TWI702676B - 多層磁性隧道結刻蝕方法和mram器件 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種多層磁性隧道結刻蝕方法和MRAM器件。在不中斷真空的情況下依據特定的步驟對晶圓進行加工，至少分別使用一次反應離子等離子體刻蝕腔室和離子束刻蝕腔室。對多層磁性隧道結的加工過程一直處在真空環境中，避免了外界環境對刻蝕的影響。透過刻蝕和清洗結合的工藝使器件結構維持了較好的陡直度，並且大幅度降低了磁性隧道結膜層結構的金屬沾汙及損傷，極大的提高了器件的性能和可靠性。另外，離子束刻蝕腔室和反應離子刻蝕腔室結合使用，克服了現有的單一刻蝕方法存在的技術問題，提高了生產效率和刻蝕工藝精度。

Description

多層磁性隧道結刻蝕方法和MRAM器件
本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種多層磁性隧道結刻蝕方法和MRAM器件。
磁記憶體是電腦體系結構中的重要組成部分，對電腦的速度，集成度和功耗等都有決定性的影響。然而，目前的記憶體難以同時兼顧各項性能指標，例如，硬碟的存儲容量較高(可達1.31Tb/in2)，但存取速度極其慢(通常為微秒級)，緩存則相反，具有高速和低集成度的特點。為允許發揮各類記憶體的優勢，典型的電腦存儲系統採用分級結構，一方面，頻繁使用的指令與資料存於緩存(Cache)和主存(Main Memory)中，能夠以較快的速度與中央處理器交互；另一方面，大量的非頻繁使用的系統程式與文檔被存于高密度的硬碟(HDD或者SSD)中，這樣的分級結構是存儲系統兼具高速和大容量的優點。但是，隨著半導體工藝特徵尺寸的不斷縮小，傳統的基於互補金屬氧化物半導體工藝的緩存和主存遭遇到了性能瓶頸。在功耗方面，由於CMOS電晶體 的漏電流隨著工藝尺寸的減小而增大，因此，SRAM和DRAM的靜態功耗日益加劇；在速度方面，處理器與記憶體的互聯延遲限制了系統的主頻。解決該問題的一個有效途徑是構建非易失性(Non-Volatile)的緩存和主存，使系統可工作於休眠模式而不丟失資料，從而消除漏電流和靜態功耗，而且非易失性記憶體可透過後道工藝(Back-of-End-Line)直接集成與CMOS電路上，減少了互聯延遲。STT-MRAM在速度、面積、寫入次數和功耗方面能夠達到較好的折中，因此被業界認為是構建下一代非易失性緩存和主存的理想器件。
磁性隧道結(MTJ)的核心部分是由兩個鐵磁金屬層夾著一個隧穿勢壘層而形成的三明治結構，其中一個鐵磁層被稱為參考層(Reference Layer)或者固定層(Pinned Layer)，它的磁化沿易磁化軸方向(Easy-Axis)固定不變。另一個鐵磁層被稱為自由層(Free Layer)，它的磁化有兩個穩定的取向，分別與固定層平行或者反平行，這將使磁性隧道結處於低阻態或者高阻態，該現象被稱為隧穿磁阻效應(TMR)。這兩種阻態可分別代表二進位資料中的“0”和“1”。
MTJ圖形化的主要方法還是需要透過刻蝕的方法，因為MTJ的材料是難於幹法刻蝕的材料Fe、Co、Mg等，難以形成揮發產物，且不能採用腐蝕氣體(Cl2等)，否則會影響MTJ的性能，所以需要用到比較複雜的刻蝕方法才能實現，刻蝕工藝非常具有難度和挑戰。傳統的大尺寸MTJ刻蝕都是透過離子束刻蝕完成 的。由於離子束刻蝕採用惰性氣體，基本上沒有引入化學刻蝕的成分進入反應腔室，從而使得MTJ的側壁不受化學反應的侵蝕。在保證側壁乾淨的情況下，離子束刻蝕可以獲得比較完美的MTJ側壁：乾淨並且沒有受到化學破壞。但是，離子束刻蝕也有其不完美的一面。一方面，離子束刻蝕能夠實現的一個原理是採用較高的物理轟擊力，而過大的物理轟擊力會導致MTJ側壁，尤其是隔離層以及附近的核心層的原子層排序受到幹擾，從而破壞MTJ的磁性特徵。另一方面，離子束刻蝕都採用一定的角度實現刻蝕，這個為離子束刻蝕帶來了局限性。隨著MTJ器件尺寸做的越來越小，MTJ本身膜層的厚度以及掩膜的厚度不能無止境的被壓縮，進入30納米以及以下的MTJ器件的高寬比一般都是在2：1以上。磁性隧道結尺寸越小時，這個高寬比越高。這個高寬比使得離子束刻蝕常用的角度不能達到磁性隧道結的底部，從而達不到磁性隧道結器件分離的需求，使得圖形化失敗。再者，離子束刻蝕的時間相對較長，每台設備的產率有限。
為瞭解決上述問題，本發明公開一種多層磁性隧道結刻蝕方法，所使用的刻蝕裝置包括樣品裝載腔室、真空過渡腔室、反應離子等離子體刻蝕腔室、離子束刻蝕腔室、鍍膜腔室以及真空傳輸腔室，所述真空過渡腔室分別與所述樣品裝載腔室、所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，所述反應離子等離子體刻 蝕腔室、所述離子束刻蝕腔室、所述鍍膜腔室分別與所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，在不中斷真空的情況下對樣品進行加工，至少分別使用一次所述反應離子等離子體刻蝕腔室和所述離子束刻蝕腔室，包括以下步驟：樣品準備步驟，樣品裝載步驟，將樣品裝載到所述樣品裝載腔室，並使所述樣品透過所述真空過渡腔室，進入所述真空傳輸腔室，其中，所述樣品形成在半導體基底上，包括底電極、磁性隧道結、帽層和掩膜層，所述磁性隧道結包括固定層、隔離層和自由層，所述隔離層和自由層為多層；第一刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，完成對帽層和自由層的刻蝕，達到第一隔離層時停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或者所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第一刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室，在所述樣品上表面和周邊形成第一介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一介質薄膜打開步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者離子束刻蝕腔室，打開器件上方及底部的所述第一介質薄膜，並且保留器件側壁處的部分第一介質薄膜，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；重複上述步驟，每刻蝕一次都停止在下一隔離層，直到刻蝕 