[发明专利]MRAM器件的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术，尤其涉及一种MRAM器件的形成方法。

背景技术

磁性随机存储器(MRAM)是当前最有前景的三种非挥发性存储器之一，因为其具有高速读写、低功耗、抗辐射和数据保存时间长等特点，因而将有可能取代SRAM、DRAM等在移动终端上的应用。MRAM对于其他对可靠性要求高的领域，例如国防，航天航空，则具有不可取代的地位。

磁性随机存储器中的核心结构是磁隧道结(MJT)。目前业界常用的典型磁隧道结的结构是实心椭圆，这种结构的特点是在剖面规则的情况下翻转稳定，上下电极之间的电流不能直上直下，要偏转一定的角度。

为了追求更高的读写速度，现有技术中还存在一种中空的MTJ结构，尽管存在一定的状态不稳定问题，但可以通过上下电极的位置来解决。

此外，现有技术中还存在另一种环形的MTJ结构，如图1和图2所示，其内外均为圆形或椭圆的结构集成了环形翻转所需能量低的优点，并解决了数据不稳定的问题。以圆环形的MTJ结构为例，图3示出了可以接受的磁场翻转方向，图4示出了不可接受的磁场翻转方向。

参考图5，现有技术中的一种MRAM器件采用环形的MTJ结构50，上电极51和下电极52分别位于MTJ结构50上方和下方，并且和MTJ结构50电接触。电流经由上电极51和下电极52垂直流过MTJ结构50，但这样可能会陷入不希望的中间状态。为了避免先入不希望的中间状态，可以对上下电极的位置做调整。参考图6，上电极61和下电极62分别位于MTJ结构60的斜上方和斜下方，使得流经上电极61和下电极62的电流非垂直。目前椭圆形的MTJ结构，不管空心还是实心基本都采用图6所示的具有一定角度的电流驱动方式。

形成环形结构的磁隧道结的难点在于环形的图形化和刻蚀工艺。MTJ通常包括多层金属和一层MgO隧穿层，由于此结构的复杂性，给MTJ的刻蚀造成了很大困难，常用的刻蚀气体也很容易造成超薄隧穿层的损坏，从而引起整个MTJ上下电极的短路。业界常用含氩等卤素气体通过轰击的方式来进行最后一步对磁隧道结下电极金属材料的刻蚀，以消除在对前一步磁性金属材料刻蚀中产生的二次金属淀积。对于圆环形或者椭圆环形的MTJ结构，由于内环的尺寸往往很小，环外的面积较大，造成刻蚀的负载效应，使得环内的刻蚀达不到设计要求而出现短路等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种MRAM器件的形成方法，能够避免刻蚀负载效应导致的短路等问题，还具有工艺流程简单的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MRAM器件的形成方法，包括：

提供半导体衬底，该半导体衬底上形成有磁隧道结层；

在所述磁隧道结层上形成牺牲层；

刻蚀所述牺牲层以在其中形成通孔；

在所述通孔的内侧壁上形成侧墙；

对所述通孔底部的磁隧道结层进行第一步刻蚀，以预先去除所述通孔底部的部分磁隧道结层；

去除所述牺牲层，以所述侧墙为掩膜对所述磁隧道结层进行第二步刻蚀，去除所述侧墙下方以外的磁隧道结层，所述侧墙下方的磁隧道结层形成环状的磁隧道结。

根据本发明的一个实施例，改的一步刻蚀预先去除的部分磁隧道结层的厚度占该磁隧道结层总厚度的30％～50％。

根据本发明的一个实施例，采用含Ar轰击的干法刻蚀来去除所述通孔底部的部分磁隧道结层。

根据本发明的一个实施例，在所述通孔的内侧壁上形成侧墙包括：

沉积硬掩膜层，该硬掩膜层覆盖所述通孔的底部、内侧壁以及所述牺牲层的表面；

对所述硬掩膜层进行刻蚀，以形成所述侧墙。

根据本发明的一个实施例，所述硬掩膜层的材料为金属或者导电的金属化合物。

根据本发明的一个实施例，所述硬掩膜层的材料与所述磁隧道结层内的最上层金属相同。

根据本发明的一个实施例，所述硬掩膜层的材料选自Ta、TaN、Ti、TiN或Al。

根据本发明的一个实施例，所述牺牲层的材料为氧化硅、不定形碳或抗反射涂层材料。

根据本发明的一个实施例，在形成所述牺牲层之前，该方法还包括：在所述磁隧道结层上形成阻挡层，该牺牲层位于所述阻挡层上；

对所述通孔底部的磁隧道结层进行第一步刻蚀之前，该方法还包括：刻蚀移除所述通孔底部的阻挡层；

对所述磁隧道结层进行第二步刻蚀之前，该方法还包括：刻蚀移除所述侧墙下方以外的阻挡层。

根据本发明的一个实施例，该阻挡层和牺牲层的材料为互不相同的低k材料。