JP4124757B2 - 磁気デバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本出願の主題は、契約番号MDA972−99−C−0009のもとに、米国国防高等研究計画庁(DARPA)により、少なくとも部分的に資金提供を受けた。
本発明は、一般に、薄膜にパターンを形成する方法およびシステム、より詳細には気体変換(gaseoustransformation)を利用して磁気薄膜にパターンを形成する方法およびかかる方法で得られた磁気薄膜を含む磁気デバイスに関する。
薄膜ディスク・ドライブ読出しヘッドおよび磁気記憶素子のような様々なセンサやデバイス用途での磁気薄膜のパターン化は、反応性イオン・エッチング(RIE)、イオン・ミリングおよび他の除去技術による材料の除去(例えば、物理的除去)に頼ってきた。
このように、これらの方法は、ある領域の輪郭を磁気的にも電気的にも定めるために材料の物理的除去を利用する。通常、パターンが形成される領域は、ミクロンまたはサブミクロンの寸法のものであり、境界の粗さ(roughness)への対応感度、形状および再堆積材料が最終製品の品質を決めることが多い。
最近、材料を物理的に除去することなく(例えば、損傷により、また注入により)パターンを形成するために、いくつかの実験で(ブルエンガー他(W. H. Bruenger)他の、「磁気薄膜の無レジスト・パターン化のためのイオン投影リソグラフィ(Ion ProjectionLithography for Resistless Patterning of Thin Magnetic Films)」、マイクロおよびナノ・エンジニアリングに関する第25回国際会議(25thInternational Conference on Micro and Nano Engineering)、イタリア(Italy)、ローマ(Rome)、1999年9月21〜23日、ならびに、MicroelectronicsEngineering(オランダ(Netherlands))、53巻、1−4号、6月、2000年、605−608頁;テリス(B. D. Terris)他、「イオン・ビーム照射による磁気膜のパターン化(PatterningMagnetic Films by Ion Beam Irradiation)」、Journal of Applied Physics(米国(USA))、87巻、9号、1−3部、2000年5月1日、7004−7006頁)、イオン・ビームが用いられた。特に、このような方法では、酸素注入法が用いられた。しかし、本発明以前には、このような方法が、磁気記憶デバイスに適用されたことはなかった。
磁気メモリ(MRAM)構造の場合、トンネル接合デバイスのパターン化は、前記のように、最終的な成功と高性能な製品を実現するためにこの上なく重要である。
最終製品の不具合は、主に、メモリ・チップ上の数百万にもなりうる接合の磁気スイッチング特性の不均一性による。このバラツキは多くの因子に由来するが、最も重要なものは、パターンの形成方法にある。形状の著しい相違はスイッチング磁界に変動を引き起こす。また、境界の粗さは、境界での磁化のピン止め(pinning)による変動を引き起こすことが知られている。
最後に、酸化による境界の磁気硬化(magnetic hardening)、境界薄層化(edgethinning)、および再堆積材料による磁気効果は、それぞれ、磁気性能に影響を及ぼす。材料の除去が用いられるすべてのパターン形成法(例えば、イオン・ミリング、反応性イオン・エッチング(RIE)など)では、パターン化された領域の境界は、これらの内の少なくとも1つの方法で欠陥を生じている。
このように、イオン・ビームによるパターンの形成(イオン・ミリングとは反対に)では、性能の向上はかなり約束されたものであるが、確かめられていない。
しかし、前記のように、従来の方法で、酸化によるパターンの形成のために酸素注入が試みられたかもしれないが、MRAMデバイスについて、このようなことは試みられたことがなく、また、フッ素化を用いることによることは言うまでもなく、反応性プラズマへの曝露によるMRAMデバイスのパターン化もまったくなかった。
ブルエンガー他(W. H. Bruenger)他、「磁気薄膜の無レジスト・パターン化のためのイオン投影リソグラフィ(IonProjection Lithography for Resistless Patterning of Thin Magnetic Films)」、マイクロおよびナノ・エンジニアリングに関する第25回国際会議(25thInternational Conference on Micro and Nano Engineering)、イタリア(Italy)、ローマ(Rome)、1999年9月21〜23日 ブルエンガー他(W. H. Bruenger)他、MicroelectronicsEngineering(オランダ(Netherlands))、53巻、1−4号、6月、2000年、605−608頁 テリス(B. D. Terris)他、「イオン・ビーム照射による磁気膜のパターン化(PatterningMagnetic Films by Ion Beam Irradiation)」、Journal of Applied Physics(米国(USA))、87巻、9号、1−3部、2000年5月1日、7004−7006頁
従来の方法と構造の、前記および他の典型的な問題、欠点、および不都合に鑑みて、本発明の代表的特長は、関心のある磁気薄膜材料を物理的に除去することなく磁気薄膜のパターン化が実施される方法(および結果としての構造)を提供することである。
他の代表的な本発明の特徴は、磁気薄膜材料の選択された部分を非磁性または絶縁状態あるいはその両方に転化(例えば、化学的に)することにより、磁気薄膜にパターンを形成する方法(および構造)を提供することである。さらに別の本発明の特徴は、磁気薄膜の転化にフッ素化を利用する方法(および構造)を提供することである。