達到最底層隔離層，最終刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，對所述樣品進行刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；最終清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述最終刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙、側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；最終介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室進行鍍膜保護，在所述樣品上表面和周邊形成最終介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；以及樣品取出步驟，將所述樣品從所述真空傳輸腔室，透過所述真空過渡腔室，返回到所述樣品裝載腔室。
本發明的的多層磁性隧道結刻蝕方法中，優選為，在所述反應離子等離子體刻蝕腔室中進行刻蝕或者清洗的步驟中，所使用的氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類或其組合，不同步驟中所使用的氣體、功率、氣流、壓力可以相同或者不同。
本發明的的多層磁性隧道結刻蝕方法中，優選為，在所述離子束刻蝕腔中進行刻蝕或者清洗的步驟中，所使用的氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣或其組合，不同步驟所使用的氣體、離子束的角度、離子束的能量以及離子束的密度可以相同或者不同。
本發明的的多層磁性隧道結刻蝕方法中，優選為，所述 第一介質薄膜材料和所述最終介質薄膜材料可以相同也可以不同，所述第一介質薄膜材料、所述最終介質薄膜材料為四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物或其組合，在不同的第一介質薄膜鍍膜步驟中，所述第一介質薄膜材料可以相同也可以不同。
一種MRAM器件，包括如申請專利範圍第1項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法製備形成的多層磁性隧道結，所述多層磁性隧道結的每層隔離層與位於其上的自由層呈臺階結構。
一種多層磁性隧道結刻蝕方法，所使用的刻蝕裝置包括樣品裝載腔室、真空過渡腔室、反應離子等離子體刻蝕腔室、離子束刻蝕腔室、鍍膜腔室以及真空傳輸腔室，所述真空過渡腔室分別與所述樣品裝載腔室、所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，所述反應離子等離子體刻蝕腔室、所述離子束刻蝕腔室、所述鍍膜腔室分別與所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，在不中斷真空的情況下對樣品進行加工，至少分別使用一次所述反應離子等離子體刻蝕腔室和所述離子束刻蝕腔室，包括以下步驟：樣品裝載步驟，將所述樣品裝載到所述樣品裝載腔室，並使所述樣品透過所述真空過渡腔室，進入所述真空傳輸腔室，其中，所述樣品形成在半導體基底上，包括底電極、磁性隧道結、帽層和掩膜層，所述磁性隧道結包括固定層、隔離層和自由層，所述隔離層和自由層為多層；第一刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述 離子束刻蝕腔室或者反應離子等離子體刻蝕腔室，對樣品進行刻蝕，當刻蝕到某一隔離層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一清洗步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第一刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室，在所述樣品上表面和周邊形成第一介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第一介質薄膜打開步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者離子束刻蝕腔室，打開器件上方及底部的所述第一介質薄膜，並且保留器件側牆處的部分第一介質薄膜，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第二刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，對所述樣品的剩餘各層進行刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第二清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第二刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙、側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；第二介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室進行鍍膜保護，在所述樣品上表面和周邊形成第二介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；以及樣品取出步 驟，將所述樣品從所述真空傳輸腔室，透過所述真空過渡腔室，返回到所述樣品裝載腔室。
