專利名稱：透過覆層對隧道結(jié)器件的隧道阻擋層進(jìn)行的紫外光處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及將隧道結(jié)器件的隧道阻擋層透過一個(gè)覆蓋隧道阻擋層的覆層暴露于紫外光下的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及將隧道結(jié)器件的非導(dǎo)電隧道阻擋層透過一個(gè)覆蓋隧道阻擋層的覆層暴露于紫外光以修復(fù)隧道阻擋層中的缺陷的方法。
背景技術(shù)：
磁隧道結(jié)(MTJ)是包含兩個(gè)鐵磁(FM)材料層的器件，兩個(gè)鐵磁材料層被一個(gè)用作隧道阻擋層的薄介電層(例如絕緣層)所隔開。隧道結(jié)器件可用于磁場探測器和硬盤驅(qū)動(dòng)器的高密度薄膜讀寫頭。磁隨機(jī)存取儲存器(MRAM)是一種包含隧道結(jié)的前沿技術(shù)，它可以提供一種替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的途徑。MRAM具有人們所希望的一些特性，例如象DRAM那樣快的存取時(shí)間，象硬盤驅(qū)動(dòng)器那樣不易丟失數(shù)據(jù)等。MRAM把一個(gè)數(shù)據(jù)位(即信息)以可變磁化方向的形式儲存在圖形化過的薄膜磁性元件中，此元件也叫數(shù)據(jù)層、存儲層、自由層或數(shù)據(jù)膜。該數(shù)據(jù)層被設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)穩(wěn)定的不同磁狀態(tài)，由它們確定二進(jìn)制(“1”)和二進(jìn)制0(“0”)。雖然數(shù)據(jù)位被儲存在數(shù)據(jù)層內(nèi)，但要形成一個(gè)完整的磁存儲單元需要很多層受到精確控制的磁性和介電薄膜材料。磁存儲單元的一種重要形式是自旋隧穿器件。自旋隧穿的物理機(jī)制很復(fù)雜，這方面已有一些很好的文獻(xiàn)。
在圖1a中，一個(gè)已有的MRAM存儲單元101包括一個(gè)數(shù)據(jù)層102和一個(gè)參考層104，它們之間由一個(gè)薄隧道阻擋層106隔開。通常隧道阻擋層106是一個(gè)厚度小于約2.0nm的薄膜。在諸如隧穿磁阻存儲器(TMR)之類的隧道結(jié)器件中，阻擋層是一種不導(dǎo)電的介電材料，如氧化鋁(Al2O3)等，隧道阻擋層106是一個(gè)絕緣體，隧穿電流從中流過。用作隧道阻擋層106的絕緣體的質(zhì)量對隧穿電流的大小和品質(zhì)有很大的影響。隨著加到隧道阻擋層106上的電壓的增加，隧穿電流按方式非線性增大。
參考層104具有被釘軋的磁化方向108，就是說，被釘軋的磁化方向108固定在一個(gè)預(yù)定的方向而不隨外加磁場方向旋轉(zhuǎn)。與此相反，數(shù)據(jù)層102具有可變的磁化方向103，它可隨著外加磁場的方向在兩個(gè)方向之間旋轉(zhuǎn)?？勺兇呕较?03通常是與數(shù)據(jù)層102的易磁化軸E一致的。
在圖1b中，當(dāng)被釘軋的磁化方向108和可變磁化方向103指向同一方向時(shí)(也即它們彼此平行時(shí))，數(shù)據(jù)層102儲存一個(gè)二進(jìn)制1(“1”)。另一方面，當(dāng)被釘軋的磁化方向108和可變磁化方向103指向相反方向時(shí)(即它們彼此反向平行時(shí))，數(shù)據(jù)層102儲存一個(gè)二進(jìn)制0(“0”)。
數(shù)據(jù)層102和參考層104用作隧道結(jié)器件的電極，利用它們可以檢測儲存在數(shù)據(jù)層102中位的狀態(tài)，方法是測量數(shù)據(jù)層102和參考層104的電阻，或者測量上面提到的隧穿電流的大小。雖然圖中把參考層104畫在隧道阻擋層106下面，但數(shù)據(jù)層102和參考層104的實(shí)際位置將取決于在制造磁存儲單元101過程中它們的形成順序。因而，數(shù)據(jù)層102可以先形成，而隧道阻擋層106則形成在數(shù)據(jù)層102的上面。
