JP2005268252A - Method of manufacturing magnetic memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily remove a reactive product by forming an electrochemically less noble metal film 81 after etching a magnetic layer. <P>SOLUTION: A magnetic memory device 1 comprises a magneto-resistance effect element 13 which is such that a magnetic layer (first thin film) 232, a tunnel insulation layer 233, and another magnetic layer (second thin film) 234 are laminated in order. A method of the magnetic memory device 1 comprises a process wherein, after a process of forming a top pattern 130 of the magneto-resistance effect element 1 by etching or ion-milling a top electrode layer 235 and the second thin film 234 from such a state that the top electrode layer 235 formed on the second thin film 234, the second thin film 234, and the tunnel insulation layer 233 are laminated, and the electrochemically less noble metal film 81 is so formed that it may enter between the side wall of the top pattern 130 and the reactive product 71 generated by the etching or ion-milling; and a process of removing the metal film 81 as well as the reactive product 71. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を形成するための加工時に発生する反応生成物の除去を容易にした磁気記憶装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic memory device that facilitates removal of reaction products generated during processing for forming a magnetoresistive element.

強磁性体などの磁性体では、その磁化の方向や磁化の有無などによってその電気抵抗が変化する磁気抵抗効果が知られている。その電気抵抗値の変化率を磁気抵抗比(MR比;Magneto-Resistance Ratio)という。磁気抵抗比が大きい材料としては、巨大磁気抵抗(GMR;Giant Magneto-Resistance)材料や超巨大磁気抵抗(CMR;Colossal Magneto-Resistance)材料があり、これらは一般に、金属、合金、複合酸化物などである。例えば、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)およびこれらの合金や、LaXSr1-XMnO9(0≦x≦1)、LaXCa1-XMnO9(0≦x≦1)などの複合酸化物などの材料がある。また一般に、強磁性体は、外部から印加された磁場によってその強磁性体内に発生した磁化が外部磁場を取り除いた後にも残留する(これを残留磁化という)という特性を有している。 In a magnetic material such as a ferromagnetic material, a magnetoresistive effect is known in which the electrical resistance changes depending on the direction of magnetization, the presence or absence of magnetization, and the like. The rate of change of the electric resistance value is called a magnetoresistance ratio (MR ratio). Materials having a large magnetoresistance ratio include Giant Magneto-Resistance (GMR) materials and Colossal Magneto-Resistance (CMR) materials, which are generally metals, alloys, composite oxides, etc. It is. For example, iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), gadolinium (Gd), terbium (Tb) and alloys thereof, La x Sr 1-x MnO 9 (0 ≦ x ≦ 1), La x There are materials such as complex oxides such as Ca 1-X MnO 9 (0 ≦ x ≦ 1). In general, a ferromagnetic material has a characteristic that magnetization generated in the ferromagnetic material by a magnetic field applied from the outside remains even after the external magnetic field is removed (this is called residual magnetization).

そこで、磁気抵抗材料として強磁性体を用いてその強磁性体の残留磁化を利用すれば、磁化方向や磁化の有無により電気抵抗値を選択して情報を記憶する不揮発性メモリを構成することができる。このような不揮発性メモリは、磁気メモリ(MRAM(磁気ランダムアクセスメモリ);Magnetic Random Access Memory)と呼ばれている。   Therefore, if a ferromagnetic material is used as a magnetoresistive material and the residual magnetization of the ferromagnetic material is used, a nonvolatile memory that stores information by selecting an electrical resistance value depending on the magnetization direction and the presence or absence of magnetization can be configured. it can. Such a non-volatile memory is called a magnetic memory (MRAM (Magnetic Random Access Memory)).

近年、開発が進められているMRAMの多くは、巨大磁気抵抗材料の強磁性体の残留磁化で情報を記憶しており、磁化方向の違いによって生じる電気抵抗値の変化を電圧に変換することにより、記憶した情報を読み出す方式を採用している。また、書き込み用配線に電流を流して誘起される磁場により強磁性体メモリセルの磁化方向を変化させることで、メモリセルに情報を書き込み、またはその情報を書き換えることができる。   In recent years, many MRAMs that are being developed store information by the remanent magnetization of a ferromagnetic material of a giant magnetoresistive material, and convert the change in electrical resistance value caused by the difference in magnetization direction into a voltage. The method of reading the stored information is adopted. Further, by changing the magnetization direction of the ferromagnetic memory cell by a magnetic field induced by passing a current through the write wiring, information can be written into the memory cell or the information can be rewritten.

MRAMのセルとしては、トンネル絶縁層(トンネル電流が流れる程度の厚さの電気絶縁膜)を2つの強磁性体層で挟んだ構造をもつトンネル磁気抵抗素子(TMR;Tunnel Magneto-Resistance、あるいはMTJ;Magnetic Tunnel Junction)が、高い磁気抵抗変化率(MR比)を備えており、もっとも実用化に近いデバイスとして期待されている。   As an MRAM cell, a tunnel magnetoresistive element (TMR: Tunnel Magneto-Resistance, or MTJ) having a structure in which a tunnel insulating layer (an electrical insulating film having a thickness sufficient for a tunnel current to flow) is sandwiched between two ferromagnetic layers. Magnetic Tunnel Junction) has a high magnetoresistance change rate (MR ratio) and is expected to be the device most practically used.

このようなトンネル磁気抵抗素子は、スパッタリング法を用いて磁性体材料やトンネル絶縁層材料を成膜した後、イオンミリングやプラズマエッチングなどのドライプロセスを用いてパターニングすることにより、所望の形状に加工される。具体的には、基板上に磁性体材料やトンネル絶縁層材料を成膜した後、加工しようとする積層膜表面に感光性を持つレジスト(フォトレジスト)を塗布し、レジストを露光・現像した後、イオンミリング装置やプラズマを用いたエッチング装置で微細加工する。プラズマを用いたドライエッチング(反応性イオンエッチング)で行う方が半導体ウエハプロセスへ取り込みやすく、面積抵抗も小さくできる可能性がある。   Such a tunnel magnetoresistive element is processed into a desired shape by depositing a magnetic material or a tunnel insulating layer material using a sputtering method and then patterning it using a dry process such as ion milling or plasma etching. Is done. Specifically, after a magnetic material or a tunnel insulating layer material is formed on a substrate, a photosensitive resist (photoresist) is applied to the surface of the laminated film to be processed, and the resist is exposed and developed. Fine processing is performed by an ion milling device or an etching device using plasma. The dry etching (reactive ion etching) using plasma is easier to incorporate into the semiconductor wafer process, and the sheet resistance may be reduced.

しかしながら、ドライエッチングやイオンミリングを用いると、ドライエッチングやイオンミリングに用いるガスとフォトレジストや加工する積層膜材料との反応により残留物が積層膜の側壁に堆積し、トンネル磁気抵抗素子の抵抗上昇の原因となる。反応生成物は、pHの小さい酸の水溶液により溶解除去することが可能であるが、このときに、積層膜材料自体の腐食やトンネル絶縁層の腐食や過剰酸化が起きてしまい、トンネル磁気抵抗素子(MTJ)としての機能を失ってしまうという問題があった。   However, when dry etching or ion milling is used, residue is deposited on the sidewall of the multilayer film due to the reaction between the gas used for dry etching or ion milling and the photoresist or multilayer film material to be processed, and the resistance of the tunnel magnetoresistive element increases. Cause. The reaction product can be dissolved and removed with an aqueous solution of an acid having a low pH. At this time, however, corrosion of the laminated film material itself, corrosion of the tunnel insulating layer, and excessive oxidation occur, resulting in the tunnel magnetoresistive element. There was a problem of losing the function as (MTJ).

