MRAM器件及制造方法技术

磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件包括位于锥形底部通孔上方的底部电极、位于底部电极上方的锥形磁性隧道结(MTJ)、位于MTJ上方的顶部电极和位于顶部电极上方的顶部通孔。顶部通孔、顶部电极、MTJ、底部电极和底部通孔(和其间的电连接)沿着公共垂直的轴基本对准。底部通孔具有约120°至约150°的锥角。MTJ具有约70°至约85°的锥角。利用双侧壁间隔件来隔离并且保护MTJ。本发明专利技术还提供了MRAM器件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
MRAM器件及制造方法
本专利技术的实施例一般地涉及半导体
，更具体地，涉及存储器及其形成方法。
技术介绍
半导体存储器广泛用于各种应用，包括各种消费电子产品和商用产品。一种此类半导体存储器技术采用自旋电子。在这些器件中，电子的自旋状态被控制以存储数字信息。当暴露于外加磁场时，电子的磁矩将与外部场平行或反向平行对准。例如，平行自旋状态(即，+1/2或“加快自旋”)的电子可以表示为1的二进制值，而反向平行自旋状态(即，-1/2或“减速自旋”)的电子可以表示为0的值。一种此类电子自旋器件是磁阻式随机存取存储器(MRAM)，其包括放置在不同方向(如，在不同的器件层中彼此正交)的导线(如，字线或位线)。导线与用作磁存储器位单元的磁性隧道结(MTJ)电连接。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：底部电极，位于导电通孔上方，所述导电通孔具有第一锥形侧壁；磁性隧道结(MTJ)，位于所述底部电极上方，所述MTJ具有第二锥形侧壁；顶部电极，位于所述MTJ上方；第一介电材料，邻近所述顶部电极和所述MTJ；以及第二介电材料，邻近所述第一介电材料的至少一部分。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件的方法，所述方法包括：在衬底上方沉积第一介电层；去除所述第一介电层的一部分以形成开口；用导电材料填充所述开口以形成导电通孔；在所述导电通孔上方沉积导电层；去除所述导电层的横向设置的部分以形成底部电极；在所述底部电极上方形成磁性隧道结(MTJ)；在所述MTJ上方形成顶部电极；在所述顶部电极、所述MTJ和所述底部电极上方沉积共形的第二介电层；在所述第二介电层上方沉积共形的第三介电层；去除所述第二介电层的至少一部分以形成第一间隔件；以及去除所述第三介电层的至少一部分以形成第二间隔件。根据本专利技术的又一方面，提供了一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：底部通孔，位于衬底上方；底部电极，位于所述底部通孔上方；磁性隧道结(MTJ)，位于所述底部电极上方；顶部电极，位于所述MTJ上方；顶部通孔，位于所述顶部电极上方；第一间隔件，包括环形设置在所述顶部电极和所述MTJ周围的第一介电材料，所述第一介电材料至少部分地覆盖并且物理接触所述底部电极；以及所述第二间隔件包括第二介电材料，所述第二介电材料环形地设置在所述第一介电材料的一部分周围。附图说明为了更全面地理解本专利技术的实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1至图10示出了根据代表性实施例的形成MRAM器件的方法的截面图；图11a和图11b示出了根据代表性实施例的MRAM器件元件的内部设置的侧壁锥角的截面图；图12a和图12b示出了根据代表性实施例的MRAM间隔件元件部件的截面图；图13示出了根据代表性实施例的MRAM器件元件的空间布置的截面图；图14示出了根据代表性实施例的MRAM器件的透视图；以及图15是根据代表性实施例的用于制造MRAM器件的方法的流程图。除非另外指出，否则不同附图中的相应编号和符号通常表示相应的元件。绘制视图以代表性地示出所公开的实施例的相关方面，并且不必按比例绘制视图。具体实施方式下面详细讨论所公开的实施例的制作和使用。然而，应当理解，本说明书提供了可以体现在各种具体环境中的许多可应用的专利技术概念。所论述的具体实施例仅示出了制造和使用本专利技术主题的具体方式，而不用于限制不同实施例的范围。将结合具体环境来描述实施例，即，磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件。其他的实施例可以可选地、结合地或顺序地应用至其他半导体器件、结构、方法或工艺。