RU2694289C1 - Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction - Google Patents

Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction Download PDF

Info

Publication number
RU2694289C1
RU2694289C1 RU2018134305A RU2018134305A RU2694289C1 RU 2694289 C1 RU2694289 C1 RU 2694289C1 RU 2018134305 A RU2018134305 A RU 2018134305A RU 2018134305 A RU2018134305 A RU 2018134305A RU 2694289 C1 RU2694289 C1 RU 2694289C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
cobalt
deposition
layer
groove
Prior art date
Application number
RU2018134305A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентина Александровна Гайдедей
Эрван Филипп Мари Гапиан
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "КРОКУС НАНОЭЛЕКТРОНИКА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "КРОКУС НАНОЭЛЕКТРОНИКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "КРОКУС НАНОЭЛЕКТРОНИКА"
Priority to RU2018134305A priority Critical patent/RU2694289C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2694289C1 publication Critical patent/RU2694289C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: disclosed is a method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction. As a result of the method implementation, according to 3 versions, a groove with copper distribution and a cobalt insert without defects is formed. Method includes the following steps in the following sequence: etching the groove in silicon dioxide on silicon; deposition of cobalt insert; copper inoculating layer deposition. According to the first version of CMP invention seed layer copper and cobalt process is divided into 2 stages. At the first step, after depositing the copper seed layer using the CMP, cobalt is completely removed from the SiO2 top surface. Thereafter, copper is galvanically deposited. At the second stage, the CMP is performed by removing copper from the upper surface of the groove and the upper surface of SiO2. According to the second version of the invention, the cobalt insert is formed between two barrier layers of Ta (TaN) and/or Ti (TiN) with only one CMP process and removal of cobalt from the upper surface of SiO2. According to the third version of the invention, at the beginning, creating a standard structure with a groove filled with a cobalt insert, depositing a thick seed layer of copper, without further use of the electrochemical deposition of copper to thickness of more than 2,000 nm, which actually enables to avoid the process of galvanic copper deposition, use only one CMP process to achieve the result, during which copper and cobalt are removed from the surface of silicon oxide, forming a groove with copper distribution and cobalt inserts without defects.
EFFECT: invention provides reduced number of defects in the process of formation of distribution.
9 cl, 9 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, относится к технологиям изготовления полупроводниковых приборов, например, типа MRAM (magneto-resistive random-access memory), магнитных сенсоров и т.п.The method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing inlay in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction relates to the manufacturing techniques of semiconductor devices, for example, the type of MRAM (magneto-resistive random-access memory), magnetic sensors, etc.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Для изготовления некоторых устройств, работающих на основе магнитных туннельных переходов, для переключения направления намагниченности слоя хранения используют силовые линии магнитного поля, формируемые током, проходящим через медные канавки. Силовые линии магнитного поля, возникающего при протекании тока по канавкам, используются для управления работой ячеек магнитно-резистивной оперативной памяти (MRAM) и магнитных сенсоров. Для локализации магнитного поля в ячейке в определенном направлении на боковых стенках медной канавки формируют ферромагнитную вкладку. Ферромагнитная вкладка играет роль экрана (зеркала) для магнитного поля. Благодаря этому, распределение магнитного поля не равномерно вдоль периметра медного проводника, а направлено строго на магнитную ячейку. Локальная направленность позволяет снизить величину тока, протекающего по проводнику, т.к. величина магнитного поля, достаточная для переключения ячейки, в случае с рассеиваемым полем достигается при значительно большей величине тока, чем при локализации магнитного поля отражением с помощью ферромагнитной вкладки. Это в свою очередь значительно снижает тепловую нагрузку и потребление энергии. Выбор кобальта и кобальтсодержащих материалов в качестве ферромагнитного материала, который может быть использован в качестве ферромагнитной вкладки в канавке при формировании разводки, обусловлен тем, что как кобальт, так и кобальтсодержащие материалы, при их использование в качестве ферро-магнитной вкладкй, наиболее эффективно направляют магнитное поле на ячейку.For the manufacture of some devices operating on the basis of magnetic tunnel junctions, the magnetic field lines generated by the current passing through the copper grooves are used to switch the direction of the magnetization of the storage layer. The lines of force of the magnetic field that occurs when current flows through the grooves are used to control the operation of MRAM cells and magnetic sensors. To localize the magnetic field in the cell in a certain direction, a ferromagnetic insert is formed on the side walls of the copper groove. The ferromagnetic tab plays the role of a screen (mirror) for a magnetic field. Due to this, the distribution of the magnetic field is not uniform along the perimeter of the copper conductor, but is directed strictly to the magnetic cell. Local directivity reduces the amount of current flowing through the conductor, because the magnitude of the magnetic field, sufficient to switch the cell, in the case of a scattered field is achieved with a much larger current than with the localization of the magnetic field by reflection using a ferromagnetic insert. This in turn significantly reduces heat load and energy consumption. The choice of cobalt and cobalt-containing materials as a ferromagnetic material, which can be used as a ferromagnetic insert in the groove during wiring formation, is due to the fact that both cobalt and cobalt-containing materials, when used as a ferro-magnetic insert, most effectively direct the magnetic field per cell.

