一种用于形成磁存储器件的方法技术

本发明专利技术提供了一种包括去离子水和有机酸的蚀刻剂溶液，该有机酸具有羧基和氢氧基。还公开了用于形成磁存储器件的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蚀刻剂溶液和利用包括该蚀刻剂溶液的处理过程形成半导体器件的方法。本专利技术更特别地提供了一种包括去离子水和有机酸的蚀刻剂溶液以及利用包括该蚀刻剂溶液的处理过程形成磁存储器件的方法。
技术介绍
磁存储器件有可能成为新颖替换存储器件的候选对象，部分地是因为它们具有诸如高速写和读操作、高集成度以及数据可重写性能力的非易失性特性。传统的磁存储器件可以采用磁隧道结图形(MTJ图形)作为数据存储单元。数字线和位线可以分别设置在MTJ图形之下和之上。数字线和位线可以互相交叉。数字线和位线产生的电场可以施加到MTJ图形，以改变MTJ图形的电阻。流过MTJ图形的电流量可以随MTJ图形的电阻的变化而变化。为了判定存储在磁存储器件的单元区内的信息是逻辑“1”还是“0”，可以检测流过MTJ图形的电流量的变化。MTJ图形可以包括两种磁性材料和插在它们之间的隧道阻挡层。MTJ图形的电阻可以随磁性材料的磁化方向改变。即，MTJ图形的电阻R1可以低于电阻R2(“R1”是在磁性材料的磁化方向互相相同时MTJ图形的电阻，而“R2”是它们的磁化方向互相不同时MTJ图形的电阻)。参考图1说明形成MTJ图形的传统方法。具体参考图1，在半导体衬底1上形成绝缘层2。在该绝缘层2上顺序形成底部磁性层、隧道阻挡层以及顶部磁性层。在顶部磁性层的预定区域上形成光致抗蚀剂图形7。利用该光致抗蚀剂图形7作为掩模，连续蚀刻顶部磁性层、隧道阻挡层和底部磁性层，以形成下部磁性图形3、隧道阻挡图形4以及上部磁性图形5，它们以所述的顺序堆叠在一起。在该例子中，所采用的蚀刻过程是活性离子蚀刻(RIE)处理过程。下部磁性图形3包括其磁化方向被固定的磁性材料，而上部磁性图形5包括其磁化方向可变的磁性材料。隧道阻挡图形4包括绝缘材料。在RIE处理过程中，在MTJ图形的侧壁上可能产生蚀刻残余8。不能轻而易举地去除蚀刻残余。由于按照惯例，上部磁性图形5可以包括镍铁合金(NixFey)或者钴铁合金(CoxFey)，蚀刻残余8可能怀疑铁、镍或者钴。因此，蚀刻残余8可能分别导致上部磁性图形3和下部磁性图形5电短路。因此，改变MTJ图形的内在特性可能导致磁存储器件发生故障。努力尝试解决上述问题。参考图2和图3说明一个这种尝试。图2和图3是示出用于形成磁存储器件的MTJ图形的改进的传统方法的剖视图。具体参考图2和图3，在半导体衬底10上形成绝缘层11。在绝缘层11上顺序形成底部磁性层12、隧道阻挡层13和顶部磁性层14。在顶部磁性层14的预定区域上形成光致抗蚀剂图形15。利用光致抗蚀剂图形15作为掩模，在朝向隧道阻挡层13的上表面的方向，蚀刻上部磁性图形15，以形成上部磁性图形14a。尽管该参考图中未示出，但是本
内的普通技术人员明白，去除了光致抗蚀剂图形15后，连续构图隧道阻挡层13和底部磁性层12，以形成下部磁性图形和隧道阻挡图形，它们以所述的顺序堆叠在一起。至少部分地因为利用构图处理过程形成光致抗蚀剂图形，所以可以保护上部磁性图形14a。根据该改进方法，利用隧道阻挡层13作为蚀刻阻止层，形成上部磁性图形14a。在形成下部磁性图形时，可以保护上部磁性图形14a，以防止下部磁性图形与上部磁性图形14a之间发生短路。采用RIE处理过程，可以蚀刻上部磁性层14。在某些例子中，隧道阻挡层13的厚度可能不适合使其用作蚀刻阻止层。更具体地说，隧道阻挡层13可能承受等离子体破坏和/或者物理破坏，至少部分地是因为RIE处理过程。因此，可能使下部磁性图形和上部磁性图形14a发生短路，而且不可能实现RIE处理过程的重现性。在克服上述缺陷的尝试中，可以利用湿法蚀刻，蚀刻顶部磁性层14。授予O’Sullivan等人(下面称为“O’Sullivan”)的第6,426,012号美国专利描述了一种包括二羟酸的蚀刻剂溶液。根据O’Sullivan，利用采用包括二羟酸的蚀刻剂溶液的湿法蚀刻处理过程，蚀刻包括镍铁合金(NixFey)或者钴铁合金(CoxFey)的顶部磁性膜。例如，二羟酸是戊二酸、己二酸或者辛二酸。然而，所描述的蚀刻剂溶液可能不能将镍铁合金(NixFey)或者钴铁合金(CoxFey)蚀刻到在此描述的制造工艺要求的程度。
