JP3875627B2 - Magnetic storage device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記憶装置及びその製造方法に係わり、特に1ビット毎に電流磁界によって書き込みを行い、セルの磁化の状態による抵抗変化によって“1”、“0”の情報を読み出す磁気記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、記憶素子として磁気抵抗効果を利用したMRAM(Magnetic Random Access Memory)が提案されている。MRAMは、電流磁界を用いて、強磁性体の磁化の向きを変えてデータを記憶セルに書き込むところに特徴を有する。このMRAMの中でも、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magneto Resistive)効果を用いたMTJ(Magnetic Tunneling Junction)素子は、“1”、“0”の各々の情報を抵抗値の変化で取り出すことができる。また、このMTJ素子において、“1”、“0”の抵抗差であるMR(Magneto Resistive)比は、50%近くにまで達しており、MRAMの実用化を大きく進展させる原動力となっている。
【0003】
ここで、MTJ素子のような磁気抵抗素子を備えた記憶セルに、情報の書き込みが可能な電流磁界を発生させるためには、十分大きな書き込み電流を書き込み配線に流す必要がある。この書き込み電流は、現状、書き込み配線1本当たり数mA〜10mA程度にまで達する。しかし、微細化を進めようとすると、磁気抵抗素子間の距離が短くなるため、大きな書き込み電流を発生させた場合、選択セル以外の隣接するセルにまで影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【0004】
そこで、この問題を克服するための一つの技術として、「磁気シールド」がある。これは、電流磁界配線のみ、又は電流磁界配線及び磁気抵抗素子の両方を磁性体で覆い、ヨークと同じ効果により電流磁界配線の発生磁界を選択セルに集中させることによって、少ない書き込み電流で選択セルに情報を書き込めるという技術である。
【0005】
このような技術の公知例として、特許文献1に開示される技術があげられる。この特許文献1は、図61に示すように、半導体基板71上に素子分離酸化膜72が選択的に形成されており、この素子分離酸化膜72間にMOSFET73が選択的に形成されている。このMOSFET73のソース/ドレイン拡散層には、コンタクト74、76、78及び第1乃至第3の配線75、77、79を介して、GMR(Giant Magneto Resistive)素子80が接続されている。このGMR素子80の上下には、GMR素子80と離間して、GMR素子80に電流磁界で書き込みを行うための上部ワード線81及び下部ワード線82が配置されている。そして、このようなメモリセルアレイの全面を覆うパッシベーション膜として、非導電性のフェライト材料からなる磁気シールド層83が形成されている。
【0006】
上記従来技術では、非導電性のフェライト材料によって、磁気シールド層83の外側の浮遊磁場を遮蔽することが可能である。さらに、書き込み配線81、82の発生する磁場を記録部であるGMR素子80の磁性層に集中させることも可能である。
【0007】
【特許文献1】
特願平11−238377号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、磁気メモリとして微細化を進めた場合に、隣接セル間に漏れる磁界による誤書き込みを防ぐ効果が弱く、また、電流磁界配線による磁場を磁性体に集中させる効果が十分ではないという問題があった。
【0009】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、誤書き込みの抑制及び選択セルへの磁場集中が可能な磁気記憶装置及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために以下に示す手段を用いている。
【0011】
本発明の第1の視点による磁気記憶装置は、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の配線の上方に配置された記憶素子と、前記記憶素子上に配置され、前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する第2の配線と、前記第2の配線の側面及び前記記憶素子の側面に形成された第1の磁気シールド層と、前記第1の配線と同一面上に配置され、前記第1の配線と平行して延在され、前記記憶素子に接続され、読み出し配線として使用される第3の配線とを具備する。
【0012】
本発明の第2の視点による磁気記憶装置の製造方法は、第1の方向に延在する第1の配線を形成する工程と、前記第1の配線の上方に記憶素子を選択的に形成する工程と、前記記憶素子の周囲に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層及び前記記憶素子上に、前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する第2の配線を形成する工程と、前記第2の配線をマスクとして用いて、前記第2の配線で覆われていない前記第1の絶縁層を除去する工程と、前記第1及び第2の配線及び前記記憶素子を覆うように、前記第2の配線間を跨いで第1の磁気シールド層を形成する工程とを具備する。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magneto Resistive)効果を用いたMTJ(Magnetic Tunneling Junction)素子を記憶素子として用いた磁気記憶装置(MRAM:Magnetic Random Access Memory)に関するものである。
【0014】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【0015】
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、磁気シールド層をMTJ素子及び第2の配線を覆うように隣接する第2の配線を跨いで形成した構造であり、また、スイッチング素子は用いない例である。
【0016】
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る磁気記憶装置の斜視図を示す。図1(b)は、図1(a)に示すIB−IB線に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。図1(c)は、図1(a)に示すIC−IC線に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第1の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。
【0017】
図1(a)、1(b)、1(c)に示すように、第1の実施形態に係る磁気記憶装置は、第1の配線13と第2の配線20とが互いに異なる方向に延在され、これら第1及び第2の配線13、20間の第1及び第2の配線13、20の交点に、第1及び第2の配線13、20に電気的に接続するMTJ素子18が配置されている。そして、MTJ素子18の側面、第2の配線20の上面及び側面を覆うように磁気シールド層21が形成され、この磁気シールド層21は隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されている。
【0018】
ここで、MTJ素子18における第1の配線13の延在方向の幅Xは第2の配線20の幅と等しく、MTJ素子18における第2の配線20の延在方向の幅Yは第1の配線13の幅と等しい。従って、MTJ素子18の第2の配線20の延在方向における側面と、第2の配線20の延在方向における側面とは、ほぼ段差のない平面となっている。そして、磁気シールド層21は、この平面を覆うように形成されている。また、層間絶縁膜19はMTJ素子18間を埋め込み、この層間絶縁膜19とMTJ素子18の膜厚はほぼ等しくなっている。
【0019】
このような第1の実施形態の場合、磁気シールド層21は隣接する第2の配線20間を跨ぐように連続して形成するため、磁気シールド層21は絶縁性の材料を用いることが望ましい。これは、導電性の材料からなる磁気シールド層21を第2の配線20間を跨ぐように連続して形成すると、この磁気シールド層21を介して隣接する第2の配線20が電気的に接続されたり、セル毎に分離されたMTJ素子18が電気的に接続されたりするからである。
【0020】
つまり、磁気シールド層21は、絶縁性の磁性層である。この絶縁性の磁性層の材料としては、例えば、絶縁性のフェライトや、(Fe、Co)−(B、Si、Hf、Zr、Sm、Ta、Al)−(F、O、N)系などの金属−非金属ナノグラニュラー膜があげられる。具体的に、絶縁性のフェライトは、例えば、Mn−Zn−フェライト、Ni−Zn−フェライト、MnFeO、CuFeO、FeO、NiFeOのうち少なくとも1つ以上の材料からなる。
【0021】
また、第1の実施形態では、第1及び第2の配線13、20は直交するように配置され、大規模なセルアレイを形成するのに適した構造となっているが、第1及び第2の配線13、20が異なる方向に延在していれば直交していなくてもよい。
【0022】
また、MTJ素子18は、磁化の向きが固定された磁化固着層(磁性層)14と、トンネル接合層(非磁性層)15と、磁化の向きが反転する磁気記録層(磁性層)16との3層で構成されている。ここで、磁化固着層14と磁気記録層16の位置は入れ替えてもよく、MTJ素子18は、1層のトンネル接合層15からなる1重トンネル接合構造であっても、2層のトンネル接合層15からなる2重トンネル接合構造であってもよい。以下、1重トンネル接合構造や2重トンネル接合構造のMTJ素子18の例について説明する。
【0023】
図2(a)に示す1重トンネル接合構造のMTJ素子18は、テンプレート層101、初期強磁性層102、反強磁性層103、基準強磁性層104が順に積層された磁化固着層14と、この磁化固着層14上に形成されたトンネル接合層15と、このトンネル接合層15上に自由強磁性層105、接点層106が順に積層された磁気記録層16とからなる。
【0024】
図2(b)に示す1重トンネル接合構造のMTJ素子18は、テンプレート層101、初期強磁性層102、反強磁性層103、強磁性層104′、非磁性層107、強磁性層104″が順に積層された磁化固着層14と、この磁化固着層14上に形成されたトンネル接合層15と、このトンネル接合層15上に強磁性層105′、非磁性層107、強磁性層105″、接点層106が順に積層された磁気記録層16とからなる。
【0025】
尚、図2(b)に示すMTJ素子18では、磁化固着層14内の強磁性層104′、非磁性層107、強磁性層104″からなる3層構造と、磁気記録層16内の強磁性層105′、非磁性層107、強磁性層105″からなる3層構造とを導入することで、図2(a)に示すMTJ素子18よりも、強磁性内部の磁極の発生を抑制し、より微細化に適したセル構造が提供できる。
【0026】
図3(a)に示す2重トンネル接合構造のMTJ素子18は、テンプレート層101、初期強磁性層102、反強磁性層103、基準強磁性層104が順に積層された第1の磁化固着層14aと、この第1の磁化固着層14a上に形成された第1のトンネル接合層15aと、この第1のトンネル接合層15a上に形成された磁気記録層16と、この磁気記録層16上に形成された第2のトンネル接合層15bと、この第2のトンネル接合層15b上に基準強磁性層104、反強磁性層103、初期強磁性層102、接点層106が順に積層された第2の磁化固着層14bとからなる。
【0027】
図3(b)に示す2重トンネル接合構造のMTJ素子18は、テンプレート層101、初期強磁性層102、反強磁性層103、基準強磁性層104が順に積層され第1の磁化固着層14aと、この第1の磁化固着層14a上に形成された第1のトンネル接合層15aと、この第1のトンネル接合層15a上に強磁性層16′、非磁性層107、強磁性層16″の3層構造によって順に積層された磁気記録層16と、この磁気記録層16上に形成された第2のトンネル接合層15bと、この第2のトンネル接合層15b上に強磁性層104′、非磁性層107、強磁性層104″、反強磁性層103、初期強磁性層102、接点層106が順に積層された第2の磁化固着層14bとからなる。
【0028】
尚、図3(b)に示すMTJ素子18では、磁気記録層16を構成する強磁性層16′、非磁性層107、強磁性層16″の3層構造と、第2の磁化固着層14b内の強磁性層104′、非磁性層107、強磁性層104″からなる3層構造とを導入することで、図3(a)に示すMTJ素子18よりも、強磁性内部の磁極の発生を抑制し、より微細化に適したセル構造が提供できる。
【0029】
このような2重トンネル接合構造のMTJ素子18は、1重トンネル接合構造のMTJ素子18よりも、同じ外部バイアスを印加したときのMR(Magneto Resistive)比(“1”の状態と“0”の状態の抵抗の変化率)の劣化が少なく、より高いバイアスで動作できる。すなわち、2重トンネル接合構造は、セル内の情報を読み出す際に有利となる。
【0030】
このような1重トンネル接合構造又は2重トンネル接合構造のMTJ素子18は、例えば以下の材料を用いて形成される。
【0031】
磁化固着層14、14a、14b及び磁気記録層16の材料には、例えば、Fe,Co,Ni又はそれらの合金、スピン分極率の大きいマグネタイト、CrO2 ,RXMnO3-y (R;希土類、X;Ca,Ba,Sr)などの酸化物の他、NiMnSb,PtMnSbなどのホイスラー合金などを用いることが好ましい。また、これら磁性体には、強磁性を失わないかぎり、Ag,Cu,Au,Al,Mg,Si,Bi,Ta,B,C,O,N,Pd,Pt,Zr,Ir,W,Mo,Nbなどの非磁性元素が多少含まれていてもよい。
【0032】
磁化固着層14、14a、14bの一部を構成する反強磁性層103の材料には、Fe−Mn,Pt−Mn,Pt−Cr−Mn,Ni−Mn,Ir−Mn,NiO,Fe2 3 などを用いることが好ましい。
【0033】
トンネル接合層15、15a、15bの材料には、Al2 3 ,SiO2 ,MgO,AlN,Bi2 3 ,MgF2 ,CaF2 ,SrTiO2 ,AlLaO3 などの様々な誘電体を使用することができる。これらの誘電体には、酸素、窒素、フッ素欠損が存在していてもよい。
【0034】
図4(a)、4(b)、4(c)乃至図9(a)、9(b)、9(c)は、本発明の第1の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を示す。以下に、第1の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。
【0035】
まず、図4(a)、4(b)、4(c)に示すように、半導体基板11上に第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が形成される。具体的には、RIE(Reactive Ion Etching)を用いて第1の配線13が所望のパターンに形成された後、この第1の配線13上に第1の層間絶縁膜12が形成され、この第1の層間絶縁膜12が第1の配線13の表面が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polish)又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0036】
次に、図5(a)、5(b)、5(c)に示すように、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に磁化固着層14が堆積され、この磁化固着層14上にトンネル接合層15が堆積され、このトンネル接合層15上に磁気記録層16が堆積される。これにより、磁化固着層14とトンネル接合層15と磁気記録層16とからなるTMR材料層17が形成される。
【0037】
次に、図6(a)、6(b)、6(c)に示すように、マスク材(図示せず)を用いて、TMR材料層17が選択的にエッチングされ、セル毎に分離された島状のMTJ素子18が形成される。次に、第1の層間絶縁膜12、MTJ素子18及び第1の配線13上に第2の層間絶縁膜19が形成され、この第2の層間絶縁膜19がMTJ素子18の表面が露出するまでCMP又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0038】
次に、図7(a)、7(b)、7(c)に示すように、MTJ素子18及び第2の層間絶縁膜19上に、第1の配線13の延在方向と直交するように、第2の配線20が形成される。
【0039】
次に、図8(a)、8(b)、8(c)に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。
【0040】
次に、図9(a)、9(b)、9(c)に示すように、第2の配線20、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に、磁気シールド層21が形成される。この際、磁気シールド層21の膜厚は、第2の配線20間のスペースSの1/2以下にすることが望ましい。これは、隣接する第2の配線20の側面を覆う磁気シールド層21が接してしまうことを防止するためである。
【0041】
次に、図1(a)、1(b)、1(c)に示すように、磁気シールド層21上に第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0042】
以上のようなMTJ素子18を記憶素子として用いたMRAMでは、次のように、データの書き込み及び読み出しが行われる。
【0043】
まず、データの書き込みは、選択された第1及び第2の配線13、20の双方に書き込み電流を流して電流磁界をそれぞれ発生させ、この2つの電流磁界の合成磁界を第1及び第2の配線13、20の交点に位置するMTJ素子18に印加する。これにより、磁化固着層14よりも磁化の反転閾値が低い磁気記録層16の磁化が反転し、磁気固着層14と磁気記録層16の磁化の方向が互いに平行となる状態(例えば“0”の状態)、若しくは、互いに反平行となる状態(例えば“1”の状態)が作り出される。
【0044】
一方、データの読み出しは、“0”の状態又は1”の状態が書き込まれたMTJ素子18に電流を流し、このMTJ素子18の抵抗値の違いによって“1”、“0”のデータが判断される。
【0045】
上記第1の実施形態によれば、第2の配線20の上面及び側面、そして第2の配線20を用いてデータが書き込まれるMTJ素子18の側面は、磁気シールド層21で覆われている。このため、磁気シールド層21が十分にヨークとしての効果を発揮し、第2の配線20の作る電流磁界を選択セルに効率的に印加することができる。従って、書きこみ電流が低減できるため、消費電力を低減することが可能なMRAMを提供できる。
【0046】
また、磁気シールド層21で第2の配線20及びMTJ素子18を覆うことにより、第1の配線13の延在方向に配置された隣接するMTJ素子18への漏れ磁界をより効率的に遮断することができる。従って、誤った書き込みを抑制することができる。
【0047】
また、絶縁性の磁気シールド層21を用いることにより、隣接する第2の配線20間で磁気シールド層21を分断する必要がなくなる。これにより、第2の配線20間の距離を大きく保つ必要がないため、メモリセルの微細化を図ることができる。
【0048】
また、記憶素子としてMTJ素子18を用いている。このため、2つの磁性層とこれら磁性層に挟まれた導体層とからなるGMR(Giant Magneto Resistive)素子を用いた場合よりも、大きな読出し信号が得られ、読出し動作の高速化を図ることができる。
【0049】
また、第1及び第2の配線13、20と、MTJ素子18と、第2の層間絶縁膜19とが、自己整合的に形成されることにより、微細化に適したMRAMを提供することができる。
【0050】
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、磁気シールド層をMTJ素子及び第2の配線を覆うように隣接する第2の配線を跨いで形成した構造であり、また、スイッチング素子としてダイオードを用いた例である。
【0051】
図10(a)、10(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図10(a)は、第1の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示し、図10(b)は、第2の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第2の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0052】
図10(a)、10(b)に示すように、第2の実施形態は、第1の配線13とMTJ素子18との間に、読み出し電流用のスイッチング素子としてダイオード32を設けている。このダイオード32は、MTJ素子18とほぼ同じ形状となっている。つまり、ダイオード32の第2の配線20の延在方向における側面と、MTJ素子18の第2の配線20の延在方向における側面と、第2の配線20の延在方向における側面とは、ほぼ段差のない平面となっている。そして、磁気シールド層21は、この平面及び第2の配線20の上面に、隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されている。
【0053】
尚、磁気シールド層21は、少なくとも第2の配線20及びMTJ素子18の側面に形成されていればよく、ダイオード32の側面には必ずしも形成する必要はない。また、磁気シールド層21は隣接する第2の配線20間を跨ぐように連続して形成するため、磁気シールド層21は絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0054】
図11(a)、11(b)乃至図15(a)、15(b)は、本発明の第2の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第2の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については簡単に説明する。
【0055】
まず、図11(a)、11(b)に示すように、半導体基板11上に第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が形成される。
【0056】
次に、図12(a)、12(b)に示すように、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上にダイオード材料層31が形成される。次に、ダイオード材料層31上に、磁化固着層14とトンネル接合層15と磁気記録層16とからなるTMR材料層17が形成される。
【0057】
次に、図13(a)、13(b)に示すように、マスク材(図示せず)を用いて、TMR材料層17及びダイオード材料層31が選択的にエッチングされ、セル毎に分離された島状のMTJ素子18及びダイオード32が形成される。次に、MTJ素子18及び第1の配線13上に第2の層間絶縁膜19が形成され、この第2の層間絶縁膜19がMTJ素子18の表面が露出するまでCMP又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0058】
次に、図14(a)、14(b)に示すように、MTJ素子18及び第2の層間絶縁膜19上に、第1の配線13の延在方向と直交するように、第2の配線20が形成される。
【0059】
次に、図15(a)、15(b)に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。次に、第2の配線20、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に、磁気シールド層21が形成される。
【0060】
次に、図10(a)、10(b)に示すように、磁気シールド層21上に第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0061】
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、さらに、次のような効果を有する。
【0062】
第1の実施形態では、マトリクス状のアレイ構造であるため、データの読み出し時に選択セル以外にも電流が漏れるおそれがある。これにより、読み出し信号のS/N比が劣化したり、読み出し速度が遅くなったりするという問題が生じることもある。これに対し、第2の実施形態では、スイッチング素子としてダイオード32を設けることで、ダイオード32の整流性を利用して選択セルのみに、読み出し電流を流すことができる。このため、読み出し信号のS/N比を改善することができ、読み出し速度を向上することができる。
【0063】
尚、第2の実施形態において、ダイオード32は、第2の配線20とMTJ素子18との間に配置されてもよい。
【0064】
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、磁気シールド層をMTJ素子及び第2の配線を覆うように隣接する第2の配線を跨いで形成した構造であり、また、スイッチング素子としてトランジスタを用いた例である。
【0065】
