JP2003332650A - Tunnel magnetoresistive element, its manufacturing method, magnetic memory device, and its manufacturing method - Google Patents

Tunnel magnetoresistive element, its manufacturing method, magnetic memory device, and its manufacturing method

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JP2003332650A
JP2003332650A JP2002141044A JP2002141044A JP2003332650A JP 2003332650 A JP2003332650 A JP 2003332650A JP 2002141044 A JP2002141044 A JP 2002141044A JP 2002141044 A JP2002141044 A JP 2002141044A JP 2003332650 A JP2003332650 A JP 2003332650A
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JP
Japan
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layer
ferromagnetic
forming
tunnel
processing
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Application number
JP2002141044A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Shiraiwa
利章 白岩
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tunnel magnetoresistive (TMR) element that can improve the reliability of a magnetic memory device by preventing the formation of an excessive current route noncontributing to device characteristics of the memory device with a easily workable TMR structure, and to provide a method of manufacturing the TMR element, the magnetic memory device, and a method of manufacturing the memory device. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the TMR element 13 constituted by putting a tunnel insulating layer 303 between first and second ferromagnetic layers 302 and 304 includes a step of forming a working stopping layer 21 in at least one of interfaces between the tunnel insulating layer 303 and ferromagnetic layers 302 and 304 and around the forming area of the TMR element 13 at the time of manufacturing the TMR element and stopping working performed on the second ferromagnetic layer 304 by means of the working stopping layer 21, and a step of working a layer underlying the working stopping layer 21 by forming a mask 53 covering the second ferromagnetic layer 304. In addition, the TMR element is mounted on the magnetic memory device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、トンネル磁気抵抗
素子とその製造方法および磁気メモリ装置とその製造方
法に関し、詳しくは、トンネル磁気抵抗素子の加工性を
高めたトンネル磁気抵抗素子とその製造方法および磁気
メモリ装置とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel magnetoresistive element and a method of manufacturing the same, a magnetic memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, a tunnel magnetoresistive element having improved workability of the tunnel magnetoresistive element and a method of manufacturing the same. And a magnetic memory device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報通信機器、特に携帯端末などの個人
用小型機器の飛躍的な普及にともない、これを構成する
メモリ素子やロジック素子等の素子には、高集積化、高
速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されて
いる。特に不揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可
欠の素子と考えられている。
2. Description of the Related Art With the dramatic spread of information communication equipment, especially small personal equipment such as portable terminals, the elements such as memory elements and logic elements are highly integrated, high speed and low power consumption. Higher performance is required such as electric power. In particular, non-volatile memory is considered to be an essential element in the ubiquitous age.

【0003】例えば、電源の消耗やトラブル、サーバー
とネットワークが何らかの障害により切断された場合で
あっても、不揮発性メモリは個人の重要な情報を保護す
ることができる。そして、不揮発性メモリの高密度化、
大容量化は、可動部分の存在により本質的に小型化が不
可能なハードディスクや光ディスクを置き換える技術と
してますます重要になってきている。
For example, even if the power supply is exhausted or a trouble occurs, or if the server and the network are disconnected due to some trouble, the non-volatile memory can protect important personal information. And high density of non-volatile memory,
Increasing capacity is becoming more and more important as a technology for replacing hard disks and optical disks, which are essentially impossible to miniaturize due to the presence of moving parts.

【0004】不揮発性メモリとしては、半導体を用いた
フラッシュメモリや、強誘電体を用いたFRAM(Ferr
o electric Random Access Memory)などがあげられ
る。しかしながら、フラッシュメモリは、構造が複雑な
ために高集積化が困難であり、しかも、アクセス時間が
100ns程度と遅いという欠点がある。一方、FRA
Mにおいては、書き換え可能回数が1012〜1014で完
全にスタティックランダムアクセスメモリやダイナミッ
クランダムアクセスメモリに置き換えるには耐久性が低
いという問題が指摘されている。また、強誘電体キャパ
シタの微細加工が難しいという課題も指摘されている。
As the non-volatile memory, a flash memory using a semiconductor or an FRAM (Ferr) using a ferroelectric substance is used.
o electric Random Access Memory). However, the flash memory has a drawback that it is difficult to achieve high integration due to its complicated structure and the access time is as slow as about 100 ns. On the other hand, FRA
It has been pointed out that in M, the number of rewritable times is 10 12 to 10 14 and durability is low to completely replace it with a static random access memory or a dynamic random access memory. Further, it has been pointed out that it is difficult to finely process the ferroelectric capacitor.

【0005】これらの欠点を有さない不揮発性メモリと
して注目されているのが、例えば「Wang et al.,IEEE T
rans.Magn.33(1997),4498」に記載されているような、
MRAM(Magnetic Random Access Memory)もしくは
MR(Magenetoresistance)メモリとよばれる磁気メモ
リである。
As a non-volatile memory which does not have these drawbacks, for example, “Wang et al., IEEE T
rans.Magn.33 (1997), 4498 '',
It is a magnetic memory called MRAM (Magnetic Random Access Memory) or MR (Magenetoresistance) memory.

【0006】また、TMR(Tunnel Magneto Resistanc
e)効果はR.Meservey et al.,“Pysics Reports”Vol.2
38(1994),p.214-217で報告されているように抵抗変化率
が室温で1%〜2%しかなかったが、近年T.Miyazaki e
t al.,“J.Magnetism & Magnetic Material”Vol.139(1
995),L231で報告されているように抵抗変化率20%近
く得られるようになり、TMR効果を使ったMRAMに
注目が集まるようになってきている。
In addition, TMR (Tunnel Magneto Resistanc
e) The effect is R. Meservey et al., “Pysics Reports” Vol.2
38 (1994), p.214-217, the rate of change in resistance was only 1% to 2% at room temperature, but recently T. Miyazaki e.
t al., “J.Magnetism & Magnetic Material” Vol.139 (1
995), L231, a resistance change rate of nearly 20% has been obtained, and attention has been focused on MRAM using the TMR effect.

【0007】MRAMは、構造が単純であるため高集積
化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録
を行うために、書き換え回数が大であると予測されてい
る。またアクセス時間についても、非常に高速であるこ
とが予想され、既に100MHzで動作可能であること
が、R.Scheuerlein et al.,“ISSCC Digest of Technic
al Papers”(Feb. 2000),p.128-129で報告されている。
Since the MRAM has a simple structure, high integration can be easily achieved, and the number of times of rewriting is predicted to be large because recording is performed by rotation of a magnetic moment. The access time is also expected to be extremely high, and it is already possible to operate at 100 MHz. R. Scheuerlein et al., “ISSCC Digest of Technic
al Papers ”(Feb. 2000), p.128-129.

【0008】このように近年注目されるMRAMに用い
られるTMR素子は、2つの磁性層の間にトンネル酸化
膜をはさむ構造で形成されており、2つの磁性層のスピ
ン方向によりトンネル酸化膜を流れる電流の強度が変化
することを利用して記憶を行う記憶素子を構成してい
る。
As described above, the TMR element used in the MRAM, which has been receiving attention in recent years, has a structure in which a tunnel oxide film is sandwiched between two magnetic layers, and flows through the tunnel oxide film depending on the spin directions of the two magnetic layers. A memory element that performs memory is configured by utilizing the change in the intensity of current.

【0009】ここで、従来のMRAM構造の製造方法を
図6の製造工程断面図によって説明する。
Here, a conventional method of manufacturing an MRAM structure will be described with reference to manufacturing step sectional views of FIGS.

【0010】まず、図示はしないが、CMOSトランジ
スタの製造技術を用いて、基板(例えば半導体基板)に
トランジスタ(例えば読み出しトランジスタとなる絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ)を形成した後、それを
覆う第1絶縁膜を形成する。さらに第1絶縁膜上に配線
(例えばセンス線)、電極等を形成した後、それらを覆
う第2絶縁膜を形成する。さらに図6の(1)に示すよ
うに、第2絶縁膜(図示せず)上にワード線(例えば書
き込みワード線)11を形成し、このワード線11を覆
う状態に第3絶縁膜43を形成する。
First, although not shown, a transistor (for example, an insulated gate field effect transistor to be a read transistor) is formed on a substrate (for example, a semiconductor substrate) by using a CMOS transistor manufacturing technique, and then a first transistor for covering the transistor is formed. An insulating film is formed. Further, after forming wirings (for example, sense lines), electrodes and the like on the first insulating film, a second insulating film covering them is formed. Further, as shown in (1) of FIG. 6, a word line (for example, a write word line) 11 is formed on a second insulating film (not shown), and a third insulating film 43 is formed so as to cover the word line 11. Form.

【0011】このように形成されている上記ワード線1
1上方の上記第3絶縁膜43上に、反強磁性体層層30
1、第1強磁性体層302、トンネル絶縁層303、第
2強磁性体層304およびキャップ層305を下層より
順に形成する。
The word line 1 thus formed.
On the third insulating film 43 above the antiferromagnetic material layer 30.
1, the first ferromagnetic layer 302, the tunnel insulating layer 303, the second ferromagnetic layer 304, and the cap layer 305 are sequentially formed from the lower layer.

【0012】次いで、図6の(2)に示すように、ま
ず、TMR素子と読み出し回路部分のトランジスタとの
接続を図るための接続回路部分となる引き出し配線を形
成するために、レジストパターニング技術によりレジス
トマスク(図示せず)を形成し、それを用いて上記キャ
ップ層305から上記反強磁性体層301までをイオン
ミリングにより加工して引き出し配線(図示せず)を形
成した後、レジストマスクを除去する。さらにレジスト
パターニング技術によりレジストマスク(図示せず)を
形成し、それを用いて上記キャップ層305から上記反
強磁性体層301上までをイオンミリングにより加工
し、TMR素子13を形成する。その後、レジストマス
クの剥離を行う。図6の(2)ではTMR素子13を形
成してレジストマスクを除去した後の状態を示した。
Next, as shown in (2) of FIG. 6, first, a resist patterning technique is used to form a lead wiring serving as a connection circuit portion for connecting the TMR element and the transistor of the read circuit portion. A resist mask (not shown) is formed, the cap layer 305 to the antiferromagnetic material layer 301 are processed by ion milling using the resist mask to form a lead wiring (not shown), and then the resist mask is used. Remove. Further, a resist mask (not shown) is formed by a resist patterning technique, and the cap layer 305 to the antiferromagnetic material layer 301 are processed by ion milling using the resist mask to form the TMR element 13. After that, the resist mask is removed. In FIG. 6B, the state after the TMR element 13 is formed and the resist mask is removed is shown.

【0013】その後、図6の(3)に示すように、第3
絶縁膜43上にTMR素子13を覆うように第4絶縁膜
44を、例えばシリコン系の絶縁膜を堆積して形成した
後、化学的機械研磨により第4絶縁膜44を研磨して、
TMR素子13のキャップ層305表面を露出させる。
Thereafter, as shown in (3) of FIG.
After forming the fourth insulating film 44 on the insulating film 43 so as to cover the TMR element 13, for example, by depositing a silicon-based insulating film, the fourth insulating film 44 is polished by chemical mechanical polishing,
The surface of the cap layer 305 of the TMR element 13 is exposed.

