JP2001274480A - Manufacturing method of magnetic memory - Google Patents

Manufacturing method of magnetic memory

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JP2001274480A
JP2001274480A JP2000085564A JP2000085564A JP2001274480A JP 2001274480 A JP2001274480 A JP 2001274480A JP 2000085564 A JP2000085564 A JP 2000085564A JP 2000085564 A JP2000085564 A JP 2000085564A JP 2001274480 A JP2001274480 A JP 2001274480A
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layer
magnetic
magnetic memory
ferromagnetic
memory elements
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JP2000085564A
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Japanese (ja)
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Masashi Michijima
正司 道嶋
Hidekazu Hayashi
秀和 林
Ryoji Namikata
量二 南方
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements, where a magnetized state recorded on a memory layer is present stably even if a pattern is micronized for less power consumption. SOLUTION: A manufacturing method is presented for the magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements, where at least a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer to be a recording layer are laminated. At least, a first magnetic layer to be a recording layer, a non magnetic layer and a second magnetic layer are succeedingly formed on a substrate as laminating films, and the laminating films are worked into forms of magnetic memory elements separated each other. An insulating layer is formed to fill the space between a plurality of magnetic memory elements on the substrate. A conductor layer and a third magnetic layer are succeedingly formed on the insulating layer on a plurality of magnetic memory elements as well as between the magnetic memory elements. The third magnetic layer is worked into a shape almost identical with the magnetic memory element. The conductor layer is so worked that adjoining magnetic memory elements are connected together only in one direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果を用い
た複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements using the magnetoresistance effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまでに、異方性磁気抵抗効果(AM
R)素子や巨大磁気抵抗効果(GMR)素子、磁気トン
ネル接合(MTJ)素子のHDD用再生ヘッドや磁気メ
モリへの応用が考えられている。
2. Description of the Related Art Anisotropic magnetoresistance effect (AM)
Applications of R) elements, giant magnetoresistive (GMR) elements, and magnetic tunnel junction (MTJ) elements to HDD read heads and magnetic memories are being considered.

【0003】磁気メモリにおいては、半導体メモリと同
じく稼動部の無い固体メモリであるが、電源が断たれて
も情報を失わない、繰り返し回数が無限回である、放射
線が入射しても記録内容が消失する危険性が無い等、半
導体メモリと比較して有用である。
[0003] A magnetic memory is a solid-state memory having no moving parts like a semiconductor memory, but does not lose information even when the power is turned off, has an infinite number of repetitions, and has a recorded content even if radiation is incident. It is more useful than a semiconductor memory because there is no risk of disappearing.

【0004】特にMTJ素子は大きな抵抗変化率を持つ
ことから、メモリセルへの使用が期待されている。従来
のMTJ素子の構成を図9に示す。なお、このような構
造はたとえば特開平9―106514号公報に示されて
いる。図9のMTJ素子は、反強磁性層41、強磁性層
42、絶縁層43、強磁性層44を積層したものであ
る。ここで、反強磁性層41としてはFeMn、NiM
n、PtMn、IrMn等の合金が用いられ、強磁性層
42及び強磁性層44としてはFe、Co、Ni或はこ
れらの合金が用いられる。また、絶縁層43としては各
種の酸化物や窒化物が検討されているが、Al23膜の
場合に最も高い磁気抵抗(MR)比が得られることが知
られている。
In particular, the MTJ element has a large resistance change rate, and is expected to be used for a memory cell. FIG. 9 shows a configuration of a conventional MTJ element. Such a structure is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-106514. The MTJ element in FIG. 9 has an antiferromagnetic layer 41, a ferromagnetic layer 42, an insulating layer 43, and a ferromagnetic layer 44 stacked. Here, as the antiferromagnetic layer 41, FeMn, NiM
Alloys such as n, PtMn, and IrMn are used, and the ferromagnetic layers 42 and 44 are made of Fe, Co, Ni, or an alloy thereof. Various oxides and nitrides have been studied for the insulating layer 43, but it is known that the highest magnetoresistance (MR) ratio can be obtained with an Al 2 O 3 film.

【0005】また、この他に、反強磁性層41を除いた
構成で、強磁性層42と強磁性層44の保磁力差を利用
したMTJ素子の提案もなされている。
[0005] In addition, there has been proposed an MTJ element having a configuration excluding the antiferromagnetic layer 41 and utilizing a coercive force difference between the ferromagnetic layers 42 and 44.

【0006】図9の構造のMTJ素子を磁気メモリに使
用する場合の動作原理を図10に示す。強磁性層42及
び強磁性層44の磁化はいずれも膜面内にあり、平行も
しくは反平行となるように実効的な一軸磁気異方性を有
している。そして、強磁性層42の磁化は反強磁性層4
1との交換結合により実質的に一方向に固定され、強磁
性層44の磁化の方向で記録を保持する。
FIG. 10 shows the principle of operation when the MTJ element having the structure shown in FIG. 9 is used for a magnetic memory. The magnetizations of the ferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 44 are both in the plane of the film and have an effective uniaxial magnetic anisotropy such that they are parallel or antiparallel. The magnetization of the ferromagnetic layer 42 is
1 is fixed substantially in one direction by exchange coupling, and holds the recording in the direction of magnetization of the ferromagnetic layer 44.

