專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及形成磁隧道結(jié)(MTJ)的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的集成度越來越高，包含磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)以其在讀/寫速度、功耗以及壽命等方面的優(yōu)勢(shì)而被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。在MTJ元件中，磁阻比隨著兩個(gè)鐵磁層的磁化方向而改變。通過基于該磁阻比改變的電壓改變或電流改變可以確定在MTJ元件中存儲(chǔ)的信息是邏輯I還是邏輯O。磁隧道結(jié)是尺寸非常小的結(jié)構(gòu)，如在美國專利申請(qǐng)公報(bào)US2010/129946A1所述，MTJ的關(guān)鍵尺寸通常小于IOOnm且厚度小于5nm。因此，在半導(dǎo)體器件制造過程中如何精確地控制MTJ的尺寸以期進(jìn)一步縮小MTJ的尺寸是目前MTJ領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一。圖1例示了美國專利申請(qǐng)公報(bào)US 2010/129946A1中的方法形成的包括MTJ元件的半導(dǎo)體器件。其中，首先形成由Cu制成的金屬接合連接盤11和中間通孔接觸(VAC)21。接著，在其上形成金屬隔離(VAM)電介質(zhì)層14a和VAM墊3Ip。然后，在金屬隔離(VAM)電介質(zhì)層14a和VAM墊3Ip上形成MTJ疊層。接著，以MTJ疊層中的頂部掩模層作為硬掩模進(jìn)行刻蝕，從而形成MTJ元件51。最后，對(duì)包括MTJ元件51的所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化處理(CMP)，以繼續(xù)在其上形成由Cu制成的連接線91。然而，在US 2010/129946A1中，頂部掩模層是由Ta構(gòu)成。這使得頂部掩模層在刻蝕處理過程中會(huì)出現(xiàn)一定程度上的刻蝕損耗。例如，頂部掩模層的側(cè)壁或頂角處會(huì)被刻蝕掉一小部分。由此，頂部掩模層的尺寸不能很好地傳遞到MTJ元件51上，從而限制了 MTJ元件51的尺寸精度。此外，在形成MTJ元件51之后進(jìn)行的CMP處理會(huì)造成很小很薄的MTJ元件的損傷。因此，需要一種能夠精確地定義MTJ元件的尺寸且保護(hù)MTJ元件不受平坦化處理損傷的MTJ形成方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除或者至少部分地減輕現(xiàn)有技術(shù)中的一些或全部上述問題，提出了本發(fā)明。在本發(fā)明中，提出了一種新穎的MTJ元件形成方法，其中以基本上不受刻蝕處理影響的金屬(例如Cu)作為掩模來形成MTJ圖案，且無需對(duì)MTJ元件進(jìn)行平坦化處理，從而能夠制造尺寸精確定義的且無損傷的MTJ元件。在本公開的一個(gè)方面中，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括:在襯底的器件區(qū)域和非器件區(qū)域中分別形成多個(gè)接合連接盤和多個(gè)導(dǎo)通連接盤；在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積磁隧道結(jié)層；在所述磁隧道結(jié)層上沉積消耗電介質(zhì)層；在所述消耗電介質(zhì)層中形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的相應(yīng)一個(gè)對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口 ；通過電鍍?cè)谒龆鄠€(gè)開口中沉積金屬掩模層；去除所述消耗電介質(zhì)層；以及，以所述金屬掩模層作為硬掩模，刻蝕所述磁隧道結(jié)層，形成多個(gè)磁隧道結(jié)元件。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述襯底中形成所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤的表面平坦。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積磁隧道結(jié)層包括:形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離部；在所述襯底和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上形成隔離電介質(zhì)層；進(jìn)行平坦化處理，使得所述隔離部與所述隔離電介質(zhì)層的表面平坦；以及在所述隔離部與所述隔離電介質(zhì)層上沉積磁隧道結(jié)層。在一個(gè)實(shí)施例中，形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離部包括:在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積隔離層；在所述隔離層上涂覆光刻膠；對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離島部；以及進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，以僅保留與所述隔離島部相對(duì)應(yīng)的隔離部。在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤均由銅制成。