Mram製程中穿隧接合帽蓋層、穿隧接合硬罩幕及穿隧接合堆棧種子層之材料組合的製作方法

2023-06-25 05:53:06 2

專利名稱：Mram製程中穿隧接合帽蓋層、穿隧接合硬罩幕及穿隧接合堆棧種子層之材料組合的製作方法
技術領域：
一般而言，本發明系關於一種半導體裝置的製造，特別是關於一種磁性隨機存取內存(MRAM)裝置的製造。
發明背景半導體系被廣泛地使用於電子應用之集成電路中，包含了例如收音機、電視機、行動電話、以及個人計算機裝置等。半導體裝置的類型之一為半導體儲存裝置，例如動態隨機存取內存(DRAM)與快閃記憶體(Flash Memory)，其系利用電荷來儲存信息。
自旋電子學結合了半導體科技與磁學，是磁型裝置中一項最新的發展；再自旋電子學中，是使用電子的自旋狀態來表示「0」與「1」的存在，而不是使用電荷。一個這樣的自旋電子裝置即為一MRAM裝置，其包含了位於在不同金屬層間彼此不同方向的導線，該等導線夾住一磁性堆棧而形成三明治結構；該等導線，例如字符線與位線，彼此交錯的位置便稱為之交錯點。流經該等導線其中之一的電流於該導線周圍產生了磁場，並將該磁極排列為一個沿著金屬線、或是該導線之特定方向；流經其它導線的電流則同樣產生一個能夠將磁極部分轉向之磁場。表示為「0」與「1」之數字信息便可儲存於磁矩排列中；而磁性組件的電阻便與其磁矩之排列有關，藉由偵測該組件的電阻狀態，便能夠自該組件讀取所儲存的狀態。一般而言，記憶胞元數組便是藉由一個具有行與列的矩陣結構中之導線與交錯點的放置而建構。
相較於如DRAM裝置之傳統的半導體記憶裝置，MRAM裝置所具有的優勢為，MRAM裝置是非揮發性的。舉例而言，一個使用MRAM裝置的個人計算機(PC)並不像使用DRAM裝置的傳統個人計算機一樣需要一個很長的開機時間；而且，一MRAM裝置並不需要被驅動而具有記憶該儲存資料的能力。相較於現今的內存技術而言，MRAM裝置具有能夠淘汰開機過程、儲存更多資料、更快速存取資料、以及使用更少電力之潛力。
由於MRAM裝置與傳統內存裝置分屬不同的操作，因而帶來了設計與製造上的挑戰。

發明內容本發明之具體實施例藉由提供材料組合來最佳化電阻存儲元件蝕刻製程，達到了技術上的優勢。例如在一較佳具體實施例中，系使用氮化鎢(WN)材料而作為MRAM裝置中的穿隧接合硬罩幕或帽蓋層，及/或穿隧接合堆棧種子層。
在一個具體實施例中，一電阻半導體存儲元件的製造方法包含了提供一工作部件、形成一第一中間層級介電層於該工作部件上、以及在該中間層級介電層中沉積複數第一導線。該方法亦包含了形成一種子層於該等第一導線上、形成一第一磁性層於該種子層上、以及形成一穿隧阻障層於該第一磁性層上；沉積一第二磁性層於該穿隧阻障層上、形成一帽蓋層於該第二磁性層上、以及沉積一硬罩幕材料於該帽蓋層上。該方法包含了圖形化該硬罩幕層以形成一硬罩幕，並使用已圖形化之硬罩幕來將該帽蓋層、第二磁性層、與穿隧阻障層圖形化，以形成複數穿隧接合。而至少沉積一帽蓋層、沉積一硬罩幕材料與沉積一種子層之一包含沉積一氮化鎢WN。
在另一個具體實施例中，一電阻半導體記憶裝置包含了複數第一導線、一沉積於該等第一導線中至少一部分之種子層、以及一沉積於該種子層上之第一磁性堆棧；一沉積於該第一磁性堆棧上之穿隧阻障層、一沉積於該穿隧阻障層上之第二磁性堆棧、以及一沉積於該第二磁性堆棧上之帽蓋層，其中至少該種子層與該帽蓋層之一包含了氮化鎢WN。
本發明之具體實施例所具有的優勢包括了在穿隧接合硬罩幕開口反應離子蝕刻(RIE)製程中製程窗之改良、以及在接續的穿隧接合蝕刻中，具有一最佳蝕刻中止於該種子層上，以避免第一導線金屬之腐蝕。
