用于新興存儲裝置的電介質(zhì)修復(fù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理襯底的系統(tǒng)和方法，更具體而言涉及用于在金屬蝕刻和/或清洗之后修復(fù)諸如存儲裝置之類的半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本文所提供的背景描述是為了總體上呈現(xiàn)發(fā)明的內(nèi)容。當(dāng)前所冠名的發(fā)明人的工作(一定程度上在該背景部分中有所描述)以及在申請時(shí)可能沒有資格作為現(xiàn)有技術(shù)的本說明書的方面，既不能明顯地也不能隱含地被當(dāng)做針對本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]電子設(shè)備使用包括存儲器的集成電路來存儲數(shù)據(jù)。在電子設(shè)備中常用的一種存儲器類型是動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)。DRAM將數(shù)據(jù)的每個(gè)位存儲在集成電路內(nèi)部的獨(dú)立的電容器中。該電容器能夠被充電或放電，其代表了一個(gè)位的兩個(gè)值。由于非傳導(dǎo)晶體管泄漏，因此電容器將緩慢放電，并且信息最終消失，除非電容器充電被定期刷新。
[0004]相比于在靜態(tài)RAM (SRAM)中的四個(gè)或六個(gè)晶體管，每個(gè)DRAM單元包括晶體管和電容器。這使得DRAM達(dá)到非常高的存儲密度。不像快閃存儲器，DRAM是易失性存儲器(相對于非易失性存儲器)，因?yàn)楫?dāng)電源被移除時(shí)數(shù)據(jù)丟失。
[0005]一些新興的存儲設(shè)備是DRAM的潛在替代品。例如，DRAM替代品包括非易失性RAM (NVRAM)設(shè)備，諸如電阻式 RAM (RRAM 或 ReRAM)、磁阻式 RAM (MRAM)、鐵電式 RAM (FRAM或FeRAM)，自旋轉(zhuǎn)移矩式RAM(STT-RAM)以及相變式RAM(PC-RAM)。雖然下面的描述涉及STT-RAM，但該描述適用于其它類型的NVRAM設(shè)備。
[0006]襯底處理系統(tǒng)被用于在諸如半導(dǎo)體晶片之類的襯底上沉積和蝕刻膜層。在處理期間可以使用光致抗蝕劑和/或硬掩模層以在蝕刻期間保護(hù)半導(dǎo)體晶片的下伏層。在金屬蝕刻完成后，光致抗蝕劑和/或硬掩模層被除去。在某些情況下，光致抗蝕劑或硬掩模層可能在金屬蝕刻和/或清潔期間不能完全保護(hù)下伏層，下伏層中的一個(gè)或多個(gè)的部分可能被損壞，這可能導(dǎo)致層材料中的缺陷，或者可能導(dǎo)致存儲裝置中的缺陷。
[0007]現(xiàn)在參考圖1A至1C，其示出了 MRAM蝕刻工序的一個(gè)例子。在圖1A中，MRAM堆疊10包括襯底14、氧化物層18、底部電極22、固定磁性層26、磁隧道結(jié)(MTJ)層30、自由磁性層32、頂部電極34、和光致抗蝕劑掩模38。在圖1B中，MRAM堆疊10在蝕刻了頂部電極34和自由磁性層32之后被示出。圖1C中，硬掩模42沉積在自由磁性層32、頂部電極34和光致抗蝕劑掩模38之上。在后續(xù)步驟中，硬掩模42被用于蝕刻包括氧化物層18、底部電極
22、固定磁性層26以及MTJ 30的其余層。
