磁隧道结器件、具有磁隧道结器件的存储单元及制造方法技术

本发明专利技术涉及磁隧道结器件、具有该磁隧道结器件的存储单元及其制造方法。一种制造磁隧道结器件的方法，包括：形成具有多个开口的绝缘层，在所述多个开口的开口的底部和侧壁上形成第一电极，在所述第一电极上形成磁隧道结层，和在所述磁隧道结层上形成第二电极以填充剩余开口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造方法，并且更具体涉及能够防止相邻磁隧 道结(MTJ)器件之间干扰现象的磁随道结(MTJ)器件、具有该磁随道 结(MTJ)器件的存储单元及其制造方法.
技术介绍
随着半导体器件变得高度集成，磁随MM储器(MRAM)被认为 是具有例如简单单元区减小(simple cell region reduction )、高速操作和非 易失性的优势的下一代半导体存储器件。MRAM包括用于实施开关操作 的晶体管和用于存储信息的MTJ器件。关于MTJ器件，磁电阻(MR) 比随着两个铁磁层的vft化方向而改变，并且其通it^于该MR比改变的电 压改变或电流量改变来确定在MTJ器件中存储的信息是逻辑1或逻辑0。图1是说明根据现有技术的MTJ器件的截面图。参考图1，在具有预 定结构的衬底101上依次地设置第 一 电极102 、 MTJ层107和第二电极108. 此处，MTJ层107是其中依次堆叠钉扎层(pinning layer) 103、被钉扎 层(pinned layer) 104、随道绝缘层105和自由层106的堆叠层。钉扎层 103由反铁磁材料形成并设置在第一电极102上。被钉扎层104由铁磁材 料形成并具有由钉扎层103所固定的磁化方向.自由层106由铁磁材料形 成并具有通过外部刺激(例如，磁场或自旋转移力矩(STT))而改变的磁 化方向。在第二电极108上形成光敏膜图案之后，使用所述光敏膜图案作为蚀 刻阻挡依次蚀刻第二电极108、 MTJ层107和第一电极102，以形成具有 堆叠结构的MTJ器件。然而，才艮据通常的MTJ器件，期望MTJ器件的侧壁在形成MTJ器 件的蚀刻工艺期间具有垂直外形。但是，事实上，由于每个薄层之间的蚀 刻选择性，MTJ器件为具有倾斜侧壁的梯形。即，由于该倾斜侧壁，相邻 MTJ器件之间的底部间距S2变得小于预定顶部间距Sl ( S1>S2 )。由于相 邻MTJ器件之间的间距减小，所以其间可产生干扰现象，其中MTJ器件 的特性受到劣化。此外，当相邻MTJ器件之间的间距S2更小时，其间可 产生电短路，其中MTJ器件的特性劣化或MTJ器件无法正常IMt。随着 半导体器件尺寸基于设计需要而减小，这些状况变得更坏。此外，如图1的"X，，所示，在形成MTJ器件的蚀刻工艺期间产生的蚀 刻副产物109可再沉积到MTJ器件的侧壁上J吏得MTJ器件的特性劣化。 特别地，当导电的蚀刻副产物在自由层106和^L钉扎层104的侧壁上再沉 积时，其间产生电短路，使得MTJ器件的特性劣化或MTJ器件在恶劣条 件下无法正常操作。
技术实现思路
本专利技术的实施方案涉及提供能够防止相邻MTJ器件之间的干扰现象 和电短路的磁隧道结器件及其制造方法。本专利技术的实施方案还涉及提供能够防止MTJ器件特性劣化的MTJ器 件，该特性劣化可以由在形成MTJ器件的蚀刻工艺期间所产生的导电的 蚀刻副产物所导致。本专利技术的实施方案还涉及提供具有MTJ器件的存储单元。根据本专利技术的一个方面，提供一种制造磁随道结器件的方法，所述方 法包括形成具有多个开口的绝缘层；在所述多个开口的开口的底部和侧 壁上形成第一电极；在所述第一电极上形成磁隧道结层；和在所U随道 结层上形成第二电极以填充剩余开口 。第 一 电极和磁隧道结层可为圆柱形。形成第一电极可包括在包括开口的绝缘层的整个表面上形成用于笫 一电极的导电层；和通过选择性地蚀刻在绝缘层顶部上形成的导电层，在 所述开口的底部和侧壁上留下用于第一电极的导电层。形成磁隧道结层可包括在包括第一电极的绝缘层的整个表面上形成 第一磁层；通过选择性地蚀刻在所述绝缘层顶部上形成的第一磁层，在第 一电极上留下第一磁层；在包括图案化第一磁层的绝缘层的整个表面上依 次地形成隧道绝缘层和第二磁层；和通过选择性地蚀刻在所述绝缘层顶部 上形成的第二磁层和隧道绝缘层，在第 一磁层上留下第二磁层和隧道绝缘 层。