隧道結(jié)器件中的隧道阻擋層106理想上應(yīng)該是平的且在整個(gè)橫截面上具有均勻的厚度T。此外，理想的隧道阻擋層106是由均勻的介電材料制成的，理想隧道阻擋層106的標(biāo)準(zhǔn)之一是具有很高的擊穿電壓，即，使隧道阻擋層106的介電材料擊穿而隧道阻擋層106成為一個(gè)短路電阻的電壓。
但是，在如已有的存儲單元101那樣的隧道結(jié)器件中，對存儲單元101的工作產(chǎn)生不利影響的一個(gè)問題是，隧道阻擋層106中的缺陷使得擊穿電壓降低，或產(chǎn)生電短路。這些缺陷包括針孔、氣泡、表面不規(guī)則、金屬雜質(zhì)以及隧道阻擋層106的厚度不均等等。
在圖2中，一種隧道阻擋層106材料被形成或淀積在一個(gè)支持層110上，例如，支持層110可以是參考層106或磁場敏感的存儲單元層的數(shù)據(jù)層102。舉例來說，隧道阻擋層106材料可以用鋁(Al)。然后把該材料暴露在氧氣(O2)中并被氧化成氧化鋁(Al2O3)。但是，已有的氧化工藝不能使所有的鋁原子均勻氧化，結(jié)果留下一些末經(jīng)氧化的鋁原子111，它們在隧道阻擋層106內(nèi)形成金屬雜質(zhì)缺陷。一部分氧原子112不與隧道阻擋層106的材料111(即鋁)起反應(yīng)；但這些未起反應(yīng)的氧原子112仍然存留在隧道阻擋層106內(nèi)。同樣，有一部分氧原子112與支持層110的一部分材料113起反應(yīng)并使它們氧化。這樣一來，在隧道阻擋層106和支持層110間的交界面上的已氧化的原子113將產(chǎn)生一個(gè)缺陷，使得隧道阻擋層106的擊穿電壓下降。
已有的一些沉積或形成隧道阻擋層106的方法，如射頻(RF)濺射、等離子體氧化、或紫外(UV)-臭氧氧化，最后都會(huì)在隧道阻擋層106內(nèi)留下某些缺陷，它們將造成其中具有一些薄弱點(diǎn)的不良隧穿阻擋層，從而引起短路或降低擊穿電壓。另外，由于存在這些缺陷，需要讓隧道阻擋層106形成較厚的氮化/氧化層。反之，如果介電材料是真正的好介電，則隧道阻擋層106的厚度可以減小。較薄的隧道阻擋層106也有助于改善包含多個(gè)隧道結(jié)器件的整個(gè)晶片的均勻性。較薄的隧道阻擋層106還能降低隧道結(jié)器件的絕對電阻，這對某些應(yīng)用是很重要的。
但是，在圖2中，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的隧道阻擋層106形成在支持層110上面以后，由于幾方面的原因往往需要淀積下一層120到隧道結(jié)疊層上。這個(gè)下一層120可以是在隧道結(jié)器件制作中所需的任意一層。
首先，需要控制隧道阻擋層106的尚未得到控制的氧化過程。為此，下一層120淀積在隧道阻擋層106上方而把隧道阻擋層蓋住，使它基本不能進(jìn)行未得到控制的氧化過程。
其次，需要防止隧道阻擋層106被氧化和/或污染，倘若由于工藝設(shè)備的真空遭到破壞或其環(huán)境受到大氣的污染而讓隧道阻擋層106暴露于大氣(即空氣)，則將會(huì)發(fā)生上述隧道阻擋層106的氧化和/或污染。
最后，需要作為隧道結(jié)器件制作過程的一部分而在現(xiàn)場淀積這個(gè)下一層120，使得隧道阻擋層106和這下一層120的淀積成為制作過程中相繼的步驟。
另一方面，即使下一層120形成以后，上述隧道阻擋層106中的缺陷仍然存在，這時(shí)需要把這些缺陷減少或消除，以獲得具有所要求特性的隧道阻擋層106，比如說，最小的缺陷密度和較高的擊穿電壓等等。
因此，需要有一種通過隧道結(jié)器件中一個(gè)鍍層對非導(dǎo)電隧道阻擋層106進(jìn)行處理的方法，以在整個(gè)隧道阻擋層中隧道阻擋層的氧化或氮化均勻和一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過將隧道結(jié)器件的非導(dǎo)電隧道阻擋層暴露于紫外光的方法而滿足上面提出的對均勻隧道阻擋層的要求，紫外光透過至少一個(gè)覆蓋隧道阻擋層的覆層照射隧道阻擋層。由上一工藝步驟中設(shè)于隧道阻擋層內(nèi)的氧或其它反應(yīng)物(如氮)被紫外光照射所激活而消除隧道阻擋層內(nèi)的缺陷。