(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-19
(54)【発明の名称】側壁洗浄によるイオンビームエッチング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/8239 20060101AFI20220412BHJP
H01L 43/12 20060101ALI20220412BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20220412BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20220412BHJP
H01L 21/302 20060101ALI20220412BHJP
【ＦＩ】
H01L27/105 447
H01L43/12
H01L43/08 Z
H01L21/302 101C
H01L21/302 201B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021549483
(86)(22)【出願日】2020-02-26
(85)【翻訳文提出日】2021-10-19
(86)【国際出願番号】 US2020019927
(87)【国際公開番号】W WO2020176640
(87)【国際公開日】2020-09-03
(31)【優先権主張番号】62/812,052
(32)【優先日】2019-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リル・ソーステン
(72)【発明者】
【氏名】ベリー・ザサード・イヴァン・エル．
【テーマコード（参考）】
4M119
5F004
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119AA19
4M119BB01
4M119DD05
4M119DD06
4M119JJ12
4M119JJ13
5F004AA09
5F004BA11
5F004BA20
5F004BB22
5F004CA05
5F004DA00
5F004DA22
5F004DA23
5F004DB03
5F004DB07
5F004DB08
5F004DB13
5F004DB29
5F004EA19
5F092AA11
5F092AB06
5F092AC12
5F092BB04
5F092BB12
5F092BB22
5F092BB23
5F092BB36
5F092BB42
5F092BB43
5F092BC04
5F092BC12
5F092BC13
5F092CA09
5F092EA06
5F092GA05
(57)【要約】
【解決手段】パターニングされた磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）スタックは、基板上に配置された複数のＭＲＡＭ層を貫通してメインエッチングを実施することによって形成され、メインエッチングは、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）の使用を含む。メインエッチングの後、ギャップフィル誘電体材料がパターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に堆積され、ギャップフィル誘電体材料は、下層の深さよりも上のエッチング深さまで選択的にエッチングされるか、あるいは形成される。ギャップフィル誘電体材料が形成された後、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積されたギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部は、ＩＢＥトリムエッチングを実施することによって除去される。
【選択図】 図６Ｅ
【選択図】 図６Ｅ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンビームエッチングの方法であって、基板上に配置された複数の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）層を貫通してエッチングし、パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成することであって、前記複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含み、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、少なくとも前記トンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を含むことと、
前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することと、
ＩＢＥトリムエッチングを実施し、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積された前記ギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部を除去することと
を含む、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記ギャップフィル誘電体材料は、前記基板と前記複数のＭＲＡＭ層との間に配置された下層の上に十分な深さまで形成され、それにより前記ＩＢＥトリムエッチングを実施しても前記下層に凹みが生じない、方法。
【請求項3】
請求項２に記載の方法であって、前記下層の上の前記十分な深さは、前記下層の上面から約１ｎｍ～約２０ｎｍの間である、方法。
【請求項4】
請求項１に記載の方法であって、前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に前記ギャップフィル誘電体材料を形成することは、
前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の前記空間に、および前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの上に、前記ギャップフィル誘電体材料を堆積すること
を含む、方法。
【請求項5】
請求項４に記載の方法であって、前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に前記ギャップフィル誘電体材料を形成することは、
前記トンネルバリア層の深さよりも上のエッチング深さまで前記ギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングすること
をさらに含む、方法。
【請求項6】
請求項５に記載の方法であって、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの上に堆積された前記ギャップフィル誘電体材料を平坦化すること
をさらに含む、方法。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、酸化ゲルマニウム、酸化マグネシウム、窒化ゲルマニウム、またはそれらの組み合わせを含む、方法。
【請求項8】
請求項７に記載の方法であって、前記ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素および酸化ケイ素の一方または両方を含む、方法。
【請求項9】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングし、前記ギャップフィル誘電体材料を形成し、前記ＩＢＥトリムエッチングを実施する動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく実施される、方法。
【請求項10】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、前記複数のＭＲＡＭ層は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間にある前記トンネルバリア層と、前記第２の磁性層の下に配置された下層とを含み、前記下層は、誘電体材料を含み、前記トンネルバリア層は、非磁性絶縁材料を含む、方法。
【請求項11】
請求項１０に記載の方法であって、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、前記下層を貫通するエッチングをせずに、前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層、および前記第２の磁性層を貫通するイオンビームエッチングを含む、方法。
【請求項12】
請求項１０に記載の方法であって、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、前記第１の磁性層を貫通する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、および前記トンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチングを含む、方法。
【請求項13】
請求項１０に記載の方法であって、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、前記第１の磁性層、前記トンネルバリア層、および前記第２の磁性層を貫通するエッチングを含み、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、前記下層上で停止される、方法。
【請求項14】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、少なくとも前記トンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチングは、約２００ｅＶ～約１０，０００ｅＶのエネルギーを有する第１のイオンビームを前記基板に適用することを含み、ＩＢＥトリムエッチングを実施することは、約２０ｅＶ～約４００ｅＶのエネルギーを有する第２のイオンビームを前記基板に適用することを含む、方法。
【請求項15】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、ＩＢＥトリムエッチングを実施することは、前記複数のＭＲＡＭ層の下に配置された下層を貫通するエッチングをせずに行われる、方法。
【請求項16】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、前記導電性材料は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはそれらの組み合わせを含み、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの前記側壁は、前記ＩＢＥトリムエッチングを実施した後、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの前記側壁上に堆積された前記導電性材料を実質的に含まない、
方法。
【請求項17】
請求項１～６のいずれか一項に記載の方法であって、前記ＩＢＥトリムエッチングを実施した後、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの少なくとも前記側壁上にカプセル化材料を共形的に堆積すること
をさらに含む、方法。
【請求項18】
イオンビームエッチングを実施するための装置であって、イオンビーム源チャンバと、
前記イオンビーム源チャンバに結合された処理チャンバと、
制御部と、を備え、
前記制御部は：
前記処理チャンバ内の基板上に複数のＭＲＡＭ層を配置することであって、前記複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含むこと、
前記基板上に配置された前記複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングし、パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成することであって、前記複数のＭＲＡＭ層を貫通する前記エッチングは、少なくとも前記トンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を含むこと、
前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成すること、および
ＩＢＥトリムエッチングを実施し、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積された前記ギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部を除去すること
を実施するための命令を提供するように構成されている、装置。
【請求項19】
請求項１８に記載の装置であって、前記ギャップフィル誘電体材料を形成するための命令を提供するように構成された前記制御部は、
前記パターニングされたＭＲＡＭスタック間の前記空間に、および前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの上に、前記ギャップフィル誘電体材料を堆積すること
を実施するための命令を提供するように、さらに構成される、装置。
【請求項20】
請求項１９に記載の装置であって、前記ギャップフィル誘電体材料を形成するための命令を提供するように構成された前記制御部は、
前記トンネルバリア層の深さよりも上のエッチング深さまで前記ギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングすること
を実施するための命令を提供するように、さらに構成される、装置。
【請求項21】
請求項２０に記載の装置であって、前記制御部は、
前記ギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングする前に、前記パターニングされたＭＲＡＭスタックの上に堆積された前記ギャップフィル誘電体材料を平坦化すること
