KR102421589B1 - Sputtering apparatuses and a method of forming magnetic memory devices using the same - Google Patents

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KR102421589B1 KR1020150177279A KR20150177279A KR102421589B1 KR 102421589 B1 KR102421589 B1 KR 102421589B1 KR 1020150177279 A KR1020150177279 A KR 1020150177279A KR 20150177279 A KR20150177279 A KR 20150177279A KR 102421589 B1 KR102421589 B1 KR 102421589B1
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Abstract

스퍼터링 장치는, 그 내부에서 스퍼터링 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 기판의 수평적 위치를 고정시키는 기판 홀더, 및 상기 프로세스 챔버 내에 상기 기판으로부터 수직적으로 이격되어 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제1 거리로 이격되도록 고정되는 제1 스퍼터 건을 포함한다. 상기 제1 거리는 상기 제1 스퍼터 건이 상기 기판의 상면으로부터 연장된 수평면 상으로 투영되어 상기 수평면 상에서 측정된 거리이다.A sputtering apparatus includes a process chamber in which a sputtering process is performed, a substrate holder provided in the process chamber and fixing a horizontal position of a substrate during the sputtering process, and vertically spaced apart from the substrate in the process chamber and a first sputter gun fixed to be horizontally spaced apart from the substrate by a first distance during the sputtering process. The first distance is a distance measured on the horizontal plane by which the first sputter gun is projected onto a horizontal plane extending from the top surface of the substrate.

Description

스퍼터링 장치 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법{SPUTTERING APPARATUSES AND A METHOD OF FORMING MAGNETIC MEMORY DEVICES USING THE SAME}Sputtering device and method of manufacturing a magnetic memory device using the same

본 발명은 박막 증착용 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus for thin film deposition and a method for manufacturing a magnetic memory device using the same.

전자 기기의 고속화 및/또는 저 소비전력화 등에 따라, 전기 기기에 포함되는 반도체 기억 소자의 고속화 및/또는 낮은 동작 전압 등에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 요구들을 충족시키기 위하여, 반도체 기억 소자로서 자기 기억 소자가 제안된 바 있다. 자기 기억 소자는 고속 동작 및/또는 비휘발성 등의 특성들을 가질 수 있어서 차세대 반도체 기억 소자로 각광 받고 있다.Demand for high-speed and/or low operating voltages of semiconductor memory elements included in electrical devices is increasing along with high-speed and/or low-power consumption of electronic devices. In order to satisfy these requirements, a magnetic memory element has been proposed as a semiconductor memory element. The magnetic memory device is in the spotlight as a next-generation semiconductor memory device because it may have characteristics such as high-speed operation and/or non-volatility.

일반적으로, 자기 기억 소자는 자기터널접합 패턴(Magnetic tunnel junction pattern; MTJ)을 포함할 수 있다. 자기터널접합 패턴은 두 개의 자성체들과 그 사이에 개재된 절연막을 포함할 수 있다. 두 자성체들의 자화 방향들에 따라 자기터널접합 패턴의 저항 값이 달라질 수 있다. 예를 들면, 두 자성체들의 자화 방향들이 서로 반평행한 경우에 자기터널접합 패턴은 큰 저항 값을 가질 수 있으며, 두 자성체들의 자화 방향들이 서로 평행한 경우에 자기터널접합 패턴은 작은 저항 값을 가질 수 있다. 이러한 저항 값의 차이를 이용하여 데이터를 기입/판독할 수 있다.In general, the magnetic memory device may include a magnetic tunnel junction pattern (MTJ). The magnetic tunnel junction pattern may include two magnetic materials and an insulating layer interposed therebetween. The resistance value of the magnetic tunnel junction pattern may vary according to the magnetization directions of the two magnetic materials. For example, when the magnetization directions of two magnetic materials are antiparallel to each other, the magnetic tunnel junction pattern may have a large resistance value, and when the magnetization directions of the two magnetic materials are parallel to each other, the magnetic tunnel junction pattern may have a small resistance value. can Data can be written/read using the difference in resistance values.

상기 자기터널접합 패턴을 구성하는 상기 절연막은 스퍼터링 공정을 이용하여 증착될 수 있다. The insulating layer constituting the magnetic tunnel junction pattern may be deposited using a sputtering process.

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 그 내부에 제공되는 기판의 오염을 최소화할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.One technical problem to be achieved by the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of minimizing contamination of a substrate provided therein.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 갖는 자기 기억 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.Another technical object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetic memory device having excellent reliability.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 그 내부에서 스퍼터링 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 기판의 수평적 위치를 고정시키는 기판 홀더, 및 상기 프로세스 챔버 내에 상기 기판으로부터 수직적으로 이격되어 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제1 거리로 이격되도록 고정되는 제1 스퍼터 건을 포함할 수 있다. 상기 제1 거리는 상기 제1 스퍼터 건이 상기 기판의 상면으로부터 연장된 수평면 상으로 투영되어 상기 수평면 상에서 측정된 거리일 수 있다.A sputtering apparatus according to the present invention includes a process chamber in which a sputtering process is performed, a substrate holder provided in the process chamber to fix a horizontal position of a substrate during the sputtering process, and a vertical position from the substrate in the process chamber It may include a first sputter gun which is provided to be spaced apart from each other and fixed to be horizontally spaced apart from the substrate by a first distance during the sputtering process. The first distance may be a distance measured on the horizontal plane when the first sputter gun is projected onto a horizontal plane extending from the top surface of the substrate.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 프로세스 챔버 내에 상기 기판으로부터 수직적으로 이격되어 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제2 거리로 이격되도록 고정되는 제2 스퍼터 건을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제1 스퍼터 건으로부터 이격되어 제공될 수 있다. 상기 제2 거리는 상기 제2 스퍼터 건이 상기 수평면 상으로 투영되어 상기 수평면 상에서 측정된 거리일 수 있다.The sputtering apparatus according to the present invention may further include a second sputter gun provided in the process chamber to be vertically spaced apart from the substrate, and fixed to be spaced apart from the substrate by a second horizontal distance from the substrate during the sputtering process. . The second sputter gun may be provided spaced apart from the first sputter gun. The second distance may be a distance measured on the horizontal plane by projecting the second sputter gun onto the horizontal plane.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건의 각각은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다.According to an embodiment, each of the first sputter gun and the second sputter gun may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate during the sputtering process.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건은 이에 장착되는 제1 타겟을 포함하고, 상기 제2 스퍼터 건은 이에 장착되고, 상기 제1 타겟과 동일한 물질을 포함하는 제2 타겟을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun may include a first target mounted thereon, and the second sputter gun may include a second target mounted thereto and including the same material as the first target. .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟은 금속 산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first target and the second target may include a metal oxide.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟에 전원을 공급하는 제1 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟은 상기 제1 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가지고, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 타겟의 상기 상면의 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 법선 사이의 제1 각도는 약 60° 내지 약 90°일 수 있다.According to one embodiment, the first sputter gun may further include a first plate for supplying power to the first target. The first target may have a lower surface in direct contact with the first plate and an upper surface opposite thereto, and the first sputter gun may be disposed such that the upper surface of the first target faces the substrate. A first angle between a normal line perpendicular to the upper surface of the first target and a normal line perpendicular to the upper surface of the substrate may be about 60° to about 90°.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟에 전원을 공급하는 제2 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 타겟은 상기 제2 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가지고, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 배치될 수 있다. 상기 제2 타겟의 상기 상면의 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 상기 법선 사이의 제2 각도는 약 60° 내지 약 90°일 수 있다.According to one embodiment, the second sputter gun may further include a second plate for supplying power to the second target. The second target may have a lower surface in direct contact with the second plate and an upper surface opposite thereto, and the second sputter gun may be disposed such that the upper surface of the second target faces the substrate. A second angle between a normal line perpendicular to the upper surface of the second target and the normal line perpendicular to the upper surface of the substrate may be about 60° to about 90°.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 서로 동일할 수 있다.According to an embodiment, the first angle and the second angle may be equal to each other.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 서로 마주하도록 위치할 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun and the second sputter gun may be positioned to face each other.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 프로세스 챔버 내의 상기 기판 상에 제공되고, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 예비 스퍼터링하는 동안 상기 기판을 보호하는 셔터를 더 포함할 수 있다. 상기 셔터는 상기 제1 및 제2 스퍼터 건들보다 상기 기판으로부터 낮은 높이에 위치할 수 있다. 상기 셔터는 상기 기판의 상기 상면에 평행한 방향에 따른 길이가 상기 기판의 상기 상면에 수직한 방향에 따른 길이보다 큰 평판 형태일 수 있다.The sputtering apparatus according to the present invention may further include a shutter that is provided on the substrate in the process chamber and protects the substrate during preliminary sputtering of the first target and the second target. The shutter may be positioned at a lower height from the substrate than the first and second sputter guns. The shutter may have a flat plate shape in which a length in a direction parallel to the upper surface of the substrate is greater than a length in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 일 단면의 관점에서 상기 기판의 일 측에 제공되고, 평면적 관점에서 상기 기판의 측면을 따라 배열될 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun and the second sputter gun may be provided on one side of the substrate in a cross-sectional view, and may be arranged along a side surface of the substrate in a plan view.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 프로세스 챔버 내에 제공되어 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 예비 스퍼터링하는 동안 상기 기판을 보호하는 셔터를 더 포함할 수 있다. 상기 셔터는 상기 기판의 상기 일 측에 제공되고, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건의 각각은 상기 셔터를 사이에 두고 상기 기판으로부터 이격될 수 있다. 상기 셔터는 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건이 배열되는 방향으로 연장되고, 상기 기판의 상기 상면에 수직한 방향으로 연장되는 평판 형태일 수 있다.The sputtering apparatus according to the present invention may further include a shutter provided in the process chamber to protect the substrate during preliminary sputtering of the first target and the second target. The shutter may be provided on the one side of the substrate, and each of the first sputter gun and the second sputter gun may be spaced apart from the substrate with the shutter interposed therebetween. The shutter may have a flat plate shape extending in a direction in which the first sputter gun and the second sputter gun are arranged, and extending in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate.

본 발명에 따른 자기 기억 소자의 제조방법은, 기판 상에 제1 자성막, 비자성막, 및 제2 자성막을 차례로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 비자성막을 형성하는 것은, 상기 제1 자성막 상에, 상기 제1 자성막으로부터 수직적으로 이격되고 제1 타겟이 장착된 제1 스퍼터 건을 제공하는 것, 및 상기 제1 스퍼터 건을 이용하여 스퍼터링 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 기판으로부터 수평적으로 제1 거리로 이격되도록 고정되되, 상기 제1 거리는 상기 제1 스퍼터 건이 상기 기판의 상면으로부터 연장된 수평면 상으로 투영되어 상기 수평면 상에서 측정된 거리일 수 있다.The method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention may include sequentially forming a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second magnetic layer on a substrate. Forming the non-magnetic film includes providing a first sputter gun on the first magnetic film, vertically spaced apart from the first magnetic film and equipped with a first target, and using the first sputter gun It may include performing a sputtering process. During the sputtering process, the first sputter gun is fixed to be horizontally spaced apart from the substrate by a first distance, the first distance is projected onto a horizontal plane extending from the upper surface of the first sputter gun on the horizontal plane It may be a measured distance.

