论文部分内容阅读
磁性材料种类繁多，应用广泛，在计算机产业的存储器件方面有突出表现。在形成器件的过程中，磁性材料的一些特性，比如刻蚀产物挥发性不同、磁学性能易受温度影响等，对等离子体刻蚀工艺和设备提出了很大挑战。本文依托RIE-100M和ICP-100A两台自动刻蚀机，研究了多层磁性金属的刻蚀工艺;针对其中关键刻蚀参数自偏压，研究了其产生机制及其对刻蚀性能的影响;针对刻蚀工艺中出现的问题对刻蚀系统进行了优化。 本论文完成的主要工作如下: 1.针对包含Ru，Co，Fe，Pt和Mn等多层磁性金属的刻蚀工艺问题，在RIE-100M中使用不同的刻蚀气体进行实验。单纯的CO/NH3与Ru材料的化学反应缓慢，单纯Ar的物理刻蚀则无法避免刻蚀产物再沉积的问题，只有结合Ar的物理轰击和CO/NH3的化学反应才能较好的实现对磁性材料的刻蚀。其中自偏压对刻蚀速率有很大影响。另外，光刻胶掩膜在刻蚀过程中在离子轰击作用下温度会升高进而发生形变，甚至坍塌，影响侧壁形貌。 2.针对RIE中刻蚀速率慢和光刻胶变形的问题，使用ICP-100A对具有SiO2掩膜的磁性材料进行刻蚀实验。其中，SiO2可以避免掩膜升温变形的现象;而Ar/CO/NH3的混合气体中Ar的含量增加能够增加刻蚀速率，但也会导致侧壁倾角的增加;使用两步刻蚀工艺来控制Ar轰击的作用，可以保证较高的刻蚀速率和陡直的侧壁。 3.针对磁性材料刻蚀工艺中的关键刻蚀参数自偏压难以控制的问题，对RIE-100M中自偏压的影响机制及自偏压对刻蚀性能的影响进行了研究。自偏压取决于工艺中腔室的压力和射频功率;在下射频电极上覆盖聚酰亚胺材料，可以相对独立地降低自偏压;其中聚酰亚胺的厚度越厚，结构越致密，对自偏压的影响越大;刻蚀过程中聚酰亚胺材料上积累的电荷可以降低自偏压，抑制离子轰击的作用;自偏压对不同刻蚀机制的刻蚀速率的影响不同，可以调节选择比。 4.针对磁性材料刻蚀工艺中出现的一些机台稳定性问题，对RIE-100M系统设计进行优化:对射频电源的匹配电路进行了优化，能够在各个功率段实现对不同气体及其组合的稳定匹配;对匀流环进行优化，能够及时散热而避免发生形变，同时保证一定的均匀性;将人眼观察窗口优化为摄像头，能够实时观测腔室内刻蚀情况。 5.针对磁性材料刻蚀中两步工艺切换问题，对ICP-100A多步工艺的自动执行流程进行优化。修改射频电源和刻蚀气体切换的方式，缩短切换时间;加入在刻蚀过程中自动检测并记录工艺参数的功能。