[發明專利]一種用于制造高密度MRAM的自對準互聯方法

有效

• 申請號: 201810049346.9
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108376690B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 曹凱華;趙巍勝;崔虎山;趙超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22;H01L21/768
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明涉及一種用于制造高密度MRAM的自對準互聯方法，包括如下步驟：步驟一、沉積底導電電極層、MTJ元件層及金屬掩膜層；步驟二、制備柱形MTJ元件，原位沉積用于保護柱形MTJ元件的第一電介質保護層；步驟三、制造底導電電極、沉積用于填充柱形MTJ元件陣列間隙的第二電介質保護層；步驟四、整平第二電介質保護層，暴露柱形MTJ元件上方的第一電介質保護層；步驟五、同時蝕刻第一、第二電介質保護層，暴露柱形MTJ元件上方的金屬掩膜層，自對準的在柱形MTJ元件上方形成第二接觸孔；步驟六、沉積上導電層。本發明方法大大增加了MRAM器件的良率；節省一道光刻步驟，大大降低了生產成本及風險。

技術領域

本發明一種用于制造高密度MRAM的自對準互聯方法，涉及磁性隨機存取存儲器(MRAM)或者磁性傳感器等涉及到磁隧道結(MTJ)的自旋器件制造技術領域，尤其涉及一種制造高密度MRAM中的MTJ元件與上導電層形成電接觸的方法。

背景技術

磁性隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory，簡稱MRAM)是一種具有高速讀寫、非易失性、低功耗、可靠、抗輻照、接近無限次反復擦寫次數等諸多優點的非易失性存儲技術，其在許多應用中提供優于傳統存儲器例如靜態隨機存取存儲器(SRAM)、動態隨機存取存儲器(DRAM)和閃存存儲器的優點，因此，其應用前景非常可觀。

MRAM的核心存儲部分是磁隧道結(Magnetic Tunnel Junction，簡稱MTJ)元件，通常MRAM是由用電介質側壁保護而且各單元間分隔開的MTJ元件的陣列構成。其中MTJ元件被制造成獨立的柱狀(島狀)結構，下方通過底電極或接觸孔與下導電層形成互聯，上方通過頂電極與上導電層形成互聯，中間填充電介質。一般認為MTJ元件特征尺寸越小可獲得更大的高低電阻狀態差值、更低的電阻狀態轉換能量，尤其是垂直磁各向異性MTJ(pMTJ)，更有利于實現高密度、低能耗存儲，然而，更小的特征尺寸也導致更精密的制造工藝、更高的成本。

MRAM的MTJ元件與上導電層形成互聯的可能方法主要包括：剝離工藝、套刻工藝以及平坦化工藝。其中剝離工藝對MTJ元件刻蝕后電介質保護層沉積工藝限制較大，一般不會在集成電路互聯模塊(BEOL)上采用；套刻工藝在MTJ元件特征尺寸進入sub-50nm后，額外的掩膜以及高套刻要求極大地增加了制造成本、降低產品良率；平坦化工藝是現階段最經濟的方法，通過化學機械拋光(CMP)去除MTJ元件上方多余的電介質或絕緣材料，露出MTJ元件預先沉積的金屬層，實現MTJ元件與上導電層互聯。對于高密度MRAM，元件密集，元件特征尺寸小，采用常規的光刻套刻開口的方案，成本太高。然而采用CMP整平的方案要求頂電極金屬(金屬掩蔽層)必須有一定的高度及該金屬與待平坦化電介質之間必須有很高的去除選擇比；然而金屬掩蔽層高度太高有會在刻蝕過程中形成陰影效應，極大的限制了刻蝕后側壁清洗的工藝，而且平坦化的去除選擇比并不高。然而刻蝕后側壁清洗工藝是高性能存儲器及保證良率的關鍵。

由于MRAM降低寫入電流的需要，MTJ元件的尺寸不斷減小，在不斷提高MRAM容量、降低耗能的同時也造成了MTJ元件與上導電層形成接觸的難度越來越大。因此，尋找一種適合高密度MRAM器件的MTJ元件與上導電層形成接觸的方法，成為一個非常關鍵的問題。

發明內容

1.發明目的：

本發明的目的在于提供一種用于制造高密度MRAM的自對準互聯方法，以解決現有技術中存在的制造高密度MRAM時MTJ元件與上導電層形成接觸的難度大的問題。

2.技術方案：

為了解決上述背景介紹中遇到的問題，本發明提出一種用于制造高密度MRAM的自對準互聯方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、沉積底導電電極層、MTJ元件層及金屬掩膜層；

步驟二、制備柱形MTJ元件，原位沉積用于保護柱形MTJ元件的第一電介質保護層；