일 실시예에 따르면, 상기 비자성막을 형성하는 것은, 상기 제1 자성막 상에, 상기 제1 자성막으로부터 수직적으로 이격되고 제2 타겟이 장착된 제2 스퍼터 건을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제1 스퍼터 건으로부터 이격되어 제공될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정은 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건을 동시에 이용하여 수행될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 기판으로부터 수평적으로 제2 거리로 이격되도록 고정되되, 상기 제2 거리는 상기 제2 스퍼터 건이 상기 수평면 상으로 투영되어 상기 수평면 상에서 측정된 거리일 수 있다.According to an embodiment, forming the non-magnetic film may further include providing a second sputter gun on the first magnetic film, vertically spaced apart from the first magnetic film and equipped with a second target. have. The second sputter gun may be provided spaced apart from the first sputter gun. The sputtering process may be performed using the first sputter gun and the second sputter gun at the same time. During the sputtering process, the second sputter gun is fixed to be horizontally spaced apart from the substrate by a second distance, the second distance may be a distance measured on the horizontal plane by projecting the second sputter gun onto the horizontal plane. .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건의 각각은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다.According to an embodiment, each of the first sputter gun and the second sputter gun may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate during the sputtering process.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first target and the second target may include the same material.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟은 금속 산화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first target and the second target may include a metal oxide.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟에 전원을 공급하는 제1 플레이트를 포함하고, 상기 제1 타겟은 상기 제1 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가질 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟에 전원을 공급하는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제2 타겟은 상기 제2 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가질 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 각각 상기 제1 타겟의 상기 상면 및 상기 제2 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 제공될 수 있다. 상기 제1 타겟의 상기 상면에 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 법선 사이의 제1 각도, 및 상기 제2 타겟의 상기 상면에 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 상기 법선 사이의 제2 각도는 각각 약 60° 내지 약 90°일 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun may include a first plate for supplying power to the first target, and the first target may have a lower surface in direct contact with the first plate, and an upper surface opposite to this. have. The second sputter gun may include a second plate for supplying power to the second target, and the second target may have a lower surface in direct contact with the second plate, and an upper surface opposite to the second plate. The first sputter gun and the second sputter gun may be provided such that the upper surface of the first target and the upper surface of the second target face the substrate, respectively. a first angle between a normal perpendicular to the upper surface of the first target and a normal perpendicular to the upper surface of the substrate, and a normal perpendicular to the upper surface of the second target and the normal perpendicular to the upper surface of the substrate The second angles therebetween may each be from about 60° to about 90°.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제1 자성막 상에 서로 마주하도록 제공될 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun and the second sputter gun may be provided on the first magnetic layer to face each other.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은, 일 단면의 관점에서 상기 기판의 일 측에 제공되고, 평면적 관점에서 상기 기판의 측면을 따라 배열되도록 제공될 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun and the second sputter gun may be provided on one side of the substrate in a cross-sectional view and arranged along a side surface of the substrate in a plan view.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟에 전원을 공급하는 제1 플레이트를 포함하고, 상기 제1 타겟은 상기 제1 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가질 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟에 전원을 공급하는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 제2 타겟은 상기 제2 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가질 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 각각 상기 제1 타겟의 상기 상면 및 상기 제2 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 제공될 수 있다.According to an embodiment, the first sputter gun may include a first plate for supplying power to the first target, and the first target may have a lower surface in direct contact with the first plate, and an upper surface opposite to this. have. The second sputter gun may include a second plate for supplying power to the second target, and the second target may have a lower surface in direct contact with the second plate, and an upper surface opposite to the second plate. The first sputter gun and the second sputter gun may be provided such that the upper surface of the first target and the upper surface of the second target face the substrate, respectively.

일 실시예에 따르면, 상기 스퍼터링 공정은 고주파 스퍼터링 공정일 수 있다.According to an embodiment, the sputtering process may be a high frequency sputtering process.

본 발명에 따른 자기 기억 소자의 제조방법은, 상기 제1 자성막, 상기 비자성막, 및 상기 제2 자성막을 패터닝하여 자기터널접합 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 비자성막은 상기 자기터널접합 패턴의 터널 배리어일 수 있다.The method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention may further include forming a magnetic tunnel junction pattern by patterning the first magnetic layer, the non-magnetic layer, and the second magnetic layer. The non-magnetic layer may be a tunnel barrier of the magnetic tunnel junction pattern.

일 실시예에 따르면, 상기 비자성막, 상기 제1 타겟, 및 상기 제2 타겟은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the non-magnetic layer, the first target, and the second target may include the same material.

본 발명의 개념에 따르면, 스퍼터링 장치는 프로세스 챔버 내에 제공되는 복수의 스퍼터 건들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 스퍼터 건들을 이용하는 스퍼터링 공정이 상기 프로세스 챔버 내에서 수행될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안, 상기 복수의 스퍼터 건들의 각각은 기판과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 복수의 스퍼터 건들의 외부 표면 상에 증착된 스퍼터링 소스들이 상기 복수의 스퍼터 건들의 상기 외부 표면으로부터 박리될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 스퍼터 건들의 각각이 상기 기판과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정됨에 따라, 상기 박리된 스퍼터링 소스들이 상기 기판 상으로 떨어지는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판이 오염되는 것이 최소화될 수 있다.According to the concept of the present invention, a sputtering apparatus may include a plurality of sputter guns provided in a process chamber, and a sputtering process using the plurality of sputter guns may be performed in the process chamber. During the sputtering process, each of the plurality of sputter guns may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate. During the sputtering process, sputtering sources deposited on the outer surfaces of the plurality of sputter guns may be peeled off from the outer surfaces of the plurality of sputter guns. In this case, as each of the plurality of sputtering guns is fixed at a position that does not vertically overlap the substrate, the detached sputtering sources from falling onto the substrate can be minimized. Accordingly, contamination of the substrate during the sputtering process can be minimized.

상기 스퍼터링 장치를 이용하여 자기터널접합을 구성하는 비자성막을 형성하는 경우, 상기 비자성막을 형성하는 동안 상기 기판이 오염되는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 우수한 신뢰성을 갖는 자기 기억 소자가 제조될 수 있다.When the non-magnetic layer constituting the magnetic tunnel junction is formed using the sputtering apparatus, contamination of the substrate during the formation of the non-magnetic layer may be minimized. Accordingly, a magnetic memory element having excellent reliability can be manufactured.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1 및 제2 스퍼터 건들을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 스퍼터링 장치의 평면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 제1 내지 제3 스퍼터 건들을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 3 및 도 4의 제1 내지 제3 스퍼터 건들을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 자기 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 자기 기억 소자의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기터널접합 패턴의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기터널접합 패턴의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 셀 어레이를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 단위 메모리 셀을 나타내는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a sputtering apparatus according to some embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the first and second sputter guns of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view showing a sputtering apparatus according to other embodiments of the present invention.
4 is a plan view of the sputtering apparatus of FIG. 3 .
5 is a cross-sectional view for explaining the first to third sputter guns of FIGS. 3 and 4 .
6 is a plan view for explaining the first to third sputter guns of FIGS. 3 and 4 .
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic memory device according to some embodiments of the present invention.
8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a magnetic memory device according to some embodiments of the present invention.
12 is a cross-sectional view illustrating an example of a magnetic tunnel junction pattern manufactured according to some embodiments of the present invention.
13 is a cross-sectional view illustrating another example of a magnetic tunnel junction pattern manufactured according to some embodiments of the present invention.
14 is a diagram illustrating a cell array of a magnetic memory device manufactured according to some embodiments of the present invention.
15 is a diagram illustrating a unit memory cell of a magnetic memory device manufactured according to some embodiments of the present invention.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. In order to fully understand the configuration and effect of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various forms and various modifications may be made. However, it is provided so that the disclosure of the present invention is complete through the description of the present embodiments, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of technical content. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 제1 및 제2 스퍼터 건들을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a sputtering apparatus according to some embodiments of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the first and second sputter guns of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 스퍼터링 장치(500)는 그 내부에서 스퍼터링 공정이 수행되는 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버(200)는 진공 챔버일 수 있고, 상기 스퍼터링 공정은 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 공정일 수 있다. 상기 스퍼터링 장치(500)는 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되고 기판(100)을 로드하기 위한 기판 홀더(206), 상기 프로세스 챔버(200) 내에 상기 기판(100)으로부터 수직적으로 이격되어 제공되는 복수의 스퍼터 건들을 포함할 수 있다. 1 and 2 , the sputtering apparatus 500 may include a process chamber 200 in which a sputtering process is performed. The process chamber 200 may be a vacuum chamber, and the sputtering process may be a sputtering process for depositing a thin film. The sputtering apparatus 500 is provided in the process chamber 200 and includes a substrate holder 206 for loading a substrate 100 , and a plurality of vertically spaced apart from the substrate 100 in the process chamber 200 . of sputter guns.

상기 기판 홀더(206)는 상기 기판(100)이 로드되는 스테이지(202) 및 상기 스테이지(202)를 지지하는 지지체(204)를 포함할 수 있다. 상기 지지체(204)는 상기 스테이지(202)를 회전시키거나, 상기 스테이지(202)를 아래 또는 위로 이동시켜 상기 스테이지(202)의 수직적 위치를 제어할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 스테이지(202)의 수평적 위치는 상기 지지체(204)에 의해 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 홀더(206)는 상기 스테이지(202) 상에 로드되는 상기 기판(100)의 수평적 위치를 고정시킬 수 있다. The substrate holder 206 may include a stage 202 on which the substrate 100 is loaded and a support 204 supporting the stage 202 . The support 204 may have a structure capable of controlling the vertical position of the stage 202 by rotating the stage 202 or moving the stage 202 up or down. The horizontal position of the stage 202 may be fixed by the support 204 . Accordingly, the substrate holder 206 may fix the horizontal position of the substrate 100 loaded on the stage 202 .

상기 복수의 스퍼터 건들은 상기 기판(100) 상에 서로 이격되어 제공되는 제1 스퍼터 건(210) 및 제2 스퍼터 건(220)을 포함할 수 있다. 이하에서, 상기 복수의 스퍼터 건들이 두 개의 스퍼터 건들을 포함하는 예를 설명하나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)은 각각 그에 장착되는 제1 타겟(212) 및 제2 타겟(222)을 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)은 각각 절연체일 수 있고, 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. The plurality of sputter guns may include a first sputter gun 210 and a second sputter gun 220 provided on the substrate 100 to be spaced apart from each other. Hereinafter, an example in which the plurality of sputter guns includes two sputter guns will be described, but the inventive concept is not limited thereto. The first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may include a first target 212 and a second target 222 mounted thereon, respectively. Each of the first target 212 and the second target 222 may be an insulator and may include the same material.

상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제1 타겟(212)에 전원을 공급하는 제1 플레이트(214)를 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212)은 상기 제1 플레이트(214)에 직접 접하는 하면(212a) 및 상기 하면(212a)에 대향하는 상면(212b)을 가질 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제1 타겟(212)의 상기 상면(212b)이 상기 기판(100)을 바라보도록 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 법선(a)과 상기 제1 타겟(212)의 상기 상면(212b)에 수직한 법선(b)은 제1 각도(θ1)를 이룰 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는 약 60° 내지 약 90°일 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 제2 타겟(222)에 전원을 공급하는 제2 플레이트(224)를 포함할 수 있다. 상기 제2 타겟(222)은 상기 제2 플레이트(224)에 직접 접하는 하면(222a) 및 상기 하면(222a)에 대향하는 상면(222b)을 가질 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 제2 타겟(222)의 상기 상면(222b)이 상기 기판(100)을 바라보도록 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제2 타겟(222)의 상기 상면(222b)에 수직한 법선(c)은 제2 각도(θ2)를 이룰 수 있다. 상기 제2 각도(θ2)는 약 60° 내지 약 90°일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 각도(θ1) 및 상기 제2 각도(θ2)는 서로 같을 수 있다. 상기 복수의 스퍼터 건들이 짝수 개의 스퍼터 건들을 포함하는 경우, 상기 짝수 개의 스퍼터 건들 중 적어도 한 쌍의 스퍼터 건들(일 예로, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220))은 상기 프로세스 챔버(200) 내에서 서로 마주하도록 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제2 스퍼터 건(220)의 맞은 편에 위치할 수 있다. The first sputter gun 210 may include a first plate 214 for supplying power to the first target 212 . The first target 212 may have a lower surface 212a directly in contact with the first plate 214 and an upper surface 212b facing the lower surface 212a. The first sputter gun 210 may be disposed such that the upper surface 212b of the first target 212 faces the substrate 100 . As shown in FIG. 2 , a normal line (a) perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and a normal line (b) perpendicular to the upper surface 212b of the first target 212 have a first angle θ1. can achieve The first angle θ1 may be about 60° to about 90°. The second sputter gun 220 may include a second plate 224 for supplying power to the second target 222 . The second target 222 may have a lower surface 222a directly in contact with the second plate 224 and an upper surface 222b facing the lower surface 222a. The second sputter gun 220 may be disposed such that the upper surface 222b of the second target 222 faces the substrate 100 . As shown in FIG. 2 , the normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the normal line c perpendicular to the upper surface 222b of the second target 222 are at a second angle θ2 . ) can be achieved. The second angle θ2 may be about 60° to about 90°. According to some embodiments, the first angle θ1 and the second angle θ2 may be equal to each other. When the plurality of sputter guns include an even number of sputter guns, at least one pair of sputter guns (eg, the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 ) among the even number of sputter guns They may be provided to face each other in the process chamber 200 . That is, the first sputter gun 210 may be located opposite the second sputter gun 220 .

