磁性隧道结器件及其形成方法技术

一种方法包括图案化金属层以形成多个底电极部件，通过视线沉积工艺形成磁性隧道结(MTJ)堆叠件使得在底电极部件上形成MTJ堆叠件的第一部分，并且在与底电极部件的顶面不同的水平上形成MTJ堆叠件的第二部分，以及实施去除工艺以去除MTJ堆叠件的第二部分而留下基本完整的MTJ堆叠件的第一部分。本发明专利技术的实施例还涉及磁性隧道结器件及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及磁性隧道结器件及其形成方法。
技术介绍
在半导体集成电路(IC)产业中，在IC材料和设计上的技术进步已经产生了一代又一代的IC，而且每一代都具有比上一代更小和更复杂的电路。在IC演化的过程中，由于减小了最小部件尺寸或几何尺寸(即，使用制造工艺可以创建的最小组件(或线))，功能密度(即，单位芯片面积上互连器件的数量)已普遍增加。这样的按比例缩放也增加了IC处理和制造的复杂性。可以是集成电路的一部分的一种部件类型是磁性隧道结(MTJ)。MTJ是一种器件，这种器件可根据器件内的磁性材料的状态改变自身的电阻状态。MTJ器件包括位于两个铁磁层之间的薄的绝缘层。一个磁性层可以称为参照层。其它磁性层可以称为自由层。参照层的磁矩大致保持相同的方向。相反地，通过在结两端施加电压，可以逆转自由层的磁矩的方向。当自由层和参照层的磁距的方向相同时，电子可以更容易地隧穿薄的绝缘层。在这种状态下，结具有相对较低的电阻率。通过施加具有相反极性的电压，自由层的磁矩可以切换到参照层的磁距的相反方向。在这种状态下，电子隧穿绝缘层更为困难，导致结具有相对较高的电阻率。不同的电阻状态可用于存储逻辑值。本领域的努力是改进所需要的。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种形成磁性隧道结器件的方法，包括：图案化金属层以形成多个底电极部件；通过视线沉积工艺形成磁性隧道结(MTJ)堆叠件，使得在所述底电极部件上形成所述磁性隧道结堆叠件的第一部分，并且在与所述底电极部件的顶面不同的水平上形成所述磁性隧道结堆叠件的第二部分；以及实施去除工艺以去除所述磁性隧道结堆叠件的所述第二部分而留下基本完整的所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分。本专利技术的另一实施例提供了一种形成磁性隧道结器件的方法，包括：图案化金属层以形成多个底电极部件；使用视线沉积工艺形成磁性隧道结(MTJ)堆叠件，使得在所述底电极部件的顶面上形成第一组磁性隧道结部件，并且在与所述底电极部件的顶面不同的水平上形成第二组磁性隧道结部件；以及实施去除工艺以去除所述第二组磁性隧道结部件而留下基本完整的所述第一组磁性隧道结部件。本专利技术的又一实施例提供了一种磁性隧道结器件，包括：多个底电极部件，设置在衬底上；磁性隧道结(MTJ)堆叠件，设置在所述底电极部件上，所述磁性隧道结堆叠件包括：固定层；阻挡层；自由层；以及顶电极层；以及蚀刻停止层，形成在所述底电极部件的侧壁上以及沿着所述底电极部件之间的所述衬底。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G、图1H和图1I是根据在此描述的原理的实例示出通过在实部件下面形成伪部件以形成MTJ的示意性工艺的图。图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G和图2H是根据在此描述的原理的实例示出通过在实部件上面形成伪部件以形成MTJ器件的示意性工艺的图。图3是根据在此描述的原理的实例示出MTJ堆叠件的示意性层的图。图4是根据在此描述的原理的实例示出通过在实部件下面形成伪部件以形成MTJ器件的示意性方法的流程图。图5是根据在此描述的原理的实例示出通过在实部件上面形成伪部件以形成MTJ器件的示意性方法的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。如上所述，MTJ器件包括被很薄的介电层分离的两个铁磁层，从而使得电流只能通过隧道效应流过结。数据是根据不同的电阻保存在MTJ。当两个铁磁层反平行时，电阻R1是高的并且代表诸如0的一种状态。而两个铁磁层平行时，电阻R2是低的并且代表诸如1的另一种状态。两个铁磁层的一个被钉扎到一个固定的方向，称为钉扎铁磁层。通过一个或两个相邻的钉扎层获得钉扎效应。另一个铁磁层是自由的以在写入期间通过特定电流电平上的极化电流改变其方向，因此称为自由层。