[发明专利]一种制备磁性隧道结的方法

权利要求书

1.一种通过一次氧离子注入一次离子束刻蚀制备磁性隧道结的方法，其特征在于包括：在表面抛光的CMOS基底上，依次形成底电极、磁性隧道结多层膜和硬掩模膜层，其中磁性隧道结多层膜是由参考层、势垒层和记忆层依次向上叠加的底部嵌固结构；图形化定义磁性隧道结图案，并转移图案到磁性隧道结的顶部；沉积一层氧离子俘获层在硬掩模的周围，并覆盖磁性隧道结记忆层，其中在磁性隧道记忆层中间单次或多次插入氧离子俘获层，氧离子俘获层的厚度小于0.3nm，氧离子俘获层的材料选自Mg、Zr、Y、Th、Ti、Al和Ba；氧离子注入到没有被硬掩模覆盖的磁性隧道结记忆层，并对其进行热退火，其中调节氧离子的注入剂量和能量以使得没有被硬掩模覆盖的记忆层被注入足够多的氧原子，实现被氧化层隔绝的磁性隧道结记忆阵列结构单元；沉积一层电介质在在硬掩模的周围，并覆盖被氧化的记忆层，其中电介质为SiO、SiN、SiON、SiC、SiCN、Al₂O₃或者MgO中的一种；以沉积在硬掩模周围的电介质为掩模，对被氧化的记忆层、势垒层、参考层和底电极进行离子束刻蚀；采用电介质填充未被刻蚀硬掩模周围的空隙，并采用化学机械抛光磨平直到未被氧化的硬掩模顶部。

2.如权利要求1所述的制备磁性隧道结的方法，其特征在于，所述底电极包括种子层和导电层，种子层为Ta、TaN、W、WN、Ti或TiN，种子层的厚度为0.5nm-5nm；导电层为Cu、CuN、Mo、W或者Ru，导电层的厚度为5nm-30nm；所述磁性隧道结多层膜的总厚度为15nm-40nm；所述掩模层的厚度为40nm-100nm。

3.如权利要求1所述的制备磁性隧道结的方法，其特征在于，图形化后硬掩模外的氧离子俘获层选自Mg、Zr、Y、Th、Ti、Al和Ba，氧离子俘获层的厚度为1nm～5nm。

4.如权利要求1所述的制备磁性隧道结的方法，其特征在于，氧气离子注入后的真空退火温度为250℃～400℃，退火时间为30秒到30分钟。

5.如权利要求1所述的制备磁性隧道结的方法，其特征在于，用硬掩模作保护，对被氧化后的记忆层、势垒层、参考层和底电极进行离子束刻蚀；离子束刻蚀的主要刻蚀气体为Ar、Kr或Xe；离子束刻蚀采用发射光谱仪或者二次离子质谱的方法侦测刻蚀终点。

6.如权利要求1所述的制备磁性隧道结的方法，其特征在于，采用电介质填充未被刻蚀硬掩模周围的空隙，并采用化学机械抛光磨平直到未被氧化的硬掩模顶部。