KR20180027677A - 시간에 따라 연속적으로 제어되는 파라미터를 포함하는 이온 빔 장비, 이를 이용한 패턴 형성 방법, 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법 - Google Patents

시간에 따라 연속적으로 제어되는 파라미터를 포함하는 이온 빔 장비, 이를 이용한 패턴 형성 방법, 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이온 빔 장비는, 그 내부에서 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 챔버 유닛, 상기 챔버 유닛에 결합되고, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 챔버 유닛 내 물질로부터 발생되는 신호를 검출하는 검출기, 및 상기 챔버 유닛 및 상기 검출기에 연결되고, 상기 검출기로부터 획득된 상기 신호를 이용하여 상기 챔버 유닛의 파라미터를 제어하는 제어기를 포함한다. 상기 제어기는, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어한다.

Description

시간에 따라 연속적으로 제어되는 파라미터를 포함하는 이온 빔 장비, 이를 이용한 패턴 형성 방법, 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법{ION BEAM APPARATUS INCLUDING A PARAMETER CONTROLLED CONTINUOUSLY WITH TIME, METHOD FOR FORMING PATTERNS USING THE SAME, AND METHOD FOR FORMING MAGNETIC MEMORY DEVICES USING THE SAME}
본 발명은 파라미터의 설정값(set-point)이 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어하는 이온 빔 장비, 이를 이용한 패턴 형성 방법, 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법에 관한 것이다.
전자 기기의 고속화 및/또는 저 소비전력화 등에 따라, 전기 기기에 포함되는 반도체 기억 소자의 고속화 및/또는 낮은 동작 전압 등에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 요구들을 충족시키기 위하여, 반도체 기억 소자로서 자기 기억 소자가 제안된 바 있다. 자기 기억 소자는 고속 동작 및/또는 비휘발성 등의 특성들을 가질 수 있어서 차세대 반도체 기억 소자로 각광 받고 있다.
일반적으로, 자기 기억 소자는 자기터널접합 패턴(Magnetic tunnel junction pattern; MTJ)을 포함할 수 있다. 자기터널접합 패턴은 두 개의 자성체와 그 사이에 개재된 절연막을 포함할 수 있다. 두 자성체의 자화 방향들에 따라 자기터널접합 패턴의 저항 값이 달라질 수 있다. 예를 들면, 두 자성체의 자화 방향이 반평행한 경우에 자기터널접합 패턴은 큰 저항 값을 가질 수 있으며, 두 자성체의 자화 방향이 평행한 경우에 자기터널접합 패턴은 작은 저항 값을 가질 수 있다. 이러한 저항 값의 차이를 이용하여 데이터를 기입/판독할 수 있다.
전자 산업이 고도로 발전함에 따라, 자기 기억 소자에 대한 고집적화 및/또는 저 소비전력화에 대한 요구가 심화되고 있다. 따라서, 이러한 요구들을 충족시키기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 파라미터의 설정값이 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어하는 이온 빔 장비를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 패턴들 사이의 하부막이 리세스되는 것을 최소화할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조가 용이하고 결함의 발생을 최소화할 수 있는 자기 기억 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 이온 빔 장비는, 그 내부에서 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 챔버 유닛; 상기 챔버 유닛에 결합되고, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 챔버 유닛 내 물질로부터 발생되는 신호를 검출하는 검출기; 및 상기 챔버 유닛 및 상기 검출기에 연결되고, 상기 검출기로부터 획득된 상기 신호를 이용하여 상기 챔버 유닛의 파라미터를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어기는, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 패턴 형성 방법은, 기판 상에 차례로 적층된 하부막 및 식각 대상막을 형성하는 것; 및 상기 식각 대상막을 패터닝하여 상기 하부막 상에 수평적으로 서로 이격되는 패턴들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 패턴들을 형성하는 것은, 상기 식각 대상막의 표면 상으로 조사되는 이온 빔을 이용하여 상기 식각 대상막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 자기 기억 소자의 제조방법은, 기판 상에 하부 층간 절연막을 형성하는 것; 상기 하부 층간 절연막을 관통하여 상기 기판에 전기적으로 연결되는 하부 콘택 플러그들을 형성하는 것; 상기 하부 층간 절연막 상에 자기터널접합막을 형성하는 것; 및 상기 자기터널접합막을 패터닝하여 상기 하부 층간 절연막 상에 수평적으로 서로 이격되는 자기터널접합 패턴들을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 자기터널접합 패턴들을 형성하는 것은, 상기 자기터널접합막의 표면 상으로 조사되는 이온 빔을 이용하여 상기 자기터널접합막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 이온 빔 장비의 챔버 유닛 내에서 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔 장비에 결합된 제어기는 상기 챔버 유닛의 파라미터의 설정값이 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
기판 상에 패턴들을 형성하기 위한 식각 공정이 상기 이온 빔 장비를 이용하여 수행되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 패턴들 사이의 하부막의 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다.
기판 상에 자기터널접합 패턴들을 형성하기 위한 식각 공정이 상기 이온 빔 장비를 이용하여 수행되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 자기터널접합 패턴들 사이의 하부 층간 절연막의 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다. 그 결과, 상기 하부 층간 절연막 내에 형성되는 상기 하부 콘택 플러그들의 형성이 용이할 수 있다. 더하여, 상기 식각 공정 동안 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및/또는 상기 입사각의 안정화를 위한 별도의 스테이블 타임(stable time)이 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 스테이블 타임 동안 발생되는 파티클(particles) 등에 의한 결함의 발생이 방지될 수 있다. 따라서, 제조가 용이하고 결함의 발생을 최소화할 수 있는 자기 기억 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이온 빔 장비를 나타내는 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 제어기가 챔버 유닛의 파라미터를 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들다.
도 9는 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 평면도이다.
도 15는 도 13의 자기 터널 접합 패턴의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 13의 자기 터널 접합 패턴의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 단위 메모리 셀을 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이온 빔 장비를 나타내는 개략도이다. 도 2 내지 도 5는 도 1의 제어기가 챔버 유닛의 파라미터를 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 1을 참조하면, 이온 빔 장비(500)는 이온 빔(IB)을 이용한 공정이 수행되는 챔버 유닛(200), 상기 챔버 유닛(200)에 결합되는 검출기(300), 및 상기 챔버 유닛(200) 및 상기 검출기(300)에 연결되는 컴퓨터 시스템(400)을 포함할 수 있다.
