[发明专利]一种磁性随机存储器自对准顶电极的形成方法

说明书

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种磁性随机存储器自对准顶电极的形成方法；包括以下步骤：S1设置基底；S2在基底上依次形成粘连层和硬掩模层；S3采用与MTJ相反的图案对MTJ进行图行化定义；S4将MTJ相反图案转移到硬掩模层底部，并对硬掩模膜层行刻蚀；S5沉积顶电极材料并覆盖硬掩模，形成自对准顶电极；S6移除顶电极材料、硬掩模材料和残留物；本发明的适合制备超精细的MRAM电路，用以解决PR弯曲和倒伏，不能正常的转移图案到MTJ单元，导电硬掩模侧壁倾斜角度过大，有利于MTJ单元的小型化，降低了MRAM电路位线和MTJ单元短路的风险。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种磁性随机存储器自对准顶电极的形成方法。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)的磁电阻效应的磁性随机存储器(MRAM，Magnetic RadomAccess Memory)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(也叫自由层)，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、高精确读、高可靠写、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。在当前的MRAM制造工艺中，重金属(比如:Ta等)会沉积在MTJ的顶部，既作为MTJ刻蚀用的导电金属硬掩模，也作为顶电极。作为后续刻蚀MTJ单元结构的自对准掩模的顶电则显得极异常重要。在超小型的MTJ单元中，由于重金属的难于刻蚀，低图案密度的圆形MTJ图案，以及光刻胶本身的特性等，很难制作满足要求的顶电极(MTJ刻蚀的导电金属掩模)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种磁性随机存储器自对准顶电极的形成方法，用于解决在当前的MRAM制造工艺中，重金属(比如:Ta等)会沉积在MTJ的顶部，既作为MTJ刻蚀用的导电金属硬掩模，也作为顶电极。作为后续刻蚀MTJ单元结构的自对准掩模的顶电则显得极异常重要。在超小型的MTJ单元中，由于重金属的难于刻蚀，低图案密度的圆形MTJ图案，以及光刻胶本身的特性等，很难制作满足要求的顶电极的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开一种磁性随机存储器自对准顶电极的形成方法，包括以下步骤：

S1设置基底；

S2在基底上依次形成粘连层和硬掩模层；

S3采用与MTJ相反的图案对MTJ进行图行化定义；

S4将MTJ相反图案转移到硬掩模层底部，并对硬掩模膜层行刻蚀；

S5沉积顶电极材料并覆盖硬掩模，形成自对准顶电极；