KR20110098199A - 식각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, RF 파워를 온 주기 및 오프 주기를 반복하고, 기재(substrate)에 상기 온 주기 및 오프 주기에 대응하여 각각 마이너스 파워 주기 및 플러스 파워 주기를 반복하여 상기 기재 상의 피식각물을 식각하는 식각 방법이 제공된다.

Description

식각 방법{Etching method}
본 발명은 식각 방법에 관한 것이다.
MRAM(magnetic random access memory)은 대표적인 비휘발성 메모리 소자이다. 상기 MRAM은 다수의 층들로 이루어지며 특히 다수의 금속층을 포함하고 있다.
상기 MRAM을 형성함에 있어 상기 MRAM을 이루는 층들을 증착하는 기술뿐만 아니라 상기 층들을 식각하는 기술 또한 필요하다.
현재 상기 층들을 식각하는 대표적인 식각 방법은 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법이 있을 수 있다.
그러나 상기 플라즈마를 이용한 건식 식각은 상기 층들, 특히 금속물질로 이루어진 층들을 식각함에 있어 식각된 금속물질이 재증착하는 문제 또는 마스크의 전기적 손상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 피식각물을 식각하는 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 MRAM의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 RF로 여기된 플라즈마를 이용하여 MRAM의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 RIE-ICP(reactive ion etching-induced coupled plasma) 식각 장치를 이용하여 MRAM의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 또 다른 목적은 RF 파워의 온 주기 및 오프 주기와 기재의 마이너스 파워 주기 및 플러스 파워 주기를 동기화하여 식각하는 식각 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, RF 파워를 온 주기 및 오프 주기를 반복하고, 기재(substrate)에 상기 온 주기 및 오프 주기에 대응하여 각각 마이너스 파워 주기 및 플러스 파워 주기를 반복하여 상기 기재 상의 피식각물을 식각하는 식각 방법이 제공된다.
상기 피식각물은 금속 피식각물이다.
상기 피식각물은 MRAM의 소자이다.
상기 식각 방법은 RIE-ICP 식각 장치를 이용한다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피식각물을 식각하는 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, MRAM(magnetic random access memory)의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, RF로 여기된 플라즈마를 이용하여 MRAM의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, RIE-ICP(reactive ion etching-induced coupled plasma) 식각 장치를 이용하여 MRAM의 소자를 식각하는 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, RF 파워의 온 주기 및 오프 주기와 기재의 마이너스 파워 주기 및 플러스 파워 주기를 동기화하여 식각하는 식각 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법의 개념을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법에 의해 식각된 MRAM 소자를 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법의 개념을 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법은 RF 파워을 인가하는 식각 장치에 적용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법은 RF 파워를 펄스로 인가할 수 있는 식각 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어 RIE-ICP 식각 장치가 이용될 수 있다. 본 발명에서는 상기 RIE-ICP 식각 장치를 기준으로 설명하나, 상기에서 상술한 바와 같이 RF 파워를 펄스 형태로 인가할 수 있는 식각 장치라면 어떤 식각 장치에도 적용될 수 있다.
상기 RIE-ICP 식각 장치의 RF 파워를 도 1에 도시한 바와 같이 온 주기(100) 및 오프 주기(200)를 반복적으로 인가하여 플라즈마의 생성 및 소멸을 반복하도록 한다.
상기 온 주기(100)에서는 상기 플라즈마에 주입되는 반응성 가스가 해리되어 양이온으로 형성되고, 상기 오프 주기(200)에서는 반응성 가스가 해리된 이온 및 라디칼에 전자가 부착되어 음이온을 형성한다. 바꾸어 설명하면, 상기 온 주기(100)에서는 상기 플라즈마에 의해 상기 반응성 가스가 양이온으로 변화되고, 상기 오프 주기(200)에서는 상기 온 주기(100)에서 상기 플라즈마에 의해 상기 반응성 가스가 해리된 이온과 라디칼에 전자가 부착하여 음이온을 형성한다.
이때, 피식각물이 안착되어 있는 기재(substrate)에 기재 파워를 상기 온 주기(100) 및 오프 주기(200)에 대응되도록 각각 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400)로 인가해 준다.
