半导体装置及其形成方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种半导体装置及其形成方法，该半导体装置包含基底、第一插塞、磁阻式存储器结构、侧壁层、密封层以及第一导电图案。该基底具有第一区域与第二区域，该第一插塞是设置在该基底上的介电层内，位于该第一区域。该磁阻式存储器结构是设置在该介电层内并电连接该第一插塞。该侧壁层是设置在该第一区域与该第二区域内，覆盖该磁阻式存储器结构，而该密封层是设置在该侧壁层与该磁阻式存储器结构上，并仅位于该第一区域内。第一导电图案贯穿该密封层，而电连接至该磁阻式存储器结构。

Semiconductor Device and Its Formation Method

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其形成方法
本专利技术涉及一种半导体装置及其形成方法，特别是涉及一种具有一磁阻式存储器结构(magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)的半导体装置及其形成方法。
技术介绍
磁阻式存储器结构(magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)属于非挥发性存储器，其速度约为动态随机存取存储器的六倍，具备高速数据传输、密度高、体积轻、低耗电及耐撞击等等优点，故特别适合应用于高阶的可携式电子产品，如智能型手机等。磁阻式存储器结构并非以传统的电荷来存储位信息，而是以磁性阻抗效果来进行数据的存储。结构上，磁阻式存储器结构包括一数据层(datalayer)以及一参考层(referencelayer)，其中数据层是由一磁性材料所构成，而在写入操作时，经由外加的磁场，数据层即可在相反的两种磁性状态中切换，用于存储位信息。参考层则通常是由已固定磁性状态的磁性材料所构成，而难以被外加磁场改变。相较于动态随机存取存储器，磁阻式存储器结构在布局上并不一定要利用晶体管来进行写入操作。目前，较先进的磁阻式存储器结构是采用所谓的旋转力矩转移(spin-torque-transfer,STT)技术，其能克服在制作工艺进入65纳米以下时所产生的问题。然而，现有的磁阻式存储器结构仍有诸多缺点需要进一步改进。因此，该领域仍需要改良的磁阻式存储器结构的制造方法，以解决前述问题。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种半导体装置，其是在一磁阻式存储器结构上额外设置一密封层，利用该密封层保护位于下方的该磁阻式存储器结构，避免该磁阻式存储器结构的磁性隧穿接面(magnetictunnelingjunction,MTJ)与设置在其上的导电图案发生短路。藉此，可获得结构优化的半导体装置，而有利于其元件效能的提升。本专利技术的另一目的在于提供一种半导体装置的形成方法，其是在一磁阻式存储器结构上额外形成一密封层，利用该密封层保护位于下方的该磁阻式存储器结构，避免其在后续进行导电图案的制作工艺时，因过度蚀刻而暴露出该磁阻式存储器结构的磁性隧穿接面，而使得该导电图案与该磁阻式存储器结构发生短路。由此，可在制作工艺简化的前提下，形成结构优化的半导体装置。为达上述目的，本专利技术的一实施例提供一种半导体装置，其包含一基底、一第一插塞、一磁阻式存储器结构、一侧壁层、一密封层以及一第一导电图案。该基底具有一第一区域与一第二区域，而该第一插塞则是设置在该基底上的一介电层内，位于该第一区域。该磁阻式存储器结构是设置在该介电层内，并电连接该第一插塞。该侧壁层是设置在该第一区域与该第二区域内，以覆盖该磁阻式存储器结构，该密封层是设置在该侧壁层与该磁阻式存储器结构上，并仅位于该第一区域内。第一导电图案贯穿该密封层，而电连接至该磁阻式存储器结构。为达上述目的，本专利技术的一实施例提供一种半导体装置的形成方法，其包含以下步骤。首先，提供一基底，该基底具有一第一区域与一第二区域，并形成一第一介电层，位于该第一区域与该第二区域内。接着，在该第一介电层内形成一第一插塞，位于该第一区域内，并且，在该第一介电层上形成一磁阻式存储器结构，该磁阻式存储器结构位于该第一区域内并电连接该第一插塞。然后，形成一侧壁层，覆盖在该磁阻式存储器结构的侧壁以及该第二区域内的该介电层的表面上，并且，在该侧壁层上形成一第二介电层。之后，在该第二介电层上形成一密封层，该密封层仅位于该第一区域内。最后，在一第三介电层内形成一第一导电图案，该第一导电图案形成在该密封层上，贯穿该密封层而电连接至该磁阻式存储器结构。整体来说，本专利技术是通过先形成可同时覆盖两区域与磁阻式存储器结构的侧壁的一侧壁层，再形成仅覆盖两区域的一与磁阻式存储器结构顶面的一密封层，并利用该密封层保护其下方的磁阻式存储器结构，以有效避免该磁阻式存储器结构于后续形成导电图案的制作工艺中，遭到过度蚀刻而损伤磁阻式存储器结构，或者是因位于该磁阻式存储器结构侧壁的侧壁层过度退缩，而导致该磁阻式存储器结构与该导电图案发生短路。因此，由前述方法所形成的半导体装置可免于结构的损伤而具有优化的结构，更能有利于整体元件效能的提升。附图说明图1至图5为本专利技术第一优选实施例中半导体装置的形成方法的步骤示意图；其中图1为一半导体装置于形成磁阻式存储器结构后的剖面示意图；图2为一半导体装置于形成密封层后的剖面示意图；图3为一半导体装置于进行图案化制作工艺后的剖面示意图；图4为一半导体装置于形成介电层后的剖面示意图；图5为一半导体装置于形成导电图案后的剖面示意图。