立体结构的磁隧道结的形成方法及形成设备技术

本发明专利技术实施例提供了一种立体结构的磁隧道结的形成设备，所述形成设备的结构简单，为本发明专利技术实施例的立体结构的磁隧道结的形成方法提供了有利条件。本发明专利技术实施例的形成方法中，发明专利技术人采用固体的第一反应物和气态的第二反应物利用原子层沉积工艺，形成作为立体结构的磁隧道结中的磁材料层的MgO薄膜，形成的MgO薄膜的质量好，后续形成的磁存储器的可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种立体结构的磁隧道结的形成方法及形成设备。
技术介绍
近年来，由于磁存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)具有短的读写时间，非易失性和功耗低的特点，磁存储器作为适用于计算机或通讯机器等信息处理设备上的存储装置而备受关注。现有技术的磁存储器通过施加磁场,将信息存储到磁隧道结(Magnetic TunnelJunction,MTJ)结构中，并通过测量MTJ的电流读取信息。具体地，所述MTJ由两磁性材料层以及位于所述两磁性材料层之间的绝缘层构成。现有技术的磁存储器的结构，包括用作开关器件的晶体管和用于存储数据的磁性隧道结单元。其中，所述磁隧道结的结构请参考图1，磁隧道结单元包含顶部导电层113、磁性隧道结单元主体(Magnetic tunnel junction, MTJ) 110、底部导电层101,其中，磁隧道结单元主体110由固定磁性材料层(PL) 105、隧道绝缘材料层107和自由磁性材料层(FL) 109交替堆叠而成。所述磁隧道结单元主体110是三层或多层结构，其中所述磁隧道结单元主体还包括位于所述自由磁性材料层109表面的第一隧道绝缘材料层111，用于将所述自由磁性材料层109和顶部导电层113隔开；位于所述底部导电层101表面的第二隧道绝缘材料层103，用于将所述固定磁性材料层105和底部导电层101隔开。其中，所述固定磁性材料层105的作用是磁化方向被固定,并与自由磁性材料层109的磁化方向进行对比，自由磁性材料层109的磁化方向可编程。在对磁性存取存储器进行写入操作时，自由磁性材料层109的磁化可编程为相对于固定磁性材料层105的磁化平行(逻辑“0”状态)，表现为低阻态；或者反平行(逻辑“I”状态)，表现为高阻态，从而实现两个存储状态。在“读取”的过程中，通过比较磁隧道结单元的电阻与标准单元的电阻，读出磁性随机存取存储器的状态。然而，随着工艺节点的进一步减小，现有技术形成的磁存储器的可靠性低，无法进一步满足工业需求。更多关于磁存储器中磁隧道结的结构请参考公开号为“US20070176251A1”的美国专利。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种立体结构的磁隧道结的形成方法及形成设备，形成的磁存储器的可靠性高。为解决上述问题，本专利技术实施例的专利技术人提供了一种立体结构的磁隧道结的形成设备，包括用于形成隧道绝缘材料层的所述反应腔室，所述反应腔室包括镀膜室，所述镀膜室一腔室壁上具有至少一个开孔；位于所述镀膜室内的第一加热器，所述第一加热器位于所述开孔位置的正下方；位于所述镀膜室上的第二加热器；子反应腔，所述子反应腔位于所述第二加热器表面，且与所述开孔相连，用于向镀膜室提供固态的第一反应物。可选地，所述第二加热器位于所述镀膜室的上方，所述第二加热器具有第一通孔，且所述第一通孔的位置与所述开孔的位置相对应。可选地，所述反应腔室还包括第一供气单元，所述第一供气单元与所述开孔相连，用于提供气态的第二反应物。可选地，所述反应腔室还包括第一等离子腔室，所述第一等离子腔室位于所述第二加热器表面、且一端与所述子反应腔相连，另一端与所述镀膜室的开孔相连；和/或第二等离子腔室，所述第二等离子腔室的一端与第一供气单元，另一端与所述镀膜室的开孔相连。可选地，所述反应腔室还包括第二供气单元，所述第二供气单元的一端与所述子反应腔相连；另一端直接与所述镀膜室的开孔相连。可选地，所述反应腔室还包括多个气体流量控制器，分别用于连接所述第二供气单元和所述镀膜室的开孔上的气管；连接第二供气单元和子反应腔上的气管；连接第一供气单元和所述镀膜室的开孔上的气管。可选地，所述反应腔室还包括分布盘，所述分布盘位于所述镀膜室内、且位于所述第一加热器和第二加热器之间，所述分布盘上具有多个第二通孔，所述第二通孔的直径小于所述镀膜室的开孔的直径。可选地，所述分布盘到第二加热器之间的距离为50mm。可选地，所述开孔的个数为1-3个。本专利技术的实施例还提供了一种立体结构的磁隧道结的形成方法，包括向子反应腔内提供固态的第一反应物；经过镀膜室外的第二加热器加热使所述第一子反应物由固态变成气态；气态的第一反应物通过镀膜室一腔室壁上的开孔进入镀膜室内；气态的第一反应物和通入所述镀膜室的气态的第二反应物在镀膜室内混合均匀；第一加热器加热使气态的第一反应物和气态的第二反应物反应生成MgO薄膜沉积于晶圆表面。可选地，所述气态的第二反应物通过与所述开孔相连的第一供气单元进入镀膜室内。可选地，所述第一反应物为Mg(thd)2，所述第二反应物为氧气或臭氧。可选地，所述Mg(thd)2的质量为400_600g ;所述氧气或臭氧的流量为200_300sccm。可选地,所述Mg (thd) 2的质量为500g,氧气的流量为300sccm。可选地，所述Mg (thd) 2变为气态的条件为温度大于等于200°C。可选地，在气态的第一反应物和/或第二反应物进入镀膜室之前，先对所述气态的第一反应物和/或第二反应物等离子体化。可选地，等离子化所述气态的第一反应物的工艺参数范围为频率13-15MHZ ;功率大于等于300W。可选地，等离子体化所述气态的第一反应物的工艺参数为频率13. 56MHz,功率300W。可选地，等离子化所述第二反应物的工艺参数范围为频率13-15MHZ ;功率大于等于200W。可选地，等离子化所述第二反应物的工艺参数范围为频率13. 56MHz，功率200W。