[发明专利]一种磁性隧道结阵列及其制备方法

说明书

一种磁性隧道结阵列及其制备方法，所述制备方法包括：S10：提供基底；S20：在基底上形成底电极层、磁性隧道结层和硬掩膜层；S30：对磁性隧道结层和硬掩膜层进行图案化；S40：使氰基自由基的前驱体气体在等离子体中形成氰基自由基，将氰基自由基与磁性隧道结层和硬掩膜层的材料进行化学反应和/或采用氰基自由基对磁性隧道结层和硬掩膜层的材料进行化学修饰，并采用惰性气体离子将化学反应产物和/或被化学修饰的材料和/或未发生化学反应并且未被化学修饰的磁性隧道结层和硬掩膜层的材料移除，得到磁性隧道结阵列。本申请的制备方法可以降低或者避免阴影效应问题，有利于MTJ的缩微化和制备高密度的MRAM存储器。

技术领域

本申请涉及半导体器件领域，尤指一种磁性隧道结阵列及其制备方法。

背景技术

磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)是以磁电阻性质来存储数据的随机存储器，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。MRAM的核心存储器件是磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)。

目前主流的半导体刻蚀工艺为反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching,RIE)。在刻蚀多晶硅或金属的时候，一般采用卤素气体(例如Cl₂)作为主刻蚀气体，卤素气体在等离子体中形成卤素自由基，卤素自由基与待刻蚀材料进行化学反应，将反应产物抽走即可实现刻蚀。然而，形成MTJ的某些材料，例如Fe、Co、Mg、Ru、Pt、Pd、Al、Rh、Mo、Ni或Ir等，根本不或者非常难与在等离子体中形成的卤素自由基发生反应而被抽走；而且，后续去卤工艺会引入H₂O，这是MTJ制造工艺不能接受的。故而，传统的RIE不适用于MTJ阵列的刻蚀。

目前，低密度的MTJ阵列一般采用离子束刻蚀(Ion Beam Etching,IBE)方案。IBE利用辉光放电原理将氩气离化为Ar⁺，Ar⁺经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。图1为采用IBE对特定的刻蚀前端10进行刻蚀过程中的溅射速率和沉积速率随入射角的变化曲线。如图1所示，由于IBE的副产物并不是气体，副产物会进行再次沉积，所以IBE是一个溅射和沉积的动态平衡过程。对于特定的刻蚀前端(Etch Front)10来说，溅射速率会随着Ar⁺或Ar的入射角θ变化而变化，而沉积速率并不会随着Ar⁺或Ar的入射角变化而变化。不过，沉积速率并不是不变的，沉积速率与该特定刻蚀前端10所处的周围环境强相关，并随着时间的推延会动态变化。为了获得较大的溅射速率，一般Ar⁺或Ar的入射方向都会与刻蚀前端10的法线维持一个倾角θ，特别是沉积速率较大的时候。对特定的刻蚀前端10，当沉积速率大于溅射速率时，可以增大Ar⁺或Ar入射方向的倾角θ，使溅射速率增大，从而实现特定刻蚀前端10的材料移除。然而，如图2所示，随着被刻蚀区域几何尺寸的缩小，Ar⁺或Ar入射方向的倾角θ的增大空间有限，导致增大倾角θ所带来的溅射速率增大也不能使溅射速率大于沉积速率，进而无法满足特定刻蚀前端10的材料移除条件，此时“材料移除”(即，刻蚀)会停止，该特定的刻蚀前端10处于材料能被移除的倾角θ的Ar⁺或Ar束阴影处，这种效应叫阴影效应(Shadowing Effect)。图2为阴影效应的形成原理示意图。由于阴影效应的存在，IBE并不是高密度MTJ阵列的最佳刻蚀方案。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

本申请提供了一种磁性隧道结阵列的制备方法，该制备方法可以降低或者避免IBE刻蚀高密度MTJ阵列所面临的阴影效应问题，有利于MTJ的缩微化和制备高密度的MRAM存储器。

本申请提供了一种磁性隧道结阵列的制备方法，所述制备方法包括：

S10：提供基底；