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JP2003298150A - Method for manufacturing magnetic tunnel junction element and magnetic tunnel junction device - Google Patents

Method for manufacturing magnetic tunnel junction element and magnetic tunnel junction device

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Publication number
JP2003298150A
JP2003298150A JP2002101449A JP2002101449A JP2003298150A JP 2003298150 A JP2003298150 A JP 2003298150A JP 2002101449 A JP2002101449 A JP 2002101449A JP 2002101449 A JP2002101449 A JP 2002101449A JP 2003298150 A JP2003298150 A JP 2003298150A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
conductive material
tunnel junction
magnetic
material layer
Prior art date
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Application number
JP2002101449A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3918612B2 (en
Inventor
Masayoshi Omura
昌良 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a magnetic tunnel junction element (TMR element) to enhance a production yield. <P>SOLUTION: A laminated layer composed of a first conductive material layer, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a tunnel barrier layer, a second ferromagnetic layer and a second conductive material layer in this order from below is formed on an insulating film 22 coating a substrate 20. Thereafter, the second conductive material layer is subjected to a selective etching process to form a hard mask, and an isolated trench 38 is formed in a laminated layer by an ion milling process with this mask as a selective mask. After the residual hard mask is subjected to the selective etching process to form hard masks 34a to 34c, a residual part of the laminated layer is etched until reaching the antiferromagnetic layer (or the first conductive material layer) by the ion milling process with the masks 34a to 34c as the selective mask to form an isolated trench 42 to obtain TMR elements Ta to Tc. An assembly in a side wall of the isolated trenches 38, 42 is removed. An end of the tunnel barrier layer is cleaned, thereby preventing an electric short-circuit or a leak. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気センサ等に
用いられる磁気トンネル接合素子の製法と、この製法に
より製作するに好適な磁気センサ、磁気メモリ等の磁気
トンネル接合装置とに関するものである。この後の説明
では、磁気トンネル接合素子をTMR素子と略記する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic tunnel junction element used for a magnetic sensor and the like, and a magnetic tunnel junction device such as a magnetic sensor and a magnetic memory suitable for manufacturing by this method. In the following description, the magnetic tunnel junction element will be abbreviated as a TMR element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、複数のTMR素子を備えた磁気セ
ンサの製法としては、図38〜43に示すものが提案さ
れている(例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願
平11−368776号参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a magnetic sensor having a plurality of TMR elements, those shown in FIGS. 38 to 43 have been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 11- 368767).

【0003】図38の工程では、シリコン基板1の表面
を覆う酸化シリコン膜2の上に下電極層としてのCr層
3と、反強磁性層としてのRh−Mn合金層4と、下強
磁性層としてのNi−Fe合金層5とを順次に重ねてス
パッタ法で形成した後、Ni−Fe合金層5の上にAl
層を形成して酸化することによりトンネルバリア層とし
てのアルミナ層6を形成し、アルミナ層6の上に上強磁
性層としてのNi−Fe合金/Co積層(Coが下層)
7と、上電極層としてのMo層8とを順次に重ねてスパ
ッタ法で形成する。Mo層8の上には、それぞれ図13
の26A,26Bに示すような四辺形状のパターンを有
するレジスト層9a,9bを周知のホトリソグラフィ処
理により形成する。
In the process of FIG. 38, a Cr layer 3 as a lower electrode layer, a Rh-Mn alloy layer 4 as an antiferromagnetic layer, and a lower ferromagnetic layer are formed on a silicon oxide film 2 covering the surface of a silicon substrate 1. After the Ni-Fe alloy layer 5 as a layer is sequentially stacked and formed by the sputtering method, Al is formed on the Ni-Fe alloy layer 5.
A layer is formed and oxidized to form an alumina layer 6 as a tunnel barrier layer, and a Ni—Fe alloy / Co laminated layer (Co is a lower layer) as an upper ferromagnetic layer is formed on the alumina layer 6.
7 and a Mo layer 8 as an upper electrode layer are sequentially stacked to form a sputtering method. The Mo layer 8 has a structure shown in FIG.
26A and 26B, the resist layers 9a and 9b having a quadrilateral pattern are formed by a well-known photolithography process.

【0004】次に、図39の工程では、レジスト層9
a,9bをマスクとする選択的イオンミリング処理によ
り層3〜8の積層に分離溝10を酸化シリコン膜2に達
するように形成することにより該積層を層3〜8の部分
3a〜8aからなる第1の積層部分と層3〜8の部分3
b〜8bからなる第2の積層部分とに分離する。この
後、レジスト層9a,9bを除去する。
Next, in the step of FIG. 39, the resist layer 9
By forming the isolation trench 10 in the stack of layers 3 to 8 so as to reach the silicon oxide film 2 by selective ion milling using a and 9b as a mask, the stack is formed of portions 3a to 8a of layers 3 to 8. First laminated part and part 3 of layers 3-8
It is separated into a second laminated portion composed of b to 8b. After that, the resist layers 9a and 9b are removed.

【0005】図39のイオンミリング工程では、図44
に示したように分離溝10の側壁に側壁堆積膜DP
形成される。側壁堆積膜DPは、レジスト層9a,9
bがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性
成分(有機物)を多量に含むもので、その他にも層3a
〜5a,7a,8aの金属成分や酸化シリコン膜2の構
成成分等を含んでいる。
In the ion milling process of FIG. 39, the process shown in FIG.
As shown in, the sidewall deposition film DP 1 is formed on the sidewall of the isolation trench 10. The sidewall deposited film DP 1 is formed of the resist layers 9a, 9
b contains a large amount of a resist modifying component (organic substance) generated by being abraded by ion milling, and the layer 3a is also included.
.About.5a, 7a, 8a, and the constituents of the silicon oxide film 2.

【0006】図39のレジスト除去工程では、レジスト
層9a,9bに対してOプラズマによるアッシング処
理を施した後、有機剥離液を用いて剥離処理を施す。し
かし、このような処理を施しても、側壁堆積膜DP
完全に除去するのは困難であり、しかもレジスト残渣R
,Rが残留する。レジスト残渣R,Rは、レジ
スト層9a,9bに由来するレジスト変性成分の他に、
金属成分やSiO等の成分を含んでいるため、有機溶
媒等を用いるレジスト除去処理によって完全に除去する
のが困難である。
In the resist removing step of FIG. 39, the resist layers 9a and 9b are subjected to an ashing treatment with O 2 plasma, and then a stripping treatment is carried out using an organic stripping solution. However, even if such a treatment is performed, it is difficult to completely remove the sidewall deposition film DP 1 , and the resist residue R
1 , R 2 remains. The resist residues R 1 and R 2 are, in addition to the resist modifying components derived from the resist layers 9a and 9b,
Since it contains a metal component and a component such as SiO 2 , it is difficult to completely remove it by a resist removing process using an organic solvent or the like.

【0007】図40の工程では、図39の工程で得られ
た第1及び第2の積層部分の上にそれぞれレジスト層9
c,9d及びレジスト層9eをホトリソグラフィ処理に
より形成する。レジスト層9c,9d,9eのパターン
は、図13のTa,Tb,Tcに示すような四辺形状の
パターンとする。
In the step of FIG. 40, a resist layer 9 is formed on each of the first and second laminated portions obtained in the step of FIG.
c, 9d and the resist layer 9e are formed by photolithography. The patterns of the resist layers 9c, 9d and 9e are quadrangular patterns as shown in Ta, Tb and Tc of FIG.

【0008】図41の工程では、レジスト層9c〜9e
をマスクとする選択的イオンミリング処理(又は選択的
ウエットエッチング処理)により第1及び第2の積層部
分に分離溝12を層部分4a,4bに達するように形成
することによりTMR素子Ta,Tb,Tcを得る。T
MR素子Taは、分離溝10で囲まれた層3,4の部分
3a,4aと分離溝12で囲まれた層5〜8の部分5a
〜8aとの積層からなり、TMR素子Tbは、分離
溝10で囲まれた層3,4の部分3a,4aと分離溝1
2で囲まれた層5〜8の部分5a〜8aとの積層か
らなる。層部分3a,4aの積層は、TMR素子Ta,
Tbに共通の電極層であり、TMR素子Ta,Tbを相
互接続している。TMR素子Tcは、分離溝10で層部
分3a、4aから分離された層3,4の部分3b,4b
と分離溝12で囲まれた層5〜8の部分5b〜8bとの
積層からなる。イオンミリング処理の後、レジスト層9
c〜9eを除去する。
In the process of FIG. 41, the resist layers 9c-9e are formed.
By forming the isolation groove 12 in the first and second laminated portions so as to reach the layer portions 4a and 4b by the selective ion milling treatment (or the selective wet etching treatment) using the mask as the TMR element Ta, Tb, Obtain Tc. T
The MR element Ta includes portions 3 a and 4 a of the layers 3 and 4 surrounded by the separation groove 10 and portions 5 a of layers 5 to 8 surrounded by the separation groove 12.
1 to 8a 1 and the TMR element Tb is composed of the portions 3a and 4a of the layers 3 and 4 surrounded by the separation groove 10 and the separation groove 1.
The layers 5 to 8 surrounded by 2 are laminated with the portions 5a 2 to 8a 2 . The layer portions 3a and 4a are laminated so that the TMR element Ta,
It is an electrode layer common to Tb and interconnects the TMR elements Ta and Tb. The TMR element Tc includes portions 3b and 4b of the layers 3 and 4 separated from the layer portions 3a and 4a by the separation groove 10.
And portions 5b to 8b of layers 5 to 8 surrounded by the separation groove 12 are laminated. After the ion milling process, the resist layer 9
Remove c-9e.

【0009】図41のイオンミリング工程では、図39
の工程に関して前述したと同様にして図45に示すよう
に分離溝10,12の側壁に側壁堆積膜DP,DP
が形成される。そして、図41のレジスト除去工程で
は、図39の工程に関して前述したと同様にしてアッシ
ング処理及び有機剥離液処理を行なうが、このようにし
ても、側壁堆積膜DP,DPを完全に除去するのが
困難であり、しかもレジスト残渣R〜Rが残留す
る。側壁堆積膜DP,DPは、レジスト層9c〜9
eがイオンミリングにより削られて生ずるレジスト変性
成分(有機物)を多量に含むもので、その他にも層3a
〜5a,7a、8aの金属成分及び酸化シリコン膜2の
構成成分等を含んでいる。レジスト残渣R〜Rは、
レジスト層9c〜9eに由来するレジスト変性成分を主
体とするものである。なお、図41のレジスト除去工程
では、分離溝12の側壁において側壁堆積膜DPがな
い個所にレジスト残渣が残留することもある。
In the ion milling process of FIG. 41, the process of FIG.
45, the sidewall deposition films DP 2 and DP 3 are formed on the sidewalls of the isolation trenches 10 and 12 in the same manner as described above.
Is formed. Then, in the resist removing step of FIG. 41, the ashing process and the organic stripping solution process are performed in the same manner as described above with respect to the process of FIG. 39. Even in this case, the sidewall deposition films DP 2 and DP 3 are completely removed. It is difficult to do so, and the resist residues R 3 to R 6 remain. The sidewall deposited films DP 2 and DP 3 are formed of the resist layers 9c to 9c.
e is a layer containing a large amount of a resist modifying component (organic substance) generated by being scraped by ion milling.
.About.5a, 7a, 8a, and the constituent components of the silicon oxide film 2. The resist residues R 3 to R 6 are
It is mainly composed of a resist modifying component derived from the resist layers 9c to 9e. Note that, in the resist removing step of FIG. 41, the resist residue may remain on the side wall of the separation groove 12 at a place where the side wall deposited film DP 2 is not present.

【0010】図42の工程では、TMR素子Ta〜Tc
及び分離溝10,12を覆って基板上面にスパッタ法に
より層間絶縁膜としての酸化シリコン膜13を形成す
る。そして、選択的イオンミリング処理によりTMR素
子Ta〜TcのMo層8a,8a,8bにそれぞれ
対応する接続孔13a〜13cを酸化シリコン膜13に
形成する。
In the process of FIG. 42, TMR elements Ta to Tc are used.
Then, a silicon oxide film 13 as an interlayer insulating film is formed on the upper surface of the substrate by covering the isolation trenches 10 and 12 by a sputtering method. Then, by the selective ion milling process, connection holes 13a to 13c corresponding to the Mo layers 8a 1 , 8a 2 and 8b of the TMR elements Ta to Tc are formed in the silicon oxide film 13.

【0011】図43の工程では、酸化シリコン膜13の
上に接続孔13a〜13cを覆ってAlをスパッタ法で
被着した後、その被着層を選択的イオンミリング処理に
よりパターニングして配線層としてのAl層14a,1
4bを形成する。Al層14aは、接続孔13aを介し
てTMR素子TaのMo層8aに接続され、Al層1
4bは、接続孔13b,13cを介してTMR素子T
b,TcのMo層8a,8bを相互接続する。この結
果、TMR素子Ta〜Tcは、直列接続されたことにな
る。
In the process of FIG. 43, after the connection holes 13a to 13c are covered on the silicon oxide film 13 by depositing Al by the sputtering method, the deposit layer is patterned by the selective ion milling process to form the wiring layer. Layers 14a, 1 as
4b is formed. The Al layer 14a is connected to the Mo layer 8a 1 of the TMR element Ta through the connection hole 13a, and the Al layer 1a
4b is the TMR element T via the connection holes 13b and 13c.
The Mo layers 8a 2 and 8b of b and Tc are interconnected. As a result, the TMR elements Ta to Tc are connected in series.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術によ
ると、次の(a)〜(c)のような問題点がある。
According to the above-mentioned prior art, there are the following problems (a) to (c).

【0013】(a)選択マスクとしてのレジスト層は、
イオンミリングにより削られやすいので、図39,41
の工程では、レジスト層9a〜9eを0.6〜2.0μ
m程度に厚く形成する必要があり、微細加工に適してい
ない。すなわち、厚いレジスト層では、微細パターンの
形成が困難であると共にパターン倒れが起こりやすく、
しかも角度ミリングでの加工時には影となる部分が生ず
るため加工精度が低下する。
(A) The resist layer as a selective mask is
Since it is easily scraped by ion milling,
In the step of, the resist layers 9a to 9e are set to 0.6 to 2.0 μm.
It is necessary to form it to a thickness of about m, which is not suitable for fine processing. That is, with a thick resist layer, it is difficult to form a fine pattern, and pattern collapse easily occurs,
In addition, since the shadowed portion is generated during the processing by the angle milling, the processing accuracy is lowered.

【0014】(b)分離溝12の側壁に側壁堆積膜DP
やレジスト残渣が残留すると、トンネルバリア層6a
の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが生ずる原因
となり、歩留りの低下や素子特性の劣化を招く。また、
図44,45に示したようにレジスト残渣R〜R
残留すると、パーティクル発生の原因となり、歩留りの
低下を招く。
(B) Side wall deposited film DP on the side wall of the separation groove 12
2 and the resist residue remain, the tunnel barrier layer 6a
This may cause an electrical short circuit or a leak between the upper and lower metal layers, leading to a decrease in yield and deterioration of element characteristics. Also,
As shown in FIGS. 44 and 45, if the resist residues R 1 to R 6 remain, they cause the generation of particles, leading to a decrease in yield.

【0015】(c)図41のイオンミリング工程で分離
溝12を形成する際に分離溝10の底部で酸化シリコン
膜がエッチングされるため、分離溝10の深さDがエッ
チング分だけ増大し、分離溝10の段差が急峻となる。
このため、図42の工程でスパッタ法により酸化シリコ
ン膜13を形成すると、分離溝10の開口端近傍で膜欠
陥が生じやすく、図43の工程でAl層14bを形成す
ると、Al層14bと層部分4aとが膜欠陥を介して短
絡する不良を生ずることがある。なお、スパッタ法に比
べて段差被覆性が良好なCVD(ケミカル・ベーパー・
デポジション)法は、膜欠陥は生じないものの、400
℃程度の処理となり、TMR素子が高温に弱いため、酸
化シリコン膜13の形成に適していない。
(C) Since the silicon oxide film is etched at the bottom of the isolation trench 10 when the isolation trench 12 is formed in the ion milling process of FIG. 41, the depth D of the isolation trench 10 is increased by the amount of etching. The step of the separation groove 10 becomes steep.
Therefore, when the silicon oxide film 13 is formed by the sputtering method in the step of FIG. 42, a film defect is likely to occur near the opening end of the isolation trench 10, and when the Al layer 14b is formed in the step of FIG. A defect may occur in which the portion 4a is short-circuited via a film defect. It should be noted that CVD (Chemical Vapor
The deposition method does not cause film defects, but 400
Since the TMR element is processed at a temperature of about 0 ° C. and is vulnerable to high temperatures, it is not suitable for forming the silicon oxide film 13.

【0016】上記(b)の問題点に対処する方法として
は、酸又はアルカリ等の溶液により側壁堆積膜やレジス
ト残渣を除去する処理が考えられる。しかし、このよう
な処理は、極めて薄いトンネルバリア層にダメージを与
えたり、トンネルバリア層の上下の金属層をエッチング
して形状悪化を招いたりするので、得策でない。また、
レジスト変性成分を含む側壁堆積膜を有機溶媒等を用い
て除去する処理では、人体や環境に有害な物質を使用し
なければならず、有機廃液の処理のためにコスト上昇を
招く。
As a method of coping with the problem (b), a treatment of removing the side wall deposited film and the resist residue with a solution of acid or alkali can be considered. However, such a treatment may damage the extremely thin tunnel barrier layer or may cause the deterioration of the shape by etching the metal layers above and below the tunnel barrier layer. Also,
In the process of removing the side wall deposited film containing the resist modifying component using an organic solvent or the like, a substance harmful to the human body and the environment must be used, and the cost of the organic waste liquid increases.

【0017】上記(b)の問題点に関してTMR素子の
リーク電流を低減する方法としては、磁気トンネル接合
積層を選択的イオンミリング処理によりパターニングし
てTMR素子を形成する際に酸化性又は窒化性雰囲気中
でイオンミリングを行なうことによりTMR素子の側壁
に酸化物又は窒化物からなる絶縁層を形成するものが知
られている(例えば、特開2001−52316号公報
参照)。このようなイオンミリング処理を図41の工程
で採用した場合、エッチング終点の検出に困難を伴うと
いう問題点がある。すなわち、図41のイオンミリング
処理では、エッチング終点検出法としてプラズマ発光測
定法を用いることが多い。この方法を用いた場合、反強
磁性層としてのRh−Mn合金層4a,4bの構成原子
に基づく発光を検出してイオンミリングを停止する。酸
化性又は窒化性雰囲気中でイオンミリングを行なう場
合、酸素又は窒素を含まない雰囲気中でイオンミリング
を行なう場合に比べてエッチングレートが低下するた
め、単位時間当りの励起原子の発生量が減少し、発光検
出に必要な信号強度が低下する。このため、エッチング
終点の検出精度が低下し、アンダーエッチングによりT
MR素子Tb,Tc間の短絡を招いたり、オーバーエッ
チングによりTMR素子Ta,Tb間で接続抵抗の増大
(更には断線)を招いたりする。その上、図41の工程
の前に分離溝10を形成しておくと、図41の工程にお
いてRh−Mn合金層4a,4bの露出面積が分離溝1
0に相当する分だけ減少するため、発光検出に必要な信
号強度は更に低下することになる。従って、エッチング
終点の検出が一層困難となり、アンダーエッチング又は
オーバーエッチングが一層発生しやすくなる。
Regarding the problem (b), as a method for reducing the leakage current of the TMR element, an oxidizing or nitriding atmosphere is used when the magnetic tunnel junction stack is patterned by selective ion milling to form the TMR element. It is known to form an insulating layer made of an oxide or a nitride on the sidewall of a TMR element by performing ion milling therein (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 2001-52316). When such an ion milling process is adopted in the process of FIG. 41, there is a problem in that it is difficult to detect the etching end point. That is, in the ion milling process of FIG. 41, the plasma emission measurement method is often used as the etching end point detection method. When this method is used, the ion milling is stopped by detecting the light emission based on the constituent atoms of the Rh-Mn alloy layers 4a and 4b as the antiferromagnetic layer. When performing ion milling in an oxidizing or nitriding atmosphere, the etching rate is lower than when performing ion milling in an atmosphere that does not contain oxygen or nitrogen, so the amount of excited atoms generated per unit time decreases. , The signal intensity required for light emission detection decreases. Therefore, the detection accuracy of the etching end point is lowered, and the under etching causes T
This may cause a short circuit between the MR elements Tb and Tc, or increase in connection resistance (and further disconnection) between the TMR elements Ta and Tb due to overetching. In addition, if the separation groove 10 is formed before the step of FIG. 41, the exposed area of the Rh—Mn alloy layers 4a and 4b becomes smaller than the separation groove 1 in the step of FIG.
Since it is reduced by the amount corresponding to 0, the signal intensity required for light emission detection is further reduced. Therefore, it becomes more difficult to detect the etching end point, and under-etching or over-etching is more likely to occur.

【0018】上記(c)の問題点に対処する方法として
は、図41対応のイオンミリング工程の後、図39対応
のイオンミリング工程を実施する方法が提案されている
(例えば、本願と同一出願人の出願に係る特願2001
−288809号参照)。この方法によれば、分離溝1
2を形成した後、分離溝10を形成することになるの
で、分離溝10の段差を低くすることができ、層間絶縁
膜(酸化シリコン膜13に対応)の膜欠陥に基づく配線
の短絡不良を防止することができる。また、図41対応
のイオンミリング工程において分離溝10がない分だけ
発光検出に必要な信号強度を増大させることができる。
As a method for dealing with the problem (c) above, there has been proposed a method of performing an ion milling step corresponding to FIG. 39 after the ion milling step corresponding to FIG. 41 (for example, the same application as the present application). Japanese Patent Application 2001 for a person's application
288809). According to this method, the separation groove 1
Since the separation groove 10 is formed after forming 2, the step difference of the separation groove 10 can be reduced, and the short circuit failure of the wiring due to the film defect of the interlayer insulating film (corresponding to the silicon oxide film 13) can be prevented. Can be prevented. Further, in the ion milling process corresponding to FIG. 41, the signal intensity necessary for light emission detection can be increased by the amount of the separation groove 10 not provided.

【0019】しかしながら、イオンミリングの選択マス
クとしてレジスト層(レジスト層9a〜9eに対応)を
用いるので、上記(a)及び(b)と同様の問題点を免
れない。例えば、上記(b)の問題点に関しては、図4
1対応のイオンミリング工程では、図45に示すように
分離溝12の側壁に側壁堆積膜DPが形成されたり、
図41対応のレジスト除去工程では、側壁堆積膜DP
やレジスト残渣R〜Rが残留したりする。また、図
39対応のイオンミリング工程に先立って選択マスクと
してのレジスト層を形成する工程では、分離溝12の側
壁にレジスト等が付着して汚染を招くことがある。さら
に、図39対応のイオンミリング工程では、図45に示
すように分離溝10の側壁に側壁堆積膜DPが形成さ
れたり、図39対応のレジスト除去工程では、側壁堆積
膜DPやレジスト残渣Rが残留したり、分離溝12
の側壁において側壁堆積膜DPがない個所にレジスト
残渣が残留したりする。従って、トンネルバリア層6a
の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが起こりやす
い。
However, since the resist layer (corresponding to the resist layers 9a to 9e) is used as a selective mask for ion milling, the same problems as those in the above (a) and (b) cannot be avoided. For example, regarding the problem (b) above, FIG.
In the ion milling process corresponding to 1, as shown in FIG. 45, the sidewall deposition film DP 2 is formed on the sidewall of the isolation trench 12,
In the resist removal process corresponding to FIG. 41, the sidewall deposition film DP 2
The resist residues R 3 to R 5 may remain. Further, in the step of forming the resist layer as the selective mask prior to the ion milling step corresponding to FIG. 39, the resist or the like may adhere to the sidewall of the separation groove 12 to cause contamination. Further, in the ion milling process corresponding to FIG. 39, the sidewall deposition film DP 3 is formed on the sidewall of the isolation trench 10 as shown in FIG. 45, and in the resist removing process corresponding to FIG. 39, the sidewall deposition film DP 3 and the resist residue are deposited. R 6 remains or separation groove 12
A resist residue may remain on the side wall of the substrate where there is no side wall deposition film DP 2 . Therefore, the tunnel barrier layer 6a
Electrical shorts and leaks tend to occur between the upper and lower metal layers.

【0020】この発明の目的は、上記のような問題点を
解決し、高い製造歩留りを得ることができる新規なTM
R素子の製法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems and to obtain a high production yield with a novel TM.
It is to provide a manufacturing method of an R element.

【0021】この発明の他の目的は、TMR素子又は他
の回路素子のための配線設計の自由度を向上させた新規
な磁気トンネル接合装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a novel magnetic tunnel junction device with improved flexibility in wiring design for TMR elements or other circuit elements.

