[发明专利]集成电路结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体存储器元件，特别是涉及一种具有磁性穿隧结(MTJ)单元的磁性随机存取存储器(MRAM)元件及其制造方法。

背景技术

半导体存储器使用于供电子应用的集成电路中，包括例如无线电设备、电视、手机与个人电脑。半导体存储器元件其中一种类型包括自旋电子元件，其结合半导体技术、磁性材料与元件。电子自旋来自其磁矩而非电子的电荷，用来表明一个位。

磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100为一种自旋电子元件，如图1所示，包括位于不同方向的导线(字线WL与位线BL)，在不同金属层中彼此垂直。功能犹如磁性存储器单元的磁性穿隧结(MTJ)102位于导线之间。图1为传统磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100一部分结构的透视图。磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100包括一具有一基板(未图示)的半导体芯片。基板具有一沉积于其上的第一绝缘层(未图示)。多条第一导线或字线WL形成于第一绝缘层内，即第一导线层。

根据磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100的剖面，每一磁性穿隧结(MTJ)102设置于一字线WL上，且邻近另一字线WL。每一磁性穿隧结(MTJ)102包括三层，即第一磁性层ML1、穿隧层TL与第二磁性层ML2。第一磁性层ML1设置于字线WL上，且邻近另一字线WL。第一磁性层ML1由于其磁性方向固定，通常视为一硬磁性层、一栓固层或一固定层。穿隧层TL或穿隧阻挡层包括一形成于固定层ML1上的薄介电层。第二磁性层ML2形成于穿隧阻挡层TL上。第二磁性层ML2由于其磁性方向可沿两方向其中之一转换，通常视为一软磁性层或一自由层。第一磁性层ML1与第二磁性层ML2可包括一或多层材料层。

每一磁性穿隧结(MTJ)102邻近第二导线(位线BL)。位线BL位于第二磁性层ML2上，且邻近第二磁性层ML2，如图1所示，其中位线BL设置的方向与字线WL的方向不同。具有磁性穿隧结(MTJ)102的磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100包括多条以一第一方向彼此平行排列的字线WL，多条以一第二方向彼此平行排列的位线BL，其中第二方向不同于第一方向，以及多个设置于每一字线WL与位线BL之间的磁性穿隧结(MTJ)102。当位线BL设置于磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100上部，则字线WL设置于磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100底部。或是当字线WL设置于磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100上部，则位线BL设置于磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100底部。

磁性穿隧结(MTJ)102的程序化包括通过磁性穿隧结(MTJ)102传导电流。因此，磁性穿隧结(MTJ)102结构的均一性是影响磁性随机存取存储器(MRAM)阵列100性能的因素。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明实施例中，提供一种集成电路结构的制造方法，包括：形成一下电极层于一基板上；形成多层磁性穿隧结层于该下电极层上；图案化所述多层磁性穿隧结层，以形成一磁性穿隧结堆叠；形成一介电层于该磁性穿隧结堆叠，形成一开口于该介电层中，以露出部分该磁性穿隧结堆叠；填入一上电极材料于该开口；以及对该上电极材料实施一平坦化步骤。于实施该平坦化步骤后，图案化该上电极材料与该介电层，其中于该开口中的一第一部分该上电极材料形成一上电极，而于该介电层上的一第二部分该上电极材料形成一金属条，连接该上电极层。

本发明在磁性穿隧结(MTJ)单元中，形成上电极与形成其上的金属条(一位线或一字线)为相同工艺步骤。上电极与金属条之间的介面面积可通过开口的大小精确定义，可使磁性穿隧结(MTJ)单元阵列中所有磁性穿隧结(MTJ)单元的介面面积趋于一致。此外，上电极与金属条的材料相同，两者形成的过程不须中断工艺。上电极与金属条之间的接触电阻低，且其接触电阻的变化也低。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1公开一传统磁性随机存取存储器(MRAM)阵列。

图2～图11为本发明一实施例，一种磁性穿隧结(MTJ)单元制造方法的剖面示意图。

图12～图13为本发明一实施例，分别为一行与一列磁性穿隧结(MTJ)阵列的剖面示意图。

【主要附图标记说明】

现有图1

100～磁性随机存取存储器(MRAM)阵列；

102～磁性穿隧结(MTJ)；

BL～第二导线(位线)；

ML1～第一磁性层(硬磁性层)(栓固层)(固定层)；