[发明专利]用于制造MTJ存储器装置的方法

说明书

本发明揭示了一种用于制造MTJ存储器装置的MTJ柱的方法。所述方法包括在衬底上沉积多个MTJ层、在所述衬底上沉积硬掩模及在所述硬掩模上涂布光致抗蚀剂。此外，执行反应性离子蚀刻及离子束蚀刻的交替步骤以隔离MTJ柱并暴露所述MTJ层的侧表面。施加绝缘层以保护所述MTJ层的所述侧表面。在使用化学机械抛光平坦化所述装置之前沉积第二绝缘层。

技术领域

本专利文件大体上涉及一种用于制造MRAM装置的方法，且更特定地说涉及一种用于制造具有改善密度及质量规格的MTJ存储器装置的MTJ柱的方法。

背景技术

磁阻随机存取存储器(“MRAM”)是通过磁性存储元件存储数据的非易失性存储器技术。这些元件是可保持磁场且由非磁性材料(即，势垒层)(例如非磁性金属或绝缘体)分离的两个铁磁板或电极。一般来说，板极中的一者的磁化被钉扎(即，“参考层”)，这意味着此层具有高于另一层的矫顽磁性且需要较大的磁场或自旋极化电流以改变其磁化定向。第二板极通常被称为自由层且其磁化方向可由小于参考层的磁场或自旋极化电流而改变。

MRAM装置通过改变自由层的磁化定向来存储信息。特定地说，基于自由层相对于参考层是平行对准还是反向平行对准，“1”或“0”可存储在每一MRAM单元中。归因于自旋极化电子穿隧效应，单元的电阻归因于两层的磁场的定向而改变。单元的电阻对于平行及反向平行状态来说将是不同的，且因此单元的电阻可用于区分“1”及“0”。MRAM装置的一个重要特征是其是非易失性存储器装置，因为其即使在断电时也保存信息。

MRAM装置被视为广泛范围的存储器应用的下一代结构。磁性隧道结(“MTJ”)层堆叠及将MTJ层堆叠处理成MTJ存储器装置的柱是MRAM技术发展的两个最重要方面。然而，在常规的制造方案下，在无分流的情况下以类DRAM密度形成柱状MTJ装置是不可制造的。

图1中说明当前处理技术的一个限制。一旦形成光掩模及硬掩模，就使用定向离子束110蚀刻MTJ堆叠。在蚀刻过程期间，在MTJ柱120的侧上重新沉积从MTJ柱的基部移除的材料。此经重新沉积材料130含有例如铱(Ir)、铂(Pt)、钌(Ru)金属等的金属，且所述金属不形成绝缘氧化物。结果，金属存在于MTJ柱120的势垒层的边缘122处明显不利于装置的操作。具体来说，此导电经重新沉积材料130使势垒短路且致使MTJ结构的隧道结不可操作。常规的制造工艺通过以极高离子束角度(通常70°)执行侧清洗以移除MTJ柱的势垒层的侧122上的经重新沉积材料130来缓解此问题。然而，此移除过程给装置密度带来了不可接受的限制。例如，如图1中所示，对于100nm的MTJ装置结构，离子束清洗需要大约270nm的间隔，这显著大于相邻MTJ柱之间的100nm或更小的密度要求。此外，以高的离子束角度进行的侧壁清洗显著增加了对薄MTJ层的束损坏，这只会进一步折损MTJ性能。虽然MRAM开发公司消耗大量资源及努力来开发离子束清洗技术以及其它制造工艺(例如反应性离子蚀刻)，但是现有的制造工艺没有产生令人满意的用于MTJ柱的工艺及加工技术。

因此，迫切需要一种满足未来MTJ存储器产品应用的密度及质量要求的用于MTJ存储器装置的MTJ柱的制造方法。

发明内容

本发明提供了解决当今所面临的这些关键的MRAM装置处理问题的MTJ柱形成处理步骤及制造方法。本文中预期的制造方法使用薄的绝缘体层及离子束蚀刻及反应性离子蚀刻的组合以界定MTJ柱。所述方法包含在衬底上沉积多个MTJ层、在衬底上沉积硬掩模且在硬掩模上涂布光致抗蚀剂。此外，执行反应性离子蚀刻及离子束蚀刻的交替步骤以隔离MTJ柱并暴露MTJ层的侧表面。施加绝缘层以保护MTJ层的侧表面。在使用化学机械抛光平坦化所述装置之前沉积第二绝缘层。

所揭示方法通过减少材料在MTJ柱的侧上的重新沉积、阻止在隧道势垒层的边缘处形成分流且减小由使用高角度离子束清洗而在MTJ层的边缘处引起的损坏来解决常规的MTJ装置制造的问题。