KR100462791B1 - A wordline with a magnetic field keeper for magnetic memory devices and sensors and method of manufacture therefor - Google Patents

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신경호
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a wordline having a keeper layer capable of applying to a magnetic memory and a sensor is provided to supply a magnetic layer mainly constituted of Co serving as a magnetic field keeper and having an excellent characteristics as a barrier layer. CONSTITUTION: A method for manufacturing a wordline having a keeper layer capable of applying to a magnetic memory and a sensor includes the steps of: forming an insulating layer(102) on a semiconductor substrate(100), forming a trench in the insulating layer(102) at a predetermined depth by using photolithography method, coating a magnetic keeper layer(106) on the inner and exterior surface of the trench by using a physical vapor deposition method, depositing seed layer made of copper(Cu) on the entire surface of the magnetic keeper layer(106), depositing a conducting layer(110) made of Cu at a predetermined thickness so as to cover the trench(104) formed on the top of the seed layer by using an electroplating method and planarizing the conducting layer(110) by using a chemical mechanical polishing(CMP) method until the top surface of the insulating layer is exposed.

Description

자기 메모리 및 센서에 응용 가능한 키퍼층을 가진 워드선 제조방법{A wordline with a magnetic field keeper for magnetic memory devices and sensors and method of manufacture therefor} Word line method with applicable keeper layer in the magnetic memory and a sensor {A wordline with a magnetic field keeper for magnetic memory devices and sensors and method of manufacture therefor}

본 발명은 자기 메모리 및 센서에 응용 가능한 키퍼층을 가진 워드선 제조방법에 관한 것이다. The present invention is applicable to the word line with a keeper layer in the magnetic memory and a method for producing the sensor. 보다 상세하게는 자기 메모리 및 센서에서 자화를 반전시키는데 필요한 자기장을 발생시키는 키퍼층을 가진 워드선(또는 비트선) 제조방법에 관한 것이다. More specifically, the word line (or bit line) sikineunde reverse the magnetization in the magnetic memory and a sensor having a keeper layer for generating the necessary magnetic field to the preparation method.

자기 메모리 및 센서는 자성재료로 된 박막을 핵심 구성 요소로 하는 다층막으로 구성되어 있다. A magnetic memory and the sensor is composed of a multilayer film that a thin film of a magnetic material as a core component. 자기 메모리 및 센서의 작동은 자성 다층막 중 일부 또는 전부의 자화 반전을 필요로 하며, 자화 반전에 필요한 자기장은 워드선 및 비트선에 전류를 흘려줌으로써 얻어진다. Magnetic operation of the memory and the sensor requires a magnetic transition of any or all of the magnetic multilayer film, the magnetic field necessary for magnetization reversal is obtained by flowing a current to the word lines and bit lines. MRAM(magnetic random access memory)으로 알려진 자기메모리 소자는 넓은 의미로서 자성재료를 이용한 메모리 소자를 통칭하며, 이는 1970년대의 페라이트 코어로부터 출발하여 자기버블 기술까지 다소 오랜 역사를 가지고 있다. Magnetic memory element known as a MRAM (magnetic random access memory), and is known as a memory device using a magnetic material as the broad sense, which, starting from the ferrite core of the 1970's have a rather long history to the magnetic bubble technology.

그러나, 협의의 자기 메모리 소자는 자기저항(MR: magnetoresistance) 현상을 이용한 것으로서 이러한 예로서 초기의 이방성(anisotropic) MR (AMR)에서 최근의 거대자기저항(GMR: giant magnetoresistance) 및 턴넬링형 자기저항(TMR: tunneling-type magnetoresistance) 현상을 이용한 자기메모리 소자를 들 수 있다. However, the magnetic memory element is a magnetic reluctance in a narrow sense (MR: magnetoresistance) as such an example as with the developing recent large magnetic resistance at the beginning of the anisotropy (anisotropic) MR (AMR) (GMR: giant magnetoresistance) and Tunnel ring-shaped magneto-resistance ( there may be mentioned a magnetic memory device using a tunneling-type magnetoresistance) phenomenon: TMR. 이러한 자기 메모리 소자에서 디지털 정보는 자성 다층막에서 자화의 방향에 의해 결정된다. Digital information in such a magnetic memory element is determined by the direction of magnetization in a magnetic multi-layer film. 자성 다층막은 통상 3개의 핵심층으로 구성되어 있는데, 2개의 자성막이 도전막(GMR 현상) 또는 절연막(TMR 현상)을 에워싸는 구조로 이루어져 있다. The magnetic multilayer film is composed in the usual three haeksimcheung, it consists of two magnetic film structure surrounding the conductive film (GMR effect), or the insulating film (TMR effect). 디지털 정보의 쓰기 및 읽기 과정은 하나 또는 두 자성막의 자화 반전을 수반한다. Writing and reading of digital information is accompanied by a magnetization reversal of one or two magnetic layers.

하나의 예로서 TMR 현상을 이용한 자기 메모리 소자의 경우 통상 소자의 작동시 하나의 자성막의 자화는 항상 고정되어 있으며, 다른 하나의 자성막만이 자화반전된다. As an example the case of the magnetic memory element using the TMR phenomenon of magnetization of a magnetic film during operation of the conventional device and is always fixed, but the other one of the magnetic film is inverted magnetization. 고정된 자성막을 고정층, 자화가 반전되는 자성막을 자유층이라 일컫는다. A fixed magnetic layer refers to as a fixed bed, a magnetic film free magnetization layer is inverted. 고정층의 자화가 (+)X 방향으로 고정되어 있으며, 자유층 또한 X축 방향으로 일축 자기이방성이 형성되어 있어 자화가 (+)X 또는 (-)X 방향으로만 향하는 경우를 생각해 보자. Consider the case only toward the X direction of the magnetization fixing layer (+) is fixed in the X direction, a free layer and uniaxial magnetic anisotropy in the X-axis direction, there is formed the magnetization (+) or X ().

