JP2003086772A - Magnetic memory device and its manufacturing method - Google Patents

Magnetic memory device and its manufacturing method

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JP2003086772A JP2001271757A JP2001271757A JP2003086772A JP 2003086772 A JP2003086772 A JP 2003086772A JP 2001271757 A JP2001271757 A JP 2001271757A JP 2001271757 A JP2001271757 A JP 2001271757A JP 2003086772 A JP2003086772 A JP 2003086772A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable stable operation by forming flat a TMR element of a magnetic memory device. SOLUTION: The TMR element 18 is constituted having a tunneling barrier layer 16 interposed as a nonmagnetic layer between an upper layer 17 and a lower layer 15 with vertical magnetic anisotropy. The TMR element 18 is laminated on a 2nd plug 14 formed in a contact hole formed in a 3rd inter-layer insulating film 12. The top surface (laminated layer surface) of the 2nd plug 14 is larger in area than the lower magnetic layer of the TMR element 18 laminated on the surface.

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素子を
用いた不揮発固体メモリである磁気メモリ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic memory device which is a nonvolatile solid-state memory using a magnetoresistive effect element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体メモリである半導体メモリ装
置が情報機器等に広く用いられており、DRAM(Dyna
mic Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelect
ric Random Access Memory)、EEPROM(Electric
ally Erasable Programmable Read-Only Memory)など
その種類も様々である。このような半導体メモリ装置の
特性は一長一短であり、これら従来の半導体メモリ装置
により現在の情報機器において要求されるスペックの全
てを満たすことは困難である。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor memory devices, which are solid-state memories, have been widely used in information equipment and the like.
mic Random Access Memory), FeRAM (Ferroelect
ric Random Access Memory), EEPROM (Electric
There are various types such as ally Erasable Programmable Read-Only Memory). The characteristics of such a semiconductor memory device have merits and demerits, and it is difficult for these conventional semiconductor memory devices to meet all of the specifications required in current information equipment.

【0003】そこで、近年では磁気抵抗効果素子を用い
た磁気メモリ装置(MRAM:Magnetic Random Access
Memory)が研究開発されている。磁気メモリ装置は、
情報の保存に磁性膜を用いているため、電源を落として
も情報が消えない不揮発性を有している。そしてこの磁
気メモリ装置は、記録時間、読み出し時間、記録密度、
書き換え可能回数、消費電力等の様々な特性に関して、
各種情報機器において求められるスペックを全て満たす
ものと期待されている。
Therefore, in recent years, a magnetic memory device (MRAM: Magnetic Random Access) using a magnetoresistive effect element has been proposed.
Memory) is being researched and developed. Magnetic memory device
Since a magnetic film is used to store information, it has non-volatility that does not erase the information even when the power is turned off. This magnetic memory device has a recording time, a reading time, a recording density,
Regarding various characteristics such as rewritable count and power consumption,
It is expected to meet all the specifications required for various information devices.

【0004】この磁気メモリ装置のメモリセルには、磁
気抵抗効果膜が設けられており、中でも特にスピン依存
トンネル磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子(T
MR素子)が設けられている。TMR素子は、2つの強
磁性層とその間に挟んだ薄い非磁性層が情報を記憶する
基本構造となるものであり、磁気抵抗変化率(MR比)
が他の磁気抵抗効果素子と比較して大きく、抵抗値が数
kΩ〜数十kΩと磁気メモリ装置のメモリセルとして最
適な値に設定することが可能なため、磁気メモリ装置の
記憶素子として好適である。
The memory cell of this magnetic memory device is provided with a magnetoresistive effect film, and in particular, a magnetoresistive effect element (T
MR element) is provided. The TMR element has a basic structure in which two ferromagnetic layers and a thin non-magnetic layer sandwiched therebetween store information, and the magnetoresistance change rate (MR ratio) is
Is larger than other magnetoresistive effect elements, and the resistance value is several kΩ to several tens of kΩ, which can be set to an optimum value as a memory cell of a magnetic memory device, and thus is suitable as a storage element of a magnetic memory device. Is.

【0005】このTMR素子は、非磁性層を挟み込んだ
磁性層の磁化が平行である場合(図19(a)参照)
と、反平行である場合(図19(b)参照)とで抵抗値
が異なるため、抵抗値が異なるこの2つの状態を、それ
ぞれ「0」と「1」として記憶することができる。例え
ば、2つの磁性層のうち、一方の磁化方向を固定して、
他方の磁化方向を外部磁界により変化させることによ
り、「0」または「1」の状態を記憶させることができ
る。これがいわゆる情報の書き込み動作である。磁化方
向の変化は、TMR素子の近傍に配置した配線に電流を
流して発生する磁界を利用する方法が知られている。
In this TMR element, when the magnetizations of the magnetic layers sandwiching the non-magnetic layer are parallel to each other (see FIG. 19A).
And the antiparallel case (see FIG. 19B) have different resistance values, and thus these two states having different resistance values can be stored as “0” and “1”, respectively. For example, by fixing the magnetization direction of one of the two magnetic layers,
The state of “0” or “1” can be stored by changing the other magnetization direction by the external magnetic field. This is a so-called information writing operation. A known method for changing the magnetization direction is to use a magnetic field generated by passing an electric current through a wiring arranged near the TMR element.

【0006】そして、電圧または電流を検出するなどし
てこのTMR素子の抵抗値を求め、その抵抗値の大きさ
により、「0」、「1」が判断できる。これがいわゆる
情報の読み出し動作である。より詳しくは、抵抗の絶対
値で「0」、「1」が判断する絶対検出方式と、書き込
みの際より弱い磁場を印加して、保磁力が低い方の磁性
層だけを磁化反転させて「0」または「1」の状態を読
み出す差動検出方式が知られている。
Then, the resistance value of the TMR element is obtained by detecting the voltage or the current, and "0" or "1" can be determined by the magnitude of the resistance value. This is a so-called information reading operation. More specifically, the absolute detection method in which the absolute value of the resistance determines “0” or “1”, and a weaker magnetic field is applied during writing to reverse the magnetization of only the magnetic layer having the lower coercive force. A differential detection method for reading the state of "0" or "1" is known.

【0007】図19に示すように磁性層の面に水平な方
向に磁化したいわゆる面内磁化膜を用いるTMR素子
は、素子サイズを小さくすると、磁性層内部で生じる反
磁界(自己減衰界)や、端面における磁化のカーリング
などにより、記録保持する磁性層の磁化方向が一方向に
定まらず不安定になってしまうなど、MR比が低下し情
報を保持できなくなるという問題が生じる。従って、面
内磁化のTMR素子は、素子サイズをあまり小さくする
と情報の保持ができなくなるため、メモリ装置の小型化
や高集積化には限界があった。
As shown in FIG. 19, a TMR element using a so-called in-plane magnetized film magnetized in a direction horizontal to the surface of the magnetic layer, when the element size is reduced, a demagnetizing field (self-decaying field) generated inside the magnetic layer and The magnetization direction of the magnetic layer for recording and holding is not fixed in one direction due to curling of the magnetization at the end faces, and the magnetic layer becomes unstable, resulting in a problem that the MR ratio is lowered and information cannot be held. Therefore, in the in-plane magnetized TMR element, if the element size is made too small, it becomes impossible to retain information, and there is a limit to downsizing and high integration of the memory device.

【0008】この問題を解決するために、特開平11−
213650号公報には、磁性層の面に垂直な方向に磁
化したいわゆる垂直磁化膜を用いる磁気抵抗効果素子
(図20参照)が開示されている。この垂直磁化の磁気
抵抗効果素子は、素子サイズが小さくなっても反磁界が
小さく、安定して情報の保持が行えるので、面内磁化の
磁気抵抗効果素子よりも小型で高集積化した磁気メモリ
装置を構成できる。
To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 11-
Japanese Patent No. 213650 discloses a magnetoresistive effect element (see FIG. 20) using a so-called perpendicular magnetization film magnetized in a direction perpendicular to the surface of the magnetic layer. This perpendicularly magnetized magnetoresistive effect element has a small demagnetizing field even when the element size becomes small and can stably hold information. Therefore, the magnetoresistive effect element having a smaller size and higher integration than the in-plane magnetized magnetoresistive effect element. The device can be configured.

【0009】前記したような磁気抵抗効果素子を用いて
磁気メモリ装置を構成する場合、MOSFET(電界効
果型トランジスタ)上にTMR素子を積層した構造が一
般的である。具体的には、磁気抵抗効果素子の磁性層
が、金属製のプラグなどの導電部材を介して、MOSF
ETのドレイン領域に接合されている。
When a magnetic memory device is constructed by using the magnetoresistive effect element as described above, a structure in which a TMR element is laminated on a MOSFET (field effect transistor) is general. Specifically, the magnetic layer of the magnetoresistive effect element is provided with a MOSF via a conductive member such as a metal plug.
It is joined to the drain region of ET.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来の磁気メモリ装置
においては、磁気抵抗効果素子の非磁性層が平坦に形成
できず、さらに上下の磁性層の磁化方向が理想的な平行
状態や反平行状態を形成できないという問題が生じるこ
とがある。特にTMR素子をメモリ素子として用いた場
合にトンネル障壁層が平坦でないと、膜厚にむらができ
てしまい、リーク電流が生じ、MR比の低下につなが
り、また、上下の磁性層の磁化方向が理想的な平行状態
または反平行状態でない場合には、トンネル障壁層界面
のスピン分極率が低下し、MR比も低下する。すなわ
ち、TMR素子の安定した磁気抵抗変化を得ることがで
きなくなる。
In the conventional magnetic memory device, the non-magnetic layer of the magnetoresistive effect element cannot be formed flat, and the magnetization directions of the upper and lower magnetic layers are ideally parallel or anti-parallel. There may be a problem that it is not possible to form. In particular, when the TMR element is used as a memory element, if the tunnel barrier layer is not flat, the film thickness becomes uneven, leak current occurs, the MR ratio is lowered, and the magnetization directions of the upper and lower magnetic layers are changed. When it is not in the ideal parallel state or antiparallel state, the spin polarizability at the interface of the tunnel barrier layer decreases, and the MR ratio also decreases. That is, it becomes impossible to obtain a stable change in magnetoresistance of the TMR element.

【0011】また、この導電性部材上面の凹凸は、磁気
抵抗効果素子をドレイン領域直上に設けた場合に特に顕
著に表れる問題である。
Further, the unevenness on the upper surface of the conductive member is a problem which is particularly noticeable when the magnetoresistive effect element is provided right above the drain region.

【0012】従来の磁気メモリ装置の製造工程に基づい
て、前記したような問題が生じる場合について図21を
用いて具体的に説明する。
A case where the above-mentioned problem occurs will be specifically described with reference to FIG. 21 based on the manufacturing process of the conventional magnetic memory device.

