) 는 유전체 층을 에칭한 후 그리고 유전체 층 밑에 있는 제 2 세트의 금속 층들을 에칭하기 전에 수행된다. 일부 실시예들에서, 단계 (a) 및 단계 (b) 가 2개 이상의 사이클들로 반복된 후 단계 (c) 가 반복된다.
상기 활성화 소스는 플라즈마일 수도 있고 그리고 단계 (c) 동안 플라즈마의 전력은 약 500 W 내지 약 1500 W일 수도 있다.
상기 반응성 재료는 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 에 의해 증착될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 재료는 ALD (atomic layer deposition) 에 의해 증착된다. 반응성 재료는 컨포멀하게 (conformally) 증착될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 반응성 재료는 자기-제한 (self-limiting) 반응에 의해 증착된다. 다양한 실시예들에서, 할로겐-함유 가스는 단계 (a) 동안 기판의 표면을 실질적으로 포화시킨다.
상기 반응성 재료는 단계 (c) 동안 기판의 표면을 실질적으로 포화시킬 수도 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 재료는 에칭 동안 기판의 피처들의 측벽들 상에 남아 있다. 반응성 재료는 에칭 동안 기판의 하나 이상의 층들 중 적어도 하나를 보호할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 재료는 약 3 ㎚ 내지 약 6 ㎚의 두께로 증착된다.
다양한 실시예들에서, 기판은 MRAM 구조체를 형성하도록 에칭된다.
방법은 약 100 Vb 미만의 전력으로 단계 (c) 동안 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 활성화 소스는 플라즈마, 이온-빔 에칭, 및 열적 활성화 중 임의의 것일 수도 있다.
일부 실시예들에서, 방법은 기판을 습식 에칭하는 단계를 더 포함한다. 방법은 반응성 이온 에칭에 의한 에칭 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 재료는 고체 실리콘 소스를 제공함으로써 챔버에 제공된다.
다양한 실시예들에서, 방법은: (d) 단계 (a) 및 단계 (b) 를 수행하기 전에 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 에 의해 기판 위에 실리콘 질화물 층을 컨포멀하게 증착함으로써 단계 (c) 를 수행하는 단계; 및 (e) 단계 (d) 후에, 단계 (a) 및 단계 (b) 를 2개 이상의 사이클들로 반복하는 단계를 더 포함하고, 단계 (a) 의 할로겐-함유 가스는 BCl3과 Cl2의 조합이다. 방법은: (f) 유전체 층과 인접한 금속 층이 약 0 Å 내지 약 10 Å의 잔여 두께로 에칭될 때 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 하나 이상의 층들의 재료 및 할로겐-함유 가스 양자와 반응하는 재료를 컨포멀하게 증착함으로써 단계 (c) 를 수행하는 단계; (g) MgO를 포함한 유전체 층을 에칭하도록 기판을 할로겐-함유 가스에 노출시키지 않고 기판을 활성화 가스로 스퍼터링하는 단계; 및 (h) 단계 (g) 후에, 하나 이상의 층들 중 적어도 하나를 에칭하도록 단계 (a) 및 단계 (b) 를 2개 이상의 사이클들로 반복하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 하나 이상의 층들은 코발트-함유 재료를 포함할 수도 있다.
또 다른 양태는: (a) 하나 이상의 금속 층들, 프리 층 (free layer), 유전체 배리어 층, 및 고정 층 (fixed layer) 을 포함한 기판을 제공하는 단계로서, 유전체 배리어 층은 프리 층과 고정 층 사이에 있고, 그리고 프리 층, 유전체 배리어 층, 및 고정 층은 하나 이상의 금속 층들 사이에 있는, 기판을 제공하는 단계, (b) 기판 상에 실리콘-함유 재료를 증착하도록 기판을 실리콘-함유 가스 및 환원제에 노출시키는 단계, (c) 기판의 표면을 실질적으로 포화시키기에 충분한 지속기간 동안 기판을 할로겐-함유 가스에 노출시키는 단계, 및 (d) 기판을 에칭하도록 기판을 활성화 가스에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법을 수반한다.
방법은: 실질적으로 모든 프리 층이 에칭된 후 그리고 유전체 배리어 층이 노출되기 전에 단계 (b) 를 반복하는 단계, 할로겐-프리 (free) 화학물질로 유전체 배리어 층을 에칭하는 단계, 및 유전체 배리어 층이 에칭된 후에 기판을 에칭하도록 단계 (c) 및 단계 (d) 를 반복하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 양태는 하나 이상의 층들을 포함한 기판을 프로세싱하기 위한 장치를 수반하고, 장치는: (a) 각각 척을 포함한, 하나 이상의 프로세스 챔버들; (b) 프로세스 챔버들 및 연관된 플로우-제어 하드웨어 내로의 하나 이상의 가스 유입부들; 및 (c) 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 가진 제어기를 포함하고, 적어도 하나의 프로세서 및 메모리는 서로 통신되게 연결되고, 적어도 하나의 프로세서는 플로우-제어 하드웨어와 적어도 동작 가능하게 연결되고, 그리고 메모리는, (i) 기판의 표면을 실질적으로 포화시키기에 충분한 지속기간 동안 할로겐-함유 가스를 흘리고; (ii) 기판의 하나 이상의 층들을 에칭하도록 활성화 가스를 흘리고 플라즈마를 활성화시키고; 그리고 (iii) 인스트럭션 (i) 및 인스트럭션 (ii) 동안, 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 하나 이상의 층들의 재료 및 할로겐-함유 가스 양자와 반응하는 재료를 챔버에 제공함으로써, 적어도 플로우-제어 하드웨어를 제어하도록 적어도 하나의 프로세서를 제어하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 인스트럭션들을 저장하고, 인스트럭션 (i) 내지 인스트럭션 (iii) 은 진공을 파괴하지 않고 수행된다.
다양한 실시예들에서, 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 하나 이상의 층들의 재료 및 할로겐-함유 가스 양자와 반응하는 재료를 제공하기 위한 인스트럭션들은, 실리콘-함유 재료, 티타늄-함유 재료, 게르마늄-함유 재료, 주석-함유 재료, 탄소-함유 재료, 및 이들의 조합들과 같은 재료를 증착하기 위한 인스트럭션들을 더 포함한다. 할로겐-함유 가스는 Cl2 , BCl3, BBr3, BI3, F2, BF3, Br2, I2 및 이들의 조합들 중 임의의 것일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 할로겐-함유 가스는 할라이드 가스이다. 일부 실시예들에서, 메모리는 인스트럭션 (i) 및 인스트럭션 (ii) 이 2개 이상의 사이클들로 수행된 후에 인스트럭션 (iii) 을 반복하기 위한 인스트럭션들을 더 포함한다.
이들 및 다른 양태들은 도면들을 참조하여 이하에 더 기술된다.
도 1은 예시적인 기판의 개략도이다.
도 2는 개시된 실시예들에 따라 수행된 방법의 동작들을 도시한 프로세스 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3g는 개시된 실시예들에 따른 동작들을 겪는 예시적인 기판의 개략도들이다.
도 4a 내지 도 4f는 개시된 실시예들에 따라, 기판들을 에칭하기 위한 예시적인 메커니즘의 개략도들이다.
도 5는 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 6은 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 장치의 개략도이다.
도 7은 개시된 실시예들에 따라 실시된 실험으로부터 CoFe의 에칭된 두께를 도시한 그래프이다.
도 2는 개시된 실시예들에 따라 수행된 방법의 동작들을 도시한 프로세스 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3g는 개시된 실시예들에 따른 동작들을 겪는 예시적인 기판의 개략도들이다.
도 4a 내지 도 4f는 개시된 실시예들에 따라, 기판들을 에칭하기 위한 예시적인 메커니즘의 개략도들이다.
도 5는 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 6은 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 장치의 개략도이다.
도 7은 개시된 실시예들에 따라 실시된 실험으로부터 CoFe의 에칭된 두께를 도시한 그래프이다.
다음의 기술에서, 수많은 구체적인 상세 사항들이 제공된 실시예들의 철저한 이해를 제공하도록 제시된다. 개시된 실시예들은 이 구체적인 상세 사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 개시된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않는다. 개시된 실시예들이 구체적인 실시예들과 함께 기술되지만, 개시된 실시예들을 제한하도록 의도되진 않는다는 것이 이해될 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 피처들은 금속 함유 층까지 에칭될 (etched through) 수도 있다. MRAM (magnetic random access memories) 의 형성에서, 복수의 얇은 금속 층들 또는 막들은 MTJ (magnetic tunnel junction) 스택들을 형성하도록 순차적으로 에칭될 수도 있다.
MTJ는 2개의 자기 재료들 사이의 얇은 유전체 배리어 층으로 구성된다. 전자들은 양자 터널링의 프로세스에 의해 배리어를 통과한다. 이것은 자기-기반 메모리에 대한 원리로서 역할을 할 수 있다.
STT (spin-transfer torque) 는 MTJ 내의 자기층의 배향이 스핀-분극 전류를 사용하여 수정될 수 있는 효과이다. 전하 캐리어들 (예를 들어, 전자들) 은 캐리어에 대해 고유한 소량의 각 운동량인, 스핀으로서 알려진 특성을 갖는다. 전류는 대체로 분극화된다 (50 % 스핀-업 전자들 및 50 % 스핀-다운 전자들). 전류를 두꺼운 자기층 (보통 "고정 층"으로 불림) 을 통해 통과시킴으로써, 어느 하나의 스핀의 보다 많은 전자들을 가진 스핀 분극 전류가 생성될 수 있다. 이 스핀-분극 전류가 제 2, 보다 얇은 자기층 ("프리 층") 으로 지향된다면, 각 운동량은 자기층으로 전달될 수 있고, 자기층의 배향을 변화시킨다. 이 효과는 오실레이션들을 여기하거나 심지어 자석의 배향을 플립핑하도록 (flip) 사용될 수 있다.
STT는 MRAM (magnetic random-access memory) 내의 활성 엘리먼트들 (elements) 을 플립핑하도록 사용될 수 있다. STT-RAM 또는 STT-MRAM (spin-transfer torque magnetic random-access memory) 는 활성 엘리먼트들을 플립핑하도록 자기장들을 사용하는 종래의 MRAM (magnetoresistive random-access memory) 에 비해 보다 저 전력 소비 및 보다 나은 확장성 (scalability) 을 갖는다. STT 기술은 저 전류 요건들 및 감소된 비용을 결합한 가능한 MRAM 디바이스들을 제조할 가능성을 갖는다. Ralph, D. C.; Stiles, M. D. (2008년 4월). "Spin transfer torques". Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320 (7): 1190-1216.
