[发明专利]一种横向修剪缩微磁性隧道结图案的方法

说明书

本发明公开了一种横向修剪缩微磁性隧道结图案的方法，包括：第一步骤：在底电极基底上依次形成磁性隧道结多层膜、硬掩模膜层和牺牲掩模膜层；第二步骤：形成磁性隧道结图案，并采用横向修剪工艺对磁性隧道结图案进行修剪缩微；第三步骤：对牺牲掩膜层和硬掩模膜层进行刻蚀，并采用横向修剪工艺对继续磁性隧道结图案进行修剪以获得更精细尺寸的磁性隧道结掩模；第四步骤：对磁性隧道结多层膜进行刻蚀，以完成磁性隧道结的小型化制作。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)制造技术领域，尤其涉及制备小尺寸的MRAM电路，具体来说，本发明涉及采用一种横向修剪(TRIM)工艺来对磁性隧道结(MTJ,Magnetic Tunnel Junction)图案进行缩微的方法。

背景技术

近年来，采用MTJ的磁电阻效应的MRAM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。

为了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、高精确度、高可靠性、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。

在目前的MTJ刻蚀工艺中，反应离子刻蚀(RIE,Reactive Ion Etching)和离子束刻蚀(IBE,Ion Beam Etching)是最常用的两种技术，由于这两种工艺在刻蚀MTJ的时候都具有比较高的各向异性刻蚀性能，不会在图形化转移的过程中，对侧壁进行过多的横向刻蚀/修剪。如果采用193nm ArF干工艺或者248nm KrF的光刻技术，由于光刻机的分辨率的限制，那么，将达不到制作小尺寸MTJ的线宽的要求；想要制备小尺寸的磁性隧道结(MTJ)阵列就需要更精细的光刻技术，比如：193i湿工艺(immersion)，EUV或者EBL等，这无疑增加了制造成本。同时，相对于传统的半导体，MRAM回路中的MTJ尺寸和图案密度相对较小，从而增加了MTJ图案在图形化转移过程中消失的风险。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种横向修剪缩微磁性隧道结图案的方法，能够降低磁性隧道结图案在图形化转移的过程中消失的风险。

为实现上述目的，本发明提供了一种横向修剪缩微磁性隧道结图案的方法，包括：第一步骤：在底电极基底上依次形成磁性隧道结多层膜、硬掩模膜层和牺牲掩模膜层；第二步骤：形成磁性隧道结图案，并采用横向修剪工艺对磁性隧道结图案进行修剪缩微；第三步骤：对牺牲掩膜层和硬掩模膜层进行刻蚀，并采用横向修剪工艺继续对磁性隧道结图案进行修剪以获得更精细尺寸的磁性隧道结掩模；第四步骤：对磁性隧道结多层膜进行刻蚀，以完成磁性隧道结的小型化制作。