磁阻随机存取存储器(MRAM)器件及其制造方法技术

一种方法包括：图案化多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成介电保护层；在相同的真空环境中原位实施图案化的步骤以及形成介电保护层的步骤；在介电保护层上实施等离子处理以将介电保护层转变成处理过的介电保护层，由此，处理过的介电保护层改进了对H2O或O2以及因此引起的退化的防护。本发明专利技术还提供了一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及磁阻随机存取存储器器件及其制造方法。
技术介绍
半导体存储器件用于进行各种电子应用的集成电路中，电子应用包括无线电通信装置、电视机、手机、和个人计算装置。存储器件包括电荷存储器件，如动态随机存取存储器(DRAM)和闪速存储器。存储器件的较近期的发展涉及自旋电子器件，其结合了半导体技术和磁性材料。使用电子的自旋极化而不是电子的电荷来指示状态是“I”还是“O”。一种类型的半导体存储器器件是磁阻随机存取存储器(MRAM)，其涉及自旋电子器件，自旋电子器件结合了半导·体技术和磁性材料和器件。采用电子的自旋，通过它们的磁矩而不是电子的电荷来指示位值。典型的MRAM单元可以包括磁隧道结(MTJ)器件，MTJ器件一般包括自由层、固定层(pinned layer)、以及介于自由层和固定层之间的隧道层。施加通过隧道层的电流来反转自由层的磁化方向，这导致自由层内的注入的极化电子对自由层的磁化施加自旋力矩。固定层具有固定的磁化方向。当电流以从自由层到固定层的方向流动时，电子以相反方向即从固定层到自由层流动。在通过固定层，流过隧道层，然后进入自由层中并在自由层中积累之后，电子以与固定层相同的磁化方向发生极化。最终，自由层的磁化与固定层的磁化平行，并且MTJ器件将处于低电阻状态。由电流引起的该电子注入被称为主要注入(majorinjection)。当施加从固定层流到自由层的电流时，电子以从自由层到固定层的方向流动。具有与固定层的磁化方向相同的极化的电子能够流过隧道层并进入固定层。相反地，具有不同于固定层的磁化的极化的电子将被固定层反射(阻止)，并在自由层中积累。最终，自由层的磁化变得与固定层的磁化反平行，并且MTJ器件将处于高电阻状态。由电流引起的相应电子注入被称为次要注入(minor injection)。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的技术问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种方法，包括图案化多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在所述MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成介电保护层；实施处理以将所述介电保护层转变成处理过的介电保护层，其中，所述处理包括含氮气的气体；以及在所述处理过的介电保护层上方形成介电层。在该方法中，所述介电保护层是氮化硅。在该方法中，所述处理是采用包含N2的气体实施的等离子处理。在该方法中，所述含氮气的气体不包含氧气或氢气。在该方法中，通过游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)，采用小于或者等于约4.5人/sec的沉积速率形成所述介电保护层。在该方法中，在范围处于约200°C至约300°C之间的温度下形成所述介电保护层。在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中实施形成介电保护层的步骤和实施所述处理的步骤，并且在两个步骤之间不存在真空破坏。该方法，进一步包括在所述MTJ单元上方形成顶部电极层；图案化所述顶部电极层以形成顶部电极，其中，使用相同的掩模图案化所述顶部电极层和所述MTJ层，并且其中，所述顶部电极位于所述处理过的介电保护层下方；以及蚀刻所述介电层以及所述处理过的介电保护层来暴露所述顶部电极。在该方法中，所述处理将所述介电保护层的至少顶部从SiN转变成SiNH。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于形成磁矩随机存取存储器(MRAM)器件的方法，包括提供具有多个磁隧道结(MTJ)层的衬底；图案化所述多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在所述MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成氮化硅层，其中，所述氮化硅层的密度大于约2. 4g/cm3 ;以及采用包含N2的气体对所述氮化硅层实施等离子处理。在该方法中，所述等离子处理进一步包含Ar气体。在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中，在范围处于约200°C至约300°C之间的温度下，形成所述氮化硅层。在该方法中，采用小于或者等于约4.5人/sec的沉积速率形成所述氮化硅层。在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中原位实施所述等离子处理。该方法进一步包括在所述处理过的氮化硅层上方形成氧化物层。该方法进一步包括在所述MTJ单元上方形成顶部电极层；图案化所述顶部电极层以形成顶部电极，其中，采用相同的掩模图案化所述顶部电极层和所述MTJ层，并且其中，所述顶部电极位于所述处理过的氮化硅层下方；以及蚀刻所述氧化物层和所述处理过的氮化硅层以暴露所述顶部电极。在该方法中，采用范围处于约1000瓦特至约2500瓦特的功率，在范围处于约10秒至约40秒的时间周期内，实施所述等离子处理。根据本专利技术的又一方面，提供了一种器件，包括磁隧道结(MTJ)单元；介电保护层，与所述MTJ单元的侧壁物理接触，其中，所述介电保护层的密度大于约2. 4g/cm3;以及介电层，位于所述介电保护层的顶面和侧壁上方，并接触所述介电保护层的顶面和侧壁。在该器件中，所述介电保护层的顶部具有不同于所述介电保护层的底部的组成。在该器件中，所述介电保护层的顶部由SiNH组成，并且所述介电保护层的底部由SiN形成。附图说明为了更充分地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中图I至图8是根据各个实施例的制造磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的中间阶段的剖面图；以及图9示出了用于实施图案化和沉积步骤的生产工具，其中，图案化用于形成磁隧道结(MTJ)单元，以及沉积步骤用于形成覆盖MTJ单元的介电保护层。具体实施例方式在下面详细讨论本专利技术实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅是示例性的，并不用于限制本专利技术的范围。根据各个实施例提供了磁阻随机存取存储器(MRAM)器件及其形成方法。示出了形成磁隧道结(MTJ)单元和上覆的结构的中间阶段。讨论了实施例的变化。在所有的视图和示例性实施例中，相似的参考标号用于指定相似的元件。参考图I，提供了 MRAM器件10，其包括衬底20。衬底20可以由公知的半导体材料如硅、硅锗、或碳化硅等形成。在实施例中，衬底20是体硅衬底。在图3至图8中，未示出衬底20，但是衬底20还位于图3至图8中示出的结构的下方。在衬底20上方形成介电层12。在实施例中，介电层12是低k介电层，该低k介电层具有小于约3. O或者低于约2. 5的k值。在介电层12中形成金属部件14，该金属部件可以由铜或铜合金形成。在介电层12上方形成介电层22。在实施例中，介电层22包含碳化娃。例如采用化学汽相沉积(CVD)方法，在介电层22上方形成绝缘层24、底部电极层26和MTJ结构28。绝缘层24可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或者其他介电材料形成。底部电极层26由导电材料如金属或金属合金形成。在实施例中，底部电极层26由钽或钽合金形成。底部电极层26电连接于金属部件14。MTJ结构28可以包括各种层。图2示出了图I中示出的结构的一部分的放大图，其中所示出的部分由如图I中所示的区域29获得的。在示例性实施例中，如图2中所示，MTJ结构28包括牵制层(pinning layer) 28A、位于牵制层28A上方的固定层28B、位于固定层28B上方的隧道阻挡层28C，以及位于隧道阻挡层28C上方的自由层28D。层28A、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：图案化多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在所述MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成介电保护层；实施处理以将所述介电保护层转变成处理过的介电保护层，其中，所述处理包括含氮气的气体；以及在所述处理过的介电保护层上方形成介电层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐邦泰，蔡正原，
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：