磁阻存储器及其形成方法

磁阻存储器及其形成方法
【专利摘要】一种磁阻存储器及其形成方法，其中磁阻存储器的形成方法包括：提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电极；在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性；在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在平面的投影位于所述下电极中；去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。在第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结过程中，第一刻蚀阻挡层保护下电极免遭损伤，避免下电极表面的金属离子飞溅，这样在磁隧道结侧面不会粘附影响其性能的金属离子。这样，磁隧道结侧面免遭沾污，磁隧道结的读写能力良好，则磁阻存储器的性能较佳。
【专利说明】磁阻存储器及其形成方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，特别涉及一种磁阻存储器及其形成方法。

【背景技术】
[0002] 磁阻存储器（Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种新型的非挥发性存 储器（Non-volatile Memory，NVM)，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。
[0003] 磁阻存储器中的核心部件是磁隧道结（MTJ，Magnetic Tunnel Junction),最简化 的磁隧道结包括三层结构，参照图1，包括：位于上方的自由铁磁层11，位于下方的固定铁 磁层13,位于自由铁磁层11与固定铁磁层13之间的绝缘层12。当自由铁磁层11的磁化 方向与固定铁磁层13的磁化方向一致时，磁隧道结的电阻最小；当自由铁磁层11的磁化方 向与固定铁磁层13的磁化方向相差180度时，磁隧道结的电阻最大。因此，可以利用将自 由铁磁层11的磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向一致时定义为存储"0"，将自由铁磁层 11的磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向相差180度定义为存储"1"，或者相反定义来使 用磁隧道结存储信息。
[0004] 磁隧道结的写入方法包括磁场感应写入和电流写入。以电流写入方法为例，用于 电流写入的磁阻存储器的其中一个单元如图1所示，除磁隧道结外，一般磁阻存储器单元 还包括上电极5与下电极6,上电极5位于自由铁磁层11的上方，且与自由铁磁层11电连 接，上电极5还与放大器8电连接；下电极6位于固定铁磁层13的下方，且与固定电磁层13 电连接，下电极6还与控制晶体管2的漏极电连接。在上电极5上方还置有字线3,下电极 6下方置有位线4,其中，字线3与位线4垂直90度放置。字线3与上电极5电连接，位线 4与下电极6以绝缘层（图中未显示）隔开而无电连接，位线4与控制晶体管2的栅极电连 接。而在磁场感应写入的磁阻存储器单元中，字线与上电极为绝缘层所隔开而无电连接。
[0005] 采用电流写入的原理是基于自旋转移矩（Spin Transfer Torque, STT)效应。具 体地，若写入电流由固定铁磁层向自由铁磁层流过时，只有自旋方向与固定铁磁层的磁化 方向相同的电子才能通过固定铁磁层与绝缘层进入自由铁磁层，从而改变自由铁磁层的磁 化方向与固定铁磁层相同，记此为写入"〇"；如果要写入"1"，则翻转电流方向，使电流由自 由铁磁层向固定铁磁层流过，此时仍为只有自旋方向与固定铁磁层的磁化方向相同的电子 才能通过，而自旋方向与固定铁磁层的相反的电子则留在自由铁磁层，因此，自由铁磁层中 磁化方向与固定铁磁层相反，而写入了 " 1"。
[0006] 具体地，在由多个磁阻存储器单元组成的一个磁阻存储器中，该电流写入方法对 应的写入过程为：在位线4施加电压，选中的控制晶体管2处于开启状态，在控制晶体管2 的源极、漏极之间施加电压，电流(也称写入电流)通过控制晶体管2、下电极6、磁隧道结、上 电极5,进入字线3,当写入电流大于某一临界值时，可改变自由铁磁层11磁化方向，使之与 固定铁磁层13的磁化方向相同，记录数位"1" ;在字线3和位线4施加电压，控制晶体管2 处于开启状态，写入电流反向，由自由铁磁层11流向固定铁磁层13,自由铁磁层11磁化方 向也翻转，磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向相反，记录数位"0"。因此数位"0"和"1" 可由"电流方向不同方式"写入磁隧道结。
