DE112018001479T5

DE112018001479T5 - Ionenstrahlätzen mit abstandhalterunterstützung eines magnetischen spin-torque-direktzugriffspeichers

Info

Publication number: DE112018001479T5
Application number: DE112018001479.7T
Authority: DE
Inventors: Yang Yi; Dongna Shen; Yu-Jen Wang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US9871195B1; CN110431678A; WO2018175089A1; KR20190123354A; KR102299219B1

Abstract

Ein Stapel aus MTJ-Schichten wird auf einem Substrat bereitgestellt, umfassend eine Bodenelektrode, eine gepinnte Schicht, eine Tunnelbarrierenschicht, eine freie Schicht und eine Top-Elektrode. Der MTJ-Stapel wird strukturiert, um ein MTJ-Bauelement zu bilden, wobei Seitenwandbeschädigung auf seinen Seitenwänden gebildet wird. Ein dielektrischer Abstandhalter wird auf dem MTJ-Bauelement gebildet. Der dielektrische Abstandhalter wird auf horizontalen Oberflächen weggeätzt, wobei der dielektrische Abstandhalter auf den Seitenwänden teilweise weggeätzt wird. Der verbleibende dielektrische Abstandhalter deckt die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode ab. Der dielektrische Abstandhalter wird von der freien Schicht entfernt oder ist auf der freien Schicht dünner als auf der gepinnten Schicht und der Bodenelektrode. Die Seitenwandbeschädigung wird danach von der freien Schicht durch Anwenden eines horizontalen physikalischen Ätzens an das MTJ-Bauelement entfernt, wobei die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode vor dem physikalischen Ätzen durch die dielektrische Abstandhalterschicht geschützt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft das allgemeine Gebiet der Magnettunnelübergänge (Magnetic Tunneling Junctions - MTJ) und insbesondere Ätzverfahren zum Bilden von MTJ-Strukturen.
HINTERGRUND
Die Fertigung magnetoresistiver Bauelemente involviert normalerweise eine Abfolge von Verarbeitungsschritten, während welchen viele Schichten von Metallen und Dielektrika abgeschieden und dann strukturiert werden, um einen magnetoresistiven Stapel sowie Elektroden für elektrische Verbindungen zu bilden. Der magnetoresistive Stapel weist gewöhnlich die freien und gepinnten Schichten des Bauelements, die sandwichartig um eine oder mehrere dielektrische Schichten liegen, auf, die als der Tunnelübergang für das Magnettunnelübergangs-(MTJ)-Bauelement funktionieren. Um diese Millionen von MTJ-Zellen in jedem magnetischen Direktzugriffsspeicher-(MRAM)-Bauelement zu definieren und zu bewirken, dass sie nicht miteinander interagieren, sind gewöhnlich präzise Strukturierungsschritte, die reaktives Ionenätzen (Reactive Ion Etch - RIE) aufweisen, involviert. Während des RIE entfernen Hochenergieionen Materialien vertikal in denjenigen Flächen, die nicht durch Fotolack maskiert sind, indem eine MTJ-Zelle von einer anderen getrennt wird.
Die Hochenergieionen können jedoch auch mit den nicht entfernten Materialien seitlich reagieren. Für MTJ-Zellen kann diese seitliche Reaktion einen durch Sauerstoff, Feuchtigkeit und andere Chemikalien auf der Seitenwand beschädigten Bereich bilden, was das Magneto-Resistance-Verhältnis und die Koerzitivfeldstärke verringert. Diese Beschädigung hängt von der Zellgröße ab, was bedeutet, dass sie gravierender wird, wenn die Zellgröße für die zukünftigen Subnanoknotenprodukte abnimmt. Um dieses Problem zu lösen, wurden rein physikalische Ätztechniken, wie Ionenstrahlätzen (Ion Beam Etching - IBE) angewandt, um die Oberfläche des MTJ-Stapels zu trimmen, um den beschädigten Abschnitt zu entfernen. Wenn jedoch direkt durch IBE getrimmt wird, nehmen die Volumen der freien Schicht und der gepinnten Schicht gemeinsam ab, was die Größe der Letzteren zu klein macht, um den internen Magnetisierungszustand zu stabilisieren, was in einer kleineren Energiebarriere und größerem Schaltstrom resultiert. Zusätzlich können IBE-getrimmte ferromagnetische Materialien aufgrund ihrer nichtflüchtigen Beschaffenheit in der gepinnten Schicht und Bodenelektrode wieder in die freie Schicht und die Top-Elektrode abgeschieden werden, was in kurzgeschlossenen Bauelementen resultiert.
