MRAM關鍵工藝步驟

非易失性MRAM芯片組件一般在半導體晶圓廠的後端工藝生產，下面英尚微電子介紹關於MRAM關鍵工藝步驟包括哪幾個方面.

(1)底部電極的造成(參考圖1)：經由傳統圖案化與鑲嵌工藝造成的底部電極層須要拋光至平坦，併爲MTJ堆棧沉積提供超光滑的表面。在這個步驟中，測量和控制底部電極的平滑度對組件性能相當重要，必須控制和監控金屬電極的最終高度，同時也必須毫完好陷。

圖1：MRAM底部電極(BE)造成。

(2) MTJ堆棧沉積(參考圖2)：MRAM是使用單個一體化的機臺進行物理氣相沉積(PVD)，能夠精確地沉積20至30個不一樣的金屬和絕緣層，每一個金屬層和絕緣層的厚度一般在0.2至5.0nm之間。必須精確測量和控制每一層的厚度、均勻性、粗糙度和化學計量。氧化鎂(MgO)膜是MTJ的核心，它是在自由層(free layer)和參考層(reference layer)之間造成障壁(barrier)的關鍵層，須要以0.01nm的精度進行沉積，以重複實現目標電阻面積乘積(RA)和隧道磁阻(TMR)特性。RA和TMR是決定組件性能、良率和可靠性的關鍵參數，甚至只有幾個缺失的原子也會嚴重影響RA和TMR，這解釋了爲何量測在MRAM製造中如此重要。

圖2：典型的MRAM堆棧沉積範例。

(3) 磁退火：沉積後的堆棧退火肯定了參考層(MgO下方的界面)和MgO穿遂障壁的晶體取向。一般，MTJ在高溫下在磁場中退火，以改善材料和界面質量並肯定磁化方向。在此步驟以後，爲了進行工藝控制須要對MTJ的電和磁特性進行監控。這些是製造mram芯片的關鍵在線量測(inline metrology)步驟。

(4) MTJ柱圖案化(參考圖3)：MRAM單元一般是直徑約20~100nm的圓形柱。從光罩到光阻，從光阻到MTJ迭層的圖案轉移須要精確控制，從而使組件正常運做。透過非透明的MTJ堆棧進行微影迭對圖案對準是一個挑戰。離子束蝕刻必須保證支柱蝕刻後完整無缺，而且在MTJ底部電極上中止蝕刻的同時，不會在其側壁留下金屬再沉積。蝕刻腐蝕、損壞和沿MgO暴露層的金屬再沉積是關鍵問題，必須在此步驟中進行監控。監視和控制最終MTJ柱的高度和形狀(主要是在MgO接口)以及柱的直徑對於實現均勻的單元圖案相當重要，這反過來又使得MRAM單元的開關分佈最小化。最後，封裝層覆蓋了全部內容，以保護MTJ組件。該層必須毫完好陷，而且其厚度必須知足規格要求。

圖3：蝕刻的MRAM柱(在封裝層以前)。

(5)頂部電極的造成：頂部電極的造成與底部電極很是類似，其關鍵是圖案對準。在最終結構中使用雙重鑲嵌工藝、CD、形狀、輪廓和深度以及任何類型的缺陷都很重要 。