[0007] 磁隧道结的读取过程：参见图1，控制晶体管2处于开启状态时，检测电流，也称读 取电流，比写入电流要小，通过控制晶体管的源极、漏极、下电极6、磁隧道结、上电极5,然 后与参考电流相比较，差值经过放大器8放大后，来判断磁隧道结的电阻为大还是小，进行 判断存储的是"〇"还是"1"。
[0008] 在现有技术中，磁阻存储器的磁隧道结的形成方法包括：
[0009] 参照图2,提供介质层20,在介质层20中形成下电极21 ;
[0010] 参照图3,在介质层20上形成自由铁磁材料层22,在自由铁磁材料层22上形成绝 缘材料层23和在绝缘材料层23上形成固定铁磁材料层24 ;
[0011] 参照图4,使用光刻、刻蚀工艺，刻蚀固定铁磁材料层形成固定铁磁层，刻蚀绝缘材 料层形成绝缘层，刻蚀自由铁磁材料层形成自由铁磁层。自由铁磁层、绝缘层和固定铁磁层 的叠层结构构成磁隧道结25,所述磁隧道结25位于下电极21上，磁隧道结25与下电极21 电连接。
[0012] 但是，具有现有方法形成的下电极和磁隧道结的磁阻存储器的性能不佳。


【发明内容】

[0013] 本发明解决的问题是，具有现有方法形成的下电极和磁隧道结的磁阻存储器的性 能不佳。
[0014] 为解决上述问题，本发明提供一种磁阻存储器的形成方法，该磁阻存储器的形成 方法包括：
[0015] 提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电 极；
[0016] 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导 电性；
[0017] 在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面 所在平面的投影位于所述下电极中；
[0018] 去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。
[0019] 可选地，在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层之前，在所述第一介 质层上形成具有开口的第二刻蚀阻挡层，所述开口位于下电极上且暴露部分或全部下电 极；
[0020] 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层时，所述第一刻蚀阻挡层覆盖 第二刻蚀阻挡层、填充满所述开口；
[0021] 在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层时，也去除所述第一介质层上的第二 刻蚀阻挡层。
[0022] 可选地，在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻挡层的方法包括：
[0023] 在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻挡层，所述第二刻蚀阻挡层覆盖第一介质层 和下电极；
[0024] 对所述第二刻蚀阻挡层进行图形化，在所述第二刻蚀阻挡层中形成开口。
[0025] 可选地，去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包 括：
[0026] 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义下电极的位置；
[0027] 以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层， 至暴露第一介质层；
[0028] 去除图形化的光刻胶层。
[0029] 可选地，在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层时，还去 除下电极上、未被磁隧道结覆盖的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，去除所述第一介质 层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包括：
[0030] 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义磁隧道结的位置；
[0031] 以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层， 至暴露第一介质层和下电极；