図16(a)、16(b)は、本発明の第3の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図16(a)は、第1の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示し、図16(b)は、第2の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第3の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0066】
図16(a)、16(b)に示すように、第3の実施形態は、読み出し電流用のスイッチング素子としてMOSFET44を設けている。つまり、MOSFET44のソース/ドレイン拡散層43に接続するコンタクト45が形成され、このコンタクト45に接続するMTJ素子18の下部電極48が形成されている。この下部電極48は、第1の配線13と離間して形成され、MTJ素子18に電気的に接続されている。そして、下部電極48の第2の配線20の延在方向における側面と、MTJ素子18の第2の配線20の延在方向における側面と、第2の配線20の延在方向における側面とは、ほぼ段差のない平面となっている。そして、磁気シールド層21は、この平面及び第2の配線20の上面に、隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されている。
【0067】
尚、磁気シールド層21は、少なくとも第2の配線20及びMTJ素子18の側面に形成されていればよく、下部電極48の側面には必ずしも形成する必要はない。また、磁気シールド層21は隣接する第2の配線20間を跨ぐように連続して形成するため、磁気シールド層21は絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0068】
図17(a)、17(b)乃至図21(a)、21(b)は、本発明の第3の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第3の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については簡単に説明する。
【0069】
まず、図17(a)、17(b)に示すように、半導体基板11上にゲート絶縁膜41を介してゲート電極42が選択的に形成される。そして、このゲート電極42の両側の半導体基板11内にソース/ドレイン拡散層43が形成される。これにより、スイッチング素子としてのMOSFET44が形成される。次に、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が形成され、これら第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に第4の層間絶縁膜46が形成される。さらに、ソース/ドレイン拡散層43に接続するコンタクト45が形成される。
【0070】
次に、図18(a)、18(b)に示すように、第4の層間絶縁膜46及びコンタクト45上に下部電極材料層47が形成される。次に、下部電極材料層47上に、磁化固着層14とトンネル接合層15と磁気記録層16とからなるTMR材料層17が形成される。
【0071】
次に、図19(a)、19(b)に示すように、マスク材(図示せず)を用いて、TMR材料層17が選択的にエッチングされ、セル毎に分離された島状のMTJ素子18が形成される。次に、下部電極材料層47が選択的にエッチングされ、所望の形状の下部電極48が形成される。次に、MTJ素子18、下部電極48及び第4の層間絶縁膜46上に第2の層間絶縁膜19が形成され、この第2の層間絶縁膜19がMTJ素子18の表面が露出するまでCMP又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0072】
次に、図20(a)、20(b)に示すように、MTJ素子18及び第2の層間絶縁膜19上に、第1の配線13の延在方向と直交するように、第2の配線20が形成される。
【0073】
次に、図21(a)、21(b)に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第4の層間絶縁膜46が露出まで除去される。次に、第2の配線20及び第4の層間絶縁膜46上に、磁気シールド層21が形成される。
【0074】
次に、図16(a)、16(b)に示すように、磁気シールド層21上に第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0075】
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、さらに、次のような効果を有する。
【0076】
第1の実施形態では、マトリクス状のアレイ構造であるため、データの読み出し時に選択セル以外にも電流が漏れるおそれがある。これにより、読み出し信号のS/N比が劣化したり、読み出し速度が遅くなったりするという問題が生じることがある。これに対し、第3の実施形態では、スイッチング素子としてMOSFET44を設けることで、選択セルのみに読み出し電流を流すことができる。このため、読み出し信号のS/N比を改善することができ、読み出し速度を向上することができる。
【0077】
さらに、読み出し用のスイッチがMOSFET44であるため、通常のCMOSプロセスとの整合性が良く、第3の実施形態のようなメモリセルをロジック回路に混載する場合に適用が容易である。
【0078】
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、磁気シールド層を第2の配線毎に分断している例である。
【0079】
図22(a)は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記憶装置の斜視図を示す。図22(b)は、図22(a)に示すXXIIB−XXIIB線に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。図22(c)は、図22(a)に示すXXIIC−XXIIC線に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第4の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0080】
図22(a)、22(b)、22(c)に示すように、第4の実施形態は、磁気シールド層21aが、第2の配線20及びMTJ素子19の側面にのみ形成されており、第2の配線20上や隣接する第2の配線20間には形成されていない。つまり、磁気シールド層21aは、第2の配線20毎に分断されている。ここで、磁気シールド層21aは、MTJ素子19の上下の磁性層14、16がショートされることを防ぐために、絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0081】
図23(a)、23(b)、23(c)は、本発明の第4の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第4の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0082】
まず、図2(a)、2(b)、2(c)乃至図9(a)、9(b)、9(c)に示すように、第2の配線20及びMTJ素子18を覆うように、磁気シールド層21が形成される。
【0083】
次に、図23(a)、23(b)、23(c)に示すように、例えばRIEのような垂直方向の異方性エッチングによって、第2の配線20の上面に形成された磁気シールド層21と、第2の配線20間の第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に形成された磁気シールド層21とが除去される。これにより、MTJ素子18の側面、第2の層間絶縁膜19の側面及び第2の配線20の側面にのみ、磁気シールド層21aが残存される。
【0084】
次に、図22(a)、22(b)、22(c)に示すように、磁気シールド層21a、第2の配線20、第1の配線13及び第1の層間絶縁膜12上に、第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0085】
上記第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0086】
[第5の実施形態]
第5の実施形態は、第2の実施形態の変形例であり、磁気シールド層を第2の配線毎に分断している例である。
【0087】
図24(a)、24(b)は、本発明の第5の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図24(a)は、第1の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示し、図24(b)は、第2の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第5の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第2の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0088】
図24(a)、24(b)に示すように、第5の実施形態は、磁気シールド層21aが、ダイオード32、第2の配線20及びMTJ素子19の側面にのみ形成されており、第2の配線20上や隣接する第2の配線20間には形成されていない。つまり、磁気シールド層21aは、第2の配線20毎に分断されている。ここで、磁気シールド層21aは、MTJ素子19の上下の磁性層14、16がショートされることを防ぐために、絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0089】
尚、磁気シールド層21aは、少なくとも第2の配線20及びMTJ素子18の側面に形成されていればよく、ダイオード32の側面には必ずしも形成する必要はない。
【0090】
図25(a)、25(b)は、本発明の第5の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第5の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第2の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0091】
まず、図11(a)、11(b)乃至図15(a)、15(b)に示すように、ダイオード32、第2の配線20及びMTJ素子18を覆うように、磁気シールド層21が形成される。
【0092】
次に、図25(a)、25(b)に示すように、例えばRIEのような垂直方向の異方性エッチングによって、第2の配線20の上面に形成された磁気シールド層21と、第2の配線20間の第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に形成された磁気シールド層21とが除去される。これにより、ダイオード32の側面、MTJ素子18の側面、第2の層間絶縁膜19の側面及び第2の配線20の側面にのみ、磁気シールド層21aが残存される。
【0093】
次に、図24(a)、24(b)に示すように、磁気シールド層21a、第2の配線20、第1の配線13及び第1の層間絶縁膜12上に、第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0094】
上記第5の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0095】
[第6の実施形態]
第6の実施形態は、第3の実施形態の変形例であり、磁気シールド層を第2の配線毎に分断している例である。
【0096】
図26(a)、26(b)は、本発明の第6の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図26(a)は、第1の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示し、図26(b)は、第2の配線の延在方向に沿った磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第6の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第3の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0097】
図26(a)、26(b)に示すように、第6の実施形態は、磁気シールド層21aが、下部電極48、第2の配線20及びMTJ素子19の側面にのみ形成されており、第2の配線20上や隣接する第2の配線20間には形成されていない。つまり、磁気シールド層21aは、第2の配線20毎に分断されている。ここで、磁気シールド層21aは、MTJ素子19の上下の磁性層14、16がショートされることを防ぐために、絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0098】
尚、磁気シールド層21aは、少なくとも第2の配線20及びMTJ素子18の側面に形成されていればよく、下部電極48の側面には必ずしも形成する必要はない。
【0099】
図27(a)、27(b)は、本発明の第6の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第6の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第3の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0100】
まず、図17(a)、17(b)乃至図21(a)、21(b)に示すように、下部電極48、第2の配線20及びMTJ素子18を覆うように、磁気シールド層21が形成される。
【0101】
次に、図27(a)、27(b)に示すように、例えばRIEのような垂直方向の異方性エッチングによって、第2の配線20の上面に形成された磁気シールド層21と、第2の配線20間の第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に形成された磁気シールド層21とが除去される。これにより、下部電極48の側面、MTJ素子18の側面、第2の層間絶縁膜19の側面及び第2の配線20の側面にのみ、磁気シールド層21aが残存される。
【0102】
次に、図26(a)、26(b)に示すように、磁気シールド層21a、第2の配線20、第1の配線13及び第1の層間絶縁膜12上に、第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0103】
上記第6の実施形態によれば、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0104】
[第7の実施形態]
第7の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、第4の実施形態と同様に磁気シールド層を第2の配線毎に分断し、かつ第2の配線上にも磁気シールド層を設けている例である。
【0105】
図28は、本発明の第7の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第7の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0106】
図28に示すように、第7の実施形態に係る磁気記憶装置は、第2の配線20及びMTJ素子19の側面に形成された第1の磁気シールド層21aと、第2の配線20上に形成された第2の磁気シールド層51とを具備している。つまり、隣接する第2の配線20間には形成されていないため、第4の実施形態と同様に、磁気シールド層21aは、第2の配線20毎に分断されている。ここで、第1の磁気シールド層21aは、MTJ素子19の上下の磁性層14、16がショートされることを防ぐために、絶縁性の材料を用いることが望ましい。また、第2の磁気シールド層51は、絶縁性の材料に限られず、導電性の材料を用いることも可能である。
【0107】
つまり、第2の磁気シールド層51に導電性の磁性層を用いた場合、この導電性の磁性層の材料としては、例えば、Ni−Fe合金、Co−Fe合金、Co−Fe−Ni合金、Co−(Zr、Hf、Nb、Ta、Ti)系のアモルファス材料、(Co、Fe、Ni)−(Si、B)−(P、Al、Mo、Nb、Mn)系のアモルファス材料があげられる。
【0108】
図29は、本発明の第7の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第7の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0109】
まず、図2(a)、2(b)、2(c)乃至図8(a)、8(b)、8(c)に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。
【0110】
次に、図29に示すように、第2の配線20上に磁気シールド層51が形成される。次に、磁気シールド層51、第2の配線20及びMTJ素子18を覆うように、磁気シールド層21が形成される。
【0111】
次に、図28に示すように、例えばRIEのような垂直方向の異方性エッチングによって、第2の配線20の上面に形成された磁気シールド層21と、第2の配線20間の第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に形成された磁気シールド層21とが除去される。これにより、MTJ素子18の側面、第2の層間絶縁膜19の側面及び第2の配線20の側面に磁気シールド層21aが残存されるとともに、第2の配線20上に磁気シールド層51が残存される。次に、磁気シールド層51、第1の配線13及び第1の層間絶縁膜12上に、第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0112】
上記第7の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0113】
さらに、第4の実施形態と同様に、磁気シールド層21a、51は、隣接する第2の配線20毎に分離しているため、磁気シールド層51の材料は、絶縁性の材料に限られず、導電性の材料を用いることもできる。このため、磁気シールド層51の材料の選択性を向上させることができる。
【0114】
また、第7の実施形態では、第2の配線20上にも磁気シールド層51が形成されているため、第4の実施形態よりも、誤書き込みの抑制や選択セルへの磁場集中の効果を高めることができる。
【0115】
尚、第7の実施形態は、第1の実施形態の構造に適用したが、これに限定されない。例えば、図30(a)、30(b)に示すように、上記第2の実施形態のようにスイッチング素子としてダイオード32を備えた磁気記憶装置に適用することも可能であるし、例えば、図31(a)、31(b)に示すように、上記第3の実施形態のようにスイッチング素子としてMOSFET44を備えた磁気記憶装置に適用することも可能である。
【0116】
[第8の実施形態]
第8の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、第2の配線及びMTJ素子の側面を絶縁層で覆い、磁気シールド層を隣接する第2の配線を跨いで形成した例である。
【0117】
図32は、本発明の第8の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第8の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0118】
図32に示すように、第8の実施形態に係る磁気記憶装置は、第2の配線20及びMTJ素子19の側面には側壁絶縁層61が形成され、第2の配線20上には磁気シールド層51が形成され、これら側壁絶縁層61及び磁気シールド層51を覆うように磁気シールド層21が形成されている。つまり、第8の実施形態では、側壁絶縁層61を設けることで、隣接する第2の配線20及びMTJ素子18を電気的に分離できるため、磁気シールド層21が隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されている。
【0119】
ここで、磁気シールド層51に例えば絶縁性の材料を用いた場合は、磁気シールド層21には、絶縁性の材料に限られず、導電性の材料を用いることも可能である。一方、磁気シールド層51に例えば導電性の材料を用いた場合は、隣接する第2の配線20がショートすることを防止するために、磁気シールド層21には絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0120】
尚、第2の配線20上の磁気シールド層51は必ずしも形成する必要はなく、第2の配線20上に磁気シールド層21を直接形成してもよい。
【0121】
図33は、本発明の第8の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第8の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0122】
まず、図2(a)、2(b)、2(c)乃至図8(a)、8(b)、8(c)に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。
【0123】
次に、図33に示すように、第2の配線20上に磁気シールド層51が形成される。次に、第2の層間絶縁膜19(図示せず)、第2の配線20及びMTJ素子18の側面に側壁絶縁膜61が形成される。
【0124】
次に、図32に示すように、磁気シールド層51及び側壁絶縁膜61を覆うように、磁気シールド層21が形成される。次に、磁気シールド層21上に、第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0125】
上記第8の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0126】
さらに、第8の実施形態では、第2の配線20及びMTJ素子18の側面を側壁絶縁層61で覆っている。このため、磁気シールド層21を隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成した場合であっても、磁気シールド層21の材料は、絶縁性の材料に限定されることなく、導電性の材料を用いることもできる。このため、磁気シールド層21の材料の選択性を向上させることができる。
【0127】
尚、第8の実施形態は、第1の実施形態の構造に適用したが、これに限定されない。例えば、図34(a)、34(b)に示すように、上記第2の実施形態のようにスイッチング素子としてダイオード32を備えた磁気記憶装置に適用することも可能であるし、例えば、図35(a)、35(b)に示すように、上記第3の実施形態のようにスイッチング素子としてMOSFET44を備えた磁気記憶装置に適用することも可能である。
【0128】
また、図30、図34(a)、34(b)、図35(a)、35(b)において、磁気シールド層21は、隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されているが、これに限定されない。例えば、図36、図37(a)、37(b)、図38(a)、38(b)に示すように、隣接する第2の配線20間及び磁気シールド層51上の磁気シールド層21を除去し、磁気シールド層21を第2の配線20毎に分断してもよい。この場合、磁気シールド層21、51は、絶縁性の材料及び導電性の材料のどちらの材料でも用いることが可能である。
【0129】
[第9の実施形態]
第9の実施形態は、第1の実施形態の変形例であり、MTJ素子の側面を絶縁層で覆い、磁気シールド層を隣接する第2の配線を跨いで形成した例である。
【0130】
図39は、本発明の第9の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。以下に、第9の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0131】
図39に示すように、第9の実施形態に係る磁気記憶装置は、第2の配線20の幅がMTJ素子18の幅よりも大きくなっており、第2の配線20の側面よりも窪んだMTJ素子19の側面には側壁絶縁層19aが形成されている。そして、側壁絶縁層19a及び第2の配線20を覆うように磁気シールド層21が形成され、この磁気シールド層21は隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されている。
【0132】
尚、第9の実施形態では、導電性の材料からなる磁気シールド層21を隣接する第2の配線20を跨いで形成した場合、第1の配線13の延在方向に隣接するMTJ素子18は側壁絶縁膜19aによって電気的に分離されているが、隣接する第2の配線20は電気的に分離されていない。このため、第9の実施形態では、磁気シールド層21には、絶縁性の材料を用いることが望ましい。
【0133】
図40は、本発明の第9の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第9の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程については説明を省略する。
【0134】
まず、図2(a)、2(b)、2(c)乃至図6(a)、6(b)、6(c)に示すように、セル毎に分離された島状のMTJ素子18が形成される。次に、MTJ素子18及び第1の配線13上に第2の層間絶縁膜19が形成され、この第2の層間絶縁膜19がMTJ素子18の表面が露出するまでCMP又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0135】
