磁隧道结及其形成方法、磁性随机存储器及其形成方法

磁隧道结及其形成方法、磁性随机存储器及其形成方法
【专利摘要】一种磁隧道结及其形成方法、磁性随机存储器及其形成方法，其中磁性随机存储器包括：基底；晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；覆盖晶体管和基底的第一层间介质层；字线；覆盖第一层间介质层和字线的第二层间介质层；导电层；位于第一层间介质层和第二层间介质层中的第一插塞，第一插塞电连接所述导电层和漏极；位于导电层上的磁隧道结，磁隧道结位于字线上方，磁隧道结包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；位线，位线和磁隧道结通过第二插塞电连接；磁隧道结的侧壁光滑连接。本发明提供的磁性随机存储器的写入和读取速率快、不同存储状态下MTJ的电阻值的差值大，且MTJ不同位置处的电阻值相同。
【专利说明】磁隧道结及其形成方法、磁性随机存储器及其形成方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，特别涉及到一种磁隧道结及其形成方法、包括该磁隧道结的磁性随机存储器及其形成方法。

【背景技术】
[0002]磁性随机存储器(magnetic random access memory, MRAM)是一种非挥发性存储器，拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的集成度，还能实现无限次地重复写入。MRAM通常包括用作开关的晶体管和用作核心结构的磁隧道结(magnetic tunnel junct1n, MTJ)。
[0003]参考图1，现有技术中，常规的MRAM包括基底10 ；
[0004]位于基底10上的晶体管，所述晶体管包括栅极21、漏极22和源极23 ；
[0005]覆盖所述晶体管和基底10的第一层间介质层31 ；
[0006]位于第一层间介质层31上的字线40 ；
[0007]覆盖所述第一层间介质层31和字线40的第二层间介质层32 ；
[0008]位于第二层间介质层32上的导电层52 ；
[0009]位于第一层间介质层31和第二层间介质层32中的第一插塞51，所述第一插塞51电连接漏极22和导电层52 ；
[0010]位于导电层52上的MTJ60，所述MTJ60位于所述字线40的上方，所述MTJ60呈长方体；
[0011]覆盖所述导电层52、所述MTJ60和第二层间介质层32的第三层间介质层33 ；
[0012]位于第三层间介质层33上的位线54 ；
[0013]位于第三层间介质层32中的第二插塞53，第二插塞53电连接所述MTJ60和位线54。
[0014]参考图2,所述MTJ60包括:固定磁化方向的被钉扎层61,磁化方向可以改变的自由层63，位于被钉扎层61和自由层63之间的隧道膜62。其中所述MTJ60为由下至上依次设置的被钉扎层61、隧道膜62和自由层63。
[0015]所述MTJ60也可以为由下至上依次设置的自由层63、隧道膜62和被钉扎层61。
[0016]当自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相同时，所述MTJ60的电阻最小；当自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相反时，所述MTJ60的电阻最大。通过控制自由层63的磁化方向，进而改变MTJ60的电阻值，以实现信息的存储。
[0017]所述MRAM在写入期间，所述位线54中具有第一电流，所述字线40中具有第二电流；所述第一电流和所述第二电流在自由层63中产生两个磁场。在所述两个磁场的作用下，自由层63的磁化方向被定向在一个方向上。所以通过控制第一电流和第二电流的大小和方向，就可以控制自由层63的磁化方向，使MTJ60的电阻值发生改变。例如，需要写入1时，使自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相同，MTJ60的电阻值较低；需要写入0时，使自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相反，MTJ60的电阻值较高。
[0018]在读取期间，晶体管接通，使得隧穿电流从位线54通过MTJ60和晶体管流到与源极23相连的地线(未示出)。若MRAM中存储的信息为1，由于MTJ60的电阻值较低，则隧穿电流较大，所述MTJ60两端的电压降较小；gMRAM中存储的信息为0，由于MTJ60的电阻值较高，则隧穿电流较小，所述MTJ60两端的电压降较大。通过测量流经MTJ60的电流值，或者所述MTJ60两端的电压降，就可以确定MRAM的存储状态。
[0019]上述MRAM的写入和读取速率慢，不同存储状态下MTJ的电阻值差值小，会导致确定MRAM的存储状态失误，且MTJ60不同位置处的电阻值不同。


【发明内容】

[0020]本发明解决的问题是现有技术中，MRAM写入和读取速率慢，不同存储状态下MTJ的电阻值差值小，会导致确定MRAM的存储状态失误，且MTJ不同位置处的电阻值不同。