[0032] 去除图形化的光刻胶层。
[0033] 可选地，所述第二刻蚀阻挡层的材料为氮化硅或掺碳氮化硅。
[0034] 可选地，所述第二刻蚀阻挡层的厚度范围为500A?1500A。
[0035] 可选地，所述第一刻蚀阻挡层为钛层和位于钛层上的氮化钛层，或者，所述第一刻 蚀阻挡层为钽层和位于钽层上的氮化钽层。
[0036] 可选地，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法为干法刻蚀；在干法 刻蚀第一刻蚀阻挡层时，使用的刻蚀气体包括(：12;在干法刻蚀第二刻蚀阻挡层时，使用的 刻蚀气体包括含氟碳气体。
[0037] 可选地，所述磁隧道结包括固定铁磁层、位于所述固定铁磁层上的绝缘层和位于 所述绝缘层上的自由铁磁层，在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结的方法包括：
[0038] 在所述第一刻蚀阻挡层上形成固定铁磁材料层，在固定铁磁材料层上形成绝缘材 料层，在所述绝缘材料层上形成自由铁磁材料层；
[0039] 干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料层和自由铁磁材料层，分别对应形成固定铁 磁层、绝缘层和自由铁磁层。
[0040] 可选地，干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料层和自由铁磁材料层过程，使用的刻 蚀气体包括ch4。
[0041] 可选地，在所述第一介质层中形成下电极的方法包括：
[0042] 对所述第一介质层进行图形化，在所述第一介质层中形成通孔；
[0043] 形成导电层，所述导电层覆盖第一介质层、填充满通孔；
[0044] 去除高于所述第一介质层的导电层，剩余导电层作为下电极。
[0045] 可选地，在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层后，还包括：
[0046] 在所述第一介质层和磁隧道结上形成第二介质层，所述第一介质层上的第二介质 层高于磁隧道结；
[0047] 刻蚀所述第二介质层形成通孔，所述通孔暴露磁隧道结；
[0048] 在所述通孔中形成导电层，位于通孔中的导电层作为上电极。
[0049] 本发明还提供一种磁阻存储器，该磁阻存储器包括：
[0050] 基底；
[0051] 位于所述基底上的第一介质层；
[0052] 位于所述第一介质层中的下电极；
[0053] 位于所述下电极上的第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性；
[0054] 位于所述第一刻蚀阻挡层上的磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面 所在平面的投影位于所述下电极中。
[0055] 可选地，还包括：
[0056] 位于所述下电极与第一刻蚀阻挡层之间的第二刻蚀阻挡层，所述第二刻蚀阻挡层 具有开口，所述开口暴露部分或全部下电极。
[0057] 可选地，所述磁隧道结在第一介质层上表面所在平面的投影，位于第一刻蚀阻挡 层和第二刻蚀阻挡层在第一介质层上表面所在平面的投影范围内；或者，
[0058] 所述磁隧道结在第一介质层上表面所在平面的投影，与第一刻蚀阻挡层和第二刻 蚀阻挡层在第一介质层上表面所在平面的投影重合。
[0059] 可选地，所述第二刻蚀阻挡层的材料为氮化硅或掺碳氮化硅。
[0060] 可选地，所述第二刻蚀阻挡层的厚度范围为500A?丨500A。
[0061] 可选地，所述第一刻蚀阻挡层的材料为钛层和位于钛层上的氮化钛层，或者，所述 第一刻蚀阻挡层为钽层和位于钽层上的氮化钽层。
[0062] 可选地，还包括：
[0063] 位于所述第一介质层和磁隧道结上的第二介质层，所述第一介质层上的第二介质 层高于磁隧道结；
[0064] 位于所述第二介质层中的上电极，所述上电极与磁隧道结电连接。
[0065] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0066] 在第一介质层上形成第一刻蚀阻挡层，第一刻蚀阻挡层起到刻蚀阻挡作用。在第 一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结过程中，第一刻蚀阻挡层保护下电极免遭损伤，避免下电极 表面的金属离子飞溅，这样在磁隧道结侧面不会粘附影响其性能的金属离子。这样，磁隧道 结侧面免遭沾污，磁隧道结的读写能力良好，则磁阻存储器的性能较佳。

【专利附图】

