Multilayer magnetic tunnel junction etching method and MRAM deviceThe invention discloses a multilayer magnetic tunnel junction etching method and an MRAM device. Under the condition of not interrupting vacuum, a wafer is processed according to the specific steps, and a reactive ion plasma etching chamber and an ion beam etching chamber are used at least once respectively. The processing process of a multilayer magnetic tunnel junction is always in a vacuum environment, so that the influence of an external environment on the etching is avoided. An etching and cleaning combined process enables the device structure to maintain better steepness, greatly reducesthe metal contamination and damage of a magnetic tunnel junction film layer structure, and greatly improves the performance and reliability of the device. Besides, the ion beam etching chamber and the reactive ion etching chamber are combined for use, so that the technical problems of an existing single etching method are solved, and the production efficiency and the etching process precision areimproved.A multilayer magnetic tunnel junction etching method is characterized in that a sample is processed under the condition of not interrupting vacuum, and the reactive ion plasma etching chamber and the ion beam etching chamber are used at least once respectively, and the method comprises the following steps:a sample preparation step, namely a sample loading step, wherein a sample is loaded into the sample loading chamber and enters the vacuum transmission chamber through the vacuum transition chamber, wherein the sample is formed on a semiconductor substrate and comprises a bottom electrode, a magnetic tunnel junction, a cap layer and a mask layer, the magnetic tunnel junction comprises a fixed layer, an isolation layer and a free layer, and the isolation layer and the free layer are multilayer;a first etching step, wherein the sample enters the reactive ion plasma etching chamber or the ion beam etching chamber to complete the etching of the cap layer and the free layer, the etching is stopped when the first isolation layer is reached, and then the sample returns to the vacuum transmission chamber;a first cleaning step, wherein the sample enters the ion beam etching chamber or the reactive ion plasma etching chamber to carry out metal residue removal and sample surface treatment, so that metal contamination and a side wall damage layer formed in the first etching step are completely removed, and then the sample returns to the vacuum transmission chamber;a first medium coating step of allowing the sample to enter the coating chamber, forming a first medium film on the upper surface and the periphery of the sample, and then returning the sample to the vacuum transmission chamber;a first dielectric film opening step, namely enabling the sample to enter the reactive ion plasma etching chamber or the ion beam etching chamber, opening the first dielectric films above and at the bottom of the device, reserving part of the first dielectric film at the side wall of the device, stopping etching, and then returning the sample to the vacuum transmission chamber;repeating the above steps, stopping etching the next isolation layer each time until the etching reaches the bottom isolation layer,a final etching step, wherein the sample enters the reactive ion plasma etching chamber or the ion beam etching chamber to etch the sample, when the etching reaches the bottom electrode metal layer, the etching is stopped, and then the sample returns to the vacuum transmission chamber;a final cleaning step, namely enabling the sample to enter the ion beam etching chamber or the reactive ion plasma etching chamber, removing metal residues and carrying out sample surface treatment, completely removing metal contamination and a side wall damage layer formed in the final etching step, and then returning the sample to the vacuum transmission chamber;a final medium coating step, namely enabling the sample to enter the coating chamber for coating protection, forming a final medium film on the upper surface and the periphery of the sample, and then returning the sample to the vacuum transmission chamber;a sample taking step of returning the sample from the vacuum transmission chamber, through the vacuum transition chamber, to the sample loading chamber.
