JP5652199B2 - 磁気デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
を具備することを特徴とする磁気デバイスを用いる。
下部電極28の形成条件は以下である。
層構造: 下からTa膜、Ru膜、NiFe膜、Ta膜
成膜装置:スパッタリング
膜厚: Ta膜 5nm、Ru膜 50nm、NiFe膜 5nm、Ta膜 10nm
直流印加パワー:1kW
スパッタガス:Ar
ガス流量: 15sccm
ガス圧力: 0.02Pa以下
基板加熱: なし
層構造: 下からPtMn膜(強反磁性層)、CoFe膜、Ru膜、CoFeB膜
成膜装置:スパッタリング
膜厚: PtMn膜 15nm、CoFe膜 2.5nm、Ru膜 0.68nm、CoFeB膜 2.2nm
直流印加パワー:PtMn膜は200W、他の膜は400W
スパッタガス:Ar
ガス流量: 20sccm
ガス圧力: 0.02Pa以下
基板加熱: なし
層構造: MgO膜
成膜装置:スパッタリング
膜厚: 1.2nm
直流印加パワー:200W
スパッタガス:Ar
ガス流量: 30sccm
ガス圧力: 0.5Pa以下
基板加熱: なし
層構造: CoFeB膜
成膜装置:スパッタリング
膜厚: CoFeB膜 1.5nm
直流印加パワー:250W
スパッタガス:Ar
ガス流量: 15sccm
ガス圧力: 0.02Pa以下
基板加熱: なし
層構造: 下からRu膜、Ta膜
成膜装置:スパッタリング
膜厚: Ru膜 10nm、Ta膜 30nm
直流印加パワー:200W
スパッタガス:Ar
ガス流量: 15sccm
ガス圧力: 0.02Pa以下
基板加熱: なし
上部電極40および磁気トンネル接合層30のエッチング条件は以下である。
マスク: フォトレジスト
エッチング装置: RIE(Reactive Ion Etching)法
エッチングガス: メタノール
オーバーエッチング量: 120〜150%
基板加熱: なし
カバー膜42の形成条件は以下である。
成膜方法:熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法
膜厚 :30nm
ガス: NH3(100sccm)、SiH4(250sccm)
ガス圧力:0.5Pa
基板温度:250℃
層構造: 下からRu膜、Ta膜
膜厚: Ru膜 5〜15nm、Ta膜 10〜40nm
下部電極28の形成は、他の条件または他の金属を用いてもよい。
膜厚: PtMn膜 5〜20nm、CoFe膜 1.5〜3.5nm、Ru膜 0.5〜1.0nm、CoFeB膜 1.0〜3.0nm
直流印加パワー:200〜800W
ガス流量: 15〜30sccm
膜厚: 0.5〜1.5nm
ガス流量:30sccm
膜厚: CoFeB膜 1.0〜2.0nm
直流印加パワー:200〜300W
ガス流量: 15〜30sccm
磁化固定層32および磁化自由層36の形成は他の条件または他の強磁性体を用いてもよい。トンネルバリア層34の形成は他の条件または他の非磁性体を用いてもよい。
層構造: 下からTa膜、Ru膜、Ta膜
膜厚: Ta膜 80nm、Ru膜 10nm、Ta膜 1nm
直流印加パワー:200〜1000W
ガス流量: 10〜30sccm
上部電極40の形成は他の条件または他の金属を用いてもよい。
絶縁膜44の形成条件は以下である。
成膜方法:熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法
膜厚 :50〜80nm
ガス: N2O(50〜100sccm)、SiH4(250sccm)
ガス圧力:0.1〜1.0Pa
基板温度:350℃
絶縁膜44の形成は、他の条件または例えば窒化シリコン膜等の他の絶縁体を用いてもよい。
膜厚: 10〜30nm
ガス: NH3(50〜100sccm)、SiH4(250sccm)
ガス圧力:0.1〜1.0Pa
カバー膜42の形成は、他の条件または窒化シリコン膜以外の絶縁膜を用いてもよい。
付記1:上面に凹部を備える下部電極と、前記凹部の両側の前記下部電極上に形成され、トンネルバリア層と前記トンネルバリア層を上下に挟む磁化固定層および磁化自由層とを含む磁気トンネル接合層と、前記磁気トンネル接合層上に形成され、前記凹部の上方において電気的に分離された複数の上部電極と、を具備することを特徴とする磁気デバイス。
付記2:前記複数の上部電極の面積が互いに異なることを特徴とする付記1記載の磁気デバイス。
付記3:前記複数の上部電極は、ビット線およびワード線のいずれか一方に電気的に接続され、前記下部電極は、前記ビット線およびワード線の他方に接続されることを特徴とする付記2記載の磁気デバイス。
