JP2000182369A - Magnetic recording semiconductor memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
Magnetic recording semiconductor memory device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】各種半導体メモリ装置の欠点を解消した新規な
セル構成の半導体メモリ装置を提供する。
【解決手段】1つのメモリセル内に、閉磁路にギャップ
3aを有する磁心材3と、近接した磁心材3のギャップ
3aからの漏れ磁界によって磁化される磁気記録媒体4
と、磁心材3に電磁結合し、漏れ磁界を発生させるため
の書き込み電流、または、磁化された磁気記録媒体4か
らの磁界の影響を受けた読み出し電流をビット線BLと
基準電位線(接地電位線)との間に流すコイル2と、コ
イル2とビット線BLとの間に接続され、ワード線WL
の電位により制御されるスイッチング素子(nMOSト
ランジスタ1)とを有する。
(57) Abstract: A semiconductor memory device having a novel cell configuration that solves the disadvantages of various semiconductor memory devices. In one memory cell, a magnetic core material (3) having a gap (3a) in a closed magnetic path, and a magnetic recording medium (4) magnetized by a leakage magnetic field from a gap (3a) of an adjacent magnetic core material (3).
And a write current for electromagnetically coupling to the magnetic core material 3 to generate a leakage magnetic field, or a read current affected by the magnetic field from the magnetized magnetic recording medium 4 is transferred to the bit line BL and the reference potential line (ground potential). And a word line WL connected between the coil 2 and the bit line BL.
And a switching element (nMOS transistor 1) controlled by the potential.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、メモリセルに内蔵
した磁気記録媒体にデータを記録させて保持する磁気記
録半導体メモリ装置およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic recording semiconductor memory device for recording and holding data on a magnetic recording medium built in a memory cell, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、ランダムアクセス可能な半導
体メモリ装置として、DRAM、SRAM、フラッシュ
メモリ等のEEPROMなど、種々の形態の半導体メモ
リ装置が提供されてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, various types of semiconductor memory devices, such as EEPROMs such as DRAMs, SRAMs, and flash memories, have been provided as randomly accessible semiconductor memory devices.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
半導体メモリ装置では、それぞれ以下のような不利益が
あった。However, these conventional semiconductor memory devices have the following disadvantages.
【0004】たとえば、DRAMは、セル構成が1トラ
ンジスタ−1キャパシタと簡素で高集積化および大容量
化に適しているが、書き込み・消去時に大きなキャパシ
タ容量を充放電する必要から、動作速度が遅い。また、
保持データが揮発することから、定期的に保持データを
リフレッシュする必要性があり、リフレッシュのための
タイミング制御等が煩雑で周辺回路への負担が大きい。For example, a DRAM has a simple cell configuration of one transistor and one capacitor, and is suitable for high integration and large capacity. However, the operation speed is slow because a large capacitor capacity needs to be charged and discharged at the time of writing / erasing. . Also,
Since the held data is volatilized, it is necessary to periodically refresh the held data, so that the timing control for the refresh is complicated and the load on peripheral circuits is large.
【0005】SRAMは、そのデータ書き換えがインバ
ータの反転動作を基本とするため高速であるが、メモリ
セル内の素子数が多く、またバックアップ用の電源供給
が必要である。[0005] The SRAM has a high speed because the data rewriting is based on the inversion operation of the inverter, but requires a large number of elements in the memory cell and requires a power supply for backup.
【0006】フラッシュメモリ等のEEPROMは、メ
モリトランジスタのしきい値電圧を制御し、そのオン/
オフによるセル電流の有無をビット線電位の変動によっ
て検出するものである。ところが、トランジスタのしき
い値電圧はプロセス要因で容易に変動するため基本的に
制御が難しい。また、保持電荷の授受を薄いゲート絶縁
膜を介したトンネリングによって行うことから、ゲート
絶縁膜の膜質劣化があり、このため電荷保持特性が悪
く、書き換え回数(または書き換え特性)に制限があ
る。すなわち、不揮発性といっても完全なものではな
く、使っているうちに徐々に電荷が抜けていく信頼性上
の問題がある。さらに、EEPROMにおいて多値化の
検討が進められているが、もともと変動しやすいしきい
値電圧を更に細かく制御しようとすると、そのための周
辺回路の構成が煩雑化して多値化した割にはビットコス
トを下げることができない。An EEPROM such as a flash memory controls a threshold voltage of a memory transistor,
The presence / absence of a cell current due to turning off is detected by a change in bit line potential. However, since the threshold voltage of a transistor easily changes due to a process factor, it is basically difficult to control the threshold voltage. Further, since the transfer of the held charge is performed by tunneling through a thin gate insulating film, the quality of the gate insulating film is deteriorated. Therefore, the charge holding characteristic is poor, and the number of times of rewriting (or the rewriting characteristic) is limited. In other words, even if it is non-volatile, it is not perfect, and there is a problem in reliability that charge is gradually discharged during use. Further, studies are being made on multi-valued EEPROMs. However, if the threshold voltage, which is originally fluctuating, is to be controlled more finely, the configuration of peripheral circuits for that purpose becomes complicated, and the number of bits becomes large. Can't lower costs.
【0007】本発明は、上記した各種半導体メモリ装置
の欠点を解消した新規なセル構成の半導体メモリ装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a novel cell configuration which solves the above-mentioned disadvantages of various semiconductor memory devices.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の磁気記録半導体
メモリ装置は、1つのメモリセル内に、閉磁路にギャッ
プを有する磁心材と、近接した上記磁心材のギャップか
らの漏れ磁界によって磁化される磁気記録媒体と、上記
磁心材に電磁結合し、上記漏れ磁界を発生させるための
書き込み電流、または、磁化された上記磁気記録媒体か
らの磁界の影響を受けた読み出し電流をビット線と基準
電位線との間に流すコイルと、上記コイルとビット線と
の間に接続され、ワード線電位により制御されるスイッ
チング素子とを有する。A magnetic recording semiconductor memory device according to the present invention is magnetized in one memory cell by a magnetic core material having a gap in a closed magnetic path and a leakage magnetic field from the gap of the magnetic core material adjacent to the magnetic core material. A magnetic recording medium and a write current for electromagnetically coupling to the magnetic core material to generate the leakage magnetic field, or a read current affected by a magnetic field from the magnetized magnetic recording medium, and a bit line and a reference potential. And a switching element connected between the coil and the bit line and controlled by the word line potential.
【0009】上記磁心材は、たとえば、層間絶縁膜を介
して積層された第1および第2磁性膜を含み、上記第1
および第2磁性膜は、その一端側が接続され、端子側が
ギャップ長を決める所定膜厚の第1絶縁膜を介して近接
している。The magnetic core material includes, for example, first and second magnetic films laminated via an interlayer insulating film.
One end of the second magnetic film is connected to the other end of the second magnetic film, and the terminals are close to each other via a first insulating film having a predetermined thickness that determines a gap length.
【0010】上記第1および第2磁性膜の他端部の端面
に対向して、所定の膜厚を有する第2絶縁膜を介して上
記磁気記録媒体が近接することが好適である。半導体プ
ロセスにおける膜厚制御性は極めて高いため、第1およ
び第2磁性膜と磁気記録媒体との距離を狭くして保磁力
を高めることができ、またウエハ内または製造ロット内
の均一性を高くすることができるからである。It is preferable that the magnetic recording medium approaches the end face of the other end of the first and second magnetic films via a second insulating film having a predetermined thickness. Since the film thickness controllability in the semiconductor process is extremely high, the distance between the first and second magnetic films and the magnetic recording medium can be reduced to increase the coercive force, and the uniformity within the wafer or manufacturing lot can be increased. Because you can.
