KR20100067414A

KR20100067414A - Method of forming magnetic memory devices

Info

Publication number: KR20100067414A
Application number: KR1020080125976A
Authority: KR
Inventors: 정준호; 이장은; 오세충; 남경태; 김대겸
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-21

Abstract

PURPOSE: A formation method of a magnetic memory element is provided to form a magnetoresistance pattern with patterning a magnetoresistance layer using a base mask line and a supplementary mask line. CONSTITUTION: An electrode pattern(121) and a magnetoresistive layer(131) are formed on a substrate(110). A hard mask film(142) is formed on the magnetoresistive layer. A base mask line(152) is formed on the hard mask layer. A sub-mask line(162) is formed on the base mask line. A mask pattern is formed with implementing a patterning process using the sub-mask line to the base mask line. A magnetoresistance pattern is formed by implementing the patterning process using the sub-mask line to the magnetoresistive layer.

Description

METHOD OF FORMING MAGNETIC MEMORY DEVICES

본 발명의 메모리 소자의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 메모리 소자의 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a memory element, and more particularly, to a method of forming a magnetic memory element.

전자 기기의 고속화, 저소비전력화에 따라 이에 내장되는 기억 소자 역시 빠른 읽기/쓰기 동작, 낮은 동작 전압이 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족하는 기억 소자로 자기 기억 소자가 연구되고 있다. 자기 기억 소자는 고속동작 및/또는 비휘발성의 특성을 가질 수 있어 차세대 메모리로 각광받고 있다. The high speed and low power consumption of electronic devices require fast read / write operations and low operating voltages. Magnetic memory devices have been studied as memory devices that meet these requirements. The magnetic memory element can have high-speed operation and / or nonvolatile characteristics, and is thus attracting attention as a next generation memory.

일반적으로 알려진 자기 기억 소자는 자기터널접합패턴(Magnetic Tunnel Junction pattern:MTJ)을 포함할 수 있다. 자기터널접합 패턴은 두 개의 자성체와 그 사이에 개재된 절연막에 의해 형성되는 것으로, 두 자성체의 자화 방향에 따라 상기 자기터널접합 패턴의 저항값이 달라질 수 있다. 구체적으로, 두 자성체의 자화 방향이 반평행할 때 자기터널접합패턴은 큰 저항값을 갖고, 두 자성체의 자화 방향이 평행한 경우 자기터널접합패턴은 작은 저항값을 가질 수 있다. 이러한 저항값의 차이를 이용하여 데이터를 기입/판독할 수 있다.Generally known magnetic memory elements may include a magnetic tunnel junction pattern (MTJ). The magnetic tunnel junction pattern is formed by two magnetic bodies and an insulating layer interposed therebetween, and the resistance value of the magnetic tunnel junction pattern may vary according to the magnetization direction of the two magnetic bodies. Specifically, when the magnetization directions of two magnetic bodies are antiparallel, the magnetic tunnel junction pattern has a large resistance value, and when the magnetization directions of the two magnetic bodies are parallel, the magnetic tunnel junction pattern may have a small resistance value. This difference in resistance value can be used to write / read data.

본 발명의 실시예들이 이루고자하는 일 기술적 과제는 보다 고집적화된 자기 메모리 소자 및 그 형성방법을 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a highly integrated magnetic memory device and a method of forming the same.

본 발명의 실시예들이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 자기 메모리 소자 및 그 형성방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a magnetic memory device having improved reliability and a method of forming the same.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 자기 메모리 소자 및 그 형성방법이 제공된다. 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법은 기판 상에 자기 저항막을 형성하는 것; 상기 자기 저항막 상에 기저 마스크 라인을 형성하는 것; 상기 기저 마스크 라인의 하나의 지점에서 교차하는 적어도 하나의 보조 마스크 라인들을 이용하는 패터닝 공정을 상기 기저 마스크 라인에 대해 수행하여, 마스크 패턴을 형성하는 것: 및 상기 마스크 패턴을 사용하여 패터닝 공정을 상기 저항막에 대해 수행하여 자기 저항 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. A magnetic memory device and a method of forming the same are provided to solve the above technical problem. A method of forming a magnetic memory device according to embodiments of the present invention includes forming a magnetoresistive film on a substrate; Forming a base mask line on the magnetoresistive film; Performing a patterning process on the base mask line using at least one auxiliary mask line that intersects at one point of the base mask line to form a mask pattern: and using the mask pattern to pattern the process Performing on the film to form a magnetoresistive pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 자기 저항 패턴을 형성하는 것은: 상기 기저 마스크 라인을 형성하기 전에, 상기 자기 저항막 상에 하드 마스크막을 형성하는 것; 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 하드 마스크막을 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성하는 것; 및 상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 자기 저항막을 식각하여 상기 자기 저항 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the magnetoresistive pattern comprises: forming a hard mask film on the magnetoresistive film before forming the base mask line; Etching the hard mask layer using the mask pattern as an etching mask to form a hard mask pattern; And etching the magnetoresistive layer using the hard mask pattern as an etching mask to form the magnetoresistive pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하는 것은: 상기 기저 마스크 라인을 가로지르는 제1 보조 마스크 라인을 형성하는 것; 상기 제1 보조 마스크 라인을 마스크로 사용하여 상기 기저 마스크 라인을 식각하여 예비 마스크 패턴을 형성하는 것; 상기 제1 보조 마스크 라인을 제거하는 것; 상기 예비 마스크 패턴을 가로지르되, 상기 기저 마스크 라인 및 제1 보조 마스크 라인과 비평행한 제2 보조 마스크 라인을 형성하는 것; 및 상기 제2 보조 마스크 라인을 식각 마스크로 사용하여 상기 예비 마스크 패턴을 식각하여 상기 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the mask pattern comprises: forming a first auxiliary mask line across the base mask line; Etching the base mask line using the first auxiliary mask line as a mask to form a preliminary mask pattern; Removing the first auxiliary mask line; Forming a second auxiliary mask line across the preliminary mask pattern, the second auxiliary mask line being non-parallel to the base mask line and the first auxiliary mask line; And forming the mask pattern by etching the preliminary mask pattern using the second auxiliary mask line as an etching mask.

일 실시예에 있어서, 상기 보조 마스크 라인은 상기 기저 마스크 라인에 대해 0°보다 크고 90°와 같거나 작은 각도를 갖도록 교차할 수 있다. In one embodiment, the auxiliary mask line may intersect with an angle greater than 0 ° and equal to or less than 90 ° with respect to the base mask line.

