含有用于选择器元件的双蚀刻停止层的存储器设备及其制造方法技术

可以在电极层和选择器材料层上方按顺序形成含难熔金属的蚀刻停止层、钌蚀刻停止层和导电材料层。可以采用一系列各向异性蚀刻工艺以：相对于钌蚀刻停止层具有选择性地蚀刻导电材料层，相对于含难熔金属的蚀刻停止层具有选择性地蚀刻钌蚀刻停止层，并在最小过度蚀刻范围内将含难熔金属的蚀刻停止层蚀刻到电极层中。随后可以在不暴露于蚀刻剂气体的等离子体的情况下对选择器材料层进行各向异性蚀刻，以蚀刻可能包括会损坏选择器材料的含氟等离子体的含难熔金属的蚀刻停止层和导电材料层。体的含难熔金属的蚀刻停止层和导电材料层。体的含难熔金属的蚀刻停止层和导电材料层。

Memory device containing double etch stop layer for selector element and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有用于选择器元件的双蚀刻停止层的存储器设备及其制造方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年6月24日提交的第16/910,799号美国非临时申请的优先权的权益，并且该美国非临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。


[0003]本公开大体上涉及存储器设备的领域，并且具体地涉及一种使用双蚀刻停止层对磁阻随机存取存储器(MRAM)存储器设备的选择器元件进行图案化的方法，以及使用该方法形成的设备。

技术介绍

[0004]自旋转移矩(“STT”)是指磁性隧道结或自旋阀中的磁层取向由自旋极化电流修改的效应。一般地，电流是非极化的，其中电子具有随机自旋取向。自旋极化电流是电子由于优先自旋取向分布而具有非零净自旋的电流。自旋极化电流可通过使电流通过磁性极化层来生成。当自旋极化电流流过磁性隧道结或自旋阀的自由层时，自旋极化电流中的电子可将其角动量中的至少一些转移到自由层，从而对自由层的磁化产生扭矩。当足够量的自旋极化电流通过自由层时，可采用自旋转移矩以翻转自由层中的自旋取向(例如，改变磁化)。可采用自由层的不同磁化状态之间的磁性隧道结的电阻差以将数据存储在磁阻随机存取存储器(MRAM)单元内，取决于自由层的磁化是平行于还是反平行于偏振层(其也被称为参考层)的磁化。

