DE102019124340A1

DE102019124340A1 - Mehrfach-abstandhalter-unterstütztes physikalisches ätzverfahren von sub-60nm-mram-vorrichtungen

Info

Publication number: DE102019124340A1
Application number: DE102019124340.8A
Authority: DE
Inventors: Yi Yang; Dongna Shen; Yu-Jen Wang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-04-16
Also published as: KR102230436B1; US10770654B2; US20200119264A1; US20200411753A1; CN111063797A; CN111063797B; TW202017216A; TWI699913B; KR20200043291A; US10516102B1; US11145809B2

Abstract

Ein MTJ-Stapel wird auf eine untere Elektrode abgeschieden. Eine obere Elektrodenschicht und eine Hartmaske werden auf den MTJ-Stapel abgeschieden. Die obere Elektrodenschicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist, wird geätzt. Danach wird eine erste Abstandhalterschicht auf die strukturierte obere Elektrodenschicht und die Hartmaske abgeschieden. Die erste Abstandhalterschicht wird auf horizontalen Oberflächen weggeätzt und hinterlässt erste Abstandhalter auf den Seitenwänden der gemusterten oberen Elektrodenschicht. Die freie Schicht, die nicht von der Hartmaske und den ersten Abstandshaltern bedeckt ist, wird geätzt. Danach werden die Schritte des Abscheidens einer nachfolgenden Abstandhalterschicht über gemusterte vorherige Schichten und des Wegätzens der nachfolgenden Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei nachfolgende Abstandhalter auf den Seitenwänden der gemusterten vorherigen Schichten verbleiben, und danach des Ätzens einer nächsten Schicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist, und der nachfolgenden Abstandhalter wiederholt, bis alle Schichten des MTJ-Stapels geätzt sind, um die MTJ-Struktur fertigzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anwendung bezieht sich auf das allgemeine Gebiet der magnetischen Tunnelkontakte (MTJ, Magnetic Tunneling Junctions) und insbesondere auf Ätzverfahren zum Bilden von MTJ-Strukturen.
HINTERGRUND
Die Herstellung von magnetoresistiven Random-Access-Speicher-(MRAM-)Vorrichtungen beinhaltet in der Regel eine Folge von Verarbeitungsschritten, bei denen viele Schichten von Metallen und Dielektrika abgeschieden und dann strukturiert werden, um einen magnetoresistiven Stapel sowie Elektroden für elektrische Verbindungen zu bilden. Um die magnetischen Tunnelkontakte (MTJ) in jeder MRAM-Vorrichtung zu definieren, sind in der Regel präzise Strukturierungsschritte, wie etwa Photolithographie und reaktives Ionenätzen (RIE), Ionenstrahlätzen (IBE) oder deren Kombination erforderlich. Während des RIE-Verfahrens entfernen hochenergetische Ionen Materialien vertikal in den Bereichen, die nicht durch ein Photoresist abgedeckt sind, und trennen eine MTJ-Zelle von einer anderen.
Die hochenergetischen Ionen können jedoch auch seitlich mit den nicht entfernten Materialien, Sauerstoff, Feuchtigkeit und anderen Chemikalien reagieren, was zu Seitenwandschäden führt und die Vorrichtungsleistung beeinträchtigt. Um dieses Problem zu lösen, wurden reine physikalische Ätztechniken, wie RIE oder Ionenstrahlätzen (IBE), mit verschiedenen Gasplasmen, wie etwa Ar und Xe, zum Ätzen des MTJ-Stapels eingesetzt. Aufgrund der nichtflüchtigen Eigenschaft können jedoch physikalisch geätzte leitfähige Materialien im MTJ und in der unteren Elektrode einen kontinuierlichen Weg durch die Tunnelbarriere bilden, was zu kurzgeschlossenen Vorrichtungen führt. Darüber hinaus kann während des physikalischen Ätzens von MTJ's eine Schicht erneut abgeschieden und mit den umgebenden Schichten vermischt werden, was die Vorrichtungsleistung beeinträchtigt. Ein neuer Ansatz zur Überwindung dieser Nachteile ist daher für die zukünftigen Sub-60nm-MRAM-Produkte erforderlich.
