[发明专利]MRAM与其的制作方法

说明书

本申请提供了一种MRAM与其的制作方法。该制作方法包括：步骤S1，在衬底的表面上设置金属导线层；步骤S3，在金属导线层的远离衬底的表面上设置介电层；步骤S4，采用双大马士革工艺形成多个间隔的通孔，通孔包括第一部分与第二部分，第二部分的深度小于第一部分的深度，第二部分的宽度大于第一部分的宽度；步骤S5，在各通孔中填充底电极材料，形成底电极，底电极的远离衬底的表面与介电层的远离衬底的表面在同一个平面上，底电极材料为非铜的导电材料。该方法避免了先在通孔中填充铜，然后再在铜上设置底电极的两步工艺，且由于不设置Cu，避免了由于Cu的硬度较低而导致不能形成较平整的表面的问题。

技术领域

本申请涉及半导体存储领域，具体而言，涉及一种MRAM与其的制作方法。

背景技术

磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)是一种新型的非易失性存储器，相比于目前其他类型的存储器，具有读写速度快、可实现无限次擦写、易于与目前的半导体工艺相兼容等优点，此外利用自旋流来实现磁矩翻转的自旋传输扭矩(Spintransfer torque,STT)的MRAM可实现存储单元尺寸的微缩。这些优点使得MRAM成为未来新型存储器的主要发展方向。

在MRAM中的主要功能单元为MTJ单元，其结构主要包括磁性自由层/非磁性氧化层(MgO)/磁性钉扎层。在外加磁场或电流等驱动下，磁性自由层的磁矩方向发生翻转，与磁性钉扎层的磁矩方向呈现平行态或反平行态，使得MRAM出现高低电阻态，可分别定义为存储态“0”和“1”，从而实现信息的存储。

在MRAM的制备过程中，其主要功能单元MTJ单元共有十几至二十几层不同的磁性或非磁性的薄膜组成，其中多层薄膜的厚度要求小于1nm甚至几个埃。为了保证MTJ中超薄薄膜生长的连续性，其底电极的平坦化制程就变得极为重要。在目前的半导体工艺制程中，由于铜难以刻蚀而且易于在氧化处理过程中氧化，因此常使用大马士革工艺来形成铜材料的互联，根据大马士革工艺，在绝缘层中形成互连凹槽和通孔，将铜填满互连的凹槽和通孔，使得凹槽形成上互连以及通孔连接到下互连或基底，利用化学机械抛光的工艺对上述结构进行平坦化。如图1所示，底电极6'和金属导线层2'之间一般通过填充了金属Cu的通孔5'进行电连接。为了防止Cu扩散，在底部金属导线层2'上还设置了阻挡层3'，Cu的表面粗糙度对于MRAM获得良好的导电性能非常重要。通常选择利用化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing，CMP)方法来降低Cu的表面粗糙度，但由于金属Cu的硬度较低，利用CMP技术并不能获得一个足够平整的Cu表面，这将直接影响在Cu之上生长的底电极的表面平整度，影响后续MTJ器件中的其他结构层的设置，甚至影响整个MRAM器件的性能。

此外，为了获得表面足够平整的MTJ器件的底电极6'，需要采用CMP工艺去除介电层4'，使得抛光终点停在底电极(如TaN)上。目前市场上现有的研磨液的选择比一般都比较低，在抛光过程中，为将准确地停在底电极TaN上带来了极大的挑战。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种MRAM与其的制作方法，以解决现有技术中不能获得足够平坦的底电极的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种MRAM的制作方法，该制作方法包括：步骤S1，在衬底的表面上设置金属导线层，上述金属导线层包括多个间隔的金属导线部；步骤S3，在上述金属导线层的远离上述衬底的表面上设置介电层；步骤S4，采用双大马士革工艺形成多个间隔的通孔，上述通孔开设在上述介电层中，上述通孔与上述金属导线部一一对应地连接，上述通孔包括第一部分与第二部分，上述第一部分靠近上述衬底，上述第二部分与上述第一部分连通，且上述第二部分的深度小于上述第一部分的深度，且上述第二部分的宽度大于上述第一部分的宽度；步骤S5，在各上述通孔中填充底电极材料，形成底电极，上述底电极的远离上述衬底的表面与上述介电层的远离上述衬底的表面在同一个平面上，上述底电极材料为非铜的导电材料。

进一步地，上述第一部分的深度为H，上述第一部分的宽度为W，H：W1。