截面图。MTJ结构500包含底部电极502和沉积在底部电极502上的MTJ堆叠504。MTJ堆叠504包含多个层，所述多个层包含第一铁磁层516、隧道结或隧道势皇层518和第二铁磁层520，其中隧道势皇层518夹在第一铁磁层516与第二铁磁层520之间。第一铁磁层516和第二铁磁层520可称为参考层(即，固定层)和自由层，或反之亦然。MTJ结构500进一步包含顶部电极506、沉积在顶部电极506上的牺牲层508和沉积在牺牲层508上的高级图案化膜(APF) 510、沉积在APF 510上的硬掩膜512和沉积在硬掩膜512上的光致抗蚀剂(PR)/底部抗反射涂层(BARC)514。
[0035]在特定实施例中，顶部电极506和底部电极502由钽(Ta)、钛(Ti)、钌(Ru)或其它传导性金属或其任一组合沉积。在特定实施例中，牺牲层508可由氮氧化硅、碳化硅、氮化娃、氮化钛或其任一组合沉积。
[0036]在特定实施例中，在沉积底部电极502、MTJ堆叠504和顶部电极506之后，在顶部电极506上沉积牺牲层508。牺牲层508可为具有类似于间隔物层或顶盖层且对在光刻工艺期间施加的图案界定的准确性具有很小影响或没有影响的化学性质的薄层。在特定实施例中，将牺牲层508选择为具有范围在大约10埃到大约5000埃的光分辨率。
[0037]可向MTJ堆叠504应用磁退火工艺以使与铁磁层中的至少一者(例如参考层(固定层)516)相关联的磁畴定向(即，设置磁场的方向或使磁场的方向定向)。APF 510、硬掩膜512和PR/BARC层514沉积在牺牲层508上。在特定实例中，BARC可为氮氧化硅。使用光刻工艺来施加图案界定，且根据所述图案界定和硬掩膜512在MTJ结构500上执行硬掩膜蚀刻工艺。
[0038]图6是经图案化的MTJ结构600的横截面图，经图案化的MTJ结构600表示在图案化和移除光致抗蚀剂和抗反射涂层514且移除图案化膜510、牺牲层508和顶部电极512的若干部分之后的图5的MTJ结构500。MTJ结构600包含底部电极502和MTJ堆叠504。MTJ结构600还包含顶部电极606、牺牲层608、高级图案化膜(APF)层610和硬掩膜512。
[0039]在特定说明性实施例中，应用第二蚀刻工艺以在APF 610、牺牲层608和顶部电极606上界定图案。剥除硬掩膜512和APF 610，从而留下牺牲层608和顶部电极606作为硬掩膜，如图7中所说明。
[0040]图7是磁性隧道结(MTJ)结构700的横截面图，MTJ结构700表示在移除硬掩膜层512和高级图案化膜(APF)610之后的图6的MTJ结构600。MTJ结构700包含底部电极502,MTJ堆叠504、顶部电极606和牺牲层608。牺牲层608和顶部电极606在第三MTJ蚀亥Ij工艺期间用作硬掩膜，以将图案界定转印在MTJ堆叠504上，且任选地将图案界定转印到底部电极502。可根据图案界定来移除MTJ堆叠504和(任选地)底部电极502的若干部分，从而产生如图8中所说明的经图案化的MTJ结构。
[0041]图8是经图案化的磁性隧道结(MTJ)结构800的横截面图，经图案化的MTJ结构800表示在使用牺牲层608和顶部电极606作为硬掩膜施加图案界定之后且在根据所述图案界定移除MTJ堆叠504的若干部分之后的图7的MTJ结构700。在特定实施例中，图案界定的施加还可导致底部电极502的一部分的移除。MTJ结构800包含牺牲层608和顶部电极606、MTJ堆叠804以及底部电极502。MTJ堆叠804表示图5到图7中所说明的MTJ堆叠504的经图案化的型式。在特定实施例中，在MTJ蚀刻工艺期间，经图案化的牺牲顶盖层608的一部分可能会损失，从而产生牺牲层608 (但非顶部电极606)的拐角圆化和/或氧化802。
[0042]图9是磁性隧道结(MTJ)结构900的横截面图，MTJ结构900表示在沉积间隔物层902和层间电介质层904之后的图8的MTJ结构800。MTJ结构900包含底部电极502、MTJ堆叠804、顶部电极606、牺牲层608、间隔物层(间隔物顶盖膜层)902和层间电介质层904。在特定实例中，间隔物层902和牺牲层608可由相同材料(例如氮氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化钛或其任一组合)形成。层间电介质层904是电介质膜。在特定实施例中，层间电介质层904可包含半导体装置的制造中常规采用的任何合适电介质材料，包含介电常数为约3.9或更小的材料(即，低k电介质层)以使传导层彼此绝缘。在特定实施例中，层间电介质材料904由二氧化硅沉积。此些电介质层或膜的形成在半导体工业中是常见的，且沉积程序是所属领域的技术人员所熟悉的。在特定实施例中，沉积间隔物层902和层间电介质904以保护MTJ堆叠804，且特别是保护MTJ堆叠804的侧壁。
