[發明專利]用于自旋式組件的物理性去除和封裝層原位沉積方法

有效

• 申請號: 201680057176.8
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN108140728B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 王郁仁;皮克宇;童儒穎
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;鄭特強

一種用于蝕刻磁性隧道結結構(MTJ)的方法，包括以下步驟：在一半導體基板的下電極(14)上形成一磁性隧道結堆疊組件(18)；蝕刻此磁性隧道結堆疊組件，以形成一磁性隧道結結構，其中磁性隧道結結構的側壁因蝕刻制造工藝而被破壞。之后，將磁性隧道結結構自蝕刻室移出，使得其側壁進一步地被氧化。隨后，利用一物理性去除步驟，以除去這些側壁上被破壞以及被氧化的部分；最后，即可在不破壞真空環境的條件下，在此磁性隧道結結構與下電極上沉積一封裝層。

技術領域

本發明涉及一種磁性隧道結(Magnetic Tunneling junction，MTJ)，特別是一種磁性隧道結結構的改良制造方法。

背景技術

本發明有關于一種磁性組件(Magnetic device)，其包括：(1)各類的磁阻式隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)，例如面內(in-plane)或面外(out-of-plane)模式的垂直磁各向異性(Perpendicular Magnetic Anistropy，PMA)的自旋傳輸式存儲器(Spin-Torque-Transfer RAM，STT RAM)、(2)各類的自旋閥(Spin Valve)讀取頭(Read head)或傳感器(sensor)、以及(3)其他自旋式組件(Spintronic device)，惟本發明并不以該些組件為限。

其中，就自旋式組件而言，影響其磁性隧道結的組件特性最關鍵的原因之一為其制造工藝中的干蝕刻(dry etching)步驟。目前已知由于進行干蝕刻制造工藝而引發的問題，包括有：(A)組件因干蝕刻的造成的側壁破壞(sidewall damage)、以及(B)在干蝕刻制造工藝結束至離開真空環境接續進行封裝層沉積步驟之間的側壁氧化(oxidation ofsidewall)等問題，一般來說，當磁阻式隨機存取存儲器組件的尺寸微型化到45納米或45納米以下時，上述這些破壞問題皆會變得越趨嚴重。

同時，這些環繞在磁性隧道結結構周圍的側壁破壞層，其可視為一種化學性地不穩定結構，在組件必須歷經接續后段制造工藝(back end of line，BEOL)的熱處理等步驟時，基于側壁間原子擴散的現象，其會加速側壁破壞的問題，而更加嚴重地影響磁性隧道結結構的組件特性。

本發明揭露一種適于自旋傳輸式存儲器(STT RAM)、或其他自旋式組件的磁性隧道結結構的改良制造方法，其在常見的反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etching，RIE)制造工藝后執行一電漿處理程序(plasma treatment)與一封裝層原位沉積步驟(in-situencapsulation layer)。

其中有關清除處理與原位沉積制造工藝的技術內容相關的專利，包括有：美國專利號US 7,993,535(Jiang等人發明)、US8,912,012(Li等人發明)、以及US 2014/0263668(Lee等人發明)等。

發明內容

本發明的一目的在于藉由結合一物理性去除步驟與一封裝層原位沉積步驟，以有效地增益自旋傳輸式存儲器或其他自旋式組件的自旋效率。

本發明的再一目的在于提供一種改良的磁性隧道結結構，其先透過一物理性去除步驟，以除去磁性隧道結結構的側壁上被破壞及/或被氧化的部分。之后，即可在不破壞真空的條件下，成功地完成封裝此未具有側壁破壞及側壁氧化的磁性隧道結結構。

鑒于以上，本發明揭露一種蝕刻磁性隧道結結構的方法。在一半導體基板的下電極上形成一磁性隧道結堆疊組件；針對此磁性隧道結堆疊組件進行一蝕刻制造工藝，以形成一磁性隧道結結構，其中該磁性隧道結結構的部分側壁被破壞；之后，將此半導體基板自一蝕刻室移出，使得該磁性隧道結結構的側壁被氧化。之后，再針對此磁性隧道結結構執行一物理性去除步驟，以除去側壁上被破壞的部分以及被氧化的部分；最后，即可在在不破壞真空環境的條件下，在此磁性隧道結結構與下電極上完成沉積一封裝層。

附圖說明