磁阻存储器的形成方法技术

一种磁阻存储器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述衬底上形成有金属间介质层；在所述金属间介质层中形成沟槽；形成衬垫材料层、位于所述衬垫材料层上的布线层，覆盖所述金属间介质层、填充所述沟槽；去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层，为布线；形成覆盖层，覆盖所述布线和沟槽侧壁的衬垫材料层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层，剩余的衬垫材料层为衬垫层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，在所述布线上形成磁性隧道结。在本发明专利技术中，覆盖层覆盖沟槽侧壁的衬垫材料层，则可以形成完整的衬垫层。进一步地，衬垫层可以更好地增强作用于磁性隧道结的电流磁场的磁场强度，显著提升磁阻存储器的性能。

【技术实现步骤摘要】
磁阻存储器的形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别设计一种磁阻存储器的形成方法。
技术介绍
磁阻存储器（MagneticRandomAccessMemory，MRAM）是一种固体存储器，包括多个作为信息记录载体的磁性隧道结（MTJ）或磁性隧道结（MTJ）阵列，所述磁性隧道结两侧形成有字线和位线，所述字线和位线通常位于相邻的两层金属互连线结构中。也就是说，磁性隧道结位于字线与位线之间，即位于两相邻金属互连线结构之间。所述磁性隧道结包括栓固磁层、自由磁层、及位于所述栓固磁层与自由磁层之间的隧穿阻挡层，所述栓固磁层具有固定磁性方向。当字线和位线中流过电流产生电流磁场，将磁化所述自由磁层，改变所述自由磁层的磁化方向。当所述自由磁层的磁化方向与所述栓固磁层的固定磁性方向相同时，所述磁性隧道结处于平行状态，所述磁性隧道结具有低阻值，这种状态为“0”状态；当所述自由磁层的磁化方向与所述栓固磁层的固定磁性方向相反时，则所述磁性隧道结处于反平行状态，所述磁性隧道结具有高阻值，这种状态为“1”状态。这种磁性隧道结的写入方法为磁场感应写入。在现有技术中，通常在字线和位线的两侧和底部形成有由磁性材料层构成的衬垫层，具有防止磁场泄漏的作用，即，用于防止字线和位线产生的电流磁场对相邻其他存储单元造成“写入干扰”。另外，所述衬垫层还可以“聚集”电流磁场于磁性隧道结，抑制电流磁场的“离散”，从而增强作用于磁性隧道结的电流磁场的磁场强度，降低字线和位线中流过的电流，并降低存储器的功耗在现有技术中，形成具有衬垫层的字线或位线的方法，包括：参照图1，在衬底上形成金属互连层（未示出）和金属间介质层10，在金属间介质层10上形成有阻挡层11，通常选择氮化硅；参照图2，在阻挡层11和金属间介质层10中形成沟槽12；参照图3，沉积衬垫材料层13、布线层14，覆盖阻挡层11、填充沟槽12；参照图4，使用化学机械抛光（CMP），去除高出阻挡层的衬垫材料层、布线层，在沟槽12的侧壁和底部形成衬垫层15，在沟槽12中的剩余布线层为布线16，可以作为字线或位线；参照图5，沉积介质层17，覆盖金属间介质层10、布线16和衬垫层15的暴露部分。但是，使用现有技术的字线或位线形成的磁阻存储器的性能不佳。更多的可以参考2005年11月17日公开的公开号为US20050254294A1的美国专利文献中提供的一种磁阻存储器结构。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是使用现有技术的字线或位线形成的磁阻存储器的性能不佳。为解决上述问题，本专利技术提供一种新的磁阻存储器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述衬底上形成有金属间介质层；在所述金属间介质层中形成沟槽；形成衬垫材料层、位于所述衬垫材料层上的布线层，覆盖所述金属间介质层、填充所述沟槽；去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层，为布线；形成覆盖层，覆盖所述布线和沟槽侧壁的衬垫材料层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层，剩余的衬垫材料层为衬垫层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，在所述布线上形成磁性隧道结。可选的，形成覆盖层的方法，包括：沉积覆盖材料层，覆盖金属间介质层；图形化所述覆盖材料层，形成覆盖层。可选的，沉积覆盖材料层的方法为化学气相沉积。可选的，所述覆盖层也覆盖紧邻所述沟槽两侧的金属间介质层上的部分衬垫材料层。可选的，所述衬垫材料层为三层结构，包括底部的氮化钽层、位于氮化钽层上的磁性材料层、位于磁性材料层上的氮化钛层。可选的，去除所述覆盖层两侧的衬垫材料层的方法为化学机械抛光，其中，覆盖层相比于衬垫材料层具有低抛光选择比，在去除覆盖层两侧的衬垫材料层时不会去除覆盖层。可选的，所述覆盖层的材料为无定形碳、氮化硅或氧化硅可选的，所述磁性材料层的材料包括铁、钴、镍中的一种，或铁、钴或镍的氧化物，或铁、镍、钴中的两种或三种的合金，或铁合金、镍合金或钴合金。可选的，在去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，形成磁性隧道结前，去除覆盖层。可选的，去除所述覆盖层的方法，使用干法刻蚀工艺。可选的，在去除覆盖层后，形成磁性隧道结前，形成覆盖金属间介质层、布线和衬垫层的介质层。可选的，所述布线的材料为铜。