[發明專利]半導體結構及其形成方法

在審

• 申請號: 202010129546.2
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113328033A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 汪昌州;劉繼全
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/02;H01L43/12
• 代理公司: 上海知錦知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31327
• 代理人: 吳凡

一種半導體結構及其形成方法，形成方法包括：提供基底；在基底上形成電極層；在電極層上形成合金種子層；在合金種子層上形成磁性隧道結疊層結構。本發明實施例中，通常在形成磁性隧道結疊層結構后，會對磁性隧道結疊層結構進行退火處理，在退火處理的過程中，合金種子層中的原子不易擴散至磁性隧道結疊層結構的隧穿勢壘層中，進而隧穿勢壘層的材料更易轉變成單晶態，使得磁性隧道結疊層結構具有較大磁阻比；此外，通過控制合金種子層中各原子之間的比例，能夠使得合金種子層經過退火處理后，合金種子層頂面的面粗糙度不易提高，磁性隧道結疊層結構的各個膜層之間界面的面粗糙度不易提高，有利于磁性隧道結疊層結構具有較大的磁阻比。

技術領域

本發明實施例涉及半導體制造領域，尤其涉及一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

磁性隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一種非揮發性的磁性隨機存儲器，所謂“非揮發性”是指關掉電源后，仍可以保持記憶完整。MRAM器件擁有靜態隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫入能力，以及動態隨機存儲器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以無限次地重復寫入，磁性隨機存取存儲器是一種“全動能”的固態存儲器。因而，其應用前景非常可觀，有望主導下一代存儲器市場。

MRAM是一種包括MRAM單元陣列的存儲器件，每一個該MRAM單元使用電阻值而非電荷存儲數據位。每個MRAM單元包括磁隧道結(MTJ)單元，該磁隧道結(MTJ)單元的電阻可以被調整，以代表邏輯“0”或邏輯“1”。該MTJ單元包括固定磁層，隧穿勢壘層以及磁自由層。該MTJ單元的電阻，可以通過改變該磁自由層的磁矩相對于固定磁層的方向被調整。特別的，當磁自由層的磁矩與固定磁層的磁矩平行的時候，該MTJ單元的電阻是低的，對應于邏輯0，反之，當該磁自由層的磁矩與固定磁層的磁矩不平行的時候，該MTJ單元的電阻是高的，對應于邏輯1。該MTJ單元在頂部和底部電極之間連接，并且可以檢測到從一個電極到另一個流過該MTJ單元的電流，以確定電阻，進而確定邏輯狀態。

磁隧道結(MTJ)中的隧道磁阻(TMR)效應是開發磁阻隨機存取存儲器(MRAM)，磁傳感器和新型可編程邏輯器件的關鍵。

發明內容

本發明實施例解決的問題是提供一種半導體及其形成方法，提升半導體結構的電學性能。

為解決上述問題，本發明實施例提供一種半導體結構的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成電極層；在所述電極層上形成合金種子層；在所述合金種子層上形成磁性隧道結疊層結構。

可選的，所述合金種子層的材料包括MoTa合金。

可選的，形成所述合金種子層的步驟中，所述合金種子層中Mo和Ta的原子數量比為1至5。

可選的，形成所述合金種子層的步驟中，所述合金種子層的厚度為至

可選的，采用等離子增強原子層沉積工藝、化學氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝形成所述合金種子層。

可選的，采用射頻磁控濺射工藝或者直流磁控濺射工藝形成所述合金種子層。

可選的，采用射頻磁控濺射工藝或者直流磁控濺射工藝形成所述合金種子層的工藝參數包括：濺射離子包括Ar，靶材包括Mo靶材和Ta靶材，或者MoTa合金靶材，工藝溫度為20℃至350℃，腔室壓強為100mTorr至500mTorr。

可選的，形成所述磁性隧道結疊層結構的步驟包括：形成固定磁層；在所述固定磁層上形成隧穿勢壘層；在所述隧穿勢壘層上形成磁自由層；形成所述固定磁層的步驟包括：在所述合金種子層上形成第一反鐵磁層；在所述第一反鐵磁層上形成第一耦合層；在所述第一耦合層上形成第二反鐵磁層；在所述第二反鐵磁層上形成第二耦合層；在所述第二耦合層上形成被釘扎層。

可選的，所述第一耦合層的材料包括非鉭金屬。

可選的，所述第二耦合層的材料包括非鉭金屬。