JP2015035484A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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聖万 永原
Kiyokazu Nagahara
聖万 永原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve characteristics of a semiconductor device having a magnetic memory element.SOLUTION: A magnetic memory element comprises: a lamination part L1 of a domain wall displacement layer WDL and a cap layer CL on the domain wall displacement layer WDL; and a lamination part L2 which is arranged on the lamination part L1 in a central part and in which a magnetization reversal layer MRL, a tunnel barrier layer TBL and a magnetization fixed layer MFL are sequentially laminated from the bottom. With this configuration, a ferromagnetic film which can ensure a large MR ratio can be selected as the magnetization reversal layer, thereby increasing a sensing margin at the time of reading. In addition, a ferromagnetic film which requires a small writing current can be selected as the domain wall displacement layer WDL, thereby achieving reduction in writing current. In this way, characteristics of the magnetic memory element can be improved.

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、例えば、磁気メモリを有する半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. For example, the present invention can be suitably used for a semiconductor device having a magnetic memory and a method for manufacturing the semiconductor device.

近年、不揮発性メモリの一つとして、磁気抵抗効果を有する強磁性膜を用いたMRAMが提案され、その開発が進んでいる。   In recent years, an MRAM using a ferromagnetic film having a magnetoresistive effect has been proposed as one of nonvolatile memories, and its development is progressing.

例えば、特許文献1(特開2005−191032号公報)および特許文献2(特開2006−73930号公報)には、磁壁移動型の磁気メモリが開示されている。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-191032) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-73930) disclose a domain wall motion type magnetic memory.

また、特許文献3(国際公開2009/060749号公報)には、膜厚方向の磁気異方性を有する第1磁化自由層と、面内方向の磁気異方性を有する第2磁化自由層とを有する磁壁移動型の磁気メモリが開示されている。   Patent Document 3 (International Publication No. 2009/060749) discloses a first magnetization free layer having magnetic anisotropy in the film thickness direction, and a second magnetization free layer having magnetic anisotropy in the in-plane direction. There is disclosed a domain wall motion type magnetic memory including:

特開2005−191032号公報JP 2005-191032 A 特開2006−73930号公報JP 2006-73930 A 国際公開2009/060749号公報International Publication No. 2009/060749

本発明者は、上記のようなMRAMの研究開発に従事しており、その性能の向上について、検討している。その過程において、MRAM、特に、磁壁移動型の磁気メモリ素子の性能を向上させるために、その構造および製造方法に関し、更なる改善の余地があることが判明した。   The present inventor is engaged in the research and development of the MRAM as described above, and is examining the improvement of the performance. In the process, in order to improve the performance of the MRAM, in particular, the domain wall motion type magnetic memory element, it has been found that there is room for further improvement with respect to its structure and manufacturing method.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置は、第1強磁性膜と、非磁性導電性膜とを有する第1積層部と、第2強磁性膜と、絶縁膜と、第3強磁性膜とを有する第2積層部と、を有する磁気メモリ素子を有する。そして、第2積層部は、第1積層部の一部の領域の上部または下部に配置され、第1〜第5強磁性膜は垂直磁気異方性を有する。   A semiconductor device shown in an embodiment disclosed in the present application includes a first stacked unit having a first ferromagnetic film and a nonmagnetic conductive film, a second ferromagnetic film, an insulating film, and a third layer. And a magnetic memory element having a second stacked portion having a ferromagnetic film. The second stacked unit is disposed above or below a partial region of the first stacked unit, and the first to fifth ferromagnetic films have perpendicular magnetic anisotropy.

本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、半導体基板の上方に、第1強磁性膜と非磁性導電性膜との積層膜を形成する工程と、積層膜上に、第2強磁性膜と、絶縁膜と、第3強磁性膜とを、順次堆積する工程とを有する。そして、第2強磁性膜と、絶縁膜と、第3強磁性膜とを、非磁性導電性膜が露出するまで選択的にエッチングする工程を有する。   A manufacturing method of a semiconductor device shown in an embodiment disclosed in the present application includes a step of forming a laminated film of a first ferromagnetic film and a nonmagnetic conductive film above a semiconductor substrate, And sequentially depositing a second ferromagnetic film, an insulating film, and a third ferromagnetic film. Then, there is a step of selectively etching the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film until the nonmagnetic conductive film is exposed.

本願において開示される以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   According to the semiconductor device shown in the following representative embodiments disclosed in the present application, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

本願において開示される以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiment disclosed in the present application, a semiconductor device having good characteristics can be manufactured.

実施の形態1の半導体装置の磁気メモリ素子を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a magnetic memory element of the semiconductor device of First Embodiment. 実施の形態1の半導体装置の磁気メモリ素子を示す平面図である。4 is a plan view showing a magnetic memory element of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 実施の形態1の半導体装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1の半導体装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1の磁気メモリ素子の各層(強磁性膜)の磁化の向きを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the magnetization direction of each layer (ferromagnetic film) of the magnetic memory element according to the first embodiment. 比較例の磁気メモリ素子の構成およびその電流経路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the magnetic memory element of a comparative example, and its current pathway. 実施の形態1の磁気メモリ素子の電流経路を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a current path of the magnetic memory element in the first embodiment. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図8に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 8; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図9に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 9; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図10に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 10; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図11に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 11; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図12に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 12; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図13に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 13; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図14に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 14; 比較例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of a comparative example. 比較例の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図16に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example, and is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 16. 比較例の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図17に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example, and is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 17. 比較例の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図18に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example, and is a cross-sectional view showing a manufacturing process following FIG. 18. MTJ抵抗(R0、R1)とMR比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between MTJ resistance (R0, R1) and MR ratio. MTJ抵抗(R0、R1)とばらつき(σ)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between MTJ resistance (R0, R1) and variation (σ). 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of Second Embodiment; FIG. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図22に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 22; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図23に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 23. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図24に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and showing the manufacturing step following FIG. 24; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図25に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 25. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図26に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 26. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図27に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment, and showing a manufacturing step following FIG. 27; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of Embodiment 3; FIG. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図29に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 29. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図30に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 30. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図31に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 31. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図32に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 32. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図33に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 33. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図34に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 34. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す断面図であって、図35に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment, and is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 35. 実施の形態4の半導体装置の磁気メモリ素子を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a magnetic memory element of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材(部位)が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In addition, when there are a plurality of similar members (parts), a symbol may be added to the generic symbol to indicate an individual or specific part. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。   In the cross-sectional view and the plan view, the size of each part does not correspond to the actual device, and a specific part may be displayed relatively large for easy understanding of the drawing. Even when the cross-sectional view and the plan view correspond to each other, a specific part may be displayed relatively large in order to make the drawing easy to understand.

(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

[構造説明]
図1は、本実施の形態の半導体装置の磁気メモリ素子を示す断面図である。図2は、本実施の形態の半導体装置の磁気メモリ素子を示す平面図である。例えば、図1は、図2のA−A断面に対応する。図3は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図4は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す回路図である。図5は、本実施の形態の磁気メモリ素子の各層(強磁性膜)の磁化の向きを示す図である。図6は、比較例の磁気メモリ素子の構成およびその電流経路を示す断面図である。図7は、本実施の形態の磁気メモリ素子の電流経路を示す図である。
[Description of structure]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a magnetic memory element of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing a magnetic memory element of the semiconductor device of the present embodiment. For example, FIG. 1 corresponds to the AA cross section of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the magnetization direction of each layer (ferromagnetic film) of the magnetic memory element of this embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a magnetic memory element of a comparative example and its current path. FIG. 7 is a diagram showing a current path of the magnetic memory element of the present embodiment.

図1の磁気メモリ素子MMは、磁気メモリである。磁気メモリは、不揮発性メモリの一種であり、MRAM(Magnetic Random Access Memory:磁気ランダムアクセスメモリ)とも称される。磁気メモリは、磁気抵抗効果を有する強磁性膜を用いた磁気メモリ素子(磁気抵抗効果素子ともいう)である。   The magnetic memory element MM in FIG. 1 is a magnetic memory. The magnetic memory is a kind of nonvolatile memory and is also called MRAM (Magnetic Random Access Memory). The magnetic memory is a magnetic memory element (also referred to as a magnetoresistive effect element) using a ferromagnetic film having a magnetoresistive effect.

図1に示す磁気メモリ素子MMは、例えば、図3および図4に示すように、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)の間に直列に接続されている。このような構成は、2T−1MTJ(2 Transistors-1 Magnetic Tunnel Junction)構成と称される。図4に示すように、磁気メモリ素子MMは、3つの端子(端子a、端子b、端子c)を有する。端子cは、接地電位線GNLに接続され、端子aは、選択用トランジスタTR1を介してビット線BL1に接続され、端子bは、選択用トランジスタTR2を介してビット線BL2に接続されている。この端子aは、後述するハード層HL1と対応し、端子bは、後述するハード層HL2と対応する。また、端子cは、後述する磁化固定層MFLと対応する。   The magnetic memory element MM shown in FIG. 1 is connected in series between two selection transistors (TR1, TR2), for example, as shown in FIGS. Such a configuration is referred to as a 2T-1MTJ (2 Transistors-1 Magnetic Tunnel Junction) configuration. As shown in FIG. 4, the magnetic memory element MM has three terminals (terminal a, terminal b, and terminal c). The terminal c is connected to the ground potential line GNL, the terminal a is connected to the bit line BL1 via the selection transistor TR1, and the terminal b is connected to the bit line BL2 via the selection transistor TR2. The terminal a corresponds to a hard layer HL1 described later, and the terminal b corresponds to a hard layer HL2 described later. The terminal c corresponds to a magnetization fixed layer MFL described later.

また、選択用トランジスタTR1、TR1のゲート電極(GE)は、それぞれワード線WLに接続されている。   The gate electrodes (GE) of the selection transistors TR1 and TR1 are each connected to the word line WL.

このような磁気メモリ素子MMが、ビット線対(BL1、BL2)と、ワード線WLとの交点に、複数配置され、メモリセルアレイを構成する。   A plurality of such magnetic memory elements MM are arranged at the intersections between the bit line pairs (BL1, BL2) and the word lines WL to constitute a memory cell array.

次いで、図1〜図3を参照しながら、選択用トランジスタ(TR1、TR2)および磁気メモリ素子MMの各部について詳細に説明する。   Next, each part of the selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM will be described in detail with reference to FIGS.

<選択用トランジスタ>
図3に示すように、選択用トランジスタ(TR1、TR2)は、半導体よりなる基板(p型ウエルPW)Sの主表面のうち、素子分離領域STIで区画された領域に形成されている。選択用トランジスタ(TR1、TR2)は、基板(p型ウエルPW)S上に、ゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極GEおよびゲート電極GEの両側の基板(p型ウエルPW)S中に設けられたソース、ドレイン領域SDを有する。ゲート電極GEの側壁には、サイドウォール膜SWが配置され、ソース、ドレイン領域SDは、いわゆるLDD(Lightly doped Drain)構造を有する。
<Selection transistor>
As shown in FIG. 3, the selection transistors (TR1, TR2) are formed in a region partitioned by an element isolation region STI on the main surface of a substrate (p-type well PW) S made of a semiconductor. The selection transistors (TR1, TR2) are formed on the substrate (p-type well PW) S through the gate insulating film GI and in the substrate (p-type well PW) S on both sides of the gate electrode GE. Have a source / drain region SD. A sidewall film SW is disposed on the side wall of the gate electrode GE, and the source and drain regions SD have a so-called LDD (Lightly doped Drain) structure.

選択用トランジスタ(TR1、TR2)と、磁気メモリ素子MMとは、複数のプラグ(P1〜P4)および配線(M1〜M3)を介して接続されている。そして、各プラグ(P1〜P4)は、層間絶縁膜(IL1〜IL4)中に配置されている。具体的には、選択用トランジスタTR1の一方のソース、ドレイン領域SDは、複数のプラグ(P1〜P4)および配線(M1〜M3)を介して磁気メモリ素子MMのハード層HL1に接続され、選択用トランジスタTR2の一方のソース、ドレイン領域SDは、複数のプラグ(P1〜P4)および配線(M1〜M3)を介して磁気メモリ素子MMのハード層HL2に接続されている。また、選択用トランジスタTR1の他方のソース、ドレイン領域SDは、プラグP1を介して、ビット線BL1となる配線M1と接続され、選択用トランジスタTR2の他方のソース、ドレイン領域SDは、プラグP1を介して、ビット線BL2となる配線M1と接続されている。   The selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM are connected via a plurality of plugs (P1 to P4) and wirings (M1 to M3). And each plug (P1-P4) is arrange | positioned in the interlayer insulation film (IL1-IL4). Specifically, one source / drain region SD of the selection transistor TR1 is connected to the hard layer HL1 of the magnetic memory element MM via a plurality of plugs (P1 to P4) and wirings (M1 to M3). One source / drain region SD of the transistor for transistor TR2 is connected to the hard layer HL2 of the magnetic memory element MM via a plurality of plugs (P1 to P4) and wirings (M1 to M3). The other source / drain region SD of the selection transistor TR1 is connected to the wiring M1 to be the bit line BL1 via the plug P1, and the other source / drain region SD of the selection transistor TR2 is connected to the plug P1. And connected to the wiring M1 to be the bit line BL2.

<磁気メモリ素子>
図1に示すように、磁気メモリ素子MMは、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLからなる積層部L1を有する。この積層部L1の中央部の上部には、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLが、下から順に積層された積層部L2が配置されている。この積層部L1の両端部の下部には、それぞれハード層HL1、HL2が配置されている。積層部L2の磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLにより磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction)が形成される。
<Magnetic memory element>
As shown in FIG. 1, the magnetic memory element MM has a stacked portion L1 including a domain wall motion layer WDL and an upper cap layer CL. A laminated portion L2 in which a magnetization switching layer MRL, a tunnel barrier layer TBL, and a magnetization fixed layer MFL are laminated in this order from the bottom is disposed above the central portion of the laminated portion L1. Hard layers HL1 and HL2 are disposed below the both ends of the stacked portion L1, respectively. A magnetic tunnel junction is formed by the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL of the stacked portion L2.

図2に示すように、積層部L1の上面からの平面視における形状(平面形状ともいう)は、X方向に長辺を有する略矩形である。また、積層部L2の平面形状は、Y方向に長辺を有する略矩形である。積層部L1および積層部L2は、お互いに交差する方向に延在し、重なり領域を有する。   As shown in FIG. 2, the shape in plan view (also referred to as a planar shape) from the upper surface of the stacked portion L1 is a substantially rectangular shape having long sides in the X direction. The planar shape of the stacked portion L2 is a substantially rectangular shape having long sides in the Y direction. The stacked portion L1 and the stacked portion L2 extend in a direction crossing each other and have an overlapping region.