【0013】まず、図示しない半導体基板にトランジス
タ構造が作り込まれて、そのドレイン領域に接続する導
電部材101が設けられる。そして、この導電部材10
1の周囲は、層間絶縁膜102に覆われている。この状
態で、層間絶縁膜102および導電部材(具体的にはT
MR素子103と接触する金属製のプラグ)101の上
面が研磨されて平滑にされる。しかしこの時、図21
(a)に示すように、導電部材101が凹状に窪んでし
まう場合がある。これは、プラグ101の研磨が足りな
いことが原因で何らかの導電性材料との間に電気的短絡
を生じることを確実に防ごうとするあまり、プラグ10
1を必要以上に削りすぎてしまいがちになることや、層
間絶縁膜102とプラグ101との境界部分において高
精度の研磨が困難だからである。この状態でTMR素子
103を積層すると、当然、図21(b)に示すように
TMR素子103は平坦ではなくプラグ101の形状に
沿う凹凸形状になる。すると、TMR素子103のトン
ネル障壁層(非磁性層)107が平坦でなく、上下の磁
性層105,106の磁化方向を理想的な平行状態や反
平行状態にすることが困難であるため、前記した通り、
TMR素子103の安定した磁気抵抗変化を得ることが
できない。
First, a transistor structure is formed in a semiconductor substrate (not shown), and a conductive member 101 connected to the drain region is provided. Then, this conductive member 10
The periphery of 1 is covered with the interlayer insulating film 102. In this state, the interlayer insulating film 102 and the conductive member (specifically, T
The upper surface of the metal plug 101 that contacts the MR element 103 is polished and smoothed. However, at this time,
As shown in (a), the conductive member 101 may be depressed in a concave shape. This is so much as to surely prevent an electrical short circuit with any conductive material due to insufficient polishing of the plug 101, and the plug 10
This is because 1 is apt to be excessively shaved, and it is difficult to polish the boundary portion between the interlayer insulating film 102 and the plug 101 with high precision. When the TMR element 103 is laminated in this state, the TMR element 103 is not flat as shown in FIG. 21B, but has an uneven shape along the shape of the plug 101. Then, the tunnel barrier layer (non-magnetic layer) 107 of the TMR element 103 is not flat, and it is difficult to make the magnetization directions of the upper and lower magnetic layers 105 and 106 ideally parallel or antiparallel. As I did,
It is not possible to obtain a stable change in magnetoresistance of the TMR element 103.

【0014】このように、導電部材101上に直接TM
R素子103が積層されて強磁性トンネル接合部が形成
されるタイプの磁気メモリ装置においては、導電部材1
01の表面が平坦であることが重要になる。なぜなら
ば、この導電部材101の表面粗度(ラフネス)が、そ
の上に形成されるTMR素子103の磁性層105の表
面粗度を左右し、さらには、トンネル障壁層107の平
坦さを左右するからである。
In this way, the TM is directly formed on the conductive member 101.
In the magnetic memory device of the type in which the R element 103 is stacked to form the ferromagnetic tunnel junction, the conductive member 1
It is important that the surface of 01 is flat. This is because the surface roughness (roughness) of the conductive member 101 influences the surface roughness of the magnetic layer 105 of the TMR element 103 formed thereon, and further the flatness of the tunnel barrier layer 107. Because.

【0015】そこで本発明の目的は、導電部材上に積層
されるTMR素子の磁性層の表面粗度が小さく、磁性層
およびトンネル障壁層が平坦であって、MR比が高い磁
気メモリ装置およびその製造方法を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic memory device in which the surface roughness of the magnetic layer of the TMR element laminated on the conductive member is small, the magnetic layer and the tunnel barrier layer are flat, and the MR ratio is high, and the magnetic memory device. It is to provide a manufacturing method.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
トランジスタ構造が形成された基板と、第1の磁性層お
よび第2の磁性層と、第1の磁性層と第2の磁性層との
間に位置する非磁性層とからなる磁気抵抗効果素子と、
磁気抵抗効果素子とトランジスタの電極とを接続する導
電部材とを含む、不揮発性の磁気メモリ装置において、
磁気抵抗効果素子がトランジスタの電極領域直上に形成
されており、導電部材の被積層面が、被積層面上に積層
される第2の磁性層よりも大面積であるところにある。
第2の磁性層は、導電部材の被積層面の中央部に積層さ
れている。
The first feature of the present invention is to:
A magnetoresistive effect element including a substrate on which a transistor structure is formed, a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. ,
In a non-volatile magnetic memory device including a magnetoresistive element and a conductive member connecting an electrode of a transistor,
The magnetoresistive effect element is formed right above the electrode region of the transistor, and the laminated surface of the conductive member has a larger area than the second magnetic layer laminated on the laminated surface.
The second magnetic layer is laminated on the central portion of the laminated surface of the conductive member.

【0017】被積層面は、表面加工時に凹凸が生じる可
能性の高い部分が第2の磁性層と接することがないよう
に外周部分に十分なマージンを有しており、少なくとも
マージンの分だけ第2の磁性層よりも面積が大きい。導
電部材の外周が絶縁膜に覆われており、表面加工時に凹
凸が生じる可能性の高い部分が、絶縁膜と被積層面との
境界部付近である。
The surface to be laminated has a sufficient margin in the outer peripheral portion so that a portion where unevenness is likely to occur during surface processing does not come into contact with the second magnetic layer. The area is larger than that of the second magnetic layer. The outer periphery of the conductive member is covered with an insulating film, and a portion where unevenness is likely to occur during surface processing is near the boundary between the insulating film and the stacked surface.

【0018】導電部材が、略T字状の垂直断面形状を有
していてもよい。
The conductive member may have a substantially T-shaped vertical sectional shape.

【0019】導電部材の被積層面が、導電部材の本体部
とは別に形成されており、本体部の形成後に本体部上に
形成されていてもよい。
The laminated surface of the conductive member may be formed separately from the main body of the conductive member, and may be formed on the main body after the formation of the main body.

【0020】本発明の第2の特徴は、トランジスタ構造
が形成された基板と、第1の磁性層および第2の磁性層
と、第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層とからなる磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果
素子と前記トランジスタの電極とを接続する導電部材
と、を含む、不揮発性の磁気メモリ装置において、磁気
抵抗効果素子はトランジスタの電極領域上に形成されて
おり、導電部材の外周が第一の絶縁膜により覆われてお
り、磁気抵抗効果素子が第二の絶縁膜により覆われてお
り、導電部材の被積層面が第一の絶縁膜の上面よりも上
方に突出しているところにある。
A second feature of the present invention is that it is located between the substrate on which the transistor structure is formed, the first magnetic layer and the second magnetic layer, and between the first magnetic layer and the second magnetic layer. In a non-volatile magnetic memory device including a magnetoresistive effect element including a non-magnetic layer, and a conductive member connecting the magnetoresistive effect element and an electrode of the transistor, the magnetoresistive effect element is an electrode of the transistor. The conductive member is formed on the region, the outer periphery of the conductive member is covered with the first insulating film, the magnetoresistive element is covered with the second insulating film, and the laminated surface of the conductive member is the first It is located above the upper surface of the insulating film.

【0021】本発明の第3の特徴は、トランジスタ構造
が形成された基板と、第1の磁性層および第2の磁性層
と、第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層とからなる磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子
とトランジスタの電極とを接続する導電部材とを含む、
不揮発性の磁気メモリ装置において、磁気抵抗効果素子
はトランジスタの電極領域上に形成されており、導電部
材の外周が絶縁膜により覆われており、導電部材の被積
層面は、絶縁膜を構成する絶縁材料を選択的に削るスラ
リーを用いて絶縁膜が研磨された後に、導電部材を構成
する導電性材料を選択的に削るスラリーを用いて研磨さ
れたものであるところにある。
A third feature of the present invention is that it is located between the substrate on which the transistor structure is formed, the first magnetic layer and the second magnetic layer, and between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A magnetoresistive effect element formed of a non-magnetic layer, and a conductive member connecting the magnetoresistive effect element and the electrode of the transistor.
In a non-volatile magnetic memory device, a magnetoresistive effect element is formed on an electrode region of a transistor, an outer periphery of a conductive member is covered with an insulating film, and a laminated surface of the conductive member constitutes an insulating film. The insulating film is polished by using a slurry that selectively scrapes the insulating material, and then is polished by using the slurry that selectively scrapes the conductive material forming the conductive member.

【0022】被積層面が、被積層面上に積層される第2
の磁性層よりも大面積であってもよい。
The laminated surface is laminated on the laminated surface.
The magnetic layer may have a larger area than the magnetic layer.

【0023】第1および第2の磁性層の主たる磁化方向
が膜面垂直方向であることが好ましい。そして、磁気抵
抗効果膜がスピン依存トンネル磁気抵抗効果膜であるこ
とが好ましい。
The main magnetization directions of the first and second magnetic layers are preferably perpendicular to the film surface. The magnetoresistive effect film is preferably a spin-dependent tunnel magnetoresistive effect film.

【0024】本発明の第4の特徴は、主たる磁化方向が
膜面垂直方向である第1の磁性層および第2の磁性層
と、第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層とからなり、導電性部材上に積層される磁気抵抗効
果素子とを含む、不揮発性の磁気メモリ装置において、
導電部材の被積層面が、被積層面上に積層される第2の
磁性層よりも大面積であるところにある。
A fourth feature of the present invention is that the main magnetization direction is between the first magnetic layer and the second magnetic layer, which are perpendicular to the film surface, and between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A non-volatile magnetic memory device comprising a non-magnetic layer positioned and including a magnetoresistive effect element laminated on a conductive member,
The laminated surface of the conductive member has a larger area than the second magnetic layer laminated on the laminated surface.

【0025】本発明の第5の特徴は、第1の磁性層およ
び第2の磁性層と、第1の磁性層と第2の磁性層との間
に位置する非磁性層とからなり、絶縁膜中に設けられた
導電部材上に積層されている磁気抵抗効果素子を含む、
不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、絶縁膜
の一部を除去してコンタクトホールを形成する工程と、
導電性材料を堆積することにより、コンタクトホール内
に導電性材料を充填するとともに絶縁膜上に導電性材料
層を形成する工程と、絶縁膜の表面の導電性材料層の少
なくとも一部を除去し、かつコンタクトホール内に充填
された導電性材料を残留させることにより、導電部材を
形成する工程と、絶縁膜の表面に残留した導電性材料層
よりも面積の小さいトンネル磁気抵抗効果素子を、導電
性材料層上に形成する工程とを含むところにある。
The fifth feature of the present invention is that it comprises a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer, Including a magnetoresistive effect element laminated on a conductive member provided in the film,
In the method of manufacturing a nonvolatile magnetic memory device, a step of removing a part of the insulating film to form a contact hole,
The step of filling the contact hole with the conductive material and forming the conductive material layer on the insulating film by depositing the conductive material, and removing at least a part of the conductive material layer on the surface of the insulating film. In addition, the step of forming a conductive member by leaving the conductive material filled in the contact hole, and the tunnel magnetoresistive effect element having an area smaller than that of the conductive material layer remaining on the surface of the insulating film are made conductive. And a step of forming on the conductive material layer.

