【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器，具體而言，涉及一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法及磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
1、大容量、高性能存儲(chǔ)芯片在5g、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和汽車電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，磁隨機(jī)存儲(chǔ)芯片mram有望替代sram、dram和flash，成為高集成度，高速讀寫以及非易失的新型通用存儲(chǔ)器。mram存儲(chǔ)位元為1t1r(mos管+磁性隧道結(jié)mtj)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)位元中核心器件mtj是多層膜結(jié)構(gòu)，主要由磁性自由層，絕緣層和磁性參考層組成，關(guān)鍵絕緣層僅1納米厚，提供mtj的主要電阻。磁性自由層可以通過(guò)磁場(chǎng)或者自旋極化電流改變狀態(tài)，磁性自由層與參考層的相對(duì)關(guān)系(平行態(tài)/反平行態(tài))決定了位元的電阻高低，從而存儲(chǔ)“0”或者“1”信息。
2、一方面，由于陣列區(qū)和邏輯區(qū)存在一定的高度差，頂部互連結(jié)構(gòu)的工藝窗口十分受限制，頂部互連過(guò)蝕刻易造成陣列區(qū)關(guān)鍵層損傷，嚴(yán)重甚至出現(xiàn)短路風(fēng)險(xiǎn)，最終影響芯片良率；另一方面核心器件mtj在制備過(guò)程中對(duì)底部電極層過(guò)刻蝕會(huì)造成mtj側(cè)壁頂部互連與mtj接觸導(dǎo)致短路，進(jìn)一步的側(cè)壁清潔刻蝕造成基于cu制程的第一底部互連結(jié)構(gòu)受溫度、應(yīng)力等變化出現(xiàn)cu擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，影響器件連通性，降低工藝可靠性。
3、因此，亟需一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，以提升刻蝕工藝窗口。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法及磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕工藝窗口十分受限的問(wèn)題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根
3、進(jìn)一步地，形成頂部電極層的步驟包括：對(duì)第一反應(yīng)薄膜和金屬硬掩膜層進(jìn)行熱處理，以使至少部分金屬硬掩膜層和位于金屬硬掩膜層表面上的第一反應(yīng)薄膜形成第一金屬化合物層，第一金屬化合物層與存儲(chǔ)位元接觸設(shè)置；去除位于第一金屬化合物層兩側(cè)的第一反應(yīng)薄膜，以使第一金屬化合物層形成頂部電極層。
4、進(jìn)一步地，形成存儲(chǔ)位元和金屬硬掩膜層的步驟之后，還包括：在半導(dǎo)體基底上形成側(cè)壁保護(hù)層，側(cè)壁保護(hù)層至少覆蓋底部電極層的第二區(qū)域、存儲(chǔ)位元的側(cè)壁以及金屬硬掩膜層的側(cè)壁。
5、進(jìn)一步地，形成存儲(chǔ)位元和金屬硬掩膜層的步驟包括：在半導(dǎo)體基底上順序沉積存儲(chǔ)薄膜和預(yù)備金屬硬掩膜層，采用光刻和刻蝕對(duì)預(yù)備金屬硬掩膜層和存儲(chǔ)薄膜進(jìn)行圖形化，以形成金屬硬掩膜層和存儲(chǔ)位元；或在半導(dǎo)體基底上順序沉積存儲(chǔ)薄膜和預(yù)備金屬硬掩膜層，采用光刻和刻蝕對(duì)預(yù)備金屬硬掩膜層進(jìn)行圖形化，以形成金屬硬掩膜層，并根據(jù)金屬硬掩膜層刻蝕存儲(chǔ)薄膜，以形成存儲(chǔ)位元。
6、進(jìn)一步地，半導(dǎo)體基底包括陣列區(qū)和邏輯區(qū)，第一底部互連結(jié)構(gòu)、底部電極層、存儲(chǔ)位元和頂部電極層均位于陣列區(qū)，頂部互連結(jié)構(gòu)還與邏輯區(qū)中的第二底部互連結(jié)構(gòu)連接，形成頂部互連結(jié)構(gòu)的步驟包括：在頂部電極層遠(yuǎn)離存儲(chǔ)位元的一側(cè)沉積絕緣介質(zhì)層，以使絕緣介質(zhì)層覆蓋頂部電極層和半導(dǎo)體基底；對(duì)絕緣介質(zhì)層和半導(dǎo)體基底進(jìn)行第一次刻蝕，以形成貫穿絕緣介質(zhì)層至頂部電極層的第一通孔以及貫穿絕緣介質(zhì)層和半導(dǎo)體基底至第二底部互連結(jié)構(gòu)的第二通孔，第一通孔在第四表面上的投影位于第七區(qū)域中；對(duì)絕緣介質(zhì)層進(jìn)行第二次刻蝕，以使第一通孔遠(yuǎn)離頂部電極層的一端的開(kāi)口大于第一通孔靠近頂部電極層的一端的開(kāi)口，且以使第二通孔遠(yuǎn)離第二底部互連結(jié)構(gòu)的一端開(kāi)口大于第二通孔靠近第二底部互連結(jié)構(gòu)的一端開(kāi)口；沉積金屬材料至絕緣介質(zhì)層遠(yuǎn)離半導(dǎo)體基底的一側(cè)，以使金屬材料充滿第一通孔和第二通孔，形成頂部互連結(jié)構(gòu)。
7、進(jìn)一步地，形成半導(dǎo)體基底的步驟包括：提供襯底，襯底中具有底部金屬連線層；在襯底中形成自襯底的表面貫穿至底部金屬連線層的插塞結(jié)構(gòu)，插塞結(jié)構(gòu)和底部金屬連線層構(gòu)成第一底部互連結(jié)構(gòu)；在插塞結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離底部金屬連線層的一側(cè)表面上沉積第二反應(yīng)薄膜并以使形成插塞結(jié)構(gòu)的至少部分材料與位于插塞結(jié)構(gòu)表面上的第二反應(yīng)薄膜反應(yīng)形成底部電極層，半導(dǎo)體基底包括第一底部互連結(jié)構(gòu)和位于第一底部互連結(jié)構(gòu)的表面上的底部電極層。
