一種雙磁性隧道結的刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體存儲技術領域，尤其涉及一種雙磁性隧道結的刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]電阻式隨機存儲器(RRAM)、相變隨機存儲器(PRAM)和MRAM等后端制程存儲器是基于存儲單元的電阻狀態改變來存儲的，具有速度快和非易失等優點，基本存儲單元包括頂電極、阻變介質和底電極三部分。用于MRAM的磁性隧道結(MTJ)阻變介質單元包括自由層、釘扎層和夾在中間的勢皇層。當自由層的磁化方向與釘扎層磁化方向處于平行/反平行時，MTJ的電阻態處于低/高狀態，分別對應于存儲的0和1。為了降低MRAM的讀寫電流密度和隧穿磁電阻(TMR)對電壓依賴性，雙磁性隧道結(DMTJ)的設計被提出來。
[0003]頂電極和MTJ堆在晶元上制備好之后，需要加工刻蝕成獨立的單元，加工刻蝕過程的副產物容易在MTJ側壁再沉積導致上下電極連通，造成短路現象引起MTJ堆失效。現有的刻蝕工藝雖然可以解決單MTJ的短路問題，但是還無法解決DMTJ的短路失效問題。
【發明內容】
[0004]本發明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種雙磁性隧道結的刻蝕方法，本方法通過雙磁性隧道結在第一隧穿層時停止加工刻蝕，沉積第一絕緣層，然后繼續刻蝕到第二隧穿層停止，沉積第二絕緣層，然后刻蝕到底電極為止，最后將殘余的硬模板和硬模板緩沖層刻蝕。本方法有效避免了雙磁性隧道結堆上下電極可能短路的問題。
[0005]本發明是通過以下技術方案達到上述目的:一種雙磁性隧道結的刻蝕方法，包括如下步驟:
[0006](1)基于雙磁性隧道結堆采用光刻法制備得到所需形狀的硬模板與硬模板緩沖層，其中所述的雙磁性隧道結堆自上而下由頂電極、第一反鐵磁層、第一釘扎層、第一隧穿層、自由層、第二隧穿層、第二釘扎層、第二反鐵磁層、底電極堆棧組成；
[0007](2)從頂電極層開始，根據硬模板的形狀進行刻蝕，刻蝕至第一隧穿層后停止刻蝕并沉積第一絕緣層；
[0008](3)沉積完后繼續刻蝕自由層直到第二隧穿層停止刻蝕，并沉積第二絕緣層；
[0009](4)沉積完后繼續刻蝕余下層直至底電極，并將剩余的硬模板與硬模板緩沖層刻蝕得到最終刻蝕成品。
[0010]作為優選，所述硬模板為氮化硅、氮化鉭、二氧化硅中的一種。
[0011 ] 作為優選，所述硬模板緩沖層為氮化硅、碳化硅、二氧化硅中的一種。
[0012]作為優選，所述頂電極為鉭、氮化鉭中的一種。
[0013]作為優選，所述第一反鐵磁層與第二反鐵磁層為鉑錳合金、銥錳合金、鈀錳合金、鐵錳合金、鈷鉑多層膜、鈷鈀多層膜中的一種。
[0014]作為優選，所述第一釘扎層與第二釘扎層為鈷鐵合金、鈷鐵硼合金、帶有垂直增強層的多層性膜中的一種。
[0015]作為優選，所述第一隧穿層、第二隧穿層為氧化鋁、氧化鎂、氧化鉿中的一種。
[0016]作為優選，所述第一絕緣層與第二絕緣層為氧化鋁、二氧化硅、氮化硅中的一種。
[0017]作為優選，所述自由層為鈷鐵合金、鈷鐵硼合金、帶有垂直增強層的多層磁性膜中的一種。
[0018]作為優選，所述垂直增強層為鉭、鉿、鉻、釕、氮化鉭、氮化鉿和氮化鉻中的一種。
[0019]作為優選，所述刻蝕所采用方法為離子束刻蝕、反應離子束刻蝕方法中的一種。
[0020]作為優選，所述步驟(4)刻蝕得到的最終刻蝕成品結構為由頂電極、第一反鐵磁層、第一釘扎層、第一隧穿層、自由層、第二隧穿層、第二釘扎層、第二反鐵磁層、底電極自上而下堆棧組成；其中第一絕緣層包裹在頂電極、第一反鐵磁層、第一釘扎層的兩側，第二絕緣層將第一絕緣層包裹的頂電極、第一反鐵磁層、第一釘扎層并第一隧穿層、自由層一同包裹在內。
[0021]本發明的有益效果在于:(1)由于在刻蝕過程中增加了兩層絕緣層的沉積，有效避免了雙磁性隧道結堆上下電極可能短路的問題；⑵本方法對高密度MRAM存儲的加工生產有著重要意義，有很大的應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明帶有光刻膠模板的雙磁性隧道結堆結構示意圖；
[0023]圖2是本發明沉積第一絕緣層后的雙磁性隧道結堆結構示意圖；
[0024]圖3是本發明沉積第二絕緣層后的雙磁性隧道結堆結構示意圖；
[0025]圖4是本發明刻蝕完后的雙磁性隧道結堆結構示意圖；
[0026]附圖標記說明:1、光刻膠模板，2、硬模板，3、硬模板緩沖層，4、頂電極，5、第一反鐵磁層，6、第一釘扎層，7、第一隧穿層，8、自由層，9、第二隧穿層，10、第二釘扎層，11、第二反鐵磁層，12、底電極，13、先前工藝層，14、第一絕緣層，15、第二絕緣層。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此:
[0028]實施例1:如圖1所示，一定形狀的光刻膠模板1在所選擇區域制備好，底電極12、第二反鐵磁層11、第二釘扎層10、第二隧穿層9、自由層8、第一隧穿層7、第一釘扎層6、第一反鐵磁層5、頂電極4、硬模板緩沖層3和硬模板層2依次沉積在已經制備好前端工藝的13層上。在本實施例中，為了簡化刻蝕工藝，硬模板緩沖層3能夠與頂電極4在同一刻蝕條件下刻蝕，優選用于的硬模板緩沖層3的材料為氮化硅、碳化硅和其替代物。傳統的二氧化硅、氮化硅、氮化鉭及其替代物用來制備硬模板層2。雖然圖1中僅顯示有一個存儲單元，但是本發明的實施例可以用于加工晶元上的一系列存儲單元。
[0029]圖2是圖1經過一系列刻蝕工藝并沉積第一絕緣層14結構示意圖。光刻膠模板1層去除后，復制光刻膠模板層1形狀的硬模板層2作為掩模板繼續刻蝕。當刻蝕到第一隧穿層7時，刻蝕工藝停止，沉積第一絕緣