JP2001284681A - 磁気メモリの製造方法 - Google Patents
磁気メモリの製造方法Info
- Publication number
- JP2001284681A JP2001284681A JP2000090496A JP2000090496A JP2001284681A JP 2001284681 A JP2001284681 A JP 2001284681A JP 2000090496 A JP2000090496 A JP 2000090496A JP 2000090496 A JP2000090496 A JP 2000090496A JP 2001284681 A JP2001284681 A JP 2001284681A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- magnetic memory
- ferromagnetic
- conductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パターンが微細化しても、メモリ層に記録さ
れた磁化状態が安定に存在し、かつ消費電力が小さい複
数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法を提
供する。 【解決手段】第1磁性層、非磁性層、第2磁性層を積層
した複数の磁気メモリ素子上に、磁気メモリ素子を1方
向にのみに連結するように第1の導体層を形成し加工す
る工程と、さらに絶縁層を形成後、第2の導体層と第3磁
性層を連続して形成する工程と、第3磁性層を前記磁気
メモリ素子と略同形状に加工した後、磁気メモリ素子を
第1導体層と直交する方向にのみ連結するように前記第
2導体層を加工する工程とからなる製造方法を用いる。
れた磁化状態が安定に存在し、かつ消費電力が小さい複
数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法を提
供する。 【解決手段】第1磁性層、非磁性層、第2磁性層を積層
した複数の磁気メモリ素子上に、磁気メモリ素子を1方
向にのみに連結するように第1の導体層を形成し加工す
る工程と、さらに絶縁層を形成後、第2の導体層と第3磁
性層を連続して形成する工程と、第3磁性層を前記磁気
メモリ素子と略同形状に加工した後、磁気メモリ素子を
第1導体層と直交する方向にのみ連結するように前記第
2導体層を加工する工程とからなる製造方法を用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果を用い
た複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法
に関するものである。
た複数の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまでに、異方性磁気抵抗効果(AM
R)素子や巨大磁気抵抗効果(GMR)素子、磁気トン
ネル接合(MTJ)素子のHDD用再生ヘッドや磁気メ
モリへの応用が考えられている。 磁気メモリにおいて
は、半導体メモリと同じく稼動部の無い固体メモリであ
るが、電源が断たれても情報を失わない、繰り返し回数
が無限回である、放射線が入射しても記録内容が消失す
る危険性が無い等、半導体メモリと比較して有用であ
る。
R)素子や巨大磁気抵抗効果(GMR)素子、磁気トン
ネル接合(MTJ)素子のHDD用再生ヘッドや磁気メ
モリへの応用が考えられている。 磁気メモリにおいて
は、半導体メモリと同じく稼動部の無い固体メモリであ
るが、電源が断たれても情報を失わない、繰り返し回数
が無限回である、放射線が入射しても記録内容が消失す
る危険性が無い等、半導体メモリと比較して有用であ
る。
【0003】特にMTJ素子は大きな抵抗変化率を持つ
ことから、メモリセルへの使用が期待されている。従来
のMTJ素子の構成を図9に示す。なお、このような構
造はたとえば特開平9―106514号公報に示されて
いる。図9のMTJ素子は、反強磁性層41、強磁性層
42、絶縁層43、強磁性層44を積層したものであ
る。ここで、反強磁性層41としてはFeMn、NiM
n、PtMn、IrMn等の合金が用いられ、強磁性層
42及び強磁性層44としてはFe、Co、Ni或はこ
れらの合金が用いられる。また、絶縁層43としては各
種の酸化物や窒化物が検討されているが、Al2O3膜の
場合に最も高い磁気抵抗(MR)比が得られることが知
られている。
ことから、メモリセルへの使用が期待されている。従来
のMTJ素子の構成を図9に示す。なお、このような構
造はたとえば特開平9―106514号公報に示されて
いる。図9のMTJ素子は、反強磁性層41、強磁性層
42、絶縁層43、強磁性層44を積層したものであ
る。ここで、反強磁性層41としてはFeMn、NiM
n、PtMn、IrMn等の合金が用いられ、強磁性層
42及び強磁性層44としてはFe、Co、Ni或はこ
れらの合金が用いられる。また、絶縁層43としては各
種の酸化物や窒化物が検討されているが、Al2O3膜の
場合に最も高い磁気抵抗(MR)比が得られることが知
られている。
【0004】また、この他に、反強磁性層41を除いた
構成で、強磁性層42と強磁性層44の保磁力差を利用
したMTJ素子の提案もなされている。
構成で、強磁性層42と強磁性層44の保磁力差を利用
したMTJ素子の提案もなされている。
【0005】図9の構造のMTJ素子を磁気メモリに使
用する場合の動作原理を図10に示す。強磁性層42及
