形成图案的方法、形成磁存储器件的方法及离子束设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明构思的示例实施例涉及采用双向对称的离子束形成图案的方法、采用该形成图案的方法形成磁存储器件的方法、以及产生双向对称的离子束的离子束设备。
【背景技术】
[0002]磁存储器件正在被发展为满足对于高速度和低功耗的存储器件的产业需求的半导体存储器件。因为其高速度性能和非易失性特性，磁存储器件是下一代的半导体存储器件。
[0003]通常，磁存储器件可以包括磁隧道结(MTJ)图案。MTJ图案可以包括两个磁层和插设在该两个磁层之间的绝缘层。MTJ图案的阻值可以根据这两个磁层的磁化方向而改变。例如，如果这两个磁层的磁化方向彼此反平行，则MTJ图案可以具有相对高的阻值。如果这两个磁层的磁化方向彼此平行，则MTJ图案可以具有相对低的阻值。数据值可以利用所述阻值之间的差异在MTJ图案中表不。
[0004]电子产业越来越要求更高集成和更低功耗的磁存储器件。因此，对满足这些需求的各种方法正在进行研究。
【发明内容】
[0005]本发明构思的示例实施例提供一种能够容易控制图案的侧壁轮廓的形成图案的方法。
[0006]本发明构思的示例实施例还提供一种形成具有优良的可靠性的磁存储器件的方法。
[0007]本发明构思的示例实施例还提供一种能够稳定提供双向对称的离子束并控制每个离子束的入射角的离子束设备。
[0008]在一个方面中，一种形成图案的方法可以包括提供以第一入射角辐射到形成于基板上的蚀刻目标层的表面的第一离子束和以第二入射角辐射到蚀刻目标层的表面的第二离子束。图案可以通过采用第一离子束和第二离子束图案化该蚀刻目标层而形成。第一离子束和第二离子束可以相对于实质上垂直于基板的顶表面的法线彼此对称。相对于该法线测量的第一入射角和第二入射角的每个可以大于O度并小于通过从90度减去第一角获得的角度。第一角可以由下面的方程I限定:
[0009][方程l]a= arctan(B/A)。
[0010]其中V’表示第一角，“A”表示相邻的图案之间的距离，“B”表示图案的高度。
[0011]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以同时辐射到蚀刻目标层的表面的一个区域。被辐射的区域可以为与相邻的所述图案之间的距离相对应的区域。
[0012]在一个实施例中，每个图案可以具有彼此相反布置的第一侧壁和第二侧壁。彼此相邻定位的一对图案中的一个图案的第一侧壁可以面对该对图案中的另一个图案的第二侧壁。蚀刻目标层可以通过第一离子束蚀刻以形成第一侧壁，并且蚀刻目标层可通过第二离子束蚀刻以形成第二侧壁。
[0013]在一个实施例中，第一入射角可以实质上等于第二入射角。
[0014]在一个实施例中，形成图案可以包括:采用第一离子束和第二离子束蚀刻该蚀刻目标层以在蚀刻目标层中形成沟槽。第一入射角和第二入射角(相对于法线测量)的每个可以大于第二角并可以小于通过从90度减去第一角获得的角度，在蚀刻目标层的蚀刻期间在第二角，沟槽的底表面处的蚀刻速率为沟槽的侧壁处的蚀刻速率的两倍。
[0015]在一个实施例中，蚀刻目标层可以包括至少一个磁层。
[0016]在另一个方面中，一种形成磁存储器件的方法可以包括:提供以第一入射角辐射的第一离子束和以第二入射角辐射的第二离子束到基板上形成的磁隧道结层的表面；以及通过采用第一离子束和第二离子束图案化隧道结层而形成磁隧道结图案。第一离子束和第二离子束可以相对于垂直于基板的顶表面的法线实质上对称地施加。相对于法线测量的第一入射角和第二入射角的每个可以大于O度并小于通过从90度减去第一角获得的角度。第一角的大小可以由方程I限定。