예시적인 MTJ 스택이 도 1에 제공된다. 도 1은 실리콘 산화물 에칭 정지 층 (101), 탄탈륨 질화물 배리어 층 (103), 루테늄 금속 층 (105), 고정 층 (107), 유전체 층 (109), 프리 층 (111), 탄탈륨 층 (113), 및 또 다른 루테늄 금속 층 (115) 을 포함한 스택 (100) 을 도시한다. MTJ 스택 (120) 은 도면에 도시된 바와 같이 프리 층 (111), 유전체 층 (109), 및 고정 층 (107) 으로 구성된다. 특정한 화학물질들이 도면에 도시될지라도, 다른 적합한 화학물질들이 이러한 스택 내에 존재할 수도 있다는 것을 주의하라. 프리 층 및 고정 층은 금속들 및/또는 코발트 철, 또는 코발트 백금과 같은 금속 합금들을 포함할 수도 있다.
STT MRAM (Spin-Transfer Torque Magneto-Resistive Random-Access Memory) 의 고 밀도 스케일링에서 또한 극복해야 할 중요한 과제들 중 하나는 MRAM 스택의 패터닝에 있다. MRAM 스택은 IBE (ion beam etching), RIE (reactive ion etching) 및 습식 화학물질들을 가진 복잡한 방법들을 사용하지 않고 패터닝하기에 매우 어려운 Co, Fe, Mn, Ni, Pt, Pd, Ru과 같은 비휘발성 및 강자성 재료들을 포함한다. 수년간의 개발에도 불구하고, 전류 패터닝 기술들은 여전히 고정 층에 대한 MTJ의 단락 및 테이퍼진 (tapered) 프로파일을 유발하는 측벽 재증착, 및 MTJ 층 손상을 유발하는 부식과 같은 많은 문제점들을 겪고 있다. 일부 종래의 기법들에서, 염소-함유 화학물질은 금속을 에칭하도록 사용되지만, 에칭된 부산물들은 나중에 피처의 측벽들 상에 재증착할 수도 있는 비휘발성 화합물들을 포함한다.
이 개시는 노출된 층들에 대한 손상 및 측벽 재증착 없이 비휘발성 금속들을 에칭하기 위한 건식 플라즈마 에칭 시스템을 제공한다. 예를 들어, 개시된 실시예들은 MTJ 층들에 손상을 주지 않고 비휘발성 MRAM 금속들을 에칭하도록 사용될 수도 있다. MRAM 금속들에 대한 휘발성 에칭 생성물들을 형성하기 위한 화학물질들, 및 금속 에칭 프론트 (front) 로부터 에칭 부산물들의 정확한 제거 및 화학 반응들에 대한 실질적으로 화학량적 양들의 반응물질들을 전달하기 위한 방법들이 제공된다. 후자는 고체 상태로 반응물질들을 증착하고 예측 가능한 에칭 레이트로 개질된 표면을 에칭하는 ALD-ALE (atomic layer deposition-atomic layer etch) 방법을 수반한다. 에칭 반응물질들의 정확한 전달 및 에칭 생성물들의 제거를 달성하도록, ALD와 ALE를 결합한 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반응물질들은 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 와 같은 다른 방법들을 사용하여 증착된다.
ALD는 순차적인 자기-제한 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 증착하는 기법이다. ALD는 임의의 적합한 기법을 사용하여 수행될 수도 있다. "ALD 사이클"의 개념은 본 명세서의 다양한 실시예들의 논의와 관련된다. 일반적으로 ALD 사이클은 표면 증착 반응을 1회 수행하도록 사용된 최소 세트의 동작들이다. 일 사이클의 결과는 기판 표면 상의 적어도 하나의 부분적으로 컨포멀한 층의 생성이다. 통상적으로, ALD 사이클은 적어도 하나의 반응물질을 기판 표면에 전달하고 적어도 하나의 반응물질을 기판 표면에 흡착하고, 이어서 부분적인 막층을 형성하도록 흡착된 반응물질과 하나 이상의 반응물질들을 반응시키기 위한 동작들을 포함한다. 사이클은 반응물질들 또는 부산물들 중 하나를 스윕핑하는 동작 (sweeping) 및/또는 증착될 때 부분적인 막을 처리하는 동작과 같은 특정한 부수적인 동작들을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 사이클은 동작들의 시퀀스의 일 예를 포함한다. 일 예로서, ALD 사이클은 다음의 동작들: (i) 챔버로의 전구체의 전달/흡착, (ii) 챔버로부터 전구체의 퍼지, (iii) 제 2 반응물질 및 플라즈마의 전달, 및 (iv) 챔버로부터 플라즈마의 퍼지를 포함할 수도 있다.
ALE는 순차적인 자기-제한 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 제거하는 기법이다. 일반적으로, ALE는 임의의 적합한 기법을 사용하여 수행될 수도 있다. "ALE 사이클"의 개념은 본 명세서의 다양한 실시예들의 논의와 관련된다. 일반적으로 ALE 사이클은 모노레이어 (monolayer) 를 에칭하는 것과 같은 에칭 프로세스를 1회 수행하도록 사용된 최소 세트의 동작들이다. 일 사이클의 결과는 기판 표면 상의 고정된 그리고 예측 가능한 양의 막층이 에칭된다는 것이다. 통상적으로, ALE 사이클은 개질된 층을 형성하기 위한 개질 동작, 뒤이어 이 개질된 층만을 제거하거나 에칭하기 위한 제거 동작을 포함한다. 사이클은 반응물질들 또는 부산물들 중 하나를 스윕핑하는 것과 같은 특정한 부수적인 동작들을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 사이클은 동작들의 시퀀스의 일 예를 포함한다. 일 예로서, ALE 사이클은 다음의 동작들: (i) 챔버로의 반응물질 가스의 전달, (ii) 챔버로부터 반응물질 가스 퍼지, (iii) 제거 가스 및 선택 가능한 플라즈마의 전달, 및 (iv) 챔버의 퍼지를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 에칭은 컨포멀하지 않게 수행될 수도 있다.
개시된 방법들에 따르면, 정확한 에칭 레이트 제어, 손상-프리 MTJ, 뿐만 아니라 MRAM 피처들의 컨포멀성 및 에칭 균일성이 실현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 일반적으로, 휘발성 에칭 부산물들은 M-SiClx와 같은 종을 형성하도록 실질적으로 화학량적 방식으로 Cl과 같은 할로겐, 및 금속 이온들과 Si과 같은 재료들을 반응시킴으로써 형성될 수 있고, 여기서 M은 Co, Fe, Mn, Ni, Pt, Pd, 또는 Ru일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 금속에 대한 실릴기 (-SiClx) 의 부착으로, M-SiClx 종의 융해점/비등점은 상당히 보다 낮아지고, 그리고 분압들은 특히 진공에서 상당히 상승된다.
실질적으로 화학량적 양들의 반응물질들의 사용은 부정적인 프로세스 영향들을 회피한다. 예를 들어, 플라즈마 내에 매우 많은 Si 플럭스가 있다면, Si 증착이 발생할 수도 있고, 이는 M-SiClx와 같은 종이 반응에서 형성되는 것을 방지할 수도 있다. 정반대로, 예를 들어, Si가 매우 적다면, M-SiClx 종의 형성이 방해되기 (impeded) 때문에 에칭 레이트가 억제된다. 유사하게, 금속 표면으로의 과잉의 Cl의 추가는 비휘발성인 (1200 ℃ 초과의 비등점들을 가짐) CoCl2 또는 FeCl3과 같은 금속 염화물들의 형성을 발생시킨다.
일 실시예에 따르면, 휘발성 종을 형성하도록 금속 및 할로겐-함유 가스 및/또는 할라이드와 반응하는 실질적으로 화학량적량의 재료가, 챔버 내에서 ALD 프로세스에 의해 금속 (예를 들어, CoFe) 표면 상에 증착된다. 예들은 SiN, SiO2, Si, 또는 TiO2를 포함한다. ALE 프로세스는 Cl2 또는 BCl3 형태의 Cl를 사용하여 증착된 Si 층 및 금속 표면을 활성화시킨다. 이어서 과잉의 Cl2는 챔버로부터 펌핑된다. 일부 실시예들에서, Ar 탈착이 수행될 수도 있고, 이는 나중에 챔버로부터 펌핑되는 휘발성 금속 실릴 종의 형성을 허용하도록 염소 처리된 표면들에 충격을 가할 뿐만 아니라 염소 처리된 표면들을 더 활성화시킨다. Si 및 Cl 반응물질들이 화학량적으로 매칭될 (matched) 때 에칭 레이트는 최대에 도달한다. 일부 실시예들에서, ALE 및 ALD 동작들은 동일한 챔버 내, 또는 툴의 상이한 챔버 모듈들 내를 포함하여, 진공을 파괴하지 않고 실시될 수도 있다.
개시된 실시예들은 이제 일부 특정한 실시예들을 참조하여 더 상세히 기술된다. 도 2는 실시예들에 따라 동작들을 수행하기 위한 프로세스 흐름도를 제공한다. 도 3a 내지 도 3g는 개시된 실시예들에 따라 에칭된 예시적인 스택의 개략도들을 제공한다. 도 4a 내지 도 4f는 개시된 실시예들에 따른 에칭을 위한 예시적인 메커니즘의 개략도들을 제공한다. 도 4a 내지 도 4f에 제공된 예들이 금속 층의 에칭을 도시하지만, 개시된 실시예들은 반도체 재료, 전도성 재료, 및 유전체 재료를 포함한 다양한 재료들을 에칭하도록 사용될 수도 있다는 것을 주의하라. 또한, 도 4a 내지 도 4f는 예시적인 메커니즘을 도시하고, 그리고 본 개시 또는 청구항들의 범위는 동작의 임의의 특정한 이론으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이들 도면들은 함께 논의될 것이다.
