磁性隧道结单元和制备磁性隧道结单元的方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体制造领域，具体而言，涉及一种环形磁性隧道结单元和制备环 形磁性隧道结单元的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着半导体技术的迅速提高，要求半导体器件向轻、薄、短小化发展。同时 也意味着半导体器件向高速、高集成度、低功率消耗方向发展。作为半导体器件家族中的重 要成员，磁性随机存取存储器（MRAM)的发展也成为人们的关注重点。
[0003] 磁性随机存取存储器器件作为非易失性存储器已经被广泛使用。在MRAM中，通 过存储元件的磁性状态存储数据。MRAM中通常包括晶体管和存储数据的磁性隧道结单元 (MTJ)。现有的磁性隧道结单元包括上电极、下电极及位于中间的磁性隧道结。而磁性隧道 结通常有包括下磁性层、隧道阻挡层及上磁性层。其中，下磁层与下电极相连，上磁性层与 上电极相连。上下电极之间、磁性隧道结的外围及中间还填充有保护层，以将磁性隧道结进 行隔离。为了满足磁性隧道结功率低、驱动电流小的要求，通常将磁性隧道结的各层（下磁 性层、隧道阻挡层及上磁性层）设置为环形结构。
[0004] 然而，由于上述各环形结构层的尺寸过小，在上磁性层上方形成上电极的过程中， 很可能出现难以对准的问题，使得上电极易发生偏离，从而影响上电极与上磁性层之间的 导电性。此外，上电极的形成过程中还容易出现过度刻蚀的问题，伤害各环形结构层，最终 降低磁性隧道结单元的使用性能。
【发明内容】
[0005] 本申请旨在提供一种环形磁性隧道结单元和制备环形磁性隧道结单元的方法，以 解决现有技术中环形磁性隧道结单元的上电极与环形磁性隧道结易出现的导电性差的问 题。
[0006] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种环形磁性隧道结单元，包 括下电极、上电极及位于下电极和上电极之间的环形磁性隧道结；其中，环形磁性隧道结单 元还包括设置在上电极与环形磁性隧道结之间的导电连接层。
[0007] 进一步地，上述环形磁性隧道结的上表面位于导电连接层所覆盖的区域之内，上 电极的下表面位于导电连接层所覆盖的区域之内。
[0008] 进一步地，上述环形磁性隧道结的外部边缘与导电连接层外部边缘之间的距离为 50~80A;上电极的外部边缘与导电连接层外部边缘之间的距离为50~8〇A。
[0009] 进一步地，上述导电连接层的厚度为上电极厚度的1/12~1/10。
[0010] 进一步地，上述导电连接层的材料为金属氮化物。
[0011] 根据本申请的另一方面，提供了一种制备环形磁性隧道结单元的方法，其包括以 下步骤：提供形成有下电极的衬底，并在下电极上形成环形磁性隧道结；在环形磁性隧道 结上形成覆盖环形磁性隧道结的导电连接层；以及在导电连接层上形成上电极。
[0012] 进一步地，制备环形磁性隧道结单元的方法包括以下步骤：在下电极上形成环形 磁性隧道结；在下电极的上方，环绕环形磁性隧道结外壁形成上表面与环形磁性隧道结上 表面齐平的第一绝缘层；在环形磁性隧道结上形成覆盖环形磁性隧道结上表面的导电连接 层；在第一绝缘层的上方形成具有凹槽结构的第二绝缘层，凹槽结构形成于导电连接层的 上方；在凹槽结构中形成上电极。
[0013] 进一步地，形成上表面与环形磁性隧道结上表面齐平的第一绝缘层的步骤包括： 在下电极的上方，形成覆盖环形磁性隧道结的第一预备绝缘层；以环形磁性隧道结的上表 面为停止层，平坦化处理第一预备绝缘层，形成上表面与环形磁性隧道结上表面齐平的第 一绝缘层。
[0014] 进一步地，上述第一绝缘层包括覆盖在下电极上表面的第一部分，以及环绕在环 形磁性隧道结侧壁上的第二部分，形成上表面与环形磁性隧道结上表面齐平的第一绝缘层 的步骤包括：沿下电极的上表面，及环形磁性隧道结的外表面形成第一预备绝缘层；在第 一预备绝缘层上形成第一预备介质层；以环形磁性隧道结的上表面为停止层，平坦化处理 第一预备绝缘层和第一预备介质层，形成上表面与环形磁性隧道结的上表面齐平的第一绝 缘层和第一介质层；其中，第一介质层形成于第一绝缘层的第一部分的上方，且环绕第一绝 缘层的第二部分。