【0007】このメモリ層となる強磁性層44の磁化が
平行もしくは反平行でMTJ素子の抵抗が異なることを
検出して読み出しを行い、MTJ素子の近傍に配置した
電流線が発生する磁界を利用して強磁性層44の磁化の
向きを変えることで書き込みを行う。
The ferromagnetic layer 44 serving as a memory layer detects whether the magnetization of the ferromagnetic layer 44 is parallel or anti-parallel and the resistance of the MTJ element is different, performs reading, and utilizes a magnetic field generated by a current line arranged near the MTJ element. Then, writing is performed by changing the direction of the magnetization of the ferromagnetic layer 44.

【0008】ところで、上記構造のMTJ素子では強磁
性層42及び強磁性層44の磁化が面内方向であるた
め、両端部には磁極が発生する。その結果このようなM
TJ素子でメモリアレイを形成するとMTJ素子間に静
磁気相互作用が生じることになる。これは個々のMTJ
素子の特性が隣接するMTJ素子の状態に影響されるこ
とを意味し、MTJ素子の間隔を狭めて記録密度を増大
することを困難にしている。このような問題に対し、特
開平11−161919号公報に、端部磁極の影響を低
減する方法が開示されている。図11にこの構造を示
す。これによれば、反強磁性層41と結合してその磁化
の方向が固定されている強磁性層42(固定層)と外部
磁界に対して自由に回転できる強磁性層44(自由層)
が絶縁層43を介して積層されており、さらに、強磁性
層42及び強磁性層44の両方が、非磁性金属層52、
55を介して反強磁性的に結合する2層の強磁性層5
1、53及54、56で構成されている。従って、自由
層及び固定層の両方で、端部に発生する磁極を低減する
ことができる。
By the way, in the MTJ element having the above structure, the magnetization of the ferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 44 is in the in-plane direction, so that magnetic poles are generated at both ends. As a result, such M
When a memory array is formed with TJ elements, magnetostatic interaction occurs between MTJ elements. This is an individual MTJ
This means that the characteristics of the element are affected by the state of the adjacent MTJ element, which makes it difficult to increase the recording density by narrowing the interval between the MTJ elements. To cope with such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-161919 discloses a method of reducing the influence of end magnetic poles. FIG. 11 shows this structure. According to this, the ferromagnetic layer 42 (fixed layer) whose magnetization direction is fixed by being coupled to the antiferromagnetic layer 41 and the ferromagnetic layer 44 (free layer) that can freely rotate with respect to an external magnetic field.
Are laminated via an insulating layer 43. Further, both the ferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 44 are
Two ferromagnetic layers 5 antiferromagnetically coupled via 55
1, 53 and 54, 56. Therefore, it is possible to reduce the number of magnetic poles generated at the ends in both the free layer and the fixed layer.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平11
−161919号公報における反強磁性層に隣接しない
強磁性層(自由層)はNiFe/Ru/NiFeで構成
されており、外部磁界の印加により自由に回転する。実
施例ではRuの膜厚は二つのNiFe層が最大の反強磁
性結合強度を持つように設定され、かつ、二つのNiF
e層の膜厚がわずかに異なるように設定されている。磁
界が印加された場合の自由層の動作は、二つのNiFe
層の膜厚差によって生じる正味の磁化が回転することに
より行われる。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
The ferromagnetic layer (free layer) not adjacent to the antiferromagnetic layer in JP-A-161919 is made of NiFe / Ru / NiFe, and rotates freely by application of an external magnetic field. In the embodiment, the Ru film thickness is set so that the two NiFe layers have the maximum antiferromagnetic coupling strength, and the two NiF layers have the same thickness.
The thickness of the e-layer is set to be slightly different. The operation of the free layer when a magnetic field is applied is represented by two NiFe
This is achieved by the rotation of the net magnetization caused by the layer thickness difference.

