KR101529821B1 - Method for etching mram material using reactive ion beam pulse - Google Patents

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염근영
전민환
김회준
양경채
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method for etching MRAM material using reactive ion beam pulse. A method for etching MRAM material according to the present invention includes an adsorption step of adsorbing a reactive gas including plasm generated in an upper chamber to the surface of a MRAM substrate, by using an etching device which includes an upper chamber for generating plasma, a grid part which includes is formed in the lower part of the upper chamber and includes a first to a third grid, and a lower chamber which is formed in the lower part of the grid part and allows a substrate to be placed on, and a detachment step of detaching an target etching layer by irradiating an accelerated reactive ion beam to the surface of the target etching layer to obtain energy which is higher than the combination energy of a first sub layer and the target etching layer adsorbed by the reactive gas and is lower than the combination energy of the first sub layer and a second sub layer.

Description

반응성 이온빔 펄스를 이용한 ＭＲＡＭ 물질 식각 방법{METHOD FOR ETCHING MRAM MATERIAL USING REACTIVE ION BEAM PULSE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method of etching an MRAM material using reactive ion beam pulses,

본 발명은 MRAM 물질 식각 방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로는, 반응성 이온빔 펄스 구조를 이용하여 식각 부산물 형성을 억제하고 저손상 특성을 갖는 MRAM 물질 식각 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of etching an MRAM material, and more particularly, to a method of etching an MRAM material using a reactive ion beam pulse structure to inhibit etching by-product formation and having low damage characteristics.

MRAM(Magnetic Random Access Memory)은 자성체 소자를 이용한 비휘발성 고체 메모리로서 마그네틱램(Magnetic RAM) 또는 자기 메모리라고도 한다. 자료 처리 속도가 빠를 뿐 아니라 소자의 집적도가 높고 소비전력이 적은 DRAM과 전원이 꺼져도 자료가 지워지지 않는 플래시메모리의 장점을 함께 가졌기 때문에 DRAM과 플래시메모리를 대체할 차세대 메모리로 떠오르고 있다.An MRAM (Magnetic Random Access Memory) is a nonvolatile solid-state memory using a magnetic element, and may be referred to as a magnetic RAM or a magnetic memory. It has become a next-generation memory to replace DRAM and flash memory because it has the advantages of fast data processing, high integration of devices, low power consumption DRAM and flash memory that can not be erased even when power is turned off.

MRAM은 전기충전 방식으로 정보를 저장하는 DRAM과 달리 자기저항효과를 이용하여 정보를 저장하며 거대자기저항(Giant Megneto Resistive) 소자와 터널링자기저항(TMR:Tunneling Magneto Resistance) 소자를 사용하여 만든다.Unlike DRAM, which stores information by electric charging method, MRAM stores information by using magnetoresistive effect. It is made by using Giant Megneto Resistive (MRT) device and Tunneling Magneto Resistance (TMR) device.

상기 두 소자 가운데 터널링자기저항 소자는 자기저항값이 20% 이상이기 때문에 자료 재생 속도가 빠르고 집적도가 높아 거대자기저항 소자보다 더 활발한 연구 대상이 되고 있다.Among the above two devices, tunneling magnetoresistive elements have a magnetoresistance value of more than 20%, so that they are more actively studied than giant magnetoresistive elements because of high data reproduction speed and high integration degree.

한편, STT-MRAM(Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memory)은 MRAM 중 메모리 소자의 특성을 더욱 향상시킨 소자인데, 기존의 STT-MRAM 식각시, ion milling, Ar ion beam 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 방식을 사용해왔다. 하지만, 이 과정에서 필연적으로 물리적 또는 화학적인 손상이 발생하며, 식각 부산물의 휘발도가 낮아 nano size의 MRAM 측벽에 재증착 문제가 발생한다.In STT-MRAM etching, ion milling, Ar ion beam, or RIE (Reactive Ion Etching) are used for STT-MRAM (Spin Transfer Torque-Magnetic Random Access Memory) Have been used. However, inevitably physical or chemical damage occurs in this process, and the volatility of etch by-products is low, causing re-deposition problems on the MRAM side walls of the nano-size.

