用于多步骤磁性隧道结(MTJ)蚀刻的替代导电硬掩模制造技术

一种用于制造磁性隧道结(MTJ)装置的多步骤蚀刻技术包括在该MTJ装置的第一电极上形成第一导电硬掩模以供在第一蚀刻步骤期间蚀刻第一电极。该方法还包括在第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模以供在第二蚀刻步骤期间蚀刻该MTJ装置的磁性层。间隔体层被共形沉积在第一导电硬掩模的侧壁上。第二导电硬掩模被沉积在第一导电硬掩模上并与第一导电硬掩模的侧壁上的间隔体层对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及磁性隧道结(MTJ)器件。更具体地，本公开涉及制造高密度磁性随机存取存储器(MRAM)设备阵列。背景与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，通过存储元件的磁化来存储数据。存储元件的基本结构包括由薄的隧穿阻挡分隔开的金属铁磁层。通常，位于阻挡下方的铁磁层(例如，钉扎层)具有固定在特定方向上的磁化。隧穿阻挡以上的铁磁磁性层(例如，自由层)具有可被更改以表示或“1”或“0”的磁化方向。例如，在自由层磁化与固定层磁化反平行时可表示“1”。另外，在自由层磁化与固定层磁化平行时可表示“0”，反之亦然。具有固定层、隧穿层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反平行。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ阵列构建的。为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。施加超过临界切换电流的写电流改变自由层的磁化方向。当写电流以第一方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对准。当写电流以与第一方向相反的第二方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中其自由层磁化和固定层磁化呈反平行取向。为了读取常规MRAM中的数据，读电流可经由用于将数据写入MTJ的相同电流路径来流经该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化彼此平行地取向，则MTJ呈现平行电阻。该平行电阻不同于在自由层和固定层的磁化以反平行取向时MTJ将呈现的电阻(反平行)。在常规MRAM中，由MRAM的位单元中的MTJ的这两个不同电阻定义两种相异的状态。这两个不同的电阻表示由该MTJ存储逻辑“0”值还是逻辑“1”值。MRAM是使用磁性元件的非易失性存储器技术。例如，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用当穿过薄膜(自旋过滤器)时变为自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)、和自旋动量转移(SMT-RAM)。磁性随机存取存储器的位单元可被布置成包括存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)模式的一个或多个阵列。自旋转移力矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)是具有非易失性优势的新兴非易失性存储器。具体地，STT-MARM以比片下动态随机存取存储器(DRAM)更高的速度操作。另外，STT-MRAM具有比嵌入式静态随机存取存储器(eSRAM)更小的芯片尺寸、无限读/写耐久性、以及低阵列漏泄电流。概述根据本公开的一方面的制造磁性隧道结(MTJ)装置的方法包括在该MTJ的第一导电硬掩模上、第一电极层上、以及磁性层上共形沉积第一间隔体层。第一间隔体层的第一部分被沉积在第一导电硬掩模的侧壁上且该间隔体层的第二部分被沉积在第一导电硬掩模的表面上。该方法还包括选择性地去除第一间隔体层的第二部分以在介电层内创建凹槽，该凹槽与第一间隔体层的第一部分对准。根据本公开的这一方面，该方法还包括用导电材料填充凹槽以在第一间隔体层的第一部分上和第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模。根据本公开的一方面的MTJ装置包括第二电极层上的第一导电硬掩模。第二电极层在MTJ层的堆叠上且电耦合至该MTJ层的堆叠。MTJ装置包括第一导电硬掩模的侧壁、第二电极层的侧壁、以及MTJ层堆叠的表面上的第一间隔体。根据本公开的这一方面，MTJ装置还包括与第一间隔体的侧壁对准的第二导电硬掩模。第二导电硬掩模在第一导电硬掩模上并且在第一间隔体上。根据本公开的另一方面的MTJ装备包括用于掩盖耦合至MTJ层的堆叠的第一电极层以及用于提供至第一电极层的导电路径的第一装置。第一掩盖装置邻接第一电极层。MTJ装备还包括用于保护第一装置的侧壁的装置。保护装置邻接第一装置的侧壁、第一电极层的侧壁、以及MTJ层的堆叠的表面。根据本公开的这一方面，MTJ装备还包括用于掩盖MTJ磁性层的堆叠以及用于电耦合至第一导电路径的第二装置。第二装置与第一装置的侧壁对准并邻接第一装置的表面。这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的附加特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。附图简述为了更全面地理解本公开，现在结合附图参阅以下描述。图1是连接至存取晶体管的磁性隧道结(MTJ)器件的示图。图2是包括MTJ的常规磁性随机存取存储器(MRAM)单元的概念图。图3是解说易受工艺有关损坏影响的MTJ堆叠的各部分的常规MTJ堆叠的示意横截面视图。图4A-4B是解说用于保护MTJ堆叠免受工艺有关损坏的当前已知两步骤蚀刻技术的部分制造的MTJ结构的示意横截面视图。图5A-5J是根据本公开的各方面的在制造期间的MTJ结构的示意横截面视图。图6是解说根据本公开的各方面的构造MTJ结构的示例性方法的工艺流程图。图7是示出其中可有利地采用本公开的配置的示例性无线通信系统的框图。