TWI758935B - 對層堆疊及磁記憶體進行蝕刻的方法 - Google Patents
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Abstract
一種對層堆疊及磁記憶體進行蝕刻的方法。所述方法可
包括:在處理腔室中提供基板,基板包括排列在層堆疊內的圖案化特徵陣列,層堆疊包括至少一個金屬層;以及將離子束從離子源引導到基板,其中離子束造成所述至少一個金屬層的物理濺射。所述方法可包括將中性反應性氣體與離子源分開地直接引導到基板,其中中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
Description
實施例有關非易失性儲存領域。更確切來說,本實施例有關一種磁記憶體及有關的製造技術。
電氣裝置、電子裝置或光學裝置以及其他裝置的製造可需要蝕刻各種材料或層,所述各種材料或層包括絕緣體、半導體及金屬。就某些裝置(包括由金屬層形成的裝置在內)來說,將裝置特徵圖案化可有關使用濺射蝕刻來對金屬進行蝕刻。舉例來說,磁隨機存取記憶體(magnetic random access memory)需要在排列成層的堆疊的小特徵陣列中形成記憶體單元。與一些隨機存取記憶體晶片技術不同,磁隨機存取記憶體(MRAM)裝置中的資料不是以電荷或電流的方式儲存,而是通過磁儲存元件來儲存。此外,與動態隨機存取記憶體不同,MRAM裝置是非易失性的且不需要刷新以保留單元的存儲狀態。
MRAM裝置可包括由被薄絕緣層隔開的兩個鐵磁板形成的儲存元件,所述兩個鐵磁板中的每一者可保持磁場。可通過界
定圖案化掩模來進行對MRAM裝置(例如,自旋轉移力矩MRAM(Spin-transfer torque-MRAM,STT-MRAM))的圖案化,所述圖案化掩模形成在含有被絕緣層隔開的至少兩個磁層的層的堆疊的頂部上。圖案化掩模通常含有隔離的掩模特征,所述隔離的掩模特征暴露出基板的位於掩模特征之間的區,隨後穿過構成記憶體裝置的層的堆疊蝕刻掉所述暴露的區。在蝕刻之後,會留下隔離開的島狀區或柱,所述柱構成個別存儲位元。雖然通過對這些記憶體裝置進行離子蝕刻來進行圖案化是有用的,但層的堆疊中所使用的很多材料難以使用反應性離子蝕刻來蝕刻。此外,雖然使用非反應性離子物質的濺射蝕刻可能夠移除各種金屬層,但所濺射的金屬材料可為非揮發性的且可往往會局部地重新沉積,例如重新沉積在柱的側壁上。如此,重新沉積的金屬材料可造成記憶體裝置的不同層之間不期望的電短路。鑒於這些考慮及其他考慮而提供本發明。
實施例有關改進對包括金屬層的層堆疊的蝕刻的方法。在一個實施例中,一種對層堆疊進行蝕刻的方法可包括:在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述層堆疊包括至少一個金屬層;以及將離子束從離子源引導到所述基板,其中所述離子束造成所述至少一個金屬層的物理濺射。所述方法可包括將中性反應性氣體與所述離子源分開地直
接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
在另一實施例中,一種對磁記憶體進行蝕刻的方法可包括在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在磁層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述磁層堆疊包括至少一個金屬層。所述方法可包括將離子束從離子源引導到所述基板,其中所述離子束造成所述至少一個金屬層的物理濺射;以及將中性反應性氣體與所述離子源分開地直接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
