專利名稱：磁性隧道結(jié)存儲元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所揭示實施例涉及可用于自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元中的磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件，且涉及制造磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的方法。
背景技術(shù)：
磁阻隨機存取存儲器(MRAM)為使用磁性元件的非易失性存儲器技術(shù)。舉例來說，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)使用當電子傳遞穿過一薄膜(自旋過濾器)時變得自旋極化的電子。STT-MRAM也被稱為自旋轉(zhuǎn)移力矩RAM (STT-RAM)、自旋力矩轉(zhuǎn)移磁化切換RAM(Spin-RAM)及自旋動量轉(zhuǎn)移(SMT-RAM)。圖I說明常規(guī)STT-MRAM位單元100。STT-MRAM位單元100包括磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件105、晶體管101、位線102及字線103。MTJ存儲元件由(例如)由薄的非磁性絕緣層(隧穿勢壘)分開的至少兩個鐵磁層(釘扎層及自由層)形成，所述鐵磁層中的每一 者可保持磁場或極化。來自所述兩個鐵磁層的電子歸因于在施加到鐵磁層的偏置電壓下的隧穿效應(yīng)而可穿透隧穿勢壘。自由層的磁極化可顛倒以使得釘扎層與自由層的極性實質(zhì)上對準或相反。穿過MTJ的電路徑的電阻將取決于釘扎層及自由層的極化的對準而變化。電阻的此變化可用于編程且讀取位單元100。STT-MRAM位單元100還包括源極線104、讀出放大器108、讀取/寫入電路106及位線參考107。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，存儲器單元100的操作及構(gòu)造僅作為實例而提供。參看圖2A到2C，常規(guī)MTJ存儲元件大體上通過首先圖案化底部固定層、形成單鑲嵌、沉積隧穿勢壘/自由層/頂部電極堆疊，及執(zhí)行化學機械拋光(CMP)步驟形成。舉例來說，在IEDM會議錄(2005)的M·細見(M. Hosomi)等人的“具有自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻磁化切換的新穎非易失性存儲器Spin_RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin TransferTorque Magnetoresistive Magnetization Switching:Spin-RAM) ” 中提供額外細節(jié)，所述文獻以全文引用的方式并入本文中。舉例來說，如圖3中所示，常規(guī)MTJ存儲元件大體上形成于例如Si襯底的底部電極302上。一個或一個以上晶種層(圖中未繪示)可形成于底部電極302上。反鐵磁(AFM)層304首先形成于底部電極302上,且接著第一鐵磁層形成于AFM層的頂部上。第一鐵磁層用固定磁化進行“釘扎”以形成釘扎層。釘扎層可包括一個或一個以上層，例如，底部釘扎層306、通常由例如釕等非磁性金屬形成的耦合層308，及頂部釘扎層310。隧穿勢壘層312由例如金屬氧化物等絕緣體形成于釘扎層的頂部上。自由層314由第二鐵磁層直接形成于隧穿勢壘312的頂部上。頂部電極或硬掩模層316(例如，鉭)形成于自由層314的頂部上。接下來，MTJ堆疊300在真空中經(jīng)受磁性退火工藝。接著使用光刻技術(shù)將圖案施加到MTJ堆疊。光致抗蝕劑(圖3中未展示)形成于硬掩模層316的頂部上。經(jīng)圖案化單元大小可大于最終大小。上述層中的每一者可包含一個或一個以上層或薄膜。接下來，使用例如反應(yīng)式離子蝕刻等蝕刻工藝蝕刻MTJ堆疊300。蝕刻工藝包括修整光致抗蝕劑的大小、圖案化硬掩模316、移除光致抗蝕劑、蝕刻自由層314、蝕刻勢壘層312、蝕刻釘扎層306、308及310，及蝕刻釘扎層AFM 304。接下來，沉積鈍化層以保護MTJ存儲元件及層間電介質(zhì)(ILD)絕緣體層318?？赡苄枰M合堆疊連同低沉積溫度一起以保護MTJ且促進MTJ與ILD之間的粘附。最終，執(zhí)行平坦化及金屬化。MTJ堆疊300在蝕刻工藝期間歸因于蝕刻副產(chǎn)物的再沉積而易受損壞。涉及光致抗蝕劑的移除的步驟可包括例如氧灰化等工藝。氧灰化可在光致抗蝕劑移除工藝期間引起對硬掩模層316的損壞。氧灰化也可引起對自由層314的側(cè)壁的上部部分320的損壞。如上所述，蝕刻工藝從蝕刻MTJ堆疊300頂部的硬掩模層316朝向蝕刻堆疊底部的釘扎層進行。當蝕刻工藝沿MTJ堆疊更深地進展時，可引起對自由層314的側(cè)壁322的損壞。