[发明专利]用于形成用于MRAM应用的结构的方法

说明书

本公开内容的实施方式提供了用于针对混合式(或称集成式)自旋轨道矩磁性自旋转移矩磁性随机存取存储器(SOT‑STT MRAM)应用在基板上制造磁性隧道结(MTJ)结构的方法及装置。在一个实施方式中，该方法包括：一个或多个磁性隧道结结构，设置在基板上，该磁性隧道结结构包括第一铁磁性层及第二铁磁性层，该第一铁磁性层及该第二铁磁性层将隧穿阻挡层夹在中间；自旋轨道矩(SOT)层，设置在该磁性隧道结结构上；及后端结构，设置在该自旋轨道矩(SOT)层上。

技术领域

本公开内容的实施方式涉及用于制造用在磁阻随机存取存储器(MRAM)应用中的结构的方法。更具体而言，本公开内容的实施方式涉及用于制造用于MRAM应用的磁性隧道结结构的方法。

背景技术

磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种包含MRAM单元阵列的存储器器件，所述MRAM单元使用自身的电阻值来存储数据，而不是使用电荷来存储数据。一般而言，每个MRAM单元均包括磁性隧道结(MTJ)结构。MTJ结构可以具有可调整的电阻以表示逻辑状态“0”或“1”。MTJ结构一般包括具有以下配置的磁性层堆叠：两个铁磁性层被薄的非磁性电介质(例如绝缘隧穿层)分离。利用顶部电极及底部电极将MTJ结构夹在中间，使得电流可以在顶部电极与底部电极之间流动。

一个铁磁性层(例如参考层)由具有固定方向的磁化所表征。另一个铁磁性层(例如存储层)由具有在对器件写入(例如通过施加磁场写入)时变化的方向的磁化所表征。在一些器件中，可以将绝缘材料(例如介电氧化物层)形成为夹在铁磁性层之间的薄隧穿阻挡层。一般将这些层依序沉积为上覆的覆盖膜。随后通过各种蚀刻工艺图案化铁磁性层及绝缘材料，在所述蚀刻工艺中，部分地或完全地移除一个或多个层，以形成器件特征。

在参考层及存储层的相应磁化反平行时，磁性隧道结的电阻是高的且具有与高逻辑状态“1”对应的电阻值R_max。另一方面，在相应的磁化平行时，磁性隧道结的电阻是低的，即具有与低逻辑状态“0”对应的电阻值R_min。MRAM单元的逻辑状态是通过以下步骤来读取的：将该MRAM单元的电阻值与参考电阻值R_ref进行比较，该参考电阻值是根据一个参考单元或一组参考单元推导的，且表示高逻辑状态“1”与低逻辑状态“0”的电阻值之间的中间电阻值。

自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT MRAM)及自旋轨道矩磁性随机存取存储器(SOT MRAM)是不同的芯片架构，所述芯片架构中的每一者均具有其自身的电性能及能量效率。由于混合及集成的自旋轨道矩磁性自旋转移矩磁性随机存取存储器(SOT-STT MRAM)的综合益处，最近对其需求增加了。然而，如何用所需的成品率及用于磁性隧道结(MTJ)结构的良好集成的膜方案制造SOT-STT MRAM仍然是个挑战。

因此，本领域中需要改善的用于制造用于MRAM应用的MTJ结构的方法及装置。

发明内容

本公开内容的实施方式提供了用于针对MRAM应用(特别是针对混合式自旋轨道矩磁性自旋转移矩磁性随机存取存储器(SOT-STT MRAM)应用)在基板上制造磁性隧道结(MTJ)结构以及后端互连结构的方法及装置。在一个实施方式中，互连结构包括设置在基板上的磁性隧道结结构。该磁性隧道结结构包括第一铁磁性层及第二铁磁性层，该第一铁磁性层及该第二铁磁性层将隧穿阻挡层夹在中间，被设置在该磁性隧道结结构上的自旋轨道矩(SOT)层，及被设置在该自旋轨道矩(SOT)层上的后端结构。

在另一个实施方式中，一种形成互连结构的方法包括以下步骤：在基板上形成膜堆叠，该膜堆叠具有第一铁磁性层及第二铁磁性层，该第一铁磁性层及该第二铁磁性层将隧穿阻挡层夹在中间；在该膜堆叠上形成图案化的硬质掩模层；将该图案化的硬质掩模层用作蚀刻掩模层来图案化该膜堆叠；形成第一绝缘材料以覆盖该基板上的该图案化的硬质掩模层及该膜堆叠；抛光该第一绝缘材料，直到该硬质掩模层的顶面暴露为止；在该硬质掩模层的该顶面上形成自旋轨道矩(SOT)层；及在该自旋轨道矩(SOT)层上形成后端互连结构。