次に、図40に示すように、MTJ素子18及び第2の層間絶縁膜19上に、第1の配線13の延在方向と直交するように、第2の配線20が形成される。ここで、第2の配線20は、第2の配線20の幅がMTJ素子18の幅よりも大きくなるように形成される。
【0136】
次に、図39に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。これにより、MTJ素子18の側面には、第2の層間絶縁膜19からなる側壁絶縁層19aが形成される。次に、第2の配線20、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に、磁気シールド層21が形成される。次に、磁気シールド層21上に第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0137】
上記第9の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0138】
尚、第9の実施形態は、第1の実施形態の構造に適用したが、これに限定されない。例えば、図41(a)、41(b)に示すように、上記第2の実施形態のようにスイッチング素子としてダイオード32を備えた磁気記憶装置に適用することも可能であるし、例えば、図42(a)、42(b)に示すように、上記第3の実施形態のようにスイッチング素子としてMOSFET44を備えた磁気記憶装置に適用することも可能である。
【0139】
また、図39、図41(a)、41(b)、図42(a)、42(b)において、磁気シールド層21は、隣接する第2の配線20を跨いで連続して形成されているが、これに限定されない。例えば、図43、図44(a)、44(b)、図45(a)、45(b)に示すように、隣接する第2の配線20間及び磁気シールド層51上の磁気シールド層21を除去し、磁気シールド層21を第2の配線20毎に分断してもよい。この場合、磁気シールド層21は、絶縁性の材料及び導電性の材料のどちらの材料でも用いることが可能である。
【0140】
また、図43、図44(a)、44(b)、図45(a)、45(b)において、第2の配線20上に磁気シールド層21は残していないが、これに限定されない。例えば、図46、図47(a)、47(b)、図48(a)、48(b)に示すように、第2の配線20上に磁気シールド層51を形成してもよい。この場合、磁気シールド層21、51は、絶縁性の材料及び導電性の材料のどちらの材料でも用いることが可能である。これらの構造によれば、誤書き込みの抑制や選択セルへの磁場集中の効果をさらに高めることができる。
【0141】
[第10の実施形態]
第10の実施形態は、第1の実施形態と同様の構造であるが、MTJ素子のパターニング方法が異なる。
【0142】
図49乃至図52は、本発明の第10の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の斜視図を示す。以下に、第10の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、第1の実施形態と同様の工程は簡単に説明する。
【0143】
まず、図49に示すように、第1の実施形態と同様に、半導体基板11上に第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が形成される。次に、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に、磁化固着層14とトンネル接合層15と磁気記録層16とからなるTMR材料層17が形成される。次に、マスク材(図示せず)を用いて、TMR材料層17が選択的にエッチングされ、第1の配線13の延在方向に延びる直線状のTMR材料層17が形成される。次に、TMR材料層17及び第1の層間絶縁膜12上に第2の層間絶縁膜19が形成され、この第2の層間絶縁膜19がTMR材料層17の表面が露出するまでCMP又はエッチバック法を用いて平坦化される。
【0144】
次に、図50に示すように、TMR材料層17及び第2の層間絶縁膜19上に、第1の配線13の延在方向と直交するように、第2の配線20が形成される。
【0145】
次に、図51に示すように、第2の配線20をマスクとして用いて、第2の配線20間に露出している第2の層間絶縁膜19及びTMR材料層17が、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13が露出まで除去される。これにより、セル毎に分離された島状のMTJ素子18が形成される。
【0146】
次に、図52に示すように、第2の配線20、第1の層間絶縁膜12及び第1の配線13上に、磁気シールド層21が形成される。
【0147】
その後は、第1の実施形態と同様に、図1(a)、1(b)、1(c)に示すように、磁気シールド層21上に第3の層間絶縁膜22が堆積される。これにより、MRAMのメモリセルアレイ部が完成する。
【0148】
上記第10の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0149】
さらに、第10の実施形態では、MTJ素子18のパターニングは、まず直線状に加工し、続いて第2の配線20と自己整合的に加工することにより行われる。このため、本来リソグラフィー技術のみでは実現できない、例えば長方形のMTJ素子18を形成することが可能である。従って、例えば、磁化の反転閾値を下げることにより、書き込みに必要な電流量を減少することができる。さらに、MTJ素子18毎の形状のばらつきが抑制できるため、MTJ素子18毎の書き込み電流の閾値のばらつきを抑制できる。これにより、メモリセル全体としての消費電力を抑え、書き込みの誤りが生じ難いメモリを形成することが可能になる。
【0150】
尚、上記第10の実施形態に係る製造方法は、第1の実施形態に適用して説明したが、第2の配線とMTJ素子の幅が等しくなる構造であれば、上記第2乃至第8の実施形態にも適用することも可能である。
【0151】
[第11の実施形態]
第11の実施形態は、第1乃至第3の実施形態の変形例であり、第2の配線だけでなく第1の配線も磁気シールド層で覆う例である。
【0152】
図53(a)、53(b)、54(a)、54(b)、55(a)、55(b)は、本発明の第11の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図53(a)、53(b)は、スイッチング素子を設けない第1の実施形態の変形例を示し、図54(a)、54(b)は、スイッチング素子としてダイオード32を設けた第2の実施形態の変形例を示し、図55(a)、55(b)は、スイッチング素子としてトランジスタ44を設けた第3の実施形態の変形例を示す。以下に、第11の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第1の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0153】
図53(a)、53(b)、54(a)、54(b)、55(a)、55(b)に示すように、第11の実施形態に係る磁気記憶装置は、第1の配線13の底面及び側面にも、磁気シールド層62が形成されている。この磁気シールド層62は、セル毎に分断されているため、絶縁性の材料で形成してもよいし、導電性の材料で形成してもよい。
【0154】
尚、第1の配線13がダマシン構造の場合、磁気シールド層62は、例えば次のような方法で形成される。まず、絶縁膜12内に第1の配線用の溝が形成される。そして、この溝内に磁気シールド層62が形成され、この磁気シールド層62上に第1の配線用の材料層が形成される。その後、CMP又はエッチバックにより、磁気シールド層62及び材料層が絶縁膜12の表面が露出するまで平坦化される。これにより、第1の配線13の底面及び側面に磁気シールド層62が形成された構造がなし得る。
【0155】
上記第11の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0156】
さらに、第11の実施形態では、第1の配線13の底面及び側面が、磁気シールド層62で覆われている。このため、磁気シールド層62が十分にヨークとしての効果を発揮し、第1の配線13の作る電流磁界を選択セルに効率的に印加することができる。従って、第1の配線13に流す書きこみ電流を低減できるため、消費電力をさらに低減することができる。
【0157】
また、磁気シールド層62で第1の配線13を覆うことにより、第2の配線20の延在方向に配置された隣接するMTJ素子18への漏れ磁界をより効率的に遮断することができる。従って、誤書き込みを抑制することができる。
【0158】
また、磁気シールド層62は、隣接する第1の配線13毎に分離している。従って、磁気シールド層62の材料は、絶縁性の材料に限られず、導電性の材料を用いることもできるため、磁気シールド層62の材料の選択性を向上させることができる。
【0159】
[第12の実施形態]
第12の実施形態は、第11の実施形態の変形例であり、磁気シールド層をバリアメタルで挟んだ構造である。
【0160】
図56(a)、56(b)、57(a)、57(b)、58(a)、58(b)は、本発明の第12の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図を示す。ここで、図56(a)、56(b)は、スイッチング素子を設けない第1の実施形態の変形例を示し、図57(a)、57(b)は、スイッチング素子としてダイオード32を設けた第2の実施形態の変形例を示し、図58(a)、58(b)は、スイッチング素子としてトランジスタ44を設けた第3の実施形態の変形例を示す。以下に、第12の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、第11の実施形態と異なる構造のみ説明する。
【0161】
図56(a)、56(b)、57(a)、57(b)、58(a)、58(b)に示すように、第12の実施形態に係る磁気記憶装置は、第2の配線20の上面及び側面に形成された磁気シールド層21をバリアメタル層63,64で挟み、第1の配線13の底面及び側面に形成された磁気シールド層62をバリアメタル層65,66で挟んでいる。
【0162】
磁気シールド層21,62の内側に形成されたバリアメタル層63,65は、例えば、Co、CoFeのような材料が用いられる。一方、磁気シールド層21,62の外側に形成されたバリアメタル層64,66は、例えば、Ta、TaN、TaSiNのような材料が用いられる。
【0163】
尚、第1の配線13がダマシン構造の場合、磁気シールド層62及びバリアメタル層65,66は、例えば次のような方法で形成される。まず、絶縁膜12内に第1の配線用の溝が形成される。そして、この溝内にバリアメタル層66、磁気シールド層62、バリアメタル層65が順に形成され、この磁気シールド層62上に第1の配線用の材料層が形成される。その後、CMP又はエッチバックにより、バリアメタル層65,66、磁気シールド層62及び材料層が絶縁膜12の表面が露出するまで平坦化される。これにより、バリアメタル層65,66で挟まれた磁気シールド層62が、第1の配線13の底面及び側面に形成される。
【0164】
上記第12の実施形態によれば、第11の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0165】
さらに、第12の実施形態では、磁気シールド層21,62の内側及び外側にバリアメタル層63,64,65,66を設けることで、次のような効果がそれぞれ得られる。
【0166】
バリアメタル層63を第2の配線20と磁気シールド層21との間に設けることで、磁気シールド層21と第2の配線20とが反応することを抑制し、磁気シールドの性能(ヨーク性能)を向上することができ、さらに第2の配線20における配線抵抗の上昇も抑制できる。
【0167】
バリアメタル層64を磁気シールド層21と層間絶縁膜22との間に設けることで、磁気シールド層21と上層膜である層間絶縁膜22との密着性を向上することができ、さらに磁気シールド層21のシールド材料が層間絶縁膜22に拡散することを防止できる。
【0168】
バリアメタル層65を第1の配線13と磁気シールド層62との間に設けることで、磁気シールド層62と第1の配線13とが反応することを抑制し、ヨーク性能を向上することができ、さらに第1の配線13における配線抵抗の上昇も抑制できる。
【0169】
バリアメタル層66を磁気シールド層62と層間絶縁膜12との間に設けることで、磁気シールド層62と下地である層間絶縁膜12との密着性を向上することができ、さらに磁気シールド層62のシールド材料が層間絶縁膜12に拡散することを防止できる。
【0170】
[第13の実施形態]
第13の実施形態は、スイッチング素子を用いない磁気記憶装置の変形例である。
【0171】
図59、60は、本発明の第13の実施形態に係る磁気記憶装置の斜視図を示す。以下に、第13の実施形態に係る磁気記憶装置の構造について説明する。尚、図53(a)、53(b)の構造と異なる部分を中心に説明する。
【0172】
図59に示す構造は、第1の配線13が、書き込みワード線13aと読み出しワード線13bとに分かれている。書き込みワード線13aは、第2の配線(ビット線)20と例えば直交するように延在され、MTJ素子18と離間して配置されている。一方、読み出しワード線13bは、書き込みワード線13aと同一面上に平行して延在され、下部金属層67及びコンタクト68を介してMTJ素子18と接続されている。これら書き込み及び読み出しワード線13a、13bの側面及び底面には、磁気シールド層62a、62bがそれぞれ形成されている。
【0173】
図60に示す構造も、第1の配線13が、書き込みワード線13aと読み出しワード線13bとに分かれている。書き込みワード線13aは、第2の配線(ビット線)20と例えば直交するように延在され、MTJ素子18と離間して配置されている。この書き込みワード線13aの側面及び底面には、磁気シールド層62aが形成されている。一方、読み出しワード線13bは、書き込みワード線13aと平行して延在され、MTJ素子18と書き込みワード線13a間に配置され、MTJ素子18に接している。
【0174】
上記第13の実施形態によれば、第11の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0175】
さらに、第13の実施形態では、第1の配線13が、書き込みワード線13aと読み出しワード線13bとに分かれている。このため、図53(a)、53(b)のような単純なクロスポイント構造と比べて、読み出し信号を大きく取ることができ、読み出し速度を向上することができる。
【0176】
また、書き込み線と読み出し線が一部分離されることにより、書き込み時にトンネル接合層15にかかる電圧バイアスをなくすことができ、信頼性の向上を図ることができる。
【0177】
また、第13の実施形態では、スイッチ素子がないことでセルサイズを小さくでき、多層化への展開も容易になる。
【0178】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0179】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、誤書き込みの抑制及び選択セルへの磁場集中が可能な磁気記憶装置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す斜視図、図1(b)は図1(a)のIB−IB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図1(c)は図1(a)のIC−IC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図2】図2(a)、(b)は、本発明の各実施形態に係わる1重トンネル接合構造のTMR素子を示す断面図。
【図3】図3(a)、(b)は、本発明の各実施形態に係わる2重トンネル接合構造のTMR素子を示す断面図。
【図4】図4(a)は本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図4(b)は図4(a)のIVB−IVB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図4(c)は図4(a)のIVC−IVC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図5】図5(a)は、図4(a)に続く、本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図5(b)は図5(a)のVB−VB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図5(c)は図5(a)のVC−VC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図6】図6(a)は、図5(a)に続く、本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図6(b)は図6(a)のVIB−VIB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図6(c)は図6(a)のVIC−VIC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図7】図7(a)は、図6(a)に続く、本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図7(b)は図7(a)のVIIB−VIIB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図7(c)は図7(a)のVIIC−VIIC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図8】図8(a)は、図7(a)に続く、本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図8(b)は図8(a)のVIIIB−VIIIB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図8(c)は図8(a)のVIIIC−VIIIC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図9】図9(a)は、図8(a)に続く、本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図9(b)は図9(a)のIXB−IXB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図9(c)は図9(a)のIXC−IXC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図10】図10(a)は本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第1の配線の延在方向における断面図、図10(b)は本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図11】図11(a)は本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図11(b)は本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図12】図12(a)は、図11(a)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図12(b)は、図11(b)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図13】図13(a)は、図12(a)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図13(b)は、図12(b)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図14】図14(a)は、図13(a)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図14(b)は、図13(b)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図15】図15(a)は、図14(a)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図15(b)は、図14(b)に続く、本発明の第2の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図16】図16(a)は本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第1の配線の延在方向における断面図、図16(b)は本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図17】図17(a)は本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図17(b)は本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図18】図18(a)は、図17(a)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図18(b)は、図17(b)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図19】図19(a)は、図18(a)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図19(b)は、図18(b)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図20】図20(a)は、図19(a)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図20(b)は、図19(b)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図21】図21(a)は、図20(a)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図21(b)は、図20(b)に続く、本発明の第3の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図22】図22(a)は本発明の第4の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す斜視図、図22(b)は図22(a)のXXIIB−XXIIB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図22(c)は図22(a)のXXIIC−XXIIC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図23】図23(a)は本発明の第4の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図、図23(b)は図23(a)のXXIIIB−XXIIIB線に沿った半導体記憶装置の断面図、図23(c)は図23(a)のXXIIIC−XXIIIC線に沿った半導体記憶装置の断面図。
【図24】図24(a)は本発明の第5の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第1の配線の延在方向における断面図、図24(b)は本発明の第5の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図25】図25(a)は本発明の第5の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図25(b)は本発明の第5の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図26】図26(a)は本発明の第6の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第1の配線の延在方向における断面図、図26(b)は本発明の第6の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図27】図27(a)は本発明の第6の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第1の配線の延在方向における断面図、図27(b)は本発明の第6の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す第2の配線の延在方向における断面図。
【図28】本発明の第7の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す断面図。
【図29】本発明の第7の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。
【図30】図30(a)、(b)は本発明の第7の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する半導体記憶装置を示す断面図、図30(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図30(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図31】図31(a)、(b)は本発明の第7の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する半導体記憶装置を示す断面図、図31(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図31(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図32】本発明の第8の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す断面図。
