[发明专利]MTJ底电极及其制造方法

说明书

本发明提供一种MTJ底电极及其制造方法。所述MTJ底电极包括：堆叠设置的底电极衬底层和底电极缓冲层，所述底电极衬底层下表面和底部导电金属直接接触，所述底电极缓冲层的上表面和磁性隧道结接触，其中，所述底电极缓冲层的材料的原子量小于所述底电极衬底层的材料的原子量。本发明能够提高刻蚀选择比，减小后段MTJ刻蚀过程中的金属沉积污染，且溅射到MTJ表面的底电极材料更易清洗。

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术领域，尤其涉及一种MTJ底电极及其制造方法。

背景技术

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，具有读写速度快，非易失，抗辐照等优良属性。MRAM是以MTJ(MagneticTunnel Junction，磁性隧道结)作为信息存储位元，利用MTJ的磁电阻效应记录信息0和1。一般地，MTJ本身由20层以上的纳米薄膜组成，MTJ经由底电极接触底部导电金属。为了满足MTJ纳米多层膜磁电性能的需求，这个底电极需要具备良好的导电性和亚纳米量级的表面粗糙度。同时，MTJ底电极的材料和制造还需要考虑后续工艺的需求，比如，后续在底电极上制备MTJ时，会用到反溅射刻蚀工艺对MTJ材料进行刻蚀，并不可避免地将底电极材料溅射到MTJ表面，从而引入金属沉积污染。因此，底电极的材料应该具有一定的刻蚀选择比或者易于清洗，结构设计上应该尽量避免大面积的刻蚀暴露，从而不会在MTJ刻蚀过程中引入过多的金属沉积污染。

但是，现有的MTJ底电极制备工艺中，一般在加工到某一金属层或者某一金属层上方的金属通孔，形成底部导电金属后，直接在上方沉积一层底电极金属材料，并通过图案化该底电极金属材料，进而得到MTJ底电极。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：

现有工艺制备出的MTJ底电极，底电极结构和材料单一，无法满足后续工艺的所有技术要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种MTJ底电极及其制造方法，能够提高刻蚀选择比，减小后段MTJ刻蚀过程中的金属沉积污染，且溅射到MTJ表面的底电极材料更易清洗。

第一方面，本发明提供一种MTJ底电极，包括：堆叠设置的底电极衬底层和底电极缓冲层，所述底电极衬底层下表面和底部导电金属直接接触，所述底电极缓冲层的上表面和磁性隧道结接触，其中，所述底电极衬底层和所述底电极缓冲层均采用金属或者金属化合物，所述底电极缓冲层的金属材料的原子量小于所述底电极衬底层的金属材料的原子量。

可选地，所述底电极衬底层的材料包括Ta、TaN、Cu、W、Co和Ru中的一种，所述底电极缓冲层的材料包括Ti、TiN、TiC、TiNO和TiO中的一种。

第二方面，本发明提供一种MTJ底电极的制造方法，包括：

提供一基底，所述基底包括底部导电金属以及围绕所述底部导电金属的第一介质层；

在所述基底上沉积第二介质层；

图案化所述第二介质层，在所述第二介质层中形成孔洞，以暴露所述底部导电金属；

在图案化的第二介质层上以及所述孔洞中沉积底电极衬底层材料；

平坦化所述底电极衬底层材料以形成底电极衬底层，所述底电极衬底层具有与所述第二介质层平齐的表面；

在图案化的第二介质层上和所述底电极衬底层上沉积底电极缓冲层材料；

图案化所述底电极缓冲层材料，以形成与所述底电极衬底层对准的底电极缓冲层。

第三方面，本发明提供一种MTJ底电极的制造方法，包括：

提供一基底，所述基底包括底部导电金属以及围绕所述底部导电金属的第一介质层；