DE112018001459T5

DE112018001459T5 - Schutzpassivierungsschicht für magnetische Tunnelübergänge

Info

Publication number: DE112018001459T5
Application number: DE112018001459.2T
Authority: DE
Inventors: Jodi Mari IWATA; Guenole Jan; Ru-Ying Tong
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-11-28
Also published as: US20200035912A1; US11758820B2; CN110945672B; KR20190127844A; KR102306518B1; CN110945672A; US20210293912A1; US11024798B2; US20230371395A1; US20180269385A1; US10439132B2; WO2018175070A1

Abstract

Eine magnetische Vorrichtung für eine Magnetic Direct Access Memory- (MRAM-) Technologie umfasst einen magnetischen Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction, MTJ, 11a) mit einer Seitenwand (11s1), die zwischen einer unteren Elektrode (10a) und einer oberen Elektrode (14) ausgebildet ist. Eine Passivierungsschicht (12), die eine Einzelschicht oder eine Mehrfachschicht ist, die eines von B, C, Ge oder eine Legierung oder Verbindung davon umfasst, wird an der Seitenwand ausgebildet, um die MTJ während einer anschließender Verarbeitung, einschließlich der Abscheidung einer dielektrischen Schicht (13), die die MTJ (11a) von benachbarten MTJs (11b) elektrisch isoliert, und während des Ausheilens in der CMOS-Fertigung vor reaktiven Spezies zu schützen. Bevorzugt ist die Passivierungsschicht etwa 3 bis 10 Ångström dick, ein Oxid oder Nitrid von B, C oder Ge, und amorph, um eine Diffusion reaktiver Sauerstoff- oder Stickstoffspezies zu verhindern.

Description

VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Diese Anmeldung betrifft Folgendes: US-Patent 9,230,571 ; an einen gemeinsamen Rechtsnachfolger abgetreten, und hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft magnetische Tunnelübergänge (Magnetic Tunnel Junctions, MTJs) in Magnetic Direct Access Memory- (MRAM-), Spin-Torque MRAM- und anderen spintronischen Vorrichtungen, und betrifft insbesondere das Schützen von MTJ-Seitenwänden während Verarbeitungsschritten, einschließlich der Abscheidung einer isolierenden dielektrischen Schicht, die benachbarte MTJs trennt, und während eines Hochtemperaturausheilens bei etwa 400°C, wie es bei der Complementary Metal Oxide Semiconductor- (CMOS-) Fertigung üblich ist.
HINTERGRUND
Ein MTJ ist eine Schlüsselkomponente in MRAM-, Spin-Torque MRAM- und anderen spintronischen Vorrichtungen und umfasst einen Stapel mit einer Tunnelsperrschicht, wie zum Beispiel einem Metalloxid, das zwischen zwei magnetischen Schichten ausgebildet ist und einen Tunneling Magnetoresistance- (TMR-) Effekt erzeugt. Eine der magnetischen Schichten ist eine freie Schicht und dient als eine Abfühlschicht durch Umschalten der Richtung ihres magnetischen Moments in Reaktion auf externe Felder, während die zweite magnetische Schicht ein magnetisches Moment hat, das fest ist, und als eine Referenzschicht dient. Der elektrische Widerstand durch die Tunnelsperrschicht (Isolatorschicht) variiert mit der relativen Orientierung des Moments der freien Schicht im Vergleich zum Moment der Referenzschicht und erzeugt dadurch ein elektrisches Signal, das für einen magnetischen Zustand in der freien Schicht repräsentativ ist. In einem MRAM wird der MTJ zwischen einem oberen Leiter und einem unteren Leiter gebildet. Wenn ein Strom durch den MTJ geleitet wird, so wird ein geringerer Widerstand detektiert, wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der Referenzschicht in einem parallelen Zustand sind, und ein höherer Widerstand wird festgestellt, wenn sie in einem antiparallelen Zustand sind. Da MTJ-Elemente oft in CMOS-Vorrichtungen integriert sind, muss der MTJ in der Lage sein, etwa 30 Minuten lang Ausheilungstemperaturen von ungefähr 400 °C zu widerstehen, wie sie üblicherweise angewendet werden, um die Qualität der CMOS-Einheiten für Halbleiterzwecke zu verbessern.
MTJ-Elemente, bei denen die freie Schicht (Free Layer, FL) und die Referenzschicht (Reference Layer, RL) senkrechte magnetische Anisotropie (Perpendicular Magnetic Anisotropy, PMA) aufweisen, sind gegenüber ihren Gegenstücken bevorzugt, die ebenengleiche Anisotropie verwenden, weil ein PMA-MTJ einen Vorteil durch seinen niedrigeren Schreibstrom bei gleicher thermischer Stabilität und besserer Skalierbarkeit besitzt. In MTJs mit PMA hat die FL zwei bevorzugte Magnetisierungsorientierungen, die senkrecht zu der physischen Ebene der Schicht verlaufen. Ohne äußeren Einfluss richtet sich das magnetische Moment der freien Schicht auf eine der bevorzugten zwei Richtungen aus, was die Information „1“ oder „0“ im binären System repräsentiert. Für Speicheranwendungen wird erwartet, dass die FL-Magnetisierungsrichtung während einer Leseoperation und Leerlauf beibehalten wird, aber sich während einer Schreiboperation zur entgegengesetzten Richtung ändert, falls sich die neue Information zum Speichern von ihrem momentanen Speicherzustand unterscheidet. CoFeB oder dergleichen wird gemeinhin als die FL und RL verwendet, und MgO ist als die Tunnelsperre zum Generieren von PMA entlang der RL/MgO- und MgO/FL-Grenzflächen in einem RL/MgO/FL-Stapel bevorzugt.
Spin-Torque- (STT-) MRAM-basierte Technologien sind für nicht-flüchtige Speicheranwendungen zweckmäßig. Jedoch stellt das Realisieren niedriger kritischer Abmessungen unter 100 nm, die mit denen übereinstimmen, die man in Dynamischem Direktzugriffsspeicher (Dynamic Random Access Memory, DRAM) findet, eine Herausforderung dar. MTJs sind in hohem Maße für Seitenwandbeschädigungen, sowohl chemischer als auch physischer Art, anfällig, die durch Ätz- und Abscheidungsprozesse verursacht und durch die CMOS-Prozessanforderung eines Ausheilens bei 400 °C noch verschlimmert werden.
Während der Fertigung einer konventionellen STT-MRAM-Vorrichtung, wo eine dielektrische Schicht auf MTJ-Seitenwänden abgeschieden wird, um die MTJ von benachbarten MTJ-Vorrichtungen im STT-MRAM-Array zu isolieren, werden die MTJ-Seitenwände häufig beschädigt. Beschädigungen können zum Beispiel durch Sauerstoffdiffusion durch eine MTJ-Seitenwand hindurch während der Abscheidung einer Oxiddielektrikumschicht entstehen, wodurch ein beträchtlicher Anteil der MTJ oxidiert wird. In einigen Fällen kann Metall aus einer MTJ-Kappschicht erneut an MTJ-Seitenwänden abgeschieden werden, um einen Nebenschluss um die Tunnelsperrschicht herum oder elektrische Kurzschlüsse zu erzeugen. Infolge dessen sinkt die Leistung der Vorrichtung; es entsteht eine erhebliche Ungleichmäßigkeit zwischen Bits, was sich in einer unzweckmäßig größeren Verteilung von maßgeblicher Eckdaten niederschlägt; und die Produktionsausbeute der Vorrichtungen sinkt. Die Reduzierung von Seitenwandbeschädigungen ist ganz besonders an den CoFeB/MgO- (RL/Tunnelsperre und Tunnelsperre/FL) Grenzflächen wichtig, die Grenzflächen-PMA generieren. Darüber hinaus ist allgemein bekannt, dass die fragile Natur der MgO-Tunnelsperrschicht schlechte Korrosionseigenschaften aufweist und es zu rascher Degradierung kommt, wenn sie während der Abscheidung der isolierenden dielektrischen Schicht der Atmosphäre ausgesetzt wird.
Obgleich Verfahren zur Verfügung stehen, um Seitenwandbeschädigungen zu entfernen, die durch Ionenbeschuss und durch Kontakt mit der Atmosphäre während der Abscheidung der dielektrischen Schicht verursacht wurden, sind diese Verfahren allgemein zeitaufwändig und teuer. Darüber hinaus kann es sein, dass die Reparatur einiger Seitenwandbeschädigungen zu kostspielig ist. Es besteht Bedarf an einer Vermeidung von MTJ-Seitenwandbeschädigungen durch Bereitstellen eines Mittels zum Schützen des MTJ-Elements während anschließender Prozessschritte in der Fertigung von Speichervorrichtungen.
