[发明专利]间隔物辅助的离子束蚀刻自旋扭矩转移磁阻随机存取存储器

说明书

提供磁穿隧接面堆叠于基板上，包括底电极、钉扎层、穿隧阻障层、自由层、与顶电极。图案化磁穿隧接面堆叠以形成磁穿隧接面装置，其中侧壁损伤形成于磁穿隧接面装置的侧壁上。形成介电间隔物层于磁穿隧接面装置上。蚀刻移除水平表面上的介电间隔物，其中部分蚀刻侧壁上的介电间隔物。保留的介电间隔物覆盖钉扎层与底电极。由自由层移除介电间隔物，或者自由层上的介电间隔物较薄而钉扎层与底电极上的介电间隔物较厚。之后施加水平蚀刻至磁穿隧接面装置，以由自由层移除侧壁损伤，其中介电间隔物保护钉扎层与底电极免于蚀刻。

技术领域

本发明实施例一般关于磁穿隧接面的领域，更特别关于形成磁穿隧接面结构所用的蚀刻方法。

背景技术

制作磁阻装置通常关于一系列的工艺步骤，且在工艺步骤时沉积许多金属层与介电层，接着图案化金属层与介电层以形成电性连接所用的电极以及磁阻堆叠。磁阻堆叠通常包含装置的自由层与钉扎层，而一或多个介电层夹设于自由层与钉扎层之间以作为穿隧阻障层，其可用于磁穿隧接面装置。为定义百万计的磁穿隧接面单元于每一磁阻随机存取存储器装置中，并使其彼此不互相干扰，通常采用准确的图案化步骤如反应性离子蚀刻。在反应性离子蚀刻时，高能量离子垂直地移除光刻胶未遮罩区域中的材料，以分隔磁穿隧接面单元与另一磁穿隧接面单元。

然而高能量的离子亦可与未移除的材料横向反应。对磁穿隧接面单元而言，横向反应可经由氧气、湿气、与其他化学剂形成损伤部分于侧壁上，其降低磁阻比例与保磁性。此损伤关于单元尺寸，一旦单元尺寸缩小以用于次纳米节点的产品，则损伤更严重。为解决此问题，可采用纯物理的蚀刻技术(如离子束蚀刻)修整磁穿隧接面堆叠的表面，以移除损伤部分。然而以离子束蚀刻直接修整时，自由层与钉扎层的体积会一起缩减，造成钉扎层的尺寸过小而无法稳定内部磁性状态，造成较小的能障与较大的切换电流。此外由于非挥发的本性，离子束蚀刻修整的钉扎层与底电极中的铁磁材料会再沉积至自由层与顶电极中，造成短路装置。

许多前案启示移除侧壁损伤的方法，包括美国专利早期公开US2017/0025603(Hara)、US2016/0020386(Kim)、与US2006/0132983(Osugi)。其他前案启示阻挡材料扩散至钉扎层中的方法，包括美国专利早期公开US2016/0211441(Deshpande)与US2012/0012952(Chen)。所有前案不同于本发明实施例。

发明内容

本发明实施例的一主题为提供形成磁穿隧接面结构的改良方法。

本发明实施例的另一主题为提供由自由层移除侧壁损伤的方法，并在制作磁穿隧接面装置时保护钉扎层。

本发明实施例的一主题为蚀刻磁穿隧接面结构的方法。提供底电极于基板上。沉积多个磁穿隧接面层的堆叠于底电极上，且堆叠按序包括钉扎层、穿隧阻障层、与自由层。提供顶电极于磁穿隧接面层的堆叠上。图案化顶电极、磁穿隧接面层的堆叠、与底电极，以形成磁穿隧接面装置，并形成侧壁损伤于磁穿隧接面装置的侧壁上。顺应性地沉积介电间隔物层于基板及磁穿隧接面装置上。蚀刻移除基板与磁穿隧接面装置的水平表面上的介电间隔物层，其中部分蚀刻磁穿隧接面装置的侧壁上的介电间隔物层，以形成锥形间隔物，且底电极上的锥形间隔物较宽，而自由层上的锥形间隔物较窄或不存在，其中锥形间隔物覆盖钉扎层与底电极。之后施加水平的物理蚀刻至磁穿隧接面装置，以由自由层移除侧壁损伤，其中锥形间隔物保护钉扎层与底电极免于物理蚀刻。

附图说明

图1至图4是本发明优选实施例中，例示性步骤的剖视图。

具体实施方式

在本发明实施例中，进行离子束蚀刻修整磁穿隧接面堆叠的表面，以移除损伤部分。在此方法中，只修整自由层，而钉扎层的体积维持相同。此方式的钉扎层不会太小而无法稳定内部磁性状态。此外，可完全省略再沉积侧壁的步骤，使离子束蚀刻或反应性离子蚀刻加上离子束蚀刻的工艺可用于形成磁阻随机存取存储器芯片的工艺。