形成磁性隧道结结构的方法
【专利说明】形成磁性隧道结结构的方法
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2008年11月20日、申请号为200880123576.X、发明名称为“形成磁性隧道结结构的方法”的发明专利申请案。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及一种形成磁性隧道结结构的系统和方法。
【背景技术】
[0004]一般来说，通过沉积包含不同类型的磁性材料的多个膜层来在衬底上沉积磁性隧道结(MTJ)结构。MTJ结构包含参考磁性层(即固定层)，其通过退火而紧固到反铁磁膜以具有固定定向。MTJ结构还包含用以提供隧穿结的势皇层(氧化层)和具有磁定向的自由层，可通过向MTJ结构施加特定电流来改变所述磁定向。所述MTJ结构通常还集成金属导体，例如钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、其它导电材料或其任一组合。此些金属导体可用作底部电极和顶部电极，其用于从MTJ结构读取数据位和向MTJ结构写入数据位。
[0005]对于高级技术(例如，65nm和更高级的技术)，通过并入有高级图案化膜(APF)(例如无定形碳(C))以实现对尺寸的准确控制来界定MTJ结构。此APF连同硬掩膜和抗反射涂层一起施加以用于图案界定。按照惯例，在沉积多个MTJ膜层和顶盖膜层之后，制造工艺包含沉积APF层、硬掩膜层和具有光致抗蚀性材料的抗反射层(即，抗反射层可通过减少光刻图案化工艺中的光反射来减少图案失真)以形成多层MTJ结构。应用光刻图案化工艺(即，光图案化和蚀刻工艺)以选择性地移除多层结构的多个部分。确切地说，光刻工艺使用光将图案界定转印到光敏化学物质(光致抗蚀剂，或简称为“抗蚀剂”)层，且穿过硬掩膜和高级图案化膜层(即APF层)而转印到所述结构上。所述光刻工艺还包含使经图案化的结构经受一系列化学处理，所述化学处理将图案界定印刻到光致抗蚀剂层下方的材料中。
[0006]通常，MTJ结构的膜堆叠与硬掩膜之间的蚀刻速率的差异使得顶部电极膜被用作另一用于MTJ结构的蚀刻工艺的硬掩膜。确切地说，在化学蚀刻和清洁处理期间，可使顶部电极膜的多个部分暴露。电极膜的此些暴露部分易于氧化。氧化引起氧化物膜(即，电绝缘膜层)在金属电极上形成。另外，顶部电极膜的多个部分的此暴露可(例如)因导致腐蚀、氧化、拐角圆化(即，电极边缘的腐蚀，这可能使MTJ的侧壁暴露)或其任一组合而损坏电极。所述损坏可能影响MTJ结构的接触电阻且甚至可能暴露或损坏MTJ结。因此，需要一种形成MTJ结构的经改进的方法。
【发明内容】
[0007]在特定实施例中，揭示一种包含在衬底上形成包含传导层的磁性隧道结(MTJ)结构的方法。所述方法还包含在沉积图案化膜层之前在传导层上沉积牺牲层。
[0008]在另一特定实施例中，揭示一种包含在衬底上沉积第一电极和在第一电极上形成磁性隧道结(MTJ)结构的方法。所述MTJ结构包含夹在两个磁性层之间的隧道势皇层。所述方法进一步包含在MTJ结构上沉积第二电极和在沉积高级图案化膜层之前在第二电极上沉积牺牲顶盖层。所述牺牲顶盖层适于在至少一个图案化工艺期间减少第二电极的氧化和腐蚀。
[0009]在又一实施例中，揭示一种包含形成磁性隧道结(MTJ)结构的方法，所述磁性隧道结结构包含位于两个磁性层之间的隧道势皇层。所述方法进一步包含在MTJ结构上沉积顶部电极，以及在将高级图案化膜层沉积到顶部电极上之前将牺牲顶盖层沉积到顶部电极上。
[0010]由所揭示的形成磁性隧道结(MTJ)结构的方法的实施例提供的一个特定优点在于牺牲顶盖层在光刻(或光蚀刻)工艺期间保护MTJ结构的顶部电极以减少氧化、腐蚀和拐角圆化。
[0011]提供的另一特定优点在于，在施加用于光蚀刻的高级图案化膜之前沉积在顶部电极上的牺牲层使MTJ结构的侧壁处的凹进部分减少。在特定实例中，牺牲层在顶部顶盖层蚀刻工艺期间使顶部电极和MTJ结构的侧壁的不合意的腐蚀或蚀刻减少，所述顶部顶盖层蚀刻工艺为顶部电极打开接触窗。
[0012]提供的又一特定优点在于，改进(即放大)了第二顶部电极清洁和沉积工艺窗，且还改进了 MTJ工艺和所得的MTJ结构的总体可靠性。
[0013]在审视了包含以下部分的整个申请案后将明白本发明的其它方面、优点和特征:【附图说明】、【具体实施方式】和权利要求书。
【附图说明】
[0014]图1是在形成代表性磁性隧道结(MTJ)结构期间沉积层的常规排列的特定说明性实施例的横截面图；
[0015]图2是在图案化和移除多余材料之后图1的代表性MTJ结构的横截面图，其说明顶部电极层的拐角圆化；