Mehrere Referenzen lehren Verfahren zum Entfernen von Seitenwandbeschädigung. Dazu gehören die U.S.-Patentanmeldungen 2017/0 025 603 (Nara), 2016/0 020 386 (Kim et al.) und 2006/0132983 (Osugi et al.). Andere Referenzen lehren Verfahren zum Blockieren von Materialdiffusion in eine gepinnte Schicht. Dazu gehören die U.S.-Patentanmeldung 2016/0 211,4,41 (Deshpande et al.) und die U.S.-Patentanmeldung 2012/0 012 952 (Chen et al.). Alle diese Referenzen sind von der vorliegenden Offenbarung unterschiedlich.
KURZDARSTELLUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bilden von MTJ-Strukturen bereitzustellen.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von Seitenwandbeschädigung von der freien Schicht, während die gepinnte Schicht geschützt wird, bei der Fertigung von MTJ-Bauelementen bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit den Zielsetzungen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Ätzen einer Magnettunnelübergangs-(Magnetic Tunneling Junction - MTJ)-Struktur erzielt. Eine Bodenelektrode wird auf einem Substrat bereitgestellt. Ein Stapel aus MTJ-Schichten wird auf der Bodenelektrode abgeschieden, der in dieser Reihenfolge eine gepinnte Schicht, eine Tunnelbarrierenschicht und eine freie Schicht umfasst. Eine Top-Elektrode wird auf dem Stapel aus MTJ-Schichten bereitgestellt. Die Top-Elektrode, der MTJ-Stapel und die Bodenelektrode werden strukturiert, um ein MTJ-Bauelement zu bilden, wobei Seitenwandbeschädigung auf Seitenwänden des MTJ-Bauelements gebildet wird. Ein dielektrischer Abstandhalter wird formangeglichen über dem Substrat und dem MTJ-Bauelement abgeschieden. Die dielektrische Abstandhalterschicht wird auf horizontalen Oberflächen des Substrats und des MTJ-Bauelements weggeätzt, um einen sich verjüngenden Abstandhalter zu bilden, der auf der Bodenelektrode breiter ist und auf der freien Schicht schmaler oder abwesend ist, wobei der sich verjüngende Abstandhalter die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode abdeckt. Danach wird Seitenwandbeschädigung von der freien Schicht durch Anwenden eines horizontalen physikalischen Ätzens an das MTJ-Bauelement entfernt, wobei die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode vor dem physikalischen Ätzen durch die dielektrische Abstandhalterschicht geschützt werden.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen, die einen wesentlichen Teil dieser Offenbarung, bilden wird Folgendes gezeigt:

Die 1 bis 4 veranschaulichen in Querschnittdarstellung Schritte bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Offenbarung wird Ionenstrahlätzen (IBE) angewandt, um die Oberfläche des MTJ-Stapels zu trimmen, um den beschädigten Abschnitt zu entfernen. Bei diesem Verfahren wird nur die freie Schicht getrimmt, aber das Volumen der gepinnten Schicht bleibt unverändert. Auf diese Art ist die gepinnte Schicht nicht zu klein, um den internen Magnetisierungszustand zu stabilisieren. Des Weiteren kann die erneute Seitenwandabscheidung vollständig eliminiert werden, um es dem IBE- oder RIE+IBE-Prozess zu ermöglichen, für den MRAM-Chip-Fertigungsprozess verwendet zu werden.
