(57)【要約】第１及び第２の磁性層間に配置された絶縁層を有する少なくとも１つの磁気トンネル接合スタック構造を備える磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスをエッチングするための方法及び装置が開示される。方法は、基板を、第１磁気層、第２磁気層及び絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、塩素含有プラズマと接触させるステップを含む。次に、接触ステップの結果として得られる生成物は、金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で、有機溶剤で処理される。この処理は、金属塩化物を溶解させること、金属塩化物を反応性有機溶剤と反応させること、又は、その両方によって、金属塩化物をすすぎ落すことを含むことができる。
2020523794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁気層と第２磁気層との間に配置された絶縁層を有する基板をエッチングする方法であって、
前記基板を、前記第１磁気層、前記第２磁気層及び前記絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、塩素含有プラズマと接触させるステップと、
前記接触させるステップの結果として得られる基板を有機溶剤で処理するステップであって、エッチングされた基板を提供するために、前記結果として得られる基板から前記金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で、処理するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記塩素含有プラズマは、塩素含有ガスから形成されており、
前記塩素含有ガスは、塩素、三塩化ホウ素、又はそれらの混合物である、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記塩素含有ガスは第２不活性ガスで希釈される、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記有機溶剤は、アルコール、エーテル又はアセトンである、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記有機溶剤は、前記の金属ハロゲン化物と反応することができる溶剤を含む、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記絶縁層は、酸化マグネシウムである、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１磁気層及び前記第２磁気層は両方とも、コバルト及び鉄を含有する、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記基板を前記有機溶剤で処理する前に、塩素含有ガスが前記基板から除去される、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記方法はさらに、
塩素含有プラズマ及び有機溶剤処理によって除去された金属の広がりが所定の操作対象に対応するかどうか特定するために、前記エッチングされた基板に測定を受けさせるステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記方法の少なくとも１つの操作変数は、少なくとも１つの操作対象に合致するように、前記の測定に基づいて調整される、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの操作変数は、温度、圧力、塩素濃度、塩素流量、有機溶剤の種類、有機溶剤の流量、前記基板と塩素の接触時間、及びこれらの組み合わせ、である、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記操作対象は、エッチングされた基板の所望のパターンへの垂直整合である、
請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記操作対象は、前記基板の横方向エッチングの広がりである、
請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの操作変数は、前記基板のエッチングの広がりを低減させるか又は増加させるように調整される、
請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記該方法はさらに、
前記第１磁気層、前記第２磁気層及び前記絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、塩素含有プラズマと、前記エッチングされた基板を接触させるステップと、
前記のエッチングされた基板を接触させるステップの結果として得られる基板を、第２エッチングされた基板を提供するために、前記金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で、有機溶剤で処理するステップと、
