半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成第一电磁膜；在所述第一电磁膜表面形成隧道膜；采用第一加热工艺，对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理；在对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理后，在所述隧道膜表面形成第二电磁膜。从而，提高磁隧道结的性能。隧道结的性能。隧道结的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种半导体结构的形成方法。

技术介绍

[0002]MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，动态随机存储器(DRAM)的高集成度并且功耗远远的低于DRAM，相对于快闪存储器(Flash)，随着使用时间的增加性能不会发生退化。由于MRAM具有的上述特征，其被称为通用存储器(universal memory)，被认为能够取代SRAM，DRAM，EEPROM和Flash。
[0003]与传统的随机存储器芯片制作技术不同，MRAM中的数据不是以电荷或者电流的形式存储，而是一种磁性状态存储，并且通过测量电阻来感应，不会干扰磁性状态。MRAM采用磁隧道结(MTJ)结构来进行数据存储，一般来说，MRAM单元由一个晶体管(1T)和一个磁隧道结(MTJ)共同组成一个存储单元，所述的磁隧道结(MTJ)结构包括至少两个电磁层以及用于隔离所述的两个电磁层的绝缘层。电流垂直由一电磁层透过绝缘层流过或“穿过”另一电磁层。其中的一个电磁层是固定磁性层，透过强力固定场将电极固定在特定的方向。而另一电磁层为可自由转动磁性层，将电极保持在其中一方。
[0004]然而，现有技术制备的磁隧道结的性能较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法，以在改善磁隧道结的晶格结构和界面态的同时，减少热处理引起的材料的相互扩散且提高加热工艺精度，实现提高磁隧道结的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成第一电磁膜；在所述第一电磁膜表面形成隧道膜；采用第一加热工艺，对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理；在对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理后，在所述隧道膜表面形成第二电磁膜。
[0007]可选的，所述第一加热工艺包括第一原位加热工艺。
[0008]可选的，所述第一原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。
[0009]可选的，所述第一原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为200℃～350℃。
[0010]可选的，所述第一原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第一原位加热工艺的工艺参数还包括：压强范围为1
×
10-10
毫托～1
×
10-8
毫托；红外能量密度范围为10瓦/平方厘米～30瓦/平方厘米。
[0011]可选的，还包括：在形成所述隧道膜之前，采用第二加热工艺，对所述第一电磁膜进行热处理。
[0012]可选的，所述第二加热工艺包括第二原位加热工艺。
[0013]可选的，所述第二原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。
[0014]可选的，所述第二原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为250℃～400℃。
[0015]可选的，所述第二原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第二原位加热工艺的工艺参数还包括：压强范围为1
×
10-10
毫托～1
×
10-8
毫托；红外能量密度范围为10瓦/平方厘米～30瓦/平方厘米。
[0016]可选的，还包括：在形成所述第二电磁膜后，采用第三加热工艺，对所述第二电磁膜进行热处理。
[0017]可选的，所述第三加热工艺包括第三原位加热工艺。
[0018]可选的，所述第三原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。
[0019]可选的，所述第三原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为250℃～400℃。
[0020]可选的，所述第三原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第三原位加热工艺的工艺参数还包括：压强范围为1
×
10-10
毫托～1
×
10-8
毫托；红外能量密度范围为10瓦/平方厘米～30瓦/平方厘米。
[0021]可选的，所述基底包括衬底和位于衬底表面的电极层；所述电极层的材料包括：钛、钽、铂、铜、钨、铝、氮化钛、氮化钽和硅化钨中的一种或者几种组合。
[0022]可选的，所述第一电磁膜为单层结构或者堆叠层结构，所述堆叠层结构包括：第一下层电磁膜，位于第一下层电磁膜表面的第一中层电磁膜，以及，位于第一中层电磁膜表面的第一上层电磁膜。
[0023]可选的，所述第一下层电磁膜、第一中层电磁膜和第一上层电磁膜的材料不同。
[0024]可选的，所述第二电磁膜为单层结构或者堆叠层结构，所述堆叠层结构包括：第二下层电磁膜，位于第二下层电磁膜表面的第二中层电磁膜，以及，位于第二中层电磁膜表面的第二上层电磁膜。
[0025]可选的，所述第二下层电磁膜、第二中层电磁膜和第二上层电磁膜的材料不同。
