具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的一个方面，本实施例公开了一种磁隧道结的制备方法。如图1所示，本实施例中，所述方法包括：

S100：在衬底上形成底电极层。

S200：在所述底电极层上形成磁隧道结。

S300：在所述磁隧道结和所述底电极层组成的表面上形成第一介质层，并根据底电极图案对所述底电极层进行图案化。

可以理解的是，利用第一介质层作为刻蚀底电极层的硬掩模以对底电极层进行图案化，相比于金属硬掩模，可降低刻蚀金属的厚度，从而降低刻蚀金属的厚度，减少刻蚀副产物再沉积。

S400：在图案化后的底电极层和第一介质层组成的表面上形成第二介质层。

S500：刻蚀所述第二介质层直至所述底电极层和所述磁隧道结分别得到底电极通孔和顶电极通孔并金属化。

本发明在衬底上形成底电极层，在底电极层上形成磁隧道结，再对底电极层进行图案化，然后最后形成底电极通孔和顶电极通孔并金属化。并且，本发明通过第一介质层作为刻蚀底电极层的硬掩模，相比对现有技术中的金属硬掩模，可降低刻蚀金属的厚度，减少刻蚀副产物再沉积。因此，本发明通过先制备MTJ再对底电极层进行图案化，优化MTJ的制备方法，降低或避免MTJ制备中刻蚀副产物再沉积对MTJ性能的影响。

在优选的实施方式中，如图2所示，所述S200在所述底电极层上形成磁隧道结具体包括：

S210：在所述底电极层上形成核心层。需要说明的是，核心层是形成高低阻态的核心膜层，主要包括自由层、势垒层、参考层和钉扎层等膜层，其中各层可以为单层或多层磁性材料薄膜非磁性材料的组合。

S220：在所述核心层上形成覆盖层。其中，该覆盖层可以起缓冲、保护和刻蚀阻挡层的作用。优选的，覆盖层的材料可以为Ru、Ta和Pt等材料。在其他实施方式中，覆盖层还可以选用本领域其他可行的材料，本发明对此并不作限定。

S230：在所述覆盖层上形成第三介质层，并在所述第三介质层上形成磁隧道结图形。具体的，第三介质层可作为刻蚀MTJ的硬掩模。其中，可通过光刻胶的沉积、曝光和清洗等步骤将磁隧道结图形转移至第三介质层，该过程为本领域的常规技术手段，在此不再赘述。

S240：以具有磁隧道结图形的第三介质层为掩模对所述核心层和所述覆盖层进行刻蚀得到磁隧道结。

可以理解的是，在该优选的实施方式中，通过在核心层和覆盖层上形成第三介质层，利用第三介质层作为刻蚀形成磁隧道结的硬掩模，相比于金属硬掩模，可降低刻蚀金属的厚度，从而降低刻蚀金属的厚度，减少刻蚀副产物再沉积。

需要说明的是，核心层主要包括自上而下依次设置的自由层、势垒层、参考层和钉扎层等膜层。在一个可选的实施方式中，以第三介质层为掩模对所述核心层和所述覆盖层进行刻蚀得到磁隧道结的过程中，可对所述核心层的刻蚀包括对自由层、势垒层、参考层和钉扎层等膜层的刻蚀。在其他可选的实施方式中，可仅对自由层和势垒层进行刻蚀，即当刻蚀到势垒层时即停止刻蚀，保留参考层和钉扎层，完成核心层的刻蚀。

在优选的实施方式中，如图3所示，所述S500刻蚀所述第二介质层直至所述底电极层和所述磁隧道结分别得到底电极通孔和顶电极通孔并金属化具体包括：

S510：刻蚀所述第二介质层直至所述底电极层和所述覆盖层分别得到底电极通孔和顶电极通孔。

S520：对所述底电极通孔和顶电极通孔进行金属化。

可以理解的是，通过刻蚀第二介质层形成直至底电极层和磁隧道结的覆盖层的底电极通孔和顶电极通孔，并对底电极通孔和顶电极通孔进行金属化，即在第二介质层的表面形成延伸至底电极层和覆盖层的金属层。通过金属化后的底电极通孔和顶电极通孔与外部电路电连接，实现底电极层和磁隧道结电流信号的传输。