Bei dieser Erfindung wird eine dielektrische Schicht eingeführt, die keine oder weniger Abdeckung auf der oberen freien Schicht aufweist als die gepinnte Bodenschicht und Elektrode. Das stellt sicher, dass während des darauffolgenden IBE-Trimmprozesses nur die Beschädigung innerhalb der freien Schicht entfernt wird, dass aber die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode intakt bleiben. Da die Größe von MTJ-Zellen durch die Größe der freien Schicht bestimmt wird, ist man fähig, den gesamten beschädigten Abschnitt zu entfernen, der für die verringerte Leistung bei kleinen Größen verantwortlich ist, während sichergestellt wird, dass die Größe der gepinnten Schicht groß genug ist, um den Magnetisierungszustand zu stabilisieren. Des Weiteren gibt es keine durch die erneute Abscheidung induzierten kurzgeschlossenen Bauelemente mehr. Das Konzept des Einsetzens dieses nicht gleichmäßig verteilten Dielektrikums auf dem MTJ ist das neuartige Merkmal dieser Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird das neuartige Verfahren ausführlich beschrieben. Der Prozess beginnt mit einem herkömmlichen MTJ-Ätzprozess. Unter speziellerer Bezugnahme auf 1 ist eine Bodenelektrode 16 gezeigt, die auf dem Substrat 10 gebildet ist, das eine metallische Durchkontaktierung 12 und eine Isolierschicht 14 darin gebildet aufweist. Nun werden Schichten auf der Bodenelektrode abgeschieden, um einen Magnettunnelübergang zu bilden. Die gepinnte Schicht 18, die Tunnelbarrierenschicht 20 und die freie Schicht 22 werden zum Beispiel gefolgt von der Top-Elektrode 24 abgeschieden. Es kann eine oder mehrere gepinnte, Barrieren- und/oder freie Schichten geben. Abschließend wird eine Hartmaskenschicht 26 über der Top-Elektrode abgeschieden.
Unter Verwenden eines Fotolackprozesses wird der MTJ-Stapel geätzt, wie durch RIE, IBE oder durch einen gemischten RIE/IBE-Prozess, indem eine gleichförmige Größe der Top-Elektrode, freien Schicht, Tunnelbarriere, gepinnten Schicht und Bodenelektrode, wie in 1 gezeigt, gebildet wird.
Nach dem MTJ-Ätzprozess wird der Wafer aus dem Ätzwerkzeug entladen und der Atmosphäre ausgesetzt. Die MTJ-Seitenwand kann entweder während des Ätzprozesses oder durch Exposition mit der Atmosphäre beschädigt werden, was Seitenwandoxidation verursacht. Die Seitenwandbeschädigung führt zu niedrigeren MR-Verhältnis und schlechteren magnetischen Eigenschaften (niedrigere Koerzitivfeldstärke (Hc), niedrigere Energiebarriere (Eb), höherer kritischer Schreibstrom (Ic), höhere kritische Schreibspannung (Vc)), und induziert auch Ungleichmäßigkeit der elektrischen und magnetischen Leistung. Diese Art von Seitenwandbeschädigung verschlechtert sich insbesondere mit dem Abnehmen der MTJ-Größe.
Ein neuartiger Prozess zum Entfernen der Seitenwandbeschädigung ohne Verringern der Größe der gepinnten Schicht wird nun beschrieben. Auf dem strukturierten MTJ-Stapel wird ein Abstandhalter 28 abgeschieden, wie in 2 veranschaulicht. Der Abstandhalter kann ein dielektrisches Hartmaskenmaterial sein, wie SiON, SiN und Si02, und kann eine Stärke von etwa zwischen 10 und 500 nm aufweisen.