도 1은 기존의 식각 공정을 이용하는 경우에 발생하는 측벽에의 재증착 현상을 나타내는데, 도 1를 참조하면, MRAM 기판(100) 식각 후 그 기판(100) 및 식각 마스크(110) 측벽에 휘발된 식각 부산물이 재증착층(200)을 형성하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, after the MRAM substrate 100 is etched, the substrate 100 and the etch mask 110 are evaporated on the sidewalls of the etch mask 110. Referring to FIG. 1, It can be confirmed that the etching by-product forms the redeposited layer 200.

이와 같은 식각 부산물의 재증착은 MRAM 소자의 동작 특성과 신뢰성에 문제를 일으켜 상용화에 한계를 갖게 하므로, 식각 시 물리적 또는 화학적 손상을 줄이고 식각 부산물의 재증착을 최소할 수 있는 MRAM 물질 식각 방법이 필요하게 되었다.
Such re-deposition of etch byproducts poses problems in terms of operational characteristics and reliability of the MRAM device, thereby limiting the commercialization of the MRAM device. Therefore, it is necessary to etch the MRAM material to reduce physical or chemical damage during etching and minimize re- .

공개특허공보 제10-2013-0099450호, '엠램 식각 방법'Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0099450,

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법의 목적은, 식각 시 발생할 수 있는 물리적 또는 화학적 손상을 최소화할 수 있는 MRAM 물질 식각 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of etching an MRAM material which can minimize physical or chemical damage that may occur during etching.

본 발명의 다른 목적은, 휘발성이 높은 식각 부산물을 생성하여 별도의 배기 과정이 요구되지 않는 MRAM 물질 식각 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of etching an MRAM material which does not require a separate evacuation process by generating highly volatile etch byproducts.

본 발명의 또 다른 목적은, 식각 부산물의 재증착을 최소화하여 고속, 고신뢰의 소자를 제작할 수 있는 MRAM 물질 식각 방법을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a method of etching an MRAM material which can manufacture a high-speed, high-reliability device by minimizing redeposition of etching by-products.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은, 플라즈마를 발생시키는 상부 챔버, 상기 상부 챔버 하부에 구비되며 제1 내지 제3 그리드를 포함하는 그리드부 및 상기 그리드부 하부에 구비되며 기판이 놓여지는 하부 챔버를 포함하는 식각 장치를 이용하는 MRAM 식각 방법에 있어서, 상기 상부 챔버에서 발생된 플라즈마에 포함된 반응성 가스를 MRAM 기판 표면에 흡착시키는 흡착 단계 및 상기 반응성 가스가 흡착된 피식각층과 제1 서브층과의 결합 에너지보다 크고 상기 제1 서브층과 제2 서브층과의 결합 에너지보다 작은 에너지를 갖도록 가속된 반응성 이온 빔을 상기 피식각층 표면에 조사하여 상기 피식각층을 탈착시키는 탈착 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of etching an MRAM material, including: forming an upper chamber for generating a plasma; a grid unit disposed below the upper chamber and including first to third grids; And a lower chamber on which a substrate is placed, the method comprising: an adsorption step of adsorbing a reactive gas contained in a plasma generated in the upper chamber on a surface of an MRAM substrate; and a step of adsorbing the reactive gas A reactive ion beam accelerated so as to have an energy larger than the binding energy between the etching layer and the first sub-layer and lower than the bonding energy between the first sub-layer and the second sub-layer is applied to the surface of the etching layer, And a desorption step.

또한, 상기 그리드부는 상기 상부 챔버측에서부터 제1, 제2 및 제3 그리드의 적층 구조를 가지며, 상기 흡착 단계에서는 상기 제1 및 제3 그리드에 전원이 인가되지 않으며, 상기 탈착 단계에서는 상기 제1 그리드에 전원이 인가되어 상기 상부 챔버에서 발생되는 반응성 가스에 에너지를 공급할 수 있다.In addition, the grid portion has a stacked structure of first, second and third grids from the upper chamber side, and power is not applied to the first and third grids in the adsorption step, and in the desorption step, Power is applied to the grid to supply energy to the reactive gas generated in the upper chamber.

