JP2004055918A - Magnetic storage device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004055918A
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Kentaro Nakajima
中島　健太郎
Keiji Hosoya
細谷　啓司
Yoshiaki Asao
浅尾　吉昭
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic storage device and its manufacturing method capable of reducing an over-etching. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the magnetic storage device comprises a step of sequentially forming a metal layer 13, a magnetic resistance effect film 14 and mask layers 15, 16 on a first insulating film 11, and a step of, after the mask layer 15 was patterned in an element shape of a magnetic resistance effect element 19, patterning in an isolated shape of isolating the metal layer 13 in each cell. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強磁性体を用いた情報再生技術に係わり、特に磁気抵抗効果素子を利用した磁気記憶装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ：以下ＭＲＡＭと略記）とは、情報の記録媒体として強磁性体の磁化方向を利用した、記録情報を随時、書き換え、保持、読み出すことができる固体メモリの総称である。
【０００３】
ＭＲＡＭのメモリセルは、通常複数の強磁性体を積層した構造を有する。情報の記録は、メモリセルを構成する複数の強磁性体の磁化の相対配置を平行又は反平行にし、この平行又は反平行の状態を２進の情報“１”、“０”にそれぞれ対応させて行う。記録情報の書き込みは、クロスストライプ状に配置された書き込み線に電流を流し、この電流によって生じる電流磁界により、各セルの強磁性体の磁化方向を反転させることによって行われる。記録保持時の消費電力は原理的にゼロであり、また電源を切っても記録保持が行われる不揮発性メモリである。一方、記録情報の読み出しは、セルを構成する強磁性体の磁化方向とセンス電流との相対角又は複数の強磁性層間の磁化の相対角によってメモリセルの電気抵抗が変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果を利用して行う。
【０００４】
ＭＲＡＭの機能と従来の誘電体を用いた半導体メモリの機能とを比較すると、（１）完全な不揮発性であり、また１０１５回以上の書き換えが可能であること、（２）非破壊読み出しが可能であり、リフレッシュ動作を必要としないため読み出しサイクルを短くすることが可能であること、（３）電荷蓄積型のメモリセルに比べ、放射線に対する耐性が強いこと、等の多くの利点を有している。ＭＲＡＭの単位面積あたりの集積度、書き込み及び読み出し時間は、おおむねＤＲＡＭと同程度となりうることが予想される。従って、不揮発性という大きな特色を生かし、携帯機器用の外部記録装置、ＬＳＩ混載用途、さらにはパーソナルコンピューターの主記憶メモリへの応用が期待されている。
【０００５】
現在、実用化の検討が進められているＭＲＡＭでは、メモリセルに強磁性トンネル効果（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下ＴＭＲ効果と略記）を示す素子を用いている（例えばＩＳＳＣＣ　２０００　Ｄｉｇｅｓｔ　Ｐａｐｅｒ　ＴＡ７．２　参照）。このＴＭＲ効果を示す素子（以下ＴＭＲ素子と略記）は、主として強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜で構成され、絶縁層をトンネルして電流が流れる。トンネル抵抗値は、両強磁性金属層の磁化の相対角の余弦に比例して変化し、両磁化が反平行の場合に極大値をとる。例えばＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｌ２Ｏ３／Ｃｏ／ＮｉＦｅからなるトンネル接合では、５０ＯｅＶ以下の低磁界において２５％を越える磁気抵抗変化率が見いだされている（例えばＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ．，　３３，３５５３（１９９７）．参照）。ＴＭＲ素子の構造としては、磁界感度の改善を目的として、一方の強磁性体に隣接して反強磁性体を配置し、磁化方向を固着させた、いわゆるスピンバルブ構造のもの（例えばＪｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，　３６，　Ｌ２００（１９９７）．参照）、また磁気抵抗変化率のバイアス依存性を改善するために、２重のトンネルバリアを設けたもの（例えばＪｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，　３６，　Ｌ１３８０（１９９７）．参照）が、知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
次に、ＴＭＲ素子をＭＲＡＭに応用した場合の具体的な磁気記憶装置の製造方法について、図５１（ａ）、（ｂ）乃至図５８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ここで、各図（ａ）は磁気記憶装置の断面図を示し、各図（ｂ）は磁気記憶装置の平面図を示す。
【０００７】
まず、図５１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１１１内に下部コンタクト１１２が形成される。次に、第１の絶縁膜１１１及び下部コンタクト１１２上に下部金属層１１３が形成され、この下部金属層１１３上に磁気抵抗効果膜１１４が形成される。そして、この磁気抵抗効果膜１１４上に第１のハードマスク１１５が積層される。
【０００８】
次に、図５２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１１５が所望の形状にパターニングされる。そして、このパターニングされた第１のハードマスク１１５を用いて、磁気抵抗効果膜１１４及び下部金属層１１３がエッチングされる。
【０００９】
次に、図５３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１１５上に第２のハードマスク１１６が形成され、この第２のハードマスク１１６が磁気抵抗効果素子１１９の形状にパターニングされる。
【００１０】
続いて、図５４（ａ）、（ｂ）に示すように、パターニングされた第２のハードマスク１１６を用いて、第１のハードマスク１１５がエッチングされる。この際、表面が露出した第１の絶縁膜１１１の一部もエッチングされ、凹部１２０が形成される。ここで、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さをＸ’１、第１のハードマスク１１５の膜厚をＹ’１とした場合、Ｘ’１≦Ｙ’１の関係を満たしている。また、この際、第２のハードマスク１１６の一部もエッチングされ、さらに残存した第２のハードマスク１１６はその後剥離される。
【００１１】
次に、図５５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１１５を用いて、磁気抵抗効果膜１１４がエッチングされ、磁気抵抗効果膜１１４からなる磁気抵抗効果素子１１９が形成される。この際、表面が露出した第１の絶縁膜１１１の一部も、磁気抵抗効果膜１１４の膜厚分程度、さらにエッチングされる。ここで、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さをＸ’２、第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚をＹ’２とした場合、Ｘ’２≦Ｙ’２の関係を満たしている。
【００１２】
次に、図５６（ａ）、（ｂ）に示すように、全面に第２の絶縁膜１２１が形成される。
【００１３】
次に、図５７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜１２１を選択的に除去し、第１のハードマスク１１５の一部を露出するビア１３０が形成される。
【００１４】
尚、第２の絶縁膜１２１を全面に形成した後は、図５８（ａ）、（ｂ）に示すように、化学機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈ；以下ＣＭＰと略記）や反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ；以下ＲＩＥと略記）を用いて、第１のハードマスク１１５に達するまで、第２の絶縁膜１２１がエッチバックされる。これにより、第１のハードマスク１１５からなるコンタクト１２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる場合もある。
【００１５】
ところが、このような従来の磁気記憶装置の製造方法では、次のような問題があった。
【００１６】
現在、半導体分野では、化学的ドライエッチング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｒｙ　Ｅｔｃｈｉｎｇ；以下ＣＤＥと略記）、ＲＩＥなど、化学反応を利用したドライエッチング法が盛んに利用されている。化学反応を利用してＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜等をエッチングする場合、被加工物は高い蒸気圧を有するハロゲン化物として気相のまま除去される。その際、エッチング条件を適当に選択することにより、被エッチング物の下部層をエッチングしない、いわゆるセルフストップが可能である。例えばＳＡＣ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎ　Ｃｏｎｔａｃｔ）と呼ばれる方式では、ＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜のエッチング選択比を利用し、自己整合的なコンタクト開口が行われている。
【００１７】
しかしながら、磁気抵抗効果素子に用いられるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の３ｄ遷移金属のハロゲン化物は、蒸気圧が低く、半導体加工に用いられるプロセスをそのまま適用するのは困難である。また、一酸化炭素、アンモニアの混合ガスを用い、有機金属化合物を形成して化学的なエッチングを行う方法も考案されているが（例えば日本応用磁気学会誌、２２巻ｐ．１３８３参照）、化学反応速度が不十分であり、反応ガスによる物理的なスパッタリングが混在したプロセスにならざるを得ない等の問題を有しており、実用化には至っていない。
【００１８】
現時点では、磁気抵抗効果素子の加工は、Ａｒイオンを用いたスパッタリングを基本に行われており、磁気抵抗効果素子の下部層であるＳｉＯ２膜等の絶縁膜との選択比はほとんど得られていない。
【００１９】
すなわち、現状のエッチング方法を用いて図５１（ａ）、（ｂ）乃至図５８（ａ）、（ｂ）に示すようなプロセスを行うと、第１のハードマスク１１５のパターニング時には、すでに下部金属層１１３のパターニングが行われているため、第１の絶縁膜１１１の表面の一部が露出している。従って、図５４（ａ）に示すように、第１のハードマスク１１５のパターニングとともに第１の絶縁膜１１１がエッチングされ、凹部１２０が形成されてしまう。加えて、図５５（ａ）に示すように、磁気抵抗効果膜１１４のパターニングとともに第１の絶縁膜１１１がさらにエッチングされて凹部１２０がさらに深くなる。
【００２０】
このように、従来のプロセスでは、第１のハードマスク１１５を磁気抵抗効果素子１１９の形状にパターニングする際に、すでに下部金属層１１３がパターニングされており、この下部金属層１１３下の第１の絶縁膜１１１の表面の一部が露出している。このため、第１のハードマスク１１５や磁気抵抗効果膜１１４のパターニング時に、第１の絶縁膜１１１がオーバーエッチングされてしまう。その結果、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さＸ’２は、第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚Ｙ’２程度となり、非常に大きな段差が生じてしまうという問題があった。
【００２１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、オーバーエッチングを低減することが可能な磁気記憶装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために以下に示す手段を用いている。
【００２３】
本発明の第１の視点による磁気記憶装置は、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記金属層の厚さ以下である凹部とを具備する。
【００２４】
本発明の第２の視点による磁気記憶装置は、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記金属層の表面からの深さが前記コンタクト層の厚さ以下である凹部とを具備する。
【００２５】
本発明の第３の視点による磁気記憶装置は、第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記磁気抵抗素子の厚さ以下である凹部とを具備する。
【００２６】
本発明の第４の視点による磁気記憶装置の製造方法は、第１の絶縁膜上に、金属層、磁気抵抗効果膜及びマスク層を順に形成する工程と、前記マスク層を磁気抵抗効果素子の素子形状にパターニングした後に、前記金属層をセル毎に分離する分離形状にパターニングする工程とを具備する。
【００２７】
本発明の第５の視点による磁気記憶装置の製造方法は、第１の絶縁膜上に、金属層、磁気抵抗効果膜及びマスク層を順に形成する工程と、前記マスク層を磁気抵抗効果素子の素子形状にパターニングすると同時に、前記金属層をセル毎に分離する分離形状にパターニングする工程とを具備する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００２９】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、ハードマスクを磁気抵抗効果素子の形状にパターニングした後に、下部金属層をセル毎に分離した形状にパターニングするものである。
【００３０】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図及び平面図を示す。
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る磁気記憶装置は、第１の絶縁膜１１内に第１のコンタクト１２が形成され、第１のコンタクト１２及び第１の絶縁膜１１上に下部金属層１３が形成されている。この下部金属層１３上の所定領域には磁気抵抗効果膜１４からなる磁気抵抗効果素子１９が形成され、この磁気抵抗効果素子１９上に第１のハードマスク１５が形成されている。そして、下部金属層１３の周囲には凹部２０が形成され、下部金属層１３がセル毎に分離されている。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さをＸ１、下部金属層１３の膜厚をＹ１とした場合、Ｘ１≦Ｙ１の関係を満たしている。このような関係は、絶縁膜１１と下部金属層１３とのエッチングレートに差を持たせることにより実現できる。例えばイオンミリングの場合、このような関係を満たす材料の組み合わせとしては、例えば、下部金属層１３には、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点遷移金属、又はＰｔ，Ｒｕなどの貴金属が適しており、第１の絶縁膜１１には、一般に用いられるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるＳｉＯ２膜、ＳｉＯＨ膜、又は塗布法による有機ガラス材が適している。また、他の活性イオンをアシスト材に用いる、いわゆるＲＩＢＥ又はＲＩＥの場合には、材料の選択以外にガス種を適宜選択することで、所定の構造を作ることが可能である。
【００３２】
また、第１のハードマスク１５は、導電膜からなり、コンタクト２２として機能する。この第１のハードマスク１５からなるコンタクト２２と磁気抵抗効果素子１９とは同一マスク（第２のハードマスク１６）を用いてパターニングされるため、コンタクト２２と磁気抵抗効果素子１９はほぼ同じ形状になっている。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）乃至図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。尚、ここでは、第１の絶縁膜１１内に第１のコンタクト１２が形成された後の工程から説明する。
【００３４】
まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１１及び第１のコンタクト１２上に下部金属層１３が形成され、この下部金属層１３上に磁気抵抗効果膜１４が形成される。そして、この磁気抵抗効果膜１４上に２層の第１及び第２のハードマスク１５、１６が積層される。ここで、第１のハードマスク１５は例えば導電膜からなり、第２のハードマスク１６は本実施形態においては導電性膜であっても非導電性膜であっても良い。
【００３５】
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６が選択的にエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９の形状が第２のハードマスク１６に転写される。ここで、第２のハードマスク１６のパターニングは、レジストマスクと露光を用いて行われる。
【００３６】
続いて、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６を用いて、第１のハードマスク１５がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９の形状が第１のハードマスク１５に転写される。
【００３７】
その後、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６が剥離される。
【００３８】
次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１５を用いて、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果膜１４が磁気抵抗効果素子１９の形状にパターニングされる。
【００３９】
次に、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上にフォトレジスト７０が塗布され、下部金属層１３の所望の形状にパターニングされる。
【００４０】
次に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトレジスト７０を用いて下部金属層１３がエッチングされる。この際、第１の絶縁膜１１がわずかにエッチングされ、下部金属層１３の周囲に凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ１は、下部金属層１３の膜厚Ｙ１以下となる。その後、フォトレジスト７０が剥離される。
【００４１】
次に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【００４２】
その後、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、化学機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈ；以下ＣＭＰと略記）や反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ；以下ＲＩＥと略記）を用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１が平坦化される。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【００４３】
上記第１の実施形態によれば、下部金属層１３をパターニングする（図８参照）前に、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングしている（図４参照）。このため、第１のハードマスク１５のパターニング時に、第１の絶縁膜１１の表面は露出しないため、第１の絶縁膜１１がオーバーエッチングされることがない。また、第１の絶縁膜１１は、下部金属層１３のパターニング時にわずかにオーバーエッチングされるだけであり、非常に浅い凹部２０しか形成されない。つまり、この凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ１は、下部金属層１３の膜厚Ｙ１以下になっている。従って、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さＸ’２が第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚Ｙ’２以下である従来技術に比べて、第１の実施形態は、十分オーバーエッチング量を制御することができる。尚、下部金属層１３の膜厚Ｙ１は、第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚Ｙ’２よりも当然ながら薄い。
【００４４】
また、オーバーエッチング量を抑制できることにより、次のような効果も得られる。例えば、従来技術の固体磁気メモリでは、図５９（ａ）、（ｂ）に示すように、セル部及びコア部において、絶縁膜１１１内には下部配線１８０が形成されている。そして、図６０（ａ）に示すように、セル部において、磁気抵抗効果膜１１４のエッチング時に絶縁膜１１１の過剰なエッチングが生じると、図６０（ｂ）に示すように、コア部では、下部配線１８０が露出してしまう可能性がある。そして、下部配線１８０がＡｒイオン等で直接エッチングされると、下部配線１８０を通じて容易にトランジスタに電荷が流入し、トランジスタの性能、例えばゲート耐圧、またゲートリーク電圧が劣化する可能性がある。また、図６３（ｂ）に示すように、コア部においても、絶縁膜１１１のオーバーエッチングにより、下部配線１８０が露出してしまう可能性がある。これは、周辺回路トランジスタに対してはアンテナとしてエッチングダメージを増強するように働くため好ましくない。これに対し、第１の実施形態によれば、オーバーエッチング量を抑制できるため、上述したセル部及びコア部の下部配線１８０が露出することを抑制できる。
