[發明專利]一種制備磁性隧道結的方法

有效

• 申請號: 201611035734.9
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN108075037B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 張云森;肖榮福
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

1.一種通過一次氧離子注入一次離子束刻蝕制備磁性隧道結的方法，其特征在于包括：在表面拋光的CMOS基底上，依次形成底電極、磁性隧道結多層膜和硬掩模膜層，其中磁性隧道結多層膜是由參考層、勢壘層和記憶層依次向上疊加的底部嵌固結構；圖形化定義磁性隧道結圖案，并轉移圖案到磁性隧道結的頂部；沉積一層氧離子俘獲層在硬掩模的周圍，并覆蓋磁性隧道結記憶層，其中在磁性隧道記憶層中間單次或多次插入氧離子俘獲層，氧離子俘獲層的厚度小于0.3nm，氧離子俘獲層的材料選自Mg、Zr、Y、Th、Ti、Al和Ba；氧離子注入到沒有被硬掩模覆蓋的磁性隧道結記憶層，并對其進行熱退火，其中調節氧離子的注入劑量和能量以使得沒有被硬掩模覆蓋的記憶層被注入足夠多的氧原子，實現被氧化層隔絕的磁性隧道結記憶陣列結構單元；沉積一層電介質在在硬掩模的周圍，并覆蓋被氧化的記憶層，其中電介質為SiO、SiN、SiON、SiC、SiCN、Al₂O₃或者MgO中的一種；以沉積在硬掩模周圍的電介質為掩模，對被氧化的記憶層、勢壘層、參考層和底電極進行離子束刻蝕；采用電介質填充未被刻蝕硬掩模周圍的空隙，并采用化學機械拋光磨平直到未被氧化的硬掩模頂部。

2.如權利要求1所述的制備磁性隧道結的方法，其特征在于，所述底電極包括種子層和導電層，種子層為Ta、TaN、W、WN、Ti或TiN，種子層的厚度為0.5nm-5nm；導電層為Cu、CuN、Mo、W或者Ru，導電層的厚度為5nm-30nm；所述磁性隧道結多層膜的總厚度為15nm-40nm；所述掩模層的厚度為40nm-100nm。

3.如權利要求1所述的制備磁性隧道結的方法，其特征在于，圖形化后硬掩模外的氧離子俘獲層選自Mg、Zr、Y、Th、Ti、Al和Ba，氧離子俘獲層的厚度為1nm～5nm。

4.如權利要求1所述的制備磁性隧道結的方法，其特征在于，氧氣離子注入后的真空退火溫度為250℃～400℃，退火時間為30秒到30分鐘。

5.如權利要求1所述的制備磁性隧道結的方法，其特征在于，用硬掩模作保護，對被氧化后的記憶層、勢壘層、參考層和底電極進行離子束刻蝕；離子束刻蝕的主要刻蝕氣體為Ar、Kr或Xe；離子束刻蝕采用發射光譜儀或者二次離子質譜的方法偵測刻蝕終點。

6.如權利要求1所述的制備磁性隧道結的方法，其特征在于，采用電介質填充未被刻蝕硬掩模周圍的空隙，并采用化學機械拋光磨平直到未被氧化的硬掩模頂部。