具有改进的化学和物理性质的硬化的间隙填充电介质材料横向邻近存储器结构的多层磁隧道结(MTJ)柱和顶部电极结构形成。硬化的间隙填充电介质材料可通过经由离子注入将断键添加剂引入到沉积态的间隙填充电介质材料层中，然后固化包含断键添加剂的间隙填充电介质材料层而形成。固化包括单独的UV固化，或UV固化与激光退火的组合。本申请中所采用的固化不会不利地影响MTJ柱或顶部电极结构。会不利地影响MTJ柱或顶部电极结构。会不利地影响MTJ柱或顶部电极结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有硬化的间隙填充电介质材料的MRAM装置
[0001]本申请涉及存储器结构及其形成方法。更具体地说，本申请涉及一种磁阻随机存取存储器(MRAM)结构及其形成方法，该MRAM结构包含具有改进的化学和物理性质的硬化的间隙填充电介质材料。
技术介绍
[0002]MRAM是一种非易失性随机存取存储器技术，其中数据由磁性存储元件存储。这些元件通常由两个铁磁板形成，每个铁磁板可以保持磁化，由薄电介质层(即，隧道势垒)隔开。两个板中的一个是被设置为特定极性的永久磁体(即，磁性参考层)；另一个板的磁化可以被改变以匹配用于存储存储器的外部场(即，磁性自由层)的磁化。此配置称为磁性隧道结(MTJ)柱。在前边缘或神经形态计算系统中，MTJ柱通常嵌入后端制程(BEOL)结构内。
[0003]在MRAM器件的制造中，MTJ柱材料(即，磁性参考材料、隧道势垒、无磁材料和MTJ盖材料)和顶部电极材料的覆盖层形成在导电着陆焊盘(conductive landing pad)上；导电着陆焊盘形成MRAM器件的底电极。然后通过光刻和蚀刻来图案化覆盖层(blanket layer)，以提供多层MTJ柱(包括磁性参考材料、隧道势垒、无磁材料和MTJ盖材料的剩余部分)和位于导电着陆焊盘上的顶部电极的材料堆叠体。在形成该材料堆叠体之后，立即形成诸如氮化硅(SiN)的电介质钝化层，以钝化隧道势垒。接着形成间隙填充电介质材料，其填充相邻MTJ柱之间的间隙。
[0004]在MRAM器件阵列中，间隙填充电介质材料需要具有自平坦化特性。此外，且在包含沉积
‑
蚀刻
‑
沉积方法的当前MRAM装置处理中，间隙填充电介质材料遭受范围从MTJ柱的高度的不均匀性的晶片到晶片可变性。因此，需要提供一种MRAM装置阵列，其包括自平坦化间隙填充电介质，所述自平坦化间隙填充电介质还具有MTJ柱之间的经改进的化学和物理性质。
技术实现思路
[0005]在本申请的一个方面中，提供一种形成存储器结构的方法。在一个实施例中，所述方法包含在底部电极的表面上形成图案化材料堆叠体，其中所述图案化材料堆叠体包含多层磁性隧道结MTJ柱和顶部电极结构。然后，形成间隙填充电介质材料层，其横向邻近图案化材料堆叠体并位于图案化材料堆叠体的顶部上。然后，通过离子注入，将断键添加剂引入到间隙填充电介质材料层中，以提供改性的间隙填充电介质材料层(modified gap fill dielectric material layer)。然后固化该改性的间隙填充材料层以提供硬化的间隙填充电介质材料层。
[0006]在本申请中，使用提供电磁辐射的能量源进行固化。在一些实施例中，固化包括单独的UV固化。在其它实施例中，固化包括UV固化和激光退火。在这种实施例中，激光退火可以在UV固化之前或之后进行。在一些实施方式中，当激光退火用作固化工艺的一部分时，激光退火可以等于或小于0.4J/cm2的入射激光能量密度进行，持续时间为约1纳秒至约500纳
秒。在一些实施例中，在激光退火之前，在改性的间隙填充电介质材料层上形成牺牲辅助层。
[0007]在一些实施例中，所采用的断键添加剂包括选自氢、氦、氮、碳和氖的轻质元素或分子(即，具有等于或小于氩的原子序数的元素或分子)。在一个实例中，断键添加剂是氮，并且离子注入在从1keV到40keV的注入能量下并且使用从1
×
10
13
个离子/cm2到3
×
10
14
个原子/cm2的离子剂量来执行。在另一实例中，断键添加剂是氦，并且离子注入在1keV至10keV的注入能量下并且使用5
×
10
13
个离子/cm2至1
×
10
15
个原子/cm2的离子剂量来执行。在本申请案中，引入到沉积态的间隙填充电介质材料中的断键添加剂不会负面地影响MTJ柱或顶部电极结构。
[0008]在本申请的另一方面，提供了一种存储器结构。在一个实施例中，存储器结构包括位于底部电极的表面上的多个间隔开的且图案化的材料堆叠体，其中每个图案化的材料堆叠体包括多层磁隧道结(MTJ)柱和顶部电极结构。具有小于3的介电常数和第一碳含量的硬化间隙填充电介质材料横向邻近每个图案化材料堆叠体定位并定位在每个图案化材料堆叠体之间。通孔结构位于硬化的间隙填充介质材料中，其中，与通孔结构的侧壁相邻的硬化的间隙填充介质材料具有不小于第一碳含量的90％的碳。
附图说明
[0009]图1是可以在本申请的一个实施例中采用的示例性结构的横截面图，该示例性结构包括互连级，该互连级包括嵌入在互连电介质材料层中的至少一个导电结构，其中底部电极位于该至少一个导电结构的表面上。
[0010]图2是在形成多层磁性隧道结(MTJ)堆叠体和顶部电极含金属层之后的图1的示范性结构的横截面图。
[0011]图3是在图案化MTJ堆叠体及顶部电极含金属层以分别提供位于底部电极上方的MTJ柱及顶部电极结构之后的图2的示范性结构的横截面图。
[0012]图4是在形成封装材料层之后的图3的示例性结构的横截面图。