在又一實施例中,一種對磁記憶體進行蝕刻的方法可包括在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在磁層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述磁層堆疊包括至少一個金屬層。所述方法可包括從離子源提取離子束並將所述離子束引導到所述基板,其中所述離子束相對於所述基板的主平面的垂線以非零入射角造成所述至少一個金屬層的物理濺射。所述方法更可包括將中性反應性氣體與所述離子源分開地且與所述引導所述離子束同時地直接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
10:基板
100:裝置結構
100A:裝置堆疊
101、150:層堆疊
102:上部部分
103:圖案化特徵
103A、153:MRAM單元
104:絕緣體層
106:下部部分
108、108B、108D:側壁絕緣體層
108A、108C:側壁金屬層
110:掩模
112:上部電極層
114、118:MgO層
115、158:自由層
116:磁層堆疊
120:參考層
122:底部電極層
124:基板基底
126、218、268:離子束
128:金屬物質
130:中性反應性氣體/反應性中性氣體
140:MRAM陣列
150A:側壁
152:Ta硬掩模層
154:層
156:頂部MgO層
160:下部MgO層
162:下部層堆疊
200:系統
202、252:電漿腔室
204、260:提取總成
208:反應性氣體源
210、280:基板載台
212、258:電漿
214:施加器
216:電源
220、256、270:氣體源
222、266:反應性氣體
224:處理腔室
250:處理設備
254:電力供應器
262:氣體分配總成
264:提取系統
272:處理腔室
276:偏壓供應器
500:製程流程
502、504、506:方框
X、Y:軸
圖1A到圖1D說明根據本發明的至少一個實施例的對裝置結構進行處理的側視圖。
圖1E到圖1H說明根據本發明的至少一個附加實施例的對裝置結構進行處理的側視圖。
圖2呈現示例性MRAM陣列。
圖2A呈現根據本發明實施例的處於早期蝕刻階段的示例性MRAM層堆疊。
圖2B呈現根據本發明實施例的在蝕刻完成之後的圖2A所示MRAM層堆疊。
圖3呈現用於對層堆疊進行蝕刻的示例性系統。
圖4A呈現用於對層堆疊進行蝕刻的示例性系統的側視圖。
圖4B呈現根據一個實施例的圖4A所示系統的一部分的仰視平面圖。
圖5呈現示例性製程流程。
現在將參考附圖在後文中更全面地闡述本發明,在附圖中示出一些實施例。然而,本發明的主題可體現為很多不同的形式且不應被解釋為僅限於本文中所陳述的實施例。而是,提供這些實施例以使得本發明將變得透徹且完整,且將向所屬領域的技術人員全面地傳達本發明的主題的範圍。在圖式中,相似的編號自始至終指代相似的元件。
為解決與上文所述的方法相關聯的缺陷,介紹用於將基板圖案化的新型技術。確切來說,本發明聚焦於有關物理離子束濺射與沉積在層堆疊的側壁上的金屬蝕刻物質的局部反應的組合的技術,所述物理離子束濺射用於蝕刻層堆疊中的金屬層,所述局部反應確保側壁仍是非導電的。
如下文所詳述,本實施例解決將包括金屬層的複雜層堆疊圖案化以形成例如MRAM裝置等裝置的挑戰。在一些實施例中,可採用離子束濺射與反應性氣體物質的組合以連續的方式蝕刻包括MgO層的磁隧道結(magnetic tunnel junction,MTJ)堆疊中的一些金屬層或所有金屬層。出於說明目的,在一些實施例中,可針對具體的MRAM裝置配置繪示用於形成非易失性記憶體的層組合。然而,本實施例並不僅限於將用於製造MRAM單元的任何具體的層組合。在各種實施例中,可根據已知技術在基板基底上製造用於形成MRAM單元的層堆疊。用語“基板基底”在本文中指代含有任一組層及/或結構的任何基板,所述任一組層及/或結構上形成有用於形成MRAM單元的層堆疊。所屬領域的技術人員將明瞭,基板下層或基底不必是平坦的且可在表面上包括多個不同的結構。然而,在以下各圖中,基板基底的上面形成有MRAM裝置的層堆疊的部分被繪示為平坦的。
