一种磁隧道结及其形成方法、磁性随机存储器及其形成方法，其中磁性随机存储器包括：基底；晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；覆盖晶体管和基底的第一层间介质层；字线；覆盖第一层间介质层和字线的第二层间介质层；导电层；位于第一层间介质层和第二层间介质层中的第一插塞，第一插塞电连接所述导电层和漏极；位于导电层上的磁隧道结，磁隧道结位于字线上方，磁隧道结包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；位线，位线和磁隧道结通过第二插塞电连接；磁隧道结的侧壁光滑连接。本发明专利技术提供的磁性随机存储器的写入和读取速率快、不同存储状态下MTJ的电阻值的差值大，且MTJ不同位置处的电阻值相同。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，其中磁性随机存储器包括：基底；晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；覆盖晶体管和基底的第一层间介质层；字线；覆盖第一层间介质层和字线的第二层间介质层；导电层；位于第一层间介质层和第二层间介质层中的第一插塞，第一插塞电连接所述导电层和漏极；位于导电层上的磁隧道结，磁隧道结位于字线上方，磁隧道结包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；位线，位线和磁隧道结通过第二插塞电连接；磁隧道结的侧壁光滑连接。本专利技术提供的磁性随机存储器的写入和读取速率快、不同存储状态下MTJ的电阻值的差值大，且MTJ不同位置处的电阻值相同。【专利说明】
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及到一种磁隧道结及其形成方法、包括该磁隧道结的磁性随机存储器及其形成方法。
技术介绍
磁性随机存储器(magnetic random access memory, MRAM)是一种非挥发性存储器，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)的集成度，还能实现无限次地重复写入。MRAM通常包括用作开关的晶体管和用作核心结构的磁隧道结(magnetic tunnel junct1n, MTJ)。 参考图1，现有技术中，常规的MRAM包括基底10 ； 位于基底10上的晶体管，所述晶体管包括栅极21、漏极22和源极23 ； 覆盖所述晶体管和基底10的第一层间介质层31 ； 位于第一层间介质层31上的字线40 ； 覆盖所述第一层间介质层31和字线40的第二层间介质层32 ； 位于第二层间介质层32上的导电层52 ； 位于第一层间介质层31和第二层间介质层32中的第一插塞51，所述第一插塞51电连接漏极22和导电层52 ； 位于导电层52上的MTJ60，所述MTJ60位于所述字线40的上方，所述MTJ60呈长方体； 覆盖所述导电层52、所述MTJ60和第二层间介质层32的第三层间介质层33 ； 位于第三层间介质层33上的位线54 ； 位于第三层间介质层32中的第二插塞53，第二插塞53电连接所述MTJ60和位线54。 参考图2,所述MTJ60包括:固定磁化方向的被钉扎层61,磁化方向可以改变的自由层63，位于被钉扎层61和自由层63之间的隧道膜62。其中所述MTJ60为由下至上依次设置的被钉扎层61、隧道膜62和自由层63。 所述MTJ60也可以为由下至上依次设置的自由层63、隧道膜62和被钉扎层61。 当自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相同时，所述MTJ60的电阻最小；当自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相反时，所述MTJ60的电阻最大。通过控制自由层63的磁化方向，进而改变MTJ60的电阻值，以实现信息的存储。 所述MRAM在写入期间，所述位线54中具有第一电流，所述字线40中具有第二电流；所述第一电流和所述第二电流在自由层63中产生两个磁场。在所述两个磁场的作用下，自由层63的磁化方向被定向在一个方向上。所以通过控制第一电流和第二电流的大小和方向，就可以控制自由层63的磁化方向，使MTJ60的电阻值发生改变。例如，需要写入1时，使自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相同，MTJ60的电阻值较低；需要写入0时，使自由层63的磁化方向与被钉扎层61的磁化方向相反，MTJ60的电阻值较高。 在读取期间，晶体管接通，使得隧穿电流从位线54通过MTJ60和晶体管流到与源极23相连的地线(未示出)。若MRAM中存储的信息为1，由于MTJ60的电阻值较低，则隧穿电流较大，所述MTJ60两端的电压降较小；gMRAM中存储的信息为0，由于MTJ60的电阻值较高，则隧穿电流较小，所述MTJ60两端的电压降较大。通过测量流经MTJ60的电流值，或者所述MTJ60两端的电压降，就可以确定MRAM的存储状态。 