[0043]图10是磁性隧道结(MTJ)结构1000的横截面图，MTJ结构1000表示在移除层间电介质层904的一部分以暴露间隔物层902的部分1002之后的图9的MTJ结构900。确切地说，向图9中所说明的MTJ结构900应用化学机械抛光(CMP)工艺以移除层间电介质层904的若干部分，以界定经处理的层间电介质层1004。在间隔物层902的顶部部分1002暴露之后，CMP工艺在间隔物层902处停止。
[0044]图11是磁性隧道结(MTJ)结构1100的横截面图，MTJ结构1100表示在应用化学机械平面化(CMP)工艺且执行蚀刻以暴露顶部电极606之后或在空白蚀刻以在衬底的平面表面1102处暴露顶部电极606之后的图10的MTJ结构1000。MTJ结构1100包含底部电极502、间隔物层902、MTJ堆叠804、层间电介质层1104和顶部电极606。顶部电极606在层间电介质层1104的平面表面1102处暴露，所述层间电介质层1104与间隔物层902大致齐平以界定平面表面1102。
[0045]图12是MTJ结构1200的横截面图，MTJ结构1200表示在执行清洁工艺之后且在沉积第二顶部电极1202以形成MTJ单元之后的图11的MTJ结构1100。MTJ结构1200包含底部电极502、间隔物层902、MTJ堆叠804、顶部电极606、层间电介质层1104和第二顶部电极1202，第二顶部电极1202沉积在平面表面1102上。一般来说，(图11中所说明的MTJ结构1100的)平面表面1102经清洁，且第二顶部电极1202被沉积在平面表面1102上以形成MTJ单元，MTJ单元经配置以存储数据值。在特定实施例中，可应用另一光和蚀刻工艺来蚀刻顶部电极1202、底部电极502或其任一组合以完成MTJ单元。
[0046]第二顶部电极1202和底部电极502可耦合到独立的线迹或其它电互连件以提供对MTJ单元的存取，以便从MTJ堆叠804内的自由磁性层所携带的磁畴读取数据位且/或向所述磁畴写入数据位。更确切地说，可使用读取/写入电流来检测/更改自由层的磁场的方向，其中磁场的方向表示数字值。在特定实施例中，MTJ结构1200可用作较大电路装置的一部分以实施逻辑处理、存储数据或其任一组合。
[0047]在特定实施例中，如相对于图5到图12而描述的形成MTJ单元的工艺产生相对于常规MTJ结构具有改进的可靠性的MTJ装置。图5中所说明的牺牲层508和图6到图10中所说明的牺牲层608减少或消除顶部电极606的腐蚀、氧化和拐角圆化，从而改进MTJ单元的电接触电阻和整体完整性。另外，例如通过使用牺牲层508和608，降低了蚀刻工艺期间暴露MTJ结构的侧壁的风险。在特定实例中，可将牺牲膜层508和608选择为具有类似于间隔物膜902或其它顶盖层的化学性质，其不会干扰MTJ装置1200的性能。在特定实施例中，将牺牲层508和608的化学性质选择为使得牺牲层可相对于顶部电极606的厚度较薄，同时仍提供充分的保护以防止顶部电极的拐角圆化。另外，可将牺牲层508和608选择为相对于图5和图6中所说明的APF层510和610具有对图案界定的分辨率具有很小影响或没有影响的化学结构，以允许准确转印图案界定以界定顶部电极606。在特定实施例中，将牺牲层厚度选择为具有范围在大约10埃到大约5000埃的光分辨率。
[0048]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。在1302，在衬底上沉积底部电极。底部电极可由钛(Ti)、钌(Ru)、钽(Ta)、另一导电材料或其任一组合沉积。移动到1304，沉积多个磁性隧道结(MTJ)层，包含夹在两个磁性膜层之间的隧道势皇，以便形成MTJ结构。通常，两个磁性膜层由铁磁材料沉积，且隧道势皇(即，隧道结层)由靶材沉积/氧化。继续到1306，在MTJ结构上沉积顶部电极。进行到1308，在顶部电极上沉积牺牲顶盖膜层以保护顶部电极。前进到1310，执行磁退火工艺以使与固定层(即，两个磁性膜层中的至少一者)相关联的磁场定向。
[0049]移动到1312，在牺牲膜层上沉积高级图案化膜(APF)层。APF膜层可从许多光致抗蚀性材料中选择以接收图案界定。继续到1314，在APF膜层上沉积硬掩膜层。在1316，在硬掩膜层上沉积具有光致抗蚀性(PR)材料层的底部抗反射涂层(BARC)。在图5处说明所得结构的实例。继续到1318，执行光致抗蚀剂工艺以向结构施加光致抗蚀剂图案界定。进行到1320，剥除光致抗蚀性材料和BARC层，且方法前进到1322，其在图14处继续。
[0050]参看图14，在1322，方法前进到1402，且根据光致抗蚀剂图案界定来蚀刻硬掩膜、APF膜层和牺牲层以及顶部电极(见，例如图6)。移动到1404，剥除APF层和硬掩膜层(见，例