JP2001284681A - Manufacturing method for magnetic memory - Google Patents

Manufacturing method for magnetic memory

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JP2001284681A
JP2001284681A JP2000090496A JP2000090496A JP2001284681A JP 2001284681 A JP2001284681 A JP 2001284681A JP 2000090496 A JP2000090496 A JP 2000090496A JP 2000090496 A JP2000090496 A JP 2000090496A JP 2001284681 A JP2001284681 A JP 2001284681A
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Japan
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layer
magnetic
magnetic memory
ferromagnetic
conductor
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JP2000090496A
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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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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a magnetic memory comprising a plurality of small magnetic memory elements of low power consumption wherein a magnetized state recorded in a memory layer is stable even if a pattern is micronized. SOLUTION: There are provided a process where a first conductor layer is so formed that magnetic memory elements are connected in only one direction on a plurality of magnetic memory elements in which a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer are laminated; a process where, after an insulating layer is formed, a second conductor layer and a third magnetic layer are continuously formed; and a process where, after the third magnetic layer is shaped almost after the magnetic memory element, the second conductor layer is so worked as to connect the magnetic memory element only in the direction orthogonal to the first conductor layer.

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。 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。
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. A magnetic memory is a solid-state memory that has 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 loses the recorded contents even if radiation is incident It is more useful than a semiconductor memory because it has no properties.

【0003】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 rate of change in resistance, and is therefore 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.

【0004】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。
[0004] 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 layer 42 and the ferromagnetic layer 44.

【0005】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 operation principle 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.

【0006】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 the memory layer detects whether the magnetization of the ferromagnetic layer 44 is parallel or antiparallel and the resistance of the MTJ element is different, reads out the data, and uses 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.

【0007】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.

【0008】[0008]

【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.

【0009】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.

【0010】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 arrangement orthogonal to each other, but when used in a magnetic memory device, it is usually used on a magnetic memory device. 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.

【0011】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 in which the magnetization state recorded in the memory layer exists stably even when the pattern is miniaturized and the power consumption is small. It is intended to provide a manufacturing method.

【0012】[0012]

【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、少なくとも、基板上に前記第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、第1導体層と絶
縁層を連続して形成する工程と、隣接する磁気メモリ素
子を1方向にのみに連結するように前記第1導体層を加
工する工程と、前記加工された第1導体層の間の空間を
充填するように絶縁層を形成する工程と、前記加工され
た第1導体層上及び第1導体層間の絶縁層上に第2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第1導体層と直交する方向に
のみ連結するように前記第2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, at least a step of sequentially forming a laminated film of a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer on a substrate in order from the substrate side; Processing the stacked 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 formed on a substrate; Forming a first conductor layer and an insulating layer continuously on the magnetic memory element and on the insulating layer between the magnetic memory elements; and forming the first conductive layer and the first conductive layer so as to connect adjacent magnetic memory elements only in one direction. Before and after processing the conductor layer Forming an insulating layer so as to fill a space between the processed first conductive layers; and forming a second conductive layer and a third conductive layer on the processed first conductive layer and the insulating layer between the first conductive layers. Forming a magnetic layer continuously, and 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 second conductor layer so as to connect adjacent magnetic memory elements only in a direction orthogonal to the first conductor layer.

【0013】[0013]

【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.

【0014】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、反強磁性層12、強磁性層13(固定
層)、絶縁層14、強磁性層15(自由層)、導体層1
6、絶縁層17、導体層18、強磁性層19からなる。
本実施例では固定層13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13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13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。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14を省略した構造とすることも可能で
ある。
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 antiferromagnetic layer 12, a ferromagnetic layer 13 (fixed layer), an insulating layer 14, and a ferromagnetic layer 15. (Free layer), conductor layer 1
6, an insulating layer 17, a conductor layer 18, and a ferromagnetic layer 19.
In the present embodiment, the fixed layer 13 is made of a ferromagnetic layer 20, a metal layer 21,
The ferromagnetic layer 22 is formed of a laminated film, and the thickness of the metal layer 21 is selected so that the ferromagnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 22 are antiferromagnetically coupled. It is chosen to have approximately equal magnetization. The fixed layer 13 can be formed of a single-layer ferromagnetic material. However, by adopting such a laminated structure, the magnetic pole generated at the end of the fixed layer 13 can be made substantially zero. Further, by using a material having a large anisotropic magnetic field for the ferromagnetic layers 20 and 22, a structure in which the antiferromagnetic layer 14 is omitted can be adopted.