【0026】本発明の第6の特徴は、第1の磁性層およ
び第2の磁性層と、第1の磁性層と第2の磁性層との間
に位置する非磁性層とからなり、絶縁膜中に設けられた
導電部材上に積層されている磁気抵抗効果素子を含む、
不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、絶縁膜
の一部を除去してコンタクトホールを形成する工程と、
導電性材料を堆積することにより、コンタクトホール内
に導電性材料を充填する工程と、コンタクトホールに充
填された導電性材料上に、コンタクトホールの開口面積
よりも大きい面積で導電性材料を積層することにより、
導電部材を形成する工程と、絶縁膜の表面に積層された
導電性材料層よりも面積の小さいトンネル磁気抵抗効果
素子を、導電性材料層上に形成する工程とを含むところ
にある。
A sixth feature of the present invention is that it comprises a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer, Including a magnetoresistive effect element laminated on a conductive member provided in the film,
In the method of manufacturing a nonvolatile magnetic memory device, a step of removing a part of the insulating film to form a contact hole,
A step of filling the contact hole with the conductive material by depositing the conductive material, and laminating the conductive material on the conductive material filled in the contact hole in an area larger than the opening area of the contact hole. By
The method includes a step of forming a conductive member and a step of forming, on the conductive material layer, a tunnel magnetoresistive effect element having an area smaller than that of the conductive material layer laminated on the surface of the insulating film.

【0027】磁気抵抗効果素子を導電性材料層上に形成
する工程が、少なくとも導電性材料層上に、磁気抵抗効
果素子を構成する各層を順次積層する工程と、導電性材
料層上に形成された各層を部分的に除去することによ
り、絶縁膜の表面に残留した導電性材料層よりも面積の
小さいトンネル磁気抵抗効果素子を形成する工程とを含
んでいてもよい。
The step of forming the magnetoresistive effect element on the conductive material layer includes the step of sequentially laminating each layer constituting the magnetoresistive effect element on the conductive material layer and the step of forming on the conductive material layer. And a step of partially removing the respective layers to form a tunnel magnetoresistive effect element having an area smaller than that of the conductive material layer remaining on the surface of the insulating film.

【0028】本発明の第7の特徴は、第1の磁性層およ
び第2の磁性層と、第1の磁性層と第2の磁性層との間
に位置する非磁性層からなり、絶縁膜中に設けられた導
電部材上に積層されている磁気抵抗効果素子を含む、不
揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、絶縁膜の
一部を除去してコンタクトホールを形成する工程と、導
電性材料を堆積することにより、コンタクトホール内に
導電性材料を充填して、導電部材を形成する工程と、絶
縁膜を構成する絶縁材料を選択的に削るスラリーを用い
て絶縁膜の上面を研磨する工程と、導電性材料を選択的
に削るスラリーを用いて導電部材の上面を研磨する工程
と、トンネル磁気抵抗効果素子を導電部材上に形成する
工程とを含むところにある。
The seventh feature of the present invention is that it comprises a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. In a method of manufacturing a nonvolatile magnetic memory device including a magnetoresistive effect element laminated on a conductive member provided therein, a step of removing a part of an insulating film to form a contact hole; A step of filling a contact hole with a conductive material by depositing a material to form a conductive member, and polishing the upper surface of the insulating film using a slurry that selectively scrapes the insulating material forming the insulating film It includes a step, a step of polishing the upper surface of the conductive member using a slurry that selectively scrapes the conductive material, and a step of forming a tunnel magnetoresistive effect element on the conductive member.

【0029】磁気抵抗効果素子を導電部材上に形成する
工程が、少なくとも導電性部材上に、磁気抵抗効果素子
を構成する各層を順次積層する工程と、導電部材上に形
成された各層を部分的に除去することにより、磁気抵抗
効果素子を形成する工程とを含んでいてもよい。
The step of forming the magnetoresistive effect element on the conductive member includes a step of sequentially laminating each layer constituting the magnetoresistive effect element on at least the conductive member, and a step of partially forming each layer formed on the conductive member. And a step of forming a magnetoresistive effect element by removing the second element.

【0030】導電部材の上面が、絶縁膜の上面よりも上
方に突出していてもよい。
The upper surface of the conductive member may project above the upper surface of the insulating film.

【0031】導電部材の上面が、その上に積層される第
2の磁性層よりも大面積であることが好ましい。
It is preferable that the upper surface of the conductive member has a larger area than that of the second magnetic layer laminated thereon.

【0032】この方法は、化学的および機械的な平坦化
(プレーナリー化)を行うCMP法を採用して、2工程
により導電部材(プラグ)を形成する方法であり、これ
により前記した目的が達成できる。
This method is a method of forming a conductive member (plug) in two steps by adopting a CMP method for performing chemical and mechanical planarization (planarization). Can be achieved.

【0033】具体的には、例えば、BPSG(Borophos
phosilicate Glass)などの酸化物層を有するシリコン
等の材料からなる基板に、コンタクトホールが形成さ
れ、この基板上にタングステン等の金属層(導電性材
料)を積層形成し、コンタクトホール内にタングステン
を充填する。これが導電性のプラグになる。
Specifically, for example, BPSG (Borophos
A contact hole is formed in a substrate made of a material such as silicon having an oxide layer such as phosilicate glass. A metal layer (conductive material) such as tungsten is formed on the substrate and tungsten is deposited in the contact hole. Fill. This becomes a conductive plug.

【0034】そして、まずプラグの材料(金属)に対し
て選択的に作用する第1のCMP(Chemical Mechanica
l Polishing)工程において、基板のウエハー面から、
酸化物を殆ど、または全く除去することなく、酸化物面
上に重なるタングステン層を除去する。この工程の最終
段階では、ウエハー面に全体に亘って存在するチタン窒
化物およびチタン等の障壁を包含する金属残留物が完全
に取り除かれるが、この際に、酸化物面以下の高さのタ
ングステンも部分的に除去される。したがって、タング
ステンのプラグの上面に凹みができる。このようにプラ
グが溝状に凹むことは、従来のプラグ形成方法では普通
に見られる現象であるが、これにより、引続いて積層す
る金属または他の材料との連結が困難になる。
First, the first CMP (Chemical Mechanical) that selectively acts on the material (metal) of the plug is used.
l Polishing) process, from the wafer surface of the substrate,
The tungsten layer overlying the oxide surface is removed with little or no oxide removed. In the final stage of this process, metal residues including barriers such as titanium nitride and titanium that are entirely present on the wafer surface are completely removed, but at this time, tungsten having a height below the oxide surface is removed. Are also partially removed. Therefore, a recess is formed on the upper surface of the tungsten plug. Such groove-like depression of the plug, which is a common phenomenon in conventional plug formation methods, makes it difficult to connect with subsequently deposited metal or other materials.

【0035】そこで、ウエハー面の酸化物材料(絶縁材
料)に対して選択的に働く第2のCMP工程において、
絶縁材料の一部を取り除いて、ウエハー面の高さを、タ
ングステンプラグと同じか、または若干低めにする。こ
のとき、ウエハー面上に突出したタングステンを整形し
て前記した凹みをなくすために、所望量のタングステン
が除去できるように調製した酸化物CMPのスラリーを
使用する。すなわち、プラグ材料に対する選択性を有す
るエッチャントの量を増加すればよい。
Therefore, in the second CMP step that selectively acts on the oxide material (insulating material) on the wafer surface,
A portion of the insulating material is removed so that the height of the wafer surface is the same as or slightly lower than the tungsten plug. At this time, a slurry of oxide CMP prepared so that a desired amount of tungsten can be removed is used in order to shape the tungsten protruding on the wafer surface and eliminate the above-mentioned depression. That is, the amount of the etchant having selectivity with respect to the plug material may be increased.

【0036】この方法では、導電性材料(タングステン
等)によりプラグが形成され、このプラグの高さは、酸
化物(BPSGまたはSiO2等の他の材料)等の絶縁
層のウエハー面と同じか、またはこれより若干突出して
いる。突出したプラグの形状が凸面体に形成されるよう
に制御しながら加工することにより、引続いて施工する
アルミニウム等の導電性材料との連結が一層改良された
表面にする。
In this method, a plug is formed of a conductive material (such as tungsten), and the height of the plug is the same as the wafer surface of an insulating layer such as oxide (BPSG or other material such as SiO 2 ). , Or slightly protruding from this. By controlling the projecting plug so that the shape of the protruding plug is formed into a convex body, the surface to which the connection with the conductive material such as aluminum to be subsequently applied is further improved.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0038】図1に示す本実施形態の磁気メモリ装置の
構成について説明する。
The configuration of the magnetic memory device of this embodiment shown in FIG. 1 will be described.

【0039】ポリシリコンからなる半導体基板1の所定
の個所に素子分離領域2が形成されている。本実施形態
の素子分離領域2は、STI(Shallow Trench Isolati
on)である。そして、半導体基板1上にゲート絶縁膜3
を介してゲート電極4が設けられ、1対のゲート電極4
の間にソース領域5、ゲート電極4と素子分離領域2と
の間にドレイン領域6がそれぞれ作り込まれて、トラン
ジスタ構造が構成されている。
An element isolation region 2 is formed at a predetermined position on a semiconductor substrate 1 made of polysilicon. The element isolation region 2 of the present embodiment is an STI (Shallow Trench Isolator).
on). Then, the gate insulating film 3 is formed on the semiconductor substrate 1.
The gate electrode 4 is provided through the pair of gate electrodes 4 and
A source region 5, a drain region 6 are formed between the gate electrode 4 and the element isolation region 2 to form a transistor structure.

【0040】このようにトランジスタ構造が構成された
半導体基板1上に、SiO2からなる第1の層間絶縁膜
7が形成されている。そして、ソース領域5およびドレ
イン領域6の上方において第1の層間絶縁膜7を貫通し
て設けられているコンタクトホール8に、タングステン
からなる第1のプラグ9が形成されている。この第1の
プラグ9には、Ti/AlSiCu/Ti層からなる第
1のメタル配線10が接続されている。詳述しないが、
第1のプラグ9を介してソース領域5と接続されている
第1のメタル配線10は、接地線に接続されており、第
1のプラグ9を介してドレイン領域6と接続されている
第1のメタル配線10は、図示しない周辺回路または外
部回路に接続されている。
A first interlayer insulating film 7 made of SiO 2 is formed on the semiconductor substrate 1 having the transistor structure as described above. Then, a first plug 9 made of tungsten is formed in a contact hole 8 penetrating the first interlayer insulating film 7 above the source region 5 and the drain region 6. A first metal wiring 10 made of a Ti / AlSiCu / Ti layer is connected to the first plug 9. I won't go into detail,
The first metal wiring 10 connected to the source region 5 via the first plug 9 is connected to the ground line, and the first metal wiring 10 connected to the drain region 6 via the first plug 9. The metal wiring 10 is connected to a peripheral circuit or an external circuit (not shown).