例えば、図7(1)に示すように、トンネル磁気抵抗素子の作製工程では、下部電極層431、反強磁性体層(図示せず)、磁化固定層となる強磁性膜を主とした薄膜432、トンネル絶縁層433、記憶層となる強磁性膜を主とした薄膜434、上部電極層435を順に積層して形成した後、窒化シリコンからなるハードマスク436を形成する。そしてハードマスク436エッチングマスクに用いて、上記積層膜のうち、上部電極層435と記憶層となる強磁性膜を主とした薄膜434をドライエッチングする。その結果、図7(2)に示すように、上部電極層435および記憶層となる強磁性膜を主とした薄膜434をエッチング加工することにより形成された上部電極335および記憶層334の側壁に反応生成物371が残る。この反応生成物371は、図7(3)に示すように、酸洗浄により除去することができる。しかしながら、上記酸洗浄によって、上部電極335や強磁性膜からなる記憶層334が腐食される。また、トンネル絶縁層333の腐食や過剰酸化が起きる。   For example, as shown in FIG. 7A, in the tunnel magnetoresistive element manufacturing process, a thin film mainly including a lower electrode layer 431, an antiferromagnetic material layer (not shown), and a ferromagnetic film serving as a magnetization fixed layer. 432, a tunnel insulating layer 433, a thin film 434 mainly including a ferromagnetic film serving as a memory layer, and an upper electrode layer 435 are sequentially stacked, and then a hard mask 436 made of silicon nitride is formed. Then, using the hard mask 436 as an etching mask, the thin film 434 mainly composed of the upper electrode layer 435 and the ferromagnetic film serving as the memory layer is dry-etched in the stacked film. As a result, as shown in FIG. 7B, the upper electrode 335 and the memory layer 334 are formed on the sidewalls of the upper electrode 335 and the memory layer 334 formed by etching the upper electrode layer 435 and the thin film 434 mainly composed of the ferromagnetic film serving as the memory layer. The reaction product 371 remains. This reaction product 371 can be removed by acid washing as shown in FIG. However, the acid cleaning corrodes the upper electrode 335 and the memory layer 334 made of a ferromagnetic film. Further, the tunnel insulating layer 333 is corroded or excessively oxidized.

上記課題を解決すべく、層間絶縁膜に凹所を形成し、その凹所内に強磁性トンネル接合素子を形成する反強磁性体層、第1強磁性体層、トンネル絶縁層、第2強磁性体層を積層して多層膜を形成した後、化学的機械研磨によって凹所以外の層間絶縁膜上の多層膜を除去して、強磁性トンネル接合素子を形成する方法(例えば、特許文献1参照。)が開示されている。しかしながら、この製造方法では、化学的機械研磨を用いるため、層間絶縁膜上の多層膜を完全に研磨除去するにはオーバ研磨が必要になる。この場合、層間絶縁膜も過剰に研磨され、いわゆるディッシングを発生し、層間絶縁膜の膜厚が局所的に薄くなりすぎ、高精度の加工が難しい。   In order to solve the above problems, a recess is formed in the interlayer insulating film, and a ferromagnetic tunnel junction element is formed in the recess, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a tunnel insulating layer, and a second ferromagnetic layer. A method of forming a ferromagnetic tunnel junction element by stacking body layers to form a multilayer film and then removing the multilayer film on the interlayer insulating film other than the recess by chemical mechanical polishing (see, for example, Patent Document 1) .) Is disclosed. However, since this manufacturing method uses chemical mechanical polishing, over polishing is required to completely polish and remove the multilayer film on the interlayer insulating film. In this case, the interlayer insulating film is also excessively polished, so-called dishing occurs, the interlayer insulating film becomes too thin locally, and high-precision processing is difficult.

特開2001−168418号公報JP 2001-168418 A

解決しようとする問題点は、磁気抵抗効果素子をドライエッチング加工もしくはイオンミリング加工により高精度に加工する際に、上部電極や強磁性膜の腐食またはトンネル絶縁層の腐食や過剰酸化を引き起こさずに、エッチング反応生成物(いわゆる残渣)を除去することが困難な点にある。   The problem to be solved is that when the magnetoresistive effect element is processed with high precision by dry etching or ion milling, it does not cause corrosion of the upper electrode or ferromagnetic film, or corrosion or excessive oxidation of the tunnel insulating layer. The etching reaction product (so-called residue) is difficult to remove.

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、磁性体材料を主体とした第1薄膜と非磁性体を主体としたトンネル絶縁層と磁性体材料を主体とした第2薄膜とを順に積層してなる磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、前記第2薄膜上に形成される上部電極層、前記第2薄膜および前記トンネル絶縁層を積層した状態から前記上部電極層および前記第2薄膜をエッチングもしくはイオンミリングして前記磁気抵抗効果素子の上部のパターンを形成する工程の後、前記上部のパターンの側壁と前記エッチングもしくはイオンミリングで発生した反応生成物との間に入りこむように電気化学的に卑な金属膜を形成する工程と、前記金属膜を除去するとともに前記反応生成物を除去する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。   The method for manufacturing a magnetic memory device according to the present invention comprises a first thin film mainly composed of a magnetic material, a tunnel insulating layer mainly composed of a non-magnetic material, and a second thin film mainly composed of a magnetic material. A method of manufacturing a magnetic memory device including a magnetoresistive effect element, comprising: an upper electrode layer formed on the second thin film; the second thin film; and the tunnel insulating layer, and the upper electrode layer and After the step of etching or ion milling the second thin film to form the upper pattern of the magnetoresistive effect element, the second thin film may enter between the sidewall of the upper pattern and a reaction product generated by the etching or ion milling. The main feature is that it includes a step of forming an electrochemically base metal film, and a step of removing the metal film and removing the reaction product.

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第2薄膜上に形成される上部電極層、第2薄膜およびトンネル絶縁層を積層した状態から上部電極層および第2薄膜をエッチングもしくはイオンミリングして磁気抵抗効果素子の上部のパターンを形成する工程の後、上部のパターンの側壁とエッチングもしくはイオンミリングで発生した反応生成物との間に入りこむように電気化学的に卑な金属膜を形成する工程を備えていることから、金属膜は上部のパターンの側壁と反応生成物とのわずかな隙間に入り込むように成長して、反応生成物にストレスを与えるようになる。やがて、上部のパターンの側壁に生成された反応生成物は金属膜の成長とともに上部のパターンの側壁から引き剥がされるようになる。そして、金属膜を除去するとともに反応生成物を除去する工程を備えていることから、金属膜が除去されると側壁のストレスが緩和されて上部のパターンの側壁から反応生成物は容易に引き剥がされて除去される。このようにして、上部電極や磁性体材料の薄膜の腐食またはトンネル絶縁層の腐食や過剰酸化を引き起こさずにエッチング反応生成物を除去できるという利点がある。   According to the method of manufacturing a magnetic memory device of the present invention, the upper electrode layer and the second thin film are etched or ion milled from the state in which the upper electrode layer, the second thin film, and the tunnel insulating layer formed on the second thin film are stacked. After the step of forming the upper pattern of the resistance effect element, a step of forming an electrochemically base metal film so as to enter between the side wall of the upper pattern and a reaction product generated by etching or ion milling. Since it is provided, the metal film grows so as to enter a slight gap between the side wall of the upper pattern and the reaction product, and stresses the reaction product. Eventually, the reaction product generated on the side wall of the upper pattern is peeled off from the side wall of the upper pattern as the metal film grows. Since the metal film is removed and the reaction product is removed, when the metal film is removed, the stress on the side wall is alleviated and the reaction product is easily peeled off from the side wall of the upper pattern. To be removed. Thus, there is an advantage that the etching reaction product can be removed without causing corrosion of the upper electrode or the thin film of the magnetic material, or corrosion or excessive oxidation of the tunnel insulating layer.

