[發明專利]一種磁阻存儲器的環狀存儲單元的制作方法

有效

• 申請號: 201210432398.7
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102938445A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 羅飛
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明涉及一種CMOS半導體器件的制作工藝，尤其涉及一種磁阻存儲器的環狀存儲單元的制作方法。

背景技術

磁阻隨機訪問存儲器是一種非揮發性的存儲器件，在讀寫速度上具有和靜態隨機訪問存儲器可比擬的特性，而且在存儲密度上與靜態隨機訪問存儲器類似，更具吸引力的特點是它幾乎不存在因為器件退化而產生的可靠性方面的問題。各方面的優勢使之被稱為一種全能存儲器，具有全面替代目前應用的靜/動態隨機訪問存儲器以及閃存的能力。

與靜/動態隨機訪問存儲器或者閃存的原理不同，磁阻隨機訪問存儲器不是利用電荷的保存和釋放來存儲信息，而是通過磁性存儲單元來實現信息存儲的。磁性存儲單元由兩個鐵磁性的平板電極組成，中間由一層絕緣的薄膜隔開，這種三明治的結構稱為磁通道結。在磁通道結的兩個磁性電極中，一個具有固定的磁場方向，稱為固定層，另一個磁性電極其磁場方向不是固定的，可以隨著外界磁場的變化而改變，稱為自由層。當自由層的磁場方向與固定層一致時，整個磁通道結的電阻會變得很小，在外加電壓的作用下流過磁性通道結的電流就會很大。反之，當自由層的磁場方向與固定層剛好相反時，整個磁性通道結的電阻會變得很大，流過磁性通道結的電流就會很小。利用這種電流大小的變化就可以實現信號的識別。

現有的兩種常用的磁性通道結的三維結構中，一種的兩個磁性電極為方形平板結構，一種的兩個磁性電極為環狀結構。相對于方形平板結構而言，環狀結構的磁通道結在器件存取特性更好，因此已經成為目前半導體業界一致采用的結構。但是對于制造而言，環狀結構的磁性通道結工藝會更加復雜，而且制造成本會提高。因為環狀結構具有內外兩個直徑，其中內徑尺寸往往很小，這就要求半導體制造工藝中的曝光設備具有很高的分辨率，而高端曝光設備的采用則會大幅增加制造成本。因此如何在不使用高分辨率曝光設備的條件下實現具有精細尺寸的環狀磁通道結制造成為了一個熱門課題。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種利用低分辨率的光刻機成形的磁阻存儲器的環狀存儲單元的制作方法。

發明內容

鑒于上述的現有技術中的問題，本發明所要解決的技術問題是現有的技術對曝光設備的分辨率的較高要求。

本發明提供的一種磁阻存儲器的環狀存儲單元的制作方法，包括以下步驟：

步驟1：依次沉積第一磁通道結層、阻擋層和刻蝕層；并通過光刻形成圓形的島狀光阻圖形，所述島狀光阻圖形的直徑為80~120nm；

步驟2：利用等離子體干法蝕刻對所述島狀光阻圖形的特征尺寸進行縮減，刻蝕后的島狀光阻圖形的直徑為30~50nm；

步驟3：刻蝕所述島狀光阻圖形下的刻蝕層，形成島狀的刻蝕層；隨后去除所述島狀光阻圖形；

步驟4：沉積第二磁通道結層，并回蝕刻形成島狀的刻蝕層和第二磁通道結層；

步驟5：蝕刻去除刻蝕層，形成環狀的第二磁通道結層；

步驟6：利用環狀的第二磁通道結層刻蝕阻擋層和第一磁通道結層，形成環狀的第一磁通道結層、阻擋層和第二磁通道結層。

在本發明的一個較佳實施方式中，所述步驟2中等離子體干法蝕刻的條件為：10~12毫托氣壓、13.56~15.28兆赫茲射頻電源頻率、400~450瓦上電極射頻電源功率、100~120伏下電極射頻電源偏壓、每分鐘50~65標準立方厘米HBr氣體流量、每分鐘20~35標準立方厘米氧氣氣體流量、蝕刻時間為25~40秒。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述步驟1中光刻形成圓形的島狀光阻圖形間的間距為80~120nm；所述步驟4中形成的島狀的刻蝕層和第二磁通道結層間的間距為30~50nm。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述步驟4中沉積的刻蝕層的厚度為10~300nm。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述步驟4中島狀的刻蝕層和第二磁通道結層中第二磁通道結層的厚度為40~50nm。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述步驟1中沉積的第一磁通道結層厚度為3~10nm。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述步驟1中沉積的阻擋層的厚度為10~300nm。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述阻擋層為氧化硅層。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述刻蝕層的材料選自氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅或其組合。

在本發明的另一較佳實施方式中，所述第二磁通道結層的材料選自多晶硅、氧化硅、氮化鈦、氮化鉭。