【００４５】
また、第１のハードマスク１５を導電膜で形成することでコンタクト２２として機能させているため、次のような効果も得られる。例えば、従来技術では、金属膜に対して物理的なエッチングを行うと、マスク材側面にフェンスが形成される場合が多い。そして、このようなフェンスは、ブラシスクラブ、ミスト噴射、超音波洗浄などの方式で除去しなければならない。これに対し、第１の実施形態では、マスク材（第１のハードマスク１５）に導電膜を用い、このマスク材を剥離せずにそのまま残存させる。つまり、このマスク材にコンタクトプラグの機能を持たせることで、フェンスを除去する工程が不要となる。
【００４６】
尚、第１の実施形態のプロセスは上記方法に限定されない。例えば、以下に示すように、下部金属層１３のパターニング時のマスクとして、フォトレジスト７０の代わりに絶縁膜を利用し、この絶縁膜を除去せずに残してもよい。
【００４７】
つまり、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１９が形成された後、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、下部金属層１３の所望の形状の第２の絶縁膜２１ａが形成される。
【００４８】
次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜２１ａをマスクとして、下部金属層１３がエッチングされる。この際、第１の絶縁膜１１もわずかにエッチングされ、下部金属層１３の周囲に凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ１は、下部金属層１３の膜厚Ｙ１以下である。そして、第２の絶縁膜２１ａは除去せずに残存させる。
【００４９】
次に、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、第２の絶縁膜２１ａ上に第３の絶縁膜２１ｂが形成される。
【００５０】
次に、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２及び第３の絶縁膜２１ａ、２１ｂがエッチバックされる。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【００５１】
このような方法の場合、上記第１の実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、フォトレジスト７０を剥離する工程を無くすことができ、工程数を減少させることができる。
【００５２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、ハードマスクを磁気抵抗効果素子の形状にパターニングすると同時に、下部金属層をセル毎に分離する形状にパターニングするものである。
【００５３】
図１４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図及び平面図を示す。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る磁気記憶装置において、第１の実施形態と異なる点は、凹部２０における下部金属層１３の表面からの深さをＸ２、第１のハードマスク１５の膜厚をＹ２とした場合、Ｘ２≦Ｙ２の関係を満たしているところである。このような関係を満たす材料の組み合わせとしては、例えば、第１のハードマスク１５には、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどの高融点遷移金属が適しており、下部金属層１３には、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａなどに比べてエッチングレートが早いＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどの貴金属、又はＴｉＮ、ＴａＮなどの導電性金属窒化物が適している。
【００５４】
図１５（ａ）、（ｂ）乃至図１９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図及び平面図を示す。以下に、第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【００５５】
まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、下部金属層１３、磁気抵抗効果膜１４、第１及び第２のハードマスク１５、１６が順に積層される。
【００５６】
次に、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果膜１４の一部が露出するまで、第１及び第２のハードマスク１５、１６が選択的にエッチングされる。これにより、第１及び第２のハードマスク１５、１６が、スペース１７を設けてセル毎に分離される下部金属層１３の所望の形状にパターニングされる。
【００５７】
次に、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６上にフォトレジスト１８が塗布され、このフォトレジスト１８が磁気抵抗効果素子１９の形状にパターニングされる。
【００５８】
次に、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト１８をマスクとして、第２のハードマスク１６がエッチングされる。これにより、磁気抵抗効果素子１９の形状が第２のハードマスク１６に転写される。その後、フォトレジスト１８が剥離される。
【００５９】
続いて、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、第１のハードマスク１５と磁気抵抗効果膜１４とが、同一の条件で連続してエッチングされ、第１のハードマスク１５及び磁気抵抗効果膜１４が磁気抵抗効果素子１９の形状にパターニングされる。この際、第１のハードマスク１５がマスクとなり、下部金属層１３及び第１の絶縁膜１１の一部も同時にエッチングされ、セル毎に下部金属層１３が分離されるとともに、スペース１７に凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における下部金属層１３の表面からの深さＸ２は、第１のハードマスク１５の膜厚Ｙ２以下となる。
【００６０】
このような下部層（第１の絶縁膜１１）へのオーバーエッチング量は、おおむね式（１）のように求められる。尚、式（１）のオーバーエッチング量は、第１のハードマスク１５及び磁気抵抗効果膜１４のエッチングが全て同一の条件で行われると仮定した場合のものである。
【００６１】
第１の絶縁膜１１のオーバーエッチング量＝（下部金属層１３のエッチングレート−（第１のハードマスク１５＋磁気抵抗効果膜１４のエッチングレート）×（第１のハードマスク１５＋磁気抵抗効果膜１４のエッチング時間）…（１）
このようなオーバーエッチング量を低減するには、第１のハードマスク１５及び磁気抵抗効果膜１４のエッチングレートの平均と、下部金属層１３のエッチングレートとを等しくすることが最適である。エッチング時間＝膜厚／エッチングレートであるため、前述の条件を満たすようにするには、第１のハードマスク１５及び磁気抵抗効果膜１４と下部金属層１３の材質、膜厚の構成を最適となるように選択すればよい。下部金属層１３のエッチングレートが第１のハードマスク１５、磁気抵抗効果膜１４のエッチングレートより小さくなるような下部金属層１３を選択すると、第１の絶縁膜１１のオーバーエッチング量を低減することができ、より好ましい。
【００６２】
尚、磁気抵抗効果素子形状の加工の際に、第１のハードマスク１５と磁気抵抗効果膜１４を異なる条件でエッチングすることも可能である。
【００６３】
次に、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１９の加工後、凹部２０内、下部金属層１３及び第２のハードマスク１６上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【００６４】
次に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１及び第２のハードマスク１６がエッチバックされる。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【００６５】
上記第２の実施形態によれば、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図１８参照）。このため、第１のハードマスク１５のパターニングの前に第１の絶縁膜１１の表面は露出しておらず、第１のハードマスク１５、磁気抵抗効果膜１４、下部金属層１３がエッチングされる際に、わずかに第１の絶縁膜１１がオーバーエッチングされるだけであり、浅い凹部２０しか形成されない。つまり、この凹部２０における下部金属層１３の表面からの深さＸ２は、第１のハードマスク１５の膜厚Ｙ２以下になっている。従って、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さＸ’２が第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚Ｙ’２以下である従来技術に比べて、第２の実施形態は、少なくとも下部金属層１３と磁気抵抗効果素子１９との合計膜厚程度分、オーバーエッチング量を制御することができる。
【００６６】
さらに、第２の実施形態によるプロセスによれば、次のような効果も得られる。上記第１の実施形態では、第１のハードマスク１５のパターニング（図４参照）、磁気抵抗効果膜１４のパターニング（図６参照）、下部金属層１３のパターニング（図８参照）がそれぞれ別々に行われていた。これに対し、第２の実施形態では、第１のハードマスク１５、磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３のパターニングを全て同時に行っている（１８参照）。このため、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数が減るため、このエッチングによるダメージを低減することができる。
【００６７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第２の実施形態と同様、ハードマスクを磁気抵抗効果素子の形状にパターニングすると同時に、下部金属層をセル毎に分離する形状にパターニングするものである。そして、この際、磁気抵抗効果膜のパターニングも同時に行う第２の実施形態に対し、第３の実施形態は、ハードマスクと下部金属層のパターニング後に、磁気抵抗効果膜のパターニングを行う。
【００６８】
図２０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図及び平面図を示す。図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る磁気記憶装置において、第１、第２の実施形態と異なる点は、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さをＸ３、磁気抵抗効果素子１９の膜厚をＹ３とした場合、Ｘ３≦Ｙ３の関係を満たしているところである。通常、磁気抵抗効果素子１９には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏなど遷移金属とＲｕ，Ｉｒなどの貴金属からなる合金、又は多層膜が用いられており、これらは第１の絶縁膜１１に用いられるＳｉＯ２膜に比べエッチングレートが低い。従って、所定の構造は容易に実現可能である。
【００６９】
図２１（ａ）、（ｂ）乃至図２４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【００７０】
まず、図１５（ａ）、（ｂ）乃至図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の実施形態と同様に、第１及び第２のハードマスク１５、１６が、下部金属層１３の所望の形状にパターニングされた後、磁気抵抗効果素子１９の形状のフォトレジスト１８が形成される。
【００７１】
次に、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトレジスト１８をマスクとして、第２のハードマスク１６がエッチングされる。これにより、磁気抵抗効果素子１９の形状が第２のハードマスク１６に転写される。その後、フォトレジスト１８が剥離される。
【００７２】
次に、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、第１のハードマスク１５がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９の形状が第１のハードマスク１５に転写される。同時に、スペース１７から表面が露出した磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３もエッチングされる。このように、第１のハードマスクの磁気抵抗効果素子形状へのパターニングと、下部金属層のパターニングとが同時に行われる。尚、この際、第２のハードマスク１６の表面の一部が除去され、第２のハードマスク１６の膜厚が薄くなる。
【００７３】
次に、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２のハードマスク１５、１６をマスクとして、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９が形成される。同時に、スペース１７から表面が露出した第１の絶縁膜１１がエッチングされ、凹部２０が形成される。この凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果膜１４の膜厚Ｙ３以下となる。
【００７４】
ここで、イオンミリング等の物理的なエッチングで加工を行う場合、再付着を防ぐために、イオンビームを基板法線に対し斜めに入射させるエッチングが行われる。また、この際、第２のハードマスク１６の表面の一部も同時に除去される。
【００７５】
次に、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第２のハードマスク１６上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【００７６】
次に、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１及び第２のハードマスク１６がエッチバックされる。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【００７７】
上記第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図２２参照）。このため、第１のハードマスク１５のパターニングの前に第１の絶縁膜１１の表面は露出しておらず、第１のハードマスク１５と下部金属層１３のパターニング時に第１の絶縁膜１１がオーバーエッチングされることもない。また、第１の絶縁膜１１は、磁気抵抗効果膜１４のパターニング時にわずかにオーバーエッチングされるだけであり、浅い凹部２０しか形成されない。つまり、この凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果素子１９の膜厚Ｙ３以下になっている。従って、凹部１２０における第１の絶縁膜１１１の表面からの深さＸ’２が第１のハードマスク１１５と磁気抵抗効果素子１１９との合計膜厚Ｙ’２以下である従来技術に比べて、第３の実施形態は、少なくとも第１のハードマスク１５の膜厚程度分、オーバーエッチング量を制御することができる。
【００７８】
さらに、磁気抵抗効果膜１４のパターニング時に第１及び第２のハードマスク１５、１６を用いるが、第２の実施形態よりも薄い第２のハードマスク１６を用いている。これにより、磁気抵抗効果素子１９の端部のテーパ角を小さくすることができるため、寸法変換差も小さくすることができる。
【００７９】
また、第３の実施形態によるプロセスによれば、次のような効果も得られる。上記第１の実施形態では、第１のハードマスク１５のパターニング（図４参照）、磁気抵抗効果膜１４のパターニング（図６参照）、下部金属層１３のパターニング（図８参照）がそれぞれ別々に行われていた。これに対し、第３の実施形態では、第１のハードマスク１５及び下部金属層１３のパターニングを同時に行った（図２２参照）後、磁気抵抗効果膜１４のパターニングを行っている（図２３参照）。このため、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数が減るため、このエッチングによるダメージを低減することができる。
【００８０】
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、第３の実施形態と同様、ハードマスクを磁気抵抗効果素子の形状にパターニングすると同時に、下部金属層をセル毎に分離する形状にパターニングし、その後、磁気抵抗効果膜をパターニングするものである。そして、コンタクトを自己整合的に形成した第３の実施形態に対して、第４の実施形態はビアを形成する。
【００８１】
図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気記憶装置の断面図及び平面図を示す。図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、第４の実施形態に係る磁気記憶装置は、第３の実施形態と同様、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さをＸ３、磁気抵抗効果素子１９の膜厚をＹ３とした場合、Ｘ３≦Ｙ３の関係を満たしている。また、第１のハードマスク１５の表面を露出するビア３０が形成されている。
【００８２】
図２６（ａ）、（ｂ）乃至図２８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第４の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【００８３】
まず、図１５（ａ）、（ｂ）乃至図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子１９の形状が第２のハードマスク１６に転写される。
【００８４】
次に、図２６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、第１のハードマスク１５がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９の形状が第１のハードマスク１５に転写される。この際、スペース１７から表面が露出した磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３もエッチングされる。その後、第２のハードマスク１６が除去される。
【００８５】
次に、図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２のハードマスク１５、１６をマスクとして、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９が形成される。同時に、スペース１７から表面が露出した第１の絶縁膜１１がエッチングされ、凹部２０が形成される。この凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果膜１４の膜厚Ｙ３以下となる。
【００８６】
次に、図２８（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【００８７】
次に、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜２１の一部が除去され、第１のハードマスク１５の一部が露出されることにより、ビア３０が形成される。
【００８８】
上記第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図２６参照）。このため、従来技術に比べて、オーバーエッチング量を抑制することができる。加えて、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数を減少できるため、エッチングによるダメージを低減することもできる。
【００８９】
さらに、第４の実施形態では、コンタクト２２を自己整合的に形成せずに、ビア３０を形成している。このため、リソグラフィ工程は一つ増加するが、自己形成コンタクトに比べ、ウエハ全域に渡って均等にビアを形成でき、よりロバストなプロセスを実現できるという効果も得られる。
【００９０】
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、第３の実施形態と同様、ハードマスクを磁気抵抗効果素子の形状にパターニングすると同時に、下部金属層をセル毎に分離する形状にパターニングし、その後、磁気抵抗効果膜をパターニングするものである。そして、第５の実施形態は、第２のハードマスクにあらかじめ磁気抵抗効果素子及び下部金属層の形状を転写しておくことで、磁気抵抗効果膜が露出することを抑制している。尚、第５の実施形態に係る磁気記憶装置の構造は、図２０に示す第３の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００９１】
図２９（ａ）、（ｂ）乃至図３５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【００９２】
まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、下部金属層１３、磁気抵抗効果膜１４、第１及び第２のハードマスク１５、１６が順に積層される。
【００９３】
次に、図２９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスクの一部が露出するまで、第２のハードマスク１６が選択的にエッチングされる。これにより、第２のハードマスク１６が、スペース１７を設けてセル毎に分離される下部金属層１３の所望の形状にパターニングされる。
【００９４】
次に、図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６の上層部がエッチングされる。これにより、第２のハードマスク１６の上層部に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。また、第２のハードマスク１６の下層部は下部金属層１３の所望の形状となっている。