び強磁性層44の磁化はいずれも膜面内にあり、平行も
しくは反平行となるように実効的な一軸磁気異方性を有
している。そして、強磁性層42の磁化は反強磁性層4
1との交換結合により実質的に一方向に固定され、強磁
性層44の磁化の方向で記録を保持する。
用する場合の動作原理を図10に示す。強磁性層42及
び強磁性層44の磁化はいずれも膜面内にあり、平行も
しくは反平行となるように実効的な一軸磁気異方性を有
している。そして、強磁性層42の磁化は反強磁性層4
1との交換結合により実質的に一方向に固定され、強磁
性層44の磁化の方向で記録を保持する。
【0006】このメモリ層となる強磁性層44の磁化が
平行もしくは反平行でMTJ素子の抵抗が異なることを
検出して読み出しを行い、MTJ素子の近傍に配置した
電流線が発生する磁界を利用して強磁性層44の磁化の
向きを変えることで書き込みを行う。
平行もしくは反平行でMTJ素子の抵抗が異なることを
検出して読み出しを行い、MTJ素子の近傍に配置した
電流線が発生する磁界を利用して強磁性層44の磁化の
向きを変えることで書き込みを行う。
【0007】ところで、上記構造のMTJ素子では強磁
性層42及び強磁性層44の磁化が面内方向であるた
め、両端部には磁極が発生する。その結果このようなM
TJ素子でメモリアレイを形成するとMTJ素子間に静
磁気相互作用が生じることになる。これは個々のMTJ
素子の特性が隣接するMTJ素子の状態に影響されるこ
とを意味し、MTJ素子の間隔を狭めて記録密度を増大
することを困難にしている。このような問題に対し、特
開平11−161919号公報に、端部磁極の影響を低
減する方法が開示されている。図11にこの構造を示
す。これによれば、反強磁性層41と結合してその磁化
の方向が固定されている強磁性層42(固定層)と外部
磁界に対して自由に回転できる強磁性層44(自由層)
が絶縁層43を介して積層されており、さらに、強磁性
層42及び強磁性層44の両方が、非磁性金属層52、
55を介して反強磁性的に結合する2層の強磁性層5
1、53及54、56で構成されている。従って、自由
層及び固定層の両方で、端部に発生する磁極を低減する
ことができる。
性層42及び強磁性層44の磁化が面内方向であるた
め、両端部には磁極が発生する。その結果このようなM
TJ素子でメモリアレイを形成するとMTJ素子間に静
磁気相互作用が生じることになる。これは個々のMTJ
素子の特性が隣接するMTJ素子の状態に影響されるこ
とを意味し、MTJ素子の間隔を狭めて記録密度を増大
することを困難にしている。このような問題に対し、特
開平11−161919号公報に、端部磁極の影響を低
減する方法が開示されている。図11にこの構造を示
す。これによれば、反強磁性層41と結合してその磁化
の方向が固定されている強磁性層42(固定層)と外部
磁界に対して自由に回転できる強磁性層44(自由層)
が絶縁層43を介して積層されており、さらに、強磁性
層42及び強磁性層44の両方が、非磁性金属層52、
55を介して反強磁性的に結合する2層の強磁性層5
1、53及54、56で構成されている。従って、自由
層及び固定層の両方で、端部に発生する磁極を低減する
ことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平11
−161919号公報における反強磁性層に隣接しない
強磁性層(自由層)はNiFe/Ru/NiFeで構成
されており、外部磁界の印加により自由に回転する。実
施例ではRuの膜厚は二つのNiFe層が最大の反強磁
性結合強度を持つように設定され、かつ、二つのNiF
e層の膜厚がわずかに異なるように設定されている。磁
界が印加された場合の自由層の動作は、二つのNiFe
層の膜厚差によって生じる正味の磁化が回転することに
より行われる。
−161919号公報における反強磁性層に隣接しない
強磁性層(自由層)はNiFe/Ru/NiFeで構成
されており、外部磁界の印加により自由に回転する。実
施例ではRuの膜厚は二つのNiFe層が最大の反強磁
性結合強度を持つように設定され、かつ、二つのNiF
e層の膜厚がわずかに異なるように設定されている。磁
界が印加された場合の自由層の動作は、二つのNiFe
層の膜厚差によって生じる正味の磁化が回転することに
より行われる。
【0009】ところが、二つのNiFe層が最大の反強
磁性結合強度を持つRuの膜厚は4Å乃至8Åと非常に
薄く、ピンホールが生じた場合には逆に強磁性結合が発
生することから、反強磁性結合強度を安定して得ること
は難しい。また、外部磁界による磁化反転が生じるため
には、二つのNiFe層の膜厚が異なる必要があるが、
これにより外部から見た場合の正味の磁化をゼロにする
ことができず、当初の目的が達成できない。さらに、磁
気メモリ素子として用いる場合には、磁化反転を生じる
ために必要な磁界を、隣接する導体線を流れる電流によ
り発生させるが、消費電力を低減させるための構成につ
いてはなにも記述されていない。
磁性結合強度を持つRuの膜厚は4Å乃至8Åと非常に
薄く、ピンホールが生じた場合には逆に強磁性結合が発
生することから、反強磁性結合強度を安定して得ること
は難しい。また、外部磁界による磁化反転が生じるため
には、二つのNiFe層の膜厚が異なる必要があるが、
これにより外部から見た場合の正味の磁化をゼロにする
ことができず、当初の目的が達成できない。さらに、磁
気メモリ素子として用いる場合には、磁化反転を生じる
ために必要な磁界を、隣接する導体線を流れる電流によ