상기 챔버 유닛(200)는 플라즈마를 생성하는 소스 챔버(202), 및 상기 플라즈마로부터 생성되는 상기 이온 빔(IB)을 이용하여 상기 공정이 수행되는 프로세스 챔버(204)를 포함할 수 있다. 상기 소스 챔버(202) 및 상기 프로세스 챔버(204)는 서로 연결되어 통할 수 있다. 상기 챔버 유닛(200)은 그 내부에 제공되는 그리드(206)를 포함할 수 있고, 상기 그리드(206)는 상기 소스 챔버(202) 및 상기 프로세스 챔버(204) 사이에 제공될 수 있다. 상기 그리드(206)는 상기 이온 빔(IB)이 상기 프로세스 챔버(204) 내부로 조사되도록 상기 이온 빔(IB)을 제어할 수 있다. 상기 프로세스 챔버(204) 내부에 기판(100)을 로드하기 위한 스테이지(208)가 제공될 수 있다. 상기 스테이지(208)는 상기 챔버 유닛(200)의 바닥면에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 상기 스테이지(208)가 상기 챔버 유닛(200)의 상기 바닥면에 대하여 일 경사각(tilt angle, θ1)을 가지도록 배치됨에 따라, 상기 이온 빔(IB)은 상기 기판(100) 상에 일 입사각(θ2)으로 조사될 수 있다. 여기서, 상기 입사각(θ2)은 상기 기판(100)의 상면에 대하여 상기 이온 빔(IB)이 조사되는 각도로 정의될 수 있다. 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1)에 의해 결정될 수 있다. 상기 이온 빔(IB)이 상기 기판(100)의 상기 상면으로 조사되어 상기 기판(100) 상에 상기 공정이 수행될 수 있다. 상기 공정은 상기 기판(100) 상에 반도체 소자를 형성하기 위해 수행될 수 있다. 일 예로, 상기 공정은 상기 이온 빔(IB)을 이용하여 상기 기판(100) 상에 형성된 박막을 식각하는 식각 공정일 수 있다.
상기 검출기(300)는 상기 공정이 수행되는 동안 상기 챔버 유닛(200) 내 물질로부터 발생되는 신호를 검출할 수 있다. 구체적으로, 상기 프로세스 챔버(204) 내에서 상기 기판(100) 상에 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 검출기(300)는 상기 기판(100) 상의 물질로부터 발생되는 신호를 검출할 수 있다. 상기 검출기(300)는 일 예로, OES(optical emission spectroscopy) 또는 SIMS(secondary ion mass spectroscopy)를 이용하여 상기 신호를 검출할 수 있다.
상기 컴퓨터 시스템(400)은 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호를 이용하여 상기 챔버 유닛(200)의 파라미터를 제어하는 제어기(402), 다양한 데이터를 저장하는 라이브러리(404), 입출력부(406) 및 인터페이스부(408)를 포함할 수 있다. 상기 라이브러리(404)는 하드디스크 및/또는 비휘발성 반도체 기억 소자(예컨대, 플래쉬 메모리 소자, 상변화 기억 소자, 및/또는 자기 기억 소자 등)을 포함할 수 있다. 상기 제어기(402) 및 상기 라이브러리(404)의 구체적인 기능들에 대하여는 후술한다. 상기 입출력부(406)는 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 및/또는 디스플레이 장치(display device)를 포함할 수 있다. 상기 검출기(300)로부터 획득되는 신호 데이터는 상기 인터페이스부(408)를 통해 상기 컴퓨터(400)로 전달될 수 있다. 상기 인터페이스부(408)는 유선 요소, 무선 요소, 및/또는 USB(universal serial bus) 포트 등을 포함할 수 있다. 상기 제어기(402), 상기 라이브러리(404), 상기 입출력부(406), 및 상기 인터페이스부(408)는 데이터 버스(data bus)를 통하여 서로 결합될 수 있다.
상기 제어기(402)는, 상기 프로세스 챔버(204) 내에서 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔(IB)의 이온 에너지(ion energy), 이온 전류(ion current), 및 입사각(incidence angle, θ2) 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 상기 파라미터는 일 예로, 상기 소스 챔버(202)에 인가되는 소스 파워(source power), 상기 소스 챔버(202) 내로 제공되는 소스 가스의 종류 및 유량, 상기 그리드(206)에 인가되는 그리드 전압(grid voltage), 상기 그리드(206)를 통하여 흐르는 그리드 전류(grid current), 및 상기 스테이지의 상기 경사각(θ1) 중 적어도 하나일 수 있다. 일 예로, 상기 제어기(402)는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호를 이용하여 상기 그리드 전압(grid voltage) 및/또는 상기 소스 가스의 종류를 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 이온 빔(IB)의 이온 에너지가 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호를 이용하여 상기 그리드 전류(grid current), 상기 소스 파워, 및 상기 소스 가스의 유량을 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 이온 빔(IB)의 이온 전류(ion current)가 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호를 이용하여 상기 스테이지의 상기 경사각(θ1)을 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 이온 빔(IB)의 입사각(incidence angle, θ2)이 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
이하에서, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 제어기(402)가 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어하는 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 검출기(300)는, 상기 기판(100) 상에 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 기판(100) 상의 상기 물질로부터 발생되는 상기 신호의 세기(intensity, I)를 검출할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(I)가 미리 정해진 값(Ipd)에 도달할 때의 특정 시간(T)을 결정할 수 있다. 즉, 상기 특정 시간(T)은 EPD(end point detection) 방법에 의해 결정되는 시간일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 공정 수행 중의 임의의 시간을 상기 특정 시간(T)으로 결정할 수 있다.