技术实现思路
因此，本专利技术实施例提供对磁存储器件内的磁性层具有要求的蚀刻特性的蚀刻剂溶液和利用该蚀刻剂溶液形成磁存储器件的方法。本专利技术实施例还提供可以防止在磁性隧道结(MTJ)图形发生有关短路现象的蚀刻剂溶液以及利用该蚀刻剂溶液形成磁存储器件的方法。此外，本专利技术实施例提供在磁性层与隧道阻挡层之间具有要求的蚀刻选择性的蚀刻剂溶液以及利用该蚀刻剂溶液形成磁存储器件的方法。在某些实施例中，本专利技术提供了蚀刻剂溶液，该蚀刻剂溶液包括去离子水；以及有机酸，具有羧基和氢氧基，其中相对于去离子水，该蚀刻剂溶液包括约0.05至50重量百分比的有机酸。在某些实施例中，蚀刻剂溶液包括氧化剂。在某些实施例中，本专利技术提供了用于形成磁存储器件的方法，该方法包括在衬底上形成磁性层；以及利用包括去离子水和有机酸的蚀刻剂溶液蚀刻磁性层，其中有机酸具有羧基和氢氧基。在某些实施例中，本专利技术提供了用于形成磁存储器件的方法，该方法包括在衬底上形成底部磁性层、隧道阻挡层以及顶部磁性层；在顶部磁性层的预定区域上形成掩模图形；以及利用包括去离子水和有机酸的蚀刻剂溶液，以从顶部磁性层向隧道阻挡层的上表面的方向，进行蚀刻，以形成顶部磁性图形，其中有机酸包括羧基和氢氧基。在某些实施例中，形成磁存储器件的方法进一步包括形成上部磁性图形后，去除掩模图形；在衬底的整个表面上形成帽盖绝缘层；以及构图帽盖绝缘层、隧道阻挡层以及底部磁性层，以形成底部磁性图形、隧道阻挡图形以及帽盖绝缘图形，其中帽盖绝缘层覆盖顶部磁性图形的上表面和侧壁，而且其中相对于顶部磁性图形的平面区域，(a)顶部磁性图形和(b)隧道阻挡图形的平面区域较大。在某些实施例中，本专利技术提供了用于形成磁存储器件的方法，该方法包括在衬底上形成底部磁性层、隧道阻挡层以及顶部磁性层；在顶部磁性层的预定区域上形成掩模图形；各向异性蚀刻顶部磁性层、隧道阻挡层以及底部磁性层，以形成底部磁性图形、隧道阻挡图形以及顶部磁性图形；利用包括去离子水和有机酸的蚀刻剂溶液，至少蚀刻顶部磁性图形，其中有机酸包括羧基和氢氧基；以及去除掩模图形。附图说明图1是示出在磁存储器件上形成磁性隧道结图形的传统方法的剖视图。图2和图3是示出在磁存储器件上形成磁性隧道结图形的另一种传统方法的剖视图。图4至图8是示出根据本专利技术某些实施例形成磁存储器件的方法的剖视图。图9和图10是示出根据本专利技术某些实施例形成磁存储器件的方法的剖视图。具体实施例方式现在，将参考附图更全面说明本专利技术，附图示出本专利技术的各种实施例。然而，可以以不同的方式实现本专利技术，而且不应该认为本专利技术局限于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使该说明透彻和完整，而且该说明向本
内的技术人员全面表达本专利技术范围。在此用于描述本专利技术的专门名词仅用于描述特定实施例，而无意限制本专利技术。在对本专利技术实施例所做的描述和所附权利要求中使用的单数形式“a”、“an”和“the”也意在包括复数形式，除非上下文中明确指出。此外，在此使用的“和/或者”指而且包括所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚀刻剂溶液，包括：去离子水；以及有机酸，具有羧基和氢氧基，其中相对于去离子水，该蚀刻剂溶液包括约０．０５至５０重量百分比的有机酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金有京，洪昌基，崔相俊，韩政男，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]