【図33】本発明の第8の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。
【図34】図34(a)、(b)は本発明の第8の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する半導体記憶装置を示す断面図、図34(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図34(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図35】図35(a)、(b)は本発明の第8の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する半導体記憶装置を示す断面図、図35(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図35(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図36】本発明の第8の実施形態に係わる他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図。
【図37】図37(a)、(b)は本発明の第8の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図、図37(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図37(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図38】図38(a)、(b)は本発明の第8の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図、図38(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図38(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図39】本発明の第9の実施形態に係わる半導体記憶装置を示す断面図。
【図40】本発明の第9の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す断面図。
【図41】図41(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する半導体記憶装置を示す断面図、図41(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図41(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図42】図42(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する半導体記憶装置を示す断面図、図42(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図42(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図43】本発明の第9の実施形態に係わる他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図。
【図44】図44(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図、図44(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図44(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図45】図45(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断されている断面図、図45(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図45(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図46】本発明の第9の実施形態に係わる他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断され、かつ第2の配線上に形成されている断面図。
【図47】図47(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断され、かつ第2の配線上に形成されている断面図、図47(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図47(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図48】図48(a)、(b)は本発明の第9の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する他の半導体記憶装置を示す、磁気シールド層が第2の配線毎に分断され、かつ第2の配線上に形成されている断面図、図48(a)は第2の配線の延在方向に対して垂直方向の断面図、図48(b)は第1の配線の延在方向に対して垂直な断面図。
【図49】本発明の第10の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図。
【図50】図49に続く、本発明の第10の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図。
【図51】図50に続く、本発明の第10の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図。
【図52】図51に続く、本発明の第10の実施形態に係わる半導体記憶装置の製造工程を示す斜視図。
【図53】図53(a)、(b)は、本発明の第11の実施形態に係わるスイッチング素子を設けない磁気記憶装置を示す断面図。
【図54】図54(a)、(b)は、本発明の第11の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する磁気記憶装置を示す断面図。
【図55】図55(a)、(b)は、本発明の第11の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する磁気記憶装置を示す断面図。
【図56】図56(a)、(b)は、本発明の第12の実施形態に係わるスイッチング素子を設けない磁気記憶装置を示す断面図。
【図57】図57(a)、(b)は、本発明の第12の実施形態に係わるスイッチング素子としてのダイオードを有する磁気記憶装置を示す断面図。
【図58】図58(a)、(b)は、本発明の第12の実施形態に係わるスイッチング素子としてのMOSFETを有する磁気記憶装置を示す断面図。
【図59】本発明の第13の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す斜視図。
【図60】本発明の第13の実施形態に係わる他の磁気記憶装置を示す斜視図。
【図61】従来技術による半導体記憶装置を示す断面図。
【符号の説明】
11…半導体基板、12…第1の層間絶縁膜、13…第1の配線、13a…書き込みワード線、13b…読み出しワード線、14、14a、14b…磁化固着層、15、15a、15b…トンネル接合層、16…磁気記録層、17…TMR材料層、18…TMR素子、19…第2の層間絶縁膜、19a、61…側壁絶縁層、20…第2の配線、21、21a、51、62、62a、62b…磁気シールド層、22…第3の層間絶縁膜、31…ダイオード材料層、32…ダイオード、41…ゲート絶縁膜、42…ゲート電極、43…ソース/ドレイン拡散層、44…MOSFET、45、68…コンタクト、46…第4の層間絶縁膜、47…下部電極材料層、48…下部電極、63、64、65、66…バリアメタル層、67…下部金属層、101…テンプレート層、102…初期強磁性層、103…反強磁性層、104、104′、104″…基準強磁性層、105、105′、105″…自由記録層、106…接点層、107…非磁性層。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, a magnetic memory device that performs writing by a current magnetic field for each bit and reads information of “1” and “0” by resistance change depending on the magnetization state of the cell, It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, MRAM (Magnetic Random Access Memory) using a magnetoresistive effect has been proposed as a memory element. The MRAM is characterized in that data is written to the memory cell by changing the magnetization direction of the ferromagnetic material using a current magnetic field. Among these MRAMs, an MTJ (Magnetic Tunneling Junction) element using a tunneling magnetoresistive (TMR) effect can extract information on each of “1” and “0” by a change in resistance value. Further, in this MTJ element, the MR (Magneto Resistive) ratio, which is a resistance difference between “1” and “0”, has reached nearly 50%, which is a driving force for greatly progressing the practical use of MRAM.
[0003]
Here, in order to generate a current magnetic field in which information can be written in a memory cell including a magnetoresistive element such as an MTJ element, it is necessary to flow a sufficiently large write current through the write wiring. At present, the write current reaches several mA to 10 mA per write wiring. However, if the miniaturization is advanced, the distance between the magnetoresistive elements is shortened. Therefore, when a large write current is generated, there is a problem that the adjacent cells other than the selected cell are affected.
[0004]
One technique for overcoming this problem is “magnetic shielding”. This is achieved by covering only the current magnetic field wiring or both the current magnetic field wiring and the magnetoresistive element with a magnetic material and concentrating the generated magnetic field of the current magnetic field wiring on the selected cell by the same effect as the yoke, thereby reducing the selected cell with a small write current. It is a technology that can write information in.
[0005]
A known example of such a technique is the technique disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, as shown in FIG. 61, an element isolation oxide film 72 is selectively formed on a semiconductor substrate 71, and a MOSFET 73 is selectively formed between the element isolation oxide films 72. A GMR (Giant Magneto Resistive) element 80 is connected to the source / drain diffusion layer of the MOSFET 73 via contacts 74, 76, 78 and first to third wirings 75, 77, 79. Above and below the GMR element 80, an upper word line 81 and a lower word line 82 for writing to the GMR element 80 with a current magnetic field are disposed apart from the GMR element 80. A magnetic shield layer 83 made of a non-conductive ferrite material is formed as a passivation film that covers the entire surface of such a memory cell array.
[0006]
In the above prior art, the stray magnetic field outside the magnetic shield layer 83 can be shielded by the nonconductive ferrite material. Further, the magnetic field generated by the write wirings 81 and 82 can be concentrated on the magnetic layer of the GMR element 80 as a recording unit.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 11-238377
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, when miniaturization as a magnetic memory is advanced, the effect of preventing erroneous writing due to a magnetic field leaking between adjacent cells is weak, and the effect of concentrating the magnetic field due to the current magnetic field wiring on the magnetic material is sufficient There was a problem that was not.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic memory device capable of suppressing erroneous writing and concentrating a magnetic field on a selected cell, and a method for manufacturing the same. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses the following means.
[0011]
A magnetic memory device according to a first aspect of the present invention includes a first wiring extending in a first direction, a memory element disposed above the first wiring, and a memory element disposed on the memory element. A second wiring extending in a second direction different from the first direction; a first magnetic shield layer formed on a side surface of the second wiring and a side surface of the memory element; A third wiring disposed on the same plane as the first wiring, extending in parallel with the first wiring, connected to the memory element, and used as a read wiring; It comprises.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a magnetic memory device, comprising: forming a first wiring extending in a first direction; and selectively forming a memory element above the first wiring. A step of forming a first insulating layer around the memory element, and a second extending on the first insulating layer and the memory element in a second direction different from the first direction. Forming the first wiring, using the second wiring as a mask, removing the first insulating layer not covered with the second wiring, the first and second wirings, and Forming a first magnetic shield layer across the second wiring so as to cover the memory element.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention relate to a magnetic storage device (MRAM) using an MTJ (Magnetic Tunneling Junction) element using a tunneling magnetoresistive (TMR) effect as a storage element. .
[0014]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[0015]
[First Embodiment]
The first embodiment is a structure in which the magnetic shield layer is formed across the adjacent second wiring so as to cover the MTJ element and the second wiring, and the switching element is not used.
[0016]
FIG. 1A is a perspective view of a magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a sectional view of the magnetic memory device taken along line IB-IB shown in FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view of the magnetic memory device along the line IC-IC shown in FIG. The structure of the magnetic memory device according to the first embodiment will be described below.
[0017]
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, in the magnetic memory device according to the first embodiment, the first wiring 13 and the second wiring 20 extend in different directions. The MTJ element 18 electrically connected to the first and second wirings 13 and 20 is located at the intersection of the first and second wirings 13 and 20 between the first and second wirings 13 and 20. Has been placed. A magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the side surface of the MTJ element 18 and the upper surface and side surface of the second wiring 20, and the magnetic shield layer 21 is continuously formed across the adjacent second wiring 20. ing.
[0018]
Here, the width X of the MTJ element 18 in the extending direction of the first wiring 13 is equal to the width of the second wiring 20, and the width Y of the MTJ element 18 in the extending direction of the second wiring 20 is the first width. It is equal to the width of the wiring 13. Therefore, the side surface in the extending direction of the second wiring 20 of the MTJ element 18 and the side surface in the extending direction of the second wiring 20 are substantially flat surfaces. The magnetic shield layer 21 is formed so as to cover this plane. Further, the interlayer insulating film 19 is embedded between the MTJ elements 18, and the film thicknesses of the interlayer insulating film 19 and the MTJ element 18 are substantially equal.