本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法中，優選為，在所述離子束刻蝕腔室中進行刻蝕或者清洗的角度為10度到80度，所述角度為離子束與樣品台法向面的夾角。
本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法中，所述第一介質薄膜的厚度為0.5nm~5nm，所述第二介質薄膜的厚度為1nm~500nm。
本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法中，在所述第一清洗步驟和所述第二清洗步驟中，分別去除厚度為0.1nm~10.0nm爪的磁性隧道結的側壁。
一種MRAM器件，包括如申請專利範圍第6項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法製備形成的多層磁性隧道結，所述多層磁性隧道結的所述第一刻蝕步驟刻蝕停止的隔離層與位於其上的自由層呈臺階結構。
本發明對多層磁性隧道結的加工過程一直處在真空環境中，避免了外界環境對刻蝕的影響。透過刻蝕和清洗結合的工藝使器件結構維持了較好的陡直度，並且大幅度降低了磁性隧道結膜層結構的金屬沾汙及損傷，極大的提高了器件的性能和可靠性。另外，離子束刻蝕腔室和反應離子刻蝕腔室結合使用，克服了現有的單一刻蝕方法存在的技術問題，提高了生產效率和刻蝕工藝精度。
10:反應離子等離子體刻蝕腔室
11:離子束刻蝕腔室
12:鍍膜腔室
13:真空傳輸腔室
14:真空過渡腔室
15:樣品裝載腔室
100:底電極金屬層
101:固定層
102:隔離層
103:自由層
104:帽層
105:硬掩膜層
106:第一介質薄膜
107:最終介質薄膜
108:第二介質薄膜
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19:步驟
圖1是本發明的磁隧道結刻蝕方法所使用刻蝕裝置的功能框圖。
圖2是包含多層磁隧道結的樣品結構示意圖。
圖3是磁隧道結刻蝕方法的一個實施例的流程圖。
圖4是刻蝕到第一隔離層並進行清洗後所形成的器件結構示意圖。
圖5是進行第一介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖6是刻蝕到第二隔離層並進行清洗後所形成的器件結構示意圖。
圖7是重複執行第一介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖8是刻蝕到最底層隔離層並進行清洗後所形成的器件結構示意圖。
圖9是刻蝕到底電極金屬層並進行清洗後所形成的器件結構示意圖。
圖10進行最終介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖11是磁隧道結刻蝕方法的另一實施例的流程圖。
圖12是進行第一清洗步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖13是進行第一介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖14是進行第一介質薄膜打開步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖15是進行第二清洗步驟後所形成的器件結構示意圖。
圖16是進行第二介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
此外，在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如器件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發明。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照 這些特定的細節來實現本發明。除非在下文中特別指出，器件中的各個部分可以由本領域的技術人員公知的材料構成，或者可以採用將來開發的具有類似功能的材料。
以下結合附圖針對本發明的磁性隧道結刻蝕方法所使用的裝置進行說明。圖1是本發明的磁性隧道結刻蝕方法所使用的刻蝕裝置的功能框圖。如圖1所示，刻蝕裝置包括反應離子等離子體刻蝕腔室10、離子束刻蝕(IBE)腔室11、鍍膜腔室12、真空傳輸腔室13、真空過渡腔室14和樣品裝載腔室15。其中，真空過渡腔室14分別與樣品裝載腔室15和真空傳輸腔室13以可連通的方式相連接。反應離子等離子體刻蝕腔室10、離子束刻蝕腔室11、鍍膜腔室12分別與真空傳輸腔室13以可連通的方式相連接。此外，上述各腔室也可以為多個。
反應離子等離子體刻蝕腔室10可以是電感耦合等離子體(ICP)腔室、電容耦式等離子體(CCP)腔室、螺旋波等離子體腔室等反應離子等離子體刻蝕腔室。離子束刻蝕(IBE)腔室11可以是離子束刻蝕、中性粒子束刻蝕腔體等。鍍膜腔室12可以是物理氣相沉積(PVD)鍍膜腔室，或者是脈衝化學氣相沉積(Pulsed CVD)鍍膜腔室、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)鍍膜腔室、電感耦合等離子體增強化學氣相沉積(ICP-PECVD)鍍膜腔室、原子層(ALD)鍍膜腔室等化學氣相沉積(CVD)鍍膜腔室。
