CN104659201B - 一种磁阻内存单元的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁阻内存单元的制造方法，该方法包括：在衬底上形成自下向上依次包括下电极、磁隧道结和上电极的主体；在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层；在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层；修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层；以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述主体，形成截面为环形的磁阻内存单元。本发明的磁阻内存单元的制造工艺流程简单，易于实现，而且有利于磁阻内存的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种磁阻存储单元的制造方法。
背景技术
近年来，随着半导体技术的发展，要求半导体器件向轻、薄、短小化发展，同时也意味着半导体器件向高速、高集成度、低功率消耗方向发展。因此要对半导体器件的结构进行改进以适应现代化技术的发展需求。磁阻内存（Magnetic Random Access Memory,MRAM）由于具有高速、低电压、高密度、非易失性等优点，成为市场关注的存储器之一。
MRAM是通过施加磁场，将信息存储到磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction,MTJ）结构中，并通过测量通过MTJ的电流读取信息的技术。具体地，所述MRAM自下而上依次由下电极、磁隧道结和上电极构成，MTJ又由两铁磁层以及位于所述两铁磁层之间的绝缘层构成。在公告号为CN1402254C的中国专利中就公开了一种用于存储装置的MTJ结构。
STT-MRAM采用了自旋注入磁化反转（spin transfer torque，STT）数据擦写技术，其能够利用记忆元件中流过的电流擦写数据，这种磁阻内存具有工作速度快、擦写次数无限制、容易增大容量等性能。STT-MRAM的记忆元件（MTJ）越细微，擦写电流就越小，越容易减小读写用晶体管，因此越容易高度集成。
目前，STT-MRAM又发展为面内磁化STT-MRAM和垂直磁化STT-MRAM两种STT-MRAM。对于面内磁化STT-MRAM而言，由于存在磁各向异性，磁阻内存通常为椭圆形而不能为圆形。随着MRAM技术的发展，本领域出现了环形结构的磁隧道结或磁阻内存，从而使得圆形和椭圆形磁阻内存均可以用于面内磁化STT-MRAM。如专利CN200710094480.2揭示了一种环形磁隧道结及其制造方法，但是，该方法需要多次蚀刻和研磨并采用多种掩膜材料，制造过程复杂，不易于实现且不利于大规模生产磁阻内存。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁阻内存单元的制造方法，用于解决现有技术中制造过程复杂，不易于实现且不利于大规模生产磁阻内存的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤：
在衬底上形成自下向上依次包括下电极、磁隧道结和上电极的主体；
在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层；
在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层；
修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层；
以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述主体，形成截面为环形的磁阻内存单元。
优选地，所述第一开口用于定义所述磁阻内存单元的外部形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述磁阻内存单元的内部形状及尺寸。
优选地，在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层包括：
在所述主体上形成第一阻挡层；
在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁阻内存单元的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口；
去除所述第一光刻胶层。
优选地，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层。
优选地，所述硬掩膜层选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合，所述蚀刻止刻层选自氮碳化硅、氮化硅、氧化硅、无定形碳中的一者或其组合。
优选地，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅。
优选地，通过干法蚀刻所述第一阻挡层。
