JP4678144B2 - フォトマスク - Google Patents
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Description
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
(A)磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
(B)平面形状は、菱形疑似形状であり、
(C)菱形疑似形状を構成する辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、菱形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
(D)磁化容易軸は、菱形疑似形状の長軸と略平行であり、
(E)磁化困難軸は、菱形疑似形状の短軸と略平行であり、且つ、
(F)各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第1形状と第2形状とから成り、
第1形状と、第1形状の中心点と中心点が一致した第2形状とが、第1形状から第2形状が2箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第1形状の中心点を通る第1形状軸線と第2形状の中心点を通る第2形状軸線とは直交しており、
第1形状は、磁化容易軸と略平行である第1形状軸線に沿った長さが2Lp-1L、第1形状の中心点を通り、第1形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-1S[但し、Lp-1S<Lp-1L]である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成り、且つ、
第2形状は、磁化困難軸と略平行である第2形状軸線に沿った長さが2Lp-2L[但し、Lp-1S<Lp-2L<Lp-1L]、第2形状の中心点を通り、第2形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-2S[但し、Lp-2S<Lp-1L]である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
(A)磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
(B)平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
(C)二等辺三角形疑似形状の斜辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
(D)磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
(E)磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、且つ、
(F)各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第1形状と第2形状とから成り、
第1形状と第2形状とが、第1形状から第2形状が1箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第2形状は、第2形状軸線上に位置しており、
第2形状軸線は第1形状の中心点を通り、且つ、第2形状軸線は、第1形状の中心点を通る第1形状軸線と直交しており、
第1形状は、磁化容易軸と略平行である第1形状軸線に沿った長さが2Lp-1L、第1形状の中心点を通り、第1形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-1S[但し、Lp-1S<Lp-1L]である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成り、且つ、
第2形状は、磁化困難軸と略平行である第2形状軸線に沿った第2形状の先端部から第1形状の中心点までの距離がLp-2L[但し、Lp-1S<Lp-2L<Lp-1L]、第1形状の中心点を通り、第2形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-2S[但し、Lp-2S<Lp-1L]である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。
半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
選択用トランジスタを覆う層間絶縁層、
下層層間絶縁層、並びに、
上層層間絶縁層、
を備え、
書込みワード線は、下層層間絶縁層上に形成されており、
下層層間絶縁層は、書込みワード線及び層間絶縁層上を覆い、
第1の強磁性体層は、下層層間絶縁層上に形成されており、
上層層間絶縁層は、トンネル磁気抵抗素子及び下層層間絶縁層を覆い、
第1の強磁性体層の延在部、あるいは、第1の強磁性体層から下層層間絶縁層上を延びる引き出し電極が、下層層間絶縁層及び層間絶縁層に設けられた接続孔(あるいは接続孔とランディングパッド部)を介して選択用トランジスタに電気的に接続されており、
ビット線が上層層間絶縁層上に形成されている構成とすることができる。
2Lp-1L=1050nm
2Lp-1S= 200nm
2Lp-2L= 400nm
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2LL=900nm
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rS=280nm
HAVE(Oe) σ(Oe) σ/HAVE
実施例1 69.1 6.9 10.0%
比較例−1 62.3 9.2 14.7%
