[发明专利]一种磁性隧道结自对准钽掩模的形成方法

说明书

本发明提供了一种磁性隧道结自对准钽掩模的形成方法，步骤如下：S1.提供具有MTJ多层膜结构的基底；S2.在基底上依次形成钌膜层、硬碳膜层和抗反射层；S3.采用与MTJ相反的图案进行图案化定义；S4.对定义好的MTJ相反图案进行修剪，并对抗反射层和硬碳膜层进行刻蚀，将MTJ相反图案转移到硬碳膜层；S5.沉积一层钽膜层在MTJ相反图案化的碳膜层上；S6.对钽膜层进行回刻，直到抗反射层完全被刻蚀掉；S7.采用氧气干刻工艺除去硬碳膜层，以形成刻蚀MTJ的钽掩模。本发明的方法有利于MTJ单元的小型化，降低了MRAM电路位线和MTJ单元短路的风险。

技术领域

本发明涉及一种磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)掩模，特别涉及一种磁性隧道结自对准钽(Ta)掩模的形成方法，属于集成电路制造技术领域。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(MTJ)的磁电阻效应的磁性随机存储器(MRAM，MagneticRadom Access Memory)被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性记忆层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的隧道势垒层；磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。

为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通过向磁电阻元件提供自旋极化电流来反转磁性记忆层的磁化强度方向。此外，随着磁性记忆层的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，这种写方法可同时实现器件微型化和降低电流。

同时，鉴于减小MTJ元件尺寸时所需的切换电流也会减小，所以在尺度方面pSTT-MRAM可以很好的与最先进的技术节点相契合。因此，期望是将pSTT-MRAM元件做成极小尺寸，并具有非常好的均匀性，以及把对MTJ磁性的影响减至最小，所采用的制备方法还可实现高良莠率、高精确读、高可靠写、低能耗，以及保持适于数据良好保存的温度系数。同时，非易失性记忆体中写操作是基于阻态变化，从而需要控制由此引起的对MTJ记忆器件寿命的破坏与缩短。然而，制备一个小型MTJ元件可能会增加MTJ电阻的波动，使得pSTT-MRAM的写电压或电流也会随之有较大的波动，这样会损伤MRAM的性能。在当前的MRAM制造工艺中，重金属(比如Ta)会沉积在MTJ的顶部，既作为MTJ刻蚀用的硬掩模，也作为顶电极导电通道。

目前，制备磁性隧道结(MTJ)钽(Ta)硬掩模一般采用CF₄等干刻蚀方法，在这种条件下制备出来的钽(Ta)掩模一般都具有比较大的侧壁倾斜角度，非常不利于MTJ单元的小型化，为了使得MTJ单元做的更小，通常会降低钽(Ta)掩模的高度，然而这会增加位线和MTJ之间短路的风险。

同时，制备超精细的MTJ单元需要193nm或更精细的光刻技术，由于193nm或更光刻技术所采用的光刻胶(PR，Photo Resist)比较弱，MTJ器件尺寸本身相对于相邻MTJ器件之间尺寸要小的很多，这样更增加了193PR弯曲和倒伏的风险，从而不能正常的转移图案到MTJ单元。

发明内容

本发明的一种磁性隧道结自对准钽(Ta)掩模的形成方法，特别适合制备超精细的MRAM电路，用以解决PR弯曲和倒伏，不能正常的转移图案到MTJ单元，钽(Ta)掩模侧壁倾斜角度过大，有利于MTJ单元的小型化，降低了MRAM电路位线和MTJ单元短路的风险。

为了解决上述问题，根据本发明的一种磁性隧道结自对准钽掩模的形成方法，如图1所示，其步骤如下：

步骤S1：提供具有磁性隧道结多层膜结构的基底。优选地，磁性隧道结多层膜的厚度为15～40nm。