KR20100005448A - Magnetic ram and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 MRAM(Magnetic RAM)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소스라인과 비트라인 사이의 전류방향에 따라 서로 다른 데이터를 저장하는 MRAM에서 각 셀에 이르는 소스라인에 의한 저항차를 줄여줌으로써 보다 용이하게 셀의 배열을 크게 할 수 있는 MRAM 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an MRAM (Magnetic RAM), and more particularly, by reducing the resistance difference caused by the source line to each cell in the MRAM that stores different data according to the current direction between the source line and the bit line. The present invention relates to an MRAM capable of increasing a cell arrangement and a method of manufacturing the same.
휴대용 기기와 통신용 기기의 수요가 급증함에 따라 전원이 차단되면 데이터를 잃어버리는 휘발성인 메모리의 한계를 극복하기 위해 비휘발성이면서 기록/판독의 횟수에 제한을 극복할 수 있는 메모리의 필요성이 증가하게 되었다.As the demand for portable devices and communication devices soars, the need for nonvolatile and memory to overcome the limitations of volatile memory that loses data when power is cut off increases the need for memory. .
이를 만족시키기 위한 메모리로 자극의 상대적인 배열에 다른 자기저항의 차이를 이용한 MRAM(Magnetoresistive random access memory)이 개발되었다.In order to satisfy this problem, magnetoresistive random access memory (MRAM) using a difference in magnetoresistance to a relative arrangement of magnetic poles has been developed.
MRAM은 자기 물질 박막에 자기 분극(Magnetic Polarization)을 저장시키는 메모리 형태로서, 비트라인 전류와 워드라인 전류의 조합에 의해 생성된 자기장에 의해 자기 분극을 바꾸거나 감지해 냄으로써 기록/판독 동작이 수행된다.MRAM is a type of memory that stores magnetic polarization in a thin film of magnetic material. A write / read operation is performed by changing or detecting magnetic polarization by a magnetic field generated by a combination of bit line current and word line current. .
이러한 MRAM은 일반적으로 GMR(Giant Magneto Resistance), MTJ(Magnetic Tunnel Junction)등의 자기 현상을 이용한 소자를 메모리 셀로 하여 데이터를 저장하게 된다. 즉, MRAM은 스핀이 전자의 전달 현상에 지대한 영향을 미치기 때문에 생기는 거대자기저항(GMR) 현상이나 스핀 편극 자기투과 현상을 이용해 메모리 소자를 구현하는 방법이 있다.In general, the MRAM stores data using a device using magnetic phenomena such as Giant Magneto Resistance (GMR) and Magnetic Tunnel Junction (MTJ) as a memory cell. In other words, MRAM is a method of implementing a memory device using a large magnetoresistance (GMR) phenomenon or spin polarization magnetic permeation phenomenon caused by the spin has a significant effect on the electron transfer phenomenon.
먼저, 거대자기 저항(GMR) 현상을 이용한 MRAM은 비자성층을 사이에 둔 두 자성층에서 스핀방향이 같은 경우보다 다른 경우의 저항이 크게 다른 현상을 이용해 GMR 자기 메모리 소자를 구현하는 것이다.First, in the case of MRAM using a large magnetic resistance (GMR) phenomenon, a GMR magnetic memory device is implemented by using a phenomenon in which the resistance in the case where the spin directions are different in the two magnetic layers having a nonmagnetic layer between them is different.
그리고, 스핀 편극 자기 투과 현상을 이용한 MRAM은 절연층을 사이에 둔 두 자성층에서 스핀 방향이 같은 경우가 다른 경우보다 전류 투과가 훨씬 잘 일어난다는 현상을 이용하여 자기 투과 접합 메모리 소자를 구현하는 것이다.In addition, the MRAM using the spin polarization magnetic permeation phenomenon is a magnetic permeation junction memory device using a phenomenon that current transmission occurs much better than the case where the spin direction is the same in two magnetic layers having an insulating layer interposed therebetween.
또한 최근에는 MTJ에 양방향으로 전류를 인가해줌으로써 그 전류의 방향에 따라 MTJ의 자화를 변화시킴으로써 그 저항차에 따라 데이터를 기록하는 스핀 이동(Spin-Transfer) 기능을 이용한 MRAM이 개발되고 있다.Recently, an MRAM has been developed that uses a spin-transfer function to write data according to the resistance difference by changing the magnetization of the MTJ according to the direction of the current by applying a current to the MTJ in both directions.