KURZE BESCHREIUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die wesentliche Verbesserung der Widerstandsfähigkeit einer MTJ gegen Seitenwandbeschädigungen während Ätz-, Abscheidungs- und Ausheilprozessen in der Fertigung von Speichervorrichtungen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herbeiführen einer Verbesserung der MTJ-Integrität gemäß der ersten Aufgabe, das mit Back End Of Line- (BEOL-) CMOS-Prozessen kompatibel ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden diese Aufgaben durch Abscheiden einer schützenden Passivierungsschicht auf einer MTJ-Seitenwand während der Fertigung einer Speichervorrichtung erfüllt. Die Passivierungsschicht kann mit einem HF-Magnetron gesputtert werden oder kann durch eine Atomschichtabscheidungs- (ALD-) Technik, ein chemisches Aufdampfungs- (CVD-) Verfahren oder ein physikalisches Aufdampfungs-(PVD-) Verfahren gebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Passivierungsschicht eine einzelne Schicht aus B, C oder Ge, die mit einer HF-Leistung von etwa 100 bis 1000 Watt aufgesputtert wird, ohne dass eine reaktive Spezies wie zum Beispiel Stickstoffhaltige und Sauerstoff-haltige Gase und Plasmas zugegen sind. Die Passivierungsschicht hat eine Dicke von mindestens 3 Ångström, um eine kontinuierliche Beschichtung zu ermöglichen. Bevorzugt ist die Passivierungsschicht amorph und nicht kristallin, um eine Diffusion reaktiver Materialien zwischen Kristallen in einem Gitter zu verhindern.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Oxidationsprozess wie zum Beispiel eine natürliche Oxidation (NOX) verwendet, um teilweise oder vollständig eine B-Schicht zu einer BO-Passivierungsschicht, eine C-Schicht zu einer CO-Passivierungsschicht oder eine Ge-Schicht zu einer GeO-Passivierungsschicht zu oxidieren. Alternativ wird in einem ersten Schritt eine B-, C- oder Ge-Schicht abgeschieden und wird dann einem Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess ausgesetzt, um eine BN-, CN-, GeN-, BON-, CON- bzw. GeON-Passivierungsschicht zu bilden, die einen nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen N-Gehalt besitzt. In Abhängigkeit von den in dem vorherigen Oxidationsprozess verwendeten Bedingungen kann eine B/BO-Doppelschicht, eine C/CO-Doppelschicht oder eine Ge/GeO-Doppelschicht gebildet werden. In einer anderen Ausführungsform reagiert eine B-, C- oder Ge-Passivierungsschicht während der Abscheidung einer dielektrischen Schicht mit Sauerstoffspezies und wird teilweise oder vollständig zu einer BO-, CO- oder GeO-Passivierungsschicht oxidiert.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Passivierungsschicht, die eine Legierung umfasst, durch eine Zweischritt-Abscheidungssequenz hergestellt werden. Insbesondere wird eine Legierung mit einer BX-, CX- oder GeX-Zusammensetzung durch einen ersten Schritt des Abscheidens einer B-, C- oder Ge-Schicht und einen anschließenden zweiten Schritt des Abscheidens eines X-Elements gebildet, wobei X eines von B, C, Ge, Si, AI, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist, und wobei X ungleich dem anderen Element in der Legierung ist. Oder anders ausgedrückt: Die anfänglich abgeschiedene B-, C- oder Ge-Schicht dient als ein Opfermaterial und wird während der X-Abscheidung vollständig neu gesputtert, und vereint sich mit dem X-Element, um eine Legierung zu bilden. Bevorzugt haben B in BX, C in CX und Ge in GeX einen Gehalt von mindestens 10 Atom-%.
Gemäß einer anderen Ausführungsform folgt die zuvor beschriebene Zweischrittabscheidung. Jedoch wird während des zweiten Schrittes, der die X-Abscheidung beinhaltet, nur ein oberer (äußerer) Abschnitt der ersten B-, C- oder Ge-Passivierungsschicht neu gesputtert, um eine zweite Passivierungsschicht zu bilden, die BX, CX bzw. GeX umfasst, wodurch eine B/BX-, C/CX- oder Ge/GeX-Zweischichtstruktur als eine Verbundpassivierungsschicht entsteht. Hier wird die Dauer der zweiten Abscheidung verkürzt, oder die Prozessbedingungen während der X-Abscheidung können so justiert werden, dass zum Beispiel eine schwächere HF-Leistung verwendet wird, um zu verhindern, dass die gesamte B-, C- oder Ge-Schicht neu gesputtert wird.
Ein Zweischrittabscheidungsprozess ist insofern von Vorteil, als der erste Schritt des Abscheidens einer B-, C- oder Ge-Schicht die MTJ-Seitenwände wirkungsvoll vor reaktiven Spezies wie zum Beispiel Sauerstoff schützt. Der zweite Schritt des Abscheidens eines X-Materials zum Bilden entweder einer Doppelschicht oder einer einzelnen Legierungsschicht dient vor allem dazu, Beschädigungen der MTJ-Seitenwände durch hochenergetische Ionen während anschließender Prozesse, einschließlich der Abscheidung einer dielektrischen Schicht, zu verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform, wo zwei Abscheidungsschritte verwendet werden, um eine Passivierungsschicht zu bilden, können eines oder beide von Sauerstoff und Stickstoff in den zweiten Abscheidungsschritt eingebunden werden. Somit geht die vorliegende Offenbarung von der Bildung einer Doppelschicht wie zum Beispiel B/BXO, C/CXO, Ge/GeXO, B/BXN, C/CXN, Ge/GeXN, B/BXON, C/CXON oder Ge/GeXON aus, wenn eine X-Schicht auf einer B-, C- oder Ge-Schicht in Gegenwart einer reaktiven Spezies abgeschieden wird, die eines oder beide einer Sauerstoffspezies und einer Stickstoffspezies umfasst. Darüber hinaus können die Oxid-, Nitrid- und Oxynitridschichten ein Verbund sein, dergestalt, dass beispielsweise eine BXO-Schicht BO und BX umfasst, BXN BN und BX umfasst, bzw. BXON BON und BX umfasst.
In der vollendeten Speicherstruktur, die ein MRAM, STT-MRAM oder Spin-Torque-Oszillator (STO) sein kann, gibt es ein Array von MTJ-Elementen, die in mehreren Reihen und Spalten auf einem Substrat ausgebildet sind. In einer MRAM- oder STT-MRAM-Anwendung umfasst das Substrat eine untere Elektrodenschicht, wobei es mehrere Leitungen gibt, dergestalt, dass eine Unterseite jedes MTJ eine Leitung kontaktiert. Jeder MTJ hat eine Seitenwand, die gemäß einer im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsform mit einer schützenden Passivierungsschicht überzogen ist. Darüber hinaus gibt es eine dielektrische Schicht, die eine Oberseite der Passivierungsschicht kontaktiert und die Räume zwischen benachbarten MTJ-Elementen füllt. Die dielektrische Schicht kann ein oder mehrere Oxide, Nitride, Oxynitride oder Carbide umfassen, die auf diesem technischen Gebiet zum Zweck der elektrischen Isolierung verwendet werden, und kann eine Oberseite haben, die mit einer Oberseite des MTJ koplanar ist. Eine obere Elektrodenschicht, die mehrere Leitungen umfasst, wird auf dem Array von MTJ-Elementen dergestalt gebildet, dass jeder MTJ zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode gebildet wird.
In einer STO-Vorrichtung kann das Substrat eine Hauptpolschicht sein, die als eine untere Elektrode dient, und die obere Elektrode kann zum Beispiel eine hintere Abschirmung sein. Eine Passivierungsschicht wird auf einer Seite des STO-Schichtstapels gebildet, die von einer lufttragenden Fläche (Air-Bearing Surface, ABS) fort weist.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Speicherstruktur zeigt, die eine Passivierungsschicht hat, die ein einzelnes Element umfasst und an MTJ-Seitenwänden ausgebildet ist, und mit einer darüberliegenden dielektrischen Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2-5 sind Querschnittsansichten, die eine Abfolge von Schritten zum Bilden einer Speicherstruktur zeigen, die mehrere MTJ-Elemente mit einer einzelnen Passivierungsschicht aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6-7 sind Querschnittsansichten eines Prozesses, der die Passivierungsschicht in 3 in eine Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridpassivierungsschicht umwandelt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8-9 sind Querschnittsansichten eines Prozesses, wobei ein Element X mit der Passivierungsschicht in 3 reagiert, um eine Einzellegierungs-Passivierungsschicht zu bilden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10-11 sind Querschnittsansichten eines Prozesses, wobei die Einzellegierungs-Passivierungsschicht in 9 einem Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess ausgesetzt wird, gemäß Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 ist eine Querschnittsansicht einer im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsform, wobei der Prozess in 6 eine Zweischichtstruktur für die Passivierungsschicht bildet.