り発生させるが、消費電力を低減させるための構成につ
いてはなにも記述されていない。
【0010】さらに、先行例では磁気ヘッドに用いた場
合に印加磁界と自由層の困難軸方向が直交する配置で使
用されているが、磁気メモリ素子に使用する場合は、通
常磁気メモリ素子上で交差する二本の導体線により発生
する磁界によって自由層の磁化を回転させるため、印加
磁界は自由層の困難軸方向に対し斜めに傾いた方向にな
る。そのため、先行例に記載されているような単純な磁
化回転による磁化反転が生じるとは考えにくく、この構
成の素子を磁気メモリ素子として用いることは難しい。
合に印加磁界と自由層の困難軸方向が直交する配置で使
用されているが、磁気メモリ素子に使用する場合は、通
常磁気メモリ素子上で交差する二本の導体線により発生
する磁界によって自由層の磁化を回転させるため、印加
磁界は自由層の困難軸方向に対し斜めに傾いた方向にな
る。そのため、先行例に記載されているような単純な磁
化回転による磁化反転が生じるとは考えにくく、この構
成の素子を磁気メモリ素子として用いることは難しい。
【0011】そこで、本発明は上記課題を解決するため
に、パターンが微細化してもメモリ層に記録された磁化
状態が安定に存在し、消費電力が小さい複数の磁気メモ
リ素子からなる磁気メモリの製造方法を提供することを
目的とする。
に、パターンが微細化してもメモリ層に記録された磁化
状態が安定に存在し、消費電力が小さい複数の磁気メモ
リ素子からなる磁気メモリの製造方法を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであって、少なくとも第1磁性
層、非磁性層、記録層となる第2磁性層を積層した複数
の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法であっ
て、少なくとも、基板上に前記第1磁性層、前記非磁性
層、前記第2磁性層の積層膜を基板側から順に連続して
形成する工程と、前記積層膜を互いに分離された磁気メ
モリ素子の形状に加工する工程と、基板上に形成された
複数の前記磁気メモリ素子間の空間を充填するように絶
縁層を形成する工程と、前記複数の磁気メモリ素子上及
び前記磁気メモリ素子間の絶縁層上に、第1導体層と絶
縁層を連続して形成する工程と、隣接する磁気メモリ素
子を1方向にのみに連結するように前記第1導体層を加
工する工程と、前記加工された第1導体層の間の空間を
充填するように絶縁層を形成する工程と、前記加工され
た第1導体層上及び第1導体層間の絶縁層上に第2導体
層と第3磁性層を連続して形成する工程と、前記第3磁
性層を前記磁気メモリ素子と略同形状に加工した後に、
隣接する磁気メモリ素子を第1導体層と直交する方向に
のみ連結するように前記第2導体層を加工する工程から
なることを特徴とする磁気メモリの製造方法である。
するためになされたものであって、少なくとも第1磁性
層、非磁性層、記録層となる第2磁性層を積層した複数
の磁気メモリ素子からなる磁気メモリの製造方法であっ
て、少なくとも、基板上に前記第1磁性層、前記非磁性
層、前記第2磁性層の積層膜を基板側から順に連続して
形成する工程と、前記積層膜を互いに分離された磁気メ
モリ素子の形状に加工する工程と、基板上に形成された
複数の前記磁気メモリ素子間の空間を充填するように絶
縁層を形成する工程と、前記複数の磁気メモリ素子上及
び前記磁気メモリ素子間の絶縁層上に、第1導体層と絶
縁層を連続して形成する工程と、隣接する磁気メモリ素
子を1方向にのみに連結するように前記第1導体層を加
工する工程と、前記加工された第1導体層の間の空間を
充填するように絶縁層を形成する工程と、前記加工され
た第1導体層上及び第1導体層間の絶縁層上に第2導体
層と第3磁性層を連続して形成する工程と、前記第3磁
性層を前記磁気メモリ素子と略同形状に加工した後に、
隣接する磁気メモリ素子を第1導体層と直交する方向に
のみ連結するように前記第2導体層を加工する工程から
なることを特徴とする磁気メモリの製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図8を用いて説明する。
て、図1から図8を用いて説明する。
【0014】図1は本発明の製造方法により製造される
磁気メモリ素子を示している。図1に示すように、本実
施例による磁気メモリ素子1はMTJ素子を用いてお
り、導体層11、反強磁性層12、強磁性層13(固定
層)、絶縁層14、強磁性層15(自由層)、導体層1
6、絶縁層17、導体層18、強磁性層19からなる。
本実施例では固定層13を強磁性層20、金属層21、
強磁性層22の積層膜で構成しており、金属層21の膜
厚は強磁性層20と強磁性層22が反強磁性結合するよ
うに選ばれ、強磁性層20と強磁性層22はほぼ等しい
磁化を持つように選ばれている。固定層13は単層の強
磁性体で構成することもできるが、このような積層構造
にすることで、固定層13の端部に発生する磁極を実質
的にゼロにすることができる。また、強磁性層20と強
磁性層22に異方性磁界が大きい材料を用いることによ
り、反強磁性層14を省略した構造とすることも可能で
ある。
磁気メモリ素子を示している。図1に示すように、本実
施例による磁気メモリ素子1はMTJ素子を用いてお
り、導体層11、反強磁性層12、強磁性層13(固定
層)、絶縁層14、強磁性層15(自由層)、導体層1
6、絶縁層17、導体層18、強磁性層19からなる。
本実施例では固定層13を強磁性層20、金属層21、
強磁性層22の積層膜で構成しており、金属層21の膜
