JP2013118266A - Manufacturing method of magnetoresistive element - Google Patents

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戸 暁 志 背
Masatoshi Yoshikawa
川 将 寿 吉
Hideaki Harakawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a magnetoresistive element capable of preventing formation of a short path.SOLUTION: According to one embodiment, a manufacturing method of a magnetoresistive element comprises the steps of: sequentially laminating, on a first electrode, a recording layer having a variable magnetization direction, a non-magnetic layer, a fixed layer having a fixed magnetization direction and a second electrode; processing the fixed layer by using the second electrode processed into a predetermined shape as a mask; forming side wall portions having first side wall films and second side wall films interposed among the first side wall films, the fixed layer and the second electrode on both side portions of the fixed layer and the second electrode; and processing the non-magnetic layer and the recording layer by physical etching by using the side wall portions as the mask. The first side wall films have an etching rate in the physical etching less than that of the second side wall films.

Description

本発明の実施形態は、磁気抵抗素子の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method of manufacturing a magnetoresistive element.

強磁性体を用いた磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)は、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magnetoresistive)効果を利用するMTJ(Magnetic Tunnel Junction)素子を記憶素子として備えている。MTJ素子は、磁性材料からなる記録層及び参照層と、これらに挟まれた絶縁層(バリア層)との3層の薄膜で構成されており、記録層及び参照層の磁化状態により情報を記憶する。スピン角運動量移動(SMT:Spin Momentum Transfer)書き込み方式を用いたスピン注入型MRAMでは、MTJ素子の膜面に対して垂直方向に通電することにより、MTJ素子への情報の書き込みが行われる。   A magnetic random access memory (MRAM) using a ferromagnetic material includes an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element using a tunneling magnetoresistive (TMR) effect as a memory element. An MTJ element is composed of three thin films, a recording layer and a reference layer made of a magnetic material, and an insulating layer (barrier layer) sandwiched between them, and stores information according to the magnetization state of the recording layer and the reference layer. To do. In a spin injection MRAM using a spin momentum transfer (SMT) writing method, information is written to the MTJ element by energizing the film surface of the MTJ element in the vertical direction.

MTJ素子を形成する場合、イオンビームエッチング等の物理エッチングを用いて、積層された記録層、絶縁層、参照層が加工される。絶縁層の下層の記録層を加工する際、加工により飛散した磁性材料が絶縁層の側面に付着して、磁性層同士をショートするショートパスが形成されるため、付着物対策が必要となる。付着物対策としては、MTJ素子の側面を酸化処理することや、側壁マスクを設けることが知られている。   When forming an MTJ element, the stacked recording layer, insulating layer, and reference layer are processed using physical etching such as ion beam etching. When the recording layer under the insulating layer is processed, the magnetic material scattered by the processing adheres to the side surfaces of the insulating layer, and a short path is formed to short-circuit the magnetic layers. As countermeasures against deposits, it is known to oxidize the side surface of the MTJ element and to provide a sidewall mask.

しかし、MTJ素子の側面を酸化処理する場合、MTJ素子にバーズビークが生じ、スピン注入効率が劣化するという問題があった。また、側壁マスクを設けた場合、絶縁層近傍でのショートは回避できるが、側壁マスクに付着した材料により別のショートパスが形成されるという問題があった。   However, when the side surface of the MTJ element is oxidized, there is a problem that a bird's beak occurs in the MTJ element and the spin injection efficiency is deteriorated. When the side wall mask is provided, a short circuit near the insulating layer can be avoided, but another short path is formed by the material attached to the side wall mask.

特開2008−218829号公報JP 2008-218829 A

本発明は、ショートパスの形成を防止できる磁気抵抗素子の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the magnetoresistive element which can prevent formation of a short path.

本実施形態によれば、磁気抵抗素子の製造方法は、第1電極上に、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、及び第2電極を順に積層する工程と、所定形状に加工した前記第2電極をマスクとして前記第2磁性層を加工する工程と、前記第2磁性層及び前記第2電極の両側部に、第1側壁膜、及び前記第1側壁膜と前記第2磁性層及び前記第2電極との間に挟まれた第2側壁膜を有する側壁部を形成する工程と、前記側壁部をマスクとして、前記非磁性層及び前記第1磁性層を物理エッチングにより加工する工程と、を備える。前記第1側壁膜は、前記第2側壁膜より前記物理エッチングにおけるエッチングレートが低い。   According to this embodiment, the method of manufacturing a magnetoresistive element includes a step of sequentially stacking a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a second electrode on a first electrode, and processing into a predetermined shape. The step of processing the second magnetic layer using the second electrode as a mask, the first side wall film, the first side wall film, and the second magnetic film on both sides of the second magnetic layer and the second electrode Forming a sidewall portion having a second sidewall film sandwiched between a layer and the second electrode, and processing the nonmagnetic layer and the first magnetic layer by physical etching using the sidewall portion as a mask. A process. The first sidewall film has a lower etching rate in the physical etching than the second sidewall film.

