磁性隧道結(jié)單元和制備磁性隧道結(jié)單元的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體而言，涉及一種環(huán)形磁性隧道結(jié)單元和制備環(huán) 形磁性隧道結(jié)單元的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速提高，要求半導(dǎo)體器件向輕、薄、短小化發(fā)展。同時(shí) 也意味著半導(dǎo)體器件向高速、高集成度、低功率消耗方向發(fā)展。作為半導(dǎo)體器件家族中的重 要成員，磁性隨機(jī)存取存儲器（MRAM)的發(fā)展也成為人們的關(guān)注重點(diǎn)。
[0003] 磁性隨機(jī)存取存儲器器件作為非易失性存儲器已經(jīng)被廣泛使用。在MRAM中，通 過存儲元件的磁性狀態(tài)存儲數(shù)據(jù)。MRAM中通常包括晶體管和存儲數(shù)據(jù)的磁性隧道結(jié)單元 (MTJ)?，F(xiàn)有的磁性隧道結(jié)單元包括上電極、下電極及位于中間的磁性隧道結(jié)。而磁性隧道 結(jié)通常有包括下磁性層、隧道阻擋層及上磁性層。其中，下磁層與下電極相連，上磁性層與 上電極相連。上下電極之間、磁性隧道結(jié)的外圍及中間還填充有保護(hù)層，以將磁性隧道結(jié)進(jìn) 行隔離。為了滿足磁性隧道結(jié)功率低、驅(qū)動電流小的要求，通常將磁性隧道結(jié)的各層（下磁 性層、隧道阻擋層及上磁性層）設(shè)置為環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0004] 然而，由于上述各環(huán)形結(jié)構(gòu)層的尺寸過小，在上磁性層上方形成上電極的過程中， 很可能出現(xiàn)難以對準(zhǔn)的問題，使得上電極易發(fā)生偏離，從而影響上電極與上磁性層之間的 導(dǎo)電性。此外，上電極的形成過程中還容易出現(xiàn)過度刻蝕的問題，傷害各環(huán)形結(jié)構(gòu)層，最終 降低磁性隧道結(jié)單元的使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請旨在提供一種環(huán)形磁性隧道結(jié)單元和制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法，以 解決現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的上電極與環(huán)形磁性隧道結(jié)易出現(xiàn)的導(dǎo)電性差的問 題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種環(huán)形磁性隧道結(jié)單元，包 括下電極、上電極及位于下電極和上電極之間的環(huán)形磁性隧道結(jié)；其中，環(huán)形磁性隧道結(jié)單 元還包括設(shè)置在上電極與環(huán)形磁性隧道結(jié)之間的導(dǎo)電連接層。
[0007] 進(jìn)一步地，上述環(huán)形磁性隧道結(jié)的上表面位于導(dǎo)電連接層所覆蓋的區(qū)域之內(nèi)，上 電極的下表面位于導(dǎo)電連接層所覆蓋的區(qū)域之內(nèi)。
[0008] 進(jìn)一步地，上述環(huán)形磁性隧道結(jié)的外部邊緣與導(dǎo)電連接層外部邊緣之間的距離為 50~80A;上電極的外部邊緣與導(dǎo)電連接層外部邊緣之間的距離為50~8〇A。
[0009] 進(jìn)一步地，上述導(dǎo)電連接層的厚度為上電極厚度的1/12~1/10。
[0010] 進(jìn)一步地，上述導(dǎo)電連接層的材料為金屬氮化物。
[0011] 根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法，其包括以 下步驟：提供形成有下電極的襯底，并在下電極上形成環(huán)形磁性隧道結(jié)；在環(huán)形磁性隧道 結(jié)上形成覆蓋環(huán)形磁性隧道結(jié)的導(dǎo)電連接層；以及在導(dǎo)電連接層上形成上電極。
[0012] 進(jìn)一步地，制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法包括以下步驟：在下電極上形成環(huán)形 磁性隧道結(jié)；在下電極的上方，環(huán)繞環(huán)形磁性隧道結(jié)外壁形成上表面與環(huán)形磁性隧道結(jié)上 表面齊平的第一絕緣層；在環(huán)形磁性隧道結(jié)上形成覆蓋環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面的導(dǎo)電連接 層；在第一絕緣層的上方形成具有凹槽結(jié)構(gòu)的第二絕緣層，凹槽結(jié)構(gòu)形成于導(dǎo)電連接層的 上方；在凹槽結(jié)構(gòu)中形成上電極。
[0013] 進(jìn)一步地，形成上表面與環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面齊平的第一絕緣層的步驟包括： 在下電極的上方，形成覆蓋環(huán)形磁性隧道結(jié)的第一預(yù)備絕緣層；以環(huán)形磁性隧道結(jié)的上表 面為停止層，平坦化處理第一預(yù)備絕緣層，形成上表面與環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面齊平的第 一絕緣層。
[0014] 進(jìn)一步地，上述第一絕緣層包括覆蓋在下電極上表面的第一部分，以及環(huán)繞在環(huán) 形磁性隧道結(jié)側(cè)壁上的第二部分，形成上表面與環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面齊平的第一絕緣層 的步驟包括：沿下電極的上表面，及環(huán)形磁性隧道結(jié)的外表面形成第一預(yù)備絕緣層；在第 一預(yù)備絕緣層上形成第一預(yù)備介質(zhì)層；以環(huán)形磁性隧道結(jié)的上表面為停止層，平坦化處理 第一預(yù)備絕緣層和第一預(yù)備介質(zhì)層，形成上表面與環(huán)形磁性隧道結(jié)的上表面齊平的第一絕 緣層和第一介質(zhì)層；其中，第一介質(zhì)層形成于第一絕緣層的第一部分的上方，且環(huán)繞第一絕 緣層的第二部分。
