CN105552215A - 一种磁阻式随机存储器的位元制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁阻式随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，磁性隧道结的刻蚀完成之后，沉积氧化镁作为覆盖层覆盖磁性隧道结。本发明的有益效果在于：使用氧化镁来覆盖刻蚀完成后的磁性隧道结，经过退火工艺(或也可以不经过退火工艺)，通过氧化镁晶体结构对周围材料晶体结构的映衬效应可以有效修复被破坏的边缘部分的晶体结构，使其恢复到BCC(001)质构，从而有效降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响，提高MRAM芯片的性能和良品率。
Description
技术领域
本发明涉及磁阻式随机存储器(MRAM)，尤其涉及一种磁阻式随机存储器的位元制造方法。
背景技术
MRAM是一种非易失型的存储器，其核心部分是磁性隧道结。每个磁性隧道结是由铁磁性的自由层和固定层以及隔离自由层和固定层的非磁性层组成。自由层的磁化方向可以利用外界磁场或电流而加以反转，而固定层的磁化方向保持不变。磁性隧道结的电阻与自由层和固定层的相对磁化方向有关。当自由层的磁化方向相对于固定层的磁化方向平行(反平行)时，磁性隧道结呈现低电阻(高电阻)态，因此可以用来存储信息(如0或1)。两个阻态之间的相对值定义为磁阻，高磁阻值对于MRAM的数据读取非常重要。目前磁性隧道结的核心层普遍使用的BCC(001)质构的磁性薄膜层/氧化镁MgO/磁性薄膜层来实现高磁阻值。
在MRAM的制备过程中，核心部件磁性隧道结主要利用离子束刻蚀(Ionmill)或反应离子刻蚀(ReactiveIonEtch，即RIE)方法来形成椭圆形(主要针对面内场的MRAM)或圆形(主要针对垂直场的MRAM)的柱状体。在刻蚀过程中，磁性隧道结边缘部分的BCC(001)质构会受到破坏，因而会造成磁阻值的降低；尤其对于高容量MRAM来说，由于需要刻蚀出的磁性隧道结尺寸非常小，因而这种边缘效应造成的效应也会更加明显。所以刻蚀完成后对磁性隧道结边缘部分的进行修复，使其恢复到BCC(001)质构，可以降低刻蚀过程对磁阻值的影响。目前在磁性隧道结的普遍制备过程中，刻蚀完成后沉积(in-situ)一层氮化硅Si3N4覆盖层，将MTJ结构加以保护，防止与外界发生氧化反应。氮化硅(Si3N4)存在的3种结晶结构，即α、β和γ三相，与磁性隧道结的BCC(001)质构不相匹配，甚至可能会进一步造成其晶体结构的破坏。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，使用氧化镁来覆盖刻蚀完成后的磁性隧道结，经过退火工艺(或也可不经过退火工艺)，通过氧化镁晶体结构对周围材料晶体结构的映衬效应可以有效修复被破坏的边缘部分的晶体结构，使其恢复到BCC(001)质构，从而有效降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，磁性隧道结的刻蚀完成之后，沉积氧化镁作为覆盖层覆盖磁性隧道结。
作为优选，覆盖层外还有外保护层，所述外保护层为：氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、Borazinic、氧化铝镁、氧化钽、氧化钛、氧化钆、氧化锆、氧化镓、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镁锌中的一种或几种组成的复合层结构。
作为优选，复合层结构中还包括氧化镁。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，磁性隧道结包括上电极、自由层、隔离层、固定层、下电极，隔离层由一层氧化镁构成。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，磁性隧道结中，固定层在隔离层下方、自由层在隔离层上方
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，磁性隧道结中，固定层在隔离层上方、自由层在隔离层下方。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，覆盖层外还有外保护层，磁性隧道结包括上电极、自由层、隔离层、固定层、下电极，隔离层由一层氧化镁构成。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，覆盖层外还有外保护层，磁性隧道结中，固定层在隔离层下方、自由层在隔离层上方。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，覆盖层外还有外保护层，磁性隧道结中，固定层在隔离层上方、自由层在隔离层下方。
作为优选，沉积氧化镁作为覆盖层，覆盖层外还有外保护层，磁性隧道结中，固定层和自由层的磁化方向在膜层面内或垂直于膜层。
本发明的有益效果在于：使用氧化镁来覆盖刻蚀完成后的磁性隧道结，经过退火工艺(或也可不经过退火工艺)，通过氧化镁晶体结构对周围材料晶体结构的映衬效应可以有效修复被破坏的边缘部分的晶体结构，使其恢复到BCC(001)质构，从而有效降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响，提高MRAM芯片的性能和良品率。
附图说明
图1是本发明实施例1的效果图；
图2是本发明实施例2的效果图；
图3是本发明实施例3的效果图；
图4是本发明实施例4的效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：如图1所示，磁性隧道结刻蚀结构中含有下电极、铁磁性的固定层、非磁性的隔离层、铁磁性的自由层、上电极。固定层和自由层的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。固定层在隔离层下方，自由层在隔离层上方。固定层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隔离层由一层氧化镁构成。自由层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。覆盖层是一层氧化镁。氧化镁做为覆盖层可以有效补偿刻蚀过程中对隧道结边缘部分的晶体结构造成的破坏，从而和实现降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响。
