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#记忆的科技园#「博文精选」MRAM关键工艺步骤

非易失性MRAM芯片组件通常在半导体晶圆厂的后端工艺生产 ， 下面英尚微电子介绍关于MRAM关键工艺步骤包括哪几个方面.
【#记忆的科技园#「博文精选」MRAM关键工艺步骤】01底部电极的形成(参考图1)
经由传统图案化与镶嵌工艺形成的底部电极层需要抛光至平坦 ， 并为MTJ堆栈沉积提供超光滑的表面 。 在这个步骤中 ， 测量和控制底部电极的平滑度对组件性能至关重要 ， 必须控制和监控金属电极的最终高度 ， 同时也必须毫无缺陷 。
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图1：MRAM底部电极(BE)形成 。
02MTJ堆栈沉积(参考图2)
MRAM是使用单个一体化的机台进行物理气相沉积(PVD) ， 可以精确地沉积20至30个不同的金属和绝缘层 ， 每个金属层和绝缘层的厚度通常在0.2至5.0nm之间 。 必须精确测量和控制每一层的厚度、均匀性、粗糙度和化学计量 。 氧化镁(MgO)膜是MTJ的核心 ， 它是在自由层(freelayer)和参考层(referencelayer)之间形成障壁(barrier)的关键层 ， 需要以0.01nm的精度进行沉积 ， 以重复实现目标电阻面积乘积(RA)和隧道磁阻(TMR)特性 。 RA和TMR是决定组件性能、良率和可靠性的关键参数 ， 甚至只有几个缺失的原子也会严重影响RA和TMR ， 这解释了为什么量测在MRAM制造中如此重要 。
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图2：典型的MRAM堆栈沉积范例 。
03磁退火
沉积后的堆栈退火确定了参考层(MgO下方的界面)和MgO穿遂障壁的晶体取向 。 通常 ， MTJ在高温下在磁场中退火 ， 以改善材料和界面质量并确定磁化方向 。 在此步骤之后 ， 为了进行工艺控制需要对MTJ的电和磁特性进行监控 。 这些是制造mram芯片的关键在线量测(inlinemetrology)步骤 。
04MTJ柱图案化(参考图3)
MRAM单元通常是直径约20~100nm的圆形柱 。 从光罩到光阻 ， 从光阻到MTJ迭层的图案转移需要精确控制 ， 从而使组件正常运作 。 透过非透明的MTJ堆栈进行微影迭对图案对准是一个挑战 。 离子束蚀刻必须保证支柱蚀刻后完好无损 ， 并且在MTJ底部电极上停止蚀刻的同时 ， 不会在其侧壁留下金属再沉积 。 蚀刻腐蚀、损坏和沿MgO暴露层的金属再沉积是关键问题 ， 必须在此步骤中进行监控 。 监视和控制最终MTJ柱的高度和形状(主要是在MgO接口)以及柱的直径对于实现均匀的单元图案至关重要 ， 这反过来又使得MRAM单元的开关分布最小化 。 最后 ， 封装层覆盖了所有内容 ， 以保护MTJ组件 。 该层必须毫无缺陷 ， 并且其厚度必须满足规格要求 。
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图3：蚀刻的MRAM柱(在封装层之前) 。
05顶部电极的形成
顶部电极的形成与底部电极非常相似 ， 其关键是图案对准 。 在最终结构中使用双重镶嵌工艺、CD、形状、轮廓和深度以及任何类型的缺陷都很重要 。


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