[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一种半导体结构及其形成方法，所述半导体结构的形成方法包括：提供基底；在所述基底上形成介电层；在所述介电层上形成刻蚀阻挡层；在所述刻蚀阻挡层和介电层中形成露出所述基底的导电通孔；在所述导电通孔和所述刻蚀阻挡层上形成导电材料层；以所述刻蚀阻挡层作为停止层，对所述导电材料层进行第一平坦化处理；去除所述刻蚀阻挡层；去除所述刻蚀阻挡层后，去除高于所述介电层的导电材料层，位于导电通孔内的剩余导电材料层作为导电插塞；在所述介电层和导电插塞上形成电极层；在所述电极层上形成磁性隧道结的叠层结构。本发明实施例有利于提高磁性隧道结(Magnetic tunnel junction，MTJ)的性能。

技术领域

本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种非挥发性的磁性随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可以保持记忆完整。MRAM器件拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入，磁性随机存取存储器是一种“全动能”的固态存储器。因而，其应用前景非常可观，有望主导下一代存储器市场。

在MRAM器件中，通过存储元件的磁性状态存储数据。MRAM单元通常由一个晶体管和一个磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)共同组成一个存储单元。所述MTJ结构包括至少两个电磁层以及用于隔离所述两个电磁层的绝缘层。所述两个电磁层可以维持由绝缘层分隔的两个磁性极化场，其中之一为固定磁性层，或称为被钉扎(pinned)层，其极化方向是固定的：另一个是自由转动磁性层，其极化方向可以外部场的变化而改变。当两个电磁层的极化方向平行时，流经MTJ结构的隧穿电流具有最大值，MTJ结构单元电阻较低：当两个磁性层的极化方向反平行时，流经MTJ结构的穿电流具有最小值，MTJ结构单元电阻较高。通过测量MRAM单元的电阻来读取信息，这就是MTJ结构的工作原理。

此外，为了与CMOS集成电路制各工艺相兼容，通常来说，MTJ是插在CMOS集成电路的两层金属层之间的，例如插在第一层金属层与第二层金属层之间，所述两层金属层之间通过通孔(via)互连结构相连。

发明内容

本发明实施例解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，优化了MRAM器件的性能。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成介电层；在所述介电层上形成刻蚀阻挡层；在所述刻蚀阻挡层和介电层中形成露出所述基底的导电通孔；在所述导电通孔和所述刻蚀阻挡层上形成导电材料层；以所述刻蚀阻挡层作为停止层，对所述导电材料层进行第一平坦化处理；去除所述刻蚀阻挡层；去除所述刻蚀阻挡层后，去除高于所述介电层的导电材料层，位于导电通孔内的剩余导电材料层作为导电插塞；在所述介电层和导电插塞上形成电极层；在所述电极层上形成磁性隧道结的叠层结构。

可选的，在形成所述导电通孔之后，形成所述导电材料层之前，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述导电通孔的底部和侧壁、以及所述刻蚀阻挡层上形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成填充所述导电通孔的导电材料层；以所述刻蚀阻挡层作为停止层，对所述扩散阻挡层和导电材料层进行第一平坦化处理；去除所述刻蚀阻挡层后，去除高于所述介电层的扩散阻挡层和导电材料层。

可选的，在所述介电层上形成所述刻蚀阻挡层后，在形成所述导电通孔之前，所述半导体结构的形成方法还包括：在所述刻蚀阻挡层上形成牺牲层；形成所述导电通孔的步骤中，所述导电通孔还贯穿所述牺牲层；以所述刻蚀阻挡层作为停止层，对所述导电材料层和牺牲层进行第一平坦化处理，所述第一平坦化处理对所述牺牲层的去除速率大于对刻蚀阻挡层的去除速率。

可选的，所述第一平坦化处理的步骤中，所述牺牲层和刻蚀阻挡层的去除选择比为2：1至3：2。

可选的，所述牺牲层的材料包括氧化硅。