또한, 상기 제1 그리드에 인가되는 전원의 전압 크기를 조절하여 상기 반응성 가스에 제공되는 에너지의 크기를 조절할 수 있으며, 상기 흡착 단계 및 탈착 단계는 반복되어 수행된다.
Also, the magnitude of the energy supplied to the reactive gas can be controlled by adjusting the voltage magnitude of the power source applied to the first grid, and the adsorption step and the desorption step are repeatedly performed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 MRAM 물질 식각 방법은, 식각 시 발생할 수 있는 물리적 또는 화학적 손상을 최소화할 수 있는 MRAM 물질 식각 방법을 제공할 수 있다.As described above, the method of etching an MRAM material according to the present invention can provide a method of etching an MRAM material that can minimize physical or chemical damage that may occur during etching.

또한, 휘발성이 높은 식각 부산물을 생성하여 별도의 배기 과정이 요구되지 않는 MRAM 물질 식각 방법을 제공할 수 있다.Further, it is possible to provide a method of etching an MRAM material which does not require a separate exhaust process by generating highly volatile etching by-products.

그리고, 식각 부산물의 재증착을 최소화하여 고속, 고신뢰의 소자를 제작할 수 있는 MRAM 물질 식각 방법을 제공할 수 있다.
Also, it is possible to provide a method of etching an MRAM material which can manufacture a high-speed and highly reliable device by minimizing redeposition of etching by-products.

도 1은 기존의 식각 방법을 이용하여 식각된 MRAM 물질 재증착 현상을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAM 물질 식각 방법을 실시하기 위한 챔버의 구성도이다.
도 3은 펄스-오프 구간에서 흡착 과정을 나타내는 개략도이다.
도 4는 펄스-온 구간에서 탈착 과정을 나타내는 개략도이다.FIG. 1 is a schematic view showing the phenomenon of re-deposition of an etched MRAM material using a conventional etching method.
2 is a block diagram of a chamber for carrying out a method of etching an MRAM material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an adsorption process in a pulse-off interval. FIG.
4 is a schematic diagram showing a desorption process in a pulse-on interval.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 MRAM 물질 식각 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of etching an MRAM material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the embodiment of the present invention will be described, and descriptions of other parts may be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In addition, terms and words used in the following description and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, but are to be construed in a manner consistent with the technical idea of the present invention As well as the concept.

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 플라즈마를 발생시키는 상부 챔버(500), 상기 상부 챔버 하부에 구비되며 제1 내지 제3 그리드를 포함하는 그리드부(400) 및 상기 그리드부 하부에 구비되며 기판이 놓여지는 하부 챔버(600)를 포함하는 식각 장치를 이용하는데, 상기 상부 챔버에서 발생된 플라즈마에 포함된 반응성 가스를 MRAM 기판 표면에 흡착시키는 흡착 단계 및 상기 반응성 가스가 흡착된 피식각층과 제1 서브층과의 결합 에너지보다 크고 상기 제1 서브층과 제2 서브층과의 결합 에너지보다 작은 에너지를 갖도록 가속된 반응성 이온 빔을 상기 피식각층 표면에 조사하여 상기 피식각층을 탈착시키는 탈착 단계를 포함한다.A method of etching an MRAM material according to the present invention includes: forming an upper chamber (500) for generating a plasma; a grid unit (400) provided below the upper chamber and including first to third grids; And a lower chamber (600) in which the reactive gas is adsorbed, wherein the reactive gas contained in the plasma generated in the upper chamber is adsorbed on the surface of the MRAM substrate, And a desorption step of irradiating the accelerated reactive ion beam onto the surface of the epitaxial layer so as to have an energy larger than the bonding energy between the first sub-layer and the second sub-layer and having an energy smaller than the bonding energy between the first sub-layer and the second sub- .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAM 물질 식각 방법을 실시하기 위한 챔버의 구성도이며, 도 2를 참조하면, 상기 챔버는 그리드 시스템을 포함하는 일반적인 플라즈마 장치와 유사한 구성을 취하고 있다.FIG. 2 is a block diagram of a chamber for performing an MRAM material etching method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the chamber has a configuration similar to a general plasma apparatus including a grid system.

상기 상부 챔버(500)는 플라즈마가 생성되는 공간으로서 플라즈마를 발생시키기 위한 가스가 주입되는 가스 주입구 및 챔버 내부에 전기장을 가하기 위한 RF 코일을 구비하고 있다.The upper chamber 500 has a gas inlet for injecting a gas for generating a plasma and an RF coil for applying an electric field inside the chamber.