도 2를 참조하면, 동작 202에서, 기판이 제공된다. 기판은 실리콘 웨이퍼, 예를 들어, 상부에 증착된 유전체 재료, 전도성 재료, 또는 반도체 재료와 같은 재료의 하나 이상의 층들을 가진 웨이퍼들을 포함한, 200-㎜ 웨이퍼, 300-㎜ 웨이퍼, 또는 450-㎜ 웨이퍼일 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 기판은 패터닝된다. 패터닝된 기판은 피처 내의 좁은 그리고/또는 재차 들어간 개구들, 협착부들 (constrictions) 중 하나 이상을 특징으로 할 수도 있는, 필라들, 폴들, 트렌치들, 비아 또는 콘택트 홀들과 같은 "피처들", 및 고 종횡비들을 가질 수도 있다. 피처(들)는 상기 기술된 층들 중 하나 이상에 형성될 수도 있다. 피처의 일 예는 반도체 기판 또는 기판 상의 층 내의 필라 또는 폴이다. 또 다른 예는 기판 또는 층 내의 트렌치이다. 다양한 실시예들에서, 피처는 배리어 층 또는 접착 층과 같은 하부층을 가질 수도 있다. 하부층들의 비제한적인 예들은, 유전체 층들 및 전도성 층들, 예를 들어, 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 실리콘 탄화물들, 금속 산화물들, 금속 질화물들, 금속 탄화물들, 및 금속 층들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 필라와 같은 피처(들)는 적어도 약 1:1, 적어도 약 2:1, 적어도 약 4:1, 적어도 약 6:1, 적어도 약 10:1, 또는 그 이상의 종횡비를 가질 수도 있다. 피처(들)는 개구와 비슷한 치수를 또한 가질 수도 있고, 예를 들어, 개구 직경 또는 라인 폭은 약 10 ㎚ 내지 500 ㎚, 예를 들어 약 25 ㎚ 내지 약 300 ㎚이다. 개시된 방법들은 약 150 ㎚ 미만의 개구를 가진 피처(들)를 가진 기판들 상에서 수행될 수도 있다. 비아, 트렌치 또는 다른 리세스된 피처는 충진되지 않은 피처 또는 피처로서 지칭될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따라, 피처 프로파일들은 점진적으로 좁아지고/지거나 피처 개구에서 오버행 (overhang) 을 포함할 수도 있다. 재차 들어간 프로파일은 피처의 하단, 폐쇄된 단부 또는 내부로부터 피처 개구로 좁아지는 프로파일이다. 재차 들어간 프로파일은 확산 배리어의 증착과 같은 이전의 막 증착 시 컨포멀하지 않은 막 단차 커버리지로 인해 패터닝 및/또는 오버행 동안 비대칭적인 에칭 운동들에 의해 생성될 수도 있다. 다양한 예들에서, 피처는 피처의 하단의 폭보다 피처의 상단에서 보다 좁은 폭의 개구를 가질 수도 있다.
일부 실시예들에서, 패터닝된 기판은 기판에 걸친 다양한 토포그래피를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 부분적으로 제조된 게이트들이 기판 상에 존재할 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 기판은 나중의 프로세싱에서 MRAM 스택을 에칭하기에 적합한 금속들, 유전체 재료, 및 반도체 재료의 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 기판들은 메모리 엘리먼트가 MTJ를 포함하는 MRAM 설계를 포함할 수도 있다. 본 명세서의 다른 곳에 기술된 바와 같이, MTJ 메모리 엘리먼트는 얇은 터널 배리어에 의해 분리된 2개의 전극들을 포함한다. 2개의 전극들은 타원형 형상일 수도 있는 강자성 얇은 막 층들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, MTJ 메모리 엘리먼트는 부가적인 자기층들을 포함한다. 예를 들어, MTJ 메모리 엘리먼트는 얇은 금속 층을 샌드위치한 한 쌍의 강자성 층들을 또한 포함할 수도 있고 - 이들 강자성 층들은 합성 반강자성체 및 반강자성 층으로서 지칭될 수도 있다. 본 명세서에 기술된 방법들을 사용하여 기판들 상에 제조될 수도 있는 예시적인 MRAM 메모리 엘리먼트들의 형상들 및 설계들의 추가의 기술은, "Semiconductor Manufacturing Magazine" pp. 90-96에 공개된, Ditizio, Robert 등에 의한 "Cell Shape and Patterning Considerations for Magnetic Random Access Memory (MRAM) Fabrication"에 제공된다.
도 2를 다시 참조하면, 동작 202 동안, 기판이 습식 에칭으로 준비될 수도 있다. 예를 들어, 도 3b에서, 습식 에칭이 기판 상의 제 1 금속 층 (313) 까지 에칭하도록 수행된다. 일부 실시예들에서, 습식 에칭이 수행되지 않는다.
도 3a는 본 명세서에 기술된 바와 같이 기판 상에 존재할 수도 있는 MRAM 스택의 예를 도시한다. 스택 각각의 예시적인 화학물질들이 도면 상에서 라벨링되지만, 임의의 다른 적합한 재료들이 제공된 화학물질들 대신에 또는 제공된 화학물질들과 결합하여 존재할 수도 있다는 것을 주의하라. 예를 들어, 개시된 실시예들은 상이한 패턴 (예를 들어, MRAM이 아닌 패턴) 을 위해 재료들을 에칭하도록 사용될 수도 있다. 예시적인 층들이 도 3a 내지 도 3g에 도시되지만, 개시된 실시예들은, 기판의 컴포넌트들 (components) 상의 비휘발성 부산물들의 재증착을 감소시키는 동안 표면 상의 다른 재료를 에칭하도록 사용될 수도 있다는 것을 주의하라.
기판 (300) 은 SiO2의 에칭 정지 층 (301) 을 포함한다. 에칭 정지 층 (301) 은 기판 (300) 의 다른 층들 (미도시) 의 상단 상에 있을 수도 있다는 것을 주의하라. 탄탈륨 질화물 (TaN) 의 얇은 배리어 층 (303) 은 이 스택의 에칭 정지 층 (301) 의 상단 상에 있다. TaN 배리어 층 (303) 의 상단 상에 루테늄 (Ru) 을 포함한 금속 층 (305) 이 있다. 금속 층 (305) 은 일부 실시예들에서 약 8 ㎚의 두께를 가질 수도 있다. Ru 금속 층 (305) 의 상단 상에 코발트 백금 (CoPt) 을 포함할 수도 있는 금속 또는 금속 합금 층 (307) 이 있다. 일부 실시예들에서, 금속 합금 층 (307) 은 PtMn을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 층 (307) 은 "고정 층" (307) 으로서 지칭될 수도 있다. 고정 층 (307) 은 일부 실시예들에서 약 10 내지 30 ㎚의 두께를 가질 수도 있다. 도 3a는 또한 마그네슘 산화물 (MgO) 을 포함할 수도 있는 유전체 배리어 층 (309) 을 도시한다. 유전체 배리어 층 (309) 은 "유전체 층" (309) 으로서 본 명세서에서 지칭될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 층 (309) 은 꽤 얇을 수도 있고, 예를 들어, 약 1.5 ㎚ 이하의 두께를 갖는다.
유전체 층 (309) 의 상단 상에 코발트 철 (CoFe) 을 포함할 수도 있는 금속 합금 층 (311) 이 있다. 금속 합금 층 (311) 은 CoFeB를 포함할 수도 있다. 금속 합금 층 (311) 은 본 명세서에서 "프리 층"으로서 지칭될 수도 있다. 프리 층 (311) 의 상단 상에 탄탈륨 (Ta) 배리어 층 (313) 이 있다. Ta 배리어 층 (313) 의 상단 상에 Ru 금속 층 (315) 이 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들에서, Ru 금속 층 (315) 은 "제 1 금속 층"으로서 지칭될 수도 있지만, Ru 금속 층 (305) 은 "제 2 금속 층"으로서 지칭될 수도 있다. Ta 하드 마스크 (317) 가 증착될 수도 있고 그리고 도 3a에 도시된 바와 같은 패턴으로 에칭될 수도 있다. 하드 마스크 (317) 는 반드시 탄탈륨 하드 마스크이지 않을 수도 있다는 것을 주의하라. 예를 들어, 다른 적합한 하드 마스크들은 탄소-함유 하드 마스크들, 질소-함유 하드 마스크들, 및 산소-함유 하드 마스크들을 포함한다.
다시 도 2를 참조하면, 동작 204에서, 재료는 기판 상에 컨포멀하게 증착된다. 재료는 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 층들의 재료 및 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스와 반응한다. 일부 실시예들에서, 재료는 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 층들의 하나 이상의 재료들 및 하나 이상의 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스들과 반응한다. 예를 들어, 재료는 휘발성 종을 형성하도록 코발트-함유 금속 및 BCl3과 Cl2의 혼합물과 반응할 수도 있다. 재료는 휘발성 종을 형성하기 위한 재료의 소스뿐만 아니라 기판 상의 보호 층 양자를 제공한다. 다음의 기술의 목적들을 위해, 이 컨포멀한 재료는 "보호 층"으로서 지칭될 수도 있지만, 보호 층은 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 재료 및 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스와 반응하는 재료를 포함하고 그리고 컨포멀할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
동작 202에서 증착된 보호 층은 금속 할라이드를 사용하여 휘발성 종을 형성할 수 있는 원소를 포함한다. 보호 층은 임의의 IV족 원소를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 보호 층은 실리콘-함유 층, 티타늄-함유 층, 게르마늄-함유 층, 주석-함유 층, 탄소-함유 층, 또는 이들의 임의의 조합일 수도 있다. 예시적인 실리콘-함유 층들은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 비정질 실리콘, 폴리-실리콘, 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 예시적인 티타늄-함유 층들은 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 티타늄, 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 보호 층은 유전체 재료이다.
보호 층은 CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced CVD), ALD (atomic layer deposition), PEALD (plasma enhanced ALD), 스핀-온 증착, 및 스퍼터링을 포함한 임의의 적합한 방법에 의해 증착될 수도 있다. 일부 실시예들에서 보호 층은 휘발성 종을 형성하도록 금속-함유 화합물 및 할라이드 및/또는 할로겐과 반응하기 위한 재료의 소스를 제공한다. 예를 들어, Si 소스는 SiH4, SiCl4와 같은 가스들을 사용하거나 오소-실리케이트 화합물들, 예를 들어 TEOS, SOG 및 HMDS와 같은 액체들을 사용하여, PVD, PECVD 또는 스핀-코팅 프로세스들과 같은 ALD와 다른 방법들에 의한 반응을 위해 MRAM 표면들 상에 도입될 수도 있다.
예를 들어, 보호 층은 PECVD에 의해 증착될 수도 있다. 예는 플라즈마와 동시에 실리콘-함유 전구체 및 질소-함유 반응물질에 기판을 노출시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 기판은 동시에 실란 및 질소 플라즈마에 노출될 수도 있다. 상기 화학물질들 중 임의의 것을 가진 보호 층을 증착할 수 있는 임의의 적합한 전구체들 및 반응물질들이 보호 층을 증착하도록 사용될 수도 있다.
도 3c에서, 보호 층 (320) 이 기판 (300) 상에 증착되는 것으로서 도시된다. 일부 실시예들에서 이것은 제 1 보호 층 (예를 들어, 일부 동작들에서 또 다른 보호 층 (320) 이 또한 증착될 수도 있음) 일 수도 있다. 도시에서, 보호 층 (320) 은 컨포멀하다는 것을 주의하라. 일부 실시예들에서, 보호 층 (320) 은 컨포멀할 필요가 없다. 일부 실시예들에서, 보호 층 (320) 의 부분들은 희생 층일 수도 있다.