상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 상기 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있다. 상기 제1 거리(d1)는, 상기 제1 스퍼터 건(210)이 상기 기판(100)의 상기 상면으로부터 연장된 수평면(100s) 상으로 투영되어 상기 수평면(100s) 상에서 측정된 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 상기 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 상기 제2 거리(d2)는 상기 제2 스퍼터 건(220)이 상기 수평면(100s) 상으로 투영되어 상기 수평면(100s) 상에서 측정된 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 거리(d1) 및 상기 제2 거리(d2)는 실질적으로 서로 같을 수 있다. The first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the substrate 100 by a first distance d1 . That is, the first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by the first distance d1 . The first distance d1 may be a distance measured on the horizontal plane 100s after the first sputter gun 210 is projected onto the horizontal plane 100s extending from the top surface of the substrate 100 . Accordingly, the first sputter gun 210 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . The second sputter gun 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the substrate 100 by a second distance d2 . That is, the second sputter gun 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by the second distance d2 . The second distance d2 may be a distance measured on the horizontal plane 100s after the second sputter gun 220 is projected onto the horizontal plane 100s. Accordingly, the second sputter gun 220 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . According to some embodiments, the first distance d1 and the second distance d2 may be substantially equal to each other.

상기 프로세스 챔버(200) 내에서 상기 스퍼터링 공정이 수행되는 동안, 상기 기판 홀더(206)는 상기 기판(100)의 수평적 위치를 고정시킬 수 있고, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. While the sputtering process is performed in the process chamber 200 , the substrate holder 206 may fix a horizontal position of the substrate 100 , and the first sputter gun 210 and the second Each of the sputter guns 220 may be fixed to a position that does not vertically overlap the substrate 100 .

상기 프로세스 챔버(200) 내에 상기 스퍼터링 공정이 수행되는 경우, 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되는 소스 가스(일 예로, Ar 가스)를 이용하여 발생되는 플라즈마(PLASMA)에 의해 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)이 스퍼터링될 수 있다. 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)으로부터 발생되는 스퍼터링 소스들 중 일부는 상기 기판(100) 상에 증착되어 상기 기판(100) 상에 박막을 형성할 수 있다. 상기 스퍼터링 소스들 중 다른 일부는 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 외부 표면 상에 증착될 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 상기 외부 표면 상에 증착된 상기 스퍼터링 소스들은, 상기 스퍼터링 공정 동안 또는 상기 스퍼터링 공정 후 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 상기 외부 표면으로부터 박리되어 상기 기판(100) 상으로 떨어질 수 있다. 상기 박리된 스퍼터링 소스들은 상기 기판(100)을 오염시키는 원인이 될 수 있다. When the sputtering process is performed in the process chamber 200 , the first target 212 is generated by plasma generated using a source gas (eg, Ar gas) provided in the process chamber 200 . ) and the second target 222 may be sputtered. Some of the sputtering sources generated from the first target 212 and the second target 222 may be deposited on the substrate 100 to form a thin film on the substrate 100 . Other portions of the sputtering sources may be deposited on the outer surfaces of the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 . The sputtering sources deposited on the outer surfaces of the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may include the first sputter gun 210 and the second sputter gun 210 during or after the sputtering process. 2 It may be peeled off from the outer surface of the sputter gun 220 and fall onto the substrate 100 . The exfoliated sputtering sources may cause contamination of the substrate 100 .

본 발명의 개념에 따르면, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 상기 제1 거리(d1) 및 상기 제2 거리(d2)로 각각 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 스퍼터링 공정 동안, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 상기 외부 표면 상에 증착된 상기 스퍼터링 소스들이 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 상기 외부 표면으로부터 박리되는 경우, 상기 박리된 스퍼터링 소스들이 상기 기판(100) 상으로 떨어지는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 박리된 스퍼터링 소스들에 의해 상기 기판(100)이 오염되는 것이 최소화될 수 있다.According to the concept of the present invention, the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 horizontally from the substrate 100 at the first distance d1 and the second distance d2. They may be fixed to be spaced apart from each other. That is, during the sputtering process, each of the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . Accordingly, the sputtering sources deposited on the outer surfaces of the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 are the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 . When peeled from the outer surface, falling of the peeled sputtering sources onto the substrate 100 can be minimized. Accordingly, contamination of the substrate 100 by the exfoliated sputtering sources may be minimized.

상기 스퍼터링 장치(500)는 상기 프로세스 챔버(200) 내 그리고 상기 기판(100) 상에 제공되는 셔터(240) 및 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되어 상기 셔터(240)를 지지하는 셔터 지지체(242)를 포함할 수 있다. 상기 셔터(240)는 상기 제1 및 제2 스퍼터 건들(210, 220)보다 상기 기판(100)으로부터 낮은 높이에 위치할 수 있다. 상기 셔터(240)는 상기 기판(100)의 상기 상면에 평행한 방향에 따른 길이가 상기 기판(100)의 상기 상면에 수직한 방향에 따른 길이보다 큰 평판 형태일 수 있다. 상기 셔터(240)는, 도시되지 않았으나, 평면적 관점에서 원형일 수 있으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 상기 셔터 지지체(242)는 상기 셔터(240)를 회전시키거나, 상기 셔터(240)를 수평적으로 이동시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다. The sputtering apparatus 500 includes a shutter 240 provided in the process chamber 200 and on the substrate 100 , and a shutter support 242 provided in the process chamber 200 to support the shutter 240 . ) may be included. The shutter 240 may be positioned at a lower height from the substrate 100 than the first and second sputter guns 210 and 220 . The shutter 240 may have a flat plate shape in which a length in a direction parallel to the upper surface of the substrate 100 is greater than a length in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate 100 . Although not shown, the shutter 240 may be circular in plan view, but the concept of the present invention is not limited thereto. The shutter support 242 may have a structure capable of rotating the shutter 240 or horizontally moving the shutter 240 .

상기 셔터(240)는 예비 스퍼터링(pre-sputtering) 공정 동안 상기 기판(100)을 보호할 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정은 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)의 표면들 상에 존재하는 불순물들을 제거하기 위해, 상기 프로세스 챔버(200) 내에서 상기 스퍼터링 공정 전에 수행될 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정 동안 상기 셔터(240)는 상기 기판(100)의 상기 상면을 덮도록 제공될 수 있고, 상기 예비 스퍼터링 공정에 의해 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)으로부터 박리된 상기 불순물들로부터 상기 기판(100)을 보호할 수 있다. 즉, 상기 셔터(240)는 상기 예비 스퍼터링 공정 동안 상기 불순물들이 상기 기판(100) 상으로 떨어져 상기 기판(100)을 오염시키는 것을 최소화할 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정 후, 상기 셔터(240)는 상기 셔터 지지체(242)에 의해 이동되어 상기 기판(100)의 상기 상면을 노출할 수 있다. 이후, 상기 스퍼터링 공정이 상기 기판(100)의 상기 노출된 상면 상에 수행될 수 있다. The shutter 240 may protect the substrate 100 during a pre-sputtering process. The preliminary sputtering process may be performed before the sputtering process in the process chamber 200 to remove impurities present on the surfaces of the first target 212 and the second target 222 . During the preliminary sputtering process, the shutter 240 may be provided to cover the upper surface of the substrate 100 , and is separated from the first target 212 and the second target 222 by the preliminary sputtering process. The substrate 100 may be protected from the impurities. That is, the shutter 240 may minimize the impurities from falling onto the substrate 100 and contaminating the substrate 100 during the preliminary sputtering process. After the preliminary sputtering process, the shutter 240 may be moved by the shutter support 242 to expose the upper surface of the substrate 100 . Thereafter, the sputtering process may be performed on the exposed upper surface of the substrate 100 .

도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 스퍼터링 장치의 평면도이다. 도 5는 도 3 및 도 4의 제1 내지 제3 스퍼터 건들을 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 3 및 도 4의 제1 내지 제3 스퍼터 건들을 설명하기 위한 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 스퍼터링 장치와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호가 제공되고, 설명의 간소화를 위해 중복되는 설명은 생략될 수 있다.3 is a cross-sectional view illustrating a sputtering apparatus according to other embodiments of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of the sputtering apparatus of FIG. 3 . 5 is a cross-sectional view illustrating the first to third sputter guns of FIGS. 3 and 4 , and FIG. 6 is a plan view illustrating the first to third sputter guns of FIGS. 3 and 4 . The same reference numerals are provided for the same components as those of the sputtering apparatus according to some embodiments of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2, and overlapping descriptions may be omitted for simplicity of description.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 스퍼터링 장치(500)는 그 내부에서 스퍼터링 공정이 수행되는 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버(200)는 진공 챔버일 수 있고, 상기 스퍼터링 공정은 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 공정일 수 있다. 상기 스퍼터링 장치(500)는 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되고 기판(100)을 로드하기 위한 기판 홀더(206), 상기 프로세스 챔버(200) 내에 상기 기판(100)으로부터 수직적으로 이격되어 제공되는 복수의 스퍼터 건들을 포함할 수 있다. 일 단면의 관점에서, 상기 복수의 스퍼터 건들은 상기 기판(100)의 일 측에 위치할 수 있다. 3 to 6 , the sputtering apparatus 500 may include a process chamber 200 in which a sputtering process is performed. The process chamber 200 may be a vacuum chamber, and the sputtering process may be a sputtering process for depositing a thin film. The sputtering apparatus 500 is provided in the process chamber 200 and includes a substrate holder 206 for loading a substrate 100 , and a plurality of vertically spaced apart from the substrate 100 in the process chamber 200 . of sputter guns. In a cross-sectional view, the plurality of sputter guns may be positioned on one side of the substrate 100 .

상기 기판 홀더(206)는 상기 기판(100)이 로드되는 스테이지(202) 및 상기 스테이지(202)를 지지하는 지지체(204)를 포함할 수 있다. 상기 지지체(204)는 상기 스테이지(202)를 회전시키거나, 상기 스테이지(202)를 아래 또는 위로 이동시켜 상기 스테이지(202)의 수직적 위치를 제어할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 스테이지(202)의 수평적 위치는 상기 지지체(204)에 의해 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 홀더(206)는 상기 스테이지(202) 상에 로드되는 상기 기판(100)의 수평적 위치를 고정시킬 수 있다. The substrate holder 206 may include a stage 202 on which the substrate 100 is loaded and a support 204 supporting the stage 202 . The support 204 may have a structure capable of controlling the vertical position of the stage 202 by rotating the stage 202 or moving the stage 202 up or down. The horizontal position of the stage 202 may be fixed by the support 204 . Accordingly, the substrate holder 206 may fix the horizontal position of the substrate 100 loaded on the stage 202 .

상기 복수의 스퍼터 건들은 상기 기판(100)의 상기 일 측에 서로 이격되어 제공되는 제1 스퍼터 건(210), 제2 스퍼터 건(220), 및 제3 스퍼터 건(230)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 복수의 스퍼터 건들은 세 개의 스퍼터 건들을 포함하나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 평면적 관점에서, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)은 상기 기판(100)의 측면을 따라 배열될 수 있다. The plurality of sputter guns may include a first sputter gun 210 , a second sputter gun 220 , and a third sputter gun 230 provided to be spaced apart from each other on the one side of the substrate 100 . . In this embodiment, the plurality of sputter guns include three sputter guns, but the concept of the present invention is not limited thereto. In a plan view, the first to third sputter guns 210 , 220 , and 230 may be arranged along a side surface of the substrate 100 .

상기 제1 스퍼터 건(210), 상기 제2 스퍼터 건(220), 및 상기 제3 스퍼터 건(230)은 각각 그에 장착되는 제1 타겟(212), 제2 타겟(222), 및 제3 타겟(232)을 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212), 상기 제2 타겟(222), 및 상기 제3 타겟(232)은 각각 절연체일 수 있고, 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. The first sputter gun 210 , the second sputter gun 220 , and the third sputter gun 230 are respectively mounted to a first target 212 , a second target 222 , and a third target. (232). Each of the first target 212 , the second target 222 , and the third target 232 may be an insulator and may include the same material.

