KR20240017273A - RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof - Google Patents
RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240017273A KR20240017273A KR1020220094975A KR20220094975A KR20240017273A KR 20240017273 A KR20240017273 A KR 20240017273A KR 1020220094975 A KR1020220094975 A KR 1020220094975A KR 20220094975 A KR20220094975 A KR 20220094975A KR 20240017273 A KR20240017273 A KR 20240017273A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- base
- reactive ion
- density plasma
- grid
- Prior art date
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 97
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 71
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 29
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 8
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910018979 CoPt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
- H01J27/024—Extraction optics, e.g. grids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
- H01J37/32816—Pressure
- H01J37/32834—Exhausting
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
- H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
- H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/334—Etching
Abstract
본 발명의 일 실시예는, 식각 챔버 내에서 이온소스부의 상부에 고밀도 플라즈마를 형성하고, 이온소스부의 하부에 저밀도 플라즈마(40)를 형성한 후, 기판에 인가되는 음의 바이어스(negative bias)의 크기를 조절하여 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 것에 의해, 이온빔 에칭 또는 반응성 이온빔 에칭 시 발생하는 에칭 프로파일에 영향을 주는 문제를 해결하기 위한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치 및 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치를 이용한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법In one embodiment of the present invention, after forming a high-density plasma 40 on the upper part of the ion source part in an etching chamber and forming a low-density plasma 40 on the lower part of the ion source part, the negative bias applied to the substrate is RF biased reactive ion etching device and RF biased reactive ion to solve problems affecting the etching profile that occur during ion beam etching or reactive ion beam etching by controlling the density of the low density plasma 40 by adjusting its size. RF biased reactive ion etching method using an etching device
Description
본 발명은 반응성 이온 식각 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이온빔 에칭 또는 반응성 이온빔 에칭 시 발생하는 에칭 프로파일에 영향을 주는 문제를 해결하기 위한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치 및 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치를 이용한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reactive ion etching device, and more specifically, to an RF biased reactive ion etching device and an RF biased reactive ion etching device for solving problems affecting the etching profile that occur during ion beam etching or reactive ion beam etching. This relates to an RF biased reactive ion etching method using a device.
일반적으로, 자기저항메모리(MRAM: Magnetic Random Access Memory)의 구동을 위해서는 자기터널접합 셀(MTJ cell, magnetic tunnel junction cell)이 사용된다.Generally, a magnetic tunnel junction cell (MTJ cell) is used to drive magnetoresistive memory (MRAM: Magnetic Random Access Memory).
도 1은 자기터널접합 셀(10)을 가지는 자기저항메모리 셀(1)의 사시도이다.1 is a perspective view of a
상기 자기터널접합 셀(10)은 자화 방향이 조절 가능한 강자성 자유층(ferromagnetic free layer)(11), 자화 방향이 고정된 강자성 고정층(ferromagnetic free layer)(13)과 두 자성층을 절연시키는 터널 베리어층(barrier layer)(15)으로 구성된다. 강자성 자유층(11)과 강자성 고정층(13)은 자성재료인 Co, Fe, Pt 기반의 CoFeB, CoPt 등의 금속층이다. 터널 베리어층은 MgO가 주로 사용된다. 자기터널접합 셀(10)의 두 자성층(11, 13)의 자화 방향이 같은 경우 전류가 흐르게 되며, 자화 방향이 다른 경우 전류가 흐르지 않는 방식으로 구동된다.The magnetic
이러한 자기저항메모리 셀(1)을 가지는 자기저항메모리는 비휘발성, 고집적 빠른 동작속도, 저전력 구동 등의 특성을 갖는 차세대 메모리 소자로써 상용화를 위해 삼성, 인텔, IBM 등 국내외 많은 반도체 회사에서 연구가 이루어지고 있다.Magnetoresistive memory with these magnetoresistive memory cells (1) is a next-generation memory device with characteristics such as non-volatility, high integration, fast operation speed, and low power operation. For commercialization, research has been conducted by many domestic and foreign semiconductor companies such as Samsung, Intel, and IBM. I'm losing.
자기터널접합 셀을 형성하기 위해 일반적으로 플라즈마를 이용하는 건식 식각 중 이온빔 식각(ion beam etching, IBE) 또는 반응성 이온 식각(reactive ion beam etching, RIBE) 방식 등이 사용된다.To form a magnetic tunnel junction cell, ion beam etching (IBE) or reactive ion beam etching (RIBE) methods are generally used among dry etching methods using plasma.
상기 이온빔 식각은 플라즈마 내에서 플라즈마 영역 밖으로 이온을 추출 및 가속시켜물리적인 식각을 수행한다.The ion beam etching performs physical etching by extracting and accelerating ions within the plasma and out of the plasma region.
상기 반응성 이온 식각은 플라즈마 내의 이온을 이용한 물리적 식각과 반응성 라디칼을 이용한 화학적 식각을 동시에 수행한다.The reactive ion etching simultaneously performs physical etching using ions in plasma and chemical etching using reactive radicals.
이러한 이온빔 식각(ion beam etching, IBE) 또는 반응성 이온 식각(reactive ion beam etching, RIBE) 방식은 식각 과정에서 자성 재료의 휘발성이 낮아 자기터널접합 셀 측벽에 다시 재증착하는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 강자성 자유층과 강자성 고정층을 단락시켜 소자의 온/오프를 불가능하게 한다. This ion beam etching (IBE) or reactive ion beam etching (RIBE) method causes the problem of redeposition on the sidewall of the magnetic tunnel junction cell due to low volatility of the magnetic material during the etching process. This problem short-circuits the ferromagnetic free layer and the ferromagnetic fixed layer, making it impossible to turn the device on or off.
또한, 자성 재료와 마스크(mask) 물질의 식각 선택비가 매우 낮기 때문에 두꺼운 하드 마스크(hard mask)가 요구된다. 이는 이후 기판을 기울여(tilt) 측벽(sidewall)에 재층착된 금속층을 제거하는데 제한으로 작용한다.Additionally, because the etch selectivity between the magnetic material and the mask material is very low, a thick hard mask is required. This acts as a limitation in removing the metal layer redeposited on the sidewall by later tilting the substrate.