[0013]图5是在形成具有自平面化性质的间隙填充电介质材料层之后的图4的示例性结构的横截面图。
[0014]图6是在通过离子注入将断键添加剂引入到沉积态的间隙填充电介质材料层中以提供改性的间隙填充电介质材料层之后的图6的示例性结构的横截面图。
[0015]图7是根据本申请的实施例的在执行作为固化工艺的第一步的激光退火之后的图6的示例性结构的横截面图。
[0016]图8是在激光退火之后执行UV固化以提供硬化的间隙填充电介质材料层之后的图7的示例性结构的横截面图。
[0017]图9是在从图案化材料叠层的顶部去除硬化的间隙电介质填充材料层和封装材料层之后的图8的示例性结构的横截面图。
[0018]图10是在硬化的间隙填充电介质材料中形成通孔结构之后的图9的示例性结构的横截面图。
具体实施方式
[0019]现在将通过参考以下讨论和伴随本申请的附图来更详细地描述本申请。注意，本申请的附图仅用于说明性目的，因此附图不是按比例绘制的。还应注意，相同和相应的元件由相同的附图标记表示。
[0020]在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如特定结构、部件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本申请的各种实施例的理解。然而，本领域普通技术人员将理解，本申请的各种实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，为了避免模糊本申请，没有详细描述公知的结构或处理步骤。
[0021]应当理解，当将作为层、区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或“上方”时，其可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件上方”时，不存在中间元件。还将理解，当元件被称为在另一元件“下方”或“之下”时，它可以直接在另一元件下方或之下，或者可以存在中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成存储器结构的方法，所述方法包括：在底部电极的表面上形成图案化材料堆叠体，其中所述图案化材料堆叠体包括多层磁性隧道结(MTJ)柱和顶部电极结构；形成间隙填充电介质材料层，所述间隙填充电介质材料层横向邻近于所述图案化材料堆叠体且在所述图案化材料堆叠体的顶部上；将断键添加剂离子注入到所述间隙填充电介质材料层中，以提供改性的间隙填充电介质材料层；以及固化该改性的间隙填充材料层以提供硬化的间隙填充电介质材料层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化使用提供电磁辐射的能量源进行。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述固化包括UV固化。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述固化进一步包括激光退火。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光退火在所述UV固化之前执行。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光退火在所述UV固化之后执行。7.如权利要求4所述的方法，其中，该激光退火是以等于或小于0.4J/cm2的入射激光能量密度进行，且持续时间为约1纳秒至约500纳秒。8.如权利要求4所述的方法，还包括在激光退火之前在所述改性的间隙填充电介质材料层上形成牺牲辅助层。9.根据权利要求1所述的方法，其中，断键添加剂断裂所述间隙填充电介质材料层中的键且不会负面地影响所述MTJ柱和所述顶部电极结构。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述断键添加剂包含选自氢、氦、氮、碳和氖的轻质元素或分子。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述断键添加剂包括氮，并且所述离子注入以1keV至40keV的注入能量并使用1
×
10
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离子/cm2至3
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原子/cm2的离子剂量来执行。12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述断键添加剂包括氦，并且所述离子注入以1keV至10keV的注入能量并且使用5
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10
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离子/cm2至1
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【专利技术属性】
技术研发人员：A雷兹尼塞克，D西尔，O格卢申科夫，Y苏莱里亚，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
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