优选地，所述第一开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的外部形状及尺寸相同。
优选地，所述第二开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的内部形状及尺寸相同。
优选地，通过干法蚀刻所述主体。
优选地，还包括在所述环形的磁阻内存单元的环内和环外沉积介质层。
优选地，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层和蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
优选地，所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
优选地，通过干法蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
优选地，所述第一开口和所述第二开口为圆形或椭圆形。
优选地，所述第一开口的直径或长轴为50～300纳米，所述第二开口的直径或长轴为10～280纳米。
另外，本发明还提供了一种磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤：
在衬底上自下向上依次形成下电极和磁隧道结；
在所述磁隧道结上形成具有第一开口的第一阻挡层；
在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层；
修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层；
以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述磁隧道结，形成截面为环形的磁隧道结；
在所述磁隧道结中沉积介质层，在所述介质层上形成覆盖于所述磁隧道结的上电极；
优选地，所述第一开口用于定义所述磁隧道结的外部形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述磁隧道结的内部形状及尺寸。
优选地，在所述磁隧道结（703）上形成具有第一开口的第一阻挡层包括：
在所述磁隧道结上形成第一阻挡层；
在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁隧道结的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口；
去除所述第一光刻胶层。
优选地，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层。
优选地，所述硬掩膜层选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合，所述蚀刻止刻层选自氮碳化硅、氮化硅、氧化硅、无定形碳中的一者或其组合。
优选地，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅。
优选地，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层和蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
优选地，所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
如上所述，本发明的磁阻内存单元，具有以下有益效果：
首先，目前现有的磁阻内存单元制造工艺需要一种金属硬掩膜材料和几种电介质硬掩膜材料，所用的材料复杂，不易于操作。本发明的磁阻内存单元制造工艺只需要2～3种电介质硬掩膜材料，材料及构造简单，有利于操作，从而可加快生产速度。
其次，现有的磁阻内存单元制造工艺流程包括1次曝光、5次刻蚀（含1次湿法蚀刻）和多次研磨，而一般来说，湿法刻蚀不适合用于半导体后段工艺，并且该工艺流程复杂，较难实现。本发明的磁阻内存单元制造工艺流程包括1次曝光和3～4次蚀刻，整个流程中均可采用干法蚀刻，而且不需要多次研磨，工艺流程简单，易于实现，而且有利于磁阻内存的大规模生产。
附图说明
图1显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法的流程图。
图2显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S1形成的结构示意图。
图3显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S2图形化后形成的结构示意图。
图4显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S2蚀刻后形成的结构示意图。
图5显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S3在第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层形成的结构示意图。
图6显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S4形成的结构示意图。
