[发明专利]磁通道接面结构与其制造方法

说明书

本公开涉及磁通道接面结构与其制造方法。将磁通道接面(magnetic tunneling junction,MTJ)堆叠沉积在底电极上。将顶电极层和硬遮罩沉积在MTJ堆叠上。蚀刻未被硬遮罩覆盖的顶电极层。之后，将第一间隔物层沉积在图案化的顶电极层和硬遮罩上。第一间隔物层在水平表面上被蚀去，留下在图案化的顶电极层的侧壁上的第一间隔物。蚀刻未被硬遮罩及第一间隔物覆盖的自由层。之后，在图案化的先前层上沉积后续间隔物层的步骤，在水平表面上蚀去后续间隔物层，在图案化的先前层的侧壁上留下后续间隔物层，之后重复蚀刻未被硬遮罩及后续间隔物覆盖的继续层(next layer)，直到已经蚀刻完MTJ堆叠的所有层以完成MTJ结构。

技术领域

本申请有关磁通道堆叠(magnetic tunneling junctions,MTJ)的一般领域，更详细而言，有关用于形成MTJ结构的蚀刻方法。

背景技术

磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random-access memory,MRAM)装置的制造通常涉及一系列制程步骤，在这些步骤中，沉积许多金属层和介电层，然后图案化以形成磁阻堆叠以及用于电性连接的电极。为了定义每个MRAM装置中的MTJ，通常涉及精确的图案化步骤，包括微影和反应离子蚀刻(reactive ion etching,RIE)、离子束蚀刻(ionbeam etching,IBE)或其组合。在RIE期间，高能离子垂直去除未被光刻胶遮盖的区域的材料，从而分离一个MTJ元件与另一个MTJ元件。

但是，高能离子还会与未去除的材料、氧气、水分和其他化学物质发生横向反应，从而导致侧壁损坏并降低装置性能。为了解决这个问题，利用不同气体等离子体，例如Ar和Xe的纯物理蚀刻技术，例如RIE或IBE被应用以蚀刻MTJ堆叠。然而，由于具有非挥发性，MTJ和底电极中经过物理蚀刻的导电材料，会形成一条贯穿通道阻障的连续路径，从而导致装置短路。此外，在MTJ的物理蚀刻过程中，可能会再沉积一层并与周围的层混合在一起，从而降低装置性能因此，未来低于60nm的MRAM产品需要一种克服这些缺陷的新方法。

许多参考文献启示形成MTJ的多步骤蚀刻方法，包括U.S.Patents 9,793,126(Dhindsa et al)、9,722,174(Nagel et al)、8,883,520(Satoh et al)和9,269,893(Luet al)。U.S.Patents 9,570,670(Park et al)和8,642,358(Lee)启示利用间隔物蚀刻。所有这些参考文献均与本公开不同。

发明内容

本公开的目的是提供一种改良的形成MTJ结构的方法。

本公开的另一个目的是提供一种形成MTJ装置的方法，没有在MTJ侧壁上金属再沉积或与另一MTJ层相互混合而使通道阻障短路的现象。

根据本公开的目的，实现一种用于蚀刻MTJ结构的方法。将MTJ堆叠沉积在底电极上，其中MT堆叠包括至少一个第二钉扎(pinned)层、一个第一钉扎层在第二钉扎层上、一个阻障层在第一钉扎层上和一个自由层在阻障层上。将顶电极层沉积在MTJ堆叠上。将硬遮罩沉积在顶电极层上。蚀刻未被硬遮罩覆盖的顶电极层。之后，将第一间隔物层沉积在图案化的顶电极层和硬遮罩上。第一间隔物层在水平表面上被蚀去，留下在图案化的顶电极层的侧壁上的第一间隔物。蚀刻未被硬遮罩及第一间隔物覆盖的自由层。之后，在图案化的先前层上沉积后续间隔物层的步骤，在水平表面上蚀去后续间隔物层，在图案化的先前层的侧壁上留下后续间隔物层，之后重复蚀刻未被硬遮罩及后续间隔物覆盖的继续层(nextlayer，接续层)，直到已经蚀刻完MTJ堆叠的所有层以完成MTJ结构。

附图说明

构成本说明书实质部分的附图，显示为：

图1至图8是根据本公开的优选实施例示出代表步骤的剖面图。

附图标记说明：

10～底电极