【手続補正書】
【提出日】平成17年10月19日(2005.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４１】
第１の書込線と、前記第１の書込線と交差するように延びる第２の書込線と、外部磁界によって磁化方向が変化する感磁層を含む積層体を有する磁気抵抗効果素子と、を備えた磁気メモリデバイスを製造するための方法であって、
一対の整流素子が設けられた基体の上に、一対の前記積層体の一部をなす一対の積層部分を形成する工程と、
前記一対の積層部分を少なくとも覆うように下部磁性層を形成し、前記一対の積層体の形成を完了する工程と、
前記下部磁性層の上に、第１の絶縁膜を介して一対の前記第１の書込線を形成する工程と、
前記一対の第１の書込線の上に、第２の絶縁膜を介して前記一対の第２の書込線を、前記第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、
前記一対の第２の書込線と、前記第２の絶縁膜と、前記一対の第１の書込線とを順次エッチングしてパターニングすることにより、前記第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含む一対の積層パターンを形成する積層パターン形成工程と、
前記一対の積層パターンの各々を第３の絶縁膜を介して取り囲むように上部磁性層を設けることにより、互いに一部を共有し合う一対の環状磁性層を形成し、一対の前記磁気抵抗効果素子を含む磁気記憶セルを形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気メモリデバイスの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータや通信機器等の情報処理装置に用いられる汎用メモリとして、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（StaticＲＡＭ）などの揮発性メモリが使用されている。これらの揮発性メモリにおいては、記憶を保持するために絶えず電流を供給し、リフレッシュを行う必要がある。また、電源を切るとすべての情報が失われるので、これら揮発性メモリの他に情報を記録するための手段として不揮発性のメモリを設ける必要があり、例えば、フラッシュＥＥＰＲＯＭや磁気ハードディスク装置などが用いられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
これら不揮発性メモリにおいては、情報処理の高速化に伴って、アクセスの高速化が重要な課題となっている。さらに、携帯情報機器の急速な普及および高性能化に伴い、いつでもどこでも情報処理が行える、いわゆる、ユビキタスコンピューティングを目指した情報機器開発が急速に進められている。このような情報機器開発の中心となるキーデバイスとして、高速処理に対応した不揮発性メモリの開発が強く求められている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図４０は、従来のＴＭＲ効果を利用した磁気メモリデバイスにおける構成を説明する平面図であり、図４１は、図４０に対応する従来の磁気メモリデバイスの要部断面構成を示すものである。読出および書込ワード線１１２，１０６と書込ビット線１０５とが互いに直交しており、その直交部分に挟まれるように第１磁性層１０２、トンネルバリア層１０３および第２磁性層１０４からなるＴＭＲ素子１２０が配設されている。このような、書込ビット線１０５と書込ワード線１０６とが直交するタイプのＭＲＡＭでは、フリー層である第２磁性層１０４における磁化方向を十分に揃えることができず、十分に安定した書込をおこなうことは困難であった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、本発明の第１の目的は、書込線を流れる電流によって形成される磁界の損失を低減し、安定した書込が可能な磁気メモリデバイスおよびそれに搭載される磁気記憶セルを提供することにある。第２の目的は、隣接した磁気記憶セルに悪影響を及ぼすことが少ない磁気メモリデバイスおよびそれに搭載される磁気記憶セルを提供することにある。さらに、第３の目的は、そのような磁気メモリデバイスを容易に製造するための方法を提供することにある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の磁気メモリデバイスの製造方法は、第１の書込線と、この第１の書込線と交差するように延びる第２の書込線と、外部磁界によって磁化方向が変化する感磁層を含む積層体を有する磁気抵抗効果素子と、を備えた磁気メモリデバイスを製造するための方法であり、一対の整流素子が設けられた基体の上に、一対の積層体の一部をなす一対の積層部分を形成する工程と、一対の積層部分を少なくとも覆うように下部磁性層を形成し、一対の積層体の形成を完了する工程と、下部磁性層の上に、第１の絶縁膜を介して一対の第１の書込線を形成する工程と、一対の第１の書込