[0021]为解决上述问题，本发明提供一种磁隧道结的形成方法，包括:提供磁隧道结层，所述磁隧道结层包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；在所述磁隧道结层上形成掩膜层；刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元，所述第一掩膜单元呈长方体；对所述第一掩膜单元的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元，所述第二掩膜单元的侧壁光滑连接，所述第二掩膜单元定义磁隧道结的位置；以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结。
[0022]可选的，刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元的方法包括:对所述掩膜层进行第一刻蚀，形成多个平行排列的条状结构；对所述条状结构进行第二刻蚀，将每一条状结构刻蚀成多个第一掩膜单元。
[0023]可选的，对所述掩膜层进行第一刻蚀的方法包括:在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶，所述第一图形化的光刻胶定义相邻两条状结构之间的间距；以所述第一图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述掩膜层，形成条状结构。
[0024]可选的，在所述磁隧道结层上形成掩膜层之前，在所述磁隧道结层上由下至上依次形成第一有机介质层和刻蚀停止层，所述掩膜层形成在所述刻蚀停止层上。
[0025]可选的，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第一底部抗反射层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第一底部抗反射层上。
[0026]可选的，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第二有机介质层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第二有机介质层上。
[0027]可选的，对所述条状结构进行第二刻蚀的方法包括:在所述条状结构和磁隧道结层上形成第三有机介质层，所述第三有机介质层的高度大于所述条状结构的高度，且所述第三有机介质层的上表面平坦；在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶；以所述第二图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述第三有机介质层和条状结构，形成第一掩膜单元和图形化的第三有机介质层。
[0028]可选的，在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶之前，在所述第三有机介质层上形成第二底部抗反射层，所述第二图形化的光刻胶形成在第二底部抗反射层上。
[0029]可选的，所述各向同性刻蚀的方法为等离子体刻蚀。
[0030]可选的，所述等离子体刻蚀的气源包括CF4，等离子化的功率为200-2000W，偏置电压为 0-500V，压强为 20-200 μ Torr。
[0031]可选的，所述等离子体刻蚀的气源还包括Ar、02和N2中的一种或几种。
[0032]可选的，所述偏置电压为0V。
[0033]可选的，所述第二掩膜单元呈圆柱体或椭圆柱体。
[0034]本发明还提供一种磁性随机存储器的形成方法，包括:提供基底；在所述基底上形成晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；在所述基底和晶体管上形成第一层间介质层，所述第一层间介质层高出所述晶体管；在所述第一层间介质层上形成字线；在所述字线和第一层间介质层上形成第二层间介质层，所述第二层间介质层高出所述字线；在所述第一层间介质层和第二层间介质层中形成第一插塞，所述第一插塞与漏极电连接；在所述第二层间介质层上形成导电层，所述导电层与所述第一插塞电连接；按照上述方法在所述导电层上形成磁隧道结，所述磁隧道结位于所述字线的上方；在所述磁隧道结上形成位线和第二插塞，所述位线与所述磁隧道结通过第二插塞电连接。
[0035]可选的，在所述磁隧道结上形成位线和第二插塞的方法包括:在所述磁隧道结、导电层和第二层间介质层上形成有第三层间介质层；在所述第三层间介质层中形成第二插塞，所述第二插塞与所述磁隧道结电连接；在所述第三层间介质层上形成位线，所述位线与所述第二插塞电连接。
[0036]本发明还提供一种磁性随机存储器，包括:基底；位于所述基底上的晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；覆盖所述晶体管和所述基底的第一层间介质层；位于所述第一层间介质层上的字线；覆盖所述第一层间介质层和所述字线的第二层间介质层；位于所述第二层间介质层上的导电层；位于所述第一层间介质层和第二层间介质层中的第一插塞，所述第一插塞电连接所述导电层和漏极；位于所述导电层上的磁隧道结，所述磁隧道结位于所述字线上方，所述磁隧道结包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；位于所述磁隧道结上的位线，所述位线和所述磁隧道结通过第二插塞电连接；所述磁隧道结的侧壁光滑连接。