圖式簡單說明本發明之上述特徵系藉由所伴隨之圖式與下列說明而更清楚被了解，其中第1圖為傳統MRAM裝置之透視圖，該裝置具有排列於數組中的磁性堆棧胞元，在各記憶胞元上方與下方、用以存取該記憶胞元之字符線與位線；第2圖為第1圖之MRAM裝置的俯視第3圖為一MRAM裝置的截面圖；第4圖至第6圖係為根據本發明之不同製造階段中的MRAM裝置截面圖；第7圖為根據本發明之具體實施例中移除了硬罩幕之截面圖；以及第8圖為本發明之具體實施例於一交錯點MRAM結構中之截面圖，其在第一導線上方不具有氧化物層。
在不同的圖式中，除非有其它說明，否則相同的組件代表符號代表了相同的部分；所有圖式均為了能夠清楚描述本發明較佳具體實施例而繪製，並非以尺寸大小而繪製。
具體實施例詳細說明以下說明了在先前技術中的MRAM製作流程與材料，以及本發明部分具體實施例與其優勢的討論。
在典型上，為了製造MRAM裝置，會將磁性金屬堆棧以嵌入方式製造於集成電路後段製程(back-end-of-line，BEOL)中。一個典型的磁性堆棧包含了許多不同的金屬層，且金屬層之間則具有一介電薄層；舉例而言，該磁性堆棧所具有的總厚度可為數十奈米(nanometer，nm)。以交錯點MRAM結構而言，該磁性堆棧通常位於兩金屬線級的交錯處，舉例而言，系位於具有不同方向彼此間呈現一角度之金屬層2(M2)與金屬層3(M3)的交錯處；典型上，該磁性堆棧的頂部與底部系分別與M(n)與M(n+1)導線層之導線接觸。
習知技術中的MRAM裝置10具有分別位於一第一與第二方向之導線12與22，以及包含一導電性材料，例如鋁或銅，如第1圖所示。一第一內層級介電(ILD)層(圖中未示)系沉積於一工作部件上(圖中未示)，一金屬化層典型上系形成於該內層級介電層之中、以紋刻製程而形成該導線12；一磁性堆棧14則形成於導線12之上。
該磁性堆棧14典型上包含了一第一磁性層20，其包括複數材料層，例如PtMn、CoFe、Ru以及NiFe等。該第一磁性層20通常作為一硬磁層或一參考層；該第一磁性層20可包含一沉積於該第一導線層12上方之種子層(未示)，該種子層典型上包含了TaN，以避免該第一導線12在該磁性堆棧14蝕刻期間產生腐蝕。
磁性堆棧14同樣包含了一介電層18，例如包括Al2O3，其系沉積於該第一磁性層20之上；該介電層18通常作為一穿隧層、穿隧阻障層或是T-阻障層。磁性堆棧14亦包含了一第二磁性堆棧16，其具有一個由與第一磁性層20相同材料所構成的多層結構，該多層結構系沉積於介電層18上方；該第二磁性層16通常作為一軟磁層或自由層。該第一磁性層20、介電層18與第二磁性層16可圖形化以形成磁性堆棧14。
在一個與導線12不同方向(例如垂直於導線12方向)的金屬層中的導線22典型上系以紋刻方式而形成於磁性堆棧14上方，於一介電層內(圖中未示)而沉積於磁性堆棧14與導線22之上。導線12與22系作用為內存數組10的字符線與位線。磁性堆棧14的膜層次序是可以反轉的，舉例而言，該硬磁層20能夠頂部而軟磁層16能夠位於絕緣層18之底部；同樣的，字符線12與位線22亦能夠形成於磁性堆棧14的上方或下方。例如以一個像FET的MRAM設計而言，一氧化物層(圖中未示)可沉積於第一導線12或第二導線22之間，該氧化物層得以被圖形化而提供信道孔洞(via holes)，並接著以一導體填滿，以耦合該等磁性堆棧14為一個場效電晶體(FET)。
在一個MRAM裝置中，信息是儲存在磁性堆棧14的軟磁層或自由層16中，並需要一個磁場來儲存信息；該磁場系藉由流經導線12與22的字符線與位線電流所提供；藉由施加一電壓至欲加以讀取的特定胞元而讀取該信息，並決定該胞元的電阻值，其代表一個「1」或「0」的邏輯狀態。
第3圖係為MRAM裝置10的剖面圖，其顯示了在MRAM導電性組件之間的各種絕緣層。第一導線12系藉由一第一內層級介電層24(由於介電層24無法於第3圖中顯示，因而以虛線表示)而與彼此之間絕緣，且第二導線22系藉由第二內層級介電層而與彼此之間絕緣；該電阻性存儲元件或是穿隧接合(TJ)14、帽蓋層28與硬罩幕層30系藉由一絕緣層或是TJ側面絕緣層32而彼此絕緣。
