[发明专利]用于图案化磁隧道结的方法

说明书

公开了用于蚀刻磁阻随机存取存储器器件的方法和设备，所述磁阻随机存取存储器器件包括至少一个磁隧道结堆叠体结构，所述磁隧道结堆叠体结构包括设置在第一磁性层与第二磁性层之间的绝缘层。所述方法包括以下步骤：在有效地使第一磁性层和第二磁性层以及绝缘层的至少一部分转化成金属氯化物的条件下，在不大于30摄氏度的温度下使基底与含氯等离子体接触。接下来，在对去除金属氯化物有效的条件下，用有机溶剂处理接触步骤的所得产物。该处理可以包括通过溶解金属氯化物或通过使金属氯化物与反应性有机溶剂反应或者二者而冲洗掉金属氯化物。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求于2017年6月13日提交的美国临时专利申请序列号62/518,851的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在低温下对半导体基底上的磁隧道结进行等离子体蚀刻。

背景技术

磁阻随机存取存储器(magnetroresistive random access memory，MRAM)的性能不断提高。一种类型的MRAM使用含CoFeB/MgO/CoFeB作为膜堆叠体的一部分的磁隧道结(“magnetic tunnel junction，MTJ”)堆叠体。包括大部分金属膜的堆叠体的MTJ的图案化限于物理溅射，其在实现垂直轮廓的能力方面是有限的。因此，溅射在紧密间距应用中无法提供足够的结果。使用含氯气体的等离子体化学通常需要高温，原因是金属卤化物的相对低的挥发性。在这些高温等离子体技术中，氯原子的侧向扩散可以在器件中导致与金属或金属氧化物的过度反应，这导致MTJ和器件的劣化或破坏。新的和改进的产生磁隧道结的方法是高度期望的。

发明内容

本发明提供了对于上述一个或更多个缺点和遗漏的解决方案。

在一个广义方面，本发明是用于蚀刻基底的方法，所述基底包括设置在第一磁性层与第二磁性层之间的绝缘层，所述方法包括：在有效地使第一磁性层和第二磁性层以及绝缘层的至少一部分转化成金属氯化物的条件下，在不大于30摄氏度的温度下使基底与含氯等离子体接触。接下来，在有效地去除金属氯化物的条件下，用有机溶剂处理接触步骤(使基底与氯接触)的所得基底。该处理可以包括通过溶解金属氯化物或者通过使金属氯化物与反应性有机溶剂反应或者二者来冲洗掉金属氯化物。在一个实施方案中，第一磁性层和第二磁性层包含钴和铁。在一个实施方案中，绝缘层为金属氧化物，例如镁氧化物。

本发明的方法包括由含氯气体形成含氯等离子体的步骤，其中含氯气体为氯、三氯化硼、或其混合物。在一个实施方案中，含氯气体用第二惰性气体稀释。

在本发明的一个实施方案中，有机溶剂为醇、醚或丙酮。通常，有机溶剂包括能够与金属卤化物反应的溶剂。

在一个实施方案中，使被加工的基底分层并图案化以产生包括至少一个磁隧道结堆叠体结构的磁阻随机存取存储器器件，其中堆叠体结构包括镁氧化物的绝缘层。在一个实施方案中，堆叠体结构的第一磁性层和第二磁性层二者包含钴和铁。

在一个实施方案中，在用有机溶剂处理基底之前，从基底去除含氯气体。

在一个实施方案中，对第一蚀刻的基底进行测量以确定通过氯等离子体和有机溶剂处理去除的金属的程度是否与预定的操作目标相对应。例如，测量包括：产生蚀刻的基底的垂直轮廓，将垂直轮廓与目标垂直轮廓进行比较，以及调节用于加工基底的操作变量以形成具有垂直轮廓与目标垂直轮廓间的容差的MRAM结构。

在一个实施方案中，基于测量来调节方法的至少一个操作变量以满足至少一个操作目标。例如，至少一个操作变量为温度、压力、氯浓度、氯流量、有机溶剂的类型、有机溶剂的流量、氯与基底的接触时间或其组合。在一个方面，操作目标是蚀刻的基底与期望图案的垂直一致性。例如，基底的垂直一致性包括用氯等离子体加工基底直至达到20nm或更小的间隔和线或者间隔和柱的密度。因此，在一个方面，操作目标可以为基底的侧向蚀刻的程度。