【００９５】
次に、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、スペース１７から磁気抵抗効果膜１４の一部が露出するまで第１のハードマスク１５がエッチングされる。この際、第２のハードマスク１６の一部も除去される。
【００９６】
次に、図３２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２のハードマスク１５、１６をマスクとして、スペース１７から露出した磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３がエッチングされる。この際、第１及び第２のハードマスク１５、１６の一部も除去される。その後、第２のハードマスク１６が剥離される。
【００９７】
次に、図３３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１５をマスクとして、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９が形成される。同時に、スペース１７から表面が露出した第１の絶縁膜１１がエッチングされ、凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果膜１４の膜厚Ｙ３以下となる。
【００９８】
次に、図３４（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【００９９】
次に、図３５（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１が平坦化される。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【０１００】
上記第５の実施形態によれば、第３の実施形態と同様、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図３２参照）。このため、従来技術に比べて、オーバーエッチング量を抑制することができる。加えて、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数を減少できるため、エッチングによるダメージを低減することもできる。
【０１０１】
さらに、第５の実施形態では、第２のハードマスク１６にあらかじめ下部金属層１３の所望形状と磁気抵抗効果素子１９の形状を作りこんでおいてから、エッチングを行う。このため、露光及び現像工程においては磁気抵抗効果膜１４が露出することがないため、プロセス中の装置汚染を考慮しなくてもよくなる。
【０１０２】
［第６の実施形態］
第６の実施形態は、第５の実施形態と同様のプロセスであるが、下部金属層及び磁気抵抗効果素子の形状を第２及び第３のハードマスクにそれぞれ分けて転写している点が異なる。尚、第６の実施形態に係る磁気記憶装置の構造は、図２０に示す第３の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１０３】
図３６（ａ）、（ｂ）乃至図４３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第６の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【０１０４】
まず、図３６（ａ）、（ｂ）に示すように、下部金属層１３、磁気抵抗効果膜１４、第１及び第２のハードマスク１５、１６が順に積層される。そして、第２のハードマスク１６上に第３のハードマスク５０が形成される。
【０１０５】
次に、図３７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスクの一部が露出するまで、第２及び第３のハードマスク１６、５０が選択的にエッチングされる。これにより、第２及び第３のハードマスク１６、５０が、スペース１７を設けてセル毎に分離される下部金属層１３の所望の形状にパターニングされる。
【０１０６】
次に、図３８（ａ）、（ｂ）に示すように、第３のハードマスク５０がエッチングされる。これにより、第３のハードマスク５０に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。
【０１０７】
次に、図３９（ａ）、（ｂ）に示すように、第２及び第３のハードマスク１６、５０をマスクとして、スペース１７から磁気抵抗効果膜１４の一部が露出するまで第１のハードマスク１５がエッチングされる。この際、第３のハードマスク５０の一部も除去される。
【０１０８】
次に、図４０（ａ）、（ｂ）に示すように、第３のハードマスク５０をマスクとして、第２のハードマスク１６がエッチングされ、第２のハードマスク１６に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。同時に、第１のハードマスク１５の上層部もエッチングされ、第１のハードマスク１５の上層部に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。
【０１０９】
次に、図４１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、第１のハードマスク１５がエッチングされ、第１のハードマスク１５に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。同時に、スペーサ１７から露出する磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３がエッチングされ、下部金属層１３がセル毎に分離される。
【０１１０】
次に、図４２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９が形成される。同時に、スペース１７から表面が露出した第１の絶縁膜１１がエッチングされ、凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果膜１４の膜厚Ｙ３以下となる。
【０１１１】
次に、図４３（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【０１１２】
その後は、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１が平坦化される。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【０１１３】
上記第６の実施形態によれば、第３の実施形態と同様、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図４１参照）。このため、従来技術に比べて、オーバーエッチング量を抑制することができる。加えて、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数を減少できるため、エッチングによるダメージを低減することもできる。
【０１１４】
さらに、第６の実施形態は第５の実施形態のプロセスと同様であるが、第６の実施形態では、第３のハードマスク５０を追加することにより、下部金属層１３の所望形状を第２のハードマスク１６に形成し、磁気抵抗効果素子１９の形状を第３のハードマスク５０に形成している点が異なる。つまり、下部金属層１３の所望形状及び磁気抵抗効果素子１９の形状を第２及び第３のハードマスク１６、５０にそれぞれ分けて形成している。従って、第５の実施形態よりもパターンの形成が容易となる。尚、この際、第２のハードマスク１６と第３のハードマスク５０のエッチング選択比を高くしておくと、エッチングのセルフストップが実現でき、より好ましい。ここで、エッチング選択比を高めるには、例えば、第２のハードマスク１６をＳｉＯ２、ＳｉＮなど絶縁体で形成し、第３のハードマスク５０をＷ、Ｔａなどの金属で形成すればよい。その際、フロロカーボン系のエッチングガスを用いると容易に上記条件が実現できる。
【０１１５】
［第７の実施形態］
第７の実施形態は、第６の実施形態と同様に３層のハードマスクを用いているが、第２のハードマスクのパターン形状を変形したものである。尚、第７の実施形態に係る磁気記憶装置の構造は、図２０に示す第３の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【０１１６】
図４４（ａ）、（ｂ）乃至図４８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程の断面図を示す。以下に、第７の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。ここでは、上記第６の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法と同様の工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【０１１７】
まず、図３６（ａ）、（ｂ）乃至図３８（ａ）、（ｂ）に示すように、第６の実施形態と同様に、第３のハードマスク５０に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。
【０１１８】
次に、図４４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、スペース１７から磁気抵抗効果膜１４の一部が露出するまで第１のハードマスク１５がエッチングされる。同時に、第３のハードマスク５０をマスクとして、第２のハードマスク１６の上層部が除去され、第２のハードマスク１６の上層部に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。尚、この際、第３のハードマスク５０の表面の一部も除去される。
【０１１９】
次に、図４５（ａ）、（ｂ）に示すように、第３のハードマスク５０をマスクとして、第１及び第２のハードマスク１５、１６がエッチングされる。これにより、第１のハードマスク１５の上層部及び第２のハードマスク１６に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。
【０１２０】
次に、図４６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のハードマスク１６をマスクとして、第１のハードマスク１５がエッチングされ、第１のハードマスク１５に磁気抵抗効果素子１９の形状が転写される。同時に、スペーサ１７から露出する磁気抵抗効果膜１４及び下部金属層１３がエッチングされ、下部金属層１３がセル毎に分離される。
【０１２１】
次に、図４７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のハードマスク１５をマスクとして、磁気抵抗効果膜１４がエッチングされ、磁気抵抗効果素子１９が形成されるとともに、下部金属層１３もエッチングされ、セル毎に下部金属層１３が分離される。この際、第１の絶縁膜１１がエッチングされ、凹部２０が形成される。ここで、凹部２０における第１の絶縁膜１１の表面からの深さＸ３は、磁気抵抗効果膜１４の膜厚Ｙ３以下となる。
【０１２２】
次に、図４８（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部２０内、下部金属層１３及び第１のハードマスク１５上に第２の絶縁膜２１が形成される。
【０１２３】
その後は、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＭＰやＲＩＥを用いて、第１のハードマスク１５に達するまで、第２の絶縁膜２１が平坦化される。これにより、第１のハードマスク１５からなる第２のコンタクト２２の表面が露出され、自己整合的にコンタクト開口がなされる。
【０１２４】
上記第７の実施形態によれば、第３の実施形態と同様、第１のハードマスク１５を磁気抵抗効果素子形状にパターニングすると同時に、下部金属層１３をパターニングしている（図４６参照）。このため、従来技術に比べて、オーバーエッチング量を抑制することができる。加えて、第１の実施形態よりもパターニングのエッチング回数を減少できるため、エッチングによるダメージを低減することもできる。
【０１２５】
上記各実施形態における磁気記憶装置は、例えば、図４９（ａ）、（ｂ）及び図５０（ａ）、（ｂ）に示す構造からなるが、これに限定されない。
【０１２６】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オーバーエッチングを低減することが可能な磁気記憶装置及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す断面図、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す平面図。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の工程における平面図。
【図３】図２（ａ）、（ｂ）に続く、図３（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の工程における平面図。
【図４】図３（ａ）、（ｂ）に続く、図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の工程における平面図。
【図５】図４（ａ）、（ｂ）に続く、図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の工程における平面図。
【図６】図５（ａ）、（ｂ）に続く、図６（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の工程における平面図。
【図７】図６（ａ）、（ｂ）に続く、図７（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の工程における平面図。
【図８】図７（ａ）、（ｂ）に続く、図８（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の工程における平面図。
【図９】図８（ａ）、（ｂ）に続く、図９（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の工程における平面図。
【図１０】図６（ａ）、（ｂ）に続く、図１０（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の工程における平面図。
【図１１】図１０（ａ）、（ｂ）に続く、図１１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の工程における平面図。
【図１２】図１１（ａ）、（ｂ）に続く、図１２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の工程における平面図。
【図１３】図１２（ａ）、（ｂ）に続く、図１３（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の工程における平面図。
【図１４】図１４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す断面図、図１４（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す平面図。
【図１５】図２（ａ）、（ｂ）に続く、図１５（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の工程における平面図。
【図１６】図１５（ａ）、（ｂ）に続く、図１６（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の工程における平面図。
【図１７】図１６（ａ）、（ｂ）に続く、図１７（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）の工程における平面図。
【図１８】図１７（ａ）、（ｂ）に続く、図１８（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の工程における平面図。
【図１９】図１８（ａ）、（ｂ）に続く、図１９（ａ）は本発明の第２の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の工程における平面図。
【図２０】図２０（ａ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す断面図、図２０（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す平面図。
【図２１】図２１（ａ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）の工程における平面図。
【図２２】図２１（ａ）、（ｂ）に続く、図２２（ａ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２２（ｂ）は図２２（ａ）の工程における平面図。
【図２３】図２２（ａ）、（ｂ）に続く、図２３（ａ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２３（ｂ）は図２３（ａ）の工程における平面図。
【図２４】図２３（ａ）、（ｂ）に続く、図２４（ａ）は本発明の第３の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）の工程における平面図。
【図２５】図２５（ａ）は本発明の第４の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す断面図、図２５（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係わる磁気記憶装置を示す平面図。
【図２６】図２６（ａ）は本発明の第４の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２６（ｂ）は図２６（ａ）の工程における平面図。
【図２７】図２６（ａ）、（ｂ）に続く、図２７（ａ）は本発明の第４の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２７（ｂ）は図２７（ａ）の工程における平面図。
【図２８】図２７（ａ）、（ｂ）に続く、図２８（ａ）は本発明の第４の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）の工程における平面図。
【図２９】図２（ａ）、（ｂ）に続く、図２９（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図２９（ｂ）は図２９（ａ）の工程における平面図。
【図３０】図２９（ａ）、（ｂ）に続く、図３０（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３０（ｂ）は図３０（ａ）の工程における平面図。
【図３１】図３０（ａ）、（ｂ）に続く、図３１（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３１（ｂ）は図３１（ａ）の工程における平面図。
【図３２】図３１（ａ）、（ｂ）に続く、図３２（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３２（ｂ）は図３２（ａ）の工程における平面図。
【図３３】図３２（ａ）、（ｂ）に続く、図３３（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３３（ｂ）は図３３（ａ）の工程における平面図。
【図３４】図３３（ａ）、（ｂ）に続く、図３４（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３４（ｂ）は図３４（ａ）の工程における平面図。
【図３５】図３４（ａ）、（ｂ）に続く、図３５（ａ）は本発明の第５の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３５（ｂ）は図３５（ａ）の工程における平面図。
【図３６】図３６（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３６（ｂ）は図３６（ａ）の工程における平面図。
【図３７】図３６（ａ）、（ｂ）に続く、図３７（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３７（ｂ）は図３７（ａ）の工程における平面図。
【図３８】図３７（ａ）、（ｂ）に続く、図３８（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３８（ｂ）は図３８（ａ）の工程における平面図。
【図３９】図３８（ａ）、（ｂ）に続く、図３９（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図３９（ｂ）は図３９（ａ）の工程における平面図。
【図４０】図３９（ａ）、（ｂ）に続く、図４０（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４０（ｂ）は図４０（ａ）の工程における平面図。
【図４１】図４０（ａ）、（ｂ）に続く、図４１（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４１（ｂ）は図４１（ａ）の工程における平面図。
【図４２】図４１（ａ）、（ｂ）に続く、図４２（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４２（ｂ）は図４２（ａ）の工程における平面図。
【図４３】図４２（ａ）、（ｂ）に続く、図４３（ａ）は本発明の第６の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４３（ｂ）は図４３（ａ）の工程における平面図。
【図４４】図３８（ａ）、（ｂ）に続く、図４４（ａ）は本発明の第７の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４４（ｂ）は図４４（ａ）の工程における平面図。
【図４５】図４４（ａ）、（ｂ）に続く、図４５（ａ）は本発明の第７の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４５（ｂ）は図４５（ａ）の工程における平面図。
【図４６】図４５（ａ）、（ｂ）に続く、図４６（ａ）は本発明の第７の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４６（ｂ）は図４６（ａ）の工程における平面図。
【図４７】図４６（ａ）、（ｂ）に続く、図４７（ａ）は本発明の第７の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４７（ｂ）は図４７（ａ）の工程における平面図。
