磁阻存儲器的形成方法

2023-06-26 08:10:46

專利名稱：磁阻存儲器的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種磁阻存儲器的形成方法。
背景技術：
(MRAM, Magnetoresistive Random Access Memory)
揮發性存儲器(NVM，Non-volatile Memory)，磁阻存儲器具有高集成密度、高響應速度以及可多次擦寫(write endurance)等特點，由於閃速存儲器(Flash Memory)的特徵尺寸並不能無限制減小，因此隨著工藝水平的提高，磁阻存儲器可能成為存儲器領域的主流產品。磁阻存儲器中的核心部件是磁隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)，該部件是一個三層的疊層結構，中間為絕緣層，上下兩層為磁性材料層，其中，下層的磁性材料層的磁矩方向一般是固定的，上層的磁性材料層的磁矩方向是可變的，受電信號的控制，當上下兩層磁性材料層的磁矩方向一致時，表現為低阻態，當上下兩層磁性材料層的磁矩方向相反時，表現為高阻態，從而實現了兩個存儲狀態。

圖1至圖6示出了現有技術的一種MRAM的形成方法。參考圖1，提供基底100，所述基底100中形成有底電極101和互連結構103，所述底電極101上形成有磁隧道結102。其中，所述基底100中還可以形成有半導體器件，如MOS 電晶體，以及其他互連結構。參考圖2，在所述基底100上形成介質層104，所述介質層104覆蓋所述基底100、 底電極101、磁隧道結102和互連結構103。所述介質層104的形成過程可以是在所述基底 100表面沉積介質材料，並進行平坦化。參考圖3，對所述介質層104進行刻蝕，在所述磁隧道結102和互連結構103上方分別形成第一開口 105和第二開口 106。所述第一開口 105和第二開口 106的形成方法可以是在所述介質層104上形成光刻膠層並圖形化，之後以所述圖形化後的光刻膠層為掩膜進行刻蝕，形成所述第一開口 105和第二開口 106。參考圖4，在所述第一開口和第二開口中分別填充形成栓塞10 和栓塞106a，所述栓塞I05a與所述磁隧道結102電連接，所述栓塞106a與所述互連結構103電連接。所述栓塞10 、磁隧道結102和底電極101共同構成了一個磁阻存儲器的存儲單元，在實際應用中，通過所述栓塞10 和底電極101對所述磁隧道結102施加電信號，對其進行寫或者
讀操作。為了降低磁阻存儲器的功耗，往往減小所述磁隧道結102的特徵尺寸(CD， critical dimension)，以降低流經所述磁隧道結102的驅動電流。參考圖5，減小所述磁隧道結102的特徵尺寸會造成所述磁隧道結102特徵尺寸小於第一開口 105'的特徵尺寸，而且第一開口 105'的深度要小於第二開口 106的深度，即對於形成第一開口 105'的刻蝕過程來說，應該早結束。然而由於形成所述第一開口 105'和第二開口 106是同一步刻蝕工藝中形成的，難以精確控制各自開口的不同刻蝕時間，通常他們會同時結束，這樣就造成第一開口 105'過刻蝕，隨著形成開口 106的刻蝕過程的繼續進行，形成所述第一開口 105'的刻蝕過程也會繼續進行，這樣就會使得第一開口 105'底部暴露出所述底電極101，由於後續需要在第一開口 105'和第二開口 106內填充導電材料形成栓塞，會導致磁隧道結102 下的底電極101與後續形成的栓塞短路，具體請參考圖6，在所述第一開口 105'和第二開口 106中填充導電材料形成栓塞10 '和栓塞106a後，所述栓塞10 '與所述底電極101 短路，使得該存儲單元失效。專利號為6097625的美國專利中公開了一種磁阻存儲器，但同樣沒有解決上述問題。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種磁阻存儲器的形成方法，避免磁隧道結上方的栓塞與底電極短路。為解決上述問題，本發明提供了一種磁阻存儲器的形成方法，包括提供基底，所述基底中並列形成有底電極和互連結構，所述底電極上形成有磁隧道結；形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋所述基底、底電極、磁隧道結和互連結構；在所述第一介質層上直接形成第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述第一介質層，所述第二介質層的材料不同於所述第一介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述磁隧道結和互連結構上方分別形成第一開口和第二開口，所述第一開口和第二開口暴露所述第一介質層；對所述第一開口和第二開口底部的第一介質層刻蝕後形成第一通孔和第二通孔， 所述第一通孔和第二通孔分別暴露出所述磁隧道結和互連結構；分別在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞，所述第一介質層位於所述磁隧道結側壁部分的厚度滿足
權利要求
1.一種磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，包括提供基底，所述基底中並列形成有底電極和互連結構，所述底電極上形成有磁隧道結；形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋所述基底、底電極、磁隧道結和互連結構； 在所述第一介質層上直接形成第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述第一介質層，所述第二介質層的材料不同於所述第一介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述磁隧道結和互連結構上方分別形成第一開口和第二開口，所述第一開口和第二開口暴露所述第一介質層；對所述第一開口和第二開口底部的第一介質層刻蝕後形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分別暴露出所述磁隧道結和互連結構； 分別在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞， 所述第一介質層位於所述磁隧道結側壁部分的厚度滿足
2.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，還包括，形成頂電極， 所述頂電極經由所述磁隧道結上方的栓塞與所述磁隧道結電連接。
3.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述第一介質層的材料選自氮化矽和氧化矽中的一種，所述第二介質層的材料選自氮化矽和氧化矽中的另一種。
4.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述第一介質層的材料選自黑鑽石和摻氮碳化矽中的一種，所述第二介質層的材料選自黑鑽石和摻氮碳化矽中的另一種。
5.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述第一開口和第二開口的形成過程包括在所述第二介質層上形成光刻膠層並圖形化；以所述圖形化的光刻膠層為掩膜對所述第二介質層進行刻蝕，形成所述第一開口和第二開口。
6.根據權利要求5所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述對所述第一開口和第二開口底部的第一介質層刻蝕後形成第一通孔和第二通孔包括仍以所述圖形化的光刻膠層為掩膜對所述第一介質層進行刻蝕，形成所述第一通孔和第二通孔。
7.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述互連結構為雙大馬士革工藝形成的栓塞結構。
8.根據權利要求1所述的磁阻存儲器的形成方法，其特徵在於，所述磁隧道結為磁性材料層與絕緣材料層交替堆疊的多層結構。
全文摘要
一種磁阻存儲器的形成方法，包括提供基底，所述基底中並列形成有底電極和互連結構，所述底電極上形成有磁隧道結；形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋所述基底、底電極、磁隧道結和互連結構；在所述第一介質層上直接形成第二介質層，所述第二介質層覆蓋所述第一介質層，所述第二介質層的材料不同於所述第一介質層；刻蝕所述第二介質層，在所述磁隧道結和互連結構上方分別形成第一開口和第二開口；對所述第一開口和第二開口底部的第一介質層刻蝕後形成第一通孔和第二通孔；分別在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞，所述第一介質層位於所述磁隧道結側壁部分的厚度滿足本發明避免了栓塞與底電極之間的短路問題。
文檔編號H01L43/12GK102376875SQ20101026744
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者於書坤, 倪景華, 吳磊, 李錦 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司