【0022】この発明の更に他の目的は、TMR素子を
覆う絶縁膜の平坦性又は安定性を向上させた新規な磁気
トンネル接合装置を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a novel magnetic tunnel junction device in which the flatness or stability of the insulating film covering the TMR element is improved.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】この発明に係る第1のT
MR素子の製法は、基板の絶縁性の一主面に第1の導電
材層を介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であ
って、前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性
層、第1の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層
を重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、
前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、前記磁気トンネル接合積層を所望の電極
パターンに従って覆うように前記第2の導電材層を残存
させるべく前記第2の導電材層に第1の選択エッチング
処理を施すことにより前記第2の導電材層の残存部部分
からなる第1のハードマスクを形成する工程と、前記磁
気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを選択マ
スクとする第2の選択エッチング処理を施すことにより
前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合積層を
残存させる工程と、前記磁気トンネル接合積層の残存部
を所望の素子パターンに従って覆うように前記第1のハ
ードマスクを残存させるべく前記第1のハードマスクに
第3の選択エッチング処理を施すことにより前記第1の
ハードマスクの残存部分からなる第2のハードマスクを
形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層の残存部に
前記第2のハードマスクを選択マスクとする第4の選択
エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積層の残
存部を前記反強磁性層に達するまでエッチングすること
により前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及び前
記第2の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル
接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に
前記第1の導電材層及び前記反強磁性層の各々の残存部
分からなる第1の電極層を残存させ、しかも前記第2の
ハードマスクを第2の電極層として残存させる工程と、
前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層
の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆積した
堆積物を除去する工程とを含むものである。
Means for Solving the Problems The first T according to the present invention
The manufacturing method of the MR element is a step of forming a magnetic tunnel junction laminated layer on the insulative main surface of the substrate through a first conductive material layer. Stacking a ferromagnetic layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer and a second magnetic layer to form the magnetic tunnel junction stack;
Forming a second conductive material layer over the magnetic tunnel junction stack; and the second conductive layer for leaving the second conductive material layer over the magnetic tunnel junction stack according to a desired electrode pattern. Forming a first hard mask composed of the remaining portion of the second conductive material layer by performing a first selective etching process on the material layer; and forming the first hard mask on the magnetic tunnel junction stack. A step of leaving the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern by performing a second selective etching process using a selective mask; and the first part so as to cover the remaining part of the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. A third selective etching process is performed on the first hard mask to leave the hard mask, thereby leaving the first hard mask remaining. A step of forming a second hard mask consisting of a portion, and a remaining portion of the magnetic tunnel junction stack is subjected to a fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask to leave the magnetic tunnel junction stack. Part is etched until it reaches the antiferromagnetic layer to form a magnetic tunnel junction consisting of the remaining portions of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer and the second magnetic layer, and the magnetic tunnel. The first electrode layer composed of the remaining portions of the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer is left under the junction, and the second hard mask is left as the second electrode layer. Process,
And a step of removing deposits deposited at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction portion during the fourth selective etching process.

【0024】第1のTMR素子の製法によれば、第4の
選択エッチング処理において選択マスクとして導電材か
らなる第2のハードマスクを用いるので、磁気トンネル
接合部の側壁(特にトンネルバリア層の端部)に付着す
るエッチング生成物としての堆積物がレジスト変性成分
等の有機物を含まない。このため、堆積物を除去する工
程では、有機溶媒等を使用しなくても、堆積物を簡単に
除去することができる。従って、磁気トンネル接合部の
側壁においてトンネルバリア層の上下の金属層が堆積物
等により接続されることがなくなり、電気的な短絡やリ
ークを防止することができる。また、有機溶媒等を使用
しなくてよいので、人体や環境に有害な物質の使用量が
削減され、工程の簡素化及びコスト低減が可能となる。
According to the first TMR element manufacturing method, since the second hard mask made of a conductive material is used as the selective mask in the fourth selective etching process, the side wall of the magnetic tunnel junction (especially the end of the tunnel barrier layer) is formed. The deposit as an etching product adhering to (part) does not contain organic substances such as resist modifying components. Therefore, in the step of removing the deposit, the deposit can be easily removed without using an organic solvent or the like. Therefore, the metal layers above and below the tunnel barrier layer are not connected to each other by deposits or the like on the side wall of the magnetic tunnel junction, and electrical short circuit and leakage can be prevented. Further, since it is not necessary to use an organic solvent or the like, the amount of a substance harmful to the human body and the environment can be reduced, and the process can be simplified and the cost can be reduced.

【0025】その上、第1のハードマスクを形成するた
めの第1の選択エッチング処理又は第2のハードマスク
を形成するための第3の選択エッチング処理では、ハー
ドマスク用導電材層(第2の導電材層)の導電材料とし
て、第1,第2の磁性層及び第1の導電材層よりイオン
ミリングレート(エッチングレート)が遅いW(タング
ステン)等の材料を選定することができ、マスク用導電
材層を薄くすることができる。このため、マスク用導電
材層をパターニングする際に選択マスクとして用いるレ
ジスト層を薄くすることができる。従って、微細パター
ンの形成が容易であると共にパターン倒れが起こりにく
く、しかも角度ミリングでの加工時に影となる部分が少
ないため加工精度が向上する。
Moreover, in the first selective etching process for forming the first hard mask or the third selective etching process for forming the second hard mask, the conductive material layer for the hard mask (second As the conductive material of the conductive material layer), a material such as W (tungsten) having an ion milling rate (etching rate) slower than those of the first and second magnetic layers and the first conductive material layer can be selected. The conductive material layer can be thinned. Therefore, the resist layer used as a selective mask when patterning the mask conductive material layer can be thinned. Therefore, it is easy to form a fine pattern, the pattern does not easily fall, and the processing accuracy is improved because there are few shadowed portions during processing by angle milling.

【0026】第1のTMR素子の製法においては、第1
の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すな
わち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気ト
ンネル接合積層の残存部を第4の選択エッチング処理に
より第1の導電材層に達するまでエッチングすることに
より反強磁性層、第1の磁性層、トンネルバリア層及び
第2の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接
合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に第
1の導電材層の残存部分からなる第1の電極層を残存さ
せる。このようにしても、第1のTMR素子の製法に関
して前述したと同様の作用効果が得られる。
In the method of manufacturing the first TMR element, the first
As a modified example of, the following changes may be added. That is, in the step of forming the magnetic tunnel junction portion, the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack is etched by the fourth selective etching process until it reaches the first conductive material layer, whereby the antiferromagnetic layer and the first magnetic layer are etched. Forming a magnetic tunnel junction consisting of the remaining portion of each of the tunnel barrier layer and the second magnetic layer, and forming a first electrode layer consisting of the remaining portion of the first conductive material layer under the magnetic tunnel junction. Let it remain. Even in this case, the same effects as those described above regarding the method of manufacturing the first TMR element can be obtained.

【0027】第1のTMR素子の製法において第1の変
形例を採用した場合には、第2の変形例として、次のよ
うな変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合
積層を形成する工程では、第1の導電材層の上に下から
順に第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層及
び反強磁性層を重ねて磁気トンネル接合積層を形成して
もよい。この場合、他の工程は、第1のTMR素子の製
法及び第1の変形例に関して前述したと同様に実行す
る。このようにすると、第1のTMR素子の製法に関し
て前述したと同様の作用効果が得られる。
When the first modification is adopted in the manufacturing method of the first TMR element, the following modifications may be made as the second modification. That is, in the step of forming the magnetic tunnel junction stack, the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, the second magnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom on the first conductive material layer to form the magnetic tunnel junction. Laminates may be formed. In this case, the other steps are performed in the same manner as described above regarding the manufacturing method of the first TMR element and the first modification. By doing so, the same operational effect as described above regarding the manufacturing method of the first TMR element can be obtained.

【0028】この発明に係る第2のTMR素子の製法
は、基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を介して磁
気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記第1
の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1の磁性
層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねて前記磁
気トンネル接合積層を形成するものと、前記磁気トンネ
ル接合積層を覆って第2の導電材層を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、前記磁気トンネル接合
積層に前記第1のハードマスクを選択マスクとする第2
の選択エッチング処理を施すことにより前記電極パター
ンに従って前記磁気トンネル接合積層を残存させる工程
と、前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合積
層の残存部とを覆って第3の導電材層を形成する工程
と、前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パ
ターンに従って覆うように前記第1のハードマスク及び
前記第3の導電材層を残存させるべく前記第1のハード
マスク及び前記第3の導電材層に第3の選択エッチング
処理を施すことにより前記第1のハードマスク及び前記
第3の導電材層の各々の残存部分からなる第2のハード
マスクを形成する工程と、前記磁気トンネル接合積層の
残存部に前記第2のハードマスクを選択マスクとする第
4の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合
積層の残存部を前記反強磁性層に達するまでエッチング
することにより前記第1の磁性層、前記トンネルバリア
層及び前記第2の磁性層の各々の残存部分からなる磁気
トンネル接合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合
部の下に前記第1の導電材層及び前記反強磁性層の各々
の残存部分からなる第1の電極層を残存させ、しかも前
記第2のハードマスクのうち少なくとも前記第1のハー
ドマスクの残存部分を第2の電極層として残存させる工
程と、前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバ
リア層の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆
積した堆積物を除去する工程とを含むものである。
A second method of manufacturing a TMR element according to the present invention is a step of forming a magnetic tunnel junction stack on a first insulating main surface of a substrate via a first conductive material layer.
An antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, and a second magnetic layer are stacked in this order from the bottom on the conductive material layer to form the magnetic tunnel junction stack; Covering and forming a second conductive material layer;
The second conductive material layer is subjected to a first selective etching treatment so as to leave the second conductive material layer so as to cover the magnetic tunnel junction stack according to a desired electrode pattern. A step of forming a first hard mask formed of the remaining part of the magnetic tunnel junction, and a second step of using the first hard mask as a selective mask in the magnetic tunnel junction stack.
Forming a third conductive material layer by covering the first hard mask and the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack by leaving the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern. And a step of leaving the first hard mask and the third conductive material layer so as to cover the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. Forming a second hard mask composed of the remaining portions of the first hard mask and the third conductive material layer by subjecting the conductive material layer to a third selective etching treatment; and the magnetic tunnel junction. A fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask is performed on the remaining portion of the stack to remove the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack. By etching until reaching the ferromagnetic layer, a magnetic tunnel junction consisting of the remaining portions of each of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer and the second magnetic layer is formed, and under the magnetic tunnel junction. To leave the first electrode layer composed of the remaining portions of the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer, and at least the remaining portion of the first hard mask of the second hard mask. It includes a step of remaining as a second electrode layer, and a step of removing a deposit deposited at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction portion during the fourth selective etching process.

【0029】第2のTMR素子の製法は、第2のハード
マスクを第1のハードマスクのみに基づいて形成するの
ではなく、第2のハードマスクを第1のハードマスクに
第3の導電材層を重ねた積層に基づいて形成する点で第
1のTMR素子の製法と異なるものである。第2のTM
R素子の製法によれば、第1のTMR素子の製法に関し
て前述した作用効果に加えて次のような作用効果が得ら
れる。すなわち、第1のハードマスクを第2の導電材層
に基づいて形成すると共に第2のハードマスクを第1の
ハードマスクに第3の導電材層を重ねた積層に基づいて
形成するので、第2の導電材層としては、第1のハード
マスクを用いる第2の選択エッチング処理に最適な材料
及び厚さを設定できると共に、第3の導電材層として
は、第2のハードマスクを用いる第4の選択エッチング
処理に最適な材料及び厚さを設定できる。特に、第2の
導電材層については、第3の導電材層と共に第2のハー
ドマスクを構成するので、厚さを薄く設定することがで
き、微細加工が容易となる。
In the method of manufacturing the second TMR element, the second hard mask is formed not only on the basis of the first hard mask but on the second hard mask using the first hard mask and the third conductive material. This is different from the manufacturing method of the first TMR element in that it is formed on the basis of laminated layers. Second TM
According to the method of manufacturing the R element, the following function and effect are obtained in addition to the function and effect described above regarding the method of manufacturing the first TMR element. That is, since the first hard mask is formed on the basis of the second conductive material layer and the second hard mask is formed on the basis of the lamination in which the third conductive material layer is laminated on the first hard mask, As the second conductive material layer, the optimum material and thickness for the second selective etching process using the first hard mask can be set, and as the third conductive material layer, the second hard mask using the second hard mask is used. The optimum material and thickness for the selective etching process of No. 4 can be set. In particular, the second conductive material layer constitutes the second hard mask together with the third conductive material layer, so that the thickness can be set thin and fine processing becomes easy.

【0030】第2のハードマスクを構成する第3の導電
材層としては、第4の選択エッチング処理で消失するよ
うな厚さのものを用いてもよい。この場合、第2の電極
層としては、第1のハードマスク(第2の導電材層)の
残存部分が残される。また、第3の導電材層としては、
第4の選択エッチング処理で消失しないような厚さのも
のを用いてもよい。この場合,第2の電極層としては、
第1及び第2のハードマスクの各々の残存部分が残され
る。
As the third conductive material layer forming the second hard mask, one having a thickness which disappears by the fourth selective etching process may be used. In this case, the remaining portion of the first hard mask (second conductive material layer) remains as the second electrode layer. Further, as the third conductive material layer,
You may use the thing of the thickness which does not disappear by a 4th selective etching process. In this case, as the second electrode layer,
Remaining portions of each of the first and second hard masks are left.

【0031】第2のTMR素子の製法においては、前述
した第1の変形例と同様の変更を加えてもよく、第1の
変形例を採用した場合には、前述した第2の変形例と同
様の変更を加えてもよい。このようにしても、第2のT
MR素子の製法に関して前述したと同様の作用効果が得
られる。
In the method of manufacturing the second TMR element, the same modifications as those of the first modification described above may be added. When the first modification is adopted, the same modification as that of the second modification described above is performed. Similar changes may be made. Even in this way, the second T
The same effects as those described above with respect to the manufacturing method of the MR element can be obtained.

【0032】この発明に係る第3のTMR素子の製法
は、基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を介して磁
気トンネル接合積層を形成する工程であって、前記第1
の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1の磁性
層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねて前記磁
気トンネル接合積層を形成するものと、前記磁気トンネ
ル接合積層を覆って第2の導電材層を形成する工程と、
前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、前記磁気トンネル接合
積層に前記第1のハードマスクを選択マスクとする第2
の選択エッチング処理を施して前記磁気トンネル接合積
層を前記反強磁性層に達するまでエッチングすることに
より前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及び前記
第2の磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接
合部を形成する工程と、前記第1のハードマスクと前記
磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露呈部とを覆っ
て第3の導電材層を形成する工程と、前記第1のハード
マスクと前記磁気トンネル接合部と前記反強磁性層の露
呈部とを所望の電極パターンに従って覆うように前記第
3の導電材層を残存させるべく前記第3の導電材層に第
3の選択エッチング処理を施すことにより前記第3の導
電材層の残存部分からなる第2のハードマスクを形成す
る工程と、前記第1の導電材層と前記反強磁性層との積
層に前記第2のハードマスクを選択マスクとする第4の
選択エッチング処理を施すことにより該積層の残存部分
からなる第1の電極層を前記磁気トンネル接合部の下に
形成する工程と、前記第1の電極層の形成中又は形成後
に前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア
層の端部から前記第2のハードマスクを除去すると共に
少なくとも前記第1のハードマスクを第2の電極層とし
て残存させる工程とを含むものである。
A third method of manufacturing a TMR element according to the present invention is a step of forming a magnetic tunnel junction stack on a first insulating main surface of a substrate via a first conductive material layer.
An antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, and a second magnetic layer are stacked in this order from the bottom on the conductive material layer to form the magnetic tunnel junction stack; Covering and forming a second conductive material layer;
The second conductive material layer is formed by performing a first selective etching process on the second conductive material layer so as to leave the second conductive material layer so as to cover the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. A step of forming a first hard mask formed of the remaining part of the magnetic tunnel junction, and a second step of using the first hard mask as a selective mask in the magnetic tunnel junction stack.
Of the remaining portions of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer by subjecting the magnetic tunnel junction stack to the antiferromagnetic layer by performing the selective etching process of 1. Forming a magnetic tunnel junction, forming a third conductive material layer covering the first hard mask, the magnetic tunnel junction, and the exposed portion of the antiferromagnetic layer; Of the third conductive material layer so as to leave the third conductive material layer so as to cover the hard mask, the magnetic tunnel junction, and the exposed portion of the antiferromagnetic layer according to a desired electrode pattern. A step of forming a second hard mask made of the remaining portion of the third conductive material layer by performing a selective etching process; and a step of stacking the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer with the second hard mask. Ha Forming a first electrode layer consisting of the remaining portion of the stacked layer under the magnetic tunnel junction by performing a fourth selective etching process using a mask as a selective mask; and forming the first electrode layer. Removing the second hard mask from the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction portion after or during formation and leaving at least the first hard mask as a second electrode layer.

【0033】第3のTMR素子の製法によれば、第3の
選択エッチング処理により第3の導電材層に基づいて第
2のハードマスクを形成する際には、磁気トンネル接合
部が第3の導電材層で覆われるため、磁気トンネル接合
部の側壁にレジスト等が付着するのを防ぐことができ
る。また、第2のハードマスクを選択マスクとする第4
の選択エッチング処理により第1の電極層を形成する際
には、磁気トンネル接合部が第2のハードマスクで覆わ
れるため、磁気トンネル接合部の側壁(特にトンネルバ
リア層の端部)に堆積物等が直接付着するのを防ぐこと
ができる。さらに、第2のハードマスクは、第1の電極
層の形成中又は形成後に磁気トンネル接合部の側壁(特
にトンネルバリア層の端部)から除去される。従って、
磁気トンネル接合部の側壁においてトンネルバリア層の
上下の金属層が堆積物等により接続されることがなくな
り、電気的な短絡やリークを防止することができる。な
お、第2の選択エッチング処理の際に磁気トンネル接合
部の側壁に堆積した堆積物は、第2の選択エッチング処
理の後で除去してもよいが、残しておいても、第2のハ
ードマスクを除去するのに伴って除去される。
According to the third manufacturing method of the TMR element, when the second hard mask is formed on the basis of the third conductive material layer by the third selective etching process, the magnetic tunnel junction portion has the third surface. Since it is covered with the conductive material layer, it is possible to prevent the resist or the like from adhering to the side wall of the magnetic tunnel junction. In addition, a fourth hard mask using the second hard mask as a selection mask
When the first electrode layer is formed by the selective etching process of step 1, since the magnetic tunnel junction is covered with the second hard mask, deposits are formed on the side wall of the magnetic tunnel junction (particularly at the end of the tunnel barrier layer). Etc. can be prevented from directly adhering. Further, the second hard mask is removed from the sidewall of the magnetic tunnel junction (particularly the end of the tunnel barrier layer) during or after the formation of the first electrode layer. Therefore,
The metal layers above and below the tunnel barrier layer are not connected to each other by deposits or the like on the side wall of the magnetic tunnel junction, so that an electrical short circuit or leakage can be prevented. The deposits deposited on the sidewalls of the magnetic tunnel junction portion during the second selective etching process may be removed after the second selective etching process, but if they are left, they may be removed by the second hard etching process. It is removed as the mask is removed.

【0034】第3のTMR素子の製法によれば、いずれ
も導電材からなる第1及び第2のハードマスクを用いる
ので、第1のTMR素子に関して前述したと同様に微細
パターンの形成が容易であると共に加工精度が向上す
る。また、第2の導電材層に基づいて第1のハードマス
クを形成すると共に第3の導電材層に基づいて第2のハ
ードマスクを形成するので、第1及び第2のハードマス
クについて材料や厚さを最適化することができ、微細加
工が容易となる。
According to the manufacturing method of the third TMR element, since the first and second hard masks each made of a conductive material are used, it is easy to form a fine pattern as described above for the first TMR element. In addition, the processing accuracy is improved. Further, since the first hard mask is formed based on the second conductive material layer and the second hard mask is formed based on the third conductive material layer, materials and materials for the first and second hard masks are formed. The thickness can be optimized and fine processing becomes easy.

【0035】その上、第2の選択エッチング処理により
磁気トンネル接合部を形成した後、第4の選択エッチン
グ処理により磁気トンネル接合部の下に第1の電極層を
形成するようにしたので、第1の導電材層の下地膜は、
第4の選択エッチング処理時にのみエッチングされるこ
とになり、第1又は第2のTMR素子の製法に比べて電
極層の端部での段差を低くすることができる。
Moreover, after the magnetic tunnel junction is formed by the second selective etching treatment, the first electrode layer is formed under the magnetic tunnel junction by the fourth selective etching treatment. The base film of the conductive material layer 1 is
Since the etching is performed only during the fourth selective etching process, the step difference at the end portion of the electrode layer can be reduced as compared with the method of manufacturing the first or second TMR element.

【0036】第3のTMR素子の製法においては、第3
の変形例として、次のような変更を加えてもよい。すな
わち、磁気トンネル接合部を形成する工程では、磁気ト
ンネル接合積層を第2の選択エッチング処理により第1
の導電材層に達するまでエッチングすることにより磁気
トンネル接合積層の残存部分からなる磁気トンネル接合
部を形成する。この場合、第2のハードマスクは、第1
のハードマスクと磁気トンネル接合部と第1の導電材層
の露呈部とを覆うように形成し、第1の電極層を形成す
る工程では、第1の導電材層に第2のハードマスクを選
択マスクとする第4の選択エッチング処理を施すことに
より磁気トンネル接合部の下に第1の導電材層の残存部
分からなる第1の電極層を残存させる。このようにして
も、第3のTMR素子の製法に関して前述したと同様の
作用効果が得られる。
In the third manufacturing method of the TMR element,
As a modified example of, the following changes may be added. That is, in the step of forming the magnetic tunnel junction part, the magnetic tunnel junction stack is first processed by the second selective etching process.
By etching until the conductive material layer is reached to form a magnetic tunnel junction formed of the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack. In this case, the second hard mask is the first
In the step of forming the first electrode layer by covering the hard mask, the magnetic tunnel junction, and the exposed portion of the first conductive material layer, a second hard mask is formed on the first conductive material layer. By performing a fourth selective etching process as a selective mask, the first electrode layer made of the remaining portion of the first conductive material layer is left under the magnetic tunnel junction. Even in this case, the same operational effects as those described above regarding the method of manufacturing the third TMR element can be obtained.

【0037】第3のTMR素子の製法において第3の変
形例を採用した場合には、第4の変形例として、次のよ
うな変更を加えてもよい。すなわち、磁気トンネル接合
積層を形成する工程では、第1の導電材層の上に下から
順に第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層及
び反強磁性層を重ねて磁気トンネル接合積層を形成して
もよい。この場合、他の工程は、第3のTMR素子の製
法及び第3の変形例に関して前述したと同様に実行す
る。このようにすると、第3のTMR素子の製法に関し
て前述したと同様の作用効果が得られる。
When the third modification is adopted in the method of manufacturing the third TMR element, the following modifications may be made as the fourth modification. That is, in the step of forming the magnetic tunnel junction stack, the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, the second magnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom on the first conductive material layer to form the magnetic tunnel junction. Laminates may be formed. In this case, the other steps are performed in the same manner as described above regarding the manufacturing method of the third TMR element and the third modification. By doing so, the same operational effects as those described above regarding the method of manufacturing the third TMR element can be obtained.

【0038】この発明に係る第1の磁気トンネル接合装
置は、絶縁性の一主面を有する基板と、前記一主面に形
成された磁気トンネル接合素子であって、前記一主面に
下から順に第1の導電材層、反強磁性層、第1の磁性
層、トンネルバリア層、第2の磁性層及び第2の導電材
層を重ねるか又は前記一主面に下から順に第1の導電材
層、第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層、
反強磁性層及び第2の導電材層を重ねて構成されたもの
と、前記一主面に形成され、前記磁気トンネル接合素子
と実質的に同一の積層構成を有する積層構造体からなる
配線層とを備え、前記配線層を、前記磁気トンネル接合
素子のための配線層又は前記基板に形成された回路素子
のための配線層として用いたものである。
A first magnetic tunnel junction device according to the present invention is a substrate having an insulative main surface and a magnetic tunnel junction element formed on the one main surface. A first conductive material layer, an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer and a second conductive material layer are stacked in this order, or the first main surface is provided with a first conductive layer in order from the bottom. A conductive material layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer,
A wiring layer formed by stacking an antiferromagnetic layer and a second conductive material layer, and a wiring layer formed on the one main surface and having a laminated structure having substantially the same laminated structure as the magnetic tunnel junction element. And using the wiring layer as a wiring layer for the magnetic tunnel junction element or a wiring layer for a circuit element formed on the substrate.

【0039】第1の磁気トンネル接合装置は、TMR素
子と配線層とが実質的に同一の積層構成であるため、こ
の発明のTMR素子の製法により簡単に製作可能であ
る。また、配線層は、TMR素子又は他の回路素子のた
めの配線層として使用されるので、配線設計の自由度が
向上する。
The first magnetic tunnel junction device can be easily manufactured by the manufacturing method of the TMR element of the present invention because the TMR element and the wiring layer have substantially the same laminated structure. Further, since the wiring layer is used as a wiring layer for the TMR element or another circuit element, the degree of freedom in wiring design is improved.

【0040】第1の磁気トンネル接合装置にあっては、
前記積層構造体においてトンネルバリア層を挟む2つの
磁性層を短絡するように前記積層構造体の少なくとも側
部を覆って導電層を形成してもよい。このようにする
と、配線層においてトンネルバリア層の下側の磁性層及
び導電材層を含む積層とトンネルバリア層の上側の磁性
層及び導電材層を含む積層とが側部に形成した導電層に
より短絡されるため、低抵抗配線を実現することができ
る。
In the first magnetic tunnel junction device,
A conductive layer may be formed to cover at least a side portion of the laminated structure so as to short-circuit two magnetic layers sandwiching the tunnel barrier layer in the laminated structure. In this way, in the wiring layer, the stack including the magnetic layer and the conductive material layer below the tunnel barrier layer and the stack including the magnetic layer and the conductive material layer above the tunnel barrier layer are formed by the conductive layers formed on the side portions. Since it is short-circuited, low resistance wiring can be realized.