Давно известны стандартные способы формирования медной разводки с кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, когда используют технологический процесс гальванического осаждения меди для формирования проводящего материала, создающего магнитное поле (описано, например, в заявки США заявке № US20040175845, приоритет 03.03.2003 (https://patents.google.com/patent/US20040175845)). Общими с известным изобретением для формирования разводки являются следующие признаки – формирование канавки, в которой последовательно создаются сначала первый барьерный слой, содержащий Та в пределах канавки, затем поверх него создают затравочный слой меди, на котором путем осаждения формируют слой меди, на который путем электрохимического осаждения наносят слой мягкого магнитного материала с последующим формированием второго барьерного слоя и завершают формированием металлического слоя поверх второго барьерного слоя с последующим удалением первого барьерного слоя, первого затравочного слоя, слоя магнитомягкого материала и металлического слоя за пределами канавки. Поскольку и сам кобальт, и кобальтсодержащие материалы имеют как магнитные, так и барьерные свойства (свойства диффузионного барьера для меди), это позволяет снизить количество формирующих разводку слоев. Таким образом в известном уровне техники и заявленном изобретении при формировании медной разводки с кобальтовой (кобальтсодержащей) вкладкой общими будут лишь признаки, характеризующие часть слоев (их комбинацию), в частности, процесс формирования разводки с кобальтовой вкладкой осуществляют в следующей последовательности. Сначала осуществляют травление канавки в слое оксида кремния на полупроводнике (Фиг. 1), после чего осуществляют осаждение вкладки кобальта. Затем производят осаждение затравочного слоя меди, который становится основой для гальванического осаждения меди (Фиг. 2). Для формирования слоев разводки используют такие методы осаждения как электрохимическое, электролизное осаждение, химическое, физическое осаждение из паровой фазы, осаждение атомных слоев. Из-за особенностей процессов гальванического осаждения меди, образуются дефекты, распределенные по объему нанесенного слоя кобальта, которые могут влиять на конфигурацию силовых линий магнитного поля. При осуществлении гальванического осаждения меди, из-за кислотного состава используемых химических растворов происходит растворение кобальта, образование пустот между медным слоем и оксидом и рост количества дефектов. Standard methods for the formation of copper wiring with a cobalt-containing inlay in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction, when using a galvanic copper deposition process to form a conductive material that creates a magnetic field (described, for example, in US application number US20040175845, priority 03.03, have long been known .2003 (https://patents.google.com/patent/US20040175845)). Common to the known invention for the formation of the wiring are the following signs - the formation of a groove in which the first barrier layer containing Ta within the groove is sequentially created first, then a copper layer is created on top of it, on which a copper layer is formed on which by electrochemical deposition put a layer of soft magnetic material with the subsequent formation of the second barrier layer and complete the formation of a metal layer on top of the second barrier layer followed by removal of the first barrier layer, the first seed layer, the layer of magnetic material and the metal layer outside the groove. Since both cobalt and cobalt-containing materials have both magnetic and barrier properties (diffusion barrier properties for copper), this reduces the number of wiring layers. Thus, in the prior art and in the claimed invention, when forming copper wiring with a cobalt (cobalt-containing) inset, only signs characterizing part of the layers (their combination) will be common, in particular, the process of forming wiring with a cobalt inset is carried out in the following sequence. First, etching of the groove in the silicon oxide layer on the semiconductor is performed (FIG. 1), followed by deposition of the cobalt insert. Then, a seed layer of copper is deposited, which becomes the basis for the galvanic deposition of copper (Fig. 2). For the formation of layers of wiring using such methods of deposition as electrochemical, electrolysis deposition, chemical, physical deposition from the vapor phase, the deposition of atomic layers. Due to the peculiarities of the galvanic deposition of copper, defects are formed, distributed over the volume of the deposited cobalt layer, which can affect the configuration of the magnetic field lines. When galvanic copper is deposited, due to the acid composition of the chemical solutions used, cobalt dissolves, voids form between the copper layer and the oxide, and the number of defects increases.

Количество дефектов может изменяться при изменении условий технологического процесса, но ни один из известных подходов с использованием метода гальванического осаждения меди и формирования толстой вкладки кобальта для локализации направления магнитного поля в определенном направлении не работает и не позволяет существенно снизить количество дефектов.The number of defects can vary with changing process conditions, but none of the known approaches using the method of electroplating copper and forming a thick cobalt insert to localize the direction of the magnetic field in a certain direction does not work and does not significantly reduce the number of defects.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF INVENTION

Задачей заявленного решения является - снизить количество или вообще исключить формирование дефектов, возникающих в результате коррозии (растворения) кобальта (кобальтсодержащего материала) (300) в процессе гальванического осаждения меди (500) при осуществлении химико-механической полировки (ХМП) меди и кобальта (кобальтсодержащего материала) на поверхности канавки (Фиг. 3) при создании структуры устройства, работающего на основе магнитного туннельного перехода типа MRAM, магнитного сенсора и т.п. The objective of the stated solution is to reduce the number of or eliminate the formation of defects resulting from corrosion (dissolution) of cobalt (cobalt-containing material) (300) in the process of galvanic copper deposition (500) when performing chemical-mechanical polishing (CMP) of copper and cobalt (cobalt-containing material) on the surface of the groove (Fig. 3) when creating the structure of the device operating on the basis of a magnetic tunnel junction of the MRAM type, magnetic sensor, etc.

