JP2014239209A - Semiconductor device - Google Patents

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克巳 末光
苅屋田 英嗣
Hidetsugu Kariyada
英嗣 苅屋田
森 馨
Kaoru Mori
馨 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can achieve good yield.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a pair of first magnetization fixed layers FF1 arranged apart from each other in a plane direction; a magnetization free layer FR1 which overlaps a part of each of the pair of first magnetization fixed layers FF1 in planar view and which is electrically connected with the pair of first magnetization fixed layers FF1; a non-magnetized layer TB1 arranged on the magnetization free layer FR1; and a second magnetization fixed layer RF1 arranged on the non-magnetized layer TB1. The magnetization free layer FR1, the non-magnetized layer TB1 and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape.

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば磁気ランダムアクセスメモリを有する半導体装置に適用可能な技術である。   The present invention relates to a semiconductor device and is a technology applicable to a semiconductor device having a magnetic random access memory, for example.

磁気ランダムアクセスメモリ(Magnetic Random Access Memory(MRAM))は、高速かつ不揮発なメモリであり、半導体装置の低消費電力化に寄与することが期待される。磁気ランダムアクセスメモリに関する技術としては、たとえば特許文献1および2に記載のものが挙げられる。   Magnetic random access memory (Magnetic Random Access Memory (MRAM)) is a high-speed and non-volatile memory, and is expected to contribute to lower power consumption of semiconductor devices. Examples of the technology related to the magnetic random access memory include those described in Patent Documents 1 and 2.

特許文献1および2には、電流誘起磁壁移動現象を利用して磁化反転を行う磁気ランダムアクセスメモリが記載されている。
これらのうち、特許文献1に記載の技術は、互いに反平行方向に固定された磁化を有する第1磁化固定領域および第2磁化固定領域と、これらに接合された磁化自由領域と、を備えた第1強磁性層を具備する磁気抵抗効果素子に関するものである。具体的には、第1磁化固定領域と磁化自由領域について、一方の上面を他方の上面よりも高い位置に形成し、一方の下面を他方の下面よりも低い位置に形成することが記載されている。
また、特許文献1には、磁気抵抗効果素子が、第1強磁性層に対向するように設けられた第2強磁性層と、第2強磁性層と磁化自由領域の間に設けられた第1非磁性層と、を具備することが記載されている。
Patent Documents 1 and 2 describe magnetic random access memories that perform magnetization reversal using a current-induced domain wall motion phenomenon.
Among these, the technique described in Patent Document 1 includes a first magnetization fixed region and a second magnetization fixed region having magnetizations fixed in antiparallel directions, and a magnetization free region bonded thereto. The present invention relates to a magnetoresistive effect element including a first ferromagnetic layer. Specifically, for the first magnetization fixed region and the magnetization free region, one upper surface is formed at a position higher than the other upper surface, and one lower surface is formed at a position lower than the other lower surface. Yes.
In Patent Document 1, a magnetoresistive effect element includes a second ferromagnetic layer provided to face the first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer provided between the second ferromagnetic layer and the magnetization free region. 1 nonmagnetic layer.

特開2009−252909号公報JP 2009-252909 A 国際公開第2009/001706号パンフレットInternational Publication No. 2009/001706 Pamphlet

特許文献1では、磁化自由領域上に、当該磁化自由領域よりも小さい第2強磁性層および非磁性層が設けられた磁気抵抗効果素子が記載されている。しかしながら、このような構成においては、第2強磁性層および非磁性層を所望する形状に加工する際に磁化自由領域から生じる堆積物が、非磁性層の側壁に付着し、残存することが懸念される。この場合、磁気トンネル接合においてショートが発生するおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
Patent Document 1 describes a magnetoresistive effect element in which a second ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer smaller than the magnetization free region are provided on the magnetization free region. However, in such a configuration, there is a concern that deposits generated from the magnetization free region adhere to the side walls of the nonmagnetic layer and remain when the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic layer are processed into desired shapes. Is done. In this case, a short circuit may occur at the magnetic tunnel junction.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、一対の第1磁化固定層と電気的に接続する磁化自由層と、磁化自由層上に設けられた非磁性層および第2磁化固定層と、を互いに同時に所望の形状に加工する。   According to one embodiment, a magnetization free layer electrically connected to a pair of first magnetization fixed layers, and a nonmagnetic layer and a second magnetization fixed layer provided on the magnetization free layer are simultaneously desired to each other. Process into shape.

前記一実施の形態によれば、良好な歩留まりを実現することが可能な半導体装置を提供することができる。   According to the one embodiment, it is possible to provide a semiconductor device capable of realizing a good yield.

第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetoresistive memory based on 1st Embodiment. 図1に示す磁気抵抗メモリを示す平面図である。It is a top view which shows the magnetoresistive memory shown in FIG. 図1に示す磁気抵抗メモリを有する半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which has a magnetoresistive memory shown in FIG. 第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the magnetoresistive memory which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す磁気抵抗メモリの動作原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of operation of the magnetoresistive memory shown in FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す図である。It is a figure which shows the magnetoresistive memory based on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す図である。It is a figure which shows the magnetoresistive memory based on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す図である。It is a figure which shows the magnetoresistive memory based on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す図である。It is a figure which shows the magnetoresistive memory based on 5th Embodiment. 図8に示す製造工程の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the manufacturing process shown in FIG. 第6の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetoresistive memory based on 6th Embodiment. 図21に示す磁気抵抗メモリを示す平面図である。It is a top view which shows the magnetoresistive memory shown in FIG. 図21に示す磁気抵抗メモリを有する半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which has a magnetoresistive memory shown in FIG. 図21に示す磁気抵抗メモリの変形例を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory shown in FIG. 21. 図26および図27に示すグラフを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the graph shown to FIG. 26 and FIG. 図25に示す磁化固定層の長さLと、点Aにおける磁化固定層からの漏洩磁界と、の関係を示すグラフである。26 is a graph showing the relationship between the length L of the magnetization fixed layer shown in FIG. 25 and the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer at point A. FIG. 図25に示す磁化固定層から点Aまでの距離dと、点Aにおける磁化固定層からの漏洩磁界と、の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance d from the magnetization fixed layer shown in FIG. 25 to the point A, and the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer in the point A. 第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetoresistive memory based on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetoresistive memory based on 8th Embodiment. 第9の実施形態に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetoresistive memory based on 9th Embodiment. 図33に示す磁気抵抗メモリの変形例を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory shown in FIG. 33. 図21に示す磁気抵抗メモリの変形例を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory shown in FIG. 21.

以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1を示す断面図である。図2は、図1に示す磁気抵抗メモリMR1を示す平面図である。図3は、図1に示す磁気抵抗メモリMR1を有する半導体装置SD1を示す断面図である。図4は、第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1の変形例を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor device SD1 having the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment.

本実施形態に係る半導体装置SD1は、磁気抵抗メモリMR1を備えている。磁気抵抗メモリMR1は、一対の第1磁化固定層FF1と、磁化自由層FR1と、非磁性層TB1と、第2磁化固定層RF1と、を備えている。一対の第1磁化固定層FF1は、互いに平面方向に離間して設けられている。磁化自由層FR1は、平面視において一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なり、かつ一対の第1磁化固定層FF1と電気的に接続している。非磁性層TB1は、磁化自由層FR1上に設けられている。第2磁化固定層RF1は、非磁性層TB1上に設けられている。また、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1は、互いに同一の平面形状を有している。図1および図4においては、このような半導体装置SD1を構成する磁気抵抗メモリMR1の構成の一例がそれぞれ例示されている。   The semiconductor device SD1 according to this embodiment includes a magnetoresistive memory MR1. The magnetoresistive memory MR1 includes a pair of first magnetization fixed layers FF1, a magnetization free layer FR1, a nonmagnetic layer TB1, and a second magnetization fixed layer RF1. The pair of first magnetization fixed layers FF1 are provided to be separated from each other in the planar direction. The magnetization free layer FR1 overlaps a part of each of the pair of first magnetization fixed layers FF1 in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers FF1. The nonmagnetic layer TB1 is provided on the magnetization free layer FR1. The second magnetization fixed layer RF1 is provided on the nonmagnetic layer TB1. Further, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape. FIGS. 1 and 4 illustrate examples of the configuration of the magnetoresistive memory MR1 that constitutes the semiconductor device SD1.

本実施形態において、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1は、互いに同一の平面形状を有している。これにより、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を、同時に所望の形状に加工することが可能となる。この場合、磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じる堆積物が非磁性層TB1の側壁に付着したとしても、磁化自由層FR1の加工とともに除去することができる。このため、非磁性層TB1の側壁に磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じた堆積物が残存することを抑制し、磁気トンネル接合TJ1においてショートが生じることを抑制することができる。このように、本実施形態によれば、良好な歩留まりを実現することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。   In the present embodiment, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be simultaneously processed into a desired shape. In this case, even if the deposit generated from the magnetic material layer to be the magnetization free layer FR1 adheres to the side wall of the nonmagnetic layer TB1, it can be removed together with the processing of the magnetization free layer FR1. For this reason, it can suppress that the deposit produced from the magnetic material layer used as the magnetization free layer FR1 remains on the side wall of the nonmagnetic layer TB1, and can suppress the occurrence of a short circuit in the magnetic tunnel junction TJ1. Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor device capable of realizing a good yield.

以下、本実施形態に係る半導体装置SD1の構成、および半導体装置SD1の製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the semiconductor device SD1 and the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the present embodiment will be described in detail.

まず、本実施形態に係る半導体装置SD1の構成について説明する。
半導体装置SD1は、MRAM(Magnetic Random Access Memory)である磁気抵抗メモリMR1を備えている。半導体装置SD1には、たとえば複数の磁気抵抗メモリMR1が設けられている。図3においては、磁気抵抗メモリMR1を有するメモリ領域と、メモリ領域と異なるロジック領域と、を有する半導体装置SD1の一例が示されている。
First, the configuration of the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described.
The semiconductor device SD1 includes a magnetoresistive memory MR1 that is an MRAM (Magnetic Random Access Memory). For example, a plurality of magnetoresistive memories MR1 are provided in the semiconductor device SD1. FIG. 3 shows an example of a semiconductor device SD1 having a memory area having the magnetoresistive memory MR1 and a logic area different from the memory area.

本実施形態に係る半導体装置SD1は、たとえば半導体基板SB1と、半導体基板SB1に設けられたトランジスタTR1と、を備えている。
半導体基板SB1は、とくに限定されないが、たとえばシリコン基板である。半導体基板SB1には、たとえばトランジスタTR1を他の素子から電気的に分離する素子分離膜EI1が形成されている。また、半導体基板SB1上には、たとえばトランジスタTR1を覆うようにエッチングストッパ膜ES2が形成されている。トランジスタTR1は、たとえば半導体基板SB1上に設けられたゲート絶縁膜GI1と、ゲート絶縁膜GI1上に設けられたゲート電極GE1と、ゲート電極GE1を挟んで形成されたソース・ドレイン領域DR1と、を備えている。
A semiconductor device SD1 according to this embodiment includes, for example, a semiconductor substrate SB1 and a transistor TR1 provided on the semiconductor substrate SB1.
The semiconductor substrate SB1 is not particularly limited, but is, for example, a silicon substrate. On the semiconductor substrate SB1, for example, an element isolation film EI1 that electrically isolates the transistor TR1 from other elements is formed. On the semiconductor substrate SB1, an etching stopper film ES2 is formed so as to cover the transistor TR1, for example. The transistor TR1 includes, for example, a gate insulating film GI1 provided over the semiconductor substrate SB1, a gate electrode GE1 provided over the gate insulating film GI1, and a source / drain region DR1 formed across the gate electrode GE1. I have.

半導体装置SD1は、たとえば半導体基板SB1上に設けられた多層配線層を備えている。磁気抵抗メモリMR1は、たとえば多層配線層中に形成される。この場合、磁気抵抗メモリMR1は、たとえば多層配線層中の任意の配線層に形成することができる。
図3に示す例において、半導体基板SB1上には層間絶縁膜II1が設けられている。層間絶縁膜II1には、ソース・ドレイン領域DR1に接続されたコンタクトプラグCP1が埋め込まれている。層間絶縁膜II1上には、配線IC1が埋め込まれた層間絶縁膜II2、配線IC2が埋め込まれた層間絶縁膜II3、配線IC3が埋め込まれた層間絶縁膜II4、配線IC4が埋め込まれた層間絶縁膜II5、配線IC5が埋め込まれた層間絶縁膜II6が順に形成されている。各層間絶縁膜およびこれに埋め込まれた配線により、各配線層が構成されることとなる。なお、層間絶縁膜II6上には、さらに複数の配線層が形成されていてもよい。
The semiconductor device SD1 includes, for example, a multilayer wiring layer provided on the semiconductor substrate SB1. The magnetoresistive memory MR1 is formed, for example, in a multilayer wiring layer. In this case, the magnetoresistive memory MR1 can be formed, for example, in an arbitrary wiring layer in the multilayer wiring layer.
In the example shown in FIG. 3, an interlayer insulating film II1 is provided on the semiconductor substrate SB1. In the interlayer insulating film II1, a contact plug CP1 connected to the source / drain region DR1 is embedded. On the interlayer insulating film II1, the interlayer insulating film II2 in which the wiring IC1 is embedded, the interlayer insulating film II3 in which the wiring IC2 is embedded, the interlayer insulating film II4 in which the wiring IC3 is embedded, and the interlayer insulating film in which the wiring IC4 is embedded An interlayer insulating film II6 in which II5 and wiring IC5 are embedded is formed in this order. Each wiring layer is constituted by each interlayer insulating film and wiring embedded therein. A plurality of wiring layers may be further formed on the interlayer insulating film II6.

磁気抵抗メモリMR1は、一対の第1磁化固定層FF1と、これらに電気的に接続された磁化自由層FR1と、磁化自由層FR1上に設けられた非磁性層TB1と、非磁性層TB1上に設けられた第2磁化固定層RF1とを備えている。この場合、磁気抵抗メモリMR1は、互いに積層された磁化自由層FR1と、非磁性層TB1と、第2磁化固定層RF1とにより構成される磁気トンネル接合TJ1を有することとなる。   The magnetoresistive memory MR1 includes a pair of first magnetization fixed layers FF1, a magnetization free layer FR1 electrically connected thereto, a nonmagnetic layer TB1 provided on the magnetization free layer FR1, and a nonmagnetic layer TB1. And a second magnetization fixed layer RF1. In this case, the magnetoresistive memory MR1 has a magnetic tunnel junction TJ1 constituted by the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that are stacked on each other.

一対の第1磁化固定層FF1は、第1磁化固定層FF11と、第1磁化固定層FF12と、により構成される。第1磁化固定層FF11と第1磁化固定層FF12は、半導体基板SB1平面に平行な平面方向において、互いに離間して設けられている。
また、一対の第1磁化固定層FF1は、互いに反平行方向に固定された磁化を有する。本実施形態において、第1磁化固定層FF11は、たとえば半導体基板SB1平面に垂直な第1方向に固定された磁化を有する。また、第1磁化固定層FF12は、たとえば第1方向と反対の第2方向に固定された磁化を有する。ここで、上記第1方向とは、磁気抵抗メモリMR1からみて上方向または下方向のいずれか一方を指す。
The pair of first magnetization fixed layers FF1 includes a first magnetization fixed layer FF11 and a first magnetization fixed layer FF12. The first magnetization fixed layer FF11 and the first magnetization fixed layer FF12 are provided apart from each other in the plane direction parallel to the plane of the semiconductor substrate SB1.
Further, the pair of first magnetization fixed layers FF1 have magnetizations fixed in antiparallel directions. In the present embodiment, the first magnetization fixed layer FF11 has a magnetization fixed in a first direction perpendicular to the plane of the semiconductor substrate SB1, for example. The first magnetization fixed layer FF12 has a magnetization fixed in a second direction opposite to the first direction, for example. Here, the first direction refers to either the upward direction or the downward direction as viewed from the magnetoresistive memory MR1.

第1磁化固定層FF1は、垂直磁気異方性を示す強磁性体により構成される。第1磁化固定層FF1を構成する強磁性体は、たとえばFeおよびCoのいずれか一方、または双方を含み、PtまたはPdとの合金もしくはPtまたはPdとの積層膜により構成することができる。
第1磁化固定層FF1の形状は、とくに限定されないが、たとえば上面と底面の面積が等しい柱状、またはテーパ状とすることができる。
The first magnetization fixed layer FF1 is made of a ferromagnetic material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. The ferromagnetic material constituting the first magnetization fixed layer FF1 includes, for example, one or both of Fe and Co, and can be composed of an alloy with Pt or Pd or a laminated film with Pt or Pd.
The shape of the first magnetization fixed layer FF1 is not particularly limited. For example, the first magnetization fixed layer FF1 may have a columnar shape or a tapered shape having the same top and bottom areas.

本実施形態において、第1磁化固定層FF1は、たとえば絶縁膜IF1中に形成されている。絶縁膜IF1は、たとえばSiOまたはSiNにより構成される。図3に示す例においては、絶縁膜IF1は、たとえば層間絶縁膜II5の少なくとも一部を構成する。
図3では、一対の第1磁化固定層FF1が、絶縁膜IF3中に埋め込まれたコンタクトビアCV1を介してそれぞれ異なる配線IC3に電気的に接続されるように設けられている場合が例示されている。このとき、一対の第1磁化固定層FF1は、たとえば配線IC3を介して、互いに異なるトランジスタTR1のソース・ドレイン領域DR1に電気的に接続される。また、別の例として、ロジック領域の配線IC4の代わりに第1磁化固定層FF1およびエッチングストッパ膜ES1が配線IC5と接続するように磁気抵抗メモリMR1が形成されていてもよい。
In the present embodiment, the first magnetization fixed layer FF1 is formed, for example, in the insulating film IF1. The insulating film IF1 is made of, for example, SiO 2 or SiN. In the example shown in FIG. 3, the insulating film IF1 constitutes at least a part of the interlayer insulating film II5, for example.
FIG. 3 illustrates a case where the pair of first magnetization fixed layers FF1 are provided so as to be electrically connected to different wiring IC3 via contact vias CV1 embedded in the insulating film IF3. Yes. At this time, the pair of first magnetization fixed layers FF1 are electrically connected to the source / drain regions DR1 of the different transistors TR1 through, for example, the wiring IC3. As another example, the magnetoresistive memory MR1 may be formed so that the first magnetization fixed layer FF1 and the etching stopper film ES1 are connected to the wiring IC5 in place of the wiring IC4 in the logic region.

磁化自由層FR1は、一対の第1磁化固定層FF1を構成する第1磁化固定層FF11および第1磁化固定層FF12に対し電気的に接続している。このとき、第1磁化固定層FF1と第2磁化固定層RF1は、磁化自由層FR1を介して互いに接続されることとなる。磁化自由層FR1は、第1磁化固定層FF1に対し直接接していてもよく、他の導電層を介して第1磁化固定層FF1に対し電気的に接続していてもよい。図1に示す例において、磁化自由層FR1は、たとえばエッチングストッパ膜ES1を介して第1磁化固定層FF1に電気的に接続される。
磁化自由層FR1は、反転可能な磁化を有している。磁化自由層FR1の磁化を反転させることにより、磁気抵抗メモリMR1の書き込みが行われる。すなわち、磁化自由層FR1は、磁気トンネル接合TJ1のデータ記憶層として機能する。本実施形態においては、たとえば磁化自由層FR1の磁化は反転により、上記第1方向または上記第2方向のいずれかとなる。
The magnetization free layer FR1 is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF11 and the first magnetization fixed layer FF12 constituting the pair of first magnetization fixed layers FF1. At this time, the first magnetization fixed layer FF1 and the second magnetization fixed layer RF1 are connected to each other via the magnetization free layer FR1. The magnetization free layer FR1 may be in direct contact with the first magnetization fixed layer FF1, or may be electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 through another conductive layer. In the example shown in FIG. 1, the magnetization free layer FR1 is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 through, for example, an etching stopper film ES1.
The magnetization free layer FR1 has reversible magnetization. The magnetoresistive memory MR1 is written by inverting the magnetization of the magnetization free layer FR1. That is, the magnetization free layer FR1 functions as a data storage layer of the magnetic tunnel junction TJ1. In the present embodiment, for example, the magnetization of the magnetization free layer FR1 becomes either the first direction or the second direction by reversal.