【0041】SiO2からなる第2,3の層間絶縁膜1
1,12がさらに積層されており、ドレイン領域6の上
方においてこの第2,3の層間絶縁膜11,12を貫通
して設けられているコンタクトホール13に、タングス
テンからなる第2のプラグ(導電部材)14が形成され
ている。さらに、この第2のプラグ14上には、下磁性
層(第2の磁性層)15となるGdFe、トンネル障壁
層(非磁性層)16となるAlOx、上磁性層(第1の
磁性層)17となるTbFeからなるTMR素子18が
形成されている。本実施形態では、第2のプラグ14の
上面(被積層面)が、この面に積層されるTMR素子1
8の下磁性層15よりも大面積である。これによって、
TMR素子18の下磁性層15の表面粗度が小さくなっ
ており、磁性層15,17およびトンネル障壁層16が
平坦である。この点については後述する。TMR素子1
8の下磁性層15は、第2のプラグ14、第1のメタル
配線10、第1のプラグ9を介して、ドレイン領域6に
接続されている。
Second and third interlayer insulating films 1 made of SiO 2
A second plug (conductive layer) made of tungsten is formed in a contact hole 13 provided above the drain region 6 and penetrating the second and third interlayer insulating films 11 and 12. (Member) 14 is formed. Further, on this second plug 14, GdFe that will be the lower magnetic layer (second magnetic layer) 15, AlO x that will be the tunnel barrier layer (non-magnetic layer) 16, and upper magnetic layer (first magnetic layer). ) 17, the TMR element 18 made of TbFe is formed. In this embodiment, the TMR element 1 in which the upper surface (surface to be stacked) of the second plug 14 is stacked on this surface
8 has a larger area than the lower magnetic layer 15. by this,
The surface roughness of the lower magnetic layer 15 of the TMR element 18 is small, and the magnetic layers 15 and 17 and the tunnel barrier layer 16 are flat. This point will be described later. TMR element 1
The lower magnetic layer 15 of No. 8 is connected to the drain region 6 via the second plug 14, the first metal wiring 10, and the first plug 9.

【0042】また、第2の層間絶縁膜11の上部には、
銅からなる第2のメタル配線19が形成されている。こ
の第2のメタル配線19は、TMR素子18の両側に近
接して配置されており、TMR素子18に磁場を印加し
て情報を書き込むための書き込み線である。そして、第
2のメタル配線19上は50nm以下の厚さの第3の層
間絶縁膜12に覆われている。TMR素子18の外周
は、SiO2からなる第4の層間絶縁膜20に覆われて
いる。
Further, on the upper part of the second interlayer insulating film 11,
A second metal wiring 19 made of copper is formed. The second metal wirings 19 are arranged on both sides of the TMR element 18 in proximity to each other and are write lines for applying a magnetic field to the TMR element 18 to write information. Then, the second metal wiring 19 is covered with the third interlayer insulating film 12 having a thickness of 50 nm or less. The outer periphery of the TMR element 18 is covered with a fourth interlayer insulating film 20 made of SiO 2 .

【0043】さらに、銅からなるビット線21が形成さ
れ、TMR素子18の上磁性層17に接続されている。
このビット線21の周囲はSiO2からなる第5の層間
絶縁膜22に覆われ、ビット線21を含む全面が、Si
Nからなるパッシベーション膜(保護膜)23により覆
われている。
Further, a bit line 21 made of copper is formed and connected to the upper magnetic layer 17 of the TMR element 18.
The periphery of the bit line 21 is covered with a fifth interlayer insulating film 22 made of SiO 2, and the entire surface including the bit line 21 is made of Si.
It is covered with a passivation film (protective film) 23 made of N.

【0044】なお、図示しないが、以上説明した図1に
示すメモリセルの外部には周辺回路が形成されている。
Although not shown, peripheral circuits are formed outside the memory cell shown in FIG. 1 described above.

【0045】この磁気メモリ装置において、第2のメタ
ル配線19に電流が流れると、TMR素子18の下磁性
層15に磁場が印加される。第2のメタル配線19によ
る磁場により下磁性層15の磁化方向が決められ、これ
と、予め保持されている上磁性層17の磁化方向とが一
致するか否かによって、状態「0」、「1」が判断され
る。すなわち、情報が読み出される。なお、ビット線2
1を流れる電流によっても磁場がTMR素子18に印加
される。この磁場は、いわばアシスト磁場であって、第
2のメタル配線19による磁化方向決定を補助して効率
を向上させるものである。
In this magnetic memory device, when a current flows through the second metal wiring 19, a magnetic field is applied to the lower magnetic layer 15 of the TMR element 18. The magnetization direction of the lower magnetic layer 15 is determined by the magnetic field generated by the second metal wiring 19, and the states "0" and "" are determined depending on whether or not the magnetization direction of the upper magnetic layer 17 held in advance matches. 1 ”is determined. That is, the information is read. In addition, bit line 2
The magnetic field is also applied to the TMR element 18 by the current flowing through 1. This magnetic field is, so to speak, an assist magnetic field and assists the magnetization direction determination by the second metal wiring 19 to improve the efficiency.

【0046】この磁気メモリ装置の製造方法について、
各工程に沿った図1〜11と、図12のフローチャート
とを参照して説明する。なお、図1〜11において、
(a)は平面図であり、簡略化のために各絶縁膜等を省
略し主要な部分のみを図示している。(b)は断面図で
ある。
Regarding the manufacturing method of this magnetic memory device,
It demonstrates with reference to FIGS. 1-11 along with each process, and the flowchart of FIG. In addition, in FIGS.
(A) is a plan view, and for the sake of simplification, each insulating film and the like are omitted and only the main part is shown. (B) is a sectional view.

【0047】図2に示すように、まず、ポリシリコンか
らなる半導体基板1の所定の個所に溝を掘って、この溝
内にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりS
iO2を堆積して、素子分離領域2を形成する(ステッ
プS1)。本実施形態の素子分離領域2は、STI(Sh
allow Trench Isolation)である。そして、半導体基板
1上にゲート絶縁膜3を介してゲート電極4を設ける。
そして、イオン・インプランテーションにより、1対の
ゲート電極4の間にソース領域5を、ゲート電極4と素
子分離領域2との間にドレイン領域6をそれぞれ作り込
む。こうして半導体基板1にトランジスタ構造を構成す
る(ステップS2)。本実施形態では、ソース領域5を
共有してその両側にそれぞれゲート電極4およびドレイ
ン領域6が設けられている。このようにトランジスタ構
造が構成された半導体基板1上に、CVD法によりSi
2からなる第1の層間絶縁膜7を形成する(ステップ
S3)。
As shown in FIG. 2, first, a groove is formed in a predetermined portion of the semiconductor substrate 1 made of polysilicon, and S is formed in the groove by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
iO 2 is deposited to form the element isolation region 2 (step S1). The element isolation region 2 of the present embodiment is STI (Sh
allow Trench Isolation). Then, the gate electrode 4 is provided on the semiconductor substrate 1 via the gate insulating film 3.
Then, a source region 5 is formed between the pair of gate electrodes 4 and a drain region 6 is formed between the gate electrode 4 and the element isolation region 2 by ion implantation. Thus, the transistor structure is formed on the semiconductor substrate 1 (step S2). In this embodiment, the source region 5 is shared and the gate electrode 4 and the drain region 6 are provided on both sides of the source region 5, respectively. Si is formed on the semiconductor substrate 1 having the transistor structure as described above by the CVD method.
A first interlayer insulating film 7 made of O 2 is formed (step S3).

【0048】次に、図3に示すように、RIE(Reacti
ve Ion Etching)法により、ソース領域5上およびドレ
イン領域6上の第1の層間絶縁膜7を部分的に除去し
て、コンタクトホール8を形成する(ステップS4)。
Next, as shown in FIG. 3, RIE (Reacti
The first interlayer insulating film 7 on the source region 5 and the drain region 6 is partially removed by a ve ion etching method to form a contact hole 8 (step S4).

【0049】そして、図4に示すように、CVD法によ
り、タングステンでコンタクトホール8を埋めて第1の
プラグ9を形成する(ステップS5)。この状態で、C
MP(Chemical Mechanical Polishing)法により、第
1の層間絶縁膜7および第1のプラグ9の上面を平滑に
する(ステップS6)。
Then, as shown in FIG. 4, the contact hole 8 is filled with tungsten by the CVD method to form the first plug 9 (step S5). In this state, C
The upper surfaces of the first interlayer insulating film 7 and the first plug 9 are smoothed by the MP (Chemical Mechanical Polishing) method (step S6).

【0050】続いて、図5に示すように、スパッタリン
グにより、Ti/AlSiCu/Ti層を形成し、RI
E法によりパターニングして、第1のプラグ9に接続さ
れた第1のメタル配線10を形成する(ステップS
7)。詳述しないが、第1のプラグ9を介してソース領
域5と接続されている第1のメタル配線10は、接地線
に接続されている。第1のプラグ9を介してドレイン領
域6と接続されている第1のメタル配線10は、図示し
ない周辺回路または外部回路に接続されている。
Then, as shown in FIG. 5, a Ti / AlSiCu / Ti layer is formed by sputtering, and RI is formed.
Patterning is performed by the E method to form the first metal wiring 10 connected to the first plug 9 (step S
7). Although not described in detail, the first metal wiring 10 connected to the source region 5 via the first plug 9 is connected to the ground line. The first metal wiring 10 connected to the drain region 6 via the first plug 9 is connected to a peripheral circuit or an external circuit (not shown).

【0051】それから、図6に示すように、CVD法に
よりSiO2からなる第2の層間絶縁膜11を形成し
(ステップS8)、RIE法によりこれを部分的に除去
して、配線溝24を形成する(ステップS9)。
Then, as shown in FIG. 6, the second interlayer insulating film 11 made of SiO 2 is formed by the CVD method (step S8), and is partially removed by the RIE method to form the wiring groove 24. It is formed (step S9).