【附图说明】
[0067] 图1是现有技术的磁阻存储器单元的立体结构示意图；
[0068] 图2?图4是现有技术的磁阻存储器单元的磁隧道结在形成过程中的剖面结构示 意图；
[0069] 图5?图10是本发明第一实施例的磁阻存储器在形成过程中的剖面结构示意 图；
[0070] 图11?图14是本发明第二实施例的磁阻存储器在形成过程中的剖面结构示意 图。

【具体实施方式】
[0071] 对现有技术存在的问题进行分析，发现，参照图4,在刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材 料层和自由铁磁材料层形成磁隧道结过程，使用等离子体刻蚀法。在刻蚀完固定铁磁材料 层时，未被磁隧道结25覆盖的下电极21暴露，等离子体会轰击露出的下电极21表面，在下 电极21表面形成凹槽26。而下电极21的材料为金属，一般为铜，在等离子体轰击下，下电 极21中的金属离子溅射而出，飞溅到磁隧道结25的侧壁。在磁隧道结的自由铁磁层、固定 铁磁层侧面附着金属离子，会影响自由铁磁层、固定铁磁层的磁性品质，对磁隧道结的正常 工作造成消极影响，甚至造成磁阻存储器单元的读写错误，使得磁阻存储器的性能不佳。
[0072] 针对于此，本发明的技术方案在形成磁隧道结前，在介质层上形成刻蚀阻挡层，刻 蚀阻挡层覆盖下电极，避免形成磁隧道结过程中的等离子体轰击下电极，防止下电极的金 属离子飞溅至磁隧道结侧面。
[0073] 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。
[0074] 第一实施例
[0075] 参照图5,提供基底100,在基底100上形成有第一介质层101，在第一介质层101 中形成有下电极103。
[0076] 在具体实施例中，在第一介质层101种形成有多个相互隔开的下电极103,一个下 电极103对应一个磁阻存储器单兀，但本实施例仅以一个下电极103为例阐述本实施例的 技术方案。
[0077] 在具体实施例中，在基底100中具有控制晶体管(未示出），第一介质层101覆盖控 制晶体管，每一个磁阻存储器单元均有一个控制晶体管与之对应，所述控制晶体管用于选 通对应的磁阻存储器单元。所述控制晶体管的漏极与下电极103电连接，所述控制晶体管 的源极与外加电源电连接。在第一介质层101中还形成有位线(未示出），位线与控制晶体 管的栅极电连接。
[0078] 在具体实施例中，第一介质层101的材料为氧化硅、氮化硅、低K介电材料或超低 K介电材料等。在第一介质层101中形成下电极103的方法包括：
[0079] 对所述第一介质层101进行图形化，在所述第一介质层101中形成通孔，通孔对应 下电极的位置；
[0080] 形成导电层，所述导电层覆盖第一介质层101、填充满通孔；
[0081] 去除高于第一介质层101的导电层，具体方法为使用回刻蚀或化学机械研磨法， 剩余导电层作为下电极103。
[0082] 参照图6，在所述第一介质层101和下电极103上形成具有开口 104的第二刻蚀阻 挡层112,开口 104位于下电极103上且暴露部分下电极102。在本实施例中，第二刻蚀阻 挡层112用于保护第一介质层101中的下电极103,在后续形成磁隧道结过程中起到刻蚀阻 挡作用。
[0083] 在本实施例中，开口 104暴露部分下电极102,是指开口 104底部为下电极102的 部分上表面。在其他实施例中，开口 104暴露全部下电极，是指开口 104的底部为下电极 102的全部上表面。
[0084] 在具体实施例中，第二刻蚀阻挡层112具有绝缘性，第二刻蚀阻挡层112的材料确 保，形成第二刻蚀阻挡层112的过程，不会对下电极103和第一介质层101造成污染。第二 刻蚀阻挡层112的材料为氮化硅或掺碳氮化硅。
[0085] 在具体实施例中，在第一介质层101和下电极103上形成第二刻蚀阻挡层112的 方法包括：
[0086] 在第一介质层101和下电极103上化学气相沉积形成第二刻蚀阻挡层112,第二刻 蚀阻挡层112覆盖第一介质层101和下电极102 ;
[0087] 对第二刻蚀阻挡层112进行图形化，在第二刻蚀阻挡层112中形成开口 104。
[0088] 在具体实施例中，第二刻蚀阻挡层112的厚度范围为500A?1500A。若第二刻蚀 阻挡层112的厚度小于500A,在后续刻蚀去除第二刻蚀阻挡层时，很难较快停住，而对第 一介质层造成损伤。若第二刻蚀阻挡层112的厚度大于1500A,相应的，开口 104的深宽比 较大，这会造成后续第一刻蚀阻挡层在开口 104中不能形成良好填充，具体表现为第一刻 蚀阻挡层结构疏松或第一刻蚀阻挡层中具有空隙。
