[发明专利]存储器单元结构、制造存储器的方法以及存储器设备

说明书

本公开涉及使得能够提供MRAM的存储器单元结构的存储器单元结构、存储器制造方法以及存储器装置，其减小连接到MTJ的牵引布线的电阻、减小存储器单元的面积并避免由于热导致的MTJ的性能退化。存储器单元包括：晶体管，其使用在通过将硅衬底加工为槽形而形成的凹部的底部中形成的第一扩散层和在凹部的两个相对侧壁部分各自的上端部中形成的第二扩散层来在两个侧壁部分中、第一扩散层和第二扩散层之间的部分处形成沟道；以及存储器元件，其设置在第一扩散层之下。第一扩散层经由在使硅衬底薄膜化之后形成的触点而电连接到存储器元件。

技术领域

本公开涉及存储器单元结构、制造具有存储器单元结构的存储器的方法以及存储器设备。

专利文献1：日本专利申请特开No.2002-329846

背景技术

随着从移动终端到高容量服务器的各种信息装置的显著进步，在构成那些装置的诸如存储器和逻辑的元件中也追求更高的性能(即，高度集成、高速度以及低功耗)。具体地，半导体非易失性存储器的进展是惊人的，并且闪存存储器作为高容量文件存储器日益盛行，同时增大了超越硬盘驱动器的势头。另一方面，为了旨在开发为代码存储装置(codestorage)或工作存储器(working memory)并代替目前广泛使用的NOR闪存存储器、DRAM等，FeRAM(铁电随机存取存储器)、MRAM(磁性随机存取存储器)、PCRAM(相变随机存取存储器)等正在开发过程中。它们中的一些已经投入实际使用。

在这些存储器中，MRAM取决于磁体的磁化方向存储数据并且因此能够以高速度并几乎无限次(10¹⁵次或更多)地重写。MRAM已经用于工业自动化、航空器等领域中。MRAM由于其高速度操作和可靠性而期望未来在代码存储装置或工作存储器中开发。

近年来，相对于水平磁化类型的磁性存储装置，已经提出了适于减小存储器单元的面积的垂直磁化类型。由于数据存取(写入/读取)的响应性并作为非易失性RAM，所以设想了代替DRAM的需求，但是减小堪比DRAM的存储器单元的尺寸(即，减小位单价)是必不可少的。

MRAM作为半导体存储器在结构上与DRAM类似，并且具有DRAM中的电容器部分用MTJ(磁性隧道结)元件代替的这样的形状。

在已经大量生产的MRAM的结构中，用于选择每个MTJ的晶体管、位线、字线、MTJ和数据线以所述顺序从底部层叠在衬底上。换言之，MTJ设置在元件的几乎最上层，并且字线和位线形成为元件之间的层叠布线中的存储器连接布线，其是半导体制造的第二半步(后段制程)。在结构中，在形成存储器连接布线之后，要作为存储器元件的MTJ层叠在那些连接布线上，并且之后形成数据线。

具体地，其中从存取晶体管(场效应晶体管)到MTJ的组件被牵引到金属布线的最上层附近并随后被连接的结构是主流。在这种情况中，由于位线和字线牵引到MTJ，位线和字线的电阻变大，因此用于重写MTJ的存储器内容的电流不能增大。这变成在电流控制方面的问题。作为解决这个问题的一个方法，进行了制作垂直类型的存取晶体管的尝试(见专利文献1)。

发明内容

本发明要解决的问题

附带地，在MRAM的半导体结构中，存在尽可能减小位线和字线的布线电阻的量值的需求。此外，MRAM具有DRAM中不存在的数据线。因此，如果在存储器元件中布线数据线，则有必要尽可能防止存储器元件的面积的增大。此外，MTJ的耐热性是问题。换言之，对字线等的布线的热处理可能导致MTJ的性能退化。这需要被避免。

在此方面，本公开的一个目的是提供MRAM的存储器单元结构，其减小连接到作为存储器元件的MTJ的牵引布线的电阻、增加提供给存储器元件的电流、减小存储器单元的面积并且还避免由于热的MTJ的性能退化。

解决问题的方式