上述MRAM的写入和读取速率慢，不同存储状态下MTJ的电阻值差值小，会导致确定MRAM的存储状态失误，且MTJ60不同位置处的电阻值不同。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中，MRAM写入和读取速率慢，不同存储状态下MTJ的电阻值差值小，会导致确定MRAM的存储状态失误，且MTJ不同位置处的电阻值不同。 为解决上述问题，本专利技术提供一种磁隧道结的形成方法，包括:提供磁隧道结层，所述磁隧道结层包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；在所述磁隧道结层上形成掩膜层；刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元，所述第一掩膜单元呈长方体；对所述第一掩膜单元的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元，所述第二掩膜单元的侧壁光滑连接，所述第二掩膜单元定义磁隧道结的位置；以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结。 可选的，刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元的方法包括:对所述掩膜层进行第一刻蚀，形成多个平行排列的条状结构；对所述条状结构进行第二刻蚀，将每一条状结构刻蚀成多个第一掩膜单元。 可选的，对所述掩膜层进行第一刻蚀的方法包括:在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶，所述第一图形化的光刻胶定义相邻两条状结构之间的间距；以所述第一图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述掩膜层，形成条状结构。 可选的，在所述磁隧道结层上形成掩膜层之前，在所述磁隧道结层上由下至上依次形成第一有机介质层和刻蚀停止层，所述掩膜层形成在所述刻蚀停止层上。 可选的，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第一底部抗反射层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第一底部抗反射层上。 可选的，在所述掩膜层上形成第一图形化的光刻胶之前，在所述掩膜层上形成第二有机介质层，所述第一图形化的光刻胶形成在所述第二有机介质层上。 可选的，对所述条状结构进行第二刻蚀的方法包括:在所述条状结构和磁隧道结层上形成第三有机介质层，所述第三有机介质层的高度大于所述条状结构的高度，且所述第三有机介质层的上表面平坦；在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶；以所述第二图形化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述第三有机介质层和条状结构，形成第一掩膜单元和图形化的第三有机介质层。 可选的，在所述第三有机介质层上形成第二图形化的光刻胶之前，在所述第三有机介质层上形成第二底部抗反射层，所述第二图形化的光刻胶形成在第二底部抗反射层上。 可选的，所述各向同性刻蚀的方法为等离子体刻蚀。 可选的，所述等离子体刻蚀的气源包括CF4，等离子化的功率为200-2000W，偏置电压为 0-500V，压强为 20-200 μ Torr。 可选的，所述等离子体刻蚀的气源还包括Ar、02和N2中的一种或几种。 可选的，所述偏置电压为0V。 可选的，所述第二掩膜单元呈圆柱体或椭圆柱体。 本专利技术还提供一种磁性随机存储器的形成方法，包括:提供基底；在所述基底上形成晶体管，所述晶体管包括源极、漏极和栅极；在所述基底和晶体管上形成第一层间介质层，所述第一层间介质层高出所述晶体管；在所述第一层间介质层上形成字线；在所述字线和第一层间介质层上形成第二层间介质层，所述第二层间介质层高出所述字线；在所述第一层间介质层和第二层间介质层中形成第一插塞，所述第一插塞与漏极电连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁隧道结的形成方法，其特征在于，包括：提供磁隧道结层，所述磁隧道结层包括自由层、被钉扎层、位于自由层和被钉扎层之间的隧道膜；在所述磁隧道结层上形成掩膜层；刻蚀所述掩膜层，形成多个第一掩膜单元，所述第一掩膜单元呈长方体；对所述第一掩膜单元的侧壁进行各向同性刻蚀，形成第二掩膜单元，所述第二掩膜单元的侧壁光滑连接，所述第二掩膜单元定义磁隧道结的位置；以所述第二掩膜单元为掩膜，刻蚀所述磁隧道结层，形成磁隧道结。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王冬江，张海洋，
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
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