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JP2004319725A - Magnetic random access memory device - Google Patents

Magnetic random access memory device Download PDF

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JP2004319725A
JP2004319725A JP2003111058A JP2003111058A JP2004319725A JP 2004319725 A JP2004319725 A JP 2004319725A JP 2003111058 A JP2003111058 A JP 2003111058A JP 2003111058 A JP2003111058 A JP 2003111058A JP 2004319725 A JP2004319725 A JP 2004319725A
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JP
Japan
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film
access memory
memory device
random access
magnetic
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Application number
JP2003111058A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ashida
裕 芦田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the deterioration of a magneto-resistance effect property by reducing process damages to a magneto-resistive memory element in a magnetic random access memory device. <P>SOLUTION: The random access memory device has, on a semiconductor substrate, magneto-resistive memory elements 5, each of which is located in an intersection area of first word lines 4 and bit lines 3 which are located in directions crossing each other, and has such a structure that a first magnetic material layer 6 with a variable magnetization direction and a second magnetic material layer 8 with a fixed magnetization direction are stacked via a non-magnetic intermediate layer 7; and an access transistor 1 which uses a second word line 2 located in a direction which crosses the bit lines 3, as the gate. For an insulator for surrounding sides of the magneto-resistive memory elements 5, anti-water penetration film 10 which has an anti-water penetration performance superior to that of SiO<SB>2</SB>is used. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ランダムアクセスメモリ装置に関するものであり、特に、書込用ワード線を有する磁気ランダムアクセスメモリ装置(MRAM:magnetic random access memory)における特性劣化を防止するための層間絶縁膜の構成に特徴のある磁気ランダムアクセスメモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
MRAMは、磁性構造に電流を流して、磁性体における電子のスピンの向きによって抵抗値が変化することを利用したメモリデバイスであり、メモリセルを構成する磁性構造としてはGMR(Giant Magneto resistive)素子或いはTMR(Tunneling Magneto Resistive)素子が検討されている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。
【0003】
この様なMRAMには大きな抵抗変化が要求されているため、研究開発には主にTMR素子構造が用いられているので、ここで、図8を参照して従来のMRAMの一例を説明する。
図8参照
図8は従来のMRAMの概略的要部断面図であり、まず、n型シリコン基板11の所定領域にp型ウエル領域12を形成するとともに、n型シリコン基板11を選択酸化することによって素子分離酸化膜13を形成したのち、素子形成領域にゲート絶縁膜14を介して読み出しワード線となるWSiからなるゲート電極15を形成し、このゲート電極15をマスクとしてAs等のイオンを注入することによってn型LDD(Lightly Doped Drain)領域16を形成する。
【0004】
次いで、全面にSiO膜等を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール17を形成したのち、再び、As等をイオン注入することによってn型ドレイン領域18及びn型ソース領域19を形成し、次いで、TEOS(Tetra−Ethyl−Ortho−Silicate)−NSG膜等の厚いSiO膜等からなる第1層間絶縁膜20を形成したのち、n型ドレイン領域18及びn型ソース領域19に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをWで埋め込むことによってWプラグ21,22を形成する。
【0005】
次いで、全面にTi/TiN/Al/Ti/TiNを堆積させたのちパターニングすることによって、接続導体23及びソース配線層24を形成したのち、再び、TEOS−NSG膜等の厚いSiO膜等からなる第2層間絶縁膜25を形成し、次いで、接続導体23に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをWで埋め込むことによってWプラグ26を形成する。
なお、通常は、ソース配線層24はGNDラインに接続される。
【0006】
次いで、再び、全面にTi/TiN/Al/Ti/TiNを堆積させたのちパターニングすることによって、接続導体27と書込み用ワード線28を形成したのち、再び、TEOS−NSG膜等の薄いSiO膜等からなる第3層間絶縁膜29を形成し、次いで、接続導体27に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをTi/TiNを介してWで埋め込むことによってWプラグ30を形成する。
【0007】
次いで、再び、全面にAlを堆積させたのちパターニングすることによって、下部電極31を形成したのち、再び、TEOS−NSG膜等の薄いSiO膜等からなる第4層間絶縁膜32を堆積させ、次いで、下部電極31が露出するまでCMP(化学機械研磨)して平坦化する。
【0008】
次いで、全面にTa下地層33、NiFeフリー層34、Alからなるトンネル絶縁層35、CoFeピンド層36、IrMnピン層37、Taキャップ層51を順次堆積させたのち、イオンミリングを施すことによって例えば、0.15μm×0.1μmの大きさのTMR素子52を形成する。
この場合、TMR素子52をビット線方向に長い長方形をしているため、NiFeフリー層34のスピン方向はビット線54の延在方向に向くのが容易になる。
【0009】
次いで、再び、TEOS−NSG膜等の薄いSiO膜等からなる第5層間絶縁膜53を堆積させたのち、Taキャップ層51が露出するまでCMP(化学機械研磨)して平坦化する。
【0010】
次いで、全面に、Ti/TiN/Al/Ti/TiN構造の多層導電層を堆積させたのち、書込み用ワード線28と直交する方向に延在するようにパターニングしてビット線54を形成することによって、MRAMの基本構造が完成する。
【0011】
この場合、TMR素子52への書込みは、ビット線54と書込み用ワード線28とに電流を流し、発生する磁界がNiFeフリー層34のスピン方向を決定することにより行なわれ、CoFeピンド層36と同方向、または逆方向によって“1”または“0”のデータが書き込まれる。
【0012】
一方、TMR素子52からの読み出しは、NiFeフリー層34とCoFeピンド層36の間に電圧を印加し、かつ読み出しワード線であるゲート電極15に電圧をかけてアクセストランジスタをオンし、流れ込む電流を読み取ることにより行なわれる。
【0013】
NiFeフリー層34のスピンの向きがCoFeピンド層36のスピンの向きと同方向である場合には低抵抗となり、逆方向である場合には高抵抗、例えば、低抵抗時の10〜100%増加となるので、電流の大小を判定することで1ビットの記録を読み出すことができる。
【0014】