[0019]
In the case of the first embodiment, since the magnetic shield layer 21 is continuously formed so as to straddle between the adjacent second wirings 20, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21. This is because, when the magnetic shield layer 21 made of a conductive material is continuously formed so as to straddle between the second wirings 20, the adjacent second wirings 20 are electrically connected via the magnetic shield layer 21. This is because the MTJ element 18 separated for each cell is electrically connected.
[0020]
That is, the magnetic shield layer 21 is an insulating magnetic layer. Examples of the material of the insulating magnetic layer include insulating ferrite, (Fe, Co)-(B, Si, Hf, Zr, Sm, Ta, Al)-(F, O, N) system, etc. And metal-nonmetal nanogranular films. Specifically, the insulating ferrite is made of, for example, at least one material of Mn—Zn—ferrite, Ni—Zn—ferrite, MnFeO, CuFeO, FeO, and NiFeO.
[0021]
In the first embodiment, the first and second wirings 13 and 20 are arranged so as to be orthogonal to each other and have a structure suitable for forming a large-scale cell array. As long as the wirings 13 and 20 extend in different directions, they do not have to be orthogonal.
[0022]
In addition, the MTJ element 18 includes a magnetization pinned layer (magnetic layer) 14 with a fixed magnetization direction, a tunnel junction layer (nonmagnetic layer) 15, and a magnetic recording layer (magnetic layer) 16 with a reversed magnetization direction. It consists of three layers. Here, the positions of the magnetization pinned layer 14 and the magnetic recording layer 16 may be interchanged, and the MTJ element 18 may have a double tunnel junction layer even if it has a single tunnel junction structure composed of one tunnel junction layer 15. A double tunnel junction structure made of 15 may be used. Hereinafter, examples of the MTJ element 18 having a single tunnel junction structure or a double tunnel junction structure will be described.
[0023]
The MTJ element 18 having a single tunnel junction structure shown in FIG. 2A includes a magnetization pinned layer 14 in which a template layer 101, an initial ferromagnetic layer 102, an antiferromagnetic layer 103, and a reference ferromagnetic layer 104 are sequentially stacked. A tunnel junction layer 15 formed on the magnetization pinned layer 14 and a magnetic recording layer 16 in which a free ferromagnetic layer 105 and a contact layer 106 are sequentially laminated on the tunnel junction layer 15.
[0024]
The MTJ element 18 having a single tunnel junction structure shown in FIG. 2B includes a template layer 101, an initial ferromagnetic layer 102, an antiferromagnetic layer 103, a ferromagnetic layer 104 ′, a nonmagnetic layer 107, and a ferromagnetic layer 104 ″. Are sequentially stacked, a tunnel junction layer 15 formed on the magnetization pinned layer 14, and a ferromagnetic layer 105 ′, a nonmagnetic layer 107, and a ferromagnetic layer 105 ″ on the tunnel junction layer 15. And the magnetic recording layer 16 in which the contact layer 106 is sequentially laminated.
[0025]
2B, the MTJ element 18 shown in FIG. 2B has a three-layer structure including the ferromagnetic layer 104 ′, the nonmagnetic layer 107, and the ferromagnetic layer 104 ″ in the magnetization fixed layer 14, and the strong in the magnetic recording layer 16. By introducing a three-layer structure including a magnetic layer 105 ′, a nonmagnetic layer 107, and a ferromagnetic layer 105 ″, the generation of magnetic poles inside the ferromagnetic layer can be suppressed more than in the MTJ element 18 shown in FIG. Thus, a cell structure suitable for further miniaturization can be provided.
[0026]
The MTJ element 18 having a double tunnel junction structure shown in FIG. 3A includes a first magnetization pinned layer in which a template layer 101, an initial ferromagnetic layer 102, an antiferromagnetic layer 103, and a reference ferromagnetic layer 104 are sequentially stacked. 14a, the first tunnel junction layer 15a formed on the first magnetization pinned layer 14a, the magnetic recording layer 16 formed on the first tunnel junction layer 15a, and the magnetic recording layer 16 A second tunnel junction layer 15b formed on the first tunnel junction layer, and a reference ferromagnetic layer 104, an antiferromagnetic layer 103, an initial ferromagnetic layer 102, and a contact layer 106 are sequentially stacked on the second tunnel junction layer 15b. 2 magnetization pinned layers 14b.
[0027]
In the MTJ element 18 having a double tunnel junction structure shown in FIG. 3B, a template layer 101, an initial ferromagnetic layer 102, an antiferromagnetic layer 103, and a reference ferromagnetic layer 104 are sequentially stacked, and a first magnetization pinned layer 14a. A first tunnel junction layer 15a formed on the first magnetization pinned layer 14a, and a ferromagnetic layer 16 ′, a nonmagnetic layer 107, and a ferromagnetic layer 16 ″ on the first tunnel junction layer 15a. A magnetic recording layer 16 sequentially stacked in a three-layer structure, a second tunnel junction layer 15b formed on the magnetic recording layer 16, and a ferromagnetic layer 104 'on the second tunnel junction layer 15b. The nonmagnetic layer 107, the ferromagnetic layer 104 ″, the antiferromagnetic layer 103, the initial ferromagnetic layer 102, and the second magnetization pinned layer 14b in which the contact layer 106 are sequentially stacked.
[0028]
In the MTJ element 18 shown in FIG. 3B, the three-layer structure of the ferromagnetic layer 16 ′, the nonmagnetic layer 107, and the ferromagnetic layer 16 ″ constituting the magnetic recording layer 16, and the second magnetization fixed layer 14b. By introducing a three-layer structure including a ferromagnetic layer 104 ′, a nonmagnetic layer 107, and a ferromagnetic layer 104 ″, the generation of magnetic poles inside the ferromagnetic layer can be generated more than the MTJ element 18 shown in FIG. Cell structure suitable for further miniaturization can be provided.
[0029]
The MTJ element 18 having such a double tunnel junction structure has an MR (Magneto Resistive) ratio ("1" and "0") when the same external bias is applied as compared with the MTJ element 18 having a single tunnel junction structure. It is possible to operate at a higher bias with little deterioration of the resistance change rate in the state of (2). That is, the double tunnel junction structure is advantageous when reading information in the cell.
[0030]
The MTJ element 18 having such a single tunnel junction structure or a double tunnel junction structure is formed using, for example, the following materials.
[0031]
Examples of the material of the magnetic pinned layers 14, 14a, 14b and the magnetic recording layer 16 include Fe, Co, Ni, or an alloy thereof, magnetite having a high spin polarizability, and CrO. 2 , RXMnO 3-y In addition to oxides such as (R: rare earth, X: Ca, Ba, Sr), it is preferable to use Heusler alloys such as NiMnSb and PtMnSb. In addition, these magnetic materials include Ag, Cu, Au, Al, Mg, Si, Bi, Ta, B, C, O, N, Pd, Pt, Zr, Ir, W, and Mo as long as ferromagnetism is not lost. , Nb and other nonmagnetic elements may be included.
[0032]
The material of the antiferromagnetic layer 103 constituting a part of the magnetization pinned layers 14, 14a, 14b includes Fe-Mn, Pt-Mn, Pt-Cr-Mn, Ni-Mn, Ir-Mn, NiO, and Fe. 2 O Three Etc. are preferably used.
[0033]
The material of the tunnel junction layers 15, 15a, 15b is Al. 2 O Three , SiO 2 , MgO, AlN, Bi 2 O Three , MgF 2 , CaF 2 , SrTiO 2 , AlLaO Three Various dielectrics such as can be used. These dielectrics may have oxygen, nitrogen, or fluorine deficiency.
[0034]
4 (a), 4 (b), 4 (c) to 9 (a), 9 (b), and 9 (c) show the manufacturing process of the magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention. Show. A method for manufacturing the magnetic memory device according to the first embodiment will be described below.
[0035]
First, as shown in FIGS. 4A, 4 B, and 4 C, the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are formed on the semiconductor substrate 11. Specifically, after the first wiring 13 is formed in a desired pattern by using RIE (Reactive Ion Etching), the first interlayer insulating film 12 is formed on the first wiring 13. The one interlayer insulating film 12 is planarized using CMP (Chemical Mechanical Polish) or an etch back method until the surface of the first wiring 13 is exposed.
[0036]
Next, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, a magnetization pinned layer 14 is deposited on the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13, and this magnetization pinned layer. A tunnel junction layer 15 is deposited on 14, and a magnetic recording layer 16 is deposited on the tunnel junction layer 15. As a result, a TMR material layer 17 including the magnetization pinned layer 14, the tunnel junction layer 15, and the magnetic recording layer 16 is formed.
[0037]
Next, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the TMR material layer 17 is selectively etched using a mask material (not shown) and separated into cells. An island-shaped MTJ element 18 is formed. Next, a second interlayer insulating film 19 is formed on the first interlayer insulating film 12, the MTJ element 18 and the first wiring 13, and the surface of the MTJ element 18 is exposed in the second interlayer insulating film 19. Until planarized using CMP or etchback.
[0038]
Next, as shown in FIGS. 7A, 7 B, and 7 C, the MTJ element 18 and the second interlayer insulating film 19 are orthogonal to the extending direction of the first wiring 13. Then, the second wiring 20 is formed.
[0039]
Next, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the second interlayer insulation exposed between the second wirings 20 using the second wiring 20 as a mask. The film 19 is removed until the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are exposed.
[0040]
Next, as shown in FIGS. 9A, 9 B, and 9 C, the magnetic shield layer 21 is formed on the second wiring 20, the first interlayer insulating film 12, and the first wiring 13. It is formed. At this time, the film thickness of the magnetic shield layer 21 is desirably set to be ½ or less of the space S between the second wirings 20. This is to prevent the magnetic shield layer 21 covering the side surface of the adjacent second wiring 20 from coming into contact.
[0041]
Next, as shown in FIGS. 1A, 1 B, and 1 C, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0042]
In the MRAM using the MTJ element 18 as a storage element as described above, data writing and reading are performed as follows.
[0043]
First, in writing data, a write current is supplied to both of the selected first and second wirings 13 and 20 to generate current magnetic fields, respectively, and a combined magnetic field of the two current magnetic fields is set to the first and second lines. This is applied to the MTJ element 18 located at the intersection of the wirings 13 and 20. As a result, the magnetization of the magnetic recording layer 16 having a magnetization reversal threshold lower than that of the magnetization pinned layer 14 is reversed, and the magnetization directions of the magnetic pinned layer 14 and the magnetic recording layer 16 are parallel to each other (for example, “0”). State) or states that are antiparallel to each other (for example, a state of “1”).
[0044]
On the other hand, when reading data, a current is passed through the MTJ element 18 in which a “0” state or a “1” state is written. Is done.
[0045]
According to the first embodiment, the upper surface and the side surface of the second wiring 20 and the side surface of the MTJ element 18 into which data is written using the second wiring 20 are covered with the magnetic shield layer 21. For this reason, the magnetic shield layer 21 sufficiently exhibits the effect as a yoke, and the current magnetic field generated by the second wiring 20 can be efficiently applied to the selected cell. Therefore, since the write current can be reduced, an MRAM that can reduce power consumption can be provided.
[0046]
Further, by covering the second wiring 20 and the MTJ element 18 with the magnetic shield layer 21, the leakage magnetic field to the adjacent MTJ element 18 arranged in the extending direction of the first wiring 13 is more efficiently blocked. be able to. Accordingly, erroneous writing can be suppressed.
[0047]
Further, by using the insulating magnetic shield layer 21, it is not necessary to divide the magnetic shield layer 21 between the adjacent second wirings 20. Thereby, since it is not necessary to keep the distance between the second wirings 20 large, the memory cell can be miniaturized.
[0048]
Further, the MTJ element 18 is used as a memory element. For this reason, a larger read signal can be obtained than in the case of using a GMR (Giant Magneto Resistive) element composed of two magnetic layers and a conductor layer sandwiched between these magnetic layers, and the read operation can be speeded up. it can.
[0049]
Also, the first and second wirings 13 and 20, the MTJ element 18, and the second interlayer insulating film 19 are formed in a self-aligned manner, thereby providing an MRAM suitable for miniaturization. it can.
[0050]
[Second Embodiment]
The second embodiment has a structure in which the magnetic shield layer is formed so as to straddle the adjacent second wiring so as to cover the MTJ element and the second wiring, and a diode is used as the switching element.
[0051]
10A and 10B are sectional views of a magnetic memory device according to the second embodiment of the present invention. Here, FIG. 10A shows a cross-sectional view of the magnetic memory device along the extending direction of the first wiring, and FIG. 10B shows the magnetic memory along the extending direction of the second wiring. A sectional view of the device is shown. The structure of the magnetic memory device according to the second embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0052]
As shown in FIGS. 10A and 10B, in the second embodiment, a diode 32 is provided as a read current switching element between the first wiring 13 and the MTJ element 18. The diode 32 has substantially the same shape as the MTJ element 18. That is, the side surface in the extending direction of the second wiring 20 of the diode 32, the side surface in the extending direction of the second wiring 20 of the MTJ element 18, and the side surface in the extending direction of the second wiring 20 are substantially the same. It is a flat surface with no steps. The magnetic shield layer 21 is continuously formed on this plane and the upper surface of the second wiring 20 across the adjacent second wiring 20.
[0053]
The magnetic shield layer 21 only needs to be formed on at least the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 18, and is not necessarily formed on the side surfaces of the diode 32. Further, since the magnetic shield layer 21 is continuously formed so as to straddle between the adjacent second wirings 20, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21.
[0054]
11 (a), 11 (b) to 15 (a), 15 (b) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the second embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the second embodiment will be described below. In addition, the process similar to 1st Embodiment is demonstrated easily.
[0055]
First, as shown in FIGS. 11A and 11B, the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are formed on the semiconductor substrate 11.
[0056]
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, a diode material layer 31 is formed on the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13. Next, the TMR material layer 17 including the magnetization pinned layer 14, the tunnel junction layer 15, and the magnetic recording layer 16 is formed on the diode material layer 31.
[0057]
Next, as shown in FIGS. 13A and 13B, using a mask material (not shown), the TMR material layer 17 and the diode material layer 31 are selectively etched and separated for each cell. The island-shaped MTJ element 18 and the diode 32 are formed. Next, a second interlayer insulating film 19 is formed on the MTJ element 18 and the first wiring 13, and the CMP or etch-back method is used until the second interlayer insulating film 19 exposes the surface of the MTJ element 18. And flattened.
[0058]
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, the second wiring is formed on the MTJ element 18 and the second interlayer insulating film 19 so as to be orthogonal to the extending direction of the first wiring 13. A wiring 20 is formed.
[0059]
Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, the second interlayer insulating film 19 exposed between the second wirings 20 is formed using the second wirings 20 as a mask. The first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are removed until exposure. Next, the magnetic shield layer 21 is formed on the second wiring 20, the first interlayer insulating film 12, and the first wiring 13.
[0060]
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0061]
According to the second embodiment, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the following effects can be obtained.
[0062]
In the first embodiment, since it has a matrix array structure, there is a possibility that current leaks in addition to the selected cell when reading data. This may cause a problem that the S / N ratio of the read signal deteriorates or the read speed becomes slow. On the other hand, in the second embodiment, by providing the diode 32 as a switching element, the read current can be supplied only to the selected cell using the rectification of the diode 32. For this reason, the S / N ratio of the read signal can be improved, and the read speed can be improved.
