[發明專利]一種磁性隨機存取存儲器磁性隧道結層制造方法

有效

• 申請號: 201010285719.6
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102403451A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 吳磊;倪景華;李錦;于書坤;鄒立
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及磁性隨機存取存儲器制造領域，特別涉及一種磁性隨機存取存儲器磁性隧道結層制造方法。

背景技術

MRAM(Magnetic?Random?Access?Memory)是一種非揮發性的磁性隨機存儲器。它擁有靜態隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫入能力，以及動態隨機存儲器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以無限次地重復寫入。MRAM通常包括用作開關的晶體管T和核心結構磁隧道結MTJ(Magnetic?Tunnel?Junction)結構，MTJ結構包括下部導電層、MTJ層和上部覆蓋層，其中，MTJ層由磁性材料層和絕緣材料層接替堆疊而成。在工作時，由于不同的電信號，會引起磁性材料層上磁化方向的不同，使MTJ結構呈現出不同的電阻值，從而實現記錄“0”或“1”這兩種存儲狀態。

請參看圖1，圖1為現有技術的MRAM結構示意圖。如圖1所示，包括柵極120和字線130形成在半導體襯底100上，之后，源極區111和漏極區112分別形成在柵極120的兩側，從而形成了具有開關功能的晶體管。在圖1中，層間介電層101形成在已經在其上形成有晶體管的半導體襯底上，以完全覆蓋晶體管。接觸孔140形成在層間介電層101中，漏極區112經過該孔暴露出來。接觸孔140填充有與層間介電層101高度相同的導電插塞，之后沉積第一層金屬層間介質層并在該第一金屬層間介質層上開溝槽，并填充金屬Cu作為MTJ結構的底電極150。底電極150形成在數據線130上方。MTJ結構160形成在底電極150的上表面與數據線130相應的預定區域上，然后，形成第二金屬層間介電層，并先后刻蝕出通孔和溝槽，以填充金屬Cu作為頂電極180。

現有技術中，MTJ結構中的下部導電層、MTJ層和上部覆蓋層順序形成在底電極150的預定區域上；之后在MTJ結構上形成掩模圖案，以定義形成MTJ結構的位置；此后，以掩模圖案作為蝕刻掩模順序蝕刻下部導電層、MTJ層和上部覆蓋層；最后除掉掩模圖案，從而完成MTJ結構。

但現有技術中，在襯墊導電層上沉積形成MTJ結構時，為避免因在襯底的邊緣形成MTJ結構，導致最終蝕刻MTJ結構時無法將位于襯底邊緣的MTJ結構蝕刻干凈，因此如圖2所示，現有技術中在襯底上形成MTJ結構160時即在襯底的四周設置掩模200，以防止在襯底的四周形成MTJ結構。掩模200同襯底四周相重疊的寬度為D。但由于形成MTJ結構160通常采用物理氣相沉積方法，在掩模200之下還是會形成一小部分的MTJ結構160。為確保沉積形成的MTJ結構160中的各種金屬不會擴散至后續工藝制程的工藝腔內，MTJ結構160中上部覆蓋層用以將其下的下部導電層和MTJ層包裹覆蓋。但現有技術中在掩模200之下形成的那一小部分下部導電層和MTJ層上最終形成的上部覆蓋層非常的薄，從而無法將下部導電層和MTJ層包裹住，容易造成MTJ結構160中的金屬在后續工藝制程中擴散至工藝腔內。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種磁性隨機存取存儲器磁性隧道結層制造方法，以解決現有技術在沉積MTJ結構時，上部覆蓋層無法將下部導電層和MTJ層包裹住，容易造成MTJ結構中的金屬在后續工藝制程中擴散至工藝腔內的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種磁性隨機存取存儲器磁性隧道結層制造方法，包括：

提供襯底，襯底上包括已經形成的晶體管，以及晶體管上方形成的數據線和MTJ結構的底電極；

在襯底上沉積MTJ結構，所述MTJ結構包括下部導電層、MTJ層和上部覆蓋層，所述MTJ層是由磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結構；沉積所述MTJ結構時，首先，在所述襯底上設置用以對襯底四周進行去邊遮蔽的第一掩模；其次，在所述第一掩模的遮蔽下，在所述襯底上依次沉積形成MTJ結構的下部導電層和MTJ層，沉積完成后撤除所述第一掩模；再次，在所述襯底上設置同樣用以對襯底四周進行去邊遮蔽的第二掩模，所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度小于所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度；再次，在所述第二掩模的遮蔽下，在已沉積形成的下部導電層和MTJ層的襯底之上沉積上部覆蓋層；最后撤除所述第二掩模；

在MTJ結構上形成掩模圖案并以所述掩模圖案為遮蔽對所述MTJ結構依次進行刻蝕，最后去除掩模圖案形成最終的MTJ結構。

可選的，所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度與所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度之差在0.5mm至5mm之間。

可選的，所述上部覆蓋層的厚度為200埃至1000埃。

可選的，所述下部導電層和上部覆蓋層均由金屬導電材質形成。