を実施するための命令を提供するようにさらに構成される、装置。
【請求項22】
請求項１８～２１のいずれか一項に記載の装置であって、前記ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素および酸化ケイ素の一方または両方を含む、装置。
【請求項23】
請求項１８～２１のいずれか一項に記載の装置であって、少なくとも前記トンネルバリア層を貫通してイオンビームエッチングするための命令を提供するように構成された前記制御部は、約２００ｅＶ～約１０，０００ｅＶのエネルギーを有する第１のイオンビームを前記基板に適用するための命令を提供するようにさらに構成され、前記ＩＢＥトリムエッチングを実施するための命令を提供するように構成された前記制御部は、約２０ｅＶ～約４００ｅＶのエネルギーを有する第２のイオンビームを前記基板に適用するようにさらに構成される、装置。
【請求項24】
請求項１８～２１のいずれか一項に記載の装置であって、前記ギャップフィル誘電体材料は、前記基板と前記複数のＭＲＡＭ層との間に配置された下層の上に十分な深さまで形成され、それにより前記ＩＢＥトリムエッチングを実施しても前記下層に凹みが生じない、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［参照による援用］
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）などの磁気抵抗効果を利用した不揮発性メモリである。ＭＲＡＭは、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）と同程度の高い統合密度、およびダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）と同程度の高速性能を有する。ＭＲＡＭスタックの材料は不揮発性が高く、反応性化学物質に敏感であるため、典型的には、イオンビームエッチング技術を用いてＭＲＡＭスタックをエッチングする。
【0003】
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【発明の概要】
【0004】
イオンビームエッチングの方法が、本明細書で提供される。方法は、基板上に配置された複数の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）層を貫通してエッチングし、パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成することであって、複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含み、複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、少なくともトンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を含むことを含む。方法は、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することと、ＩＢＥトリムエッチングを実施し、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積されたギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部を除去することとをさらに含む。
【0005】
いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、基板と複数のＭＲＡＭ層との間に配置された下層の上に十分な深さまで形成され、それによりＩＢＥトリムエッチングを実施しても下層に凹みが生じない。いくつかの実施態様では、下層の上の十分な深さは、下層の上面から約１ｎｍ～約２０ｎｍの間である。いくつかの実施態様では、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することは、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に、およびパターニングされたＭＲＡＭスタックの上に、ギャップフィル誘電体材料を堆積することを含む。いくつかの実施態様では、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することは、トンネルバリア層の深さよりも上のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングすることを含む。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、酸化ゲルマニウム、酸化マグネシウム、窒化ゲルマニウム、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施態様では、複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングし、ギャップフィル誘電体材料を形成し、ＩＢＥトリムエッチングを実施する動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく実施される。いくつかの実施態様では、少なくともトンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチングは、約２００ｅＶ～約１０，０００ｅＶのエネルギーを有する第１のイオンビームを基板に適用することを含み、ＩＢＥトリムエッチングを実施することは、約２０ｅＶ～約４００ｅＶのエネルギーを有する第２のイオンビームを基板に適用することを含む。いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングを実施することは、複数のＭＲＡＭ層の下に配置された下層を貫通するエッチングをせずに行われる。
【0006】
別の態様は、イオンビームエッチングを実施するための装置を伴う。装置は、イオンビーム源チャンバと、イオンビーム源チャンバに結合された処理チャンバと、制御部とを含む。制御部は、以下の動作：処理チャンバに基板を配置すること、基板上に複数のＭＲＡＭ層を配置することであって、複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含むこと、基板上に配置された複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングし、パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成することであって、複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、少なくともトンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を含むこと、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成すること、およびＩＢＥトリムエッチングを実施し、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積されたギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部を除去することを実施するための命令を提供するように構成される。
【0007】
いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料を形成するための命令を提供するように構成された制御部は、以下の動作：パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に、およびパターニングされたＭＲＡＭスタックの上に、ギャップフィル誘電体材料を堆積することを実施するための命令を提供するようにさらに構成される。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料を形成するための命令を提供するように構成された制御部は、以下の動作：トンネルバリア層の深さよりも上のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングすることを実施するための命令を提供するようにさらに構成される。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、基板と複数のＭＲＡＭ層との間に配置された下層の上に十分な深さまで形成され、それによりＩＢＥトリムエッチングを実施しても下層に凹みが生じない。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
本開示では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「部分的に製作された集積回路」という用語は、互換的に使用される。当業者は、「部分的に製作された集積回路」という用語が、集積回路を製作するための多くの段階のいずれかにあるシリコンウエハを指すことができることを理解するであろう。半導体デバイス業界で使用されるウエハまたは基板は、典型的には、２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の詳細な説明は、本開示がウエハ上で実施されることを想定している。しかし、本開示は、そのように限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料のものであり得る。半導体ウエハに加えて、本開示を利用することができる他のワークピースとしては、プリント回路基板などの様々な製品が挙げられる。
【0018】
序論
電子機器は、メモリを含む集積回路を使用してデータを記憶する。電子回路で一般的に使用されるメモリの１つのタイプは、ＤＲＡＭである。ＤＲＡＭは、集積回路の別個のコンデンサにデータの各ビットを記憶する。コンデンサは、ビットの２つの状態を表す、充電または放電のいずれかが可能である。コンデンサの電荷はゆっくりと漏れ出すため、コンデンサの充電を定期的にリフレッシュしない限り、データは徐々に失われる。ＤＲＡＭは、電源を切るとデータが失われるため、不揮発性メモリとは対照的に揮発性メモリの一種である。
電子機器は、メモリを含む集積回路を使用してデータを記憶する。電子回路で一般的に使用されるメモリの１つのタイプは、ＤＲＡＭである。ＤＲＡＭは、集積回路の別個のコンデンサにデータの各ビットを記憶する。コンデンサは、ビットの２つの状態を表す、充電または放電のいずれかが可能である。コンデンサの電荷はゆっくりと漏れ出すため、コンデンサの充電を定期的にリフレッシュしない限り、データは徐々に失われる。ＤＲＡＭは、電源を切るとデータが失われるため、不揮発性メモリとは対照的に揮発性メモリの一種である。
【0019】
従来のＲＡＭチップ技術とは異なり、ＭＲＡＭのデータは電荷や電流の流れとしてではなく、磁気記憶要素によって記憶される。磁気記憶要素は、薄い非磁性絶縁層によって分離された、各々が磁化を保持することができる２つの強磁性プレートから形成され得る。２つの強磁性プレートのうちの一方は、特定の極性に設定された永久磁石であり得、２つの強磁性プレートのうちの他方は、メモリを記憶するために外部磁場のものと一致するように変更され得る。２つの強磁性プレートおよび薄い非磁性絶縁層を伴うこのような構成は、磁気トンネル接合として知られている。ＭＲＡＭは、電源を切っても保存されたデータを保持することが可能であるため、不揮発性メモリの一種である。
【0020】
図１は、いくつかの実施態様による、基板上の例示的なＭＲＡＭスタックの断面概略図である。ＭＲＡＭスタック１００が誘電体層１１０、例えばＳｉＯ2上に配置され、これはシリコンまたはガラス基板（図示せず）上に堆積されている。埋め込みＭＲＡＭの場合、埋め込みＭＲＡＭはメタライゼーション層などの非メモリ回路に埋め込まれたＭＲＡＭであり得るため、論理回路のトランジスタレベル、ならびに基板とＭＲＡＭスタック１００との間の３～５つのメタライゼーション層を含む様々な構造（図示せず）が存在する。これらの構造はすべて、誘電体層１１０によって覆われるか、または誘電体層１１０内に挿入される。ＭＲＡＭスタック１００は、上部電極層１２０と、下部電極層１３０とを含むことができる。下部電極層１３０は、誘電体層１１０の上に配置され、単層金属、または複数の金属層および他の材料層（例えば、誘電体材料）を含む多層スタックを含むことができる。上部電極層１２０は、下部電極層１３０の上に配置され、単層金属、または複数の金属層および他の材料層（例えば、誘電体材料）を含む多層スタックを含むことができる。ＭＲＡＭスタック１００は、金属ワードおよびビットラインによって接続されたＭＲＡＭセルのアレイに配置され得る。いくつかの実施態様では、下部電極層１３０はワードラインに接続され、上部電極層１２０はビットラインに接続される。
【0021】