[0037]可选的，所述磁隧道结呈圆柱体或椭圆柱体。
[0038]可选的，所述磁隧道结和位线之间还包括第三层间介质层；所述第二插塞位于所述第三层间介质层中。
[0039]本发明还提供一种磁隧道结，包括:包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜，所述磁隧道结的侧壁光滑连接。
[0040]可选的，所述磁隧道结呈圆柱体或椭圆柱体。
[0041]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0042]对呈长方体形状的第一掩膜单元进行各向同性刻蚀，形成侧壁光滑连接的第二掩膜单元，至少具有以下优点:
[0043]首先，第二掩膜单元侧壁光滑连接，以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结时，得到的磁隧道结侧壁也光滑连接。与侧壁非光滑连接的磁隧道结相比，侧壁光滑连接的磁隧道结中的自由层的磁化方向更容易在外界磁场的作用下发生改变，这有利于提高包括该磁隧道结的磁性随机存储器的写入和读取速率；另一方面，更容易在外界磁场的作用下使自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相反，这有利于提高不同存储状态下磁隧道结的电阻值的差值，提高确定包括该磁隧道结的磁性随机存储器的存储状态的可靠性。
[0044]其次，对所述第一掩膜单元的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元时，还可以使第一掩膜单元的侧壁变得光滑，得到形貌良好的第二掩膜单元，以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结时，磁隧道结的形貌也良好，可以使磁隧道结不同位置处的电阻值相同。

【专利附图】

【附图说明】
[0045]图1和图2是现有技术中磁性随机存储器的剖面结构示意图；
[0046]图3至图19本发明第一实施例中磁隧道结的形成方法各制作阶段的结构示意图；
[0047]图20至图33本发明第三实施例中磁性随机存储器的形成方法各制作阶段的结构示意图。

【具体实施方式】
[0048]实验发现，呈长方体形状的MTJ60中的磁畴对称性不高，导致自由层63中的磁畴的转动较难，磁畴的转动较难导致自由层63中的磁化方向难以在外界磁场的作用下发生改变，因此MRAM的写入和读取速率慢；而且由于难以使自由层63中的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相反，导致不同存储状态下MTJ60的电阻值的差值太小，会导致确定MRAM的存储状态失误。
[0049]实验还发现，随着半导体器件尺寸的下降，所述MTJ60的尺寸也在不断降低，使用传统的工艺方法得到的MTJ60的线边缘粗糙度(LER，line edge roughness)和线宽粗糙度(LWR, line width roughness)较大，导致MTJ60不同位置处的电阻值不同。
[0050]为此，本发明提供一种磁性随机存储器，所述磁性随机存储器的写入和读取速率快、不同存储状态下MTJ的电阻值的差值大，且MTJ不同位置处的电阻值相同。
[0051]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0052]第一实施例
[0053]本实施例提供一种磁隧道结的形成方法，包括:
[0054]参考图3，提供磁隧道结层120，所述磁隧道结层120包括被钉扎层121、自由层123、位于被钉扎层121和自由层123之间的隧道膜122。
[0055]在本实施例中，所述磁隧道结层120为由下至上依次设置的被钉扎层121、隧道膜122和自由层123。
[0056]在其他实施例中，所述磁隧道结层120也可以为由下至上依次设置的自由层123、隧道膜122和被钉扎层121。
[0057]在具体实施例中，所述隧道膜122为氧化铝膜、氧化铝铪膜、氧化镁膜、氧化钇膜和氟化钙膜中的一种或几种。
[0058]参考图4和图5，在所述磁隧道结层120上形成掩膜层101。
[0059]图5是形成掩膜层101的平面结构示意图；图4是图5沿切线AA’所切平面的示意图。
[0060]所述掩膜层101的材料为氮化钛、氮化硼、氮化硅等本领域所熟知的掩膜材料。
[0061]在其他实施例中，在所述磁隧道结层120上形成掩膜层101之前，在所述磁隧道结层120上由下至上依次形成第一有机介质层和刻蚀停止层，所述掩膜层101形成在所述刻蚀停止层上。
[0062]如果掩膜层101的厚度过薄，可能导致在刻蚀磁隧道结层120时，掩膜层101已经被完全消耗，但还没有完成磁隧道结层120的刻蚀。第一有机介质层的作用是作为刻蚀磁隧道结层120的掩膜，防止由于掩膜层101的厚度过薄，而无法完成磁隧道结层120的刻蚀。