자기저항박막에서 저항은 두 자성층에 있는 자화의 방향에 의존하는데 구체적으로 자화 방향이 평행하면 낮은 저항상태가 되며, 자화방향이 반평행하면 높은 저항상태가 된다. In the magneto-resistive thin film resistance specifically to the magnetization direction in parallel it depends on the orientation of the magnetization in the two magnetic layers, and a low resistance state when the magnetization orientation is anti-parallel to the high resistance state. 자유층의 자화가 (+)X 방향인 경우 두 자성층의 자화가 같은 방향을 향하고 있기 때문에 낮은 저항상태가 되며, 반대로 자유층의 자화가 (-)X 방향을 향하는 경우 높은 저항상태가 된다. If the magnetization of the free layer of (+) X direction, since the facing direction of magnetization is the same in both the magnetic layer and the low resistance state, whereas the magnetization of the free layer (-) when directed to the X direction and a high resistance state. 자유층의 자화 상태가 (+)X 또는 (-)X 방향의 2가지 방향만을 향하기 때문에 자유층의 자화 방향은 디지털 정보를 저장하는 것이 가능하다. The magnetization of the free layer (+) or X (-) due to head only two directions of the X direction of the magnetization direction of the free layer, it is possible to store digital information.

통상의 자기 메모리 소자는 많은 수의 워드선과 비트선으로 구성되어 있는데 2개의 선은 서로 수직으로 교차한다. Conventional magnetic memory device consists of a large number of word lines and bit lines of two lines are crossing each other perpendicularly. 워드선과 비트선은 통상 비저항이 낮은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)-구리(Cu) 합금으로 이루어져 있다. Word line and the bit line is usually low resistivity of copper (Cu) or aluminum (Al) - consists of a copper (Cu) alloy. 디지털정보를 저장하는 자성 다층막은 서로 직교하는 워드선과 비트선 사이에 위치하는데, 자성 다층막에서 자화의 반전은 워드선과 비트선에 흐르는 전류로부터 발생되는 자기장에 의해 달성된다. In the magnetic multi-layer film that stores digital information is located between the word lines and bit lines that are orthogonal to each other, inversion of the magnetization in the magnetic multi-layer film is achieved by a magnetic field generated from the current flowing through the word lines and bit lines.

이는 자유층과 고정층의 2개 자성층으로 이루어진 자기 메모리 소자에서 자유층의 자화 반전은 워드선과 비트선에 전류를 동시에 흘려줌으로써 달성된다. This magnetization reversal of the free layer in a magnetic memory element comprising two magnetic layers of the free layer and the fixed bed is achieved by flowing a current to the word line and the bit line at the same time. 이 때 워드선과 비트선에 흘려주는 전류의 크기는 자유층의 자화 반전에 필요한 자기장의 크기에 의존한다. When the size of the current that flows in the word line and the bit line is dependent on the magnitude of the magnetic field necessary for the magnetization reversal of the free layer.

즉, 자화 반전에 필요한 자기장이 크면 워드선과 비트선에 많은 전류를 흘려주어야 하며, 자화 반전 자기장이 작은 경우 작은 전류를 흘려주어도 자화가 반전된다. That is, a large current must flow in a large word line and the bit line magnetic field necessary for the magnetization reversal, and if the magnetization switching magnetic field small jueodo flowing a small current to the magnetization is inverted. 워드선과 비트선에 지나치게 많은 전류를 흘려주는 경우 많은 전력이 소비되는 것은 물론 발열로 인한 소자의 성능에 문제를 야기할 수 있으며, 전류 밀도 또한 높아지게 되어 일렉트로마이그레이션(electromigration)에 의해 배선이 손상될 가능성이 높아지게 된다. When that flow too much current to the word line and the bit line may cause a problem in the device due to it a lot of power consumed as well as the heat generating performance, and the higher the current density potential wiring is damaged by electromigration (electromigration) It is high.

따라서 메모리 소자의 작동시 워드선과 비트선에 흐르는 전류의 크기를 적정한 크기 이하로 낮추는 것이 매우 중요하다. Therefore, during operation of the memory device, it is very important to reduce the size of the current flowing through the word line and the bit line below the appropriate size.

한편, 자기 메모리를 포함한 메모리 소자에서 상업적으로 가장 중요한 인자 중의 하나가 밀도이다. On the other hand, it is one of the commercially most important factor in memory device including magnetic memory density. 자기 메모리 소자에서 고밀도화를 달성하기 위해서는 정보를 저장하는 자성 다층막의 크기를 줄이는 것이 필요하다. In order to achieve a higher recording density in the magnetic memory element it is necessary to reduce the size of the magnetic multilayer film for storing information. 자기 메모리 소자가 기존의 다른 메모리 기술과 경쟁하기 위해 요구되는 밀도에서 자성막의 크기는 서브마이크론(submicron) 범위가 될 것으로 예상된다. The size of the magnetic film in a density of the magnetic memory element is required to compete with other conventional memory technologies is expected to be a sub-micron (submicron) range. 자성막의 이러한 크기 범위에서 정자기 상호작용(magnetostatic interactions)이 매우 크기 때문에 자화를 반전시키는데 매우 큰 자기장이 필요하게 되며, 따라서 소자를 작동시키는데 워드선과 비트선에 많은 전류를 흘려주는 것이 필요하게 된다. Here magnetostatic interaction in such a size range of the film formation (magnetostatic interactions) is a need for a very large magnetic field sikineunde turn the magnetization due to the very large, therefore sikineunde operate the device it becomes necessary to flow a large current to the word line and the bit line .