ここで、積層部L1(磁壁移動層WDL)の中央部の領域を領域1A、この領域1Aの両側の領域をそれぞれ領域1B、2Bとする(図1、図2参照)。領域1Bは、積層部L1とハード層HL1の重なり領域であり、領域2Bは、積層部L2とハード層HL2の重なり領域である。領域1Aは、積層部L1のうち、ハード層HL1、HL2と重なっていない領域である。言い換えれば、領域1Aは、ハード層HL1、HL2間に位置する積層部L1の形成領域である。この領域1Aの少なくとも一部が、積層部L1と積層部L2の重なり領域となる。ここでは、領域1Aの中央領域上に積層部L1と積層部L2の重なり領域が配置されている。また、積層部L1を横切るように、積層部L2が配置されている。なお、積層部L2は、少なくとも領域1A中に形成されていれば良く、積層部L1を横切るように、積層部L2を延在させる必要はない。   Here, a central region of the laminated portion L1 (domain wall moving layer WDL) is a region 1A, and regions on both sides of the region 1A are regions 1B and 2B, respectively (see FIGS. 1 and 2). The region 1B is an overlapping region between the stacked portion L1 and the hard layer HL1, and the region 2B is an overlapping region between the stacked portion L2 and the hard layer HL2. The region 1A is a region that does not overlap with the hard layers HL1 and HL2 in the stacked portion L1. In other words, the region 1A is a formation region of the stacked portion L1 located between the hard layers HL1 and HL2. At least a part of the region 1A is an overlapping region of the stacked portion L1 and the stacked portion L2. Here, the overlapping region of the stacked portion L1 and the stacked portion L2 is arranged on the central region of the region 1A. Further, the stacked portion L2 is arranged so as to cross the stacked portion L1. The stacked portion L2 only needs to be formed in at least the region 1A, and it is not necessary to extend the stacked portion L2 so as to cross the stacked portion L1.

磁壁移動層WDL、磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLは、強磁性膜(強磁性材料)よりなる。この強磁性膜は、垂直磁気異方性(PMA:perpendicular magnetic anisotropy)を有する。即ち、磁壁移動層WDL、磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLの磁化の向きは、膜厚方向である。   The domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, and the magnetization fixed layer MFL are made of a ferromagnetic film (ferromagnetic material). This ferromagnetic film has a perpendicular magnetic anisotropy (PMA). That is, the magnetization direction of the domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, and the magnetization fixed layer MFL is the film thickness direction.

磁壁移動層WDL、磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLとして用いられる強磁性膜は、例えば、Fe(鉄)、Co(コバルト)およびNi(ニッケル)から選択される金属または二種以上の金属の合金から構成される膜である。また、膜中に、Pt(白金)やPd(パラジウム)を含ませてもよい。膜中に、PtやPdを含ませることで、垂直磁気異方性を安定化することができる。   The ferromagnetic film used as the domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, and the magnetization fixed layer MFL is, for example, a metal selected from Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel) or two or more kinds of metals. A film made of an alloy. Further, Pt (platinum) or Pd (palladium) may be included in the film. By including Pt or Pd in the film, the perpendicular magnetic anisotropy can be stabilized.

さらに、B、C、N、O、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Smなどの各種元素を添加することにより、磁気特性を調整することができる。   Furthermore, B, C, N, O, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Hf, Ta, W, Re, Magnetic properties can be adjusted by adding various elements such as Os, Ir, Au, and Sm.

強磁性膜として、具体的には、Co、Co−Pt、Co−Pd、Co−Cr、Co−Pt−Cr、Co−Cr−Ta、Co−Cr−B、Co−Cr−Pt−B、Co−Cr−Ta−B、Co−V、Co−Mo、Co−W、Co−Ti、Co−Ru、Co−Rh、Fe−Pt、Fe−Pd、Fe−Co−Pt、Fe−Co−Pd、Sm−Coなどの材料(合金膜、混合膜)を用いることができる。   As the ferromagnetic film, specifically, Co, Co—Pt, Co—Pd, Co—Cr, Co—Pt—Cr, Co—Cr—Ta, Co—Cr—B, Co—Cr—Pt—B, Co-Cr-Ta-B, Co-V, Co-Mo, Co-W, Co-Ti, Co-Ru, Co-Rh, Fe-Pt, Fe-Pd, Fe-Co-Pt, Fe-Co- A material (alloy film, mixed film) such as Pd or Sm—Co can be used.

また、強磁性膜を上記材料からなる膜の積層膜としてもよい。例えば、Fe、CoおよびNiから選択される二種以上の金属膜の積層膜を用いてもよい。具体的には、強磁性膜として、Co/Ni、Co/Pd、Co/Pt、Fe/Auなどの積層膜を用いることができる。   Further, the ferromagnetic film may be a laminated film of films made of the above materials. For example, a laminated film of two or more metal films selected from Fe, Co, and Ni may be used. Specifically, a multilayer film such as Co / Ni, Co / Pd, Co / Pt, or Fe / Au can be used as the ferromagnetic film.

磁壁移動層WDL、磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLのうち、磁化固定層MFLは、非磁性膜を挟むように強磁性膜を積層した積層構成とすることが好ましい。例えば、Ru(ルテニウム)膜などからなる非磁性膜を挟むように、上記強磁性膜の各種材料膜を積層する。これにより、磁化固定層MFL中の磁気的な結合力を高めることができ、膜の保磁力を高める効果(反強磁性結合効果)を奏する。また、この積層構成では、2つの強磁性膜がお互いに反対の磁化方向を向いた状態が維持されるため、互いの膜からの漏洩磁界がキャンセルされる。これにより、磁化固定層MFLからの漏洩磁界の影響を小さくすることができる。   Of the domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, and the magnetization fixed layer MFL, the magnetization fixed layer MFL preferably has a laminated structure in which ferromagnetic films are stacked so as to sandwich a nonmagnetic film. For example, various material films of the ferromagnetic film are stacked so as to sandwich a nonmagnetic film made of a Ru (ruthenium) film or the like. Thereby, the magnetic coupling force in the magnetization fixed layer MFL can be increased, and the effect of increasing the coercive force of the film (antiferromagnetic coupling effect) is achieved. Further, in this laminated structure, the state in which the two ferromagnetic films are oriented in opposite directions of magnetization is maintained, so that the leakage magnetic field from each other is cancelled. Thereby, the influence of the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer MFL can be reduced.

ハード層HL1、HL2は、強磁性膜(強磁性材料)よりなる。この強磁性膜は、垂直磁気異方性を有する。即ち、ハード層HL1、HL2の磁化の向きは、膜厚方向である。ハード層HL1およびHL2を構成する強磁性膜としては、前述した磁壁移動層WDL、磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLとして用いられる強磁性膜と同様の膜を用いることができる。例えば、ハード層HL1、HL2として用いられる強磁性膜は、例えば、Fe(鉄)、Co(コバルト)およびNi(ニッケル)から選択される金属または二種以上の金属の合金から構成される膜である。また、膜中に、Pt(白金)やPd(パラジウム)を含ませてもよい。膜中に、PtやPdを含ませることで、垂直磁気異方性を安定化することができる。   The hard layers HL1 and HL2 are made of a ferromagnetic film (ferromagnetic material). This ferromagnetic film has perpendicular magnetic anisotropy. That is, the magnetization direction of the hard layers HL1 and HL2 is the film thickness direction. As the ferromagnetic films constituting the hard layers HL1 and HL2, the same films as the ferromagnetic films used as the domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, and the magnetization fixed layer MFL described above can be used. For example, the ferromagnetic film used as the hard layers HL1 and HL2 is a film made of a metal selected from, for example, Fe (iron), Co (cobalt), and Ni (nickel) or an alloy of two or more metals. is there. Further, Pt (platinum) or Pd (palladium) may be included in the film. By including Pt or Pd in the film, the perpendicular magnetic anisotropy can be stabilized.

さらに、B、C、N、O、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Smなどの各種元素を添加することにより、磁気特性を調整することができる。   Furthermore, B, C, N, O, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Hf, Ta, W, Re, Magnetic properties can be adjusted by adding various elements such as Os, Ir, Au, and Sm.

強磁性膜として、具体的には、Co、Co−Pt、Co−Pd、Co−Cr、Co−Pt−Cr、Co−Cr−Ta、Co−Cr−B、Co−Cr−Pt−B、Co−Cr−Ta−B、Co−V、Co−Mo、Co−W、Co−Ti、Co−Ru、Co−Rh、Fe−Pt、Fe−Pd、Fe−Co−Pt、Fe−Co−Pd、Sm−Coなどの材料(合金膜、混合膜)を用いることができる。   As the ferromagnetic film, specifically, Co, Co—Pt, Co—Pd, Co—Cr, Co—Pt—Cr, Co—Cr—Ta, Co—Cr—B, Co—Cr—Pt—B, Co-Cr-Ta-B, Co-V, Co-Mo, Co-W, Co-Ti, Co-Ru, Co-Rh, Fe-Pt, Fe-Pd, Fe-Co-Pt, Fe-Co- A material (alloy film, mixed film) such as Pd or Sm—Co can be used.

また、強磁性膜を上記材料からなる膜の積層膜としてもよい。例えば、Fe、CoおよびNiから選択される二種以上の金属膜の積層膜を用いてもよい。具体的には、強磁性膜として、Co/Ni、Co/Pd、Co/Pt、Fe/Auなどの積層膜を用いることができる。   Further, the ferromagnetic film may be a laminated film of films made of the above materials. For example, a laminated film of two or more metal films selected from Fe, Co, and Ni may be used. Specifically, a multilayer film such as Co / Ni, Co / Pd, Co / Pt, or Fe / Au can be used as the ferromagnetic film.

また、ハード層HL1およびHL2を構成する強磁性膜は、同じ材料を用いてもよく、また、異なる材料を用いてもよい。さらに、ハード層HL1およびHL2は同一の平面形状としてもよく、また、異なる平面形状としてもよい。このハード層HL1およびHL2の磁化方向は、互いに反平行になるように形成される(図5参照)。   Moreover, the same material may be used for the ferromagnetic film which comprises the hard layers HL1 and HL2, and different materials may be used. Furthermore, the hard layers HL1 and HL2 may have the same planar shape or may have different planar shapes. The magnetization directions of the hard layers HL1 and HL2 are formed so as to be antiparallel to each other (see FIG. 5).

キャップ層CLは、磁壁移動層WDLと磁化反転層MRLとの間に配置されている。キャップ層CLは、非磁性導電性膜よりなり、例えば、Ta(タンタル)膜などが用いられる。   The cap layer CL is disposed between the domain wall motion layer WDL and the magnetization switching layer MRL. The cap layer CL is made of a nonmagnetic conductive film, such as a Ta (tantalum) film.

トンネルバリア層TBLは、絶縁膜よりなり、例えば、酸化アルミニウム(AlOx)膜や酸化マグネシウム(MgO)膜などが用いられる。   The tunnel barrier layer TBL is made of an insulating film, and for example, an aluminum oxide (AlOx) film or a magnesium oxide (MgO) film is used.

例えば、本実施の形態の磁気メモリ素子に用いられる各層の材料の組み合わせ例としては、次のものが挙げられる。例えば、磁化固定層MFL、ハード層HL1およびHL2として、20〜30nm程度の膜厚のCo−Ptの合金膜を用いることができる。   For example, the following may be mentioned as examples of the combination of materials of each layer used in the magnetic memory element of the present embodiment. For example, a Co—Pt alloy film with a thickness of about 20 to 30 nm can be used as the magnetization fixed layer MFL and the hard layers HL1 and HL2.

また、磁化反転層MRLとしては、例えば、3〜5nm程度のCo/Niの積層膜を用いることができる。   As the magnetization switching layer MRL, for example, a Co / Ni laminated film of about 3 to 5 nm can be used.

また、磁壁移動層WDLとしては、3〜5nm程度のCo−Fe−Bの合金膜を用いることができる。   As the domain wall motion layer WDL, a Co—Fe—B alloy film of about 3 to 5 nm can be used.

また、キャップ層CLとしては、5〜10nm程度のTa膜を用いることができる。   As the cap layer CL, a Ta film of about 5 to 10 nm can be used.

また、トンネルバリア層TBLとしては、1〜2nm程度の酸化アルミニウム膜や酸化マグネシウム膜を用いることができる。   As the tunnel barrier layer TBL, an aluminum oxide film or a magnesium oxide film having a thickness of about 1 to 2 nm can be used.

なお、磁化反転層MRLとして、Co−Fe−Bの合金膜を用いてもよい。即ち、磁壁移動層WDLと磁化反転層MRLとを同じ構成元素よりなる材料としてもよい。後述するように、これらの膜は、それぞれの役割に応じた特性を有するものが好ましいが、同じ構成元素よりなる材料であっても、その膜厚や組成等を調整することにより、強磁性膜の特性(MR比、保磁力、書き込み電流など)を調整することができる。   Note that a Co—Fe—B alloy film may be used as the magnetization switching layer MRL. That is, the domain wall motion layer WDL and the magnetization switching layer MRL may be made of the same constituent element. As will be described later, these films preferably have characteristics corresponding to their respective roles. However, even if the films are composed of the same constituent elements, by adjusting the film thickness, composition, etc., the ferromagnetic films Characteristics (MR ratio, coercive force, write current, etc.) can be adjusted.

ここで、本実施の形態の半導体装置の各層(強磁性膜)の磁化の向きについて図5を参照しながら説明する。図5に示すように、例えば、磁化固定層MFLの磁化は、+z方向に固定されている。また、ハード層HL1により、磁壁移動層WDLの領域(磁化固定領域ともいう)1Bの磁化は、+z方向に固定され、ハード層HL2により、磁壁移動層WDLの領域(磁化固定領域ともいう)2Bの磁化は、−z方向に固定されている。このように、磁壁移動層WDLの領域1Bと領域2Bとは、それぞれ向きが互いに反対で、平行な磁化を有している(反平行ともいう)。一方、磁壁移動層WDLの領域(磁化自由領域ともいう)1Aは、+z方向と−z方向との間で磁化反転可能な磁化を有している。また、磁化反転層MRLの磁化の向きは、磁壁移動層WDLの領域1Aからの漏洩磁界により、磁壁移動層WDLの領域1Aの磁化の向きと同じになる。つまり、磁化反転層MRLの磁化は、磁壁移動層WDLの領域1Aの磁化方向に対応して、磁化固定層MFLの磁化と向きが同じで平行(単に“平行”ともいう)または向きが反対で平行(反平行ともいう)となる。   Here, the direction of magnetization of each layer (ferromagnetic film) of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, for example, the magnetization of the magnetization fixed layer MFL is fixed in the + z direction. Also, the magnetization of the domain wall motion layer WDL region (also referred to as a magnetization fixed region) 1B is fixed in the + z direction by the hard layer HL1, and the domain wall motion layer WDL region (also referred to as a magnetization fixed region) 2B is fixed by the hard layer HL2. The magnetization of is fixed in the -z direction. Thus, the region 1B and the region 2B of the domain wall motion layer WDL are opposite in direction and have parallel magnetization (also referred to as antiparallel). On the other hand, the region 1A (also referred to as a magnetization free region) 1A of the domain wall motion layer WDL has magnetization that can be reversed between the + z direction and the −z direction. Further, the magnetization direction of the magnetization switching layer MRL becomes the same as the magnetization direction of the region 1A of the domain wall motion layer WDL due to the leakage magnetic field from the region 1A of the domain wall motion layer WDL. That is, the magnetization of the magnetization reversal layer MRL corresponds to the magnetization direction of the region 1A of the domain wall motion layer WDL and has the same direction as that of the magnetization fixed layer MFL and is parallel (also simply referred to as “parallel”) or opposite in direction. Parallel (also called antiparallel).