線の上に、第２の絶縁膜を介して一対の第２の書込線を、第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、一対の第２の書込線と、第２の絶縁膜と、一対の第１の書込線とを順次エッチングしてパターニングすることにより、第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含む一対の積層パターンを形成する積層パターン形成工程と、一対の積層パターンの各々を第３の絶縁膜を介して取り囲むように上部磁性層を設けることにより、互いに一部を共有し合う一対の環状磁性層を形成し、一対の磁気抵抗効果素子を含む磁気記憶セルを形成する工程とを含むようにしたものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
第１の駆動制御回路部５６は、Ｙ方向アドレスデコーダ回路５６Ａ、センスアンプ回路５６ＢおよびＹ方向カレントドライブ回路５６Ｃを有し、第２の駆動制御回路部５８は、Ｘ方向アドレスデコーダ回路５８Ａ、定電流回路５８ＢおよびＸ方向カレントドライブ回路５８Ｃを有するものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
Ｙ方向およびＸ方向アドレスデコーダ回路５６Ａ，５８Ａは、入力されたアドレス信号に応じた後出のワードデコード線７２およびビットデコード線７１を選択するものである。センスアンプ回路５６Ｂおよび定電流回路５８Ｂは読出動作を行う際に駆動する回路であり、Ｙ方向およびＸ方向カレントドライブ回路５６Ｃ，５８Ｃは書込動作を行う際に駆動する回路である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
Ｙ方向カレントドライブ回路５６Ｃと記憶セル群５４とは、書込動作の際に必要となる書込ビット線５（後出）を介して接続されている。同様に、Ｘ方向カレントドライブ回路５８Ｃと記憶セル群５４とは、書込動作の際に必要となる書込ワード線６（後出）を介して接続されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
アドレスバッファ５１は、外部アドレス入力端子Ａ０〜Ａ２０を備えると共に、Ｙ方向アドレス線５７を介して第１の駆動制御回路部５６内のＹ方向アドレスデコーダ回路５６Ａに接続され、かつＸ方向アドレス線５５を介して第２の駆動制御回路部５８内のＸ方向アドレスデコーダ回路５８Ａに接続されている。このアドレスバッファ５１は、外部からのアドレス信号を外部アドレス入力端子Ａ０〜Ａ２０から取り込み、内部に備えたバッファ増幅器（図示せず）によりＹ方向アドレスデコーダ回路５６Ａ，Ｘ方向アドレスデコーダ回路５８Ａにおいてそれぞれ必要となる電圧レベルまで増幅するものである。さらに、アドレスバッファ５１は、その増幅したアドレス信号を２つに分け、Ｙ方向アドレス線５７を介してＹ方向アドレスデコーダ回路５６Ａに出力すると共に、Ｘ方向アドレス線５５を介してＸ方向アドレスデコーダ回路５８Ａに出力するように機能する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
環状磁性層４は、書込ビット線５および書込ワード線６における平行部分１０の少なくとも一部を環状に取り囲むように延在しており、この平行部分１０を流れる電流によって環状磁性層４内部に還流磁界が生ずるように構成されている。上記還流磁界によって環状磁性層４の磁化方向が反転される。環状磁性層４の接続部分１４ａ，１４ｂおよびこれに隣接する第２磁性層８ａ，８ｂが、情報を記憶する記憶層として機能する。環状磁性層４は、例えば、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）からなり、その接続部分１４ａ，１４ｂの保磁力が、（１００／４π）×１０3 Ａ／ｍ以下の範囲内において第１磁性層２ａ，２ｂの保磁力よりも小さくなるように構成されていることが望ましい。（１００／４π）×１０3 Ａ／ｍを越えるような保磁力では、書込電流の増大に起因する発熱により、ＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ自体の劣化が生じてしまう可能性があるからである。さらに、接続部分１４ａ，１４ｂの保磁力が第１磁性層２ａ，２ｂの保磁力と同等以上となると、書込電流が増大して磁化固定層としての第１磁性層２ａ，２ｂの磁化方向を変化させてしまい、記憶素子としてのＴＭＲ素子１ａ，１ｂを破壊させてしまうからである。また、書込ビット線５および書込ワード線６による電流磁界を環状磁性層４に集中させるために、環状磁性層４の透磁率はより大きい方が好ましい。具体的には、２０００以上であり、より好ましくは６０００以上である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
