[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：提供基底，基底包括衬底、位于衬底上的磁隧道结叠层结构，以及位于磁隧道结叠层结构上的第一盖帽材料层；对第一盖帽材料层进行第一刻蚀处理，形成盖帽层；在盖帽层的侧壁上形成第一侧墙层；对盖帽层和第一侧墙层露出的磁隧道结叠层结构进行第二刻蚀处理，形成磁隧道结单元。本发明实施例中，在第二刻蚀处理的过程中，第一侧墙层能够避免第二刻蚀处理对盖帽层的侧壁造成损伤；通常在第一刻蚀处理的过程中，还在盖帽层上形成第二电极层，在半导体结构工作时，盖帽层能够保护磁隧道结单元中的自由磁层不易受到第二电极层中载流子的影响，使得自由磁层的电子旋向稳定，使得磁隧道结单元具有良好的性能。

技术领域

本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种非挥发性的磁性随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可以保持记忆完整。MRAM器件拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力，以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入，磁性随机存取存储器是一种“全动能”的固态存储器。因而，其应用前景非常可观，有望主导下一代存储器市场。

MRAM是一种包括MRAM单元阵列的存储器件，每一个该MRAM单元使用电阻值而非电荷存储数据位。每个MRAM单元包括磁隧道结(MTJ)单元，该磁隧道结(MTJ)单元的电阻可以被调整，以代表逻辑“0”或逻辑“1”。该MTJ单元包括固定磁层，隧穿势垒层以及磁自由层。该MTJ单元的电阻，可以通过改变该磁自由层的磁矩相对于固定磁层的方向被调整。特别的，当磁自由层的磁矩与固定磁层的磁矩平行的时候，该MTJ单元的电阻是低的，对应于逻辑0，反之，当该磁自由层的磁矩与固定磁层的磁矩不平行的时候，该MTJ单元的电阻是高的，对应于逻辑1。该MTJ单元在顶部和底部电极之间连接，并且可以检测到从一个电极到另一个流过该MTJ单元的电流，以确定电阻，进而确定逻辑状态。

磁隧道结(MTJ)中的隧道磁阻(TMR)效应是开发磁阻随机存取存储器(MRAM)，磁传感器和新型可编程逻辑器件的关键。

发明内容

本发明实施例解决的问题是提供一种半导体及其形成方法，提升半导体结构中磁隧道结单元的磁阻比，从而提升半导体结构的电学性能。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底、位于所述衬底上的磁隧道结叠层结构，以及位于所述磁隧道结叠层结构上的第一盖帽材料层；对所述第一盖帽材料层进行第一刻蚀处理，形成盖帽层；在所述盖帽层的侧壁上形成第一侧墙层；对所述盖帽层和第一侧墙层露出的磁隧道结叠层结构进行第二刻蚀处理，形成磁隧道结单元。

可选的，提供基底的步骤中，在所述衬底和所述磁隧道结叠层结构之间形成有第一电极材料层；所述半导体结构的形成方法还包括：形成所述磁隧道结单元后，采用各向异性的物理刻蚀工艺刻蚀所述第一电极材料层，形成第一电极层。

可选的，所述各向异性的物理刻蚀工艺包括离子束刻蚀工艺。

可选的，提供基底的步骤中，在所述衬底和所述磁隧道结叠层结构之间形成有第一电极材料层；在所述第一盖帽材料层上形成有刻蚀停止材料层；所述刻蚀停止材料层上形成有第二电极材料层；所述第一刻蚀处理的步骤包括：以所述刻蚀停止材料层顶部为刻蚀停止位置，刻蚀所述第二电极材料层，形成第二电极层；形成所述第二电极层后，以所述第一盖帽材料层的顶部为刻蚀停止位置，刻蚀所述刻蚀停止材料层，形成刻蚀停止层；以所述磁隧道结叠层结构的顶部为刻蚀停止位置，刻蚀所述第一盖帽材料层，形成所述盖帽层；所述第二刻蚀处理的步骤包括：刻蚀所述磁隧道结叠层结构的过程中，以所述第一电极材料层的顶部为刻蚀停止位置。

可选的，所述第一侧墙层的厚度为至

可选的，所述第一侧墙层的材料包括氧化硅和氮氧化硅。