在一個(gè)實(shí)施例中，在襯底的器件區(qū)域和非器件區(qū)域中分別形成多個(gè)接合連接盤和多個(gè)導(dǎo)通連接盤包括:在所述襯底中形成多個(gè)連接盤開口 ；在所述多個(gè)連接盤開口的每一個(gè)的底部和側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層；以及在所述多個(gè)連接盤開口的每一個(gè)中的所述第一擴(kuò)散阻擋層上形成所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤。在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底由低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料或超低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底由硅氧化物構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，所述磁隧道結(jié)層是鈷鐵或鎳鐵。在一個(gè)實(shí)施例中，所述磁隧道結(jié)層的厚度為Inm至lOOnm。在一個(gè)實(shí)施例中，所述磁隧道結(jié)元件的圖案在從上向下的方向上看是圓形、橢圓形或矩形。在一個(gè)實(shí)施例中，所述消耗電介質(zhì)層是富硅的硅底部抗反射涂層(S1-BARC)，其中硅的含量超過30%。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述消耗電介質(zhì)層是無定形碳。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述消耗電介質(zhì)層中形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的相應(yīng)一個(gè)對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口包括:在所述消耗電介質(zhì)層上涂覆光刻膠；對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)光刻膠開口 ；以及進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，以在所述消耗電介質(zhì)層中形成與所述多個(gè)光刻膠開口對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口。在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬掩模層由基本上不受刻蝕影響的金屬制成。在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬掩模層由銅制成。在一個(gè)實(shí)施例中，通過電鍍?cè)谒龆鄠€(gè)開口中沉積金屬掩模層包括:在所述多個(gè)開口的底部和側(cè)壁上形成第二擴(kuò)散阻擋層；在所述第二擴(kuò)散阻擋層上生長金屬掩模籽層；以及通過電鍍，在所述金屬掩模籽層上沉積銅，從而形成金屬掩模層。在一個(gè)實(shí)施例中，在形成所述金屬掩模層之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述金屬掩模層與所述消耗電介質(zhì)層的表面平坦。在一個(gè)實(shí)施例中，去除所述消耗電介質(zhì)層包括:利用濕法刻蝕處理或者濕法刻蝕與灰化處理的結(jié)合，去除所述消耗電介質(zhì)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述濕法刻蝕處理的刻蝕劑至少包括H2O2。在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬掩模層的厚度是IOnm至lOOnm。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括在形成所述多個(gè)磁隧道結(jié)元件之后，沉積金屬間電介質(zhì)層，并進(jìn)行平坦化處理，使得所述金屬間電介質(zhì)層與所述金屬掩模層的表面平坦。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括在所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤中的每一個(gè)上形成導(dǎo)通金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤中的每一個(gè)上形成導(dǎo)通金屬層包括:在所述金屬間電介質(zhì)層中與所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤相對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)通孔；進(jìn)行刻蝕處理，以在所述金屬間電介質(zhì)層中形成與所述多個(gè)通孔連通的多個(gè)溝槽；以及在所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)溝槽的側(cè)壁上形成第三擴(kuò)散阻擋層；以及在所述第三擴(kuò)散阻擋層上沉積導(dǎo)通金屬層，以填充所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)溝槽。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積所述導(dǎo)通金屬層之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述導(dǎo)通金屬層、所述金屬間電介質(zhì)層以及所述金屬掩模層的表面平坦。在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬掩模層的厚度與所述溝槽的深度相等。在一個(gè)實(shí)施例中，所述磁隧道結(jié)元件與所述開口的寬度相等。在本公開實(shí)施例的MTJ形成方法中，巧妙地以最終用作連接線的金屬層(例如，Cu層)作為掩模來圖形化MTJ，使得一方面基本上不受刻蝕處理影響的金屬能夠精確地定義MTJ元件的尺寸，從而有利于MTJ元件尺寸的進(jìn)一步減小，另一方面也省去了對(duì)MTJ元件進(jìn)行平坦化處理的工序，從而能夠制造尺寸精確定義的且無損傷的MTJ元件。在本公開實(shí)施例的MTJ形成方法中，盡量減少或避免對(duì)MTJ元件的干法刻蝕，從而保護(hù)MTJ元件不受等離子體的連續(xù)轟擊的損傷。通過以下參照附圖對(duì)本公開的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。


