[发明专利]一种SOT-MRAM器件及其形成方法

说明书

本发明公开了一种SOT‑MRAM器件的形成方法，包括以下步骤：提供一衬底，在衬底上沉积SOT层；图形化磁隧道结图案到SOT层上方的光刻胶；对光刻胶表面进行固化处理，在SOT层上沉积MTJ堆叠层；采用剥离工艺去除SOT层上的光刻胶；在SOT层和MTJ堆叠层上沉积介质层，对介质层进行图形化处理，刻蚀介质层，将所需图案转移到介质层；在图形化处理后的介质层上沉积电极层，对电极层进行图形化处理，刻蚀后形成SOT‑MRAM器件。本发明通过图形化光刻胶后沉积膜堆的方式，避免了对SOT层蚀刻而引起的器件开路，优化MTJ隧道结的侧壁形貌，消除了刻蚀引起的侧壁损伤及缺陷，提高了SOT‑MRAM器件的稳定性。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种SOT-MRAM器件及其形成方法。

背景技术

传统的STT-MRAM(自旋转移矩磁性随机存储器)单元的核心是磁隧道结(MagneticTunnel Junction：MTJ)堆叠件，包括钉扎层、位于钉扎层上方的被钉扎层、位于被钉扎层上方的隧道层、以及位于隧道层上方的自由层。写入电流必须流过隧道层，引起隧道层的损伤，使得STT-MRAM单元遭遇可靠性问题。因此，开发了SOT-MRAM(自旋轨道矩磁性随机存储器)。由于写入电流不流过隧道层，因此SOT-MRAM的可靠性比STT-MRAM高。

MTJ刻蚀通常采用RIE(反应离子刻蚀)或者IBE(离子束刻蚀)的方式，为了避免RIE化学腐蚀破坏其电磁性能，MTJ刻蚀一般更倾向于IBE方式，然而由于上方覆盖金属顶电极，且形成MTJ的材料也具有金属元素，导致IBE刻蚀伴随着侧壁金属沉积和等离子体轰击现象，会带来严重的短路和磁性破坏；

因此，MTJ隧道结刻蚀中有两大难题：短路和损伤。隧道结是由金属材料组成，有一些金属的刻蚀产物不是挥发性的气体，而是固体残渣。这些残渣非常容易附着在隧道结的侧壁，造成器件短路。这是隧道结刻蚀的头号难题。其次是损伤，刻蚀过程中的刻蚀物质，无论是反应离子刻蚀中的氯基、氟基气体，还是离子束刻蚀当中的惰性气体等离子体，都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MTJ磁性受到破坏。离子束刻蚀则会破坏单元表面的晶格结构，在表面形成损伤层，同样会造成磁性损伤。特别是SOT-MRAM中MTJ隧道结的刻蚀应尽可能避免对SOT层的刻蚀损伤。

RIE化学刻蚀中的化学腐蚀或者IBE等离子体物理刻蚀中的等离子体轰击会破坏MTJ侧壁的表面磁性层，破坏的磁性层的电阻、TMR(隧穿磁电阻)及热稳定性等性能相对于正常MTJ都有恶化；同时，破坏的磁性层内存在的卤素元素或者氧、氮离子会在后续的高温处理或者使用过程中通过扩散等形式影响成品器件的性能或寿命。

发明内容

鉴于以上所述技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种SOT-MRAM器件及其形成方法，采用图形化光刻胶后沉积MTJ隧道结的方式替代传统的连续膜层刻蚀，避免了SOT层的蚀刻引起的器件开路以及刻蚀过程中MTJ堆叠件侧壁上的金属再沉积。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种SOT-MRAM器件的形成方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供一衬底，在衬底上沉积SOT层；

步骤S2：在所述SOT层上进行光刻，图形化磁隧道结图案到SOT层上方的光刻胶；

步骤S3：对所述光刻胶的表面进行固化处理，形成固化层；

步骤S4：在所述已图形化光刻胶的SOT层上沉积MTJ堆叠层，所述MTJ堆叠层从SOT层上表面开始，由下到上依次包括自由层、隧道结阻挡层、参考层、钉扎层、覆盖层；

步骤S5：采用剥离工艺去除SOT层上的光刻胶及光刻胶上的膜堆，保留SOT层上沉积的MTJ堆叠层；

步骤S6：在所述SOT层和MTJ堆叠层上沉积介质层；