包含水平及垂直部分的镶嵌型磁性隧道结结构及其形成方法

当前位置:首页恒峰娱乐手机版登录下载 >

恒峰娱乐手机版登录下载

包含水平及垂直部分的镶嵌型磁性隧道结结构及其形成方法

时间:2019-12-31本站浏览次数:53

       

包含水平及垂直部分的镶嵌型磁性隧道结结构及其形成方法

本发明揭示一种制造半导体装置的方法,其包括:在装置衬底上形成金属层;形成与所述金属层接触的通孔;及在所述通孔上方添加电介质层。所述方法进一步包括:蚀刻所述电介质层的一部分以形成沟槽区域;及将垂直磁性隧道结MTJ结构沉积于所述沟槽区域内,类似于镶嵌结构。所述MTJ结构具有水平部分及至少一个垂直部分;举例来说,其是V形的或L形的。

图9为沿着图7中的线9-9截取的图7的电路装置700的横截面图900。图900包括衬底702,衬底702具有第一金属间电介质层850、第二金属间电介质层852、第一罩盖层854、第三金属间电介质层856、第二罩盖层858、第三罩盖层860、第四金属间电介质层862及第五金属间电介质层864。衬底702具有第一表面880及第二表面890。衬底702包括垂直MTJ结构704,垂直MTJ结构704具有底部电极706、垂直MTJ堆叠708及中心电极710。衬底702包括安置于且图案化于第一表面880处的第一线迹线734。第一线迹线734耦合到顶部通孔736,顶部通孔736从第一线迹线734延伸到中心电极710。衬底702还包括第二表面890处的第二线迹线730。第二线迹线730耦合到底部通孔732,底部通孔732从第二线迹线730延伸到底部电极706的一部分。垂直MTJ堆叠708包括用以携载第一磁畴726的第一侧壁716、用以携载第三磁畴722的第三侧壁712及用以携载底部磁畴872的底壁870。在此特定视图中,磁畴726及722是水平地定向(例如,在侧壁的长度(a)方向上,而不是在侧壁的深度(d)方向上垂直地定向),且底部磁畴872垂直地定向(例如,在侧壁的深度(d)方向上,而不是在侧壁的长度(a)方向上水平地定向)。

转而参看图21,在2024处,所述方法前进到2126,且对垂直MTJ堆叠执行磁性退火工艺以界定磁矩的定向。移动到2128,将第三罩盖膜层(例如图18的第三罩盖层1644)沉积于第二罩盖膜层上方,且将第二MD(例如图18的第四MD层1646)沉积于第三罩盖膜层上。进行到2130,使用光蚀刻工艺来形成第二通孔(例如图18的通孔1860),且用导电材料填充第二通孔或开口。前进到2132,执行CMP工艺以使导电材料平坦化。继续进行到2134,通过沉积金属层及对所述层进行光蚀刻以形成线迹线,或通过形成沟槽、光蚀刻、镀敷及执行化学机械平坦化(CMP)工艺,可界定金属线。如果使用镶嵌工艺,则可将2132处的通孔处理及2134处的金属线处理组合为沟槽光/蚀刻界定、光致抗蚀剂剥除、镀铜及铜CMP工艺。所述方法终止于2136。

在特定实施例中,沟槽深度(d)大于垂直MTJ单元深度(C),沟槽深度(d)及垂直MTJ单元深度(c)均大于垂直MTJ单元504的长度(a)。在此特定实例中,磁畴522及524在大体上平行于衬底502的顶表面680且垂直于侧壁而定向的方向上延伸(S卩,而不是在侧壁的深度

图1为展示装置中的沟槽的形成及安置于所述沟槽内的垂直磁性隧道结(MTJ)单元的代表性实施例的横截面图。参看图1,说明在处理的第一阶段192、第二阶段194及第三阶段196之后的电路衬底的特定实施例的横截面图。电路衬底100包括装置衬底105、第一金属间电介质层(MD)101、线迹线103及安置于第一金属间电介质层(MD)101上的第二金属间电介质层(MD)102。在特定实施例中,可通过在第二頂D102上旋涂光致抗蚀剂而涂覆光致抗蚀剂层。可应用光蚀刻工艺在第二金属间电介质层102中界定沟槽图案。在蚀刻之后剥除光致抗蚀剂层以暴露穿过第二金属间电介质层102的开口或通孔(via)。将导电材料或通孔填充材料108沉积到所述开口中,且可执行例如CMP工艺的平坦化工艺来使所述电路衬底100平坦化。(例如)通过执行沟槽光蚀刻与清洁工艺而在第二金属间电介质层102内界定沟槽114。

可将裸片2336提供到封装过程2338,在封装过程2338中将裸片2336并入到代表性封装2340中。举例来说,例如封装中系统(SiP)布置的封装2340可包括单一裸片2336或多个裸片。封装2340可经配置以符合一种或一种以上标准或规范,例如美国电子装置工程设计耳关合协会(JointElectronDeviceEngineeringCouncil,JEDEC)标准。

图11为沿着图10中的线11-11截取的图10的电路装置1000的横截面图1100。图1100包括衬底1002,衬底1002具有第一金属间电介质层1150、第二金属间电介质层1152、第一罩盖层1154、第三金属间电介质层1156、第二罩盖层1158、第三罩盖层1160、第四金属间电介质层1162及第五金属间电介质层1164。衬底1002具有第一表面1180及第二表面1190。衬底1002还包括垂直MTJ结构1004,垂直MTJ结构1004包括垂直MTJ堆叠1008。底部电极1006、垂直MTJ堆叠1008及顶部电极1010安置于衬底1002中的沟槽内。沟槽具有深度(d)。在此例子中,深度(d)大于侧壁1014的宽度(b)。