【0041】この発明に係る第2の磁気トンネル接合装
置は、絶縁性の一主面を有する基板と、前記一主面に形
成された磁気トンネル接合素子であって、前記一主面に
下から順に第1の導電材層、反強磁性層、第1の磁性
層、トンネルバリア層、第2の磁性層及び第2の導電材
層を重ねるか又は前記一主面に下から順に第1の導電材
層、第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層、
反強磁性層及び第2の導電材層を重ねて構成されたもの
と、前記一主面に形成され、前記磁気トンネル接合素子
と実質的に同一の積層構成を有する補助積層と、前記磁
気トンネル接合素子及び前記補助積層を覆って前記一主
面に形成された絶縁膜とを備え、前記補助積層を、前記
絶縁膜を平坦化するための平坦化層又は前記絶縁膜の剥
離を防止するための剥離防止層として用いたものであ
る。
A second magnetic tunnel junction device according to the present invention is a substrate having an insulative main surface and a magnetic tunnel junction element formed on the one main surface. A first conductive material layer, an antiferromagnetic layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer and a second conductive material layer are stacked in this order, or the first main surface is provided with a first conductive layer in order from the bottom. A conductive material layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer,
A structure formed by stacking an antiferromagnetic layer and a second conductive material layer, an auxiliary stack formed on the one main surface and having a stack structure substantially the same as that of the magnetic tunnel junction element, and the magnetic tunnel. A bonding element and an insulating film formed on the one main surface so as to cover the auxiliary laminated layer, and to prevent the auxiliary laminated layer from peeling a planarizing layer for planarizing the insulating film or the insulating film. Used as a peeling prevention layer.

【0042】第2の磁気トンネル接合装置は、TMR素
子と平坦化層又は剥離防止層とが実質的に同一の積層構
成であるため、この発明のTMR素子の製法により簡単
に製作可能である。また、平坦化層を設けると、絶縁膜
の平坦化が可能になり、絶縁膜上に形成する配線層の平
坦化を達成できる。さらに、剥離防止層を設けると、絶
縁膜の剥離を防止可能となり、絶縁膜の安定性が向上す
る。
The second magnetic tunnel junction device can be easily manufactured by the manufacturing method of the TMR element of the present invention because the TMR element and the flattening layer or the peeling prevention layer have substantially the same laminated structure. Further, when the planarizing layer is provided, the insulating film can be planarized, and the wiring layer formed on the insulating film can be planarized. Further, when the peeling prevention layer is provided, the peeling of the insulating film can be prevented, and the stability of the insulating film is improved.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】図1〜9は、この発明の第1の実
施形態に係るTMR素子を備えた磁気センサの製法を示
すもので、各々の図に対応する工程(1)〜(9)を順
次に説明する。
1 to 9 show a method of manufacturing a magnetic sensor having a TMR element according to a first embodiment of the present invention, and steps (1) to (9) corresponding to the respective drawings are shown. ) Will be sequentially described.

【0044】(1)例えばシリコンからなる半導体基板
20の表面に熱酸化法により酸化シリコンからなる絶縁
膜22を形成する。表面に絶縁膜22を形成した半導体
基板20の代りに、ガラス又は石英等からなる絶縁性基
板を用いてもよい。次に、絶縁膜22の上には、スパッ
タ法によりCrからなる導電材層24を10〜30nm
の厚さに形成する。導電材層24としては、Tiの単層
又はTi層にCu層を重ねた積層等を用いてもよく、あ
るいはW,Ta,Au,Mo等の導電性非磁性金属材料
を用いてもよい。
(1) An insulating film 22 made of silicon oxide is formed on the surface of a semiconductor substrate 20 made of, for example, silicon by a thermal oxidation method. Instead of the semiconductor substrate 20 having the insulating film 22 formed on its surface, an insulating substrate made of glass, quartz or the like may be used. Next, a conductive material layer 24 made of Cr is deposited on the insulating film 22 by sputtering to have a thickness of 10 to 30 nm.
To the thickness of. As the conductive material layer 24, a single layer of Ti or a laminated layer of a Cu layer on a Ti layer may be used, or a conductive non-magnetic metal material such as W, Ta, Au, Mo may be used.

【0045】次に、導電材層24の上には、スパッタ法
によりPt−Mn合金からなる反強磁性層26を30〜
50nmの厚さに形成する。反強磁性層26としては、
Rh−Mn合金、Fe−Mn合金等を用いてもよい。こ
の後、反強磁性層26の上には、スパッタ法によりNi
−Fe合金からなる強磁性層28を10〜30nmの厚
さに形成する。強磁性層28としては、Ni,Fe,C
oのうちのいずれかの金属、Ni,Fe,Coのうちの
2つ以上の金属の合金又は金属間化合物等を用いてもよ
く、あるいはNi−Fe合金層28の下にCo層を敷く
などして積層構造のものを用いてもよい。
Next, an antiferromagnetic layer 26 made of a Pt-Mn alloy is formed on the conductive material layer 24 by sputtering.
It is formed to a thickness of 50 nm. As the antiferromagnetic layer 26,
Rh-Mn alloy, Fe-Mn alloy, etc. may be used. After that, Ni is sputtered on the antiferromagnetic layer 26.
A ferromagnetic layer 28 made of a —Fe alloy is formed to a thickness of 10 to 30 nm. As the ferromagnetic layer 28, Ni, Fe, C
Any metal of o, an alloy of two or more metals of Ni, Fe, and Co, an intermetallic compound, or the like may be used, or a Co layer is laid under the Ni—Fe alloy layer 28. Then, a laminated structure may be used.

【0046】次に、強磁性層28の上には、スパッタ法
によりAl層を1〜2nmの厚さに形成する。そして、
Al層に酸化処理を施すことによりアルミナ(酸化アル
ミニウム)からなるトンネルバリア層30を形成する。
トンネルバリア層30としては、金属又は半導体を改変
した酸化物(例えばTiOx,SiO,MgO,Al
+SiO[サイアロン])、窒化物(例えばA
lN,Si)、酸化窒化物(例えばAlN+Al
)等を用いてもよい。この後、トンネルバリア層
30の上には、スパッタ法によりNi−Fe合金からな
る強磁性層32を20〜100nmの厚さに形成する。
強磁性層32としては、強磁性層28に関して前述した
と同様の強磁性層を用いることができる。
Next, an Al layer having a thickness of 1 to 2 nm is formed on the ferromagnetic layer 28 by the sputtering method. And
The tunnel barrier layer 30 made of alumina (aluminum oxide) is formed by subjecting the Al layer to oxidation treatment.
As the tunnel barrier layer 30, an oxide obtained by modifying a metal or a semiconductor (eg, TiOx, SiO 2 , MgO, Al) is used.
2 O 2 + SiO 2 [sialon]), nitride (eg A
1N, Si 3 N 4 , oxynitride (eg AlN + Al)
2 O 3 ) or the like may be used. After that, a ferromagnetic layer 32 made of a Ni—Fe alloy is formed on the tunnel barrier layer 30 by sputtering to have a thickness of 20 to 100 nm.
As the ferromagnetic layer 32, the same ferromagnetic layer as described above regarding the ferromagnetic layer 28 can be used.

【0047】次に、強磁性層32の上には、スパッタ法
又はCVD法により例えばW又はTiWからなるハード
マスク用導電材層34を200〜600nm(好ましく
は400nm)の厚さに形成する。スパッタ法により導
電材層34を形成する場合、処理条件は、一例として、 Arガス流量:15〜100sccm(好ましくは30
sccm) 圧力:1〜10mTorr(好ましくは3mTorr) RFパワー:0.5〜2kW(好ましくは1.15k
W) 基板温度:80〜250℃(好ましくは150℃) とすることができる。また、CVD法により導電材層3
4を形成する場合、処理条件は、一例として、 ガス流量:WF/H/Ar=40/400/225
0sccm 圧力:0.5〜10×10Torr(好ましくは1×
10Torr) 基板温度:250〜450℃(好ましくは300℃) とすることができる。
Next, a hard mask conductive material layer 34 made of, for example, W or TiW is formed on the ferromagnetic layer 32 by sputtering or CVD to a thickness of 200 to 600 nm (preferably 400 nm). When the conductive material layer 34 is formed by the sputtering method, the processing condition is, for example, Ar gas flow rate: 15 to 100 sccm (preferably 30).
sccm) Pressure: 1-10 mTorr (preferably 3 mTorr) RF power: 0.5-2 kW (preferably 1.15 k)
W) Substrate temperature: 80 to 250 ° C (preferably 150 ° C). In addition, the conductive material layer 3 is formed by the CVD method.
In the case of forming No. 4, the processing condition is, for example, gas flow rate: WF 6 / H 2 / Ar = 40/400/225.
0 sccm pressure: 0.5 to 10 × 10 6 Torr (preferably 1 ×)
10 6 Torr) Substrate temperature: 250 to 450 ° C. (preferably 300 ° C.).

【0048】次に、導電材層34の上には、それぞれ図
13の26A,26Bに示すような四辺形状の電極パタ
ーンを有するレジスト層36a,36bをホトリソグラ
フィ処理により形成する。このときのレジスト厚さは、
200〜800nm(好ましくは400nm)とするこ
とができる。
Next, resist layers 36a and 36b having quadrilateral electrode patterns as shown in 26A and 26B of FIG. 13 are formed on the conductive material layer 34 by photolithography. The resist thickness at this time is
It can be 200 to 800 nm (preferably 400 nm).

【0049】(2)レジスト層36a,36bをマスク
とする選択的イオンミリング処理又は選択的ドライエッ
チング処理により導電材層34をパターニングしてハー
ドマスク34A,34Bを形成する。イオンミリング処
理によりパターニングを行なう場合、処理条件は、一例
として、 Ar流量:4sccm 圧力:2.0×10−4Torr 角度:0〜30度 パワー:500V、190mA ミリング時間:6.0〜6.5min程度 とすることができる。また、ドライエッチング処理によ
りパターニングを行なう場合、処理条件は、一例とし
て、 ガス流量:SF/Ar=30〜140/40〜140
sccm(好ましくは110/90sccm) 圧力:250mTorr RFパワー:450W とすることができる。
(2) The conductive material layer 34 is patterned by selective ion milling or selective dry etching using the resist layers 36a and 36b as masks to form hard masks 34A and 34B. When patterning is performed by ion milling, the processing conditions are, for example, Ar flow rate: 4 sccm, pressure: 2.0 × 10 −4 Torr, angle: 0 to 30 degrees, power: 500 V, 190 mA, milling time: 6.0 to 6. It can be about 5 min. When patterning is performed by dry etching, the processing conditions are, for example, gas flow rate: SF 6 / Ar = 30 to 140/40 to 140.
sccm (preferably 110/90 sccm) Pressure: 250 mTorr RF power: 450 W can be used.

【0050】(3)ハードマスク34A,34Bを形成
した後は、レジスト層36a,36bを除去する。レジ
スト除去は、例えばOプラズマによるアッシング処理
を施した後、有機剥離液を用いた薬液処理を施すことに
より行なうことができる。アッシング処理における処理
条件は、一例として、 O流量:100sccm 圧力:50mTorr RFパワー:150W とすることができる。レジスト除去法の他の例として
は、アセトン超音波洗浄法等を用いてもよい。なお、独
立のレジスト除去工程を設ける代りに、イオンミリング
処理中に同時にレジスト層36a,36bを除去するよ
うにしてもよい。
(3) After forming the hard masks 34A and 34B, the resist layers 36a and 36b are removed. The resist can be removed, for example, by performing an ashing treatment with O 2 plasma and then performing a chemical treatment using an organic stripping solution. As an example, the processing condition in the ashing processing may be an O 2 flow rate: 100 sccm pressure: 50 mTorr RF power: 150 W. As another example of the resist removing method, an acetone ultrasonic cleaning method or the like may be used. Instead of providing an independent resist removing step, the resist layers 36a and 36b may be simultaneously removed during the ion milling process.

【0051】イオンミリング処理によりパターニングを
行なった場合には、ハードマスク34A及びレジスト層
36aの積層の側壁と、ハードマスク34B及びレジス
ト層36bの積層の側壁とにそれぞれ側壁堆積膜DP
10とDP11とがエッチング生成物として形成され
る。これらの堆積膜DP10,DP11は、レジスト変
性成分(有機物)、層32,34の金属成分等を含むも
ので、上記のようなレジスト除去処理の後もハードマス
ク34A,34Bの側壁に残り易い。しかし、ミリング
時間が短いので、堆積物の量が少なく、堆積物除去のた
めの追加処理を行なわなくても図3のイオンミリング工
程で完全に除去することができる。なお、ドライエッチ
ング処理によりパターニングを行なった場合には、側壁
堆積膜の問題は殆どない。
When the patterning is performed by the ion milling process, the sidewall deposition film DP is formed on the sidewalls of the stack of the hard mask 34A and the resist layer 36a and the sidewalls of the stack of the hard mask 34B and the resist layer 36b, respectively.
10 and DP 11 are formed as etching products. These deposited films DP 10 and DP 11 include a resist modifying component (organic material), a metal component of the layers 32 and 34, and the like, and remain on the sidewalls of the hard masks 34A and 34B even after the resist removing process as described above. easy. However, since the milling time is short, the amount of deposits is small, and the deposits can be completely removed by the ion milling process of FIG. 3 without additional treatment for removing the deposits. When the patterning is performed by the dry etching process, there is almost no problem of the side wall deposited film.

【0052】次に、ハードマスク34A,34Bをマス
クとする選択的イオンミリング処理により層24〜32
の積層に分離溝38を絶縁膜22に達するように形成す
ることにより積層残存部Ra,Rbを得る。積層残存部
Raは、分離溝38で囲まれた層24〜32の残存部分
24A〜32Aの積層からなり、積層残存部Rbは、分
離溝38で囲まれた層24〜32の残存部分24B〜3
2Bの積層からなる。
Next, the layers 24 to 32 are subjected to a selective ion milling process using the hard masks 34A and 34B as masks.
By forming the separation groove 38 in the stack of the above so as to reach the insulating film 22, the stack remaining portions Ra and Rb are obtained. The remaining layer portion Ra is formed by stacking the remaining portions 24A to 32A of the layers 24 to 32 surrounded by the separation groove 38, and the remaining portion portion Rb is a remaining portion 24B of the layers 24 to 32 surrounded by the separation groove 38. Three
It consists of a stack of 2B.

【0053】イオンミリング処理における処理条件は、
一例として、 Ar流量:4sccm 圧力:2.0×10−4Torr 角度:0〜60度 パワー:500V、190mA とすることができる。なお、ハードマスク34A,34
Bは、図5の工程でハードマスク34a〜34cを形成
するために必要であるので、残存させる。
The processing conditions in the ion milling processing are as follows:
As an example, Ar flow rate: 4 sccm Pressure: 2.0 × 10 −4 Torr Angle: 0-60 degrees Power: 500 V, 190 mA can be used. The hard masks 34A, 34A
Since B is necessary to form the hard masks 34a to 34c in the step of FIG. 5, it is left.

【0054】図3のイオンミリング工程では、分離溝3
8の側壁にエッチング生成物として側壁堆積膜D
12,DP13が形成される。堆積膜DP12,DP
13は、層24〜28,32,34の金属成分等を含む
もので、レジスト変性成分(有機物)を含まないため、
有機溶媒なしで簡単に除去可能である。
In the ion milling process of FIG. 3, the separation groove 3
Side wall deposited film D as an etching product on the side wall of No. 8
P 12 and DP 13 are formed. Deposition film DP 12 , DP
13 includes the metal components of the layers 24-28, 32, 34, etc., and does not include the resist modifying component (organic substance),
It can be easily removed without an organic solvent.

【0055】(4)イオンミリング処理の後、側壁堆積
膜DP12,DP13を除去するための薬液処理を行な
う。この薬液処理としては、(イ)希フッ酸(又はBH
F)処理+純水洗浄処理、(ロ)アンモニア及び過酸化
水素水処理+純水洗浄処理、(ハ)硫酸及び過酸化水素
水処理+純水洗浄処理の3種類の処理のうち1種類の処
理又は複数種類の組合せに係る処理を行なうことができ
る。このような処理は、短時間の処理であるため、積層
残存部Ra,Rbの側壁のエッチング量は極くわずかで
あり、トンネルバリア層に対する実質的なダメージはな
い。
(4) After the ion milling treatment, a chemical treatment for removing the side wall deposited films DP 12 and DP 13 is performed. This chemical treatment includes (a) dilute hydrofluoric acid (or BH
F) treatment + pure water cleaning treatment, (b) ammonia and hydrogen peroxide solution treatment + pure water cleaning treatment, (c) sulfuric acid and hydrogen peroxide solution treatment + pure water cleaning treatment It is possible to perform processing or processing relating to a combination of a plurality of types. Since such a process is a short-time process, the etching amount on the sidewalls of the remaining laminate portions Ra and Rb is very small, and the tunnel barrier layer is not substantially damaged.

【0056】側壁堆積膜DP12,DP13を一層確実
に除去したいときは、クリーニングミリング処理(角度
をもたせた短時間のミリング処理)を追加してもよい。
クリーニングミリング処理における処理条件は、一例と
して、 Ar流量:4sccm 圧力:2.0×10−4Torr 角度:45〜80度(好ましくは60度) パワー:500V、190mA とすることができる。このようなミリング処理を追加す
ることにより分離溝38の側壁を一層清浄化することが
でき、側壁形状は、一層テーパー状となる。
If it is desired to remove the sidewall deposited films DP 12 and DP 13 more surely, a cleaning milling process (milling process for a short time with an angle) may be added.
As an example, the processing conditions in the cleaning milling process may be: Ar flow rate: 4 sccm Pressure: 2.0 × 10 −4 Torr Angle: 45-80 degrees (preferably 60 degrees) Power: 500 V, 190 mA By adding such a milling process, the side wall of the separation groove 38 can be further cleaned, and the side wall shape becomes more tapered.

【0057】側壁堆積膜DP12,DP13は、パーテ
ィクル発生等の問題がなければ残しておいてもよく、残
しておいても図5,6のイオンミリング処理により除去
されるので、上記したような薬液処理又はクリーニング
ミリング処理を省略することもできる。
The side wall deposited films DP 12 and DP 13 may be left as long as there is no problem such as generation of particles, and even if left, they are removed by the ion milling process of FIGS. The chemical treatment or the cleaning milling treatment may be omitted.

【0058】次に、残存するハードマスク34Aの上に
レジスト層40a,40bを形成すると共に、残存する
ハードマスク34Bの上にレジスト層40cを形成す
る。レジスト層40a〜40cは、それぞれ図13のT
a〜Tcに示すように四辺形状の素子パターンを有する
ようにホトリソグラフィ処理により形成する。このとき
のレジスト厚さは、80〜500nm(好ましくは25
0nm)とすることができる。
Next, resist layers 40a and 40b are formed on the remaining hard mask 34A, and a resist layer 40c is formed on the remaining hard mask 34B. The resist layers 40a to 40c are the T layers shown in FIG.
It is formed by photolithography so as to have a quadrilateral element pattern as shown by a to Tc. At this time, the resist thickness is 80 to 500 nm (preferably 25 nm).
0 nm).

【0059】(5)レジスト層40a〜40cをマスク
とする選択的イオンミリング処理又は選択的ドライエッ
チング処理によりハードマスク34A,34Bをパター
ニングしてハードマスク34a〜34cを形成する。ハ
ードマスク34a〜34cは、それぞれレジスト層40
a〜40cに対応したパターンを有するもので、ハード
マスク34a,34bは、いずれもハードマスク34A
の残存部分からなり、ハードマスク34cは、ハードマ
スク34Bの残存部分からなる。
(5) The hard masks 34A and 34B are patterned by the selective ion milling process or the selective dry etching process using the resist layers 40a to 40c as masks to form the hard masks 34a to 34c. The hard masks 34a to 34c are the resist layers 40, respectively.
a to 40c, the hard masks 34a and 34b are both hard masks 34A.
And the hard mask 34c is formed of the remaining portion of the hard mask 34B.

【0060】イオンミリング処理によりパターニングを
行なう場合、処理条件は、図2のイオンミリング処理に
関して前述したのと同様にすることができる。また、ド
ライエッチング処理によりパターニングを行なう場合、
処理条件は、一例として、 ガス流量:CHF/CF/Ar=30/5/100
sccm 圧力:200mTorr RFパワー:700W とすることができる。
When patterning is performed by the ion milling process, the processing conditions can be the same as those described above for the ion milling process of FIG. When patterning by dry etching,
The processing condition is, for example, gas flow rate: CHF 3 / CF 4 / Ar = 30/5/100.
The sccm pressure may be 200 mTorr RF power may be 700 W.

【0061】(6)イオンミリング処理又はドライエッ
チング処理の後、レジスト層40a〜40cを除去す
る。このときのレジスト除去処理は図2に関して前述し
たと同様にして行なうことができる。
(6) After the ion milling treatment or the dry etching treatment, the resist layers 40a-40c are removed. The resist removing process at this time can be performed in the same manner as described above with reference to FIG.

【0062】図5のイオンミリング処理では、エッチン
グ生成物として側壁堆積膜DP15〜DP19が形成さ
れる。堆積膜DP15は、ハードマスク34a及びレジ
スト層40aの積層の側壁を覆うもの、堆積膜DP16
は、ハードマスク34b及びレジスト層40bの積層の
側壁を覆うもの、堆積膜DP17は、ハードマスク34
c及びレジスト層40cの積層の側壁を覆うもの、堆積
膜DP18,DP19は、それぞれ積層残存部Ra,R
bの側壁を覆うものである。堆積膜DP15〜DP19
は、前述した堆積膜DP10,DP11と同様のもの
で、上記したレジスト除去処理の後、ハードマスク34
a〜34cの側壁や積層残存部Ra,Rbの側壁に残り
やすい。
In the ion milling process of FIG. 5, the side wall deposited films DP 15 to DP 19 are formed as etching products. The deposited film DP 15 covers the side wall of the stack of the hard mask 34a and the resist layer 40a, and the deposited film DP 16
Covers the side wall of the stack of the hard mask 34b and the resist layer 40b, and the deposited film DP 17 is the hard mask 34.
c and the resist films 40c, which cover the sidewalls of the stacked layers, and the deposited films DP 18 and DP 19 are the remaining stacked portions Ra and R, respectively.
It covers the side wall of b. Deposited films DP 15 to DP 19
Is the same as the deposited films DP 10 and DP 11 described above. After the resist removal process described above, the hard mask 34
It is likely to remain on the sidewalls of a to 34c and the sidewalls of the remaining laminated portions Ra and Rb.

【0063】このような残存堆積膜を除去するため、前
述した(イ)〜(ハ)のような薬液処理を施してもよ
い。しかし、残存堆積膜は、残しておいても図6のイオ
ンミリング処理により除去されるので、かような薬液処
理を省略することもできる。
In order to remove such a remaining deposited film, the chemical treatment as described in (a) to (c) above may be performed. However, since the remaining deposited film is removed by the ion milling process of FIG. 6 even if it is left, such a chemical solution process can be omitted.

【0064】次に、ハードマスク34a〜34cをマス
クとする選択的イオンミリング処理により積層残存部R
a,Rbに分離溝42を反強磁性層26A、26Bに達
するように形成することによりTMR素子Ta〜Tcを
得る。このときのイオンミリング処理における処理条件
は、図3のイオンミリング処理に関して前述したと同様
にすることができる。
Next, the layer remaining portion R is subjected to a selective ion milling process using the hard masks 34a to 34c as masks.
The TMR elements Ta to Tc are obtained by forming the separation groove 42 in a and Rb so as to reach the antiferromagnetic layers 26A and 26B. The processing conditions in the ion milling process at this time can be the same as those described above regarding the ion milling process in FIG.

【0065】TMR素子Taは、分離溝38で囲まれた
層24A,26Aと、分離溝42で囲まれた層28A〜
32Aの部分28a〜32aと、ハードマスク34aと
の積層からなると共に、TMR素子Tbは、分離溝38
で囲まれた層24A,26Aと、分離溝42で囲まれた
層28A〜32Aの部分28b〜32bと、ハードマス
ク34bとの積層からなる。層24A,26Aの積層
は、TMR素子Taの一方の電極層として用いられると
共に、ハードマスク34aは、TMR素子Taの他方の
電極層として用いられる。層24A,26Aの積層は、
TMR素子Tbの一方の電極層として用いられると共
に、ハードマスク34bは、TMR素子Tbの他方の電
極層として用いられる。TMR素子Ta,Tbは、配線
層(共通の電極層)としての層24A、26Aの積層に
より相互接続される。
The TMR element Ta includes layers 24A and 26A surrounded by the separation groove 38 and layers 28A to 28A surrounded by the separation groove 42.
The hard mask 34a and the portions 28a to 32a of 32A are laminated, and the TMR element Tb has the isolation trench 38.
The layers 24A and 26A surrounded by ???, the portions 28b to 32b of the layers 28A to 32A surrounded by the separation groove 42, and the hard mask 34b are laminated. The stacked layers 24A and 26A are used as one electrode layer of the TMR element Ta, and the hard mask 34a is used as the other electrode layer of the TMR element Ta. The stack of layers 24A and 26A is
The hard mask 34b is used as one electrode layer of the TMR element Tb, and is also used as the other electrode layer of the TMR element Tb. The TMR elements Ta and Tb are interconnected by stacking layers 24A and 26A as wiring layers (common electrode layers).