本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetoresistive element which concerns on embodiment of this invention. 同実施形態に係る磁気抵抗素子を備えたMRAMの概略構成図である。It is a schematic block diagram of MRAM provided with the magnetoresistive element based on the embodiment. 同実施形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the magnetoresistive element based on the embodiment. 図3に続く工程断面図である。FIG. 4 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 3. 図4に続く工程断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 4. 図5に続く工程断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 5. 図6に続く工程断面図である。FIG. 7 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 6. 図7に続く工程断面図である。FIG. 8 is a process cross-sectional view subsequent to FIG. 7. エッチングされる側壁膜を示す図である。It is a figure which shows the side wall film | membrane etched. 第1の比較例による磁気抵抗素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetoresistive element by a 1st comparative example. 第2の比較例による磁気抵抗素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the magnetoresistive element by the 2nd comparative example.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子(MTJ素子)1の概略構成を示す断面図である。MTJ素子1は、下部電極10、下地層11、記録層(自由層)12、トンネルバリア層(非磁性層)13、参照層(固定層)14、上部電極15が順に積層された積層構造を有する。上部電極15は、ハードマスク層としての機能を兼ねている。なお、記録層12と参照層14とは、積層順序が逆であってもよい。また、MTJ素子1の平面形状は特に限定されない。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnetoresistive element (MTJ element) 1 according to an embodiment of the present invention. The MTJ element 1 has a laminated structure in which a lower electrode 10, an underlayer 11, a recording layer (free layer) 12, a tunnel barrier layer (nonmagnetic layer) 13, a reference layer (fixed layer) 14, and an upper electrode 15 are laminated in this order. Have. The upper electrode 15 also functions as a hard mask layer. The recording layer 12 and the reference layer 14 may be stacked in reverse order. Further, the planar shape of the MTJ element 1 is not particularly limited.

記録層12は、磁化(又はスピン)の方向が可変である(反転する)。参照層14は、磁化の方向が不変である(固着している)。参照層14の磁化方向が不変であるとは、記録層12の磁化方向を反転するために使用される磁化反転電流を参照層14に流した場合に、参照層14の磁化方向が変化しないことを意味する。   The recording layer 12 has a variable (reversed) magnetization (or spin) direction. The reference layer 14 has the same magnetization direction (fixed). That the magnetization direction of the reference layer 14 is unchanged means that the magnetization direction of the reference layer 14 does not change when a magnetization reversal current used to reverse the magnetization direction of the recording layer 12 is passed through the reference layer 14. Means.

従って、参照層14として反転電流の大きな磁性層を用い、記録層12として参照層14よりも反転電流の小さい磁性層を用いることによって、磁化方向が可変の記録層12と、磁化方向が不変の参照層14とを備えたMTJ素子1を実現することができる。   Therefore, by using a magnetic layer having a large reversal current as the reference layer 14 and using a magnetic layer having a reversal current smaller than that of the reference layer 14 as the recording layer 12, the recording layer 12 having a variable magnetization direction and the magnetization direction unchanged. The MTJ element 1 including the reference layer 14 can be realized.

スピン偏極電子により磁化反転を引き起こす場合、その反転電流は減衰定数、異方性磁界、及び体積に比例するため、これらを適切に調整して、記録層12及び参照層14との反転電流に差をつけることができる。   When the magnetization reversal is caused by spin-polarized electrons, the reversal current is proportional to the attenuation constant, the anisotropic magnetic field, and the volume. Therefore, these are appropriately adjusted so that the reversal current between the recording layer 12 and the reference layer 14 You can make a difference.

記録層12及び参照層14の容易磁化方向は、膜面(又は積層面)に対して垂直(垂直磁化)であってもよいし、膜面に対して平行(面内磁化)であってもよい。垂直磁化の磁性層は、膜面に垂直方向の磁気異方性を有しており、面内磁化の磁性層は、面内方向の磁気異方性を有している。下地層11は、垂直磁化の磁性層の結晶配向性を制御するために設けられる。   The easy magnetization directions of the recording layer 12 and the reference layer 14 may be perpendicular (perpendicular magnetization) to the film surface (or laminated surface) or parallel (in-plane magnetization) to the film surface. Good. The perpendicular magnetization magnetic layer has magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the film surface, and the in-plane magnetization magnetic layer has in-plane magnetic anisotropy. The underlayer 11 is provided to control the crystal orientation of the perpendicular magnetization magnetic layer.