在优选的实施方式中，如图4所示，所述S520对所述底电极通孔和顶电极通孔进行金属化具体包括：

S521：在所述第二介质层、底电极通孔和顶电极通孔组成的表面上形成金属层；

S522：对所述金属层进行图案化以保留所述底电极通孔和顶电极通孔的金属层实现对所述底电极通孔和顶电极通孔的金属化。

可以理解的是，为了对底电极通孔和顶电极通孔进行金属化，需要先在第二介质层、底电极通孔和顶电极通孔组成的表面上形成金属层，然后可通过在金属层上根据电极图形进行光刻胶的沉积和曝光等步骤形成刻蚀金属层的光刻胶掩模，利用光刻胶掩模对金属层进行刻蚀保留底电极通孔和顶电极通孔的金属层实现对底电极通孔和顶电极通孔的金属化，最后再将光刻胶掩模剥离。该过程为本领域的常规技术手段，在此不再赘述。在该优选的实施方式中，通过最后形成底电极层和磁隧道结与外部电路电连接的金属化通孔，可以避免刻蚀金属形成的刻蚀副产物再沉积对磁隧道结单元结构带来的影响。

需要说明的是，底电极通孔和顶电极通孔可以通过一次工艺成型，也可以通过多次工艺成型，本发明对此并不作限定，基于与本发明相同发明构思并且包括通过一次工艺形成底电极通孔和顶电极通孔以及通过多次工艺形成底电极通孔和顶电极通孔的技术方案也理应在本发明的保护范围内。底电极通孔可以是一个或多个，即针对底电极层的不同区域分别形成一个底电极通孔。优选的，底电极通孔和/或顶电极通孔的孔深宽比在0.1～0.5之间。在实际应用中，也可以根据实际需求灵活设置底电极通孔和顶电极通孔的孔深宽比，本发明对此并不作限定。

在优选的实施方式中，如图5所示，进一步包括在形成第一介质层，之前：

S250：对所述磁隧道结的侧壁进行氧化处理得到第一侧壁氧化层。

可以理解的是，在刻蚀形成MTJ后，对MTJ侧壁进行氧化处理，使刻蚀副产物中金属成分变为氧化物，可减少或避免其对MTJ的性能的影响。并且，该优选的实施方式中的氧化处理可以在刻蚀后原位进行，易于操作且避免暴露MTJ带来的影响。其中，氧化处理可以采用氧气或含氧气的混合气体，例如，可采用氧气、氩气和臭氧等气体形成的混合气体进行氧化处理。在其他实施方式中，还可以选用本领域其他可行的材料气体进行氧化处理，本发明对此并不作限定。

在优选的实施方式中，如图6所示，所述S300根据底电极图案对所述底电极层进行图案化具体包括：

S310：在所述第一介质层上形成底电极图案。

S320：以具有底电极图案的第一介质层为掩模对所述底电极层进行刻蚀以实现对所述底电极层的图案化。

同理的，可通过光刻胶的沉积、曝光和清洗等步骤将底电极图案转移至第一介质层上，该过程为本领域的常规技术手段，在此不再赘述。

在优选的实施方式中，如图7所示，进一步包括在形成第二介质层，之前：

S330：对图案化后的底电极层进行氧化处理得到第二侧壁氧化层。

可以理解的是，在刻蚀底电极层后，对底电极层进行氧化处理，使刻蚀副产物中金属成分变为氧化物，可减少或避免其对底电极层的性能的影响。其中，氧化处理可以采用氧气或含氧气的混合气体，例如，可采用氧气、氩气和臭氧等气体形成的混合气体进行氧化处理。在其他实施方式中，还可以选用本领域其他可行的材料气体进行氧化处理，本发明对此并不作限定。

优选的，衬底的材料可以氧化硅。在其他实施方式中，衬底还可以选用本领域其他可行的材料，本发明对此并不作限定。

优选的，底电极层的材料可以选用起导电、粘附和缓冲作用的重金属，例如Ta、Ru、Pt和CuN等材料。在其他实施方式中，底电极层还可以选用本领域其他可行的材料，本发明对此并不作限定。

优选的，金属层的材料可以为Ti、Au、Al和Cu等一种金属或多种金属的组合。在其他实施方式中，金属层还可以选用本领域其他可行的材料，本发明对此并不作限定。

优选的，第一介质层、第二介质层和/或第三介质层的材料可以为氧化硅或氮化硅等材料。在其他实施方式中，第一介质层、第二介质层和/或第三介质层还可以选用本领域其他可行的材料，本发明对此并不作限定。

