磁性存储装置、形成方法及形成磁性随机存取存储器的方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种磁性存储装置、形成方法及形成磁性随机存取存储器的方法，其中磁性存储装置包含底电极、设置于底电极上的磁性穿隧接面，以及设置于磁性穿隧接面上的顶电极，其中顶电极包含第一顶电极层和于第一顶电极层上的第二顶电极层，且第二顶电极层厚于第一顶电极层。

Magnetic storage device, forming method and forming method of magnetic random access memory

【技术实现步骤摘要】
磁性存储装置、形成方法及形成磁性随机存取存储器的方法
本专利技术实施例涉及半导体技术，且特别涉及一种磁性随机存取存储器的装置及其形成方法。
技术介绍
半导体集成电路(IntegratedCircuit，IC)工业经历了指数型成长。在集成电路(IC)材料和设计的科技进步已经产出许多代的集成电路(IC)，且每一代的集成电路(IC)具有比上一代更小且更复杂的电路。在集成电路(IC)的演变过程中，随着几何尺寸(如可使用工艺制造最小的元件(或线)的减少，功能密度(例如每个芯片面积上的内连线装置数目)已普遍性地增加。通过增加生产效率和减少相关成本，这样的微缩化工艺普遍地提供益处。这种微缩化亦增加工艺和制造集成电路(IC)的复杂度。在一些IC设计和制造中的其中一个进步是发展非易失性存储器(non-volatilememory，NVM)，特别是磁性随机存取存储器(magneticrandom-accessmemory，MRAM)。MRAM提供了与挥发性静态随机存取存储器(staticrandom-accessmemory，SRAM)相当的性能，以及与挥发性动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，DRAM)相当的密度，且更低的功率消耗(powerconsumption)。与NVM快闪存储器(flashmemory)相比，MRAM可以提供更快的存取时间并且随着时间受更少的降解(degradation)。MRAM单元由磁性穿隧接面(magnetictunnelingjunction，MTJ)形成，前述磁性穿隧接面包括由薄绝缘阻障隔开的两个铁磁层，并且通过电子穿隧通过的两个铁磁层之间的绝缘阻障来操作。在先进技术节点中，MRAM单元的微缩化(scaling)受限于微影和蚀刻技术的分辨率限制。在较低分辨率的限制下，在MRAM单元阵列内的MRAM单元之间的MTJ尺寸变化会降低存储器性能。尽管MRAM装置的形成中的现有方法通常已经足够用于它们的预期目的，但它们在各方面都不是完全令人满意的。因此，需要在此领域进行改善。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种磁性存储装置，包括：底电极；磁性穿隧接面(magnetictunnelingjunction)，设置于底电极上；顶电极，设置于磁性穿隧接面正上方，其中顶电极包括第一顶电极层和于第一顶电极层上的第二顶电极层，且其中第二顶电极层比第一顶电极层厚。本专利技术实施例提供了一种形成磁性存储装置的方法，包括：形成底电极层于基板上；形成磁性穿隧接面堆叠于底电极层上；形成顶电极层于磁性穿隧接面堆叠上，顶电极层包括第一顶电极层和于第一顶电极层上的第二顶电极层，第一顶电极层和第二顶电极层具有不同的金属成分；形成图案化介电层于顶电极层上；以图案化介电层作为一蚀刻遮罩，蚀刻第二顶电极层，且第一顶电极层作为蚀刻停止层；以及以蚀刻后的第二顶电极层作为图案化遮罩，图案化第一顶电极层和磁性穿隧接面堆叠。本专利技术实施例提供了一种形成磁性随机存取存储器的方法，包括：提供半导体基板；形成底电极层于半导体基板上；形成磁性穿隧接面堆叠于底电极层上，其中磁性穿隧接面堆叠包括下铁磁层、穿隧阻障层于下铁磁层上、以及上铁磁层于穿隧阻障层上；形成第一顶电极层于磁性穿隧接面堆叠上；形成第二顶电极层于第一顶电极层上，其中第一和第二顶电极层包括不同的导电材料成分；形成遮罩层于第二顶电极层上；图案化遮罩层；蚀刻第二顶电极层，借此转移在图案化遮罩层的图案到第二顶电极层；修整第二顶电极层的宽度；以及以修整后的第二顶电极层作为蚀刻遮罩，蚀刻第一顶电极层和磁性穿隧接面堆叠。附图说明以下将配合说明书附图详述本公开的各方面。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。图1A和图1B示出在MRAM单元内的磁性穿隧接面(MTJ)的透视图。图1C是根据一实施例示出MRAM单元阵列。图2A和图2B是根据本专利技术实施例的方面示出用于形成磁性随机存取存储器(MRAM)单元阵列的方法的流程图。。图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20A、图20B和图21是根据一些实施例和根据图2A和图2B的方法示出在制造工艺期间半导体结构的剖面图。图11和图12是根据一些实施例和根据图2A和图2B的方法示出在制造工艺期间半导体结构的透视图。附图标记说明：100～MTJ；102～上铁磁板；104～下铁磁板；106～(薄)绝缘层；112A/112B/114A/114B～箭头；120～MRAM单元阵列；200～方法；202/204/206/208/210/212/214～操作；300/300’～装置(结构)；302～基板；304～内连线结构；306～金属间介电(IMD)层；308～金属线；310～介电保护层；312～遮罩；314～蚀刻工艺；316～开口；320～底电极层/底电极；320a/320b/320c～中央底电极部分/周边底电极部分/阶梯部分；330～磁性穿隧接面(MTJ)堆叠/MTJ堆叠/MTJ；332～下铁磁电极层；334～底固定铁磁层；336～金属层；338～顶固定铁磁层；340～穿隧阻障层；342～上铁磁电极层；350～(多层)顶电极层/(图案化后的)顶电极层/顶电极；352/354～下电极层/上电极层；360～硬掩模层；370～光刻胶层；372～底部抗反射涂(BARC)层；374～光敏层；376/388/392～蚀刻工艺；380～嵌段共聚物；382～圆柱形微区域；384～高分子基质；390～修整工艺；394～侧壁间隔物；396～金属间介电(IMD)层；402～顶电极导孔(TEVA)；404～金属沟槽；D1/D2～直径/(修整后的)直径；S330/S352/S354～侧壁；w～宽度；WL1/WL2/WLM～字元线；BL1/BL2/BLN～位元线。具体实施方式以下内容提供了很多不同的实施例或范例，用于实施本专利技术实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本专利技术实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本专利技术实施例。举例来说，叙述中若提及第一部件形成于第二部件之上，可能包含第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。另外，本专利技术实施例可能在许多范例中重复元件符号及/或字母。这些重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非代表所讨论各种实施例及/或配置之间有特定的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性存储装置，包括：/n一底电极；/n一磁性穿隧接面，设置于该底电极上；/n一顶电极，设置于该磁性穿隧接面正上方，其中该顶电极包括一第一顶电极层和于该第一顶电极层上的一第二顶电极层，且其中该第二顶电极层比该第一顶电极层厚。/n

【技术特征摘要】
20180926 US 62/736,623;20190712 US 16/510,2961.一种磁性存储装置，包括：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖韦豪，田希文，吕志伟，戴品仁，李忠儒，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71