[0063]
In the second embodiment, the diode 32 may be disposed between the second wiring 20 and the MTJ element 18.
[0064]
[Third Embodiment]
The third embodiment has a structure in which the magnetic shield layer is formed so as to straddle the adjacent second wiring so as to cover the MTJ element and the second wiring, and a transistor is used as the switching element.
[0065]
FIGS. 16A and 16B are sectional views of a magnetic memory device according to the third embodiment of the present invention. Here, FIG. 16A shows a cross-sectional view of the magnetic memory device along the extending direction of the first wiring, and FIG. 16B shows the magnetic memory along the extending direction of the second wiring. A sectional view of the device is shown. The structure of the magnetic memory device according to the third embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0066]
As shown in FIGS. 16A and 16B, in the third embodiment, a MOSFET 44 is provided as a switching element for a read current. That is, a contact 45 connected to the source / drain diffusion layer 43 of the MOSFET 44 is formed, and a lower electrode 48 of the MTJ element 18 connected to the contact 45 is formed. The lower electrode 48 is formed apart from the first wiring 13 and is electrically connected to the MTJ element 18. The side surface of the lower electrode 48 in the extending direction of the second wiring 20, the side surface of the MTJ element 18 in the extending direction of the second wiring 20, and the side surface in the extending direction of the second wiring 20 are: The plane is almost flat. The magnetic shield layer 21 is continuously formed on this plane and the upper surface of the second wiring 20 across the adjacent second wiring 20.
[0067]
The magnetic shield layer 21 only needs to be formed on at least the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 18, and is not necessarily formed on the side surfaces of the lower electrode 48. Further, since the magnetic shield layer 21 is continuously formed so as to straddle between the adjacent second wirings 20, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21.
[0068]
FIGS. 17A, 17B to 21A, 21B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the third embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the third embodiment will be described below. In addition, the process similar to 1st Embodiment is demonstrated easily.
[0069]
First, as shown in FIGS. 17A and 17B, the gate electrode 42 is selectively formed on the semiconductor substrate 11 via the gate insulating film 41. A source / drain diffusion layer 43 is formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 42. Thereby, MOSFET 44 as a switching element is formed. Next, the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are formed, and the fourth interlayer insulating film 46 is formed on the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13. Further, a contact 45 connected to the source / drain diffusion layer 43 is formed.
[0070]
Next, as shown in FIGS. 18A and 18B, a lower electrode material layer 47 is formed on the fourth interlayer insulating film 46 and the contact 45. Next, a TMR material layer 17 composed of the magnetization fixed layer 14, the tunnel junction layer 15, and the magnetic recording layer 16 is formed on the lower electrode material layer 47.
[0071]
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, using a mask material (not shown), the TMR material layer 17 is selectively etched, and island-like MTJs separated for each cell are separated. Element 18 is formed. Next, the lower electrode material layer 47 is selectively etched to form a lower electrode 48 having a desired shape. Next, a second interlayer insulating film 19 is formed on the MTJ element 18, the lower electrode 48, and the fourth interlayer insulating film 46, and the second interlayer insulating film 19 is subjected to CMP until the surface of the MTJ element 18 is exposed. Alternatively, planarization is performed using an etch back method.
[0072]
Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, the second wiring is formed on the MTJ element 18 and the second interlayer insulating film 19 so as to be orthogonal to the extending direction of the first wiring 13. A wiring 20 is formed.
[0073]
Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, the second interlayer insulating film 19 exposed between the second wirings 20 is formed by using the second wirings 20 as a mask. The fourth interlayer insulating film 46 is removed until exposure. Next, the magnetic shield layer 21 is formed on the second wiring 20 and the fourth interlayer insulating film 46.
[0074]
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0075]
According to the third embodiment, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the following effects can be obtained.
[0076]
In the first embodiment, since it has a matrix array structure, there is a possibility that current leaks in addition to the selected cell when reading data. This may cause a problem that the S / N ratio of the read signal is deteriorated or the read speed is slow. On the other hand, in the third embodiment, by providing the MOSFET 44 as a switching element, a read current can be supplied only to the selected cell. For this reason, the S / N ratio of the read signal can be improved, and the read speed can be improved.
[0077]
Furthermore, since the read switch is the MOSFET 44, the compatibility with the normal CMOS process is good, and the application is easy when the memory cell as in the third embodiment is embedded in the logic circuit.
[0078]
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment is a modification of the first embodiment, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring.
[0079]
FIG. 22A is a perspective view of a magnetic memory device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 22B shows a cross-sectional view of the magnetic memory device taken along line XXIIB-XXIIB shown in FIG. FIG. 22C is a sectional view of the magnetic memory device taken along line XXIIC-XXIIC shown in FIG. The structure of the magnetic memory device according to the fourth embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0080]
As shown in FIGS. 22A, 22B, and 22C, in the fourth embodiment, the magnetic shield layer 21a is formed only on the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 19. The second wiring 20 is not formed on the second wiring 20 or between the adjacent second wirings 20. That is, the magnetic shield layer 21 a is divided for each second wiring 20. Here, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21a in order to prevent the upper and lower magnetic layers 14 and 16 of the MTJ element 19 from being short-circuited.
[0081]
23 (a), 23 (b), and 23 (c) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the fourth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the fourth embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.
[0082]
First, as shown in FIGS. 2A, 2B, 2C to 9A, 9B, and 9C, the second wiring 20 and the MTJ element 18 are covered. Then, the magnetic shield layer 21 is formed.
[0083]
Next, as shown in FIGS. 23A, 23B and 23C, the magnetic shield formed on the upper surface of the second wiring 20 by vertical anisotropic etching such as RIE, for example. The layer 21 and the magnetic shielding layer 21 formed on the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 between the second wirings 20 are removed. As a result, the magnetic shield layer 21 a remains only on the side surface of the MTJ element 18, the side surface of the second interlayer insulating film 19, and the side surface of the second wiring 20.
[0084]
Next, as shown in FIGS. 22A, 22B, and 22C, on the magnetic shield layer 21a, the second wiring 20, the first wiring 13, and the first interlayer insulating film 12, A third interlayer insulating film 22 is deposited. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0085]
According to the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0086]
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment is a modification of the second embodiment, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring.
[0087]
24A and 24B are cross-sectional views of a magnetic memory device according to the fifth embodiment of the present invention. Here, FIG. 24A shows a cross-sectional view of the magnetic memory device along the extending direction of the first wiring, and FIG. 24B shows the magnetic memory along the extending direction of the second wiring. A sectional view of the device is shown. The structure of the magnetic memory device according to the fifth embodiment will be described below. Only the structure different from the second embodiment will be described.
[0088]
As shown in FIGS. 24A and 24B, in the fifth embodiment, the magnetic shield layer 21a is formed only on the side surfaces of the diode 32, the second wiring 20, and the MTJ element 19, It is not formed on the second wiring 20 or between the adjacent second wirings 20. That is, the magnetic shield layer 21 a is divided for each second wiring 20. Here, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21a in order to prevent the upper and lower magnetic layers 14 and 16 of the MTJ element 19 from being short-circuited.
[0089]
The magnetic shield layer 21a may be formed at least on the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 18, and is not necessarily formed on the side surfaces of the diode 32.
[0090]
25 (a) and 25 (b) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the fifth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the fifth embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the second embodiment is omitted.
[0091]
First, as shown in FIGS. 11A, 11B to 15A, 15B, the magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the diode 32, the second wiring 20, and the MTJ element 18. It is formed.
[0092]
Next, as shown in FIGS. 25A and 25B, the magnetic shield layer 21 formed on the upper surface of the second wiring 20 by vertical anisotropic etching such as RIE, for example, The first interlayer insulating film 12 between the two wirings 20 and the magnetic shield layer 21 formed on the first wiring 13 are removed. As a result, the magnetic shield layer 21 a remains only on the side surface of the diode 32, the side surface of the MTJ element 18, the side surface of the second interlayer insulating film 19, and the side surface of the second wiring 20.
[0093]
Next, as shown in FIGS. 24A and 24B, a third interlayer insulation is formed on the magnetic shield layer 21a, the second wiring 20, the first wiring 13, and the first interlayer insulating film 12. A film 22 is deposited. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0094]
According to the fifth embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
[0095]
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment is a modification of the third embodiment, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring.
[0096]
FIGS. 26A and 26B are cross-sectional views of a magnetic memory device according to the sixth embodiment of the present invention. Here, FIG. 26A shows a cross-sectional view of the magnetic memory device along the extending direction of the first wiring, and FIG. 26B shows the magnetic memory along the extending direction of the second wiring. A sectional view of the device is shown. The structure of the magnetic memory device according to the sixth embodiment will be described below. Only the structure different from that of the third embodiment will be described.
[0097]
As shown in FIGS. 26A and 26B, in the sixth embodiment, the magnetic shield layer 21a is formed only on the side surfaces of the lower electrode 48, the second wiring 20 and the MTJ element 19, It is not formed on the second wiring 20 or between the adjacent second wirings 20. That is, the magnetic shield layer 21 a is divided for each second wiring 20. Here, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21a in order to prevent the upper and lower magnetic layers 14 and 16 of the MTJ element 19 from being short-circuited.
[0098]
The magnetic shield layer 21 a is only required to be formed on at least the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 18, and is not necessarily formed on the side surfaces of the lower electrode 48.
[0099]
27A and 27B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the sixth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the sixth embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the third embodiment is omitted.
[0100]
First, as shown in FIGS. 17A, 17B to 21A, 21B, the magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the lower electrode 48, the second wiring 20, and the MTJ element 18. Is formed.
[0101]
Next, as shown in FIGS. 27A and 27B, the magnetic shield layer 21 formed on the upper surface of the second wiring 20 by vertical anisotropic etching such as RIE, for example, The first interlayer insulating film 12 between the two wirings 20 and the magnetic shield layer 21 formed on the first wiring 13 are removed. As a result, the magnetic shield layer 21 a remains only on the side surface of the lower electrode 48, the side surface of the MTJ element 18, the side surface of the second interlayer insulating film 19, and the side surface of the second wiring 20.
[0102]
Next, as shown in FIGS. 26A and 26B, a third interlayer insulation is formed on the magnetic shield layer 21a, the second wiring 20, the first wiring 13, and the first interlayer insulating film 12. A film 22 is deposited. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0103]
According to the sixth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
[0104]
[Seventh Embodiment]
The seventh embodiment is a modification of the first embodiment. Like the fourth embodiment, the magnetic shield layer is divided into second wires, and the magnetic shield layer is also formed on the second wires. Is an example.
[0105]
FIG. 28 is a sectional view of a magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention. The structure of the magnetic memory device according to the seventh embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0106]
As shown in FIG. 28, the magnetic memory device according to the seventh embodiment includes the first magnetic shield layer 21 a formed on the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 19, and the second wiring 20. The formed second magnetic shield layer 51 is provided. That is, since it is not formed between the adjacent second wirings 20, the magnetic shield layer 21 a is divided for each second wiring 20 as in the fourth embodiment. Here, the first magnetic shield layer 21a is preferably made of an insulating material in order to prevent the upper and lower magnetic layers 14 and 16 of the MTJ element 19 from being short-circuited. Further, the second magnetic shield layer 51 is not limited to an insulating material, and a conductive material can also be used.
[0107]
That is, when a conductive magnetic layer is used for the second magnetic shield layer 51, examples of the material of the conductive magnetic layer include a Ni—Fe alloy, a Co—Fe alloy, a Co—Fe—Ni alloy, Examples include Co- (Zr, Hf, Nb, Ta, Ti) -based amorphous materials and (Co, Fe, Ni)-(Si, B)-(P, Al, Mo, Nb, Mn) -based amorphous materials. .
[0108]
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the seventh embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.
[0109]
First, as shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) to 8 (a), 8 (b), and 8 (c), the second wiring 20 is used as a mask. The second interlayer insulating film 19 exposed between the two wirings 20 is removed until the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are exposed.
[0110]
Next, as shown in FIG. 29, a magnetic shield layer 51 is formed on the second wiring 20. Next, the magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the magnetic shield layer 51, the second wiring 20, and the MTJ element 18.
[0111]
Next, as shown in FIG. 28, the first between the magnetic shield layer 21 formed on the upper surface of the second wiring 20 and the second wiring 20 by vertical anisotropic etching such as RIE, for example. The interlayer insulating film 12 and the magnetic shield layer 21 formed on the first wiring 13 are removed. As a result, the magnetic shield layer 21 a remains on the side surface of the MTJ element 18, the side surface of the second interlayer insulating film 19, and the side surface of the second wiring 20, and the magnetic shield layer 51 remains on the second wiring 20. Is done. Next, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 51, the first wiring 13, and the first interlayer insulating film 12. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0112]
According to the seventh embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0113]
Furthermore, since the magnetic shield layers 21a and 51 are separated for each adjacent second wiring 20 as in the fourth embodiment, the material of the magnetic shield layer 51 is not limited to an insulating material, A conductive material can also be used. For this reason, the selectivity of the material of the magnetic shield layer 51 can be improved.
[0114]
Further, in the seventh embodiment, since the magnetic shield layer 51 is also formed on the second wiring 20, the effects of suppressing erroneous writing and concentrating the magnetic field on the selected cell are improved as compared with the fourth embodiment. Can be increased.
[0115]
In addition, although 7th Embodiment was applied to the structure of 1st Embodiment, it is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 30A and 30B, the present invention can be applied to a magnetic memory device including a diode 32 as a switching element as in the second embodiment. As shown in 31 (a) and 31 (b), the present invention can be applied to a magnetic memory device including a MOSFET 44 as a switching element as in the third embodiment.
[0116]
[Eighth Embodiment]
The eighth embodiment is a modification of the first embodiment, in which the side surfaces of the second wiring and the MTJ element are covered with an insulating layer, and the magnetic shield layer is formed across the adjacent second wiring. is there.
[0117]
FIG. 32 is a sectional view of a magnetic memory device according to the eighth embodiment of the present invention. The structure of the magnetic memory device according to the eighth embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0118]
As shown in FIG. 32, in the magnetic memory device according to the eighth embodiment, side wall insulating layers 61 are formed on the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 19, and the magnetic shield is formed on the second wiring 20. A layer 51 is formed, and the magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the sidewall insulating layer 61 and the magnetic shield layer 51. In other words, in the eighth embodiment, by providing the sidewall insulating layer 61, the adjacent second wiring 20 and the MTJ element 18 can be electrically separated, and therefore the second wiring 20 adjacent to the magnetic shield layer 21 is provided. It is formed continuously across the bridge.
[0119]
Here, when, for example, an insulating material is used for the magnetic shield layer 51, the magnetic shield layer 21 is not limited to the insulating material, and a conductive material can also be used. On the other hand, when, for example, a conductive material is used for the magnetic shield layer 51, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21 in order to prevent the adjacent second wiring 20 from being short-circuited. .
[0120]
The magnetic shield layer 51 on the second wiring 20 is not necessarily formed, and the magnetic shield layer 21 may be directly formed on the second wiring 20.
[0121]
FIG. 33 is a cross-sectional view of the magnetic memory device manufacturing process according to the eighth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the eighth embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.
[0122]
First, as shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) to 8 (a), 8 (b), and 8 (c), the second wiring 20 is used as a mask. The second interlayer insulating film 19 exposed between the two wirings 20 is removed until the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are exposed.