【0014】次に、図6の(4)に示すように、TMR
素子13を覆うように第4絶縁膜44上に、ビット線を
形成するための導電層61を形成する。その後、図6の
(5)に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッ
チング技術とによって、導電層61を加工してTMR素
子13のキャップ層305に接続されるビット線12
を、ワード線11に対してTMR素子13を間にして立
体的に交差(直交)するように形成する。その後、この
エッチングに用いたエッチングマスク(図示せず)を除
去する。図6の(5)ではエッチングマスクを除去した
後の状態を示した。
Next, as shown in (4) of FIG.
A conductive layer 61 for forming a bit line is formed on the fourth insulating film 44 so as to cover the element 13. Thereafter, as shown in (5) of FIG. 6, the bit line 12 connected to the cap layer 305 of the TMR element 13 by processing the conductive layer 61 by the usual lithography technique and etching technique.
Are formed so as to cross three-dimensionally (orthogonally) with the TMR element 13 in between with respect to the word line 11. Then, the etching mask (not shown) used for this etching is removed. FIG. 6 (5) shows the state after removing the etching mask.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
ミリングによりTMR素子となるキャップ層から反強磁
性体層を加工した際には、加工生成物が発生してTMR
素子の側壁にその加工生成物が付着する。この加工生成
物は導電性を有するため、TMR素子の側壁に加工生成
物による意図しない電流の経路が発生することになり、
TMR素子特性を劣化させるという問題がある。これ
は、エキストラ電流チャネル(Extra Current Channel
s)という現象によるものである(Olivier等,44th Ann
ual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
AA-11(1999年)参照)。
However, when the antiferromagnetic material layer is processed from the cap layer to be the TMR element by ion milling, a processed product is generated and the TMR element is generated.
The processed product adheres to the side wall of the device. Since this processed product has conductivity, an unintended current path due to the processed product is generated on the sidewall of the TMR element.
There is a problem that the TMR element characteristics are deteriorated. This is the Extra Current Channel
s) (Olivier et al., 44th Ann)
ual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
See AA-11 (1999)).

【0016】このようなTMR素子の特性の劣化を防ぐ
ために、上部の第2強磁性体層のエッチングを行った後
にトンネル絶縁膜上でエッチングを停止させ、下部の第
1強磁性体層を別マスクでエッチングすることで、加工
生成物の付着による2つの強磁性体層の導通を防いで、
強磁性体層間の絶縁性を保つ方法がある。しかしなが
ら、トンネル絶縁膜は非常に薄く、1nm程度の膜厚に
形成されているため、このような極薄膜のトンネル絶縁
膜でエッチングを止めることは加工上、非常に困難とな
っている。
In order to prevent such deterioration of the characteristics of the TMR element, after etching the upper second ferromagnetic material layer, the etching is stopped on the tunnel insulating film and the lower first ferromagnetic material layer is separated. By etching with a mask, the conduction of the two ferromagnetic layers due to the adhesion of processed products is prevented,
There is a method of maintaining insulation between ferromagnetic layers. However, since the tunnel insulating film is very thin and has a film thickness of about 1 nm, it is very difficult to stop the etching with such an extremely thin tunnel insulating film in terms of processing.

【0017】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は加工が容易な構造とすることによ
り、素子の特性に寄与しない余分な電流の経路の形成を
防止するようにしたトンネル磁気抵抗素子、その製造方
法、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。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to prevent the formation of an extra current path that does not contribute to the characteristics of the device by making the structure easy to process. A tunnel magnetoresistive element, a manufacturing method thereof, a magnetic memory device, and a manufacturing method thereof.

【0018】[0018]

【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トンネル磁気抵抗素子とその製造
方法および磁気メモリ装置とその製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a tunnel magnetoresistive element, a method of manufacturing the same, a magnetic memory device and a method of manufacturing the same, which have been made to solve the above problems.

【0019】本発明のトンネル磁気抵抗素子は、トンネ
ル絶縁層を強磁性体層で挟んで構成されるトンネル磁気
抵抗素子において、前記トンネル絶縁層と、前記トンネ
ル絶縁層を挟む強磁性体層との界面の少なくとも一方の
界面で、かつトンネル磁気抵抗素子の形成領域の周囲に
加工停止層を有するものである。
The tunnel magnetoresistive element of the present invention is a tunnel magnetoresistive element constructed by sandwiching a tunnel insulating layer between ferromagnetic layers, wherein the tunnel insulating layer and the ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer are provided. A processing stop layer is provided on at least one of the interfaces and around the tunnel magnetoresistive element formation region.

【0020】上記トンネル磁気抵抗素子では、トンネル
絶縁層と、このトンネル絶縁層を挟む強磁性体層との界
面の少なくとも一方の界面で、かつトンネル磁気抵抗素
子の形成領域の周囲に加工停止層を有することから、ト
ンネル磁気抵抗素子を形成する上部の強磁性体層の加工
を行う際に、膜厚が0.5nm乃至5nm程度の極薄膜
で形成されるトンネル絶縁層でその加工を停止する必要
が無くなり、上部の強磁性体層の加工は加工停止層まで
行うことができるという構成が提供される。そのため、
加工の難易度が軽減される。
In the tunnel magnetoresistive element, a processing stop layer is provided at at least one of the interfaces between the tunnel insulating layer and the ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer and around the tunnel magnetoresistive element forming region. Therefore, when processing the upper ferromagnetic layer forming the tunnel magnetoresistive element, it is necessary to stop the processing at the tunnel insulating layer formed of an extremely thin film with a thickness of about 0.5 nm to 5 nm. And the processing of the upper ferromagnetic layer can be performed up to the processing stop layer. for that reason,
The difficulty of processing is reduced.

【0021】本発明のトンネル磁気抵抗素子の製造方法
は、第1強磁性体層を形成する工程と、前記第1強磁性
体層上に加工停止層を形成した後、トンネル磁気抵抗素
子の形成領域上の前記加工停止層に、底部に前記第1強
磁性体層が露出する開口部を形成する工程と、前記開口
部内を含めて前記加工停止層上に、トンネル絶縁層、第
2強磁性体層、キャップ層を下層より順次積層する工程
と、前記キャップ層から前記トンネル絶縁層までをトン
ネル磁気抵抗素子の形状に加工する工程と、前記キャッ
プ層および第2強磁性体層を被覆するマスクを形成した
後に前記加工停止層および第1強磁性体層を加工する工
程とを備えている。
The method of manufacturing a tunnel magnetoresistive element according to the present invention comprises the steps of forming a first ferromagnetic layer, forming a processing stop layer on the first ferromagnetic layer, and then forming a tunnel magnetoresistive element. A step of forming an opening at the bottom of which the first ferromagnetic layer is exposed in the processing stop layer on the region; and a tunnel insulating layer and a second ferromagnetic layer on the processing stop layer including the inside of the opening. A step of sequentially stacking a body layer and a cap layer from a lower layer, a step of processing from the cap layer to the tunnel insulating layer into a shape of a tunnel magnetoresistive element, and a mask covering the cap layer and the second ferromagnetic layer And then processing the processing stop layer and the first ferromagnetic layer.

【0022】または、第1強磁性体層上にトンネル絶縁
層を形成した後に上記加工停止層を形成し、トンネル絶
縁層が底部に露出する開口部を形成した後、上記第2強
磁性体層、キャップ層を順次積層してもよい。この場合
には、キャップ層と第2強磁性体層とをトンネル磁気抵
抗素子の形状に加工した後、前記キャップ層および第2
強磁性体層を被覆するマスクを形成し、その後前記加工
停止層および第1強磁性体層を加工する。
Alternatively, after the tunnel insulating layer is formed on the first ferromagnetic layer, the processing stop layer is formed and an opening exposing the tunnel insulating layer at the bottom is formed, and then the second ferromagnetic layer is formed. The cap layers may be sequentially laminated. In this case, after processing the cap layer and the second ferromagnetic layer into the shape of the tunnel magnetoresistive element, the cap layer and the second ferromagnetic layer are formed.
A mask that covers the ferromagnetic layer is formed, and then the processing stop layer and the first ferromagnetic layer are processed.

【0023】上記トンネル磁気抵抗素子の製造方法で
は、トンネル絶縁層と、このトンネル絶縁層を挟む第
1、第2強磁性体層との界面の少なくとも一方の界面
で、かつトンネル磁気抵抗素子の形成領域の周囲に加工
停止層を有することから、トンネル磁気抵抗素子を形成
する第2強磁性体層の加工を行う際に、膜厚が0.5n
m乃至5nm程度の極薄膜で形成されるトンネル絶縁層
でその加工を停止する必要が無くなり、第2強磁性体層
の加工は加工停止層で停止される。そのため、加工の難
易度が軽減される。
In the tunnel magnetoresistive element manufacturing method, the tunnel magnetoresistive element is formed at at least one of the interfaces between the tunnel insulating layer and the first and second ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer. Since the processing stop layer is provided around the region, the film thickness is 0.5 n when processing the second ferromagnetic layer forming the tunnel magnetoresistive element.
It is not necessary to stop the processing of the tunnel insulating layer formed of an ultrathin film of about m to 5 nm, and the processing of the second ferromagnetic layer is stopped at the processing stop layer. Therefore, the difficulty of processing is reduced.

【0024】また、キャップ層と第2強磁性体層とを覆
うマスクを形成した後に、加工停止層から第1強磁性体
層までを加工することから、たとえ加工時に導電性を有
する加工生成物が発生したとしても、キャップ層および
第2強磁性体層はマスクに被覆されているため、第1強
磁性体層とキャップ層もしくは第2強磁性体層とを接続
するような加工生成物の付着は起こらない。よって、第
1、第2強磁性体層間に意図しない電流の経路が発生す
ることは無くなり、TMR素子特性を劣化させるという
問題が解決される。
Further, since the processing from the processing stop layer to the first ferromagnetic material layer is processed after forming the mask covering the cap layer and the second ferromagnetic material layer, a processed product having conductivity even during processing is formed. Even if occurs, since the cap layer and the second ferromagnetic material layer are covered with the mask, a processed product that connects the first ferromagnetic material layer and the cap layer or the second ferromagnetic material layer No adhesion occurs. Therefore, an unintended current path is not generated between the first and second ferromagnetic layers, and the problem of degrading the TMR element characteristics is solved.

【0025】本発明の磁気メモリ装置は、第1配線と、
前記第1配線と立体的に交差する第2配線と、前記第1
配線と電気的に絶縁され、前記第2配線と電気的に接続
されたもので、前記第1配線と前記第2配線との交差領
域にトンネル絶縁層を強磁性体層で挟んで構成されるト
ンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体の
スピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化
することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモ
リ装置において、前記トンネル絶縁層と、前記トンネル
絶縁層を挟む強磁性体層との界面の少なくとも一方の界
面に加工停止層を有するものである。
The magnetic memory device of the present invention comprises a first wiring,
A second wiring that three-dimensionally intersects the first wiring;
It is electrically insulated from a wiring and electrically connected to the second wiring, and is formed by sandwiching a tunnel insulating layer between ferromagnetic layers in an intersecting region of the first wiring and the second wiring. A tunnel magnetic resistance device, comprising: a tunnel magnetoresistive element, for storing information by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic body are parallel or antiparallel. And a processing stop layer at at least one of the interfaces with the ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer.

