本發(fā)明涉及一種磁性隧道結(jié)(mtj，magnetictunneljunction)硬掩模，特別涉及一種磁性隧道結(jié)導(dǎo)電雙層硬掩模的刻蝕方法，屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，采用磁性隧道結(jié)(mtj)的磁電阻效應(yīng)的磁性隨機存儲器(mram，magneticradomaccessmemory)被人們認為是未來的固態(tài)非易失性記憶體，它具有高速讀寫、大容量以及低能耗的特點。鐵磁性mtj通常為三明治結(jié)構(gòu)，其中有磁性記憶層，它可以改變磁化方向以記錄不同的數(shù)據(jù)；位于中間的絕緣的隧道勢壘層；磁性參考層，位于隧道勢壘層的另一側(cè)，它的磁化方向不變。

為能在這種磁電阻元件中記錄信息，建議使用基于自旋動量轉(zhuǎn)移或稱自旋轉(zhuǎn)移矩(stt，spintransfertorque)轉(zhuǎn)換技術(shù)的寫方法，這樣的mram稱為stt-mram。根據(jù)磁極化方向的不同，stt-mram又分為面內(nèi)stt-mram和垂直stt-mram(即pstt-mram)，后者有更好的性能。依此方法，即可通過向磁電阻元件提供自旋極化電流來反轉(zhuǎn)磁性記憶層的磁化強度方向。此外，隨著磁性記憶層的體積的縮減，寫或轉(zhuǎn)換操作需注入的自旋極化電流也越小。因此，這種寫方法可同時實現(xiàn)器件微型化和降低電流。

同時，鑒于減小mtj元件尺寸時所需的切換電流也會減小，所以在尺度方面pstt-mram可以很好的與最先進的技術(shù)節(jié)點相契合。因此，期望是將pstt-mram元件做成極小尺寸，并具有非常好的均勻性，以及把對mtj磁性的影響減至最小，所采用的制備方法還可實現(xiàn)高良莠率、高精確讀、高可靠寫、低能耗，以及保持適于數(shù)據(jù)良好保存的溫度系數(shù)。同時，非易失性記憶體中寫操作是基于阻態(tài)變化，從而需要控制由此引起的對mtj記憶器件壽命的破壞與縮短。

然而，制備一個小型mtj元件可能會增加mtj電阻的波動，使得pstt-mram的寫電壓或電流也會隨之有較大的波動，這樣會損傷mram的性能。在現(xiàn)在的mram制造工藝中，重金屬(比如ta)會沉積在mtj的頂部，既作為mtj刻蝕用的掩模，也作為頂電極的導(dǎo)電通道；隨后，一層介電質(zhì)(比如sin或者sio2)會沉積在ta膜的頂部，被用來作為ta掩模的犧牲層。通常這種雙層膜結(jié)構(gòu)被用來作為刻蝕mtj的硬掩模。

在現(xiàn)有的mtj雙層硬掩?？涛g工藝中，一般采用cf4作為干刻蝕氣體，然而 在cf4干刻工藝條件下，ta對sin(或sio2)的選擇比非常低(大約為0.5)。在ta膜層已完成刻蝕之前，介電層已經(jīng)被完全刻蝕掉。因此，如圖1所示：用cf4作為刻蝕氣體很難形成清晰銳利的ta掩模側(cè)壁，導(dǎo)致輪廓不清的掩模，從而影響下面的mtj圖案化；同時，由于ta膜層在沒有介電層的保護下，ta膜層的厚度將會進一步減小，并形成橢圓形的膜帽，這樣將會增加位線和mtj之間短路的風險。在ta膜層完成刻蝕之前，為了使介電層不被完全刻蝕掉，通?？梢栽黾咏殡妼拥暮穸?，然而，使用比較厚的介電層，mtj圖案在介電層轉(zhuǎn)移時，尺寸會變大得比較厲害，這非常不利于mtj的小型化，特別不適用于制備65nm及其以下的mram電路，如圖2所示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種磁性隧道結(jié)(mtj)雙層導(dǎo)電硬掩模及其刻蝕方法，特別適用于制備65nm及其以下的mram電路，用以解決ta對sin(或sio2)選擇比過低；mtj圖案在雙層掩模轉(zhuǎn)移時尺寸變化；sin(或sio2)膜較薄的情況下ta膜層提前被過度消耗；在ch3oh/ar干刻蝕條件下制備mtj單元，sin(或sio2)膜較厚的情況下，作為犧牲層的sin(或sio2)對mtj的選擇比不高等問題；降低了mram電路位線和mtj單元短路的風險。

