CN112740431A - 形成磁隧道结的顶部接触的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容的实施方式关于用于制造在存储器装置中使用的结构的方法。更具体地，本公开内容的实施方式关于用于在存储器装置中制造MTJ结构的方法。在一个实施方式中，方法包括以下步骤：形成MTJ结构；在MTJ结构的顶部和侧部上沉积封装层；在封装层上沉积介电材料；通过化学机械平坦化(CMP)处理来移除设置在MTJ结构的顶部上的介电材料和封装层，以暴露MTJ结构的顶部；及在MTJ结构上沉积接触层。方法利用CMP处理而不利用蚀刻处理来暴露MTJ结构的顶部，这避免损坏MTJ结构并导致在MTJ结构与接触层之间的改善的电接触。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式关于用于制造在存储器装置中使用的结构的方法。更具体地，本公开内容的实施方式关于用于在存储器装置中制造磁隧道结结构的方法。
背景技术
磁阻式随机存取存储器(MRAM)是一种含有MRAM单元阵列的存储器装置，MRAM单元使用其电阻值而非电荷来储存数据。通常，每个MRAM单元包括磁隧道结(magnetic tunneljunction,MTJ)结构。MTJ结构可具有可调节的电阻来表示逻辑状态“0”或“1”。MTJ结构通常包括由薄的非磁性层(如，隧道阻挡层)分隔开的两个铁磁层。顶部接触层和底部接触层用以夹设MTJ结构，从而电流可流过MTJ结构。
MTJ结构的层通常作为覆盖的覆盖膜而顺序地沉积。层通过各种蚀刻处理随后被图案化，以形成所述MTJ结构，在蚀刻处理中一个或多个层被部分地或全部地移除。但是，蚀刻处理可能会损坏MTJ结构，并可能导致与顶部电极的不良电接触。
因此，需要用于形成MTJ结构的改进方法。
发明内容
本公开内容的实施方式关于一种用于制造在存储器装置中使用的结构的方法。更具体地，本公开内容的实施方式关于用于在存储器装置中制造MTJ结构的方法。在一个实施方式中，方法包括以下步骤：在第一接触层上形成磁隧道结结构；在磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层；通过化学机械平坦化处理来移除设置在磁隧道结的顶部上的封装层，以暴露磁隧道结结构的顶部；及在磁隧道结结构上沉积第二接触层。
在另一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：在第一接触层上形成磁隧道结结构；在磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层；在封装层上沉积介电材料；通过化学机械平坦化处理来移除设置在磁隧道结的顶部上的介电材料和封装层，以暴露磁隧道结结构的顶部；及在磁隧道结结构上沉积第二接触层。
在另一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：在第一接触层上形成磁隧道结结构；在磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层，封装层包含氮化硅碳；在封装层上沉积介电材料；移除介电材料的一部分和封装层的一部分，以形成通孔和在通孔的顶部上的沟槽，磁隧道结结构的顶部被暴露；及在沟槽和通孔中沉积第二接触层。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式来获得简要地概述于上的本公开内容的更详细的描述，一些实施方式显示在附随的附图中。然而，应注意附随的附图仅显示了示例性实施方式，且因此不应被认为是对其范围的限制，且可允许其他等效实施方式。
图1是用于形成结构的方法的流程图。
图2A-图2E显示了在图1的方法的不同阶段期间的结构的示意性横截面图。
图3是用于形成结构的方法的流程图。
图4A-图4E显示了在图3的方法的不同阶段期间的结构的示意性横截面图。
为促进理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式关于用于制造在存储器装置中使用的结构的方法。更具体地，本公开内容的实施方式关于用于在存储器装置中制造MTJ结构的方法。在一个实施方式中，方法包括以下步骤：形成MTJ结构；在MTJ结构的顶部和侧部上沉积封装层；在封装层上沉积介电材料；通过化学机械平坦化(CMP)处理来移除设置在MTJ结构的顶部上的介电材料和封装层，以暴露MTJ结构的顶部；及在该MTJ结构上沉积接触层。方法利用CMP处理而非蚀刻处理来暴露MTJ结构的顶部，这避免损坏MTJ结构并导致在MTJ结构与接触层之间的改善的电接触。
图1是用于形成结构200的方法100的流程图。图2A-图2E显示了在图1的方法100的不同阶段期间的结构200的示意性横截面图。方法100通过形成如图2A所示的MTJ结构204的操作102而开始。MTJ结构204形成在接触层202上。接触层202由导电材料(诸如金属)制成。例如，接触层202由铜、钴、钨、钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化钨或其他合适的材料制成。MTJ结构204包括第一磁性层206、布置在第一磁性层206上方的非磁性层208、布置在非磁性层208上方的第二磁性层210及布置在第二磁性层210上方的盖层212。第一磁性层206和第二磁性层210由铁磁性材料(诸如具有掺杂剂(诸如硼掺杂剂、氧掺杂剂或其他合适的材料)的金属合金)制成。