本実施形態において、磁化自由層FR1は、平面視において一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部のみと重なり他の部分と重ならないように設けられる。この場合、磁化自由層FR1とともに第1磁化固定層FF1をエッチングする必要がないため、後述する第6の実施形態と比較して、エッチング時間を短縮することができる。したがって、エッチャント中の酸素に起因した抵抗値の増大や、これによる抵抗ばらつきの発生を抑制できる。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1において、磁化自由層FR1のうち第1磁化固定層FF1と重なる部分およびその周辺は、たとえば第1磁化固定層FF1から生じる磁場を受けて磁化方向が固定され磁化固定領域となる。また、磁化自由層FR1のうち磁化固定領域以外の部分は、たとえば反転可能な磁化を有する磁化自由領域となる。
In the present embodiment, the magnetization free layer FR1 is provided so as to overlap only a part of each of the pair of first magnetization fixed layers FF1 in a plan view and not to overlap other parts. In this case, since it is not necessary to etch the first magnetization fixed layer FF1 together with the magnetization free layer FR1, the etching time can be shortened compared to the sixth embodiment described later. Therefore, it is possible to suppress an increase in resistance value due to oxygen in the etchant and occurrence of resistance variation due to this.
In the magnetoresistive memory MR1 according to the present embodiment, a portion of the magnetization free layer FR1 that overlaps with the first magnetization fixed layer FF1 and its periphery receive a magnetic field generated from the first magnetization fixed layer FF1, for example, and the magnetization direction is fixed and the magnetization is fixed. It becomes a fixed area. Further, a portion of the magnetization free layer FR1 other than the magnetization fixed region becomes, for example, a magnetization free region having reversible magnetization.

磁気抵抗メモリMR1の性能を向上させるためには、磁気抵抗比(MR比)を高めることが求められる。MR比を高めるためには、磁化自由層FR1のうち磁気トンネル接合TJ1を構成する部分における、磁化自由領域の割合を向上させることが好ましい。
本実施形態においては、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なるように磁化自由層FR1が設けられる。この場合、第1磁化固定層FF1の全てが磁化自由層FR1と重なる場合と比較して、磁化自由層FR1中における磁化自由領域の割合を向上させることができる。すなわち、MR比を高めることが可能となる。したがって、優れたMR比を有する磁気トンネル接合TJ1を実現できる。
In order to improve the performance of the magnetoresistive memory MR1, it is required to increase the magnetoresistance ratio (MR ratio). In order to increase the MR ratio, it is preferable to improve the ratio of the magnetization free region in the portion of the magnetization free layer FR1 that constitutes the magnetic tunnel junction TJ1.
In the present embodiment, the magnetization free layer FR1 is provided so as to overlap a part of each of the pair of first magnetization fixed layers FF1. In this case, the ratio of the magnetization free region in the magnetization free layer FR1 can be improved as compared with the case where all of the first magnetization fixed layer FF1 overlaps with the magnetization free layer FR1. That is, the MR ratio can be increased. Therefore, the magnetic tunnel junction TJ1 having an excellent MR ratio can be realized.

本実施形態において、磁化自由層FR1は、第1磁化固定層FF1よりも上層に設けられる。図1に示す例では、第1磁化固定層FF1および絶縁膜IF1それぞれの一部を覆うよう、これらの上に磁化自由層FR1が設けられている。
また、図2に示すように、磁化自由層FR1は、たとえば一端が第1磁化固定層FF11に、他端が第1磁化固定層FF12に、それぞれ重なるように設けられる。このとき、磁化自由層FR1のうち両端部以外の部分は、たとえば一対の第1磁化固定層FF1に挟まれた領域と重なることとなる。
In the present embodiment, the magnetization free layer FR1 is provided in an upper layer than the first magnetization fixed layer FF1. In the example shown in FIG. 1, the magnetization free layer FR1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1 and the insulating film IF1 so as to cover a part of each.
Further, as shown in FIG. 2, the magnetization free layer FR1 is provided, for example, such that one end overlaps the first magnetization fixed layer FF11 and the other end overlaps the first magnetization fixed layer FF12. At this time, portions other than both ends of the magnetization free layer FR1 overlap with, for example, a region sandwiched between the pair of first magnetization fixed layers FF1.

磁化自由層FR1は、垂直磁気異方性を示す強磁性体により構成される。磁化自由層FR1を構成する強磁性体は、たとえばFe、CoおよびNiからなる群から選択される1種または2種以上を含む。また、当該強磁性体は、Pt、Pd、Au、AgおよびCuからなる群から選択される1種または2種以上をさらに含んでいてもよい。
本実施形態の一例において、磁化自由層FR1は、たとえばCoFeB膜、CoとNiの交互積層膜、CoとPtの交互積層膜、CoとPdの交互積層膜、CoFeとNiの交互積層膜、CoFeとPtの交互積層膜、CoFeとPdの交互積層膜により構成することができる。
The magnetization free layer FR1 is made of a ferromagnetic material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. The ferromagnetic material constituting the magnetization free layer FR1 includes, for example, one or more selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni. The ferromagnetic material may further include one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, and Cu.
In one example of the present embodiment, the magnetization free layer FR1 includes, for example, a CoFeB film, an alternating laminated film of Co and Ni, an alternating laminated film of Co and Pt, an alternating laminated film of Co and Pd, an alternating laminated film of CoFe and Ni, and CoFe And Pt, and CoFe and Pd.

磁化自由層FR1上には、非磁性層TB1が設けられている。非磁性層TB1は、磁気トンネル接合TJ1においてトンネルバリアとしての機能を有する。   A nonmagnetic layer TB1 is provided on the magnetization free layer FR1. The nonmagnetic layer TB1 has a function as a tunnel barrier in the magnetic tunnel junction TJ1.

非磁性層TB1は、非磁性材料により構成される。非磁性層TB1を構成する非磁性材料としては、たとえば絶縁体、半導体、または金属により構成されるものが挙げられる。本実施形態においては、非磁性層TB1を構成する材料として、MgOまたはAlO等の金属酸化物を用いることがとくに好ましい。   The nonmagnetic layer TB1 is made of a nonmagnetic material. Examples of the nonmagnetic material constituting the nonmagnetic layer TB1 include those made of an insulator, a semiconductor, or a metal. In the present embodiment, it is particularly preferable to use a metal oxide such as MgO or AlO as a material constituting the nonmagnetic layer TB1.

非磁性層TB1上には、第2磁化固定層RF1が設けられている。第2磁化固定層RF1は、一対の第1磁化固定層FF1のいずれか一方が有する磁化に対し平行方向に固定された磁化を有する。すなわち、第2磁化固定層RF1は、上記第1方向または上記第2方向のいずれかに固定された磁化を有することとなる。
第2磁化固定層RF1は、非磁性層TB1を介してデータ記憶層である磁化自由層FR1上に設けられている。すなわち、第2磁化固定層RF1は、参照層として機能する。
A second magnetization fixed layer RF1 is provided on the nonmagnetic layer TB1. The second magnetization fixed layer RF1 has a magnetization fixed in a direction parallel to the magnetization of one of the pair of first magnetization fixed layers FF1. That is, the second magnetization fixed layer RF1 has magnetization fixed in either the first direction or the second direction.
The second magnetization fixed layer RF1 is provided on the magnetization free layer FR1, which is a data storage layer, via the nonmagnetic layer TB1. That is, the second magnetization fixed layer RF1 functions as a reference layer.

第2磁化固定層RF1は、垂直磁気異方性を示す強磁性体により構成される。第2磁化固定層RF1を構成する強磁性体は、たとえば第1磁化固定層FF1に用いる材料、Fe、CoまたはFeCoにTbを含む合金により構成することができる。また非磁性層TB1と第1磁化固定層FF1の間に、Fe、CoFe、CoFeBの強磁性膜を挿入することで、MR比を高めることができる。   The second magnetization fixed layer RF1 is made of a ferromagnetic material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. The ferromagnetic material forming the second magnetization fixed layer RF1 can be formed of, for example, a material used for the first magnetization fixed layer FF1, Fe, Co, or an alloy containing Tb in FeCo. The MR ratio can be increased by inserting a ferromagnetic film of Fe, CoFe, or CoFeB between the nonmagnetic layer TB1 and the first magnetization fixed layer FF1.

磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1は、互いに同一の平面形状を有している。この場合、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を、エッチングにより同時に加工することが可能となる。このとき、磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じる堆積物が非磁性層TB1の側壁に付着するが、側壁付着物は磁化自由層FR1のオーバーエッチング時に除去することができる。また、磁化自由層FR1の下にエッチングストッパ層ES1を形成することで、磁化自由層FR1のオーバーエッチングにより第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを抑制することもできる。したがって、歩留まりに優れた半導体装置が実現される。また、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1は、たとえば一のマスクを用いて加工することができる。このため、リソグラフィ工程数を低減し、製造コストの低減を図ることも可能となる。なお、互いに同一の平面形状であるとは、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を同時に加工した場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した平面形状のずれを許容するものである。   The magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape. In this case, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be simultaneously processed by etching. At this time, the deposit generated from the magnetic material layer that becomes the magnetization free layer FR1 adheres to the sidewall of the nonmagnetic layer TB1, but the sidewall deposit can be removed during the overetching of the magnetization free layer FR1. Further, by forming the etching stopper layer ES1 under the magnetization free layer FR1, it is possible to prevent the first magnetization fixed layer FF1 from being etched due to overetching of the magnetization free layer FR1. Therefore, a semiconductor device with excellent yield is realized. Further, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be processed using, for example, one mask. For this reason, it is possible to reduce the number of lithography processes and to reduce the manufacturing cost. Note that the same planar shape means that the planar shape caused by processing conditions such as etching selectivity of each layer when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed simultaneously. A deviation is allowed.

本実施形態においては、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1それぞれの側面は、たとえば同一面を形成している。この場合においても、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を、エッチングにより同時に加工することが可能となる。このため、歩留まりに優れた半導体装置を実現しつつ、製造コストの低減を図ることが可能となる。磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1それぞれの側面により構成される面は、平面であってもよく、湾曲面であってもよい。なお、同一面を形成するとは、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を同時に加工した場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した凹凸の発生を許容するものである。磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1の平面形状が矩形である場合には、互いに同じ方向へ向いた各層の一面が、一の平面を構成することとなる。   In the present embodiment, the side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 form, for example, the same surface. Even in this case, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be simultaneously processed by etching. For this reason, it is possible to reduce the manufacturing cost while realizing a semiconductor device having an excellent yield. The surface constituted by the side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 may be a flat surface or a curved surface. Note that the formation of the same surface allows the occurrence of unevenness due to processing conditions such as etching selectivity of each layer when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed simultaneously. Is. When the planar shapes of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are rectangular, one surface of each layer facing in the same direction constitutes one plane.

図1に示す例において、本実施形態における半導体装置SD1は、たとえば第1磁化固定層FF1を覆うように設けられたエッチングストッパ膜ES1を備えている。これにより、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを抑制できる。
エッチングストッパ膜ES1が設けられる場合、磁化自由層FR1は、エッチングストッパ膜ES1を介して第1磁化固定層FF1と電気的に接続することとなる。図1に示す例においては、エッチングストッパ膜ES1上に磁化自由層FR1が設けられる。
In the example shown in FIG. 1, the semiconductor device SD1 in the present embodiment includes an etching stopper film ES1 provided so as to cover the first magnetization fixed layer FF1, for example. Accordingly, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be prevented from being etched.
When the etching stopper film ES1 is provided, the magnetization free layer FR1 is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 through the etching stopper film ES1. In the example shown in FIG. 1, the magnetization free layer FR1 is provided on the etching stopper film ES1.

エッチングストッパ膜ES1は、たとえばTiもしくはTa、またはこれらの窒化物により構成される。これにより、メタノールを用いたエッチングにおいて、磁化自由層FR1に対し高い選択比を実現することができる。したがって、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことをより確実に抑制できる。
なお、エッチングストッパ膜ES1の膜厚は、とくに限定されず、求める磁気抵抗メモリMR1の特性に応じて適宜選択することが可能であるが、たとえば10nm以上40nm以下である。
The etching stopper film ES1 is made of, for example, Ti or Ta, or a nitride thereof. Thereby, in etching using methanol, a high selection ratio with respect to the magnetization free layer FR1 can be realized. Therefore, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be more reliably suppressed from being etched.
The film thickness of the etching stopper film ES1 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the required characteristics of the magnetoresistive memory MR1, but is, for example, 10 nm or more and 40 nm or less.

エッチングストッパ膜ES1は、たとえば平面視で第1磁化固定層FF1を内側に含むように設けられる。この場合、図2に示すように、平面視においてエッチングストッパ膜ES1の外形線が第1磁化固定層FF1よりも外側に位置するようエッチングストッパ膜ES1が設けられることとなる。これにより磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことをさらに確実に抑制できる。   The etching stopper film ES1 is provided so as to include the first magnetization fixed layer FF1 inside, for example, in plan view. In this case, as shown in FIG. 2, the etching stopper film ES1 is provided so that the outline of the etching stopper film ES1 is located outside the first magnetization fixed layer FF1 in plan view. Thereby, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be more reliably suppressed from being etched.

図1に示す例において、エッチングストッパ膜ES1は、たとえば一対の第1磁化固定層FF1の双方を覆うように設けられる。すなわち、一対の第1磁化固定層FF1を覆う一のエッチングストッパ膜ES1が、第1磁化固定層FF1上および絶縁膜IF1上に設けられる。この場合、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1は、一のエッチングストッパ膜ES1上に設けられることとなる。このため、エッチングストッパ膜ES1の形成に起因して磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1に段差が生じることを回避できる。   In the example shown in FIG. 1, the etching stopper film ES1 is provided so as to cover both the pair of first magnetization fixed layers FF1, for example. That is, one etching stopper film ES1 covering the pair of first magnetization fixed layers FF1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1 and the insulating film IF1. In this case, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are provided on the one etching stopper film ES1. For this reason, it is possible to avoid the occurrence of steps in the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 due to the formation of the etching stopper film ES1.

図4は、図1に示す磁気抵抗メモリMR1の変形例を示す断面図である。
図4に示す例において、磁気抵抗メモリMR1は、エッチングストッパ膜ES1を有していない。すなわち、磁化自由層FR1は、エッチングストッパ膜ES1を介さずに第1磁化固定層FF1に電気的に接続されることとなる。これにより、半導体装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。
図4に示す例において、第1磁化固定層FF1を構成する強磁性体は、図1に示す磁気抵抗メモリMR1において例示した材料に加え、たとえばTiもしくはTa、またはこれらの窒化物を含むことができる。これにより、メタノールを用いたエッチングにおいて、磁化自由層FR1に対し高いエッチング選択比を有する第1磁化固定層FF1を実現できる。このため、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを抑制できる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG.
In the example shown in FIG. 4, the magnetoresistive memory MR1 does not have the etching stopper film ES1. That is, the magnetization free layer FR1 is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 without passing through the etching stopper film ES1. As a result, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
In the example shown in FIG. 4, the ferromagnetic material constituting the first magnetization fixed layer FF1 includes, for example, Ti or Ta, or a nitride thereof in addition to the materials exemplified in the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. it can. Thereby, in the etching using methanol, the first magnetization fixed layer FF1 having a high etching selection ratio with respect to the magnetization free layer FR1 can be realized. For this reason, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be prevented from being etched.

図5は、図1に示す磁気抵抗メモリMR1の動作原理を示す図である。図中の一点鎖線矢印は電流の流れを、白抜き矢印は磁化の方向を、それぞれ示す。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1においては、電流誘起磁壁移動を用いてデータ"0"または"1"の書き込みが行われる。すなわち、磁化自由層FR1内に生じる磁壁MW1を移動させて磁化自由層FR1中の磁化自由領域における磁化方向を反転させることにより、データ"0"または"1"の書き込みが行われる。磁壁MW1は、磁化自由層FR1を流れる電流の向きとは反対に移動する。このため、第1磁化固定層FF11から第1磁化固定層FF12へ電流を流すことにより、磁壁MW1は第1磁化固定層FF11側へ移動する。また、第1磁化固定層FF12から第1磁化固定層FF11へ電流を流すことにより、磁壁MW1は第1磁化固定層FF12側へ移動する。
FIG. 5 is a diagram showing an operation principle of the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. In the figure, a one-dot chain line arrow indicates a current flow, and a white arrow indicates a magnetization direction.
In the magnetoresistive memory MR1 according to the present embodiment, data “0” or “1” is written using current-induced domain wall motion. That is, data “0” or “1” is written by moving the domain wall MW1 generated in the magnetization free layer FR1 to reverse the magnetization direction in the magnetization free region in the magnetization free layer FR1. The domain wall MW1 moves in the direction opposite to the direction of the current flowing through the magnetization free layer FR1. For this reason, the domain wall MW1 moves to the first magnetization fixed layer FF11 side by flowing a current from the first magnetization fixed layer FF11 to the first magnetization fixed layer FF12. Further, when a current is passed from the first magnetization fixed layer FF12 to the first magnetization fixed layer FF11, the domain wall MW1 moves to the first magnetization fixed layer FF12 side.

図5はエッチングストッパ膜ES1の膜厚が20nmである場合の動作原理を示している。また、図5では、第1磁化固定層FF11が上方向の磁化を、第1磁化固定層FF12が下方向の磁化を、それぞれ有する場合が例示されている。
以下、図5に示す磁気抵抗メモリMR1の書き込み動作について説明する。
FIG. 5 shows the operation principle when the film thickness of the etching stopper film ES1 is 20 nm. FIG. 5 illustrates a case where the first magnetization fixed layer FF11 has an upward magnetization, and the first magnetization fixed layer FF12 has a downward magnetization.
Hereinafter, the write operation of the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. 5 will be described.

図5に示す磁気抵抗メモリMR1において、エッチングストッパ膜ES1は、20nmの膜厚を有している。この場合、磁化自由層FR1のうち第1磁化固定層FF11と重なる磁化固定領域は、第1磁化固定層FF11が有する磁化に対し平行方向に固定された磁化を有する。また、磁化自由層FR1のうち第1磁化固定層FF12と重なる磁化固定領域は、第1磁化固定層FF12が有する磁化に対し平行方向に固定された磁化を有する。すなわち、磁化自由層FR1のうち、第1磁化固定層FF11と重なる磁化固定領域が上向きの磁化を、第1磁化固定層FF12と重なる磁化固定領域が下向きの磁化を、それぞれ有することとなる。
図5に示す磁気抵抗メモリMR1の例では、図5(a)に示すように第1磁化固定層FF11から第1磁化固定層FF12へ書き込み電流を流し、磁壁MW1を第1磁化固定層FF11側へ移動させることにより、磁化自由層FR1中の磁化自由領域における磁化が下向きとなる。これにより、磁化自由層FR1の全体としての磁化方向は下向きとなる。一方で、図5(b)に示すように第1磁化固定層FF12から第1磁化固定層FF11へ書き込み電流を流し、磁壁MW1を第1磁化固定層FF12側へ移動させることにより、磁化自由層FR1中の磁化自由領域における磁化が上向きとなる。これにより、磁化自由層FR1の全体としての磁化方向は上向きとなる。図5に示す磁気抵抗メモリMR1においては、このようにして書き込み動作が行われる。
In the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. 5, the etching stopper film ES1 has a thickness of 20 nm. In this case, the magnetization fixed region overlapping the first magnetization fixed layer FF11 in the magnetization free layer FR1 has a magnetization fixed in a direction parallel to the magnetization of the first magnetization fixed layer FF11. In addition, the magnetization fixed region overlapping the first magnetization fixed layer FF12 in the magnetization free layer FR1 has magnetization fixed in a direction parallel to the magnetization of the first magnetization fixed layer FF12. That is, in the magnetization free layer FR1, the magnetization fixed region overlapping with the first magnetization fixed layer FF11 has upward magnetization, and the magnetization fixed region overlapping with the first magnetization fixed layer FF12 has downward magnetization.
In the example of the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5A, a write current is passed from the first magnetization fixed layer FF11 to the first magnetization fixed layer FF12, and the domain wall MW1 is moved to the first magnetization fixed layer FF11 side. Is moved downward in the magnetization free region in the magnetization free layer FR1. As a result, the magnetization direction of the entire magnetization free layer FR1 is downward. On the other hand, as shown in FIG. 5B, a write current is passed from the first magnetization fixed layer FF12 to the first magnetization fixed layer FF11 and the domain wall MW1 is moved to the first magnetization fixed layer FF12 side, whereby the magnetization free layer. The magnetization in the magnetization free region in FR1 is upward. As a result, the magnetization direction of the entire magnetization free layer FR1 is upward. In the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. 5, the write operation is performed in this way.