在各種實施例中,用於將磁儲存單元圖案化的製程可有關使用圖案化硬掩模對設置在基板上的層堆疊的至少一個層進行物理濺射蝕刻以界定磁儲存元件或MRAM儲存元件或MRAM單
元的陣列。在各種實施例中,MRAM單元可由與已知MRAM裝置的層堆疊相同或類似的層的堆疊(stack of layers)(在本文中亦被稱為“層堆疊(layer stack)”)製造而成。根據各種實施例,可與層堆疊的物理濺射結合地將中性反應性氣體引導到基板。舉例來說,可與用於對層堆疊進行濺射蝕刻的離子束同時地引導中性反應性氣體。可以如下方式將中性反應性氣體與離子束分開地提供到基板:所述方式使得中性反應性氣體與金屬物質(例如,形成在MRAM元件的部分上(例如,形成在側壁上)的重新沉積的金屬原子或金屬層)局部地進行反應。
圖1A、圖1B、圖1C及圖1D說明根據本發明實施例的對裝置結構100進行處理的側視圖。在各種實施例中,在用於形成MRAM單元的處理期間裝置結構100可代表MRAM裝置。圖1A中的裝置結構100包括設置在基板10的基板基底124上的層堆疊101。在一些非限制性實施例中,基板基底124可以是矽晶圓,且可包括多個層,所述多個層例如包括氧化矽層。處於圖1A所示階段的層堆疊101已被部分地蝕刻以在上部部分102中形成圖案化特徵103,而下部部分106未被蝕刻。為完成裝置(例如,記憶體單元)的形成,可對下部部分106進行蝕刻直到到達基板基底為止。注意,在例如MRAM陣列等裝置中,可形成多個圖案化特徵103以例如用作記憶體單元。換句話說,在圖1A所示階段,基板基底124可包括排列在層堆疊101中的圖案化特徵103的陣列,所述層堆疊最初未被圖案化。在各種實施例中,圖案化特徵
103的陣列的特徵可在於節距介於大於500nm到小於40nm的範圍內,且縱橫比(高度/寬度)介於小於1到大於5/1的範圍內。
在圖1A的例子中,上部部分102通過絕緣體層104與下部部分106隔開。在MRAM裝置的實施例中,絕緣體層104可以是將磁堆疊的部分隔開的氧化鎂(MgO)層。舉例來說,在已知MRAM裝置中,上部MgO層可將磁隧道結裝置結構的上部接觸件與自由層隔開,而下部MgO層可將自由層與位於下部MgO層的下方的參考層隔開。注意,此項技術中已知,MTJ裝置中的參考層及自由層可包括多個金屬層。
在蝕刻出圖1A中所示的圖案化特徵103的階段,上部部分102及絕緣體層104已被蝕刻。在各種實施例中,上部部分102包括掩模層,可根據已知技術將所述掩模層圖案化以用作用於對下伏層進行蝕刻的掩模。另外,上部部分102可包括上部接觸層、自由層、絕緣體層等。在一些實施例中,可使用適合的蝕刻過程的任何組合執行對上部部分102的蝕刻,以對上部部分102的各個構成層進行蝕刻。這些蝕刻過程可包括濺射蝕刻、反應性離子蝕刻等。
為完成對層堆疊101的蝕刻,根據本發明實施例,可執行新型蝕刻操作以維持上部部分102與下部部分106之間的電隔離。舉例來說,為維持MRAM裝置的參考層與自由層之間的電隔離,維持將參考層與自由層隔開的絕緣體層的絕緣性質是有用的。在下部部分106包括下部接觸件及參考層的實施例中,下部
部分106代表多個金屬層,其中所述多個金屬層中的至少一些層可能難以使用已知反應性離子蝕刻技術來蝕刻。如此,濺射蝕刻可構成更適合的方式,原因在於即便不是所有材料,則大多數材料可通過使用適當濺射物質的物理濺射來移除。