일 실시예에 있어서, 상기 자기 저항 패턴은 고정된 자화방향을 갖는 기준 패턴, 자화방향이 변경가능한 자유 패턴 및 상기 기준 패턴 및 자유 패턴 사이에 개재되는 터널 절연 패턴을 포함할 수 있다.In example embodiments, the magnetoresistive pattern may include a reference pattern having a fixed magnetization direction, a free pattern in which the magnetization direction is changeable, and a tunnel insulation pattern interposed between the reference pattern and the free pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 기준 패턴의 상부면의 대각선과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. In one embodiment, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the diagonal of the upper surface of the reference pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 기준 패턴의 상부면은 서로 다른 길이의 대각선들을 포함하되, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 대각선들 중 긴 대각선과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. In an embodiment, the upper surface of the reference pattern may include diagonals having different lengths, and the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the long one of the diagonals.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기저 마스크 라인 및 이와 교차하는 적어도 하나의 보조 마스크 라인을 이용하여 자기 저항막이 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 보다 좁은 선폭을 갖는 자기 저항 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 고집적화에 최적화된 자기 메모리 소자가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 자기 저항 패턴은 매우 균일성이 높을 수 있다. 이에 따라 신뢰성이 향상된 자기 메모리 소자가 제공될 수 있다. In example embodiments, the magnetoresistive layer may be patterned using a base mask line and at least one auxiliary mask line crossing the base mask line. Accordingly, a magnetoresistive pattern having a narrower line width may be formed. Therefore, a magnetic memory device optimized for high integration can be provided. In addition, the magnetoresistive pattern formed according to embodiments of the present invention may be highly uniform. Accordingly, a magnetic memory device having improved reliability may be provided.

이하, 참조된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. 설명되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 일 구성요소가 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제3 의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. Hereinafter, a magnetic memory device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are provided so that those skilled in the art can easily understand the spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Embodiments of the invention may be modified in other forms within the spirit and scope of the invention. In this specification, 'and / or' is used to include at least one of the components listed before and after. In this specification, the fact that one component is 'on' another component means that another component is directly positioned on one component, and that a third component may be further positioned on the one component. It also includes meaning. Each component or part of the present specification is referred to using the first, second, and the like, but the present disclosure is not limited thereto. The thickness and relative thickness of the components represented in the drawings may be exaggerated to clearly express embodiments of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법이 설명된다. 1 to 5, a method of forming a magnetic memory device according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 전극패턴(121) 및 자기 저항막(131)이 형 성된다. 상기 기판(110)은 반도체 기반의 반도체 기판일 수 있다. 상기 전극패턴(121)은 상기 자기 저항막(131)의 일면과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 자기 저항막(131)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자기 저항막(131)은 기준막, 터널 절연막 및 자유막이 차례로 적층될 수 있다. 이와 달리, 상기 자유막, 터널 절연막 및 기준막이 차례로 적층될 수 있다. Referring to FIG. 1, an electrode pattern 121 and a magnetoresistive layer 131 are formed on a substrate 110. The substrate 110 may be a semiconductor-based semiconductor substrate. The electrode pattern 121 may be electrically connected to one surface of the magnetoresistive layer 131. The magnetoresistive layer 131 may include a plurality of layers. For example, the magnetoresistive layer 131 may be formed by sequentially stacking a reference layer, a tunnel insulating layer, and a free layer. Alternatively, the free layer, the tunnel insulating layer, and the reference layer may be sequentially stacked.

상기 기준막은 고정 가능한 자화방향을 가질 수 있다. 상기 기준막은 자화방향이 고정 가능한 기준 강자성막을 포함할 수 있다. 이에 더하여 상기 기준막은 보조 강자성막, 및 상기 보조 강자성막 및 기준 강자성막 사이에 개재된 비자성막을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 비자성막은 상기 기준 강자성막의 자화방향 및 보조 강자성막의 자화방향을 서로 반대방향으로 고정시킬 수 있다. 상기 기준막이 기준 강자성막, 비자성막 및 보조 강자성막을 포함하는 경우에, 상기 기준 강자성막이 상기 터널 절연막에 인접할 수 있다. 상기 자유막은 자화방향이 변경가능한 강자성체를 포함할 수 있다. 상기 터널 절연막은 산화 알루미늄 및 산화 마그네슘등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The reference layer may have a fixable magnetization direction. The reference layer may include a reference ferromagnetic layer having a fixed magnetization direction. In addition, the reference layer may further include an auxiliary ferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer interposed between the auxiliary ferromagnetic layer and the reference ferromagnetic layer. In this case, the nonmagnetic film may fix the magnetization direction of the reference ferromagnetic film and the magnetization direction of the auxiliary ferromagnetic film in opposite directions. When the reference film includes a reference ferromagnetic film, a nonmagnetic film, and an auxiliary ferromagnetic film, the reference ferromagnetic film may be adjacent to the tunnel insulating film. The free layer may include a ferromagnetic material whose magnetization direction is changeable. The tunnel insulating layer may include at least one of aluminum oxide, magnesium oxide, and the like.

상기 기판 상에 상기 기준막과 인접한 기준 반강자성막(또는 기준 반강자성 패턴)이 더 형성될 수 있다. 상기 기준 반강자성막은 상기 자기 저항막의 상부면 전체를 덮거나, 하부면 전체 아래에 형성될 수 있다. 상기 자기 저항막 아래에 상기 기준 반강자성막이 배치되는 경우, 상기 기준 반강자성 패턴은 기판(110)의 일부 상에 배치될 수 있다. 상기 기준 반강자성막은 상기 기준 강자성막의 자화방향을 고정시키기 위하여 요구될 수 있다. A reference antiferromagnetic layer (or reference antiferromagnetic pattern) adjacent to the reference layer may be further formed on the substrate. The reference antiferromagnetic film may cover the entire upper surface of the magnetoresistive layer or may be formed under the entire lower surface. When the reference antiferromagnetic layer is disposed under the magnetoresistive layer, the reference antiferromagnetic pattern may be disposed on a portion of the substrate 110. The reference antiferromagnetic film may be required to fix the magnetization direction of the reference ferromagnetic film.