일 예로, 도 2를 참조하면, 상기 제어기(402)는 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 제1 구간(first section, S1)에서) 상기 파라미터의 설정값(set-point)이 고정되도록 제어할 수 있고, 상기 특정 시간(T) 후 상기 공정이 종료될 때까지(즉, 제2 구간(second section, S2)에서) 상기 파라미터의 상기 설정값이 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있다. 상기 사용자 지정 함수는, 일 예로, 선형, 지수, 또는 로그 함수 등일 수 있다. 구체적으로, 상기 라이브러리(404)는, 사용자에 의해 미리 선택된, 상기 사용자 지정 함수를 저장할 수 있고, 상기 제어기(402)는 상기 라이브러리(404)로부터 획득되는 상기 사용자 지정 함수에 의해 상기 파라미터의 상기 설정값이 시간에 따라 변경되도록 제어할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 고정되도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 파라미터가 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1)인 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 경사각(θ1)이 고정되도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이, 도시된 바와 달리, 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 도 3을 참조하면, 상기 제어기(402)는 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 상기 제1 구간(first section, S1)에서) 상기 파라미터의 상기 설정값이 제1 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있고, 상기 특정 시간(T) 후 상기 공정이 종료될 때까지(즉, 상기 제2 구간(second section, S2)에서) 상기 파라미터의 상기 설정값이 제2 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있다. 상기 제1 및 제2 사용자 지정 함수들의 각각은, 일 예로, 선형, 지수, 또는 로그 함수 등일 수 있다. 상기 제1 사용자 지정 함수 및 상기 제2 사용자 지정 함수는, 도시된 바와 같이, 서로 다른 함수들일 수 있으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 제1 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 제2 사용자 지정 함수에 의해 시간 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 파라미터가 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1)인 경우, 도시된 바와 달리, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 경사각(θ1)이 상기 제1 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이 상기 제2 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 도 4를 참조하면, 상기 제어기(402)는 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 상기 제1 구간(first section, S1)에서) 상기 파라미터의 설정값(set-point)이 고정되도록 제어할 수 있고, 상기 특정 시간(T) 후 상기 공정이 종료될 때까지(즉, 상기 제2 구간(second section, S2)에서) 상기 파라미터의 상기 설정값이, 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 고정되도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 감소하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 파라미터가 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1)인 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 경사각(θ1)이 고정되도록 제어할 수 있고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이, 도시된 바와 달리, 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이 증가하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 경사각(θ1)의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 도 5를 참조하면, 상기 제어기(402)는 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 상기 제1 구간(first section, S1)에서) 상기 파라미터의 설정값(set-point)이 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있고, 상기 특정 시간(T) 후 상기 공정이 종료될 때까지(즉, 상기 제2 구간(second section, S2)에서) 상기 파라미터의 상기 설정값이, 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어할 수 있다. 상기 사용자 지정 함수는 일 예로, 선형, 지수, 또는 로그 함수 등일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값이 감소하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 파라미터가 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1)인 경우, 도시된 바와 달리, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 경사각(θ1)이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어하고, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이 상기 신호의 세기(I)에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 경사각(θ1)이 증가하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 경사각(θ1)의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들다. 도 9는 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
먼저, 도 1 및 도 6을 참조하면, 기판(100) 상에 하부막(10) 및 식각 대상막(20)이 차례로 형성될 수 있다. 상기 하부막(10)은 상기 기판(100)과 상기 식각 대상막(20) 사이에 형성될 수 있다. 상기 식각 대상막(20) 상에 마스크 패턴들(30)이 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴들(30)은 소정의 높이(H)를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 하부막(10), 상기 식각 대상막(20), 및 상기 마스크 패턴들(30)이 형성된 상기 기판(100)이 도 1의 상기 이온 빔 장비(500)의 상기 프로세스 챔버(204) 내 상기 스테이지(208) 상에 로드될 수 있다. 이 후, 상기 기판(100) 상에 상기 이온 빔(IB)을 이용하는 식각 공정이 수행될 수 있다. 상기 식각 공정 동안, 상기 마스크 패턴들(30)은 식각 마스크로 이용될 수 있고, 상기 식각 대상막(20)은 상기 마스크 패턴들(30) 사이의 상기 식각 대상막(20)의 표면으로 조사되는 상기 이온 빔(IB)에 의해 식각될 수 있다. 상기 이온 빔(IB)은 상기 기판(100)의 상면에 대하여 일 입사각(θ2)으로 조사될 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 상기 식각 대상막(20)이 식각되어 상기 하부막(10) 상에 수평적으로 서로 이격되는 패턴들(25)이 형성될 수 있다. 상기 패턴들(25)이 형성됨에 따라, 상기 패턴들(25) 사이의 상기 하부막(10)이 노출될 수 있다.
상기 식각 공정이 수행되는 동안, 도 1의 상기 검출기(300)는 상기 하부막(10)을 구성하는 물질로부터 발생되는 신호의 세기(10I)를 검출할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 식각 공정이 수행되는 동안, 도 1의 상기 제어기(402)는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(10I)가 미리 정해진 값(Ipd)에 도달할 때의 특정 시간(T)을 결정할 수 있다. 즉, 상기 특정 시간(T)은 EPD(end point detection) 방법에 의해 결정되는 시간일 수 있다. 이 경우, 상기 특정 시간(T)은 상기 식각 공정 중 상기 하부막(10)이 노출되는 시점일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 식각 공정 수행 중의 임의의 시간을 상기 특정 시간(T)으로 결정할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 식각 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 제1 구간(S1)에서) 상기 이온 빔(IB)의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수(일 예로, 선형 함수)에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 상기 제어기(402)는, 상기 식각 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 상기 제어기(402)는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 방법에 따라, 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 구간(S1)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 구간(S1)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다(즉, θ2> θ2').
상기 식각 공정 동안, 상기 식각 공정에 의해 발생되는 식각 부산물(40)이 상기 패턴들(25)의 측벽들 상에 재증착될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 식각 공정은 상기 패턴들(25)의 측벽들 상의 상기 식각 부산물(40)이 제거될 때까지 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 특정 시간(T) 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지(즉, 제2 구간(S2)에서) 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(10I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다. 일 예로, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 감소하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(10I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 신호의 세기(10I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 상기 설정값이 증가하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(10I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 설정값(일 예로, 각도)의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 신호의 세기(10I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다(즉, θ2'> θ2'').