[0063]但在刻蚀所述掩膜层101时，应防止对第一有机介质层造成损伤，以提高图形的转移精度。其中刻蚀停止层的作用是作为刻蚀所述掩膜层101的刻蚀停止层，防止对第一有机介质层造成损伤。刻蚀所述掩膜层101时，掩膜层101与刻蚀停止层具有大的刻蚀选择比，例如，当掩膜层101的材料为氮化钛时，所述刻蚀停止层的材料为氮化硼或氮化硅；当掩膜层101的材料为氮化硼时，所述刻蚀停止层的材料为氮化钛或氮化硅；当掩膜层101的材料为氮化硅时，所述刻蚀停止层的材料为氮化钛或氮化硼。
[0064]对所述掩膜层101进行第一刻蚀，形成多个平行排列的条状结构，其方法包括:
[0065]参考图6和图7，在所述掩膜层101上形成第一图形化的光刻胶102，所述第一图形化的光刻胶102定义相邻两条状结构之间的间距。
[0066]图7是在所述掩膜层101上形成第一图形化的光刻胶102的平面结构示意图；图6是图7沿切线BB’所切平面的示意图。
[0067]在其他实施例中，在所述掩膜层101上形成第一图形化的光刻胶102之前，在所述掩膜层101上形成第一底部抗反射层和第二有机介质层中的一种或两种。当同时形成第一底部抗反射层和第二有机介质层时，所述第一底部抗反射层位于所述第二有机介质层上表面。
[0068]第一底部抗反射层的作用是减弱形成第一图形化的光刻胶102发生的反射，以实现精细图案的精确转移。第一底部抗反射层可以为含硅抗反射层或其他本领域所熟知的抗反射层。
[0069]如果第一图形化的光刻胶102的厚度过薄，可能导致在刻蚀所述掩膜层101时，第一图形化的光刻胶102已经被完全消耗，但还没有完成所述掩膜层101的刻蚀。第二有机介质层的作用是作为刻蚀掩膜层101的掩膜，防止由于第一图形化的光刻胶102的厚度过薄，而无法完成掩膜层101的刻蚀。
[0070]参考图8和图9，以所述第一图形化的光刻胶102为掩膜，对所述掩膜层101进行第一刻蚀，形成多个平行排列的条状结构103。然后去除所述第一图形化的光刻胶102。
[0071]图9是形成条状结构103的平面结构示意图；图8是图9沿切线CC’所切平面的示意图。
[0072]对所述条状结构103进行第二刻蚀，将每一条状结构103刻蚀成多个第一掩膜单元，其方法包括:
[0073]参考图10和图11，在所述条状结构103和磁隧道结层120的自由层123上形成第三有机介质层104，所述第三有机介质层104的高度大于所述条状结构103的高度，且所述第三有机介质层104的上表面平坦。
[0074]图11是形成第三有机介质层104的平面结构示意图；图10是图11沿切线DDf切平面的示意图。
[0075]第三有机介质层104的作用是填充所述条状结构103之间的间隙，为形成第二图形化的光刻胶提供平坦表面，还可以作为刻蚀条状结构103的掩膜，以保证完成所述条状结构103的刻蚀。第三有机介质层104的形成方法可以为旋涂法等本领域所熟知的方法。
[0076]参考图12和图13，在所述第三有机介质层104上形成第二图形化的光刻胶105。
[0077]图13是形成第二图形化的光刻胶105的平面结构示意图；图12是图13沿切线EE’所切平面的示意图。
[0078]在其他实施例中，在所述第三有机介质层104上形成第二图形化的光刻胶105之前，在所述第三有机介质层104上形成第二底部抗反射层，所述第二图形化的光刻胶105形成在所述第二底部抗反射层上。第二底部抗反射层的作用是减弱形成第二图形化的光刻胶105时发生的反射，以实现精细图案的精确转移。第二底部抗反射层可以为含硅抗反射层或其他本领域所熟知的抗反射层。
[0079]参考图14和图15，以所述第二图形化的光刻胶105为掩膜，对所述第三有机介质层104和条状结构103进行第二刻蚀，形成第一掩膜单元106和图形化的第三有机介质层(未示出)。然后去除第二图形化的光刻胶105和图形化的第三有机介质层。
[0080]图15是形成第一掩膜单元106的平面结构示意图；图14是图15沿切线FF’所切平面的示意图。
[0081]在本实施例中，第一掩膜单元106呈长方体。
[0082]如果以所述第一掩膜单元106为掩膜，刻蚀磁隧道结层120得到的磁隧道结也呈长方体。呈长方体形状的磁隧道结中磁畴的对称性不高，导致自由层中的磁畴的转动较难。磁畴的转动较难导致自由层中的磁化方向难以在外界磁场的作用下发生改变，因此包括该磁隧道结的MRAM的写入和读取速率慢；而且由于难以使自由层中的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相反，导致不同存储状态下MTJ的电阻值的差值太小，会导致确定MRAM的存储状态失误。
[0083]参考图16和图17，因此，本实施例中，形成第一掩膜单元106后，对所述第一掩膜单元106的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元107。所述第二掩膜单元107的侧壁光滑连接，所述第二掩膜单元107定义磁隧道结的位置。
[0084]图17是形成第二掩膜单元107的平面结构示意图；图16是图17沿切线GG’所切平面的示意图。