本発明の第1の代表的な態様では、磁気薄膜の一部分の化学的変換を利用してその部分を非磁性で電気絶縁性である状態に変えることを含む、磁気薄膜にパターンを形成する方法(および結果としての構造)が開示される。
第2の代表的態様では、磁気薄膜は、パターン化磁気トンネル接合(magnetictunnel junction、MTJ)、ならびに、このパターン化MTJの第1および第2の側面に形成された、フッ素化された非磁性の電気絶縁性要素を含む。
第3の代表的態様では、磁気デバイスは、前記の第2の態様の磁気薄膜、ならびに、パターン化MTJに連結した導電性要素(例えば、銅のような金属など)を含む。
本発明の独特で自明でない特徴によれば、磁気薄膜の選択された部分を反応性プラズマに曝すことにより、MRAMデバイス磁気薄膜のパターン化において、低出力プラズマによる選択的転化を実施することができる。
さらに、本発明では、フェンシング(fencing)または再堆積材料はまったく必要ないであろう。こうして、トンネル接合の上部および底部層には短絡はまったく必要ないであろう。さらに、微細表面構造(topography)の問題は、ほとんど、あるいはまったく存在しないであろう。
前記および他の代表的目的、態様および利点は、本発明の代表的実施形態の、図の参照を伴う以下の詳細な説明により、より良く理解されるであろう。
これから、図、より具体的には図1〜7を参照して、本発明による方法と構造の好ましい実施形態が示される。
ここで図1ないし4に注目すると、本発明の代表的方法(およびこの方法により形成される構造)が記載される。具体的には、膜の望ましくない部分の化学的変換を利用してその部分を非磁性に転化させる、磁気薄膜(例えば、代表的実施形態では、パーマロイ(Permalloy)(商標)薄膜)のパターン化方法が記載される。
図1は、基板110を備える構造100を示している。この基板は何らかの適切な材料(例えば、シリコン、SiO、サファイアなど)でありうる。
基板110の表面(例えば、上部表面)には、磁気膜120(例えば、パーマロイ(商標)、ニッケル、鉄およびコバルトの合金、多数の他の磁性合金材料の何れか)が形成される。好ましくは、薄膜120の厚さは、約10Åから約50Åの範囲であるが、言うまでもなく、本発明はこのような厚さに限定されず、本発明を全体として考慮すれば、当分野の技術者によって知られているであろうような寸法設定が可能である。
磁気薄膜120が形成された後、マスク130が磁気薄膜120の選択された部分に被せられる。その後、磁気薄膜は反応性プラズマ140に曝される。比較的低温で(例えば室温で、またはそれに近い温度で)、都合よく、プラズマへの曝露を実施することができる。すなわち、プラズマによるいくらかの当然の発熱があったとしても、本発明の方法では、基板または構造内の他の材料を加熱する必要がない。言うまでもなく、加熱は転化過程にとってさらに好都合であろう。
代表的実施形態では反応性プラズマにフッ素が使用されるが、他の気体および材料もまた都合よく使用されうることが指摘される。
例えば、六フッ化イオウだけでなく、様々なフルオロカーボン・プラズマが、例えばアルゴンまたは酸素のような他の共存気体と使用されうる。
さらに、フッ素系ガス(例えば、NF、CF、SF、CHFなど)に、予め決められた少量(例えば、5〜10%)の臭化物含有ガスを加えることができる。プラズマについて考慮すべき要点は、前記のように、それが下にある磁気薄膜を、膜の接着はそのままにして、転化させることである。
こうして、本発明の方法の好ましい実施は、最初にフォトリソグラフィ法を用いて、通常の方法で、磁気薄膜試料120の上部にマスク130を付けることであろう。このマスク130は、保護されるべき磁気薄膜領域の上部に形成され、マスク材料130としてフォトレジスト、またはダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)、TiN、TaN、もしくは類似の材料を含むハード・マスク・パターン層、あるいはその両方に頼る通常の方法で作製されるであろう。この場合、ハード・マスクの開口および転化は、合わせて、あるいは逐次的に実施されうるであろう。
選択されたマスク130の材料に関わらず、マスクが、後のプラズマへの曝露工程で、使用されるプラズマに対して不透過性であることが重要である。
磁気膜120の曝露部分の転化は、例えばCFなどの低出力プラズマにより実現される。本出願では、「低出力」は、使用されるその出力では、認められる程の材料の除去が起るとはまったく期待されないことを意味する。選択して用いられる圧力と出力では、磁気薄膜材料(例えば、パーマロイ(商標)、NiFeなど)は、除去されないであろうが、その代わりに、磁気薄膜はフッ素含有膜に転化されるであろう。
関心のあるフッ素化層の性質のいくつかには、それが磁気的に不活性(すなわち、非強磁性)であり、さらに電気絶縁性であるということが含まれる。さらに、フッ素化層は下の基板に強く固着している。すなわち、それは、製造工程中に受ける応力で剥がれない。したがって、フッ素化層が基板から剥がれる、剥離する、あるいは吹き飛ばされる危険性は極めて少ない。
後の加工は、知られている様に(例えば、通常実施されるように)進行して、動作する磁気デバイスが作製される。このような構造の例が、図2〜4に示されている。
すなわち、図2(例えば、前記の低出力プラズマ曝露工程の結果を示している)は、磁気薄膜を有する基板210をもつ構造200を示している。