이러한 문제를 해결하기 위하여 Hurst 등은 미국 특허 제 5,956,267에서 워드선의 일부분을 연자성 막으로 에워싸는 방법을 제안하였다. To solve this problem, Hurst et al. Propose a method that surrounds the soft magnetic part of the word line in the United States Patent No. 5,956,267 the film. 워드선을 에워싼 연자성 막을 자기장 키퍼층(magnetic field keeper layer) 이라고 하는데, 이러한 키퍼층의 사용에 의해 워드선/비트선으로부터 자성 다층막에 가해지는 자기장의 크기가 증가함을 보였다. Is called a magnetic film roundabout the word line soft magnetic keeper layer (magnetic field keeper layer), showed that by use of such a keeper layer from the word line / bit line is increased the size of the magnetic field applied to the magnetic multi-layer film. 이는 워드선과 비트선에 인가되는 전류의 크기를 감소시키며, 따라서 고전류 밀도와 관련된 문제를 줄이는 역할을 하게 된다. This reduces the amount of current applied to the word line and the bit line, and thus will serve to reduce the problems associated with a high current density.

자기 메모리 소자의 고밀도화를 달성하기 위해서는 자성 다층막의 크기를 줄이는 것은 물론 워드선과 비트선의 폭 및 두께 또한 줄이는 것이 요구된다. Reducing the size of the magnetic multi-layer film is of course also required to reduce the word line and the bit line width and thickness in order to achieve a higher recording density of the magnetic memory element. 이는 전류가 흐르는 도전체의 단면적이 줄어들어 일정한 전류를 흘리더라도 도전체에 흐르는 전류밀도를 증가시키게 된다. This thereby spilling even when the constant current by reducing the cross-sectional area of ​​the conductor in which a current flows to increase the current density flowing in the conductor.

이를 요약하면, 고밀도의 자기 메모리 소자에서 자성막의 크기가 줄어듦에 따라 자화반전에 필요한 자기장이 크게 증가함에도 불구하고 워드선과 비트선의 크기 또한 감소하여 워드선과 비트선에 많은 전류를 흘리는 것이 어려워 자화반전에 필요한 자기장을 얻기가 어렵게 되는데, 이것이 자기 메모리의 고밀도화를 달성하는데 있어 가장 큰 장애요인 중의 하나이다. In summary, even though the size of the magnetic film in the magnetic memory device of high density shrink to a significant increase in the magnetic field necessary for the magnetization reversal according to the magnetization to reduce also the size word line and the bit line is difficult for passing a large current to the word line and the bit line inversion there is the difficulty to obtain the necessary magnetic field, which in achieving a higher density magnetic memory is one of the biggest obstacles.

또한, 자기 메모리 소자의 밀도가 높아지게 되면 이웃한 셀 간의 간격이 감소하여 셀 간의 간섭(cross-talk)이 일어날 가능성이 커지는데, 키퍼층은 셀 간의 간섭을 줄이는 역할도 한다. Further, when the higher density of the magnetic memory device decreases the distance between a neighboring cell and the greater the possibility of interference (cross-talk) between the cells, the keeper layer will also serve to reduce the interference between cells.

워드선과 비트선은 실리콘 산화막으로 주로 구성된 두꺼운 절연막에 트렌치 (trench) 또는 캐비티(cavity)를 미세가공 기술에 의해 제작한 다음 구리를 전해 도금하는 공정을 통하여 제작된다. Word line and the bit line are produced by a step of electrolytic plating and then copper produced by a trench (trench) or the cavity (cavity) in the thick insulating film mainly composed of a silicon oxide film on a fine processing technology. 종래의 기술에서 자기장 키퍼층을 도전체의 일부에 에워쌈으로써 자화 반전에 필요한 자기장을 증가시키고자 하였는데, 이 때 자기장 키퍼층으로는 NiFe, NiFeCo 및 CoFe 재료를 사용하였다. By wrapping surrounding a magnetic field keeper layer in the prior art a portion of the conductor increased by the magnetic field necessary for the magnetization reversal and characters, when the magnetic keeper layer was used as a NiFe, NiFeCo and CoFe material.

이러한 재료의 자기장 키퍼층을 절연막과 워드선/비트선 사이에 곧바로 위치시키는 경우 키퍼층 재료가 절연막으로 확산되어 들어가거나 키퍼층과 구리와의 반응이 일어나 소자의 성능과 신뢰성에 큰 문제를 일으킬 가능성이 있다. If an immediately placed between these magnetic field keeper layer of the material insulating film and word lines / bit lines into the keeper layer material diffuse into the insulating film or possible up the reaction of the keeper layer and the copper cause big problems in the performance and reliability of the device there is. 이러한 문제를 방지하기 위하여 종래의 기술에서는 자기장 키퍼층의 전후에 장벽층(barrier layer)을 삽입하였다. In order to avoid this, the prior art were inserted into the barrier layer (barrier layer) before and after the magnetic keeper layer.

