磁存儲結構及其制造方法與流程

本公開涉及半導體，尤其涉及一種磁存儲結構及其制造方法。

背景技術：

1、傳統的自旋軌道矩磁存儲器（sot-mram）常采用頂釘扎結構，即自旋軌道矩（sot）層在磁隧道結（mtj）下方，為避免在制造mtj器件柱形結構的過程中對sot層造成損壞，刻蝕終點需要精確地停止在sot層上方，工藝窗口極小。正因為極小的刻蝕工藝窗口，mtj的硬掩模側壁再沉積、刻蝕底角、勢壘層側壁短路三者互為制約，難以同時優化實現最優性能。

2、為解決上述問題，本領域技術人員提出了一種底釘扎結構的sot-mram，將sot層設置在mtj上方，在制造mtj器件柱形結構的過程中，對刻蝕終點精確度的要求較低，可以允許過度刻蝕。因此底釘扎結構的sot-mram比傳統的頂釘扎結構的sot-mram有較大的工藝自由度，可以獨立優化mtj的側壁再沉積、刻蝕底角和勢壘層側壁短路。并且，底釘扎結構的sot-mram更有性能優勢，例如隧穿磁電阻效應（tmr）更高、寫入通道電阻更低等。

3、盡管底釘扎結構的sot-mram在工藝自由度、器件性能等方面有諸多優點，但是其瓶頸在于制造困難。目前公開的sot-mram的制造方案由于制造窗口窄造成工藝可行性差，或sot層采用多層并聯結構導致寫入效率低。

技術實現思路

1、為解決上述問題，本公開實施例提供一種磁存儲結構及其制造方法，以增大磁存儲結構的工藝制造窗口以及實現高效率的寫入。

2、根據一些實施例，本公開提供一種磁存儲結構，至少包括：

3、在襯底上依次疊置的磁隧道結、自旋軌道矩層、刻蝕停止層和異形電極，以及包裹于磁隧道結側壁和自旋軌道矩層側壁的介質結構；

4、自旋軌道矩層與磁隧道結的自由層相鄰設置；

5、刻蝕停止層未完全覆蓋自旋軌道矩層的兩端，且介質結構的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，從而與介質結構的上表面共同形成異形通孔；

6、導電材料覆蓋異形通孔，形成異形電極；

7、兩個異形電極設置于自旋軌道矩層兩端的上表面，互不接觸并與自旋軌道矩層電連接。

8、在一些可能的示例中，介質結構包括第一介質結構和第二介質結構；第一介質結構設置于襯底上，包裹磁隧道結側壁和自旋軌道矩層側壁，第二介質結構設置于第一介質結構遠離磁隧道結的一側；刻蝕停止層未完全覆蓋自旋軌道矩層的兩端，且第一介質結構的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，從而與介質結構的上表面共同形成異形通孔。

9、在一些可能的示例中，第二介質結構的上表面高于第一介質結構的上表面。

10、在一些可能的示例中，異形通孔為頂部尺寸大底部尺寸小的異形形狀。

11、在一些可能的示例中，異形電極與自旋軌道矩層的接觸面積小于等于自旋軌道矩層未被刻蝕停止層覆蓋的面積。

12、在一些可能的示例中，兩個異形電極之間還設置有隔離結構，隔離結構位于刻蝕停止層的上方；隔離結構與刻蝕停止層均為絕緣材料。

13、本公開實施例提供的磁存儲結構至少具有如下優點：

14、本公開實施例中的磁存儲結構，通過在自旋軌道矩層上方設置刻蝕停止層，使刻蝕終點準確停止在自旋軌道矩層上，避免了對自旋軌道矩層的過度刻蝕導致的磁存儲結構性能發生損壞，確保大的工藝窗口；限定刻蝕停止層未完全覆蓋自旋軌道矩層的兩端，且介質結構的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，從而與介質結構的上表面共同形成異形通孔，介質結構凸起的高度避免了側壁無刻蝕停止區域的過度刻蝕造成短路；形成的異形通孔的頂部尺寸大，易于填充，串聯電阻低，工藝靈活性高，異形通孔的底部尺寸小，自對準自旋軌道矩層的邊緣，底部尺寸可以不受光刻分辨率限制，完全滿足磁存儲結構微縮的需求，可實現高密度陣列；并且，異形電極設置于自旋軌道矩層兩端的上表面，可以直接對自旋軌道矩層通入寫入電流，提高了寫入電流的利用率和寫入效率。

15、根據一些實施例，本公開提供的一種磁存儲結構的制造方法，步驟包括：

16、在襯底上依次形成磁隧道結、自旋軌道矩層、刻蝕停止層、第一掩模和第一介質層，第一介質層至少包裹磁隧道結的側壁、自旋軌道矩層的側壁和第一掩模的側壁；

17、去除部分第一介質層和第一掩模，剩余第一介質層的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，去除部分刻蝕停止層暴露自旋軌道矩層的兩端，形成異形通孔；

18、剩余的第一介質層形成介質結構；

19、形成異形電極，兩個異形電極形成于刻蝕停止層兩側，互不接觸并與自旋軌道矩層電連接。

20、在一些可能的示例中，在第一掩模下方還形成有第二掩模；形成異形通孔，步驟包括：

21、去除部分第一介質層和第一掩模，第一掩模在第二掩模上方形成凹槽，凹槽兩側的剩余第一介質層的上表面高于第二掩模的上表面；

22、在凹槽中形成掩模結構，基于掩模結構去除部分刻蝕停止層，暴露自旋軌道矩層的兩端，形成異形通孔。

23、在一些可能的示例中，在第一掩模下方還形成有第二掩模；形成異形通孔，步驟包括：

24、去除部分第一介質層，暴露第一掩模，對第二掩模施加使其橫向尺寸變小的微縮；

25、去除第一掩模，基于剩余的第二掩模形成掩模結構，基于掩模結構去除部分刻蝕停止層，暴露自旋軌道矩層的兩端，形成異形通孔。

26、在一些可能的示例中，在第二掩模下方還形成有第三掩模；去除第一掩模，基于剩余的第二掩模和第三掩模形成掩模結構，基于掩模結構去除部分刻蝕停止層，暴露自旋軌道矩層的兩端，形成異形通孔。

27、在一些可能的示例中，在基于剩余的第二掩模和第三掩模形成掩模結構時，第三掩模的被刻蝕速率高于第一介質層的被刻蝕速率。

28、在一些可能的示例中，去除部分第一介質層和第一掩模時，第一掩模的被刻蝕速率高于第一介質層的被刻蝕速率。

29、在一些可能的示例中，第一介質層包括第一介質子層和第二介質子層；

30、第一介質子層形成于襯底上，至少包裹磁隧道結的側壁、自旋軌道矩層的側壁和第一掩模的側壁，第二介質子層形成于第一介質子層遠離磁隧道結的一側；

31、去除部分第一介質子層和第一掩模，剩余第一介質子層的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，去除部分刻蝕停止層，暴露自旋軌道矩層的兩端，形成異形通孔；

32、剩余的第一介質子層構成第一介質結構，剩余的第二介質子層構成第二介質結構，第一介質結構和第二介質結構構成介質結構。

33、本公開實施例中磁存儲結構的制造方法，至少具有以下優點：

34、本公開實施例中磁存儲結構的制造方法，通過在自旋軌道矩層上方設置刻蝕停止層，使刻蝕終點準確停止在自旋軌道矩層上，避免了對自旋軌道矩層的過度刻蝕導致的磁存儲結構性能發生損壞，確保了大的工藝窗口；通過去除部分第一介質層，第一介質層上方的被刻蝕量定義異形通孔中所沉積的導電材料的厚度，剩余的第一介質層凸起的高度避免了側壁無刻蝕停止區域的過度刻蝕造成的短路；最終剩余的第一介質層的上表面高于自旋軌道矩層的上表面，且通過去除部分刻蝕停止層暴露自旋軌道矩層的兩端，進而形成異形通孔，形成的異形通孔的頂部尺寸大，易于填充，串聯電阻低，工藝靈活性高，異形通孔的底部尺寸小，自對準自旋軌道矩層的邊緣，光罩少，工藝簡單，異形通孔的底部尺寸可以不受光刻分辨率限制，完全滿足磁存儲結構微縮的需求，可實現高密度陣列；此外，異形電極設置于自旋軌道矩層兩端的上表面，可以直接對自旋軌道矩層通入寫入電流，提高了寫入電流的利用率和寫入效率。