Техническим результатом изобретения, способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, является устранение вышеописанных дефектов в слое кобальта (кобальтсодержащего материала), которые появляются в результате гальванического осаждения меди и/или после процесса химико-механической полировки структуры медной канавки с кобальтовой (кобальтсодержащей) вкладкой. Установлено, что указанный технический результат можно достичь тремя вариантами осуществления способа.The technical result of the invention, the method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing inlay in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction, is the elimination of the above-described defects in the cobalt layer (cobalt-containing material), which appear as a result of galvanic copper deposition and / or after a chemical-mechanical process polishing the structure of the copper groove with a cobalt (cobalt-containing) tab. It is established that this technical result can be achieved in three variants of the method.

Для достижения технического результата важно удалить кобальт (кобальтсодержащий материал) (300) с поверхности оксида кремния (100) так, чтобы при этом кобальт (кобальтсодержащий материал) и медь оставались только в канавке. Это можно сделать, используя методы химико-механической полировки (ХМП) или травления перед началом процесса гальванического осаждения меди в определенных сочетаниях. Кобальтсодержащая вкладка может содержать материал из группы Co, CoFe, CoхFeуBz (x+y+z=1), CoхFeуBz TakZl (x+y+z+k+l=1), CoхZryTaz (x+y+z=1), CoхFeySiOz (x+y+z=1). Далее для упрощения изложения сущности и осуществления вариантов изобретения будет упоминаться по тексту просто кобальт как равнозначный кобальтсодержащим материалам или кобальтсодержащей вкладке, поскольку с использованием материалов указанной выше группы достигаются аналогичные результаты.To achieve a technical result, it is important to remove cobalt (cobalt-containing material) (300) from the surface of silicon oxide (100) so that at the same time cobalt (cobalt-containing material) and copper remain only in the groove. This can be done using methods of chemical-mechanical polishing (CMP) or etching before the beginning of the process of electroplating copper deposition in certain combinations. Cobalt-containing tab can contain material from the group Co, CoFe, Co x Fe at B z (x + y + z = 1), Co x Fe at B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1) , Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1). Further, to simplify the presentation of the essence and implementation of embodiments of the invention, simply cobalt will be referred to as cobalt-containing materials or cobalt-containing tab, since similar results are achieved using the above-mentioned materials.

Заявленный процесс формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, характеризуется тем, что может включать в себя технологические этапы в следующей последовательности (Фиг. 4):The claimed process of forming copper wiring with a thick cobalt-containing inset in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction is characterized by the fact that it may include technological steps in the following sequence (Fig. 4):

- травление канавки в диоксиде кремния (100) на полупроводнике (кремнии); - etching grooves in silicon dioxide (100) on a semiconductor (silicon);

- осаждение кобальтовой вкладки (300);- deposition of cobalt tabs (300);

- осаждение затравочного слоя меди (400), например, методом магнетронного распыления для последующего осаждения меди методом гальванического осаждения. - deposition of the seed layer of copper (400), for example, by the method of magnetron sputtering for the subsequent deposition of copper by the method of galvanic deposition.

По первому варианту изобретения ХМП затравочного слоя меди и кобальта процесс делится на 2 этапа. In the first embodiment of the invention, the CMP seed layer of copper and cobalt process is divided into 2 stages.

На первом этапе после осаждения затравочного слоя меди (400), используя ХМП, полностью удаляют кобальт (300) с верхней поверхности SiO2 (100) (Фиг. 5). После этого осуществляют гальваническое осаждение меди (500) (Фиг. 6). At the first stage, after deposition of a seed layer of copper (400) using CMP, cobalt (300) is completely removed from the upper surface of SiO 2 (100) (Fig. 5). After that, galvanic deposition of copper (500) is carried out (Fig. 6).

На втором этапе осуществляют ХМП путем удаления меди с верхней поверхности канавки и верхней поверхности SiO2 (Фиг. 7).In the second stage, CMP is performed by removing copper from the upper surface of the groove and the upper surface of SiO 2 (Fig. 7).

В результате формируется канавка с медью (медной разводкой) и вкладкой кобальта без дефектов.As a result, a groove with copper (copper wiring) and a cobalt insert without defects is formed.

По второму варианту изобретения кобальтовую вкладку (300) формируют между двумя барьерными слоями Ta(TaN) или Ti(TiN) (200) под затравочным слоем меди (400), а далее осуществляют осаждение меди, методом гальванического осаждения (500) (Фиг. 8). Для этого варианта осуществляется только один процесс ХМП. According to the second variant of the invention, a cobalt insert (300) is formed between two Ta (TaN) or Ti (TiN) barrier layers (200) under a seed layer of copper (400), and then copper is deposited using a galvanic deposition method (500) (Fig. 8). ). For this option, only one CMP process is performed.

В результате формируется канавка с медью (медной разводкой) и вкладкой кобальта без дефектов.As a result, a groove with copper (copper wiring) and a cobalt insert without defects is formed.