【0010】ところが、二つのNiFe層が最大の反強
磁性結合強度を持つRuの膜厚は4Å乃至8Åと非常に
薄く、ピンホールが生じた場合には逆に強磁性結合が発
生することから、反強磁性結合強度を安定して得ること
は難しい。また、外部磁界による磁化反転が生じるため
には、二つのNiFe層の膜厚が異なる必要があるが、
これにより外部から見た場合の正味の磁化をゼロにする
ことができず、当初の目的が達成できない。さらに、磁
気メモリ素子として用いる場合には、磁化反転を生じる
ために必要な磁界を、隣接する導体線を流れる電流によ
り発生させるが、消費電力を低減させるための構成につ
いてはなにも記述されていない。
However, the film thickness of Ru, in which the two NiFe layers have the maximum antiferromagnetic coupling strength, is extremely thin, 4 ° to 8 °, and when pinholes occur, conversely, ferromagnetic coupling occurs. It is difficult to stably obtain the antiferromagnetic coupling strength. In addition, in order for magnetization reversal to occur due to an external magnetic field, the two NiFe layers need to have different thicknesses.
As a result, the net magnetization as viewed from the outside cannot be reduced to zero, and the original purpose cannot be achieved. Furthermore, when used as a magnetic memory element, a magnetic field required to cause magnetization reversal is generated by a current flowing through an adjacent conductor line, but nothing is described about a configuration for reducing power consumption. Absent.

【0011】さらに、先行例では磁気ヘッドに用いた場
合に印加磁界と自由層の困難軸方向が直交する配置で使
用されているが、磁気メモリ素子に使用する場合は、通
常磁気メモリ素子上で交差する二本の導体線により発生
する磁界によって自由層の磁化を回転させるため、印加
磁界は自由層の困難軸方向に対し斜めに傾いた方向にな
る。そのため、先行例に記載されているような単純な磁
化回転による磁化反転が生じるとは考えにくく、この構
成の素子を磁気メモリ素子として用いることは難しい。
Further, in the prior art, when used in a magnetic head, the applied magnetic field and the hard layer direction of the free layer are used in an orthogonal arrangement, but when used in a magnetic memory element, it is usually used on a magnetic memory element. Since the magnetization of the free layer is rotated by the magnetic field generated by the two intersecting conductor lines, the applied magnetic field is inclined obliquely to the hard axis direction of the free layer. Therefore, it is unlikely that magnetization reversal due to simple magnetization rotation occurs as described in the prior art, and it is difficult to use an element having this configuration as a magnetic memory element.

【0012】そこで、本発明は上記課題を解決するため
に、パターンが微細化してもメモリ層に記録された磁化
状態が安定に存在し、消費電力が小さい複数の磁気メモ
リ素子からなる磁気メモリの製造方法を提供することを
目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements which have a stable magnetization state recorded in a memory layer even when a pattern is miniaturized and consumes a small amount of power. It is intended to provide a manufacturing method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであって、少なくとも第1磁性
層、非磁性層、記録層となる第2磁性層を積層した複数
の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法であっ
て、基板上に少なくとも記録層となる前記第1磁性層、
前記非磁性層、前記第2磁性層の積層膜を基板側から順
に連続して形成する工程と、前記積層膜を互いに分離さ
れた磁気メモリ素子の形状に加工する工程と、基板上に
形成された複数の前記磁気メモリ素子間の空間を充填す
るように絶縁層を形成する工程と、前記複数の磁気メモ
リ素子上及び前記磁気メモリ素子間の絶縁層上に、導体
層と第3磁性層を連続して形成する工程と、前記第3磁
性層を前記磁気メモリ素子と略同形状に加工した後に、
隣接する磁気メモリ素子を1方向にのみ連結するように
前記導体層を加工する工程からなることを特徴とする磁
気メモリの製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above object, and has a plurality of magnetic layers each having at least a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer serving as a recording layer. A method of manufacturing a magnetic memory including a memory element, wherein the first magnetic layer serving as at least a recording layer on a substrate,
Forming a laminated film of the non-magnetic layer and the second magnetic layer continuously from the substrate side, processing the laminated film into a shape of a magnetic memory element separated from each other; Forming an insulating layer so as to fill a space between the plurality of magnetic memory elements, and forming a conductive layer and a third magnetic layer on the plurality of magnetic memory elements and on the insulating layer between the magnetic memory elements. After the step of continuously forming, and after processing the third magnetic layer into substantially the same shape as the magnetic memory element,
A method of manufacturing a magnetic memory, comprising a step of processing the conductor layer so as to connect adjacent magnetic memory elements only in one direction.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図8を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0015】図1は本発明の製造方法により製造される
磁気メモリ素子を示している。図1に示すように、本実
施例による磁気メモリ素子1はMTJ素子を用いてお
り、導体層11、絶縁層12、導体層13、反強磁性層
14、強磁性層15(固定層)、絶縁層16、強磁性層
17(自由層)、導体層18、強磁性層19からなる。
FIG. 1 shows a magnetic memory element manufactured by the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 1, the magnetic memory element 1 according to the present embodiment uses an MTJ element, and includes a conductor layer 11, an insulating layer 12, a conductor layer 13, an antiferromagnetic layer 14, a ferromagnetic layer 15 (fixed layer), It comprises an insulating layer 16, a ferromagnetic layer 17 (free layer), a conductor layer 18, and a ferromagnetic layer 19.