또한, 상기 하부 챔버(600)는 MRAM 물질의 식각 공정이 이루어지는 공간으로서, 피처리 기판이 놓여지는 스테이지를 구비하고 있으며, 상기 그리드부(400)는 제1 그리드(400a), 제2 그리드(400b) 및 제3 그리드(400c)를 포함하여 이루어지며, 상기 상부 챔버(500)와 상기 하부 챔버(600)를 구획한다.The lower chamber 600 has a stage on which the substrate to be processed is placed and is provided with a first grid 400a and a second grid 400b And a third grid 400c. The upper chamber 500 and the lower chamber 600 are partitioned.

한편, 순차적으로 적층된 제1 내지 제3 그리드 중 가장 상부에 위치한 상기 제1 그리드(400a)에는 흡착 및 탈착 단계에서 주기적인 펄스 바이어스를 인가하기 위한 전원이 연결된다.On the other hand, a power source for applying a periodic pulse bias in the adsorption and desorption steps is connected to the first grid 400a located at the top of the first through third grids sequentially stacked.

후술하는 바와 같이 이온의 플럭스(flux) 조절을 위하여 상기 제2 그리드(400b)에도 전원이 연결되며, 상기 제3 그리드(400c)는 그라운드 되어 있다.As described later, power is also connected to the second grid 400b for controlling the flux of the ions, and the third grid 400c is grounded.

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 이온에 인가되는 에너지의 크기에 따라 흡착 단계와 탈착 단계로 구분되는바, 상기 제2 그리드(400b)에 인가되는 전압의 크기는 흡착 단계와 탈착 단계에 따라 달라지는 것이 아니며, 공정상의 필요 내지는 환경에 따라 적절하게 조절할 수 있다.The method of etching the MRAM material according to the present invention is divided into an adsorption step and a desorption step depending on the magnitude of energy applied to the ions. The magnitude of the voltage applied to the second grid 400b varies depending on the adsorption step and the desorption step And can be appropriately adjusted according to the process need or the environment.

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 크게 흡착 단계와 탈착 단계로 이루어지는데, 먼저 흡착 단계에서는 플라즈마가 발생되는 상기 상부 챔버(500)에서 라디칼, 이온 등을 포함하는 반응성 가스가 상기 그리드부(400)를 통과하여 상기 하부 챔버(600)로 내려오게 되며, MRAM 기판 표면, 즉 피식각층(300a)에 흡착 및 화학 결합을 하게 된다.The method for etching the MRAM material according to the present invention comprises a step of adsorption and a step of desorption. First, in the adsorption step, a reactive gas containing radicals, ions, and the like is supplied from the upper chamber 500, And is then brought down to the lower chamber 600 and adsorbed and chemically bonded to the surface of the MRAM substrate, that is, the etching layer 300a.

탈착 단계에서는 상기 제1 그리드(400a)를 통과하면서 가속된 이온이 상기 반응성 가스가 흡착된 MRAM 기판 표면에 충돌하는 과정을 통하여 탈착이 이루어지며, 상기 흡착 및 탈착 단계가 반복 진행됨으로써, MRAM 물질의 식각이 이루어진다.In the desorption step, the accelerated ions pass through the first grid 400a and are desorbed through the process of colliding with the surface of the MRAM substrate on which the reactive gas is adsorbed. By repeating the adsorption and desorption steps, Etching is done.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAM 물질 식각 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of etching an MRAM material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

상술한 바와 같이, 상기 제1 그리드(400a)에는 주기적인 펄스 바이어스를 인가하기 위한 전원이 연결되는데, 후술할 펄스-오프 구간 및 펄스-온 구간은 각각 상기 제1 그리드(400a)에 펄스 바이어스가 인가되지 않는 구간 및 펄스 바이어스가 인가되는 구간을 의미한다.As described above, a power source for applying a periodic pulse bias is connected to the first grid 400a. A pulse-off period and a pulse-on period to be described later are respectively applied to the first grid 400a with a pulse bias Quot; means an interval in which an unauthorized section and a pulse bias are applied.