【0015】強磁性層13、強磁性層15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12と強磁性層13は交換結合して
いる。本実施例の磁気メモリ素子では、固定層13を構
成する強磁性層22と強磁性層15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。また、本実施例
では、導体層16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11は下部電極であり、導体層18はワード線であ
る。ここで、図1に示すように導体層16には紙面に対
して垂直に、導体層18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と強
磁性層19の位置には、導体層16による磁界HBと導
体層18による磁界HWの合成磁界が印加される。図2
の(a)と(b)に図示されるように強磁性層15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
15、19は互いに異なる向きに磁化される。従って強
磁性層15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。さらに、強磁性層1
5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15と強磁性層19には導体層16
または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。
The ferromagnetic layers 13, 15, and 19 are provided with uniaxial anisotropy in a direction parallel to the plane of the drawing, and the antiferromagnetic layer 12 and the ferromagnetic layer 13 are exchange-coupled. ing. In the magnetic memory element of the present embodiment, two states are created when the magnetizations of the ferromagnetic layer 22 and the ferromagnetic layer 15 forming the fixed layer 13 are parallel or antiparallel to each other. In this embodiment, the conductor layer 16 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 11 is a lower electrode, and the conductor layer 18 is a word line. Here, as shown in FIG. 1, a current flows through the conductor layer 16 perpendicularly to the plane of the paper and a conductor layer 18 flows parallel to the plane of the paper. 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. As described above, a combined magnetic field of the magnetic field H B of the conductor layer 16 and the magnetic field H W of the conductor layer 18 is applied to the positions of the ferromagnetic layers 17 and 19. FIG.
Since the directions of the combined magnetic field are different between the positions of the ferromagnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 19 as shown in (a) and (b) of FIG. The layers 15, 19 are magnetized in different directions. Therefore, the magnetization of the ferromagnetic layer 15 is stabilized by the magnetic field generated by the magnetic poles generated at both ends of the ferromagnetic layer 19. Further, the ferromagnetic layer 1
By making the magnitude of the magnetization of the ferromagnetic layer 19 substantially equal to that of the ferromagnetic layer 5, there is no apparent magnetization to the outside, and the adjacent magnetic memory element is not affected. Furthermore, the ferromagnetic layers 15 and 19 have the conductor layer 16
Alternatively, since the direct contact is provided, sufficient magnetic field strength can be obtained even with a small current, and low power consumption of the magnetic memory element can be realized.

【0016】また、2つの導体層16と導体層18が強
磁性層15と強磁性層19の間に位置することから、強
磁性層11と強磁性層19の位置では略反平行の関係と
なる。その結果、記録時に磁化が反転するまでの過程で
のそれぞれの強磁性層に発生する磁極は、お互いにそれ
ぞれの磁化の反転を促進する方向に作用する。従って、
2つの導体層が強磁性層15と強磁性層19の間に位置
しない場合にくらべて記録電流を低減することができ
る。
Since the two conductor layers 16 and 18 are located between the ferromagnetic layers 15 and 19, the positions of the ferromagnetic layers 11 and 19 are substantially antiparallel. Become. As a result, the magnetic poles generated in the respective ferromagnetic layers in the process until the magnetization is reversed at the time of recording act in directions that promote the respective magnetization reversals. Therefore,
The recording current can be reduced as compared with the case where the two conductor layers are not located between the ferromagnetic layers 15 and 19.

【0017】反強磁性層12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13、15、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14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 12 is FeMn,
Alloys such as NiMn, PtMn, and IrMn can be used, and the material of the ferromagnetic layers 13, 15, 19 is Fe,
Co, Ni, or an alloy thereof can be used. The insulating layer 14 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, or a diamond-like carbon (DLC). It may be an insulating film such as a film.

【0018】強磁性層13、15、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14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14の膜厚が3Å以下であ
る場合、強磁性層13と強磁性層15が電気的にショー
トする可能性があり、絶縁層14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 13, 15, 19 is desirably 10 ° or more, since 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 14 is 3 ° or more and 30 ° or less. This is because the ferromagnetic layer 13 and the ferromagnetic layer 15 may be electrically short-circuited when the thickness of the insulating layer 14 is 3 ° or less, and when the thickness of the insulating layer 14 is 30 ° or more, This is because the tunneling is difficult to occur, and the magnetoresistance ratio becomes small.