書込ビット線５および書込ワード線６は、いずれも、１０ｎｍ厚のチタン（Ｔｉ）と、１０ｎｍ厚の窒化チタン（ＴｉＮ）と５００ｎｍ厚のアルミニウム（Ａｌ）とが順に積層された構造を有し、絶縁膜７ａ，７ｂによって、互いに電気的に絶縁されている。書込ビット線５および書込ワード線６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）およびタングステン（Ｗ）のうちの少なくとも１種からなるようにしてもよい。これら書込ビット線５ａ，５ｂおよび書込ワード線６を用いた記憶セル１に対するより具体的な書込動作については後述する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
図６に示したように、各記憶セル１が、ＸＹ平面における複数の読出ワード線１２と複数の読出ビット線１３との各交差点に配設されている。ここで、記憶セル１の下面（ＴＭＲ素子２０が形成された側）が一対のショットキーダイオード７５ａ，７５ｂを介して一対の読出ビット線１３ａ，１３ｂと接し、上面（ＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂとは反対側）が読出ワード線１２と接している。読出ビット線１３ａ，１３ｂは、各記憶セル１における一対のＴＭＲ素子１ａ，１ｂの各々に読出電流を供給するものであり、一方の読出ワード線１２は、ＴＭＲ素子１ａ，１ｂの各々に流れた読出電流を接地へと導くものである。各読出ビット線１３ａ，１３ｂの両端には、それぞれ読出ビット線引出電極４４が設けられている。一方、各読出ワード線１２の両端には、それぞれ読出ワード線引出電極４３が設けられている。ここで、読出ビット線１３が本発明の「第１の読出線」に対応する一具体例であり、読出ワード線１２が本発明の「第２の読出線」に対応する一具体例である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
一対のダイオード７５ａ，７５ｂは、積層部分２０ａ，２０ｂの側から順に導電層２４ａ，２４ｂとエピタキシャル層２５と基板２６とを有し、これら導電層２４ａ，２４ｂとエピタキシャル層２５との間にそれぞれショットキー障壁を形成している。ダイオード７５ａとダイオード７５ｂとは、積層部分２０ａ，２０ｂを挟んで環状磁性層４と接続しているほかは互いに電気的な接続部分をもたないように構成されている。基板２６はｎ型シリコンウェハである。一般に、ｎ型シリコンウェハには燐（Ｐ）の不純物拡散が施されており、基板２６としては、燐の高濃度拡散によりｎ++型となっているものを用いる。これに対し、エピタキシャル層２５は、燐が低濃度拡散されてｎ- 型となるようにする。このｎ- 型半導体であるエピタキシャル層２５と金属からなる導電層２４ａ，２４ｂとを接触させることにより、バンドギャップが生じ、ショットキー障壁が形成される。さらに、一対のダイオード７５ａ，７５ｂは、それぞれ接続層１３Ｔを介して読出ビット線１３ａ，１３ｂと接続されている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
図８において、記憶セル群５４のビット列ごとの記憶セル１と、センスアンプ回路５６Ｂを含む読出回路の一部とが、読出回路の繰り返し単位である単位読出回路８０（…，８０ｎ，８０ｎ＋１，…）を構成しており、ビット列方向に並列に配置されている。単位読出回路８０の各々は、Ｙ方向アドレスデコーダ回路５６Ａにビットデコード線７１（…，７１ｎ，７１ｎ＋１，…）を介して接続され、出力バッファ５２ＢにＹ方向読出用データバス６２を介して接続されている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
一対のＴＭＲ素子１ａ，１ｂは、互いに共有した環状磁性層４の一部である共有部分３４を備えている。図５（Ｂ），（Ｃ）の場合、ＴＭＲ素子１ａを貫く電流方向とＴＭＲ素子１ｂを貫く電流方向とが互いに反対方向となるようにしたので、この共有部分３４を流れる還流磁界１６ａ，１６ｂの方向を同一方向とすることができる（図５（Ｂ）では−Ｚ方向であり、図５（Ｃ）では＋Ｚ方向である）。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
まず、第１の駆動制御回路部５６におけるＹ方向アドレスデコーダ回路５６Ａにより、複数のビットデコード線７１のうちの１つが選択され、対応するセンスアンプ回路５６Ｂに制御信号が伝達される。この結果、読出ビット線１３ａ，１３ｂに読出電流が流れ、ＴＭＲ素子１ａ，１ｂにおけるＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂの側に正の電位が与えられる。同様に第２の駆動制御回路部５８におけるＸ方向アドレスデコーダ回路５８Ａにより、複数のワードデコード線７２のうちの１つが選択され、対応する箇所の読出スイッチ８３が駆動される。選択された読出スイッチ８３は通電状態となり、対応する読出ワード線１２に読出電流が流れ、ＴＭＲ素子１ａ，１ｂにおけるＴＭＲ２０ａ，Ｓ２０ｂとは反対側に負の電位が与えられる。したがって、Ｙ方向アドレスデコーダ回路５６ＡおよびＸ方向アドレスデコーダ回路５８Ａによって選択された１つの記憶セル１に対し、読出に必要な読出電流を流すことができる。この読出電流に基づいて、一対の第２磁性層８ａ，８ｂの磁化方向を検出し、記憶された情報を読み出すことができる。ここで、読出ビット線１３ａ，１３ｂからの読出電流がダイオード７５ａ，７５ｂを通過した後、記憶セル１に流入するようにすることが重要である。この理由については、後述する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