【0011】また、セル面積縮小化のため、上記磁気記
録媒体を、隣接する2つのメモリセル間で共有させるこ
とが好適である。In order to reduce the cell area, it is preferable to share the magnetic recording medium between two adjacent memory cells.
【0012】このような構成の磁気記録半導体メモリ装
置の書き込みでは、たとえば、ビット線に正の所定電圧
を設定してから、ワード線を制御してスイッチング素子
をオンさせる。すると、ビット線側からコイルを通って
基準電位線に書き込み電流が流れ、磁心材に磁束流が発
生して、この磁束がギャップ箇所で漏れて漏れ磁界が発
生する。これにより、磁気記録媒体が磁化されてデータ
が書き込まれる。読み出しは、たとえば、書き込み時と
同様にスイッチング素子をオンさせて、書き込み電流と
同じ向きの読み出し電流をコイルに流す。この読み出し
電流は、スイッチング後の少なくとも初期状態におい
て、磁気記録媒体からの磁界の影響を受けて異なり、ビ
ット線電位の差をもたらす。この電位差を、たとえば差
動増幅することによって、データ検出が可能である。な
お、消去は、たとえば、ビット線に例えば負の所定電圧
を設定し、スイッチング素子をオンさせることによっ
て、書き込みとは逆の向きに消去電流を流し、磁気記録
媒体を書き込み時とは逆向きに磁化することによって行
う。In writing in the magnetic recording semiconductor memory device having such a configuration, for example, after setting a predetermined positive voltage to the bit line, the word line is controlled to turn on the switching element. Then, a write current flows from the bit line side to the reference potential line through the coil, and a magnetic flux flow is generated in the magnetic core material, and the magnetic flux leaks at the gap portion to generate a leakage magnetic field. Thereby, the magnetic recording medium is magnetized and data is written. For reading, for example, the switching element is turned on in the same manner as in writing, and a read current in the same direction as the write current flows through the coil. This read current differs under the influence of a magnetic field from the magnetic recording medium at least in an initial state after switching, and causes a difference in bit line potential. Data detection is possible by differentially amplifying this potential difference, for example. For erasing, for example, by setting a predetermined negative voltage to the bit line and turning on the switching element, an erasing current flows in the direction opposite to the writing, and the magnetic recording medium is turned in the direction opposite to the writing. This is performed by magnetizing.
【0013】本発明の磁気記録半導体メモリ装置の製造
方法は、半導体基板上に、ワード線電圧で制御されるス
イッチング素子を形成する工程と、上記スイッチング素
子が形成された半導体基板面に絶縁膜を成膜する工程
と、閉磁路がギャップを有する磁心材を上記絶縁膜上に
形成する工程と、上記磁心材のギャップからの漏れ磁界
によって磁化される磁気記録媒体を、上記絶縁膜上で上
記磁心材に近接させて形成する工程と、上記磁心材と電
磁結合し、上記漏れ磁界を発生させるための書き込み電
流、または、磁化された上記磁気記録媒体からの磁界の
影響を受けた読み出し電流が流れるコイルを、上記スイ
ッチング素子に接続させて形成する工程と、上記磁心
材,磁気記録媒体およびコイルを埋込絶縁膜で覆う工程
と、上記埋込絶縁膜上に、上記スイッチング素子を介し
て上記コイルに書き込み電流または読み出し電流を流す
ビット線および共通電位線を形成する工程とを含む。According to a method of manufacturing a magnetic recording semiconductor memory device of the present invention, a step of forming a switching element controlled by a word line voltage on a semiconductor substrate and a step of forming an insulating film on a surface of the semiconductor substrate on which the switching element is formed are provided. A step of forming a magnetic core material having a gap having a closed magnetic path on the insulating film; and forming a magnetic recording medium magnetized by a leakage magnetic field from the gap of the magnetic core material on the insulating film. A step of forming close to the core material, and a write current for electromagnetically coupling with the magnetic core material to generate the leakage magnetic field or a read current affected by the magnetic field from the magnetized magnetic recording medium flows Forming a coil by connecting the coil to the switching element; covering the magnetic core material, the magnetic recording medium and the coil with a buried insulating film; , And forming the bit lines and the common potential line supplying a write current or read current to the coil through the switching element.
【0014】上記磁心材の形成工程では、好適には、第
1磁性膜を成膜し、上記第1磁性膜上に層間絶縁膜を形
成し、上記第1磁性膜と一端側で接続し、他端側でギャ
ップ長を決める所定膜厚の第1絶縁膜を介して近接させ
て、上記層間絶縁膜上に第2磁性膜を形成し、上記磁気
記録媒体の形成工程では、上記第1および第2磁性膜の
他端側の両端面に第2絶縁膜を成膜し、上記磁気記録媒
体を、上記第2絶縁膜を介して上記第1および第2磁性
膜に近接配置させる。また、上記磁心材の形成工程で
は、好適には、磁心材を2つのメモリセル間で対称に形
成し、上記磁気記録媒体の形成工程では、上記2つの磁
心材の離間スペースに、隣接する2つのメモリセル間で
共有される磁気記録媒体を、各メモリセルの磁心材それ
ぞれに対し上記第2絶縁膜を介して近接配置させる。In the step of forming the magnetic core material, preferably, a first magnetic film is formed, an interlayer insulating film is formed on the first magnetic film, and connected to the first magnetic film at one end, A second magnetic film is formed on the interlayer insulating film in close proximity via a first insulating film having a predetermined thickness that determines a gap length on the other end side. In the step of forming the magnetic recording medium, the first and second magnetic films are formed. A second insulating film is formed on both end surfaces on the other end side of the second magnetic film, and the magnetic recording medium is disposed close to the first and second magnetic films via the second insulating film. Preferably, in the step of forming the magnetic core material, the magnetic core material is formed symmetrically between the two memory cells, and in the step of forming the magnetic recording medium, two adjacent magnetic core materials are formed in the space between the two magnetic cells. A magnetic recording medium shared by one memory cell is arranged close to the magnetic core material of each memory cell via the second insulating film.
【0015】この磁気記録半導体メモリ装置の製造は、
通常の半導体プロセスによって達成でき、特別なプロセ
スを必要としない。磁性膜の加工等について、磁気抵抗
素子や磁気ヘッドの製造において既に確立された技術を
用いることができる。The manufacture of the magnetic recording semiconductor memory device is as follows.
It can be achieved by normal semiconductor processes and does not require special processes. For the processing of the magnetic film and the like, a technique already established in the manufacture of the magnetoresistive element and the magnetic head can be used.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】第1実施形態 図1に、本発明の実施形態に係る磁気記録半導体メモリ
装置のメモリセル構成を示す。この磁気記録半導体メモ
リ装置のメモリセルMCは、スイッチング素子(例え
ば、nMOSトランジスタ)1、コイル2、磁心材3お
よび磁気記録媒体4を有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION First Embodiment FIG. 1 illustrates a memory cell structure of a magnetic recording semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. The memory cell MC of this magnetic recording semiconductor memory device has a switching element (for example, an nMOS transistor) 1, a coil 2, a magnetic core material 3, and a magnetic recording medium 4.
【0017】nMOSトランジスタ1は、ソースとドレ
インの一方がビット線BLに接続され、ゲートがワード
線WLに接続されている。磁心材3は磁気を誘導する磁
性材料、例えばパーマロイ、フェライト、センダストま
たはNi−Co合金等から構成され、ギャップ3aを有
する閉磁路となる形状を有する。コイル2の一端は、上
記nMOSトランジスタ1のソースとドレインの他方に
接続され、コイル2の他端は共通電位(例えば、接地電
位GND)の供給線に接続されている。磁心材3のギャ
ップ3aに近接して、磁気記録媒体4が配置されてい
る。磁気記録媒体4は磁性材料、例えばパーマロイ、フ
ェライト、センダストまたはNi−Co合金等から構成
されている。In the nMOS transistor 1, one of a source and a drain is connected to the bit line BL, and the gate is connected to the word line WL. The magnetic core material 3 is made of a magnetic material that induces magnetism, for example, permalloy, ferrite, sendust, or a Ni—Co alloy, and has a shape that forms a closed magnetic path having a gap 3a. One end of the coil 2 is connected to the other of the source and the drain of the nMOS transistor 1, and the other end of the coil 2 is connected to a supply line for a common potential (for example, a ground potential GND). The magnetic recording medium 4 is arranged near the gap 3a of the magnetic core material 3. The magnetic recording medium 4 is made of a magnetic material, for example, permalloy, ferrite, sendust, or a Ni—Co alloy.