【0016】本実施例では固定層15を強磁性層20、
金属層21、強磁性層22の積層膜で構成しており、金
属層21の膜厚は強磁性層20と強磁性層22が反強磁
性結合するように選ばれ、強磁性層20と強磁性層22
はほぼ等しい磁化を持つように選ばれている。固定層1
5は単層の強磁性体で構成することもできるが、このよ
うな積層構造にすることで、固定層15の端部に発生す
る磁極を実質的にゼロにすることができる。
In this embodiment, the fixed layer 15 is made of a ferromagnetic layer 20,
It is composed of a laminated film of a metal layer 21 and a ferromagnetic layer 22, and the thickness of the metal layer 21 is selected so that the ferromagnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 22 are antiferromagnetically coupled. Magnetic layer 22
Are chosen to have approximately equal magnetization. Fixed layer 1
5 can be formed of a single-layer ferromagnetic material, but by adopting such a laminated structure, the magnetic pole generated at the end of the fixed layer 15 can be made substantially zero.

【0017】また、強磁性層20と強磁性層22に異方
性磁界が大きい材料を用いることにより、反強磁性層1
4を省略した構造とすることも可能である。
By using a material having a large anisotropic magnetic field for the ferromagnetic layers 20 and 22, the antiferromagnetic layer 1
4 may be omitted.

【0018】強磁性層15、強磁性層17及び強磁性層
19は紙面に対して平行な方向に一軸異方性を付与され
ており、反強磁性層14と強磁性層15は交換結合して
いる。
The ferromagnetic layer 15, the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19 are given uniaxial anisotropy in a direction parallel to the plane of the drawing, and the antiferromagnetic layer 14 and the ferromagnetic layer 15 are exchange-coupled. ing.

【0019】本実施例の磁気メモリ素子では、固定層1
5を構成する強磁性層22と強磁性層17の磁化が互い
に平行又は反平行で二つの状態がつくられる。
In the magnetic memory device of this embodiment, the fixed layer 1
5, the magnetizations of the ferromagnetic layer 22 and the ferromagnetic layer 17 are parallel or antiparallel to each other, and two states are created.

【0020】また、本実施例では、導体層18はビット
線と抵抗変化を検出するための電極を兼ねており、配線
ルールによって決まる間隔を隔てて隣接する磁気メモリ
素子に接続されている。導体層13は下部電極であり、
導体層11はワード線である。
In this embodiment, the conductor layer 18 also serves as a bit line and an electrode for detecting a change in resistance, and is connected to an adjacent magnetic memory element at an interval determined by a wiring rule. The conductor layer 13 is a lower electrode,
The conductor layer 11 is a word line.

【0021】ここで、図1に示すように導体層18には
紙面に対して垂直に、導体層11には紙面に対して平行
に電流を流す。図2は、そのときに二つの電流によって
強磁性層17と強磁性層19の位置に発生する磁界を膜
面に垂直方向から見たものである。このように強磁性層
17{図2(b)}と強磁性層19{図2(a)}の位
置には、導体層18による磁界HBと導体層11による
磁界HWの合成磁界が印加される。図2(a)及び図2
(b)に示すように強磁性層17と強磁性層19の位置
では合成磁界の向きが異なることから、紙面の左右方向
に一軸異方性を付与された強磁性層17、19は互いに
異なる向きに磁化される。従って強磁性層17の磁化は
強磁性層19の両端に生じる磁極のつくる磁界によって
安定化される。
Here, as shown in FIG. 1, a current flows through the conductor layer 18 perpendicularly to the plane of the drawing, and a current flows through the conductive layer 11 parallel to the plane of the drawing. FIG. 2 shows a magnetic field generated at the positions of the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19 by two currents when viewed from a direction perpendicular to the film surface. Thus, at the positions of the ferromagnetic layer 17 {FIG. 2 (b)} and the ferromagnetic layer 19 {FIG. 2 (a)}, the combined magnetic field of the magnetic field H B by the conductor layer 18 and the magnetic field H W by the conductor layer 11 is shown. Applied. FIG. 2 (a) and FIG.
As shown in (b), since the directions of the combined magnetic field are different at the positions of the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19, the ferromagnetic layers 17 and 19 provided with uniaxial anisotropy in the horizontal direction of the paper are different from each other. It is magnetized in the direction. Therefore, the magnetization of the ferromagnetic layer 17 is stabilized by the magnetic field generated by the magnetic poles generated at both ends of the ferromagnetic layer 19.

【0022】さらに、強磁性層17と強磁性層19の磁
化の大きさをほぼ等しくしておくことで、外部に対して
は見かけ上磁化が無くなり、隣接する磁気メモリ素子に
影響を及ぼすことがなくなる。さらにまた、強磁性層1
7と強磁性層19には導体層18が直接接していること
から、小電流でも十分な磁界強度が得られ、磁気メモリ
素子の低消費電力化が実現できる。
Further, by making the magnitudes of the magnetizations of the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19 substantially equal to each other, there is no apparent magnetization to the outside, which may affect adjacent magnetic memory elements. Disappears. Furthermore, the ferromagnetic layer 1
Since the conductor layer 18 is in direct contact with the ferromagnetic layer 7 and the ferromagnetic layer 19, a sufficient magnetic field strength can be obtained even with a small current, and low power consumption of the magnetic memory element can be realized.