附圖作為說明書的一部分例示了本公開的實(shí)施例，并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。各附圖中相同的附圖標(biāo)記將指代相同的部件或步驟。參照附圖，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中:圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)形成的磁隧道結(jié)元件。圖2示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的形成磁隧道結(jié)元件的方法。圖3A至3L是示意性地示出了根據(jù)圖2的形成MTJ元件的方法中的各步驟而獲得的結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。
以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。為了能夠獲得尺寸精確定義且不受平坦化處理和干法刻蝕損傷的磁隧道結(jié)(MTJ)元件，本公開實(shí)施例提出了一種新穎的MTJ形成方法。其中，首先形成最終用作連接線的通常為Cu層的金屬層，并以該基本上不受刻蝕處理損傷的金屬層作為掩模來圖形化其下的MTJ 層。圖2示意性地示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的形成磁隧道結(jié)的方法的流程圖。圖3A至3L是示意性地示出了根據(jù)圖2的形成磁隧道結(jié)的方法中的各步驟而獲得的結(jié)構(gòu)的截面圖。下面將參照?qǐng)D2和圖3A至3L來詳細(xì)描述本公開的實(shí)施例。首先，在圖2的步驟202中，提供襯底300并在襯底300上形成多個(gè)接合連接盤305和多個(gè)導(dǎo)通連接盤304 (參見圖3A)。襯底300例如可以由介電常數(shù)在2.5至3.0之間的低介電常數(shù)電介質(zhì)材料或以及介電常數(shù)小于2.5的超低介電常數(shù)電介質(zhì)材料制成。例如，襯底300由硅氧化物制成。如圖3A中的虛線A-A所示，襯底300可以分為器件區(qū)域301和非器件區(qū)域302。需要注意的是，圖3A中僅僅是出于例示的目的示出了器件區(qū)域301和非器件區(qū)域302以及其間的分界線A-A，在實(shí)際的器件中，可以有多個(gè)各種形狀(在從上向下的方向看，如圖3A中的箭頭B所示的方向，下同)的器件區(qū)域301和非器件區(qū)域302。多個(gè)接合連接盤305形成在襯底300的器件區(qū)域301中，多個(gè)導(dǎo)通連接盤304形成在襯底300的非器件區(qū)域302中。在圖3A中，為了簡(jiǎn)化，僅僅示出了一個(gè)導(dǎo)通連接盤304和兩個(gè)接合連接盤305。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，導(dǎo)通連接盤304和接合連接盤305都可以被形成為一個(gè)或多個(gè)。而且，每個(gè)接合連接盤305對(duì)應(yīng)于一個(gè)在后續(xù)工藝中形成的磁隧道結(jié)元件。通常,接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304由Cu制成。優(yōu)選地,在每一個(gè)接合連接盤305和每一個(gè)導(dǎo)通連接盤304的底部和側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層303，以有效地防止金屬擴(kuò)散到鄰接的襯底300中。例如，可以首先在襯底300中形成多個(gè)連接盤開口(未示出)，然后在這多個(gè)連接盤開口的每一個(gè)的底部和側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層303，最后在第一擴(kuò)散阻擋層303上通過電鍍形成接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，還可以利用本領(lǐng)域的其他公知技術(shù)形成接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304。在襯底300中形成接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304之后，優(yōu)選地，進(jìn)行平坦化處理，例如化學(xué)機(jī)械平坦化處理(CMP)，使得多個(gè)接合連接盤305和多個(gè)導(dǎo)通連接盤304以及襯底300的表面平坦。接下來，在圖2的步驟S204中，在襯底300、接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304上沉積磁隧道結(jié)層。在一個(gè)示例中，如圖3B所示，首先，在襯底300、接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304上沉積隔離層306。接著，在隔離層306上涂覆光刻膠(未示出)，并對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成覆蓋多個(gè)接合連接盤305中每一個(gè)的隔離島部(未示出)。最后，進(jìn)行反應(yīng)尚子刻蝕(RIE),以僅保留與隔尚島部相對(duì)應(yīng)的隔尚部306a,如圖3C所不。