金属合金可为含镍材料、含铂材料、含钌材料、含钴材料、含钽材料和含钯材料。铁磁性材料的合适示例包括Ru、Ta、Co、Pt、TaN、NiFeOx、NiFeB、CoFeOxB、CoFeB、CoFe、NiOxB、CoBOx、FeBOx、CoFeNiB、CoPt、CoPd、TaOx及类似者。非磁性层208可由用于隧道结磁阻(tunnel junction magnetoresistive,TMR)传感器的介电材料或由用于巨磁阻(giantmagnetoresistive,GMR)传感器的导电材料制成。若MTJ结构204是TMR传感器，则非磁性层208由MgO、HfO2、TiO2、Ta2O5、Al2O3或其他合适的材料制成。如果MTJ结构204是GMR传感器，则非磁性层208由铜、银、钼、钽、钨或其他合适的材料制成。盖层212可由钌、铱、钽、钨、钛、氮化钽、氮化钨、氮化钛、氧化镁或其他合适的材料制成。
MTJ结构204的层206、208、210、212可顺序地毯式沉积在接触层202上，并且随后通过一个或多个蚀刻处理来图案化。沉积处理可为任何合适的处理，诸如化学气相沉积(CVD)处理、等离子体增强化学气相沉积处理(PECVD)处理及/或物理气相沉积(PVD)处理。蚀刻处理可为任何合适的蚀刻处理，诸如反应离子蚀刻(RIE)处理。
接下来，在操作104处，封装层214沉积在MTJ结构204的顶部213和侧部215上，如图2B所示。封装层214由介电材料制成。封装层214可由含氮材料、含碳材料或含氧化物的材料制成。用于形成封装层214的合适的示例性材料包括氮化硅(SiN)、氮化硅碳(SiCN)、二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、非晶碳、碳氧化硅(SiOC)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)及类似者。可通过原子层沉积(ALD)处理形成封装层214，且封装层214可为保形层。
接下来，在操作106处，将介电材料216沉积在封装层214上，如图2C所示。介电材料216可为层间电介质(inter-layer dielectric,ILD)，且可由诸如氧化硅的氧化物制成。在操作108处，通过CMP处理移除设置在MTJ结构204的顶部213上方的介电材料216的一部分和设置在MTJ结构204的顶部213上的封装层214的一部分，以暴露MTJ结构204的顶部213，如图2D所示。MTJ结构204的侧部215保持被封装层214覆盖。与用以暴露MTJ结构204的传统蚀刻处理不同，CMP处理避免损坏MTJ结构204并导致在MTJ结构204和接触层218之间的改善的电接触(见图2E)。
接下来，在操作110处，在MTJ结构204的顶部213上沉积接触层218，如图2E所示。接触层218可由与接触层202相同的材料制成。接触层218可设置在封装层214和介电材料216上。接触层218可首先被毯式沉积，且随后通过蚀刻处理而图案化。
图3是用于形成结构400的方法300的流程图。图4A-图4E显示了在图3的方法300的不同阶段期间的结构400的示意性横截面图。方法300通过形成如图4A所示的MTJ结构404的操作302而开始。MTJ结构404形成在接触层402上。接触层402由导电材料(诸如金属)制成。接触层402可由与如图2A所示的接触层202相同的材料制成。MTJ结构404包括第一磁性层406、布置在第一磁性层406上方的非磁性层408、布置在非磁性层408上方的第二磁性层410及布置在第二磁性层410上方的盖层412。第一磁性层406和第二磁性层410由铁磁性材料(诸如具有掺杂剂(诸如硼掺杂剂、氧掺杂剂或其他合适的材料)的金属合金)制成。金属合金可为含镍材料、含铂材料、含钌材料、含钴材料、含钽材料和含钯材料。铁磁性材料的合适示例包括Ru、Ta、Co、Pt、TaN、NiFeOx、NiFeB、CoFeOxB、CoFeB、CoFe、NiOxB、CoBOx、FeBOx、CoFeNiB、CoPt、CoPd、TaOx及类似者。非磁性层408可由用于TMR传感器的介电材料或由用于GMR传感器的导电材料制成。若MTJ结构404是TMR传感器，则非磁性层408由MgO、HfO2、TiO2、Ta2O5、Al2O3或其他合适的材料制成。若MTJ结构404是GMR传感器，则非磁性层408由铜、银、钼、钽、钨或其他合适的材料制成。盖层412可由钌、铱、钽、钨、钛、氮化钽、氮化钨、氮化钛、氧化镁或其他合适的材料制成。
MTJ结构404的层406、408、410、412可顺序地毯式沉积在接触层402上，并且随后通过一个或多个蚀刻处理来图案化。沉积处理可为任何合适的处理，诸如CVD处理、PECVD处理及/或PVD处理。蚀刻处理可为任何合适的蚀刻处理，诸如RIE处理。
接下来，在操作304处，在MTJ结构404的顶部413和侧部415上沉积封装层414，如图4B所示。封装层414由对介电材料416具有良好蚀刻选择性的介电材料制成(图4C)。在一个实施方式中，封装层414由SiCN制成。可通过原子层沉积(ALD)处理形成封装层414，且封装层414可为保形层。
