专利名称：磁性材料层的形成方法及形成装置的制作方法
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 TunnelJunction,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“O”状态)，表现为低阻态；或者反平行(逻辑“I”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CoxFeyBz，其中，0<x，y< 1，0彡z < 1，且x+y+z=I。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 °C，压力为
0.01—0.1Torr0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:第一反应腔，用于采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺在晶圆表面形成磁性材料层；第二反应腔，与所述第一反应腔相邻，用于对磁性材料层表面进行净化处理；旋转装置，包括旋转轴和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂，第一反应腔、第二反应腔位于以所述旋转轴作为中心点，旋转臂作为半径的圆周上，所述旋转臂通过旋转轴的旋转运送晶圆到第一反应腔或第二反应腔内。可选地，所述第一反应腔包括第一基台，用于放置待形成磁性材料层的晶圆；位于所述第一基台上方的夹持装置，用于夹持金属板。可选地，所述第二反应腔包括:第二基台，用于放置已形成有磁性材料层的晶圆；位于所述第二基台上方的气体喷头，所述气体喷头内具有多个小孔，用于通入惰性气体净化所述磁性材料层。可选地，还包括:源线圈，用于接收来自电源的电力，产生均匀的等离子；等离子腔室，用于接收源线圈产生的均匀的等离子，将气体等离子体化后通入第一反应腔。可选地，当多个所述第一反应腔、第二反应腔围绕成圆形至少为两个时，所述第一反应腔、第二反应腔交替的排列。可选地，相邻两个反应腔之间的距离相等。与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点:
采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层表面的磁性材料层，形成的所述磁性材料层的表面质量好，无需额外的化学机械抛光或刻蚀工艺，不会对基底和磁性材料层造成损伤，节省了工艺步骤，形成的磁存储器的可靠性高。进一步的，对所述磁性材料层进行净化处理。所述净化处理的步骤去除了附着在磁性材料层表面的杂质，使得形成的磁性材料层较为纯净，质量好，进一步保障了磁性材料层的质量，提高了磁存储器的性能。磁性材料层的形成装置，包括具有旋转轴和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂的旋转装置，使第一反应腔、第二反应腔位于以所述旋转轴作为中心点，旋转轴作为半径的圆周上；通过所述旋转装置中旋转轴的旋转，带动旋转臂旋转使其将晶圆运送到第一反应腔或第二反应腔内，原理和结构简单，自动化程度高。进一步的，包括多个交替设置的第一反应腔和第二反应腔，且所述多个交替设置的第一反应腔和第二反应腔围绕成圆形，旋转装置的旋转轴位于所述圆形的圆心，不仅结构紧凑，还可以同时在多个晶圆待形成磁性材料层的开口底部或部分侧壁形成金属层，利于实现生产线制造，提高了生产效率。
图1是现有技术的磁隧道结的剖面结构示意图；图2是本发明是实施例的形成的磁隧道结的剖面结构示意图；图3是本发明实施例的磁性材料层的形成方法的流程示意图；图4-图8是本发明实施例的磁性材料层的形成过程的剖面结构示意图；图9是本发明的实施例中磁性材料层的形成装置的俯视结构示意图；图10是图9沿A-Al方向的剖面结构示意图。
具体实施例方式正如背景技术所述，随着工艺节点的进一步减小，现有技术形成的存储器的可靠性低，无法进一步满足工业需求。经过研究，发明人发现，磁存储器的可靠性跟磁隧道结的结构有关，平面结构的磁隧道结的可靠性低于立体结构的磁隧道结的可靠性。然而，现有技术中受材料和工艺条件的制约，只能在超高真空(UHV)条件下，采用物理气相沉积工艺(PVD)形成磁隧道结，然而，由于物理气相沉积工艺(PVD)在形成立体结构的磁隧道结时表面质量较差，现有技术形成的磁隧道结多为平面结构，请参考图1，磁隧道结包括:磁性材料层(固定磁性材料层105和自由磁性材料层109)和磁隧道结的隧道绝缘材料层107。经过进一步研究，发明人发现，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺(MetalChloride Reduction Chemical Vapor Deposition,MCR-CVD),可以形成立体结构的磁隧道结。