金属刻蚀装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种能够在大规模集成电路工业制造环境下应用的金属刻蚀装置及方法。特别是能够在真空不中断的环境中，对磁随机存储器(MRAM)的磁性隧道结在反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室中进行刻蚀以及刻蚀后处理，在镀膜腔室进行镀膜表面保护，以使得磁性隧道结在刻蚀后侧壁无金属沾污，磁性隧道结的化学及物理结构与刻蚀前保持一致，并且能够使磁性隧道结从刻蚀设备取出后，不受空气环境的破坏，从而有效的提高MRAM器件的成品率。此外，本发明专利技术同样适用于阻变式存储器的刻蚀以及其他金属等。

Metal etching device and method

The present invention discloses a metal etching device and method that can be applied in a large-scale integrated circuit industrial manufacturing environment. Especially in a vacuum without interruption in the environment, the magnetic random access memory (MRAM) and reactive ion etching etching in a plasma etch chamber, ion beam etching chamber in the magnetic tunnel junction postprocessing, coating of surface protective coating in the chamber, so that the magnetic tunnel junction without metal contamination in etching the rear wall, keep favorable physical and chemical structure and etching of magnetic tunnel junctions, and can make the magnetic tunnel junction is removed from the etching equipment, no air environmental damage, so as to effectively improve the yield of MRAM devices. In addition, the invention is also applicable to etching of resistive memories and other metals.

【技术实现步骤摘要】
金属刻蚀装置及方法
本专利技术涉及一种刻蚀装置及方法，具体来说涉及一种金属刻蚀装置及方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸的进一步等比例缩小，传统的闪存技术将达到尺寸的极限。为进一步提高器件的性能，技术人员开始对新结构、新材料、新工艺进行积极的探索。近年来，各种新型非易失性存储器得到了迅速发展。其中，磁性随机存储器(MRAM)凭借其拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，动态随机存储器(DRAM)的高集成度，功耗远远的低于DRAM，并且相对于快闪存储器(Flash)，随着使用时间的增加性能不会发生退化等优势，受到业界越来越多的关注，被认为是极有可能替代静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪存(Flash)，而成为下一代“通用”存储器的强有力候选者之一。产业界及科研机构致力于优化电路设计、工艺方法及集成方案以获得能够成功商业化的MRAM器件。MRAM采用磁隧道结(MTJ)结构来进行数据存储，一般来说，MRAM单元由一个晶体管(1T)和一个磁性隧道结(MTJ)共同组成一个存储单元。在制备MRAM器件中的诸多问题中，关于磁性隧道结的刻蚀是一大挑战。由于相比于在集成电路制造中所采用的传统材料，磁性叠层结构中的多数金属的挥发性较小，因此采用传统的刻蚀工艺例如离子铣削、溅射等进行刻蚀后，金属材料会残留在磁性隧道结的侧壁，导致磁性隧道结中的顶磁性层和底磁性层(自由磁性层和固定磁性层)发生短路。另外，在刻蚀过程中，磁性叠层结构中的多数金属在暴露于卤素氛围的情况下易腐蚀，磁性层的磁性易发生破坏。此外，离子铣削不能用作大规模集成电路制造。在MRAM单元的工业制造中，特别是目前随着产品迈向更小工艺节点，产业界尝试了多种方法来实现MRAM的刻蚀。但是，没有任何一种方法可以解决以上所提到的所有问题。专利文献1:US2004/0171272A1专利文献2:US6,841,484B2专利文献3:US6,759,263B2专利文献4:US6,821,907B2专利文献5:US6,024,885A专利文献6:US7,955,870B2
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够在大规模集成电路工业制造环境下应用，特别是能够使MRAM单元在刻蚀后不产生短路而保持磁性的金属刻蚀装置及方法。此外，本专利技术同样适用于阻变式存储器(ResistiveRandomAccessMemory，RRAM)的刻蚀以及其他金属的刻蚀，尤其适合于非挥发性金属的刻蚀。本专利技术第一方面提供一种金属刻蚀装置，包括：样品装载腔、第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室、以及真空传输腔室，其中，真空传输腔分别与第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室以可联通的方式相连接，样品装载腔与所述第一真空过渡腔室以可联通的方式相连接。优选地，还包括取片腔室、第二真空过渡腔室，其中，所述取片腔室、所述第二真空过渡腔室、以及所述真空传输腔室依次以可联通方式相连接。优选地，反应离子等离子体刻蚀腔室为电感耦合等离子体腔室、电容耦式等离子体腔室、螺旋波等离子腔室。优选地，离子束刻蚀腔室是离子束刻蚀或中性离子束刻蚀腔体。优选地，镀膜腔室是物理气相沉积镀膜腔室、化学气相沉积镀膜腔室、脉冲化学气相沉积镀膜腔室、等离子体增强化学气相沉积镀膜腔室、电感耦合等离子体增强化学气相沉积镀膜腔室或原子层镀膜腔室。本专利技术另一方面提供一种金属刻蚀方法，所使用的金属刻蚀装置包括样品装载腔、第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室、以及真空传输腔室，包括：样品准备步骤，在半导体衬底上形成包含金属层的待刻蚀结构，样品装载步骤，将所述样品装载到所述样品装载腔，并使所述样品通过所述第一真空过渡腔室，进入所述到真空传输腔室，刻蚀步骤，在刻蚀腔室中利用刻蚀束源对所述样品进行刻蚀，保护步骤，使样品进入到所述镀膜腔室，在完成刻蚀的样品上表面和周边进行镀膜保护，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室，样品取出步骤，将所述样品从所真空传输腔室，通过所述第一真空过渡腔室，返回到样品装载腔，其中，在所述刻蚀步骤和所述保护步骤中，所述样品需分别在真空环境下通过所述反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、和所述镀膜腔室至少一次。优选地，刻蚀步骤包括：金属刻蚀步骤，使样品进入到反应离子等离子体刻蚀腔室或离子束刻蚀腔室，利用反应离子等离子体或离子束对样品进行刻蚀，之后使所述样品返回到真空传输腔室，以及金属残留物去除步骤，使所述样品再次进入到离子束刻蚀腔室或反应离子等离子体刻蚀腔室，进行金属残留物去除以及样品表面处理，之后使所述样品返回到真空传输腔室。当所述待刻蚀结构包含多层金属层时，重复进行多次所述刻蚀步骤。优选地，当所述待刻蚀结构包含多层金属层时，重复进行多次所述刻蚀步骤和所述保护步骤。多层金属层结构为磁性隧道结。专利技术效果根据本专利技术的金属刻蚀装置以及方法，在真空不中断的环境中，磁随机存储器(MRAM)的磁性隧道结在反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀(IBE)腔室及镀膜腔室中做刻蚀、表面处理、及镀膜表面保护。这样两种截然不同的刻蚀腔室与镀膜腔室的相互配合，能够使磁性隧道结在刻蚀后侧壁无金属沾污、磁性隧道结的化学及物理结构与刻蚀前保持一致，并且能够使磁性隧道结从刻蚀设备取出后，不受空气环境的破坏，从而安全进入后续的MRAM生产流程中，有效提高MRAM器件的成品率。本专利技术的金属刻蚀装置以及方法尤其适用于非挥发性金属。附图说明图1是金属刻蚀装置的平面结构图。图2是金属刻蚀装置的功能框图。图3是包含金属层的待刻蚀样品的结构示意图。图4是对金属刻蚀方法的工艺流程进行表示的流程图。图5是对刻蚀步骤进行表示的流程图。图6是表示对包含多层金属的样品进行多次刻蚀的流程图。图7是刻蚀前的磁性随机存储器的存储单元的剖面结构示意图。图8是经刻蚀后的磁性随机存储器的存储单元的剖面结构示意图。图9是经镀膜保护后的磁性随机存储器的存储单元的剖面结构示意图。具体实施方式以下将参照附图详细描述本专利技术的实施例，在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。以下所述实施例是示例性的，为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，这些仅仅是示例，旨在解释本专利技术而不能理解为对本专利技术的限制。此外，本专利技术提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件的各部分均可采用本领域公知的工艺和材料实现。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括其它的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。以下，结合附图，针对本专利技术所涉及的金属刻蚀装置进行说明。图1示出了金属刻蚀装置的平面结构图。图2是金属刻蚀装置的功能框图。根据本专利技术的第一实施例，在金属刻蚀装置中，包含反应离子等离子体刻蚀腔室10、离子束刻蚀(IBE)腔室11、镀膜腔室12、真空传输腔室13、真空过渡腔室14(图1中未示出)和样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属刻蚀装置，其特征在于，包括：样品装载腔、第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室、以及真空传输腔室，其中，所述真空传输腔分别与所述第一真空过渡腔室、所述反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室以可联通的方式相连接，所述样品装载腔与所述第一真空过渡腔室以可联通的方式相连接。