厚は強磁性層20と強磁性層22が反強磁性結合するよ
うに選ばれ、強磁性層20と強磁性層22はほぼ等しい
磁化を持つように選ばれている。固定層13は単層の強
磁性体で構成することもできるが、このような積層構造
にすることで、固定層13の端部に発生する磁極を実質
的にゼロにすることができる。また、強磁性層20と強
磁性層22に異方性磁界が大きい材料を用いることによ
り、反強磁性層14を省略した構造とすることも可能で
ある。
【0015】強磁性層13、強磁性層15及び強磁性層
19は紙面に対して平行な方向に一軸異方性を付与され
ており、反強磁性層12と強磁性層13は交換結合して
いる。本実施例の磁気メモリ素子では、固定層13を構
成する強磁性層22と強磁性層15の磁化が互いに平行
又は反平行で二つの状態がつくられる。また、本実施例
では、導体層16はビット線と抵抗変化を検出するため
の電極を兼ねており、配線ルールによって決まる間隔を
隔てて隣接する磁気メモリ素子に接続されている。導体
層11は下部電極であり、導体層18はワード線であ
る。ここで、図1に示すように導体層16には紙面に対
して垂直に、導体層18には紙面に対して平行に電流を
流す。図2は、そのときに二つの電流によって強磁性層
17と強磁性層19の位置に発生する磁界を膜面に垂直
方向から見たものである。このように強磁性層17と強
磁性層19の位置には、導体層16による磁界HBと導
体層18による磁界HWの合成磁界が印加される。図2
の(a)と(b)に図示されるように強磁性層15と強
磁性層19の位置では合成磁界の向きが異なることか
ら、紙面の左右方向に一軸異方性を付与された強磁性層
15、19は互いに異なる向きに磁化される。従って強
磁性層15の磁化は強磁性層19の両端に生じる磁極の
つくる磁界によって安定化される。さらに、強磁性層1
5と強磁性層19の磁化の大きさをほぼ等しくしておく
ことで、外部に対しては見かけ上磁化が無くなり、隣接
する磁気メモリ素子に影響を及ぼすことがなくなる。さ
らにまた、強磁性層15と強磁性層19には導体層16
または18が直接接していることから、小電流で も十
分な磁界強度が得られ、磁気メモリ素子の低消費電力化
が実現できる。
19は紙面に対して平行な方向に一軸異方性を付与され
ており、反強磁性層12と強磁性層13は交換結合して
いる。本実施例の磁気メモリ素子では、固定層13を構
成する強磁性層22と強磁性層15の磁化が互いに平行
又は反平行で二つの状態がつくられる。また、本実施例
では、導体層16はビット線と抵抗変化を検出するため
の電極を兼ねており、配線ルールによって決まる間隔を
隔てて隣接する磁気メモリ素子に接続されている。導体
層11は下部電極であり、導体層18はワード線であ
る。ここで、図1に示すように導体層16には紙面に対
して垂直に、導体層18には紙面に対して平行に電流を
流す。図2は、そのときに二つの電流によって強磁性層
17と強磁性層19の位置に発生する磁界を膜面に垂直
方向から見たものである。このように強磁性層17と強
磁性層19の位置には、導体層16による磁界HBと導
体層18による磁界HWの合成磁界が印加される。図2
の(a)と(b)に図示されるように強磁性層15と強
磁性層19の位置では合成磁界の向きが異なることか
ら、紙面の左右方向に一軸異方性を付与された強磁性層
15、19は互いに異なる向きに磁化される。従って強
磁性層15の磁化は強磁性層19の両端に生じる磁極の
つくる磁界によって安定化される。さらに、強磁性層1
5と強磁性層19の磁化の大きさをほぼ等しくしておく
ことで、外部に対しては見かけ上磁化が無くなり、隣接
する磁気メモリ素子に影響を及ぼすことがなくなる。さ
らにまた、強磁性層15と強磁性層19には導体層16
または18が直接接していることから、小電流で も十
分な磁界強度が得られ、磁気メモリ素子の低消費電力化
が実現できる。
【0016】また、2つの導体層16と導体層18が強
磁性層15と強磁性層19の間に位置することから、強
磁性層11と強磁性層19の位置では略反平行の関係と
なる。その結果、記録時に磁化が反転するまでの過程で
のそれぞれの強磁性層に発生する磁極は、お互いにそれ
ぞれの磁化の反転を促進する方向に作用する。従って、
2つの導体層が強磁性層15と強磁性層19の間に位置
しない場合にくらべて記録電流を低減することができ
る。
磁性層15と強磁性層19の間に位置することから、強
磁性層11と強磁性層19の位置では略反平行の関係と
なる。その結果、記録時に磁化が反転するまでの過程で
のそれぞれの強磁性層に発生する磁極は、お互いにそれ
ぞれの磁化の反転を促進する方向に作用する。従って、
2つの導体層が強磁性層15と強磁性層19の間に位置
しない場合にくらべて記録電流を低減することができ
る。
【0017】反強磁性層12の材料としてはFeMn、
NiMn、PtMn、IrMn等の合金を用いることが
でき、強磁性層13、15、19の材料としてはFe、
Co、Ni或はこれらの合金を用いることができる。ま
た、絶縁層14としてはMR比の点からAl2O3膜が好
ましいが、その他の酸化膜、窒化膜等の絶縁膜でもあっ
ても、またSi膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライ
クカーボン(DLC)膜等の絶縁膜であっても構わな
い。
NiMn、PtMn、IrMn等の合金を用いることが
でき、強磁性層13、15、19の材料としてはFe、
Co、Ni或はこれらの合金を用いることができる。ま