[0089] 参照图7,在第一介质层101上形成第一刻蚀阻挡层111，所述第一刻蚀阻挡层111 覆盖第二刻蚀阻挡层112、填充满开口 104 (参照图6)。第一刻蚀阻挡层111具有导电性， 第一刻蚀阻挡层111在开口中与下电极103电连接，第一刻蚀阻挡层111上表面与磁隧道 结电连接。
[0090] 在具体实施例中，第一刻蚀阻挡层111的形成方法包括：
[0091] 第一刻蚀阻挡层111为钛层和位于钛层上的氮化钛层，或者，所述第一刻蚀阻挡 层为钽层和位于钽层上的氮化钽层，使用化学气相沉积或物理气相沉积形成第一刻蚀阻挡 层 111 ;
[0092] 对第一刻蚀阻挡层111表面进行平坦化，具体使用化学机械研磨工艺，使得第一 刻蚀阻挡层111表面平坦、光滑。第一刻蚀阻挡层111表面平坦，后续磁隧道结在线宽方向 具有厚度一致性，磁隧道结在线宽方向的电流均匀分布，确保磁隧道结的性能稳定、可靠。
[0093] 在本实施例中，第一刻蚀阻挡层111和第二刻蚀阻挡层112在后续磁隧道结形成 过程中，共同起到刻蚀阻挡作用，保护下电极106免遭轰击。
[0094] 另外，由于第一刻蚀阻挡层111具有导电性，第一刻蚀阻挡层111的材料为导电材 料，第二刻蚀阻挡层112用于保护第一介质层101和下电极103。具体地，在第一刻蚀阻挡 层111形成过程中，第二刻蚀阻挡层112阻挡第一刻蚀阻挡层111的导电材料接触第一介 质层101和下电极103,避免该导电材料可能对下电极103的品质造成影响，而且，在后续去 除第一介质层101上的第一刻蚀阻挡层时，防止第一刻蚀阻挡层的残留物残留在第一介质 层101上表面，影响第一介质层101的绝缘隔离作用。
[0095] 在其他实施例中，若第一刻蚀阻挡层的材料在第一介质层和下电极上表面的沾污 量很少，基本不会影响第一介质层的绝缘隔离性能，或者对第一介质层的绝缘隔离性能的 影响是可以忽略的，也可以不形成第二刻蚀阻挡层。
[0096] 参照图8,在第一刻蚀阻挡层111上形成磁隧道结105,磁隧道结105对应下电极 103的位置。磁隧道结105包括固定铁磁层151、位于固定铁磁层151上的绝缘层152和位 于绝缘层152上的自由铁磁层153。参照图8,磁隧道结105在第一介质层101上表面所在 平面上的投影位于下电极103中。
[0097] 在具体实施例中，在第一刻蚀阻挡层111上形成磁隧道结105的方法包括：
[0098] 在第一刻蚀阻挡层111上形成固定铁磁材料层，在固定铁磁材料层上形成绝缘材 料层，在绝缘材料层上形成自由铁磁材料层，固定铁磁材料层用于形成固定铁磁层，绝缘材 料层用于形成绝缘层，自由铁磁材料层用于形成自由铁磁层；
[0099] 干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料层和自由铁磁材料层，分别对应形成固定铁 磁层151、绝缘层152和自由铁磁层153。
[0100] 在干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料层和自由铁磁材料层时，使用的刻蚀气体 为CH4。在刻蚀自由铁磁材料层后，CH4等离子体会轰击第一刻蚀阻挡层111，但第一刻蚀阻 挡层111的结构致密，CH4等离子体轰击第一刻蚀阻挡层111过程不会造成第一刻蚀阻挡层 111表面的材料飞溅，使得磁隧道结105侧壁不会附着任何影响其性能的杂质、微粒。
[0101] 在具体实施例中，自由铁磁层153、固定铁磁层151可以为单层结构或叠层结构。 当选择单层结构时，所述固定铁磁层151为钴铁合金层，自由铁磁层153为硼钴铁合金层。 当选择叠层结构，所述固定铁磁层151为钴铁合金层、位于钴铁合金层上的钌金属层和位 于钌金属层上的钴铁合金层的三层叠层结构，所述自由铁磁层153为硼钴铁合金层、位于 硼钴铁合金层上的钌金属层和位于钌金属层上的硼钴铁合金层的三层叠层结构。
[0102] 在具体实施例中，绝缘层152的材料为Al203、Mg0、Si0 2或Si3N4中的至少一种。在 本实施例中，绝缘层152的材料为MgO。
[0103] 参照图9,去除第一介质层101上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，在去除第 一介质层101上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层时，还去除下电极上、未被磁隧道结 覆盖的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层。
[0104] 在具体实施例中，去除第一介质层101上、下电极上的未被磁隧道结覆盖的第一 刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包括：