상기 자기 저항막(131) 상에 하드 마스크막(142)이 더 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막(142)은 상기 자기 저항막(131)의 상부면을 덮을 수 있다. 상기 하드 마스크막(142)은 반도체 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하드 마스크막(142)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크막(142)은 화학기상증착법에 의해 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막(142)은 예를 들어, HDP막일 수 있다. 이와 달리, 상기 하드 마스크막(142)은 스핀코팅방식에 의해 형성될 수 있다. A hard mask layer 142 may be further formed on the magnetoresistive layer 131. The hard mask layer 142 may cover an upper surface of the magnetoresistive layer 131. The hard mask layer 142 may include a semiconductor oxide. For example, the hard mask layer 142 may include silicon oxide. The hard mask layer 142 may be formed by chemical vapor deposition. The hard mask layer 142 may be, for example, an HDP layer. Alternatively, the hard mask layer 142 may be formed by spin coating.

도 2를 참조하면, 상기 하드 마스크막(142) 상에 기저 마스크 라인(152)이 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크 라인(152)은 상기 하드 마스크막(142) 상에 기저 마스크막(미도시)을 형성한 후, 상기 기저 마스크막을 패터닝하여 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크막은 상기 자기 저항막(131)의 전면 상에 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크막은 반도체 원소의 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기저 마스크막은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a base mask line 152 may be formed on the hard mask layer 142. The base mask line 152 may be formed by forming a base mask layer (not shown) on the hard mask layer 142 and then patterning the base mask layer. The base mask layer may be formed on the entire surface of the magnetoresistive layer 131. The base mask layer may include a nitride of a semiconductor element. For example, the base mask layer may include silicon nitride.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하드 마스크막(142)이 생략될 수도 있다. 이 경우에, 상기 기저 마스크 라인(152)은 상기 자기 저항막(131) 상에 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the hard mask layer 142 may be omitted. In this case, the base mask line 152 may be formed on the magnetoresistive layer 131.

상기 기저 마스크막은, 상기 기저 마스크 라인(152)의 형성 시 반사 방지용 막으로 사용될 수 있다. 이와 달리, 상기 기저 마스크막 상에 별도의 반사 방지용 막이 더 형성될 수도 있다. The base mask layer may be used as an anti-reflection layer when the base mask line 152 is formed. Alternatively, a separate antireflection film may be further formed on the base mask film.

상기 기저 마스크 라인(152)을 패터닝하기 전에, 상기 기저 마스크막에 대한 플라즈마 처리 공정이 더 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 산소 플라즈마를 이용한 공정일 수 있다. 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 기저 마스크 패턴(152)을 정의하는 포토 공정시 상기 기저 마스크막 상에 스컴(scum)의 발생이 최소화될 수 있다. Before patterning the base mask line 152, a plasma treatment process may be performed on the base mask layer. The plasma treatment may be a process using an oxygen plasma. The base mask pattern 152 is formed by the plasma treatment. The occurrence of scum on the base mask layer may be minimized during the defining photo process.

상기 하드 마스크막(142) 상에, 상기 기저 마스크 라인(152)의 측벽들을 둘러싸는 반사 방지막(154)이 더 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(154)은 평탄한 상부면을 가질 수 있다. 상기 반사 방지막(154)은 상기 기저 마스크 라인(152)의 상부면과 동일한 높이의 상부면을 포함할 수 있다. 상기 반사 방지막(154)은, 상기 하드 마스크막(142) 상에 상기 기저 마스크 라인(152)의 측벽을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(154)은 스핀 코팅(spin coating)으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 반사 방지막(154)은 화학기상증착법으로 반사 방지 물질을 증착한 뒤, 상기 기저 마스크 라인(152)의 상부면이 노출될 때까지 상기 반사 방지 물질을 평탄화하여 형성될 수 있다. 상기 반사 방지막(154)은 유기 반사 방지막을 포함할 수 있다. 상기 반사 방지막(154)에 대해 플라즈마 처리가 더 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 처리는 산소 플라즈마를 이용한 공정일 수 있다. An anti-reflection film 154 may be further formed on the hard mask layer 142 to surround sidewalls of the base mask line 152. The anti-reflection film 154 may have a flat upper surface. The anti-reflection film 154 may include an upper surface having the same height as the upper surface of the base mask line 152. The anti-reflection film 154 may be formed on the hard mask layer 142 to surround sidewalls of the base mask line 152. The anti-reflection film 154 may be formed by spin coating. Alternatively, the anti-reflection film 154 may be formed by depositing an anti-reflection material by chemical vapor deposition and then planarizing the anti-reflection material until the top surface of the base mask line 152 is exposed. The anti-reflection film 154 may include an organic anti-reflection film. Plasma treatment may be further performed on the anti-reflection film 154. For example, the plasma treatment may be a process using oxygen plasma.

도 3을 참조하면, 상기 기저 마스크 라인(152) 상에 보조 마스크 라인(162)이 형성될 수 있다. 상기 보조 마스크 라인(162)은 상기 기저 마스크 라인(152)과 적어도 하나의 지점에서 교차할 수 있다. 즉, 상기 보조 마스크 라인(162)은 상기 기저 마스크 라인(152)과 평행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 마스크 라인(162)은 상기 기저 마스크 라인(152)을 수직하게 가로지를 수 있다. 이 경우, 상 기 보조 마스크 라인(162)과 상기 기저 마스크 라인(152)의 중첩면은 직사각형일 수 있다. 도시된 바와 달리, 상기 보조 마스크 라인(162)은 상기 기저 마스크 라인(152)과 90°보다 작은 각도로 교차할 수 있다. 이 경우, 상기 보조 마스크 라인(162)과 상기 기저 마스크 라인(152)의 접촉면은 직사각형이 아닌 평행사변형일 수 있다. Referring to FIG. 3, an auxiliary mask line 162 may be formed on the base mask line 152. The auxiliary mask line 162 may cross the base mask line 152 at at least one point. That is, the auxiliary mask line 162 may not be parallel to the base mask line 152. For example, the auxiliary mask line 162 may vertically cross the base mask line 152. In this case, the overlapping surface of the auxiliary mask line 162 and the base mask line 152 may be rectangular. Unlike the illustrated example, the auxiliary mask line 162 may cross the base mask line 152 at an angle smaller than 90 °. In this case, the contact surface of the auxiliary mask line 162 and the base mask line 152 may be a parallelogram instead of a rectangle.