По третьему варианту изобретения в начале создают стандартную структуру с канавкой, заполненной кобальтовой вкладкой (300), далее осаждают толстый затравочный слой меди (400), без дальнейшего использования процесса электрохимического осаждения меди. Это означает, что для потенциальной защиты кобальта от коррозии в верхней части стенки канавки дополнительно увеличивают толщину затравочного слоя, при этом, если величина канавки позволяет, толщина затравочного слоя может быть увеличена до толщины более 2000 нм, что фактически и позволяет избежать процесса гальванического осаждения меди (Фиг. 9), использовать для достижения результата только один процесс ХМП, во время которого удаляют медь и кобальт с поверхности оксида кремния, осуществляют формирование канавки с медью (медной разводкой) и вкладкой кобальта без дефектов.According to the third variant of the invention, at the beginning they create a standard structure with a groove filled with a cobalt insert (300), then a thick seed layer of copper (400) is deposited, without further using the process of electrochemical deposition of copper. This means that, in order to potentially protect the cobalt from corrosion in the upper part of the groove wall, the seed layer thickness is additionally increased, and if the groove size allows, the seed layer thickness can be increased to a thickness of more than 2000 nm, which actually avoids the process of galvanic copper deposition. (Fig. 9), to use only one CMP process to achieve the result, during which copper and cobalt are removed from the silicon oxide surface, a groove with copper (copper wiring) is formed and a cobalt tab without defects.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙLIST OF DRAWINGS

Фиг. 1. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM при формировании кобальтсодержащей вкладки стандартным способом.FIG. 1. Schematic representation of the cross-sectional structure of the MRAM during the formation of a cobalt-containing tab in the standard way.

Фиг. 2. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM, изображенной на фиг. 1, но уже с осажденной медью (500) методом гальванического осаждения.FIG. 2. A schematic cross-section of the MRAM structure shown in FIG. 1, but already with precipitated copper (500) by the method of galvanic deposition.

Фиг. 3. Схематическое изображение поперечного сечения структуры, изображенной на фиг. 2 с кобальтсодержащей вкладкой и удалёнными вследствие химико-механической полировки меди и кобальта с верхней поверхности канавки и SiO2. FIG. 3. A schematic cross-section of the structure shown in FIG. 2 with a cobalt-containing insert and removed due to chemical-mechanical polishing of copper and cobalt from the upper surface of the groove and SiO 2.

Фиг. 4. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM с канавкой, заполненной кобальтсодержащей вкладкой, и затравочным слоем меди в начале технологического процесса по первому варианту изобретения.FIG. Fig. 4. Schematic representation of the cross section of an MRAM structure with a groove filled with a cobalt-containing inset and a seed layer of copper at the beginning of the process in the first embodiment of the invention.

Фиг. 5. Первый этап полировки структуры, изображенной на фиг.4, удаление кобальта и затравочного слоя до оксида кремния по первому варианту изобретения.FIG. 5. The first stage of polishing the structure shown in figure 4, the removal of cobalt and the seed layer to silica in the first embodiment of the invention.

Фиг. 6. Гальваническое осаждение меди после первого этапа полировки структуры, изображенной на фиг. 5 по первому варианту изобретения.FIG. 6. Electroplating of copper after the first stage of polishing the structure shown in FIG. 5 in the first embodiment of the invention.

Фиг. 7. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM с канавкой, заполненной медью, после второго этапа ХМП по первому варианту изобретения.FIG. 7. Schematic representation of the cross-sectional structure of the MRAM with a groove filled with copper, after the second stage of the CMP according to the first embodiment of the invention.

Фиг. 8. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM с канавкой, заполненной кобальтсодержащей вкладкой, заключенной между двумя барьерными слоями Ta(TaN) или Ti(TiN) под затравочным слоем меди, и после гальванического осаждения меди по второму варианту изобретения.FIG. 8. Schematic representation of a cross section of an MRAM structure with a groove filled with a cobalt-containing inset, sandwiched between two Ta (TaN) or Ti (TiN) barrier layers under the seed copper layer, and after galvanic copper deposition of the second embodiment of the invention.

Фиг. 9. Схематическое изображение поперечного сечения структуры MRAM с канавкой, заполненной кобальтсодержащей вкладкой, и толстым затравочным слоем меди, без процесса электрохимического осаждения меди по третьему варианту изобретения. FIG. 9. Schematic representation of a cross section of an MRAM structure with a groove filled with a cobalt-containing insert and a thick seed layer of copper, without an electrochemical copper deposition process according to the third embodiment of the invention.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯEXAMPLES OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Заявленный способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, характеризуется тем, что включает в себя стандартные технологические стадии (могут применяться различные известные стандартные технологические методы формирования слоев и ХМП) в следующей последовательности (Фиг. 4):The claimed method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing inlay in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction is characterized by the fact that it includes standard technological stages (various known standard technological methods of forming layers and CMP can be used) in the following sequence (Fig. 4 ):

- травление канавки, например, методом плазмо–химического травления, в результате чего в объеме SiO2 кремниевой подложки, протравливается канавка глубиной 300-500 нм (100); - etching the groove, for example, by plasma – chemical etching, resulting in a 300–500 nm (100) depth groove in the SiO 2 volume of the silicon substrate;

- осаждение кобальтсодержащей вкладки (300), например, методом магнетронного распыления до достижения толщины слоя 5 – 100 нм (при этом толщина кобальтсодержащего материала на стенках канавки может достигать 5 – 100 нм);- deposition of cobalt-containing inlays (300), for example, by magnetron sputtering until a layer thickness of 5-100 nm is reached (the thickness of the cobalt-containing material on the walls of the groove can reach 5-100 nm);

- осаждение затравочного слоя меди (400), например, методом магнетронного распыления (слой является затравочным для последующего осаждения меди методом гальванического осаждения). - the deposition of the seed layer of copper (400), for example, by the method of magnetron sputtering (the layer is the seed for the subsequent deposition of copper by the method of galvanic deposition).