詳細には、パターン化トンネル接合220が、その上のマスク230と共に示されている。反応性プラズマ(フッ素)に曝された磁気薄膜は、パターン化トンネル接合220の両側に、フッ素化パーマロイ(商標)(Py)250として示されている。好ましくは、低出力プラズマへの曝露は、約5mTorrから約100mTorr、より好ましくは約10mTorrから約30mTorrの範囲内で、最も好ましくは約20mTorrの圧力で実施される。最適の出力は、装置に特異的であるが、最大出力は約200Wであろうということが指摘される。
図3(例えば、不活性化工程の結果を示している)は、絶縁層(例えば、SiOのような酸化物、SiNのような窒化物、SiC、SiLK(商標)(例えば、半導体デバイスの絶縁層に用いられ、ダウ・ケミカル(Dow Chemical Corporation)により製造される低誘電率の誘電体樹脂ポリマー)など;SiOは、例示のためにのみ以下に記載され図3に示される)を付けた構造200を示している。この絶縁層は、フッ素化Py250およびマスクの上に形成され、次に、化学的機械研磨(CMP)が実施されて、マスクおよびSiOなどの上位面が平坦化されたものとすることができる。
図4(例えば、接点形成の結果を示している)は、マスク230が選択的エッチングなどにより除去され、そして導電性材料(例えば、金属、ポリシリコンなど;銅、タングステン、および銅を含むアルミニウムが最も好ましい)が、絶縁層260と、マスク230があった領域(例えば、ビアまたはプラグ)との上に形成された構造200を示している。こうしてデバイスが完成される。
前記の層の好ましい厚さに関して、マスクの厚さは、好ましくは約200Åから1500Åであり、金属の厚さは、好ましくは約1000Åから約4000Åである。
図5は、図2〜4に示される加工工程に対応する方法300のフロー図を示している。
詳細には、ステップ310で、基板はその上に磁気薄膜が形成される。
ステップ320で、マスクが磁気薄膜の選択された部分の上に形成される。
ステップ330では、磁気膜は反応性プラズマ(例えば、フッ素など)に曝されることにより、反応性プラズマに曝される磁気膜(例えば、NiFe膜など)の曝された部分をフッ素含有膜へと転化させる。フッ素含有膜は磁気的に不活性であり、電気絶縁性である。
ステップ340では、動作する磁気デバイスが形成される(例えば、ステップ330で形成された構造の上部に接点を形成すること等)。
本発明では、モーメントの100%の低減が実現される方法(および得られる構造)が提供される。したがって、本発明では、モーメントを0に低下させることができる。
図6は、サブミクロンの大きさに仕上げられた、本発明によるパターン化磁性材料のヒステリシスを示しており、図7は、両方向の遷移を考慮して、データを計算して得られた結果であり、優れたスイッチング挙動を示している。すなわち、優れたスイッチング挙動は優れたパターン形成を示唆する。
こうして、本発明では、材料は図6および7に示される磁気ヒステリシス・ループを示し、モーメントの大きさと比較的大きなスイッチング磁界から、サブミクロンのスケールでの磁性パターン化が実現されたことを示している。
図6および7をよく見ると、磁力計によるデータは、有意なスイッチング磁界が都合よくヒステリシス・ループに存在することを示しており、独立した磁性ドットの存在を示している。さらに、電気的測定により、保護されていないパーマロイ(商標)膜が、前記のように、フッ素化された状態に転化された場合に期待される1つの結果である、試料が絶縁性であるということが示された。
さらに、原子間力顕微鏡(AFM)画像は、表面(例えば、残っているハード・マスク材料は別として)が平坦であることを示しており、パターン形成には、材料を実際に除去することでなく、元のパーマロイ(商標)から絶縁性で非磁性の材料への転化が含まれている。
こうして、次のことを考えると、独特で自明でない本発明の特徴により現行の加工方法がかなり改善される。すなわち、本発明では、磁気トンネル接合の境界を酸素に曝すことはまったくない。
さらに、境界は、RIEあるいはイオン・ミリングの場合より、本発明では、より明確に輪郭が定められる。最も重要なことは、境界の滑らかさはフォトレジストの境界線の粗さにより決まり、本発明の方法自体で決まるのではない。
さらに、パターン形成後に、ほとんど微細表面構造がないので、後の製造が容易になる。
本発明がいくつかの好ましい実施形態により記載されたが、当分野の技術者は、添付の請求範囲の精神と範囲内で変更して本発明を実施しうることを認めるであろう。
さらに、後の出願手続き中に補正されるとしても、出願人の意図は、すべての請求項の均等物を包含しようとするものであることが指摘される。
本発明の代表的実施形態に従ってパターン化されている構造100を示す図である。 本発明に従って薄膜にパターンを形成する構造200の加工工程を示す図である。 本発明に従って薄膜にパターンを形成する構造200の加工工程を示す図である。 本発明に従って薄膜にパターンを形成する構造200の加工工程を示す図である。 図2〜4に示される加工工程に対応する方法300のフロー図である。 材料の磁気ヒステリシス・ループを示す図である。 材料の磁気ヒステリシス・ループのデータから得られた計算結果を示す図である。
符号の説明
100 構造
110 基板
120 磁気膜
130 マスク
140 プラズマ
200 構造
210 基板
220 パターン化トンネル接合(TJ)
230 マスク
250 フッ素化パーマロイ(商標)(Py)
260 絶縁層
270 導電性材料

Claims (5)

  1. フォトリソグラフィを用いて、基板上に設けられた磁気薄膜の保護すべき部分の上にマスクを形成するステップと、
    フッ素系反応性プラズマにより前記磁気薄膜の保護されていない部分を該磁気薄膜の厚さ方向へ前記基板の表面に到達するまで転化し、前記基板に固着する非磁性で電気絶縁性を有するフッ素化層と、前記フッ素化層により画定される磁気トンネル接合(MTJ)を形成するステップと、