도 4a는 기판 (400) 의 부분의 개략도의 또 다른 예이다. 이 예에서, 기판 (400) 은 예를 들어, Co, Fe, Mn, Pd, Pt, 이들의 합금들, 및 이들의 조합들을 포함할 수도 있는 금속 층 (411) 을 포함한다. 여기서, Ru 제 1 금속 층은 습식 에칭되고, 그리고 실리콘-함유 보호 층 (420) (예를 들어, Si 소스) 은 탄탈륨 하드 마스크 및 금속 층 (411) 위에 증착된다. 도 3c와 유사하지만, 도 4a의 기판은 예시의 목적들을 위해 탄탈륨 배리어 층을 배제한다는 것을 주의하라. 층들의 특정한 예들이 도 4a에 도시되지만, 임의의 적합한 금속이 하드 마스크 밑에 있을 수도 있고, 그리고 임의의 조성의 하드 마스크가 존재할 수도 있다. 또한, 임의의 적합한 보호 층 (420) 이 개시된 실시예들에서 사용될 수도 있고 그리고 이러한 보호 층들은 도 4a에 도시된 바와 같은 실리콘-함유 층들로 제한되지 않는다.
다시 도 2를 참조하면, 동작 206 동안, 기판은 기판의 표면을 개질하도록 할로겐-함유 반응물질에 노출된다. 할로겐-함유 반응물질은 붕소 할로겐-함유 가스, 할로겐-함유 가스, 할라이드 가스, 및 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 예들은 BCl3, BBr3, BI3, Cl2, F2, Br2, 및 I2를 포함한다. 가스들의 조합의 일 예는 BCl3/Cl2일 수도 있다. 할로겐-함유 반응물질은 보호 층과 반응할 수도 있고 그리고/또는 보호 층 상에 흡착할 수도 있다. 예를 들어, 실리콘의 보호 층은 기판의 표면 상에 실리콘 할라이드를 형성하도록 할로겐-함유 반응물질과 반응할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 할로겐-함유 반응물질은 적어도 기판의 약 90 %, 또는 적어도 기판의 약 99 %를 포화시킬 수도 있다는 것을 주의하라. 일부 실시예들에서, 할로겐-함유 반응물질은 기판의 표면 상에 컨포멀하게 흡착할 수도 있다. 일 예에서, 염소 원자들 및/또는 분자들은 실리콘-함유 보호 층의 표면 상에 흡착할 수도 있다.
도 4b는 표면 상에 흡착된 층 (450b) 을 형성하도록 보호 층 (420) 과 반응하고 그리고 보호 층 (420) 의 표면에 흡착하는 Cl2 염소 분자들 (450a) 의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 4b의 예시적인 기판 (400) 은 Cl2 분자들 (450a) 이 기판 (400) 의 표면 상에 흡착하거나 기판 (400) 의 표면과 반응하도록 기판 (400) 의 표면을 향해 이동하는 방향을 도시한 화살표들을 나타낸다. 바이어스는 약 100 Vb 미만, 또는 약 60 Vb 미만, 예를 들어 약 50 Vb의 전력으로 공급될 수도 있다.
도 2의 동작 208에서, 기판은 기판의 개질된 표면을 에칭하도록 활성화 가스에 노출된다. 다양한 실시예들에서, 활성화 가스는 아르곤, 이산화탄소, 암모니아, 수소-함유 가스, 및 이들의 조합들과 같은 하나 이상의 불활성 가스들을 포함할 수도 있다. 동작 208 동안, 플라즈마와 같은 활성화 소스는 가스를 활성화시키고 그리고 기판을 에칭하도록 생성된다. 도 2의 동작 208 동안, 또한 바이어스 에칭의 방향에 수직인 흡착된 할로겐-함유 화합물들을 가진 표면들은, 완전히 에칭될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 저 바이어스는 기판을 지향성 에칭하도록 인가될 수도 있다. 예를 들어, 바이어스는 약 100 Vb 미만, 예를 들어 약 50 Vb의 전력으로 공급될 수도 있다. 플라즈마의 전력은 약 500 W 내지 약 1500 W일 수도 있다.
도 4c에서, 실리콘 염화물 (470) 을 포함한 에칭된 화합물들이 탄탈륨 하드 마스크의 필드 구역의 수평 표면으로부터 제거되면서 증착된 컨포멀한 층 또는 보호 층 (420) 이 노출된 금속 층 (411) 을 드러내도록 제거된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 하드 마스크 및 제 1 금속 층 (여기서, 각각 Ta 및 Ru) 의 측벽들 상에 증착된 보호 층의 일부는 측벽 상에 남아 있다는 것을 주의하라. 이 남아있는 보호 층은 에칭 반응으로부터의 임의의 잠재적인 부산물들에 의해 손상되거나 열화되는 것으로부터 하드 마스크를 계속해서 보호하는 층으로서 역할을 할 수도 있다.
그 결과, 동작들 (206 및 208) 을 수행한 후의 도 3c의 기판은 도 3d에 도시된 구조를 가질 수도 있다. 지향성 에칭은 도 3d에 도시된 바와 같은 일부 보호 층 (322) 이 피처의 측벽들 상에 남아 있지만, 아래의 하나 이상의 층들 (예를 들어, 탄탈륨 배리어 층 (313) 및 대부분의 CoFe 프리 층 (311)) 이 에칭되도록 수행될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, CoFe 프리 층 (311) 은 피처의 측면들 내로 쉽게 에칭되는 것 및 피처의 측면들 내로 에칭하는 것으로부터 유전체 층 (309) 을 보호하도록 완전히 에칭되지 않는다는 것을 주의하라. 예를 들어, 기판이 프리 층 (311) 에 인접한 MgO를 포함한 유전체 층 (309) 을 포함하는 경우에, 프리 층 (311) 은 약 0 Å 내지 약 10 Å이 기판 상에 남아 있도록 에칭될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 기판이 사이클들로 다양한 동작들을 수행함으로써 이들 층들까지 에칭된다는 것을 주의하라.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 동작 210에서, 동작들 (206 및 208) 이 선택 가능하게 반복될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작들 (206 및 208) 을 반복하는 것은 사이클을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 동작들 (206 및 208) 은 2개 이상의 사이클들로 반복될 수도 있다. 사이클 각각은 사이클 당 약 1 Å 내지 약 10 Å, 예를 들어, 사이클 당 약 6 Å을 에칭하도록 수행될 수도 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 도 3c에 도시된 기판은 바이어스를 인가함으로써 구현된 지향성 에칭의 방향에 수직인 기판의 표면들까지 에칭하도록 동작 (206 및 208) 의 사이클들을 사용하여 에칭될 수도 있다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 동작들 (206 및 208) 은 컨포멀한 층 또는 보호 층 (320), 탄탈륨 배리어 층 (313), 및 대부분의 CoFe/CoFeB 프리 층 (311) 까지 에칭하도록 반복될 수도 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 동작들 (206 및 208) 의 사이클들은 MgO 유전체 층 (309) 을 보호하도록 CoFe/CoFeB 프리 층 (311) 을 완전히 에칭하기 전에 중지될 수도 있거나 MgO 유전체 층 (309) 을 통해 완전히 에칭하는 것을 계속할 수도 있다.
도 3e에서, 동작 208은 CoFe/CoFeB 프리 층 (311) 의 박층까지 에칭하고 그리고 MgO 유전체 층 (309) 을 에칭하도록 할로겐-함유 가스에 기판을 노출시키지 않고 수행될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 208은 할로겐-프리 가스에 기판을 노출시킴으로써 수행된다. 다양한 실시예들에서, 아르곤 가스는 유전체 층 위에서 혹독한 에칭 화학 반응을 수행하지 않도록 유전체 층을 에칭하기 위해 바이어스를 사용하여 스퍼터링된다. 일부 실시예들에서, 유전체 층에 적용된 혹독한 에칭 화학 반응은, 유전체 층이 마스크 아래에서 에칭되게 할 수도 있어서, 잠재적인 열화 문제 및 디바이스 고장 문제를 유발한다. 일부 실시예들에서, 유전체 에칭 동안, 바이어스가 인가된다. 예를 들어, 바이어스는 약 100 Vb 미만, 예를 들어 약 50 Vb의 전력으로 공급될 수도 있다.
도 4d 내지 도 4f는 도 2의 동작들 (206 및 208) 이 동작 210에서 반복되도록 도 4c로부터 계속되는 예시적인 에칭 메커니즘의 개략도들을 도시한다. 도 4d는 동작 206이 반복되는 기판 (400) 을 도시한다. 금속 층 (411) 이 도 4c에서 노출된 후에, 기판은 기판의 표면을 개질하도록 도 4d에서 Cl2 (450a) 에 노출된다. 도시된 바와 같이, Cl2는 염소 (450b) 의 흡착된 층을 형성하도록 기판 (400) 의 표면 상에 흡착할 수도 있거나 기판의 표면과 반응할 수도 있다. 보호 층 (420) 이 실리콘-함유 재료의 이전의 증착으로부터 측벽 상에 남아 있기 때문에, 일부 염소 (450b) 는 보호 층 (420) 상에 흡착하거나 보호 층 (420) 과 반응할 수도 있고, 반면에 일부 염소 (450b) 는 금속 표면 (411) 상에 흡착하거나 금속 표면 (411) 과 반응할 수도 있다는 것을 주의하라.
도 4e는 동작 208이 반복되는 기판을 도시한다. 도시된 바와 같이, 아르곤 (예를 들어, 활성화 가스) (440) 은 기판에 도입되고 그리고 플라즈마는 기판을 에칭하도록 점화된다. 다양한 실시예들에서, 바이어스는 도 4e에서 화살표들로 나타낸 바와 같이, 기판을 지향성 에칭하도록 인가된다. 실리콘-함유 보호 층 (420) 의 존재는 금속 표면 (411) 으로부터의 금속 및 흡착된 염소 (450b) 와의 착화물 (475) 을 형성한다. 모든 착화물들 (475) 이 동일한 화학적 구조를 가질 수는 없다는 것을 주의하라. 그러나, 보호 층 (420) 은 이 예에서, 기판이 프로세싱되는 챔버로부터 퍼지될 수 있는 휘발성 종 (475) 을 형성하도록 실리콘을 제공한다. 다양한 실시예들에서, 보호 층 (420) 은 티타늄, 게르마늄과 같은 다른 재료, 및 휘발성 종을 형성하도록 할라이드 및/또는 할로겐 가스 및 금속과 반응하는 다른 재료를 부가적으로 또는 대안적으로 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, Si-보조된 ALE 에칭 동안, SiO2/SiN 보호 층 (도 4a의 보호 층 (420) 과 같음) 은 MRAM 금속 표면 상에 증착된다. Si 도핑된 금속 표면 (도 4b에 도시된 바와 같음) 은 이어서 염소 (450b) 의 흡착된 층을 형성하도록 (염소 분자들 (450a) 과 같은) BCl3/Cl2 가스들을 사용하여 활성화된다. Ar 가스 (440) 의 지향성 Ar 이온 빔은 개질된 층에 충격을 가하고 그리고 프로세스에서 형성될 새로운 결합들의 형성을 깨고 형성될 새로운 결합들의 형성을 허용하고, 그리고 최종적으로 휘발성 에칭 생성물들 (M-SiClx) (475) 을 가스 상으로 탈착시킨다.
