[发明专利]一种磁隧道结制作方法

说明书

本发明公开一种磁隧道结制作方法，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，在不中断真空的情况下，利用反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室和镀膜腔室相结合对磁性隧道结进行刻蚀、清洗和镀膜保护。本发明能够有效降低器件损伤和沾污，避免过刻造成的影响，提高器件性能，同时能够精确控制刻蚀图形的陡直度，获得满足性能需求的图形结果。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种磁隧道结制作方法。

背景技术

磁隧道结是磁性随机存储器的核心结构，包括帽层、固定层、非磁性隔离层和自由层组成，自由层的底部可以是底电极金属层或介质层。其中，固定层较厚，磁性较强，磁矩不容易反转，而自由层较薄，磁性较弱，磁矩容易反转。由于磁隧道结材料是难于干法刻蚀的材料Fe、Co、Mg等，难以形成挥发产物，且不能采用腐蚀气体Cl₂等，否则会影响磁隧道结的性能，所以需要用到比较复杂的刻蚀方法才能实现，刻蚀工艺非常具有难度和挑战。

磁隧道结的刻蚀常采用的方法有反应离子刻蚀。反应离子刻蚀具有等离子体密度高等特点，即使磁隧道结的材料很难形成挥发的产物，也能由于等离子体密度高，实现快速的磁隧道结刻蚀，获得合适的形貌。刻蚀过程可以在较低物理轰击力的情况下，获得较高的刻蚀速度。但是，反应离子刻蚀在磁隧道结刻蚀中存在的一些问题。反应离子刻蚀实现刻蚀的过程包含化学刻蚀与物理刻蚀过程，化学刻蚀会对磁隧道结的侧壁产生化学损伤，影响磁隧道结的磁性和器件性能。另外，刻蚀期间的低物理轰击刻蚀可能引起磁隧道结侧壁和底部的二次沉积，产生金属沾污，尤其是金属沾污发生在隔离层时，会直接导致器件的绝缘层被导通，丧失器件功能。随着磁隧道结器件尺寸的越来越小，金属沾污对性能的影响变得越来越重要，避免金属沾污对于实现高度集成化器件至关重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种磁隧道结制作方法，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，在不中断真空的情况下，在反应离子等离子体刻蚀腔室、离子束刻蚀腔室、镀膜腔室依照如下步骤对晶圆进行加工、处理：样品准备步骤，在半导体衬底上形成包括底电极金属层、磁隧道结、帽层和掩膜层的待刻蚀结构；样品装载步骤，将所述样品装载到样品装载腔室，并使所述样品通过真空过渡腔室，进入真空传输腔室；离子束刻蚀步骤，使样品进入到离子束刻蚀腔室，利用离子束刻蚀方法对样品进行刻蚀，当到达底电极金属层时停止刻蚀，之后使所述样品返回到真空传输腔室；反应离子清洗步骤，使所述样品进入到反应离子等离子体刻蚀腔室，利用反应离子等离子体进行金属残留物去除以及样品表面处理，使所述离子束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真空传输腔室；保护步骤，使所述样品进入到镀膜腔室，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真空传输腔室；以及样品取出步骤，将所述样品从真空传输腔室，通过真空过渡腔室，返回到样品装载腔室。