【0026】上記磁気メモリ装置では、前記説明したト
ンネル磁気抵抗素子と同様に、上部の強磁性体層の加工
を行う際に、トンネル絶縁層でその加工を停止する必要
が無くなり、上部の強磁性体層の加工は加工停止層まで
行うことができるという構成が提供される。そのため、
磁気メモリ装置に搭載されるトンネル磁気抵抗素子の加
工の難易度が軽減される。
In the above magnetic memory device, like the tunnel magnetoresistive element described above, when processing the upper ferromagnetic material layer, it is not necessary to stop the processing in the tunnel insulating layer, and the upper ferromagnetic material layer is not processed. It is provided that the body layer can be processed up to the processing stop layer. for that reason,
The difficulty of processing the tunnel magnetoresistive element mounted on the magnetic memory device is reduced.

【0027】本発明の磁気メモリ装置の製造方法は、第
1配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体層
で挟んでなるもので前記第1配線と電気的に絶縁された
トンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル
磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁
気抵抗素子を間にして前記第1配線と立体的に交差する
第2配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモ
リ装置の製造方法において、前記トンネル磁気抵抗素子
の製造工程は、第1強磁性体層を形成する工程と、前記
第1強磁性体層上に加工停止層を形成した後、トンネル
磁気抵抗素子の形成領域上の前記加工停止層に、底部に
前記第1強磁性体層が露出する開口部を形成する工程
と、前記開口部内を含めて前記加工停止層上に、トンネ
ル絶縁層、第2強磁性体層、キャップ層を下層より順次
積層する工程と、前記キャップ層から前記トンネル絶縁
層までをトンネル磁気抵抗素子の形状に加工する工程
と、前記キャップ層および前記第1強磁性体層を被覆す
るマスクを形成した後に前記加工停止層および第1強磁
性体層を加工する工程とを備えている。
A method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention comprises a step of forming a first wiring and a tunnel magnetic layer electrically sandwiched between a ferromagnetic material layer and a tunnel insulating layer. A step of forming a resistance element; and a step of electrically connecting to the tunnel magnetoresistive element and forming a second wiring which three-dimensionally intersects the first wiring with the tunnel magnetoresistive element in between. In the method of manufacturing a non-volatile magnetic memory device, the tunnel magnetoresistive element manufacturing process includes a step of forming a first ferromagnetic layer and a step of forming a processing stop layer on the first ferromagnetic layer. A step of forming an opening at the bottom where the first ferromagnetic layer is exposed in the processing stop layer on the formation region of the tunnel magnetoresistive element, and a tunnel including the inside of the opening on the processing stop layer. Insulation layer, second strong magnetic A step of sequentially stacking a body layer and a cap layer from a lower layer, a step of processing from the cap layer to the tunnel insulating layer into a tunnel magnetoresistive element shape, and a step of covering the cap layer and the first ferromagnetic layer. Processing the processing stop layer and the first ferromagnetic material layer after forming the mask.

【0028】または、第1強磁性体層上にトンネル絶縁
層を形成した後に上記加工停止層を形成し、トンネル絶
縁層が底部に露出する開口部を形成した後、上記第2強
磁性体層、キャップ層を順次積層してもよい。この場合
には、キャップ層と第2強磁性体層とをトンネル磁気抵
抗素子の形状に加工した後、前記キャップ層および第2
強磁性体層を被覆するマスクを形成し、その後前記加工
停止層および第1強磁性体層を加工する。
Alternatively, after the tunnel insulating layer is formed on the first ferromagnetic layer, the processing stop layer is formed, and an opening exposing the tunnel insulating layer at the bottom is formed, and then the second ferromagnetic layer is formed. The cap layers may be sequentially laminated. In this case, after processing the cap layer and the second ferromagnetic layer into the shape of the tunnel magnetoresistive element, the cap layer and the second ferromagnetic layer are formed.
A mask that covers the ferromagnetic layer is formed, and then the processing stop layer and the first ferromagnetic layer are processed.

【0029】上記磁気メモリ装置の製造方法では、前記
説明したトンネル磁気抵抗素子の製造方法と同様に、上
部の強磁性体層の加工を行う際に、トンネル絶縁層でそ
の加工を停止する必要が無くなり、上部の強磁性体層の
加工は加工停止層で停止される。そのため、磁気メモリ
装置に搭載されるトンネル磁気抵抗素子の加工の難易度
が軽減される。
In the method of manufacturing the magnetic memory device, as in the method of manufacturing the tunnel magnetoresistive element described above, when processing the upper ferromagnetic layer, it is necessary to stop the processing at the tunnel insulating layer. Then, the processing of the upper ferromagnetic layer is stopped at the processing stop layer. Therefore, the difficulty of processing the tunnel magnetoresistive element mounted on the magnetic memory device is reduced.

【0030】また、キャップ層および第2強磁性体層は
マスクに被覆されているため、第1強磁性体層とキャッ
プ層もしくは第2強磁性体層とを接続するような加工生
成物の付着は起こらない。よって、第1、第2強磁性体
層間に意図しない電流の経路が発生することは無くな
り、TMR素子特性を劣化させるという問題が解決され
る。
Further, since the cap layer and the second ferromagnetic material layer are covered with the mask, adhesion of a processed product for connecting the first ferromagnetic material layer and the cap layer or the second ferromagnetic material layer. Does not happen. Therefore, an unintended current path is not generated between the first and second ferromagnetic layers, and the problem of degrading the TMR element characteristics is solved.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】本発明のトンネル磁気抵抗素子
(以下、TMR素子という、TMRはTunnel Magneto R
esistanceの略)およびその製造方法に係る実施の形態
の一例を、図1および図2の製造工程断面図によって説
明する。図1および図2では、磁気メモリ装置であるM
RAMに搭載されるTMR素子を一例に示す。なお、図
面は模式的に表している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The tunnel magnetoresistive element of the present invention (hereinafter referred to as TMR element, TMR stands for Tunnel Magneto R
Esistance) and an example of an embodiment relating to a manufacturing method thereof will be described with reference to manufacturing step sectional views of FIGS. 1 and 2, the magnetic memory device M
An example of the TMR element mounted on the RAM is shown. Note that the drawings are shown schematically.

【0032】まず、図示はしないが、CMOSトランジ
スタの製造技術を用いて、基板(例えば半導体基板)に
トランジスタ(例えば読み出しトランジスタとなる絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ)を形成した後、それを
覆う第1絶縁膜を形成する。さらに第1絶縁膜上に配線
(例えばセンス線)、電極等を形成した後、それらを覆
う第2絶縁膜を形成する。さらに図1の(1)に示すよ
うに、第2絶縁膜(図示せず)上にワード線(例えば書
き込みワード線)11を形成し、このワード線11を覆
う状態に第3絶縁膜43を形成する。
First, although not shown, a CMOS transistor manufacturing technique is used to form a transistor (for example, an insulated gate field effect transistor to be a read transistor) on a substrate (for example, a semiconductor substrate), and then a first transistor covering it. An insulating film is formed. Further, after forming wirings (for example, sense lines), electrodes and the like on the first insulating film, a second insulating film covering them is formed. Further, as shown in (1) of FIG. 1, a word line (eg, write word line) 11 is formed on a second insulating film (not shown), and a third insulating film 43 is formed so as to cover the word line 11. Form.

【0033】上記第3絶縁膜43上に、例えばPVD
(Physical Vapor Deposition)法によって、反強磁性
体層301を形成し、さらに磁化固定層となる第1強磁
性体層302を形成する。なお、通常は、反強磁性体層
301を形成する前に、例えば、窒化チタン、タンタル
もしくは窒化タンタルからなるバリア層(図示せず)を
形成する。
PVD, for example, is formed on the third insulating film 43.
The antiferromagnetic material layer 301 is formed by the (Physical Vapor Deposition) method, and then the first ferromagnetic material layer 302 serving as the magnetization fixed layer is formed. Note that, usually, before forming the antiferromagnetic layer 301, for example, a barrier layer (not shown) made of titanium nitride, tantalum, or tantalum nitride is formed.

【0034】次に、上記第1強磁性体層302上に加工
停止層21を、例えば酸化シリコンを30nmの厚さに
堆積して形成する。その形成方法は、例えば化学的気相
成長法、スパッタリング等による。その後、既知のレジ
スト塗布およびリソグラフィー技術によりレジストでエ
ッチングマスク(図示せず)を形成し、そのエッチング
マスクを用いたエッチング技術により、TMR素子の形
成領域上の上記加工停止層21に、底部に第1強磁性体
層302が露出する開口部212を形成する。その後、
このエッチングに用いたレジストを除去する。上記開口
部212の側壁は、図面では略垂直に形成されている
が、傾斜面に形成することも可能である。傾斜面に形成
されている場合には、その後の成膜工程における膜のカ
バリッジが良好になる。特に、次の工程で、極薄膜に形
成する必要があるトンネル絶縁層が形成しやすくなる。
Next, the processing stop layer 21 is formed on the first ferromagnetic layer 302 by depositing, for example, silicon oxide to a thickness of 30 nm. The formation method is, for example, a chemical vapor deposition method, sputtering, or the like. After that, an etching mask (not shown) is formed by a resist by a known resist coating and lithographic technique, and by the etching technique using the etching mask, the processing stop layer 21 on the formation region of the TMR element is formed on the bottom of An opening 212 is formed to expose the 1 ferromagnetic layer 302. afterwards,
The resist used for this etching is removed. The side wall of the opening 212 is formed to be substantially vertical in the drawing, but it may be formed to be an inclined surface. When it is formed on the inclined surface, the coverage of the film in the subsequent film forming process becomes good. In particular, in the next step, it becomes easy to form a tunnel insulating layer that needs to be formed in an extremely thin film.

【0035】次いで、図1の(2)に示すように、上記
開口部212内を含めて上記加工停止層21上に、例え
ばPVD法によって、トンネル絶縁層303、第2強磁
性体層304、キャップ層305を下層より順次積層す
る。
Then, as shown in FIG. 1B, the tunnel insulating layer 303, the second ferromagnetic layer 304, and the tunnel insulating layer 303 are formed on the processing stop layer 21 including the inside of the opening 212 by the PVD method, for example. The cap layer 305 is sequentially laminated from the lower layer.

【0036】上記反強磁性体層301は、例えば、鉄・
マンガン合金、ニッケル・マンガン合金、白金マンガン
合金、イリジウム・マンガン合金、ロジウム・マンガン
合金、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの1
種を用いる。この反強磁性体層301は、TMR素子1
3と直列に接続されるスイッチング素子との接続に用い
られる導電層を兼ねることも可能である。
The antiferromagnetic material layer 301 is made of, for example, iron.
One of manganese alloy, nickel manganese alloy, platinum manganese alloy, iridium manganese alloy, rhodium manganese alloy, cobalt oxide and nickel oxide
Use seeds. The antiferromagnetic layer 301 is used for the TMR element 1
It is also possible to serve as a conductive layer used for connection with the switching element connected in series with 3.

