[发明专利]磁阻式随机存取存储器结构及其制作方法

说明书

本发明公开一种磁阻式随机存取存储器结构及其制作方法，其中该磁阻式随机存取存储器结构包括多个磁阻式随机存取存储器单元，一原子层沉积介电层位于该些磁阻式随机存取存储器单元的外侧以及该些磁阻式随机存取存储器单元之间，其中该磁阻式随机存取存储器单元的上电极层的材料为氮化钛，该氮化钛中的氮成分比例大于钛成分比例复又大于氧成分比例，该氮成分比例从该上电极层的顶面往内部递增直到达至一深度后开始递减至一第一水平后持平，该钛成分比例从该上电极层的顶面往内部递减至该深度后开始递增至一第二水平后持平。

技术领域

本发明涉及一种磁阻式随机存取存储器，更具体言之，其涉及一种上电极层具有特殊材料比例分布的磁阻式随机存取存储器结构以及相关制作工艺。

背景技术

已知，磁阻(magnetoresistance,MR)效应是材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效应，其物理量的定义是，在有无磁场下的电阻差除以原先的电阻，用以代表电阻变化率。目前，磁阻效应已被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。此外，利用巨磁电阻物质在不同的磁化状态下具有不同电阻值的特点，还可以制成磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)，其优点是在不通电的情况下可以持续保留存储的数据。

磁阻式随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)为近年来获得高度关注的一种新式存储器，其整合了目前各式存储器的优点，例如可比拟静态随机存取存储器(SRAM)的存取速度、闪存存储器(flash)的非挥发性与低耗电、动态随机存取存储器(DRAM)的高密度以及耐久性，而且可与目前半导体后段制作工艺整合制作，因此有潜力成为半导体芯片主要使用的存储器。

磁阻式随机存取存储器包括设置在上、下层内连线结构之间的一存储器堆叠结构，其中包含一磁隧穿结(magnetic tunneling junction,MTJ)。不同于传统存储器是通过存储电荷来存储数据，磁阻式随机存取存储器的操作是通过对MTJ施以一外加磁场来控制MTJ的磁化方向而获得不同的隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)来存储数字数据。

发明内容

本发明提出了一种磁阻式随机存取存储器的制作方法，其特点在于制作工艺中使用回蚀刻制作工艺与湿式蚀刻制作工艺来形成磁阻式随机存取存储器周围的原子层沉积介电层，并且会因此改变磁阻式随机存取存储器上电极的成分比例。

本发明的其一面向在于提出一种磁阻式随机存取存储器结构，包括多个磁阻式随机存取存储器单元，其中每个该磁阻式随机存取存储器单元包括下电极层，位于该基底上方、磁隧穿结叠层，位于该下电极层上方、以及上电极层，位于该磁隧穿结叠层上方，一原子层沉积介电层，位于该些磁阻式随机存取存储器单元的外侧以及该些磁阻式随机存取存储器单元之间，其中该上电极层的材料为氮化钛，该氮化钛中的氮成分比例大于钛成分比例复又大于氧成分比例，该氮成分比例从该上电极层的顶面往内部递增直到达至一深度后开始递减至一第一水平后持平，该钛成分比例从该上电极层的顶面往内部递减至该深度后开始递增至一第二水平后持平。