ＭＲＡＭスタック１００は、メモリ要素または磁気抵抗効果要素を含むことができ、メモリ要素または磁気抵抗効果要素は、上部電極層１２０と下部電極層１３０との間に配置することができる。メモリ要素または磁気抵抗効果要素は、多層膜または磁気トンネル接合（ＭＴＪ）スタック１４０であり得る。ＭＴＪスタック１４０は、磁性層１５０、１６０の間にバリア層１７０を備えた磁性層１５０、１６０を含み得る。さらに、ＭＴＪスタック１４０は、複数のＭＴＪスタックと、複数のバリア層とを含むことができ、各バリア層は、一対の磁性層の間に配置される。ＭＴＪスタック１４０は限定ではなく例示的なものであり、図１に示されていない多くの他の層を含むことができることが理解されよう。第１の磁性層１５０は、自由磁性層として機能するように設計され、第２の磁性層１６０は、固定された磁化方向を有する。いくつかの実施態様では、第１の磁性層１５０および第２の磁性層１６０の各々は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはそれらの組み合わせ（例えば、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ）などの磁性材料を含む。第１の磁性層１５０および第２の磁性層１６０の各々は、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、またはリン（Ｐ）などの非磁性材料をさらに含み、磁性化合物（例えば、ＣｏＦｅＢ）を形成し得る。第１の磁性層１５０および第２の磁性層１６０の各々は、１つまたは複数のサブ層を含み得ることを理解されたい。いくつかの実施態様では、第２の磁性層１６０は、反強磁性層（図示せず）に結合され、その上に配置され得る。ＭＴＪスタック１４０は、第１の磁性層１５０と第２の磁性層１６０との間にトンネルバリア層またはバリア層１７０をさらに含み、バリア層１７０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの非磁性絶縁材料を含むことができる。したがって、ＭＴＪスタック１４０は、磁気抵抗効果を集合的に発生する非磁性中間層（すなわち、バリア層１７０）を間に挟んだ一対の強磁性層（すなわち、第１の磁性層１５０および第２の磁性層１６０）を含むことができる。ＭＴＪスタック１４０の抵抗率は、第１の磁性層１５０の磁化が第２の磁性層１６０の磁化に対して方向を変えるときに変化し、一対の強磁性層の磁化配向が実質的に平行であるときに低抵抗状態を示し、一対の強磁性層の磁化配向が実質的に反平行であるときに高抵抗状態を示す。したがって、ＭＲＡＭスタック１００は、２つの安定状態を有し、ＭＲＡＭスタック１００が不揮発性メモリとして機能することを可能にすることができる。
【0022】
いくつかの実施態様では、上部電極層１２０は、ハードマスク層として機能することができる。処理中、上部電極層１２０を第１の磁性層１５０上に堆積させ、下にあるＭＴＪスタック１４０をパターニングすることができる。しかし、第１の磁性層１５０と第２の磁性層１６０の位置を逆にして、上部電極層１２０を第２の磁性層１６０上に堆積させることができることを理解されたい。いくつかの実施態様では、上部電極層１２０は、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、または他の高融点金属を含む。ＭＴＪスタック１４０は、下部電極層１３０上に形成することができ、下部電極層１３０は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｐｔ、Ｒｕなどの導電性材料を含む。
【0023】
ＭＲＡＭスタック１００は、必ずしも図１に示されていないいくつかの他の層を含み得ることを理解されたい。ＭＲＡＭスタック１００内の層は、必ずしも金属または導電性材料に限定されないが、誘電体材料の１つまたは複数の層も含むことができる。
【0024】
図１のＭＲＡＭスタック１００を含むＭＲＡＭスタック内のエッチング材料は、多くの課題を提示し得る。硬質材料は通常、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの化学エッチングプロセスでエッチングされる。しかし、コバルト、鉄、ニッケル、および他の磁性元素などの材料の反応性イオンエッチングは、これらの材料が典型的なエッチャント化学物質に曝されたときに容易に揮発性にならないため、困難である。したがって、ＭＲＡＭスタック内の多くの材料は、より積極的なエッチャント化学物質を必要とする。一方、ＭＲＡＭスタック内の特定の材料は、このような積極的なエッチャント化学物質を許容することができない。例えば、ＭｇＯなどのトンネルバリア層は、反応性化学物質を許容することができず、反応性化学物質は、ラジカル、イオン、およびフッ素、塩素、ヨウ素、酸素、または水素を含有する中性種を含む場合がある。これらの化学物質は、トンネルバリア層との反応を引き起こし、それによってトンネルバリア層に損傷を与え、ＭＲＡＭスタックの電気的および磁気的性質に悪影響を及ぼす可能性がある。場合によっては、ＭＲＡＭスタックにおけるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が損なわれる。
【0025】
イオンビームエッチング（ＩＢＥ）は、薄膜をパターニングするために様々な産業で広く使用されている。イオンミリングとも呼ばれ得るイオンビームエッチングは、基板上のフィーチャをエッチングするための荷電粒子の高指向性ビームを提供する。イオンビームエッチングは、純粋に物理的なエッチングプロセスに不活性ガスを使用して適用することができるが、場合によっては、反応種を使用してイオンビームエッチングを適用し、化学／反応性成分による材料エッチングを増加させることができる。一般的に言えば、イオンビームエッチングは、個々の粒子を使用して露出したターゲットをアブレーションして原子および分子を除去することによって、硬質材料を貫通して物理的にエッチングすることができる。イオンビームエッチングを使用すると、トンネルバリア層などの敏感な層を劣化させる可能性のある反応性化学物質を回避しながら、ＭＲＡＭスタック内の材料をエッチングすることが可能である。
【0026】
ＭＲＡＭスタック内のフィーチャは、イオンビームエッチングでパターニングすることができる。イオンビームエッチングは、一般に、化学反応がないものであり得、ハードマスクによって露出された層および材料を物理的にエッチングする。これにより、原子および分子がターゲットからスパッタされる。スパッタされた原子および分子は、ＭＲＡＭスタックの露出した側壁に向けられ、露出した側壁上に再堆積し得る。したがって、エッチングと再堆積が同時に起こり得る。再堆積された材料は、ＭＲＡＭスタックをパターニングするためにイオンビームエッチングよりも低いエネルギーおよび異なる衝突角度でイオンビームエッチングを実施することによって、ＭＲＡＭスタックの側壁から洗浄することができる。
【0027】
図２は、イオンビームエッチングおよび側壁再堆積を受けているＭＲＡＭ層の断面概略図である。ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂが、基板２１０上に形成される。ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂの各々は、一対の磁性層を含むことができ、トンネルバリア層（例えば、ＭｇＯ）が磁性層の間に挟まれ得る。いくつかの実施態様では、ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂの各々は、各々が一対の磁性層の間に挟まれている複数のトンネルバリア層を含み得ることを理解されたい。ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂ内の層および材料の例は、図１のＭＲＡＭスタック１００に関して上で説明されている。従来のＭＲＡＭパターニングプロセスには、ハードマスクパターニング、上部電極パターニング、ＭＴＪパターニング、および下部電極パターニングが挙げられる。イオンビームエッチングは、前述のパターニングプロセスの一部またはすべてで使用することができ、イオンビームエッチングは、ＭＴＪパターニングで使用することができることを理解されたい。反応性イオンエッチングまたはイオンビームエッチングは、上部電極パターニングおよび下部電極パターニングに使用することができる。ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂをパターニングするために、イオンビーム２２５を基板２１０に適用し、ハードマスクによって露出された層および材料を物理的にエッチングすることができる。イオンビーム２２５は、イオンビーム２２５に曝された表面から原子および分子をスパッタさせる。図２に示すように、スパッタされた原子および分子２７５は、ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂの側壁に向けられ、側壁上に再堆積され得る。ＭＴＪスタックの層などの基板２１０上のいくつかの層は、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉ原子などの金属原子を含み得る。イオンビームエッチングがＭＴＪスタックを通って進行するにつれて、そのような金属原子は除去され、ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂの側壁上に再堆積し得る。わずか数ナノメートルの厚さであり得るトンネルバリア層の側壁上に導電性材料が再堆積されると、磁性層は、ＭＲＡＭスタック２２０ａ、２２０ｂにおいて短絡される。
【0028】
基板２１０に適用されるイオンビーム２２５は、ある角度に向けることができる。イオンビーム２２５の入射角は、エッチング速度、均一性、形状、トポグラフィ、およびターゲット表面の組成などのパラメータを制御するように調整することができる。場合によっては、イオンビーム２２５の入射角は、再堆積された材料の側壁を洗浄するように調整される。イオンビーム２２５のより低い入射角（すなわち、垂直性が高い）は、材料のより多くの再堆積をもたらすことができ、一方、イオンビーム２２５の最適化されたより高い入射角（すなわち、垂直性が低い）は、再堆積された材料を除去することによって、より清浄な側壁表面をもたらすことができる。さらに、デバイス密度が増加し、アスペクト比が増加すると、側壁表面の洗浄により高い入射角を使用することの実現可能性がさらに制限される。
【0029】
イオンビームエッチング装置
図３は、いくつかの実施態様による例示的なイオンビームエッチング装置の概略図である。イオンビームエッチング装置３１０が、基板３１６を支持するための基板ホルダ３１４を備えた処理チャンバ３１２を含む。基板３１６は、半導体ウエハであり得る。前述のような複数のＭＲＡＭ層を、基板３１６上に形成することができる。複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層と、単一のトンネルバリア層または複数のトンネルバリア層とを含み得る。複数のＭＲＡＭ層は、上部電極層と、下部電極層とをさらに含むことができる。基板３１６は、任意の適切な技術を使用して基板ホルダ３１４に取り付けることができる。例えば、基板３１６は、基板ホルダ３１４に機械的または静電的に接続されている。いくつかの実施態様では、基板ホルダ３１４は、正確な傾斜および回転を提供し、基板３１６と係合するための静電チャック（ＥＳＣ）を含み得る。
図３は、いくつかの実施態様による例示的なイオンビームエッチング装置の概略図である。イオンビームエッチング装置３１０が、基板３１６を支持するための基板ホルダ３１４を備えた処理チャンバ３１２を含む。基板３１６は、半導体ウエハであり得る。前述のような複数のＭＲＡＭ層を、基板３１６上に形成することができる。複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層と、単一のトンネルバリア層または複数のトンネルバリア層とを含み得る。複数のＭＲＡＭ層は、上部電極層と、下部電極層とをさらに含むことができる。基板３１６は、任意の適切な技術を使用して基板ホルダ３１４に取り付けることができる。例えば、基板３１６は、基板ホルダ３１４に機械的または静電的に接続されている。いくつかの実施態様では、基板ホルダ３１４は、正確な傾斜および回転を提供し、基板３１６と係合するための静電チャック（ＥＳＣ）を含み得る。
【0030】
イオンビームエッチング装置３１０は、イオンビーム源チャンバ３２２をさらに含み、処理チャンバ３１２は、イオンビーム源チャンバ３２２の外側にあり、イオンビーム源チャンバ３２２に結合され得る。イオンビーム源チャンバ３２２は、イオン抽出器３４０および／または機械的シャッタ３４８によって処理チャンバ３１２から分離され得る。誘導コイル３３２を、イオンビーム源チャンバ３２２の外壁の周りに配置することができる。プラズマ発生器３３４が、ＲＦ電力を誘導コイル３３２に供給する。プラズマ発生器３３４は、ＲＦ源３３６と、整合ネットワーク３３８とを含み得る。使用中、ガス混合物がイオンビーム源チャンバ３２２に導入され、ＲＦ電力が誘導コイル３３２に供給されてイオンビーム源チャンバ３２２内でプラズマを生成し、プラズマがイオンを発生する。
【0031】
イオンビームエッチング装置３１０は、イオンビーム源チャンバ３２２に流体結合されたガス送給システム３５０をさらに含む。ガス送給システム３５０は、１つまたは複数のガス混合物をイオンビーム源チャンバ３２２に送給する。ガス送給システム３５０は、イオンビーム源チャンバ３２２と流体連通している１つまたは複数のガス源３５２、弁３５４、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３５６、および混合マニホールド３５８を含み得る。いくつかの実施態様では、ガス送給システム３５０は、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、またはクリプトン（Ｋｒ）などの不活性ガスを送給するように構成される。いくつかの実施態様では、ガス送給システム３５０は、不活性ガスと共に反応性化学物質をさらに含むガス混合物を送給する。
【0032】
イオン抽出器３４０は、プラズマから陽イオンを抽出し、ビーム内の陽イオンを基板３１６に向けて加速する。イオン抽出器３４０は、グリッドまたはグリッドシステムを形成する複数の電極を含み得る。図３に示すように、イオン抽出器３４０は、３つの電極を含み、第１の電極３４２、第２の電極３４４、および第３の電極３４６が、ガス送給システム３５０からこの順序で存在する。正の電圧が第１の電極３４２に適用され、負の電圧が第２の電極３４４に適用され、その結果、イオンはそれらの電位の差によって加速される。第３の電極３４６は、接地されている。第２の電極３４４と第３の電極３４６との間の電位差を制御することで、イオンビームのエネルギーおよび発散が制御される。機械的シャッタ３４８が、イオン抽出器３４０に隣接していてもよい。中和器３６０が、電子を処理チャンバ３１２に供給し、イオン抽出器３４０および機械的シャッタ３４８を通過するイオンビームの電荷を中和することができ、中和器３６０は、アルゴンまたはキセノンなどの不活性ガスを使用する独自のガス送給システムを有し得る。いくつかの実施態様では、イオン抽出器３４０および／または機械的シャッタ３４８は、イオンビームが連続的にまたはパルスで基板３１６に送給されるように制御することができる。