상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제1 타겟(212)에 전원을 공급하는 제1 플레이트(214)를 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212)은 상기 제1 플레이트(214)에 직접 접하는 하면(212a) 및 상기 하면(212a)에 대향하는 상면(212b)을 가질 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제1 타겟(212)의 상기 상면(212b)이 상기 기판(100)을 바라보도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 스퍼터 건(210)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 법선(a)과 상기 제1 타겟(212)의 상기 상면(212b)에 수직한 법선(b)이 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제1 타겟(212)의 상기 상면(212b)에 수직한 상기 법선(b) 사이의 제1 각도는 약 0°일 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 스퍼터 건(210)은, 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 제1 타겟(212)이 상기 기판(100)에 대하여 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 각도는 약 0°보다 크고 약 60°보다 작을 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 제2 타겟(222)에 전원을 공급하는 제2 플레이트(224)를 포함할 수 있다. 상기 제2 타겟(222)은 상기 제2 플레이트(224)에 직접 접하는 하면(222a) 및 상기 하면(222a)에 대향하는 상면(222b)을 가질 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 제2 타겟(222)의 상기 상면(222b)이 상기 기판(100)을 바라보도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 스퍼터 건(220)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제2 타겟(222)의 상기 상면(222b)에 수직한 법선(c)이 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제2 타겟(222)의 상기 상면(222b)에 수직한 상기 법선(c) 사이의 제2 각도는 약 0°일 수 있다. 다른 예로, 상기 제2 스퍼터 건(220)은, 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 제2 타겟(222)이 상기 기판(100)에 대하여 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 각도는 약 0°보다 크고 약 60°보다 작을 수 있다. 더하여, 마찬가지로, 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 제3 타겟(232)에 전원을 공급하는 제3 플레이트(234)를 포함할 수 있다. 상기 제3 타겟(232)은 상기 제3 플레이트(234)에 직접 접하는 하면(232a) 및 상기 하면(232a)에 대향하는 상면(232b)을 가질 수 있다. 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 제3 타겟(232)의 상기 상면(232b)이 상기 기판(100)을 바라보도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제3 스퍼터 건(230)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제3 타겟(232)의 상기 상면(232b)에 수직한 법선(d)이 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제3 타겟(232)의 상기 상면(232b)에 수직한 상기 법선(d) 사이의 제3 각도는 약 0°일 수 있다. 다른 예로, 상기 제3 스퍼터 건(230)은, 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 제3 타겟(232)이 상기 기판(100)에 대하여 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 각도는 약 0°보다 크고 약 60°보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 각도, 상기 제2 각도, 및 상기 제3 각도는 서로 같을 수 있다. The first sputter gun 210 may include a first plate 214 for supplying power to the first target 212 . The first target 212 may have a lower surface 212a directly in contact with the first plate 214 and an upper surface 212b facing the lower surface 212a. The first sputter gun 210 may be disposed such that the upper surface 212b of the first target 212 faces the substrate 100 . For example, the first sputter gun 210 is, as shown in FIG. 5 , a normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the upper surface 212b of the first target 212 . The perpendicular normal lines b may be arranged to be parallel to each other. That is, the first angle between the normal line (a) perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the normal line (b) perpendicular to the upper surface 212b of the first target 212 may be about 0°. have. As another example, the first sputter gun 210 may be disposed such that the first target 212 is inclined at a predetermined angle with respect to the substrate 100 , unlike that illustrated in FIG. 5 . In this case, the first angle may be greater than about 0° and less than about 60°. Similarly, the second sputter gun 220 may include a second plate 224 for supplying power to the second target 222 . The second target 222 may have a lower surface 222a directly in contact with the second plate 224 and an upper surface 222b facing the lower surface 222a. The second sputter gun 220 may be disposed such that the upper surface 222b of the second target 222 faces the substrate 100 . For example, as shown in FIG. 5 , the second sputter gun 220 includes the normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the upper surface 222b of the second target 222 . Normal lines (c) perpendicular to may be arranged to be parallel to each other. That is, the second angle between the normal line (a) perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the normal line (c) perpendicular to the upper surface 222b of the second target 222 may be about 0°. have. As another example, the second sputter gun 220 may be disposed such that the second target 222 is inclined at a predetermined angle with respect to the substrate 100 , unlike that shown in FIG. 5 . In this case, the second angle may be greater than about 0° and less than about 60°. In addition, similarly, the third sputter gun 230 may include a third plate 234 for supplying power to the third target 232 . The third target 232 may have a lower surface 232a directly in contact with the third plate 234 and an upper surface 232b facing the lower surface 232a. The third sputter gun 230 may be disposed such that the upper surface 232b of the third target 232 faces the substrate 100 . For example, as shown in FIG. 5 , the third sputter gun 230 includes the normal a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the upper surface 232b of the third target 232 . Normal lines (d) perpendicular to may be arranged to be parallel to each other. That is, a third angle between the normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the normal line d perpendicular to the upper surface 232b of the third target 232 may be about 0°. have. As another example, the third sputter gun 230 may be disposed so that the third target 232 is inclined at a predetermined angle with respect to the substrate 100 , unlike that shown in FIG. 5 . In this case, the third angle may be greater than about 0° and less than about 60°. According to some embodiments, the first angle, the second angle, and the third angle may be equal to each other.

상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 상기 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있다. 상기 제1 거리(d1)는 상기 제1 스퍼터 건(210)이 상기 기판(100)의 상기 상면으로부터 연장된 수평면(100s) 상으로 투영되어 상기 수평면(100s) 상에서 측정된 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 상기 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 상기 제2 거리(d2)는 상기 제2 스퍼터 건(220)이 상기 수평면(100s) 상으로 투영되어 상기 수평면(100s) 상에서 측정된 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 기판(100)으로부터 수평적으로 제3 거리(d3)로 이격되도록 고정될 수 있다. 즉, 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 상기 제3 거리(d3)로 이격되도록 고정될 수 있다. 상기 제3 거리(d3)는 상기 제3 스퍼터 건(230)이 상기 수평면(100s) 상으로 투영되어 상기 수평면(100s) 상에서 측정된 거리일 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)은, 평면적 관점에서 하나의 열을 이루도록 배열되되, 상기 제2 스퍼터 건(220) 및 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 제1 스퍼터 건(210)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제2 및 제3 스퍼터 건들(220, 230)보다 상기 기판(100)에 수평적으로 인접할 수 있다. 즉, 상기 제2 거리(d2) 및 상기 제3 거리(d3)는 상기 제1 거리(d1)보다 클 수 있다. The first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the substrate 100 by a first distance d1 . That is, the first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by the first distance d1 . The first distance d1 may be a distance measured on the horizontal plane 100s after the first sputter gun 210 is projected onto the horizontal plane 100s extending from the top surface of the substrate 100 . Accordingly, the first sputter gun 210 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . The second sputter gun 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the substrate 100 by a second distance d2 . That is, the second sputter gun 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by the second distance d2 . The second distance d2 may be a distance measured on the horizontal plane 100s after the second sputter gun 220 is projected onto the horizontal plane 100s. Accordingly, the second sputter gun 220 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . Similarly, the third sputter gun 230 may be fixed to be horizontally spaced apart from the substrate 100 by a third distance d3 . That is, the third sputter gun 230 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by the third distance d3 . The third distance d3 may be a distance measured on the horizontal plane 100s by projecting the third sputter gun 230 onto the horizontal plane 100s. Accordingly, the third sputter gun 230 may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . According to some embodiments, as shown in FIG. 6 , the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 are arranged to form one row in a plan view, and the second sputter gun 220 ) and the third sputter gun 230 may be spaced apart from each other with the first sputter gun 210 interposed therebetween. In this case, the first sputter gun 210 may be horizontally adjacent to the substrate 100 than the second and third sputter guns 220 and 230 . That is, the second distance d2 and the third distance d3 may be greater than the first distance d1.

상기 프로세스 챔버(200) 내에서 상기 스퍼터링 공정이 수행되는 동안, 상기 기판 홀더(206)는 상기 기판(100)의 수평적 위치를 고정시킬 수 있고, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. 이에 따라, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 외부 표면들 상에 증착된 스퍼터링 소스들이 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210. 220, 230)의 상기 외부 표면들로부터 박리되는 경우, 상기 박리된 스퍼터링 소스들이 상기 기판(100) 상으로 떨어지는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 박리된 스퍼터링 소스들에 의해 상기 기판(100)이 오염되는 것이 최소화될 수 있다.While the sputtering process is performed in the process chamber 200 , the substrate holder 206 may fix a horizontal position of the substrate 100 , and the first to third sputter guns 210 and 220 . , 230 may be fixed at positions that do not vertically overlap with the substrate 100 . Accordingly, as described with reference to FIGS. 1 and 2 , during the sputtering process, sputtering sources deposited on the outer surfaces of the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 are the first to third sputtering sources. 3 When the sputtering guns 210. 220 and 230 are peeled off from the outer surfaces, falling of the peeled sputtering sources onto the substrate 100 can be minimized. Accordingly, contamination of the substrate 100 by the exfoliated sputtering sources may be minimized.

상기 스퍼터링 장치(500)는 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되고 상기 기판(100)과 상기 제1 스퍼터 건(210) 사이, 상기 기판(100)과 상기 제2 스퍼터 건(220) 사이, 및 상기 기판(100)과 상기 제3 스퍼터 건(230) 사이에 배치되는 셔터(240), 및 상기 프로세스 챔버(200) 내에 제공되어 상기 셔터(240)를 지지하는 셔터 지지체(242)를 포함할 수 있다. 상기 셔터(240)는 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)이 배열되는 방향을 따라 연장되고, 상기 기판(100)의 상기 상면에 수직한 방향으로 연장되는 평판 형태일 수 있다. 상기 셔터(240)는, 도시되지 않았으나, 원형의 평판 형태일 수 있으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 상기 셔터(240)는, 일 단면의 관점에서, 상기 기판(100)의 상기 일 측에 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각은 상기 셔터(240)를 사이에 두고 상기 기판(100)으로부터 이격될 수 있다. 상기 셔터 지지체(242)는 상기 셔터(240)를 아래로 또는 위로 이동시켜 상기 셔터(240)의 수직적 위치를 제어할 수 있는 구조를 가질 수 있다. The sputtering apparatus 500 is provided in the process chamber 200 and is between the substrate 100 and the first sputter gun 210 , between the substrate 100 and the second sputter gun 220 , and the It may include a shutter 240 disposed between the substrate 100 and the third sputter gun 230 , and a shutter support 242 provided in the process chamber 200 to support the shutter 240 . . The shutter 240 may be in the form of a flat plate extending in a direction in which the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 are arranged and extending in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate 100 . . Although not shown, the shutter 240 may have a circular flat plate shape, but the concept of the present invention is not limited thereto. The shutter 240 may be provided on the one side of the substrate 100 in terms of one cross-section. In this case, each of the first to third sputter guns 210 , 220 , and 230 may be spaced apart from the substrate 100 with the shutter 240 interposed therebetween. The shutter support 242 may have a structure capable of controlling the vertical position of the shutter 240 by moving the shutter 240 down or up.

상기 셔터(240)는 예비 스퍼터링(pre-sputtering) 공정 동안 상기 기판(100)을 보호할 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정은 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)의 표면들 상에 존재하는 불순물들을 제거하기 위해, 상기 프로세스 챔버(200) 내에서 상기 스퍼터링 공정 전에 수행될 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정 동안, 상기 셔터(240)는 상기 기판(100)의 측면 및 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각의 일 측을 덮도록 제공될 수 있고, 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)로부터 박리된 상기 불순물들로부터 상기 기판(100)을 보호할 수 있다. 즉, 상기 셔터(240)는 상기 예비 스퍼터링 공정 동안 상기 불순물들이 상기 기판(100) 상으로 떨어져 상기 기판(100)을 오염시키는 것을 최소화할 수 있다. 상기 예비 스퍼터링 공정 후, 상기 셔터(240)는 상기 셔터 지지체(242)에 의해 이동되어 상기 기판(100)의 상기 측면 및 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각의 상기 일 측으로부터 제거될 수 있다. 이 후, 상기 스퍼터링 공정이 상기 기판(100)의 상면 상에 수행될 수 있다.The shutter 240 may protect the substrate 100 during a pre-sputtering process. The preliminary sputtering process may be performed before the sputtering process in the process chamber 200 to remove impurities present on the surfaces of the first to third targets 212 , 222 , and 232 . During the preliminary sputtering process, the shutter 240 may be provided to cover the side surface of the substrate 100 and one side of each of the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 , and The substrate 100 may be protected from the impurities exfoliated from the first to third targets 212 , 222 , and 232 . That is, the shutter 240 may minimize the impurities from falling onto the substrate 100 and contaminating the substrate 100 during the preliminary sputtering process. After the preliminary sputtering process, the shutter 240 is moved by the shutter support 242 to each of the side surface of the substrate 100 and the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 . It can be removed from one side. Thereafter, the sputtering process may be performed on the upper surface of the substrate 100 .

상술한 스퍼터링 장치(500)를 이용하여 자기 기억 소자가 제조될 수 있다. 이하에서, 자기 기억 소자의 제조방법을 설명한다.A magnetic memory device may be manufactured using the above-described sputtering device 500 . Hereinafter, a method of manufacturing the magnetic memory element will be described.