紫外光可從結(jié)合在現(xiàn)有工藝設(shè)備中的紫外光源產(chǎn)生?？梢栽谛纬筛矊拥倪^程之中或之后用紫外光照射。無論那種方式都可以在現(xiàn)場進(jìn)行，以減少或消除在MRAM疊層或其它隧道結(jié)器件中隧道阻擋層或其它薄膜層可能受到的污染和/或不希望的氧化或氮化。本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以容易地與現(xiàn)有微電子工藝設(shè)備相結(jié)合。利用覆層，也可以不在現(xiàn)場用紫外光對隧道阻擋層進(jìn)行照射。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，把由熱源產(chǎn)生的熱施加到隧道結(jié)器件的隧道阻擋層上以進(jìn)一步增強(qiáng)激活過程。這樣一來，更多的缺陷被消除，且激活處理時(shí)間可以縮短。加熱可以在利用紫外光照射之前、之中、或之后進(jìn)行。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，將從下面通過實(shí)例并結(jié)合附圖對本發(fā)明原理所作的詳細(xì)描述中更清楚地了解到。


圖1a是一個(gè)現(xiàn)有的磁存儲單元的特征圖。
圖1b是圖1a所示現(xiàn)有的磁存儲單元中數(shù)據(jù)存儲的示意圖。
圖2是說明現(xiàn)有隧道結(jié)器件的隧道阻擋層(它被器件的下一層所覆蓋)內(nèi)的缺陷的橫剖面圖。
圖3是說明按本發(fā)明的隧道結(jié)器件中一些薄膜層(包括一個(gè)具有缺陷的隧道阻擋層)的橫剖面圖。
圖4a和圖4b是說明按本發(fā)明在有缺陷的隧道阻擋層上形成至少一個(gè)覆層的橫剖面圖。
圖5a和圖5b是說明按本發(fā)明用紫外光透過至少一個(gè)覆層照射隧道阻擋層及激活反應(yīng)物的橫剖面圖。
圖6a和圖6b是說明按本發(fā)明加熱隧道阻擋層以增加反應(yīng)物激活率的橫剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述及幾個(gè)附圖中，類似的元件用相似的標(biāo)號來標(biāo)識。
如用于說明的各附圖所示，本發(fā)明將通過采用紫外光透過至少一個(gè)覆蓋隧道阻擋層的覆層處理隧道結(jié)器件的非導(dǎo)電隧道阻擋層的方法而實(shí)現(xiàn).紫外光用于激活隧道阻擋層中的反應(yīng)物，使反應(yīng)物與隧道阻擋層的材料起反應(yīng)，以增加隧道阻擋層氧化和氮化的均勻性。其結(jié)果是非導(dǎo)電材料的缺陷減小了，均勻性增加了，擊穿電壓提高了。雖然本發(fā)明的方法是用來處理隧道結(jié)器件的隧道阻擋層中的缺陷，但它的應(yīng)用不只限于此，而可以用于任何需要消除其中的缺陷的隧道結(jié)器件的介電層。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中(如圖3所示)，在隧道結(jié)器件50的先前層4上形成一個(gè)隧道阻擋層6。先前層4可以是構(gòu)成隧道結(jié)器件50的任何薄膜材料層，包括但不限于磁場敏感存儲器件的一個(gè)或數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)層(也叫存儲層或自由層)，或一個(gè)或數(shù)個(gè)參考層(也叫被釘軋層)。例如，隧道阻擋層6和先前層4可以是TMR存儲單元的幾個(gè)層之一。隧道結(jié)器件50可以包括其它一些層，例如支持先前層4的層2。隧道結(jié)器件還可以包含一個(gè)襯底層(未示出)，如一個(gè)硅(Si)晶片。
隧道結(jié)器件50的層2和層4按圖中虛線箭頭P所示的順序先后形成，即按P所指順序，層2先于層4。因而，按P所指順序，先前層4是先于隧道阻擋層6形成的層。為完成隧道結(jié)器件50的制作，需要在按P的順序形成隧道阻擋層6之后再進(jìn)行一些后續(xù)的工藝步驟(未示出)。
雖然象隧道結(jié)器件50一類的磁場敏感存儲器件可以包含許多薄膜材料，但為了說明問題，圖中的隧道結(jié)器件50只包含先前層4和隧道阻擋層6，這并不表示只限于這些層。