[0105] 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义磁隧道结的位置；
[0106] 以图形化的光刻胶层为掩模，干法刻蚀第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，至暴 露第一介质层101和下电极103 ;
[0107] 去除图形化的光刻胶层。
[0108] 在具体实施例中，在干法刻蚀第一刻蚀阻挡层111时，使用刻蚀气体包括Cl2, Cl2为主要的刻蚀气体；在干法刻蚀第二刻蚀阻挡层112时，使用的刻蚀气体包括含氟碳（CxFy) 气体。在刻蚀完第二刻蚀阻挡层112后，与形成磁隧道结过程中的CH4等离子体不同，含 氟碳气体等离子体化后的等离子体速率相对较低，不会造成下电极103表面的金属离子飞 溅，防止磁隧道结105侧面附着影响其性能的金属离子。
[0109] 参照图10,在第一介质层101上形成第二介质层102,在第二介质层102中形成有 上电极106,上电极106与磁隧道结105上表面电连接。
[0110] 具体地，在第二介质层102中形成上电极106的方法包括：
[0111] 在第一介质层1〇1上沉积形成第二介质层102,第二介质层102的材料与第一介质 层101的材料相同，第一介质层101上的第二介质层102高于磁隧道结105 ;
[0112] 刻蚀第二介质层102形成通孔，磁隧道结105在第二介质层102上表面所在平面 上的投影位于通孔内；
[0113] 在通孔中形成导电层，位于通孔中的导电层作为上电极106,每个磁阻存储单元对 应一个上电极106。
[0114] 在具体实施例中，在形成上电极106后，在上电极106上形成多条相互隔开的位 线，每个磁阻存储单元对应一条位线。若磁阻存储器的写入方法为电流写入，则字线与上电 极106电连接，字线与上电极106可以在同一步骤中形成，例如可以使用双镶嵌工艺形成。 若磁阻存储器的写入方法为磁场感应写入，位线与上电极之间为绝缘隔离，位线与上电极 分别形成。
[0115] 第二实施例
[0116] 在本实施例中，参照图11，在形成磁隧道结305后，在第一刻蚀阻挡层311上形成 光刻胶层306 ;
[0117] 参照图12,对光刻胶层306进行图形化，具体使用曝光、显影工艺，图形化后的光 刻胶层306覆盖对应下电极303位置的第一刻蚀阻挡层311和磁隧道结305,在其他实施例 中，图形化后的光刻胶层在第一介质层上表面所在平面投影的边界，位于磁隧道结在第一 介质层上表面所在平面投影的边界，与下电极边界之间；
[0118] 参照图13,以图形化后的光刻胶层306位掩模，干法刻蚀去除第一介质层301上的 第一刻蚀阻挡层311和第二刻蚀阻挡层312,在该过程，光刻胶层306保护下电极303,完全 避免刻蚀第二刻蚀阻挡层312过程的刻蚀等离子体对下电极303上表面可能造成的损伤；
[0119] 参照图14,去除光刻胶层306(参照图13)，此为本领域技术人员所熟知的工艺，在 此不再赘述。
[0120] 除与第一实施例的区别之处外，在本实施例中其它未详细说明的内容或可替换方 案可参考第一实施例的内容，在本实施例中不再赘述。
[0121] 本发明还提供一种新的磁阻存储器。
[0122] 第一实施例
[0123] 参照图10,本实施例的磁阻存储器包括：
[0124] 基底100,位于所述基底100上的第一介质层101 ;
[0125] 位于第一介质层101中的下电极103,在第一介质层101中形成有多个相互隔开的 下电极103,第一介质层101起到绝缘隔离作用，每个下电极103对应一个磁阻存储单元；
[0126] 位于下电极103上的第二刻蚀阻挡层112,第二刻蚀阻挡层112具有开口（未示 出），所述开口暴露部分下电极，在其他实施例中，所说开口也可暴露全部下电极；
[0127] 位于第二刻蚀阻挡层112上的第一刻蚀阻挡层111上，第一刻蚀阻挡层111填充 所述开口，且第一刻蚀阻挡层111上表面光滑、平坦，位于所述开口中的第一刻蚀阻挡层与 下电极103电连接；
[0128] 位于第一刻蚀阻挡层111上的磁隧道结105,磁隧道结105包括固定铁磁层151、 位于固定铁磁层151上的绝缘层152和位于绝缘层152上的自由铁磁层153,磁隧道结105 在第一介质层101上表面所在平面的投影位于下电极103中；
[0129] 位于第一介质层101上的第二介质层102,第一介质层101上的第二介质层高于磁 隧道结105 ;
[0130] 位于第二介质层102中的上电极106,上电极106与磁隧道结105上表面电连接。