도 1은 종래 스핀 이동 기능을 이용한 MRAM의 기본 단위 셀의 회로 구성을 간략하게 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram briefly illustrating a circuit configuration of a basic unit cell of an MRAM using a conventional spin movement function.
이러한 MRAM의 단위 셀(이하, MRAM 셀이라 함)은 두 개의 금속라인인 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이에 연결된 1개의 트랜지스터(10)와 1개의 MTJ(20)를 구비한다.The unit cell of the MRAM (hereinafter, referred to as an MRAM cell) includes one
트랜지스터(10)는 소스라인(SL)과 MTJ(20) 사이 연결되며 데이터의 리드/라이트시 워드라인(WL)을 통해 인가되는 전압에 따라 턴온되어 MTJ(20)를 통해 소스 라인(SL)과 비트라인(BL) 사이에 전류가 흐르도록 해준다.The
MTJ(20)는 트랜지스터(10)의 소오스/드레인 영역과 비트라인(BL) 사이에 연결되며 두 개의 자성층(magnetic layer)(22, 26)과 그 사이의 터널 장벽층(tunnel barrier)(24)으로 형성된다. 이때, 터널 장벽층(24)의 하부층은 자화 방향이 고정되는 고정자성층(22)으로 이루어지고 터널 장벽층(24)의 상부층은 MTJ(20)에 흐르는 전류의 방향에 따라 자화방향이 가변되는 자유자성층(26)으로 이루어진다.The MTJ 20 is connected between the source / drain regions of the
이때, 자유자성층(26)은 전류가 소스라인(SL)에서 비트라인(BL) 쪽으로 전류가 흐르게 되면 즉 전류가 고정자성층(22)에서 자유자성층(26)으로 전류가 흐르게 되면 그 자화방향이 고정자성층(22)의 자화방향과 역방향 평행(anti-parallel)으로 스위칭된다. 즉, MTJ(20)에 고저항이 형성되며 해당 셀에 데이터 "1"이 저장된다.In this case, the magnetization direction of the free
반면에, 전류가 비트라인(BL)에서 소스라인(SL) 쪽으로 전류가 흐르게 되면 즉 전류가 자유자성층(26)에서 고정자성층(22)으로 전류가 흐르게 되면 자유자성층(26)의 자화방향은 고정자성층(22)의 자화방향과 평행(parallel)하게 스위칭된다. 즉, MTJ(20)에 저저항이 형성되며 해당 셀에 데이터 "0"이 저장된다.On the other hand, when the current flows from the bit line BL toward the source line SL, that is, when the current flows from the free
MTJ(20)에 저장된 데이터를 리드하는 방법은 종래와 같이 MTJ(20)의 자화상태에 따라 MTJ(20)를 통해 흐르는 전류량의 차이를 감지함으로써 이루어진다.The method of reading data stored in the
이러한 MRAM 셀들을 고집적화하기 위해서는 셀의 배열 즉 셀 어레이의 크기를 키우는 것이 필수적이다. 그러나, 셀의 배열을 크게 하면 셀과 주변회로와의 신호 전달을 위한 금속선 즉 비트라인(BL)과 소스라인(SL)의 길이도 길어지게 되고 그에 따라 비트라인(BL)과 소스라인(SL)의 저항도 커지기 때문에 셀의 배열을 키우 는데 한계가 있다.In order to highly integrate such MRAM cells, it is necessary to increase the size of the cell array, that is, the cell array. However, when the arrangement of the cells is increased, the lengths of the metal lines, ie, the bit lines BL and the source lines SL, for signal transmission between the cells and the peripheral circuits are increased, and accordingly, the bit lines BL and the source lines SL are correspondingly increased. Also, since the resistance increases, there is a limit to growing the cell arrangement.
즉, 셀 어레이의 크기가 커지게 되면 셀의 위치에 따라 각 셀에 이르는 금속선(BL, SL)의 길이가 달라져 그 금속선의 저항이 달라지게 되며 그에 따라 그러한 금속선을 통해 MTJ에 인가되는 전류량에 차이가 발생하게 됨으로써 MTJ에 데이터를 라이트하거나 리드하는데 단점으로 작용하게 된다.That is, as the size of the cell array increases, the lengths of the metal wires BL and SL to each cell vary according to the position of the cell, thereby changing the resistance of the metal wires, and thus the difference in the amount of current applied to the MTJ through such metal wires. This causes a disadvantage in writing or reading data to the MTJ.