此外，刻蝕裝置還包括用於實現樣品在各腔室的傳遞的樣品傳輸系統、用於對各腔室及樣品傳輸系統等進行控制的控制 系統、用於實現各腔室所需的真空度的真空抽氣系統、以及冷卻系統等常規刻蝕裝置所包含的功能單元。這些裝置結構均可以由本領域技術人員利用現有技術加以實現。
在進行多層磁性隧道結刻蝕前，首先在半導體基底上形成包含多層磁性隧道結的待刻蝕結構。在圖2中繪示了包含多層磁性隧道結的待刻蝕器件結構示意圖。如圖2所示，待刻蝕結構包括底電極金屬層100、磁性隧道結、帽層104以及硬掩膜層105，其中，磁性隧道結包括固定層101、隔離層102和自由層103，隔離層102和自由層103為多層，隔離層102和自由層103依次交替形成在固定層101上。各層的厚度、層數和所採用的材料根據實際需要進行選擇。為了便於說明，在下文中將各隔離層102自上而下描述為第一隔離層、第二隔離層......底層隔離層。
圖3是多層磁性隧道結刻蝕方法的一個實施例的流程圖。如圖3所示，在樣品裝載步驟S11中，將樣品裝載到樣品裝載腔室15，並使樣品透過真空過渡腔室14，進入真空傳輸腔室13。
接下來，在第一刻蝕步驟S12中，使樣品進入到反應離子等離子體刻蝕腔室10，利用反應離子等離子體對樣品進行刻蝕。當刻蝕達到第一隔離層時，停止刻蝕。之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。在反應離子等離子體刻蝕腔室裡所使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類等。刻蝕過程要實現器件的分離以及器件所需的陡直度。
由於在刻蝕過程中會產生極微量的如小於1nm的金屬沾 汙，並且可能會形成磁性隧道結側壁的納米級的損傷層。因此，接下來，在第一清洗步驟S13中，使樣品進入到離子束刻蝕腔室11，利用離子束進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理。之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。在離子束刻蝕腔室裡使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣等。離子束刻蝕使用的角度優選為10度到80度。該角度是指離子束與晶圓法向面的夾角。優選地，將0.1nm~10.0nm的磁性隧道結的側壁去除，使第一刻蝕步驟中形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除。在圖4中繪示了進行第一清洗步驟後所形成的器件結構示意圖。
接下來，在第一介質鍍膜步驟S14中，使樣品進入到鍍膜腔室12，在完成上述刻蝕的樣品上表面和周邊進行形成第一介質薄膜106，之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。在圖5中繪示了進行第一介質鍍膜步驟後的器件結構示意圖。其中，所鍍第一介質薄膜106為使相鄰磁性隧道結器件分離的介質材料。例如，可以是四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物等。第一介質薄膜的厚度可以是在0.5nm以上，50nm以下。透過第一介質鍍膜步驟，能夠防止已經打開的磁性隧道結側壁在後續刻蝕過程中被等離子體破壞。
接下來，在第一介質薄膜打開步驟S15中，使上述鍍膜後的樣品進入到反應離子等離子體刻蝕腔室10，利用反應離子等離子體刻蝕第一介質薄膜106，將器件上方及底部的第一介質薄膜 刻蝕掉。由於磁性隧道結的側壁上形成的第一介質薄膜厚度大於水準表面上的第一介質薄膜厚度，因此磁性隧道結的側壁上仍然留有部分第一介質薄膜106。
使樣品繼續停留在反應離子等離子體刻蝕腔室10，重複第一刻蝕步驟S12，利用反應離子等離子體對樣品進行刻蝕，當刻蝕達到第二隔離層時停止刻蝕。然後，重複步驟第一清洗步驟S13，去除金屬沾汙和側壁損傷，所得結構如圖6所示。重複第一介質鍍膜步驟S14，在上述完成了第二次刻蝕和清洗的結構上形成第一介質薄膜，所得結構如圖7所示。接下來，繼續執行第一介質薄膜打開步驟S15，在已刻蝕的磁性隧道結的側壁保留部分介質，能夠防止已經打開的磁性隧道結側壁在後續刻蝕過程中被等離子體破壞。而後，繼續重複步驟S12~S15，直到刻蝕到達最底層隔離層，如圖8所示。
之後，進行最終刻蝕步驟S16，磁性隧道結在反應離子等離子體刻蝕腔室10中繼續刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層100時停止刻蝕。所使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類等。由於已經打開的磁性隧道結被第一介質薄膜106保護，後續的刻蝕氣體可以不再顧慮對被保護的磁性隧道結的膜層的破壞了，使用的氣體範圍更廣泛一些。
接下來，在最終清洗步驟S17中，使樣品進入到離子束刻蝕腔室11，利用離子束進行金屬殘留物去除以及樣品表面處 理，使上述刻蝕步驟中形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除。之後，使樣品返回到真空傳輸腔室13。離子束刻蝕腔室中使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣等。離子束刻蝕使用的角度優選為10度到80度。優選為，將0.1nm~10.0nm的磁性隧道結的側壁去除。器件經過上述的刻蝕和清洗步驟後，器件的側壁乾淨並且實現了完全分離。在圖9中繪示了進行最終清洗步驟後所形成的器件結構示意圖。