を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第１磁気層、前記第２磁気層及び前記絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、塩素含有プラズマと第２基板を接触させるステップと、
前記接触させるステップの結果として得られる第２基板を有機溶剤で処理するステップであって、エッチングされた第２基板を提供するために、前記結果として得られる構造体から前記金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で処理するステップと、
をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの操作変数は、前記エッチングされた基板が形成された後に調整されるか、又は
前記少なくとも１つの操作変数は、前記基板が処理されるのと共に、調整される、
請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記測定は、前記エッチングされた基板の垂直プロファイルを生成すること、目標垂直プロファイルと前記垂直プロファイルを比較すること、及び、垂直プロファイルと目標プロファイルとの間の許容誤差を有するＭＲＡＭ構造を形成するように前記基板を処理する前記操作変数を調整すること、を含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記基板は、スペース及びライン、又は、スペース及びピラーの２０ｎｍの密度まで処理される、
請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記基板は、少なくとも１つの磁気トンネル接合積層体構造を含む磁気抵抗式ランダムアクセスメモリを形成するために処理される半導体ウエハである、
請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年６月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／５１８，８５１号に関連し、これに基づく優先権を主張するし、その全体の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の技術分野
本発明は半導体基板上の磁気トンネル接合の低温プラズマエッチングに関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の性能は向上し続けている。ＭＲＡＭの１つのタイプは、膜積層体の一部としてＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢを含有する磁気トンネル接合（「ＭＴＪ」）積層体を使用する。主に金属膜の積層体を含むＭＴＪパターニングは、垂直プロファイルを達成する能力が制限されている物理的スパッタリングに制限される。その結果、スパッタリングは、狭ピッチ用途では適切な結果を提供しない。塩素含有ガスを使用したプラズマ化学では、金属ハロゲン化物の揮発性が比較的低いため、通常は高温が必要とされる。これらの高温プラズマ技術では、塩素原子の横方向拡散が、デバイス内の金属又は金属酸化物との過度の反応を引き起こす可能性があり、これは、ＭＴＪ及びデバイスの劣化又は破壊を引き起こす。磁気トンネル接合を作製する新しい改良された方法が切望されている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、上記の１つ以上の不利な点及び不備に対する解決策を提供する。
【０００５】
広い態様において、本発明は、第１磁気層と第２磁気層との間に配置された絶縁層を有する基板をエッチングする方法又はプロセスであって、基板を、第１磁気層、第２磁気層及び絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、塩素含有プラズマと接触させる、接触ステップを含む。次に、接触ステップ（塩素と基板を接触させるステップ）の結果として生じる基板は、金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で、有機溶剤で処理される。この処理は、金属塩化物を溶解させること、金属塩化物を反応性有機溶剤と反応させること、又は、その両方によって、金属塩化物をすすぎ落すこと（rinsing away）を含むことができる。一実施形態において、第１磁気層及び前記第２磁気層は両方とも、コバルト及び鉄を含有する。一実施形態において、絶縁層は、例えば酸化マグネシウム等の金属酸化物である。
【０００６】
本発明の方法は、塩素含有プラズマは、塩素含有ガスから形成されており、塩素含有ガスは、塩素、三塩化ホウ素、又はそれらの混合物である、ステップを含む。一実施形態において、塩素含有ガスは第２不活性ガスで希釈される。
【０００７】
本発明の一実施形態において、有機溶剤は、アルコール、エーテル又はアセトンである。有機溶剤は、金属ハロゲン化物と反応することができる溶剤を含む。