接下来，在操作306处，将介电材料416沉积在封装层414上，如图4C所示。介电材料416可为ILD，且可由氧化物(诸如氧化硅)制成。可通过CMP处理来平坦化介电材料416。在操作308处，通过一个或多个蚀刻处理来移除设置在MTJ结构404的顶部413上方及围绕MTJ结构404的侧部415的介电材料416的一部分，如图4D所示。一个或多个蚀刻处理还移除了设置在MTJ结构404的顶部413上的封装层414的一部分，且MTJ结构404的顶部413被暴露。在一个实施方式中，执行单次蚀刻处理以移除介电材料416的一部分和封装层414的一部分，并且形成开口418。在另一实施方式中，执行双镶嵌(dual damascene)处理，其包括第一蚀刻处理以形成通孔420和第二蚀刻处理以在通孔420上方形成沟槽422，如图4D所示。MTJ结构404的侧部415仍然被封装层414覆盖。因为封装层414是由对介电材料416具有良好的蚀刻选择性(即，具有比蚀刻介电材料416慢得多的蚀刻速率)的介电材料制成，在蚀刻介电材料416的期间不会损坏MTJ结构404。
接下来，在操作310处，在开口418(或通孔420和沟槽422)中以及MTJ结构404的顶部413上沉积接触层424，如图4E所示。接触层424可由与接触层402相同的材料制成。接触层424可通过电化学镀覆(ECP)处理形成。接触层424可通过CMP处理而平坦化，以与介电材料416共面。
通过使用CMP处理来暴露MTJ结构，不会损坏MTJ结构。替代地，通过使用对层间介电质具有良好的蚀刻选择性的材料作为封装层，通过蚀刻处理移除层间介电质以暴露MTJ结构不会损坏MTJ结构。
尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，且本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。
Claims (15)
1.一种方法，包含以下步骤：
在第一接触层上形成磁隧道结结构；
在所述磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层；
通过化学机械平坦化处理来移除设置在所述磁隧道结的所述顶部上的所述封装层，以暴露所述磁隧道结结构的所述顶部；及
在所述磁隧道结结构上沉积第二接触层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述磁隧道结结构包含第一磁性层、第二磁性层以及设置在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述磁隧道结进一步包含设置在所述第二磁性层上的盖层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述封装层包含氮化硅、氮化硅碳、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、非晶碳、碳氧化硅、氧化铝或氮化铝(AlN)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二接触层包含铜、钴、钨、钽、氮化钽、钛、氮化钛或氮化钨。
6.一种方法，包含以下步骤：
在第一接触层上形成磁隧道结结构；
在所述磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层；
在所述封装层上沉积介电材料；
通过化学机械平坦化处理来移除设置在所述磁隧道结的所述顶部上的所述介电材料和所述封装层，以暴露所述磁隧道结结构的所述顶部；及
在所述磁隧道结结构上沉积第二接触层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述磁隧道结结构包含第一磁性层、第二磁性层和设置在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述非磁性层包含MgO、HfO2、TiO2、Ta2O5或Al2O3。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述非磁性层包含铜、银、钼、钽或钨。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁隧道结进一步包含设置在所述第二磁性层上的盖层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述盖层包含钌、铱、钽、钨、钛、氮化钽、氮化钨、氮化钛或氧化镁。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述封装层包含氮化硅、氮化硅碳、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、非晶碳、碳氧化硅、氧化铝或氮化铝(AlN)。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述介电材料包括氧化物。
14.一种方法，包含以下步骤：
在第一接触层上形成磁隧道结结构；
在所述磁隧道结结构的顶部和侧部上沉积封装层，所述封装层包括氮化硅碳；
在所述封装层上沉积介电材料；
移除所述介电材料的部分和所述封装层的部分，以形成通孔和在所述通孔的顶部上的沟槽，所述磁隧道结结构的所述顶部被暴露；及
在所述沟槽和所述通孔中沉积第二接触层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述磁隧道结结构包含第一磁性层、第二磁性层和设置在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性层。
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