[0131] 在本实施例中，磁隧道结105、第一刻蚀阻挡层111和第二刻蚀阻挡层112在第一 介质层101上表面所在平面的投影重合。
[0132] 在本实施例中，下电极103与第一刻蚀阻挡层111之间具有第二刻蚀阻挡层112。 在其他实施例中，也可在下电极上仅形成有第一刻蚀阻挡层。
[0133] 在具体实施例中，所述第二刻蚀阻挡层112的材料为氮化硅或掺碳氮化硅。所述 第二刻蚀阻挡层112的厚度范围为500A?1500A。
[0134] 在具体实施例中，所述第一刻蚀阻挡层111的材料为Ti、TiN、TaN、Ta中的一种或 多种。
[0135] 第二实施例
[0136] 在本实施例中，参照图14,第一刻蚀阻挡层311和第二刻蚀阻挡层312在第一介质 层101上表面所在平面的投影，与下电极303重合，磁隧道结305在第一介质层301上表面 所在平面的投影，位于第一刻蚀阻挡层311和第二刻蚀阻挡层312在第一介质层301上表 面所在平面的投影范围内。
[0137] 在其他实施例中，第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层在第一介质层上表面所在平 面的投影的边界，位于磁隧道结在第一介质层上表面所在平面的投影的边界与下电极的边 界之间。
[0138] 除与第一实施例的区别之处外，在本实施例中其它未详细说明的内容或可替换方 案可参考第一实施例的内容，在本实施例中不再赘述。
[0139] 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. 一种磁阻存储器的形成方法，其特征在于，包括： 提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电极； 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电 性； 在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在 平面的投影位于所述下电极中； 去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。
2. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层和下电极上形成第 一刻蚀阻挡层之前，在所述第一介质层上形成具有开口的第二刻蚀阻挡层，所述开口位于 下电极上且暴露部分或全部下电极； 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层时，所述第一刻蚀阻挡层覆盖第二 刻蚀阻挡层、填充满所述开口； 在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层时，也去除所述第一介质层上的第二刻蚀 阻挡层。
3. 如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻 挡层的方法包括： 在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻挡层，所述第二刻蚀阻挡层覆盖第一介质层和下 电极； 对所述第二刻蚀阻挡层进行图形化，在所述第二刻蚀阻挡层中形成开口。
4. 如权利要求3所述的形成方法，其特征在于，去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻 挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包括： 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义下电极的位置； 以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，至暴 露第一介质层； 去除图形化的光刻胶层。
5. 如权利要求3所述的形成方法，其特征在于，在去除所述第一介质层上的第一刻蚀 阻挡层和第二刻蚀阻挡层时，还去除下电极上、未被磁隧道结覆盖的第一刻蚀阻挡层和第 二刻蚀阻挡层，去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包括： 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义磁隧道结的位置； 以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，至暴 露第一介质层和下电极； 去除图形化的光刻胶层。