磁気抵抗効果素子をドライエッチング加工もしくはイオンミリング加工により高精度に加工する際に、上部電極や強磁性膜の腐食またはトンネル絶縁層の腐食や過剰酸化を引き起こさずに、エッチング反応生成物(いわゆる残渣)を除去するという目的を、磁気抵抗効果素子上に形成される上部電極、磁気抵抗効果素子を構成する薄膜を積層した状態から上部電極および磁気抵抗効果素子を構成する薄膜をエッチングもしくはイオンミリングして磁気抵抗効果素子の上部のパターンを形成する工程の後、上部のパターン側壁とエッチングもしくはイオンミリングで発生した反応生成物との間に入りこむように電気化学的に卑な金属膜を形成することで実現した。   When a magnetoresistive element is processed with high precision by dry etching or ion milling, etching reaction products (so-called residues) are produced without causing corrosion of the upper electrode or ferromagnetic film or corrosion or excessive oxidation of the tunnel insulating layer. The upper electrode formed on the magnetoresistive effect element and the thin film constituting the magnetoresistive effect element are laminated or the thin film constituting the magnetoresistive effect element is etched or ion milled. After the step of forming the upper pattern of the magnetoresistive effect element, an electrochemically base metal film is formed so as to enter between the upper pattern side wall and the reaction product generated by etching or ion milling. Realized.

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、磁気記憶装置(例えばMRAM)の磁気抵抗効果素子の製造に適用することが効果的である。そこで、まず、磁気記憶装置の一例を、図4の概略構成斜視図、図5の回路図および図6の概略構成断面図によって説明する。   The method for manufacturing a magnetic memory device of the present invention is effective when applied to the manufacture of a magnetoresistive effect element of a magnetic memory device (for example, MRAM). First, an example of the magnetic storage device will be described with reference to the schematic configuration perspective view of FIG. 4, the circuit diagram of FIG. 5, and the schematic configuration cross-sectional view of FIG.

図4に示すように、複数個(図面では一例として6個を示す)のメモリセルを含み、相互に交差する複数本(図面では一例として3本を示す)の書き込みワード線11(111、112、113)および複数本(図面では一例として2本を示す)のビット線12(121、122)を有する。それらの書き込みワード線11とビット線12の各交差領域には、各書き込みワード線11とは絶縁膜(図示せず)を介して各ビット線12には電気的に接続、例えば上部電極135を介して接続される磁気抵抗効果素子(例えばTMR(Tunnel Magneto Resistance))13が配置されている。各磁気抵抗効果素子13は、基本的には下層より強磁性体を含む層からなる磁化固定層132、絶縁体からなるトンネル絶縁層133、磁化反転する強磁性体を含む層からなる記憶層134の積層構造からなる。上記各磁気抵抗効果素子13の磁化固定層132の下層には反強磁性体層(図示せず)が接続され、さらに下部電極131が形成されている。この下部電極131は、選択素子20に接続されている。例えば、選択素子20は、半導体基板(図示せず)に形成された絶縁ゲート型の電界効果トランジスタが用いられる。この電界効果トランジスタの一方の拡散層に上記下部電極131が接続され、ゲート電極22にワード線25が接続され、他方の拡散層にセンス線15が接続されている。   As shown in FIG. 4, a plurality of (three are shown as an example in the drawing) write word lines 11 (111, 112) including a plurality of (6 shown as an example in the drawing) and intersecting each other. 113) and a plurality of bit lines 12 (121, 122) (two are shown as an example in the drawing). In each intersection region of the write word line 11 and the bit line 12, each write word line 11 is electrically connected to each bit line 12 through an insulating film (not shown), for example, an upper electrode 135 is connected. A magnetoresistive effect element (for example, TMR (Tunnel Magneto Resistance)) 13 connected via the wiring is disposed. Each magnetoresistive element 13 basically includes a fixed magnetization layer 132 made of a layer containing a ferromagnetic material from the lower layer, a tunnel insulating layer 133 made of an insulator, and a storage layer 134 made of a layer containing a ferromagnetic material that reverses magnetization. It has a laminated structure. An antiferromagnetic layer (not shown) is connected to the lower layer of the magnetization fixed layer 132 of each magnetoresistive effect element 13, and a lower electrode 131 is further formed. The lower electrode 131 is connected to the selection element 20. For example, the selection element 20 is an insulated gate field effect transistor formed on a semiconductor substrate (not shown). The lower electrode 131 is connected to one diffusion layer of the field effect transistor, the word line 25 is connected to the gate electrode 22, and the sense line 15 is connected to the other diffusion layer.

すなわち、上記磁気記憶装置の1メモリセルは、図5に示すように、いわゆる、一つの磁気抵抗効果素子13と一つの選択素子(例えば、MOSトランジスタ)20という構成となっている。   That is, one memory cell of the magnetic memory device has a so-called one magnetoresistive effect element 13 and one selection element (for example, MOS transistor) 20 as shown in FIG.

上記磁気記憶装置1の断面構成の一例を、図6によって説明する。   An example of a cross-sectional configuration of the magnetic storage device 1 will be described with reference to FIG.

図6に示すように、半導体基板10上に選択素子20が形成されている。ここでは一例として選択素子20は、例えば絶縁ゲート型のMOSトランジスタからなる。すなわち、半導体基板10上にゲート絶縁膜21を介してゲート電極22が形成され、ゲート電極22の両側の半導体基板10に拡散層23、24が形成されている。上記選択素子20は、絶縁膜41に被覆されている。絶縁膜41上に、選択素子20の一方の拡散層23にはコンタクト部31を介して電極32が形成され、他方に拡散層24にはコンタクト部33を介してセンス線15が形成されている。上記絶縁膜41上には、電極32、センス線15を被覆する絶縁膜42が形成されている。この絶縁膜42には電極32に接続するプラグ34が形成されている。上記絶縁膜42上には絶縁膜43が形成され、この絶縁膜43には、書き込みワード線11およびプラグ34に接続する電極35が、例えば並列に形成されている。上記絶縁膜43上には、書き込みワード線11および電極36を被覆する絶縁膜44が形成され、電極35に接続するプラグ36が形成されている。   As shown in FIG. 6, the selection element 20 is formed on the semiconductor substrate 10. Here, as an example, the selection element 20 is composed of, for example, an insulated gate MOS transistor. That is, the gate electrode 22 is formed on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 21, and the diffusion layers 23 and 24 are formed on the semiconductor substrate 10 on both sides of the gate electrode 22. The selection element 20 is covered with an insulating film 41. On the insulating film 41, an electrode 32 is formed on one diffusion layer 23 of the selection element 20 via a contact portion 31, and a sense line 15 is formed on the diffusion layer 24 via a contact portion 33. . On the insulating film 41, an insulating film 42 covering the electrode 32 and the sense line 15 is formed. A plug 34 connected to the electrode 32 is formed in the insulating film 42. An insulating film 43 is formed on the insulating film 42, and an electrode 35 connected to the write word line 11 and the plug 34 is formed on the insulating film 43 in parallel, for example. On the insulating film 43, an insulating film 44 that covers the write word line 11 and the electrode 36 is formed, and a plug 36 that is connected to the electrode 35 is formed.

