多层磁性隧道结刻蚀方法和MRAM器件技术

本发明专利技术公开一种多层磁性隧道结刻蚀方法和MRAM器件。在不中断真空的情况下依据特定的步骤对晶圆进行加工，至少分别使用一次反应离子等离子体刻蚀腔室和离子束刻蚀腔室。对多层磁性隧道结的加工过程一直处在真空环境中，避免了外界环境对刻蚀的影响。通过刻蚀和清洗结合的工艺使器件结构维持了较好的陡直度，并且大幅度降低了磁性隧道结膜层结构的金属沾污及损伤，极大的提高了器件的性能和可靠性。另外，离子束刻蚀腔室和反应离子刻蚀腔室结合使用，克服了现有的单一刻蚀方法存在的技术问题，提高了生产效率和刻蚀工艺精度。

【技术实现步骤摘要】
多层磁性隧道结刻蚀方法和MRAM器件
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种多层磁性隧道结刻蚀方法和MRAM器件。
技术介绍
磁存储器是计算机体系结构中的重要组成部分，对计算机的速度，集成度和功耗等都有决定性的影响。然而，目前的存储器难以同时兼顾各项性能指标，例如，硬盘的存储容量较高(可达1.3Tb/in2)，但访问速度极其慢(通常为微秒级)，缓存则相反，具有高速和低集成度的特点。为允许发挥各类存储器的优势，典型的计算机存储系统采用分级结构，一方面，频繁使用的指令与数据存于缓存(Cache)和主存(MainMemory)中，能够以较快的速度与中央处理器交互；另一方面，大量的非频繁使用的系统程序与文档被存于高密度的硬盘(HDD或者SSD)中，这样的分级结构是存储系统兼具高速和大容量的优点。但是，随着半导体工艺特征尺寸的不断缩小，传统的基于互补金属氧化物半导体工艺的缓存和主存遭遇到了性能瓶颈。在功耗方面，由于CMOS晶体管的漏电流随着工艺尺寸的减小而增大，因此，SRAM和DRAM的静态功耗日益加剧；在速度方面，处理器与存储器的互联延迟限制了系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层磁性隧道结刻蚀方法，所使用的刻蚀装置包括样品装载腔室、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，所述真空过渡腔室分别与所述样品装载腔室、所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，所述反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室分别与所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，其特征在于，在不中断真空的情况下对样品进行加工，至少分别使用一次所述反应离子等离子体刻蚀腔室和所述离子束刻蚀腔室，包括以下步骤：/n样品准备步骤，样品装载步骤，将样品装载到所述样品装载腔室，并使所述样品通过所述真空过渡腔室，进入所述真空传输腔室，其中，所述样品形成在半...

【技术特征摘要】
1.一种多层磁性隧道结刻蚀方法，所使用的刻蚀装置包括样品装载腔室、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，所述真空过渡腔室分别与所述样品装载腔室、所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，所述反应离子等离子体刻蚀腔室、所述离子束刻蚀腔室、所述镀膜腔室分别与所述真空传输腔室以可联通的方式相连接，其特征在于，在不中断真空的情况下对样品进行加工，至少分别使用一次所述反应离子等离子体刻蚀腔室和所述离子束刻蚀腔室，包括以下步骤：
样品准备步骤，样品装载步骤，将样品装载到所述样品装载腔室，并使所述样品通过所述真空过渡腔室，进入所述真空传输腔室，其中，所述样品形成在半导体衬底上，包括底电极、磁性隧道结、帽层和掩膜层，所述磁性隧道结包括固定层、隔离层和自由层，所述隔离层和自由层为多层；
第一刻蚀步骤，使所述样品进入到所述反应离子等离子体刻蚀腔室或者所述离子束刻蚀腔室，完成对帽层和自由层的刻蚀，达到第一隔离层时停止刻蚀，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
第一清洗步骤，使所述样品进入到所述离子束刻蚀腔室或者所述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，使所述第一刻蚀步骤中所形成的金属沾污以及侧壁损伤层完全去除，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
第一介质镀膜步骤，使所述样品进入到所述镀膜腔室，在所述样品上表面和周边形成第一介质薄膜，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
第一介质薄膜打开步骤，使所述样品进入到所述反应离子等离子体刻蚀腔室或者离子束刻蚀腔室，打开器件上方及底部的所述第一介质薄膜，并且保留器件侧壁处的部分第一介质薄膜，停止刻蚀，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
重复上述步骤，每刻蚀一次都停止在下一隔离层，直到刻蚀达到最底层隔离层，
最终刻蚀步骤，使所述样品进入到所述反应离子等离子体刻蚀腔室或者所述离子束刻蚀腔室，对所述样品进行刻蚀，当刻蚀达到底电极金属层时，停止刻蚀，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
最终清洗步骤，使所述样品进入到所述离子束刻蚀腔室或所述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，使所述最终刻蚀步骤中所形成的金属沾污、侧壁损伤层完全去除，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
最终介质镀膜步骤，使所述样品进入到所述镀膜腔室进行镀膜保护，在所述样品上表面和周边形成最终介质薄膜，之后使所述样品返回到所述真空传输腔室；
样品取出步骤，将所述样品从所述真空传输腔室，通过所述真空过渡腔室，返回到所述样品装载腔室。


2.根据权利要求1所述的多层磁性隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述反应离子等离子体刻蚀腔室中进行刻蚀或者清洗的步骤中，所使用的气体为惰性气体、氮气、氧气、氟基气体、NH3、氨基气体、CO、CO2、醇类或其组合，不同步骤中所使用的气体、功率、气流、压力可以相同或者不同。


3.根据权利要求1所述的多层磁性隧道结刻蚀方法，其特征在于，
在所述离子束刻蚀腔中进行刻蚀或者清洗的步骤中，所使用的气体为惰性气体、氮气、氧气或其组合，不同步骤所使用的气体、离子束的角度、离子束的能量以及离子束的密度可以相同或者不同。


4.根据权利要求1所述的多层磁性隧道结刻蚀方法，其特征在于，
所述第一介质薄膜材料和所述最终薄膜材料可以相同也可以不同，所述第一介质薄膜材料、所述最终薄膜材料为四族氧化物、四族氮化物、四族氮氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属氮氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氮化物、碱土金属氮氧化物或其组合，在不同的第一介质薄膜镀膜步骤中，所述第一介质薄膜材料可...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏斌，蒋中原，刘自明，车东晨，崔虎山，胡冬冬，陈璐，韩大健，邹志文，许开东，
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