Mehrere Veröffentlichungen lehren mehrstufige Ätzverfahren zum Bilden von MTJ's, einschließlich der US-Patente 9,793,126 (Dhindsa et al.), 9,722,174 (Nagel et al.), 8,883,520 (Satoh et al.) und 9,269,893 (Lu et al.). Die US-Patente 9,570,670 (Park et al.) und 8,642,358 (Lee) lehren das Ätzen unter Verwendung von Abstandhaltern. Alle diese Veröffentlichungen unterscheiden sich von der vorliegenden Offenbarung.
KURZDARSTELLUNG
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Bilden von MTJ-Strukturen vorzusehen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zum Bilden von MTJ-Vorrichtungen vorzusehen, ohne die Tunnelbarriere zu verkürzen, indem Metall auf der MTJ-Seitenwand neu abgeschieden oder eine MTJ-Schicht mit einer anderen vermischt wird.
In Übereinstimmung mit den Gegenständen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Ätzen einer magnetischen Tunnelkontakt-(MTJ-)Struktur erreicht. Ein MTJ-Stapel wird auf einer unteren Elektrode abgeschieden, wobei der MTJ-Stapel mindestens eine zweite angeheftete Schicht, eine erste angeheftete Schicht auf der zweiten angehefteten Schicht, eine Grenzschicht auf der ersten angehefteten Schicht und eine freie Schicht auf der Grenzschicht umfasst. Auf dem MTJ-Stapel wird eine obere Elektrodenschicht abgeschieden. Auf die obere Elektrodenschicht wird eine Hartmaske abgeschieden. Die obere Elektrodenschicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist, wird geätzt. Danach wird eine erste Abstandhalterschicht auf die strukturierte obere Elektrodenschicht und die Hartmaske abgeschieden. Die erste Abstandhalterschicht wird auf horizontalen Oberflächen weggeätzt und hinterlässt erste Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten oberen Elektrodenschicht. Die freie Schicht, die nicht von der Hartmaske und den ersten Abstandhaltern bedeckt ist, wird geätzt. Danach werden die Schritte des Abscheidens einer nachfolgenden Abstandhalterschicht über strukturierte vorherige Schichten und der Hartmaske und des Wegätzens der nachfolgenden Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei nachfolgende Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten vorherigen Schichten verbleiben, und danach des Ätzens einer nächsten Schicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist, und der nachfolgenden Abstandhalter wiederholt, bis alle Schichten des MTJ-Stapels geätzt sind, um die MTJ-Struktur fertigzustellen.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen, die einen wesentlichen Bestandteil dieser Beschreibung bilden, ist dargestellt:

1 bis 8 veranschaulichen in Querschnittsdarstellungsschritten eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Zuge der vorliegenden Offenbarung wird die MTJ-Strukturierung in verschiedene Schritte unterteilt. Jeder Schritt besteht aus einer physikalischen Ätzung einer MTJ-Schicht, einer Abstandhalterabscheidung, einer teilweisen Abstandhalterätzung und einer physikalischen Ätzung der nächsten Schicht unter Verwendung des verbleibenden Abstandhalters als Hartmaske. Durch den Schutz des Abstandhalters kann keine Metall-Neuabscheidung mit den umgebenden Schichten in Kontakt kommen, wodurch eine Leiterbahn auf der Tunnelbarriere und das Vermischen verschiedener MTJ-Schichten vermieden wird. Infolgedessen werden alle mit diesen Problemen verbundenen elektrischen Kurzschlüsse oder Vorrichtungsleistungseinbußen eliminiert. Dadurch wird das volle Potenzial dieser Art des Ätzens ausgeschöpft, die als weniger schädlich angesehen wird, aber durch diese Nachteile begrenzt wurde. Das Verfahren ist besonders nützlich für hochdichte Sub-60nm-MRAM-Vorrichtungen, bei denen chemische Beschädigungen und Neuabscheidungen auf der MTJ-Seitenwand für die kleineren MRAM-Chips sehr schwerwiegend werden.
