[发明专利]磁性隧道结器件及方法

说明书

本公开涉及磁性隧道结器件及方法。在实施例中，一种器件包括磁阻式随机存取存储器单元，该磁阻式随机存取存储器单元包括：底部电极；基准层，位于底部电极之上；隧道阻挡层，位于基准层之上，隧道阻挡层包括镁和氧的第一组合物；自由层，位于隧道阻挡层之上，自由层具有比基准层更小的矫顽力；帽盖层，位于自由层之上，帽盖层包括镁和氧的第二组合物，镁和氧的第二组合物具有比镁和氧的第一组合物更高的氧原子浓度和更小的镁原子浓度；以及顶部电极，位于帽盖层之上。

技术领域

本公开涉及磁性隧道结器件及方法。

背景技术

半导体存储器用于电子应用的集成电路中，所述电子应用包括例如收音机、电视、手机和个人计算设备。半导体存储器的一种类型是磁阻式随机存取存储器(MRAM)，其涉及结合半导体技术和磁性材料和器件的自旋电子设备。电子的自旋，通过它们的磁化作用，被用来表示比特码。MRAM单元通常包括磁性隧道结(MTJ)元件，其包括由薄绝缘体隔开的两个铁磁体。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：衬底，包括有源器件；第一金属间电介质IMD层；第一导电特征，延伸穿过所述第一IMD层，所述第一导电特征电气地耦合到所述有源器件；底部电极，位于所述第一导电特征之上；磁性隧道结元件，包括：基准层，位于所述底部电极之上；隧道阻挡层，位于所述基准层之上，所述隧道阻挡层包括氧化镁；自由层，位于所述隧道阻挡层之上；以及帽盖层，位于所述自由层之上，所述帽盖层包括氧化镁，所述帽盖层的氧化镁比所述隧道阻挡层的氧化镁被更多地氧化；顶部电极，位于所述帽盖层之上；第二IMD层，位于所述顶部电极之上；以及第二导电特征，延伸穿过所述第二IMD层，所述第二导电特征接触所述顶部电极。

根据本公开的另一实施例，提供了一种半导体器件，包括：磁阻式随机存取存储器单元，包括：底部电极；基准层，位于所述底部电极之上；隧道阻挡层，位于所述基准层之上，所述隧道阻挡层包括镁和氧的第一组合物；自由层，位于所述隧道阻挡层之上，所述自由层具有比所述基准层更小的矫顽力；帽盖层，位于所述自由层之上，所述帽盖层包括镁和氧的第二组合物，所述镁和氧的第二组合物具有比所述镁和氧的第一组合物更高的氧原子浓度和更小的镁原子浓度；以及顶部电极，位于所述帽盖层之上。

根据本公开的又一实施例，提供了一种用于形成半导体器件的方法，包括：在衬底之上形成底部电极层；在所述底部电极层之上形成接地层；在所述接地层之上形成晶种层；在所述晶种层之上形成基准层；通过射频RF溅射来溅射氧化镁，在所述基准层之上形成隧道阻挡层；在所述隧道阻挡层之上形成自由层；通过对镁进行重复沉积和氧化来在所述自由层之上形成帽盖层；在所述帽盖层之上形成顶部电极层；以及对所述顶部电极层、所述帽盖层、所述自由层、所述隧道阻挡层、所述基准层、所述晶种层、所述接地层和所述底部电极层进行图案化以形成磁阻式随机存取存储器单元。

附图说明

当与附图一起阅读时，根据以下详细描述将最好地理解本公开的各个方面。要注意的是，根据行业标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述的清楚，可以任意增大或减小各种特征的尺寸。

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视图。

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

图19是根据一些实施例的用于制造半导体器件的示例方法的流程图。

图20是处理工具的框图。

图21是根据一些其他实施例的用于制造半导体器件的示例方法的流程图。

具体实施方式