다른 실시예들에 따르면, 상기 특정 시간(T) 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지(즉, 상기 제2 구간(S2)에서) 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 일 예로, 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다(즉, θ2'> θ2'').
도 1 및 도 8을 참조하면, 상기 식각 공정이 종료된 후, 상기 기판(100)은 상기 스테이지(208)로부터 언로드되어, 상기 이온 빔 장비(500)의 외부로 이송될 수 있다.
일반적으로, 상기 이온 빔(IB)을 이용한 물리적 식각의 특성에 의해, 상기 식각 공정 동안, 상기 마스크 패턴들(30)의 높이가 낮아질 수 있다(즉, H > H'> H''). 이 경우, 상기 마스크 패턴들(30) 사이의 상기 식각 대상막(20) 상으로 조사되는 상기 이온 빔(IB)의 양이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 이온 빔(IB)이 고정된 이온 에너지(또는 이온 전류, 또는 입사각(θ2))을 가지고 조사되는 경우, 상기 패턴들(25) 사이의 상기 하부막(10)의 상면이 리세스될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 패턴 형성 방법에 따르면, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 공정 동안 상기 마스크 패턴들(30)의 상기 높이(H)가 낮아지더라도, 상기 패턴들(25) 사이의 상기 하부막(10)의 상기 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다.
도 10 내지 도 13은 도 1의 이온 빔 장비를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들다.
도 10을 참조하면, 기판(100) 상에 하부 층간 절연막(102)이 형성될 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 또는 실리콘-게르마늄 기판 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 선택 소자들(미도시)이 상기 기판(100) 상에 형성될 수 있으며, 상기 하부 층간 절연막(102)이 상기 선택 소자들을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 선택 소자들은 전계 효과 트랜지스터들일 수 있다. 이와는 달리, 상기 선택 소자들은 다이오드들일 수도 있다. 상기 하부 층간 절연막(102)은 산화물, 질화물, 및/또는 산화질화물을 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
하부 콘택 플러그들(104)이 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 형성될 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각은 상기 하부 층간 절연막(102)을 관통하여 상기 선택 소자들 중 대응하는 선택 소자의 일 단자에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)은 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘), 금속(ex, 텅스텐, 티타늄, 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 및/또는 텅스텐 질화물), 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 하부 층간 절연막(102) 상에 차례로 적층된 하부 전극막(106) 및 자기 터널 접합막(120)이 형성될 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 질화티타늄 및/또는 질화탄탈늄 등과 같은 도전성 금속질화물을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 상기 자기 터널 접합막(120)을 구성하는 자성막들의 결정 성장에 도움을 주는 물질(일 예로, 루테늄(Ru) 등)을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 스퍼터링, 화학기상증착, 또는 원자층증착 공정 등으로 형성될 수 있다. 상기 자기 터널 접합막(120)은 상기 하부 전극막(106) 상에 차례로 적층된 제1 자성막(108), 터널 배리어막(110), 및 제2 자성막(112)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 자성막들(108, 112) 중에서 어느 하나는 일 방향으로 고정된 자화 방향을 갖는 기준층에 해당할 수 있으며, 다른 하나는 상기 고정된 자화 방향에 평행 또는 반평행 하게 변경 가능한 자화 방향을 갖는 자유층에 해당할 수 있다.
일 예로, 상기 기준층 및 자유층의 자화 방향들은 상기 터널 배리어막(110)과 상기 제2 자성막(112) 사이의 계면에 실질적으로 수직할 수 있다. 이 경우, 상기 기준층 및 자유층은 수직 자성 물질(ex, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질, 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 L10 구조를 갖는 수직 자성 물질은 L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd, 또는 L10 구조의 CoPt 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n 또는 (CoCr/Pd)n (n은 적층 횟수) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기준층은 상기 자유층에 비하여 두껍거나, 상기 기준층의 보자력이 상기 자유층의 보자력 보다 클 수 있다.
다른 예로, 상기 기준층 및 자유층의 자화방향들은 상기 터널 배리어막(110)와 상기 제2 자성막(112)의 상기 계면에 실질적으로 평행할 수 있다. 이 경우, 상기 기준층 및 자유층은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 상기 기준층은 상기 기준층 내 상기 강자성 물질의 자화 방향을 고정시키기 위한 반 강자성 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 터널 배리어막(110)은 마그네슘(Mg) 산화막, 티타늄(Ti) 산화막, 알루미늄(Al) 산화막, 마그네슘-아연(Mg-Zn) 산화막, 또는 마그네슘-붕소(Mg-B) 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 자성막(108), 터널 배리어막(110), 및 제2 자성막(112)의 각각은 스퍼터링, 물리 기상 증착, 또는 화학 기상 증착 공정 등으로 형성될 수 있다.