【0018】本実施形態に係る磁気記録半導体メモリ装
置は、そのメモリセルアレイ内に、上記構成のメモリセ
ルMCをマトリックス状に多数配置し、メモリセルアレ
イ周囲に、セル選択、電源電圧供給、データ入出力等の
ための周辺回路を備えている。In the magnetic recording semiconductor memory device according to the present embodiment, a large number of memory cells MC having the above configuration are arranged in a matrix in the memory cell array, and cell selection, power supply, data input / output are performed around the memory cell array. It has a peripheral circuit for etc.
【0019】図2に、図1に示すメモリセルの断面構造
例を示す。たとえば、p型シリコンウエハ等の半導体基
板10上に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜12を
介して、ポリシリコンからなりワード線WLを兼ねたゲ
ート電極14が形成されている。ゲート電極14の両側
の半導体基板の表面領域に、n型不純物が高濃度に導入
されたソース・ドレイン不純物領域16,18が形成さ
れている。これによって、nMOSトランジスタ1が形
成されている。FIG. 2 shows an example of a sectional structure of the memory cell shown in FIG. For example, a gate electrode 14 made of polysilicon and also serving as a word line WL is formed on a semiconductor substrate 10 such as a p-type silicon wafer via a gate insulating film 12 made of silicon oxide. Source / drain impurity regions 16 and 18 in which n-type impurities are introduced at a high concentration are formed in the surface regions of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode 14. Thus, the nMOS transistor 1 is formed.
【0020】nMOSトランジスタ1上に、第1層間絶
縁膜20が成膜されている。第1層間絶縁膜20上に、
磁心材3を構成する第1磁性膜3bが所定パターンにて
形成されている。第1磁性膜3b上に、所定膜厚の第2
層間絶縁膜22が成膜されている。この第2層間絶縁膜
22は、その膜厚が磁心材3のギャップ3a(図1)の
サイズ(ギャップ長)を決める本発明の“第1絶縁膜”
に該当する。On the nMOS transistor 1, a first interlayer insulating film 20 is formed. On the first interlayer insulating film 20,
A first magnetic film 3b constituting the magnetic core material 3 is formed in a predetermined pattern. A second film of a predetermined thickness is formed on the first magnetic film 3b.
An interlayer insulating film 22 is formed. The thickness of the second interlayer insulating film 22 determines the size (gap length) of the gap 3a (FIG. 1) of the magnetic core material 3 according to the present invention.
Corresponds to.
【0021】第2層間絶縁膜22上に、コイル2の一部
をなす下部コイル配線2aが所定間隔をおいて所定数配
置され、その周囲が絶縁膜32覆われている。絶縁膜3
2上に、磁心材3を構成する第2磁性膜3cが所定パタ
ーンにて形成されている。第2磁性膜3cの一端部が、
絶縁膜32外側に開口された第2層間絶縁膜22の開口
箇所で第1磁性膜3bと接続されている。また、第2磁
性膜3cの他端部が、絶縁膜32が設けられていない第
2層間絶縁膜22上に延在している。第2磁性膜3cの
他端部は、第2層間絶縁膜22を介して第1磁性膜3b
の他端部と近接し、これにより磁心材3のギャップ3a
が形成されている。A predetermined number of lower coil wirings 2 a forming a part of the coil 2 are arranged on the second interlayer insulating film 22 at predetermined intervals, and the periphery thereof is covered with the insulating film 32. Insulating film 3
On the second 2, a second magnetic film 3c constituting the magnetic core material 3 is formed in a predetermined pattern. One end of the second magnetic film 3c
The second interlayer insulating film 22 is opened to the outside of the insulating film 32 and is connected to the first magnetic film 3b at an opening. Further, the other end of the second magnetic film 3c extends on the second interlayer insulating film 22 where the insulating film 32 is not provided. The other end of the second magnetic film 3c is connected to the first magnetic film 3b via the second interlayer insulating film 22.
And the gap 3a of the magnetic core material 3
Are formed.
【0022】第1および第2磁性膜3b,3cの他端部
に対し、絶縁膜を介して磁気記録層4が近接配置されて
いる。The magnetic recording layer 4 is arranged close to the other ends of the first and second magnetic films 3b and 3c via an insulating film.
【0023】一方、nMOSトランジスタ1のソース・
ドレイン不純物領域16,18上に、それぞれ第1層目
のプラグ24,26が、第1および第2層間絶縁膜2
0,22を貫いて設けられている。プラグ24上に、下
部コイル配線2aの一端をなす配線層28が接続されて
いる。また、プラグ26上に、下部コイル配線2aおよ
び配線層28と同一層をパターンニングしてランディン
グパッド30が形成されている。On the other hand, the source of the nMOS transistor 1
First plugs 24 and 26 of the first layer are formed on the drain impurity regions 16 and 18, respectively, in the first and second interlayer insulating films 2.
0, 22 are provided. A wiring layer 28 forming one end of the lower coil wiring 2a is connected to the plug 24. A landing pad 30 is formed on the plug 26 by patterning the same layer as the lower coil wiring 2a and the wiring layer 28.
【0024】配線層28,ランディングパッド30,第
2磁性膜3cおよび磁気記録層4上に、第3層間絶縁膜
34が成膜されている。第3層間絶縁膜34上に、コイ
ル2の一部をなす上部コイル配線2bが所定数形成され
ている。上部コイル配線2bは、図示しない鉛直方向の
連結配線を介して下部コイル配線2aと適宜接続され、
全体として第2磁性膜3cの軸心の周回方向を螺旋状に
取り巻くコイル2が形成されている。A third interlayer insulating film 34 is formed on the wiring layer 28, the landing pad 30, the second magnetic film 3c and the magnetic recording layer 4. On the third interlayer insulating film 34, a predetermined number of upper coil wirings 2b forming a part of the coil 2 are formed. The upper coil wiring 2b is appropriately connected to the lower coil wiring 2a via a vertical connecting wiring (not shown),
As a whole, a coil 2 is formed which spirally surrounds the direction of rotation of the axis of the second magnetic film 3c.
【0025】コイル2上に、第4層間絶縁膜36が成膜
されている。第4層間絶縁膜36に、ランディングパッ
ド30上に接続する第2層目のプラグ38が埋め込まれ
ている。プラグ38上に接続しビット線BLをなす配線
層40が、第4層間絶縁膜36上に配線されている。ま
た、図示しない接続部を介して下部コイル配線2a(ま
たは上部コイル配線2b)と接続された接地線をなす配
線層42が、第4層間絶縁膜36上に配線されている。On the coil 2, a fourth interlayer insulating film 36 is formed. A second-layer plug 38 connected to the landing pad 30 is embedded in the fourth interlayer insulating film 36. A wiring layer 40 connected to the plug 38 and forming the bit line BL is wired on the fourth interlayer insulating film 36. Further, a wiring layer 42 serving as a ground line connected to the lower coil wiring 2a (or the upper coil wiring 2b) via a connection portion (not shown) is wired on the fourth interlayer insulating film 36.