図1に示すように、参照層14及び上部電極15の両側部には、側壁膜16、17が設けられている。側壁膜16は、参照層14及び上部電極15の両側部と、記録層12の失活領域上に設けられている。側壁膜17は側壁膜16に隣接している。言い換えれば、参照層14及び上部電極15の側部と側壁膜17との間に側壁膜16が設けられている。また、記録層12の失活領域上方において、トンネルバリア層13と側壁膜17との間に側壁膜16が設けられている。従って、側壁膜17の上部(頂部)は、上部電極15の側面からみて、側壁膜16の膜厚以上離れた場所に位置している。   As shown in FIG. 1, sidewall films 16 and 17 are provided on both sides of the reference layer 14 and the upper electrode 15. The sidewall film 16 is provided on both sides of the reference layer 14 and the upper electrode 15 and on the deactivated region of the recording layer 12. The sidewall film 17 is adjacent to the sidewall film 16. In other words, the sidewall film 16 is provided between the side portions of the reference layer 14 and the upper electrode 15 and the sidewall film 17. Further, a sidewall film 16 is provided between the tunnel barrier layer 13 and the sidewall film 17 above the deactivation region of the recording layer 12. Therefore, the upper portion (top portion) of the sidewall film 17 is located at a position separated from the side surface of the upper electrode 15 by more than the film thickness of the sidewall film 16.

また、図1に示すように、側壁膜17の上部は、側壁膜16の上部(上面)よりも高い位置にある。また、側壁膜17の上部は、上部電極15の上面より低い位置にある。 As shown in FIG. 1, the upper portion of the sidewall film 17 is located higher than the upper portion (upper surface) of the sidewall film 16. Further, the upper portion of the sidewall film 17 is at a position lower than the upper surface of the upper electrode 15.

側壁膜17の側面、側壁膜17の下方の側壁膜16の側面、トンネルバリア層13の側面、及び記録層12の失活領域の側面には付着物18が付着している。この付着物18は、側壁膜16、17をマスクとしてトンネルバリア層13、記録層12、及び下地層11を物理エッチングにより加工した際に、エッチングされた材料が飛散して付着したものである。   Deposits 18 are attached to the side surface of the side wall film 17, the side surface of the side wall film 16 below the side wall film 17, the side surface of the tunnel barrier layer 13, and the side surface of the deactivation region of the recording layer 12. The deposit 18 is a material that is etched and scattered when the tunnel barrier layer 13, the recording layer 12, and the base layer 11 are processed by physical etching using the sidewall films 16 and 17 as a mask.

図2は、MTJ素子1を備えたMRAMの概略構成の一例を示している。ここでは、1個のMTJ素子1と、1個の選択トランジスタ22とが直列に接続されて構成された1Tr+1MTJ型のメモリセルを備えたMRAMについて説明する。   FIG. 2 shows an example of a schematic configuration of the MRAM including the MTJ element 1. Here, an MRAM including a 1Tr + 1MTJ type memory cell configured by connecting one MTJ element 1 and one select transistor 22 in series will be described.

半導体基板20は、表面領域に素子分離絶縁層21を有し、素子分離絶縁層21が形成されていない表面領域が素子領域(活性領域)となる。素子分離絶縁層21は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)により構成され、シリコン酸化物が用いられる。   The semiconductor substrate 20 has an element isolation insulating layer 21 in a surface region, and a surface region where the element isolation insulating layer 21 is not formed becomes an element region (active region). The element isolation insulating layer 21 is configured by, for example, STI (Shallow Trench Isolation), and silicon oxide is used.

半導体基板20には、NMOSトランジスタからなる選択トランジスタ22が形成されている。選択トランジスタ22は、半導体基板20内に互いに離間して形成されたソース領域23A及びドレイン領域23Bと、ソース領域23A及びドレイン領域23B間の半導体基板20上にゲート絶縁膜24を介して形成されたゲート電極25を備えている。ソース領域23Aは、コンタクトを介してソース線(図示せず)に接続される。   A selection transistor 22 made of an NMOS transistor is formed on the semiconductor substrate 20. The selection transistor 22 is formed on the semiconductor substrate 20 between the source region 23A and the drain region 23B via the gate insulating film 24 and the source region 23A and the drain region 23B that are formed in the semiconductor substrate 20 so as to be separated from each other. A gate electrode 25 is provided. Source region 23A is connected to a source line (not shown) via a contact.

選択トランジスタ22を覆うように層間絶縁膜26が設けられている。層間絶縁膜26上にMTJ素子1が設けられている。MTJ素子1の下部電極10とドレイン領域23Bとがコンタクト27により電気的に接続されている。   An interlayer insulating film 26 is provided so as to cover the selection transistor 22. The MTJ element 1 is provided on the interlayer insulating film 26. The lower electrode 10 of the MTJ element 1 and the drain region 23B are electrically connected by a contact 27.