본 발명은 MRAM의 구조를 개선하여 셀 어레이의 크기의 증가하더라도 그 셀 어레이에서 셀의 위치와 상관없이 각 셀에 대한 소스라인의 저항차이를 줄여줌으로써 MRAM의 셀 배열을 보다 용이하게 키울 수 있도록 하는데 있다.The present invention improves the structure of the MRAM to increase the size of the cell array, thereby reducing the difference in the resistance of the source line for each cell irrespective of the position of the cells in the cell array to make it easier to grow the cell array of the MRAM have.
본 발명의 마그네틱 램은 소스라인들과 비트라인들 사이에 형성되며 상기 소스라인들과 상기 비트라인들 사이에 흐르는 전류의 방향에 따라 자화방향이 변화되는 복수의 MTJ들; 상기 소스라인들과 같은 방향으로 연장되며 상기 소스라인들과 서로 다른 레이어에 형성되는 복수의 금속라인들; 및 대응되는 상기 소스라인과 상기 금속라인을 복수의 지점들에서 전기적으로 연결시켜주는 복수의 금속라인콘택들을 포함한다.The magnetic RAM of the present invention comprises: a plurality of MTJs formed between source lines and bit lines and whose magnetization direction is changed according to a direction of a current flowing between the source lines and the bit lines; A plurality of metal lines extending in the same direction as the source lines and formed in different layers from the source lines; And a plurality of metal line contacts for electrically connecting the corresponding source line and the metal line at a plurality of points.
본 발명에서 상기 금속라인은 상기 소스라인과 일대일 대응되게 상기 소스라인의 상부에 형성되며, 그 저항값은 상기 소스라인의 저항값보다 작은 구리로 이루어진다.In the present invention, the metal line is formed on top of the source line to have a one-to-one correspondence with the source line, and the resistance value is made of copper smaller than the resistance value of the source line.
본 발명에서 상기 금속라인콘택들은 일정 간격으로 상기 비트라인들 사이에 형성되거나 주변회로로부터의 거리에 따라 서로 다른 간격으로 상기 비트라인들 사이에 형성된다. 이때, 상기 금속라인콘택들은 상기 비트라인들 사이의 활성영역 상부에 형성되거나 상기 비트라인들 사이의 소자분리막 상부에 형성된다.In the present invention, the metal line contacts are formed between the bit lines at regular intervals or between the bit lines at different intervals according to a distance from a peripheral circuit. In this case, the metal line contacts are formed on the active region between the bit lines or on the device isolation layer between the bit lines.
본 발명에서 상기 비트라인은 상기 금속라인콘택이 형성되는 활성영역 상부 에는 형성되지 않으며, 상기 MTJ는 상기 금속라인콘택이 형성되는 활성영역에는 형성되지 않는다. 그리고, 상기 소스라인은 상기 금속라인콘택과 연결되는 부분이 그렇지 않은 부분보다 그 폭이 넓게 형성된다.In the present invention, the bit line is not formed on the active region where the metal line contact is formed, and the MTJ is not formed on the active region where the metal line contact is formed. The source line is formed to have a width wider than a portion that is not connected to the metal line contact.
본 발명의 마그네틱 램 제조 방법은 셀 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판 상부에 상기 셀 트랜지스터의 소오스/드레인 영역과 연결되며 제 1 방향으로 연장되는 소스라인을 형성하는 단계; 상기 소스라인 상에 금속라인콘택을 형성하는 단계; 및 상기 소스라인 상부에 상기 금속라인콘택과 연결되며 상기 제 1 방향으로 연장되는 금속라인을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a magnetic RAM according to the present invention may include forming a source line on a semiconductor substrate including a cell transistor, the source line being connected to a source / drain region of the cell transistor and extending in a first direction; Forming a metal line contact on the source line; And forming a metal line connected to the metal line contact on the source line and extending in the first direction.
본 발명에서 상기 소스라인을 형성하는 단계는 상기 셀 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판 상부에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인 영역이 노출될 때까지 상기 제 1 층간절연막을 선택 식각하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택홀을 매립하는 제 1 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택플러그가 형성된 상기 제 1 층간절연막 상에 제 1 도전막을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 콘택플러그와 연결되며 상기 제 1 방향으로 연장되도록 상기 제 1 도전막을 패터닝하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제 1 도전막은 텅스텐(W) 또는 플래티넘(Pt)으로 형성된다.The forming of the source line may include forming a first interlayer insulating layer on the semiconductor substrate including the cell transistor; Selectively etching the first interlayer insulating layer until the source / drain regions are exposed to form a first contact hole; Forming a first contact plug to fill the first contact hole; Forming a first conductive film on the first interlayer insulating film having the first contact plug formed thereon; And patterning the first conductive layer to be connected to the first contact plug and extend in the first direction. In this case, the first conductive layer is formed of tungsten (W) or platinum (Pt).