[0008]現(xiàn)在參考圖2，示出了 SST-RAM堆疊50的一個(gè)例子。STT-RAM堆疊50可包括難以蝕刻的非揮發(fā)性金屬。STT-RAM堆疊50包括含有鉭(Ta)和/或氮化鉭(TaN)的組合物的底部電極52。STT-RAM堆疊50還包括含有鉑(Pt)、錳(Mn)、鈷(Co)、鐵(Fe)和釕(Ru)的組合物的固定的或釘扎的磁性多層54。STT-RAM堆疊50還包括自由磁性多層60，該自由磁性多層60含有鎳(Ni)、鐵、鈷、鈀(Pd)、硼(B)和釕的組合物。STT-RAM堆疊50還包括含有Ta和/或TaN的頂部電極62。所述多層被沉積為薄膜，并被蝕刻以形成垂直柱。這僅僅是一個(gè)例子，對于STT-RAM堆疊而言，其他材料組合也是可能的。
[0009]兩個(gè)磁性多層通過MTJ層66彼此分離，該MTJ層66通常由如氧化鎂(MgO)或氧化鋁(A1203)之類的電介質(zhì)材料構(gòu)成。用于所述MTJ層66的電介質(zhì)材料可以是非常高的品質(zhì)的且結(jié)晶的電介質(zhì)材料，自旋極化電流通過該電介質(zhì)材料行進(jìn)，以切換自由磁性多層60的磁性。用于所述MTJ層66的電介質(zhì)材料可以通過暴露于諸如鹵化物、氧氣、氫氣或其它蝕刻物之類的等離子體蝕刻物質(zhì)而被蝕刻或者說被損害。另外，在STT-RAM堆疊50中的材料可以在暴露于濕氣和含水處理時(shí)被降解。例如，含鐵層(或其它易氧化金屬)會在暴露于氧氣、濕氣或其它含水處理時(shí)被降解。用于MTJ層66的電介質(zhì)材料還在蝕刻期間對于任何側(cè)壁沉積敏感，因?yàn)榻饘俪练e物可能導(dǎo)致短路。
[0010]由于在STT-RAM堆疊50中的含金屬層和MTJ層66對損傷敏感，因此可以在創(chuàng)建垂直支柱所需的金屬蝕刻和/或清潔步驟期間使用有限數(shù)量的處理和化學(xué)品。典型的化學(xué)限制包括無鹵化物、氫、氧或水溶液。化學(xué)限制取消了用于金屬蝕刻或電介質(zhì)沉積處理的許多常見化學(xué)物質(zhì)。此外，通常期望具有集成的沉積和蝕刻系統(tǒng)，以便堆疊可以在暴露于空氣之前被封裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]—種方法包括提供包括多個(gè)層的非易失性隨機(jī)存取存儲器(NVRAM)堆疊。所述多個(gè)層包括電介質(zhì)層和金屬層。圖案化所述NVRAM堆疊的所述金屬層。所述圖案化對所述電介質(zhì)層的橫向側(cè)部造成損害。所述電介質(zhì)層的所述橫向部分是通過沉積電介質(zhì)材料在所述電介質(zhì)層的所述橫向側(cè)部來修復(fù)。
[0012]在其他特征中，修復(fù)所述電介質(zhì)層包括使用可流動膜沉積來沉積所述電介質(zhì)材料。所述可流動膜沉積包括在使電介質(zhì)前體水解之后，使其縮合以形成網(wǎng)絡(luò)狀電介質(zhì)。
[0013]在其他特征中，修復(fù)所述電介質(zhì)層包括使用選擇性原子層沉積(ALD)處理和選擇性化學(xué)氣相沉積(CVD)處理中的至少一種來沉積所述電介質(zhì)材料。相對于所述金屬層，所述選擇性ALD處理和所述選擇性CVD處理中的至少一個(gè)優(yōu)先沉積膜在所述電介質(zhì)層上。相比于所述金屬層，對于所述電介質(zhì)層而言，所述選擇性ALD處理和所述選擇性CVD處理中的至少一個(gè)具有較短的成核延遲期。
[0014]在其他特征中，所述NVRAM堆疊包括電阻式RAM、磁阻式RAM、鐵電式RAM、自旋轉(zhuǎn)移矩式RAM(spin_transfer torque RAM)和相變式RAM的其中之一。所述方法進(jìn)一步包括在圖案化處理之后且在修復(fù)之前清潔所述NVRAM堆疊。所述清潔包括下述步驟中的至少一個(gè):去除在所述NVRAM堆疊的至少一部分上的金屬殘留物；以及去除在所述NVRAM堆疊的至少一部分上的非金屬蝕刻殘留物。