先ず、選択用トランジスタTRとして機能するMOS型FETをシリコン半導体基板から成る半導体基板10に形成する。そのために、例えばトレンチ構造を有する素子分離領域11を公知の方法に基づき形成する。尚、素子分離領域は、LOCOS構造を有していてもよいし、LOCOS構造とトレンチ構造の組合せとしてもよい。その後、半導体基板10の表面を例えばパイロジェニック法により酸化し、ゲート絶縁膜13を形成する。次いで、不純物がドーピングされたポリシリコン層をCVD法にて全面に形成した後、ポリシリコン層をパターニングし、ゲート電極12を形成する。尚、ゲート電極12をポリシリコン層から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドから構成することもできる。次に、半導体基板10にイオン注入を行い、LDD構造(図示せず)を形成する。その後、全面にCVD法にてSiO2層を形成した後、このSiO2層をエッチバックすることによって、ゲート電極12の側面にゲートサイドウオール(図示せず)を形成する。次いで、半導体基板10にイオン注入を施した後、イオン注入された不純物の活性化アニール処理を行うことによって、ソース/ドレイン領域14A,14Bを形成する。
次いで、全面にSiO2から成る層間絶縁層の下層をCVD法にて形成した後、化学的/機械的研磨法(CMP法)にて層間絶縁層の下層を研磨する。その後、ソース/ドレイン領域14Aの上方の層間絶縁層の下層にリソグラフィ技術及びRIE法に基づき開口部を形成し、次いで、開口部内を含む層間絶縁層の下層上に、不純物がドーピングされたポリシリコン層をCVD法にて形成する。次いで、層間絶縁層の下層上のポリシリコン層をパターニングすることで、層間絶縁層の下層上にセンス線16を形成することができる。センス線16とソース/ドレイン領域14Aとは、層間絶縁層の下層に形成されたコンタクトホール15を介して接続されている。その後、BPSGから成る層間絶縁層の上層をCVD法にて全面に形成する。尚、BPSGから成る層間絶縁層の上層の形成後、窒素ガス雰囲気中で例えば900゜C×20分間、層間絶縁層の上層をリフローさせることが好ましい。更には、必要に応じて、例えばCMP法にて層間絶縁層の上層の頂面を化学的及び機械的に研磨し、層間絶縁層の上層を平坦化したり、レジストエッチバック法によって層間絶縁層の上層を平坦化することが望ましい。尚、層間絶縁層の下層と層間絶縁層の上層を纏めて、以下、単に、層間絶縁層21と呼ぶ。
その後、ソース/ドレイン領域14Bの上方の層間絶縁層21に開口部をRIE法にて形成した後、選択用トランジスタTRのソース/ドレイン領域14Bに接続された接続孔22を開口部内に形成する。接続孔22の頂面は層間絶縁層21の表面と略同じ平面に存在している。ブランケットタングステンCVD法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔22を形成することができる。尚、タングステンにて開口部を埋め込む前に、Ti層及びTiN層を順に例えばマグネトロンスパッタリング法にて開口部内を含む層間絶縁層21の上に形成することが好ましい。ここで、Ti層及びTiN層を形成する理由は、オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、ブランケットタングステンCVD法における半導体基板10の損傷発生の防止、タングステンの密着性向上のためである。図面においては、Ti層及びTiN層の図示は省略している。層間絶縁層21上のタングステン層、TiN層、Ti層は、化学的/機械的研磨法(CMP法)にて除去してもよい。また、タングステンの代わりに、不純物がドーピングされたポリシリコンを用いることもできる。その後、層間絶縁層21上に、書込みワード線RWL及びランディングパッド部23を周知の方法で形成する。
その後、全面に下層層間絶縁層24を形成する。具体的には、書込みワード線RWL及びランディングパッド部23を含む層間絶縁層21上に、HDP(High Density Plasma)CVD法に基づき、SiO2から成る下層層間絶縁層24を成膜し、次いで、下層層間絶縁層24の平坦化処理を行う。その後、ランディングパッド部23の上方の下層層間絶縁層24の部分に開口部を設け、係る開口部に、ブランケットタングステンCVD法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔25を形成することができる。
次に、下層層間絶縁層24上に、引き出し電極37を形成するために、厚さ10nmのTa層37Aをスパッタリング法にて形成する。Ta層37Aの成膜条件を、以下の表4に例示する。
その後、全面に、第1の強磁性体層31(厚さ20nmのPt−Mn合金から成る反強磁性体層32、及び、SAFを有し、下から、Co−Fe層、Ru層、Co−Fe層の3層構造を有する磁化固定層33)、AlOXから成るトンネル絶縁膜34、記録層(第2の強磁性体層)35、トップコート膜36を順次、成膜する。これらの各層の成膜条件を、以下の表5〜表9に例示する。こうして、図5の(A)に示す構造を得ることができる。
プロセスガス :アルゴン=100sccm
成膜雰囲気圧力:0.6Pa
DCパワー :200W
プロセスガス :アルゴン=100sccm
成膜雰囲気圧力:0.6Pa
DCパワー :200W
最下層:厚さ2nmのCo−Fe合金層
プロセスガス :アルゴン=50sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :100W
中間層:厚さ1nmのRu層
プロセスガス :アルゴン=50sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :50W
最上層:厚さ2nmのCo−Fe合金層
プロセスガス :アルゴン=50sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :100W
