[发明专利]磁阻元件及其制作方法

说明书

本发明公开一种磁阻元件及其制作方法，其于形成底电极材料层、磁隧穿接面材料层和顶电极材料层后，先将顶电极材料层图案化成顶电极，然后于顶电极侧壁形成第一间隙壁，再以顶电极和第一间隙壁为掩模蚀刻磁隧穿接面材料层和底电极材料层，形成磁隧穿接面和底电极。后续，再形成第二间隙壁覆盖住第一间隙壁、磁隧穿接面和底电极的侧壁。

技术领域

本发明涉及一种磁阻元件及其制作方法，特别是涉及一种磁阻式随机存取存储器及其制作方法。

背景技术

磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)为近年来获得高度关注的一种新式存储器，其整合了目前各式存储器的优点，例如可比拟静态随机存取存储器(SRAM)的存取速度、闪存存储器(flash)的非挥发性与低耗电、动态随机存取存储器(DRAM)的高密度以及耐久性，而且可与目前半导体后段制作工艺整合，因此有潜力成为未半导体芯片主要使用的存储器。

不同于传统存储器是通过存储电荷来存储数据，磁阻式随机存取存储器的存储单元是利用电子自旋特性以及控制磁隧穿接面(magnetic tunneling junction,MTJ)磁化方向来改变隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)而存储数字数据。磁隧穿接面为夹设在顶电极(例如耦合至位线)和底电极(例如耦合至字符线)的叠层结构，主要包含两磁性层(例如铁磁层)夹设一非常薄且致密的绝缘层(也称为隧穿层)。位于隧穿层一侧的铁磁层具有被固定的磁化方向，因此也称为被固定层(pinned layer)，位于隧穿层另一侧的铁磁层的磁化方向则可随外加磁场方向改变，因此也称为自由层(free layer)。当自由层的磁化方向与固定层的磁化方向相同时，自旋电子自固定层隧穿至自由层的机率较大，为低阻态，可代表数据“0”。相反的，当自由层的磁化方向与固定层的磁化方向相反时，自旋电子自固定层隧穿至自由层的机率较小，为高阻态，可代表数据“1”。

目前磁隧穿接面的制作过程仍具有许多挑战。例如，制作过程中的对准误差或尺寸变异会造成底电极与其正下方的电连接结构(例如导电插塞)接触面积不足而具有升高的串接电阻，导致磁阻式随机存取存储器数据写入或读取异常。另外，制作过程中的对准误差或尺寸变异也很容易造成电连接结构暴露在蚀刻制作工艺中，造成缺陷以及污染机台的风险。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提出一种改良的磁阻元件及其制造方法，其利用顶电极和位于顶电极侧壁的第一间隙壁为蚀刻掩模，蚀刻并图案化其下方的磁隧穿接面材料层和底电极层，制作出宽度大于顶电极宽度的磁隧穿接面和底电极，可确保导电插塞完全被底电极覆盖住，避免由于制作工艺对准误差或尺寸变异造成的串接电阻过高和缺陷问题。

本发明目的之一在于提供一种磁阻元件，包含一底电极、一磁隧穿接面(magnetictunneling junction,MTJ)位于该底电极上、一顶电极位于该磁隧穿接面上、一第一间隙壁位于该磁隧穿接面上并覆盖该顶电极的侧壁，以及一第二间隙壁位于该第一间隙壁上，并沿着该第一间隙壁、该磁隧穿接面以及该底电极的侧壁覆盖。

本发明另一目的在于提供一种磁阻元件制作方法，包含以下步骤。首先提供一介电层，包含一顶面，然后于该第一介电层上依序形成一底电极材料层以及一磁隧穿接面材料层。接着，在该磁隧穿接面材料层上形成一顶电极、一第一间隙壁材料层，共型的覆盖该顶电极以及该磁隧穿接面材料层。然后，进行一第一蚀刻制作工艺，形成一底电极、一磁隧穿接面以及一第一间隙壁位于该磁隧穿接面上并覆盖该顶电极的侧壁。接着，形成一第二间隙壁材料层，再进行一第二蚀刻制作工艺，形成一第二间隙壁覆盖该第一间隙壁、该磁隧穿接面以及该底电极的侧壁。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合所附的附图作详细说明。所附的附图均为示意图，并未按比例绘制，且相同或类似的特征通常以相同的附图标记描述。文中所述实施例与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。本发明涵盖的范围由权利要求界定。与本发明权利要求具同等意义者，也应属本发明涵盖的范围。