При осуществлении первого варианта изобретения далее осуществляют ХМП затравочного слоя меди и кобальтсодержащего материала, при этом процесс делится на 2 этапа. When implementing the first embodiment of the invention, the CMP of the seed layer of copper and cobalt-containing material is further carried out, and the process is divided into 2 stages.

На первом этапе после осаждения затравочного слоя меди, используя ХМП, полностью удаляют кобальтсодержащий материал (300) и затравочный слой меди (400) с верхней поверхности канавки (Фиг. 5). При этом слой кобальтсодержащего материала удаляется с верхней поверхности SiO2 и канавки (100) и остается только на боковых стенках канавки. Затем осуществляют гальваническое осаждение меди (500) (Фиг. 6). Кобальтсодержащая вкладка по первому варианту осуществления изобретения может содержать любой материал из группы Co, CoFe, CoхFeуBz (x+y+z=1), CoхFeуBz TakZl (x+y+z+k+l=1), CoхZryTaz (x+y+z=1), CoхFeySiOz (x+y+z=1) с достижением аналогичного результата.At the first stage, after the deposition of a seed layer of copper using CMP, the cobalt-containing material (300) and the seed copper layer (400) are completely removed from the upper surface of the groove (Fig. 5). In this case, the layer of cobalt-containing material is removed from the upper surface of SiO2 and the groove (100) and remains only on the side walls of the groove. Then carry out the galvanic deposition of copper (500) (Fig. 6). The cobalt-containing tab according to the first embodiment of the invention may contain any material from the group Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1) with the achievement of a similar result.

На втором этапе ХМП осуществляют удаление меди. (Фиг. 7). At the second stage of the CMP, copper is removed. (Fig. 7).

В результате формируется канавка с медью и вкладкой кобальта без дефектов по первому варианту осуществления изобретения.As a result, a groove is formed with copper and a cobalt insert without defects according to the first embodiment of the invention.

При осуществлении второго варианта изобретения кобальтсодержащую вкладку формируют между барьерными слоями типа Ta/TaN и/или Ti/TiN (200) (в любой последовательности), которые создают на установке для магнетронного распыления, при этом барьерный слой Ta/TaN или Ti/TiN осаждается толщиной от 5 до 25 нм, а кобальтсодержащий материал толщиной от 5 нм до 100 нм (300). После чего тем же способом осаждается затравочный слой меди (400) толщиной от 400 до 700

Figure 00000001
для последующего гальванического осаждения меди (500). Далее осаждается медь, методом гальванического осаждения.When implementing the second embodiment of the invention, a cobalt-containing inlay is formed between Ta / TaN and / or Ti / TiN (200) barrier layers (in any order) that are created on a magnetron sputtering unit, while the Ta / TaN or Ti / TiN barrier layer is deposited thickness from 5 to 25 nm, and cobalt-containing material thickness from 5 nm to 100 nm (300). After that, the same method precipitates a seed layer of copper (400) with a thickness from 400 to 700
Figure 00000001
for subsequent galvanic deposition of copper (500). Further copper is precipitated by electroplating.

С помощью процесса ХМП, осуществляют удаление меди. В результате осуществления изобретения по второму варианту формируется канавка, заполненная медью и вкладкой из кобальтсодержащего материала, без дефектов в оксиде кремния (Фиг. 8). Более того, использование структуры слоев по второму варианту обеспечивает дополнительные результаты - лучшую адгезию и взаимную диффузию материалов, что в свою очередь повышает надежность электроснабжения создаваемой структуры. Кобальтсодержащая вкладка по второму варианту осуществления изобретения может содержать любой материал из группы Co, CoFe, CoхFeуBz (x+y+z=1), CoхFeуBz TakZl (x+y+z+k+l=1), CoхZryTaz (x+y+z=1), CoхFeySiOz (x+y+z=1) с достижением аналогичного результата.Using the CMP process, copper removal is performed. As a result of carrying out the invention, according to the second embodiment, a groove is formed, filled with copper and a tab of cobalt-containing material, free of defects in silicon oxide (Fig. 8). Moreover, the use of the structure of the layers according to the second variant provides additional results - better adhesion and interdiffusion of materials, which in turn increases the reliability of power supply of the structure being created. The cobalt-containing tab according to the second embodiment of the invention may contain any material from the group Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1) with the achievement of a similar result.

