[发明专利]制造基于磁电阻的器件的方法

说明书

本申请要求2012年8月14日提交的美国临时申请No.61/682,860的权益。

技术领域

此处描述的示例性实施例通常涉及基于磁电阻的器件，并且更具体地，涉及制造基于磁电阻的器件的方法。

背景技术

基于磁电阻的器件、自旋电子学器件和自旋电子器件对于利用主要由电子自旋所引起的效应的器件是同义术语。在许多信息器件中使用基于磁电阻的器件提供非易失性的、可靠的、抗辐射的和高密度的数据存储和取回。许多基于磁电阻的器件包括，但不限于用于磁盘驱动器的读/写头、磁电阻随机存取存储器(MRAM)和磁传感器。

通常，MRAM包括磁电阻存储器元件的阵列。每个磁电阻存储器元件通常具有包括由各种非磁层分开的多个磁层的结构(例如磁隧道结(MTJ))，并且呈现取决于器件磁状态的电阻。在磁层中，信息被存储为磁化矢量的方向。一个磁层中的磁化矢量被磁性地固定或者钉扎，而另一个磁层的磁化方向可以在相同方向与相反方向(分别称为“平行”与“反平行”状态)之间自由转换。与平行和反平行磁状态相对应，磁存储器元件分别具有低电阻状态和高电阻状态。因此，电阻的检测允许磁电阻存储器元件(例如MTJ器件)提供存储在磁存储器元件中的信息。有两个完全不同的方法用于对自由层进行编程：场切换和自旋扭矩切换。在场切换MRAM中，邻近MTJ位的载流线用于生成作用于自由层的磁场。在自旋扭矩MRAM中，用通过MTJ本身的电流脉冲完成切换。由自旋极化隧道电流承载的自旋角动量引起自由层的反转，由电流脉冲的极性确定最终状态(平行或者反平行)。存储器元件由载流导体产生的磁场编程。通常，将两个载流导体(“数字线”(digit line)和“位线”)排列成交叉点矩阵以提供用于对存储器元件进行编程的磁场。由于数字线通常在存储器元件下面形成使得存储器元件可以磁耦合至数字线，因此使用标准CMOS处理形成通常将存储器元件耦合至晶体管的互连叠层，其偏离存储器元件。

人们一直在努力改进MRAM阵列中的MTJ元件的缩放比例或者密度。然而，这种努力已经包括使用消耗MRAM器件中宝贵资源的多个掩模和蚀刻步骤的方法。由于MRAM器件可能包括数百万MTJ元件，因此在每个MTJ元件的形成中这样使用资源会导致MRAM器件密度的显著降低。

因此，需要制造基于磁电阻的器件的方法，包括图案化磁隧道结和耦合至其上的电极。此外，结合附图以及上述技术领域和背景，通过后续的详细说明和所附权利要求，示例性实施例的其它期望特性和特征将变得明显。

发明内容

提供了使用超过一个硬掩模制造基于磁电阻的器件的方法。

在示例性实施例中，一种制造基于磁电阻的器件的方法包括以下步骤，其中该基于磁电阻的器件具有在第一导电层之上形成的磁性材料层，该磁性材料层包括在第一磁性材料层与第二磁性材料层之间形成的隧道势垒(tunnel barrier)层，该方法包括在第二磁性材料层之上图案化第一硬掩模；去除不受第一硬掩模保护的第二磁性材料层以分别形成第二磁性材料；在隧道势垒层、第一硬掩模和第二磁性材料的侧面之上图案化第二硬掩模；以及去除不受第二硬掩模保护的第一磁性材料层和隧道势垒层以形成第一磁性材料和隧道势垒。

在另一个示例性实施例中，一种制造基于磁电阻的器件的方法包括以下步骤，其中该基于磁电阻的器件具有在第一导电层之上形成的磁性材料层，该磁性材料层包括在第一磁性材料层与第二磁性材料层之间形成的隧道势垒层，该方法包括对不受第一硬掩模保护的第二磁性材料层的一部分进行蚀刻以分别形成第二磁性材料；在隧道势垒层、第一硬掩模和第二磁性材料的侧面之上图案化第二硬掩模；以及去除不受第二硬掩模保护的第一磁性材料层和隧道势垒层以形成第二磁性材料和隧道势垒，其中第一硬掩模包括第二电极。