次いで、磁気メモリ素子MMの書き込み(書き換え)動作について説明する。ここでは、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLおよび領域(磁化自由領域)1Aの磁化が、−z方向となり、領域1Bと領域1Aの境界(ハード層HL1の端部)B1に磁壁が形成される状態をデータ「1」とする。また、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLおよび領域(磁化自由領域)1Aの磁化が、+z方向となり、領域2Bと領域1Aの境界(ハード層HL2の端部)B2に磁壁が形成される状態をデータ「0」とする。なお、磁化方向とデータの値の対応は逆でもよい。   Next, a write (rewrite) operation of the magnetic memory element MM will be described. Here, the magnetization of the magnetization fixed layer MFL is in the + z direction, the magnetization of the magnetization switching layer MRL and the region (magnetization free region) 1A is in the −z direction, and the boundary between the region 1B and the region 1A (the end of the hard layer HL1) ) A state where a domain wall is formed in B1 is defined as data “1”. The magnetization of the magnetization fixed layer MFL is in the + z direction, the magnetization of the magnetization switching layer MRL and the region (magnetization free region) 1A is in the + z direction, and the boundary between the region 2B and the region 1A (end of the hard layer HL2) B2 The state in which the domain wall is formed in the data is defined as data “0”. The correspondence between the magnetization direction and the data value may be reversed.

データ「0」が書き込まれている状態の磁気メモリ素子に、データ「1」を書き込む場合は、書き込み電流を、ハード層HL1から磁壁移動層WDLを介してハード層HL2の方向へ流す。この書き込み電流により、スピン偏極電子は、領域2Bから領域1Aに注入される。このとき、スピントランスファー効果により磁壁は、境界B2から境界B1の方へ移動する。   When data “1” is written in the magnetic memory element in which data “0” is written, a write current is passed from the hard layer HL1 to the hard layer HL2 via the domain wall motion layer WDL. With this write current, spin-polarized electrons are injected from the region 2B into the region 1A. At this time, the domain wall moves from the boundary B2 toward the boundary B1 due to the spin transfer effect.

つまり、領域1Aの磁化の向きは+z方向から−z方向へ変わる。これにより、領域1Aからの漏洩磁界の向きも+z方向から−z方向に変化し、それに伴って、磁化反転層MRLの磁化の向きも+z方向から−z方向に変化する。   That is, the magnetization direction of the region 1A changes from the + z direction to the -z direction. Thereby, the direction of the leakage magnetic field from the region 1A also changes from the + z direction to the −z direction, and accordingly, the magnetization direction of the magnetization switching layer MRL also changes from the + z direction to the −z direction.

データ「1」が書き込まれている状態にデータ「0」を書き込む場合は、書き込み電流を、ハード層HL2から磁壁移動層WDLを介してハード層HL1の方向へ流す。この書き込み電流により、スピン偏極電子は、領域1Bから領域1Aに注入される。このとき、スピントランスファー効果により磁壁は、境界B1から境界B2の方へ移動する。   When data “0” is written in a state where data “1” is written, a write current is passed from the hard layer HL2 to the hard layer HL1 through the domain wall motion layer WDL. With this write current, spin-polarized electrons are injected from the region 1B to the region 1A. At this time, the domain wall moves from the boundary B1 toward the boundary B2 due to the spin transfer effect.

つまり、領域1Aの磁化の向きは−z方向から+z方向へ変わる。これにより、領域1Aからの漏洩磁界の向きも−z方向から+z方向に変化し、それに伴って、磁化反転層MRLの磁化の向きも−z方向から+z方向に変化する。   That is, the magnetization direction of the region 1A changes from the −z direction to the + z direction. As a result, the direction of the leakage magnetic field from the region 1A also changes from the -z direction to the + z direction, and accordingly, the magnetization direction of the magnetization switching layer MRL also changes from the -z direction to the + z direction.

次いで、磁気メモリ素子MMの読み出し動作について説明する。読み出しは、磁気メモリ素子MMが低抵抗状態であるか高抵抗状態であるかにより判定される。例えば、上記データ「1」の状態、即ち、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLおよび領域(磁化自由領域)1Aの磁化が、−z方向である場合(反平行の場合)には、磁化固定層MFLから領域(磁化自由領域)1Aまでの間が、高抵抗状態となる。また、上記データ「0」の状態、即ち、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLおよび領域(磁化自由領域)1Aの磁化が、+z方向である場合(平行の場合)には、磁化固定層MFLから領域(磁化自由領域)1Aまでの間が、低抵抗状態となる。よって、例えば、磁化固定層MFLからハード層HL2の間に読み出し電流を流し、これらの間に流れる電流値により、抵抗値を検出する。例えば、基準抵抗値より高い場合には、データ「1」を読み出し、例えば、基準抵抗値より低い場合には、データ「0」を読み出す。言い換えれば、磁気メモリ素子MMに書き込まれたデータを判別することができる。   Next, a read operation of the magnetic memory element MM will be described. Reading is determined by whether the magnetic memory element MM is in a low resistance state or a high resistance state. For example, in the state of the data “1”, that is, when the magnetization of the magnetization fixed layer MFL is in the + z direction and the magnetization of the magnetization switching layer MRL and the region (magnetization free region) 1A is in the −z direction (antiparallel) ), The region from the magnetization fixed layer MFL to the region (magnetization free region) 1A is in a high resistance state. In the state of the data “0”, that is, the magnetization of the magnetization fixed layer MFL is in the + z direction, and the magnetization of the magnetization switching layer MRL and the region (magnetization free region) 1A is in the + z direction (when parallel). In this case, the region between the magnetization fixed layer MFL and the region (magnetization free region) 1A is in a low resistance state. Therefore, for example, a read current is passed between the magnetization fixed layer MFL and the hard layer HL2, and the resistance value is detected by the current value flowing between them. For example, when the value is higher than the reference resistance value, the data “1” is read, and when the value is lower than the reference resistance value, for example, the data “0” is read. In other words, the data written in the magnetic memory element MM can be determined.

なお、磁化固定層MFLからハード層HL1の間に読み出し電流を流してもよい。また、読み出し電流は、磁化固定層MFLからハード層(HL1またはHL2)の方向に電流を流してもよいし、ハード層(HL1またはHL2)から磁化固定層MFLの方向に電流を流してもよい。   Note that a read current may flow between the magnetization fixed layer MFL and the hard layer HL1. Further, the read current may flow from the magnetization fixed layer MFL to the hard layer (HL1 or HL2), or may flow from the hard layer (HL1 or HL2) to the magnetization fixed layer MFL. .

このように、磁壁移動層WDL、磁化反転層MRL、磁化固定層MFL、ハード層HL1およびHL2を構成する強磁性膜は、それぞれの役割に応じて次の特性を有するものが好ましい。   Thus, it is preferable that the ferromagnetic films constituting the domain wall motion layer WDL, the magnetization switching layer MRL, the magnetization fixed layer MFL, and the hard layers HL1 and HL2 have the following characteristics according to their roles.

磁化固定層MFL、ハード層HL1およびHL2を構成する強磁性膜としては、磁化反転層MRLより保磁力が高い膜を用いることが好ましい。保磁力とは、磁化方向を反転させるために必要なエネルギーをいう。前述した強磁性膜の中でも、保持力が比較的高い膜としては、Co/Pt、Co/Pdなどが挙げられる。   As the ferromagnetic film constituting the magnetization fixed layer MFL and the hard layers HL1 and HL2, it is preferable to use a film having a higher coercive force than the magnetization switching layer MRL. The coercive force refers to energy necessary for reversing the magnetization direction. Among the ferromagnetic films described above, examples of the film having a relatively high coercive force include Co / Pt and Co / Pd.

また、磁化反転層MRLを構成する強磁性膜としては、比較的保磁力が低い膜を用いることが好ましい。前述したように、磁化固定層MFL、ハード層HL1およびHL2より保磁力が低い膜を用いることが好ましい。また、磁壁移動層WDLより保磁力が低い膜を用いることが好ましい。前述した強磁性膜の中でも、保持力が比較的低い膜としては、Co/Niなどが挙げられる。   Further, as the ferromagnetic film constituting the magnetization switching layer MRL, it is preferable to use a film having a relatively low coercive force. As described above, it is preferable to use a film having a coercive force lower than that of the magnetization fixed layer MFL and the hard layers HL1 and HL2. Moreover, it is preferable to use a film having a coercive force lower than that of the domain wall motion layer WDL. Among the ferromagnetic films described above, examples of the film having a relatively low coercive force include Co / Ni.

また、磁壁移動層WDLを構成する強磁性膜としては、磁化反転層MRLより書き込み電流(閾値電流)が小さい膜を用いることが好ましい。   As the ferromagnetic film constituting the domain wall motion layer WDL, it is preferable to use a film having a write current (threshold current) smaller than that of the magnetization switching layer MRL.

ここで、本実施の形態においては、磁気メモリ素子MMを、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLとの積層部L1と、この積層部L1の中央部の上部に配置され、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBL、磁化固定層MFLが、下から順に積層された積層部L2とを有する構成としたので、磁気メモリ素子MMの特性を向上させることができる。具体的には、MR比を向上することができる。また、書き込み電流値を低下させることができる。MR比とは、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLが、−z方向である場合(反平行の場合)の抵抗をR1とし、磁化固定層MFLの磁化が、+z方向で、磁化反転層MRLの磁化が、+z方向である場合(平行の場合)の抵抗をR0とした場合のR0×R1/(R0+R1)である。このMR比が大きいほど、高抵抗値であるR1と低抵抗値であるR0との差が大きくなり、読み出し時のセンシングマージンが大きくなる。   Here, in the present embodiment, the magnetic memory element MM is disposed on the laminated portion L1 of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL above the magnetic wall moving layer WDL, and on the upper portion of the central portion of the laminated portion L1, Since the MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL have the stacked portion L2 stacked in order from the bottom, the characteristics of the magnetic memory element MM can be improved. Specifically, the MR ratio can be improved. In addition, the write current value can be reduced. The MR ratio is the resistance when the magnetization of the magnetization fixed layer MFL is in the + z direction and the magnetization inversion layer MRL is in the −z direction (when antiparallel), and the resistance of the magnetization fixed layer MFL is + z. R0 × R1 / (R0 + R1) where the resistance is R0 when the magnetization of the magnetization switching layer MRL is in the + z direction (when parallel). As the MR ratio increases, the difference between the high resistance value R1 and the low resistance value R0 increases, and the sensing margin during reading increases.

言い換えれば、磁化反転層MRLと磁壁移動層WDLとを構成する強磁性膜をそれぞれ独立して選択することができるため、MR比を向上することができ、また、書き込み電流値を低下させることができる。   In other words, since the ferromagnetic films constituting the magnetization switching layer MRL and the domain wall motion layer WDL can be selected independently, the MR ratio can be improved and the write current value can be reduced. it can.

即ち、磁壁移動層、磁化反転層それぞれに求められる特性を両立する材料を探索する必要がなく、それぞれの特性を最大限活用できる膜を独立に用いることが可能になる。   That is, it is not necessary to search for a material that satisfies the characteristics required for each of the domain wall motion layer and the magnetization switching layer, and it is possible to independently use a film that can make maximum use of each characteristic.

例えば、図6に示す比較例の磁気メモリ素子の構成においては、MR比を向上させつつ、書き込み電流値を低下させることが困難である。図6は、比較例の磁気メモリ素子の構成を示す断面図である。   For example, in the configuration of the magnetic memory element of the comparative example shown in FIG. 6, it is difficult to reduce the write current value while improving the MR ratio. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a magnetic memory element of a comparative example.

図6に示す比較例の磁気メモリ素子は、磁壁移動層WDLおよびトンネルバリア層TBLの積層部L0上に、磁化固定層MFLが配置されている。この場合、書き込み電流を、ハード層HL1から磁壁移動層WDLを介してハード層HL2の方向へ流すことにより、磁壁を境界B2から境界B1の方へ移動させ、データ「1」を書き込むことができる。また、書き込み電流を、ハード層HL2から磁壁移動層WDLを介してハード層HL1の方向へ流すことにより、磁壁を境界B1から境界B2の方へ移動させ、データ「0」を書き込むことができる。さらに、磁化固定層MFLからハード層HL2の間に読み出し電流を流し、これらの間に流れる電流値により、抵抗値を検出し、高抵抗の場合には、データ「1」を読み出し、低抵抗の場合には、データ「0」を読み出すことができる。   In the magnetic memory element of the comparative example shown in FIG. 6, the magnetization fixed layer MFL is disposed on the stacked portion L0 of the domain wall motion layer WDL and the tunnel barrier layer TBL. In this case, by flowing a write current from the hard layer HL1 to the hard layer HL2 via the domain wall moving layer WDL, the domain wall can be moved from the boundary B2 toward the boundary B1, and data “1” can be written. . In addition, by passing a write current from the hard layer HL2 to the hard layer HL1 via the domain wall moving layer WDL, the domain wall can be moved from the boundary B1 toward the boundary B2, and data “0” can be written. Further, a read current is passed between the magnetization fixed layer MFL and the hard layer HL2, and the resistance value is detected from the current value flowing between them. In the case of high resistance, data “1” is read and low resistance In this case, data “0” can be read.

しかしながら、少電流で書き込み(書き換え)可能な材料であっても、MR比(磁化方向の変化による抵抗の差)が小さい場合や、MR比が大きい材料であっても、書き込みに大電流が必要な場合があり、MR比を大きくしつつ、書き込み電流を小さくするといったMR比と書き込み電流の双方の特性を最適化させることが難しい場合が多い。よって、図6に示す比較例の場合のように、上記書き込み時の電流経路WCと上記読み出し時の電流経路RCの双方に磁壁移動層WDLが含まれる場合には、磁壁移動層WDLとして、書き込み電流(磁壁移動に必要な電流密度)が小さい強磁性膜を選択しても、MR比も小さい恐れがある。逆に、MR比の大きな強磁性膜を選択した場合に、書き込み電流(磁壁移動に必要な電流密度)が小さくならない恐れもある。   However, even if the material can be written (rewritten) with a small current, a large current is required for writing even if the MR ratio (resistance difference due to change in magnetization direction) is small or a material with a large MR ratio. In many cases, it is difficult to optimize the characteristics of both the MR ratio and the write current, such as reducing the write current while increasing the MR ratio. Therefore, when the domain wall motion layer WDL is included in both the current path WC at the time of writing and the current path RC at the time of reading, as in the comparative example shown in FIG. 6, the domain wall motion layer WDL is written as Even if a ferromagnetic film having a small current (current density necessary for domain wall motion) is selected, the MR ratio may be small. Conversely, when a ferromagnetic film having a large MR ratio is selected, the write current (current density necessary for domain wall motion) may not be reduced.