層間絶縁膜26上には、MTJ素子1を覆うように層間絶縁膜28が設けられている。層間絶縁膜28の上面は、上部電極15の上面が露出するようにCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化されている。層間絶縁膜28及び上部電極15上に配線層(ビット線)29が設けられている。   An interlayer insulating film 28 is provided on the interlayer insulating film 26 so as to cover the MTJ element 1. The upper surface of the interlayer insulating film 28 is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method so that the upper surface of the upper electrode 15 is exposed. A wiring layer (bit line) 29 is provided on the interlayer insulating film 28 and the upper electrode 15.

図1に示すように、側壁膜17の上部は、上部電極15の側面からみて、側壁膜16の膜厚以上離れた場所に位置している。そのため、付着物18によって上部電極15と下部電極10とがショートすることを防止できる。   As shown in FIG. 1, the upper portion of the side wall film 17 is located at a position separated from the side surface of the upper electrode 15 by more than the film thickness of the side wall film 16. Therefore, it is possible to prevent the upper electrode 15 and the lower electrode 10 from being short-circuited by the deposit 18.

また、側壁膜17の上部は、上部電極15の上面より低い位置にある。そのため、付着物によって下部電極10と配線層29(図2参照)とがショートすることを防止できる。   Further, the upper portion of the sidewall film 17 is at a position lower than the upper surface of the upper electrode 15. Therefore, it is possible to prevent the lower electrode 10 and the wiring layer 29 (see FIG. 2) from being short-circuited due to the deposits.

次に、このようなMTJ素子1の製造方法を図3〜図9を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing such an MTJ element 1 will be described with reference to FIGS.

図3に示すように、下部電極10、下地層11、記録層12、トンネルバリア層13、参照層14、上部電極15を順に成膜する。例えば、記録層12の膜厚を1〜1.5nm、トンネルバリア層13の膜厚を1nm、参照層14の膜厚を20nm、上部電極15の膜厚を80nmとする。なお、下部電極10下には図2に示したような層間絶縁膜26やコンタクト27が設けられているが、図示を省略している。   As shown in FIG. 3, a lower electrode 10, an underlayer 11, a recording layer 12, a tunnel barrier layer 13, a reference layer 14, and an upper electrode 15 are sequentially formed. For example, the recording layer 12 has a thickness of 1 to 1.5 nm, the tunnel barrier layer 13 has a thickness of 1 nm, the reference layer 14 has a thickness of 20 nm, and the upper electrode 15 has a thickness of 80 nm. Note that an interlayer insulating film 26 and a contact 27 as shown in FIG. 2 are provided under the lower electrode 10, but illustration thereof is omitted.

下部電極10及び上部電極15には、例えば、タンタル(Ta)又は窒化チタン(TiN)が用いられる。   For the lower electrode 10 and the upper electrode 15, for example, tantalum (Ta) or titanium nitride (TiN) is used.

記録層12及び参照層14には、例えば、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)のうちの少なくとも1つの元素と、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)のうちの少なくとも1つの元素とを含む合金が用いられる。   The recording layer 12 and the reference layer 14 include, for example, at least one element of iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni), chromium (Cr), platinum (Pt), and palladium (Pd). An alloy containing at least one of these elements is used.

下地層11は、結晶配向性を制御するためのものであり、記録層12の材料によって好適な材料は変わる。例えば、記録層12がFePtの場合、下地層11をPt/Cr/NiTaの積層膜とすることが好ましい。   The underlayer 11 is for controlling crystal orientation, and a suitable material varies depending on the material of the recording layer 12. For example, when the recording layer 12 is FePt, the underlayer 11 is preferably a Pt / Cr / NiTa laminated film.

トンネルバリア層13は、酸化マグネシウム(MgO)等の絶縁材料が用いられる。   The tunnel barrier layer 13 is made of an insulating material such as magnesium oxide (MgO).

図4に示すように、リソグラフィ及びRIE(Reactive Ion Etching)法を用いて、上部電極15をMTJ素子1の平面形状と同じ形状に加工する。そして、上部電極15をハードマスクとして、参照層14をIBE(Ion Beam Etching)法により加工する。   As shown in FIG. 4, the upper electrode 15 is processed into the same shape as the planar shape of the MTJ element 1 using lithography and RIE (Reactive Ion Etching). Then, the reference layer 14 is processed by an IBE (Ion Beam Etching) method using the upper electrode 15 as a hard mask.

図5に示すように、上部電極15をマスクとして、イオン注入を行い、参照層14からはみ出ている記録層12(参照層14の下方領域以外の領域にある記録層12)の失活処理を行う。これにより、記録層12における参照層14の下方領域以外の領域は失活領域となる。   As shown in FIG. 5, ion implantation is performed using the upper electrode 15 as a mask, and the deactivation process of the recording layer 12 protruding from the reference layer 14 (the recording layer 12 in a region other than the region below the reference layer 14) is performed. Do. As a result, the region other than the region below the reference layer 14 in the recording layer 12 becomes an inactive region.