図３８および図３９に示した比較例は、一対のＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂに対して、センスアンプ回路５６Ｂとは反対側に１個のダイオード１７５を設けるようにした場合の例である。図３９に示したように、記憶セル５０１は、一対のＴＭＲ素子５０１ａ，５０１ｂから構成されており、基体に埋設されたダイオード１７５の上に形成されると共に、その上面が一対の読出ビット線１３ａ，１３ｂと接続されるようになっている。より具体的には、基体１１の側から、ダイオード１７５を構成する導電層１２４と直に接するように形成された環状磁性層４と、一対のＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂとを有し、ＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂが読出ビット線１３ａ，１３ｂと接続されるようになっている。ここで、読出スイッチ８３m を選択し記憶セル５０１m に記憶された情報を読み出そうとした場合、図３８および図３９の比較例では、例えば記憶セル１m+1 を通過する経路Ｌを辿るような読出電流の回り込みが生じる。なお、実線で示した経路Ｒが正規の電流経路である。具体的には、例えば、センスアンプ回路５６Ｂから読出ビット線１３ａへ流入した読出電流が、本来、読出対象として選択されていない記憶セル５０１m+1 のＴＭＲ膜Ｓ２０ａに流入し、さらに共有する環状磁性層４を介してＴＭＲ膜Ｓ２０ｂを通過する。こののち、読出ビット線１３ｂをセンスアンプ回路５６Ｂへ向かって逆流することによって記憶セル５０１m のＴＭＲ膜２０ｂに向かう読出電流と合流してしまうのである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
本実施の形態の磁気メモリデバイスでは、上記のように、複数の書込ビット線５と、これら複数の書込ビット線５とそれぞれ交差するように延びる複数の書込ワード線６と、外部磁界によって磁化方向が変化する第２磁性層８を含み積層面に垂直な方向に電流が流れるように構成したＴＭＲ膜Ｓ２０と、このＴＭＲ膜Ｓ２０の一方の面側に、積層面に沿った方向を軸方向とするように配設すると共に、書込ビット線５および書込ワード線６によって貫かれるように構成した環状磁性層４とを含む複数のＴＭＲ素子１ａ，１ｂとを備えるようにしたので、書込ビット線５および書込ワード線６の双方に電流を流すことによって閉じた磁路を形成することができ、ＴＭＲ膜Ｓ２０の第２磁性層８における磁化反転を効率的に行うことができると共に、書込対象とする記憶セルに隣接した記憶セルに対して、磁気的な影響を低減することができる。特に、１つの記憶セル１における一対のＴＭＲ素子１ａ，１ｂが環状磁性層４の一部を互いに共有するように構成したので、環状磁性層４の一部を互いに共有せず、別々に設けた場合よりも閉磁路内の還流磁界の強度を増強することができ、より小さな書込電流によって第２磁性層８の磁化反転を行うことができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
本実施の形態の磁気メモリデバイスの製造方法は、一対のダイオード７５ａ，７５ｂが設けられた基体１１の上に、それぞれが一対のダイオード７５ａ，７５ｂの各々に対応するように一対のＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂの一部をなす一対の積層部分２０ａ，２０ｂを形成する工程と、一対の積層部分２０ａ，２０ｂを少なくとも覆うように下部磁性層４Ｂを形成し、一対のＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂの形成を完了する工程と、この下部磁性層４Ｂの上に、絶縁膜７Ａを介して一対の書込ビット線５ａ，５ｂを形成する工程と、一対の書込ビット線５ａ，５ｂの上に、絶縁膜７Ｂを介して一対の書込ワード線６を、書込ビット線５ａ，５ｂと書込ワード線６とが互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、一対の書込ワード線６と、絶縁膜７Ｂと、一対の書込ビット線５ａ，５ｂとを順次エッチングしてパターニングすることにより、書込ビット線５ａ，５ｂと書込ワード線６とが互いに平行に延在する部分を含む一対の積層パターン１９ａ，１９ｂを形成する積層パターン形成工程と、一対の積層パターン１９ａ，１９ｂの各々を絶縁膜７Ｃ，７Ｄを介して取り囲むように中間磁性層４Ｓおよび上部磁性層４Ｕを設けることにより、互いに一部を共有し合う一対の環状磁性層４を形成し、一対のＴＭＲ素子１ａ，１ｂを含む記憶セル１を形成する工程とを含むものである。以下、具体的に説明する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