상기 보조 마스크 라인(162)은 포토 레지스트 패턴일 수 있다. 상기 보조 마스크 라인(162)은 상기 기저 마스크 라인(152) 및 상기 반사 방지막(154) 상에 포토 레지스트 막을 형성한 후, 노광 및 현상을 거쳐 형성될 수 있다. The auxiliary mask line 162 may be a photoresist pattern. The auxiliary mask line 162 may be formed through exposure and development after forming a photoresist film on the base mask line 152 and the anti-reflection film 154.

도 4를 참조하면, 상기 기저 마스크 라인(152)을 식각하여 기저 마스크 패턴(153)이 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)은 상기 보조 마스크 라인(162)을 마스크로 사용한 이방성 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)은, 상기 기저 마스크 라인(152)과 상기 보조 마스크 라인(162)이 이루는 각도에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기저 마스크 라인(152)과 상기 보조 마스크 라인(162)이 서로 수직한 경우, 상기 기저 마스크 패턴(153)은 직사각형의 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 기저 마스크 라인(152)과 상기 보조 마스크 라인(162)이 90°보다 작은 각도로 교차하는 경우, 상기 기저 마스크 패턴(153)은 평행사변형의 형태로 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 기저 마스크 패턴의 상부면은 45°와 135°인 내각들을 포함하는 평행사변형일 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)의 모서리 부분은 상기 식각 공정 시 라운딩될 수 있다. Referring to FIG. 4, a base mask pattern 153 may be formed by etching the base mask line 152. The base mask pattern 153 may be formed by an anisotropic etching process using the auxiliary mask line 162 as a mask. The base mask pattern 153 may be formed in various shapes according to angles formed by the base mask line 152 and the auxiliary mask line 162. For example, when the base mask line 152 and the auxiliary mask line 162 are perpendicular to each other, the base mask pattern 153 may be formed in a rectangular shape. In contrast, when the base mask line 152 and the auxiliary mask line 162 intersect at an angle smaller than 90 °, the base mask pattern 153 may be formed in a parallelogram shape. For example, the upper surface of the base mask pattern may be a parallelogram including angles of 45 ° and 135 °. An edge portion of the base mask pattern 153 may be rounded during the etching process.

상기 기저 마스크 라인(152)의 식각 시, 상기 반사 방지막(154)이 함께 식각될 수 있다. 이 경우, 상기 보조 마스크 라인(162)의 측벽과, 식각된 반사 방지막(154) 및 기저 마스크 패턴(153)의 측벽들은 자기정렬될(self-aligned) 수 있다. 이와 달리, 상기 반사 방지막(154)는 상기 기저 마스크 라인(152)의 식각 시 함께 식각되지 않고, 이후 별도의 공정을 수행하여 제거될 수 있다. When the base mask line 152 is etched, the anti-reflection film 154 may be etched together. In this case, the sidewalls of the auxiliary mask line 162 and the sidewalls of the etched anti-reflection film 154 and the base mask pattern 153 may be self-aligned. In contrast, the anti-reflection film 154 may not be etched together when the base mask line 152 is etched, and then may be removed by performing a separate process.

상기 기저 마스크 패턴(153)을 마스크로 사용한 상기 하드 마스크막(142)이 식각 공정에 의해 하드 마스크 패턴(143)이 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴(143)을 마스크로 사용한 식각 공정을 수행하여 자기 저항 패턴(132)이 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막(142)이 생략되는 경우, 상기 기저 마스크 패턴(153)을 식각 마스크로 이용하여 상기 자기 저항막(131)을 식각하여, 상기 자기 저항 패턴(132)이 형성될 수 있다. The hard mask pattern 143 may be formed by etching the hard mask layer 142 using the base mask pattern 153 as a mask. The magnetoresistive pattern 132 may be formed by performing an etching process using the hard mask pattern 143 as a mask. When the hard mask layer 142 is omitted, the magnetoresistive layer 131 may be etched using the base mask pattern 153 as an etching mask to form the magnetoresistive pattern 132.

도 5를 참조하면, 상기 자기 저항막(131)이 패터닝되어, 상기 전극패턴(120) 상에 자기 저항 패턴(132)이 형성될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(132)은 상기 기저 마스크 패턴(153)을 마스크로 사용한 이방성 식각 공정을 수행하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, the magnetoresistive layer 131 may be patterned to form a magnetoresistive pattern 132 on the electrode pattern 120. The magnetoresistive pattern 132 may be formed by performing an anisotropic etching process using the base mask pattern 153 as a mask.

상기 자기 저항 패턴(132)은 기준 패턴, 자유 패턴(free pattern) 및 상기 기준 패턴 및 자유 패턴 사이에 개재되는 터널 절연패턴을 포함할 수 있다. 상기 기준 패턴 및 자유 패턴은 도 1을 참조하여 설명된, 강자성 물질을 포함하는 막들의 패턴된 형태일 수 있다 상기 터널 절연패턴은 상술한 베리어막의 패턴된 형태일 수 있다. 상기 기준 패턴, 자유 패턴 및 터널 절연 패턴은 자기 터널 접 합(Magnetic turnnel junction)을 구성할 수 있다. The magnetoresistive pattern 132 may include a reference pattern, a free pattern, and a tunnel insulation pattern interposed between the reference pattern and the free pattern. The reference pattern and the free pattern may be patterned of films including ferromagnetic materials described with reference to FIG. 1. The tunnel insulation pattern may be patterned of the barrier film described above. The reference pattern, the free pattern, and the tunnel insulation pattern may form a magnetic tunnel junction.

상기 기준 패턴은 고정된 자화방향을 갖는 기준 강자성 패턴을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 기준 패턴은 보조 강자성 패턴 및 상기 기준 강자성 패턴 및 보조 강자성 패턴 사이의 비자성 패턴을 포함할 수 있다. The reference pattern may include a reference ferromagnetic pattern having a fixed magnetization direction. In addition, the reference pattern may include an auxiliary ferromagnetic pattern and a nonmagnetic pattern between the reference ferromagnetic pattern and the auxiliary ferromagnetic pattern.

상술한 기준 반강자성막은, 상기 기준 반강자성막이 상기 자기 저항 패턴(132) 상에 위치하는 경우, 상기 자기 저항 패턴(132)의 형성시 함께 패터닝될 수 있다. The reference antiferromagnetic film described above may be patterned together when the magnetoresistive pattern 132 is formed when the reference antiferromagnetic film is positioned on the magnetoresistive pattern 132.