图7显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的结构示意图。
图8显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的截面形状为内圆外圆的磁阻内存单元的俯视示意图。
图9显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的截面形状为内椭圆外椭圆的磁阻内存单元的俯视示意图。
图10显示为本发明的另一种磁阻内存单元的制造方法的流程图。
图11显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T1形成的结构示意图。
图12显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T2图形化后形成的结构示意图。
图13显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T2蚀刻后形成的结构示意图。
图14显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T3在第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层形成的结构示意图。
图15显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T4形成的结构示意图。
图16显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T5形成的结构示意图。
图17显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤T6形成的结构示意图。
元件标号说明
601 衬底
602 下电极
603 磁隧道结
604 上电极
605 蚀刻止刻层
606 硬掩膜层
607 第一阻挡层
608 第一光刻胶层
609 第一开口
610 第二阻挡层
611 第二开口
701 衬底
702 下电极
703 磁隧道结
705 蚀刻止刻层
706 硬掩膜层
707 第一阻挡层
708 第一光刻胶层
709 第一开口
710 第二阻挡层
711 第二开口
712 上电极
S1～S5 步骤
T1～T6 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1本发明磁阻内存单元的制造流程示意图和图2-9本发明磁阻内存单元的制造流程中各阶段的示意图。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。以下将结合示意图说明本发明磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：如图2所示，在衬底601上形成自下向上依次包括下电极602、磁隧道结603和上电极604的主体11。
需要说明的是，磁隧道结603自下向上依次由下磁性层、隧穿氧化层和上磁性层构成（图中未示出），以下对磁隧道结603的各层结构做介绍。下磁性层也称为固定层，上磁性层也称为自由层，固定层的磁场方向是固定的，自由层的磁场方向是可变的。下磁性层和上磁性层均为磁性层，而隧穿氧化层为金属氧化层。下磁性层和上磁性层可为铁磁材料，如CoFeB、NiFe、CoFe等，隧穿氧化层可以为Al2O3、SiO2或MgO。所述磁隧道结603还包括：反铁磁层，设置于下磁性层之下，所述反铁磁层用于在磁隧道结603写入过程中固定下磁性层的磁化方向，避免由于所述固定层的矫顽力不够大导致受位线或字线中的电流流过时产生的感应磁场的方向影响而改变磁化方向。反铁磁层的材料可以选择包含Pt或Mn的合金，其厚度大于下磁性层。当写入电流由下磁性层向上磁性层流过时，只有自旋方向与下磁性层的磁化方向相同的电流才能通过下磁性层与隧穿氧化层进入上磁性层，从而改变上磁性层的磁化方向与下磁性层相同，定义此时写入“0”；当翻转电流方向，使电流由上磁性层向下磁性层流过，此时仍为只有自旋方向与下磁性层的磁化方向相同的电子才能通过，因此上磁性层的磁化方向与下磁性层相反，则此时写入“1”。
在本发明一实施例中，在衬底601上形成层间介质层，图形化所述层间介质层，形成贯穿所述层间介质层的贯穿孔；向所述贯穿孔中沉积导电材料，直至填满所述贯穿孔，从而完成下电极602的制造，所述下电极602连接后续形成的磁隧道结603与写入电路或读取电路，以实现磁阻内存单元的信息存储。需要说明的是，本发明下电极602的制造方法不限于上述方法，也可以采用现有技术中的其他方法。之后，可采用磁控溅射沉积、分子束外延、脉冲激光沉积、物理汽相沉积法（PVD，如采用溅射的PVD）、化学汽相沉积法（CVD）或本领域公知的其他方法在下电极602上依次形成下磁性层、隧穿氧化层和上磁性层和上电极604。本发明为了制造简便，将包括下电极602、磁隧道结603和上电极604的主体11作为一个整体进行蚀刻。
需要说明的是，上电极604和下电极602可以采用铜、铜合金、铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或其任意组合或任意其他适当的材料。