接下來，在最終介質鍍膜步驟S18中，使上述樣品進入到鍍膜腔室12進行鍍膜保護，在樣品上表面和周邊形成最終介質薄膜107，之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。最終介質薄膜的材料可以是四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物等可以實現相鄰磁性隧道結器件分離的介質材料。最終介質鍍膜的厚度可以是1nm以上，500nm以下。透過最終介質鍍膜步驟，能夠防止器件在後續的工藝中因裸露在大氣環境中而受到破壞，同時實現器件與器件的完全絕緣隔離。圖10中繪示了進行最終介質鍍膜步驟後所形成的器件結構示意圖。
最後，在樣品取出步驟S19中，將樣品從真空傳輸腔室13，透過真空過渡腔室14，返回到樣品裝載腔室15。
以上僅是本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法的一個具體實施例。但是本發明不限定於此，在本發明的多層磁性隧道結刻 蝕方法的其他實施例中，第一刻蝕步驟、最終刻蝕步驟以及第一介質薄膜打開步驟也可以在離子束刻蝕腔室中利用離子束完成刻蝕。第一清洗步驟、最終清洗步驟也可以在反應離子等離子體刻蝕腔室中利用反應離子等離子體進行清洗。也就是說針對每個刻蝕和清洗步驟都可以選擇在反應離子等離子體刻蝕腔室或離子束刻蝕腔室中進行，這樣就有多種可能的工藝流程，這些工藝流程均涵蓋在本發明的保護範圍內。但是，從生產效率以及刻蝕工藝精度的角度考慮，對於上述所有的刻蝕和清洗步驟均在單一腔室(離子束刻蝕腔室或反應離子等離子體刻蝕腔室)中進行的情況，本發明不採用。換句話說，本發明的磁性隧道結刻蝕方法中反應離子等離子體刻蝕腔室和離子束刻蝕腔室至少都要被利用一次。另外，各步驟的具體實施方式根據情況可以不同。對於在離子束刻蝕腔中進行刻蝕或者清洗的步驟，不同步驟所使用的氣體、離子束的角度、離子束的能量以及離子束的密度可以相同或者不同。對於在反應離子等離子體刻蝕腔中進行刻蝕或者清洗的步驟，不同步驟所使用的氣體、功率、氣流、壓力可以相同或者不同。
本實施例中，對磁性隧道結的加工過程一直處在真空環境中，避免了外界環境對刻蝕的影響，並且對每層隔離層和自由層都分步進行了刻蝕、清洗和鍍膜保護，從而大幅度降低了磁性隧道結膜層結構的金屬沾汙及損傷，極大的提高了器件的性能和可靠性。另外，離子束刻蝕腔室和反應離子刻蝕腔室結合使用， 克服了現有技術中由於採用單一刻蝕方法而導致的問題，提高了生產效率和刻蝕工藝精度。
另外，根據上述多層磁隧道結刻蝕方法的實施例形成的磁隧道結，如圖10所示，每層隔離層102與位於其上的自由層103均呈臺階結構。相應得，對於包含該多層磁性隧道結的MRAM器件也具有該特徵。
圖11是多層磁性隧道結刻蝕方法的另一實施例的流程圖。接下來，在樣品裝載步驟S21中，將樣品裝載到樣品裝載腔室15，並使樣品透過真空過渡腔室14，進入真空傳輸腔室13。
在第一刻蝕步驟S22中，使樣品進入到到離子束刻蝕腔室11，利用離子束進行刻蝕，當刻蝕到達第二隔離層時停止刻蝕。之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。在離子束刻蝕腔室裡使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣等。離子束刻蝕使用的角度優選為10度到80度。
接下來，在第一清洗步驟S23中，使樣品進入反應離子等離子體刻蝕腔室10，利用反應離子等離子體對樣品進行清洗，去除金屬沾汙和側壁損傷，所得結構如圖12所示。之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。優選清洗去除厚度為0.1nm~10.0nm的磁性隧道結的側壁，以使得金屬沾汙和側壁損傷被完全去除。在反應離子等離子體刻蝕腔室裡所使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類等。
接下來，在第一介質鍍膜步驟S24中，使樣品進入到鍍 膜腔室12，在完成上述刻蝕的樣品上表面和周邊形成第一介質薄膜106，之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。在圖13中繪示了進行第一介質鍍膜步驟後的器件結構示意圖。其中，所鍍第一介質薄膜106為使相鄰磁性隧道結器件分離的介質材料。例如，可以是四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物等。第一介質薄膜的厚度可以是在0.5nm以上，50nm以下。透過第一介質鍍膜步驟，能夠防止已經打開的磁性隧道結側壁在後續刻蝕過程中被等離子體破壞。
接下來，在第一介質薄膜打開步驟S25中，使上述鍍膜後的樣品進入到反應離子等離子體刻蝕腔室10，利用反應離子等離子體刻蝕第一介質薄膜。器件上方及底部的第一介質薄膜被刻蝕掉。由於磁性隧道結的側壁上形成的第一介質薄膜厚度大於水準表面上的第一介質薄膜厚度，因此磁性隧道結的側壁上仍然留有部分第一介質薄膜106。該第一介質薄膜的刻蝕終點依靠反應離子等離子體刻蝕腔室中的自動光學終點檢測儀定義。圖14是在第一介質薄膜打開步驟後所形成的器件結構示意圖。
之後，進行第二刻蝕步驟S26，多層磁性隧道結在反應離子等離子體刻蝕腔室10中繼續刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層100時停止刻蝕。所使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類等。本步驟中所使用的氣體可以與第一刻蝕步驟中所使用的氣體相同或者不同。由於已 經打開的磁性隧道結被第一介質薄膜106保護，後續的刻蝕氣體可以不再顧慮對被保護的磁性隧道結的膜層的破壞了，可使用的氣體範圍更廣泛一些。
