JP2012156172A - Magnetic resistance element and manufacturing method thereof and semiconductor storage device - Google Patents
Magnetic resistance element and manufacturing method thereof and semiconductor storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012156172A JP2012156172A JP2011011546A JP2011011546A JP2012156172A JP 2012156172 A JP2012156172 A JP 2012156172A JP 2011011546 A JP2011011546 A JP 2011011546A JP 2011011546 A JP2011011546 A JP 2011011546A JP 2012156172 A JP2012156172 A JP 2012156172A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- film
- insulating film
- free layer
- etching stopper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 24
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title abstract description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 64
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 195
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 155
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 63
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 17
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000013039 cover film Substances 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009429 distress Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗素子、その製造方法、及び、半導体記憶装置に関するものであり、例えば、熱安定性指標Δを大きくするための手段に関するものである。 The present invention relates to a magnetoresistive element, a method for manufacturing the same, and a semiconductor memory device. For example, the present invention relates to a means for increasing a thermal stability index Δ.
従来、強磁性トンネル接合(MTJ;Magnetic Tunnel Junction)素子は、再生用磁気ヘッドを構成する磁気センサ部として、或いは、磁気ランダムアクセスメモリ装置(MRAM;MagneticRandom Access Memory)の情報記憶部として用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a ferromagnetic tunnel junction (MTJ) element is used as a magnetic sensor unit constituting a reproducing magnetic head or as an information storage unit of a magnetic random access memory device (MRAM; Magnetic Random Access Memory). Yes.
強磁性トンネル接合素子は、反強磁性層からなるピンニング層、強磁性層からなるピンド層、MgO等のトンネル絶縁膜、及び、強磁性層からなるフリー層を順次積層した構造からなり、膜厚方向に電流が流れるように構成されている。 A ferromagnetic tunnel junction element has a structure in which a pinning layer composed of an antiferromagnetic layer, a pinned layer composed of a ferromagnetic layer, a tunnel insulating film such as MgO, and a free layer composed of a ferromagnetic layer are sequentially laminated. It is comprised so that an electric current may flow in a direction.
この強磁性トンネル接合素子において、フリー層の磁化方向がピンド層の磁化方向と平行の時にトンネル電流が流れやすくなるため低抵抗状態となり、両者が反平行の時にトンネル電流が流れにくくなるため高抵抗状態となる。この抵抗状態の差により磁気記録媒体に書き込まれた磁気情報を読み取ったり、或いは、「0」または「1」の情報を記憶する。 In this ferromagnetic tunnel junction device, when the magnetization direction of the free layer is parallel to the magnetization direction of the pinned layer, the tunnel current easily flows, so that the resistance state is low, and when both are antiparallel, the tunnel current does not easily flow. It becomes a state. The magnetic information written on the magnetic recording medium is read or the information “0” or “1” is stored due to the difference in resistance state.
近年、MTJ素子に直接に書き込み電流を供給し、この書き込み電流の向きによってMTJ素子に情報を記録する所謂スピン注入型MRAMが注目を集めている(例えば、特許文献1参照)。近年の大記憶容量化の要請に伴ってスピン注入型MRAM素子においても、メモリサイズの縮小化が進んでおり、縮小化に伴って書き込み電流の低減化が図られている。 In recent years, a so-called spin-injection MRAM that supplies a write current directly to an MTJ element and records information in the MTJ element according to the direction of the write current has attracted attention (for example, see Patent Document 1). With the recent demand for a large storage capacity, the memory size of a spin-injection MRAM device is also being reduced, and the write current is being reduced along with the reduction.
しかし、縮小化に伴って書き込み電流は小さくなるものの、熱により磁化反転が生じやすくなるという熱的安定性の低下が問題となる。磁気抵抗素子としての特性を維持するためには、熱による磁化の反転が起こらないように、熱安定性指標Δを一定以上に確保する必要がある。 However, although the write current is reduced with the reduction in size, there is a problem of a decrease in thermal stability in which magnetization reversal is likely to occur due to heat. In order to maintain the characteristics as a magnetoresistive element, it is necessary to ensure the thermal stability index Δ at a certain level or more so that magnetization reversal due to heat does not occur.
なお、熱安定性指標Δは、Msをフリー層の飽和磁化、Vをフリー層の体積、Hkをフリー層の異方性磁界、Tを絶対温度、kbをボルツマン定数とすると、
Δ=(Ms・V・Hk)/(2kbT) ・・・(1)
で表わされる。したがって、熱安定性指標Δは、素子の縮小化に伴うフリー層の体積Vの減少とともに低下するので、素子特性が不安定化することになる。
Incidentally, the thermal stability index delta, saturation magnetization of the free layer M s, the volume of the free layer V, anisotropy field of the H k free layer, absolute temperature T, when the k b is Boltzmann constant,
Δ = (M s · V · H k) / (2k b T) ··· (1)
It is represented by Therefore, since the thermal stability index Δ decreases with a decrease in the volume V of the free layer accompanying the reduction of the element, the element characteristics become unstable.
また、式(1)から明らかなように、熱安定性指標Δは温度Tに反比例するために、素子の温度上昇によって、熱安定性指標Δが低下し、素子特性が不安定化するという問題もある。 Further, as apparent from the equation (1), since the thermal stability index Δ is inversely proportional to the temperature T, the thermal stability index Δ decreases due to the temperature rise of the element, and the element characteristics become unstable. There is also.
したがって、本発明は、スピン注入型磁気抵抗素子の熱安定性指標Δを応力制御により大きくすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to increase the thermal stability index Δ of the spin-injection magnetoresistive element by stress control.
開示する一観点からは、下部電極上に前記下部電極側から順に設けた反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜、ハードマスク及び上部電極と、前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、前記エッチングストッパー膜の応力と前記フリー層の磁歪定数との積が負になることを特徴とする磁気抵抗素子が提供される。 From one aspect to be disclosed, an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in this order on the lower electrode from the lower electrode side, and at least the above A magnetoresistive element having an insulating film provided on a side surface of a free layer and having a negative product of the stress of the etching stopper film and the magnetostriction constant of the free layer is provided.