現在轉向圖1B,示出根據本發明實施例的蝕刻過程的一個方面。圖1B中的實例在圖1A的實例之後發生,其中先前已穿過絕緣體層104對層堆疊101進行了蝕刻。在圖1B中,將離子束126引導到基板10。另外,將中性反應性氣體130與離子束126同時地直接提供到基板10。可從離子源提供離子束126,而中性反應性氣體130是與離子源分開提供。如此,與從公共源提供離子束及反應性氣體的排列相比,可抑制離子束126與中性反應性氣體130的相互作用。離子束126可由適合的物質形成以產生對下部部分106的濺射蝕刻,下部部分106可包括至少一個金屬層,如上文所述。用於形成離子束126的適合的物質的非限制性例子包括氬(Ar)、氪(Kr)或其他惰性氣體物質。用於中性反應性氣體130的適合的物質的非限制性例子包括具有羥基的分子,例如由化學式R-OH代表的分子,其中R由CxH(2x)+1表示。在特定實施例中,x的值介於1到3的範圍內,此意味著中性反應性氣體130是甲醇、丙醇或丁醇或其組合。
在圖1B的操作期間,離子束126可造成下部部分106的濺射,且可產生噴射成氣相的金屬物質128,如所示。金屬物質128可由設置在下部部分106中的一個或多個金屬層產生,下部部
分106包括MTJ結構的下部接觸件的層或參考層的層。這些金屬物質一般來說可為非揮發性的且可往往會局部地重新沉積在圖案化特徵103的表面上。這些表面包括圖案化特徵103的側壁。當金屬物質128可沉積在這些側壁上時,為了不在側壁上形成導電層,提供反應性中性氣體130可提供與金屬物質128進行反應的反應產物,從而沿著層堆疊101的側壁形成側壁絕緣體層108,如所示。舉例來說,甲醇可容易與例如鉭等金屬物質進行反應,以將鉭氧化並形成是電絕緣體的氧化鉭層。如此,側壁絕緣體層108的形成可防止圖案化特徵103的下部部分106與上部部分102之間電短路。
在圖1B的實例,僅下部部分106中的上部部分已被蝕刻。在圖1C中,示出對下部部分106進行進一步蝕刻的稍後實例。圖案化特徵103的側壁上可已沉積更多金屬物質,通過反應性中性氣體130將所述物質氧化。圖1D示出在完成對下部部分106的蝕刻之後的稍後實例,其中已形成更厚的側壁絕緣體層108。
在其他實施例中,可以交替方式將離子束與中性反應性氣體引導到基板,如圖1E到圖1H中所示。在圖1E中,離子束126對下部部分106中的頂部部分進行濺射蝕刻,此使得重新沉積側壁金屬層108A。在圖1F中,提供中性反應性氣體130以與側壁金屬層108A進行反應,從而形成側壁絕緣體層108B。注意,可將側壁金屬層108A的厚度維持為低於給定的量(例如,低於1nm或低於0.5nm)以確保將側壁金屬層108A適當氧化。在圖1G
中,再次將離子束126引導到圖案化特徵103,從而使得對下部部分106進行進一步蝕刻且使得在側壁絕緣體層108B上形成側壁金屬層108C。在圖1H中,在不存在離子束126的情況下再次將中性反應性氣體130引導到圖案化特徵103,從而使得形成側壁絕緣體層108D。此製程可繼續進行直到完成對下部部分106的蝕刻以形成與圖1D所示結構類似的結構為止。
現在轉向圖2,示出示例性MRAM陣列140。MRAM陣列140可包括由先前所述的對層堆疊101進行完全蝕刻而形成的多個MRAM單元103A。在此實施例中,上部部分102可包括掩模110及上部電極層112。上部部分102更可包括自由層115,自由層115可包括MgO層114及磁層堆疊116。在此實施例中,下部部分106可包括磁層的參考MTJ堆疊(示出為參考層120)且可更包括底部電極層122,所述參考MTJ堆疊通過MgO層118與上部部分102隔開。如先前所論述,根據本發明實施例,已形成側壁絕緣體層108。側壁絕緣體層108有助於確保上部部分102與下部部分106之間不發生電短路。
圖2A呈現根據本發明實施例的處於早期蝕刻階段的示例性MRAM層堆疊。在此例子中,層堆疊150包括Ta硬掩模層152,Ta硬掩模層152已被蝕刻且圖案化以形成將要形成的圖2B中所示的MRAM單元153的基本大小及形狀。Ta硬掩模層152可構成層堆疊150的上部部分,可根據任何適合的方法對所述上部部分進行圖案化及蝕刻。