[0015] 進(jìn)一步地，在形成環(huán)形磁性隧道結(jié)的步驟后，還包括形成覆蓋在下電極和環(huán)形磁 性隧道結(jié)外表面的保護(hù)介質(zhì)預(yù)備層的步驟，形成第一預(yù)備絕緣層的步驟中，在保護(hù)介質(zhì)預(yù) 備層上形成第一預(yù)備絕緣層；在形成第一絕緣層的步驟中，以環(huán)形磁性隧道結(jié)的上表面為 停止層，平坦化處理第一預(yù)備絕緣層、保護(hù)介質(zhì)預(yù)備層及可選的第一預(yù)備介質(zhì)層，形成第一 絕緣層、保護(hù)介質(zhì)層及可選的第一介質(zhì)層。
[0016] 進(jìn)一步地，形成導(dǎo)電連接層的步驟包括：形成連續(xù)覆蓋在環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面、 第一絕緣層上表面、可選的第一介質(zhì)層上表面以及可選的保護(hù)介質(zhì)層的導(dǎo)電連接預(yù)備層； 根據(jù)環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面的位置刻蝕導(dǎo)電連接預(yù)備層，形成直徑大于環(huán)形磁性隧道結(jié)的 外環(huán)直徑的導(dǎo)電連接層。
[0017] 進(jìn)一步地，上述第一絕緣層包括覆蓋在下電極上表面的第一部分，以及環(huán)繞在環(huán) 形磁性隧道結(jié)外壁上的第二部分，形成導(dǎo)電連接層的步驟中，刻蝕導(dǎo)電連接預(yù)備層，形成邊 緣線與第一絕緣層的第二部分的外邊緣重合，或者邊緣線位于第一絕緣層的第二部分的外 邊緣內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電連接層。
[0018] 進(jìn)一步地，形成具有凹槽結(jié)構(gòu)的第二絕緣層的步驟包括：在導(dǎo)電連接層、裸露的所 述第一絕緣層、可選的所述第一介質(zhì)層以及可選的所述保護(hù)介質(zhì)層的上表面形成第二預(yù)備 絕緣層；在第二預(yù)備絕緣層中相應(yīng)于導(dǎo)電連接層的位置上，刻蝕形成凹槽結(jié)構(gòu)后，形成所述 第二絕緣層。
[0019] 進(jìn)一步地，形成第二絕緣層的步驟中，在刻蝕形成凹槽結(jié)構(gòu)的步驟前，還包括平坦 化處理第二預(yù)備絕緣層形成第二過渡絕緣層的步驟，并在第二過渡絕緣層中相應(yīng)于導(dǎo)電連 接層的位置上，刻蝕形成凹槽結(jié)構(gòu)，形成第二絕緣層。
[0020] 進(jìn)一步地，形成第二絕緣層的步驟中，在刻蝕形成凹槽結(jié)構(gòu)的步驟前還包括：在第 二預(yù)備絕緣層的上表面形成第二預(yù)備介質(zhì)層；平坦化處理第二預(yù)備介質(zhì)層，形成上表面齊 平的第二過渡介質(zhì)層；在刻蝕形成凹槽結(jié)構(gòu)的步驟中，相應(yīng)于導(dǎo)電連接層的位置，向下依次 刻蝕第二過渡介質(zhì)層和第二預(yù)備絕緣層，形成凹槽結(jié)構(gòu)。
[0021] 進(jìn)一步地，形成上電極的步驟包括：在所述凹槽結(jié)構(gòu)中形成覆蓋凹槽內(nèi)壁的銅種 子層；在形成銅種子層的凹槽結(jié)構(gòu)中沉積金屬銅，形成上電極；
[0022] 進(jìn)一步地，上述導(dǎo)電連接層的直徑為環(huán)形磁性隧道結(jié)外環(huán)直徑的1. 3~1. 5倍。
[0023] 進(jìn)一步地，上述保護(hù)介質(zhì)層的材料為低溫氮化物；第一絕緣層和第二絕緣層的材 料為摻氮碳化硅；第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為黑鉆石。
[0024] 應(yīng)用本申請的環(huán)形磁性隧道結(jié)單元和制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法。在環(huán)形磁 性隧道結(jié)與上電極之間增設(shè)了一層導(dǎo)電連接層。在上電極的形成過程中，這層導(dǎo)電連接層 能夠使得上電極的對準(zhǔn)過程中具有相對較大的參照尺寸。而且，即使上電極在對準(zhǔn)過程中 發(fā)生輕微偏離，這層導(dǎo)電連接層也能夠在上電極與環(huán)形磁性隧道結(jié)上表面之間形成導(dǎo)電通 路，從而防止二者之間出現(xiàn)開路的情況。
【附圖說明】
[0025] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0026] 圖1示出了本申請一種實(shí)施方式中環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2示出了本申請一種實(shí)施方式中制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法的工藝步驟 流程示意圖；
[0028] 圖3至圖8示出了一種實(shí)施方式中制備環(huán)形磁性隧道結(jié)單元的方法各步驟所形成 的基體剖面示意圖；
[0029] 圖3示出了在襯底（未示出）上形成下電極，在下電極上形成環(huán)形磁性隧道結(jié)后 的基體的剖面示意圖；
[0030] 圖4示出了在圖3所示的基體上環(huán)繞環(huán)形磁性隧道結(jié)的外壁形成上表面與環(huán)形磁 性隧道結(jié)上表面齊平的第一絕緣層后的基體的剖面示意圖；
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