【0066】TMR素子Tcは、分離溝38で囲まれた
層24B,26Bと、分離溝42で囲まれた層28B〜
32Bの部分28c〜32cと、ハードマスク34cと
の積層からなる。層24B,26Bは、TMR素子Tc
の一方の電極層として用いられると共に、ハードマスク
34cは、TMR素子Tcの他方の電極層として用いら
れる。
The TMR element Tc includes the layers 24B and 26B surrounded by the separation groove 38 and the layers 28B to 26B surrounded by the separation groove 42.
32B portions 28c to 32c and a hard mask 34c are laminated. The layers 24B and 26B are the TMR element Tc.
The hard mask 34c is used as one of the electrode layers and the other of the TMR elements Tc is used as the other electrode layer.

【0067】図6のイオンミリング工程では、分離溝4
2の側壁にエッチング生成物として側壁堆積膜DP21
〜DP23が形成されると共に、分離溝38の側壁にエ
ッチング生成物として側壁堆積膜DP24,DP25
形成される。堆積膜DP21〜DP25は、前述の堆積
膜DP12,DP13と同様のもので、有機溶媒なしで
簡単に除去可能である。
In the ion milling process of FIG. 6, the separation groove 4
2 as an etching product on the sidewall of the second sidewall DP 21.
~ DP 23 is formed, and sidewall deposition films DP 24 and DP 25 are formed as etching products on the sidewalls of the isolation trench 38. The deposited films DP 21 to DP 25 are the same as the deposited films DP 12 and DP 13 described above, and can be easily removed without an organic solvent.

【0068】(7)イオンミリング処理の後、側壁堆積
膜DP21〜DP25を除去するための薬液処理を行な
う。この薬液処理としては、硫酸及び過酸化水素水処理
+純水洗浄処理を行なうことができる。この場合、トン
ネルバリア層30a〜30cにダメージを残さないた
め、フッ素やアルカリ(アンモニア等)を含まない薬液
処理を行なうのが望ましい。また、必要に応じて図3の
工程に関して前述したクリーニングミリング処理を施し
てもよい。このようにすると、TMR素子Ta〜Tcの
側壁は、一層清浄化されると共に、側壁形状は、一層デ
ーパー状となる。上記のような側壁堆積膜除去処理の終
了時において、34a等の各ハードマスクの残存厚さ
は、電極層としての使用を考慮すると、50〜300n
m程度とするのが望ましい。図1の工程では、このよう
な残存厚さとなるように導電材層34の厚さを設定する
ことができる。
(7) After the ion milling treatment, a chemical treatment for removing the sidewall deposited films DP 21 to DP 25 is performed. As the chemical treatment, sulfuric acid / hydrogen peroxide water treatment + pure water cleaning treatment can be performed. In this case, it is desirable to perform a chemical treatment that does not contain fluorine or alkali (ammonia or the like) so as not to leave damage to the tunnel barrier layers 30a to 30c. Further, if necessary, the cleaning milling process described above with respect to the process of FIG. 3 may be performed. By doing so, the sidewalls of the TMR elements Ta to Tc are further cleaned and the sidewall shape becomes more tapered. At the end of the side wall deposited film removing process as described above, the remaining thickness of each hard mask such as 34a is 50 to 300 n in consideration of use as an electrode layer.
It is desirable to set it to about m. In the process of FIG. 1, the thickness of the conductive material layer 34 can be set so as to have such a remaining thickness.

【0069】(8)基板上面には、ハードマスク34a
〜34c及び分離溝38,42を覆ってスパッタ法によ
り酸化シリコンからなる層間絶縁膜46を形成する。こ
の後、選択的イオンミリング処理によりTMR素子Ta
〜Tcの電極層34a〜34cにそれぞれ対応する接続
孔46a〜46cを絶縁膜46に形成する。
(8) The hard mask 34a is formed on the upper surface of the substrate.
An interlayer insulating film 46 made of silicon oxide is formed by a sputtering method so as to cover .about. After this, the TMR element Ta is subjected to selective ion milling.
The contact holes 46a to 46c corresponding to the electrode layers 34a to 34c of Tc to Tc are formed in the insulating film 46.

【0070】(9)絶縁膜46の上には、接続孔46a
〜46cを覆ってスパッタ法によりAl等の配線用金属
を被着すると共にその被着層を選択的イオンミリング処
理(又は選択的ウエットエッチング処理)によりパター
ニングして配線層48a,48bを形成する。配線層4
8aは、接続孔46aを介してTMR素子Taの電極層
34aに接続され、配線層48bは、接続孔46b,4
6cを介してTMR素子Tb,Tcの電極層34b,3
4cを相互接続する。この結果、TMR素子Ta〜Tc
は、直列接続されたことになる。図13は、TMR素子
Ta〜Tcの接続状況を示すもので、図9は、図13の
X−X’線断面に対応する。
(9) On the insulating film 46, the connection hole 46a is formed.
The wiring layers 48a and 48b are formed by covering wirings 46c to 46c with a wiring metal such as Al by sputtering and patterning the deposited layer by selective ion milling (or selective wet etching). Wiring layer 4
8a is connected to the electrode layer 34a of the TMR element Ta via the connection hole 46a, and the wiring layer 48b is connected to the connection holes 46b and 4b.
The electrode layers 34b, 3 of the TMR elements Tb, Tc via the 6c.
4c are interconnected. As a result, the TMR elements Ta to Tc
Are connected in series. 13 shows a connection state of the TMR elements Ta to Tc, and FIG. 9 corresponds to a cross section taken along the line XX 'of FIG.

【0071】上記した第1の実施形態の製法によれば、
図2,5の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精度よ
くハードマスクを形成できること、図3,6の工程では
ハードマスクを用いて寸法精度よく積層残存部及びTM
R素子を形成できること、図7の工程では側壁堆積膜を
簡単に除去できるためトンネルバリア層の端部で電気的
な短絡やリークが発生するのを防止できると共にパーテ
ィクルの発生を防止できることなどの理由により磁気セ
ンサの製造歩留りが向上する。
According to the manufacturing method of the first embodiment described above,
In the steps of FIGS. 2 and 5, a hard mask can be formed with good dimensional accuracy using a thin resist layer, and in the steps of FIGS.
The reason is that the R element can be formed, and that the sidewall deposited film can be easily removed in the process of FIG. 7 so that an electrical short circuit or a leak can be prevented from occurring at the end portion of the tunnel barrier layer and the generation of particles can be prevented. This improves the manufacturing yield of the magnetic sensor.

【0072】図9に示す磁気センサにおいて、TMR素
子Ta〜Tcの動作は同様であり、代表として素子Ta
の動作を説明する。反強磁性層26Aは、強磁性層28
aの磁化の向きを固定すべく作用するので、強磁性層2
8aは、磁化固定層となる。一方、強磁性層32aは、
磁化の向きが自由であり、磁化自由層となる。
In the magnetic sensor shown in FIG. 9, the operations of the TMR elements Ta to Tc are similar, and the element Ta is representative.
The operation of will be described. The antiferromagnetic layer 26A is the ferromagnetic layer 28.
Since it acts to fix the magnetization direction of a, the ferromagnetic layer 2
8a becomes a magnetization fixed layer. On the other hand, the ferromagnetic layer 32a is
The direction of magnetization is free and it becomes a magnetization free layer.

【0073】電極層24A,34a間に一定の電流を流
した状態において基板20の平面内に外部磁界を印加す
ると、磁界の向きと強さに応じて強磁性層28a,32
a間で磁化の相対角度が変化し、このような相対角度の
変化に応じて電極層24A,34a間の電気抵抗値が変
化する。従って、このような電気抵抗値の変化に基づい
て磁界検出を行なうことができる。
When an external magnetic field is applied to the plane of the substrate 20 while a constant current is applied between the electrode layers 24A and 34a, the ferromagnetic layers 28a and 32 are responsive to the direction and strength of the magnetic field.
The relative angle of magnetization changes between a and the electric resistance value between the electrode layers 24A and 34a changes according to such a change in relative angle. Therefore, the magnetic field can be detected based on such a change in the electric resistance value.

【0074】図10〜12は、上記した第1の実施形態
の製法においてTMR素子形成処理の一部を流用して配
線部にて配線を形成する工程を示すもので、図1〜9と
同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略す
る。
FIGS. 10 to 12 show a step of forming a wiring in the wiring portion by diverting a part of the TMR element forming process in the manufacturing method of the first embodiment, which is similar to FIGS. The same reference numerals are given to the parts of and the detailed description is omitted.

【0075】図10の工程では、基板20の表面を覆う
絶縁膜22の上に図1の積層形成工程を流用して層24
〜34の積層を形成した後、所望の配線パターンに対応
するレジストマスクを用いると共に図2のイオンミリン
グ処理又はドライエッチング処理を流用して導電材層3
4をパターニングしてハードマスク34sを形成する。
そして、図3のレジスト除去処理を流用してレジストマ
スクを除去した後、ハードマスク34sを用いると共に
図3のイオンミリング処理を流用して層24〜32の積
層をパターニングして配線層Tsを形成する。配線層T
sは、層24〜32の部分24s〜32sとハードマス
ク34sとの積層からなるもので、層Tsの側壁には、
前述の堆積膜DP12,DP13と同様の側壁堆積膜D
14が形成される。
In the step of FIG. 10, the layer 24 is formed on the insulating film 22 covering the surface of the substrate 20 by using the layer forming step of FIG.
3 to 34, a conductive material layer 3 is formed by using a resist mask corresponding to a desired wiring pattern and applying the ion milling process or the dry etching process shown in FIG.
4 is patterned to form a hard mask 34s.
Then, after removing the resist mask by diverting the resist removal process of FIG. 3, the hard mask 34s is used and the ion milling process of FIG. 3 is diverted to pattern the stack of layers 24 to 32 to form the wiring layer Ts. To do. Wiring layer T
s is formed by stacking the portions 24 s to 32 s of the layers 24 to 32 and the hard mask 34 s, and the side wall of the layer Ts includes
Side wall deposited film D similar to the deposited films DP 12 and DP 13 described above
P 14 is formed.

【0076】図11の工程では、必要に応じて図4の堆
積膜除去処理を流用して堆積膜DP 14を除去する。そ
して、図4のレジスト層形成処理を流用して配線層Ts
を覆うようにレジスト層40sを絶縁膜22の上に形成
する。この後、図5のイオンミリング処理が行なわれ
る。このとき、配線層Tsは、レジスト層40sで覆わ
れているため、全く変化がないが、層40sの側壁に
は、前述の堆積膜DP15〜DP19と同様の側壁堆積
膜DP20が形成される。
In the process of FIG. 11, the stack of FIG.
Deposition of deposited film DP 14To remove. So
Then, the resist layer forming process of FIG.
A resist layer 40s on the insulating film 22 so as to cover
To do. After that, the ion milling process of FIG. 5 is performed.
It At this time, the wiring layer Ts is covered with the resist layer 40s.
Therefore, there is no change at all, but on the side wall of the layer 40s
Is the above-mentioned deposited film DP15~ DP19Side wall deposition similar to
Membrane DP20Is formed.

【0077】図12の工程では、図6のレジスト除去処
理を流用してレジスト層40sを除去した後、必要に応
じて図6の薬液処理を流用して堆積膜DP20を除去す
る。この後、図6のイオンミリング処理が行なわれる。
このとき、配線層Tsは、最上層がハードマスク34s
からなっているため、ハードマスク34sが若干薄くな
るものの、マスク34sより下の構成層には殆ど変化が
ない。また、絶縁膜22は、図6の場合と同程度に薄く
される。
In the process of FIG. 12, the resist removal process of FIG. 6 is diverted to remove the resist layer 40s, and then the chemical solution process of FIG. 6 is diverted to remove the deposited film DP 20 if necessary. After that, the ion milling process of FIG. 6 is performed.
At this time, in the wiring layer Ts, the uppermost layer is the hard mask 34s.
Therefore, although the hard mask 34s is slightly thinned, there is almost no change in the constituent layers below the mask 34s. Further, the insulating film 22 is thinned to the same extent as in the case of FIG.

【0078】図6のイオンミリング処理が行なわれる
と、配線層Tsの側壁には、前述の堆積膜DP21〜D
25と同様の側壁堆積膜が形成される。このような堆
積膜を図7の堆積膜除去処理を流用して除去すると共
に、ハードマスク34sを配線層Tsの一部として残
す。堆積膜除去処理の終了時において、ハードマスク3
4sの残存厚さは、配線層としての使用を考慮すると、
前述の34a等の電極層と同様に50〜300nm程度
とするのが望ましい。
When the ion milling process of FIG. 6 is performed, the above-mentioned deposited films DP 21 to D 21 are formed on the sidewalls of the wiring layer Ts.
A sidewall deposited film similar to P 25 is formed. Such a deposited film is removed by diverting the deposited film removing process of FIG. 7, and the hard mask 34s is left as a part of the wiring layer Ts. At the end of the deposited film removal process, the hard mask 3
The remaining thickness of 4 s, considering the use as a wiring layer,
It is desirable to set the thickness to about 50 to 300 nm like the electrode layer such as 34a described above.

【0079】図12に示した配線層Tsは、図9に示し
たTMR素子Ta〜Tcと同レベルの配線層として利用
可能であり、例えばTa等のTMR素子のための配線層
又は基板20の表面に形成したトランジスタ等の回路素
子のための配線層として使用することができる。
The wiring layer Ts shown in FIG. 12 can be used as a wiring layer at the same level as the TMR elements Ta to Tc shown in FIG. 9, and for example, the wiring layer for the TMR element such as Ta or the substrate 20. It can be used as a wiring layer for a circuit element such as a transistor formed on the surface.

【0080】図10〜12の工程では、TMR素子形成
処理の一部を流用して層24s〜34sの積層からなる
配線層Tsを形成したが、パターンを適宜変更するだけ
で図10〜12の工程と同様の処理により層24s〜3
4sの積層からなる絶縁膜平坦化層又は絶縁膜剥離防止
層を形成することもできる。絶縁膜平坦化層は、例えば
図8の絶縁膜46の平坦性を向上させるために絶縁膜4
6の下に配置されるものであり、絶縁膜剥離防止層は、
例えば絶縁膜46の剥離を防止するために絶縁膜46の
下に配置されるものである。
In the steps of FIGS. 10 to 12, a part of the TMR element forming process is diverted to form the wiring layer Ts composed of the layers 24s to 34s, but the pattern of FIGS. Layers 24s-3 by the same process as the process
It is also possible to form an insulating film flattening layer or an insulating film peeling prevention layer having a stacked structure of 4 s. The insulating film flattening layer is used to improve the flatness of the insulating film 46 shown in FIG.
6 is disposed below the insulating film peeling prevention layer,
For example, it is arranged under the insulating film 46 to prevent the insulating film 46 from peeling off.

【0081】図14,15は、上記した第1の実施形態
の変形例を示すもので、図1〜9と同様の部分には同様
の符号を付して詳細な説明を省略する。
14 and 15 show a modified example of the above-described first embodiment. The same parts as those in FIGS. 1 to 9 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0082】図14には、図1〜5に関して前述したと
同様にして積層残存部Ra,Rbの上に導電材層からな
るハードマスク34a〜34cを形成した後、図6に関
して前述したと同様にしてレジスト除去処理及び堆積膜
除去処理を基板上面に施した状態を示す。
In FIG. 14, hard masks 34a to 34c made of a conductive material layer are formed on the remaining laminated portions Ra and Rb in the same manner as described above with reference to FIGS. The state where the resist removing process and the deposited film removing process are performed on the upper surface of the substrate is shown.

【0083】図15の工程は、図14の工程の後、ハー
ドマスク34a〜34cをマスクとする選択的イオンミ
リング処理を基板上面に施してTMR素子Ta〜Tcを
得る工程である。この工程のイオンミリング処理は、分
離溝42を導電材層24A,24Bに達するように深く
形成する点で図6のイオンミリング処理とは異なる。イ
オンミリング処理の後は、図7に関して前述したと同様
に分離溝38,42の側壁堆積膜(エッチング生成物)
を除去するための堆積膜除去処理を行なう。
The step of FIG. 15 is a step of obtaining the TMR elements Ta to Tc by subjecting the upper surface of the substrate to selective ion milling using the hard masks 34a to 34c as a mask after the step of FIG. The ion milling process of this step is different from the ion milling process of FIG. 6 in that the separation groove 42 is deeply formed so as to reach the conductive material layers 24A and 24B. After the ion milling process, as in the case described above with reference to FIG. 7, the sidewall deposited films (etching products) of the separation grooves 38 and 42 are formed.
A deposited film removing process is performed to remove the.

【0084】TMR素子Taは、分離溝38で囲まれた
導電材層24Aと、分離溝42で囲まれた層26A〜3
2Aの部分26a〜32aと、ハードマスク34aとの
積層からなると共に、TMR素子Tbは、分離溝38で
囲まれた導電材層24Aと、分離溝42で囲まれた層2
6A〜32Aの部分26b〜32bと、ハードマスク3
4bとの積層からなる。導電材層24Aは、TMR素子
Taの一方の電極層として用いられると共に、ハードマ
スク34aは、TMR素子Taの他方の電極層として用
いられる。導電材層24Aは、TMR素子Tbの一方の
電極層として用いられると共に、ハードマスク34b
は、TMR素子Tbの他方の電極層として用いられる。
TMR素子Ta,Tbは、配線層(共通の電極層)とし
ての導電材層24Aにより相互接続される。
In the TMR element Ta, the conductive material layer 24 A surrounded by the separation groove 38 and the layers 26 A to 3 surrounded by the separation groove 42.
The TMR element Tb includes a conductive material layer 24A surrounded by the separation groove 38 and a layer 2 surrounded by the separation groove 42 while being formed by laminating the portions 26a to 32a of 2A and the hard mask 34a.
6A to 32A portions 26b to 32b and the hard mask 3
4b and laminated. The conductive material layer 24A is used as one electrode layer of the TMR element Ta, and the hard mask 34a is used as the other electrode layer of the TMR element Ta. The conductive material layer 24A is used as one electrode layer of the TMR element Tb, and also serves as the hard mask 34b.
Is used as the other electrode layer of the TMR element Tb.
The TMR elements Ta and Tb are interconnected by a conductive material layer 24A as a wiring layer (common electrode layer).

【0085】TMR素子Tcは、分離溝38で囲まれた
導電材層24Bと、分離溝42で囲まれた層26B〜3
2Bの部分26c〜32cと、ハードマスク34cとの
積層からなる。導電材層24Bは、TMR素子Tcの一
方の電極層として用いられると共に、ハードマスク34
cは、TMR素子Tcの他方の電極層として用いられ
る。
The TMR element Tc is composed of the conductive material layer 24 B surrounded by the separation groove 38 and the layers 26 B to 3 surrounded by the separation groove 42.
2B portions 26c to 32c and a hard mask 34c are laminated. The conductive material layer 24B is used as one electrode layer of the TMR element Tc, and also the hard mask 34.
c is used as the other electrode layer of the TMR element Tc.

【0086】図15の工程の後は、図8に関して前述し
たと同様に基板上面に層間絶縁膜46を形成する。そし
て、図8に関して前述したと同様にして絶縁膜46に接
続孔46a〜46cを形成した後、図9に関して前述し
たと同様にして絶縁膜46の上に配線層48a,48b
を形成する。
After the step of FIG. 15, the interlayer insulating film 46 is formed on the upper surface of the substrate in the same manner as described above with reference to FIG. Then, after forming the connection holes 46a to 46c in the insulating film 46 in the same manner as described above with reference to FIG. 8, the wiring layers 48a and 48b are formed on the insulating film 46 in the same manner as described above with reference to FIG.
To form.

【0087】図14,15の変形例に係る製法によれ
ば、前述した第1の実施形態に係る製法と同様に磁気セ
ンサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気セン
サは、図9に示した磁気センサと同様に動作する。
According to the manufacturing method according to the modified examples of FIGS. 14 and 15, the manufacturing yield of the magnetic sensor is improved similarly to the manufacturing method according to the first embodiment described above. The obtained magnetic sensor operates similarly to the magnetic sensor shown in FIG.

【0088】図16,17は、図1〜9に関して前述し
た第1の実施形態の他の変形例を示すもので、図1〜9
と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略
する。
16 and 17 show another modification of the first embodiment described above with reference to FIGS.
The same parts as those in FIG.

【0089】図16,17の変形例では、図1に対応す
る工程において、絶縁膜22の上に下から順に導電材層
24、強磁性層28、トンネルバリア層30、強磁性層
32、反強磁性層、導電材層34を形成する。ここで、
強磁性層32と導電材層34との間の反強磁性層は、前
述した反強磁性層26と同様のもので、強磁性層32を
磁化固定層とするためのものである。
In the modification of FIGS. 16 and 17, in the step corresponding to FIG. 1, the conductive material layer 24, the ferromagnetic layer 28, the tunnel barrier layer 30, the ferromagnetic layer 32, and the antireflection layer are formed on the insulating film 22 in this order from the bottom. A ferromagnetic layer and a conductive material layer 34 are formed. here,
The antiferromagnetic layer between the ferromagnetic layer 32 and the conductive material layer 34 is the same as the antiferromagnetic layer 26 described above, and serves to make the ferromagnetic layer 32 a magnetization fixed layer.

【0090】図16には、図1対応の工程で作成した積
層に図1〜5に関して前述したと同様の処理を施して積
層残存部Ra,Rbの上に導電材からなるハードマスク
34a〜34cを形成した後、図6に関して前述したと
同様にレジスト除去処理及び堆積膜除去処理を基板上面
に施した状態を示す。この状態では、積層残存部Ra
は、下から順に導電材層24A、強磁性層28A、トン
ネルバリア層30A、強磁性層32A及び反強磁性層3
3Aを重ねた積層からなり、反強磁性層33Aの上にハ
ードマスク34a,34bが配置される。また、積層残
存部Rbは、下から順に導電材層24B、強磁性層28
B、トンネルバリア層30B、強磁性層32B及び反強
磁性層33Bを重ねた積層からなり、反強磁性層33B
の上にハードマスク34cが配置される。
In FIG. 16, the hard masks 34a to 34c made of a conductive material are formed on the remaining laminated portions Ra and Rb by performing the same processing as that described above with reference to FIGS. 1 to 5 on the laminated layers formed in the step corresponding to FIG. After the formation, the resist removal process and the deposited film removal process are performed on the upper surface of the substrate in the same manner as described above with reference to FIG. In this state, the remaining laminated portion Ra
Are the conductive material layer 24A, the ferromagnetic layer 28A, the tunnel barrier layer 30A, the ferromagnetic layer 32A, and the antiferromagnetic layer 3 in order from the bottom.
The hard masks 34a and 34b are formed on the antiferromagnetic layer 33A by stacking 3A. In addition, the remaining layer Rb has a conductive material layer 24B and a ferromagnetic layer 28 in order from the bottom.
B, a tunnel barrier layer 30B, a ferromagnetic layer 32B, and an antiferromagnetic layer 33B are stacked to form an antiferromagnetic layer 33B.
A hard mask 34c is disposed on the above.

【0091】図17の工程は、図16の工程の後、ハー
ドマスク34a〜34cをマスクとする選択的イオンミ
リング処理を基板上面に施してTMR素子Ta〜Tcを
得る工程である。この工程のイオンミリング処理は、分
離溝42を導電材層24A,24Bに達するように深く
形成する点で図6のイオンミリング処理とは異なる。イ
オンミリング処理の後は、図7に関して前述したと同様
に分離溝38,42の側壁堆積膜(エッチング生成物)
を除去するための堆積膜除去処理を行なう。
The step of FIG. 17 is a step of obtaining the TMR elements Ta to Tc by subjecting the upper surface of the substrate to selective ion milling using the hard masks 34a to 34c as a mask after the step of FIG. The ion milling process of this step is different from the ion milling process of FIG. 6 in that the separation groove 42 is deeply formed so as to reach the conductive material layers 24A and 24B. After the ion milling process, as in the case described above with reference to FIG. 7, the sidewall deposited films (etching products) of the separation grooves 38 and 42 are formed.
A deposited film removing process is performed to remove the.

【0092】TMR素子Taは、分離溝38で囲まれた
導電材層24Aと、分離溝42で囲まれた層28A〜3
3Aの部分28a〜33aと、ハードマスク34aとの
積層からなると共に、TMR素子Tbは、分離溝38で
囲まれた導電材層24Aと、分離溝42で囲まれた層2
8A〜33Aの部分28b〜33bと、ハードマスク3
4bとの積層からなる。導電材層24Aは、TMR素子
Taの一方の電極層として用いられると共に、ハードマ
スク34aは、TMR素子Taの他方の電極層として用
いられる。導電材層24Aは、TMR素子Tbの一方の
電極層として用いられると共に、ハードマスク34b
は、TMR素子Tbの他方の電極層として用いられる。
TMR素子Ta,Tbは、配線層(共通の電極層)とし
ての導電材層24Aにより相互接続される。
The TMR element Ta is composed of the conductive material layer 24 A surrounded by the separation groove 38 and the layers 28 A to 3 surrounded by the separation groove 42.
The TMR element Tb includes a conductive material layer 24 </ b> A surrounded by the separation groove 38 and a layer 2 surrounded by the separation groove 42 while being formed by stacking the portions 28 a to 33 a of 3 A and the hard mask 34 a.
8A to 33A portions 28b to 33b and the hard mask 3
4b and laminated. The conductive material layer 24A is used as one electrode layer of the TMR element Ta, and the hard mask 34a is used as the other electrode layer of the TMR element Ta. The conductive material layer 24A is used as one electrode layer of the TMR element Tb, and also serves as the hard mask 34b.
Is used as the other electrode layer of the TMR element Tb.
The TMR elements Ta and Tb are interconnected by a conductive material layer 24A as a wiring layer (common electrode layer).