確切來說,圖2B呈現根據本發明實施例的在完成蝕刻之後的圖2A所示MRAM層堆疊。層堆疊150包括位於Ta硬掩模層152的下方的一組Ru+Ta層(示出為層154)。在層154的下方緊鄰地設置有頂部MgO層156,而在頂部MgO層156的下方設置有自由層158。在此實施例中,自由層158可由Co、Fe及B的集合(assembly)形成。在自由層158的下方設置有下部MgO層160。
在下部MgO層160的下方是下部層堆疊162。下部層堆疊162可由多個個別層(包括CoFeB層、MTJ層堆疊、TaN層及底部電極層)形成。在一些實施例中,層154、頂部MgO層156、自由層158、下部MgO層160及下部層堆疊162可被視為構成層堆疊150的下部部分。
根據本發明的一些實施例,關於圖1A到圖1H所公開的前述製程可用於對上文所述的下部層堆疊中的一個層、多個層或所有層進行蝕刻。舉例來說,可將離子束濺射蝕刻與直接提供到裝置堆疊100的反應性氣體組合使用來執行連續製程,以對Ta硬掩模層152的下方的所有層進行蝕刻,其中圖2B中示出所得的結構。在圖2B中,已形成側壁絕緣體層108,側壁絕緣體層108可由將從層堆疊150的個別含金屬層濺射並重新沉積在側壁150A上的各種金屬材料氧化而得到。如此,側壁絕緣體層108防止層堆疊150的彼此通過絕緣層(MgO)隔開的各種金屬層中的任一者之間電短路。
圖3呈現根據本發明實施例的用於對層堆疊進行蝕刻的
示例性系統。系統200可包括電漿腔室202,以產生用於處理基板10的電漿212。系統200更可包括施加器214及電源216(例如,射頻(radio frequency,RF)電感器或RF電容器或其他電源),以提供電力產生電漿212。系統200更可包括沿著電漿腔室202的一側設置的提取總成204,用於從電漿212提取離子束218。系統200可包括氣體源220,以提供用於形成電漿212的氣體。適合於形成離子束218的離子的非限制性例子包括氬(Ar)、氪(Kr)或其他惰性氣體物質。系統200可包括基板載台210,基板載台210設置在處理腔室224中且能夠沿著一個或多個軸線(例如,所示的笛卡爾坐標系的X軸)旋轉。如此,可沿著與基板10的平面垂直的軌跡或沿著相對於垂線形成非零傾斜角的軌跡將離子束218引導到基板10。離子束218可適合於對先前所論述的層堆疊的至少一個層(包括難以通過反應性離子蝕刻來蝕刻的金屬層)進行濺射蝕刻。在一些實施例中,非零傾斜角的值可變化到高達85度,而在特定實施例中所述值可介於5度與35度之間的範圍內。通過相對於垂線以非零角度提供離子束218,離子束218可更好地從裝置特徵的側壁蝕刻正在形成的殘餘物以減少污染。
圖3中進一步示出,系統200可包括反應性氣體源208,反應性氣體源208被設置成將反應性氣體222直接引導到基板10,而不穿過電漿腔室202。如此,反應性氣體222可作為中性反應性氣體到達基板10,反應性氣體222可在基板10附近離解成氫氧根自由基(OH)以提供與由離子束218濺射的金屬原子進行反
應的源,從而在金屬原子凝聚的表面上產生氧化物層。由於將反應性氣體222與電漿腔室202分開地提供到基板10,因此反應性氣體222在遇到基板10之前不會過多地離解成氧自由基及其他反應性物質。因此,反應性氣體222不提供過度地攻擊包含磁材料的層堆疊中的金屬層的自由基物質源,但仍提供將可凝聚在正在被蝕刻的裝置結構的側壁上的所濺射的金屬原子氧化的氫氧根離子源,如上文所論述。
