JP2003060169A - 磁気記憶装置の製造方法および磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング時に発生する再堆積による磁性層
間のトンネルバリア層のショートを防止し、製造工程で
の歩留りの向上を図る。 【解決手段】 第１のエッチングにより強磁性トンネル
接合素子１８が形成される積層膜１５をエッチングし
て、形成しようとする強磁性トンネル接合素子１８より
も一回り大きい強磁性トンネル接合素子パターン１６を
形成する工程と、前記強磁性トンネル接合素子パターン
１６の側周に第１の絶縁層１７を形成する工程と、第２
のエッチングにより、前記強磁性トンネル接合素子パタ
ーン１６の側周をエッチングして強磁性トンネル接合素
子１８を形成する工程と、前記強磁性トンネル接合素子
１８の側周に第２の絶縁層２０を形成する工程とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記憶装置の製
造方法および磁気ヘッドの製造方法に関し、詳しくは強
磁性トンネル接合素子の製造工程に係わる磁気記憶装置
の製造方法および磁気ヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の強磁性トンネル接合素子は、材料
の特性向上により、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access
Memory）や、ＴＭＲ（Tunnel Magnetic Resistance）
ヘッドなどが注目されてきている。

【０００３】一般的な薄膜形成技術を用いた強磁性トン
ネル接合素子のエッチング工程について図３の概略構成
断面図により説明する。強磁性トンネル接合素子は用途
に応じてウエハ面内に複数に配列されているが、図３で
はウエハ面内の一つの強磁性トンネル接合素子に着目し
て示した。

【０００４】図３の（１）に示すように、基板１１１上
に配線１１２が形成され、その配線１１２の上面が露出
するように絶縁層１１３が形成されている。この絶縁層
１１３上に上記配線１１２を覆う磁性層１１４を形成
し、さらにトンネルバリア層１１５、磁性層１１６を順
次形成する。その後、レジスト膜を形成した後、リソグ
ラフィー技術により強磁性トンネル接合素子形状に上記
レジスト膜を加工し、レジストマスク１１７を形成す
る。

【０００５】その後、上記レジストマスク１１７を用い
てエッチングを行う。このエッチングにより、レジスト
マスク１１７に覆われていない領域の上記磁性層１１６
から上記磁性層１１４までを除去する。

【０００６】その結果、図３の（２）に示すように、磁
性層１１４、トンネルバリア層１１５、磁性層１１６か
らなる強磁性トンネル接合素子１１８が形成される。こ
のエッチングでは、多くの金属部分をエッチングするた
め、再堆積（再でポジション）によって強磁性トンネル
接合素子１１８の側壁に金属膜（図示せず）が形成され
る。この金属膜はトンネルバリア層１１５と他の導電層
とをショートさせる原因となる。このように、トンネル
バリア層１１５がショートを起こすと、その機能を果た
せなくなるという課題が発生する。

【０００７】その後、レジストマスク１１７を利用し
て、絶縁層１１９を全面に堆積する。その際、レジスト
マスク１１７上の絶縁層１１９とレジストマスク１１７
以外の領域に形成された絶縁層１１９とが分離されるよ
うに成膜を行う。その後、レジストマスク１１７を除去
することによりレジストマスク１１７に形成された絶縁
層１１９も除去する。すなわち、リフトオフ法により絶
縁層１１９を形成する。その結果、図３の（３）に示す
ように、強磁性トンネル接合素子１１８の側部の配線１
１２および絶縁層１１３上に絶縁層１１９が形成された
構成を得る。

【０００８】図４に、前記図３の（１）の平面図を示
す。図４に示すように、レジストマスク１１７が形成さ
れている以外の部分はエッチングされる磁性層１１６な
いし磁性層１１４である。上記磁性層１１６ないし磁性
層１１４は基板の全面に成膜されるため、磁性層１１４
ないし磁性層１１６の金属部分のエッチング領域も基板
全面にわたることになる。

【０００９】このように、従来の強磁性トンネル接合素
子の形成は、強磁性トンネル膜をウエハ全面に連続成膜
して、パターニングで必要な形状のレジストマスクを形
成する。その後、余分な強磁性トンネル膜をエッチング
により削除するのが一般的な方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁性層
間のトンネルバリア層の厚さが数ｎｍと薄く、エッチン
グ時に発生する再堆積によりトンネルバリア層がショー
トするという課題がある。すなわち、図５に示すよう
に、イオンビームＢは、エッチングが進行するにしたが
い、下地材料（例えば配線１１２）を叩く。そのため、
叩かれた下地材料が跳ね返り、その跳ね返った材料が強
磁性トンネル接合素子１１８の側壁に付着する。これに
よって、トンネルバリア層１１５を挟んで磁性層１１
４、１１６がショートを起こす原因になる。

