[發明專利]一種氣體團簇離子束修剪被刻蝕后的磁性隧道結的方法

在審

• 申請號: 201611191829.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108232007A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 張云森
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L43/14
• 分類號: H01L43/14
• 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

本發明提供了一種氣體團簇離子束修剪被刻蝕后的磁性隧道結的方法：步驟一：提供底電極基底，并在基底上沉積磁性隧道結多層膜和硬掩模膜層；步驟二：圖形化定義磁性隧道結圖案，刻蝕磁性隧道結；步驟三：氣體團簇離子束對刻蝕之后的磁性隧道結側壁進行修剪以除去側壁損傷/沉積層；步驟四：沉積電介質，化學拋光磨平電介質直到硬掩模的頂部。由于氣體團簇離子束的橫向濺射行為，團簇或者原子能夠到達被圖案化的磁性隧道結的每個角落，能夠有效的去除覆蓋在側壁的損傷和再次沉積層，同時，由于每個原子的能量非常低，團簇氣體原子不會帶來新的損傷，非常有利于磁性隨機存儲器磁學、電學性能的提升和良率的改善。

技術領域

本發明涉及一種磁性隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的加工方法，具體涉及一種采用氣體團簇離子束(GCIB，Gas Cluster Ion Beam)對刻蝕之后的磁性隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)側壁進行修剪的工藝，屬于磁存儲器制造技術領域。

背景技術

近年來，采用磁性隧道結(MTJ)的MRAM被人們認為是未來的固態非易失性記憶體，它具有高速讀寫、大容量以及低能耗的特點。鐵磁性MTJ通常為三明治結構，其中有磁性記憶層，它可以改變磁化方向以記錄不同的數據；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，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移或稱自旋轉移矩(STT，Spin Transfer Torque)轉換技術的寫方法，這樣的MRAM稱為STT-MRAM。根據磁極化方向的不同，STT-MRAM又分為面內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器件微型化和降低電流。

同時，鑒于減小MTJ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節點相契合。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MTJ磁性的影響減至最小，所采用的制備方法還可實現高良莠率、高精確度、高可靠性、低能耗，以及保持適于數據良好保存的溫度系數。同時，非易失性記憶體中寫操作是基于阻態變化，從而需要控制由此引起的對MTJ記憶器件壽命的破壞與縮短。然而，制備一個小型MTJ元件可能會增加MTJ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。

在現在的MRAM制造工藝中，通常采用兩種刻蝕工藝來對磁性隧道結進行縮微，第一種為離子束刻蝕(IBE，Ion Beam Etching)，第二種為反應離子刻蝕(RIE，Reactive IonEtching)。兩種刻蝕技術各有優缺點，為了獲得更高的刻蝕速率，通常會把單個離子加速到很高的能量范圍內，高能離子通常會破壞晶體結構，同時，因為物理濺射或者化學刻蝕副產物的再次沉積也會加大，通常，在磁性隧道結刻蝕之后，側壁會形成一層損傷層/沉積層，這將會影響磁性隧道結的磁性和電學性能，更有勝者，將會直接導致從參考層到記憶層的短路，從而不利于磁性存儲器良率的提高。