磁気抵抗メモリMR1の読み出し動作は、磁気トンネル接合TJ1を貫通する方向に読み出し電流を流すことにより行われる。これにより、磁気トンネル接合TJ1の抵抗値が検出され、当該抵抗値に対応したデータ"0"または"1"が読み出される。
磁化自由層FR1中の磁化自由領域における磁化方向が、第2磁化固定層RF1の磁化方向と反平行方向である場合、磁気トンネル接合TJ1の抵抗値は相対的に大きくなる。一方で、磁化自由層FR1中の磁化自由領域における磁化方向が、第2磁化固定層RF1の磁化方向と同じ方向である場合、磁気トンネル接合TJ1の抵抗値は相対的に小さくなる。これらの抵抗値は、それぞれデータ"0"または"1"のいずれかに対応付けられる。
The read operation of the magnetoresistive memory MR1 is performed by flowing a read current in a direction penetrating the magnetic tunnel junction TJ1. Thereby, the resistance value of the magnetic tunnel junction TJ1 is detected, and data “0” or “1” corresponding to the resistance value is read out.
When the magnetization direction in the magnetization free region in the magnetization free layer FR1 is antiparallel to the magnetization direction of the second magnetization fixed layer RF1, the resistance value of the magnetic tunnel junction TJ1 becomes relatively large. On the other hand, when the magnetization direction in the magnetization free region in the magnetization free layer FR1 is the same as the magnetization direction of the second magnetization fixed layer RF1, the resistance value of the magnetic tunnel junction TJ1 becomes relatively small. These resistance values are respectively associated with data “0” or “1”.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を説明する。図6〜8、20は、第1の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法は、たとえば次のように行われる。まず、互いに平面方向に離間した一対の第1磁化固定層FF1を形成する。次いで、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、磁化自由層FR1となる第1層FL1を形成する。次いで、第1層FL1上に非磁性層TB1となる第2層SL1を形成する。次いで、第2層SL1上に、第2磁化固定層RF1となる第3層TL1を形成する。次いで、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングして、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なる磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を形成する。図6〜8と図20においては、このような半導体装置SD1の製造方法の一例がそれぞれ例示されている。
以下、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法につき詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described. 6 to 8 and 20 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the first embodiment.
The manufacturing method of the semiconductor device SD1 according to this embodiment is performed as follows, for example. First, a pair of first magnetization fixed layers FF1 separated from each other in the planar direction is formed. Next, the first layer FL1 serving as the magnetization free layer FR1 is formed so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, the second layer SL1 to be the nonmagnetic layer TB1 is formed on the first layer FL1. Next, a third layer TL1 to be the second magnetization fixed layer RF1 is formed on the second layer SL1. Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching, and a magnetization free layer FR1, a nonmagnetic layer TB1, and a part of each of the pair of first magnetization fixed layers FF1, The second magnetization fixed layer RF1 is formed. FIGS. 6 to 8 and FIG. 20 illustrate an example of a method for manufacturing such a semiconductor device SD1.
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the present embodiment will be described in detail.

まず、トランジスタTR1が設けられた半導体基板SB1上に、配線IC3が埋め込まれた層間絶縁膜II4を形成する。なお、層間絶縁膜II4は、たとえば層間絶縁膜II2と層間絶縁膜II3によりそれぞれ構成される各配線層を介して半導体基板SB1上に設けられる。各配線層中の配線は、たとえばダマシンプロセスを利用して形成される。次いで、層間絶縁膜II4上に、コンタクトビアCV1が埋め込まれた絶縁膜IF3を形成する。なお、図6〜8においては、コンタクトビアCV1が省略されている。後述する図10〜11、13〜15、17〜18においても同様である。   First, the interlayer insulating film II4 in which the wiring IC3 is embedded is formed over the semiconductor substrate SB1 provided with the transistor TR1. Note that the interlayer insulating film II4 is provided on the semiconductor substrate SB1 through the respective wiring layers respectively constituted by the interlayer insulating film II2 and the interlayer insulating film II3, for example. The wiring in each wiring layer is formed using, for example, a damascene process. Next, the insulating film IF3 in which the contact via CV1 is embedded is formed on the interlayer insulating film II4. 6 to 8, the contact via CV1 is omitted. The same applies to FIGS. 10 to 11, 13 to 15, and 17 to 18 described later.

次に、互いに平面方向に離間した一対の第1磁化固定層FF1を形成する。一対の第1磁化固定層FF1は、たとえば次のように形成される。
まず、図6(a)に示すように、絶縁膜IF3上に磁性材料層MM1を形成する。磁性材料層MM1は、たとえば第1磁化固定層FF1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。次いで、図6(b)に示すように、磁性材料層MM1をエッチングによりパターニングして第1磁化固定層FF11を形成する。次いで、図6(c)に示すように、絶縁膜IF3上に第1磁化固定層FF11を覆うよう磁性材料層MM2を形成する。磁性材料層MM2は、たとえば第1磁化固定層FF1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。次いで、図7(a)に示すように、磁性材料層MM2をエッチングによりパターニングして第1磁化固定層FF12を形成する。これにより、一対の第1磁化固定層FF1が形成されることとなる。磁性材料層MM1および磁性材料層MM2のパターニングは、それぞれレジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを使用して行うことができる。
Next, a pair of first magnetization fixed layers FF1 separated from each other in the planar direction is formed. The pair of first magnetization fixed layers FF1 is formed as follows, for example.
First, as shown in FIG. 6A, the magnetic material layer MM1 is formed on the insulating film IF3. The magnetic material layer MM1 is constituted by, for example, those exemplified above as the material constituting the first magnetization fixed layer FF1. Next, as shown in FIG. 6B, the magnetic material layer MM1 is patterned by etching to form a first magnetization fixed layer FF11. Next, as shown in FIG. 6C, the magnetic material layer MM2 is formed on the insulating film IF3 so as to cover the first magnetization fixed layer FF11. The magnetic material layer MM2 is constituted by, for example, those exemplified above as the material constituting the first magnetization fixed layer FF1. Next, as shown in FIG. 7A, the magnetic material layer MM2 is patterned by etching to form a first magnetization fixed layer FF12. As a result, a pair of first magnetization fixed layers FF1 is formed. Patterning of the magnetic material layer MM1 and the magnetic material layer MM2 can be performed using a resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask, respectively.

次に、図7(b)に示すように、絶縁膜IF3上に一対の第1磁化固定層FF1を覆うように絶縁膜IF1を形成する。次いで、絶縁膜IF1に対しCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化を行う。次いで、図7(c)に示すように、絶縁膜IF1に対し全面エッチバックを行い、一対の第1磁化固定層FF1の上面を露出させる。全面エッチバックを用いずに、CMPのみで一対の第1磁化固定層FF1の上面を露出させる場合もある。   Next, as shown in FIG. 7B, the insulating film IF1 is formed on the insulating film IF3 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, the insulating film IF1 is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Next, as shown in FIG. 7C, the entire surface of the insulating film IF1 is etched back to expose the upper surfaces of the pair of first magnetization fixed layers FF1. In some cases, the upper surfaces of the pair of first magnetization fixed layers FF1 may be exposed only by CMP without using the entire surface etch back.

次に、第1磁化固定層FF1を覆うエッチングストッパ膜ES1を形成する。エッチングストッパ膜ES1は、後述する第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1をエッチングによりパターニングする際においてエッチングストッパとして機能することができる。本実施形態においては、たとえば一対の第1磁化固定層FF1の双方を覆う一のエッチングストッパ膜ES1が形成される。
エッチングストッパ膜ES1は、たとえば次のように形成される。まず、図8(a)に示すように、絶縁膜IF1上および一対の第1磁化固定層FF1上に、導電層CL1を形成する。導電層CL1は、たとえばエッチングストッパ膜ES1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。次いで、図8(b)に示すように、導電層CL1をエッチングによりパターニングしてエッチングストッパ膜ES1を形成する。導電層CL1のパターニングは、レジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを使用して行うことができる。
Next, an etching stopper film ES1 that covers the first magnetization fixed layer FF1 is formed. The etching stopper film ES1 can function as an etching stopper when patterning a first layer FL1, a second layer SL1, and a third layer TL1 described later by etching. In the present embodiment, for example, one etching stopper film ES1 that covers both the pair of first magnetization fixed layers FF1 is formed.
The etching stopper film ES1 is formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 8A, the conductive layer CL1 is formed on the insulating film IF1 and the pair of first magnetization fixed layers FF1. The conductive layer CL1 is configured by, for example, those exemplified above as a material constituting the etching stopper film ES1. Next, as shown in FIG. 8B, the conductive layer CL1 is patterned by etching to form an etching stopper film ES1. The patterning of the conductive layer CL1 can be performed using a resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask.

次に、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、磁化自由層FR1となる第1層FL1を形成する。第1層FL1は、たとえば磁化自由層FR1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。本実施形態においては、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF1上に第1層FL1が形成される。次いで、第1層FL1上に非磁性層TB1となる第2層SL1を形成する。第2層SL1は、たとえば非磁性層TB1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。次いで、第2層SL1上に、第2磁化固定層RF1となる第3層TL1を形成する。第3層TL1は、たとえば第2磁化固定層RF1を構成する材料として上記に例示したものにより構成される。
これにより、図8(c)に示す構造が得られることとなる。
Next, the first layer FL1 serving as the magnetization free layer FR1 is formed so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. The first layer FL1 is constituted by, for example, those exemplified above as materials constituting the magnetization free layer FR1. In the present embodiment, the first layer FL1 is formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF1 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, the second layer SL1 to be the nonmagnetic layer TB1 is formed on the first layer FL1. The second layer SL1 is constituted by, for example, those exemplified above as a material constituting the nonmagnetic layer TB1. Next, a third layer TL1 to be the second magnetization fixed layer RF1 is formed on the second layer SL1. The third layer TL1 is configured by, for example, those exemplified above as a material constituting the second magnetization fixed layer RF1.
As a result, the structure shown in FIG. 8C is obtained.

図20は、図8に示す製造工程の変形例を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法では、図20に例示されるように、エッチングストッパ膜ES1を形成しなくともよい。この場合、第1層FL1は、エッチングストッパ膜ES1を介さずに第1磁化固定層FF1上および絶縁膜IF1上に設けられることとなる。図20に示す例において、第1磁化固定層FF1を構成する強磁性体としては、図4に示す磁気抵抗メモリMR1において例示した材料を用いることができる。
20 is a cross-sectional view showing a modification of the manufacturing process shown in FIG.
In the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment, as illustrated in FIG. 20, the etching stopper film ES1 need not be formed. In this case, the first layer FL1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1 and the insulating film IF1 without using the etching stopper film ES1. In the example shown in FIG. 20, the material exemplified in the magnetoresistive memory MR1 shown in FIG. 4 can be used as the ferromagnetic material constituting the first magnetization fixed layer FF1.

次に、第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングする。すなわち、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1が所望の形状に加工される。これにより、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なる磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1が形成される。第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1のパターニングは、レジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを使用して行うことができる。また、第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1のエッチングは、たとえばメタノールをエッチャントとしたドライエッチングにより行われる。
これにより、互いに同一の平面形状を有する磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1が形成される。このとき、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1それぞれの側面は、同一面を形成することとなる。
Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching. That is, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed into desired shapes. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that overlap each part of the pair of first magnetization fixed layers FF1 are formed. The patterning of the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 can be performed using a resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask. The first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are etched by dry etching using, for example, methanol as an etchant.
Thereby, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 having the same planar shape are formed. At this time, the side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 form the same surface.

本実施形態においては、このように第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングする。この場合、第1層FL1から生じた堆積物が非磁性層TB1の側壁へ付着するが、この側壁付着物は第1層FL1のオーバーエッチング時に除去することができる。したがって、磁気トンネル接合TJ1においてショートが生じることを抑制することができる。また、第1層FL1の下にエッチングストッパ層ES1を形成することで、第1層FL1のオーバーエッチングにより第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを抑制することもできる。
これにより、磁気抵抗メモリMR1が形成されることとなる。
In the present embodiment, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching in this way. In this case, the deposit generated from the first layer FL1 adheres to the side wall of the nonmagnetic layer TB1, and this side wall deposit can be removed during overetching of the first layer FL1. Therefore, it is possible to suppress a short circuit from occurring in the magnetic tunnel junction TJ1. In addition, by forming the etching stopper layer ES1 under the first layer FL1, it is possible to suppress the first magnetization fixed layer FF1 from being etched due to overetching of the first layer FL1.
As a result, the magnetoresistive memory MR1 is formed.

次いで、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を埋め込む絶縁膜IF2を形成した後、これをエッチバックして第2磁化固定層RF1を露出させる。これにより、絶縁膜IF1および絶縁膜IF2により構成される層間絶縁膜II5が形成される。次いで、層間絶縁膜II5内に配線IC4を形成する。配線IC4は、たとえばダマシンプロセスを利用して形成することができる。
その後、層間絶縁膜II5上に複数の配線層を形成する。本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が形成されることとなる。
Next, after forming the insulating film IF2 that embeds the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1, this is etched back to expose the second magnetization fixed layer RF1. Thereby, an interlayer insulating film II5 constituted by the insulating film IF1 and the insulating film IF2 is formed. Next, a wiring IC4 is formed in the interlayer insulating film II5. The wiring IC 4 can be formed using a damascene process, for example.
Thereafter, a plurality of wiring layers are formed on the interlayer insulating film II5. In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is formed in this way.

次に、本実施形態に係る効果を説明する
本実施形態において、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1は、互いに同一の平面形状を有している。これにより、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を、同時に所望の形状に加工することが可能となる。この場合、磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じる堆積物が非磁性層TB1の側壁に付着するが、この側壁付着物は磁化自由層FR1のオーバーエッチング時に除去することができる。このため、非磁性層TB1の側壁に磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じた堆積物が残存することを抑制し、磁気トンネル接合TJ1においてショートが生じることを抑制することができる。また、磁化自由層FR1の下にエッチングストッパ層ES1を形成することで、磁化自由層FR1のオーバーエッチングにより第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを抑制することもできる。このように、本実施形態によれば、良好な歩留まりを実現することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。
Next, effects according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be simultaneously processed into a desired shape. In this case, the deposit generated from the magnetic material layer that becomes the magnetization free layer FR1 adheres to the sidewall of the nonmagnetic layer TB1, and this sidewall deposit can be removed during the overetching of the magnetization free layer FR1. For this reason, it can suppress that the deposit produced from the magnetic material layer used as the magnetization free layer FR1 remains on the side wall of the nonmagnetic layer TB1, and can suppress the occurrence of a short circuit in the magnetic tunnel junction TJ1. Further, by forming the etching stopper layer ES1 under the magnetization free layer FR1, it is possible to prevent the first magnetization fixed layer FF1 from being etched due to overetching of the magnetization free layer FR1. Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor device capable of realizing a good yield.

(第2の実施形態)
図9は、第2の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR2を示す図である。図9(a)は断面構造を示す断面図であり、図9(b)は平面構造を示す平面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR2は、エッチングストッパ膜ES1の構成を除いて第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1と同様である。以下、本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR2の構成につき詳細に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 shows a magnetoresistive memory MR2 according to the second embodiment. FIG. 9A is a sectional view showing a sectional structure, and FIG. 9B is a plan view showing a planar structure.
The magnetoresistive memory MR2 according to the present embodiment is the same as the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment except for the configuration of the etching stopper film ES1. Hereinafter, the configuration of the magnetoresistive memory MR2 according to the present embodiment will be described in detail.

図9(a)および図9(b)に示すように、磁気抵抗メモリMR2は、互いに異なる第1磁化固定層FF1を覆うように設けられており、かつ互いに離間した一対のエッチングストッパ膜ES1を有する。ここでは、第1磁化固定層FF11を覆うエッチングストッパ膜FE1と、第1磁化固定層FF12を覆うエッチングストッパ膜SE1と、により一対のエッチングストッパ膜ES1が構成される。
本実施形態によれば、一対の第1磁化固定層FF1は、互いに離間したエッチングストッパ膜FE1とエッチングストッパ膜SE1によりそれぞれ覆われる。このため、磁気抵抗メモリMR2への書き込み動作時に磁化自由層FR1に流す電流がエッチングストッパ膜ES1に分流することを回避することができる。これにより、書き込み動作時において磁化自由層FR1に流れる電流値を大きくすることができる。したがってトータルの書き込み電流を低減することが可能となる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the magnetoresistive memory MR2 is provided so as to cover different first magnetization fixed layers FF1, and includes a pair of etching stopper films ES1 separated from each other. Have. Here, the etching stopper film FE1 covering the first magnetization fixed layer FF11 and the etching stopper film SE1 covering the first magnetization fixed layer FF12 constitute a pair of etching stopper films ES1.
According to this embodiment, the pair of first magnetization fixed layers FF1 are respectively covered with the etching stopper film FE1 and the etching stopper film SE1 that are separated from each other. For this reason, it is possible to avoid the current that flows in the magnetization free layer FR1 during the write operation to the magnetoresistive memory MR2 being shunted to the etching stopper film ES1. Thereby, the value of the current flowing through the magnetization free layer FR1 during the write operation can be increased. Accordingly, the total write current can be reduced.

図9に示す例において、エッチングストッパ膜FE1は、平面視で第1磁化固定層FF11を内側に含むように設けられる。また、エッチングストッパ膜SE1は、平面視で第1磁化固定層FF12を内側に含むように設けられる。この場合、図9(b)に示すように、平面視においてエッチングストッパ膜ES1の外形線が第1磁化固定層FF1よりも外側に位置するようエッチングストッパ膜ES1が設けられることとなる。これにより磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことをさらに確実に抑制できる。   In the example shown in FIG. 9, the etching stopper film FE1 is provided so as to include the first magnetization fixed layer FF11 on the inner side in a plan view. Further, the etching stopper film SE1 is provided so as to include the first magnetization fixed layer FF12 inside in a plan view. In this case, as shown in FIG. 9B, the etching stopper film ES1 is provided so that the outline of the etching stopper film ES1 is located outside the first magnetization fixed layer FF1 in plan view. Thereby, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be more reliably suppressed from being etched.

本実施形態において、半導体装置SD1は、たとえば第1磁化固定層FF1が埋め込まれた絶縁膜IF11と、エッチングストッパ膜ES1が内部に埋め込まれた絶縁膜IF12とにより構成される絶縁膜IF1を備える。この場合、磁化自由層FR1は、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF12上に設けられることとなる。
一対の第1磁化固定層FF1間に位置する領域においてエッチングストッパ膜ES1の形成時に発生する段差は、絶縁膜IF12を埋め込み、CMP等により平坦化することで解消される。この場合、磁化自由層FR1を、エッチングストッパ膜ES1と絶縁膜IF12により構成される平坦面上に形成することが可能となる。したがって、エッチングストッパ膜ES1の形成に起因して磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1に段差が生じることを回避できる。
絶縁膜IF11および絶縁膜IF12は、たとえば絶縁膜IF1を構成する材料として第1の実施形態において例示したものにより構成することができる。
In the present embodiment, the semiconductor device SD1 includes an insulating film IF1 including, for example, an insulating film IF11 in which the first magnetization fixed layer FF1 is embedded and an insulating film IF12 in which an etching stopper film ES1 is embedded. In this case, the magnetization free layer FR1 is provided on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF12.
A step generated when the etching stopper film ES1 is formed in a region located between the pair of first magnetization fixed layers FF1 is eliminated by embedding the insulating film IF12 and planarizing it by CMP or the like. In this case, the magnetization free layer FR1 can be formed on a flat surface constituted by the etching stopper film ES1 and the insulating film IF12. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of a step in the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 due to the formation of the etching stopper film ES1.
The insulating film IF11 and the insulating film IF12 can be configured by, for example, the materials exemplified in the first embodiment as materials constituting the insulating film IF1.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を説明する。図10および図11は、第2の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
まず、絶縁膜IF3を形成する。絶縁膜IF3は、たとえば第1の実施形態と同様の方法を用いて半導体基板SB1上に形成される。次いで、互いに平面方向に離間した一対の第1磁化固定層FF1を形成する。第1磁化固定層FF1は、たとえば第1の実施形態と同様の方法により形成することができる。次いで、絶縁膜IF3上に第1磁化固定層FF1を覆うよう絶縁膜IF11を形成し、これを平坦化する。次いで、絶縁膜IF11に対し、全面エッチバックまたはCMPを行い、第1磁化固定層FF1を露出させる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described. 10 and 11 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the second embodiment.
First, the insulating film IF3 is formed. The insulating film IF3 is formed on the semiconductor substrate SB1 using, for example, the same method as in the first embodiment. Next, a pair of first magnetization fixed layers FF1 separated from each other in the planar direction is formed. The first magnetization fixed layer FF1 can be formed, for example, by the same method as in the first embodiment. Next, the insulating film IF11 is formed on the insulating film IF3 so as to cover the first magnetization fixed layer FF1, and is planarized. Next, the entire surface of the insulating film IF11 is etched back or CMP to expose the first magnetization fixed layer FF1.

