[发明专利]一种磁性隧道结双层侧墙及其形成方法

说明书

本发明提供了一种磁性隧道结双层侧墙及其形成方法，第一层侧墙是氮化硅，第二层侧墙是氧化铝或者氮化铝，形成方法包括如下步骤：S1.提供包括底电极、MTJ结构单元和钽顶电极的衬底；S2.在衬底上依次沉积氮化硅膜层和氧化硅膜层；S3.沉积一层有机物膜层；S4.对有机物膜层、氧化硅膜层和氮化硅膜层进行两步刻蚀，以留下侧壁的氮化硅膜层；S5.沉积一层氧化铝或者氮化铝，形成双层侧墙膜层；S6.填充电介质在剩余的间隙里；S7.磨平电介质直至钽顶电极；S8.在磨平的电介质之上再沉积两层电介质，刻蚀形成顶电极连接孔；S9.在钽顶电极内形成扩散终止层，铜或者钨填充顶电极连接孔，磨平填充物以形成顶电极连接通道。

技术领域

本发明涉及一种磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的制备方法，特别涉及一种磁性隧道结双层侧墙及其形成方法，属于集成电路制造技术领域。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(MTJ)的磁电阻效应的磁性随机存储器(MRAM，MagneticRadom Access Memory)被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性记忆层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的隧道势垒层；磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。

为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通过向磁电阻元件提供自旋极化电流来反转磁性记忆层的磁化强度方向。此外，随着磁性记忆层的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，这种写方法可同时实现器件微型化和降低电流。

同时，鉴于减小MTJ元件尺寸时所需的切换电流也会减小，所以在尺度方面pSTT-MRAM可以很好的与最先进的技术节点相契合。因此，期望是将pSTT-MRAM元件做成极小尺寸，并具有非常好的均匀性，以及把对MTJ磁性的影响减至最小，所采用的制备方法还可实现高良莠率、高精确读、高可靠写、低能耗，以及保持适于数据良好保存的温度系数。同时，非易失性记忆体中写操作是基于阻态变化，从而需要控制由此引起的对MTJ记忆器件寿命的破坏与缩短。

然而，制备一个小型MTJ元件可能会增加MTJ电阻的波动，使得pSTT-MRAM的写电压或电流也会随之有较大的波动，这样会损伤MRAM的性能。在现在的MRAM制造工艺中，重金属(比如Ta)会沉积在MTJ的顶部，作为顶电极导电通道，直接和顶电极连接孔(TEV)连接；电介质氧化硅会填充MTJ结构单元之间的空隙部分，以防止MRAM回路的短路。

在现有的技术条件下，一般采用顶电极连接孔(TEV)实现顶电极和位线之间的连接，然而在制备TEV的过程中一般采用碳氟气体(比如C₄F₈、CF₄、CHF₃或者CH₂F₂等)来进行刻蚀，这种气体很容易刻蚀或者损伤填充在MTJ和Ta顶电极周围的电介质，从而增加了MTJ结构单元和顶电极连接孔(TEV)之间漏电的风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁性隧道结双层侧墙及其形成方法。

本发明的第一方面，提供一种磁性隧道结双层侧墙，包括第一层侧墙和第二层侧墙，第一层侧墙是氮化硅(SiN)，第二层侧墙是氧化铝(Al₂O₃)或者氮化铝(AlN)，如图1所示。

本发明的第二方面，提供上述磁性隧道结双层侧墙的形成方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1：提供包括底电极、磁性隧道结结构单元和钽(Ta)顶电极的衬底。