Nächstfolgend, wie in 3 veranschaulicht, wird das Dielektrikum auf dem oberen und auf dem Bodenteil des MTJ-Stapels vertikal durch RIE oder IBE weggeätzt, da die dielektrische Stärke D1 entlang der Seitenwände größer ist als die Stärke D2 über der Hartmaske 28 und der Substratschicht 14, ätzt das vertikale RIE oder IBE die gesamte dielektrische Schicht 28 auf der Oberseite der Hartmaske und des Substrats weg, und ätzt auch oder verdünnt nur den Abschnitt des Seitenwandabstandhalters 28, der die oberen Schichten des MTJ-Stapels, einschließlich der Top-Elektrode und der freien Schicht abdeckt. Die resultierenden Abstandhalter 29 verjüngen sich daher derart, dass sie an dem Boden des Stapels breiter und an der Oberseite des Stapels schmaler sind. Diese ungleichmäßige Seitenwandabdeckung 29, die in 3 veranschaulicht ist, ist das Schlüsselmerkmal der vorliegenden Offenbarung. RIE-Ätzen erfolgt gewöhnlich mit einem vertikalen Winkel gleich 0. IBE-Ätzen kann einen Bereich von Winkeln von 0 bis 40 Grad in Abhängigkeit von der Merkmalgröße und der Bauelementdichte decken. Der Prozess kann durch Zeit- oder Endpunkterfassung gestoppt werden.
Bei einem existierenden Prozess wird IBE an MTJ-Strukturen direkt angewandt, um den beschädigten Abstand wegzutrimmen. Die Größe des gesamten MTJ-Stapels, einschließlich der freien Schicht und gepinnten Schicht, nimmt während des Prozesses ab. Zu einer gegebenen Zeit würde die gepinnte Schicht zu klein, um ihren internen Magnetisierungszustand zu wahren. Zusätzlich, da der IBE-Prozess ein reiner physikalischer Ätzprozess ohne Selektivität ist, kann die erneute Ablagerung des Materials der gepinnten Schicht und der Bodenelektrode nicht verhindert werden.
Bei dem Prozess der vorliegenden Offenbarung, aufgrund des strukturierten Abstandhalters 29, ätzt der IBE-Prozess, der in 4 gezeigt ist, nur den beschädigten Abschnitt innerhalb der freien Schicht weg, hinterlässt die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode intakt und verhindert die oben beschriebenen Probleme. Die freie Schicht wird in der Größe D6 getrimmt, um den oberflächenbeschädigten Abschnitt darin zu entfernen. Die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode bleiben aufgrund des Schutzes durch ihren stärkeren Abstandhalter intakt, behalten ihre ursprünglichen Größen und vermeiden ein erneutes Abscheiden. Da die Tunnelbarriere und die gepinnte Schicht größer sind als die freie Schicht, wirkt sich ein eventueller verbleibender beschädigter Abschnitt entlang der Seitenwände der Tunnelbarriere und der gepinnten Schichten nicht auf die zentralen Abschnitte der Tunnelbarriere und der gepinnten Schicht aus, die effektiv mit der freien Schicht interagieren und für die Bauteilleistung verantwortlich sind.
Der Trimmschritt kann ein IBE-, RIE- oder ein Kombinationsprozess sein. Der Trimmschritt sollte derart konfiguriert werden, dass der beschädigte Abschnitt der freien Schicht fast horizontal entfernt wird. Dieser Winkel kann bezüglich der Merkmalgröße und Bauelementdichte angepasst werden. Für einen IBE-Trimmprozess wird ein großer Winkel von etwa 30 bis 80 Grad von der Vertikalen vorgezogen. Für einen RIE-Trimmprozess wird ein Winkel im Wesentlichen gleich 0 von der Vertikalen vorgezogen. Ein IBE- und RIE-Kombinationsprozess verwendet deren jeweilige bevorzugte Winkel. Da sie aus einem ähnlichen Material wie die Abstandhalterschicht besteht, lässt sich die horizontale Maskenschicht 26 während des Trimmschritts ohne Weiteres entfernen.