在圖3中，隧道阻擋層6被形成在隧道結(jié)器件50的先前層4上面?？梢圆捎猛ǔＳ糜谛纬杀∧げ牧系奈㈦娮蛹庸ぜ夹g(shù)來形成隧道阻擋層6。例如，可以用淀積或?yàn)R射工藝將隧道阻擋層6材料淀積到先前層4的表面4S上。
適合做隧道阻擋層6的材料包括但不限于鋁(Al)、鎂(Mg)、硼(B)和鉭(Ta)。形成隧道阻擋層6的工藝包括但不限于射頻(RF)濺射、直流(DC)濺射、蒸發(fā)、等離子體輔助淀積、化學(xué)氣相淀積(CVD)、物理氣相淀積(PVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、分子束外延(MBE)、和金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)。隧道阻擋層6的氧化物或氮化物材料也可以是由氧化物或氮化物目標(biāo)材料反應(yīng)濺射的。例如，若被淀積的材料是鋁的氧化物，那么目標(biāo)材料可以是Al2O3。但是，在濺射過程完成之后，仍然需要修復(fù)隧道阻擋層6中的缺陷。
在形成后續(xù)覆層之前，采用形成氧化物的氧化處理，或形成氮化物的氮化處理將隧道阻擋層6轉(zhuǎn)變成一種非導(dǎo)電材料(即介電材料)。在圖3中，將一種反應(yīng)物12(如氧原子O2或氮原子N2)引入20隧道阻擋層6的材料中。一些反應(yīng)物12與隧道阻擋層6的材料起化學(xué)反應(yīng)形成非導(dǎo)電材料，例如氧化物(對于氧O2的情況)或氮化物(對于氮N2的情況)。
若隧道阻擋層6是用濺射過程形成，則隧道阻擋層6在淀積時(shí)已經(jīng)是一種非導(dǎo)電材料?？刹捎冒ǖ幌抻跒R射過程和非濺射過程在內(nèi)的一種過程來形成非導(dǎo)電的隧道阻擋層6。例如，象氧化鋁(Al2O3)，氮化鋁(AlNx)氧化鎂(MgO)，或氧化鉭(TaOx)之類的濺射目標(biāo)可以作為非導(dǎo)電隧道阻擋層6的源材料。在那種情況下，不需要進(jìn)行后續(xù)的氧化和氮化過程就可將隧道阻擋層6的材料轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)電材料。不過，即使采用濺射過程，也會(huì)在隧道阻擋層6內(nèi)留下一些尚未與隧道阻擋層6的材料11起化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物12。
但是無論在那種情況下，不是所有的反應(yīng)物12都與隧道阻擋層6的材料11起化學(xué)反應(yīng)。因此，有些反應(yīng)物以未反應(yīng)的狀態(tài)存留在隧道阻擋層6的材料中。同樣，也有一些隧道阻擋層6的材料沒有起反應(yīng)(見標(biāo)號11)。例如，某些鋁原子可能就不起反應(yīng)。此外，有些反應(yīng)物12與靠近先前層4表面4s的區(qū)域的先前層4材料起反應(yīng)(見標(biāo)號13)因?yàn)榕c材料13起反應(yīng)的反應(yīng)物12不與隧道阻擋層6的材料11起反應(yīng)，它也處于未反應(yīng)的狀態(tài)，這是由于它沒有與打算用作隧道阻擋層6的目標(biāo)材料11起反應(yīng)，并且因?yàn)樵谒淼雷钃鯇?內(nèi)還有可與反應(yīng)物12起反應(yīng)的目標(biāo)材料的自由原子11存在。存在未起反應(yīng)的反應(yīng)物12可以在隧道阻擋層6內(nèi)產(chǎn)生前面提到的缺陷，從而降低擊穿電壓并(或)使隧道阻擋層6產(chǎn)生不均勻性。
在圖4a和4b中，在隧道阻擋層6形成并通過作為一個(gè)或數(shù)個(gè)后續(xù)工藝步驟一部分的濺射、氧化或氮化而基本上轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N非導(dǎo)電材料之后，至少有一個(gè)覆層8形成于隧道阻擋層6的表面6S上。覆層8將隧道阻擋層6蓋住并具有預(yù)定的厚度t0。在圖4b中，在覆層8的表面8S上形成了另一個(gè)覆層10，這兩層(8，10)將隧道阻擋層6蓋住，且這兩層(8，10)的總預(yù)定厚度為t0(即覆層8的厚度加上10的厚度＝t0)。
