孔洞在先的硬掩模限定制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種半導(dǎo)體器件及制造方法，諸如，MTJ器件及制造MTJ器件的方法。該MTJ器件可以包括底部電極、MTJ堆疊件以及頂部電極，其中，使用孔洞填充技術(shù)形成該頂部電極。該頂部電極可以具有傾斜的側(cè)壁。可以通過(guò)沉積對(duì)應(yīng)的MTJ層來(lái)形成該MTJ堆疊件。可以在MTJ層上方形成并且圖案化經(jīng)過(guò)圖案化的掩模，從而形成限定出頂部電極的開(kāi)口。利用導(dǎo)電材料填充該開(kāi)口，從而形成頂部電極。然后，將該頂部電極用作掩模來(lái)圖案化MTJ層，從而形成MTJ堆疊件。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了一種孔洞在先的硬掩模限定。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本專利技術(shù)涉及一種孔洞在先的硬掩模限定。
技術(shù)介紹
半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置被使用在用于包括收音機(jī)、電視、移動(dòng)電話以及個(gè)人計(jì)算裝置的電子應(yīng)用方式的集成電路中。普遍公知的存儲(chǔ)裝置包括電荷存儲(chǔ)裝置，諸如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)和閃存。近來(lái)，存儲(chǔ)裝置的發(fā)展涉及到了將半導(dǎo)體技術(shù)與電磁材料結(jié)合的自旋電子器件。使用電子的自旋極化，而不再使用電子電荷來(lái)表示狀態(tài)“ I ”或“ O ”。一種這類的自旋電子器件是自旋力矩轉(zhuǎn)移(STT)磁隧道結(jié)(MTJ)器件。 通常，MTJ器件包括自由層、固定層以及插入到自由層和固定層之間的隧道層。可以通過(guò)施加電流穿過(guò)隧道層使自由層的磁化方向反向變化，該電流導(dǎo)致自由層內(nèi)部的注入的極化電子在自由層的磁化上施加自旋力矩。固定層具有固定的磁化方向。當(dāng)電流在從自由層到固定層的方向上流動(dòng)時(shí)，電子在相反的方向上流動(dòng)，即，從固定層流向自由層。在經(jīng)過(guò)固定層之后，電子被極化朝向與固定層的磁化方向相同的方向流經(jīng)隧道層，并且隨后流入到自由層中并且在其中聚積。實(shí)際上，自由層的磁化與固定層的磁化平行，并且MTJ器件將處在低電阻狀態(tài)下。由電流導(dǎo)致的電流注入被稱為主要注入(major injection)。當(dāng)施加從固定層流向自由層的電流時(shí)，電子在從自由層到固定層的方向上流動(dòng)。極化與固定層的磁化方向相同的電子能夠穿過(guò)隧道層流入固定層。相反地，極化不同于固定層的磁化的電子將受到固定層的反射(阻擋)，并且將積聚在自由層中。最后，自由層的磁化變得與固定層的磁化反向平行，并且MTJ器件將處在高電阻狀態(tài)下。由電流導(dǎo)致的相應(yīng)的電子注入被稱作次要注入(minor injection)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種形成集成電路的方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底具有形成在其上的底部電極層和磁隧道結(jié)(MTJ)堆疊層；形成覆蓋著所述MTJ堆疊層的掩模層；在所述掩模層中形成開(kāi)口，以暴露出所述MTJ堆疊層的一部分；在所述開(kāi)口中形成頂部電極；以及使用所述頂部電極作為掩模來(lái)圖案化所述MTJ堆疊層，從而形成MTJ堆疊件。在該方法中，進(jìn)一步包括在圖案化所述MTJ堆疊層之前去除所述掩模層。在該方法中，形成所述頂部電極包括沉積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料在所述掩模層的表面上方延伸。在該方法中，進(jìn)一步包括平坦化所述掩模層的表面和所述導(dǎo)電材料，所述平坦化從所述掩模層的表面去除了所述導(dǎo)電材料。在該方法中，所述開(kāi)口具有傾斜的側(cè)壁。在該方法中，相對(duì)于所述襯底的主表面的法線，所述傾斜的側(cè)壁具有大約0°至大約10°的角度。在該方法中，形成所述掩模層包括在金屬化層上方形成所述掩模層。在該方法中，所述襯底包括所述底部電極下面的氮化硅層以及所述氮化硅層下面的碳化硅層。根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種形成集成電路的方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底具有形成在其上的底部電極層和多個(gè)磁隧道結(jié)(MTJ)層；在所述多個(gè)MTJ層上方形成薄頂部電極膜；在所述薄頂部電極膜上方形成掩模層；在所述掩模層中形成多個(gè)開(kāi)口 ；形成多個(gè)頂部電極，所述多個(gè)頂部電極中的每一個(gè)都被設(shè)置在所述多個(gè)開(kāi)口中的相應(yīng)的開(kāi)口中；去除所述掩模層；以及使用所述多個(gè)頂部電極作為掩模來(lái)圖案化所述多個(gè)MTJ層，從而形成MTJ堆疊件。 在該方法中，形成所述多個(gè)頂部電極包括沉積導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料在所述掩模層的表面上方延伸。在該方法中，進(jìn)一步包括平坦化所述掩模層的表面和所述導(dǎo)電材料，所述平坦化從所述掩模層的表面上去除了所述導(dǎo)電材料。在該方法中，所述多個(gè)開(kāi)口都具有傾斜的側(cè)壁。在該方法中，相對(duì)于所述襯底的主表面的法線，所述傾斜的側(cè)壁具有大約0°至大約10°的角度。