磁性隨機(jī)訪問存儲器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性隨機(jī)訪問存儲器技術(shù)，尤其涉及一種磁性隨機(jī)訪問存儲器及其制 造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁性隨機(jī)訪問存儲器（MRAM, Ma即eto resistive Random Access Memory)是可 W 和相變隨機(jī)訪問存儲器（Phase化ange RAM)、阻變式隨機(jī)訪問存儲器（RRAM)等相競爭的 一種主要的新型非揮發(fā)性存儲器。磁隧道結(jié)（MTJ, Ma即etic化nnel化nction)是MRAM中 的數(shù)據(jù)存儲位置。MRAM的性能可W和SRAM相提并論，例如具有較高的就緒/寫入（ready/ write)速度。MRAM的耐久性遠(yuǎn)勝于閃存。但是，MRAM的劣勢在于等比例縮放的能力較差、 成本較高等。
[0003] MRAM制造工藝將常規(guī)的邏輯器件制造工藝和特定的MTJ制造工藝結(jié)合在一起。 目前，MTJ制造工藝存在多種問題，其中最嚴(yán)重的問題是MTJ的形貌會導(dǎo)致通孔沉陷（via landing)，由于通孔的尺寸通常大于MTJ的尺寸，MTJ的形貌（profile)不好會導(dǎo)致通孔沉 陷。通孔沉陷將導(dǎo)致MTJ的上電極和下電極短路。目前，MTJ的短路問題造成了 30 %~50 % 的良率損失。
[0004] 下面結(jié)合圖1至圖7對現(xiàn)有技術(shù)中的一種MRAM的制造方法進(jìn)行說明。
[0005] 參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底10,該半導(dǎo)體襯底10中形成有下層互連結(jié)構(gòu)11。該半 導(dǎo)體襯底10包括單元（cell)區(qū)I和外圍（periphery)區(qū)II。
[0006] 在單元區(qū)I內(nèi)的半導(dǎo)體襯底10上形成磁隧道結(jié)12,該磁隧道結(jié)12的底部與下層 互連結(jié)構(gòu)11電連接。
[0007] 參考圖2,沉積滲碳氮化娃（NDC)層13,該滲碳氮化娃層13覆蓋磁隧道結(jié)12 W及 半導(dǎo)體襯底10的表面。
[0008] 參考圖3,沉積黑鉆石度D)層14,該黑鉆石層14覆蓋滲碳氮化娃層13,該黑鉆石 層14的厚度例如是6600 A..
[0009]參考圖4,對黑鉆石層14進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)，對其表面進(jìn)行平坦化，并使其 厚度適當(dāng)減小。例如，化學(xué)機(jī)械拋光后的黑鉆石層14的厚度是4050 A。
[0010] 參考圖5,對黑鉆石層14和滲碳氮化娃層13進(jìn)行刻蝕，在單元區(qū)I內(nèi)形成通孔 (via) 151，該通孔151的底部暴露出磁隧道結(jié)12,在外圍區(qū)II內(nèi)形成通孔152,該通孔152 的底部暴露出下層互連結(jié)構(gòu)11。
[0011] 參考圖6,對黑鉆石層14進(jìn)行刻蝕，在單元區(qū)I內(nèi)形成互連線（wire)溝槽161，在 外圍區(qū)II內(nèi)互連線溝槽162。其中，互連線溝槽161和通孔151連通，互連線溝槽162和通 孔152連通。
[0012] 參考圖7,在互連線溝槽和通孔中填充導(dǎo)電材料，例如電錐銅，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋 光，從而形成上層互連結(jié)構(gòu)17。
[0013] 其中，圖5所示的步驟中，刻蝕形成的通孔151需要暴露出下方的磁隧道結(jié)12的 頂部，但由于磁隧道結(jié)12的形貌，往往會導(dǎo)致在通孔151中填充導(dǎo)電材料后，造成磁隧道結(jié) 12的短路。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)中，解決通孔沉陷問題的方法主要有：改良MTJ的形貌，尤其是MTJ的頂 部形貌，W避免通孔沉陷；通過調(diào)節(jié)光刻和刻蝕工藝縮小通孔的尺寸，但是在較深的通孔 中，有很高的風(fēng)險會導(dǎo)致通孔刻蝕停止。
[0015] 到目前為止，上述兩種方法都不能很好地解決通孔沉陷導(dǎo)致的MTJ短路問題，因 此，急需一種新的方法來解決該問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種磁性隨機(jī)訪問存儲器及其制造方法，能夠避 免通孔沉陷導(dǎo)致的MTJ短路問題。
[0017] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁性隨機(jī)訪問存儲器，包括：
[0018] 半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的單元區(qū)和外圍區(qū)，所述單元區(qū)上形成有磁 隧道結(jié)；
[0019] 介質(zhì)層，覆蓋所述單元區(qū)、外圍區(qū)W及磁隧道結(jié)；
[0020] 通孔，位于所述外圍區(qū)內(nèi)的介質(zhì)層中；
[0021] 互連線溝槽，分布于所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)，其中，位于所述單元區(qū)內(nèi)的互連線溝 槽的底部直接暴露出所述磁隧道結(jié)的頂部，位于所述外圍區(qū)內(nèi)的互連線溝槽與所述通孔 連通；
[0022] 上層互連結(jié)構(gòu)，填充在所述通孔和互連線溝槽內(nèi)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在刻蝕形成所述互連線溝槽時，通過控制刻蝕時間來 控制刻蝕厚度W避免沉陷。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述介質(zhì)層為疊層結(jié)構(gòu)，包括：
[00巧]刻蝕停止層，覆蓋所述單元區(qū)、外圍區(qū)W及磁隧道結(jié)；
[0026] 低k材料層，覆蓋所述刻蝕停止層。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述刻蝕停止層的材料為滲碳氮化娃，所述低k材料 層的材料為黑鉆石。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有下層互連結(jié)構(gòu)，該下層互連結(jié) 構(gòu)分布于所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)，其中，位于所述單元區(qū)內(nèi)的下層互連結(jié)構(gòu)與所述磁隧道 結(jié)的底部電連接，位于所述外圍區(qū)的下層互連結(jié)構(gòu)與所述上層互連結(jié)構(gòu)電連接。
[0029] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種磁性隨機(jī)訪問存儲器的制造方法，包括：