【0023】反強磁性層14の材料としてはFeMn、
NiMn、PtMn、IrMn等の合金を用いることが
でき、強磁性層15、17、19の材料としてはFe、
Co、Ni或はこれらの合金を用いることができる。ま
た、絶縁層16としてはMR比の点からAl23膜が好
ましいが、その他の酸化膜、窒化膜等の絶縁膜でもあっ
ても、またSi膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライ
クカーボン(DLC)膜等の絶縁膜であっても構わな
い。
The material of the antiferromagnetic layer 14 is FeMn,
Alloys such as NiMn, PtMn, and IrMn can be used, and the material of the ferromagnetic layers 15, 17, and 19 is Fe,
Co, Ni, or an alloy thereof can be used. The insulating layer 16 is preferably an Al 2 O 3 film from the viewpoint of MR ratio, but may be another insulating film such as an oxide film or a nitride film, or may be a Si film, a diamond film, a diamond-like carbon (DLC). It may be an insulating film such as a film.

【0024】強磁性層15、17、19の膜厚は、膜厚
が薄すぎると熱エネルギーの影響で強磁性体が超常磁性
化するため、10Å以上であることが望ましい。また、
前記絶縁層16の層厚は3Å以上30Å以下であること
が好ましい。これは、絶縁層16の膜厚が3Å以下であ
る場合、強磁性層15と強磁性層17が電気的にショー
トする可能性があり、絶縁層16の膜厚が30Å以上で
ある場合、電子のトンネルが起きにくく、磁気抵抗比が
小さくなってしまうからである。
The thickness of the ferromagnetic layers 15, 17, and 19 is desirably 10 ° or more because if the thickness is too small, the ferromagnetic material becomes superparamagnetic due to the influence of thermal energy. Also,
It is preferable that the thickness of the insulating layer 16 is 3 ° or more and 30 ° or less. This is because when the thickness of the insulating layer 16 is 3 ° or less, the ferromagnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 may be electrically short-circuited, and when the thickness of the insulating layer 16 is 30 ° or more, This is because the tunneling is difficult to occur, and the magnetoresistance ratio becomes small.

【0025】次に、図3から図6を用いて図1に示した
磁気メモリの第1の製造方法を説明する。図は簡略化の
ために1つのメモリ素子についてその断面図を示してい
る。
Next, a first method of manufacturing the magnetic memory shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. The figure shows a cross-sectional view of one memory element for simplification.

【0026】通常磁気メモリ素子が形成される基板は、
磁気メモリ素子を選択するためのトランジスタが形成さ
れた半導体基板上に、さらに絶縁層が形成され平坦化さ
れている。ワード線は図1に示したように磁気メモリ素
子の下部に配置してもよいし、上部に配置することもで
きる(図示せず)。
Usually, the substrate on which the magnetic memory element is formed is
An insulating layer is further formed and planarized on a semiconductor substrate on which a transistor for selecting a magnetic memory element is formed. The word line may be arranged below the magnetic memory element as shown in FIG. 1, or may be arranged above (not shown).

【0027】第1の工程では導体層(下部電極)13、
反強磁性層14、強磁性層15(固定層)、絶縁層1
6、強磁性層17(自由層)を連続して形成する{図3
(a)}。強磁性層15は、本実施例では金属層を挟ん
で反強磁性結合する2つの強磁性層で構成されている
が、1層の強磁性層のみとすることも可能であり、ま
た、反強磁性層を除いた構造にすることも可能である。
いずれの場合でも本発明による製造方法を用いて磁気メ
モリ素子を製造することが可能である。各層の成膜に
は、スパッタリング法、蒸着法などの一般的な成膜法を
用いることができる。
In the first step, the conductor layer (lower electrode) 13,
Antiferromagnetic layer 14, ferromagnetic layer 15 (fixed layer), insulating layer 1
6. Continuous formation of ferromagnetic layer 17 (free layer) {FIG.
(A)}. In this embodiment, the ferromagnetic layer 15 is composed of two ferromagnetic layers that are antiferromagnetically coupled with a metal layer interposed therebetween. However, the ferromagnetic layer 15 can be composed of only one ferromagnetic layer. A structure without the ferromagnetic layer is also possible.
In any case, it is possible to manufacture a magnetic memory element using the manufacturing method according to the present invention. For forming each layer, a general film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method can be used.

【0028】第2の工程では上述の積層膜を下部電極の
形状に加工する。加工法としては、まずフォトリソグラ
フィを用いてレジストパターンを形成し、イオンビーム
エッチングなどにより所望の形状に加工を行う(図示せ
ず)。以下に述べる工程においても、素子形状の加工に
は同様の加工法を用いることができる。
In the second step, the above-mentioned laminated film is processed into a shape of a lower electrode. As a processing method, first, a resist pattern is formed using photolithography, and processing is performed into a desired shape by ion beam etching or the like (not shown). In the steps described below, a similar processing method can be used for processing the element shape.

