一種磁阻式隨機(jī)存儲器的位元制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁阻式隨機(jī)存儲器(MRAM)，尤其涉及一種磁阻式隨機(jī)存儲器的位元制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MRAM是一種非易失型的存儲器，其核心部分是磁性隧道結(jié)。每個(gè)磁性隧道結(jié)是由鐵磁性的自由層和固定層以及隔離自由層和固定層的非磁性層組成。自由層的磁化方向可以利用外界磁場或電流而加以反轉(zhuǎn)，而固定層的磁化方向保持不變。磁性隧道結(jié)的電阻與自由層和固定層的相對磁化方向有關(guān)。當(dāng)自由層的磁化方向相對于固定層的磁化方向平行(反平行)時(shí)，磁性隧道結(jié)呈現(xiàn)低電阻(高電阻)態(tài)，因此可以用來存儲信息(如O或I)。兩個(gè)阻態(tài)之間的相對值定義為磁阻，高磁阻值對于MRAM的數(shù)據(jù)讀取非常重要。目前磁性隧道結(jié)的核心層普遍使用的BCC(OOl)質(zhì)構(gòu)的磁性薄膜層/氧化鎂MgO/磁性薄膜層來實(shí)現(xiàn)高磁阻值。
[0003]在MRAM的制備過程中，核心部件磁性隧道結(jié)主要利用離子束刻蝕(1nmill)或反應(yīng)離子刻蝕(Reactive 1n Etch，即RIE)方法來形成橢圓形(主要針對面內(nèi)場的MRAM)或圓形(主要針對垂直場的MRAM)的柱狀體。在刻蝕過程中，磁性隧道結(jié)邊緣部分的BCC(OOl)質(zhì)構(gòu)會受到破壞，因而會造成磁阻值的降低;尤其對于高容量MRAM來說，由于需要刻蝕出的磁性隧道結(jié)尺寸非常小，因而這種邊緣效應(yīng)造成的效應(yīng)也會更加明顯。所以刻蝕完成后對磁性隧道結(jié)邊緣部分的進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)到BCC(OOl)質(zhì)構(gòu)，可以降低刻蝕過程對磁阻值的影響。目前在磁性隧道結(jié)的普遍制備過程中，刻蝕完成后沉積(in-situ)—層氮化硅Si3N4覆蓋層，將MTJ結(jié)構(gòu)加以保護(hù)，防止與外界發(fā)生氧化反應(yīng)。氮化硅(Si3N4)存在的3種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，ΒΡα、β和γ三相，與磁性隧道結(jié)的BCC(0 O I)質(zhì)構(gòu)不相匹配，甚至可能會進(jìn)一步造成其晶體結(jié)構(gòu)的破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種磁阻式隨機(jī)存儲器的位元制造方法，使用氧化鎂來覆蓋刻蝕完成后的磁性隧道結(jié)，經(jīng)過退火工藝(或也可不經(jīng)過退火工藝)，通過氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)對周圍材料晶體結(jié)構(gòu)的映襯效應(yīng)可以有效修復(fù)被破壞的邊緣部分的晶體結(jié)構(gòu)，使其恢復(fù)到BCC(OOl)質(zhì)構(gòu)，從而有效降低刻蝕過程對磁性隧道結(jié)的磁阻值的影響。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的:一種磁阻式隨機(jī)存儲器的位元制造方法，磁性隧道結(jié)的刻蝕完成之后，沉積氧化鎂作為覆蓋層覆蓋磁性隧道結(jié)。
[0006]作為優(yōu)選，覆蓋層外還有外保護(hù)層，所述外保護(hù)層為:氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氧化給、Borazinic、氧化鋁鎂、氧化鉭、氧化鈦、氧化IL、氧化錯(cuò)、氧化鎵、氧化鈧、氧化銀、氧化鋅、氧化鎂鋅中的一種或幾種組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0007]作為優(yōu)選，復(fù)合層結(jié)構(gòu)中還包括氧化鎂。
[0008]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，磁性隧道結(jié)包括上電極、自由層、隔離層、固定層、下電極，隔離層由一層氧化鎂構(gòu)成。
[0009]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，磁性隧道結(jié)中，固定層在隔離層下方、自由層在隔離層上方
[0010]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，磁性隧道結(jié)中，固定層在隔離層上方、自由層在隔離層下方。
[0011]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，覆蓋層外還有外保護(hù)層，磁性隧道結(jié)包括上電極、自由層、隔離層、固定層、下電極，隔離層由一層氧化鎂構(gòu)成。
[0012]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，覆蓋層外還有外保護(hù)層，磁性隧道結(jié)中，固定層在隔離層下方、自由層在隔離層上方。
[0013]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，覆蓋層外還有外保護(hù)層，磁性隧道結(jié)中，固定層在隔離層上方、自由層在隔離層下方。
[0014]作為優(yōu)選，沉積氧化鎂作為覆蓋層，覆蓋層外還有外保護(hù)層，磁性隧道結(jié)中，固定層和自由層的磁化方向在膜層面內(nèi)或垂直于膜層。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:使用氧化鎂來覆蓋刻蝕完成后的磁性隧道結(jié)，經(jīng)過退火工藝(或也可不經(jīng)過退火工藝)，通過氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)對周圍材料晶體結(jié)構(gòu)的映襯效應(yīng)可以有效修復(fù)被破壞的邊緣部分的晶體結(jié)構(gòu)，使其恢復(fù)到BCC(001)質(zhì)構(gòu)，從而有效降低刻蝕過程對磁性隧道結(jié)的磁阻值的影響，提高M(jìn)RAM芯片的性能和良品率。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的效果圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的效果圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的效果圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此:
[0021]實(shí)施例1:如圖1所示，磁性隧道結(jié)刻蝕結(jié)構(gòu)中含有下電極、鐵磁性的固定層、非磁性的隔離層、鐵磁性的自由層、上電極。固定層和自由層的磁化方向可能是在膜層面內(nèi)，也可能是垂直于膜面。固定層在隔離層下方，自由層在隔離層上方。固定層包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu)中的一種或幾種組合:鈷、鐵、鎳、銪、釓、鋱、釤、鏑、鈥、鉑、鈀、錳、硼、鉿、鋯、鉭、鈮、釩、鈦、鉬、鉻、鎢以及由上述元素組成的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。隔離層由一層氧化鎂構(gòu)成。自由層包含但不僅限于以下材料和結(jié)構(gòu)中的一種或幾種組合:鈷、鐵、鎳、鉑、鈀、硼、鉿、鋯、鉭、鈮、釩、鈦、鉬、鉻、鎢以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金組成的多層膜結(jié)構(gòu)。覆蓋層是一層氧化鎂。氧化鎂做為覆蓋層可以有效補(bǔ)償刻蝕過程中對隧道結(jié)邊緣部分的晶體結(jié)構(gòu)造成的破壞，從而和實(shí)現(xiàn)降低刻蝕過程對磁性隧道結(jié)的磁阻值的影響。
[0022]實(shí)施例2:如圖2所示，磁性隧道結(jié)刻蝕結(jié)構(gòu)中含有下電極、鐵磁性的固定層、非磁性的隔離層、鐵磁性的自由層、上電極。固定層和自由層的磁化方向可能是在膜層面內(nèi)，也可能是垂直于膜面。固定層在隔離