8、進(jìn)一步地，插塞結(jié)構(gòu)的材料包括但不限于鎳、鈦、鈷、鉑、金、銠、鉭、鎢中的任意一種，第二反應(yīng)薄膜的材料包括但不限于硅、鍺和硅鍺中的任意一種；或插塞結(jié)構(gòu)的材料包括但不限于硅、鍺和硅鍺中的任意一種，第二反應(yīng)薄膜的材料包括但不限于鎳、鈦、鈷、鉑、金、銠、鉭、鎢中的任意一種。
9、進(jìn)一步地，形成底部電極層的步驟包括：對(duì)形成插塞結(jié)構(gòu)的材料與位于插塞結(jié)構(gòu)表面上的第二反應(yīng)薄膜進(jìn)行熱處理，以形成第二金屬化合物層；去除插塞結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離底部金屬連線層一側(cè)除第二金屬化合物層以外的部分，以使剩余的第二金屬化合物層形成底部電極層，底部電極層具有相對(duì)的第一表面和第二表面，第一底部互連結(jié)構(gòu)與底部電極層的接觸部分為第一表面的第一區(qū)域，第一表面中包括第一區(qū)域和圍繞第一區(qū)域的第二區(qū)域。
10、根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供了一種采用上述制作方法形成的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底中包括第一底部互連結(jié)構(gòu)和底部電極層，底部電極層位于第一底部互連結(jié)構(gòu)的表面上，底部電極層具有相對(duì)的第一表面和第二表面，第一表面中包括第一區(qū)域和圍繞第一區(qū)域的第二區(qū)域，第一底部互連結(jié)構(gòu)與底部電極層的接觸部分位于第一區(qū)域中；存儲(chǔ)位元，位于第二表面上，且第二表面中包括第三區(qū)域和圍繞第三區(qū)域的第四區(qū)域，存儲(chǔ)位元在第二表面上的投影位于第三區(qū)域中；頂部電極層，位于存儲(chǔ)位元遠(yuǎn)離半導(dǎo)體基底的一側(cè)，頂部電極層具有相對(duì)的第三表面和第四表面，第三表面中包括第五區(qū)域和圍繞第五區(qū)域的第六區(qū)域，存儲(chǔ)位元在第三表面上的投影位于第五區(qū)域中；頂部互連結(jié)構(gòu)，位于第四表面上，第四表面中包括第七區(qū)域和圍繞第七區(qū)域的第八區(qū)域，頂部互連結(jié)構(gòu)與頂部電極層的接觸面位于第七區(qū)域中。
11、進(jìn)一步地，還包括：側(cè)壁保護(hù)層，至少覆蓋底部電極層的第二區(qū)域、存儲(chǔ)位元的側(cè)壁以及金屬硬掩膜層的側(cè)壁。
12、應(yīng)用本專利技術(shù)的技術(shù)方案，提供一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，由于第一底部互連結(jié)構(gòu)與底部電極層的接觸部分位于第一區(qū)域中，以及上述頂部互連結(jié)構(gòu)與頂部電極層的接觸部分位于第七區(qū)域中，所以存儲(chǔ)位元、第一底部互連結(jié)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于形成所述頂部電極層的步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述存儲(chǔ)位元和所述金屬硬掩膜層的步驟之后，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，形成所述存儲(chǔ)位元和所述金屬硬掩膜層的步驟包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底包括陣列區(qū)和邏輯區(qū)，所述第一底部互連結(jié)構(gòu)、所述底部電極層、所述存儲(chǔ)位元和所述頂部電極層均位于所述陣列區(qū)，所述頂部互連結(jié)構(gòu)還與所述邏輯區(qū)中的第二底部互連結(jié)構(gòu)連接，形成所述頂部互連結(jié)構(gòu)的步驟包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，形成所述半導(dǎo)體基底的步驟包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述底部電極層的步驟包括：
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制作方法制作形成的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于形成所述頂部電極層的步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述存儲(chǔ)位元和所述金屬硬掩膜層的步驟之后，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，形成所述存儲(chǔ)位元和所述金屬硬掩膜層的步驟包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底包括陣列區(qū)和邏輯區(qū)，所述第一底部互連結(jié)構(gòu)、所述底部電極層、所述存儲(chǔ)位元和所述頂部電極層...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐杭杭，鄭澤杰，孟慶祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江馳拓科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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