當蝕刻工藝進一步沿堆疊進行時，也可能影響勢壘層312的側(cè)壁的上部部分324及下部部分326。由于一些蝕刻副產(chǎn)物可能導電，因此歸因于這些蝕刻副產(chǎn)物的再沉積的對MTJ的側(cè)壁的損壞可能導致泄漏路徑，借此減小MTJ的磁阻(MR)比。這些工藝相關(guān)的損壞可導致 顯著較低的產(chǎn)量。存在對保護MTJ不受在制造工藝期間所引起的損壞的技術(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實施例是針對用于形成MTJ存儲裝置的方法及從所述方法形成的裝置。MTJ存儲元件可包括于自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元及各種其它電裝置中。舉例來說，示范性實施例可包括形成具有自由層、勢壘層及釘扎層的磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的方法，所述方法包含在自由層上形成調(diào)整層；在調(diào)整層上形成頂部電極；圖案化且蝕刻所述頂部電極；利用頂部電極作為掩模來蝕刻調(diào)整層及自由層；以間隔件層囊封調(diào)整層、自由層及頂部電極的至少一部分；蝕刻MTJ的勢壘層及釘扎層；及在間隔件層、勢壘層及釘扎層上沉積保護性覆蓋層。另一實施例可包括一種磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件，所述MTJ存儲元件包含MTJ堆疊，其包括自由層、勢壘層及釘扎層；調(diào)整層，其形成于自由層上；頂部電極，其形成于調(diào)整層上；間隔件層，其囊封頂部電極的至少一部分、調(diào)整層及自由層；及保護性覆蓋層，其形成于間隔件層及MTJ堆疊上。另一實施例可包括形成具有自由層、勢壘層及釘扎層的磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的方法，所述方法包含用于在自由層上形成調(diào)整層的步驟；用于在調(diào)整層上形成頂部電極的步驟；用于圖案化且蝕刻頂部電極的步驟；用于利用頂部電極作為掩模來蝕刻調(diào)整層及自由層的步驟；用于以間隔件層囊封調(diào)整層、自由層及頂部電極的至少一部分的步驟；用于蝕刻MTJ的勢壘層及釘扎層的步驟；及用于在間隔件層、勢壘層及釘扎層上沉積保護性覆蓋層的步驟。另一實施例可包括一種磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件，所述MTJ存儲元件包含MTJ堆疊，其包含用于保持第一極化的第一磁性裝置、用于啟用隧穿電流的流動的第一絕緣裝置及用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化是可逆的；第一保護性裝置，其用于保護第二磁性裝置的側(cè)壁部分及上部部分不受工藝相關(guān)損壞，所述第一保護性裝置沿第二磁性裝置的側(cè)壁部分及上部部分安置；及第二保護性裝置，其用于保護第一磁性裝置及第一絕緣裝置不受工藝相關(guān)損壞，所述第二保護性裝置與第一磁性裝置及第一絕緣裝置接觸。


隨附圖式經(jīng)呈現(xiàn)以輔助描述本發(fā)明的實施例且僅提供用于說明實施例而非對其加以限制。圖I說明常規(guī)自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元陣列。圖2A為常規(guī)STT-MRAM單元的橫截面圖。圖2B為根據(jù)圖2A的常規(guī)STT-MRAM單元的一部分的放大。圖2C為根據(jù)圖2A的常規(guī)MTJ單元的放大。
圖3為常規(guī)MTJ堆疊的示意性橫截面圖，其說明易受工藝相關(guān)損壞的MTJ堆疊的部分。圖4說明用于保護MTJ堆疊不受工藝相關(guān)損壞的常規(guī)技術(shù)。圖5A到為在制造初始階段期間的示范性MTJ堆疊的示意性橫截面圖。圖6A到6D為在制造中間階段期間的示范性MTJ堆疊的示意性橫截面圖。圖7A到7D為在制造最終階段期間的示范性MTJ堆疊的示意性橫截面圖。圖8為說明示范性方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的方面揭示于以下描述及針對本發(fā)明的特定實施例的相關(guān)圖式中。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可設(shè)計替代實施例。另外，本發(fā)明的眾所周知的元件將不加以詳細描述或?qū)⒓右允÷砸员悴换煜景l(fā)明的相關(guān)細節(jié)。詞語“示范性”在本文中用于表示“充當實例、例子或說明”。不必將本文中描述為“示范性”的任何實施例解釋為比其它實施例優(yōu)選或有利。同樣，術(shù)語“本發(fā)明的實施例”并不要求本發(fā)明的所有實施例包括所論述的特征、優(yōu)點或操作模式。