これに対し、本実施の形態においては、図7に示すように、書き込み時の電流経路WCには、主として磁壁移動層WDLが含まれ、読み出し時の電流経路RCには、磁化反転層MRLが含まれる。よって、磁化反転層MRLとして、MR比が大きい強磁性膜を選択し、読み出し時のセンシングマージンを大きく確保しても、書き込み時の電流経路WCに磁化反転層MRLが含まれないため、書き込み電流の増加を抑制することができる。一方、磁壁移動層WDLとして、書き込み電流が小さい強磁性膜を選択し、書き込み電流の低減化を図っても、読み出し電流経路RCに対する磁壁移動層WDLの影響が小さいため、磁壁移動層WDLの低MR比の影響を低減し、磁化反転層MRLの高MR比により読み出し時のセンシングマージンを大きく確保することができる。また、読み出し速度を向上することができる。   In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the current path WC at the time of writing mainly includes the domain wall motion layer WDL, and the current path RC at the time of reading includes the magnetization switching layer MRL. included. Therefore, even if a ferromagnetic film having a large MR ratio is selected as the magnetization switching layer MRL and the sensing margin at the time of reading is ensured to be large, the magnetization switching layer MRL is not included in the current path WC at the time of writing. Can be suppressed. On the other hand, even if a ferromagnetic film having a small write current is selected as the domain wall motion layer WDL and the write current is reduced, the domain wall motion layer WDL has a small influence on the read current path RC. The influence of the MR ratio can be reduced, and a large sensing margin during reading can be secured by the high MR ratio of the magnetization switching layer MRL. In addition, the reading speed can be improved.

このように、本実施の形態の構成とすることで、磁化反転層MRLとしては、書き込み電流の大小にかかわらず、MR比を最大にできる膜構成を用いることができ、また、磁壁移動層WDLを構成する強磁性膜としては、MR比の大小にかかわらず、書き込み電流(閾値電流)を最小にできる膜構造を用いることができ、それにより、材料選択の幅を広げることができる。   As described above, by adopting the configuration of the present embodiment, a film configuration that can maximize the MR ratio can be used as the magnetization switching layer MRL regardless of the magnitude of the write current, and the domain wall motion layer WDL. As the ferromagnetic film constituting the film, a film structure capable of minimizing the write current (threshold current) can be used regardless of the MR ratio, thereby widening the range of material selection.

さらに、本実施の形態の構造では、磁化固定層MFL、トンネルバリア層TBLおよび磁化反転層MRLを加工することで、比較例の場合(図16〜図19参照)のようにトンネルバリア層でエッチングストップさせる必要がなく、製造マージンも大幅に拡大することができる。本実施の形態の製造方法については、以下に詳細に述べる。   Furthermore, in the structure of the present embodiment, the magnetization fixed layer MFL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization switching layer MRL are processed, so that the tunnel barrier layer is etched as in the comparative example (see FIGS. 16 to 19). There is no need to stop, and the manufacturing margin can be greatly increased. The manufacturing method of this embodiment will be described in detail below.

[製法説明]
次いで、図8〜図15を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図8〜図15は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図8〜図15のうち、図8は、選択用トランジスタおよびその上部の配線の形成工程を示す断面図であり、図9〜図15は、磁気メモリ素子の形成工程を示す断面図である。
[Product description]
Next, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 15 and the configuration of the semiconductor device will be further clarified. 8 to 15 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment. 8 to 15, FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process for forming a selection transistor and wiring thereon, and FIGS. 9 to 15 are cross-sectional views showing a process for forming a magnetic memory element.

まず、図8に示すように、半導体よりなる基板(半導体基板)Sの主表面に、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)を形成し、さらに、その上部に、層間絶縁膜(IL1〜IL4)を介して複数の配線(M1〜M3)を形成する。これらの形成方法に制限はないが、例えば、以下の工程により形成することができる。   First, as shown in FIG. 8, two selection transistors (TR1, TR2) are formed on the main surface of a substrate (semiconductor substrate) S made of a semiconductor, and further, interlayer insulating films (IL1 to IL4) are formed thereon. ) To form a plurality of wirings (M1 to M3). Although there is no restriction | limiting in these formation methods, For example, it can form by the following processes.

まず、基板Sを準備する。基板Sとしては、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる基板を用いることができる。   First, the substrate S is prepared. As the substrate S, for example, a substrate made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm can be used.

次いで、基板Sの主面に、素子分離領域STIを形成する。この素子分離領域STIは、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法などにより形成することができる。この場合、基板Sの素子分離領域をエッチングすることにより、溝を形成し、この溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより素子分離領域STIを形成する。例えば、この溝の内部を含む基板上に酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などを用いて、溝以外の絶縁膜を除去することにより、溝の内部に絶縁膜を埋め込むことができる。   Next, an element isolation region STI is formed on the main surface of the substrate S. The element isolation region STI can be formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method. In this case, an element isolation region STI is formed by etching the element isolation region of the substrate S to form a groove and embedding an insulating film such as a silicon oxide film in the groove. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on a substrate including the inside of the groove, and the insulating film other than the groove is removed by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. An insulating film can be embedded in the trench.

この素子分離領域STIにより活性領域が区画され、この活性領域に、選択用トランジスタ(TR1、TR2)などの半導体素子が形成される。トランジスタは、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、電界効果型トランジスタ)とも呼ばれる。なお、ここでは、nチャネル型のMISFETを例に説明するが、半導体素子として、導電型を逆にしたpチャネル型のMISFETを形成してもよく、また、nチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETの両方を形成してもよい。   An active region is defined by the element isolation region STI, and semiconductor elements such as selection transistors (TR1, TR2) are formed in the active region. The transistor is also called a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). Here, an n-channel type MISFET is described as an example. However, a p-channel type MISFET having a reversed conductivity type may be formed as a semiconductor element, and an n-channel type MISFET and a p-channel type MISFET may be formed. Both MISFETs may be formed.

次いで、基板Sの活性領域に、p型ウエルPWを形成する。p型ウエルPWは、例えば、基板S中に、p型の不純物をイオン注入することにより形成さる。これにより、基板Sの主面から所定の深さまでのp型の半導体領域であるp型ウエルPWを形成することができる。   Next, a p-type well PW is formed in the active region of the substrate S. The p-type well PW is formed, for example, by ion-implanting p-type impurities into the substrate S. Thereby, a p-type well PW which is a p-type semiconductor region from the main surface of the substrate S to a predetermined depth can be formed.

次いで、基板(p型ウエルPW)Sの主面上に、ゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する。まず、基板Sの主面に、絶縁膜よりなるゲート絶縁膜GIを形成する。例えば、熱酸化法などを用いて、酸化シリコン膜などよりなるゲート絶縁膜GIを形成する。次いで、ゲート絶縁膜GI上に、例えば、多結晶シリコン膜などよりなるゲート電極材料をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて堆積し、この多結晶シリコン膜を所望の形状にパターニングすることにより、ゲート電極GEを形成する。パターニングとは、多結晶シリコン膜などの膜上に、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状のフォトレジスト膜などを形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして、膜を選択的にエッチングすることにより、膜を所望の形状に加工することをいう。   Next, the gate electrode GE is formed on the main surface of the substrate (p-type well PW) S via the gate insulating film GI. First, a gate insulating film GI made of an insulating film is formed on the main surface of the substrate S. For example, the gate insulating film GI made of a silicon oxide film or the like is formed using a thermal oxidation method or the like. Next, a gate electrode material made of, for example, a polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film GI by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like, and this polycrystalline silicon film is patterned into a desired shape. Then, the gate electrode GE is formed. With patterning, a photoresist film having a desired shape is formed on a film such as a polycrystalline silicon film by using a photolithography technique, and the film is selectively etched using the photoresist film as a mask. Processing the film into a desired shape.

次いで、ゲート電極GEの両側の基板S中に、ソース、ドレイン領域SDを形成する。まず、ゲート電極GEをマスク(イオン注入阻止マスク)としたイオン注入により低不純物濃度のn型半導体領域を形成する。次いで、ゲート電極GE上を含む基板S上に酸化シリコン膜などよりなる絶縁膜を形成し、異方的にエッチングすることにより、ゲート電極GEの側壁にサイドウォール膜SWを形成する。次いで、ゲート電極GEおよびサイドウォール膜SWをマスクとしたイオン注入により、高不純物濃度のn型半導体領域を形成する。これにより、低不純物濃度のn型半導体領域と、それよりも高不純物濃度で接合深さが深いn型半導体領域とからなるLDD構造のソース、ドレイン領域SDを形成することができる。 Next, source and drain regions SD are formed in the substrate S on both sides of the gate electrode GE. First, an n type semiconductor region having a low impurity concentration is formed by ion implantation using the gate electrode GE as a mask (ion implantation blocking mask). Next, an insulating film made of a silicon oxide film or the like is formed on the substrate S including the gate electrode GE and anisotropically etched to form the sidewall film SW on the side wall of the gate electrode GE. Next, an n + type semiconductor region having a high impurity concentration is formed by ion implantation using the gate electrode GE and the sidewall film SW as a mask. As a result, it is possible to form an LDD source / drain region SD composed of an n type semiconductor region having a low impurity concentration and an n + type semiconductor region having a higher impurity concentration and a deep junction depth.

次いで、アニール処理(熱処理)を施し、これまでのイオン注入で導入した不純物を活性化する。   Next, annealing treatment (heat treatment) is performed to activate the impurities introduced by the conventional ion implantation.

以上の工程により、基板Sの主表面に、選択用トランジスタ(TR1、TR2)などの半導体素子を形成することができる。   Through the above steps, a semiconductor element such as a selection transistor (TR1, TR2) can be formed on the main surface of the substrate S.

この後、サリサイド技術を用いて、ゲート電極GEおよびn型半導体領域の上部に、金属シリサイド膜(図示せず)を形成してもよい。この金属シリサイド層により、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。 Thereafter, a metal silicide film (not shown) may be formed on the gate electrode GE and the n + type semiconductor region by using a salicide technique. With this metal silicide layer, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced.

次いで、基板Sの主面上に、層間絶縁膜IL1を形成する。例えば、酸化シリコン膜などの絶縁膜を、CVD法などを用いて堆積する。この後、必要に応じて、CMP法などを用いて絶縁膜の表面を平坦化する。   Next, an interlayer insulating film IL1 is formed on the main surface of the substrate S. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited using a CVD method or the like. Thereafter, the surface of the insulating film is planarized using a CMP method or the like as necessary.

次いで、層間絶縁膜IL1中にプラグ(接続部)P1を形成する。まず、層間絶縁膜IL1をエッチングすることにより、コンタクトホールを形成し、この内部に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(接続部)P1を形成する。例えば、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜IL1上に、バリア導体膜(図示せず)および主導体膜の積層膜を形成し、層間絶縁膜IL1上の不要な膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去する。   Next, a plug (connection portion) P1 is formed in the interlayer insulating film IL1. First, a contact hole is formed by etching the interlayer insulating film IL1, and a plug (connection portion) P1 is formed by embedding a conductive film therein. For example, a laminated film of a barrier conductor film (not shown) and a main conductor film is formed on the interlayer insulating film IL1 including the inside of the contact hole, and an unnecessary film on the interlayer insulating film IL1 is subjected to a CMP method or an etch back method. To remove.

次いで、プラグP1が埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に配線M1を形成する。例えば、層間絶縁膜IL1上に、導電性膜を堆積し、パターニングすることにより配線M1を形成する。なお、ダマシン技術(ここではシングルダマシン技術)を用いて配線M1を形成してもよい。この場合、層間絶縁膜IL1上に溝用絶縁膜を形成し、この溝用絶縁膜中に配線溝を形成した後、配線溝の内部に導電性膜を埋め込むことにより配線M1を形成する。   Next, the wiring M1 is formed on the interlayer insulating film IL1 in which the plug P1 is embedded. For example, a conductive film is deposited on the interlayer insulating film IL1 and patterned to form the wiring M1. Note that the wiring M1 may be formed using damascene technology (here, single damascene technology). In this case, a groove insulating film is formed on the interlayer insulating film IL1, a wiring groove is formed in the groove insulating film, and then a conductive film is embedded in the wiring groove to form the wiring M1.

この後、配線M1上に層間絶縁膜IL2を形成し、次いで、層間絶縁膜IL2中にプラグP2を形成し、さらに、層間絶縁膜IL2上に配線M2を形成する。層間絶縁膜IL2、プラグP2および配線M2は、それぞれ、層間絶縁膜IL1、プラグP1および配線M1と同様に形成することができる。次いで、同様にして、層間絶縁膜IL3、プラグP3および配線M3を形成する。さらに、同様にして、層間絶縁膜IL4およびプラグP4を形成する。なお、2層目以降の配線の形成の際には、デュアルダマシン法を用いてもよい。即ち、層間絶縁膜および溝用絶縁膜のそれぞれに形成されたコンタクトホールおよび配線溝を、同時に導電性膜で埋め込むことにより、プラグと配線とを一体的に形成してもよい。   Thereafter, an interlayer insulating film IL2 is formed over the wiring M1, then a plug P2 is formed in the interlayer insulating film IL2, and further a wiring M2 is formed over the interlayer insulating film IL2. The interlayer insulating film IL2, the plug P2, and the wiring M2 can be formed in the same manner as the interlayer insulating film IL1, the plug P1, and the wiring M1, respectively. Next, similarly, an interlayer insulating film IL3, a plug P3, and a wiring M3 are formed. Further, similarly, an interlayer insulating film IL4 and a plug P4 are formed. Note that a dual damascene method may be used in forming the second and subsequent wirings. That is, the plug and the wiring may be integrally formed by simultaneously burying the contact hole and the wiring groove formed in each of the interlayer insulating film and the groove insulating film with the conductive film.

以上の工程により、選択用トランジスタ(TR1、TR2)、層間絶縁膜(IL1〜IL4)および配線(M1〜M3)等を形成することができる(図8参照)。   Through the above steps, the selection transistors (TR1, TR2), the interlayer insulating films (IL1 to IL4), the wirings (M1 to M3), and the like can be formed (see FIG. 8).

次いで、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、磁気メモリ素子MMを形成する。   Next, the magnetic memory element MM is formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded.