図１０ないし図２８を参照して、磁気メモリデバイスのうちの、主に、記憶セル１の製造方法について、詳細に説明する。なお、図１０ないし図２８は、図７に対応した断面図であり、その形成過程を表したものである。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
次に、図１１に示したように、例えばＴＥＯＳ（正珪酸四エチル；Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5）4）を用いて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）装置により全体を覆うように、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁層１７Ａを形成する。こののち、例えば（１／π）×１０6Ａ／ｍの磁界中で２５０℃の温度下でアニールを行い、第１磁性層２の磁化方向を固定する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
アニール後、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）装置により絶縁層１７Ａの表面の平坦化をおこない、積層部分２０ａ，２０ｂの上面を露出させる。さらに、逆スパッタリングなどにより積層部分２０ａ，２０ｂの上面の不純物を取り除いたのち、図１２に示したように、少なくとも積層部分２０ａ，２０ｂの上面を覆うように下部磁性層４Ｂを選択的に形成する。これにより、下部磁性層４Ｂの一部および積層部分２０ａ，２０ｂにより構成されるＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂの形成が一応、完了する。この場合、フォトリソグラフィ法を用いて選択的にレジストフレーム（図示せず）を形成したのち、スパッタ等により、例えばＮｉＦｅ層を未保護領域に形成し、さらにレジストフレームを除去する。下部磁性層４Ｂを形成したのち、図１３に示したように、ＣＶＤ装置を用いて全体を覆うように、例えば、ＳｉＯ2 からなる絶縁膜７Ａを形成する。この絶縁膜７Ａが、本発明の「第１の絶縁膜」に対応する一具体例である。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
続いて、スパッタ等により絶縁層７Ａの上に、例えばチタン（Ｔｉ）からなる金属層を形成する。こののち、図１４に示したように、この金属層上に、少なくともＴＭＲ膜２０ａ，２０ｂの形成領域を覆うように選択的に書込ビット線５ａ，５ｂを形成する。具体的には、絶縁層７Ａの上に所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、めっき槽に浸漬して金属層を電極として利用しためっき処理を行い、例えば銅（Ｃｕ）めっきを形成する。レジストパターンを除去したのち、イオンミリングにより不要な金属層を除去する。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
続いて、スパッタ等により絶縁層７Ｂの上に、例えばチタン（Ｔｉ）からなる金属層を形成する。こののち、図１６に示したように、この金属層の書込ビット線５ａ，５ｂに対応する領域を覆うように選択的に書込ワード線６を形成する。具体的には、絶縁層７Ｂの上に所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、めっき槽に浸漬して金属層を電極として利用しためっき処理を行い、例えば銅（Ｃｕ）めっきを形成する。レジストパターンを除去したのち、イオンミリングにより不要な金属層を除去する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
次に、図１７に示したように、この書込ワード線６をマスクとして、自己整合的に積層パターン１９ａ，１９ｂを形成する。具体的には、反応性ガスとしてＣ4 Ｆ8 を用いたＲＩＥおよびイオンミリングにより、書込ワード線６によって保護されていない領域の絶縁膜７Ｂ、絶縁膜７Ａおよび書込ビット線５ａ，５ｂを除去することにより一対の積層パターン１９ａ，１９ｂを形成する。ここで、下部磁性層４Ｂが露出するまで絶縁膜７Ａを除去することが重要である。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