【0052】次に、図7に示すように、めっきにより配
線溝24内に銅からなる第2のメタル配線19を形成し
(ステップS10)、CMP法により第2の層間絶縁膜
11および第2のメタル配線19の上面を平滑にする
(ステップS11)。この第2のメタル配線19は、T
MR素子18に磁場を印加して情報を書き込むための書
き込み線である。
Next, as shown in FIG. 7, the second metal wiring 19 made of copper is formed in the wiring groove 24 by plating (step S10), and the second interlayer insulating film 11 and the second interlayer insulating film 11 and the second wiring are formed by the CMP method. The upper surface of the metal wiring 19 is smoothed (step S11). This second metal wiring 19 is T
A write line for applying a magnetic field to the MR element 18 to write information.

【0053】そして、図8に示すように、CVD法によ
りSiO2からなる第3の層間絶縁膜12を形成する
(ステップS12)。このとき、第2のメタル配線19
上にも第3の層間絶縁膜12が形成されるが、後工程で
配置されるTMR素子18の磁性層に第2のメタル配線
19を通る電流により効率よく磁場を印加するために、
第2のメタル配線19上において第3の層間絶縁膜12
の厚さが50nm以下となるようにする。従って、第3
の層間絶縁膜12の膜厚制御は極めて精緻に行う。
Then, as shown in FIG. 8, a third interlayer insulating film 12 made of SiO 2 is formed by the CVD method (step S12). At this time, the second metal wiring 19
Although the third interlayer insulating film 12 is also formed on the upper side, in order to efficiently apply a magnetic field to the magnetic layer of the TMR element 18 which will be arranged in a later step by the current passing through the second metal wiring 19,
The third interlayer insulating film 12 is formed on the second metal wiring 19.
Is 50 nm or less. Therefore, the third
The film thickness of the inter-layer insulating film 12 is extremely finely controlled.

【0054】続いて、図9に示すように、RIE法によ
り、ドレイン領域6上の第1のメタル配線10の上方に
位置する第3の層間絶縁膜12を位置精度よく部分的に
除去して、コンタクトホール13を形成する(ステップ
S13)。そして、CVD法により、タングステンでコ
ンタクトホール13を埋めて第2のプラグ(導電部材)
14を形成する(ステップS14)。この状態で、CM
P法により、第3の層間絶縁膜12および第2のプラグ
14の上面を平滑にする(ステップS15)。
Then, as shown in FIG. 9, the third interlayer insulating film 12 located above the first metal wiring 10 on the drain region 6 is partially removed with high positional accuracy by the RIE method. , The contact hole 13 is formed (step S13). Then, by CVD, the contact hole 13 is filled with tungsten to form a second plug (conductive member).
14 is formed (step S14). In this state, CM
The P method is used to smooth the upper surfaces of the third interlayer insulating film 12 and the second plug 14 (step S15).

【0055】ここで、図10に示すように、第2のプラ
グ14上にTMR素子18を形成する(ステップS1
6)。具体的には、スパッタリングにより、下磁性層
(第2の磁性層)15となるGdFe、トンネル障壁層
(非磁性層)16となるAlOx、上磁性層(第1の磁
性層)17となるTbFeを順次積層した後、RIE法
により形状を整える。なお、本実施形態では、第2のプ
ラグ14の上面(被積層面)が、この面に積層されるT
MR素子18の下磁性層15よりも大面積になるように
形成されている。この点については後述する。
Here, as shown in FIG. 10, the TMR element 18 is formed on the second plug 14 (step S1).
6). Specifically, by sputtering, GdFe to be the lower magnetic layer (second magnetic layer) 15, AlO x to be the tunnel barrier layer (nonmagnetic layer) 16, and upper magnetic layer (first magnetic layer) 17 are formed. After sequentially stacking TbFe, the shape is adjusted by the RIE method. In this embodiment, the upper surface (surface to be stacked) of the second plug 14 is stacked on this surface.
The MR element 18 is formed to have a larger area than the lower magnetic layer 15. This point will be described later.

【0056】それから、図11に示すように、TMR素
子18を埋めるように、CVD法によりSiO2からな
る第4の層間絶縁膜20を形成する(ステップS1
7)。この状態で、CMP法により、第4の層間絶縁膜
20を研磨してTMR素子18の上面を露出させる(ス
テップS18)。
Then, as shown in FIG. 11, a fourth interlayer insulating film 20 made of SiO 2 is formed by the CVD method so as to fill the TMR element 18 (step S1).
7). In this state, the fourth interlayer insulating film 20 is polished by the CMP method to expose the upper surface of the TMR element 18 (step S18).

【0057】図1に示すように、CVD法によりSiO
2からなる第5の層間絶縁膜22を形成する(ステップ
S19)。そして、RIE法により第5の層間絶縁膜2
2の所定の位置に溝を形成し、めっきにより、この溝内
に銅からなるビット線21を形成する(ステップS2
0)。CMP法により第5の層間絶縁膜22およびビッ
ト線21の上面を平滑にする(ステップS21)。最後
に、CVD法によりSiNからなるパッシベーション膜
(保護膜)23を形成する(ステップS22)。
As shown in FIG. 1, SiO is formed by the CVD method.
A fifth interlayer insulating film 22 made of 2 is formed (step S19). Then, the fifth interlayer insulating film 2 is formed by the RIE method.
2, a groove is formed at a predetermined position, and a bit line 21 made of copper is formed in the groove by plating (step S2).
0). The upper surfaces of the fifth interlayer insulating film 22 and the bit line 21 are smoothed by the CMP method (step S21). Finally, a passivation film (protective film) 23 made of SiN is formed by the CVD method (step S22).

【0058】このようにして、本発明のメモリセルが完
成する。なお、メモリセルの形成と並行して、図示しな
い周辺回路が形成されて、磁気メモリ装置が完成する。
なお、各部材の材質や具体的な形成方法については、前
記した例に限られものではなく、様々な変更が可能であ
る。
In this way, the memory cell of the present invention is completed. A peripheral circuit (not shown) is formed in parallel with the formation of the memory cell, and the magnetic memory device is completed.
The material of each member and the specific forming method are not limited to the examples described above, and various changes can be made.

【0059】以上説明した図1に示す磁気メモリ装置で
は、前記した通り、第2のプラグ14の上面(被積層
面)が、この面に積層されるTMR素子18の下磁性層
15よりも大面積になっている。この点について改めて
説明する。
In the magnetic memory device shown in FIG. 1 described above, as described above, the upper surface (surface to be stacked) of the second plug 14 is larger than the lower magnetic layer 15 of the TMR element 18 stacked on this surface. It has become an area. This point will be explained again.

【0060】従来の磁気メモリ装置の製造工程に基づい
て、前記したような問題が生じる場合について具体的に
説明する。
A case where the above-mentioned problem occurs will be specifically described based on the manufacturing process of the conventional magnetic memory device.

【0061】ステップS14において第2のプラグ14
を形成した後、ステップS15において、CMP法によ
り第2のプラグ14および第3の層間絶縁膜12を研磨
すると、第2のプラグ14が凹状に窪んで中央部が低く
なってしまう場合がある。これは、ショートを防ぐため
に第2のプラグを削り過ぎてしまうという人為的な要因
と、材質の異なる第3の層間絶縁膜12と第2のプラグ
14との境界部分において高精度の研磨が困難であると
いう技術的な要因からである。この状態で、仮に第2の
プラグの上面(被積層面)と同じかそれよりも大面積の
TMR素子18を積層すると、図21に示すのと同様
に、TMR素子18(103)は第2のプラグ14(1
01)の上面の形状に従う凹凸形状となり平坦ではなく
なる。すると、TMR素子18(103)のトンネル障
壁層16(107)が平坦でなくなる。この場合、上下
の磁性層15,17(105,106)の磁化方向を理
想的な平行状態や反平行状態にすることが困難であるた
め、TMR素子18(103)の安定した磁気抵抗変化
を得ることができない。
In step S14, the second plug 14
After the formation, the second plug 14 and the third interlayer insulating film 12 are polished by the CMP method in step S15, the second plug 14 may be recessed in a concave shape to lower the central portion. This is an artificial factor that the second plug is excessively cut in order to prevent a short circuit, and it is difficult to polish with high precision at the boundary portion between the third interlayer insulating film 12 and the second plug 14 which are made of different materials. It is because of the technical factor that In this state, if the TMR element 18 having the same area as or larger than the upper surface (surface to be stacked) of the second plug is stacked, the TMR element 18 (103) becomes the second surface as in the case shown in FIG. Plug 14 (1
The shape becomes uneven according to the shape of the upper surface of (01) and is not flat. Then, the tunnel barrier layer 16 (107) of the TMR element 18 (103) is not flat. In this case, since it is difficult to set the magnetization directions of the upper and lower magnetic layers 15, 17 (105, 106) to an ideal parallel state or anti-parallel state, a stable magnetoresistance change of the TMR element 18 (103) can be achieved. Can't get

【0062】そこで、本実施形態では、第2のプラグ1
4の上面に凹凸が生じていても、その面の平坦な部分、
具体的には面の中央部にTMR素子18を配設する構成
としている。すなわち、第2のプラグ14の上面のう
ち、凹凸部分である外周付近は避けて、部分的に見ると
平坦に形成されている中央部のみにTMR素子18が接
するような構成としている。当然、そのためには、第2
のプラグ14の上面よりもTMR素子18(下磁性層1
5)が小面積であることが必須である。第2のプラグ1
4の外周付近はマージンとなるため、少なくともこのマ
ージン分だけ、第2のプラグ14の上面よりもTMR素
子18(下磁性層15)が小面積である。
Therefore, in the present embodiment, the second plug 1
Even if unevenness occurs on the upper surface of 4, the flat part of the surface,
Specifically, the TMR element 18 is arranged in the center of the surface. That is, in the upper surface of the second plug 14, the TMR element 18 is configured to be in contact only with the central portion that is formed to be flat when viewed partially, avoiding the vicinity of the outer periphery that is the uneven portion. Of course, for that, the second
Than the upper surface of the plug 14 of the TMR element 18 (lower magnetic layer 1
It is essential that 5) has a small area. Second plug 1
Since there is a margin near the outer circumference of 4, the TMR element 18 (lower magnetic layer 15) has a smaller area than the upper surface of the second plug 14 by at least this margin.

【0063】この構成により、TMR素子18の下磁性
層15の表面粗度が小さく、磁性層15,17およびト
ンネル障壁層16が平坦である。そして、上下の磁性層
15,17の磁化方向を理想的な平行状態や反平行状態
にすることができ、TMR素子18の安定した磁気抵抗
変化を得ることができる。
With this structure, the surface roughness of the lower magnetic layer 15 of the TMR element 18 is small, and the magnetic layers 15 and 17 and the tunnel barrier layer 16 are flat. Then, the magnetization directions of the upper and lower magnetic layers 15 and 17 can be set to an ideal parallel state or an antiparallel state, and a stable magnetoresistance change of the TMR element 18 can be obtained.