上記絶縁膜44上には、上記書き込みワード線11上でビット線12との交差領域を通り上記プラグ36に接続する下部電極131が形成されている。また、上記下部電極131上でかつ書き込みワード線11とビット線12との交差領域には、反強磁性体層(図示せず)、磁化固定層132、トンネル絶縁層133、記憶層134、上部電極135が下層より順に積層されて形成されている。このように、磁気抵抗効果素子13は、基本的には磁化固定層132、トンネル絶縁層133および記憶層134の積層構造で形成されている。   On the insulating film 44, a lower electrode 131 is formed on the write word line 11, passing through the intersection region with the bit line 12 and connected to the plug 36. An antiferromagnetic layer (not shown), a magnetization fixed layer 132, a tunnel insulating layer 133, a storage layer 134, and an upper portion are formed on the lower electrode 131 and in the intersection region between the write word line 11 and the bit line 12. The electrode 135 is formed by laminating in order from the lower layer. Thus, the magnetoresistive effect element 13 is basically formed of a laminated structure of the magnetization fixed layer 132, the tunnel insulating layer 133, and the storage layer 134.

上記磁気抵抗効果素子13を被覆するように、絶縁膜44上には絶縁膜45が形成され、その表面には上部電極135が露出されている。そして絶縁膜45上には絶縁膜46が形成され、この絶縁膜46には上記書き込みワード線と上記磁気抵抗効果素子13を間にして立体的に交差(直交)するもので、上部電極135に接続したビット線12が形成されている。   An insulating film 45 is formed on the insulating film 44 so as to cover the magnetoresistive effect element 13, and an upper electrode 135 is exposed on the surface thereof. An insulating film 46 is formed on the insulating film 45. The insulating film 46 three-dimensionally intersects (orthogonally) with the write word line and the magnetoresistive element 13 in between. A connected bit line 12 is formed.

上記説明した磁気記憶装置の構成は一例であって、書き込みワード線11、ビット線12、磁気抵抗効果素子13、センス線15、選択素子20およびそれらの接続関係を除いて、適宜変更することができる。   The configuration of the magnetic memory device described above is an example, and can be changed as appropriate except for the write word line 11, the bit line 12, the magnetoresistive effect element 13, the sense line 15, the selection element 20, and their connection relationship. it can.

上記構成の磁気記憶装置1では、磁化固定層132の磁気モーメントの方向は反強磁性体層(図示せず)によって保持される。その一方で、記憶層134の磁気モーメントの方向はビット線12および書き込みワード線11に適切な方向および大きさの電流を印加することにより、アンペールの法則に従って生じる磁界によって、反転させることができる。すなわち、記憶層134の磁気モーメントの方向を変化させることによって、磁化固定層132と記憶層134との磁気モーメントを平行または反平行の状態とすることができる。そこで、ワード線25に読出電圧を印加して選択素子(MOSトランジスタ)20を導通させ、ビット線12に適切な電圧を印加すると、磁化固定層132と記憶層134との磁気モーメントが平行または反平行に応じた大きさのトンネル電流が流れる。この電流の大きさを検出することにより、情報の読み出しが行える。   In the magnetic memory device 1 having the above configuration, the direction of the magnetic moment of the magnetization fixed layer 132 is held by an antiferromagnetic material layer (not shown). On the other hand, the direction of the magnetic moment of the storage layer 134 can be reversed by a magnetic field generated according to Ampere's law by applying a current of an appropriate direction and magnitude to the bit line 12 and the write word line 11. That is, by changing the direction of the magnetic moment of the storage layer 134, the magnetic moment of the magnetization fixed layer 132 and the storage layer 134 can be in a parallel or antiparallel state. Therefore, when a read voltage is applied to the word line 25 to make the selection element (MOS transistor) 20 conductive and an appropriate voltage is applied to the bit line 12, the magnetic moments of the magnetization fixed layer 132 and the storage layer 134 are parallel or opposite. A tunnel current of a magnitude corresponding to the parallel flows. Information can be read by detecting the magnitude of this current.

次に、本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る一実施例を、図1〜図3の概略構成断面図によって説明する。なお、図面では、1メモリセルを説明するが、磁気記憶装置は半導体基板面内に複数のメモリセルが縦横にかつ等間隔に配置されているものである。   Next, an embodiment of the method for manufacturing a magnetic memory device according to the present invention will be described with reference to the schematic sectional views of FIGS. Although one memory cell is described in the drawings, the magnetic memory device has a plurality of memory cells arranged vertically and horizontally at equal intervals in the semiconductor substrate surface.

まず、図2に示すように、半導体基板10上に選択素子20を形成する。ここでは一例として、選択素子20を通常のMOSトランジスタの形成技術によりMOSトランジスタを形成した。すなわち、半導体基板10上にゲート絶縁膜21を介してゲート電極(ワード線)22を形成するとともに、ゲート電極22の両側の半導体基板10に拡散層23、24を形成する。その後、選択素子を被覆する絶縁膜41を形成した後、絶縁膜41上に、選択素子20の一方の拡散層23にコンタクト部31を介して電極32、および選択素子20の他方の拡散層24にコンタクト部33を介してセンス線15を形成する。次いで、電極32、センス線15を被覆する絶縁膜42を形成し、電極32に接続するプラグ34を形成する。さらに絶縁膜42上に絶縁膜43を形成した後、絶縁膜43に書き込みワード線11、上記プラグ34に接続する電極35を形成する。次に、上記書き込みワード線11、電極35を被覆する絶縁膜44を形成した後、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、上記絶縁膜44に電極35上面を露出させる開口部を形成し、その開口部にプラグ36を形成する。次に、プラグ36の上面を洗浄した後、絶縁膜44上に、上記プラグ36に接続する下部電極層231を形成する。   First, as shown in FIG. 2, the selection element 20 is formed on the semiconductor substrate 10. Here, as an example, the selection element 20 is a MOS transistor formed by a normal MOS transistor formation technique. That is, the gate electrode (word line) 22 is formed on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 21, and the diffusion layers 23 and 24 are formed on the semiconductor substrate 10 on both sides of the gate electrode 22. Thereafter, after forming the insulating film 41 covering the selection element, the electrode 32 and the other diffusion layer 24 of the selection element 20 are formed on the insulation film 41 via the contact portion 31 on one diffusion layer 23 of the selection element 20. The sense line 15 is formed through the contact portion 33. Next, an insulating film 42 covering the electrode 32 and the sense line 15 is formed, and a plug 34 connected to the electrode 32 is formed. Further, after forming the insulating film 43 on the insulating film 42, the electrode 35 connected to the write word line 11 and the plug 34 is formed on the insulating film 43. Next, after forming the insulating film 44 covering the write word line 11 and the electrode 35, an opening that exposes the upper surface of the electrode 35 is formed in the insulating film 44 by a normal lithography technique and etching technique. A plug 36 is formed in the opening. Next, after cleaning the upper surface of the plug 36, a lower electrode layer 231 connected to the plug 36 is formed on the insulating film 44.