步骤S2：如图3和图4所示，在所述主体11上形成具有第一开口609的第一阻挡层607，该步骤具体包括：
在所述主体11上形成第一阻挡层607；
在所述第一阻挡层607上形成第一光刻胶层608，定义出磁阻内存单元的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶608层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层607，形成第一开口609；
去除所述第一光刻胶层608。
需要说明的是，所述第一阻挡层607至少包括硬掩膜层606和位于所述硬掩膜层606下的蚀刻止刻层605。所述蚀刻止刻层605介于硬掩膜层606和主体11之间，用于保护主体11，使其在蚀刻过程中不受损坏。当蚀刻完硬掩膜层606时蚀刻制程自动止于蚀刻止刻层605。蚀刻止刻层605存在于整个环形磁阻内存的制程中，其在步骤S5以所述第二阻挡层610为掩膜蚀刻所述主体11时才与第二阻挡层610一同被全部或部分蚀刻掉。所述硬掩膜层606为非光刻胶，其可选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合。所述蚀刻止刻层605选自氮碳化硅、氮化硅、氧化硅、无定形碳中的一者或其组合。优选地，所述硬掩膜层606为非功能型碳（NFC），所述蚀刻止刻层605为氮碳化硅。
需要说明的是，在所述主体11上形成第一阻挡层607的方法可采用物理汽相沉积法（PVD，如采用溅射的PVD）、化学汽相沉积法（CVD）或本领域公知的其他方法。当所示第一阻挡层607包括硬掩膜层606和蚀刻止刻层605时，依次沉积硬掩膜层606和蚀刻止刻层605。在所述第一阻挡层607上沉积第一光刻胶层608，进行图案化，并对其曝光和显影，其中，所述曝光可为电子束曝光或其他适合的曝光技术。所述第一光刻胶层608为环形，其内径与磁阻内存单元的外径相同。
需要说明的是，可以通过干法蚀刻所述第一阻挡层607，当所示第一阻挡层607包括硬掩膜层606和蚀刻止刻层605时，蚀刻所述第一阻挡层607时仅蚀刻硬掩膜层606，蚀刻制程止于蚀刻止刻层605。所述第一开口609用于定义所述磁阻内存单元的的外部形状及尺寸，具体地，所述第一开口609的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的外部形状及尺寸相同。
还需要说明的是，所述第一开口609为圆形或椭圆形，所述第一开口609的直径或长轴为50～300纳米。当本发明磁阻内存单元的形状为内圆外圆的环形柱体时，所述第一开口609为圆形，所述第一开口609的直径与环形磁阻内存单元的外径尺寸相同。优选地，所述第一开口609的直径为90～200纳米。当本发明磁阻内存单元的形状为内椭圆外椭圆的环形柱体时，所述第一开口609为椭圆形，所述第一开口609的长轴和短轴尺寸与环形磁阻内存单元的外椭圆的长轴和短轴尺寸相同。优选地，所述第一开口609的长轴为140～180纳米，短轴为60～70纳米，长短轴之比为2.4～2.6。优选地，在同一水平面上，所述第一开口609的横剖面的中心点与所述磁阻内存单元的横剖面的中心点重合，即所述第一开口609位于所述磁阻内存单元的中间。
步骤S3：如图5所示，在所述第一开口609中沉积具有第二开口611的第二阻挡层610。
需要说明的是，所述第二开口611用于定义所述磁阻内存单元的内部形状及尺寸，具体地，所述第二开口611的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的内部形状及尺寸相同。
需要说明的是，所述第二开口611为圆形或椭圆形，所述第二开口611的直径或长轴为10～280纳米。当本发明磁阻内存单元的形状为内圆外圆的环形柱体时，所述第二开口611为圆形，所述第二开口的直径与环形磁阻内存单元的内径尺寸相同。优选地，所述第二开口611的直径为30～100纳米。当本发明磁阻内存单元的形状为内椭圆外椭圆的环形柱体时，所述第二开口611为椭圆形，所述第二开口611的长轴和短轴尺寸与环形磁阻内存单元的内椭圆的长轴和短轴尺寸相同。优选地，所述第二开口611的长轴为100～170纳米，短轴为20～50纳米，长短轴之比为2.4～2.6。优选地，在同一水平面上，所述第二开口611的横剖面的中心点与所述磁阻内存的横剖面的中心点重合，即所述第二开口611位于所述磁阻内存单元的中间。
还需要说明的是，在所述第一开口609中沉积第二阻挡层610的方法可采用原子层沉积法（ALD）、物理汽相沉积法（PVD，如采用溅射的PVD）、化学汽相沉积法（CVD）或本领域公知的其他方法，优选地，采用原子层沉积法（ALD）。所述第二阻挡层610的材料为电介质，沉积温度低于350℃，在成比较薄的膜时具有较好的均匀性和阶梯覆盖率（step coverage）。优选地，所述第二阻挡层610选自氧化硅或氮化硅。
需要指出的是，在所述第一开口609中沉积具有第二开口611的第二阻挡层610之后可以对所述第二阻挡层610进行研磨，至所述第二阻挡层610与第一阻挡层607的上边沿齐平，也可以不对所述第二阻挡层610进行研磨。优选地，在所述第一开口609中沉积具有第二开口611的第二阻挡层610之后不对所述第二阻挡层610进行研磨。
