[發明專利]MRAM底電極的制備方法

在審

• 申請號: 201910552433.0
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN112133819A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王雷;陳桂霖
• 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: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;H01L43/02
• 代理公司: 北京蘭亭信通知識產權代理有限公司 11667
• 代理人: 趙永剛

本發明提供一種MRAM底電極的制備方法，包括：提供一基底，所述基底依次包括金屬互聯層、第一阻擋層以及介電層，在所述第一阻擋層及介電層中形成有底部通孔，并在所述基底表面依次覆蓋有第二阻擋層和導電金屬層，所述導電金屬層填充滿所述底部通孔；對所述導電金屬層進行化學機械拋光，以去除所述第二阻擋層上方的導電金屬層；第一次沉積底電極金屬，形成底電極金屬預制層；對所述底電極金屬預制層進行化學機械拋光，以去除所述底部通孔外介電層上方多余的第二阻擋層及底電極金屬預制層；第二次沉積底電極金屬，形成底電極金屬層；對所述底電極金屬層進行光刻和刻蝕。本發明在簡化了MRAM底電極制備過程的同時，提高了MRAM底電極的平整性。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種MRAM底電極的制備方法。

背景技術

近年來，基于磁性隧道結(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)磁電阻效應的磁性隨機存儲器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)被認為是未來的固態非易失性記憶體，它具有高速讀寫、大容量以及低能耗等特點。MRAM主要結構為一個晶體管和一個MTJ單元，其中MTJ單元主要由位于底部電極和頂部電極之間的參考層、絕緣勢壘層以及自由層構成。其中參考層磁矩方向被釘扎不易改變其磁矩方向，而自由層磁矩方向在外磁場或電流作用下較容易被改變。

MTJ單元利用量子隧穿效應使極化電子通過絕緣勢壘層，其中極化電子的隧穿概率與參考層和自由層之間的相對磁化方向有關。當自由層與參考層磁化方向相同時，極化電子隧穿概率較高，MTJ單元表現出低電阻狀態；當自由層與參考層磁化方向相反時，極化電子的隧穿概率較低，MTJ單元表現出高電阻狀態。MRAM利用MTJ單元的高、低阻態來表示邏輯狀態的“1”和“0”，從而實現數據存儲。

對MTJ單元而言，其主要由多層薄膜反復堆疊而成，為保證其具有良好的數據讀、寫能力，往往對薄膜不論是晶體結構還是厚度等方面都有很高的要求，而高質量薄膜的制備通常對底部電極的平坦程度以及粗糙度具有很強的依賴性。因此，在制備MRAM器件時，底電極的平整度會直接影響后續MTJ單元的性能，如何提供平坦的MRAM底電極一直是一個需要解決的技術難題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種MRAM底電極的制備方法，能夠在簡化MRAM底電極制備方法的同時，提高了底電極的平整性。

本發明提供一種MRAM底電極的制備方法，包括：

提供一基底，所述基底依次包括金屬互聯層、第一阻擋層以及介電層，在所述第一阻擋層及介電層中形成有底部通孔，所述底部通孔與所述金屬互聯層相連，并在所述基底表面依次覆蓋有第二阻擋層和導電金屬層，所述導電金屬層填充滿所述底部通孔；

對所述導電金屬層進行化學機械拋光，以去除所述第二阻擋層上方的導電金屬層；

第一次沉積底電極金屬，以填充滿對所述導電金屬層進行化學機械拋光后在所述底部通孔內形成的碟形凹陷，形成底電極金屬預制層；

對所述底電極金屬預制層進行化學機械拋光，以去除所述底部通孔外介電層上方多余的第二阻擋層及底電極金屬預制層；

第二次沉積底電極金屬，以覆蓋所述介電層和所述碟形凹陷內的底電極金屬，形成底電極金屬層；

對所述底電極金屬層進行光刻和刻蝕，得到MRAM底電極。

可選地，所述對所述導電金屬層進行化學機械拋光，包括：將拋光終點停止在所述第二阻擋層，依據終點檢測方法檢測到所述第二阻擋層后進行過拋光，以完全去除所述第二阻擋層上方的導電金屬層。

可選地，第一次沉積的底電極金屬的厚度大于所述碟形凹陷的深度。

可選地，第二次沉積的底電極金屬與第一次沉積的底電極金屬材料相同或不同。