In einem typischen MTJ-Prozess wird der gesamte MTJ-Stapel durch ein einstufiges Ätzen strukturiert, entweder durch ein chemisches RIE-Verfahren oder physikalisches Ar-RIE- oder IBE-Verfahren. Es verursacht daher entweder chemische Beschädigungen oder physikalische Kurzschlüsse/Vermischungen an der MTJ-Seitenwand. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird zunächst eine MTJ-Schicht durch eine physikalische Ätzung geätzt, ihre Seitenwand mit einem Abstandhalter bedeckt und dann die nächste Schicht erneut durch eine physikalische Ätzung unter Verwendung des Abstandhalters als Hartmaske geätzt. Durch die Wiederholung dieser Verfahren für jede Schicht kann der MTJ-Stapel ohne diese Probleme strukturiert werden.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 wird nun das neuartige Verfahren der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben. Unter Bezugnahme nun insbesondere auf 1 ist eine auf einem Substrat gebildete untere Elektrode 10 dargestellt, die nicht dargestellt ist. Nun werden Schichten auf der unteren Elektrode abgeschieden, um einen magnetischen Tunnelkontakt zu bilden. So werden beispielsweise die angeheftete Schicht-2 12, die angeheftete Schicht-1 14, die Tunnelbarriereschicht 16 und die freie Schicht 18 abgeschieden.
Es kann eine oder mehrere angeheftete, begrenzende und/oder freie Schichten geben. Eine metallische Hartmaske 20, wie etwa Ta, TaN, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni oder deren Legierungen, wird mit einer Dicke von 10-100 nm, vorzugsweise ≥50nm, auf dem MTJ-Stapel abgeschieden. Diese Hartmaske wird als obere Elektrode verwendet. Schließlich wird ein dielektrisches Hartmaskenmaterial 22, wie etwa SiO2, SiN, SiON, SiC oder SiCN, mit einer Dicke von ≥20nm auf die obere Elektrode 20 abgeschieden. Das Photoresist wird durch 248nm Photolithographie strukturiert, um beispielsweise Photoresist-Säulenmuster 24 mit einer Größe d1 von ~70-80nm und einer Höhe von ≥200nm zu bilden.
Nun, wie in 2 dargestellt, wird die dielektrische Hartmaske 22 von einem Plasma auf Fluorkohlenstoffbasis, wie etwa CF4 oder CHF3, allein geätzt oder mit Ar und N2 gemischt. O2 kann hinzugefügt werden, um die Säulengröße von 50-60nm auf 30-40nm zu reduzieren. Anschließend wird die obere Elektrode 20 mit Ar- oder Xe-RIE- oder IBE-Verfahren geätzt und bildet die Säulengröße d2 von 30-40nm. Aufgrund der Art des physikalischen Ätzverfahrens gibt es keine chemische Beschädigung, sondern nur eine dünne Schicht aus leitfähigem Metall, die sich erneut auf den Seitenwänden der dielektrischen und metallischen Hartmasken abscheidet.
Ein Abstandhalter 28 aus dielektrischen Materialien mit geringer Ionenzerstäubungsausbeute, wie etwa SiN, Kohlenstoff, TaC oder Metalloxid, wird entweder in-situ oder ex-situ durch chemische Dampfabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition), physikalische Dampfabscheidung (PVD, Physical Vapor Deposition) oder Atomschichtabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) auf die strukturierten Metall- und dielektrischen Hartmasken mit einer Dicke d3 von 5-30 nm abgeschieden.
Anschließend wird, wie in 3 dargestellt, der Abschnitt des Abstandhalters 28 auf horizontalen Flächen durch RIE-Verfahren weggeätzt, wobei der Abstandhalter 28 nur an den Seitenwänden verbleibt. Je nach Material des Abstandhalters können für diesen Schritt unterschiedliche Plasmen verwendet werden. Wenn der Abstandhalter beispielsweise aus Kohlenstoff besteht, kann O2-Plasma eingesetzt werden. Für TaC oder SiN kann ein Fluorkohlenstoff, wie etwa CF4, oder ein Halogen, wie etwa Cl2, verwendet werden. Für Metalloxid kann ein Halogen, wie etwa Cl2, allein oder gemischt mit BCl3 verwendet werden.
Nun wird, wie in 4 dargestellt, mit dem Abstandhalter 28, der auf der Seitenwand der metallischen Hartmaske als selbstausrichtende Hartmaske verbleibt, die freie Schicht durch eine physikalische Ätzung, wie etwa ein Ar- oder Xe-RIE- oder IBE-Verfahren, geätzt. Unter der gleichen physikalischen Ätzbedingung beträgt die Ätzrate dieses Abstandhalters ≤ 1/5 der freien Schicht oder aller späteren Ätzschichten. Auf diese Weise kann man wiederum chemische Beschädigungen vermeiden, jedoch nur eine dünne Schicht aus einer leitfähigem Metall-Neuabscheidung 30 auf dem Abstandhalter um die Seitenwand der metallischen Hartmaske erzeugen. Noch wichtiger ist, dass die von der freien Schichtätzung erzeugte Neuabscheidung 30 aufgrund der Trennung des Abstandhalters (28) nicht mit der metallischen Hartmaske 20 oder deren Neuabscheidung 26 in Kontakt steht.