本发明的发明人发现，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺形成立体结构的磁隧道结时的工艺简单，形成的磁隧道结的表面质量好，磁存储器的可靠性高。相应的，本发明实施例的发明人提供了 一种立体结构的磁性材料层的形成方法及形成装置。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。请参考图2，图2示出了本发明实施例的立体结构的磁隧道结的结构，至少包括:半导体衬底200，所述半导体衬底200中具有开口(未标示)，用于形成磁隧道结；位于所述开口底部和部分侧壁的底部电极层201 ;覆盖所述底部电极层201的固定磁性材料层203 ；覆盖所述固定磁性材料层203表面的隧道绝缘材料层205 ;覆盖所述隧道绝缘材料层205表面的自由磁性材料层207 ;覆盖所述自由磁性材料层207的顶部电极层209。发明人发现，形成图2所示的立体结构的磁隧道结时，如果采用普通的物理气相沉积的方法形成磁性材料层(固定磁性材料层203和自由磁性材料层207)，其形成步骤包括:首先形成覆盖所述底部电极层201或隧道绝缘材料层205的磁性材料薄膜(未图示)；然后采用化学机械抛光(CMP)的方法平坦化所述磁性材料薄膜，最终形成磁性材料层。采用物理气相沉积的方法不仅形成的磁性材料层的表面质量差，而且工艺步骤多，容易损伤磁隧道结，形成的磁存储器的可靠性低。请参考图3，本发明实施例的磁性材料层的形成方法，包括:步骤S301，提供基底，所述基底包括用于形成磁性材料层的开口，覆盖所述开口底部和部分侧壁的底部电极层；步骤S302，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层表面的固定磁性材料层；步骤S303，形成覆盖所述固定磁性材料层表面的隧道绝缘材料层；步骤S304，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述隧道绝缘材料层表面的自由磁性材料层。具体请参考图4 -图8，图4-图8示出了本发明实施例的磁性材料层的形成过程的剖面结构示意图。请参考图4，提供基底300，所述基底300包括用于形成磁性材料层的开口 304，覆盖所述开口 304底部和部分侧壁的底部电极层301。所述基底300用于为后续工艺提供工艺平台。其中，所述开口 304定义出磁性材料层的大小和位置，所述开口 304的形成工艺为刻蚀工艺；所述底部电极301用于传递信号，所述底部电极层301的材料为导电性能好的材料，例如钽(Ta)。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，当所述磁性材料层为自由磁性材料层时，所述基底300包括:位于所述开口 304底部和部分侧壁的底部电极层301，覆盖所述底部电极层表面的固定磁性材料层(未图示)，覆盖所述固定磁性材料层表面的隧道绝缘材料层(未图示)。请参考图5，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层301表面的第一固定磁性材料薄膜303。所述第一固定磁性材料薄膜303用于后续和第二固定磁性材料薄膜、第三固定磁性材料薄膜共同形成固定磁性材料层。所述固定磁性材料层的材料为CoxFeyBz,其中,O
<X, y < 1,0彡z < I,且x+y+z = I。在本发明的实施例中，所述固定磁性材料层的材料为CoFeB，因此所述第一固定磁性材料薄膜303的材料为CoFeB。发明人发现，采用现有技术的物理气相沉积工艺(PVD)形成立体结构的第一固定磁性材料薄膜303时表面质量较差，并且需要增加化学机械抛光或刻蚀工艺，容易对用于后续形成磁性材料层的第一固定磁性材料薄膜303和基底300造成损伤。经过进一步研究，发明人发现，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺(MCR-CVD)，可以形成立体结构的磁隧道结，且形成工艺简单，形成的磁隧道结的表面质量好，磁存储器的可靠性高。因此，在本发明的实施例中，所述第一固定磁性材料薄膜303的形成工艺为还原金属氯化物的化学气相沉积工艺。所述还原金属氯化物的化学气相沉积工艺形成第一固定磁性材料薄膜303的步骤包括:提供第一金属板(未图示)，放置所述第一金属板于开口 304上方；等离子态的氯气与所述第一金属板发生反应，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内的底部电极层301表面的材料相结合，形成中间层(未图示)；所述气态的金属氯化物与所述中间层反应，在所述底部电极层301表面的第一固定磁性材料薄膜303。请参考图10，所述还原金属氯化物的化学气相沉积工艺在还原金属氯化物的第一反应腔510中进行，所述还原金属氯化物的第一反应腔510包括:第一基台401，用于放置待形成隧道绝缘材料层的晶圆403 ;位于所述第一基台401上方的夹持装置(未图示)，用于夹持第一金属板405。