阅读说明：本技术 用于物理蚀刻制程的减少分流的装置的后处理 (Post-processing of a device for reducing shunting for physical etch processes ) 是由 王郁仁 沈冬娜 维格纳许·桑达 沙希·帕特尔 于 2018-03-08 设计创作，主要内容包括：描述一种蚀刻磁通道接面(MTJ)结构的方法。提供MTJ层在底电极上。提供顶电极在MTJ堆叠上。顶电极被图案化。未被图案化顶电极覆盖的MTJ堆叠被氧化或氮化。之后,图案化MTJ堆叠以形成MTJ装置,其中任何在MTJ装置侧壁上形成的侧壁再沉积为非导电,其中一些介电层保留在底电极的水平表面上。(a method of etching a Magnetic Tunnel Junction (MTJ) structure is described. An MTJ layer is provided on the bottom electrode. A top electrode is provided over the MTJ stack. The top electrode is patterned. The MTJ stack not covered by the patterned top electrode is oxidized or nitrided. Thereafter, the MTJ stack is patterned to form an MTJ device, wherein any sidewalls formed on the MTJ device sidewalls are redeposited as non-conductive, wherein some of the dielectric layer remains on the horizontal surface of the bottom electrode.)

用于物理蚀刻制程的减少分流的装置的后处理

技术领域

本申请涉及磁通道堆叠(MTJ)的领域，详细而言，涉及用于形成MTJ结构的蚀刻方法。

背景技术

典型的通过化学蚀刻制程蚀刻MTJ被发现具有侧壁损坏，可能是在蚀刻制程中由氧或其他化学物质引起。纯物理蚀刻制程例如离子束蚀刻(IBE)可以最小化侧壁损坏。然而，物理蚀刻制程的一个缺点是从底电极和MTJ材料的侧壁再沉积到MTJ侧壁。底电极的侧壁再沉积将导致MTJ侧壁周围的路径分流，然后导致MRAM芯片的低产率。

许多专利启示减少分流的方法。这些包括U.S.Patents 9,257,638(Tan et al)、U.S.Patent 7,043,823(Childress et al)、U.S.Patent 8,981,507(Takahashi et al)、U.S.Patent 6,798,626(Hayashi et al)、8,045,299(Fontana,Jr et al)、8,673,654(Hong et al)and U.S.Patent Application 2016/0079308(Ito)。U.S.Patent 8,045,299(Fontana,Jr et al-HGST)启示蚀刻并接着氧化MTJ堆叠，或在蚀刻制程加入臭氧或水以氧化再沉积材料。

发明内容

本公开的目的是提供改善的形成MTJ结构的蚀刻制程。

本公开的另一个目的是提供一种减少MTJ装置分流的蚀刻制程。

根据本公开的目的，实现一种用于蚀刻MTJ结构的方法。提供MTJ层在底电极上。提供顶电极在MTJ堆叠上。顶电极被图案化。未被图案化顶电极覆盖的MTJ堆叠被氧化或氮化。之后，图案化MTJ堆叠以形成MTJ装置，其中任何在MTJ装置侧壁上形成的侧壁再沉积为非导电。

附图说明

形成本说明书实质部分的附图，显示为：

图1、图2、图3A和图4A是根据本公开的第一优选实施例示出代表步骤的剖面图。

图1、图2、图3B和图4B是根据本公开的第二优选实施例示出代表步骤的剖面图。

具体实施方式

对于大多数纯物理蚀刻制程(例如IBE)，由于蚀刻材料的副产物是非挥发性的，因此侧壁总是遭受严重的再沉积问题。为了防止MTJ侧壁周围的再沉积材料成为MTJ的分流路径，我们通过氧气进行表面处理，以将潜在的再沉积材料从导电转换为非导电。此步骤将确保任何再沉积都是非导电的，并且不会导致MTJ装置的分流。

现在特别参考图1至图4，将详细描述新颖的公开内容。底电极12形成在基材10上，如图1所示。现在，将膜层沉积在底电极上以形成磁通道接面。层14包括MTJ层，其包括一个或多个晶种层、钉扎层、通道阻障层和自由层，如本领域中常规的。最后，顶电极16沉积在MTJ层14上。

在顶电极上形成光刻胶遮罩25。如图2所示，使用光刻胶遮罩25图案化顶电极。

现在，在蚀刻过程的中间添加额外的后处理制程。在定义顶电极16之后并在主要物理蚀刻以定义MTJ区域之前，优选执行氧化处理27以氧化整个暴露的MTJ区域，其中未被图案化顶电极覆盖的暴露MTJ区域变成氧化物20，因此，非导电，如图3A所示。也就是说，未被顶电极硬遮罩覆盖的整个堆叠被氧化，包括盖层、自由层、钉扎层、晶种层等。这将确保在IBE蚀刻之后所有的再沉积仍然是非导电的，以防止任何关闭路径。

在蚀刻之后氧化再沉积的材料是不可取的，因为氧可能损坏MTJ装置。难以控制氧化物的渗透深度。在蚀刻之前氧化不会导致这个问题，因为蚀刻后所有的氧都会消失。

在处理制程之后，将应用物理蚀刻来定义MTJ区域，如图4A所示。额外的处理不会消除侧壁再沉积，但是我们可以确保再沉积材料22不会导电，因此，它不会导致分流路径穿过MTJ阻障。大多数蚀刻材料应该在蚀刻过程中被抽出，但即使在MTJ侧壁上有一些再沉积，它也不会成为关闭路径，因为它不导电。

取决于制程整合，可以在沉积MTJ层之前图案化底电极。或者在图案化MTJ装置之后可以图案化底电极。如图3B所示，如果在进行MTJ蚀刻之前，增加氧化能力和/或时间以氧化未被顶电极硬遮罩覆盖的底电极部分，则可以消除来自底电极的再沉积分流问题。然后，当我们图案化底电极时，在此蚀刻期间，任何在底电极层的水平表面上的再沉积22会被去除。一些再沉积可能发生在MTJ堆叠的侧壁上，但这将是非导电材料22，如图4B所示。

可以以多个不同的方式应用后处理。这些可以包括：(1)通过引入氧气或氮气进行自然氧化或氮化，(2)通过等离子体辅助或离子束辅助进行氧化或氮化，或(3)通过例如水或溶剂的液体进行处理。可能需要多次应用处理，以确保MTJ堆叠中所有的金属材料都转化为氧化物或氮化物，从而使其变得不导电。

在第1种选择中，在MTJ蚀刻之前，将氧气或氮气引入包含晶圆的腔室中。如果MTJ堆叠不是非常厚，则自然氧化或氮化可能足以将未被顶电极硬遮罩覆盖的所有MTJ堆叠转换为非导电材料。

在第2种选择中，等离子体氧化或氮化可以使用纯氧气、纯氮气或氧气和氮气的混合物。等离子体氧化、氮化或混合的氧气/氮气可选地(optionally)与一些稀有气体如Ar、Xe等一同执行。可以执行氧气或氮气布植以转化材料。替代地，氧气或氮气离子束照射可以对暴露层执行氧化或氮化。

在第3种选择中，水或例如含有-OH或-NH的溶剂可以将暴露层转化为氧化物或氮化物。

由于在进行主要物理蚀刻之前，MTJ层被氧化或氮化，因此在MTJ蚀刻完成后，该区域中不应存在剩余的氧气或氮气。这将减轻氧气或氮气对MTJ侧壁的损害。

以上示出与描述本公开优选的实施例，在本公开所属技术领域中技术人员应理解，在不悖离本公开的精神与权利要求下，可作各种的变动。