Eine Verkapselungsschicht 31 aus Al2O3, SiON oder SiN mit einer Dicke d6 von 5-30 nm wird entweder in-situ oder ex-situ durch CVD, PVD oder ALD abgeschieden, um die freie Schicht zu schützen. Diese Verkapselungsschicht ist notwendig, da die freie Schicht besonders empfindlich auf Sauerstoff, Feuchtigkeit und andere Chemikalien reagiert, insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen. Die Verkapselungsschicht wird nur auf der freien Schicht benötigt, nicht auf den nachfolgenden Schichten.
Anschließend wird eine nachfolgende Abstandhalterschicht 32 über die Verkapselungsschicht 31 abgeschieden. Die Materialien der Abstandhalterschicht können unterschiedlich oder gleich der Verkapselungsschicht sein, je nachdem, welches Material verwendet wird. Wird beispielsweise SiN als Verkapselungsschicht verwendet, kann die Verkapselungsschicht sowohl als Verkapselungsschicht als auch als nachfolgende Abstandhalterschicht 32 wirken. Andere Materialien tun dies möglicherweise nicht. Die Verkapselungsschicht 31 und die Abstandhalterschicht 32 sind beide geätzt, um Material auf horizontalen Oberflächen zu entfernen und die Verkapselungsschicht und die Abstandhalterschicht nur an den Seitenwänden zu belassen, wie in 4 dargestellt.
Durch die Wiederholung der Abstandhalterabscheidungs-, teilweisen Abstandhalterätz- und der physikalischen Ätzschritte für die folgende Tunnelbarriere, die angeheftete Schicht-1 und die angeheftete Schicht-2 kann man Schritt für Schritt den MTJ definieren, ohne die generierte Metall-Neuabscheidung jedes Schrittes zu verbinden und eine Vermischung einer Schicht mit einer anderen zu vermeiden. Dies wird in den übrigen Figuren dargestellt.
5 zeigt einen teilweise geätzten Abstandhalter 32, der zum Ätzen der Tunnelbarriereschicht 16 und zur Metall-Neuabscheidung 34 auf der Seitenwand der Tunnelbarriere verwendet wird, die von der vorherigen Neuabscheidung 30 durch den Abstandhalter 32 getrennt sind. Anschließend wird das Abstandhaltermaterial 36 abgeschieden und teilweise geätzt, um Abstandhalter 36 mit einer Dicke d8 von 5-30 nm zu bilden.
6 zeigt einen teilweise geätzten Abstandhalter 36, der zum Ätzen der ersten angehefteten Schicht 14 und zur Metall-Neuabscheidung 38 auf der ersten Seitenwand mit angehefteter Schicht verwendet wird, die von der vorherigen Neuabscheidung 34 durch den Abstandhalter 36 getrennt ist. Abstandhaltermaterial wird abgeschieden und teilweise geätzt, um Abstandhalter 40 mit einer Dicke d10 von 5-30 nm zu bilden.
7 zeigt einen teilweise geätzten Abstandhalter 40, der zum Ätzen der zweiten geätzten Schicht 12 und zur Metall-Neuabscheidung 42 auf der zweiten Seitenwand mit geätzter Schicht verwendet wird, die von der vorherigen Neuabscheidung 38 durch den Abstandhalter 40 getrennt ist. Der Kreis 45 in 7 zeigt die Neuabscheidungsmaterialien der Metall-Seitenwand 26, 20, 24, 28 und 42, die alle durch dielektrische Trennung voneinander getrennt sind, so dass keine Kurzschlussmöglichkeit besteht.