圖4A繪示根據本發明實施例的在對基板進行離子束處理期間的處理設備250的側視圖。圖4B繪示圖4A所示處理設備的一部分的仰視圖。就處理設備250的一般特徵來說,此設備代表用於對包括MRAM裝置的基板(例如,具有排列在層堆疊中的圖案化特徵的基板)進行新型蝕刻處理的處理設備。處理設備250可以是具有電漿腔室252的電漿系處理系統,在電漿腔室252中通過此項技術中已知的任何傳統方法產生電漿258。電力供應器254例如可以是用於產生電漿258的RF電力供應器。可如所示般提供提取總成260且在下文予以進一步闡述。
圖4A中更示出可提供用於將氣體(例如,惰性氣體)直接引導到電漿腔室252中的氣體源256。可將氣體源270設置成將反應性氣體提供到氣體分配總成262中,其中氣體分配總成262不通過任何開口直接耦合到電漿腔室252。如圖4B中所示,氣體分配總成可包括多個開口,以將反應性氣體266引導到設置在處理腔室272中的基板載台280。如此,從氣體源270提供的反應性
氣體在不與電漿258相互作用的情況下行進到基板載台280。
在圖4B中所示的例子中,提取總成260可包括用於界定一個或多個離子束(示出為離子束268)的提取系統264。當使用偏壓電壓源(示出為偏壓供應器276)在已知系統中的電漿腔室252與基板載台280之間施加電壓差時,可提取離子束268。舉例來說,偏壓供應器276可耦合到處理腔室272,其中處理腔室272與基板載台280保持在相同的電勢下。在各種實施例中,在已知系統中可將離子束268提取為連續束或脈衝離子束。舉例來說,偏壓供應器276可被配置成在電漿腔室252與處理腔室272之間供應電壓差(如脈衝直流(direct current,DC)電壓),其中所述脈衝電壓的電壓、脈衝頻率及工作週期可彼此獨立地被調整。當被配置成圖4B中的帶狀束形狀時,這些有角度離子束可通過沿著掃描方向(例如,沿著Y軸)掃描基板載台280來使整個基板10暴露出,以由離子束268進行濺射蝕刻。
在各種實施例中,離子束268的非零入射角的值可從5度到45度變化,而在一些實施例中,所述值可介於10度與20度之間的範圍內。實施例並不僅限於此情景。
由於將反應性氣體266與電漿腔室252分開地提供到處理腔室272從而提供到基板10,因此反應性氣體266在遇到基板10之前不會過多地離解成氧自由基及其他反應性物質。因此,反應性氣體266不提供過度地攻擊包含磁材料的層堆疊中的金屬層的自由基物質源,但仍提供將可凝聚在正在被蝕刻的裝置結構的
側壁上的所濺射的金屬原子氧化的氫氧根離子源,如上文所論述。
圖5繪示根據本發明的一個實施例的示例性製程流程500。在方框502處,在處理腔室中提供基板,所述基板具有排列在層堆疊中的圖案化特徵陣列,其中層堆疊包括至少一個金屬層。在一些例子中,層堆疊可形成用於形成MRAM裝置的一系列層。金屬層可以是Ta層、TaN層、磁層、Ru或其他金屬層。在方框504處,將離子束從離子源引導到基板,從而產生金屬層的物理濺射。金屬層的物理濺射可對金屬層進行蝕刻以作為對層堆疊的蝕刻的一部分,以形成圖案化結構(例如MRAM單元)。在對金屬層的蝕刻期間,從金屬層濺射的金屬原子可重新沉積在正在被蝕刻的圖案化結構的表面上,包括重新沉積在側壁上。重新沉積的材料的非限制性例子包括重新沉積的鉭或其他金屬。
在方框506處,將中性反應性氣體與離子源分開地引導到基板,其中所述中性氣體與金屬物質進行反應,從而將中性反應性氣體與離子源分開地引導到基板,其中中性氣體與由金屬層的物理濺射而產生的金屬物質進行反應。中性氣體可在處理腔室內的基板附近離解成OH片段。如此,OH片段可進行反應以形成氧化物層(例如,是電絕緣體的側壁氧化物層),從而確保層堆疊的不同區中的金屬層彼此不會電短路。
本實施例提供優於將包括難以蝕刻的金屬層的層堆疊圖案化的已知處理方式的各種優點。一個優點在於能夠通過對原本難以通過反應性離子蝕刻來蝕刻的任何層使用物理濺射來促進對
複雜層堆疊的蝕刻。另一優點是能夠確保層堆疊內的分開的金屬層不會因在對金屬層進行濺射蝕刻期間重新沉積的金屬材料而彼此電短路。
