[发明专利]磁性隧道结及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种磁性隧道结及其形成方法。

背景技术

磁存储器（Magnetic Random Access Memory，MRAM）具有读写时间短、非易失性和功耗低等优点，适用于计算机或手机等信息处理设备上，使得磁存储器受到市场的广泛关注。

现有的磁存储器结构包括：用于作为开关器件的晶体管、以及用于存储数据的磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）结构。磁存储器通过施加磁场，将信息存储到磁性隧道结结构中，并通过测量通过磁性隧道结的电流读取所存储的信息。

图1是现有的磁性隧道结的剖面结构示意图，包括：位于衬底100表面的底部电极层101；位于底部电极层101表面的磁性结构102；位于磁性结构102表面的顶部电极层103。其中，磁性结构102由固定磁性层110、位于固定磁性层110表面的隧道绝缘层111、以及位于隧道绝缘层111表面的自由磁性层112交替堆叠而成，所述磁性结构102为至少为三层结构或多层结构。此外，所述磁性隧道结结构还包括：位于自由磁性层112和顶部电极层103之间的第一介质层104；位于底部电极层101和固定磁性层110之间的第二介质层105。

所述固定磁性层110的磁化方向固定，自由磁性层112的方向可编程。当所述自由磁性层112的磁化方向与固定磁性层110的磁化方向一致时，磁性隧道结的电阻最小，即为逻辑“0”状态；当所述自由磁性层112的磁化方向与固定磁性层110的磁化方向相差180度时，磁性隧道结的电阻最大，即为逻辑“1”状态。在“读取”的过程中，通过获取磁性隧道结的电阻以读出磁性随机存储器的状态。

然而，现有的磁性隧道结的存储性能不稳定，导致磁性随机存储器的可靠性低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种磁性隧道结及其形成方法，提高磁性隧道结的存储稳定性，提高由磁性隧道结构成的磁性随机存储器的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种磁性隧道结的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有第一介质层，所述第一介质层内具有第一电极层，所述第一介质层暴露出所述第一电极层，所述第一介质层和第一电极层表面具有复合磁性层；在所述复合磁性层表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层平行于衬底表面的图形为圆形，且所述第一掩膜层的位置与第一电极层的位置对应；在所述复合磁性层表面和第一掩膜层的侧壁表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的表面与第一掩膜层的表面齐平；去除部分第一掩膜层，在第一掩膜层和第二掩膜层内形成暴露出复合磁性层的开口，所述开口平行于衬底表面的图形为条形，且所述开口的条形图形贯穿第一掩膜层的圆形图形；在所述开口的第一掩膜层和第二掩膜层侧壁表面形成侧墙；在形成侧墙之后，去除第二掩膜层；在去除第二掩膜层之后，以侧墙和第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述复合磁性层直至暴露出第一介质层和第一电极层表面为止。

可选的，所述复合磁性层包括至少一层磁性层，所述磁性层包括固定磁性层、以及位于固定磁性层表面的自有磁性层，所述固定磁性层和自由磁性层之间具有磁性绝缘层进行隔离。

可选的，当所述磁性层为多层重叠设置时，相邻磁性层之间具有第一绝缘层。

可选的，所述复合磁性层还包括：位于顶层磁性层表面的第二电极层。

可选的，所述复合磁性层还包括：位于第一电极层和磁性层之间的第二绝缘层；位于第二电极层和顶层磁性层之间的第三绝缘层。

可选的，所述第一掩膜层、第二掩膜层和侧墙的材料不同。

可选的，所述第一掩膜层、第二掩膜层或侧墙的材料为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、氮化钛、无定形碳、多晶硅或无定形硅。

可选的，当所述侧墙的材料为SOG或PSG时，在形成侧墙之后，去除第二掩膜层之前，对所述侧墙进行热退火。

可选的，所述热退火工艺包括：气体为氮气、氢气或惰性气体，温度为300摄氏度～500摄氏度。

可选的，形成于开口第一掩膜层侧壁表面和第二掩膜层侧壁表面的侧墙厚度相同，所述侧墙的厚度为5纳米～50纳米。

可选的，所述第一掩膜层的圆形图形的直径为第一尺寸，所述开口的宽度为第二尺寸，所述第二尺寸为第一尺寸的1/5～2/3。

可选的，所述开口的条形图形覆盖所述第一掩膜层的圆形图形的圆心。