요약하면, 예시적인 활성화 반응은 다음과 같을 수도 있다:
예시적인 탈착/재결합 반응은 다음과 같을 수도 있다:
M-SiClx 착화물들은 안정하고 휘발성이며, 그리고 금속 형태들로의 분해 없이 Ar 스퍼터 탈착을 견딜 수 있다. 그 결과, 측벽 상의 재증착은 감소되거나 회피된다.
개시된 실시예들은 휘발성 종을 형성하도록 금속 및 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스와 반응하는 재료를 증착하는 것을 수반한다. 예들은 실리콘-함유 재료, 티타늄-함유 재료, 게르마늄-함유 재료, 주석-함유 재료, 탄소-함유 재료, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 증착된 재료는 비정질 실리콘, 폴리 실리콘, 실리콘 산화물, 또는 실리콘 질화물과 같은 실리콘-함유 재료일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 증착된 재료는 티타늄 또는 티타늄 산화물일 수도 있다.
개시된 실시예들은 또한 고정 층; CoPt, CoPd, PtMn 및 Co, Fe, Mn, Pt, Ru, 및 Ta를 포함한 다양한 다른 재료들을 에칭하기에 적합하다. 원리들은 Cu와 같은 금속들을 포함하여, 제 1 열, 제 2 열, 및 제 3 열의 모든 다른 전이 금속들 (예를 들어, IV족, V족, 및 VI족 전이 금속들) 에 적용 가능하다. 동일한 IV족, 예를 들어 Ge 및 Sn과 같은 다른 안정한 가스 착화물 종은 동일한 거동을 나타낼 수 있다.
Si 외에, 유사한 휘발성 에칭 생성물들이 또한 플라즈마 내에서 M-CClx, M-GeClX, 및 M-SnClX와 같은 안정하고 휘발성인 종을 형성하도록 C, Ge, Sn과 같은 주기율 표의 IV족의 다른 원소들을 사용하여 형성될 수 있다. 이들 반응물질들은 CClX, SiClX, GeClX 및 SnClX (여기서 X는 다양한 화학량을 가진 할로겐, 예를 들어, F, Cl 또는 Br임) 와 같은 할라이드들 가스들 또는 MRAM 금속 표면 상으로의 이들 엘리먼트들의 증착을 허용하는 다른 소스들로서 도입될 수 있다.
휘발성 금속 에칭 생성물들의 활성화, 형성 및 탈착은 ALE와 다른 방법들에 의해 실시될 수도 있고; RIE (reactive ion beam), ECR (electron cyclotron resonance etch), 또는 열 탈착 및 UV 프로세스들과 같은 방법들이 일부 실시예들에서 또한 사용될 수도 있다. 개시된 실시예들은 또한 습식 에칭 및/또는 반응성 이온 에칭 프로세스들과 통합될 수도 있다.
도 4f는 금속 표면 (411) 의 층이 에칭된 후의 기판을 도시한다. 보호 층 (420) 의 일부는 동작들 (206 및 208) 이 다양한 사이클들로 수행될 때 에칭될 수도 있다는 것을 주의하라.
따라서, 도 2의 동작 212에서, 동작들 (204 내지 210) 은, 휘발성 종을 형성하도록 기판 상의 금속 및 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스와 반응하는 추가의 재료를 제공하기 위해서, 동작 204가 제 1 컨포멀한 재료를 형성하고 그리고 동작 204의 반복된 동작이 기판 상에 증착되는 제 2 컨포멀한 재료를 형성하도록, 선택 가능하게 반복될 수도 있다.
도 3f는 동작 212에 대응하는 기판의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 동작 204는 기판 위에 제 2 보호 층 (324) 을 더 증착하도록 반복된다. 이 보호 층 (324) 은 Ta 배리어 층 (313), CoFe 프리 층 (311), 및 에칭된 MgO 유전체 층 (309) 을 더 보호하는 역할을 할 수도 있다.
따라서, 동작들 (206 및 208) 은 기판의 나머지가 에칭 정지 층에 대해 에칭될 때까지 또한 사이클들로 반복될 수도 있다. 도 3g는 동작들 (206 및 208) 이 CoPt 고정 층 (307), 제 2 Ru 금속 층 (305), 및 TaN 배리어 층 (303) 까지 에칭하도록 사이클들로 반복되는, 에칭된 기판을 도시한다. 기판 (300) 은 측벽들 상의 남아 있는 보호 층들 (322 및 324) 을 나타낸다는 것을 주의하라. 다양한 실시예들에서, 이들 층들은 스택이 제조된 후에 감소되거나 제거될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 이들 층들의 일부 또는 부분은 또한 개시된 실시예들이 수행될 때 에칭될 수도 있다.
본 개시가 이론으로 제한되지 않지만, MRAM 금속들 (예를 들어, Co, Fe, Mn, Pd, 및 Pt) 에 대한 증착-에칭 메커니즘은 다음과 같이 진행될 수 있다고 여겨진다. 메커니즘은 Cl (예를 들어 BCl3 및/또는 Cl2로 제공됨) 및 Ar ALE 동안 Si의 도입을 통한 측벽들 상의 금속들의 재증착이 없는 이들 금속들의 건식 화학적 에칭을 수반한다. 상기에 기술된 바와 같이, 임의의 특정한 이론에 매이지 않고, Si, 또는 금속 및 할라이드 및/또는 할로겐-함유 가스와 반응하는 다른 재료의 존재는, 에칭 챔버 내에서 높은 분압들을 갖고 그리고 쉽게 펌핑될 수 있는, Co-SiClx 또는 Fe-SiClx와 같은 휘발성 에칭 생성물들의 형성을 발생시킨다고 여겨진다.
장치
특정한 실시예들에서, ALE (atomic layer etching) 동작들 및 ALD (atomic layer deposition) 동작들에 적합할 수도 있는, ICP (inductively coupled plasma) 반응기들이 이제 기술된다. 이러한 ICP 반응기들은 또한 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, 2013년 12월 10일에 출원되고, 발명의 명칭이 "IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING"인 미국 특허 출원 공보 제 2014/0170853 호에 기술된다. ICP 반응기들이 본 명세서에 기술되었지만, 일부 실시예들에서, CCP (capacitively coupled plasma) 반응기들이 또한 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 5는 본 명세서의 특정한 실시예들을 구현하기에 적절한 ICP 통합된 에칭 및 증착 장치 (500) 의 단면도를 도시하고, 그 예는 캘리포니아 프리몬트 소재의 Lam Research Corp.에 의해 생산된 Kiyo® 반응기이다. ICP 장치 (500) 는 챔버 벽들 (501) 및 윈도우 (511) 에 의해 구조적으로 규정된 전체 프로세스 챔버 (524) 를 포함한다. 챔버 벽들 (501) 은 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 제조될 수도 있다. 윈도우 (511) 는 석영 또는 다른 유전체 재료로 제조될 수도 있다. 선택 가능한 내부의 플라즈마 그리드 (550) 는 전체 프로세스 챔버를 상부 서브-챔버 (502) 와 하부 서브-챔버 (503) 로 나눈다. 대부분의 실시예들에서, 플라즈마 그리드 (550) 는 제거될 수도 있어서, 서브-챔버들 (502 및 503) 로 이루어진 챔버 공간을 활용할 수도 있다. 척 (517) 은 하단 내측 표면 근방에서 하부 서브-챔버 (503) 내에 위치된다. 척 (517) 은 에칭 및 증착 프로세스들이 수행될 시에 반도체 기판 또는 웨이퍼 (519) 를 수용 및 홀딩하도록 구성된다. 척 (517) 은 존재할 때 웨이퍼 (519) 를 지지하기 위한 정전 척일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에지 링 (미도시) 은 척 (517) 을 둘러싸고, 그리고 척 (517) 위에 존재할 때 웨이퍼 (519) 의 상단 표면과 대략적으로 평면인 상부 표면을 갖는다. 척 (517) 은 웨이퍼 (519) 를 처킹하고 (chuck) 디처킹하기 (dechuck) 위한 정전 전극들을 또한 포함한다. 필터 및 DC 클램프 전력 공급부 (미도시) 는 이 목적을 위해 제공될 수도 있다. 척 (517) 으로부터 웨이퍼 (519) 를 리프팅하기 위한 다른 제어 시스템들이 또한 제공될 수 있다. 척 (517) 은 RF 전력 공급부 (523) 를 사용하여 전기적으로 대전될 수 있다. RF 전력 공급부 (523) 는 연결부 (527) 를 통해 매칭 회로 (521) 에 연결된다. 매칭 회로 (521) 는 연결부 (525) 를 통해 척 (517) 에 연결된다. 이 방식으로, RF 전력 공급부 (523) 는 척 (517) 에 연결된다.
플라즈마 생성을 위한 엘리먼트들은 윈도우 (511) 위에 위치된 코일 (533) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 코일은 개시된 실시예들에서 사용되지 않는다. 코일 (533) 은 전기적으로 전도성 재료로부터 제조되고 적어도 하나의 완료된 턴 (turn) 을 포함한다. 도 5에 도시된 코일 (533) 의 예는 3개의 턴들을 포함한다. 코일 (533) 의 단면들은 심볼들로 도시되고, "X"를 가진 코일들은 페이지 내로 순환적으로 연장하고, 반면에 "
"을 가진 코일들은 페이지의 외부로 순환적으로 연장한다. 플라즈마 생성을 위한 엘리먼트들은 코일 (533) 에 RF 전력을 공급하도록 구성된 RF 전력 공급부 (541) 를 또한 포함한다. 일반적으로, RF 전력 공급부 (541) 는 연결부 (545) 를 통해 매칭 회로 (539) 에 연결된다. 매칭 회로 (539) 는 연결부 (543) 를 통해 코일 (533) 에 연결된다. 이 방식으로, RF 전력 공급부 (541) 는 코일 (533) 에 연결된다. 선택 가능한 패러데이 차폐부 (549) 는 코일 (533) 과 윈도우 (511) 사이에 위치된다. 패러데이 차폐부 (549) 는 코일 (533) 에 대해 이격된 관계로 유지된다. 패러데이 차폐부 (549) 는 윈도우 (511) 바로 위에 배치된다. 코일 (533), 패러데이 차폐부 (549), 및 윈도우 (511) 는 서로 실질적으로 평행하도록 각각 구성된다. 패러데이 차폐부 (549) 는 금속 또는 다른 종이 플라즈마 챔버 (524) 의 윈도우 (511) 상에 증착하는 것을 방지할 수도 있다.