【図４８】図４７（ａ）、（ｂ）に続く、図４８（ａ）は本発明の第７の実施形態に係わる他の磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図４８（ｂ）は図４８（ａ）の工程における平面図。
【図４９】図４９（ａ）は本発明の各実施形態に係わる磁気記憶装置を示す平面図、図４９（ｂ）は図４９（ａ）のＸＬＩＸＢ−ＸＬＩＸＢ線に沿った断面図。
【図５０】図５０（ａ）は本発明の各実施形態に係わる他の磁気記憶装置を示す平面図、図５０（ｂ）は図５０（ａ）のＬＢ−ＬＢ線に沿った断面図。
【図５１】図５１（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５１（ｂ）は図５１（ａ）の工程における平面図。
【図５２】図５１（ａ）、（ｂ）に続く、図５２（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５２（ｂ）は図５２（ａ）の工程における平面図。
【図５３】図５２（ａ）、（ｂ）に続く、図５３（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５３（ｂ）は図５３（ａ）の工程における平面図。
【図５４】図５３（ａ）、（ｂ）に続く、図５４（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５４（ｂ）は図５４（ａ）の工程における平面図。
【図５５】図５４（ａ）、（ｂ）に続く、図５５（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５５（ｂ）は図５５（ａ）の工程における平面図。
【図５６】図５５（ａ）、（ｂ）に続く、図５６（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５６（ｂ）は図５６（ａ）の工程における平面図。
【図５７】図５６（ａ）、（ｂ）に続く、図５７（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５５（ｂ）は図５７（ａ）の工程における平面図。
【図５８】図５６（ａ）、（ｂ）に続く、図５８（ａ）は従来技術による磁気記憶装置の製造工程を示す断面図、図５８（ｂ）は図５８（ａ）の工程における平面図。
【図５９】図５９（ａ）は従来技術による磁気記憶装置のセル部の製造工程を示す断面図、図５９（ｂ）は従来技術による磁気記憶装置のコア部の製造工程を示す断面図。
【図６０】図５９（ａ）、（ｂ）に続く、図６０（ａ）は従来技術による磁気記憶装置のセル部の製造工程を示す断面図、図６０（ｂ）は従来技術による磁気記憶装置のコア部の製造工程を示す断面図。
【図６１】図６０（ａ）、（ｂ）に続く、図６１（ａ）は従来技術による磁気記憶装置のセル部の製造工程を示す断面図、図６１（ｂ）は従来技術による磁気記憶装置のコア部の製造工程を示す断面図。
【図６２】図６１（ａ）、（ｂ）に続く、図６２（ａ）は従来技術による磁気記憶装置のセル部の製造工程を示す断面図、図６２（ｂ）は従来技術による磁気記憶装置のコア部の製造工程を示す断面図。
【図６３】図６３（ａ）は従来技術による他の磁気記憶装置のセル部を示す断面図、図６３（ｂ）は従来技術による他の磁気記憶装置のコア部を示す断面図。
【符号の説明】
１１…第１の絶縁膜、
１２…第１のコンタクト、
１３…下部金属層、
１４…磁気抵抗効果膜、
１５…第１のハードマスク、
１６…第２のハードマスク、
１７…スペース、
１８、７０…フォトレジスト、
１９…磁気抵抗効果素子、
２０…凹部、
２１、２１ａ…第２の絶縁膜、
２１ｂ…第３の絶縁膜、
２２…第２のコンタクト、
３０…ビア。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an information reproducing technique using a ferromagnetic material, and more particularly to a magnetic storage device using a magnetoresistive element and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Magnetic random access memory (hereinafter abbreviated as MRAM) is a generic name of solid-state memories that use a magnetization direction of a ferromagnetic material as an information recording medium and can rewrite, hold, and read recorded information as needed. It is.
[0003]
An MRAM memory cell usually has a structure in which a plurality of ferromagnetic materials are stacked. In recording information, the relative arrangement of the magnetizations of the plurality of ferromagnetic materials constituting the memory cell is made parallel or anti-parallel, and the parallel or anti-parallel state is made to correspond to binary information "1" or "0", respectively. Do it. Writing of recorded information is performed by applying a current to a write line arranged in a cross stripe shape and inverting the magnetization direction of the ferromagnetic material of each cell by a current magnetic field generated by the current. This is a non-volatile memory in which power consumption during recording and holding is zero in principle, and recording and holding are performed even when the power is turned off. On the other hand, reading of recorded information is a phenomenon in which the electrical resistance of a memory cell changes according to the relative angle between the magnetization direction of the ferromagnetic material constituting the cell and the sense current or the relative angle of magnetization between a plurality of ferromagnetic layers, a so-called magnetoresistance. Perform using effects.
[0004]
Comparing the function of the MRAM with the function of the semiconductor memory using the conventional dielectric, it is clear that (1) it is completely non-volatile and Fifteen (2) Non-destructive read is possible, and a read cycle can be shortened because a refresh operation is not required. (3) Charge storage type memory cells In comparison, it has many advantages such as high resistance to radiation. It is expected that the degree of integration per unit area of the MRAM, and the writing and reading times may be substantially the same as those of the DRAM. Therefore, taking advantage of the great feature of non-volatility, it is expected to be applied to external recording devices for portable equipment, mixed use of LSIs, and further to main storage memories of personal computers.
[0005]
At present, in MRAM which is being studied for practical use, an element exhibiting a ferromagnetic tunnel effect (Tunnel Magneto-Resistence: hereinafter abbreviated as TMR effect) is used for a memory cell (for example, see ISSCC 2000 Digest Paper TA7.2). ). An element exhibiting the TMR effect (hereinafter abbreviated as TMR element) is mainly composed of a three-layer film composed of a ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer, and a current flows through the insulating layer. The tunnel resistance value changes in proportion to the cosine of the relative angle between the magnetizations of the two ferromagnetic metal layers, and takes a maximum value when both magnetizations are antiparallel. For example, NiFe / Co / Al 2 O 3 In a tunnel junction composed of / Co / NiFe, a magnetoresistance ratio exceeding 25% has been found in a low magnetic field of 50 OeV or less (see, for example, IEEE Trans. Mag., 33, 3553 (1997)). The structure of the TMR element has a so-called spin-valve structure in which an antiferromagnetic material is arranged adjacent to one ferromagnetic material and the magnetization direction is fixed for the purpose of improving the magnetic field sensitivity (for example, Jpn. J. Appl. Phys., 36, L200 (1997)), and a device provided with a double tunnel barrier to improve the bias dependence of the magnetoresistance ratio (for example, Jpn. J. Appl. Phys. , 36, L1380 (1997).) Are known.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Next, a specific method of manufacturing a magnetic storage device when the TMR element is applied to an MRAM will be described with reference to FIGS. 51 (a) and (b) to FIGS. 58 (a) and (b). Here, each drawing (a) shows a sectional view of the magnetic storage device, and each drawing (b) shows a plan view of the magnetic storage device.
[0007]
First, as shown in FIGS. 51A and 51B, the lower contact 112 is formed in the first insulating film 111. Next, a lower metal layer 113 is formed on the first insulating film 111 and the lower contact 112, and a magnetoresistive film 114 is formed on the lower metal layer 113. Then, a first hard mask 115 is laminated on the magnetoresistive film 114.
[0008]
Next, as shown in FIGS. 52A and 52B, the first hard mask 115 is patterned into a desired shape. Then, using the patterned first hard mask 115, the magnetoresistive film 114 and the lower metal layer 113 are etched.
[0009]
Next, as shown in FIGS. 53A and 53B, a second hard mask 116 is formed on the first hard mask 115, and the second hard mask 116 is formed in the shape of the magnetoresistive element 119. Is patterned.
[0010]
Subsequently, as shown in FIGS. 54A and 54B, the first hard mask 115 is etched using the patterned second hard mask 116. At this time, a part of the first insulating film 111 whose surface is exposed is also etched, so that a concave portion 120 is formed. Here, when the depth of the recess 120 from the surface of the first insulating film 111 is X′1 and the thickness of the first hard mask 115 is Y′1, the relationship of X′1 ≦ Y′1 is as follows. Meets At this time, a part of the second hard mask 116 is also etched, and the remaining second hard mask 116 is thereafter peeled off.
[0011]
Next, as shown in FIGS. 55A and 55B, the magneto-resistance effect film 114 is etched using the first hard mask 115 to form a magneto-resistance effect element 119 including the magneto-resistance effect film 114. Is done. At this time, a part of the first insulating film 111 whose surface is exposed is further etched by the thickness of the magnetoresistive film 114. Here, when the depth from the surface of the first insulating film 111 in the concave portion 120 is X′2, and the total film thickness of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119 is Y′2, X ′ The relationship of 2 ≦ Y′2 is satisfied.
[0012]
Next, as shown in FIGS. 56A and 56B, a second insulating film 121 is formed on the entire surface.
[0013]
Next, as shown in FIGS. 57A and 57B, the second insulating film 121 is selectively removed, and a via 130 exposing a part of the first hard mask 115 is formed.
[0014]
After the second insulating film 121 is formed on the entire surface, as shown in FIGS. 58A and 58B, a chemical mechanical polishing (hereinafter, abbreviated as CMP) or reactive ion etching (CMP) is used. The second insulating film 121 is etched back using Reactive Ion Etching (hereinafter abbreviated as RIE) until the first hard mask 115 is reached. As a result, the surface of the contact 122 formed of the first hard mask 115 is exposed, and a contact opening may be formed in a self-aligned manner.
[0015]
However, such a conventional method of manufacturing a magnetic storage device has the following problems.
[0016]
At present, in the field of semiconductors, dry etching methods utilizing chemical reactions such as chemical dry etching (hereinafter abbreviated as CDE) and RIE are actively used. SiN film, SiO using chemical reaction 2 When etching a film or the like, the workpiece is removed as a halide having a high vapor pressure in a vapor phase. At that time, by appropriately selecting the etching conditions, a so-called self-stop, in which the lower layer of the object to be etched is not etched, is possible. For example, in a method called SAC (Self Align Contact), a SiN film and a SiO 2 A self-aligned contact opening is made using the etching selectivity of the film.
[0017]
However, the halide of a 3d transition metal such as Fe, Ni, Co, or Cu used in a magnetoresistive element has a low vapor pressure, and it is difficult to directly apply a process used for semiconductor processing. In addition, a method of performing chemical etching by forming an organometallic compound using a mixed gas of carbon monoxide and ammonia has been proposed (for example, see Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, Vol. 22, p. 1383). There is a problem that the reaction rate is insufficient and a process in which physical sputtering by a reaction gas is mixed is unavoidable.