【０００８】
一実施形態において、処理される基板は、少なくとも１つの磁気トンネル接合積層体を有する磁気抵抗ランダムアクセスメモリデバイスを作製するために、層化され（layered）ており、パターン化さてており、積層体構造は、酸化マグネシウムの絶縁層を含む。一実施形態において、スタックの第１磁気層及び第２磁気層は両方とも、コバルト及び鉄を含有する。
【０００９】
一実施形態において、塩素含有ガスは、基板を有機溶剤で処理する前に、基板から除去される。
【００１０】
一実施形態において、第１エッチングされた基板は、塩素含有プラズマ及び有機溶剤処理によって除去された金属の広がり又は外縁又は範囲（the extent）が所定の操作対象（operational objectives）に対応するかどうか特定するために、測定を受ける。例えば、測定は、エッチングされた基板の垂直プロファイルを生成すること、目標垂直プロファイルと前記垂直プロファイルを比較すること、及び、垂直プロファイルと目標プロファイルとの間の許容誤差を有するＭＲＡＭ構造を形成するように前記基板を処理する前記操作変数を調整すること、を含む、
【００１１】
一実施形態において、プロセスの少なくとも１つの操作変数（operational variable）は、少なくとも１つの操作対象に合致するように、測定に基づいて調整される。例えば、少なくとも１つの操作変数は、温度、圧力、塩素濃度、塩素流量、有機溶剤の種類、有機溶剤の流量、塩素の基板との接触時間、及びこれらの組み合わせ、である。一態様において、操作対象は、エッチングされた基板の所望のパターンへの垂直整合（the vertical conformity）である、例えば、基板の垂直方向整合は、スペース及びライン、又は、スペース及びピラーの、２０ｎｍ以下の密度まで、塩素プラズマで基板を処理することを含む。したがって、一態様において、操作対象は、記基板の横方向エッチングの広がりであり得る。
【００１２】
一実施形態において、
少なくとも１つの操作変数は、基板のエッチングの広がりを低減させるか又は増加させるように調整され、好ましくは、例えばエッチングの広がり又はエッチングされた基板の垂直整合などの所望の目標対象を達成させるように調整される。
【００１３】
少なくとも一つの操作変数を調整した後に、プロセスは、第１磁気層、第２磁気層及び絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、エッチングされた基板を塩素含有プラズマと接触させるステップと、接触させるステップの結果として得られる基板を有機溶剤で処理するステップであって、エッチングされた基板を提供するために、結果として得られる基板から金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で処理するステップと、によってさらに進められる。あるいは、基板が操作対象に合致しない場合、第一基板又は後の基板（later substrates）は廃棄されることができ、新たな基板がプロセスに導入されることができる。この点に関して、プロセスはさらに、第２操作変数の下で第２基板を塩素含有プラズマと接触させるステップであって、第１磁気層、第２磁気層及び絶縁層の少なくとも一部を金属塩化物に変換するのに効果的な条件下で、３０℃を越えない温度において、接触させるステップと、接触させるステップの結果として得られる第２基板を有機溶剤で処理するステップであって、エッチングされた第２基板を提供するために、金属塩化物を除去するのに効果的な条件の下で処理するステップと、
を含むことができる。
【００１４】
一実施形態において、少なくとも１つの操作変数は、エッチングされた基板が形成された後に調整されるか、又は、少なくとも１つの操作変数は、基板が処理されるのと共に、調整される。
【００１５】
一実施形態において、基板は、少なくとも１つの磁気トンネル接合積層体構造を含む磁気抵抗式ランダムアクセスメモリを形成するために処理される半導体ウエハである。
【００１６】
他の広い態様において、本発明は、第１磁気層と第２磁気層との間に配置された絶縁層を有する構造体をエッチングする装置である。本装置は、構造体を有する少なくとも１つの基板を支持するように構成され、塩素含有ガスのプラズマを収容するように構成された、少なくとも１つのプラズマチャンバと、を有する。装置は、塩素含有ガスをチャンバに導入するための入口ポートを有する。チャンバは、チャンバ内に追加の材料を導入できるように、かつ塩素含有ガスをチャンバからパージするために、別の入口及び出口ポートを有するように構成されることができる。特定の実施態様において、プラズマとの接触の後に、チャンバはパージされ、基板は有機溶剤での処理のための異なるチャンバに移送される。一種以上の溶剤が用いられることができる。第２チャンバは、適切な入口及び出口ポートを含むことができる。金属ハロゲン化物が基板からすすがれたあと、基板は追加エッチングのために第１チャンバへ戻るように移送されることができるか、又は、装置から除去されることができる。
【００１７】
