[发明专利]磁性材料层的形成方法及形成装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种磁性材料层的形成方法及形成装置。

背景技术

近年来，由于磁存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)具有短的读写时间，非易失性和功耗低的特点，磁存储器作为适用于计算机或通讯机器等信息处理设备上的存储装置而备受关注。

现有技术的磁存储器通过施加磁场，将信息存储到磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)结构中，并通过测量MTJ的电流读取信息。具体地，所述MTJ由两磁性材料层以及位于所述两磁性材料层之间的绝缘层构成。

现有技术的磁存储器的结构，包括：用作开关器件的晶体管和用于存储数据的磁隧道结单元。其中，所述磁隧道结的结构请参考图1，磁隧道结单元包含顶部导电层113、磁隧道结单元主体(Magnetic tunnel junction，MTJ)110、底部导电层101，其中，磁隧道结单元主体110由固定磁性材料层(PL)105、隧道绝缘材料层107和自由磁性材料层(FL)109交替堆叠而成。所述磁隧道结单元主体110是三层或多层结构，其中所述磁隧道结单元主体110还可以包括：位于所述自由磁性材料层109表面的第一隧道绝缘材料层111，用于将所述自由磁性材料层109和顶部导电层113隔开；位于所述底部导电层101表面的第二隧道绝缘材料层103，用于将所述固定磁性材料层105和底部导电层101隔开。

其中，所述固定磁性材料层105的作用是磁化方向被固定，并与自由磁性材料层109的磁化方向进行对比，自由磁性材料层109的磁化方向可编程。在对磁性存取存储器进行写入操作时，自由磁性材料层109的磁化可编程为相对于固定磁性材料层105的磁化平行(逻辑“0”状态)，表现为低阻态；或者反平行(逻辑“1”状态)，表现为高阻态，从而实现两个存储状态。在“读取”的过程中，通过比较磁隧道结单元的电阻与标准单元的电阻，读出磁性随机存取存储器的状态。

然而，随着工艺节点的进一步减小，现有技术形成的磁存储器的可靠性低，无法进一步满足工业需求。

更多关于磁存储器中磁隧道结的结构请参考公开号为“US20070176251A1”的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种磁性材料层的形成方法及形成装置，形成的磁存储器的可靠性高。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种磁性材料层的形成方法，包括：

提供基底，所述基底包括用于形成磁性材料层的开口；

采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底开口的底部或部分侧壁的磁性材料层。

可选地，所述磁性材料层的材料为Co_xFe_yB_z，其中，0＜x，y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1。

可选地，所述采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底开口的底部或部分侧壁的磁性材料层的步骤包括：提供金属板，放置所述金属板于晶圆的开口上方；等离子态的氯气与所述金属板发生反应，形成气态的金属氯化物；所述气态的金属氯化物中的金属与基底的材料相结合，形成中间层；所述气态的金属氯化物与所述中间层反应，在所述基底开口的底部和部分侧壁形成磁性材料层。

可选地，形成所述等离子态的氯气的工艺参数包括：频率为2-4MHz，功率为200-500W，压力为0.01-0.1Torr，Cl₂的流量为200-1000sccm。

可选地，还包括：通入惰性气体作为等离子态的氯气的载体。

可选地，形成所述磁性材料层的工艺参数包括：温度为250-350℃，压力为0.01-0.1Torr。

可选地，还包括：采用惰性气体对所述磁性材料层进行净化处理。

可选地，所述惰性气体为Ar、He或N₂。

可选地，所述惰性气体的流量为500-3000sccm。

可选地，所述磁性材料层为固定磁性材料层时，所述基底还包括：位于所述开口底部和部分侧壁的底部电极层。

可选地，当所述磁性材料层为自由磁性材料层时，所述基底还包括：位于所述开口底部和部分侧壁的底部电极层，覆盖所述底部电极层表面的固定磁性材料层，覆盖所述固定磁性材料层表面的隧道绝缘材料层。

相应的，本发明的实施例提供了一种磁性材料层的形成装置，包括：