可选地，所述第二反应物和气态的所述第一反应物在进入镀膜室时，还包括利用第二供气单元提供的作为载体的气体。可选地，所述作为载体的气体为Ar、He、N2中的一种。可选地,通入子反应腔的作为载体的气体的通入子反应腔的流量为200_400sccm ；直接经过开孔通入所述镀膜室内的作为载体的气体的流量为800-1200sCCm。可选地，通入子反应腔的Ar的流量为300sCCm，直接经过开孔通入所述镀膜室内的Ar的流量为lOOOsccm。可选地，通入所述气态的Mg(thd)2的时间为15S，通入所述氧气的时间为10S。可选地，所述第二反应物和气态的所述第一反应物进入镀膜室内后，还包括所述第二反应物和气态的所述第一反应物通过分布盘上的第二通孔。可选地，形成MgO薄膜的工艺为原子层沉积工艺。可选地，所述原子层沉积工艺的工艺参数范围为温度250-350 °C，压力0.08-0. 2torr0可选地，所述原子层沉积工艺的工艺参数范围为温度250°C，压力0.1Torr0与现有技术相比，本专利技术的实施例具有以下优点本专利技术实施例的立体结构的磁隧道结的形成设备中，所述用于形成立体结构的隧道绝缘材料层的原子层沉积设备的反应腔室包括子反应腔，所述子反应腔可以用来放置固态的第一反应物，当第二加热器加热到一定温度时，所述固态的第一反应物变为气态，通过开孔进入镀膜室内，便于后续和第二反应物在第一加热器加热下，发生原子层沉积工艺形成立体结构的隧道绝缘材料层。所述设备的结构简单，所述设备为后续采用原子层沉积工艺形成MgO薄膜提供了有利条件。进一步的，本专利技术实施例的立体结构的磁隧道结的形成设备的反应腔室还包括第二供气单元，可以在后续提供作为载体的气体，以加快第二反应物和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体结构的磁隧道结的形成设备，包括：用于形成隧道绝缘材料层的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括：镀膜室，所述镀膜室一腔室壁上具有至少一个开孔；位于所述镀膜室内的第一加热器，所述第一加热器位于所述开孔位置的正下方；位于所述镀膜室上的第二加热器；子反应腔，所述子反应腔位于所述第二加热器表面，且与所述开孔相连，用于向镀膜室提供固态的第一反应物。

【技术特征摘要】
1.一种立体结构的磁隧道结的形成设备，包括用于形成隧道绝缘材料层的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括 镀膜室，所述镀膜室一腔室壁上具有至少一个开孔； 位于所述镀膜室内的第一加热器，所述第一加热器位于所述开孔位置的正下方； 位于所述镀膜室上的第二加热器； 子反应腔，所述子反应腔位于所述第二加热器表面，且与所述开孔相连，用于向镀膜室提供固态的第一反应物。2.如权利要求1所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述第二加热器位于所述镀膜室的上方，所述第二加热器具有第一通孔，且所述第一通孔的位置与所述开孔的位置相对应。3.如权利要求1或2所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述反应腔室还包括第一供气单元，所述第一供气单元与所述开孔相连，用于提供气态的第二反应物。4.如权利要求3所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述反应腔室还包括第一等离子腔室，所述第一等离子腔室位于所述第二加热器表面、且一端与所述子反应腔相连，另一端与所述镀膜室的开孔相连；和/或第二等离子腔室，所述第二等离子腔室的一端与第一供气单元相连，另一端与所述镀膜室的开孔相连。5.如权利要求3所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述反应腔室还包括第二供气单元，所述第二供气单元的一端与所述子反应腔相连；另一端直接与所述镀膜室的开孔相连。6.如权利要求5所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述反应腔室还包括多个气体流量控制器，分别用于连接所述第二供气单元和所述镀膜室的开孔上的气管；连接第二供气单元和子反应腔上的气管；连接第一供气单元和所述镀膜室的开孔上的气管。7.如权利要求2所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述反应腔室还包括分布盘，所述分布盘位于所述镀膜室内、且位于所述第一加热器和第二加热器之间，所述分布盘上具有多个第二通孔，所述第二通孔的直径小于所述镀膜室的开孔的直径。8.如权利要求7所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述分布盘到第二加热器之间的距离为50mm。9.如权利要求1所述的立体结构的磁隧道结的形成设备，其特征在于，所述开孔的个数为1-3个。10.一种立体结构的磁隧道结的形成方法，包括 向子反应腔内提供固态的第一反应物； 经过镀膜室外的第二加热器加热，使所述第一子反应物由固态变成气态； 气态的第一反应物通过镀膜室一腔室壁上的开孔进入镀膜室内； 气态的第一反应物和通入所述镀膜室的气态的第二反应物在镀膜室内混合均匀； 第一加热器加热使气态的第一反应物和气态的第二反应物反应生成MgO薄膜沉积于晶圆表面。11.如权利要求10所述的立体结构的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述气态的第二反应物通过与所述开孔相连的第一供气单元进入镀膜室内。12.如权利要求10所述的立体结构的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述第一反应物为Mg (thd)2，所述第二反应物为氧气或臭氧。13.如权利要求12所述的立体结构的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：