【0033】
位置制御部３６６を使用して、基板ホルダ３１４の位置を制御することができる。特に、位置制御部３６６は、傾斜軸の周りの傾斜角および基板ホルダ３１４の回転を制御し、基板３１６を配置することができる。いくつかの実施態様では、エンドポイント検出器３６８を使用して、基板３１６および／または基板ホルダ３１４に対するイオンビームの場所を検知することができる。ターボ分子ポンプなどのポンプ３７０を使用して、処理チャンバ３１２内の圧力を制御し、処理チャンバ３１２から反応物を排出することができる。
【0034】
イオンビームエッチング装置３１０は、制御部３９０をさらに含み得る。制御部３９０（１つまたは複数の物理的または論理的制御部を含み得る）は、イオンビームエッチング装置３１０の動作の一部またはすべてを制御する。いくつかの実施態様では、制御部３９０は、プラズマ発生器３３４、ガス送給システム３５０、中和器３６０、位置制御部３６６、およびポンプ３７０を制御するために使用され得る。制御部３９０は、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数のプロセッサとを含むことができる。プロセッサは、中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータ制御部ボード、および他の同様の構成要素を含み得る。適切な制御動作を実施するための命令は、プロセッサ上で実行される。これらの命令は、制御部３９０に関連付けられたメモリデバイスに記憶することができ、ネットワークを介して提供され得る。特定の実施態様では、制御部３９０は、システム制御ソフトウェアを実行する。システム制御ソフトウェアは、以下のチャンバ動作条件のうちの任意の１つまたは複数の適用のタイミングおよび／または大きさを制御するための命令を含み得る：ガスの混合物および／または組成、ガスの流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、基板／基板ホルダ温度、基板位置、基板ホルダ傾斜、基板ホルダ回転、グリッドに適用される電圧、コイルまたは他のプラズマ生成構成要素に適用される周波数および電力、ならびにツールによって実施される特定のプロセスの他のパラメータ。システム制御ソフトウェアは、ポンプ３７０を通してパージ動作および洗浄動作をさらに制御することができる。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成され得る。例えば、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、様々なプロセスツールプロセスを実行するために必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化され得る。
【0035】
いくつかの実施態様では、システム制御ソフトウェアは、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含む。例えば、半導体製作プロセスの各段階は、制御部３９０によって実行するための１つまたは複数の命令を含み得る。段階に対するプロセス条件を設定するための命令は、例えば、対応するレシピ段階に含まれてもよい。いくつかの実施態様では、レシピ段階は、イオンビームエッチングプロセスのステップがそのプロセス段階に対して特定の順序で実行されるように、順に配置されてもよい。例えば、レシピは、高エネルギーでのイオンビームエッチングを使用する分離エッチングおよび低エネルギーでのイオンビームエッチングを使用するトリムエッチングを実施するように構成され得る。
【0036】
他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが、いくつかの実施態様で用いられてもよい。この目的のためのプログラムの例またはプログラムのセクションの例は、基板配置プログラム、プロセスガス組成制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびＲＦ電源制御プログラムを含む。
【0037】
制御部３９０は、センサ出力（例えば、電力、電位、圧力、ガスレベルなどが特定の閾値に達したとき）、動作のタイミング（例えば、プロセスの特定の時間に弁を開くとき）に基づいて、またはユーザから受け取った命令に基づいて、これらおよび他の態様を制御することができる。
【0038】
広義には、制御部３９０は、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式で制御部３９０に通信される命令であって、特定のプロセスを半導体基板上で、または半導体基板用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施態様では、基板上のＭＲＡＭスタックのパターニングにおける１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【0039】
制御部３９０は、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、制御部３９０は、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、基板処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、制御部３９０は命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、および制御部３９０が連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、制御部３９０は、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別の制御部を備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型制御部３９０の例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。
【0040】
上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数の処理ステップに応じて、制御部３９０は、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別の制御部、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対して基板の容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。前述の例は、制御部３９０が通信する可能性のある図７～図９に記載されている。
【0041】
側壁洗浄によるイオンビームエッチング
本開示では、誘電体ギャップフィル材料が、ＭＲＡＭスタックをパターニングするためのＩＢＥ分離エッチングプロセスと、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのＩＢＥトリムエッチングプロセスとの間に堆積される。典型的には、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのＩＢＥトリムエッチングプロセスは、側壁上に再堆積することができる金属または導電性材料のスパッタリングを引き起こす。ＩＢＥトリムエッチングプロセスのエッチングフロントが金属または導電性材料を含む場合、金属または導電性材料のスパッタリングが発生し得る。このようなスパッタリングを回避するための１つのアプローチは、エッチングフロントとして酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの誘電体材料の厚い層を提供することである。誘電体材料の厚い層は、ＭＴＪスタックにおけるＭＲＡＭ層の下または磁性層の下に提供され得る。誘電体材料の厚い層は、少なくとも約４０ｎｍの厚さ、少なくとも約５０ｎｍの厚さ、少なくとも約７５ｎｍの厚さ、または少なくとも約１００ｎｍの厚さであり得る。このように、イオンビームエッチング中に側壁上に再堆積する材料は、導電性材料ではなく誘電体材料である。しかし、ＭＴＪスタックの磁性層の下に誘電体材料の厚い層を設けることは非現実的であり、運用上のオーバーヘッドが増加し、製造プロセスが複雑になり、コストが増加し、さらには性能が低下する可能性がある。例えば、多くのＭＲＡＭデバイスは、集積回路（ＩＣ）のメタライゼーション層の間に存在する埋め込みメモリであり、ＭＲＡＭデバイスが存在する誘電体層の厚さは容易に変更することができない。
本開示では、誘電体ギャップフィル材料が、ＭＲＡＭスタックをパターニングするためのＩＢＥ分離エッチングプロセスと、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのＩＢＥトリムエッチングプロセスとの間に堆積される。典型的には、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのＩＢＥトリムエッチングプロセスは、側壁上に再堆積することができる金属または導電性材料のスパッタリングを引き起こす。ＩＢＥトリムエッチングプロセスのエッチングフロントが金属または導電性材料を含む場合、金属または導電性材料のスパッタリングが発生し得る。このようなスパッタリングを回避するための１つのアプローチは、エッチングフロントとして酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの誘電体材料の厚い層を提供することである。誘電体材料の厚い層は、ＭＴＪスタックにおけるＭＲＡＭ層の下または磁性層の下に提供され得る。誘電体材料の厚い層は、少なくとも約４０ｎｍの厚さ、少なくとも約５０ｎｍの厚さ、少なくとも約７５ｎｍの厚さ、または少なくとも約１００ｎｍの厚さであり得る。このように、イオンビームエッチング中に側壁上に再堆積する材料は、導電性材料ではなく誘電体材料である。しかし、ＭＴＪスタックの磁性層の下に誘電体材料の厚い層を設けることは非現実的であり、運用上のオーバーヘッドが増加し、製造プロセスが複雑になり、コストが増加し、さらには性能が低下する可能性がある。例えば、多くのＭＲＡＭデバイスは、集積回路（ＩＣ）のメタライゼーション層の間に存在する埋め込みメモリであり、ＭＲＡＭデバイスが存在する誘電体層の厚さは容易に変更することができない。
【0042】
図４Ａおよび図４Ｂは、複数のＭＲＡＭ層および下層を貫通するイオンビームエッチングの断面概略図を示す。ＭＲＡＭスタック４００が、第１の磁性層４５０と、トンネルバリア層４７０と、第２の磁性層４６０とを含み得、トンネルバリア層４７０は、第１の磁性層４５０と第２の磁性層４６０との間にある。第１の磁性層４５０は、自由層とも呼ばれ得、自由磁性層として機能するように設計され、第２の磁性層４６０は、参照層と呼ばれ得、固定された磁化方向を有するように設計される。いくつかの実施態様では、第１の磁性層４５０および第２の磁性層４６０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、またはそれらの組み合わせなどの磁性材料を含み得る。トンネルバリア層４７０は、ＭｇＯなどの非磁性絶縁材料を含み得る。第１の磁性層４５０、トンネルバリア層４７０、および第２の磁性層４６０の組み合わせは、磁気抵抗効果を発生する。ＭＲＡＭスタック４００は、基板４１０とＭＲＡＭスタック４００との間に下層４３０を備えて基板４１０の上に配置される。下層４３０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの誘電体材料の１つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実施態様では、ハードマスク層または電極層（図示せず）を、ＭＲＡＭスタック４００の上に配置することができる。いくつかの実施態様では、電極層（図示せず）は、下層４３０と基板４１０との間に配置され得る。いくつかの実施態様では、ＭＲＡＭスタック４００は、各々が第１の磁性層と第２の磁性層との間に挟まれている複数のトンネルバリア層を含み得る。
【0043】
ＭＲＡＭスタック４００の層を貫通するイオンビームエッチングを実施してパターニングされたＭＲＡＭスタックを形成することができ、パターニングされたＭＲＡＭスタックは、線、柱、または他のパターニングされたフィーチャを含むことができる。パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成するためのイオンビームエッチングは、高電力および比較的低い入射角で実施することができる。加えて、イオンビームエッチングを実施して、パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成した後に側壁上に再堆積された不要な材料を除去するために、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄することができる。パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのイオンビームエッチングは、より低い電力でおよび基板表面の法線から比較的高い入射角で実施することができる。
【0044】