まず、図9に示すように、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、ハード層HL1、HL2を形成する。例えば、プラグP4および層間絶縁膜IL4上に、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、ハードマスクHM1として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM1)を、パターニングすることにより、ハード層HL1、HL2の形成領域(領域1B、2B)にのみ残存させる。次いで、ハードマスクHM1をマスクに、強磁性膜をエッチングすることにより、ハード層HL1、HL2を形成する。なお、ハードマスクHM1を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   First, as shown in FIG. 9, the hard layers HL1 and HL2 are formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded. For example, a ferromagnetic film is deposited on the plug P4 and the interlayer insulating film IL4 by a sputtering method or the like. Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM1 on the ferromagnetic film by a CVD method. This insulating film (hard mask HM1) is patterned to remain only in the formation regions (regions 1B and 2B) of the hard layers HL1 and HL2. Next, the hard layers HL1 and HL2 are formed by etching the ferromagnetic film using the hard mask HM1 as a mask. Note that the hard mask HM1 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

このハード層HL1、HL2は、それぞれ、プラグP4上に形成される。ハード層HL1と電気的に接続されるプラグP4は、選択用トランジスタTR1のソース、ドレイン領域SDの一方と電気的に接続される。また、ハード層HL2と電気的に接続されるプラグP4は、選択用トランジスタTR2のソース、ドレイン領域SDの一方と電気的に接続される(図3参照)。ハード層HL1、HL2として用いられる強磁性膜は、「磁気メモリ素子」の欄で説明したとおりである。   The hard layers HL1 and HL2 are each formed on the plug P4. The plug P4 electrically connected to the hard layer HL1 is electrically connected to one of the source and drain regions SD of the selection transistor TR1. The plug P4 electrically connected to the hard layer HL2 is electrically connected to one of the source and drain regions SD of the selection transistor TR2 (see FIG. 3). The ferromagnetic films used as the hard layers HL1 and HL2 are as described in the “magnetic memory element” column.

次いで、ハードマスクHM1を除去した後、ハード層HL1、HL2上に、層間絶縁膜IL5を形成する。例えば、ハード層HL1、HL2および層間絶縁膜IL4上に、層間絶縁膜IL5として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。その後、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL5の表面部を、ハード層HL1、HL2の表面が露出するまで除去する。これにより、図10に示すように、層間絶縁膜IL5中にハード層HL1、HL2が埋め込まれ、層間絶縁膜IL5の表面からハード層HL1、HL2の表面が露出する。   Next, after removing the hard mask HM1, an interlayer insulating film IL5 is formed on the hard layers HL1 and HL2. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL5 on the hard layers HL1 and HL2 and the interlayer insulating film IL4 by a CVD method or the like. Thereafter, the surface portion of the interlayer insulating film IL5 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed. As a result, as shown in FIG. 10, the hard layers HL1 and HL2 are embedded in the interlayer insulating film IL5, and the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed from the surface of the interlayer insulating film IL5.

次いで、図11に示すように、ハード層HL1、HL2が埋め込まれた層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLとの積層部を形成する。例えば、ハード層HL1、HL2および層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、キャップ層CLとして、導電性膜をスパッタリング法などにより堆積する。磁壁移動層WDLとして用いられる強磁性膜およびキャップ層CLとして用いられる導電性膜は、「磁気メモリ素子」の欄で説明したとおりである。   Next, as shown in FIG. 11, a laminated portion of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL thereabove is formed on the interlayer insulating film IL5 in which the hard layers HL1 and HL2 are embedded. For example, a ferromagnetic film is deposited as the domain wall motion layer WDL on the hard layers HL1 and HL2 and the interlayer insulating film IL5 by sputtering or the like. Next, a conductive film is deposited as a cap layer CL on the ferromagnetic film by a sputtering method or the like. The ferromagnetic film used as the domain wall motion layer WDL and the conductive film used as the cap layer CL are as described in the “magnetic memory element” column.

次いで、キャップ層CL上に、ハードマスクHM2として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM2)を、パターニングすることにより、領域1B、1Aおよび2Bに残存させる。次いで、図12に示すように、ハードマスクHM2をマスクに、磁壁移動層WDLとキャップ層CLとの積層膜をエッチングすることにより、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLとからなる積層部L1を形成する。なお、ハードマスクHM2を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM2 on the cap layer CL by a CVD method. The insulating film (hard mask HM2) is patterned to remain in the regions 1B, 1A, and 2B. Next, as shown in FIG. 12, by using the hard mask HM2 as a mask, the laminated film of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL is etched, so that the laminate portion comprising the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL on the upper side thereof. L1 is formed. Note that the hard mask HM2 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM2を除去した後、積層部L1上に、層間絶縁膜IL6を形成する。例えば、積層部L1および層間絶縁膜IL5上に、層間絶縁膜IL6として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。その後、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL6の表面部を、積層部L1の表面が露出するまで除去する。これにより、図13に示すように、層間絶縁膜IL6中に積層部L1が埋め込まれ、層間絶縁膜IL6の表面から積層部L1のキャップ層CLの表面が露出する。   Next, after removing the hard mask HM2, an interlayer insulating film IL6 is formed on the stacked portion L1. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL6 on the stacked portion L1 and the interlayer insulating film IL5 by a CVD method or the like. Thereafter, the surface portion of the interlayer insulating film IL6 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surface of the stacked portion L1 is exposed. As a result, as shown in FIG. 13, the laminated portion L1 is embedded in the interlayer insulating film IL6, and the surface of the cap layer CL of the laminated portion L1 is exposed from the surface of the interlayer insulating film IL6.

次いで、図14に示すように、積層部L1が埋め込まれた層間絶縁膜IL6上に、磁化反転層MRLと、その上部のトンネルバリア層TBLと、その上部の磁化固定層MFLとの積層膜を形成する。例えば、積層部L1および層間絶縁膜IL6上に、磁化反転層MRLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、トンネルバリア層TBLとして、絶縁膜をCVD法やスパッタリング法などにより堆積する。次いで、例えば、絶縁膜上に、磁化固定層MFLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。磁化反転層MRLおよび磁化固定層MFLとして用いられる強磁性膜およびトンネルバリア層TBLとして用いられる絶縁膜は、「磁気メモリ素子」の欄で説明したとおりである。   Next, as shown in FIG. 14, on the interlayer insulating film IL6 in which the laminated portion L1 is embedded, a laminated film of the magnetization switching layer MRL, the upper tunnel barrier layer TBL, and the upper magnetization fixed layer MFL is formed. Form. For example, a ferromagnetic film is deposited as the magnetization reversal layer MRL on the stacked portion L1 and the interlayer insulating film IL6 by a sputtering method or the like. Next, an insulating film is deposited as a tunnel barrier layer TBL on the ferromagnetic film by a CVD method, a sputtering method, or the like. Next, for example, a ferromagnetic film is deposited on the insulating film as the magnetization fixed layer MFL by a sputtering method or the like. The ferromagnetic film used as the magnetization switching layer MRL and the magnetization fixed layer MFL and the insulating film used as the tunnel barrier layer TBL are as described in the “magnetic memory element” column.

次いで、磁化固定層MFL上に、ハードマスクHM3として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM3)を、パターニングすることにより、領域1Aの中央部に残存させる。次いで、図15に示すように、ハードマスクHM3をマスクに、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜をエッチングする(選択的にエッチングする)ことにより、これらの層からなる積層部L2を形成する。なお、ハードマスクHM3を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM3 on the magnetization fixed layer MFL by a CVD method. The insulating film (hard mask HM3) is patterned to remain in the central portion of the region 1A. Next, as shown in FIG. 15, by using the hard mask HM3 as a mask, the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched (selectively etched), thereby from these layers. A stacked portion L2 is formed. Note that the hard mask HM3 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM3を除去した後、積層部L2上に、層間絶縁膜IL7を形成する(図3参照)。例えば、積層部L1、L2および層間絶縁膜IL6上に、層間絶縁膜IL7として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。その後、積層部L2の磁化固定層MFL上に、プラグ(図示せず)や、配線(図示せず)を形成する。   Next, after removing the hard mask HM3, an interlayer insulating film IL7 is formed on the stacked portion L2 (see FIG. 3). For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL7 on the stacked portions L1 and L2 and the interlayer insulating film IL6 by a CVD method or the like. Thereafter, a plug (not shown) and a wiring (not shown) are formed on the magnetization fixed layer MFL of the stacked portion L2.

以上の工程により、選択用トランジスタ(TR1、TR2)と、これらとプラグ(P1〜P4)や配線(M1〜M3)を介して電気的に接続された磁気メモリ素子MMとを形成することができる(図3参照)。   Through the above steps, the selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM electrically connected thereto via the plugs (P1 to P4) and the wirings (M1 to M3) can be formed. (See FIG. 3).

ここで、本実施の形態においては、積層部L2の形成時において、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜のエッチングの際、キャップ層CLをエッチングストッパーとして用いることができるため、磁気メモリ素子の特性を向上させることができる。   Here, in the present embodiment, the cap layer CL is used as an etching stopper when the stacked layer of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched when the stacked portion L2 is formed. Therefore, the characteristics of the magnetic memory element can be improved.

例えば、比較例の半導体装置の磁気メモリ素子の製造工程においては、トンネルバリア層TBLがエッチングストッパーとなるため、エッチング制御が困難となり、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきが大きくなる。図16〜図19は、比較例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。   For example, in the manufacturing process of the magnetic memory element of the semiconductor device of the comparative example, since the tunnel barrier layer TBL serves as an etching stopper, the etching control becomes difficult and the variation of the MTJ resistance (R0, R1) increases. 16 to 19 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the semiconductor device of the comparative example.

まず、比較例の半導体装置の磁気メモリ素子の製造工程を説明する。比較例の半導体装置の製造工程においては、図16に示すように、ハード層HL1、HL2が埋め込まれた層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLを順次堆積する。次いで、領域1A、1Bおよび2BのハードマスクHM52をマスクに、磁壁移動層WDL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜をエッチングする(図17)。   First, the manufacturing process of the magnetic memory element of the semiconductor device of the comparative example will be described. In the manufacturing process of the semiconductor device of the comparative example, as shown in FIG. 16, the domain wall motion layer WDL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are sequentially formed on the interlayer insulating film IL5 in which the hard layers HL1 and HL2 are embedded. accumulate. Next, using the hard mask HM52 in the regions 1A, 1B, and 2B as a mask, the laminated film of the domain wall motion layer WDL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched (FIG. 17).

次いで、ハードマスクHM52を除去した後、上記積層膜上に、層間絶縁膜IL6を形成し、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL6の表面部を、磁化固定層MFLの表面が露出するまで除去する。   Next, after removing the hard mask HM52, an interlayer insulating film IL6 is formed on the laminated film, and a surface portion of the interlayer insulating film IL6 is formed on the surface of the magnetization fixed layer MFL by using a CMP method, an etch back method, or the like. Remove until is exposed.

次いで、図18に示すように、上記積層膜が埋め込まれた層間絶縁膜IL6上に、ハードマスクHM53を形成する。次いで、図19に示すように、領域1Aの中央部のハードマスクHM53をマスクに、磁化固定層MFLをエッチングする。この際、トンネルバリア層TBLをエッチングストッパーとし、トンネルバリア層TBLの表面でエッチングを終了することが好ましい。しかしながら、トンネルバリア層TBLは薄膜(例えば、1〜2nm程度)であるため、制御性よく、磁化固定層MFLのエッチングを行うことが困難である。このため、トンネルバリア層TBL上に、磁化固定層MFLが残存する。また、トンネルバリア層TBLの膜厚にばらつきが生じる。さらには、トンネルバリア層TBLがエッチングされその下層の磁壁移動層WDLの露出や膜減りが生じ得る。このような、磁化固定層MFLの残渣、トンネルバリア層TBLの膜厚のばらつきや磁壁移動層WDLの膜厚のばらつきなどは、MTJ抵抗(R0、R1)に大きく影響を及ぼす。このため、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきが大きくなり、結果として、MR比の確保が困難となる。   Next, as shown in FIG. 18, a hard mask HM53 is formed on the interlayer insulating film IL6 in which the stacked film is embedded. Next, as shown in FIG. 19, the magnetization fixed layer MFL is etched using the hard mask HM53 at the center of the region 1A as a mask. At this time, it is preferable to use the tunnel barrier layer TBL as an etching stopper and finish the etching on the surface of the tunnel barrier layer TBL. However, since the tunnel barrier layer TBL is a thin film (for example, about 1 to 2 nm), it is difficult to etch the magnetization fixed layer MFL with good controllability. For this reason, the magnetization fixed layer MFL remains on the tunnel barrier layer TBL. Further, the thickness of the tunnel barrier layer TBL varies. Furthermore, the tunnel barrier layer TBL is etched, and the underlying domain wall motion layer WDL may be exposed or the film may be reduced. Such residues of the magnetization fixed layer MFL, variations in the thickness of the tunnel barrier layer TBL, variations in the thickness of the domain wall motion layer WDL, and the like greatly affect the MTJ resistance (R0, R1). For this reason, variation in MTJ resistance (R0, R1) increases, and as a result, it becomes difficult to ensure the MR ratio.

図20は、MTJ抵抗(R0、R1)とMR比との関係を示すグラフである。図20に示すように、抵抗R0と抵抗R1との差が大きければMR比は大きく確保できるが、抵抗R0および抵抗R1のばらつきが大きくなると、これらの差、即ち、センシングマージンが小さくなってしまう。   FIG. 20 is a graph showing the relationship between the MTJ resistance (R0, R1) and the MR ratio. As shown in FIG. 20, if the difference between the resistor R0 and the resistor R1 is large, a large MR ratio can be ensured. However, if the variation between the resistor R0 and the resistor R1 increases, these differences, that is, the sensing margin becomes small. .

図21は、MTJ抵抗(R0、R1)とばらつき(σ)との関係を示すグラフである。横軸は、抵抗[kΩ]で、縦軸は、ばらつき(σ)である。図21に示すように、磁化固定層MFLのエッチング前(左図、図6、図18参照)の場合は、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきが2%以内であるのに対し、比較例の構成、即ち、磁化固定層MFLのエッチング後(右図、図6、図19参照)の場合は、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきが少ないもので4%以内、ばらつきが大きいものは7%に至るものが確認できる。   FIG. 21 is a graph showing the relationship between MTJ resistance (R0, R1) and variation (σ). The horizontal axis is resistance [kΩ], and the vertical axis is variation (σ). As shown in FIG. 21, before the magnetization fixed layer MFL is etched (see the left figure, FIG. 6, and FIG. 18), the MTJ resistance (R0, R1) varies within 2%, whereas the comparative example In other words, after the etching of the magnetization fixed layer MFL (see the right figure, FIG. 6 and FIG. 19), the MTJ resistance (R0, R1) has a small variation within 4% and a large variation is 7 % Can be confirmed.

これに対し、本実施の形態(図7、図14、図15参照)においては、MTJ抵抗(R0、R1)への関与が小さいキャップ層CLをエッチングストッパーとして用いることができるため、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきを低減することができる。また、キャップ層CLは、トンネルバリア層TBLより膜厚を大きくすることが可能であり、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜のエッチングの制御性を向上させることができる。言い換えれば、磁壁移動層WDL上に、キャップ層CLが残存するようにエッチング条件の調整をすることが容易となる。   On the other hand, in the present embodiment (see FIGS. 7, 14, and 15), since the cap layer CL having a small contribution to the MTJ resistance (R0, R1) can be used as an etching stopper, the MTJ resistance ( Variations in R0, R1) can be reduced. Further, the cap layer CL can be made thicker than the tunnel barrier layer TBL, and the controllability of etching of the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL can be improved. it can. In other words, it becomes easy to adjust the etching conditions so that the cap layer CL remains on the domain wall motion layer WDL.