도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 자기 저항 패턴(132)은 상술한 상기 기저 마스크 패턴(153) 및/또는 하드 마스크 패턴의 형태에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취한 자기 저항 패턴(132)의 단면도들이다. 예를 들어, 상기 자기 저항 패턴(132)을 기판(110)에 평행한 방향으로 자른 단면은 직사각형을 포함하는 평행사변형일 수 있다. 도시된 바와 달리, 상기 자기 저항 패턴(132)의 모서리 부분은 라운딩될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(132)의 단면은 둘 이상의 대각선을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 대각선들은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(132)의 모서리 부분이 라운딩된 경우, 상기 대각선은 상기 자기 저항 패턴(132)의 중심을 지나는 할선(secant)으로 정의될 수 있다. 6A to 6C, the magnetoresistive pattern 132 may be formed in various forms according to the shape of the base mask pattern 153 and / or the hard mask pattern. 6A through 6C are cross-sectional views of the magnetoresistive pattern 132 taken along the line II ′ shown in FIG. 5. For example, a cross section of the magnetoresistive pattern 132 cut in a direction parallel to the substrate 110 may be a parallelogram having a rectangle. Unlike shown, the corner portion of the magnetoresistive pattern 132 may be rounded. The cross section of the magnetoresistive pattern 132 may include two or more diagonal lines. In one embodiment, the diagonals may have different lengths. When the corner portion of the magnetoresistive pattern 132 is rounded, the diagonal line may be defined as a secant passing through the center of the magnetoresistive pattern 132.

상기 자기 저항 패턴(132)에 포함된 적어도 하나의 패턴의 자화방향이 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 자기 저항 패턴(132)에 포함된 기준 패턴의 자화방향이 고정될 수 있다. 도 6a를 참조하면, 상기 기준 패턴의 자화방향은 기준 패턴의 장축과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 이와 달리 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 대각선들 중 어느 하나에 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 패턴의 자화방향은 대각선들 중 가장 긴 선과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 도 6b를 참조하면, 상기 기준 패턴이 직사각형의 상부면을 포함하는 경우, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 직사각형의 긴 대각선 방향과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 도 6c를 참조하면, 상기 기준 패턴이 평행사변형의 상부면을 포함하는 경우, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 평행사변형의 긴 대각선과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. The magnetization direction of at least one pattern included in the magnetoresistive pattern 132 may be fixed. For example, the magnetization direction of the reference pattern included in the magnetoresistive pattern 132 may be fixed. Referring to FIG. 6A, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the long axis of the reference pattern. 6B and 6C, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to any one of the diagonals. For example, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the longest line of the diagonals. Referring to FIG. 6B, when the reference pattern includes an upper surface of a rectangle, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the long diagonal direction of the rectangle. Referring to FIG. 6C, when the reference pattern includes the upper surface of the parallelogram, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the long diagonal of the parallelogram.

상기 기준 패턴의 자화방향의 고정은 상기 기준 강자성막의 퀴리 온도(Curie temperature) 이상의 온도로 상기 기준 패턴을 어닐링하는 것과 고정하고자하는 자화방향과 평행한 방향의 자기장을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(132)에 포함된 적어도 하나의 패턴의 자화방향의 고정은 상기 자기 저항막(131)의 패터닝 이전에 수행될 수도 있다. 상기 기준 패턴과 인접한 기준 반자성막(또는 기준 반자성 패턴)이 존재하는 경우, 상기 기준 반자성막에 의해 상기 기준 패턴의 자화방향이 고정될 수 있다. The fixing of the magnetization direction of the reference pattern may include annealing the reference pattern at a temperature above a Curie temperature of the reference ferromagnetic film and providing a magnetic field in a direction parallel to the magnetization direction to be fixed. The magnetization direction of at least one pattern included in the magnetoresistive pattern 132 may be fixed before patterning the magnetoresistive layer 131. When a reference diamagnetic layer (or a reference diamagnetic pattern) adjacent to the reference pattern exists, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed by the reference diamagnetic layer.

상기 자기 저항 패턴(132)을 포함하는 자기 메모리 셀은 상기 자유 패턴의 자화 방향과 상기 기준 패턴의 자화 방향에 따른 저항 변화를 이용하여 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀일 수 있다. 상기 기준 패턴의 자화 방향은 일 방향으로 고정될 수 있다. 상기 자유 패턴의 자화 방향은 전기적 및/또는 자기적 요인에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 자유 패턴의 자화 방향은 스핀 토크 트랜스퍼 메카니즘에 의해 제어될 수 있다. 상기 자유 패턴의 자화 방향과 상기 기준 패턴의 자화 반향이 평행한 경우, 상기 자기 저항 패턴은 낮은 저항을 가질 수 있다. 상기 자유 패턴의 자화 방향과 상기 기준 패턴의 자화 방향이 반평행한 경우, 상기 자기 저항 패턴은 높은 저항을 가질 수 있다. 이러한 저항 상태의 차이를 이용하여 상기 자기 메모리 셀에 데이터가 기입 및/또는 판독될 수 있다. The magnetic memory cell including the magnetoresistive pattern 132 may be a memory cell capable of storing data using a resistance change according to the magnetization direction of the free pattern and the magnetization direction of the reference pattern. The magnetization direction of the reference pattern may be fixed in one direction. The magnetization direction of the free pattern may be changed by electrical and / or magnetic factors. For example, the magnetization direction of the free pattern can be controlled by a spin torque transfer mechanism. When the magnetization direction of the free pattern is parallel to the magnetization echo of the reference pattern, the magnetoresistive pattern may have a low resistance. When the magnetization direction of the free pattern and the magnetization direction of the reference pattern are antiparallel, the magnetoresistive pattern may have a high resistance. This difference in resistance state allows data to be written and / or read into the magnetic memory cell.

본 발명의 실시예들에 따라 형성된 자기 저항 패턴(131)은 매우 균일성이 높을 수 있다. 일 예로, 전자빔을 이용하여 형성된 자기 저항 패턴의 경우, 형성되는 패턴의 불균일성으로 매우 큰 자기 저항 산포를 가질 수 있다(이에 대한 상세한 내용은 이후 도 9a을 참조하여 설명된다.). 이에 반해 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 자기 저항 패턴(131)은 매우 균일한 막 특성(예를 들어, 패턴의 크기)을 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 자기 저항 패턴은 현저하게 개선된 자기 저항 산포를 갖게 되고 이에 의해 높은 신뢰성을 갖는 자기 메모리 셀이 구현될 수 있다. The magnetoresistive pattern 131 formed according to the embodiments of the present invention may have a very high uniformity. For example, a magnetoresistive pattern formed using an electron beam may have a very large magnetoresistance distribution due to nonuniformity of the pattern to be formed (the details thereof will be described later with reference to FIG. 9A). In contrast, the magnetoresistive pattern 131 formed according to the embodiments of the present invention may have a very uniform film characteristic (eg, the size of the pattern). Therefore, the magnetoresistive pattern according to embodiments of the present invention has a significantly improved magnetoresistance distribution, whereby a magnetic memory cell having high reliability can be implemented.