자성재료를 휘발성 화합물을 형성하여 제거하는 연구가 일부 보고되고 있다. 그러나 자성재료를 휘발성 화합물을 형성하여 제거하는 경우 자기터널접합 셀의 측벽에서의 부족한 화학반응(chemical reaction)으로 인해 잔류물(residue)가 남거나, 이온 빔에 의한 차징(charging) 문제로 에칭 프로파일(etch profile)에 영향을 주는 등의 문제가 발생한다.Some studies have been reported to remove magnetic materials by forming volatile compounds. However, when magnetic materials are removed by forming volatile compounds, residues remain due to insufficient chemical reaction on the side walls of the magnetic tunnel junction cell, or the etching profile ( Problems such as affecting the etch profile may occur.
반응성 이온 식각을 수행하는 경우 차징문제는 해결가능하지만 과도한 화학 반응으로 자기터널접합 셀 층에 손상을 주거나 일부 등방성 식각이 동반되어 에칭 프로파일에 영향을 주는 등의 문제가 발생한다.When performing reactive ion etching, the charging problem can be solved, but problems such as excessive chemical reaction damaging the magnetic tunnel junction cell layer or some isotropic etching affecting the etching profile occur.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 식각 챔버 내에서 이온소스부의 상부에 고밀도 플라즈마를 형성하고, 이온소스부의 하부에 저밀도 플라즈마(40)를 형성한 후, 기판에 인가되는 음의 바이어스(negative bias)의 크기를 조절하여 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 것에 의해, 이온빔 식각 또는 반응성 이온 식각 방식에서 발생하는 재증착 문제, 잔류물이 남는 문제, 차징문제 및 에칭 프로파일에 영향을 주는 문제를 해결할 수 있도록 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치 및 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention forms a high-density plasma on the upper part of the ion source part in an etching chamber, forms a low-
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 식각챔버(110); 상기 식각챔버(110)의 상부에 설치되어 상기 식각챔버(110)의 내부 상부 영역에 고밀도 플라즈마(30)를 생성하는 플라즈마 소스부(120); 상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 고밀도 플라즈마(30)가 형성되는 영역의 하부에 설치되는 이온소스부(130); 상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 이온소스부(130)의 하부에 형성되어 기판(141)이 안착되는 기대(140); 상기 플라즈마 소스부(120)로 상기 고밀도 플라즈마(30) 생성을 위한 RF전력을 공급하는 제1 RF 전력부(150); 상기 이온소스부(130)와 상기 기대(140)의 사이 영역에 저밀도 플라즈마(40)를 생성하기 위해 상기 기대(140)로 RF전력을 공급하는 제2 RF 전력부(160); 및 상기 제1 RF 전력부(150)와 상기 제2 RF 전력부(160)를 제어하는 제어부(170)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention includes an
상기 식각챔버(110)는 상기 고밀도 플라즈마(30) 또는 저밀도 플라즈마(40) 생성을 위한 가스를 상기 식각챔버(110)의 내부로 공급하는 가스주입부(111); 및 상기 식각챔버(110)의 내부에서 발생된 반응생성물을 외부로 배출하는 배기부(112)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The
상기 이온소스부(130)는, 상기 기대(140)에 음의 전위를 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPO)에 비해 낮아진 +DC가 인가되는 제1 그리드(131); 상기 기대(140)에 음의 전위를 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우와 동일한 -DC 가 인가되는 제2 그리드(132); 및 접지되는 제3 그리드(133)를 포함하여 구성될 수 있다.The
상기 제어부(170)는, 상기 기대(140)에 상기 음의 전위(VPR)를 가지는 RF 바이어스를 인가하고 상기 제1 그리드(131)에는 상기 기대(140)에 음의 전위를 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압에 비해 상기 음의 RF 바이어스 전압(VPR)만큼 낮아진 +DC 전압을 인가하는 이온소스부 전압 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.The
상기 제어부(170)는 상기 이온소스부(130)의 상부와 하부에 고밀도 플라즈마(30)와 저밀도 플라즈마(40)가 형성된 후, 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.After the high-
상술한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 식각챔버(110), 플라즈마 소스부(120), 양의 전압이 인가되는 제1 그리드(131)와 음의 전위가 인가되는 제2 그리드(132) 및 접지되는 제3 그리드(133)를 가지는 이온소스부(130), 기대(140), 제1 RF 전력부(150), 제2 RF 전력부(160) 및 제어부(170)를 포함하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치에 의한 반응성 이온 식각 방법에 있어서, 상기 제1 RF 전력부(150)가 상기 플라즈마 소스부(120)에 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 상부에 고밀도 플라즈마(30)를 형성하는 고밀도 플라즈마 형성 단계(S10); 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이의 전압차가 고밀도 플라즈마(30)에서 발생된 이온이 상기 기대(140)의 상부에 안착된 기판(141)과 충돌하여 반응성 이온 식각의 수행을 위한 전압차(Vp)를 가지도록 상기 음의 전위(VPR)를 가지는 RF 바이어스에 대응하여 상기 제1 그리드(131)에 인가되는 전압을 조절하는 이온소스부 전압 제어 단계(S20); 및 상기 제2 RF 전력부(160)가 상기 기대(140)로 음의 전위를 가지는 RF 바이어스를 가지는 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 하부에 저밀도 플라즈마(40)를 형성하는 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention for solving the technical problem of the present invention described above includes an
상기 이온소스부 전압 제어 단계(S20)는, 상기 기대(140)에 상기 음의 전위(VPR)를 가지는 RF 바이어스를 인가하고 상기 제1 그리드(131)에는 상기 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이에 반응성 이온 식각을 위한 전압차(VP)가 발생하도록, 상기 기대(140)에 음의 전위를 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPo)에 비해 낮아진 +DC 전압을 인가하는 이온소스부 전압 제어를 수행하는 단계일 수 있다.The ion source voltage control step (S20) applies an RF bias having the negative potential (V PR ) to the
상기 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법은, 상기 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)의 수행 이후에, 상기 제1 그리드(131)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어 단계(S40)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In the RF biased reactive ion etching method, after performing the low-density plasma forming step (S30), the voltage of the
본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치 및 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치를 이용한 자기저항메모리 패턴 형성 방법은, 자기저항 메모리의 자기터널접합 셀의 형성을 위한 이온빔 식각 또는 반응성 이온 식각 방식에서 발생하는 재증착 문제, 잔류물이 남는 문제, 차징문제 및 에칭 프로파일에 영향을 주는 문제를 해결할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The RF biased reactive ion etching device and the method of forming a magnetoresistive memory pattern using the RF biased reactive ion etching device of an embodiment of the present invention include an ion beam etching or reactive ion etching method for forming a magnetic tunnel junction cell of a magnetoresistive memory. It provides the effect of solving redeposition problems, residue problems, charging problems, and problems affecting the etching profile that occur in the process.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 자기터널접합 셀(10)을 가지는 자기저항메모리 셀의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치(100)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 저기저항메모리 패턴 형성을 위한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 종래기술의 이온빔 또는 반응성 이온 식각을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 자기터널접합 셀 제작을 위한 반응성 이온 식각 시의 식각 선택비를 평가한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 경우의 저밀도 플라즈마(40)의 전자밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 자기터널접합 셀 제작을 위한 식각을 수행한 후의 자기터널접합 셀의 측벽 재증착을 평가하기 위한 TEM 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 이용한 식각 시의 차징 효과 개선을 평가한 그래프이다.