また、開示する別の観点からは、下部電極上に前記下部電極側から順に設けた反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜、ハードマスク及び上部電極と、前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、前記絶縁膜の応力が、前記フリー層の磁歪定数との積が正で且つ絶対値が1GPa以上であることを特徴とする磁気抵抗素子が提供される。 Further, from another viewpoint to be disclosed, an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in order from the lower electrode side on the lower electrode; A magnetoresistive element having an insulating film provided at least on a side surface of the free layer, wherein the product of the stress of the insulating film and the magnetostriction constant of the free layer is positive and the absolute value is 1 GPa or more. An element is provided.
また、開示する別の観点からは、下部電極上に、順に反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層及びキャップ層を成膜する工程と、前記キャップ層上に、前記フリー層の磁歪定数との積が負になる応力を有する条件でエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜上にハードマスクを成膜する工程と、前記下部電極、反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜及びハードマスクを覆うように絶縁膜を堆積する工程と、前記ハードマスク上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法が提供される。 From another viewpoint disclosed, an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, and a cap layer are sequentially formed on the lower electrode, and the free layer is formed on the cap layer. A step of forming an etching stopper film under a condition having a stress that makes the product of the magnetostriction constant negative, a step of forming a hard mask on the etching stopper film, the lower electrode, the antiferromagnetic layer, the pinned layer, A magnetoresistive element comprising: a step of depositing an insulating film so as to cover a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, and a hard mask; and a step of forming an upper electrode on the hard mask A manufacturing method is provided.
また、開示するさらに別の観点からは、上述の磁気抵抗素子を、メモリセルの情報記憶部として用いたことを特徴とする半導体記憶装置が提供される。 From another viewpoint to be disclosed, a semiconductor memory device using the above-described magnetoresistive element as an information storage portion of a memory cell is provided.
開示の磁気抵抗素子、その製造方法及び半導体記憶装置によれば、磁気抵抗素子の熱安定性指標Δを応力制御により大きくすることが可能になる。 According to the disclosed magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and semiconductor memory device, the thermal stability index Δ of the magnetoresistive element can be increased by stress control.
ここで、熱安定性指標Δについて検討する。上述のように、熱安定性指標Δは、Msをフリー層の飽和磁化、Vをフリー層の体積、Hkをフリー層の異方性磁界、Tを絶対温度、kbをボルツマン定数とすると、
Δ=(Ms・V・Hk)/(2kbT) ・・・(1)
で表わされる。
Here, the thermal stability index Δ is examined. As described above, the thermal stability index Δ is expressed as follows: M s is the saturation magnetization of the free layer, V is the volume of the free layer, H k is the anisotropic magnetic field of the free layer, T is the absolute temperature, and k b is the Boltzmann constant. Then
Δ = (M s · V · H k) / (2k b T) ··· (1)
It is represented by
一方、磁性体に着磁した方向とは逆方向の磁場を加えて、種々の磁化過程を取りながらも磁化が0になる時の磁場を持って、磁化反転の容易性を見積もる値として保磁力(抗磁力)Hcがある。この保磁力Hcは、異方性磁界Hkとの間に下記の関係がある。
Hc∝Hk ・・・(2)
したがって、保磁力Hcを増大させると異方性磁界Hkを増大させることができ、その結果、熱安定性指標Δを向上することができる。
On the other hand, by applying a magnetic field in the direction opposite to the direction magnetized on the magnetic material, the magnetic field at the time when the magnetization becomes 0 while taking various magnetization processes is used, and the coercive force is a value for estimating the ease of magnetization reversal. there are (coercivity) H c. The coercivity H c is related below between the anisotropy field H k.
H c ∝H k (2)
Thus, increasing the coercivity H c can be increased anisotropy field H k, as a result, it is possible to improve the thermal stability index delta.
この保磁力Hcは、Hc1を磁性材料が有する固有値、Hc2を磁性体の形状に起因する値、λをフリー層の磁歪定数、σをフリー層の応力値、A及びBを定数とすると、
Hc=Hc1+Hc2+A・λ・σ/Ms+B ・・・(3)
で表わされる。
The coercive force H c is the eigenvalue with H c1 is a magnetic material, the value resulting from the shape of the magnetic and H c2 body, the magnetostriction constant of the free and λ layer, stress value of σ free layer, and the constants A and B Then
Hc = H c1 + H c2 + A · λ · σ / Ms + B (3)
It is represented by
したがって、第1項では材料的に制限が加わり、第2項では形状的に制限が加わるため、鋭意検討の結果、保磁力Hcの値を増大させるためには、第3項の値を増加させることが最も有効であるとの結論に至った。 Therefore, the first term is limited in terms of material and the second term is limited in terms of shape. As a result of intensive studies, in order to increase the value of the coercive force Hc, the value of the third term is increased. It was concluded that this is the most effective.
図1は、フリー層における磁化容易軸及び磁化困難軸とスピンの向きの関係の説明図である。フリー層はその形状により磁化容易軸と、それと直交する磁化困難軸を有しており、磁化容易軸の方が磁化困難軸よりも長い。即ち、フリー層の長手方向が磁化容易軸となる。 FIG. 1 is an explanatory diagram of the relationship between the easy and hard magnetization axes and the spin direction in the free layer. The free layer has an easy magnetization axis and a hard magnetization axis orthogonal to the free layer, and the easy magnetization axis is longer than the hard magnetization axis. That is, the longitudinal direction of the free layer is the easy axis of magnetization.
図2は、保磁力Hcを大きくする場合の磁歪定数λと印加する応力の関係の説明図である。図2(a)に示すように、フリー層の磁歪定数λが正の時には、フリー層の磁化容易軸方向に引っ張り応力を印加することで上記の式(3)における第3項を大きくすることができる。一方、図2(b)に示すように、フリー層の磁歪定数λが負の時には、フリー層の磁化容易軸方向に圧縮応力を印加することで上記の式(3)における第3項を大きくすることができる。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the relationship between the magnetostriction constant λ and the applied stress when the coercive force Hc is increased. As shown in FIG. 2A, when the magnetostriction constant λ of the free layer is positive, the third term in the above formula (3) is increased by applying a tensile stress in the direction of the easy axis of the free layer. Can do. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the magnetostriction constant λ of the free layer is negative, the third term in the above equation (3) is increased by applying a compressive stress in the direction of the easy axis of the free layer. can do.
