JP4926374B2 - マグネチックラムのmtjセル形成方法 - Google Patents
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Description
前記MRAMは、強磁性薄膜を多層に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リード及びライトすることができる記憶素子であり、磁性薄膜固有の特性によって高速、低電力及び高集積化を可能とするだけでなく、フラッシュメモリのように不揮発性メモリ動作が可能な素子である。
前記MRAMには、スピンが電子の伝達現象に及ぼす多大な影響により生ずる巨大磁気抵抗(giant magnetoresistive、GMR)現象やスピン偏極磁気透過現象を利用してメモリ素子を具現する方法がある。
前記スピン偏極磁気透過現象を利用したMRAMは、絶縁層を挟んだ二つの磁性層でスピン方向の同じ場合が、異なる場合に比べて電流透過が遥かによく発生するという現象を利用して磁気透過接合メモリ素子を具現するものである。
図4及び図5は、従来技術によるマグネチックラムのMTJセル形成方法を示した断面図である。
前記連結層用金属層13の上部にMTJ物質層を蒸着する。このとき、前記MTJ物質層は、固定磁化層(pinned magnetic layers)15、トンネル障壁層(tunneling barrier layers)17及び自由磁化層(free magnetic layers)19の積層構造からなる。ここで、固定磁化層15及び自由磁化層19を、CO、Fe、NiFe、CoFe、PtMn、IrMnなどの磁性物質で形成する。
図4に示されているように、感光膜パターン23をマスクとして用いて前記ハードマスク層21と自由磁化層19をエッチングして、MTJセルを形成する。
前記積層構造の上部にハードマスク層を形成する段階と、
MTJセルマスクを利用した写真エッチング工程で前記ハードマスク層をパターニングして前記自由磁化層を露出させるハードマスク層パターンを形成する段階と、
前記ハードマスク層パターンをマスクとして前記自由磁化層の露出した部分に対して0°より大きく90°より小さい大きさのチルト角でイオンインプラント工程を行って前記露出した自由磁化層を物理的に損傷させて非晶質化する段階と、
前記非晶質化された自由磁化層を酸化させて酸化膜を形成する段階と、
前記ハードマスク層パターンをマスクとして前記酸化膜、前記アルミナ層及び前記固定磁化層をエッチングしてMTJセルをパターニングする段階と、を含むことを特徴とする。
図1及び図2は、本発明によるマグネチックラムのMTJセル形成方法を示した断面図である。
図2に示されているように、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の上部を平坦化する下部絶縁層41を形成する。
前記連結層用金属層43の上部に固定磁化層45を形成する。前記固定磁化層45は合成−反強磁性層(synthetic anti-ferromagnetic:以下、SAFとする)構造で形成するが、CO、Fe、NiFe、CoFe、PtMn、IrMn などの磁性物質を利用して形成するのが望ましい。
前記感光膜パターン53及びハードマスク層パターン51をマスクとして自由磁化層49の露出した部分に対し分子量の大きいガス分子でイオンインプラント工程55を行う。イオンインプラント工程55によって自由磁化層49の露出した部分に物理的な損傷が発生して非晶質状態となる。ここで、イオンインプラント工程55は、0°より大きく90゜より小さい大きさのチルト角で、半導体基板を回転させながら四つの方向からインプラント工程を行って、シャドーの発生を防止し、過度な下地層の損傷を防止するように実施するのが望ましい。
図1に示されているように、非晶質化された自由磁化層49をRTO(rapid temperature oxidation)工程で酸化させて酸化膜57を形成する。ここで、前記RTO工程は、ハードマスク層パターン51の下部の自由磁化層49の一部まで酸化するように行うのが望ましい。前記ハードマスク層パターン51をマスクとして酸化膜57、アルミナ層47及び固定磁化層45をエッチングしてMTJセルを形成する。
43 連結層用金属層
45 固定磁化層
17 トンネル障壁層
49 自由磁化層
51 ハードマスク層
53 感光膜パターン
25 ポリマー
27 ピンホール
47 アルミナ層
55 分子量が大きいガス分子
57 酸化膜
Claims (2)
- 固定磁化層、トンネル障壁層であるアルミナ層及び自由磁化層の積層構造を形成する段階と、
前記積層構造の上部にハードマスク層を形成する段階と、
MTJセルマスクを利用した写真エッチング工程で前記ハードマスク層をパターニングして前記自由磁化層を露出させるハードマスク層パターンを形成する段階と、
前記ハードマスク層パターンをマスクとして前記自由磁化層の露出した部分に対して0°より大きく90°より小さい大きさのチルト角でイオンインプラント工程を行って前記露出した自由磁化層を物理的に損傷させて非晶質化する段階と、
前記非晶質化された自由磁化層を酸化させて酸化膜を形成する段階と、
前記ハードマスク層パターンをマスクとして前記酸化膜、前記アルミナ層及び前記固定磁化層をエッチングしてMTJセルをパターニングする段階と、
を含むことを特徴とするマグネチックラムのMTJセル形成方法。 - 前記イオンインプラント工程は0°より大きく90°より小さいチルト角を維持しながら4方向から施す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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