図6に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、上部電極15、参照層14、トンネルバリア層13の表面を覆うように、絶縁膜16を形成する。続いて、CVD法を用いて、絶縁膜16上に絶縁膜17を形成する。   As shown in FIG. 6, the insulating film 16 is formed so as to cover the surfaces of the upper electrode 15, the reference layer 14, and the tunnel barrier layer 13 by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Subsequently, an insulating film 17 is formed on the insulating film 16 using a CVD method.

絶縁膜16は、参照層14(又は記録層12)と比較して、後で行う記録層12のエッチング処理(図8参照)に対するエッチング耐性が同程度か又は高くなっている(エッチングレートが同程度か又は低くなっている)。   The insulating film 16 has the same or higher etching resistance than the reference layer 14 (or the recording layer 12) with respect to the subsequent etching process of the recording layer 12 (see FIG. 8) (the etching rate is the same). Degree or low).

絶縁膜17は、上部電極15と比較して、後で行う記録層12のエッチング処理に対するエッチング耐性が同程度か又は低くなっている(エッチングレートが同程度か又は高くなっている)。また、絶縁膜17は、絶縁膜16と比較して、後で行う記録層12のエッチング処理に対するエッチング耐性が高くなっている(エッチングレートが低くなっている)。   Compared to the upper electrode 15, the insulating film 17 has the same or lower etching resistance (the etching rate is the same or higher) with respect to the etching process of the recording layer 12 performed later. In addition, the insulating film 17 has higher etching resistance against the etching process of the recording layer 12 performed later (the etching rate is lower) than the insulating film 16.

すなわち、後で行う記録層12のエッチング処理に対するエッチング耐性は、上部電極15≧絶縁膜17>絶縁膜16≧参照層14という関係になっている。   That is, the etching resistance to the etching process of the recording layer 12 to be performed later has a relationship of upper electrode 15 ≧ insulating film 17> insulating film 16 ≧ reference layer 14.

絶縁膜16には、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。絶縁膜17には、アルミナイトライド膜、ナイトライドリッチなタンタルナイトライド膜、タンタルシリコンナイトライド膜等を用いることができる。   For the insulating film 16, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used. As the insulating film 17, an aluminum nitride film, a nitride-rich tantalum nitride film, a tantalum silicon nitride film, or the like can be used.

図7に示すように、上部電極15の上面が露出するまで、絶縁膜16、17をエッチバックする。これにより、上部電極15及び参照層14の両側部に、側壁膜16、17を形成することができる。   As shown in FIG. 7, the insulating films 16 and 17 are etched back until the upper surface of the upper electrode 15 is exposed. Thereby, the sidewall films 16 and 17 can be formed on both sides of the upper electrode 15 and the reference layer 14.

図8に示すように、側壁膜16、17をマスクとして、トンネルバリア層13、記録層12、及び下地層11をIBE法等の物理エッチングにより加工する。   As shown in FIG. 8, the tunnel barrier layer 13, the recording layer 12, and the base layer 11 are processed by physical etching such as the IBE method using the sidewall films 16 and 17 as a mask.

側壁膜16は側壁膜17よりエッチング耐性が低いため、側壁膜17よりもエッチングレートが高く、上面の位置が、側壁膜17の上部よりも低くなる。例えば、側壁膜16の上面は、上部電極15の上面より50nm以上低くなる。なお、本実施形態では、側壁膜16の外側には側壁膜17が存在しているため、側壁マスクを側壁膜16のみで構成した場合よりは、除去される側壁膜16は少なくなる。   Since the sidewall film 16 has lower etching resistance than the sidewall film 17, the etching rate is higher than that of the sidewall film 17, and the position of the upper surface is lower than the upper portion of the sidewall film 17. For example, the upper surface of the sidewall film 16 is lower than the upper surface of the upper electrode 15 by 50 nm or more. In this embodiment, since the side wall film 17 exists outside the side wall film 16, the side wall film 16 to be removed is smaller than in the case where the side wall mask is composed of only the side wall film 16.

側壁膜17は、内側の側壁膜16の上面の位置が下がることで、図9に示すように、外側だけでなく内側も露出される。そのため、本実施形態では、側壁マスクを側壁膜17のみで構成した場合より、除去される側壁膜17は多くなり、側壁膜17の上部の高さと、上部電極15の上面高さとの間に十分な差をつけることができる。   As shown in FIG. 9, the side wall film 17 is exposed not only on the outer side but also on the inner side as the position of the upper surface of the inner side wall film 16 is lowered. Therefore, in this embodiment, more sidewall films 17 are removed than when the sidewall mask is composed of only the sidewall films 17, and the height between the upper portion of the sidewall films 17 and the upper surface height of the upper electrode 15 is sufficient. Can make a big difference.