【0037】上記第1強磁性体層302は、磁化固定層
となるもので、例えば、ニッケル、鉄もしくはコバル
ト、またはニッケル、鉄およびコバルトのうちの少なく
とも2種からなる合金材料の強磁性体を用いる。この第
1強磁性体層302は、反強磁性体層301と接する状
態に形成されていて、第1強磁性体層302と反強磁性
体層301との層間に働く交換相互作用によって、第1
強磁性体層302は、強い一方向の磁気異方性を有して
いる。すなわち、第1強磁性体層302は反強磁性体層
301との交換結合によって磁化の方向がピニング(pin
ning)される。
The first ferromagnetic layer 302 serves as a magnetization fixed layer, and is made of, for example, a ferromagnetic material made of nickel, iron or cobalt, or an alloy material containing at least two kinds of nickel, iron and cobalt. To use. The first ferromagnetic layer 302 is formed so as to be in contact with the antiferromagnetic layer 301, and the first ferromagnetic layer 302 and the antiferromagnetic layer 301 are exchanged with each other by an exchange interaction acting between the layers. 1
The ferromagnetic layer 302 has strong unidirectional magnetic anisotropy. That is, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 302 is pinned by the exchange coupling with the antiferromagnetic layer 301.
ning).

【0038】なお、上記第1強磁性体層302は、導電
層を挟んで磁性層を積層した構成としてもよい。例え
ば、反強磁性体層301側から、強磁性体層と、磁性層
が反強磁性的に結合するような導電体層と、別の強磁性
体層とを順に積層した構成としてもよい。この第1強磁
性体層302は、3層以上の強磁性体層を、導電体層を
挟んで積層させた構造であってもよい。上記導電体層に
は、例えば、ルテニウム、銅、クロム、金、銀等を用い
ることができる。
The first ferromagnetic layer 302 may have a structure in which magnetic layers are laminated with a conductive layer sandwiched therebetween. For example, a configuration may be adopted in which a ferromagnetic layer, a conductive layer in which a magnetic layer is antiferromagnetically coupled, and another ferromagnetic layer are sequentially stacked from the antiferromagnetic layer 301 side. The first ferromagnetic layer 302 may have a structure in which three or more ferromagnetic layers are stacked with a conductor layer interposed therebetween. For the conductor layer, for example, ruthenium, copper, chromium, gold, silver or the like can be used.

【0039】上記トンネル絶縁層303は、記憶層とな
る上記第2強磁性体層304と上記磁化固定層となる第
1強磁性体層302との磁気的結合を切るとともに、ト
ンネル電流を流すための機能を有する。そのため、通常
は厚さが0.5nm〜5nmの酸化アルミニウムが使わ
れるが、例えば、酸化マグネシウム、酸化シリコン、窒
化アルミニウム、窒化マグネシウム、窒化シリコン、酸
化窒化アルミニウム、酸化窒化マグネシウムもしくは酸
化窒化シリコンを用いてもよい。上記したようにトンネ
ル絶縁層303の膜厚は、0.5nm〜5nmと非常に
薄いため、ALD(Atomic Layer Deposition)法によ
り形成する。もしくはスパッタリングによってアルミニ
ウム等の金属膜を堆積した後にプラズマ酸化もしくは窒
化を行って形成する。
The tunnel insulating layer 303 cuts off the magnetic coupling between the second ferromagnetic layer 304 serving as a memory layer and the first ferromagnetic layer 302 serving as the magnetization fixed layer, and allows a tunnel current to flow. It has the function of. Therefore, although aluminum oxide having a thickness of 0.5 nm to 5 nm is usually used, for example, magnesium oxide, silicon oxide, aluminum nitride, magnesium nitride, silicon nitride, aluminum oxynitride, magnesium oxynitride, or silicon oxynitride is used. May be. Since the thickness of the tunnel insulating layer 303 is as thin as 0.5 nm to 5 nm as described above, it is formed by the ALD (Atomic Layer Deposition) method. Alternatively, it is formed by depositing a metal film such as aluminum by sputtering and then performing plasma oxidation or nitridation.

【0040】上記第2強磁性体層304は、記憶層とな
るもので、例えば、ニッケル、鉄もしくはコバルト、ま
たはニッケル、鉄およびコバルトのうちの少なくとも2
種からなる合金材料の強磁性体を用いる。この第2強磁
性体層304は外部印加磁場によって磁化の方向が下層
の磁化固定層となる第1強磁性体層302に対して、平
行または反平行に変えることができる。
The second ferromagnetic layer 304 serves as a storage layer, and is, for example, nickel, iron or cobalt, or at least two of nickel, iron and cobalt.
A ferromagnet of an alloy material consisting of seeds is used. The direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 304 can be changed to be parallel or antiparallel to the direction of the first ferromagnetic layer 302 serving as the lower fixed magnetization layer by an externally applied magnetic field.

【0041】上記キャップ層305は、TMR素子と別
のTMR素子とを接続する配線との相互拡散防止、接触
抵抗低減および記憶層となる第1強磁性体層304の酸
化防止という機能を有する。通常、銅、窒化タンタル、
タンタル、窒化チタン等の材料により形成されている。
The cap layer 305 has the functions of preventing mutual diffusion between a TMR element and a wiring connecting another TMR element, reducing contact resistance, and preventing oxidation of the first ferromagnetic layer 304 serving as a memory layer. Usually copper, tantalum nitride,
It is made of a material such as tantalum or titanium nitride.

【0042】上記加工停止層21は、酸化シリコン膜で
形成されたが、例えば酸化アルミニウム膜のような酸化
膜系の絶縁膜、窒化シリコン膜のような窒化膜系の絶縁
膜、酸窒化シリコン膜のような酸窒化膜系の絶縁膜で形
成することも可能である。
Although the processing stop layer 21 is formed of a silicon oxide film, it is an oxide film type insulating film such as an aluminum oxide film, a nitride film type insulating film such as a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film. It is also possible to form it with an oxynitride film type insulating film such as.

【0043】次いで、既知のレジスト塗布およびリソグ
ラフィー技術によりレジストでTMR素子を形成するた
めのエッチングマスク51を形成する。
Then, an etching mask 51 for forming a TMR element with a resist is formed by known resist coating and lithographic techniques.

【0044】次いで、上記エッチングマスク51を用い
たエッチング技術により、上記キャップ層305から上
記トンネル絶縁層303までをエッチング加工もしくは
イオンミリング加工を行う。その後、レジストマスクお
よび加工側壁に付着した加工生成物の剥離を行う。この
エッチングでは、一例として、誘導結合型エッチング装
置を用い、エッチング条件は以下の通りとした。原料ガ
スに塩素ガスを用いその供給流量を60cm3 /min
(標準状態)とし、チャンバー内圧力を0.5Pa、基
板温度を70℃、上部RFパワーを250W、下部RF
パワーを150Wに設定した。このエッチング条件は一
例であって、上記エッチング加工に適する範囲で適宜変
更することが可能である。
Next, the cap layer 305 to the tunnel insulating layer 303 are etched or ion milled by the etching technique using the etching mask 51. After that, the processed product attached to the resist mask and the processed side wall is peeled off. In this etching, as an example, an inductively coupled etching apparatus was used, and the etching conditions were as follows. Chlorine gas is used as the source gas and the supply flow rate is 60 cm 3 / min
(Standard state), chamber pressure 0.5Pa, substrate temperature 70 ° C, upper RF power 250W, lower RF
The power was set to 150W. This etching condition is an example, and can be appropriately changed within the range suitable for the above etching process.

【0045】その結果、図1の(3)に示すように、上
記キャップ層305から上記トンネル絶縁層303まで
がTMR素子の形状に加工される。このとき、加工停止
層21によって上記エッチング(もしくはイオンミリン
グ)は停止される。またこのエッチングの際に、導電性
の加工生成物が発生しても、第1強磁性体層302は加
工停止層21、キャップ層305等によって被覆されて
いるので、第1強磁性体層302表面に加工性生物が付
着することはない。
As a result, as shown in FIG. 1C, the cap layer 305 to the tunnel insulating layer 303 are processed into the shape of the TMR element. At this time, the etching (or ion milling) is stopped by the processing stop layer 21. In addition, even if a conductive processed product is generated during this etching, the first ferromagnetic layer 302 is covered with the processing stop layer 21, the cap layer 305, etc., so that the first ferromagnetic layer 302 is formed. No processing organisms adhere to the surface.

【0046】次に、図1の(4)に示すように、加工さ
れたキャップ層305および第2強磁性体層304を被
覆するマスク53を形成する。このマスク53は以下の
ようにして形成される。例えば化学的気相成長法によっ
て酸化シリコンを30nmの厚さに堆積した後、レジス
ト塗布およびリソグラフィー技術によりレジストマスク
(図示せず)を形成する。その後レジストマスクを用い
たエッチング技術により、酸化シリコン膜を加工するこ
とにより形成される。その際、酸化シリコンで形成され
ている加工停止層21もエッチング加工される。このエ
ッチングは、上記キャップ層305、第2強磁性体層3
04のエッチングと同様なるエッチング装置およびエッ
チング条件で行うことができる。
Next, as shown in FIG. 1D, a mask 53 that covers the processed cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 304 is formed. The mask 53 is formed as follows. After depositing silicon oxide to a thickness of 30 nm by, for example, a chemical vapor deposition method, a resist mask (not shown) is formed by resist coating and a lithography technique. After that, the silicon oxide film is formed by an etching technique using a resist mask. At that time, the processing stop layer 21 made of silicon oxide is also etched. This etching is performed by the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 3 described above.
The same etching apparatus and etching conditions as those for 04 can be used.

【0047】その後、レジストマスクを除去してから、
図2の(5)に示すように、上記マスク53を用いて、
上記第1強磁性体層302および反強磁性体層301を
加工する。このようにして、トンネル絶縁層303を第
1強磁性体層302と第2強磁性体層304とで挟んだ
構成のTMR素子13が形成される。
After removing the resist mask,
As shown in (5) of FIG. 2, using the mask 53,
The first ferromagnetic layer 302 and the antiferromagnetic layer 301 are processed. In this way, the TMR element 13 having the structure in which the tunnel insulating layer 303 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 302 and the second ferromagnetic layer 304 is formed.

【0048】このように本発明のTMR素子13は、ト
ンネル絶縁層303を第1、第2強磁性体層302、3
04で挟んで構成されるもので、トンネル絶縁層303
と、このトンネル絶縁層303を挟む第1、第2強磁性
体層302、304との界面の少なくとも一方の界面
で、かつTMR素子13の形成領域の周囲に加工停止層
21を有するものである。
As described above, the TMR element 13 of the present invention includes the tunnel insulating layer 303 as the first and second ferromagnetic layers 302, 3
The tunnel insulating layer 303
And the processing stop layer 21 at least at one of the interfaces with the first and second ferromagnetic layers 302 and 304 sandwiching the tunnel insulating layer 303 and around the formation region of the TMR element 13. .