[0085]在具体实施例中，各向同性刻蚀的方法为等离子体刻蚀。
[0086]在具体实施例中，等离子体刻蚀的气源包括CF4，等离子化的功率为200-2000W，偏置电压为0-500V，压强为20-200 μ Torr。
[0087]等离子体刻蚀的气源还可以包括Ar、O2和N2中的一种或几种。
[0088]在本实施例中，偏置电压为0V。
[0089]由于等离子体刻蚀时，等离子体趋向于聚集在尖角处，因此所述第一掩膜单元106相邻两侧壁的连接处会聚集更多的等离子体，使该位置的刻蚀速度较其他位置要快，最终使第一掩膜单元106侧壁的光滑连接。
[0090]在具体实施例中，第二掩膜单元107的形状为椭圆柱体。
[0091]在其他实施例中，第二掩膜单元107的形状为圆柱体。以所述第二掩膜单元107刻蚀磁隧道结层120，形成的磁隧道结的形状也为圆柱体。磁隧道结的形状越接近圆柱体，磁畴的对称性就越好，最有利于制备写入和读取速率快，且不同存储状态下磁隧道结的电阻值的差值大的MRAM。
[0092]参考图18和图19，以所述第二掩膜单元107为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层120，形成磁隧道结124。
[0093]图19是形成磁隧道结124的平面结构示意图；图18是图19沿切线HH’所切平面的示意图。
[0094]本实施例至少具有以下优点:
[0095]第二掩膜单元107侧壁光滑连接，以所述第二掩膜单元107为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层120，形成磁隧道结124时，得到的磁隧道结124侧壁也光滑连接。与侧壁非光滑连接的磁隧道结相比，侧壁光滑连接的磁隧道结中的自由层的磁化方向更容易在外界磁场的作用下发生改变，这有利于提高包括该磁隧道结124的MRAM的写入和读取速率；另一方面，更容易在外界磁场的作用下使自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相反，这有利于提高不同存储状态下磁隧道结的电阻值的差值，提高确定MRAM的存储状态的可靠性。
[0096]其次，对所述第一掩膜单元106的侧壁进行各向同性刻蚀时，还可以使第一掩膜单元106的侧壁变得光滑，得到形貌良好的第二掩膜单元107，以所述第二掩膜单元107为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层120，形成磁隧道结124时，磁隧道结124的形貌也良好，可以提高磁隧道结124各处电阻值的一致性。
[0097]第二实施例
[0098]参考图17和图18，本实施例提供一种磁隧道结，包括:
[0099]自由层123、被钉扎层121、位于自由层123和被钉扎层121之间的隧道膜122，所述磁隧道结124的侧壁光滑连接。
[0100]在具体实施例中，所述磁隧道结124呈圆柱体或椭圆柱体。
[0101]第三实施例
[0102]本实施例提供一种磁性随机存储器的形成方法，包括:
[0103]参考图20，提供基底110。
[0104]所述基底110的材料为硅、锗、硅锗或本领域所熟知的其他半导体材料。
[0105]参考图21，在所述基底110上形成晶体管；所述晶体管包括栅极141，源极143和漏极142。所述晶体管的形成方法为公知技术，这里不再累述。
[0106]参考图22，在所述基底110和晶体管上形成第一层间介质层131，所述第一层间介质层131高出所述晶体管。
[0107]在具体实施例中，所述第一层间介质层131为氧化硅层，其形成方法可以为本领域所熟知的淀积法。
[0108]参考图23和图24，在所述第一层间介质131上形成字线151。
[0109]图24是形成字线151的平面结构示意图；图23是图24沿切线II’所切平面的示意图。
[0110]参考图25，在所述字线151和第一层间介质层131上形成第二层间介质层132，所述第二层间介质132层高出所述字线151。
[0111]参考图26,在所述第一层间介质131和第二层间介质层132中形成第一插塞161,所述第一插塞161与晶体管的漏极142电连接。
[0112]参考图27和图28，在所述第二层间介质层132上形成导电层170，所述导电层170与所述第一插塞161电连接。
[0113]图28是形成导电层170的平面结构示意图；图27是图28沿切线JJ’所切平面的示意图。
[0114]在具体实施例中，在所述第二层间介质层132上表面形成导电层170的方法包括:
[0115]在所述第二层间介质层132上表面沉积导电材料层；
[0116]在所述导电材料层上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层定义导电层的位置；
[0117]以所述图形化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述导电材料层至所述导电材料层下表面，形成所述导电层170;
[0118]去除所述图形化的掩膜层。
[0119]所述导电层170的材料为Al、W、Cu或本领域所熟知的其他导电材料。