他の例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、第１磁気層、絶縁層、第２磁気層及びマスキング材料が順番に積層された積層構造を有する多層材料をエッチングすることができる。プラズマ処理装置は、プラズマが生成される処理スペースを分割するように構成された処理チャンバと、処理スペースに処理ガスを供給するように構成されたガス供給ユニットと、ガス供給ユニットを制御するように構成されたコントロールユニットと、を備える。ガスは、第１磁気層及び第２磁気層及び（複数の）絶縁層の金属と反応する塩素含有ガスであることができる。
【００１８】
本発明は、ＭＴＪにおける金属磁性層の金属スパッタリングに対する改良を提供する。さらに、プラズマ温度が低いほど、より少ない電力、物理的デバイス要件をもたらし、さもなければＭＴＪ及び半導体デバイスの劣化又は破壊につながる虞のある、金属又は金属酸化物層による塩素の拡散を制限する。本発明は、垂直ピラープロファイルを生成することができ、密接した（tight）ピッチ適用を使用可能にすることができるパターニングの成長（the development of patterning）を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付の図面は、本発明の例示的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲の限定と見なされるべきではなく、本発明は他の同等に有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。
【図１】図１Ａ乃至１Ｃは、本発明のプロセスの一実施形態によって処理されるピラーを有する基板、並びに、本発明のプロセスで使用され及び製造される構造を示す図である。
【図２】本発明の装置を示す図である。
【図３】本発明による金属磁気構造を有する基板を処理するためのプロセスフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａ乃至１Ｃは、全般的に、本発明によって処理されている基板の進捗を全般的に示す。基板１０は、例えばマグネシウム酸化物層１２等の第１絶縁層上又は絶縁体キャッピング上の、適切なマスクパターン１１と、例えばタンタル（Ｔａ）を含有する又は含有しないコバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）等の第１磁気金属層１３と、例えば酸化マグネシウム等の第２絶縁体層１４と、例えばＣｏＦｅＢ等の第２磁気金属層１５と、を有する。マスクパターンは、所与の厚さの、タンタル、窒化チタン等であることができる。第２絶縁体層１４は、あるいは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、又は他の適切な材料を含む又はから成ることができる。典型的に、第２絶縁層１４（トンネリング層）は、酸化マグネシウムである。第１磁気層及び第２磁気層１３、１５は、あるいは、コバルト鉄タンタル、ニッケル鉄、コバルト、コバルト鉄、コバルト・プラチナ、コバルト・パラジウム、鉄プラチナ、又はニッケル、コバルト及び鉄の合金、から形成されることができる。これらの層は、下部基板領域上に配置されることができ、任意の従来層１６と、ルテニウム（Ｒｕ）スペーサ層１７、又は、チタン、タンタル、銅若しくは銀等の他の材料と、コバルト・プラチナ合金、例えば（Ｃｏ／Ｐｔ）ｘＮ／Ｃｏ、等の他の下部層１８と、を含むことができ、これらの全ては、ＭＲＡＭデバイスを有する基板を製造するプロセスにおいて配置される。本発明のエッチングプロセスより前に、従来の方法は、基板１０上の全ての層を形成するために用いられる。例えば、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスは、全部又は一部の層を形成するために用いられることができる。典型的には、各層は１０〜３０オングストロームの厚さを有し、各層は異なる厚さであってもよい。第１絶縁層（キャッピング層とも称されることができる）は、３〜２０オングストロームであることができる。基板１０は、本明細書において、構造、ウエハ、半導体ウエハ、半導体基板、ＭＲＡＭ基板等と称されることもできる。
【００２１】
本発明の低温塩素プラズマエッチの後、金属ハロゲン化物がマスクパターン１１に基づき（under）形成される。具体的には、コバルト及び鉄のハロゲン化物が、形成される。これらの金属ハロゲン化物は、メタノールやエタノール等の一部の有機溶剤への所与の溶解性を有することに留意されたい。したがって、低温プラズマは、横方向拡散を介して金属ハロゲン化物層２１、２２、２３、及び２４を形成する。塩素プラズマは、第２磁気層１５より下の層とは反応しない。
【００２２】
次に、結果として得られる基板は、有機金属錯体（organometallic complexes）を形成する有機リガンド化合物を含む又は含まない有機溶剤を用いたウェットエッチング除去ステップを受ける。有機溶剤は、金属ハロゲン化物及び／又は有機金属錯体を溶解する働きをし、したがって、図１Ｃに示されるような層１１、１２、１３、１４から構成される新たな構造を生成する。この新たな構造はピラーと称されることができる。本発明で使用される方法は、層１１〜１４から構成される構造を形成するために必要なだけ繰り返されることができる。本明細書において使用されるように、ピラーという用語は、マスクの下の絶縁層及び磁性層をエッチング除去した後に基板上に形成される隆起構造を指す。
