半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，其中方法包括：提供基底；在所述基底表面形成底层电磁材料膜；在所述底层电磁材料膜表面形成前驱膜；在所述前驱膜表面形成第一绝缘膜；进行退火处理，使所述前驱膜形成第二绝缘膜；在所述第一绝缘膜表面形成顶层电磁材料膜。所述方法能够提高形成的半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
MRAM(MagneticRandomAccessMemory)是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，动态随机存储器(DRAM)的高集成度并且功耗远远的低于DRAM，相对于快闪存储器(Flash)，随着使用时间的增加性能不会发生退化。由于MRAM具有的上述特征，其被称为通用存储器(universalmemory)，被认为能够取代SRAM，DRAM，EEPROM和Flash。与传统的随机存储器芯片制作技术不同，MRAM中的数据不是以电荷或者电流的形式存储，而是一种磁性状态存储，并且通过测量电阻来感应，不会干扰磁性状态。MRAM采用磁隧道结(MTJ)结构来进行数据存储，一般来说，MRAM单元由一个晶体管(1T)和一个磁隧道结(MTJ)共同组成一个存储单元，所述的磁隧道结(MTJ)结构包括至少两个电磁层以及用于隔离所述的两个电磁层的绝缘层。电流垂直由一电磁层透过绝缘层流过或“穿过”另一电磁层。其中的一个电磁层是固定磁性层，透过强力固定场将电极固定在特定的方向。而另一电磁层为可自由转动磁性层，将电极保持在其中一方。然而，现有技术制备的磁隧道结的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法，以提高形成的半导体结构的性能。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成底层电磁材料膜；在所述底层电磁材料膜表面形成前驱膜；在所述前驱膜表面形成第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜表面形成顶层电磁材料膜。可选的，所述前驱膜的材料包括：镁、铝、铪或者锆。可选的，所述前驱膜的形成方法包括：在所述底层电磁材料膜表面形成绝缘材料膜，且所述绝缘材料膜的材料为金属氧化物；对所述绝缘材料膜进行改性处理，去除所述绝缘材料膜的材料中的氧，使所述绝缘材料膜形成前驱膜。可选的，所述绝缘材料膜的厚度范围为0埃～500埃。可选的，所述金属氧化物包括：氧化镁、氧化铝、二氧化铪或者二氧化锆。可选的，所述绝缘材料膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。可选的，所述改性处理的方法包括：对所述绝缘材料膜进行还原处理，去除所述绝缘材料膜材料中的氧；所述还原处理的工艺参数包括：采用的气体包括：氢气和氦气，所述氢气的流量为50标准毫升/分钟～5000标准毫升/分钟，所述氦气的流量为0标准毫升/分钟～10000标准毫升/分钟，温度为25摄氏度～150摄氏度，时间为1秒～120分钟。可选的，所述前驱膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。可选的，所述第一绝缘膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者原子层沉积工艺；所述第一绝缘膜的材料包括：氧化镁、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪和二氧化锆中的一种或者几种组合。可选的，所述第一绝缘膜的形成方法包括：对所述前驱膜进行氧化处理，使所述前驱膜形成第一绝缘膜，且所述第一绝缘膜的厚度小于或者等于前驱膜的厚度；所述第一绝缘膜的厚度范围为0埃～500埃。可选的，所述第一绝缘膜的材料包括：氧化镁、氧化铝、二氧化铪或者二氧化锆。可选的，还包括：在所述第一绝缘膜表面形成顶层电磁材料膜之前，进行退火处理，使所述前驱膜形成第二绝缘膜，所述第二绝缘膜位于所述第一绝缘膜底部；所述退火处理的温度范围为300摄氏度～400摄氏度。可选的，所述基底内具有导电层，且所述基底暴露出所述导电层表面；所述底层电磁材料膜位于所述基底表面和导电层表面。可选的，所述底层电磁材料膜包括：位于所述基底表面和导电层表面的下层电极膜、位于所述下层电极膜表面的下层复合膜、位于所述下层复合膜表面的下层电磁膜。可选的，所述下层电极膜的材料包括：铜、钨、铝、钛、氮化钛、钽中的一种或者几种组合；所述下层复合膜为单层结构或者复合结构；所述下层电磁膜的材料包括：铁、铂、钴、镍、钴铁硼、钴铁、镍铁和镧锶锰氧中的一种或者几种组合。可选的，当所述下层复合膜为单层结构时，所述下层复合膜的材料包括：铁、铂、钴、镍、钴铁硼、钴铁、镍铁或者镧锶锰氧；当所述下层复合膜为复合结构时，所述下层复合膜包括若干层重叠的导电层，且各个所述导电层的材料包括：铁、铂、钴、镍、钴铁硼、钴铁、镍铁和镧锶锰氧中的一种或者几种组合。可选的，所述顶层电磁材料膜包括：位于第一绝缘膜表面的上层电磁膜、位于所述上层电磁膜表面的上层复合膜、位于所述上层复合膜表面的上层电极膜。可选的，还包括：形成顶层电磁材料膜之后，图形化所述顶层电磁材料膜、第一绝缘膜、第二绝缘膜以及底层电磁材料膜，直至暴露出基底表面，使顶层电磁材料膜形成顶层电磁层、第一绝缘膜形成第一绝缘层、第二绝缘膜形成第二绝缘层、以及底层电磁材料膜形成顶层电磁层，在所述基底表面形成磁隧道结。可选的，图形化所述顶层电磁材料膜、第一绝缘膜、第二绝缘膜以及底层电磁材料膜的方法包括：在所述顶层电磁材料膜表面形成图形化层，所述图形化暴露出部分顶层电磁材料膜表面；以所述图形化层为掩膜，刻蚀所述顶层电磁材料膜、第一绝缘膜、第二绝缘膜以及底层电磁材料膜，直至暴露出基底表面，形成所述磁隧道结，所述磁隧道结包括：位于基底表面的底层电磁层、位于所述底层电磁层表面的第二绝缘层、位于第二绝缘层表面的第一绝缘层以及位于第一绝缘层表面的顶层电磁层。相应的，本专利技术技术方案提供一种采用上述任一项方法形成的半导体结构。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：本专利技术技术方案提供的半导体结构形成方法中，在所述前驱膜表面形成第一绝缘膜的过程中，由于所述前驱膜的材料能够有效阻挡形成所述第一绝缘膜沉积工艺中的离子，向底层电磁材料膜扩散，从而能够避免形成所述第一绝缘膜的沉积工艺对底层电磁材料膜造成影响。同时，通过退火处理，使所述前驱膜形成第二绝缘膜，所述第二绝缘膜为后续形成磁隧道结中的非磁绝缘层提供材料。综上，所述方法形成的半导体结构的性能较好。进一步，在后续形成第一绝缘膜之前，已在底层电磁材料膜表面形成了前驱膜，从而保证后续形成第一绝缘膜的过程中，所述前驱膜能够阻挡离子扩散扩散进入底层电磁材料膜。进一步，所述绝缘材料膜选择所述厚度范围的意义在于：若所述厚度小于0埃，则后续沉积形成第一绝缘膜的工艺的过程中离子会扩散扩散进入所述底层电磁材料膜，导致形成的半导体结构的性能仍较差；若所述厚度大于500埃，则形成所述的绝缘材料膜的工艺仍会对底层电磁材料膜造成影响，不利于提高形成的半导体结构的性能。进一步，通过对所述前驱膜进行氧化处理，使所述前驱膜形成第一绝缘膜，且所述第一绝缘膜的厚度小于或者等于前驱膜的厚度。以前驱膜作为前驱层形成所述第一绝缘膜，有利于节省成本和工艺时间。同时，控制氧化处理的工艺参数，使得所述前驱膜形成第一绝缘膜的过程中，即，保证留有一部分前驱膜，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：/n提供基底；/n在所述基底表面形成底层电磁材料膜；/n在所述底层电磁材料膜表面形成前驱膜；/n在所述前驱膜表面形成第一绝缘膜；/n在所述第一绝缘膜表面形成顶层电磁材料膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底表面形成底层电磁材料膜；
在所述底层电磁材料膜表面形成前驱膜；
在所述前驱膜表面形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜表面形成顶层电磁材料膜。


