[发明专利]多层磁性隧道结刻蚀方法和MRAM器件

权利要求书

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以相同也可以不同。

5.一种MRAM器件，包括根据权利要求1所述的多层磁性隧道结刻蚀方法制备形成的多层磁性隧道结，其特征在于，

所述多层磁性隧道结的每层隔离层与位于其上的自由层呈台阶结构。