도 3은 펄스-오프 구간에서 흡착 과정을 나타내는 개략도이며, 도 4는 펄스-온 구간에서 탈착 과정을 나타내는 개략도이다.FIG. 3 is a schematic view showing an adsorption process in a pulse-off interval, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a desorption process in a pulse-on interval.

도 3을 참조하면, 플라즈마가 발생되는 상부 챔버(500)에서 이온, 라디칼을 포함하는 반응성 가스가 그리드부(400)를 통과하여, 하부 챔버(600)로 내려와 스테이지에 안착된 MRAM 기판 표면에 흡착되는 과정을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, a reactive gas containing ions and radicals in the upper chamber 500 where the plasma is generated passes through the grid unit 400, descends into the lower chamber 600, is adsorbed on the surface of the MRAM substrate placed on the stage, Can be confirmed.

상기 그리드부(400)는, 상술한 바와 같이 제1 내지 제3 그리드(400a, 400b 400c)로 이루어지는데, 하부 챔버(600) 측으로부터 제3 그리드(400c), 제2 그리드(400b) 및 제1 그리드(400a)의 순서로 3층의 적층 구조로 구성된다.The grid unit 400 includes the first to third grids 400a and 400b and 400c as described above. The third grid 400c, the second grid 400b, and the third grid 400c are disposed from the lower chamber 600 side. And one grid 400a in this order.

한편, 흡착 단계에서는 상기 제1 그리드에 전원이 인가되지 않거나 탈착 단계보다 낮은 전원이 인가될 수 있으며, 작용하는 다른 외력 없이 상기 MRAM 기판 표면, 즉 피식각층(300a)에 반응성 가스가 흡착된다. 또한, 상기 MRAM 기판에도 별도의 전원이 인가되지 않으며, 이는 흡착 단계뿐 아니라 후술할 탈착 단계에 있어서도 동일하다.On the other hand, in the adsorption step, power is not applied to the first grid or a power lower than that in the desorption step can be applied, and the reactive gas is adsorbed on the surface of the MRAM substrate, that is, the etching layer 300a, without any other external force. Further, no additional power is applied to the MRAM substrate, which is the same in the desorption step as well as the adsorption step.

본 발명의 일 실시예에 따른 MRAM 물질 식각 방법에 사용되는 반응성 가스는, MRAM 물질과 화학결합을 할 수 있고, 휘발성이 높은 식각 부산물을 생성할 수 있는 가스로 선택될 수 있는데, CO/NH3, CH4, CH3OH 또는 플루오르(F)화 가스 중 어느 하나일 수 있다.A reactive gas used in the MRAM material etching method according to an embodiment of the present invention, it is possible to the MRAM material and the chemical bonds, may be selected as the gas in volatility to generate high etch by-product, CO / NH 3 , it may be CH 4, CH 3 OH or fluorine (F) either a gas screen.

예를 들어, CH- 결합을 가지고 있는 CH4를 반응성 가스로 선택하는 경우에는, MRAM 물질을 구성하는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction, 자기터널접합) 물질과 반응하여 Co(CHx) 또는 Fe(CHx)의 식각 생성물을 생성하며, 식각 속도를 향상시키는 장점이 있다.For example, when CH 4 is used as a reactive gas, it reacts with MTJ (Magnetic Tunnel Junction) material constituting the MRAM material to form Co (CHx) or Fe (CHx) It has the advantage of increasing the etch rate.

또한, CH3OH를 반응성 가스로 이용하게 되면, CO- 결합이 MTJ 물질과 반응하여 식각 특성을 향상시키는 것을 알려져 있으며, CO/NH3 가스를 이용하면 NH3 가스가 CO를 C와 O로 분해되지 않도록 억제하는 역할을 하게 된다.It is also known that the use of CH 3 OH as a reactive gas improves the etch characteristics of CO 2 -bonding by reacting with the MTJ material. When the CO 3 / NH 3 gas is used, the NH 3 gas decomposes CO into C and O So that it is possible to prevent the failure.

그리고 플루오르화 가스, 예를 들어 PF3 가스를 반응성 가스로 이용하는 경우에는 Co(PF3)4 또는 Fe(PF3)4 등의 식각 생성물을 생성하며 식각을 일으킨다.When a fluorinated gas such as PF 3 gas is used as a reactive gas, an etching product such as Co (PF 3 ) 4 or Fe (PF 3 ) 4 is generated and etched.

