一种磁阻内存单元的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种磁阻存储单元的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体技术的发展，要求半导体器件向轻、薄、短小化发展，同时也意味着半导体器件向高速、高集成度、低功率消耗方向发展。因此要对半导体器件的结构进行改进以适应现代化技术的发展需求。磁阻内存(Magnetic Random Access Memory, MRAM)由于具有高速、低电压、高密度、非易失性等优点，成为市场关注的存储器之一。
[0003]MRAM是通过施加磁场，将信息存储到磁隧道结(Magnetic Tunnel Junct1n, MTJ)结构中，并通过测量通过MTJ的电流读取信息的技术。具体地，所述MRAM自下而上依次由下电极、磁隧道结和上电极构成，MTJ又由两铁磁层以及位于所述两铁磁层之间的绝缘层构成。在公告号为CN1402254C的中国专利中就公开了一种用于存储装置的MTJ结构。
[0004]STT-MRAM采用了自旋注入磁化反转(spin transfer torque, STT)数据擦写技术，其能够利用记忆元件中流过的电流擦写数据，这种磁阻内存具有工作速度快、擦写次数无限制、容易增大容量等性能。STT-MRAM的记忆元件(MTJ)越细微，擦写电流就越小，越容易减小读写用晶体管，因此越容易高度集成。
[0005]目前，STT-MRAM又发展为面内磁化STT-MRAM和垂直磁化STT-MRAM两种STT-MRAM。对于面内磁化STT-MRAM而言，由于存在磁各向异性，磁阻内存通常为椭圆形而不能为圆形。随着MRAM技术的发展，本领域出现了环形结构的磁隧道结或磁阻内存，从而使得圆形和椭圆形磁阻内存均可以用于面内磁化STT-MRAM。如专利CN200710094480.2揭示了一种环形磁隧道结及其制造方法，但是，该方法需要多次蚀刻和研磨并采用多种掩膜材料，制造过程复杂，不易于实现且不利于大规模生产磁阻内存。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁阻内存单元的制造方法，用于解决现有技术中制造过程复杂，不易于实现且不利于大规模生产磁阻内存的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0008]在衬底上形成自下向上依次包括下电极、磁隧道结和上电极的主体；
[0009]在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层；
[0010]在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层；
[0011]修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层；
[0012]以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述主体，形成截面为环形的磁阻内存单元。
[0013]优选地，所述第一开口用于定义所述磁阻内存单元的外部形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述磁阻内存单元的内部形状及尺寸。
[0014]优选地，在所述主体上形成具有第一开口的第一阻挡层包括:
[0015]在所述主体上形成第一阻挡层；
[0016]在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁阻内存单元的外部形状及尺寸；
[0017]以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口 ；
[0018]去除所述第一光刻胶层。
[0019]优选地，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层。
[0020]优选地，所述硬掩膜层选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合，所述蚀刻止刻层选自氮碳化娃、氮化娃、氧化娃、无定形碳中的一者或其组合。
[0021]优选地，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅。
[0022]优选地，通过干法蚀刻所述第一阻挡层。
[0023]优选地，所述第一开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的外部形状及尺寸相同。
[0024]优选地，所述第二开口的截面形状及尺寸与所述磁阻内存单元的截面的内部形状及尺寸相同。
[0025]优选地，通过干法蚀刻所述主体。
[0026]优选地，还包括在所述环形的磁阻内存单元的环内和环外沉积介质层。
[0027]优选地，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层和蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
[0028]优选地，所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
[0029]优选地，通过干法蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
[0030]优选地，所述第一开口和所述第二开口为圆形或椭圆形。
[0031]优选地，所述第一开口的直径或长轴为50?300纳米，所述第二开口的直径或长轴为10?280纳米。
[0032]另外，本发明还提供了一种磁阻内存单元的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0033]在衬底上自下向上依次形成下电极和磁隧道结；
[0034]在所述磁隧道结上形成具有第一开口的第一阻挡层；
[0035]在所述第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层；
[0036]修整所述第二阻挡层，保留所述第一开口和所述第二开口之间的第二阻挡层；
[0037]以所述第二阻挡层为掩膜蚀刻所述磁隧道结，形成截面为环形的磁隧道结；
[0038]在所述磁隧道结中沉积介质层，在所述介质层上形成覆盖于所述磁隧道结的上电极；
[0039]优选地，所述第一开口用于定义所述磁隧道结的外部形状及尺寸，所述第二开口用于定义所述磁隧道结的内部形状及尺寸。
[0040]优选地，在所述磁隧道结(703)上形成具有第一开口的第一阻挡层包括:
[0041]在所述磁隧道结上形成第一阻挡层；
[0042]在所述第一阻挡层上形成第一光刻胶层，定义出磁隧道结的外部形状及尺寸；
[0043]以所述第一光刻胶层为掩膜蚀刻所述第一阻挡层，形成第一开口 ；
[0044]去除所述第一光刻胶层。
[0045]优选地，所述第一阻挡层至少包括硬掩膜层和位于所述硬掩膜层下的蚀刻止刻层。
[0046]优选地，所述硬掩膜层选自氮化硅、氧化硅、无定形碳、氢化的无定形碳、低摩擦碳中的一者或其组合，所述蚀刻止刻层选自氮碳化娃、氮化娃、氧化娃、无定形碳中的一者或其组合。
[0047]优选地，所述硬掩膜层为非功能型碳，所述蚀刻止刻层为氮碳化硅。
[0048]优选地，修整所述第二阻挡层包括去除所述第二阻挡层以外的第一阻挡层和蚀刻第二开口以内的第二阻挡层。
[0049]优选地，所述第二阻挡层选自氧化硅或氮化硅。
[0050]如上所述，本发明的磁阻内存单元，具有以下有益效果:
[0051]首先，目前现有的磁阻内存单元制造工艺需要一种金属硬掩膜材料和几种电介质硬掩膜材料，所用的材料复杂，不易于操作。本发明的磁阻内存单元制造工艺只需要2?3种电介质硬掩膜材料，材料及构造简单，有利于操作，从而可加快生产速度。
[0052]其次，现有的磁阻内存单元制造工艺流程包括I次曝光、5次刻蚀(含I次湿法蚀亥Ij)和多次研磨，而一般来说，湿法刻蚀不适合用于半导体后段工艺，并且该工艺流程复杂，较难实现。本发明的磁阻内存单元制造工艺流程包括I次曝光和3?4次蚀刻，整个流程中均可采用干法蚀刻，而且不需要多次研磨，工艺流程简单，易于实现，而且有利于磁阻内存的大规模生产。
【附图说明】
[0053]图1显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法的流程图。
[0054]图2显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤SI形成的结构示意图。
[0055]图3显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S2图形化后形成的结构示意图。
[0056]图4显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S2蚀刻后形成的结构示意图。
[0057]图5显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S3在第一开口中沉积具有第二开口的第二阻挡层形成的结构示意图。
[0058]图6显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S4形成的结构示意图。
[0059]图7显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的结构示意图。
[0060]图8显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的截面形状为内圆外圆的磁阻内存单元的俯视示意图。
[0061]图9显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤S5形成的截面形状为内椭圆外椭圆的磁阻内存单元的俯视示意图。
[0062]图10显示为本发明的另一种磁阻内存单元的制造方法的流程图。
[0063]图11显示为本发明的磁阻内存单元的制造方法之步骤Tl形成的结构示意图。