图8是解说根据一种配置的用于半导体组件的电路、布局、以及逻辑设计的设计工作站的框图。详细描述以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以便避免淡化此类概念。如本文所述的，术语“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而术语“或”的使用旨在代表“排他性或”。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的磁性隧道结(MTJ)阵列构建的。MTJ堆叠可包括自由层、固定层和自由层与固定层之间的隧道阻挡层，以及一个或多个铁磁层。MTJ堆叠易受在蚀刻工艺期间因蚀刻副产品的重新沉积而导致损坏的影响。例如，光致抗蚀剂的去除可包括诸如氧灰化之类的工艺。氧灰化可导致光致抗蚀剂去除工艺期间对硬掩模层(例如，电极层)的损坏。氧灰化还可导致对MTJ堆叠的自由层的侧壁的上部分的损坏。蚀刻工艺从蚀刻MJT堆叠300的硬掩模层推进到蚀刻该堆叠的固定层(例如，钉扎)。当蚀刻工艺进展通过MTJ堆叠时，可导致对自由层314的侧壁322的损坏。当蚀刻工艺进一步推进时，隧穿阻挡层的侧壁的上部分和下部分也可被损坏。蚀刻工艺的非易失副产品还可沉淀为围绕存储器设备的MTJ的侧壁重新沉积的薄膜。重新沉积的薄膜可充当沿侧壁的漏泄路径，由此降低了MTJ的磁阻(MR)率。此种工艺有关损坏可导致显著降低的产率。现有技术不提供用于保护MTJ免受至少所有这些工艺有关损坏的有效解决方案。描述了根据本公开的一方面的实现两步骤MTJ蚀刻工艺的方法。在本公开的这一方面中，在第二蚀刻步骤期间保护间隔体。图1解说了存储器单元100，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造磁性隧道结(MTJ)装置的方法，包括：在所述MTJ的第一导电硬掩模上、第一电极层上、以及磁性层上共形沉积第一间隔体层，所述第一间隔体层的第一部分被沉积在所述第一导电硬掩模的侧壁上且所述间隔体层的第二部分被沉积在所述第一导电硬掩模的表面上；选择性地去除所述第一间隔体层的所述第二部分以在介电层内创建凹槽，所述凹槽与所述第一间隔体层的所述第一部分对准；以及用导电材料填充所述凹槽以在所述第一间隔体层的所述第一部分上和所述第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 US 14/243,3241.一种制造磁性隧道结(MTJ)装置的方法，包括：在所述MTJ的第一导电硬掩模上、第一电极层上、以及磁性层上共形沉积第一间隔体层，所述第一间隔体层的第一部分被沉积在所述第一导电硬掩模的侧壁上且所述间隔体层的第二部分被沉积在所述第一导电硬掩模的表面上；选择性地去除所述第一间隔体层的所述第二部分以在介电层内创建凹槽，所述凹槽与所述第一间隔体层的所述第一部分对准；以及用导电材料填充所述凹槽以在所述第一间隔体层的所述第一部分上和所述第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以小于所述第一间隔体层的所述第二部分的厚度来沉积所述第一间隔体层的所述第一部分。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以由所述第二导电硬掩模限定的图案来蚀刻所述MTJ的所述磁性层。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述第一间隔体层上沉积第一介电层。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括平坦化所述第一介电层以暴露所述第一间隔体层的所述第二部分。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括在用所述导电材料填充所述凹槽之后去除所述第一介电层的其余部分。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括去除所述第一间隔体层的第三部分，所述第一间隔体层的所述第三部分邻接所述MTJ的所述磁性层，其中所述磁性层不与所述第二导电硬掩模交叠。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括在去除所述第一间隔体层的所述第三部分之后以由所述第二导电硬掩模限定的图案来蚀刻所述MTJ的所述磁性层。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述第二导电硬掩模、所述第一间隔体层的所述第二部分、所述磁性层以及第二电极层上共形沉积第二间隔体层。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述第二间隔体层上沉积第二介电层；平坦化所述第二介电层；以及在所述第二介电层中形成导电互连，所述导电互连形成至所述第二导电硬掩模的导电路径。11.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述MTJ装置集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。12.一种MTJ装置，包括：第二电极层上的第一导电硬掩模，所述第二电极层在MTJ层堆叠上并电耦合至所述MTJ层堆叠；所述第一导电硬掩模的侧壁、所述第二电极层的侧壁以及所述MTJ层堆叠的表面上的第一间隔体；以及与所述第一间隔体的侧壁对准的第二导电硬掩模，所述第二导电硬掩模在所述第一导电硬掩模和所述第一间隔体上。13.如权利要求12所述的MTJ装置，其特征在于，所述第二导电硬掩模电耦合至所述第一导电硬掩模。14.如权利要求12所述的MTJ装置，其特征在于，所述第二导电硬掩模被安排成与所述第一导电硬掩模和所述第二电极层交叠。15.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·陆，C·朴，WC·陈，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US