図４Ａでは、イオンビーム４２５が、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためにある角度に向けることができる。例えば、基板４１０は、イオンビーム４２５のイオン衝突角度を調整するために傾斜または回転され得る。イオンビーム４２５は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁に衝突し、不要な材料を除去する。イオンビーム４２５はまた、ＭＲＡＭスタック４００の底面に衝突し、底面の原子および分子をスパッタさせる。スパッタされた原子および分子４７５は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁に向けられ得、その結果、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積する。イオンビーム４２５のエッチングフロントが導電性材料（例えば、金属）を有するとき、導電性材料の少なくとも一部は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積され得る。図４Ａでは、イオンビーム４２５のエッチングフロントが第２の磁性層４６０を含むとき、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、またはＦｅを有する磁性元素は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積する場合があり、これはＭＲＡＭスタック４００の電気的および磁気的性能を低下させる可能性がある。
【0045】
導電性材料のエッチングフロントを有するのではなく、エッチングフロントは、誘電体材料を含み得る。図４Ｂでは、イオンビーム４２５は、ＭＲＡＭスタック４００の底面に衝突し、スパッタされた原子および分子４７５を、パターニングされたＭＲＡＭスタックの露出面に向けさせる。イオンビーム４２５のエッチングフロントは下層４３０を含み、ＳｉＯ2などの誘電体材料をパターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積させることができる。下層４３０内の誘電体材料からのスパッタされた原子および分子４７５は、ＭＲＡＭスタック４００の電気的および磁気的性能を低下させる可能性は低い。したがって、オーバーエッチングは、パターニングされたＭＲＡＭスタックに無害なバックスパッタリングを提供しながら、下層４３０を貫通して実施することができる。下層４３０の厚さは、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を適切に洗浄するためのイオンビームエッチングのためのエッチングフロントとして機能するのに十分であり得る。しかし、上述のように、基板４１０とＭＲＡＭスタック４００との間に十分に厚い下層４３０を組み込むことは望ましくない場合があり、特に厚い下層４３０を有することは、様々なデバイスにおいて非現実的であり得る。
【0046】
本開示では、誘電体材料がエッチング除去される前に再堆積された側壁材料の除去を可能にするのに十分な厚さを備えた誘電体材料を有する下層は、洗浄中にエッチングフロントとして機能するＭＲＡＭスタックを備えていない。本開示では、ＩＢＥメインエッチングプロセスを実施してパターニングされたＭＲＡＭスタックを形成し、続いて、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を堆積させる。ギャップフィル誘電体材料は、堆積されたギャップフィル誘電体材料が後続のＩＢＥトリムエッチング洗浄ステップのすべてまたは大部分を通して残るように、エッチングバックされるか、あるいは十分な深さまで形成され得る。いくつかの実施態様では、堆積されたギャップフィル誘電体材料の厚さは、トンネルバリア層の深さよりも上に及ぶ。ギャップフィル誘電体材料の堆積に続いて、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためにＩＢＥオーバーエッチングまたはトリムエッチングプロセスが実施され、ＩＢＥトリムエッチングプロセス中のエッチングフロントは、ギャップフィル誘電体材料を含む。
【0047】
図５は、いくつかの実施態様によるイオンビームエッチングの例示的な方法の流れ図を示す。図５のプロセス５００の動作は、追加の、より少ない数の、または異なる動作を含み得る。図５のプロセス５００の説明に付随して、図６Ａ～図６Ｆには、メインエッチング、ギャップフィル、平坦化、エッチングバック、ＩＢＥトリムエッチング、およびカプセル化動作を示す一連の断面概略図が示されている。プロセス５００の動作は、図３のイオンビームエッチング装置３１０などのイオンビームエッチング装置を使用して実施することができる。
【0048】
プロセス５００のブロック５１０において、基板上に配置された複数のＭＲＡＭ層が貫通してエッチングされてパターニングされたＭＲＡＭスタックを形成し、複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含む。複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、少なくともトンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を含む。いくつかの実施態様では、複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、複数のＭＲＡＭ層を貫通するイオンビームエッチングを含む。いくつかの実施態様では、複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、複数のＭＲＡＭ層のいくつかを貫通する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）と、少なくともトンネルバリア層を貫通するイオンビームエッチングとを含む。いくつかの実施態様では、複数のＭＲＡＭ層は、２つ以上のトンネルバリア層を含み、イオンビームエッチングは、２つ以上のトンネルバリア層を貫通して実施される。ＭＲＡＭスタックをパターニングするために、ハードマスクを複数のＭＲＡＭ層上に形成することができる。ハードマスクは、例えば、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ、または他の高融点金属から作製することができる。ブロック５１０での複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、「メインエッチング」、「カットエッチング」、「分離エッチング」、「第１のエッチング」、または「ＩＢＥ分離エッチング」と呼ばれることもある。
【0049】
複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、第１の磁性層、第２の磁性層、および第１の磁性層と第２の磁性層との間にあるトンネルバリア層を含むＭＴＪスタックを貫通するエッチングを含み得る。第１の磁性層は、トンネルバリア層の上に配置することができ、第２の磁性層は、トンネルバリア層の下に配置することができる。トンネルバリア層は、ＭｇＯなどの非磁性絶縁材料を含み得る。第１の磁性層および第２の磁性層の各々は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｆｅ、またはそれらの組み合わせなどの磁性元素を含んでもよい。いくつかの実施態様では、ＭＴＪスタックを貫通するエッチングは、ＭＴＪスタックを貫通するイオンビームエッチングを含み得る。エッチングは、少なくとも第２の磁性層を貫通してエッチングした後、下層または誘電体層で停止することができる。複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングは、下層を貫通するエッチングをせずに、第１の磁性層、トンネルバリア層、および第２の磁性層を貫通するイオンビームエッチングを含み得る。したがって、メインエッチングまたは分離エッチングは、エッチングされる下層と複数のＭＲＡＭ層との間の界面まで実施することができ、下層は、ＳｉＯ2などの誘電体材料を含むことができる。メインエッチングは、下層の上面に対して実施することができ、メインエッチングは、発光分光法またはエンドポイント検出器を使用して、下層上で停止することができる。
【0050】
少なくともいくつかのＭＲＡＭ層を貫通してイオンビームエッチングを行うとき、不活性ガスのイオンビームが、イオンビーム源チャンバから生成され得る。イオンビーム源チャンバは、基板が位置する処理チャンバに結合することができる。イオンビームは、不活性ガスを含むガス混合物を使用して、イオンビーム源チャンバ内で生成することができる。不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施態様では、ガス混合物は、化学／反応性成分による材料エッチングを増加させるために、１つまたは複数の反応性ガスを含み得る。いくつかの実施態様では、ガス混合物は、反応性ガスを含まないか、または実質的に含まない。ＲＦ電力が、プラズマを生成するためにイオンビーム源チャンバを囲むコイルに適用され得、イオンはプラズマから抽出されてイオンビームを形成する。電圧がイオン抽出器（例えば、グリッド）に適用され、イオンを抽出してイオンビームを形成し、イオンビームは、処理チャンバに向けて加速され得る。イオン抽出器に適用される電圧の制御は、イオンビームエッチングを実施するときのエッチング速度を制御するために使用することができる。高電圧イオンビームは、高いエッチング速度で「高速」エッチングを実施するために約４００Ｖ～約２０００Ｖであり得、低電圧イオンビームは、低いエッチング速度で「ソフト」エッチングを実施するために約３０Ｖ～約４００Ｖであり得る。パターニングされたＭＲＡＭスタックを形成するための、トンネルバリア層を含む複数のＭＲＡＭ層の少なくともいくつかを貫通するイオンビームエッチング（メインエッチングまたは分離エッチング）は、比較的高い電圧で実施され得る。したがって、複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングしてパターニングされたＭＲＡＭスタックを形成するために使用されるメインエッチングは、約４００Ｖ～約２０００Ｖの高電圧で実施することができる。他方、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するために使用されるトリムエッチングまたはオーバーエッチングは、約３０Ｖ～約４００Ｖの低電圧で実施することができる。
【0051】
いくつかの実施態様では、複数のＭＲＡＭ層の少なくともいくつかを貫通するエッチングは、約２００ｅＶ～約１０，０００ｅＶのイオンエネルギーを有するイオンビームを基板に適用することを含み得る。メインエッチングは、トリムエッチングと比較して、ＭＲＡＭ層内の材料を効率的にエッチングするために高イオンエネルギーで実施することができる。いくつかの実施態様では、メインエッチングまたは分離エッチングは、１０分以下、３分以下、または１分以下で実施することができる。いくつかの実施態様では、メインエッチングは、処理チャンバに結合されたイオンビーム源チャンバを有するイオンビームエッチング装置で実施することができる。例示的なイオンビームエッチング装置は、上の図３で説明されている。
【0052】
いくつかの実施態様では、ＭＲＡＭ層のいくつかは、反応性イオンエッチングを使用してエッチングされ得る。具体的には、反応性イオンエッチングからの反応種がトンネルバリア層を損傷する可能性があるため、反応性イオンエッチングをトンネルバリア層以外の層に適用することができる。反応性イオンエッチングに続いてイオンビームエッチングを実施し、トンネルバリア層を貫通してエッチングすることができる。いくつかの実施態様では、反応性イオンエッチングは、トンネルバリア層の上に配置されたハードマスク層または電極層に適用され得る。いくつかの実施態様では、反応性イオンエッチングは、トンネルバリア層の上に配置された第１の磁性層に適用されてもよい。いくつかの実施態様では、反応性イオンエッチングは、トンネルバリア層の下に配置された第２の磁性層に適用されてもよい。いくつかの実施態様では、反応性イオンエッチングは、第２の磁性層の下に配置された電極層に適用されてもよい。それにもかかわらず、前述のＭＲＡＭ層のいずれも、反応性イオンエッチングではなく、イオンビームエッチングを使用してエッチングすることができる。したがって、複数のＭＲＡＭ層を貫通するエッチングにおけるメインエッチングのシーケンスは、ＲＩＥに続いてＩＢＥ、ＲＩＥに続いてＩＢＥおよびＩＢＥに続いてＲＩＥ、ＩＢＥに続いてＲＩＥ、または全体を通してＩＢＥを含み得る。
【0053】
メインエッチングにより、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に導電性材料が再堆積し得る。再堆積された導電性材料は、複数のＭＲＡＭ層内の１つまたは複数の磁性層に由来し得る。典型的には、複数のＭＲＡＭ層の１つまたは複数の磁性層をエッチングする際に、露出した表面上に再堆積され得るエッチング副生成物が発生する。エッチング副生成物は、金属または導電性材料の原子または分子を含み得る。これらのエッチング副生成物は、イオンビームが複数のＭＲＡＭ層に適用されるときにスパッタされる。１つまたは複数の磁性層は、不揮発性材料を含み得、不揮発性材料は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｆｅなどの磁性材料を含み得る。このようなエッチング副生成物がトンネルバリア層の側壁表面上に再堆積すると、ＭＴＪスタックが損なわれ、短絡につながる可能性がある。
【0054】
複数のＭＲＡＭ層を貫通してエッチングすると、パターニングされたＭＲＡＭスタックが形成され、パターニングされたＭＲＡＭスタックは、線、柱、または他のパターニングされたフィーチャである。メインエッチングは、パターニングされたＭＲＡＭスタック間に空間を形成する。いくつかの実施態様では、パターニングされたＭＲＡＭスタックは、高いアスペクト比を有する柱であり、パターニングされたＭＲＡＭスタックの高さ対幅のアスペクト比は、少なくとも５：１、少なくとも７：１、少なくとも１０：１、または少なくとも２０：１である。いくつかの実施態様では、隣接するＭＲＡＭスタック間のピッチは、約３００ｎｍ以下、約１０ｎｍ～約３００ｎｍ、または約３０ｎｍ～約２５０ｎｍであり得る。
【0055】