この様なMRAMにおいて、TMR素子における抵抗変化が大きい方が、データ保持信頼性が向上するが、この抵抗変化はフリー層及びピンド層を構成するNiFe、CoFe、CoFeB、Co、Fe、Ni等の磁性材料とトンネル絶縁層を構成するAl、AlO、或いは、HfOとの組み合わせ、及び、薄膜構造に依存するため、成膜プロセス及び配線プロセスによるプロセスダメージの低減が要求される。
【0015】
【特許文献1】
特開2003−031776号公報
【特許文献2】
特開2002−299584号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の磁性材料は、金属材料であり、酸化雰囲気中では酸化されやすく、抵抗増加、ひいてはスピン電子減少、消失、抵抗変化特性の劣化の原因となる。
【0017】
特に、TMR素子52は平坦化機能を有する第5層間絶縁膜53のみに覆われることになり、この第5層間絶縁膜53は一般にはTEOS−NSG膜、即ち、O−TEOS−SiO膜、或いは、SOG(Spin on Glass)−SiO膜で構成されることになるが、このような有機シランを用いたSiO膜は、吸湿性が高く、製造工程の加熱プロセスにて大量のガス(主に、HO)を放出すことが知られている(必要ならば、1993VIMC,p.287−289,1993参照)。
【0018】
このような状況では、TMR素子52を構成する磁性体は酸化されて特性が劣化してしまうことは容易に推測でき、特に、高集積になる程、素子サイズは微細化するため、この対策は特性バラツキ抑制の重要な項目となる。
なお、この事情は、磁気抵抗記憶素子として、TMR素子52の代わりにGMR素子を用いた場合も同様である。
【0019】
したがって、本発明は、磁気抵抗記憶素子のプロセスダメージを低減して、磁気抵抗効果特性の劣化を防止することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記目的を達成するため、本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ装置において、半導体基板上に、互いに交差する方向に配置された第1のワード線4とビット線3との交差領域にそれぞれ配置され、磁化方向が可変な第1の磁性体層6と磁化方向が固定された第2の磁性体層8とが非磁性中間層7を介して積層された磁気抵抗記憶素子5と、ビット線3に交差する方向に配置された第2のワード線2をゲートとするアクセストランジスタ1とを備えた磁気ランダムアクセスメモリ装置において、磁気抵抗記憶素子5の側部を囲む絶縁体としてSiOより水透過防止性能に優れた水透過防止膜10を用いたことを特徴とする。
【0021】
この様に、磁気抵抗記憶素子5の側部を水透過防止膜10で覆っているので、磁気抵抗記憶素子5を構成する第1の磁性体層6及び第2の磁性体層8のプロセス中及びプロセス後の酸化が抑制されるため、電気特性の安定性及び信頼性を向上することができる。
【0022】
この場合の水透過防止膜10として、SiOより水透過防止性能に優れるAl、プラズマSiN等のSiN、或いは、プラズマSiON等のSiONのいずれかが好適である。
【0023】
なお、磁気抵抗記憶素子5としては、非磁性中間層7が非磁性導電層である巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)でも良いが、非磁性中間層7がトンネル絶縁層であるトンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子)が望ましく、それによって、抵抗変化率をより大きくすることができる。
【0024】
また、磁気抵抗記憶素子5を構成する上部電極9を、その酸化物も導電性を有する金属、例えば、RuまたはIrのいずれかで構成することが望ましく、それによって、プロセス中及びプロセス後に進入するO或いはHOは上部電極9の犠牲酸化によってくい止められ、且つ、上部電極9の酸化部も良好な導電性を有しているので電気的特性が劣化することがない。
【0025】
この場合、磁気抵抗記憶素子5の側部を、水透過防止膜10を介して平坦化絶縁膜で埋め込むことが望ましく、それによって、平坦化が容易になる。
【0026】
また、ビット線3は、平坦化絶縁膜上に直接設けても良いが、上部電極9を覆うSiOより水透過防止性能に優れた絶縁膜に設けた開口を介して上部電極9と電気的に接続するように設けることが望ましく、それによって、磁気抵抗記憶素子5の上部も水透過防止性能に優れた絶縁膜で覆われるので、水透過防止効果をさらに高めることができる。
【0027】
上述の磁気ランダムアクセスメモリ装置を製造する際には、磁気抵抗記憶素子5を覆うようにSiOより水透過防止性能に優れた水透過防止膜10を設けたのち、平坦化絶縁膜を設け、次いで、平坦化絶縁膜及び水透過防止膜10を磁気抵抗記憶素子5の最上層を構成する上部電極9の少なくとも上層部を除去するまで除去して平坦化することが望ましく、それによって、プロセス中に酸化した上部電極9の酸化部を除去することができるので、素子抵抗の増大をより防止することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
ここで、図2乃至図6を参照して、本発明の実施の形態のMRAMの製造工程を説明する。
図2(a)参照
まず、n型シリコン基板11の所定領域にp型ウエル領域12を形成するとともに、n型シリコン基板11を選択酸化することによって素子分離酸化膜13を形成したのち、素子形成領域にゲート絶縁膜14を介して読み出しワード線となるWSiからなるゲート電極15を形成し、このゲート電極15をマスクとしてAsイオンを注入することによってn型LDD領域16を形成する。
【0029】
次いで、全面にSiO膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール17を形成したのち、再び、Asイオン注入することによってn型ドレイン領域18及びn型ソース領域19を形成し、次いで、O−TEOS−SiO膜からなる厚い第1層間絶縁膜20を形成したのち、n型ドレイン領域18及びn型ソース領域19に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをWで埋め込むことによってWプラグ21,22を形成する。
なお、O−TEOS−SiO膜の堆積に際しては、TEOS+Oをソースガスとして用いたCVD法により、400℃で堆積させるものであり、以下の工程においても同様である。
【0030】
図2(b)参照
次いで、スパッタ法を用いて全面にTiN/Al/TiNを堆積させたのちパターニングすることによって、接続導体23及びソース配線層24を形成したのち、再び、O−TEOS−SiO膜からなる第2層間絶縁膜25を形成し、次いで、接続導体23に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをWで埋め込むことによってWプラグ26を形成する。
なお、通常は、ソース配線層24はGNDラインに接続される。
【0031】
図3(c)参照
次いで、再び、スパッタ法を用いて全面にTiN/Al/TiNを堆積させたのちパターニングすることによって、接続導体27と書込み用ワード線28を形成したのち、再び、O−TEOS−SiO膜からなる第3層間絶縁膜29を形成し、次いで、接続導体27に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをTi/TiNを介してWで埋め込むことによってWプラグ30を形成する。
【0032】
図3(d)参照
次いで、再び、スパッタ法を用いて全面にTiN/Al/TiNを堆積させたのちパターニングすることによって、下部電極31を形成したのち、再び、O−TEOS−SiO膜からなる薄い第4層間絶縁膜32を堆積させ、次いで、下部電極31が露出するまでCMPして平坦化する。
【0033】
図4(e)参照
次いで、スパッタ法を用いることによって、全面に厚さが、例えば、20nmのTa下地層33、10nmのNiFeフリー層34、1nmのAlからなるトンネル絶縁層35、10nmのCoFeピンド層36、及び、30nmのIrMnピン層37、及び、上部電極となる厚さが、例えば、100nmのRuキャップ層38を順次真空中で堆積させる。
【0034】
図4(f)参照
次いで、イオンミリングを施すことによって例えば、0.2μm×0.13μmの大きさのTMR素子39を形成する。
この場合、TMR素子39をビット線方向に長い長方形をしているため、NiFeフリー層34のスピン方向はビット線の延在方向に向くのが容易になる。
【0035】
図5(g)参照
次いで、再び、スパッタ法を用いて厚さが、例えば、100nmのAl防水膜40でTMR素子39を覆ったのち、再び、全面にO−TEOS−SiO膜からなる第5層間絶縁膜41をTMR素子39上の厚さが例えば、400nmになるように堆積させる。
なお、この時のスパッタ工程における条件は、Arガスを20sccm流した状態で、Alターゲットに2kwの電力を印加して行うものであり、得られたAl防水膜40の屈折率は1.62〜1.66、例えば、1.64であり、また、膜密度は3.0〜3.2g/cm、例えば、3.1g/cmである。
【0036】
図5(h)参照
次いで、CMP法を用いて、Ruキャップ層38の表面を例えば、50nm除去するまで研磨して、全体を平坦化する。
この時、プロセス中で酸化されたRuキャップ層38の表面は除去されるが、RuO等の酸化物が残存していても、RuOは良好な導電性を有しているので問題はない。
【0037】
次いで、プラズマCVD法を用いて厚さが、例えば、100nmのp−SiN膜42を堆積させたのち、TMR素子39に対するコンタクトホールを設け、次いで、スパッタ法を用いて全面に、厚さが、例えば、100nmのTiN層、厚さが、例えば、800nmのAl層、及び、厚さが、例えば、100nmのTiN層を順次堆積させてTiN/Al/TiN構造の多層導電層を堆積させたのち、書込み用ワード線28と直交する方向に延在するようにパターニングしてビット線43を形成することによって、MRAMの基本構造が完成する。
【0038】
図7参照
図7は、Alの水透過防止性能の説明図であり、従来のTEOS−NSG膜単独の場合に、300℃程度で大量のHOが放出されるが、TEOS−NSG膜をAlで覆った場合には600℃以下では殆どHOは放出されないことが理解される。
【0039】
以上説明したように、本発明の実施の形態のプロセス、デバイス構造においては、TMR素子39の上部にRuキャップ層38を設けているので、O或いはHOがプロセス中に進入しようとしても、Ruの犠牲酸化により、TMR素子39内部への酸素の侵入を防止され、また、RuOは良好な導電性を有しているので電気伝導性を維持することができる。
【0040】
また、TMR素子39の側壁はAl防水膜40で覆われているため、TMR素子39の側部からの酸化反応は、プロセス中及び、プロセス後も抑制されるため、電気特性の安定性、信頼性向上に大きく寄与する。
【0041】
さらに、TMR素子39の上部も水透過防止性能に優れるp−SiN膜42で覆われているので、プロセス後のTMR素子39の上部からの酸化反応が抑制されるため、電気特性の安定性、信頼性向上に大きく寄与する。
【0042】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態において、水透過防止絶縁膜としてスパッタAl膜を使用しているが、TMR素子にダメージを与えない300℃以下の低温で形成可能で、水透過防止性能に優れるSiN膜或いはSiON膜、特に、プラズマCVDによるp−SiN膜或いは、p−SiON膜を用いても良いものである(必要ならば、上述の1993VIMC,p.287−289,1993参照)。
【0043】
また、上記の実施の形態においては、CMPにより第5層間絶縁膜の平坦化を行なっているが、CMPに限られるものではなく、Cl或いはCCl等の塩素系ガス、または、CF或いはF等のフッ素系ガスを用いたエッチバックによる平坦化を行なっても良いものである。
この時、上部電極を構成するRuキャップ層38或いはその酸化物であるRuOは、これらのエッチングガスに対して不活性であるため、エッチングストッパー膜としても機能する。
【0044】
また、上記の実施の形態においては、上部電極としてRuを用いているが、Ruに限られるものではなく、Ruと同様にその酸化物も良好な導電性を有する金属であれば良く、例えば、Irを用いても良いものである。
【0045】
また、上記の実施の形態においては、ビット線43をスパッターAlで構成しているが、Alに限られるものではなく、ダマシン方法によるCu配線を使用しても良いものである。
【0046】
また、上記の実施の形態においては、磁気抵抗記憶素子をトンネル絶縁層を用いたTMR素子としているが、TMR素子に限られるものではなく、Alを一部酸化して局所的な電流通路が形成されるGMR素子としても良いものであり、さらには、Al膜の代わりにCu等の非磁性導電層を用いて通常のGMR素子としても良いものである。
【0047】
また、上記の実施の形態においては、反強磁性ピン層としてIrMnを用いているが、IrMnに限られるものではなく、FeMn或いはPdPtMn等の他の反強磁性体を用いても良いものである。
なお、PdPtMnを用いた場合には、PdPtMnの成膜後に、磁場を印加した状態でアニール処理を行うことによって、PdPtMnピン層の磁化方向を固定する必要がある。
【0048】
また、上記の実施の形態におけるフリー層及びピンド層は単なる一例に過ぎず、フリー層、或いは、ピンド層をNiFe/CoFe或いはCoFe/Ru/CoFe等の多層構造で構成しても良いものである。
【0049】
また、上記の実施の形態においては、磁気抵抗記憶素子をフリー層から積層するタイプの多層膜で構成しているが、反強磁性ピン層から積層するタイプの多層膜で構成しても良いものである。
【0050】
また、上記の実施の形態においては、成膜プロセスにおける温度条件から、書込み用ワード線28を磁気抵抗記憶素子の下側に配置しているが、低温プロセスで層間絶縁膜の形成、導電層の形成を行うのであれば、磁気抵抗記憶素子の上側に配置しても良いものである。
【0051】
また、上記の実施の形態においては、ビット線43をp−SiN膜42を介して堆積させているが、図1に示した原理的構成と同様に、第5層間絶縁膜41上に直接堆積させるようにしても良いものである。
【0052】
また、上記の実施の形態においては、各層間絶縁膜をO−TEOS−SiO膜で構成しているが、SOG−SiO膜或いはBPSG膜等の他の平坦化容易膜で構成しても良いものである。
【0053】
また、上記の実施の形態においては、TMR素子をパターニングする際に、イオンミリング法を用いているが、反応性イオンエッチング(RIE)を用いても良いものである。
【0054】
ここで、再び図1を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 半導体基板上に、互いに交差する方向に配置された第1のワード線4とビット線3との交差領域にそれぞれ配置され、磁化方向が可変な第1の磁性体層6と磁化方向が固定された第2の磁性体層8とが非磁性中間層7を介して積層された磁気抵抗記憶素子5と、前記ビット線3に交差する方向に配置された第2のワード線2をゲートとするアクセストランジスタ1とを備えた磁気ランダムアクセスメモリ装置において、前記磁気抵抗記憶素子5の側部を囲む絶縁体としてSiOより水透過防止性能に優れた水透過防止膜10を用いたことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記2) 上記水透過防止膜10として、Al、SiN、或いは、SiONのいずれかを用いたことを特徴とする付記1記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記3) 上記磁気抵抗記憶素子5が、上記非磁性中間層7がトンネル絶縁層であるトンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする付記1または2に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記4) 上記磁気抵抗記憶素子5を構成する上部電極9を、その酸化物も導電性を有する金属で構成することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記5) 上記金属が、RuまたはIrのいずれかであることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記6) 上記磁気抵抗記憶素子5の側部を、上記水透過防止膜10を介して平坦化絶縁膜で埋め込んだことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記7) 上記ビット線3を、上記上部電極9を覆うSiOより水透過防止性能に優れた絶縁膜に設けた開口を介して前記上部電極9と電気的に接続したことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。
(付記8) 半導体基板上に、互いに交差する方向に配置された第1のワード線4とビット線3との交差領域にそれぞれ配置され、磁化方向が可変な第1の磁性体層6と磁化方向が固定された第2の磁性体層8とが非磁性中間層7を介して積層された磁気抵抗記憶素子5と、前記ビット線3に交差する方向に配置された第2のワード線2をゲートとするアクセストランジスタ1とを備えた磁気ランダムアクセスメモリ装置の製造方法において、前記磁気抵抗記憶素子5を覆うようにSiOより水透過防止性能に優れた水透過防止膜10を設けたのち、平坦化絶縁膜を設ける工程、前記平坦化絶縁膜及び水透過防止膜10を前記磁気抵抗記憶素子5の最上層を構成する上部電極9の少なくとも上層部を除去するまで除去して平坦化する工程を有することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ装置の製造方法。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気抵抗記憶素子の上部にRu等の酸化物も導電性を有する金属を設けるとともに、側壁にAl等の水透過防止絶縁膜を設けているため、磁気抵抗記憶素子を構成する磁性体層の酸化は、プロセス中及び、プロセス後も抑制され、それによって、電気特性の安定性、信頼性は大きく向上し、ひいては、高集積度MRAMの実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態のMRAMの途中までの製造工程の説明図である。
【図3】本発明の実施の形態のMRAMの図2以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図4】本発明の実施の形態のMRAMの図3以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態のMRAMの図4以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図6】本発明の実施の形態のMRAMの図5以降の製造工程の説明図である。
【図7】Alの水透過防止性能の説明図である。
【図8】従来のMRAMの概略的要部断面図である。
【符号の説明】
1 アクセストランジスタ
2 第2のワード線
3 ビット線
4 第1のワード線
5 磁気抵抗記憶素子
6 第1の磁性体層
7 非磁性中間層
8 第2の磁性体層
9 上部電極
10 水透過防止層
11 n型シリコン基板
12 p型ウエル領域
13 素子分離酸化膜
14 ゲート絶縁膜
15 ゲート電極
16 n型LDD領域
17 サイドウォール
18 n型ドレイン領域
19 n型ソース領域
20 第1層間絶縁膜
21 Wプラグ
22 Wプラグ
23 接続導体
24 ソース配線層
25 第2層間絶縁膜
26 Wプラグ
27 接続導体
28 書込み用ワード線
29 第3層間絶縁膜
30 Wプラグ
31 下部電極
32 第4層間絶縁膜
33 Ta下地層
34 NiFeフリー層
35 トンネル絶縁層
36 CoFeピンド層
37 IrMnピン層
38 Ruキャップ層
39 TMR素子
40 Al防水膜
41 第5層間絶縁膜
42 p−SiN保護膜
43 ビット線
51 Taキャップ層
52 TMR素子
53 第5層間絶縁膜
54 ビット線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic random access memory device, and more particularly to a magnetic random access memory device (MRAM: magnetic random access memory) having a write word line, which is characterized by a structure of an interlayer insulating film for preventing characteristic deterioration. And a magnetic random access memory device having the same.
[0002]
[Prior art]
An MRAM is a memory device that utilizes the fact that a current flows through a magnetic structure and a resistance value changes according to the direction of electron spin in a magnetic material. A magnetic structure constituting a memory cell is a GMR (Giant Magneto resistive) element Alternatively, a TMR (Tunneling Magneto Resistive) element has been studied (for example, see Patent Document 1 or Patent Document 2).
[0003]
Since a large resistance change is required for such an MRAM, a TMR element structure is mainly used for research and development. Here, an example of a conventional MRAM will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a principal part of a conventional MRAM. First, a p-type well region 12 is formed in a predetermined region of an n-type silicon substrate 11, and the n-type silicon substrate 11 is selectively oxidized. After the element isolation oxide film 13 is formed, a gate electrode 15 made of WSi serving as a read word line is formed in the element formation region via the gate insulating film 14, and ions such as As are implanted using the gate electrode 15 as a mask. By doing so, an n - type LDD (Lightly Doped Drain) region 16 is formed.
[0004]
Next, a SiO 2 film or the like is deposited on the entire surface, and a sidewall 17 is formed by performing anisotropic etching. Then, ion implantation of As or the like is performed again to thereby form the n + -type drain region 18 and the n + -type source region. After forming a first interlayer insulating film 20 made of a thick SiO 2 film or the like such as a TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) -NSG film, an n + -type drain region 18 and an n + -type A contact hole reaching the source region 19 is formed, and the contact hole is filled with W to form W plugs 21 and 22.
[0005]
Next, by depositing Ti / TiN / Al / Ti / TiN over the entire surface and then patterning, a connection conductor 23 and a source wiring layer 24 are formed, and then a thick SiO 2 film such as a TEOS-NSG film is again formed. Then, a contact hole reaching the connection conductor 23 is formed, and the contact hole is filled with W to form a W plug 26.
Normally, the source wiring layer 24 is connected to the GND line.
[0006]
Next, a connection conductor 27 and a write word line 28 are formed by depositing Ti / TiN / Al / Ti / TiN on the entire surface again and then patterning. Then, a thin SiO 2 film such as a TEOS-NSG film is formed again. A third interlayer insulating film 29 made of a film or the like is formed, a contact hole reaching the connection conductor 27 is formed, and the contact hole is filled with W via Ti / TiN to form a W plug 30.
[0007]
Next, a lower electrode 31 is formed by depositing Al on the entire surface again and then patterning, and then a fourth interlayer insulating film 32 made of a thin SiO 2 film such as a TEOS-NSG film is deposited again. Next, the lower electrode 31 is planarized by CMP (chemical mechanical polishing) until the lower electrode 31 is exposed.
[0008]
Next, a Ta base layer 33, a NiFe free layer 34, a tunnel insulating layer 35 made of Al 2 O 3 , a CoFe pinned layer 36, an IrMn pin layer 37, and a Ta cap layer 51 are sequentially deposited on the entire surface, and then ion milling is performed. Thereby, for example, the TMR element 52 having a size of 0.15 μm × 0.1 μm is formed.
In this case, since the TMR element 52 has a rectangular shape long in the bit line direction, it is easy for the spin direction of the NiFe free layer 34 to be oriented in the direction in which the bit line 54 extends.
[0009]
Then, again, after depositing a fifth interlayer insulating film 53 made of another TEOS-NSG film thin SiO 2 film or the like having such, Ta capping layer 51 is planarized by CMP (chemical mechanical polishing) to expose.
[0010]
Next, after depositing a multilayer conductive layer having a Ti / TiN / Al / Ti / TiN structure on the entire surface, patterning is performed so as to extend in a direction orthogonal to the write word line 28 to form the bit line 54. Thereby, the basic structure of the MRAM is completed.
[0011]
In this case, writing to the TMR element 52 is performed by applying a current to the bit line 54 and the writing word line 28, and the generated magnetic field determines the spin direction of the NiFe free layer 34. "1" or "0" data is written in the same direction or in the opposite direction.
[0012]
On the other hand, when reading from the TMR element 52, a voltage is applied between the NiFe free layer 34 and the CoFe pinned layer 36, and a voltage is applied to the gate electrode 15, which is a read word line, to turn on the access transistor and reduce the current flowing therethrough. This is done by reading.
[0013]
When the spin direction of the NiFe free layer 34 is the same as the spin direction of the CoFe pinned layer 36, the resistance becomes low, and when the spin direction is the opposite direction, the resistance becomes high, for example, increases by 10 to 100% at the time of low resistance. Therefore, it is possible to read 1-bit recording by determining the magnitude of the current.
[0014]
In such an MRAM, the larger the change in resistance in the TMR element, the higher the data retention reliability. However, this change in resistance is due to the change in resistance of the free layer and the pinned layer such as NiFe, CoFe, CoFeB, Co, Fe, Ni, etc. Since it depends on the combination of the magnetic material and Al 2 O 3 , AlO x , or HfO x constituting the tunnel insulating layer and the thin film structure, it is required to reduce the process damage due to the film forming process and the wiring process.
[0015]
[Patent Document 1]
JP 2003-031776 A [Patent Document 2]
JP-A-2002-299584
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described magnetic material is a metal material, and is easily oxidized in an oxidizing atmosphere, which causes an increase in resistance, and eventually causes a decrease or disappearance of spin electrons and a deterioration in resistance change characteristics.
[0017]
In particular, the TMR element 52 is covered only by the fifth interlayer insulating film 53 having a planarizing function, and this fifth interlayer insulating film 53 is generally a TEOS-NSG film, that is, an O 3 -TEOS-SiO 2 film. Alternatively, an SOG (Spin on Glass) -SiO 2 film is used, but the SiO 2 film using such an organic silane has a high hygroscopicity and a large amount of gas is generated in a heating process in a manufacturing process. (mainly, H 2 O) that be released has been known (if necessary, 1993VIMC, see p.287-289,1993).
[0018]
In such a situation, it is easy to guess that the magnetic material constituting the TMR element 52 is oxidized and the characteristics are deteriorated. In particular, the element size becomes finer as the integration becomes higher. This is an important item for suppressing characteristic variations.
The same applies to the case where a GMR element is used instead of the TMR element 52 as the magnetoresistive storage element.
[0019]
Therefore, an object of the present invention is to reduce the process damage of the magnetoresistive storage element and prevent the magnetoresistive effect characteristics from deteriorating.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a magnetic random access memory device according to the present invention. In the magnetic random access memory device, a first word line 4 and a bit line 3 are arranged on a semiconductor substrate at intersections of first word lines 4 and bit lines 3, respectively. A magnetoresistive storage element 5 in which a first magnetic layer 6 having a variable magnetization direction and a second magnetic layer 8 having a fixed magnetization direction are stacked via a nonmagnetic intermediate layer 7; In a magnetic random access memory device including an access transistor 1 having a gate formed by a second word line 2 arranged in a direction intersecting with the line 3, the insulator surrounding the side of the magnetoresistive storage element 5 is made of SiO 2 . It is characterized by using a water permeation prevention film 10 having excellent water permeation prevention performance.
[0021]
As described above, since the side portion of the magnetoresistive storage element 5 is covered with the water permeation prevention film 10, the first magnetic layer 6 and the second magnetic layer 8 constituting the magnetoresistive storage element 5 are processed during the process. In addition, since oxidation after the process is suppressed, stability and reliability of electric characteristics can be improved.
[0022]
As the water permeation prevention film 10 in this case, any of Al 2 O 3 , SiN such as plasma SiN, or SiON such as plasma SiON, which is more excellent in water permeation prevention performance than SiO 2 , is preferable.
[0023]
The magnetoresistive storage element 5 may be a giant magnetoresistance effect element (GMR element) in which the nonmagnetic intermediate layer 7 is a nonmagnetic conductive layer, but may be a tunnel magnetoresistance effect in which the nonmagnetic intermediate layer 7 is a tunnel insulating layer. An element (TMR element) is desirable, so that the resistance change rate can be further increased.
[0024]
Further, it is desirable that the upper electrode 9 constituting the magnetoresistive memory element 5 is made of a metal whose oxide is also conductive, for example, either Ru or Ir, so that the upper electrode 9 enters during and after the process. O 2 or H 2 O is blocked by the sacrificial oxidation of the upper electrode 9, and the oxidized portion of the upper electrode 9 also has good conductivity, so that the electrical characteristics do not deteriorate.
[0025]
In this case, it is desirable to bury the side portion of the magnetoresistive storage element 5 with a planarization insulating film via the water permeation prevention film 10, thereby facilitating planarization.
[0026]
The bit line 3 may be provided directly on the flattening insulating film. However, the bit line 3 is electrically connected to the upper electrode 9 through an opening provided in the insulating film having better water permeation prevention performance than SiO 2 covering the upper electrode 9. It is preferable that the upper portion of the magnetoresistive storage element 5 is covered with an insulating film having excellent water permeation prevention performance, so that the water permeation prevention effect can be further enhanced.
[0027]
When manufacturing the above-described magnetic random access memory device, after providing a water permeation prevention film 10 having better water permeation prevention performance than SiO 2 so as to cover the magnetoresistive storage element 5, a flattening insulating film is provided. Next, it is desirable to remove and planarize the planarizing insulating film and the water permeation preventing film 10 until at least the upper layer portion of the upper electrode 9 constituting the uppermost layer of the magnetoresistive storage element 5 is removed. Since the oxidized portion of the upper electrode 9 that has been oxidized can be removed, an increase in element resistance can be further prevented.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Here, the manufacturing process of the MRAM according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 2A, first, a p-type well region 12 is formed in a predetermined region of an n-type silicon substrate 11, and an element isolation oxide film 13 is formed by selectively oxidizing the n-type silicon substrate 11. A gate electrode 15 made of WSi serving as a read word line is formed in the region via a gate insulating film 14, and As ions are implanted using the gate electrode 15 as a mask to form an n type LDD region 16.
[0029]
Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface, a sidewall 17 is formed by performing anisotropic etching, and then an n + -type drain region 18 and an n + -type source region 19 are formed by implanting As ions again. Then, after forming a thick first interlayer insulating film 20 made of an O 3 -TEOS-SiO 2 film, a contact hole reaching the n + -type drain region 18 and the n + -type source region 19 is formed. Are embedded in W to form W plugs 21 and 22.
The O 3 -TEOS-SiO 2 film is deposited at 400 ° C. by a CVD method using TEOS + O 3 as a source gas, and the same applies to the following steps.
[0030]
See FIG. 2 (b) Then, by patterning after depositing the TiN / Al / TiN on the entire surface by a sputtering method, after forming the connection conductor 23 and the source wiring layer 24, again, O 3 -TEOS- A second interlayer insulating film 25 made of a SiO 2 film is formed, a contact hole reaching the connection conductor 23 is formed, and the contact hole is filled with W to form a W plug 26.
Normally, the source wiring layer 24 is connected to the GND line.
[0031]
Figure 3 (c) refer then again followed by patterning the deposition of TiN / Al / TiN on the entire surface by a sputtering method, after forming the connection conductor 27 and the write word line 28, again, O 3 forming a third interlayer insulating film 29 made of -TEOS-SiO 2 film, then forming a contact hole reaching the connection conductor 27, the W plug 30 by embedding the contact holes with W, with Ti / TiN Form.
[0032]
Next, referring to FIG. 3D, the lower electrode 31 is formed by depositing TiN / Al / TiN over the entire surface again by using the sputtering method and then patterning the same, and then again forming the O 3 -TEOS-SiO 2 film. Then, a thin fourth interlayer insulating film 32 made of is deposited, and then planarized by CMP until the lower electrode 31 is exposed.
[0033]
Next, referring to FIG. 4E, a tunnel insulating layer 35 made of, for example, a Ta underlayer 33 having a thickness of 20 nm, a NiFe free layer 34 having a thickness of 10 nm, and Al 2 O 3 having a thickness of 1 nm is formed on the entire surface by using a sputtering method. A 10 nm CoFe pinned layer 36, a 30 nm IrMn pinned layer 37, and a 100 nm thick Ru cap layer 38 serving as an upper electrode are sequentially deposited in vacuum.
[0034]
Referring to FIG. 4F, the TMR element 39 having a size of, for example, 0.2 μm × 0.13 μm is formed by performing ion milling.
In this case, since the TMR element 39 has a rectangular shape long in the bit line direction, the spin direction of the NiFe free layer 34 can easily be directed to the extending direction of the bit line.
[0035]
Referring to FIG. 5 (g), the TMR element 39 is again covered with the Al 2 O 3 waterproof film 40 having a thickness of, for example, 100 nm by using the sputtering method, and then the whole surface is covered with O 3 -TEOS-SiO 2 again. A fifth interlayer insulating film 41 made of a film is deposited so that the thickness on the TMR element 39 becomes, for example, 400 nm.
The condition of the sputtering process at this time is that the power of 2 kW is applied to the Al 2 O 3 target while flowing Ar gas at 20 sccm, and the refraction of the obtained Al 2 O 3 waterproof film 40 is performed. the rate from 1.62 to 1.66, for example, 1.64, and film density 3.0~3.2g / cm 3, for example, a 3.1 g / cm 3.
[0036]
Next, referring to FIG. 5H, the surface of the Ru cap layer 38 is polished by, for example, 50 nm by using the CMP method, and the whole is planarized.
At this time, the surface of the Ru cap layer 38 oxidized during the process is removed, but even if an oxide such as RuO 2 remains, there is no problem because RuO 2 has good conductivity. .
[0037]
Next, after a p-SiN film 42 having a thickness of, for example, 100 nm is deposited by using a plasma CVD method, a contact hole for the TMR element 39 is provided. For example, after a 100 nm TiN layer, an 800 nm thick Al layer, and a 100 nm thick TiN layer, for example, are sequentially deposited to deposit a multilayer conductive layer having a TiN / Al / TiN structure. By patterning the bit line 43 so as to extend in a direction orthogonal to the write word line 28, the basic structure of the MRAM is completed.
[0038]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the water permeation prevention performance of Al 2 O 3. In the case of the conventional TEOS-NSG film alone, a large amount of H 2 O is released at about 300 ° C. It is understood that when the NSG film is covered with Al 2 O 3 , H 2 O is hardly released at 600 ° C. or lower.
[0039]
As described above, in the process and device structure according to the embodiment of the present invention, since the Ru cap layer 38 is provided on the TMR element 39, even if O 2 or H 2 O tries to enter during the process. , Ru prevents sacrificial oxidation of oxygen from entering the TMR element 39. Further, since RuO 2 has good conductivity, the electrical conductivity can be maintained.
[0040]
In addition, since the side wall of the TMR element 39 is covered with the Al 2 O 3 waterproof film 40, the oxidation reaction from the side of the TMR element 39 is suppressed during and after the process, so that the electrical characteristics are stable. It greatly contributes to improvement in reliability and reliability.
[0041]
Further, since the upper part of the TMR element 39 is also covered with the p-SiN film 42 having excellent water permeation prevention performance, the oxidation reaction from the upper part of the TMR element 39 after the process is suppressed, so that the stability of the electric characteristics is improved. It greatly contributes to improving reliability.
[0042]
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various changes can be made.
For example, in each of the above embodiments, a sputtered Al 2 O 3 film is used as a water permeation prevention insulating film, but it can be formed at a low temperature of 300 ° C. or less without damaging the TMR element, and has a water permeation prevention performance. It is also possible to use a SiN film or a SiON film which has excellent characteristics, particularly, a p-SiN film or a p-SiON film formed by plasma CVD (see 1993 VIMC, pp. 287-289, 1993, if necessary).
[0043]
Further, in the above embodiment, the fifth interlayer insulating film is planarized by CMP, but the present invention is not limited to CMP, and is not limited to CMP, and may be a chlorine-based gas such as Cl 2 or CCl 4 , or CF 4 or by performing flattening by etch-back using a fluorine-based gas F 2, etc. it is permissible.
At this time, the Ru cap layer 38 constituting the upper electrode or RuO 2 , which is an oxide thereof, is inactive against these etching gases, and thus also functions as an etching stopper film.
[0044]
Further, in the above-described embodiment, Ru is used as the upper electrode. However, the present invention is not limited to Ru, and its oxide may be a metal having good conductivity like Ru, for example, Ir may be used.
[0045]
In the above-described embodiment, the bit line 43 is formed of sputtered Al. However, the bit line 43 is not limited to Al, and Cu wiring by a damascene method may be used.
[0046]
In the above embodiment, the magnetoresistive storage element is a TMR element using a tunnel insulating layer. However, the present invention is not limited to the TMR element, and a local current path is formed by partially oxidizing Al. The GMR element may be a conventional GMR element using a nonmagnetic conductive layer of Cu or the like instead of the Al 2 O 3 film.
[0047]
In the above embodiment, IrMn is used as the antiferromagnetic pinned layer. However, the present invention is not limited to IrMn, and another antiferromagnetic material such as FeMn or PdPtMn may be used. .
When PdPtMn is used, it is necessary to fix the magnetization direction of the PdPtMn pinned layer by performing an annealing process while applying a magnetic field after forming PdPtMn.
[0048]
Further, the free layer and the pinned layer in the above-described embodiment are merely examples, and the free layer or the pinned layer may have a multilayer structure such as NiFe / CoFe or CoFe / Ru / CoFe. .
[0049]
Further, in the above-described embodiment, the magnetoresistive storage element is constituted by a multilayer film of a type laminated from a free layer, but may be constituted by a multilayer film of a type laminated from an antiferromagnetic pinned layer. It is.
[0050]
Further, in the above embodiment, the write word line 28 is arranged below the magnetoresistive storage element due to the temperature condition in the film forming process, but the formation of the interlayer insulating film and the formation of the conductive layer in the low temperature process are performed. If it is formed, it may be arranged above the magnetoresistive storage element.
[0051]
In the above embodiment, the bit line 43 is deposited via the p-SiN film 42. However, the bit line 43 is directly deposited on the fifth interlayer insulating film 41 in the same manner as the principle configuration shown in FIG. It is also possible to make it.
[0052]
Further, in the above-described embodiment, each interlayer insulating film is formed of an O 3 -TEOS-SiO 2 film, but is formed of another easy-to-flatten film such as an SOG-SiO 2 film or a BPSG film. Is also good.
[0053]
Further, in the above-described embodiment, the ion milling method is used when patterning the TMR element, but reactive ion etching (RIE) may be used.
[0054]
Here, referring to FIG. 1 again, the detailed features of the present invention will be described again.
Again, see FIG. 1 (Supplementary Note 1). The first magnetic field is arranged on the semiconductor substrate in the intersection region of the first word line 4 and the bit line 3 arranged in the direction intersecting each other, and the magnetization direction is variable. A magnetoresistive storage element 5 in which a body layer 6 and a second magnetic layer 8 having a fixed magnetization direction are stacked via a nonmagnetic intermediate layer 7, and a second magnetic layer 8 arranged in a direction crossing the bit line 3. A random access memory device having an access transistor 1 having a word line 2 as a gate, and a water permeation preventive which is more excellent in water permeation preventive performance than SiO 2 as an insulator surrounding a side portion of the magnetoresistive storage element 5. A magnetic random access memory device using the film 10.
(Supplementary Note 2) The magnetic random access memory device according to Supplementary Note 1, wherein any one of Al 2 O 3 , SiN, and SiON is used as the water permeation prevention film 10.
(Supplementary note 3) The magnetic random access memory device according to supplementary note 1 or 2, wherein the magnetoresistive storage element 5 is a tunnel magnetoresistive element in which the nonmagnetic intermediate layer 7 is a tunnel insulating layer.
(Supplementary Note 4) The magnetic random access according to any one of Supplementary notes 1 to 3, wherein the upper electrode 9 constituting the magnetoresistive storage element 5 is formed of a metal having a conductive oxide. Memory device.
(Supplementary note 5) The magnetic random access memory device according to any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein the metal is one of Ru and Ir.
(Supplementary Note 6) The magnetic random access according to any one of Supplementary Notes 1 to 5, wherein a side portion of the magnetoresistive storage element 5 is buried with a planarization insulating film via the water permeation prevention film 10. Memory device.
(Supplementary Note 7) The bit line 3 is electrically connected to the upper electrode 9 through an opening provided in an insulating film having better water permeation prevention performance than SiO 2 covering the upper electrode 9. 7. The magnetic random access memory device according to any one of supplementary notes 1 to 6.
(Supplementary Note 8) The first magnetic layer 6 having a variable magnetization direction and a first magnetic layer 6 arranged in a crossing region of a first word line 4 and a bit line 3 arranged in a direction crossing each other on a semiconductor substrate. A magnetoresistive storage element 5 in which a second magnetic layer 8 whose direction is fixed is stacked with a nonmagnetic intermediate layer 7 interposed therebetween, and a second word line 2 arranged in a direction crossing the bit line 3 In a method for manufacturing a magnetic random access memory device having an access transistor 1 having a gate as a gate, a water permeation prevention film 10 having better water permeation prevention performance than SiO 2 is provided so as to cover the magnetoresistive storage element 5. Providing a planarizing insulating film, and planarizing by removing the planarizing insulating film and the water permeation preventing film 10 until at least the upper layer portion of the upper electrode 9 constituting the uppermost layer of the magnetoresistive memory element 5 is removed. Process Method of manufacturing a magnetic random access memory device which is characterized in that.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, an oxide such as Ru is provided with a conductive metal on the upper part of the magnetoresistive storage element, and a water permeation prevention insulating film such as Al 2 O 3 is provided on the side wall. Oxidation of the magnetic layer constituting the element is suppressed during and after the process, thereby greatly improving the stability and reliability of the electrical characteristics and contributing to the practical use of a highly integrated MRAM. large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of an MRAM according to an embodiment of the present invention up to a certain point;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the MRAM according to the embodiment of the present invention up to the middle of FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the MRAM according to the embodiment of the invention up to the middle of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the MRAM according to the embodiment of the present invention up to the middle of FIG. 4;
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the MRAM according to the embodiment of the present invention after FIG. 5;
FIG. 7 is an explanatory diagram of water permeation prevention performance of Al 2 O 3 .
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a main part of a conventional MRAM.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 access transistor 2 second word line 3 bit line 4 first word line 5 magnetoresistive storage element 6 first magnetic layer 7 nonmagnetic intermediate layer 8 second magnetic layer 9 upper electrode 10 water permeation prevention layer Reference Signs List 11 n-type silicon substrate 12 p-type well region 13 element isolation oxide film 14 gate insulating film 15 gate electrode 16 n type LDD region 17 sidewall 18 n + type drain region 19 n + type source region 20 first interlayer insulating film 21 W plug 22 W plug 23 Connection conductor 24 Source wiring layer 25 Second interlayer insulation film 26 W plug 27 Connection conductor 28 Write word line 29 Third interlayer insulation film 30 W plug 31 Lower electrode 32 Fourth interlayer insulation film 33 Ta Underlayer 34 NiFe free layer 35 Tunnel insulating layer 36 CoFe pinned layer 37 IrMn pin layer 38 Ru cap layer 39 TMR element 40 Al 2 O 3 waterproof film 41 Fifth interlayer insulating film 42 p-SiN protective film 43 Bit line 51 Ta cap layer 52 TMR element 53 Fifth interlayer insulating film 54 Bit line

Claims (5)

半導体基板上に、互いに交差する方向に配置された第1のワード線とビット線との交差領域にそれぞれ配置され、磁化方向が可変な第1の磁性体層と磁化方向が固定された第2の磁性体層とが非磁性中間層を介して積層された磁気抵抗記憶素子と、前記ビット線に交差する方向に配置された第2のワード線をゲートとするアクセストランジスタとを備えた磁気ランダムアクセスメモリ装置において、前記磁気抵抗記憶素子の側部を囲む絶縁体としてSiOより水透過防止性能に優れた水透過防止膜を用いたことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ装置。A first magnetic layer whose magnetization direction is variable and a second magnetic layer whose magnetization direction is fixed are arranged on a semiconductor substrate at intersection regions of first word lines and bit lines arranged in directions intersecting each other. A magnetic random access memory comprising: a magnetoresistive storage element in which a magnetic layer is stacked with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween; and an access transistor having a gate formed by a second word line disposed in a direction crossing the bit line. A magnetic random access memory device according to an access memory device, wherein a water permeation prevention film having better water permeation prevention performance than SiO 2 is used as an insulator surrounding a side portion of said magnetoresistive storage element. 上記水透過防止膜として、Al、SiN、或いは、SiONのいずれかを用いたことを特徴とする請求項1記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。 2. The magnetic random access memory device according to claim 1, wherein any one of Al 2 O 3 , SiN, and SiON is used as the water permeation preventing film. 上記磁気抵抗記憶素子を構成する上部電極を、その酸化物も導電性を有する金属で構成することを特徴とする請求項1または2に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。3. The magnetic random access memory device according to claim 1, wherein an upper electrode of the magnetoresistive storage element is made of a metal whose oxide is also conductive. 上記磁気抵抗記憶素子の側部を、上記水透過防止膜を介して平坦化絶縁膜で埋め込んだことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。4. The magnetic random access memory device according to claim 1, wherein a side portion of the magnetoresistive storage element is buried with a planarizing insulating film via the water permeation preventing film. 5. 上記ビット線を、上記上部電極を覆うSiOより水透過防止性能に優れた絶縁膜に設けた開口を介して前記上部電極と電気的に接続したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ装置。5. The bit line according to claim 1, wherein the bit line is electrically connected to the upper electrode through an opening provided in an insulating film having better water permeation prevention performance than SiO 2 covering the upper electrode. The magnetic random access memory device according to claim 1.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7023743B2 (en) * 2002-08-08 2006-04-04 Micron Technology, Inc. Stacked columnar 1T-nMTJ structure and its method of formation and operation
JP2006156608A (en) * 2004-11-29 2006-06-15 Hitachi Ltd Magnetic memory and its manufacturing method
JP2006165264A (en) * 2004-12-07 2006-06-22 Sony Corp Memory, magnetic head, magnetic sensor, and method of manufacturing them
WO2006100779A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Fujitsu Limited Magnetic memory device and method for manufacturing same
JP2007073971A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Magic Technologies Inc Magnetic memory cell and method of manufacturing same
JP2007242663A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Fujitsu Ltd Semiconductor device including magnetoresistive effect element and its fabrication process
JP2007305645A (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Nec Corp Magnetic memory device and manufacturing method thereof
JP2010040928A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Renesas Technology Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011519164A (en) * 2008-04-21 2011-06-30 クゥアルコム・インコーポレイテッド Method for forming a magnetic tunnel junction using a single mask
JP2011166015A (en) * 2010-02-12 2011-08-25 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011527111A (en) * 2008-06-30 2011-10-20 クゥアルコム・インコーポレイテッド System and method for manufacturing magnetic random access memory
TWI387060B (en) * 2007-09-19 2013-02-21 Micron Technology Inc Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories, apparatus, devices, computer systems and processes for forming the same
JP2013512575A (en) * 2009-11-25 2013-04-11 クアルコム,インコーポレイテッド Magnetic tunnel junction device and manufacturing
US12044754B2 (en) 2021-09-21 2024-07-23 Tdk Corporation Magnetic sensor

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7023743B2 (en) * 2002-08-08 2006-04-04 Micron Technology, Inc. Stacked columnar 1T-nMTJ structure and its method of formation and operation
US7440339B2 (en) 2002-08-08 2008-10-21 Micron Technology, Inc. Stacked columnar 1T-nMTj MRAM structure and its method of formation and operation
US7339811B2 (en) 2002-08-08 2008-03-04 Micron Technology, Inc. Stacked columnar 1T-nMTJ MRAM structure and its method of formation and operation
JP2006156608A (en) * 2004-11-29 2006-06-15 Hitachi Ltd Magnetic memory and its manufacturing method
JP2006165264A (en) * 2004-12-07 2006-06-22 Sony Corp Memory, magnetic head, magnetic sensor, and method of manufacturing them
WO2006100779A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Fujitsu Limited Magnetic memory device and method for manufacturing same
JP2013131781A (en) * 2005-09-07 2013-07-04 Magic Technologies Inc Magnetic memory cell
JP2007073971A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Magic Technologies Inc Magnetic memory cell and method of manufacturing same
JP2007242663A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Fujitsu Ltd Semiconductor device including magnetoresistive effect element and its fabrication process
JP2007305645A (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Nec Corp Magnetic memory device and manufacturing method thereof
US10573812B2 (en) 2007-09-19 2020-02-25 Micron Technology, Inc. Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories
US9129845B2 (en) 2007-09-19 2015-09-08 Micron Technology, Inc. Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories
US10090464B2 (en) 2007-09-19 2018-10-02 Micron Technology, Inc. Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories
TWI387060B (en) * 2007-09-19 2013-02-21 Micron Technology Inc Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories, apparatus, devices, computer systems and processes for forming the same
US9666800B2 (en) 2007-09-19 2017-05-30 Micron Technology, Inc. Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories
US10847722B2 (en) 2007-09-19 2020-11-24 Micron Technology, Inc. Buried low-resistance metal word lines for cross-point variable-resistance material memories
JP2011519164A (en) * 2008-04-21 2011-06-30 クゥアルコム・インコーポレイテッド Method for forming a magnetic tunnel junction using a single mask
US9159910B2 (en) 2008-04-21 2015-10-13 Qualcomm Incorporated One-mask MTJ integration for STT MRAM
JP2011527111A (en) * 2008-06-30 2011-10-20 クゥアルコム・インコーポレイテッド System and method for manufacturing magnetic random access memory
US8441083B2 (en) 2008-08-07 2013-05-14 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device including a magnetic tunnel junction and method of manufacturing the same
US8264053B2 (en) 2008-08-07 2012-09-11 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device including a magnetic tunnel junction and method of manufacturing the same
JP2010040928A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Renesas Technology Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8912012B2 (en) 2009-11-25 2014-12-16 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction device and fabrication
US8837208B2 (en) 2009-11-25 2014-09-16 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction device with diffusion barrier layer
JP2013512575A (en) * 2009-11-25 2013-04-11 クアルコム,インコーポレイテッド Magnetic tunnel junction device and manufacturing
JP2011166015A (en) * 2010-02-12 2011-08-25 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
US12044754B2 (en) 2021-09-21 2024-07-23 Tdk Corporation Magnetic sensor

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