次に、第1磁化固定層FF1を覆うエッチングストッパ膜ES1を形成する。
エッチングストッパ膜ES1は、たとえば次のように形成される。まず、図10(a)に示すように、一対の第1磁化固定層FF1を覆う導電層CL1を形成する。導電層CL1は、第1磁化固定層FF1上および絶縁膜IF11上に形成される。また、導電層CL1としては、たとえばエッチングストッパ膜ES1を構成する材料として第1の実施形態において例示したものにより構成される。次いで、図10(b)に示すように、導電層CL1をエッチングによりパターニングする。これにより、互いに異なる第1磁化固定層FF1を覆い、かつ離間した一対のエッチングストッパ膜ES1が形成される。導電層CL1のパターニングは、レジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを使用して行うことができる。
Next, an etching stopper film ES1 that covers the first magnetization fixed layer FF1 is formed.
The etching stopper film ES1 is formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 10A, a conductive layer CL1 that covers the pair of first magnetization fixed layers FF1 is formed. The conductive layer CL1 is formed on the first magnetization fixed layer FF1 and the insulating film IF11. In addition, the conductive layer CL1 is constituted by, for example, the material exemplified in the first embodiment as a material constituting the etching stopper film ES1. Next, as shown in FIG. 10B, the conductive layer CL1 is patterned by etching. As a result, a pair of etching stopper films ES1 that cover the first magnetization fixed layers FF1 different from each other and are separated from each other are formed. The patterning of the conductive layer CL1 can be performed using a resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask.

次に、図10(c)に示すように、一対のエッチングストッパ膜ES1を覆うよう、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF11上に絶縁膜IF12を形成する。次いで、絶縁膜IF12に対しCMPにより平坦化を行う。
次に、図11(a)に示すように、絶縁膜IF12に対し全面エッチバックまたはCMPを行い、一対のエッチングストッパ膜ES1の上面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 10C, an insulating film IF12 is formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF11 so as to cover the pair of etching stopper films ES1. Next, the insulating film IF12 is planarized by CMP.
Next, as shown in FIG. 11A, the entire surface of the insulating film IF12 is etched back or CMP to expose the upper surfaces of the pair of etching stopper films ES1.

次に、図11(b)に示すように、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF12上に第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1を順に形成する。次いで、第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングする。すなわち、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を所望の形状に加工する。これにより、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なる磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1が形成される。当該エッチング工程は、第1の実施形態と同様に行うことができる。   Next, as shown in FIG. 11B, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer are formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF12 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. TL1 is formed in order. Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching. That is, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed into desired shapes. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that overlap each part of the pair of first magnetization fixed layers FF1 are formed. The etching process can be performed in the same manner as in the first embodiment.

その後、第1の実施形態と同様に各配線層を形成する。本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が形成されることとなる。   Thereafter, each wiring layer is formed as in the first embodiment. In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is formed in this way.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

(第3の実施形態)
図12は、第3の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR3を示す図である。図12(a)は断面構造を示す断面図であり、図12(b)は平面構造を示す平面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR3は、エッチングストッパ膜ES1の構成を除いて第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1と同様である。以下、本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR3の構成につき詳細に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 12 shows a magnetoresistive memory MR3 according to the third embodiment. FIG. 12A is a sectional view showing a sectional structure, and FIG. 12B is a plan view showing a planar structure.
The magnetoresistive memory MR3 according to the present embodiment is the same as the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment except for the configuration of the etching stopper film ES1. Hereinafter, the configuration of the magnetoresistive memory MR3 according to the present embodiment will be described in detail.

図12(a)および(b)に示すように、磁気抵抗メモリMR3は、互いに異なる第1磁化固定層FF1を覆うように設けられており、かつ互いに離間した一対のエッチングストッパ膜ES1を有する。ここでは、第1磁化固定層FF11を覆うエッチングストッパ膜FE1と、第1磁化固定層FF12を覆うエッチングストッパ膜SE1と、により一対のエッチングストッパ膜ES1が構成される。
本実施形態によれば、一対の第1磁化固定層FF1は、互いに離間したエッチングストッパ膜FE1とエッチングストッパ膜SE1によりそれぞれ覆われる。このため、磁気抵抗メモリMR3の書き込み動作時に磁化自由層FR1に流す電流がエッチングストッパ膜ES1に分流することを回避することができる。これにより、書き込み動作時において磁化自由層FR1に流れる電流値を大きくすることができる。したがって、磁気抵抗メモリの動作信頼性を向上させることが可能となる。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the magnetoresistive memory MR3 has a pair of etching stopper films ES1 provided so as to cover different first magnetization fixed layers FF1 and spaced apart from each other. Here, the etching stopper film FE1 covering the first magnetization fixed layer FF11 and the etching stopper film SE1 covering the first magnetization fixed layer FF12 constitute a pair of etching stopper films ES1.
According to this embodiment, the pair of first magnetization fixed layers FF1 are respectively covered with the etching stopper film FE1 and the etching stopper film SE1 that are separated from each other. For this reason, it is possible to avoid the current flowing through the magnetization free layer FR1 during the write operation of the magnetoresistive memory MR3 from being shunted into the etching stopper film ES1. Thereby, the value of the current flowing through the magnetization free layer FR1 during the write operation can be increased. Therefore, it is possible to improve the operational reliability of the magnetoresistive memory.

図12に示す例において、エッチングストッパ膜FE1は、平面視で第1磁化固定層FF11と同一の形状を有するように設けられる。この場合、エッチングストッパ膜ES1と第1磁化固定層FF1とを、一のマスクを用いてパターニングすることが可能となる。このため、第1の実施形態と比較して、リソグラフィ工程数を低減することができる。したがって、半導体装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。   In the example shown in FIG. 12, the etching stopper film FE1 is provided so as to have the same shape as the first magnetization fixed layer FF11 in plan view. In this case, the etching stopper film ES1 and the first magnetization fixed layer FF1 can be patterned using one mask. For this reason, the number of lithography processes can be reduced as compared with the first embodiment. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor device.

エッチングストッパ膜ES1および第1磁化固定層FF1は、たとえば絶縁膜IF1に埋め込まれる。この場合、一対の第1磁化固定層FF1間に位置する領域においてエッチングストッパ膜ES1の形成時に発生する段差は、絶縁膜IF1を埋め込み、CMP等により平坦化することで解消される。このため、磁化自由層FR1を、エッチングストッパ膜ES1と絶縁膜IF1により構成される平坦面上に形成することが可能となる。したがって、エッチングストッパ膜ES1の形成に起因して磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1に段差が生じることを回避できる。   The etching stopper film ES1 and the first magnetization fixed layer FF1 are embedded in, for example, the insulating film IF1. In this case, the step generated when the etching stopper film ES1 is formed in the region located between the pair of first magnetization fixed layers FF1 is eliminated by embedding the insulating film IF1 and flattening by CMP or the like. Therefore, the magnetization free layer FR1 can be formed on a flat surface constituted by the etching stopper film ES1 and the insulating film IF1. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of a step in the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 due to the formation of the etching stopper film ES1.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を説明する。図13〜15は、第3の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
まず、絶縁膜IF3を形成する。絶縁膜IF3は、たとえば第1の実施形態と同様の方法を用いて半導体基板SB1上に形成される。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described. 13 to 15 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the third embodiment.
First, the insulating film IF3 is formed. The insulating film IF3 is formed on the semiconductor substrate SB1 using, for example, the same method as in the first embodiment.

次に、互いに平面方向に離間した一対の第1磁化固定層FF1を形成する。第1磁化固定層FF1を形成する工程は、たとえば次のように行われる。
まず、図13(a)に示すように、絶縁膜IF3上に磁性材料層MM1および導電層CL1を順に積層する。次いで、図13(b)に示すように、磁性材料層MM1および導電層CL1をエッチングすることにより、一対の第1磁化固定層FF1のうちの一方である第1磁化固定層FF11と、エッチングストッパ膜FE1と、を形成する。磁性材料層MM1および導電層CL1のエッチングは、たとえば一のレジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを用いて行われる。本実施形態においては、たとえば導電層CL1を第1エッチングによりパターニングした後、第1エッチングとは異なるエッチャントを用いた第2エッチングにより磁性材料層MM1をパターニングすることができる。
次いで、図13(c)に示すように、一対の第1磁化固定層FF1のうちの一方である第1磁化固定層FF11を覆うように、磁性材料層MM2および導電層CL2を順に積層する。次いで、図14(a)に示すように、磁性材料層MM2および導電層CL2をエッチングすることにより、一対の第1磁化固定層FF1のうちの他方である第1磁化固定層FF12と、エッチングストッパ膜SE1と、を形成する。磁性材料層MM2および導電層CL2のエッチングは、たとえば一のレジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを用いて行われる。本実施形態においては、たとえば導電層CL2を第3エッチングによりパターニングした後、第3エッチングとは異なるエッチャントを用いた第4エッチングにより磁性材料層MM2をパターニングすることができる。
これにより、一対の第1磁化固定層FF1が形成されることとなる。
Next, a pair of first magnetization fixed layers FF1 separated from each other in the planar direction is formed. The process of forming 1st magnetization fixed layer FF1 is performed as follows, for example.
First, as shown in FIG. 13A, a magnetic material layer MM1 and a conductive layer CL1 are sequentially stacked on the insulating film IF3. Next, as shown in FIG. 13B, by etching the magnetic material layer MM1 and the conductive layer CL1, the first magnetization fixed layer FF11 which is one of the pair of first magnetization fixed layers FF1, and the etching stopper And a film FE1. The magnetic material layer MM1 and the conductive layer CL1 are etched using, for example, one resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask. In the present embodiment, for example, after the conductive layer CL1 is patterned by the first etching, the magnetic material layer MM1 can be patterned by the second etching using an etchant different from the first etching.
Next, as illustrated in FIG. 13C, the magnetic material layer MM2 and the conductive layer CL2 are sequentially stacked so as to cover the first magnetization fixed layer FF11 which is one of the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, as shown in FIG. 14A, by etching the magnetic material layer MM2 and the conductive layer CL2, the first magnetization fixed layer FF12 which is the other of the pair of first magnetization fixed layers FF1, and the etching stopper A film SE1 is formed. The magnetic material layer MM2 and the conductive layer CL2 are etched using, for example, one resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask. In the present embodiment, for example, after the conductive layer CL2 is patterned by the third etching, the magnetic material layer MM2 can be patterned by the fourth etching using an etchant different from the third etching.
As a result, a pair of first magnetization fixed layers FF1 is formed.

次に、図14(b)に示すように、絶縁膜IF3上に一対の第1磁化固定層FF1を覆うように絶縁膜IF1を形成する。次いで、絶縁膜IF1に対しCMPにより平坦化を行う。次に、図15(a)に示すように、絶縁膜IF1に対し全面エッチバックまたはCMPを行い、一対のエッチングストッパ膜ES1の上面を絶縁膜IF1から露出させる。   Next, as illustrated in FIG. 14B, the insulating film IF1 is formed on the insulating film IF3 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, the insulating film IF1 is planarized by CMP. Next, as shown in FIG. 15A, the entire surface of the insulating film IF1 is etched back or CMP to expose the upper surfaces of the pair of etching stopper films ES1 from the insulating film IF1.

次に、図15(b)に示すように、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF1に第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1を順に形成する。次いで、第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングする。すなわち、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を所望の形状に加工する。これにより、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なる磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1が形成される。当該エッチング工程は、第1の実施形態と同様に行うことができる。   Next, as shown in FIG. 15B, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF1 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Are formed in order. Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching. That is, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed into desired shapes. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that overlap each part of the pair of first magnetization fixed layers FF1 are formed. The etching process can be performed in the same manner as in the first embodiment.

その後、第1の実施形態と同様に各配線層を形成する。本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が形成されることとなる。   Thereafter, each wiring layer is formed as in the first embodiment. In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is formed in this way.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

(第4の実施形態)
図16は、第4の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR4を示す図である。図16(a)は断面構造を示す断面図であり、図16(b)は平面構造を示す平面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR4は、エッチングストッパ膜ES1の構成を除いて第3の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR3と同様である。以下、本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR4の構成につき詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 16 is a diagram showing a magnetoresistive memory MR4 according to the fourth embodiment. FIG. 16A is a sectional view showing a sectional structure, and FIG. 16B is a plan view showing a planar structure.
The magnetoresistive memory MR4 according to the present embodiment is the same as the magnetoresistive memory MR3 according to the third embodiment except for the configuration of the etching stopper film ES1. Hereinafter, the configuration of the magnetoresistive memory MR4 according to the present embodiment will be described in detail.

図16(a)に示すように、エッチングストッパ膜ES1は、第1磁化固定層FF1の上面および側面を覆うように設けられている。これにより、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1をエッチングにより加工する際に、第1磁化固定層FF1がエッチングされてしまうことを確実に抑制できる。   As shown in FIG. 16A, the etching stopper film ES1 is provided so as to cover the upper surface and the side surface of the first magnetization fixed layer FF1. Thereby, when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed by etching, the first magnetization fixed layer FF1 can be reliably prevented from being etched.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を説明する。図17および図18は、第4の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
まず、第3の実施形態と同様の方法により、第1磁化固定層FF1およびエッチングストッパ膜ES1を形成する工程までを行う。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described. 17 and 18 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the fourth embodiment.
First, the steps up to the step of forming the first magnetization fixed layer FF1 and the etching stopper film ES1 are performed by the same method as in the third embodiment.

次に、図17(a)に示すように、第1磁化固定層FF1の上面および側面を覆うよう導電層CL3を形成する。導電層CL3は、たとえばエッチングストッパ膜ES1を構成する材料として第1の実施形態において例示したものにより構成される。本実施形態において、導電層CL3は、たとえばエッチングストッパ膜ES1および第1磁化固定層FF1を覆うようにエッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF3上に形成される。
次に、図17(b)に示すように、第1磁化固定層FF1の上面および側面を覆う部分のみが残存するよう、導電層CL3に対し全面エッチバックを行う。
Next, as shown in FIG. 17A, a conductive layer CL3 is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the first magnetization fixed layer FF1. The conductive layer CL3 is constituted by, for example, the material exemplified in the first embodiment as a material constituting the etching stopper film ES1. In the present embodiment, the conductive layer CL3 is formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF3 so as to cover the etching stopper film ES1 and the first magnetization fixed layer FF1, for example.
Next, as shown in FIG. 17B, the entire surface of the conductive layer CL3 is etched back so that only the portions covering the upper surface and side surfaces of the first magnetization fixed layer FF1 remain.

次に、図17(c)に示すように、絶縁膜IF3上に一対の第1磁化固定層FF1を覆うように絶縁膜IF1を形成する。次いで、絶縁膜IF1に対しCMPにより平坦化を行う。次に、図18(a)に示すように、絶縁膜IF1に対し全面エッチバックまたはCMPを行い、一対のエッチングストッパ膜ES1の上面を絶縁膜IF1から露出させる。   Next, as shown in FIG. 17C, the insulating film IF1 is formed on the insulating film IF3 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Next, the insulating film IF1 is planarized by CMP. Next, as shown in FIG. 18A, the entire surface of the insulating film IF1 is etched back or CMP to expose the upper surfaces of the pair of etching stopper films ES1 from the insulating film IF1.

次いで、図18(b)に示すように、一対の第1磁化固定層FF1を覆うよう、エッチングストッパ膜ES1上および絶縁膜IF1に第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を順に形成する。次いで、第1層FL1、第2層SL1および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングする。すなわち、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を所望の形状に加工する。これにより、一対の第1磁化固定層FF1それぞれの一部と重なる磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1が形成される。当該エッチング工程は、第3の実施形態と同様に行うことができる。   Next, as shown in FIG. 18B, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are sequentially formed on the etching stopper film ES1 and the insulating film IF1 so as to cover the pair of first magnetization fixed layers FF1. Form. Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching. That is, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed into desired shapes. As a result, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that overlap each part of the pair of first magnetization fixed layers FF1 are formed. The etching process can be performed as in the third embodiment.

その後、第3の実施形態と同様に各配線層を形成する。本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が形成されることとなる。   Thereafter, each wiring layer is formed as in the third embodiment. In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is formed in this way.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

(第5の実施形態)
図19は、第5の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR5を示す図である。図19(a)は断面構造を示す断面図であり、図19(b)は平面構造を示す平面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR5において、第1磁化固定層FF1はテーパ状の形状を有している。この点を除き、本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR5は、第4の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR4と同様の構成を有する。
なお、第1磁化固定層FF1の形状は、第1磁化固定層FF1をエッチングにより加工する際のエッチング条件を調整することにより制御することが可能である。
(Fifth embodiment)
FIG. 19 is a diagram showing a magnetoresistive memory MR5 according to the fifth embodiment. FIG. 19A is a sectional view showing a sectional structure, and FIG. 19B is a plan view showing a planar structure.
In the magnetoresistive memory MR5 according to this embodiment, the first magnetization fixed layer FF1 has a tapered shape. Except for this point, the magnetoresistive memory MR5 according to the present embodiment has the same configuration as the magnetoresistive memory MR4 according to the fourth embodiment.
The shape of the first magnetization fixed layer FF1 can be controlled by adjusting the etching conditions when the first magnetization fixed layer FF1 is processed by etching.

第4の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法において、第1磁化固定層FF1の側壁には、第1磁化固定層FF1の加工時に生じた磁性材料の堆積物が残存する場合がある。この堆積物は、導電層CL3に対するエッチバックでは除去されず、第1磁化固定層FF1の側壁に残存する。この場合、第1磁化固定層FF1の側壁に残存した堆積物により構成され、かつエッチングストッパ膜ES1よりも上方に突起した突起部が、エッチングストッパ膜ES1の上面を絶縁膜IF1から露出させる際に発生することが懸念される。この場合、第1磁化固定層FF1上に形成される磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1に段差が生じるおそれがある。
本実施形態によれば、第1磁化固定層FF1はテーパ状の形状を有する。この場合、第1磁化固定層FF1をエッチングにより加工するとともに、第1磁化固定層FF1の側壁に付着した堆積物を除去することができる。このため、第1磁化固定層FF1に磁性材料の堆積物が残存することを抑制することが可能となる。したがって、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1に段差が生じることを抑制できる。
In the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the fourth embodiment, deposits of a magnetic material generated during processing of the first magnetization fixed layer FF1 may remain on the sidewalls of the first magnetization fixed layer FF1. This deposit is not removed by etching back the conductive layer CL3, and remains on the side wall of the first magnetization fixed layer FF1. In this case, when the protrusion that is formed of the deposit remaining on the side wall of the first magnetization fixed layer FF1 and protrudes above the etching stopper film ES1 exposes the upper surface of the etching stopper film ES1 from the insulating film IF1. There are concerns about the occurrence. In this case, there is a possibility that a step is generated in the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 formed on the first magnetization fixed layer FF1.
According to the present embodiment, the first magnetization fixed layer FF1 has a tapered shape. In this case, the first magnetization fixed layer FF1 can be processed by etching, and deposits attached to the side walls of the first magnetization fixed layer FF1 can be removed. For this reason, it is possible to suppress the deposit of the magnetic material from remaining in the first magnetization fixed layer FF1. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of steps in the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1.

本実施形態においても、第4の実施形態と同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, the same effect as the fourth embodiment can be obtained.

(第6の実施形態)
図21は、第6の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6を示す断面図である。図22は、図21に示す磁気抵抗メモリMR6を示す平面図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 21 is a sectional view showing a magnetoresistive memory MR6 according to the sixth embodiment. FIG. 22 is a plan view showing the magnetoresistive memory MR6 shown in FIG.