【0049】その後、図2の(6)に示すように、第3
絶縁膜43上にTMR素子13を覆うようにシリコン系
の第4絶縁膜44を、例えば酸化シリコンを100nm
の厚さに堆積して形成する。このとき、マスク53は絶
縁膜である酸化シリコンで形成されているのでそのまま
残している。その後、化学的機械研磨により第4絶縁膜
44表面を研磨して、その表面を平坦化する。その際、
図示したように、マスク53表面を露出させて、マスク
53表面も合わせて平坦化してもよい。
After that, as shown in (6) of FIG.
A silicon-based fourth insulating film 44, for example, silicon oxide having a thickness of 100 nm is formed on the insulating film 43 so as to cover the TMR element 13.
It is deposited and formed to a thickness of. At this time, the mask 53 is left as it is because it is made of silicon oxide which is an insulating film. Then, the surface of the fourth insulating film 44 is polished by chemical mechanical polishing to flatten the surface. that time,
As illustrated, the surface of the mask 53 may be exposed and the surface of the mask 53 may be flattened together.

【0050】既知のレジスト塗布およびリソグラフィー
技術によりレジストでビット線との接続層を形成するた
めのエッチングマスク(図示せず)を形成し、そのエッ
チングマスクを用いたエッチング技術により、図2の
(7)に示すように、マスク53に接続孔441を形成
してその底部にTMR素子13のキャップ層305表面
を露出させる。なお、マスク53上に第4絶縁膜44が
形成されている場合には第4絶縁膜44にも接続孔44
1が形成される。その後、レジストを除去する。
An etching mask (not shown) for forming a connection layer with the bit line is formed of a resist by a known resist coating and lithographic technique, and the etching technique using the etching mask is used to form a line (7) in FIG. ), A connection hole 441 is formed in the mask 53 and the surface of the cap layer 305 of the TMR element 13 is exposed at the bottom thereof. When the fourth insulating film 44 is formed on the mask 53, the connection hole 44 is also formed in the fourth insulating film 44.
1 is formed. Then, the resist is removed.

【0051】次に、図2の(8)に示すように、接続孔
441を含む第4絶縁膜44(マスク53も含む)上
に、ビット線を形成するための導電膜を形成する。その
後、通常のレジスト塗布およびリソグラフィー技術によ
ってビット線を形成するためのレジストマスク(図示せ
ず)を形成した後、そのレジストマスクを用いたエッチ
ング技術によって導電層を加工し、接続孔441を通し
てTMR素子13のキャップ層305に接続されるビッ
ト線12を、ワード線11に対してTMR素子13を間
にして立体的に交差(例えば直交)するように形成す
る。その後、このエッチングに用いたエッチングマスク
を除去する。図2の(8)ではエッチングマスクを除去
した後の状態を示した。
Next, as shown in (8) of FIG. 2, a conductive film for forming a bit line is formed on the fourth insulating film 44 (including the mask 53) including the connection hole 441. After that, a resist mask (not shown) for forming a bit line is formed by ordinary resist coating and lithographic techniques, and then a conductive layer is processed by an etching technique using the resist mask, and the TMR element is formed through the connection hole 441. The bit line 12 connected to the cap layer 305 of 13 is formed so as to cross three-dimensionally (for example, orthogonally) to the word line 11 with the TMR element 13 in between. After that, the etching mask used for this etching is removed. FIG. 2 (8) shows the state after removing the etching mask.

【0052】上記説明した実施の形態では、第1強磁性
体層302上に加工停止層21を形成したが、第1強磁
性体層302上にトンネル絶縁層303を形成した後に
上記加工停止層21を形成してもよい。この場合には、
加工停止層21に、トンネル絶縁層303が底部に露出
するように開口部142を形成する。その後、開口部1
42を含む加工停止層21上に、第2強磁性体層30
4、キャップ層305を順次積層する。そして、レジス
ト塗布およびリソグラフィー技術によりレジストマスク
を形成し、それを用いてエッチングもしくはイオンミリ
ングを行うことにより、キャップ層305と第2強磁性
体層304とをトンネル磁気抵抗素子の形状に加工す
る。その後、キャップ層305および第2強磁性体層3
04を被覆するマスク53を形成した後に、加工停止層
21、第1強磁性体層142および反強磁性体層301
を加工することによりTMR素子13を完成させること
も可能である。
In the embodiment described above, the processing stop layer 21 is formed on the first ferromagnetic layer 302, but the processing stop layer 21 is formed after the tunnel insulating layer 303 is formed on the first ferromagnetic layer 302. 21 may be formed. In this case,
An opening 142 is formed in the processing stop layer 21 so that the tunnel insulating layer 303 is exposed at the bottom. Then the opening 1
The second ferromagnetic layer 30 on the processing stop layer 21 including 42.
4. The cap layer 305 is sequentially laminated. Then, a resist mask is formed by resist coating and a lithography technique, and etching or ion milling is performed using the resist mask to process the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 304 into the shape of the tunnel magnetoresistive element. Then, the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 3
After forming the mask 53 covering 04, the processing stop layer 21, the first ferromagnetic layer 142 and the antiferromagnetic layer 301.
It is also possible to complete the TMR element 13 by processing.

【0053】上記TMR素子13の製造方法では、トン
ネル絶縁層303と、このトンネル絶縁層303を挟む
第1、第2強磁性体層302、304との界面の少なく
とも一方の界面で、かつTMR素子13の形成領域の周
囲に加工停止層21を有することから、TMR素子13
を形成する第2強磁性体層304の加工を行う際に、膜
厚が0.5nm乃至5nm程度の極薄膜で形成されるト
ンネル絶縁層303でその加工を停止する必要が無くな
り、第2強磁性体層304の加工は加工停止層21で停
止される。そのため、加工の難易度が軽減される。
In the method of manufacturing the TMR element 13 described above, at least one of the interfaces between the tunnel insulating layer 303 and the first and second ferromagnetic layers 302 and 304 sandwiching the tunnel insulating layer 303, and the TMR element. Since the processing stop layer 21 is provided around the formation region of the TMR element 13,
It is not necessary to stop the processing of the tunnel insulating layer 303 formed of an ultrathin film having a film thickness of about 0.5 nm to 5 nm when processing the second ferromagnetic layer 304 for forming The processing of the magnetic layer 304 is stopped at the processing stop layer 21. Therefore, the difficulty of processing is reduced.

【0054】また、キャップ層305と第2強磁性体層
304とを覆うマスク53を形成した後に、加工停止層
21から第1強磁性体層302および反強磁性体層30
1までを加工することから、たとえ加工時に導電性を有
する加工生成物が発生したとしても、キャップ層305
および第2強磁性体層304はマスク53に被覆されて
いるため、第1強磁性体層302とキャップ層305も
しくは第2強磁性体層304とを接続するような加工生
成物の付着は起こらない。よって、第1、第2強磁性体
層302、304間に意図しない電流の経路が発生する
ことは無くなり、TMR素子13の特性を劣化させると
いう問題が解決される。
After forming the mask 53 that covers the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 304, the processing stop layer 21 to the first ferromagnetic layer 302 and the antiferromagnetic layer 30 are formed.
Since 1 to 1 is processed, even if a processed product having conductivity is generated during processing, the cap layer 305 is processed.
Since the second ferromagnetic layer 304 and the second ferromagnetic layer 304 are covered with the mask 53, adhesion of a processed product that connects the first ferromagnetic layer 302 and the cap layer 305 or the second ferromagnetic layer 304 does not occur. Absent. Therefore, an unintended current path is not generated between the first and second ferromagnetic layers 302 and 304, and the problem of deteriorating the characteristics of the TMR element 13 is solved.

【0055】上記TMR素子の製造方法に係る実施の形
態において、上記キャップ層305を成膜する際に、下
地の第2強磁性体層304表面に生じている凹みを埋め
込み、第2強磁性体層304上にキャップ層として機能
する十分な膜厚が形成されるならば、第4絶縁膜44の
表面を平坦化するときにキャップ層305表面を露出さ
せ、かつキャップ層305上に第4絶縁膜44やマスク
53等が残らないように、第4絶縁膜44とともにキャ
ップ層305表面を平坦化することもできる。例えば、
上記実施の形態で説明した製造方法の場合、キャップ層
305は100nm以上250nm以下、好ましくは1
50nm以上250nm以下の膜厚に形成すればよい。
この場合には、ビット線をTMR素子13に接続するた
めの接続孔431を形成する必要がなくなるので、接続
孔441を形成するためのリソグラフィー工程やエッチ
ング工程等の省略が可能になる。すなわち、工程が削減
できるので、製造コストの削減が可能になる。
In the embodiment of the method for manufacturing the TMR element, when the cap layer 305 is formed, the recesses formed on the surface of the underlying second ferromagnetic material layer 304 are buried to form the second ferromagnetic material. If a sufficient film thickness that functions as a cap layer is formed on the layer 304, the surface of the cap layer 305 is exposed when the surface of the fourth insulating film 44 is planarized, and the fourth insulating film is formed on the cap layer 305. The surface of the cap layer 305 can be flattened together with the fourth insulating film 44 so that the film 44, the mask 53, and the like do not remain. For example,
In the case of the manufacturing method described in the above embodiment, the cap layer 305 has a thickness of 100 nm to 250 nm, preferably 1 nm or more.
It may be formed in a film thickness of 50 nm or more and 250 nm or less.
In this case, since it is not necessary to form the connection hole 431 for connecting the bit line to the TMR element 13, it is possible to omit the lithography process and the etching process for forming the connection hole 441. That is, since the number of steps can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.

【0056】また、上記TMR素子13では、トンネル
絶縁層303と、このトンネル絶縁層303を挟む第
1、第2強磁性体層302、304との界面の少なくと
も一方の界面で、かつTMR素子13の形成領域の周囲
に加工停止層21を有することから、TMR素子13を
形成する第2強磁性体層304の加工を行う際に、膜厚
が0.5nm乃至5nm程度の極薄膜で形成されるトン
ネル絶縁層303でその加工を停止する必要が無くな
り、第2強磁性体層304の加工は加工停止層21まで
行うことができるという構成が提供される。そのため、
加工の難易度が軽減される構成になる。
Further, in the TMR element 13, the tunnel insulating layer 303 and at least one of the interfaces between the tunnel insulating layer 303 and the first and second ferromagnetic layers 302 and 304, and the TMR element 13 is provided. Since the processing stop layer 21 is provided around the formation region of, the second ferromagnetic layer 304 forming the TMR element 13 is formed of an extremely thin film with a thickness of about 0.5 nm to 5 nm. It is not necessary to stop the processing of the tunnel insulating layer 303, and the processing of the second ferromagnetic layer 304 can be performed up to the processing stop layer 21. for that reason,
The difficulty of processing is reduced.

【0057】次に、本発明の磁気メモリ装置の一例とし
てMRAM(Magnetic Random Access Memory)を図3
〜図5によって説明する。
Next, as an example of the magnetic memory device of the present invention, an MRAM (Magnetic Random Access Memory) is shown in FIG.
~ It demonstrates by FIG.