    前記フッ素化層および前記マスク上に絶縁層を形成するステップと、および
    前記マスクと前記絶縁層の上位面を化学的機械研磨(CMP)により平坦化するステップと
    を含
    磁気デバイスの製造方法。
  2. 前記マスクを選択的にエッチングするステップと、および
    前記絶縁層と、前記マスクが選択的にエッチングされた領域との上に導電性材料を形成するステップと
    をさらに含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記マスクが絶縁性ハード・マスクを含み、
    前記MTJの形成後に、前記絶縁性ハード・マスクを選択的にエッチングして前記絶縁性ハード・マスクにパターンを形成するステップ
    をさらに含む請求項1に記載の方法。
  4. 前記絶縁性ハード・マスクがエッチングされた領域上に導電性材料を形成するステップをさらに含む請求項3に記載の方法。
  5. 前記マスクが、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)、TiN、およびTaNから選択された少なくとも1つを含むハード・マスク・パターン層を備える請求項1に記載の方法。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7211446B2 (en) * 2004-06-11 2007-05-01 International Business Machines Corporation Method of patterning a magnetic tunnel junction stack for a magneto-resistive random access memory
US7601567B2 (en) * 2005-12-13 2009-10-13 Samsung Mobile Display Co., Ltd. Method of preparing organic thin film transistor, organic thin film transistor, and organic light-emitting display device including the organic thin film transistor
US20090199768A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Steven Verhaverbeke Magnetic domain patterning using plasma ion implantation
US8551578B2 (en) * 2008-02-12 2013-10-08 Applied Materials, Inc. Patterning of magnetic thin film using energized ions and thermal excitation
US8535766B2 (en) * 2008-10-22 2013-09-17 Applied Materials, Inc. Patterning of magnetic thin film using energized ions
US20090201722A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Kamesh Giridhar Method including magnetic domain patterning using plasma ion implantation for mram fabrication
CN102197426B (zh) * 2008-10-22 2014-11-05 应用材料公司 使用能量化离子以图案化磁性薄膜的方法
US9685186B2 (en) * 2009-02-27 2017-06-20 Applied Materials, Inc. HDD pattern implant system
US7863060B2 (en) * 2009-03-23 2011-01-04 Magic Technologies, Inc. Method of double patterning and etching magnetic tunnel junction structures for spin-transfer torque MRAM devices
SG10201401235YA (en) * 2009-04-10 2014-09-26 Applied Materials Inc Use special ion source apparatus and implant with molecular ions to process hdd (high density magnetic disks) with patterned magnetic domains
CN102598131B (zh) * 2009-11-04 2016-04-13 应用材料公司 用于图案化的磁盘媒体应用的等离子体离子注入工艺
US8962493B2 (en) * 2010-12-13 2015-02-24 Crocus Technology Inc. Magnetic random access memory cells having improved size and shape characteristics
US9234876B2 (en) 2013-03-29 2016-01-12 Stmicroelectronics Pte Ltd. Durable miniature gas composition detector having fast response time
KR102152145B1 (ko) 2013-09-09 2020-09-07 삼성전자주식회사 자기 기억 소자 및 그 제조 방법