接下來，在第二清洗步驟S27中，使樣品進入到離子束刻蝕腔室11，利用離子束進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使上述刻蝕步驟中形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除。之後，使樣品返回到真空傳輸腔室13。離子束刻蝕腔室中使用的氣體可以是惰性氣體、氮氣、氧氣等。離子束刻蝕使用的角度優選為10度到80度。優選為，將0.1nm~10.0nm的磁性隧道結的側壁去除。在器件經過上述的刻蝕和清洗步驟後，器件的側壁乾淨並且實現了完全分離。在圖15中繪示了進行第二清洗步驟後所形成的器件結構示意圖。
接下來，在第二介質鍍膜步驟S28中，使上述樣品進入到鍍膜腔室12進行鍍膜保護，在樣品上表面和周邊形成第二介質薄膜108，之後使樣品返回到真空傳輸腔室13。第二介質薄膜的材料可以是四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物等可以實現相鄰磁性隧道結器件分離的介質材料。第二介質鍍膜的厚度可以是1nm以上，500nm以下。透過第二介質鍍膜步驟，能夠防止器件在後續的工藝中因裸露在大氣環境中而受到破壞，同時實現器件與器件的完全絕緣隔離。圖16中繪示了進行第二介質鍍膜步驟後所形成的器 件結構示意圖。
最後，在樣品取出步驟S29中，將樣品從真空傳輸腔室13，透過真空過渡腔室14，返回到樣品裝載腔室15。
以上僅是本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法的一個具體實施例。但是本發明不限定於此，在本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法的其他實施例中，第一刻蝕步驟還可以停止其他任意隔離層，如第一隔離層、第三隔離層、第四隔離層等。另外，第一刻蝕步驟也可以在反應離子刻蝕腔室中進行，而第二刻蝕步驟也可以在離子束刻蝕腔室中進行。也就是說針對每個刻蝕和清洗步驟都可以選擇在反應離子等離子體刻蝕腔室或離子束刻蝕腔室中進行，這樣就有多種可能的工藝流程，這些工藝流程均涵蓋在本發明的保護範圍內。但是，從生產效率以及刻蝕工藝精度的角度考慮，對於上述所有的刻蝕和清洗步驟均在單一腔室(離子束刻蝕腔室或反應離子等離子體刻蝕腔室〉中進行的情況，本發明不採用。換句話說，本發明的多層磁性隧道結刻蝕方法中反應離子等離子體刻蝕腔室和離子束刻蝕腔室至少要被利用一次。另外，各步驟的具體實施方式根據情況可以不同。在離子束刻蝕腔中進行刻蝕或者清洗的步驟，不同步驟所使用的氣體、離子束的角度、離子束的能量以及離子束的密度可以相同或者不同。對於在反應離子等離子體刻蝕腔中進行刻蝕或者清洗的步驟，不同步驟所使用的氣體、功率、氣流、壓力可以相同或者不同。
本實施例中，對多層磁性隧道結的加工過程一直處在真 空環境中，避免了外界環境對刻蝕的影響。透過刻蝕和清洗結合的工藝使器件結構維持了較好的陡直度，並且大幅度降低了磁性隧道結膜層結構的金屬沾汙及損傷，極大的提高了器件的性能和可靠性。另外，離子束刻蝕腔室和反應離子刻蝕腔室結合使用，克服了現有的單一刻蝕方法存在的技術問題，提高了生產效率和刻蝕工藝精度。
另外，根據上述多層磁隧道結刻蝕方法的實施例形成的磁隧道結，如圖16所示，第二隔離層102與位於其上的自由層103呈臺階結構。相應得，對於包含該多層磁性隧道結的MRAM器件也具有該特徵。當然，本發明不限定於此，對於第一刻蝕步驟停止在其他隔離層，如第三隔離層、第四隔離層等，則該隔離層與其上的自由層呈臺階結構。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19:步驟

Claims (10)

  1. 一種多層磁性隧道結刻蝕方法，所使用的刻蝕裝置包括樣品裝載腔室、真空過渡腔室、反應離子等離子體刻蝕腔室、離子束刻蝕腔室、鍍膜腔室以及真空傳輸腔室，所述真空過渡腔室分別與所述樣品裝載腔室、所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，所述反應離子等離子體刻蝕腔室、所述離子束刻蝕腔室、所述鍍膜腔室分別與所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，其中在不中斷真空的情況下對樣品進行加工，至少分別使用一次所述反應離子等離子體刻蝕腔室和所述離子束刻蝕腔室，包括以下步驟： 樣品裝載步驟，將所述樣品裝載到所述樣品裝載腔室，並使所述樣品透過所述真空過渡腔室，進入所述真空傳輸腔室，其中，所述樣品形成在半導體基底上，所述樣品包括底電極、磁性隧道結、帽層和掩膜層，所述磁性隧道結包括固定層、隔離層和自由層，所述隔離層和所述自由層為多層； 第一刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，完成對所述帽層和所述自由層的刻蝕，達到第一隔離層時停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或者所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第一刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室，在所述樣品的上表面和周邊形成第一介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一介質薄膜打開步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，打開器件的上方及底部的所述第一介質薄膜，並且保留所述器件的側壁處的部分所述第一介質薄膜，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 重複上述步驟，每刻蝕一次都停止在下一隔離層，直到刻蝕達到最底層隔離層； 最終刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，對所述樣品進行刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 最終清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述最終刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 最終介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室進行鍍膜保護，在所述樣品的所述上表面和所述周邊形成最終介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；以及 樣品取出步驟，將所述樣品從所述真空傳輸腔室，透過所述真空過渡腔室，返回到所述樣品裝載腔室。