【0093】TMR素子Tcは、分離溝38で囲まれた
導電材層24Bと、分離溝42で囲まれた層28B〜3
3Bの部分28c〜33cと、ハードマスク34cとの
積層からなる。導電材層24Bは、TMR素子Tcの一
方の電極層として用いられると共に、ハードマスク34
cは、TMR素子Tcの他方の電極層として用いられ
る。
The TMR element Tc is composed of the conductive material layer 24 B surrounded by the separation groove 38 and the layers 28 B to 3 surrounded by the separation groove 42.
3B portions 28c to 33c and a hard mask 34c are laminated. The conductive material layer 24B is used as one electrode layer of the TMR element Tc, and also the hard mask 34.
c is used as the other electrode layer of the TMR element Tc.

【0094】図17の工程の後は、図8に関して前述し
たと同様に基板上面に層間絶縁膜46を形成する。そし
て、図8に関して前述したと同様にして絶縁膜46に接
続孔46a〜46cを形成した後、図9に関して前述し
たと同様にして絶縁膜46の上に配線層48a,48b
を形成する。
After the step of FIG. 17, the interlayer insulating film 46 is formed on the upper surface of the substrate in the same manner as described above with reference to FIG. Then, after forming the connection holes 46a to 46c in the insulating film 46 in the same manner as described above with reference to FIG. 8, the wiring layers 48a and 48b are formed on the insulating film 46 in the same manner as described above with reference to FIG.
To form.

【0095】図16,17の変形例に係る製法によれ
ば、前述した第1の実施形態に係る製法と同様に磁気セ
ンサの製造歩留りが向上する。また、得られる磁気セン
サは、図9に示した磁気センサと同様に動作する。
According to the manufacturing method of the modification of FIGS. 16 and 17, the manufacturing yield of the magnetic sensor is improved similarly to the manufacturing method of the first embodiment described above. The obtained magnetic sensor operates similarly to the magnetic sensor shown in FIG.

【0096】次に、図18〜24を参照してこの発明の
第2の実施形態に係る磁気センサの製法を説明する。
Next, a method of manufacturing the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0097】図18の工程では、図1に関して前述した
と同様に絶縁膜22で表面が覆われた基板20を用意し
た後、絶縁膜22の上に下から順に下磁性層50、トン
ネルバリア層52、上磁性層54及び導電材層56を積
層状に形成する。トンネルバリア層52は、図1に関し
て前述したトンネルバリア層30と同様にして形成する
ことができる。
In the step of FIG. 18, after the substrate 20 whose surface is covered with the insulating film 22 is prepared as described above with reference to FIG. 1, the lower magnetic layer 50 and the tunnel barrier layer are formed on the insulating film 22 in order from the bottom. 52, the upper magnetic layer 54 and the conductive material layer 56 are laminated. The tunnel barrier layer 52 can be formed in the same manner as the tunnel barrier layer 30 described above with reference to FIG.

【0098】下磁性層50は、図1に関して前述したよ
うに下から順に導電材層24、反強磁性層26及び強磁
性層28を積層したものとすることができ、他の例とし
ては、図16に関して前述したように導電材層24に強
磁性層28を重ねたものとしてもよい。
The lower magnetic layer 50 may be formed by laminating the conductive material layer 24, the antiferromagnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 28 in this order from the bottom as described above with reference to FIG. 1. As another example, As described above with reference to FIG. 16, the ferromagnetic layer 28 may be stacked on the conductive material layer 24.

【0099】上磁性層54は、図1に関して前述したよ
うに強磁性層32により構成することができ、他の例と
しては、図16に関して前述したように強磁性層32に
反強磁性層を重ねたものとしてもよい。
The upper magnetic layer 54 can be composed of the ferromagnetic layer 32 as described above with reference to FIG. 1, and as another example, an antiferromagnetic layer can be added to the ferromagnetic layer 32 as described above with reference to FIG. It may be stacked.

【0100】上磁性層54の上には、例えばW又はTi
Wからなる導電材層56を形成する。導電材層56は、
図1に関して前述した導電材層34と同様にしてスパッ
タ法又はCVD法等により形成することができ、膜厚
は、100〜400nm(好ましくは200nm)とす
ることができる。
On the upper magnetic layer 54, for example, W or Ti
A conductive material layer 56 made of W is formed. The conductive material layer 56 is
The conductive material layer 34 described above with reference to FIG. 1 can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like, and the film thickness can be 100 to 400 nm (preferably 200 nm).

【0101】導電材層56の上には、図13の26Aに
示すような四辺形状の電極パターンを有するレジスト層
58をホトリソグラフィ処理により形成する。このとき
のレジスト厚さは、100〜700nm(好ましくは3
50nm)とすることができる。
A resist layer 58 having a quadrilateral electrode pattern as shown at 26A in FIG. 13 is formed on the conductive material layer 56 by photolithography. At this time, the resist thickness is 100 to 700 nm (preferably 3 nm).
50 nm).

【0102】図19の工程では、レジスト層58を選択
マスクとするイオンミリング処理又はドライエッチング
処理により導電材層56をパターニングしてハードマス
ク56Aを形成する。ハードマスク56Aは、レジスト
層58に対応した導電材層56の残存部分からなる。導
電材層56のパターニング処理をイオンミリング処理又
はドライエッチング処理で行なう場合、処理条件は、図
2に関して前述したと同様にすることができる。この
後、図3に関して前述したと同様の方法によりレジスト
層58を除去し、ハードマスク56Aを残存させる。
In the process of FIG. 19, the hard mask 56A is formed by patterning the conductive material layer 56 by ion milling or dry etching using the resist layer 58 as a selective mask. The hard mask 56A is composed of the remaining portion of the conductive material layer 56 corresponding to the resist layer 58. When the patterning process of the conductive material layer 56 is performed by the ion milling process or the dry etching process, the processing conditions can be the same as those described above with reference to FIG. After that, the resist layer 58 is removed by the same method as described above with reference to FIG. 3 to leave the hard mask 56A.

【0103】図20の工程では、ハードマスク56Aを
選択マスクとするイオンミリング処理により層50〜5
4の積層に分離溝59を絶縁膜22に達するように形成
して積層残存部Raを得る。積層残存部Raは、分離溝
59で囲まれた層50〜54の残存部分50A〜54A
からなる。イオンミリング処理では、分離溝59の側壁
に側壁堆積膜DP31が形成される。堆積膜DP
31は、ハードマスク56Aの金属成分、層50、54
の金属成分等を含むが、レジスト変性成分(有機物)を
含まない。
In the process of FIG. 20, the layers 50 to 5 are formed by ion milling using the hard mask 56A as a selective mask.
The separation groove 59 is formed in the stacked layer of No. 4 so as to reach the insulating film 22, and the stacked layer remaining portion Ra is obtained. The remaining laminated portion Ra is the remaining portions 50A to 54A of the layers 50 to 54 surrounded by the separation groove 59.
Consists of. In the ion milling process, the sidewall deposition film DP 31 is formed on the sidewall of the separation groove 59. Deposition film DP
31 is a metal component of the hard mask 56A, layers 50 and 54
However, the resist modifying component (organic substance) is not included.

【0104】堆積膜DP31は、図4に関して前述した
薬液処理等により簡単に除去可能である。しかし、堆積
膜DP31は、図23のマスクパターニング処理や図2
4のイオンミリング処理で除去されるので、残しておい
てもよい。
The deposited film DP 31 can be easily removed by the chemical treatment described above with reference to FIG. However, the deposited film DP 31 is formed by the mask patterning process of FIG.
Since it is removed by the ion milling treatment of No. 4, it may be left.

【0105】図21の工程では、ハードマスク56Aと
積層残存部Raと分離溝59とを覆って例えばW又はT
iWからなる導電材層60をスパッタ法又はCVD法等
により形成する。導電材層60は、図1に関して前述し
た導電材層34と同様にして形成することができ、膜厚
は、100〜400nm(好ましくは200nm)とす
ることができる。
In the process of FIG. 21, the hard mask 56A, the remaining laminated portion Ra, and the separation groove 59 are covered with, for example, W or T.
The conductive material layer 60 made of iW is formed by a sputtering method, a CVD method, or the like. The conductive material layer 60 can be formed in the same manner as the conductive material layer 34 described above with reference to FIG. 1, and the film thickness can be 100 to 400 nm (preferably 200 nm).

【0106】図22の工程では、導電材層60の上に図
13のTa,Tbに示すような四辺形状の素子パターン
を有するレジスト層62a,62bをホトリソグラフィ
処理により形成する。このときのレジスト厚さは、80
〜500nm(好ましくは300nm)とすることがで
きる。
In the step of FIG. 22, resist layers 62a and 62b having quadrilateral element patterns as shown in Ta and Tb of FIG. 13 are formed on the conductive material layer 60 by photolithography. The resist thickness at this time is 80
It can be ˜500 nm (preferably 300 nm).

【0107】図23の工程では、レジスト層62a,6
2bをマスクとするイオンミリング処理又はドライエッ
チング処理によりハードマスク56Aと導電材層60と
の積層をパターニングしてハードマスク56a,56
b,60a,60bを形成する。ハードマスク56a,
56bは、それぞれレジスト層62a,62bに対応し
たハードマスク56Aの第1、第2の残存部分からなる
と共に、ハードマスク60a,60bは、それぞれレジ
スト層62a,62bに対応した導電材層60の第1,
第2の残存部分からなる。ハードマスク56A及び導電
材層60の積層のパターニング処理をイオンミリング処
理又はドライエッチング処理で行なう場合、処理条件
は、図2に関して前述したと同様にすることができる。
In the process of FIG. 23, the resist layers 62a, 6a are formed.
The hard mask 56A and the conductive material layer 60 are patterned by ion milling or dry etching using 2b as a mask to form the hard masks 56a, 56.
b, 60a, 60b are formed. Hard mask 56a,
56b is formed of the first and second remaining portions of the hard mask 56A corresponding to the resist layers 62a and 62b, respectively, and the hard masks 60a and 60b are formed of the first and second conductive material layers 60 corresponding to the resist layers 62a and 62b, respectively. 1,
It consists of a second remaining part. When the patterning process for the lamination of the hard mask 56A and the conductive material layer 60 is performed by the ion milling process or the dry etching process, the processing conditions can be the same as those described above with reference to FIG.

【0108】次に、図3に関して前述したと同様の方法
によりレジスト層62a,62bを除去し、ハードマス
ク56a,60aの積層とハードマスク56b,60b
の積層とを残存させる。このようなレジスト除去工程に
加えて、希フッ酸処理+純水洗浄処理等の堆積膜除去処
理(トンネルバリア層に対してダメージを与えない処
理)を施してもよい。
Next, the resist layers 62a and 62b are removed by the same method as described above with reference to FIG. 3, and the hard masks 56a and 60a are laminated and the hard masks 56b and 60b are stacked.
And the stack of layers are left. In addition to such a resist removal process, a deposited film removal process (a process that does not damage the tunnel barrier layer) such as a dilute hydrofluoric acid process + a pure water cleaning process may be performed.

【0109】図24の工程では、ハードマスク56a,
60aの積層とハードマスク56b,60bの積層とを
選択マスクとするイオンミリング処理により積層残存部
Raに分離溝64を層50A内の反強磁性層(又は導電
材層)に達するように形成することによりTMR素子T
a,Tbを得る。TMR素子Taは、層52A,54A
の残存部分52a、54aを含むと共に、TMR素子T
bは、層52A,54Aの残存部分52b、54bを含
み、層50Aは、TMR素子Ta,Tbに共通に配置さ
れた状態となる。残存する下磁性層50AによるTMR
素子Ta,Tbの接続形態は、図18の工程での下磁性
層50の構成と図24の工程での分離溝64の深さとに
応じて3通りありうる。
In the process of FIG. 24, the hard masks 56a,
The isolation groove 64 is formed in the remaining layer Ra so as to reach the antiferromagnetic layer (or the conductive material layer) in the layer 50A by an ion milling process using the stack of 60a and the stack of the hard masks 56b and 60b as selective masks. By TMR element T
a, Tb are obtained. The TMR element Ta includes layers 52A and 54A.
Of the TMR element T including the remaining portions 52a and 54a of
b includes the remaining portions 52b and 54b of the layers 52A and 54A, and the layer 50A is in a state of being commonly arranged to the TMR elements Ta and Tb. TMR by the remaining lower magnetic layer 50A
There are three possible connection configurations of the elements Ta and Tb depending on the configuration of the lower magnetic layer 50 in the step of FIG. 18 and the depth of the isolation groove 64 in the step of FIG.

【0110】すなわち、図18に示した下磁性層50が
図1に示したように下から順に導電材層24、反強磁性
層26及び強磁性層28を積層した構成である場合、図
24の工程で反強磁性層26に達するように分離溝64
を形成したときは、下磁性層50Aは、図6に示したよ
うに層24,26の残存部分24A,26Aの積層から
なり、この積層がTMR素子Ta,Tbを相互接続する
形で残される。また、図24の工程で導電材層24に達
するように分離溝64を形成したときは、下磁性層50
Aは、図15に示したようにTMR素子Taに関しては
層24,26の残存部分24A,26aの積層からなる
と共にTMR素子Tbに関しては層24,26の残存部
分24A,26bの積層からなり、導電材層24AがT
MR素子Ta,Tbを相互接続する形で残される。
That is, when the lower magnetic layer 50 shown in FIG. 18 has a structure in which the conductive material layer 24, the antiferromagnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 28 are laminated in this order from the bottom as shown in FIG. In the step of, the separation groove 64 is formed so as to reach the antiferromagnetic layer 26.
6A, the lower magnetic layer 50A is formed by stacking the remaining portions 24A and 26A of the layers 24 and 26 as shown in FIG. 6, and this stack is left in the form of interconnecting the TMR elements Ta and Tb. . When the separation groove 64 is formed so as to reach the conductive material layer 24 in the process of FIG. 24, the lower magnetic layer 50
As shown in FIG. 15, A is formed by stacking the remaining portions 24A and 26a of the layers 24 and 26 for the TMR element Ta and is formed by stacking the remaining portions 24A and 26b of the layers 24 and 26 for the TMR element Tb. The conductive material layer 24A is T
The MR elements Ta and Tb are left as they are interconnected.

【0111】図18に示した下磁性層50が図16に関
して前述したように導電材層24に強磁性層28を重ね
た構成である場合、図24の工程で導電材層24に達す
るように分離溝64を形成したときは、下磁性層50A
は、図17に示したようにTMR素子Taに関しては層
24、28の残存部分24A,28aの積層からなると
共にTMR素子Tbに関しては層24、28の残存部分
24A,28bの積層からなり、導電材層24AがTM
R素子Ta,Tbを相互接続する形で残される。
When the lower magnetic layer 50 shown in FIG. 18 has a structure in which the ferromagnetic layer 28 is superposed on the conductive material layer 24 as described above with reference to FIG. 16, the conductive material layer 24 is reached in the step of FIG. When the separation groove 64 is formed, the lower magnetic layer 50A
As shown in FIG. 17, for the TMR element Ta, the remaining portions 24A and 28a of the layers 24 and 28 are laminated, and for the TMR element Tb, the remaining portions 24A and 28b of the layers 24 and 28 are laminated. Material layer 24A is TM
The R elements Ta and Tb are left as they are interconnected.

【0112】図24のイオンミリング工程では、分離溝
59,64の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積
膜(図示せず)が形成される。これらの側壁堆積膜は、
レジスト変性成分等の有機物を含んでいないので、簡単
に除去可能である。側壁堆積膜は、52a等のトンネル
バリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発
生する原因となるものであり、除去する必要がある。そ
こで、図7に関して前述したと同様の方法により分離溝
59,64の側壁(特にトンネルバリア層52a,52
bの端部)から側壁堆積膜を除去する。ハードマスク6
0a,60bは、ハードマスク56a,56bと共に残
しておいて電極層又は配線層の一部として使用してもよ
いが、イオンミリング処理中又はその後の除去処理によ
り除去してもよい。ハードマスク60a,60bを除去
したときは、ハードマスク56a,56bが電極層とし
て残される。
In the ion milling step of FIG. 24, a sidewall deposition film (not shown) as an etching product is formed on the sidewalls of the isolation trenches 59 and 64. These sidewall deposited films are
Since it does not contain organic substances such as resist modifying components, it can be easily removed. The side wall deposited film causes electrical shorts and leaks between metal layers above and below the tunnel barrier layer such as 52a, and must be removed. Therefore, the sidewalls (particularly the tunnel barrier layers 52a, 52a, 52b) of the isolation trenches 59, 64 are processed by the same method as described above with reference to FIG.
The side wall deposited film is removed from the end b). Hard mask 6
0a and 60b may be left as they are with the hard masks 56a and 56b to be used as a part of the electrode layer or the wiring layer, or may be removed during or after the ion milling process. When the hard masks 60a and 60b are removed, the hard masks 56a and 56b are left as electrode layers.

【0113】この後は、図8,9に関して前述したと同
様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形
成等の処理を行なう。
Thereafter, the processes of forming an interlayer insulating film, forming a connection hole, forming a wiring layer and the like are performed in the same manner as described above with reference to FIGS.

【0114】上記した第2の実施形態の製法によれば、
図19,23の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精
度よくハードマスクを形成できること、図20,24の
工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく積層残存部
及びTMR素子を形成できること、図24の工程では側
壁堆積膜を簡単に除去できるため52a等のトンネルバ
リア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークを防げ
ることなどの理由により磁気センサの製造歩留りが向上
する。その上、ハードマスク56Aは、図20のイオン
ミリング処理のために材料及び厚さを最適化できると共
に、ハードマスク60a,60bは、図24のイオンミ
リング処理のために材料及び厚さを最適化できる利点も
ある。
According to the manufacturing method of the second embodiment described above,
In the steps of FIGS. 19 and 23, a hard mask can be formed with good dimensional accuracy using a thin resist layer, and in the steps of FIGS. 20 and 24, the remaining layer and the TMR element can be formed with good dimensional accuracy using a hard mask. Since the sidewall deposited film can be easily removed in the process, the manufacturing yield of the magnetic sensor is improved for the reason that an electrical short circuit or a leak can be prevented between the upper and lower metal layers of the tunnel barrier layer such as 52a. Furthermore, the hard mask 56A can optimize the material and thickness for the ion milling process of FIG. 20, and the hard masks 60a and 60b can optimize the material and thickness for the ion milling process of FIG. There is also an advantage.

【0115】図25〜27は、上記した第2の実施形態
の製法においてTMR素子形成処理の一部を流用して配
線部にて配線を形成する工程を示すもので、図18〜2
4と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省
略する。
25 to 27 show a step of forming wiring in the wiring portion by diverting part of the TMR element forming process in the manufacturing method of the second embodiment described above.
Portions similar to those of 4 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0116】図25の工程では、図18の成膜処理を流
用して基板20を覆う絶縁膜22の上に下から順に下磁
性層50、トンネルバリア層52、上磁性層54及び導
電材層56を積層状に形成すると共に、図18のホトリ
ソグラフィ処理を流用して導電材層56の上に所望の配
線パターンに対応するレジスト層を形成する。そして、
このレジスト層を選択マスクとして用いると共に図19
のイオンミリング処理(又はドライエッチング処理)を
流用して導電材層56をパターニングすることによりハ
ードマスク56sを形成する。この後、図19のレジス
ト除去処理を流用してレジスト層を除去する。
In the step of FIG. 25, the lower magnetic layer 50, the tunnel barrier layer 52, the upper magnetic layer 54, and the conductive material layer are formed in this order from the bottom on the insulating film 22 covering the substrate 20 by diverting the film forming process of FIG. While forming 56 in a laminated shape, the photolithography process of FIG. 18 is diverted to form a resist layer corresponding to a desired wiring pattern on the conductive material layer 56. And
This resist layer is used as a selective mask and FIG.
The hard mask 56s is formed by patterning the conductive material layer 56 by diverting the ion milling treatment (or dry etching treatment). After that, the resist layer is removed by utilizing the resist removal process of FIG.

【0117】次に、ハードマスク56sを選択マスクと
して用いると共に図20のイオンミリング処理を流用し
て層50〜54の積層をパターニングすることにより層
50,52,54の残存部50s,52s,54sを含
む積層残存部Rsを得る。イオンミリング処理では、積
層残存部Rsの側壁に側壁堆積膜が形成される。必要に
応じてこの側壁堆積膜を除去するための薬液処理を行な
う。
Next, the hard mask 56s is used as a selective mask and the ion milling process of FIG. 20 is applied to pattern the stack of the layers 50 to 54 to pattern the remaining portions 50s, 52s and 54s of the layers 50, 52 and 54. A laminated residual portion Rs including is obtained. In the ion milling process, a sidewall deposition film is formed on the sidewall of the remaining layer Rs. If necessary, a chemical treatment for removing the side wall deposited film is performed.

【0118】次に、図21の成膜処理を流用して絶縁膜
22の上にハードマスク56s及び積層残存部Rsを覆
って導電材層60を形成する。そして、図22のホトリ
ソグラフィ処理を流用して導電材層60の上にハードマ
スク56sと積層残存部Rsの両側面とを覆うようにレ
ジスト層62sを形成する。
Next, the conductive material layer 60 is formed on the insulating film 22 by covering the hard mask 56s and the remaining laminated portion Rs by utilizing the film forming process of FIG. Then, by utilizing the photolithography process of FIG. 22, a resist layer 62s is formed on the conductive material layer 60 so as to cover the hard mask 56s and both side surfaces of the remaining layer Rs.

【0119】図26の工程では、レジスト層62sを選
択マスクとして用いると共に図23のイオンミリング処
理(又はドライエッチング処理)を流用して導電材層6
0をパターニングすることによりハードマスク60sを
形成する。ハードマスク60sは、ハードマスク54s
と積層残存部Rsの両側面とを覆うように形成される。
この後、図23のレジスト除去処理を流用してレジスト
層62sを除去する。
In the process of FIG. 26, the resist layer 62s is used as a selective mask and the ion milling process (or dry etching process) of FIG.
By patterning 0, the hard mask 60s is formed. The hard mask 60s is the hard mask 54s.
And the both side surfaces of the remaining laminated portion Rs.
After that, the resist removal process of FIG. 23 is diverted to remove the resist layer 62s.

【0120】図27の工程では、ハードマスク60sを
選択マスクとして図24のイオンミリング処理を実行す
る。この処理は、ハードマスク60sがハードマスク5
6sと積層残存部Rsの両側面とを覆った状態で残存す
るように行なう。この結果、積層残存部Rs及びハード
マスク56s,60sの積層からなる配線層Tsが得ら
れる。この配線層Tsでは、トンネルバリア層52sを
挟む下磁性層50s及び上磁性層54sが積層残存部R
sの両側部でハードマスク60sにより短絡されている
ため、短絡なしの場合に比べて配線抵抗が低減される。
In the process of FIG. 27, the ion milling process of FIG. 24 is executed using the hard mask 60s as a selection mask. In this process, the hard mask 60s is the hard mask 5
6 s and both side surfaces of the remaining laminated portion Rs are covered so as to remain. As a result, the wiring layer Ts including the laminated remaining portion Rs and the hard masks 56s and 60s is obtained. In this wiring layer Ts, the lower magnetic layer 50s and the upper magnetic layer 54s sandwiching the tunnel barrier layer 52s are left in the laminated portion R.
Since both sides of s are short-circuited by the hard mask 60s, the wiring resistance is reduced as compared with the case where there is no short circuit.

【0121】図27に示した配線層Tsは、図24に示
したTMR素子Ta,Tbと同レベルの配線層として利
用可能であり、例えばTa等のTMR素子のための配線
層又は基板20の表面に形成したトランジスタ等の回路
素子のための配線層として使用することができる。
The wiring layer Ts shown in FIG. 27 can be used as a wiring layer at the same level as the TMR elements Ta and Tb shown in FIG. 24. For example, the wiring layer for the TMR element such as Ta or the substrate 20 is used. It can be used as a wiring layer for a circuit element such as a transistor formed on the surface.

【0122】図25〜27の工程では、TMR素子形成
処理の一部を流用して層50s〜54s及びハードマス
ク56s,60sの積層からなる配線層Tsを形成した
が、パターンを適宜変更するだけで図25〜27の工程
と同様の処理により層50s〜54s及びハードマスク
56s,60sの積層からなる絶縁膜平坦化層又は絶縁
膜剥離防止層を形成することもできる。
In the steps of FIGS. 25 to 27, a part of the TMR element forming process is diverted to form the wiring layer Ts formed by laminating the layers 50s to 54s and the hard masks 56s and 60s, but the pattern is appropriately changed. Then, the insulating film flattening layer or the insulating film peeling prevention layer formed by stacking the layers 50s to 54s and the hard masks 56s and 60s can be formed by the same processing as the steps of FIGS.

【0123】図28〜33は、この発明の第3の実施形
態に係る磁気センサの製法を示すもので、図18〜24
と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略
する。
28 to 33 show a method of manufacturing a magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention, and FIGS.
The same parts as those in FIG.

【0124】図28の工程では、図18に関して前述し
たと同様にして基板20の絶縁膜22の上に下から順に
下磁性層50、トンネルバリア層52、上磁性層54及
び導電材層56を積層状に形成する。
In the step of FIG. 28, the lower magnetic layer 50, the tunnel barrier layer 52, the upper magnetic layer 54 and the conductive material layer 56 are formed in this order from the bottom on the insulating film 22 of the substrate 20 in the same manner as described above with reference to FIG. It is formed in a laminated shape.