技术实现思路

[0005]根据本公开的方面，一种形成存储器设备的方法包括：在衬底上方形成层堆叠，所述层堆叠包括下部电极层、选择器材料层、上部电极层、含难熔金属的蚀刻停止层、钌蚀刻停止层、导电材料层和至少一个存储器材料层；将所述至少一个存储器材料层图案化为存储器元件；通过执行具有第一蚀刻化学反应的第一各向异性蚀刻工艺，使用所述钌蚀刻停止层作为蚀刻停止点将所述导电材料层图案化为导电柱，所述第一各向异性蚀刻工艺相对于钌具有选择性地蚀刻所述导电材料层；通过执行具有第二蚀刻化学反应的第二各向异性蚀刻工艺，使用所述含难熔金属的蚀刻停止层作为蚀刻停止点将所述钌蚀刻停止层图案化为钌板，所述第二各向异性蚀刻工艺相对于所述含难熔金属的蚀刻停止层的材料具有选择性地蚀刻钌；通过执行具有第三蚀刻化学反应的第三各向异性蚀刻工艺，将所述含难熔金属的蚀刻停止层图案化为含难熔金属的蚀刻停止板，所述第三各向异性蚀刻工艺相对于所述上部电极层的材料具有选择性地蚀刻所述含难熔金属的蚀刻停止层的材料而不蚀刻穿过所述上部电极层；以及通过执行附加各向异性蚀刻工艺，各向异性地蚀刻所述上部电极层、所述选择器材料层和所述下部电极层。
[0006]根据本公开的另一方面，一种存储器设备包括：第一导电线；存储器柱结构，所述
存储器柱结构包括下部电极板、选择器材料板、上部电极板、含难熔金属的蚀刻停止板、钌蚀刻停止板、导电柱和存储器元件，并且覆盖在所述第一导电线上面；以及第二导电线，所述第二导电线覆盖在所述存储器柱结构上面。
附图说明
[0007]图1A是根据本公开的实施方案的用于在形成介电蚀刻停止层、第一介电隔离层和竖直延伸穿过第一介电隔离层的第一线沟槽之后形成交叉点存储器设备的示例性结构的俯视图。
[0008]图1B是沿图1A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0009]图1C是沿图1A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0010]图2A是根据本公开的实施方案的在形成第一导电线之后的示例性结构的俯视图。
[0011]图2B是沿图2A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0012]图2C是沿图2A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0013]图3A是根据本公开的实施方案的在形成包括下部电极层、任选的下部金属化合物衬里、选择器材料层、任选的上部金属化合物衬里、上部电极层、含难熔金属的蚀刻停止层、钌蚀刻停止层、导电材料层、至少一个存储器材料层和金属帽盖层的层堆叠之后的示例性结构的俯视图。
[0014]图3B是沿图3A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0015]图3C是沿图3A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0016]图4A是根据本公开的实施方案的在对金属帽盖层和至少一个存储器材料层进行图案化之后的示例性结构的俯视图。
[0017]图4B是沿图4A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0018]图4C是沿图4A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0019]图5A是根据本公开的实施方案的在对导电材料层进行图案化之后的示例性结构的俯视图。
[0020]图5B是沿图5A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0021]图5C是沿图5A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0022]图6A是根据本公开的实施方案的在对钌蚀刻停止层进行图案化之后的示例性结构的俯视图。
[0023]图6B是沿图6A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0024]图6C是沿图6A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0025]图7A是根据本公开的实施方案的在对含难熔金属的蚀刻停止层进行图案化之后的示例性结构的俯视图。
[0026]图7B是沿图7A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0027]图7C是沿图7A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0028]图8A是根据本公开的实施方案的在对上部电极层、任选的上部金属化合物衬里、选择器材料层、任选的下部金属化合物衬里和下部电极层的堆叠进行图案化之后的示例性结构的俯视图。
[0029]图8B是沿图8A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0030]图8C是沿图8A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0031]图9A是根据本公开的实施方案的在形成介电隔离结构之后的示例性结构的俯视图。
[0032]图9B是沿图9A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0033]图9C是沿图9A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0034]图10A是根据本公开的实施方案的在形成第二导电线和第二介电隔离轨之后的示例性结构的俯视图。
[0035]图10B是沿图10A的竖直平面B
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B'截取的示例性结构的竖直剖面图。
[0036]图10C是沿图10A的竖直平面C
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C'截取的示例性结构的竖直剖面图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成存储器设备的方法，所述方法包括：在衬底上方形成层堆叠，所述层堆叠包括下部电极层、选择器材料层、上部电极层、含难熔金属的蚀刻停止层、钌蚀刻停止层、导电材料层和至少一个存储器材料层；将所述至少一个存储器材料层图案化为存储器元件；通过执行具有第一蚀刻化学反应的第一各向异性蚀刻工艺，使用所述钌蚀刻停止层作为蚀刻停止点将所述导电材料层图案化为导电柱，所述第一各向异性蚀刻工艺相对于钌具有选择性地蚀刻所述导电材料层；通过执行具有第二蚀刻化学反应的第二各向异性蚀刻工艺，使用所述含难熔金属的蚀刻停止层作为蚀刻停止点将所述钌蚀刻停止层图案化为钌板，所述第二各向异性蚀刻工艺相对于所述含难熔金属的蚀刻停止层的材料具有选择性地蚀刻钌；通过执行具有第三蚀刻化学反应的第三各向异性蚀刻工艺，将所述含难熔金属的蚀刻停止层图案化为含难熔金属的蚀刻停止板，所述第三各向异性蚀刻工艺相对于所述上部电极层的材料具有选择性地蚀刻所述含难熔金属的蚀刻停止层的材料而不蚀刻穿过所述上部电极层；以及通过执行附加各向异性蚀刻工艺，各向异性地蚀刻所述上部电极层、所述选择器材料层和所述下部电极层。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过各向异性地蚀刻所述选择器材料层形成双向阈值开关选择器元件。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述含难熔金属的蚀刻停止层基本上由钽、钨、铼、铌、钼、它们的金属间合金或它们的导电金属氮化物组成。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第三各向异性蚀刻工艺是基于定时的蚀刻工艺，所述基于定时的蚀刻工艺采用基于氟的等离子体，所述基于氟的等离子体被定时蚀刻穿过所述含难熔金属的蚀刻停止层而不一直蚀刻穿过所述上部电极层，使得所述双向阈值开关材料不暴露于所述基于氟的等离子体。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一各向异性蚀刻工艺采用另一基于氟或基于氧的等离子体，并且所述第二各向异性蚀刻工艺采用基于氯的等离子体。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述导电材料层包括选自元素金属、金属间合金、导电金属氮化物材料、导电金属碳化物材料或导电碳基材料的材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述导电材料层基本上由氮化钽、无掺杂碳或掺杂碳组成；所述钌蚀刻停止层基本上由钌组成；所述含难熔金属的蚀刻停止层基本上由氮化钽组成；并且所述上部电极层包括无掺杂非晶碳或掺杂有硼或氮的非晶碳。8.根据权利要求7所述的方法，其中：所述导电材料层的厚度范围为20nm至50nm；所述钌蚀刻停止层的厚度范围为2nm至5nm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：桑迪士克科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：