专利名称：磁阻存储器的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种磁阻存储器的形成方法。
背景技术：
(MRAM, Magnetoresistive Random Access Memory)
挥发性存储器(NVM，Non-volatile Memory)，磁阻存储器具有高集成密度、高响应速度以及可多次擦写(write endurance)等特点，由于闪速存储器(Flash Memory)的特征尺寸并不能无限制减小，因此随着工艺水平的提高，磁阻存储器可能成为存储器领域的主流产品。磁阻存储器中的核心部件是磁隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)，该部件是一个三层的叠层结构，中间为绝缘层，上下两层为磁性材料层，其中，下层的磁性材料层的磁矩方向一般是固定的，上层的磁性材料层的磁矩方向是可变的，受电信号的控制，当上下两层磁性材料层的磁矩方向一致时，表现为低阻态，当上下两层磁性材料层的磁矩方向相反时，表现为高阻态，从而实现了两个存储状态。
图1至图6示出了现有技术的一种MRAM的形成方法。参考图1，提供基底100，所述基底100中形成有底电极101和互连结构103，所述底电极101上形成有磁隧道结102。其中，所述基底100中还可以形成有半导体器件，如MOS 晶体管，以及其他互连结构。参考图2，在所述基底100上形成介质层104，所述介质层104覆盖所述基底100、 底电极101、磁隧道结102和互连结构103。所述介质层104的形成过程可以是在所述基底 100表面沉积介质材料，并进行平坦化。参考图3，对所述介质层104进行刻蚀，在所述磁隧道结102和互连结构103上方分别形成第一开口 105和第二开口 106。所述第一开口 105和第二开口 106的形成方法可以是在所述介质层104上形成光刻胶层并图形化，之后以所述图形化后的光刻胶层为掩膜进行刻蚀，形成所述第一开口 105和第二开口 106。参考图4，在所述第一开口和第二开口中分别填充形成栓塞10 和栓塞106a，所述栓塞I05a与所述磁隧道结102电连接，所述栓塞106a与所述互连结构103电连接。所述栓塞10 、磁隧道结102和底电极101共同构成了一个磁阻存储器的存储单元，在实际应用中，通过所述栓塞10 和底电极101对所述磁隧道结102施加电信号，对其进行写或者
读操作。为了降低磁阻存储器的功耗，往往减小所述磁隧道结102的特征尺寸(CD， critical dimension)，以降低流经所述磁隧道结102的驱动电流。参考图5，减小所述磁隧道结102的特征尺寸会造成所述磁隧道结102特征尺寸小于第一开口 105'的特征尺寸，而且第一开口 105'的深度要小于第二开口 106的深度，即对于形成第一开口 105'的刻蚀过程来说，应该早结束。然而由于形成所述第一开口 105'和第二开口 106是同一步刻蚀工艺中形成的，难以精确控制各自开口的不同刻蚀时间，通常他们会同时结束，这样就造成第一开口 105'过刻蚀，随着形成开口 106的刻蚀过程的继续进行，形成所述第一开口 105'的刻蚀过程也会继续进行，这样就会使得第一开口 105'底部暴露出所述底电极101，由于后续需要在第一开口 105'和第二开口 106内填充导电材料形成栓塞，会导致磁隧道结102 下的底电极101与后续形成的栓塞短路，具体请参考图6，在所述第一开口 105'和第二开口 106中填充导电材料形成栓塞10 '和栓塞106a后，所述栓塞10 '与所述底电极101 短路，使得该存储单元失效。专利号为6097625的美国专利中公开了一种磁阻存储器，但同样没有解决上述问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种磁阻存储器的形成方法，避免磁隧道结上方的栓塞与底电极短路。为解决上述问题，本发明提供了一种磁阻存储器的形成方法，包括提供基底，所述基底中并列形成有底电极和互连结构，所述底电极上形成有磁隧道结；形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述基底、底电极、磁隧道结和互连结构；在所述第一介质层上直接形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一介质层，所述第二介质层的材料不同于所述第一介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述磁隧道结和互连结构上方分别形成第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口暴露所述第一介质层；对所述第一开口和第二开口底部的第一介质层刻蚀后形成第一通孔和第二通孔， 所述第一通孔和第二通孔分别暴露出所述磁隧道结和互连结构；分别在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞，所述第一介质层位于所述磁隧道结侧壁部分的厚度满足
权利要求
1.一种磁阻存储器的形成方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底中并列形成有底电极和互连结构，所述底电极上形成有磁隧道结；形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述基底、底电极、磁隧道结和互连结构； 在所述第一介质层上直接形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一介质层，所述第二介质层的材料不同于所述第一介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述磁隧道结和互连结构上方分别形成第一开口和第二开口，所述第一开口和第二开口暴露所述第一介质层；对所述第一开口和第二开口底部的第一介质层刻蚀后形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分别暴露出所述磁隧道结和互连结构； 分别在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞， 所述第一介质层位于所述磁隧道结侧壁部分的厚度满足
2.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，还包括，形成顶电极， 所述顶电极经由所述磁隧道结上方的栓塞与所述磁隧道结电连接。
3.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材料选自氮化硅和氧化硅中的一种，所述第二介质层的材料选自氮化硅和氧化硅中的另一种。
4.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材料选自黑钻石和掺氮碳化硅中的一种，所述第二介质层的材料选自黑钻石和掺氮碳化硅中的另一种。
5.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述第一开口和第二开口的形成过程包括在所述第二介质层上形成光刻胶层并图形化；以所述图形化的光刻胶层为掩膜对所述第二介质层进行刻蚀，形成所述第一开口和第二开口。
6.根据权利要求5所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述对所述第一开口和第二开口底部的第一介质层刻蚀后形成第一通孔和第二通孔包括仍以所述图形化的光刻胶层为掩膜对所述第一介质层进行刻蚀，形成所述第一通孔和第二通孔。
7.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述互连结构为双大马士革工艺形成的栓塞结构。
8.根据权利要求1所述的磁阻存储器的形成方法，其特征在于，所述磁隧道结为磁性材料层与绝缘材料层交替堆叠的多层结构。
全文摘要
一种磁阻存储器的形成方法，包括提供基底，所述基底中并列形成有底电极和互连结构，所述底电极上形成有磁隧道结；形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述基底、底电极、磁隧道结和互连结构；在所述第一介质层上直接形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一介质层，所述第二介质层的材料不同于所述第一介质层；刻蚀所述第二介质层，在所述磁隧道结和互连结构上方分别形成第一开口和第二开口；对所述第一开口和第二开口底部的第一介质层刻蚀后形成第一通孔和第二通孔；分别在所述第一通孔和第二通孔中形成栓塞，所述第一介质层位于所述磁隧道结侧壁部分的厚度满足本发明避免了栓塞与底电极之间的短路问题。
文档编号H01L43/12GK102376875SQ20101026744
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者于书坤, 倪景华, 吴磊, 李锦 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司