隔離部306a可以用作擴(kuò)散阻擋層，以有效地防止從接合連接盤305到在后續(xù)處理中要在隔離部306a上形成的MTF元件的金屬擴(kuò)散。隔離層306可以由Ta、TaN或其他導(dǎo)電材料中的任一個(gè)或多個(gè)制成。隔離層306優(yōu)選地較薄，例如厚度在IOnm至50nm的范圍內(nèi)。然后，在隔離部306a、襯底300和導(dǎo)通連接盤304上沉積隔離電介質(zhì)層307。在一個(gè)示例中，隔離電介質(zhì)層307的材料可與襯底300的材料相同。在另一個(gè)示例中，隔離電介質(zhì)層307的材料可與襯底300的材料不同。接著，進(jìn)行平坦化處理，例如化學(xué)機(jī)械平坦化處理，使得隔離部306a與隔離電介質(zhì)層307的表面平坦。最后，在隔離部306a與隔離電介質(zhì)層307上沉積磁隧道結(jié)層308，如圖3D所示。需要指出的是，盡管在圖3B-3D所示的示例中，在接合連接盤305與MTJ層308之間形成有隔離部306a，但是隔離部306a是可選的，在其他示例中，MTJ層308可以直接沉積在襯底300、接合連接盤305和導(dǎo)通連接盤304上。MTJ層308可以由鈷鐵、鎳鐵或者其他磁性材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，MTJ層308的厚度為Inm至lOOnm。在圖2的步驟206中，在磁隧道結(jié)層308上沉積消耗電介質(zhì)層309，如圖3D所示。消耗電介質(zhì)層309例如可以是富硅的硅底部抗反射涂層(S1-BARC)，其中硅的含量超過30%。在另一個(gè)示例中，消耗電介質(zhì)層309由無定形碳制成。接著，在圖2的步驟208中，在消耗電介質(zhì)層309中形成多個(gè)開口 310，每一個(gè)開口310與一個(gè)接合連接盤305對(duì)應(yīng)，如圖3E所示。開口 310的尺寸與磁隧道結(jié)元件的設(shè)計(jì)尺寸一致。開口 310的圖案從上下方向上看可以是圓形、橢圓形、矩形或者任意其他形狀。開口 310可以通過如下處理獲得:在消耗電介質(zhì)層309上涂覆光刻膠；對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成各自與多個(gè)接合連接盤305中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)光刻膠開口(未示出)；以及進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，以在消耗電介質(zhì)層309中形成與多個(gè)光刻膠開口對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口 310。然后，在圖2的步驟210中，通過電鍍?cè)诙鄠€(gè)開口 310中沉積由基本上不受刻蝕處理影響的金屬(例如，Cu)制成的金屬掩模層311，參見圖3F。在一個(gè)示例中，首先在多個(gè)開口 310的底部和側(cè)壁上形成第二擴(kuò)散阻擋層320 ;接著在第二擴(kuò)散阻擋層320上生長金屬掩模籽層(未示出)；最后，通過電鍍，在金屬掩模籽層上沉積銅，從而形成金屬掩模層311。第二擴(kuò)散阻擋層320可以有效地防止從金屬掩模層311到下面的MTJ層的金屬擴(kuò)散。優(yōu)選地，在形成金屬掩模層311之后，進(jìn)行平坦化處理，例如CMP，使得金屬掩模層311與消耗電介質(zhì)層309的表面平坦。金屬掩模層311的厚度例如是IOnm至lOOnm。在圖2的步驟212中，利用濕法刻蝕處理或者濕法刻蝕與灰化處理的結(jié)合，去除消耗電介質(zhì)層309，而保留金屬掩模層311，參見圖3G。濕法刻蝕處理的刻蝕劑例如至少包括H2O2。接著，在圖2的步驟214中，以金屬掩模層311作為硬掩模，刻蝕磁隧道結(jié)層308，以形成多個(gè)磁隧道結(jié)元件308a，如圖3H所示。磁隧道結(jié)元件308a的圖案從上下方向上看可以是圓形、橢圓形、矩形或者任意其他形狀。磁隧道結(jié)元件308a與其上的金屬掩模層311的寬度相等。
如上所述，金屬掩模層311是由諸如Cu的基本上不受刻蝕處理影響的金屬制成，因此在以金屬掩模層311作為硬掩模對(duì)磁隧道結(jié)層308進(jìn)行刻蝕的處理中，金屬掩模層311的形狀可以很好地得到傳遞到磁隧道結(jié)元件308a上。這非常有利于獲得具有精確定義尺寸的磁隧道結(jié)元件，并有利于磁隧道結(jié)元件尺寸的進(jìn)一步減小。此外，在獲得磁隧道結(jié)元件308a之后，無需對(duì)其進(jìn)行平坦化處理，由此避免了由平坦化處理造成的對(duì)磁隧道結(jié)元件308a的損傷。然后，在圖2的步驟216中，在所得結(jié)構(gòu)上沉積金屬間電介質(zhì)層312，并進(jìn)行平坦化處理，使得金屬間電介質(zhì)層312與金屬掩模層311的表面平坦，參見圖31。在一個(gè)示例中，金屬間電介質(zhì)層312可以由硅氧化物、介電常數(shù)在2.7至3.0之間的低介電常數(shù)的電介質(zhì)或介電常數(shù)小于2.7的超低介電常數(shù)的電介質(zhì)構(gòu)成。在一個(gè)示例中，金屬間電介質(zhì)層312的材料可與襯底300的材料相同。在另一個(gè)示例中，金屬間電介質(zhì)層312的材料可與襯底300的材料不同。最后，在圖2的步驟218中，例如通過雙大馬士革工藝，在導(dǎo)通連接盤304上形成導(dǎo)通金屬層315。參見圖3J,在一個(gè)實(shí)施例中,在金屬間電介質(zhì)層312中與導(dǎo)通連接盤304相對(duì)應(yīng)地形成通孔313。盡管在圖3J中，出于簡(jiǎn)化的目的，僅僅例示了一個(gè)通孔313，但是在有些實(shí)施例中，針對(duì)一個(gè)導(dǎo)通連接盤304可以形成兩個(gè)或更多個(gè)通孔313。接著，進(jìn)行刻蝕處理，以在金屬間電介質(zhì)層312中形成與通孔313連通的溝槽314，如圖3K所示。