[发明专利]磁性器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明构思涉及磁性器件以及制造该磁性器件的方法。更具体而言，本发明构思涉及包括非挥发性磁性层的磁性器件，以及涉及制造该磁性器件的方法。

背景技术

已经进行了对于利用磁隧道结（MTJ）的磁阻特性的电子设备的许多研究。特别地，随着高集成的磁随机存取存储器（MRAM）装置的MTJ单元小型化，通过利用被称为STT的物理现象（即，通过直接施加电流到MTJ单元并诱导磁化反转）来存储信息的自旋转移扭矩（STT）-MRAM已经引起注意。需要形成具有微小尺寸的MTJ结构来实现高集成的STT-MRAM。需要开发在形成具有微小尺寸的MTJ结构时可以用于容易地实现可靠的MTJ单元的蚀刻技术。

发明内容

本发明构思提供一种经由蚀刻工艺制造具有非挥发性磁性层的磁性器件的方法，从而制造高集成、高密度的磁性器件。

本发明构思还提供一种包括磁性图案的磁性器件，该磁性图案具有大的高宽比，用于高集成、高密度的磁性器件。

根据本发明构思的一方面，提供一种制造磁性器件的方法，该方法包括：形成层叠结构，该层叠结构包括磁性层；以及通过使用蚀刻气体蚀刻层叠结构，该蚀刻气体包括按体积计的至少80%的H₂气体。

蚀刻层叠结构可以包括使用包括H₂气体和额外气体的蚀刻气体，该额外气体包括惰性气体和/或NH₃气体。

额外气体中的惰性气体可以包括N₂、Ne、Ar、Kr和Xe中的至少之一。

蚀刻层叠结构可以包括使用不含卤素的蚀刻气体。

形成层叠结构可以包括使用Co/Pd、Co/Pt、Co/Ni、Fe/Pd、Fe/Pt、MgO、PtMn、IrMn、CoFe合金和CoFeB合金中的至少之一。

蚀刻层叠结构可以包括执行等离子体蚀刻工艺。

蚀刻层叠结构可以包括：使用包括用于施加源功率的源功率输出单元以及用于施加偏压功率的偏压功率输出单元的等离子体蚀刻装置，以及重复地执行在其中源功率和偏压功率中的至少一种功率在开启状态和关闭状态之间交替的操作。

该方法还可以包括：在蚀刻层叠结构之前，将层叠结构的一区域暴露于氢等离子体。

形成层叠结构可以包括在上电极和下电极之间形成磁性层，上电极和下电极彼此面对，以及蚀刻层叠结构可以包括通过使用所述蚀刻气体蚀刻上电极、下电极和磁性层。

根据本发明构思的另一方面，提供一种制造磁性器件的方法，该方法包括：形成层叠结构，该层叠结构包括自下而上顺序层叠的下磁性层、隧道势垒层和上磁性层；在层叠结构上形成掩模图案，使得层叠结构的一部分被覆盖；通过掩模图案执行第一蚀刻以蚀刻层叠结构的第一部分，该第一部分至少包括上磁性层和隧道势垒层，第一蚀刻包括使用第一蚀刻气体，该第一蚀刻气体具有按体积计的至少80%的H₂气体和第一额外气体；以及通过所述掩模图案执行第二蚀刻，以蚀刻层叠结构的第二部分，该第二部分包括层叠结构的下磁性层，第二蚀刻在与第一蚀刻不同的蚀刻气氛下执行。

第二蚀刻可以包括使用第二蚀刻气体，该第二蚀刻气体具有按体积计的至少80%的H₂气体以及第二额外气体，该第二额外气体包括与第一额外气体不同的成分。

第一额外气体和第二额外气体的每个可以包括惰性气体或NH₃气体。

第一额外气体和第二额外气体的每个可以包括N₂、NH₃、Ne、Ar、Kr和Xe的至少之一。

第一额外气体可以包括N₂、Ne、Ar、Kr和Xe的至少之一，第二额外气体包括NH₃。

形成层叠结构还可以包括形成下电极层和上电极层，下磁性层、隧道势垒层和上磁性层插置在下电极层和上电极层之间，执行第一蚀刻可以包括通过使用第一蚀刻气体蚀刻上电极层的一部分，使得上电极层被分成多个上电极，以及执行第二蚀刻可以包括通过使用第二蚀刻气体蚀刻下电极层的一部分，使得下电极层被分成多个下电极。

执行第一蚀刻和第二蚀刻的每个可以包括使用等离子体蚀刻工艺。

执行第一蚀刻和第二蚀刻的每个均可以包括使用具有用于施加源功率的源功率输出单元以及用于施加偏压功率的偏压功率输出单元的等离子体蚀刻装置，以及第一蚀刻和第二蚀刻的至少一个可以包括重复地执行在其中源功率或偏压功率在开启状态和关闭状态之间交替的操作。