[发明专利]一种环形结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及环形结构的制造工艺。 

背景技术

磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory MRAM)是一种静态随机存储器，它拥有高速读取和写入能力，以及动态随机存储器的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。MRAM作为高速内存技术将逐步替代现有的动态随机存取技术(Dynamic Random Access MemoryDRAM)。图1A～图1C示出了现有技术中的磁性随机存取存储器的结构示意图，磁性随机存取存储器100上的磁通道结(Magnetic Tunnel JunctionMTJ)有椭圆柱形磁通道结101、圆角矩形柱体磁通道结102和纳米环形磁通道结(Nano-ring type magnetic tunnel junction NR-MTJ)103。其中椭圆柱形磁通道结101和圆角矩形柱体磁通道结102所产生的磁场是非闭合磁场，磁场方向是向四周发散的，因此，在MRAM上的磁通道结阵列中的相邻磁通道结之间所产生的磁场将相互干扰，这会影响半导体器件的性能。而NR-MTJ 103为具有一定厚度的空心环形，它所产生的磁场由于是闭合的，因此减少了磁通道结阵列中各个单元产生磁场之间的相互干扰，同时降低MRAM内部比特层和参考层之间以及相邻比特单元之间的静态和动态磁耦合，同时降低了磁噪声。 

由于纳米环形磁通道结的种种优点使其具备了巨大的应用潜力。但是目前制作NR-MTJ 103时所遇到的技术问题在于：当对MRAM执行写入操作时，电流密度必须满足一定的数值才能实现写入数据。若NR-MTJ的面积较大的话，写电流必须相应变大，这样才能满足写入操作所需的一定数值的电流密度。这样势必使得执行写操作时MRAM上的功耗变大，即造成能量的损失。同时NR-MTJ的面积较大还会降低MRAM的存储密度。 

目前，利用电子束刻蚀法和氩离子束刻蚀法能够制作内径尺寸范围在20～30纳米、外径尺寸范围在50～60纳米的NR-MTJ。这种方法的主要原 理是利用电子束或者氩离子束轰击磁通道结层的表面，从而形成具有预先设定的内、外径尺寸的环形。虽然这种方法能够形成比较小的MTJ结构，但由于它的成本极高，因此只能在实验室中完成这些工艺，并不适用于生产线上大批量的生产。而现有生产线上的主流芯片制作工艺，如0.13微米工艺，又只能直接曝光制作内径大于100纳米、外径大于300纳米的NR-MTJ。 

因此，需要一种纳米环形磁通道结的制作工艺，能够在不提高生产成本的基础上生产内、外径尺寸较小的纳米环形磁通道结，使MRAM上的纳米环形磁通道结单元更密集，存储容量更大，同时降低MRAM的功耗。 

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。 

一种环形结构的制作方法，其特征在于包括： 

步骤(1)提供前端器件层，在所述前端器件层上形成结构层，在所述结构层上形成掩膜层，在所述掩膜层上形成底部抗反射层，在所述底部抗反射层上形成带有圆孔图案的光刻胶层； 

步骤(2)以所述带有圆孔图案的光刻胶层为掩膜对所述底部抗反射层及所述掩膜层进行刻蚀，以在所述掩膜层中形成圆孔； 

步骤(3)在所述掩膜层中的圆孔的内侧形成环形侧壁层； 

步骤(4)刻蚀掉剩余的所述掩膜层，保留所述环形侧壁层；和 

步骤(5)以所述环形侧壁层为掩膜，对所述结构层进行刻蚀，以使所述结构层成为所述环形结构，并剥离所述环形侧壁层。 

所述步骤(1)还包括：在所述结构层上形成掩膜层之前，在所述结构层上形成保护层；并且所述步骤(5)为，以所述环形侧壁层为掩膜，依次对所述保护层和所述结构层进行刻蚀，以使所述结构层成为所述环形结构，并剥离所述保护层和所述环形侧壁层。 

所述环形侧壁层的形成方法为：在所述掩膜层上的圆孔的底面、内侧和所述掩膜层的上表面沉积一层侧壁层，刻蚀掉覆盖在所述底面和所述上 表面的侧壁层。 

所述侧壁层采用钛与氮化钛的混合物、钽与氮化钽的混合物或者含有钨的化合物制成。 

所述结构层采用制作磁性随机存取存储器的磁通道结阵列的材料来制作。 

所述制作磁性随机存取存储器的磁通道结阵列的材料包含选自镁、钴、铂、铁、铷和锰中的至少一种金属元素。