도 10은 종래기술의 반응성 이온 식각 장치의 개략적인 구성 및 이온소스부의 동작 원리를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치의 개략적인 구성 및 이온소스부의 동작 원리를 나타내는 도면이다.1 is a perspective view of a magnetoresistive memory cell having a magnetic
Figure 2 is a configuration diagram of an RF biased reactive
Figure 3 is a flowchart showing the processing of an RF biased reactive ion etching method for forming a low-resistance memory pattern according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing ion beam or reactive ion etching in the prior art.
Figure 5 is a diagram showing RF biased reactive ion etching in one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph evaluating the etch selectivity during reactive ion etching for manufacturing a magnetic tunnel junction cell using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the electron density of the low-
Figure 8 is a TEM image for evaluating sidewall redeposition of a magnetic tunnel junction cell after etching for manufacturing a magnetic tunnel junction cell using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph evaluating the improvement of the charging effect during etching using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a diagram showing the schematic configuration and operating principle of the ion source unit of the reactive ion etching device of the prior art.
FIG. 11 is a diagram showing the schematic configuration and operating principle of the ion source unit of an RF biased reactive ion etching device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치 및 그 방법은 자기저항메모리 셀의 자기터널접합 셀을 포함하는 다양한 반응성 이온 식각에 적용될 수 있다. The RF biased reactive ion etching device and method of an embodiment of the present invention can be applied to various reactive ion etchings including magnetic tunnel junction cells of magnetoresistive memory cells.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치(100)의 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of an RF biased reactive
도 2와 같이, 상기 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치(100)는, 식각챔버(110), 플라즈마 소스부(120), 양의 전압(또는 전위)이 인가되는 제1 그리드(131)와 음의 전압(또는 전위)가 인가되는 제2 그리드(132) 및 접지되는 제3 그리드(133)를 가지는 이온소스부(130), 음의 전압(또는 전위)를 가지는 RF 전력이 바이어스된 기대(140), 제1 RF 전력부(150), 제2 RF 전력부(160) 및 제어부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the RF biased reactive
상기 식각챔버(110)는 가스주입부(111) 및 배기부(112)를 포함하여 구성될 수 있다.The
상기 가스주입부(111)는 상기 고밀도 플라즈마(30) 또는 저밀도 플라즈마(40) 생성을 위한 가스를 상기 식각챔버(110)의 내부로 공급하도록 상기 식각챔버(110)의 내부와 연통하도록 형성될 수 있다.The
상기 배기부(112)는 상기 식각챔버(110)의 내부에서 발생된 상기 고밀도 플라즈마(30) 또는 저밀도 플라즈마(40)와 상기 기판에서 생성된 라디칼 또는 휘발성 반응물 등의 반응생성물질을 외부로 배출하도록 상기 식각챔버(110)의 내부와 연통하도록 형성될 수 있다.The
상기 플라즈마 소스부(120)는 상기 식각챔버(110)의 상부에 설치되어 상기 식각챔버(110)의 내부 상부 영역에 고밀도 플라즈마(30)를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 플라즈마 소스부(120)는 ICP(Inductive Coupled Plasma), TCP(transformer Coupled Plasma) 등으로 다양하게 구성될 수 있다.The plasma source unit 120 may be installed at the top of the
상기 이온소스부(130)는 상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 고밀도 플라즈마(30)가 형성되는 영역의 하부 및 상기 저밀도 플라즈마(40)가 형성되는 영역의 상부가 되는 위치에 설치될 수 있다.The
상기 이온소스부(130)는, 상기 플라즈마 소스부(120)에서 상기 기대(140)의 방향으로 순차적으로 배치되는 양의 전압이 인가되는 제1 그리드(131)와 음의 전압이 인가되는 제2 그리드(132) 및 접지되는 제3 그리드(133)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 기대(140)에 음의 RF 바이어스 전압이 인가되는 경우 상기 제1 그리드(131)에는 상기 음의 RF 바이어스 전압에 대응하여 상기 고밀도 플라즈마와 음의 전압을 가지는 RF 바이어스된 상기 기대(140) 사이에 반응성 이온 식각을 위한 전압차 Vp가 인가되어야 한다. 이에 따라, 상기 제1 그리드(131)에는 상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPO)에 비해 낮아진 +DC 전압이 인가되고, 상기 제2 그리드(132)에는 상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우와 동일한 -DC 전압이 인가되며, 상기 제3 그리드(133)는 접지된다.The
상기 기대(140)는 상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 이온소스부(130)의 하부에 형성되어 기판(141)이 안착되도록 형성된다.The
상기 제1 RF 전력부(150)는 상기 플라즈마 소스부(120)로 상기 고밀도 플라즈마(30) 생성을 위한 RF전력을 공급하도록 구성된다.The first RF power unit 150 is configured to supply RF power for generating the high-
상기 제2 RF 전력부(160)는 상기 이온소스부(130)와 상기 기대(140)의 사이 영역에 저밀도 플라즈마(40)를 생성하기 위해 상기 기대(140)로 음의 전압을 가지는 RF 바이어스를 인가하는 RF전력을 공급하도록 구성된다.The second
상기 제어부(170)는 상기 제1 RF 전력부(150)와 상기 제2 RF 전력부(160)를 제어하도록 구성된다.The