При осуществлении третьего варианта изобретения ХМП затравочного слоя меди и кобальтсодержащего материала процесс ХМП осуществляется за один шаг. В начале ХМП создают стандартную структуру с канавкой глубиной 300-500 нм в объеме SiO2 кремниевой подложки, заполняют ее кобальтсодержащей вкладкой методом магнетронного распыления до достижения толщиной 5 – 100 нм, и осаждают толстый затравочный слой меди методом магнетронного распыления. В верхней части стенки канавки дополнительно возможно увеличение толщины затравочного слоя, при этом, если величина канавки позволяет, толщина затравочного слоя может быть увеличена до толщины порядка 1000 нм и более 2000 нм, что фактически позволяет избежать процесса гальванического осаждения меди (Фиг. 9). После чего получившийся толстый затравочный слой меди (400) и кобальтcсодержащий слой (300) удаляют в процессе ХМП в рамках одного этапа с поверхности SiO2, при этом медь и кобальтсодержащая вкладка остаются только внутри канавки. Благодаря тому, что гальваническое осаждение меди не потребовалось для заполнения канавки, исключается этап гальванического осаждения меди, который является основной причиной возникновения коррозии кобальтсодержащего материала (роста числа дефектов). В результате чего достигается заявленный результат при осуществлении изобретения по третьему варианту. Кобальтсодержащая вкладка по третьему варианту осуществления изобретения может содержать любой материал из группы Co, CoFe, CoхFeуBz (x+y+z=1), CoхFeуBz TakZl (x+y+z+k+l=1), CoхZryTaz (x+y+z=1), CoхFeySiOz (x+y+z=1) с достижением аналогичного результата.When implementing the third embodiment of the invention, the CMP seed layer of copper and cobalt-containing material, the CMP process is carried out in one step. At the beginning of the CMP, a standard structure is created with a groove of 300-500 nm in depth in the SiO 2 volume of the silicon substrate, filled with cobalt-containing inlays by magnetron sputtering until reaching a thickness of 5 - 100 nm, and a thick seed layer of magnetron sputtering is deposited. In the upper part of the groove wall, it is additionally possible to increase the thickness of the seed layer, while if the size of the groove allows, the thickness of the seed layer can be increased to a thickness of about 1000 nm and more than 2000 nm, which actually avoids the process of galvanic copper deposition (Fig. 9). After that, the resulting thick seed layer of copper (400) and the cobalt-containing layer (300) are removed during the CMP process in one step from the SiO 2 surface, while the copper and cobalt-containing insert remain only inside the groove. Due to the fact that galvanic deposition of copper was not required to fill the groove, the stage of galvanic copper deposition, which is the main cause of corrosion of the cobalt-containing material (increase in the number of defects), is excluded. As a result, the claimed result is achieved when carrying out the invention in the third embodiment. The cobalt-containing tab according to the third embodiment of the invention may contain any material from the group Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1) with the achievement of a similar result.

Claims (43)

1. Способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, включающий1. The method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing tab in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction, including травление канавки в объеме SiO2 кремниевой подложки,etching grooves in the volume of SiO 2 silicon substrate, осаждение слоя кобальтсодержащего материала для создания вкладки,the deposition of a layer of cobalt containing material to create tabs, осаждение затравочного слоя меди,the deposition of the seed layer of copper, осаждение слоя меди,copper deposition, отличающийся тем, чтоcharacterized in that травление канавки осуществляют методом плазмохимического травления глубиной 300-500 нм,The groove is etched by the method of plasma-chemical etching with a depth of 300-500 nm, осаждение слоя кобальтсодержащей вкладки осуществляют методом магнетронного распыления до достижения толщиной 5-100 нм,the deposition of a layer of cobalt-containing tabs carried out by the method of magnetron sputtering to achieve a thickness of 5-100 nm, осаждение затравочного слоя меди осуществляют методом магнетронного распыления,the deposition of the seed layer of copper carried out by the method of magnetron sputtering, после осаждения затравочного слоя меди используют ХМП, полностью удаляют кобальтсодержащий слой и затравочный слой меди с верхней поверхности SiO2,after the deposition of the copper seed layer, CMP is used, the cobalt-containing layer and the seed copper layer are completely removed from the upper surface of SiO 2 , после чего осуществляют гальваническое осаждение меди,then carry out galvanic deposition of copper, затем вновь используют ХМП иthen re-use the CMP and удаляют медь с верхней поверхности SiO2, при этом медь и кобальтсодержащий материал остаются только внутри канавки.copper is removed from the upper surface of SiO 2, while copper and cobalt-containing material remain only inside the groove. 2. Способ формирования медной разводки структуры устройства по п. 1, отличающийся тем, что кобальтсодержащая вкладка содержит материал из группы Co, CoFe, CoхFeуBz (x+y+z=1), CoхFeуBzTakZl (x+y+z+k+l=1), CoхZryTaz (x+y+z=1), CoхFeySiOz (x+y+z=1).2. The method of forming the copper wiring structure of the device under item 1, characterized in that the cobalt-containing tab contains material from the group Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B Z z k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1). 3. Способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, включающий3. The method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing tab in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction, including травление канавки в объеме SiO2 кремниевой подложки,etching grooves in the volume of SiO 2 silicon substrate, осаждение первого барьерного слоя, deposition of the first barrier layer осаждение слоя кобальтсодержащего материала для создания вкладки,the deposition of a layer of cobalt containing material to create tabs, осаждение второго барьерного слоя,the deposition of the second barrier layer осаждение затравочного слоя меди,the deposition of the seed layer of copper, осаждение меди,copper deposition отличающийся тем, чтоcharacterized in that травление канавки осуществляют методом плазмохимического травления глубиной 300-500 нм,The groove is etched by the method of plasma-chemical etching with a depth of 300-500 nm, барьерные слои создают толщиной 5-25 нм с использованием установки для магнетронного распыления,barrier layers create a thickness of 5-25 nm using the installation for magnetron sputtering, осаждение слоя кобальтсодержащей вкладки осуществляют методом магнетронного распыления до достижения толщиной 5-100 нм,the deposition of a layer of cobalt-containing tabs carried out by the method of magnetron sputtering to achieve a thickness of 5-100 nm, осаждение затравочного слоя меди толщиной от 400 до 700
Figure 00000002
осуществляют методом магнетронного распыления,
the deposition of the seed layer of copper with a thickness of 400 to 700
Figure 00000002
carried out by the method of magnetron sputtering,
осаждение слоя меди осуществляют методом гальванического осаждения толщиной 1000-2000 нм,the deposition of a layer of copper is carried out by the method of galvanic deposition with a thickness of 1000-2000 nm, затем вновь используют ХМП иthen re-use the CMP and удаляют первый барьерный слой, слой кобальтсодержащего материала, второй барьерный слой и медь с поверхности SiO2, при этом медь и кобальтсодержащий материал остаются только внутри канавки.remove the first barrier layer, the layer of cobalt-containing material, the second barrier layer and copper from the surface of SiO 2 , while the copper and cobalt-containing material remain only inside the groove. 4. Способ формирования разводки структуры устройства по п. 3, отличающийся тем, что барьерные слои создают типа Ta/TaN.4. The method of forming the layout of the structure of the device according to p. 3, characterized in that the barrier layers create the type Ta / TaN. 5. Способ формирования разводки структуры устройства по п. 3, отличающийся тем, что барьерные слои создают типа Ti/TiN.5. The method of forming the layout of the structure of the device according to p. 3, characterized in that the barrier layers create a type of Ti / TiN. 6. Способ формирования разводки структуры устройства по п. 3, отличающийся тем, что барьерные слои создают типа Ta/TaN и/или Ti/TiN.6. The method of forming the layout of the structure of the device according to p. 3, characterized in that the barrier layers create the type Ta / TaN and / or Ti / TiN. 7. Способ формирования разводки структуры устройства по п. 5, отличающийся тем, что кобальтсодержащая вкладка содержит материал из группы Co, CoFe, CoxFeyBz (x+y+z=1), CoxFeyBzTakZl (x+y+z+k+l=1), CoxZryTaz (x+y+z=1), CoxFeySiOz (x+y+z=1).7. A method of forming a wiring structure according to Claim device. 5, characterized in that the cobalt tab comprises a material from the group of Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1). 8. Способ формирования медной разводки с толстой кобальтсодержащей вкладкой в структуре устройств, работающих на основе магнитного туннельного перехода, включающий8. The method of forming copper wiring with a thick cobalt-containing tab in the structure of devices operating on the basis of a magnetic tunnel junction, including травление канавки в объеме SiO2 кремниевой подложки,etching grooves in the volume of SiO 2 silicon substrate, осаждение слоя кобальтсодержащей вкладки,the deposition of a layer of cobalt containing inlays, осаждение затравочного слоя меди,the deposition of the seed layer of copper, отличающийся тем, чтоcharacterized in that травление канавки осуществляют методом плазмохимического травления глубиной 300-500 нм,The groove is etched by the method of plasma-chemical etching with a depth of 300-500 nm, осаждение слоя кобальтсодержащей вкладки осуществляют методом магнетронного распыления до достижения толщиной 5-100 нм,the deposition of a layer of cobalt-containing tabs carried out by the method of magnetron sputtering to achieve a thickness of 5-100 nm, осаждение затравочного слоя меди осуществляют методом магнетронного распыления до толщины 1000-2000 нм,the deposition of the seed layer of copper is carried out by the method of magnetron sputtering to a thickness of 1000-2000 nm, затем вновь используют ХМП и удаляют медь и слой кобальтсодержащего материала с поверхности SiO2, при этом медь и кобальтсодержащая вкладка остаются только внутри канавки.then the CMP is used again and the copper and the layer of cobalt-containing material are removed from the SiO 2 surface, while the copper and cobalt-containing tab remain only inside the groove. 9. Способ формирования разводки структуры устройства по п. 8, отличающийся тем, что кобальтсодержащая вкладка содержит материал из группы Co, CoFe, CoxFeyBz (x+y+z=1), CoxFeyBzTakZl (x+y+z+k+l=1), CoxZryTaz (x+y+z=1), CoxFeySiOz (x+y+z=1).9. The method of forming the layout of the structure of the device according to claim 8, characterized in that the cobalt-containing inlay contains material from the group Co, CoFe, Co x Fe y B z (x + y + z = 1), Co x Fe y B z Ta k Z l (x + y + z + k + l = 1), Co x Zr y Ta z (x + y + z = 1), Co x Fe y SiO z (x + y + z = 1).
RU2018134305A 2018-09-28 2018-09-28 Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction RU2694289C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134305A RU2694289C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134305A RU2694289C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694289C1 true RU2694289C1 (en) 2019-07-11