このように、本実施の形態においては、キャップ層CLをエッチングストッパーとして用いることができるため、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきを小さくでき、MR比を大きくすることができる。よって、読み出し時のセンシングマージンを大きくできるなど、磁気メモリ素子の特性を向上させることができる。   Thus, in the present embodiment, since the cap layer CL can be used as an etching stopper, variation in MTJ resistance (R0, R1) can be reduced, and the MR ratio can be increased. Therefore, the characteristics of the magnetic memory element can be improved, such as increasing the sensing margin during reading.

なお、図21の左図に示すようなハード層HL1、HL2の上方に磁化固定層MFLを残存させた構成の磁気メモリ素子も考え得るが、このような構成の磁気メモリ素子は、MTJ抵抗(R0、R1)のばらつきを小さくできるものの、MR比が極端に小さくなる。即ち、この場合、磁化固定層MFLが、領域1Aのみならず領域1B、2Bにも設置されている構造となるため、領域1B、2Bの磁化が磁化固定層MFLとハード層HL1、HL2とで固定され、この部分が磁化反転に伴うMTJ抵抗(R0、R1)の変化に寄与しない。言い換えれば、固定された余分な抵抗が、磁化固定層MFLとハード層(HL1、HL2)の間に、並列に接続された構成となる。よって、MR比が低下し、読み出し時のセンシングマージンが低下してしまうため、磁化固定層MFLをハード層HL1、HL2の上方に残存させた構成の磁気メモリ素子の特性は好ましくない。   Although a magnetic memory element having a structure in which the magnetization fixed layer MFL is left above the hard layers HL1 and HL2 as shown in the left diagram of FIG. 21 can be considered, the magnetic memory element having such a structure has an MTJ resistance ( Although the variation of R0, R1) can be reduced, the MR ratio becomes extremely small. That is, in this case, since the magnetization fixed layer MFL is provided not only in the region 1A but also in the regions 1B and 2B, the magnetization of the regions 1B and 2B is caused by the magnetization fixed layer MFL and the hard layers HL1 and HL2. This portion is fixed and does not contribute to the change in MTJ resistance (R0, R1) accompanying the magnetization reversal. In other words, the fixed extra resistance is connected in parallel between the magnetization fixed layer MFL and the hard layers (HL1, HL2). Therefore, since the MR ratio is lowered and the sensing margin at the time of reading is lowered, the characteristics of the magnetic memory element having the structure in which the magnetization fixed layer MFL is left above the hard layers HL1 and HL2 are not preferable.

(実施の形態2)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。実施の形態1においては、磁壁移動層WDLとキャップ層CLの積層膜をエッチングし、積層部L1を形成した後、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜をエッチングし、積層部L2を形成したが、磁壁移動層WDL、キャップ層CL、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの5層の積層膜を形成した後、エッチングしてもよい。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the laminated film of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL is etched to form the laminated portion L1, and then the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched. Although the laminated portion L2 is formed, etching may be performed after forming a laminated film of five layers of the domain wall motion layer WDL, the cap layer CL, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL.

[構造説明]
本実施の形態の半導体装置(磁気メモリ素子、選択用トランジスタなど)の構成は、実施の形態1の場合と同様であるため、その説明を省略する(図1〜図7参照)。ここで、本実施の形態においても、磁気メモリ素子MMが、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLとの積層部L1と、この積層部L1の中央部の上部に配置され、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBL、磁化固定層MFLが、下から順に積層された積層部L2とを有する構成であるため、磁気メモリ素子MMの特性を向上させることができる。具体的には、実施の形態1で詳細に説明したように、MR比を向上することができる。また、書き込み電流値を低下させることができる。
[Description of structure]
Since the configuration of the semiconductor device (magnetic memory element, selection transistor, etc.) of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted (see FIGS. 1 to 7). Here, also in the present embodiment, the magnetic memory element MM is disposed on the laminated portion L1 of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL above the magnetic wall moving layer WDL, and on the upper portion of the central portion of the laminated portion L1. Since the MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL have the stacked portion L2 stacked in order from the bottom, the characteristics of the magnetic memory element MM can be improved. Specifically, as described in detail in Embodiment 1, the MR ratio can be improved. In addition, the write current value can be reduced.

[製法説明]
次いで、図22〜図28を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図22〜図28は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、選択用トランジスタおよびその上部の配線の形成工程は、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する(図8参照)。よって、図22〜図28を参照しながら、磁気メモリ素子の形成工程について詳細に説明する。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 28 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. Note that the process for forming the selection transistor and the wiring over the selection transistor is the same as that in Embodiment 1, and thus detailed description thereof is omitted (see FIG. 8). Therefore, the process of forming the magnetic memory element will be described in detail with reference to FIGS.

まず、実施の形態1と同様に、基板Sの主表面に、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)を形成し、さらに、その上部に、層間絶縁膜(IL1〜IL4)を介して複数の配線(M1〜M3)を形成する(図8参照)。   First, similarly to the first embodiment, two selection transistors (TR1, TR2) are formed on the main surface of the substrate S, and a plurality of selection transistors (IL1 to IL4) are formed on the upper surface thereof via interlayer insulating films (IL1 to IL4). Wirings (M1 to M3) are formed (see FIG. 8).

次いで、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、磁気メモリ素子MMを形成する。   Next, the magnetic memory element MM is formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded.

まず、図22に示すように、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、ハード層HL1、HL2を形成する。ハード層HL1、HL2は、実施の形態1の場合と同様に、ハードマスクHM1をマスクに、強磁性膜をエッチングすることにより形成することができる。   First, as shown in FIG. 22, the hard layers HL1 and HL2 are formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded. As in the case of the first embodiment, the hard layers HL1 and HL2 can be formed by etching the ferromagnetic film using the hard mask HM1 as a mask.

次いで、図23に示すように、実施の形態1と同様にして、ハード層HL1、HL2上に、層間絶縁膜IL5を形成し、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL5の表面部を、ハード層HL1、HL2の表面が露出するまで除去する。これにより、層間絶縁膜IL5中にハード層HL1、HL2が埋め込まれ、層間絶縁膜IL5の表面からハード層HL1、HL2の表面が露出する。   Next, as shown in FIG. 23, in the same manner as in the first embodiment, an interlayer insulating film IL5 is formed on the hard layers HL1 and HL2, and the interlayer insulating film IL5 is formed by using a CMP method, an etch back method, or the like. The surface portion is removed until the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed. Thereby, the hard layers HL1 and HL2 are embedded in the interlayer insulating film IL5, and the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed from the surface of the interlayer insulating film IL5.

次いで、図24に示すように、ハード層HL1、HL2が埋め込まれた層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDL、キャップ層CL、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLを下側から順に形成し、5層の積層膜を形成する。例えば、ハード層HL1、HL2および層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、キャップ層CLとして、導電性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、導電性膜上に、磁化反転層MRLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、トンネルバリア層TBLとして、絶縁膜をCVD法やスパッタリング法などにより堆積する。次いで、例えば、絶縁膜上に、磁化固定層MFLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。これら5層の各層の材料としては、実施の形態1の「磁気メモリ素子」の欄で説明した材料を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 24, the domain wall motion layer WDL, the cap layer CL, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are formed on the interlayer insulating film IL5 in which the hard layers HL1 and HL2 are embedded. Forming in order from the side, a five-layer film is formed. For example, a ferromagnetic film is deposited as the domain wall motion layer WDL on the hard layers HL1 and HL2 and the interlayer insulating film IL5 by sputtering or the like. Next, a conductive film is deposited as a cap layer CL on the ferromagnetic film by a sputtering method or the like. Next, a ferromagnetic film is deposited as a magnetization switching layer MRL on the conductive film by a sputtering method or the like. Next, an insulating film is deposited as a tunnel barrier layer TBL on the ferromagnetic film by a CVD method, a sputtering method, or the like. Next, for example, a ferromagnetic film is deposited on the insulating film as the magnetization fixed layer MFL by a sputtering method or the like. As the material of each of these five layers, the materials described in the “magnetic memory element” column of the first embodiment can be used.

次いで、磁化固定層MFL上に、ハードマスクHM22として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM22)を、パターニングすることにより、領域1B、1Aおよび2Bに残存させる。次いで、図25に示すように、ハードマスクHM2をマスクに、磁壁移動層WDL、キャップ層CL、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLよりなる5層の積層膜をエッチングすることにより、これらの層からなる積層部L1を形成する。なお、ハードマスクHM22を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM22 on the magnetization fixed layer MFL by a CVD method. This insulating film (hard mask HM22) is left in the regions 1B, 1A, and 2B by patterning. Next, as shown in FIG. 25, using the hard mask HM2 as a mask, the five-layered film composed of the domain wall motion layer WDL, the cap layer CL, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched. Thus, the laminated portion L1 made of these layers is formed. Note that the hard mask HM22 may be formed of a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM22を除去した後、積層部L1上に、層間絶縁膜IL6を形成する。例えば、積層部L1および層間絶縁膜IL5上に、層間絶縁膜IL6として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。次いで、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL6の表面部を、磁化固定層MFLの表面が露出するまで除去する(図26)。   Next, after removing the hard mask HM22, an interlayer insulating film IL6 is formed on the stacked portion L1. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL6 on the stacked portion L1 and the interlayer insulating film IL5 by a CVD method or the like. Next, the surface portion of the interlayer insulating film IL6 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surface of the magnetization fixed layer MFL is exposed (FIG. 26).

次いで、磁化固定層MFL上および層間絶縁膜IL6上に、ハードマスクHM23として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM23)を、パターニングすることにより、領域1Aの中央部に残存させる(図27)。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM23 on the magnetization fixed layer MFL and the interlayer insulating film IL6 by a CVD method. This insulating film (hard mask HM23) is patterned to remain in the center of the region 1A (FIG. 27).

次いで、図28に示すように、ハードマスクHM23をマスクに、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLをエッチングすることにより、これらの層からなる積層部L2を形成する。この工程により、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLからなる積層部L2が形成され、その下部には、磁壁移動層WDLおよびキャップ層CLからなる積層部L1が残存する。なお、ハードマスクHM23を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, as shown in FIG. 28, by using the hard mask HM23 as a mask, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are etched to form a stacked portion L2 made of these layers. By this step, the laminated portion L2 composed of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is formed, and the laminated portion L1 composed of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL remains below the laminated portion L2. Note that the hard mask HM23 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM23を除去した後、積層部L2上に、層間絶縁膜IL7を形成する(図3参照)。例えば、積層部L1、L2および層間絶縁膜IL6上に、層間絶縁膜IL7として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。その後、積層部L2の磁化固定層MFL上に、プラグ(図示せず)や、配線(図示せず)を形成する。   Next, after removing the hard mask HM23, an interlayer insulating film IL7 is formed on the stacked portion L2 (see FIG. 3). For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL7 on the stacked portions L1 and L2 and the interlayer insulating film IL6 by a CVD method or the like. Thereafter, a plug (not shown) and a wiring (not shown) are formed on the magnetization fixed layer MFL of the stacked portion L2.

以上の工程により、選択用トランジスタ(TR1、TR2)と、これらとプラグ(P1〜P4)や配線(M1〜M3)を介して電気的に接続された磁気メモリ素子MMとを形成することができる(図3参照)。   Through the above steps, the selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM electrically connected thereto via the plugs (P1 to P4) and the wirings (M1 to M3) can be formed. (See FIG. 3).

ここで、本実施の形態においても、積層部L2の形成時において、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜のエッチングの際、キャップ層CLをエッチングストッパーとして用いることができるため、実施の形態1で詳細に説明したように、磁気メモリ素子の特性を向上させることができる。   Here, also in the present embodiment, the cap layer CL is used as an etching stopper when the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched when forming the laminated portion L2. Therefore, as described in detail in Embodiment 1, the characteristics of the magnetic memory element can be improved.

(実施の形態3)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。実施の形態1においては、磁壁移動層WDLとキャップ層CLの積層膜をエッチングし、積層部L1を形成した後、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜をエッチングし、積層部L2を形成している。これに対し、本実施の形態においては、実施の形態2のように、5層の積層膜を形成した後、先に、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLをエッチングし、その後、磁壁移動層WDLおよびキャップ層CLをエッチングする。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the laminated film of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL is etched to form the laminated portion L1, and then the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched. The laminated portion L2 is formed. On the other hand, in the present embodiment, after forming the five-layered film as in the second embodiment, first, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are etched, Thereafter, the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL are etched.

[構造説明]
本実施の形態の半導体装置(磁気メモリ素子、選択用トランジスタなど)の構成は、実施の形態1の場合と同様であるため、その説明を省略する(図1〜図7参照)。ここで、本実施の形態においても、磁気メモリ素子MMが、磁壁移動層WDLとその上部のキャップ層CLとの積層部L1と、この積層部L1の中央部の上部に配置され、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBL、磁化固定層MFLが、下から順に積層された積層部L2とを有する構成であるため、磁気メモリ素子MMの特性を向上させることができる。具体的には、実施の形態1で詳細に説明したように、MR比を向上することができる。また、書き込み電流値を低下させることができる。
[Description of structure]
Since the configuration of the semiconductor device (magnetic memory element, selection transistor, etc.) of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted (see FIGS. 1 to 7). Here, also in the present embodiment, the magnetic memory element MM is disposed on the laminated portion L1 of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL above the magnetic wall moving layer WDL, and on the upper portion of the central portion of the laminated portion L1. Since the MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL have the stacked portion L2 stacked in order from the bottom, the characteristics of the magnetic memory element MM can be improved. Specifically, as described in detail in Embodiment 1, the MR ratio can be improved. In addition, the write current value can be reduced.

[製法説明]
次いで、図29〜図36を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図29〜図36は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、選択用トランジスタおよびその上部の配線の形成工程は、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する(図8参照)。よって、図29〜図36を参照しながら、磁気メモリ素子の形成工程について詳細に説明する。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 29 to 36 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. Note that the process for forming the selection transistor and the wiring over the selection transistor is the same as that in Embodiment 1, and thus detailed description thereof is omitted (see FIG. 8). Therefore, the process of forming the magnetic memory element will be described in detail with reference to FIGS.

まず、実施の形態1と同様に、基板Sの主表面に、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)を形成し、さらに、その上部に、層間絶縁膜(IL1〜IL4)を介して複数の配線(M1〜M3)を形成する(図8参照)。   First, similarly to the first embodiment, two selection transistors (TR1, TR2) are formed on the main surface of the substrate S, and a plurality of selection transistors (IL1 to IL4) are formed on the upper surface thereof via interlayer insulating films (IL1 to IL4). Wirings (M1 to M3) are formed (see FIG. 8).

次いで、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、磁気メモリ素子MMを形成する。   Next, the magnetic memory element MM is formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded.