したがって、フリー層の磁歪定数λが正負のいずれの場合にも、フリー層の磁化容易軸方向に印加される応力の絶対値を大きくすることによって保磁力Hcを大きくすることができ、最終的にフリー層の熱安定性を向上することができる。 Therefore, in both cases where the magnetostriction constant λ of the free layer is positive or negative, the coercive force Hc can be increased by increasing the absolute value of the stress applied in the direction of the easy axis of the free layer. The thermal stability of the free layer can be improved.
図3は、本発明の実施の形態の磁気抵抗素子の概念的斜視図である。図3に示すように、本発明の実施の形態の磁気抵抗素子の素子部は、下地絶縁層11上に設けた下部電極12、反強磁性層13、ピンド層14、トンネル絶縁膜15、フリー層16、キャップ層17、エッチングストッパー膜18及びハードマスク19からなる。この素子部をその平坦部がフリー層16の位置より高くなるように絶縁膜20により被覆すると共に、その上に層間絶縁膜21を設け、その上に上部電極22を形成する。
FIG. 3 is a conceptual perspective view of the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the element portion of the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention includes a
この場合、下部電極12は、例えば、Ta膜とAl膜の積層構造で構成し、反強磁性層13としてはPtMnやIrMn等を用い、ピンド層14としては、CoFeBやNiFeの単層構造、或いは、CoFeB/Ru/CoFeB等の多層構造で形成する。また、トンネル絶縁膜15はMgOやAl−Oで構成する。
In this case, the
フリー層16は、CoFeBやNiFe等で構成するが、CoFeBの場合の磁歪定数λは負の値となる。キャップ層17としては、例えば、Taを用いる。また、エッチングストッパー膜18としては、フリー層16にフリー層16の磁歪定数λとの積が負になる応力を印加する応力調整層を兼ねるものである。したがって、磁歪定数λが負の場合には、引っ張り応力を有する膜になるようにRuやCrを用いて成膜条件により応力の値を制御する。成膜条件としては、ガス圧を高くするほど、また、印加電力を下げるほど引っ張り応力を大きくすることができる。応力の絶対値は200MPa以上が望ましく、上限はないものの、実用的には600MPa以下にする。
The
応力調整層を兼ねるエッチングストッパー膜18の応力が引っ張り応力であれば、それとは逆に縮もうとする力が働き、直下のフリー層16に圧縮応力を印加することになる。なお、キャップ層17は応力調整層に比べて非常に薄いので、フリー層16に与える応力の影響は限定的なものとなる。
If the stress of the
また、ハードマスク19としては、例えば、Taを用いる。カバー膜となる絶縁膜20は、SiC、SiN或いはSiCNをCVD法により成膜し、ここでも、成膜条件を振ることによって、フリー層16の磁歪定数λとの積が正になり且つ応力の絶対値が1GPa以上になるように調整する。なお、CoFeBの磁歪定数λは負であるので、CoFeBをフリー層として用いる場合には、圧縮応力になるようにする。また、成膜後にArイオンを注入することによっても圧縮応力を発生させることが可能であり、例えば、100keVの加速エネルギーで、1×1014cm−2のドーズ量で注入すれば良い。
As the
層間絶縁膜21としては、SiO2、SiOC、或いは、Low−k膜を用い、ここでも、フリー層16の磁歪定数λが負の場合には、−500MPa以上の圧縮応力を持つようにCVD法或いは塗布法により成膜する。なお、上部電極22としては、例えば、Cuを用い、ダマシン法を用いて形成する。
As the
図4は、本発明の実施の形態の磁気抵抗素子の作用効果の説明図であり、図4(a)は応力印加状態の説明図であり、図4(b)は熱安定性指標Δの応力依存性の説明図である。図4(b)に示すように、熱安定性指標Δは応力調整層の応力が大きいほど、即ち、大きな引っ張り応力であるほど高くなり、また、絶縁膜20の応力が高圧縮応力である場合に、大きくなる。なお、応力調整層となるエッチングストッパー層18はフリー層16の直上にあるので、絶縁膜20より大きな影響を与える。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation and effect of the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is an explanatory diagram of a stress application state, and FIG. 4 (b) is a graph of the thermal stability index Δ. It is explanatory drawing of stress dependence. As shown in FIG. 4B, the thermal stability index Δ increases as the stress of the stress adjustment layer increases, that is, as the tensile stress increases, and when the stress of the insulating
次に、図5乃至図8を参照して、本発明の実施の形態の磁気抵抗素子の製造プロセスを説明する。まず、図5(a)に示すように、下地絶縁膜11上に下部電極12、反強磁性層13、ピンド層14、トンネル絶縁膜15、フリー層16、キャップ層17、エッチングストッパー膜18、ハードマスク19及びSiO2等の絶縁膜ハードマスク23を順次積層する。ここでは、上述のように、エッチングストッパー膜18が応力調整層を兼ねるように、フリー層16の磁歪定数λとの積が負になり且つ絶対値が200MPa以上になるように成膜する。
Next, with reference to FIGS. 5 to 8, the manufacturing process of the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 5A, on the
次いで、図5(b)に示すように、レジストパターン24をマスクとして絶縁膜ハードマスク23をエッチングする。次いで、図5(c)に示すように、絶縁膜ハードマスク23をマスクとして、ハードマスク19をエッチングする。この時、アッシング工程で磁気抵抗素子部が酸化しないように、エッチングストッパー膜18の上でエッチングを停止する。
Next, as shown in FIG. 5B, the insulating film
次いで、図6(d)に示すように、ハードマスク19をマスクとしてエッチングストッパー膜18乃至反強磁性層13をエッチングして下部電極12を露出させる。次いで、図6(e)に示すように、カバー膜となる絶縁膜20を下部電極12上の膜厚がフリー層16の高さを超えるように成膜する。また、この時、上述のように、フリー層16の磁歪定数λとの積が正になり且つ応力の絶対値が1GPa以上になるよう条件で成膜する。
Next, as shown in FIG. 6D, the
次いで、図6(f)に示すように、下層レジスト25、SOG(Spin on Glass)膜26、レジスト27からなるトリレベル構造のレジストを設けてArF露光する。なお、SOG膜は膜厚を調整することによって反射防止膜を兼ねる。なお、KrF露光を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 6F, a trilevel resist composed of a lower layer resist 25, an SOG (Spin on Glass)
次いで、図7(g)に示すように、トリレベル構造のレジストパターンをマスクとして絶縁膜20をエッチングする。次いで、図7(h)に示すように、下部電極12をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 7G, the insulating
次いで、図7(i)に示すように、厚さが100nm〜500nmの層間絶縁膜21を堆積させた後、CMP法により平坦化してハードマスク19の頂面を露出させる。なお、この時も、上述のように、フリー層16の磁歪定数λとの積が正で且つ絶対値で500MPa以上の応力を持つように成膜する。
Next, as shown in FIG. 7I, an
次いで、図8(j)に示すように、全面に厚さが100nm〜200nmの第2層間絶縁膜28を堆積させる。なお、この第2層間絶縁膜28は、SiO2、SiC或いはLow−k膜を用い、CVD法或いは塗布法により成膜する。
Next, as shown in FIG. 8J, a second