【0064】このように第2のプラグ14の上面よりも
TMR素子18(下磁性層15)が小面積である構成と
する方法について、図13,14を参照して更に詳細に
説明する。
A method of forming the TMR element 18 (lower magnetic layer 15) having a smaller area than the upper surface of the second plug 14 will be described in more detail with reference to FIGS.

【0065】まず、ステップS15において、CMP法
により第2のプラグ14および第3の層間絶縁膜12を
研磨すると、第2のプラグ14が凹状に窪んで中央部が
低くなってしまう(図13(a)の状態から図13
(b)の状態になる)。そこで、図13(c)に示すよ
うに、第2のプラグ14の上面の中央部のみを除いてレ
ジスト25を塗布し、ステップS16において、図13
(d)に示すように、レジスト25上の開口部内にTM
R素子18を形成し、図13(e)に示すように、レジ
スト25を除去する。これにより、レジスト25の開口
部の位置、すなわち第2のプラグ14の上面の平坦な中
央部のみに、小面積のTMR素子18が形成される。
First, in step S15, when the second plug 14 and the third interlayer insulating film 12 are polished by the CMP method, the second plug 14 is depressed in a concave shape and the central portion becomes low (FIG. 13 ( From the state of a) to FIG.
(It becomes the state of (b)). Therefore, as shown in FIG. 13C, the resist 25 is applied except for the central portion of the upper surface of the second plug 14, and in step S16, as shown in FIG.
As shown in (d), TM is formed in the opening on the resist 25.
The R element 18 is formed, and the resist 25 is removed as shown in FIG. As a result, the TMR element 18 having a small area is formed only at the position of the opening of the resist 25, that is, only at the flat central portion of the upper surface of the second plug 14.

【0066】また、図14(c)に示すように、第2の
プラグ14および第3の層間絶縁膜12上に、TMR素
子18を構成する各層15,16,17を広く積層して
おき、図14(d)に示すように、TMR素子18を形
成すべき位置にレジスト25を配置して、露光、現像、
レジスト除去を行うことにより、小面積のTMR素子1
8とすることもできる。また、レジスト25を用いず
に、RIE法によって各層15,16,17を切削し
て、小面積のTMR素子18とする方法も可能である。
Further, as shown in FIG. 14C, the layers 15, 16 and 17 constituting the TMR element 18 are widely laminated on the second plug 14 and the third interlayer insulating film 12, As shown in FIG. 14D, a resist 25 is placed at a position where the TMR element 18 is to be formed, and exposure, development,
By removing the resist, a small area TMR element 1
It can also be 8. Further, it is possible to use a method in which the layers 15, 16 and 17 are cut by the RIE method without using the resist 25 to form the TMR element 18 having a small area.

【0067】次に、本発明の第2の実施形態について、
図15,16を参照して説明する。第1の実施形態と同
様な部分には、同一の符号を付与し説明を省略する。製
造工程に関しては、第1の実施形態との相違点のみ述べ
る。
Next, regarding the second embodiment of the present invention,
This will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. With respect to the manufacturing process, only the differences from the first embodiment will be described.

【0068】図15(d)〜(e)に示すように、本実
施形態では、第2のプラグ(導電部材)26が、本体部
26aと大面積の上面(被積層面)26bとが結合した
略T字状である。これにより、コンタクトホール13お
よび本体部26aの平面形状が従来同様の小面積であっ
ても、第2のプラグ26の上面26bが、TMR素子1
8(下磁性層15)よりも大面積である構成にできる。
As shown in FIGS. 15D to 15E, in this embodiment, the second plug (conductive member) 26 is joined to the main body portion 26a and the large-area upper surface (surface to be laminated) 26b. It has a substantially T shape. As a result, even if the planar shapes of the contact hole 13 and the main body portion 26a have the same small area as in the conventional case, the upper surface 26b of the second plug 26 has the TMR element 1
8 (lower magnetic layer 15) can have a larger area.

【0069】その製造工程としては、ステップS15に
おいて、CMP法により第2のプラグ14および第3の
層間絶縁膜12を研磨して、第2のプラグ26の本体部
26aが凹状に窪んで中央部が低くなってしまう(図1
5(a)の状態から図15(b)の状態になる)。そこ
で、図15(c)に示すように、コンタクトホール13
よりも広い開口部を有するレジスト25を塗布し、タン
グステンを堆積させる。そして、図15(d)に示すよ
うに、レジスト25を除去することにより、大面積の上
面26bを形成する。この大面積の上面26bをCMP
法により研磨して、凹状になった部分を平坦にする。そ
の後、ステップS16において、図15(e)に示すよ
うに、第2のプラグ26の上面26b上にTMR素子1
8を積層する。
As the manufacturing process, in step S15, the second plug 14 and the third interlayer insulating film 12 are polished by the CMP method, and the main body portion 26a of the second plug 26 is recessed in the central portion. Becomes low (Fig. 1
The state of FIG. 15 (b) is changed from the state of 5 (a)). Therefore, as shown in FIG.
A resist 25 having a wider opening is applied and tungsten is deposited. Then, as shown in FIG. 15D, the resist 25 is removed to form a large-area upper surface 26b. CMP the upper surface 26b of this large area
Method is used to flatten the concave portion. Then, in step S16, as shown in FIG. 15E, the TMR element 1 is formed on the upper surface 26b of the second plug 26.
8 is laminated.

【0070】なお、図16(c)に示すように、レジス
ト25を積層する前に、第2のプラグ26の本体部26
aおよび第3の層間絶縁膜12上に、タングステンを広
く積層しておき、その後、図16(d)に示すように、
第2のプラグ26の上面26bを形成すべき位置にレジ
スト25を配置して、露光、現像、レジスト除去を行う
ことにより、図16(e)に示すように、所望の面積の
上面26bを形成することもできる。また、レジスト2
5を用いずに、RIE法によって各層15,16,17
を切削して、所望の面積の上面26bを形成する方法も
可能である。それから、図16(f)に示すように、こ
の大面積の上面26bをCMP法により研磨して、凹状
になった部分を平坦にする。その後、ステップS16に
おいて、第2のプラグ26の上面26b上にTMR素子
18を積層する。
As shown in FIG. 16C, before the resist 25 is laminated, the main body portion 26 of the second plug 26 is formed.
Widely deposited tungsten on a and the third interlayer insulating film 12, and then, as shown in FIG.
By arranging the resist 25 at a position where the upper surface 26b of the second plug 26 is to be formed, and exposing, developing and removing the resist, the upper surface 26b having a desired area is formed as shown in FIG. You can also do it. Also, the resist 2
5, each layer 15, 16, 17 is formed by the RIE method.
It is also possible to cut the above to form the upper surface 26b having a desired area. Then, as shown in FIG. 16F, the large area upper surface 26b is polished by the CMP method to flatten the concave portion. Then, in step S16, the TMR element 18 is stacked on the upper surface 26b of the second plug 26.

【0071】また、TMR素子18は、図14に示すの
と同様に、第2のプラグ26および第3の層間絶縁膜1
2上に、TMR素子18を構成する各層15,16,1
7を広く積層した後に、RIE法によって各層15,1
6,17を切削して形成することもできる。
The TMR element 18 has the second plug 26 and the third interlayer insulating film 1 as in the case shown in FIG.
2 on each of the layers 15, 16, 1 that compose the TMR element 18.
After stacking 7 widely, each layer 15, 1 is formed by RIE method.
It is also possible to form 6 and 17 by cutting.

【0072】次に、本発明の第3の実施形態について図
17を参照して説明する。第1,2の実施形態と同様な
部分には、同一の符号を付与し説明を省略する。製造工
程に関しては、第1の実施形態との相違点のみ述べる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. With respect to the manufacturing process, only the differences from the first embodiment will be described.

【0073】本実施形態は、第2のプラグ27の上面と
TMR素子18とが同面積であっても構わない構成であ
る。すなわち、ステップS15においてCMPを行う際
に、まず、図17(a)に示すように、第3の層間絶縁
膜12を構成する絶縁材料(SiO2)を選択的に削る
スラリーを用いて、主に第3の層間絶縁膜12の上面を
研磨する。次に、図17(b)に示すように、タングス
テンを選択的に削るスラリーを用いて、主に第2のプラ
グ27の上面を研磨する。そして、第2のプラグ27の
上面上にTMR素子18を形成する。この方法では、第
2のプラグ27と第3の層間絶縁膜12とを同時に研磨
しないので、両者の境界付近に凹凸が生じない。また、
第2のプラグ27の上面が、第3の層間絶縁膜12の上
面よりも上方に突出するように形成すると、短絡を防ぐ
ために第2のプラグ27を丹念に研磨しても、平坦さが
損なわれない。
In this embodiment, the upper surface of the second plug 27 and the TMR element 18 may have the same area. That is, when performing CMP in step S15, as shown in FIG. 17A, first, as shown in FIG. 17A, a slurry for selectively shaving the insulating material (SiO 2 ) forming the third interlayer insulating film 12 is used to Then, the upper surface of the third interlayer insulating film 12 is polished. Next, as shown in FIG. 17B, the upper surface of the second plug 27 is mainly polished using a slurry that selectively scrapes tungsten. Then, the TMR element 18 is formed on the upper surface of the second plug 27. In this method, since the second plug 27 and the third interlayer insulating film 12 are not polished at the same time, unevenness does not occur near the boundary between them. Also,
If the upper surface of the second plug 27 is formed so as to project above the upper surface of the third interlayer insulating film 12, the flatness is impaired even if the second plug 27 is carefully polished to prevent a short circuit. I can't.

【0074】次に、本発明の第4の実施形態について図
18を参照して説明する。第1〜3の実施形態と同様な
部分には、同一の符号を付与し説明を省略する。製造工
程に関しては、第1の実施形態との相違点のみ述べる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. With respect to the manufacturing process, only the differences from the first embodiment will be described.

