[发明专利]存储位元的制备方法及MRAM的制备方法

说明书

本发明提供了一种存储位元的制备方法及MRAM的制备方法。该制备方法包括形成磁隧道结的步骤，在形成磁隧道结的步骤之后，制备方法还包括以下步骤：对磁隧道结的侧壁进行气体钝化处理，以减少侧壁表面的悬挂键。本发明通过上述气体钝化处理，不仅能够减少侧壁表面的悬挂键，还能够去除表面杂质，并填充表层内部、表面的空位，从而降低缺陷密度，提高了器件稳定性，缓解了刻蚀损伤对TMR等性能参数的影响，能够降低器件阵列的TMR减损率、TMR离散值、临界电压离散值，提高临界磁场。

技术领域

本发明涉及半导体存储芯片制造领域，具体而言，涉及一种存储位元的制备方法及MRAM的制备方法。

背景技术

存储芯片是计算机的重要组成部分，影响着整个计算机的速度、集成和功耗。在目前的计算机内部，存储器分为两部分，硬盘和缓存。硬盘容量大、断电数据不丢失，但速度慢。即使是较先进的固态硬盘NAND Flash也不能避免。缓存速度快，如DRAM和SRAM，但容量小、断电数据丢失。随着芯片特征尺寸的逐渐缩小，NAND、DRAM和SRAM面临功耗大、面积大等一系列难以克服的困难。

MRAM是目前最有潜力的下一代存储芯片。它汇集了DRAM的高集成特性、SRAM的高速特性，还拥有Flash的非易失性，理论上具有无限次数读写能力，具备功耗低的特点，有望成为下一代“通用存储器”。目前，世界上领先的半导体公司都开始了MRAM的试制或量产。

隧道结刻蚀是MRAM制造当中的两大难题之一。隧道结是MRAM的核心器件层，由十几种金属，堆叠成几十层的膜结构，最薄的一层厚度只有几个埃米。它是数据保存的载体。隧道结刻蚀的任务是将连续的隧道结薄膜刻蚀成为分立的位元。隧道结刻蚀中有两大困难：短路和损伤。刻蚀残渣容易附着在位元侧壁，造成器件短路。其次，刻蚀过程中的反应物，会对器件表层物质造成损伤，从而使器件性能降低；反应离子刻蚀中的卤素气体会不断渗入器件内部，造成位元的磁性受到破坏。离子束刻蚀则会破坏位元表面的晶格结构，在表面形成损伤层，同样会造成磁性损伤。这些破坏不能完全消除，只能逐步控制、降低。

为了解决短路问题，人们普遍采取的措施是增大刻蚀剂量。这样进一步导致了磁损伤现象的加剧。一般情况下，磁损伤带来的TMR减损率达到20～30％。

隧道结刻蚀带来的磁损伤严重制约着MRAM的良率，限制了其进一步发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种存储位元的制备方法及MRAM的制备方法，以解决现有技术中隧道结刻蚀带来的磁损伤严重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种存储位元的制备方法，包括形成磁隧道结的步骤，在形成磁隧道结的步骤之后，制备方法还包括以下步骤：对磁隧道结的侧壁进行气体钝化处理，以减少侧壁表面的悬挂键。

进一步地，形成隧道结的步骤包括：在底电极上顺序形成隧道结材料层和第一掩膜材料层；将第一掩膜材料层图形化，以形成第一掩膜层；通过第一掩膜层对隧道结材料层进行刻蚀，以形成磁隧道结。

进一步地，对隧道结材料层进行离子束刻蚀，以形成磁隧道结，优选采用惰性气体进行离子束刻蚀。

进一步地，对隧道结材料层进行反应离子刻蚀，以形成磁隧道结，优选反应离子刻蚀的等离子体源选自电容耦合源、电感耦合源和电子回旋共振源中的任一种，优选反应离子刻蚀的反应气体为氟基气体和/或氯基气体。

进一步地，采用包括钝化气体的钝化用气体对磁隧道结进行气体钝化处理，优选钝化气体选自氢气、氘气、氨气和氘化氨中的任一种或多种。

进一步地，钝化用气体还包括载气，优选载气氦气、氖气、氩气、氙气和氮气中的任一种或多种。