038] 參考圖5,提供半導體襯底，該半導體襯底可W包括基底10 W及位于基底10上的 金屬互連層。該半導體襯底劃分為并列的器件區域I W及對準區域II。其中，器件區域I 用于形成常規的各類器件和結構；而對準區域II是額外設置的，僅用于對準。
[0039] 基底10例如可W是娃襯底，其中可W形成有MOS晶體管等半導體器件。金屬互連 層可W包括第一介質層21 W及位于第一介質層21上的第二介質層22。在器件區域I中， 第一介質層21和第二介質層22中形成有通孔，通孔中填充有金屬互連結構24。該金屬互 連層例如可W是第一層金屬層（MLmetall)D
[0040] 作為一個優選的實施例，對準區域II僅用于對準，因而對準區域II內的金屬互連 層并沒有形成金屬互連結構24。
[0041] 作為一個非限制性的例子，第一介質層21的材料為氮化娃，第二介質層的材料可 W是氧化娃、黑鉆石度D，Black Diamond)等，金屬互連結構24的材料可W是銅，但并不限 于此。
[0042] 優選地，金屬互連層上還可W形成有保護層23,該保護層23覆蓋第二介質層22 W 及金屬互連結構24的上表面。作為一個非限制性的例子，保護層23的材料可W是TiN。
[0043] 參考圖6,刻蝕對準區域II內的半導體襯底W形成對準圖形。更加具體而言，對保 護層23 W及第二介質層22進行刻蝕，形成一個或多個凹槽25,凹槽25 W及相鄰凹槽25之 間的凸起部共同形成了凹凸形貌的對準圖形。對準圖形的形成過程可W包括光刻和刻蝕等 工藝步驟。為了提高精度，在刻蝕形成對準圖形時采用的光刻工藝優選為ArF光刻工藝。
[0044] 本領域技術人員應當理解，本實施例僅為示例，該對準圖形還可W是其他適當的 形狀，不限于由凹槽和凸起部來構建，只要具有凹凸形貌即可。
[0045] 需要說明的是，凹凸形貌的對準圖形與金屬互連層之間具有預設的對準關系，例 女口，該對準圖形可W位于金屬互連層的特定位置處，或者與金屬互連結構24之間的距離為 特定距離。
[0046] 參考圖7,形成磁隧道結（MTJ)層26,該MTJ層26覆蓋整個半導體襯底的表面，包 括器件區域I和對準區域II。在對準區域II內，MTJ層26具有與對準圖形相適應的凹凸形 貌。MTJ層26為疊層結構，至少包括下電極層、位于下電極層上的磁隧道層W及位于磁隧道 層上的上電極層。
[0047] 參考圖8,在MTJ層26上形成硬掩膜層27,該硬掩膜層27覆蓋整個MTJ層26的 上表面。
[0048] 參考圖9,對硬掩膜層27進行圖形化，圖形化時利用對準區域II內的對準圖形作 為光刻對準標記。
[0049] 參考圖10, W圖形化后的硬掩膜層27為掩膜，對MTJ層進行刻蝕，形成一個或多個 磁隧道結（MTJ) 261。
[0050] 由上，本實施例的對準方法是將MTJ硬掩膜層與對準區域II內的對準圖形對準， 而對準圖形和金屬互連層之間存在預設的對準關系，從而間接地實現了 MTJ硬掩膜層與金 屬互連層之間的對準。
[0051] 仍然參考圖10,作為一個優選的實施例，在刻蝕形成磁隧道結261之后，可W測量 硬掩膜層27和金屬互連層之間的對準偏差。在下一次圖形化硬掩膜層時，可W使用該對準 偏差來補償硬掩膜層和對準圖形之間的光刻對準操作，W進一步提高對準精度。
[0052] 需要說明的是，對準區域II可W是專為對準設置的偽結構，在完成其他必要的工 藝步驟之后，可W將對準區域II的半導體襯底移除，也就是最終的產品中可W并不包含對 準區域II的半導體襯底。
[0053] 為了驗證本實施例的對準方法的有效性，發明人進行了實驗驗證，驗證結果見下 表：
[0056] 表格中，現有技術的方案即為【背景技術】中記載的方案；USpec和LSpec分別代表 允許的對準偏差的最大值和最小值；XM3S-0L1、XMAX-OLl、XMIN-OLl、YM3S-0L1、YMAX-OLl、 YMIN-OLl分別代表多組實驗；在現有技術的方案中，KV2M1表示刻蝕窗口與金屬互連層之 間的偏差，MTJ2M1表示硬掩膜層與金屬互連層之間的偏差；在本實施例的方案中，MTJ2KV 表示硬掩膜層與對準圖形之間的偏差，KV2M1表示對準圖形與金屬互連層之間的偏差， MTJ2M1表示硬掩膜層與金屬互連層之間的偏差。
[0057] 由上表可W看出，采用本實施例的對準方法，可W顯著改善硬掩膜層與金屬互連 層之間的對準精度，使其能夠滿足設計要求。
[0058] 本發明雖然W較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技 術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可W做出可能的變動和修改，因此本發明的保 護范圍應當W本發明權利要求所界定的范圍為準。
【主權項】
1. 一種MRAM器件形成工藝中的對準方法，其特征在于，包括： 提供半導體襯底，該半導體襯底包括并列的器件區域和對準區域，該器件區域包含至 少一金屬互連層，該金屬互連層延伸至所述對準區域； 對所述對準區域的半導體襯底進行刻蝕，形成具有凹凸形貌的對準圖形； 形成磁隧道結層，該磁隧道結層覆蓋所述半導體襯底的器件區域和對準區域，所述對 準區域的磁隧道結層具有與所述對準圖形相適應的凹凸形貌； 在所述磁隧道結層上形成掩膜層； 利用所述對準區域的對準圖形進行光刻對準，以對所述硬掩膜層進行圖形化。2. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，所述對準圖形與所述金屬互連層之 間具有預設的對準關系。3. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，還包括：測量所述硬掩膜層與所述金 屬互連層之間的對準偏差，在下一次利用所述對準區域的對準圖形進行光刻對準時，采用 該對準偏差進行補償。4. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，刻蝕形成所述對準圖形時采用的光 刻工藝為ArF光刻工藝。5. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，所述器件區域的金屬互連層內形成 有一個或多個金屬互連結構，所述對準區域的金屬互連層內不包含金屬互連結構。6. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，還包括：以圖形化后的硬掩膜層為掩 膜，對所述磁隧道結層進行刻蝕，以形成一個或多個磁隧道結。7. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，所述器件區域內的金屬互連層上覆 蓋有保護層。8. 根據權利要求1所述的對準方法，其特征在于，所述保護層的材料為TiN。
【專利摘要】本發明提供了一種MRAM器件形成工藝中的對準方法，包括：提供半導體襯底，該半導體襯底包括并列的器件區域和對準區域，該器件區域包含至少一金屬互連層，該金屬互連層延伸至所述對準區域；對所述對準區域的半導體襯底進行刻蝕，形成具有凹凸形貌的對準圖形；形成磁隧道結層，該磁隧道結層覆蓋所述半導體襯底的器件區域和對準區域，所述對準區域的磁隧道結層具有與所述對準圖形相適應的凹凸形貌；在所述磁隧道結層上形成掩膜層；利用所述對準區域的對準圖形進行光刻對準，以對所述硬掩膜層進行圖形化。本發明能夠解決互連結構損傷造成的對準問題，有利于提高對準精度。
【IPC分類】H01L23/544, H01L27/22, H01L43/12
【公開號】CN105336850
【申請號】CN201410261096
【發明人】湛興龍, 曾賢成
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年6月12日