根據(jù)本專利技術(shù)的又一方面，提供了一種器件，包括襯底，具有形成在其上的底部電極和磁隧道結(jié)(MTJ)堆疊件；以及頂部電極，位于所述MTJ堆疊件上方，所述頂部電極的鄰近所述MTJ堆疊件的部分比所述頂部電極的頂部窄。在該器件中，所述頂部電極包含鉭。 在該器件中，所述底部電極包含鉭。在該器件中，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)絕緣層，位于所述底部電極下面。在該器件中，所述一個(gè)或多個(gè)絕緣層包括SiN層。在該器件中，所述一個(gè)或多個(gè)絕緣層包括SiC層。在該器件中，所述MTJ堆疊件包括固定層、隧道層、以及自由層。附圖說(shuō)明為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中圖I-圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的形成磁隧道結(jié)(MTJ)單元的中間階段；圖7a和圖7b根據(jù)實(shí)施例的對(duì)使用光刻膠掩蔽方式和孔洞填充方式所獲得的電極形狀進(jìn)行比較和對(duì)照；以及圖8示出的是在本文中公開(kāi)的MRAM實(shí)施例所形成的存儲(chǔ)器陣列。具體實(shí)施例方式下面，詳細(xì)討論本專利技術(shù)各實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本專利技術(shù)提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本專利技術(shù)的具體方式，而不用于限制本專利技術(shù)的范圍。以特定概念公開(kāi)了以下實(shí)施例，S卩，用于形成電磁隧道結(jié)(MTJ)單元的新方法。示出了制造實(shí)施例的中間階段并且論述了實(shí)施例的多個(gè)變型。然而，也可以使用用于圖案化其他結(jié)構(gòu)的其他實(shí)施例。在所有各個(gè)視圖和說(shuō)明性的實(shí)施例中，類似的參考標(biāo)號(hào)被用于表示類似的元件。首先參考圖I-圖6，示出了根據(jù)實(shí)施例形成MTJ器件的各個(gè)中間階段。首先參考圖1，示出了根據(jù)實(shí)施例的襯底102的部分，該部分具有形成在其上的、參考標(biāo)號(hào)為104的電路。襯底102可以包括，例如，摻雜的或未摻雜的體硅或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底的有源層。通常，SOI襯底包括形成在絕緣體層上的半導(dǎo)體材料層，諸如，硅。絕緣體層可以是，例如，埋置氧化物(BOX)層或氧化硅層。在襯底上 提供絕緣體層，通常是硅襯底或玻璃襯底。也可以使用其他襯底，諸如，多層襯底或漸變襯底(gradient substrate)。形成在襯底102上的電路104可以是適用于特定應(yīng)用的任意類型的電路。在實(shí)施例中，電路104包括形成在襯底102上的電器件，一個(gè)或多個(gè)介電層位于該電器件上面。可以在介電層之間形成金屬層，從而在電器件之間傳送電信號(hào)。也可以在一個(gè)或多個(gè)介電層中形成電器件。例如，電路104可以包括多個(gè)互連在一起來(lái)執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)功能的N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)器件和/或P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件，諸如，晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等。這些功能可以包括存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、處理結(jié)構(gòu)、傳感器、放大器、配電、輸入/輸出電路等等。例如，在半導(dǎo)體器件被形成為MRAM器件的實(shí)施例中，該電路可以包括控制電路和/或邏輯電路。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，以上實(shí)例被提供用于說(shuō)明目的，僅用于進(jìn)一步解釋一些說(shuō)明性實(shí)施例的應(yīng)用方式并且不以任何方式限制本專利技術(shù)。可以使用其他適用于給定的應(yīng)用方式的電路。圖I還示出了層間介電(ILD)層108。可以由，例如，低K介電材料(諸如，硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、氟化硅酸鹽玻璃(FSG)、SiOxCy、旋涂玻璃、旋涂聚合物、碳化硅材料、其化合物、其成分、其組合等等)通過(guò)本領(lǐng)域公知的任意適當(dāng)方法(諸如，旋制、化學(xué)汽相沉積(CVD)以及等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD))形成該ILD層108。還應(yīng)該注思，ILD層108可以包括多個(gè)介電層。穿過(guò)ILD層108形成了本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種形成集成電路的方法，所述方法包括：提供襯底，所述襯底具有形成在其上的底部電極層和磁隧道結(jié)(MTJ)堆疊層；形成覆蓋著所述MTJ堆疊層的掩模層；在所述掩模層中形成開(kāi)口，以暴露出所述MTJ堆疊層的一部分；在所述開(kāi)口中形成頂部電極；以及使用所述頂部電極作為掩模來(lái)圖案化所述MTJ堆疊層，從而形成MTJ堆疊件。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃韋翰，劉世昌，徐晨祐，宋福庭，蔡嘉雄，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：