본 발명에서 상기 금속라인콘택을 형성하는 단계는 상기 소스라인 상부에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 소스라인이 노출될 때까지 상기 제 2 층간절연막을 선택 식각하여 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 제 2 콘택홀을 매립하는 제 2 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 제 2 콘택플러그를 포함하는 상기 제 2 층간절 연막 상에 상기 제 2 콘택플러그와 연결되는 제 2 도전막을 패터닝하는 단계; 상기 제 2 도전막 상부에 제 3 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 도전막이 노출될 때까지 상기 제 3 층간절연막을 선택 식각하여 제 3 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 3 콘택홀을 매립하는 제 3 콘택플러그를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 금속라인은 구리(Cu)로 형성되며, 상기 소스라인과 중첩되도록 상기 소스라인 상부에 상기 소스라인 보다 폭이 넓게 형성된다.In the present invention, the forming of the metal line contact may include forming a second interlayer insulating layer on the source line; Selectively etching the second interlayer insulating layer until the source line is exposed to form a second contact hole; Forming a second contact plug to fill the second contact hole; Patterning a second conductive film connected to the second contact plug on the second interlayer cutting film including the second contact plug; Forming a third interlayer insulating film over the second conductive film; Selectively etching the third interlayer insulating layer until the second conductive layer is exposed to form a third contact hole; And forming a third contact plug to fill the third contact hole. In this case, the metal line is formed of copper (Cu), and is formed wider than the source line on the source line so as to overlap the source line.
본 발명은 소스라인 보다 저항이 작은 금속라인을 소스라인과 병렬되게 추가로 형성한 후 금속라인과 소스라인을 연결시켜 금속라인을 통해 MTJ로 전류를 공급해줌으로써 각 셀의 위치와 상관없이 소스라인에 의한 각 셀들 간의 저항차이를 줄여주어 소자의 동작 특성에 영향을 주지 않으면서 메모리 장치의 셀 배열의 크기를 용이하게 증가시켜줄 수 있다.The present invention further forms a metal line having a smaller resistance than the source line in parallel with the source line, and then connects the metal line and the source line to supply current to the MTJ through the metal line, regardless of the position of each cell. By reducing the difference in resistance between the cells by each other can easily increase the size of the cell array of the memory device without affecting the operation characteristics of the device.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 MRAM의 셀 어레이 영역의 구조를 보여주는 평면도이다.2 is a plan view showing a structure of a cell array region of an MRAM according to the present invention.
본 발명의 MRAM에서는 소스라인(SL) 상부에 소스라인(SL)과 일대일 대응되며 소스라인(SL) 보다 저항이 작은 금속라인(예컨대, Cu)(ML)을 소스라인(SL)과 같은 방향으로 연장되도록 형성한다. 이때, 소스라인(SL)이 금속라인(ML) 내측에 중첩 되도록 금속라인(ML)의 폭이 소스라인(SL)의 폭 보다 넓게 형성된다.In the MRAM of the present invention, a metal line (eg, Cu) ML having a one-to-one correspondence with the source line SL on the source line SL and having a lower resistance than the source line SL is disposed in the same direction as the source line SL. It is formed to extend. At this time, the width of the metal line ML is formed wider than the width of the source line SL so that the source line SL overlaps inside the metal line ML.
그리고, 금속라인(ML)과 소스라인(SL)은 일정 간격 마다 금속라인콘택(MLC)을 통해 전기적으로 연결된다.The metal line ML and the source line SL are electrically connected to each other through the metal line contact MLC at regular intervals.
이러한 금속라인(ML)과 소스라인(SL) 간의 연결을 위해, 본 실시예서는 모든 비트라인(BL)들을 일정한 간격으로 균일하게 형성하지 않고 일정 수의 비트라인들 단위(수 개 ∼ 수십 개의 비트라인들 단위) 마다 하나씩의 비트라인(BL)을 형성하지 않고 그 영역에 금속라인콘택(MLC)을 형성한다.In order to connect the metal line ML and the source line SL, the present embodiment does not uniformly form all the bit lines BL at regular intervals, but instead of a predetermined number of bit lines (a few to several tens of bits). The metal line contact MLC is formed in the region without forming one bit line BL per line).