步骤S4：如图6所示，修整所述第二阻挡层610，保留所述第一开口609和所述第二开口611之间的第二阻挡层610。
需要说明的是，修整所述第二阻挡层610包括去除所述第二阻挡层610以外的第一阻挡层607和蚀刻第二开口611以内的第二阻挡层610。其中，所述第二开口611以内的第二阻挡层610是指第二开口611底部的第二阻挡层610，其可以通过干法蚀刻第二开口611以内的第二阻挡层610，所述第二阻挡层610以外的第一阻挡层607可以通过氧化去除。修整完成后，留下的是呈环形的第二阻挡层610，所述环形第二阻挡层610用作下一步蚀刻所述主体11的掩膜，其内部尺寸和外部尺寸与所述磁阻内存单元的内部尺寸和外部尺寸相同。
还需要说明的是，当所述第一阻挡层607包括硬掩膜层606和蚀刻止刻层605时，修整所述第二阻挡层610还包括去除所述硬掩膜层606并且全部或部分蚀刻所述蚀刻止刻层605。根据工艺需要（如蚀刻机器的能力和工厂中污染控制的需要），蚀刻所述蚀刻止刻层605时需要留下一薄层。蚀刻第二开口611以内的第二阻挡层610和蚀刻所述蚀刻止刻层605可以合并为一步进行，也可以分开进行，根据具体工艺结果而定。修整完成后，第二阻挡层610和蚀刻止刻层605构成一个环形柱体，作为下一步蚀刻所述主体11的掩膜。第二阻挡层610和蚀刻止刻层605的内部尺寸和外部尺寸与所述主体11的内部尺寸和外部尺寸相同。
步骤S5：如图7所示，以所述第二阻挡层610为掩膜蚀刻所述主体11，形成截面为环形的磁阻内存单元。
需要说明的是，通过干法蚀刻所述主体11。以所述第二阻挡层610为掩膜蚀刻所述主体11时，蚀刻至所述主体11的下电极602，形成截面为环形的磁阻内存单元。在本发明一实施例中，磁阻内存单元的截面形状至少包括图8和图9中所示的内圆外圆和内椭圆外椭圆2种形状。
还需要说明的是，本发明所述的方法还包括在所述环形的磁阻内存单元的环内和环外沉积介质层，所述介质层为绝缘材料，可采用氧化硅或本领域公知的其他介质层材料。
作为本发明的另一种变形形式，本发明还提供了另外一种磁阻内存单元的制造方法的实施例，流程图如图10所示。请参阅图11-17本发明磁阻内存单元的制造流程中各阶段的示意图。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
还需要说明的是，本实施例与上述实施例重复的部分请参考上述实施例的说明，本实施例将不再赘述。以下将结合示意图说明本发明磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤T1：如图11所示，在衬底701上自下向上依次形成图形化的下电极702和磁隧道结703。
需要说明的是，本实施例将磁隧道结703作为一个整体进行蚀刻，其上部的下电极702和上部的上电极712不参与蚀刻。
步骤T2：如图12和图13所示，在所述磁隧道结703上形成具有第一开口709的第一阻挡层707，该步骤具体包括：
在所述磁隧道结703上形成第一阻挡层707；
在所述第一阻挡层707上形成第一光刻胶层708，定义出磁隧道结703的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶层708为掩膜蚀刻所述第一阻挡层707，形成第一开口709；
去除所述第一光刻胶层708。
需要说明的是，所述第一阻挡层707至少包括硬掩膜层706和位于所述硬掩膜层706下的蚀刻止刻层705。所述蚀刻止刻层705介于硬掩膜层706和磁隧道结703之间，用于保护磁隧道结703，使其在蚀刻过程中不受损坏。所述硬掩膜层706为非光刻胶，其可选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合。所述蚀刻止刻层705选自氮碳化硅、氮化硅、氧化硅、无定形碳中的一者或其组合。优选地，所述硬掩膜层706为非功能型碳（NFC），所述蚀刻止刻层705为氮碳化硅。
需要说明的是，在所述磁隧道结703上形成第一阻挡层707的方法可采用物理汽相沉积法（PVD，如采用溅射的PVD）、化学汽相沉积法（CVD）或本领域公知的其他方法。当所示第一阻挡层707包括硬掩膜层706和蚀刻止刻层705时，依次沉积硬掩膜层706和蚀刻止刻层705。在所述第一阻挡层707上沉积第一光刻胶层708，进行图案化，并对其曝光和显影，其中，所述曝光可为电子束曝光或其他适合的曝光技术。所述第一光刻胶层708为环形，其内径与磁隧道结703的外径相同。
需要说明的是，可以通过干法蚀刻所述第一阻挡层707。所述第一开口709用于定义所述磁隧道结703的的外部形状及尺寸，具体地，所述第一开口709的截面形状及尺寸与所述磁隧道结703的截面的外部形状及尺寸相同。
还需要说明的是，所述第一开口709为圆形或椭圆形，所述第一开口709的直径或长轴为50～300纳米。当本发明磁隧道结703的形状为内圆外圆的环形柱体时，所述第一开口709为圆形，所述第一开口709的直径与环形磁隧道结703的外径尺寸相同。优选地，所述第一开口709的直径为90～200纳米。当本发明磁隧道结703的形状为内椭圆外椭圆的环形柱体时，所述第一开口709为椭圆形，所述第一开口709的长轴和短轴尺寸与环形磁隧道结703的外椭圆的长轴和短轴尺寸相同。优选地，所述第一开口709的长轴为140～180纳米，短轴为60～70纳米，长短轴之比为2.4～2.6。优选地，在同一水平面上，所述第一开口709的横剖面的中心点与所述磁隧道结703的横剖面的中心点重合，即所述第一开口709位于所述磁隧道结703的中间。