구체적으로, 상기 제어부(170)는, 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이의 전압차가 상기 고밀도 플라즈마(30)에서 발생된 이온이 상기 기대(140)의 상부에 안착된 기판(141)과 충돌하여 자기터널접합 셀을 가지는 자기저항메모리 패턴을 형성하기 위한 반응성 이온 식각의 수행을 위한 전압차 Vp를 가지도록 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스에 대응하여 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)에 인가되는 전압을 조절하는 이온소스부 전압 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제어부(170)는 상기 기대(140)에 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스를 인가하고 상기 제1 그리드(131)에는 상기 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이에 반응성 이온 식각을 위한 전압차(VP)가 발생하도록, 상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPO)에 비해 낮아진 +DC 전압을 인가하도록 구성될 수 있다.Specifically, the
또한, 상기 제어부(170)는, 상기 이온소스부(130)의 상부와 하부에 고밀도 플라즈마(30)와 저밀도 플라즈마(40)가 형성된 후, 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압(VPR)을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.In addition, the
도 3은 본 발명의 일 실시예의 저기저항메모리 패턴 형성을 위한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.Figure 3 is a flowchart showing the processing of an RF biased reactive ion etching method for forming a low-resistance memory pattern according to an embodiment of the present invention.
도 3과 같이, 상기 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법은, 식각챔버(110), 플라즈마 소스부(120), 양의 전압이 인가되는 제1 그리드(131)와 음의 전압이 인가되는 제2 그리드(132) 및 접지되는 제3 그리드(133)를 가지는 이온소스부(130), 기대(140), 제1 RF 전력부(150), 제2 RF 전력부(160) 및 제어부(170)를 포함하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치에 의한 반응성 이온 식각 방법으로서, 고밀도 플라즈마 형성 단계(S10), 이온소스부 전압 제어 단계(S20), 및 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the RF biased reactive ion etching method includes an
상기 고밀도 플라즈마 형성 단계(S10)는 상기 제1 RF 전력부(150)가 상기 플라즈마 소스부(120)에 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 상부에 고밀도 플라즈마(30)를 형성하는 단계일 수 있다.In the high-density plasma forming step (S10), the first RF power unit 150 supplies RF power to the plasma source unit 120 to form a high-
상기 이온소스부 전압 제어 단계(S20)는 상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이의 전압차가 고밀도 플라즈마(30)에서 발생된 이온이 상기 기대(140)의 상부에 안착된 기판(141)과 충돌하여 반응성 이온 식각의 수행을 위한 전압차 Vp를 가지도록 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스에 대응하여 상기 제1 그리드(131)에 인가되는 전압을 조절하는 단계일 수 있다.The ion source voltage control step (S20) is a voltage difference between the
상기 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)는 상기 제2 RF 전력부(160)가 상기 기대(140)로 음의 전압을 가지는 RF 바이어스를 가지는 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 하부에 저밀도 플라즈마(40)를 형성하는 단계일 수 있다.In the low-density plasma forming step (S30), the second
상기 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법은, 상기 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)의 수행 이후에, 상기 제1 그리드(131)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어 단계(S40)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In the RF biased reactive ion etching method, after performing the low-density plasma forming step (S30), the voltage of the
도 4는 종래기술의 이온빔 또는 반응성 이온 식각을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing ion beam or reactive ion etching of the prior art, and FIG. 5 is a diagram showing RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치(100) 및 이를 이용한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법은, 이온소스부(130) 상부의 고밀도 플라즈마(30)에서 추출된 이온빔(50)과 기대(140)에서 방전시킨 저밀도 플라즈마(40)로 인해 종래 기술의 반응성 이온 식각에 비해 화학반응(chemical reaction)이 많이 일어나며, 이에 의해 이방성 식각을 가능하게 한다.4 and 5, the RF biased reactive
또한, 화학반응의 증가로 하드마스크(20)와 식각 선택비가 증가하여 자기터널접합 셀(10)의 측벽에서 발생하는 재증착 문제가 도 5와 같이 개선된다.In addition, due to the increase in chemical reaction, the etch selectivity with the
그리고 기대(140)에 의해 방전된 플라즈마로 인해 저밀도 플라즈마에서 전자가 지속적으로 공급되어 종래기술의 뉴트럴라이저(neutralizer)를 사용하지 않고도 차징 효과를 해결할 수 있도록 한다. 종래기술의 반응성 이온 식각 장치는 차징효과 해결을 위해 별도의 뉴트럴라이저(neutralizer)를 사용하였으나 오염으로 인한 주기적인 교체 등이 필요한 문제가 있었다.In addition, electrons are continuously supplied from the low-density plasma due to the plasma discharged by the
도 6은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 자기터널접합 셀 제작을 위한 반응성 이온 식각 시의 식각 선택비를 평가한 그래프이다.Figure 6 is a graph evaluating the etch selectivity during reactive ion etching for manufacturing a magnetic tunnel junction cell using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