【0026】とくに図示しないが、これら配線層40,
42上に、必要に応じて層間絶縁膜を介して他の配線層
が形成され、最外表面はオーバーコート膜で覆われてい
る。Although not shown, these wiring layers 40,
Another wiring layer is formed on the substrate 42 via an interlayer insulating film as necessary, and the outermost surface is covered with an overcoat film.
【0027】つぎに、この磁気記録半導体メモリ装置の
製造方法の例について説明する。図3〜図7に、この磁
気記録半導体メモリ装置の各製造過程における断面を示
す。Next, an example of a method of manufacturing the magnetic recording semiconductor memory device will be described. 3 to 7 show cross sections of the magnetic recording semiconductor memory device in respective manufacturing steps.
【0028】図3において、p型シリコンウエハ等の半
導体基板10を用意し、まず、ゲート絶縁膜12となる
酸化シリコン膜を、例えば基板表面を熱酸化することに
よって形成する。次いで、酸化シリコン膜上にn型不純
物を所定量導入しながらポリシリコン膜をCVDにより
成膜する。この積層膜をワード線WLのパターンにて加
工し、ゲート電極14とゲート絶縁膜12の積層膜を得
る。半導体基板10上に例えばレジストパターンを形成
し、このレジストパターンと上記積層膜とをマスクとし
たイオン注入によって、ソース・ドレイン不純物領域1
6,18を形成する。その後、第1層間絶縁膜20をC
VDにより成膜する。In FIG. 3, a semiconductor substrate 10 such as a p-type silicon wafer is prepared. First, a silicon oxide film to be a gate insulating film 12 is formed by, for example, thermally oxidizing the substrate surface. Next, a polysilicon film is formed by CVD while introducing a predetermined amount of an n-type impurity on the silicon oxide film. This laminated film is processed in the pattern of the word line WL to obtain a laminated film of the gate electrode 14 and the gate insulating film 12. For example, a resist pattern is formed on the semiconductor substrate 10, and the source / drain impurity region 1 is formed by ion implantation using the resist pattern and the laminated film as a mask.
6, 18 are formed. After that, the first interlayer insulating film 20 is
The film is formed by VD.
【0029】図4において、第1層間絶縁膜20上に、
例えばパーマロイ、フェライト、センダストまたはNi
−Co合金等からなる磁性膜を成膜し、これをパターン
ニングして第1磁性膜3bを形成する。第2層間絶縁膜
22をCVDにより成膜した後、そのソース・ドレイン
不純物領域16,18上の箇所に、それぞれ開口部を形
成する。例えばTi/W等の膜を成膜した後、これをエ
ッチバックすることにより開口部に埋め込まれたプラグ
24,26を形成する。さらに、第2層間絶縁膜22の
第1磁性膜3bの一端部上の箇所に、開口部22aを形
成する。In FIG. 4, on the first interlayer insulating film 20,
For example, permalloy, ferrite, sendust or Ni
A magnetic film made of a -Co alloy or the like is formed, and is patterned to form the first magnetic film 3b. After the second interlayer insulating film 22 is formed by CVD, openings are formed at the positions on the source / drain impurity regions 16 and 18 respectively. For example, after a film of Ti / W or the like is formed, the plugs 24 and 26 embedded in the openings are formed by etching back the film. Further, an opening 22a is formed in the second interlayer insulating film 22 at a position on one end of the first magnetic film 3b.
【0030】図5において、導電膜を成膜し、これをパ
ターンニングして下部コイル配線2a、その一端をなす
配線層28およびランディングパッド30を形成する。
絶縁層32を堆積させて下部コイル配線2aを埋め込ん
だ後、この下部コイル配線2aを埋め込んだ部分以外の
絶縁層32を除去する。この除去は、例えば、絶縁層3
2上にレジストパターンを形成し、そのエッジを熱処理
によりラウンディングさせて順テーパを付け、レジスト
が後退する条件にて周囲の絶縁層32部分をエッチング
除去することにより行う。これにより、レジスト形状が
反映されて絶縁層32のエッジが順テーパ状に形成され
る。In FIG. 5, a conductive film is formed and patterned to form a lower coil wiring 2a, a wiring layer 28 forming one end thereof, and a landing pad 30.
After the insulating layer 32 is deposited and the lower coil wiring 2a is embedded, the insulating layer 32 other than the portion where the lower coil wiring 2a is embedded is removed. This removal is performed, for example, by using the insulating layer 3
2, a resist pattern is formed, the edge thereof is rounded by heat treatment to form a forward taper, and the surrounding insulating layer 32 is etched off under the condition that the resist recedes. Thereby, the edge of the insulating layer 32 is formed in a forward tapered shape, reflecting the resist shape.
【0031】図6において、前述した磁性金属材料群の
何れかからなる第2磁性膜3cを成膜し、これを所定パ
ターンにて加工する。これにより、一端部で第1および
第2磁性膜3b,3cが接続され、他端部で第2層間絶
縁膜22を介して第1および第2磁性膜3b,3cが近
接した、ギャップ3aを有する閉磁路形の磁心材3が形
成される。続いて、磁気記録層4を、例えばリフトオフ
法またはエッチバック法により形成する。リフトオフ法
では、磁気記録層4の形成箇所で開口するレジストパタ
ーンを形成し、その開口部内の絶縁膜をエッチングし、
磁性膜を成膜した後、開口部内の磁性膜部分を除く周囲
のレジストパターン上の磁性膜部分をレジストとともに
除去する。エッチバック法では前記したプラグ形成時と
ほぼ同様にして磁気記録層4の形成を行うが、この場
合、図示しない絶縁膜を用いて表面を平坦化した後に磁
気記録層4の形成を行うとよい。In FIG. 6, a second magnetic film 3c made of any one of the above-described magnetic metal material groups is formed and processed in a predetermined pattern. As a result, the gap 3a in which the first and second magnetic films 3b and 3c are connected at one end and the first and second magnetic films 3b and 3c are close to each other via the second interlayer insulating film 22 at the other end. Magnetic core material 3 having a closed magnetic circuit shape is formed. Subsequently, the magnetic recording layer 4 is formed by, for example, a lift-off method or an etch-back method. In the lift-off method, a resist pattern having an opening at a position where the magnetic recording layer 4 is formed is formed, and an insulating film in the opening is etched.
After the formation of the magnetic film, the portion of the magnetic film on the peripheral resist pattern excluding the portion of the magnetic film in the opening is removed together with the resist. In the etch-back method, the magnetic recording layer 4 is formed almost in the same manner as when the plug is formed. In this case, the magnetic recording layer 4 may be formed after the surface is flattened using an insulating film (not shown). .
【0032】図7において、まず、第3層間絶縁膜34
を成膜する。なお、図6の磁気記録層4の形成工程で平
坦化用の絶縁膜を用いた場合、まず、この平坦化絶縁膜
をエッチバックして第2磁性膜3cを頭出ししてから、
第3層間絶縁膜34の成膜を行うとよい。第3層間絶縁
膜34の膜厚が第2磁性膜3cとコイルとの距離を決定
するからである。つぎに、コイルの鉛直方向の連結部を
形成した後、第3層間絶縁膜34上に導電膜を成膜し、
これを所定形状にパターンニングして上部コイル配線2
bを形成する。これにより、コイル2が完成する。コイ
ル2上に、比較的厚い第4層間絶縁膜36を成膜し、平
坦化後に、第4および第3層間絶縁膜に、ランディング
パッド30上で開口する開口部を形成する。開口部を例
えばTi/Wの膜で埋め込んだ後、全面をエッチバック
することにより、第2層目のプラグ38を形成する。In FIG. 7, first, the third interlayer insulating film 34
Is formed. In the case where an insulating film for planarization is used in the step of forming the magnetic recording layer 4 in FIG. 6, first, the planarized insulating film is etched back to locate the second magnetic film 3c.