图6至图10为本专利技术第二优选实施例中半导体装置的形成方法的步骤示意图；其中图6为一半导体装置于进行回蚀刻制作工艺后的剖面示意图；图7为一半导体装置于形成密封层后的剖面示意图；图8为一半导体装置于进行图案化制作工艺后的剖面示意图；图9为一半导体装置于形成介电层后的剖面示意图；图10为一半导体装置于形成导电图案后的剖面示意图。主要元件符号说明100基底102、104区域110、150、190、230介电层120导电图案130停止层140插塞170侧壁层171、173顶面210、215、250、255密封层257突出部310磁阻式存储器结构311底电极层313参考层315隧穿层317自由层319顶电极层319a顶面320导电图案320a导线结构320b插塞结构321阻障层323金属层330导电图案331阻障层333金属层具体实施方式为使熟悉本专利技术所属
的一般技术者能更进一步了解本专利技术，下文特列举本专利技术的数个优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本专利技术的构成内容及所欲达成的功效。请参照图1至图5，所绘示者为本专利技术第一优选实施例中，半导体装置的形成方法的步骤示意图。首先，提供一基底(substrate)100，例如是一半导体基底，如硅基底(siliconsubstrate)、含硅基底(silicon-containingsubstrate)、外延硅基底(epitaxialsiliconsubstrate)或硅覆绝缘基底(silicon-on-insulatorsubstrate)等。基底100上定义有两区域102、104，例如是分别作为一存储器区域(cellregion)以及一周边区域(edgeregion)，但不以此为限。基底100上还形成有分别位于区域102、104内的数个导电图案120，其可以是各式导电单元或金属接点(metalcontact)等。举例来说，导电图案120例如是形成在一介电层110内的一导线(metalline)，如图1所示。接着，在基底100的区域102内依序形成一插塞(plug)140与一磁阻式存储器结构310，以电连接至位于区域102的导电图案120。在本实施例中，插塞140是形成在依序堆叠于基底100上的一介电层150与一停止层130内，其中，停止层130是位于两介电层110、150之间，并包含氮氧化硅(siliconoxynitride,SiON)或碳氮化硅(siliconcarbonitride,SiCN)等介电材料，以作为插塞140在其蚀刻制作工艺时的一停止层。磁阻式存储器结构310则是形成在插塞140上，通过插塞14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，包含：基底，具有第一区域与第二区域；介电层，设置在该基底上；第一插塞，设置在该介电层内并位于该第一区域；磁阻式存储器结构，设置在该介电层内，且电连接该第一插塞；侧壁层，设置在该第一区域与该第二区域内，以覆盖该磁阻式存储器结构；密封层，设置在该侧壁层与该磁阻式存储器结构上，并仅位于该第一区域内；以及第一导电图案，贯穿该密封层而电连接至该磁阻式存储器结构。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，包含：基底，具有第一区域与第二区域；介电层，设置在该基底上；第一插塞，设置在该介电层内并位于该第一区域；磁阻式存储器结构，设置在该介电层内，且电连接该第一插塞；侧壁层，设置在该第一区域与该第二区域内，以覆盖该磁阻式存储器结构；密封层，设置在该侧壁层与该磁阻式存储器结构上，并仅位于该第一区域内；以及第一导电图案，贯穿该密封层而电连接至该磁阻式存储器结构。2.依据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该侧壁层的一顶面低于该磁阻式存储器结构的一顶面。3.依据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该侧壁层的一顶面高于该磁阻式存储器结构的一顶面。4.依据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，该密封层具有突出部，设置在该磁阻式存储器结构上。5.依据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，该突出部的一顶面高于该侧壁层的该顶面。6.依据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还包含：第二导电图案，设置在该介电层内并位于该第二区域内，该第二导电图案贯穿该侧壁层。7.依据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，该第二导电图案包含双镶嵌结构。8.依据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，该磁阻式存储器结构包含依序堆叠的底电极层、隧穿层以及顶电极层。9.一种半导体装置的形成方法，其特征在于，包含：提供一基底，该基底具有一第一区域与一第二区域；形成一第一介电层，位于该第一区域与该第二区域内；在该第一介电层内形...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪庆文，王裕平，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71