磁性隧道结的制备方法与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种磁性隧道结的制备方法。

背景技术：

1、mram(magnetic random access memory)是一种非易失性(non-volatile)的磁性随机存储器。它拥有高速读取写入能力和高集成度的特点，且可以被无限次的重复写入。

2、mram包括阵列排布的多个磁性隧道结(magnetic tunnel junction，简称mtj)，mtj器件可以根据器件内的磁性材料改变自身的电阻状态，其包括两个铁磁层和位于两个铁磁层之间的薄绝缘层。当mtj器件的结两端施加电压时，两个铁磁层的磁矩方向相同，电子可以隧穿薄绝缘层，mtj器件导通。

3、然而，随着mram集成度的提高，相邻mtj之间易发生短接的情况，影响mram的存储性能。

技术实现思路

1、本公开提供一种磁性隧道结的制备方法，能够有效提高磁性隧道结的结构规整性，避免相邻磁性隧道结的短接，有助于提升具有该磁性隧道结的存储器的存储性能。

2、本公开提供的磁性隧道结的制备方法，包括：

3、提供衬底和堆栈层，堆栈层设置于衬底上，沿远离衬底的方向，堆栈层包括依次层叠的第一磁性层、耦合层和第二磁性层；

4、形成第一掩膜层，第一掩膜层位于堆栈层上；

5、沿第一掩膜层对堆栈层进行第一次离子束刻蚀，保留的堆栈层形成阵列排布的多个中间结构，保留的第一掩膜层位于中间结构的顶部；中间结构的底部尺寸大于顶部尺寸，保留的第一掩膜层的底部尺寸不小于中间结构的顶部尺寸；

6、形成第二掩膜层，第二掩膜层至少覆盖第一掩膜层的表面；

7、沿第二掩膜层对中间结构进行第二次离子束刻蚀，形成磁性隧道结。

8、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，沿远离衬底的方向，第一次离子束刻蚀后的第一掩膜层和中间结构的尺寸均逐渐减小，第一掩膜层的侧壁和中间结构的侧壁均为倾斜面；

9、第一掩膜层的底部尺寸等于中间结构的顶部尺寸。

10、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，进行第一次离子束刻蚀之后，形成第二掩膜层之前，还包括：

11、形成牺牲掩膜层，牺牲掩膜层位于相邻中间结构之间，并覆盖衬底的顶面和中间结构的至少部分侧壁。

12、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，形成第二掩膜层包括：

13、形成掩膜材料层，掩膜材料层至少覆盖牺牲掩膜层的顶面和第一掩膜层的表面；

14、去除覆盖牺牲掩膜层顶面和第一掩膜层顶面的掩膜材料层，保留的掩膜材料层覆盖第一掩膜层的侧壁，并形成第二掩膜层。

15、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，进行第二次离子束刻蚀之前，还包括：去除牺牲掩膜层，暴露未被第二掩膜层覆盖的堆栈层。

16、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，牺牲掩膜层的顶面与堆栈层的顶面齐平，形成的第二掩膜层仅覆盖第一掩膜层的表面。

17、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，牺牲掩膜层的顶面低于堆栈层的顶面；

18、形成的第二掩膜层覆盖第一掩膜层的表面和堆栈层远离衬底一侧的侧壁。

19、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，进行第二次离子束刻蚀，还包括：

20、去除部分厚度的未被中间结构覆盖的衬底，去除后的衬底的顶面低于被中间结构覆盖的衬底的顶面。

21、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，第一次离子束刻蚀和第二次离子束刻蚀的离子束入射角的范围为5-30度。

22、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，第一次离子束刻蚀和第二次离子束刻蚀的离子束入射角相等。

23、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，远离衬底一侧的第二掩膜层的厚度大于靠近衬底一侧的第二掩膜层的厚度。

24、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，第二掩膜层的厚度不大于第一掩膜层厚度的1/3。

25、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，去除牺牲掩膜层，包括：采用反应离子刻蚀去除牺牲掩膜层。

26、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，牺牲掩膜层的顶面与堆栈层的顶面的高度差不大于堆栈层厚度的1/5。