[0017]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以实质上同时地辐射到磁隧道结层的表面的一个区域。所述一个区域可以为范围与相邻的磁隧道结图案之间的距离相对应的区域。
[0018]在一个实施例中，每个磁隧道结图案可以具有彼此相反布置的第一侧壁和第二侧壁。彼此相邻定位的一对磁隧道结图案中的一个图案的第一侧壁可以面对该对磁隧道结图案中的另一个图案的第二侧壁。磁隧道结层可以由第一离子束蚀刻以形成第一侧壁，并且磁隧道结层可以由第二离子束蚀刻以形成第二侧壁。
[0019]在一个实施例中，第一入射角的大小可以实质上等于第二入射角的大小。
[0020]在一个实施例中，形成磁隧道结图案可以包括:采用第一和第二离子束蚀刻磁隧道结层以在磁隧道结层中形成沟槽。第一和第二入射角的每个可以大于自法线测量的第二角并可以小于通过从90度减去第一角所获得的角度，在磁隧道结层的蚀刻期间在第二角，沟槽的底表面处的蚀刻速率为沟槽的侧壁处的蚀刻速率的两倍。
[0021]在一个实施例中，磁隧道结层可以包括顺序地堆叠在基板上的第一磁层、隧道阻挡层和第二磁层。形成磁隧道结图案可以包括:采用第一离子束和第二离子束顺序地蚀刻第二磁层、隧道阻挡层和第一磁层。
[0022]在一个实施例中，第一磁层和第二磁层的每个可以具有实质上垂直于第二磁层和隧道阻挡层之间的界面的磁化方向。
[0023]在一个实施例中，第一磁层和第二磁层的每个可以具有实质上平行于第二磁层和隧道阻挡层之间的界面的磁化方向。
[0024]在另一个方面中，一种形成磁存储器件的方法可以包括:产生辐射到形成于基板上的磁隧道结层的表面的离子束;在离子束的光路上提供彼此水平分隔开的第一栅格和第二栅格;将离子束分成第一离子束和第二离子束，第一离子束由第一栅格引导从而以第一入射角辐射到磁隧道结层的表面，第二离子束由第二栅格引导从而以第二入射角辐射到磁隧道结层的表面；以及通过采用第一和第二离子束图案化磁隧道结层而形成磁隧道结图案。第一离子束和第二离子束可以相对于垂直于基板的顶表面的法线彼此实质上对称。
[0025]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以同时辐射到磁隧道结层的所述表面的一个区域。所述一个区域可以为范围与相邻的磁隧道结图案之间的距离相对应的区域。
[0026]在一个实施例中，每个磁隧道结图案可以具有彼此相反布置的第一侧壁和第二侧壁。一对相邻的磁隧道结图案中的一个图案的第一侧壁可以面对该对磁隧道结图案中的另一个图案的第二侧壁。磁隧道结层可以通过第一离子束蚀刻以形成第一侧壁，并且磁隧道结层可以通过第二离子束蚀刻以形成第二侧壁。
[0027]在一个实施例中，第一入射角可以实质上等于第二入射角。
[0028]在一个实施例中，相对于法线测量的第一入射角和第二入射角的每个可以大于O度并小于通过从90度减去第一角获得的角度。第一角可以由方程I限定。
[0029]在一个实施例中，形成磁隧道结图案可以包括:采用第一离子束和第二离子束蚀刻磁隧道结层以在磁隧道结层中形成沟槽。第一入射角和第二入射角的每个可以大于自法线测量的第二角并可以小于通过从90度减去第一角获得的角度，在磁隧道结层的蚀刻期间在第二角，沟槽的底表面处的蚀刻速率是沟槽的侧壁处的蚀刻速率的两倍。
[0030]在一个实施例中，第一栅格和第二栅格相对于基板的顶表面的斜度(或者倾斜角)可以改变以调整第一入射角和第二入射角。
[0031]在一个实施例中，第一入射角和第二入射角可以被调整为实质上彼此相等。
[0032]在一个实施例中，磁隧道结层可以包括:顺序地堆叠在基板上的第一磁层、隧道阻挡层和第二磁层。形成磁隧道结图案可以包括:采用第一离子束和第二离子束顺序地蚀刻第二磁层、隧道阻挡层和第一磁层。
[0033]在一个实施例中，第一磁层和第二磁层的每个可以具有实质上垂直于第二磁层和隧道阻挡层之间的界面的磁化方向。
