[发明专利]半导体器件及其形成方法

说明书

本发明的实施例公开了半导体器件及其形成方法。公开了用于磁阻随机存取存储器(MRAM)的图案化磁隧道结(MTJ)的改进方法以及由其形成的半导体器件。在一个实施例中，一种方法包括：在半导体衬底上方沉积底部电极层；在底部电极层上方沉积MTJ膜堆叠件；在MTJ膜堆叠件上方沉积顶部电极层；图案化顶部电极层；实施第一蚀刻工艺，以图案化MTJ膜堆叠件；在MTJ膜堆叠件上实施第一修整工艺；在实施第一修整工艺之后，在MTJ堆叠件上方沉积第一间隔件层；以及在沉积第一间隔件层之后，实施第二蚀刻工艺，以图案化第一间隔件层、MTJ膜堆叠件、和底部电极层，以形成MRAM单元。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体器件及其形成方法。

背景技术

作为示例，半导体存储器用于集成电路中用于电子应用，包括收音机、电视、手机、和个人计算设备。半导体存储器包括两大类。一类是易失性存储器；另一类是非易失性存储器。易失性存储器包括随机存取存储器(RAM)，其可以进一步分为两个子类，静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)。SRAM和DRAM都是易失性的，因为其在断电时会丢失其存储的信息。

另一方面，非易失性存储器可以保持存储在其上的数据。一种类型的非易失性半导体存储器是磁阻随机存取存储器(MRAM)。可以在MRAM阵列中布置多个MRAM单元，每个单元都存储一位数据。每个MRAM单元可以包括磁隧道结(MTJ)堆叠件，该堆叠件包括通过薄绝缘体分隔开的两个铁磁板。第一个铁磁板的磁极性是固定的，而第二个铁磁板的极性是自由的。通过改变第二铁磁板的极性，可以将逻辑“0”或者“1”存储在MTJ中。

发明内容

根据本发明的实施例的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：第一导电部件，位于半导体衬底上；底部电极，位于第一导电部件上；磁隧道结(MTJ)堆叠件，位于底部电极上，MTJ堆叠件包括：参考层，位于底部电极上；隧道势垒层，位于参考层上；以及自由层，位于参考层上；第一间隔件，与自由层的侧面和隧道势垒层的侧面接触，其中，第一间隔件的底面与隧道势垒层的底面齐平；以及顶部电极，位于MTJ堆叠件上。

根据本发明的实施例的另一个方面，提供了一种半导体器件，包括：第一导电部件，位于半导体衬底上；底部电极，位于第一导电部件上；磁隧道结(MTJ)，位于底部电极上；第一间隔件，位于MTJ上，其中，第一间隔件与MTJ的侧面接触；顶部电极，位于MTJ上；以及第一介电层，位于底部电极、MTJ、第一间隔件、和顶部电极上，其中，第一介电层与MTJ和第一间隔件的侧面接触。

根据本发明的实施例的又一个方面，提供了一种形成半导体器件的方法，包括：在半导体衬底上方沉积底部电极层；在底部电极层上方沉积磁隧道结(MTJ)膜堆叠件；在MTJ膜堆叠件上方沉积顶部电极层；图案化顶部电极层；实施第一蚀刻工艺，以图案化MTJ膜堆叠件；在MTJ膜堆叠件上实施第一修整工艺；在实施第一修整工艺之后，在MTJ膜堆叠件上方沉积第一间隔件层；以及在沉积第一间隔件层之后，实施第二蚀刻工艺，以图案化第一间隔件层、MTJ膜堆叠件、和底部电极层，以形成磁阻随机存取存储器(MRAM)单元。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1是根据一些实施例的半导体器件的框图；

图2是根据一些实施例的半导体器件的截面图；

图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15A、图15B、图16A、图16B、图17和图18是根据一些实施例的半导体器件的制造中的中间阶段的截面图。

具体实施方式