いくつかの実施態様では、プロセス５００のブロック５１０の前に、基板は、イオンビームエッチング装置の処理チャンバ内に配置され得る。複数のＭＲＡＭ層は、基板上に配置することができ、複数のＭＲＡＭ層は、１つまたは複数の磁性層およびトンネルバリア層を含む。
【0056】
図６Ａは、いくつかの実施態様による例示的なメインエッチングの断面概略図を示す。複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０が、基板６１０の上に配置され、下層６３０が、複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０と基板６１０との間に配置される。複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０ならびに下層６３０の態様は、図１および図２に記載されている。複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０は、少なくとも第１の磁性層６５０と、第２の磁性層６６０と、第１の磁性層６５０と第２の磁性層６６０との間にあるトンネルバリア層６７０とを含む。上述のように、複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０は、各々が第１の磁性層と第２の磁性層との間に挟まれている複数のトンネルバリア層を含み得る。パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂを形成するために、メインエッチングが実施される。メインエッチングは、下層６３０の上面上で停止することができる。いくつかの実施態様では、メインエッチングまたは分離エッチングは、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂを形成する際に、少なくともトンネルバリア層６７０を貫通して実施される。メインエッチングまたは分離エッチングのイオンビームは、比較的高いイオンエネルギーでおよび基板表面の法線への比較的低い入射角で提供され得る。金属または導電性材料を含む残留物６０５は、メインエッチングの結果として、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの側壁上に形成される。複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０のイオンビームエッチングからのスパッタされた原子および／または分子は、残留物６０５の蓄積を引き起こし得る。残留物６０５は、トンネルバリア層６７０上に形成され、トンネルバリア層６７０の性能を低下させる可能性がある。
【0057】
図５に戻ると、プロセス５００のブロック５２０において、ギャップフィル誘電体材料が、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に形成される。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁に沿っておよび底面上に形成され得る。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、またはプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積され得る。しかし、ギャップフィル誘電体材料は、原子層堆積（ＡＬＤ）などの任意の他の適切な堆積技術を使用して堆積することができることを理解されたい。例えば、ギャップフィル誘電体材料は、ボトムアップ充填を達成するための堆積技術を使用して、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に堆積され得る。
【0058】
いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、酸化ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、酸化マグネシウム、またはそれらの組み合わせなどの任意の適切な誘電体材料を含む。例えば、ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素および酸化ケイ素の一方または両方を含む。ギャップフィル誘電体材料は、窒化ケイ素の層および酸化ケイ素の層を含み得るか、または窒化ケイ素の層のみを含み得る。いくつかの実施態様では、酸化ケイ素がパターニングされたＭＲＡＭスタックに直接接触することを回避することが望ましい。前述の誘電体材料は、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間を充填するか、または下層の上の空間を少なくとも充填することができる。パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することは、「ギャップフィル」または「誘電体ギャップフィル」プロセスと呼ばれることもある。
【0059】
いくつかの実施態様では、ギャップフィルは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＰＥＣＶＤチャンバなどの堆積チャンバで実施され得る。ギャップフィルは、メインエッチングの後、およびＩＢＥトリムエッチングの前に実施され得る。いくつかの実施態様では、メインエッチングおよびギャップフィルは、統合ツールまたはマルチステーション処理ツールによって実施され得る。ブロック５１０でのメインエッチングおよびブロック５２０でのギャップフィルの動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく実施することができる。
【0060】
いくつかの実施態様では、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間にギャップフィル誘電体材料を形成することは、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間に、およびパターニングされたＭＲＡＭスタックの上に、ギャップフィル誘電体材料を堆積することと、下層の上の十分な深さまでギャップフィル誘電体材料を選択的にエッチングすることとを含む。いくつかの実施態様では、下層の上の十分な深さは、ブロック５３０での後続のトリムエッチング後にギャップフィル誘電体材料の少なくとも一部が残るように、十分な厚さに対応し得る。ギャップフィル誘電体材料は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの上に最初に堆積され、オーバーバーデンを形成し得る。ギャップフィル堆積プロセスは、典型的には、ある程度共形的であり、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁、底面、および上面に沿って材料が堆積される。パターニングされたＭＲＡＭスタックの上面とパターニングされたＭＲＡＭスタックの底面との間で堆積速度が変化する可能性があるため、ギャップフィル堆積プロセスは、いくらかの「ブレッドローフィング」をもたらす場合がある。これは典型的には、ギャップフィルからの不均一なトポグラフィにつながる。したがって、パターニングされたＭＲＡＭスタック間の空間を充填するときにギャップフィル誘電体材料のオーバーバーデンが堆積する可能性があり、ギャップフィル誘電体材料のオーバーバーデンは、ギャップフィル誘電体材料の上面全体で厚さが不均一であり得る。言い換えると、ギャップフィル誘電体材料の一部は、他の部分よりも厚い。
【0061】
パターニングされたＭＲＡＭスタックの上にギャップフィル誘電体材料のオーバーバーデンを堆積させた後、オーバーバーデンを除去することができる。いくつかの実施態様では、プロセス５００は、パターニングされたＭＲＡＭスタック上に堆積されたギャップフィル誘電体材料を平坦化することをさらに含む。例えば、オーバーバーデンは、化学機械研磨（ＣＭＰ）またはエッチングを使用して除去することができる。
【0062】
オーバーバーデンの平坦化に加えて、またはその代わりに、堆積されたギャップフィル誘電体材料は、ドライエッチングまたはウェットエッチング技術を使用して選択的にエッチングされ得、ギャップフィル誘電体材料は、下層の上の深さまで選択的にエッチングされる。いくつかの実施態様では、深さは、トンネルバリア層の上面と第１の磁性層の上面との間、トンネルバリア層の底面と第２の磁性層の底面との間、または第２の磁性層の底面と下層の上面との間であり得る。複数のＭＲＡＭ層が複数の第１／第２の磁性層を有する複数のトンネルバリア層を含む場合、深さは、最も低いトンネルバリア層および最も低い第１／第２の磁性層に対して測定され得る。いくつかの実施態様では、選択的エッチングは、ハードマスク層またはＭＲＡＭ層を除去することなく、または実質的に除去することなく、ギャップフィル誘電体材料を選択的に除去するプラズマエッチングである。エッチングは、ギャップフィル誘電体材料とハードマスク層またはＭＲＡＭ層との間で約１０：１を超えるエッチング選択性を有し得、これは、ギャップフィル誘電体材料がハードマスク層またはＭＲＡＭ層の１０倍を超えるエッチング速度でエッチングされることを意味する。例えば、ギャップフィル誘電体材料は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または化学的下流エッチング（ＣＤＥ）チャンバ内でフッ素プラズマを使用してエッチングすることができる。誘電体材料が酸化ケイ素である場合、フッ化水素（ＨＦ）蒸気で除去することも可能である。下層の上の十分な深さは、下層の深さから約１ｎｍ～約２０ｎｍの間、下層の深さから約２ｎｍ～約１５ｎｍの間、または下層の深さから約３ｎｍ～約１０ｎｍの間であってもよい。いくつかの実施態様では、選択的エッチングは、下層を露出することなくギャップフィル誘電体材料を除去するために進行し得る。いくつかの実施態様では、選択的エッチングは、下層を貫通して著しくエッチングすることなく、ギャップフィル誘電体材料を除去するために進行し得る。本明細書で使用する場合、下層を貫通して「著しくエッチングする」は、下層の少なくとも３ｎｍまたは少なくとも５ｎｍを貫通するエッチングを構成し得る。いくつかの実施態様では、下層の上の十分な深さは、トンネルバリア層の上にあり得る。上述のように、トンネルバリア層を反応性化学物質に曝すと、トンネルバリア層が損傷する可能性がある。選択的エッチングにより、残りのギャップフィル誘電体材料が残り、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためにＩＢＥトリムエッチング中にエッチングフロントとして機能する。いくつかの実施態様では、選択的エッチングは、発光分光法（ＯＥＳ）または干渉計エンドポイント検出（ＩＥＰ）などの適切なエンドポイント検出技術を使用して、トンネルバリア層の深さのすぐ上のエッチング深さで、または下層の上の十分な深さで停止され得る。選択的エッチングは、「エッチングバック」プロセスまたは「等方性エッチングバック」プロセスと呼ばれることもある。
【0063】
図６Ｂは、いくつかの実施態様による、図６Ａのメインエッチングに続く例示的なギャップフィルプロセスの断面概略図を示す。メインエッチングの後、ギャップフィル誘電体材料６８０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＰＥＣＶＤなどの適切な堆積技術を使用して、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの間の空間に堆積される。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料６８０は、ギャップフィルを実施するために、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの露出面（例えば、側壁）に沿って共形的に堆積される。したがって、凹み、ギャップ、トレンチ、開口部、または空間は、ギャップフィル誘電体材料６８０によって充填される。ギャップフィル誘電体材料６８０のオーバーバーデンは、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの上に堆積される。いくつかの実施態様では、ギャップフィル誘電体材料６８０は、窒化ケイ素、または窒化ケイ素と酸化ケイ素の組み合わせを含む。
【0064】
図６Ｃは、いくつかの実施態様による、図６Ｂのギャップフィルプロセスに続く例示的な平坦化プロセスの断面概略図を示す。ギャップフィル誘電体材料６８０のオーバーバーデンが堆積された後、オーバーバーデンの上面は不均一になり得る。例えば、不均一なトポグラフィは、ギャップフィル領域と比較して、磁場領域においてより多くの誘電体ギャップフィル材料６８０をもたらす場合があり、これはブレッドローフィングにつながる可能性がある。トポグラフィを滑らかにし、オーバーバーデンを除去するために、ＣＭＰまたはエッチングなどの平坦化プロセスを実施することができる。
【0065】
図６Ｄは、いくつかの実施態様による、図６Ｃの平坦化プロセスに続く例示的なエッチングバックプロセスの断面概略図を示す。平坦化プロセスまたはギャップフィルプロセスの後、エッチングバックプロセスを実施し、複数のＭＲＡＭ層６５０、６６０、および６７０に対して、または少なくとも第１の磁性層６５０に対して選択的にギャップフィル誘電体材料６８０を除去する。いくつかの実施態様では、エッチングバックプロセスは、ハードマスク層に対して選択的にギャップフィル誘電体材料６８０を除去する。エッチングバックプロセスは、ドライエッチングまたはウェットエッチングであり得る。ドライエッチングは、プラズマエッチングであり得る。エッチングバックプロセスを実施し、下層６３０よりも上のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料６８０を除去することができる。いくつかの実施態様では、エッチングバックプロセスを実施し、トンネルバリア層６７０の深さよりもわずかに上のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料６８０を除去することができる。具体的には、エッチングバックプロセスは、トンネルバリア層６７０と第１の磁性層６５０との間の界面よりもわずかに上のエッチング深さまで実施され得る。例えば、残りのギャップフィル誘電体材料６８０は、トンネルバリア層６７０の上面から数ナノメートル上にあるエッチング深さにあり得る。このように、トンネルバリア層６７０は、エッチングバックプロセスに曝されない。しかし、共形堆積プロセスを伴ういくつかの実施態様は、このエッチングバックまたは平坦化プロセスを必要としない場合があることが理解されよう。