JP6498968B2 (ja) 2015-03-11 2019-04-10 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
US10840441B2 (en) 2018-09-14 2020-11-17 International Business Machines Corporation Diamond-like carbon hardmask for MRAM
CN112438962A (zh) * 2019-08-12 2021-03-05 湖南早晨纳米机器人有限公司 磁性载药纳米机器人及其制备方法

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57204186A (en) * 1981-06-10 1982-12-14 Hitachi Ltd Electrode processing method for magnetic reluctance element
US4536520A (en) * 1984-06-11 1985-08-20 Ethyl Corporation Polyphosphazene foam process
JP2769420B2 (ja) * 1992-05-01 1998-06-25 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 磁気モーメント低下方法及びデータ記憶装置
US5607599A (en) * 1994-11-17 1997-03-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of processing a magnetic thin film
US5650958A (en) * 1996-03-18 1997-07-22 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junctions with controlled magnetic response
EP0895278A3 (de) * 1997-08-01 2000-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Strukturierungsverfahren
US6024885A (en) * 1997-12-08 2000-02-15 Motorola, Inc. Process for patterning magnetic films
US6072718A (en) * 1998-02-10 2000-06-06 International Business Machines Corporation Magnetic memory devices having multiple magnetic tunnel junctions therein
US6093659A (en) * 1998-03-25 2000-07-25 Texas Instruments Incorporated Selective area halogen doping to achieve dual gate oxide thickness on a wafer
US5940319A (en) * 1998-08-31 1999-08-17 Motorola, Inc. Magnetic random access memory and fabricating method thereof
US6168845B1 (en) * 1999-01-19 2001-01-02 International Business Machines Corporation Patterned magnetic media and method of making the same using selective oxidation
US6165803A (en) * 1999-05-17 2000-12-26 Motorola, Inc. Magnetic random access memory and fabricating method thereof
US6440520B1 (en) * 1999-07-09 2002-08-27 International Business Machines Corporation Patterned magnetic recording disk with substrate patterned by ion implantation
US6331364B1 (en) * 1999-07-09 2001-12-18 International Business Machines Corporation Patterned magnetic recording media containing chemically-ordered FePt of CoPt
JP2001167432A (ja) 1999-12-08 2001-06-22 Hitachi Ltd 高密度磁気記録媒体およびその作製方法
JP2001250217A (ja) 2000-03-07 2001-09-14 Hitachi Maxell Ltd 情報記録媒体及びその製造方法
US6391430B1 (en) * 2000-06-21 2002-05-21 International Business Machines Corporation Patterned magnetic recording media with discrete magnetic regions separated by regions of antiferromagnetically coupled films