【0075】本実施形態は、第3の実施形態と同様に、
異なるスラリーを用いて第2のプラグ28と第3の層間
絶縁膜12とを選択的に研磨するが、その順番を第3の
実施形態と逆にしたものである。すなわち、すなわち、
ステップS15においてCMPを行う際に、まず、図1
8(a)に示すように、タングステンを選択的に削るス
ラリーを用いて、主に第2のプラグ28の上面を研磨す
る。次に、図18(b)に示すように、第3の層間絶縁
膜12を構成する絶縁材料(SiO2)を選択的に削る
スラリーを用いて、主に第3の層間絶縁膜12の上面を
研磨する。ただし、この時に第2のプラグ28の上面も
僅かに研磨してその凹凸をなくし平坦にする。そして、
第2のプラグ27の上面上にTMR素子18を形成す
る。この方法でも、第2のプラグ28と第3の層間絶縁
膜12とを同時に研磨しないので、両者の境界付近に凹
凸が生じにくい。また、第2のプラグ28の上面が、第
3の層間絶縁膜12の上面よりも上方に突出するように
形成すると、短絡を防ぐために第2のプラグ28を丹念
に研磨しても、平坦さが損なわれない。
This embodiment, like the third embodiment,
The second plug 28 and the third interlayer insulating film 12 are selectively polished using different slurries, but the order is reversed from that in the third embodiment. Ie, ie,
When performing CMP in step S15, first, as shown in FIG.
As shown in FIG. 8A, the upper surface of the second plug 28 is mainly polished using a slurry that selectively scrapes tungsten. Next, as shown in FIG. 18B, the upper surface of the third interlayer insulating film 12 is mainly formed by using a slurry that selectively scrapes the insulating material (SiO 2 ) forming the third interlayer insulating film 12. To polish. However, at this time, the upper surface of the second plug 28 is also slightly polished to eliminate the unevenness and make the surface flat. And
The TMR element 18 is formed on the upper surface of the second plug 27. Even in this method, since the second plug 28 and the third interlayer insulating film 12 are not polished at the same time, unevenness is unlikely to occur near the boundary between them. Further, if the upper surface of the second plug 28 is formed so as to project above the upper surface of the third interlayer insulating film 12, even if the second plug 28 is carefully polished to prevent a short circuit, the flatness is reduced. Is not damaged.

【0076】第3,4の実施形態においても、図14に
示すのと同様に、第2のプラグ27,28および第3の
層間絶縁膜12上に、TMR素子18を構成する各層1
5,16,17を広く積層した後に、RIE法によって
各層15,16,17を切削してTMR素子18を形成
してもよい。
Also in the third and fourth embodiments, each layer 1 constituting the TMR element 18 is formed on the second plugs 27 and 28 and the third interlayer insulating film 12, similarly to the case shown in FIG.
After the layers 5, 16 and 17 are widely stacked, the layers 15, 16 and 17 may be cut by the RIE method to form the TMR element 18.

【0077】なお、以上の各実施形態の説明において、
第2のプラグ14,26,27,28と第3の層間絶縁
膜12とを取り上げて説明したが、実際には、第3の層
間絶縁膜12と第2の層間絶縁膜11等が結合した状態
の絶縁膜と、第2のプラグ14,26,27,28との
関係に関するものとして、前記の説明するものを解釈す
べきものである。
In the above description of each embodiment,
The second plugs 14, 26, 27, 28 and the third interlayer insulating film 12 have been described above, but in reality, the third interlayer insulating film 12 and the second interlayer insulating film 11 and the like are combined. The above description should be interpreted as the relationship between the insulating film in the state and the second plugs 14, 26, 27, 28.

【0078】また、TMR素子を例にあげて説明した
が、これに限られるものではなく、磁気抵抗効果を発現
するものであれば良い。
Although the TMR element has been described as an example, the present invention is not limited to this, and any element that exhibits a magnetoresistive effect may be used.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明によると、導電部材上に積層され
るTMR素子の磁性層の表面粗度を小さくして、磁性層
およびトンネル障壁層を平坦にすることができる。これ
によって、MR比が高く安定した動作が可能な磁気メモ
リ装置を得ることができる。
According to the present invention, the surface roughness of the magnetic layer of the TMR element laminated on the conductive member can be reduced to flatten the magnetic layer and the tunnel barrier layer. As a result, a magnetic memory device having a high MR ratio and capable of stable operation can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の磁気メモリ装置の要
部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts of a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 2 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device of the first embodiment;

【図3】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device of the first embodiment;

【図4】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 4 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図5】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図6】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図7】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 7 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図8】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 8 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図9】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程を
示す要部断面図である。
FIG. 9 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図10】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
を示す要部断面図である。
FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図11】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
を示す要部断面図である。
FIG. 11 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device in the first embodiment;

【図12】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
を示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing manufacturing steps of the magnetic memory device of the first embodiment.

【図13】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
を示す拡大断面図である。
FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device of the first embodiment.

【図14】第1の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
の変形例を示す拡大断面図である。
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing a modified example of the manufacturing process of the magnetic memory device of the first embodiment.

【図15】本発明の第2の実施形態の磁気メモリ装置の
製造工程を示す拡大断面図である。
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the second embodiment of the present invention.

【図16】第2の実施形態の磁気メモリ装置の製造工程
の変形例を示す拡大断面図である。
FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view showing a modified example of the manufacturing process of the magnetic memory device of the second embodiment.

【図17】本発明の第3の実施形態の磁気メモリ装置の
製造工程を示す拡大断面図である。
FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4の実施形態の磁気メモリ装置の
製造工程を示す拡大断面図である。
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図19】面内磁化のTMR素子模式図である。FIG. 19 is a schematic view of a TMR element having in-plane magnetization.

【図20】垂直磁化のTMR素子模式図である。FIG. 20 is a schematic diagram of a vertically magnetized TMR element.

【図21】従来の磁気メモリ装置の拡大断面図である。FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view of a conventional magnetic memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 素子分離領域(STI) 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 第1の層間絶縁膜 8 コンタクトホール 9 第1のプラグ 10 第1のメタル配線 11 第2の層間絶縁膜 12 第3の層間絶縁膜(絶縁膜) 13 コンタクトホール 14 第2のプラグ(導電部材) 15 下磁性層(第2の磁性層) 16 トンネル障壁層(非磁性層) 17 上磁性層(第1の磁性層) 18 TMR素子(トンネル磁気抵抗効果素子) 19 第2のメタル配線 20 第4の層間絶縁膜 21 ビット線 22 第5の層間絶縁膜 23 パッシベーション膜 24 配線溝 25 レジスト 26 第2のプラグ(導電部材) 26a 第2のプラグの本体部 26b 第2のプラグの上面(被積層面) 27,28 第2のプラグ(導電部材) 1 Semiconductor substrate 2 element isolation region (STI) 3 Gate insulation film 4 gate electrode 5 Source area 6 drain region 7 First interlayer insulating film 8 contact holes 9 First plug 10 First metal wiring 11 Second interlayer insulating film 12 Third interlayer insulating film (insulating film) 13 contact holes 14 Second plug (conductive member) 15 Lower magnetic layer (second magnetic layer) 16 Tunnel barrier layer (nonmagnetic layer) 17 Upper magnetic layer (first magnetic layer) 18 TMR element (tunnel magnetoresistive element) 19 Second metal wiring 20 Fourth interlayer insulating film 21 bit line 22 Fifth interlayer insulating film 23 Passivation film 24 wiring groove 25 resist 26 Second plug (conductive member) 26a Main body of the second plug 26b Upper surface of second plug (layered surface) 27, 28 Second plug (conductive member)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 JJ09 JJ18 JJ19 KK01 KK09 KK18 MM08 NN34 QQ08 QQ09 QQ10 QQ13 QQ37 QQ48 QQ58 RR04 RR06 SS11 VV05 VV16 XX01 5F083 FZ10 GA09 GA30 JA36 JA37 JA39 JA56 MA06 MA19 NA01 PR03 PR21 PR22 PR23 PR40   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5F033 JJ09 JJ18 JJ19 KK01 KK09                       KK18 MM08 NN34 QQ08 QQ09                       QQ10 QQ13 QQ37 QQ48 QQ58                       RR04 RR06 SS11 VV05 VV16                       XX01                 5F083 FZ10 GA09 GA30 JA36 JA37                       JA39 JA56 MA06 MA19 NA01                       PR03 PR21 PR22 PR23 PR40