本実施形態に係る半導体装置SD1は、磁気抵抗メモリMR6を備えている。磁気抵抗メモリMR6は、一対のエッチングストッパ膜ES3と、一対の第1磁化固定層FF1と、磁化自由層FR1と、非磁性層TB1と、第2磁化固定層RF1と、を備えている。一対のエッチングストッパ膜ES3は、互いに平面方向に離間して設けられている。一対の第1磁化固定層FF1は、互いに異なるエッチングストッパ膜ES3上に設けられている。磁化自由層FR1は、平面視において一対の第1磁化固定層FF1全体と重なり、かつ一対の第1磁化固定層FF1と電気的に接続されている。非磁性層TB1は、磁化自由層FR1上に設けられている。第2磁化固定層RF1は、非磁性層TB1上に設けられている。磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1それぞれの側面は、同一面を形成している。平面視において、第1磁化固定層FF1の外形線の一部は、磁化自由層FR1の外形線と重なっており、かつエッチングストッパ膜ES3の内側に位置する。図21においては、このような半導体装置SD1を構成する磁気抵抗メモリMR6の一例が示されている。   The semiconductor device SD1 according to this embodiment includes a magnetoresistive memory MR6. The magnetoresistive memory MR6 includes a pair of etching stopper films ES3, a pair of first magnetization fixed layers FF1, a magnetization free layer FR1, a nonmagnetic layer TB1, and a second magnetization fixed layer RF1. The pair of etching stopper films ES3 are provided apart from each other in the planar direction. The pair of first magnetization fixed layers FF1 are provided on different etching stopper films ES3. The magnetization free layer FR1 overlaps the entire pair of first magnetization fixed layers FF1 in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers FF1. The nonmagnetic layer TB1 is provided on the magnetization free layer FR1. The second magnetization fixed layer RF1 is provided on the nonmagnetic layer TB1. The side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 form the same surface. In plan view, a part of the outline of the first magnetization fixed layer FF1 overlaps the outline of the magnetization free layer FR1, and is located inside the etching stopper film ES3. FIG. 21 shows an example of a magnetoresistive memory MR6 constituting such a semiconductor device SD1.

本実施形態において、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1それぞれの側面は、同一面を形成している。この場合、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を、同時に所望の形状に加工することができる。このため、第1の実施形態と同様に、非磁性層TB1の側壁に磁化自由層FR1となる磁性材料層から生じた堆積物が残存することを抑制し、磁気トンネル接合TJ1においてショートが生じることを抑制することができる。   In the present embodiment, the side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 form the same surface. In this case, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 can be simultaneously processed into a desired shape. For this reason, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the deposits generated from the magnetic material layer serving as the magnetization free layer FR1 from remaining on the side walls of the nonmagnetic layer TB1, and to cause a short circuit in the magnetic tunnel junction TJ1. Can be suppressed.

一方で、第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1においては、エッチングストッパ膜ES1を薄膜とすることが求められる場合がある。しかしながら、このような場合、磁化自由層FR1を加工する際に、第1磁化固定層FF1を保護するエッチングストッパ膜ES1が消滅してしまうことが懸念される。この場合、磁化自由層FR1の加工とともに第1磁化固定層FF1の一部がエッチングされて堆積物が生じ、これが非磁性層TB1の側壁に付着、残存するおそれがある。
本実施形態においては、第1磁化固定層FF1は、全体が磁化自由層FR1により覆われており、かつ外形線の一部が磁化自由層FR1の外形線と重なっている。このような構造は、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を同時に加工するとともに、第1磁化固定層FF1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分を選択的に除去することにより実現され得る。本実施形態によれば、このようなプロセスを行うことによって、上述のように磁化自由層FR1を加工する際に非磁性層TB1の側壁に第1磁化固定層FF1となる磁性材料層の堆積物が付着したとしても、第1磁化固定層FF1の選択的除去とともに当該堆積物を除去することが可能となる。したがって、磁気トンネル接合TJ1におけるショートの発生をより確実に抑制することができる。
On the other hand, in the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment, the etching stopper film ES1 may be required to be a thin film. However, in such a case, there is a concern that the etching stopper film ES1 that protects the first magnetization fixed layer FF1 disappears when the magnetization free layer FR1 is processed. In this case, a part of the first magnetization fixed layer FF1 is etched together with the processing of the magnetization free layer FR1, and deposits are generated, which may adhere to and remain on the sidewall of the nonmagnetic layer TB1.
In the present embodiment, the first magnetization fixed layer FF1 is entirely covered with the magnetization free layer FR1, and a part of the outline overlaps the outline of the magnetization free layer FR1. Such a structure simultaneously processes the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1, and selects a portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1. It can be realized by removing them automatically. According to the present embodiment, by performing such a process, the deposit of the magnetic material layer that becomes the first magnetization fixed layer FF1 on the side wall of the nonmagnetic layer TB1 when the magnetization free layer FR1 is processed as described above. Even if adhering, the deposit can be removed together with the selective removal of the first magnetization fixed layer FF1. Therefore, the occurrence of a short circuit at the magnetic tunnel junction TJ1 can be more reliably suppressed.

また、本実施形態によれば、平面視において、第1磁化固定層FF1の外形線のうちの磁化自由層FR1の外形線と重なる一部が、エッチングストッパ膜ES3の内側に位置している。すなわち、エッチングストッパ膜ES3は、第1磁化固定層FF1や磁化自由層FR1により覆われない部分を有することとなる。この場合、磁気抵抗メモリMR6より下層であって、かつ磁気抵抗メモリMR6の周囲に位置するプラグ等の構成部材を、エッチングストッパ膜ES3により保護することができる。
このように、本実施形態によれば、さらに良好な歩留まりを実現することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, a part of the outline of the first magnetization fixed layer FF1 that overlaps the outline of the magnetization free layer FR1 is located inside the etching stopper film ES3 in plan view. That is, the etching stopper film ES3 has a portion that is not covered by the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1. In this case, constituent members such as plugs which are lower than the magnetoresistive memory MR6 and are located around the magnetoresistive memory MR6 can be protected by the etching stopper film ES3.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor device capable of realizing a better yield.

以下、本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6の構成、および磁気抵抗メモリMR6を備える半導体装置SD1の構成について詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the magnetoresistive memory MR6 according to the present embodiment and the configuration of the semiconductor device SD1 including the magnetoresistive memory MR6 will be described in detail.

本実施形態に係る半導体装置SD1は、磁気抵抗メモリMR6を備えている点を除いて、たとえば第1の実施形態に係る半導体装置SD1と同様の構成を有することができる。半導体装置SD1は、たとえば複数の磁気抵抗メモリMR6を有する。   The semiconductor device SD1 according to the present embodiment can have the same configuration as the semiconductor device SD1 according to the first embodiment, for example, except that the magnetoresistive memory MR6 is provided. The semiconductor device SD1 has a plurality of magnetoresistive memories MR6, for example.

図23は、図21に示す磁気抵抗メモリMR6を有する半導体装置SD1を示す断面図である。図23においては、磁気抵抗メモリMR6が、半導体装置SD1を構成する多層配線層中に形成される場合が例示されている。この場合、磁気抵抗メモリMR6は、たとえば多層配線層中の任意の配線層に形成することができる。図23に示す例においては、磁気抵抗メモリMR6は、層間絶縁膜II5および配線IC4を含む配線層中に形成されている。なお、半導体装置SD1を構成する半導体基板SB1、トランジスタTR1、および多層配線層としては、たとえば第1の実施形態において例示したものを採用することができる。   FIG. 23 is a sectional view showing a semiconductor device SD1 having the magnetoresistive memory MR6 shown in FIG. FIG. 23 illustrates a case where the magnetoresistive memory MR6 is formed in a multilayer wiring layer constituting the semiconductor device SD1. In this case, the magnetoresistive memory MR6 can be formed, for example, in an arbitrary wiring layer in the multilayer wiring layer. In the example shown in FIG. 23, the magnetoresistive memory MR6 is formed in a wiring layer including the interlayer insulating film II5 and the wiring IC4. As the semiconductor substrate SB1, the transistor TR1, and the multilayer wiring layer constituting the semiconductor device SD1, for example, those exemplified in the first embodiment can be adopted.

磁気抵抗メモリMR6は、互いに平面方向に離間して設けられた一対のエッチングストッパ膜ES3を備えている。エッチングストッパ膜ES3は、第1磁化固定層FF1をエッチングする際に、磁気抵抗メモリMR6よりも下層に位置するプラグ等の構成部材を保護する機能を有している。これにより、磁気抵抗メモリMR6を有する半導体装置SD1の信頼性をさらに向上させることができる。   The magnetoresistive memory MR6 includes a pair of etching stopper films ES3 that are provided apart from each other in the planar direction. The etching stopper film ES3 has a function of protecting constituent members such as plugs located below the magnetoresistive memory MR6 when the first magnetization fixed layer FF1 is etched. Thereby, the reliability of the semiconductor device SD1 having the magnetoresistive memory MR6 can be further improved.

図21においては、エッチングストッパ膜ES3が、エッチングストッパ膜ES3下に位置するコンタクトビアCV1全体を覆うように設けられる場合が例示されている。この場合、エッチングストッパ膜ES3は、コンタクトビアCV1と電気的に接続するように設けられる。これにより、磁気抵抗メモリMR6へ電流を供給するためのコンタクトビアCV1をエッチングストッパ膜ES3により保護することができる。コンタクトビアCV1としては、たとえば第1の実施形態において例示したものを採用することができる。   FIG. 21 illustrates the case where the etching stopper film ES3 is provided so as to cover the entire contact via CV1 located under the etching stopper film ES3. In this case, the etching stopper film ES3 is provided so as to be electrically connected to the contact via CV1. Thus, the contact via CV1 for supplying current to the magnetoresistive memory MR6 can be protected by the etching stopper film ES3. As the contact via CV1, for example, the one exemplified in the first embodiment can be adopted.

エッチングストッパ膜ES3は、たとえばTiもしくはTa、またはこれらの窒化物により構成される。これにより、たとえばメタノールを用いたエッチングにおいて、第1磁化固定層FF1に対し高い選択比を実現することができる。   The etching stopper film ES3 is made of, for example, Ti or Ta, or a nitride thereof. Thereby, for example, in etching using methanol, a high selection ratio can be realized with respect to the first magnetization fixed layer FF1.

エッチングストッパ膜ES3の膜厚は、求める磁気抵抗メモリMR6の特性等に応じて適宜選択することが可能であるが、たとえば10nm以上40nm以下である。これにより、保護膜としての機能を十分に発揮しつつ、磁気抵抗メモリMR6における電気的特性の向上を図ることが可能となる。
なお、エッチングストッパ膜ES3の形状は、とくに限定されない。図22に示す例においては、エッチングストッパ膜ES3の少なくとも上面が矩形状となるように、エッチングストッパ膜ES3が設けられている。また、エッチングストッパ膜ES3は、上端から下端に向けて幅が大きくなるテーパ状の形状を有していてもよい。
The thickness of the etching stopper film ES3 can be appropriately selected according to the required characteristics of the magnetoresistive memory MR6, and is, for example, not less than 10 nm and not more than 40 nm. As a result, it is possible to improve the electrical characteristics of the magnetoresistive memory MR6 while sufficiently exhibiting the function as a protective film.
The shape of the etching stopper film ES3 is not particularly limited. In the example shown in FIG. 22, the etching stopper film ES3 is provided so that at least the upper surface of the etching stopper film ES3 has a rectangular shape. The etching stopper film ES3 may have a tapered shape whose width increases from the upper end toward the lower end.

磁気抵抗メモリMR6は、互いに異なるエッチングストッパ膜ES3上に設けられた一対の第1磁化固定層FF1を備えている。図21においては、第1磁化固定層FF1が、エッチングストッパ膜ES3を介してコンタクトビアCV1に電気的に接続される場合が例示されている。
一対の第1磁化固定層FF1は、第1磁化固定層FF11と、第1磁化固定層FF12と、により構成される。これら一対の第1磁化固定層FF1は、互いに反平行方向に固定された磁化を有する。本実施形態において、第1磁化固定層FF11は、たとえば半導体基板SB1平面に垂直な第1方向に固定された磁化を有する。また、第1磁化固定層FF12は、たとえば第1方向と反対の第2方向に固定された磁化を有する。
The magnetoresistive memory MR6 includes a pair of first magnetization fixed layers FF1 provided on different etching stopper films ES3. FIG. 21 illustrates the case where the first magnetization fixed layer FF1 is electrically connected to the contact via CV1 via the etching stopper film ES3.
The pair of first magnetization fixed layers FF1 includes a first magnetization fixed layer FF11 and a first magnetization fixed layer FF12. The pair of first magnetization fixed layers FF1 have magnetizations fixed in antiparallel directions to each other. In the present embodiment, the first magnetization fixed layer FF11 has a magnetization fixed in a first direction perpendicular to the plane of the semiconductor substrate SB1, for example. The first magnetization fixed layer FF12 has a magnetization fixed in a second direction opposite to the first direction, for example.

第1磁化固定層FF1は、垂直磁気異方性を示す強磁性体により構成される。このような強磁性体としては、たとえば第1の実施形態において第1磁化固定層FF1を構成する強磁性体として例示したものを採用することができる。なお、第1磁化固定層FF1の形状は、とくに限定されない。図22に示す例においては、第1磁化固定層FF1の少なくとも上面が矩形状となるように、第1磁化固定層FF1が設けられている。   The first magnetization fixed layer FF1 is made of a ferromagnetic material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. As such a ferromagnetic material, for example, the ferromagnetic material constituting the first magnetization fixed layer FF1 in the first embodiment can be adopted. The shape of the first magnetization fixed layer FF1 is not particularly limited. In the example shown in FIG. 22, the first magnetization fixed layer FF1 is provided so that at least the upper surface of the first magnetization fixed layer FF1 has a rectangular shape.

磁気抵抗メモリMR6は、たとえばキャップ層CA1を備えることができる。キャップ層CA1は、第1磁化固定層FF1上に設けられる。これにより、磁気抵抗メモリMR6の形成プロセスにおいて、第1磁化固定層FF1の上面がエッチング等によりダメージを受けることを確実に抑制することができる。また、キャップ層CA1は、後述する磁化自由層FR1の下に設けられ、かつ全体が磁化自由層FR1により覆われる。   The magnetoresistive memory MR6 can include, for example, a cap layer CA1. The cap layer CA1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1. Thereby, in the formation process of the magnetoresistive memory MR6, it is possible to reliably suppress the upper surface of the first magnetization fixed layer FF1 from being damaged by etching or the like. The cap layer CA1 is provided below the magnetization free layer FR1 described later, and is entirely covered with the magnetization free layer FR1.

本実施形態においては、たとえば互いに異なる第1磁化固定層FF1上に設けられ、かつ互いに平面方向に離間した一対のキャップ層CA1が設けられる。この場合、磁気抵抗メモリMR6への書き込み動作時に磁化自由層FR1に流す電流がキャップ層CA1に分流することを回避することができる。これにより、書き込み動作時において磁化自由層FR1に流れる電流値を大きくすることができる。したがってトータルの書き込み電流を低減することが可能となる。   In the present embodiment, for example, a pair of cap layers CA1 provided on different first magnetization fixed layers FF1 and spaced apart from each other in the planar direction are provided. In this case, it is possible to avoid the current flowing in the magnetization free layer FR1 during the write operation to the magnetoresistive memory MR6 from being shunted to the cap layer CA1. Thereby, the value of the current flowing through the magnetization free layer FR1 during the write operation can be increased. Accordingly, the total write current can be reduced.

キャップ層CA1は、導電材料により形成される。これにより、磁化自由層FR1は、キャップ層CA1を介して第1磁化固定層FF1と電気的に接続することができる。キャップ層CA1を構成する導電材料は、たとえばTa、Ti、RuまたはPtを含むことができる。これにより、第1磁化固定層FF1の上面を保護するための保護膜としてとくに優れた機能を発揮することが可能となる。   The cap layer CA1 is formed of a conductive material. Thereby, the magnetization free layer FR1 can be electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 via the cap layer CA1. The conductive material constituting the cap layer CA1 can include, for example, Ta, Ti, Ru, or Pt. This makes it possible to exhibit a particularly excellent function as a protective film for protecting the upper surface of the first magnetization fixed layer FF1.

キャップ層CA1の膜厚は、とくに限定されないが、たとえば1nm以上15nm以下とすることができる。これにより、第1磁化固定層FF1から磁化自由層FR1へ生じる漏洩磁界の大きさを、磁気抵抗メモリMR6の動作性能を向上させるための適切な値に制御することが容易となる。また、キャップ層CA1を、第1磁化固定層FF1の上面を保護するための保護膜として十分に機能させることができる。   The thickness of the cap layer CA1 is not particularly limited, but can be, for example, 1 nm or more and 15 nm or less. This makes it easy to control the magnitude of the leakage magnetic field generated from the first magnetization fixed layer FF1 to the magnetization free layer FR1 to an appropriate value for improving the operation performance of the magnetoresistive memory MR6. Further, the cap layer CA1 can sufficiently function as a protective film for protecting the upper surface of the first magnetization fixed layer FF1.

キャップ層CA1の形状は、とくに限定されない。本実施形態においては、たとえばキャップ層CA1の少なくとも上面が矩形状となるように、キャップ層CA1を設けることができる。また、後述する本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法においては、たとえば磁気トンネル接合TJ1を形成する工程の前、および後のそれぞれにおいて、キャップ層CA1に対するエッチング処理が行われる。これらのエッチング処理は、いずれもキャップ層CA1および第1磁化固定層FF1に対して行われる。このため、本実施形態においては、キャップ層CA1と第1磁化固定層FF1を、それぞれの側面が同一面を形成するように設けることができる。なお、同一面を形成するとは、キャップ層CA1と第1磁化固定層FF1を同時にエッチングした場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した凹凸の発生を許容するものである。本実施形態において、キャップ層CA1と第1磁化固定層FF1の平面形状が矩形である場合には、キャップ層CA1の一面と、この一面と上下方向に隣接する第1磁化固定層FF1の一面と、が一の平面を構成することとなる。   The shape of the cap layer CA1 is not particularly limited. In the present embodiment, for example, the cap layer CA1 can be provided so that at least the upper surface of the cap layer CA1 has a rectangular shape. In the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the present embodiment, which will be described later, for example, an etching process is performed on the cap layer CA1 before and after the step of forming the magnetic tunnel junction TJ1. These etching processes are all performed on the cap layer CA1 and the first magnetization fixed layer FF1. Therefore, in the present embodiment, the cap layer CA1 and the first magnetization fixed layer FF1 can be provided such that the respective side surfaces form the same surface. Note that the formation of the same surface allows generation of irregularities due to processing conditions such as etching selectivity of each layer when the cap layer CA1 and the first magnetization fixed layer FF1 are etched simultaneously. In this embodiment, when the planar shape of the cap layer CA1 and the first magnetization fixed layer FF1 is a rectangle, one surface of the cap layer CA1 and one surface of the first magnetization fixed layer FF1 adjacent to the one surface in the vertical direction Will constitute one plane.

磁気抵抗メモリMR6は、キャップ層CA1を備えていなくともよい。この場合、第1磁化固定層FF1は、磁化自由層FR1と接することとなる。これにより、第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1の接続信頼性の向上や、第1磁化固定層FF1から磁化自由層FR1へ生じる漏洩磁界の増大を図ることができる。   The magnetoresistive memory MR6 may not include the cap layer CA1. In this case, the first magnetization fixed layer FF1 is in contact with the magnetization free layer FR1. Thereby, the connection reliability between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1 can be improved, and the leakage magnetic field generated from the first magnetization fixed layer FF1 to the magnetization free layer FR1 can be increased.

本実施形態においては、第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1の積層方向において、第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1の間隔が15nm以下であることが好ましい。これにより、第1磁化固定層FF1から磁化自由層FR1へ生じる漏洩磁界を効果的に増大させ、磁気抵抗メモリMR6の動作性能の向上に寄与することができる。なお、上記積層方向における第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1の間隔の下限値は、とくに限定されず、たとえば0nmとすることができる。   In the present embodiment, the interval between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1 is preferably 15 nm or less in the stacking direction of the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1. Thereby, the leakage magnetic field generated from the first magnetization fixed layer FF1 to the magnetization free layer FR1 can be effectively increased, which can contribute to the improvement of the operation performance of the magnetoresistive memory MR6. The lower limit value of the distance between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1 in the stacking direction is not particularly limited, and can be set to, for example, 0 nm.

磁気抵抗メモリMR6は、第1磁化固定層FF1と電気的に接続する磁化自由層FR1を備えている。本実施形態において、磁化自由層FR1は、平面視において一対の第1磁化固定層FF1全体と重なるように設けられる。すなわち、磁化自由層FR1は、第1磁化固定層FF11と第1磁化固定層FF12の全体を覆うように設けられることとなる。
第1磁化固定層FF1上にキャップ層CA1が設けられている場合、磁化自由層FR1は、平面視においてキャップ層CA1全体と重なるように、キャップ層CA1上に設けられることとなる。この場合、磁化自由層FR1は、キャップ層CA1を介して第1磁化固定層FF1へ電気的に接続する。
The magnetoresistive memory MR6 includes a magnetization free layer FR1 that is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1. In the present embodiment, the magnetization free layer FR1 is provided so as to overlap the entire pair of first magnetization fixed layers FF1 in plan view. That is, the magnetization free layer FR1 is provided so as to cover the entire first magnetization fixed layer FF11 and the first magnetization fixed layer FF12.
When the cap layer CA1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1, the magnetization free layer FR1 is provided on the cap layer CA1 so as to overlap the entire cap layer CA1 in plan view. In this case, the magnetization free layer FR1 is electrically connected to the first magnetization fixed layer FF1 via the cap layer CA1.

