[发明专利]一种磁存储器底电极及其制造工艺和磁存储器

说明书

本发明提供了一种磁存储器底电极及其制造工艺和磁存储器，制造工艺包括：衬底片上已完成磁存储器底部金属导线制作及表面平坦化；依次沉积第一电介质层、第二电介质层、第三电介质层、第四电介质层和第五电介质层；光刻通孔图案；通过依次刻蚀所述第五电介质层、所述第四电介质层，停在所述第三电介质层，或者通过依次刻蚀所述第五电介质层、所述第四电介质层和第三电介质层，停在所述第二电介质层，以形成第一孔槽；沉积第六电介质层，填充所述第一孔槽；全片刻蚀，以使所述第六电介质层在所述第一孔槽内形成侧墙；继续刻蚀剩余的电介质层，形成通孔；通过所述通孔将后续制作的MTJ结构与所述金属导线电连接。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种磁存储器底电极及其制造工艺和磁存储器。

背景技术

近年来人们利用磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)的磁电阻效应做成磁性随机存储器，即为MRAM(Magnetic Random Access Memory)。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，它的磁化方向是不变的。当磁性记忆层与磁性参考层之间的磁化强度矢量方向平行或反平行时，MTJ元件的电阻态也相应分别为低阻态或高阻态。这样测量MTJ元件的电阻态即可得到存储的信息。

目前流行的MRAM制造工艺中，考虑到MRAM工艺的复杂性以及较差的CMOS工艺兼容性，磁性隧道结通常被放在后面的金属层间，故MRAM的底电极通常座落在外形尺寸较大Cu线上，或者为覆盖了Ta、TaN的Cu线上。

目前常见的做法是在MTJ薄膜沉积之前，在其下面形成尺寸较大的金属导线，一般的工艺流程包括金属沉积、光刻金属、刻蚀金属、填充电介质，再通过化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)进行平坦化；或是先沉积电介质，通过大马士革结构形成具有金属图案的沟槽，然后填充金属，再通过化学机械掩膜进行平坦化。以上工艺所形成的金属导线直接作为MTJ的底电极，即在上述工艺后在wafer表面进行MTJ薄膜沉积，如图1所示。

基于上述工艺，当在加工形成磁记忆单元阵列时，由于作为底电极的金属导线面积尺寸比较大，造成在对MTJ薄膜(磁性材料)的刻蚀过程中会形成难以去除的磁性材料颗粒以及Cu或者Ta、TaN的金属小颗粒，尤其是这些金属小颗粒无法有效的去除，后续很可能会造成MTJ短路，从而造成器件可靠性降低，甚至是失效。而且随着器件尺寸的越来越小型化，这种现象会越来越明显，从而极大地影响MRAM产品的良率，同时非常不利于MRAM的大规模生产。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种磁存储器底电极的制造工艺，包括：

衬底片上已完成磁存储器底部金属导线制作及表面平坦化；

依次沉积第一电介质层、第二电介质层、第三电介质层、第四电介质层和第五电介质层；

光刻通孔图案；

通过依次刻蚀所述第五电介质层、所述第四电介质层，停在所述第三电介质层，或者通过依次刻蚀所述第五电介质层、所述第四电介质层和第三电介质层，停在所述第二电介质层，以形成第一孔槽；

沉积第六电介质层，填充所述第一孔槽；

全片刻蚀，以使所述第六电介质层在所述第一孔槽内形成侧墙(spacer)；

继续刻蚀剩余的电介质层，形成通孔；

通过所述通孔将后续制作的MTJ结构与所述金属导线电连接。

进一步地，在所述通孔形成后，沉积金属并进行抛光，形成所述通孔内的金属栓塞。