图1至图10示出了形成MRAM器件的代表性方法的实施例。图1示出了制造的初始阶段期间的MRAM结构的截面图。衬底105包括其中具有金属化图案110的金属间介电(IMD)层120。IMD层120可以包括超低k介电(ELK)层，诸如氧化物(如，SiO、SiO2)、掺碳的SiO2、和/或类似物或它们的组合。金属化图案110可以包括导电金属，诸如，Cu、Al、和/或类似物或它们的组合。金属化图案110提供用于随后形成的MRAM位单元的电接触件的接触点。如下面的IMD层120的衬底105可以附接至有源或无源器件。尽管为了简化说明从图中省略下面的组件，但是本领域技术人员显然知道如何形成以及使用这样的组件。图1示出了形成在衬底105上方的第一介电层130和形成在第一介电层130上方的第二介电层140。其他的实施例可以只具有一个介电层。另外的实施例可以包括两个以上的介电层。在示出的实例中，第一介电层130可以包括SiC。在其他的实施例中，例如，第一介电层130可以包括SiN、SiOC、SiON、SiO2和/或类似物或它们的组合。第二介电层140可以包括SiN、SiO2和/或类似物或它们的组合。第一介电层130和第二介电层140可以具有相同或不同的组分。例如，可以通过诸如化学汽相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理汽相沉积(PVD)和/或类似物或它们的组合的任何合适的沉积技术来形成第一介电层130和第二介电层140。抗反射涂(ARC，antireflectivecoating)层150覆盖第二介电层140，并且光刻胶材料160覆盖ARC150。镜面反射、薄膜干涉和/或驻波可以在光刻胶材料160的成像期间抑制尖锐部件限定(featuredefinition)。例如，抗反射涂(ARC)层150通过减少与从衬底105的表面反射的杂散光相关的光学失真来提高图像分辨率。在代表性实施例中，ARC层150可以包括不含氮的ARC以进一步改善光刻胶材料160的显影期间的部件限定。光刻胶/ARC界面处的氮可以在光刻胶材料160的显影期间中和酸，从而导致残留物形成并且积淀(footing，又称形成底脚)。不含氮的ARC可以用于防止或以其他方式减少积淀。如果不使用不含氮的ARC，那么会导致在光刻图案化之后的不精确地形成的部件或过量的残留物。这些都会对随后的处理产生不利地影响。为了防止或以其他方式减少积淀，ARC层150可以包括不含氮的有机材料(如，CxHxOx)或介电材料(如，SiC、SiON、SiO2)并且可以使用CVD、ALD、PVD和/或类似物或它们的组合形成在第二介电层140上方。如图2代表性地示出，穿过第一介电层130和第二介电层140形成开口210以暴露金属化图案110的一部分。可以利用采用碳氟化合物化学物质的介电等离子体蚀刻来限定开口210。当包含碳氟化合物气体的等离子体燃烧时，通过电子碰撞离解来部分地分解气体。可以通过调整使用诸如CF4、CHF3、CH2F2和CH3F的碳氟化合物气体的比率来更改沉积、抑制和化学溅射工艺的动态速率(kineticrate)。在代表性实施例中，N2可以用作载气，并且可以调节CF4:CHF3:CH2F2:CH3F比率以产生开口210的锥形侧壁轮廓。可以通过反应器设计和工艺条件(如，压力、功率、流量等)来控制不同碳氟化合物物质之间的比率。可选地、结合地或顺序地，可以使用能够产生开口210的锥形侧壁轮廓的任何合适的蚀刻技术(无论是本领域已知的还是之后本领域可以推导得出的)来形成开口210。在代表性实施例中，开口210具有相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：底部电极，位于导电通孔上方，所述导电通孔具有第一锥形侧壁；磁性隧道结(MTJ)，位于所述底部电极上方，所述MTJ具有第二锥形侧壁；顶部电极，位于所述MTJ上方；第一介电材料，邻近所述顶部电极和所述MTJ；以及第二介电材料，邻近所述第一介电材料的至少一部分。

【技术特征摘要】
2015.11.16 US 14/942,5021.一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：底部电极，位于导电通孔上方，所述导电通孔具有第一锥形侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨祐，刘世昌，
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：中国台湾,71