图5所述的还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，实际是将所述第一金属板中的金属转移到了开口 304内的底部电极层301表面，形成了第一固定磁性材料薄膜303。因此，所述第一金属板的材料选择应该遵循第一固定磁性材料薄膜303中材料的选择，为后续形成的固定磁性材料层中的材料。在本发明的实施例中，所述第一金属板的材料为CoxFeyBz,其中，0 <x,y<l,0i^z<l,且 x+y+z = I。结合参考图5和图10，为了便于在所述开口 304内的底部电极层301表面形成第一固定磁性材料薄膜303，所述第一金属板405放置在所述开口 304的上方，优选为正上方。并且，所述第一金属板405的尺寸大于所述开`口 304的尺寸。需要说明的是，通常晶圆(基底300)表面具有多个开口 304，用以形成若干个磁隧道结，所述第一金属板405的大小可以根据晶圆表面具有的所述开口的面积而定，或者根据晶圆的大小选择合适尺寸的金属板405。请继续参考图10，所述等离子态的氯气在等离子腔室407内形成，所述等离子腔室407与源线圈408相连，所述源线圈408接收来自电源的电力，产生均匀的等离子，所述等离子腔室407接收源线圈408产生的均匀的等离子，氧化氯气，使其变为等离子态。为使得形成装置的结构更加紧凑，本发明的实施例中，所述源线圈408设置在第一反应腔510顶壁的表面。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 500-2000sccm。在本发明的实施例中，形成等离子态的氯气的工艺参数为:频率为2.7MHz，功率为 300W，压力为 0.05Torr, Cl2 的流量为 500sccm。为了使形成的第一固定磁性材料薄膜303的质量好，等离子态的氯气与所述第一金属板405发生反应的工艺参数包括:温度为250-350°C，压力为0.01-0.1Torr。在本发明的实施例中，等离子态的氯气与所述第一金属板405发生反应的工艺参数为:温度为300 °C，压力为 0.05Torro发明人发现，所述等离子态的氯气进入第一反应腔510的速度较慢，为了加快其进入第一反应腔510的速度，在向所述第一反应腔510通入所述等离子态的氯气时，还包括:通入惰性气体作为等离子态的氯气的载体。所述惰性气体为Ar、He* N2，所述惰性气体的流量范围包括500-3000SCCm。在本发明的实施例中，所述惰性气体的流量为lOOOsccm。在本发明的一个实施例中，所述采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，在所述开口 304的底部电极层301表面形成第一固定磁性材料薄膜303的步骤包括:氯气在等离子腔室407中被等离子体化，形成等离子态的氯气；所述等离子态的氯气由作为载体的Ar、He或N2带入第一反应腔410中；所述等离子态的氯气首先和第一金属板405发生反应，形成气态的CoFeBCl ;所述气态的CoFeBCl中的CoFeB与底部电极层301表面的材料相结合，在所述底部电极层301表面形成中间层；所述气态的氯化钴继续和所述中间层发生反应，在底部电极层301表面形成第一固定磁性材料薄膜303。考虑到如果采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺一次形成固定磁性材料层时，形成的固定磁性材料层的质量较差，固定磁性材料层内部或表面容易产生杂质，后续形成的磁隧道结的性能差，稳定性低。因此，在本发明的实施例中，分次形成多个固定磁性材料薄膜，每一所述固定磁性材料薄膜的厚度小于5A,所述多个固定磁性材料薄膜共同构成固定磁性材料层。在本发明的实施例中，第一金属层303的厚度为3人。需要说明的是，为了使后续形成的固定磁性材料层的质量更好，在形成所述第一固定磁性材料薄膜303后，形成第二固定磁性材料薄膜之前，还包括:对所述第一固定磁性材料薄膜303表面进行净化处理。具体方法为:通入流量为500-3000sCCm的惰性气体，例如Ar、He或N2,去除所述第一固定磁性材料薄膜303表面的杂质。请参考图6，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述第一固定磁性材料薄膜303的第二固定磁性材料薄膜305。所述第二固定磁性材料薄膜305用于后续形成固定磁性材料层，所述第二固定磁性材料薄膜305的材料为CoxFeyBz,其中,O < x, y < 1,0彡z < I,且x+y+z = I。在本发明的实施例中，所述第二固定磁性材料薄膜305的材料与所述第一固定磁性材料薄膜303的材料相同，为CoFeB。 需要说明的是，所述第二固定磁性材料薄膜305的材料也可以不同于所述第一固定磁性材料薄膜303,即各固定磁性材料薄膜中Co、Fe、B的比例可以不相同。所述第二固定磁性材料薄膜305的形成工艺为还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，具体方法和步骤请参考本发明实施例中第一固定磁性材料薄膜303的方法和步骤。