制造磁阻随机存取存储器器件的方法技术

一种制造磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法，包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过绝缘中间层的接触插塞；形成覆盖接触插塞的上表面的第一阻挡层，第一阻挡层包括非晶材料；在第一阻挡层上形成下电极层；以及在下电极层上形成磁隧道结结构层。电极层上形成磁隧道结结构层。电极层上形成磁隧道结结构层。

【技术实现步骤摘要】
制造磁阻随机存取存储器器件的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年7月20日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10
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2021
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0094661的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。


[0003]本公开的示例实施例涉及制造半导体器件的方法。更具体地，本公开的示例实施例涉及制造磁阻随机存取存储器(MRAM)器件的方法。

技术介绍

[0004]最近，随着MRAM器件的高度集成，可以减小磁隧道结(MTJ)结构的大小。因此，MTJ结构在MRAM器件的制造过程中可能容易损坏。

技术实现思路

[0005]根据示例实施例，存在一种制造MRAM器件的方法。制造MRAM器件的方法可以包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过绝缘中间层的接触插塞；形成覆盖接触插塞的上表面并包括非晶材料的第一阻挡层；在第一阻挡层上形成下电极层；以及在下电极层上形成MTJ结构层。
[0006]根据示例实施例，存在一种制造MRAM器件的方法。制造MRAM器件的方法可以包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过绝缘中间层的接触插塞；在接触插塞上形成下电极层；在下电极层上顺序地形成分别包括不同的非晶材料的第一阻挡层和第二阻挡层；以及在第二阻挡层上形成MTJ结构层。
[0007]根据示例实施例，存在一种制造MRAM器件的方法。制造MRAM器件的方法可以包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过绝缘中间层的接触插塞，并且当形成接触插塞时，在接触插塞中形成包括卤素元素的气体；执行除气工艺以去除形成在接触插塞中的气体；形成覆盖接触插塞的上表面并包括非晶材料的第一阻挡层；在第一阻挡层上形成下电极层；对下电极层的上表面执行CMP工艺，CMP工艺使用包括过氧化氢的溶液；以及在下电极层上形成MTJ结构层。
附图说明
[0008]通过参考附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得清楚，在附图中：
[0009]图1至图5是示出了根据示例实施例的制造MRAM器件的方法中的阶段的截面图。
[0010]图6和图7是示出了根据示例实施例的制造MRAM器件的方法中的阶段的截面图。
具体实施方式
[0011]图1至图5是示出了根据示例实施例的制造MRAM器件的方法中的阶段的截面图。
[0012]参考图1，第一绝缘中间层110可以形成在衬底100上，并且接触插塞120可以形成为延伸穿过第一绝缘中间层110。例如，如图1所示，接触插塞120可以延伸穿过第一绝缘中间层110的整个厚度(例如，沿着与衬底100的上表面正交的方向)，以接触衬底100(例如，接触插塞120的下表面可以直接在衬底100的上表面上)。
[0013]衬底100可以包括半导体材料(例如硅、锗、硅
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锗)或者III
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V族半导体化合物(例如GaP、GaAs、GaSb等)。在示例实施例中，衬底100可以是绝缘体上硅(SOI)衬底或者绝缘体上锗(GOI)衬底。可以在衬底100上形成各种类型的元件(例如字线、晶体管、二极管、源极/漏极层、源极线、布线等)，并且接触插塞120可以接触各种类型的元件中的一些，并与其电连接。
[0014]第一绝缘中间层110可以形成在衬底100上以覆盖各种类型的元件。第一绝缘中间层110可以包括氧化物，例如氧化硅。
[0015]在示例实施例中，接触插塞120可以通过以下各项来形成：形成开口以延伸穿过第一绝缘中间层110并暴露衬底100的上表面；在衬底100和第一绝缘中间层110上形成导电层以填充开口；以及例如经由化学机械抛光(CMP)工艺来平坦化导电层的上部，直到暴露第一绝缘中间层110的上表面。例如，如图1所示，接触插塞120的上表面(即，与下表面相对)可以与第一绝缘中间层110的上表面共面。