즉, 장벽층은 절연막과 키퍼층 사이 및 키퍼층과 워드선/비트선 사이에 위치하게 된다. That is, the barrier layer is positioned in between the insulating film layer and the keeper and keeper layer and the word line / bit line. 장벽층으로는 Ta, TiW, TiN 또는 TaN 등이 사용되어 왔다. The barrier layer has the like Ta, TiW, TiN, or TaN is used. 이러한 장벽층의 삽입은 추가적인 공정을 요구할 뿐만 아니라, 전류가 주로 흐르는 구리의 단면적을 감소시키기 때문에 전류밀도를 증가시키게 된다. Insertion of such a barrier layer is to increase the current density, because it not only requires an additional step, reducing the cross-sectional area of ​​the flowing current is mainly copper.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자기장 키퍼층으로서 주로 Co로 구성된 자성층을 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention is to solve this problem, it is an object of the present invention to provide a magnetic layer mainly composed of Co as the magnetic keeper layer. 이 때, 본 발명에서 제공하는 주성분이 Co로 구성된 자성층은 연자성 특성이 비교적 우수하여 자기장 키퍼의 역할을 함과 동시에 장벽층으로서도 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 추가적인 장벽층의 삽입이 필요하지 않다. At this time, the magnetic layer is a main component consisting of Co provided by the present invention do not require the insertion of an additional barrier layer because the soft magnetic characteristics have superior properties at the same time also as the relatively solid also serves as a magnetic keeper barrier layer.

또한, 본 발명에서 제공하는 또 다른 목적은 정보를 저장하는 자성 다층막의 자화 반전에 필요한 자기장의 크기가 키퍼층을 가진 워드선과 비트선의 형상에 매우 민감하기 때문에, 자기장 키퍼층을 가진 워드선과 비트선의 형상을 최적화하는 기술을 제공하고자 한다. Another object provided by the present invention because the magnetic field size required for the magnetization reversal of the magnetic multilayer film for storing information is very sensitive to the shape word line and the bit line with a keeper layer, the word line and the bit with a magnetic field keeper layer line to provide a range of technologies that optimize the geometry.

좀 더 구체적으로 워드선과 비트선의 구체적인 형상 및 워드선/비트선과 자성 다층막간의 간격에 따라 자성 다층막에 인가되는 자기장의 크기가 변화하는 결과를 보임으로써 자기 메모리 소자에 사용되는 워드선과 비트선의 형상에 대한 최적화를 달성하고자 한다. More specifically, the word line and bit line of the specific shape, and the word line / bit line depending on the distance between the magnetic multi-layer film for the word line and the bit line geometry is used in the magnetic memory element by showing the result that the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic multilayer film changes and to achieve optimization. 그러나 본 발명의 원리는 유사한 자기장 키퍼 층을 가진 워드선과 비트선에도 동일하게 적용될 수 있음은 주지의 사실이다. However, that the principles of the present invention is equally applicable to word lines and bit lines with similar magnetic keeper layer is well known.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은자기 메모리 및 센서에 응용 가능한 자기장 키퍼층을 갖는 워드선 제조방법에 있어서,반도체 기판 상에 절연층을 형성하는 단계와;상기 절연층에 광식각 공정을 이용하여 소정 깊이의 트렌치(Trench)를 형성하는 단계와;상기 트렌치의 내외측 전표면에 물리적 기상증착법을 이용하여 Co-P 합금, Co-B 합금, Co-Si 합금, Co-Nb 합금, Co-Ta 합금, Co-Mo 합금, Co-Cu 합금, Co-W 합금 중에 임의로 선택되는 어느 하나의 층으로 자기장 키퍼(keeper)층을 형성하여 장벽층 역할을 병행하도록 하는 단계와;상기 키퍼층 상부의 전면에 구리(Cu) 재질의 시드(seed)층을 증착하는 단계와;상기 시드층 상에 트렌치를 충분히 덮을 수 있을 정도 두께로 구리(Cu) 재질의 도전층을 전기도금 방식으로 증착하는 단계와; Present invention by the technical spirit for achieving the above described objects of the present invention is a magnetic memory and a method for producing the word line having the applicable magnetic keeper layer on the sensor, forming an insulating layer on a semiconductor substrate; the insulating layer to When Romance each step of using the stage and forming a trench (trench) of a predetermined depth; Co-P alloy, Co-B alloy using a physical vapor deposition method on the outer and inner whole surface of the trench, Co-Si alloy, Co -Nb alloy, comprising the steps of: Co-Ta alloy, Co-Mo alloy, Co-Cu alloy, to form any one of a magnetic field keeper (keeper) layer by layer is arbitrarily selected in the Co-W alloy, parallel to the barrier layer acts ; copper (Cu) material of the seed (seed) depositing a layer with the front surface of the upper portion of the keeper layer, the electrical conductive layer of copper (Cu) material with a thickness can cover the trench sufficiently on the seed layer, plating depositing a method;

상기 절연층의 상부 표면이 노출될때 까지 CMP 공정을 이용하여 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워드선 제조방법을 제공한다. Provides a method for producing the word line comprising the step of flattening by the CMP process, the upper surface of the insulating layer until the exposure.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따라 키퍼층을 가진 워드선의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다. Figure 1a to 1f are cross-sectional views showing the word line manufacturing process, with a keeper layer in accordance with the present invention.

도 2는 키퍼층의 유무에 따라 워드선으로부터 발생되는 자기장의 크기를 비교한 그래프이다. Figure 2 is a graph comparing the magnitude of the magnetic field generated by the word line in the presence or absence of the keeper layer.