Family

ID=67309085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134305A RU2694289C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694289C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723233C1 (en) * 2019-12-26 2020-06-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Крокус Наноэлектроника" (Ооо "Крокус Наноэлектроника") Method of forming a fixed distribution of induced magnetic field in a magnetic structure formed in an integrated circuit, and an integrated circuit comprising a magnetic structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5695810A (en) * 1996-11-20 1997-12-09 Cornell Research Foundation, Inc. Use of cobalt tungsten phosphide as a barrier material for copper metallization
US6413788B1 (en) * 2001-02-28 2002-07-02 Micron Technology, Inc. Keepers for MRAM electrodes
RU2230391C2 (en) * 2002-03-21 2004-06-10 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Process of manufacture of self-aligned built-in copper metallization of in tegrated circuits
US20040175845A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-09 Molla Jaynal A. Method of forming a flux concentrating layer of a magnetic device
RU2486632C2 (en) * 2011-07-20 2013-06-27 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Method for manufacturing of improved multilevel copper metallisation using dielectrics with ultra low dielectric constant (ultra low-k)
RU2548523C1 (en) * 2013-12-17 2015-04-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (АО "НИИМЭ") Method for manufacturing of multilevel copper metallisation with ultralow value of dielectric constant for intralayer insulation
US20170243830A1 (en) * 2015-12-14 2017-08-24 International Business Machines Corporation Semiconductor device interconnect structures formed by metal reflow process

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5695810A (en) * 1996-11-20 1997-12-09 Cornell Research Foundation, Inc. Use of cobalt tungsten phosphide as a barrier material for copper metallization
US6413788B1 (en) * 2001-02-28 2002-07-02 Micron Technology, Inc. Keepers for MRAM electrodes
RU2230391C2 (en) * 2002-03-21 2004-06-10 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Process of manufacture of self-aligned built-in copper metallization of in tegrated circuits
US20040175845A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-09 Molla Jaynal A. Method of forming a flux concentrating layer of a magnetic device
RU2486632C2 (en) * 2011-07-20 2013-06-27 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Method for manufacturing of improved multilevel copper metallisation using dielectrics with ultra low dielectric constant (ultra low-k)
RU2548523C1 (en) * 2013-12-17 2015-04-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (АО "НИИМЭ") Method for manufacturing of multilevel copper metallisation with ultralow value of dielectric constant for intralayer insulation
US20170243830A1 (en) * 2015-12-14 2017-08-24 International Business Machines Corporation Semiconductor device interconnect structures formed by metal reflow process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723233C1 (en) * 2019-12-26 2020-06-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Крокус Наноэлектроника" (Ооо "Крокус Наноэлектроника") Method of forming a fixed distribution of induced magnetic field in a magnetic structure formed in an integrated circuit, and an integrated circuit comprising a magnetic structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11631806B2 (en) Method of integration of a magnetoresistive structure
TWI282162B (en) Magnetic yoke structures in MRAM devices to reduce programming power consumption and a method to make the same
EP2804230A1 (en) Magnetic tunnel junction structure
US20050158992A1 (en) Cladded conductor for use in a magnetoelectronics device and method for fabricating the same
US7033881B2 (en) Method for fabricating magnetic field concentrators as liners around conductive wires in microelectronic devices
US7144744B2 (en) Magnetoresistive random access memory device structures and methods for fabricating the same
TW201207851A (en) Perpendicular magnetic tunnel junction structure
JPWO2013027406A1 (en) Magnetoresistive element manufacturing method and magnetoresistive film processing method
CN110050355A (en) Reluctance machine and its method
CN101640183A (en) Method for forming integrated circuit structure
TWI392013B (en) Dry etching method and manufacturing method of magnetic memory device
WO2022021619A1 (en) Manufacturing method for memory cell and manufacturing method for mram
CN101510525B (en) Method of formation for integrated circuit structure
RU2694289C1 (en) Method of forming copper distribution with a thick cobalt-containing insert in the structure of devices operating based on magnetic tunnel junction
US20190207106A1 (en) Method for manufacturing high density magnetic random access memory devices using diamond like carbon hard mask
KR20150126358A (en) Planarization method, substrate treatment system, mram manufacturing method, and mram element
US11056643B2 (en) Magnetic tunnel junction (MTJ) hard mask encapsulation to prevent redeposition
US7334317B2 (en) Method of forming magnetoresistive junctions in manufacturing MRAM cells
CN109545744B (en) Method for manufacturing magnetic random access memory unit array and peripheral circuit connecting line
CN107785485B (en) Preparation method of magnetic tunnel junction
US20190392879A1 (en) MAGNETIC MEMORY ELEMENT HAVING MgO ISOLATION LAYER
RU2723233C1 (en) Method of forming a fixed distribution of induced magnetic field in a magnetic structure formed in an integrated circuit, and an integrated circuit comprising a magnetic structure
CN109524406A (en) A kind of forming method of embedded flash memory structure
CN112086555B (en) Method for preparing magnetic tunnel junction cell array
JP2016181682A (en) Method of protecting top surface of layer in semiconductor structure