磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體集成電路的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)是一種非揮發(fā)性的存儲(chǔ)器，所謂“非揮發(fā)性”是指關(guān)掉電源后，仍可以保持記憶完整。磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器具有讀取寫(xiě)入速率高、集成度高、可靠性好(基本上可以無(wú)限次地重復(fù)寫(xiě)入)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為非易失性存儲(chǔ)器的發(fā)展方向之一。
[0003]磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器一般包括外圍驅(qū)動(dòng)電路及多個(gè)磁性存儲(chǔ)單元，每個(gè)磁性存儲(chǔ)單元由一個(gè)晶體管和一個(gè)磁隧道結(jié)(MTJ)組成。其中，磁隧道結(jié)通常由多層薄膜組成，且每層薄膜的高度非常小(通常小于lnm)。當(dāng)位于磁隧道結(jié)底部的承載層的表面較粗糙時(shí)，后續(xù)形成的磁隧道結(jié)的質(zhì)量很容易發(fā)生走形，從而降低磁隧道結(jié)的性能，進(jìn)而會(huì)降低磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。因此，位于磁隧道結(jié)底部的承載層需要具有平滑的表面，并且在經(jīng)后續(xù)熱處理等工藝之后不會(huì)發(fā)生很大的變化。
[0004]為了與CMOS集成電路制備工藝相兼容，磁隧道結(jié)通常插在CMOS集成電路的兩層金屬層之間(例如插在第一層金屬層與第二層金屬層之間)，且兩層金屬層之間通過(guò)金屬通孔相連。然而，在沉積形成金屬層時(shí)通常會(huì)在金屬層中產(chǎn)生缺陷，并在金屬層的表面產(chǎn)生缺陷(類(lèi)似小山丘的凸?fàn)铙w)，使得金屬層的表面不夠光滑，從而降低了后續(xù)形成的磁隧道結(jié)的質(zhì)量，進(jìn)而降低了磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。針對(duì)上述問(wèn)題，目前還沒(méi)有有效的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)旨在提供一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制作方法，以提高磁隧道結(jié)的質(zhì)量，進(jìn)而提高磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器，該磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器包括:提供半導(dǎo)體基體，包括第一金屬層和圍繞第一金屬層設(shè)置的第一介質(zhì)層；導(dǎo)電薄膜，設(shè)置于半導(dǎo)體基體的表面上，且導(dǎo)電薄膜的表面粗糙度低于第一金屬層的表面粗糙度；磁隧道結(jié)，設(shè)置于導(dǎo)電薄膜上；第二金屬層，分別與導(dǎo)電薄膜和第一金屬層電連接。
[0007]進(jìn)一步地，上述磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器中，導(dǎo)電薄膜的高度為磁隧道結(jié)的高度的1/20?Ι/ΙΟο
[0008]進(jìn)一步地，上述磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器中，導(dǎo)電薄膜選自TaN、TiN、TaAlN和TiAIN中任一種。
[0009]進(jìn)一步地，上述磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器還包括:第一刻蝕阻擋層，設(shè)置于第一介質(zhì)層的表面和第一金屬層的部分表面上；具有通孔的第二介質(zhì)層，設(shè)置于第一刻蝕阻擋層上，通孔與部分第一介質(zhì)層的位置相對(duì)應(yīng)，且導(dǎo)電薄膜設(shè)置于通孔中。
[0010]進(jìn)一步地，上述磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器還包括:第二刻蝕阻擋層，設(shè)置于磁隧道結(jié)的側(cè)壁，以及導(dǎo)電薄膜和第二介質(zhì)層的表面上；第三介質(zhì)層，設(shè)置于第二刻蝕阻擋層上；接觸孔和設(shè)置于接觸孔中的接觸金屬層，接觸孔貫穿第三介質(zhì)層和第二刻蝕阻擋層設(shè)置，接觸金屬層分別與第一金屬層和導(dǎo)電薄膜連接；凹槽，設(shè)置于第三介質(zhì)層中，凹槽與接觸孔連通，且第二金屬層設(shè)置于凹槽中。
[0011]同時(shí)，本申請(qǐng)還提供了一種磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的制造方法，該制作方法包括:提供半導(dǎo)體基體，半導(dǎo)體基體包括第一金屬層和圍繞第一金屬層設(shè)置的第一介質(zhì)層；在半導(dǎo)體基體的表面上形成表面粗糙度低于第一金屬層的表面粗糙度的導(dǎo)電薄膜；在導(dǎo)電薄膜上形成磁隧道結(jié)；形成分別與導(dǎo)電薄膜和第一金屬層電連接的第二金屬層。