磁気抵抗メモリMR6は、磁化自由層FR1上に設けられた非磁性層TB1と、非磁性層TB1上に設けられた第2磁化固定層RF1と、を備えている。これにより、磁気抵抗メモリMR6は、互いに積層された磁化自由層FR1と、非磁性層TB1と、第2磁化固定層RF1と、により構成される磁気トンネル接合TJ1を有することとなる。なお、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1としては、たとえば第1の実施形態において例示したものを採用することができる。   The magnetoresistive memory MR6 includes a nonmagnetic layer TB1 provided on the magnetization free layer FR1 and a second magnetization fixed layer RF1 provided on the nonmagnetic layer TB1. As a result, the magnetoresistive memory MR6 has the magnetic tunnel junction TJ1 constituted by the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 that are stacked together. As the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1, for example, those exemplified in the first embodiment can be adopted.

磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1それぞれの側面は、同一面を形成している。このような構造は、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を、エッチングにより同時に加工することにより実現され得る。本実施形態によれば、このようなプロセスを行うことによって、上述したように、歩留まりに優れた半導体装置を実現することができる。磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1それぞれの側面により構成される面は、平面であってもよく、湾曲面であってもよい。なお、同一面を形成するとは、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を同時に加工した場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した凹凸の発生を許容するものである。磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1の平面形状が矩形である場合には、互いに同じ方向へ向いた各層の一面が、一の平面を構成することとなる。   The side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 form the same surface. Such a structure can be realized by simultaneously processing the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 by etching. According to the present embodiment, by performing such a process, it is possible to realize a semiconductor device excellent in yield as described above. The surface constituted by the side surfaces of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 may be a flat surface or a curved surface. Note that the formation of the same surface allows the occurrence of unevenness due to processing conditions such as etching selectivity of each layer when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed simultaneously. Is. When the planar shapes of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are rectangular, one surface of each layer facing in the same direction constitutes one plane.

また、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1は、たとえば互いに同一の平面形状を有する。このような構造は、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を、エッチングにより同時に加工することにより実現され得る。本実施形態によれば、このようなプロセスを行うことによって、上述したように、歩留まりに優れた半導体装置を実現することができる。なお、互いに同一の平面形状であるとは、磁化自由層FR1、非磁性層TB1および第2磁化固定層RF1を同時に加工した場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した平面形状のずれを許容するものである。   Moreover, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have, for example, the same planar shape. Such a structure can be realized by simultaneously processing the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 by etching. According to the present embodiment, by performing such a process, it is possible to realize a semiconductor device excellent in yield as described above. Note that the same planar shape means that the planar shape caused by processing conditions such as etching selectivity of each layer when the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are processed simultaneously. A deviation is allowed.

本実施形態においては、平面視において、第1磁化固定層FF1の外形線の一部が、磁化自由層FR1の外形線と重なっている。このような構造は、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1の加工とともに、第1磁化固定層FF1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分を選択的に除去することにより実現され得る。本実施形態によれば、このようなプロセスを行うことによって、上述したように、磁気トンネル接合TJ1におけるショートの発生をより確実に抑制することが可能となる。
本実施形態では、たとえば磁化自由層FR1の下面の外形線と、第1磁化固定層FF1の下面の外形線と、を観察した場合において、第1磁化固定層FF1の外形線の一部が磁化自由層FR1の外形線と平面視において重なる態様を採用することができる。
In the present embodiment, a part of the outline of the first magnetization fixed layer FF1 overlaps the outline of the magnetization free layer FR1 in plan view. Such a structure selectively processes a portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 along with the processing of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1. It can be realized by removing. According to the present embodiment, by performing such a process, it is possible to more reliably suppress the occurrence of a short circuit in the magnetic tunnel junction TJ1 as described above.
In the present embodiment, for example, when the outline of the lower surface of the magnetization free layer FR1 and the outline of the lower surface of the first magnetization fixed layer FF1 are observed, a part of the outline of the first magnetization fixed layer FF1 is magnetized. It is possible to adopt an aspect that overlaps the outline of the free layer FR1 in plan view.

また、本実施形態においては、平面視において、第1磁化固定層FF1の外形線のうちの磁化自由層FR1の外形線と重なる一部が、エッチングストッパ膜ES3の内側に位置している。すなわち、エッチングストッパ膜ES3は、第1磁化固定層FF1や磁化自由層FR1により覆われない部分を有することとなる。これにより、上述したように、磁気抵抗メモリMR6周囲に位置するプラグ等の構成部材を、エッチングストッパ膜ES3により保護することが可能となる。   In the present embodiment, a part of the outline of the first magnetization fixed layer FF1 that overlaps the outline of the magnetization free layer FR1 is located inside the etching stopper film ES3 in plan view. That is, the etching stopper film ES3 has a portion that is not covered by the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1. As a result, as described above, components such as plugs located around the magnetoresistive memory MR6 can be protected by the etching stopper film ES3.

図21においては、コンタクトビアCV1の全体が、エッチングストッパ膜ES3のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分の下に形成される場合が例示される。コンタクトビアCV1の配置は、これに限定されず、たとえばコンタクトビアCV1の一部が平面視において磁化自由層FR1と重なっていてもよい。この場合、磁気抵抗メモリMR6の小型化を図ることが可能となる。   FIG. 21 illustrates a case where the entire contact via CV1 is formed under a portion of the etching stopper film ES3 that is not covered with the magnetization free layer FR1. The arrangement of the contact via CV1 is not limited to this. For example, a part of the contact via CV1 may overlap with the magnetization free layer FR1 in a plan view. In this case, it is possible to reduce the size of the magnetoresistive memory MR6.

図22では、第1磁化固定層FF1の平面形状が矩形である場合が例示されている。この場合、一対の第1磁化固定層FF1は、平面視において、たとえば一方の第1磁化固定層FF1の外形線のうちの他方の第1磁化固定層FF1と対向する一辺を除く三辺が、磁化自由層FR1の外形線と重なるように設けられる。このとき、一方の第1磁化固定層FF1の外形線のうちの他方の第1磁化固定層FF12と対向する上記一辺は、平面視において磁化自由層FR1の内側に位置し、磁化自由層FR1の外形線とは重ならないこととなる。また、一方の第1磁化固定層FF1の外形線のうちの他方の第1磁化固定層FF1と対向する上記一辺を除く上記三辺は、平面視においてエッチングストッパ膜ES3の内側に位置することとなる。
図22に示す例では、第1磁化固定層FF11の外形線のうちの第1磁化固定層FF12と対向する一辺を除く三辺が、磁化自由層FR1の外形線と重なるように、第1磁化固定層FF11が設けられている。また、第1磁化固定層FF12の外形線のうちの第1磁化固定層FF11と対向する一辺を除く三辺が、磁化自由層FR1の外形線と重なるように、第1磁化固定層FF12が設けられている。
FIG. 22 illustrates a case where the planar shape of the first magnetization fixed layer FF1 is a rectangle. In this case, the pair of first magnetization fixed layers FF1 has, for example, three sides excluding one side facing the other first magnetization fixed layer FF1 in the outline of one first magnetization fixed layer FF1 in a plan view. It is provided so as to overlap with the outline of the magnetization free layer FR1. At this time, the one side facing the other first magnetization fixed layer FF12 of the outline of one first magnetization fixed layer FF1 is located inside the magnetization free layer FR1 in a plan view, and the one side of the magnetization free layer FR1 It will not overlap with the outline. Further, of the outline of one first magnetization fixed layer FF1, the three sides excluding the one side facing the other first magnetization fixed layer FF1 are located inside the etching stopper film ES3 in plan view. Become.
In the example shown in FIG. 22, the first magnetization is such that three sides of the outline of the first magnetization fixed layer FF11 except for one side facing the first magnetization fixed layer FF12 overlap with the outline of the magnetization free layer FR1. A fixed layer FF11 is provided. In addition, the first magnetization fixed layer FF12 is provided so that three sides of the outer shape line of the first magnetization fixed layer FF12 excluding one side facing the first magnetization fixed layer FF11 overlap with the outer shape line of the magnetization free layer FR1. It has been.

本実施形態において、第1磁化固定層FF1の側面の一部は、たとえば磁化自由層FR1の側面と連続している。このような構造は、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1の加工とともに、第1磁化固定層FF1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分を選択的に除去することにより実現され得る。本実施形態によれば、このようなプロセスを行うことによって、上述したように、磁気トンネル接合TJ1におけるショートの発生をより確実に抑制することが可能となる。第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1の間にキャップ層CA1が設けられている場合には、第1磁化固定層FF1の側面の一部と、キャップ層CA1の側面の一部と、磁化自由層FR1の側面と、が互いに連続するように設けられることとなる。
なお、第1磁化固定層FF1の側面の一部が磁化自由層FR1の側面と連続しているとは、第1磁化固定層FF1の側面の一部と、磁化自由層FR1の側面と、の間に不連続な段差が存在しない場合を指す。一方で、磁化自由層FR1とともに第1磁化固定層FF1をエッチング加工した場合における、各層のエッチング選択性等の加工条件に起因した凹凸の発生は許容され得るものである。
In the present embodiment, a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1 is continuous with, for example, the side surface of the magnetization free layer FR1. Such a structure selectively processes a portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 along with the processing of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1. It can be realized by removing. According to the present embodiment, by performing such a process, it is possible to more reliably suppress the occurrence of a short circuit in the magnetic tunnel junction TJ1 as described above. When the cap layer CA1 is provided between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1, a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1, a part of the side surface of the cap layer CA1, and the magnetization The side surfaces of the free layer FR1 are provided so as to be continuous with each other.
Note that a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1 is continuous with the side surface of the magnetization free layer FR1 means that a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1 and the side surface of the magnetization free layer FR1. This refers to the case where there are no discontinuous steps between them. On the other hand, when the first magnetization fixed layer FF1 is etched together with the magnetization free layer FR1, the occurrence of unevenness due to processing conditions such as etching selectivity of each layer can be allowed.

また、本実施形態においては、磁化自由層FR1の側面と連続する第1磁化固定層FF1の側面の一部は、平面視においてエッチングストッパ膜ES3の内側に位置する。すなわち、エッチングストッパ膜ES3は、第1磁化固定層FF1や磁化自由層FR1により覆われない部分を有することとなる。これにより、磁気抵抗メモリMR6より下層であって、かつ磁気抵抗メモリMR6の周囲に位置するプラグ等の構成部材を、エッチングストッパ膜ES3により保護することができる。   In the present embodiment, a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1 that is continuous with the side surface of the magnetization free layer FR1 is located inside the etching stopper film ES3 in plan view. That is, the etching stopper film ES3 has a portion that is not covered by the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1. Thereby, constituent members such as plugs that are lower than the magnetoresistive memory MR6 and are located around the magnetoresistive memory MR6 can be protected by the etching stopper film ES3.

図22に示す例では、第1磁化固定層FF1の平面形状が矩形である。この場合、一対の第1磁化固定層FF1は、たとえば一方の第1磁化固定層FF1の側面のうちの他方の第1磁化固定層FF1と対向する一面を除く三面が、磁化自由層FR1の側面と連続するように設けられる。このとき、一方の第1磁化固定層FF1の側面のうちの他方の第1磁化固定層FF12と対向する上記一面は、平面視において磁化自由層FR1の内側に位置し、磁化自由層FR1の側面とは連続しないこととなる。また、一方の第1磁化固定層FF1の側面のうちの他方の第1磁化固定層FF1と対向する上記一面を除く上記三面は、平面視においてエッチングストッパ膜ES3の内側に位置することとなる。
図22に示す例においては、第1磁化固定層FF11の側面のうちの第1磁化固定層FF12と対向する一面を除く三面が、磁化自由層FR1の側面と連続するように、第1磁化固定層FF11が設けられている。また、第1磁化固定層FF12の側面のうちの第1磁化固定層FF11と対向する一面を除く三面が、磁化自由層FR1の側面と連続するように、第1磁化固定層FF12が設けられている。
In the example shown in FIG. 22, the planar shape of the first magnetization fixed layer FF1 is a rectangle. In this case, in the pair of first magnetization fixed layers FF1, for example, three of the side surfaces of one first magnetization fixed layer FF1 excluding one surface facing the other first magnetization fixed layer FF1 are side surfaces of the magnetization free layer FR1. It is provided to be continuous. At this time, one of the side surfaces of the first magnetization fixed layer FF1 facing the other first magnetization fixed layer FF12 is located inside the magnetization free layer FR1 in a plan view, and the side surface of the magnetization free layer FR1 Will not be continuous. In addition, among the side surfaces of one first magnetization fixed layer FF1, the three surfaces other than the one surface facing the other first magnetization fixed layer FF1 are located inside the etching stopper film ES3 in plan view.
In the example shown in FIG. 22, the first magnetization pinned layer is such that three of the side surfaces of the first magnetization pinned layer FF11 excluding one surface facing the first magnetization pinned layer FF12 are continuous with the side surface of the magnetization free layer FR1. A layer FF11 is provided. In addition, the first magnetization fixed layer FF12 is provided such that three of the side surfaces of the first magnetization fixed layer FF12 excluding one surface facing the first magnetization fixed layer FF11 are continuous with the side surface of the magnetization free layer FR1. Yes.

本実施形態においては、磁化自由層FR1の側面と連続する第1磁化固定層FF1の側面の一部は、たとえば半導体基板SB1平面に対して垂直に形成することができる。これにより、第1磁化固定層FF1がエッチングされて生じる堆積物が非磁性層の側壁に残存することを、より確実に抑制することが可能となる。このような構造は、たとえば磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1の加工とともに、第1磁化固定層FF1をエッチングにより選択的に除去する処理を、適切に条件を選択したドライエッチングを行うことによって実現され得る。   In the present embodiment, a part of the side surface of the first magnetization fixed layer FF1 that is continuous with the side surface of the magnetization free layer FR1 can be formed, for example, perpendicular to the plane of the semiconductor substrate SB1. As a result, it is possible to more reliably suppress deposits generated by etching the first magnetization fixed layer FF1 from remaining on the sidewalls of the nonmagnetic layer. In such a structure, for example, the conditions for selectively removing the first magnetization fixed layer FF1 by etching together with the processing of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 are appropriately selected. It can be realized by performing dry etching.

図24は、図21に示す磁気抵抗メモリMR6の変形例を示す断面図である。
図24に示すように、エッチングストッパ膜ES3は、第1磁化固定層FF1が設けられる一面に、磁化自由層FR1によって覆われた一の領域から、磁化自由層FR1によって覆われていない他の領域へ向けて低くなる段差DL1を有していてもよい。この場合、第1磁化固定層FF1をエッチングする際に、十分にオーバーエッチングすることが可能となるため、非磁性層TB1の側壁に堆積物が残存することを確実に抑制できる。段差DL1の高さは、とくに限定されないが、たとえば1nm以上10nm以下とすることができる。なお、段差DL1は、後述するように、第1磁化固定層FF1をエッチングにより選択的に除去する際に、エッチングストッパ膜ES3のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分の上部を除去することにより実現され得る。
FIG. 24 is a sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory MR6 shown in FIG.
As shown in FIG. 24, the etching stopper film ES3 is formed on one surface where the first magnetization fixed layer FF1 is provided from one region covered by the magnetization free layer FR1 to another region not covered by the magnetization free layer FR1. You may have level | step difference DL1 which becomes low toward. In this case, when the first magnetization fixed layer FF1 is etched, the overetching can be sufficiently performed, so that it is possible to reliably suppress the deposit from remaining on the sidewall of the nonmagnetic layer TB1. The height of the step DL1 is not particularly limited, but can be, for example, 1 nm or more and 10 nm or less. As will be described later, when the first magnetization fixed layer FF1 is selectively removed by etching, the step DL1 removes the upper portion of the etching stopper film ES3 that is not covered by the magnetization free layer FR1. Can be realized.

図35は、図21に示す磁気抵抗メモリMR6の変形例を示す断面図であって、図24とは異なる例が示されている。
図35に示すように、一対の第1磁化固定層FF1は、互いに対向するそれぞれの側面が、上端から下端へ向けて互いに近接していくように傾斜していてもよい。このとき、たとえば一対のエッチングストッパ膜ES3についても、互いに対向するそれぞれの側面が、上端から下端へ向けて互いに近接していくように傾斜するように設けられる。また、たとえば一対のキャップ層CA1についても、互いに対向するそれぞれの側面が、上端から下端へ向けて互いに近接していくように傾斜するように設けられる。このような構造は、後述する半導体装置SD1の製造方法において、積層体LM1を下端から上端へ向けて幅が小さくなるテーパ状に形成した後、第1磁化固定層FF1およびキャップ層CA1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分を磁化自由層FR1の加工とともに選択的に除去することにより実現され得る。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a modified example of the magnetoresistive memory MR6 shown in FIG. 21, and an example different from FIG. 24 is shown.
As shown in FIG. 35, the pair of first magnetization fixed layers FF1 may be inclined so that the side surfaces facing each other are close to each other from the upper end toward the lower end. At this time, for example, the pair of etching stopper films ES3 are also provided so that the respective side surfaces facing each other are inclined so as to approach each other from the upper end toward the lower end. Further, for example, the pair of cap layers CA1 are also provided so that the respective side surfaces facing each other are inclined so as to approach each other from the upper end toward the lower end. In such a structure, in the manufacturing method of the semiconductor device SD1 described later, after the stacked body LM1 is formed in a tapered shape whose width decreases from the lower end toward the upper end, the first magnetization fixed layer FF1 and the cap layer CA1 This can be realized by selectively removing the portion not covered by the magnetization free layer FR1 together with the processing of the magnetization free layer FR1.

本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6は、第1の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR1と同様にして、書き込み動作および読み出し動作を行うことができる。   The magnetoresistive memory MR6 according to the present embodiment can perform a write operation and a read operation in the same manner as the magnetoresistive memory MR1 according to the first embodiment.

図25は、図26および図27に示すグラフを説明するための模式図である。図25では、長さL、幅120nm、高さ12nmの直方体状の磁化固定層が示されている。この磁化固定層は、図25における白抜き矢印が示す方向に、一様に磁化されている。また、図25中の点Aは、磁化固定層の上面の中心から、磁化固定層の厚み方向に距離dだけ離れた点を指す。ここでは、点Aにおける磁化固定層からの漏洩磁界を計算により求めた。   FIG. 25 is a schematic diagram for explaining the graphs shown in FIGS. 26 and 27. In FIG. 25, a rectangular parallelepiped magnetization fixed layer having a length L, a width of 120 nm, and a height of 12 nm is shown. This magnetization fixed layer is uniformly magnetized in the direction indicated by the white arrow in FIG. A point A in FIG. 25 indicates a point separated from the center of the upper surface of the magnetization fixed layer by a distance d in the thickness direction of the magnetization fixed layer. Here, the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer at point A was obtained by calculation.

図26は、図25に示す磁化固定層の長さLと、点Aにおける磁化固定層からの漏洩磁界と、の関係を示すグラフである。図26においては、距離dを6nmまたは21nmに固定した場合の、漏洩磁界の長さLに対する依存性が示されている。距離dが6nmの場合と、距離dが21nmの場合と、を比較すると、長さLが120mm以上では同程度であるのに対し、長さLが80nm以下となると顕著な差が生じることが分かる。とくに、長さLを30nmとした場合には、距離dが6nmである場合の漏洩磁界は、距離dが21nmである場合の2.5倍程度となる。   FIG. 26 is a graph showing the relationship between the length L of the magnetization fixed layer shown in FIG. 25 and the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer at point A. FIG. 26 shows the dependence on the length L of the leakage magnetic field when the distance d is fixed at 6 nm or 21 nm. Comparing the case where the distance d is 6 nm and the case where the distance d is 21 nm, the length L is about the same when the length L is 120 mm or more, but a significant difference may occur when the length L is 80 nm or less. I understand. In particular, when the length L is 30 nm, the leakage magnetic field when the distance d is 6 nm is about 2.5 times that when the distance d is 21 nm.

