[发明专利]MTJ存储器器件及其形成方法和形成存储器器件的方法

说明书

在衬底上方形成磁性隧道结(MTJ)存储器单元和金属蚀刻掩模部分。在金属蚀刻掩模部分上方沉积至少一个介电蚀刻停止层，并且在至少一个介电蚀刻停止层上方沉积通孔级介电层。可以穿过通孔级介电层蚀刻通孔腔，并且至少一个介电蚀刻停止层的顶面物理暴露。可以通过去除至少一个介电蚀刻停止层和金属蚀刻掩模部分的部分来垂直延伸通孔腔。直接在顶部电极的位于通孔腔中的顶面上形成接触通孔结构，以提供至顶部电极的低电阻接触件。本申请的实施例还涉及MTJ存储器器件及其形成方法和形成存储器器件的方法。

技术领域

本申请的实施例涉及MTJ存储器器件及其形成方法和形成存储器器件的方法。

背景技术

磁性隧道结(MTJ)器件由通过薄绝缘层或介电层分隔开的两层铁磁材料组成。通过提供足够薄(通常几纳米)的绝缘层或介电层，电子可以从一个铁磁层通过绝缘/介电层隧穿至另一铁磁层中。铁磁层的两个磁化的方向可以由外部磁场单独控制。如果磁化平行取向，则电子将隧穿绝缘/介电层。如果磁化反向(反平行)取向，则电子将不隧穿绝缘/介电层。因此，这种结器件可以在电阻的两种状态之间切换，一种具有低电阻，另一种具有非常高的电阻。这两种状态允许MTJ器件用作存储器单元。后段制程级中的MTJ存储器单元的电极可以通过金属互连结构电连接至前段制程级驱动电路。

发明内容

本申请的一些实施例提供了一种形成磁性隧道结存储器器件的方法，包括：在衬底上方形成磁性隧道结(MTJ)存储器单元和金属蚀刻掩模部分，其中，所述磁性隧道结存储器单元包括底部电极、磁性隧道结结构和顶部电极，并且所述金属蚀刻掩模部分位于所述顶部电极上面；在所述金属蚀刻掩模部分上方形成至少一个介电蚀刻停止层；在所述至少一个介电蚀刻停止层上方形成通孔级介电层；穿过所述通孔级介电层形成通孔腔，其中，所述至少一个介电蚀刻停止层的顶面物理暴露；通过去除所述至少一个介电蚀刻停止层和金属蚀刻掩模部分的部分来垂直延伸所述通孔腔；以及直接在所述通孔腔中的所述顶部电极的顶面上形成接触通孔结构。

本申请的另一些实施例提供了一种形成存储器器件的方法，包括：在衬底上方沉积包括底部电极材料层、存储器材料层、顶部电极材料层和金属蚀刻掩模材料层的层堆叠件；将所述层堆叠件图案化为存储器单元阵列和金属蚀刻掩模部分阵列，其中，所述存储器单元的每个包括底部电极、存储器材料堆叠件和顶部电极，并且所述金属蚀刻掩模部分的每个是所述金属蚀刻掩模材料层的位于所述存储器单元的相应一个上面的图案化部分；在所述金属蚀刻掩模部分阵列上方沉积通孔级介电层；通过所述通孔级介电层蚀刻通孔腔阵列，其中，所述金属蚀刻掩模部分的顶面在所述通孔腔阵列下面物理暴露；去除所述金属蚀刻掩模部分阵列，其中，所述顶部电极的顶面在所述通孔腔阵列下面物理暴露；以及在所述顶部电极的位于所述通孔腔阵列中的顶面上形成接触通孔结构阵列。

本申请的又一些实施例提供了一种磁性隧道结存储器器件，包括：磁性隧道结(MTJ)存储器单元阵列，位于衬底上方；介电间隔件阵列，其中，选自所述介电间隔件阵列的每个介电间隔件横向围绕并且接触所述磁性隧道结存储器单元的相应一个磁性隧道结存储器单元的侧壁，并且在包括所述磁性隧道结存储器单元的最顶面的水平面之上突出；存储器级介电层，嵌入所述介电间隔件阵列和所述磁性隧道结存储器单元阵列；通孔级介电层，位于所述存储器级介电层上面；以及接触通孔结构阵列，嵌入在所述通孔级介电层内，其中，所述接触通孔结构的每个包括嵌入在所述通孔级介电层内的上部以及接触所述介电间隔件的相应一个介电间隔件的侧壁和所述磁性隧道结存储器单元的相应一个磁性隧道结存储器单元的顶部电极的向下突出部分。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1是根据本发明的实施例的在形成互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管和形成在介电材料层中的金属互连结构之后的示例性结构的垂直截面图。

图2是根据本发明的实施例的在形成连接通孔结构阵列之后的示例性结构的垂直截面图。