상기 자기 터널 접합막(120) 상에 도전성 마스크 패턴들(130)이 형성될 수 있다. 상기 도전성 마스크 패턴들(130)은 상기 기판(100) 상에 후술될 패턴 구조체들이 형성될 영역을 정의할 수 있다. 상기 도전성 마스크 패턴들(130)은 소정의 높이(130H)를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 도전성 마스크 패턴들(130)은 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 및 금속 질화물들(ex, 티타늄 질화물 및 탄탈륨 질화물) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 상기 도전성 마스크 패턴들(130)이 형성된 상기 기판(100)이 도 1의 상기 이온 빔 장비(500)의 상기 프로세스 챔버(204) 내 상기 스테이지(208) 상에 로드될 수 있다. 이 후, 상기 기판(100) 상에 상기 이온 빔(IB)을 이용하는 식각 공정이 수행될 수 있다. 상기 식각 공정 동안, 상기 도전성 마스크 패턴들(130)은 식각 마스크로 이용될 수 있고, 상기 자기 터널 접합막(120) 및 상기 하부 전극막(106)은 상기 도전성 마스크 패턴들(130) 사이의 상기 자기 터널 접합막(120)의 표면으로 조사되는 상기 이온 빔(IB)에 의해 식각될 수 있다. 상기 이온 빔(IB)은 상기 기판(100)의 상면에 대하여 일 입사각(θ2)으로 조사될 수 있다. 상기 자기 터널 접합막(120) 및 상기 하부 전극막(106)은 상기 이온 빔(IB)에 의해 순차로 식각될 수 있다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 상기 자기 터널 접합막(120) 및 상기 하부 전극막(106)이 식각되어 상기 하부 층간 절연막(102) 상에 수평적으로 서로 이격되는 패턴 구조체들(PS)이 형성될 수 있다. 상기 패턴 구조체들(PS)의 각각은 상기 자기 터널 접합막(120)이 식각되어 형성되는 자기 터널 접합 패턴(MTJ), 및 상기 하부 전극막(106)이 식각되어 형성되는 하부 전극(BE)을 포함할 수 있다. 상기 자기 터널 접합 패턴(MTJ)은 상기 하부 전극(BE) 상에 차례로 적층된 제1 자성 패턴(108P), 터널 배리어 패턴(110P), 및 제2 자성 패턴(112P)을 포함할 수 있다. 상기 제1 자성 패턴(108P), 상기 터널 배리어 패턴(110P), 및 상기 제2 자성 패턴(112P)은 상기 제1 자성막(108), 상기 터널 배리어막(110), 및 상기 제2 자성막(112)이 상기 식각 공정에 의해 식각되어 각각 형성될 수 있다. 상기 제1 자성 패턴(108P)은 상기 하부 전극(BE)과 상기 터널 배리어 패턴(110P) 사이에 배치될 수 있고, 상기 제2 자성 패턴(112P)은 상기 터널 배리어 패턴(110P)을 사이에 두고 상기 제1 자성 패턴(108P)으로부터 이격될 수 있다. 상기 패턴 구조체들(PS)의 각각은 상기 하부 콘택 플러그들(104) 중 대응하는 하부 콘택 플러그(104)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 패턴 구조체들(PS)의 각각에서, 상기 하부 전극(BE)은 상기 대응하는 하부 콘택 플러그(104)와 상기 자기 터널 접합 패턴(MTJ) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 하부 전극(BE)의 하면은 상기 대응하는 하부 콘택 플러그(104)의 상면과 접할 수 있다. 상기 패턴 구조체들(PS)이 형성됨에 따라, 상기 패턴 구조체들(PS) 사이의 상기 하부 층간 절연막(102)이 노출될 수 있다.
상기 식각 공정이 수행되는 동안, 도 1의 상기 검출기(300)는 상기 하부 층간 절연막(102)을 구성하는 물질로부터 발생되는 신호의 세기(102I)를 검출할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 식각 공정이 수행되는 동안, 도 1의 상기 제어기(402)는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(102I)가 미리 정해진 값(Ipd)에 도달할 때의 특정 시간(T)을 결정할 수 있다. 즉, 상기 특정 시간(T)은 EPD(end point detection) 방법에 의해 결정되는 시간일 수 있다. 이 경우, 상기 특정 시간(T)은 상기 식각 공정 중 상기 하부 층간 절연막(102)이 노출되는 시점일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 따르면, 상기 제어기(402)는 상기 식각 공정 수행 중의 임의의 시간을 상기 특정 시간(T)으로 결정할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 식각 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간(T)까지(즉, 제1 구간(S1)에서) 상기 이온 빔(IB)의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 상기 제어기(402)는, 상기 식각 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 상기 제어기(402)는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 방법에 따라, 상기 챔버 유닛(200)의 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 구간(S1)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제1 구간(S1)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 구간(S1)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다(즉, θ2> θ2').
상기 식각 공정 동안, 상기 식각 공정에 의해 발생되는 도전성 식각 부산물(140)이 상기 패턴 구조체들(PS)의 측벽들 상에 재증착될 수 있다.
도 9 및 도 12를 참조하면, 상기 도전성 식각 부산물(140)이 상기 패턴 구조체들(PS)의 측벽들 상에 남아 있는 경우, 상기 패턴 구조체들(PS)의 각각의 상기 자기 터널 접합 패턴(MTJ) 내 자성 패턴들(108P, 112P) 사이의 전기적 단락이 초래될 수 있다. 이에 따라, 상기 패턴 구조체들(PS)을 형성하기 위한 상기 식각 공정은, 상기 패턴 구조체들(PS)의 측벽들로부터 상기 도전성 식각 부산물(140)이 제거될 때까지 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 특정 시간(T) 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지(즉, 제2 구간(S2)에서) 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 상기 검출기(300)로부터 획득되는 상기 신호의 세기(102I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다. 일 예로, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 감소하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(102I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 상기 설정값의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 신호의 세기(102I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 상기 설정값이 증가하도록 제어하되, 상기 신호의 세기(102I)가 증가(또는 감소)함에 따라 상기 설정값(일 예로, 각도)의 변화량의 기울기가 증가(또는 감소)하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 신호의 세기(102I)에 의존하여 시간에 따라 감소할 수 있다(즉, θ2'> θ2'').
다른 실시예들에 따르면, 상기 특정 시간(T) 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지(즉, 상기 제2 구간(S2)에서) 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 일 예로, 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 상기 그리드 전압)의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지는 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어기(402)는 상기 제2 구간(S2)에서 상기 파라미터(일 예로, 도 1의 상기 스테이지(208)의 상기 경사각(θ1))의 설정값이 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 증가하도록 제어할 수 있고, 이에 따라, 상기 제2 구간(S2)에서 상기 이온 빔(IB)의 상기 입사각(θ2)은 상기 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 감소할 수 있다(즉, θ2'> θ2'').
도 1 및 도 12를 참조하면, 상기 식각 공정이 종료된 후, 상기 기판(100)은 상기 스테이지(208)로부터 언로드되어, 상기 이온 빔 장비(500)의 외부로 이송될 수 있다. 이 후, 상기 기판(100) 상에 후속 공정이 수행될 수 있다.