形成磁隧道结层可包括在包括第一电极的绝缘层的整个表面上依次 形成第一磁层、随道绝缘层和第二磁层；和通过选择性地蚀刻在绝缘层顶 部上形成的第二磁层、隧道绝缘层和第一磁层，在第一电极上留下第二磁 层、隧道绝缘层和第一磁层。光来实施。使用化学;Wfe抛光来选择性地蚀刻导电层可包括形成牺牲层以填充 开口内部和覆盖绝缘层的顶部；实施化学机械抛光直至暴露绝缘层的顶 部；和移除牺牲层。牺牲层可包括含碳层或氧化物层。含碳层可包括光刻胶、非晶碳、SiOC和SOC中的一种。 当牺牲层可包括含碳层时，可使用02等离子体处理来实施牺牲层的移除。当牺牲层可包括氧化物层时，使用緩沖氧化物蚀刻剂(BOE溶液)或 HF溶液来实施牺牲层的移除。附图说明图1是说明根据现有技术的磁隧道结(MTJ)器件的截面图。图2A至2D说明根据本专利技术的第一实施方案的MTJ器件。图3A至3E是比较具有堆叠结构的常规MTJ器件和根据本专利技术的第 一实施方案的柱型MTJ器件的示意图。图4A和4B说明根据本专利技术第二实施方案的具有MTJ器件的存储单元。图5A和5B说明根据本专利技术第二实施方案的存储单元的操作方法。 图6A和6B说明根据本专利技术第三实施方案的具有MTJ器件的存储单元。图7A至7D是说明制it根据本专利技术第四实施方案的MTJ器件的方法 的截面图。具体实施例方式本专利技术的其它目的和优点可以通过以下描述来理解，并且通过参考本 专利技术的实施方案将变得显而易见。参考附图，层和区域的所示厚JLA示例性的，而可以不是精确的。当第 一层称为在第二层"上"或在衬底"上"的时候，其可表示第一层直接形成在 第二层上或衬底上，或也可表示第三层可存在第一层和衬底之间。此外， 虽然相同或类似的附图标记出现在本专利技术的不同实施方案或者附图中，但 是它们表示相同或类似的构成元件。本专利技术以下涉及磁隧道结(MTJ)器件、具有该磁隧道结(MTJ)器 件的存储单元及其制造方法。本专利技术提供能够通过例如获得相邻MTJ器 件之间的间距来防止干扰现象以及MTJ器件之间电短路的MTJ器件。为 此，才艮据本专利技术的一个实施例形成具有柱型凹陷结构的MTJ器件。图2A至2D说明根据本专利技术的第一实施方案的MTJ器件。图2A是 MTJ器件的单元的透视图。图2B是说明MTJ器件的每个独立组件的透 视图。图2C是沿着线X-X，截取的横截面图。图2D是说明具有凹陷结构 的MTJ器件的截面图。参考图2A至2D，本专利技术的MTJ器件具有柱型凹 陷结构。具体地，MTJ器件包括柱型第二电极117、包围所述第二电极 117的侧面和底部的MTJ层116、以及包围所述MTJ层116的侧面和底 部的第一电极lll。此处，第二电极117可为圆柱形、三角柱形或多边柱 形。此外，第一电极111和MTJ层116可为柱形。此外，本专利技术的MTJ器件还包括具有预定结构的衬底110和绝缘层 118。绝缘层118设置在衬底110上并包括具有预定间距S的多个开口部119。此处，MTJ器件可具有在开口部119中填充的凹陷结构。绝缘层118使得MTJ器件彼此电绝缘，并且可以是选自氧化物层、氮 化物层、氧氮化物层、含碳层以及上述层的堆叠层中的任意一种。氧化物 层可由Si02、硼磷珪酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、原硅酸 四乙酯(TEOS)、未掺杂的硅酸盐玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造磁隧道结器件的方法，所述方法包括：　形成具有多个开口的绝缘层；　在所述多个开口的开口的底部和侧壁上形成第一电极；　在所述第一电极上形成磁隧道结层；和　在所述磁隧道结层上形成第二电极以填充剩余开口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：曹祥薰，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]