[0016]例如，可以通过使用气体的沉积来形成导电层。详细地，接触插塞120可以使用包括金属的气体和包括卤素元素的气体来形成，或者可以使用包括金属氮化物的气体和包括卤素元素的气体来形成。包括卤素元素的气体的一部分可以保留而不与包括金属的气体或包括金属氮化物的气体反应，因此包括卤素元素的气体可以形成在接触插塞120中。在下文中，形成在接触插塞120中的包括卤素元素的气体可以被称为卤素气体130，例如，接触插塞120可以包括金属和未反应的卤素气体130。导电层可以包括金属(例如钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)等)或金属氮化物(例如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等)。
[0017]参考图2，可以执行除气工艺以从接触插塞120去除未反应的卤素气体，并且可以形成第一阻挡层140以覆盖接触插塞120的上表面。然而，卤素气体130可以不通过除气工艺来完全去除，因此卤素气体130的一部分可以保留在接触插塞120中。
[0018]在示例实施例中，可以在等于或高于约325℃且等于或低于约400℃的温度下执行除气工艺。如果除气工艺在低于约325℃的温度下执行，则卤素气体130可能不会被充分去除。如果除气工艺在高于约400℃的温度下执行，则各种类型的元件可能劣化。除气工艺可以执行等于或多于约一小时。
[0019]在示例实施例中，第一阻挡层140可以通过例如溅射工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等形成。例如，第一阻挡层140可以完全覆盖接触插塞120的整个上表面，例如，第一阻挡层140可以直接在接触插塞120的上表面上。
[0020]在示例实施例中，第一阻挡层140可以形成为具有等于或大于约50埃且等于或小于约160埃的厚度(例如，沿着与衬底100的上表面正交的方向)。第一阻挡层140可以包括非晶材料，例如钽、硼化钽(TaB)、氮化钽(TaN)、氮化硼化钽(TaBN)、碳氟硼酸钽(CFBTa)、硼化钽钴铁(CoFeBTa)或氧化铪(HfO2)。
[0021]参考图3，可以在第一阻挡层140上形成下电极层150，并且可以平坦化下电极层
150的上表面。在示例实施例中，下电极层150可以通过例如溅射工艺、PVD工艺、CVD工艺等形成。下电极层150可以包括金属氮化物(例如氮化钛)。
[0022]在示例实施例中，平坦化工艺可以是使用包括过氧化氢(H2O2)的溶液的CMP工艺，并且包括过氧化氢的溶液的一部分可以渗透到下电极层150中并保留在其中。在下文中，保留在下电极层150中的包括过氧化氢的溶液可以被称为过氧化氢溶液160。
[0023]第一阻挡层140可以形成在接触插塞120和下电极层150之间，例如，第一阻挡层140可以将接触插塞120与下电极层150完全分离。因此，可以阻挡卤素气体130在垂直于衬底100的上表面的竖直(例如正交)方向上向上扩散，并且可以阻挡过氧化氢溶液160在竖直方向上向下流动。即，第一阻挡层140可以防止卤素气体130和过氧化氢溶液160彼此接触，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造磁阻随机存取存储器MRAM器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过所述绝缘中间层的接触插塞；形成覆盖所述接触插塞的上表面的第一阻挡层，所述第一阻挡层包括非晶材料；在所述第一阻挡层上形成下电极层；以及在所述下电极层上形成磁隧道结结构层。2.根据权利要求1所述的制造MRAM器件的方法，其中，形成所述接触插塞包括：在所述接触插塞中形成具有卤素元素的气体，以及所述方法还包括：在形成所述第一阻挡层之前，执行除气工艺以从所述接触插塞中去除具有所述卤素元素的所述气体。3.根据权利要求2所述的制造MRAM器件的方法，其中，所述除气工艺在等于或高于325℃且等于或低于400℃的温度下执行。4.根据权利要求1所述的制造MRAM器件的方法，还包括：在形成所述下电极层之后，对所述下电极层的上表面执行平坦化工艺。5.根据权利要求4所述的制造MRAM器件的方法，其中，所述平坦化工艺是使用包括过氧化氢的溶液的化学机械抛光工艺。6.根据权利要求1所述的制造MRAM器件的方法，其中，所述第一阻挡层包括钽、硼化钽、氮化钽、氮化硼化钽、碳氟硼酸钽、硼化钽钴铁和氧化铪中的至少一种。7.根据权利要求6所述的制造MRAM器件的方法，其中，所述第一阻挡层的厚度等于或大于50埃且等于或小于160埃。8.根据权利要求1所述的制造MRAM器件的方法，还包括：在形成所述下电极层之后，在所述下电极层上形成第二阻挡层，所述第二阻挡层包括非晶材料。9.根据权利要求8所述的制造MRAM器件的方法，其中，所述第二阻挡层包括钽、硼化钽、氮化钽、氮化硼化钽、碳氟硼酸钽、硼化钽钴铁和氧化铪中的至少一种。10.一种制造磁阻随机存取存储器MRAM器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成绝缘中间层；形成延伸穿过所述绝缘中间层的接触插塞；在所述接触插塞上形成下电极层；在所述下电极层上顺序地形成第一阻挡层和第二阻挡层，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层分别包括不同的非晶材料；以及在所述第二阻挡层上形成磁隧道结结构层。11.根据权利要求10所述的制造MRAM器件的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：金珉宽，郑大恩，南垧兑，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：