【００１１】上記トンネルバリア層１１５を挟んで磁性
層１１４、１１６がショートを起こすことで、強磁性ト
ンネル接合素子１１８は機能を果たせなくなり、製造工
程での歩留りが悪化する原因の一つとなっている。

【００１２】ＭＲＡＭでは、１チップに数万個以上の強
磁性トンネル接合素子が配列され使用されるが、上記課
題が１チップに数個発生した場合でも、大きな障害とな
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた磁気記憶装置の製造方法および磁
気ヘッドの製造方法である。

【００１４】本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第１
のエッチングにより強磁性トンネル接合素子が形成され
る積層膜をエッチングして、形成しようとする強磁性ト
ンネル接合素子よりも一回り大きい強磁性トンネル接合
素子パターンを形成する工程と、前記強磁性トンネル接
合素子パターンの側周に第１の絶縁層を形成する工程
と、第２のエッチングにより、前記強磁性トンネル接合
素子パターンの側周をエッチングして強磁性トンネル接
合素子を形成する工程と、前記強磁性トンネル接合素子
の側周に第２の絶縁層を形成する工程とを備えている。

【００１５】上記磁気記憶装置の製造方法では、形成し
ようとする強磁性トンネル接合素子よりも一回り大きい
強磁性トンネル接合素子パターンの側壁に、第１のエッ
チングにより生じた再堆積物が付着したとしても、その
後の第２のエッチングによって強磁性トンネル接合素子
パターンの側周をエッチングすることから、その再付着
物は除去される。そのため、第１のエッチングで発生し
た再付着物を介したショートは起こらない。しかも、第
２のエッチングでは、強磁性トンネル接合素子パターン
を狭い幅でエッチングすることになるため、下地からの
跳ねかえりによる再付着物が強磁性トンネル接合素子の
側壁に付着しにくい。そのため、強磁性トンネル接合素
子の側壁にショートを発生させるような再付着物は付着
しない。

【００１６】本発明の磁気ヘッドの製造方法は、第１の
エッチングにより強磁性トンネル接合素子が形成される
積層膜をエッチングして、形成しようとする強磁性トン
ネル接合素子よりも一回り大きい強磁性トンネル接合素
子パターンを形成する工程と、前記強磁性トンネル接合
素子パターンの側周に第１の絶縁層を形成する工程と、
第２のエッチングにより、前記強磁性トンネル接合素子
パターンの側周をエッチングして強磁性トンネル接合素
子を形成する工程と、前記強磁性トンネル接合素子の側
周に第２の絶縁層を形成する工程とを備えている。

【００１７】上記磁気ヘッドの製造方法では、前記磁気
記憶装置の製造方法と同様なる作用が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の磁気記憶装置の製造方法
に係る一実施の形態を、図１の概略構成断面図によって
説明する。

【００１９】図１の（１）に示すように、基板１１上に
配線２１が形成され、その配線２１の上面が露出するよ
うに絶縁層２２が形成されている。この絶縁層２２上に
上記配線２１を覆う磁性層１２を形成し、さらにトンネ
ルバリア層１３、磁性層１４を順次成膜して積層膜１５
を形成する。上記磁性層１２，１４は、例えば、コバル
ト鉄もしくはニッケル鉄で形成され、上記トンネルバリ
ア層１３は、例えば、酸化アルミニウムで形成される。
なお、上記磁性層１２，１４はタンタル、ルテニウム、
銅等で形成することもできる。

【００２０】その後、レジスト膜を形成した後、リソグ
ラフィー技術により強磁性トンネル接合素子形状よりも
大きく上記レジスト膜を加工し、第１のマスク３１を形
成する。ここでは、上記第１のマスク３１は、形成しよ
うとする強磁性トンネル接合素子の形成寸法より一回り
大きく、例えば一方側につき０．２μｍ大きく形成され
ている。