[0034]在一个实施例中，第一磁层和第二磁层的每个可以具有实质上平行于第二磁层和隧道阻挡层之间的界面的磁化方向。
[0035]在另一个方面中，一种形成磁存储器件的方法可以包括:在基板上形成磁隧道结层;在磁隧道结层的表面之上产生等离子体，其中鞘层区域(sheath reg1n)被限定在等离子体和磁隧道结层的表面之间，并且其中鞘层区域中的电子数目小于等离子体的电子数目；在等离子体和磁隧道结层之间提供绝缘体以改变等离子体和所述鞘层区域之间的边界的形状;提供以第一入射角辐射到磁隧道结层的表面的第一离子束和以第二入射角辐射到磁隧道结的表面的第二离子束，第一离子束和第二离子束从等离子体横穿所述边界从而穿过绝缘体之间的间隙区域辐射到磁隧道结层的表面；以及通过采用第一离子束和第二离子束图案化磁隧道结层而形成磁隧道结图案。第一离子束和第二离子束可以相对于垂直于基板的顶表面的法线实质上彼此对称地辐射。相对于法线测量的第一入射角和第二入射角的每个可以大于O度并小于通过从90度减去第一角获得的角度。第一角可以由方程I限定。
[0036]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以实质上同时地辐射到磁隧道结层的表面的预定区域，并且磁隧道结层的表面的预定区域可以是范围与相邻的磁隧道结图案之间的距离相对应的区域。
[0037]在一个实施例中，第一入射角可以实质上等于第二入射角。
[0038]在一个实施例中，绝缘体可以包括:第一绝缘体和第二绝缘体，彼此水平分隔开并设置在自基板的实质上相同的垂直水平面处；以及第三绝缘体，在平面图中提供在第一绝缘体和第二绝缘体之间并设置在自基板的比第一和第二绝缘体更高的垂直水平面处。绝缘体可以改变在鞘层区域中产生的电场的形式以控制等离子体和该鞘层区域之间的边界的形状。第一离子束可以横穿第一绝缘体与第三绝缘体之间的边界从而穿过第一绝缘体和第三绝缘体之间的间隙区域辐射到磁隧道结层的表面。第二离子束可以横穿第二绝缘体和第三绝缘体之间的边界从而穿过第二绝缘体和第三绝缘体之间的间隙区域辐射到磁隧道结层的表面。
[0039]在一个实施例中，形成磁隧道结图案可以包括:采用第一和第二离子束蚀刻磁隧道结层以在磁隧道结层中形成沟槽。第一入射角和第二入射角的每个可以大于自法线测量的第二角并可以小于通过从90度减去第一角获得的角度，在磁隧道结层的蚀刻期间在第二角，沟槽的底表面处的蚀刻速率是沟槽的侧壁处的蚀刻速率的两倍。
[0040]在另一个方面中，一种离子束设备可以包括:工作台，其上装载基板;离子源部分，提供在工作台上方并产生离子束；以及离子束控制部分，提供在工作台和离子源部分之间，离子束控制部分控制辐射到基板的表面的离子束的光路。离子束控制部分可以包括:彼此水平分隔开的第一栅格和第二栅格。离子束可以分成第一离子束和第二离子束。第一离子束可以由第一栅格引导从而以从垂直于基板的表面的法线测量的第一入射角辐射到基板的表面，并且第二离子束可以由第二栅格引导从而以从法线测量的第二入射角辐射到基板的表面。第一离子束和第二离子束可以相对于法线实质上对称。
[0041]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以被引导以辐射到基板的表面的一个区域，并且基板的该表面的该一个区域可以为范围与基板上采用第一和第二离子束形成的图案中的相邻图案之间的距离相对应的区域。
[0042]在一个实施例中，第一离子束和第二离子束可以实质上同时地辐射到基板的该表面的该一个区域。
[0043]在一个实施例中，第一入射角的大小可以实质上等于第二入射角的大小。
[0044]在一个实施例中，第一栅格和第二栅格的每个可以包括:顺序地堆叠的第一子栅格和第二子栅格，并且第一子栅格和第二子栅格的每个可以包括多个孔。第一子栅格的每个孔可以与第二子栅格的孔中的对应的一个实质上对准。<