磁阻存储器及其形成方法技术

一种磁阻存储器及其形成方法，其中磁阻存储器的形成方法包括：提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电极；在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性；在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在平面的投影位于所述下电极中；去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。在第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结过程中，第一刻蚀阻挡层保护下电极免遭损伤，避免下电极表面的金属离子飞溅，这样在磁隧道结侧面不会粘附影响其性能的金属离子。这样，磁隧道结侧面免遭沾污，磁隧道结的读写能力良好，则磁阻存储器的性能较佳。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，其中磁阻存储器的形成方法包括：提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电极；在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性；在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在平面的投影位于所述下电极中；去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。在第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结过程中，第一刻蚀阻挡层保护下电极免遭损伤，避免下电极表面的金属离子飞溅，这样在磁隧道结侧面不会粘附影响其性能的金属离子。这样，磁隧道结侧面免遭沾污，磁隧道结的读写能力良好，则磁阻存储器的性能较佳。【专利说明】
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
磁阻存储器（Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种新型的非挥发性存 储器（Non-volatile Memory，NVM)，磁阻存储器具有高集成密度、高响应速度以及可多次擦 写（write endurance)等特点，由于闪速存储器（Flash Memory)的特征尺寸并不能无限制 减小，因此随着工艺水平的提高，磁阻存储器可能成为存储器领域的主流产品。 磁阻存储器中的核心部件是磁隧道结（MTJ，Magnetic Tunnel Junction),最简化 的磁隧道结包括三层结构，参照图1，包括：位于上方的自由铁磁层11，位于下方的固定铁 磁层13,位于自由铁磁层11与固定铁磁层13之间的绝缘层12。当自由铁磁层11的磁化 方向与固定铁磁层13的磁化方向一致时，磁隧道结的电阻最小；当自由铁磁层11的磁化方 向与固定铁磁层13的磁化方向相差180度时，磁隧道结的电阻最大。因此，可以利用将自 由铁磁层11的磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向一致时定义为存储"0"，将自由铁磁层 11的磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向相差180度定义为存储"1"，或者相反定义来使 用磁隧道结存储信息。 磁隧道结的写入方法包括磁场感应写入和电流写入。以电流写入方法为例，用于 电流写入的磁阻存储器的其中一个单元如图1所示，除磁隧道结外，一般磁阻存储器单元 还包括上电极5与下电极6,上电极5位于自由铁磁层11的上方，且与自由铁磁层11电连 接，上电极5还与放大器8电连接；下电极6位于固定铁磁层13的下方，且与固定电磁层13 电连接，下电极6还与控制晶体管2的漏极电连接。在上电极5上方还置有字线3,下电极 6下方置有位线4,其中，字线3与位线4垂直90度放置。字线3与上电极5电连接，位线 4与下电极6以绝缘层（图中未显示）隔开而无电连接，位线4与控制晶体管2的栅极电连 接。而在磁场感应写入的磁阻存储器单元中，字线与上电极为绝缘层所隔开而无电连接。 采用电流写入的原理是基于自旋转移矩（Spin Transfer Torque, STT)效应。具 体地，若写入电流由固定铁磁层向自由铁磁层流过时，只有自旋方向与固定铁磁层的磁化 方向相同的电子才能通过固定铁磁层与绝缘层进入自由铁磁层，从而改变自由铁磁层的磁 化方向与固定铁磁层相同，记此为写入"〇"；如果要写入"1"，则翻转电流方向，使电流由自 由铁磁层向固定铁磁层流过，此时仍为只有自旋方向与固定铁磁层的磁化方向相同的电子 才能通过，而自旋方向与固定铁磁层的相反的电子则留在自由铁磁层，因此，自由铁磁层中 磁化方向与固定铁磁层相反，而写入了 " 1"。 具体地，在由多个磁阻存储器单元组成的一个磁阻存储器中，该电流写入方法对 应的写入过程为：在位线4施加电压，选中的控制晶体管2处于开启状态，在控制晶体管2 的源极、漏极之间施加电压，电流(也称写入电流)通过控制晶体管2、下电极6、磁隧道结、上 电极5,进入字线3,当写入电流大于某一临界值时，可改变自由铁磁层11磁化方向，使之与 固定铁磁层13的磁化方向相同，记录数位"1" ;在字线3和位线4施加电压，控制晶体管2 处于开启状态，写入电流反向，由自由铁磁层11流向固定铁磁层13,自由铁磁层11磁化方 向也翻转，磁化方向与固定铁磁层13的磁化方向相反，记录数位"0"。因此数位"0"和"1" 可由"电流方向不同方式"写入磁隧道结。 磁隧道结的读取过程：参见图1，控制晶体管2处于开启状态时，检测电流，也称读 取电流，比写入电流要小，通过控制晶体管的源极、漏极、下电极6、磁隧道结、上电极5,然 后与参考电流相比较，差值经过放大器8放大后，来判断磁隧道结的电阻为大还是小，进行 判断存储的是"〇"还是"1"。 在现有技术中，磁阻存储器的磁隧道结的形成方法包括： 参照图2,提供介质层20,在介质层20中形成下电极21 ; 参照图3,在介质层20上形成自由铁磁材料层22,在自由铁磁材料层22上形成绝 缘材料层23和在绝缘材料层23上形成固定铁磁材料层24 ; 参照图4,使用光刻、刻蚀工艺，刻蚀固定铁磁材料层形成固定铁磁层，刻蚀绝缘材 料层形成绝缘层，刻蚀自由铁磁材料层形成自由铁磁层。自由铁磁层、绝缘层和固定铁磁层 的叠层结构构成磁隧道结25,所述磁隧道结25位于下电极21上，磁隧道结25与下电极21 电连接。 但是，具有现有方法形成的下电极和磁隧道结的磁阻存储器的性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，具有现有方法形成的下电极和磁隧道结的磁阻存储器的性 能不佳。 为解决上述问题，本专利技术提供一种磁阻存储器的形成方法，该磁阻存储器的形成 方法包括： 提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电 极； 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导 电性； 在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面 所在平面的投影位于所述下电极中； 去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。 可选地，在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层之前，在所述第一介 质层上形成具有开口的第二刻蚀阻挡层，所述开口位于下电极上且暴露部分或全部下电 极； 在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层时，所述第一刻蚀阻挡层覆盖 第二刻蚀阻挡层、填充满所述开口； 在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层时，也去除所述第一介质层上的第二 刻蚀阻挡层。 可选地，在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻挡层的方法包括： 在所述第一介质层上形成第二刻蚀阻挡层，所述第二刻蚀阻挡层覆盖第一介质层 和下电极； 对所述第二刻蚀阻挡层进行图形化，在所述第二刻蚀阻挡层中形成开口。 可选地，去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包 括： 形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义下电极的位置； 以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀所述第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层， 至暴露第一介质层； 去除图形化的光刻胶层。 可选地，在去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层时，还去 除下电极上、未被磁隧道结覆盖的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层，去除所述第一介质 层上的第一刻蚀阻挡层和第二刻蚀阻挡层的方法包括： 形成图形化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，在所述基底上形成有第一介质层，在所述第一介质层中形成有下电极；在所述第一介质层和下电极上形成第一刻蚀阻挡层，所述第一刻蚀阻挡层具有导电性；在所述第一刻蚀阻挡层上形成磁隧道结，所述磁隧道结在所述第一介质层上表面所在平面的投影位于所述下电极中；去除所述第一介质层上的第一刻蚀阻挡层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹均助，邓武锋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31