た、絶縁層14としてはMR比の点からAl2O3膜が好
ましいが、その他の酸化膜、窒化膜等の絶縁膜でもあっ
ても、またSi膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライ
クカーボン(DLC)膜等の絶縁膜であっても構わな
い。
【0018】強磁性層13、15、19の膜厚は、膜厚
が薄すぎると熱エネルギーの影響で強磁性体が超常磁性
化するため、10Å以上であることが望ましい。また、
前記絶縁層14の層厚は3Å以上30Å以下であること
が好ましい。これは、絶縁層14の膜厚が3Å以下であ
る場合、強磁性層13と強磁性層15が電気的にショー
トする可能性があり、絶縁層14の膜厚が30Å以上で
ある場合、電子のトンネルが起きにくく、磁気抵抗比が
小さくなってしまうからである。
が薄すぎると熱エネルギーの影響で強磁性体が超常磁性
化するため、10Å以上であることが望ましい。また、
前記絶縁層14の層厚は3Å以上30Å以下であること
が好ましい。これは、絶縁層14の膜厚が3Å以下であ
る場合、強磁性層13と強磁性層15が電気的にショー
トする可能性があり、絶縁層14の膜厚が30Å以上で
ある場合、電子のトンネルが起きにくく、磁気抵抗比が
小さくなってしまうからである。
【0019】次に図3から図7を用いて図1に示した磁
気メモリの製造方法を説明する。図は簡略化のために1
つのメモリ素子についてその側面より見た断面図を示し
ている。通常磁気メモリ素子が形成される基板は、磁気
メモリ素子を選択するためのトランジスタが形成された
半導体基板上に、さらに絶縁層が形成され平坦化されて
いる(図示せず)。第1の工程では導体層(下部電極)
11、反強磁性層12、強磁性層13(固定層)、絶縁
層14、強磁性層15(自由層)を連続して形成する
{図3(a)}。強磁性層15は、本実施例では金属層
を挟んで反強磁性結合する2つの強磁性層で構成されて
いるが、1層の強磁性層のみとすることも可能であり、
また、反強磁性層を除いた構造にすることも可能であ
る。いずれの場合でも本発明による製造方法を用いて磁
気メモリ素子を製造することが可能である。各層の成膜
には、スパッタリング法、蒸着法などの一般的な成膜法
を用いることができる。第2の工程では上述の積層膜を
下部電極の形状に加工する。加工法としては、まずフォ
トリソグラフィを用いてレジストパターンを形成し、イ
オンビームエッチングなどにより所望の形状に加工を行
う(図示せず)。以下に述べる工程においても、素子形
状の加工には同様の加工法を用いることができる。第3
の工程では、各磁気メモリ素子が孤立するように導体層
11を残して加工する{図3(b)}。ここまでの工程
で、配線ルールによってきまる間隔を隔てて位置する孤
立した磁気メモリ素子が形成される。第4の工程では、
第3の工程でエッチングマスクとして用いたレジスト2
4を剥離せずに、孤立した磁気メモリ素子間の空間部分
を充填するように絶縁層23を形成する{図4
(a)}。絶縁層23にはSiO2やAl2O3などを用
いることができる。このようにレジスト24を除去せず
に絶縁層23を堆積することで、磁気メモリ素子上に堆
積した絶縁層23はリフトオフにより除去することがで
きる{図4(b)}。そのため、平坦化などの磁気メモ
リ素子上の絶縁層23を除く工程が不要となる。第5の
工程では、導体層18と絶縁層17を連続して形成する
{図5(a)}。第6の工程では導体層18と絶縁層1
7上にレジストパターンを形成し、紙面に垂直方向に隣
接する磁気メモリ素子に接続されるように導体層18と
絶縁層17を加工する{図5(b)}。第7の工程では
第6の工程でエッチングマスクとして用いたレジスト2
5を剥離せずに、形成された配線間の空間を充填するよ
うに絶縁層23′を形成する{図6(a)}。このよう
にレジスト25を除去せずに絶縁層23′を堆積するこ
とで、磁気メモリ素子上に堆積した絶縁層23′をリフ
トオフにより除去することができる。第8の工程では導
体層18と磁性層19を連続して形成する{図6
(b)}。第9の工程では磁性層19を第3の工程で形
成された磁気メモリ素子と略同形状に加工する{図7
(a)}。第10の工程では導体層18を紙面の平行な
方向に隣接する磁気メモリ素子にのみ接続されるように
加工する{図7(b)}。このように導体層18の加工
を最後に行うことで、絶縁層23(23′)がエッチン
グされることを回避できる。以上の製造方法により、図
1に示した高密度化に適した磁気メモリ素子及び磁気メ
モリを得ることができる。
気メモリの製造方法を説明する。図は簡略化のために1
つのメモリ素子についてその側面より見た断面図を示し
ている。通常磁気メモリ素子が形成される基板は、磁気
メモリ素子を選択するためのトランジスタが形成された
半導体基板上に、さらに絶縁層が形成され平坦化されて
いる(図示せず)。第1の工程では導体層(下部電極)
11、反強磁性層12、強磁性層13(固定層)、絶縁
層14、強磁性層15(自由層)を連続して形成する
{図3(a)}。強磁性層15は、本実施例では金属層
を挟んで反強磁性結合する2つの強磁性層で構成されて
いるが、1層の強磁性層のみとすることも可能であり、
また、反強磁性層を除いた構造にすることも可能であ
る。いずれの場合でも本発明による製造方法を用いて磁
気メモリ素子を製造することが可能である。各層の成膜
には、スパッタリング法、蒸着法などの一般的な成膜法
を用いることができる。第2の工程では上述の積層膜を
下部電極の形状に加工する。加工法としては、まずフォ
