[發(fā)明專利]一種制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法

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• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN108807664A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 郭一民;張云森;肖榮福;陳峻
• 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所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

1.一種制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于包括：

第一步驟：提供表面拋光的帶金屬通孔的半導體基底，其中金屬通孔形成在金屬層間電介質(zhì)層，金屬通孔的頂部表面可能不平整；

第二步驟：在帶金屬通孔的半導體基底上沉積通孔阻擋層，并對通孔阻擋層進行平坦化處理；

第三步驟：在平坦化后的通孔阻擋層上生長磁性隧道結(jié)和硬掩膜層，然后圖形化制作磁性隧道結(jié)單元。

2.如權(quán)利要求1所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，第三步驟包括：

在經(jīng)過平坦化處理的通孔阻擋層上，依次形成包括一層種子層的磁性隧道結(jié)多層膜和硬掩模膜層；

圖形化定義磁性隧道結(jié)圖案并對磁性隧道結(jié)、種子層和通孔阻擋層進行刻蝕；

在刻蝕后結(jié)構(gòu)中填充電介質(zhì)，并采用化學機械拋光磨平磁性隧道結(jié)電介質(zhì)層直到硬掩模膜層頂部。

3.如權(quán)利要求2所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，金屬通孔的頂部尺寸大于磁性隧道結(jié)，而且圖形化定義磁性隧道結(jié)圖案并對磁性隧道結(jié)和通孔阻擋層進行刻蝕的步驟包括：

圖形化定義磁性隧道結(jié)圖案，其中對磁性隧道結(jié)進行刻蝕，并停止在通孔阻擋層之上；

利用自對準工藝刻蝕通孔阻擋層。

4.如權(quán)利要求2所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，金屬通孔的頂部尺寸不大于磁性隧道結(jié)，而且圖形化定義磁性隧道結(jié)圖案并對磁性隧道結(jié)和通孔阻擋層進行刻蝕的步驟包括：

圖形化定義磁性隧道結(jié)圖案，其中一次完成對磁性隧道結(jié)、種子層和通孔阻擋層的刻蝕；

采用反應離子刻蝕和/或者離子束刻蝕的方法完成對磁性隧道結(jié)的刻蝕。

5.如權(quán)利要求1至4之一所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，第二步驟采用物理氣象沉積或原子層沉積在基底上沉積通孔阻擋層。

6.如權(quán)利要求1至4之一所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，第二步驟對通孔阻擋層進行平坦化處理采用CMP工藝或氣體團簇離子束工藝。

7.如權(quán)利要求1至4之一所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，磁性隧道結(jié)多層膜是由參考層、勢壘層和記憶層組成的依次向上疊加的底釘扎結(jié)構(gòu)，或者磁性隧道結(jié)多層膜是由記憶層、勢壘層和參考層組成的依次向上疊加的頂釘扎結(jié)構(gòu)。

8.如權(quán)利要求7所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，勢壘層的材料為非磁性金屬氧化物。

9.如權(quán)利要求1至4之一所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，磁性隧道結(jié)多層膜的總厚度為15nm-50nm，硬掩模膜層的厚度為20nm-200nm。

10.如權(quán)利要求1至4之一所述的制作小尺寸磁性隨機存儲器結(jié)構(gòu)單元的方法，其特征在于，通孔阻擋層的材料為Ta、TaN、Ru、Al、AlN、W、WN、Ti或TiN，通孔阻擋層的厚度為0.5nm-50nm。