在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽314的深度與金屬掩模層311的厚度相等。然后，參見圖3L，在通孔313和溝槽314的側(cè)壁上形成第三擴(kuò)散阻擋層322，并在第三擴(kuò)散阻擋層322上沉積例如由Cu制成的導(dǎo)通金屬層315，以填充通孔313和溝槽314。最后，進(jìn)行平坦化處理，使得導(dǎo)通金屬層315、金屬間電介質(zhì)層312以及金屬掩模層311的表面平坦。在根據(jù)本公開的一些實(shí)施例中，還可以通過例如雙大馬士革工藝，在圖3L所示的結(jié)構(gòu)上形成連通金屬掩模層311的沿垂直于紙面的方向延伸的連接線(例如，由Cu制成)。在本公開實(shí)施例的MTJ形成方法中，巧妙地以最終用作連接線的金屬層(例如，Cu層)作為掩模來圖形化MTJ，使得一方面基本上不受刻蝕處理影響的金屬能夠精確地定義MTJ元件的尺寸，從而有利于MTJ元件尺寸的進(jìn)一步減小，另一方面也省去了對(duì)MTJ元件進(jìn)行平坦化處理的工序，從而能夠制造尺寸精確定義的且無損傷的MTJ元件。在本公開實(shí)施例的MTJ形成方法中，盡量減少或避免對(duì)MTJ元件的干法刻蝕，從而保護(hù)MTJ元件不受等離子體的連續(xù)轟擊的損傷。至此，已經(jīng)詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的形成MTJ元件的技術(shù)。為了避免遮蔽本發(fā)明的構(gòu)思，沒有描述本領(lǐng)域所公知的一些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上面的描述，完全可以明白如何實(shí)施這里公開的技術(shù)方案。雖然已經(jīng)通過示例對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上示例僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在襯底的器件區(qū)域和非器件區(qū)域中分別形成多個(gè)接合連接盤和多個(gè)導(dǎo)通連接盤； 在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積磁隧道結(jié)層； 在所述磁隧道結(jié)層上沉積消耗電介質(zhì)層； 在所述消耗電介質(zhì)層中形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的相應(yīng)一個(gè)對(duì)應(yīng)的多個(gè)開Π ； 通過電鍍?cè)谒龆鄠€(gè)開口中沉積金屬掩模層； 去除所述消耗電介質(zhì)層；以及 以所述金屬掩模層作為硬掩模，刻蝕所述磁隧道結(jié)層，形成多個(gè)磁隧道結(jié)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述襯底中形成所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤的表面平坦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積磁隧道結(jié)層包括: 形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離部； 在所述襯底和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上形成隔離電介質(zhì)層； 進(jìn)行平坦化處理，使得所述隔離部與所述隔離電介質(zhì)層的表面平坦；以及 在所述隔離部與所述隔離電介質(zhì)層上沉積磁隧道結(jié)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離部包括: 在所述襯底、所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤上沉積隔離層； 在所述隔離層上涂覆光刻膠； 對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成覆蓋所述多個(gè)接合連接盤中每一個(gè)的隔離島部；以及 進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，以僅保留隔離層中與所述隔離島部相對(duì)應(yīng)的隔離部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤均由銅制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在襯底的器件區(qū)域和非器件區(qū)域中分別形成多個(gè)接合連接盤和多個(gè)導(dǎo)通連接盤包括: 在所述襯底中形成多個(gè)連接盤開口； 在所述多個(gè)連接盤開口的每一個(gè)的底部和側(cè)壁上形成第一擴(kuò)散阻擋層；以及在所述多個(gè)連接盤開口的每一個(gè)中的所述第一擴(kuò)散阻擋層上形成所述多個(gè)接合連接盤和所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底由低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料或超低介電常數(shù)的電介質(zhì)材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底由硅氧化物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁隧道結(jié)層是鈷鐵或鎳鐵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁隧道結(jié)層的厚度為Inm至lOOnm。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其中，所述磁隧道結(jié)元件的圖案在從上向下的方向上看是圓形、橢圓形或矩形。