도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 자기 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8 내지 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 자기 기억 소자의 제조방법을 나타내는 단면도들이다. 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기터널접합 패턴의 일 예를 나타내는 단면도이고, 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기터널접합 패턴의 다른 예를 나타내는 단면도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a magnetic memory device according to some embodiments of the present invention, and FIGS. 8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a magnetic memory device according to some embodiments of the present invention. . 12 is a cross-sectional view illustrating an example of a magnetic tunnel junction pattern manufactured according to some embodiments of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating another example of a magnetic tunnel junction pattern manufactured according to some embodiments of the present invention. to be.

도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저, 기판(100) 상에 하부 층간 절연막(102)이 형성될 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 또는 실리콘-게르마늄 기판 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 선택 소자들(미도시)이 상기 기판(100) 상에 형성될 수 있으며, 상기 하부 층간 절연막(102)이 상기 선택 소자들을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 선택 소자들은 전계 효과 트랜지스터들일 수 있다. 이와는 달리, 상기 선택 소자들은 다이오드들일 수도 있다. 상기 하부 층간 절연막(102)은 산화물, 질화물, 및/또는 산화질화물을 포함하는 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.7 and 8 , first, a lower interlayer insulating layer 102 may be formed on the substrate 100 . The substrate 100 may include a semiconductor substrate. For example, the substrate 100 may include a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon-germanium substrate. According to an embodiment, selection elements (not shown) may be formed on the substrate 100 , and the lower interlayer insulating layer 102 may be formed to cover the selection elements. The selection elements may be field effect transistors. Alternatively, the selection elements may be diodes. The lower interlayer insulating layer 102 may be formed as a single layer or a multilayer including oxide, nitride, and/or oxynitride.

하부 콘택 플러그들(104)이 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 형성될 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)의 각각은 상기 하부 층간 절연막(102)을 관통하여 상기 선택 소자들 중 대응하는 선택 소자의 일 단자에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 하부 콘택 플러그들(104)은 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘), 금속(ex, 텅스텐, 티타늄, 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 및/또는 텅스텐 질화물), 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. Lower contact plugs 104 may be formed in the lower interlayer insulating layer 102 . Each of the lower contact plugs 104 may pass through the lower interlayer insulating layer 102 to be electrically connected to one terminal of a corresponding one of the selection elements. The lower contact plugs 104 may be formed of a doped semiconductor material (eg, doped silicon), a metal (eg, tungsten, titanium, and/or tantalum), a conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride, and/or tungsten nitride), and a metal-semiconductor compound (eg, metal silicide).

상기 하부 층간 절연막(102) 상에 하부 전극막(106)이 형성될 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 질화티타늄 및/또는 질화탄탈늄 등과 같은 도전성 금속질화물을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 후술될 자성막들의 결정 성장에 도움을 주는 물질(일 예로, 루테늄(Ru) 등)을 포함할 수 있다. 상기 하부 전극막(106)은 스퍼터링, 화학기상증착, 또는 원자층증착 공정 등으로 형성될 수 있다. A lower electrode layer 106 may be formed on the lower interlayer insulating layer 102 . The lower electrode layer 106 may include a conductive metal nitride such as titanium nitride and/or tantalum nitride. The lower electrode layer 106 may include a material (eg, ruthenium (Ru)) that helps crystal growth of magnetic layers to be described later. The lower electrode layer 106 may be formed by sputtering, chemical vapor deposition, or an atomic layer deposition process.

상기 하부 전극막(106) 상에 제1 자성막(108)이 형성될 수 있다(S10). 상기 제1 자성막(108)은 일 방향으로 고정된 자화 방향을 갖는 고정층이거나, 변경 가능한 자화 방향을 갖는 자유층일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 자성막(108)의 자화 방향은 상기 제1 자성막(108)과 상기 제1 자성막(108) 상에 형성될 비자성막의 계면에 실질적으로 수직할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 자성막(108)은 수직 자성 물질(ex, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질, 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 L10 구조를 갖는 수직 자성 물질은 L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd, 또는 L10 구조의 CoPt 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n 또는 (CoCr/Pd)n (n은 적층 횟수) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 자성막(108)의 자화 방향은 상기 제1 자성막(108)과 상기 제1 자성막(108) 상에 형성될 비자성막의 계면에 실질적으로 평행할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 자성막(108)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 자성막(108)이 고정층인 경우, 상기 제1 자성막(108)은 상기 강자성 물질의 자화 방향을 고정시키기 위한 반강자성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 자성막(108)은 물리 기상 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행하여 형성될 수 있다.A first magnetic layer 108 may be formed on the lower electrode layer 106 ( S10 ). The first magnetic layer 108 may be a pinned layer having a magnetization direction fixed in one direction or a free layer having a changeable magnetization direction. For example, the magnetization direction of the first magnetic layer 108 may be substantially perpendicular to an interface between the first magnetic layer 108 and a non-magnetic layer to be formed on the first magnetic layer 108 . In this case, the first magnetic layer 108 may include a perpendicular magnetic material (eg, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy ), a perpendicular magnetic material having an L10 structure, CoPt having a hexagonal close packed lattice structure, and a perpendicular magnetic material. It may include at least one of the structures. The perpendicular magnetic material having the L10 structure may include at least one of FePt having an L10 structure, FePd having an L10 structure, CoPd having an L10 structure, or CoPt having an L10 structure . The perpendicular magnetic structure may include alternatingly and repeatedly stacked magnetic layers and non-magnetic layers. For example, the perpendicular magnetic structure may include (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, ( At least one of CoCr/Pt)n or (CoCr/Pd)n (n is the number of laminations) may be included. As another example, the magnetization direction of the first magnetic layer 108 may be substantially parallel to an interface between the first magnetic layer 108 and a nonmagnetic layer to be formed on the first magnetic layer 108 . In this case, the first magnetic layer 108 may include a ferromagnetic material. When the first magnetic layer 108 is a pinned layer, the first magnetic layer 108 may further include an antiferromagnetic material for fixing a magnetization direction of the ferromagnetic material. The first magnetic layer 108 may be formed by performing a physical vapor deposition process or a chemical vapor deposition process.

상기 제1 자성막(108) 상에, 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 각각 고정되는 복수의 스퍼터 건들이 제공될 수 있다(S20). A plurality of sputter guns may be provided on the first magnetic layer 108 , respectively fixed to positions that do not vertically overlap with the substrate 100 ( S20 ).

일부 실시예들에 따르면, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 복수의 스퍼터 건들은 상기 제1 자성막(108) 상에 수직적으로 이격되어 제공되는 제1 스퍼터 건(210) 및 제2 스퍼터 건(220)을 포함할 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)은 각각 그에 장착되는 제1 타겟(212) 및 제2 타겟(222)을 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 타겟(212) 및 상기 제2 타겟(222)의 각각은 금속 산화물을 포함할 수 있고, 일 예로, 마그네슘(Mg) 산화물, 티타늄(Ti) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 마그네슘-아연(Mg-Zn) 산화물, 또는 마그네슘-붕소(Mg-B) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to some embodiments, as described with reference to FIGS. 1 and 2 , the plurality of sputter guns include a first sputter gun 210 and a second sputter gun that are vertically spaced apart from each other on the first magnetic film 108 . 2 may include a sputter gun 220 . The first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may include a first target 212 and a second target 222 mounted thereon, respectively. The first target 212 and the second target 222 may include the same material. Each of the first target 212 and the second target 222 may include a metal oxide, for example, magnesium (Mg) oxide, titanium (Ti) oxide, aluminum (Al) oxide, magnesium-zinc. It may include at least one of (Mg-Zn) oxide and magnesium-boron (Mg-B) oxide.

상기 제1 스퍼터 건(210)은 상기 제1 타겟(212)이 상기 기판(100)에 대하여 제1 각도(θ1)로 기울어지도록 제공될 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 법선(a)과 상기 제1 타겟(212)의 상면(212b)에 수직한 법선(b) 사이의 각도로, 약 60° 내지 약 90°일 수 있다. 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 제2 타겟(222)이 상기 기판(100)에 대하여 제2 각도(θ2)로 기울어지도록 제공될 수 있다. 상기 제2 각도(θ2)는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 상기 법선(a)과 상기 제2 타겟(222)의 상면(222b)에 수직한 법선(c) 사이의 각도로, 약 60° 내지 약 90°일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 각도(θ1) 및 상기 제2 각도(θ2)는 서로 같을 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220))은 서로 마주도록 제공될 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210)은, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있고, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스퍼터 건(210) 및 상기 제2 스퍼터 건(220)의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다. The first sputter gun 210 may be provided such that the first target 212 is inclined at a first angle θ1 with respect to the substrate 100 . The first angle θ1 is, as described with reference to FIG. 2 , a normal a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and a normal line perpendicular to the upper surface 212b of the first target 212 ( The angle between b) may be from about 60° to about 90°. The second sputter gun 220 may be provided such that the second target 222 is inclined at a second angle θ2 with respect to the substrate 100 . The second angle θ2 is, as described with reference to FIG. 2 , the normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the normal line perpendicular to the upper surface 222b of the second target 222 . The angle between (c) may be from about 60° to about 90°. According to some embodiments, the first angle θ1 and the second angle θ2 may be equal to each other. The first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may be provided to face each other. As described with reference to FIG. 2 , the first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by a first distance d1, and the second sputter gun ( 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by a second distance d2. Accordingly, each of the first sputter gun 210 and the second sputter gun 220 may be fixed to a position that does not vertically overlap the substrate 100 .

다른 실시예들에 따르면, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 복수의 스퍼터 건들은 상기 제1 자성막(108)으로부터 수직적으로 이격되고, 일 단면의 관점에서 상기 기판(100)의 일 측에 제공되는 제1 스퍼터 건(210), 제2 스퍼터 건(220), 및 제3 스퍼터 건(230)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)은 평면적 관점에서 상기 기판(100)의 측면을 따라 배열될 수 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210), 상기 제2 스퍼터 건(220), 및 상기 제3 스퍼터 건(230)은 각각 그에 장착되는 제1 타겟(212), 제2 타겟(222), 및 제3 타겟(232)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)의 각각은 금속 산화물을 포함할 수 있고, 일 예로, 마그네슘(Mg) 산화물, 티타늄(Ti) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 마그네슘-아연(Mg-Zn) 산화물, 또는 마그네슘-붕소(Mg-B) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to other embodiments, as described with reference to FIGS. 3 to 6 , the plurality of sputter guns are vertically spaced apart from the first magnetic film 108 , and the substrate 100 in view of one cross-section. It may include a first sputter gun 210 , a second sputter gun 220 , and a third sputter gun 230 provided on one side. The first to third sputter guns 210 , 220 , and 230 may be arranged along a side surface of the substrate 100 in a plan view. The first sputter gun 210 , the second sputter gun 220 , and the third sputter gun 230 are respectively mounted to a first target 212 , a second target 222 , and a third target. (232). The first to third targets 212 , 222 , and 232 may include the same material. Each of the first to third targets 212 , 222 , and 232 may include a metal oxide, for example, magnesium (Mg) oxide, titanium (Ti) oxide, aluminum (Al) oxide, magnesium-zinc. It may include at least one of (Mg-Zn) oxide and magnesium-boron (Mg-B) oxide.

일 예로, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 수직한 법선(a)과 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)의 각각의 상면(212b, 222b, 232b)에 수직한 법선(b, c, d)이 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각은, 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232)의 각각이 상기 기판(100)에 대하여 소정의 각도로 기울어지도록 배치될 수도 있다. 상기 제1 스퍼터 건(210)은, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 제1 거리(d1)로 이격되도록 고정될 수 있고, 상기 제2 스퍼터 건(220)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 제2 거리(d2)로 이격되도록 고정될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제3 스퍼터 건(230)은 상기 기판(100)의 측면으로부터 수평적으로 제3 거리(d3)로 이격되도록 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 스퍼터 건들(210, 220, 230)의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정될 수 있다.For example, each of the first to third sputter guns 210 , 220 , 230 includes a normal line a perpendicular to the upper surface of the substrate 100 and the first to third sputtering guns as shown in FIG. 5 . Normal lines b, c, and d perpendicular to the upper surfaces 212b, 222b, and 232b of each of the three targets 212, 222, and 232 may be arranged to be parallel to each other. As another example, each of the first to third sputter guns 210 , 220 , and 230 is different from that shown in FIG. 5 , and each of the first to third targets 212 , 222 , 232 is the substrate. It may be arranged to be inclined at a predetermined angle with respect to (100). As described with reference to FIGS. 5 and 6 , the first sputter gun 210 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by a first distance d1 , and the second The sputter gun 220 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by a second distance d2 . Similarly, the third sputter gun 230 may be fixed to be horizontally spaced apart from the side surface of the substrate 100 by a third distance d3 . Accordingly, each of the first to third sputter guns 210 , 220 , and 230 may be fixed to a position that does not vertically overlap with the substrate 100 .

