環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種小尺寸環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法。
【背景技術】
[0002]磁性隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)因為其高速度、低耗電和數(shù)據(jù)保持能力，被認為是下一代非揮發(fā)性存儲器(Non-Volatile Memory, NVM)的最有前途的候選者。但是普通的MRAM還有如下缺陷:
[0003](I)對于現(xiàn)行商業(yè)MRAM產(chǎn)品來說，MRAM的單元尺寸非常大并且存儲器密度比較低；
[0004](2)由于磁性轉(zhuǎn)換方向的原因，通常使用橢圓形(實心)的產(chǎn)品，而圓形(實心)的產(chǎn)品不能應用于面內(nèi)自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機存取存儲器(in-plane Spin-Transfer TorqueMRAM)中。
[0005]與實心結(jié)構(gòu)(solid block)的磁性隧道結(jié)(MTJ)相比，環(huán)型(中空的)結(jié)構(gòu)的MTJMRAM單元具有如下優(yōu)點:
[0006](I)更小的隧道電阻；
[0007](2)更低的轉(zhuǎn)換電流；
[0008](3)圓形和橢圓形的環(huán)型MTJ均能夠應用于面內(nèi)STT MRAM中。
[0009]MTJ環(huán)的尺寸越小越好，因為其具有包括高密度、低成本和更低的轉(zhuǎn)換電流等優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種使用雙重顯影(dual tone development,DTD)工藝并結(jié)合專門設計的掩模版來制造小尺寸環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的方法。
[0011]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法，包括步驟:
[0012]A.提供一半導體襯底，在所述半導體襯底表面淀積一下電極層；
[0013]B.在所述下電極層上依次淀積一磁性隧道結(jié)薄膜和一上電極層；
[0014]C.在所述上淀積層表面淀積一硬掩模層；
[0015]D.采用對光線強度敏感的雙重顯影技術專用的光刻膠，在所述硬掩模層表面旋涂形成一光刻膠層；
[0016]E.提供專門設計的一掩模版，對所述光刻膠層進行曝光，所述曝光動作會有部分光線影響到被所述掩模版遮擋的其正下方位置處的柱狀部分的所述光刻膠層的靠近外側(cè)部分；
[0017]F.移除所述掩模版，采用正性水成顯影液對所述光刻膠層進行初次顯影，留下原先被所述掩模版遮擋的其正下方位置處的柱狀的光刻膠層；
[0018]G.采用負性有機顯影液對留下的所述光刻膠層進行再次顯影，去除柱狀的所述光刻膠層中靠近中心部分的光刻膠，留下其靠近外側(cè)部分的光刻膠，形成筒狀的光刻膠層；
[0019]H.以筒狀的所述光刻膠層為掩模，干法刻蝕其下方的所述硬掩模層，然后去除所述光刻膠層；
[0020]1.以所述硬掩模層為掩模，依次干法刻蝕其下方的所述上電極層和所述磁性隧道結(jié)薄膜，形成縱向方向上為環(huán)型的磁性隧道結(jié)。
[0021]可選地，所述硬掩模層為氮化硅、二氧化硅、不含氮的碳氧化物薄膜(NFC)、摻氮的碳化硅(NDC)、黑色金剛石(BD )或者其任意合理組合。
[0022]可選地，所述正性水成顯影液為四甲基氫氧化銨溶液。
[0023]可選地，在初次顯影過程中，所述正性水成顯影液在空間圖像的高強度端檢測光刻膠的溶解性閾值，即所述正性水成顯影液把曝光強度最高的那段區(qū)域的光刻膠溶解掉。
[0024]可選地，在再次顯影過程中，所述負性有機顯影液在空間圖像的低強度端檢測光刻膠的溶解性閾值，即所述負性有機顯影液把曝光強度最低的那段區(qū)域的光刻膠溶解掉。
[0025]可選地，所述制造方法能應用于自旋轉(zhuǎn)移矩的磁性隨機存取存儲器的嵌入式及非嵌入式工藝。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明提供了一種使用雙重顯影(DTD)工藝來制造小尺寸環(huán)型磁性隨機存取存儲器(MRAM)單元結(jié)構(gòu)的方法。對于MRAM來說，尺寸越小的MTJ環(huán)越好，因為其具有包括高密度、低成本和更低的轉(zhuǎn)換電流等優(yōu)勢。
[0028]本發(fā)明的制造方法只需依次光刻曝光，能自對準，沒有套刻(Overlay)限制。通過雙重顯影工藝的采用，理論上能分辨的圖形最小尺寸減半了，因此能夠形成小尺寸的MTJ環(huán)。
[0029]本發(fā)明比之現(xiàn)有技術具有更少的側(cè)墻工藝和刻蝕工藝步驟。雙重顯影工藝的簡易性使之對于側(cè)墻工藝直接導致成本的節(jié)省。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0031]圖1至圖9為本發(fā)明一個實施例的環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0032]所述硬掩模層(105)為氮化硅、二氧化硅、不含氮的碳氧化物薄膜(NFC)、摻氮的碳化硅(NDC)、黑色金剛石(BD )或者其任意合理組合。
[0033]在本發(fā)明中，在下電極/磁性隧道結(jié)/上電極(BE/MTJ/TE)各層淀積到半導體襯底上之后，再淀積一層硬掩模層。該硬掩模層根據(jù)需要可以是氮化硅、二氧化硅、不含氮的碳氧化物薄膜(NFC)、摻氮的碳化硅(NDC)、黑色金剛石(BD)等絕緣材料或者其任意合理組合。旋涂正性光刻膠并曝光后，通過對晶圓作兩次顯影完成環(huán)型的圖形，初次顯影是用正性水成顯影液(positive tone aqueous developer),再次顯影是用負性有機顯影液(negative tone organic developer)。正性水成顯影液在空間圖像的高強度端(highintensity end of the aerial image)檢測溶解性閾值，即此正性水成顯影液把曝光強度最高的那段區(qū)域的光刻膠溶解掉；而負性有機顯影液則在低強度端檢測溶解性閾值，即此負性有機顯影液把曝光強度最低的那段區(qū)域的光刻膠溶解掉。
[0034]下面結(jié)合具體實施例以及附圖來對本發(fā)明作進一步的說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然還能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施。本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以下述具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。
[0035]圖1至圖9為本發(fā)明一個實施例的環(huán)型磁性隨機存取存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法的工藝流程圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發(fā)明實際要求的保護范圍構(gòu)成限制。
[0036]如圖1所不,提供一半導體襯底101,在半導體襯底101表面淀積一下電極層(BE)102。
[0037]如圖2所示，在下電極層102上依次淀積一磁性隧道結(jié)(MTJ)薄膜103和一上電極