[发明专利]磁穿隧接面所用的保护钝化层

说明书

此处揭露磁阻随机存取记忆体技术所用的磁性装置，其中具有侧壁的磁穿隧接面(MTJ,11a)形成于底电极(10a)与顶电极(14a)之间。钝化层(12)为含硼、碳、锗、或其他合金的单层或多层其形成于磁穿隧接面的侧壁，以在后续制程时保护磁穿隧接面免于反应性物种的影响。后续制程包沉积介电层(13)以电性隔离磁穿隧接面(11a)与相邻的磁穿隧接面(11b)，以及互补式金氧半制程。钝化层较佳厚约至且可为硼、碳、或锗的氧化物或氮化物及非晶，以避免反应性氧或氮物种扩散。

技术领域

本发明实施例关于磁阻随机存取记忆体、自旋扭矩转移磁阻随机存取记忆体、与其他电子自旋装置中的磁穿隧接面，更特别关于在制程步骤时保护磁穿隧接面，且制程步骤包括沉积绝缘介电层以分开相邻的磁穿隧接面，以及一般互补式金氧半制作中在400℃附近的高温退火。

背景技术

磁穿隧接面为磁阻随机存取记忆体、自旋扭矩转移磁阻随机存取记忆体、与其他电子自旋装置的关键构件，且可为含有穿隧阻障层如金属氧化物形成于两个磁性层之间的堆叠，其提供穿隧磁阻效应。磁性层之一为自由层并作为感测层，且可对应外部磁场切换自由层的磁矩方向。第二磁性层的磁矩固定并作为参考层。随着自由层磁矩与参考层磁矩的相对方向不同，而改变穿隧阻障层(绝缘层)的电阻，进而提供表示自由层中磁性状态的电子讯号。在磁阻随机存取记忆体中，磁穿隧接面形成于顶导体与底导体之间。在电流穿过磁穿隧接面时，若自由层与参考层的磁化方向为平行态，则可侦测到较低电阻；若自由层与参考层的磁化方向为反平行态，则可侦测到较高电阻。由于磁穿隧接面元件通常整合在互补式金氧半装置中，磁穿隧接面必需能承受400℃附近的退火温度约30分钟，其一般用于改善半导体目的所用的互补式金氧半单元品质。

磁穿隧接面元件中，自由层与参考层的垂直磁向异性较佳优于采用面内向异性的对应物，因为垂直磁向异性的磁穿隧接面有利于更佳的扩展性与相同热稳定性所用的较低写入电流。在具有垂直磁向异性的磁穿隧接面中，自由层具有两个较佳磁化取向，其垂直于层状物的物理平面。在无外部影响下，自由层的磁矩会对准较佳的两个方向之一，其可表示二元系统中的资讯“1”或“0”。对记忆体应用而言，在读取操作与闲置时，可预期维持自由层的磁化方向。在写入操作时，若储存的新资讯不同于目前的记忆状态，则可改变自由层的磁化方向至相反方向。硼化钴铁或类似物通常作为自由层与参考层，而氧化镁较佳作为穿隧阻障层，以在参考层/氧化镁/自由层的堆叠中，沿着参考层/氧化镁以及氧化镁/自由层的界面产生垂直磁向异性。

非挥发性的记忆体应用需要采用自旋扭矩转移的磁阻随机存取记忆体为主的技术。然而实现关键尺寸小于100nm的动态随机存取记忆体的方法面临挑战。磁酸隧接面的侧壁非常易于损伤，不论是蚀刻工艺或沉积工艺所诱发的化学损伤或物理损伤。此外，互补式金氧半制程所需的400℃退火亦恶化上述损伤。

在制作习知的自旋扭矩转移的磁阻随机存取记忆体装置时，沉积介电层于磁穿隧接面侧壁上，使自旋扭矩转移的磁阻随机存取记忆体阵列中的磁穿隧接面与相邻的磁穿隧接面绝缘，但此沉积工艺常损伤磁穿隧接面侧壁。损伤可能来自于沉积氧化物的介电层时，氧扩散穿过磁穿隧接面侧壁，进而氧化磁穿隧接面的主要部分。在一些例子中，来自磁穿隧接面盖层的金属可再沉积于磁穿隧接面的侧壁上，造成磁穿隧接面层附近的分流或者电性短路的电路。如此一来，这会降低装置效能，位元之间的实质不一致会转化成关键指标不想要的较大分布，并降低装置良率。对产生界面的垂直磁向异性的硼化钴铁/氧化镁(参考层/穿隧阻障层，与穿隧阻障层/参考层)的界面而言，减少侧壁损伤特别重要。此外，氧化镁的穿隧阻障层的介电本性，已知具有低抗蚀特性，且在沉积绝缘介电层的步骤中暴露至大气时明显劣化。

虽然可移除离子轰击所造成的侧壁损伤，比如在沉积介电层时暴露至大气，但这些方法通常耗时且高成本。此外，一些侧壁损伤可能过广而难以修复。目前需要在制作记忆体装置中的后续制程步骤时，保护磁穿隧接面元件以避免磁穿隧接面侧壁损伤。

发明内容

本发明实施例的一主题系在制作记忆体装置的蚀刻、沉积、与退火工艺时，实质上改善磁穿隧接面对侧壁损伤的抗性。