[發(fā)明專利]一種通過兩次圖案化制做磁性隧道結(jié)陣列的方法

有效

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• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN108615808B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張云森;麻榆陽;肖榮福
• 申請（專利權(quán)）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

一種通過兩次圖案化制做磁性隧道結(jié)陣列的方法，包括：在底電極基底上依次形成磁性隧道結(jié)多層膜、硬掩模膜層和犧牲掩模膜層；形成含碳圖膜層、無機抗反射層和光刻膠層，用光刻工藝圖形化定義形成第一層圖案；等離子預(yù)處理第一層圖案光刻膠層；采用反應(yīng)離子刻蝕工藝把第一層圖案圖形轉(zhuǎn)移到硬掩模層；除去殘留的含碳圖膜層和聚合物；再次形成含碳圖膜層、無機抗反射層和光刻膠層，用光刻工藝圖形化定義形成第二層圖案；等離子體預(yù)處理第二層圖案光刻膠層；采用反應(yīng)離子刻蝕工藝把第二層圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模膜層，在第一層圖案和第二層圖案的交叉處，最終形成圖形化定義的硬掩模；除去殘留的含碳圖膜層和聚合物；對磁性隧道結(jié)多層膜進行刻蝕。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁性隨機存儲器(MRAM，Magnetic Radom Access Memory)制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及制備45nm及其以下的MRAM電路，具體來說，本發(fā)明涉及在193nm或者更精細的光刻技術(shù)條件下，用兩次光刻三次蝕刻(LELEE，Lithography-Etch-Lithography-Etch-Etch)來圖案化磁性隧道結(jié)(MTJ,Magnetic Tunnel Junction)陣列的方法。

背景技術(shù)

近年來，采用磁性隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)的MRAM被人們認為是未來的固態(tài)非易失性記憶體，它具有高速讀寫、大容量以及低能耗的特點。鐵磁性磁性隧道結(jié)通常為三明治結(jié)構(gòu)，其中有磁性記憶層，它可以改變磁化方向以記錄不同的數(shù)據(jù)；位于中間的絕緣的隧道勢壘層；磁性參考層，位于隧道勢壘層的另一側(cè)，它的磁化方向不變。

為能在這種磁電阻元件中記錄信息，建議使用基于自旋動量轉(zhuǎn)移或稱自旋轉(zhuǎn)移矩(STT，Spin Transfer Torque)轉(zhuǎn)換技術(shù)的寫方法，這樣的MRAM稱為STT-MRAM。根據(jù)磁極化方向的不同，STT-MRAM又分為面內(nèi)STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通過向磁電阻元件提供自旋極化電流來反轉(zhuǎn)磁性記憶層的磁化強度方向。此外，隨著磁性記憶層的體積的縮減，寫或轉(zhuǎn)換操作需注入的自旋極化電流也越小。因此，這種寫方法可同時實現(xiàn)器件微型化和降低電流。

同時，鑒于減小磁性隧道結(jié)元件尺寸時所需的切換電流也會減小，所以在尺度方面pSTT-MRAM可以很好的與最先進的技術(shù)節(jié)點相契合。因此，期望是將pSTT-MRAM元件做成極小尺寸，并具有非常好的均勻性，以及把對磁性隧道結(jié)磁性的影響減至最小，所采用的制備方法還可實現(xiàn)高良莠率、高精確度、高可靠性、低能耗，以及保持適于數(shù)據(jù)良好保存的溫度系數(shù)。同時，非易失性記憶體中寫操作是基于阻態(tài)變化，從而需要控制由此引起的對磁性隧道結(jié)記憶器件壽命的破壞與縮短。然而，制備一個小型磁性隧道結(jié)元件可能會增加磁性隧道結(jié)電阻的波動，使得pSTT-MRAM的寫電壓或電流也會隨之有較大的波動，這樣會損傷MRAM的性能。

制備45nm及其以下的磁性隧道結(jié)陣列需要193nm或更精細的光刻技術(shù)，由于193nm或更精細的光刻技術(shù)所采用的光刻膠(PR，Photo Resist)比較軟弱，增加了在圖案化過程中PR彎曲和倒伏的風(fēng)險，掩模變得扭曲，從而不能正常的轉(zhuǎn)移圖案到磁性隧道結(jié)陣列單元。同時，相對于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體，MRAM回路的磁性隧道結(jié)尺寸和圖案密度(pattern density)相對較小，增加了由于橫向刻蝕，磁性隧道結(jié)掩模過度被損耗，從而增加了磁性隧道結(jié)圖案消失的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠降低磁性隧道結(jié)圖案消失的風(fēng)險的圖案化磁性隧道結(jié)陣列的方法。