【００２３】
プラズマエッチングにおける塩素含有ガスは、塩素ガス（Ｃｂ）、塩化ホウ素（ＢＣｂ）、又はそれらの混合物によって提供される。塩素含有ガスは、水素、酸素、二酸化炭素、アンモニア、アルゴン、及びそれらの混合物等の他のガスの添加の有無にかかわらず用いられることができる。他のガスが使用される場合、塩素含有ガスは、使用される全ガスの体積で０．１〜９９．９パーセントの濃度であり得る。本発明の実施において、プラズマの温度は３０℃以下である。典型的には、温度は−３０℃から３０°まである。より典型的に、温度は０Ｃから２５Ｃまである。プラズマエッチングが行われる圧力は、所望のエッチングを達成するのに効果的なあらゆる圧力であることができる。したがって、圧力は、大気圧未満（subatmospheric）、大気圧、及び超大気圧（superatmospheric）であることができる。塩素含有ガスは、連続的、断続的、又は単一のチャージで基板に供給されることができる。反応時間は、ガス、温度、圧力、塩素濃度、基板、その他の変数によって異なる。
【００２４】
塩素と基板との接触時間は、所望のレベルの金属ハロゲン化物形成を提供するために、所与の条件下でルーチンテストを行うことに比較的容易に特定できる。したがって、基板は、最初に、所与の温度、所与の圧力で、所与の時間だけ、塩素含有ガスの所与のチャージで処理されることができる。
【００２５】
塩素プラズマでの処理の後、基板は、横方向拡散の広がりを特定するために、テストされることができる。例えば、塩素の横方向拡散の広がりは、金属塩化物を除去するために基板をウェットエッチングし、その後、金属層がマスクパターンから横方向に除去されたかどうかを特定するために分析テストすることによって、特定することができる。金属層が、マスクパターンの内側に向かって横方向に過剰に除去されている場合、操作パラメータは、より少ないエッチングを達成するように調整され得る。理論に縛られることを望まないが、塩素が金属層に横方向に侵入し、外から内へと移動し、塩素が層を通って横方向に移動するにつれて、金属塩化物を形成すると解されるべきである。横方向の金属層の除去の広がりが所望より少ない場合、操作パラメータはより大きなエッチングを達成するように調整されることもできる。操作パラメータが一旦確立されると、プロセスは基板をエッチングするために自動化されることができる。
【００２６】
変数は、例えば、温度、塩素と基板の接触時間、希釈剤の存在、圧力、基板上の塩素含有ガスの濃度及び／又は流量、及び、他の所与の変数を調整すること等によって、調整されることができ、新たな基板が新たなプロセス条件で処理される。結果として得られる第１エッチングされた基板は、塩素含有プラズマ及び有機溶剤処理によって除去された金属の広がりが所定の操作対象に対応するかどうか特定するために、測定を受ける。一態様において、測定は、エッチングされた基板の垂直プロファイルを生成すること、目標垂直プロファイルと垂直プロファイルを比較すること、及び、垂直プロファイルと目標プロファイルとの間の許容誤差を有するＭＲＡＭ構造を形成するように基板を処理する操作変数を調整すること、を含む。一態様において、スペース及びライン、又は、スペース及びピラーの、２０ｎｍ以下の密度まで塩素プラズマで基板を処理することを含む、基板の垂直整合が達成される。
【００２７】
一実施形態において、プロセスの少なくとも１つの操作変数は、少なくとも１つの操作対象に合致するように、測定に基づいて調整される。例えば、少なくとも１つの操作変数は、温度、圧力、塩素濃度、塩素流量、有機溶剤の種類、有機溶剤の流量、塩素の基板との接触時間、及びこれらの組み合わせ、である。一態様において、操作対象は、目標許容差（a target tolerance）を達成するためのエッチングされた基板の所望のパターンへの垂直整合である、
【００２８】
塩素の基板との接触時間とは、塩素が基板と物理的に接触している時間、チャンバ内に塩素を導入した後、チャンバから塩素を除去する前の時間をいう。接触時間は、例えば、チャンバ内の塩素の濃度、反応物を含む塩素のタイプ、流速、温度、圧力、希釈剤の存在、又はそれらの組み合わせに基づいて、所望の反応を達成するように調整することができる。
【００２９】
接触ステップが完了した後、塩素含有ガスを除去し、それ以上接触が起こらないようにする。これは、例えば、内部で反応が起こるチャンバを排気することによって、非塩素含有ガスでチャンバを充填することによって、及びそれらの組み合わせによって、達成することができる。例えばウェットエッチングのために異なるチャンバへ移送する等、基板のさらなるマニピュレーションを行う前にチャンバに塩素が無いことを確実にするために、チャンバの排気と、チャンバへの非塩素含有ガスの供給の両方を用いることが有利であろう。
【００３０】