トリソグラフィを用いてレジストパターンを形成し、イ
オンビームエッチングなどにより所望の形状に加工を行
う(図示せず)。以下に述べる工程においても、素子形
状の加工には同様の加工法を用いることができる。第3
の工程では、各磁気メモリ素子が孤立するように導体層
11を残して加工する{図3(b)}。ここまでの工程
で、配線ルールによってきまる間隔を隔てて位置する孤
立した磁気メモリ素子が形成される。第4の工程では、
第3の工程でエッチングマスクとして用いたレジスト2
4を剥離せずに、孤立した磁気メモリ素子間の空間部分
を充填するように絶縁層23を形成する{図4
(a)}。絶縁層23にはSiO2やAl2O3などを用
いることができる。このようにレジスト24を除去せず
に絶縁層23を堆積することで、磁気メモリ素子上に堆
積した絶縁層23はリフトオフにより除去することがで
きる{図4(b)}。そのため、平坦化などの磁気メモ
リ素子上の絶縁層23を除く工程が不要となる。第5の
工程では、導体層18と絶縁層17を連続して形成する
{図5(a)}。第6の工程では導体層18と絶縁層1
7上にレジストパターンを形成し、紙面に垂直方向に隣
接する磁気メモリ素子に接続されるように導体層18と
絶縁層17を加工する{図5(b)}。第7の工程では
第6の工程でエッチングマスクとして用いたレジスト2
5を剥離せずに、形成された配線間の空間を充填するよ
うに絶縁層23′を形成する{図6(a)}。このよう
にレジスト25を除去せずに絶縁層23′を堆積するこ
とで、磁気メモリ素子上に堆積した絶縁層23′をリフ
トオフにより除去することができる。第8の工程では導
体層18と磁性層19を連続して形成する{図6
(b)}。第9の工程では磁性層19を第3の工程で形
成された磁気メモリ素子と略同形状に加工する{図7
(a)}。第10の工程では導体層18を紙面の平行な
方向に隣接する磁気メモリ素子にのみ接続されるように
加工する{図7(b)}。このように導体層18の加工
を最後に行うことで、絶縁層23(23′)がエッチン
グされることを回避できる。以上の製造方法により、図
1に示した高密度化に適した磁気メモリ素子及び磁気メ
モリを得ることができる。
【0020】次に、図1に示した磁気メモリの他の製造
方法について図8を用いて説明する。
方法について図8を用いて説明する。
【0021】本実施例では、磁気メモリ素子が孤立する
ように加工する第3工程までは、第1の実施例による製
造方法と同じである。第4工程では、レジストを除去し
て孤立した磁気メモリ素子間の空間部分を充填するよう
に絶縁層23を形成する{図8(a)}。第5工程で
は、CMPなどの機械加工を用いて絶縁層23を除去し
平坦化を行う{図8(b)}。又は、絶縁層形成後に生
じた凹凸をさらにレジストで平坦化し、全体をエッチバ
ックすることで磁気メモリ素子上の絶縁層を除去するこ
ともできる。これ以降の工程は実施例1と同様に行うこ
とで、図1に示した高密度化に適した磁気メモリ素子及
び磁気メモリを得ることができる。
ように加工する第3工程までは、第1の実施例による製
造方法と同じである。第4工程では、レジストを除去し
て孤立した磁気メモリ素子間の空間部分を充填するよう
に絶縁層23を形成する{図8(a)}。第5工程で
は、CMPなどの機械加工を用いて絶縁層23を除去し
平坦化を行う{図8(b)}。又は、絶縁層形成後に生
じた凹凸をさらにレジストで平坦化し、全体をエッチバ
ックすることで磁気メモリ素子上の絶縁層を除去するこ
ともできる。これ以降の工程は実施例1と同様に行うこ
とで、図1に示した高密度化に適した磁気メモリ素子及
び磁気メモリを得ることができる。
【0022】また、第1及び第2の実施例において、導
体層18と絶縁層17を連続して形成したが、導体層1
8のみを形成して加工を及び平坦化を行った後に絶縁層
17と導体層18及び磁性層19を連続して形成しても
よい。
体層18と絶縁層17を連続して形成したが、導体層1
8のみを形成して加工を及び平坦化を行った後に絶縁層
17と導体層18及び磁性層19を連続して形成しても
よい。
【0023】磁気メモリ素子の構成としては、強磁性層
(固定層)13の磁化は反強磁性層12との交換結合に
より固定されているが、固定層13として保持力の大き
い強磁性材料を使用する等のその他の手段をとることも
可能である。また、強磁性層13を例えば補償点近傍組
成の希土類−遷移金属合金膜のようなフェリ磁性材料で
構成しても端部の磁極の影響を低減することができる。
(固定層)13の磁化は反強磁性層12との交換結合に
より固定されているが、固定層13として保持力の大き
い強磁性材料を使用する等のその他の手段をとることも
可能である。また、強磁性層13を例えば補償点近傍組
成の希土類−遷移金属合金膜のようなフェリ磁性材料で
構成しても端部の磁極の影響を低減することができる。
【0024】さらにまた、別の磁気メモリ素子の構成と
しては、強磁性層19の保磁力を強磁性層15の保磁力
よりも小さく設定しておくことで、記録時に強磁性層1
9の磁化を先に反転させることができる。これにより、
強磁性層19の両端に発生する磁極は、強磁性層15の
磁化方向の反転を促進する方向の磁界を発生し、さらに
記録に必要な電流を低減することができる。
しては、強磁性層19の保磁力を強磁性層15の保磁力
よりも小さく設定しておくことで、記録時に強磁性層1
9の磁化を先に反転させることができる。これにより、
強磁性層19の両端に発生する磁極は、強磁性層15の
磁化方向の反転を促進する方向の磁界を発生し、さらに
