[发明专利]磁性随机访问存储器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种磁性随机访问存储器及其制造方法，该存储器包括：半导体衬底，该半导体衬底包括并列的单元区和外围区，所述单元区上形成有磁隧道结；介质层，覆盖所述单元区、外围区以及磁隧道结；通孔，位于所述外围区内的介质层中；互连线沟槽，分布于所述单元区和外围区内，其中，位于所述单元区内的互连线沟槽的底部直接暴露出所述磁隧道结的顶部，位于所述外围区内的互连线沟槽与所述通孔连通；上层互连结构，填充在所述通孔和互连线沟槽内。本发明能够避免通孔沉陷导致的MTJ短路问题。

技术领域

本发明涉及磁性随机访问存储器技术，尤其涉及一种磁性随机访问存储器及其制造方法。

背景技术

磁性随机访问存储器(MRAM,Magneto resistive Random Access Memory)是可以和相变随机访问存储器(Phase Change RAM)、阻变式随机访问存储器(RRAM)等相竞争的一种主要的新型非挥发性存储器。磁隧道结(MTJ,Magnetic Tunnel Junction)是MRAM中的数据存储位置。MRAM的性能可以和SRAM相提并论，例如具有较高的就绪/写入(ready/write)速度。MRAM的耐久性远胜于闪存。但是，MRAM的劣势在于等比例缩放的能力较差、成本较高等。

MRAM制造工艺将常规的逻辑器件制造工艺和特定的MTJ制造工艺结合在一起。目前，MTJ制造工艺存在多种问题，其中最严重的问题是MTJ的形貌会导致通孔沉陷(vialanding)，由于通孔的尺寸通常大于MTJ的尺寸，MTJ的形貌(profile)不好会导致通孔沉陷。通孔沉陷将导致MTJ的上电极和下电极短路。目前，MTJ的短路问题造成了30％～50％的良率损失。

下面结合图1至图7对现有技术中的一种MRAM的制造方法进行说明。

参考图1，提供半导体衬底10，该半导体衬底10中形成有下层互连结构11。该半导体衬底10包括单元(cell)区Ⅰ和外围(periphery)区Ⅱ。

在单元区Ⅰ内的半导体衬底10上形成磁隧道结12，该磁隧道结12的底部与下层互连结构11电连接。

参考图2，沉积掺碳氮化硅(NDC)层13，该掺碳氮化硅层13覆盖磁隧道结12以及半导体衬底10的表面。

参考图3，沉积黑钻石(BD)层14，该黑钻石层14覆盖掺碳氮化硅层13，该黑钻石层14的厚度例如是

参考图4，对黑钻石层14进行化学机械抛光(CMP)，对其表面进行平坦化，并使其厚度适当减小。例如，化学机械抛光后的黑钻石层14的厚度是

参考图5，对黑钻石层14和掺碳氮化硅层13进行刻蚀，在单元区Ⅰ内形成通孔(via)151，该通孔151的底部暴露出磁隧道结12，在外围区Ⅱ内形成通孔152，该通孔152的底部暴露出下层互连结构11。

参考图6，对黑钻石层14进行刻蚀，在单元区Ⅰ内形成互连线(wire)沟槽161，在外围区Ⅱ内互连线沟槽162。其中，互连线沟槽161和通孔151连通，互连线沟槽162和通孔152连通。

参考图7，在互连线沟槽和通孔中填充导电材料，例如电镀铜，并进行化学机械抛光，从而形成上层互连结构17。

其中，图5所示的步骤中，刻蚀形成的通孔151需要暴露出下方的磁隧道结12的顶部，但由于磁隧道结12的形貌，往往会导致在通孔151中填充导电材料后，造成磁隧道结12的短路。

现有技术中，解决通孔沉陷问题的方法主要有：改良MTJ的形貌，尤其是MTJ的顶部形貌，以避免通孔沉陷；通过调节光刻和刻蚀工艺缩小通孔的尺寸，但是在较深的通孔中，有很高的风险会导致通孔刻蚀停止。

到目前为止，上述两种方法都不能很好地解决通孔沉陷导致的MTJ短路问题，因此，急需一种新的方法来解决该问题。

发明内容