13 ist eine Querschnittsansicht einer im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsform, wobei der Prozess in 8 eine Zweischichtstruktur für die Passivierungsschicht bildet.
14 ist eine Querschnittsansicht einer im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsform, wobei die Zweischichtstruktur in 13 einem Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess ausgesetztwird.
15-16 sind Querschnittsansichten einer im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsform, wobei ein Element X in Gegenwart eines oder beider einer Sauerstoff- und einer Stickstoffspezies auf die einzelne Passivierungsschicht in 3 aufgesputtert wird, um eine Passivierungsschicht mit einer Zweischichtstruktur zu bilden.
17 ist eine Querschnittsansicht einer Passivierungsschicht mit einer Dreischichtstruktur, die durch den Prozess in 14 gebildet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
18 ist eine Draufsicht der Speicherstruktur in 1, die mehrere MTJ-Elemente enthält, die in Reihen und Spalten zwischen einer unteren Elektrodenschicht und einer oberen Elektrodenschicht ausgebildet sind.
19 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Speicherstruktur eine Passivierungsschicht umfasst, die an MTJ-Seitenwänden ausgebildet ist, und die Passivierungsschicht eine Doppelschichtkonfiguration hat.
20 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Speicherstruktur eine Passivierungsschicht umfasst, die an MTJ-Seitenwänden ausgebildet ist, und die Passivierungsschicht eine Dreischichtkonfiguration hat.
21 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei eine STO-Vorrichtung eine Seitenwand hat, die durch eine Passivierungsschicht geschützt ist, und eine dielektrische Schicht auf der Passivierungsschicht gebildet wird.
22 ist ein Diagramm des magnetoresistiven Verhältnisses (dR/R) als eine Funktion der MTJ-Größe, das einen Vergleich von MTJs, die keine schützende Passivierungsschicht haben, mit MTJs zeigt, die eine schützende B-Passivierungsschicht haben und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind.
23 ist ein Diagramm, das Hc als eine Funktion der MTJ-Größe für MTJs, die keine schützenden Passivierungsschicht haben, und für MTJs, die eine schützende B-Passivierungsschicht haben und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind, zeigt.
24 ist ein Diagramm, das ein Neigen als eine Funktion der MTJ-Größe für MTJs, die keine schützende Passivierungsschicht haben, und für MTJs, die eine schützende B-Passivierungsschicht haben und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind, zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft die verbesserte strukturelle Integrität von MTJ-Elementen, insbesondere während Prozessen, die eine Abscheidung von dielektrischen Schichten zwischen MTJ-Seitenwänden und den Kontakt mit hohen Temperaturen von ungefähr 400 °C beinhalten. Die MTJ-Elemente können in einer Vielzahl verschiedener Speichervorrichtungen ausgebildet werden, einschließlich beispielsweise MRAM-, Spin-Torque MRAM- und anderer spintronischer Vorrichtungen, wie zum Beispiel einem Spin-Torque-Oszillator (STO). In den Zeichnungen verläuft eine Dicke einer Schicht in der z-Achsen-Richtung, eine Breite verläuft in der x-Achsen-Richtung, und eine Länge verläuft in der y-Achsen-Richtung. Die Begriffe „dielektrisch“ und „Isolierung“ können untereinander austauschbar verwendet werden.
Wie zuvor angesprochen, werden heute viele Speichervorrichtungen in CMOS-Plattformen integriert, um eine höhere Leistung zu erreichen. Jedoch beobachten wir wesentlich mehr Defekte und eine verminderte Leistung der Vorrichtungen, wenn dielektrische Schichten direkt an MTJ-Seitenwänden durch konventionelle Verfahren abgeschieden werden und die entstandene Vorrichtung bei Temperaturen von ungefähr 400 °C, wie sie in der CMOS-Verarbeitung erforderlich sind, ausgeheilt wird. Das war für uns der Anreiz, ein Mittel zum Schützen von MTJ-Elementen zu implementieren, um eine höhere Leistung und größere Produktionsausbeuten für Speicheranwendungen zu erreichen.
Wir wenden uns 1 zu, wo eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist, wobei eine Speichervorrichtung mehrere MTJs umfasst, einschließlich MTJ-11a und MTJ-nb, die Seitenwände 11s1 bzw. 11s2 haben und durch eine Passivierungsschicht 12 geschützt sind. MTJ-11a wird zwischen einer unteren Elektrode 10a und einer oberen Elektrode 14a gebildet, während MTJ-nb zwischen der unteren Elektrode 10a und der oberen Elektrode 14b liegt. In einer MRAM- oder STT-MRAM-Ausführungsform ist die untere Elektrode eine Leitung, die sich entlang der x-Achse erstreckt, und die oberen Elektroden sind Leitungen, die sich in der y-Achsen-Richtung erstrecken. Die unteren und oberen Elektroden umfassen in der Regel ein oder mehrere Metalle oder eine oder mehrere Legierungen, um ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit sicherzustellen. Es gibt eine Isolierschicht 15, die auf einem beträchtlichen Teil der Oberseite 13t der dielektrischen Schicht ausgebildet ist. Innerhalb der Isolierschicht umfasst eine obere Elektrodenschicht mehrere obere Elektroden, einschließlich der oberen Elektroden 14a, 14b. Es ist zu beachten, dass jede der oberen Elektroden eine Breite w1 haben kann, die größer als eine Breite der Oberseiten 11t1 und 11t2 ist. Oder anders ausgedrückt: Ein innerer Abschnitt der oberen Elektroden kann über der Passivierungsschicht 12 und einem äußeren Abschnitt der Oberseite 13t liegen, der sich nahe der Passivierungsschicht befindet.
Es versteht sich, dass in der Regel Millionen von MTJs in Reihen und Spalten in einem Speicher-Array auf einem Substrat ausgerichtet sind und jeder MTJ zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode ausgebildet ist. Jedoch ist die Anzahl der in 1 gezeigten MTJs auf zwei begrenzt, um die Zeichnung zu vereinfachen. Die MTJs können eine Vielzahl verschiedener Konfigurationen haben, aber jeder MTJ hat mindestens eine Tunnelsperrschicht, die zwischen einer Referenzschicht (Reference Layer, RL) und einer freien Schicht (Free Layer, FL) in einem RL/Tunnelsperre/FL- oder FL/Tunnelsperre/RL-Stapel auf einem Substrat (nicht gezeigt), das zum Beispiel eine Keimschicht ist, ausgebildet ist.
Bevorzugt hat die Passivierungsschicht 12 eine gleichmäßige Dicke und kontaktiert nicht nur die MTJ-Seitenwände 11s1 und 11s2 und andere MTJ-Seitenwände, die nicht dargestellt sind, sondern grenzt auch an Abschnitte der Oberseiten von unteren Elektroden, wie zum Beispiel die Oberseite 10t der unteren Elektrode 10a, die nicht durch MTJs bedeckt sind. Gemäß einem Aspekt ist die Passivierungsschicht nicht-magnetisch und ist eine einzelne Schicht mit einer Dicke von mindestens 3 Ångström, um eine kontinuierliche Beschichtung zu ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Passivierungsschicht amorph und nicht kristallin, um eine Diffusion reaktiver Materialien zwischen Kristallen in einem Gitter zu verhindern, und kann eine einzelne Schicht aus B, C oder Ge sein. Eine Kohlenstoff-Passivierungsschicht kann eine diamantartige Struktur oder einen hohen Grad an sp3-Bondung aufweisen, die durch ein CVD- oder PVD-Verfahren abgeschieden wird. Wir haben entdeckt, dass der maximale Vorteil einer gleichmäßigeren Koerzitivkraft (Hc) über einen Bereich von MTJ-Größen für eine Dicke einer B-Passivierungsschicht von etwa 5 Ångström minimiert wird und ein wenig kleiner wird, wenn die Dicke auf 10 Ångström oder mehr vergrößert wird. Darüber hinaus ist ein wesentliches Merkmal aller im vorliegenden Text offenbarten Passivierungsschichten die Fähigkeit zum Schutz von MTJ-Seitenwänden vor Angriffen durch reaktive Spezies während Prozessen, die die Abscheidung einer dielektrischen Schicht zwischen MTJ-Elementen beinhalten.