本發明的範圍不受本文中所述的具體實施例限制。實際上,通過以上說明及附圖,對所屬領域的普通技術人員來說,除本文中所述的實施例及潤飾之外,本發明的其他各種實施例及對本發明的各種潤飾也將顯而易見。因此,這些其他實施例及潤飾均旨在落於本發明的範圍內。此外,儘管在本文中已針對特定目的而在特定環境中在特定實施方案的上下文中闡述了本發明,然而所屬領域的普通技術人員將認識到,本發明的效用並不僅限於此且可針對任何數目的目的在任何數目的環境中有益地實施本發明。因此,應考慮到本文中所述本發明的全部範圍及精神來理解以上所述的權利要求。
100:裝置結構
102:上部部分
104:絕緣體層
106:下部部分
108:側壁絕緣體層
124:基板基底
126:離子束
128:金屬物質
130:中性反應性氣體/反應性中性氣體
Claims (20)
- 一種對層堆疊進行蝕刻的方法,包括:在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述層堆疊包括至少一個金屬層;將離子束從離子源引導到所述基板,其中所述離子束造成所述至少一個金屬層的物理濺射;以及將中性反應性氣體與所述離子源分開地直接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述中性反應性氣體與從所述至少一個金屬層濺射的重新沉積的金屬材料進行反應,且重新沉積在所述圖案化特徵陣列的側壁上,其中所述重新沉積的金屬材料被氧化形成絕緣塗層。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述圖案化特徵陣列包括磁隨機存取記憶體(MRAM)。
- 如請求項3所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述至少一個金屬層包含鉭,其中所述中性反應性氣體與由所述離子束濺射的重新沉積的鉭進行反應,且重新沉積在所述圖案化特徵陣列的側壁上,其中所述重新沉積的鉭被氧化形成氧化鉭塗層。
- 如請求項4所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述至少一個金屬層設置在磁隨機存取記憶體層堆疊的下方,所述磁隨機存取記憶體層堆疊包括至少一個絕緣體層。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述層堆疊包括:硬掩模層及一組下伏層,所述一組下伏層包括:一組金屬層,緊鄰地設置在所述硬掩模層的下方;上部MgO層,位於所述一組金屬層的下方;自由層,位於所述上部MgO層的下方;下部MgO層,位於所述自由層的下方;以及下部層堆疊,包括磁隧道結層堆疊及底部電極層,其中執行將所述離子束引導到所述基板及將所述中性反應性氣體直接引導到所述基板來蝕刻所述一組下伏層及所述硬掩模層的至少一部分。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述中性反應性氣體包含具有羥基且由化學式R-OH表示的分子,其中R由CxH(2x)+1表示。
- 如請求項7所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中x的值介於1到3的範圍內。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述離子束以相對於所述基板的主平面形成入射角的軌跡被引導到所述基板,其中所述入射角的值介於0度到90度的範圍內。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述至少一個金屬層包括底部電極,所述底部電極包含鉭,且其中所述離子束包含Kr離子。
- 如請求項1所述的對層堆疊進行蝕刻的方法,其中所述中性反應性氣體是與將所述離子束引導到所述基板同時地被引導到所述基板。