【0125】導電材層56の上には、それぞれ図13の
Ta,Tbに示すような四辺形状の素子パターンを有す
るレジスト層70a,70bをホトリソグラフィ処理に
より形成する。このときのレジスト厚さは、100〜7
00nm(好ましくは350nm)とすることができ
る。
On the conductive material layer 56, resist layers 70a and 70b having quadrilateral element patterns as shown in Ta and Tb of FIG. 13 are formed by photolithography. At this time, the resist thickness is 100 to 7
It can be set to 00 nm (preferably 350 nm).

【0126】図29の工程では、レジスト層70a,7
0bを選択マスクとするイオンミリング処理又はドライ
エッチング処理により導電材層56をパターニングして
ハードマスク56a,56bを形成する。ハードマスク
56a,56bは、それぞれレジスト層70a,70b
に対応した導電材層56の第1,第2の残存部分からな
る。導電材層56のパターニング処理をイオンミリング
処理又はドライエッチング処理で行なう場合、処理条件
は、図2に関して前述したと同様にすることができる。
この後、図3に関して前述したと同様の方法によりレジ
スト層70a,70bを除去し、ハードマスク56a,
56bを残存させる。
In the process of FIG. 29, the resist layers 70a, 7
The conductive material layer 56 is patterned by ion milling or dry etching using 0b as a selective mask to form hard masks 56a and 56b. The hard masks 56a and 56b are resist layers 70a and 70b, respectively.
Corresponding to the first and second remaining portions of the conductive material layer 56. When the patterning process of the conductive material layer 56 is performed by the ion milling process or the dry etching process, the processing conditions can be the same as those described above with reference to FIG.
Then, the resist layers 70a and 70b are removed by the same method as described above with reference to FIG.
56b remains.

【0127】図30の工程では、ハードマスク56a,
56bを選択マスクとするイオンミリング処理により層
50〜54の積層に分離溝72を層50内の反強磁性層
(又は導電材層)に達するように形成することにより磁
気トンネル接合部ATa,ATbを得る。磁気トンネル
接合部ATaは、層52,54の残存部52a,54a
を含むと共に、磁気トンネル接合部ATbは、層52,
54の残存部52b,54bを含み、層50は、磁気ト
ンネル接合部ATa,ATbに共通に配置された状態と
なる。イオンミリング処理における処理条件は、図3に
関して前述したと同様にすることができる。また、イオ
ンミリング処理において、エッチング終点の検出法とし
ては、プラズマ発光測定法を用い、下磁性層50の構成
原子に基づく発光を検出してイオンミリングを停止す
る。下磁性層50として発光検出の対象になるのは、反
強磁性層又は導電材層である。
In the process of FIG. 30, the hard masks 56a,
The magnetic tunnel junctions ATa and ATb are formed by forming an isolation groove 72 in the stack of layers 50 to 54 so as to reach the antiferromagnetic layer (or conductive material layer) in the layer 50 by ion milling using 56b as a selective mask. To get The magnetic tunnel junction ATa is formed by the remaining portions 52a and 54a of the layers 52 and 54.
And the magnetic tunnel junction ATb includes the layers 52,
The layer 50 including the remaining portions 52b and 54b of 54 is in a state of being commonly arranged in the magnetic tunnel junction portions ATa and ATb. The processing conditions in the ion milling processing can be the same as those described above with reference to FIG. In the ion milling process, a plasma emission measurement method is used as a method for detecting the etching end point, and the light emission based on the constituent atoms of the lower magnetic layer 50 is detected to stop the ion milling. The target of light emission detection as the lower magnetic layer 50 is an antiferromagnetic layer or a conductive material layer.

【0128】すなわち、下磁性層50が図1に示したよ
うに下から順に導電材層24、反強磁性層26及び強磁
性層28を積層した構成である場合、図30のイオンミ
リング処理により反強磁性層26に達するようにミリン
グを行なうのであれば反強磁性層26が発光検出の対象
となり、図30のイオンミリング処理により導電材層2
4に達するようにミリングを行なうのであれば導電材層
24が発光検出の対象となる。また、下磁性層50が図
16に関して前述したように導電材層24に強磁性層2
8を重ねた構成である場合、図30のイオンミリング処
理では導電材層24に達するようにミリングを行なうの
で、導電材層24が発光検出の対象となる。いずれの場
合にも、反強磁性層26又は導電材層24の露出面積が
大きいため、発光検出に十分な信号強度が得られ、エッ
チング終点を高精度で検出可能である。
That is, when the lower magnetic layer 50 has a structure in which the conductive material layer 24, the antiferromagnetic layer 26, and the ferromagnetic layer 28 are laminated in this order from the bottom as shown in FIG. 1, the ion milling treatment shown in FIG. If the milling is performed so as to reach the antiferromagnetic layer 26, the antiferromagnetic layer 26 is the target of light emission detection, and the conductive material layer 2 is subjected to the ion milling process of FIG.
If the milling is performed so as to reach 4, the conductive material layer 24 is the target of light emission detection. In addition, the lower magnetic layer 50 is formed on the conductive material layer 24 as described above with reference to FIG.
In the case of the structure in which eight layers are stacked, the ion milling process of FIG. 30 performs milling so as to reach the conductive material layer 24, so that the conductive material layer 24 is a target for light emission detection. In either case, since the exposed area of the antiferromagnetic layer 26 or the conductive material layer 24 is large, a signal intensity sufficient for light emission detection can be obtained, and the etching end point can be detected with high accuracy.

【0129】図30のイオンミリング工程では、分離溝
72の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積膜(図
示せず)が形成される。側壁堆積膜は、ハードマスク5
6a,56bの金属成分、層50,54の金属成分等を
含むが、レジスト変性成分(有機物)を含まないので、
容易に除去可能である。
In the ion milling step of FIG. 30, a sidewall deposition film (not shown) as an etching product is formed on the sidewall of the isolation trench 72. The side wall deposited film is the hard mask 5
6a, 56b metal components, layers 50, 54 metal components, etc., but does not contain the resist modifying component (organic substance),
It can be easily removed.

【0130】次に、図4に関して前述したように薬液処
理を基板上面に施すことにより側壁堆積膜を分離溝72
の側壁(特にトンネルバリア層52a,52bの端部)
から除去する。この後、必要に応じて図4に関して前述
したようなクリーニングミリング処理を追加してもよ
い。この処理により一層の清浄化が可能になると共に側
壁形状は一層テーパー状となる。図30の工程で側壁堆
積膜等のエッチング生成物を除去したので、52a等の
トンネルバリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリ
ークが発生するのを防止することができる。
Next, as described above with reference to FIG. 4, a chemical treatment is applied to the upper surface of the substrate to separate the sidewall deposited film into the separation groove 72.
Sidewalls (especially the ends of the tunnel barrier layers 52a and 52b)
To remove from. Thereafter, a cleaning milling process as described above with reference to FIG. 4 may be added if necessary. This treatment enables further cleaning and the side wall shape becomes more tapered. Since the etching products such as the side wall deposited film are removed in the step of FIG. 30, it is possible to prevent electrical short circuit or leakage between the metal layers above and below the tunnel barrier layer such as 52a.

【0131】図31の工程では、磁気トンネル接合部A
Ta,ATbと分離溝72とを覆って例えばW又はTi
Wからなる導電材層74をスパッタ法又はCVD法等に
より形成する。導電材層74は、図3に関して前述した
導電材層34と同様にして形成することができ、膜厚
は、100〜400nm(好ましくは200nm)とす
ることができる。
In the process of FIG. 31, the magnetic tunnel junction A
Covering Ta and ATb and the separation groove 72, for example W or Ti
The conductive material layer 74 made of W is formed by a sputtering method, a CVD method, or the like. The conductive material layer 74 can be formed in the same manner as the conductive material layer 34 described above with reference to FIG. 3, and the film thickness can be 100 to 400 nm (preferably 200 nm).

【0132】次に、導電材層74の上に図13の26A
に示すように四辺形状の電極パターンを有するレジスト
層76をホトリソグラフィ処理により形成する。レジス
ト層76は、磁気トンネル接合部ATa,ATbを覆う
ように形成する。このときのレジスト厚さは、80〜5
00nm(好ましくは300nm)とすることができ
る。
Next, on the conductive material layer 74, 26A of FIG.
A resist layer 76 having a quadrilateral electrode pattern is formed by photolithography as shown in FIG. The resist layer 76 is formed so as to cover the magnetic tunnel junction portions ATa and ATb. The resist thickness at this time is 80 to 5
It can be set to 00 nm (preferably 300 nm).

【0133】図32の工程では、レジスト層76を選択
マスクとするイオンミリング処理又はドライエッチング
処理により導電材層74をパターニングしてハードマス
ク74Aを形成する。導電材層74のパターニング処理
は、図2に関して前述した導電材層34のパターニング
処理と同様にして行なうことができる。
In the step of FIG. 32, the hard mask 74A is formed by patterning the conductive material layer 74 by ion milling or dry etching using the resist layer 76 as a selective mask. The patterning process of the conductive material layer 74 can be performed in the same manner as the patterning process of the conductive material layer 34 described above with reference to FIG.

【0134】図32の工程では、図2に関して前述した
と同様の方法によりレジスト層76を除去し、ハードマ
スク74Aを残存させる。このようなレジスト除去工程
に加えて、希フッ酸処理+純水洗浄処理等の堆積膜除去
処理(トンネルバリア層に対してダメージを与えない処
理)を施してもよい。このようにすると、レジスト除去
面を一層清浄化することができる。
In the step of FIG. 32, the resist layer 76 is removed by the same method as described above with reference to FIG. 2 to leave the hard mask 74A. In addition to such a resist removal process, a deposited film removal process (a process that does not damage the tunnel barrier layer) such as a dilute hydrofluoric acid process + a pure water cleaning process may be performed. By doing so, the resist-removed surface can be further cleaned.

【0135】図33の工程では、ハードマスク74Aを
選択マスクとするイオンミリング処理により下磁性層5
0に分離溝78を絶縁膜22に達するように形成すると
共に、ハードマスク74Aを除去する。ハードマスク7
4Aは、図33のイオンミリング処理で除去されるよう
に予め厚さを設定しておくことができる。イオンミリン
グ処理の結果、下磁性層50の一部50Aが分離溝78
で取囲まれた形で残存する。残存する下磁性層50Aに
よるTMR素子Ta,Tbの接続形態は、図28の工程
での下磁性層50の構成と図30の工程での分離溝72
の深さとに応じて3通りありうるが、各々の接続形態の
詳細については図24の工程に関連して図6、図15及
び図17を参照して前述したと同様である。
In the step of FIG. 33, the lower magnetic layer 5 is formed by ion milling using the hard mask 74A as a selective mask.
The isolation trench 78 is formed so as to reach the insulating film 22, and the hard mask 74A is removed. Hard mask 7
The thickness of 4A can be set in advance so as to be removed by the ion milling process of FIG. As a result of the ion milling treatment, a part 50A of the lower magnetic layer 50 is separated into the separation groove 78.
Remains in the form surrounded by. The connection form of the TMR elements Ta and Tb by the remaining lower magnetic layer 50A is the structure of the lower magnetic layer 50 in the step of FIG. 28 and the separation groove 72 in the step of FIG.
There are three types depending on the depth of the connection, and the details of each connection form are the same as those described above with reference to FIGS. 6, 15 and 17 in connection with the process of FIG.

【0136】図33のイオンミリング工程では、分離溝
72,78の側壁にエッチング生成物としての側壁堆積
膜(図示せず)が形成される。これらの側壁堆積膜は、
レジスト変性成分等の有機物の含んでいないので、簡単
に除去可能である。側壁堆積膜は、52a等のトンネル
バリア層の上下の金属層間で電気的な短絡やリークが発
生する原因となるものであり、除去する必要がある。そ
こで、図7に関して前述したと同様の方法により分離溝
72,78の側壁(特にトンネルバリア層52a,52
bの端部)から側壁堆積膜を除去する。
In the ion milling step of FIG. 33, a sidewall deposited film (not shown) as an etching product is formed on the sidewalls of the isolation trenches 72 and 78. These sidewall deposited films are
Since it does not contain organic substances such as resist modifying components, it can be easily removed. The side wall deposited film causes electrical shorts and leaks between metal layers above and below the tunnel barrier layer such as 52a, and must be removed. Therefore, the sidewalls of the isolation trenches 72 and 78 (particularly the tunnel barrier layers 52a and 52a) are formed by the same method as described above with reference to FIG.
The side wall deposited film is removed from the end b).

【0137】この後は、図8,9に関して前述したと同
様にして層間絶縁膜の形成、接続孔の形成、配線層の形
成等の処理を行なう。
Thereafter, the processes of forming an interlayer insulating film, forming a connection hole, forming a wiring layer and the like are performed in the same manner as described above with reference to FIGS.

【0138】上記した第3の実施形態の製法によれば、
図29,32の工程では薄いレジスト層を用いて寸法精
度よくハードマスクを形成できること、図30,33の
工程ではハードマスクを用いて寸法精度よく磁気トンネ
ル接合部及びTMR素子を形成できること、図31の工
程では磁気トンネル接合部ATa,ATbの側壁が導電
材層74で覆われているためレジスト汚染を免れるこ
と、図33の工程では側壁堆積膜を簡単に除去できるた
め52a等のトンネルバリア層の上下の金属層間で電気
的な短絡やリークを防げることなどの理由により磁気セ
ンサの製造歩留りが向上する。その上、図33を図7,
24と対比すれば明らかなように、絶縁膜22が削られ
るのは図33のイオンミリング処理時のみであるため、
電極層50Aの端部の段差Dが低く、図42に関して前
述したような層間絶縁膜の欠陥に基づく配線の短絡不良
を防止できる利点もある。
According to the manufacturing method of the third embodiment described above,
29 and 32, a hard mask can be formed with good dimensional accuracy using a thin resist layer, and magnetic tunnel junctions and TMR elements can be formed with good dimensional accuracy using a hard mask in the steps of FIGS. 30 and 33. In the step of (3), the side walls of the magnetic tunnel junction portions ATa, ATb are covered with the conductive material layer 74 to avoid resist contamination. In the step of FIG. 33, the side wall deposited film can be easily removed, so that the tunnel barrier layers such as 52a can be formed. The manufacturing yield of the magnetic sensor is improved because of prevention of electrical short circuit and leakage between the upper and lower metal layers. In addition, FIG.
As is clear from comparison with No. 24, the insulating film 22 is scraped only during the ion milling process of FIG.
The step D at the end of the electrode layer 50A is low, and there is an advantage that the short circuit failure of the wiring due to the defect of the interlayer insulating film as described above with reference to FIG. 42 can be prevented.

【0139】図34〜36は、上記した第3の実施形態
の製法においてTMR素子形成処理の一部を流用して配
線部にて配線を形成する工程を示すもので、図28〜3
3と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省
略する。
34 to 36 show a step of forming wiring in the wiring portion by diverting part of the TMR element forming process in the manufacturing method of the third embodiment described above.
The same parts as those in No. 3 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0140】図34の工程では、図28の成膜処理を流
用して基板20を覆う絶縁膜22の上に下から順に下磁
性層50、トンネルバリア層52、上磁性層54及び導
電材層56を積層状に形成すると共に、図28のホトリ
ソグラフィ処理を流用して導電材層56の上に所望の配
線パターンに対応するレジスト層を形成する。そして、
このレジスト層を選択マスクとして用いると共に図29
のイオンミリング処理(又はドライエッチング処理)を
流用して導電材層56をパターニングすることによりハ
ードマスク56sを形成する。この後、図29のレジス
ト除去処理を流用してレジスト層を除去する。
In the step of FIG. 34, the lower magnetic layer 50, the tunnel barrier layer 52, the upper magnetic layer 54, and the conductive material layer are formed in order from the bottom on the insulating film 22 covering the substrate 20 by diverting the film forming process of FIG. While forming 56 in a laminated form, the photolithography process of FIG. 28 is diverted to form a resist layer corresponding to a desired wiring pattern on the conductive material layer 56. And
This resist layer is used as a selective mask and FIG.
The hard mask 56s is formed by patterning the conductive material layer 56 by diverting the ion milling treatment (or dry etching treatment). After that, the resist layer is removed by diverting the resist removing process shown in FIG.

【0141】次に、ハードマスク56sを選択マスクと
して用いると共に図30のイオンミリング処理を流用し
て層50〜54の積層を層50内の反強磁性層(又は導
電材層)に達するまでミリングすることにより層52,
54の残存部52s,54sを含む磁気トンネル接合部
ATsを得る。イオンミリング処理では、磁気トンネル
接合部ATsの側壁に側壁堆積膜が形成される。必要に
応じてこの側壁堆積膜を除去するための薬液処理を行な
う。
Next, the hard mask 56s is used as a selective mask and the ion milling process of FIG. 30 is applied to mill the stacked layers 50 to 54 until the antiferromagnetic layer (or conductive material layer) in the layer 50 is reached. The layers 52,
A magnetic tunnel junction portion ATs including the remaining portions 52s and 54s of 54 is obtained. In the ion milling process, a sidewall deposition film is formed on the sidewall of the magnetic tunnel junction ATs. If necessary, a chemical treatment for removing the side wall deposited film is performed.

【0142】次に、図31の成膜処理を流用して下磁性
層50の上にハードマスク56s及び磁気トンネル接合
部ATsを覆って導電材層74を形成する。そして、図
31のホトリソグラフィ処理を流用して導電材層74の
上にハードマスク56sと磁気トンネル接合部ATsの
両側面とを覆うようにレジスト層76sを形成する。
Next, the conductive material layer 74 is formed on the lower magnetic layer 50 by covering the hard mask 56s and the magnetic tunnel junction portion ATs by utilizing the film forming process of FIG. Then, by utilizing the photolithography process of FIG. 31, a resist layer 76s is formed on the conductive material layer 74 so as to cover the hard mask 56s and both side surfaces of the magnetic tunnel junction portion ATs.

【0143】図35の工程では、レジスト層76sを選
択マスクとして用いると共に図32のイオンミリング処
理(又はドライエッチング処理)を流用して導電材層7
4をパターニングすることによりハードマスク74sを
形成する。ハードマスク74sは、ハードマスク54s
と磁気トンネル接合部ATsの両側面とを覆うように形
成される。この後、図32のレジスト除去処理を流用し
てレジスト層76sを除去する。
In the step of FIG. 35, the conductive material layer 7 is formed by using the resist layer 76s as a selective mask and diverting the ion milling process (or dry etching process) of FIG.
By patterning 4, hard mask 74s is formed. The hard mask 74s is the hard mask 54s.
And the both side surfaces of the magnetic tunnel junction portion ATs are formed. After that, the resist removal process of FIG. 32 is applied to remove the resist layer 76s.

【0144】図36の工程では、ハードマスク74sを
選択マスクとして図33のイオンミリング処理を実行す
ることにより下磁性層50の一部50sをハードマスク
74sに対応するパターンで残存させる。この処理は、
ハードマスク74sがハードマスク56sと磁気トンネ
ル接合部ATsの両側面とを覆った状態で残存するよう
に行なう。この結果、磁気トンネル接合部ATs及びハ
ードマスク56s,74sの積層からなる配線層Tsが
得られる。この配線層Tsでは、トンネルバリア層52
sを挟む下磁性層50s及び上磁性層54sが磁気トン
ネル接合部ATsの両側部でハードマスク74sにより
短絡されているため、短絡なしの場合に比べて配線抵抗
が低減される。
In the step of FIG. 36, the hard mask 74s is used as a selective mask to perform the ion milling process of FIG. 33 to leave a part of the lower magnetic layer 50s in a pattern corresponding to the hard mask 74s. This process
The hard mask 74s is left so as to cover the hard mask 56s and both side surfaces of the magnetic tunnel junction portion ATs. As a result, a wiring layer Ts including a stack of the magnetic tunnel junction portion ATs and the hard masks 56s and 74s is obtained. In the wiring layer Ts, the tunnel barrier layer 52
Since the lower magnetic layer 50s and the upper magnetic layer 54s sandwiching s are short-circuited by the hard masks 74s on both sides of the magnetic tunnel junction ATs, the wiring resistance is reduced as compared with the case without no short circuit.

【0145】なお、図33,36に示すようにTMR素
子部ではハードマスク74Aを除去し且つ配線部ではハ
ードマスク74sを残存させるためには、(イ)図3
1、34に示すように導電材層74をTMR素子部に比
べて配線部で予め厚くしておく方法、あるいは(ロ)図
31,34の段階では導電材層74の厚さをTMR素子
部及び配線部のいずれにおいても1回のイオンミリング
処理では残存する程度に厚くしておき、図33,36の
工程では配線部をマスクした状態において1回目のイオ
ンミリング処理で残存したハードマスク74Aを2回目
のイオンミリング処理で除去する方法などを採用するこ
とができる。
In order to remove the hard mask 74A in the TMR element portion and leave the hard mask 74s in the wiring portion as shown in FIGS. 33 and 36, (a) FIG.
1 and 34, the conductive material layer 74 is made thicker in advance in the wiring portion than the TMR element portion, or (b) in the steps of FIGS. 31 and 34, the thickness of the conductive material layer 74 is set to the TMR element portion. 33 and 36, the hard mask 74A remaining in the first ion milling process in the state where the wiring part is masked is used as the hard mask 74A. A method of removing by the second ion milling treatment or the like can be adopted.

【0146】図36に示した配線層Tsは、図33に示
したTMR素子Ta,Tbと同レベルの配線層として利
用可能であり、例えばTa等のTMR素子のための配線
層又は基板20の表面に形成したトランジスタ等の回路
素子のための配線層として使用することができる。
The wiring layer Ts shown in FIG. 36 can be used as a wiring layer at the same level as the TMR elements Ta and Tb shown in FIG. 33. For example, the wiring layer for the TMR element such as Ta or the substrate 20 can be used. It can be used as a wiring layer for a circuit element such as a transistor formed on the surface.

【0147】図34〜36の工程では、TMR素子形成
処理の一部を流用して層50s〜54s及びハードマス
ク56s,74sの積層からなる配線層Tsを形成した
が、パターンを適宜変更するだけで図34〜36の工程
と同様の処理により層50s〜54s及びハードマスク
56s,74sの積層からなる絶縁膜平坦化層又は絶縁
膜剥離防止層を形成することもできる。
In the steps of FIGS. 34 to 36, a part of the TMR element forming process is diverted to form the wiring layer Ts including the layers 50 s to 54 s and the hard masks 56 s and 74 s, but the pattern is appropriately changed. Then, the insulating film flattening layer or the insulating film peeling prevention layer formed by stacking the layers 50s to 54s and the hard masks 56s and 74s can be formed by the same processing as the steps of FIGS.

【0148】上記した説明では、ハードマスク用の導電
材料として、W,TiWを例示したが、この他にも種々
の導電材料を使用可能である。イオンミリング装置にお
いて、ミリングレートは、イオン源のガスの種類(一般
にAr等の希ガスであるが、O,Cl,SF,C
等を用いることもある)、イオンエネルギー強度、
イオンビームの密度、被加工物へのイオンビームの入射
角度、被加工物の組成、結晶性、結晶方位、成膜方法等
により大きく変化し、ミリング装置の運転状態(運転時
間、メンテナンス状態、改修/改造状態)等によっても
若干変化する。そこで、発明者は、ある一定条件の下で
基準材料SiOのミリングレートを100としてこれ
に種々の導電材料のミリングレートを比較すると共に種
々の導電材料の比抵抗を評価することにより使用可能な
導電材料を求めて次のA〜Dグループに分類した。
In the above description, W and TiW are exemplified as the conductive material for the hard mask, but other various conductive materials can be used. In the ion milling apparatus, the milling rate is the type of gas of the ion source (generally a rare gas such as Ar, but O 2 , Cl 2 , SF 6 , C
F 4 etc. may be used), ion energy intensity,
The density of the ion beam, the angle of incidence of the ion beam on the work piece, the composition of the work piece, the crystallinity, the crystal orientation, the film formation method, and other factors can significantly change the operation status of the milling equipment (operation time, maintenance status, repairs). / It will also change slightly depending on the state of modification. Therefore, the inventor can use it by setting the milling rate of the reference material SiO 2 to 100 under a certain constant condition, comparing the milling rate of various conductive materials with this, and evaluating the specific resistance of various conductive materials. Conductive materials were obtained and classified into the following A to D groups.

【0149】Aグループは、W,WSi(x=1〜
3),Ti,TiW,TiSi(x=1〜3),Vを
含む。
Group A includes W, WSi X (x = 1 to
3), Ti, TiW, TiSi X (x = 1 to 3), V.

【0150】このグループの材料は、ミリングレートが
小さく、比抵抗も小さい。膜厚を薄くしてもミリングに
より削られ難く、また配線としても低抵抗であるため微
細化に有利である。酸化に強く、上層に層間絶縁膜を形
成しても安定である。揮発性(蒸気圧の低い)化合物が
形成されやすいので、ドライエッチングによるパターニ
ングが可能であり、成膜法としてもスパッタ法に限らず
CVD法が使える。なお、Aグループ中の材料の任意の
組合せに係る合金も十分に利用可能と考えられる。
The materials in this group have a low milling rate and a low specific resistance. Even if the film thickness is made thin, it is difficult to be milled and the wiring has low resistance, which is advantageous for miniaturization. Resistant to oxidation and stable even if an interlayer insulating film is formed on the upper layer. Since a volatile (low vapor pressure) compound is easily formed, patterning by dry etching is possible, and the film forming method is not limited to the sputtering method, and the CVD method can be used. It should be noted that alloys related to any combination of materials in group A are considered to be fully usable.