Die vorliegende Offenbarung umfasst außerdem ein Verfahren zum Bilden einer einzelnen Passivierungsschicht an den MTJ-Seitenwänden. Zuerst wird ein Verfahren zum Herstellen mehrerer MTJs beschrieben. In 2 wird ein MTJ-Schichtstapel auf einer unteren Elektrodenschicht gebildet, die eine untere Elektrode 10a enthält. Alle Schichten in dem MTJ-Stapel können in einer Gleichstrom-Sputterkammer eines Sputtersystems abgeschieden werden, wie zum Beispiel eines Sputterabscheidungssystems Anelva C-7100, das Ultrahochvakuum-Gleichstrommagnetron-Sputterkammern mit mehreren Zielen und mindestens eine Oxidationskammer enthält, um eine Tunnelsperre wie zum Beispiel MgO aus einer Mg-Schicht zu bilden und dadurch einen TMR-Effekt zu erzeugen. In der Regel beinhalten die Sputterabscheidungsprozesse für verschiedene Schichten ein Inertgas wie zum Beispiel Ar und einen Basisdruck zwischen 5 × 10^-8 und 5 × 10^-9 torr.
Eine Photoresistschicht wird auf dem MTJ-Schichtstapel gebildet und wird durch eine allgemein bekannte Fotolithografietechnik strukturiert, so dass mehrere Inseln entstehen, einschließlich Photoresistinseln 30a, 30b, die jeweils eine Breite w haben. Anschließend wird ein konventioneller reaktiver Ionenätz- (Reactive Ion Etch, RIE-) oder Ionenstrahlätz- (Ion Beam Etch, IBE-) Prozess ausgeführt, um Regionen des MTJ-Schichtstapels zu entfernen, die nicht durch eine Photoresistinsel geschützt sind. Es ist zu beachten, dass der Fotolithografieprozess ein Array von Photoresistinseln erbringt, die in Reihen und Spalten verlaufen, dergestalt, dass jede Insel als eine Ätzmaske dient und der RIE- oder IBE-Prozess einen MTJ unter jeder Ätzmaske generiert. Somit werden MTJ 11a und MTJ 11b mit Seitenwänden 11s1 bzw. 11s2 unter den Inseln 30a und 30b ausgebildet, und es befinden sich Öffnungen 50 auf jeder Seite der MTJs, die Abschnitte der Oberseite 10t der unteren Elektrode freilegen. In der beispielhaften Ausführungsform bildet der RIE- oder IBE-Prozess nicht-vertikale Seitenwände 11s1 und 11s2, dergestalt, dass eine Unterseite jedes MTJ an der Oberseite 10t eine größere Breite als w hat. Jedoch können in Abhängigkeit von den Ätzbedingungen auch im Wesentlichen vertikale MTJ-Seitenwände gebildet werden.
Wir wenden uns 3 zu, wo ein konventioneller Prozess verwendet wird, um die Photoresistinseln 30a, 30b zu entfernen. Dann wird eine einzelne Passivierungsschicht 12 aus B, C oder Ge auf der Oberseite 10t und auf dem Array von MTJs, einschließlich der Oberseiten 11t1 und 11t2, und an den Seitenwänden 11s1 und 11s2 der MTJ 11a bzw. MTJ 11b abgeschieden. Dementsprechend verkleinert sich jede Öffnung 50 zu einer Öffnung 50a. Ein Magnetronsputterprozess, PVD, CVD oder ein Atomschichtabscheidungs- (ALD-) Prozess kann zum Abscheiden der Passivierungsschicht verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Abscheidungsprozess in Abwesenheit einer reaktiven Spezies, einschließlich Stickstoff-haltiger und Sauerstoff-haltiger Gase und Plasmas, ausgeführt. Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht mit einer HF-Leistung im Bereich von 100 bis 1000 Watt und mit einem Kammerdruck von 0,05 bis 20 mtorr abgeschieden werden, um eine Erosion von MTJ-Seitenwänden zu verhindern.
Bevorzugt wird die Passivierungsschicht konformal mit einer Dicke an den Seitenwänden 11s1 und 11s2 abgeschieden, die im Wesentlichen einer Dicke auf der Oberseite 10t der unteren Elektrode entspricht. Obgleich es schwierig ist, dünne Passivierungsschichtdicken in der Größenordnung von 5-10 Ångström während der Fertigung der Vorrichtungen zu messen, kann ein unabhängiges Experiment ausgeführt werden, wobei ein wesentlich dickerer Film zum Beispiel aus B während eines Zeitraums „d“ auf einem planaren (nicht zum Produkt gehörenden) Substrat abgeschieden wird. Sobald die Dicke „t“ des B-Films mittels einer Transmissionselektronenmikroskop- (TEM-) Technik gemessen wurde, wird eine Abscheidungsrate „t/d“ in Ängström pro Minute für den Abscheidungsprozess bestimmt. Dann wird die Abscheidungsrate dafür verwendet, eine Abscheidungszeit zu berechnen, die wesentlich kürzer als „d“ ist, um eine dünne Passivierungsschicht mit einer Dicke von etwa 5-10 Ängström auf Substraten zu erzeugen, die MTJs 11a, 11b umfassen.
Wir wenden uns 4 zu, wo eine dielektrische Schicht 13 auf der Passivierungsschicht 12 durch ein konventionelles Verfahren auf ein Niveau abgeschieden wird, das die Öffnungen 50a füllt. Obgleich die Abscheidung der dielektrischen Schicht in der Regel reaktive Sauerstoff- oder Stickstoff-Spezies enthält, sind die MTJ-Seitenwände 11s1, 11s2 von den reaktiven Spezies durch das Vorhandensein der Passivierungsschicht geschützt. Die dielektrische Schicht kann ein oder mehrere Oxide, Nitride, Oxynitride oder Carbide umfassen, die auf diesem technischen Gebiet für den Zweck elektrischer Isolierungen verwendet werden, und wird in der Regel mit einer physikalischen Aufdampfungs- (PVD-) oder Plasma-verstärkten chemischen Aufdampfungs-(PECVD-) Technik abgeschieden.
Gemäß einer in 5 gezeigten Ausführungsform wird ein allgemein bekannter chemischmechanischer Polier- (CMP-) Prozess ausgeführt, um einen oberen Abschnitt der dielektrischen Schicht 13 zu entfernen, dergestalt, dass die teilweise gebildete Speichervorrichtung eine Oberseite entlang der Ebene 22-22 hat, welche die Oberseite 13t und die Oberseiten 11t1 und 11t2 von MTJ 11a bzw. MTJ 11b der dielektrischen Schicht enthält. In einigen Ausführungsformen ist die oberste MTJ-Schicht eine Hartmaske, wie zum Beispiel MnPt mit einer Oberseite, die 11t1 oder 11t2 ist. In anderen Ausführungsformen ist die oberste MTJ-Schicht zum Beispiel eine Kappschicht, wie zum Beispiel Ru, oder sie hat eine Ru/Ta/Ru-Konfiguration.
Wir kehren zu 1 zurück. Es folgt eine anschließende Abfolge von Schritten, die auf diesem technischen Gebiet allgemein bekannt sind. Zu ihnen gehören Photoresiststrukturierungs- und Ätzprozesse, die verwendet werden, um eine obere Elektrodenschicht mit oberen Elektroden 14a, 14b innerhalb der Isolierschicht 15 zu bilden, wobei die obere Elektrode 14a an die Oberseite von MTJ 11a grenzt und die obere Elektrode 14b die Oberseite von MTJ 11b kontaktiert. Wie zuvor angesprochen, umfasst die obere Elektrodenschicht in der Regel mehrere obere Elektroden, die zum Beispiel in einem Array paralleler Leitungen ausgebildet sind, aber in der beispielhaften Ausführungsform sind nur zwei obere Elektroden gezeigt. Die Isolierschicht kann Siliziumoxid oder Aluminiumoxid oder andere dielektrische Materialien umfassen, die auf diesem technischen Gebiet verwendet werden, um benachbarte leitfähige Elemente elektrisch zu isolieren.
Es versteht sich, dass die Passivierungsschicht 12 in 1 durch die Passivierungsschicht 12x, die Passivierungsschicht 12y oder die Passivierungsschicht 12z ersetzt werden kann, die in den Ausführungsformen in Bezug auf 7, 9 bzw. 11 beschrieben sind.
