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本论文针对MTJ刻蚀工艺技术目前存在的问题进行了总结和分析，同时还分析了目前所有在用的刻蚀设备的特点以及这些设备在应对MTJ刻蚀工艺时存在的不足之处。在此基础上，针对MTJ刻蚀工艺，创新性的改进了ICP和IBE的设备结构，同时还改进了PECVD系统。最终在研发的设备基础上，对MTJ的刻蚀工艺开发做了大量的研究工作，并在此基础上取得了部分创新性的研究成果。主要如下: 1.ICP和IBE刻蚀设备的结构创新:通过分析MTJ刻蚀的特点和当前ICP结构和IBE结构在应对MTJ刻蚀结构上的缺陷，首先针对ICP设备提出了大口径，可以快速将反应产物抽离晶圆表面的侧抽结构，并通过增加气体补偿结构克服了侧面大抽口带来的均匀性缺点。同时引入了下电极的偏压脉冲控制。其次提出了双离子源IBE系统，并且每个离子源通入不同的气体，实现不同的功能，同时还提出在离子源挡板上增加快速开关功能和在载台上优化机械结构增加摆动控制功能的设备结构改进方案。另外还根据现有的PECVD系统，改进优化设计了一套原位保护系统，用于在MTJ刻蚀完成后，沉积一层保护膜在器件表面。目前研发完成的设备正在运行，并进行大量的工艺测试。 2.光刻图形转移方案:提供了一种光刻胶、氧化硅、a-C三层薄膜转移光刻胶图形的方案。系统地研究了C3H6与He之比对a-C膜厚度和折射率的影响。发现气体比率的工艺窗口在2.44和2.6之间。在此基础上，发现a-C薄膜的组成和表面粗糙度随着沉积压力的降低，从混合类金刚石a-C薄膜到完全非晶a-C薄膜的转变以及a-C薄膜的表面粗糙度变得更低:Rq可达0.3nm。并采用非晶态a-C薄膜作为三层图案转移工艺的核心层，利用等离子体刻蚀最终实现了从光刻胶图形转移至a-C层，再以a-C层为掩蔽层实现Ta金属层的图形刻蚀。刻蚀结果可以获得较好的侧壁形貌，最终Ta层侧壁的陡峭度接近90°，Ta层与a-C层的选择比为30∶1，并且a-C层与Ta层的结合力也足够好。因此可以使用a-C薄膜作为小CD尺寸MTJ刻蚀的硬掩膜材料。 3.器件制备工艺:利用本文研发的创新型双离子源刻蚀系统，以及提出的三层掩膜图形放大方案，成功实现了80nm和30nmMTJ器件的刻蚀，刻蚀的结果，侧壁光滑，基本看不到侧壁再沉积现象，器件损伤也降至最小或者没有，器件最终的形貌同目前国际上的团队比较，形貌陡直，且刻蚀图形的底部平整度良好，足部效应远远小于国际团队同期公布的结果。器件刻蚀完成后原位沉积的30nmSiNx保护薄膜形貌覆盖率在80％以上，实现良好的保护。