27、在上述的磁性隧道结的制备方法中，可选的是，去除后的衬底的顶面与被中间结构覆盖的衬底的顶面之间的高度差为15nm～45nm。

28、本公开提供的磁性隧道结的制备方法，通过在衬底上设置包括依次层叠设置的第一磁性层、耦合层和第二磁性层的堆栈层，对该堆栈层进行刻蚀，从而形成磁性隧道结，衬底为磁性隧道结提供支撑的结构基础。通过在堆栈层上形成第一掩膜层，并沿第一掩膜层进行第一次离子束刻蚀，以形成中间结构。继而，在中间结构上形成第二掩膜层，并沿第二掩膜层进行第二次离子束刻蚀，以形成磁性隧道结。本公开中，利用两次掩膜和离子束刻蚀，以使离子束可以通过小角度接触堆栈层和中间结构，实现对两者的精准刻蚀，便于制备排布密度较高、间距较小的多个磁性隧道结，并且形成侧壁面垂直于衬底的磁性隧道结。这样，可以有效避免相邻磁性隧道结之间发生短接，提高磁性隧道结的结构规整性，有助于提高具有该磁性隧道结的存储器的集成度，并且提高其存储性能。

29、本公开的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

技术特征：

1.一种磁性隧道结的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，沿远离所述衬底的方向，所述第一次离子束刻蚀后的所述第一掩膜层和所述中间结构的尺寸均逐渐减小，所述第一掩膜层的侧壁和所述中间结构的侧壁均为倾斜面；

3.根据权利要求1所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，进行所述第一次离子束刻蚀之后，形成所述第二掩膜层之前，还包括：

4.根据权利要求3所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，形成所述第二掩膜层包括：

5.根据权利要求3所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，进行所述第二次离子束刻蚀之前，还包括：去除所述牺牲掩膜层，暴露未被所述第二掩膜层覆盖的所述堆栈层。

6.根据权利要求3所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述牺牲掩膜层的顶面与所述堆栈层的顶面齐平，形成的所述第二掩膜层仅覆盖所述第一掩膜层的表面。

7.根据权利要求3所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述牺牲掩膜层的顶面低于所述堆栈层的顶面；

8.根据权利要求1-7中任一项所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，进行所述第二次离子束刻蚀，还包括：

9.根据权利要求1-7中任一项所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述第一次离子束刻蚀和所述第二次离子束刻蚀的离子束入射角的范围为5-30度。

10.根据权利要求9所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述第一次离子束刻蚀和所述第二次离子束刻蚀的离子束入射角相等。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，远离所述衬底一侧的所述第二掩膜层的厚度大于靠近所述衬底一侧的所述第二掩膜层的厚度。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述第二掩膜层的厚度不大于所述第一掩膜层厚度的1/3。

13.根据权利要求5所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，去除所述牺牲掩膜层，包括：采用反应离子刻蚀去除所述牺牲掩膜层。

14.根据权利要求7所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，所述牺牲掩膜层的顶面与所述堆栈层的顶面的高度差不大于所述堆栈层厚度的1/5。

15.根据权利要求8所述的磁性隧道结的制备方法，其特征在于，去除后的所述衬底的顶面与被所述中间结构覆盖的所述衬底的顶面之间的高度差为15nm～45nm。

技术总结本公开提供一种磁性隧道结的制备方法，包括：提供衬底和堆栈层，堆栈层设置于衬底上；形成第一掩膜层，第一掩膜层位于堆栈层上；沿第一掩膜层对堆栈层进行第一次离子束刻蚀，保留的堆栈层形成阵列排布的多个中间结构，保留的第一掩膜层位于中间结构的顶部；中间结构的底部尺寸大于顶部尺寸，保留的第一掩膜层的底部尺寸不小于中间结构的顶部尺寸；形成第二掩膜层，第二掩膜层至少覆盖第一掩膜层的表面；沿第二掩膜层对中间结构进行第二次离子束刻蚀，形成磁性隧道结。本公开能够提高磁性隧道结的结构规整性，避免相邻磁性隧道结的短接，有助于提升具有该磁性隧道结的存储器的存储性能。技术研发人员：朴仁鎬受保护的技术使用者：长鑫存储技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15