进行蚀刻期间在磁阻型器件中的磁性层的隔离的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年6月4日提交的美国专利申请No. 14/296153和2013年10月15日 提交的美国临时申请No. 61 /890984的优先权。该临时申请的内容的全部内容通过引用并入 本文中。
技术领域
[0003] 本公开一般设及磁阻型器件，更具体地，设及在制造运些器件时进行蚀刻期间的 磁性层的隔离。
【背景技术】
[0004] 磁阻型存储器器件通过W下步骤来存储信息:变化存储器器件两端的电阻，使得 通过存储器器件中的存储器单元的读电流将导致电压降，该电压降具有基于存储器单元中 存储的信息的幅值。例如，在某些磁性存储器器件中，磁性隧道结(MTJ)两端的电压降可基 于存储器单元内的磁性层的相对磁性状态而变化。在运些存储器器件中，通常，存储器单元 中的一部分具有固定磁性状态，而存储器单元中的另一部分具有自由磁性状态，该自由磁 性状态被控制W使其平行于或反平行于固定磁性状态。因为通过存储器单元的电阻基于自 由部分是平行于还是反平行于固定部分而改变，所W可通过设置自由部分的取向来存储信 息。随后，通过感测自由部分的取向来检索该信息。运些磁性存储器器件在本领域中是熟知 的。
[0005] 可通过发送自旋极化写电流使其通过存储器器件来完成磁性存储器单元的写，其 中，自旋极化电流所携带的角动量可改变自由部分的磁性状态。本领域的普通技术人员理 解，此电流可W是通过存储器单元直接驱动的，或者可W是施加一个或多个电压(所施加的 电压导致所需的电流)的结果。根据通过存储器单元的电流的方向，得到的自由部分的磁化 将平行于或反平行于固定部分。如果平行取向代表逻辑"0"，则反平行取向可代表逻辑"r， 或反之亦然。因此，通过存储器单元的写电流流动方向确定存储器单元被写成第一状态还 是第二状态。运些存储器器件经常被称为自旋转矩传递存储器器件。在运些存储器中，写电 流的幅值通常大于用于感测存储在存储器单元中的信息的读电流的幅值。
[0006] 制造磁阻型器件(包括MTJ器件)包括一系列处理步骤，在运些步骤中，沉积很多材 料层，然后将材料层图案化，W形成磁阻型堆叠和用于向磁阻型堆叠提供电连接的电极。磁 阻型堆叠包括构成器件的自由部分和固定部分的各种层W及为MTJ器件提供至少一个隧道 结的一个或多个电介质层。在许多情形下，材料层非常薄，大约是几埃或几十埃的量级。类 似地，图案化和蚀刻之后运些层的尺寸极小，处理期间的小偏差或瑕疵对器件性能可能有 显著影响。
[0007] 因为MRAM器件可包括成千上万的MTJ元件，所W用于制造器件的精确处理步骤可 通过使运些器件邮邻地布置而不会不期望地相互影响来促成密度增大。此外，运种准确处 理有助于使包括在MRAM中的器件两端的器件特性(诸如，开关电压）的偏差最小。因此，期望 提供用于制造支持密度增大并且促使器件之间的某些特性变化最小的运些器件的技术。
【附图说明】
[0008] 图1至图4示出制造根据示例性实施例的磁阻型器件的不同阶段期间磁阻型器件 中包括的层的剖视图；
[0009] 图5至图7示出制造根据示例性实施例的磁阻型器件的不同阶段期间磁阻型器件 中包括的层的剖视图；
[0010] 图8至图10示出制造根据示例性实施例的磁阻型器件的不同阶段期间磁阻型器件 中包括的层的剖视图；W及
[0011] 图11至图13是制造根据示例性实施例的磁阻型器件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012] 下面的详细描述本质只是例示性的，不旨在限制主题或申请的实施例和运些实施 例的使用。本文中描述的任何示例性的实现方式不一定被解释为相对于其它实现方式是优 选或有利的。