【0029】第3の工程では、各磁気メモリ素子が孤立
するように導体層13を残して加工する{図3
(b)}。ここまでの工程で、配線ルールによってきま
る間隔を隔てて位置する孤立した磁気メモリ素子が形成
される。
In the third step, processing is performed while leaving the conductor layer 13 so that each magnetic memory element is isolated.
(B)}. In the steps up to this point, isolated magnetic memory elements positioned at intervals determined by the wiring rule are formed.

【0030】第4の工程では、第3の工程でエッチング
マスクとして用いたレジスト23を剥離せずに、孤立し
た磁気メモリ素子間の空間部分を充填するように絶縁層
24を形成する{図4(a)}。絶縁層24にはSiO
2やAl23などを用いることができる。このようにレ
ジスト23を除去せずに絶縁層24を堆積することで、
磁気メモリ素子上に堆積した絶縁層24はリフトオフに
より除去することができる{図4(b)}。そのため、
平坦化などの磁気メモリ素子上の絶縁層24を除く工程
が不要となる。
In the fourth step, the insulating layer 24 is formed so as to fill the space between the isolated magnetic memory elements without removing the resist 23 used as the etching mask in the third step {FIG. (A)}. The insulating layer 24 is made of SiO
2 or Al 2 O 3 can be used. By depositing the insulating layer 24 without removing the resist 23 in this manner,
The insulating layer 24 deposited on the magnetic memory element can be removed by lift-off (FIG. 4B). for that reason,
The step of removing the insulating layer 24 on the magnetic memory element, such as planarization, becomes unnecessary.

【0031】第5の工程では、第2の導体層18と第3
の磁性層19を連続して形成する{図5(a)}。
In the fifth step, the second conductor layer 18 and the third
(FIG. 5A).

【0032】第6の工程では第3の磁性層19を、第3
の工程で形成された磁気メモリ素子と略同形状に加工す
る{図5(b)}。
In the sixth step, the third magnetic layer 19 is
(FIG. 5 (b)).

【0033】第7の工程では第2の導体層18を紙面の
奥行き方向にのみ接続されるように加工する{図6}。
このように導体層18の加工を最後に行うことで、絶縁
層22がエッチングされることを回避できる。
In the seventh step, the second conductor layer 18 is processed so as to be connected only in the depth direction of the drawing (FIG. 6).
By performing the processing of the conductor layer 18 last, the insulating layer 22 can be prevented from being etched.

【0034】以上の製造方法により、図1に示した高密
度化に適した磁気メモリ素子及び磁気メモリを得ること
ができる。
By the above manufacturing method, the magnetic memory element and the magnetic memory suitable for high density shown in FIG. 1 can be obtained.

【0035】また、本実施例ではワード線となる導体層
11をメモリ素子の下部(基板側)に配置したが、メモ
リ素子の上部に配置しても、本実施例の製造方法により
高密度化に適した磁気メモリ素子及び磁気メモリを得る
ことができる。
In this embodiment, the conductor layer 11 serving as a word line is disposed below the memory element (substrate side). However, even if the conductor layer 11 is disposed above the memory element, the density can be increased by the manufacturing method of this embodiment. A magnetic memory element and a magnetic memory suitable for the present invention can be obtained.

【0036】さらにまた、図7に示すように、ワード線
となる導体層11のメモリ素子とは向い合わない側に高
い透磁率を有する強磁性層31が接している構造を製造
することもできる。この構造では記録時に電流が導体層
11に流れて磁界を発生するが、強磁性層31が高い透
磁率を有するために、導体層11の強磁性層31側の磁
界は強磁性層31に集中する。その結果、導体層11の
強磁性層31とは逆側の磁界は大きくなり、同じ電流を
流しても、強磁性層31がない場合に比べて記録層とな
る強磁性層17及び強磁性層19の位置での磁界強度は
増加する。従って、強磁性層31がない場合に比べて磁
気メモリの消費電力を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 7, it is also possible to manufacture a structure in which the ferromagnetic layer 31 having a high magnetic permeability is in contact with the side of the conductor layer 11 serving as a word line which does not face the memory element. . In this structure, a current flows through the conductive layer 11 during recording to generate a magnetic field. However, since the ferromagnetic layer 31 has a high magnetic permeability, the magnetic field on the ferromagnetic layer 31 side of the conductive layer 11 is concentrated on the ferromagnetic layer 31. I do. As a result, the magnetic field of the conductor layer 11 on the side opposite to the ferromagnetic layer 31 increases, and even when the same current flows, the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 17 serving as the recording layer are compared with the case without the ferromagnetic layer 31. The magnetic field strength at position 19 increases. Therefore, the power consumption of the magnetic memory can be reduced as compared with the case where the ferromagnetic layer 31 is not provided.