[0018]
At present, the processing of the magnetoresistive effect element is performed based on sputtering using Ar ions, and SiO 2 which is a lower layer of the magnetoresistive effect element is formed. 2 A selectivity with an insulating film such as a film is hardly obtained.
[0019]
That is, when the processes shown in FIGS. 51A and 51B to FIGS. 58A and 58B are performed by using the current etching method, the lower metal is already formed when the first hard mask 115 is patterned. Since the layer 113 is patterned, a part of the surface of the first insulating film 111 is exposed. Therefore, as shown in FIG. 54A, the first insulating film 111 is etched together with the patterning of the first hard mask 115, and the recess 120 is formed. In addition, as shown in FIG. 55A, the first insulating film 111 is further etched along with the patterning of the magnetoresistive effect film 114, and the concave portion 120 is further deepened.
[0020]
As described above, in the conventional process, when the first hard mask 115 is patterned into the shape of the magnetoresistive effect element 119, the lower metal layer 113 has already been patterned. Part of the surface of the insulating film 111 is exposed. Therefore, when patterning the first hard mask 115 and the magnetoresistive film 114, the first insulating film 111 is over-etched. As a result, the depth X′2 of the recess 120 from the surface of the first insulating film 111 is about the total film thickness Y′2 of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119, and a very large step There was a problem that would occur.
[0021]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic storage device capable of reducing over-etching and a method of manufacturing the same.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses the following means to achieve the above object.
[0023]
A magnetic storage device according to a first aspect of the present invention includes a first insulating film, a metal layer disposed on the first insulating film, and a magnetoresistive element disposed in a predetermined region on the metal layer. And a contact layer disposed on the magnetoresistive element, formed around the metal layer, and having a function of separating the metal layer for each cell, and from a surface of the first insulating film. A concave portion having a depth equal to or less than the thickness of the metal layer.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetic storage device including a first insulating film, a metal layer disposed on the first insulating film, and a magnetoresistive element disposed in a predetermined region on the metal layer. And a contact layer disposed on the magnetoresistive element, formed around the metal layer, having a function of separating the metal layer for each cell, and having a depth from the surface of the metal layer. A concave portion that is not more than the thickness of the contact layer.
[0025]
A magnetic storage device according to a third aspect of the present invention includes a first insulating film, a metal layer disposed on the first insulating film, and a magnetoresistive element disposed in a predetermined region on the metal layer. And a contact layer disposed on the magnetoresistive element, formed around the metal layer, and having a function of separating the metal layer for each cell, and from a surface of the first insulating film. A concave portion having a depth equal to or less than the thickness of the magnetoresistive element.
[0026]
A method of manufacturing a magnetic storage device according to a fourth aspect of the present invention includes the steps of sequentially forming a metal layer, a magnetoresistive film, and a mask layer on a first insulating film; Patterning the metal layer into a separated shape for separating the metal layer for each cell after patterning into an element shape.
[0027]
A method of manufacturing a magnetic storage device according to a fifth aspect of the present invention includes the steps of sequentially forming a metal layer, a magnetoresistive film, and a mask layer on a first insulating film; Patterning the metal layer into an isolated shape for separating the metal layer for each cell at the same time as patterning into an element shape.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[0029]
[First Embodiment]
In the first embodiment, after a hard mask is patterned into a shape of a magnetoresistive effect element, a lower metal layer is patterned into a shape separated for each cell.
[0030]
FIGS. 1A and 1B are a sectional view and a plan view of a magnetic storage device according to a first embodiment of the present invention.
[0031]
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the magnetic storage device according to the first embodiment, a first contact 12 is formed in a first insulating film 11, and a first contact 12 and a first contact 12 are formed. A lower metal layer 13 is formed on one insulating film 11. A magnetoresistive element 19 made of a magnetoresistive film 14 is formed in a predetermined region on the lower metal layer 13, and a first hard mask 15 is formed on the magnetoresistive element 19. A recess 20 is formed around the lower metal layer 13, and the lower metal layer 13 is separated for each cell. Here, when the depth from the surface of the first insulating film 11 in the concave portion 20 is X1, and the thickness of the lower metal layer 13 is Y1, the relationship of X1 ≦ Y1 is satisfied. Such a relationship can be realized by making the etching rates of the insulating film 11 and the lower metal layer 13 different. For example, in the case of ion milling, as a combination of materials satisfying such a relationship, for example, a high melting point transition metal such as Ta, Mo, W, or a noble metal such as Pt or Ru is suitable for the lower metal layer 13. In addition, the first insulating film 11 is made of SiO 2 formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) which is generally used. 2 A film, a SiOH film, or an organic glass material formed by a coating method is suitable. In the case of so-called RIBE or RIE using another active ion as an assist material, a predetermined structure can be formed by appropriately selecting a gas type in addition to selecting a material.
[0032]
The first hard mask 15 is made of a conductive film and functions as the contact 22. Since the contact 22 made of the first hard mask 15 and the magnetoresistive element 19 are patterned using the same mask (the second hard mask 16), the contact 22 and the magnetoresistive element 19 have substantially the same shape. Has become.
[0033]
FIGS. 2A and 2B to 9A and 9B are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the first embodiment will be described. Here, the steps after the first contact 12 is formed in the first insulating film 11 will be described.
[0034]
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, a lower metal layer 13 is formed on the first insulating film 11 and the first contact 12, and a magnetoresistive film 14 is formed on the lower metal layer 13. Is formed. Then, two layers of first and second hard masks 15 and 16 are laminated on the magnetoresistive film 14. Here, the first hard mask 15 is made of, for example, a conductive film, and the second hard mask 16 may be a conductive film or a non-conductive film in the present embodiment.
[0035]
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the second hard mask 16 is selectively etched, and the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the second hard mask 16. Here, the patterning of the second hard mask 16 is performed using a resist mask and exposure.
[0036]
Subsequently, as shown in FIGS. 4A and 4B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16, and the shape of the magnetoresistive element 19 is changed to the first hard mask. 15 is transferred.
[0037]
Thereafter, as shown in FIGS. 5A and 5B, the second hard mask 16 is peeled off.
[0038]
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, the magnetoresistive film 14 is etched using the first hard mask 15, so that the magnetoresistive film 14 has the shape of the magnetoresistive element 19. Patterned.
[0039]
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, a photoresist 70 is applied on the lower metal layer 13 and the first hard mask 15, and is patterned into a desired shape of the lower metal layer 13.
[0040]
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the lower metal layer 13 is etched using the photoresist 70. At this time, the first insulating film 11 is slightly etched, and a recess 20 is formed around the lower metal layer 13. Here, the depth X1 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the thickness Y1 of the lower metal layer 13. Thereafter, the photoresist 70 is stripped.
[0041]
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a second insulating film 21 is formed in the recess 20, on the lower metal layer 13, and on the first hard mask 15.
[0042]
Thereafter, as shown in FIGS. 1A and 1B, the first layer is formed using a chemical mechanical polishing method (hereinafter abbreviated as CMP) or a reactive ion etching (Reactive Ion Etching; hereinafter abbreviated as RIE). Until the first hard mask 15 is reached, the second insulating film 21 is planarized. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0043]
According to the first embodiment, before patterning the lower metal layer 13 (see FIG. 8), the first hard mask 15 is patterned into a magnetoresistive element shape (see FIG. 4). Therefore, when the first hard mask 15 is patterned, the surface of the first insulating film 11 is not exposed, so that the first insulating film 11 is not over-etched. Further, the first insulating film 11 is only slightly over-etched when the lower metal layer 13 is patterned, and only a very shallow recess 20 is formed. That is, the depth X1 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is less than the thickness Y1 of the lower metal layer 13. Therefore, the depth X′2 from the surface of the first insulating film 111 in the concave portion 120 is smaller than the total thickness Y′2 of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119 as compared with the related art. In the first embodiment, the amount of over-etching can be sufficiently controlled. The thickness Y1 of the lower metal layer 13 is naturally smaller than the total thickness Y′2 of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119.
[0044]
In addition, the following effects can be obtained by suppressing the amount of overetching. For example, in a conventional solid-state magnetic memory, as shown in FIGS. 59A and 59B, a lower wiring 180 is formed in an insulating film 111 in a cell portion and a core portion. Then, as shown in FIG. 60A, when excessive etching of the insulating film 111 occurs during etching of the magnetoresistive film 114 in the cell portion, as shown in FIG. The wiring 180 may be exposed. When the lower wiring 180 is directly etched by Ar ions or the like, charges easily flow into the transistor through the lower wiring 180, and the performance of the transistor, for example, the gate breakdown voltage and the gate leak voltage may be deteriorated. Further, as shown in FIG. 63B, there is a possibility that the lower wiring 180 is also exposed in the core portion due to over-etching of the insulating film 111. This is not preferable because the peripheral circuit transistor acts as an antenna to enhance etching damage. On the other hand, according to the first embodiment, since the amount of over-etching can be suppressed, it is possible to suppress the lower wiring 180 of the cell portion and the core portion from being exposed.
[0045]
In addition, since the first hard mask 15 is formed of a conductive film to function as the contact 22, the following effects can be obtained. For example, in the related art, when physical etching is performed on a metal film, a fence is often formed on a side surface of the mask material. Then, such a fence must be removed by a method such as brush scrub, mist spraying, ultrasonic cleaning or the like. On the other hand, in the first embodiment, a conductive film is used as the mask material (first hard mask 15), and the mask material is left without being peeled off. That is, by providing the mask material with the function of a contact plug, the step of removing the fence becomes unnecessary.
[0046]
Note that the process of the first embodiment is not limited to the above method. For example, as shown below, an insulating film may be used instead of the photoresist 70 as a mask when patterning the lower metal layer 13, and the insulating film may be left without being removed.
[0047]
That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, after the magnetoresistive element 19 is formed, as shown in FIGS. 10A and 10B, the lower metal layer 13 has a desired shape. A second insulating film 21a is formed.
[0048]
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the lower metal layer 13 is etched using the second insulating film 21a as a mask. At this time, the first insulating film 11 is also slightly etched, and a recess 20 is formed around the lower metal layer 13. Here, the depth X1 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the thickness Y1 of the lower metal layer 13. Then, the second insulating film 21a is left without being removed.
[0049]
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, a third insulating film 21b is formed in the recess 20 and on the second insulating film 21a.
[0050]
Next, as shown in FIGS. 13A and 13B, the second and third insulating films 21a and 21b are etched back by using CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. . As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0051]
In the case of such a method, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the step of removing the photoresist 70 can be eliminated, and the number of steps can be reduced.
[0052]
[Second embodiment]
In the second embodiment, a hard mask is patterned into a shape of a magnetoresistive element, and at the same time, a lower metal layer is patterned into a shape separating each cell.
[0053]
FIGS. 14A and 14B are a cross-sectional view and a plan view of a magnetic storage device according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 14A and 14B, the magnetic storage device according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the depth from the surface of the lower metal layer 13 in the recess 20 is different. X2, where the thickness of the first hard mask 15 is Y2, the relationship of X2 ≦ Y2 is being satisfied. As a combination of materials satisfying such a relationship, for example, a high melting point transition metal such as Mo, W, or Ta is suitable for the first hard mask 15, and Mo, W, or Mo is used for the lower metal layer 13. A noble metal such as Pt, Ir or Ru, which has a higher etching rate than Ta or the like, or a conductive metal nitride such as TiN or TaN is suitable.
[0054]
FIGS. 15A and 15B to 19A and 19B are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the second embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the first embodiment will be omitted, and only different steps will be described.
[0055]
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, a lower metal layer 13, a magnetoresistive film 14, first and second hard masks 15 and 16 are sequentially stacked in the same manner as in the first embodiment. Is done.
[0056]
Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, the first and second hard masks 15 and 16 are selectively etched until a part of the magnetoresistive film 14 is exposed. Thus, the first and second hard masks 15 and 16 are patterned into a desired shape of the lower metal layer 13 which is separated for each cell by providing a space 17.
[0057]
Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, a photoresist 18 is applied on the second hard mask 16, and the photoresist 18 is patterned into a shape of the magnetoresistive element 19.
[0058]
Next, as shown in FIGS. 17A and 17B, the second hard mask 16 is etched using the patterned photoresist 18 as a mask. Thereby, the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the second hard mask 16. Thereafter, the photoresist 18 is stripped.
[0059]
Subsequently, as shown in FIGS. 18A and 18B, using the second hard mask 16 as a mask, the first hard mask 15 and the magnetoresistive film 14 are continuously etched under the same conditions. Then, the first hard mask 15 and the magnetoresistive film 14 are patterned into the shape of the magnetoresistive element 19. At this time, the first hard mask 15 serves as a mask, the lower metal layer 13 and a part of the first insulating film 11 are simultaneously etched, the lower metal layer 13 is separated for each cell, and the recess 20 is formed in the space 17. Is formed. Here, the depth X2 of the recess 20 from the surface of the lower metal layer 13 is equal to or less than the film thickness Y2 of the first hard mask 15.
[0060]
The amount of over-etching of such a lower layer (first insulating film 11) is generally obtained as in equation (1). The over-etching amount in the formula (1) is based on the assumption that the etching of the first hard mask 15 and the magneto-resistance effect film 14 are all performed under the same conditions.