記録層12等のエッチングにより、金属材料が飛散して側壁膜17の側面等に付着し、付着物18となる。しかし、本実施形態では、側壁膜17の上部の高さと、上部電極15の上面高さとの間に十分な差d1がついているため、付着物18が、上部電極15上に設けられる配線層29(図2参照)と、下部電極10とのショートパスになることを防止できる。   By etching the recording layer 12 and the like, the metal material scatters and adheres to the side surfaces of the side wall film 17 and becomes the deposit 18. However, in the present embodiment, since there is a sufficient difference d1 between the height of the upper portion of the sidewall film 17 and the height of the upper surface of the upper electrode 15, the deposit 18 is a wiring layer 29 provided on the upper electrode 15. (See FIG. 2) and a short path between the lower electrode 10 can be prevented.

また、側壁膜17と上部電極15との間には側壁膜16が設けられているため、付着物18と上部電極15との間には、側壁膜16の膜厚以上の間隔d2がある。そのため、付着物18が、上部電極15と下部電極10とのショートパスになることを防止できる。   Further, since the sidewall film 16 is provided between the sidewall film 17 and the upper electrode 15, there is a gap d <b> 2 greater than the film thickness of the sidewall film 16 between the deposit 18 and the upper electrode 15. Therefore, it is possible to prevent the deposit 18 from becoming a short path between the upper electrode 15 and the lower electrode 10.

(第1の比較例)上記実施形態では、上部電極15及び参照層14の両側部に、側壁膜16、17を有する側壁マスクを形成していたが、この側壁マスクを側壁膜16のみで構成した場合、すなわち図6に示す工程で絶縁膜16のみ形成した場合について説明する。   (First Comparative Example) In the above embodiment, the sidewall mask having the sidewall films 16 and 17 is formed on both sides of the upper electrode 15 and the reference layer 14. In other words, the case where only the insulating film 16 is formed in the step shown in FIG. 6 will be described.

図10に示すように、トンネルバリア層13、記録層12、及び下地層11をIBE法により加工すると、側壁膜16のみで構成された側壁マスクはエッチング耐性が低い(エッチングレートが高い)ため除去される量が多く、上部電極15の側面が露出される。   As shown in FIG. 10, when the tunnel barrier layer 13, the recording layer 12, and the base layer 11 are processed by the IBE method, the sidewall mask formed only of the sidewall film 16 is removed because it has low etching resistance (high etching rate). A large amount is applied, and the side surface of the upper electrode 15 is exposed.

そして、記録層12等のエッチングにより飛散した金属材料が側壁膜16の側面等に付着することで生じる付着物18が、上部電極15と下部電極10とを短絡するショートパスになる。   Then, the deposit 18 generated when the metal material scattered by the etching of the recording layer 12 or the like adheres to the side surface of the sidewall film 16 or the like becomes a short path that short-circuits the upper electrode 15 and the lower electrode 10.

(第2の比較例)上記実施形態では、上部電極15及び参照層14の両側部に、側壁膜16、17を有する側壁マスクを形成していたが、この側壁マスクを側壁膜17のみで構成した場合、すなわち図6に示す工程で絶縁膜17のみ形成した場合について説明する。   (Second Comparative Example) In the above embodiment, the side wall masks having the side wall films 16 and 17 are formed on both sides of the upper electrode 15 and the reference layer 14. In other words, the case where only the insulating film 17 is formed in the step shown in FIG. 6 will be described.

図11に示すように、トンネルバリア層13、記録層12、及び下地層11をIBE法により加工すると、側壁膜17のみで構成された側壁マスクはエッチング耐性が高い(エッチングレートが低い)ため除去される量が少なく、側壁膜17の上部の高さと、上部電極15の上面高さとの差は小さくなる。側壁膜17の側面には、記録層12等のエッチングにより飛散した金属材料(付着物18)が付着している。   As shown in FIG. 11, when the tunnel barrier layer 13, the recording layer 12, and the base layer 11 are processed by the IBE method, the sidewall mask formed only of the sidewall film 17 has high etching resistance (low etching rate) and is removed. Therefore, the difference between the height of the upper portion of the sidewall film 17 and the height of the upper surface of the upper electrode 15 is reduced. A metal material (attachment 18) scattered by etching of the recording layer 12 or the like is attached to the side surface of the sidewall film 17.

