[发明专利]MRAM器件的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性存储器技术，尤其涉及一种MRAM器件的形成方法。

背景技术

磁性随机存储器(MRAM)是当前最有前景的三种非挥发性存储器之一，因为其高速读写、低功耗、抗辐射以及数据保存时间长等特点，将来有可能取代SRAM以及DRAM在移动终端上的应用。对于其他对可靠性要求高的领域，例如国防、航天航空等则具有不可取代的地位。

MRAM器件主要是依靠其中的磁隧道结(MTJ)来存储数据。现有技术中的MTJ层通常是形成在铜互连结构上的，在电镀形成铜以及进行化学机械(CMP)抛光之后，由于CMP浆料(slurry)中的酸性和碱性成分会和铜发生反应，而且铜的晶粒边界(grain boundary)也较容易被腐蚀，导致整个衬底表面并不是平坦的，进而使得形成在其上的MTJ层的表面并不平坦。MTJ层的粗糙表面会影响其磁特性，例如会导致MTJ层之间产生不希望有的耦合以及隧穿，从而影响开关电流。由上，粗糙的表面会导致MRAM器件中MTJ的失效和不确定行为。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种MRAM器件的形成方法，能够使得MTJ层具有平坦的表面，从而消除由此导致的对MTJ性能的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MRAM器件的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成第一介质层；

对所述第一介质层进行刻蚀，在其中形成通孔；

在所述通孔中填充导电材料，该导电材料还一并覆盖所述第一介质层；

采用平坦化工艺去除覆盖在所述第一介质层上的导电材料，使得所述通孔中的导电材料与所述第一介质层具有齐平的表面；

在所述通孔中的导电材料上形成磁隧道结，该磁隧道结与所述通孔中的导电材料电连接；

其中，所述平坦化工艺对所述导电材料和第一介质层的选择比为0.8至1.2。

根据本发明的一个实施例，所述导电材料为铝铜合金，所述第一介质层的材料选自氧化硅、氮化硅、黑钻石或其任意组合。

根据本发明的一个实施例，所述铝铜合金中铜占0.4～0.6wt％，其余为铝。

根据本发明的一个实施例，所述铝铜合金中铜占0.5wt％，其余为铝。

根据本发明的一个实施例，所述通孔的形貌为倒梯形。

根据本发明的一个实施例，所述平坦化工艺为化学机械抛光。

根据本发明的一个实施例，在所述通孔中的导电材料上形成磁隧道结包括：

形成磁隧道结层，该磁隧道结层覆盖所述第一介质层以及所述通孔中的导电材料；

对所述磁隧道结层进行刻蚀，以形成多个磁隧道结，每一磁隧道结分别与其下方的通孔中的导电材料电连接。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：形成第二介质层，该第二介质层覆盖所述磁隧道结以及所述第一介质层的表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的MRAM器件的形成方法中，第一介质层中的通孔内的导电材料与第一介质层在平坦化工艺中的选择比接近1，优选为0.8至1.2，因此在平坦化之后通孔中的导电材料与第一介质层可以具有非常齐平的表面，使得后续形成在第一介质层以及导电材料上的MTJ层也具有平坦的表面，从而消除粗糙表面造成的一系列问题，有利于改善开关电流，减小功耗，提高速度以及可靠性。

进一步地，现有技术中MTJ下方的材料为铜，在对MTJ层进行刻蚀时会产生大量微粒，而本实施例中的导电材料优选为铝铜合金，在刻蚀MTJ层时可以显著减少产生的微粒，有利于避免由此造成的缺陷。

附图说明

图1是本发明实施例的MRAM器件的形成方法的流程示意图；

图2至图12是本发明实施例的MRAM器件的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图1，本实施例的MRAM器件的形成方法包括以下步骤：

步骤S11，提供半导体衬底；

步骤S12，在所述半导体衬底上形成第一介质层；

步骤S13，对所述第一介质层进行刻蚀，在其中形成通孔；

步骤S14，在所述通孔中填充导电材料，该导电材料还一并覆盖所述第一介质层；

步骤S15，采用平坦化工艺去除覆盖在所述第一介质层上的导电材料，使得所述通孔中的导电材料与所述第一介质层具有齐平的表面；