이 후, 상기 제1 자성막(108) 상에 상기 복수의 스퍼터 건들을 이용하는 스퍼터링 공정(P)을 수행될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정은 고주파 스퍼터링(Radio Frequency sputtering) 공정일 수 있다.Thereafter, a sputtering process P using the plurality of sputter guns may be performed on the first magnetic layer 108 . The sputtering process may be a radio frequency sputtering process.

도 7 및 도 9를 참조하면, 상기 복수의 스퍼터 건들을 이용하는 상기 스퍼터링 공정(P)을 수행하여 상기 제1 자성막(108) 상에 비자성막(110)이 형성될 수 있다(S30). 상기 비자성막(110)은 터널 배리어막일 수 있다. 상기 비자성막(110)은 상기 복수의 스퍼터 건들에 각각 장착된 복수의 타겟들(일 예로, 상기 제1 내지 제3 타겟들(212, 222, 232))과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 비자성막(110)은 금속 산화물을 포함할 수 있고, 일 예로, 마그네슘(Mg) 산화물, 티타늄(Ti) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 마그네슘-아연(Mg-Zn) 산화물, 또는 마그네슘-붕소(Mg-B) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 9 , a non-magnetic layer 110 may be formed on the first magnetic layer 108 by performing the sputtering process P using the plurality of sputtering guns ( S30 ). The non-magnetic layer 110 may be a tunnel barrier layer. The non-magnetic layer 110 may include the same material as the plurality of targets (eg, the first to third targets 212 , 222 , and 232 ) respectively mounted on the plurality of sputter guns. The nonmagnetic layer 110 may include a metal oxide, for example, magnesium (Mg) oxide, titanium (Ti) oxide, aluminum (Al) oxide, magnesium-zinc (Mg-Zn) oxide, or magnesium-boron. It may include at least one of (Mg-B) oxides.

본 발명의 개념에 따르면, 상기 스퍼터링 공정(P)이 수행되는 동안, 상기 복수의 스퍼터 건들의 각각은 상기 기판(100)과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. 이에 따라, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 스퍼터링 공정(P) 동안 상기 복수의 스퍼터 건들의 외부 표면들 상에 증착된 스퍼터링 소스들이 상기 복수의 스퍼터 건들의 상기 외부 표면들로부터 박리되는 경우, 상기 박리된 스퍼터링 소스들이 상기 기판(100) 상으로 떨어지는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 비자성막(110)을 형성하는 동안 상기 기판(100)이 오염되는 것이 최소화될 수 있다. 더하여, 서로 동일한 물질을 포함하는 상기 복수의 타겟들을 이용하여 상기 비자성막(110)을 형성함에 따라, 상기 비자성막(110)의 증착 속도가 빨라질 수 있다. 따라서, 자기 기억 소자의 양산이 용이할 수 있다. According to the concept of the present invention, while the sputtering process (P) is performed, each of the plurality of sputter guns may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate 100 . Accordingly, as described with reference to FIGS. 1 and 2 , during the sputtering process P, the sputtering sources deposited on the outer surfaces of the plurality of sputter guns are peeled off from the outer surfaces of the plurality of sputter guns. In this case, falling of the exfoliated sputtering sources onto the substrate 100 can be minimized. Accordingly, contamination of the substrate 100 while the non-magnetic layer 110 is formed can be minimized. In addition, as the non-magnetic layer 110 is formed using the plurality of targets including the same material, the deposition rate of the non-magnetic layer 110 may be increased. Accordingly, mass production of the magnetic memory element can be facilitated.

도 7 및 도 10을 참조하면, 상기 비자성막(110) 상에 제2 자성막(112)이 형성될 수 있다(S40). 상기 제2 자성막(112)은 일 방향으로 고정된 자화 방향을 갖는 고정층이거나, 변경 가능한 자화 방향을 갖는 자유층일 수 있다. 상기 제1 및 제2 자성막들(108, 112) 중에서 어느 하나는 일 방향으로 고정된 자화 방향을 갖는 고정층에 해당할 수 있으며, 다른 하나는 상기 고정된 자화 방향에 평행 또는 반평행하게 변경 가능한 자화 방향을 갖는 자유층에 해당할 수 있다. 7 and 10 , a second magnetic layer 112 may be formed on the non-magnetic layer 110 ( S40 ). The second magnetic layer 112 may be a pinned layer having a magnetization direction fixed in one direction or a free layer having a changeable magnetization direction. One of the first and second magnetic layers 108 and 112 may correspond to a pinned layer having a fixed magnetization direction in one direction, and the other may be changed parallel or antiparallel to the fixed magnetization direction. It may correspond to a free layer having a magnetization direction.

일 예로, 상기 제2 자성막(112)의 자화 방향은 상기 비자성막(110)과 상기 제2 자성막(112) 사이의 계면에 실질적으로 수직할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 자성막(112)은 수직 자성 물질(ex, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질, 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 L10 구조를 갖는 수직 자성 물질은 L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd, 또는 L10 구조의 CoPt 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n 또는 (CoCr/Pd)n (n은 적층 횟수) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 제2 자성막(112)의 자화 방향은 상기 비자성막(110)과 상기 제2 자성막(112) 사이의 계면에 실질적으로 평행할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 자성막(112)은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 자성막(112)이 고정층인 경우, 상기 제2 자성막(112)은 상기 강자성 물질의 자화 방향을 고정시키기 위한 반강자성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 자성막(112)은 물리 기상 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행하여 형성될 수 있다.For example, a magnetization direction of the second magnetic layer 112 may be substantially perpendicular to an interface between the nonmagnetic layer 110 and the second magnetic layer 112 . In this case, the second magnetic layer 112 is a perpendicular magnetic material (eg, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy ), a perpendicular magnetic material having an L10 structure, CoPt having a hexagonal close packed lattice structure, and a perpendicular magnetic material. It may include at least one of the structures. The perpendicular magnetic material having the L10 structure may include at least one of FePt having an L10 structure, FePd having an L10 structure, CoPd having an L10 structure, or CoPt having an L10 structure . The perpendicular magnetic structure may include alternatingly and repeatedly stacked magnetic layers and non-magnetic layers. For example, the perpendicular magnetic structure may include (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, ( At least one of CoCr/Pt)n or (CoCr/Pd)n (n is the number of stacking) may be included. As another example, the magnetization direction of the second magnetic layer 112 may be substantially parallel to the interface between the nonmagnetic layer 110 and the second magnetic layer 112 . In this case, the second magnetic layer 112 may include a ferromagnetic material. When the second magnetic layer 112 is a pinned layer, the second magnetic layer 112 may further include an antiferromagnetic material for fixing a magnetization direction of the ferromagnetic material. The second magnetic layer 112 may be formed by performing a physical vapor deposition process or a chemical vapor deposition process.

상기 제1 자성막(108), 상기 비자성막(110), 및 상기 제2 자성막(112)은 자기터널접합막(120)으로 정의될 수 있다. 상기 제2 자성막(112) 상에 상부 전극막(114)이 형성될 수 있다. 상기 상부 전극막(114)은 일 예로, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 및 금속 질화물들(ex, 티타늄 질화물 및 탄탈륨 질화물) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 상부 전극막(114)은 스퍼터링, 화학기상증착, 또는 원자층증착 공정 등으로 형성될 수 있다.The first magnetic layer 108 , the non-magnetic layer 110 , and the second magnetic layer 112 may be defined as a magnetic tunnel junction layer 120 . An upper electrode layer 114 may be formed on the second magnetic layer 112 . The upper electrode layer 114 may include, for example, at least one of tungsten, titanium, tantalum, aluminum, and metal nitrides (eg, titanium nitride and tantalum nitride). The upper electrode layer 114 may be formed by sputtering, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition.

도 7 및 도 11을 참조하면, 상기 제2 자성막(112), 상기 비자성막(110), 및 상기 제1 자성막(108)을 순차로 패터닝하여 자기터널접합 패턴(MTJ)이 형성될 수 있다(S50). 구체적으로, 상기 상부 전극막(114)을 패터닝하여 상부 전극(TE)이 형성될 수 있다. 상기 상부 전극(TE)은 상기 자기터널접합 패턴(MTJ)이 형성될 영역을 정의할 수 있다. 상기 상부 전극(TE)을 식각 마스크로 상기 제2 자성막(112), 상기 비자성막(110), 상기 제1 자성막(108), 및 상기 하부 전극막(106)을 순차로 식각하여, 제2 자성 패턴(112P), 비자성 패턴(110P), 제1 자성 패턴(108P), 및 하부 전극(BE)이 형성될 수 있다. 상기 자기터널접합 패턴(MTJ)은 상기 하부 전극(BE) 상에 차례로 적층된 상기 제1 자성 패턴(108P), 상기 비자성 패턴(110P), 및 상기 제2 자성 패턴(112P)을 포함할 수 있다. 7 and 11 , a magnetic tunnel junction pattern MTJ may be formed by sequentially patterning the second magnetic layer 112 , the non-magnetic layer 110 , and the first magnetic layer 108 . There is (S50). Specifically, the upper electrode TE may be formed by patterning the upper electrode layer 114 . The upper electrode TE may define a region in which the magnetic tunnel junction pattern MTJ is to be formed. The second magnetic layer 112 , the non-magnetic layer 110 , the first magnetic layer 108 , and the lower electrode layer 106 are sequentially etched using the upper electrode TE as an etch mask to obtain a first A second magnetic pattern 112P, a non-magnetic pattern 110P, a first magnetic pattern 108P, and a lower electrode BE may be formed. The magnetic tunnel junction pattern MTJ may include the first magnetic pattern 108P, the non-magnetic pattern 110P, and the second magnetic pattern 112P sequentially stacked on the lower electrode BE. have.

상기 상부 전극(TE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 하부 전극(BE)은 각각 복수 개로 형성될 수 있다. 복수 개의 상기 하부 전극들(BE)은 상기 하부 층간 절연막(102) 내에 형성된 복수 개의 상기 하부 콘택 플러그들(104)에 각각 전기적으로 연결될 수 있고, 복수 개의 상기 자기터널접합 패턴들(MTJ)은 상기 하부 전극들(BE) 상에 각각 형성될 수 있다. 복수 개의 상기 상부 전극들(TE)은 상기 자기터널접합 패턴들(MTJ) 상에 각각 형성될 수 있다. 상기 자기터널접합 패턴들(MTJ)의 각각은 상기 하부 전극들(BE)의 각각 상에 차례로 적층된 상기 제1 자성 패턴(108P), 상기 비자성 패턴(110P), 및 상기 제2 자성 패턴(112P)을 포함할 수 있다. Each of the upper electrode TE, the magnetic tunnel junction pattern MTJ, and the lower electrode BE may be formed in plurality. The plurality of lower electrodes BE may be electrically connected to the plurality of lower contact plugs 104 formed in the lower interlayer insulating layer 102 , respectively, and the plurality of magnetic tunnel junction patterns MTJ may be They may be respectively formed on the lower electrodes BE. The plurality of upper electrodes TE may be respectively formed on the magnetic tunnel junction patterns MTJ. Each of the magnetic tunnel junction patterns MTJ includes the first magnetic pattern 108P, the non-magnetic pattern 110P, and the second magnetic pattern 108P sequentially stacked on each of the lower electrodes BE. 112P).

일부 실시예들에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 자화방향들(108a, 112a)은 상기 비자성 패턴(110P)과 상기 제2 자성 패턴(112P)의 계면에 실질적으로 평행할 수 있다. 도 12는 상기 제1 자성 패턴(108P)이 고정층이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 자유층인 경우를 예로서 개시하나, 이에 한정되지 않는다. 도 12에 도시된 바와 달리, 상기 제1 자성 패턴(108P)이 자유층이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 고정층일 수도 있다. According to some embodiments, as shown in FIG. 12 , the magnetization directions 108a and 112a of the first and second magnetic patterns 108P and 112P are the non-magnetic pattern 110P and the second magnetic pattern 110P. It may be substantially parallel to the interface of the magnetic pattern 112P. 12 illustrates an example in which the first magnetic pattern 108P is a pinned layer and the second magnetic pattern 112P is a free layer, but is not limited thereto. 12 , the first magnetic pattern 108P may be a free layer, and the second magnetic pattern 112P may be a pinned layer.

