图案化MRAM堆栈的干法等离子体蚀刻法制造技术

本发明专利技术涉及图案化MRAM堆栈的干法等离子体蚀刻法。提供了蚀刻金属的方法，所述方法通过沉积可与待被蚀刻的金属和卤素反应以形成挥发性物质的材料以及将衬底暴露于含卤素的气体和活化气体以蚀刻衬底来进行。所沉积的材料可以包括硅、锗、钛、碳、锡、以及它们的组合。方法适合于制造MRAM结构并且可以包括在不破坏真空的情况下将ALD和ALE工艺结合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体领域，更具体地涉及图案化MRAM堆栈的干法等离子体蚀刻法。
技术介绍
半导体制造工艺包含各种材料的蚀刻，包含金属和金属合金的蚀刻。然而，随着器件的缩小，以及各种类型的结构的制造变得越来越复杂，某些蚀刻副产品可能会重新沉积到衬底上的其它暴露区域，这可能导致缺陷和最终的设备故障。因此，其它的蚀刻技术是有益的。
技术实现思路
本专利技术提供了处理衬底的方法。一个方面涉及一种方法，该方法包含：(a)使位于室内的衬底暴露于含卤素的气体以使所述衬底的表面改性，(b)使所述衬底暴露于活化气体和活化源以蚀刻所述衬底上的一个或多个层，以及(c)在(a)和(b)期间，向所述室提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的反应性材料。在一些实施方式中，在(c)中的所述反应性材料是含硅材料、含钛材料、含锗材料、含锡材料、含碳材料、和/或它们的组合。所述含卤素的气体可以是Cl2、BCl3、BBr3、BI3、F2、BF3、Br2、I2及它们的组合中的任何一种。在多种实施方式中，所述含卤素的气体是卤化物气体。在多种实施方式中，(a)和(b)重复两个或更多个循环。在一些实施方式中，在不破坏真空的情况下执行(a)-(c)。在一些实施方式中，(c)减少含金属副产品的重新沉积。所述衬底的所述一个或多个层的材料可以是元素周期表IV族的过渡金属、元素周期表V族的过渡金属、元素周期表VI族的过渡金属、以及它们的组合中的任何一种。在一些实施方式中，所述衬底的所述一个或多 个层的材料包括介电材料。所述金属和所述介电材料可以是所述衬底上的相邻层。例如，在一些实施方式中，所述介电材料是MgO，并且所述介电材料邻近含有CoFe的层和含有CoPt的层两者。在一些实施方式中，所述方法进一步包含：(d)蚀刻所述金属层至介于约与约之间的剩余厚度；以及(e)在蚀刻所述金属层之后，在没有将所述介电材料暴露于所述含卤素的气体的情况下，通过将所述衬底暴露于所述活化气体和所述活化源来蚀刻所述介电材料。在(e)中的所述活化气体可以是氩气、二氧化碳、氨、含氢气体、以及它们的组合中的任何一种。在多种实施方式中，所述反应性材料是含钛材料并且是氧化钛或氮化钛。所述反应性材料可以是所述含硅材料并且可以是氮化硅、氧化硅或硅中的任一种。在多种实施方式中，所述两个或更多个循环蚀刻第一组金属层和介电层，并且从而(c)在蚀刻所述介电层之后且在蚀刻所述介电层下的第二组金属层之前执行。在一些实施方式中，在(a)和(b)重复两个或更多个循环之后重复(c)。所述活化源可以是等离子体，并且在(c)期间所述等离子体的功率可以为介于约500W至约1500W之间。所述反应性材料可以通过等离子体增强化学气相沉积来沉积。在一些实施方式中，所述反应性材料通过原子层沉积来沉积。所述反应性材料可以保形地沉积。在多种实施方式中，所述反应性材料通过自限反应来沉积。在多种实施方式中，在(a)期间，所述含卤素的气体基本上充满所述衬底的所述表面。在(c)期间，所述反应性材料可以基本上充满所述衬底的所述表面。在一些实施方式中，在所述蚀刻期间，反应性材料保留在所述衬底的特征的侧壁上。在所述蚀刻期间，所述反应性材料可以保护所述衬底的所述一个或多个层中的至少一个层。在一些实施方式中，所述反应性材料沉积到介于约3nm至约6nm之间的厚度。在多种实施方式中，蚀刻所述衬底以形成MRAM结构。所述方法还可以包含在(c)期间施加小于约100Vb的强度的偏 置。所述活化源可以是等离子体、离子束蚀刻和热活化中的任一种。在一些实施方式中，所述方法还包含湿法蚀刻所述衬底。所述方法还可包含通过反应离子蚀刻来蚀刻。在一些实施方式中，所述反应性材料通过提供固态硅源而被提供到所述室。在一些实施方式中，所述方法还包含：(d)，在执行(a)和(b)之前，通过经由等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上保形地沉积氮化硅层来执行(c)；以及(e)，在(d)之后，重复(a)和(b)两个或更多个循环，由此，在(a)中的所述含卤素的气体是BCl3和Cl2的组合。所述方法可以进一步包含：(f)，在邻近介电层的金属层已被蚀刻至介于约与约之间的剩余厚度时，通过保形地沉积能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的材料来执行(c)；(g)在没有将所述衬底暴露于所述含卤素的气体的情况下，用活化气体溅射所述衬底以蚀刻含MgO的介电层；以及(h)在(g)之后，重复(a)和(b)两个或更多个循环来蚀刻所述一个或多个层中的至少一个层。所述一个或多个层可以包含含钴材料。