可选的，去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层的方法，包括化学机械抛光。可选的，在所述金属间介质层中形成沟槽之前，在金属间介质层上形成阻挡层。可选的，所述布线为字线或位线。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术在形成布线过程中，在金属间介质层上形成衬垫材料层、位于衬垫材料层上的布线层后，去除高出所述衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层为布线；之后，形成覆盖层，覆盖布线和沟槽侧壁的衬垫材料层，覆盖层可以避免沟槽侧壁的衬垫材料层暴露；接着，去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层剩余的衬垫材料层为衬垫层。由于覆盖层覆盖沟槽侧壁的衬垫材料层，则在去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层时，不会腐蚀沟槽侧壁的衬垫材料层，最终形成的衬垫层具有完整的结构。进一步地，衬垫层可以较好地“聚集”布线产生的电流磁场于磁性隧道结，抑制电流磁场离散，从而增强作用于磁性隧道结的电流磁场的磁场强度，显著提升磁阻存储器的性能。附图说明图1～图5是现有技术的形成具有衬垫层的字线或位线的方法的剖面结构示意图；图6是本专利技术的在金属间介质层中形成磁阻存储器的方法流程图；图7～图11是本专利技术具体实施例的形成磁阻存储器的方法的剖面结构示意图。具体实施方式专利技术人针对现有技术中存在的问题进行了研究，发现：参照图4，在使用化学机械抛光（CMP）去除高出阻挡层的衬垫材料层、布线层时，使用的抛光溶剂会对沟槽12（参照图2）侧壁的衬垫材料层造成腐蚀，使得沟槽12侧壁顶端处的衬垫层15遭到腐蚀损失。这样，最终得到的布线16两侧的衬垫层不完整，包括不完整衬垫层的磁阻存储器的性能受到影响。具体地，作为字线或位线的布线在通入电流后，由于衬垫层对电流磁场的“聚集”作用减弱，造成电流磁场“离散”。“离散”电流磁场会对相邻其他存储单元造成“写入干扰”，还会减弱作用于磁性隧道结的电流磁场的磁场强度，进而影响到磁阻存储器的性能。而且，磁隧道结的电流磁场的磁场强度较弱，就需要通过增加布线中的电流来增强磁场强度，这会增加存储器的功耗。针对以上的问题，专利技术人经过创造性劳动，得到一种新的磁性存储器的形成方法。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。参照图7，并结合参照图6，执行步骤S61，提供半导体衬底（未示出），在所述衬底上形成有金属间介质层100。在具体实施例中，金属间介质层100的材料通常为氧化硅。在具体实施例中，在金属间介质层100下形成有位于半导体衬底上的半导体器件（未示出），如晶体管。在半导体器件上形成互连线结构，包括金属互连线（未示出）、位于金属互连线间的金属间介质层100。后续工艺在金属间介质层100中形成布线。参照图7～图11，在金属间介质层100中形成布线104及衬垫层106，其中，布线与相邻的金属互连线是非接触的。下面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述衬底上形成有金属间介质层；在所述金属间介质层中形成沟槽；形成衬垫材料层、位于所述衬垫材料层上的布线层，覆盖所述金属间介质层、填充所述沟槽；去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层，为布线；形成覆盖层，覆盖所述布线和沟槽侧壁的衬垫材料层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层，剩余的衬垫材料层为衬垫层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，在所述布线上形成磁性隧道结。

【技术特征摘要】
1.一种磁阻存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述衬底上形成有金属间介质层；在所述金属间介质层中形成沟槽；形成衬垫材料层、位于所述衬垫材料层上的布线层，覆盖所述金属间介质层、填充所述沟槽；去除高出所述金属间介质层上的衬垫材料层的布线层，剩余沟槽中的布线层，为布线；形成覆盖层，覆盖所述布线和沟槽侧壁的衬垫材料层，以及紧邻所述沟槽两侧的金属间介质层上的部分衬垫材料层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层，剩余的衬垫材料层为衬垫层；去除未被覆盖层覆盖的衬垫材料层后，在所述布线上形成磁性隧道结。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成覆盖层的方法，包括：沉积覆盖材料层，覆盖金属间介质层；图形化所述覆盖材料层，形成覆盖层。3.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，沉积覆盖材料层的方法为化学气相沉积。4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述衬垫材料层为三层结构，包括底部的氮化钽层、位于氮化钽层上的磁性材料层、位于磁性材料层上的氮化钛层。5.如权利要求1或4所述的形成方法，其特征在于，去除所述覆盖层两侧的衬垫材料层的方法为化学机械抛光，其中，覆盖层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海艇，黄河，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31