次に、図1(1)に示すように、上記絶縁膜44上に、下部電極層231、反強磁性体層(図示せず)、磁化固定層となる磁性体層(第1薄膜)232、トンネル絶縁層233、記憶層となる磁性体層(第2薄膜)234、上部電極層235を順に積層した積層膜230を形成する。以下、図1では、上記積層膜を主に図示する。上記積層膜を形成するには、スパッタリング装置(例えば超真空スパッタリング装置)を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 1A, on the insulating film 44, a lower electrode layer 231, an antiferromagnetic material layer (not shown), and a magnetic material layer (first thin film) 232 that becomes a magnetization fixed layer. Then, a laminated film 230 in which a tunnel insulating layer 233, a magnetic layer (second thin film) 234 to be a storage layer, and an upper electrode layer 235 are sequentially laminated is formed. Hereinafter, FIG. 1 mainly illustrates the laminated film. In order to form the laminated film, a sputtering apparatus (for example, an ultra vacuum sputtering apparatus) can be used.

上記下部電極層231には、導電性材料を用いることができ、例えば金属材料を用いる。ここでは、白金・マンガン(Pt・Mn)合金を、例えば30nmの厚さに成膜する。   For the lower electrode layer 231, a conductive material can be used, for example, a metal material. Here, a platinum-manganese (Pt.Mn) alloy is formed to a thickness of, for example, 30 nm.

上記反強磁性体層には、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。この反強磁性体層は、磁気抵抗効果素子と直列に接続される選択素子との接続に用いられる下部電極を兼ねることも可能である。   For the antiferromagnetic material layer, for example, one of iron / manganese alloy, nickel / manganese alloy, platinum manganese alloy, iridium / manganese alloy, rhodium / manganese alloy, cobalt oxide and nickel oxide is used. This antiferromagnetic material layer can also serve as a lower electrode used for connection to a magnetoresistive effect element and a selection element connected in series.

上記磁化固定層となる磁性体層232には、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選ばれた元素からなる薄膜、または前記群から選ばれた元素を含む合金からなる薄膜、または前記群から選ばれた元素からなる積層膜を用いることができる。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種からなる合金のような、強磁性体を用いる。ここでは、一例として、コバルト・鉄・ホウ素(CoFeB)化合物を用い、例えば2.5nmの厚さに形成した。この磁化固定層は、反強磁性体層と接する状態に形成されていて、磁化固定層と反強磁性体層との層間に働く交換相互作用によって、磁化固定層は、強い一方向の磁気異方性を有している。すなわち、磁化固定層は反強磁性体層との交換結合によって磁化の方向がピニング(pinning)される。   The magnetic layer 232 serving as the magnetization fixed layer includes a thin film made of an element selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, manganese, gadolinium, and terbium, or a thin film made of an alloy containing an element selected from the above group. Alternatively, a laminated film made of an element selected from the above group can be used. For example, a ferromagnetic material such as nickel, iron or cobalt, or an alloy made of at least two of nickel, iron and cobalt is used. Here, as an example, a cobalt / iron / boron (CoFeB) compound is used and formed to a thickness of, for example, 2.5 nm. The magnetization pinned layer is formed in contact with the antiferromagnetic layer, and the magnetization pinned layer has a strong unidirectional magnetic difference due to the exchange interaction between the magnetization pinned layer and the antiferromagnetic layer. It has directionality. That is, the magnetization direction of the magnetization fixed layer is pinned by exchange coupling with the antiferromagnetic material layer.

なお、磁化固定層は、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、反強磁性体層側から、第1の磁化固定層と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層と第2の磁化固定層とを順に積層した構成としてもよい。この磁化固定層は、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。   Note that the magnetization fixed layer may have a configuration in which a magnetic layer is stacked with a conductive layer interposed therebetween. For example, a configuration in which a conductor layer and a second magnetization fixed layer in which the first magnetization fixed layer and the magnetic layer are antiferromagnetically coupled to each other from the antiferromagnetic material layer side may be sequentially laminated. The magnetization fixed layer may have a structure in which three or more ferromagnetic layers are stacked with a conductor layer interposed therebetween. For example, ruthenium, copper, chromium, gold, silver, or the like can be used for the conductor layer.

上記トンネル絶縁層233は、上記記憶層と上記磁化固定層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、他の酸化膜もしくは窒化膜を用いることができる。例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素からなる群から選ばれた1種以上を主体とする材料を用いることができる。また、酸化マグネシウム、酸化シリコン、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233の膜厚は、0.5nm〜5nmと非常に薄いため、原子層蒸着(ALD:Atomic Layer Deposition)法により形成することもできる。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こともできる。ここでは、一例として、トンネル絶縁層233を酸化アルミニウムで形成し、その膜厚は1nmとした。その形成方法は、アルミニウムを成膜した後に酸素プラズマ中で約30秒処理することで得た。   The tunnel insulating layer 233 has a function of cutting a magnetic coupling between the storage layer and the magnetization fixed layer and flowing a tunnel current. Therefore, aluminum oxide having a thickness of 0.5 nm to 5 nm is usually used, but other oxide films or nitride films can be used. For example, a material mainly composed of one or more selected from the group consisting of aluminum oxide, zirconium oxide, cerium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride, and boron nitride can be used. Alternatively, magnesium oxide, silicon oxide, magnesium nitride, silicon nitride, aluminum oxynitride, magnesium oxynitride, or silicon oxynitride may be used. As described above, since the film thickness of the tunnel insulating layer 233 is as very thin as 0.5 nm to 5 nm, it can also be formed by an atomic layer deposition (ALD) method. Alternatively, it can be formed by depositing a metal film such as aluminum by sputtering and then performing plasma oxidation or nitridation. Here, as an example, the tunnel insulating layer 233 is formed of aluminum oxide, and the thickness thereof is 1 nm. The formation method was obtained by forming an aluminum film and treating it in oxygen plasma for about 30 seconds.

上記記憶層となる磁性体層234には、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選ばれた元素からなる薄膜、または前記群から選ばれた元素を含む合金からなる薄膜、または前記群から選ばれた元素からなる積層膜を用いることができる。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種からなる合金のような、強磁性体を用いる。この記憶層は外部印加磁場によって磁化の方向を、下層の磁化固定層に対して平行または反平行に変えることができる。ここでは一例として、コバルトを用い、例えば2.5nmの厚さに形成した。   The magnetic layer 234 serving as the storage layer includes a thin film made of an element selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, manganese, gadolinium, and terbium, or a thin film made of an alloy containing an element selected from the group, Alternatively, a laminated film made of an element selected from the above group can be used. For example, a ferromagnetic material such as nickel, iron or cobalt, or an alloy made of at least two of nickel, iron and cobalt is used. This storage layer can change the magnetization direction parallel or antiparallel to the lower magnetization fixed layer by an externally applied magnetic field. Here, as an example, cobalt is used, for example, with a thickness of 2.5 nm.

なお、必要に応じて、記憶層を形成する磁性体層234と上部電極層235との間にキャップ層(図示せず)を形成することができる。このキャップ層は、磁気抵抗効果素子と別の磁気抵抗効果素子(図示せず)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。   Note that a cap layer (not shown) can be formed between the magnetic layer 234 forming the memory layer and the upper electrode layer 235 as necessary. This cap layer has functions of preventing mutual diffusion with a wiring connecting a magnetoresistive effect element and another magnetoresistive effect element (not shown), reducing contact resistance, and preventing oxidation of the memory layer. Usually, it is made of a material such as copper, tantalum nitride, tantalum, or titanium nitride.