その後の工程で、上部電極15上に配線層29(図2参照)が形成されるが、層間絶縁膜28(図2参照)の平坦化処理の際に、側壁膜17が露出し得る。このような平坦化処理後に形成された配線層29は、側壁膜17の側面の付着物18と接触する。そのため、付着物18が、配線層29と下部電極10とを短絡するショートパスになる。   In the subsequent process, the wiring layer 29 (see FIG. 2) is formed on the upper electrode 15, but the sidewall film 17 may be exposed during the planarization process of the interlayer insulating film 28 (see FIG. 2). The wiring layer 29 formed after such planarization is in contact with the deposit 18 on the side surface of the sidewall film 17. Therefore, the deposit 18 becomes a short path that short-circuits the wiring layer 29 and the lower electrode 10.

これに対し、本実施形態では、上部電極15及び参照層14の両側部に設けた側壁マスクは、エッチング耐性の高い側壁膜17と、側壁膜17と上部電極15及び参照層14との間に挟まれたエッチング耐性の低い側壁膜16とを有している。   On the other hand, in this embodiment, the sidewall mask provided on both sides of the upper electrode 15 and the reference layer 14 is between the sidewall film 17 having high etching resistance and between the sidewall film 17 and the upper electrode 15 and the reference layer 14. And a sidewall film 16 having a low etching resistance.

側壁膜17の側面の付着物18と上部電極15との間には、側壁膜16の膜厚以上の間隔があるため、付着物18が、上部電極15と下部電極10とのショートパスになることを防止できる。   Since there is a space larger than the film thickness of the sidewall film 16 between the deposit 18 on the side surface of the sidewall film 17 and the upper electrode 15, the deposit 18 becomes a short path between the upper electrode 15 and the lower electrode 10. Can be prevented.

また、側壁膜16のエッチングレートが高いことにより、側壁膜17の内側が露出し、側壁膜17は外側だけでなく内側からもエッチングされる。そのため、側壁膜17の上部の高さと、上部電極15の上面高さとの間に十分な差がつき、付着物18が、上部電極15上に設けられる配線層29(図2参照)と、下部電極10とのショートパスになることを防止できる。   Further, since the etching rate of the sidewall film 16 is high, the inside of the sidewall film 17 is exposed, and the sidewall film 17 is etched not only from the outside but also from the inside. Therefore, there is a sufficient difference between the height of the upper portion of the sidewall film 17 and the height of the upper surface of the upper electrode 15, and the deposit 18 is formed on the wiring layer 29 (see FIG. 2) provided on the upper electrode 15 and the lower portion. A short path with the electrode 10 can be prevented.

このように、本実施形態によれば、磁気抵抗素子を製造する際に、ショートパスの形成を防止することができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to prevent the formation of a short path when manufacturing a magnetoresistive element.

上記実施形態では、記録層12の上方に参照層14が位置する構成の製造方法について説明したが、この製造方法は、参照層14の上方に記録層12が位置する構成に対しても適用できる。参照層14の上方に記録層12が位置する場合、図5に対応する失活処理は不要となる。   In the above embodiment, the manufacturing method in which the reference layer 14 is located above the recording layer 12 has been described. However, this manufacturing method can also be applied to a configuration in which the recording layer 12 is located above the reference layer 14. . When the recording layer 12 is located above the reference layer 14, the deactivation process corresponding to FIG. 5 is not necessary.

なお、上記実施形態では、1個の参照層と1個の記録層とがトンネルバリア層を挟むシングルジャンクション型のMTJ素子について例示している。しかし、この構成に限定されるものではなく、記録層の上下に2個の参照層が非磁性層を介して配置されたダブルジャンクション型のMTJ素子に適用してもよい。   In the above embodiment, a single junction type MTJ element in which one reference layer and one recording layer sandwich a tunnel barrier layer is illustrated. However, the present invention is not limited to this configuration, and may be applied to a double junction type MTJ element in which two reference layers are arranged above and below the recording layer via a nonmagnetic layer.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1 MTJ素子
10 下部電極
11 下地層
12 記録層
13 トンネルバリア層
14 参照層(固定層)
15 上部電極
16、17 側壁膜
18 付着物
29 配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MTJ element 10 Lower electrode 11 Underlayer 12 Recording layer 13 Tunnel barrier layer 14 Reference layer (fixed layer)
15 Upper electrode 16, 17 Side wall film 18 Deposit 29 Wiring layer

Claims (7)