2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述前驱膜的材料包括：镁、铝、铪或者锆。


3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述前驱膜的形成方法包括：在所述底层电磁材料膜表面形成绝缘材料膜，且所述绝缘材料膜的材料为金属氧化物；对所述绝缘材料膜进行改性处理，去除所述绝缘材料膜的材料中的氧，使所述绝缘材料膜形成前驱膜。


4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述绝缘材料膜的厚度范围为0埃～500埃。


5.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述金属氧化物包括：氧化镁、氧化铝、二氧化铪或者二氧化锆。


6.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述绝缘材料膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。


7.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述改性处理的方法包括：对所述绝缘材料膜进行还原处理，去除所述绝缘材料膜材料中的氧；所述还原处理的工艺参数包括：采用的气体包括：氢气和氦气，所述氢气的流量为50标准毫升/分钟～5000标准毫升/分钟，所述氦气的流量为0标准毫升/分钟～10000标准毫升/分钟，温度为25摄氏度～150摄氏度，时间为1秒～120分钟。


8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述前驱膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。


9.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者原子层沉积工艺；所述第一绝缘膜的材料包括：氧化镁、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪和二氧化锆中的一种或者几种组合。


10.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘膜的形成方法包括：对所述前驱膜进行氧化处理，使所述前驱膜形成第一绝缘膜，且所述第一绝缘膜的厚度小于或者等于前驱膜的厚度；所述第一绝缘膜的厚度范围为0埃～500埃。


11.如权利要求10所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘膜的材料包括：氧化镁、氧化铝、二氧化铪或者二氧化锆。


12.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第一绝缘膜表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31