[发明专利]STT-RAM结构的离子束蚀刻

说明书

本公开提供了用于改善自旋转移矩随机存取存储器(STT‑RAM)结构的蚀刻的各种方法。在一个示例中，该方法包括(1)以接近法向入射正好通过MTJ的堆叠的离子束蚀刻，(2)在窗口化模式中以较大角度的短清理蚀刻以去除沿着从MTJ的正好下方延伸到MTJ的正好上方的侧壁的任何再沉积的材料，(3)沉积具有受控台阶覆盖的密封剂，以从由蚀刻步骤产生的锥形轮廓恢复到垂直或稍微凹入的轮廓，(4)在保持沿MTJ的侧壁的封装的同时，以接近法向入射对堆叠的其余部分进行离子束蚀刻，(5)以更大的角度和窗口模式进行清理蚀刻以从侧壁去除再沉积的材料，以及(6)对经蚀刻的堆叠的封装。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月30日提交的题为“ION BEAM ETCHING OF STT-RAMSTRUCTURES(STT-RAM结构的离子束蚀刻)”的未决美国非临时专利申请序号14/927,604的优先权。

技术领域

本申请涉及用于自旋转移矩(STT)存储器结构的离子束蚀刻技术。

背景技术

自旋转移矩(STT)随机存取存储器(RAM)是移动应用的片上SRAM的潜在替代选择，也是DRAM和NOR闪存的替代品。它具有快速读写、高耐用性和非易失性的属性，具有良好的耐用性和低功耗。

STT-RAM面临的主要挑战之一涉及密集阵列中磁栈的图案化。导电的非挥发性副产物在结构的侧壁上凝结并且电分流磁隧道结。另外，由于器件的尺寸缩小到宽度为40nm以下，磁隧道结蚀刻引起的损伤边缘降低了器件的性能。最后，对于致密结构，希望接近垂直的侧壁以确保相邻钻头之间的电隔离。因此，迫切需要开发无损蚀刻工艺来图案化STT-RAM堆叠，尤其是当尺寸从40nm缩小到20nm以下时。

发明内容

在一个实施方式中，本公开提供了一种通过以下步骤制造磁隧道结(MTJ)器件的方法：提供包括MTJ堆叠的初始结构；蚀刻恰好通过MTJ堆叠的结构，其中以接近法向的入射角执行蚀刻；执行清理蚀刻以从MTJ堆叠的从MTJ的正好下方延伸到MTJ的正好上方的侧壁去除再沉积的材料；在清理后的蚀刻的侧壁上方沉积封装层；以接近法向的入射角蚀刻该结构的其余部分，同时确保MTJ堆叠的侧壁上的封装层大部分被保留；执行清理蚀刻以从MTJ堆叠的侧壁移除大部分再沉积的材料；并封装蚀刻的堆叠以避免空气暴露时的腐蚀。

在另一实施方式中，本公开提供了一种对具有磁隧道结(MTJ)堆叠的STT-RAM结构进行图案化的方法，包括：蚀刻正好通过MTJ堆叠的结构，其中以接近法向的入射角执行蚀刻；以大于接近法向的入射角的角度执行清理蚀刻，以从MTJ堆叠的从MTJ的正好下方延伸到MTJ的正好上方的侧壁移除再沉积的材料；在清理过的蚀刻的MTJ侧壁上方沉积电绝缘蚀刻停止材料；以接近法向的入射角蚀刻该结构的其余部分，同时确保MTJ堆叠的侧壁上的封装层大部分被保留；以大于接近法向的入射角的角度执行清理蚀刻以从MTJ堆叠的侧壁移除大部分再沉积的材料；并封装蚀刻的堆叠以避免空气暴露时的腐蚀。

在又一个实施方式中，本公开提供了一种对具有磁隧道结(MTJ)堆叠的STT-RAM结构进行图案化的方法，包括：蚀刻恰好通过MTJ堆叠的结构，其中以接近法向的入射角执行蚀刻；以大于接近法向入射角的角度执行第一清理蚀刻，以从MTJ堆叠的从MTJ的正好下方延伸至MTJ的正好上方的侧壁移除再沉积的材料，第一清理蚀刻在结构旋转时在45°开始以90°增量为中心的扫掠角上执行(例如，对于沿着0°和90°对齐的四重对称的方形图案)；在清理过的蚀刻的MTJ侧壁上方沉积电绝缘蚀刻停止材料；以接近法向入射角蚀刻该结构的其余部分，同时确保MTJ堆叠的侧壁上的封装层大部分被保留；以及以大于接近法向入射角的角度执行第二清理蚀刻，以从MTJ堆叠的侧壁移除大部分再沉积的材料，第二清理蚀刻在结构旋转时在45开始以90°增量为中心的扫掠角上执行。

在一些实施方式中，封装层以可选扫掠的角度沉积，以选择性地涂覆掩模的侧壁。这样的沉积使掩模侧壁角返回到垂直或稍微凹入。