6. 如权利要求4或5所述的形成方法，其特征在于，所述第二刻蚀阻挡层的材料为氮化 硅或掺碳氮化硅。
7. 如权利要求4或5所述的形成方法，其特征在于，所述第二刻蚀阻挡层的厚度范围为 500A?1500A。
8. 如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀阻挡层为钛层和位于钛 层上的氮化钛层，或者，所述第一刻蚀阻挡层为钽层和位于钽层上的氮化钽层。
9. 如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀 阻挡层的方法为干法刻蚀；在干法刻蚀第一刻蚀阻挡层时，使用的刻蚀气体包括Cl2 ;在干 法刻蚀第二刻蚀阻挡层时，使用的刻蚀气体包括含氟碳气体。
10. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述磁隧道结包括固定铁磁层、位于 所述固定铁磁层上的绝缘层和位于所述绝缘层上的自由铁磁层，在所述第一刻蚀阻挡层上 形成磁隧道结的方法包括： 在所述第一刻蚀阻挡层上形成固定铁磁材料层，在固定铁磁材料层上形成绝缘材料 层，在所述绝缘材料层上形成自由铁磁材料层； 干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料层和自由铁磁材料层，分别对应形成固定铁磁层、 绝缘层和自由铁磁层。
11. 如权利要求10所述的形成方法，其特征在于，干法刻蚀固定铁磁材料层、绝缘材料 层和自由铁磁材料层过程，使用的刻蚀气体包括ch 4。
12. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介质层中形成下电极的方 法包括： 对所述第一介质层进行图形化，在所述第一介质层中形成通孔； 形成导电层，所述导电层覆盖第一介质层、填充满通孔； 去除高于所述第一介质层的导电层，剩余导电层作为下电极。
13. 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在去除所述第一介质层上的第一刻蚀 阻挡层后，还包括： 在所述第一介质层和磁隧道结上形成第二介质层，所述第一介质层上的第二介质层高 于磁隧道结； 刻蚀所述第二介质层形成通孔，所述通孔暴露磁隧道结； 在所述通孔中形成导电层，位于通孔中的导电层作为上电极。
14. 一种磁阻存储器，其特征在于，包括： 基底； 位于所述基底上的第一介质层； 位于所述第一介质层中的下电极； 位于所述下电极上的第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性； 位于所述第一刻蚀阻挡层上的磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在 平面的投影位于所述下电极中。
15. 如权利要求14所述的磁阻存储器，其特征在于，还包括： 位于所述下电极与第一刻蚀阻挡层之间的第二刻蚀阻挡层，所述第二刻蚀阻挡层具有 开口，所述开口暴露部分或全部下电极。
16. 如权利要求15所述的磁阻存储器，其特征在于，所述磁隧道结在第一介质层上表 面所在平面的投影，位于第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层在第一介质层上表面所在平面 的投影范围内；或者， 所述磁隧道结在第一介质层上表面所在平面的投影，与第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻 挡层在第一介质层上表面所在平面的投影重合。
17. 如权利要求16所述的磁阻存储器，其特征在于，所述第二刻蚀阻挡层的材料为氮 化硅或掺碳氮化硅。
18. 如权利要求16所述的磁阻存储器，其特征在于，所述第二刻蚀阻挡层的厚度范围 为500人?丨500人。
19. 如权利要求17所述的磁阻存储器，其特征在于，所述第一刻蚀阻挡层的材料为钛 层和位于钛层上的氮化钛层，或者，所述第一刻蚀阻挡层为钽层和位于钽层上的氮化钽层。
20. 如权利要求14所述的磁阻存储器，其特征在于，还包括： 位于所述第一介质层和磁隧道结上的第二介质层，所述第一介质层上的第二介质层高 于磁隧道结； 位于所述第二介质层中的上电极，所述上电极与磁隧道结电连接。
【文档编号】H01L43/08GK104518082SQ201310464261
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】曹均助, 邓武锋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司