このような計算結果に基づけば、磁化自由層FR1における第1磁化固定層FF1からの漏洩磁界を大きくするためには、磁化自由層FR1と第1磁化固定層FF1との間隔を狭くしつつ、第1磁化固定層FF1の長さLを適度に小さくすることが重要であることがわかる。磁化自由層FR1と第1磁化固定層FF1との間隔は、たとえばキャップ層CA1を薄膜化することにより薄くすることができる。見方を変えると、漏洩磁界を増大させる必要がある場合であっても、キャップ層CA1を薄くしつつ第1磁化固定層FF1の長さLを適度に小さくすることで漏洩磁界の増大を実現できるため、第1磁化固定層FF1の膜厚を薄くすることができる。したがって、第1磁化固定層FF1を形成するための高価な金属材料の使用量を削減し、製造コストの低減を図ることが可能となる。   Based on such a calculation result, in order to increase the leakage magnetic field from the first magnetization fixed layer FF1 in the magnetization free layer FR1, while reducing the interval between the magnetization free layer FR1 and the first magnetization fixed layer FF1, It can be seen that it is important to appropriately reduce the length L of the first magnetization fixed layer FF1. The distance between the magnetization free layer FR1 and the first magnetization fixed layer FF1 can be reduced, for example, by reducing the thickness of the cap layer CA1. In other words, even when the leakage magnetic field needs to be increased, an increase in the leakage magnetic field can be realized by appropriately reducing the length L of the first magnetization fixed layer FF1 while thinning the cap layer CA1. Therefore, the film thickness of the first magnetization fixed layer FF1 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of expensive metal material used for forming the first magnetization fixed layer FF1 and to reduce the manufacturing cost.

また、本実施形態においては、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1の加工とともに、第1磁化固定層FF1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分が選択的に除去される。このため、第1の実施形態と比較して、第1磁化固定層FF1の長さLを短くすることができる。図26に示す結果に基づけば、距離dを一定値以下としつつ、長さLを上述のように短くすることにより、より大きな漏洩磁界を得ることが可能となる。このため、本実施形態によれば、磁気抵抗メモリMR6の動作性能の向上に寄与することが可能となる。
なお、第1磁化固定層FF1の、一対の第1磁化固定層FF1を結ぶ直線方向における長さLは、とくに限定されないが、5nm以上300nm以下とすることができ、10nm以上100nm以下とすることがより好ましい態様として採用できる。
In the present embodiment, the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 is selected along with the processing of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1. Removed. For this reason, compared with 1st Embodiment, the length L of 1st magnetization fixed layer FF1 can be shortened. Based on the result shown in FIG. 26, it is possible to obtain a larger leakage magnetic field by shortening the length L as described above while keeping the distance d below a certain value. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to contribute to the improvement of the operation performance of the magnetoresistive memory MR6.
The length L of the first magnetization fixed layer FF1 in the linear direction connecting the pair of first magnetization fixed layers FF1 is not particularly limited, but may be 5 nm to 300 nm, and may be 10 nm to 100 nm. Can be adopted as a more preferred embodiment.

図27は、図25に示す磁化固定層から点Aまでの距離dと、点Aにおける磁化固定層からの漏洩磁界と、の関係を示すグラフである。図27においては、長さLを30nmまたは280nmに固定した場合の、漏洩磁界の距離dに対する依存性が示されている。距離dが20nm以下の領域においては、長さLが30nmである場合の方が、長さLが280nmである場合よりも、点Aにおける漏洩磁界が大きいことが分かる。また、長さLが30nmである場合の漏洩磁界と、長さLが280nmである場合の漏洩磁界と、の差は、距離dが短くなるほど大きくなることが示されている。   FIG. 27 is a graph showing the relationship between the distance d from the magnetization fixed layer to the point A shown in FIG. 25 and the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer at the point A. FIG. 27 shows the dependence of the leakage magnetic field on the distance d when the length L is fixed at 30 nm or 280 nm. It can be seen that in the region where the distance d is 20 nm or less, the leakage magnetic field at the point A is larger when the length L is 30 nm than when the length L is 280 nm. Further, it is shown that the difference between the leakage magnetic field when the length L is 30 nm and the leakage magnetic field when the length L is 280 nm is larger as the distance d is shorter.

実際には第1磁化固定層FF1の形状は様々ではあるが、図27に示す結果からは、第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1との間の距離dは15nm以下であることが望ましいと考えられる。これにより、第1磁化固定層FF1の膜厚が薄い場合であっても、長さLを調整することにより十分な漏洩磁界が得られる。したがって、第1磁化固定層FF1を形成するための高価な金属材料の使用量を削減し、製造コストの低減を図ることが可能となる。   Actually, the shape of the first magnetization fixed layer FF1 is various, but from the result shown in FIG. 27, the distance d between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1 is preferably 15 nm or less. it is conceivable that. Thereby, even if the film thickness of the first magnetization fixed layer FF1 is thin, a sufficient leakage magnetic field can be obtained by adjusting the length L. Therefore, it is possible to reduce the amount of expensive metal material used for forming the first magnetization fixed layer FF1 and to reduce the manufacturing cost.

また、本実施形態においては、磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1の加工とともに、第1磁化固定層FF1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分が選択的に除去される。すなわち、第1磁化固定層FF1上に、膜厚の大きいエッチングストッパ膜ES1を形成する必要がない。このため、第1の実施形態と比較して、第1磁化固定層FF1と磁化自由層FR1との間の距離dを、十分に短くすることができる。図27に示す結果に基づけば、このように距離dを短くすることにより、より大きな漏洩磁界を得ることが可能となる。したがって、本実施形態によれば、磁気抵抗メモリMR6の動作性能の向上に寄与することが可能となる。   In the present embodiment, the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 is selected along with the processing of the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1. Removed. That is, it is not necessary to form the etching stopper film ES1 having a large film thickness on the first magnetization fixed layer FF1. For this reason, as compared with the first embodiment, the distance d between the first magnetization fixed layer FF1 and the magnetization free layer FR1 can be sufficiently shortened. Based on the result shown in FIG. 27, it is possible to obtain a larger leakage magnetic field by shortening the distance d in this way. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to contribute to the improvement of the operation performance of the magnetoresistive memory MR6.

図28〜30は、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法は、たとえば次のように行われる。まず、エッチングストッパ膜ES3および第1磁化固定層FF1が順に積層されてなり、かつ互いに平面方向に離間した一対の積層体LM1を形成する。次いで、一対の上記積層体LM1を覆うよう、磁化自由層FR1となる第1層FL1を形成する。次いで、第1層FL1上に、非磁性層TB1となる第2層SL1を形成する。次いで、第2層SL1上に、第2磁化固定層RF1となる第3層TL1を形成する。次いで、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングして磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を形成するとともに、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去する。図28〜30においては、このような半導体装置SD1の製造方法の一例がそれぞれ例示されている。
以下、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法につき詳細に説明する。
28 to 30 are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment.
The manufacturing method of the semiconductor device SD1 according to this embodiment is performed as follows, for example. First, the etching stopper film ES3 and the first magnetization fixed layer FF1 are sequentially stacked, and a pair of stacked bodies LM1 separated from each other in the planar direction is formed. Next, a first layer FL1 serving as the magnetization free layer FR1 is formed so as to cover the pair of stacked bodies LM1. Next, a second layer SL1 to be the nonmagnetic layer TB1 is formed on the first layer FL1. Next, a third layer TL1 to be the second magnetization fixed layer RF1 is formed on the second layer SL1. Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching to form the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1, and the first magnetization fixed A portion of the layer FF1 that is not covered with the magnetization free layer FR1 is removed by etching. 28 to 30 exemplify methods for manufacturing such a semiconductor device SD1.
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the present embodiment will be described in detail.

まず、トランジスタTR1が設けられた半導体基板SB1上に、コンタクトビアCV1が埋め込まれた絶縁層IF3を形成する。なお、絶縁層IF3は、たとえば複数の層間絶縁膜上に形成される。コンタクトビアCV1は、これらの層間絶縁膜内に形成された配線およびビアを介して、たとえばトランジスタTR1へ電気的に接続される。   First, the insulating layer IF3 in which the contact via CV1 is embedded is formed on the semiconductor substrate SB1 provided with the transistor TR1. Insulating layer IF3 is formed, for example, on a plurality of interlayer insulating films. Contact via CV1 is electrically connected to, for example, transistor TR1 through the wiring and via formed in these interlayer insulating films.

次に、エッチングストッパ膜ES3および第1磁化固定層FF1が順に積層されてなり、かつ互いに平面方向に離間した一対の積層体LM1を形成する。この一対の積層体LM1は、たとえば次のように形成される。
まず、図28(a)に示すように、エッチングストッパ膜ES3と、第1磁化固定層FF11と、キャップ層CA1と、が順に積層された積層体LM11を形成する。積層体LM11は、エッチングストッパ膜ES3となる導電体層と、第1磁化固定層FF11となる磁性材料層と、キャップ層CA1となる導電体層と、を順に積層した後、これらをエッチングによりパターニングすることにより得られる。
次いで、図28(b)に示すように、エッチングストッパ膜ES3と、第1磁化固定層FF12と、キャップ層CA1と、が順に積層された積層体LM12を形成する。積層体LM12は、エッチングストッパ膜ES3となる導電体層と、第1磁化固定層FF12となる磁性材料層と、キャップ層CA1となる導電体層と、を積層体LM11を覆うように順に積層した後、これらをエッチングによりパターニングすることにより得られる。
これにより、一対の積層体LM1が得られることとなる。
Next, the etching stopper film ES3 and the first magnetization fixed layer FF1 are sequentially stacked, and a pair of stacked bodies LM1 that are separated from each other in the planar direction is formed. This pair of laminated bodies LM1 is formed as follows, for example.
First, as shown in FIG. 28A, a stacked body LM11 in which an etching stopper film ES3, a first magnetization fixed layer FF11, and a cap layer CA1 are stacked in this order is formed. The stacked body LM11 is formed by sequentially stacking a conductor layer to be the etching stopper film ES3, a magnetic material layer to be the first magnetization fixed layer FF11, and a conductor layer to be the cap layer CA1, and then patterning them by etching. Can be obtained.
Next, as illustrated in FIG. 28B, a stacked body LM12 in which the etching stopper film ES3, the first magnetization fixed layer FF12, and the cap layer CA1 are sequentially stacked is formed. The stacked body LM12 is formed by sequentially stacking a conductive layer that becomes the etching stopper film ES3, a magnetic material layer that becomes the first magnetization fixed layer FF12, and a conductive layer that becomes the cap layer CA1 so as to cover the stacked body LM11. Thereafter, these are obtained by patterning by etching.
Thereby, a pair of laminated body LM1 will be obtained.

本実施形態においては、上述のように、たとえばエッチングストッパ膜ES3、第1磁化固定層FF1、およびキャップ層CA1が順に積層されてなる積層体LM1を形成することができる。これにより、たとえば積層体LM12を加工する際や、後述する絶縁層IF1に対してエッチバック処理を行う際等に、第1磁化固定層FF1表面にダメージが生じることを抑制することができる。また、プロセス中における、空気中の酸素や層間絶縁膜中の水分に起因した第1磁化固定層FF1への影響を抑制することもできる。   In the present embodiment, as described above, for example, the stacked body LM1 in which the etching stopper film ES3, the first magnetization fixed layer FF1, and the cap layer CA1 are sequentially stacked can be formed. Thereby, for example, when the stacked body LM12 is processed or when an etch-back process is performed on an insulating layer IF1 described later, it is possible to suppress the surface of the first magnetization fixed layer FF1 from being damaged. In addition, it is possible to suppress the influence on the first magnetization fixed layer FF1 due to oxygen in the air and moisture in the interlayer insulating film during the process.

次に、図28(c)に示すように、絶縁層IF3上に一対の積層体LM1上を覆うように絶縁層IF1を形成する。次いで、絶縁膜IF1に対しCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化を行う。次いで、図29(a)に示すように、絶縁膜IF1に対し全面エッチバックを行い、一対の積層体LM1の上面を露出させる。全面エッチバックを用いずに、CMPのみで一対の積層体LM1の上面を露出させる場合もある。
なお、図29(b)に示すように、絶縁層IF1に対しエッチバックまたはCMPを行うことによって、キャップ層CA1が消滅してもよい。この場合、積層体LM1の上面は第1磁化固定層FF1により構成されることとなる。
Next, as illustrated in FIG. 28C, the insulating layer IF1 is formed on the insulating layer IF3 so as to cover the pair of stacked bodies LM1. Next, the insulating film IF1 is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Next, as shown in FIG. 29A, the entire surface of the insulating film IF1 is etched back to expose the upper surfaces of the pair of stacked bodies LM1. In some cases, the upper surfaces of the pair of stacked bodies LM1 are exposed only by CMP without using the entire surface etch back.
As shown in FIG. 29B, the cap layer CA1 may disappear by performing etch back or CMP on the insulating layer IF1. In this case, the upper surface of the stacked body LM1 is constituted by the first magnetization fixed layer FF1.

次に、一対の積層体LM1を覆うよう、磁化自由層FR1となる第1層FL1を形成する。次いで、第1層FL1上に非磁性層TB1となる第2層SL1を形成する。次いで、第2層SL1上に、第2磁化固定層RF1となる第3層TL1を形成する。第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1は、たとえば第1の実施形態において例示した方法と同様にして形成することができる。これにより、図30(a)に示す構造が得られる。   Next, a first layer FL1 serving as the magnetization free layer FR1 is formed so as to cover the pair of stacked bodies LM1. Next, the second layer SL1 to be the nonmagnetic layer TB1 is formed on the first layer FL1. Next, a third layer TL1 to be the second magnetization fixed layer RF1 is formed on the second layer SL1. The first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 can be formed, for example, in the same manner as the method exemplified in the first embodiment. As a result, the structure shown in FIG.

次に、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1を同時にエッチングによりパターニングして磁化自由層FR1、非磁性層TB1、および第2磁化固定層RF1を形成するとともに、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去する。このとき、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1のエッチングと、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分のエッチングと、は互いに同じマスクを使用して行われる。第1層FL1、第2層SL1、第3層TL1、および第1磁化固定層FF1に対するエッチングは、レジストマスクまたはレジストマスクで加工されたSiO等のハードマスクを使用して行うことができる。また、第1層FL1、第2層SL1、第3層TL1、および第1磁化固定層FF1に対するエッチングは、たとえばメタノールをエッチャントとしたドライエッチングにより行われる。
第1磁化固定層FF1上にキャップ層CA1が設けられている場合には、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1をパターニングするとともに、第1磁化固定層FF1およびキャップ層CA1のうちの磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去することとなる。
これにより、図21に示す磁気抵抗メモリMR6が形成されることとなる。
Next, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are simultaneously patterned by etching to form the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1, and the first magnetization A portion of the fixed layer FF1 that is not covered with the magnetization free layer FR1 is removed by etching. At this time, the same mask is used for the etching of the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 and the etching of the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1. Done. Etching of the first layer FL1, the second layer SL1, the third layer TL1, and the first magnetization fixed layer FF1 can be performed using a resist mask or a hard mask such as SiO 2 processed with the resist mask. Etching for the first layer FL1, the second layer SL1, the third layer TL1, and the first magnetization fixed layer FF1 is performed by dry etching using, for example, methanol as an etchant.
When the cap layer CA1 is provided on the first magnetization fixed layer FF1, the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are patterned, and the first magnetization fixed layer FF1 and the cap layer CA1. Of these, the portion not covered with the magnetization free layer FR1 is removed by etching.
As a result, the magnetoresistive memory MR6 shown in FIG. 21 is formed.

本実施形態において、エッチングストッパ膜ES3は、たとえば第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去する際に、下層に位置するコンタクトビアCV1を保護する保護膜として機能する。このため、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去する工程は、エッチングストッパ膜ES3のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分が残存する条件により行うことができる。   In the present embodiment, the etching stopper film ES3 is, for example, a protective film that protects the contact via CV1 located in the lower layer when the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 is removed by etching. Function as. For this reason, the step of removing the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 by etching depends on the condition that the portion of the etching stopper film ES3 that is not covered by the magnetization free layer FR1 remains. It can be carried out.

図30(b)においては、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1がパターニングされた後であって、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分がエッチングにより除去される前における構造が示されている。本実施形態においては、たとえば第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1をパターニングして図30(b)に示す構造を得た後、他のプロセスを介して、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分に対するエッチング処理を行うことができる。一方で、第1層FL1、第2層SL1、および第3層TL1のパターニングと同時に、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングすることもできる。   In FIG. 30B, after the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are patterned, a portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 The structure is shown before is removed by etching. In the present embodiment, for example, after the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1 are patterned to obtain the structure shown in FIG. 30B, the first magnetization is fixed through another process. An etching process can be performed on a portion of the layer FF1 that is not covered with the magnetization free layer FR1. On the other hand, simultaneously with the patterning of the first layer FL1, the second layer SL1, and the third layer TL1, a portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 can be etched.

本実施形態において、第1磁化固定層FF1のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分をエッチングにより除去する工程は、エッチングストッパ膜ES3のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分の上部を除去するように行われる。この場合、上記工程の後、エッチングストッパ膜ES3のうち磁化自由層FR1により覆われていない部分の下部は絶縁層IF3上に残存することとなる。この場合、第1磁化固定層FF1をエッチングする際に、十分にオーバーエッチングすることが可能となるため、非磁性層TB1の側壁に堆積物が残存することをより確実に抑制できる。   In the present embodiment, the step of removing the portion of the first magnetization fixed layer FF1 that is not covered by the magnetization free layer FR1 by etching is performed by removing the upper portion of the portion of the etching stopper film ES3 that is not covered by the magnetization free layer FR1. Done to remove. In this case, after the above process, the lower portion of the portion of the etching stopper film ES3 that is not covered by the magnetization free layer FR1 remains on the insulating layer IF3. In this case, when the first magnetization fixed layer FF1 is etched, sufficient over-etching can be performed, so that it is possible to more reliably suppress deposits from remaining on the side walls of the nonmagnetic layer TB1.

その後、たとえば第1の実施形態と同様の方法により、磁気抵抗メモリMR6上に複数の配線層を形成することができる。本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が形成されることとなる。   Thereafter, a plurality of wiring layers can be formed on the magnetoresistive memory MR6 by, for example, the same method as in the first embodiment. In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is formed in this way.

(第7の実施形態)
図31は、第7の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR7を示す断面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR7においては、一のキャップ層CA1が、一対の第1磁化固定層FF1全体を覆うように設けられる。この点を除いて、磁気抵抗メモリMR7は、第6の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6と同様である。
このような構造は、たとえば第6の実施形態に例示される半導体装置SD1の製造方法において、エッチングストッパ膜ES3と第1磁化固定層FF1により構成される一対の積層体LM1と、積層体LM1を埋め込む絶縁層IF1と、を形成した後に、一対の積層体LM1全体を覆うように一のキャップ層CA1を形成することにより実現され得る。
(Seventh embodiment)
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive memory MR7 according to the seventh embodiment.
In the magnetoresistive memory MR7 according to the present embodiment, one cap layer CA1 is provided so as to cover the entire pair of first magnetization fixed layers FF1. Except for this point, the magnetoresistive memory MR7 is the same as the magnetoresistive memory MR6 according to the sixth embodiment.
Such a structure includes, for example, a pair of stacked bodies LM1 formed of the etching stopper film ES3 and the first magnetization fixed layer FF1 in the method for manufacturing the semiconductor device SD1 exemplified in the sixth embodiment, and the stacked body LM1. After forming the insulating layer IF1 to be embedded, it can be realized by forming one cap layer CA1 so as to cover the entire pair of stacked bodies LM1.

本実施形態においては、図31に示すように、たとえばキャップ層CA1と、磁化自由層FR1と、非磁性層TB1と、第2磁化固定層RF1と、が互いに同一の平面形状を有するように、これらを形成することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 31, for example, the cap layer CA1, the magnetization free layer FR1, the nonmagnetic layer TB1, and the second magnetization fixed layer RF1 have the same planar shape. These can be formed.

本実施形態においても、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained.

(第8の実施形態)
図32は、第8の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR8を示す断面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR8においては、互いに異なる第1磁化固定層FF1上に位置する一対のキャップ層CA1が設けられる。そして、平面視において、各キャップ層CA1の外形線のうちの磁化自由層FR1の外形線と重ならない一部は、第1磁化固定層FF1と重なっていない。すなわち、各キャップ層CA1の外形線のうちの磁化自由層FR1の外形線と重ならない上記一部は、平面視において第1磁化固定層FF1の外側に位置することとなる。このような点を除いて、磁気抵抗メモリMR8は、第6の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6と同様である。
このような構造は、たとえば第6の実施形態に例示される半導体装置SD1の製造方法において、エッチングストッパ膜ES3と第1磁化固定層FF1により構成される一対の積層体LM1と、積層体LM1を埋め込む絶縁層IF1と、を形成した後に、各積層体LM1上に積層体LM1よりも大きいキャップ層CA1を形成することにより実現され得る。
(Eighth embodiment)
FIG. 32 is a sectional view showing a magnetoresistive memory MR8 according to the eighth embodiment.
In the magnetoresistive memory MR8 according to the present embodiment, a pair of cap layers CA1 located on different first magnetization fixed layers FF1 are provided. In plan view, a part of the outline of each cap layer CA1 that does not overlap with the outline of the magnetization free layer FR1 does not overlap with the first magnetization fixed layer FF1. That is, the part of the outline of each cap layer CA1 that does not overlap with the outline of the magnetization free layer FR1 is located outside the first magnetization fixed layer FF1 in plan view. Except for this point, the magnetoresistive memory MR8 is the same as the magnetoresistive memory MR6 according to the sixth embodiment.
Such a structure includes, for example, a pair of stacked bodies LM1 formed of the etching stopper film ES3 and the first magnetization fixed layer FF1 in the method for manufacturing the semiconductor device SD1 exemplified in the sixth embodiment, and the stacked body LM1. After forming the insulating layer IF1 to be embedded, it can be realized by forming a cap layer CA1 larger than the stacked body LM1 on each stacked body LM1.

