[發(fā)明專利]一種磁性隧道結(jié)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610779667.5
• 申請(qǐng)日: 2016-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107785485B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左正笏;喻濤;陳志剛;谷勛;劉瑞盛;劉波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中電?？导瘓F(tuán)有限公司;浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/12
• 分類號(hào): H01L43/12
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊天嬌

本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性隧道結(jié)的制備方法，在襯底上沉積了MTJ堆，隨后制備MgO過(guò)渡層和硬掩膜層，隨后圖案化硬掩膜刻層停止在MgO過(guò)渡層上，進(jìn)行氧注入過(guò)程，裸露的存儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)氧化結(jié)晶過(guò)程后被轉(zhuǎn)化為高電阻無(wú)磁性的高介電常數(shù)材料，用光刻方法去掉多余的部分，再進(jìn)行回填和CMP平坦化處理，使得介電常數(shù)變小。本發(fā)明制成的MTJ芯片的處理速度比較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)一種磁性隧道結(jié)的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，基于磁性隧道結(jié)(MTJ)原理的磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)非常有可能作為下一代固態(tài)非易失存儲(chǔ)器應(yīng)用，目前受到廣泛關(guān)注。磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)存儲(chǔ)原理是是基于磁性隧道結(jié)(MTJ)阻值變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MTJ一般是由三層材料構(gòu)成，中間為薄的絕緣隧穿層，另兩個(gè)磁性層中一層為磁化方向固定的參比層，一層為磁化方向可變的存儲(chǔ)層。當(dāng)參比層和存儲(chǔ)層磁化方向平行時(shí)，MTJ為低阻態(tài)，對(duì)應(yīng)邏輯態(tài)0；當(dāng)參比層和存儲(chǔ)層磁化方向反平行時(shí)，MTJ為高阻態(tài)，對(duì)應(yīng)邏輯態(tài)1。

在MRAM制備過(guò)程中，磁性隧道結(jié)的圖案化工藝已經(jīng)成為最有挑戰(zhàn)的工藝之一。傳統(tǒng)圖案化小尺寸的技術(shù)，比如離子束轟擊，反應(yīng)離子束刻蝕等技術(shù)已經(jīng)不能滿足MTJ堆的制備?；陔x子注入方式的圖案化技術(shù)已經(jīng)被人們提出來(lái)應(yīng)用于MRAM制備中。然而，由于處理過(guò)的存儲(chǔ)層的介電常數(shù)比較大，芯片的處理速度會(huì)比較低。為了提高芯片處理速度，需要解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種磁性隧道結(jié)的制備方法，刻蝕掉氧注入后的存儲(chǔ)層，采用介質(zhì)材料填充，介電常數(shù)變小，解決了芯片處理速度比較低的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種磁性隧道結(jié)的制備方法，所述磁性隧道結(jié)的制備方法包括：

在襯底上沉積種子層、參比層、遂穿層、存儲(chǔ)層、過(guò)渡層和硬掩膜層；

光刻出掩膜形狀，并刻蝕硬掩膜層；

以刻蝕后的硬掩膜層為硬掩膜，進(jìn)行氧注入；

進(jìn)行高溫退火處理，并光刻去除多余的部分；

回填介質(zhì)材料，并進(jìn)行CMP平坦化處理；

在平坦化處理后的表面沉積頂電極，并光刻出頂電極圖案。

所述種子層材料為Ta，Ru或Ta/Ru。

所述存儲(chǔ)層材料為CoFeB或者CoFeB/CoFe雙層材料。

所述隧穿層材料為MgO，Al2O3或者HfO2。

所述過(guò)渡層材料為缺氧的MgO。

所述回填的介質(zhì)材料為SiOx，低k值材料，或者超低k值材料。

所述硬掩膜材料為Ta，TaN，TiN或者W中的一種或多種。

所述高溫退火的溫度為300度～800度，時(shí)間30秒～40分鐘。

本發(fā)明提出了一種磁性隧道結(jié)的制備方法，在襯底上沉積了MTJ堆，隨后制備MgO過(guò)渡層和硬掩膜層，隨后圖案化硬掩膜刻層停止在MgO過(guò)渡層上，進(jìn)行氧注入過(guò)程，裸露的存儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)氧化結(jié)晶過(guò)程后被轉(zhuǎn)化為高電阻無(wú)磁性的高介電常數(shù)材料，用光刻方法去掉多余部分，進(jìn)行回填和CMP平坦化處理，使得介電常數(shù)變小。本發(fā)明制成的MTJ芯片的處理速度會(huì)比較高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明磁性隧道結(jié)的制備方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例磁性隧道結(jié)截面；

圖3A-圖3F為本發(fā)明實(shí)施例各階段磁性隧道結(jié)截面示意圖。

具體實(shí)施方式