【0019】次に図3から図7を用いて図1に示した磁
気メモリ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側面より見た断面図を示し
ている。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(図示せず)。第1の工程では導体層(下部電極)
11、反強磁性層12、強磁性層13(固定層)、絶縁
層14、強磁性層15(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。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。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
11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。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2
4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23を形成する{図4
(a)}。絶縁層23にはSiO2やAl23などを用
いることができる。このようにレジスト24を除去せず
に絶縁層23を堆積することで、磁気メモリ素子上に堆
積した絶縁層23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23を除く工程が不要となる。第5の
工程では、導体層18と絶縁層17を連続して形成する
{図5(a)}。第6の工程では導体層18と絶縁層1
7上にレジストパターンを形成し、紙面に垂直方向に隣
接する磁気メモリ素子に接続されるように導体層18と
絶縁層17を加工する{図5(b)}。第7の工程では
第6の工程でエッチングマスクとして用いたレジスト2
5を剥離せずに、形成された配線間の空間を充填するよ
うに絶縁層23′を形成する{図6(a)}。このよう
にレジスト25を除去せずに絶縁層23′を堆積するこ
とで、磁気メモリ素子上に堆積した絶縁層23′をリフ
トオフにより除去することができる。第8の工程では導
体層18と磁性層19を連続して形成する{図6
(b)}。第9の工程では磁性層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7
(a)}。第10の工程では導体層18を紙面の平行な
方向に隣接する磁気メモリ素子にのみ接続されるように
加工する{図7(b)}。このように導体層18の加工
を最後に行うことで、絶縁層23(23′)がエッチン
グされることを回避できる。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。
Next, a method of manufacturing the magnetic memory shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. The figure is 1 for simplicity
FIG. 2 shows a cross-sectional view of one memory element as viewed from the side. Usually, the substrate on which the magnetic memory element is formed is formed by flattening an insulating layer on a semiconductor substrate on which a transistor for selecting the magnetic memory element is formed (not shown). In the first step, the conductor layer (lower electrode)
11, an antiferromagnetic layer 12, a ferromagnetic layer 13 (fixed layer), an insulating layer 14, and a ferromagnetic layer 15 (free layer) are successively formed (FIG. 3A). In this embodiment, the ferromagnetic layer 15 is composed of two ferromagnetic layers that are antiferromagnetically coupled with a metal layer interposed therebetween. However, it is possible to use only one ferromagnetic layer.
It is also possible to adopt a structure excluding the antiferromagnetic layer. 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. In the second step, the above-described 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. Third
In the step (3), processing is performed while leaving the conductor layer 11 so that each magnetic memory element is isolated (FIG. 3B). In the steps up to this point, isolated magnetic memory elements positioned at intervals determined by the wiring rule are formed. In the fourth step,
Resist 2 used as an etching mask in the third step
The insulating layer 23 is formed so as to fill the space between the isolated magnetic memory elements without peeling the insulating layer 4 away.
(A)}. For the insulating layer 23, SiO 2 or Al 2 O 3 can be used. By thus depositing the insulating layer 23 without removing the resist 24, the insulating layer 23 deposited on the magnetic memory element can be removed by lift-off (FIG. 4B). Therefore, a step of removing the insulating layer 23 on the magnetic memory element such as planarization becomes unnecessary. In the fifth step, the conductor layer 18 and the insulating layer 17 are continuously formed (FIG. 5A). In the sixth step, the conductor layer 18 and the insulating layer 1
A resist pattern is formed on 7 and the conductor layer 18 and the insulating layer 17 are processed so as to be connected to the magnetic memory element adjacent to the paper surface in the vertical direction {FIG. 5 (b)}. In the seventh step, the resist 2 used as the etching mask in the sixth step
An insulating layer 23 'is formed so as to fill the space between the formed wirings without peeling off 5 (FIG. 6A). By depositing the insulating layer 23 'without removing the resist 25, the insulating layer 23' deposited on the magnetic memory element can be removed by lift-off. In the eighth step, the conductor layer 18 and the magnetic layer 19 are continuously formed.
(B)}. In the ninth step, the magnetic layer 19 is processed to have substantially the same shape as the magnetic memory element formed in the third step.
(A)}. In the tenth step, the conductor layer 18 is processed so as to be connected only to the magnetic memory element adjacent in the direction parallel to the paper (FIG. 7B). By performing the processing of the conductor layer 18 last as described above, the etching of the insulating layer 23 (23 ') can be avoided. According to the manufacturing method described above, the magnetic memory element and the magnetic memory suitable for high density shown in FIG. 1 can be obtained.

