專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器制造領(lǐng)域，特別涉及一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法。
背景技術(shù)：
MRAM(Magnetic Random Access Memory)是一種非揮發(fā)性的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器。它擁有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)的高速讀取寫(xiě)入能力，以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以無(wú)限次地重復(fù)寫(xiě)入。MRAM通常包括用作開(kāi)關(guān)的晶體管T和核心結(jié)構(gòu)磁隧道結(jié)MTJ(Magnetic Tunnel Junction)結(jié)構(gòu)，MTJ結(jié)構(gòu)包括下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層，其中，MTJ層由磁性材料層和絕緣材料層接替堆疊而成。在工作時(shí)，由于不同的電信號(hào)，會(huì)引起磁性材料層上磁化方向的不同，使MTJ結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不同的電阻值，從而實(shí)現(xiàn)記錄 “0”或“1”這兩種存儲(chǔ)狀態(tài)。請(qǐng)參看圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的MRAM結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括柵極120和字線130形成在半導(dǎo)體襯底100上，之后，源極區(qū)111和漏極區(qū)112分別形成在柵極120的兩側(cè)，從而形成了具有開(kāi)關(guān)功能的晶體管。在圖1中，層間介電層101形成在已經(jīng)在其上形成有晶體管的半導(dǎo)體襯底上，以完全覆蓋晶體管。接觸孔140形成在層間介電層101中，漏極區(qū)112經(jīng)過(guò)該孔暴露出來(lái)。接觸孔140填充有與層間介電層101高度相同的導(dǎo)電插塞，之后沉積第一層金屬層間介質(zhì)層并在該第一金屬層間介質(zhì)層上開(kāi)溝槽，并填充金屬Cu作為MTJ 結(jié)構(gòu)的底電極150。底電極150形成在數(shù)據(jù)線130上方。MTJ結(jié)構(gòu)160形成在底電極150 的上表面與數(shù)據(jù)線130相應(yīng)的預(yù)定區(qū)域上，然后，形成第二金屬層間介電層，并先后刻蝕出通孔和溝槽，以填充金屬Cu作為頂電極180?，F(xiàn)有技術(shù)中，MTJ結(jié)構(gòu)中的下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層順序形成在底電極 150的預(yù)定區(qū)域上；之后在MTJ結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案，以定義形成MTJ結(jié)構(gòu)的位置；此后，以掩模圖案作為蝕刻掩模順序蝕刻下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層；最后除掉掩模圖案，從而完成MTJ結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)有技術(shù)中，在襯墊導(dǎo)電層上沉積形成MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)，為避免因在襯底的邊緣形成MTJ結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最終蝕刻MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)無(wú)法將位于襯底邊緣的MTJ結(jié)構(gòu)蝕刻干凈，因此如圖 2所示，現(xiàn)有技術(shù)中在襯底上形成MTJ結(jié)構(gòu)160時(shí)即在襯底的四周設(shè)置掩模200，以防止在襯底的四周形成MTJ結(jié)構(gòu)。掩模200同襯底四周相重疊的寬度為D。但由于形成MTJ結(jié)構(gòu) 160通常采用物理氣相沉積方法，在掩模200之下還是會(huì)形成一小部分的MTJ結(jié)構(gòu)160。為確保沉積形成的MTJ結(jié)構(gòu)160中的各種金屬不會(huì)擴(kuò)散至后續(xù)工藝制程的工藝腔內(nèi)，MTJ結(jié)構(gòu) 160中上部覆蓋層用以將其下的下部導(dǎo)電層和MTJ層包裹覆蓋。但現(xiàn)有技術(shù)中在掩模200 之下形成的那一小部分下部導(dǎo)電層和MTJ層上最終形成的上部覆蓋層非常的薄，從而無(wú)法將下部導(dǎo)電層和MTJ層包裹住，容易造成MTJ結(jié)構(gòu)160中的金屬在后續(xù)工藝制程中擴(kuò)散至工藝腔內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)在沉積MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)，上部覆蓋層無(wú)法將下部導(dǎo)電層和MTJ層包裹住，容易造成MTJ結(jié)構(gòu)中的金屬在后續(xù)工藝制程中擴(kuò)散至工藝腔內(nèi)的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，包括提供襯底，襯底上包括已經(jīng)形成的晶體管，以及晶體管上方形成的數(shù)據(jù)線和MTJ 