本文中所使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的且既定不限制本發(fā)明的實施例。在本文中使用時，單數(shù)形式“一”及“所述”既定也包括復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指示。應(yīng)進一步理解，術(shù)語“包含”及/或“包括”在本文中使用時指定所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除一個或一個以上其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。所揭示的實施例認識到，通過常規(guī)方法，可能難以保護硬掩模層316、MTJ堆疊300的側(cè)壁、且特定來說自由層314的上部部分320及側(cè)壁322以及隧穿勢壘312的上部部分324及下部部分326不受工藝相關(guān)的損壞?，F(xiàn)有技術(shù)不提供用于保護MTJ不受至少所有以上所述的工藝相關(guān)的損壞的有效解決方案。舉例來說，阿瑟法(Assefa)等人的美國專利申請公開案第US 2008/0211055 Al (2008)號“在集成電路中利用側(cè)壁間隔件特征來形成磁性隧道結(jié)(Utilizing Sidewall Spacer Features to Form Magnetic Tunnel Junctionsin an Integrated Circuit) ”至少未能提供對圖4中所說明的潛在損壞的有效補救方法。如圖4中所示，自由層120的現(xiàn)有技術(shù)上部部分320在移除光致抗蝕劑150及蝕刻硬掩模140的工藝期間遭受損壞。阿瑟法等人所描述的側(cè)壁間隔件160S產(chǎn)生一錐形掩蔽特征，所述錐形掩蔽特征據(jù)稱幫助避免歸因于在蝕刻工藝期間在硬掩模層140上的副產(chǎn)物再沉積的損壞。然而，如圖4中所示，側(cè)壁間隔件形成不足以保護自由層120的上部部分320不受損壞。此外，阿瑟法等人不提供用于在蝕刻MTJ堆疊期間保護自由層120的側(cè)壁322及勢壘130的側(cè)壁402以及釘扎層110不受損壞的任何解決方案。本文中所論述的示范性實施例有益地允許保護MTJ堆疊不受至少以上所述的工藝相關(guān)的損壞，借此在制造MTJ中產(chǎn)生高產(chǎn)量。舉例來說，將調(diào)整層引入于自由層314與硬掩模層316之間以在光致抗蝕劑移除期間保護自由層不受歸因于氧灰化的損壞。又，根據(jù)實施例，形成一個或一個以上間隔件層以在隧穿勢壘312及釘扎層堆疊的蝕刻工藝期間保護自由層314的側(cè)壁。此外，根據(jù)實施例，形成覆蓋層以在蝕刻工藝之后修復MTJ且保護經(jīng)圖案化(經(jīng)蝕刻)MTJ不受自然氧化。另外，根據(jù)實施例，MTJ的隧穿勢壘未遭受灰化及清潔工藝。此外，與常規(guī)技術(shù)相t匕，所述實施例提供較大平面面積(在MTJ堆疊的俯視圖中，沿一平面的面積)的釘扎層，這減小了釘扎層對自由層314的雜散場影響。參看圖5到7，現(xiàn)將描述有效地制造減少工藝相關(guān)損壞的MTJ的方法的示范性實施 例。圖5A到展示根據(jù)示范性實施例的形成有散置于自由層514與硬掩模層(頂部電極)516之間的調(diào)整層515的磁性隧道結(jié)的示意圖。在如本文中先前所描述的MTJ的制造過程中，在形成自由層514的步驟之后且在形成硬掩模層516的步驟之前形成調(diào)整層515。調(diào)整層515的有益作用包括保護自由層514在光致抗蝕劑528移除工藝期間不受氧灰化，且在蝕刻硬掩模層516期間不受蝕刻副產(chǎn)物的再沉積的影響。調(diào)整層515優(yōu)選可由具有高氧化可能性的材料形成，以使得其可在與氧交互作用時容易地形成氧化物?？捎糜谛纬烧{(diào)整層 515 的材料的實例包括 A10x、Mg0、Al、Mg、Si、Pt、Ti、Tb、Gd、Zr、Ir、Cr、Cu、Mn、Mo、Ta、Hf 及 Ru。如圖5A到中所示，保護性調(diào)整層515形成于自由層514的頂部上。接著使用蝕刻工藝圖案化光致抗蝕劑層528及硬掩模層516，如圖5A中所示。蝕刻工藝可包括化學品，例如，CF4、氟基氣體或氯基氣體。下一步驟包括使用例如氧灰化的工藝移除光致抗蝕劑層528，如圖5B中所示。調(diào)整層515保護自由層514在如上所述的圖案化及氧灰化的工藝步驟期間不受損壞。接著圖案化調(diào)整層515及自由層514，如圖5C中所示。圖案化工藝可包括使用例如CH30H、C0/NH3或氯基氣體的化學品。圖說明已經(jīng)歷如上所描述且圖5A到5C中所說明的處理步驟的MTJ堆疊500。應(yīng)了解，提供MTJ堆疊的各層僅用于說明且并非用于限制?？商砑宇~外層，及/或若干層可經(jīng)移除或組合且可包含不同于所說明的材料的材料。接下來，如圖6A中所示，一個或一個以上間隔件層602、604及鈍化層606形成于MTJ堆疊500上。