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述消耗電介質(zhì)層是富硅的硅底部抗反射涂層(S1-BARC)，其中硅的含量超過30%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述消耗電介質(zhì)層是無定形碳。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述消耗電介質(zhì)層中形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的相應(yīng)一個(gè)對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口包括: 在所述消耗電介質(zhì)層上涂覆光刻膠； 對(duì)所涂覆的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，以形成各自與所述多個(gè)接合連接盤中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)光刻膠開口 ；以及 進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，以在所述消耗電介質(zhì)層中形成與所述多個(gè)光刻膠開口對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬掩模層由基本上不受刻蝕影響的金屬制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述金屬掩模層由銅制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，通過電鍍?cè)谒龆鄠€(gè)開口中沉積金屬掩模層包括: 在所述多個(gè)開口的底部和側(cè)壁上形成第二擴(kuò)散阻擋層； 在所述第二擴(kuò)散阻擋層上生長金屬掩模籽層；以及 通過電鍍，在所述金屬掩模籽層上沉積銅，從而形成金屬掩模層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在形成所述金屬掩模層之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述金屬掩模層與所述消耗電介質(zhì)層的表面平坦。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，去除所述消耗電介質(zhì)層包括: 利用濕法刻蝕處理或者濕法刻蝕與灰化處理的結(jié)合，去除所述消耗電介質(zhì)層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述濕法刻蝕處理的刻蝕劑至少包括H202。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬掩模層的厚度是IOnm至lOOnm。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在形成所述多個(gè)磁隧道結(jié)元件之后，沉積金屬間電介質(zhì)層，并進(jìn)行平坦化處理，使得所述金屬間電介質(zhì)層與所述金屬掩模層的表面平坦；以及
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤中的每一個(gè)上形成導(dǎo)通金屬層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤中的每一個(gè)上形成導(dǎo)通金屬層包括: 在所述金屬間電介質(zhì)層中與所述多個(gè)導(dǎo)通連接盤相對(duì)應(yīng)地形成多個(gè)通孔； 進(jìn)行刻蝕處理，以在所述金屬間電介質(zhì)層中形成與所述多個(gè)通孔連通的多個(gè)溝槽；以及 在所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)溝槽的側(cè)壁上形成第三擴(kuò)散阻擋層；以及 在所述第三擴(kuò)散阻擋層上沉積導(dǎo)通金屬層，以填充所述多個(gè)通孔和所述多個(gè)溝槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，在沉積所述導(dǎo)通金屬層之后，進(jìn)行平坦化處理，使得所述導(dǎo)通金屬層、所述金屬間電介質(zhì)層以及所述金屬掩模層的表面平坦。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述金屬掩模層的厚度與所述溝槽的深度相等。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁隧道結(jié)元件與所述開口的寬度相等。
全文摘要
本公開提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法首先在形成有接合連接盤和導(dǎo)通連接盤的襯底上依次沉積磁隧道結(jié)(MTJ)層和消耗電介質(zhì)層。接著，在消耗電介質(zhì)層中與接合連接盤相對(duì)應(yīng)的位置處構(gòu)圖形成符合設(shè)計(jì)的MTJ尺寸的開口。在開口中電鍍沉積例如Cu的金屬層，并除去消耗電介質(zhì)層。最后，以該金屬層作為掩模，刻蝕其下的MTJ層，以形成具有設(shè)計(jì)尺寸的MTJ元件。本公開實(shí)施例的方法以基本上不受刻蝕處理影響的金屬作為掩模來刻蝕MTJ層，并且減少或避免了對(duì)MTJ元件進(jìn)行平坦化處理和干法刻蝕的工序，從而能夠制造尺寸精確定義的且無損傷的MTJ元件。
文檔編號(hào)H01L43/12GK103187522SQ20111045319
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者王新鵬, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司