【0066】
図５に戻ると、プロセス５００のブロック５３０において、イオンビームエッチングが実施され、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積されたギャップフィル誘電体材料および導電性材料の少なくとも一部が除去される。下層の上にギャップフィル誘電体材料を形成した後のイオンビームエッチングは、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するように機能する。パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのイオンビームエッチングは、トンネルバリア層の深さよりも下のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料を除去することができる。いくつかの実施態様では、トンネルバリア層の深さよりも下のエッチング深さは、下層の深さに達しない。パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁を洗浄するためのイオンビームエッチングは、「オーバーエッチング」、「トリムエッチング」、「ＩＢＥトリムエッチング」、「側壁洗浄エッチング」、または「低電力トリムエッチング」と呼ばれることもある。
【0067】
パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積される材料は、金属または導電性材料を含み得る。金属または導電性材料は、ブロック５１０でメインエッチングを実施するときにスパッタされ、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積され得る。言い換えると、メインエッチングの後、バックスパッタされて損傷を受ける可能性のある材料が、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に位置し得る。いくつかの実施態様では、一部の金属は、ハードマスク層または電極層からのＷ、Ｔａ、Ｔｉ、またはＴｉＮを含み得、一部の金属は、第１または第２の磁性層からのＣｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、またはＦｅを含み得る。金属または導電性材料は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に不要な残留物を形成し、ＭＴＪスタックの電気的および磁気的性質を低下させる可能性がある。イオンビームエッチングがブロック５３０で実施され、イオンビームエッチングは、不要な残留物を除去するために、低出力で最適化された入射角で実施される。
【0068】
パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積された材料を除去するためのイオンビームエッチングの場合、不活性ガスを含むガス混合物を使用して、イオンビーム源チャンバからイオンビームを生成することができる。いくつかの実施態様では、ガス混合物は、化学／反応性成分による材料エッチングを増加させるために、１つまたは複数の反応性ガスを含み得る。いくつかの実施態様では、ガス混合物は、反応性ガスを含まないか、または実質的に含まない。パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積された材料を除去するためのイオンビームエッチングは、比較的低い電圧で実施することができる。いくつかの実施態様では、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に再堆積された材料を除去するためのエッチングは、約２０ｅＶ～約４００ｅＶのエネルギーを有するイオンビームを基板に適用することを含み得る。ＩＢＥトリムエッチングは、メインエッチングと比較して、不要な残留物を除去するために低イオンエネルギーで実施することができる。いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングは、約１分以上、３分以上、５分以上、または１０分以上で実施することができる。いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングは、基板の回転の有無にかかわらず、第１および第２の方向を交互に実施することができる。ＭＴＪ層のイオン誘起混合の影響を低減するためのトリミングには、低イオンエネルギーが望ましい。
【0069】
いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングは、図３で説明されているイオンビームエッチング装置などのイオンビームエッチング装置で実施され得る。ＩＢＥトリムエッチングは、ギャップフィルに続いて、平坦化に続いて、またはエッチングバックに続いて実施されてもよい。いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングおよびギャップフィルは、統合ツールまたはマルチステーション処理ツールによって実施され得る。ブロック５２０でのギャップフィルおよびブロック５３０でのＩＢＥトリムエッチングの動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく実施することができる。いくつかの実施態様では、ブロック５１０でのメインエッチング、ブロック５２０でのギャップフィル、およびブロック５３０でのＩＢＥトリムエッチングの動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく実施することができる。
【0070】
金属および他の導電性材料は、ＩＢＥトリムエッチング中に露出されないことが好ましい。残りのギャップフィル誘電体材料は、ＩＢＥトリムエッチング中のエッチングフロントとして機能するため、金属または導電性材料のバックスパッタリングが大幅に減少する。代わりに、ギャップフィル誘電体材料のエッチングフロントを使用すると、誘電体材料のバックスパッタリングがＭＴＪスタックの電気的および磁気的性質に悪影響を及ぼすことはない。ＩＢＥトリムエッチングは、下層へのエッチングをせずに、トンネルバリア層と第２の磁性層との間の界面よりも下のエッチング深さまでギャップフィル誘電体材料を除去することができる。これにより、ブロック５１０でのメインエッチングからの最初のエッチングフロントが維持され、下層への凹みまたは著しい凹みが防止される。
【0071】
いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングにより、パターニングされたＭＲＡＭスタックの露出した側壁上に堆積された材料が除去される。パターニングされたＭＲＡＭスタックの露出した側壁は、パターニングされたＭＲＡＭスタックの側壁上に堆積された金属または導電性材料を含まないか、または実質的に含まない。側壁が十分に清浄であると見なされるときの閾値は、ＭＲＡＭデバイスの短絡性能によって設定することができる。これは、すべてのデバイスの中で短絡したデバイスの比率として測定される。典型的には、１００万個に１つ以下のデバイスのみが短絡することになる。したがって、残りの残留物は、ＭＲＡＭデバイスのオフ状態抵抗への影響を最小限に抑えるのに十分な薄さである。例えば、再堆積された導電性材料に関して「実質的に含まない」とは、約１．５ｎｍ未満、約１．０ｎｍ未満、または約０．５ｎｍ未満の堆積厚さを指すことができる。したがって、ＩＢＥトリムエッチング後にトンネルバリア層上に再堆積される導電性材料は、無視することができるか、またはゼロである。ＩＢＥトリムエッチングは、不要な材料を除去するのに十分な時間実施することができるため、パターニングされたＭＲＡＭスタックの露出した側壁は、再堆積された導電性材料を含まないか、または実質的に含まない。
【0072】
図６Ｅは、いくつかの実施態様による、図６Ｄのエッチングバックプロセスに続く例示的なＩＢＥトリムエッチングプロセスの断面概略図を示す。残りのギャップフィル誘電体材料６８０は、ＩＢＥトリムエッチングプロセス中のエッチングフロントとして機能する。ＩＢＥトリムエッチングプロセス中、イオンビーム６２５が、比較的低いイオンエネルギーおよび最適化された入射角で提供され、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの側壁を洗浄する。イオンビーム６２５は、ＩＢＥトリムエッチングプロセスが進行するにつれて、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの側壁から残留物６０５を除去する。イオンビーム６２５からのスパッタされた原子および／または分子６７５は、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの側壁に向けられ得る。しかし、スパッタされた原子および／または分子６７５は、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの性質に悪影響を及ぼさない、残りのギャップフィル誘電体材料６８０からの誘電体材料を含む。ＩＢＥトリムエッチングプロセスは、トンネルバリア層６７０の深さよりも下であり、下層６３０よりも上であるエッチング深さまで進行する。いくつかの実施態様では、ＩＢＥトリムエッチングプロセスは、下層６３０内に著しく進行しない。パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの露出した側壁は、導電性材料または磁性材料を含む残留物６０５を含まない。
【0073】
いくつかの実施態様では、プロセス５００は、ブロック５３０でＩＢＥトリムエッチングを実施した後、パターニングされたＭＲＡＭスタックの少なくとも露出した側壁上にカプセル化材料を共形的に堆積することをさらに含む。カプセル化材料は、窒化ケイ素などの適切な誘電体材料を含み得る。カプセル化材料は、空気に曝される可能性のあるトンネルバリア層への損傷を防止または最小限に抑えるために堆積され得る。
【0074】
図６Ｆは、いくつかの実施態様による、図６ＥのＩＢＥトリムエッチングプロセスに続く例示的なカプセル化プロセスの断面概略図を示す。カプセル化層６９０が、窒化ケイ素などの誘電体材料を含み、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの露出面上に共形的に堆積される。カプセル化層６９０は、パターニングされたＭＲＡＭスタック６２０ａ、６２０ｂの側壁に沿って共形的に堆積され、トンネルバリア層６７０を周囲環境への曝露から少なくとも保護するように機能する。
【0075】
図７は、いくつかの実施態様による、堆積およびイオンビームエッチングプロセスを実施するための例示的な処理システムのブロック図を示す。処理システム７００は、１つまたは複数のプロセスステーションを備えたマルチステーション処理ツールであり得る。処理システム７００は、インバウンドロードロック７０２およびアウトバウンドロードロック７０４を含み得、これらのいずれかまたは両方がプラズマ生成源を含み得る。ロボット７０６が、大気圧において、ポッド７０８を通してロードされたカセットから、大気圧ポート７１０を介してインバウンドロードロック７０２に基板を移動させるように構成される。基板は、ロボット７０６によって、インバウンドロードロック７０２内の台座７１２上に載置され、大気圧ポート７１０が閉じられ、ロードロック７０２がポンプダウンされる。処理チャンバ７１４へのチャンバ搬送ポート７１６が開かれ、別のロボットとして機能する別の基板取り扱いシステム７１８が、処理のために処理ステーション７８０、７８２の１つ、または処理ステーション７９０へのローディングステーションに基板を載置する。図７に図示される実施態様はロードロックを含んでいるが、いくつかの実施態様では、処理ステーションに基板を直接進入させてもよいことを理解されたい。
【0076】
図示の処理チャンバ７１４は、３つの処理ステーション７８０、７８２、および７９０を含む。処理ステーション７９０は、取り外し可能なモジュールであり得、一度に複数の基板を処理するのに適し得る。この例では、処理ステーション７９０は、図７に示す実施態様において１から４まで番号が付けられた４つのサブステーションを含む。
【0077】
各処理ステーション（７８０、７８２、ならびに１、２、３、および４の各々）は、加熱台座と、ガスライン入口とを有することができる。いくつかの実施態様では、各処理ステーションは、異なる目的または複数の目的を有し得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施態様では、処理ステーション７８０は、基板上にギャップフィル誘電体材料を堆積するために使用され得、堆積技術は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、または他の適切な堆積技術であり得る。いくつかの実施態様では、処理ステーション７８２は、ＩＢＥによるメインエッチングを実施するために使用することができ、処理ステーション７９０は、ＩＢＥトリムエッチングを実施するために使用することができる。いくつかの他の実施態様では、処理ステーション７９０は、メインエッチングとＩＢＥトリムエッチングの両方のイオンビームエッチングを実施するために使用されてもよい。処理ステーション７８２は、ＣＭＰ、選択的エッチングバック、またはＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ／ＰＶＤなどの他のプロセスを実施するために使用され得る。いくつかの実施態様では、処理ステーション７９０は、複数のＩＢＥトリムエッチングプロセスまたは他のプロセスを実施するための複数のサブステーション１～４を有することができる。ＩＢＥトリムエッチングは、メインエッチングおよび堆積プロセスよりも時間がかかる場合がある。図示の処理ステーション７９０は４つのサブステーションを含むが、本開示による処理ステーションは、任意の適切な数のサブステーションを含み得ることが理解されよう。加えて、処理システム７００は３つの処理ステーション（７８０、７８２、および７９０）を含むが、いくつかの実施態様では、各ステーションが取り外し可能または修正可能なモジュールであり得るため、装置は３つよりも多いまたは少ない数のステーションを含み得ることが理解されよう。例えば、いくつかの実施態様では、処理システム７００は４つ以上のステーションを有し得るが、いくつかの他の実施態様では、処理システム７００は２つ以下のステーションを有し得る。いくつかの実施態様では、ＣＭＰなどの平坦化プロセスを実施するために、追加の処理ステーションを使用することができる。いくつかの実施態様では、選択的エッチングバックを実施してギャップフィル誘電体材料を除去するために、追加の処理ステーションを使用することができる。