但是，在形成一層或幾層(8，10等)之后，上述缺陷(11，12，13)仍存在于隧道阻擋層6中，而且需要把它們修復(fù)。
在圖5a中，由光源32(即發(fā)射紫外譜線輻射的光源)發(fā)出的紫外光30透過覆層8照射隧道阻擋層6。一部分紫外光30照到處于隧道阻擋層6內(nèi)的反應(yīng)物12上。紫外光30將反應(yīng)物12激活，使它與隧道阻擋層6的材料11起化學(xué)反應(yīng)，并將材料11轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)電材料。從根本上來說，在用紫外光30照射之前，存在反應(yīng)物12的自由原子和隧道阻擋層6材料11的自由原子。一旦照射開始，紫外光30的能量將反應(yīng)物12激活，使得反應(yīng)物12與隧道阻擋層6材料11的自由原子起化學(xué)反應(yīng)，從而形成非導(dǎo)電材料。
舉例來說，如果隧道阻擋層6的材料是鋁(Al)，而反應(yīng)物是氧(O2)，那么所希望的非導(dǎo)電材料就是氧化鋁(Al2O3)。在用紫外光30照射之前，在隧道阻擋層6內(nèi)會(huì)存在自由鋁原子(見標(biāo)號11)和自由氧原子(見標(biāo)號12)。照射時(shí)紫外光30的能量傳給氧原子，使氧原子激活，從而提供為完成氧原子和鋁原子的化學(xué)反應(yīng)而形成氧化鋁所需的能量。
紫外光30的光源32可以是一個(gè)可購買到的紫外(UV)光源，包括但不限于冷陰極UV柵燈或熱陰極UV螺旋燈等。紫外光30的波長與具體應(yīng)用有關(guān)。通常認(rèn)為波長在4nm至400nm之間的光為紫外輻射。近紫外是在400nm至300nm的范圍，遠(yuǎn)紫外在300nm至200nm的范圍，而低于200nm就稱為極紫外。一般希望紫外光30的波長在200至400nm左右的范圍。
覆層8的預(yù)定厚度t0，或在多于一個(gè)覆層的情況下，這些層(例如8，10等)的總預(yù)定厚度t0，應(yīng)該這樣來選擇，使得紫外光30能穿透這些層并全部照射到隧道阻擋層6上。此外，覆層(8，10等)的材料應(yīng)選擇成對紫外光30的波長為光學(xué)透明的。
例如，覆層8不應(yīng)該幾乎反射全部紫外光30，也不應(yīng)該幾乎全部吸收或幾乎全部衰減紫外光30。由于組成隧道結(jié)器件50的薄膜材料層一般只有幾nm厚或更薄(在某些情況下只有幾百埃左右)，在近UV、遠(yuǎn)UV和除了最低端的極UV譜線外的全部紫外光30將穿透至少一個(gè)覆層8，并完全照射到隧道阻擋層6上。
在圖5a中，一部分紫外光30(見虛線箭頭)入射在反應(yīng)物12上，反應(yīng)物12被激活(見虛線箭頭a)，并且反應(yīng)物12與隧道阻擋層6的材料11起化學(xué)反應(yīng)。在如圖5b中，反應(yīng)物12與材料11的化學(xué)鍵合形成非導(dǎo)電的材料。此外，在圖5a中，材料13和反應(yīng)物12之間的化學(xué)鍵被紫外照射30斷開，因而反應(yīng)物12可以自由地與材料11鍵合，如圖5b所示。
在圖5b中，反應(yīng)物12已經(jīng)與隧道阻擋層6的材料11起反應(yīng)形成了非導(dǎo)電材料，因而減少或消除了上述缺陷并改善了隧道阻擋層6的均勻性和擊穿電壓特性。
如果在形成覆層8之前，用來將隧道阻擋層6轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)電材料的過程是氧化過程，則氧化過程可以是但不限于等離子體氧化、自然氧化、室溫自然氧化(即在25℃左右)和UV-臭氧氧化。
不要把UV-臭氧氧化與用紫外光30透過覆層8照射隧道阻擋層6混為一談。與本發(fā)明中的紫外光照射方法截然不同，UV-臭氧氧化是另一種單獨(dú)的方法，其中氧氣(O2)被暴露在紫外光下使它轉(zhuǎn)變成臭氧(O3)。然后把臭氧引入隧道阻擋層6內(nèi)。由于臭氧(O3)的反應(yīng)性較強(qiáng)且比O2與隧道阻擋層6的材料11更容易反應(yīng)，故能增加與隧道阻擋層6的材料11的反應(yīng)速率。不管是用于氧化還是氮化的過程，反應(yīng)物可以是一種包括但不限于氧(O2)、臭氧(O3)或氮(N2)在內(nèi)的材料。