另一方面涉及一种方法，该方法包含：(a)提供包含一个或多个金属层、自由层、介电阻挡层和固定层的衬底，由此所述介电阻挡层介于自由层和固定层之间，而所述自由层、所述介电阻挡层和所述固定层介于所述一个或多个金属层之间；(b)将所述衬底暴露于含硅气体和还原剂以在所述衬底上沉积含硅材料，(c)将所述衬底暴露于含卤素的气体持续足以基本上充满所述衬底的表面的时间，并且(d)使所述衬底暴露于活化气体以蚀刻所述衬底。所述方法可以进一步包含：在基本上所有的自由层被蚀刻后且在所述介电阻挡层暴露前重复(b)；用无卤素化学品蚀刻所述介电阻挡层；以及重复(c)和(d)以在所述介电阻挡层被蚀刻后，蚀刻所述衬底。另一方面涉及一种用于处理包含一个或多个层的衬底的装置，该装置包含：(a)一个或多个处理室，每个处理室包含卡盘；(b)通向所述处理室和相关的流动控制硬件内的一个或多个气体入口；以及(c)具有至少一个处理器和存储器的控制器，由此所述至少一个处理器和所述存储器彼此通信地连接，所述至少一个处理器与所述流动控制硬件至少能操作地连接，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述至少一 个处理器以通过下述方式至少控制所述流动控制硬件：(i)使含卤素的气体流动持续足以基本上充满所述衬底的表面的时间；(ii)使活化气体流动并活化等离子体以蚀刻所述衬底的一个或多个层；以及(iii)在(i)和(ii)期间向所述室提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的材料，由此(i)-(iii)在不破坏真空的情况下执行。在多种实施方式中，用于提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的材料的所述指令还包含用于沉积例如含硅材料、含钛材料、含锗材料、含锡材料、含碳材料、和其组合等材料的指令。所述含卤素的气体可以是Cl2、BCl3、BBr3、BI3、F2、BF3、Br2、I2及它们的组合中的任一种。在一些实施方式中，所述含卤素的气体是卤化物气体。在一些实施方式中，所述存储器还包含用于在(i)和(ii)执行两个或更多个循环之后重复(iii)的指令。具体而言，本专利技术的一些方面可以描述如下：1.一种方法，其包含：(a)使位于室内的衬底暴露于含卤素的气体以使所述衬底的表面改性，(b)使所述衬底暴露于活化气体和活化源以蚀刻所述衬底上的一个或多个层，以及(c)在(a)和(b)期间，向所述室提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：(a)使位于室内的衬底暴露于含卤素的气体以使所述衬底的表面改性，(b)使所述衬底暴露于活化气体和活化源以蚀刻所述衬底上的一个或多个层，以及(c)在(a)和(b)期间，向所述室提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的反应性材料。

【技术特征摘要】
2015.04.20 US 62/150,053;2015.06.24 US 14/749,2911.一种方法，其包含：(a)使位于室内的衬底暴露于含卤素的气体以使所述衬底的表面改性，(b)使所述衬底暴露于活化气体和活化源以蚀刻所述衬底上的一个或多个层，以及(c)在(a)和(b)期间，向所述室提供能与所述含卤素的气体和在所述衬底上的所述一个或多个层的材料两者都反应以形成挥发性物质的反应性材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应性材料选自由含硅材料、含钛材料、含锗材料、含锡材料、含碳材料、以及它们的组合组成的组。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含卤素的气体选择由Cl2、BCl3、BBr3、BI3、F2、BF3、Br2、I2及它们的组合组成的组。4.根据权利要求1所述的方法，其中(a)和(b)重复两个或更多个循环。5.根据权利要求1所述的方法，其中在不破坏真空的情况下执行(a)-(c)。6.根据权利要求1所述的方法，其中(c)减少含金属副产品的重新沉积。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底的所述一个或多个层的所述材料选自由元素周期表IV族的过渡金属、元素周期表V族的过渡金属、元素周期表VI族的过渡金属、以及它们的组合组成的组。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其还包含：(d)，在执行(a)和(b)之前，通过经由等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上保形地沉积氮化硅层来执行(c...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨曼莎·坦，特塞翁格·金姆，杨文斌，杰弗里·马克斯，索斯藤·利尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US