步骤T3：如图14所示，在所述第一开口709中沉积具有第二开口711的第二阻挡层710。
需要说明的是，所述第二开口711用于定义所述磁隧道结703的的内部形状及尺寸，具体地，所述第二开口711的截面形状及尺寸与所述磁隧道结703的截面的内部形状及尺寸相同。
需要说明的是，所述第二开口711为圆形或椭圆形，所述第二开口711的直径或长轴为10～280纳米。当本发明磁隧道结703的形状为内圆外圆的环形柱体时，所述第二开口711为圆形，所述第二开口的直径与环形磁阻内存11的内径尺寸相同。优选地，所述第二开口711的直径为30～100纳米。当本发明磁隧道结703的形状为内椭圆外椭圆的环形柱体时，所述第二开口711为椭圆形，所述第二开口711的长轴和短轴尺寸与环形磁隧道结703的内椭圆的长轴和短轴尺寸相同。优选地，所述第二开口711的长轴为100～170纳米，短轴为20～50纳米，长短轴之比为2.4～2.5。优选地，在同一水平面上，所述第二开口711的横剖面的中心点与所述磁阻内存的横剖面的中心点重合，即所述第二开口711位于所述磁隧道结703的中间。
步骤T4：如图15所示，修整所述第二阻挡层710，保留所述第一开口709和所述第二开口711之间的第二阻挡层710。
需要说明的是，修整所述第二阻挡层710包括去除所述第二阻挡层710以外的第一阻挡层707和蚀刻第二开口711以内的第二阻挡层710。其中，所述第二开口711以内的第二阻挡层710是指第二开口711底部的第二阻挡层710，其可以通过干法蚀刻第二开口711以内的第二阻挡层710，所述第二阻挡层710以外的第一阻挡层707可以通过氧化去除。修整完成后，留下的是呈环形的第二阻挡层710，所述环形第二阻挡层710用作下一步蚀刻所述磁隧道结703的掩膜，其内部尺寸和外部尺寸与所述磁隧道结703的内部尺寸和外部尺寸相同。
步骤T5：如图16所示，以所述第二阻挡层710为掩膜蚀刻所述磁隧道结703，形成截面为环形的磁隧道结703。
需要说明的是，通过干法蚀刻所述磁隧道结703。以所述第二阻挡层710为掩膜蚀刻所述磁隧道结703，直至形成圆形或椭圆形的贯穿孔，形成截面为环形的磁隧道结703（如图8和图9所示），蚀刻止于下电极702。
步骤T6：如图17所示，在所述磁隧道结703中沉积介质层713，经过化学研磨，止于所述磁隧道结上表面后，在所述介质层713上形成覆盖于所述磁隧道结703的上电极712。
需要说明的是，本实施例所述的方法包括在所述环形的磁隧道结703的环内和环外沉积介质层713，所述介质层713为绝缘材料，可采用氧化硅或本领域公知的其他介质层材料。
综上所述，本发明环形的磁阻内存单元的制造方法具有以下优点：
首先，目前现有的磁阻内存单元制造工艺需要一种金属硬掩膜材料和几种电介质硬掩膜材料，所用的材料复杂，不易于操作。本发明的磁阻内存单元制造工艺只需要几种电介质硬掩膜材料，材料简单，有利于操作，从而可加快生产速度。
其次，现有的磁阻内存单元制造工艺流程包括1次曝光、5次刻蚀（含1次湿法蚀刻）和多次研磨，而一般来说，湿法刻蚀不适合用于半导体后段工艺，并且该工艺流程复杂，较难实现。本发明的磁阻内存单元制造工艺流程包括1次曝光和3～4次蚀刻，整个流程中均可采用干法蚀刻，而且不需要多次研磨，工艺流程简单，易于实现，而且有利于磁阻内存的大规模生产。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种磁阻内存单元的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在衬底上形成自下向上依次包括下电极、磁隧道结和上电极的主体；
在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层，所述第一开口开设于所述硬掩模层上，其中，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅；
在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层，其中，所述第二阻挡层的材料为电介质，沉积温度低于350℃；
修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层，其中，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层及其上所覆盖的第二阻挡层，以及蚀刻第二开口以内的第二阻挡层以及该部分第二阻挡层所对应的所述刻蚀止刻层，所述第二阻挡层以外的所述第一阻挡层通过氧化去除；
以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述主体，形成截面为环形的磁阻内存单元。
2.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一开口用于定义所述环形的磁阻内存单元的外周形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述环形的磁阻内存单元的内周形状及尺寸。