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中在所述反應離子等離子體刻蝕腔室中進行所述刻蝕或者所述清洗的步驟中，所使用的氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣、氟基氣體、NH3、氨基氣體、CO、CO2、醇類或其組合，不同步驟中所使用的氣體、功率、氣流、壓力可以相同或者不同。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中在所述離子束刻蝕腔中進行所述刻蝕或者所述清洗的步驟中，所使用的氣體為惰性氣體、氮氣、氧氣或其組合，不同步驟所使用的氣體、離子束的角度、離子束的能量以及離子束的密度可以相同或者不同。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中所述第一介質薄膜材料和所述最終介質薄膜材料可以相同也可以不同，所述第一介質薄膜材料、所述最終介質薄膜材料為四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬氮氧化物、鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氮化物、鹼土金屬氮氧化物或其組合，在不同的第一介質薄膜鍍膜步驟中，所述第一介質薄膜材料可以相同也可以不同。
  5. 一種MRAM器件，包括如申請專利範圍第1項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法製備形成的多層磁性隧道結，其中所述多層磁性隧道結的每層隔離層與位於其上的自由層呈臺階結構。
  6. 一種多層磁性隧道結刻蝕方法，所使用的刻蝕裝置包括樣品裝載腔室、真空過渡腔室、反應離子等離子體刻蝕腔室、離子束刻蝕腔室、鍍膜腔室以及真空傳輸腔室，所述真空過渡腔室分別與所述樣品裝載腔室、所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，所述反應離子等離子體刻蝕腔室、所述離子束刻蝕腔室、所述鍍膜腔室分別與所述真空傳輸腔室以可連通的方式相連接，其中在不中斷真空的情況下對樣品進行加工，至少分別使用一次所述反應離子等離子體刻蝕腔室和所述離子束刻蝕腔室，包括以下步驟： 樣品裝載步驟，將所述樣品裝載到所述樣品裝載腔室，並使所述樣品通過所述真空過渡腔室，進入所述真空傳輸腔室，其中，所述樣品形成在半導體基底上，所述樣品包括底電極、磁性隧道結、帽層和掩膜層，所述磁性隧道結包括固定層、隔離層和自由層，所述隔離層和所述自由層為多層； 第一刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或者所述反應離子等離子體刻蝕腔室，對所述樣品進行刻蝕，當刻蝕到某一隔離層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一清洗步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第一刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室，在所述樣品的上表面和周邊形成第一介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第一介質薄膜打開步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，打開器件的上方及底部的所述第一介質薄膜，並且保留所述器件的側牆處的部分所述第一介質薄膜，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第二刻蝕步驟，使所述樣品進入到所述反應離子等離子體刻蝕腔室或者所述離子束刻蝕腔室，對所述樣品的剩餘各層進行刻蝕，當刻蝕達到底電極金屬層時，停止刻蝕，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第二清洗步驟，使所述樣品進入到所述離子束刻蝕腔室或所述反應離子等離子體刻蝕腔室，進行金屬殘留物去除以及樣品表面處理，使所述第二刻蝕步驟中所形成的金屬沾汙以及側壁損傷層完全去除，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室； 第二介質鍍膜步驟，使所述樣品進入到所述鍍膜腔室進行鍍膜保護，在所述樣品的所述上表面和所述周邊形成第二介質薄膜，之後使所述樣品返回到所述真空傳輸腔室；以及 樣品取出步驟，將所述樣品從所述真空傳輸腔室，透過所述真空過渡腔室，返回到所述樣品裝載腔室。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中在所述離子束刻蝕腔室中進行所述刻蝕或者所述清洗的角度為10度到80度，所述角度為離子束與樣品台法向面的夾角。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中所述第一介質薄膜的厚度為0.5nm〜5nm，所述第二介質薄膜的厚度為1nm~500nm。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法，其中在所述第一清洗步驟和所述第二清洗步驟中，分別去除厚度為0.1nm〜10.0nm的所述磁性隧道結的側壁。