【００２１】強磁性トンネル接合素子に対する第１のマ
スク３１の大きさは、後に説明する第２のエッチングで
形成される溝幅に依存し、その溝は、強磁性トンネル接
合素子の側壁にショートを発生させるような量の金属堆
積物が付着しない幅に設定される。すなわち、第１のマ
スクは強磁性トンネル接合素子の大きさにその溝の幅を
足した大きさに形成される。なお、オーバエッチングを
行う場合には、例えばそのオーバエッチング量を考慮し
て第１のマスクは大きく形成される。

【００２２】その後、上記第１のマスク３１を用いて第
１のエッチングを行う。この第１のエッチングにより、
第１のマスク３１に覆われていない領域の上記磁性層１
４から上記磁性層１２までの積層膜１５を除去する。上
記第１のエッチングではイオンミリングを用いる。例え
ばエッチングガスにアルゴンを用い、基板表面に対して
その法線より５°ないし５０°の角度でイオンを入射し
てエッチングを行う。

【００２３】その結果、図１の（２）に示すように、磁
性層１２、トンネルバリア層１３、磁性層１４からなる
強磁性トンネル接合素子パターン１６が形成される。

【００２４】その後、第１の絶縁膜１７を全面に堆積す
る。その際、第１のマスク３１上の第１の絶縁膜１７と
第１のマスク３１以外の領域に形成された第１の絶縁膜
１７とが分離されるように成膜を行う。次いで、リフト
オフ法により第１のマスク３１を除去することによっ
て、第１のマスク３１上に形成された第１の絶縁膜１７
も除去する。すなわち、図１の（３）に示すように、強
磁性トンネル接合素子パターン１６の側周領域に第１の
絶縁膜１７を形成する。この第１の絶縁膜１７は、例え
ば酸化アルミニウムもしくは酸化シリコンで形成され
る。

【００２５】次に図１の（４）に示すように、上記第１
の絶縁膜１７上に上記強磁性トンネル接合素子パターン
１６を覆うレジスト膜を形成した後、リソグラフィー技
術により、上記強磁性トンネル接合素子パターン１６上
に強磁性トンネル接合素子を形成するための第２のマス
ク３３を上記レジスト膜で上記強磁性トンネル接合素子
パターン１６よりも一回り小さく形成する。

【００２６】その後、上記第２のマスク３３を用いて第
２のエッチングを行う。この第２のエッチングにより、
第２のマスク３３に覆われていない領域、すなわち強磁
性トンネル接合素子パターン１６の側周の上記磁性層１
４から上記磁性層１２までを除去する。上記第２のエッ
チングではイオンミリングを用いる。例えばエッチング
ガスにアルゴンを用い、基板表面に対してその法線より
５°ないし５０°の角度でイオンを入射してエッチング
を行う。

【００２７】その結果、図１の（５）に示すように、磁
性層１２、トンネルバリア層１３、磁性層１４からなる
強磁性トンネル接合素子１８が形成される。その際、第
１の絶縁膜１７と強磁性トンネル接合素子１８との間に
は溝１９が形成される。

【００２８】その後、上記溝１９を埋め込むように第２
の絶縁膜２０を全面に堆積する。その際、第２のマスク
３３上の第１の絶縁膜１７と第２のマスク３３以外の領
域に形成された第２の絶縁膜２０とが分離されるように
成膜を行う。次いで、リフトオフ法により第２のマスク
３３を除去することによって、第２のマスク３３上に形
成された第２の絶縁膜２０も除去する。すなわち、図１
の（６）に示すように、強磁性トンネル接合素子１８の
側周領域に第１の絶縁膜１７とともに溝１９を埋め込む
第２の絶縁膜２０を形成する。この第２の絶縁膜２０
は、例えば酸化アルミニウムもしくは酸化シリコンで形
成される。

【００２９】上記磁気記憶装置の製造方法では、形成し
ようとする強磁性トンネル接合素子１８よりも一回り大
きい強磁性トンネル接合素子パターン１６の側壁に、第
１のエッチングにより生じた再堆積物が付着したとして
も、その後の第２のエッチングによって強磁性トンネル
接合素子パターン１６の側周をエッチングすることか
ら、その再付着物は除去される。そのため、第１のエッ
チングで発生した再付着物を介したショートは起こらな
い。しかも、第２のエッチングでは、強磁性トンネル接
合素子パターン１６を狭い幅でエッチングすることにな
るため、下地からの跳ねかえりによる再付着物が強磁性
トンネル接合素子１８の側壁に付着しにくい。そのた
め、強磁性トンネル接合素子１８の側壁にショートを発
生させるような再付着物は付着しない。