[0123]
Next, as shown in FIG. 33, the magnetic shield layer 51 is formed on the second wiring 20. Next, a sidewall insulating film 61 is formed on the side surfaces of the second interlayer insulating film 19 (not shown), the second wiring 20 and the MTJ element 18.
[0124]
Next, as shown in FIG. 32, the magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the magnetic shield layer 51 and the sidewall insulating film 61. Next, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0125]
According to the eighth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0126]
Further, in the eighth embodiment, the side surfaces of the second wiring 20 and the MTJ element 18 are covered with the sidewall insulating layer 61. Therefore, even when the magnetic shield layer 21 is continuously formed across the adjacent second wirings 20, the material of the magnetic shield layer 21 is not limited to an insulating material, These materials can also be used. For this reason, the selectivity of the material of the magnetic shield layer 21 can be improved.
[0127]
The eighth embodiment is applied to the structure of the first embodiment, but is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 34A and 34B, the present invention can be applied to a magnetic memory device including a diode 32 as a switching element as in the second embodiment. As shown in 35 (a) and 35 (b), the present invention can be applied to a magnetic memory device including a MOSFET 44 as a switching element as in the third embodiment.
[0128]
Further, in FIGS. 30, 34 (a), 34 (b), 35 (a), and 35 (b), the magnetic shield layer 21 is continuously formed across the adjacent second wiring 20. However, it is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 36, 37 (a), 37 (b), 38 (a), and 38 (b), the magnetic shield layer 21 between the adjacent second wirings 20 and on the magnetic shield layer 51. And the magnetic shield layer 21 may be divided for each second wiring 20. In this case, the magnetic shield layers 21 and 51 can be made of either an insulating material or a conductive material.
[0129]
[Ninth Embodiment]
The ninth embodiment is a modification of the first embodiment, in which the side surface of the MTJ element is covered with an insulating layer, and the magnetic shield layer is formed across the adjacent second wiring.
[0130]
FIG. 39 is a sectional view of a magnetic memory device according to the ninth embodiment of the present invention. The structure of the magnetic memory device according to the ninth embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0131]
As shown in FIG. 39, in the magnetic memory device according to the ninth embodiment, the width of the second wiring 20 is larger than the width of the MTJ element 18 and is recessed from the side surface of the second wiring 20. A sidewall insulating layer 19 a is formed on the side surface of the MTJ element 19. A magnetic shield layer 21 is formed so as to cover the side wall insulating layer 19a and the second wiring 20, and the magnetic shield layer 21 is continuously formed across the adjacent second wirings 20.
[0132]
In the ninth embodiment, when the magnetic shield layer 21 made of a conductive material is formed across the adjacent second wiring 20, the MTJ element 18 adjacent in the extending direction of the first wiring 13 is Although electrically isolated by the sidewall insulating film 19a, the adjacent second wiring 20 is not electrically isolated. For this reason, in the ninth embodiment, it is desirable to use an insulating material for the magnetic shield layer 21.
[0133]
FIG. 40 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the ninth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the ninth embodiment will be described below. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted.
[0134]
First, as shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), 2 (c) to 6 (a), 6 (b), 6 (c), island-shaped MTJ elements 18 separated for each cell. Is formed. Next, a second interlayer insulating film 19 is formed on the MTJ element 18 and the first wiring 13, and the CMP or etch-back method is used until the second interlayer insulating film 19 exposes the surface of the MTJ element 18. And flattened.
[0135]
Next, as shown in FIG. 40, the second wiring 20 is formed on the MTJ element 18 and the second interlayer insulating film 19 so as to be orthogonal to the extending direction of the first wiring 13. Here, the second wiring 20 is formed such that the width of the second wiring 20 is larger than the width of the MTJ element 18.
[0136]
Next, as shown in FIG. 39, using the second wiring 20 as a mask, the second interlayer insulating film 19 exposed between the second wirings 20 is replaced with the first interlayer insulating film 12 and the second interlayer insulating film 12. One wiring 13 is removed until exposure. As a result, a sidewall insulating layer 19 a made of the second interlayer insulating film 19 is formed on the side surface of the MTJ element 18. Next, the magnetic shield layer 21 is formed on the second wiring 20, the first interlayer insulating film 12, and the first wiring 13. Next, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21. Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0137]
According to the ninth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0138]
In addition, although 9th Embodiment was applied to the structure of 1st Embodiment, it is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 41 (a) and 41 (b), the present invention can be applied to a magnetic memory device including a diode 32 as a switching element as in the second embodiment. As shown in 42 (a) and 42 (b), the present invention can also be applied to a magnetic memory device including a MOSFET 44 as a switching element as in the third embodiment.
[0139]
In FIGS. 39, 41 (a), 41 (b), 42 (a), and 42 (b), the magnetic shield layer 21 is continuously formed across the adjacent second wiring 20. However, it is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 43, 44 (a), 44 (b), 45 (a), and 45 (b), the magnetic shield layer 21 between the adjacent second wirings 20 and on the magnetic shield layer 51. And the magnetic shield layer 21 may be divided for each second wiring 20. In this case, the magnetic shield layer 21 can be made of either an insulating material or a conductive material.
[0140]
43, 44 (a), 44 (b), 45 (a), and 45 (b), the magnetic shield layer 21 is not left on the second wiring 20, but the present invention is not limited to this. For example, the magnetic shield layer 51 may be formed on the second wiring 20 as shown in FIGS. 46, 47 (a), 47 (b), 48 (a), and 48 (b). In this case, the magnetic shield layers 21 and 51 can be made of either an insulating material or a conductive material. According to these structures, it is possible to further enhance the effect of suppressing erroneous writing and concentrating the magnetic field on the selected cell.
[0141]
[Tenth embodiment]
The tenth embodiment has the same structure as the first embodiment, but the MTJ element patterning method is different.
[0142]
49 to 52 are perspective views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the tenth embodiment of the present invention. The method for manufacturing the magnetic memory device according to the tenth embodiment will be described below. In addition, the process similar to 1st Embodiment is demonstrated easily.
[0143]
First, as shown in FIG. 49, the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13 are formed on the semiconductor substrate 11 as in the first embodiment. Next, a TMR material layer 17 including a magnetization fixed layer 14, a tunnel junction layer 15, and a magnetic recording layer 16 is formed on the first interlayer insulating film 12 and the first wiring 13. Next, the TMR material layer 17 is selectively etched using a mask material (not shown) to form a linear TMR material layer 17 extending in the extending direction of the first wiring 13. Next, a second interlayer insulating film 19 is formed on the TMR material layer 17 and the first interlayer insulating film 12, and the second interlayer insulating film 19 is subjected to CMP or etching until the surface of the TMR material layer 17 is exposed. It is planarized using the back method.
[0144]
Next, as shown in FIG. 50, the second wiring 20 is formed on the TMR material layer 17 and the second interlayer insulating film 19 so as to be orthogonal to the extending direction of the first wiring 13.
[0145]
Next, as shown in FIG. 51, the second interlayer insulating film 19 and the TMR material layer 17 exposed between the second wirings 20 are formed using the second wiring 20 as a mask. The insulating film 12 and the first wiring 13 are removed until exposure. As a result, island-shaped MTJ elements 18 separated for each cell are formed.
[0146]
Next, as shown in FIG. 52, the magnetic shield layer 21 is formed on the second wiring 20, the first interlayer insulating film 12, and the first wiring 13.
[0147]
Thereafter, as in the first embodiment, a third interlayer insulating film 22 is deposited on the magnetic shield layer 21 as shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), and 1 (c). Thereby, the memory cell array portion of the MRAM is completed.
[0148]
According to the tenth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0149]
Furthermore, in the tenth embodiment, the patterning of the MTJ element 18 is performed by first processing in a straight line and then processing in a self-aligning manner with the second wiring 20. For this reason, it is possible to form, for example, a rectangular MTJ element 18 that cannot be realized by only lithography technology. Therefore, for example, by reducing the magnetization reversal threshold, the amount of current required for writing can be reduced. Furthermore, since the variation in the shape of each MTJ element 18 can be suppressed, the variation in the threshold value of the write current for each MTJ element 18 can be suppressed. As a result, it is possible to reduce the power consumption of the entire memory cell and form a memory that is unlikely to cause a write error.
[0150]
The manufacturing method according to the tenth embodiment has been described as applied to the first embodiment. However, if the second wiring and the MTJ element have the same width, the second to eighth described above can be used. It is also possible to apply to this embodiment.
[0151]
[Eleventh embodiment]
The eleventh embodiment is a modification of the first to third embodiments, and is an example in which not only the second wiring but also the first wiring is covered with a magnetic shield layer.
[0152]
53 (a), 53 (b), 54 (a), 54 (b), 55 (a), and 55 (b) are sectional views of the magnetic memory device according to the eleventh embodiment of the present invention. . Here, FIGS. 53 (a) and 53 (b) show a modification of the first embodiment in which no switching element is provided, and FIGS. 54 (a) and 54 (b) show a diode 32 as a switching element. 55 (a) and 55 (b) show a modification of the third embodiment in which the transistor 44 is provided as a switching element. The structure of the magnetic memory device according to the eleventh embodiment will be described below. Only the structure different from the first embodiment will be described.
[0153]
As shown in FIGS. 53 (a), 53 (b), 54 (a), 54 (b), 55 (a), and 55 (b), the magnetic storage device according to the eleventh embodiment is the first Magnetic shield layers 62 are also formed on the bottom and side surfaces of the wiring 13. Since the magnetic shield layer 62 is divided for each cell, the magnetic shield layer 62 may be formed of an insulating material or a conductive material.
[0154]
When the first wiring 13 has a damascene structure, the magnetic shield layer 62 is formed by the following method, for example. First, a first wiring trench is formed in the insulating film 12. A magnetic shield layer 62 is formed in the groove, and a first wiring material layer is formed on the magnetic shield layer 62. Thereafter, the magnetic shield layer 62 and the material layer are planarized by CMP or etch back until the surface of the insulating film 12 is exposed. As a result, a structure in which the magnetic shield layer 62 is formed on the bottom and side surfaces of the first wiring 13 can be formed.
[0155]
According to the eleventh embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0156]
Furthermore, in the eleventh embodiment, the bottom surface and the side surface of the first wiring 13 are covered with the magnetic shield layer 62. For this reason, the magnetic shield layer 62 sufficiently exhibits the effect as a yoke, and the current magnetic field produced by the first wiring 13 can be efficiently applied to the selected cell. Therefore, since the write current flowing through the first wiring 13 can be reduced, the power consumption can be further reduced.
[0157]
Further, by covering the first wiring 13 with the magnetic shield layer 62, the leakage magnetic field to the adjacent MTJ element 18 arranged in the extending direction of the second wiring 20 can be more efficiently blocked. Accordingly, erroneous writing can be suppressed.
[0158]
Further, the magnetic shield layer 62 is separated for each adjacent first wiring 13. Therefore, the material of the magnetic shield layer 62 is not limited to an insulating material, and a conductive material can also be used, so that the selectivity of the material of the magnetic shield layer 62 can be improved.
[0159]
[Twelfth embodiment]
The twelfth embodiment is a modification of the eleventh embodiment and has a structure in which a magnetic shield layer is sandwiched between barrier metals.
[0160]
56 (a), 56 (b), 57 (a), 57 (b), 58 (a), and 58 (b) are sectional views of the magnetic memory device according to the twelfth embodiment of the present invention. . 56 (a) and 56 (b) show a modification of the first embodiment in which no switching element is provided, and FIGS. 57 (a) and 57 (b) show a diode 32 as a switching element. 58 (a) and 58 (b) show a modification of the third embodiment in which a transistor 44 is provided as a switching element. The structure of the magnetic memory device according to the twelfth embodiment will be described below. Only the structure different from the eleventh embodiment will be described.
[0161]
As shown in FIGS. 56 (a), 56 (b), 57 (a), 57 (b), 58 (a), 58 (b), the magnetic storage device according to the twelfth embodiment The magnetic shield layer 21 formed on the top and side surfaces of the wiring 20 is sandwiched between barrier metal layers 63 and 64, and the magnetic shield layer 62 formed on the bottom and side surfaces of the first wiring 13 is sandwiched between barrier metal layers 65 and 66. It is out.
[0162]
For the barrier metal layers 63 and 65 formed inside the magnetic shield layers 21 and 62, for example, a material such as Co or CoFe is used. On the other hand, the barrier metal layers 64 and 66 formed outside the magnetic shield layers 21 and 62 are made of materials such as Ta, TaN, and TaSiN, for example.
[0163]
When the first wiring 13 has a damascene structure, the magnetic shield layer 62 and the barrier metal layers 65 and 66 are formed by the following method, for example. First, a first wiring trench is formed in the insulating film 12. A barrier metal layer 66, a magnetic shield layer 62, and a barrier metal layer 65 are formed in this groove in this order, and a first wiring material layer is formed on the magnetic shield layer 62. Thereafter, the barrier metal layers 65 and 66, the magnetic shield layer 62, and the material layer are planarized by CMP or etch back until the surface of the insulating film 12 is exposed. As a result, the magnetic shield layer 62 sandwiched between the barrier metal layers 65 and 66 is formed on the bottom and side surfaces of the first wiring 13.
[0164]
According to the twelfth embodiment, the same effect as in the eleventh embodiment can be obtained.
[0165]
Furthermore, in the twelfth embodiment, by providing the barrier metal layers 63, 64, 65, 66 on the inner side and the outer side of the magnetic shield layers 21, 62, the following effects can be obtained, respectively.
[0166]
By providing the barrier metal layer 63 between the second wiring 20 and the magnetic shield layer 21, it is possible to suppress the reaction between the magnetic shield layer 21 and the second wiring 20, and the performance of the magnetic shield (yoke performance). In addition, an increase in wiring resistance in the second wiring 20 can be suppressed.
[0167]
By providing the barrier metal layer 64 between the magnetic shield layer 21 and the interlayer insulating film 22, it is possible to improve the adhesion between the magnetic shield layer 21 and the interlayer insulating film 22 which is the upper layer film. It is possible to prevent the shield material 21 from diffusing into the interlayer insulating film 22.
[0168]
By providing the barrier metal layer 65 between the first wiring 13 and the magnetic shield layer 62, the reaction between the magnetic shield layer 62 and the first wiring 13 can be suppressed, and the yoke performance can be improved. In addition, an increase in wiring resistance in the first wiring 13 can also be suppressed.
[0169]
By providing the barrier metal layer 66 between the magnetic shield layer 62 and the interlayer insulating film 12, the adhesion between the magnetic shield layer 62 and the underlying interlayer insulating film 12 can be improved, and the magnetic shield layer 62 is further improved. Can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film 12.
[0170]
[Thirteenth embodiment]
The thirteenth embodiment is a modification of the magnetic memory device that does not use a switching element.
[0171]
59 and 60 are perspective views of a magnetic memory device according to the thirteenth embodiment of the present invention. The structure of the magnetic memory device according to the thirteenth embodiment will be described below. The description will focus on the parts different from the structure of FIGS. 53 (a) and 53 (b).