다시 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 메모리 소자가 설명된다. 기판(110) 상에 전극 패턴(121)이 배치된다. 상기 기판(110)은 절연 영역 및/또는 도전 영역을 포함하는 반도체 기판일 수 있다. 상기 전극 패턴(121)은 상기 기판(110)의 도전 영역에 전기적으로 접속될 수 있다. Referring again to FIG. 5, a magnetic memory device according to an embodiment of the present invention is described. The electrode pattern 121 is disposed on the substrate 110. The substrate 110 may be a semiconductor substrate including an insulating region and / or a conductive region. The electrode pattern 121 may be electrically connected to the conductive region of the substrate 110.

상기 전극 패턴(121) 상에 자기 저항 패턴(132)이 배치될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(131)은 상기 전극 패턴(121)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(131)은 고정된 자화방향을 갖는 기준 패턴, 자화방향이 변경가능한 자유 패턴 및 상기 기준 패턴과 자유 패턴 사이에 개재되는 터널 절연패턴을 포함할 수 있다. 상기 기준 패턴 및 자유 패턴은 각각 강자성 물질들을 포함할 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(132)의 상부면 및/또는 하부면 상에 반강자성 패턴이 더 배치될 수 있다. The magnetoresistive pattern 132 may be disposed on the electrode pattern 121. The magnetoresistive pattern 131 may be electrically connected to the electrode pattern 121. The magnetoresistive pattern 131 may include a reference pattern having a fixed magnetization direction, a free pattern in which the magnetization direction is changeable, and a tunnel insulation pattern interposed between the reference pattern and the free pattern. The reference pattern and the free pattern may each include ferromagnetic materials. An antiferromagnetic pattern may be further disposed on the top surface and / or the bottom surface of the magnetoresistive pattern 132.

상기 기준 패턴 및 자유 패턴의 상부면들은, 각각 둘 이상의 대각선을 가지는 다각형 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 패턴 및/또는 자유 패턴의 단면은 직사각형을 포함하는 평행사변형 또는 육각형일 수 있다. 상기 기준 패턴 및/또는 자유 패턴의 단면은 상기 평행사변형 또는 육각형의 모서리가 라운딩된 형태일 수 있다. 상기 기준 패턴 및/또는 자유 패턴의 단면은 적어도 하나의 대각선을 가질 수 있다. 상기 대각선은 상기 기준 패턴 및/또는 자유 패턴의 단면의 이웃하지 않는 두 꼭지점을 연결한 선일 수 있다. 상기 기준 패턴 및/또는 자유 패턴의 모서리가 라운딩된 경우, 상기 대각선은 상기 패턴의 단면의 중심을 지나는 할선으로 정의될 수 있다.Upper surfaces of the reference pattern and the free pattern may each have a polygonal shape having two or more diagonal lines. For example, the cross section of the reference pattern and / or the free pattern may be a parallelogram or a hexagon including a rectangle. The cross section of the reference pattern and / or the free pattern may have a shape in which corners of the parallelogram or hexagon are rounded. The cross section of the reference pattern and / or the free pattern may have at least one diagonal line. The diagonal line may be a line connecting two non-neighboring vertices of the cross section of the reference pattern and / or the free pattern. When the corners of the reference pattern and / or the free pattern are rounded, the diagonal line may be defined as a dashed line passing through the center of the cross section of the pattern.

상기 기준 패턴이 직사각형 또는 모서리가 라운딩된 직사각형의 단면을 포함하는 경우, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 직사각형의 긴 변에 평행한 방향 또는 상기 직사각형의 대각선에 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 상기 기준 패턴이 직사각형이 아닌 평행사변형 또는 모서리가 라운딩된 직사각형인 경우, 상기 기준 패턴의 자화방향은 상기 대각선들 중 어느 한 대각선과 평행한 방향으로 고정될 수 있다. 상기 기준 패턴이 평행사변형의 단면을 포함하는 경우, 자기 메모리 셀의 읽기 및/또는 쓰기 동작시 자유 패턴의 양단의 엔드-도메인(end-domain)이 감소될 수 있다. 상기 엔드-도메인은 자유 패턴의 자화되는 때에 상기 자유 패턴의 양단에서 원하는 자화방향과 평행하지 않는 방향의 스핀을 갖는 자기 성분이 발생하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 상기 평행하지 않는 방향은 상기 자화방향과 수직에 가까운 방향일 수 있다. When the reference pattern includes a rectangle or a cross-section of a rectangle with rounded corners, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to the long side of the rectangle or in a direction parallel to the diagonal of the rectangle. When the reference pattern is not a rectangular parallelogram or a rounded rectangle, the magnetization direction of the reference pattern may be fixed in a direction parallel to any one of the diagonals. When the reference pattern includes a cross-section of a parallelogram, end-domains at both ends of the free pattern may be reduced during a read and / or write operation of the magnetic memory cell. The end-domain may be a region in which a magnetic component having a spin in a direction not parallel to a desired magnetization direction occurs at both ends of the free pattern when the free pattern is magnetized. For example, the non-parallel direction may be a direction close to the perpendicular to the magnetization direction.

상기 엔드-도메인의 감소에 의해 상기 자유 패턴을 포함하는 자기 저항 패턴(132)은 보다 작은 크기를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 자기 저항 패턴(132)을 포함하는 자기 메모리 셀의 쓰기 및/읽기 동작에 있어서, 상기 엔드-도메인의 자기 성분들은 셀의 쓰기 및/또는 읽기 동작에 실질적으로 사용되지 않는 영역일 수 있다. 그러나 상기 자기 메모리 셀을 스위칭시키기 위해서는 상기 엔드-도메인에도 전자가 제공되어야 하므로 자기 메모리 셀의 구동전력이 커질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예들에 따라 상기 자기 저항 패턴(132)이 평행사변형으로 형성되는 경우 엔드-도메인의 발생이 최소화되므로 자기 메모리 셀의 구동전력이 현저하게 감소될 수 있다. By reducing the end-domain, the magnetoresistive pattern 132 including the free pattern may have a smaller size. Specifically, in the write and / or read operation of the magnetic memory cell including the magnetoresistive pattern 132, the magnetic components of the end-domain may be an area that is not substantially used for the write and / or read operation of the cell. . However, in order to switch the magnetic memory cell, electrons must also be provided to the end-domain, thereby increasing driving power of the magnetic memory cell. Therefore, when the magnetoresistive pattern 132 is formed in a parallelogram according to one embodiment of the present invention, the driving power of the magnetic memory cell may be significantly reduced since the generation of end-domain is minimized.