Gemäß einer anderen Einzelschichtausführungsform, die in 6 dargestellt ist, wird die Passivierungsschicht 12, die zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, einem Oxidationsprozess ausgesetzt, wie zum Beispiel einer natürlichen Oxidation (NOX) mit einer Sauerstoffspezies 24. Der NOX-Prozess kann eine Sauerstoffdurchflussrate von 1 bis 10 Standardkubikzentimetern pro Minute (sccm) für einen Zeitraum von 10 bis 600 Sekunden umfassen. In einer alternativen Ausführungsform wird eine Nitridierung unter Verwendung der Stickstoffspezies 24 an einer einzelnen Passivierungsschicht ausgeführt, die B, C oder Ge umfasst. Darüber hinaus kann die Spezies 24 sowohl eine reaktive Sauerstoffspezies als auch eine reaktive Stickstoffspezies in einem Oxynitridierungsprozess enthalten. Es ist wichtig, dass die Oxidations- und Nitridierungsbedingungen hinreichend mild sind, um zu verhindern, dass Sauerstoff- oder Stickstoffspezies in die Passivierungsschicht dringen und mit den MTJ-Seitenwänden 11s1, 11s2 reagieren. Infolge dessen kann im Wesentlichen die gesamte B-Passivierungsschicht in eine BO-, BN- oder BON-Schicht umgewandelt werden, eine C-Passivierungsschicht kann in eine CO-, CN- oder CON-Schicht umgewandelt werden, und eine Ge-Passivierungsschicht kann in eine GeO-, GeN- oder GeON-Schicht umgewandelt werden.
Die vorliegende Offenbarung umfasst außerdem eine Ausführungsform, bei der ein BN-, BO-, BON-, CN-, CO-, CON-, GeN-, GeO- oder GeON-Ziel verwendet wird, um eine einzelne Passivierungsschicht 12x an MTJ-Seitenwänden 11s1, 11s2 abzuscheiden, wie in 7 dargestellt. Zum Beispiel kann ein BN-, CN- oder GeN-Ziel in Gegenwart eines Inertgases, aber ohne eine reaktive Stickstoffspezies aufgesputtert werden, um eine BN-, CN- bzw. GeN-Passivierungsschicht zu bilden. Gleichermaßen kann ein BO-, CO- oder GeO-Ziel mit einem Inertgas in Abwesenheit einer reaktiven Sauerstoffspezies verwendet werden, um eine BO-, CO- bzw. GeO-Passivierungsschicht an MTJ-Seitenwänden zu bilden.
Wie in 7 gezeigt, reagiert die anfänglich abgeschiedene Passivierungsschicht 12 mit einer oder beiden einer reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies 24 in 6 und wird dadurch zu der Passivierungsschicht 12x umgewandelt. In einem Aspekt wird nur ein Abschnitt der B-, C- oder Ge-Passivierungsschicht zu einem Oxid-, Nitrid- oder Oxynitrid davon umgewandelt, während eine bestimmte Anzahl von B-, C- oder Ge-Atomen zurückbleibt, so dass ein nicht-stoichiometrischer Oxidationszustand und/oder ein nicht-stoichiometrischer Nitridierungszustand in der Passivierungsschicht 12x entsteht. In Abhängigkeit von der Länge des Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozesses und der Konzentration der Sauerstoff- oder Stickstoffspezies in der Reaktionskammer kann die Passivierungsschicht 12 vollständig zu einem Oxid, Nitrid oder Oxynitrid in der Passivierungsschicht 12x umgewandelt werden, um einen sogenannten stoichiometrischen Oxidations- oder stoichiometrischen Nitridierungszustand zu bilden. Die vorliegende Offenbarung umfasst außerdem eine Ausführungsform, bei der eine B-, C- oder Ge-Passivierungsschicht 12 mit einer Sauerstoffspezies, Stickstoffspezies oder beiden Spezies während der anschließenden Verarbeitung reagiert, wenn eine dielektrische Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschicht 13 auf der Passivierungsschicht 12 abgeschieden wird. Infolge dessen wird die anfänglich abgeschiedene B-, C- oder Ge-Passivierungsschicht zu einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridpassivierungsschicht 12x mit einem nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen Oxidationszustand bzw. Nitridierungszustand umgewandelt, dergestalt, dass die Passivierungsschicht 12 in 1 durch die Passivierungsschicht 12x ersetzt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in den 8-9 gezeigt ist, werden zwei Abscheidungsschritte ausgeführt, um eine einzelne Passivierungsschicht zu erhalten, die eine BX-, CX- oder GeX-Legierungszusammensetzung aufweist. Insbesondere wird die Passivierungsschicht 12 so gebildet, wie es zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Danach wird ein X-Element 25 in 8 auf die B-, C- oder Ge-Schicht aufgesputtert, wobei X eines von B, C, Ge, Si, Al, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist, und wobei X ungleich dem anderen Element in der Legierung ist. Oder anders ausgedrückt: Die anfänglich abgeschiedene B-, C- oder Ge-Schicht dient als ein Opfermaterial und wird während der X-Abscheidung vollständig neu gesputtert, und vereint sich mit dem X-Element, um eine Legierungspassivierungsschicht 12y in 9 zu bilden. Bevorzugt haben B in einer BX-Legierung, C in einer CX-Legierung und Ge in einer GeX-Legierung einen Gehalt von mindestens 10 Atom-%. Wie in vorherigen Ausführungsformen hat die Passivierungsschicht eine Mindestdicke von 3 Ängström und eine maximale Dicke von etwa 10-20 Ångström und bildet bevorzugt eine konformale Schicht an MTJ-Seitenwänden 11s1, 11s2, auf MTJ-Oberseiten 11t1, 11t2 und auf freiliegenden Regionen der Oberseite 10t der unteren Elektrode. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Passivierungsschicht werden die optimalen Nutzeffekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Passivierungsschichtdicke von 5 bis 10 Ångström erreicht.
Eine andere Ausführungsform mit einer einzelnen Passivierungsschicht ist in den 10-11 gezeigt. In 10 wird die BX-, CX- oder GeX-Legierungspassivierungsschicht 12y in 9 mit einer Spezies 24 behandelt, die einen reaktiven Sauerstoff und/oder eine reaktive Stickstoffspezies umfasst. 11 zeigt, dass der Prozess in 10 eine Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridpassivierungsschicht 12z erbringt, die einen stoichiometrischen oder nicht-stoichiometrischen Oxidations- oder Nitridierungszustand haben kann. Somit kann die oxidierte Legierung BXO, CXO oder GeXO oder die nitridierte Legierung BXN, CXN oder GeXN oder die oxynitridierte Legierung BXON, CXON oder GeXON in der Passivierungsschicht 12z eine bestimmte Anzahl unreagierter BX-, CX- oder GeX-Legierungsmoleküle haben. Jedoch kann im Wesentlichen die gesamte Legierungsschicht 12y unter bestimmten Bedingungen so oxidiert, nitridiert oder oxynitridiert werden, dass keine BX-, CX- oder GeX-Legierung in der Passivierungsschicht 12z zurückbleibt.
Wir wenden uns 12 zu. Die vorliegende Offenbarung enthält außerdem eine Ausführungsform, bei der eine Passivierungsschicht mit einer Zweischichtstruktur vor oder während der Abscheidung der dielektrischen Schicht 13 gebildet wird. Zum Beispiel können die Bedingungen, die in dem Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess in 6 gezeigt sind, der reaktive Spezies 24 umfasst, so weit gesteuert werden, dass nur ein oberer Abschnitt der Passivierungsschicht 12 zu einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridpassivierungsschicht 12x umgewandelt wird. Optional werden die reaktiven Spezies 24 während der Abscheidung der dielektrischen Schicht zugeführt. In jedem Fall wird eine Doppelschicht mit einer unteren Passivierungsschicht 12, die an MTJ-Seitenwände 11s1, 11s2 und MTJ-Oberseiten 11t1, 11t2 grenzt, und einer oberen Passivierungsschicht 12x auf der Oberfläche der unteren Passivierungsschicht gebildet, um eine B/BO-, C/CO-, Ge/GeO-, B/BN-, C/CN-, Ge/GeN-, B/BON-, C/CON- oder Ge/GeON-Konfiguration zu erhalten. Das Zweischichtregime ist gegenüber einer einzelnen Schicht aus B, C oder Ge insofern vorteilhaft, als eine Oxid- oder Nitrid-Passivierungsschicht 12x allgemein eine bessere Adhäsion an der anschließend abgeschiedenen dielektrischen Schicht 13 besitzt als die Passivierungsschicht 12.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in 13 veranschaulicht. Es gibt eine Zweischichtstruktur für die Passivierungsschicht, die eine untere Passivierungsschicht 12 und eine obere Passivierungsschicht 12y auf einer Oberseite der unteren Passivierungsschicht umfasst. Dieses Zweischichtregime resultiert aus dem in 8 gezeigten Prozess, bei dem die Abscheidung des X-Elements so weit gesteuert wird, dass nur ein oberer Abschnitt der Passivierungsschicht 12 neu gesputtert wird, um die BX-, CX- oder GeX-Legierungspassivierungsschicht 12y zu bilden. Dieses Zweischichtregime wird durch eine B/BX-, C/CX- oder Ge/GeX-Konfiguration dargestellt. Die Öffnung 50b ist kleiner als die Öffnung 50a, weil der Zweischichtstapel 12/12y eine größere Dicke hat als die einzelne Passivierungsschicht 12 in 3.
