如图7)。继续到1406，使用牺牲层和顶部电极作为硬掩膜来蚀刻MTJ堆叠和(任选地)底部电极(见，例如图8)。进行到1408，在结构(其包含牺牲层)上沉积间隔物顶盖膜层。前进到1410，沉积层间电介质层(IDL)。图9处展示从1408和1410获得的结构的实例。
[0051]继续到1412，对层间电介质(IDL)执行化学机械平面化(CMP)工艺，在间隔物顶盖膜层(例如图10)处停止。移动到1414，蚀刻间隔物顶盖膜层以暴露顶部电极(例如，图11)。进行到1416，预清洁所述结构，且在顶部电极上沉积第二顶部电极(例如，图12)。继续到1418，对顶部电极、底部电极或其任一组合执行光蚀刻工艺。所述方法在1420结束。
[0052]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。在1502，在衬底上沉积磁性隧道结(MTJ)结构，其中MTJ结构包含传导层(例如，底部电极)。所述MTJ结构包含夹在两个磁性层之间的隧道结。在特定实施例中，可对MTJ结构执行退火工艺以界定MTJ结构的磁性层中的至少一者(即，固定磁性层)的磁定向以形成MTJ装置。可在MTJ结构上沉积顶部电极层。前进到1504，在沉积高级图案化膜(APF)层、硬掩膜层和光致抗蚀剂膜层之前，在顶部传导层(即，顶部电极)上沉积牺牲层。在特定实施例中，牺牲层是电绝缘材料，例如氮氧化硅、碳化硅、氮化硅或氮化钛。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。
[0053]移动到1506，在牺牲膜层上沉积高级图案化膜(APF)层、硬掩膜层和光致抗蚀性层。继续到1508，将至少一个图案界定施加到光致抗蚀剂层、硬掩膜层、APF层、牺牲层和顶部电极层。进行到1510，根据至少一个图案界定移除光致抗蚀剂、硬掩膜和APF材料，且执行MTJ蚀刻工艺。在特定实施例中，光致抗蚀剂/底部抗反射涂层(BARC)界定图案，且通过蚀刻将所述图案转印到硬掩膜。光致抗蚀剂/BARC和硬掩膜将图案转印到APF层、牺牲层和顶部电极层。剥除硬掩膜层和APF层，且执行MTJ蚀刻工艺。
[0054]移动到1512，沉积间隔物层和层间电介质层。在特定实施例中，间隔物层包含非磁性膜材料。在特定实例中，可由与间隔物层相同的材料沉积牺牲层。继续到1514，移除层间电介质层的一部分以暴露间隔物层的一部分。进行到1516，执行化学机械平面化(CMP)工艺以暴露传导层。在特定实施例中，暴露的传导层和第二传导层是例如钽(Ta)、钛(Ti)、钌(Ru)或其它传导金属或其任一组合等导电材料。在特定实例中，CMP工艺可移除牺牲层。前进到1518，将第二传导层沉积到暴露的传导层上以产生MTJ装置。在特定实例中，在移除牺牲层之后沉积第二传导层。所述方法在1520结束。
[0055]在特定实施例中，可在第一电极(即，底部电极)上沉积磁性隧道结(MTJ)结构，其中MTJ结构包含夹在两个磁性材料层之间的隧道势皇层。在MTJ结构上沉积第二电极(BP，顶部电极)，且在沉积高级图案化膜(APF)层、硬掩膜层和光致抗蚀剂/底部抗反射涂层(BARC)之前在第二电极上沉积牺牲顶盖层。在特定实例中，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。另外，可在沉积APF层、硬掩膜层和光致抗蚀剂/BARC膜层之前对结构应用磁退火工艺。设置磁退火工艺以使与两个磁性膜层中的至少一者相关联的磁场定向。
[0056]在特定实施例中，在牺牲顶盖层上沉积APF膜层。在APF膜层上沉积硬掩膜层。在硬掩膜层上沉积包含光致抗蚀性材料的抗反射层。执行图案界定工艺以经由硬掩膜蚀刻工艺将图案界定到光致抗蚀剂、抗反射层和硬掩膜层上。剥除光致抗蚀剂/BARC。硬掩膜通过第二蚀刻工艺将图案转印到APF、牺牲和第二电极。剥除硬掩膜和APF。最后，执行MTJ蚀刻工艺以将图案转印到MTJ堆叠。
[0057]在特定实施例中，在MTJ结构上沉积间隔物层，在间隔物层上沉积层间电介质层，且选择性地移除层间电介质层的若干部分达暴露间隔物层的一部分的水平。可执行化学机械平面化(CMP)工艺以选择性地移除层间电介质层、间隔物层和牺牲层的若干部分以在平面表面处暴露第二电极。将第二传导层沉积到平面表面上，其中第二传导层以物理和电的方式耦合到第二导体。
[0058]所揭示的形成磁性隧道结(MTJ)结构的方法的实施例所提供的一个特定优点是牺牲顶盖层在光刻和蚀刻(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。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。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。