  10. 一種MRAM器件，包括如申請專利範圍第6項所述的多層磁性隧道結刻蝕方法製備形成的多層磁性隧道結，其中所述多層磁性隧道結的所述第一刻蝕步驟刻蝕停止的隔離層與位於其上的自由層呈臺階結構。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11765980B2 (en) 2020-08-31 2023-09-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for forming a hard mask with a tapered profile
CN114530550A (zh) * 2020-11-23 2022-05-24 江苏鲁汶仪器有限公司 一种mram磁隧道结的刻蚀方法
CN114694705A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 浙江驰拓科技有限公司 一种磁性存储单元及磁性存储器
CN116568120A (zh) * 2022-01-28 2023-08-08 北京超弦存储器研究院 一种磁性隧道结阵列及其制备方法
KR102673888B1 (ko) 2022-06-20 2024-06-11 한국과학기술원 반대 상태를 가지는 한 쌍의 자기 터널 접합을 구비한 mram 셀, 및 그를 이용한 메모리 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201623597A (zh) * 2014-10-31 2016-07-01 Fujifilm Corp Mram乾蝕刻殘渣除去組成物、磁阻記憶體的製造方法及鈷除去組成物

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5575198B2 (ja) * 2012-09-25 2014-08-20 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子の製造装置
US9130156B2 (en) * 2013-02-08 2015-09-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Process to remove film from semiconductor devices
US9564582B2 (en) * 2014-03-07 2017-02-07 Applied Materials, Inc. Method of forming magnetic tunneling junctions
US9263667B1 (en) * 2014-07-25 2016-02-16 Spin Transfer Technologies, Inc. Method for manufacturing MTJ memory device
KR20170039127A (ko) * 2014-08-05 2017-04-10 인텔 코포레이션 자기 터널 접합들의 계면 이방성을 증가시키기 위한 구성들 및 기법들
US9806252B2 (en) * 2015-04-20 2017-10-31 Lam Research Corporation Dry plasma etch method to pattern MRAM stack
US9362490B1 (en) * 2015-07-09 2016-06-07 Rongfu Xiao Method of patterning MTJ cell without sidewall damage
CN106676532B (zh) * 2015-11-10 2019-04-05 江苏鲁汶仪器有限公司 金属刻蚀装置及方法
CN107623069B (zh) * 2016-07-14 2020-10-09 上海磁宇信息科技有限公司 一种刻蚀磁性隧道结及其底电极的方法
CN107623014A (zh) * 2016-07-14 2018-01-23 上海磁宇信息科技有限公司 一种磁性随机存储器的制备方法
CN108242502B (zh) * 2016-12-27 2021-04-27 上海磁宇信息科技有限公司 一种制备磁性隧道结的方法
CN107610994B (zh) * 2017-08-10 2019-06-07 江苏鲁汶仪器有限公司 一种离子束刻蚀系统
US10446742B2 (en) * 2018-01-09 2019-10-15 Spin Memory, Inc. Method for manufacturing a magnetic memory element array using high angle side etch to open top electrical contact
CN109065480B (zh) * 2018-08-03 2021-09-07 江苏鲁汶仪器有限公司 一种磁隧道结刻蚀方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201623597A (zh) * 2014-10-31 2016-07-01 Fujifilm Corp Mram乾蝕刻殘渣除去組成物、磁阻記憶體的製造方法及鈷除去組成物

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