[发明专利]一种磁性隧道结的制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性隧道结的制备方法，在衬底上沉积了MTJ堆，随后制备MgO过渡层和硬掩膜层，随后图案化硬掩膜刻层停止在MgO过渡层上，进行氧注入过程，裸露的存储层经过氧化结晶过程后被转化为高电阻无磁性的高介电常数材料，用光刻方法去掉多余的部分，再进行回填和CMP平坦化处理，使得介电常数变小。本发明制成的MTJ芯片的处理速度比较高。

技术领域

本发明属于磁电阻随机存储器制造技术领域，尤其设计一种磁性隧道结的制备方法。

背景技术

近年来，基于磁性隧道结(MTJ)原理的磁电阻随机存储器(MRAM)非常有可能作为下一代固态非易失存储器应用，目前受到广泛关注。磁电阻随机存储器(MRAM)存储原理是是基于磁性隧道结(MTJ)阻值变化来实现的。MTJ一般是由三层材料构成，中间为薄的绝缘隧穿层，另两个磁性层中一层为磁化方向固定的参比层，一层为磁化方向可变的存储层。当参比层和存储层磁化方向平行时，MTJ为低阻态，对应逻辑态0；当参比层和存储层磁化方向反平行时，MTJ为高阻态，对应逻辑态1。

在MRAM制备过程中，磁性隧道结的图案化工艺已经成为最有挑战的工艺之一。传统图案化小尺寸的技术，比如离子束轰击，反应离子束刻蚀等技术已经不能满足MTJ堆的制备。基于离子注入方式的图案化技术已经被人们提出来应用于MRAM制备中。然而，由于处理过的存储层的介电常数比较大，芯片的处理速度会比较低。为了提高芯片处理速度，需要解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性隧道结的制备方法，刻蚀掉氧注入后的存储层，采用介质材料填充，介电常数变小，解决了芯片处理速度比较低的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种磁性隧道结的制备方法，所述磁性隧道结的制备方法包括：

在衬底上沉积种子层、参比层、遂穿层、存储层、过渡层和硬掩膜层；

光刻出掩膜形状，并刻蚀硬掩膜层；

以刻蚀后的硬掩膜层为硬掩膜，进行氧注入；

进行高温退火处理，并光刻去除多余的部分；

回填介质材料，并进行CMP平坦化处理；

在平坦化处理后的表面沉积顶电极，并光刻出顶电极图案。

所述种子层材料为Ta，Ru或Ta/Ru。

所述存储层材料为CoFeB或者CoFeB/CoFe双层材料。

所述隧穿层材料为MgO，Al2O3或者HfO2。

所述过渡层材料为缺氧的MgO。

所述回填的介质材料为SiOx，低k值材料，或者超低k值材料。

所述硬掩膜材料为Ta，TaN，TiN或者W中的一种或多种。

所述高温退火的温度为300度～800度，时间30秒～40分钟。

本发明提出了一种磁性隧道结的制备方法，在衬底上沉积了MTJ堆，随后制备MgO过渡层和硬掩膜层，随后图案化硬掩膜刻层停止在MgO过渡层上，进行氧注入过程，裸露的存储层经过氧化结晶过程后被转化为高电阻无磁性的高介电常数材料，用光刻方法去掉多余部分，进行回填和CMP平坦化处理，使得介电常数变小。本发明制成的MTJ芯片的处理速度会比较高。

附图说明

图1为本发明磁性隧道结的制备方法流程图；

图2为本发明实施例磁性隧道结截面；

图3A-图3F为本发明实施例各阶段磁性隧道结截面示意图。

具体实施方式