도 2에서는 본 발명이 일 실시예로서 4개의 비트라인들 단위로 하나의 비트라인이 형성되지 않은 모습을 보여주고 있다. 즉, 4개의 비트라인들(BL2 ∼ BL5)이 연속적으로 형성되고 그 다음의 활성영역들에는 비트라인이 형성되지 않으며 다시 그 다음에 4개의 비트라인들이 연속적으로 일정 간격으로 형성된다. 이와 같이 일정 간격으로 활성영역 상부에 비트라인이 형성되지 않도록 하는 패턴은 셀 어레이 전체에 걸쳐 이루어진다.In FIG. 2, as an embodiment, one bit line is not formed in units of four bit lines. That is, four bit lines BL2 to BL5 are formed in succession, bit lines are not formed in the next active regions, and then four bit lines are continuously formed at regular intervals. As such, a pattern for preventing bit lines from being formed on the active region at regular intervals is performed throughout the cell array.
이처럼, 본 발명에서는 소스라인(SL) 상부에 소스라인(SL) 보다 저항이 작은 금속라인(ML)을 추가로 형성하며, 일정 간격 마다 비트라인(BL)을 형성하지 않고 대신에 소스라인(SL)과 금속라인(ML)을 전기적으로 연결시켜주기 위한 금속라인콘택(MLC)을 형성한다.As such, in the present invention, a metal line ML having a lower resistance than the source line SL is further formed on the source line SL, and the bit line BL is not formed at regular intervals. Instead, the source line SL is formed. ) And a metal line contact (MLC) to electrically connect the metal line (ML).
즉, 본 발명에서 상술한 바와 같이 일정 간격으로 비트라인(BL)을 형성하지 않는 이유는 일정 간격으로 소스라인(SL)과 금속라인(ML)을 연결시키기 위한 공간 즉 금속라인콘택(MLC)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위함이다.That is, the reason why the bit lines BL are not formed at regular intervals as described above in the present invention is a space for connecting the source lines SL and the metal lines ML at regular intervals, that is, the metal line contacts MLC. This is to secure a space for forming.
그리고, 소스라인(SL)에서 금속라인콘택(MLC)과 연결되는 부분은 그렇지 않은 부분에 비해 그 폭이 넓게 형성됨으로써 금속라인콘택(MLC)을 형성시 공정마진을 크게 해준다.In addition, a portion of the source line SL connected to the metal line contact MLC is wider than that of the portion of the source line SL, thereby increasing the process margin when forming the metal line contact MLC.
MTJ는 활성영역(30)의 소오스/드레인 영역과 비트라인(BL) 사이에 형성된다. 따라서, 비트라인(BL)이 형성되지 않는 활성영역 즉 금속라인콘택(MLC)이 형성되는 활성영역에는 MTJ도 형성되지 않는다.The MTJ is formed between the source / drain region of the
상술한 구성에서, 전류가 소스라인(SL)에서 비트라인(BL) 쪽으로 흐르도록 하고자 하는 경우, 미 도시된 주변회로에서는 종래와 같이 소스라인(SL)을 통해서만 전류를 공급하지 않고 금속라인(ML) 또는 소스라인(SL)과 금속라인(ML) 모두를 통해 전류를 공급하다.In the above-described configuration, when the current is to flow from the source line SL to the bit line BL, the metal circuit ML does not supply current only through the source line SL in the peripheral circuit not shown in the related art. ) Or supply current through both the source line SL and the metal line ML.
이처럼, 본 발명에서는 어드레싱에 의해 선택된 셀의 MTJ에 저항값이 작은 금속라인(ML)을 통해 전류를 공급함으로써 종래에 소스라인(SL) 만을 통해 전류를 공급하는 경우와 비교하여 셀의 위치와 상관없이 소스라인(SL)에 의한 각 셀들 간의 저항차이를 작게 해준다. 즉, 주변회로(미도시)로부터 가까운 곳에 위치하는 셀과 주변회로(미도시)로부터 먼 곳에 위치하는 셀 간에 소스라인(SL)에 의한 저항차이가 크게 줄어들게 된다. 따라서, 고집적화를 위해 셀 어레이를 크게 형성하더라도 종래와 같이 셀의 위치에 따른 저항차이가 크게 발생하지 않게 된다.As described above, in the present invention, the current is supplied to the MTJ of the cell selected by the addressing to supply the current through the metal line ML having a small resistance value. Without this, the resistance difference between the cells by the source line SL is reduced. That is, the difference in resistance due to the source line SL is greatly reduced between a cell located close to the peripheral circuit (not shown) and a cell located far from the peripheral circuit (not shown). Therefore, even if the cell array is formed large for high integration, the resistance difference according to the position of the cell does not occur as in the prior art.