US6383598B1 (en) * 2000-06-21 2002-05-07 International Business Machines Corporation Patterned magnetic recording media with regions rendered nonmagnetic by ion irradiation
US6383597B1 (en) * 2000-06-21 2002-05-07 International Business Machines Corporation Magnetic recording media with magnetic bit regions patterned by ion irradiation
JP3852310B2 (ja) * 2000-08-07 2006-11-29 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火内燃機関
US6426012B1 (en) * 2000-08-24 2002-07-30 International Business Machines Corporation Wet chemical etch process for patterning MRAM magnetic layers
US6385082B1 (en) * 2000-11-08 2002-05-07 International Business Machines Corp. Thermally-assisted magnetic random access memory (MRAM)
US6724674B2 (en) * 2000-11-08 2004-04-20 International Business Machines Corporation Memory storage device with heating element
US6440753B1 (en) * 2001-01-24 2002-08-27 Infineon Technologies North America Corp. Metal hard mask for ILD RIE processing of semiconductor memory devices to prevent oxidation of conductive lines
JP4818519B2 (ja) * 2001-02-06 2011-11-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 磁気記憶装置
JP3886802B2 (ja) * 2001-03-30 2007-02-28 株式会社東芝 磁性体のパターニング方法、磁気記録媒体、磁気ランダムアクセスメモリ
US6631055B2 (en) * 2001-06-08 2003-10-07 International Business Machines Corporation Tunnel valve flux guide structure formed by oxidation of pinned layer
US6849349B2 (en) * 2001-10-22 2005-02-01 Carnegie Mellon University Magnetic films having magnetic and non-magnetic regions and method of producing such films by ion irradiation
JP2003258129A (ja) * 2002-03-01 2003-09-12 Seiko Epson Corp 不揮発性記憶装置の製造方法
KR100434956B1 (ko) * 2002-05-29 2004-06-11 주식회사 하이닉스반도체 마그네틱 램의 제조방법
JP4400037B2 (ja) * 2002-10-31 2010-01-20 日本電気株式会社 磁気ランダムアクセスメモリ,及びその製造方法
US6911156B2 (en) * 2003-04-16 2005-06-28 Freescale Semiconductor, Inc. Methods for fabricating MRAM device structures
US6881351B2 (en) * 2003-04-22 2005-04-19 Freescale Semiconductor, Inc. Methods for contacting conducting layers overlying magnetoelectronic elements of MRAM devices
US6798004B1 (en) * 2003-04-22 2004-09-28 Freescale Semiconductor, Inc. Magnetoresistive random access memory devices and methods for fabricating the same
KR100560661B1 (ko) * 2003-06-19 2006-03-16 삼성전자주식회사 자기 메모리의 읽기 방법
US7211446B2 (en) * 2004-06-11 2007-05-01 International Business Machines Corporation Method of patterning a magnetic tunnel junction stack for a magneto-resistive random access memory
JP5794892B2 (ja) * 2010-11-26 2015-10-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 磁気メモリ

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