【0151】Bグループは、Mo,MoSi(x=1
〜3),Ta,TaSi(x=1〜3),Zr,Zr
Si(x=1〜3),Si,Al(結晶性・配向性や
ドーパントによる)を含む。このグループの材料は、ミ
リングレートがSiOやNi−Fe合金とほぼ同じレ
ベルであり、比抵抗が小さい(但し、Zrの比抵抗は、
40μΩcmと大きい)。ある程度ミリングにより削ら
れ難いので、膜厚をそこそこ薄くできる。また、配線と
しても低抵抗であるため微細化に有利である。酸化にも
強く、上層に層間絶縁膜を形成しても安定である。揮発
性(蒸気圧の低い)化合物が形成されやすく、ドライエ
ッチングによるパターニングが可能である。
Group B includes Mo, MoSi X (x = 1)
˜3), Ta, TaSi X (x = 1 to 3), Zr, Zr
It includes Si X (x = 1 to 3), Si, Al (depending on crystallinity / orientation and dopant). The materials in this group have a milling rate almost equal to that of SiO 2 and Ni—Fe alloys, and have low specific resistance (however, the specific resistance of Zr is
It is as large as 40 μΩcm). Since it is difficult to remove by milling to some extent, the film thickness can be made moderately thin. Further, the wiring has low resistance, which is advantageous for miniaturization. It is strong against oxidation and stable even if an interlayer insulating film is formed on the upper layer. A volatile (low vapor pressure) compound is easily formed, and patterning by dry etching is possible.

【0152】B’グループは、Fe,Cr,CrSi
(x=1〜3),Co,CoSi(x=1〜3),N
i,NiSi(x=1〜3),Nb,Os,Re,I
rを含む。このグループの材料は、ミリングレートがS
iOやNi−Fe合金とほぼ同じレベルであり、比抵
抗が小さい。ある程度ミリングにより削られ難いので、
膜厚をそこそこ薄くできる。また、配線としても低抵抗
であるため微細化に有利である。白金族は酸化にも強
く、上層に層間絶縁膜を形成しても安定である。単独元
素又は他の磁性金属との合金で強磁性を示すものが多
く、TMR素子の特性の妨げにならないよう配慮する必
要がある。
B'group is Fe, Cr, CrSi X
(X = 1 to 3), Co, CoSi X (x = 1 to 3), N
i, NiSi X (x = 1 to 3), Nb, Os, Re, I
Including r. This group of materials has a milling rate of S
It has almost the same level as iO 2 and Ni-Fe alloy, and has a small specific resistance. Because it is difficult to be milled to some extent,
The film thickness can be made thin. Further, the wiring has low resistance, which is advantageous for miniaturization. The platinum group is resistant to oxidation and is stable even if an interlayer insulating film is formed on the upper layer. Many of the single elements or alloys with other magnetic metals exhibit ferromagnetism, and it is necessary to consider so as not to hinder the characteristics of the TMR element.

【0153】Cグループは、Cu,Ru,Hf,Pt,
Rh,Mnを含む。このグループの材料は、ミリングレ
ートが大きいので、ミリングマスク性が劣るが、比抵抗
が小さい(但し、Mnの比抵抗は、258μΩcmと大
きい)。ミリングにより削られやすいので、膜厚を厚く
する必要がある。配線としては低抵抗である。第2の実
施形態で用いたハードマスク60a,60b又は第3の
実施形態で用いたハードマスク74Aとしては、使いや
すい面もある。
Group C includes Cu, Ru, Hf, Pt,
Including Rh and Mn. The materials in this group have a high milling rate and thus are inferior in milling maskability, but have a low specific resistance (however, the specific resistance of Mn is as high as 258 μΩcm). Since it is easily scraped by milling, it is necessary to increase the film thickness. The wiring has low resistance. The hard masks 60a and 60b used in the second embodiment or the hard mask 74A used in the third embodiment are easy to use.

【0154】Dグループは、Y,Pd,Au,Sn,A
g,Pbを含む。このグループの材料は、ミリングレー
トがSiOの3倍と大きいが、比抵抗が小さい(但
し、Yの比抵抗は、53μΩcmと大きい)。ミリング
により削られやすいので、膜厚を厚くする必要がある。
配線としては低抵抗である。Cグループの材料と同様に
ハードマスク60a,60b又は74Aとしては使いや
すい面もある。
D group includes Y, Pd, Au, Sn, A
Including g and Pb. The materials in this group have a milling rate as large as three times that of SiO 2 , but have a low specific resistance (however, the specific resistance of Y is as large as 53 μΩcm). Since it is easily scraped by milling, it is necessary to increase the film thickness.
The wiring has low resistance. Similar to the material of the C group, it is easy to use as the hard mask 60a, 60b or 74A.

【0155】上記したA〜Dグループのうちからハード
マスクの導電材料として好ましい材料を選択すると、
A,B,B’グループの材料及びCグループのCu,P
t,Mnを挙げることができる。Cグループ中の他の材
料及びDグループの材料は、ハードマスク60a,60
b又は74Aの材料として使用可能である。
When a preferable material for the conductive material of the hard mask is selected from the above groups A to D,
A, B, B'group materials and C group Cu, P
t and Mn can be mentioned. The other materials in the C group and the materials in the D group are the hard masks 60a, 60.
It can be used as the material of b or 74A.

【0156】図37は、この発明に係る磁気センサを備
えたLSIチップを示すものである。LSIチップLC
は、例えばシリコンからなるP型の半導体基板80を備
えており、基板80の一方の主面には、酸化シリコンか
らなるフィールド絶縁膜82が選択酸化法により形成さ
れている。
FIG. 37 shows an LSI chip equipped with the magnetic sensor according to the present invention. LSI chip LC
Is provided with a P-type semiconductor substrate 80 made of, for example, silicon, and a field insulating film 82 made of silicon oxide is formed on one main surface of the substrate 80 by a selective oxidation method.

【0157】基板80の一主面において、絶縁膜82の
素子孔内には、MOS型トランジスタが形成されてお
り、84は、該トランジスタのN型ドレイン領域であ
る。絶縁膜82及びMOS型トランジスタを覆って層間
絶縁膜86が形成されており、この絶縁膜86には、ド
レイン領域84の一部に対応した第1の接続孔が形成さ
れている。絶縁膜86の上には、第1の接続孔を介して
ドレイン領域84に接続されるように配線層88が形成
されている。
A MOS type transistor is formed in the element hole of the insulating film 82 on one main surface of the substrate 80, and 84 is an N + type drain region of the transistor. An interlayer insulating film 86 is formed so as to cover the insulating film 82 and the MOS transistor, and a first connection hole corresponding to a part of the drain region 84 is formed in this insulating film 86. A wiring layer 88 is formed on the insulating film 86 so as to be connected to the drain region 84 via the first connection hole.

【0158】絶縁膜86の上には、配線層88を覆って
層間絶縁膜90が形成されており、この絶縁膜90に
は、配線層88の一部に対応した第2の接続孔が形成さ
れている。絶縁膜90の上には、第2の接続孔を介して
配線層88に接続されるように下磁性層50cが形成さ
れている。絶縁膜90の上には、下磁性層50k,50
A,50sも形成されている。下磁性層50c,50
k,50A,50sは、いずれも図1に関して前述した
ように下から順に導電材層24、反強磁性層26及び強
磁性層28を積層したもの又は図16に関して前述した
ように導電材層24に強磁性層28を重ねたものであ
る。
An interlayer insulating film 90 is formed on the insulating film 86 so as to cover the wiring layer 88, and a second connection hole corresponding to a part of the wiring layer 88 is formed in the insulating film 90. Has been done. A lower magnetic layer 50c is formed on the insulating film 90 so as to be connected to the wiring layer 88 via the second connection hole. On the insulating film 90, the lower magnetic layers 50k, 50
A and 50s are also formed. Lower magnetic layer 50c, 50
k, 50A, and 50s are all obtained by sequentially stacking the conductive material layer 24, the antiferromagnetic layer 26, and the ferromagnetic layer 28 from the bottom as described above with reference to FIG. 1, or the conductive material layer 24 as described above with reference to FIG. And the ferromagnetic layer 28 is superposed thereon.

【0159】TMR素子Ta,Tbは、図24に関して
前述したように下磁性層50Aの上にトンネルバリア層
52a,52bをそれぞれ介して上磁性層54a,54
bを配置すると共に上磁性層54a,54bの上にそれ
ぞれ電極層(ハードマスク)56a,56bを配置した
ものである。TMR素子Tcは、下磁性層50cの上に
トンネルバリア層52cを介して上磁性層54cを配置
すると共に上磁性層54cの上に電極層(ハードマス
ク)56cを配置したものである。TMR素子Tb及び
Tcの間に配置された絶縁膜平坦化層Tkは、下磁性層
50kの上にトンネルバリア層52kを介して上磁性層
54kを配置すると共に上磁性層54kの上に導電材層
(ハードマスク)56kを配置したものである。配線層
Tsは、上磁性層50sの上にトンネルバリア層52s
を介して上磁性層54sを配置すると共に上磁性層54
sの上に導電材層(ハードマスク)56sを配置したも
のである。上磁性層54a,54b,54c,54k,
54sは、いずれも図1に関して前述したように強磁性
層32により構成したもの又は図16に関して前述した
ように強磁性層32に反強磁性層を重ねたものである。
As described above with reference to FIG. 24, the TMR elements Ta and Tb include the upper magnetic layers 54a and 54 on the lower magnetic layer 50A via the tunnel barrier layers 52a and 52b, respectively.
b and electrode layers (hard masks) 56a and 56b are respectively disposed on the upper magnetic layers 54a and 54b. In the TMR element Tc, the upper magnetic layer 54c is arranged on the lower magnetic layer 50c via the tunnel barrier layer 52c, and the electrode layer (hard mask) 56c is arranged on the upper magnetic layer 54c. The insulating film flattening layer Tk disposed between the TMR elements Tb and Tc has an upper magnetic layer 54k disposed on the lower magnetic layer 50k via a tunnel barrier layer 52k and a conductive material disposed on the upper magnetic layer 54k. The layer (hard mask) 56k is arranged. The wiring layer Ts includes the tunnel barrier layer 52s on the upper magnetic layer 50s.
The upper magnetic layer 54s is disposed via the
The conductive material layer (hard mask) 56s is disposed on the s. Upper magnetic layers 54a, 54b, 54c, 54k,
Each of 54s is composed of the ferromagnetic layer 32 as described above with reference to FIG. 1 or is an antiferromagnetic layer stacked on the ferromagnetic layer 32 as described above with reference to FIG.

【0160】絶縁膜90の上には、絶縁膜平坦化層Tk
と実質的に同一の積層構成を有する絶縁膜剥離防止層
(図示せず)を、例えばMOS型トランジスタ回路配置
領域又はTMR素子配置領域を取囲むように配置しても
よい。TMR素子Ta〜Tc、配線層Ts、絶縁膜平坦
化層Tk及び絶縁膜剥離防止層は、前述した第1〜第3
の実施形態(変形例も含む)のいずれかに係る製法によ
り製作することができる。
An insulating film flattening layer Tk is formed on the insulating film 90.
An insulating film peeling prevention layer (not shown) having substantially the same laminated structure as the above may be arranged so as to surround the MOS transistor circuit arrangement region or the TMR element arrangement region, for example. The TMR elements Ta to Tc, the wiring layer Ts, the insulating film flattening layer Tk, and the insulating film peeling prevention layer have the above-mentioned first to third parts.
It can be manufactured by the manufacturing method according to any of the embodiments (including modified examples).

【0161】絶縁膜90の上には、TMR素子Ta〜T
c、配線層Ts、絶縁膜平坦化層Tk等を覆って層間絶
縁膜92が形成されており、絶縁膜92には、電極層5
6c,56b,56aにそれぞれ対応した第3,第4,
第5の接続孔が形成されると共に、導電材層56sの一
端近傍の第1の部分及び他端近傍の第2の部分にそれぞ
れ対応した第6及び第7の接続孔が形成されている。
The TMR elements Ta to T are formed on the insulating film 90.
An interlayer insulating film 92 is formed so as to cover the c, the wiring layer Ts, the insulating film flattening layer Tk, and the like.
6c, 56b, 56a respectively corresponding to the third, fourth,
The fifth connection hole is formed, and the sixth and seventh connection holes corresponding to the first portion near one end and the second portion near the other end of the conductive material layer 56s are formed.

【0162】絶縁膜92の上には、第3及び第4の接続
孔を介して電極層56c及び56bを相互接続するよう
に配線層94が形成されると共に、第4及び第5の接続
孔を介して電極層56a及び導電材層56sの第1の部
分を相互接続するように配線層96が形成されている。
絶縁膜92の上には、第7の接続孔を介して導電材層5
6sの第2の部分に接続されるようにボンディング電極
層98が形成されており、電極層98は、その下の配線
層Tsの一部と共にボンディングパッドを構成する。電
極層98には、ボンディングワイヤが接続される。な
お、絶縁膜92の上には、配線層94,96を覆い且つ
電極層98を露呈するように保護絶縁膜が形成される
が、図示を省略した。
A wiring layer 94 is formed on the insulating film 92 so as to interconnect the electrode layers 56c and 56b through the third and fourth connection holes, and the fourth and fifth connection holes are formed. A wiring layer 96 is formed so as to interconnect the first portion of the electrode layer 56a and the first portion of the conductive material layer 56s with each other.
The conductive material layer 5 is formed on the insulating film 92 through the seventh connection hole.
The bonding electrode layer 98 is formed so as to be connected to the second portion of 6s, and the electrode layer 98 constitutes a bonding pad together with a part of the wiring layer Ts therebelow. A bonding wire is connected to the electrode layer 98. A protective insulating film is formed on the insulating film 92 so as to cover the wiring layers 94 and 96 and expose the electrode layer 98, but the illustration is omitted.

【0163】配線層Tsは、上磁性層54sの上に導電
材層(ハードマスク)56sを配置した第1の配線路
と、導電材層を含む下磁性層50sからなる第2の配線
路とを有し、第1及び第2の配線路は、トンネルバリア
層52sにより電気的に分離されている。第1及び第2
の配線路は、いずれも導電材層を含んでいるので、低抵
抗配線を実現可能である。第1の配線路は、例えばTM
R素子Taの電極層56aと同一のレベルの配線である
ため、絶縁膜92を平坦化することにより配線層96を
平坦化すると共に接続孔を浅くして接続孔の加工や埋込
みを容易にすることができる。第2の配線路は、例えば
線88aで示すように配線層88に接続することにより
基板80内の回路素子のための配線として使用可能であ
る。また、図25〜27又は図34〜36に関して前述
したように第1及び第2の配線路を配線層Tsの両側部
に形成した導電層により短絡させることにより第1又は
第2の配線路を単独で使用する場合に比べて配線抵抗を
約半分に低減可能である。従って、配線層Tsを設ける
ことで集積回路における配線設計の自由度が向上する。
The wiring layer Ts includes a first wiring path in which a conductive material layer (hard mask) 56s is arranged on the upper magnetic layer 54s and a second wiring path including a lower magnetic layer 50s including a conductive material layer. And the first and second wiring paths are electrically separated by the tunnel barrier layer 52s. First and second
Since each of the wiring paths includes a conductive material layer, low resistance wiring can be realized. The first wiring path is, for example, TM
Since the wiring is at the same level as that of the electrode layer 56a of the R element Ta, the wiring layer 96 is flattened by flattening the insulating film 92 and the connection hole is shallowed to facilitate the processing and embedding of the connection hole. be able to. The second wiring path can be used as wiring for a circuit element in the substrate 80 by connecting to the wiring layer 88 as shown by a line 88a. Further, as described above with reference to FIGS. 25 to 27 or 34 to 36, the first and second wiring paths are short-circuited by the conductive layers formed on both sides of the wiring layer Ts to thereby form the first or second wiring paths. The wiring resistance can be reduced to about half as compared with the case where it is used alone. Therefore, by providing the wiring layer Ts, the degree of freedom in wiring design in the integrated circuit is improved.

【0164】絶縁膜平坦化層TkをTMR素子Tb及び
Tcの間の空間に配置すると、絶縁膜92の平坦化が容
易となり、配線層94を平坦状に延長させることができ
る。また、前述したように絶縁膜剥離防止層を設ける
と、絶縁膜92の剥離を防止することができると共にL
SIチップの内部への水分浸入を抑制することができ
る。
When the insulating film flattening layer Tk is arranged in the space between the TMR elements Tb and Tc, the insulating film 92 can be easily flattened and the wiring layer 94 can be extended in a flat shape. Further, when the insulating film peeling prevention layer is provided as described above, peeling of the insulating film 92 can be prevented and L
It is possible to prevent moisture from entering the inside of the SI chip.

【0165】図37の構成において、TMR素子Ta〜
Tc、配線層Ts、絶縁膜平坦化層Tk及び絶縁膜剥離
防止層は、配線層88と同じ配線レベル(絶縁膜86の
上)に設けてもよく、あるいは図示した配置位置より上
の任意の配線レベルに設けてもよい。
In the structure of FIG. 37, TMR elements Ta to
The Tc, the wiring layer Ts, the insulating film flattening layer Tk, and the insulating film peeling prevention layer may be provided at the same wiring level (on the insulating film 86) as the wiring layer 88, or at any position above the illustrated arrangement position. It may be provided at the wiring level.

【0166】なお、この発明は、上記したような磁気セ
ンサに限らず、他の磁気センサ、磁気メモリ、磁気ヘッ
ド等のTMR素子応用製品(磁気トンネル接合装置)の
製造にも適用することができる。
The present invention can be applied not only to the magnetic sensor as described above, but also to the manufacture of other TMR element application products (magnetic tunnel junction device) such as magnetic sensors, magnetic memories, and magnetic heads. .

【0167】[0167]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、磁気
トンネル接合積層の残存部に導電材からなるハードマス
クを選択マスクとする選択エッチング処理を施して磁気
トンネル接合部及び電極層を形成した後、磁気トンネル
接合部においてトンネルバリア層の端部に選択エッチン
グ処理の際に堆積した堆積物を除去したり、導電材から
なるハードマスクを選択マスクとする選択エッチング処
理により磁気トンネル接合部の下に電極層を形成した
後、磁気トンネル接合部においてトンネルバリア層の端
部からハードマスクを除去したりするので、トンネルバ
リア層の上下の金属層間に電気的な短絡やリークが発生
するのを防止でき、TMR素子の製造歩留りが向上する
と共にTMR素子の特性劣化を防止できる効果が得られ
る。また、この発明の製法では、酸化性又は窒化性雰囲
気中でイオンミリング処理を行なう必要がないので、エ
ッチング終点の検出精度が低下しない利点もある。
As described above, according to the present invention, the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack is subjected to the selective etching process using the hard mask made of a conductive material as a selective mask to form the magnetic tunnel junction portion and the electrode layer. After that, the deposit deposited at the end of the tunnel barrier layer at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction is removed, or the magnetic tunnel junction is selectively etched using a hard mask made of a conductive material as a selective mask. After forming the electrode layer below, the hard mask is removed from the end of the tunnel barrier layer at the magnetic tunnel junction, so that an electrical short circuit or a leak may occur between the metal layers above and below the tunnel barrier layer. Therefore, it is possible to obtain the effect that the manufacturing yield of the TMR element is improved and the characteristic deterioration of the TMR element can be prevented. Further, in the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to perform the ion milling treatment in an oxidizing or nitriding atmosphere, and therefore, there is an advantage that the detection accuracy of the etching end point does not decrease.

【0168】その上、導電材からなるハードマスクを選
択マスクとする選択エッチング処理では、堆積物(エッ
チング生成物)がレジスト変性成分等の有機物を含まな
いので、磁気トンネル接合部の側壁に付着した堆積物を
有機溶媒等を用いずに簡単に除去することができ、コス
ト低減が可能になる効果も得られる。また、微細なパタ
ーンの形成が容易であると共に加工精度が高い利点もあ
る。
Moreover, in the selective etching process using the hard mask made of a conductive material as a selective mask, since the deposit (etching product) does not contain an organic substance such as a resist modifying component, it adheres to the sidewall of the magnetic tunnel junction. The deposit can be easily removed without using an organic solvent or the like, and there is an effect that the cost can be reduced. Further, there is an advantage that a fine pattern can be easily formed and the processing accuracy is high.

【0169】さらに、TMR素子形成処理の一部を流用
してTMR素子と積層構成が実質的に同一の配線層、絶
縁膜平坦化層又は絶縁膜剥離防止層を形成するので、低
コストで配線設計の自由度向上、絶縁膜の平坦性又は安
定性の向上等を達成できる効果が得られる。
Furthermore, since part of the TMR element forming process is diverted to form a wiring layer, an insulating film flattening layer, or an insulating film peeling prevention layer, which has substantially the same laminated structure as the TMR element, the wiring is formed at low cost. The effect that the degree of freedom in design is improved and the flatness or stability of the insulating film is improved can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の第1の実施形態に係る磁気センサ
の製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程を
示す基板断面図である。
FIG. 1 is a substrate cross-sectional view showing a lamination forming step and a resist layer forming step in a method of manufacturing a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の工程に続くマスク形成工程を示す基板
断面図である。
FIG. 2 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming process following the process of FIG.

【図3】 図2の工程に続くレジスト除去工程及びイオ
ンミリング工程を示す基板断面図である。
FIG. 3 is a substrate cross-sectional view showing a resist removing step and an ion milling step that follow the step of FIG.

【図4】 図3の工程に続く側壁堆積膜除去工程及びレ
ジスト層形成工程を示す基板断面図である。
FIG. 4 is a substrate cross-sectional view showing a sidewall deposited film removing step and a resist layer forming step following the step of FIG.

【図5】 図4の工程に続くマスク形成工程を示す基板
断面図である。
FIG. 5 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step following the step of FIG.

【図6】 図5の工程に続くレジスト除去工程及びイオ
ンミリング工程を示す基板断面図である。
6 is a substrate cross-sectional view showing a resist removing step and an ion milling step that follow the step of FIG.

【図7】 図6の工程に続く側壁堆積膜除去工程を示す
基板断面図である。
FIG. 7 is a substrate cross-sectional view showing a sidewall deposited film removing step that follows the step of FIG.

【図8】 図7の工程に続く絶縁膜形成工程及び接続孔
形成工程を示す基板断面図である。
8 is a substrate cross-sectional view showing an insulating film forming step and a connection hole forming step that follow the step of FIG.

【図9】 図8の工程に続く配線形成工程を示す基板断
面図である。
9 is a substrate cross-sectional view showing a wiring forming process following the process of FIG.

【図10】 配線部における図1〜3対応の配線層形成
工程を示す基板断面図である。
10 is a substrate cross-sectional view showing a wiring layer forming process corresponding to FIGS. 1 to 3 in a wiring portion. FIG.

【図11】 配線部における図4,5対応の側壁堆積膜
除去工程、レジスト層形成工程及びイオンミリング工程
を示す基板断面図である。
11 is a substrate cross-sectional view showing a sidewall deposited film removing step, a resist layer forming step, and an ion milling step corresponding to FIGS. 4 and 5 in the wiring portion.

【図12】 配線部における図6,7対応のレジスト除
去工程、イオンミリング工程及び側壁堆積膜除去工程を
示す基板断面図である。
FIG. 12 is a substrate cross-sectional view showing a resist removing step, an ion milling step, and a sidewall deposited film removing step corresponding to FIGS.

【図13】 TMR素子の接続状況を示す上面図であ
る。
FIG. 13 is a top view showing a connection state of TMR elements.

【図14】 第1の実施形態に関する第1の変形例にお
けるマスク形成工程を示す基板断面図である。
FIG. 14 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step in a first modification example of the first embodiment.

【図15】 図14の工程に続くイオンミリング工程及
び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
15 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a sidewall deposited film removing process following the process of FIG.

【図16】 第1の実施形態に関する第2の変形例にお
けるマスク形成工程を示す基板断面図である。
FIG. 16 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step in a second modification example of the first embodiment.

【図17】 図16の工程に続くイオンミリング工程及
び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
FIG. 17 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a sidewall deposited film removing process following the process of FIG.

【図18】 この発明の第2の実施形態に係る磁気セン
サの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程
を示す基板断面図である。
FIG. 18 is a substrate cross-sectional view showing a lamination forming step and a resist layer forming step in the method of manufacturing the magnetic sensor according to the second embodiment of the invention.

【図19】 図18の工程に続くマスク形成工程を示す
基板断面図である。
FIG. 19 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step that follows the step of FIG.

【図20】 図19の工程に続くイオンミリング工程を
示す基板断面図である。
20 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process following the process of FIG.

【図21】 図20の工程に続く側壁堆積膜除去工程及
び導電材層形成工程を示す基板断面図である。
21 is a substrate cross-sectional view showing a sidewall deposited film removing step and a conductive material layer forming step following the step of FIG. 20. FIG.

【図22】 図21の工程に続くレジスト層形成工程を
示す基板断面図である。
22 is a substrate cross-sectional view showing a resist layer forming step following the step of FIG. 21. FIG.

【図23】 図22の工程に続くマスク形成工程を示す
基板断面図である。
23 is a cross-sectional view of the substrate showing a mask forming step following the step of FIG.

【図24】 図23の工程に続くイオンミリング工程及
び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
FIG. 24 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a sidewall deposited film removing process following the process of FIG. 23.

【図25】 配線部における図18〜22対応の工程を
示す基板断面図である。
FIG. 25 is a substrate cross-sectional view showing a step corresponding to FIGS. 18 to 22 in the wiring portion.

【図26】 配線部における図23対応の工程を示す基
板断面図である。
FIG. 26 is a substrate cross-sectional view showing a step of the wiring portion corresponding to FIG. 23.