【技术特征摘要】
1.一种金属刻蚀装置，其特征在于，包括：样品装载腔、第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室、以及真空传输腔室，其中，所述真空传输腔分别与所述第一真空过渡腔室、所述反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室以可联通的方式相连接，所述样品装载腔与所述第一真空过渡腔室以可联通的方式相连接。2.根据权利要求1所述的金属刻蚀装置，其特征在于，还包括取片腔室、第二真空过渡腔室，其中，所述取片腔室、所述第二真空过渡腔室、以及所述真空传输腔室依次以可联通方式相连接。3.根据权利要求1或2所述的金属刻蚀装置，其特征在于，所述反应离子等离子体刻蚀腔室为电感耦合等离子体腔室、电容耦式等离子体腔室、螺旋波等离子腔室。4.根据权利要求1或2所述的金属刻蚀装置，其特征在于，所述离子束刻蚀腔室是离子束刻蚀或中性离子束刻蚀腔体。5.根据权利要求1或2所述的金属刻蚀装置，其特征在于，所述镀膜腔室是物理气相沉积镀膜腔室、化学气相沉积镀膜腔室、脉冲化学气相沉积镀膜腔室、等离子体增强化学气相沉积镀膜腔室、电感耦合等离子体增强化学气相沉积镀膜腔室或原子层镀膜腔室。6.一种金属刻蚀方法，所使用的金属刻蚀装置包括样品装载腔、第一真空过渡腔室、反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室、以及真空传输腔室，其特征在于，包括：样品准备步骤，在半导体衬底上形成包含金属层的待刻蚀结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：江苏鲁汶仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32