- 一種對磁記憶體進行蝕刻的方法,包括:在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在磁層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述磁層堆疊包括至少一個金屬層;將離子束從離子源引導到所述基板,其中所述離子束造成所述至少一個金屬層的物理濺射;以及將中性反應性氣體與所述離子源分開地直接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
- 如請求項12所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述中性反應性氣體與從所述至少一個金屬層濺射的重新沉積的金屬材料進行反應,且重新沉積在所述圖案化特徵陣列的側壁上,其中所述重新沉積的金屬材料被氧化形成絕緣塗層。
- 如請求項12所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述至少一個金屬層包含鉭,其中所述中性反應性氣體與由所述離子束濺射的重新沉積的鉭進行反應,且重新沉積在所述圖案化特徵陣列的側壁上,其中所述重新沉積的鉭被氧化形成氧化鉭塗層。
- 如請求項12所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述中性反應性氣體包含具有羥基且由化學式R-OH表示的分子,其中R由CxH(2x)+1表示。
- 如請求項12所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述離子束以相對於所述基板的主平面形成入射角的軌跡被引導到所述基板,其中所述入射角的值介於0度到90度的範圍內。
- 如請求項12所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述磁層堆疊包括:掩模層、上部電極層、自由層、參考層及底部電極層。
- 一種對磁記憶體進行蝕刻的方法,包括:在處理腔室中提供基板,所述基板包括排列在磁層堆疊內的圖案化特徵陣列,所述磁層堆疊包括至少一個金屬層;從離子源提取離子束並將所述離子束引導到所述基板,其中所述離子束相對於所述基板的主平面的垂線以非零入射角造成所述至少一個金屬層的物理濺射;以及將中性反應性氣體與所述離子源分開地且與引導所述離子束同時地直接引導到所述基板,其中所述中性反應性氣體與通過所述至少一個金屬層的所述物理濺射而產生的金屬物質進行反應。
- 如請求項18所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述圖案化特徵陣列包括多個磁隨機存取記憶體單元,其中所述多個磁隨機存取記憶體單元中的給定的磁隨機存取記憶體單元 包括至少一個上部金屬層及通過絕緣體層而與所述上部金屬層隔開的至少一個下部金屬層,其中所述中性反應性氣體與從所述下部金屬層濺射的重新沉積的金屬材料進行反應,且重新沉積在所述給定的磁隨機存取記憶體單元的側壁上,且其中所述重新沉積的金屬材料被氧化形成與所述上部金屬層、所述絕緣體層及所述下部金屬層鄰接的絕緣塗層。
- 如請求項18所述的對磁記憶體進行蝕刻的方法,其中所述磁層堆疊包括:硬掩模層及一組下伏層,所述一組下伏層包括:一組金屬層,緊鄰地設置在所述硬掩模層的下方;上部MgO層,位於所述一組金屬層的下方;自由層,位於所述上部MgO層的下方;下部MgO層,位於所述自由層的下方;以及下部層堆疊,包括磁隧道結層堆疊及底部電極,其中執行所述將所述離子束引導到所述基板及所述將所述中性反應性氣體直接引導到所述基板來蝕刻所述一組下伏層及所述硬掩模層的至少一部分。
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