Wie in 14 gezeigt, geht die vorliegende Offenbarung von einem Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess mit Spezies 24 aus, nachdem der Zweischichtstapel 12/12y in 13 gebildet wurde. In einer Ausführungsform wird die Passivierungsschicht 12y teilweise oder vollständig oxidiert (oder nitridiert oder oxynitridiert), um den Zweischichtstapel 12/12z zu bilden, wobei die Passivierungsschicht 12z eine BXO-, CXO-, GeXO-, BXN-, CXN-, GeXN-, BXON-, CXON- oder GeXON-Zusammensetzung hat, die in 16 dargestellt ist. Oder anders ausgedrückt: Die Oxidations- und Nitridierungsprozessbedingungen sind hinreichend mild, damit eine kontinuierliche Passivierungsschicht 12 an den MTJ-Seitenwänden und -Oberseiten zurückbleibt und nur die äußere Schicht 12y mit der Spezies 24 reagiert, um die Schicht 12z zu bilden.
15 zeigt ein alternatives Verfahren zum Bilden der Passivierungsschicht, die den Zweischichtstapel 12/12z in 16 aufweist. Es ist zu beachten, dass während der Abscheidung des X-Elements 25 auf der Passivierungsschicht 12 die Spezies 24 in der Reaktionskammer enthalten sein können. Darüber hinaus werden die Abscheidungsbedingungen so weit gesteuert, dass nur eine obere Region der Passivierungsschicht 12 neu gesputtert wird, um eine B/BXO-, C/CXO- oder eine Ge/GeXO-Doppelschicht durch einen Oxidationsprozess, eine B/BXN-, C/CXN- oder eine Ge/GeXN-Doppelschicht durch einen Nitridierungsprozess oder eine B/BXON-, C/CXON- oder eine Ge/GeXON-Doppelschicht durch einen Oxynitridierungsprozess zu erhalten.
Wie in 17 angedeutet, enthält die vorliegende Offenbarung eine Ausführungsform, bei der ein Dreischichtstapel als eine Passivierungsschicht gebildet wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der in 14 gezeigte Prozess so weit gesteuert werden, dass nur ein oberer Abschnitt der BX-, CX- oder GeX-Schicht 12y oxidiert, nitridiert oder oxynitridiert wird, um eine oberste Passivierungsschicht 12z zu bilden. Somit wird eine B/BX/BXO-, C/CX/CXO- oder Ge/GeX/GeXO-Dreifachschicht hergestellt, wenn die Spezies 24 in 14 einen Oxidationsprozess repräsentieren. Alternativ wird eine B/BX/BXN-, C/CX/CXN- oder Ge/GeX/GeXN-Dreifachschicht gebildet, wenn die Spezies 24 in 14 in einem Nitridierungsprozess verwendet wird, oder eine B/BX/BXON-, C/CX/CXON- oder Ge/GeX/GeXON-Dreifachschicht wird durch einen Oxynitridierungsprozess gebildet.
Wir wenden uns 18 zu, wo eine Draufsicht der Speicherstruktur in 1 dargestellt ist. Ebene 20-20 bezeichnet die Position, wo die Querschnittsansicht in 1 entlang verläuft. In der beispielhaften Ausführungsform, bei der zwei zusätzliche MTJs 11c und 11d zwischen einer zweiten unteren Elektrode 10b und oberen Elektroden 14a bzw. 14b gezeigt sind, ist die Breite w1 der oberen Elektroden bevorzugt größer als die Breite w der MTJs 11a-11d. Außerdem ist eine Länge b der unteren Elektroden 10a, 10b in der y-Achsen-Richtung in der Regel größer als die Länge c der MTJs. Die MTJs haben eine im Wesentlichen kreisrunde Form, die ein Kreis oder eine Ellipse sein kann. In anderen Ausführungsformen können die MTJs eine polygonale Form haben, wie zum Beispiel ein Quadrat oder ein Rechteck.
Wir wenden uns 19 zu, wo eine Modifizierung der Speichervorrichtung in 1 gezeigt ist, bei der alle Schichten beibehalten wurden, außer dass die Passivierungsschicht 12 durch eine Zweischichtstruktur ersetzt wurde. In der beispielhaften Ausführungsform hat die Doppelschicht einen Stapel 12/12y, wie zuvor mit Bezug auf 13 erläutert. Jedoch kann die Doppelschicht auch einen Stapel 12/12x haben, wie in 12 dargestellt, oder eine Konfiguration 12/12z, wie in 16 gezeigt.
Wir wenden uns 20 zu, wo eine Modifizierung der Speichervorrichtung in 1 gezeigt ist, bei der alle Schichten beibehalten wurden, außer dass die Passivierungsschicht 12 durch eine Dreischichtstruktur ersetzt wurde. In der beispielhaften Ausführungsform hat die Dreifachschicht einen Stapel 12/12y/12z, wie zuvor mit Bezug auf 17 erläutert.
In 21 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt, bei der die zuvor beschriebene Passivierungsschicht 12 als eine Schutzmaßnahme in einer STO-Vorrichtung verwendet werden kann. Eine STO-Vorrichtung 40 wird zwischen einer Hauptpolschicht 17 und der hinteren Abschirmung 18 gebildet. In diesem Fall fließt ein Gleichstrom (100 % Arbeitszyklus) oder ein gepulster Strom 1 von einer Quelle 35 durch eine Anschlussleitung 36 zu dem Hauptpol 17 und fließt dann durch den STO 40 und die hintere Abschirmung 18, bevor er durch die Anschlussleitung 37 austritt. Der gepulste Strom kann in einer Größenordnung von 0,1 ns „ein“ sein, gefolgt von einem Aus-Zeitraum eines Bruchteils einer Nanosekunde bis zu mehreren Nanosekunden. Der STO 40 kann eine untere Spin-Valve-Konfiguration haben, bei der eine Keimschicht 41, eine Spin-Polarizations- (SP-) Schicht 42, ein nicht-magnetischer Abstandshalter 43, eine Oszillationsschicht (OL) 44 und eine Kappschicht 45 der Reihe nach auf dem Hauptpol ausgebildet sind, dergestalt, dass eine Unterseite der Keimschicht den Hauptpol kontaktiert und eine Oberseite der Kappschicht die hintere Abschirmung kontaktiert. Eine oder beide Schichten 41, 43 sind ein Metalloxid, um senkrechte magnetische Anisotropie (PMA) 46 in der SP-Schicht zu erzeugen. Die z-Achse ist die Mediumbewegungsrichtung und ist die Abwärtsspurrichtung.
Während eines Schreibprozesses verläuft ein Magnetfluss 8 durch die ABS 33-33 und durchquert das magnetische Medium 7 und die weiche Unterschicht 6, und der Fluss 8a tritt durch die hintere Abschirmung 18 wieder in den Schreibkopf ein. Unter einem Spaltfeld 8b von mehreren tausend Oe und einer Gleichstromvorspannung an dem STO wird der Schreibprozess durch einen spinpolarisierten Strom unterstützt, der von der SP-Schicht 42 mit ausreichender Größenordnung (kritischer Stromdichte) zu der OL 44 fließt, um eine Oszillation 47 mit großem Winkel mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz in der OL herbeizuführen, die ein HF-Field 49 an dem Mediumbit 9 erzeugt. Der kombinierte Effekt des HF-Feldes und des Magnetfeldes 8 ermöglicht es, die Magnetisierung 5 in dem Bit mit einem schwächeren Magnetfeld zu wechseln, als wenn nur das Magnetfeld 8 angelegt werden würde.
Die STO-Vorrichtung 40 wird als ein MTJ angesehen, bei dem die SP-Schicht 42 als eine Referenzschicht dient, der nicht-magnetische Abstandshalter 43 eine Tunnelsperre ist, und die OL-Schicht 44 praktisch eine freie Schicht ist. Die Zusammensetzung der Schichten 41-45 ist ausführlich in dem verwandten US-Patent 9,230,571 beschrieben. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist, dass die Passivierungsschicht 12 auf einer Rückseite 17t des Hauptpols und an einer Seitenwand 40s des STO 40 gebildet wird, wodurch die Seitenwand während der Abscheidung der dielektrischen Schicht 13, die zwischen der Hauptpolschicht 17 und der hinteren Abschirmung 18 gebildet wird, geschützt wird. Infolge dessen behält die STO-Vorrichtung ihre strukturelle Integrität während anschließender Fertigungsschritte bei, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die STO-Seitenwand für Beschädigungen durch reaktive Gase anfällig ist, die bei der Abscheidung der dielektrischen Schicht verwendet werden.