[0012]進(jìn)一步地，上述制作方法中，形成導(dǎo)電薄膜的步驟包括:在半導(dǎo)體基體的表面上形成具有通孔的第二介質(zhì)層；形成覆蓋通孔和第二介質(zhì)層的導(dǎo)電薄膜預(yù)備層；平坦化導(dǎo)電薄膜預(yù)備層，以形成導(dǎo)電薄膜。
[0013]進(jìn)一步地，上述制作方法中，在形成第二介質(zhì)層的步驟之前，在半導(dǎo)體基體的表面上形成第一刻蝕阻擋層；在形成具有通孔的第二介質(zhì)層的步驟中，形成與部分第一介質(zhì)層的位置相對(duì)應(yīng)的通孔。
[0014]進(jìn)一步地，上述制作方法中，在形成導(dǎo)電薄膜的步驟中，形成具有張應(yīng)力的導(dǎo)電薄膜。
[0015]進(jìn)一步地，上述制作方法中，在形成導(dǎo)電薄膜的步驟中，形成高度為磁隧道結(jié)的高度的1/20?1/10的導(dǎo)電薄膜。
[0016]進(jìn)一步地，上述制作方法中，在形成磁隧道結(jié)的步驟中，形成位于導(dǎo)電薄膜的部分表面上的磁隧道結(jié)。
[0017]進(jìn)一步地，上述制作方法中，形成分別與導(dǎo)電薄膜和第一金屬層電連接的第二金屬層的步驟包括:依次形成覆蓋磁隧道結(jié)、導(dǎo)電薄膜和第一刻蝕阻擋層的第二刻蝕阻擋層和第三介質(zhì)層；刻蝕第三介質(zhì)層、第二刻蝕阻擋層、第二介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層，以形成分別與第一金屬層和導(dǎo)電薄膜連通的接觸孔，并形成與接觸孔連通的凹槽；在接觸孔和凹槽中填充金屬材料，以在接觸孔中形成接觸金屬層，并在凹槽中形成第二金屬層。
[0018]進(jìn)一步地，上述制作方法中，導(dǎo)電薄膜選自TaN、TiN、TaAlN和TiAIN中任一種。
[0019]應(yīng)用本申請(qǐng)的技術(shù)方案，通過(guò)在包括第一金屬層和圍繞第一金屬層設(shè)置的第一介質(zhì)層的半導(dǎo)體基體的表面上設(shè)置導(dǎo)電薄膜，然后在導(dǎo)電薄膜上設(shè)置磁隧道結(jié)，并利用該導(dǎo)電薄膜的表面粗糙度比第一金屬層低的特性，從而減少了磁隧道結(jié)由于形成在粗糙表面上引起的變形，提高了磁隧道結(jié)的質(zhì)量，進(jìn)而提高了磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。進(jìn)一步地，該導(dǎo)電薄膜具有比第一金屬層低的電阻率，從而降低了磁隧道結(jié)和第一金屬層之間的接觸電阻，進(jìn)一步提高了磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1示出了本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施方式所提供的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2示出了本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施方式所提供的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的制造方法的流程示意圖；
[0023]圖3示出了在本申請(qǐng)優(yōu)選實(shí)施方式所提供的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的制造方法中，提供半導(dǎo)體基體，半導(dǎo)體基體包括第一金屬層和圍繞第一金屬層設(shè)置的第一介質(zhì)層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4示出了在圖3所示的半導(dǎo)體基體的表面上形成導(dǎo)電薄膜后的基體的剖面結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖4-1示出了在圖3所示的半導(dǎo)體基體的表面上形成第一刻蝕阻擋層和具有通孔的第二介質(zhì)層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4-2示出了形成覆蓋圖4-1所示的通孔和第二介質(zhì)層的導(dǎo)電薄膜預(yù)備層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5示出了在圖4所示的導(dǎo)電薄膜上形成磁隧道結(jié)后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6示出了形成分別與圖5所示的導(dǎo)電薄膜和第一金屬層電連接的第二金屬層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6-1示出了依次形成覆蓋磁隧道結(jié)、導(dǎo)電薄膜和第一刻蝕阻擋層的第二刻蝕阻擋層和第三介質(zhì)層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0030]圖6-2示出了刻蝕圖6-1所示的第三介質(zhì)層、第二刻蝕阻擋層、第二介質(zhì)層和第一刻蝕阻擋層，以形成分別與第一金屬層和導(dǎo)電薄膜連通的接觸孔，并形成與接觸孔連通的凹槽后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0032]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根據(jù)本