製造一MRAM磁性堆棧14或是穿隧接合的製造需要在金屬化層M(n)與M(n+1)之間使用不同的材料為其內層級介電層24/34、TJ14側面絕緣層32、TJ14蝕刻用硬罩幕30與TJ堆棧帽蓋層28。該硬罩幕30需要能夠導電並在TJ14蝕刻時具有良好的穩定；TJ堆棧帽蓋層28需要能夠導電、保護磁性材料16不被氧化、以及提供硬罩幕30開口及/或硬罩幕30移除反應離子蝕刻(RIE)一個蝕刻中止。
為了達到一個合理的製程窗，該金屬化層內層級介電層(ILD’s)24/34、TJ側面絕緣層32、硬罩幕30與帽蓋層28等四者彼此之間能夠被選擇性的蝕刻，因而其所使用的材料係為彼此相關的；因此，硬罩幕30對於帽蓋層28、ILD 24/34對於硬罩幕30與TJ絕緣層32之間的材料選擇便與不同材料之間的蝕刻選擇性有關。
在MRAM製程中，典型上使用SiO2為金屬化層ILD 24/34，這表示基於蝕刻選擇性之考量，該TJ絕緣層32之材料應該為與SiO2不同之材料；此外，該TJ絕緣層32材料與TJ硬罩幕30材料最好接包含了一種相對於SiO2RIE具有好的蝕刻選擇性之材料，例如一金屬化層M3蝕刻，因此Si3N4能夠被使用作為TJ絕緣層32之材料，而TiN或TaN能夠被使用作為一TJ帽蓋層28及/或TJ硬罩幕30；該TJ硬罩幕30最好是具有一個大約為150nm的厚度。
然而，舉例而言，若使用TiN或是TaN作為硬罩幕30開口RIE，則欲對具有RIE硬罩幕30進行圖形化、以及欲中止該硬罩幕30開口RIE於該帽蓋層28上是會有問題的；為了達到良好的製程餘裕，該TJ硬罩幕30開口RIE便需要一個精準的蝕刻中止，這是因為其有助於精確定義TJ14蝕刻製程需要執行多長的距離，才不會過度蝕刻了在TJ14下方的金屬線12。
舉例而言，一個薄的TJ堆棧帽蓋層28包含了10nm厚之TaN，其系沉積於TJ14上方、硬罩幕30下方，如第3圖所示。在此應用中，所需要的帽蓋層28須具有下列性質保護TJ堆棧14之磁性材料避免氧化、在硬罩幕開口RIE中具有儘可能低的蝕刻速率、以及即使在暴露至硬罩幕30移除RIE中仍具有儘可能低的片狀阻值。
典型上，帽蓋層28包含了TaN，其具有1.8ohm μm之特定阻值，並相對於硬罩幕30開口RIE具有差的蝕刻選擇性；這表示硬罩幕30開口RIE需要被定時或是根據結束點之偵測而執行。
典型上，在磁性堆棧14中的參考層20內之種子層包含了TaN，這在使用氯電漿蝕刻堆棧14時是不利的，因為在蝕刻穿透該TaN或是腐蝕位於下方之導線12(例如銅)之前，氯對TaN是沒有蝕刻中止的。
本發明之實施例系藉由提供穿遂接合帽蓋層、穿隧接合硬罩幕、與其它包含了堆棧種子層之間的複數材料組合而達成技術上的優勢，其提供了改良之蝕刻製程選擇性。帽蓋層或硬罩幕層具有WN，其優勢在於WN在氧化環境中是相當穩定的，且其對於硬罩幕開口RIE製程具有良好的蝕刻選擇性。
第4圖至第6圖說明了根據本發明的一實施例之MRAM裝置110在不同階段的製作過程中之剖面圖。第4圖顯示了一包含工作部件138之半導體晶圓；舉例而言，該工作部件138包含一含有矽或是其它半導體材料之半導體基板，並覆蓋有一絕緣層；該工作部件138亦可包含其它於前段製程(front-end-of-line，FEOL)中形成的主動組件或電路(圖中未示)；例如該工作部件138亦可包含在單晶矽上的氧化矽；該工作部件138可包含其它的導電層或是半導體組件，例如電晶體、二極體等；亦能夠使用化合物半導體例如GaAs、InP、或SiC、或Si/Ge來取代矽。