도 6은 자기터널접합 셀(10)의 구성 물질인 CoFeB, MgO와 하드마스크(20) 재료인 TiN, SiO2로 식각 선택비를 비교하였다.Figure 6 compares the etch selectivity of CoFeB and MgO, which are the constituent materials of the magnetic
일반적으로 사용되는 반응성 이온 식각(RIBE 250 V)와 동일한 에너지를 갖도록 반응성 이온 식각을 위한 전체 전압을 250V로 유지한 상태에서 제1 그리드(131)의 전압과 기대(140)의 음의 RF 바이어스 전압(VPR)의 비인 전압 비율을 점차 증가시켰다. 그 결과, 도 6과 같이, 기대(140)에 약한 음의 RF 바이어스 전압(VPR=-V)이 인가되었을 때 TiN과 식각 선택비가 크게 증가하는 것을 확인하였다. 그리고 기판의 인가되는 전압 비율이 증가함에 따라 다시 식각 선택비가 감소하며, 식각 선택비 증가를 위해서는 음의 전압을 가지는 RF 바이어스의 적정비율이 존재하는 것을 확인하였다.The voltage of the
도 7은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 경우의 저밀도 플라즈마(40)의 전자밀도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the electron density of the low-
일반적으로 사용되는 반응성 이온 식각(RIBE 250 V)과 동일한 에너지를 갖도록 반응성 이온 식각을 위한 전체 전압을 250V로 유지한 상태에서 제1 그리드(131)의 전압과 기대(140)의 음의 RF 바이어스 전압(VPR)의 비인 전압 비율을 점차 증가시켰다. 그 결과. 도 7과 같이, 전압 비율이 증가할수록 기대(140)의 방전에 의해 발생된 저밀도 플라즈마(40)의 전자밀도가 증가하였다. 이는 플라즈마 밀도가 증가하는 것을 의미한다. 따라서 식각 선택비 개선을 위해서는 기대(140)의 인접 영역에 저밀도 플라즈마가 필요한 것을 확인하였다.The voltage of the
도 8은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 적용한 자기터널접합 셀 제작을 위한 식각을 수행한 후의 자기터널접합 셀의 측벽 재증착을 평가하기 위한 TEM 사진이다.Figure 8 is a TEM image for evaluating sidewall redeposition of a magnetic tunnel junction cell after etching for manufacturing a magnetic tunnel junction cell using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
도 8의 (a)는 종래기술의 반응성 이온 식각 장치를 이용한 반응성 이온 식각 후의 자기터널접합 셀의 측벽의 TEM 사진이다(RIBE). 도 8의 (b)는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치(100)를 이용한 반응성 이온 식각 후의 자기터널접합 셀의 측벽의 TEM 사진다(RF-biased RIBE).Figure 8 (a) is a TEM image of the side wall of a magnetic tunnel junction cell after reactive ion etching using a conventional reactive ion etching device (RIBE). Figure 8 (b) is a TEM image (RF-biased RIBE) of the side wall of the magnetic tunnel junction cell after reactive ion etching using the RF biased reactive
도 8의 (a) 및 (b)와 같이, 종래기술의 반응성 이온 식각의 경우 자기터널접합 셀(10)의 측벽에 재증착(60)이 존재하였으나, 본 발명의 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 후의 경우에는 자기터널접합 셀(10)의 측벽에는 재증착이 거의 없음을 확인하였다.8 (a) and (b), in the case of reactive ion etching of the prior art, redeposition 60 existed on the side wall of the magnetic
도 9는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 이용한 식각 시의 차징 효과 개선을 평가한 그래프이다.Figure 9 is a graph evaluating the improvement of the charging effect during etching using RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention.
차징 효과 평가를 위한 자기터널접합 셀의 구성 물질인 CoFeB와 MgO를 세라믹 위에서 종래기술의 반응성 이온 식각과 본 발명의 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 진행하였다. 종래기술의 반응성 이온 식각에서는 거의 식각이 일어나지 않았다. 그러나 본 발명의 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각에서는 식각율(Etch Rate)이 증가하는 것을 확인하였다.To evaluate the charging effect, CoFeB and MgO, which are constituent materials of a magnetic tunnel junction cell, were subjected to conventional reactive ion etching and RF biased reactive ion etching according to an embodiment of the present invention on ceramic. In the reactive ion etching of the prior art, almost no etching occurred. However, it was confirmed that the etch rate increased in the RF biased reactive ion etching of the embodiment of the present invention.
도 10은 종래기술의 반응성 이온 식각 장치의 개략적인 구성 및 이온소스부의 동작 원리를 나타내는 도면이다.Figure 10 is a diagram showing the schematic configuration and operating principle of the ion source unit of the reactive ion etching device of the prior art.
도 10의 (a)는 종래기술의 반응성 이온 식각 장치에 의한 반응성 이온 식각을 나타낸다. 도 10의 (b)는 이온소스부(130)와 기대(140)의 사이의 전압 인가 상태 및 전압차를 나타내는 그래프이다.Figure 10(a) shows reactive ion etching using a conventional reactive ion etching device. Figure 10(b) is a graph showing the voltage application state and voltage difference between the
도 10과 같이, 종래기술의 반응성 이온 식각 장치는 챔버의 상부에 ICP 소스 등의 플라즈마 소스가 존재하며, 가스를 주입 후 플라즈마 소스에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.As shown in Figure 10, the reactive ion etching device of the prior art has a plasma source such as an ICP source at the top of the chamber, and generates plasma by injecting gas and applying RF power to the plasma source.
