[發明專利]一種鉭掩模的制備方法

有效

• 申請號: 201911302722.1
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111009462B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 高建峰;李俊杰;劉衛兵;李俊峰;王文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/033
• 分類號: H01L21/033;H01L43/12
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所有限公司 11386
• 代理人: 楊光

本發明公開了一種鉭掩模的制備方法，屬于微電子制造技術領域，解決了現有技術中制備65nm或更小尺寸的MTJ單元需要配合較薄的鉭硬掩模層，但鉭膜層需要有足夠的厚度來完成MTJ的完全刻蝕的矛盾，以及實際MTJ尺寸大于光刻尺寸的問題。一種鉭掩模的制備方法，包括以下步驟：步驟1.在基體上依次形成鉭掩模、SOC和SOG；步驟2.將圖案通過光刻工藝轉移到SOG的頂部；步驟3.刻蝕SOG；步驟4.刻蝕SOC；步驟5.去除SOG；步驟6.利用SOC做掩模刻蝕鉭掩模。本發明滿足小尺寸MTJ單元的制備。

技術領域

本發明屬于微電子制造技術領域，特別涉及一種鉭掩模的制備方法。

背景技術

近年來，采用磁性隧道結(MTJ)的磁電阻效應的磁性隨機存儲器(MRAM，MagneticRadom Access Memory)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。

現在的MRAM制造工藝中，重金屬(比如Ta)會沉積在MTJ的頂部，既作為MTJ刻蝕用的掩模，也作為頂電極的導電通道。制備65nm或更小尺寸的MTJ單元需要193nm或更精細的光刻技術，這樣就使得光刻膠層的厚度被限制不能太厚。但是較薄的光刻膠層就需要配合較薄的鉭(Ta)硬掩模層，以保證在進行刻蝕圖案轉移過程中，光刻掩膜消耗完之前已完全形成硬掩模圖案，但鉭(Ta)膜層需要有足夠的厚度來完成MTJ的完全刻蝕，為了克服這一矛盾，在制備65nm或更小尺寸的MTJ單元時，必須使用不同于簡單鉭(Ta)硬掩模的其它方案。此外，在刻蝕MTJ的過程中由于采用的是離子束(IBE)刻蝕，最終會造成實際MTJ尺寸大于光刻尺寸，所以也變相提高了對光刻的要求。

發明內容

鑒于以上分析，本發明旨在提供一種鉭掩模的制備方法，用以解決制備65nm或更小尺寸的MTJ單元需要配合較薄的鉭(Ta)硬掩模層，但鉭(Ta)膜層需要有足夠的厚度來完成MTJ的完全刻蝕的矛盾，以及實際MTJ尺寸大于光刻尺寸等問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種鉭掩模的制備方法，包括以下步驟：

步驟1.在基體上依次形成鉭掩模、SOC和SOG；

步驟2.將圖案通過光刻工藝轉移到SOG的頂部；

步驟3.刻蝕SOG；

步驟4.刻蝕SOC；

步驟5.去除SOG；

步驟6.利用SOC做掩模刻蝕鉭掩模。

步驟1中，沉積鉭掩模后，依次旋涂SOC和SOG；

旋涂SOC后100-200度熱板軟烘0.5-2分鐘；250-350度熱板硬烘2-10分鐘；

旋涂SOG后100-200度熱板軟烘0.5-2分鐘；250-350度熱板硬烘2-10分鐘。

步驟1中，基體包括從下至上依次設置的晶圓襯底、底電極層、種子層、反鐵磁層、釘扎層、隧穿層和自由層。

步驟3中，利用光刻膠做掩模采用反應離子束刻蝕SOG。

步驟3的刻蝕工藝為：溫度為室溫，壓力為30-90mTorr，刻蝕氣體為Ar、CHF₃和CF₄，Ar的流量為100-300sccm，CHF₃流量為2-10sccm，CF₄流量為10-60sccm，27MHz射頻電源為100-500W，2MHz射頻電源為50-150W。

步驟4中，利用光刻膠和SOG做掩模ICP刻蝕SOC。