도 3 및 도 4는 키퍼층이 존재하는 워드선에서 종횡비가 워드선으로부터 발생되는 자기장의 크기에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다. 3 and 4 are graphs showing the effect on the magnitude of the magnetic field when the aspect ratio is generated from the word line in the word line where the keeper layer is present.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 > <Description of the Related Art>

100 : 반도체 기판 102 : 절연층 100: semiconductor substrate 102: an insulating layer

104 : 트렌치(Trench) 106 : 키퍼(keeper)층 104: a trench (Trench) 106: keeper (keeper) layer

108 : 시드(seed)층 110 : 도전층 108: seed (seed) layer 110: conductive layer

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다. With reference to the accompanying drawings, the configuration and the operation of an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 자기 메모리 소자에서 통상 정보를 저장하는 자성 다층막의 자화 반전은 워드선과 비트선에 전류를 동시에 인가함으로써 달성되지만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 워드선에 대해서만 기술하고자 한다. Prior to the detailed description of the invention, the magnetization reversal of the magnetic multilayer film which stores the normal information in the magnetic memory element is however achieved by applying a current to the word line and the bit line at the same time, to only techniques to the word line for convenience of description in the present invention do. 참고로 본 발명에서의 워드선과 비트선의 형상은 종횡비(aspect ratio; 두께/폭의 비)로 나타내었다. Note shape word line and bit line according to the present invention in the aspect ratio; expressed as (aspect ratio the ratio of the thickness / width).

도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따라 키퍼층을 갖는 워드선의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다. Figure 1a to 1f are cross-sectional views showing the word line manufacturing process having a keeper layer in accordance with the present invention.

반도체 기판(100) 즉, 실리콘 기판 위에 실리콘 산화막으로 이루어진 절연층(102)을 형성한다.(도 1a 참조) 이어서, 상기 절연층(102)에 통상의 광식각 공정을 사용하여 소정 깊이의 트렌치(Trench)(또는 캐비티(cavity))(104)를 형성한다.(도 1b 참조) Semiconductor substrate 100, that is, to form an insulating layer 102 made of a silicon oxide film on a silicon substrate (see Fig. 1a) is then a trench having a predetermined depth by using the respective processes conventional When Romance on the insulating layer 102 ( forms a Trench) (or the cavity (cavity)) (104). (see Fig. 1b)

그 다음, 상기 트렌치(104)의 내외측 전표면에 스퍼터링 방법과 같은 물리적기상증착법을 이용하여 자기장 키퍼(keeper)층(106)을 코팅한 후(도 1c 참조) 그 상부 전면에 구리(Cu) 재질의 시드(seed)층(108)을 얇게 형성한다. Then, after coating the magnetic keeper (keeper) it layers 106 using a physical vapor deposition method such as sputtering method on the outer and inner whole surface of the trench 104 (see Fig. 1c), copper (Cu) in an upper front It forms a seed (seed) layer 108 of the thin material.

이 때, 상기 자기장 키퍼층(106)은 주로 Co로 구성된 합금을 사용한다. At this time, the magnetic keeper layer 106 is the preferred alloy consisting of Co. 구체적으로는 Co-P 합금, Co-B 합금, Co-Si 합금, Co-Nb 합금, Co-Ta 합금, Co-Mo 합금, Co-Cu 합금, Co-W 합금 등을 들 수 있다. Specifically, there may be mentioned a Co-P alloy, Co-B alloy, Co-Si alloy, a Co-Nb alloy, Co-Ta alloy, Co-Mo alloy, such as Co-Cu alloy, Co-W alloy. 이러한 합금들은 구리가 절연층(102)으로 확산되는 것을 방지하는 절연 역할과 함께 투자율이 높아 자기장 키퍼의 역할도 동시에 수행한다.(도 1d 참조) These alloys are also performed at the same time the role of a high permeability magnetic keeper with the isolated functions to prevent copper diffusion into the insulating layer 102 (see Fig. 1d)

다음, 상기 시드층(108) 상부의 전면에 전기 도금에 의해 도전층(110)으로 구리(Cu)를 입힌다. Next, the coated copper (Cu) of the conductive layer 110 by electroplating on the entire surface of the seed layer 108 thereon. 이 때, 상기 도전층(110)은 트렌치(104)를 충분히 덮을 수 있을 정도의 두께로 증착한다.(도 1e 참조) At this time, the conductive layer 110 is deposited to a thickness enough to cover the trench 104 is enough (see Fig. 1e)

그 후, 상기 절연층(102)의 상부 표면이 노출될때 까지 화학적기계적 평탄화(CMP : chemical-mechanical planarization) 공정을 이용하여 불필요한 박막을 제거함과 동시에 최종 상층면을 평탄화한다.(도 1f 참조) Then, the insulation is a chemical mechanical planarization until the exposed top surface of layer 102 is: by using (CMP chemical-mechanical planarization) process while removing the unnecessary thin film to planarize the upper end surface (see Fig. 1f).

여기서, 도 1f에 좌표축으로 가로축을 y, 세로축을 z로 나타내었다. Here, the horizontal axis as the coordinate axes in Fig. 1f y, indicated by the vertical axis z. x축은 종이 면에 수직한 방향으로서 전류가 흐르는 방향과 같다. As a direction perpendicular to the x axis is equal to the paper surface direction of current flow.