프로세스 가스들 (예를 들어, 할라이드 가스들, 할로겐-함유 가스들, 염소, 아르곤, 실리콘 4염화물, 산소, 질소, 등) 은 상부 서브-챔버 (520) 내에 위치된 하나 이상의 메인 가스 플로우 유입부들 (560) 을 통해 그리고/또는 하나 이상의 측면 가스 플로우 유입부들 (570) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐를 수도 있다. 마찬가지로, 명확하게 도시되진 않았지만, 유사한 가스 플로우 유입부들은 CCP 프로세싱 챔버에 프로세스 가스들을 공급하도록 사용될 수도 있다. 진공 펌프, 예를 들어, 하나 또는 2개의 스테이지 기계적 건조 펌프 및/또는 터보분자 펌프 (540) 는, 프로세스 챔버 (524) 의 외부로 프로세스 가스들을 인출하도록 그리고 프로세스 챔버 (524) 내의 압력을 유지하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 진공 펌프는 ALD의 퍼지 동작 동안 하부 서브-챔버 (503) 를 배기하도록 사용될 수도 있다. 밸브-제어된 도관은 진공 펌프에 의해 제공된 진공 환경의 적용을 선택적으로 제어하도록 프로세싱 챔버 (524) 에 진공 펌프를 유체적으로 연결하도록 사용될 수도 있다. 이것은 동작 플라즈마 프로세싱 동안, 쓰로틀 밸브 (미도시) 또는 펜듈럼 밸브 (미도시) 와 같은, 폐쇄된-루프-제어된 플로우 제한 디바이스를 채용하여 행해질 수도 있다. 마찬가지로, CCP 프로세싱 챔버에 대한 밸브 제어된 유체 연결부 및 진공 펌프가 또한 채용될 수도 있다.
장치 (500) 의 동작 동안, 하나 이상의 프로세스 가스들은 가스 플로우 유입부들 (560 및/또는 570) 을 통해 공급될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 프로세스 가스는 메인 가스 플로우 유입부 (560) 를 통해서만, 또는 측면 가스 플로우 유입부 (570) 를 통해서만 공급될 수도 있다. 일부 경우들에서, 도면에 도시된 가스 플로우 유입부들은 예를 들어, 보다 많은 복잡한 가스 플로우 유입부들, 하나 이상의 샤워헤드들로 대체될 수도 있다. 패러데이 차폐부 (549) 및/또는 선택 가능한 그리드 (550) 는 프로세스 챔버 (524) 로의 프로세스 가스들의 전달을 허용하는 내부 채널들 및 홀들을 포함할 수도 있다. 패러데이 차폐부 (549) 와 선택 가능한 그리드 (550) 중 하나 또는 양자는 프로세스 가스들의 전달을 위한 샤워헤드로서 역할을 할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 액체 반응물질 또는 전구체가 기화된다면, 기화된 반응물질 또는 전구체가 가스 플로우 유입부 (560 및/또는 570) 를 통해 프로세스 챔버 (524) 내로 도입되도록, 액체 기화 및 전달 시스템이 프로세스 챔버 (524) 의 업스트림에 위치될 수도 있다.
RF 전력은 RF 전류로 하여금 코일 (533) 을 통해 흐르게 하도록 RF 전력 공급부 (541) 로부터 코일 (533) 로 공급된다. 코일 (533) 을 통해 흐르는 RF 전류는 코일 (533) 둘레에 전자기장을 생성한다. 전자기장은 상부 서브-챔버 (502) 내에 유도 전류를 생성한다. 다양한 생성된 이온들 및 라디칼들과 웨이퍼 (519) 의 물리적 상호작용 및 화학적 상호작용은 웨이퍼 (519) 의 피처들을 에칭하고 웨이퍼 (519) 상에 층들을 증착한다.
상부 서브-챔버 (502) 및 하부 서브-챔버 (503) 양자가 있도록 플라즈마 그리드 (550) 가 사용된다면, 유도 전류는 상부 서브-챔버 (502) 내에 전자-이온 플라즈마를 생성하도록 상부 서브-챔버 (502) 내에 존재하는 가스에 작용한다. 선택 가능한 내부의 플라즈마 그리드 (550) 는 하부 서브-챔버 (503) 내의 고온의 전자들의 양을 제한한다. 일부 실시예들에서, 장치 (500) 는 하부 서브-챔버 (503) 내에 존재하는 플라즈마가 이온-이온 플라즈마이도록 설계 및 동작된다.
이온-이온 플라즈마가 양 이온들에 대한 음 이온들의 더 큰 비를 가질 것이지만, 상부 전자-이온 플라즈마 및 하부 이온-이온 플라즈마 양자는 양 이온 및 음 이온을 포함할 수도 있다. 휘발성 에칭 및/또는 증착 부산물들은 하부 서브-챔버 (503) 로부터 포트 (522) 를 통해 제거될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 척 (517) 은 약 10 ℃ 내지 약 250 ℃ 범위의 상승된 온도들에서 동작할 수도 있다. 온도는 프로세스 동작 및 특정한 레시피에 따라 결정될 것이다.
장치 (500) 는 클린 룸 또는 제조 설비 내에 설치될 때 설비 (미도시) 에 커플링될 수도 있다. 설비는 프로세싱 가스들, 진공, 온도 제어, 및 환경적 입자 제어를 제공하는 배관을 포함한다. 이들 설비는 타깃 제조 설비 내에 설치될 때, 장치 (500) 에 커플링된다. 부가적으로, 장치 (500) 는 로보틱스 (robotics) 로 하여금 통상적인 자동화를 사용하여 장치 (500) 내외로 반도체 웨이퍼들을 이송하게 하는 이송 챔버에 커플링될 수도 있다.
일부 실시예들에서, (하나 이상의 물리적 제어기 또는 로직 제어기를 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (530) 는 프로세스 챔버 (524) 의 동작들의 일부 또는 전부를 제어한다. 시스템 제어기 (530) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 장치 (500) 는 개시된 실시예들이 수행될 때의 지속기간들 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 스위칭 시스템을 포함한다. 일부 실시예들에서, 장치 (500) 는 최대 약 500 ms, 또는 최대 약 750 ms의 스위칭 시간을 가질 수도 있다. 스위칭 시간은 플로우 화학물질, 선택된 레시피, 반응기 아키텍처, 및 다른 요인들에 따라 결정될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (530) 는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "시스템 제어기 (530)" 내로 통합될 수도 있다. 시스템 제어기 (530) 는, 시스템의 프로세싱 파라미터들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 전달 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 전달들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기 (530) 는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 또는 제거 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
시스템 제어기 (530) 는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 리모트 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 리모트 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 리모트 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 리모트 컴퓨터는 차후에 리모트 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 시스템 제어기 (530) 는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 시스템 제어기 (530) 는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 리모트 컴퓨터의 일부로서) 원격 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD 챔버 또는 모듈, ALE 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
도 6은 VTM (vacuum transfer module) (638) 과 인터페이싱하는 다양한 모듈들을 가진 반도체 프로세스 클러스터 아키텍처를 도시한다. 복수의 저장 설비들과 프로세싱 모듈들 사이로 웨이퍼들을 "이송시키기" 위한 다양한 모듈들의 배치는 "클러스터 툴 아키텍처" 시스템으로서 지칭될 수도 있다. 로드록 또는 이송 모듈로서 또한 알려진 에어록 (airlock) (630) 은 다양한 제조 프로세스들을 수행하도록 각각 최적화될 수도 있는, 4개의 프로세싱 모듈들 (620a 내지 620d) 과 결국 인터페이싱하는 VTM (638) 과 인터페이싱한다. 예로서, 프로세싱 모듈들 (620a 내지 620d) 은 기판 에칭, 증착, 이온 주입, 웨이퍼 세정, 스퍼터링, 및/또는 다른 반도체 프로세스들을 수행하도록 구현될 수도 있다. 일부 실시예들에서, ALD 및 ALE는 동일한 모듈에서 수행된다. 일부 실시예들에서, ALD 및 ALE는 동일한 툴의 상이한 모듈들에서 수행된다. 기판 에칭 프로세싱 모듈들 중 하나 이상 (620a 내지 620d 중 임의의 하나) 은 본 명세서에 개시된 바와 같이, 즉, 컨포멀한 막들을 증착하기 위해, ALD에 의해 막들을 선택적으로 증착하기 위해, 패턴들을 에칭하기 위해, 그리고 개시된 실시예들에 따른 다른 적합한 기능들을 위해 구현될 수도 있다. 에어록 (630) 및 프로세스 모듈들 (620a 내지 620d) 은 "스테이션들"로서 지칭될 수도 있다. 스테이션 각각은 VTM (638) 에 스테이션을 인터페이싱하는 패싯 (636) 을 가진다. 패싯 각각 내부에서, 센서들 (1 내지 18) 은 스테이션들 각각 사이에서 이동될 때 웨이퍼 (626) 의 통과를 검출하도록 사용된다.
로봇 (622) 은 스테이션들 사이로 웨이퍼 (626) 를 이송한다. 일 실시예에서, 로봇 (622) 은 하나의 암을 갖고, 또 다른 실시예에서, 로봇 (622) 은 2개의 암들을 갖고, 암 각각은 이송을 위해 웨이퍼 (626) 와 같은 웨이퍼들을 피킹하도록 (pick) 단부 이펙터 (624) 를 가진다. ATM (atmospheric transfer module) (640) 내의 프런트-엔드 로봇 (632) 은 LPM (Load Port Module) (642) 내의 카세트 또는 FOUP (Front Opening Unified Pod) (634) 로부터 에어록 (630) 으로 웨이퍼들 (626) 을 이송하도록 사용된다. 프로세스 모듈 (620a 내지 620d) 내부의 모듈 중심부 (628) 는 웨이퍼 (626) 를 배치하기 위한 일 위치이다. ATM (640) 내의 얼라이너 (644) 는 웨이퍼들을 정렬하도록 사용된다.