記録に必要な電流を低減することができる。
【0025】これらのいずれの場合においても、本発明
による製造方法を用いて磁気メモリ素子及び磁気メモリ
を作成することが可能である。
による製造方法を用いて磁気メモリ素子及び磁気メモリ
を作成することが可能である。
【0026】また、上述の実施例では、磁気メモリ素子
部分のみを示したが、実際の素子形成においては基板、
保護層及び密着層等が必要となることは明らかである。
部分のみを示したが、実際の素子形成においては基板、
保護層及び密着層等が必要となることは明らかである。
【0027】さらに、上述の実施例ではMTJ素子を例
に説明したが、メモリ素子部分である反強磁性層12、
強磁性層13、非磁性層14、強磁性層15の積層部分
と、導体層を絶縁すればGMR素子を用いることも可能
である。
に説明したが、メモリ素子部分である反強磁性層12、
強磁性層13、非磁性層14、強磁性層15の積層部分
と、導体層を絶縁すればGMR素子を用いることも可能
である。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の磁気メモリ素子
の製造方法によれば、記録層の磁化を安定化することが
でき、かつ、隣接する磁気メモリ素子同士の影響も低減
できる磁気メモリ素子が得られる。従って、パターンが
微細化しても安定した磁化状態が保持でき、より高い集
積度の磁気メモリを実現することができる。また、本発
明の磁気メモリ素子の製造方法によれば、導体層がメモ
リ層に隣接していること、記録層の磁化の回転が容易に
行われることにより消費電力を少ない磁気メモリを提供
することができる。
の製造方法によれば、記録層の磁化を安定化することが
でき、かつ、隣接する磁気メモリ素子同士の影響も低減
できる磁気メモリ素子が得られる。従って、パターンが
微細化しても安定した磁化状態が保持でき、より高い集
積度の磁気メモリを実現することができる。また、本発
明の磁気メモリ素子の製造方法によれば、導体層がメモ
リ層に隣接していること、記録層の磁化の回転が容易に
行われることにより消費電力を少ない磁気メモリを提供
することができる。
【図1】本発明により製造される磁気メモリ素子の構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図2】図1の膜構成における強磁性層に発生する磁界
を図示したものである。
を図示したものである。
【図3】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図4】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図5】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図6】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図7】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図8】本発明による磁気メモリ素子の製造プロセスを
示したものである。
示したものである。
【図9】従来のMTJ素子の構成例を示す図である。
【図10】磁気メモリに用いられる従来のMTJ素子の
動作原理を示す図である。
動作原理を示す図である。
【図11】従来のMTJ素子の構成例を示す図である。
12、41 反強磁性層 13、15、19、20、22、42、44、51、5
3、54、56 強磁性層 14、17、23、23'、43 絶縁層 11、16、18 導体層 21、52、55 金属層 24、25 レジスト
3、54、56 強磁性層 14、17、23、23'、43 絶縁層 11、16、18 導体層 21、52、55 金属層 24、25 レジスト
Claims (1)
- 【請求項1】 少なくとも第1磁性層、非磁性層、記録
層となる第2磁性層を積層した複数の磁気メモリ素子か
らなる磁気メモリの製造方法であって、少なくとも、基
板上に前記第1磁性層、前記非磁性層、前記第2磁性層
の積層膜を基板側から順に連続して形成する工程と、前
記積層膜を互いに分離された磁気メモリ素子の形状に加
工する工程と、基板上に形成された複数の前記磁気メモ
リ素子間の空間を充填するように絶縁層を形成する工程
と、前記複数の磁気メモリ素子上及び前記磁気メモリ素
子間の絶縁層上に、第1導体層と絶縁層を連続して形成
する工程と、隣接する磁気メモリ素子を1方向にのみに
連結するように前記第1導体層を加工する工程と、前記
加工された第1導体層の間の空間を充填するように絶縁
層を形成する工程と、前記加工された第1導体層上及び
第1導体層間の絶縁層上に第2導体層と第3磁性層を連
続して形成する工程と、前記第3磁性層を前記磁気メモ
リ素子と略同形状に加工した後に、隣接する磁気メモリ
素子を第1導体層と直交する方向にのみ連結するように
前記第2導体層を加工する工程からなることを特徴とす
る磁気メモリの製造方法
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000090496A JP2001284681A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 磁気メモリの製造方法 |
DE10113853A DE10113853B4 (de) | 2000-03-23 | 2001-03-21 | Magnetspeicherelement und Magnetspeicher |