次いで、図8(k)に示すように、第2層間絶縁膜に上部電極形成用の凹部29を形成する。次いで、図8(l)に示すように、例えば、Cu電解めっき法により凹部29をCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化して上部電極22を形成することにより基本的プロセスフローは終了する。
Next, as shown in FIG. 8K, a
このように、本発明の実施の形態においては、フリー層の直上に設けるエッチングストッパー膜が応力調整層を兼ねるように成膜しているので、フリー層の保磁力の第3項を大きくすることができ、それによって、熱安定性指標Δを大きくすることができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, the etching stopper film provided immediately above the free layer is formed so as to also serve as the stress adjustment layer. Therefore, the third term of the coercive force of the free layer should be increased. As a result, the thermal stability index Δ can be increased.
また、磁気抵抗素子部を覆う絶縁膜も、フリー層の保磁力の第3項が大きくなるような応力を有するように成膜しているので、熱安定性指標Δを大きくすることができる。なお、上述の実施の形態においては、エッチングストッパー膜及び絶縁膜の両方に熱安定性指標Δを大きくする応力を持たせているが、どちらか一方にそのような応力を持たせるようにしても良い。 Further, since the insulating film covering the magnetoresistive element portion is also formed so as to have a stress that increases the third term of the coercive force of the free layer, the thermal stability index Δ can be increased. In the above-described embodiment, both the etching stopper film and the insulating film are given a stress that increases the thermal stability index Δ, but either one of them may be given such a stress. good.
図9は、本発明の実施の形態の他の磁気抵抗素子の概念的斜視図である。図9に示すように、本発明の実施の形態の他の磁気抵抗素子の素子部は、下地絶縁層11上に設けた下部電極12、反強磁性層13、ピンド層14、トンネル絶縁膜15、フリー層16、キャップ層17、エッチングストッパー膜18及びハードマスク19からなる。この素子部をその平坦部が絶縁膜20によりフリー層16の位置より高くなるように被覆すると共に、その上に金属膜30及び層間絶縁膜21を順次設け、その上に上部電極22を形成する。
FIG. 9 is a conceptual perspective view of another magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the element portion of another magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention includes a
この場合の各部材の構成は図3に示した本発明の実施の形態の磁気抵抗素子と全く同様であるが、金属膜30としては、高線熱膨張係数及び高ヤング率を有し且つドライエッチ軍が容易な材料を用いる。このような材料としては、表1に示すようにRu、Al、Cr或いはTaが好適である。
図10は、本発明の実施の形態の他の磁気抵抗素子の作用効果の説明図であり、図10(a)は素子温度上昇時の応力の印加状態の説明図であり、図10(b)は熱安定性指標Δの素子温度依存性の説明図である。 FIG. 10 is an explanatory view of the action and effect of another magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10 (a) is an explanatory view of a stress application state when the element temperature rises, and FIG. ) Is an explanatory diagram of the element temperature dependence of the thermal stability index Δ.
図10(a)に示すように、素子温度が上昇すると線熱膨張係数の大きな金属膜30が膨張してフリー層16に圧縮応力を印加することになる。図10(b)に示すように、熱安定性指標Δは素子温度の上昇とともに低下する。この時、金属膜30を設けていると熱安定性指標Δの低下は金属膜30を設けない場合に比べて抑制される。
As shown in FIG. 10A, when the element temperature rises, the
次に、図11乃至図13を参照して、本発明の実施の形態の他の磁気抵抗素子の製造プロセスを説明する。まず、図11(a)に示すように、絶縁膜20の形成工程までは図5(a)乃至図6(e)の工程と全く同様である。
Next, with reference to FIG. 11 to FIG. 13, another manufacturing process of the magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 11A, the process up to the step of forming the insulating
次いで、図11(b)に示すように、絶縁膜20上に金属膜30を成膜する。この時、フリー層16の磁歪定数λとの積が正になり且つ応力の絶対値が1GPa以上になるよう条件で成膜する。例えば、フリー層16の磁歪定数λが負の場合、低ガス圧或いは高印加電力の成膜条件で成膜することにより、圧縮応力を持つようにすることができる。
Next, as shown in FIG. 11B, a
次いで、図11(c)に示すように、下層レジスト25、SOG膜26、レジスト27からなるトリレベル構造のレジストを設けてArF露光する。なお、SOG膜は膜厚を調整することによって反射防止膜を兼ねる。なお、KrF露光を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 11C, a trilevel resist composed of the lower layer resist 25, the
次いで、図12(d)に示すように、トリレベル構造のレジストパターンをマスクとして金属膜30をエッチングする。引き続いて、図12(e)に示すように絶縁膜20をエッチングする。次いで、図12(f)に示すように、下部電極12をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 12D, the
次いで、図13(g)に示すように、厚さが100nm〜500nmの層間絶縁膜21を堆積させた後、CMP法により平坦化してハードマスク19の頂面を露出させる。なお、この時も、上述のように、フリー層16の磁歪定数λとの積が正で且つ絶対値で500MPa以上の応力を持つように成膜する。
Next, as shown in FIG. 13G, an
次いで、図13(h)に示すように、全面に厚さが100nm〜200nmの第2層間絶縁膜28を堆積させたのち、第2層間絶縁膜28に上部電極形成用の凹部29を形成する。次いで、図13(i)に示すように、例えば、Cu電解めっき法により凹部29をCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化して上部電極22を形成することにより基本的プロセスフローは終了する。
Next, as shown in FIG. 13H, after depositing a second
このように、本発明の実施の形態の他の磁気抵抗素子においては、エッチングストッパー膜及び絶縁膜の両方に熱安定性指標Δを大きくする応力を持たせるとともに、線熱膨張係数の大きな金属膜を設けているので、素子温度の変動に対する安定性が向上する。 As described above, in another magnetoresistive element according to the embodiment of the present invention, both the etching stopper film and the insulating film have a stress that increases the thermal stability index Δ, and the metal film has a large linear thermal expansion coefficient. Therefore, stability against fluctuations in element temperature is improved.