第1電極上に、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、及び第2電極を順に積層する工程と、
所定形状に加工した前記第2電極をマスクとして前記第2磁性層を加工する工程と、
前記第2磁性層及び前記第2電極の両側部に、第1側壁膜、及び前記第1側壁膜と前記第2磁性層及び前記第2電極との間に挟まれた第2側壁膜を有する側壁部を形成する工程と、
前記側壁部をマスクとして、前記非磁性層及び前記第1磁性層をイオンビームエッチングにより加工する工程と、
を備え、
前記第1側壁膜は、前記第2側壁膜及び前記第2磁性層より前記イオンビームエッチングにおけるエッチングレートが低く、アルミナイトライド膜、タンタルナイトライド膜、又はタンタルシリコンナイトライド膜を含み、
前記第2側壁膜は、前記第2電極より前記イオンビームエッチングにおけるエッチングレートが高く、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含み、
前記第1側壁膜の側面には、前記イオンビームエッチングにより飛散した前記第1磁性層の材料が付着し、
前記第1磁性層及び前記第2磁性層の一方は磁化方向が可変である記録層であり、他方は磁化方向が固定された固定層であることを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
Laminating a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a second electrode in order on the first electrode;
Processing the second magnetic layer using the second electrode processed into a predetermined shape as a mask;
A first sidewall film and a second sidewall film sandwiched between the first sidewall film and the second magnetic layer and the second electrode are provided on both sides of the second magnetic layer and the second electrode. Forming a sidewall portion;
Processing the nonmagnetic layer and the first magnetic layer by ion beam etching using the side wall as a mask;
With
The first sidewall film has a lower etching rate in the ion beam etching than the second sidewall film and the second magnetic layer, and includes an aluminum nitride film, a tantalum nitride film, or a tantalum silicon nitride film,
The second sidewall film has a higher etching rate in the ion beam etching than the second electrode, and includes a silicon oxide film or a silicon nitride film,
The material of the first magnetic layer scattered by the ion beam etching adheres to the side surface of the first sidewall film,
One of the first magnetic layer and the second magnetic layer is a recording layer having a variable magnetization direction, and the other is a fixed layer having a fixed magnetization direction.
第1電極上に、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、及び第2電極を順に積層する工程と、
所定形状に加工した前記第2電極をマスクとして前記第2磁性層を加工する工程と、
前記第2磁性層及び前記第2電極の両側部に、第1側壁膜、及び前記第1側壁膜と前記第2磁性層及び前記第2電極との間に挟まれた第2側壁膜を有する側壁部を形成する工程と、
前記側壁部をマスクとして、前記非磁性層及び前記第1磁性層を物理エッチングにより加工する工程と、
を備え、
前記第1側壁膜は、前記第2側壁膜より前記物理エッチングにおけるエッチングレートが低いことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
Laminating a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, a second magnetic layer, and a second electrode in order on the first electrode;
Processing the second magnetic layer using the second electrode processed into a predetermined shape as a mask;
A first sidewall film and a second sidewall film sandwiched between the first sidewall film and the second magnetic layer and the second electrode are provided on both sides of the second magnetic layer and the second electrode. Forming a sidewall portion;
Processing the nonmagnetic layer and the first magnetic layer by physical etching using the side wall as a mask;
With
The method of manufacturing a magnetoresistive element, wherein the first side wall film has a lower etching rate in the physical etching than the second side wall film.
前記第1側壁膜は、前記第2磁性層より前記物理エッチングにおけるエッチングレートが低く、前記第2側壁膜は、前記第2電極より前記物理エッチングにおけるエッチングレートが高いことを特徴とする請求項2に記載の磁気抵抗素子の製造方法。   3. The first sidewall film has a lower etching rate in the physical etching than the second magnetic layer, and the second sidewall film has a higher etching rate in the physical etching than the second electrode. The manufacturing method of the magnetoresistive element of description. 前記第1側壁膜の側面には、前記物理エッチングにより飛散した前記第1磁性層の材料が付着することを特徴とする請求項2又は3に記載の磁気抵抗素子の製造方法。   4. The method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 2, wherein a material of the first magnetic layer scattered by the physical etching adheres to a side surface of the first sidewall film. 5. 前記第1側壁膜は、アルミナイトライド膜、タンタルナイトライド膜、又はタンタルシリコンナイトライド膜であり、前記第2側壁膜はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の磁気抵抗素子の製造方法。   The first sidewall film is an aluminum nitride film, a tantalum nitride film, or a tantalum silicon nitride film, and the second sidewall film is a silicon oxide film or a silicon nitride film. 5. A method for producing a magnetoresistive element according to any one of 4 above. 前記物理エッチングはイオンビームエッチングであることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の磁気抵抗素子の製造方法。   6. The method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 2, wherein the physical etching is ion beam etching. 前記第1磁性層及び前記第2磁性層の一方は磁化方向が可変である記録層であり、他方は磁化方向が固定された固定層であることを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の磁気抵抗素子の製造方法。   7. One of the first magnetic layer and the second magnetic layer is a recording layer whose magnetization direction is variable, and the other is a fixed layer whose magnetization direction is fixed. The manufacturing method of the magnetoresistive element of description.
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