【0037】強磁性層31にはNiFe合金、CoZr
Nb系非晶質合金、FeAlSi系合金などの高透磁率
合金を用いることができる。強磁性層31は導体層11
と同形状に加工すればよいので、その後の工程は第1の
実施例で示した製造方法をそのまま用いることができ
る。
The ferromagnetic layer 31 is made of a NiFe alloy, CoZr
High-permeability alloys such as Nb-based amorphous alloys and FeAlSi-based alloys can be used. The ferromagnetic layer 31 is the conductor layer 11
Therefore, in the subsequent steps, the manufacturing method shown in the first embodiment can be used as it is.

【0038】以上のように、本発明による磁気メモリ素
子の製造方法により、図7に示した高密度化に適し、か
つ低消費電力の磁気メモリ素子及び磁気メモリを得るこ
とが可能になる。
As described above, the method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention makes it possible to obtain a magnetic memory device and a magnetic memory which are suitable for high density and which consume low power as shown in FIG.

【0039】次に、本発明の第2の製造方法について図
8を用いて説明する。
Next, a second manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.

【0040】本実施例では、磁気メモリ素子が孤立する
ように加工する第3工程までは、第1の実施例による製
造方法と同じである。第4工程では、レジストを除去し
て孤立した磁気メモリ素子間の空間部分を充填するよう
に絶縁層24を形成する{図8(a)}。第5工程で
は、CMPなどの機械加工を用いて磁気メモリ素子上の
絶縁層24を除去し平坦化を行う{図8(b)}。又
は、絶縁層形成後に生じた凹凸をさらにレジストで平坦
化し、全体をエッチバックすることで磁気メモリ素子上
の絶縁層を除去することもできる。これ以降の工程は実
施例1と同様に行うことで、図1に示した高密度化に適
した磁気メモリ素子及び磁気メモリを得ることができ
る。
This embodiment is the same as the manufacturing method according to the first embodiment up to the third step of processing so that the magnetic memory element is isolated. In the fourth step, the insulating layer 24 is formed so as to fill the space between the isolated magnetic memory elements by removing the resist (FIG. 8A). In the fifth step, the insulating layer 24 on the magnetic memory element is removed and planarized by machining such as CMP (FIG. 8B). Alternatively, the insulating layer on the magnetic memory element can be removed by flattening unevenness generated after the formation of the insulating layer with a resist and etching back the whole. By performing the subsequent steps in the same manner as in the first embodiment, the magnetic memory element and the magnetic memory suitable for high density shown in FIG. 1 can be obtained.

【0041】磁気メモリ素子の構成としては、強磁性層
(固定層)15の磁化は反強磁性層14との交換結合に
より固定されているが、固定層15として保持力の大き
い強磁性材料を使用する等のその他の手段をとることも
可能である。また、強磁性層15を例えば補償点近傍組
成の希土類−遷移金属合金膜のようなフェリ磁性材料で
構成しても端部の磁極の影響を低減することができる。
In the configuration of the magnetic memory element, the magnetization of the ferromagnetic layer (fixed layer) 15 is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 14, but a ferromagnetic material having a large coercive force is used as the fixed layer 15. Other means, such as use, can also be taken. Further, even if the ferromagnetic layer 15 is made of a ferrimagnetic material such as a rare earth-transition metal alloy film having a composition near the compensation point, the influence of the magnetic pole at the end can be reduced.

【0042】さらにまた、別の磁気メモリ素子の構成と
しては、強磁性層19の保磁力を強磁性層17の保磁力
よりも小さく設定しておくことで、記録時に強磁性層1
9の磁化を先に反転させることができる。これにより、
強磁性層19の両端に発生する磁極は、強磁性層17の
磁化方向の反転を促進する方向の磁界を発生し、さらに
記録に必要な電流を低減することができる。
Further, as another configuration of the magnetic memory element, by setting the coercive force of the ferromagnetic layer 19 to be smaller than the coercive force of the ferromagnetic layer 17, the
9 can be reversed first. This allows
The magnetic poles generated at both ends of the ferromagnetic layer 19 generate a magnetic field in a direction that promotes the reversal of the magnetization direction of the ferromagnetic layer 17, and can further reduce the current required for recording.

【0043】これらのいずれの場合においても、本発明
による製造方法を用いて磁気メモリ素子及び磁気メモリ
を作成することが可能である。
In any of these cases, it is possible to produce a magnetic memory element and a magnetic memory using the manufacturing method according to the present invention.

【0044】また、上述の実施例では、磁気メモリ素子
部分のみを示したが、実際の素子形成においては基板、
保護層及び密着層等が必要となることは明らかである。
In the above-described embodiment, only the magnetic memory element is shown.
Obviously, a protective layer and an adhesion layer are required.