用紫外光30對隧道阻擋層6照射可以持續(xù)一段預(yù)定的時(shí)間，直至獲得所希望的隧道阻擋層6的特性。所希望的特性包括但不限于隧道阻擋層6內(nèi)的預(yù)定缺陷密度，隧道阻擋層6的預(yù)定擊穿電壓，隧道阻擋層6的晶體結(jié)構(gòu)的變化，隧道阻擋層6顆粒取向結(jié)構(gòu)的變化等。
例如，缺陷密度可以是隧道阻擋層6單位面積或單位體積內(nèi)金屬雜質(zhì)(缺陷)的數(shù)目。作為另一個(gè)例子，某些顆粒取向結(jié)構(gòu)可能由于受到紫外光30的照射而增長。再一個(gè)例子是，隧道阻擋層6的晶體結(jié)構(gòu)可能由于受紫外光30的照射而從非晶體變成晶體。要驗(yàn)證是否已達(dá)到上述某些希望的隧道阻擋層6的特性，可以采用透射電顯微鏡(TEM)等工具來觀察它的結(jié)構(gòu)特征。
用紫外光30的照射可以在覆層形成的過程之中或之后進(jìn)行。因此，在圖5a中，紫外光30可以在覆層8正在形成時(shí)或已經(jīng)形成后照射隧道阻擋層6。
紫外光30可由位于一個(gè)室(未示)內(nèi)的紫外光源32產(chǎn)生，隧道結(jié)器件50的某些或者全部處理都在此室中進(jìn)行。紫外光源32通過一個(gè)窗照射隧道阻擋層6，這個(gè)窗對于紫外光30的波長是光學(xué)透明的。
在如圖6a和6b所示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，隧道阻擋層6可以在照射過程之中或之后加熱H，以增加反應(yīng)物12與隧道阻擋層6的材料11的激活速率。加熱H可加快激活過程，并從隧道阻擋層6中去掉更多的缺陷。
在圖6a中，隧道阻擋層6經(jīng)加熱H后可增加激活速率。反應(yīng)物12被激活(見虛線箭頭a)并與隧道阻擋層6的材料11起化學(xué)反應(yīng)。許多在微電子技術(shù)中熟知的方法可用來加熱H隧道阻擋層6。例如，可將承載隧道結(jié)器件50的襯底放在真空吸盤、工件臺、樣品臺等包含熱源或與熱源有熱交換的裝置上面使它加熱。舉例來說，可用石英紅外加熱燈、電阻加熱器或金屬帶輻射加熱器等熱源來加熱襯底8或隧道阻擋層6。如上所述，對隧道阻擋層6的加熱可以在用紫外光30照射之中或之后進(jìn)行。
在圖6b中，反應(yīng)物12已經(jīng)與隧道阻擋層6的材料11起反應(yīng)以形成了非導(dǎo)電材料，因而減少或消除了上述缺陷并改善隧道阻擋層6的均勻性和擊穿電壓。
在圖6a和6b中，有多于一個(gè)涂層(即8，10)將隧道阻擋層6蓋住，且紫外光30穿透這些層照射到隧道阻擋層6上。不過，加熱H可只對一個(gè)覆層或一個(gè)以上的覆層進(jìn)行。紫外光30的照射可以在覆層10形成過程之中或之后進(jìn)行。
同樣，加熱H可以在任何一層(8，10)形成過程之中或這些層形成之后進(jìn)行。由于通過加熱H激活反應(yīng)物12而修復(fù)上述缺陷(11，12，13)，也可以在覆層(8，10)形成之前和用紫外光30照射之前對隧道阻擋層6進(jìn)行加熱。此外，可以在覆層(8，10)形成過程中任意時(shí)間無限次地重復(fù)加熱H，而且加熱可以單獨(dú)重復(fù)進(jìn)行，或者與紫外光30的照射一起進(jìn)行。
在這里所述的所有實(shí)施例中，用紫外光30照射和加熱H可以與形成隧道結(jié)器件50的其它微電子工藝在原處進(jìn)行，而且可以在形成覆層的過程之中或之后進(jìn)行。
雖然已經(jīng)描述和示出本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施裝置，但本發(fā)明并不限于已描述和示出的零部件的具體形式和布置。本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求書的限定。
權(quán)利要求
