[發(fā)明專利]間隔物輔助的離子束蝕刻自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁阻隨機(jī)存取存儲器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880020122.3
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN110431678A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊毅;沈冬娜;王郁仁
• 申請（專利權(quán)）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;H01L43/08;G11C11/16;G11B5/31
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 謝強(qiáng);黃艷

提供磁穿隧接面堆疊于基板上，包括底電極、釘扎層、穿隧阻障層、自由層、與頂電極。圖案化磁穿隧接面堆疊以形成磁穿隧接面裝置，其中側(cè)壁損傷形成于磁穿隧接面裝置的側(cè)壁上。形成介電間隔物層于磁穿隧接面裝置上。蝕刻移除水平表面上的介電間隔物，其中部分蝕刻側(cè)壁上的介電間隔物。保留的介電間隔物覆蓋釘扎層與底電極。由自由層移除介電間隔物，或者自由層上的介電間隔物較薄而釘扎層與底電極上的介電間隔物較厚。之后施加水平蝕刻至磁穿隧接面裝置，以由自由層移除側(cè)壁損傷，其中介電間隔物保護(hù)釘扎層與底電極免于蝕刻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例一般關(guān)于磁穿隧接面的領(lǐng)域，更特別關(guān)于形成磁穿隧接面結(jié)構(gòu)所用的蝕刻方法。

背景技術(shù)

制作磁阻裝置通常關(guān)于一系列的工藝步驟，且在工藝步驟時沉積許多金屬層與介電層，接著圖案化金屬層與介電層以形成電性連接所用的電極以及磁阻堆疊。磁阻堆疊通常包含裝置的自由層與釘扎層，而一或多個介電層夾設(shè)于自由層與釘扎層之間以作為穿隧阻障層，其可用于磁穿隧接面裝置。為定義百萬計的磁穿隧接面單元于每一磁阻隨機(jī)存取存儲器裝置中，并使其彼此不互相干擾，通常采用準(zhǔn)確的圖案化步驟如反應(yīng)性離子蝕刻。在反應(yīng)性離子蝕刻時，高能量離子垂直地移除光刻膠未遮罩區(qū)域中的材料，以分隔磁穿隧接面單元與另一磁穿隧接面單元。

然而高能量的離子亦可與未移除的材料橫向反應(yīng)。對磁穿隧接面單元而言，橫向反應(yīng)可經(jīng)由氧氣、濕氣、與其他化學(xué)劑形成損傷部分于側(cè)壁上，其降低磁阻比例與保磁性。此損傷關(guān)于單元尺寸，一旦單元尺寸縮小以用于次納米節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品，則損傷更嚴(yán)重。為解決此問題，可采用純物理的蝕刻技術(shù)(如離子束蝕刻)修整磁穿隧接面堆疊的表面，以移除損傷部分。然而以離子束蝕刻直接修整時，自由層與釘扎層的體積會一起縮減，造成釘扎層的尺寸過小而無法穩(wěn)定內(nèi)部磁性狀態(tài)，造成較小的能障與較大的切換電流。此外由于非揮發(fā)的本性，離子束蝕刻修整的釘扎層與底電極中的鐵磁材料會再沉積至自由層與頂電極中，造成短路裝置。

許多前案啟示移除側(cè)壁損傷的方法，包括美國專利早期公開US2017/0025603(Hara)、US2016/0020386(Kim)、與US2006/0132983(Osugi)。其他前案啟示阻擋材料擴(kuò)散至釘扎層中的方法，包括美國專利早期公開US2016/0211441(Deshpande)與US2012/0012952(Chen)。所有前案不同于本發(fā)明實(shí)施例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的一主題為提供形成磁穿隧接面結(jié)構(gòu)的改良方法。

本發(fā)明實(shí)施例的另一主題為提供由自由層移除側(cè)壁損傷的方法，并在制作磁穿隧接面裝置時保護(hù)釘扎層。

本發(fā)明實(shí)施例的一主題為蝕刻磁穿隧接面結(jié)構(gòu)的方法。提供底電極于基板上。沉積多個磁穿隧接面層的堆疊于底電極上，且堆疊按序包括釘扎層、穿隧阻障層、與自由層。提供頂電極于磁穿隧接面層的堆疊上。圖案化頂電極、磁穿隧接面層的堆疊、與底電極，以形成磁穿隧接面裝置，并形成側(cè)壁損傷于磁穿隧接面裝置的側(cè)壁上。順應(yīng)性地沉積介電間隔物層于基板及磁穿隧接面裝置上。蝕刻移除基板與磁穿隧接面裝置的水平表面上的介電間隔物層，其中部分蝕刻磁穿隧接面裝置的側(cè)壁上的介電間隔物層，以形成錐形間隔物，且底電極上的錐形間隔物較寬，而自由層上的錐形間隔物較窄或不存在，其中錐形間隔物覆蓋釘扎層與底電極。之后施加水平的物理蝕刻至磁穿隧接面裝置，以由自由層移除側(cè)壁損傷，其中錐形間隔物保護(hù)釘扎層與底電極免于物理蝕刻。

附圖說明

圖1至圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，例示性步驟的剖視圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)行離子束蝕刻修整磁穿隧接面堆疊的表面，以移除損傷部分。在此方法中，只修整自由層，而釘扎層的體積維持相同。此方式的釘扎層不會太小而無法穩(wěn)定內(nèi)部磁性狀態(tài)。此外，可完全省略再沉積側(cè)壁的步驟，使離子束蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻加上離子束蝕刻的工藝可用于形成磁阻隨機(jī)存取存儲器芯片的工藝。