또한, 도 1f에는 워드선의 종횡비가 1에 유사한 경우에 대한 공정도를 나타내었지만, 다른 종횡비를 가진 워드선을 제작하기 위한 공정은 본 발명과 유사하다. Further, Fig. 1f has been shown a flow chart for the case where the word line is similar to the first aspect, it is similar to the process of this invention for making the word line with a different aspect ratio. 본 발명에서 고려한 다양한 형태의 워드선 종횡비 및 실제 워드선의 단면적은 다음과 같다. Word line aspect ratio and the actual word line of the cross-sectional area of ​​the various forms considered in this invention is as follows.

종횡비가 16인 경우 (4.0 μm (두께) × 0.25 μm (폭)), 9인 경우 (3.0 μm (두께) × 0.333 μm (폭)), 4인 경우 (2.0 μm (두께) × 0.5 μm (폭))이다. If the aspect ratio of 16 (4.0 μm (thickness) × 0.25 μm (width)), 9 of the case (3.0 μm (thickness) × 0.333 μm (width)), in the case of 4 (2.0 μm (thickness) × 0.5 μm (width ))to be.

종횡비가 1.56인 경우 (1.25 μm (두께) × 0.8 μm (폭)), 1.0인 경우 (1.0 μm (두께) × 1.0 μm (폭)), 0.44인 경우 (0.67 μm (두께) × 1.5 μm (폭)), 0.25인 경우 (0.5 μm (두께) × 2.0 μm (폭))이다. If the aspect ratio of 1.56 (1.25 μm (thickness) × 0.8 μm (wide)), in the case of 1.0 (1.0 μm (thickness) × 1.0 μm (wide)), 0.44 in the case (0.67 μm (thickness) × 1.5 μm (width )), it is 0.25 in the case (0.5 μm (thickness) × 2.0 μm (width)).

도 2는 키퍼층의 효과를 얻기 위하여 본 발명에 따라 주성분이 Co로 구성된 키퍼층을 가진 워드선으로부터 발생되는 자기장과 키퍼층이 없는 워드선으로부터 발생되는 자기장의 크기를 비교한 그래프이다. Figure 2 is a graph comparing the magnitude of the magnetic field generated by the word line magnetic field and there is no keeper layer generated from the word line is a main component with a keeper layer composed of Co in accordance with the invention to obtain the effect of the keeper layer.

이 때, 두 워드선의 종횡비는 각각 1.0이며, 키퍼 층의 두께는 0.03 μm이다. At this time, the aspect ratio of the two word lines are each 1.0, the thickness of the keeper layer is 0.03 μm. 워드선에 인가된 전류의 크기는 10 mA이며, 단면적은 1 um2 이다. The size of the electric current applied to the word line is 10 mA, the cross-sectional area is 1 um2. 도 2의 가로축은 y 방향(수평 방향)의 길이를 나타내며, 여기서 y=0은 워드선의 중앙을 나타낸다. The horizontal axis of Figure 2 represents a length in the y-direction (horizontal direction), where y = 0 represents the word line center. 세로축은 워드선에서 z방향(수직 방향)으로 0.13 μm 떨어진 거리(즉 z=0.13 μm)에서 y방향 성분의 자기장(Hy)을 나타낸다. The vertical axis represents the magnetic field (Hy) in the y-direction component in the z direction (vertical direction) to 0.13 μm away (i.e. z = 0.13 μm) on the word line. z=0.13 μm는 통상의 자기 메모리에서 워드선과 자유층 사이의 거리에 해당된다. z = 0.13 μm is in the conventional magnetic memory corresponding to the distance between the word line and the free layer.

도 2에서 세로로 나타낸 2개의 점선은 워드선의 폭을 나타낸다. Figure 2 shows a vertical dotted line in the second represents the word line width. 도 2에 도시된 바와 같이 키퍼층의 존재에 의해 워드선으로부터 발생되는 자기장은 매우 크게 증가한다. Also the magnetic field generated by the word line by the presence of the keeper layer has increased very significantly as shown in Fig. 또한, 발생되는 자기장이 워드선 주변에만 존재하고 워드선으로부터의 거리가 증가함에 따라 매우 급격하게 감소한다. In addition, the magnetic field generated only present around the word lines and very suddenly decreases as the distance from the word line increases. 도 2의 결과로부터 키퍼층은 워드선의 전류밀도를 줄이고, 고밀도 자기 메모리에서 발생되는 셀 간의 간섭을 줄이는데 매우 효과적임을 알 수 있다. FIG keeper layer from the results of Figure 2 it can be seen that highly effective to reduce the word line current density, reducing the interference between cells to be generated in the high-density magnetic memory.

도 3은 키퍼층이 존재하는 워드선에서 종횡비가 워드선으로부터 발생되는 자기장의 크기에 어떤 영향을 미치는지를 나타내는 그래프이다. 3 is a graph showing the affect the magnitude of the magnetic field when the aspect ratio is generated from the word line in the word line where the keeper layer is present. 도 3을 살펴보면, 워드선에 인가된 전류의 크기는 10 mA이며, 단면적은 1 um2 이다. Referring to Figure 3, the magnitude of the current applied to the word line is 10 mA, the cross-sectional area is 1 um2. 가로축은 워드선의 중앙 (y=0)에서 z 방향으로 워드선으로부터 떨어진 거리이며 세로축은 자기장의 y 방향 성분 (Hy)이다. The horizontal axis is distance from a word line in the z-direction from the center (y = 0) the word line and the vertical axis is a y direction component (Hy) of the magnetic field.