需要说明的是，为了使后续形成的固定磁性材料层的质量和磁性好，第二固定磁性材料薄膜305的厚度小于5A,并且在形成第二固定磁性材料薄膜305后，还包括对所述第二固定磁性材料薄膜305进行净化处理的步骤。在本发明的实施例中，第二固定磁性材料薄膜305的厚度为3A。请参考图7，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述第二固定磁性材料薄膜305表面的第三固定磁性材料薄膜307。所述第三固定磁性材料薄膜307的材料为CoxFeyBz，其中，O < x，y < 1，0彡z < 1，且x+y+z = I。在本发明的实施例中，所述第三固定磁性材料薄膜305的材料与所述第一固定磁性材料薄膜303、第二固定磁性材料薄膜305的材料相同，为CoFeB。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一固定磁性材料薄膜303、第二固定磁性材料薄膜305和所述第三固定磁性材料薄膜307的材料也可以各不相同，即各固定磁性材料薄膜中Co、Fe、B的比例可以不相同。所述第三固定磁性材料薄膜307的形成工艺为还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，具体方法和步骤请参考本发明实施例中第一固定磁性材料薄膜303、第二固定磁性材料薄膜305的方法和步骤。需要说明的是，为了使后续形成的固定磁性材料层的质量和磁性好，第三固定磁性材料薄膜307的厚度小于5A,并且在形成第三固定磁性材料薄膜307后，还包括对所述第三固定磁性材料薄膜307进行净化处理的步骤。在本发明的实施例中，第三固定磁性材料薄膜307的厚度为3A。上述步骤完成之后，所述第一固定磁性材料薄膜303、第二固定磁性材料薄膜305和第三固定磁性材料薄膜307共同构成了本发明实施例的磁隧道结中的固定磁性材料层308，所述固定磁性材料层308的厚度等于第一固定磁性材料薄膜303、第二固定磁性材料薄膜305和第三固定磁性材料薄膜307的厚度之和。在本发明的实施例中，所述固定磁性材料层308的厚度为9人。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以形成更多个固定磁性材料薄膜，以达到最终需要形成的所述固定磁性材料层308的厚度，在此不再赘述。
需要说明的是，在每形成一固定磁性材料薄膜后，均需要对所述固定磁性材料薄膜进行净化处理。请参考图8，形成覆盖所述固定磁性材料层308表面的隧道绝缘材料层309。所述隧道绝缘材料层309用于隔离所述固定磁性材料层308和后续形成的自由磁性材料层311。所述隧道绝缘材料层309的材料为氧化镁(MgO)。所述隧道绝缘材料层309的形成工艺可以为原子层沉积工艺或还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，在此不再赘述。请继续参考图8，形成覆盖所述隧道绝缘材料层309的自由磁性材料层311。所述自由磁性材料层311用于和固定磁性材料层308 —起实现磁存储器中信息的存储，所述自由磁性材料层311的材料为CoxFeyBz,其中，O < x,y < 1,0 ^ z < 1，且x+y+z=I。在本发明的实施例中，所述自由磁性材料层311的形成方法和所述固定磁性材料层308的形成方法相同，具体为:采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺形成位于所述隧道绝缘材料层309表面的多个自由磁性材料薄膜(未图示)，所述多个自由磁性材料薄膜共同构成自由磁性材料层311。更多关于自由磁性材料层311的形成工艺和步骤，请参考本发明实施例中有关固定磁性材料层308的形成工艺和步骤。需要说明的是，每形成一自由磁性材料薄膜后，均包括对所述自由磁性材料薄膜进行净化处理的步骤。请继续参考图9，形成覆盖所述自由磁性材料层311的顶部电极层313。所述顶部电极层313与底部电极层301相对应，以实现信号的传输。所述顶部电极层313的材料为导电性能好的材料，例如钽(Ta)。所述顶部电极层313的形成工艺已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。上述步骤完成之后，本发明实施例形成的具有立体结构的磁性材料层的制作完成。
