[发明专利]磁阻式随机存取存储器及其制造方法

说明书

本发明的实施例提供了磁阻式随机存取存储器及其制造方法。在制造半导体器件的方法中，形成磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元结构。MRAM单元结构包括底电极、磁隧道结(MTJ)堆叠件和顶电极。在MRAM单元结构上方形成第一绝缘覆盖层。在第一绝缘覆盖层上方形成第二绝缘覆盖层。形成层间介电(ILD)层。在ILD层中形成接触开口，从而暴露第二绝缘覆盖层。去除第二绝缘覆盖层的部分和第一绝缘覆盖层的部分，从而暴露顶电极。在与顶电极接触的开口中形成导电层。第二绝缘覆盖层具有吸氧特性。

技术领域

本发明涉及磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，并且更具体地，涉及与半导体器件一起形成的基于磁隧道结单元的MRAM器件。

背景技术

MRAM提供与易失性静态随机存取存储器(SRAM)相当的性能和相对于易失性动态随机存取存储器(DRAM)具有较低功耗的相当的密度。与非易失性存储器(NVM)闪存相比，MRAM提供更快的存取时间并且随着时间的推移遭受最小的劣化，而闪存只能重写有限的次数。MRAM单元由包括两个铁磁层的磁隧道结(MTJ)形成，两个铁磁层由薄绝缘阻挡层分隔开，并且通过电子在两个铁磁层穿过绝缘阻挡层之间的隧穿工作。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：形成磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元结构，所述磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元结构包括底电极、磁隧道结(MTJ)堆叠件和顶电极；在所述磁阻式随机存取存储器单元结构上方形成第一绝缘覆盖层；在所述第一绝缘覆盖层上方形成第二绝缘覆盖层；形成层间介电(ILD)层；在所述层间介电层中形成接触开口，从而暴露所述第二绝缘覆盖层；去除所述第二绝缘覆盖层的部分和所述第一绝缘覆盖层的部分，从而暴露所述顶电极；以及在与所述顶电极接触的所述开口中形成导电层，其中，所述第二绝缘覆盖层具有吸氧特性。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造包括磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的半导体器件的方法，所述方法包括：在第一层间介电(ILD)层上方形成第一导电层；在所述第一导电层上方形成用于磁隧道结(MTJ)堆叠件的堆叠层；在所述堆叠层上方形成第二导电层；图案化所述第二导电层、所述堆叠层和所述第一导电层，从而形成磁阻式随机存取存储器单元结构，所述磁阻式随机存取存储器单元结构包括由所述第一导电层形成的底电极、所述磁隧道结(MTJ)堆叠件和由所述第二导电层形成的顶电极；在所述磁阻式随机存取存储器单元结构上方形成第一绝缘覆盖层；在所述第一绝缘覆盖层上方形成第二绝缘覆盖层；在所述第二绝缘覆盖层上方形成第三绝缘覆盖层；形成第二层间介电层；在所述第二层间介电层中形成接触开口，从而暴露所述第三绝缘覆盖层；去除所述第三绝缘覆盖层的部分、所述第二绝缘覆盖层的部分和所述第一绝缘覆盖层的部分，从而暴露所述顶电极；以及在与所述顶电极接触的所述开口中形成第三导电层。

根据本发明的又一个方面，提供了一种包括磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的半导体器件，包括：磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元结构，设置在衬底上方，所述磁阻式随机存取存储器单元结构包括底电极、磁隧道结(MTJ)堆叠件和顶电极；第一绝缘覆盖层，覆盖所述磁阻式随机存取存储器单元结构的侧壁；第二绝缘覆盖层，设置在所述第一绝缘覆盖层上方；介电层；以及导电接触件，与所述顶电极接触，其中：所述第一绝缘覆盖层由基于氮化物的绝缘材料制成，以及所述第二绝缘覆盖层由与所述基于氮化物的绝缘材料不同的基于锆的绝缘材料制成。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的MTJ MRAM单元的示意图。

图1B是根据本发明的实施例的MTJ膜堆叠件的示意性截面图。

图2A、图2B和图2C示出了根据本发明的实施例的MTJ膜堆叠件的磁层的示意性截面图。

图3A和图3B示出了MTJ膜堆叠件的操作。

图3C和图3D示出了MTJ膜堆叠件的操作。