根據(jù)包括形成于MTJ堆疊500的頂部上的兩個間隔件層的示范性實施例，所述兩個間隔件層602及604可由相同材料或不同材料形成。在本發(fā)明的以下部分中將進一步論述包括單一間隔件層(例如602)及雙間隔件層(例如602及604)的實施例。鈍化層606形成于間隔件層602、604的頂部上。鈍化層606可由例如SiN的材料形成，且可提供增強間隔件層602及604的側(cè)壁的厚度的益處，且還在例如蝕刻的工藝步驟期間保護間隔件層602及604。最初，應(yīng)注意，在圖6中所說明的示范性實施例中，間隔件層602、604及鈍化層606圍繞硬掩模層516及自由層514形成保護性層。圖4中所說明的現(xiàn)有技術(shù)間隔件160S不提供用于自由層514的側(cè)壁322的保護性層。接下來，圖6A的實施例經(jīng)受使用例如CF4蝕刻、通過氟基氣體的蝕刻或通過氯基氣體的蝕刻等工藝的蝕刻。最初，間隔件層602、604及鈍化層606在此工藝期間保護硬掩模層516、調(diào)整層515及自由層514的側(cè)壁，如圖6B中所說明。在使用例如CF4蝕刻等工藝進一步圖案化鈍化層606及間隔件層602及604后，間隔件層602及604即刻保持為圍繞硬掩模層516、調(diào)整層515及自由層514的側(cè)壁的保護性層，如圖6C中所示。接著使用例如CH3OH蝕刻、C0/NH3蝕刻或通過氯基氣體的蝕刻等蝕刻工藝圖案化勢壘層512、釘扎層堆疊及反鐵磁層504以形成圖6D中所示的MTJ堆疊600。一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，在以上所述的工藝步驟期間保護自由層514不受工藝相關(guān)的損壞。由于間隔件層602及604在以上所述的蝕刻工藝期間保持為圍繞自由層514的側(cè)壁的保護性層，因此隧穿勢壘512、釘扎層堆疊及AFM層504的平面面積在蝕刻后可大于至少自由層514的平面面積，如圖6D中所說明。因此，一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，勢壘層512的上部部分324及下部部分326經(jīng)保護不受損壞，且不受CH3OH蝕刻工藝影響。雖然 其它布置是可能的，但圖6D的所說明實施例可提供額外優(yōu)點，例如改善的磁性穩(wěn)定性。此夕卜，釘扎層的平面面積越大，雜散場對自由層514的影響越小。自由層514的平面面積控制著MTJ堆疊600的有效電阻特性。因此，對隧穿勢壘512及釘扎層堆疊(其具有較大平面面積)的側(cè)壁的工藝相關(guān)損壞(如果存在)不會顯著影響MTJ堆疊600的適當功能運行。如上所提及，示范性實施例可包括由不同材料形成的兩個間隔件層602及604。“內(nèi)”間隔件層602可由金屬形成，所述金屬可為磁性或非磁性的。由金屬材料如此形成的間隔件層602可在蝕刻后有利地用于修復自由層514的側(cè)壁322的功能。“外”間隔件層604可由絕緣體形成，且可在蝕刻工藝期間有利地用于保護自由層514的側(cè)壁322的功能。包括金屬內(nèi)間隔件層602及絕緣體外間隔件層604的此“雙”間隔件結(jié)構(gòu)可進一步改善切換均勻性且增強MTJ的熱穩(wěn)定性。雙間隔件實施例的內(nèi)間隔件層602可由例如CoFeB、CoFe、NiFe、Co、Fe、Ni、TbFe、TbCo、TbCoFe、GdFe、GdCo、FePt、CoPt 及 CoCrPt 的磁性金屬及例如 Al、Mg、Si、Pt、Ti、Tb、Gd、Zr、Ir、Cr、Cu、Mn、Mo、Ta、Hf及Ru的非磁性金屬形成。雙間隔件實施例的外間隔件層604可包括例如SiNx、SiOx, SiON、AlOx、MgO、TaOx及TiOx的絕緣體材料。又一示范性實施例可包括單一間隔件層(例如602)或由相同材料形成的多個間隔件層。包括單一間隔件層的方法包括至少對現(xiàn)有技術(shù)的改善，所述改善在于間隔件層延伸到且完全覆蓋自由層514的側(cè)壁322，而常規(guī)間隔件層(例如圖4中的160S)不保護自由層514的側(cè)壁322。如上所述的單一間隔件層可由與調(diào)整層515相同的材料形成。如圖7A中所示，工藝可繼續(xù)，且包括在MTJ堆疊600上沉積覆蓋層。覆蓋層類似于鈍化層606，且可由例如SiN、Si0N、Mg0、Ta0x及AlOx的材料形成。覆蓋層的功能是圍繞經(jīng)蝕刻MTJ堆疊600提供保護性及修復性覆蓋。ILD層718沉積于覆蓋層702的頂部上，如圖7B中所示。下一步驟包括平坦化及回蝕ILD層518及覆蓋層702以使得頂部電極或硬掩模層516能夠連接到金屬層，如圖7C中所示。接下來執(zhí)行金屬化，其中金屬層704沉積于MTJ堆疊的頂部上，以使得金屬層704與頂部電極或硬掩模層516接觸。圖7D中說明作為以上工藝步驟的結(jié)果得到的MTJ堆疊700。