上記上部電極層235は、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、アルミニウム銅合金(AlCu)、ルテニウム(Ru)等の金属材料、ポリシリコンなどで形成することができる。   The upper electrode layer 235 includes titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), and aluminum copper alloy (AlCu). , Ruthenium (Ru) or other metal material, polysilicon or the like.

次に、図1(2)に示すように、上記上部電極層235上にハードマスク61を形成する。このハードマスク61は、無機膜で形成され、例えば窒化シリコン膜で形成される。もしくは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成してもよい。その形成方法は、上記上部電極層235上にハードマスクを形成する無機膜を形成した後、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、無機膜を加工し、ハードマスク61を形成する。   Next, as shown in FIG. 1B, a hard mask 61 is formed on the upper electrode layer 235. The hard mask 61 is formed of an inorganic film, for example, a silicon nitride film. Alternatively, a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be used. In the formation method, after forming an inorganic film for forming a hard mask on the upper electrode layer 235, the hard film 61 is formed by processing the inorganic film by a normal lithography technique and an etching technique.

次に、図1(3)に示すように、上記ハードマスク61をエッチングマスクに用いて、上部電極層235および記憶層となる磁性体層234をドライエッチングもしくはイオンミリングして加工する。その結果、上部電極層235からなる上部電極135および磁性体層234からなる記憶層134が形成される。以下、上記エッチング加工により形成された上部電極135および記憶層134を上部のパターン130という。   Next, as shown in FIG. 1C, using the hard mask 61 as an etching mask, the upper electrode layer 235 and the magnetic layer 234 serving as the memory layer are processed by dry etching or ion milling. As a result, the upper electrode 135 made of the upper electrode layer 235 and the memory layer 134 made of the magnetic layer 234 are formed. Hereinafter, the upper electrode 135 and the memory layer 134 formed by the etching process are referred to as an upper pattern 130.

その際、ドライエッチングにより発生した反応生成物(残渣)71が上部のパターン130の側壁に堆積されている。この反応生成物71は、ドライエッチングに用いるガスとフォトレジストや加工する積層膜材料との反応により発生するものである。   At this time, a reaction product (residue) 71 generated by dry etching is deposited on the sidewall of the upper pattern 130. This reaction product 71 is generated by a reaction between a gas used for dry etching and a photoresist or a laminated film material to be processed.

次に、図1(4)および(5)のA部拡大図に示すように、上部のパターン130の側壁および上記反応生成物71の間に入り込むように、電気化学的に卑な金属膜(以下金属膜という)81を成膜する。この金属膜81としては、例えばアルミニウム膜があり、例えば、気相中または超臨界相で成膜することができる。この金属膜81はハードマスク61やトンネル絶縁層233表面にも形成される。この金属膜81を形成したことにより、金属膜81が上部のパターン130の側壁と反応生成物71とのわずかな隙間に入り込むように成長して、反応生成物71にストレスを与えるようになる。やがて、上部のパターン130の側壁に生成された反応生成物71は金属膜81の成長とともに上部のパターン130の側壁から引き剥がされるようになる。   Next, as shown in the enlarged view of part A in FIGS. 1 (4) and (5), an electrochemically base metal film (so as to enter between the side wall of the upper pattern 130 and the reaction product 71). (Hereinafter referred to as a metal film) 81 is formed. An example of the metal film 81 is an aluminum film, which can be formed, for example, in a gas phase or in a supercritical phase. This metal film 81 is also formed on the surfaces of the hard mask 61 and the tunnel insulating layer 233. By forming the metal film 81, the metal film 81 grows so as to enter a slight gap between the side wall of the upper pattern 130 and the reaction product 71, so that the reaction product 71 is stressed. Eventually, the reaction product 71 generated on the sidewall of the upper pattern 130 is peeled off from the sidewall of the upper pattern 130 as the metal film 81 grows.

上記金属膜81は、例えば標準電極電位が−1.0V以下の金属を用いることができ、例えば上記したアルミニウム膜を用いることができる。このアルミニウム膜は、化学的気相成長成膜により形成することができる。この化学的気相成長成膜では、原料ガスにメチルピロリジンアランを用いることができる。もしくは、上記アルミニウムは、超臨界成膜により形成することができる。この超臨界成膜では、超臨界ガスにヘキサフロロアセチルアルミニウムアセトネートを用いることができる。超臨界ガスには、化学的親和性がある物質を溶解させる効果があることから、側壁と反応生成物との間に入りこむようにアルミニウム膜が成長していくことになる。また、上記金属膜81の成膜は、磁性体層の劣化を防止するために300℃以下の温度で行う必要があり、より好ましくは200℃以下の温度で行う。   For the metal film 81, for example, a metal having a standard electrode potential of −1.0 V or less can be used. For example, the above-described aluminum film can be used. This aluminum film can be formed by chemical vapor deposition. In this chemical vapor deposition film formation, methylpyrrolidine alane can be used as a source gas. Alternatively, the aluminum can be formed by supercritical film formation. In this supercritical film formation, hexafluoroacetylaluminum acetonate can be used as the supercritical gas. Since the supercritical gas has an effect of dissolving a substance having chemical affinity, the aluminum film grows so as to enter between the side wall and the reaction product. In addition, the metal film 81 needs to be formed at a temperature of 300 ° C. or less, more preferably 200 ° C. or less in order to prevent deterioration of the magnetic layer.

次に、図1(6)に示すように、弱アルカリ性(pH=9.5〜10.5)の有機アミン水溶液、炭酸アンモニウム水溶液およびアンモニア水のうちの1種をエッチング液に用いて、金属膜81をエッチング除去するとともに、反応生成物71を除去する。上記有機アミンには、例えば、ヒドロキシルアミン、アルカノールアミン、アミノアルコール、ジメチルイミダゾリジノン等を用いることができる。また、処理温度は、例えば50℃〜70℃に設定した。この温度範囲であれば、選択的に金属膜81を除去することができる。上記エッチングでは、上部のパターン130の側壁と反応生成物71〔前記図1(5)参照〕との間に成長した金属膜81(アルミニウム膜)〔前記図1(5)参照〕が選択的に溶解除去される際に、上部のパターン130の側壁のストレスが緩和され、それと同時に、反応生成物71が剥がれ落ちる。上記エッチングでは、アルミニウムの標準電極電位は−0.5V以下であるのに対し、磁性膜を構成するFe、Co、B、Tiなどの標準電極電位は、−0.5Vより大きいため、上部電極135、記憶層134はエッチングされない。また、トンネル絶縁層233は、強アルカリ性(pH>10.5)では、溶解する場合があるが、弱アルカリ性(pH=9.5〜10.5)ではエッチングされない。このようにして、上部電極135や磁性体層からなる記憶層134の腐食またはトンネル絶縁層233の腐食や過剰酸化を引き起こさずに反応生成物71を除去できる。なお、上記ハードマスク61は、例えばその後も絶縁膜の平坦化の際に除去される。   Next, as shown in FIG. 1 (6), one of a weakly alkaline (pH = 9.5 to 10.5) organic amine aqueous solution, an ammonium carbonate aqueous solution, and aqueous ammonia is used as an etching solution. The film 81 is removed by etching and the reaction product 71 is removed. For example, hydroxylamine, alkanolamine, aminoalcohol, dimethylimidazolidinone and the like can be used as the organic amine. The processing temperature was set to, for example, 50 ° C to 70 ° C. Within this temperature range, the metal film 81 can be selectively removed. In the etching, the metal film 81 (aluminum film) [see FIG. 1 (5)] grown between the sidewall of the upper pattern 130 and the reaction product 71 (see FIG. 1 (5)) is selectively used. When dissolved and removed, the stress on the sidewall of the upper pattern 130 is relieved, and at the same time, the reaction product 71 is peeled off. In the above etching, the standard electrode potential of aluminum is −0.5 V or less, whereas the standard electrode potential of Fe, Co, B, Ti, etc. constituting the magnetic film is larger than −0.5 V, so that the upper electrode 135, the memory layer 134 is not etched. Further, the tunnel insulating layer 233 may be dissolved in strong alkalinity (pH> 10.5), but is not etched in weak alkalinity (pH = 9.5 to 10.5). In this way, the reaction product 71 can be removed without causing corrosion of the upper electrode 135 or the memory layer 134 made of a magnetic layer, or corrosion or excessive oxidation of the tunnel insulating layer 233. The hard mask 61 is removed when the insulating film is planarized, for example.