厚さ1nm〜2nmのAl膜の成膜
プロセスガス :アルゴン=50sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :50W
Al膜の酸化
使用ガス :酸素=10sccm
酸化雰囲気の圧力:0.3Pa
プロセスガス :アルゴン=50sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :200W
プロセスガス :アルゴン=65sccm
成膜雰囲気圧力:0.3Pa
DCパワー :10kW
その後、トップコート膜36上にエッチング用のハードマスク層を形成する。このハードマスク層は、下からSiN層40、SiO2層41の2層構造を有する。尚、ハードマスク層を構成するその他の材料として、SiC、SiONを挙げることができる。ハードマスク層は単層構成であってもよい。ハードマスク層は、リソグラフィ工程における反射防止効果や、エッチングストップ、メタル拡散防止等の機能を兼ねて形成される場合もある。ここでは例として、厚さ50nmのSiN層40を平行平板電力プラズマCVD装置を用いて成膜し、SiO2層41をバイアス高密度プラズマCVD(HDP−CVD)装置を用いて成膜する。これらの成膜条件を、以下の表10及び表11に例示する。
プロセスガス:モノシラン/アンモニア/N2=260sccm/100sccm/4000sccm
圧力 :565Pa
プロセスガス:モノシラン/O2/アルゴン=60sccm/120sccm/130sccm
RFパワー
トップ :1.5kW
サイド :3kW
次いで、全面にレジスト材料を塗布した後、リソグラフィ技術によって、ハードマスク層上に、トンネル磁気抵抗素子を形成するためのマスクとなるレジスト膜42を形成する。こうして、図5の(B)に示す構造を得ることができる。
そして、このレジスト膜42をマスクとして用いた反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するSiO2層41をパターニングする。このときのエッチング条件を、以下の表12に例示する。その後、レジスト膜42を、酸素プラズマアッシング処理及び有機洗浄後処理によって除去する。次に、SiO2層41をマスクとして用いて、反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するSiN層40をエッチングする。このときのエッチング条件を、以下の表13に例示する。こうして、図5の(C)に示す構造を得ることができる。
使用ガス :C4F8/CO/Ar/O2=10sccm/50sccm/200sccm/4sccm
RFパワー:1kW
圧力 :5Pa
温度 :20゜C
使用ガス :CHF3/Ar/O2=20sccm/200sccm/20sccm
RFパワー:1kW
圧力 :6Pa
温度 :20゜C
次に、ハードマスク層41,40をマスクとして用いて、トップコート膜36及び記録層35を反応性イオンエッチング法によってパターニングする(図6の(A)及び(B)参照)。これらのエッチング条件を、以下の表14及び表15に例示する。
使用ガス :Cl2/BCl3/N2=60sccm/80sccm/10sccm
ソースパワー :1kW
バイアスパワー:150W
圧力 :1Pa
使用ガス :Cl2/O2/Ar=50sccm/20sccm/20sccm
ソースパワー :1kW
バイアスパワー:150W
圧力 :1Pa
Claims (1)
- 不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
(A)磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
(B)平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
(C)二等辺三角形疑似形状の斜辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
(D)磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
(E)磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、且つ、
(F)各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第1形状と第2形状とから成り、
第1形状と第2形状とが、第1形状から第2形状が1箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第2形状は、第2形状軸線上に位置しており、
第2形状軸線は第1形状の中心点を通り、且つ、第2形状軸線は、第1形状の中心点を通る第1形状軸線と直交しており、
第1形状は、磁化容易軸と略平行である第1形状軸線に沿った長さが2Lp-1L、第1形状の中心点を通り、第1形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-1S[但し、Lp-1S<Lp-1L]である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成り、且つ、
第2形状は、磁化困難軸と略平行である第2形状軸線に沿った第2形状の先端部から第1形状の中心点までの距離がLp-2L[但し、Lp-1S<Lp-2L<Lp-1L]、第1形状の中心点を通り、第2形状軸線に垂直な方向の長さが2Lp-2S[但し、Lp-2S<Lp-1L]である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された1種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とするフォトマスク。
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