【００３０】すなわち、図２に示すように、第２のマス
ク３３が形成されている以外の部分はエッチングされる
磁性層１２ないし磁性層１４からなる強磁性トンネル接
合素子パターン１６と第１の絶縁膜１７である。この第
２のエッチングでは、金属膜部分がエッチングされるの
で、平面視的に見て第１の絶縁膜１７とレジストマスク
３３との間の上記磁性層１４ないし磁性層１２がエッチ
ング除去されるだけである。したがって、強磁性トンネ
ル接合素子１８を形成する段階でのエッチングにおい
て、そのエッチング量は、従来の強磁性トンネル接合素
子を形成する段階のエッチングと比較して格段に少なく
なるため、強磁性トンネル接合素子１８の側壁には、ト
ンネルバリア層１５を挟んで磁性層１４、１６がショー
トするような金属膜の堆積は生じない。

【００３１】また、第１のマスク３１を除去すると同時
に第１のマスク３１上における第１の絶縁膜１７もリフ
トオフ法によって除去される。同様に、第２のマスク３
３を除去すると同時に第２のマスク３３上における第２
の絶縁膜２０もリフトオフ法によって除去される。した
がって、第１のマスク３１上における第１の絶縁膜１７
および第２のマスク３３上における第２の絶縁膜２０の
みを除去するプロセスを必要としないため、工程の簡略
化が図れる。

【００３２】次に、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、
前記図１によって説明した磁気記憶装置の製造方法と同
様のプロセスによって行われる。すなわち、強磁性トン
ネル接合素子を形成するための積層膜を成膜した後、前
記図１によって説明した磁気記憶装置の製造方法と同様
に、第１のマスクの形成、第１のエッチング、第１の絶
縁層の形成、リフトオフ法による第１のマスクとその上
部に形成された第１の絶縁層の除去、第２のマスクの形
成、第２のエッチング、第２の絶縁層の形成、リフトオ
フ法による第２のマスクとその上部に形成された第２の
絶縁層の除去を行えばよい。

【００３３】上記磁気ヘッドの製造方法でも、前記磁気
記憶装置の製造方法と同様の作用効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の磁気記憶
装置の製造方法および磁気ヘッドの製造方法によれば、
強磁性トンネル接合素子を形成する段階の第２のエッチ
ングでは、エッチング量を大幅に低減することができる
ので、強磁性トンネル接合素子の側壁に付着する金属堆
積物は、トンネルバリア層のショートが発生しないレベ
ルにまで低減できる。もしくは全く発生しない状態とな
る。よって、強磁性トンネル接合素子の信頼性の向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る一実施
の形態を示す概略構成断面図である。

【図２】実施の形態における作用、効果を説明する平面
図である。

【図３】従来の磁気記憶装置の製造方法を示す概略構成
断面図である。

【図４】従来のエッチング状態を示す平面図である。

【図５】課題を説明する概略構成断面図である。

【符号の説明】

１５…積層膜、１６…強磁性トンネル接合素子パター
ン、１７…第１の絶縁層、１８…強磁性トンネル接合素
子、２０…第２の絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 敬太郎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 AA02 BA03 BA15 DA07 5F083 FZ10 GA27 GA30 PR04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のエッチングにより強磁性トンネル
   接合素子が形成される積層膜をエッチングして、形成し
   ようとする強磁性トンネル接合素子よりも一回り大きい
   強磁性トンネル接合素子パターンを形成する工程と、 前記強磁性トンネル接合素子パターンの側周に第１の絶
   縁層を形成する工程と、 第２のエッチングにより、前記強磁性トンネル接合素子
   パターンの側周をエッチングして強磁性トンネル接合素
   子を形成する工程と、 前記強磁性トンネル接合素子の側周に第２の絶縁層を形
   成する工程とを備えていることを特徴とする磁気記憶装
   置の製造方法。
2. 【請求項２】 強磁性トンネル接合素子を用いた磁気ヘ
   ッドの製造方法において、 前記強磁性トンネル接合素子は、２回の絶縁層の成膜工
   程と２回のエッチング工程を備えていることを特徴とす
   る磁気ヘッドの製造方法。