상기 마이너스 파워 주기(300)는 마이너스 DC를 일정 시간 동안 걸어주는 것을 의미하며, 상기 플러스 파워 주기(400)는 플러스 DC를 일정 시간 동안 걸어주는 것을 의미한다.
상기 RF 파워는 온 주기(100)이고, 상기 기재 파워는 마이너스 파워 주기(300)인 경우, 상기 플라즈마에 의해 반응성 가스가 해리된 양이온이 기재 방향으로 이끌려서 상기 양이온이 기재 상에 안착된 피시각물을 식각하는 양이온 식각이 진행된다. 또한, 상기 RF 파워는 오프 주기(200)이고, 상기 기재 파워는 플러스 파워 주기(400)인 경우, 상기 플라즈마는 소멸하고, 상기 온 주기(100) 때 생성되었던 이온 및 라디컬에 전자가 부착되어 음이온을 형성하고, 상기 음이온은 기재 방향으로 이끌려서 상기 음이온이 기재 상에 안착된 피식각물을 식각하는 음이온 식각이 진행된다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법은 RF 파워를 온 주기(100) 및 오프 주기(200)로 반복하고, 기재에 상기 온 주기(100) 및 오프 주기(200)에 대응하여 각각 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400)를 반복함으로써 상기 온 주기(100) 및 오프 주기(200)에서 반응성 가스로부터 유래된 양이온 및 음이온이 각각 상기 기재 쪽으로 이끌리게 되고, 상기 양이온 및 음이온이 상기 기재 상에 안착된 피식각물을 식각하는 방법이다.
상기 식각 방법은 상기 피식각물이 금속 피식각물인 경우에 특히 유용하다. 일반적인 식각 방법은 플라즈마를 이용하여 반응성 가스를 해리시킨 이온 또는 라디컬을 피식각물에 반응시켜 식각하는 방법을 사용하게 된다. 이때에는 상기 이온 또는 라디컬은 양 또는 음의 극성을 띠게 되고 이러한 극성은 상기 피식각물, 특히 금속 피식각물에 양 또는 음 전하가 축적된다. 이러한 축적된 양 또는 음 전하는 피식각물의 식각 특성에 악영향을 주게된다.
그러나 본 발명에서의 식각 방법은 양이온 및 음이온을 반복하여 식각에 이용함으로써 상기 피식각물, 특히 금속 피식각물에는 양 또는 음 전하가 축적되지 않는다. 어느 한 주기에서 양 또는 음 전하가 축적되어도 다음 주기는 이전 주기의 반대 전하가 공급되므로 상기 피식각물은 전기적으로 중성을 유지할 수 있게 하여 종래에서와 같이 양 또는 음 전하의 축적에 의한 악영향이 발생되지 않거나 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 방법에 의해 식각된 MRAM 소자를 도시한 개념도이다.
도 2에 도시된 구조체는 최근 개발 중인 자기터널저항접합(MTJ : magnetic tunnel junction)를 구비한 MTAM의 스택 구조체로서, 최상부에는 금속 하드 마스크(metal hard mask)로서 Ti/TiN층(510)를 배치하고, 캡층(Cap layer)으로 Ru(520)층/Ta(530)층을 적층하여 확산(diffusion) 방지 등을 위한 캡핑(capping)을 하였다. 상부/하부 PEL(Polarization Enhancement Layer)인 CoFeB층(540,560)과 터널 배리어인 MgO층(550)으로 구성된 MTJ와 하부 버퍼층(buffer layer)인 Ru층(570)을 포함하고 있다. 이때, 상기 Ti/TiN층(510)은 100㎚ 이하의 두께로, 상기 Ru(520)층/Ta(530)층은 각각 30㎚ 및 5㎚의 두께로, 상기 상부/하부 PEL인 CoFeB층(540,560)은 각각 3㎚의 두께로, 상기 MgO층(550)은 1㎚ 이하의 두께로, 상기 Ru층(570)는 1㎚의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명은 MRAM을 고밀도 메모리로서 실현하기 위해 TMR 소자를 나노미터 사이즈로 미세화하는 공정에서 금속층으로 구성된 상부 자유자화층 및 자기터널접합층, 하부 고정자화층의 드라이 식각시 발생하는 식각 잔류물에 의한 소자의 전기적 특성 열화를 방지하고 그에 따른 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 도 1을 참조하여 설명한 식각 방법을 자기터널접합층으로부터 하부 고정자화층까지의 드라이 에칭, 특히 CoFeB층으로 이루어진 자기터널접합층을 안정적인 식각 공정을 진행할 수 있다. 이때 상기 플라즈마에 공급되는 반응성 가스는 Cl2 또는 CO/NH3 조합을 포함하는 반응가스를 공급한다.