도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 메모리 셀의 형성방법이 설명된다. 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 부분은 생략될 수 있다. A method of forming a magnetic memory cell according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The portion described above with reference to FIGS. 1 to 5 may be omitted.

도 7을 참조하면, 기판(110) 상에 전극 패턴(121) 및 자기 저항막(131)이 차례로 적층될 수 있다. 상기 자기 저항막(131) 상에 하드 마스크막(142)이 더 형성될 수 있다. 상기 자기 저항막(131) 상에 기저 마스크 패턴(153)이 형성될 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)은 직사각형을 포함하는 평행사변형의 상부면을 포 함할 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)의 측벽을 둘러싸는 반사 방지막(155)이 형성된다. 상기 반사 방지막(155)은 상기 기저 마스크 패턴(153)의 상부면과 동일한 높이의 상부면을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, an electrode pattern 121 and a magnetoresistive layer 131 may be sequentially stacked on the substrate 110. A hard mask layer 142 may be further formed on the magnetoresistive layer 131. A base mask pattern 153 may be formed on the magnetoresistive layer 131. The base mask pattern 153 may include an upper surface of a parallelogram including a rectangle. An anti-reflection film 155 is formed surrounding the sidewalls of the base mask pattern 153. The anti-reflection film 155 may include an upper surface having the same height as the upper surface of the base mask pattern 153.

상기 기저 마스크 패턴(153) 상에 상기 기저 마스크 패턴(153)을 가로지르는 보조 마스크 라인(164)이 형성될 수 있다. 상기 보조 마스크 라인(164)은 상기 기저 마스크 패턴(153)의 상부면을 이루는 직사각형의 각 변이 연장되어 형성되는 선분들과 평행하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 보조 마스크 라인(164)은 상기 기저 마스크 패턴(153)과 겹치는 영역을 포함할 수 있다. 상기 보조 마스크 라인(164)은 상기 기저 마스크 패턴(153)의 일부를 노출시키도록 형성될 수 있다. 상기 보조 마스크 라인(164)이 상기 기저 마스크 패턴(153)과 겹치는 영역은 육각형의 형태일 수 있다. An auxiliary mask line 164 may be formed on the base mask pattern 153 to cross the base mask pattern 153. The auxiliary mask line 164 may be formed so as not to be parallel to line segments formed by extending sides of a rectangle forming an upper surface of the base mask pattern 153. That is, the auxiliary mask line 164 may include a region overlapping with the base mask pattern 153. The auxiliary mask line 164 may be formed to expose a portion of the base mask pattern 153. An area where the auxiliary mask line 164 overlaps with the base mask pattern 153 may have a hexagonal shape.

상기 보조 마스크 라인(164)을 마스크로 사용하여, 상기 기저 마스크 패턴(153)의 일부가 식각될 수 있다. 식각된 기저 마스크 패턴(153')은 육각형의 상부면을 갖도록 식각될 수 있다. 상기 기저 마스크 패턴(153)의 식각 시, 상기 반사 방지막(155)이 함께 제거될 수 있다. 이와 달리, 상기 반사 방지막(155)은 상기 기저 마스크 패턴(153)의 식각 이후 별도의 공정에 의해 제거될 수 있다. A portion of the base mask pattern 153 may be etched using the auxiliary mask line 164 as a mask. The etched base mask pattern 153 ′ may be etched to have a hexagonal top surface. When the base mask pattern 153 is etched, the anti-reflection film 155 may be removed together. Alternatively, the anti-reflection film 155 may be removed by a separate process after etching the base mask pattern 153.

상기 자기 저항막(131) 상에 하드 마스크막(142)이 더 형성된 경우, 상기 식각된 기저 마스크 패턴(153')을 마스크 패턴으로 식각 공정을 수행하여, 하드 마스크 패턴이 형성될 수 있다. When the hard mask layer 142 is further formed on the magnetoresistive layer 131, a hard mask pattern may be formed by performing an etching process on the etched base mask pattern 153 ′ as a mask pattern.

도 8을 참조하면, 식각된 기저 마스크 패턴(153')을 마스크로 사용하여 상기 자기 저항막(131)이 패터닝될 수 있다. 이에 의해 자기 저항 패턴(133)이 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 하드 마스크 패턴이 형성된 경우, 상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 사용하여 상기 자기 저항막(131)이 패터닝될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(133)은 상기 기저 마스크 패턴(153)의 형태에 따라 육각형으로 형성될 수 있다. 상기 자기 저항 패턴(133)은 상기 육각형의 대각선들 중 어느 한 대각선에 평행한 방향의 자화방향을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 육각형의 대각선들 중 가장 긴 대각선과 평행한 방향의 자화방향을 가질 수 있다. 상기 육각형의 모서리 부분이 라운딩된 경우, 상기 대각선은 상기 육각형의 할선 중 가장 긴 할선으로 정의될 수 있다. Referring to FIG. 8, the magnetoresistive layer 131 may be patterned using the etched base mask pattern 153 ′ as a mask. As a result, the magnetoresistive pattern 133 may be formed. In contrast, when the hard mask pattern is formed, the magnetoresistive layer 131 may be patterned using the hard mask pattern as a mask. The magnetoresistive pattern 133 may be formed in a hexagon according to the shape of the base mask pattern 153. The magnetoresistive pattern 133 may be formed to have a magnetization direction in a direction parallel to one of the diagonal lines of the hexagon. For example, it may have a magnetization direction in a direction parallel to the longest diagonal of the hexagonal diagonals. When the corner portion of the hexagon is rounded, the diagonal may be defined as the longest dividing line among the dividing lines of the hexagon.

도 9a 및 도 9b를 참조하여, 본 발명의 실시예들의 효과가 설명된다. 9A and 9B, the effects of embodiments of the present invention are described.

