[发明专利]一种磁性随机存储器的制作方法

说明书

本发明提供了一种磁性随机存储器的制作方法，包括如下步骤：(1)在基底上沉积底电极金属层、磁性隧道结多层膜和硬掩模；(2)图形化并刻蚀硬掩模和磁性隧道结多层膜，以形成存储器记忆单元，然后沉积第一覆盖层覆盖磁性隧道结和剩余的硬掩模；(3)图形化并刻蚀形成底电极和假底电极，然后沉积第二覆盖层覆盖被刻蚀暴露的底电极和假底电极边缘；(4)沉积电介质并磨平，然后在存储区域制作位线通孔，在逻辑区域制作逻辑通孔。由于在图案化磁性隧道结之后，才对底电极进行图案化，将会避免先进行图案化带来的底电极顶部的表面不平整；由于多加了一道底电极掩模，可以随意调整底电极的大小，有效避免了底电极太小带来的铜损伤或刻蚀不足。

技术领域

本发明涉及一种磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Radom Access Memory)的制作方法，属于磁性随机存储器制造技术领域。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的MRAM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，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、高精确度、高可靠性、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，通常采用先对磁性隧道结底电极(BE，BottomElectrode)进行图案化，然后再对磁性隧道结(MTJ)单元进行图案化的工艺来进行MRAM的微加工，然而这种工艺通常会带来被图案化的底电极表面不平整，这将会造成纳米级别的磁性隧道结势垒层的不平整，非常不利于MRAM回路磁性，电性以及良率的提高。

现在，也有采用自对准的方式加工底电极，然而这种工艺很难达到避免CMOS铜通孔(VIA)的损伤和底电极之间电介质的有效被隔断之间的平衡；如果在磁性隧道结及其底电极的刻蚀过程中，工艺控制的不是很好，离子轰击(IonBombardment)将会把铜原子及其形成化合物溅射到磁性隧道结的侧壁和被刻蚀的低电介质常数(low-k)材料的表面，进而对整个MRAM器件造成污染。抑或，在磁性隧道结及其底电极过刻蚀过程中，刻蚀不是很充分，那么将会造成不同磁性隧道结(MTJ)单元之间的短路。

发明内容