Wir wenden uns 22 zu, wo ein Experiment ausgeführt wurde, um die verbesserte Leistung zu demonstrieren, die durch die Implementierung einer schützenden Passivierungsschicht an MTJ-Seitenwänden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht wird. Eine Reihe von MTJ-Elementen wurden in einer kreisrunden Form gefertigt (w = c in 18), wobei der Durchmesser w von ungefähr 20 nm bis 40 nm variiert wurde. Für jede MTJ-Größe war die Hälfte der Prüfstücke nicht mit einer Passivierungsschicht geschützt, und die Hälfte der Prüfstücke war durch eine 5 Ångström dicke B-Passivierungsschicht geschützt, die in einer Anelva-Sputterabscheidungskammer unter folgenden Bedingungen abgeschieden wurde: 600 Watt HF-Leistung; eine Ar-Durchflussrate von 150 Standardkubikzentimetern pro Minute (sccm); eine B-Ziel-zu-Substrat-Distanz von 240 mm, um eine B-Abscheidungsrate von 0,18 Ängström/s zu erhalten (gemäß TEM-Analyse). Somit wurden mehrere verschiedene MTJ-Größen gefertigt, und für jede wurde ein TMR-Verhältnis (dR/R) bei 25 °C mit einem Accretech UF300A-Prober gemessen. Das TMR-Verhältnis wird auch als (Rp-Rap)/Rp × 100 ausgedrückt, wobei Rp und Rap der Widerstand bei parallelen bzw. antiparallelen Konfigurationen für die Referenzschicht und die freie Schicht in einem MTJ-Element sind. Jede MTJ-Charge wurde vor der TMR-Messung 2,5 Stunden lang bei 400 °C ausgeheilt.
Die Ergebnisse in 22 zeigen, dass MTJs mit einer schützenden B-Passivierungsschicht ein höheres dR/R-Verhältnis besaßen als MTJs, die durch einen Process of Record (POR) gefertigt wurden, der kein Abscheiden einer Passivierungsschicht an MTJ-Seitenwänden beinhaltet, insbesondere für MTJ-Durchmesser zwischen 20 nm und 35 nm.
In 23 ist die Koerzitivkraft (Hc) als eine Funktion des MTJ-Durchmessers aufgetragen, der im Bereich von 50 bis 300 nm liegt. Auch hier wurde festgestellt, dass MTJs mit einer schützenden B-Passivierungsschicht (5 Ångström dick) eine höhere Leistung (eine größere Hc) haben als POR-MTJs, was insbesondere für die kleineren MTJ-Größen von 50 nm bis 250 nm gilt. In diesem Fall wurden die Ergebnisse bei 125 °C unter Verwendung eines Accretech UF300A-Probers gemessen.
Wir wenden uns 24 zu. Wir haben festgestellt, dass - verglichen mit als Referenz dienenden POR-MTJs ohne Passivierungsschicht - ein Neigen signifikant verbessert wird, wenn eine 5 Ängström dicke schützende Passivierungsschicht an MTJ-Seitenwänden gebildet wird. Die Neigungsergebnisse wurden ebenfalls bei 125 °C mit dem Accretech UF300A-Prober bestimmt. Die Neigungswerte auf der y-Achse beziehen sich auf die Parallelität der magnetischen Momente der AP1- und AP2-Subschichten in einem MTJ, bei dem die Referenzschicht eine Synthetic AntiParallel- (SyAP-) Konfiguration aufweist, die durch AP2/Kopplungsschicht/APi-Schichtstapel repräsentiert wird. Idealerweise führt die mittlere antiferromagnetische Kopplungsschicht zu AP2- und AP1-Schichten mit magnetischen Momenten, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind - entweder in einer Richtung senkrecht zur Ebene oder in einer ebenengleichen Richtung. Jedoch stören bestimmte Faktoren eine perfekt parallele Beziehung (y-Achsen-Wert = 1), so dass sich die magnetischen Momente der AP1- und AP2-Schichten einer orthogonalen Ausrichtung zueinander nähern (y-Achsen-Wert ungefähr o). In der realen Praxis wird ein Neigungswert > 0,9, der eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung der magnetischen AP1- und AP2-Momente anzeigt, für eine hohe Leistung in einem MTJ benötigt. Im Gegensatz zu den Referenz-POR-MTJs, wo alle Neigungswerte unter 0,9 liegen, erfüllen oder übertreffen die meisten MTJs den Mindestneigungswert, der für eine optimale Leistung erforderlich ist, wenn ihre Seitenwände an eine 5 Ångström dicke B-Passivierungsschicht grenzen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist.
Der eine oder die mehreren zusätzlichen Abscheidungsschritte und die minimalen Kosten, die erforderlich sind, um eine im vorliegenden Text beschriebene schützende Passivierungsschicht zu bilden, werden als unbedeutend angesehen im Vergleich zu den erheblichen Kosten, die es mit sich bringt, eine Reparatur eines POR-MTJ zu versuchen, der während einer Abscheidung einer dielektrischen Schicht beschädigt wurde, und dem Ausschuss (weniger Produktionsausbeute) durch POR-MTJs, die so stark beschädigt sind, dass sie nicht mehr repariert werden können. Die schützenden Passivierungsschichten der vorliegenden Offenbarung können mit Hilfe konventioneller Werkzeuge und Materialien abgeschieden werden, die auf diesem technischen Gebiet verwendet werden.
Obgleich diese Offenbarung speziell mit Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9230571 [0001, 0045]

Claims

Magnetische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: (a) einen magnetischen Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction, MTJ), der eine Seitenwand aufweist, die sich von seiner Oberseite bis zu seiner Unterseite erstreckt, wobei die Unterseite eine untere Elektrode kontaktiert und die Oberseite eine obere Elektrode kontaktiert; (b) eine Passivierungsschicht, die nicht-magnetisch ist und eine einzelne Schicht ist, die B oder eine B-Legierung, C oder eine C-Legierung außer SiC, oder Ge oder eine Ge-Legierung umfasst, wobei die Passivierungsschicht an die MTJ-Seitenwand von der Oberseite bis zur Unterseite des MTJ grenzt; und (c) eine dielektrische Schicht, die auf der Passivierungsschicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht den MTJ elektrisch von benachbarten MTJs isoliert.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der MTJ Teil einer MRAM-, Spin Torque (STT) MRAM- oder einer Spin-Torque-Oszillator- (STO-) Struktur ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht eine Dicke von etwa 3 bis 10 Ångström hat.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht eines von BSi, GeSi, BX, CX oder GeX ist, wobei X eines von B, C, Ge, AI, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist, und das B in BX und BSi, das C in CX und das Ge in GeX und GeSi mindestens 10 Atom-% der Legierung umfasst.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht B, C oder Ge ist und des Weiteren Sauerstoff, Stickstoff oder sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff umfasst und eine BO-, CO-, GeO-, BN-, CN- oder GeN- bzw. eine BON-, CON- oder GeON-Zusammensetzung mit einem nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen Oxidationszustand oder einem nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen Nitridierungszustand aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die BSi- oder GeSi-Passivierungsschicht des Weiteren Sauerstoff, Stickstoff oder sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff umfasst und eine BSiO-, GeSiO-, BSiN-, GeSiN-, BSiON- oder GeSiON-Zusammensetzung aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die BX-Passivierungsschicht des Weiteren Sauerstoff, Stickstoff oder sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff umfasst und eine BXO-, CXO-, GeXO-, BXN-, CXN-, GeXN-, BXON-, CXON- oder GeXON-Zusammensetzung aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht amorph ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht die Oberseite der unteren Elektrode zwischen dem MTJ und den benachbarten MTJs kontaktiert.