本実施形態においても、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained.

(第9の実施形態)
図33は、第9の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR9を示す断面図である。
本実施形態に係る磁気抵抗メモリMR9においては、キャップ層CA1が、第1磁化固定層FF1上と、第1磁化固定層FF1およびエッチングストッパ膜ES3それぞれの側面のうちの磁化自由層FR1により覆われた部分上と、に設けられている。図33に示す例においては、一対の第1磁化固定層FF1の互いに対向するそれぞれの側面上、および一対のエッチングストッパ膜ES3の互いに対向するそれぞれの側面上に、キャップ層CA1が設けられている。このような点を除いて、磁気抵抗メモリMR9は、第6の実施形態に係る磁気抵抗メモリMR6と同様である。
このような構造は、たとえば第6の実施形態に例示される半導体装置SD1の製造方法において、エッチングストッパ膜ES3と第1磁化固定層FF1により構成される一対の積層体LM1を形成した後、積層体LM1の上面上および側面上にキャップ層CA1を形成することにより実現され得る。
(Ninth embodiment)
FIG. 33 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive memory MR9 according to the ninth embodiment.
In the magnetoresistive memory MR9 according to the present embodiment, the cap layer CA1 is covered with the magnetization free layer FR1 on the first magnetization fixed layer FF1 and among the side surfaces of the first magnetization fixed layer FF1 and the etching stopper film ES3. And provided on the part. In the example shown in FIG. 33, the cap layer CA1 is provided on each side surface of the pair of first magnetization fixed layers FF1 facing each other and on each side surface of the pair of etching stopper films ES3 facing each other. . Except for this point, the magnetoresistive memory MR9 is the same as the magnetoresistive memory MR6 according to the sixth embodiment.
Such a structure is obtained by, for example, forming a pair of stacked bodies LM1 including the etching stopper film ES3 and the first magnetization fixed layer FF1 in the method for manufacturing the semiconductor device SD1 exemplified in the sixth embodiment, and then stacking This can be realized by forming the cap layer CA1 on the upper surface and the side surface of the body LM1.

図34は、図33に示す磁気抵抗メモリMR9の変形例を示す断面図である。
図34に示すように、一対の第1磁化固定層FF1は、互いに対向するそれぞれの側面が、上端から下端へ向けて互いに近接していくように傾斜していてもよい。また、一対のエッチングストッパ膜ES3は、互いに対向するそれぞれの側面が、上端から下端へ向けて互いに近接していくように傾斜していてもよい。このような構造は、第1磁化固定層FF1およびエッチングストッパ膜ES1を加工する際のエッチング条件等を適切に調整することにより実現され得るものである。
FIG. 34 is a sectional view showing a modification of the magnetoresistive memory MR9 shown in FIG.
As shown in FIG. 34, the pair of first magnetization fixed layers FF1 may be inclined such that the side surfaces facing each other are close to each other from the upper end toward the lower end. Further, the pair of etching stopper films ES3 may be inclined such that the side surfaces facing each other are close to each other from the upper end toward the lower end. Such a structure can be realized by appropriately adjusting the etching conditions and the like when processing the first magnetization fixed layer FF1 and the etching stopper film ES1.

本実施形態においても、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained.

なお、上記実施の形態によれば、以下の発明が開示されている。
(付記1)
互いに平面方向に離間して設けられた一対のエッチングストッパ層と、
互いに異なる前記エッチングストッパ層上に設けられた一対の第1磁化固定層と、
平面視において前記一対の第1磁化固定層全体と重なり、かつ前記一対の第1磁化固定層と電気的に接続されている磁化自由層と、
前記磁化自由層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられた第2磁化固定層と、
を備え、
前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層は、互いに同一の平面形状を有している、
平面視において、前記第1磁化固定層の外形線の一部は、前記磁化自由層の外形線と重なっており、かつ前記エッチングストッパ層の内側に位置する半導体装置。
(付記2)
互いに平面方向に離間して設けられた一対のエッチングストッパ層と、
互いに異なる前記エッチングストッパ層上に設けられた一対の第1磁化固定層と、
平面視において前記一対の第1磁化固定層全体と重なり、かつ前記一対の第1磁化固定層と電気的に接続されている磁化自由層と、
前記磁化自由層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられた第2磁化固定層と、
を備え、
前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層それぞれの側面は、同一面を形成しており、
前記第1磁化固定層の側面の一部は、前記磁化自由層の側面と連続しており、かつ平面視において前記エッチングストッパ膜の内側に位置する半導体装置。
(付記3)
互いに平面方向に離間した一対の第1磁化固定層を形成する工程と、
前記一対の第1磁化固定層を覆うよう、磁化自由層となる第1層を形成する工程と、
前記第1層上に非磁性層となる第2層を形成する工程と、
前記第2層上に第2磁化固定層となる第3層を形成する工程と、
前記第1層、前記第2層、および前記第3層を同時にエッチングによりパターニングして、前記一対の第1磁化固定層それぞれの一部と重なる前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
(付記4)
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1磁化固定層を形成する前記工程の後であって前記第1層を形成する前記工程の前において、前記第1磁化固定層を覆うエッチングストッパ膜を形成する工程をさらに備える半導体装置の製造方法。
(付記5)
付記4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記エッチングストッパ膜を形成する工程は、
前記一対の第1磁化固定層を覆う導電層を形成する工程と、
前記導電層をパターニングすることにより、互いに異なる前記第1磁化固定層を覆い、かつ互いに離間した一対の前記エッチングストッパ膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(付記6)
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1磁化固定層を形成する前記工程は、
第1磁性材料層および第1導電層を順に積層する工程と、
前記第1磁性材料層および前記第1導電層をエッチングすることにより、前記一対の第1磁化固定層のうちの一方を形成する工程と、
前記一対の第1磁化固定層のうちの前記一方を覆うように、第2磁性材料層および第2導電層を順に積層する工程と、
前記第2磁性材料層および前記第2導電層をエッチングすることにより、前記一対の第1磁化固定層のうちの他方を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(付記7)
付記6に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1磁化固定層を形成する前記工程の後であって前記第1層を形成する前記工程の前において、
前記第1磁化固定層の上面および側面を覆う第3導電層を形成する工程と、
前記第3導電層をエッチバックする工程と、
をさらに備える半導体装置の製造方法。
(付記8)
エッチングストッパ膜および第1磁化固定層が順に積層されてなり、かつ互いに平面方向に離間した一対の積層体を形成する工程と、
前記一対の積層体を覆うよう、磁化自由層となる第1層を形成する工程と、
前記第1層上に非磁性層となる第2層を形成する工程と、
前記第2層上に第2磁化固定層となる第3層を形成する工程と、
前記第1層、前記第2層、および前記第3層を同時にエッチングによりパターニングして前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層を形成するとともに、前記第1磁化固定層のうち前記磁化自由層により覆われていない部分をエッチングにより除去する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
(付記9)
付記8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1磁化固定層のうち前記磁化自由層により覆われていない部分をエッチングにより除去する前記工程は、前記エッチングストッパ膜のうち前記磁化自由層により覆われていない部分の上部を除去するように行われる半導体装置の製造方法。
(付記10)
付記8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層体は、前記エッチングストッパ膜、前記第1磁化固定層、およびキャップ層が順に積層されてなる半導体装置。
In addition, according to the said embodiment, the following invention is disclosed.
(Appendix 1)
A pair of etching stopper layers provided apart from each other in the planar direction; and
A pair of first magnetization fixed layers provided on the different etching stopper layers;
A magnetization free layer that overlaps the entire pair of first magnetization fixed layers in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers;
A nonmagnetic layer provided on the magnetization free layer;
A second magnetization pinned layer provided on the nonmagnetic layer;
With
The magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetization fixed layer have the same planar shape.
A semiconductor device in plan view, wherein a part of the outline of the first magnetization fixed layer overlaps with the outline of the magnetization free layer and is located inside the etching stopper layer.
(Appendix 2)
A pair of etching stopper layers provided apart from each other in the planar direction; and
A pair of first magnetization fixed layers provided on the different etching stopper layers;
A magnetization free layer that overlaps the entire pair of first magnetization fixed layers in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers;
A nonmagnetic layer provided on the magnetization free layer;
A second magnetization pinned layer provided on the nonmagnetic layer;
With
The side surfaces of the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetization fixed layer form the same surface,
A part of the side surface of the first magnetization fixed layer is continuous with the side surface of the magnetization free layer and is located inside the etching stopper film in a plan view.
(Appendix 3)
Forming a pair of first magnetization fixed layers spaced apart from each other in a plane direction;
Forming a first layer to be a magnetization free layer so as to cover the pair of first magnetization fixed layers;
Forming a second layer to be a nonmagnetic layer on the first layer;
Forming a third layer to be a second magnetization fixed layer on the second layer;
The first layer, the second layer, and the third layer are simultaneously patterned by etching, so that the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the first layer that overlap with a part of each of the pair of first magnetization fixed layers Forming a two-magnetization pinned layer;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
(Appendix 4)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 3,
A semiconductor device further comprising a step of forming an etching stopper film covering the first magnetization fixed layer after the step of forming the first magnetization fixed layer and before the step of forming the first layer. Production method.
(Appendix 5)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 4,
The step of forming the etching stopper film includes:
Forming a conductive layer covering the pair of first magnetization fixed layers;
Patterning the conductive layer to form a pair of the etching stopper films covering the different first magnetization fixed layers and spaced apart from each other;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(Appendix 6)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 3,
The step of forming the first magnetization fixed layer includes:
Laminating a first magnetic material layer and a first conductive layer in order;
Etching one of the first magnetic material layer and the first conductive layer to form one of the pair of first magnetization fixed layers;
Laminating a second magnetic material layer and a second conductive layer in order so as to cover the one of the pair of first magnetization fixed layers;
Etching the second magnetic material layer and the second conductive layer to form the other of the pair of first magnetization fixed layers;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
(Appendix 7)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 6,
After the step of forming the first magnetization fixed layer and before the step of forming the first layer,
Forming a third conductive layer covering an upper surface and a side surface of the first magnetization fixed layer;
Etching back the third conductive layer;
A method for manufacturing a semiconductor device further comprising:
(Appendix 8)
Forming a pair of stacked bodies in which an etching stopper film and a first magnetization fixed layer are sequentially stacked and spaced apart from each other in a plane direction;
Forming a first layer to be a magnetization free layer so as to cover the pair of stacked bodies;
Forming a second layer to be a nonmagnetic layer on the first layer;
Forming a third layer to be a second magnetization fixed layer on the second layer;
The first layer, the second layer, and the third layer are simultaneously patterned by etching to form the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetization fixed layer, and the first magnetization fixed layer A step of removing a portion not covered by the magnetization free layer by etching,
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
(Appendix 9)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 8,
The step of removing the portion of the first magnetization fixed layer that is not covered by the magnetization free layer by etching is such that the upper portion of the portion of the etching stopper film that is not covered by the magnetization free layer is removed. A method for manufacturing a semiconductor device.
(Appendix 10)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 8,
The stacked body is a semiconductor device in which the etching stopper film, the first magnetization fixed layer, and a cap layer are sequentially stacked.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

SD1 半導体装置
MR1、MR2、MR3、MR4、MR5、MR6、MR7、MR8、MR9 磁気抵抗メモリ
TJ1 磁気トンネル接合
FF1、FF11、FF12 第1磁化固定層
RF1 第2磁化固定層
TB1 非磁性層
FR1 磁化自由層
ES1、ES2、ES3、FE1、SE1 エッチングストッパ膜
MW1 磁壁
MM1、MM2 磁性材料層
FL1 第1層
SL1 第2層
TL1 第3層
CL1、CL2、CL3 導電層
IF1、IF11、IF12、IF2、IF3 絶縁膜
II1、II2、II3、II4、II5、II6 層間絶縁膜
SB1 半導体基板
TR1 トランジスタ
GE1 ゲート電極
GI1 ゲート絶縁膜
DR1 ソース・ドレイン領域
EI1 素子分離膜
CP1 コンタクトプラグ
IC1、IC2、IC3、IC4、IC5 配線
CV1 コンタクトビア
CA1 キャップ層
DL1 段差
LM1、LM11、LM12 積層体
SD1 Semiconductor device MR1, MR2, MR3, MR4, MR5, MR6, MR7, MR8, MR9 Magnetoresistive memory TJ1 Magnetic tunnel junction FF1, FF11, FF12 First magnetization fixed layer RF1 Second magnetization fixed layer TB1 Nonmagnetic layer FR1 Magnetization free Layer ES1, ES2, ES3, FE1, SE1 Etching stopper film MW1 Domain wall MM1, MM2 Magnetic material layer FL1 First layer SL1 Second layer TL1 Third layer CL1, CL2, CL3 Conductive layers IF1, IF11, IF12, IF2, IF3 Insulation Film II1, II2, II3, II4, II5, II6 Interlayer insulating film SB1 Semiconductor substrate TR1 Transistor GE1 Gate electrode GI1 Gate insulating film DR1 Source / drain region EI1 Element isolation film CP1 Contact plug IC1, IC2, IC3, IC4, IC5 Wiring CV Contact via CA1 capping layer DL1 step LM1, LM11, LM12 laminate

Claims (19)

互いに平面方向に離間して設けられた一対の第1磁化固定層と、
平面視において前記一対の第1磁化固定層それぞれの一部と重なり、かつ前記一対の第1磁化固定層と電気的に接続している磁化自由層と、
前記磁化自由層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられた第2磁化固定層と、
を備え、
前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層は、互いに同一の平面形状を有している半導体装置。
A pair of first magnetization fixed layers provided to be spaced apart from each other in a plane direction;
A magnetization free layer that overlaps a part of each of the pair of first magnetization fixed layers in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers;
A nonmagnetic layer provided on the magnetization free layer;
A second magnetization pinned layer provided on the nonmagnetic layer;
With
The said magnetization free layer, the said nonmagnetic layer, and the said 2nd magnetization fixed layer are semiconductor devices which have mutually the same planar shape.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1磁化固定層を覆うように設けられたエッチングストッパ膜を備え、
前記磁化自由層は、前記エッチングストッパ膜を介して前記第1磁化固定層と電気的に接続している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
An etching stopper film provided to cover the first magnetization fixed layer;
The semiconductor device wherein the magnetization free layer is electrically connected to the first magnetization fixed layer via the etching stopper film.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ膜は、平面視で前記第1磁化固定層を内側に含む半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The etching stopper film is a semiconductor device including the first magnetization fixed layer inside in a plan view.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ膜は、TiもしくはTa、またはこれらの窒化物により構成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The etching stopper film is a semiconductor device made of Ti, Ta, or a nitride thereof.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ膜は、前記一対の第1磁化固定層の双方を覆う半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The etching stopper film is a semiconductor device that covers both of the pair of first magnetization fixed layers.
請求項2に記載の半導体装置において、
互いに異なる前記第1磁化固定層を覆うように設けられており、かつ互いに離間した一対の前記エッチングストッパ膜を備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device comprising a pair of the etching stopper films provided so as to cover the first magnetization fixed layers different from each other and spaced apart from each other.
請求項6に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ膜は、前記第1磁化固定層の上面および側面を覆う半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The etching stopper film is a semiconductor device that covers an upper surface and a side surface of the first magnetization fixed layer.
請求項7に記載の半導体装置において、
前記第1磁化固定層は、テーパ状に設けられている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The first magnetization fixed layer is a semiconductor device provided in a tapered shape.
請求項6に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ膜が内部に埋め込まれた絶縁膜を備え、
前記磁化自由層は、前記エッチングストッパ膜上および前記絶縁膜上に設けられている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
An insulating film having the etching stopper film embedded therein;
The magnetization free layer is a semiconductor device provided on the etching stopper film and the insulating film.
互いに平面方向に離間して設けられた一対の第1磁化固定層と、
平面視において前記一対の第1磁化固定層それぞれの一部と重なり、かつ前記一対の第1磁化固定層と電気的に接続している磁化自由層と、
前記磁化自由層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられた第2磁化固定層と、
を備え、
前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層それぞれの側面は、同一面を形成している半導体装置。
A pair of first magnetization fixed layers provided to be spaced apart from each other in a plane direction;
A magnetization free layer that overlaps a part of each of the pair of first magnetization fixed layers in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers;
A nonmagnetic layer provided on the magnetization free layer;
A second magnetization pinned layer provided on the nonmagnetic layer;
With
Side surfaces of the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetization fixed layer are the same surface.
互いに平面方向に離間して設けられた一対のエッチングストッパ層と、
互いに異なる前記エッチングストッパ層上に設けられた一対の第1磁化固定層と、
平面視において前記一対の第1磁化固定層全体と重なり、かつ前記一対の第1磁化固定層と電気的に接続されている磁化自由層と、
前記磁化自由層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられた第2磁化固定層と、
を備え、
前記磁化自由層、前記非磁性層、および前記第2磁化固定層それぞれの側面は、同一面を形成しており、
平面視において、前記第1磁化固定層の外形線の一部は、前記磁化自由層の外形線と重なっており、かつ前記エッチングストッパ層の内側に位置する半導体装置。
A pair of etching stopper layers provided apart from each other in the planar direction; and
A pair of first magnetization fixed layers provided on the different etching stopper layers;
A magnetization free layer that overlaps the entire pair of first magnetization fixed layers in a plan view and is electrically connected to the pair of first magnetization fixed layers;
A nonmagnetic layer provided on the magnetization free layer;
A second magnetization pinned layer provided on the nonmagnetic layer;
With
The side surfaces of the magnetization free layer, the nonmagnetic layer, and the second magnetization fixed layer form the same surface,
A semiconductor device in plan view, wherein a part of the outline of the first magnetization fixed layer overlaps with the outline of the magnetization free layer and is located inside the etching stopper layer.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記第1磁化固定層上であって前記磁化自由層下に設けられ、かつ全体が前記磁化自由層により覆われたキャップ層を備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
A semiconductor device comprising a cap layer which is provided on the first magnetization fixed layer and under the magnetization free layer, and is entirely covered with the magnetization free layer.
請求項12に記載の半導体装置において、
互いに異なる前記第1磁化固定層上に設けられ、かつ互いに平面方向に離間した一対の前記キャップ層を備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12,
A semiconductor device comprising a pair of cap layers provided on different first magnetization fixed layers and spaced apart from each other in a planar direction.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記第1磁化固定層は、前記磁化自由層と接している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
The semiconductor device in which the first magnetization fixed layer is in contact with the magnetization free layer.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記第1磁化固定層と前記磁化自由層の積層方向において、前記第1磁化固定層と前記磁化自由層の間隔は、15nm以下である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
A semiconductor device, wherein an interval between the first magnetization fixed layer and the magnetization free layer is 15 nm or less in a stacking direction of the first magnetization fixed layer and the magnetization free layer.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ層は、前記第1磁化固定層が設けられた一面に、前記磁化自由層によって覆われた一の領域から、前記磁化自由層によって覆われていない他の領域へ向けて低くなる段差を有する半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
The etching stopper layer has a step which is lowered from one region covered by the magnetization free layer to another region not covered by the magnetization free layer on one surface where the first magnetization fixed layer is provided. A semiconductor device.
請求項11に記載の半導体装置において、
全体が前記エッチングストッパ層により覆われており、かつ前記エッチングストッパ層に接続するプラグを備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
A semiconductor device comprising a plug that is entirely covered with the etching stopper layer and connected to the etching stopper layer.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記エッチングストッパ層は、TiもしくはTa、またはこれらの窒化物により構成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
The etching stopper layer is a semiconductor device made of Ti, Ta, or a nitride thereof.
請求項11に記載の半導体装置において、
前記キャップ層は、Ta、Ti、RuまたはPtにより構成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11,
The cap layer is a semiconductor device made of Ta, Ti, Ru, or Pt.
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