[发明专利]利用气体处理及脉冲化的离子束蚀刻

说明书

位于衬底上的磁性随机存取存储器(MRAM)堆叠件的一或更多层通过离子束蚀刻而进行蚀刻。惰性气体的离子束产生在离子束源室中并连续地或以脉冲的方式施加至衬底。在不穿过离子束源室的情况下，反应性气体直接流入衬底所在的处理室内，其中反应性气体被脉冲化或连续地提供至处理室内。反应性气体可以包括具有羟基的含碳气体，其朝向衬底流动以限制来自离子束蚀刻的溅射原子再沉积于衬底的暴露表面上。

通过引用并入

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

磁性随机存取存储器(MRAM)是应用例如隧道化磁阻(TMR)的类的磁阻效应的一种非挥发性存储器。MRAM具有如动态随机存取存储器(DRAM)一样的高集成密度、以及与静态随机存取存储器(SRAM)一样的高速性能。由于MRAM堆叠材料具有高非挥发性，因此通常使用离子束蚀刻技术以蚀刻MRAM堆叠件。

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

发明内容

本文提供了一种离子束蚀刻衬底的方法。所述方法包括：从离子束源室产生惰性气体的离子束；施加所述惰性气体的所述离子束至所述离子束源室外部的处理室内的衬底，其中所述离子束对所述衬底上的磁性随机存取存储器(MRAM)堆叠件的一或更多层进行蚀刻；以及直接引入反应性气体至所述处理室内并且朝向所述衬底。

在一些实现方案中，所述反应性气体包括具有羟基的含碳气体。在一些实现方案中，所述含碳气体选自于由醇、羧酸、有机氢过氧化物、半缩醛和半缩酮所组成的群组。在一些实现方案中，所述含碳气体包括甲醇。在一些实现方案中，所述反应性气体包括含氟气体或含氮气体。在一些实现方案中，所述MRAM堆叠件包括MTJ堆叠件，其中所述MTJ堆叠件包括顶磁性层、底磁性层、以及介于所述顶磁性层与所述底磁性层之间的隧道阻挡层。在一些实现方案中，在蚀刻所述一或更多层后且在引入所述反应性气体后，所述MRAM堆叠件的侧壁实质上不含再沉积的蚀刻副产物。在一些实现方案中，施加所述离子束包括：连续地施加所述离子束以蚀刻所述MRAM堆叠件的所述一或更多层。在一些实现方案中，施加所述离子束包括：将所述离子束脉冲化以蚀刻所述MRAM堆叠件的所述一或更多层。

另一方面涉及一种离子束蚀刻衬底的方法。所述方法包括：在离子束源室内产生惰性气体的离子束；以及将所述惰性气体的所述离子束脉冲化至所述离子束源室外部的处理室中的衬底，其中所述离子束对所述衬底上的磁性随机存取存储器(MRAM)堆叠件的一或更多层进行蚀刻。

在一些实现方案中，在将所述离子束脉冲化时，所述离子束的幅值随着时间推移而进行调整。在一些实现方案中，所述方法还包括：将反应性气体直接引入所述处理室内朝向所述衬底。在一些实现方案中，所述反应性气体包括具有羟基的含碳气体，其中所述含碳气体选自于由醇、羧酸、有机氢过氧化物、半缩醛和半缩酮所组成的群组。在一些实现方案中，所述反应性气体连续地流动。在一些实现方案中，所述反应性气体是脉冲化的。在一些实现方案中，所述惰性气体的所述离子束与所述反应性气体交替地脉冲化进入所述处理室内。

另一方面涉及一种用于执行衬底的离子束蚀刻的设备。所述设备包括：离子束源室；处理室，其耦合至所述离子束源室，其中所述处理室被配置成支撑位于其内的衬底，其中磁性随机存取存储器(MRAM)堆叠件包括设置在所述衬底上的一或更多层；气体输送系统，其耦合至所述处理室；以及控制器。所述控制器被配置成提供指令以执行以下操作：在所述离子束源室内产生惰性气体的离子束；将所述惰性气体的所述离子束施加至所述处理室中的所述衬底，其中所述离子束对所述衬底上的所述MRAM堆叠件的所述一或更多层进行蚀刻；以及通过所述气体输送系统将反应性气体直接引入所述处理室内朝向所述衬底。