本發(fā)明具體步驟如下：

一種磁性隧道結(jié)雙層導(dǎo)電硬掩模的刻蝕方法，包括以下步驟：

步驟s1：提供包括磁性隧道結(jié)多層膜的襯底；

步驟s2：在襯底上依次形成鉭膜層和氮化鈦膜層；

步驟s3：圖形化轉(zhuǎn)移磁性隧道結(jié)圖案到氮化鈦膜層，使用光刻膠和有機抗反射層完成對圖案的圖形化定義；

步驟s4：采用cl2/ch4混合氣體干刻蝕氮化鈦膜層，使圖案轉(zhuǎn)移到鉭膜層；

步驟s5：采用hcl/he/o2對氮化鈦膜層和鉭膜層進行選擇性刻蝕，以完成對雙層導(dǎo)電硬掩模的圖案化；

步驟s6：采用氧氣灰化工藝除去多余的光刻膠和有機抗反射層。

優(yōu)選地，磁性隧道結(jié)多層膜的厚度為15～40nm。鉭膜層的厚度為50～200nm，氮化鈦膜層的厚度為20～100nm。有機抗反射層的厚度為30～100nm，光刻膠的厚度為90～250nm。

優(yōu)選地，hcl的流量范圍為0～60sccm。he的流量范圍為0～140sccm。o2的流量范圍為0～5sccm。

優(yōu)選地，hcl/he/o2混合氣體中hcl的含量為20～40％。hcl/he/o2混合氣體中o2的含量為0.0～2.0％。

優(yōu)選地，干刻蝕雙層硬掩模所采用的壓強為20～60mt。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明使用hcl/he/o2使得ta對tin的選擇比達到10，在后面的mtj刻蝕中，使mtj對tin達到5以上。特別適用于制備65nm及其以下的mram電路，從而有效的改善了mtj圖案在雙層掩模轉(zhuǎn)移時尺寸變大，以及ta膜層提前被過度消耗等問題，降低了mram電路位線和mtj單元短路的風險。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中，雙層掩模(選用正常厚度的介電層)刻蝕后的輪廓圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中，雙層掩模(選用較厚的介電層)刻蝕后的輪廓圖；

圖3是本發(fā)明的磁性隧道結(jié)雙層導(dǎo)電硬掩?？涛g方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法刻蝕之前mtj圖形轉(zhuǎn)移到o-barc的剖面圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法o-barc刻蝕之后的剖面圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法tin刻蝕之后的剖面圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法ta刻蝕和氧氣灰化除去殘留的光刻膠和o-brac，形成圖案化的導(dǎo)電雙層硬掩模的剖面圖。

圖中所示：100-包括mtj多層膜的襯底，101-鉭(ta)膜層，101a-刻蝕之后的鉭(ta)膜層，102-氮化鈦(tin)膜層，102a-刻蝕之后的氮化鈦(tin)膜層，103-o-barc，103a-刻蝕之后的o-barc，104-光刻膠，104a-刻蝕之后的光刻膠。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

如圖3所示，本發(fā)明提供的一種磁性隧道結(jié)(mtj)雙層導(dǎo)電硬掩模及其刻蝕方法，具體包括以下步驟：

步驟s1：提供包括mtj多層膜的襯底100，其中mtj的厚度為15nm～40nm。

步驟s2：在襯底上，依次沉積形成ta膜層101和tin膜層102，其中ta膜層101的厚度為50nm～200nm，tin膜層102的厚度為20nm～100nm；ta膜層101可以使用ta靶，通過物理濺射或離子束沉積等方法形成；tin膜層102可以采用以下的方法制成：(a)物理濺射沉積，使用ti靶，濺射氣體采用ar或ar+n2；(b)離子束沉積，使用tin靶。

步驟s3：圖形化轉(zhuǎn)移mtj圖案到tin膜層102上，本發(fā)明以o-barc103和光刻膠104來定義mtj圖案。o-barc103的厚度為30nm～100nm，光刻膠104 的厚度為90nm～250nm，如圖4所示。

o-barc103用于減少曝光過程中光在ta膜層101和tin膜層102的上下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被ta膜層101和tin膜層102吸收，當然，光刻膠104用于保護器件的其他區(qū)域，確保器件正常曝光。曝光完成后，用cf4，cl2/o2或者hbr/o2等干刻蝕o-barc103，使得mtj圖案圖形化到tin膜層102，如圖5所示。

步驟s4：采用cl2/ch4等氣體干刻蝕tin膜層102，使圖案轉(zhuǎn)移到ta膜層101，如圖6所示。

步驟s5：采用hcl/he/o2對tin膜層102和ta膜層101進行選擇性刻蝕，以完成對雙層導(dǎo)電硬掩模的圖案化。

步驟s6：采用氧氣灰化工藝除去多余的光刻膠104和有機抗反射層103。得到的結(jié)果如圖7所示。

較佳的，本發(fā)明中的hcl的流量范圍為0～60sccm，he的流量范圍為0～140sccm，o2的流量范圍為0～5sccm，hcl/he/o2混合氣體中hcl的含量為20～40％，hcl/he/o2混合氣體中o2的含量為0.0～2.0％；干刻蝕雙層硬掩模的所采用的壓強為20～60mt。

本發(fā)明通過分別調(diào)控hcl和o2在hcl/he/o2中百分含量和刻蝕氣體壓強，使得ta對tin的選擇比達到10或者更高；從而有效的改善了mtj圖案在雙層掩模轉(zhuǎn)移時尺寸變大，以及ta膜層提前被過度消耗等問題，降低了mram電路位線和mtj單元短路的風險，特別適用于制備65nm及其以下的mram電路。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。