[0061]
Over-etching amount of first insulating film 11 = (etching rate of lower metal layer 13− (etching rate of first hard mask 15 + magnetoresistive film 14) × (first hard mask 15 + magnetoresistive film 14) Etching time) ... (1)
In order to reduce the amount of over-etching, it is optimal to make the average of the etching rates of the first hard mask 15 and the magnetoresistive film 14 equal to the etching rate of the lower metal layer 13. Since the etching time = film thickness / etching rate, the first hard mask 15, the magnetoresistive film 14, and the lower metal layer 13 should be made of the optimum material and film thickness in order to satisfy the above conditions. What is necessary is just to select. When the lower metal layer 13 is selected such that the etching rate of the lower metal layer 13 is lower than the etching rate of the first hard mask 15 and the magnetoresistive film 14, the over-etching amount of the first insulating film 11 is reduced. Is more preferable.
[0062]
In the processing of the shape of the magnetoresistive element, the first hard mask 15 and the magnetoresistive film 14 can be etched under different conditions.
[0063]
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, after processing the magnetoresistive effect element 19, a second insulating film 21 is formed in the concave portion 20, on the lower metal layer 13, and on the second hard mask 16. It is formed.
[0064]
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, the second insulating film 21 and the second hard mask 16 are etched back by CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. Is done. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0065]
According to the second embodiment, the lower metal layer 13 is patterned at the same time as the first hard mask 15 is patterned into the magnetoresistive element shape (see FIG. 18). Therefore, before the patterning of the first hard mask 15, the surface of the first insulating film 11 is not exposed, and the first hard mask 15, the magnetoresistive film 14, and the lower metal layer 13 are etched. At this time, only the first insulating film 11 is slightly over-etched, and only the shallow recess 20 is formed. That is, the depth X2 of the concave portion 20 from the surface of the lower metal layer 13 is smaller than the film thickness Y2 of the first hard mask 15. Therefore, the depth X′2 from the surface of the first insulating film 111 in the concave portion 120 is smaller than the total thickness Y′2 of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119 as compared with the related art. In the second embodiment, the over-etching amount can be controlled by at least the total film thickness of the lower metal layer 13 and the magnetoresistive element 19.
[0066]
Further, according to the process according to the second embodiment, the following effects can be obtained. In the first embodiment, the patterning of the first hard mask 15 (see FIG. 4), the patterning of the magnetoresistive film 14 (see FIG. 6), and the patterning of the lower metal layer 13 (see FIG. 8) are performed separately. It was done. On the other hand, in the second embodiment, the patterning of the first hard mask 15, the magnetoresistive film 14, and the lower metal layer 13 is all performed simultaneously (see 18). For this reason, the number of times of patterning is reduced as compared with the first embodiment, so that damage due to this etching can be reduced.
[0067]
[Third Embodiment]
In the third embodiment, as in the second embodiment, the hard mask is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and at the same time, the lower metal layer is patterned into a shape that separates each cell. At this time, in the third embodiment, the patterning of the magnetoresistive film is performed after the patterning of the hard mask and the lower metal layer, in contrast to the second embodiment in which patterning of the magnetoresistive film is performed at the same time.
[0068]
FIGS. 20A and 20B are a cross-sectional view and a plan view of a magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 20A and 20B, the magnetic storage device according to the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the surface of the first insulating film 11 in the recess 20 is different. X3, and the thickness of the magnetoresistive element 19 is Y3, the relationship of X3 ≦ Y3 is satisfied. Usually, the magnetoresistive element 19 is made of an alloy or a multilayer film made of a transition metal such as Fe, Ni, and Co and a noble metal such as Ru and Ir, and these are made of SiO used for the first insulating film 11. 2 The etching rate is lower than that of the film. Therefore, the predetermined structure can be easily realized.
[0069]
FIGS. 21A and 21B to FIGS. 24A and 24B are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the magnetic memory device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the second embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the second embodiment is omitted, and only different steps will be described.
[0070]
First, as shown in FIGS. 15A and 15B to FIGS. 16A and 16B, similarly to the second embodiment, the first and second hard masks 15 and 16 are made of a lower metal. After being patterned into a desired shape of the layer 13, a photoresist 18 in the shape of the magnetoresistive element 19 is formed.
[0071]
Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, the second hard mask 16 is etched using the photoresist 18 as a mask. Thereby, the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the second hard mask 16. Thereafter, the photoresist 18 is stripped.
[0072]
Next, as shown in FIGS. 22A and 22B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask, and the shape of the magnetoresistive element 19 is changed to the first hard mask. 15 is transferred. At the same time, the magnetoresistive film 14 and the lower metal layer 13 whose surfaces are exposed from the space 17 are also etched. As described above, the patterning of the first hard mask into the shape of the magnetoresistive element and the patterning of the lower metal layer are performed simultaneously. At this time, a part of the surface of the second hard mask 16 is removed, and the thickness of the second hard mask 16 is reduced.
[0073]
Next, as shown in FIGS. 23A and 23B, the magnetoresistive film 14 is etched using the first and second hard masks 15 and 16 as a mask, and a magnetoresistive element 19 is formed. . At the same time, the first insulating film 11 whose surface is exposed from the space 17 is etched to form a concave portion 20. The depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the thickness Y3 of the magnetoresistive film 14.
[0074]
Here, when processing is performed by physical etching such as ion milling, in order to prevent re-adhesion, etching is performed in which an ion beam is obliquely incident on a substrate normal. At this time, a part of the surface of the second hard mask 16 is also removed at the same time.
[0075]
Next, as shown in FIGS. 24A and 24B, a second insulating film 21 is formed in the recess 20, on the lower metal layer 13, and on the second hard mask 16.
[0076]
Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, the second insulating film 21 and the second hard mask 16 are etched back by CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. Is done. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0077]
According to the third embodiment, similarly to the second embodiment, the first hard mask 15 is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and simultaneously, the lower metal layer 13 is patterned (see FIG. 22). For this reason, the surface of the first insulating film 11 is not exposed before the patterning of the first hard mask 15, and the first insulating film 11 is patterned when the first hard mask 15 and the lower metal layer 13 are patterned. There is no over-etching. Further, the first insulating film 11 is only slightly over-etched when the magnetoresistive film 14 is patterned, and only the shallow recess 20 is formed. That is, the depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is smaller than the film thickness Y3 of the magnetoresistive element 19. Therefore, the depth X′2 from the surface of the first insulating film 111 in the concave portion 120 is smaller than the total thickness Y′2 of the first hard mask 115 and the magnetoresistive element 119 as compared with the related art. In the third embodiment, the over-etching amount can be controlled by at least the thickness of the first hard mask 15.
[0078]
Further, the first and second hard masks 15 and 16 are used when patterning the magnetoresistive film 14, but the second hard mask 16 which is thinner than the second embodiment is used. Thus, the taper angle at the end of the magnetoresistive element 19 can be reduced, and the dimensional conversion difference can be reduced.
[0079]
Further, according to the process of the third embodiment, the following effects can be obtained. In the first embodiment, the patterning of the first hard mask 15 (see FIG. 4), the patterning of the magnetoresistive film 14 (see FIG. 6), and the patterning of the lower metal layer 13 (see FIG. 8) are performed separately. It was done. On the other hand, in the third embodiment, the patterning of the magnetoresistive film 14 is performed after the patterning of the first hard mask 15 and the lower metal layer 13 is performed simultaneously (see FIG. 22) (see FIG. 23). ). For this reason, the number of times of patterning is reduced as compared with the first embodiment, so that damage due to this etching can be reduced.
[0080]
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the hard mask is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and at the same time, the lower metal layer is patterned into a shape that separates each cell. It is to be patterned. In contrast to the third embodiment in which the contacts are formed in a self-aligned manner, the fourth embodiment forms vias.
[0081]
FIGS. 25A and 25B are a cross-sectional view and a plan view of a magnetic storage device according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 25A and 25B, in the magnetic storage device according to the fourth embodiment, as in the third embodiment, the depth from the surface of the first insulating film 11 in the concave portion 20 is reduced. X3, when the film thickness of the magnetoresistive element 19 is Y3, the relationship of X3 ≦ Y3 is satisfied. Also, a via 30 exposing the surface of the first hard mask 15 is formed.
[0082]
26 (a) and 26 (b) to 28 (a) and 28 (b) are cross-sectional views showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the fourth embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the second embodiment is omitted, and only different steps will be described.
[0083]
First, as shown in FIGS. 15A and 15B to FIGS. 17A and 17B, the shape of the magnetoresistive element 19 is changed to the second hard mask 16 as in the second embodiment. Transcribed.
[0084]
Next, as shown in FIGS. 26A and 26B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask, and the shape of the magnetoresistive element 19 is changed to the first hard mask. 15 is transferred. At this time, the magnetoresistive film 14 and the lower metal layer 13 whose surfaces are exposed from the space 17 are also etched. After that, the second hard mask 16 is removed.
[0085]
Next, as shown in FIGS. 27A and 27B, the magnetoresistive film 14 is etched using the first and second hard masks 15 and 16 as a mask, and a magnetoresistive element 19 is formed. . At the same time, the first insulating film 11 whose surface is exposed from the space 17 is etched to form a concave portion 20. The depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the thickness Y3 of the magnetoresistive film 14.
[0086]
Next, as shown in FIGS. 28A and 28B, a second insulating film 21 is formed in the recess 20, on the lower metal layer 13, and on the first hard mask 15.
[0087]
Next, as shown in FIGS. 25A and 25B, the via 30 is formed by removing a part of the second insulating film 21 and exposing a part of the first hard mask 15. Is done.
[0088]
According to the fourth embodiment, as in the third embodiment, the first hard mask 15 is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and simultaneously, the lower metal layer 13 is patterned (see FIG. 26). For this reason, the amount of over-etching can be suppressed as compared with the related art. In addition, since the number of times of patterning can be reduced as compared with the first embodiment, damage due to etching can be reduced.
[0089]
Further, in the fourth embodiment, the vias 30 are formed without forming the contacts 22 in a self-aligned manner. For this reason, although the number of lithography steps is increased by one, vias can be formed evenly over the entire wafer as compared with the self-formed contacts, and an effect that a more robust process can be realized can be obtained.
[0090]
[Fifth Embodiment]
In the fifth embodiment, as in the third embodiment, the hard mask is patterned into the shape of the magnetoresistive effect element, and at the same time, the lower metal layer is patterned into the shape that separates each cell. It is to be patterned. In the fifth embodiment, the shapes of the magnetoresistive element and the lower metal layer are transferred in advance to the second hard mask, thereby suppressing the exposure of the magnetoresistive film. The structure of the magnetic storage device according to the fifth embodiment is the same as that of the third embodiment shown in FIG.
[0091]
FIGS. 29A, 29B to 35A and 35B are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the magnetic memory device according to the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the fifth embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the first embodiment will be omitted, and only different steps will be described.
[0092]
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, a lower metal layer 13, a magnetoresistive film 14, first and second hard masks 15 and 16 are sequentially stacked in the same manner as in the first embodiment. Is done.
[0093]
Next, as shown in FIGS. 29A and 29B, the second hard mask 16 is selectively etched until a part of the first hard mask is exposed. Thereby, the second hard mask 16 is patterned into a desired shape of the lower metal layer 13 which is separated for each cell by providing a space 17.
[0094]
Next, as shown in FIGS. 30A and 30B, the upper layer of the second hard mask 16 is etched. Thereby, the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the upper layer of the second hard mask 16. The lower layer of the second hard mask 16 has a desired shape of the lower metal layer 13.
[0095]
Next, as shown in FIGS. 31A and 31B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask until a part of the magnetoresistive film 14 is exposed from the space 17. Is done. At this time, a part of the second hard mask 16 is also removed.
[0096]
Next, as shown in FIGS. 32A and 32B, the magnetoresistive film 14 and the lower metal layer 13 exposed from the space 17 are etched using the first and second hard masks 15 and 16 as a mask. You. At this time, part of the first and second hard masks 15 and 16 are also removed. After that, the second hard mask 16 is peeled off.
[0097]
Next, as shown in FIGS. 33A and 33B, the magnetoresistive effect film 14 is etched using the first hard mask 15 as a mask, and the magnetoresistive effect element 19 is formed. At the same time, the first insulating film 11 whose surface is exposed from the space 17 is etched to form a concave portion 20. Here, the depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the film thickness Y3 of the magnetoresistive film 14.
[0098]
Next, as shown in FIGS. 34A and 34B, a second insulating film 21 is formed in the concave portion 20, on the lower metal layer 13, and on the first hard mask 15.
[0099]
Next, as shown in FIGS. 35A and 35B, the second insulating film 21 is planarized using CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0100]
According to the fifth embodiment, as in the third embodiment, the first hard mask 15 is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and simultaneously, the lower metal layer 13 is patterned (see FIG. 32). For this reason, the amount of over-etching can be suppressed as compared with the related art. In addition, since the number of times of patterning can be reduced as compared with the first embodiment, damage due to etching can be reduced.
[0101]
Further, in the fifth embodiment, etching is performed after the desired shape of the lower metal layer 13 and the shape of the magnetoresistive element 19 are formed in the second hard mask 16 in advance. For this reason, since the magnetoresistive film 14 is not exposed in the exposure and development steps, it is not necessary to consider device contamination during the process.
[0102]
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment is the same process as the fifth embodiment, except that the shapes of the lower metal layer and the magnetoresistive element are transferred separately to the second and third hard masks. . The structure of the magnetic storage device according to the sixth embodiment is the same as that of the third embodiment shown in FIG.
[0103]
FIGS. 36 (a) and (b) to FIGS. 43 (a) and (b) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the sixth embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the first embodiment will be omitted, and only different steps will be described.
[0104]
First, as shown in FIGS. 36A and 36B, a lower metal layer 13, a magnetoresistive film 14, first and second hard masks 15 and 16 are sequentially laminated. Then, a third hard mask 50 is formed on the second hard mask 16.
[0105]
Next, as shown in FIGS. 37A and 37B, the second and third hard masks 16 and 50 are selectively etched until a part of the first hard mask is exposed. Thereby, the second and third hard masks 16 and 50 are patterned into a desired shape of the lower metal layer 13 which is separated for each cell by providing a space 17.
[0106]
Next, as shown in FIGS. 38A and 38B, the third hard mask 50 is etched. As a result, the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the third hard mask 50.
[0107]
Next, as shown in FIGS. 39A and 39B, the first and second hard masks 16 and 50 are used as masks until the part of the magnetoresistive film 14 is exposed from the space 17. The hard mask 15 is etched. At this time, a part of the third hard mask 50 is also removed.
[0108]
Next, as shown in FIGS. 40A and 40B, the second hard mask 16 is etched using the third hard mask 50 as a mask, and the magnetoresistive element 19 is The shape is transferred. At the same time, the upper layer of the first hard mask 15 is also etched, and the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the upper layer of the first hard mask 15.
[0109]
Next, as shown in FIGS. 41A and 41B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask, and the first hard mask 15 is The shape is transferred. At the same time, the magnetoresistive film 14 and the lower metal layer 13 exposed from the spacer 17 are etched, and the lower metal layer 13 is separated for each cell.
[0110]
Next, as shown in FIGS. 42A and 42B, the magneto-resistance effect film 14 is etched using the second hard mask 16 as a mask, and the magneto-resistance effect element 19 is formed. At the same time, the first insulating film 11 whose surface is exposed from the space 17 is etched to form a concave portion 20. Here, the depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the film thickness Y3 of the magnetoresistive film 14.
[0111]
Next, as shown in FIGS. 43A and 43B, a second insulating film 21 is formed in the recess 20, on the lower metal layer 13, and on the first hard mask 15.
[0112]
Thereafter, as shown in FIGS. 20A and 20B, the second insulating film 21 is flattened by CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0113]
According to the sixth embodiment, similarly to the third embodiment, the first hard mask 15 is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and simultaneously, the lower metal layer 13 is patterned (see FIG. 41). For this reason, the amount of over-etching can be suppressed as compared with the related art. In addition, since the number of times of patterning etching can be reduced as compared with the first embodiment, damage due to etching can be reduced.
[0114]
Furthermore, the sixth embodiment is the same as the process of the fifth embodiment, but in the sixth embodiment, the desired shape of the lower metal layer 13 is changed to the second shape by adding a third hard mask 50. The third embodiment is different from the first embodiment in that the hard mask 16 is formed on the third hard mask 50 and the shape of the magnetoresistive element 19 is formed on the third hard mask 50. That is, the desired shape of the lower metal layer 13 and the shape of the magnetoresistive element 19 are separately formed on the second and third hard masks 16 and 50, respectively. Therefore, pattern formation is easier than in the fifth embodiment. At this time, it is more preferable to increase the etching selectivity between the second hard mask 16 and the third hard mask 50, since the self-stop of the etching can be realized. Here, in order to increase the etching selectivity, for example, the second hard mask 16 is made of SiO 2 2 , SiN, or the like, and the third hard mask 50 may be formed of a metal, such as W or Ta. At this time, the above conditions can be easily realized by using a fluorocarbon-based etching gas.
[0115]
[Seventh embodiment]
In the seventh embodiment, a three-layer hard mask is used as in the sixth embodiment, but the pattern shape of the second hard mask is modified. Since the structure of the magnetic storage device according to the seventh embodiment is the same as that of the third embodiment shown in FIG. 20, the description will be omitted.
[0116]
FIGS. 44 (a) and (b) to FIGS. 48 (a) and (b) are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetic storage device according to the seventh embodiment will be described. Here, the description of the same steps as in the method of manufacturing the magnetic storage device according to the sixth embodiment will be omitted, and only different steps will be described.
[0117]
First, as shown in FIGS. 36 (a) and (b) to FIGS. 38 (a) and (b), similarly to the sixth embodiment, the shape of the magnetoresistive element 19 is formed on the third hard mask 50. Transcribed.
[0118]
Next, as shown in FIGS. 44A and 44B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask until a part of the magnetoresistive film 14 is exposed from the space 17. Is done. At the same time, the upper layer of the second hard mask 16 is removed using the third hard mask 50 as a mask, and the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the upper layer of the second hard mask 16. At this time, a part of the surface of the third hard mask 50 is also removed.
[0119]
Next, as shown in FIGS. 45A and 45B, the first and second hard masks 15 and 16 are etched using the third hard mask 50 as a mask. Thereby, the shape of the magnetoresistive element 19 is transferred to the upper layer portion of the first hard mask 15 and the second hard mask 16.
[0120]
Next, as shown in FIGS. 46A and 46B, the first hard mask 15 is etched using the second hard mask 16 as a mask. The shape is transferred. At the same time, the magnetoresistive film 14 and the lower metal layer 13 exposed from the spacer 17 are etched, and the lower metal layer 13 is separated for each cell.
[0121]
Next, as shown in FIGS. 47A and 47B, using the first hard mask 15 as a mask, the magnetoresistive film 14 is etched to form the magnetoresistive element 19 and to form the lower metal layer. 13 is also etched to separate the lower metal layer 13 for each cell. At this time, the first insulating film 11 is etched to form the recess 20. Here, the depth X3 of the recess 20 from the surface of the first insulating film 11 is equal to or less than the film thickness Y3 of the magnetoresistive film 14.
[0122]
Next, as shown in FIGS. 48A and 48B, a second insulating film 21 is formed in the recess 20, on the lower metal layer 13, and on the first hard mask 15.
[0123]
Thereafter, as shown in FIGS. 20A and 20B, the second insulating film 21 is flattened by CMP or RIE until the first hard mask 15 is reached. As a result, the surface of the second contact 22 made of the first hard mask 15 is exposed, and a contact opening is made in a self-aligned manner.
[0124]
According to the seventh embodiment, as in the third embodiment, the first hard mask 15 is patterned into the shape of the magnetoresistive element, and simultaneously, the lower metal layer 13 is patterned (see FIG. 46). For this reason, the amount of over-etching can be suppressed as compared with the related art. In addition, since the number of times of patterning can be reduced as compared with the first embodiment, damage due to etching can be reduced.
[0125]
The magnetic storage device in each of the above embodiments has, for example, the structure shown in FIGS. 49A and 49B and FIGS. 50A and 50B, but is not limited thereto.
[0126]
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the gist of the invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the column of the effect of the invention can be solved. Is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic storage device capable of reducing over-etching and a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a sectional view illustrating a magnetic storage device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view illustrating the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view in the process of FIG. 2A.
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 2A and FIG. 2B, and FIG. The top view in the process of 3 (a).
FIG. 4A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 3A and FIG. 3B, and FIG. The top view in the process of 4 (a).
FIG. 5A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 4A and FIG. 4B, and FIG. 5A is a plan view of the step of FIG.
FIG. 6A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 5A and FIG. 5B, and FIG. FIG. 6 is a plan view in the step of FIG.
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIGS. 6A and 6B; FIG. 7 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 7A and FIG. 7B, and FIG. The top view in the process of 8 (a).
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 8A and FIG. 8B, and FIG. FIG. 9 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 10A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of another magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention, following FIGS. 6A and 6B; FIG. FIG. 11 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 11A is a sectional view showing a step of manufacturing another magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 10A and FIG. 10B; FIG. 12 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 12A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of another magnetic storage device according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 11A and FIG. 11B; FIG. 13 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 13A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of another magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention, following FIGS. 12A and 12B, and FIG. FIG. 14 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 14A is a sectional view showing a magnetic storage device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 14B is a plan view showing a magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 15A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 2A and FIG. 2B, and FIG. FIG. 15 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 16A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 15A and FIG. 15B, and FIG. FIG. 16A is a plan view in the step of FIG.
FIG. 17A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 16A and FIG. 16B, and FIG. FIG. 17 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 18A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 17A and FIG. 17B, and FIG. FIG. 18 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 19A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the second embodiment of the present invention, following FIG. 18A and FIG. 18B, and FIG. FIG. 19 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 20A is a sectional view illustrating a magnetic storage device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 20B is a plan view illustrating the magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention; FIG.
21A is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 21B is a plan view illustrating the process of FIG. 21A.
FIG. 22A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 21A and FIG. 21B, and FIG. FIG. 22 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 23A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 22A and FIG. 22B, and FIG. FIG. 23 is a plan view in the step of FIG.
24 (a) is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the third embodiment of the present invention, following FIG. 23 (a) and FIG. 23 (b), and FIG. The top view in the process of 24 (a).
FIG. 25A is a sectional view showing a magnetic storage device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 25B is a plan view showing a magnetic storage device according to the fourth embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 26A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 26B is a plan view in the process of FIG. 26A.
FIG. 27A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fourth embodiment of the present invention, following FIG. 26A and FIG. 26B, and FIG. FIG. 27 is a plan view in the step of FIG.
28A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fourth embodiment of the present invention, following FIG. 27A and FIG. 27B; FIG. FIG. 28 is a plan view of the step of FIG.
FIG. 29A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fifth embodiment of the present invention, following FIG. 2A and FIG. 2B, and FIG. FIG. 29 is a plan view in the step of FIG.
30 (a) is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fifth embodiment of the present invention, following FIGS. 29 (a) and (b), and FIG. FIG. 30 is a plan view in the step of FIG.
31 (a) is a sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a fifth embodiment of the present invention, following FIG. 30 (a) and (b), and FIG. FIG. 31 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 32A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the fifth embodiment of the present invention, following FIG. 31A and FIG. 31B, and FIG. FIG. 32 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 33 (a) is a sectional view showing a step of manufacturing the magnetic storage device according to the fifth embodiment of the present invention, following FIGS. 32 (a) and (b), and FIG. The top view in the process of 33 (a).
FIG. 34 (a) is a sectional view showing a manufacturing step of a magnetic storage device according to a fifth embodiment of the present invention, following FIG. 33 (a) and FIG. 33 (b), and FIG. FIG. 34 is a plan view of the step of FIG.
35 (a) is a sectional view showing a manufacturing step of a magnetic storage device according to a fifth embodiment of the present invention, following FIG. 34 (a) and FIG. 34 (b); FIG. The top view in the process of 35 (a).
FIG. 36A is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 36B is a plan view in the step of FIG. 36A.
FIG. 37 (a) is a sectional view showing a step of manufacturing the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIG. 36 (a) and FIG. 36 (b), and FIG. FIG. 37 is a plan view in the step of FIG.
38A is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIG. 37A and FIG. 37B; FIG. FIG. 38 is a plan view of the step of FIG. 38 (a).
FIGS. 39A and 39B are cross-sectional views showing manufacturing steps of a magnetic memory device according to a sixth embodiment of the present invention, following FIGS. 38A and 38B; FIG. 39 is a plan view of the step of FIG. 39 (a).
40 (a) is a sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIG. 39 (a) and FIG. 39 (b), and FIG. The top view in the process of 40 (a).
FIG. 41A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIG. 40A and FIG. 40B; The top view in the process of 41 (a).
42A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the magnetic storage device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIG. 41A and FIG. 41B; FIG. FIG. 42 is a plan view of the step of FIG.
FIG. 43 (a) is a cross-sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the sixth embodiment of the present invention, following FIGS. 42 (a) and (b), and FIG. 43 (b). FIG. 43 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 44 (a) is a sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention, following FIG. 38 (a) and FIG. 38 (b), and FIG. FIG. 44 is a plan view of the step of FIG.
FIG. 45 (a) is a cross-sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention, following FIGS. 44 (a) and (b), and FIG. 45 (b). FIG. 46 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 46 (a) is a cross-sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention, following FIGS. 45 (a) and (b), and FIG. 46 (b). FIG. 46 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 47 (a) is a sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention, following FIGS. 46 (a) and (b), and FIG. 47 (b). FIG. 47 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 48 (a) is a cross-sectional view showing a step of manufacturing another magnetic memory device according to the seventh embodiment of the present invention, following FIGS. 47 (a) and 47 (b), and FIG. 48 (b). 48 is a plan view in the step of FIG.
FIG. 49 (a) is a plan view showing a magnetic storage device according to each embodiment of the present invention, and FIG. 49 (b) is a sectional view taken along the line XLIXB-XLIXB in FIG. 49 (a).
50 (a) is a plan view showing another magnetic storage device according to each embodiment of the present invention, and FIG. 50 (b) is a cross-sectional view taken along line LB-LB in FIG. 50 (a).
FIG. 51A is a cross-sectional view showing a manufacturing step of a magnetic storage device according to a conventional technique, and FIG. 51B is a plan view in the step of FIG. 51A.
FIG. 52 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 51 (a) and (b), and FIG. 52 (b) is a view showing the process of FIG. 52 (a); Plan view.
53 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 52 (a) and (b), and FIG. 53 (b) is a view showing the process of FIG. 53 (a); Plan view.
FIG. 54 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 53 (a) and (b), and FIG. 54 (b) is a view showing the process of FIG. 54 (a); Plan view.
FIG. 55 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 54 (a) and (b), and FIG. 55 (b) is a view showing the process of FIG. 55 (a); Plan view.
FIG. 56 (a) is a sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 55 (a) and (b), and FIG. 56 (b) is a view showing the process of FIG. 56 (a); Plan view.
FIG. 57 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 56 (a) and (b), and FIG. 55 (b) is a view showing the process of FIG. 57 (a); Plan view.
FIG. 58 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a magnetic storage device according to a conventional technique, following FIG. 56 (a) and (b), and FIG. 58 (b) is a view showing the process of FIG. 58 (a); Plan view.
FIG. 59 (a) is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a cell portion of a magnetic storage device according to a conventional technique; FIG.
60 (a) is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a cell portion of a magnetic memory device according to a conventional technique, and FIG. 60 (b) is a sectional view following FIG. 59 (b); Sectional drawing which shows the manufacturing process of the core part of an apparatus.
61 (a) and 61 (b) are sectional views showing a manufacturing process of a cell portion of a magnetic storage device according to the prior art, and FIG. 61 (b) is a magnetic storage according to the prior art. Sectional drawing which shows the manufacturing process of the core part of an apparatus.
62 (a) and 62 (b) are sectional views showing a manufacturing process of a cell portion of a magnetic storage device according to the conventional technique, and FIG. 62 (b) is a magnetic storage according to the conventional technique; Sectional drawing which shows the manufacturing process of the core part of an apparatus.
FIG. 63 (a) is a sectional view showing a cell portion of another magnetic storage device according to the prior art, and FIG. 63 (b) is a sectional view showing a core portion of another magnetic storage device according to the prior art.
[Explanation of symbols]
11 first insulating film,
12 first contact,
13 lower metal layer,
14 ... Magnetoresistance effect film,
15: first hard mask,
16 second hard mask,
17 ... space,
18, 70 ... photoresist,
19 ... Magnetoresistance effect element,
20 ... recess,
21, 21a ... second insulating film,
21b ... third insulating film,
22 ... second contact,
30 ... Via.

Claims (26)

第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、
前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、
前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記金属層の厚さ以下である凹部と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置。A first insulating film;
A metal layer disposed on the first insulating film;
A magnetoresistive element arranged in a predetermined region on the metal layer,
A contact layer disposed on the magnetoresistive element,
A concave portion formed around the metal layer, having a function of separating the metal layer for each cell, and having a depth from the surface of the first insulating film equal to or less than the thickness of the metal layer; A magnetic storage device. 第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、
前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、
前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記金属層の表面からの深さが前記コンタクト層の厚さ以下である凹部と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置。A first insulating film;
A metal layer disposed on the first insulating film;
A magnetoresistive element arranged in a predetermined region on the metal layer,
A contact layer disposed on the magnetoresistive element,
A recess formed around the metal layer, having a function of separating the metal layer for each cell, and having a depth from the surface of the metal layer equal to or less than the thickness of the contact layer. Characteristic magnetic storage device. 第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された金属層と、
前記金属層上の所定領域に配置された磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子上に配置されたコンタクト層と、
前記金属層の周囲に形成され、前記金属層をセル毎に分離する機能を有し、かつ前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記磁気抵抗素子の厚さ以下である凹部と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置。A first insulating film;
A metal layer disposed on the first insulating film;
A magnetoresistive element arranged in a predetermined region on the metal layer,
A contact layer disposed on the magnetoresistive element,
A recess formed around the metal layer, having a function of separating the metal layer for each cell, and having a depth from the surface of the first insulating film equal to or less than the thickness of the magnetoresistive element; A magnetic storage device, comprising: 前記凹部内及び前記金属層上に形成され、前記コンタクト層の表面を露出する第２の絶縁膜と
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。4. The magnetic memory according to claim 1, further comprising: a second insulating film formed in the concave portion and on the metal layer, and exposing a surface of the contact layer. 5. apparatus. 前記凹部内、前記金属層及び前記コンタクト層上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜内に形成され、前記コンタクト層の表面の一部を露出するビアと
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。A second insulating film formed in the recess, on the metal layer and on the contact layer,
4. The magnetic memory device according to claim 1, further comprising a via formed in the second insulating film and exposing a part of a surface of the contact layer. 5. 前記コンタクト層の形状は、前記磁気抵抗効果素子の形状とほぼ同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。4. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the shape of the contact layer is substantially the same as the shape of the magnetoresistive element. 第１の絶縁膜上に、金属層、磁気抵抗効果膜及びマスク層を順に形成する工程と、
前記マスク層を磁気抵抗効果素子の素子形状にパターニングした後に、前記金属層をセル毎に分離する分離形状にパターニングする工程と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。Forming a metal layer, a magnetoresistive film, and a mask layer on the first insulating film in order;
Patterning the mask layer into an element shape of a magnetoresistive element, and then patterning the metal layer into an isolated shape for separating cells. 第１の絶縁膜上に、金属層、磁気抵抗効果膜及びマスク層を順に形成する工程と、
前記マスク層を磁気抵抗効果素子の素子形状にパターニングすると同時に、前記金属層をセル毎に分離する分離形状にパターニングする工程と
を具備することを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。Forming a metal layer, a magnetoresistive film, and a mask layer on the first insulating film in order;
Patterning the mask layer into an element shape of a magnetoresistive element, and simultaneously patterning the metal layer into an isolated shape for each cell. 前記マスク層を前記素子形状にパターニングした後で、かつ前記金属層を前記分離形状にパターニングする前に、前記磁気抵抗効果膜を前記素子形状にパターニングする工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。Patterning the magnetoresistive film into the element shape after patterning the mask layer into the element shape and before patterning the metal layer into the separated shape. A method for manufacturing the magnetic storage device according to claim 7. 前記マスク層を前記素子形状にパターニングし、かつ前記金属層を前記分離形状にパターニングすると同時に、前記磁気抵抗効果膜を前記素子形状にパターニングする工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。9. The method according to claim 8, further comprising: patterning the mask layer into the element shape, patterning the metal layer into the separated shape, and simultaneously patterning the magnetoresistive film into the element shape. 6. The method for manufacturing a magnetic storage device according to claim 1. 前記マスク層を前記素子形状にパターニングし、かつ前記金属層を前記分離形状にパターニングした後に、前記磁気抵抗効果膜を前記素子形状にパターニングする工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。9. The method according to claim 8, further comprising: patterning the magnetoresistive film into the element shape after patterning the mask layer into the element shape and patterning the metal layer into the separated shape. 6. The method for manufacturing a magnetic storage device according to claim 1. 前記金属層、前記磁気抵抗効果膜及び前記マスク層を順に形成した後に、
前記マスク層を前記分離形状にパターニングする工程と、
前記マスク層の上層部を前記素子形状にパターニングする工程と
をさらに具備し、
前記マスク層の下層部を前記素子形状にパターニングすると同時に、前記金属層を前記分離形状にパターニングすることを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。After sequentially forming the metal layer, the magnetoresistive film and the mask layer,
Patterning the mask layer into the separated shape;
Patterning an upper layer portion of the mask layer into the element shape,
9. The method according to claim 8, wherein the metal layer is patterned into the separated shape at the same time as the lower layer of the mask layer is patterned into the element shape. 前記金属層、前記磁気抵抗効果膜及び前記マスク層を順に形成した後に、
前記マスク層の上層部及び中層部を前記分離形状にパターニングする工程と、
前記マスク層の前記上層部を前記素子形状にパターニングする工程と、
前記マスク層の前記中層部を前記素子形状にパターニングすると同時に、前記マスク層の下層部を前記分離形状にパターニングする工程と
をさらに具備し、
前記マスク層の前記下層部を前記素子形状にパターニングすると同時に、前記金属層を前記分離形状にパターニングすることを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。After sequentially forming the metal layer, the magnetoresistive film and the mask layer,
Patterning the upper layer portion and the middle layer portion of the mask layer into the separated shape,
Patterning the upper layer portion of the mask layer into the element shape,
Patterning the middle layer portion of the mask layer into the element shape and patterning a lower layer portion of the mask layer into the separated shape,
9. The method according to claim 8, wherein the lower layer portion of the mask layer is patterned into the element shape, and simultaneously, the metal layer is patterned into the separated shape. 前記マスク層の前記上層部及び前記中層部を前記素子形状及び前記分離形状にパターニングする際に、前記磁気抵抗効果膜上に前記マスク層の前記下層部が存在し、前記磁気抵抗効果膜の表面が露出しないことを特徴とする請求項１３に記載の磁気記憶装置の製造方法。When patterning the upper layer portion and the middle layer portion of the mask layer into the element shape and the separated shape, the lower layer portion of the mask layer is present on the magnetoresistive film, and the surface of the magnetoresistive film is 14. The method according to claim 13, wherein the magnetic disk is not exposed. 前記マスク層の前記下層部は第１のマスク材からなり、
前記マスク層の前記中層部及び前記上層部は前記第１のマスク材と異なる材質の第２のマスク材からなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の磁気記憶装置の製造方法。The lower layer portion of the mask layer is made of a first mask material,
14. The method according to claim 13, wherein the middle layer portion and the upper layer portion of the mask layer are made of a second mask material different from the first mask material. 前記マスク層の前記下層部は第１のマスク材からなり、
前記マスク層の前記中層部は前記第１のマスク材と異なる材質の第２のマスク材からなり、
前記マスク層の前記上層部は前記第２のマスク材と異なる材質の第３のマスク材からなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の磁気記憶装置の製造方法。The lower layer portion of the mask layer is made of a first mask material,
The middle layer portion of the mask layer is made of a second mask material different from the first mask material,
14. The method according to claim 13, wherein the upper layer portion of the mask layer is made of a third mask material different from the second mask material. 前記マスク層を残した状態で第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク層の表面が露出するまで前記第２の絶縁膜を平坦化することにより、前記マスク層からなるコンタクト層を自己整合的に形成する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項７又は８に記載の磁気記憶装置の製造方法。Forming a second insulating film with the mask layer left;
8. The method according to claim 7, further comprising: forming a contact layer made of the mask layer in a self-aligning manner by flattening the second insulating film until a surface of the mask layer is exposed. Or a method for manufacturing a magnetic storage device according to item 8. 前記マスク層を残した状態で第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の一部を除去することにより、前記マスク層の表面を露出するビアを形成する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。Forming a second insulating film with the mask layer left;
9. The method according to claim 8, further comprising: forming a via exposing a surface of the mask layer by removing a part of the second insulating film. . 前記マスク層を前記素子形状にパターニングした後に、レジストを形成する工程と、
前記レジストを前記分離形状にパターニングする工程と、
前記分離形状の前記レジストを用いて前記金属層をパターニングした後、前記レジストを除去する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。After patterning the mask layer into the element shape, forming a resist,
Patterning the resist into the separated shape;
8. The method according to claim 7, further comprising removing the resist after patterning the metal layer using the resist having the separated shape. 前記マスク層を前記素子形状にパターニングした後に、このマスク層を残した状態で第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜を前記分離形状にパターニングする工程と、
前記分離形状の前記第３の絶縁膜を用いて前記金属層を前記分離形状にパターニングする工程と、
前記第３の絶縁膜を残した状態で第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記マスク層の表面が露出するまで前記第２及び第３の絶縁膜を平坦化することにより、前記マスク層からなるコンタクト層を自己整合的に形成する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。After patterning the mask layer into the element shape, forming a third insulating film while leaving the mask layer;
Patterning the third insulating film into the separated shape;
Patterning the metal layer into the separated shape using the third insulating film having the separated shape;
Forming a second insulating film while leaving the third insulating film;
Forming a contact layer made of the mask layer in a self-aligning manner by flattening the second and third insulating films until the surface of the mask layer is exposed. A method for manufacturing the magnetic storage device according to claim 7. 前記マスク層を薄くした後に、前記磁気抵抗効果膜を前記素子形状にパターニングすることを特徴とする請求項１１に記載の磁気記憶装置の製造方法。12. The method according to claim 11, wherein after the mask layer is thinned, the magnetoresistive film is patterned into the element shape. イオンビームを基板法線に対し斜めに入射させるエッチングにより、前記磁気抵抗効果膜を前記素子形状にパターニングすることを特徴とする請求項１１に記載の磁気記憶装置の製造方法。12. The method according to claim 11, wherein the magnetoresistive film is patterned into the element shape by etching in which an ion beam is obliquely incident on a substrate normal. 前記金属層をパターニングすると同時に前記第１の絶縁膜の一部も除去され、前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記金属層の厚さ以下である凹部が形成されることを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。At the same time as patterning the metal layer, a part of the first insulating film is also removed to form a concave portion whose depth from the surface of the first insulating film is equal to or less than the thickness of the metal layer. The method for manufacturing a magnetic storage device according to claim 7. 前記マスク層及び前記金属層をパターニングすると同時に前記第１の絶縁膜の一部も除去され、前記金属層の表面からの深さが前記マスク層の厚さ以下である凹部が形成されることを特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。At the same time as patterning the mask layer and the metal layer, a part of the first insulating film is also removed, and a concave portion whose depth from the surface of the metal layer is equal to or less than the thickness of the mask layer is formed. The method for manufacturing a magnetic storage device according to claim 8, wherein: 前記磁気抵抗効果膜をパターニングすると同時に前記第１の絶縁膜の一部も除去され、前記第１の絶縁膜の表面からの深さが前記磁気抵抗効果膜の厚さ以下である凹部が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の磁気記憶装置の製造方法。At the same time as patterning the magnetoresistive film, a part of the first insulating film is also removed, and a concave portion whose depth from the surface of the first insulating film is equal to or less than the thickness of the magnetoresistive film is formed. The method of manufacturing a magnetic storage device according to claim 11, wherein: 前記マスク層のパターニングは、レジストマスクと露光を用いて行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の磁気記憶装置の製造方法。9. The method according to claim 7, wherein patterning of the mask layer is performed using a resist mask and exposure.
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