形成MTJ器件的传统方法包括形成MTJ层的毯状堆叠件。毯状堆叠件可以包括参照层、绝缘层、自由层和顶顶电极。然后可以使用传统的光刻技术图案化毯状堆叠件。这样的光刻技术接着蚀刻工艺，蚀刻工艺在毯状堆叠件中蚀刻图案。但是，这样的蚀刻可导致保留的或产生的部件侧边的损坏，特别是MTJ自身。这里公开的用于形成MTJ器件的方法消除了图案化和蚀刻这样的部件。使用这种技术，MTJ器件可以大致无损。在实例中，在衬底上形成一组底电极部件。然后使用视线沉积工艺在底电极部件上形成MTJ堆叠件。视线沉积工艺是定向沉积并且当应用于填充开口时在侧壁上无沉积(或无大量沉积)。视线沉积工艺自下部向上填充开口并且因此也称为自下而上的沉积工艺。例如，具有较高的DC偏压的物理汽相沉积(PVD)工艺将提供视线沉积。这里进一步描述，视线沉积工艺是具有零侧向沉积或基本上没有侧向沉积的各向异性沉积。朝向底面(在垂直于衬底的顶面的方向)的沉积速率称为正常沉积速率Dn以及在侧面(与衬底的顶面水平或平行)上的沉积速率称为侧面沉积速率Dr。比率Dn/Dr限定了沉积工艺的各向异性行为。在本专利技术中，视线沉积工艺是比率Dn/Dr为0或大致更小(诸如小于5％或1％)的沉积工艺。形成底电极部件，从而使得当视线沉积工艺发生时，将去除的部分MTJ堆叠件与将保留的部分MTJ堆叠件形成在不同的水平上。在实例中，在底电极部件之间存在沟槽，在其中形成将要去除的部分MTJ堆叠件。在实例中，在底电极部件之间存在柱子，在其上形成将要去除的部分MTJ堆叠件。通过使将要去除的部分MTJ堆叠件与将要保留的部分MTJ堆叠件在不同的水平上，可以去除部分而无需蚀刻与将保留的部分MTJ堆叠件相邻的MTJ材料。使用本文描述的原理，可以基本减少或消除对MTJ堆叠件的损害。这允许更紧密的电阻分布、更好的功率和开关效率。图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G、图1H和图1I是根据本专利技术的一些实施例的在各个制造阶段处的具有MTJ器件的半导体结构的截面图。MTJ器件及其制造方法集中地描述如下。图1A是示出衬底102的图。在一些实施例中，衬底102包括硅。可选地，根据一些实施例，衬底102可以包括诸如锗的其它元素半导体。在一些实施例中，衬底102额外地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成磁性隧道结器件的方法，包括：图案化金属层以形成多个底电极部件；通过视线沉积工艺形成磁性隧道结(MTJ)堆叠件，使得在所述底电极部件上形成所述磁性隧道结堆叠件的第一部分，并且在与所述底电极部件的顶面不同的水平上形成所述磁性隧道结堆叠件的第二部分；以及实施去除工艺以去除所述磁性隧道结堆叠件的所述第二部分而留下基本完整的所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分。

【技术特征摘要】
2015.10.20 US 62/243,753;2015.12.24 US 14/757,5821.一种形成磁性隧道结器件的方法，包括：图案化金属层以形成多个底电极部件；通过视线沉积工艺形成磁性隧道结(MTJ)堆叠件，使得在所述底电极部件上形成所述磁性隧道结堆叠件的第一部分，并且在与所述底电极部件的顶面不同的水平上形成所述磁性隧道结堆叠件的第二部分；以及实施去除工艺以去除所述磁性隧道结堆叠件的所述第二部分而留下基本完整的所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分上沉积介电层；以及在所述介电层内形成连接至所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分的接触件。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水平低于所述底电极部件的顶面。4.根据权利要求3所述的方法，还包括，在形成所述磁性隧道结堆叠件之后并且在实施所述去除工艺之前，在所述磁性隧道结堆叠件的所述第一部分和所述磁性隧道结堆叠件的所述第二部分上沉积蚀刻停止层。5.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述磁性隧道...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛斯·H·迪亚兹，庄学理，李汝谅，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71