【0058】図3は、MRAM主要部を簡略化して示し
た概略構成斜視図であり、読み出し回路部分および読み
出し回路部分と磁気抵抗効果素子との接続回路部分の図
示は省略されている。図3に示すように、9個のメモリ
セルを含み、相互に交差する書き込みワード線11(1
11、112、113)およびビット線12(121、
122、123)を有する。それらの書き込みワード線
11とビット線12の交差領域には、書き込みワード線
11との間に絶縁膜(図示せず)が形成され、かつビッ
ト線に接続された磁気抵抗効果(TMR)素子13(1
31〜139)が配置されている。TMR素子13への
書き込みは、ビット線12および書き込みワード線11
に電流を流し、それから発生する合成磁界によってビッ
ト線12と書き込みワード線11との交差領域に形成さ
れたTMR素子13の記憶層となる第2強磁性体層30
4の磁化方向を磁化固定層となる第1強磁性体層302
に対して平行または反平行にして行う。このTMR素子
13は、前記図2の(5)によって説明したように、第
1強磁性体層302とトンネル絶縁層303の界面の周
囲に加工停止層21が形成されているものである。また
図面は、MRAMの一部(9個)のメモリセルを示した
もので、メモリセル数は必要数だけ集積させることがで
きる。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a simplified main part of the MRAM, and the read circuit portion and the connection circuit portion between the read circuit portion and the magnetoresistive effect element are not shown. As shown in FIG. 3, write word lines 11 (1
11, 112, 113) and the bit line 12 (121,
122, 123). An insulating film (not shown) is formed between the write word line 11 and the bit line 12, and an insulating film (not shown) is formed between the write word line 11 and the bit line 12, and the magnetoresistive effect (TMR) element 13 is connected to the bit line. (1
31-139) are arranged. Writing to the TMR element 13 is performed by the bit line 12 and the write word line 11
The second ferromagnetic layer 30 serving as a storage layer of the TMR element 13 formed in the intersection region between the bit line 12 and the write word line 11 by a synthetic magnetic field generated by applying a current to the second ferromagnetic layer 30.
The first ferromagnetic layer 302 having the magnetization direction of No. 4 as the magnetization fixed layer
Parallel or anti-parallel to. As described with reference to (5) of FIG. 2, the TMR element 13 has the processing stop layer 21 formed around the interface between the first ferromagnetic layer 302 and the tunnel insulating layer 303. Further, the drawing shows a part (9) of memory cells of the MRAM, and the required number of memory cells can be integrated.

【0059】上記図3では、第1強磁性体層302とト
ンネル絶縁層303の界面の周囲に加工停止層21が形
成されているが、第2強磁性体層304とトンネル絶縁
層303の界面の周囲に加工停止層21が形成されてい
てもよい。
Although the processing stop layer 21 is formed around the interface between the first ferromagnetic layer 302 and the tunnel insulating layer 303 in FIG. 3, the interface between the second ferromagnetic layer 304 and the tunnel insulating layer 303 is formed. The processing stop layer 21 may be formed around the.

【0060】図4に示すアステロイド曲線は、印加され
た容易軸方向磁界HEA および困難軸方向磁界HHA によ
る記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。アステ
ロイド曲線外部に相当する合成磁界ベクトルが発生する
と、磁界反転が生じる。アステロイド曲線内部の合成磁
界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反
転させることはない。また、電流を流しているワード線
およびビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線
もしくはビット線単独で発生する磁界が印加されるた
め、それらの大きさが一方向反転磁界HK 以上の場合
は、交点以外のセルの磁化方向も反転するので、合成磁
界が斜線で示す部分401にある場合のみ、選択された
セルを選択書き込みが可能となる。
The asteroid curve shown in FIG. 4 shows the reversal threshold value of the magnetization direction of the storage layer due to the applied easy-axis direction magnetic field H EA and hard-axis direction magnetic field H HA . When a synthetic magnetic field vector corresponding to the outside of the asteroid curve is generated, magnetic field reversal occurs. The resultant magnetic field vector inside the asteroid curve does not invert the cell from one of its current bistable states. In addition, since the magnetic field generated by the word line or the bit line alone is applied to cells other than the intersection of the word line and the bit line that are passing current, when the magnitude of these is greater than or equal to the one-way reversal magnetic field H K. Since the magnetization directions of the cells other than the intersections are also inverted, the selected cell can be selectively written only when the combined magnetic field is in the shaded portion 401.

【0061】以上のように、MRAMのアレイでは、ビ
ット線および書き込みワード線からなる格子の交点にメ
モリセルが配置されている。MRAMの場合、書き込み
ワード線とビット線とを使用することで、アステロイド
磁化反転特性を利用し、選択的に個々のメモリセルに書
き込むことができる。
As described above, in the MRAM array, the memory cells are arranged at the intersections of the grids formed by the bit lines and the write word lines. In the case of the MRAM, by using the write word line and the bit line, the asteroid magnetization reversal characteristic can be utilized to selectively write in the individual memory cells.

【0062】単一の記憶領域における合成磁化は、それ
に印加された容易軸方向磁界HEAと困難軸方向磁界H
HA とのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れ
る電流はセルに容易軸方向の磁界(HEA )を印加し、
書き込みワード線を流れる電流はセルに困難軸方向の磁
界(HHA )を印加する。
The combined magnetization in a single storage area is the easy-axis direction magnetic field H EA and the hard-axis direction magnetic field H applied to it.
Determined by vector composition with HA . The current flowing through the bit line applies a magnetic field (H EA ) in the easy axis direction to the cell,
A current flowing through the write word line applies a magnetic field (H HA ) in the hard axis direction to the cell.

【0063】次に、前記図3によって説明したMRAM
の回路を図5の回路図によって説明する。
Next, the MRAM described with reference to FIG.
The circuit will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0064】図5に示すように、このMRAMの回路で
は、6個のメモリセルを含み、図3に対応する相互に交
差する書き込みワード線11(111、112)および
ビット線12(121、122、123)を有する。こ
れらの書き込み線ワード線11とビット線12との交差
領域には、記憶素子となるTMR素子13(131、1
32、134、135、137、138が配置され、さ
らに読み出しの際に素子選択を行うもので各記憶素子に
対応して電界効果トランジスタ141、142、14
4、145、147、148が接続されている。さらに
電界効果トランジスタ141、144、147にはセン
ス線151が接続され、電界効果トランジスタ142、
145、148にはセンス線152が接続されている。
As shown in FIG. 5, the MRAM circuit includes six memory cells, and the write word lines 11 (111, 112) and bit lines 12 (121, 122) corresponding to FIG. , 123). In the intersection area of the write line word line 11 and the bit line 12, the TMR element 13 (131, 1;
32, 134, 135, 137, and 138 are arranged, and element selection is performed at the time of reading. The field effect transistors 141, 142, and 14 correspond to each memory element.
4, 145, 147 and 148 are connected. Further, a sense line 151 is connected to the field effect transistors 141, 144, 147, and the field effect transistor 142,
A sense line 152 is connected to 145 and 148.

【0065】上記センス線151はセンスアンプ153
に接続され、センス線152はセンスアンプ154に接
続され、それぞれ素子に記憶された情報を検出する。ま
た、書き込みワード線111の両端には、双方向の書き
込みワード線電流駆動回路161、162が接続され、
書き込みワード線112の両端には、双方向の書き込み
ワード線電流駆動回路163、164が接続されてい
る。さらにビット線121の一端にはビット線電流駆動
回路171が接続され、ビット線122の一端にはビッ
ト線電流駆動回路172が接続され、ビット線123の
一端にはビット線電流駆動回路173が接続されてい
る。
The sense line 151 is the sense amplifier 153.
, And the sense line 152 is connected to the sense amplifier 154 to detect the information stored in each element. Bidirectional write word line current drive circuits 161 and 162 are connected to both ends of the write word line 111,
Bidirectional write word line current drive circuits 163 and 164 are connected to both ends of the write word line 112. Further, a bit line current drive circuit 171 is connected to one end of the bit line 121, a bit line current drive circuit 172 is connected to one end of the bit line 122, and a bit line current drive circuit 173 is connected to one end of the bit line 123. Has been done.

【0066】上記MRAMでは、トンネル絶縁層303
と、このトンネル絶縁層303を挟む第1、第2強磁性
体層302、304との界面の少なくとも一方の界面
で、かつTMR素子13の形成領域の周囲に加工停止層
21を有することから、TMR素子13を形成する第2
強磁性体層304の加工(例えば、エッチングもしくは
イオンミリング等)を行う際に、膜厚が0.5nm乃至
5nm程度の極薄膜で形成されるトンネル絶縁層303
でその加工を停止する必要が無くなり、第2強磁性体層
304の加工は加工停止層21まで行うことができると
いう構成が提供される。そのため、MRAMに搭載され
るTMR素子13の加工の難易度が軽減される。
In the above MRAM, the tunnel insulating layer 303
Since the processing stop layer 21 is provided on at least one of the interfaces with the first and second ferromagnetic layers 302 and 304 sandwiching the tunnel insulating layer 303 and around the formation region of the TMR element 13, Second forming the TMR element 13
When the ferromagnetic layer 304 is processed (for example, etched or ion milled), the tunnel insulating layer 303 is formed of an extremely thin film having a thickness of about 0.5 nm to 5 nm.
Therefore, it is not necessary to stop the processing, so that the processing of the second ferromagnetic layer 304 can be performed up to the processing stop layer 21. Therefore, the difficulty of processing the TMR element 13 mounted on the MRAM is reduced.

【0067】次に、本発明の磁気メモリ装置(MRA
M)の製造方法は、従来から知られている製造方法にお
いて、TMR素子を、前記図1および図2によって説明
した工程で形成することを特徴としている。
Next, the magnetic memory device (MRA of the present invention
The manufacturing method of M) is characterized in that the TMR element is formed by the process described with reference to FIGS. 1 and 2 in the conventionally known manufacturing method.

【0068】そのため、本発明の磁気メモリ装置の製造
方法では、前記図1および図2によって説明したトンネ
ル磁気TMR素子の製造方法と同様に、第2強磁性体層
304の加工、例えばエッチング加工もしくはイオンミ
リング加工を行う際に、トンネル絶縁層303でその加
工を停止する必要が無くなり、第2強磁性体層304の
加工は加工停止層21で停止されることになる。よっ
て、磁気メモリ装置に搭載されるトンネル磁気抵抗素子
の加工の難易度が軽減される。
Therefore, in the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention, similarly to the method of manufacturing the tunnel magnetic TMR element described with reference to FIGS. 1 and 2, the second ferromagnetic layer 304 is processed, for example, etched or When performing the ion milling process, it is not necessary to stop the process on the tunnel insulating layer 303, and the process on the second ferromagnetic layer 304 is stopped on the process stop layer 21. Therefore, the difficulty of processing the tunnel magnetoresistive element mounted in the magnetic memory device is reduced.