[0059]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。图16是包含MTJ单元的存储器阵列1632和包含MTJ单元阵列的磁阻随机存取存储器(MRAM) 1666的通信装置1600的说明性实施例的框图，存储器阵列1632和磁阻随机存取存储器1666耦合到处理器，例如数字信号处理器(DSP) 1610。通信装置1600还包含MTJ单元的高速缓存存储器装置1664，其耦合到DSP 1610。MTJ单元的高速缓存存储器装置1664、MTJ单元的存储器阵列1632和包含多个MTJ单元的MRAM装置1666可包含根据如相对于图5到图15而描述的工艺形成的MTJ单元。
[0060]图16还展示显示器控制器1626，其耦合到数字信号处理器1610并耦合到显示器1628。编码器/解码器(CODEC) 1634也可耦合到数字信号处理器1610。扬声器1636和麦克风1638可耦合到CODEC 1634。
[0061]图16还指示无线控制器1640可耦合到数字信号处理器1610并耦合到无线天线1642。在特定实施例中，输入装置1630和电源1644耦合到芯片上系统1622。此外，在特定实施例中，如图16中说明，显示器1628、输入装置1630、扬声器1636、麦克风1638、无线天线1642和电源1644在芯片上系统1622外部。然而，显示器1628、输入装置1630、扬声器1636、麦克风1638、无线天线1642和电源1644每一者可耦合到芯片上系统1622的组件，例如接口或控制器。
[0062]所属领域的技术人员将进一步了解，可将结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、配置、模块、电路和算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的这种可互换性，上文已大体依据各种说明性组件、块、配置、模±夬、电路和步骤的功能性描述了各种说明性组件、块、配置、模块、电路和步骤。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加在整个系统上的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述的功能性，但此类实施决策不应被解译为导致与本发明的范围偏离。
[0063]提供对所揭示实施例的先前描述是为了使所属领域的任何技术人员能够制作或使用所揭示的实施例。对这些实施例的各种修改对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的，且本文中所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文所示的实施例，而是将被赋予与如由所附权利要求书界定的原理和新颖特征一致的最宽可能范围。
【主权项】
1.一种磁性隧道结MTJ单元，包括: 第一电极； 位于所述第一电极上的MTJ堆叠； 位于所述MTJ堆叠上的第二电极，其中所述第二电极具有平面表面；以及 位于所述第二电极的所述平面表面上的传导层。
2.根据权利要求1所述的MTJ单元，其中所述MTJ堆叠包括固定层、自由层、以及位于所述固定层和所述自由层之间的隧道势皇层。
3.根据权利要求1所述的MTJ单元，其中所述第一电极、所述第二电极或所述传导层包括钽(Ta)、钛(Ti)、钌(Ru)或其任一组合。
4.根据权利要求1所述的MTJ单元，其进一步包括: 间隔物层，其沿着所述第二电极和所述MTJ的侧壁，且位于所述第一电极的表面上。
5.根据权利要求4所述的MTJ单元，其进一步包括: 位于所述传导层和所述间隔物层之间的层间电介质层。
6.根据权利要求1所述的MTJ单元，其中所述传导层以物理和电的方式耦合到导体。
7.根据权利要求1所述的MTJ单元，其中所述传导层和所述第一电极耦合到独立的线迹。
8.一种磁阻随机存取存储器MRAM，其具有如权利要求1至I任一者所述的磁性隧道结MTJ结构。
【专利摘要】本发明涉及形成磁性隧道结结构的方法。在特定实施例中，揭示一种方法，其包含在衬底上形成包含传导层的磁性隧道结(MTJ)结构。所述方法还包含在沉积图案化膜层之前在所述传导层上沉积牺牲层。
【IPC分类】H01L43-08, H01L43-12
【公开号】CN104576921
【申请号】CN201410720114
【发明人】李霞, 升·H·康, 朱晓春
【申请人】高通股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2008年11月20日
【公告号】CN101911327A, CN101911327B, EP2223356A1, US9136463, US20090130779, WO2009067594A1