Die Größe jeder Schicht hängt stark von der Dicke der als Hartmaske dienenden Abstandhalterseitenwand ab, die durch die frühere Dicke der Abstandhalterabscheidung des Abstandhalters und teilweise Ätzbedingungen bestimmt wird. Durch das Abstimmen dieser Parameter kann man die Größe jeder Schicht entsprechend dem Vorrichtungsdesign präzise steuern. Es kann ein dicker Abstandhalter von 10-30nm auf der Seitenwand der freien Schicht erzeugt werden, so dass die später definierten Tunnelbarrieren und angehefteten Schichten eine Größe d7, d9, d11 von 50-60nm aufweisen, größer als die freie Schichtgröße d5 von 40-50nm. Dies ist besonders kritisch bei Vorrichtungen mit kleiner Zellgröße, da es eine starke Haftfestigkeit, eine Erhöhung der Energiebarriere und eine Reduzierung des Schaltstroms ermöglicht. Für das Ätzen der angehefteten Schicht kann man einen sehr dünnen Abstandhalter (5-10nm) auf der Seitenwand der angehefteten Schicht-1 verwenden, um die angehefteten Schicht-2 zu definieren, dank der extrem niedrigen Verbrauchsrate des Abstandhalters unter physikalischem Ätzen. Dadurch würde sichergestellt, dass diese beiden angehefteten Schichten während des physikalischen Ätzens nicht vermischt werden, sondern immer noch eine ähnliche Größe aufweisen, was ihre Haftfestigkeit stabilisiert.
Schließlich kann, wie in 8 dargestellt, die gesamte Vorrichtung mit Dielektrikum 46 gefüllt und durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) abgeflacht werden, beispielsweise um die obere Elektrode 20 darunter freizulegen und die gesamte MTJ-Fertigung mit einer metallischen Verbindungsschicht 48 abzuschließen.
Die fertige MTJ-Struktur in 8 umfasst mindestens eine angeheftete Schicht 12/14 auf einer unteren Elektrode 10, eine Barriereschicht 16 und erste Seitenwandabstandshalter 36 auf der angehefteten Schicht 12/14, eine freie Schicht 18 und zweite Seitenwandabstandshalter 32 auf der Barriereschicht, eine metallische Hartmaske 20 und dritte Seitenwandabstandshalter 28 auf der freien Schicht und eine obere Elektrode 48 auf der freien Schicht. Jede erste Metall-Neuabscheidung 42/38 auf den Seitenwänden der angehefteten Schicht wird von jeder zweiten Metall-Neuabscheidung 34 auf den Seitenwänden der Barriereschicht durch die ersten Seitenwandabstandshalter 36 getrennt, die zweite Metall-Neuabscheidung 34 wird von jeder dritten Metall-Neuabscheidung 30 auf den Seitenwänden der freien Schicht durch die zweiten Seitenwandabstandshalter 32 getrennt, und die dritte Metall-Neuabscheidung 30 wird von jeder vierten Metall-Neuabscheidung 26 auf den Seitenwänden der metallischen Hartmaskenschicht durch die dritten Seitenwandabstandshalter 28 getrennt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Prozess der vorliegenden Offenbarung Abstandhalter verwendet, um eine physikalische, durch Ätzung induzierte Metall-Neuabscheidung auf der Tunnelbarriere und eine MTJ-Vermischung zu verhindern. Er löst damit das größte Problem, das mit dieser Art des Ätzens verbunden ist. So ist es möglich, die weit verbreitete chemische RIE-Ätzung zu ersetzen, die zwangsläufig chemische Beschädigungen an der MTJ-Seitenwand verursacht. Dieser Prozess wird für MRAM-Chips der Größe kleiner als 60 nm eingesetzt, da die Probleme im Zusammenhang mit chemisch beschädigten Seitenwänden und der Neuabscheidung aus dem MTJ-Stapel und der unteren Elektrode für die kleineren MRAM-Chips sehr schwerwiegend werden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wurde und diese Form ausführlich beschrieben wurde, wird es für Fachleute leicht verständlich sein, dass darin verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn der Offenbarung oder vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9793126 [0004]
US 9722174 [0004]
US 8883520 [0004]
US 9269893 [0004]
US 9570670 [0004]
