[發明專利]半導體裝置的形成方法

在審

• 申請號: 202011176938.0
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112750947A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 葛衛倫
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;H01L27/22
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 薛恒;王琳

一些實例涉及一種用于形成半導體裝置的方法。所述方法包括在襯底上方形成圖案界定堆疊，圖案界定堆疊包括轉移層、布置在轉移層上方的中間層以及布置在中間層上方的圖案化層。所述方法更包括在圖案化層中形成第一開口以暴露出中間層的上部表面，以及穿過第一開口用至少部分各向同性刻蝕劑來刻蝕中間層以形成凹進空腔。所述方法更包括在中間層和圖案化層上方形成保形層以填充第一開口，以及利用各向異性刻蝕來刻蝕保形層和轉移層以在轉移層中形成第二開口。所述方法還包括在第二開口中沉積硬掩模材料。

技術領域

本發明實施例涉及一種半導體裝置的形成方法。

背景技術

電子存儲器普遍存在于現代電子裝置中。一般來說，電子存儲器允許利用電子控制來存儲和讀出信息且可劃分成易失性存儲器和非易失性存儲器。非易失性存儲器能夠在不通電的情況下保留其所存儲數據，而易失性存儲器在斷電時丟失其所存儲數據。磁阻式隨機存取存儲器(Magnetoresistive random-access memory；MRAM)是用于下一代非易失性電子存儲器的一個有前景的候選，這是由于其具有優于當前電子存儲器的關于功耗、耐久性或可擴展性(scalability)的優點。

用于存儲信息的MRAM單元包含磁性隧道結(magnetic tunnel junction；MTJ)結構，且MTJ結構的電阻可調整以表示邏輯“0”或邏輯“1”。MTJ結構包含通常被稱為“隧道結”的由穿隧絕緣層分離的一個磁性參考層和一個鐵磁性自由層。MTJ元件的電阻通過改變鐵磁性自由層相對于參考層的磁化的方向而調整。取決于自由層和參考層中的磁化的相對指向，傳輸通過隧道結的電子增加或減少。所得低電阻和高電阻用以指示數字信號“0”或“1”，借此允許MRAM單元中的數據存儲和讀出。由于信息以磁化形式進行編碼，因此其可在不耗盡電能的情況下長時間地存儲，從而允許裝置具有較低功率消耗。

發明內容

本發明實施例提供一種用于形成半導體裝置的方法，其包括：在襯底上方形成圖案界定堆疊，圖案界定堆疊包括轉移層、布置在轉移層上方的中間層以及布置在中間層上方的圖案化層；在圖案化層中形成第一開口，以暴露出中間層的上部表面；穿過第一開口用至少部分各向同性刻蝕劑來刻蝕中間層，其中至少部分各向同性刻蝕劑的對中間層的刻蝕速率高于對轉移層和圖案化層的刻蝕速率；在中間層和圖案化層上方形成保形層以填充第一開口；利用各向異性刻蝕來刻蝕保形層和轉移層，以在轉移層中形成第二開口；以及在第二開口中沉積硬掩模材料。

本發明實施例提供一種用于形成磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)單元的方法，其包括：在襯底上方形成磁性隧道結(MTJ)堆疊，磁性隧道結(MTJ)堆疊包括第一磁性間層、位于第一磁性間層上方的隧道結阻擋層以及位于隧道結阻擋層上方的第二磁性間層；在磁性隧道結堆疊上方形成轉移層；在轉移層上方形成中間層；在中間層的上部表面上方形成圖案化層；在圖案化層中形成第一開口，以暴露出中間層的上部表面；穿過第一開口用至少部分各向同性刻蝕劑來刻蝕中間層，其中至少部分各向同性刻蝕劑對中間層的刻蝕速率高于對轉移層和圖案化層的刻蝕速率，以在中間層中形成凹進空腔；在中間層和圖案化層上方形成保形層以填充第一開口并在凹進空腔中形成孔隙；利用各向異性刻蝕來刻蝕保形層和轉移層，以將孔隙的橫向尺寸轉移到轉移層上且在轉移層中形成第二開口；在第二開口中沉積硬掩模材料。

本發明實施例提供一種集成電路，其包括半導體襯底、底部電極、圓形磁性隧道結以及圓形頂部電極。底部電極位于半導體襯底上方。圓形磁性隧道結設置于底部電極的上部表面上方。圓形頂部電極設置于圓形磁性隧道結的上部表面上方，圓形頂部電極與圓形磁性隧道結同心。圓形磁性隧道結的直徑小于60納米或小于30納米。

附圖說明

結合附圖閱讀以下詳細描述會最好地理解本公開的各方面。應注意，根據業界中的標準慣例，各個特征未按比例繪制。實際上，為了論述清楚起見，可任意增大或減小各個特征的尺寸。

圖1示出根據本公開的包含磁性隧道結(MTJ)的MRAM單元的磁性單元部分的一些實例的橫截面圖。