[0120]参考图29，在所述导电层170上形成磁隧道结124，所述磁隧道结124位于所述字线151的上方。
[0121]形成磁隧道结124的方法可以参考第一实施例。
[0122]参考图30，在所述磁隧道结124、导电层170和第二层间介质层132上形成有第三层间介质层133。
[0123]参考图31，在所述第三层间介质133中形成第二插塞162，所述第二插塞162与所述磁隧道结124电连接。
[0124]参考图32和图33，在所述第三层间介质133上形成位线152，所述位线152与所述第二插塞162电连接。
[0125]图33是形成位线152的平面结构示意图；图32是图33沿切线KK’所切平面的示意图。
[0126]第四实施例
[0127]参考图32，本实施例提供一种磁性随机存储器，包括:
[0128]基底110;
[0129]位于所述基底110上的晶体管，所述晶体管包括源极143、漏极142和栅极141 ；
[0130]覆盖所述晶体管和所述基底110的第一层间介质层131 ；
[0131]位于所述第一层间介质层131上的字线151 ；
[0132]覆盖所述第一层间介质层131和所述字线151的第二层间介质层132 ；
[0133]位于所述第二层间介质层132上的导电层170 ；
[0134]位于所述第一层间介质层131和第二层间介质层132中的第一插塞161，所述第一插塞161电连接所述导电层170和所述晶体管的漏极142 ；
[0135]位于所述导电层170上的磁隧道结124，所述磁隧道结124位于所述字线151上方；
[0136]位于所述磁隧道结124上的位线152，所述位线152和所述磁隧道结124通过第二插塞162电连接。
[0137]在具体实施例中，所述磁隧道结124和位线152之间还包括第三层间介质层133 ；所述第二插塞162位于所述第三层间介质层133中。
[0138]参考图18和图19，所述磁隧道结124的侧壁光滑连接。所述磁隧道结124包括自由层123、被钉扎层121、位于自由层123和被钉扎层121之间的隧道膜122。
[0139]在本实施例中，所述磁隧道结层120为由下至上依次设置的被钉扎层121、隧道膜122和自由层123。
[0140]在其他实施例中，所述磁隧道结层120也可以为由下至上依次设置的自由层123、隧道膜122和被钉扎层121。
[0141]在具体实施例中，所述磁隧道结124的形状为椭圆柱体。
[0142]在其他实施例中，所述磁隧道结124的形状为圆柱体。
[0143]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种磁隧道结的形成方法，其特征在于，包括: 提供磁隧道结层，所述磁隧道结层包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜； 在所述磁隧道结层上形成掩膜层； 刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元，所述第一掩膜单元呈长方体； 对所述第一掩膜单元的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元，所述第二掩膜单元的侧壁光滑连接，所述第二掩膜单元定义磁隧道结的位置； 以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结。
2.如权利要求1所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元的方法包括: 对所述掩膜层进行第一刻蚀，形成多个平行排列的条状结构； 对所述条状结构进行第二刻蚀，将每一条状结构刻蚀成多个第一掩膜单元。
3.如权利要求2所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，对所述掩膜层进行第一刻蚀的方法包括: 在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶，所述第一图形化的光刻胶定义相邻两条状结构之间的间距； 以所述第一图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述掩膜层，形成条状结构。
4.如权利要求1所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，在所述磁隧道结层上形成掩膜层之前，在所述磁隧道结层上由下至上依次形成第一有机介质层和刻蚀停止层，所述掩膜层形成在所述刻蚀停止层上。
5.如权利要求3所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第一底部抗反射层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第一底部抗反射层上。
6.如权利要求3所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第二有机介质层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第二有机介质层上。
