磁存儲(chǔ)器及其制造方法
【專利說(shuō)明】磁存儲(chǔ)器及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是基于并且要求2013年3月22日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/804，517以及2013年9月4日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.14/018,215的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所有申請(qǐng)的整體內(nèi)容通過(guò)引用并入在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]在此描述的實(shí)施例一般涉及具有磁阻元件的磁存儲(chǔ)器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在最近幾年，具有電阻變化元件的諸如PRAM (相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或MRAM (磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器受到關(guān)注并且正在開發(fā)，其中電阻變化元件用作存儲(chǔ)器元件。MRAM是通過(guò)使用磁阻效應(yīng)在存儲(chǔ)器基元中存儲(chǔ)“I”或“O”信息來(lái)執(zhí)行存儲(chǔ)器操作的裝置，并且具有如非易失性、高速操作、高集成度和高可靠性的特征。
[0005]除其它磁阻效應(yīng)之外，使用表現(xiàn)出隧穿磁阻(TMR)效應(yīng)的元件的大量MRAM已被報(bào)道。磁阻效應(yīng)元件中的一個(gè)磁阻效應(yīng)元件是磁性隧道結(jié)(MTJ)元件，其包括具有可變磁化方向的記錄層、作為隧道勢(shì)皇的絕緣膜以及保持預(yù)定磁化方向的參考層的三層多層結(jié)構(gòu)。
[0006]MTJ元件的電阻取決于記錄層和參考層的磁化方向來(lái)改變。當(dāng)這些磁化方向平行時(shí)，電阻取最小值，并且當(dāng)磁化方向反平行時(shí)，電阻取最大值，并且通過(guò)將平行狀態(tài)和反平行狀態(tài)分別與二進(jìn)制信息“O”和二進(jìn)制信息“ I ”相關(guān)聯(lián)，信息被存儲(chǔ)。
[0007]信息到MTJ元件的寫入涉及磁場(chǎng)寫入方案，其中僅在記錄層中的磁化方向由從流過(guò)寫入線的電流得到的電流磁場(chǎng)來(lái)倒置；以及使用自旋角動(dòng)量運(yùn)動(dòng)的寫入(自旋注入寫入)方案，其中在記錄層中的磁化方向通過(guò)穿過(guò)MTJ元件本身的自旋極化電流來(lái)倒置。
[0008]在前者方案中，當(dāng)元件尺寸減小時(shí)，構(gòu)成記錄層的磁體的矯頑力增加，并且寫入電流趨于增加，并且因此難以實(shí)現(xiàn)微型化和電流的減小。
[0009]另一方面，在后者方案中(自旋注入寫入方案)，隨著構(gòu)成記錄層的磁層體積變得更小，要被注入的自旋極化電子數(shù)可更少，并且因此期望微型化和電流的減小可容易實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)實(shí)施例，公開了一種磁存儲(chǔ)器。所述磁存儲(chǔ)器包括襯底以及設(shè)置在襯底上的接觸插塞。該接觸插塞包括第一接觸插塞，以及設(shè)置在所述第一接觸插塞上并且具有比所述第一接觸插塞的直徑更小直徑的第二接觸插塞。所述磁存儲(chǔ)器進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第二接觸插塞上的磁阻元件。所述第二接觸插塞的所述直徑比所述磁阻元件的直徑更小。
[0011]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開了一種用于制造磁存儲(chǔ)器的方法。該方法包括:在襯底上形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜中形成第一接觸插塞；在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜。該方法進(jìn)一步包括在所述第二絕緣膜中形成連接到所述第一接觸插塞的第二接觸插塞。所述第二接觸具有比所述第一接觸插塞的直徑更小的直徑。該方法進(jìn)一步包括形成要被處理成在所述第二接觸插塞和所述第二絕緣膜上的磁阻元件的堆疊膜，以及通過(guò)處理所述堆疊膜形成磁阻元件。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是示意性示出根據(jù)第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的橫截面圖；
[0013]圖2是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0014]圖3是用于解釋根據(jù)緊隨圖2的第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0015]圖4是用于解釋根據(jù)緊隨圖3的第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0016]圖5是用于解釋根據(jù)緊隨圖4的第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0017]圖6是用于解釋根據(jù)緊隨圖5的第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0018]圖7是用于解釋比較例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的問(wèn)題的橫截面圖；
[0019]圖8是示意性示出根據(jù)第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的橫截面圖；
[0020]圖9是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0021]圖10是用于解釋根據(jù)緊隨圖9的第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0022]圖11是用于解釋根據(jù)緊隨圖10的第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0023]圖12是用于解釋根據(jù)緊隨圖11的第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0024]圖13是用于解釋根據(jù)緊隨圖12的第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0025]圖14是用于解釋根據(jù)緊隨圖13的第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0026]圖15是示意性示出根據(jù)第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的橫截面圖；
[0027]圖16是示意性示出根據(jù)第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的平面圖；
[0028]圖17是用于解釋根據(jù)第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0029]圖18是用于解釋根據(jù)緊隨圖17的第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0030]圖19是用于解釋根據(jù)緊隨圖18的第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0031]圖20是用于解釋根據(jù)緊隨圖19的第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0032]圖21是用于解釋根據(jù)緊隨圖20的第三實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0033]圖22是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的橫截面圖；
[0034]圖23是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的平面圖；
[0035]圖24是用于解釋根據(jù)第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0036]圖25是用于解釋根據(jù)緊隨圖24的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0037]圖26是用于解釋根據(jù)緊隨圖25的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0038]圖27A是用于解釋根據(jù)緊隨圖26的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0039]圖27B是用于解釋根據(jù)緊隨圖26的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的平面圖；
[0040]圖28A是用于解釋根據(jù)緊隨圖27A的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0041]圖28B是用于解釋根據(jù)緊隨圖27B的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的平面圖；
[0042]圖29A是用于解釋根據(jù)緊隨圖28A的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0043]圖29B是用于解釋根據(jù)緊隨圖28B的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0044]圖30是用于解釋根據(jù)緊隨圖29A的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；
[0045]圖31是用于解釋根據(jù)緊隨圖30的第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的制造方法的橫截面圖；以及
[0046]圖32是用于解釋根據(jù)第四實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的變體的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]實(shí)施例現(xiàn)在將參照附圖描述。在下面所敘的描述中，對(duì)應(yīng)于已經(jīng)描述的部件的部件采用相同的參考數(shù)字來(lái)標(biāo)記，并且細(xì)節(jié)描述被適當(dāng)省略。
[0048](第一實(shí)施例)
[0049]圖1是示意性示出根據(jù)第一實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器的橫截面圖。
[0050]在圖1中，100表示硅襯底(半導(dǎo)體襯底)，并且隔離區(qū)域101形成在硅襯底100的表面上。選擇晶體管10形成在由隔離區(qū)101分離的區(qū)域(有源區(qū)域)上。作為選擇晶體管10，平面MOS晶體管在圖1中示出，但SGT(環(huán)繞柵極晶體管)可被使用。
[0051]選擇晶體管10包括形成在硅襯底100表面上的柵極