1.一種處理隧道結(jié)器件(50)的隧道阻擋層(6)的方法，包括在原已形成的隧道阻擋層(6)上形成一預(yù)定厚度t0的覆層(8)；用紫外光(30)透過覆層(8)照射隧道阻擋層(6)，紫外光(30)穿透覆層(8)的預(yù)定厚度(t0)并入射到隧道阻擋層(6)內(nèi)的反應(yīng)物(12)上；其中紫外光(30)用于激活(a)反應(yīng)物(12)，從而使反應(yīng)物(12)與隧道阻擋層(6)的材料(11)起反應(yīng)并將材料(11)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N非導(dǎo)電材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括用紫外光(30)持續(xù)照射一個(gè)預(yù)定時(shí)間，直至獲得所要求的隧道阻擋層(6)的特性。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所要求的隧道阻擋層(6)的特性包括從下列組中選擇的特性隧道阻擋層(6)中的預(yù)定缺陷密度，隧道阻擋層(6)的預(yù)定擊穿電壓，隧道阻擋層(6)的晶體結(jié)構(gòu)的變化，以及隧道阻擋層(6)的顆粒取向結(jié)構(gòu)的改變。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中反應(yīng)物(12)包括從下列組中選擇的材料氧、臭氧、和氮。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中隧道阻擋層(6)的材料(11)包括從下列組中選擇的材料鋁、鎂、硼和鉭。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中照射可以在形成覆層(8)的過程之中或之后的一定時(shí)間進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法中，其中紫外光(30)的波長從約200nm至約400nm。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在照射過程中加熱隧道阻擋層(6)，以增加反應(yīng)物(12)與隧道阻擋層(6)的材料(11)的激活率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中加熱(H)在形成覆層(8)的過程中進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求1所述的方法還包括在照射后對隧道阻擋層(6)加熱(H)，以增加反應(yīng)物(12)與隧道阻擋層(6)的材料(11)的激活率。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成覆層(8)之前對隧道阻擋層(6)加熱(H)，以增加反應(yīng)物(12)與隧道阻擋層(6)的材料(11)的激活率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在形成覆層(8)的過程之中或之后的一定時(shí)間重新加熱(H)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用紫外光(30)透過隧道結(jié)器件(50)的一覆層(8)處理非導(dǎo)電隧道阻擋層(6)的方法。該方法包括用紫外光透過覆蓋隧道阻擋層的至少一個(gè)覆層照射隧道阻擋層，以激活(a)設(shè)在隧道阻擋層內(nèi)的氧或氮原子，使這些原子與隧道阻擋層的目標(biāo)材料(11)起反應(yīng)，從而形成一個(gè)均勻氧化或氮化隧道阻擋層，其中的缺陷(11，12，13)最少甚至沒有，并且/或者有一個(gè)希望的擊穿電壓。紫外光(30)可以在形成覆層的過程之中或之后照射隧道阻擋層。加熱(H)可以在照射步驟之前、之中或之后進(jìn)行，以增加激活率并進(jìn)一步減少缺陷。該方法可以用到包括磁場敏感存儲器件如MRAM在內(nèi)的任何隧道結(jié)器件(50)中。
文檔編號H01L27/105GK1501458SQ0315563
公開日2004年6月2日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者M·沙馬, M 沙馬, T·H·丹尼三世, 丹尼三世 申請人:惠普開發(fā)有限公司