도 9a는 전자빔(electron beam)을 이용한 자기 저항막 패터닝 공정에 의해 형성된 자기 저항 셀의 자기 저항을 나타낸다. 도 9a의 자기 저항 패턴은 기판 상에 자기 저항막을 형성하는 것; 상기 자기 저항막 상에 루테늄막을 형성하는 것; 상기 루테늄막의 상부에, 전자빔을 이용하여 오프닝을 형성하는 것; 상기 오프닝 내에 마스크를 형성하는 것 및 상기 마스크를 이용하여 상기 자기 저항막을 패터닝하는 것을 포함하는 공정에 의해 형성되었다. 상기 자기 저항막은 약 60nm의 장축을 갖는 직사각형으로 패터닝되었다. 9A shows the magnetoresistance of the magnetoresistive cell formed by the magnetoresistive film patterning process using an electron beam. The magnetoresistive pattern of Fig. 9A is for forming a magnetoresistive film on a substrate; Forming a ruthenium film on the magnetoresistive film; Forming an opening on the ruthenium film using an electron beam; And forming a mask in the opening and patterning the magnetoresistive film using the mask. The magnetoresistive film was patterned into a rectangle having a long axis of about 60 nm.

도 9b는 도 5를 참조하여 설명된 실시예에 따라 형성된 자기 저항 셀의 자기 저항을 나타낸다. 본 실험예에서 상기 자기 저항 셀의 자기 저항 패턴은 약60nm의 장축을 갖는 직사각형으로 패터닝되었다. 도 9a 및 도 9b의 곡선들은 자기 저항 셀 의 자기 저항(magnetic resistance:MR)를 나타낸다. 자기 저항(MR)은 다음과 같은 식에 의해 구해질 수 있다. 9B illustrates the magnetoresistance of the magnetoresistive cell formed in accordance with the embodiment described with reference to FIG. 5. In the present experimental example, the magnetoresistive pattern of the magnetoresistive cell was patterned into a rectangle having a long axis of about 60 nm. 9A and 9B show the magnetic resistance (MR) of the magnetoresistive cell. Magnetic resistance (MR) can be obtained by the following equation.

상기 식에서, R_p는 자기 저항 패턴의 기준 패턴의 자화방향과 자유 패턴의 자화방향이 서로 평행한 경우의 자기 터널 접합의 저항을 나타낸다. R_ap는 상기 기준 패턴의 자화방향과 자유 패턴의 자화방향이 서로 반평행한 경우의 자기 터널 접합의 저항을 나타낸다. 자기 메모리 소자는 자기 터널 접합의 저항값의 차이를 이용하여 데이터를 저장할 수 있다. 도 9a와 도 9b를 비교하면, 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 자기 저항 셀은 비교예에 따라 형성된 자기 저항 셀에 비해 현저하게 개선된 자기 저항 산포를 보이고 있다. 이러한 자기 저항 산포의 개선은 본 발명의 실시예들에 따른 자기 저항 패턴의 균일성에 기인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 자기 저항 셀을 포함하는 자기 메모리 소자는 매우 높은 신뢰성을 가질 수 있다. In the above formula, R _p represents the resistance of the magnetic tunnel junction when the magnetization direction of the reference pattern of the magnetoresistive pattern and the magnetization direction of the free pattern are parallel to each other. R _ap represents the resistance of the magnetic tunnel junction when the magnetization direction of the reference pattern and the magnetization direction of the free pattern are antiparallel to each other. The magnetic memory device may store data by using a difference in resistance values of the magnetic tunnel junctions. 9A and 9B, the magnetoresistive cells formed according to the embodiments of the present invention show a significantly improved magnetoresistance distribution compared to the magnetoresistive cells formed according to the comparative example. This improvement in magnetoresistance distribution may be due to the uniformity of the magnetoresistive pattern according to embodiments of the present invention. Therefore, the magnetic memory device including the magnetoresistive cell according to the embodiments of the present invention may have a very high reliability.

도 1 내지 도 5 및 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법을 설명하기 위한 도면들이다. 1 to 5 and 6A to 6C are diagrams for describing a method of forming a magnetic memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 메모리 소자의 형성방법을 설명하기 위한 도면들이다. 7 and 8 are diagrams for describing a method of forming a magnetic memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면들이다. 9A and 9B are diagrams for describing an effect according to embodiments of the present invention.

Claims

Forming a magnetoresistive film on the substrate;

Forming a base mask line on the magnetoresistive film;

Performing a patterning process on the base mask line using at least one auxiliary mask line crossing at one point with the base mask line to form a mask pattern; And

And forming a magnetoresistive pattern by performing a patterning process using the mask pattern on the magnetoresistive film.

The method according to claim 1,

Forming the magnetoresistive pattern is:

Before forming the base mask line, forming a hard mask film on the magnetoresistive film;

Etching the hard mask layer using the mask pattern as an etching mask to form a hard mask pattern; And

And forming the magnetoresistive pattern by etching the magnetoresistive layer using the hard mask pattern as an etching mask.

The method according to claim 1,

Forming the mask pattern is:

Forming a first auxiliary mask line across the base mask line;

Etching the base mask line using the first auxiliary mask line as a mask to form a preliminary mask pattern;

Removing the first auxiliary mask line;

Forming a second auxiliary mask line over the preliminary mask pattern but non-parallel with the base mask line and the first auxiliary mask line; And

And forming the mask pattern by etching the preliminary mask pattern using the second auxiliary mask line as an etching mask.

The method according to claim 1,

And the auxiliary mask line crosses at an angle greater than 0 ° and equal to or less than 90 ° with respect to the base mask line.

The method according to claim 1,

The magnetoresistive pattern includes a reference pattern having a fixed magnetization direction, a free pattern in which the magnetization direction is changeable, and a tunnel insulation pattern interposed between the reference pattern and the free pattern.

The method according to claim 1,

And the magnetization direction of the reference pattern is fixed in a direction parallel to the diagonal of the upper surface of the reference pattern.

The method according to claim 6,

The upper surface of the reference pattern includes diagonals of different lengths,

And a magnetization direction of the reference pattern is fixed in a direction parallel to the long one of the diagonals.

The method according to claim 1,

And forming an anti-reflection film on the substrate before forming the auxiliary mask line.

The method according to claim 8,

And plasma treating the anti-reflection film.

The method according to claim 8,

And the anti-reflection film includes an upper surface having the same height as the upper surface of the auxiliary mask line.