一適當的薄帽蓋層(圖中未示)可形成於該工作部件138之上，該帽蓋層最好是具有一保護性材料之薄層，以避免第一導線112使用之金屬擴散至該工作部件138；舉例而言，在使用銅為第一導線112的情形中，除非使用帽蓋層，否則銅具有擴散至其上下方的介電層之傾向；由於銅容易氧化，因此當第一導線112含有銅時，為了避免該第一導線112的氧化，帽蓋層所含有的材料則不可為氧化物；該帽蓋層可以含有氮化物，例如Si3N4。
第一絕緣層124(由於無法於第4圖中顯示，因而以虛線表示)系沉積於帽蓋層上；該第一絕緣層124最好包含一內層級介電(ILD)層，例如晶圓第一內層級介電層。該第一絕緣層124最好包含二氧化矽(SiO2)，並可替代性地具有其它介電材料，例如低介電係數材料。在本發明的一個較佳具體實施例中，該ILD124最好包含一有機介電材料，例如SILK，其為道瓊化學公司(Dow Chemical Company)的一項註冊商標，並將於此處進一步敘述。
該第一絕緣層124系被圖形化、蝕刻並填入導電性材料以形成第一導線112，例如使用一紋刻製程。圖形化與填充製程可包含一個單紋刻製程或是一個雙紋刻製程，即在填入該第一導線112時同時形成信道(未舉例表示)；該第一絕緣層124系可微影圖形化與反應離子蝕刻(RIE)而形成溝槽，其為該第一導線112即將形成之處；舉例而言，該等溝槽可為0.2微米寬以及0.4至0.6微米深。
根據所使用的導電性材料，導線112可包含一隨意的襯裡(圖中未示)；舉例而言，當該第一導線112包含銅時，所使用之襯裡最好是沉積於包括沿著溝槽側面之溝槽內的晶圓表面上之含銅襯裡；接著沉積導電性材料於晶圓10上以及溝槽內；第一導線112可包含最小間距(例如具有最小特徵尺寸)或較大的間距。該晶圓10系以化學-機械研磨(CMP』d)以去除在該第一絕緣層124上表面上多餘的導線112材料。
舉例而言，該第一導線112包含之導電性材料最好含有像銅這樣的金屬，亦可替代性的含有如Al、TiN、Ti、W、與前述材料之組合、或是含有其它的導電性材料，而以物理氣相沉積(PVD)或是化學氣相沉積(CVD)沉積而成。在MRAM中的導線112最好含有銅，其具有優越的導電性，且由於銅具有良好導電性而能使用較小的導線；由於銅較難加以蝕刻，因此最好使用紋刻製程來形成含有銅之導線112；舉例而言，第一導線112可為一M1或M2金屬化層的一部份。
一隨意之氧化物層126系沉積於該第一導線112與ILD 124之上，例如該氧化物層126最好是包含SiO2，並可選擇性地包含其它的氧化物。氧化物層126在典型上是使用於像FET之MRAM結構中，其中該氧化物層126系被圖形化而導體系形成於其中，以在工作部件138內耦合至下方的FET，此時該工作部件138是用來自電阻性內存組件114中讀取資料。
一種子層136系沉積或形成於該氧化物層126上；在本發明的一個具體實施例中，該種子層136最好包含WN，然該種子層136亦可包含如TaN。若堆棧114沉積之種子層136包含WN，當使用一氯基化學作用於該堆棧114蝕刻時，該堆棧114蝕刻將中止於該種子層136。在中止於該種子層136後，WN可以氟基化學作用加以蝕刻。
接下來，一磁性堆棧114成形於第一導線112以及第一絕緣層124之上。該磁性堆棧114更包含一例如使用不同的化學元素比例之含有像是PtMn、CoFe、Ru、NiFe、Ni、Co以及/或是各該材料之組合之複數個材料層之第一磁性層120。
該磁性堆棧114包含一含有例如氧化鋁(Al2O3)之介電層或穿隧阻障118沉積在第一磁性層120之上。該磁性堆棧114也包含一第二磁性層116沉積在該藉電層118之上，其中該第二磁性層116包含一使用與第一磁性層120相同材料之相同的複數層結構。