塩素ガスが基板から分離された後、基板は、メタノール、エタノール、及びイソプロピルアルコール等のアルコール、エーテル、アセトン、又は他の一般的な有機溶剤等の、適切な（suitable）有機溶剤を用いるウェットエッチングステップにかけられる。溶剤は、プラズマエッチングステップからの金属ハロゲン化物を溶解し、又は、他の方法で除去する。例えば、三塩化鉄はメタノールへの溶解度が８３ｇ／１００ｍＬであることが知られている。二塩化コバルトはメタノールへの溶解度が３８．５ｇ／１００ｍＬである。塩化マグネシウムのエタノールへの溶解度は７．４ｇ／１００ｍＬである。したがって、有機溶剤は、金属ハロゲン化物を基板から洗い流す。このような有機溶剤に加えて、金属ハロゲン化物と反応して錯体を形成する有機溶剤を単独で、又はアルコール、エーテル、又はアセトンと組み合わせて用いることもできる。例えば、アセチルアセトン又はシクロペンタジエニル（cyclopentadinyl）を用いて有機金属錯体を形成することができる。形成される金属ハロゲン化物の種類に応じて、他の反応性溶媒を使用することができる。
【００３１】
プラズマエッチング及びウェットエッチングは、典型的には、モジュールとも称される別個のチャンバ内で実施される。所望のエッチング量に応じて、プラズマ及びウェットエッチングが繰り返されることができる。酸化マグネシウム層などの特定の絶縁層の劣化を招く虞のある、水分モイスチャーが基板に接触することを回避するために、基板が周囲の雰囲気に接触しないように、機器を用いてチャンバ間で、エッチングされた基板（その用語が半導体分野において一般的に理解されるように、ウエハとも称されることができる）を移送することが望ましい場合がある。
【００３２】
図２を参照すると、本発明のマルチチャンバ装置が示されている。図２において、基板Ｗは、プラズマチャンバ１００の内部空間内にある。プラズマチャンバは、任意の形状であり得、一実施形態では、シリンダである。プラズマチャンバ１００は、円形ベースを有することができ、円形ベースは、アルミニウム等の金属製であることができ、プラズマ生成のための第１電極として作用することができる。必要に応じて、ベースは、プラズマの温度制御を補助する加熱又は冷却ラインを含むことができる。同様に、プラズマチャンバ１００は、温度を制御するために、熱伝達流体でジャケットする（jacketed）ことができる。熱伝達流体フローの温度を調整することができる、図示しないコントローラに供給される温度情報で、プラズマチャンバ１００の中の温度は、連続的にモニタされる。プラズマチャンバ１００は、ガス供給源１０２からの塩素含有ガスを配送するためのライン１０１を備える。複数のガスは、ライン１０１を介して供給されることができ、又は、代わりに（alternatively）、異なるガスのために複数の入口ラインを含むことができる。過度の圧力がプラズマチャンバ１００内に蓄積した場合に、チャンバをパージするために、又は解放弁として機能するために、ガス出口ライン１０５を含むことができる。プラズマチャンバ１００は、任意に、真空発生器１０４に接続される真空ライン１０３を備えることができる。真空発生器１０４は、例えば、所望に応じて、１０Ｔｏｒｒまでの真空を生成するようサイズ設定される。真空圧が係合合すると、ガスライン１０１は典型的には閉鎖される。
【００３３】
塩素が、例えば、反復的な排気、その後の不活性ガスパージによって除去された後、基板Ｗは、移送モジュール１１０を介してウェットエッチングチャンバ１２０に移送され得る。移送モジュール１１０は、例えば、機械式アーム、ロボット、又は基板Ｗを移動させるための任意の適切な機構であり得る。移送モジュール１１０の重要な態様は、基板Ｗが汚染されないように水分モイスチャーを含まない不活性雰囲気を維持することであり、そうでなければ酸化マグネシウム層を損傷する可能性がある。プラズマチャンバ１００からウェットエッチングチャンバ１２０への移送の後、基板Ｗは溶剤ですすがれる。溶剤は、基板Ｗ上を洗浄するために入口ライン１２１を介して供給されることができる。溶剤は、基板Ｗの上を流され、再循環されるか、又は、さもなければすすがれるべき側面と密接に接触することができる。ウェットエッチングチャンバ１２０は、基板Ｗに溶剤を適用するための１つ以上のシャワーヘッドを含むことができる。金属ハロゲン化物及び／又は金属ハロゲン化物錯体を含む結果として得られる溶剤は、出口ライン１２２を介してウェットエッチングチャンバ１２０から除去される。ウェットエッチングチャンバ１２０は、除去又はさらなる処理の前に、全ての溶剤を除去するために、真空にされ、加熱され、ガスでパージされることもできる。必要に応じて、基板Ｗは、移送モジュール１１０を介してウェットエッチングチャンバ１２０からプラズマチャンバ１００に戻されることができる。これらのステップは、必要に応じて、十分な金属が除去されるまで繰り返すことができる。ウェットエッチングチャンバ１２０は、装置から基板を除去するための第２移送モジュールを含むことができる。あるいは、ウェットエッチングチャンバ１２０は、基板Ｗの手動除去を可能にするために、又は、さもなければ基板Ｗをウェットエッチングチャンバ１２０から除去するために、ドア又は他の開口を備えることができる。
