[發(fā)明專利]制造磁性器件的方法和設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010185945.7
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101901868A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑杰·辛德;小平吉三;古用太郎
• 申請（專利權(quán)）人: 佳能安內(nèi)華股份有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制造磁性器件的方法，所述制造磁性器件的方法包括干法蝕刻法。更具體地，本發(fā)明涉及干法蝕刻法，所述干法蝕刻法用于磁性材料(在下文中，術(shù)語“磁性材料”用于鐵磁性和反鐵磁性材料)如FeNi、CoFe、FeMn、CoPt、CoFeB、PtMn和IrMn的膜或膜疊加體的微加工。

背景技術(shù)

使用磁性材料的隨機存儲器如MRAM(磁隨機存儲器)和STRAM(自旋轉(zhuǎn)移(spin?transfer)隨機存儲器)作為具有與DRAM相同水平的高集成密度和具有與SRAM相同水平的高速性能并且是非易失性和可無限重寫的存儲器已受到關(guān)注。類似地，構(gòu)成磁阻器件如GMR(巨磁阻)和TMR(隧穿磁阻)的薄膜磁頭以及磁性傳感器等已得到快速發(fā)展。

迄今為止，離子銑(ion?milling)法已經(jīng)常作為用于磁性材料的蝕刻方法而使用。然而，由于離子銑法是物理濺射蝕刻方法，所以難以選擇性地蝕刻不同材料。離子銑還具有蝕刻后外形具有錐形或類裙形的形狀的問題。因此，離子銑法尤其不適合用于制造需要精細(xì)加工技術(shù)的具有大容量的MRAM。另外，在當(dāng)前情況下，離子銑法難以以高的均勻性加工具有300mm的大面積的基板，因此難以提高產(chǎn)率。

代替該離子銑法，開始引入在半導(dǎo)體工業(yè)中已培育的技術(shù)。在這些技術(shù)中，積極地開發(fā)了蝕刻法，所述蝕刻法使用在不形成后腐蝕(after-corrosion)的情況下對于加工鐵磁性材料有效的NH₃+CO類氣體(日本專利申請?zhí)亻_No.H8-253881)，以及所述蝕刻工藝使用CH₃OH氣體(日本專利申請?zhí)亻_No.2005-42143)。然而，通過使用這些反應(yīng)性氣體的蝕刻法，導(dǎo)致磁性材料加工表面上的氧化反應(yīng)，因此導(dǎo)致在磁性材料加工后磁性質(zhì)劣化的問題。

常規(guī)MRAM器件或TMR傳感器器件具有比較大的接合面積，以致由于磁性材料加工表面氧化而導(dǎo)致的損壞層對磁性質(zhì)沒有產(chǎn)生很大的影響。然而，當(dāng)接合面積變得更小時，由加工表面上形成的氧化層(損壞層)造成的影響不能忽視。由于未來微加工將進一步發(fā)展，因此該問題將對磁性質(zhì)愈加產(chǎn)生重要的影響，使得不能獲得正常的器件特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供制造磁性器件的方法，并提供其設(shè)備，所述方法采用干法蝕刻法，當(dāng)在使用非有機材料作為掩模材料的同時蝕刻磁性材料時，所述干法蝕刻法能夠通過使用不氧化磁性材料加工表面的氣體來減少可劣化磁特性的蝕刻損壞。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了用于通過使用碳?xì)浠?carbon?hydride)氣體和惰性氣體的混合氣體和通過使用由非有機材料制成的掩模蝕刻磁性材料的干法蝕刻法。

上述蝕刻氣體的實例為乙烯(C₂H₄)氣體與氮氣(N₂)的混合氣體。

由非有機材料制成的掩模可以采用由任意的Ta、Ti、Al和Si的單一膜或疊加膜制成的掩模材料，或者由任意的Ta、Ti、Al和Si的氧化物或氮化物的單一膜或疊加膜制成的掩模材料。

例如，掩模材料可以采用由任意的作為單一元素的Ta、Ti、Al和Si制成的單一膜或疊加膜。掩模材料還可以采用由作為任意的Ta、Ti、Al和Si的氧化物或氮化物的Ta氧化物、Ti氧化物、Al氧化物如Al₂O₃、Si氧化物如SiO₂、TaN、TiN、AlN、SiN等制成的單一膜或疊加膜。掩模材料還可以采用單一元素膜、氧化物膜和/或氮化物膜的任意組合的疊加體。

在本發(fā)明中采用的上述干法蝕刻法中，在將磁性材料的溫度理想地保持在250℃以下的范圍內(nèi)的同時，蝕刻該磁性材料。這是由于防止極薄的磁性薄膜受到不必要的熱損壞。更優(yōu)選的溫度為在20-100℃的范圍內(nèi)。在本發(fā)明中采用的上述干法蝕刻法中，磁性材料理想地在0.005-10Pa的范圍內(nèi)的真空中蝕刻。該壓力范圍能夠加工具有優(yōu)異的各向異性的磁性材料。在根據(jù)本發(fā)明的上述干法蝕刻法中，可以向蝕刻氣體添加一種或多種惰性氣體作為添加氣體。向蝕刻氣體中添加0體積％以上至95體積％以下的一種或多種惰性氣體是理想的。這里所定義的一種或多種惰性氣體除了稀有氣體如He、Ar、Ne、Xe和Kr以外還包括氮氣。

當(dāng)通過使用在本發(fā)明中采用的干法蝕刻法和由非有機材料制成的掩模來蝕刻磁性材料時，消除了后腐蝕(after-corrosion)處理的必要性，而且不需要特別考慮蝕刻設(shè)備的耐腐蝕性。