または、アルミニウムを成膜した同一チャンバー内で、そのまま成膜材料(アルミニウム)の前駆体に代えてキレート化合物と二酸化炭素を供給して、超臨界相で、反応生成物を除去すると、より低コストでプロセスを行うことが可能である。   Alternatively, in the same chamber in which aluminum is formed, if a chelate compound and carbon dioxide are supplied as they are instead of the precursor of the film forming material (aluminum) and the reaction product is removed in the supercritical phase, the cost can be reduced. It is possible to carry out the process.

次に、図3(1)に示すように、新たにハードマスク(図示せず)を形成し、そのハードマスクを用いたドライエッチングもしくはイオンミリングにより、トンネル絶縁層233、磁性体層232、反強磁性体層(図示せず)、下部電極層231をパターニングして、トンネル絶縁層133(233)、磁性体層232からなる磁化固定層132、反強磁性体層、下部電極層231からなる下部電極131を形成する。その際、下部電極131は図示していない選択トランジスタの拡散層に接続されているプラグ36に接続するように形成される。これにより、不揮発性メモリ素子が完成する。   Next, as shown in FIG. 3A, a new hard mask (not shown) is formed, and the tunnel insulating layer 233, the magnetic layer 232, the anti-reflection layer are formed by dry etching or ion milling using the hard mask. A ferromagnetic layer (not shown) and the lower electrode layer 231 are patterned to form a tunnel insulating layer 133 (233), a magnetization fixed layer 132 formed of a magnetic layer 232, an antiferromagnetic layer, and a lower electrode layer 231. A lower electrode 131 is formed. At that time, the lower electrode 131 is formed so as to be connected to a plug 36 connected to a diffusion layer of a selection transistor (not shown). Thereby, the nonvolatile memory element is completed.

次に、図3(2)に示すように、絶縁膜44上に、上記上部電極135〜下部電極131を被覆するように絶縁膜45を成膜した後、その表面を平坦化するとともに上部電極135を露出させる。   Next, as shown in FIG. 3B, after the insulating film 45 is formed on the insulating film 44 so as to cover the upper electrode 135 to the lower electrode 131, the surface is planarized and the upper electrode is formed. 135 is exposed.

次に、図3(3)に示すように、絶縁膜45上に、上記書き込みワード線11に立体的に交差(例えば直交)するとともに上記上部電極135に接続するビット線12を形成する。これにより、MRAMが完成する。また、ビット線12は、絶縁膜45上に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜に溝配線の形成技術により形成することもできる。よって、書き込みワード線11とビット線12との交差(直交)領域に磁化固定層132、トンネル絶縁層133、記憶層134からなる磁気抵抗効果素子13を備えた磁気記憶装置1が形成される。   Next, as shown in FIG. 3 (3), the bit line 12 that sterically intersects (for example, orthogonally) with the write word line 11 and is connected to the upper electrode 135 is formed on the insulating film 45. Thereby, the MRAM is completed. The bit line 12 can also be formed by forming a trench wiring on the insulating film after forming an insulating film on the insulating film 45. Therefore, the magnetic storage device 1 including the magnetoresistive effect element 13 including the magnetization fixed layer 132, the tunnel insulating layer 133, and the storage layer 134 is formed in the intersection (orthogonal) region between the write word line 11 and the bit line 12.

上記実施例においては、記憶層134としてコバルト(Co)膜、トンネル絶縁層133として酸化アルミニウム膜、磁化固定層132としてコバルト・鉄・ホウ素(CoFeB)を用いたが、例えば、記憶層134としてNiFe/Al/Taなる積層膜、トンネル絶縁層133として酸化アルミニウム膜、磁化固定層132としてTa/Al/NiFe//MnFe/Co/Ru/Coなる積層膜の組み合わせを用いることができ、また記憶層134としてNiFe/Al/Taなる積層膜、トンネル絶縁層133として酸化アルミニウム膜、磁化固定層132としてTa/Al/CoFe/MnFe/Co/Ru/Coなる積層膜の組み合わせを用いることができ、記憶層134としてCoFe/Pd/Tiなる積層膜、トンネル絶縁層133として酸化アルミニウム膜、磁化固定層132としてTa/Al/CoFe/MnFe/Co/Ru/Coなる積層膜の組み合わせを用いることができ、記憶層134としてCu/Ta/NiFeなる積層膜、トンネル絶縁層133として酸化アルミニウム膜、磁化固定層132としてCoFe/MnIr/Cu/NiFe/Ta/Cu/Taなる積層膜の組み合わせを用いることもできる。これらの膜は、上記説明したプロセスを採用することができる。   In the above embodiment, a cobalt (Co) film is used as the memory layer 134, an aluminum oxide film is used as the tunnel insulating layer 133, and cobalt / iron / boron (CoFeB) is used as the magnetization fixed layer 132. / Al / Ta laminated film, aluminum oxide film as tunnel insulating layer 133, Ta / Al / NiFe // MnFe / Co / Ru / Co laminated film combination as magnetization fixed layer 132, and memory layer A combination of a laminated film of NiFe / Al / Ta as 134, an aluminum oxide film as the tunnel insulating layer 133, and a laminated film of Ta / Al / CoFe / MnFe / Co / Ru / Co as the magnetization fixed layer 132 can be used. Layer 134: CoFe / Pd / Ti laminated film, tunnel insulation An aluminum oxide film 133 can be used, and a combination of Ta / Al / CoFe / MnFe / Co / Ru / Co laminated film can be used as the magnetization fixed layer 132, a Cu / Ta / NiFe laminated film can be used as the storage layer 134, and tunnel insulation. An aluminum oxide film may be used as the layer 133, and a combination of stacked films of CoFe / MnIr / Cu / NiFe / Ta / Cu / Ta may be used as the magnetization fixed layer 132. These films can employ the process described above.