【００３４】
図３にプロセスフローチャートが示される。第１ステップ３０１において、エッチングされるべき強磁性構造（例えば、ＣｏＦｅ及びＭｇＯ層）を含む基板は、所定の接触時間、温度、圧力、流量、濃度、希釈剤量、及び／又は、他の変数の間、室温以下の塩素含有プラズマと接触させられる。その後、結果として得られる塩素処理された基板は、ステップ３０２において、横方向の塩素拡散の広がりを特定するためにテストされる。このテストは、ウェットエッチングステップの前に、適切な分析技術によって、あるいはウェットエッチングが金属ハロゲン化物を除去した後に基板をテストし、したがって処理されるべき構造上の横方向エッチングの広がりを示すことによって、行われることができる。ステップ３０３で、過剰な横方向拡散があったかどうかが判定される。横方向拡散が過剰である場合、ステップ３０４において、プロセス変更が行われ、ステップ３０１において、新たな基板が塩素に曝される。横方向の拡散の広がりが適切である場合、ステップ３０５において、追加のプラズマエッチングを行うかどうの特定が行われる。塩素処理が完了すると、ブロック３０６に示されるように、基板処理は完了する。ステップ３０７において、基板は、次いで、基板上に形成されるべき構造を所望のように付与するように、さらなる塩素及びウェットエッチングステップで処理され得る。所望の広がりのエッチングが達成された後、ステップ３０８において、基板が装置から除去され、プロセス処理が終了する。
【００３５】
ＭＴＪ積層体の基板調製の一般的な態様は、例えば、米国特許出願第２０１４０１４１５３２号に示されており、これは、本出願の共通の譲受人を有し、その内容は、参照によりその全体が組み込まれる。
【００３６】
プラズマ処理チャンバは、処理チャンバに設けられる第１電極と、第１電極に対向して設けられる第２電極と、第１周波数を有する電力を第１電極に印加するように構成される第１電源ユニットと、第２周波数を有する電力を第２電極に印加するように構成される第２電源ユニットと、を有する。さらに、第２電源ユニットは、処理チャンバ内にプラズマを生成するために、第２周波数として約１ＭＨｚ以下の周波数を有する電力を第２電極に印加し得る。この場合、比較的低い周波数を有する電力が第２電極に印加されるので、エッチングされるべき基板から離れた位置にプラズマが生成される。したがって、イオンは、第２電極によって垂直に引きつけられることができ、基板の側壁の垂直性はそれに応じて改善されることができる。
【００３７】
第２電源ユニットは、第２周波数として約４００ｋＨｚ以下の周波数を有する電力を第２電極に印加して、処理チャンバ内にプラズマを生成することができる。この場合、約４００ｋＨｚの比較的低い周波数を有する電力が第２の電極に印加されるので、プラズマは基板から離れた位置で生成される。したがって、エッチングされるべき多層材料の側壁の垂直性は改善されることができる。
【００３８】
第１電源ユニットは、処理チャンバ内でプラズマを生成するために、約１００Ｗ〜約３００Ｗの電力を第１電極に印加することができる。この場合、比較的低電力が第１電極に印加されるので、プラズマ点火のマージンの下限で低密度プラズマが生成され、例えば、エッチングされた絶縁層又は第１磁性層は、大きな分子構造を有する有機金属錯体の形態で外部に排出され得る。
【００３９】
プラズマ処理チャンバは、さらに、処理空間を所定の圧力レベルまで減圧するように構成される排気ユニットと、排気ユニットを制御するように構成されるコントロールユニットと、を備えることができる。さらに、制御ユニットは、処理空間内の圧力が約１０ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒになるようにする排気ユニットを制御することができる。この場合、処理空間内の圧力が低くなるように設定することにより、処理空間内で生成されるプラズマの密度を低減することができ、イオンの平均自由行程を長くすることにより、エッチングプロファイルの垂直性を向上させることができる。
【００４０】
本発明のさらなる変形及び代替的実施形態は、本明細書に鑑みて当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、これらの例示的構成によって限定されないことが認識されるであろう。したがって、本明細書は、単なる例示的なものであって、本発明を実行する方法を当業者に教示する目的のためであると解されるべきである。本明細書に示され説明された本発明の形態は、現在の好ましい実施形態とすて解釈されるべきであることが理解されるべきである。実装及びアーキテクチャには、様々な変更を加えることができる。例えば、本明細書に例示され記載されたものを等価な要素に置き換えることができ、本発明の特定の特徴は、他の特徴の使用とは独立して利用することができ、これらは全て、本発明のこの説明の恩恵を受けた後に当業者に明らかとなるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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