[發明專利]半導體結構及其形成方法

在審

• 申請號: 202011046924.7
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN114335330A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 夏文斌
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;H01L27/22
• 代理公司: 上海知錦知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31327
• 代理人: 高靜

一種半導體結構及其形成方法，形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成輔助層；形成貫穿所述輔助層的通孔；在所述通孔中和輔助層上形成磁隧道結疊膜結構，所述磁隧道結疊膜結構位于所述通孔底部的部分作為疊膜底部；去除高于所述疊膜底部頂面的磁隧道結疊膜結構；去除高于所述疊膜底部頂面的磁隧道結疊膜結構后，去除所述輔助層，剩余所述磁隧道結疊膜結構用于形成磁隧道結疊層結構。本發明實施例有利于提高磁隧道結疊層結構的側壁陡直度和關鍵尺寸一致性，且有利于對所述磁隧道結疊層結構的關鍵尺寸進行精確控制。

技術領域

本發明實施例涉及半導體制造領域，尤其涉及一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

磁性隨機存取存儲器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一種非揮發性的磁性隨機存儲器，MRAM器件擁有靜態隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫入能力，以及動態隨機存儲器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以無限次地重復寫入，MRAM器件是一種“全動能”的固態存儲器。磁性隨機存儲器由于具有高的讀寫速度、壽命長以及非易失等優點，被認為是未來最廣泛應用的“通用”處理器，有望主導下一代存儲器市場。

在MRAM器件中，通過存儲元件的磁性狀態存儲數據。MRAM單元通常由一個晶體管和一個磁性隧道結(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)共同組成一個存儲單元。所述MTJ結構包括至少兩個電磁層以及用于隔離兩個電磁層的絕緣層。兩個電磁層可以維持由絕緣層分隔的兩個磁性極化場，其中之一為固定磁性層，其極化方向是固定的：另一個是自由轉動磁性層，其極化方向可以外部場的變化而改變。當兩個電磁層的極化方向平行時，流經MTJ結構的隧穿電流具有最大值，MTJ結構單元電阻較低：當兩個磁性層的極化方向反平行時，流經MTJ結構的隧穿電流具有最小值，MTJ結構單元電阻較高。通過測量MRAM單元的電阻來讀取信息，這就是MTJ結構的工作原理。

但是，目前形成的MTJ的性能有待提高。

發明內容

本發明實施例解決的問題是提供一種半導體結構及其形成方法，有利于提高磁隧道結疊層結構的側壁陡直度和關鍵尺寸一致性，且有利于對所述磁隧道結疊層結構的關鍵尺寸進行精確控制，相應提升了MTJ的性能。

為解決上述問題，本發明實施例提供一種半導體結構的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成輔助層；形成貫穿所述輔助層的通孔；在所述通孔中和輔助層上形成磁隧道結疊膜結構，所述磁隧道結疊膜結構位于所述通孔底部的部分作為疊膜底部；去除高于所述疊膜底部頂面的磁隧道結疊膜結構；去除高于所述疊膜底部頂面的磁隧道結疊膜結構后，去除所述輔助層，剩余所述磁隧道結疊膜結構用于形成磁隧道結疊層結構。

可選的，所述磁隧道結疊膜結構位于所述通孔側壁與所述疊膜底部相連的部分作為犧牲側部；去除所述輔助層，暴露出所述犧牲側部的側壁；所述半導體結構的形成方法還包括：在去除所述輔助層后，對所述犧牲側部的側壁進行刻蝕，剩余所述磁隧道結疊膜結構用于形成所述磁隧道結疊層結構。

可選的，在形成所述磁隧道結疊膜結構的步驟中，沿垂直于所述基底表面的方向，所述疊膜底部的厚度為第一厚度，沿垂直于所述通孔側壁的方向，所述犧牲側部的厚度為第二厚度，所述第二厚度小于所述第一厚度。

可選的，所述第二厚度是所述第一厚度的1％至20％。

可選的，對所述犧牲側部的側壁進行刻蝕的工藝包括：離子束刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝和干法刻蝕工藝中的一種或幾種。

可選的，形成所述磁隧道結疊膜結構的步驟中，所述磁隧道結疊膜結構包括磁隧道結疊膜和位于所述磁隧道結疊膜上的掩膜層；所述掩膜層為介質硬掩膜層，或者，所述掩膜層為頂電極層。

可選的，所述磁隧道結疊膜結構包括磁隧道結疊膜，所述疊膜底部中磁隧道結疊膜的厚度為目標厚度；形成所述輔助層的步驟中，所述輔助層的厚度大于或等于所述目標厚度。