The third interlayer insulating film 34 is preferably formed. This is because the thickness of the third interlayer insulating film 34 determines the distance between the second magnetic film 3c and the coil. Next, after forming a vertical connection portion of the coil, a conductive film is formed on the third interlayer insulating film 34,
This is patterned into a predetermined shape to form an upper coil wiring 2
b is formed. Thereby, the coil 2 is completed. A relatively thick fourth interlayer insulating film 36 is formed on the coil 2, and after flattening, an opening is formed on the landing pad 30 in the fourth and third interlayer insulating films. After the opening is filled with, for example, a Ti / W film, the entire surface is etched back to form a second-layer plug 38.
【0033】図2に示すように、ビット線BLをなす配
線層40と接地線をなす配線層42とを同時形成する。
このとき、配線層40はプラグ38上に接続させ、ま
た、配線層42は、コイル2の他方端と接続させる。そ
の後は、必要に応じて層間絶縁膜を介して上層配線層を
形成した後、オーバーコート膜の成膜、パッド開口等を
経て当該磁気記録半導体メモリ装置を完成させる。As shown in FIG. 2, a wiring layer 40 forming a bit line BL and a wiring layer 42 forming a ground line are formed simultaneously.
At this time, the wiring layer 40 is connected to the plug 38, and the wiring layer 42 is connected to the other end of the coil 2. Thereafter, if necessary, an upper wiring layer is formed via an interlayer insulating film, and then the magnetic recording semiconductor memory device is completed through formation of an overcoat film, pad opening, and the like.
【0034】つぎに、メモリセルMCの動作を説明す
る。Next, the operation of the memory cell MC will be described.
【0035】書き込み時において、まず、データ“1”
を書き込みたいメモリセルに接続されたビット線BLに
ハイレベルの所定電圧、例えば電源電圧VDD:5Vを設
定し、データ“0”を書き込みたいメモリセルに接続さ
れたビット線BLを基準電位、例えば接地電位GNDに
設定する。つぎに、選択されたメモリセルが接続された
ワード線WLを活性化し、このワード線WLに接続され
た複数のスイッチング用トランジスタ1が全てオン可能
な状態に設定する。At the time of writing, first, data "1"
A high-level predetermined voltage, for example, a power supply voltage V DD : 5 V, is set to the bit line BL connected to the memory cell to which data is to be written, and the bit line BL connected to the memory cell to which data “0” is to be written is set to the reference potential For example, it is set to the ground potential GND. Next, the word line WL connected to the selected memory cell is activated, and the switching transistors 1 connected to the word line WL are all set to be in an ON state.
【0036】これにより、ビット線がハイレベルの所定
電圧に設定された選択セルでは、トランジスタ1がオン
し、選択ビット線BLからコイル2を通って接地線にセ
ル電流iが流れ、コイル2は磁束を発生させる。コイル
2で発生した磁束は磁心材3によって誘導され、ギャッ
プ3a部分で外側に漏れ、これにより漏れ磁界を発生さ
せる。この漏れ磁界によって、磁気記録媒体(磁気記録
層)4の表面が磁界の向きに応じた極性で磁化され、デ
ータ“1”が記録される。一方、ビット線がローレベル
のままの非選択セルでは、トランジスタ1がオンしな
い、或いはオンしても電位差がないためセル電流は流れ
ない。このため、上述した磁界が発生せず、上記データ
“1”が書き込まれたときと逆極性の磁化状態のまま磁
気記録が行われない。この磁化状態を、消去状態または
データ“0”の書き込み状態という。As a result, in the selected cell in which the bit line is set to a predetermined high-level voltage, the transistor 1 is turned on, and a cell current i flows from the selected bit line BL to the ground line through the coil 2 and the coil 2 Generates magnetic flux. The magnetic flux generated by the coil 2 is guided by the magnetic core material 3 and leaks outside at the gap 3a, thereby generating a leak magnetic field. Due to this leakage magnetic field, the surface of the magnetic recording medium (magnetic recording layer) 4 is magnetized with a polarity corresponding to the direction of the magnetic field, and data “1” is recorded. On the other hand, in a non-selected cell in which the bit line remains at the low level, no cell current flows because the transistor 1 does not turn on or there is no potential difference even when the transistor 1 turns on. Therefore, the above-described magnetic field is not generated, and the magnetic recording is not performed with the magnetization state having the opposite polarity to that when the data “1” is written. This magnetized state is called an erased state or a written state of data “0”.
【0037】消去は、ビット単位で行うことも可能であ
るが、通常、例えばワード線WLごとのセクタ単位ある
いはメモリセルアレイ全体で一括して行う。具体的に
は、消去対象のセルが接続された全てのビット線BLを
負の所定電圧、例えば−VDDに設定し、消去対象のセル
が接続された全てのワード線WLを活性化する。これに
より、各セルにおいて上記した書き込み時とは逆向きに
セル電流i’が流れ、書き込み時とは逆向きの磁束およ
び漏れ磁界が発生する。したがって、磁気記録媒体4
は、データ“1”の場合とは逆極性に磁化され、消去が
行われる。Although erasing can be performed in bit units, it is usually performed collectively in, for example, sector units for each word line WL or in the entire memory cell array. Specifically, all of the bit lines BL to a predetermined negative voltage cell to be erased is connected, and set to, for example, -V DD, to activate all of the word lines WL cell to be erased is connected. As a result, a cell current i ′ flows in each cell in the direction opposite to that in the above-described writing, and a magnetic flux and a leakage magnetic field in the direction opposite to that in the writing are generated. Therefore, the magnetic recording medium 4
Are magnetized in the opposite polarity to the case of data "1", and erase is performed.
【0038】読み出し時においては、選択ビット線BL
に所定のプリチャージ電圧、例えば電源電圧VDDを設定
した後、選択ワード線WLを活性化する。この場合、デ
ータ“1”が書き込まれたセル、データ“0”が書き込
まれた(消去状態の)セルの双方ともセル電流iが流れ
る。ところが、データの論理値(“0”または“1”)
に応じて、磁気記録媒体4からの記録磁界が磁心材3に
誘導されてコイル2に作用する。このため、トランジス
タ1がスイッチオンしてから、少なくとも初期状態にお
いてビット線電位の変化に差が生じる。この電位変化の
差を、たとえば、公知の半導体メモリ装置と同様、その
中間の電位を参照電位としてセンスアンプで差動増幅す
ることにより、データの検出が可能である。At the time of reading, the selected bit line BL
After setting a predetermined precharge voltage, for example, a power supply voltage VDD , the selected word line WL is activated. In this case, the cell current i flows through both the cell in which the data “1” is written and the cell in which the data “0” is written (in the erased state). However, the logical value of the data (“0” or “1”)
Accordingly, the recording magnetic field from the magnetic recording medium 4 is guided to the magnetic core material 3 and acts on the coil 2. Therefore, there is a difference in the change in the bit line potential at least in the initial state after the transistor 1 is turned on. For example, similarly to a known semiconductor memory device, data can be detected by differentially amplifying the difference between the potential changes with a sense amplifier using an intermediate potential as a reference potential.
【0039】このように、第1実施形態に係る磁気記録
半導体メモリ装置では、磁気記録媒体(磁気記録層)4
に対しセル電流にもとづいてメモリセルデータを磁気記
録させて保持し、または消去する。また、この記録デー
タを、磁気記録媒体からの磁界にもとづくセル電流変化
(ビット線電位変化)によって読み出す。As described above, in the magnetic recording semiconductor memory device according to the first embodiment, the magnetic recording medium (magnetic recording layer) 4
In contrast, the memory cell data is magnetically recorded and held or erased based on the cell current. Further, the recording data is read by a cell current change (bit line potential change) based on a magnetic field from the magnetic recording medium.