[0013] 为了例示的简明和清晰起见，附图描绘了各种实施例的一般结构和/或构造方式。 可省略对熟知特征和技术的描述和详述，避免不必要地混淆其它特征。附图中的元件不一 定按比例绘制:可相对于其它元件夸大一些特征件的尺寸，W提升对示例实施例的理解。例 如，本领域的普通技术人员理解，剖视图不是按比例绘制的，不应该被视为代表不同层之间 的比例关系。提供运些剖视图是为了有助于通过简化各种层W表明所述层的相对定位来执 行对处理步骤的例示。此外，虽然某些层和特征被图示为具有直角90度的边缘，但实际上或 实践上，运些层可W更"倒圆"并且逐渐倾斜。
[0014] 术语"包括"、"包含"、"具有"及运些词的任何变型都被用作同义词，用于指代非排 他性包括。术语"示例性"是W "示例"而非"理想"的含义使用的。
[001引在进行此说明的过程期间，可根据图示各种示例性实施例的不同附图，使用类似 的附图标记来表示类似的元件。
[0016] 出于简洁的缘故，在本文中可不详细描述与半导体处理相关的传统技术。可使用 已知的光刻工艺来制备示例性实施例。制备集成电路、微电子器件、微机电器件、微流体器 件和光子器件设及形成W某种方式相互作用的许多材料层。可将运些层中的一个或多个图 案化，所W层的各种区域具有不同的电子特性或其它特性，运些区域可在层内互连或者互 连到其它层W形成电组件和电路。可通过选择性引入或者去除各种材料来形成运些区域。 经常通过光刻工艺来形成限定运些区域的图案。例如，将光致抗蚀剂层施用到覆在晶圆衬 底上的层上。使用光掩模(包含透明区和不透明区）通过福射(诸如，紫外光、电子或X射线） 的形式将光致抗蚀剂选择性曝光。通过施用显影剂，去除暴露于福射或者没有暴露于福射 的光致抗蚀剂。然后，可对没有受剩余光致抗蚀剂保护的下伏层应用蚀刻，使得覆在衬底上 方的层被图案化。可供选择地，可使用利用光致抗蚀剂作为模板构建结构的附加工艺。
[0017] 在本文中描述和例示了许多发明W及运些发明的许多方面和实施例。在一个方 面，所描述的实施例设及制造在磁性材料堆叠的任一面上具有一个或多个导电电极或导体 的基于磁阻的器件的方法W及其它。如W下更详细描述的，磁性材料堆叠可包括许多不同 的材料层，其中，运些材料层中的一些层包含磁性材料，而其它层不包含磁性材料。在一个 实施例中，制造方法包括形成用于磁阻型器件的层，然后掩盖运些层并且进行蚀刻，W制作 磁性隧道结(MTJ)器件。MTJ器件的示例包括换能器(诸如电磁型传感器）W及存储器单元。
[0018] 磁阻型器件通常被形成为包括顶电极和底电极，顶电极和底电极通过可W连接其 它电路元件W供接入器件。在运些电极之间的是一组层，该一组层包括在形成隧道势垒的 电介质层的分别两侧上的固定层和自由层。在一些实施例中，固定层基于与反电磁材料的 相互作用来实现其固定磁化。在其它实施例中，可通过其它手段(包括形成固定层的方式、 形状各向异性等)来实现固定磁化。在制造运些磁阻型器件时，首先，在晶圆上沉积一组层， 然后，分多个步骤进行图案化和蚀刻，W便限定电极W及电极之间的各种层。在反应性蚀刻 步骤期间，磁阻型器件内的层中包括的一些材料易受氧化或其它劣化的影响。运种氧化或 劣化可能是有害的，因为它可能干扰器件的磁性行为或者干扰后续处理步骤。尤其是，在对 应于下伏层的蚀刻操作期间，自由层或固定层中包括的磁性材料层的侧壁可能容易受劣化 的影响。除了经受基于暴露于蚀刻化学物质的可能劣化之外，侧壁还会受后续蚀刻操作中 的残余材料所形成的覆盖物影响。
[0019] 为了避免对磁阻型器件堆叠结构中包括的磁性层有不期望的影响，本文中描述的 一种技术提供了=步骤处理，用于限定磁阻型器件堆叠结构的下部部分。作为使用单个蚀 刻步骤在磁阻型器件的下部部分中限定层的替代方式，蚀刻操作被分成:第一蚀刻，其限定 一个或多个磁性层;包封步骤，其涂覆并且保护第一蚀刻中限定的一个或多个磁性层的侧 壁;第二蚀刻，其限定磁阻型堆叠中的剩余层。可通过氧化、氮化侧壁或者将侧壁暴露