优选的，形成所述第一介质层、第二介质层和/或第三介质层时，可先沉积第一介质层、第二介质层和/或第三介质层的材料层，然后对沉积的材料层进行平坦化处理得到第一介质层、第二介质层和/或第三介质层。

需要说明的是，可通过沉积、溅射或生长等方法在衬底上依次形成各层结构。沉积方式可采用脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射(magnetron-sputtering)、分子束外延(MBE)或化学气相沉积(CVD)等沉积方法。刻蚀方式可采用干法刻蚀或湿法刻蚀。在其他实施方式中，也可通过其他方法形成各层结构，本发明对此并不作限定。

下面通过一个具体例子来对本发明作进一步的说明。如图8、图9A～图9G所示，在该例子中，磁隧道结的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：采用带SiO层的硅片作为衬底10，使用磁控溅射方法沉积底电极层12、核心14层、覆盖层16。在覆盖层上沉积氧化硅第三介质层20，厚度为20nm到200nm。

步骤S2：用光刻胶作为掩膜刻蚀氧化硅第三介质层20，将磁隧道结图形转移至第一硬掩模20。刻蚀气体为CF4，流量为10sccm到100sccm，射频电压为100W到500W，偏压为50W到150W。

步骤S3：用第一硬掩模20刻蚀核心层和覆盖层，形成MTJ柱。刻蚀气体为Ar，流量为50sccm到250sccm，射频电压为100W到500W，偏压为50W到350W。对MTJ柱侧壁进行氧化处理，将再沉积刻蚀副产物氧化形成第一侧壁氧化层。沉积氧化硅第一介质层22，厚度为20nm到200nm.

步骤S4：用光刻胶作为掩膜刻蚀氧化硅第一介质层22，形成第二硬掩模22。刻蚀气体为CF4，流量为10sccm到100sccm，射频电压为100W到500W，偏压为50W到150W。

步骤S5：用第二硬掩模22刻蚀MTJ的底电极，刻蚀气体为Ar，流量为50sccm到250sccm，射频电压为100W到500W，偏压为50W到350W。进行氧化处理，将再沉积刻蚀副产物氧化形成第二侧壁氧化层。沉积氧化硅第二介质层24，厚度为20nm到300nm。

步骤S6：用光刻胶作为掩膜刻蚀MTJ和底电极上端氧化硅介质层(第一介质层、第二介质层和第三介质层)，形成顶电极通孔44，底电极通孔42a和42b。刻蚀气体为CF4，流量为10sccm到100sccm，射频电压为100W到500W，偏压为50W到150W。

步骤S7：通过光刻将电极图形转移至光刻胶。沉积Ti金属层10nm到50nm，沉积顶电极金属层Au 50nm到70nm。湿法去胶剥离多余金属层，完成MTJ顶电极和底电极引线32。

本发明提出的MTJ制备方法，有效减小干法刻蚀中刻蚀副产物再沉积对MTJ结性能的影响，减小MTJ的从膜堆图形化为器件后的性能损失和提高MTJ的成品率。另外，本发明提出的MTJ制备方法工艺难度相对低，步骤相对少，采用本方法可以降低工艺复杂度和制备成本。

基于相同原理，本实施例还公开了一种磁隧道结单元结构。如图9G所示，所述单元结构包括：

衬底；

形成在所述衬底上的底电极层；

形成在所述底电极层上的磁隧道结；

形成在所述磁隧道结和所述底电极层组成的表面上的第一介质层，具有用于对所述底电极层进行图案化的底电极图案；

形成在图案化后的底电极层和第一介质层组成的表面上的第二介质层；

贯通所述第二介质层与所述底电极层和所述磁隧道结的金属化的底电极通孔和顶电极通孔。

在优选的实施方式中，所述单元结构进一步包括对所述磁隧道结的侧壁进行氧化处理得到的第一侧壁氧化层。

在优选的实施方式中，所述单元结构进一步包括对图案化后的底电极层进行氧化处理得到的第二侧壁氧化层。

由于该单元结构解决问题的原理与以上方法类似，因此本单元结构的实施可以参见方法的实施，在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。