以上を前提として、次に、図14乃至図19を参照して、本発明の実施例1の半導体記憶装置の製造プロセスを説明する。まず、図14(a)に示すように、シリコン基板31の表面に、シャロートレンチアイソレーション(STI)による素子分離絶縁膜32を形成し、この素子分離絶縁膜32で囲まれた活性領域内に、MOSFET33を形成する。
Based on the above, next, a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 14A, an element
このMOSFET33は、ゲート絶縁膜34、ゲート電極35、ソース領域36、及び、ドレイン領域37で構成され、ゲート電極35の両側にはサイドウォール38が設けられている。なお、ソース領域36及びドレイン領域37のゲート電極寄りにはエクステンション領域が形成されている。
The
次いで、全面にリンガラス(PSG)からなる厚さが、1.5μmの層間絶縁膜39を堆積させたのち、層間絶縁膜39を貫通するとともにソース領域36及びドレイン領域37に達する2本のビアホールを形成する。次いで、このビアホール内をCMP法を用いてタングステン(W)からなる導電性プラグ40,41で充填する。
Next, after depositing an
次いで、例えば、原料ガスとしてテトラメチルシランならびに炭酸ガスを用いたCVD法により、層間絶縁膜39上に比誘電率3.6のシリコンオキシカーバイド膜からなる厚さが30nmのエッチングストッパー膜42を形成する。
Next, an
次いで、エッチングストッパー膜42の上に、塗布法により、水を含む液状シリカ系組成物を塗布し、塗布後に、400℃で60分のキュアを行うことによって、MSQを主成分とするk値が2.4以下のポーラスシリカからなる層間絶縁膜43を形成する。
Next, a liquid silica-based composition containing water is applied onto the
次いで、キャップ膜44を形成したのち、キャップ膜44、層間絶縁膜43及びエッチングストッパー膜42に、複数の配線用トレンチ或いは接続導体用凹部を形成する。次いで、Taからなるバリアメタル層及びCu膜で埋め込んだのち、CMP法で研磨することによって接続導体45を形成する。
Next, after forming the cap film 44, a plurality of wiring trenches or connection conductor recesses are formed in the cap film 44, the interlayer insulating film 43, and the
次いで、再び、エッチングストッパー層42、層間絶縁膜43及びキャップ膜44を形成したのち、デュアルダマシン法を用いてプラグ46及びプラグ46に接続する接続導体47を形成する。なお、他の領域においてはプラグとプラグに接続する配線が形成される。この工程を適宜(図においては、3回)繰り返すことによって多層配線構造を形成する。
Next, an
次いで、図14(b)に示すように、スパッタ法を用いてキャップ膜44上に膜厚が10nmのTa膜と40nmのAl膜からなる下部電極48を形成する。引き続いて、膜厚が15nmのPtMn膜からなる反強磁性層49と、2nmのCoFeB/1nmのRu/3nmのCoFeBからなるピンド層50を形成する。引き続いて、膜厚が1nmのMgOからなるトンネル絶縁膜51、膜厚が2nmのCoFeBからなるフリー層52、及び、膜厚が1nmのTaからなるキャップ層53を形成する。これらの成膜条件としては、Arガスのガス圧を0.2Paとし、パワーを500Wとする。
Next, as shown in FIG. 14B, a
次いで、Arガス圧を0.5Paに上昇させた状態で、膜厚が10nmのRuからなるエッチングストッパー膜54を成膜する。この時、ガス圧を高めているので、エッチングストッパー膜54の応力は+200MPa以上の引っ張り応力を有し、応力調整層としても機能することになる。 Next, an etching stopper film 54 made of Ru having a film thickness of 10 nm is formed with the Ar gas pressure raised to 0.5 Pa. At this time, since the gas pressure is increased, the etching stopper film 54 has a tensile stress of +200 MPa or more, and functions as a stress adjustment layer.
次いで、Arガス圧を0.2Paに戻して、膜厚が80nmのTaからなるハードマスク55を成膜したのち、CVD法を用いて膜厚が50nmのSiO2膜を形成して絶縁性ハードマスク56とする。
Next, the Ar gas pressure is returned to 0.2 Pa and a
次いで、図15(c)に示すように、膜厚が200nmのレジストを塗布したのち、ArF露光を行うことによって、50nm×150nmの矩形のレジストパターン57を形成する。次いで、このレジストパターン57をマスクとして絶縁膜ハードマスク56をエッチングする。この時のエッチング条件としては、CF4を100sccm流して10Paの圧力下で800WのRF電力を印加する。
Next, as shown in FIG. 15C, a resist having a thickness of 200 nm is applied, and ArF exposure is performed to form a rectangular resist
次いで、図15(d)に示すように、レジストパターン57をアッシングにより除去したのち、絶縁膜ハードマスク56をマスクとして、ハードマスク55をエッチングする。この時のアッシング条件は、O2ガスを100sccm流して10Paの圧力下で200WのRF電力を印加して行う。また、ハードマスク55のエッチング条件は、Cl2ガスを20sccm及びBCl3ガスを60sccm流して2Paの圧力下で500WのRF電力を印加して行う。なお、ハードマスク55のエッチングにおいては、後述する第2のアッシング工程で磁気抵抗素子部が酸化しないように、エッチングストッパー膜54の上でエッチングを停止する。
Next, as shown in FIG. 15D, after the resist
次いで、O2ガスを100sccm流して10Paの圧力下で300WのRF電力を印加して第2のアッシング工程を行う。この時、エッチングストッパー膜54は5nm程度エッチングされる。 Next, a second ashing process is performed by flowing 300 sccm of O 2 gas and applying RF power of 300 W under a pressure of 10 Pa. At this time, the etching stopper film 54 is etched by about 5 nm.