CN01117335.1A CN1203560C (zh) | 2000-03-23 | 2001-03-22 | 磁存储器元件、磁存储器及磁存储器的制造方法 |
US09/814,560 US6396735B2 (en) | 2000-03-23 | 2001-03-22 | Magnetic memory element, magnetic memory and manufacturing method of magnetic memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000090496A JP2001284681A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 磁気メモリの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001284681A true JP2001284681A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18606099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000090496A Pending JP2001284681A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-29 | 磁気メモリの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001284681A (ja) |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000090496A patent/JP2001284681A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6396735B2 (en) | Magnetic memory element, magnetic memory and manufacturing method of magnetic memory | |
US8679577B2 (en) | Magnetic memory cell construction | |
JP5279384B2 (ja) | Stt−mtj−mramセルおよびその製造方法 | |
US8039885B2 (en) | MRAM with storage layer and super-paramagnetic sensing layer | |
US7280323B2 (en) | Magnetoresistance effect element and magnetic head | |
JP2002319664A (ja) | 半導体記憶装置及びその製造方法 | |
JP2008523589A (ja) | 高度集合組織の磁気抵抗効果素子及び磁気メモリを提供するための方法及びシステム | |
US20070188943A1 (en) | Magnetoresistance Effect Element, Method of Manufacturing Same and Magnetic Head Utilizing Same | |
US7522389B2 (en) | Magnetoresistance effect element comprising a nano-contact portion not more than a fermi length, method of manufacturing same and magnetic head utilizing same | |
JP4596230B2 (ja) | 磁気メモリデバイスおよびその製造方法 | |
JP4187021B2 (ja) | 記憶素子及びメモリ | |
JP2001076479A (ja) | 磁気メモリ素子 | |
US6442064B1 (en) | Magnetic tunnel junction element and magnetic memory using the same | |
JP2001267522A (ja) | 磁気メモリ素子及び磁気メモリ | |
JP2001217479A (ja) | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ | |
JP2001274480A (ja) | 磁気メモリの製造方法 | |
JP3515940B2 (ja) | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ | |
JP2004311513A (ja) | 磁気記憶装置およびその製造方法 | |
JP3625424B2 (ja) | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ | |
JP2001230468A (ja) | 磁気トンネル接合素子及びそれを用いた磁気メモリ | |
JP3957817B2 (ja) | 磁性薄膜メモリ及びその記録再生方法 | |
JP2001284681A (ja) | 磁気メモリの製造方法 | |
JP2002217382A (ja) | 磁気メモリおよび磁気メモリの製造方法 | |
JP2001273757A (ja) | 磁気メモリおよびその記録方法 | |
JP2003197872A (ja) | 磁気抵抗効果膜を用いたメモリ |