まず、図29に示すように、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、ハード層HL1、HL2を形成する。ハード層HL1、HL2は、実施の形態1の場合と同様に、ハードマスクHM1をマスクに、強磁性膜をエッチングすることにより形成することができる。   First, as shown in FIG. 29, hard layers HL1 and HL2 are formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded. As in the case of the first embodiment, the hard layers HL1 and HL2 can be formed by etching the ferromagnetic film using the hard mask HM1 as a mask.

次いで、図30に示すように、実施の形態1と同様にして、ハード層HL1、HL2上に、層間絶縁膜IL5を形成し、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL5の表面部を、ハード層HL1、HL2の表面が露出するまで除去する。これにより、層間絶縁膜IL5中にハード層HL1、HL2が埋め込まれ、層間絶縁膜IL5の表面からハード層HL1、HL2の表面が露出する。   Next, as shown in FIG. 30, an interlayer insulating film IL5 is formed on the hard layers HL1 and HL2 in the same manner as in the first embodiment, and the interlayer insulating film IL5 is formed using a CMP method, an etch back method, or the like. The surface portion is removed until the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed. Thereby, the hard layers HL1 and HL2 are embedded in the interlayer insulating film IL5, and the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed from the surface of the interlayer insulating film IL5.

次いで、図31に示すように、ハード層HL1、HL2が埋め込まれた層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDL、キャップ層CL、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLを下側から順に形成し、5層の積層膜を形成する。例えば、ハード層HL1、HL2および層間絶縁膜IL5上に、磁壁移動層WDLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、キャップ層CLとして、導電性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、導電性膜上に、磁化反転層MRLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上に、トンネルバリア層TBLとして、絶縁膜をCVD法やスパッタリング法などにより堆積する。次いで、例えば、絶縁膜上に、磁化固定層MFLとして、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。これら5層の各層の材料としては、実施の形態1の「磁気メモリ素子」の欄で説明した材料を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 31, the domain wall motion layer WDL, the cap layer CL, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are formed on the interlayer insulating film IL5 in which the hard layers HL1 and HL2 are embedded. Forming in order from the side, a five-layer film is formed. For example, a ferromagnetic film is deposited as the domain wall motion layer WDL on the hard layers HL1 and HL2 and the interlayer insulating film IL5 by sputtering or the like. Next, a conductive film is deposited as a cap layer CL on the ferromagnetic film by a sputtering method or the like. Next, a ferromagnetic film is deposited as a magnetization switching layer MRL on the conductive film by a sputtering method or the like. Next, an insulating film is deposited as a tunnel barrier layer TBL on the ferromagnetic film by a CVD method, a sputtering method, or the like. Next, for example, a ferromagnetic film is deposited on the insulating film as the magnetization fixed layer MFL by a sputtering method or the like. As the material of each of these five layers, the materials described in the “magnetic memory element” column of the first embodiment can be used.

次いで、磁化固定層MFL上に、ハードマスクHM32として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM32)を、パターニングすることにより、領域1Aの中央部に残存させる。次いで、図32に示すように、ハードマスクHM32をマスクに、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLである上から3層の膜をエッチングすることにより、これらの層からなる積層部L2を形成する。なお、ハードマスクHM32を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, an insulating film such as a silicon oxide film is formed on the magnetization fixed layer MFL as a hard mask HM32 by a CVD method. This insulating film (hard mask HM32) is patterned to remain in the center of the region 1A. Next, as shown in FIG. 32, by using the hard mask HM32 as a mask, the top three layers of the magnetization reversal layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL are etched to form a stacked layer composed of these layers. Part L2 is formed. Note that the hard mask HM32 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM32を除去した後、図33に示すように、積層部L2およびキャップ層CL上に、ハードマスクHM33として、酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法により形成する。この絶縁膜(ハードマスクHM33)を、パターニングすることにより、領域1B、1Aおよび2Bに残存させる(図34)。次いで、図35に示すように、ハードマスクHM33をマスクに、磁壁移動層WDLおよびキャップ層CLの積層膜をエッチングすることにより、これらの層からなる積層部L1を形成する。なお、ハードマスクHM33を、窒化シリコン膜とその上部の酸化シリコン膜との積層膜で構成してもよい。   Next, after removing the hard mask HM32, as shown in FIG. 33, an insulating film such as a silicon oxide film is formed as a hard mask HM33 on the stacked portion L2 and the cap layer CL by the CVD method. This insulating film (hard mask HM33) is patterned to remain in the regions 1B, 1A, and 2B (FIG. 34). Next, as shown in FIG. 35, by using the hard mask HM33 as a mask, the laminated film of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL is etched to form a laminated portion L1 composed of these layers. Note that the hard mask HM33 may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film thereabove.

次いで、ハードマスクHM33を除去した後、図36に示すように、層間絶縁膜IL5および積層部L1、L2上に、層間絶縁膜IL36を形成する。例えば、層間絶縁膜IL5および積層部L1、L2上に、層間絶縁膜IL36として酸化シリコン膜などの絶縁膜をCVD法などにより堆積する。なお、この層間絶縁膜IL36は、図3の層間絶縁膜IL6およびIL7に対応する。その後、積層部L2の磁化固定層MFL上に、プラグ(図示せず)や、配線(図示せず)を形成する。   Next, after removing the hard mask HM33, an interlayer insulating film IL36 is formed on the interlayer insulating film IL5 and the stacked portions L1 and L2, as shown in FIG. For example, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film IL36 on the interlayer insulating film IL5 and the stacked portions L1 and L2 by a CVD method or the like. The interlayer insulating film IL36 corresponds to the interlayer insulating films IL6 and IL7 in FIG. Thereafter, a plug (not shown) and a wiring (not shown) are formed on the magnetization fixed layer MFL of the stacked portion L2.

以上の工程により、選択用トランジスタ(TR1、TR2)と、これらとプラグ(P1〜P4)や配線(M1〜M3)を介して電気的に接続された磁気メモリ素子MMとを形成することができる(図3参照)。   Through the above steps, the selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM electrically connected thereto via the plugs (P1 to P4) and the wirings (M1 to M3) can be formed. (See FIG. 3).

ここで、本実施の形態においても、積層部L2の形成時において、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの積層膜のエッチングの際、キャップ層CLをエッチングストッパーとして用いることができるため、実施の形態1で詳細に説明したように、磁気メモリ素子の特性を向上させることができる。   Here, also in the present embodiment, the cap layer CL is used as an etching stopper when the laminated film of the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL is etched when forming the laminated portion L2. Therefore, as described in detail in Embodiment 1, the characteristics of the magnetic memory element can be improved.

また、磁化反転層MRL(積層部L2)のエッチングの際、基板Sの全面にエッチング対象の膜が形成されているため、エッチングのエンドポイントを検出するための信号波形の変化(S/N比ともいう)が大きくなる。これにより、エッチングの制御性が良くなる。   In addition, since the film to be etched is formed on the entire surface of the substrate S during the etching of the magnetization switching layer MRL (laminated portion L2), the change in the signal waveform for detecting the etching end point (S / N ratio) (Also called) increases. This improves the controllability of etching.

(実施の形態4)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。実施の形態1〜3においては、ハード層HL1、HL2上に、積層部L1および積層部L2を形成したが、積層部L2上に、積層部L1を形成し、さらに、ハード層HL1、HL2を形成してもよい。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the first to third embodiments, the stacked portion L1 and the stacked portion L2 are formed on the hard layers HL1 and HL2. However, the stacked portion L1 is formed on the stacked portion L2, and the hard layers HL1 and HL2 are further formed. It may be formed.

[構造説明]
図37は、本実施の形態の半導体装置の磁気メモリ素子を示す断面図である。本実施の形態の磁気メモリ素子MMは、磁壁移動層WDLとその下部のキャップ層CLとの積層部L1を有する。この積層部L1の中央部の下部には、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLが、上から順に配置された積層部L2が配置されている。この積層部L1の両端部の上部には、それぞれハード層HL1、HL2が配置されている。積層部L2の磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLにより磁気トンネル接合が形成される。
[Description of structure]
FIG. 37 is a cross-sectional view showing the magnetic memory element of the semiconductor device of the present embodiment. The magnetic memory element MM of the present embodiment has a stacked portion L1 of a domain wall motion layer WDL and a cap layer CL below it. A laminated part L2 in which a magnetization switching layer MRL, a tunnel barrier layer TBL, and a magnetization fixed layer MFL are arranged in order from the top is arranged below the central part of the laminated part L1. Hard layers HL1 and HL2 are arranged on the upper ends of both ends of the laminated portion L1, respectively. A magnetic tunnel junction is formed by the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL of the stacked portion L2.

このように、本実施の形態の磁気メモリ素子MMは、実施の形態1(図1)の磁気メモリ素子の上下を逆にした構成である。   As described above, the magnetic memory element MM of the present embodiment has a configuration in which the magnetic memory element of the first embodiment (FIG. 1) is turned upside down.

本実施の形態の磁気メモリ素子MMも、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)の間に直列に接続されている(図4参照)。この場合も、図4に示すように、磁気メモリ素子MMは、3つの端子(端子a、端子b、端子c)を有する。端子cは、接地電位線GNLに接続され、端子aは、選択用トランジスタTR1を介してビット線BL1に接続され、端子bは、選択用トランジスタTR2を介してビット線BL2に接続されている。この端子aは、ハード層HL1と対応し、端子bは、ハード層HL2と対応する。また、端子cは、磁化固定層MFLと対応する。   The magnetic memory element MM of the present embodiment is also connected in series between the two selection transistors (TR1, TR2) (see FIG. 4). Also in this case, as shown in FIG. 4, the magnetic memory element MM has three terminals (terminal a, terminal b, and terminal c). The terminal c is connected to the ground potential line GNL, the terminal a is connected to the bit line BL1 via the selection transistor TR1, and the terminal b is connected to the bit line BL2 via the selection transistor TR2. The terminal a corresponds to the hard layer HL1, and the terminal b corresponds to the hard layer HL2. The terminal c corresponds to the magnetization fixed layer MFL.

なお、磁壁移動層WDL、キャップ層CL、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLの材料としては、実施の形態1の「磁気メモリ素子」の欄で説明した材料を用いることができる。また、本実施の形態の磁気メモリ素子動作(書き込み動作、読み出し動作)は、実施の形態1の場合と同様である。   Note that as the materials of the domain wall motion layer WDL, the cap layer CL, the magnetization switching layer MRL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization fixed layer MFL, the materials described in the “magnetic memory element” column of the first embodiment are used. it can. The magnetic memory element operation (write operation, read operation) of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

ここで、本実施の形態においても、磁気メモリ素子MMが、磁壁移動層WDLとキャップ層CLとの積層部L1と、この積層部L1の中央部の下部に配置され、磁化反転層MRL、トンネルバリア層TBLおよび磁化固定層MFLを有する積層部L2とを有する構成であるため、磁気メモリ素子MMの特性を向上させることができる。具体的には、実施の形態1で詳細に説明したように、MR比を向上することができる。また、書き込み電流値を低下させることができる。   Here, also in the present embodiment, the magnetic memory element MM is disposed at the lower portion of the laminated portion L1 of the domain wall motion layer WDL and the cap layer CL, and the central portion of the laminated portion L1, and includes the magnetization switching layer MRL, the tunnel Since the configuration includes the stacked portion L2 including the barrier layer TBL and the magnetization fixed layer MFL, the characteristics of the magnetic memory element MM can be improved. Specifically, as described in detail in Embodiment 1, the MR ratio can be improved. In addition, the write current value can be reduced.

[製法説明]
次いで、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法に制限はないが、本実施の形態の半導体装置は、例えば、以下のような方法により形成することができる。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. Although there is no limitation on the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the semiconductor device of the present embodiment can be formed by the following method, for example.

まず、実施の形態1と同様に、基板Sの主表面に、2つの選択用トランジスタ(TR1、TR2)を形成し、さらに、その上部に、層間絶縁膜(IL1〜IL4)を介して複数の配線(M1〜M3)を形成する(図8参照)。   First, similarly to the first embodiment, two selection transistors (TR1, TR2) are formed on the main surface of the substrate S, and a plurality of selection transistors (IL1 to IL4) are formed on the upper surface thereof via interlayer insulating films (IL1 to IL4). Wirings (M1 to M3) are formed (see FIG. 8).

次いで、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、磁気メモリ素子MMを形成する。   Next, the magnetic memory element MM is formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded.

まず、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、積層部L2を形成する。例えば、プラグP4が埋め込まれた層間絶縁膜IL4上に、磁化固定層MFL、トンネルバリア層TBLおよび磁化反転層MRLを下側から順に形成し、3層の積層膜を形成する。次いで、領域1Aの中央部にハードマスク(図示せず)を形成し、ハードマスクをマスクに、上記3層の積層膜をエッチングする。これにより、積層部L2を形成することができる。   First, the stacked portion L2 is formed on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded. For example, the magnetization fixed layer MFL, the tunnel barrier layer TBL, and the magnetization switching layer MRL are formed in this order from the lower side on the interlayer insulating film IL4 in which the plug P4 is embedded, thereby forming a three-layered film. Next, a hard mask (not shown) is formed in the central portion of the region 1A, and the three-layer laminated film is etched using the hard mask as a mask. Thereby, the laminated portion L2 can be formed.

次いで、ハードマスクを除去した後、層間絶縁膜IL4および積層部L2上に、酸化シリコン膜などよりなる層間絶縁膜IL15を形成する。その後、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL15の表面部を、積層部L2の表面が露出するまで除去する。   Next, after removing the hard mask, an interlayer insulating film IL15 made of a silicon oxide film or the like is formed on the interlayer insulating film IL4 and the stacked portion L2. Thereafter, the surface portion of the interlayer insulating film IL15 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surface of the stacked portion L2 is exposed.

次いで、積層部L2が埋め込まれた層間絶縁膜IL15上に、積層部L1を形成する。例えば、積層部L1が埋め込まれた層間絶縁膜IL15上に、キャップ層CLおよび磁壁移動層WDLを下側から順に形成し、2層の積層膜を形成する。次いで、領域1A、1Bおよび2Bにハードマスク(図示せず)を形成し、ハードマスクをマスクに、上記2層の積層膜をエッチングする。これにより、積層部L1を形成することができる。   Next, the stacked portion L1 is formed on the interlayer insulating film IL15 in which the stacked portion L2 is embedded. For example, the cap layer CL and the domain wall motion layer WDL are sequentially formed from the lower side on the interlayer insulating film IL15 in which the stacked portion L1 is embedded, thereby forming a two-layered film. Next, a hard mask (not shown) is formed in the regions 1A, 1B, and 2B, and the two-layer laminated film is etched using the hard mask as a mask. Thereby, the laminated portion L1 can be formed.

次いで、ハードマスクを除去した後、層間絶縁膜IL15および積層部L1上に、酸化シリコン膜などよりなる層間絶縁膜IL16を形成する。その後、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL16の表面部を、積層部L1の表面が露出するまで除去する。   Next, after removing the hard mask, an interlayer insulating film IL16 made of a silicon oxide film or the like is formed over the interlayer insulating film IL15 and the stacked portion L1. Thereafter, the surface portion of the interlayer insulating film IL16 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surface of the stacked portion L1 is exposed.