도 3에 도시된 바와 같이 워드선의 단면적이 동일함에도 불구하고 Hy는 종횡비에 따라 매우 민감하게 변화하는데, 특히 워드선으로부터 떨어진 거리가 작은 경우 종횡비에 따른 Hy의 변화는 매우 크다. Even though the same word line cross-section as shown in Figure 3, and Hy is the case to change sensitively depending on the aspect ratio, in particular a small distance away from the word line changing of Hy in accordance with the aspect ratio is very high. 자기 메모리에 응용하는 경우 해당되는 거리 (통상 z=0.1∼0.2 um 범위)에서 Hy의 크기는 다음의 2가지 특징을 보인다. The size of Hy in the case of application to a magnetic memory that is the distance (usually z = 0.1~0.2 um range) show the following two characteristics:

첫째는 Hy의 크기가 종횡비에 매우 민감하게 변한다는 것이며, 둘째는 어떤 종횡비 범위에서 자기장의 크기가 최대가 된다는 점이다. First will have the size of Hy changes very sensitively to the aspect ratio, and the second is that the size of the magnetic field in which the maximum aspect ratio range. 이러한 특징은 자기 메모리 소자의 설계시 워드선 형상의 최적화가 필요하다는 것이다. This feature is that the optimized design of the word line shape of the magnetic memory element is required. 보다 구체적으로 워드선으로부터 떨어진 거리가 작은 경우 Hy는 종횡비가 감소함에 따라 증가하여 4.0의 종횡비에서 최대를 보이며 종횡비가 더 이상 감소하면 Hy가 다시 감소한다. If a more specific distance away from the word line is increased by small Hy when showed up at an aspect ratio of 4.0, the aspect ratio is more reduced Hy decreases again as the aspect ratio decreases.

또 하나의 추가적인 특징은 종횡비가 큰 경우 워드선으로부터 떨어진 거리에 따라 Hy는 급격하게 변화하나, 종횡비가 작은 경우 Hy는 서서히 감소한다. Another additional feature is one if the aspect ratio is large changes suddenly to Hy in accordance with the distance from a word line, in the case where the aspect ratio small Hy is gradually reduced. 이러한 결과 워드선으로부터 떨어진 거리가 큰 경우 종횡비에 따른 Hy의 변화는 워드선으로부터 떨어진 거리가 작은 경우에 비하여 매우 작다. These results Hy changes in accordance with the aspect ratio when a distance is large from a word line is very small compared with the case where the distance from a word line is small.

도 4는 여러 종횡비에 대하여 키퍼 층을 가진 워드선으로부터 발생되는 자기장에 대한 결과를 도 2와 유사하게 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the results for a magnetic field generated from the word line with a keeper layer is also similar to the second with respect to multiple aspect ratios. 즉, 가로축은 y 방향의 길이를 나타내며, y=0은 워드선의 중앙을 나타낸다. That is, the horizontal axis represents the length in the y-direction, y = 0 represents the word line center. 세로축은 워드선에서 z 방향으로 0.13 μm 떨어진 거리(즉 z=0.13 μm)에서 y 방향 성분의 자기장 (Hy)을 나타낸다. The vertical axis represents the magnetic field (Hy) in a y-direction component in the z-direction from the word lines 0.13 μm away (i.e. z = 0.13 μm). 워드선에 인가된 전류의 크기는 10 mA이며, 단면적은 1 um2 이다. The size of the electric current applied to the word line is 10 mA, the cross-sectional area is 1 um2. 워드선의 중앙 (y=0)인 경우 도 3에서 이미 언급한 바와 같이 종횡비가 4.0인 경우 Hy가 최대이나 워드선의 중앙에서 벗어남에 따라 Hy는 매우 급격히 변화한다. If the case where the word line center (y = 0) have an aspect ratio, as already mentioned in Figure 3 is 4.0, according to the Hy Off Center up or word line Hy is very rapidly changed. 이러한 변화는 종횡비가 증가할수록 더욱 크게 나타난다. These changes appear even more significant aspect ratio increases. 그러나 1.56의 종횡비에서 Hy의 변화는 매우 작으며, 종횡비가 감소함에 따라 Hy의 변화는 감소한다. However, change of Hy in the aspect ratio of 1.56 is very small, the change in the Hy decreases as the aspect ratio is decreased.

한 예로서 종횡비 1.0 이하에서는 워드선의 중앙으로부터 0.3 μm 거리까지 벗어나더라도 Hy의 변화는 거의 없다. In the way of example, even if an aspect ratio more than 1.0 to 0.3 μm out of the distance from the middle of the word line changes Hy is little. Hy의 크기 및 워드선의 중앙으로부터 벗어남에 따른 Hy의 변화를 고려할 때 최적의 종횡비는 0.44 ∼ 4.0 범위로 생각되며, 더욱 바람직한 범위는 1.0 ∼ 1.56이다. Optimum aspect ratio of considering the variation of Hy in accordance with the deviation from the center and the size of the word line Hy is thought to be 0.44 ~ 4.0 range, and more preferred range is 1.0 to 1.56.

이상에서 본 발명에서는 자기 메모리를 중심으로 기술하였으나, 본 발명은 자기센서, 특히 마이크로 자기센서의 응용에도 유사하게 적용될 수 있다. In the present invention, in the above technique but around the magnetic memory, the present invention can be similarly applied to the application of the magnetic sensor, in particular a micro magnetic sensor. 마이크로자기센서에서 자기장은 자기 메모리와 유사하게 구리 등의 도전체에 전류를 흘려줌으로써 얻어지며, 이러한 응용에서도 자기 메모리와 마찬가지로 낮은 전류 (전류밀도)에서 큰 자기장을 얻는 것은 매우 중요하기 때문이다. The magnetic field in a micro magnetic sensor is obtained by flowing the electric current in a conductor such as copper similarly to the magnetic memory, it is in such applications as in the magnetic memory to obtain a large magnetic field at a low current (current density) because it is important.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 자기 메모리 및 센서에 응용 가능한 키퍼층을 가진 워드선 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다. According to the method for producing the word line with applicable keeper layer in the magnetic memory and a sensor according to the present invention, as shown in the above it has the following advantages.