【0045】さらに、上述の実施例ではMTJ素子を例
に説明したが、メモリ素子部分である反強磁性層14、
強磁性層15、非磁性層16、強磁性層17の積層部分
と、導体層を絶縁すればGMR素子を用いることも可能
である。
Further, in the above embodiment, the MTJ element has been described as an example, but the antiferromagnetic layer 14 which is a memory element part,
A GMR element can also be used if the conductor layer is insulated from the laminated portion of the ferromagnetic layer 15, the nonmagnetic layer 16, and the ferromagnetic layer 17.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、本発明の磁気メモリ素子
の製造方法によれば、記録層の磁化を安定化することが
でき、かつ、隣接する磁気メモリ素子同士の影響も低減
できる磁気メモリ素子が得られる。従って、パターンが
微細化しても安定した磁化状態が保持でき、より高い集
積度の磁気メモリを実現することができる。また、本発
明の磁気メモリ素子の製造方法によれば、導体層がメモ
リ層に隣接していること、導体層により発生する磁界が
記録層に集中することにより、消費電力を少ない磁気メ
モリを提供することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a magnetic memory element of the present invention, the magnetic memory capable of stabilizing the magnetization of the recording layer and reducing the influence between adjacent magnetic memory elements can be reduced. An element is obtained. Therefore, a stable magnetization state can be maintained even when the pattern is miniaturized, and a magnetic memory with a higher degree of integration can be realized. Further, according to the method for manufacturing a magnetic memory element of the present invention, a magnetic memory with low power consumption is provided by the fact that the conductor layer is adjacent to the memory layer and the magnetic field generated by the conductor layer is concentrated on the recording layer. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明により製造される磁気メモリ素子の構成
例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a magnetic memory element manufactured according to the present invention.

【図2】図1の膜構成で発生する磁界を図示したもので
ある。
FIG. 2 illustrates a magnetic field generated by the film configuration of FIG.

【図3】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
FIG. 3 illustrates a manufacturing process of the magnetic memory device according to the present invention.

【図4】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
FIG. 4 illustrates a manufacturing process of the magnetic memory device according to the present invention.

【図5】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
FIG. 5 illustrates a manufacturing process of the magnetic memory device according to the present invention.

【図6】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
FIG. 6 illustrates a manufacturing process of the magnetic memory device according to the present invention.

【図7】本発明により製造される磁気メモリ素子の別の
構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of the magnetic memory element manufactured according to the present invention.

【図8】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
FIG. 8 shows a manufacturing process of the magnetic memory device according to the present invention.

【図9】従来のMTJ素子の構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a conventional MTJ element.

【図10】磁気メモリに用いられる従来のMTJ素子の
動作原理を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the operation principle of a conventional MTJ element used for a magnetic memory.

【図11】従来のMTJ素子の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a conventional MTJ element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13、41 反強磁性層 15、17、19、20、22、42、44、51、5
3、54、56 強磁性層 12、16、24、43 絶縁層 11、13、18 導体層 21、52、55 金属層 23 レジスト
13, 41 Antiferromagnetic layer 15, 17, 19, 20, 22, 42, 44, 51, 5
3, 54, 56 Ferromagnetic layer 12, 16, 24, 43 Insulating layer 11, 13, 18 Conductive layer 21, 52, 55 Metal layer 23 Resist

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも第1磁性層、非磁性層、記録
層となる第2磁性層を積層した複数の磁気メモリ素子か
らなる磁気メモリの製造方法であって、 基板上に少なくとも前記第1磁性層、前記非磁性層、前
記第2磁性層の積層膜を基板側から順に連続して形成す
る工程と、 前記積層膜を互いに分離された磁気メモリ素子の形状に
加工する工程と、基板上に形成された複数の前記磁気メ
モリ素子間の空間を充填するように絶縁層を形成する工
程と、 前記複数の磁気メモリ素子上及び前記磁気メモリ素子間
の絶縁層上に、導体層と第3磁性層を連続して形成する
工程と、 前記第3磁性層を前記磁気メモリ素子と略同形状に加工
した後に、隣接する磁気メモリ素子を1方向にのみ連結
するように前記導体層を加工する工程とからなることを
特徴とする磁気メモリの製造方法
1. A method of manufacturing a magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements in which at least a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer serving as a recording layer are stacked, wherein at least the first magnetic layer is formed on a substrate. Forming a laminated film of a layer, the non-magnetic layer, and the second magnetic layer sequentially from the substrate side; processing the laminated film into a shape of a magnetic memory element separated from each other; Forming an insulating layer to fill a space between the formed plurality of magnetic memory elements; and forming a conductive layer and a third magnetic layer on the plurality of magnetic memory elements and on the insulating layer between the magnetic memory elements. Forming a layer continuously; and processing the third magnetic layer into a substantially same shape as the magnetic memory element, and then processing the conductor layer so that adjacent magnetic memory elements are connected only in one direction. It is characterized by consisting of Method of manufacturing a magnetic memory
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