【図27】 配線部における図24対応の工程を示す基
板断面図である。
FIG. 27 is a substrate cross-sectional view showing a step of the wiring portion corresponding to FIG. 24.

【図28】 この発明の第3の実施形態に係る磁気セン
サの製法における積層形成工程及びレジスト層形成工程
を示す基板断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view of a substrate showing a lamination forming step and a resist layer forming step in the method of manufacturing a magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図29】 図28の工程に続くマスク形成工程を示す
基板断面図である。
FIG. 29 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step following the step of FIG. 28.

【図30】 図29の工程に続くイオンミリング工程及
び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
FIG. 30 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a sidewall deposited film removing process following the process of FIG. 29.

【図31】 図30の工程に続くレジスト層形成工程を
示す基板断面図である。
31 is a substrate cross-sectional view showing a resist layer forming step following the step of FIG. 30. FIG.

【図32】 図31の工程に続くマスク形成工程を示す
基板断面図である。
32 is a substrate cross-sectional view showing a mask forming step following the step of FIG. 31. FIG.

【図33】 図32の工程に続くイオンミリング工程及
び側壁堆積膜除去工程を示す基板断面図である。
FIG. 33 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a sidewall deposited film removing process following the process of FIG. 32.

【図34】 配線部における図28〜31対応の工程を
示す基板断面図である。
34 is a substrate cross-sectional view showing a step corresponding to FIGS. 28 to 31 in the wiring portion. FIG.

【図35】 配線部における図32対応の工程を示す基
板断面図である。
35 is a substrate cross-sectional view showing a step of the wiring portion corresponding to FIG. 32. FIG.

【図36】 配線部における図33対応の工程を示す基
板断面図である。
FIG. 36 is a substrate cross-sectional view showing a step of the wiring portion corresponding to FIG. 33.

【図37】 この発明に係る磁気センサを備えたLSI
チップを示す断面図である。
FIG. 37 is an LSI provided with a magnetic sensor according to the present invention.
It is sectional drawing which shows a chip.

【図38】 従来の磁気センサの製法における積層形成
工程及びレジスト層形成工程を示す基板断面図である。
FIG. 38 is a cross-sectional view of a substrate showing a laminated layer forming step and a resist layer forming step in a conventional magnetic sensor manufacturing method.

【図39】 図38の工程に続くイオンミリング工程及
びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
FIG. 39 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a resist removing process following the process of FIG. 38.

【図40】 図39の工程に続くレジスト層形成工程を
示す基板断面図である。
40 is a substrate cross-sectional view showing a resist layer forming step following the step of FIG. 39. FIG.

【図41】 図40の工程に続くイオンミリング工程及
びレジスト除去工程を示す基板断面図である。
41 is a substrate cross-sectional view showing an ion milling process and a resist removing process following the process of FIG. 40. FIG.

【図42】 図41の工程に続く絶縁膜形成工程及び接
続孔形成工程を示す基板断面図である。
42 is a substrate cross-sectional view showing an insulating film forming step and a connection hole forming step that follow the step of FIG.

【図43】 図42の工程に続く配線形成工程を示す基
板断面図である。
FIG. 43 is a substrate cross-sectional view showing a wiring forming process following the process of FIG. 42.

【図44】 図39のイオンミリング工程における側壁
堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
44 is a cross-sectional view of the substrate showing the state of formation of the sidewall deposited film in the ion milling process of FIG. 39.

【図45】 図41のイオンミリング工程における側壁
堆積膜の形成状況を示す基板断面図である。
45 is a substrate cross-sectional view showing the state of formation of a sidewall deposited film in the ion milling process of FIG. 41.

【符号の説明】 20,80:半導体基板、22,46,82,86,9
0,92:絶縁膜、24,34,56,60,74:導
電材層、26,33A,33B:反強磁性層、28,3
2:強磁性層、30,52:トンネルバリア層、36
a,36b,40a〜40c,40s,58,62a,
62b,62s,70a,70b,76,76s:レジ
スト層、38,42,59,64,72,78:分離
溝、34A,34B,34a〜34c,34s,56
A,56a,56b,56s,60a,60b,60
s,74A,74s:ハードマスク、46a〜46c:
接続孔、48a,48b,88,94,96,Ts:配
線層、50:下磁性層、54:上磁性層、84:ドレイ
ン領域、98:ボンディング電極層、DP10〜DP
25,DP31:側壁堆積膜、Ra,Rb,Rs:積層
残存部、Ta〜Tc:TMR素子、ATa,ATb,A
Ts:磁気トンネル接合部、LC:LSIチップ、T
k:絶縁膜平坦化層。
[Explanation of reference numerals] 20, 80: semiconductor substrate, 22, 46, 82, 86, 9
0, 92: insulating film, 24, 34, 56, 60, 74: conductive material layer, 26, 33A, 33B: antiferromagnetic layer, 28, 3
2: ferromagnetic layer, 30, 52: tunnel barrier layer, 36
a, 36b, 40a-40c, 40s, 58, 62a,
62b, 62s, 70a, 70b, 76, 76s: resist layer, 38, 42, 59, 64, 72, 78: separation groove, 34A, 34B, 34a to 34c, 34s, 56.
A, 56a, 56b, 56s, 60a, 60b, 60
s, 74A, 74s: hard mask, 46a to 46c:
Connection holes, 48a, 48b, 88,94,96, Ts : the wiring layer, 50: lower magnetic layer, 54: upper magnetic layer, 84: drain region, 98: bonding electrode layer, DP 10 to DP
25 , DP 31 : Side wall deposited film, Ra, Rb, Rs: Laminated remaining portion, Ta to Tc: TMR element, ATa, ATb, A
Ts: magnetic tunnel junction, LC: LSI chip, T
k: insulating film flattening layer.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねて
前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施すこと
により前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合
積層を残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パター
ンに従って覆うように前記第1のハードマスクを残存さ
せるべく前記第1のハードマスクに第3の選択エッチン
グ処理を施すことにより前記第1のハードマスクの残存
部分からなる第2のハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第2のハード
マスクを選択マスクとする第4の選択エッチング処理を
施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁
性層に達するまでエッチングすることにより前記第1の
磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第2の磁性層の
各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する
と共にこの磁気トンネル接合部の下に前記第1の導電材
層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる第1の
電極層を残存させ、しかも前記第2のハードマスクを第
2の電極層として残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層
の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆積した
堆積物を除去する工程とを含む磁気トンネル接合素子の
製法。
1. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on an insulating main surface of a substrate through a first conductive material layer,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
Forming a magnetic tunnel junction stack by stacking the magnetic layer, the tunnel barrier layer, and a second magnetic layer, and forming a second conductive material layer covering the magnetic tunnel junction stack; The second conductive material layer is subjected to a first selective etching treatment so as to leave the second conductive material layer so as to cover the junction stack according to a desired electrode pattern, and the remaining portion of the second conductive material layer is left. Forming a first hard mask consisting of a portion; and subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask to form the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern. And leaving the first hard mask so as to cover the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. Therefore, a step of forming a second hard mask composed of the remaining portion of the first hard mask by subjecting the first hard mask to a third selective etching treatment, and the step of forming the second hard mask in the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack. A fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask is performed to etch the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack until it reaches the antiferromagnetic layer, thereby the first magnetic layer and the tunnel barrier. A magnetic tunnel junction consisting of a layer and a remaining portion of each of the second magnetic layers, and below the magnetic tunnel junction from a remaining portion of each of the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer. The remaining first electrode layer and the second hard mask as a second electrode layer, and Preparation of the magnetic tunnel junction element and a step of removing the fourth selection deposited sediments during the etching process to the end of the Nerubaria layer.
【請求項2】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねる
か又は前記第1の導電材層の上に下から順に第1の磁性
層、トンネルバリア層、第2の磁性層及び反強磁性層を
重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施すこと
により前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合
積層を残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パター
ンに従って覆うように前記第1のハードマスクを残存さ
せるべく前記第1のハードマスクに第3の選択エッチン
グ処理を施すことにより前記第1のハードマスクの残存
部分からなる第2のハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第2のハード
マスクを選択マスクとする第4の選択エッチング処理を
施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記第1の
導電材層に達するまでエッチングすることにより前記反
強磁性層、前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及
び前記第2の磁性層の各々の残存部分又は前記第1の磁
性層、前記トンネルバリア層、前記第2の磁性層及び前
記反強磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接
合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前
記第1の導電材層の残存部分からなる第1の電極層を残
存させ、しかも前記第2のハードマスクを第2の電極層
として残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層
の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆積した
堆積物を除去する工程とを含む磁気トンネル接合素子の
製法。
2. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on one insulating main surface of a substrate with a first conductive material layer interposed therebetween,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
The magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer, or a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer, and an antiferromagnetic layer in order from the bottom on the first conductive material layer. To form the magnetic tunnel junction stack, a step of forming a second conductive material layer to cover the magnetic tunnel junction stack, and the step of covering the magnetic tunnel junction stack according to a desired electrode pattern. Forming a first hard mask made of the remaining portion of the second conductive material layer by subjecting the second conductive material layer to a first selective etching treatment so that the second conductive material layer remains. A step of leaving the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern by subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask; The first hard mask is formed by performing a third selective etching process on the first hard mask so as to leave the first hard mask so as to cover the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. Forming a second hard mask composed of the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack, and subjecting the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack to a fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask. By etching the remaining portion of the antiferromagnetic layer, the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer until the first conductive material layer is reached. When a magnetic tunnel junction is formed by the remaining portions of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, the second magnetic layer, and the antiferromagnetic layer. A step of leaving a first electrode layer made of a remaining portion of the first conductive material layer under the magnetic tunnel junction, and a step of leaving the second hard mask as a second electrode layer; A method of manufacturing a magnetic tunnel junction element, which comprises a step of removing a deposit deposited at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction portion during the fourth selective etching process.
【請求項3】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねて
前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施すこと
により前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合
積層を残存させる工程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合積層の
残存部とを覆って第3の導電材層を形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パター
ンに従って覆うように前記第1のハードマスク及び前記
第3の導電材層を残存させるべく前記第1のハードマス
ク及び前記第3の導電材層に第3の選択エッチング処理
を施すことにより前記第1のハードマスク及び前記第3
の導電材層の各々の残存部分からなる第2のハードマス
クを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第2のハード
マスクを選択マスクとする第4の選択エッチング処理を
施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記反強磁
性層に達するまでエッチングすることにより前記第1の
磁性層、前記トンネルバリア層及び前記第2の磁性層の
各々の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する
と共にこの磁気トンネル接合部の下に前記第1の導電材
層及び前記反強磁性層の各々の残存部分からなる第1の
電極層を残存させ、しかも前記第2のハードマスクのう
ち少なくとも前記第1のハードマスクの残存部分を第2
の電極層として残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層
の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆積した
堆積物を除去する工程とを含む磁気トンネル接合素子の
製法。
3. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on one insulating main surface of a substrate through a first conductive material layer,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
Forming a magnetic tunnel junction stack by stacking the magnetic layer, the tunnel barrier layer, and a second magnetic layer, and forming a second conductive material layer covering the magnetic tunnel junction stack; The second conductive material layer is subjected to a first selective etching treatment so as to leave the second conductive material layer so as to cover the junction stack according to a desired electrode pattern, and the remaining portion of the second conductive material layer is left. Forming a first hard mask consisting of a portion; and subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask to form the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern. And a step of forming a third conductive material layer covering the first hard mask and the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack. In order to leave the first hard mask and the third conductive material layer so as to cover the remaining portion of the air tunnel junction stack according to a desired element pattern, the first hard mask and the third conductive material layer are provided with a second layer. The first hard mask and the third hard mask
A step of forming a second hard mask made of the remaining portions of the conductive material layers, and a fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask on the remaining portions of the magnetic tunnel junction stack. The remaining portion of the magnetic tunnel junction stack is etched to reach the antiferromagnetic layer, thereby forming a magnetic tunnel junction composed of the remaining portions of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer. And a first electrode layer composed of remaining portions of the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer is left under the magnetic tunnel junction, and the second hard mask At least the remaining portion of the first hard mask is
And a step of removing the deposit deposited at the end of the tunnel barrier layer at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction, the method for manufacturing a magnetic tunnel junction element. .
【請求項4】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねる
か又は前記第1の導電材層の上に下から順に第1の磁性
層、トンネルバリア層、第2の磁性層及び反強磁性層を
重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の電極パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施すこと
により前記電極パターンに従って前記磁気トンネル接合
積層を残存させる工程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合積層の
残存部とを覆って第3の導電材層を形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部を所望の素子パター
ンに従って覆うように前記第1のハードマスク及び前記
第3の導電材層を残存させるべく前記第1のハードマス
ク及び前記第3の導電材層に第3の選択エッチング処理
を施すことにより前記第1のハードマスク及び前記第3
の導電材層の各々の残存部分からなる第2のハードマス
クを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層の残存部に前記第2のハード
マスクを選択マスクとする第4の選択エッチング処理を
施して前記磁気トンネル接合積層の残存部を前記第1の
導電材層に達するまでエッチングすることにより前記反
強磁性層、前記第1の磁性層、前記トンネルバリア層及
び前記第2の磁性層の各々の残存部分又は前記第1の磁
性層、前記トンネルバリア層、前記第2の磁性層及び前
記反強磁性層の各々の残存部分からなる磁気トンネル接
合部を形成すると共にこの磁気トンネル接合部の下に前
記第1の導電材層の残存部分からなる第1の電極層を残
存させ、しかも前記第2のハードマスクのうち少なくと
も前記第1のハードマスクの残存部分を第2の電極層と
して残存させる工程と、 前記磁気トンネル接合部において前記トンネルバリア層
の端部に前記第4の選択エッチング処理の際に堆積した
堆積物を除去する工程とを含む磁気トンネル接合素子の
製法。
4. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on one insulating main surface of a substrate through a first conductive material layer,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
The magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer, or a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer, and an antiferromagnetic layer in order from the bottom on the first conductive material layer. To form the magnetic tunnel junction stack, a step of forming a second conductive material layer to cover the magnetic tunnel junction stack, and the step of covering the magnetic tunnel junction stack according to a desired electrode pattern. Forming a first hard mask made of the remaining portion of the second conductive material layer by subjecting the second conductive material layer to a first selective etching treatment so that the second conductive material layer remains. A step of leaving the magnetic tunnel junction stack according to the electrode pattern by subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask; Forming a third conductive material layer over the first hard mask and the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack, and the step of covering the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. The first hard mask and the third conductive material layer are subjected to a third selective etching treatment so that the first hard mask and the third conductive material layer remain. Three
A step of forming a second hard mask made of the remaining portions of the conductive material layers, and a fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask on the remaining portions of the magnetic tunnel junction stack. Each of the antiferromagnetic layer, the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer by etching the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack until it reaches the first conductive material layer. Or a magnetic tunnel junction formed of the remaining portions of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer, the second magnetic layer, and the antiferromagnetic layer is formed under the magnetic tunnel junction. To leave the first electrode layer made of the remaining portion of the first conductive material layer, and at least the remaining portion of the first hard mask in the second hard mask is the second electrode. A method of manufacturing a magnetic tunnel junction device, comprising: a step of remaining as a layer; and a step of removing a deposit deposited at the end of the tunnel barrier layer in the magnetic tunnel junction section during the fourth selective etching treatment.
【請求項5】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねて
前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施して前
記磁気トンネル接合積層を前記反強磁性層に達するまで
エッチングすることにより前記第1の磁性層、前記トン
ネルバリア層及び前記第2の磁性層の各々の残存部分か
らなる磁気トンネル接合部を形成する工程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合部と前
記反強磁性層の露呈部とを覆って第3の導電材層を形成
する工程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合部と前
記反強磁性層の露呈部とを所望の電極パターンに従って
覆うように前記第3の導電材層を残存させるべく前記第
3の導電材層に第3の選択エッチング処理を施すことに
より前記第3の導電材層の残存部分からなる第2のハー
ドマスクを形成する工程と、 前記第1の導電材層と前記反強磁性層との積層に前記第
2のハードマスクを選択マスクとする第4の選択エッチ
ング処理を施すことにより該積層の残存部分からなる第
1の電極層を前記磁気トンネル接合部の下に形成する工
程と、 前記第1の電極層の形成中又は形成後に前記磁気トンネ
ル接合部において前記トンネルバリア層の端部から前記
第2のハードマスクを除去すると共に少なくとも前記第
1のハードマスクを第2の電極層として残存させる工程
とを含む磁気トンネル接合素子の製法。
5. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on one insulating main surface of a substrate through a first conductive material layer,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
Forming a magnetic tunnel junction stack by stacking the magnetic layer, the tunnel barrier layer, and a second magnetic layer, and forming a second conductive material layer covering the magnetic tunnel junction stack; A remaining portion of the second conductive material layer is formed by performing a first selective etching process on the second conductive material layer so that the second conductive material layer remains so as to cover the junction stack according to a desired element pattern. Forming a first hard mask consisting of a portion; and subjecting the magnetic tunnel junction stack to the antiferromagnetic process by subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask. Forming a magnetic tunnel junction consisting of the remaining portions of each of the first magnetic layer, the tunnel barrier layer and the second magnetic layer by etching until the layer is reached. And a step of forming a third conductive material layer to cover the first hard mask, the magnetic tunnel junction, and the exposed portion of the antiferromagnetic layer, the first hard mask and the magnetic layer. Subjecting the third conductive material layer to a third selective etching treatment so as to leave the third conductive material layer so as to cover the tunnel junction portion and the exposed portion of the antiferromagnetic layer according to a desired electrode pattern. A step of forming a second hard mask made of the remaining portion of the third conductive material layer, and a selective mask of the second hard mask in the stack of the first conductive material layer and the antiferromagnetic layer. Forming a first electrode layer consisting of the remaining portion of the laminated layer under the magnetic tunnel junction by performing a fourth selective etching treatment, and during or after the formation of the first electrode layer. The magnetic tunnel junction Preparation of the magnetic tunnel junction element and a step to leave at least the first hard mask as the second electrode layer to remove the second hard mask from the end of the tunnel barrier layer in.
【請求項6】基板の絶縁性の一主面に第1の導電材層を
介して磁気トンネル接合積層を形成する工程であって、
前記第1の導電材層の上に下から順に反強磁性層、第1
の磁性層、トンネルバリア層及び第2の磁性層を重ねる
か又は前記第1の導電材層の上に下から順に第1の磁性
層、トンネルバリア層、第2の磁性層及び反強磁性層を
重ねて前記磁気トンネル接合積層を形成するものと、 前記磁気トンネル接合積層を覆って第2の導電材層を形
成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層を所望の素子パターンに従っ
て覆うように前記第2の導電材層を残存させるべく前記
第2の導電材層に第1の選択エッチング処理を施すこと
により前記第2の導電材層の残存部部分からなる第1の
ハードマスクを形成する工程と、 前記磁気トンネル接合積層に前記第1のハードマスクを
選択マスクとする第2の選択エッチング処理を施して前
記磁気トンネル接合積層を前記第1の導電材層に達する
までエッチングすることにより前記磁気トンネル接合積
層の残存部分からなる磁気トンネル接合部を形成する工
程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合部と前
記第1の導電材層の露呈部とを覆って第3の導電材層を
形成する工程と、 前記第1のハードマスクと前記磁気トンネル接合部と前
記第1の導電材層の露呈部とを所望の電極パターンに従
って覆うように前記第3の導電材層を残存させるべく前
記第3の導電材層に第3の選択エッチング処理を施すこ
とにより前記第3の導電材層の残存部分からなる第2の
ハードマスクを形成する工程と、 前記第1の導電材層に前記第2のハードマスクを選択マ
スクとする第4の選択エッチング処理を施すことにより
前記第1の導電材層の残存部分からなる第1の電極層を
前記磁気トンネル接合部の下に形成する工程と、 前記第1の電極層の形成中又は形成後に前記磁気トンネ
ル接合部において前記トンネルバリア層の端部から前記
第2のハードマスクを除去すると共に少なくとも前記第
1のハードマスクを第2の電極層として残存させる工程
とを含む磁気トンネル接合素子の製法。
6. A step of forming a magnetic tunnel junction stack on one insulating main surface of a substrate through a first conductive material layer,
An antiferromagnetic layer and a first antiferromagnetic layer are formed on the first conductive material layer in order from the bottom.
The magnetic layer, the tunnel barrier layer, and the second magnetic layer, or a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer, and an antiferromagnetic layer in order from the bottom on the first conductive material layer. To form the magnetic tunnel junction stack, a step of covering the magnetic tunnel junction stack to form a second conductive material layer, and the step of covering the magnetic tunnel junction stack according to a desired element pattern. Forming a first hard mask made of the remaining portion of the second conductive material layer by subjecting the second conductive material layer to a first selective etching treatment so that the second conductive material layer remains. Subjecting the magnetic tunnel junction stack to a second selective etching process using the first hard mask as a selective mask to etch the magnetic tunnel junction stack until reaching the first conductive material layer. A step of forming a magnetic tunnel junction formed of the remaining portion of the magnetic tunnel junction stack; and a third step of covering the first hard mask, the magnetic tunnel junction and the exposed portion of the first conductive material layer. Forming a conductive material layer, and the third conductive material layer so as to cover the first hard mask, the magnetic tunnel junction, and the exposed portion of the first conductive material layer according to a desired electrode pattern. Forming a second hard mask composed of the remaining portion of the third conductive material layer by subjecting the third conductive material layer to a third selective etching treatment so as to leave the first conductive layer. The material layer is subjected to a fourth selective etching process using the second hard mask as a selective mask, so that the first electrode layer made of the remaining portion of the first conductive material layer is formed under the magnetic tunnel junction. Form Removing the second hard mask from the end of the tunnel barrier layer at the magnetic tunnel junction during or after the formation of the first electrode layer, and at least removing the first hard mask from the second hard mask. A method of manufacturing a magnetic tunnel junction element, which comprises a step of remaining as an electrode layer.
【請求項7】絶縁性の一主面を有する基板と、 前記一主面に形成された磁気トンネル接合素子であっ
て、前記一主面に下から順に第1の導電材層、反強磁性
層、第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層及
び第2の導電材層を重ねるか又は前記一主面に下から順
に第1の導電材層、第1の磁性層、トンネルバリア層、
第2の磁性層、反強磁性層及び第2の導電材層を重ねて
構成されたものと、 前記一主面に形成され、前記磁気トンネル接合素子と実
質的に同一の積層構成を有する積層構造体からなる配線
層とを備え、 前記配線層を、前記磁気トンネル接合素子のための配線
層又は前記基板に形成された回路素子のための配線層と
して用いた磁気トンネル接合装置。
7. A substrate having an insulating main surface, and a magnetic tunnel junction element formed on the main surface, wherein a first conductive material layer and an antiferromagnetic layer are formed on the main surface in order from the bottom. Layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer and a second conductive material layer, or a first conductive material layer, a first magnetic layer, and a tunnel on the one main surface in order from the bottom. Barrier layer,
A layer formed by stacking a second magnetic layer, an antiferromagnetic layer and a second conductive material layer, and a layer formed on the one main surface and having a layer structure substantially the same as that of the magnetic tunnel junction element. A magnetic tunnel junction device comprising a wiring layer made of a structure, wherein the wiring layer is used as a wiring layer for the magnetic tunnel junction element or a wiring layer for a circuit element formed on the substrate.
【請求項8】 前記積層構造体においてトンネルバリア
層を挟む2つの磁性層を短絡するように前記積層構造体
の少なくとも側部を覆って形成された導電層を更に備え
た請求項7記載の磁気トンネル接合装置。
8. The magnetic according to claim 7, further comprising a conductive layer formed so as to short-circuit two magnetic layers sandwiching a tunnel barrier layer in the laminated structure so as to cover at least a side portion of the laminated structure. Tunnel junction device.
【請求項9】絶縁性の一主面を有する基板と、 前記一主面に形成された磁気トンネル接合素子であっ
て、前記一主面に下から順に第1の導電材層、反強磁性
層、第1の磁性層、トンネルバリア層、第2の磁性層及
び第2の導電材層を重ねるか又は前記一主面に下から順
に第1の導電材層、第1の磁性層、トンネルバリア層、
第2の磁性層、反強磁性層及び第2の導電材層を重ねて
構成されたものと、 前記一主面に形成され、前記磁気トンネル接合素子と実
質的に同一の積層構成を有する補助積層と、 前記磁気トンネル接合素子及び前記補助積層を覆って前
記一主面に形成された絶縁膜とを備え、 前記補助積層を、前記絶縁膜を平坦化するための平坦化
層又は前記絶縁膜の剥離を防止するための剥離防止層と
して用いた磁気トンネル接合装置。
9. A substrate having an insulative main surface, and a magnetic tunnel junction element formed on the one main surface, wherein a first conductive material layer and an antiferromagnetic material are formed on the main surface in order from the bottom. Layer, a first magnetic layer, a tunnel barrier layer, a second magnetic layer and a second conductive material layer, or a first conductive material layer, a first magnetic layer, and a tunnel on the one main surface in order from the bottom. Barrier layer,
An auxiliary layer formed by stacking a second magnetic layer, an antiferromagnetic layer, and a second conductive material layer, and an auxiliary layer formed on the one main surface and having substantially the same laminated structure as the magnetic tunnel junction element. A stacking layer and an insulating film formed on the one main surface so as to cover the magnetic tunnel junction element and the auxiliary stacking layer, and the flattening layer or the insulating film for flattening the insulating film of the auxiliary stacking layer. Magnetic tunnel junction device used as a peeling prevention layer for preventing peeling of the metal.
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