일반적으로, 상기 이온 빔(IB)을 이용한 물리적 식각의 특성에 의해, 상기 식각 공정 동안, 상기 도전성 마스크 패턴들(130)의 높이가 낮아질 수 있다(즉, 130H > 130H'> 130H''). 이 경우, 상기 도전성 마스크 패턴들(130) 사이의 상기 자기터널접합막(120) 상으로 조사되는 상기 이온 빔(IB)의 양이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 이온 빔(IB)이 고정된 이온 에너지(또는 이온 전류, 또는 입사각(θ2))을 가지고 조사되는 경우, 상기 패턴 구조체들(PS) 사이의 상기 하부 층간 절연막(102)의 상면이 리세스될 수 있다. 이 경우, 공정 마진을 고려하여, 상기 하부 층간 절연막(102)의 두께를 증가시키는 것이 요구될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 형성되는 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 종횡비가 높아질 수 있고, 그 결과, 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 형성이 용이하지 않을 수 있다.
더하여, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및/또는 상기 입사각(θ2)이 변경되는 경우, 이들의 안정화를 위한 별도의 스테이블 타임이 요구될 수 있다. 이 경우, 상기 스테이블 타임 동안 발생되는 파티클(particles) 등에 의해, 상기 기판(100) 상에 결함이 발생될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 자기 기억 소자의 제조방법에 따르면, 상기 패턴 구조체들(PS)을 형성하기 위한 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 공정 동안 상기 도전성 마스크 패턴들(130)의 상기 높이(130H)가 낮아지더라도, 상기 패턴 구조체들(PS) 사이의 상기 하부 층간 절연막(102)의 상기 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 층간 절연막(102)의 두께를 증가시키는 것이 요구되지 않을 수 있고, 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 형성되는 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 형성이 용이할 수 있다.
더하여, 상기 이온 빔(IB)의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각(θ2) 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어됨에 따라, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및/또는 상기 입사각(θ2)의 안정화를 위한 별도의 스테이블 타임(stable time)이 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 스테이블 타임 동안 발생되는 파티클(particles) 등에 의한 결함의 발생이 방지될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 후속 공정으로, 상기 기판(100) 상에 상부 층간 절연막(150)이 형성될 수 있다. 상기 상부 층간 절연막(150)은 상기 하부 층간 절연막(102) 상에 형성된 상기 하부 전극들(BE), 상기 자기 터널 접합 패턴들(MTJ), 및 상기 도전성 마스크 패턴들(130)을 덮을 수 있다. 상기 도전성 마스크 패턴들(130)은 상부 전극들(TE)로 기능할 수 있다. 상기 상부 층간 절연막(150)은 산화막(ex, 실리콘 산화막), 질화막(ex, 실리콘 질화막), 및/또는 산화질화막(ex, 실리콘 산화질화막)을 포함할 수 있다. 상기 상부 층간 절연막(150) 상에 배선(160)이 형성될 수 있다. 상기 배선(160)은 일 방향으로 연장되며, 상기 일 방향을 따라 배열된 복수 개의 상기 자기 터널 접합 패턴들(MTJ)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 자기 터널 접합 패턴들(MTJ)의 각각은 상기 상부 전극들(TE) 중 대응하는 상부 전극(TE)를 통해 상기 배선(160)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 배선(160)은 비트 라인으로 기능할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 평면도이다. 도 15는 도 13의 자기 터널 접합 패턴의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 도 13의 자기 터널 접합 패턴의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서, 도 13 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 구조적인 특징들을 설명한다. 도 13은 도 14의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 하부 층간 절연막(102)이 제공될 수 있다. 선택 소자들(미도시)이 상기 기판(100) 상에 제공될 수 있고, 상기 하부 층간 절연막(102)이 상기 선택 소자들을 덮을 수 있다. 상기 선택 소자들은 전계 효과 트랜지스터들이거나 다이오드들일 수 있다. 하부 콘택 플러그들(104)이 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 제공될 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각은 상기 하부 층간 절연막(102)을 관통하여 상기 선택 소자들 중 대응하는 선택 소자의 일 단자에 전기적으로 접속될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 상면들은 상기 하부 층간 절연막(102)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 일 단면의 관점에서, 상기 하부 콘택 플러그들(104) 사이의 상기 하부 층간 절연막(102)의 상기 상면은 상기 기판(100)으로부터 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 상기 상면들과 실질적으로 동일한 높이에 위치할 수 있다.
상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각의 상에 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)이 차례로 적층될 수 있다. 상기 하부 전극(BE)은 상기 하부 콘택 플러그들(104) 중 대응하는 하부 콘택 플러그(104)의 상면에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)의 측벽들을 서로 정렬될 수 있다. 일 단면의 관점에서, 상기 하부 콘택 플러그들(104), 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)의 각각은 상기 기판(100)의 상면에 평행한 방향에 따른 폭을 가질 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각의 폭은 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)의 각각의 폭보다 클 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)의 각각은 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각의 상면 상에 국소적으로 제공될 수 있고, 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각의 상기 상면은 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)의 상기 측벽들에 의해 노출될 수 있다.
상기 자기터널접합 패턴(MTJ)은 상기 제1 자성 패턴(108P), 상기 제2 자성 패턴(112P), 및 이들 사이의 터널 배리어 패턴(110P)을 포함할 수 있다. 상기 제1 자성 패턴(108P)은 상기 하부 전극(BE)과 상기 터널 배리어 패턴(110P) 사이에 제공될 수 있고, 상기 제2 자성 패턴(112P)은 상기 상부 전극(TE)과 상기 터널 배리어 패턴(110P) 사이에 제공될 수 있다.