本发明实施例的磁性材料层的形成方法中，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层表面的磁性材料层，形成的所述磁性材料层的表面质量好，无需额外的化学机械抛光或刻蚀工艺，不会对基底和磁性材料层造成损伤，节省了工艺步骤，形成的磁存储器的可靠性高。本发明实施例的磁性材料层的形成方法中，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，每次形成的磁性材料层的厚度较小，并对每次形成的磁性材料层进行了净化处理，最终形成的磁性材料层的质量好，最终形成的磁性材料层内部和表面没有杂质，进一步提高了磁存储器的性能。相应的，请参考图9，本发明的实施例还提供了一种磁性材料层的形成装置，包括用于形成磁性材料层的反应腔室，所述用于形成磁性材料层的反应腔室包括:第一反应腔510，用于采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺在晶圆表面形成磁性材料层；第二反应腔520，与所述第一反应腔510相邻，用于对磁性材料层表面进行净化处理；旋转装置515，包括旋转轴(未图示)和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂(未图示)，第一反应腔510、第二反应腔520位于以所述旋转轴作为中心点，旋转臂作为半径的圆周上，所述旋转臂通过旋转轴的旋转运送晶圆到第一反应腔510或第二反应腔520内。其中，相邻两个反应腔之间的距离相等。所述第一反应腔510、第二反应腔520可以为多个，多个所述第一反应腔510、第二反应腔520交替的排列成圆形。需要说明的是，本发明实施例的形成装置中，还包括:排气口 540，用于将废气排出，所述排气口 540具有多个，位于相邻两个反应腔之间，在此不再赘述。为了更详细的了解本发明实施例的形成装置的结构，请参考图10，图10为图9沿A-Al方向的剖面结构示意图。图10中包括第一反应腔510和第二反应腔520。其中，所述第一反应腔510包括:第一基台401，用于放置待形成磁性材料层(固定磁性材料层或自由磁性材料层)的第一晶圆403 ;位于所述第一基台401上方的夹持装置(未图不)，用于夹持第一金属板405。为了将氯气等离子体化形成等离子态的氯气，本发明实施例的形成装置还包括:源线圈408，用于接收来自电源的电力，产生均匀的等离子；等离子腔室407，与第一反应腔510相连，用于接收源线圈408产生的均匀的等离子，将气体等离子体化。在本发明的实施例中，所述源线圈408设置在第一反应腔510顶壁的表面，所述等离子腔室407用于等离子体化氯气，使其变成等离子体态，运送等离子态的氯气到达第一金属板405表面。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述等离子腔室407也可以集成在第一反应腔510的内部。所述第二反应腔520用于去除晶圆表面的杂质，包括:第二基台409，用于放置已形成有磁性材料层(例如第一固定磁性材料薄膜或第二固定磁性材料薄膜等)的第二晶圆411 ;位于所述第二基台409上方的气体喷头413，所述气体喷头413内具有若干小孔(未图示)，用于作为通入气体时的通道，且可以使本实施例中通入的惰性气体Ar、He或N2均匀作用于晶圆表面，去除晶圆表面的杂质。且为了便于调节第二反应腔520中惰性气体的流量，所述第二反应腔520还包括:调节惰性气体流量的流量控制器(未图示)。
本发明实施例的磁性材料层的形成装置，包括具有旋转轴和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂的旋转装置，使第一反应腔、第二反应腔位于以所述旋转轴作为中心点，旋转轴作为半径的圆周上；通过所述旋转装置中旋转轴的旋转，带动旋转臂旋转使其将晶圆运送到第一反应腔或第二反应腔内，原理和结构简单，自动化程度高，且为采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺形成磁性材料层提供了条件，本发明实施例的磁性材料层的形成装置结构简单，并且可以同时在多个晶圆表面形成磁性材料层，提高了生产效率。综上，采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层表面的磁性材料层，形成的所述磁性材料层的表面质量好，无需额外的化学机械抛光或刻蚀工艺，不会对基底和磁性材料层造成损伤，节省了工艺步骤，形成的磁存储器的可靠性闻。进一步的，对所述磁性材料层进行净化处理。所述净化处理的步骤去除了附着在磁性材料层表面的杂质，使得形成的磁性材料层较为纯净，质量好，进一步保障了磁性材料层的质量，提高了磁存储器的性能。磁性材料层的形成装置，包括具有旋转轴和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂的旋转装置，使第一反应腔、第二反应腔位于以所述旋转轴作为中心点，旋转轴作为半径的圆周上；通过所述旋转装置中旋转轴的旋转，带动旋转臂旋转使其将晶圆运送到第一反应腔或第二反应腔内，原理和结构简单，自动化程度高。进一步的，包括多个交替设置的第一反应腔和第二反应腔，且所述多个交替设置的第一反应腔和第二反应腔围绕成圆形，旋转装置的旋转轴位于所述圆形的圆心，不仅结构紧凑，还可以同时在多个晶圆待形成磁性材料层的开口底部或部分侧壁形成金属层，利于实现生产线制造，提高了生产效率。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一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 ； 其特征在于，还包括: 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。