如第4圖所示，一帽蓋層140系沉積在該第二磁性層116之上。一硬罩幕材料142系沉積在該帽蓋層之上。該硬罩幕材料142以及帽蓋層140更包含不同的材料。在一具體實施例中，該帽蓋層140包含WN而該硬罩幕材料142包含TiN或TaN。在另一個具體實施例中，其中該硬罩幕材料142更包含一大約200到2000的導電材料，而該帽蓋層140更包含一例如大約75到250的材料。
一抗反射層(ARC)144更進一步系沉積在該硬罩幕材料142之上。該抗反射層例如也許包含一能量吸收有機高分子或碳材料。一阻層146系沉積在該抗反射層146之上。該阻層146系被成形而且部分的阻層系被移除以使得硬罩幕材料142的區域能直接顯露。
利用該阻層146作為一罩幕，該硬罩幕材料142也隨後成形，而且如同第5圖所示，該阻層146以及部分的抗反射層144與硬罩幕142也被移除。如同第6圖所示，該硬罩幕142系隨後用來成形該堆棧114之第二磁性層116以及穿隧阻障118。一蝕刻程序例如像是反應離子蝕刻(RIE)或是離子研磨也許用來傳送該第二磁性層116與該穿隧阻障118之圖案而到該穿隧阻障118底下為止。該磁性穿隧接合(MJT’s)114也許是例如矩形或者是橢圓形的形狀，而且也可能包含其它的形狀可替換。
該第一磁性層120或其相關層相較於該第二磁性層116與穿隧阻障118具有不同的圖案，而因此該第一磁性層120系成形於該堆棧114之第二磁性層116與穿隧阻障118被成形之前或之後。
在類似FET的MRAM構造中，該堆棧蝕刻的中止點並不是重要點，因為介於該堆棧114與該導線112之間的氧化層126在堆棧114的蝕刻中被當成是一緩衝層。然而，在一交錯點結構中，沒有氧化層126位在該堆棧114與該導線112之間，因而堆棧114的蝕刻停止點就變得很重要。在這樣一個交錯點胞元結構中，該第一導線被直接配置於該種子層136(如同第8圖之336)之下。假如該種子層136/336系以含氯得化學物質來蝕刻或是假如該堆棧114/314之蝕刻穿透該相對很薄的種子層136/336，該內部含有銅之第一導線112/312將曝露於氯化物中將導致銅線腐蝕的劇烈風險。因此使用氯化物於種子層136/336中並且作為堆棧134/334於種子層上之蝕刻停止處是有利的。
MRAM裝置110的製程系接續如第6圖所示。一穿隧接合隔離層132可以沉積於MJT’s114與硬罩幕142之上。該穿隧接合隔離層132更包含一氮化物像是如Si3N4而且可能含有一替代的氧化物。該穿隧接合隔離層132系利用例如一CMP製程來平坦化，而且一第二絕緣層134系沉積在該晶圓110之上。該第三絕緣層134可能包含一內層級介電層，例如像是SiO2或其它低介電材料像是如SILKTM。
如第6圖所示，一紋刻製程可能在該第二絕緣層150中第二被用來形成第二導線122。該第二導線122可能係為一金屬化層之一部份，而且可能包含與該第一導線112例如相同或不同的材料。
第7圖之組件標示數字如第4-6圖之所標示之數字一樣，其呈現本發明之一具體實施例之一截面圖，其中該硬罩幕242(沒有顯示在圖上)系在形成第二導線222之前移除。第8圖呈現本發明以一具有一交錯點結構之MRAM來施行之一具體實施例，其並沒有氧化層126/226置放於該第一導線312之上，而相反的，一種子層336直接接觸於該第一導線312。
表一揭露了硬罩幕142/242/342、TJ隔離層132/232/332、帽蓋層140/240/340以及第一與第二ILD124/224/324之較佳的材料組合。更有利的是，一包含銅的種子層136/236/336可能用來搭配具體實施例1、2與3所揭露之實施例，以符合本發明之一具體實施例。
