[发明专利]磁阻随机存取存储器(MRAM)器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及磁阻随机存取存储器器件及其制造方法。

背景技术

半导体存储器件用于进行各种电子应用的集成电路中，电子应用包括无线电通信装置、电视机、手机、和个人计算装置。存储器件包括电荷存储器件，如动态随机存取存储器(DRAM)和闪速存储器。

存储器件的较近期的发展涉及自旋电子器件，其结合了半导体技术和磁性材料。使用电子的自旋极化而不是电子的电荷来指示状态是“1”还是“0”。一种类型的半导体存储器器件是磁阻随机存取存储器(MRAM)，其涉及自旋电子器件，自旋电子器件结合了半导体技术和磁性材料和器件。采用电子的自旋，通过它们的磁矩而不是电子的电荷来指示位值。

典型的MRAM单元可以包括磁隧道结(MTJ)器件，MTJ器件一般包括自由层、固定层(pinned layer)、以及介于自由层和固定层之间的隧道层。施加通过隧道层的电流来反转自由层的磁化方向，这导致自由层内的注入的极化电子对自由层的磁化施加自旋力矩。固定层具有固定的磁化方向。当电流以从自由层到固定层的方向流动时，电子以相反方向即从固定层到自由层流动。在通过固定层，流过隧道层，然后进入自由层中并在自由层中积累之后，电子以与固定层相同的磁化方向发生极化。最终，自由层的磁化与固定层的磁化平行，并且MTJ器件将处于低电阻状态。由电流引起的该电子注入被称为主要注入(major injection)。

当施加从固定层流到自由层的电流时，电子以从自由层到固定层的方向流动。具有与固定层的磁化方向相同的极化的电子能够流过隧道层并进入固定层。相反地，具有不同于固定层的磁化的极化的电子将被固定层反射(阻止)，并在自由层中积累。最终，自由层的磁化变得与固定层的磁化反平行，并且MTJ器件将处于高电阻状态。由电流引起的相应电子注入被称为次要注入(minor injection)。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：图案化多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在所述MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成介电保护层；实施处理以将所述介电保护层转变成处理过的介电保护层，其中，所述处理包括含氮气的气体；以及在所述处理过的介电保护层上方形成介电层。

在该方法中，所述介电保护层是氮化硅。

在该方法中，所述处理是采用包含N₂的气体实施的等离子处理。

在该方法中，所述含氮气的气体不包含氧气或氢气。

在该方法中，通过游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)，采用小于或者等于约的沉积速率形成所述介电保护层。

在该方法中，在范围处于约200℃至约300℃之间的温度下形成所述介电保护层。

在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中实施形成介电保护层的步骤和实施所述处理的步骤，并且在两个步骤之间不存在真空破坏。

该方法，进一步包括：在所述MTJ单元上方形成顶部电极层；图案化所述顶部电极层以形成顶部电极，其中，使用相同的掩模图案化所述顶部电极层和所述MTJ层，并且其中，所述顶部电极位于所述处理过的介电保护层下方；以及蚀刻所述介电层以及所述处理过的介电保护层来暴露所述顶部电极。

在该方法中，所述处理将所述介电保护层的至少顶部从SiN转变成SiNH。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于形成磁矩随机存取存储器(MRAM)器件的方法，包括：提供具有多个磁隧道结(MTJ)层的衬底；图案化所述多个磁隧道结(MTJ)层以形成MTJ单元；在所述MTJ单元的顶面上方及其侧壁上形成氮化硅层，其中，所述氮化硅层的密度大于约2.4g/cm³；以及采用包含N2的气体对所述氮化硅层实施等离子处理。

在该方法中，所述等离子处理进一步包含Ar气体。

在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中，在范围处于约200℃至约300℃之间的温度下，形成所述氮化硅层。

在该方法中，采用小于或者等于约的沉积速率形成所述氮化硅层。

在该方法中，在游离基喷淋化学汽相沉积(RSCVD)装置中原位实施所述等离子处理。

该方法进一步包括：在所述处理过的氮化硅层上方形成氧化物层。