[发明专利]一种磁隧道结及其制造方法

说明书

本发明公开一种磁隧道结及其制造方法。磁隧道结制造方法包括以下步骤：第一介质孔形成步骤，在底电极上形成第一钝化介质层，并在第一钝化介质层中形成第一介质孔；第一磁性层形成步骤，在第一介质孔中形成第一磁性层,使所述第一磁性层的顶面与所述第一钝化介质层的顶面处于同一平面；第二介质孔形成步骤，在第一磁性层上形成第二钝化介质层，并在第二钝化介质层中形成第二介质孔；隧穿绝缘层及第二磁性层形成步骤，在所述第二介质孔中依次形成隧穿绝缘层和第二磁性层；以及顶电极形成步骤，在第二磁性层上形成顶电极。本发明的磁隧道结及其制造方法有效降低了磁性隧道结刻蚀工艺的难度，并有效提高了器件的可靠性和良率。

技术领域

本发明涉及磁性随机存储器领域，具体涉及一种磁隧道结及其制造方法。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种非挥发性的磁性随机存储器，它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入，是晶圆制造工业领域的主流产品之一。

磁隧道结(MTJ)是MRAM的核心结构，该结构由固定层、非磁性隔离层和自由层组成。其中，固定层较厚，磁性较强，磁矩不容易反转，而自由层较薄，磁性较弱，磁矩容易反转。根据自由层和固定层之间磁矩平行和反平行的变化，输出“0”或“1”的状态。自由层是存储信息的磁性薄膜，使用软铁磁材料，具有比较低的矫顽力，较高的磁导率以及对低磁场的高敏感性。常见的材料如CoFe、NiFe、NiFeCo、CoFeB(使用较多)等。隔离层是厚度仅有1～2nm的非磁性薄膜，如MgO或AL₂O₃等。固定层是MRAM单元中磁场具有固定方向的薄膜。材料的选择应当与反铁磁层具有较强的交换偏置作用，从而使被钉扎层的磁矩能够被有效地钉扎在固定的方向上。关于这类材料，比较合适的有CoFe，CoFeB等。

在磁隧道结制造工艺中，需要通过刻蚀的方法(参见专利文献1～6)对磁隧道结进行图形化。如上所述，MTJ的材料是难于干法刻蚀的材料如Fe、Co、Mg等，难以形成挥发产物，并且不能采用腐蚀气体(Cl₂等)，否则会影响MTJ的性能。因此需要采用比较复杂的刻蚀方法才能实现，并且刻蚀工艺具有较高的难度。

在专利文献7中所记载的刻蚀方法中，采用了大马士革镶嵌的方法，但是由于介质刻蚀形貌局限等镶嵌工艺的特点，难以获得高密度的MTJ点阵。另外，因为隧穿层很薄，化学机械研磨的工艺会造成材料表面变形或少量的金属残留物，可能使第一磁性层和第二磁性层在研磨面上存在导电通道，从而导致短路和器件失效。

专利文献1 US20090209102；

专利文献2 US8629518；

专利文献3 US8962349；

专利文献4 CN103682084A；

专利文献5 CN1801390A；

专利文献6 US7397099；

专利文献7 CN103066199A。

因此，目前亟待需要提出一种能够降低磁隧道结刻蚀工艺难度并保证器件的可靠性和良率的技术方案，从而进一步降低产品制造成本，提升产品品质。

发明内容