儘管在表一中之實施例1、2與3是有利的，每一個例子都提供了不同的特徵。在實施例中，一包含WN的帽蓋層140/240/340系因提供TiN的良好的蝕刻選擇性而具有優勢，而且其導電性系達到想要的程度，例如WN的0.5Ωμm的電導度相較於TaN的1.8Ωμm的電導度。第二個例子基本上系包含第一個例子之反例，其對該內層級介電層124/224/324相較於第一個例子具有較低的選擇性。第三個例子該包含WN之硬罩幕材料對該內層級介電層124/224/324具有良好的選擇性，該SiO2具有熟知的化學-機械研磨(CMP)相關聯的製程，而且利用TiN作為帽蓋層140/240/340提供一良好的選擇性給該硬罩層132/242/342。更進一步來說，有機介電材料，如SILMTM的使用係為當前本領域相當普偏的技藝，因此不需要特別的製程或設備。
在本發明之其中一具體實施例中，WN系用來作為該TJ堆棧帽蓋層140/240/340。WN相對於其單薄的阻抗，其在氧化的環境(如空氣、氧、包含滷素等離子體等環境)中是穩定的。WN相較於TaN具有一較低特殊電阻0.5ohm μm以及開放RIE對硬罩幕142/242/342具有良好的蝕刻選擇性，因為W或其合金很難在含有氯化物的等離子體中蝕刻(相對於TiN或TaN系利用含有氯化物來蝕刻)。另一方面，W及其合金可以很容易的在氟化物等離子體蝕刻以形成出圖形。因為W合金很容易在氟化物等離子體中蝕刻，其使得甚至在完成金屬化層M3的RIE之後，當殘留的硬罩層顯露出來時，也能夠薄化該WN，以使其能夠在不會損害在硬罩幕材料層142/242/342的TJ帽蓋層之風險下降低接觸阻抗。
一硬罩幕材料142/242/342開放RIE可以在WN層停止，以更有效的控制該穿隧接合(TJ)蝕刻，例如在表一中的第一個實施例。在該偏移胞元的情況下，TJ蝕刻系停止於該TJ堆棧內以維持該電晶體接觸該金屬薄片，例如在第6圖中接觸於磁性層120(未表示於圖上)。
根據本發明的具體實施例，該TJ蝕刻開始點控制之改善使得該磁性層120之厚度能維持在特定規格內以使得與FET接觸。在一交錯點結構胞元之TJ的過度時間蝕刻的情況下，該蝕刻可以最小化以使得避免蝕刻到該金屬層112/212/312 M2銅，該銅由於晶粒方向的蝕刻，可以產生一粗糙的銅表面。
利用一WN TJ堆棧帽蓋層140/240/340可以改善所有製程中的曝光容忍度，尤其是在FET胞元其中在TJ蝕刻後，該殘餘的Mx厚度是很重要的。在此一實施例中，該硬罩幕材料142/242/342更包含一導電性的氮化物如TaN或TiN。
在另一個具體實施例中，例如表一的第二以及第三實施例，WN可以用來當作該TJ硬罩幕材料142/242/342，然而，在該情況下，該TJ堆棧帽蓋層更包含一導電性的氮化物如TaN或TiN。因為該硬罩層材料142/242/342開放RIE因為該WN硬罩層材料142/242/342將會是一氟化合物的製程，所以該製程將會停止於TaN或TiN層，因為在氟化物中TiN蝕刻更少。這樣組合的挑戰在於WN對常用的SiO2ILD更低蝕刻選擇性切斷下一個金屬層的蝕刻。為了克服這個問題，一有機ILD層像是如SILMTM或是聚醯胺(Polybenzoxazol)可用來取代SiO2來作為ILD材料134/234/334。
本發明這裡所揭露的也包含一製造電阻性半導體記憶裝置之方法，其包含提共一工作部件，形成一第一內層級介電層於該工作部件上，以及配置一複數第一導線於該第一內層級介電層內。該方法包含形成一種子層於該第一導線之上，形成一第一磁性層於該種子層之上，以及形成一穿隧阻障層於該第一磁性層之上。一第二磁性層系配置於該穿隧阻障層之上，一帽蓋層系配置於該第二磁性層之上以及一硬罩層材料配置於該帽蓋層之上。該方法包含置放一阻層在該硬罩幕上，將該阻層圖案成形，並且移除部分的阻層以顯露出該罩幕層材料之區域。該阻層系用以圖形化該硬罩層材料並且形成一硬罩。該圖形化之硬罩層系用以圖形化該帽蓋層，第二磁性層以及穿隧阻障層以形成複數個穿隧接點。該帽蓋層或硬罩層以及/或是種子層包含WN。更有利的是，該硬罩層142可能包含一適合殘留在完成的MRAM裝置上之材料，如第6或第8圖所示。或者是說，該硬罩層142在完成MRAM裝置的製造之前，可以由該MJT’s214之上移除，如第7圖的另一個具體實施例所示。