Hier sollte angemerkt werden, dass die Stärke der ursprünglichen Abstandhalterabscheidung gemäß der erforderlichen Trimmmenge der freien Schicht abgestimmt werden kann. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Erstere (D2 in 2) die Stärke der horizontalen Seitenwandabdeckung nach der Abstandhalterabscheidung (D3) bestimmt, die die restliche Stärke der horizontalen Stärke der Seitenwandabdeckung nach dem Abstandhalterätzen (D4 in 3) und nach dem Trimmen (D5 in 4) bestimmt. Die RIE- und IBE-Bedingungen, wie Leistung, Druck und Gassorte, können angepasst werden, um auch die Seitenwandabdeckung zu steuern.
Die beschädigte Seitenwand der freien Schicht wird durch den Trimmprozess ohne Verringern der Größe der gepinnten Schicht entfernt. Er eliminiert auch das Problem der erneuten Abscheidung aus der gepinnten Schicht und der Bodenelektrode, da diese Schichten von der Abstandhalterschicht abgedeckt werden, so dass das Problem von Stromnebenschließen, das in niedrigem Ertrag der MRAM-Chips resultiert, minimiert wird. Darüber hinaus ist dieses durch Abstandhalter unterstützte IBE- und/oder RIE-Trimmen ein selbst justierender Prozess, der keine Fotolithografie benötigt. Er verhindert folglich Überlagerungsherausforderungen, wenn die Größe unter Subnanometerbauelemente fällt. Dieser Prozess ist besonders für MRAM-Chips mit einem Maß, das kleiner ist als 60 nm, nützlich, da Probleme in Zusammenhang mit beschädigter Seitenwand und erneuter Abscheidung aus der Bodenelektrode für die MRAM-Chips mit kleineren Maßen sehr gravierend werden.
Mehrere Abscheidungs- und Ätzzyklen können, falls erforderlich, verwendet werden, um sicherzustellen, dass die gesamte Seitenwandbeschädigung sowie die dielektrische Seitenwandabscheidung von der freien Schicht entfernt werden, während etwas Dielektrikum auf dem Boden des MTJ-Stapels bleibt, um die gepinnte Schicht abzudecken.
Zusammenfassend wird eine dielektrische Abstandhalterschicht abgeschieden, nachdem der MTJ-Stapel entweder durch RIE, IBE oder einen gemischten RIE-/IBE-Prozess strukturiert wurde. Die dielektrische Schicht auf der Oberseite und dem Boden der MTJ-Strukturen wird während des darauffolgenden Rückätzprozesses durch RIE oder IBE entfernt, während die dielektrische Schicht auf der Seitenwand nur teilweise weggeätzt wird. Der obere Abschnitt der Seitenwandabdeckung ist verschwunden oder dünner als der Bodenabschnitt, was in einem sich verjüngenden Abstandhalter resultiert, der an dem Boden nahe der gepinnten Schicht breiter und an der Oberseite nahe der freien Schicht schmaler ist. Vom Winkel abhängiges IBE und/oder RIE ätzt die obere freie Schicht schneller als die gepinnte Bodenschicht und die Bodenelektrode, die durch den sich verjüngenden Abstandhalter geschützt werden, so dass sichergestellt wird, dass die gesamte Seitenwandbeschädigung der freien Schicht entfernt wird, während die gepinnte Schicht intakt gehalten wird, um ihre hohe Pinning-Stärke für den internen Magnetisierungszustand zu wahren und ein kurzgeschlossenes Bauelement aufgrund von erneuter Abscheidung zu verhindern. Die anfängliche Stärke der Abstandhalterabscheidung kann gemäß der erforderlichen Trimmmenge der freien Schicht abgestimmt werden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht wurde und diese Form ausführlich beschrieben wurde, versteht der Fachmann ohne Weiteres, dass diverse Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist der Offenbarung oder von dem Schutzbereich der anliegenden 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 2017/0025603 [0004]
US 2016/0211441 [0004]
US 2012/0012952 [0004]

Claims

Verfahren zum Ätzen einer Magnettunnelübergangs-(MTJ)-Struktur, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Bodenelektrode auf einem Substrat; Abscheiden eines Stapels aus MTJ-Schichten auf der Bodenelektrode, der in dieser Reihenfolge eine gepinnte Schicht, eine Tunnelbarrierenschicht und eine freie Schicht umfasst; Bereitstellen einer Top-Elektrode auf dem Stapel aus MTJ-Schichten; Strukturieren der Top-Elektrode, des MTJ-Stapels und der Bodenelektrode, um eine MTJ-Vorrichtung zu bilden, wobei Seitenwandbeschädigung auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung gebildet wird; formangeglichenes Abscheiden eines dielektrischen Abstandhalters über dem Substrat und der MTJ-Vorrichtung; Wegätzen der dielektrischen Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen des Substrats und der MTJ-Vorrichtung, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung teilweise weggeätzt wird, um einen sich verjüngenden Abstandhalter zu bilden, der auf der Bodenelektrode