次いで、図15(e)に示すように、ハードマスク55をマスクとしてエッチングストッパー膜54乃至反強磁性層49をエッチングして下部電極48を露出させる。この時のエッチング条件としては、CH3OHガスを100sccm流して2Paの圧力下で800WのRF電力を印加して行う。
Next, as shown in FIG. 15E, the etching stopper film 54 to the
次いで、図16(f)に示すように、CVD法を用いて膜厚が24nmのSiCからなるカバー膜となる絶縁膜58を成膜して、下部電極48上の膜厚がフリー層52の高さを超えるように成膜する。また、この時、1GPa以上の圧縮応力になる条件で成膜する。
Next, as shown in FIG. 16F, an insulating
次いで、図16(g)に示すように、下層レジスト59、SOG膜60、厚さが200nmのレジスト61からなるトリレベル構造のレジストを設けてAr露光により200nm×300nmのサイズの矩形パターンを形成する。
Next, as shown in FIG. 16G, a tri-level resist composed of a lower layer resist 59, an
次いで、図17(h)に示すように、トリレベル構造のレジストパターンをマスクとして絶縁膜58をエッチングする。この時のエッチング条件としては、CF4ガスを100sccm流して5Paの圧力下で800WのRF電力を印加して行う。
Next, as shown in FIG. 17H, the insulating
次いで、図17(i)に示すように、下部電極48をエッチングしたのち、レジストパターンをアッシングにより除去する。この時のエッチング条件は、Cl2ガスを20sccm及びBCl3ガスを60sccm流して2Paの圧力下で500WのRF電力を印加して行う。また、アッシング条件は、O2ガスを100sccm流して10Paの圧力下で200WのRF電力を印加して行う。
Next, as shown in FIG. 17I, after the
次いで、図18(j)に示すように、CVD法を用いて厚さが20nmのSiCからなるバリア絶縁膜62を成膜する。
Next, as shown in FIG. 18J, a
次いで、図18(k)に示すように、厚さが400nmのSiO2からなる層間絶縁膜63を堆積させた後、CMP法により平坦化してハードマスク55の頂面を露出させる。この時、500MPa以上の圧縮応力を持つ条件で成膜する。
Next, as shown in FIG. 18K, an interlayer insulating film 63 made of SiO 2 having a thickness of 400 nm is deposited, and then planarized by CMP to expose the top surface of the
次いで、図19(l)に示すように、CVD法を用いて全面に厚さが200nmのSiO2からなる層間絶縁膜64を堆積させる。 Next, as shown in FIG. 19L, an interlayer insulating film 64 made of SiO 2 having a thickness of 200 nm is deposited on the entire surface by CVD.
次いで、図19(m)に示すように、層間絶縁膜64に凹部66を設けたレジストパターン65を形成し、このレジストパターン65をマスクとしてエッチングすることによって、ビア67を形成する。
Next, as shown in FIG. 19M, a resist
次いで、図20(n)に示すように、レジストパターン65を除去したのち、新たなレジストを塗布して、凹部69,70を有するレジストパターン68を形成し、エッチングにより層間絶縁膜64に凹部71,72を形成する。
Next, as shown in FIG. 20 (n), after removing the resist
次いで、図20(o)に示すように、レジストパターン68を除去したのち、Cu電解めっき法によりビア67及び凹部71,72をCuめっき膜で埋め込んだのち、CMP法により平坦化して上部電極73を形成することにより基本的プロセスフローは終了する。なお、ビア67と凹部71には、プラグ74とプラグ74に接続する配線75が形成される。以降は、上部電極73に接続するビット線等を形成し、必要とする多層配線構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 20 (o), after the resist
この本発明の実施例1においては、応力調整層を兼ねるエッチングストッパー膜とカバー絶縁膜によってフリー層に圧縮応力を印加しているが、図9に示したように、線熱膨張係数の大きい金属膜を介在させても良い。なお、金属膜をエッチングする場合には、例えば、Cl2を100sccm及びO2を10sccm流し、5Paの圧力下で400WのRF電力を印加して行う。 In Example 1 of the present invention, compressive stress is applied to the free layer by the etching stopper film that also serves as the stress adjustment layer and the cover insulating film. As shown in FIG. 9, a metal having a large linear thermal expansion coefficient is used. A film may be interposed. In the case of etching the metal film, for example, 100 sccm of Cl 2 and 10 sccm of O 2 are supplied and 400 W RF power is applied under a pressure of 5 Pa.
また、実施例1においては、フリー層として磁歪定数λが負のCoFeBを用いているため、エッチングストッパー膜とカバー絶縁膜によってフリー層に圧縮応力を印加しているが、フリー層の磁歪定数λが正の材料を用いた場合には、逆の応力を持たせる。即ち、エッチングストッパー膜には圧縮応力を持たせることによって、フリー層に引っ張り応力を印加し、カバー絶縁膜には引っ張り応力を持つように成膜すれば良い。 In Example 1, since CoFeB having a negative magnetostriction constant λ is used as the free layer, compressive stress is applied to the free layer by the etching stopper film and the cover insulating film, but the magnetostriction constant λ of the free layer is applied. When a positive material is used, reverse stress is applied. That is, the etching stopper film may be formed to have a compressive stress so that a tensile stress is applied to the free layer and the cover insulating film has a tensile stress.