实施例2：如图2所示，磁性隧道结刻蚀结构中含有下电极、铁磁性的固定层、非磁性的隔离层、铁磁性的自由层、上电极。固定层和自由层的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。固定层在隔离层上方，自由层在隔离层下方。固定层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隔离层由一层氧化镁构成。自由层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。覆盖层是一层氧化镁。氧化镁做为覆盖层可以有效补偿刻蚀过程中对隧道结边缘部分的晶体结构造成的破坏，从而和实现降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响。
实施例3：如图3所示，磁性隧道结刻蚀结构中含有下电极、铁磁性的固定层、非磁性的隔离层、铁磁性的自由层、上电极。固定层和自由层的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。固定层在隔离层下方，自由层在隔离层上方。固定层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隔离层由一层氧化镁构成。自由层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。覆盖层是一层氧化镁。覆盖层外是外保护层，外保护层为：氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、Borazinic、氧化铝镁、氧化钽、氧化钛、氧化钆、氧化锆、氧化镓、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镁锌中的一种或几种组成的复合层结构。其中，复合层结构还可以包括氧化镁。氧化镁做为覆盖层可以有效补偿刻蚀过程中对隧道结边缘部分的晶体结构造成的破坏，从而和实现降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响。
实施例4：如图4所示，磁性隧道结刻蚀结构中含有下电极、铁磁性的固定层、非磁性的隔离层、铁磁性的自由层、上电极。固定层和自由层的磁化方向可能是在膜层面内，也可能是垂直于膜面。固定层在隔离层上方，自由层在隔离层下方。固定层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铕、钆、铽、钐、镝、钬、铂、钯、锰、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及由上述元素组成的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。隔离层由一层氧化镁构成。自由层包含但不仅限于以下材料和结构中的一种或几种组合：钴、铁、镍、铂、钯、硼、铪、锆、钽、铌、钒、钛、钼、铬、钨以及包含上述元素的合金，以及由上述元素及合金组成的多层膜结构。覆盖层是一层氧化镁。覆盖层外是外保护层，外保护层为：氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、Borazinic、氧化铝镁、氧化钽、氧化钛、氧化钆、氧化锆、氧化镓、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镁锌中的一种或几种组成的复合层结构。其中，复合层结构还可以包括氧化镁。氧化镁做为覆盖层可以有效补偿刻蚀过程中对隧道结边缘部分的晶体结构造成的破坏，从而和实现降低刻蚀过程对磁性隧道结的磁阻值的影响。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，磁性隧道结的刻蚀完成之后，沉积氧化镁作为覆盖层覆盖磁性隧道结。
2.根据权利要求1所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，覆盖层外还有外保护层，所述外保护层为：氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、Borazinic、氧化铝镁、氧化钽、氧化钛、氧化钆、氧化锆、氧化镓、氧化钪、氧化钒、氧化锌、氧化镁锌中的一种或几种组成的复合层结构。
3.根据权利要求2所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，复合层结构中还包括氧化镁。
4.根据权利要求1所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，磁性隧道结包括上电极、自由层、隔离层、固定层、下电极，隔离层由一层氧化镁构成。
5.根据权利要求4所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，固定层在隔离层下方、自由层在隔离层上方。
6.根据权利要求4所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，固定层在隔离层上方、自由层在隔离层下方。
7.根据权利要求2所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，磁性隧道结包括上电极、自由层、隔离层、固定层、下电极，隔离层由一层氧化镁构成。
8.根据权利要求7所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，固定层在隔离层下方、自由层在隔离层上方。
9.根据权利要求7所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，固定层在隔离层上方、自由层在隔离层下方。
10.根据权利要求4至9任一权利要求所述的一种磁阻式随机存储器的位元制造方法，其特征在于，固定层和自由层的磁化方向在膜层面内或垂直于膜层。
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