[0172]
In the structure shown in FIG. 59, the first wiring 13 is divided into a write word line 13a and a read word line 13b. The write word line 13a extends, for example, so as to be orthogonal to the second wiring (bit line) 20, and is disposed apart from the MTJ element 18. On the other hand, the read word line 13 b extends in parallel on the same plane as the write word line 13 a and is connected to the MTJ element 18 through the lower metal layer 67 and the contact 68. Magnetic shield layers 62a and 62b are formed on the side and bottom surfaces of the write and read word lines 13a and 13b, respectively.
[0173]
In the structure shown in FIG. 60, the first wiring 13 is divided into a write word line 13a and a read word line 13b. The write word line 13a extends, for example, so as to be orthogonal to the second wiring (bit line) 20, and is disposed apart from the MTJ element 18. Magnetic shield layers 62a are formed on the side and bottom surfaces of the write word line 13a. On the other hand, the read word line 13b extends in parallel with the write word line 13a, is disposed between the MTJ element 18 and the write word line 13a, and is in contact with the MTJ element 18.
[0174]
According to the thirteenth embodiment, the same effect as in the eleventh embodiment can be obtained.
[0175]
Furthermore, in the thirteenth embodiment, the first wiring 13 is divided into a write word line 13a and a read word line 13b. For this reason, compared with the simple cross-point structure as shown in FIGS. 53A and 53B, a larger readout signal can be obtained and the readout speed can be improved.
[0176]
Further, by partially separating the write line and the read line, voltage bias applied to the tunnel junction layer 15 at the time of writing can be eliminated, and reliability can be improved.
[0177]
In the thirteenth embodiment, since there is no switch element, the cell size can be reduced, and the development for multilayering is facilitated.
[0178]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention when it is practiced. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
[0179]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic storage device capable of suppressing erroneous writing and concentrating a magnetic field on a selected cell, and a manufacturing method thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a semiconductor memory device taken along line IB-IB in FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line IC-IC in FIG.
2A and 2B are cross-sectional views showing a TMR element having a single tunnel junction structure according to each embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are sectional views showing a TMR element having a double tunnel junction structure according to each embodiment of the present invention.
4A is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is along the line IVB-IVB in FIG. 4A; 4 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device, and FIG. 4C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line IVC-IVC in FIG.
5A is a perspective view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 4A, and FIG. 5B is a perspective view of FIG. 5C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VB-VB, and FIG. 5C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VC-VC in FIG.
6 (a) is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 5 (a), and FIG. 6 (b) is FIG. 6 (a). 6A is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VIB-VIB, and FIG. 6C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VIC-VIC of FIG.
FIG. 7A is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention following FIG. 6A, and FIG. 7B is FIG. 7C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VIIB-VIIB, and FIG. 7C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VIIC-VIIC in FIG.
FIG. 8A is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention following FIG. 7A, and FIG. 8B is FIG. FIG. 8C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line VIIIC-VIIIC of FIG. 8A.
FIG. 9A is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention following FIG. 8A, and FIG. 9B is FIG. 9C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line IXB-IXB, and FIG. 9C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line IXC-IXC of FIG.
FIG. 10A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10B is the second embodiment of the present invention. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the semiconductor memory device concerning a form.
FIG. 11A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device concerning 2 embodiment.
12A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 12B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG.
13A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 12A; FIG. FIG. 13B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG.
14A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 13A; FIG. 14B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG.
15A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 14A; FIG. 15B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, following FIG.
FIG. 16A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 16B is the third embodiment of the present invention. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the semiconductor memory device concerning a form.
FIG. 17A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing in the extending direction of the 2nd wiring which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device concerning 3 embodiment.
18A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 17A; FIG. FIG. 18B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG.
FIG. 19A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 18A; FIG. 19B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG.
20A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 19A; FIG. FIG. 20B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG.
FIG. 21A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring, showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. FIG. 21B is a cross-sectional view in the extending direction of the second wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG.
FIG. 22A is a perspective view showing a semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 22B is a semiconductor memory device taken along line XXIIB-XXIIB in FIG. FIG. 22C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line XXIIC-XXIIC in FIG.
FIG. 23A is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 23B is along the line XXIIIB-XXIIIB of FIG. FIG. 23C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device, and FIG. 23C is a cross-sectional view of the semiconductor memory device taken along line XXIIIC-XXIIIC in FIG.
24A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 24B is the fifth embodiment of the present invention. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the semiconductor memory device concerning a form.
FIG. 25A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device concerning 5 embodiment.
FIG. 26A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 26B is the sixth embodiment of the present invention. Sectional drawing in the extension direction of the 2nd wiring which shows the semiconductor memory device concerning a form.
FIG. 27A is a cross-sectional view in the extending direction of the first wiring showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. Sectional drawing in the extending direction of the 2nd wiring which shows the manufacturing process of the semiconductor memory device concerning 6th Embodiment.
FIG. 28 is a sectional view showing a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the seventh embodiment of the present invention.
FIGS. 30A and 30B are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a diode as a switching element according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 30A shows a second wiring; FIG. 30B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 30B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
FIGS. 31A and 31B are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 31A shows the second wiring; FIG. 31B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 31B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
FIG. 32 is a sectional view showing a semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.
34A and 34B are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a diode as a switching element according to an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 34A shows the second wiring. 34 is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 34B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
35 (a) and 35 (b) are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 35 (a) shows the second wiring. FIG. 35B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 35B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
FIG. 36 is a sectional view showing another semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring;
FIGS. 37A and 37B show another semiconductor memory device having a diode as a switching element according to the eighth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring; 37A is a sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 37B is a sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring. .
FIGS. 38A and 38B show another semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to an eighth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring. 38A is a sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 38B is a sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring. .
FIG. 39 is a cross-sectional view showing a semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the invention.
41 (a) and 41 (b) are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a diode as a switching element according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 41 (a) shows the second wiring. FIG. 41B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 41B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
42A and 42B are cross-sectional views showing a semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 42B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction, and FIG. 42B is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring.
FIG. 43 is a sectional view showing another semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring;
44 (a) and 44 (b) show another semiconductor memory device having a diode as a switching element according to the ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring; 44A is a sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 44B is a sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring. .
45A and 45B show another semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to the ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring. 45A is a sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 45B is a sectional view perpendicular to the extending direction of the first wiring. .
FIG. 46 is a sectional view showing another semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention, in which a magnetic shield layer is divided for each second wiring and formed on the second wiring;
47 (a) and 47 (b) show another semiconductor memory device having a diode as a switching element according to the ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring; FIG. 47A is a sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 47B is a sectional view of the first wiring formed on the second wiring. Sectional drawing perpendicular | vertical with respect to the extending direction.
48A and 48B show another semiconductor memory device having a MOSFET as a switching element according to the ninth embodiment of the present invention, in which the magnetic shield layer is divided for each second wiring; FIG. 48A is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the second wiring, and FIG. 48B is a cross-sectional view formed on the second wiring. Sectional drawing perpendicular | vertical with respect to the extension direction.
FIG. 49 is a perspective view showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 50 is a perspective view illustrating the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the tenth embodiment of the present invention, following FIG. 49;
FIG. 51 is a perspective view illustrating the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the tenth embodiment of the present invention, following FIG. 50;
FIG. 52 is a perspective view illustrating the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the tenth embodiment of the present invention, following FIG. 51;
53A and 53B are cross-sectional views showing a magnetic memory device not provided with a switching element according to an eleventh embodiment of the present invention.
54A and 54B are cross-sectional views showing a magnetic memory device having a diode as a switching element according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIGS. 55A and 55B are cross-sectional views showing a magnetic memory device having a MOSFET as a switching element according to an eleventh embodiment of the present invention.
56 (a) and 56 (b) are cross-sectional views showing a magnetic memory device without a switching element according to the twelfth embodiment of the present invention.
FIGS. 57A and 57B are cross-sectional views showing a magnetic memory device having a diode as a switching element according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIGS. 58A and 58B are cross-sectional views showing a magnetic memory device having a MOSFET as a switching element according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 59 is a perspective view showing a magnetic memory device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 60 is a perspective view showing another magnetic memory device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 61 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor memory device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... 1st interlayer insulation film, 13 ... 1st wiring, 13a ... Write word line, 13b ... Read word line, 14, 14a, 14b ... Magnetization fixed layer, 15, 15a, 15b ... Tunnel Junction layer, 16 ... magnetic recording layer, 17 ... TMR material layer, 18 ... TMR element, 19 ... second interlayer insulating film, 19a, 61 ... side wall insulating layer, 20 ... second wiring, 21, 21a, 51, 62, 62a, 62b ... magnetic shield layer, 22 ... third interlayer insulating film, 31 ... diode material layer, 32 ... diode, 41 ... gate insulating film, 42 ... gate electrode, 43 ... source / drain diffusion layer, 44 ... MOSFET, 45, 68 ... contact, 46 ... fourth interlayer insulating film, 47 ... lower electrode material layer, 48 ... lower electrode, 63, 64, 65, 66 ... barrier metal layer, 67 ... lower metal layer, 1 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Template layer, 102 ... Initial ferromagnetic layer, 103 ... Antiferromagnetic layer, 104, 104 ', 104 "... Reference ferromagnetic layer, 105, 105', 105" ... Free recording layer, 106 ... Contact layer, 107 ... nonmagnetic layer.

Claims (9)

第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上方に配置された記憶素子と、
前記記憶素子上に配置され、前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する第2の配線と、
前記第2の配線の側面及び前記記憶素子の側面に形成された第1の磁気シールド層と
前記第1の配線と同一面上に配置され、前記第1の配線と平行して延在され、前記記憶素子に接続され、読み出し配線として使用される第3の配線と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置。
A first wiring extending in a first direction;
A storage element disposed above the first wiring;
A second wiring disposed on the memory element and extending in a second direction different from the first direction;
A first magnetic shield layer formed on a side surface of the second wiring and a side surface of the memory element ;
A third wiring disposed on the same plane as the first wiring, extending in parallel with the first wiring, connected to the memory element, and used as a read wiring; Magnetic storage device.
第1の方向に延在する第1の配線を形成する工程と、Forming a first wiring extending in a first direction;
前記第1の配線の上方に記憶素子を選択的に形成する工程と、  Selectively forming a memory element above the first wiring;
前記記憶素子の周囲に第1の絶縁層を形成する工程と、  Forming a first insulating layer around the memory element;
前記第1の絶縁層及び前記記憶素子上に前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する第2の配線を形成する工程と、  Forming a second wiring extending in a second direction different from the first direction on the first insulating layer and the memory element;
前記第2の配線をマスクとして用いて、前記第2の配線で覆われていない前記第1の絶縁層を除去する工程と、  Removing the first insulating layer not covered with the second wiring by using the second wiring as a mask;
前記第1及び第2の配線及び前記記憶素子を覆うように、前記第2の配線間を跨いで第1の磁気シールド層を形成する工程と  Forming a first magnetic shield layer across the second wiring so as to cover the first and second wirings and the memory element;
を具備することを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。  A method of manufacturing a magnetic storage device, comprising:
前記第1の磁気シールド層を形成した後、After forming the first magnetic shield layer,
前記第2の配線の前記上面及び前記第2の配線間の前記第1の磁気シールド層を除去し、前記第1の磁気シールド層を前記第2の配線の前記側面及び前記記憶素子の前記側面に残す工程をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載の磁気記憶装置の製造方法。  The first magnetic shield layer between the upper surface of the second wiring and the second wiring is removed, and the first magnetic shield layer is used as the side surface of the second wiring and the side surface of the storage element. The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 2, further comprising:
前記第1の磁気シールド層は、異方性エッチングで除去することを特徴とする請求項3に記載の磁気記憶装置の製造方法。4. The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 3, wherein the first magnetic shield layer is removed by anisotropic etching. 前記第1の磁気シールド層を形成する前に、前記第2の配線の前記上面に第2の磁気シールド層を形成する工程と、Before forming the first magnetic shield layer, forming a second magnetic shield layer on the upper surface of the second wiring;
前記第1の磁気シールド層を形成した後に、前記第1の磁気シールド層の選択部分を除去し、前記第1の磁気シールド層を前記第2の配線の前記側面及び前記記憶素子の前記側面に残す工程と  After forming the first magnetic shield layer, the selected portion of the first magnetic shield layer is removed, and the first magnetic shield layer is placed on the side surface of the second wiring and the side surface of the storage element. With the process to leave
をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載の磁気記憶装置の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 2, further comprising:
前記第1の磁気シールド層を形成する前に、Before forming the first magnetic shield layer,
前記第2の配線の前記上面に第2の磁気シールド層を形成する工程と、  Forming a second magnetic shield layer on the upper surface of the second wiring;
前記第2の配線の前記側面及び前記記憶素子の前記側面に第2の絶縁層を形成する工程と  Forming a second insulating layer on the side surface of the second wiring and the side surface of the memory element;
をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載の磁気記憶装置の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 2, further comprising:
前記第1の磁気シールド層を形成した後に、After forming the first magnetic shield layer,
前記第2の磁気シールド層の前記上面及び前記第2の配線間の前記第1の磁気シールド層を除去し、前記第1の磁気シールド層を前記第2の絶縁層の側面に残す工程と  Removing the first magnetic shield layer between the upper surface of the second magnetic shield layer and the second wiring and leaving the first magnetic shield layer on the side surface of the second insulating layer;
をさらに具備することを特徴とする請求項6に記載の磁気記憶装置の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 6, further comprising:
前記第2の配線の幅を前記記憶素子の前記第1の方向の幅よりも大きくして、前記第2の配線を形成し、Forming the second wiring by making the width of the second wiring larger than the width of the memory element in the first direction;
前記第2の配線をマスクとして用いて前記第2の配線で覆われていない前記第1の絶縁層を除去することで、前記第2の配線の前記側面よりも窪んだ前記記憶素子の前記側面に前記第1の絶縁層を残し、  The side surface of the memory element that is recessed from the side surface of the second wiring by removing the first insulating layer that is not covered with the second wiring by using the second wiring as a mask. Leaving the first insulating layer,
前記第2の配線の前記側面及び前記上面、前記第1の絶縁層の側面に前記第1の磁気シールド層を形成する  The first magnetic shield layer is formed on the side surface and the top surface of the second wiring and the side surface of the first insulating layer.
ことを特徴とする請求項2に記載の磁気記憶装置の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 2.
第1の方向に延在する第1の配線を形成する工程と、Forming a first wiring extending in a first direction;
前記第1の配線の上方に前記第1の方向に延在する直線状の記憶素子を形成する工程と  Forming a linear memory element extending in the first direction above the first wiring; and ,
前記記憶素子の周囲に第1の絶縁層を形成する工程と、  Forming a first insulating layer around the memory element;
前記第1の絶縁層及び前記記憶素子上に、前記第1の方向と異なる第2の方向に延在する第2の配線を形成する工程と、  Forming a second wiring extending in a second direction different from the first direction on the first insulating layer and the memory element;
前記第2の配線をマスクとして用いて前記第2の配線で覆われていない前記第1の絶縁層及び前記記憶素子を除去し、前記記憶素子を島状にする工程と、  Removing the first insulating layer and the memory element that are not covered with the second wiring using the second wiring as a mask, and making the memory element into an island shape;
前記第2の配線間を跨いで第1の磁気シールド層を形成する工程と  Forming a first magnetic shield layer across the second wiring;
を具備することを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。  A method of manufacturing a magnetic storage device, comprising:
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