[0016]图3是在沉积间隔物层、层间电介质层和化学机械平面化打开MTJ接触窗之后图2的代表性MTJ结构的横截面图；
[0017]图4是在沉积第二电极之后图3的代表性MTJ结构的横截面图，其说明对MTJ结构的损坏；
[0018]图5是包含牺牲层的磁性隧道结(MTJ)结构的特定说明性实施例的横截面图；
[0019]图6是在图案化和移除光致抗蚀剂和抗反射涂层且移除高级图案化膜(APF)层、牺牲层和顶部电极的若干部分之后图5的MTJ结构的横截面图；
[0020]图7是在移除硬掩膜层和APF层之后图6的MTJ结构的横截面图；
[0021]图8是在使用牺牲层和顶部电极作为硬掩膜来施加图案界定之后且在根据图案界定移除MTJ堆叠的若干部分之后图7的MTJ结构的横截面图；
[0022]图9是在沉积间隔物层和层间电介质层之后图8的MTJ结构的横截面图；
[0023]图10是在移除层间电介质层的一部分以使间隔物层的一部分暴露之后图9的MTJ结构的横截面图；
[0024]图11是在用以使位于衬底的平面表面处的顶部电极暴露的化学机械抛光(CMP)工艺之后或在用以移除间隔物层和牺牲层的空白蚀刻之后图10的MTJ结构的横截面图；
[0025]图12是在沉积第二电极以形成MTJ单元之后图11的MTJ结构的横截面图；
[0026]图13和图14是说明在衬底上形成磁性隧道结(MTJ)单元的方法的特定实施例的流程图；
[0027]图15是在衬底上形成MTJ单元的方法的第二特定说明性实施例的流程图；以及
[0028]图16是包含具有多个MTJ单元的存储器装置的代表性无线通信装置的框图。
【具体实施方式】
[0029]图1是代表性磁性隧道结(MTJ)结构102的沉积层的常规排列的特定说明性实施例的横截面图。一般来说，MTJ结构102包含底部电极104和磁性隧道结(MTJ)堆叠102，其沉积在底部电极104上。MTJ堆叠102包含多个层，所述多个层包含第一铁磁层110、隧道结或隧道势皇层112和第二铁磁层114，其中隧道势皇层112夹在第一铁磁层110与第二铁磁层114之间。第一铁磁层110和第二铁磁层114可称为参考层(即固定层)和自由层，或反之亦然。MTJ结构102进一步包含沉积在MTJ堆叠102上的顶部电极106和沉积在顶部电极106的顶部上的高级图案化膜(APF)层108。
[0030]在特定实例中，可将硬掩膜116沉积在APF层108和底部抗反射涂层(BARC)上，且将光致抗蚀剂118沉积在硬掩膜116的顶部上。在光致抗蚀剂118上用光刻方式界定图案，且将所述图案转印到硬掩膜116。硬掩膜116将图案转印到APF膜层108。可根据图案界定来移除APF膜层108、顶部电极106和MTJ堆叠102的若干部分以形成图2的MTJ结构200。
[0031]图2是经图案化的MTJ结构200的横截面图，所述结构是通过移除APF膜层108且移除顶部电极层106和MTJ堆叠102的若干部分而形成的。MTJ结构200包含底部电极104、经图案化的MTJ堆叠102和顶部电极106。顶部电极106展现出特有的拐角圆化和氧化202。氧化202可在顶部电极106的表面的至少一部分上引入电绝缘层。此氧化可不利地影响顶部电极与另一电导体之间的电连接。
[0032]图3是在沉积间隔物层302和层间电介质层304之后的代表性MTJ结构300 (其对应于图2中说明的经图案化的MTJ结构200)的横截面图，随后执行化学机械平面化或空白蚀刻以移除层间电介质层304和间隔物层302的一部分。MTJ结构300包含底部电极104、MTJ堆叠102和顶部电极106。顶部电极106展现出拐角圆化和氧化202。另外，拐角圆化和氧化202已使得MTJ堆叠的一部分(如在306处指示)暴露。
[0033]图4是在沉积第二电极402之后的代表性MTJ结构400 (对应于图3的MTJ结构300)的横截面图。在此实例中，即使在执行预清洁工艺以移除氧化物202时，氧化物202也不能被完全移除，或者306处的凹进部分可增加。MTJ结构400包含底部电极104、MTJ堆叠102、顶部电极106、间隔物层302和层间电介质层(IDL) 304。第二电极402沉积在顶部电极106、间隔物层302和IDL 304上。MTJ堆叠102的暴露部分306可使第二电极402/顶部电极106与MTJ堆叠102内的隧道势皇(即，图1中说明的隧道势皇112)之间的距离减小。此减小的距离在操作期间可能对MTJ结构400的性能具有不合意的影响。确切地说，MTJ堆叠102的暴露部分306可能对接触电阻具有不合意的影响，且可能潜在地暴露或损坏MTJ堆叠102内的隧道结(即，图1中说明的隧道势皇112)。
[0034]图5是包含衬底上的沉积层的排列的磁性隧道结(MTJ)结构500的特定说明性实施例的横