【0040】これらの動作時に、セル電流はトランジス
タ1とコイル2を流れるのみで、DRAMのような大き
な容量値のキャパシタを充放電する必要がない結果、動
作速度が極めて速い。また、磁気記録媒体4を用ている
ことから保持データは不揮発性であり、DRAMのよう
にリフレッシュ動作の必要がなく、周辺回路は簡素であ
る。また、第1実施形態に係る磁気記録半導体メモリ装
置は、SRAMに比べると、素子数が少ないうえ、バッ
クアップ用の電源電圧供給が不要である。さらに、第1
実施形態に係る磁気記録半導体メモリ装置は、EEPR
OMのようにしきい値電圧の微妙な制御が不要で作り易
く、このため誤動作も殆どしないうえ、データ保持特
性、書き換え特性(エンデュランス特性)に優れる。第
1実施形態に係る磁気記録半導体メモリ装置は、ランダ
ムアクセスが可能であり、書き込み、消去および読み出
しがセル単位でもセクタ単位でもできる。とくに消去に
おいては、メモリセルアレイに対する一括消去が可能で
ある。During these operations, the cell current only flows through the transistor 1 and the coil 2, and there is no need to charge / discharge a capacitor having a large capacitance such as a DRAM. As a result, the operation speed is extremely high. Further, since the magnetic recording medium 4 is used, the retained data is non-volatile, does not require a refresh operation unlike DRAM, and the peripheral circuit is simple. Further, the magnetic recording semiconductor memory device according to the first embodiment has a smaller number of elements than an SRAM, and does not require a power supply voltage for backup. Furthermore, the first
The magnetic recording semiconductor memory device according to the embodiment has an EEPR
As in the case of the OM, fine control of the threshold voltage is not required and the device is easy to produce. Therefore, there is almost no malfunction, and the device has excellent data retention characteristics and rewrite characteristics (endurance characteristics). The magnetic recording semiconductor memory device according to the first embodiment can perform random access, and can perform writing, erasing, and reading in cell units or sector units. In particular, in erasing, batch erasing of the memory cell array is possible.
【0041】第1実施形態に係る磁気記録半導体メモリ
装置の製造は、通常の半導体プロセスによって達成で
き、特別なプロセスを必要としない。磁性膜の加工等に
ついて、磁気抵抗素子や磁気ヘッドの製造において既に
確立された技術を用いることができる。The manufacture of the magnetic recording semiconductor memory device according to the first embodiment can be achieved by a normal semiconductor process, and does not require a special process. For the processing of the magnetic film and the like, a technique already established in the manufacture of the magnetoresistive element and the magnetic head can be used.
【0042】第2実施形態 第2実施形態は、磁気記録層を隣接したセル間で共有化
した例である。図8は、第2実施形態に係る磁気記録半
導体メモリ装置の磁気記録層およびその周辺部分を拡大
して示す。 Second Embodiment The second embodiment is an example in which the magnetic recording layer is shared between adjacent cells. FIG. 8 is an enlarged view of the magnetic recording layer and its peripheral portion of the magnetic recording semiconductor memory device according to the second embodiment.
【0043】この磁気記録半導体メモリ装置では、磁気
記録層4’を挟んでメモリセルMC1とMC2の2つの
磁心材3を対称に配置し、磁気記録層4’はセル間で共
有化されている。その際、磁心材3を構成する第1磁性
膜3bおよび第2磁性膜3cの端部と磁気記録層4’と
の間に、新たに別の絶縁膜44を介在させている。この
磁心材3と磁気記録層4’との距離を決める絶縁膜44
は、本発明の“第2絶縁膜”に該当する。In this magnetic recording semiconductor memory device, the two magnetic core members 3 of the memory cells MC1 and MC2 are symmetrically arranged with the magnetic recording layer 4 'interposed therebetween, and the magnetic recording layer 4' is shared between the cells. . At this time, another insulating film 44 is newly interposed between the ends of the first magnetic film 3b and the second magnetic film 3c constituting the magnetic core material 3 and the magnetic recording layer 4 '. An insulating film 44 for determining the distance between the magnetic core material 3 and the magnetic recording layer 4 '
Corresponds to the “second insulating film” of the present invention.
【0044】図9〜図12に、この磁心材3および磁気
記録層4’の各製造過程における断面図を示す。まず、
半導体基板10上の第1層間絶縁膜20上に、第1実施
形態と同様な方法によって、第1磁性膜3b,第2層間
絶縁膜22および第2磁性膜3cを積層させる(図
9)、これを一括してパターンニングする(図10)。
つぎに、磁心材3と磁気記録層4’との距離を決める絶
縁膜44を全面にCVDにより成膜し、磁気記録層4’
となる磁性膜を堆積して、2つの磁心材3の間を埋める
(図11)。さらに、この積層膜をエッチバックするこ
とにより、磁気記録層4’を形成する(図12)。この
エッチバック時に他の部分で磁性膜残りが懸念される場
合は、第1実施形態で述べたと同様、その部分を図10
のパターンニングの前に他の絶縁膜で平坦化しておき、
この絶縁膜も図10において一括してパターンニングす
るとよい。なお、図面に表れていない部分も含め他の構
成およびその形成法は、第1実施形態と同様である。9 to 12 are cross-sectional views of the magnetic core material 3 and the magnetic recording layer 4 'in respective manufacturing steps. First,
A first magnetic film 3b, a second interlayer insulating film 22, and a second magnetic film 3c are laminated on the first interlayer insulating film 20 on the semiconductor substrate 10 by the same method as in the first embodiment (FIG. 9). This is collectively patterned (FIG. 10).
Next, an insulating film 44 for determining the distance between the magnetic core material 3 and the magnetic recording layer 4 'is formed on the entire surface by CVD, and the magnetic recording layer 4' is formed.
A magnetic film is deposited to fill the space between the two magnetic core members 3 (FIG. 11). Further, the magnetic recording layer 4 'is formed by etching back the laminated film (FIG. 12). If there is a concern that the magnetic film remains in other parts during this etch-back, as in the first embodiment, that part is
Before patterning, flatten it with another insulating film,
This insulating film is also preferably patterned at a time in FIG. The other configuration including the portion not shown in the drawings and the method of forming the same are the same as in the first embodiment.
【0045】図13に、メモリセルMC1で書き込み、
メモリセルMC2で消去を行う場合の磁束の流れを模式
的に示す。図示のように、漏れ磁束によって磁化される
部分は磁気記録層4’の表面部分である。したがって、
磁気記録層4’の幅Wを、各磁化領域が隣接セルの磁心
材3からの磁界の影響を相互に受けない大きさに設定し
ておくことによって、磁気記録層4’のセル間共有化が
可能となる。FIG. 13 shows that data is written in the memory cell MC1.
The flow of magnetic flux when erasing is performed in the memory cell MC2 is schematically shown. As shown, the portion magnetized by the leakage magnetic flux is the surface portion of the magnetic recording layer 4 '. Therefore,
By setting the width W of the magnetic recording layer 4 'to a size such that the respective magnetized regions are not mutually affected by the magnetic field from the magnetic core material 3 of the adjacent cell, the inter-cell sharing of the magnetic recording layer 4' is achieved. Becomes possible.