상기 도 1을 참조하여 설명한 식각 방법으로 식각을 수행함으로써 RF 파워의 온 주기(100) 및 오프 주기(200)의 반복적인 변화에 따른 피식각층의 반응성 촉진과 더불어 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400)에 따른 이온의 에너지를 독립적으로 제어함으로써 안정적인 식각 공정을 유지할 수 있다. 온 주기(100) 및 오프 주기(200)와 동기화되어 독립적으로 인가하는 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400)는 상기한 에너지의 제어뿐만 아니라, 자기터널접합층을 패터닝하기 위해 상부에 형성된 실리콘 산화물 등의 비전도성 하드 마스크의 드라이 에칭에서 온 주기(100) 및 오프 주기(200)와 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400)의 동기화에 따른 전하 상쇄 효과로 전기적 식각 손상을 최소화할 수 있다.
상기 CoFeB층(530, 550)으로 이루어진 자기터널접합층을 식각하는 식각 공정에서, 온 주기(100)(마이너스 파워 주기(300))의 경우, 플라즈마의 생성을 실시하는 온 주기(100) 시간과 플라즈마가 생성되지 않는 오프 주기(200) 시간을 펄스 인가 시에 반복하면, 오프 주기(200)(플러스 파워 주기(400)) 시간 중에 전자가 Cl2 또는 CO/NH3 조합의 반응성 가스의 해리에 의한 이온과 라디칼에 부착하여 금속 피식각물과 반응성이 더욱 활성화된 음이온이 생성되고 이로 인한 식각 반응이 촉진된다.
상기 실리콘 산화물 등의 비전도성 하드 마스크의 드라이 에칭 기술한 공정의 경우, 반응성 이온을 제어할 수 있는 마이너스 파워 주기(300) 및 플러스 파워 주기(400) 시간을 교대로 반복하는데, 플라즈마와는 반대의 극성을 갖도록 시간을 동기화한 DC 펄스를 독립적으로 인가하여 펄스 시간 축적에 따라 다른 극성의 전하가 서로 상쇄하여 마스크 패턴 내부의 전하의 축적을 방지하고 전기적 중성을 유지하며 식각을 수행할 수 있다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 온 주기 200 : 오프 주기
300 : 마이너스 파워 주기 400 : 플러스 파워 주기

Claims (7)

  1. 식각장치 내의 기재 상에 피식각물을 제공하는 단계;
    상기 식각장치 내에 반응성 가스를 공급하는 단계;
    상기 피식각물에 RF 파워를 온 주기 및 오프 주기로 반복 인가하여 플라즈마를 발생 및 소멸시키는 단계; 및
    상기 RF 파워의 온 주기 및 오프 주기에 각각 대응되도록 상기 기재에 마이너스 파워 주기 및 플러스 파워 주기로 기재 파워를 인가하여 양이온 식각 및 음이온 식각을 진행하는 단계를 포함하는 식각 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각장치는 RIE-ICP 인 것을 특징으로 하는 식각 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양이온 식각은 상기 RF 파워의 온 주기와 상기 기재 파워의 마이너스 파워 주기에 진행되는 것을 특징으로 하는 식각 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음이온 식각은 상기 RF 파워의 오프 주기와 상기 기재 파워의 플러스 파워 주기에 진행되는 것을 특징으로 하는 식각 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피식각물은 금속인 것을 특징으로 하는 식각 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피식각물은 상부 자유자화층, 자기터널접합층 및 하부 고정자화층을 포함하는 MRAM 소자인 것을 특징으로 하는 식각 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자기터널접합층은 CoFeB층인 것을 특징으로 하는 식각 방법.
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