일 예로, 도 15를 참조하면, 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 자화방향들(108a, 112a)은 상기 터널 배리어 패턴(110P)과 상기 제2 자성 패턴(112P)의 계면에 실질적으로 평행할 수 있다. 도 15는 상기 제1 자성 패턴(108P)이 기준 패턴이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 자유 패턴인 경우를 예로서 개시하나, 이에 한정되지 않는다. 도 15에 도시된 바와 달리, 상기 제1 자성 패턴(108P)이 자유 패턴이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 기준 패턴일 수도 있다. 상기 평행한 자화 방향들(108a, 112a)을 갖는 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 자성 패턴(108P)은 상기 제1 자성 패턴(108P) 내 상기 강자성 물질의 자화 방향을 고정시키기 위한 반 강자성 물질을 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 도 16을 참조하면, 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 자화방향들(108b, 112b)은 상기 터널 배리어 패턴(110P)과 상기 제2 자성 패턴(112P)의 계면에 실질적으로 수직할 수 있다. 도 16은 상기 제1 자성 패턴(108P)이 기준 패턴이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 자유 패턴인 경우를 예로서 개시하나, 도 16에 도시된 바와 달리, 상기 제1 자성 패턴(108P)이 자유 패턴이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 기준 패턴일 수도 있다. 상기 수직한 자화 방향들(108b, 112b)을 갖는 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)은 수직 자성 물질(일 예로, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질, 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 L10 구조를 갖는 수직 자성 물질은 L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd, 또는 L10 구조의 CoPt 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n 또는 (CoCr/Pd)n (n은 적층 횟수) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 하부 층간 절연막(102) 상에 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)을 덮는 상부 층간 절연막(150)이 제공될 수 있다. 상기 상부 층간 절연막(150) 상에 배선(160)이 제공될 수 있다. 상기 배선(160)은 일 예로, 비트 라인일 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 배선(160)은 제1 방향(D1)으로 연장되어, 상기 제1 방향(D1)을 따라 배열되는 복수의 자기터널접합 패턴들(MTJ)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 복수의 자기터널접합 패턴들(MTJ)의 각각은 대응하는 상부 전극(TE)을 통하여 상기 배선(160)에 전기적으로 연결될 수 있다. 평면적 관점에서, 복수의 배선들(160)은 상기 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2)으로 배열될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 단위 메모리 셀을 나타내는 회로도이다.
도 17을 참조하면, 단위 메모리 셀(MC)은 메모리 소자(ME, memory element) 및 선택 소자(SE, select element)를 포함할 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는 비트 라인(BL)과 상기 선택 소자(SE) 사이에 연결될 수 있고, 상기 선택 소자(SE)는 상기 메모리 소자(ME)와 워드 라인(WL) 사이에 연결될 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는 이에 인가되는 전기적 펄스에 의해 두 가지 저항 상태로 스위칭될 수 있는 가변 저항 소자일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 소자(ME)는 그것을 통과하는 전류에 의한 스핀 전달 과정을 이용하여 그것의 전기적 저항이 변화될 수 있는 박막 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는 자기-저항(magnetoresistance) 특성을 보이도록 구성되는 박막 구조를 가질 수 있으며, 적어도 하나의 강자성 물질들 및/또는 적어도 하나의 반강자성 물질들을 포함할 수 있다. 상기 선택 소자(SE)는 상기 메모리 소자(ME)를 지나는 전하의 흐름을 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택 소자(SE)는 다이오드, 피엔피 바이폴라 트랜지스터, 엔피엔 바이폴라 트랜지스터, 엔모스 전계효과트랜지스터 및 피모스 전계효과트랜지스터 중의 하나일 수 있다. 상기 선택 소자(SE)가 3단자 소자인 바이폴라 트랜지스터 또는 모스 전계효과트랜지스터로 구성되는 경우, 추가적인 배선(미도시)이 상기 선택 소자(SE)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 메모리 소자(ME)는 제1 자성 구조체(MS1), 제2 자성 구조체(MS2), 및 이들 사이의 터널 배리어(TBR)를 포함할 수 있다. 상기 제1 자성 구조체(MS1), 상기 제2 자성 구조체(MS2), 및 상기 터널 배리어(TBR)은 자기터널접합(MJT)으로 정의될 수 있다. 상기 제1 및 제2 자성 구조체들(MS1, MS2)의 각각은 자성 물질로 형성되는 적어도 하나의 자성층을 포함할 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는, 상기 제2 자성 구조체(MS2)와 상기 선택 소자(SE) 사이에 개재되는 하부 전극(BE), 및 상기 제1 자성 구조체(MS1)와 상기 비트 라인(BL) 사이에 개재되는 상부 전극(TE)을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 이온 빔 장비의 챔버 유닛 내에서 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔 장비에 결합된 제어기는 상기 챔버 유닛의 파라미터의 설정값이 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
기판 상에 패턴들을 형성하기 위한 식각 공정이 상기 이온 빔 장비를 이용하여 수행되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 패턴들 사이의 하부막의 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다.