상기 평행한 자화 방향들(108a, 112a)을 갖는 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 각각은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 자성 패턴(108P)은 상기 제1 자성 패턴(108P) 내 상기 강자성 물질의 자화 방향을 고정시키기 위한 반 강자성 물질을 더 포함할 수 있다. Each of the first and second magnetic patterns 108P and 112P having the parallel magnetization directions 108a and 112a may include a ferromagnetic material. The first magnetic pattern 108P may further include an antiferromagnetic material for fixing a magnetization direction of the ferromagnetic material in the first magnetic pattern 108P.

다른 실시예들에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 자화방향들(108a, 112a)은 상기 비자성 패턴(110P)과 상기 제2 자성 패턴(112P)의 계면에 실질적으로 수직할 수 있다. 도 13은 상기 제1 자성 패턴(108P)이 고정층이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 자유층인 경우를 예로서 개시하나, 도 13에 도시된 바와 달리, 상기 제1 자성 패턴(108P)이 자유층이고, 상기 제2 자성 패턴(112P)이 고정층일 수도 있다.According to other embodiments, as shown in FIG. 13 , the magnetization directions 108a and 112a of the first and second magnetic patterns 108P and 112P are the non-magnetic pattern 110P and the second magnetic pattern 110P. It may be substantially perpendicular to the interface of the magnetic pattern 112P. 13 illustrates a case in which the first magnetic pattern 108P is a pinned layer and the second magnetic pattern 112P is a free layer as an example, but, unlike that shown in FIG. 13, the first magnetic pattern 108P This free layer may be a pinned layer, and the second magnetic pattern 112P may be a pinned layer.

상기 수직한 자화 방향들(108a, 112a)을 갖는 상기 제1 및 제2 자성 패턴들(108P, 112P)의 각각은 수직 자성 물질(일 예로, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), L10 구조를 갖는 수직 자성 물질, 조밀육방격자(Hexagonal Close Packed Lattice) 구조의 CoPt, 및 수직 자성 구조체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 L10 구조를 갖는 수직 자성 물질은 L10 구조의 FePt, L10 구조의 FePd, L10 구조의 CoPd, 또는 L10 구조의 CoPt 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 자성 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 자성층들 및 비자성층들을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 수직 자성 구조체는 (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, (CoCr/Pt)n 또는 (CoCr/Pd)n (n은 적층 횟수) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the first and second magnetic patterns 108P and 112P having the perpendicular magnetization directions 108a and 112a is a perpendicular magnetic material (eg, CoFeTb, CoFeGd, CoFeDy), and a perpendicular magnetism having an L10 structure. It may include at least one of a material, CoPt having a Hexagonal Close Packed Lattice structure, and a perpendicular magnetic structure. The perpendicular magnetic material having the L10 structure may include at least one of FePt having an L10 structure, FePd having an L10 structure, CoPd having an L10 structure, or CoPt having an L10 structure. The perpendicular magnetic structure may include alternatingly and repeatedly stacked magnetic layers and non-magnetic layers. For example, the perpendicular magnetic structure may include (Co/Pt)n, (CoFe/Pt)n, (CoFe/Pd)n, (Co/Pd)n, (Co/Ni)n, (CoNi/Pt)n, At least one of (CoCr/Pt)n or (CoCr/Pd)n (n is the number of stacking) may be included.

도 7 및 도 11을 다시 참조하면, 상기 하부 층간 절연막(102) 상에 상기 하부 전극(BE), 상기 자기터널접합 패턴(MTJ), 및 상기 상부 전극(TE)을 덮는 상부 층간 절연막(130)이 형성될 수 있다. 상기 상부 층간 절연막(130)은 단일층 또는 다층일 수 있다. 일 예로, 상기 상부 층간 절연막(130)은 산화막(ex, 실리콘 산화막), 질화막(ex, 실리콘 질화막), 및/또는 산화질화막(ex, 실리콘 산화질화막)을 포함할 수 있다. Referring back to FIGS. 7 and 11 , an upper interlayer insulating layer 130 covering the lower electrode BE, the magnetic tunnel junction pattern MTJ, and the upper electrode TE on the lower interlayer insulating layer 102 . can be formed. The upper interlayer insulating layer 130 may be a single layer or a multilayer. For example, the upper interlayer insulating layer 130 may include an oxide layer (eg, a silicon oxide layer), a nitride layer (ex, a silicon nitride layer), and/or an oxynitride layer (ex, a silicon oxynitride layer).

상기 상부 층간 절연막(130) 내에 상기 상부 전극(TE)에 연결되는 상부 콘택 플러그(132)가 형성될 수 있다. 상기 상부 콘택 플러그(132)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 상부 층간 절연막(130) 내에 상기 상부 전극(TE)의 상부를 노출하는 콘택 홀을 형성하는 것, 및 상기 콘택 홀 내에 상기 상부 콘택 플러그(132)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.An upper contact plug 132 connected to the upper electrode TE may be formed in the upper interlayer insulating layer 130 . Forming the upper contact plug 132 includes, for example, forming a contact hole exposing an upper portion of the upper electrode TE in the upper interlayer insulating layer 130 , and forming the upper contact plug in the contact hole. forming 132 .

상기 상부 층간 절연막(130) 상에 배선(134)이 형성될 수 있다. 상기 배선(134)은 일 방향으로 연장되며, 상기 일 방향을 따라 배열된 복수 개의 상기 자기터널접합 패턴들(MTJ)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 자기터널접합 패턴들(MTJ)의 각각은 복수 개의 상기 상부 전극들(TE) 중 대응하는 상부 전극(TE), 및 상기 대응하는 상부 전극(TE)에 연결되는 상부 콘택 플러그(132)를 통하여 상기 배선(134)에 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 배선(134)은 비트 라인의 기능을 수행할 수 있다.A wiring 134 may be formed on the upper interlayer insulating layer 130 . The wiring 134 may extend in one direction and may be electrically connected to the plurality of magnetic tunnel junction patterns MTJ arranged along the one direction. Each of the magnetic tunnel junction patterns MTJ is formed through a corresponding upper electrode TE among the plurality of upper electrodes TE and an upper contact plug 132 connected to the corresponding upper electrode TE. It may be connected to the wiring 134 . According to an embodiment, the wiring 134 may function as a bit line.

도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 셀 어레이를 나타내는 도면이다. 14 is a diagram illustrating a cell array of a magnetic memory device manufactured according to some embodiments of the present invention.

도 14를 참조하면, 복수의 단위 메모리 셀들(MC)이 2차원적으로 또는 3차원적으로 배열될 수 있다. 상기 단위 메모리 셀들(MC)의 각각은 서로 교차하는 워드 라인(WL)과 비트 라인(BL) 사이에 연결될 수 있다. 상기 단위 메모리 셀들(MC)의 각각은 메모리 소자(ME, memory element) 및 선택 소자(SE, select element)를 포함할 수 있다. 상기 선택 소자(SE) 및 상기 메모리 소자(ME)는 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 14 , a plurality of unit memory cells MC may be arranged two-dimensionally or three-dimensionally. Each of the unit memory cells MC may be connected between a word line WL and a bit line BL that cross each other. Each of the unit memory cells MC may include a memory element (ME) and a select element (SE). The selection element SE and the memory element ME may be electrically connected in series.

상기 메모리 소자(ME)는 상기 비트 라인(BL)과 상기 선택 소자(SE) 사이에 연결될 수 있다. 상기 선택 소자(SE)는 상기 메모리 소자(ME)와 소스 라인(SL) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 워드 라인(WL)에 의해 제어될 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는 이에 인가되는 전기적 펄스에 의해 두 가지 저항 상태로 스위칭될 수 있는 가변 저항 소자일 수 있다. 일 예로, 상기 메모리 소자(ME)는 이를 통과하는 전류에 의한 스핀 전달 과정을 이용하여 이의 전기적 저항이 변화될 수 있는 박막 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 메모리 소자(ME)는 자기-저항(magnetoresistance) 특성을 보이도록 구성되는 박막 구조를 가질 수 있으며, 적어도 하나의 강자성 물질들 및/또는 적어도 하나의 반강자성 물질들을 포함할 수 있다.The memory device ME may be connected between the bit line BL and the selection device SE. The selection element SE may be disposed between the memory element ME and the source line SL, and may be controlled by the word line WL. The memory element ME may be a variable resistance element that can be switched to two resistance states by an electric pulse applied thereto. For example, the memory device ME may be formed to have a thin film structure in which its electrical resistance can be changed by using a spin transfer process by a current passing therethrough. The memory device ME may have a thin film structure configured to exhibit magnetoresistance characteristics, and may include at least one ferromagnetic material and/or at least one antiferromagnetic material.

상기 선택 소자(SE)는 상기 워드 라인(WL)의 전압에 따라 상기 메모리 소자(ME)로의 전류 공급을 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 선택 소자(SE)는 다이오드, 피엔피 바이폴라 트랜지스터, 엔피엔 바이폴라 트랜지스터, 엔모스 전계효과트랜지스터 및 피모스 전계효과트랜지스터 중의 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 선택 소자(SE)가 3단자 소자인 바이폴라 트랜지스터 또는 모스 전계효과트랜지스터로 구성되는 경우, 메모리 어레이는 트랜지스터의 소오스 전극과 연결되는 상기 소스 라인(SL)을 더 포함할 수 있다. 상기 소스 라인(SL)은 서로 인접하는 워드 라인들(WL) 사이에 배치될 수 있고, 두 개의 트랜지스터들이 하나의 소스 라인(SL)을 공유할 수 있다.The selection element SE may be configured to selectively control the supply of current to the memory element ME according to the voltage of the word line WL. The selection element SE may be one of a diode, a PNP bipolar transistor, an NPM bipolar transistor, an NMOS field effect transistor, and a PMOS field effect transistor. For example, when the selection device SE includes a bipolar transistor or a MOS field effect transistor, which is a three-terminal device, the memory array may further include the source line SL connected to the source electrode of the transistor. The source line SL may be disposed between adjacent word lines WL, and two transistors may share one source line SL.

도 15는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 자기 기억 소자의 단위 메모리 셀을 나타내는 도면이다.15 is a diagram illustrating a unit memory cell of a magnetic memory device manufactured according to some embodiments of the present invention.

도 15를 참조하면, 단위 메모리 셀들(MC)의 각각은 자기 메모리 요소(ME, magnetic memory element) 및 선택 소자(SE, select element)를 포함할 수 있다. 상기 선택 소자(SE) 및 상기 자기 메모리 요소(ME)는 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 상기 자기 메모리 요소(ME)는 비트 라인(BL)과 상기 선택 소자(SE) 사이에 연결될 수 있다. 상기 선택 소자(SE)는 상기 자기 메모리 요소(ME)와 소스 라인(SL) 사이에 연결되며 워드 라인(WL)에 의해 제어될 수 있다. Referring to FIG. 15 , each of the unit memory cells MC may include a magnetic memory element (ME) and a select element (SE). The selection element SE and the magnetic memory element ME may be electrically connected in series. The magnetic memory element ME may be connected between the bit line BL and the selection element SE. The selection element SE is connected between the magnetic memory element ME and the source line SL and may be controlled by the word line WL.

상기 자기 메모리 요소(ME)는 서로 이격된 자성층들(ML1, ML2)과, 상기 자성층들(ML1, ML2) 사이의 터널 배리어층(TBL)으로 이루어진 자기터널접합(magnetic tunnel junction; MTJ)을 포함할 수 있다. 상기 자성층들(ML1, ML2) 중의 하나는 통상적인 사용 환경 아래에서, 외부 자계(external magnetic field)에 상관없이 고정된 자화 방향을 갖는 고정층일 수 있다. 상기 자성층들(ML1, ML2) 중 다른 하나는 외부 자계에 의해 자화 방향이 자유롭게 변화하는 자유층(free layer)일 수 있다.The magnetic memory element ME includes a magnetic tunnel junction (MTJ) including magnetic layers ML1 and ML2 spaced apart from each other and a tunnel barrier layer TBL between the magnetic layers ML1 and ML2. can do. One of the magnetic layers ML1 and ML2 may be a pinned layer having a fixed magnetization direction regardless of an external magnetic field under a normal use environment. The other of the magnetic layers ML1 and ML2 may be a free layer whose magnetization direction is freely changed by an external magnetic field.