【0046】第2実施形態に係る磁気記録半導体メモリ
装置では、第1実施形態と同様な種々の利点に加え、磁
気記録層4’を隣接2セル間で共有化することによりセ
ル面積の縮小が可能となる。また、半導体プロセスにお
ける膜(図8の絶縁膜44)の膜厚制御性は極めて高い
ことから、磁心材3と磁気記録層4’との距離を狭くし
て磁気記録層4’の保磁力を十分に大きくでき、しか
も、ウエハ内あるいは製造ロット間で均一にすることが
できる。その結果、誤動作を防止できるほか、僅かな漏
れ磁界によって磁気記録が可能となり、その分、磁気記
録層4’の幅Wを小さくできる。In the magnetic recording semiconductor memory device according to the second embodiment, in addition to various advantages similar to the first embodiment, the cell area can be reduced by sharing the magnetic recording layer 4 ′ between two adjacent cells. It becomes possible. Further, since the film thickness controllability of the film (the insulating film 44 in FIG. 8) in the semiconductor process is extremely high, the distance between the magnetic core material 3 and the magnetic recording layer 4 'is reduced to reduce the coercive force of the magnetic recording layer 4'. It can be made sufficiently large, and can be made uniform within a wafer or between production lots. As a result, malfunction can be prevented, and magnetic recording can be performed with a slight leakage magnetic field, and the width W of the magnetic recording layer 4 'can be reduced accordingly.
【0047】なお、本発明の実施に際しては、上記第1
および第2実施形態に限定されず、他の実施の形態およ
び種々の変形が可能である。たとえば、磁心材3および
コイル2をトランジスタ1の上層部分に積層させて3次
元的に集積化することも可能である。これにより、セル
面積を大幅に縮小させDRAMなみのセル面積を実現す
ることが可能である。この3次元配置では、トランジス
タ1と接地電位を供給する配線層42との間にコイル2
が配置されることから、コイル長が短くなり、配線抵抗
が減って更なる高速化、低消費電力化が達成できる。ま
た、上記第1および第2実施形態では2値記録を前提と
したが、本発明の磁気記録半導体メモリ装置は、2ビッ
ト以上の多値メモリの実現も可能である。その際、単に
ビット線BLの電位を細かく変えるだけで多値データ記
録が可能であり、したがって、EEPROMの多値化の
ようにベリファイ読み出しのための回路や複雑な制御が
不要で、周辺回路への負担も余り増大しない。In implementing the present invention, the first
The present invention is not limited to the second embodiment, and other embodiments and various modifications are possible. For example, the magnetic core material 3 and the coil 2 may be stacked on the upper layer of the transistor 1 and integrated three-dimensionally. As a result, the cell area can be significantly reduced, and a cell area comparable to that of a DRAM can be realized. In this three-dimensional arrangement, the coil 2 is disposed between the transistor 1 and the wiring layer 42 supplying the ground potential.
Are arranged, the coil length is shortened, the wiring resistance is reduced, and higher speed and lower power consumption can be achieved. In the first and second embodiments, binary recording is premised. However, the magnetic recording semiconductor memory device of the present invention can realize a multi-bit memory of 2 bits or more. At this time, multi-value data can be recorded simply by finely changing the potential of the bit line BL. Therefore, a circuit for verify reading and complicated control like multi-valued EEPROM are not required, and the Does not increase the burden.
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明の磁気記録半導体メモリ装置で
は、そのメモリセル(磁気記録メモリセル)の書き込み
および読み出しの動作時に、セル電流はトランジスタと
コイルを流れるのみで、DRAMのような大きな容量値
のキャパシタを充放電する必要がないことから、高速で
ある。磁気記録メモリセルでは、磁気記録媒体を用いる
ことから保持データは不揮発性であり、DRAMのよう
にリフレッシュ動作の必要がない。また、磁気記録メモ
リセルは、SRAMセルに比べると素子数が少ないう
え、電源電圧供給をバックアップする必要もない。さら
に、磁気記録メモリセルの動作時には、EEPROMの
ようにトランジスタのしきい値電圧の微妙な制御が不要
で、素子劣化によりデータが徐々に揮発するようなこと
がない。In the magnetic recording semiconductor memory device of the present invention, the cell current only flows through the transistor and the coil during the writing and reading operations of the memory cell (magnetic recording memory cell), and has a large capacitance value as in a DRAM. It is fast because there is no need to charge / discharge the capacitor. In the magnetic recording memory cell, since the magnetic recording medium is used, the retained data is non-volatile, and does not require a refresh operation unlike DRAM. Further, the magnetic recording memory cell has a smaller number of elements than the SRAM cell, and does not need to back up the power supply voltage. Further, during the operation of the magnetic recording memory cell, fine control of the threshold voltage of the transistor is not required unlike the EEPROM, and the data does not gradually evaporate due to element deterioration.
【0049】本発明の磁気記録半導体メモリ装置の製造
は、通常の半導体プロセスに、既に確立された技術であ
る磁性膜の加工等の技術を適用することで容易に達成で
きる。半導体プロセスの高い膜厚制御性を積極的に適用
することによって、磁心材のギャップ長あるいは磁心材
と磁気記録媒体とのスペースの微小化、均一化が達成で
き、高性能な磁気記録メモリの製造を可能としている。The manufacture of the magnetic recording semiconductor memory device of the present invention can be easily achieved by applying a well-established technique such as processing of a magnetic film to an ordinary semiconductor process. By actively applying the high film thickness controllability of the semiconductor process, the gap length of the magnetic core material or the space between the magnetic core material and the magnetic recording medium can be miniaturized and made uniform, and a high-performance magnetic recording memory can be manufactured. Is possible.
【図1】本発明の第1実施形態に係る磁気記録半導体メ
モリ装置のメモリセル構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a memory cell configuration of a magnetic recording semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のメモリセルの具体的な構造を示す断面図
である。FIG. 2 is a sectional view showing a specific structure of the memory cell of FIG. 1;
【図3】図2のメモリセルの製造における、第1層間絶
縁膜の成膜後の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view after the formation of a first interlayer insulating film in the manufacture of the memory cell of FIG. 2;
【図4】図3に続く、第1層目のプラグ形成後の断面図
である。FIG. 4 is a cross-sectional view after forming a first-layer plug, following FIG. 3;
【図5】図4に続く、下部コイル配線を覆う絶縁膜パタ
ーンの形成後の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view after forming an insulating film pattern covering a lower coil wiring, following FIG. 4;
【図6】図5に続く、磁気記録層の形成後の断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view after formation of the magnetic recording layer, following FIG. 5;
【図7】図6に続く、第2層目のプラグ形成後の断面図
である。FIG. 7 is a cross-sectional view after formation of a second-layer plug, following FIG. 6;
【図8】本発明の第2実施形態に係る磁気記録半導体メ
モリ装置の磁気記録層およびその周辺部分を拡大して示
す断面図である。FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a magnetic recording layer and a peripheral portion thereof in a magnetic recording semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
【図9】図8の磁気記録層部分の製造における、第2磁
性膜の成膜後の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view after the formation of a second magnetic film in the manufacture of the magnetic recording layer portion of FIG. 8;
【図10】図9に続く、第1,第2磁性膜および第2層
間絶縁膜の積層膜のパターンニング後の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view after patterning of the laminated film of the first and second magnetic films and the second interlayer insulating film, following FIG. 9;
【図11】図10に続く、磁気記録層となる磁性膜の成
膜後の断面図である。11 is a cross-sectional view after the formation of a magnetic film to be a magnetic recording layer, following FIG. 10;
【図12】図11に続く、磁気記録層形成(エッチバッ
ク)後の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view after forming the magnetic recording layer (etch back), following FIG. 11;
【図13】隣接する2つのメモリセルで、書き込みと消
去を行う場合の磁束の流れを模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically showing the flow of magnetic flux when writing and erasing are performed in two adjacent memory cells.