[0015]在其他特征中，所述方法包括在圖案化之后且在修復(fù)之前預(yù)處理所述NVRAM堆疊。所述預(yù)處理包括下述步驟中的至少一個(gè):對所述NVRAM堆疊的一部分創(chuàng)建表面終止；以及對所述NVRAM堆疊的一部分添加表面物質(zhì)或原子層。
[0016]在其他特征中，所述表面物質(zhì)或原子層被沉積在所述電介質(zhì)層上以增強(qiáng)所述電介質(zhì)材料的沉積。所述表面物質(zhì)或原子層被沉積在所述金屬層上以阻止所述電介質(zhì)材料在所述金屬層上沉積。
[0017]在其他特征中，所述NVRAM堆疊包括自旋轉(zhuǎn)移矩式RAM。所述NVRAM堆疊包括由對應(yīng)于所述電介質(zhì)層的磁性隧道結(jié)(MTJ)層分離的第一和第二磁性多層堆疊。所述MTJ層包括氧化鎂(MgO)和氧化鋁(A1203)中的一種。
[0018]在其他特征中，所述方法包括在所述修復(fù)之后固化所述電介質(zhì)材料。所述固化包括熱處理和紫外線(UV)輔助熱處理中的至少一個(gè)。所述固化至少啟動或完成所述電介質(zhì)材料的化學(xué)轉(zhuǎn)換。所述固化執(zhí)行所述電介質(zhì)材料與所述電介質(zhì)層的電介質(zhì)交聯(lián)。所述固化啟動所述電介質(zhì)材料的電介質(zhì)再結(jié)晶。
[0019]在其他特征中，所述電介質(zhì)層包括第一電介質(zhì)材料。在修復(fù)期間，所述NVRAM堆疊的所述電介質(zhì)層通過蝕刻被橫向凹陷以去除所述第一電介質(zhì)材料的一部分。所述方法包括用第二電介質(zhì)材料替換所述第一電介質(zhì)材料的已去除部分。
[0020]在其他特征中，所述NVRAM堆疊包括自旋轉(zhuǎn)移矩式RAM，并且所述NVRAM堆疊包括由對應(yīng)于所述電介質(zhì)層的磁性隧道結(jié)(MTJ)分離的第一和第二磁性多層堆疊。所述方法包括在使用期間使隧道電流流過所述電介質(zhì)材料。
[0021 ] 在其他特征中，蝕刻以使所述電介質(zhì)層橫向凹陷包括濕法蝕刻或干法蝕刻中的至少一種。所述圖案化和電介質(zhì)修復(fù)是在單個(gè)襯底處理工具中的一個(gè)或多個(gè)模塊中執(zhí)行，而不插入對空氣的暴露。
[0022]一種襯底處理工具包括第一處理站，其用來接收包括多個(gè)層的非易失性隨機(jī)存取存儲器(NVRAM)堆疊。所述多個(gè)層包括電介質(zhì)層和金屬層。所述第一處理站圖案化所述NVRAM堆疊的所述金屬層。所述圖案化對所述電介質(zhì)層的橫向側(cè)部造成損害。第二處理站通過沉積電介質(zhì)材料在所述電介質(zhì)層的所述橫向側(cè)部來修復(fù)所述電介質(zhì)層的所述橫向部分。
[0023]在其他特征中，所述第二處理站通過使用可流動膜沉積沉積所述電介質(zhì)材料來修復(fù)所述電介質(zhì)層。所述可流動膜沉積包括在使電介質(zhì)前體水解之后，使其縮合以形成網(wǎng)絡(luò)狀電介質(zhì)。所述第二處理站通過使用選擇性原子層沉積(ALD)處理和選擇性化學(xué)氣相沉積(CVD)處理中的至少一種沉積所述電介質(zhì)材料來修復(fù)所述電介質(zhì)層。
[0024]在其他特征中，相對于所述金屬層，所述選擇性ALD處理和所述選擇性CVD處理中的至少一個(gè)優(yōu)先沉積膜在所述電介質(zhì)層上。相比于所述金屬層，對于所述電介質(zhì)層而言，所述選擇性ALD處理和所述選擇性CVD處理中的至少一個(gè)具有較短的成核延遲期。所述NVRAM堆疊包括電阻式RAM、磁阻式RAM、鐵電式RAM、自旋轉(zhuǎn)移矩式