在特定实施例中,库文件2312包括至少一个数据文件,所述至少一个数据文件包括经转换的设计信息。举例来说,库文件2312可包括半导体装置的库,所述半导体装置包括如图1到18中的任一者中所说明或根据图19到21中的任一者而形成的具有安置于沟槽区内的垂直MTJ结构的垂直MTJ装置,所述库经提供以与电子设计自动化(EDA)工具2320—起使用。

图15为在反向光致抗蚀剂剥除及停止于罩盖膜层处的MTJ CMP处理之后的图14的电路衬底1300的横截面图1500。电路衬底1300包括第一金属间电介质层1301、线迹线1303、第二金属间电介质层1302及第一罩盖层1304。视图1500包括第二金属间电介质层1410、第二罩盖层1412及垂直MTJ结构1416。垂直MTJ结构1416具有垂直MTJ单元深度(d)且形成于具有沟槽深度(d)的沟槽1414内。垂直MTJ结构1416包括耦合到通孔填充材料1308的底部电极1418、垂直MTJ堆叠1420及顶部电极1422。应用光致抗蚀剂剥除工艺,且应用垂直MTJ化学机械平坦化(CMP)工艺以移除垂直MTJ结构1416的若干部分来产生大体上平坦的表面1530。CMP工艺停止于第二罩盖膜层1412处。

图9为沿着图7中的线9-9截取的图7的电路装置700的横截面图900。图900包括衬底702,衬底702具有第一金属间电介质层850、第二金属间电介质层852、第一罩盖层854、第三金属间电介质层856、第二罩盖层858、第三罩盖层860、第四金属间电介质层862及第五金属间电介质层864。衬底702具有第一表面880及第二表面890。衬底702包括垂直MTJ结构704,垂直MTJ结构704具有底部电极706、垂直MTJ堆叠708及中心电极710。衬底702包括安置于且图案化于第一表面880处的第一线迹线734。第一线迹线734耦合到顶部通孔736,顶部通孔736从第一线迹线734延伸到中心电极710。衬底702还包括第二表面890处的第二线迹线730。第二线迹线730耦合到底部通孔732,底部通孔732从第二线迹线730延伸到底部电极706的一部分。垂直MTJ堆叠708包括用以携载第一磁畴726的第一侧壁716、用以携载第三磁畴722的第三侧壁712及用以携载底部磁畴872的底壁870。在此特定视图中,磁畴726及722是水平地定向(例如,在侧壁的长度(a)方向上,而不是在侧壁的深度(d)方向上垂直地定向),且底部磁畴872垂直地定向(例如,在侧壁的深度(d)方向上,而不是在侧壁的长度(a)方向上水平地定向)。

继续进行到1916,可执行磁性退火工艺以界定由固定层携载的磁场(例如图1的磁畴109)的定向。磁性退火工艺可为三维(3D)退火工艺。可通过磁性退火工艺将所有垂直MTJ层退火,从而钉扎固定层,同时允许自由层可经由写入电流来修改。

图20是一种形成垂直磁性隧道结(MTJ)单元的方法的第二特定说明性实施例的流程图。在2002处,将罩盖膜层(例如图14的罩盖膜层1304)沉积到装置的金属间电介质层aMD)(例如图14的第二頂D层1302)上。前进到2004,使用光蚀刻工艺、光致抗蚀剂剥除工艺及清洁工艺来形成通孔。继续进行到2006,用导电材料(例如图14的导电材料1308)填充通孔或开口,且执行化学机械平坦化(CMP)工艺以移除过量导电材料。移动到2008,将罩盖层(例如图14的第二罩盖层1412)沉积于通孔上。继续进行到2010,界定沟槽(例如图14的沟槽1414),所述沟槽具有在不对垂直MTJ结构执行光蚀刻工艺的情况下决定垂直MTJ结构的尺寸。进行到2012,沉积底部电极(例如图14的底部电极1418)。继续进行到2014,沉积包括磁性膜及隧道势皇层的多个垂直磁性隧道结(MTJ)膜层以形成垂直磁性隧道结(MTJ)堆叠(例如图14的垂直MTJ堆叠1420)。继续进行到2016,将顶部电极(例如图14的顶部电极1422)沉积于垂直MTJ堆叠上以形成垂直MTJ单元。前进到2018,执行反向光蚀刻工艺以移除并非直接在沟槽上的过量材料。在2020处,执行CMP工艺以移除在第二罩盖层上方的过量材料。进行到2022,对垂直MTJ堆叠进行光蚀刻以移除垂直MTJ堆叠的一个侧壁。在特定实施例中,对垂直MTJ堆叠的光蚀刻界定工艺窗或开口。所述方法前进到2024。

衬底702包括安置于第二表面890处的第二线迹线730。第二线迹线730耦合到底部通孔732,底部通孔732从第二线迹线730延伸到底部电极706的一部分。衬底702还包括安置于第一表面880处的第一线迹线734。第一线迹线734耦合到顶部通孔736,顶部通孔736从第一线迹线734延伸到中心电极710。中心电极710耦合到垂直MTJ堆叠708。衬底702还包括工艺开口738,工艺开口738可通过以下操作形成:选择性地移除垂直MTJ结构704的一部分,及将金属间电介质材料沉积于工艺开口738内,后续接着化学机械平坦化(CMP)工艺。




公司地址:大连市中山区港兴路6号万达中心1410室
联系人:陈艳波 13951757534
秦里钧 15250962398
电话:15193135240 传真:yqus3qo2i4@msn.com
邮箱:ty0ev74xq6@162.com

粤公网安备 44030702001579号

恒峰娱乐会员登录网娱乐@