本発明の磁気記憶装置の製造方法は、積層構造の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法の他に、環状の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法をはじめとして、磁性体膜のエッチング後の反応生成物を除去する後処理にも適用することができる。   The method for manufacturing a magnetic memory device according to the present invention includes a method for manufacturing a magnetic memory device including an annular magnetoresistive effect element in addition to a method for manufacturing a magnetic memory device including a magnetoresistive effect element having a laminated structure. The present invention can also be applied to post-treatment for removing reaction products after etching of the magnetic film.

本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed one Example which concerns on the manufacturing method of the magnetic memory device of this invention. 本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed one Example which concerns on the manufacturing method of the magnetic memory device of this invention. 本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed one Example which concerns on the manufacturing method of the magnetic memory device of this invention. MRAMの主要部を説明する概略構成斜視図である。It is a schematic structure perspective view explaining the principal part of MRAM. MRAMのメモリセルを説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the memory cell of MRAM. MRAMの主要部を説明する概略構成断面図である。It is a schematic structure sectional view explaining the principal part of MRAM. 従来の磁気記憶装置の製造方法を示す概略構成断面図である。It is a schematic structure sectional view showing the manufacturing method of the conventional magnetic memory device.

符号の説明Explanation of symbols

1…磁気記憶装置、13…磁気抵抗効果素子、71…反応生成物、81…金属膜、232…磁性体層(第1薄膜)、233…トンネル絶縁層、234…磁性体層(第2薄膜)、235…上部電極層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic memory device, 13 ... Magnetoresistive element, 71 ... Reaction product, 81 ... Metal film, 232 ... Magnetic body layer (1st thin film), 233 ... Tunnel insulating layer, 234 ... Magnetic body layer (2nd thin film) ) 235... Upper electrode layer

Claims (8)

磁性体材料を主体とした第1薄膜と非磁性体を主体としたトンネル絶縁層と磁性体材料を主体とした第2薄膜とを順に積層してなる磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、
前記第2薄膜上に形成される上部電極層、前記第2薄膜および前記トンネル絶縁層を積層した状態から前記上部電極層および前記第2薄膜をエッチングもしくはイオンミリングして前記磁気抵抗効果素子の上部のパターンを形成する工程の後、
前記上部のパターンの側壁と前記エッチングもしくはイオンミリングで発生した反応生成物との間に入りこむように電気化学的に卑な金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を除去するとともに前記反応生成物を除去する工程と
を備えたことを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
A magnetic memory device having a magnetoresistive effect element in which a first thin film mainly composed of a magnetic material, a tunnel insulating layer mainly composed of a non-magnetic material, and a second thin film mainly composed of a magnetic material are sequentially laminated. A manufacturing method,
The upper electrode layer formed on the second thin film, the second thin film, and the tunnel insulating layer are stacked, and the upper electrode layer and the second thin film are etched or ion milled to form an upper portion of the magnetoresistive effect element. After the process of forming the pattern of
Forming an electrochemically base metal film so as to penetrate between a sidewall of the upper pattern and a reaction product generated by the etching or ion milling;
Removing the metal film and removing the reaction product. A method of manufacturing a magnetic memory device, comprising:
前記金属膜の標準電極電位は−1.0V以下である
ことを特徴とする請求項1記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 1, wherein the standard electrode potential of the metal film is −1.0 V or less.
前記金属膜はアルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項1記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 1, wherein the metal film is made of aluminum.
前記アルミニウムからなる金属膜はアルミニウムの化学的気相成長成膜およびアルミニウムの超臨界成膜により形成される
ことを特徴とする請求項3記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 3, wherein the metal film made of aluminum is formed by chemical vapor deposition of aluminum and supercritical film formation of aluminum.
前記金属膜の成膜は300℃以下の温度で行う
ことを特徴とする請求項4記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 4, wherein the metal film is formed at a temperature of 300 ° C. or lower.
前記アルミニウムの化学的気相成長成膜は原料ガスにメチルピロリジンアランを用いる
ことを特徴とする請求項4記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method for manufacturing a magnetic memory device according to claim 4, wherein the chemical vapor deposition film formation of aluminum uses methylpyrrolidine alane as a source gas.
前記アルミニウムの超臨界成膜は超臨界ガスにヘキサフロロアセチルアルミニウムアセトネートを用いる
ことを特徴とする請求項4記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 4, wherein the supercritical film formation of aluminum uses hexafluoroacetyl aluminum acetonate as a supercritical gas.
前記エッチングは、有機アミン水溶液、炭酸アンモニウム水溶液およびアンモニア水の何れかを用いるウエットエッチングである
ことを特徴とする請求項3記載の磁気記憶装置の製造方法。
The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 3, wherein the etching is wet etching using any one of an organic amine aqueous solution, an ammonium carbonate aqueous solution, and ammonia water.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008065944A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Ulvac Japan Ltd Forming method of pattern of magnetic layer, manufacturing method of magnetoresistive element, and manufacturing method of magnetic storage medium
JP2010165980A (en) * 2009-01-19 2010-07-29 Hitachi Ltd Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device using magnetic memory element
US8144429B2 (en) 2007-04-26 2012-03-27 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetic head slider with diffusion stop films each of which is disposed between the associated terminal portion and lead portion or between the associated lead portion and seed film
JP2012527755A (en) * 2009-05-18 2012-11-08 アイメック Magnetic layer patterning and connection
US20140235056A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Lam Research Corporation System, method and apparatus for ion milling in a plasma etch chamber
US9129690B2 (en) 2012-07-20 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics
WO2020027152A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 東京エレクトロン株式会社 Method for processing substrate, processing device, and processing system
CN111480240A (en) * 2018-05-31 2020-07-31 Tdk株式会社 Spin-orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008065944A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Ulvac Japan Ltd Forming method of pattern of magnetic layer, manufacturing method of magnetoresistive element, and manufacturing method of magnetic storage medium
US8144429B2 (en) 2007-04-26 2012-03-27 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetic head slider with diffusion stop films each of which is disposed between the associated terminal portion and lead portion or between the associated lead portion and seed film
JP2010165980A (en) * 2009-01-19 2010-07-29 Hitachi Ltd Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device using magnetic memory element
JP2012527755A (en) * 2009-05-18 2012-11-08 アイメック Magnetic layer patterning and connection
US9129690B2 (en) 2012-07-20 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics
US9899227B2 (en) * 2013-02-20 2018-02-20 Lam Research Corporation System, method and apparatus for ion milling in a plasma etch chamber
US20140235056A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Lam Research Corporation System, method and apparatus for ion milling in a plasma etch chamber
TWI616945B (en) * 2013-02-20 2018-03-01 蘭姆研究公司 System, method and apparatus for ion milling in a plasma etch chamber
CN111480240A (en) * 2018-05-31 2020-07-31 Tdk株式会社 Spin-orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory
CN111480240B (en) * 2018-05-31 2024-03-22 Tdk株式会社 Spin orbit torque type magneto-resistance effect element and magnetic memory
WO2020027152A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 東京エレクトロン株式会社 Method for processing substrate, processing device, and processing system
CN112352304A (en) * 2018-07-30 2021-02-09 东京毅力科创株式会社 Method for processing substrate, processing apparatus and processing system
JPWO2020027152A1 (en) * 2018-07-30 2021-08-02 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing methods, processing equipment, and processing systems
JP7058332B2 (en) 2018-07-30 2022-04-21 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing methods, processing equipment, and processing systems
US11832524B2 (en) 2018-07-30 2023-11-28 Tokyo Electron Limited Method for processing substrate, processing apparatus, and processing system

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