첫째, 본 발명에서는 연자성 특성이 비교적 우수하여 자기장 키퍼의 역할을 함과 동시에 장벽층으로서도 우수한 특성을 가지고 있는 주로 Co로 구성된 자성층을 제공한다. First, the present invention provides a magnetic layer mainly composed of Co with a soft magnetic characteristic with a relatively good to excellent and at the same time also as a role of a magnetic field keeper barrier layer characteristics.

통상의 자기장 키퍼 층을 가진 워드선/비트선에서는 키퍼층의 전,후에 장벽층이 필요하나 본 발명에서 제공하는 주성분이 Co 구성된 막을 사용하면 장벽층이 추가로 필요하지 않게 된다. In the conventional magnetic field word line / bit line with a keeper layer film is used as a main component provided by the present invention before and after one of the keeper layer, a barrier layer made of Co required is when no barrier layer is not required additionally. 이는 자기 메모리 소자에 필요한 공정을 줄여주며, 또한 전류가 주로 흐르는 구리의 단면적 감소를 최소화시키게 된다. This reduces the necessary processing in the magnetic memory element, and thereby minimize the current flowing mainly copper cross-sectional area reduction. 이는 일정한 크기의 전류에 대하여 구리를 통한 전류 밀도를 낮추어 주기 때문에 높은 전류밀도와 관련된 문제들을 줄이게 된다. This is reducing the problems associated with a high current density, as it by lowering the current density through the copper with respect to the current of a predetermined size.

둘째, 본 발명에서는 상기의 자기장 키퍼층을 가진 워드선/비트선에 대하여 자화 반전에 필요한 자기장이 최대가 되도록 워드선/비트선에 대한 최적의 형상을 제공한다. Second, the present invention provides an optimum shape for the word line / bit line magnetic field necessary for the magnetization reversal with respect to the word-line / bit-line with the magnetic field of the keeper layer is maximized.

고밀도 자기 메모리에 해당되는 소자에서 자화 반전에 필요한 자기장의 크기는 워드선/비트선의 형상에 매우 민감하며 특정한 형상에서 최대의 자기장이 얻어진다. High density size of the magnetic field necessary for the magnetization reversal in a device that corresponds to the memory is very sensitive to the word line / bit line and the shape of the maximum magnetic field is obtained in a particular shape. 자화 반전에 필요한 자기장의 관점에서 볼 때, 워드선/비트선의 최적 형상은 종횡비가 0.44 ∼ 4.0 사이일 때이다. From the point of view of the magnetic field necessary for the magnetization reversal, the word line / bit line is the optimal shape when the aspect ratio is between 0.44 to 4.0.

Claims (3)

  1. 자기 메모리 및 센서에 응용 가능한 자기장 키퍼층을 갖는 워드선 제조방법에 있어서, Word with applicable magnetic keeper layer in the magnetic memory and a sensor line in the manufacturing method.
    반도체 기판 상에 절연층을 형성하는 단계와; Forming an insulating layer on a semiconductor substrate;
    상기 절연층에 광식각 공정을 이용하여 소정 깊이의 트렌치(Trench)를 형성하는 단계와; Forming a trench (Trench) of a predetermined depth by using the respective steps When Romance on the insulating layer;
    상기 트렌치의 내외측 전표면에 물리적 기상증착법을 이용하여 Co-P 합금, Co-B 합금, Co-Si 합금, Co-Nb 합금, Co-Ta 합금, Co-Mo 합금, Co-Cu 합금, Co-W 합금 중에 임의로 선택되는 어느 하나의 층으로 자기장 키퍼(keeper)층을 형성하여 장벽층 역할을 병행하도록 하는 단계와; Using a physical vapor deposition method on the outer and inner entire surface of the trench, Co-P alloy, Co-B alloy, Co-Si alloy, Co-Nb alloy, Co-Ta alloy, Co-Mo alloy, Co-Cu alloy, Co step of forming any one of the magnetic keeper (keeper) layer by layer is arbitrarily selected in the -W alloy parallel to the barrier layer and the role;
    상기 키퍼층 상부의 전면에 구리(Cu) 재질의 시드(seed)층을 증착하는 단계와; Depositing a seed (seed) layer of copper (Cu) material on the front face of the keeper layer and the upper;
    상기 시드층 상에 트렌치를 충분히 덮을 수 있을 정도 두께로 구리(Cu) 재질의 도전층을 전기도금 방식으로 증착하는 단계와; Depositing the seed copper (Cu) material in the trench conductive layer on the layer to have a thickness enough to cover the electroplating method;
    상기 절연층의 상부 표면이 노출될때 까지 CMP 공정을 이용하여 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 워드선 제조방법. Method of producing the word line comprising the step of flattening by the CMP process, the upper surface of the insulating layer until the exposure.
  2. 삭제 delete
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 워드선의 최적 형상 종횡비는 0.44 ∼ 4.0 사이인 것을 특징으로 하는 워드선 제조방법. The method according to claim 1, method of producing the word lines, characterized in that the aspect ratio between the optimum shape of the word line is 0.44 to 4.0.
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