根據(jù)示范性方法，可沒有或以減少的MTJ制造的常規(guī)方法所常見的工藝相關(guān)損壞來制造MTJ存儲元件。如上所解釋，示范性實施例在蝕刻工藝期間有益地保護自由層514的側(cè)壁上部部分320及側(cè)壁322以及勢壘層512的上部部分324及下部部分326不受損壞。大體來說，示范性實施例在制造期間保護MTJ堆疊700不受工藝相關(guān)的損壞。另外，根據(jù)實施例，勢壘層512、釘扎層堆疊及底部電極或AFM層504的平面面積大于自由層514的平面面積，這提供改善的磁性穩(wěn)定性及雜散場對MTJ操作的減小的影響。應(yīng)了解，實施例包括用于執(zhí)行本文中所揭示的工藝、功能及/或算法的各種方法。舉例來說，如圖8中所說明，實施例可包括形成具有自由層、勢壘層及釘扎層的磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的方法。所述方法可包括在自由層上形成調(diào)整層(框802)以保護自由層，如上所論述。可在調(diào)整層上形成頂部電極(框804)。可圖案化且蝕刻頂部電極(框806)。可利用頂部電極作為掩模來蝕刻調(diào)整層及自由層(框808)?？梢蚤g隔件層囊封調(diào)整層及自由層以及頂部電極的至少一部分(框810)?？晌g刻MTJ的勢壘層及釘扎層(框812)。接著，可在間隔件層(已覆蓋調(diào)整層及自由層)、勢壘層及釘扎層(及MTJ堆疊的任何剩余層)上沉積保護性覆蓋層(框814)。
應(yīng)了解，包括本文中所描述的MTJ存儲元件的存儲器裝置可包括于以下各物內(nèi)移動電話、便攜式計算機、手持型個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、例如個人數(shù)據(jù)助理(PDA)的便攜式數(shù)據(jù)單元、具有GPS能力的裝置、導航裝置、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設(shè)備的固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計算機指令的任何其它裝置，或其任何組合。因此，本發(fā)明的實施例可適當?shù)赜糜诎ㄓ性醇呻娐?包括具有如本文中所揭示的MTJ存儲元件的存儲器)的任何裝置中。此外，應(yīng)了解，各種存儲器裝置可包括如本文中所揭示的MTJ存儲元件的陣列。另夕卜，本文中所揭示的MTJ存儲元件可用于例如邏輯電路的各種其它應(yīng)用中。因此，盡管以上揭示內(nèi)容的部分論述獨立MTJ存儲元件，但應(yīng)了解，各種實施例可包括MTJ存儲元件集成到的裝置。以上所揭示的裝置及方法可加以設(shè)計且可配置成存儲于計算機可讀媒體上的⑶SII及GERBER計算機文件。這些文件又被提供給基于這些文件制造裝置的制造處置者。所得產(chǎn)品為半導體晶片，所述半導體晶片接著切割為半導體裸片且封裝到半導體芯片中。接著將所述芯片用于上文所描述的裝置中。因此，實施例可包括體現(xiàn)指令的機器可讀媒體或計算機可讀媒體，所述指令在由一處理器執(zhí)行時將所述處理器及任何其它協(xié)作元件轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜趫?zhí)行如由所述指令提供的本文中所描述的功能性的機器。雖然以上揭示內(nèi)容展示說明性實施例，但應(yīng)注意，可在不脫離如由隨附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的范圍的情況下對其作出各種改變及修改。無需以任何特定次序執(zhí)行根據(jù)本文中所描述的實施例的方法項的功能、步驟及/或動作。此外，盡管可能以單數(shù)形式描述或主張所述實施例的元件，但除非明確陳述限于單數(shù)形式，否則也預期復數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種形成具有自由層、勢壘層及釘扎層的磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的方法，所述方法包含 在所述自由層上形成調(diào)整層； 在所述調(diào)整層上形成頂部電極； 圖案化且蝕刻所述頂部電極； 利用所述頂部電極作為掩模來蝕刻所述調(diào)整層及所述自由層； 以間隔件層囊封所述調(diào)整層、所述自由層及所述頂部電極的至少一部分； 蝕刻所述MTJ的所述勢壘層及釘扎層 '及 在所述間隔件層、勢壘層及釘扎層上沉積保護性覆蓋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述間隔件層包含內(nèi)間隔件層及外間隔件層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述內(nèi)間隔件層是由金屬材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述外間隔件層是由絕緣材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述MTJ進一步包括鄰近于所述釘扎層的反鐵磁層，且其中所述保護性層覆蓋所述反鐵磁層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中圖案化所述頂部電極包含利用氧灰化移除光致抗蝕劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述調(diào)整層在所述自由層的上部部分上形成保護性層，使得所述自由層的所述上部部分經(jīng)保護不受氧灰化。