US 8642358 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Tunnelkontakt-(MTJ-)Struktur, umfassend: Abscheiden eines MTJ-Stapels auf einer unteren Elektrode, wobei der MTJ-Stapel mindestens eine angeheftete Schicht auf der unteren Elektrode, eine Grenzschicht auf der angehefteten Schicht und eine freie Schicht auf der Grenzschicht umfasst; Abscheiden einer oberen Elektrodenschicht auf dem MTJ-Stapel; Bilden einer Hartmaske auf der oberen Elektrodenschicht; erstes Ätzen der oberen Elektrodenschicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist; danach Abscheiden einer ersten Abstandhalterschicht über der strukturierten oberen Elektrodenschicht und der Hartmaske und Wegätzen der ersten Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei erste Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten oberen Elektrodenschicht verbleiben; danach zweites Ätzen der freien Schicht, die nicht durch die Hartmaske und die ersten Abstandhalter abgedeckt ist; und danach Wiederholen der Schritte des Abscheidens einer nachfolgenden Abstandhalterschicht über strukturierten vorherigen Schichten und der Hartmaske und des Wegätzens der nachfolgenden Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei nachfolgende Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten vorherigen Schichten verbleiben, und danach des dritten Ätzens einer nächsten Schicht, die nicht von der Hartmaske und den nachfolgenden Abstandhaltern bedeckt ist, bis alle Schichten des MTJ-Stapels geätzt sind, um die MTJ-Struktur zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrodenschicht Ta, TaN, Ti, Ti, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni oder deren Legierungen umfasst und die Hartmaske SiO2, SiN, SiON, SiC oder SiCN umfasst, wobei die Hartmaske vor dem ersten Ätzen der oberen Elektrodenschicht durch ein Plasma auf Fluorkohlenstoffbasis geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Abscheiden einer Verkapselungsschicht auf der freien Schicht vor dem Abscheiden einer nachfolgenden Abstandhalterschicht auf der freien Schicht, wobei die Verkapselungsschicht Al2O3, SiON oder SiN mit einer Dicke von 5-30 nm umfasst, und Entfernen der nachfolgenden Abstandhalterschicht und der Verkapselungsschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei nachfolgende Abstandhalter auf den Seitenwänden der freien Schicht verbleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste, zweite und dritte Ätzen eine Ar- oder Xe-RIE- oder IBE-Ätzung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei keine chemische Beschädigung der Seitenwände des MTJ-Stapels vorliegt und nach dem ersten Ätzen eine erste Schicht einer Neuabscheidung aus leitfähigem Metall auf den Seitenwänden der oberen Elektrode gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei es keine chemische Beschädigung der Seitenwände des MTJ-Stapels gibt und wobei nach jedem zweiten und dritten Ätzen eine nachfolgende Schicht der Neuabscheidung von leitfähigem Metall auf den ersten oder nachfolgenden Abstandhaltern gebildet wird und wobei es keinen Kontakt zwischen einer der ersten Schicht der Neuabscheidung von leitfähigem Metall und den nachfolgenden Schichten der Neuabscheidung von leitfähigem Metall gibt, wenn sie durch den ersten und den nachfolgenden Abstandhalter getrennt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abscheiden der ersten oder nachfolgenden Abstandhalterschicht das Abscheiden eines dielektrischen Materials mit geringer Ionensputterausbeute mit SiN, Kohlenstoff, TaC oder Metalloxid in situ oder ex-situ durch chemische Dampfabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition), physikalische Dampfabscheidung (PVD, Physical Vapor Deposition) oder Atomschichtabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) bis zu einer Dicke von 5-30 nm umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ätzrate der Abstandhalter ≤1/5 eine Ätzrate der freien Schicht oder einer der nächsten Schichten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Bedecken der MTJ-Struktur mit einer dielektrischen Schicht; Abflachung der dielektrischen Schicht durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP), um die obere Elektrodenschicht freizulegen; und Bilden eines oberen Metallkontaktes zu der oberen Elektrodenschicht.
Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Tunnelkontakt-(MTJ-)Struktur, umfassend: Abscheiden eines MTJ-Stapels auf einer unteren Elektrode, wobei der MTJ-Stapel mindestens eine zweite angeheftete Schicht, eine erste angeheftete Schicht auf der zweiten angehefteten Schicht, eine Barriereschicht auf der ersten angehefteten Schicht und eine freie Schicht auf der Barriereschicht umfasst; Abscheiden einer oberen Elektrodenschicht auf dem MTJ-Stapel. Bilden einer Hartmaske auf der oberen Elektrodenschicht; erstes Ätzen der oberen Elektrodenschicht, die nicht von der Hartmaske bedeckt ist; danach Abscheiden einer ersten Abstandhalterschicht über der strukturierten oberen Elektrodenschicht und der Hartmaske und Wegätzen der ersten Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei erste Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten oberen Elektrodenschicht verbleiben; danach zweites Ätzen der freien Schicht, die nicht durch die Hartmaske und die ersten Abstandhalter abgedeckt ist; danach Abscheiden einer Verkapselungsschicht über der freien Schicht; und danach Wiederholen der Schritte des Abscheidens einer nachfolgenden Abstandhalterschicht über strukturierten vorherigen Schichten und der Hartmaske und des Wegätzens der nachfolgenden Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen, wobei nachfolgende Abstandhalter auf den Seitenwänden der strukturierten vorherigen Schichten verbleiben, und danach des dritten Ätzens einer nächsten Schicht, die nicht von der Hartmaske und den nachfolgenden Abstandhaltern bedeckt ist, bis alle Schichten des MTJ-Stapels geätzt sind, um die MTJ-Struktur zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die obere Elektrodenschicht Ta, TaN, Ti, Ti, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni oder deren Legierungen umfasst und die Hartmaske SiO2, SiN, SiON, SiC oder SiCN umfasst, wobei die Hartmaske vor dem ersten Ätzen der oberen Elektrodenschicht durch ein Plasma auf Fluorkohlenstoffbasis geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das erste, zweite und dritte Ätzen eine Ar- oder Xe-RIE- oder IBE-Ätzung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei keine chemische Beschädigung der Seitenwände des MTJ-Stapels vorliegt und nach dem ersten Ätzen eine erste Schicht einer Neuabscheidung aus leitfähigem Metall auf den Seitenwänden der oberen Elektrode gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei es keine chemische Beschädigung der Seitenwände des MTJ-Stapels gibt und wobei nach jedem zweiten und dritten Ätzen eine nachfolgende Schicht der Neuabscheidung von leitfähigem Metall auf den ersten oder nachfolgenden Abstandhaltern gebildet wird und wobei es keinen Kontakt zwischen einer der ersten Schicht der Neuabscheidung von leitfähigem Metall und den nachfolgenden Schichten der Neuabscheidung von leitfähigem Metall gibt, wenn sie durch den ersten und den nachfolgenden Abstandhalter getrennt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, wobei das Abscheiden der ersten oder nachfolgenden Abstandhalterschicht das Abscheiden eines dielektrischen Materials mit geringer Ionensputterausbeute mit SiN, Kohlenstoff, TaC oder Metalloxid in situ oder ex-situ durch chemische Dampfabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition), physikalische Dampfabscheidung (PVD, Physical Vapor Deposition) oder Atomschichtabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) bis zu einer Dicke von 5-30 nm umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei eine Ätzrate der Abstandhalter ≤1/5 eine Ätzrate der freien Schicht oder einer der nächsten Schichten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, ferner umfassend: Bedecken der MTJ-Struktur mit einer dielektrischen Schicht; Abflachung der dielektrischen Schicht durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP), um die obere Elektrodenschicht freizulegen; und Bilden eines oberen Metallkontaktes zu der oberen Elektrodenschicht.
Magnetische Tunnelkontakt-(MTJ-)Struktur, umfassend: mindestens eine angeheftete Schicht auf einer unteren Elektrode; eine Barriereschicht und erste Seitenwandabstandshalter auf der angehefteten Schicht; eine freie Schicht und zweite Seitenwandabstandshalter auf der Barriereschicht; eine metallische Hartmaske und dritte Seitenwandabstandshalter auf der freien Schicht; und eine obere Elektrode über der freien Schicht, wobei jede erste Metall-Neuabscheidung auf Seitenwänden der angehefteten Schicht von jeder zweiten Metall-Neuabscheidung auf Seitenwänden der Barriereschicht durch die ersten Seitenwandabstandshalter getrennt ist, die zweite Metall-Neuabscheidung von jeder dritten Metall-Neuabscheidung auf Seitenwänden der freien Schicht durch die zweiten Seitenwandabstandshalter getrennt ist, und die dritte Metall-Neuabscheidung von jeder vierten Metall-Neuabscheidung auf Seitenwänden der metallischen Hartmaskenschicht durch die dritten Seitenwandabstandshalter getrennt ist.