1…nMOSトランジスタ(スイッチング素子)、2…
コイル、2a…下部コイル配線、2b…上部コイル配
線、3…磁心材、3a…ギャップ、3b…第1磁性膜、
3c…第2磁性膜、4,4’…磁気記録層、10…半導
体基板、12…ゲート絶縁膜、14…ゲート電極(ワー
ド線)、16,18…ソース・ドレイン不純物領域、2
0…第1層間絶縁膜、22…第2層間絶縁膜(第1絶縁
膜)、22a…開口部、24,26,38…プラグ、2
8…コイル端をなす配線層、30…ランディングパッ
ド、32…絶縁層、34…第3層間絶縁膜、36…第4
層間絶縁膜、40…ビット線をなす配線層、42…接地
線をなす配線層、44…絶縁膜(第2絶縁膜)、MC,
MC1,MC2…メモリセル、BL…ビット線、WL…
ワード線、VDD…電源電圧、GND…接地電位、W…磁
気記録層の幅。1 ... nMOS transistor (switching element), 2 ...
Coil, 2a: lower coil wiring, 2b: upper coil wiring, 3: magnetic core material, 3a: gap, 3b: first magnetic film,
3c: second magnetic film, 4, 4 ': magnetic recording layer, 10: semiconductor substrate, 12: gate insulating film, 14: gate electrode (word line), 16, 18: source / drain impurity region, 2
0: first interlayer insulating film, 22: second interlayer insulating film (first insulating film), 22a: opening, 24, 26, 38: plug, 2
Reference numeral 8: a wiring layer forming a coil end; 30, a landing pad; 32, an insulating layer; 34, a third interlayer insulating film;
Interlayer insulating film, 40: wiring layer forming bit line, 42: wiring layer forming ground line, 44: insulating film (second insulating film), MC,
MC1, MC2 ... memory cells, BL ... bit lines, WL ...
Word line, VDD : power supply voltage, GND: ground potential, W: width of magnetic recording layer.
Claims (7)
磁化される磁気記録媒体と、 上記磁心材に電磁結合し、上記漏れ磁界を発生させるた
めの書き込み電流、または、磁化された上記磁気記録媒
体からの磁界の影響を受けた読み出し電流をビット線と
基準電位線との間に流すコイルと、 上記コイルとビット線との間に接続され、ワード線電位
により制御されるスイッチング素子とを有する磁気記録
半導体メモリ装置。In one memory cell, a magnetic core material having a gap in a closed magnetic path, a magnetic recording medium magnetized by a leakage magnetic field from a gap between the magnetic core materials adjacent to each other, and electromagnetically coupled to the magnetic core material, A coil for causing a write current for generating the leakage magnetic field or a read current affected by a magnetic field from the magnetized magnetic recording medium to flow between a bit line and a reference potential line; and the coil and the bit line And a switching element controlled by a word line potential.
れた第1および第2磁性膜を含み、 上記第1および第2磁性膜は、その一端側が接続され、
端子側がギャップ長を決める所定膜厚の第1絶縁膜を介
して近接している請求項1に記載の磁気記録半導体メモ
リ装置。2. The magnetic core material includes first and second magnetic films stacked with an interlayer insulating film interposed therebetween, wherein the first and second magnetic films are connected at one end,
2. The magnetic recording semiconductor memory device according to claim 1, wherein the terminals are close to each other via a first insulating film having a predetermined thickness that determines a gap length.
に対向して、所定の膜厚を有する第2絶縁膜を介して上
記磁気記録媒体が近接している請求項2記載の磁気記録
半導体メモリ装置。3. The magnetic recording medium according to claim 2, wherein the magnetic recording medium is in proximity to an end face of the other end of the first and second magnetic films via a second insulating film having a predetermined thickness. Magnetic recording semiconductor memory device.
リセル間で共有されている請求項1に記載の磁気記録半
導体メモリ装置。4. The magnetic recording semiconductor memory device according to claim 1, wherein said magnetic recording medium is shared between two adjacent memory cells.
るスイッチング素子を形成する工程と、 上記スイッチング素子が形成された半導体基板面に絶縁
膜を成膜する工程と、 閉磁路がギャップを有する磁心材を上記絶縁膜上に形成
する工程と、 上記磁心材のギャップからの漏れ磁界によって磁化され
る磁気記録媒体を、上記絶縁膜上で上記磁心材に近接さ
せて形成する工程と、 上記磁心材と電磁結合し、上記漏れ磁界を発生させるた
めの書き込み電流、または、磁化された上記磁気記録媒
体からの磁界の影響を受けた読み出し電流が流れるコイ
ルを、上記スイッチング素子に接続させて形成する工程
と、 上記磁心材,磁気記録媒体およびコイルを埋込絶縁膜で
覆う工程と、 上記埋込絶縁膜上に、上記スイッチング素子を介して上
記コイルに書き込み電流または読み出し電流を流すビッ
ト線および共通電位線を形成する工程とを含む磁気記録
半導体メモリ装置の製造方法。5. A step of forming a switching element controlled by a word line voltage on a semiconductor substrate; a step of forming an insulating film on a surface of the semiconductor substrate on which the switching element is formed; Forming a magnetic core material having the magnetic core material on the insulating film; and forming a magnetic recording medium magnetized by a leakage magnetic field from a gap of the magnetic core material on the insulating film in proximity to the magnetic core material; A coil in which a write current for generating the leakage magnetic field or a read current affected by a magnetic field from the magnetized magnetic recording medium flows, which is electromagnetically coupled with a magnetic core material, is formed by connecting to the switching element. Covering the magnetic core material, the magnetic recording medium and the coil with a buried insulating film; and forming the coil on the buried insulating film via the switching element. Method of manufacturing a magnetic recording semiconductor memory device comprising forming a bit line and a common potential line supplying a write current or read current.
成膜し、 上記第1磁性膜上に層間絶縁膜を形成し、 上記第1磁性膜と一端側で接続し、他端側でギャップ長
を決める所定膜厚の第1絶縁膜を介して近接させて、上
記層間絶縁膜上に第2磁性膜を形成し、 上記磁気記録媒体の形成工程では、上記第1および第2
磁性膜の他端側の両端面に第2絶縁膜を成膜し、 上記磁気記録媒体を、上記第2絶縁膜を介して上記第1
および第2磁性膜に近接配置させる請求項5に記載の磁
気記録半導体メモリ装置の製造方法。6. In the step of forming a magnetic core material, a first magnetic film is formed, an interlayer insulating film is formed on the first magnetic film, connected to the first magnetic film at one end, and connected to the other end. Forming a second magnetic film on the interlayer insulating film in close proximity via a first insulating film having a predetermined thickness which determines a gap length on the side; and forming the first and second magnetic recording media in the magnetic recording medium forming step.
A second insulating film is formed on both end surfaces on the other end side of the magnetic film, and the magnetic recording medium is connected to the first insulating film via the second insulating film.
6. The method for manufacturing a magnetic recording semiconductor memory device according to claim 5, wherein said magnetic recording semiconductor memory device is disposed in proximity to said second magnetic film.
のメモリセル間で対称に形成し、 上記磁気記録媒体の形成工程では、上記2つの磁心材の
離間スペースに隣接する2つのメモリセル間で共有され
る磁気記録媒体を、各メモリセルの磁心材それぞれに対
し上記第2絶縁膜を介して近接配置させる請求項6に記
載の磁気記録半導体メモリ装置の製造方法。7. In the step of forming the magnetic core material, the magnetic core material is formed symmetrically between the two memory cells. In the step of forming the magnetic recording medium, two memory cells adjacent to the space between the two magnetic core materials are provided. 7. The method of manufacturing a magnetic recording semiconductor memory device according to claim 6, wherein a magnetic recording medium shared between the cells is arranged close to each magnetic core material of each memory cell via the second insulating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10354737A JP2000182369A (en) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Magnetic recording semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10354737A JP2000182369A (en) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Magnetic recording semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000182369A true JP2000182369A (en) | 2000-06-30 |
Family
ID=18439575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10354737A Pending JP2000182369A (en) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Magnetic recording semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000182369A (en) |
-
1998
- 1998-12-14 JP JP10354737A patent/JP2000182369A/en active Pending
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