本發明的具體實施例之優勢包含提共一良好設計的硬罩層開放蝕刻停止於一帽蓋層以最佳化該穿隧接合蝕刻製程並且解決在溼蝕刻中可能由於過度蝕刻或蝕刻不足所發生的問題。本發明的具體實施例特別適用於FET胞元以及在氯化物的RIE中，尤其是針對在對於金屬層或溼蝕刻沒有自然的蝕刻停止點但卻需要停止於穿隧阻障層之蝕刻。
本發明的具體實施例系對應於類似FET以及這裡所示之交錯點MRAM裝置的特定應用來描述，然而，本發明的實施例也具有在其它MRAM裝置設計以及其它電阻性半導體裝置的應用。
儘管本發明系根據圖標說明的具體實施例來描述，其並不限定本發明的具體精神。對熟悉本技藝之人士來說，本發明所圖標說明之實施例以及本發明的其它實施例之不同組合以及修飾也許是顯而易見的。此外，本發明的製程步驟的順序，對熟悉本技藝之人士，在不脫離本發明的目的與精神之內可能可以輕易地重新排列。因此可以預期所附加的權利要求可能會遭遇任何這樣的修飾或實施例。此外，本發明的目的並不是用來限定說明書內所提及之製程的特定實施例、製程機器、製造方法、組件組成、裝置方法或步驟等。因此，下面的權利要求範圍希望包含在這些目的在內的製程、機器、製造、組件組成、裝置、方法以及步驟。
組件代表符號說明第1

圖10 MRAM裝置12 導線14 磁性堆棧16 磁性層18 介電層20 磁性層22 導線第2圖10 MRAM裝置12 導線14 磁性堆棧22 導線3638第3圖10 MRAM裝置12 導線14 磁性堆棧16 磁性層18 介電層20 磁性層22 導線24 內層級介電層2628 帽蓋層30 硬罩幕32 絕緣層34 內層級介電層M(n)金屬層
M(n+1)金屬層第4圖至第6圖110 MRAM裝置112 導線114 磁性堆棧116 磁性層118 穿隧阻障層120 磁性層124 介電層126 氧化物132 穿隧接合絕緣材料層134 介電層136 種子層138 工作部件140 帽蓋層142 硬罩幕144 抗反射層146 阻層第7圖210 MRAM裝置212 導線214 磁性堆棧216 磁性層218 穿隧阻障層220 磁性層224 介電層226 氧化物232 穿隧接合絕緣材料層234 介電層236 種子層238 工作部件240 帽蓋層第8圖310 MRAM裝置312 導線314 磁性堆棧316 磁性層318 穿隧阻障層320 磁性層324 介電層332 穿隧接合絕緣材料層334 介電層336 種子層338 工作部件340 帽蓋層342 硬罩幕
權利要求
1.一種電阻性半導體記憶裝置的製造方法，包含提供一工作部件；形成一第一內層級介電層於該工作部件上；配置複數第一導線於該第一內層級介電層內；形成一種子層於該第一導線上；形成一第一磁性層於該種子層上；形成一穿隧阻障層於該第一磁性層上；沉積一第二磁性層於該穿隧阻障層上；沉積一帽蓋層於該第二磁性堆棧層上；沉積一硬罩幕材料於該帽蓋層上；圖形化該硬罩幕材料，以形成一硬罩幕；以及使用所圖形化之硬罩幕來圖形化該帽蓋層、該第二磁性層與該穿隧阻障層，而形成複數個穿隧接合，其中沉積一帽蓋層、沉積一硬罩幕材料或沉積一種子層之其一乃包含沉積WN。
2.如權利要求1之方法，其中沉積該帽蓋層包含沉積WN，且其中沉積該硬罩幕材料包含沉積一導電性氮化物。
3.如權利要求1之方法，其中沉積該硬罩幕材料包含沉積WN，且其中沉積該帽蓋層包含沉積一導電性氮化物。
4.如權利要求1之方法，更包含圖形化該第一磁性堆棧層；以及沉積一穿隧接合絕緣材料於該複數個穿隧接合之間。
5.如權利要求4之方法，其中沉積該穿隧接合絕緣材料包含沉積Si3N4或SiO2。
6.如權利要求4之方法，其更包含沉積一第二內層級介電層於該穿隧接合絕緣材料上。
7.