마찬가지로, 기판 상에 자기터널접합 패턴들을 형성하기 위한 식각 공정이 상기 이온 빔 장비를 이용하여 수행되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 시간에 따라 연속적으로 감소하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 자기터널접합 패턴들 사이의 하부 층간 절연막의 상면이 리세스되는 것이 최소화될 수 있다. 그 결과, 상기 하부 층간 절연막 내에 형성되는 상기 하부 콘택 플러그들의 형성이 용이할 수 있다. 더하여, 상기 식각 공정 동안 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되는 경우, 상기 식각 공정 동안, 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및/또는 상기 입사각의 안정화를 위한 별도의 스테이블 타임(stable time)이 요구되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 스테이블 타임 동안 발생되는 파티클(particles) 등에 의한 결함의 발생이 방지될 수 있다. 따라서, 제조가 용이하고 결함의 발생을 최소화할 수 있는 자기 기억 소자의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
500: 이온 빔 장비 100: 기판
200: 챔버 유닛 300: 검출기
400: 컴퓨터 시스템 402: 제어기
404: 라이브러리 406: 입출력부
408: 인터페이스부 202: 소스 챔버
204: 프로세스 챔버 206: 그리드
208: 스테이지 θ1: 스테이지의 경사각
θ2: 이온 빔의 입사각 IB: 이온 빔
10: 하부막 20: 식각 대상막
30: 마스크 패턴들 25: 패턴들
40: 식각 부산물 102: 하부 층간 절연막
104: 하부 콘택 플러그들 106: 하부 전극막
120: 자기터널접합막 108: 제1 자성막
110: 터널 배리어막 112: 제2 자성막
130: 도전성 마스크 패턴들 BE: 하부 전극
MTJ: 자기터널접합 패턴들 108P: 제1 자성 패턴
110P: 터널 배리어 패턴 112P: 제2 자성 패턴
140: 도전성 식각 부산물 150: 상부 층간 절연막
160: 배선

Claims (20)

  1. 그 내부에서 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 챔버 유닛;
    상기 챔버 유닛에 결합되고, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 챔버 유닛 내 물질로부터 발생되는 신호를 검출하는 검출기; 및
    상기 챔버 유닛 및 상기 검출기에 연결되고, 상기 검출기로부터 획득된 상기 신호를 이용하여 상기 챔버 유닛의 파라미터를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 상기 파라미터를 제어하는 이온 빔 장비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은 상기 챔버 유닛 내에 제공되는 기판 상에 수행되고,
    상기 검출기는, 상기 기판 상에 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 기판 상의 물질로부터 발생되는 신호의 세기를 검출하고,
    상기 제어기는, 상기 검출기로부터 획득되는 상기 신호의 세기가 미리 정해진 값에 도달할 때의 특정 시간을 결정하는 이온 빔 장비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 특정 시간 후 상기 공정이 종료될 때까지, 상기 파라미터의 설정값(set-point)이 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 파라미터의 상기 설정값이 고정되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 사용자 지정 함수는 제1 사용자 지정 함수이고,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 파라미터의 상기 설정값이 제2 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정은 상기 챔버 유닛 내에 제공되는 기판 상에 수행되고,
    상기 검출기는, 상기 기판 상에 상기 공정이 수행되는 동안, 상기 기판 상의 물질로부터 발생되는 신호의 세기를 검출하고,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되는 특정 시간 후 상기 공정이 종료될 때까지, 상기 파라미터의 설정값이 상기 검출기로부터 획득되는 상기 신호의 세기에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 검출기로부터 획득되는 상기 신호의 세기가 미리 정해진 값에 도달할 때의 상기 특정 시간을 결정하는 이온 빔 장비.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 파라미터의 상기 설정값이 고정되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 파라미터의 상기 설정값이 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되도록 제어하는 이온 빔 장비.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 유닛은:
    플라즈마를 생성하는 소스 챔버;
    상기 플라즈마로부터 생성되는 상기 이온 빔을 이용하여 상기 공정이 수행되는 프로세스 챔버;
    상기 소스 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 제공되고, 상기 이온 빔이 상기 프로세스 챔버 내부로 조사되도록 상기 이온 빔을 제어하는 그리드; 및
    상기 프로세스 챔버 내부에 제공되고, 기판을 로드하기 위한 스테이지를 포함하되,
    상기 파라미터는 상기 소스 챔버에 인가되는 소스 파워, 상기 소스 챔버 내로 제공되는 소스 가스의 종류 및 유량, 상기 그리드에 인가되는 그리드 전압, 상기 그리드를 통하여 흐르는 그리드 전류, 및 상기 스테이지의 경사각(tilt angle) 중 적어도 하나인 이온 빔 장비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 공정은 상기 이온 빔을 이용하여 상기 기판 상의 박막을 식각하는 식각 공정인 이온 빔 장비.
  12. 기판 상에 차례로 적층된 하부막 및 식각 대상막을 형성하는 것; 및
    상기 식각 대상막을 패터닝하여 상기 하부막 상에 수평적으로 서로 이격되는 패턴들을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 패턴들을 형성하는 것은, 상기 식각 대상막의 표면 상으로 조사되는 이온 빔을 이용하여 상기 식각 대상막을 식각하는 것을 포함하고,
    상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되는 패턴 형성 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 식각 공정이 수행되는 특정 시간 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되는 패턴 형성 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 패턴들을 형성하는 것은, 상기 식각 공정 동안, 상기 하부막으로부터 발생되는 신호의 세기를 검출하는 것을 더 포함하되,
    상기 특정 시간은 상기 신호의 세기가 미리 정해진 값에 도달할 때의 시간인 패턴 형성 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 사용자 지정 함수는 제1 사용자 지정 함수이고,
    상기 식각 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 제2 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되는 패턴 형성 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 패턴들을 형성하는 것은, 상기 식각 공정 동안, 상기 하부막으로부터 발생되는 신호의 세기를 검출하는 것을 더 포함하되,
    상기 식각 공정이 수행되는 특정 시간 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 상기 신호의 세기에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 변경되는 패턴 형성 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 특정 시간은 상기 신호의 세기가 미리 정해진 값에 도달할 때의 시간인 패턴 형성 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 식각 공정이 수행되기 시작할 때부터 상기 특정 시간까지, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 사용자 지정 함수에 의해 시간에 따라 연속적으로 변경되는 패턴 형성 방법.
  19. 기판 상에 하부 층간 절연막을 형성하는 것;
    상기 하부 층간 절연막을 관통하여 상기 기판에 전기적으로 연결되는 하부 콘택 플러그들을 형성하는 것;
    상기 하부 층간 절연막 상에 자기터널접합막을 형성하는 것; 및
    상기 자기터널접합막을 패터닝하여 상기 하부 층간 절연막 상에 수평적으로 서로 이격되는 자기터널접합 패턴들을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 자기터널접합 패턴들을 형성하는 것은, 상기 자기터널접합막의 표면 상으로 조사되는 이온 빔을 이용하여 상기 자기터널접합막을 식각하는 것을 포함하고,
    상기 식각 공정 동안, 상기 이온 빔의 이온 에너지, 이온 전류, 및 입사각 중 적어도 하나가 시간에 따라 연속적으로 변경되는 자기 기억 소자의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 자기터널접합 패턴들을 형성하는 것은, 상기 식각 공정 동안, 상기 하부 층간 절연막으로부터 발생되는 신호의 세기를 검출하는 것을 더 포함하되,
    상기 식각 공정이 수행되는 특정 시간 후 상기 식각 공정이 종료될 때까지, 상기 이온 빔의 상기 이온 에너지, 상기 이온 전류, 및 상기 입사각 중 적어도 하나는 상기 신호의 세기에 의존하여 시간에 따라 연속적으로 감소하는 자기 기억 소자의 제조 방법.
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