[发明专利]用于自旋式组件的物理性去除和封装层原位沉积方法

说明书

一种用于蚀刻磁性隧道结结构(MTJ)的方法，包括以下步骤：在一半导体基板的下电极(14)上形成一磁性隧道结堆叠组件(18)；蚀刻此磁性隧道结堆叠组件，以形成一磁性隧道结结构，其中磁性隧道结结构的侧壁因蚀刻制造工艺而被破坏。之后，将磁性隧道结结构自蚀刻室移出，使得其侧壁进一步地被氧化。随后，利用一物理性去除步骤，以除去这些侧壁上被破坏以及被氧化的部分；最后，即可在不破坏真空环境的条件下，在此磁性隧道结结构与下电极上沉积一封装层。

技术领域

本发明涉及一种磁性隧道结(Magnetic Tunneling junction，MTJ)，特别是一种磁性隧道结结构的改良制造方法。

背景技术

本发明有关于一种磁性组件(Magnetic device)，其包括：(1)各类的磁阻式随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)，例如面内(in-plane)或面外(out-of-plane)模式的垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anistropy，PMA)的自旋传输式存储器(Spin-Torque-Transfer RAM，STT RAM)、(2)各类的自旋阀(Spin Valve)读取头(Read head)或传感器(sensor)、以及(3)其他自旋式组件(Spintronic device)，惟本发明并不以该些组件为限。

其中，就自旋式组件而言，影响其磁性隧道结的组件特性最关键的原因之一为其制造工艺中的干蚀刻(dry etching)步骤。目前已知由于进行干蚀刻制造工艺而引发的问题，包括有：(A)组件因干蚀刻的造成的侧壁破坏(sidewall damage)、以及(B)在干蚀刻制造工艺结束至离开真空环境接续进行封装层沉积步骤之间的侧壁氧化(oxidation ofsidewall)等问题，一般来说，当磁阻式随机存取存储器组件的尺寸微型化到45纳米或45纳米以下时，上述这些破坏问题皆会变得越趋严重。

同时，这些环绕在磁性隧道结结构周围的侧壁破坏层，其可视为一种化学性地不稳定结构，在组件必须历经接续后段制造工艺(back end of line，BEOL)的热处理等步骤时，基于侧壁间原子扩散的现象，其会加速侧壁破坏的问题，而更加严重地影响磁性隧道结结构的组件特性。

本发明揭露一种适于自旋传输式存储器(STT RAM)、或其他自旋式组件的磁性隧道结结构的改良制造方法，其在常见的反应式离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)制造工艺后执行一电浆处理程序(plasma treatment)与一封装层原位沉积步骤(in-situencapsulation layer)。

其中有关清除处理与原位沉积制造工艺的技术内容相关的专利，包括有：美国专利号US 7,993,535(Jiang等人发明)、US8,912,012(Li等人发明)、以及US 2014/0263668(Lee等人发明)等。

发明内容

本发明的一目的在于藉由结合一物理性去除步骤与一封装层原位沉积步骤，以有效地增益自旋传输式存储器或其他自旋式组件的自旋效率。

本发明的再一目的在于提供一种改良的磁性隧道结结构，其先透过一物理性去除步骤，以除去磁性隧道结结构的侧壁上被破坏及/或被氧化的部分。之后，即可在不破坏真空的条件下，成功地完成封装此未具有侧壁破坏及侧壁氧化的磁性隧道结结构。

鉴于以上，本发明揭露一种蚀刻磁性隧道结结构的方法。在一半导体基板的下电极上形成一磁性隧道结堆叠组件；针对此磁性隧道结堆叠组件进行一蚀刻制造工艺，以形成一磁性隧道结结构，其中该磁性隧道结结构的部分侧壁被破坏；之后，将此半导体基板自一蚀刻室移出，使得该磁性隧道结结构的侧壁被氧化。之后，再针对此磁性隧道结结构执行一物理性去除步骤，以除去侧壁上被破坏的部分以及被氧化的部分；最后，即可在在不破坏真空环境的条件下，在此磁性隧道结结构与下电极上完成沉积一封装层。

附图说明