도 3은 도 2에서 A-A' 선을 따른 공정 단면을 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a process cross section taken along the line AA ′ in FIG. 2.
소스라인(SL) 상부에 금속라인(ML)이 형성되고 이 두 금속라인(SL, ML)은 금속라인콘택(MLC)을 통해 전기적으로 연결된다. 그리고 이처럼 금속라인콘택(MLC) 이 형성되는 활성영역의 상부에는 비트라인(BL) 및 MTJ가 형성되지 않는다.The metal line ML is formed on the source line SL, and the two metal lines SL and ML are electrically connected to each other through the metal line contact MLC. The bit line BL and the MTJ are not formed on the active region where the metal line contact MLC is formed.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 구조를 갖는 MRAM의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an MRAM having the structure of FIG. 3.
도 4a을 참조하면, 먼저 실리콘 기판에 예컨대 STI(Shallow Trench Isolation) 법을 이용하여 활성영역(30)을 정의하는 소자분리막(40)을 형성한다.Referring to FIG. 4A, first, an
다음에, 활성영역(30)과 소자분리막(32) 상에 통상의 MOS 트랜지스터 제조 방법과 같은 방법으로 게이트 전극(34) 및 소오스/드레인 영역(36, 38)을 갖는 셀 선택 트랜지스터를 형성한다.Next, cell selection transistors having the
도 4b를 참조하면, 셀 선택 트랜지스터가 형성된 실리콘 기판 상에 예컨대 CVD 법을 이용하여 실리콘 산화막을 형성함으로써 층간절연막(40)을 형성한다.Referring to FIG. 4B, an
다음에, 콘택플러그(42)가 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 이용하여 소오스/드레인 영역(38)이 노출될 때까지 층간절연막(40)을 선택 식각함으로써 콘택홀을 형성한다.Next, a contact hole is formed by selectively etching the
다음에 컨택홀을 매립하는 도전막을 형성함으로써 소오스/드레인 영역(38)과 전기적으로 연결되는 콘택플러그(42)를 형성한다. 그리고, 콘택플러그(42)를 포함하는 층간절연막(40) 상에 예컨대 텅스텐(W)막 또는 플래티늄(Pt)막을 형성한 후 이를 패터닝하여 콘택플러그(42)를 통해 소오스/드레인 영역(38)과 전기적으로 연결되는 소스라인(44)을 형성한다.Next, the
도 4c를 참조하면, 소스라인(44)을 포함하는 결과물 상부에 층간절연막(46)을 형성한 후 소스라인(44)이 노출될 때까지 층간절연막(46)을 선택 식각하여 소스 라인(44)과 연결되는 콘택플러그(48)를 형성한다.Referring to FIG. 4C, after forming the interlayer insulating
다음에, 콘택플러그(48)를 포함하는 층간절연막(46) 상에 콘택플러그(48)와 연결되는 도전막(50)을 형성한 후 이를 패터닝한다.Next, a
다음에, 패터닝된 도전막(50)을 포함하는 결과물 상부에 층간절연막(52)을 형성한 후 도전막(50)이 노출될 때까지 층간절연막(52)을 선택 식각하여 도전막(50)과 연결되는 콘택플러그(54)를 형성한다.Next, after the
다음에, 콘택플러그(54)를 포함하는 층간절연막(52) 상에 콘택플러그(54)와 연결되는 금속막을 형성한 후 이를 패터닝하여 금속라인(56)을 형성한다. 이때, 금속라인(56)은 소스라인(44) 보다 저항이 작은 금속 예컨대 구리(Cu)로 형성된다.Next, a metal film connected to the
도 5는 도 2에서 B-B' 선을 따른 공정 단면을 보여주는 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a process cross section taken along the line BB ′ in FIG. 2.
