[发明专利]新型MRAM中铜互联上底电极的制备方法

说明书

本发明提供一种新型MRAM中铜互联上底电极的制备方法，包括：提供一基底，所述基底包括依次堆叠设置的金属互联层、第一阻挡层以及介电层，在所述第一阻挡层及介电层中形成有底部通孔，所述底部通孔与所述金属互联层相连；在所述基底表面依次沉积第二阻挡层和铜层，所述铜层充满所述底部通孔；以所述第二阻挡层作为抛光终点，对所述铜层进行化学机械抛光，并在检测到所述第二阻挡层后进行过抛光，以完全去除所述第二阻挡层之上的铜层；在抛光后的界面上沉积底电极金属层；图案化所述底电极金属层，得到MRAM底电极。本发明能够简化并彻底颠覆现有大马士革铜的化学机械抛光工艺，提高生产效率并降低工艺稳定性风险。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种新型MRAM中铜互联上底电极的制备方法。

背景技术

近年来，采用MTJ(Magnetic Tunnel Junction，磁性隧道结)的磁电阻效应的MRAM(Magnetic Random Access Memory，磁性随机存储器)被认为是未来的固态非易失性记忆体，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(Spin transfertorque,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。

MTJ单元是建立在MRAM底电极上，制备MTJ单元之前，首先需要制备MRAM底电极。按照现有的工艺，MRAM底电极的制备流程大致为：提供一基底，在基底上开设通孔，并沉积铜阻挡层和铜层进而形成铜互连结构，然后在铜互连结构上沉积底电极金属层并在后续工艺中图案化所述底电极金属层得到MRAM底电极。其中，在形成铜互连结构时，需要对铜层进行化学机械抛光。

在目前铜的化学机械抛光工艺中，至少分两步在两个研磨盘上进行。首先需要先对大块铜层进行抛光，将抛光终点停止在铜的阻挡层之上，之后转换研磨盘及研磨液等耗材对铜阻挡层进行化学机械抛光，除去铜的阻挡层及部分介电层。完成铜的化学机械抛光工艺后沉积底电极金属层并进行后续相关工艺。

在上述传统的大马士革铜化学机械抛光工艺中，由于涉及到铜阻挡层和介电层的抛光，因此必须配置铜和铜阻挡层化学机械抛光两步工艺所需的多种不同的耗材以满足工艺要求，两步工艺生产效率低，并且多种材料的引入增加了工艺稳定性的风险，进而影响器件的良率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种新型MRAM中铜互联上底电极的制备方法，由于MRAM底电极材料和工艺的特殊性，无需对铜阻挡层进行抛光，简化了工艺流程。

本发明提供一种新型MRAM中铜互联上底电极的制备方法，包括：

提供一基底，所述基底包括依次堆叠设置的金属互联层、第一阻挡层以及介电层，在所述第一阻挡层及介电层中形成有底部通孔，所述底部通孔与所述金属互联层相连；

在所述基底表面依次沉积第二阻挡层和铜层，所述铜层充满所述底部通孔；

以所述第二阻挡层作为抛光终点，对所述铜层进行化学机械抛光，并在检测到所述第二阻挡层后进行过抛光，以完全去除所述第二阻挡层之上的铜层；

在抛光后的界面上沉积底电极金属层；

图案化所述底电极金属层，得到MRAM底电极。

可选地，所述图案化所述底电极金属层包括：

通过光刻和刻蚀工艺对所述底电极金属层图案化；