breiter und auf der freien Schicht schmaler oder abwesend ist, wobei der sich verjüngende Abstandhalter die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode abdeckt; und anschließend Entfernen der Seitenwandbeschädigung von der freien Schicht durch Anwenden eines horizontalen physikalischen Ätzens an die MTJ-Vorrichtung, wobei die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode vor dem physikalischen Ätzen durch den sich verjüngenden Abstandhalter geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der MTJ-Stapel durch einen chemischen, physikalischen oder Kombinationsätzprozess strukturiert wird, der eines der Folgenden umfasst: reaktives Ionenätzen (RIE), Ionenstrahlätzen (IBE) oder eine Kombination aus RIE und IBE.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Seitenwandbeschädigung durch den chemischen oder physikalischen Ätzprozess gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Seitenwandbeschädigung nach dem chemischen oder physikalischen Ätzprozess gebildet wird, wenn die MTJ-Vorrichtung der Atmosphäre ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht Hartmaskenmaterialien umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der horizontale physikalische Ätzprozess ein winkelabhängiges RIE, IBE oder eine Kombination mit einem IBE-Winkel von der Vertikalen zwischen etwa 30 und 80 Grad und einem RIE-Winkel von der Vertikalen von 0 Grad ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Abscheidens des Seitenwandabstandhalters, Ätzens des dielektrischen Abstandhalters; und Entfernens der Seitenwandbeschädigung nach Bedarf wiederholt werden, um sicherzustellen, dass die gesamte Seitenwandbeschädigung und die gesamte dielektrische Abstandhalterschicht von der freien Schicht entfernt werden, während etwas der dielektrischen Abstandhalterschicht die gepinnte Schicht abdeckt.
Verfahren zum Ätzen einer Magnettunnelübergangs-(MTJ)-Struktur, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Stapels aus MTJ-Schichten auf einem Substrat, der eine Bodenelektrode auf dem Substrat, eine gepinnte Schicht, eine Tunnelbarrierenschicht, eine freie Schicht, eine Top-Elektrode und eine Hartmaskenschicht in dieser Reihenfolge auf der Bodenelektrode umfasst; Strukturieren des MTJ-Stapels, um eine MTJ-Vorrichtung zu bilden, wobei Seitenwandbeschädigung auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung gebildet wird; formangeglichenes Abscheiden eines dielektrischen Abstandhalters über dem Substrat und der MTJ-Vorrichtung; Wegätzen der dielektrischen Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen des Substrats und der MTJ-Vorrichtung, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung teilweise weggeätzt wird, wobei die restliche dielektrische Abstandhalterschicht auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode abdeckt, und wobei die verbleibende dielektrische Abstandhalterschicht von der freien Schicht entfernt wird oder auf der freien Schicht dünner ist als auf der gepinnten Schicht und der Bodenelektrode; und anschließend Entfernen der Seitenwandbeschädigung von der freien Schicht durch Anwenden eines winkelabhängigen Ionenstrahlätzens (IBE) an die MTJ-Vorrichtung, wobei die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode vor physikalischem Ätzen durch die dielektrische Abstandhalterschicht geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der MTJ-Stapel durch einen chemischen, physikalischen oder Kombinationsätzprozess strukturiert wird, der eines der Folgenden umfasst: reaktives Ionenätzen (RIE), Ionenstrahlätzen (IBE) oder eine Kombination aus RIE und IBE.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Seitenwandbeschädigung durch den chemischen oder physikalischen Ätzprozess gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Seitenwandbeschädigung nach dem chemischen oder physikalischen Ätzprozess gebildet wird, wenn die MTJ-Vorrichtung der Atmosphäre ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht ein Hartmaskenmaterial, einschließlich SiON, SiN und Si02, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das winkelabhängige IBE einen Winkel von der Vertikalen von etwa 30 und 80 Grad aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schritte des Abscheidens des Seitenwandabstandhalters, Ätzens des dielektrischen Abstandhalters; und Entfernens der Seitenwandbeschädigung nach Bedarf wiederholt werden, um sicherzustellen, dass die gesamte Seitenwandbeschädigung und die gesamte dielektrische Abstandhalterschicht von der freien Schicht entfernt werden, während etwas der dielektrischen Abstandhalterschicht die gepinnte Schicht abdeckt.