위와 같은 가스를 반응성 가스로 이용할 때에 생성되는 식각 생성물은 MTJ 구성 물질에 대한 식각 선택비가 매우 높아 식각 효율이 향상되며, 휘발성이 높기 때문에 기판에의 재증착 문제를 최소화할 수 있다.Etching products formed when using the above gas as a reactive gas have a very high etch selectivity with respect to the MTJ constituent, thereby improving the etching efficiency and minimizing the re-deposition problem on the substrate due to the high volatility.

한편, 도 4를 참조하면, 상기 반응성 가스가 흡착된 MRAM 기판 표면에 높은 에너지를 가진 이온이 충돌하여 상기 MRAM 기판 표면을 탈착하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that ions of high energy impinge on the surface of the MRAM substrate on which the reactive gas is adsorbed, and the surface of the MRAM substrate is desorbed.

이온은 흡착 단계에서 역시 흡착을 일으키는 물질로 작용하기도 하지만, 탈착 단계에서의 이온은 식각에 충분한 에너지를 갖고 상기 MRAM 기판 표면을 식각하게 된다.The ions act as adsorbing substances in the adsorption step, but the ions in the desorption step have sufficient energy to etch the surface of the MRAM substrate.

상기 흡착 단계에서 상기 MRAM 기판 표면에 반응성 라디칼 및 이온들이 충분히 흡착되기 때문에, 탈착 단계에서 내려오는 이온은 더 이상 흡착에 관여하지 않고 식각 역할을 하게 된다.Since the reactive radicals and ions are sufficiently adsorbed on the surface of the MRAM substrate in the adsorption step, ions coming down from the desorption step are no longer involved in adsorption but act as an etch.

이때, 상기 이온이 갖는 에너지는 상기 제1 그리드(400a)로부터 얻어지는데, 탈착 단계에서 상기 제1 그리드(400a)에 인가되는 전압은 상기 상부 챔버(500)에서 발생한 이온을 하부 챔버(600) 방향으로 밀어내는 외력으로 작용하며, 상기 이온은 이러한 외력에 의하여 가속되는 만큼의 에너지를 갖게 된다.At this time, the energy possessed by the ions is obtained from the first grid 400a. In the desorption step, the voltage applied to the first grid 400a is lower than the voltage generated in the upper chamber 500 toward the lower chamber 600 And the ions have energy enough to be accelerated by the external force.

이와 같이 가속된 이온은 반응성 가스가 흡착된 상기 MRAM 기판 표면을 식각하게 되는데, 상기 반응성 가스가 흡착된 피식각층(300a)과 제1 서브층(300b)과의 결합 에너지보다 크고 상기 제1 서브층(300b)과 제2 서브층(300c)과의 결합 에너지보다 작은 에너지를 갖도록 상기 이온이 갖는 에너지의 크기를 조절하는 것이 중요하다.The accelerated ions etch the surface of the MRAM substrate on which the reactive gas has been adsorbed, which is greater than the binding energy between the etching gas layer 300a on which the reactive gas is adsorbed and the first sub-layer 300b, It is important to control the magnitude of the energy possessed by the ions so as to have an energy smaller than the coupling energy between the second sub-layer 300b and the second sub-layer 300c.

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 흡착 단계와 탈착 단계가 한 번씩 수행됨에 따라 상기 MRAM 기판을 한 층씩 식각하게 되는데, 상기 피식각층(300a)과 MRAM 기판 표면은 동일한 층을 가리키며, MRAM 기판을 형성하는 최상부 원자층일 수 있다.In the method of etching the MRAM material according to the present invention, the MRAM substrate is etched one by one as the adsorption step and the desorption step are performed once. The etching layer 300a and the surface of the MRAM substrate refer to the same layer, Lt; / RTI >

또한, 상기 제1 서브층(300b)과 제2 서브층(300c)은 각각 상기 피식각층의 바로 아래의 원자층 및 상기 제1 서브층의 바로 아래 원자층을 가리킬 수 있다.In addition, the first sub-layer 300b and the second sub-layer 300c may indicate an atomic layer immediately below the floating gate layer and an atomic layer immediately below the first sub-layer, respectively.

