[发明专利]一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构及其金属孔、金属层制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器和半导体领域，尤其涉及一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构及其金属孔、金属层制造工艺。

背景技术

当前的MRAM基本采用源极与位线平行，与字线垂直的方式布局走线。此种走线方式能满足工厂工艺平台生产的规范，兼容CMOS晶体管工艺。但源漏极平行走线(与字线垂直)的方法受制于金属线的设计规范。因为源漏极都需要连接同一层金属线走线，因此源漏极CONT必须错开排列，为满足金属线间的设计规范而牺牲了存储器单元面积。通常在的MRAM单元结构中，MOS源极互联并接同电位，漏极连接磁性隧道结(MTJ)并将同一行(位线)互联用以选址，字线(栅极)同一列互联用以选址。源极及漏极(位线)的金属走线为同一方向并与字线垂直，如图1、图2、图3所示。源极与漏极的金属走线平行放置时，因为源漏的CONT都要用第一层金属连线，意味着源漏极的CONT必须错开排列，为满足金属间的设计规范而增加了版图面积。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构，引入金属孔来代替与磁性隧道结相连的第一层金属，此种结构可以避免由金属间以及金属和CONT之间的最小设计规范而损失的面积。

本发明另一目的在于提供一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构的金属孔、金属层制造工艺，通过此金属孔可达到提高MRAM存储单元密度的目的，理论上能将存储单元的密度提高16％。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构，利用金属孔代替连接在磁性隧道结下的第一层金属，结构包括：有源区、多晶体栅极、后段金属与前段器件连接孔、第一层金属、第二层金属、金属孔、磁性隧道结；多晶体栅极设于有源区上方，将有源区分为源极与漏极；源极通过后段金属与前段器件连接孔与金属孔相连；金属孔上方连接有磁性隧道结；第二层金属连接在磁性隧道结上方；漏极通过后段金属与前段器件连接孔与第一层金属相连。

作为优选，所述的第一层金属、第二层金属带有金属走线。

作为优选，所述金属走线的材质为铜，铝，金，银，钨，钽中的任意一种。

作为优选，所述金属孔的材质为铜，铝，金，银，钨，钽中的任意一种。

作为优选，所述的源极带有源极线。

作为优选，所述的漏极带有位线。

作为优选，所述的多晶体栅极带有字线。

一种基于金属孔的磁性随机存取存储器结构的金属孔、金属层制造工艺，采用二次曝光的方法定义金属孔及金属层的工艺，包括如下步骤：

1)在ILD及CONT工艺制备完后，沉积一层氧化层；

2)在氧化膜上沉积一层坚硬金属薄膜，用作金属层及金属孔图形复刻时的硬掩模；

3)利用光刻曝光分别显影出金属层与金属孔图形，将图形复刻到硬掩模上，并对金属层与金属孔进行刻蚀；

4)刻蚀完后通过常规大马士革工艺，结合金属沉积以及平坦化工艺做出金属层以及金属孔。

作为优选，通过反应离子刻蚀方法将图形复刻到硬掩模上。

作为优选，所述步骤3)利用光刻曝光分别显影出金属层与金属孔图形的先后顺序不限。

本发明的有益效果在于：1)本发明可以避免由金属间以及金属和CONT之间的最小设计规范而损失的面积；2)达到提高MRAM存储单元密度的目的，理论单元密度提升16％，减小了芯片面积。

附图说明

图1是背景技术现有MRAM的存储单元版图；

图2是背景技术现有MRAM的存储单元截面示意图；

图3是背景技术现有MRAM的三维结构示意图；

图4是本发明MRAM的存储单元版图；

图5是本发明MRAM的存储单元截面示意图

图6是本发明MRAM的三维结构示意图；

图7是本发明金属孔及金属层的制造工艺示意图；

附图说明：AA-有源区，Poly-多晶体栅极，Cont-后段金属与前段器件连接孔，M1-第一层金属，V0-金属孔，Cell-存储单元区域，MTJ-磁性隧道结，WL-字线，BL-位线，SL-源极线；ILD-前段器件与后段金属间氧化膜隔离层，IMD0-第一层金属间氧化物隔离层，M2-第二层金属，PR-光刻胶，HM-硬掩模，CMP-平坦化工艺，LT-光刻，Barrier-铜阻挡层，ECP-铜沉积，Etch-刻蚀工艺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：