【0078】
いくつかの実施態様では、処理システム７００は、ＩＢＥ（メインエッチングおよびトリムエッチング）およびＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ／ＰＶＤを実施するための統合されたマルチステーション処理ツールであり得る。例えば、処理ステーション７８０、７８２、および７９０は、メインエッチング、ギャップフィル、トリムエッチング、およびカプセル化動作を実施するために使用することができる。メインエッチング、ギャップフィル、トリムエッチング、およびカプセル化の動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく行うことができる。平坦化（例えば、ＣＭＰ）および／または選択的エッチングバック（例えば、プラズマエッチング）の追加の動作は、別個のツールまたは統合されたマルチステーション処理ツールで実施され得る。このような動作は、ＭＴＪスタックのトンネルバリア層が平坦化または選択的エッチングバック中に空気または周囲環境に曝されないので、別個のツールで実施され得ることを理解されたい。トンネルバリア層は、平坦化または選択的エッチングバック中にギャップフィル誘電体材料によって保護される。
【0079】
図７は、処理システム７００内で基板を移送するための基板取り扱いシステム７１８を示す。いくつかの実施態様では、基板取り扱いシステム７１８は、様々な処理ステーション間および／または処理ステーションとロードロックとの間で基板を移送することができる。加えて、処理ステーション７９０は、基板を別のローディングステーション７６２から処理ステーション７９０に移動するために使用される別個の基板取り扱いシステム７６０を含むことができる。任意の適切な基板取り扱いシステムが用いられ得ることを理解されたい。非限定的な例として、基板カルーセルおよび基板取り扱いロボットが挙げられる。
【0080】
様々な実施態様において、様々なステーションの統合により、フットプリント削減の懸念に対処することができ、様々なステーションの統合により、真空破壊を導入することなく動作の間で基板を効率的に移送することができる。図７はまた、処理システム７００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステム制御部７５０の一実施態様を図示する。システム制御部７５０は、１つまたは複数のメモリデバイス７５６と、１つまたは複数の大容量記憶デバイス７５４と、１つまたは複数のプロセッサ７５２とを含むことができる。システム制御部７５０の態様は、図３に関して上で説明されている。ツールによって実施される１つまたは複数の処理ステップに応じて、システム制御部９５０は、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別の制御部、またはツール場所に対して基板の容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【0081】
図８は、いくつかの実施態様による、堆積およびイオンビームエッチングプロセスを実施するための例示的な処理システムの代替のブロック図を示す。処理システム８００は、移送モジュール８０３を含む。移送モジュール８０３は、基板が様々なリアクタモジュール間を移動するときに処理される基板の汚染のリスクを最小限に抑えるために、清浄な加圧環境を提供する。移送モジュール８０３には、マルチステーションリアクタ８０７、８０８、および８０９が取り付けられており、この文脈では、リアクタまたはツールモジュールまたは単にモジュールと呼ばれ、各々がイオンビームエッチングおよび／または堆積を実施することが可能である。リアクタ８０７、８０８、および８０９は、開示された実施態様に従って動作を順次または非順次に実施することができる複数のステーション８１１、８１３、８１５、および８１７を含むことができる。ステーション８１１、８１３、８１５、および８１７は各々、加熱台座もしくは基板支持体、１つまたは複数のガス入口もしくはシャワーヘッド、または分散プレートを含み得る。モジュール８０７、８０８、および８０９のうちの１つまたは複数は、イオンビームエッチングを実施することが可能であり得、イオンビームエッチングは、メインエッチングおよび／またはトリムエッチングを実施するために使用され得る。したがって、モジュール８０７、８０８、および８０９のうちの１つまたは複数は、図３で上に説明したように、イオンビーム源チャンバおよび処理チャンバを備えたイオンビームエッチング装置を含み得る。モジュール８０７、８０８、および８０９のうちの別の１つまたは複数は、ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ／ＰＶＤなどの堆積動作を実施することが可能であり得る。したがって、メインエッチング、ギャップフィル、トリムエッチング、およびカプセル化の動作は、動作の間に真空破壊を導入することなく行うことができる。
【0082】
処理システム８００はまた、１つまたは複数の基板ソースモジュール８０１を含み得、基板は、処理の前後に格納される。大気圧ロボット８０４および大気移送チャンバ８１９は、最初に基板をソースモジュール８０１から取り外してロードロック８２１に移送することができる。移送モジュール８０３内の第２の基板移送デバイス（一般的には、ロボットアームユニット）８０５は、加圧（例えば、真空）環境において、基板をロードロック８２１から移送モジュール８０３に取り付けられたモジュールに移動させたり、モジュール間で移動させたりする。
【0083】
様々な実施態様において、システム制御部８２９は、処理中のプロセス条件および活動を制御するために用いられる。システム制御部８２９は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数のプロセッサとを含む。システム制御部８２９の態様は、図３に関して上で説明されている。ツールによって実施される１つまたは複数の処理ステップに応じて、システム制御部８２９は、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別の制御部、またはツール場所に対して基板の容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【0084】
図９は、いくつかの実施態様による平坦化および／またはエッチングプロセスを実施するための例示的な処理システムのブロック図を示す。処理システム７００および８００は、イオンビームエッチングおよび堆積を実施するための統合されたマルチステーション処理ツールであり得、平坦化および／または選択的エッチングプロセスを実施するために基板を処理システム９００に移送し得る。
【0085】
処理システム９００は、真空移送モジュール９３８（ＶＴＭ）を含み得る。複数の保管施設および処理モジュール間で基板を移送するための移送モジュールの配置は、「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ばれることもある。ロードロックまたは移送モジュールとしても知られるエアロック９３０は、様々な動作を実施するために個々に最適化され得る４つの処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄを備えた真空移送モジュール９３８に示されている。例として、処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄのうちの１つまたは複数は、選択的エッチングを実施するために実装され得る。処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄのうちの１つまたは複数は、ＣＭＰなどの平坦化プロセスを実施するために実装され得る。いくつかの実施態様では、処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄのうちの１つまたは複数は、イオンビームエッチングまたは堆積を実施するために実装されてもよい。エアロック９３０および処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄは、「ステーション」と呼ばれることもある。各ステーションは、ステーションを真空移送モジュール９３８にインターフェースするファセット９３６を有する。各ファセット９３６の内部では、センサ１～１８を使用して、それぞれのステーション間を移動するときに基板９２６の通過を検出する。
【0086】
ロボット９２２を使用して、ステーション間で基板９２６を移送することができる。一実施態様では、ロボット９２２は１つのアームを有し、別の実施態様では、ロボット９２２は２つのアームを有し、各アームは、搬送のために基板９２６などの基板を選択するためのエンドエフェクタ９２４を有する。大気移送モジュール（ＡＴＭ）９４０内のフロントエンドロボット９３２は、基板９２６をカセットから、またはロードポートモジュール（ＬＰＭ）９４２内のフロントオープニングユニファイドポッド（ＦＯＵＰ）９３４からエアロック９３０に移送するために使用される。処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄ内のモジュール中心９２８は、基板９２６を載置するための１つの場所である。ＡＴＭ９４０内のアライナ９４４は、基板を位置合わせするために使用される。
【0087】
例示的な処理方法では、基板は、ＬＰＭ９４２内のＦＯＵＰ９３４の１つに載置される。フロントエンドロボット９３２は、基板をＦＯＵＰ９３４からアライナ９４４に移送し、これにより、基板９２６は、エッチングまたは処理される前に適切に中心に置かれることが可能である。位置合わせされた後、基板９２６は、フロントエンドロボット９３２によってエアロック９３０内に移動される。エアロックモジュールはＡＴＭとＶＴＭとの間の環境を一致させることができるので、基板９２６は、損傷を受けることなく２つの圧力環境の間を移動することができる。エアロック９３０から、基板９２６は、ロボット９２２によって真空移送モジュール９３８を通って、処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄのうちの１つに移動される。この基板の移動を達成するために、ロボット９２２は、そのアームの各々にエンドエフェクタ９２４を使用する。基板９２６が処理されると、基板９２６は、ロボット９２２によって処理モジュール９２０ａ、９２０ｂ、９２０ｃ、および９２０ｄからエアロック９３０に移動される。ここから、基板９２６は、フロントエンドロボット９３２によってＦＯＵＰの１つまたはアライナ９４４に移動され得る。図３に関して上で説明した制御部は、図９のツールを使用して実装することができる。ツールによって実施される１つまたは複数の処理ステップに応じて、制御部は、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別の制御部、またはツール場所に対して基板の容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【0088】
結論
前述の説明では、提示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載されている。開示された実施形態は、これらの特定の詳細の一部またはすべてなしで実施されてもよい。他の例では、周知のプロセス動作は、開示された実施形態を不必要に不明瞭にしないために詳細に説明されていない。開示された実施形態は、特定の実施形態と併せて説明されているが、開示された実施形態を限定することを意図していないことが理解されよう。
前述の説明では、提示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載されている。開示された実施形態は、これらの特定の詳細の一部またはすべてなしで実施されてもよい。他の例では、周知のプロセス動作は、開示された実施形態を不必要に不明瞭にしないために詳細に説明されていない。開示された実施形態は、特定の実施形態と併せて説明されているが、開示された実施形態を限定することを意図していないことが理解されよう。
【0089】
前述の実施形態は、明確な理解のために多少詳しく説明されてきたが、一定の変更および修正が添付の特許請求の範囲の範囲内で実施されてもよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置の実施には多くの別の方法があることに注意されたい。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示と見なされるべきであり、それらの実施形態は本明細書に述べられる詳細に限定されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】