2.如权利要求1所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，所述磁性材料层的材料为 CoxFeyBz,其中，O <x,y<l,0i^z<l,且 x+y+z = I。
3.如权利要求1所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，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。
4.如权利要求3所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，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_1000sccmo
5.如权利要求3所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，还包括:通入惰性气体作为等离子态的氯气的载体。
6.如权利要求3所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，形成所述磁性材料层的工艺参数包括:温度为250-350°C，压力为0.01-0.1Torr0
7.如权利要求1所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，还包括:采用惰性气体对所述磁性材料层进行净化处理。
8.如权利要求7所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，所述惰性气体为Ar、He或N2。
9.如权利要求7所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，所述惰性气体的流量为500_3000sccmo
10.如权利要求1所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，当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。
11.如权利要求1所述的磁性材料层的形成方法，其特征在于，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。
12.一种磁性材料层的形成装置，其特征在于，包括: 第一反应腔，用于采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺在晶圆表面形成磁性材料层； 第二反应腔，与所述第一反应腔相邻，用于对磁性材料层表面进行净化处理； 旋转装置，包括旋转轴和与所述旋转轴连接的至少一个旋转臂，第一反应腔、第二反应腔位于以所述旋转轴作为中心点，旋转臂作为半径的圆周上，所述旋转臂通过旋转轴的旋转运送晶圆到第一反应腔或第二反应腔内。
13.如权利要求12所述的磁性材料层的形成装置，其特征在于，所述第一反应腔包括第一基台，用于放置待形成磁性材料层的晶圆；位于所述第一基台上方的夹持装置，用于夹持金属板。
14.如权利要求12所述的磁性材料层的形成装置，其特征在于，所述第二反应腔包括:第二基台，用于放置已形成有磁性材料层的晶圆；位于所述第二基台上方的气体喷头，所述气体喷头内具有多个小孔，用于通入惰性气体净化所述磁性材料层。
15.如权利要求12所述的磁性材料层的形成装置，其特征在于，还包括:源线圈，用于接收来自电源的电力，产生均匀的等离子；等离子腔室，用于接收源线圈产生的均匀的等离子，将气体等离子体化后通入第一反应腔。
16.如权利要求15所述的磁性材料层的形成装置，其特征在于，当多个所述第一反应腔、第二反应腔至少为两个时，所述第一反应腔、第二反应腔交替的排列。
17.如权利要求12所述的磁性材料层的形成装置，其特征在于，相邻两个反应腔之间的 距离相等。
全文摘要
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，覆盖所述开口底部和部分侧壁的底部电极层；采用还原金属氯化物的化学气相沉积工艺，形成覆盖所述基底的底部电极层表面的磁性材料层。形成的磁性材料层的质量好，最终形成的磁隧道结的性能好，磁存储器的稳定性高。相应的，本发明的实施例还提供了一种磁性材料层的形成装置，为上述磁性材料层的形成方法提供了条件，且结构简单，生产效率高。
文档编号C23C16/38GK103137859SQ201110397659
公开日2013年6月5日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者三重野文健 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司