[發明專利]MRAM與其的制作方法

有效

• 申請號: 201710526108.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN109216538B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 王雷;劉魯萍
• 申請（專利權）人: 中電海康集團有限公司;浙江馳拓科技有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G11C11/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;謝湘寧

本申請提供了一種MRAM與其的制作方法。該制作方法包括：步驟S1，在襯底的表面上設置金屬導線層；步驟S3，在金屬導線層的遠離襯底的表面上設置介電層；步驟S4，采用雙大馬士革工藝形成多個間隔的通孔，通孔包括第一部分與第二部分，第二部分的深度小于第一部分的深度，第二部分的寬度大于第一部分的寬度；步驟S5，在各通孔中填充底電極材料，形成底電極，底電極的遠離襯底的表面與介電層的遠離襯底的表面在同一個平面上，底電極材料為非銅的導電材料。該方法避免了先在通孔中填充銅，然后再在銅上設置底電極的兩步工藝，且由于不設置Cu，避免了由于Cu的硬度較低而導致不能形成較平整的表面的問題。

技術領域

本申請涉及半導體存儲領域，具體而言，涉及一種MRAM與其的制作方法。

背景技術

磁性隨機存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)是一種新型的非易失性存儲器，相比于目前其他類型的存儲器，具有讀寫速度快、可實現無限次擦寫、易于與目前的半導體工藝相兼容等優點，此外利用自旋流來實現磁矩翻轉的自旋傳輸扭矩(Spintransfer torque,STT)的MRAM可實現存儲單元尺寸的微縮。這些優點使得MRAM成為未來新型存儲器的主要發展方向。

在MRAM中的主要功能單元為MTJ單元，其結構主要包括磁性自由層/非磁性氧化層(MgO)/磁性釘扎層。在外加磁場或電流等驅動下，磁性自由層的磁矩方向發生翻轉，與磁性釘扎層的磁矩方向呈現平行態或反平行態，使得MRAM出現高低電阻態，可分別定義為存儲態“0”和“1”，從而實現信息的存儲。

在MRAM的制備過程中，其主要功能單元MTJ單元共有十幾至二十幾層不同的磁性或非磁性的薄膜組成，其中多層薄膜的厚度要求小于1nm甚至幾個埃。為了保證MTJ中超薄薄膜生長的連續性，其底電極的平坦化制程就變得極為重要。在目前的半導體工藝制程中，由于銅難以刻蝕而且易于在氧化處理過程中氧化，因此常使用大馬士革工藝來形成銅材料的互聯，根據大馬士革工藝，在絕緣層中形成互連凹槽和通孔，將銅填滿互連的凹槽和通孔，使得凹槽形成上互連以及通孔連接到下互連或基底，利用化學機械拋光的工藝對上述結構進行平坦化。如圖1所示，底電極6'和金屬導線層2'之間一般通過填充了金屬Cu的通孔5'進行電連接。為了防止Cu擴散，在底部金屬導線層2'上還設置了阻擋層3'，Cu的表面粗糙度對于MRAM獲得良好的導電性能非常重要。通常選擇利用化學機械拋光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)方法來降低Cu的表面粗糙度，但由于金屬Cu的硬度較低，利用CMP技術并不能獲得一個足夠平整的Cu表面，這將直接影響在Cu之上生長的底電極的表面平整度，影響后續MTJ器件中的其他結構層的設置，甚至影響整個MRAM器件的性能。

此外，為了獲得表面足夠平整的MTJ器件的底電極6'，需要采用CMP工藝去除介電層4'，使得拋光終點停在底電極(如TaN)上。目前市場上現有的研磨液的選擇比一般都比較低，在拋光過程中，為將準確地停在底電極TaN上帶來了極大的挑戰。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種MRAM與其的制作方法，以解決現有技術中不能獲得足夠平坦的底電極的問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種MRAM的制作方法，該制作方法包括：步驟S1，在襯底的表面上設置金屬導線層，上述金屬導線層包括多個間隔的金屬導線部；步驟S3，在上述金屬導線層的遠離上述襯底的表面上設置介電層；步驟S4，采用雙大馬士革工藝形成多個間隔的通孔，上述通孔開設在上述介電層中，上述通孔與上述金屬導線部一一對應地連接，上述通孔包括第一部分與第二部分，上述第一部分靠近上述襯底，上述第二部分與上述第一部分連通，且上述第二部分的深度小于上述第一部分的深度，且上述第二部分的寬度大于上述第一部分的寬度；步驟S5，在各上述通孔中填充底電極材料，形成底電極，上述底電極的遠離上述襯底的表面與上述介電層的遠離上述襯底的表面在同一個平面上，上述底電極材料為非銅的導電材料。

進一步地，上述第一部分的深度為H，上述第一部分的寬度為W，H：W1。