JP4843194B2 - マグネチックラムのmtjセル形成方法 - Google Patents
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Description
大部分の半導体メモリ製造業者は次世代記憶素子の一つとして強磁性体物質を利用するMRAMの開発を行っている。
前記MRAMは、強磁性薄膜を多層で形成して各薄膜の磁化方向による電流変化を感知することで情報を読み出し、書き込むことができる記憶素子であって、磁性薄膜固有の特性によって高速、低電力及び高集積化できるだけではなく、フラッシュメモリと共に不揮発性メモリ動作が可能な素子である。
前記巨大磁気抵抗(GMR)現象を利用したMRAMは、非磁性層を間に置いた二つの磁性層のスピン方向が同一の場合、更に他の場合の抵抗が大きく異なる現象を利用してGMR磁気のメモリ素子を具現するものである。
前記MRAMは一つのトランジスタと一つのMTJセル(magnetic tunnel junction cell)で形成する。
図5を参照すれば、半導体基板(図示省略)上に素子分離膜(図示省略)、リードラインである第1ワードライン及びソース/ドレーンを備えたトランジスタ(図示省略)、グラウンドライン(図示省略) 及び導電層(図示省略)、ライトラインである第2ワドライン(図示省略)を形成して全体表面上部を平坦化する下部絶縁層(図示省略)を形成する。ここで、前記導電層は前記下部絶縁層を通じて前記半導体基板に接続し、その上部面が前記下部絶縁層によって露出するように形成される。
次には、連結層用金属層11上部に第1固定磁化層(pinned magnetic layers)13及び第2固定磁化層21を順次に形成する。 第1固定磁化層13は Co層、Fe層、NiFe層、CoFe層、PtMn層、IrMn層、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つの磁性物質で形成する。
第2固定磁化層21は互いに反対になる磁化方向(polarization direction)を持つ二つの磁性層(15、19) の間に介在する絶縁膜17で構成されている。 第2固定磁化層21は磁場を印加しながらアニーリングして形成する。 例えば、図6に図示したように、右側の矢印31方向に1〜10KOeの磁場を印加しながらアニーリング工程を実施すれば、ウェーハ27のフラットゾーン(flat zone)に垂直な左側の矢印29方向に第2固定磁化層21の磁性層(15、19)の磁化方向が形成される。
図1及び図2は本発明によるSAF構造のマグネチックラム構造と磁性物質の蒸着方法を説明した断面図及び概略図である。
図1を参照すれば、半導体基板(図示省略)上に素子分離膜(図示省略)、リードラインである第1 ワードライン及びソース/ドレーンを備えたトランジスタ(図示省略)、グラウンドライン(図示省略) 及び導電層(図示省略)、ライトラインである第2ワードライン(図示省略)を形成して全体表面上部を平坦化する下部絶縁層(図示省略)を形成する。ここで、前記導電層は前記下部絶縁層を通じて前記半導体基板に接続され、その上部面が前記下部絶縁層によって露出するように形成される。
次には、連結層用金属層41上部に第1固定磁化層(pinned magnetic layers)43及び第2固定磁化層51を順次に形成する。 第1固定磁化層43は Co層、Fe層、NiFe層、CoFe層、PtMn層、IrMn層、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたいずれか一つの磁性物質で形成することが望ましい。
43 第1固定磁化層
45,49 磁性層
47 絶縁膜
51 第2固定磁化層、合成-反強磁性層(SAF)
53 トンネル障壁層
55 自由磁化層
57 ウェーハ
59 磁性層成長方向
61 磁場の印加方向
Claims (3)
- 下部絶縁層を通じて半導体基板に接続する連結層用金属層を形成する段階と、
前記連結層用金属層上部に第1固定磁化層を形成する段階と、
前記第1固定磁化層上部に第2固定磁化層を形成するが、前記第2固定磁化層は第1磁場を印加しながら第1アニーリング工程を遂行し、前記第1磁場より小さいサイズを有し、前記第1磁場と同一方向の第2磁場を印加しながら第2アニーリング工程を遂行して形成する段階と、
前記第2固定磁化層上部にトンネル障壁層、自由磁化層及びMTJキャッピング層を積層する段階と、
MTJセルマスクを利用した写真エッチング工程により前記MTJキャッピング層、自由磁化層、トンネル障壁層、第2固定磁化層及び第1固定磁化層をパターニングしてMTJセルを形成する段階と、
を含むマグネチックラムのMTJセル形成方法。 - 前記第2固定磁化層は磁性層/絶縁膜/磁性層の積層構造で形成することを特徴とする請求項1に記載のマグネチックラムのMTJセル形成方法。
- 前記第1磁場及び第2磁場はそれぞれ1〜10KOe、及び100〜999Oeのサイズを有し、前記第1アニーリング工程、及び第2アニーリング工程は250〜300℃、及び250〜300℃の温度で行うことを特徴とする請求項1に記載のマグネチックラムのMTJセル形成方法。
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