이 후, 이온소스부(130)의 제1 내지 제3 그리드(1 ~ 4 개의 그리드로 변경 가능)를 이용하여 플라즈마가 챔버 하부로 넘어가지 않도록 차단하며 플라즈마 내부의 이온을 기판 방향으로 추출 및 가속한다. 이때, 제1 및 제2 그리드는 위에서부터 순차적으로 +DC, -DC가 인가되고, 제3 그리드는 접지된다. 제1 그리드에 의해 추출되는 이온의 에너지가 조절되고, 제2 그리드에 의해 이온의 플럭스(flux)가 조절된다. 이때 이온이 추출되어 최종적으로 도달하는 기판은 접지 상태로 고정된다.Afterwards, the first to third grids (can be changed to 1 to 4 grids) of the
이때, 기판으로 추출되는 이온의 전위차(Vp, 에너지)는 제1 그리드에 +DC를 인가하여 0보다 높은 상태이며, 플라즈마 또한 제1 그리드보다 약간 높은 전위를 갖는다. 제2 그리드에서는 -DC 전위를 가지며, 이때, 플라즈마에서 이온이 추출되어 제2 그리드 쪽으로 도달할 때까지 이온은 가속이 일어난다. 이후, 추출된 이온은 제2 그리드를 지나 제2 그리드로 지나가며 감속된다. 최종적으로 기판에 도달하는 이온의 에너지는 플라즈마의 전위에서 기대(140)(또는 기판(141))의 전위 차이 만큼인 Vp의 에너지를 가지고 기판으로 이동하여 식각을 수행한다.At this time, the potential difference (Vp, energy) of the ions extracted to the substrate is higher than 0 by applying +DC to the first grid, and the plasma also has a slightly higher potential than the first grid. The second grid has a -DC potential, and at this time, the ions are extracted from the plasma and accelerated until they reach the second grid. Afterwards, the extracted ions pass through the second grid and are decelerated as they pass through the second grid. The energy of the ions that finally reach the substrate moves to the substrate with an energy of Vp, which is equal to the potential difference between the potential of the plasma and the potential of the base 140 (or the substrate 141) and performs etching.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치의 개략적인 구성 및 이온소스부의 동작 원리를 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing the schematic configuration and operating principle of the ion source unit of an RF biased reactive ion etching device according to an embodiment of the present invention.
도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치에 의한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각을 나타낸다. 도 11의 (b)는 본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치에 의한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 시 이온소스부(130)와 기대(140)의 사이의 전압 인가 상태 및 전압차를 나타내는 그래프이다.Figure 11 (a) shows RF biased reactive ion etching by the RF biased reactive ion etching device of an embodiment of the present invention. Figure 11 (b) shows the voltage application state and voltage difference between the
본 발명의 일 실시예의 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치에 의한 RF 바이어스된 반응성 이온 식각은, 도 10의 종래기술의 반응성 이온 식각 장치와 이온을 추출하는 방식은 동일하다. 그러나 기대(140)에 접지가 아닌 음의 전압을 가지는 RF 바이어를 인가하는 제2 RF 전력부(160)가 연결된다. 상기 제2 전력부(160)를 이용하여 식각챔버(110)의 하부 영역에 저밀도 플라즈마(40)를 발생시킨다. 이때 기대(140)DP RF를 인가하는 경우, 기판(141)에 음의 바이어스가 형성된다. 이 음의 바이어스는 크기에 따라 이온소스부(130)와 기대(140)의 사이에 형성되는 저밀도 플라즈마(40)의 밀도 도한 조절할 수 있도록 한다.RF biased reactive ion etching by the RF biased reactive ion etching device of an embodiment of the present invention uses the same method of extracting ions as the prior art reactive ion etching device of FIG. 10 . However, a second
즉, 도 10의 일반적인 종래기술의 반응성 이온 식각 장치와 동일하게 이온빔이 플라즈마의 전위에서 기대(140)(또는 기판(141))의 전위 차이 만큼인 Vp의 에너지를 가지고 기판에 도달해야 한다. 이를 위해, 도 11의 (b)와 같이, 기대(140)에 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스의 전위만큼 제1 그리드(131)의 +DC의 전위를 낮추어야 한다. 이때 기대(140)의 기판(141)으로 가속되는 이온빔(50)의 총에너지는 동일하지만 제1 그리드(131)의 전압에 대한 기판(141)의 음의 RF 바이어스의 전압 비율이 점차 증가함에 따라 기대(140)에 공급되는 RF 전력에 의해 저밀도 플라즈마(40)의 밀도가 점차 높아지게 된다. 본 발명에서는 기대(140)에 의해 발생되는 저밀도 플라즈마(40)는 상부에 발생된 고밀도 플라즈마(30)에 비해 상대적으로 낮은 밀도의 플라즈마이다. 일반적으로 상부의 고밀도 플라즈마(30)의 경우 플라즈마 소스부(120)에서 방전되기 때문에 기판에서 발생하는 플라즈마에 비해 높은 밀도를 갖게 된다. 따라서 대부분 하부의 저밀도 플라즈마(40)가 상부의 고밀도 플라즈마(30)보다 낮은 밀도를 가지게 된다.That is, like the general prior art reactive ion etching device of FIG. 10, the ion beam must reach the substrate with an energy of Vp, which is equal to the difference in potential of the base 140 (or substrate 141) from the potential of the plasma. To this end, as shown in (b) of FIG. 11, the +DC potential of the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 자기저항메모리 셀
10: 자터널접합 셀
11: 강자성 자유층
13: 강자성 고정층
15: 터널 베리어층
20: 하드마스크
25: 하브 전극
30: 고밀도 플라즈마
40: 저밀도 플라즈마
50: 이온빔
60: 재증착
100: RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치
110: 식각 챔버
111: 가스주입부
112: 배기부
120: 플라즈마 소스부
130: 이온소스부
131: 제1 그리드
132: 제2 그리드
133: 제3 그리드
VPO: 반응성 이온 식각 수행을 위한 전압차
VPR: 음의 RF 바이어스 전압(기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압)1: Magnetoresistive memory cell
10: Subtunnel junction cell
11: Ferromagnetic free layer
13: Ferromagnetic fixed layer
15: Tunnel barrier layer
20: Hardmask
25: lower electrode
30: High-density plasma
40: Low-density plasma
50: Ion beam
60: redeposition
100: RF biased reactive ion etch device
110: Etching chamber
111: Gas injection part
112: exhaust part
120: Plasma source unit
130: Ion source unit
131: first grid
132: second grid
133: Third grid
VPO: Voltage difference to perform reactive ion etching
VPR: Negative RF bias voltage (voltage of applied RF power as expected (140))
Claims (9)
상기 식각챔버(110)의 상부에 설치되어 상기 식각챔버(110)의 내부 상부 영역에 고밀도 플라즈마(30)를 생성하는 플라즈마 소스부(120);
상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 고밀도 플라즈마(30)가 형성되는 영역의 하부에 설치되는 이온소스부(130);
상기 식각챔버(110)의 내부에서 상기 이온소스부(130)의 하부에 형성되어 기판(141)이 안착되는 기대(140);
상기 플라즈마 소스부(120)로 상기 고밀도 플라즈마(30) 생성을 위한 RF전력을 공급하는 제1 RF 전력부(150);
상기 이온소스부(130)와 상기 기대(140)의 사이 영역에 저밀도 플라즈마(40)를 생성하기 위해 상기 기대(140)로 RF전력을 공급하는 제2 RF 전력부(160); 및
상기 제1 RF 전력부(150)와 상기 제2 RF 전력부(160)를 제어하는 제어부(170)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치.Etching chamber 110;
A plasma source unit 120 installed on the upper part of the etching chamber 110 to generate high-density plasma 30 in the upper inner area of the etching chamber 110;
an ion source unit 130 installed inside the etching chamber 110 at a lower portion of the area where the high-density plasma 30 is formed;
A base 140 formed below the ion source unit 130 inside the etching chamber 110 and on which the substrate 141 is seated;
A first RF power unit 150 that supplies RF power for generating the high-density plasma 30 to the plasma source unit 120;
A second RF power unit 160 that supplies RF power to the base 140 to generate low-density plasma 40 in an area between the ion source unit 130 and the base 140; and
An RF biased reactive ion etching device comprising a control unit 170 that controls the first RF power unit 150 and the second RF power unit 160.