상기 자기터널접합(MTJ)의 전기적 저항은 상기 고정층 및 상기 자유층의 자화 방향들이 평행한 경우에 비해 이들이 반평행한(antiparallel) 경우에 훨씬 클 수 있다. 즉, 상기 자기터널접합(MTJ)의 전기적 저항은 상기 자유층의 자화 방향을 변경함으로써 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 자기 메모리 요소(ME)는 자화 방향에 따른 전기적 저항의 차이를 이용하여 상기 단위 메모리 셀(MC)에 데이터를 저장할 수 있다. The electrical resistance of the magnetic tunnel junction MTJ may be much greater when the magnetization directions of the pinned layer and the free layer are antiparallel than when they are parallel. That is, the electrical resistance of the magnetic tunnel junction MTJ may be adjusted by changing the magnetization direction of the free layer. Accordingly, the magnetic memory element ME may store data in the unit memory cell MC by using a difference in electrical resistance according to the magnetization direction.

본 발명의 개념에 따르면, 스퍼터링 장치는 프로세스 챔버 내에 제공되는 복수의 스퍼터 건들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 스퍼터 건들을 이용하는 스퍼터링 공정이 상기 프로세스 챔버 내에서 수행될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 복수의 스퍼터 건들의 각각은 기판과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정될 수 있다. 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 복수의 스퍼터 건들의 외부 표면 상에 증착된 스퍼터링 소스들이 상기 복수의 스퍼터 건들의 상기 외부 표면으로부터 박리될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 스퍼터 건들의 각각이 상기 기판과 수직적으로 중첩되지 않는 위치에 고정됨에 따라, 상기 박리된 스퍼터링 소스들이 상기 기판 상으로 떨어지는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판이 오염되는 것이 최소화될 수 있다.According to the concept of the present invention, a sputtering apparatus may include a plurality of sputter guns provided in a process chamber, and a sputtering process using the plurality of sputter guns may be performed in the process chamber. During the sputtering process, each of the plurality of sputter guns may be fixed at a position that does not vertically overlap the substrate. During the sputtering process, sputtering sources deposited on the outer surfaces of the plurality of sputter guns may be peeled off from the outer surfaces of the plurality of sputter guns. In this case, as each of the plurality of sputtering guns is fixed at a position that does not vertically overlap the substrate, the detached sputtering sources from falling onto the substrate can be minimized. Accordingly, contamination of the substrate during the sputtering process can be minimized.

상기 스퍼터링 장치를 이용하여 자기터널접합을 구성하는 비자성막을 형성하는 경우, 상기 비자성막을 형성하는 동안 상기 기판이 오염되는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 우수한 신뢰성을 갖는 자기 기억 소자가 제조될 수 있다. 더하여, 상기 복수의 스퍼터 건들은 서로 동일한 물질을 포함하는 복수의 타겟들을 각각 포함할 수 있고, 상기 복수의 타겟들을 이용하여 상기 비자성막을 형성함에 따라, 상기 비자성막의 증착 속도가 빨라질 수 있다. 따라서, 자기 기억 소자의 양산이 용이할 수 있다. When the non-magnetic layer constituting the magnetic tunnel junction is formed using the sputtering apparatus, contamination of the substrate during the formation of the non-magnetic layer may be minimized. Accordingly, a magnetic memory element having excellent reliability can be manufactured. In addition, the plurality of sputter guns may each include a plurality of targets including the same material, and as the non-magnetic layer is formed using the plurality of targets, the deposition rate of the non-magnetic layer may be increased. Accordingly, mass production of the magnetic memory element can be facilitated.

본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. The above description of embodiments of the present invention provides examples for the description of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and within the technical spirit of the present invention, many modifications and changes are possible by combining the above embodiments by those of ordinary skill in the art. It is clear.

500: 스퍼터링 장치 200: 프로세스 챔버
206: 기판 홀더 202: 스테이지
204: 지지체 210, 220, 230: 스퍼터 건들
212, 222, 232: 타겟들 214, 224, 234: 플레이트들
240: 셔터 242: 셔터 지지체
100: 기판 102: 하부 층간 절연막
104: 하부 콘택 플러그 106: 하부 전극막
108: 제1 자성막 110: 비자성막
112: 제2 자성막 114: 상부 전극막
120: 자기터널접합막 BE: 하부 전극
TE: 상부 전극 MTJ: 자기터널접합 패턴
108P: 제1 자성 패턴 110P: 비자성 패턴
112P: 제2 자성 패턴 130: 상부 층간 절연막
132: 상부 콘택 플러그 134: 배선500: sputtering device 200: process chamber
206: substrate holder 202: stage
204: support 210, 220, 230: sputter guns
212, 222, 232: targets 214, 224, 234: plates
240: shutter 242: shutter support
100: substrate 102: lower interlayer insulating film
104: lower contact plug 106: lower electrode film
108: first magnetic film 110: non-magnetic film
112: second magnetic film 114: upper electrode film
120: magnetic tunnel junction film BE: lower electrode
TE: upper electrode MTJ: magnetic tunnel junction pattern
108P: first magnetic pattern 110P: non-magnetic pattern
112P: second magnetic pattern 130: upper interlayer insulating layer
132: upper contact plug 134: wiring

Claims (20)

그 내부에서 스퍼터링 공정이 수행되는 프로세스 챔버;
상기 프로세스 챔버 내에 제공되고, 상기 스퍼터링 공정 동안 기판의 수평적 위치를 고정시키는 기판 홀더;
상기 프로세스 챔버 내에 상기 기판의 상면으로부터 수직적으로 이격되어 제공되고, 제1 타겟을 포함하는 제1 스퍼터 건; 및
상기 프로세스 챔버 내에 상기 기판의 상기 상면으로부터 수직적으로 이격되어 제공되고, 제2 타겟을 포함하는 제2 스퍼터 건을 포함하되,
상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은, 일 단면의 관점에서, 상기 기판의 상면에 수직한 법선에 대하여 상기 기판의 동일한 측에 배치되고,
상기 제1 스퍼터 건은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제1 거리로 이격되고, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제2 거리로 이격되는 스퍼터링 장치.a process chamber in which a sputtering process is performed;
a substrate holder provided in the process chamber for fixing a horizontal position of a substrate during the sputtering process;
a first sputter gun provided in the process chamber and vertically spaced apart from the upper surface of the substrate and including a first target; and
A second sputter gun is provided in the process chamber and is vertically spaced apart from the upper surface of the substrate, and includes a second sputter gun including a second target,
The first sputter gun and the second sputter gun are disposed on the same side of the substrate with respect to a normal line perpendicular to the upper surface of the substrate in terms of one cross-section,
The first sputter gun is horizontally spaced apart from the substrate by a first distance during the sputtering process, and the second sputter gun is horizontally spaced apart from the substrate by a second distance during the sputtering process. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건의 각각은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정되는 스퍼터링 장치.The method according to claim 1,
Each of the first sputtering gun and the second sputtering gun is fixed to a position that does not vertically overlap the substrate during the sputtering process. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 타겟은 상기 제2 타겟과 동일한 물질을 포함하는 스퍼터링 장치.The method according to claim 1,
The first target is a sputtering device comprising the same material as the second target. 청구항 4에 있어서,
상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟은 금속 산화물을 포함하는 스퍼터링 장치.5. The method according to claim 4,
The first target and the second target are sputtering apparatus including a metal oxide. 청구항 4에 있어서,
상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟에 전원을 공급하는 제1 플레이트를 더 포함하고,
상기 제1 타겟은 상기 제1 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가지고, 상기 제1 스퍼터 건은 상기 제1 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 배치되되,
상기 제1 타겟의 상기 상면의 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 법선 사이의 제1 각도는 0° 내지 60°인 스퍼터링 장치.5. The method according to claim 4,
The first sputter gun further comprises a first plate for supplying power to the first target,
The first target has a lower surface in direct contact with the first plate, and an upper surface opposite thereto, and the first sputter gun is disposed such that the upper surface of the first target faces the substrate,
A first angle between a normal line perpendicular to the upper surface of the first target and a normal line perpendicular to the upper surface of the substrate is 0° to 60°. 청구항 6에 있어서,
상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟에 전원을 공급하는 제2 플레이트를 더 포함하고,
상기 제2 타겟은 상기 제2 플레이트에 직접 접하는 하면, 및 이에 대향하는 상면을 가지고, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 제2 타겟의 상기 상면이 상기 기판을 바라보도록 배치되되,
상기 제2 타겟의 상기 상면의 수직한 법선과 상기 기판의 상기 상면에 수직한 상기 법선 사이의 제2 각도는 0° 내지 60°인 스퍼터링 장치.7. The method of claim 6,
The second sputter gun further comprises a second plate for supplying power to the second target,
The second target has a lower surface in direct contact with the second plate, and an upper surface opposite thereto, and the second sputter gun is disposed such that the upper surface of the second target faces the substrate,
A second angle between a normal line perpendicular to the upper surface of the second target and the normal line perpendicular to the upper surface of the substrate is 0° to 60°. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 프로세스 챔버 내에 제공되어 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 예비 스퍼터링하는 동안 상기 기판을 보호하는 셔터를 더 포함하되,
상기 셔터는 상기 기판의 일 측에, 그리고, 상기 제1 및 제2 스퍼터 건들과 상기 기판 사이에 제공되고,
상기 셔터는 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건이 배열되는 방향으로 연장되고, 상기 기판의 상기 상면에 수직한 방향으로 연장되는 평판 형태인 스퍼터링 장치.The method according to claim 1,
a shutter provided in the process chamber to protect the substrate during preliminary sputtering of the first target and the second target;
The shutter is provided on one side of the substrate and between the first and second sputter guns and the substrate,
The shutter is a sputtering apparatus in the form of a flat plate extending in a direction in which the first sputter gun and the second sputter gun are arranged, and extending in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate. 기판 상에 제1 자성막, 비자성막, 및 제2 자성막을 차례로 형성하는 것을 포함하되,
상기 비자성막을 형성하는 것은:
제1 스퍼터 건 및 제2 스퍼터 건을 이용하는 스퍼터링 공정을 수행하는 것을 포함하고,
상기 제1 및 제2 스퍼터 건들은 상기 제1 자성막이 형성된 상기 기판의 상면으로부터 수직적으로 이격되고, 상기 제1 스퍼터 건은 제1 타겟을 포함하고, 상기 제2 스퍼터 건은 제2 타겟을 포함하고,
상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은, 일 단면의 관점에서, 상기 기판의 상기 상면에 수직한 법선에 대하여 상기 기판의 동일한 측에 배치되고, 상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건은 수평적으로 서로 이격되고,
상기 제1 스퍼터 건은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제1 거리로 이격되고, 상기 제2 스퍼터 건은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판으로부터 수평적으로 제2 거리로 이격되고,
상기 기판의 상기 상면에 수직한 상기 법선은 상기 제1 타겟의 일면에 수직한 제1 법선에 평행하고, 상기 제2 타겟의 일면에 수직한 제2 법선에 평행한 자기 기억 소자의 제조방법.Containing sequentially forming a first magnetic film, a non-magnetic film, and a second magnetic film on a substrate,
Forming the non-magnetic film includes:
Comprising performing a sputtering process using a first sputter gun and a second sputter gun,
The first and second sputter guns are vertically spaced apart from the upper surface of the substrate on which the first magnetic film is formed, the first sputter gun includes a first target, and the second sputter gun includes a second target, ,
The first sputter gun and the second sputter gun are disposed on the same side of the substrate with respect to a normal line perpendicular to the upper surface of the substrate in a cross-sectional view, the first sputter gun and the second sputter gun are horizontally spaced apart from each other,
the first sputter gun is horizontally spaced a first distance from the substrate during the sputtering process, and the second sputter gun is horizontally spaced a second distance from the substrate during the sputtering process,
The normal line perpendicular to the upper surface of the substrate is parallel to a first normal line perpendicular to one surface of the first target and parallel to a second normal line perpendicular to one surface of the second target. 삭제delete 청구항 13에 있어서,
상기 제1 스퍼터 건 및 상기 제2 스퍼터 건의 각각은 상기 스퍼터링 공정 동안 상기 기판과 수직적으로 중첩하지 않는 위치에 고정되는 자기 기억 소자의 제조방법.14. The method of claim 13,
Each of the first sputter gun and the second sputter gun is fixed at a position that does not vertically overlap the substrate during the sputtering process. 청구항 13에 있어서,
상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟은 서로 동일한 물질을 포함하는 자기 기억 소자의 제조방법.14. The method of claim 13,
The method of manufacturing a magnetic memory device, wherein the first target and the second target include the same material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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