Magnetische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: (a) einen magnetischen Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction, MTJ), der eine Seitenwand aufweist, die sich von seiner Oberseite bis zu seiner Unterseite erstreckt, wobei die Unterseite eine untere Elektrode kontaktiert und die Oberseite eine obere Elektrode kontaktiert; (b) eine Passivierungsschicht, die nicht-magnetisch ist und eine Doppelschicht- oder Mehrschichtkonfiguration aufweist, die Folgendes umfasst: (1) eine untere Schicht, die die MTJ-Seitenwand zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode kontaktiert und B, C oder Ge umfasst; (2) eine zweite Schicht, die auf der unteren Schicht ausgebildet ist und eine Legierung umfasst, die ein erstes Element, das eines von B, C oder Ge ist, und mindestens ein zweites Element, das ungleich dem ersten Element ist, enthält; und (c) eine dielektrische Schicht, die auf der nicht-magnetischen Passivierungsschicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht den MTJ elektrisch von benachbarten MTJs isoliert.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der MTJ Teil einer MRAM-, Spin Torque (STT) MRAM- oder einer Spin-Torque-Oszillator- (STO-) Struktur ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Schicht B, C oder Ge ist und die zweite Schicht eine BX-, CX- oder GeX-Legierung ist, wobei X eines von B, C, Ge, Si, Al, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist, um eine B/BX-, C/CX- oder Ge/GeX-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten, und das B in BX, das C in CX und das Ge in GeX mindestens 10 Atom-% der Legierung umfassen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Schicht B, C oder Ge ist und die zweite Schicht Sauerstoff, Stickstoff oder sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff umfasst, und eine BO-, CO-, GeO-, BN-, CN-, GeN-, BON-, CON- oder GeON-Zusammensetzung aufweist, um eine B/BO-, B/BN-, C/CO-, C/CN-, Ge/GeO-, Ge/GeN-, B/BON-, C/CON- oder Ge/GeON-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Schicht des Weiteren Sauerstoff, Stickstoff oder sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff umfasst und eine BXO-, CXO-, GeXO-, BXN-, CXN-, GeXN-, BXON-, CXON- oder GeXON-Zusammensetzung aufweist, um eine B/BXO-, C/CXO-, Ge/GeXO-, B/BXN-, C/CXN-, Ge/GeXN-, B/BXON-, C/CXON- oder Ge/GeXON-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 12, die des Weiteren eine dritte Schicht umfasst, die auf der zweiten Schicht ausgebildet ist, und die dritte Schicht eine BXO-, CXO-, GeXO-, BXN-, CXN-, GeXN-, BXON-, CXON- oder GeXON-Zusammensetzung aufweist, um eine B/BX/BXO-, C/CX/CXO-, Ge/GeX/GeXO-, B/BX/BXN-, C/CX/CXN-, Ge/GeX/GeXN-, B/BX/BXON-, C/CX/CXON- oder eine Ge/GeX/GeXON-Dreischichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Verfahren zum Bilden einer magnetischen Vorrichtung, die Folgendes umfasst: (a) Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberseite; (b) Bilden mehrerer magnetischer Tunnelübergänge (MTJs) auf der Substratoberseite, wobei jeder MTJ eine Seitenwand aufweist, die sich von seiner Oberseite bis zu seiner Substratoberseite erstreckt; (c) Abscheiden einer Passivierungsschicht, die nicht-magnetisch ist und eines von B, C oder Ge ist, an den MTJ-Seitenwänden und Oberseiten und auf freiliegenden Abschnitten der Substratoberseite; und (d) Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf der Passivierungsschicht, wobei die dielektrische Schicht jeden der mehreren MTJs elektrisch isoliert.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren Folgendes umfasst: (a) Ausführen eines chemisch-mechanischen Polier- (CMP-) Prozesses, um eine Oberseite auf der dielektrischen Schicht zu bilden, die mit der Oberseite auf jeder der mehreren MTJs koplanar ist; und (b) Ausführen eines Ausheilungsprozess bei einer Temperatur von etwa 400 °C.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat eine untere Elektrode in einem MRAM oder Spin Torque MRAM ist oder eine Hauptpolschicht in einem Spin-Torque-Oszillator ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Schicht eine Dicke von etwa 3 bis 10 Ångström hat.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren Folgendes umfasst: Abscheiden eines X-Elements auf der ersten Schicht vor dem Abscheiden der dielektrischen Schicht dergestalt, dass die erste Schicht vollständig neu gesputtert wird, um eine einzelne Passivierungsschicht zu bilden, die eine Legierung mit einer BSi-, GeSi-, BX-, CX- oder GeX-Zusammensetzung ist, wobei X eines von B, C, Ge, Al, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist und das B in BX, das C in CX und das Ge in GeX mindestens 10 Atom-% der Legierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren Folgendes umfasst: Abscheiden von Si oder eines X-Elements auf der ersten Schicht vor dem Abscheiden der dielektrischen Schicht dergestalt, dass ein oberer Abschnitt der ersten Schicht neu gesputtert wird, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht zu bilden, wobei die zweite Schicht eine Legierung mit BSi, GeSi, BX, CX oder GeX ist, wobei X eines von B, C, Ge, Al, P, Ga, In, Tl, Mg, Hf, Zr, Nb, V, Ti, Cr, Mo, W, Sr und Zn ist, um eine B/BX-, C/CX- oder Ge/GeX-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten, und das B in BSi und BX, das C in CX und das Ge in GeSi und GeX mindestens 10 Atom-% der Legierung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren umfasst: Aussetzen der ersten Schicht an einen Oxidationsprozess vor dem Abscheiden der dielektrischen Schicht, um eine BO-, CO- oder GeO-Schicht zu bilden, die einen nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen Oxidationszustand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die BO-, CO- oder GeO-Schicht eine zweite Schicht ist, die auf einem Abschnitt der ersten Schicht ausgebildet wird, die unoxidiert bleibt, um eine B/BO-, C/CO- oder Ge/GeO-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren umfasst:, Aussetzen der ersten Schicht, die eines von B, C oder Ge ist, an einen Nitridierungsprozess vor dem Abscheiden der dielektrischen Schicht, um eine BN-, CN- oder GeN-Schicht zu bilden, die einen nicht-stoichiometrischen oder stoichiometrischen Nitridierungszustand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die BN-, CN- oder GeN-Schicht eine zweite Schicht ist, die auf einem Abschnitt der ersten Schicht ausgebildet wird, die nicht zu einem Nitrid umgewandelt wird, um eine B/BN-, C/CN- oder Ge/GeN-Doppelschichtkonfiguration für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 20, das des Weiteren umfasst:, Aussetzen der BSi-, BX-, CX-, GeSi- oder GeX-Schicht an einen Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess dergestalt, dass die erste Schicht vollständig zu einem Oxid, Nitrid oder Oxynitrid von BSi, BX, CX, GeSi oder GeX umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren umfasst: Aussetzen der zweiten Schicht an einen Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess dergestalt, dass ein oberer Abschnitt der zweiten Schicht zu einer dritten Schicht umgewandelt wird, die ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid von BX, CX oder GeX ist, um eine Dreischichtkonfiguration, die eines von B/BX/BXO, C/CX/CXO, Ge/GeX/GeXO, B/BX/BXN, C/CX/CXN, Ge/GeX/GeXN, B/BX/BXON, C/CX/CXON oder Ge/GeX/GeXON ist, für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren umfasst: Aussetzen der zweiten Schicht an einen Oxidations-, Nitridierungs- oder Oxynitridierungsprozess dergestalt, dass die gesamte zweite Schicht zu einem Oxid, Nitrid oder Oxynitrid von BX, CX oder GeX umgewandelt wird, um eine Doppelschichtkonfiguration, die eines von B/BXO, C/CXO, Ge/GeXO, B/BXN, C/CXN, Ge/GeXN, B/BXON, C/CXON oder Ge/GeXON ist, für die Passivierungsschicht zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Abscheiden der ersten Schicht einen Sputterabscheidungsprozess mit einer HF-Leistung von etwa 100 bis 1000 Watt und einem Kammerdruck von etwa 0,05 bis 20 mtorr umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Oxidationsprozess eine natürliche Oxidation mit einer Sauerstoffdurchflussrate von 1 bis 10 Standardkubikzentimetern pro Minute (sccm) für einen Zeitraum von 10 bis 600 Sekunden umfasst.
Verfahren zum Bilden einer magnetischen Vorrichtung, das Folgendes umfasst: (a) Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberseite; (b) Bilden mehrerer magnetischer Tunnelübergänge (MTJs) auf der Substratoberseite, wobei jeder MTJ eine Seitenwand aufweist, die sich von seiner Oberseite bis zur Substratoberseite erstreckt; (c) Sputterabscheiden einer BN-, BO-, BON-, CN-, CO-, CON-, GeN-, GeO- oder Ge-ON-Passivierungsschicht an den MTJ-Seitenwänden und Oberseiten und auf freiliegenden Abschnitten der Substratoberseite in Abwesenheit einer reaktiven Sauerstoff- oder reaktiven Stickstoffspezies; und (d) Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf der Passivierungsschicht, wobei die dielektrische Schicht jeden der mehreren MTJs elektrisch isoliert.