次いで、積層部L1が埋め込まれた層間絶縁膜IL16上に、ハード層HL1、HL2を形成する。例えば、積層部L1が埋め込まれた層間絶縁膜IL16上に、強磁性膜をスパッタリング法などにより堆積する。次いで、強磁性膜上の領域1B、2Bにハードマスク(図示せず)を形成し、ハードマスクをマスクに、強磁性膜をエッチングする。これにより、ハード層HL1、HL2を形成することができる。   Next, hard layers HL1 and HL2 are formed on the interlayer insulating film IL16 in which the stacked portion L1 is embedded. For example, a ferromagnetic film is deposited by sputtering or the like on the interlayer insulating film IL16 in which the stacked portion L1 is embedded. Next, a hard mask (not shown) is formed in the regions 1B and 2B on the ferromagnetic film, and the ferromagnetic film is etched using the hard mask as a mask. Thereby, the hard layers HL1 and HL2 can be formed.

次いで、ハードマスクを除去した後、層間絶縁膜IL16およびハード層HL1、HL2上に、酸化シリコン膜などよりなる層間絶縁膜IL17を形成する。その後、CMP法やエッチバック法などを用いて、層間絶縁膜IL17の表面部を、ハード層HL1、HL2の表面が露出するまで除去する。   Next, after removing the hard mask, an interlayer insulating film IL17 made of a silicon oxide film or the like is formed on the interlayer insulating film IL16 and the hard layers HL1 and HL2. Thereafter, the surface portion of the interlayer insulating film IL17 is removed using a CMP method, an etch back method, or the like until the surfaces of the hard layers HL1 and HL2 are exposed.

この後、ハードマスクを除去した後、層間絶縁膜IL17およびハード層HL1、HL2上に、層間絶縁膜IL18を形成し、さらに、ハード層HL1、HL2上の層間絶縁膜IL18中にプラグP5を形成する。   Thereafter, after removing the hard mask, an interlayer insulating film IL18 is formed on the interlayer insulating film IL17 and the hard layers HL1 and HL2, and a plug P5 is formed in the interlayer insulating film IL18 on the hard layers HL1 and HL2. To do.

以上の工程により、選択用トランジスタ(TR1、TR2)と、これらとプラグ(P1〜P4)や配線(M1〜M3)を介して電気的に接続された磁気メモリ素子MMとを形成することができる(図3参照)。   Through the above steps, the selection transistors (TR1, TR2) and the magnetic memory element MM electrically connected thereto via the plugs (P1 to P4) and the wirings (M1 to M3) can be formed. (See FIG. 3).

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、本発明は上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 above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

1A 領域
1B 領域
2B 領域
a 端子
b 端子
B1 境界
B2 境界
BL1 ビット線
BL2 ビット線
c 端子
CL キャップ層
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GNL 接地電位線
HL1 ハード層
HL2 ハード層
HM1 ハードマスク
HM2 ハードマスク
HM22 ハードマスク
HM23 ハードマスク
HM3 ハードマスク
HM32 ハードマスク
HM33 ハードマスク
HM52 ハードマスク
HM53 ハードマスク
IL1 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
IL3 層間絶縁膜
IL4 層間絶縁膜
IL5 層間絶縁膜
IL6 層間絶縁膜
IL7 層間絶縁膜
IL15 層間絶縁膜
IL16 層間絶縁膜
IL17 層間絶縁膜
IL18 層間絶縁膜
IL36 層間絶縁膜
L0 積層部
L1 積層部
L2 積層部
M1 配線
M2 配線
M3 配線
MFL 磁化固定層
MM 磁気メモリ素子
MRL 磁化反転層
P1 プラグ
P2 プラグ
P3 プラグ
P4 プラグ
P5 プラグ
PW p型ウエル
R0 抵抗
R1 抵抗
RC 電流経路
S 基板
SD ソース、ドレイン領域
STI 素子分離領域
SW サイドウォール膜
TBL トンネルバリア層
TR1 選択用トランジスタ
TR2 選択用トランジスタ
WC 電流経路
WDL 磁壁移動層
WL ワード線
1A region 1B region 2B region a terminal b terminal B1 boundary B2 boundary BL1 bit line BL2 bit line c terminal CL cap layer GE gate electrode GI gate insulating film GNL ground potential line HL1 hard layer HL2 hard layer HM1 hard mask HM2 hard mask HM22 hard Mask HM23 Hard mask HM3 Hard mask HM32 Hard mask HM33 Hard mask HM52 Hard mask HM53 Hard mask IL1 Interlayer insulating film IL2 Interlayer insulating film IL3 Interlayer insulating film IL4 Interlayer insulating film IL5 Interlayer insulating film IL6 Interlayer insulating film IL7 Interlayer insulating film IL15 Interlayer insulating Film IL16 Interlayer insulating film IL17 Interlayer insulating film IL18 Interlayer insulating film IL36 Interlayer insulating film L0 Laminating portion L1 Laminating portion L2 Laminating portion M1 Wiring M2 Wiring M3 Wiring MFL Magnetization fixed layer MM Magnetic memory element MRL Magnetization reversal layer P1 Plug P2 Plug P3 Plug P4 Plug P5 Plug PW p-type well R0 Resistor R1 Resistor RC Current path S Substrate SD Source, drain region STI Element isolation region SW Side wall film TBL Tunnel barrier layer TR1 Select transistor TR2 Select Transistor WC current path WDL domain wall motion layer WL word line

Claims (20)

磁気メモリ素子を有する半導体装置であって、
前記磁気メモリ素子は、
第1強磁性膜と、前記第1強磁性膜の上に形成された非磁性導電性膜とを有し、第1領域と、前記第1領域の両側に位置する第2領域および第3領域とを有する第1積層部と、
第2強磁性膜と、前記第2強磁性膜の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された第3強磁性膜とを有し、前記第1積層部の前記第1領域の上に配置された第2積層部と、
前記第1積層部の前記第2領域の下に配置された第4強磁性膜と、
前記第1積層部の前記第3領域の下に配置された第5強磁性膜と、
を有し、
前記第1〜第5強磁性膜は、垂直磁気異方性を有する、半導体装置。
A semiconductor device having a magnetic memory element,
The magnetic memory element is:
A first region, and a second region and a third region located on both sides of the first region, each including a first ferromagnetic film and a nonmagnetic conductive film formed on the first ferromagnetic film A first laminated portion having:
A second ferromagnetic film; an insulating film formed on the second ferromagnetic film; and a third ferromagnetic film formed on the insulating film; A second stacked portion disposed on one region;
A fourth ferromagnetic film disposed under the second region of the first stacked unit;
A fifth ferromagnetic film disposed under the third region of the first stacked unit;
Have
The first to fifth ferromagnetic films are semiconductor devices having perpendicular magnetic anisotropy.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1積層部は、第1方向に延在するように配置され、
前記第2積層部は、前記第1方向と交差する第2方向に延在するように配置される、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first stacked portion is arranged to extend in the first direction,
The second stacked unit is a semiconductor device arranged to extend in a second direction intersecting the first direction.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2領域の前記第1強磁性膜は、前記第4強磁性膜により、磁化の向きが第1磁化方向に固定され、
前記第3領域の前記第1強磁性膜は、前記第5強磁性膜により、磁化の向きが前記第1磁化方向と反平行な第2磁化方向に固定され、
前記第1領域の前記第1強磁性膜は、反転可能な磁化を有する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The magnetization direction of the first ferromagnetic film in the second region is fixed to the first magnetization direction by the fourth ferromagnetic film,
The first ferromagnetic film in the third region is fixed in a second magnetization direction antiparallel to the first magnetization direction by the fifth ferromagnetic film,
The semiconductor device, wherein the first ferromagnetic film in the first region has reversible magnetization.
請求項1記載の半導体装置において、
第2強磁性膜の磁化方向は、前記第1領域の前記第1強磁性膜の磁化方向と同じである、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the magnetization direction of the second ferromagnetic film is the same as the magnetization direction of the first ferromagnetic film in the first region.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1強磁性膜は、前記第2強磁性膜より書き込み電流が小さい、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first ferromagnetic film has a write current smaller than that of the second ferromagnetic film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第2強磁性膜は、前記第1強磁性膜より保磁力が小さい、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The second ferromagnetic film has a smaller coercive force than the first ferromagnetic film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第4強磁性膜から前記第1強磁性膜を介して前記第5強磁性膜に電流を流すことにより、前記第1強磁性膜の前記第1領域の磁化方向を変化させる、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device that changes the magnetization direction of the first region of the first ferromagnetic film by causing a current to flow from the fourth ferromagnetic film to the fifth ferromagnetic film via the first ferromagnetic film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第3強磁性膜と前記第4強磁性膜との間の抵抗、または、前記第3強磁性膜と前記第5強磁性膜との間の抵抗により、前記第1強磁性膜の前記第1領域の磁化方向を判定する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The resistance of the first ferromagnetic film is determined by the resistance between the third ferromagnetic film and the fourth ferromagnetic film or the resistance between the third ferromagnetic film and the fifth ferromagnetic film. A semiconductor device for determining the magnetization direction of one region.
請求項1記載の半導体装置において、
前記磁気メモリ素子は、半導体基板の上方に形成され、
前記半導体基板上には、前記磁気メモリ素子と電気的に接続させた電界効果型トランジスタが形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The magnetic memory element is formed above a semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a field effect transistor electrically connected to the magnetic memory element is formed on the semiconductor substrate.
請求項9記載の半導体装置において、
前記半導体基板上に、第1電界効果型トランジスタと第2電界効果型トランジスタとを有し、
前記第1電界効果型トランジスタは、前記第4強磁性膜と電気的に接続され、
前記第2電界効果型トランジスタは、前記第5強磁性膜と電気的に接続されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
A first field effect transistor and a second field effect transistor on the semiconductor substrate;
The first field effect transistor is electrically connected to the fourth ferromagnetic film,
The second field effect transistor is a semiconductor device electrically connected to the fifth ferromagnetic film.
磁気メモリ素子を有する半導体装置であって、
前記磁気メモリ素子は、
第1強磁性膜と、前記第1強磁性膜の下に形成された非磁性導電性膜とを有し、第1領域と、前記第1領域の両側に位置する第2領域および第3領域とを有する第1積層部と、
第2強磁性膜と、前記第2強磁性膜の下に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の下に形成された第3強磁性膜とを有し、前記第1積層部の前記第1領域の下に配置された第2積層部と、
前記第1積層部の前記第2領域の上に配置された第4強磁性膜と、
前記第1積層部の前記第3領域の上に配置された第5強磁性膜と、
を有し、
前記第1〜第5強磁性膜は、垂直磁気異方性を有する、半導体装置。
A semiconductor device having a magnetic memory element,
The magnetic memory element is:
A first region, and a second region and a third region located on both sides of the first region, the first ferromagnetic film and a nonmagnetic conductive film formed under the first ferromagnetic film. A first laminated portion having:
A second ferromagnetic film; an insulating film formed under the second ferromagnetic film; and a third ferromagnetic film formed under the insulating film; A second laminate disposed below one region;
A fourth ferromagnetic film disposed on the second region of the first stacked unit;
A fifth ferromagnetic film disposed on the third region of the first stacked unit;
Have
The first to fifth ferromagnetic films are semiconductor devices having perpendicular magnetic anisotropy.
磁気メモリ素子を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板の上方に、第1強磁性膜と、前記第1強磁性膜の上の非磁性導電性膜との積層膜を形成する工程、
(b)前記積層膜の上に、第2強磁性膜と、絶縁膜と、第3強磁性膜とを、順次堆積する工程、
(c)前記第2強磁性膜と、前記絶縁膜と、前記第3強磁性膜とを、前記非磁性導電性膜が露出するまで選択的にエッチングする工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic memory element,
(A) forming a laminated film of a first ferromagnetic film and a nonmagnetic conductive film on the first ferromagnetic film above the semiconductor substrate;
(B) a step of sequentially depositing a second ferromagnetic film, an insulating film, and a third ferromagnetic film on the laminated film;
(C) selectively etching the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film until the nonmagnetic conductive film is exposed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程の前に、
(d)前記半導体基板の第1領域の両側の第2領域および第3領域に、それぞれ第4強磁性膜および第5強磁性膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
Before the step (a),
(D) forming a fourth ferromagnetic film and a fifth ferromagnetic film in the second region and the third region on both sides of the first region of the semiconductor substrate,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程の前に、前記半導体基板の主表面に電界効果型トランジスタを形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
A step of forming a field effect transistor on the main surface of the semiconductor substrate before the step (d);
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程の前に、前記半導体基板の主表面に第1電界効果型トランジスタおよび第2電界効果型トランジスタを形成する工程を有し、
前記第1電界効果型トランジスタは、前記第4強磁性膜と電気的に接続され、
前記第2電界効果型トランジスタは、前記第5強磁性膜と電気的に接続されている、半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
Before the step (d), forming a first field effect transistor and a second field effect transistor on the main surface of the semiconductor substrate;
The first field effect transistor is electrically connected to the fourth ferromagnetic film,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second field effect transistor is electrically connected to the fifth ferromagnetic film.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程は、前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域に、前記積層膜を残存させる工程であり、
前記(c)工程は、前記第1領域に、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜を残存させる工程である、半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
The step (a) is a step of leaving the stacked film in the first region, the second region, and the third region,
The step (c) is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film are left in the first region.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程の後、前記(c)工程の前に、
(e)前記積層膜、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜をエッチングすることにより、前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域に、前記積層膜、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜を残存させる工程、
を有し、
前記(c)工程は、前記第1領域に、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜を残存させる工程である、半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
After the step (b) and before the step (c),
(E) etching the laminated film, the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film to form the laminated film in the first region, the second region, and the third region; Leaving the second ferromagnetic film, the insulating film and the third ferromagnetic film;
Have
The step (c) is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film are left in the first region.
請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程は、前記積層膜、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜のうち前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜をエッチングすることにより、前記第1領域に、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜を残存させる工程であり、
前記(c)工程の後に、
(f)前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域に、前記積層膜を残存させる工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
In the step (c), the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film among the stacked film, the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film are etched. This is a step of leaving the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film in the first region,
After the step (c),
(F) leaving the laminated film in the first region, the second region, and the third region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程において、前記積層膜は、第1方向に延在するように配置され、
前記(c)工程において、前記第2強磁性膜、前記絶縁膜および前記第3強磁性膜は、前記第1方向と交差する第2方向に延在するように配置される、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
In the step (a), the laminated film is disposed so as to extend in the first direction,
In the step (c), the second ferromagnetic film, the insulating film, and the third ferromagnetic film are disposed so as to extend in a second direction intersecting the first direction. Method.
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1強磁性膜は、前記第2強磁性膜より書き込み電流が小さい、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first ferromagnetic film has a write current smaller than that of the second ferromagnetic film.
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