ここで、実施例1を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)下部電極上に前記下部電極側から順に設けた反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜、ハードマスク及び上部電極と、前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、前記エッチングストッパー膜の応力と前記フリー層の磁歪定数との積が負になることを特徴とする磁気抵抗素子。
(付記2)前記エッチングストッパー膜の応力の絶対値が、200MPa以上であることを特徴とする付記1に記載の磁気抵抗素子。
(付記3)下部電極上に前記下部電極側から順に設けた反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜、ハードマスク及び上部電極と、
前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、絶縁膜の応力が、前記フリー層の磁歪定数との積が正で且つ絶対値が1GPa以上であることを特徴とする磁気抵抗素子。
(付記5)前記絶縁膜の平坦部の厚さが、前記エッチングストッパー膜の位置を超えない厚さであり、前記絶縁膜の平坦部に、前記フリー層の磁歪定数との積が正になる応力を有する金属膜を有することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の磁気抵抗素子。
(付記5)下部電極上に、順に反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層及びキャップ層を成膜する工程と、前記キャップ層上に、前記フリー層の磁歪定数との積が負になる応力を有する条件でエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜上にハードマスクを成膜する工程と、前記下部電極、反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜及びハードマスクを覆うように絶縁膜を堆積する工程と、前記ハードマスク上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
(付記6)下部電極上に、順に反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜及びハードマスクを成膜する工程と、前記エッチングストッパー膜上にハードマスクを成膜する工程と、前記フリー層の磁歪定数との積が正で且つ絶対値が1GPa以上になる応力を有する条件で前記下部電極、反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜及びハードマスクを覆うように絶縁膜を堆積する工程と、前記ハードマスク上に上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
(付記7)前記絶縁膜を堆積する工程が、前記絶縁膜の平坦部の厚さが、前記エッチングストッパー膜の位置を超えない厚さになるように堆積する工程であり、少なくとも前記絶縁膜の平坦部に、前記フリー層の磁歪定数との積が正になる応力を有する条件で金属膜を堆積する工程を有することを特徴とする付記5または付記6に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
(付記8)付記1乃至付記4のいずれか1に記載の磁気抵抗素子を、メモリセルの情報記憶部として用いたことを特徴とする半導体記憶装置。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiment of the present invention including the first embodiment.
(Supplementary Note 1) An antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in this order on the lower electrode from the lower electrode side, and at least the free layer A magnetoresistive element comprising an insulating film provided on a side surface, wherein a product of a stress of the etching stopper film and a magnetostriction constant of the free layer is negative.
(Additional remark 2) The absolute value of the stress of the said etching stopper film | membrane is 200 Mpa or more, The magnetoresistive element of
(Supplementary Note 3) An antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in this order on the lower electrode from the lower electrode side;
A magnetoresistive element having an insulating film provided on at least a side surface of the free layer, wherein the product of the stress of the insulating film and the magnetostriction constant of the free layer is positive and the absolute value is 1 GPa or more.
(Appendix 5) The thickness of the flat portion of the insulating film is a thickness that does not exceed the position of the etching stopper film, and the product of the magnetostriction constant of the free layer is positive in the flat portion of the insulating film. 4. The magnetoresistive element according to any one of
(Additional remark 5) The product of the process which forms an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, and a cap layer in order on a lower electrode, and the magnetostriction constant of the said free layer on the said cap layer A step of forming an etching stopper film under a condition having a negative stress, a step of forming a hard mask on the etching stopper film, the lower electrode, an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, and a free layer And a step of depositing an insulating film so as to cover the cap layer, the etching stopper film and the hard mask, and a step of forming an upper electrode on the hard mask.
(Appendix 6) A step of forming an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, and a hard mask in this order on the lower electrode, and a hard mask on the etching stopper film The lower electrode, the antiferromagnetic layer, the pinned layer, the tunnel insulating film, the free layer, under the condition that the product of the film forming step and the magnetostriction constant of the free layer is positive and the stress has an absolute value of 1 GPa or more, A method of manufacturing a magnetoresistive element, comprising: depositing an insulating film so as to cover a cap layer, an etching stopper film, and a hard mask; and forming an upper electrode on the hard mask.
(Appendix 7) The step of depositing the insulating film is a step of depositing so that the thickness of the flat portion of the insulating film does not exceed the position of the etching stopper film, and at least the insulating
(Appendix 8) A semiconductor memory device using the magnetoresistive element according to any one of
11 下地絶縁膜
12,48 下部電極
13,49 反強磁性層
14,50 ピンド層
15,51 トンネル絶縁膜
16,52 フリー層
17,53 キャップ層
18,54 エッチングストッパー膜
19,55 ハードマスク
20,58 絶縁膜
21,63,64 層間絶縁膜
22,73 上部電極
23,56 絶縁膜ハードマスク
24,57 レジストパターン
25,59 下層レジスト
26,60 SOG膜
27,61 レジスト
28 第2層間絶縁膜
29 凹部
30 金属膜
31 シリコン基板
32 素子分離絶縁膜
33 MOSFET
34 ゲート絶縁膜
35 ゲート電極
36 ソース領域
37 ドレイン領域
38 サイドウォール
39 層間絶縁膜
40,41 導電性プラグ
42 エッチングストッパー膜
43 層間絶縁膜
44 キャップ膜
45 接続導体
46 プラグ
47 接続導体
62 バリア絶縁膜
65,68 レジストパターン
66,69,70,71,72 凹部
67 ビア
74 プラグ
75 配線
11 Underlying insulating
34 Gate insulating film 35
Claims (5)
前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、
前記エッチングストッパー膜の応力と前記フリー層の磁歪定数との積が負になることを特徴とする磁気抵抗素子。 An antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in order from the lower electrode side on the lower electrode;
An insulating film provided on at least a side surface of the free layer;
A magnetoresistive element characterized in that a product of a stress of the etching stopper film and a magnetostriction constant of the free layer becomes negative.
