如圖7)。繼續(xù)到1406，使用犧牲層和頂部電極作為硬掩膜來蝕刻MTJ堆疊和(任選地)底部電極(見，例如圖8)。進(jìn)行到1408，在結(jié)構(gòu)(其包含犧牲層)上沉積間隔物頂蓋膜層。前進(jìn)到1410，沉積層間電介質(zhì)層(IDL)。圖9處展示從1408和1410獲得的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0051]繼續(xù)到1412，對層間電介質(zhì)(IDL)執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)工藝，在間隔物頂蓋膜層(例如圖10)處停止。移動(dòng)到1414，蝕刻間隔物頂蓋膜層以暴露頂部電極(例如，圖11)。進(jìn)行到1416，預(yù)清潔所述結(jié)構(gòu)，且在頂部電極上沉積第二頂部電極(例如，圖12)。繼續(xù)到1418，對頂部電極、底部電極或其任一組合執(zhí)行光蝕刻工藝。所述方法在1420結(jié)束。
[0052]圖15是在襯底上形成MTJ單元的方法的第二特定說明性實(shí)施例的流程圖。在1502，在襯底上沉積磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，其中MTJ結(jié)構(gòu)包含傳導(dǎo)層(例如，底部電極)。所述MTJ結(jié)構(gòu)包含夾在兩個(gè)磁性層之間的隧道結(jié)。在特定實(shí)施例中，可對MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行退火工藝以界定MTJ結(jié)構(gòu)的磁性層中的至少一者(即，固定磁性層)的磁定向以形成MTJ裝置?？稍贛TJ結(jié)構(gòu)上沉積頂部電極層。前進(jìn)到1504，在沉積高級(jí)圖案化膜(APF)層、硬掩膜層和光致抗蝕劑膜層之前，在頂部傳導(dǎo)層(即，頂部電極)上沉積犧牲層。在特定實(shí)施例中，犧牲層是電絕緣材料，例如氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或氮化鈦。在特定實(shí)施例中，將犧牲層厚度選擇為具有范圍在大約10埃到大約5000埃的光分辨率。
[0053]移動(dòng)到1506，在犧牲膜層上沉積高級(jí)圖案化膜(APF)層、硬掩膜層和光致抗蝕性層。繼續(xù)到1508，將至少一個(gè)圖案界定施加到光致抗蝕劑層、硬掩膜層、APF層、犧牲層和頂部電極層。進(jìn)行到1510，根據(jù)至少一個(gè)圖案界定移除光致抗蝕劑、硬掩膜和APF材料，且執(zhí)行MTJ蝕刻工藝。在特定實(shí)施例中，光致抗蝕劑/底部抗反射涂層(BARC)界定圖案，且通過蝕刻將所述圖案轉(zhuǎn)印到硬掩膜。光致抗蝕劑/BARC和硬掩膜將圖案轉(zhuǎn)印到APF層、犧牲層和頂部電極層。剝除硬掩膜層和APF層，且執(zhí)行MTJ蝕刻工藝。
[0054]移動(dòng)到1512，沉積間隔物層和層間電介質(zhì)層。在特定實(shí)施例中，間隔物層包含非磁性膜材料。在特定實(shí)例中，可由與間隔物層相同的材料沉積犧牲層。繼續(xù)到1514，移除層間電介質(zhì)層的一部分以暴露間隔物層的一部分。進(jìn)行到1516，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)工藝以暴露傳導(dǎo)層。在特定實(shí)施例中，暴露的傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層是例如鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)或其它傳導(dǎo)金屬或其任一組合等導(dǎo)電材料。在特定實(shí)例中，CMP工藝可移除犧牲層。前進(jìn)到1518，將第二傳導(dǎo)層沉積到暴露的傳導(dǎo)層上以產(chǎn)生MTJ裝置。在特定實(shí)例中，在移除犧牲層之后沉積第二傳導(dǎo)層。所述方法在1520結(jié)束。
[0055]在特定實(shí)施例中，可在第一電極(即，底部電極)上沉積磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，其中MTJ結(jié)構(gòu)包含夾在兩個(gè)磁性材料層之間的隧道勢皇層。在MTJ結(jié)構(gòu)上沉積第二電極(BP，頂部電極)，且在沉積高級(jí)圖案化膜(APF)層、硬掩膜層和光致抗蝕劑/底部抗反射涂層(BARC)之前在第二電極上沉積犧牲頂蓋層。在特定實(shí)例中，所述犧牲頂蓋層適于在至少一個(gè)圖案化工藝期間減少第二電極的氧化和腐蝕。另外，可在沉積APF層、硬掩膜層和光致抗蝕劑/BARC膜層之前對結(jié)構(gòu)應(yīng)用磁退火工藝。設(shè)置磁退火工藝以使與兩個(gè)磁性膜層中的至少一者相關(guān)聯(lián)的磁場定向。
[0056]在特定實(shí)施例中，在犧牲頂蓋層上沉積APF膜層。在APF膜層上沉積硬掩膜層。在硬掩膜層上沉積包含光致抗蝕性材料的抗反射層。執(zhí)行圖案界定工藝以經(jīng)由硬掩膜蝕刻工藝將圖案界定到光致抗蝕劑、抗反射層和硬掩膜層上。剝除光致抗蝕劑/BARC。硬掩膜通過第二蝕刻工藝將圖案轉(zhuǎn)印到APF、犧牲和第二電極。剝除硬掩膜和APF。最后，執(zhí)行MTJ蝕刻工藝以將圖案轉(zhuǎn)印到MTJ堆疊。
[0057]在特定實(shí)施例中，在MTJ結(jié)構(gòu)上沉積間隔物層，在間隔物層上沉積層間電介質(zhì)層，且選擇性地移除層間電介質(zhì)層的若干部分達(dá)暴露間隔物層的一部分的水平。可執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)工藝以選擇性地移除層間電介質(zhì)層、間隔物層和犧牲層的若干部分以在平面表面處暴露第二電極。將第二傳導(dǎo)層沉積到平面表面上，其中第二傳導(dǎo)層以物理和電的方式耦合到第二導(dǎo)體。
[0058]所揭示的形成磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例所提供的一個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)是犧牲頂蓋層在光刻和蝕刻(或光蝕刻)工藝期間保護(hù)MTJ結(jié)構(gòu)的頂部電極以減少氧化、腐蝕和拐角圓化。提供的另一特定優(yōu)點(diǎn)在于，在施加用于光蝕刻的高級(jí)圖案化膜之前沉積在頂部電極上的犧牲層使MTJ結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的凹進(jìn)部分減少。在特定實(shí)例中，犧牲層在頂部頂蓋層蝕刻工藝期間使頂部電極和MTJ結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的不合意的腐蝕或蝕刻減少，所述頂部頂蓋層蝕刻工藝為頂部電極打開接觸窗。提供的又一特定優(yōu)點(diǎn)在于，改進(jìn)(即放大)了第二頂部電極清潔和沉積工藝窗，且還改進(jìn)了 MTJ工藝和所得的MTJ結(jié)構(gòu)的總體可靠性。