【0069】また、加工されたキャップ層305と第2
強磁性体層304とをマスク53で被覆してから加工停
止層21から第1強磁性体層304までを加工すること
から、たとえ加工時に導電性を有する加工生成物が発生
したとしても、第1強磁性体層302とキャップ層30
5もしくは第2強磁性体層304とを接続するような加
工生成物の付着は起こらない。よって、第1、第2強磁
性体層302、304間に意図しない電流の経路が発生
することは無くなり、TMR素子13の特性を劣化さ
せ、MRAMの信頼性を低下させるという問題が解決さ
れる。
In addition, the processed cap layer 305 and the second
Since the processing stop layer 21 to the first ferromagnetic layer 304 are processed after the ferromagnetic layer 304 and the mask 53 are covered with the mask 53, even if a processed product having conductivity is generated during processing, 1. Ferromagnetic material layer 302 and cap layer 30
5 or the adhesion of the processed product to connect the second ferromagnetic layer 304 does not occur. Therefore, an unintended current path is not generated between the first and second ferromagnetic layers 302 and 304, and the problem of degrading the characteristics of the TMR element 13 and reducing the reliability of the MRAM is solved. .

【0070】上記MRAMの製造方法では、第1強磁性
体層302上にトンネル絶縁層303を形成した後に上
記加工停止層21を形成してもよい。この場合には、加
工停止層21に、トンネル絶縁層303が底部に露出す
るように開口部142を形成する。その後、開口部14
2を含む加工停止層21上に、第2強磁性体層304、
キャップ層305を順次積層する。そして、レジスト塗
布およびリソグラフィー技術によりレジストマスクを形
成し、それを用いてエッチングもしくはイオンミリング
を行うことにより、キャップ層305と第2強磁性体層
304とをTMR素子13の形状に加工する。その後、
キャップ層305および第2強磁性体層304を被覆す
るマスク53を形成した後に、加工停止層21、第1強
磁性体層142および反強磁性体層301を加工するこ
とによりTMR素子13を形成することも可能である。
In the method of manufacturing the MRAM, the processing stop layer 21 may be formed after forming the tunnel insulating layer 303 on the first ferromagnetic layer 302. In this case, the opening 142 is formed in the processing stop layer 21 so that the tunnel insulating layer 303 is exposed at the bottom. After that, the opening 14
A second ferromagnetic layer 304 on the processing stop layer 21 containing 2;
The cap layer 305 is sequentially laminated. Then, a resist mask is formed by resist coating and a lithography technique, and etching or ion milling is performed using the resist mask to process the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 304 into the shape of the TMR element 13. afterwards,
After forming the mask 53 covering the cap layer 305 and the second ferromagnetic layer 304, the TMR element 13 is formed by processing the processing stop layer 21, the first ferromagnetic layer 142 and the antiferromagnetic layer 301. It is also possible to do so.

【0071】上記実施の形態の説明では、1選択素子と
1TMR素子(1T1J構造)とからなるMRAMを説
明したが、一般に知られているクロスポイント型MRA
Mにも本願発明は適用することができる。クロスポイン
ト型MRAMは、立体的に交差(例えば直交)する書き
込みワード線とビット線との間に、強磁性体層でトンネ
ル絶縁層が挟まれていて、一方の強磁性体層に反強磁性
体層が接続されているTMR素子と、反強磁性体層側に
n層を接続させてなるpn接合ダイオードとを設けるこ
とで実現できる。TMR素子とビット線との接続は、前
記図1〜図3により説明した1T1J構造のMRAMと
同様であり、TMR素子と書き込みワード線とはpn接
合ダイオードを介して接続されている。
In the description of the above embodiment, the MRAM including one selection element and one TMR element (1T1J structure) has been described. However, a generally known cross point type MRA is used.
The present invention can also be applied to M. In the cross-point type MRAM, a tunnel insulating layer is sandwiched between ferromagnetic write layers between write word lines and bit lines that intersect three-dimensionally (for example, at right angles), and one ferromagnetic layer is antiferromagnetic. This can be realized by providing a TMR element to which the body layer is connected and a pn junction diode formed by connecting the n layer to the antiferromagnetic material layer side. The connection between the TMR element and the bit line is the same as in the MRAM having the 1T1J structure described with reference to FIGS. 1 to 3, and the TMR element and the write word line are connected via a pn junction diode.

【0072】クロスポイント型MRAMに適用する場合
の製造方法は、書き込みワード線を形成した後、書き込
みワード線にp層が接続するようにpn接合ダイオード
を形成する。なお、書き込みワード線を形成した後、一
旦書き込みワード線を覆う絶縁膜を形成してからこの絶
縁膜表面を平坦化するとともに書き込みワード線表面を
露出させてもよい。
In the manufacturing method applied to the cross-point type MRAM, after forming the write word line, the pn junction diode is formed so that the p layer is connected to the write word line. Note that after forming the write word line, an insulating film covering the write word line may be formed once, and then the surface of the insulating film may be planarized and the write word line surface may be exposed.

【0073】次に、上記pn接合ダイオードを覆う絶縁
膜を形成した後、この絶縁膜表面を平坦化するとともに
pn接合ダイオード表面を露出させる。その後、図1〜
図2により説明した反強磁性体層301を形成する工程
以降を行えばよい。
Next, after forming an insulating film covering the pn junction diode, the surface of the insulating film is flattened and the surface of the pn junction diode is exposed. After that,
The steps after the step of forming the antiferromagnetic layer 301 described with reference to FIG. 2 may be performed.

【0074】または、書き込みワード線を形成し、さら
に書き込みワード線を覆う絶縁膜を形成した後、書き込
みワード線表面が露出するように絶縁膜表面を平坦化す
る。次いで、pn接合ダイオードを形成するためのpn
接合層をp層、n層の順に成膜した後、前記図1により
説明した反強磁性体層301を形成する工程以降を行
い、前記図2により説明した第1強磁性体層302およ
び反強磁性体層301を加工する際に、pn接合層を加
工してpnダイオードを形成してもよい。その後の工程
は前記図2の(6)以降の工程と同様である。
Alternatively, after forming the write word line and further forming the insulating film covering the write word line, the surface of the insulating film is flattened so that the surface of the write word line is exposed. Then, a pn for forming a pn junction diode
After forming the p-layer and the n-layer of the bonding layer in this order, the steps after the step of forming the antiferromagnetic material layer 301 described with reference to FIG. When processing the ferromagnetic layer 301, the pn junction layer may be processed to form a pn diode. The subsequent steps are the same as the steps after (6) in FIG.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上、説明したように本発明のトンネル
磁気TMR素子によれば、トンネル絶縁層を挟む強磁性
体層との界面の少なくとも一方の界面で、かつトンネル
磁気抵抗素子の形成領域の周囲に加工停止層を有するの
で、上部の強磁性体層の加工をトンネル絶縁層で停止す
る必要が無くなり加工停止層まで行うことができるた
め、加工の難易度を軽減する構成を提供することができ
る。
As described above, according to the tunnel magnetic TMR element of the present invention, at least one of the interfaces with the ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer and in the formation region of the tunnel magnetoresistive element. Since the processing stop layer is provided in the periphery, it is not necessary to stop the processing of the upper ferromagnetic layer at the tunnel insulating layer, and the processing stop layer can be performed. Therefore, it is possible to provide a configuration that reduces the processing difficulty. it can.

【0076】本発明のトンネル磁気TMR素子の製造方
法によれば、トンネル絶縁層を挟む第1、第2強磁性体
層との界面の少なくとも一方の界面で、かつトンネル磁
気抵抗素子の形成領域の周囲に加工停止層を有するの
で、第2強磁性体層の加工をトンネル絶縁層で停止する
必要が無くなり加工停止層で停止できる。そのため、加
工の難易度が軽減できる。また、加工停止層では確実に
加工を停止することができるので、加工精度の向上が図
れる。
According to the method of manufacturing a tunnel magnetic TMR element of the present invention, at least one of the interfaces with the first and second ferromagnetic layers sandwiching the tunnel insulating layer and in the formation region of the tunnel magnetoresistive element. Since the processing stop layer is provided in the periphery, it is not necessary to stop the processing of the second ferromagnetic layer in the tunnel insulating layer, and the processing can be stopped in the processing stop layer. Therefore, the difficulty of processing can be reduced. Further, since the processing can be surely stopped in the processing stop layer, the processing accuracy can be improved.

【0077】さらに、キャップ層と第2強磁性体層とを
覆うマスクを形成して加工停止層から第1強磁性体層ま
でを加工することから、たとえ加工時に導電性を有する
加工生成物が発生したとしても、第1強磁性体層とキャ
ップ層もしくは第2強磁性体層とを接続するような加工
生成物の付着を防止することができる。よって、第1、
第2強磁性体層間に意図しない電流の経路が発生するこ
とは無くなり、TMR素子特性を劣化させるという問題
を解決することができる。
Furthermore, since a mask covering the cap layer and the second ferromagnetic material layer is formed and the processing from the processing stop layer to the first ferromagnetic material layer is processed, a processed product having conductivity even during processing is obtained. Even if it occurs, it is possible to prevent the adhesion of the processed product that connects the first ferromagnetic layer and the cap layer or the second ferromagnetic layer. Therefore, the first,
An unintended current path is not generated between the second ferromagnetic layers, and the problem of degrading the TMR element characteristics can be solved.

【0078】本発明の磁気メモリ装置によれば、前記説
明したトンネル磁気TMR素子と同様の効果が得られる
ので、加工の難易度を軽減したトンネル磁気抵抗素子を
磁気メモリ装置に搭載することができる。よって、この
磁気メモリ装置は、情報通信機器、特に携帯端末などの
個人用小型機器の不揮発性メモリとして用いることがで
きる。
According to the magnetic memory device of the present invention, the same effect as that of the tunnel magnetic TMR element described above can be obtained, so that the tunnel magnetoresistive element with reduced processing difficulty can be mounted in the magnetic memory device. . Therefore, this magnetic memory device can be used as a non-volatile memory for information communication equipment, particularly small personal equipment such as a mobile terminal.

【0079】本発明のの磁気メモリ装置の製造方法によ
れば、前記説明したトンネル磁気TMR素子の製造方法
と同様の効果が得られるので、磁気メモリ装置に加工の
難易度が軽減されたトンネル磁気抵抗素子を形成するこ
とができる。よって、磁気メモリ装置の製造方法におけ
るトンネル磁気抵抗素子の製造が容易になる。また、ト
ンネル磁気抵抗素子の第1強磁性体層とキャップ層もし
くは第2強磁性体層とを接続するような加工生成物の付
着の防止が図られるので、第1、第2強磁性体層間に意
図しない電流の経路が発生することは無くなり、TMR
素子特性を劣化させるという問題が解決される。よっ
て、信頼性の高いトンネル磁気抵抗素子を形成すること
ができ、磁気メモリ装置の信頼性の向上が図れる。
According to the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention, the same effect as that of the method of manufacturing the tunnel magnetic TMR element described above can be obtained. A resistance element can be formed. Therefore, the manufacturing of the tunnel magnetoresistive element in the manufacturing method of the magnetic memory device becomes easy. Further, since adhesion of a processed product that connects the first ferromagnetic layer and the cap layer or the second ferromagnetic layer of the tunnel magnetoresistive element can be prevented, the first and second ferromagnetic layers No unintended current path is generated in the
The problem of degrading device characteristics is solved. Therefore, a highly reliable tunnel magnetoresistive element can be formed, and the reliability of the magnetic memory device can be improved.