Verfahren zum Ätzen einer Magnettunnelübergangs-(MTJ)-Struktur, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Stapels aus MTJ-Schichten auf einem Substrat, der eine Bodenelektrode auf dem Substrat, eine gepinnte Schicht, eine Tunnelbarrierenschicht, eine freie Schicht, eine Top-Elektrode und eine Hartmaskenschicht in dieser Reihenfolge auf der Bodenelektrode umfasst; Strukturieren des MTJ-Stapels, um eine MTJ-Vorrichtung zu bilden, wobei Seitenwandbeschädigung auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung gebildet wird; formangeglichenes Abscheiden eines dielektrischen Abstandhalters über dem Substrat und der MTJ-Vorrichtung; Wegätzen der dielektrischen Abstandhalterschicht auf horizontalen Oberflächen des Substrats und der MTJ-Vorrichtung, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung teilweise weggeätzt wird, wobei die restliche dielektrische Abstandhalterschicht auf Seitenwänden der MTJ-Vorrichtung die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode abdeckt, und wobei die verbleibende dielektrische Abstandhalterschicht von der freien Schicht entfernt wird oder auf der freien Schicht dünner ist als auf der gepinnten Schicht und der Bodenelektrode; und anschließend Entfernen der Seitenwandbeschädigung von der freien Schicht durch Anwenden eines horizontalen physikalischen Ätzens an die MTJ-Vorrichtung, wobei die gepinnte Schicht und die Bodenelektrode vor dem physikalischen Ätzen durch die dielektrische Abstandhalterschicht geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der MTJ-Stapel durch einen chemischen, physikalischen oder Kombinationsätzprozess strukturiert wird, der eines der Folgenden umfasst: reaktives Ionenätzen (RIE), Ionenstrahlätzen (IBE) oder eine Kombination aus RIE und IBE.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Seitenwandbeschädigung gebildet wird durch ein oder mehrere des: chemischen oder physikalischen Ätzprozesses und durch Exposition der MTJ-Vorrichtung mit der Atmosphäre nach dem chemischen oder physikalischen Ätzprozess.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dielektrische Abstandhalterschicht ein Hartmaskenmaterial, einschließlich SiON, SiN und Si02, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der horizontale physikalische Ätzprozess ein winkelabhängiges RIE, IBE oder eine Kombination mit einem IBE-Winkel von der Vertikalen zwischen etwa 30 und 80 Grad und einem RIE-Winkel von der Vertikalen von 0 Grad ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Schritte des Abscheidens des Seitenwandabstandhalters, Ätzens des dielektrischen Abstandhalters; und Entfernens der Seitenwandbeschädigung nach Bedarf wiederholt werden, um sicherzustellen, dass die gesamte Seitenwandbeschädigung und die gesamte dielektrische Abstandhalterschicht von der freien Schicht entfernt werden, während etwas der dielektrischen Abstandhalterschicht die gepinnte Schicht abdeckt.