付記4:凹部が形成された下地層を具備し、前記下部電極は、前記下地層の凹部の内面と前記下地層上とに形成され、前記下地層の凹部内に前記下部電極の凹部が形成されていることを特徴とする付記1から3のいずれか一項記載の磁気デバイス。
付記5:絶縁膜と、前記絶縁膜を上下に貫通するプラグ金属層とを具備し、前記下地層は前記絶縁膜上に形成され、前記下地層の前記凹部の下面は前記プラグ金属層の上面であることを特徴とする付記4記載の磁気デバイス。
付記6:前記下部電極または前記複数の上部電極がドレインに接続され、ソース線がソースに接続され、ワード線がゲートに接続されたトランジスタを具備することを特徴とする付記3記載の磁気デバイス。
付記7:前記下地層は絶縁膜上に形成されており、前記下地層の凹部の底面は前記絶縁膜を貫通するプラグ金属層の上面とすることを特徴とする付記3または6記載の磁気デバイス。
付記8:前記凹部内に形成され前記複数の上部電極を電気的に分離する絶縁膜を具備する付記1から7のいずれか一項記載の磁気デバイス。
付記9:前記磁化自由層は、スピン注入法により磁化方向が変更されることを特徴とする付記1から8のいずれか一項記載の磁気デバイス。
付記10:上面に凹部を備える下部電極を形成する工程と、前記凹部の両側の前記下部電極上に、トンネルバリア層と前記トンネルバリア層を上下に挟む磁化固定層および磁化自由層とを含む磁気トンネル接合層を形成する工程と、前記磁気トンネル接合層上に、前記凹部の上方において電気的に分離された複数の上部電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする磁気デバイスの製造方法。
22 プラグ金属層
24 下地層
26 凹部
28 下部電極
30 磁気トンネル接合層
32 磁化固定層
34 トンネルバリア層
36 磁化自由層
40 上部電極
Claims (8)
- 上面に第1凹部を備える下部電極と、
前記第1凹部の両側の前記下部電極上に、前記第1凹部と磁気トンネル接合層とで第2凹部が形成されるように、少なくとも前記第1凹部端まで形成され、トンネルバリア層と前記トンネルバリア層を上下に挟む磁化固定層および磁化自由層とを含む前記磁気トンネル接合層と、
前記磁気トンネル接合層上に、少なくとも前記第2凹部端まで形成され、前記第2凹部内において電気的に分離された複数の上部電極と、
を具備することを特徴とする磁気デバイス。 - 前記複数の上部電極の面積が互いに異なることを特徴とする請求項1記載の磁気デバイス。
- 前記複数の上部電極は、ビット線およびソース線のいずれか一方に電気的に接続され、
前記下部電極は、前記ビット線およびソース線の他方に接続されることを特徴とする請求項2記載の磁気デバイス。 - 第3凹部が形成された下地層を具備し、
前記下部電極は、前記下地層の第3凹部の内面と前記下地層上とに形成され、前記下地層の第3凹部内に前記下部電極の第2凹部が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の磁気デバイス。 - 絶縁膜と、前記絶縁膜を上下に貫通するプラグ金属層とを具備し、
前記下地層は前記絶縁膜上に形成され、前記下地層の前記第3凹部の下面は前記プラグ金属層の上面であることを特徴とする請求項4記載の磁気デバイス。 - 上面に第1凹部を備える下部電極を形成する工程と、
前記第1凹部の両側の前記下部電極上に、トンネルバリア層と前記トンネルバリア層を上下に挟む磁化固定層および磁化自由層とを含む磁気トンネル接合層を、前記第1凹部と前記磁気トンネル接合層とで第2凹部が形成されるように、少なくとも前記第1凹部端まで形成する工程と、
前記磁気トンネル接合層および前記第2凹部上に上部電極を形成することにより、前記上部電極は少なくとも前記第2凹部端まで形成され前記第2凹部内において電気的に分離するように複数の上部電極が形成される工程と、
を含むことを特徴とする磁気デバイスの製造方法。 - 前記複数の上部電極は、前記磁気トンネル接合層および前記第2凹部上に前記上部電極を形成することにより、前記複数の上部電極は少なくとも前記第2凹部端まで形成され前記第2凹部内において電気的に分離するように形成されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の磁気デバイス。
- 前記上部電極はスパッタリング法を用い形成されたことを特徴とする請求項7記載の磁気デバイス。
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