다층 자기터널접합 에칭 방법 및 MRAM 디바이스다층 자기터널접합 에칭 방법 및 MRAM 장치. 웨이퍼는 진공을 중단하지 않고 특정 단계에 따라 처리된다. 반응성이온플라즈마에칭챔버(10) 및 이온빔에칭챔버(11)는 적어도 한 번 별도로 사용된다. 다층 자기터널접합이 처리는 항상 진공 환경에서 처리되므로 에칭에 대한 외부 환경의 영향을 받지 않는다. 에칭과 세정을 결합하는 과정을 통해 디바이스 구조가 양호한 경사도를 유지하고 자기터널접합 필름 구조의 금속 오염 및 손상이 크게 감소하여 디바이스의 성능과 신뢰성이 크게 향상된다. 또한 이온빔에칭챔버(11)와 반응성이온플라즈마에칭챔버(10)를 모두 사용함으로써 기존 단일 에칭 방식의 기술적 문제를 해결하고 생산 효율과 식각 공정 정밀도를 높일 수 있다.샘플로딩챔버, 진공전이챔버, 반응성이온플라즈마에칭챔버, IBE챔버, 필름코팅챔버, 및 진공이송챔버를 포함하는 에칭 장치를 사용하는 다층 자기터널접합(이하 MTJ) 에칭 방법에 있어서, 상기 진공전이챔버는 연결 가능한 방식으로 개별적으로 상기 샘플로딩챔버와 상기 진공이송챔버에 연결되며, 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버, 상기 IBE챔버 및 상기 필름코팅챔버는 연결 가능한 방식으로 상기 진공이송챔버에 개별적으로 연결되고, 진공을 중단하지 않고 샘플을 처리하며, 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버와 상기 IBE챔버는 적어도 한 번은 별도로 사용되고, 상기 방법은: 상기 샘플을 상기 샘플로딩챔버에 로딩하고, 상기 샘플은 상기 진공전이챔버를 통해 진공이송챔버로 들어가며, 상기 샘플이 반도체 기판 상에 형성되고 하부전극, MTJ, 캡층 및 마스크층을 포함하고; 상기 MTJ는 핀고정층, 절연층 및 자유층을 포함하고; 복수의 절연층과 자유층이 있는, 샘플준비단계 및 샘플로딩단계;상기 샘플은 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버 또는 상기 IBE챔버로 들어가고, 상기 캡층 및 상기 자유층에 대한 에칭을 완료하고 제1절연층에서 에칭을 중지한 다음 상기 샘플이 상기 진공이송챔버로 복귀하는 제1에칭단계; 상기 샘플이 상기 IBE챔버 또는 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버에 들어가고, 금속 잔류물을 제거하고 상기 샘플 표면을 처리하여 제1에칭단계에서 형성된 금속 오염 및 측벽 손상층을 완전히 제거한 다음 상기 샘플이 상기 진공이송챔버로 복귀하는 제1세정단계; 상기 샘플이 상기 필름코팅챔버에 들어가고, 상기 샘플의 상부 표면 및 주변에 제1유전체박막을 형성한 다음 상기 샘플은 상기 진공이송챔버로 복귀하는 제1유전체코팅단계; 상기 샘플이 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버 또는 상기 IBE챔버에 들어가고, 상기 디바이스의 상부 및 하부 부분에 있는 상기 제1유전체박막을 개방하되 상기 디바이스 측벽에 일부를 남겨두고 에칭을 중지하며, 그 다음 상기 샘플은 상기 진공이송챔버로 복귀하고, 각 에칭은 최하부 절연층이 될 때 다음 절연층에서 중지되는 상기 단계를 반복하는 제1유전체박막개방단계; 각각의 에칭이 최하부 절연층까지 다음 절연층에서 중지되는 상기 단계를 반복하는 단계; 상기 샘플이 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버 또는 상기 IBE챔버에 들어가고, 상기 샘플을 에칭하고, 하부전극금속층에서 에칭을 중지한 다음 상기 샘플은 상기 진공이송챔버로 복귀하는 최종에칭단계;상기 샘플은 상기 IBE챔버 또는 상기 반응성이온플라즈마에칭챔버에 진입하여 금속 잔류물을 제거하고 상기 샘플 표면을 처리하여 상기 최종에칭단계에서 형성된 상기 금속 오염 및 측벽 손상층을 완전히 제거한 다음 상기 샘플은 상기 진공이송챔버로 복귀하는 최종세정단계; 상기 샘플은 코팅 보호를 위해 상기 필름코팅챔버로 진입하여 상기 샘플의 상기 상부 표면 및 주위에 최종 유전체박막을 형성한 다음, 상기 샘플은 상기 진공이송챔버로 복귀하는 최종유전체코팅단계; 및상기 샘플이 상기 진공이송챔버에서 상기 진공전이챔버를 통해 상기 샘플로딩챔버로 복귀하는 샘플인출단계를 포함하는 다층 MTJ 에칭 방법.