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

【図1】本発明のトンネル磁気抵抗素子の製造方法に係
る実施の形態を説明する製造工程断面図である。
FIG. 1 is a manufacturing step sectional view illustrating an embodiment of a method for manufacturing a tunnel magnetoresistive element of the present invention.

【図2】本発明のトンネル磁気抵抗素子の製造方法に係
る実施の形態を説明する製造工程断面図である。
FIG. 2 is a manufacturing step sectional view illustrating the embodiment of the method for manufacturing the tunnel magnetoresistive element of the present invention.

【図3】本発明の磁気メモリ装置に係る実施の形態を説
明するMRAM主要部を簡略化して示した概略構成斜視
図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a simplified configuration of a main part of an MRAM for explaining an embodiment of a magnetic memory device of the present invention.

【図4】容易軸方向磁界HEA および困難軸方向磁界H
HA による記憶層磁化方向の反転しきい値を示すアステ
ロイド曲線である。
[FIG. 4] Easy axis magnetic field H EA and hard axis magnetic field H
3 is an asteroid curve showing the reversal threshold of the magnetization direction of the memory layer by HA .

【図5】MRAMの回路構成の一例を示す回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of an MRAM.

【図6】従来のトンネル磁気抵抗素子の製造方法を説明
する製造工程断面図である。
FIG. 6 is a manufacturing step cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional tunnel magnetoresistive element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13…TMR素子、21…加工停止層、302…第1強
磁性体層、303…トンネル絶縁層、304…第2強磁
性体層
13 ... TMR element, 21 ... Processing stop layer, 302 ... First ferromagnetic layer, 303 ... Tunnel insulating layer, 304 ... Second ferromagnetic layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トンネル絶縁層を強磁性体層で挟んで構
成されるトンネル磁気抵抗素子において、 前記トンネル絶縁層と、前記トンネル絶縁層を挟む強磁
性体層との界面の少なくとも一方の界面で、かつトンネ
ル磁気抵抗素子の形成領域の周囲に加工停止層を有する
ことを特徴とするトンネル磁気抵抗素子。
1. A tunnel magnetoresistive element constituted by sandwiching a tunnel insulating layer between ferromagnetic layers, wherein at least one of an interface between the tunnel insulating layer and a ferromagnetic layer sandwiching the tunnel insulating layer is provided. And a tunnel magnetoresistive element having a processing stop layer around a region where the tunnel magnetoresistive element is formed.
【請求項2】 第1強磁性体層を形成する工程と、 前記第1強磁性体層上に加工停止層を形成した後、トン
ネル磁気抵抗素子の形成領域上の前記加工停止層に、底
部に前記第1強磁性体層が露出する開口部を形成する工
程と、 前記開口部内を含めて前記加工停止層上に、トンネル絶
縁層、第2強磁性体層、キャップ層を下層より順次積層
する工程と、 前記キャップ層から前記トンネル絶縁層までをトンネル
磁気抵抗素子の形状に加工する工程と、 前記キャップ層と前記第2強磁性体層とを被覆するマス
クを形成した後に前記加工停止層および第1強磁性体層
を加工する工程とを備えたことを特徴とするトンネル磁
気抵抗素子の製造方法。
2. A step of forming a first ferromagnetic material layer, the method comprising: forming a processing stop layer on the first ferromagnetic material layer; and forming a bottom portion on the processing stop layer on a tunnel magnetoresistive element formation region. A step of forming an opening exposing the first ferromagnetic layer in the layer, and a tunnel insulating layer, a second ferromagnetic layer, and a cap layer sequentially stacked from the lower layer on the processing stop layer including the inside of the opening. And a step of processing from the cap layer to the tunnel insulating layer into a shape of a tunnel magnetoresistive element, and the processing stop layer after forming a mask covering the cap layer and the second ferromagnetic layer. And a step of processing the first ferromagnetic layer, the method for manufacturing a tunnel magnetoresistive element.
【請求項3】 第1強磁性体層を形成する工程と、 前記第1強磁性体層上にトンネル絶縁層を形成する工程
と、 前記トンネル絶縁層上に加工停止層を形成した後、トン
ネル磁気抵抗素子の形成領域上の前記加工停止層に、底
部に前記トンネル絶縁層が露出する開口部を形成する工
程と、 前記開口部内を含めて前記加工停止層上に、第2強磁性
体層、キャップ層を下層より順次積層する工程と、 前記キャップ層と前記第2強磁性体層とをトンネル磁気
抵抗素子の形状に加工する工程と、 前記キャップ層と第2強磁性体層とを被覆するマスクを
形成した後に前記加工停止層から前記第1強磁性体層ま
でを加工する工程とを備えたことを特徴とするトンネル
磁気抵抗素子の製造方法。
3. A step of forming a first ferromagnetic layer, a step of forming a tunnel insulating layer on the first ferromagnetic layer, a step of forming a processing stop layer on the tunnel insulating layer, and a tunnel. A step of forming an opening at the bottom where the tunnel insulating layer is exposed in the processing stop layer on the formation region of the magnetoresistive element; and a second ferromagnetic layer on the processing stop layer including the inside of the opening. A step of sequentially stacking a cap layer from a lower layer, a step of processing the cap layer and the second ferromagnetic layer into a tunnel magnetoresistive element shape, and a step of covering the cap layer and the second ferromagnetic layer. And a step of processing from the processing stop layer to the first ferromagnetic layer after forming the mask for forming the tunnel magnetoresistive element.
【請求項4】 第1配線と、 前記第1配線と立体的に交差する第2配線と、 前記第1配線と電気的に絶縁され、前記第2配線と電気
的に接続されたもので、前記第1配線と前記第2配線と
の交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体層で挟んで構成
されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、 前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によっ
て抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮
発性の磁気メモリ装置において、 前記トンネル絶縁層と、前記トンネル絶縁層を挟む強磁
性体層との界面の少なくとも一方の界面に加工停止層を
有することを特徴とする磁気メモリ装置。
4. A first wiring, a second wiring that three-dimensionally intersects with the first wiring, a wiring electrically insulated from the first wiring, and electrically connected to the second wiring, A tunnel magnetoresistive element having a tunnel insulating layer sandwiched between ferromagnetic layers is provided in an intersecting region of the first wiring and the second wiring, wherein spin directions of the ferromagnetic bodies are parallel or antiparallel. In a non-volatile magnetic memory device that stores information by utilizing a change in resistance value depending on parallelism, processing is performed on at least one of an interface between the tunnel insulating layer and a ferromagnetic layer sandwiching the tunnel insulating layer. A magnetic memory device having a stop layer.
【請求項5】 第1配線を形成する工程と、 トンネル絶縁層を強磁性体層で挟んでなるもので前記第
1配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形
成する工程と、 前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前
記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第1配線と立体
的に交差する第2配線を形成する工程とを備えた不揮発
性の磁気メモリ装置の製造方法において、 前記トンネル磁気抵抗素子の製造工程は、 第1強磁性体層を形成する工程と、 前記第1強磁性体層上に加工停止層を形成した後、トン
ネル磁気抵抗素子の形成領域上の前記加工停止層に、底
部に前記第1強磁性体層が露出する開口部を形成する工
程と、 前記開口部内を含めて前記加工停止層上に、トンネル絶
縁層、第2強磁性体層およびキャップ層を下層より順次
積層する工程と、 前記キャップ層から前記トンネル絶縁層までをトンネル
磁気抵抗素子の形状に加工する工程と、 前記キャップ層と前記第2強磁性体層とを被覆するマス
クを形成した後に前記加工停止層および第1強磁性体層
を加工する工程とを備えたことを特徴とする磁気メモリ
装置の製造方法。
5. A step of forming a first wiring, a step of forming a tunnel magnetoresistive element electrically insulated from the first wiring by sandwiching a tunnel insulating layer between ferromagnetic layers, And a step of forming a second wiring electrically connected to the tunnel magnetoresistive element and interposing the tunnel magnetoresistive element therebetween and three-dimensionally intersecting the first wiring. In the method, the step of manufacturing the tunnel magnetoresistive element includes a step of forming a first ferromagnetic layer, and a step of forming a processing stop layer on the first ferromagnetic layer, and then forming a tunnel magnetoresistive element on a formation region. A step of forming an opening at the bottom of which the first ferromagnetic layer is exposed in the processing stop layer, and a tunnel insulating layer and a second ferromagnetic layer on the processing stop layer including the inside of the opening. And the cap layer from below A step of sequentially laminating, a step of processing from the cap layer to the tunnel insulating layer into a shape of a tunnel magnetoresistive element, and a step of forming a mask for covering the cap layer and the second ferromagnetic layer And a step of processing the stop layer and the first ferromagnetic layer.
【請求項6】 第1配線を形成する工程と、 トンネル絶縁層を強磁性体層で挟んでなるもので前記第
1配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形
成する工程と、 前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前
記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第1配線と立体
的に交差する第2配線を形成する工程とを備えた不揮発
性の磁気メモリ装置の製造方法において、 前記トンネル磁気抵抗素子の製造工程は、 第1強磁性体層を形成する工程と、 前記第1強磁性体層上にトンネル絶縁層を形成する工程
と、 前記トンネル絶縁層上に加工停止層を形成した後、トン
ネル磁気抵抗素子の形成領域上の前記加工停止層に、底
部に前記トンネル絶縁層が露出する開口部を形成する工
程と、 前記開口部内を含めて前記加工停止層上に、第2強磁性
体層、キャップ層を下層より順次積層する工程と、 前記キャップ層と前記第2強磁性体層とをトンネル磁気
抵抗素子の形状に加工する工程と、 前記キャップ層と前記第2強磁性体層とを被覆するマス
クを形成した後に前記加工停止層から前記第1強磁性体
層までを加工する工程とを備えたことを特徴とする磁気
メモリ装置の製造方法。
6. A step of forming a first wiring, a step of forming a tunnel magnetoresistive element electrically insulated from the first wiring by sandwiching a tunnel insulating layer between ferromagnetic layers, And a step of forming a second wiring electrically connected to the tunnel magnetoresistive element and interposing the tunnel magnetoresistive element therebetween and three-dimensionally intersecting the first wiring. In the method, the step of manufacturing the tunnel magnetoresistive element includes a step of forming a first ferromagnetic layer, a step of forming a tunnel insulating layer on the first ferromagnetic layer, and a step of processing on the tunnel insulating layer. After forming the stop layer, a step of forming an opening at the bottom where the tunnel insulating layer is exposed, in the processing stop layer on the formation region of the tunnel magnetoresistive element, and including the inside of the opening on the processing stop layer. To 2 a step of sequentially stacking a ferromagnetic layer and a cap layer from a lower layer; a step of processing the cap layer and the second ferromagnetic layer into a tunnel magnetoresistive element shape; the cap layer and the second strong layer; And a step of processing the processing stop layer to the first ferromagnetic material layer after forming a mask that covers the magnetic material layer.
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