[发明专利]磁阻式随机存取存储器结构及其形成方法

权利要求书

1.一种MRAM(磁阻式随机存取存储器)结构，包括：

底部电极结构；

位于所述底部电极结构上方的磁性隧道结MTJ元件，所述MTJ元件包括：

位于所述底部电极结构上方的反铁磁材料层；

位于所述反铁磁材料层上方的铁磁固定层；

位于所述铁磁固定层上方的隧道层；和

位于所述隧道层上方的铁磁自由层，所述铁磁自由层具有第一部分和消磁的第二部分，其中，所述铁磁自由层的所述消磁的第二部分包括钴、镍、铁、硼、氮中的至少一种；以及

位于所述第一部分上方的顶部电极结构；

位于所述顶部电极结构的侧壁表面上方和所述铁磁自由层的所述消磁的第二部分上方的保护间隔件，并且所述保护间隔件暴露所述顶部电极结构的顶表面，其中，至少一个所述保护间隔件具有曲面，所述曲面与所述消磁的第二部分对准，并且所述曲面从所述消磁的第二部分延伸，在所述第一部分和所述消磁的第二部分的交叉点对准处与所述顶部电极结构相交，其中，所述保护间隔件的侧壁表面与通过等离子体环境中的蚀刻工艺形成的所述MTJ元件的侧壁表面对准。

2.根据权利要求1所述的MRAM结构，其中，所述铁磁自由层的所述消磁的第二部分包括氧和氮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的MRAM结构，其中，所述保护间隔件包括氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化硅和低k介电材料中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的MRAM结构，其中，所述铁磁自由层的第一部分可配置为相对于所述铁磁固定层的第二磁矩的方向改变第一磁矩的方向，并且所述消磁的第二部分的第一磁矩恒定。

5.一种MRAM(磁阻式随机存取存储器)结构，包括：

底部电极结构；

位于所述底部电极结构上方的磁性隧道结MTJ元件，所述MTJ元件包括：

位于所述底部电极结构上方的反铁磁材料层；

位于所述反铁磁材料层上方的铁磁固定层；

位于所述铁磁固定层上方的隧道层；和

位于所述隧道层上方的铁磁自由层，所述铁磁自由层具有第一部分和经过消磁的第二部分，其中，所述铁磁自由层的所述经过消磁的第二部分包括钴、镍、铁、硼、氮中的至少一种；

位于所述铁磁自由层的第一部分上方的顶部电极结构，所述顶部电极结构具有侧壁表面；以及

位于所述顶部电极结构的侧壁表面上方以及所述铁磁自由层的所述经过消磁的第二部分上方的保护间隔件，并且所述保护间隔件暴露所述顶部电极结构的顶表面，其中，至少一个所述保护间隔件具有曲面，所述曲面与所述经过消磁的第二部分对准，并且所述曲面从所述经过消磁的第二部分延伸，在所述第一部分和所述经过消磁的第二部分的交叉点对准处与所述顶部电极结构相交，其中，所述保护间隔件的侧壁表面与通过等离子体环境中的蚀刻工艺形成的所述MTJ元件的侧壁表面对准。

6.根据权利要求5所述的MRAM结构，其中，所述铁磁自由层的所述经过消磁的第二部分包括氧和氮中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的MRAM结构，其中，所述保护间隔件包括氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化硅和低k介电材料中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的MRAM结构，其中，所述铁磁自由层的所述经过消磁的第二部分的第一磁矩相对于所述铁磁固定层的第二磁矩的方向恒定。

9.根据权利要求5所述的MRAM结构，其中，在所述顶部电极结构的侧壁的至少部分上的所述保护间隔件位于所述所述顶部电极结构的侧壁的下部处。

10.一种形成MRAM(磁阻式随机存取存储器)结构的方法，所述方法包括：

提供反铁磁材料层、位于所述反铁磁材料层上方的固定层、位于所述固定层上方的隧道层、位于所述隧道层上方的铁磁自由层以及位于所述铁磁自由层上方的顶部电极层；

蚀刻所述顶部电极层以形成顶部电极结构并且暴露所述铁磁自由层的一部分；

所述氧气和氮气中的至少一种在5sccm至500sccm之间的环境下对所述铁磁自由层的暴露部分进行处理，以将所述铁磁自由层的暴露部分消磁；

在所述顶部电极结构和所述铁磁自由层的被处理部分上方形成保护层；

蚀刻所述保护层以在所述顶部电极结构的侧壁表面以及所述铁磁自由层的处理部分的一部分上方形成保护间隔件，并且所述保护间隔件暴露所述顶部电极结构的顶表面，其中，至少一个所述保护间隔件具有曲面，所述曲面与所述铁磁自由层的被处理部分对准，并且所述曲面从所述铁磁自由层的被处理部分延伸，在所述铁磁自由层的未被处理部分和所述铁磁自由层的被处理部分的交叉点对准处与所述顶部电极结构相交；以及

在等离子体环境中蚀刻所述铁磁自由层的被处理部分、所述隧道层、所述固定层以及所述反铁磁材料层以形成磁性隧道结元件。