8.如權利要求6之方法，其中沉積該第二內層級介電層包含沉積SiO2或一有機介電材料。
9.如權利要求1之方法，其更包含在圖形化該帽蓋層後，移除該硬罩幕材料。
10.如權利要求1之方法，其中沉積一硬罩幕材料包含沉積一厚度約為200至2000之導電性材料，且其中沉積該帽蓋層包含沉積一厚度約為75至250之材料。
11.如權利要求1之方法，其中該電阻性半導體記憶裝置包含一磁性隨機存取記憶(MRAM)裝置。
12.如權利要求1之方法，更包含沉積一氧化物層於該第一導線上，其中該種子層系形成於該氧化物上，其中該氧化物系耦合至一場效電晶體。
13.如權利要求1之方法，其中圖形化該硬罩帽材料以形成一硬罩幕包含沉積一阻層於該硬罩幕上；圖形化該阻層；移除部分阻層以暴露出該硬罩幕材料的部位；以及使用該阻層來圖形化該硬罩幕材料，以形成一硬罩幕。
14.一種以權利要求1之方法所製造之電阻性半導體記憶裝置。
15.一種電阻性半導體記憶裝置，包含複數第一導線；一種子層，其位於該等第一導線中至少一部份上；一第一磁性層，系位於該種子層上；一穿隧阻障，系位於該第一磁性層上；一第二磁性層，系位於該穿隧阻障上；以及一帽蓋層，系位於該第二磁性層上；其中至少該種子層與該帽蓋層之其一乃包含WN。
16.如權利要求15之裝置，其中該帽蓋層包含厚度約75至250之材料。
17.如權利要求15之裝置，更包含一位於該帽蓋層上之硬罩幕材料，其中至少該硬罩幕材料或該帽蓋層之其一乃包含WN。
18.如權利要求第17項之裝置，其中該硬罩幕材料包含厚度約為200至2000之材料。
19.如權利要求第17項之裝置，其中該硬罩幕材料包含WN，而該帽蓋層包含一導電性氮化物。
20.如權利要求第17項之裝置，其中該硬罩幕材料包含一導電性氮化物，而該帽蓋層包含WN。
21.如權利要求第17項之裝置，其中該種子層包含WN。
22.如權利要求15之裝置，其中該電阻性半導體記憶裝置包含一磁性隨機存取記憶(MRAM)裝置，其中該種子層、第一磁性層、穿隧阻障、與第二磁性層系被圖形化以形成磁性穿隧接合(MTJ’s)
23.如權利要求22之裝置，更包含位於該MTJ’s上的複數個第二導線。
24.如權利要求23之裝置，更包含一工作部件，系位於該等第一導線下方；一第一內層級介電層，系位於該工作部件上，其中該第一導線系形成於該第一內層級介電層中；一穿隧接合絕緣材料，系位於在該複數MTJ’s之間的該第一內層級介電層上；以及一第二內層級介電層，系位於該穿隧接合絕緣材料之上，其中該第二導線系形成於該等第二內層級介電層中。
25.如權利要求15之裝置，其中沉積該穿隧接合絕緣材料包含沉積Si3N4或SiO2，且其中沉積該第二內層級介電層包含沉積SiO2或一有機介電材料。
26.如權利要求15之裝置，更包含一位於該第一導線上之氧化物，其中該種子層系形成於該氧化物之上，其中該氧化物系耦合至一場效電晶體。
27.如權利要求15之裝置，其中該帽蓋層包含WN。
28.如權利要求15之裝置，其中該種子層包含WN。
全文摘要
本發明為一種包含了位於磁性堆棧(14)上之一帽蓋層(140)與硬罩幕層(142)之電阻性記憶裝置(110)及其製造方法，其中該帽蓋層(140)或該硬罩幕層(142)之其一乃包含WN；一位於該磁性堆棧(14)下方的種子層(136)亦可包含WN。使用材料WN改善了在製作過程中蝕刻製程的選擇性。
文檔編號H01F41/30GK1647206SQ03808681
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月17日 優先權日2002年4月18日
發明者R·勒斯奇納, G·斯託賈科維, X·J·寧 申請人:因芬尼昂技術股份公司