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述勢壘層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述MTJ進一步包括反鐵磁層，且其中所述釘扎層堆疊及所述反鐵磁層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述釘扎層堆疊包含底部釘扎層、耦合層及頂部釘扎層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其進一步包含 移除所述保護性層的一部分以暴露所述頂部電極的一部分。
12.一種磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件，其包含 MTJ堆疊，其包括自由層、勢壘層及釘扎層； 調(diào)整層，其形成于所述自由層上； 頂部電極，其形成于所述調(diào)整層上； 間隔件層，其囊封所述頂部電極的至少一部分、所述調(diào)整層及所述自由層 '及 保護性覆蓋層，其形成于所述間隔件層及所述MTJ堆疊上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述間隔件層包含內(nèi)間隔件層及外間隔件層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)間隔件層是由金屬材料形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MTJ存儲元件，其中所述金屬材料為磁性的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的MTJ存儲元件，其中所述金屬材料為非磁性的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的MTJ存儲元件，其中所述外間隔件層是由絕緣材料形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ堆疊進一步包括鄰近于所述釘扎層的反鐵磁層。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述勢壘層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述釘扎層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述釘扎層包括底部釘扎層、耦合層及頂部釘扎層。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述頂部電極的至少一部分從所述間隔件層及所述保護性覆蓋層暴露。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各者組成的群組機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持型個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到包含多個MTJ存儲元件的存儲器陣列中。
25.一種磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件，其包含 MTJ堆疊，其包含用于保持第一極化的第一磁性裝置、用于啟用隧穿電流的流動的第一絕緣裝置及用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化是可逆的； 第一保護性裝置，其用于保護所述第二磁性裝置的側(cè)壁部分及上部部分不受工藝相關(guān)損壞，所述第一保護性裝置沿所述第二磁性裝置的所述側(cè)壁部分及所述上部部分安置；及 第二保護性裝置，其用于保護所述第一磁性裝置及所述第一絕緣裝置不受工藝相關(guān)損壞，所述第二保護性裝置與所述第一磁性裝置及所述第一絕緣裝置接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述第一保護性裝置包含內(nèi)保護性裝置及外保護性裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)保護性裝置是由金屬材料形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的MTJ存儲元件，其中所述外保護性裝置是由絕緣材料形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述第一絕緣裝置的平面面積大于所述第二磁性裝置的平面面積。