結(jié)構(gòu)的底電極；在襯底上沉積MTJ結(jié)構(gòu)，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層，所述MTJ層是由磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結(jié)構(gòu)；沉積所述MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)，首先，在所述襯底上設(shè)置用以對(duì)襯底四周進(jìn)行去邊遮蔽的第一掩模；其次，在所述第一掩模的遮蔽下，在所述襯底上依次沉積形成MTJ結(jié)構(gòu)的下部導(dǎo)電層和MTJ層，沉積完成后撤除所述第一掩模；再次，在所述襯底上設(shè)置同樣用以對(duì)襯底四周進(jìn)行去邊遮蔽的第二掩模，所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度小于所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度；再次，在所述第二掩模的遮蔽下，在已沉積形成的下部導(dǎo)電層和MTJ層的襯底之上沉積上部覆蓋層； 最后撤除所述第二掩模；在MTJ結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案并以所述掩模圖案為遮蔽對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行刻蝕，最后去除掩模圖案形成最終的MTJ結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度與所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度之差在0. 5mm至5mm之間。可選的，所述上部覆蓋層的厚度為200埃至1000埃?？蛇x的，所述下部導(dǎo)電層和上部覆蓋層均由金屬導(dǎo)電材質(zhì)形成?？蛇x的，所述MTJ層為磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明方法中，在沉積MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)使用了兩次掩模，且第一掩模比第二掩模更多的遮蔽了襯底的四周，因此在襯底上形成的上部覆蓋層可完全覆蓋住已在其下形成的下部導(dǎo)電層和MTJ層，特別是在通過(guò)第一掩模形成的下部導(dǎo)電層和MTJ層的四周側(cè)圍，通過(guò)第二掩模形成的上部覆蓋層可完全將其下的MTJ層包覆住，從而可有效避免MTJ結(jié)構(gòu)中的金屬在后續(xù)工藝中擴(kuò)散出去。為更好的使上部覆蓋層包裹住其下的下部導(dǎo)電層和MTJ層，本發(fā)明中沉積的上部覆蓋層相較于現(xiàn)有技術(shù)更厚一些，從而可進(jìn)一步加強(qiáng)上部覆蓋層對(duì)其下 MTJ層的包覆作用，可進(jìn)一步防止MTJ結(jié)構(gòu)中的金屬擴(kuò)散。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的MRAM結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)沉積MTJ結(jié)構(gòu)的方法示意圖；圖3為本發(fā)明的沉積MTJ結(jié)構(gòu)的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
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本發(fā)明所述的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法可利用多種替換方式實(shí)現(xiàn)，下面是通過(guò)較佳的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法包括以下步驟首先，提供襯底，所述襯底上包括已形成的晶體管以及在晶體管上方形成的數(shù)據(jù)線和MTJ結(jié)構(gòu)的底電極。具體包括以下步驟在硅襯底上定義有源區(qū)域和場(chǎng)區(qū)，在場(chǎng)區(qū)中形成用于器件絕緣的場(chǎng)氧化層，將包括柵極的柵棧形成在硅襯底的有源區(qū)域內(nèi)，分別在柵棧兩側(cè)的有源區(qū)域內(nèi)形成源極區(qū)和漏極區(qū)，從而在硅襯底上形成晶體管。將第一層間介電層形成在硅襯底上，以覆蓋形成的晶體管，將數(shù)據(jù)線形成在第一層間介電層的預(yù)定區(qū)域上，最好是直接位于柵棧上方，以使數(shù)據(jù)線與柵棧平行；將第二層間介電層形成在層間介電層上，以覆蓋數(shù)據(jù)線，將接觸孔形成在第一和第二層間介電層上，其中晶體管的預(yù)定區(qū)域如漏極區(qū)可以由該接觸孔露出，以導(dǎo)電插塞填充接觸孔，將在其上形成MTJ結(jié)構(gòu)的底電極形成在第二層間介電層上，以使底電極與導(dǎo)電插塞的頂面相接觸并在數(shù)據(jù)線的上方延伸。所述底電極可以由單導(dǎo)電材料層或多層導(dǎo)電材料層形成。所述多層導(dǎo)電材料層可以通過(guò)順序沉積鈦(Ti)層和氮化鈦(TiN)層形成。以上步驟可參看圖1及背景技術(shù)中有關(guān)MRAM結(jié)構(gòu)及制造過(guò)程的介紹。其次，在底電極上沉積MTJ結(jié)構(gòu)。MTJ結(jié)構(gòu)通常包括下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層。所述MTJ層是由磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結(jié)構(gòu)；下部導(dǎo)電層和上部覆蓋層均由金屬導(dǎo)電材質(zhì)形成，例如鉭或氮化鉭或釕或鉬等。沉積所述MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)，請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明的沉積MTJ結(jié)構(gòu)的方法示意圖。 