7.如权利要求2所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，对所述条状结构进行第二刻蚀的方法包括: 在所述条状结构和磁隧道结层上形成第三有机介质层，所述第三有机介质层的高度大于所述条状结构的高度，且所述第三有机介质层的上表面平坦； 在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶； 以所述第二图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述第三有机介质层和条状结构，形成第一掩膜单元和图形化的第三有机介质层。
8.如权利要求7所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶之前，在所述第三有机介质层上形成第二底部抗反射层，所述第二图形化的光刻胶形成在第二底部抗反射层上。
9.如权利要求1所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述各向同性刻蚀的方法为等离子体刻蚀。
10.如权利要求9所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀的气源包括CF4，等离子化的功率为200-2000W，偏置电压为0-500V，压强为20-200 μ Torr。
11.如权利要求10所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀的气源还包括Ar、O2和N2中的一种或几种。
12.如权利要求10所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述偏置电压为0V。
13.如权利要求1所述的磁隧道结的形成方法，其特征在于，所述第二掩膜单元呈圆柱体或椭圆柱体。
14.一种磁性随机存储器的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底； 在所述基底上形成晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极； 在所述基底和晶体管上形成第一层间介质层，所述第一层间介质层高出所述晶体管； 在所述第一层间介质层上形成字线； 在所述字线和第一层间介质层上形成第二层间介质层，所述第二层间介质层高出所述字线； 在所述第一层间介质层和第二层间介质层中形成第一插塞，所述第一插塞与漏极电连接; 在所述第二层间介质层上形成导电层，所述导电层与所述第一插塞电连接； 按照权利要求1-13任一所述的方法，在所述导电层上形成磁隧道结，所述磁隧道结位于所述字线的上方； 在所述磁隧道结上形成位线和第二插塞，所述位线与所述磁隧道结通过第二插塞电连接。
15.如权利要求14所述的磁性随机存储器的形成方法，其特征在于，在所述磁隧道结上形成位线和第二插塞的方法包括: 在所述磁隧道结、导电层和第二层间介质层上形成有第三层间介质层； 在所述第三层间介质层中形成第二插塞，所述第二插塞与所述磁隧道结电连接； 在所述第三层间介质层上形成位线，所述位线与所述第二插塞电连接。
16.—种磁性随机存储器,包括: 基底； 位于所述基底上的晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极； 覆盖所述晶体管和所述基底的第一层间介质层； 位于所述第一层间介质层上的字线； 覆盖所述第一层间介质层和所述字线的第二层间介质层； 位于所述第二层间介质层上的导电层； 位于所述第一层间介质层和第二层间介质层中的第一插塞，所述第一插塞电连接所述导电层和漏极； 位于所述导电层上的磁隧道结，所述磁隧道结位于所述字线上方，所述磁隧道结包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜； 位于所述磁隧道结上的位线，所述位线和所述磁隧道结通过第二插塞电连接； 其特征在于，所述磁隧道结的侧壁光滑连接。
17.如权利要求16所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述磁隧道结呈圆柱体或椭圆柱体。
18.如权利要求16所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述磁隧道结和位线之间还包括第三层间介质层； 所述第二插塞位于所述第三层间介质层中。
19.一种磁隧道结，包括:包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜，其特征在于，所述磁隧道结的侧壁光滑连接。
20.如权利要求19所述的磁隧道结，其特征在于，所述磁隧道结呈圆柱体或椭圆柱体。
【文档编号】H01L43/12GK104347795SQ201310338251
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】王冬江, 张海洋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司