상기 이온이 갖는 에너지의 크기는 상기 제1 그리드에 인가되는 전원의 전압 크기를 조절함으로써 조절할 수 있는데, 인가되는 전원의 크기가 클수록 상기 이온이 더 높은 에너지를 갖게 된다.The magnitude of the energy possessed by the ions can be controlled by adjusting the magnitude of the voltage of the power source applied to the first grid. As the magnitude of the power source applied is larger, the ions have higher energy.

한편, 상기 제1 그리드에 전원이 인가되는 주기를 조절함으로써 흡착 및 탈착이 진행되는 시간을 조절할 수 있는데, 이때에는 이온 에너지의 크기는 변화시키지 않으면서 식각율, 식각 균일도 등의 식각 특성을 제어할 수 있다.Meanwhile, it is possible to control the time for the adsorption and desorption to proceed by controlling the period of power application to the first grid. At this time, the etching characteristics such as the etching rate and the etching uniformity can be controlled without changing the size of the ion energy .

상기 제1 그리드(400a)에 의하여 가속되는 이온은 상기 그리드부(400)를 통과하면서 직진성이 강해지므로, 이온 빔의 형태로 MRAM 기판을 향하여 조사되는 양태를 보일 수 있다.Since the ions accelerated by the first grid 400a pass through the grid unit 400 and become stronger in the linear direction, they can be irradiated in the form of an ion beam toward the MRAM substrate.

상기 제2 그리드(400b)는 하부 챔버(600)로 내려오는 이온의 플럭스(flux)를 조절하는 역할을 하는데, 인가되는 전압의 크기를 조절하여 이온의 양을 조절할 수 있다.The second grid 400b controls the flux of ions flowing down to the lower chamber 600. The second grid 400b can control the amount of ions by controlling the magnitude of the applied voltage.

또한, 상기 제3 그리드(400c)는 접지되어 있는 상태이며, 제1 및 제2 그리드에 인가되는 전압에 대한 기준 역할을 한다.In addition, the third grid 400c is in a grounded state, and serves as a reference for a voltage applied to the first and second grids.

한편, 본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은, 상기 흡착 단계와 탈착 단계를 하나의 사이클로 하여 이를 반복 수행함으로써 MRAM 물질 식각을 수행하게 되는데, 상기 반응성 가스를 이용할 때에 발생하는 식각 부산물은 휘발성이 높기 때문에 별도의 배기 단계를 거치지 않아도 무방하다.Meanwhile, in the method of etching the MRAM material according to the present invention, the MRAM material is etched by repeatedly performing the adsorption step and the desorption step in one cycle. Since the etch by-products generated when the reactive gas is used are highly volatile It is not necessary to carry out a separate evacuation step.

따라서, 본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 두 개의 단계만으로도 식각을 수행할 수 있으며, 이온에 인가되는 에너지의 크기를 용이하게 제어할 수 있고, 펄스-오프 구간 및 펄스-온 구간에서 흡착 및 탈착을 효과적으로 제어할 수 있는 효과를 제공한다.Therefore, the etching method of the MRAM material according to the present invention can perform the etching with only two steps, and the magnitude of the energy applied to the ions can be easily controlled, and in the pulse-off section and the pulse-on section, Can be effectively controlled.

종래의 식각 방법 중 Ar, Ne, H2 또는 N2 가스 등의 비반응성 가스를 이용하는 방법은 흡착에 사용되는 가스와 탈착에 사용되는 가스의 종류가 다르기 때문에, 흡착 가스를 주입하여 흡착이 이루어진 후에 흡착되지 않는 잔여 가스 및 식각 부산물을 챔버 외부로 배출하는 배기 과정이 필수적이다.Among the conventional etching methods, a method using a non-reactive gas such as Ar, Ne, H 2, or N 2 gas is different from the gas used for adsorption and the gas used for desorption, It is necessary to exhaust the residual gas which is not adsorbed and the etching by-products to the outside of the chamber.

본 발명에 따른 MRAM 물질 식각 방법은 단일한 반응성 가스를 이용하여 흡착 및 탈착이 이루어지므로, 위와 같은 배기 과정이 불필요하며 흡착 및 탈착 단계만으로도 효과적으로 식각을 수행할 수 있다.Since the MRAM material etching method according to the present invention performs adsorption and desorption using a single reactive gas, the above-described exhaust process is unnecessary, and the etching can be effectively performed by only the adsorption and desorption steps.