前記少なくともフリー層の側面に設けた絶縁膜を有し、
前記絶縁膜の応力が、前記フリー層の磁歪定数との積が正で且つ絶対値が1GPa以上であることを特徴とする磁気抵抗素子。 An antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer, a cap layer, an etching stopper film, a hard mask, and an upper electrode provided in order from the lower electrode side on the lower electrode;
An insulating film provided on at least a side surface of the free layer;
The magnetoresistive element characterized in that the stress of the insulating film has a positive product with the magnetostriction constant of the free layer and an absolute value of 1 GPa or more.
前記絶縁膜の平坦部に、前記フリー層の磁歪定数との積が正になる応力を有する金属膜を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗素子。 The thickness of the flat portion of the insulating film is a thickness that does not exceed the position of the etching stopper film,
3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein a metal film having a stress that makes a product of a magnetostriction constant of the free layer positive is provided on a flat portion of the insulating film.
前記キャップ層上に、前記フリー層の磁歪定数との積が負になる応力を有する条件でエッチングストッパー膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパー膜上にハードマスクを成膜する工程と、
前記下部電極、反強磁性層、ピンド層、トンネル絶縁膜、フリー層、キャップ層、エッチングストッパー膜及びハードマスクを覆うように絶縁膜を堆積する工程と、
前記ハードマスク上に上部電極を形成する工程と
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。 Forming an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a tunnel insulating film, a free layer and a cap layer in order on the lower electrode;
Forming an etching stopper film on the cap layer under a condition having a stress that makes a product of the magnetostriction constant of the free layer negative;
Forming a hard mask on the etching stopper film;
Depositing an insulating film to cover the lower electrode, antiferromagnetic layer, pinned layer, tunnel insulating film, free layer, cap layer, etching stopper film and hard mask;
And a step of forming an upper electrode on the hard mask.
4. A semiconductor memory device, wherein the magnetoresistive element according to claim 1 is used as an information storage unit of a memory cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011011546A JP5691551B2 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011011546A JP5691551B2 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and semiconductor memory device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012156172A true JP2012156172A (en) | 2012-08-16 |
JP5691551B2 JP5691551B2 (en) | 2015-04-01 |
Family
ID=46837644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011011546A Expired - Fee Related JP5691551B2 (en) | 2011-01-24 | 2011-01-24 | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5691551B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109473542A (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-15 | 爱思开海力士有限公司 | Electronic equipment and its manufacturing method |
WO2023133776A1 (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-20 | 华为技术有限公司 | Magnetic storage unit, memory, and manufacturing method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006128453A (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Tdk Corp | Magnetoresistance effect element, thin film magnetic head having the magnetoresistance effect element, head gimbal assembly having the thin film magnetic head, and magnetic disc device having the head gimbals assembly |
WO2006054588A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-26 | Nec Corporation | Magnetic memory and manufacturing method thereof |
JP2007158369A (en) * | 2002-11-01 | 2007-06-21 | Nec Corp | Magnetoresistive device and method of manufacturing the same |
JP2009212323A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Sony Corp | Nonvolatile magnetic memory device |
-
2011
- 2011-01-24 JP JP2011011546A patent/JP5691551B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007158369A (en) * | 2002-11-01 | 2007-06-21 | Nec Corp | Magnetoresistive device and method of manufacturing the same |
JP2006128453A (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Tdk Corp | Magnetoresistance effect element, thin film magnetic head having the magnetoresistance effect element, head gimbal assembly having the thin film magnetic head, and magnetic disc device having the head gimbals assembly |
WO2006054588A1 (en) * | 2004-11-16 | 2006-05-26 | Nec Corporation | Magnetic memory and manufacturing method thereof |
JP2009212323A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Sony Corp | Nonvolatile magnetic memory device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109473542A (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-15 | 爱思开海力士有限公司 | Electronic equipment and its manufacturing method |
WO2023133776A1 (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-20 | 华为技术有限公司 | Magnetic storage unit, memory, and manufacturing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5691551B2 (en) | 2015-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5695453B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
US9525126B1 (en) | Magnetic tunnel junction and 3-D magnetic tunnel junction array | |
JP5710743B2 (en) | Manufacture of magnetic tunnel junction memory elements | |
TWI575788B (en) | Magnetic memory and method of manufacturing magnetic memory | |
JP5585212B2 (en) | Magnetic random access memory using magnetic tunnel junction element and manufacturing method thereof | |
JP2017510995A (en) | Replacement conductive hardmask for multi-step magnetic tunnel junction (MTJ) etching | |
US20160293837A1 (en) | Multilayer hard mask patterning for fabricating integrated circuits | |
JP2003347521A (en) | Magnetoresistance ram and its manufacturing method | |
TW201742278A (en) | Approaches for strain engineering of perpendicular magnetic tunnel junctions (pMTJs) and the resulting structures | |
KR101159240B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
US9412935B1 (en) | Method for fabricating magnetic tunnel junction and 3-D magnetic tunnel junction array | |
TWI734064B (en) | Magnetic tunnel junction element, magnetic memory using the same, and manufacturing method of magnetic tunnel junction element | |
CN112186096B (en) | Magnetic random access memory and preparation method thereof | |
CN108232008B (en) | Bottom electrode contact of magnetic random access memory and preparation method thereof | |
US9065035B2 (en) | Cell design for embedded thermally-assisted MRAM | |
US20110272770A1 (en) | Method for manufacturing magnetic storage device, and magnetic storage device | |
US10170692B2 (en) | Semiconductor device with integrated magnetic tunnel junction | |
CN109713121B (en) | Method for manufacturing magnetic random access memory cell array and peripheral circuit thereof | |
JP2024518876A (en) | Spin-Orbit Torque (SOT) Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) with Low Resistivity Spin Hall Effect (SHE) Write Lines | |
JP6155673B2 (en) | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and magnetic storage device | |
CN109994600B (en) | Method for manufacturing magnetic random access memory | |
JP2004319725A (en) | Magnetic random access memory device | |
JP5691551B2 (en) | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and semiconductor memory device | |
CN111613571B (en) | Method for manufacturing magnetic random access memory cell array | |
CN111668368B (en) | Preparation method of pseudo-magnetic tunnel junction unit structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130926 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140902 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141023 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150106 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150119 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5691551 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |