一种半导体结构及其制备方法与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术：

1、磁性随机存储器(magnetoresistive random access memory，简称：mram)是一种非易失性的磁性随机存储器，具有读写速度较高、集成度较高且重复读写次数较多等特点，有着广泛的应用前景。

2、但是，现有的磁性随机存储器中用于存储数据的磁性隧道结的排布密度较小，造成磁性随机存储器的存储容量很难提高，无法满足使用需求，因此，磁性随机存储器的结构亟待改善。

技术实现思路

1、本公开实施例提供了一种半导体结构，包括：

2、衬底；

3、位于所述衬底上且分立设置的多个接触插塞，所述接触插塞包括第一接触插塞和第二接触插塞，所述第二接触插塞的高度大于所述第一接触插塞的高度；

4、位于所述接触插塞上的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括第一磁性隧道结和第二磁性隧道结，所述第一磁性隧道结与所述第一接触插塞连接，所述第二磁性隧道结与所述第二接触插塞连接；

5、其中，在垂直于所述衬底的方向上，所述第二磁性隧道结的下表面与所述第一磁性隧道结的上表面之间存在第一预设距离。

6、在一些实施例中，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结在平行于所述衬底平面的方向上存在第二预设距离。

7、在一些实施例中，所述第一预设距离的范围在20-40nm之间。

8、在一些实施例中，所述第二预设距离的范围在20-40nm之间。

9、在一些实施例中，沿平行于所述衬底平面的第一方向上，所述第一磁性隧道结排成一个或多个第一行，所述第二磁性隧道结排成一个或多个第二行，所述第一行和所述第二行沿平行于所述衬底平面的第二方向交替排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。

10、在一些实施例中，沿平行于所述衬底平面的第一方向上，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结交替排布；沿平行于所述衬底平面的第二方向上，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结交替排布；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

11、在一些实施例中，所述磁性隧道结包括从下到上依次分布的固定层、绝缘隧穿势垒层及自由层，所述固定层与所述接触插塞电连接；所述半导体结构还包括沿第一方向延伸的导电线，所述导电线位于所述磁性隧道结上方且与所述磁性隧道结的所述自由层电连接；其中，所述第一方向平行于所述衬底的平面。

12、在一些实施例中，所述半导体结构还包括晶体管结构，所述晶体管结构位于所述衬底上，且所述晶体管结构至少包括第一源/漏区，所述第一源/漏区与所述接触插塞电连接。

13、在一些实施例中，所述磁性隧道结包括从下到上依次分布的固定层、绝缘隧穿势垒层、自由层及重金属层，所述固定层与所述接触插塞电连接，所述重金属层包括第一端和第二端；所述半导体结构还包括沿第一方向延伸的导电线和导电插塞，所述导电线与所述第一端电连接，所述导电插塞与所述第二端电连接；其中，所述第一方向平行于所述衬底平面。

14、在一些实施例中，所述半导体结构还包括晶体管结构，所述晶体管结构位于所述衬底上，所述晶体管结构至少包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管均至少包括第一源/漏区，所述第一晶体管的第一源/漏区与所述导电插塞电连接，所述第二晶体管的第一源/漏区与所述接触插塞电连接。

15、本公开实施例还提供了一种半导体结构的制备方法，包括：

16、提供衬底，在所述衬底上形成分立的第一接触插塞；

17、形成第一堆叠材料层，刻蚀所述第一堆叠材料层，以在所述第一接触插塞上形成第一磁性隧道结；

18、在所述衬底上形成分立的第二接触插塞，所述第二接触插塞的高度大于所述第一接触插塞的高度；

19、形成第二堆叠材料层，刻蚀所述第二堆叠材料层，以在所述第二接触插塞上形成第二磁性隧道结；其中，在垂直于所述衬底的方向上，所述第二磁性隧道结的下表面与所述第一磁性隧道结的上表面之间存在第一预设距离。

20、在一些实施例中，所述第一磁性隧道结和所述第二磁性隧道结在平行于所述衬底平面的方向上存在第二预设距离，所述第一预设距离的范围在20-40nm之间，所述第二预设距离的范围在20-40nm之间。

21、在一些实施例中，刻蚀所述第一堆叠材料层，包括：

22、刻蚀所述第一堆叠材料层，以在所述第一接触插塞上形成第一磁性隧道结，沿第一方向上，所述第一磁性隧道结排成一个或多个第一行，所述第一方向平行于所述衬底平面；

23、刻蚀所述第二堆叠材料层，包括：

24、刻蚀所述第二堆叠材料层，以在所述第二接触插塞上形成第二磁性隧道结，沿第一方向上，所述第二磁性隧道结排成一个或多个第二行，所述第一行和所述第二行沿平行于所述衬底平面的第二方向交替排布，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。

25、在一些实施例中，刻蚀所述第一堆叠材料层，包括：

26、刻蚀所述第一堆叠材料层，以在所述第一接触插塞上形成第一磁性隧道结，沿第一方向和第二方向上，相邻的所述第一磁性隧道结之间存在间隙，所述第一方向和第二方向均平行于所述衬底的平面且相互垂直；

27、刻蚀所述第二堆叠材料层，包括：

28、刻蚀所述第二堆叠材料层，以在所述第二接触插塞上形成第二磁性隧道结，所述第二磁性隧道结在衬底上的正投影落入所述间隙在衬底上的正投影限定的范围内。

29、在一些实施例中，形成所述第一堆叠材料层，包括：

30、依次形成固定材料层、绝缘材料层、自由材料层及重金属材料层；

31、刻蚀所述第一堆叠材料层，包括：

32、执行第一刻蚀工艺，以形成具有平齐端部的固定层、绝缘隧穿势垒层、自由层及重金属层；

33、执行第二刻蚀工艺，使所述固定层、绝缘隧穿势垒层、自由层的一侧相对于所述重金属层向内凹进预设长度，以形成所述第一磁性隧道结；

34、形成所述第二堆叠材料层，包括：

35、依次形成固定材料层、绝缘材料层、自由材料层及重金属材料层；

36、刻蚀所述第二堆叠材料层，包括：

37、执行第一刻蚀工艺，以形成具有平齐端部的固定层、绝缘隧穿势垒层、自由层及重金属层；

38、执行第二刻蚀工艺，使所述固定层、绝缘隧穿势垒层、自由层的一侧相对于所述重金属层向内凹进预设长度，以形成所述第二磁性隧道结。

39、在一些实施例中，在刻蚀所述第二堆叠材料层之后，所述制备方法还包括：

40、在所述第一磁性隧道结和第二磁性隧道结的上方形成第三接触插塞。

41、在一些实施例中，在所述第一磁性隧道结和第二磁性隧道结的上方形成第三接触插塞之后，所述制备方法还包括：

42、在所述第三接触插塞的上方形成导电线，所述导电线沿第一方向延伸，所述第一方向平行于所述衬底的平面。

43、本公开实施例提供了一种半导体结构及其制备方法，其中，所述半导体结构包括：衬底；位于所述衬底上且分立设置的多个接触插塞，所述接触插塞包括第一接触插塞和第二接触插塞，所述第二接触插塞的高度大于所述第一接触插塞的高度；位于所述接触插塞上的磁性隧道结，所述磁性隧道结包括第一磁性隧道结和第二磁性隧道结，所述第一磁性隧道结与所述第一接触插塞连接，所述第二磁性隧道结与所述第二接触插塞连接；其中，在垂直于所述衬底的方向上，所述第二磁性隧道结的下表面与所述第一磁性隧道结的上表面之间存在第一预设距离。本公开实施例中，磁性隧道结包括第一磁性隧道结和第二磁性隧道结，其中，第一磁性隧道结被设置在一种高度的位置处，第二磁性隧道结被设置在另一种高度的位置处，使得第二磁性隧道结的下表面与第一磁性隧道结的上表面之间存在垂直间距。如此，在本公开实施例提供的半导体结构中，由于垂直间距的存在，使得彼此邻近但位于不同高度的磁性隧道结之间，即使在水平方向上具有较小的间距，也难以在两者之间产生磁性耦合。与磁性隧道结均平铺设置在衬底上的方式相比，本公开实施例提供的半导体结构有利于降低相邻磁性隧道结在水平方向上的间距，以增加单位面积中磁性隧道结的排布数量，可有效提高最终获得的磁性随机存储器的存储密度。

44、本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。