[0059]圖16是包含具有多個(gè)MTJ單元的存儲(chǔ)器裝置的代表性無線通信裝置的框圖。圖16是包含MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列1632和包含MTJ單元陣列的磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM) 1666的通信裝置1600的說明性實(shí)施例的框圖，存儲(chǔ)器陣列1632和磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器1666耦合到處理器，例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 1610。通信裝置1600還包含MTJ單元的高速緩存存儲(chǔ)器裝置1664，其耦合到DSP 1610。MTJ單元的高速緩存存儲(chǔ)器裝置1664、MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列1632和包含多個(gè)MTJ單元的MRAM裝置1666可包含根據(jù)如相對于圖5到圖15而描述的工藝形成的MTJ單元。
[0060]圖16還展示顯示器控制器1626，其耦合到數(shù)字信號(hào)處理器1610并耦合到顯示器1628。編碼器/解碼器(CODEC) 1634也可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器1610。揚(yáng)聲器1636和麥克風(fēng)1638可耦合到CODEC 1634。
[0061]圖16還指示無線控制器1640可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器1610并耦合到無線天線1642。在特定實(shí)施例中，輸入裝置1630和電源1644耦合到芯片上系統(tǒng)1622。此外，在特定實(shí)施例中，如圖16中說明，顯示器1628、輸入裝置1630、揚(yáng)聲器1636、麥克風(fēng)1638、無線天線1642和電源1644在芯片上系統(tǒng)1622外部。然而，顯示器1628、輸入裝置1630、揚(yáng)聲器1636、麥克風(fēng)1638、無線天線1642和電源1644每一者可耦合到芯片上系統(tǒng)1622的組件，例如接口或控制器。
[0062]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，可將結(jié)合本文所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、配置、模塊、電路和算法步驟實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的這種可互換性，上文已大體依據(jù)各種說明性組件、塊、配置、?！缐?、電路和步驟的功能性描述了各種說明性組件、塊、配置、模塊、電路和步驟。將此功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用和強(qiáng)加在整個(gè)系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以不同方式實(shí)施所描述的功能性，但此類實(shí)施決策不應(yīng)被解譯為導(dǎo)致與本發(fā)明的范圍偏離。
[0063]提供對所揭示實(shí)施例的先前描述是為了使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制作或使用所揭示的實(shí)施例。對這些實(shí)施例的各種修改對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，且本文中所界定的一般原理可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明無意限于本文所示的實(shí)施例，而是將被賦予與如由所附權(quán)利要求書界定的原理和新穎特征一致的最寬可能范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁性隧道結(jié)MTJ單元，包括: 第一電極； 位于所述第一電極上的MTJ堆疊； 位于所述MTJ堆疊上的第二電極，其中所述第二電極具有平面表面；以及 位于所述第二電極的所述平面表面上的傳導(dǎo)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其中所述MTJ堆疊包括固定層、自由層、以及位于所述固定層和所述自由層之間的隧道勢皇層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其中所述第一電極、所述第二電極或所述傳導(dǎo)層包括鉭(Ta)、鈦(Ti)、釕(Ru)或其任一組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括: 間隔物層，其沿著所述第二電極和所述MTJ的側(cè)壁，且位于所述第一電極的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MTJ單元，其進(jìn)一步包括: 位于所述傳導(dǎo)層和所述間隔物層之間的層間電介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其中所述傳導(dǎo)層以物理和電的方式耦合到導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ單元，其中所述傳導(dǎo)層和所述第一電極耦合到獨(dú)立的線跡。
8.一種磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器MRAM，其具有如權(quán)利要求1至I任一者所述的磁性隧道結(jié)MTJ結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及形成磁性隧道結(jié)結(jié)構(gòu)的方法。在特定實(shí)施例中，揭示一種方法，其包含在襯底上形成包含傳導(dǎo)層的磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)。所述方法還包含在沉積圖案化膜層之前在所述傳導(dǎo)層上沉積犧牲層。
【IPC分類】H01L43-08, H01L43-12
【公開號(hào)】CN104576921
【申請?zhí)枴緾N201410720114
【發(fā)明人】李霞, 升·H·康, 朱曉春
【申請人】高通股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2008年11月20日
【公告號(hào)】CN101911327A, CN101911327B, EP2223356A1, US9136463, US20090130779, WO2009067594A1