소스라인(SL)과 MTJ는 워드라인(WL) 양측의 소오스/드레인 영역과 각각 전기적으로 연결되도록 형성된다. 이때, MTJ의 고정자성층은 소오스/드레인 영역과 연결되며 자유자성층은 비트라인과 연결된다. 따라서, 어드레싱에 의해 특정 워드라인(WL)에 게이트 전압이 인가되어 해당 셀 트랜지스터가 온 되면 MTJ를 통해 소스라인(SL)과 비트라인(BL) 사이에 전류가 흐르게 되며 그 전류의 방향에 따라 MTJ에 데이터 "1" 또는 "0"이 저장된다.The source line SL and the MTJ are electrically connected to the source / drain regions on both sides of the word line WL. At this time, the stant magnetic layer of the MTJ is connected to the source / drain region and the free magnetic layer is connected to the bit line. Therefore, when a gate voltage is applied to a specific word line WL by addressing and the corresponding cell transistor is turned on, current flows between the source line SL and the bit line BL through the MTJ, and according to the direction of the current. Data "1" or "0" is stored in the.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 구조를 갖는 MRAM의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an MRAM having the structure of FIG. 5.
도 6a을 참조하면, 먼저 실리콘 기판에 예컨대 STI(Shallow Trench Isolation) 법을 이용하여 활성영역(60)을 정의하는 소자분리막(62)을 형성한다.Referring to FIG. 6A, first, an
다음에, 활성영역(60)과 소자분리막(62) 상에 통상의 MOS 트랜지스터 제조 방법과 같은 방법으로 게이트 전극(64) 및 소오스/드레인 영역(66, 68)을 갖는 셀 선택 트랜지스터를 형성한다. 이러한 도 6a의 공정은 상술한 도4a의 공정과 동일하게 이루어진다.Next, a cell selection transistor having a
도 6b를 참조하면, 셀 선택 트랜지스터가 형성된 실리콘 기판 상에 예컨대 CVD 법을 이용하여 실리콘 산화막을 형성함으로써 층간절연막(70)을 형성한다. 이때, 층간절연막(70)은 도 4b에서의 층간절연막(40)과 동일한 막이다.Referring to FIG. 6B, an
다음에, 콘택플러그들(72, 74)이 형성될 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 이용하여 소오스/드레인 영역(66, 68)이 노출될 때까지 층간절연막(70)을 선택 식각함으로써 콘택홀을 형성한다.Next, by selectively etching the
다음에 도전물질로 컨택홀을 매립함으로써 소오스/드레인 영역(66, 68)과 전기적으로 연결되는 콘택플러그들(72, 74)을 형성한다. 이러한 콘택플러그들(72, 74)은 도 4b에서의 콘택플러그(42)와 함께 형성된다.The contact holes are then filled with a conductive material to form contact plugs 72 and 74 electrically connected to the source /
그리고, 콘택플러그들(72, 74)을 포함하는 층간절연막(70) 상에 예컨대 텅스텐막(W) 또는 플래티늄(Pt)막을 형성한 후 이를 패터닝하여 콘택플러그(72, 74)를 통해 소오스/드레인 영역(66, 68)과 각각 전기적으로 연결되는 도전막(76) 및 소스라인(78)을 형성한다. 즉, 도전막(76)은 콘택플러그(72)를 통해 소오스/드레인 영역(66)과 연결되며, 소스라인(78)은 콘택플러그(74)를 통해 소오스/드레인 영역(68)과 연결된다. 그리고, 도 2에서의 소스라인(SL)과 같이 도 6의 소스라인(78)은 도 4b의 소스라인(44)과 연결된다.Then, for example, a tungsten film (W) or a platinum (Pt) film is formed on the
도 6c를 참조하면, 도전막(76) 및 소스라인(78)을 포함하는 결과물 상부에 층간절연막(80)을 형성한 후 층간절연막(80)을 선택 식각하여 도전막(76)과 연결되는 콘택플러그(82)를 형성한다.Referring to FIG. 6C, after the interlayer insulating
다음에, 콘택플러그(82)를 포함하는 층간절연막(80) 상에 고정자성층(pinned ferromagnetic)(84), 터널접합층(tunnel junction layer)(86) 및 자유자성층(free ferromagnetic)(88)을 순차적으로 형성한 후 이를 패터닝하여 MTJ(magnetic tunnel junction)를 형성한다.Next, a pinned ferromagnetic 84, a
다음에, MTJ를 포함하는 결과물 상부에 층간절연막(90)을 형성한 후 층간절연막(90)을 선택 식각하여 MTJ의 자유자성층(88)과 연결되는 콘택플러그(92)를 형성한다.Next, the
다음에, 콘택플러그(92)를 포함하는 층간절연막(90) 상에 콘택플러그(92)와 연결되는 비트라인(94)을 패터닝하여 형성한다.Next, the
상술한 본 발명은 일정 간격으로 비트라인을 형성하지 않음으로써 해당 영역에 MRAM 셀을 형성할 수 없는 점은 있으나 이러한 문제는 본 발명을 이용한 고집적화를 통해 추가적으로 얻을 수 있는 MRAM 셀의 수와 비교하면 그 정도는 아주 미미하다 할 수 있다.The present invention described above does not form MRAM cells in a corresponding region by not forming bit lines at regular intervals, but this problem is compared with the number of MRAM cells that can be additionally obtained through high integration using the present invention. The degree is very insignificant.