3.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于，在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层包括：
在所述主体上形成第一阻挡层；
在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁阻内存单元的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口；
去除所述第一光刻胶层。
4.根据权利要求2所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：通过干法蚀刻所述第一阻挡层。
5.根据权利要求1或2所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的外部形状及尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第二开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的内部形状及尺寸相同。
7.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：通过干法蚀刻所述主体。
8.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：还包括在所述环形的磁阻内存单元的环内和环外沉积介质层。
9.根据权利要求1或7所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
10.根据权利要求8所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：通过干法蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
11.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一开口和所述第二开口为圆形或椭圆形。
12.根据权利要求1所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一开口的直径或长轴为50～300纳米，所述第二开口的直径或长轴为10～280纳米。
13.一种磁阻内存单元的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在衬底上自下向上依次形成下电极和磁隧道结；
在所述磁隧道结上形成具有第一开口的第一阻挡层，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层，所述第一开口开设于所述硬掩模层上，其中，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅；
在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层，其中，所述第二阻挡层的材料为电介质，沉积温度低于350℃；
修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层，其中，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层及其上所覆盖的第二阻挡层，以及蚀刻第二开口以内的第二阻挡层以及该部分第二阻挡层所对应的所述刻蚀止刻层，所述第二阻挡层以外的所述第一阻挡层通过氧化去除；
以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述磁隧道结，形成截面为环形的磁隧道结；
在所述磁隧道结中沉积介质层，在所述介质层上形成覆盖于所述磁隧道结的上电极。
14.根据权利要求13所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一开口用于定义所述磁隧道结的外部形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述磁隧道结的内部形状及尺寸。
15.根据权利要求13所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：在所述磁隧道结上形成具有第一开口的第一阻挡层包括：
在所述磁隧道结上形成第一阻挡层；
在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁隧道结的外部形状及尺寸；
以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口；
去除所述第一光刻胶层。
16.根据权利要求13所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层。
17.根据权利要求13所述的磁阻内存单元的制造方法，其特征在于：所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |