专利名称：磁记录元件及磁记录元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及磁存储技术，可以适用于利用巨磁阻抗效应或隧道磁阻效应来存储数据的磁记录装置。
背景技术：
现在正在开展将因强磁性隧道接合引起的隧道磁阻效应应(TMRTuneling magneto-resistive)用于非易失性磁存储半导体装置(MRAMmagnetic random access memory)的研究。TMR元件具有由强磁性层、绝缘层、强磁性层组成的3层膜，在外磁场的作用下两个强磁性层的磁化相互平行或反平行，因此，膜面垂直方向的隧道电流的大小不同。
在MRAM中，当为了实现高集成化而实施存储器单元的微细化时，当磁性层的膜面方向的大小不合适时，要产生反转磁场必须增大反向磁场。因此，写入时必需要较强的磁场，功耗亦随之增大。专利文献1提出了使强磁性层的形状最佳化因而容易实现磁化反向的技术。
TMR元件和与其连接的导体之间的位置配合公差将会妨碍存储器单元微细化的实施。此外，为了解决存储器单元微细化的问题又必须增大写入时的磁场，这样大的磁场又会增大对未被选择的单元周围的影响，从而带来误记录的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其第1个目的在于减小TMR元件和与其连接的导体之间的位置配合公差。第2个目的在于提供在抑制了被选择的存储器单元的TMR元件的写入磁场的技术的情况下、增大未被选择的存储器单元的TMR元件的写入磁场的技术。
本发明的磁记录元件具有当在难磁化轴方向施加的磁场比阈值大时呈S型磁化分布而当比上述阈值小时呈C型磁化分布的磁性层。
本发明的磁记录元件的制造方法是制造磁记录元件和与上述磁记录元件连接的第1导体的方法。其特征在于具有利用使用同一掩膜的光刻技术对上述磁记录元件和上述第1导体进行整形的整形工序。
图1是表示本发明实施形态1的磁存储装置的构成的电路图。
图2是表示1个存储器单元的大概结构的透视图。
图3是表示TMR元件1的结构的截面图。
图4是表示本发明实施形态1的存储器单元的大概结构的截面图。
图5是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图6是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图7是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图8是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图9是表示TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。
图10是表示TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。
图11是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图12是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图13是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图14是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图15是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图16是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图17是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图18是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。
图19是表示本发明实施形态2的磁存储装置的制造方法的截面图。
图20是表示磁存储装置的构成的截面图。
图21是表示本发明实施形态3的磁存储装置的制造方法的截面图。
图22是表示磁存储装置的构成的截面图。
图23是表示本发明实施形态4的磁存储装置的制造方法的截面图。
图24是表示磁存储装置的构成的截面图。
图25是表示本发明实施形态5的磁存储装置的制造方法的截面图。
图26是表示磁存储装置的构成的截面图。
图27是表示本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图28是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图29是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图30是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图31是表示Y方向边境掩膜S20的形状的平面图。
图32是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图33是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图34是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图35是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图36是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。
图37是表示磁存储装置的构成的截面图。
图38是表示磁存储装置的构成的截面图。
图39是表示磁存储装置的构成的截面图。
图40是说明扰动单元的发生的曲线图。
图41表示矩形磁性层的星形曲线的曲线图。
图42是举例示出本发明实施形态7的TMR元件的记录层101的形状的平面图。
图43是表示本发明实施形态7的磁性层的星形曲线的曲线图。
图44是表示C型和S型磁化分布的模式图。
图45是将本发明实施形态7的磁性层的星形曲线画成曲线的曲线图。
图46是将本发明实施形态7的磁性层分类后再举例示出的平面图。
图47是将本发明实施形态7的磁性层分类后再举例示出的平面图。
图48是将本发明实施形态7的磁性层分类后再举例示出的平面图。
图49是表示TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。
图50是表示TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。
发明的
具体实施例方式
实施形态1.
图1是表示本发明实施形态1的磁存储装置的构成的电路图。图中的纵方向配置多根位线BN、BN+1，横方向配置多根字线WM、WM+1。沿字线WM配置引线RM和数字线DM，沿字线WM+1配置引线RM+1和数字线DM+1。
存储器单元CMN设在位线BN、字线WM、引线RM和数字线DM的交叉位置附近。存储器单元CM(N+1)设在位线BN+1、字线WM、引线RM和数字线DM的交叉位置附近。对于存储器单元C(M+1)(N+1)、C(M+1)N也同样配置。存储器单元CMN、CM(N+1)、C(M+1)(N+1)、C(M+1)N都具有存取晶体管4和作为磁存储元件的TMR元件1。可以设置更多的位线、字线、引线和数字线，与其数量对应，可以将更多的存储器单元设置成矩阵状。
以存储器单元CMN为例说明其结构，TMR元件1的一端与位线BN连接，另一端与存取晶体管4的漏极连接。存取晶体管4的源极和栅极分别与引线RM和字线WM连接。
数字线DM和位线BN向TMR件1的附近延伸，利用流过数字线DM的电流和(或)流过位线BN的电流产生的磁场去设定TMR元件1内的规定的强磁性层的磁化方向。即，通过使数字线DM流过电流，可以对存储器单元CMN、CM(N+1)中的任何一个TMR元件1施加外部磁场。此外，通过使位线BN流过电流，可以对存储器单元CMN、C(M+1)N)中的任何一个TMR元件1施加外部磁场。而且，通过使数字线DM和位线BN双方流过电流，可以选择存储器单元CMN，对它的TMR元件1进行写入。为了使位线BN流过电流，对字线WM、WM+1加规定的电位，使存取晶体管4截止。
此外，通过对字线WM加规定的电位，使存储器单元CMN、CM(N+1)中任何一个的存取晶体管4导通。因此，存储器单元CMN的TMR元件1，不仅位线B(N+1)，引线R(M+1)也导通。因此，通过对位线BN加规定的电位，可以选择存储器单元CMN，经过它的TMR元件1，使引线RM流过电流。
图2是表示1个存储器单元的大概结构的透视图。图中，采用X、Y、Z方向相互正交的右手坐标系。数字线3、引线402、字线403向Y方向延伸。位线2和金属片5向X方向延伸。在Z的正方向(图中Z方向的箭头所指的方向以下为方便起见，又称作‘上方’)金属片5、TMR元件1和位线2按该顺序接触并积层。在Z的负方向(与Z的正方向相反的方向以下为方便起见，又称作‘下方’)金属片5、数字线3和字线403相互隔开配置。
存取晶体管4将字线403作为栅极(所以，下面又称作‘栅极403’)，将引线402作为源极(所以，下面又称作‘源极402’)，进而，具有漏极401。漏极401经向Z方向延伸的插头6与金属片5连接。插头6和金属片5都是导体。TMR元件1的上方的面(下面又称作‘上面’)和下方的面(下面又称作‘下面’)分别与上述‘一端’和上述‘另一端’相当。
还设置向Y方向延伸的金属层7。它与源极402在未图示的位置上连接，通过与源极电阻并联连接，可以提高作为源极402的引线的功能。若源极电阻低，则不必设置金属层7。
在上述结构中，通过使位线2流过正X方向的电流，可以对TMR元件1施加正Y方向(图中Y方向箭头所指的方向)的外部磁场。此外，通过使数字线3流过正Y方向的电流，可以对TMR元件1施加正X方向的外部磁场。
图3是表示TMR元件1的结构的截面图。具有从上面开始按顺序积层了导电层104、记录层101、隧道绝缘层103、固着层102和导电层105的结构。导电层104、105例如采用Ta膜。记录层101例如采用从上面开始按顺序积层了NiFe膜和CoFe膜的结构。隧道绝缘层例如采用A1O膜。固着层102例如采用从上面开始按顺序积层了CoFe膜、Ru膜、CoFe膜、IrMn膜、NiFe膜的结构。例如，固着层102固定在正Y方向磁化。
若通过举例来具体地说明，本发明的第1个目的在于减小TMR元件1金属片5之间的X方向和(或)Y方向的公差，进而，或者减小TMR元件1和位线2之间的Y方向的公差。
若通过举例来具体地说明，本发明的第2个目的在于防止出现在写入动作时在数字线3未流过电流(即未被选中)的存储器单元中因位线2流过电流而向TMR元件1进行误写入的情况。该误写入对位线2未流过电流而数字线3流过电流的存储器单元也有可能。例如，以图1来说，当数字线DM和位线BN流过电流，数字线DM+1和位线BN+1未流过电流时，很可能对存储器单元C(M+1)N或CM(N+1)进行误写入。
图4是表示本发明实施形态1的存储器单元的大概结构的截面图。该图(a)、(b)分别是沿负Y方向(图中与Y方向的箭头所指的方向相反的方向)和正X方向看去的截面图。在后面的图中，当(a)、(b)分开时，看截面的方向分别是负Y方向和正X方向。只是在图4之后的图中，例示的是不设置金属层7的情况。
在半导体衬底801的上方的面上设置元件分离氧化膜802和包围元件分离氧化膜802的存取晶体管4。无论是漏极401、源极402、还是栅极403，其上面的面都硅化物化了。
在半导体衬底801的上方，设置掩埋元件分离氧化膜802和存取晶体管4的层间氧化膜803。进而在层间氧化膜803上按顺序设置层间氮化膜816、层间氧化膜817、层间氮化膜804、层间氧化膜805、806、层间氮化膜807、层间氧化膜808、809和层间氮化膜810。
贯通层间氧化膜803、层间氮化膜816和层间氧化膜817设置插头601，贯通层间氧化膜804和层间氧化膜805、806设置插头602，贯通层间氮化膜807和层间氧化膜808、809设置插头603。插头601、602、603相续构成插头6。插头601、602、603都是由以塑料膜覆面的金属作为基础的金属层构成。这样构成的插头6可以使用采用了所谓镶嵌工序的公知的方法形成。
数字线3贯通层间氧化膜809设置，可以与形成插头603的部分工序一起形成。
在层间氮化膜810上，从插头6的上方横跨数字线3的上方，有选择地设置金属片5。只是层间氮化膜810具有露出插头603的上方的面的开口，金属片5经该开口与插头603连接。
在数字线3的上方，在金属片5之上设置TMR元件1。在本实施形态中，在负的X方向(图中与X方向的箭头所指的方向相反的方向)侧，金属片5和TMR元件1的侧面对齐，因此，两者X方向的位置配合公差几乎为零。
层间氮化膜810、金属片5、TMR元件1从上方开始用层间氮化膜811和层间氧化膜812、813覆盖。只是层间氮化膜811和层间氧化膜812具有露出TMR元件1的上面的开口。
在层间氧化膜812上设置层间氧化膜813，贯通层间氧化膜813设置位线2。位线2经层间氮化膜811和层间氧化膜812的开口与TMR元件1的上面连接。位线2由以塑料膜覆面的金属作为基础的金属层构成，可以使用采用了所谓镶嵌工序的公知的方法形成。
在层间氧化膜813和位线2上按顺序积层设置层间氮化膜814、815。
图5至图8是按工序顺序示出本发明实施形态1的磁存储装置的制造方法的截面图。只是对于层间氮化膜807之下的结构，因其制造方法公知故省略其说明。
首先，依次积层层间氮化膜807和层间氧化膜808、809。接着，在层间氮化膜807和层间氧化膜808上形成用来形成插头下方部分的开口。进而，在层间氮化膜809上形成用来形成插头上方部分和数字线3的开口。例如，通过采用镶嵌工序，可以形成与层间氧化膜809的上面之间无台阶差的插头603和数字线3(图5)。
其次，形成覆盖插头603和数字线3的层间氮化膜810。然后，在层间氮化膜810上形成使插头603露出的开口(图6)。
其次，在层间氮化膜810上从插头603的上方横跨数字线3的上方有选择地形成金属片5。例如，先暂时在整个面上形成金属膜，再使用采用了金属片5用的规定的掩膜(以下称作‘金属片掩膜’)的光刻技术形成金属片5。经层间氮化膜810使金属片5和插头603连接(图7)。
在数字线3的上方，在金属片5上设置TMR元件1。例如，先暂时在整个面上形成图3所示的积层结构，再使用采用了TMR元件1用的规定的掩膜(以下称作‘TMR掩膜’)的光刻技术形成TMR元件1(图8)。
图9是表示图8所示的台阶上的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。是从由上向下的方向看去(沿负Z方向看去)的图。在该台阶上，TMR元件1的侧面无论是X方向还是Y方向都与金属片5的侧面不一致。
因此，采用在平面上的负X方向侧使TMR元件1和金属片5的侧面对齐的掩膜(以下称作‘X方向边界掩膜’)，并使用光刻技术进而对TMR元件1和金属片5进行蚀刻。图10是表示X方向边界掩膜S11和使用该掩膜蚀刻后的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。X方向边界掩膜S11具有直线形的边界，该边界与Y方向平行，且与TMR元件1和金属片5中的任何一个在平面上交叉。而且，还利用该边界在正X方向侧将TMR元件1和金属片5覆盖。
使用阳性光致抗蚀膜将图9所示的形状的TMR元件1和金属片5覆盖，通过使用X方向边界掩膜S11并进行暴光、显像，可以将光致抗蚀膜整形成与X方向边界掩膜S11大致相同的形状。因此，通过使用该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图10所示的形状。
图11至图18是按工序顺序示出使用X方向边界掩膜S11光刻之后的磁存储装置的制造方法的截面图。图11是利用使用了X方向边界掩膜S11的光刻技术对TMR元件1和金属片5进行整形并除去光致抗蚀膜之后的截面图。在负X方向侧，TMR元件1和金属片5的侧面对齐。
其次，形成层间氮化膜810和覆盖TMR元件1和金属片5的层间氮化膜811(图12)。进而，形成层间氧化膜812，暂时进行CMP(化学机械抛光)处理，使层间氧化膜812平坦化。进而在已平坦化的层间氧化膜812之上形成层间氧化膜813和层间氮化膜814(图13)。
有选择地除去层间氮化膜814来进行开口，并将其作为掩膜蚀刻并除去层间氧化膜812、813。由此，在TMR元件1的上方形成贯通层间氧化膜812、813和层间氮化膜814的开口(图14)。接着，蚀刻层间氮化膜811并进而有选择地除去层间氧化膜813和层间氮化膜814，以扩张开口901。由此，贯通层间氧化膜813和层间氮化膜814形成用来形成位线2的开口。此外，在层间氧化膜812上留下反映开口901的尺寸的开口903(图15)。
然后，暂时除去起层间氧化膜812、813的蚀刻掩膜作用的层间氮化膜814(图16)，采用镶嵌工序形成位线2(图17)。进而再次形成层间氮化膜814，并在层间氮化膜814上形成层间氮化膜815(图18)。这样一来，便在位线2上形成钝化膜。
再有，在形成TMR元件1之后形成的层间氮化膜811、814、815和层间氧化膜812、813的成膜温度最好低一些。
如上所述，若按照本实施形态，通过对TMR元件1和金属片5采用使用了同一的X方向边界掩膜S11的光刻技术，可以在负X方向侧使TMR元件1和金属片5的位置配合公差为零。
特别是当TMR掩膜是长方形时，通过使其长边和短边分别与Y方向和X方向平行配置，通过使用了TMR掩膜的光刻技术得到的TMR元件1的形状，其Y方向的端部大致变成平面上的半圆形状(参照图9)。对这样的TMR元件1象上述那样来配置X方向边界掩膜S11的直线形的边界，再进行光刻，由此，可以将TMR元件1整形成相对与X方向平行的轴为线对称、相对Y方向为非对称的形状。这在对TMR元件进行Y方向的磁化来进行记录的情况下，对达到本发明的第2个目的是很合适的。关于这样的形状的优点将在实施形态7中说明，而本实施形态则具有容易形成这种形状的TMR元件1的优点。
一般，元件尺寸越小，对用来整形该元件的掩膜所要求的精度越高。因此，使用1个光刻掩膜将元件整形成相对与某方向(在上述例子中是X方向)平行的轴为线对称、相对另一方向(在上述例子中是Y方向)为非对称的形状很困难。本实施形态具有这样的优点，即，通过采用使用TMR掩膜和X方向边界掩膜S11这样2个掩膜分别进行光刻的技术，可以减小负X方向的位置配合公差，同时，容易形成上述形状的TMR元件1。
再有，在上述说明中，对于使用了X方向边界掩膜S11的光刻技术，说明了采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。这时，X方向边界掩膜S11的直线形的边界与Y方向平行，且配置成与TMR元件1和金属片5中的任何一个都在平面上交叉。只是，在负X方向侧利用该边界将TMR元件1和金属片5覆盖。
此外，不一定非要分别利用使用了TMR掩膜的光刻技术和使用了X方向边界掩膜S11的光刻技术进行TMR元件1和金属片5的蚀刻。在利用使用了金属片掩膜的光刻技术形成金属片5之后，形成对TMR元件1进行整形前的积层结构。接着，使用光致抗蚀膜将该积层结构覆盖，使用TMR掩膜对同一光致抗蚀膜进行暴光，进而，使用X方向边界掩膜S11进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成与TMR掩膜和X方向边界掩膜S11的重叠部分大致相同的形状。
因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图10～图18所示的形状。这时，可以简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
实施形态2.
图19是表示本发明实施形态2的磁存储装置的制造方法的截面图。当将TMR元件1和金属片5整形成图10所示的形状之后，再进行整形。
采用在平面上的负Y方向侧使TMR元件1和金属片5的侧面对齐的掩膜(以下称作‘负Y方向边界掩膜’)，并使用光刻技术进而对TMR元件1和金属片5进行蚀刻。图19是表示负Y方向边界掩膜S12和使用该掩膜蚀刻后的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。负Y方向边界掩膜S12具有直线形的边界，该边界与X方向平行，且与TMR元件1和金属片5中的任何一个在平面上交叉。而且，还利用该边界在正Y方向侧将TMR元件1和金属片5覆盖。
图20是表示使用X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12进行光刻时的磁存储装置的构成的截面图。不仅如图20(a)所示那样在负X方向侧TMR元件1和金属片5的侧面对齐，而且如图20(b)所示那样在负Y方向侧TMR元件1和金属片5的侧面也对齐。
如上所述，若按照本实施形态，通过对TMR元件1和金属片5采用使用了X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12的光刻技术，可以在负X方向侧和负Y方向侧使TMR元件1和金属片5的位置配合公差为零。
在上述说明中，对于使用了负Y方向边界掩膜S12的光刻技术，相当于采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。这时，负Y方向边界掩膜S12的直线形的边界与X方向平行，且配置成与TMR元件1和金属片5中的任何一个都在平面上交叉。只是，在负Y方向侧利用该边界将TMR元件1和金属片5覆盖。
此外，不一定非要分别与X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12对应进行蚀刻。使用阳性光致抗蚀膜将图9所示那样的形状的TMR元件1和金属片5覆盖，使用X方向边界掩膜S11对同一光致抗蚀膜进行暴光，进而，使用负Y方向边界掩膜S12进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成与X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12的重叠部分大致相同的形状。
因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图19、图20所示的形状。这时，可以简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
进而，如在实施形态1中说明了的那样，也可以分别使用TMR掩膜、X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12，对同一光致抗蚀膜进行暴光，从而简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
实施形态3.
图21是表示本发明实施形态3的磁存储装置的制造方法的截面图。当将TMR元件1和金属片5整形成图19所示的形状之后，再进行整形。
采用在平面上的正Y方向侧使TMR元件1和金属片5的侧面对齐的掩膜(以下称作‘正Y方向边界掩膜’)，并使用光刻技术进而对TMR元件1和金属片5进行蚀刻。图21是表示正Y方向边界掩膜S13和使用该掩膜蚀刻后的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。正Y方向边界掩膜S13具有直线形的边界，该边界与X方向平行，且与TMR元件1和金属片5中的任何一个在平面上交叉。而且，还利用该边界在负Y方向侧将TMR元件1和金属片5覆盖。
图22是表示使用X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13进行光刻时的磁存储装置的构成的截面图。不仅如图22(a)所示那样在负X方向侧TMR元件1和金属片5的侧面对齐，而且如图22(b)所示那样在负Y方向侧和正Y方向侧TMR元件1和金属片5的侧面也对齐。
如上所述，若按照本实施形态，通过对TMR元件1和金属片5采用使用了X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S 13的光刻技术，可以在负X方向侧、负Y方向侧和正Y方向侧使TMR元件1和金属片5的位置配合公差为零。
在上述说明中，对于使用了正Y方向边界掩膜S13的光刻技术，相当于采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。这时，正Y方向边界掩膜S13的直线形的边界与X方向平行，且配置成与TMR元件1和金属片5中的任何一个都在平面上交叉。只是，在正Y方向侧利用该边界将TMR元件1和金属片5覆盖。
此外，不一定非要分别与X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13对应进行蚀刻。使用阳性光致抗蚀膜将图9所示那样的形状的TMR元件1和金属片5覆盖，使用X方向边界掩膜S11对同一光致抗蚀膜进行暴光，进而，使用负Y方向边界掩膜S12进行暴光，进而，使用正Y方向边界掩膜S13进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成与X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13的重叠部分大致相同的形状。
因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图21、图22所示的形状。这时，可以简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
进而，如在实施形态1中说明了的那样，也可以分别使用TMR掩膜、X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13，对同一光致抗蚀膜进行暴光，从而简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
实施形态4.
图23是表示本发明实施形态4的磁存储装置的制造方法的截面图。当将TMR元件1和金属片5整形成图9所示的形状之后，再进行整形。
图23是表示负Y方向边界掩膜S12和使用该掩膜蚀刻后的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。负Y方向边界掩膜S12具有直线形的边界，该边界与X方向平行，且与TMR元件1和金属片5中的任何一个在平面上交叉。而且，还利用该边界在正Y方向侧将TMR元件1和金属片5覆盖。
图24是表示使用Y方向边界掩膜S12进行光刻时的磁存储装置的构成的截面图。如图24(b)所示那样在负Y方向侧TMR元件1和金属片5的侧面对齐。
如上所述，若按照本实施形态，通过对TMR元件1和金属片5采用使用了同一负Y方向边界掩膜S12的光刻技术，可以在负Y方向侧使TMR元件1和金属片5的位置配合公差为零。
再有，在上述说明中，对于使用了负Y方向边界掩膜S12的光刻技术，说明了采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。
此外，不一定非要分别利用使用了TMR掩膜的光刻技术和使用了负Y方向边界掩膜S12的光刻技术进行TMR元件1和金属片5的蚀刻。在利用使用了金属片掩膜的光刻技术形成金属片5之后，形成对TMR元件1进行整形前的积层结构。接着，使用光致抗蚀膜将该积层结构覆盖，使用TMR掩膜对同一光致抗蚀膜进行暴光，进而，使用负Y方向边界掩膜S12进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成与TMR掩膜和负Y方向边界掩膜S12的重叠部分大致相同的形状。
因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图23、图24所示的形状。这时，可以简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
实施形态5.
图25是表示本发明实施形态5的磁存储装置的制造方法的截面图。当将TMR元件1和金属片5整形成图23所示的形状之后，再进行整形。
图25是表示正Y方向边界掩膜S13和使用该掩膜蚀刻后的TMR元件1和金属片5的形状和位置关系的平面图。正Y方向边界掩膜S13具有直线形的边界，该边界与X方向平行，且与TMR元件1和金属片5中的任何一个在平面上交叉。而且，还利用该边界在负Y方向侧将TMR元件1和金属片5覆盖。
图26是表示使用X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13进行光刻时的磁存储装置的构成的截面图。如图26(b)所示那样不仅在负Y方向、在正Y方向侧TMR元件1和金属片5的侧面也对齐。
如上所述，若按照本实施形态，通过对TMR元件1和金属片5采用使用了负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13的光刻技术，可以在负Y方向侧和正Y方向侧使TMR元件1和金属片5的位置配合公差为零。
在上述说明中，对于使用了正Y方向边界掩膜S13的光刻技术，相当于采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。
此外，不一定非要分别与负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13对应进行蚀刻。使用阳性光致抗蚀膜将图9所示那样的形状的TMR元件1和金属片5覆盖，使用负Y方向边界掩膜S12对同一光致抗蚀膜进行暴光，进而，使用正Y方向边界掩膜S13进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成与负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13的重叠部分大致相同的形状。
因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图25、图26所示的形状。这时，可以简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
进而，如在实施形态1中说明了的那样，也可以分别使用TMR掩膜、负Y方向边界掩膜S12和正负Y方向边界掩膜S13，对同一光致抗蚀膜进行暴光，从而简化光致抗蚀膜的形成、显像和蚀刻工序。
实施形态6.
当采用负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13中的至少一种掩膜时，可以使TMR元件1对位线2的位置配合公差大致为零。在位线2形成时不采用镶嵌工序，而利用使用了规定的掩膜的光致抗蚀膜进行蚀刻。
图27至图30是按工序顺序示出本发明实施形态6的磁存储装置的制造方法的截面图。在得到图12所示的结构之后，在整个面上形成层间氧化膜812，并进行CMP处理使其上方的面平坦化(图27)。接着，有选择地除去层间氮化膜811和层间氧化膜812，形成露出TMR元件1的上面的开口905(图28)。接着，暂时在整个面上形成位线2(图29)。这时，位线2充填开口905，再与TMR元件1的上面连接。然后，在位线2上形成层间氮化膜814a(图30)。
图31是表示用来形成层间氮化膜814a的图案的Y方向边境掩膜S 20的形状的平面图。在该平面图中，TMR元件1和金属片5画在一起。Y方向边界掩膜S20具有2个平行延伸直线形的边界，使未图示的层间氮化膜814a从这2个边界之间露出。Y方向边境掩膜S20配置成使其2个边界都与X方向平行并与TMR元件1和金属片5交叉。因此，使用阳性光致抗蚀膜将层间氮化膜814a覆盖，通过使用Y方向边界掩膜S20进行暴光、显像，可以将光致抗蚀膜整形成和Y方向边界掩膜S20大致相同的形状。将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对层间氮化膜814a进行蚀刻和整形。
图32至图36是按工序顺序示出使用Y方向边界掩膜S20光刻后的磁存储装置的制造方法的截面图。图32示出对层间氮化膜814a进行整形并除去光致抗蚀膜之后的结构。其次，通过将整形后的层间氮化膜814a作为掩膜对位线2、TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将位线2、TMR元件1和金属片5整形成和层间氮化膜814a相同的形状(图33)。TMR元件1不仅对金属片5，对位线2也是自己整合形成，可以使Y方向的位置配合公差大致为零。
在层间氮化膜810、814a的上面和位线2、TMR元件1、金属片5层间氧化膜812及层间氮化膜811、814a的侧面形成层间氮化膜814b(图34)。接着，在层间氮化膜814b上形成层间氧化膜813，通过对层间氮化膜814b进行填塞的CMP处理来消除层间氧化膜813和层间氮化膜814b的台阶差(图35)。进而，在层间氧化膜813和层间氮化膜814b上形成层间氮化膜815(图36)。这样一来，在位线2上形成钝化膜。
如上所述，若按照本实施形态，通过不仅对TMR元件1和金属片5，而且对位线也采用使用了Y方向边界掩膜S20的光刻技术，可以在Y方向使TMR元件1和金属片5及位线2的位置配合公差为零。
再有，在上述说明中，对于使用了Y方向边界掩膜S20的光刻技术，说明了采用阳性光致抗蚀膜的情况，但也可以采用阴性光致抗蚀膜。这时，采用在X方向将平行的2根直线之间覆盖的掩膜，配置成使TMR元件1和金属片5都在平面上交叉。
再有，如在实施形态4中说明的那样，也可以利用使用负Y方向边界掩膜S12的光刻技术对层间氮化膜814a进行整形。而且，通过将整形后的层间氮化膜814a作为掩膜对位线2、TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以自整合形成位线2、TMR元件1和金属片5，可以使负Y方向上的位置配合公差大致为零。因此，TMR元件1和金属片5在平面上被整形成图23所示那样的形状。此外，如上所述，当对TMR元件1和金属片5整形后，在形成了层间氮化膜815的状态下，其截面结构如图37所示。
此外，如在实施形态2中说明的那样，也可以利用使用X方向边界掩膜S11和负Y方向边界掩膜S12的光刻技术对层间氮化膜814a进行整形。而且，通过将整形后的层间氮化膜814a作为掩膜对位线2、TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以自整合形成位线2、TMR元件1和金属片5，可以使负X方向上的位置配合公差和负Y方向上的位置配合公差大致为零。因此，TMR元件1和金属片5在平面上被整形成图19所示那样的形状。此外，如上所述，当对位线2、TMR元件1和金属片5整形后，在形成了层间氮化膜815的状态下，其截面结构如图38所示。
此外，如在实施形态3中说明的那样，也可以利用使用X方向边界掩膜S11、负Y方向边界掩膜S12和正Y方向边界掩膜S13的光刻技术对层间氮化膜814a进行整形。而且，通过将整形后的层间氮化膜814a作为掩膜对位线2、TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以自整合形成位线2、TMR元件1和金属片5，可以使Y方向上的位置配合公差和负X方向上的位置配合公差大致为零。因此，TMR元件1和金属片5在平面上被整形成图21所示那样的形状。此外，如上所述，当对位线2、TMR元件1和金属片5整形后，在形成了层间氮化膜815的状态下，其截面结构如图39所示。
实施形态7.
在本实施形态中，提供避免产生扰动单元的技术。参照图1，考虑写入动作时数字线DN和位线BN流过电流，位线BN+1不流过电流的情况。因位线BN产生的磁场影响存储器单元CM(N+1)，故当流过数字线DN或位线BN的电流大时，有可能对存储器单元CM(N+1)产生误写入。
图40是说明这样的扰动单元的产生的图，示出记录层101的2种星形曲线L1，L2，分别对应对TMR元件1加负X方向的磁场Hx和家负Y方向的磁场Hy的情况。因通过对TMR元件1在Y方向磁化来进行记录，故TMR元件1的易磁化轴和难磁化轴分别设定在Y方向和X方向。当表示对TMR元件加磁场Hx、Hy的点(Hx，Hy)比星形曲线更靠近原点0时，对记录层101的磁化方向没有影响。相反，比星形曲线更远离原点0时，对记录层101的磁化方向有影响，即使TMR元件1的记录层101是正Y方向磁化，也可以使其反向变成负方向磁化。
通过使图2所示的数字线3(在图1中是数字线DM)流过正Y方向的电流，可以对其正上方的TMR元件1(就图1而言是存储器单元CMN、CM(N++1)的TMR1)加正X方向的磁场Hx。此外，通过使位线2(在图1中是位线BN)流过正X方向的电流，可以对其正下方的TMR元件1(就图1而言是存储器单元CMN的TMR1)加正Y方向的磁场Hy。记录层呈星形曲线L1，如果对流过电流的位线2的正下方的TMR元件1所加的磁场Hy的值是Hy2，对不是流过电流的位线2的正下方的TMR元件1所加的磁场Hy的值是Hy1，则通过将对流过电流的位线3的正上方的TMR元件1所加的磁场Hx的值设定为Hx1，可以避免扰动单元的产生。
但是，为了将存储器单元的动作裕度取得宽一些，最好将对流过电流的位线3的正上方的TMR元件1所加的磁场Hx的值设定得大一些。但是，若将磁场Hx的值设定为Hx2(＞Hx1)，即使磁场Hy的值为Hy1，也会产生写入动作，对不是流过电流的位线2的正下方的TMR元件1也会进行写入。为了避免扰动单元的产生，记录层101最好呈星形曲线L2，该曲线在作为磁场Hx采用的值的附近比星形曲线L1的倾斜更厉害。从星形曲线L2可以看出，这是因为在加磁场Hx2的状态下，加磁场Hy1的记录层101的磁化方向不变，加磁场Hy2的记录层101的磁化方向也不变。
这样，在难磁化轴方向的外加磁场Hx低的区域，为了增大星形曲线的倾斜，只要将磁性层的形状做成使其难磁化轴方向的尺寸比易磁化轴方向的尺寸小即可。图41是表示当固定磁性层的NiFe膜厚及难磁化轴方向的尺寸而改变易磁化轴方向的尺寸时的星形曲线的曲线图。对横轴的磁场Hx和纵轴的磁场Hy分别采用任意单位。这里，将易磁化轴方向的尺寸除以难磁化轴方向的尺寸的值作为形状比k示出。形状比k越大，星形曲线的倾斜越厉害，但从元件微型化的观点来看，并不希望这样。
但是，如在实施形态1中使用图10所介绍的那样，对于相对与X方向(难磁化轴方向)平行的轴为线对称、相对Y方向(易磁化轴方向)为非对称的形状，即使形状比小，也可以使其星形曲线的倾斜明显陡峭。
图42是举例示出实施形态7的TMR元件的记录层101的形状的平面图，是从自上而下的方向看去(沿负Z方向看去)的图。使用难磁化轴方向的宽度Dx和易磁化轴方向的宽度Dy，可以用Dy/Dx方便地定义形状比k。在该记录层101中，矩形的正X方向的边和正Y方向的边的夹角以及正X方向的边和负Y方向的边的夹角变成半角为r的圆弧，具有D字形状。只是在下面，半径r是用难磁化轴方向的宽度Dx归一化之后示出的。
图43是对图41所示的矩形磁性层的星形曲线追加图42所示的具有D字形状的磁性层的星形曲线L3之后的曲线图。这里，举例示出k＝1、2，r＝0.4时的情况，NiFe的膜厚和难磁化轴方向的尺寸与呈图41所示的星形曲线的矩形磁性层相同。
当磁场Hx的值比80(任意单位)大时，星形曲线L3与形状比k＝1.0的矩形的星形曲线大致重合。但是，当磁场Hx在80(任意单位)附近时，星形曲线L3急剧倾斜，当磁场Hx比80(任意单位)小时，星形曲线L3与形状比k＝2.0的矩形的星形曲线相比，取大得多的磁场Hy的值。
因此，对于具有呈星形曲线L3的记录层101的TMR元件1，通过使图40的磁场Hx1、Hx2分别小于和大于80(任意单位)，可以避免扰动单元的产生。而且，与矩形的情况比较，对实现微型化的影响也不大。
这样陡峭的星形曲线的倾斜是因为磁性层的磁化状态以磁场Hx的值取某一阈值(在图4的例子中为80(任意单位))的情况为界而不同的缘故。即，当在难磁化轴方向加比该阈值小的磁场时产生C型磁化分布，当在难磁化轴方向加比该阈值大的磁场时产生S型磁化分布。
图44是表示磁化分布的模式图，该图的(a)、(b)分别表示C型和S型磁化分布。在此，两个图都是举例示出Hy＝0的情况。当磁场Hx比阈值小时，如图44(a)所示，沿易磁化轴方向(这里是全部面向负Y方向)磁化，X方向的成分小。在C型磁化分布中，因使磁化反向所必要的磁场Hy大，故象上述那样，可以得到具有倾斜很厉害的星形曲线。图45是对图42所示的具有D字形形状的磁性层画出各种形状比k和半径r的星形曲线的图。通过加大r，可以增大使星形曲线的倾斜陡峭的磁场Hx的阈值。此外，通过减小形状比k，可以使星形曲线的倾斜更陡。从元件微型化的观点来看，可以说这是理想的特性。
图46至图48是将本实施形态的磁性体的形状分成相对与X方向(难磁化轴方向)平行的轴为线对称形状和相对Y方向(易磁化轴方向)为非对称形状后再举例示出的平面图。图46表示负X方向侧的端部只由与Y方向平行的直线构成的情况。图47表示负X方向侧(图中虚线的左侧)只由曲线构成的情况及由直线部分和曲线部分构成的情况。图48表示负X方向侧只由多个直线部分构成的情况及由多个直线部分和曲线部分构成的情况。
此外，在图46至图48的任何一个图中，正X方向侧可以分成无直线部分、直线部分与X方向平行、直线部分与Y方向平行、包括与X方向平行的直线部分和与Y方向平行的直线部分的情况。
图47所示的形状与图46所示的形状比较，因负X方向侧的角是圆弧，故具有磁化容易反向的优点。图48所示的形状与图46或图47所示的形状比较，因面积加大故具有抗热干扰强的点。
图48所示的结构通过采用多个掩膜可以和实施形态1至实施形态6同样形成。使用阳性光致抗蚀膜将TMR元件1和金属片5覆盖，使用具有向夹在正X方向和负Y方向之间的方向延伸的直线边界的掩膜S41进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成和掩膜S41大致相同膜。因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图49所示的形状。
进而，使用阳性光致抗蚀膜将TMR元件1和金属片5覆盖，使用具有向夹在正X方向和负Y方向之间的方向延伸的直线边界的掩膜S42进行暴光、显像，由此，可以将光致抗蚀膜整形成和掩膜S42大致相同膜。因此，通过将该整形后的光致抗蚀膜作为蚀刻掩膜对TMR元件1和金属片5进行蚀刻，可以将TMR元件1和金属片5整形成图50所示的形状。利用掩膜S41和S42，可以得到图48所示的形状的负X方向侧的形状。
若按照本发明的磁记录元件，当在难磁化轴方向加比阈值小的磁场时，若不对磁性层的易磁化轴加大的磁场，则不能使磁性层的磁化分布反向。另一方面，当在难磁化轴方向加比阈值大的磁场时，即使对磁性层的易磁化轴加小的磁场，也能使磁性层的磁化分布反向。因此，对于使用了具有该磁性层的磁记录元件的存储器单元，可以避免扰动单元的产生。
若按照本发明的磁记录元件的制造方法，可以使磁记录元件和导体的位置配合公差大致为零。
权利要求
1.一种磁记录元件的制造方法，是制造磁记录元件和与上述磁记录元件连接的第1导体的方法，其特征在于具有利用使用同一掩膜的光刻技术对上述磁记录元件和上述第1导体进行整形的整形工序。
2.权利要求1记载的磁记录元件的制造方法，其特征在于上述第1导体向第1方向延伸，上述磁性记录元件具有磁性层，其难磁化轴方向与上述第1方向平行，易磁化轴方向与和上述第1方向正交的第2方向平行，上述磁性层利用使用具有与上述第1方向平行的边和与上述第2方向平行的边的长方形的第1掩膜和在上述整形工序中使用的具有与上述第2方向平行的边界的第2掩膜的光刻技术进行整形。
3.权利要求1记载的磁记录元件的制造方法，其特征在于上述第1导体向第1方向延伸，上述磁性记录元件具有磁性层，其难磁化轴方向与上述第1方向平行，易磁化轴方向与和上述第1方向正交的第2方向平行，上述磁性层利用使用具有与上述第1方向平行的边和与上述第2方向平行的边的长方形的第1掩膜和在上述整形工序中使用的具有与上述第2方向平行的边界的第2掩膜的光刻技术进行整形。
4.权利要求1记载的磁记录元件的制造方法，其特征在于还制造在与上述第1导体相反一侧与上述磁性记录元件连接的第2导体，上述第2导体在上述整形工序中与磁性记录元件和上述第1导体一起，利用使用同一掩膜的光刻技术整形。
5.权利要求2或者3记载的磁记录元件的制造方法，其特征在于使用上述第1掩膜和第2掩膜分别对同一光致抗蚀膜暴光。
全文摘要
为了减小TMR元件和与其连接的导体的位置配合公差，通过采用使用了用来在平面上的负X方向侧使TMR元件1和金属片5的侧面对齐的X方向边界掩膜S11的光刻技术，对TMR元件1和金属片5整形。X方向边界掩膜S11具有直线形的边界，该边界与Y方向平行，且配置成与TMR元件1和金属片5中任何一个在平面上交叉。而且，在正X方向侧利用该边界将TMR元件1和金属片5覆盖。
文档编号G11C11/15GK1866361SQ20061009130
公开日2006年11月22日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月27日
发明者前岛伸六, 上野修一, 长永隆志, 黑岩丈晴 申请人:株式会社瑞萨科技