[發明專利]一種制備磁性隧道結單元陣列的方法

在審

• 申請號: 201910291210.3
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN111816764A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 張云森;肖榮福;麻榆陽;陳峻;郭一民
• 申請（專利權）人: 上海磁宇信息科技有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;G11C11/16
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本發明一種制備磁性隧道結單元陣列的方法，包括：提供表面拋光的帶金屬通孔Vx的CMOS基底；在經過平坦化處理之后的基底上沉積底電極、磁性隧道結多層膜和頂電極，或，在經過平坦化處理之后的基底上沉積底電極、磁性隧道結多層膜、頂電極和犧牲掩模；圖形化定義磁性隧道結多層膜圖案，對頂電極、磁性隧道結多層膜和底電極進行刻蝕，然后沉積一層絕緣覆蓋層在磁性隧道結存儲單元的周圍；沉積一層平坦化移除停止層在絕緣覆蓋層周圍；沉積磁性隧道結電介質，對其進行平坦化處理，并使移除停止在移除停止層之上；沉積頂電極接觸電介質，圖形化定義頂電極接觸圖案，并對其進行刻蝕和非Cu填充以形成頂電極接觸；制作金屬位線連接。

技術領域

本發明涉及磁性隨機存儲器(MRAM，Magnetic Radom Access Memory)制造技術領域，具體來說，本發明涉及一種制作磁性隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)單元陣列的方法。

背景技術

近年來，采用磁性隧道結(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的MRAM被人們認為是未來的固態非易失性記憶體，它具有高速讀寫、大容量以及低能耗的特點。鐵磁性MTJ通常為三明治結構，其中有磁性記憶層，它可以改變磁化方向以記錄不同的數據；位于中間的絕緣的隧道勢壘層；磁性參考層，位于隧道勢壘層的另一側，它的磁化方向不變。

為能在這種磁電阻元件中記錄信息，建議使用基于自旋動量轉移或稱自旋轉移矩(STT，Spin Transfer Torque)轉換技術的寫方法，這樣的MRAM稱為STT-MRAM。根據磁極化方向的不同，STT-MRAM又分為面內STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通過向磁電阻元件提供自旋極化電流來反轉磁性記憶層的磁化強度方向。此外，隨著磁性記憶層的體積的縮減，寫或轉換操作需注入的自旋極化電流也越小。因此，這種寫方法可同時實現器件微型化和降低電流。

同時，鑒于減小MTJ元件尺寸時所需的切換電流也會減小，所以在尺度方面pSTT-MRAM可以很好的與最先進的技術節點相契合。因此，期望是將pSTT-MRAM元件做成極小尺寸，并具有非常好的均勻性，以及把對MTJ磁性的影響減至最小，所采用的制備方法還可實現高良莠率、高精確度、高可靠性、低能耗，以及保持適于數據良好保存的溫度系數。同時，非易失性記憶體中寫操作是基于阻態變化，從而需要控制由此引起的對MTJ記憶器件壽命的破壞與縮短。然而，制備一個小型MTJ元件可能會增加MTJ電阻的波動，使得pSTT-MRAM的寫電壓或電流也會隨之有較大的波動，這樣會損傷MRAM的性能。

在現在的MRAM制造工藝中，在刻蝕磁性隧道結(MTJ)及其底電極(BottomElectrode，BE)的時候，一般會采用反應離子刻蝕(Reactive Ion Etching，RIE)或者離子束刻蝕(Ion Beam Etching，IBE)工藝，無論采用哪種工藝，一般都會選擇頂電極膜層或者犧牲掩模/頂電極的雙層結構作為掩模，在刻蝕之后，掩?；旧隙紩幌骷狻?/p>

在磁性隧道結(MTJ)及其底電極(BE)刻蝕之后，通常會在磁性隧道結周圍沉積一層覆蓋層(Encapsulation Layer)做原位保護，然后沉積電介質在覆蓋層的周圍。

在這種工藝條件下，為了實現磁性隧道結頂電極(Top Electrode，TE)和位線(Bitline，BL)之間的有效連接，通常會對填充在磁性隧道結單元整列之間的電介質進行化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)處理，由于覆蓋層/電介質的移除速率選擇比不夠高，這樣將大大增加在CMP的過稱中頂電極\磁性隧道結單元被磨掉的可能性。非常不利于磁性隧道結磁性、電性和良率的提升。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題和不足，提供一種制備磁性隧道結單元陣列的方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：