[發(fā)明專利]磁隧道結(jié)及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110397317.X
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103137849A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三重野文健
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/02
• 分類號(hào): H01L43/02;H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

1.一種磁隧道結(jié)，其特征在于，包括：

半導(dǎo)體襯底，位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的開口；

固定磁性材料層，位于所述開口的底部和部分側(cè)壁；

隧道絕緣材料層，覆蓋所述固定磁性材料層和部分開口的側(cè)壁；

自由磁性材料層，位于所述開口內(nèi)、且覆蓋所述隧道絕緣材料層。

2.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，其特征在于，所述固定磁性材料層的材料為CoFe或CoFeB；所述自由磁性材料層的材料為CoFe或CoFeB。

3.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧道絕緣材料層的材料為氧化鎂、氧化鍶、氧化鋇或氧化鐳。

4.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，其特征在于，還包括：底部電極層，位于所述開口的底部和部分側(cè)壁，所述固定磁性材料層覆蓋所述底部電極層；頂部電極層，覆蓋所述自由磁性材料層，且與所述半導(dǎo)體襯底齊平。

5.如權(quán)利要求4所述的磁隧道結(jié)，其特征在于，所述底部電極層的材料為Ta、PtMn或Ru；所述頂部電極層的材料為Ta、PtMn或Ru。

6.一種磁隧道結(jié)的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有開口；

其特征在于，還包括：

形成位于所述開口的底部和部分側(cè)壁的固定磁性材料層；

形成覆蓋所述固定磁性材料層和部分開口的側(cè)壁的隧道絕緣材料層；

形成位于所述開口內(nèi)、且覆蓋所述隧道絕緣材料層的自由磁性材料層。

7.如權(quán)利要求6所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述固定磁性材料層和自由磁性材料層的形成工藝包括還原金屬氯化物的化學(xué)氣相沉積工藝。

8.如權(quán)利要求7所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述還原金屬氯化物的化學(xué)氣相沉積工藝的工藝參數(shù)包括：頻率為2-4MHz，功率為200-500W，壓力為0.01-0.1Torr，溫度為250-350℃，Cl₂的流量為500-2000sccm。

9.如權(quán)利要求7所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述還原金屬氯化物的化學(xué)氣相沉積工藝的步驟為：提供金屬板，所述金屬板放置在開口上方；等離子態(tài)的氯氣與所述金屬板發(fā)生反應(yīng)，形成氣態(tài)的金屬氯化物；所述氣態(tài)的金屬氯化物中的金屬與開口底部的材料相結(jié)合，形成中間層；所述氣態(tài)的金屬氯化物與所述中間層反應(yīng)，在所述開口底部形成固定磁性材料層和/或自由磁性材料層。

10.如權(quán)利要求9所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，還包括：通入惰性氣體作為等離子態(tài)的氯氣的載體。

11.如權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述惰性氣體為Ar、He或N₂。

12.如權(quán)利要求10所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述惰性氣體的流量為500-3000sccm。

13.如權(quán)利要求7所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述固定磁性材料層和/或自由磁性材料層的形成工藝還包括：退火處理工藝。

14.如權(quán)利要求13所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述退火處理工藝的工藝參數(shù)包括：1個(gè)大氣壓強(qiáng)，惰性氣體Ar或He，溫度為300℃-400℃，退火時(shí)長2-4分鐘；或者1個(gè)大氣壓強(qiáng)，惰性氣體Ar或He，溫度為500℃-600℃，退火時(shí)長8-15秒。

15.如權(quán)利要求6所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述隧道絕緣材料層的形成方法為：采用還原金屬氯化物的化學(xué)氣相沉積工藝，形成位于所述固定磁性材料層表面的金屬層；氧化所述金屬層形成隧道絕緣材料層。

16.如權(quán)利要求15所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，所述還原金屬氯化物的化學(xué)氣相沉積工藝的工藝參數(shù)包括：頻率為2-4MHz，功率為200-500W，壓力為0.01-0.1Torr，溫度為250-350℃，Cl₂的流量為500-2000sccm。

17.如權(quán)利要求15所述的磁隧道結(jié)的形成方法，其特征在于，氧化所述金屬層的工藝參數(shù)范圍為：臭氧或等離子態(tài)的氧的流量為500-2000sccm，壓強(qiáng)為0.01-0.1Torr。