[發明專利]磁阻存儲器的形成方法

有效

• 申請號: 201310009261.5
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103928608B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 李海艇;黃河
• 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: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別設計一種磁阻存儲器的形成方法。

背景技術

磁阻存儲器（Magnetic Random Access Memory，MRAM）是一種固體存儲器，包括多個作為信息記錄載體的磁性隧道結（MTJ）或磁性隧道結（MTJ）陣列，所述磁性隧道結兩側形成有字線和位線，所述字線和位線通常位于相鄰的兩層金屬互連線結構中。也就是說，磁性隧道結位于字線與位線之間，即位于兩相鄰金屬互連線結構之間。所述磁性隧道結包括栓固磁層、自由磁層、及位于所述栓固磁層與自由磁層之間的隧穿阻擋層，所述栓固磁層具有固定磁性方向。當字線和位線中流過電流產生電流磁場，將磁化所述自由磁層，改變所述自由磁層的磁化方向。當所述自由磁層的磁化方向與所述栓固磁層的固定磁性方向相同時，所述磁性隧道結處于平行狀態，所述磁性隧道結具有低阻值，這種狀態為“0”狀態；當所述自由磁層的磁化方向與所述栓固磁層的固定磁性方向相反時，則所述磁性隧道結處于反平行狀態，所述磁性隧道結具有高阻值，這種狀態為“1”狀態。這種磁性隧道結的寫入方法為磁場感應寫入。

在現有技術中，通常在字線和位線的兩側和底部形成有由磁性材料層構成的襯墊層，具有防止磁場泄漏的作用，即，用于防止字線和位線產生的電流磁場對相鄰其他存儲單元造成“寫入干擾”。另外，所述襯墊層還可以“聚集”電流磁場于磁性隧道結，抑制電流磁場的“離散”，從而增強作用于磁性隧道結的電流磁場的磁場強度，降低字線和位線中流過的電流，并降低存儲器的功耗

在現有技術中，形成具有襯墊層的字線或位線的方法，包括：參照圖1，在襯底上形成金屬互連層（未示出）和金屬間介質層10，在金屬間介質層10上形成有阻擋層11，通常選擇氮化硅；參照圖2，在阻擋層11和金屬間介質層10中形成溝槽12；參照圖3，沉積襯墊材料層13、布線層14，覆蓋阻擋層11、填充溝槽12；參照圖4，使用化學機械拋光（CMP），去除高出阻擋層的襯墊材料層、布線層，在溝槽12的側壁和底部形成襯墊層15，在溝槽12中的剩余布線層為布線16，可以作為字線或位線；參照圖5，沉積介質層17，覆蓋金屬間介質層10、布線16和襯墊層15的暴露部分。

但是，使用現有技術的字線或位線形成的磁阻存儲器的性能不佳。

更多的可以參考2005年11月17日公開的公開號為US20050254294A1的美國專利文獻中提供的一種磁阻存儲器結構。

發明內容

本發明解決的問題是使用現有技術的字線或位線形成的磁阻存儲器的性能不佳。

為解決上述問題，本發明提供一種新的磁阻存儲器的形成方法，包括：

提供半導體襯底，在所述襯底上形成有金屬間介質層；

在所述金屬間介質層中形成溝槽；

形成襯墊材料層、位于所述襯墊材料層上的布線層，覆蓋所述金屬間介質層、填充所述溝槽；

去除高出所述金屬間介質層上的襯墊材料層的布線層，剩余溝槽中的布線層，為布線；

形成覆蓋層，覆蓋所述布線和溝槽側壁的襯墊材料層；

去除未被覆蓋層覆蓋的襯墊材料層，剩余的襯墊材料層為襯墊層；

去除未被覆蓋層覆蓋的襯墊材料層后，在所述布線上形成磁性隧道結。

可選的，形成覆蓋層的方法，包括：

沉積覆蓋材料層，覆蓋金屬間介質層；

圖形化所述覆蓋材料層，形成覆蓋層。

可選的，沉積覆蓋材料層的方法為化學氣相沉積。

可選的，所述覆蓋層也覆蓋緊鄰所述溝槽兩側的金屬間介質層上的部分襯墊材料層。

可選的，所述襯墊材料層為三層結構，包括底部的氮化鉭層、位于氮化鉭層上的磁性材料層、位于磁性材料層上的氮化鈦層。

可選的，去除所述覆蓋層兩側的襯墊材料層的方法為化學機械拋光，其中，覆蓋層相比于襯墊材料層具有低拋光選擇比，在去除覆蓋層兩側的襯墊材料層時不會去除覆蓋層。

可選的，所述覆蓋層的材料為無定形碳、氮化硅或氧化硅可選的，所述磁性材料層的材料包括鐵、鈷、鎳中的一種，或鐵、鈷或鎳的氧化物，或鐵、鎳、鈷中的兩種或三種的合金，或鐵合金、鎳合金或鈷合金。

可選的，在去除未被覆蓋層覆蓋的襯墊材料層后，形成磁性隧道結前，去除覆蓋層。

可選的，去除所述覆蓋層的方法，使用干法刻蝕工藝。

可選的，在去除覆蓋層后，形成磁性隧道結前，形成覆蓋金屬間介質層、布線和襯墊層的介質層。

可選的，所述布線的材料為銅。