磁存储器及其制造方法
【专利说明】磁存储器及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是基于并且要求2013年3月22日提交的美国临时申请N0.61/804，517以及2013年9月4日提交的美国专利申请N0.14/018,215的优先权权益，所有申请的整体内容通过引用并入在此。
技术领域
[0003]在此描述的实施例一般涉及具有磁阻元件的磁存储器及其制造方法。
【背景技术】
[0004]在最近几年，具有电阻变化元件的诸如PRAM (相变随机存取存储器)或MRAM (磁性随机存取存储器)的半导体存储器受到关注并且正在开发，其中电阻变化元件用作存储器元件。MRAM是通过使用磁阻效应在存储器基元中存储“I”或“O”信息来执行存储器操作的装置，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]除其它磁阻效应之外，使用表现出隧穿磁阻(TMR)效应的元件的大量MRAM已被报道。磁阻效应元件中的一个磁阻效应元件是磁性隧道结(MTJ)元件，其包括具有可变磁化方向的记录层、作为隧道势皇的绝缘膜以及保持预定磁化方向的参考层的三层多层结构。
[0006]MTJ元件的电阻取决于记录层和参考层的磁化方向来改变。当这些磁化方向平行时，电阻取最小值，并且当磁化方向反平行时，电阻取最大值，并且通过将平行状态和反平行状态分别与二进制信息“O”和二进制信息“ I ”相关联，信息被存储。
[0007]信息到MTJ元件的写入涉及磁场写入方案，其中仅在记录层中的磁化方向由从流过写入线的电流得到的电流磁场来倒置；以及使用自旋角动量运动的写入(自旋注入写入)方案，其中在记录层中的磁化方向通过穿过MTJ元件本身的自旋极化电流来倒置。
[0008]在前者方案中，当元件尺寸减小时，构成记录层的磁体的矫顽力增加，并且写入电流趋于增加，并且因此难以实现微型化和电流的减小。
[0009]另一方面，在后者方案中(自旋注入写入方案)，随着构成记录层的磁层体积变得更小，要被注入的自旋极化电子数可更少，并且因此期望微型化和电流的减小可容易实现。
【发明内容】
[0010]根据实施例，公开了一种磁存储器。所述磁存储器包括衬底以及设置在衬底上的接触插塞。该接触插塞包括第一接触插塞，以及设置在所述第一接触插塞上并且具有比所述第一接触插塞的直径更小直径的第二接触插塞。所述磁存储器进一步包括设置在所述第二接触插塞上的磁阻元件。所述第二接触插塞的所述直径比所述磁阻元件的直径更小。
[0011]根据另一个实施例，公开了一种用于制造磁存储器的方法。该方法包括:在衬底上形成第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜中形成第一接触插塞；在所述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜。该方法进一步包括在所述第二绝缘膜中形成连接到所述第一接触插塞的第二接触插塞。所述第二接触具有比所述第一接触插塞的直径更小的直径。该方法进一步包括形成要被处理成在所述第二接触插塞和所述第二绝缘膜上的磁阻元件的堆叠膜，以及通过处理所述堆叠膜形成磁阻元件。
【附图说明】
[0012]图1是示意性示出根据第一实施例的磁存储器的横截面图；
[0013]图2是用于解释根据第一实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0014]图3是用于解释根据紧随图2的第一实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0015]图4是用于解释根据紧随图3的第一实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0016]图5是用于解释根据紧随图4的第一实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0017]图6是用于解释根据紧随图5的第一实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0018]图7是用于解释比较例的磁存储器的制造方法的问题的横截面图；
[0019]图8是示意性示出根据第二实施例的磁存储器的横截面图；
[0020]图9是用于解释根据第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0021]图10是用于解释根据紧随图9的第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0022]图11是用于解释根据紧随图10的第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0023]图12是用于解释根据紧随图11的第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0024]图13是用于解释根据紧随图12的第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0025]图14是用于解释根据紧随图13的第二实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0026]图15是示意性示出根据第三实施例的磁存储器的横截面图；
[0027]图16是示意性示出根据第三实施例的磁存储器的平面图；
[0028]图17是用于解释根据第三实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0029]图18是用于解释根据紧随图17的第三实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0030]图19是用于解释根据紧随图18的第三实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0031]图20是用于解释根据紧随图19的第三实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0032]图21是用于解释根据紧随图20的第三实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0033]图22是示意性示出根据第四实施例的磁存储器的横截面图；
[0034]图23是示意性示出根据第四实施例的磁存储器的平面图；
[0035]图24是用于解释根据第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0036]图25是用于解释根据紧随图24的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0037]图26是用于解释根据紧随图25的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0038]图27A是用于解释根据紧随图26的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0039]图27B是用于解释根据紧随图26的第四实施例的磁存储器的制造方法的平面图；
[0040]图28A是用于解释根据紧随图27A的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0041]图28B是用于解释根据紧随图27B的第四实施例的磁存储器的制造方法的平面图；
[0042]图29A是用于解释根据紧随图28A的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0043]图29B是用于解释根据紧随图28B的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0044]图30是用于解释根据紧随图29A的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；
[0045]图31是用于解释根据紧随图30的第四实施例的磁存储器的制造方法的横截面图；以及
[0046]图32是用于解释根据第四实施例的磁存储器的变体的平面图。
【具体实施方式】
[0047]实施例现在将参照附图描述。在下面所叙的描述中，对应于已经描述的部件的部件采用相同的参考数字来标记，并且细节描述被适当省略。
[0048](第一实施例)
[0049]图1是示意性示出根据第一实施例的磁存储器的横截面图。
[0050]在图1中，100表示硅衬底(半导体衬底)，并且隔离区域101形成在硅衬底100的表面上。选择晶体管10形成在由隔离区101分离的区域(有源区域)上。作为选择晶体管10，平面MOS晶体管在图1中示出，但SGT(环绕栅极晶体管)可被使用。
[0051]选择晶体管10包括形成在硅衬底100表面上的栅极