【0020】次に、図1に示した磁気メモリの他の製造
方法について図8を用いて説明する。
Next, another method of manufacturing the magnetic memory shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0021】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23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絶縁層23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 23 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 23 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.

【0022】また、第1及び第2の実施例において、導
体層18と絶縁層17を連続して形成したが、導体層1
8のみを形成して加工を及び平坦化を行った後に絶縁層
17と導体層18及び磁性層19を連続して形成しても
よい。
In the first and second embodiments, the conductor layer 18 and the insulating layer 17 are formed continuously.
After forming only 8 and performing processing and flattening, the insulating layer 17, the conductor layer 18, and the magnetic layer 19 may be formed continuously.

【0023】磁気メモリ素子の構成としては、強磁性層
(固定層)13の磁化は反強磁性層12との交換結合に
より固定されているが、固定層13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13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) 13 is fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 12, but a ferromagnetic material having a large coercive force is used as the fixed layer 13. Other means, such as use, can also be taken. Further, even if the ferromagnetic layer 13 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.

【0024】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15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15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, the coercive force of the ferromagnetic layer 19 is set smaller than the coercive force of the ferromagnetic layer 15 so that the ferromagnetic layer 1 can be used for recording.
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 15, and can further reduce the current required for recording.

【0025】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 create a magnetic memory element and a magnetic memory using the manufacturing method according to the present invention.

【0026】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.

【0027】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12、
強磁性層13、非磁性層14、強磁性層15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。
In the above embodiment, the MTJ element has been described as an example.
A GMR element can be used if the conductor layer is insulated from the laminated portion of the ferromagnetic layer 13, the nonmagnetic layer 14, and the ferromagnetic layer 15.

【0028】[0028]

【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、記録層の磁化の回転が容易に
行われ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 of manufacturing a magnetic memory element of the present invention, it is possible to provide a magnetic memory that consumes less power because the conductor layer is adjacent to the memory layer and the magnetization of the recording layer is easily rotated. Can be.

【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の膜構成における強磁性層に発生する磁界
を図示したものである。
FIG. 2 illustrates a magnetic field generated in a ferromagnetic layer in 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. 7 illustrates a manufacturing process of the magnetic memory device 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]

12、41 反強磁性層 13、15、19、20、22、42、44、51、5
3、54、56 強磁性層 14、17、23、23'、43 絶縁層 11、16、18 導体層 21、52、55 金属層 24、25 レジスト
12, 41 Antiferromagnetic layer 13, 15, 19, 20, 22, 42, 44, 51, 5
3, 54, 56 Ferromagnetic layer 14, 17, 23, 23 ', 43 Insulating layer 11, 16, 18 Conductive layer 21, 52, 55 Metal layer 24, 25 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、少なくとも、基
板上に前記第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、第1導体層と絶縁層を連続して形成
する工程と、隣接する磁気メモリ素子を1方向にのみに
連結するように前記第1導体層を加工する工程と、前記
加工された第1導体層の間の空間を充填するように絶縁
層を形成する工程と、前記加工された第1導体層上及び
第1導体層間の絶縁層上に第2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
素子を第1導体層と直交する方向にのみ連結するように
前記第2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
1. A method for manufacturing a magnetic memory comprising a plurality of magnetic memory elements in which at least a first magnetic layer, a nonmagnetic 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 magnetic layer, the non-magnetic layer, and the second magnetic layer in this order 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 formed in the first conductive layer, and a first conductive layer on the plurality of magnetic memory elements and on the insulating layer between the magnetic memory elements. A step of continuously forming an insulating layer, a step of processing the first conductor layer so as to connect adjacent magnetic memory elements only in one direction, and a step of forming a space between the processed first conductor layers. Forming an insulating layer to fill Forming a second conductive layer and a third magnetic layer continuously on the processed first conductive layer and on the insulating layer between the first conductive layers; and forming the third magnetic layer substantially as the magnetic memory element. A method of processing the second conductor layer so that adjacent magnetic memory elements are connected only in a direction orthogonal to the first conductor layer after processing into the same shape.
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