예시적인 프로세싱 방법에서, 웨이퍼는 LPM (642) 내의 FOUP들 (634) 중 하나 내에 배치된다. 프런트-엔드 로봇 (632) 은 웨이퍼를 FOUP (634) 로부터 얼라이너 (644) 로 이송시키고, 이는 웨이퍼가 에칭되거나 프로세싱되기 전에 웨이퍼 (626) 로 하여금 적절하게 중심에 위치되게 한다. 정렬된 후에, 웨이퍼 (626) 는 프런트-엔드 로봇 (632) 에 의해 에어록 (630) 내로 이동된다. 에어록 (630) 이 ATM (640) 과 VTM (638) 사이의 환경을 매칭하는 능력을 갖기 때문에, 웨이퍼 (626) 는 손상을 받지 않고 2개의 압력 환경들 사이를 이동할 수 있다. 에어록 (630) 으로부터, 웨이퍼 (626) 는 로봇 (622) 에 의해 VTM (638) 을 통해 그리고 프로세스 모듈들 (620a 내지 620d) 중 하나 내로 이동된다. 이 웨이퍼 이동을 달성하도록, 로봇 (622) 은 로봇의 암들 각각 상의 단부 이펙터들 (624) 을 사용한다. 웨이퍼 (626) 가 프로세싱된다면, 웨이퍼는 로봇 (622) 에 의해 프로세스 모듈들 (620a 내지 620d) 로부터 에어록 (630) 으로 이동된다. 여기서부터, 웨이퍼 (626) 는 프런트-엔드 로봇 (632) 에 의해 FOUP들 (634) 중 하나로 또는 얼라이너 (644) 로 이동될 수도 있다.
웨이퍼 이동을 제어하는 컴퓨터는 클러스터 아키텍처에 대해 국부적일 수 있거나, 제작 현장 내, 또는 리모트 위치의 클러스터 아키텍처의 외부에 위치될 수도 있고 네트워크를 통해 클러스터 아키텍처에 연결될 수도 있다는 것을 주의해야 한다. 도 5에 대해 상기에 기술된 바와 같은 제어기는 도 6의 툴을 사용하여 구현될 수도 있다.
실험
실험 1
기판 상의 금속의 에칭을 수반하는 실험이 실시되었다. 기판은 기판 위에 증착된 CoPt의 층, MgO의 층, 및 기판 위에 (MTJ 구조체에 대해) 증착된 CoFeB의 층을 가진, MRAM 칩을 포함했다. Ru 층이 기판 위에 증착되었고, 그리고 탄탈륨 마스크가 증착되었고 패터닝되었다. 이 스택은 이하에 기술된 바와 같이 다양한 시험들 (trial) 에서 사용되었다. SiO2 캐리어 웨이퍼는 또한 기판들이 프로세싱되는 동일한 툴에 삽입되었다.
모든 시험들에서, Ru 층이 습식 에칭에 의해 개방되었다. 기판은 70개의 사이클들에 대한 ALE 프로세스 동안 BCl3/Cl2와 Ar의 교번하는 펄스들에 노출되었다. 70개의 사이클들은 200 sccm, 10 mTorr, 900 W의 플라즈마 전력, 4 초 (처음에 초기 4 초 안정화 및 2 초의 바이어스 지연) 동안 50 Vb로 인가된 바이어스의 Ar과 교번하는 강한 Cl2 (20 sccm BCl3/180 sccm Cl2, 처음에 Cl2의 3 초 안정화 펄스, 2.5 초 동안 60 mTorr로) 의 30개의 사이클들을 수반했다. 다른 40개의 사이클들은 약한 Cl2 (50 sccm BCl3/45 sccm Cl2, 초기 안정화 없이 0.5 초 동안 10 mTorr로) 및 Ar (400 sccm, 10 mTorr, 900W 의 플라즈마 전력 및 4 초 동안 50 Vb의 바이어스, 7 초의 초기 안정화 및 2 초의 바이어스 지연 있음) 의 펄스들을 수반했다.
발생한 기판은 탄탈륨 하드 마스크의 측벽들 상 및 스택 상의 재증착된 CoFeClx 및 CoPt의 두꺼운 층을 포함했다. 기판들은, Co, Ru, 및 Pt 잔여물들이 측벽 상에 증착되지만, Fe 또는 Ta는 측벽들 상에서 검출되지 않는다는 것을 나타내는, 다양한 이미징 기법들에 의해 분석되었다. MgO 층은 영향을 받지 않았지만 CoFe 층은 일부 손상이 있었다. 염소는 측벽 및 MTJ 층의 에지에서 검출되었다. 이 시험들에서, 임계 치수가 SiO2 캐리어 웨이퍼로부터의 일부 SiO2 증착에 기인하여 증가했다. 캐리어 웨이퍼로부터 일부 실리콘이 또한 에칭에 기여했지만 실리콘의 양은 측벽들 상의 재증착을 방지하기에 불충분했다.
제 2 시험 및 제 3 시험 양자에 대해, Ru 층이 개방된 후, 하지만 ALE에 의한 에칭 전에, 기판은 기판 위에 6 ㎚의 두께로 SiN을 증착하도록 동시에 실리콘-함유 전구체 및 질소-함유 반응물질에 노출되었다. Ir 코팅은 SiN 상에 증착되었다.
제 2 시험에서, 기판은 오직 Ar 스퍼터링의 70개의 사이클들에 노출되었지만, 기판은 여전히 일부 Co, Fe, 및 Pt 재증착을 발생시켰다. 기판으로부터 취해진 이미지들은 SiN 캡 층이 기판 상에서 영향을 받지 않는다는 것을 나타내지만, Co, Fe, 및 Pt를 포함한 일부 잔여물이 SiN 캡 위에 재증착되어서, 탄탈륨 하드 마스크 상에 테이퍼진 프로파일을 형성한다. 기판들의 이미지들이 분석되었다. 여기서, 많은 양들의 Fe, Co, Ru, Ta, 및 Pt가 측벽 상에 재증착되었다. 결과들은 할라이드 및/또는 할로겐 가스 화학물질 (붕소-함유 할라이드 및/또는 할로겐 가스 화학물질과 같음) 없는 실리콘만으로 측벽 증착을 방지하지 않을 수도 있다는 것을 암시한다.
제 3 시험에서, SiN 층 및 Ir 코팅이 증착된 후에, 기판은 제 1 시험 (강한 Cl2 및 Ar의 30개의 사이클들, 및 약한 Cl2 및 Ar의 40개의 사이클들) 에 따라 70개의 사이클들의 ALE에 노출되었다. 발생한 기판은 SiN 캡 상의 재증착을 나타내지 않았고 덜 테이퍼진 프로파일을 나타내었다. 여기서, 기판의 이미지들이 분석되었다. 측벽 재증착이 급격히 감소되었다. Ta 마스크 상에, 만약에 있다해도, Fe, Co, Ta, 및 Pt는 거의 없고, 소량의 Ru가 있다. MTJ 측벽 상에, 여전히 일부의 Co, Fe, Ru, 및 Pt가 있지만, 그것은 다른 시험들에서 재증착되는 양으로부터 실질적으로 감소된다. 프로세스 조건들 및 증착 및 에칭 사이클들은 재증착을 최소화하도록 더 테일러링될 (tailored) 수도 있다. 이 시험에서, MTJ 층은 손상되지 않았고, 그리고 Cl이 검출되지 않았다. 에칭 프로세스 후에, SiN 스페이서가 남아 있지 않고, 이는 MTJ 상에서 관찰된 소량의 재증착을 설명할 수도 있다. 실리콘 캐리어 웨이퍼로부터 나올 수도 있는, 측변 상에 남아 있는 일부 SiO2가 있다.
실험 2
탄탈륨 배리어 층, 탄탈륨 층 상에 증착된 PtMn 층, 및 PtMn 층 상에 증착된 CoFeB 층, 탄탈륨 하드 마스크를 포함한 기판이 프로세싱되었다. SiN 층이 기판 위에 증착되었고 그리고 얇은 Cr 코팅이 SiN 캡 위에 증착되었다. 기판은 BCl3/Cl2 및 Ar의 교번하는 펄스들에 노출되었고, 그리고 재증착이 에칭 후에 발생한 SiN 캡 상에 나타나지 않았다.
실험 3
실험이 블랭킷 (blanket) CoFe 웨이퍼 상의 SiCl4와 함께 실시되었다. 제 1 시험은 SiCl4/Ar 노출을 수반했다. 제 2 시험은 ALE 모드의 교번하는 펄스들의 BCl3/Cl2 및 Ar을 수반했다. 제 3 시험은 1 사이클, 2 사이클, 3 사이클, 이어서 4 사이클의 SiCl4 ALD를 수반했고, 뒤이어 ALD-ALE 모드를 수행하도록 ALE에서 교번되는 BCl3/Cl2 및 Ar의 1 사이클이 이어진다.
결과들은 CW SiCl4/Ar 및 ALE BCl3/Cl2/Ar 양자가 CoFe를 에칭하지 않지만, 프로세스가 ALD-ALE 에칭된 CoFe를 수반한다는 것을 암시한다. 이것은 본 명세서에 기술된 바와 같이 ALD-ALE 프로세스들의 조합이 통상적으로 비휘발성 부산물들을 생성하는 이들 금속 화합물들을 효과적으로 에칭한다는 것을 암시한다. 유사한 방법들이 또한 CoPd, CoPt, 및 PtMn을 에칭할 것임이 예상된다.
실험 4
기판을 수반한 실험이 실시되었다. 기판은 기판 위에 SiN 층을 증착하도록 5 초 동안 60 mTorr에서 50 sccm SiCl4 및 200 sccm N2, 이어서 40 mTorr에서, 1200 W 및 60 W로 200 sccm N2에 노출되었다. 이어서 기판은 2.5 초 동안 60 mTorr에서 20 sccm BCl3 및 180 sccm Cl2 , 그리고 4 초 동안 50 mTorr에서 60 Vb의 바이어스 및 900 W로 200 sccm Ar을 포함한 ALE의 1개의 사이클에 노출되었다. 60개의 총 사이클들이 시험 각각에 대해 수행되었다. 제 1 시험은 1개의 SiN ALD 사이클 뒤이어 1개의 ALE 사이클을 60 회 수반했다. 제 2 시험은 2개의 SiN ALD 사이클들 뒤이어 1개의 ALE 사이클을 60 회 수반했다. 제 3 시험은 3개의 SiN ALD 사이클들 뒤이어 1개의 ALE 사이클을 60 회 수반했다. 제 4 시험은 4 SiN ALD 사이클들 및 1 ALE 사이클을 60 회 수반했다. ALD SiN의 3개의 사이클들로 인해, 모든 21.6 ㎚의 CoFe가 에칭되었다. ALD SiN 사이클 각각에서 두께는 0.5 Å 내지 1 Å로 예상되었다. 에칭된 CoFe의 양 대 ALD SiN 사이클들의 수가 도 7에 도시된다. 도시된 바와 같이, ALD SiN의 3개의 사이클들로, 모든 CoFe가 에칭되었다.
실험 5
탄탈륨 배리어 층, PtMn 층, CoFeB 층, 및 탄탈륨 하드 마스크를 가진 기판을 수반한 실험이 실시되었다. 기판이 Ar로 스퍼터링되었고, 그리고 할라이드 및/또는 할로겐 가스 에칭을 수행하기 전에, TiO2 보호 층이 기판을 캡핑하도록 기판 위에 컨포멀하게 증착되었다. 그 뒤에, 기판은 ALE 프로세스에서 BCl3/Cl2 및 Ar 펄스들의 사이클들에 노출되었다. 발생한 기판은 측벽들 상에 또는 TiO2 캡 상에 Co, Fe, Pt, 및 Ta의 재증착을 나타내지 않았다.