如圖3所示，首先，在所述襯底300上設(shè)置第一掩模401，用以對(duì)所述襯底300進(jìn)行去邊遮蔽；其次，在所述第一掩模401的遮蔽下，在所述襯底300上依次沉積形成MTJ結(jié)構(gòu)500中的下部導(dǎo)電層和MTJ層，沉積完成后撤除所述第一掩模401 ；再次，在所述襯底300上設(shè)置第二掩模402，所述第二掩模402同樣用以對(duì)所述襯底的四周進(jìn)行去邊遮蔽，但所述第二掩模402同所述襯底300四周相重疊的寬度D2小于所述第一掩模401同所述襯底300四周相重疊的寬度D1，所述第一掩模同所述襯底四周相重疊的寬度Dl與所述第二掩模同所述襯底四周相重疊的寬度D2之差在0. 5mm至5mm之間；再次，在所述第二掩模402的遮蔽下， 在已沉積形成的MTJ結(jié)構(gòu)的下部導(dǎo)電層和MTJ層上沉積上部覆蓋層501 ；最后撤除所述第二掩模。在本發(fā)明方法中，在沉積MTJ結(jié)構(gòu)500時(shí)使用了兩次掩模，且第一掩模401比第二掩模402更多的遮蔽了襯底300的四周，因此在襯底300上形成的上部覆蓋層501可完全覆蓋住已在其下形成的MTJ層和下部導(dǎo)電層，特別是在通過(guò)第一掩模401沉積形成的MTJ 層和下部導(dǎo)電層的四周側(cè)圍，通過(guò)第二掩模402形成的上部覆蓋層501可完全將其下的MTJ
5層和下部導(dǎo)電層包覆住，從而可有效避免MTJ結(jié)構(gòu)500中的金屬在后續(xù)工藝中擴(kuò)散出去。進(jìn)一步的，為更好的使上部覆蓋層501包裹住其下的MTJ層和下部導(dǎo)電層，本發(fā)明中沉積的上部覆蓋層501相較于現(xiàn)有技術(shù)更厚一些，厚度在200埃至1000埃之間。最后，在MTJ結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案并以所述掩模圖案為遮蔽對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行刻蝕，最后去除掩模圖案形成最終的MTJ結(jié)構(gòu)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，包括提供襯底，襯底上包括已經(jīng)形成的晶體管，以及晶體管上方形成的數(shù)據(jù)線和MTJ結(jié)構(gòu)的底電極；在襯底上沉積MTJ結(jié)構(gòu)，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括下部導(dǎo)電層、MTJ層和上部覆蓋層，所述MTJ 層是由磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結(jié)構(gòu)；沉積所述MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)，首先，在所述襯底上設(shè)置用以對(duì)襯底四周進(jìn)行去邊遮蔽的第一掩模；其次，在所述第一掩模的遮蔽下，在所述襯底上依次沉積形成MTJ結(jié)構(gòu)的下部導(dǎo)電層和MTJ層，沉積完成后撤除所述第一掩模；再次，在所述襯底上設(shè)置同樣用以對(duì)襯底四周進(jìn)行去邊遮蔽的第二掩模，所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度小于所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度；再次，在所述第二掩模的遮蔽下，在已沉積形成的下部導(dǎo)電層和MTJ層的襯底之上沉積上部覆蓋層；最后撤除所述第二掩模；在MTJ結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案并以所述掩模圖案為遮蔽對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行刻蝕， 最后去除掩模圖案形成最終的MTJ結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，其特征在于， 所述第一掩模同所述襯底相重疊的寬度與所述第二掩模同所述襯底相重疊的寬度之差在 0. 5mm至5mm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，其特征在于，所述上部覆蓋層的厚度為200埃至1000埃。
4.如權(quán)利要求1或3中任一權(quán)利要求所述的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，其特征在于，所述下部導(dǎo)電層和上部覆蓋層均由金屬導(dǎo)電材質(zhì)形成。
5.如權(quán)利要求1所述的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器磁性隧道結(jié)層制造方法，其特征在于，所述MTJ層為磁性材料層和絕緣材料層交替堆疊而成的多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)磁性隧道結(jié)層(MTJ)制造方法，在沉積MTJ結(jié)構(gòu)時(shí)使用了兩套不同尺寸的去邊掩模，且第一掩模比第二掩模更多的遮蔽了襯底的四周，因此在襯底上形成的覆蓋層可完全覆蓋住已在其下形成的MTJ層，特別是在通過(guò)第一掩模形成的MTJ層和下部導(dǎo)電層的四周側(cè)圍，通過(guò)第二掩模形成的覆蓋層可完全將其下的MTJ層和下部導(dǎo)電層包覆住，從而可有效避免MTJ結(jié)構(gòu)中的金屬在后續(xù)工藝中擴(kuò)散出去。為更好的使覆蓋層包裹住其下的MTJ層和下部導(dǎo)電層，本發(fā)明中沉積的上部覆蓋層相較于現(xiàn)有技術(shù)更厚一些，從而可進(jìn)一步加強(qiáng)上部覆蓋層的包覆作用，可進(jìn)一步防止MTJ結(jié)構(gòu)中的金屬擴(kuò)散。
文檔編號(hào)H01L43/12GK102403451SQ201010285719
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者于書(shū)坤, 倪景華, 吳磊, 李錦 , 鄒立 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司