[发明专利]磁阻存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别设计一种磁阻存储器的形成方法。

背景技术

磁阻存储器（Magnetic Random Access Memory，MRAM）是一种固体存储器，包括多个作为信息记录载体的磁性隧道结（MTJ）或磁性隧道结（MTJ）阵列，所述磁性隧道结两侧形成有字线和位线，所述字线和位线通常位于相邻的两层金属互连线结构中。也就是说，磁性隧道结位于字线与位线之间，即位于两相邻金属互连线结构之间。所述磁性隧道结包括栓固磁层、自由磁层、及位于所述栓固磁层与自由磁层之间的隧穿阻挡层，所述栓固磁层具有固定磁性方向。当字线和位线中流过电流产生电流磁场，将磁化所述自由磁层，改变所述自由磁层的磁化方向。当所述自由磁层的磁化方向与所述栓固磁层的固定磁性方向相同时，所述磁性隧道结处于平行状态，所述磁性隧道结具有低阻值，这种状态为“0”状态；当所述自由磁层的磁化方向与所述栓固磁层的固定磁性方向相反时，则所述磁性隧道结处于反平行状态，所述磁性隧道结具有高阻值，这种状态为“1”状态。这种磁性隧道结的写入方法为磁场感应写入。

在现有技术中，通常在字线和位线的两侧和底部形成有由磁性材料层构成的衬垫层，具有防止磁场泄漏的作用，即，用于防止字线和位线产生的电流磁场对相邻其他存储单元造成“写入干扰”。另外，所述衬垫层还可以“聚集”电流磁场于磁性隧道结，抑制电流磁场的“离散”，从而增强作用于磁性隧道结的电流磁场的磁场强度，降低字线和位线中流过的电流，并降低存储器的功耗

在现有技术中，形成具有衬垫层的字线或位线的方法，包括：参照图1，在衬底上形成金属互连层（未示出）和金属间介质层10，在金属间介质层10上形成有阻挡层11，通常选择氮化硅；参照图2，在阻挡层11和金属间介质层10中形成沟槽12；参照图3，沉积衬垫材料层13、布线层14，覆盖阻挡层11、填充沟槽12；参照图4，使用化学机械抛光（CMP），去除高出阻挡层的衬垫材料层、布线层，在沟槽12的侧壁和底部形成衬垫层15，在沟槽12中的剩余布线层为布线16，可以作为字线或位线；参照图5，沉积介质层17，覆盖金属间介质层10、布线16和衬垫层15的暴露部分。

但是，使用现有技术的字线或位线形成的磁阻存储器的性能不佳。

更多的可以参考2005年11月17日公开的公开号为US20050254294A1的美国专利文献中提供的一种磁阻存储器结构。

发明内容

本发明解决的问题是使用现有技术的字线或位线形成的磁阻存储器的性能不佳。

为解决上述问题，本发明提供一种新的磁阻存储器的形成方法，包括：

提供半导体衬底，在所述衬底上形成有金属间介质层；

在所述金属间介质层中形成沟槽；

形成衬垫材料层、位于所述衬垫材料层上的布线层，覆盖所述金属间介质层、填充所述沟槽；

去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层，为布线；

形成覆盖层，覆盖所述布线和沟槽侧壁的衬垫材料层；

去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层，剩余的衬垫材料层为衬垫层；

去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，在所述布线上形成磁性隧道结。

可选的，形成覆盖层的方法，包括：

沉积覆盖材料层，覆盖金属间介质层；

图形化所述覆盖材料层，形成覆盖层。

可选的，沉积覆盖材料层的方法为化学气相沉积。

可选的，所述覆盖层也覆盖紧邻所述沟槽两侧的金属间介质层上的部分衬垫材料层。

可选的，所述衬垫材料层为三层结构，包括底部的氮化钽层、位于氮化钽层上的磁性材料层、位于磁性材料层上的氮化钛层。

可选的，去除所述覆盖层两侧的衬垫材料层的方法为化学机械抛光，其中，覆盖层相比于衬垫材料层具有低抛光选择比，在去除覆盖层两侧的衬垫材料层时不会去除覆盖层。

可选的，所述覆盖层的材料为无定形碳、氮化硅或氧化硅可选的，所述磁性材料层的材料包括铁、钴、镍中的一种，或铁、钴或镍的氧化物，或铁、镍、钴中的两种或三种的合金，或铁合金、镍合金或钴合金。

可选的，在去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，形成磁性隧道结前，去除覆盖层。

可选的，去除所述覆盖层的方法，使用干法刻蚀工艺。

可选的，在去除覆盖层后，形成磁性隧道结前，形成覆盖金属间介质层、布线和衬垫层的介质层。

可选的，所述布线的材料为铜。