실험 6
루테늄 금속 층, PtMn 층, CoFeB 층, 및 탄탈륨 하드 마스크를 가진 기판을 수반한 실험이 실시되었다. 할라이드 및/또는 할로겐 가스 에칭을 수행하기 전에, SiO2 보호 층은 기판을 캡핑하도록 기판 위에 컨포멀하게 증착되었다. 그 뒤에, 기판은 ALE 프로세스에서 BCl3/Cl2 및 Ar 펄스들의 사이클들에 노출되었다. 발생한 기판은 측벽들 상에 또는 SiO2 캡 상에 Co, Fe, Pt, 및 Ta의 재증착을 나타내지 않았다.
결론
전술한 실시예들은 이해의 명료성을 위해서 어느 정도 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 본 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 그리고 본 실시예들은 본 명세서에서 제공된 세부 사항들로 제한되지 않는다.
Claims (41)
- 챔버 내의 기판을 에칭하는 방법에 있어서, 상기 방법은
(a) 하나 이상의 층들의 표면 상에 할로겐-함유 가스를 흡착시킴으로써 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 표면을 개질하도록, 상기 하나 이상의 층들을 포함하는 상기 기판을 상기 할로겐-함유 가스에 노출시키는 단계,
(b) 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 상기 개질된 표면을 에칭하도록 상기 기판을 활성화 가스 및 활성화 소스에 노출시키는 단계, 및
(c) 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 동안, 휘발성 종을 형성하도록 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 재료 및 상기 할로겐-함유 가스 모두와 반응하는 반응성 재료를 상기 챔버에 제공하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b)의 수행은 1개의 ALE (atomic layer etch) 사이클을 구성하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 실리콘-함유 재료, 티타늄-함유 재료, 게르마늄-함유 재료, 주석-함유 재료, 탄소-함유 재료, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 할로겐-함유 가스는 Cl2 , BCl3, BBr3, BI3, F2, BF3, Br2, I2 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 는 2개 이상의 ALE 사이클들로 반복되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 (a) 내지 상기 단계 (c) 는 진공을 파괴하지 않고 수행되는, 방법. - (a) 기판의 표면을 개질하도록 챔버 내에 위치된 상기 기판을 할로겐-함유 가스에 노출시키는 단계,
(b) 상기 기판 상의 하나 이상의 층들을 에칭하도록 상기 기판을 활성화 가스 및 활성화 소스에 노출시키는 단계, 및
(c) 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 동안, 휘발성 종을 형성하도록 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 재료 및 상기 할로겐-함유 가스 모두와 반응하는 반응성 재료를 상기 챔버에 제공하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c) 는 금속-함유 부산물들의 재증착을 감소시키는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 상기 하나 이상의 층들의 상기 재료는 IV족 전이 금속들, V족 전이 금속들, VI족 전이 금속들, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 기판의 상기 하나 이상의 층들의 상기 재료는 유전체 재료를 포함하는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 IV족 전이 금속들, V족 전이 금속들, VI족 전이 금속들, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 금속 및 상기 유전체 재료는, 상기 기판 상의 인접한 층들인, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 유전체 재료는 MgO이고 그리고 상기 유전체 재료는 CoFe를 포함한 층 및 CoPt를 포함한 층 모두에 인접한, 방법. - 제 9 항에 있어서,
(d) IV족 전이 금속들, V족 전이 금속들, VI족 전이 금속들, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 금속을 0 Å 내지 10 Å의 잔여 두께 (remaining thickness) 로 에칭하는 단계; 및
(e) 상기 금속 층을 에칭한 후, 상기 유전체 재료를 상기 할로겐-함유 가스에 노출시키지 않고 상기 기판을 상기 활성화 가스 및 상기 활성화 소스에 노출시킴으로써 상기 유전체 재료를 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 단계 (e) 의 상기 활성화 가스는 아르곤, 이산화탄소, 암모니아, 수소-함유 가스, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 상기 티타늄-함유 재료이고 그리고 티타늄 산화물 또는 티타늄 질화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 상기 실리콘-함유 재료이고 그리고 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 2개 이상의 사이클들은 제 1 세트의 금속 층들 및 유전체 층을 에칭하고 그리고 상기 단계 (c) 는 상기 유전체 층을 에칭한 후 그리고 상기 유전체 층 밑에 있는 제 2 세트의 금속 층들을 에칭하기 전에 수행되는, 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 가 2개 이상의 사이클들로 반복된 후 상기 단계 (c) 가 반복되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 소스는 플라즈마이고 그리고 상기 단계 (c) 동안 상기 플라즈마의 전력은 500 W 내지 1500 W인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 에 의해 증착되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 ALD (atomic layer deposition) 에 의해 증착되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 컨포멀하게 증착되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 자기-제한 (self-limiting) 반응에 의해 증착되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 할로겐-함유 가스는 상기 단계 (a) 동안 상기 기판의 상기 표면을 실질적으로 포화시키는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 상기 단계 (c) 동안 상기 기판의 상기 표면을 실질적으로 포화시키는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 상기 단계 (b) 동안 상기 기판의 피처들의 측벽들 상에 남아 있는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 상기 단계 (b) 동안 상기 기판의 상기 하나 이상의 층들 중 적어도 하나를 보호하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 MRAM 구조체를 형성하도록 에칭되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
100 Vb 미만의 전력으로 상기 단계 (c) 동안 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 3 ㎚ 내지 6 ㎚의 두께로 증착되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 소스는 플라즈마, 이온-빔 에칭, 및 열적 활성화로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 습식 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 상의 하나 이상의 층들을 반응성 이온 에칭함으로써 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응성 재료는 고체 실리콘 소스를 제공함으로써 상기 챔버에 제공되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
(d) 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 를 수행하기 전에 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 에 의해 상기 기판 위에 실리콘 질화물 층을 컨포멀하게 증착함으로써 상기 단계 (c) 를 수행하는 단계; 및
(e) 상기 단계 (d) 후에, 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 를 2개 이상의 사이클들로 반복하는 단계를 더 포함하고,
상기 단계 (a) 의 상기 할로겐-함유 가스는 BCl3과 Cl2의 조합인, 방법. - 제 33 항에 있어서,
(f) 유전체 층과 인접한 금속 층이 0 Å 내지 10 Å의 잔여 두께로 에칭될 때 상기 휘발성 종을 형성하도록 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 재료 및 상기 할로겐-함유 가스 모두와 반응하는 재료를 컨포멀하게 증착함으로써 상기 단계 (c) 를 수행하는 단계;
(g) MgO를 포함한 유전체 층을 에칭하도록 상기 기판을 상기 할로겐-함유 가스에 노출시키지 않고 상기 기판을 상기 활성화 가스로 스퍼터링하는 단계; 및
(h) 상기 단계 (g) 후에, 상기 하나 이상의 층들 중 적어도 하나를 에칭하도록 상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b) 를 2개 이상의 사이클들로 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 하나 이상의 층들은 코발트-함유 재료를 포함하는, 방법. - (a) 하나 이상의 금속 층들, 프리 층 (free layer), 유전체 배리어 층, 및 고정 층 (fixed layer) 을 포함한 기판을 제공하는 단계로서, 상기 유전체 배리어 층은 상기 프리 층과 상기 고정 층 사이에 있고, 그리고 상기 프리 층, 상기 유전체 배리어 층, 및 상기 고정 층은 하나 이상의 금속 층들 사이에 있는, 상기 기판을 제공하는 단계,
(b) 상기 기판 상에 실리콘-함유 재료를 증착하도록 상기 기판을 실리콘-함유 가스 및 환원제에 노출시키는 단계,
(c) 상기 기판의 표면을 실질적으로 포화시키기에 충분한 지속기간 동안 상기 기판을 할로겐-함유 가스에 노출시키는 단계, 및
(d) 상기 기판을 에칭하도록 상기 기판을 활성화 가스에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제 36 항에 있어서,
실질적으로 모든 프리 층이 에칭된 후 그리고 상기 유전체 배리어 층이 노출되기 전에 상기 단계 (b) 를 반복하는 단계,
할로겐-프리 (free) 화학물질로 상기 유전체 배리어 층을 에칭하는 단계, 및
상기 유전체 배리어 층이 에칭된 후에 상기 기판을 에칭하도록 상기 단계 (c) 및 상기 단계 (d) 를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 하나 이상의 층들을 포함한 기판을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
(a) 각각 척을 포함하는, 하나 이상의 프로세스 챔버들;
(b) 상기 프로세스 챔버들 및 연관된 플로우-제어 하드웨어 내로의 하나 이상의 가스 유입부들; 및
(c) 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 갖는 제어기를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서 및 상기 메모리는 서로 통신가능하게 연결되고,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 플로우-제어 하드웨어와 적어도 동작 가능하게 연결되고, 그리고
상기 메모리는,
(i) 상기 기판의 표면을 실질적으로 포화시키기에 충분한 지속기간 동안 할로겐-함유 가스의 도입을 유발하고;
(ii) 상기 기판의 상기 하나 이상의 층들을 에칭하도록 활성화 가스를 흘리고 플라즈마를 활성화시키고; 그리고
(iii) 휘발성 종을 형성하도록, 상기 인스트럭션 (i) 및 상기 인스트럭션 (ii) 동안, 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 하나로 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 재료 및 상기 할로겐-함유 가스 모두와 반응하는 반응성 재료의 제공을 유발함으로써, 적어도 상기 플로우-제어 하드웨어를 제어하도록 상기 적어도 하나의 프로세서를 제어하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 인스트럭션들을 저장하고,
상기 인스트럭션 (i) 내지 상기 인스트럭션 (iii) 은 진공을 파괴하지 않고 수행되는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 38 항에 있어서,
휘발성 종을 형성하도록 상기 기판 상의 상기 하나 이상의 층들의 재료 및 상기 할로겐-함유 가스 모두와 반응하는 상기 반응성 재료를 제공하기 위한 상기 인스트럭션들은, 실리콘-함유 재료, 티타늄-함유 재료, 게르마늄-함유 재료, 주석-함유 재료, 탄소-함유 재료, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 증착하기 위한 인스트럭션들을 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 38 항에 있어서,
상기 할로겐-함유 가스는 Cl2 , BCl3, BBr3, BI3, F2, BF3, Br2, I2 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 38 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 인스트럭션 (i) 및 상기 인스트럭션 (ii) 이 2개 이상의 사이클들로 수행된 후에 상기 인스트럭션 (iii) 을 반복하기 위한 인스트럭션들을 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
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