또한, 상술한 바와 같이, MRAM 물질에 대한 반응성이 크고 휘발성이 높은 반응성 가스를 이용함으로써, 식각 부산물이 MRAM 기판에 재증착되는 종래 기술의 문제를 해결할 수 있으며, 차세대 나노급 메모리 소자 구현에 크게 기여할 수 있다.
Further, as described above, by using the highly reactive and highly reactive reactive gas for the MRAM material, it is possible to solve the problem of the prior art that the etching by-products are redeposited on the MRAM substrate, and it is possible to greatly contribute to the implementation of the next- .

100 : MRAM 기판 110 : 식각마스크
200 : 재증착층 300a : 피식각층
300b : 제1 서브층 300c : 제2 서브층
400 : 그리드부 400a : 제1 그리드
400b : 제2 그리드 400c : 제3 그리드
500 : 상부 챔버 600 : 하부 챔버100: MRAM substrate 110: etch mask
200: redeposited layer 300a:
300b: first sub-layer 300c: second sub-layer
400: grid portion 400a: first grid
400b: second grid 400c: third grid
500: upper chamber 600: lower chamber

Claims (5)

플라즈마를 발생시키는 상부 챔버, 상기 상부 챔버 하부에 구비되며 제1 내지 제3 그리드를 포함하는 그리드부 및 상기 그리드부 하부에 구비되며 기판이 놓여지는 하부 챔버를 포함하는 식각 장치를 이용하는 MRAM 식각 방법에 있어서,
상기 상부 챔버에서 발생된 플라즈마에 포함된 반응성 가스를 MRAM 기판 표면에 흡착시키는 흡착 단계; 및
상기 반응성 가스가 흡착된 피식각층과 제1 서브층과의 결합 에너지보다 크고 상기 제1 서브층과 제2 서브층과의 결합 에너지보다 작은 에너지를 갖도록 가속된 반응성 이온 빔을 상기 피식각층 표면에 조사하여 상기 피식각층을 탈착시키는 탈착 단계;
를 포함하고,
상기 그리드부는 상기 상부 챔버측에서부터 제1, 제2 및 제3 그리드의 적층구조를 가지며,
상기 흡착 단계에서는 상기 제1 및 제3 그리드에 전원이 인가되지 않고,
이온 플럭스 조절을 위해 상기 제2 그리드에 전원이 인가되며, 상기 제3 그리드가 그라운드 되는 MRAM 식각 방법.
An MRAM etching method using an etching apparatus including an upper chamber for generating a plasma, a grid unit provided below the upper chamber and including first to third grids, and a lower chamber provided below the grid unit, As a result,
An adsorption step of adsorbing the reactive gas contained in the plasma generated in the upper chamber on the surface of the MRAM substrate; And
A reactive ion beam accelerated so as to have an energy greater than the binding energy between the etching gas layer on which the reactive gas is adsorbed and the first sublayer and smaller than the binding energy between the first sublayer and the second sublayer is irradiated onto the surface of the etching layer A desorption step of desorbing the etching layer;
Lt; / RTI >
Wherein the grid portion has a laminated structure of first, second and third grids from the upper chamber side,
In the adsorption step, power is not applied to the first and third grids,
Wherein power is applied to the second grid for ion flux control, and the third grid is grounded.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탈착 단계에서는 상기 제1 그리드에 전원이 인가되어 상기 상부 챔버에서 발생되는 반응성 가스에 에너지를 제공하는 MRAM 식각 방법.
The method according to claim 1,
And the energy is supplied to the reactive gas generated in the upper chamber by applying power to the first grid in the desorption step.
제3항에 있어서,
상기 제1 그리드에 인가되는 전원의 전압 크기를 조절하여 상기 반응성 가스에 제공되는 에너지의 크기를 조절하는 MRAM 식각 방법.
The method of claim 3,
And adjusting the magnitude of energy supplied to the reactive gas by adjusting a voltage magnitude of a power source applied to the first grid.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착 단계 및 탈착 단계는 반복되어 수행되는 MRAM 식각 방법.
The method according to any one of claims 1, 3, and 4,
Wherein the adsorption step and the desorption step are repeatedly performed.
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