[0026]可选的，所述第一电磁膜的材料包括：钴铂，以及铁、钴、镍、钴铁硼、钴铁、镍铁和镧锶锰氧中的一种或者几种组合。
[0027]可选的，所述隧道膜的材料包括：氧化镁、氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪和二氧化锆中的一种或者几种组合。
[0028]可选的，所述第二电磁膜的材料包括：钴铁铽，以及铁、钴、镍、钴铁硼、钴铁、镍铁和镧锶锰氧中的一种或者几种组合。
[0029]可选的，还包括：在形成所述第二电磁膜后，在所述第二电磁膜上形成掩膜层，且所述掩膜层暴露出部分第二电磁膜表面；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二电磁膜、隧道膜和第一电磁膜，直至暴露出所述基底表面，在所述基底上形成第一电磁层，位于所述第一电磁层上的隧道层，以及位于所述隧道层上的第二电磁层。
[0030]可选的，还包括：在形成所述第一电磁层、隧道层和第二电磁层后，在所述掩膜层内形成互连结构，所述互连结构和所述第二电磁层电互连，并且，所述掩膜层表面暴露出所述互连结构表面。
[0031]可选的，形成所述第一电磁膜的工艺包括沉积工艺；形成所述第二电磁膜的工艺
包括沉积工艺；形成所述隧道膜的工艺包括沉积工艺。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0033]本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中，热处理用于改善第一电磁膜和隧道膜的晶格结构和界面态，以增加后续形成的磁隧道结的隧道阻比，从而提高磁隧道结的性能，使MRAM能够存储更多数据。由于在形成所述第一电磁膜和所述隧道膜后，并且，在所述隧道膜表面形成第二电磁膜前，对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理，一方面，热处理不涉及第二电磁膜，因此，能够减少受到热处理而引起的第二电磁膜材料与第一电磁膜材料和隧道膜材料之间的热扩散，降低所述热扩散对改善后的第一电磁膜和隧道膜的晶格结构和界面态的破坏，从而，有利于改善第一电磁膜和隧道膜的晶格结构和界面态，另一方面，由于在形成第二电磁膜前，采用第一加热工艺，对所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成第一电磁膜；在所述第一电磁膜表面形成隧道膜；采用第一加热工艺，对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理；在对所述第一电磁膜和所述隧道膜进行热处理后，在所述隧道膜表面形成第二电磁膜。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一加热工艺包括第一原位加热工艺。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。4.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为200℃～350℃。5.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第一原位加热工艺的工艺参数还包括：压强范围为1
×
10-10
毫托～1
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10-8
毫托；红外能量密度范围为10瓦/平方厘米～30瓦/平方厘米。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述隧道膜之前，采用第二加热工艺，对所述第一电磁膜进行热处理。7.如权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二加热工艺包括第二原位加热工艺。8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。9.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为250℃～400℃。10.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第二原位加热工艺的工艺参数还包括：压强范围为1
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毫托～1
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毫托；红外能量密度范围为10瓦/平方厘米～30瓦/平方厘米。11.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：在形成所述第二电磁膜后，采用第三加热工艺，对所述第二电磁膜进行热处理。12.如权利要求11所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三加热工艺包括第三原位加热工艺。13.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三原位加热工艺包括原位激光加热工艺或原位红外加热工艺中的一种。14.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三原位加热工艺的工艺参数包括：温度范围为250℃～400℃。15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三原位加热工艺为原位红外加热工艺，所述第三原...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑二虎，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：