[0030] 提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的單元區(qū)和外圍區(qū)，所述單元區(qū)上形成 有磁隧道結(jié)；
[0031] 在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，該介質(zhì)層覆蓋所述單元區(qū)、外圍區(qū)W及磁隧道 結(jié)；
[0032] 對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，W形成通孔和互連線溝槽，其中，所述通孔僅分布于所述 外圍區(qū)內(nèi)，所述互連線溝槽分布于所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)，位于所述單元區(qū)內(nèi)的互連線溝 槽的底部直接暴露出所述磁隧道結(jié)的頂部，位于所述外圍區(qū)內(nèi)的互連線溝槽與所述通孔連 通；
[0033] 在所述通孔和互連線溝槽中填充導(dǎo)電材料，W形成上層互連結(jié)構(gòu)。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，形成所述通孔和互連線溝槽的方法包括：
[0035] 刻蝕所述外圍區(qū)內(nèi)的介質(zhì)層，W在所述外圍區(qū)內(nèi)形成所述通孔；
[0036] 刻蝕所述外圍區(qū)和單元區(qū)內(nèi)的介質(zhì)層，W在所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)形成所述互連 線溝槽。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，形成所述介質(zhì)層包括：
[0038] 形成刻蝕停止層，該刻蝕停止層覆蓋所述單元區(qū)、外圍區(qū)W及磁隧道結(jié)；
[0039] 形成低k材料層，該低k材料層覆蓋所述刻蝕停止層。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在形成所述通孔之前還包括：將所述磁隧道結(jié)上方的 低k材料層的厚度調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè)厚度。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，將所述磁隧道結(jié)上方的低k材料層的厚度調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè) 厚度包括：
[0042] 對所述低k材料層進(jìn)行平坦化處理，至暴露出覆蓋在所述磁隧道結(jié)頂部的刻蝕停 止層；
[0043] 在平坦化后的低k材料層上沉積低k材料W使得該低k材料層的厚度增大，至所 述磁隧道結(jié)上方的低k材料層的厚度為該預(yù)設(shè)厚度。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述刻蝕停止層的材料為滲碳氮化娃，所述低k材料 層的材料為黑鉆石。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有下層互連結(jié)構(gòu)，該下層互連結(jié) 構(gòu)分布于所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)，其中，位于所述單元區(qū)內(nèi)的下層互連結(jié)構(gòu)與所述磁隧道 結(jié)的底部電連接，位于所述外圍區(qū)的下層互連結(jié)構(gòu)與所述上層互連結(jié)構(gòu)電連接。
[0046] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0047] 本發(fā)明實施例的磁性隨機(jī)訪問存儲器的形成方法中，僅在MTJ上方形成互連線溝 槽而不形成通孔，MTJ的頂部直接與互連線溝槽內(nèi)的上層互連結(jié)構(gòu)電連接，由此可W避免刻 蝕通孔時的沉陷問題，從而克服了通孔沉陷導(dǎo)致的MTJ短路問題。
【附圖說明】
[0048] 圖1至圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)中一種MRAM制造方法中各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0049] 圖8示出了本實施例的MRAM的制造方法的流程示意圖；
[0050] 圖9至圖16示出了本實施例的MRAM的制造方法中各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0051] 下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)W此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0052] 參考圖8,本實施例的MRAM的制造方法包括如下步驟：
[0053] 步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的單元區(qū)和外圍區(qū)，所述單元 區(qū)上形成有磁隧道結(jié)；
[0054] 步驟S22,在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，該介質(zhì)層覆蓋所述單元區(qū)、外圍區(qū)W 及磁隧道結(jié)；
[00巧]步驟S23,對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，W形成通孔和互連線溝槽，其中，所述通孔僅分 布于所述外圍區(qū)內(nèi)，所述互連線溝槽分布于所述單元區(qū)和外圍區(qū)內(nèi)，位于所述單元區(qū)內(nèi)的 互連線溝槽的底部直接暴露出所述磁隧道結(jié)的頂部，位于所述外圍區(qū)內(nèi)的互連線溝槽與所 述通孔連通；
[0056] 步驟S24,在所述通孔和互連線溝槽中填充導(dǎo)電材料，W形成上層互連結(jié)構(gòu)。
[0057] 下面結(jié)合圖9至圖16進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0058] 參考圖9,提供半導(dǎo)體襯底20,該半導(dǎo)體襯底20可W包括并列的單元區(qū)I和外圍 區(qū)II。其中，單元區(qū)I用于形成多個MRAM存儲單元，外圍區(qū)II用于形成MRAM的外圍電路或 者其他適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)。
[0059] 半導(dǎo)體襯底20內(nèi)可W形成有下層互連結(jié)構(gòu)21。半導(dǎo)體襯底20可W采用半導(dǎo)體制 造領(lǐng)域中的常規(guī)結(jié)構(gòu)，例如，該半導(dǎo)體襯底20可W包括娃材質(zhì)的襯底W及位于襯底上的層 間介質(zhì)層，該下