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トランジスタ構造が形成された基板と、 第1の磁性層および第2の磁性層と、前記第1の磁性層
と第2の磁性層との間に位置する非磁性層とからなる磁
気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子と前記トランジスタの電極とを接
続する導電部材と、を含む、不揮発性の磁気メモリ装置
において、 前記磁気抵抗効果素子が前記トランジスタの電極領域直
上に形成されており、前記導電部材の被積層面が、該被
積層面上に積層される前記第2の磁性層よりも大面積で
あることを特徴とする磁気メモリ装置。
1. A substrate on which a transistor structure is formed, a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A non-volatile magnetic memory device comprising: a magnetoresistive effect element, and a conductive member connecting the magnetoresistive effect element and an electrode of the transistor, wherein the magnetoresistive effect element is formed immediately above an electrode region of the transistor. The magnetic memory device is characterized in that the surface to be laminated of the conductive member has a larger area than the second magnetic layer laminated on the surface to be laminated.
【請求項2】 前記第2の磁性層が、前記導電部材の前
記被積層面の中央部に積層されている、請求項1に記載
の磁気メモリ装置。
2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the second magnetic layer is stacked on a central portion of the stacked surface of the conductive member.
【請求項3】 前記被積層面は、表面加工時に凹凸が生
じる可能性の高い部分が前記第2の磁性層と接すること
がないように外周部分に十分なマージンを有しており、
少なくとも前記マージンの分だけ前記第2の磁性層より
も面積が大きい、請求項1または2に記載の磁気メモリ
装置。
3. The laminated surface has a sufficient margin in an outer peripheral portion so that a portion where unevenness is likely to occur during surface processing does not come into contact with the second magnetic layer,
The magnetic memory device according to claim 1, wherein the area is larger than that of the second magnetic layer by at least the margin.
【請求項4】 前記導電部材の外周が絶縁膜に覆われて
おり、 前記表面加工時に凹凸が生じる可能性の高い部分が、前
記絶縁膜と前記被積層面との境界部付近である、請求項
3に記載の磁気メモリ装置。
4. The outer periphery of the conductive member is covered with an insulating film, and a portion where unevenness is likely to occur during the surface processing is near a boundary portion between the insulating film and the stacked surface. Item 5. The magnetic memory device according to item 3.
【請求項5】 前記導電部材が、略T字状の垂直断面形
状を有している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の
磁気メモリ装置。
5. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the conductive member has a substantially T-shaped vertical cross-sectional shape.
【請求項6】 前記導電部材の前記被積層面が、前記導
電部材の本体部とは別に形成されており、前記本体部の
形成後に該本体部上に形成されている、請求項1〜5の
いずれか1項に記載の磁気メモリ装置。
6. The laminated surface of the conductive member is formed separately from the main body of the conductive member, and is formed on the main body after the main body is formed. The magnetic memory device according to claim 1.
【請求項7】 トランジスタ構造が形成された基板と、 第1の磁性層および第2の磁性層と、前記第1の磁性層
と第2の磁性層との間に位置する非磁性層とからなる磁
気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子と前記トランジスタの電極とを接
続する導電部材と、を含む、不揮発性の磁気メモリ装置
において、 前記磁気抵抗効果素子は前記トランジスタの電極領域上
に形成されており、前記導電部材の外周が第一の絶縁膜
により覆われており、前記磁気抵抗効果素子が第二の絶
縁膜により覆われており、前記導電部材の被積層面が前
記第一の絶縁膜の上面よりも上方に突出していることを
特徴とする磁気メモリ装置。
7. A substrate on which a transistor structure is formed, a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a nonmagnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A non-volatile magnetic memory device comprising: a magnetoresistive effect element, and a conductive member connecting the magnetoresistive effect element and an electrode of the transistor, wherein the magnetoresistive effect element is formed on an electrode region of the transistor. The outer periphery of the conductive member is covered with a first insulating film, the magnetoresistive effect element is covered with a second insulating film, and the surface to be stacked of the conductive member is the first insulating film. A magnetic memory device characterized in that the magnetic memory device projects above an upper surface of an insulating film.
【請求項8】 トランジスタ構造が形成された基板と、 第1の磁性層および第2の磁性層と、前記第1の磁性層
と第2の磁性層との間に位置する非磁性層とからなる磁
気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子と前記トランジスタの電極とを接
続する導電部材と、を含む、不揮発性の磁気メモリ装置
において、 前記磁気抵抗効果素子は前記トランジスタの電極領域上
に形成されており、前記導電部材の外周が絶縁膜により
覆われており、前記導電部材の被積層面は、前記絶縁膜
を構成する絶縁材料を選択的に削るスラリーを用いて前
記絶縁膜が研磨された後に、前記導電部材を構成する導
電性材料を選択的に削るスラリーを用いて研磨されたも
のであることを特徴とする磁気メモリ装置。
8. A substrate on which a transistor structure is formed, a first magnetic layer and a second magnetic layer, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A non-volatile magnetic memory device comprising: a magnetoresistive effect element, and a conductive member connecting the magnetoresistive effect element and an electrode of the transistor, wherein the magnetoresistive effect element is formed on an electrode region of the transistor. The outer periphery of the conductive member is covered with an insulating film, and the stacked surface of the conductive member is polished by using a slurry that selectively scrapes the insulating material forming the insulating film. The magnetic memory device is characterized by being polished with a slurry that selectively scrapes the conductive material forming the conductive member.
【請求項9】 前記被積層面が、該被積層面上に積層さ
れる前記第2の磁性層よりも大面積である、請求項7ま
たは8に記載の磁気メモリ装置。
9. The magnetic memory device according to claim 7, wherein the laminated surface has a larger area than the second magnetic layer laminated on the laminated surface.
【請求項10】 前記第1および第2の磁性層の主たる
磁化方向が膜面垂直方向である、請求項1〜9のいずれ
か1項に記載の磁気メモリ装置。
10. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a main magnetization direction of the first and second magnetic layers is a direction perpendicular to a film surface.
【請求項11】 前記磁気抵抗効果膜がスピン依存トン
ネル磁気抵抗効果膜である、請求項1〜10のいずれか
1項に記載の磁気メモリ装置。
11. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect film is a spin-dependent tunnel magnetoresistive effect film.
【請求項12】 主たる磁化方向が膜面垂直方向である
第1の磁性層および第2の磁性層と、前記第1の磁性層
と第2の磁性層との間に位置する非磁性層とからなり、
導電性部材上に積層される磁気抵抗効果素子と、を含
む、不揮発性の磁気メモリ装置において、 前記導電部材の被積層面が、該被積層面上に積層される
前記第2の磁性層よりも大面積であることを特徴とする
磁気メモリ装置。
12. A first magnetic layer and a second magnetic layer whose main magnetization direction is perpendicular to the film surface, and a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer. Consists of
A non-volatile magnetic memory device including a magnetoresistive effect element laminated on a conductive member, wherein a surface to be laminated of the conductive member is formed from the second magnetic layer laminated on the surface to be laminated. A magnetic memory device having a large area.
【請求項13】 第1の磁性層および第2の磁性層と、
前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層とからなり、絶縁膜中に設けられた導電部材上に積
層されている磁気抵抗効果素子を含む、不揮発性の磁気
メモリ装置の製造方法において、 前記絶縁膜の一部を除去してコンタクトホールを形成す
る工程と、 導電性材料を堆積することにより、前記コンタクトホー
ル内に前記導電性材料を充填するとともに前記絶縁膜上
に前記導電性材料層を形成する工程と、 前記絶縁膜の表面の前記導電性材料層の少なくとも一部
を除去し、かつ前記コンタクトホール内に充填された前
記導電性材料を残留させることにより、前記導電部材を
形成する工程と、 前記絶縁膜の表面に残留した前記導電性材料層よりも面
積の小さい前記トンネル磁気抵抗効果素子を、前記導電
性材料層上に形成する工程とを含むことを特徴とする磁
気メモリ装置の製造方法。
13. A first magnetic layer and a second magnetic layer,
A non-volatile nonvolatile memory including a magnetoresistive effect element that is composed of a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer and is laminated on a conductive member provided in an insulating film. In a method of manufacturing a magnetic memory device, a step of removing a part of the insulating film to form a contact hole, and depositing a conductive material to fill the contact hole with the conductive material and Forming the conductive material layer on the film, removing at least a part of the conductive material layer on the surface of the insulating film, and leaving the conductive material filled in the contact hole The step of forming the conductive member, and the step of forming the tunnel magnetoresistive effect element having a smaller area than the conductive material layer remaining on the surface of the insulating film on the conductive material layer. A method of manufacturing a magnetic memory device, comprising:
【請求項14】 第1の磁性層および第2の磁性層と、
前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層とからなり、絶縁膜中に設けられた導電部材上に積
層されている磁気抵抗効果素子を含む、不揮発性の磁気
メモリ装置の製造方法において、 前記絶縁膜の一部を除去してコンタクトホールを形成す
る工程と、 導電性材料を堆積することにより、前記コンタクトホー
ル内に前記導電性材料を充填する工程と、 前記コンタクトホールに充填された前記導電性材料上
に、前記コンタクトホールの開口面積よりも大きい面積
で導電性材料を積層することにより、前記導電部材を形
成する工程と、 前記絶縁膜の表面に積層された前記導電性材料層よりも
面積の小さい前記トンネル磁気抵抗効果素子を、前記導
電性材料層上に形成する工程とを含むことを特徴とする
磁気メモリ装置の製造方法。
14. A first magnetic layer and a second magnetic layer,
A non-volatile nonvolatile memory including a magnetoresistive effect element that is composed of a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer and is laminated on a conductive member provided in an insulating film. In the method for manufacturing a magnetic memory device, a step of removing a part of the insulating film to form a contact hole; a step of depositing a conductive material to fill the contact hole with the conductive material; A step of forming the conductive member on the conductive material with which the contact hole is filled with a conductive material having an area larger than the opening area of the contact hole; and stacking on the surface of the insulating film. Forming the tunnel magnetoresistive effect element having an area smaller than that of the conductive material layer formed on the conductive material layer. .
【請求項15】 前記磁気抵抗効果素子を前記導電性材
料層上に形成する工程が、 少なくとも前記導電性材料層上に、前記磁気抵抗効果素
子を構成する各層を順次積層する工程と、 前記導電性材料層上に形成された前記各層を部分的に除
去することにより、前記絶縁膜の表面に残留した前記導
電性材料層よりも面積の小さい前記トンネル磁気抵抗効
果素子を形成する工程とを含む、請求項13または14
に記載の磁気メモリ装置の製造方法。
15. The step of forming the magnetoresistive effect element on the conductive material layer, the step of sequentially laminating each layer forming the magnetoresistive effect element on at least the conductive material layer, and the conductivity. Partially removing each of the layers formed on the conductive material layer to form the tunnel magnetoresistive effect element having a smaller area than the conductive material layer remaining on the surface of the insulating film. , Claim 13 or 14
A method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 1.
【請求項16】 第1の磁性層および第2の磁性層と、
前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に位置する非磁
性層からなり、絶縁膜中に設けられた導電部材上に積層
されている磁気抵抗効果素子を含む、不揮発性の磁気メ
モリ装置の製造方法において、 前記絶縁膜の一部を除去してコンタクトホールを形成す
る工程と、 導電性材料を堆積することにより、前記コンタクトホー
ル内に前記導電性材料を充填して、前記導電部材を形成
する工程と、 前記絶縁膜を構成する絶縁材料を選択的に削るスラリー
を用いて前記絶縁膜の上面を研磨する工程と、 前記導電性材料を選択的に削るスラリーを用いて前記導
電部材の上面を研磨する工程と、 前記トンネル磁気抵抗効果素子を前記導電部材上に形成
する工程とを含むことを特徴とする磁気メモリ装置の製
造方法。
16. A first magnetic layer and a second magnetic layer,
A non-volatile magnetic element including a magnetoresistive element, which is composed of a non-magnetic layer located between the first magnetic layer and the second magnetic layer and is laminated on a conductive member provided in an insulating film. In the method for manufacturing a memory device, a step of removing a part of the insulating film to form a contact hole; and depositing a conductive material to fill the contact hole with the conductive material, A step of forming a member, a step of polishing the upper surface of the insulating film by using a slurry that selectively scrapes the insulating material that constitutes the insulating film, and a conductive step that uses a slurry that selectively scrapes the conductive material. A method of manufacturing a magnetic memory device, comprising: a step of polishing an upper surface of a member; and a step of forming the tunnel magnetoresistive effect element on the conductive member.
【請求項17】 前記磁気抵抗効果素子を前記導電部材
上に形成する工程が、 少なくとも前記導電性部材上に、前記磁気抵抗効果素子
を構成する各層を順次積層する工程と、 前記導電部材上に形成された前記各層を部分的に除去す
ることにより、前記磁気抵抗効果素子を形成する工程と
を含む、請求項16に記載の磁気メモリ装置の製造方
法。
17. The step of forming the magnetoresistive effect element on the conductive member, the step of sequentially laminating each layer constituting the magnetoresistive effect element on at least the conductive member, and the step of forming on the conductive member. 17. The method for manufacturing a magnetic memory device according to claim 16, further comprising the step of forming the magnetoresistive effect element by partially removing each of the formed layers.
【請求項18】 前記導電部材の上面が、前記絶縁膜の
上面よりも上方に突出していることを特徴とする、請求
項16または17に記載の磁気メモリ装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 16, wherein an upper surface of the conductive member projects above an upper surface of the insulating film.
【請求項19】 前記導電部材の上面が、その上に積層
される前記第2の磁性層よりも大面積である、請求項1
6〜18のいずれか1項に記載の磁気メモリ装置の製造
方法。
19. The upper surface of the conductive member has a larger area than that of the second magnetic layer stacked thereon.
The method for manufacturing a magnetic memory device according to any one of 6 to 18.
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