상기 고밀도 플라즈마(30) 또는 저밀도 플라즈마(40) 생성을 위한 가스를 상기 식각챔버(110)의 내부로 공급하는 가스주입부(111); 및
상기 식각챔버(110)의 내부에서 발생된 반응생성물을 외부로 배출하는 배기부(112)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치.The method of claim 1, wherein the etch chamber 110 is
a gas injection unit 111 that supplies gas for generating the high-density plasma 30 or the low-density plasma 40 into the interior of the etching chamber 110; and
RF biased reactive ion etching device, characterized in that it further includes an exhaust unit 112 that discharges reaction products generated inside the etching chamber 110 to the outside.
상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPO)에 비해 낮아진 +DC가 인가되는 제1 그리드(131);
상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우와 동일한 -DC 가 인가되는 제2 그리드(132); 및
접지되는 제3 그리드(133)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치.The method of claim 1, wherein the ion source unit 130 is,
A first grid 131 to which +DC is applied, which is lower than the voltage (V PO ) when the RF bias having a negative voltage is not applied to the base 140;
a second grid 132 to which -DC is applied, which is the same as when an RF bias with a negative voltage is not applied to the base 140; and
An RF biased reactive ion etching device comprising a third grid (133) that is grounded.
상기 기대(140)에 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스를 인가하고 상기 제1 그리드(131)에는 상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압에 비해 상기 음의 RF 바이어스 전압(VPR)만큼 낮아진 +DC 전압을 인가하는 이온소스부 전압 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치.The method of claim 3, wherein the control unit 170,
When an RF bias with a negative voltage (V PR ) is applied to the base 140 and an RF bias with a negative voltage is not applied to the first grid 131, the voltage is applied to the base 140. An RF biased reactive ion etching device, characterized in that it is configured to perform ion source voltage control by applying a +DC voltage lowered by the negative RF bias voltage (V PR ).
상기 이온소스부(130)의 상부와 하부에 고밀도 플라즈마(30)와 저밀도 플라즈마(40)가 형성된 후, 상기 이온소스부(130)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 장치.The method of claim 1, wherein the control unit 170
After the high-density plasma 30 and the low-density plasma 40 are formed in the upper and lower parts of the ion source unit 130, the voltage of the ion source unit 130 and the base ( 140) An RF biased reactive ion etching device characterized in that it is configured to perform low-density plasma density control to adjust the density of the low-density plasma 40 by controlling the voltage of the RF power applied to the RF power.
상기 제1 RF 전력부(150)가 상기 플라즈마 소스부(120)에 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 상부에 고밀도 플라즈마(30)를 형성하는 고밀도 플라즈마 형성 단계(S10);
상기 이온소스부(130)의 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이의 전압차가 고밀도 플라즈마(30)에서 발생된 이온이 상기 기대(140)의 상부에 안착된 기판(141)과 충돌하여 반응성 이온 식각의 수행을 위한 전압차(Vp)를 가지도록 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스에 대응하여 상기 제1 그리드(131)에 인가되는 전압을 조절하는 이온소스부 전압 제어 단계(S20); 및
상기 제2 RF 전력부(160)가 상기 기대(140)로 음의 전압을 가지는 RF 바이어스를 가지는 RF 전력을 공급하여 상기 이온소스부(130)의 하부에 저밀도 플라즈마(40)를 형성하는 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법.Ions having an etch chamber 110, a plasma source unit 120, a first grid 131 to which a positive voltage is applied, a second grid 132 to which a negative voltage is applied, and a third grid 133 to which a ground is applied. A reactive ion etching method using an RF biased reactive ion etching device including a source unit 130, a base 140, a first RF power unit 150, a second RF power unit 160, and a control unit 170. Because,
A high-density plasma forming step (S10) in which the first RF power unit 150 supplies RF power to the plasma source unit 120 to form a high-density plasma 30 on the upper part of the ion source unit 130;
The voltage difference between the first grid 131 of the ion source unit 130 and the base 140 causes ions generated in the high-density plasma 30 to contact the substrate 141 seated on the upper part of the base 140 and the base 140. The ion source unit voltage that adjusts the voltage applied to the first grid 131 in response to the RF bias having the negative voltage (V PR ) so as to have a voltage difference (Vp) for performing reactive ion etching by collision. Control step (S20); and
A low-density plasma in which the second RF power unit 160 supplies RF power with an RF bias with a negative voltage to the base 140 to form a low-density plasma 40 in the lower part of the ion source unit 130. RF biased reactive ion etching method comprising a forming step (S30).