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述第一磁性裝置的平面面積大于所述第二磁性裝置的平面面積。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述第一磁性裝置包含底部磁性裝置、耦合裝置及頂部磁性裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各者組成的群組機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持型個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到包含多個MTJ存儲元件的存儲器陣列中。
34.一種形成具有自由層、勢壘層及釘扎層的磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的方法，所述方法包含 用于在所述自由層上形成調(diào)整層的步驟； 用于在所述調(diào)整層上形成頂部電極的步驟； 用于圖案化且蝕刻所述頂部電極的步驟； 用于利用所述頂部電極作為掩模來蝕刻所述調(diào)整層及所述自由層的步驟； 用于以間隔件層囊封所述調(diào)整層、所述自由層及所述頂部電極的至少一部分的步驟； 用于蝕刻所述MTJ的所述勢壘層及釘扎層的步驟 '及 用于在所述間隔件層、勢壘層及釘扎層上沉積保護性覆蓋層的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述間隔件層包含內(nèi)間隔件層及外間隔件層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述內(nèi)間隔件層是由金屬材料形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述外間隔件層是由絕緣材料形成。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述MTJ進一步包括鄰近于所述釘扎層的反鐵磁層，且其中所述保護性層覆蓋所述反鐵磁層。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述圖案化所述頂部電極的步驟包含利用氧灰化移除光致抗蝕劑。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述調(diào)整層在所述自由層的上部部分上形成保護性層，使得所述自由層的所述上部部分經(jīng)保護不受氧灰化。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述勢壘層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
42.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述MTJ進一步包括反鐵磁層，且其中所述釘扎層堆疊及所述反鐵磁層的平面面積大于所述自由層的平面面積。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述釘扎層堆疊包含底部釘扎層、耦合層及頂部釘扎層。
44.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其進一步包含 用于移除所述保護性層的一部分以暴露所述頂部電極的一部分的步驟。
全文摘要
揭示用于形成磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的方法及所形成的MTJ存儲元件。所述MTJ存儲元件包括MTJ堆疊，所述MTJ堆疊具有釘扎層堆疊、勢壘層及自由層。在所述自由層上形成調(diào)整層，使得所述自由層經(jīng)保護不受工藝相關(guān)損壞。在所述調(diào)整層上形成頂部電極，且利用所述頂部電極作為掩模來蝕刻所述調(diào)整層及所述自由層。接著形成間隔件層，其囊封所述頂部電極、所述調(diào)整層及所述自由層。蝕刻所述間隔件層及所述MTJ堆疊的剩余部分。在所述間隔件層及所述MTJ堆疊上沉積保護性覆蓋層。特定來說，所述調(diào)整層在光致抗蝕劑移除過程期間保護所述自由層不受氧灰化。
文檔編號H01L43/08GK102823008SQ201180016094
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者陳維川, 升·H·康 申請人:高通股份有限公司