상술한 실시예에서는 일정 간격으로 비트라인을 형성하지 않고 그 위치에 금속라인콘택(MLC)을 형성하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the above-described embodiment, the metal line contact MLC is formed at the position without forming the bit lines at regular intervals, but is not limited thereto.
즉, 본 발명의 주된 특징은 금속라인(ML)을 추가로 형성한 후 소스라인(SL)과 금속라인(ML)을 일정 간격으로 전기적으로 연결시켜 주는 것이므로 그 연결되는 위치 즉 금속라인콘택(MLC)이 형성되는 위치는 활성영역의 상부에 한정되지 않는다. 또한, 상술한 실시예에서는 금속라인콘택(MLC)을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위해 일정 간격으로 비트라인을 형성하지 않고 있다. 따라서, 비트라인들 사이의 공간에 충분히 금속라인콘택(MLC)을 형성할 수 있다면 셀 어레이의 구조를 상술한 실시예에서와 같이 비트라인 미형성 구간을 두지 않고 종래와 같이 모든 비트라인들을 일정 간격으로 형성되도록 할 수 있다. 이러한 경우, 금속라인콘택(MLC)은 소자분리막 상부에 형성되게 된다.That is, the main feature of the present invention is to electrically connect the source line SL and the metal line ML at regular intervals after the metal line ML is additionally formed, that is, the location of the metal line contact MLC. Is formed at the top of the active region. In addition, in the above-described embodiment, the bit lines are not formed at regular intervals to secure a space for forming the metal line contact MLC. Therefore, if the metal line contact (MLC) can be formed sufficiently in the space between the bit lines, the structure of the cell array does not have a bit line non-forming section as in the above-described embodiment, and all bit lines are spaced as in the prior art. It can be formed as. In this case, the metal line contact MLC is formed on the device isolation layer.
또 다른 실시예로서, 일정 간격으로 비트라인 사이의 간격을 충분히 넓게 형성한 후 그 위치에 금속라인콘택(MLC)을 형성할 수도 있다.In another embodiment, the metal line contact MLC may be formed at a position after the gap between the bit lines is sufficiently wide at a predetermined interval.
또한, 상술한 실시예에서는 일정 간격으로 금속라인(ML)과 소스라인(SL)을 연결시켜주는 경우를 설명하였으나 위치에 따라 금속라인콘택(MLC) 간의 거리를 달리 할 수 있다. 예컨대, 주변회로에서 가까운 영역에서는 금속라인콘택(MLC) 간의 거리를 길게 하고 반대로 주변회로에서 먼 영역에서는 금속라인콘택(MLC) 간의 거리를 짧게 할 수 있다. 이러한 경우, 도 2에서 비트라인이 형성되지 않는 간격도 주변회로로부터의 거리에 따라 달라지게 된다.In addition, in the above-described embodiment, the case in which the metal line ML and the source line SL are connected at a predetermined interval has been described, but the distance between the metal line contacts MLC may vary depending on the position. For example, the distance between the metal line contacts MLC may be increased in the region close to the peripheral circuit, and conversely, the distance between the metal line contacts MLC may be shortened in the region far from the peripheral circuit. In this case, the interval at which the bit line is not formed in FIG. 2 also depends on the distance from the peripheral circuit.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
도 1은 종래 스핀 이동 기능을 이용한 MRAM의 기본 단위 셀의 회로 구성을 간략하게 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram schematically showing a circuit configuration of a basic unit cell of an MRAM using a conventional spin movement function.
도 2는 본 발명에 따른 MRAM의 셀 어레이 영역의 구조를 보여주는 평면도.2 is a plan view showing the structure of a cell array region of an MRAM according to the present invention;
도 3은 도 2에서 A-A' 선을 따른 공정 단면을 보여주는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a process cross section along the line AA ′ in FIG. 2.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 구조를 갖는 MRAM의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an MRAM having the structure of FIG. 3.
도 5는 도 2에서 B-B' 선을 따른 공정 단면을 보여주는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a process cross-section along the line B-B 'in FIG.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 구조를 갖는 MRAM의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an MRAM having the structure of FIG. 5.
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