상기 기대(140)에 상기 음의 전압(VPR)을 가지는 RF 바이어스를 인가하고 상기 제1 그리드(131)에는 상기 제1 그리드(131)와 상기 기대(140)의 사이에 반응성 이온 식각을 위한 전압차(VP)가 발생하도록, 상기 기대(140)에 음의 전압을 가지는 RF 바이어스가 인가되지 않은 경우의 전압(VPo)에 비해 낮아진 +DC 전압을 인가하는 이온소스부 전압 제어를 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법.The method of claim 6, wherein the ion source voltage control step (S20),
An RF bias having the negative voltage (V PR ) is applied to the base 140 and an RF bias is applied to the first grid 131 for reactive ion etching between the first grid 131 and the base 140. Perform ion source voltage control to apply a +DC voltage lower than the voltage (V Po ) when the RF bias with a negative voltage is not applied to the base 140 so that a voltage difference (V P ) is generated. RF biased reactive ion etching method characterized in that the step of.
상기 저밀도 플라즈마 형성 단계(S30)의 수행 이후에, 상기 제1 그리드(131)의 전압과 상기 제2 RF 전력부(160)에서 상기 기대(140)로 인가되는 RF 전력의 전압을 제어하여 상기 저밀도 플라즈마(40)의 밀도를 조절하는 저밀도 플라즈마 밀도 제어 단계(S40)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법.According to clause 6,
After performing the low-density plasma forming step (S30), the voltage of the first grid 131 and the voltage of the RF power applied from the second RF power unit 160 to the base 140 are controlled to form the low-density plasma. RF biased reactive ion etching method, characterized in that it further comprises a low-density plasma density control step (S40) for controlling the density of the plasma (40).
자기저항메모리 셀의 자기터널접합 셀의 식각을 수행하는 것을 특징으로 하는 RF 바이어스된 반응성 이온 식각 방법.According to clause 6,
An RF biased reactive ion etching method characterized by etching the magnetic tunnel junction cell of a magnetoresistive memory cell.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220094975A KR20240017273A (en) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof |
PCT/KR2023/008983 WO2024025168A1 (en) | 2022-07-29 | 2023-06-28 | Rf-biased reactive ion etching apparatus, and rf-biased reactive ion etching method using rf-biased reactive ion etching apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220094975A KR20240017273A (en) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240017273A true KR20240017273A (en) | 2024-02-07 |
Family
ID=89706701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220094975A KR20240017273A (en) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20240017273A (en) |
WO (1) | WO2024025168A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101080604B1 (en) | 2010-02-09 | 2011-11-04 | 성균관대학교산학협력단 | atomic layer etching apparatus and etching method using the same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3764639B2 (en) * | 2000-09-13 | 2006-04-12 | 株式会社日立製作所 | Plasma processing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
KR101092172B1 (en) * | 2009-12-24 | 2011-12-13 | 주식회사 디엠에스 | Plasma reactor for changing selectively combination structure of inductive coils according to predetermined etching condition, and etching method using the plasma reactor |
KR101234706B1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-02-19 | 참엔지니어링(주) | Substrate processing apparatus and substrate processing method using the same |
KR101529821B1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-06-29 | 성균관대학교산학협력단 | Method for etching mram material using reactive ion beam pulse |
KR101820238B1 (en) * | 2016-05-10 | 2018-01-18 | 한국과학기술원 | Plasma Processing Apparatus with Electron Beams and Capacitively Coupled Plasma |
-
2022
- 2022-07-29 KR KR1020220094975A patent/KR20240017273A/en unknown
-
2023
- 2023-06-28 WO PCT/KR2023/008983 patent/WO2024025168A1/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101080604B1 (en) | 2010-02-09 | 2011-11-04 | 성균관대학교산학협력단 | atomic layer etching apparatus and etching method using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024025168A1 (en) | 2024-02-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10388491B2 (en) | Ion beam etching method of magnetic film and ion beam etching apparatus | |
US6322672B1 (en) | Method and apparatus for milling copper interconnects in a charged particle beam system | |
KR101080604B1 (en) | atomic layer etching apparatus and etching method using the same | |
US9118001B2 (en) | Techniques for treating sidewalls of patterned structures using angled ion treatment | |
CN104282521A (en) | Ion beam etching system | |
WO2015137172A1 (en) | Semiconductor device production method and production apparatus | |
KR20170002562A (en) | Apparatus and method for dynamic control of ion beam energy and angle | |
US20210375626A1 (en) | Techniques and apparatus for elongation patterning using angled ion beams | |
JP2008300687A (en) | Plasma doping method, and device therefor | |
KR20110098355A (en) | Mothod for etching atomic layer using neutral beam etching apparatus | |
TW202145288A (en) | Filling empty structures with deposition under high-energy sem for uniform de layering | |
KR100923299B1 (en) | Method for forming magnetic tunneling junction layer of Magnetic Random Access Memory | |
KR101786776B1 (en) | Method of manufacturing magneto-resistive element and vacuum processing apparatus | |
US20150311432A1 (en) | Process for producing magnetoresistive effect element | |
KR20240017273A (en) | RF biased reactive ion beam etching apparatus and the method thereof | |
US20220102624A1 (en) | Ion beam etching with gas treatment and pulsing | |
US20210335625A1 (en) | Dry etching apparatus and dry etching method | |
JP6480534B1 (en) | Charged particle beam irradiation apparatus and substrate charge reduction method | |
JPH05102083A (en) | Method and apparatus for dry etching | |
JP2004193590A (en) | Plasma treatment method | |
US5869402A (en) | Plasma generating and processing method and apparatus thereof | |
KR20190097071A (en) | Processing apparatus and method according to the compensated position | |
TWI758935B (en) | Methods of etching layer stack and magnetic memory | |
Ono et al. | RF-plasma-assisted fast atom beam etching | |
US20220254649A1 (en) | Atomic layer etch and ion beam etch patterning |