[0015] 进一步地，在形成环形磁性隧道结的步骤后，还包括形成覆盖在下电极和环形磁 性隧道结外表面的保护介质预备层的步骤，形成第一预备绝缘层的步骤中，在保护介质预 备层上形成第一预备绝缘层；在形成第一绝缘层的步骤中，以环形磁性隧道结的上表面为 停止层，平坦化处理第一预备绝缘层、保护介质预备层及可选的第一预备介质层，形成第一 绝缘层、保护介质层及可选的第一介质层。
[0016] 进一步地，形成导电连接层的步骤包括：形成连续覆盖在环形磁性隧道结上表面、 第一绝缘层上表面、可选的第一介质层上表面以及可选的保护介质层的导电连接预备层； 根据环形磁性隧道结上表面的位置刻蚀导电连接预备层，形成直径大于环形磁性隧道结的 外环直径的导电连接层。
[0017] 进一步地，上述第一绝缘层包括覆盖在下电极上表面的第一部分，以及环绕在环 形磁性隧道结外壁上的第二部分，形成导电连接层的步骤中，刻蚀导电连接预备层，形成边 缘线与第一绝缘层的第二部分的外边缘重合，或者边缘线位于第一绝缘层的第二部分的外 边缘内侧的导电连接层。
[0018] 进一步地，形成具有凹槽结构的第二绝缘层的步骤包括：在导电连接层、裸露的所 述第一绝缘层、可选的所述第一介质层以及可选的所述保护介质层的上表面形成第二预备 绝缘层；在第二预备绝缘层中相应于导电连接层的位置上，刻蚀形成凹槽结构后，形成所述 第二绝缘层。
[0019] 进一步地，形成第二绝缘层的步骤中，在刻蚀形成凹槽结构的步骤前，还包括平坦 化处理第二预备绝缘层形成第二过渡绝缘层的步骤，并在第二过渡绝缘层中相应于导电连 接层的位置上，刻蚀形成凹槽结构，形成第二绝缘层。
[0020] 进一步地，形成第二绝缘层的步骤中，在刻蚀形成凹槽结构的步骤前还包括：在第 二预备绝缘层的上表面形成第二预备介质层；平坦化处理第二预备介质层，形成上表面齐 平的第二过渡介质层；在刻蚀形成凹槽结构的步骤中，相应于导电连接层的位置，向下依次 刻蚀第二过渡介质层和第二预备绝缘层，形成凹槽结构。
[0021] 进一步地，形成上电极的步骤包括：在所述凹槽结构中形成覆盖凹槽内壁的铜种 子层；在形成铜种子层的凹槽结构中沉积金属铜，形成上电极；
[0022] 进一步地，上述导电连接层的直径为环形磁性隧道结外环直径的1. 3~1. 5倍。
[0023] 进一步地，上述保护介质层的材料为低温氮化物；第一绝缘层和第二绝缘层的材 料为掺氮碳化硅；第一介质层和第二介质层为黑钻石。
[0024] 应用本申请的环形磁性隧道结单元和制备环形磁性隧道结单元的方法。在环形磁 性隧道结与上电极之间增设了一层导电连接层。在上电极的形成过程中，这层导电连接层 能够使得上电极的对准过程中具有相对较大的参照尺寸。而且，即使上电极在对准过程中 发生轻微偏离，这层导电连接层也能够在上电极与环形磁性隧道结上表面之间形成导电通 路，从而防止二者之间出现开路的情况。
【附图说明】
[0025] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026] 图1示出了本申请一种实施方式中环形磁性隧道结单元的结构示意图；
[0027] 图2示出了本申请一种实施方式中制备环形磁性隧道结单元的方法的工艺步骤 流程示意图；
[0028] 图3至图8示出了一种实施方式中制备环形磁性隧道结单元的方法各步骤所形成 的基体剖面示意图；
[0029] 图3示出了在衬底（未示出）上形成下电极，在下电极上形成环形磁性隧道结后 的基体的剖面示意图；
[0030] 图4示出了在图3所示的基体上环绕环形磁性隧道结的外壁形成上表面与环形磁 性隧道结上表面齐平的第一绝缘层后的基体的剖面示意图；
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