[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

本发明提供了半导体结构及其制造方法。半导体结构包括底电极通孔(BEVA)、位于BEVA上的再生层以及位于再生层上方的磁性隧道结(MTJ)层。BEVA包括位于BEVA的沟槽的底部和侧壁上方的衬垫层以及位于衬垫层上方的电镀的铜，填充BEVA的沟槽。再生层覆盖衬垫层的顶面和电镀的铜的顶面。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体结构及其制造方法。

背景技术

半导体使用在用于包括收音机、电视机、移动电话和个人计算设备的电子应用的集成电路中。已知的半导体器件的一种类型是诸如动态随机存取存储器(DRAM)或闪存器(两者都是利用电荷存储信息)的半导体存储器件。

在半导体存储器器件中的一个最近的发展涉及自旋电子，它结合了半导体技术以及磁性材料和器件。电子的自旋极化，而不是电子的电荷，是用来表示“1”或“0”的状态。这样的自旋电子器件是自旋力矩转移(STT)磁性隧道结(MTJ)器件。

MTJ器件包括自由层、隧道层和钉扎层。通过施加穿过隧道层的电流可以逆转自由层的磁化方向，这将导致自由层内注入的极化电子对自由层的磁化施加所谓的自旋力矩。钉扎层具有固定的磁化方向。当电流从自由层至钉轧层的方向流动时，电子在相反的方向流动，即，从钉轧层到自由层。在经过钉轧层后，电子被极化至与钉轧层相同的磁化方向；流动穿过隧道层；并且然后进入并积聚在自由层中。最终，自由层的磁化平行于钉扎层的磁化，且MTJ器件将处于低电阻状态。电流引起的电子注入称作主要注入。

当施加从钉扎层流动至自由层的电流时，电子在从自由层至钉扎层的方向流动。具有与钉轧层的磁化方向相同的极化的电子能够流动穿过隧道层并且进入钉轧层。相反地，具有不同于钉轧层的磁化的极化的电子将被钉轧层反射(阻挡)并且将在自由层中积聚。最终，自由层的磁化变成与钉扎层的磁化反平行，且MTJ器件将处于高电阻状态。由电流引起的各自的电子注入称为次要注入。

发明内容

本发明的实施例提供了一种半导体结构，包括：底电极通孔(BEVA)，包括：衬垫层，位于所述底电极通孔的沟槽的底部和侧壁上方；以及电镀的铜，位于所述衬垫层上方，填充所述底电极通孔的所述沟槽；再生层，位于所述底电极通孔上；以及磁性隧道结(MTJ)层，位于所述再生层上方；其中，所述再生层覆盖所述衬垫层的顶面和所述电镀的铜的顶面。

本发明的另一实施例提供了一种半导体结构，包括：逻辑区；以及存储器区，包括：第N金属层；第(N+M)金属层，位于所述第N金属层上方，N和M是正整数；以及磁性随机存取存储器(MRAM)结构，位于所述第N金属层和所述第(N+M)金属层之间，其中，所述磁性随机存取存储器结构包括铜。

本发明的又一实施例提供了一种制造半导体结构的方法，所述方法包括：在介电层中形成底电极通孔(BEVA)孔；在所述底电极通孔孔上方形成衬垫层；在所述衬垫层上电镀铜并且填充所述底电极通孔孔；在所述铜上方实施第一平坦化；以及在所述铜上方形成磁性隧道结(MTJ)层。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，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，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。

图1A是根据本发明的一些实施例的半导体结构的截面图。

图1B是根据本发明的一些实施例的半导体结构的截面图。

图2是根据本发明的一些实施例的半导体结构的截面图。

图3是根据本发明的一些实施例的在一个操作中制造的半导体结构的截面图。

图4A至图4K是根据本发明的一些实施例的在各个操作中制造的第一半导体结构的截面图。

图5A至图5E是根据本发明的一些实施例的在各个操作中制造的第二半导体结构的截面图；