次いで、図１９に示したように、イオンミリング等により、積層パターン１９ａ，１９ｂの側面部分に形成された絶縁膜７Ｃ以外の絶縁膜７Ｃを完全に除去したのち、全面に亘って、例えばＮｉＦｅからなる金属層をスパッタ等により薄く形成する。こののち図２０に示したように、下部磁性層４Ｂが形成されていない、絶縁膜１７Ａに対応する領域の金属層の上に、フォトリソグラフィ等により、フォトレジスト層３１Ａを形成する。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
フォトレジスト層３１Ａを形成したのち、めっき槽に浸漬して金属層を電極として利用しためっき処理を行い、図２１に示したように、例えばＮｉＦｅからなる中間磁性層４Ｓを形成する。次いで、レジストパターンを除去したのち、イオンミリングにより不要な金属層を除去する。こののち、図２２に示したように、ＣＶＤ装置等により、全体を覆うように例えばＳｉＯ2 からなる絶縁膜１７Ｂを形成する。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
続いて、図２３に示したように、ＣＭＰ装置を用いて、最終的に書込ワード線６が露出するまで研磨をおこなう。こののち、図２４に示したように、フォトリソグラフィ等により、各書込ワード線６の露出面を覆うように選択的に絶縁膜７Ｄを形成する。さらに、例えばＮｉＦｅをスパッタ等により、金属層を薄く形成する。こののち図２５に示したように、絶縁層１７Ｂに対応する領域の金属層の上に、フォトリソグラフィ等により、フォトレジスト層３１Ｂを形成する。こののち、めっき槽に浸漬して金属層を電極として利用しためっき処理を行い、例えばＮｉＦｅからなる上部磁性層４Ｕを形成する。これにより、下部磁性層４Ｂと中間磁性層４Ｓと上部磁性層４Ｕとからなる環状磁性層４の形成が完了する。ここで、中間磁性層４Ｓおよび上部磁性層４Ｕが本発明の「上部磁性層」に対応する一具体例である。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
次いで、図２６に示したように、フォトレジスト層３１Ｂを除去することにより、上部磁性層４Ｕが露出する。続いて、図２７に示したように、絶縁層１７Ｂの上の金属層を電極膜として利用しためっき処理により、例えば、銅からなる読出ワード線１２を形成する。さらに、図２８に示したように、ＣＶＤ装置等によりＳｉＯ2 等よりなる絶縁層１７Ｃを全面に亘って形成したのち、ＣＭＰ装置等による絶縁層１７Ｃの表面の研磨をおこない、平坦化を図る。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
以上のように、本実施の形態の磁気メモリデバイスによれば、接続部分８４ａ，８４ｂが環状磁性層４における感磁部分であると共に、ＴＭＲ膜Ｓ２１ａ，Ｓ２１ｂにおける感磁部分としても機能するようにした。このため、第２磁性層８を省くことができ、より簡素な構成の記憶セル１２１を構成することができる。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３６】
これに対し、本実施の形態の磁気メモリデバイスにおける記憶セル１２２は、図３０（Ａ）に示したように、記憶セル１の構成に加えて、さらに接続部分１４ａ，１４ｂと第２磁性層８ａ，８ｂとの間に、これら接続部分１４ａ，１４ｂと第２磁性層８ａ，８ｂとをそれぞれ反強磁性結合させるための非磁性導電層９ａ，９ｂを設けるようにしたものである。具体的には、記憶セル１２２は一対のＴＭＲ素子１２２ａ，１２２ｂからなり  ＴＭＲ素子１２２ａはＴＭＲ膜Ｓ２２ａを、ＴＭＲ素子１２２ｂはＴＭＲ膜Ｓ２２ｂをそれぞれ有している。一対のＴＭＲ膜Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂは積層部分２２ａ，２２ｂと接続部分１４ａ，１４ｂとからなり、積層部分２２ａ，２２ｂは、環状磁性層４の側から順に非磁性導電層９ａ，９ｂと、第２磁性層８ａ，８ｂと、トンネルバリア層３ａ，３ｂと、第１磁性層２ａ，２ｂとを有している。この非磁性導電層９ａ，９ｂは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）や銅（Ｃｕ）などにより構成される。ここで、非磁性導電層９ａ，９ｂが、本発明の「第１の非磁性導電層」に対応する一具体例である。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
＜変形例＞
次に、図３１を参照して、本実施の形態における変形例について以下に説明する。図３１（Ａ）〜図３１（Ｃ）は、いずれも図３０に示した一対のＴＭＲ膜Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂの変形例としての一対のＴＭＲ膜を含むＴＭＲ素子の断面構造を示したものである。但し、紙面の都合上、一方のＴＭＲ素子のみ図示している。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４９】
本変形例では、上記のような構成としたので、反強磁性の第３磁性層１５ａにより第１磁性層２ａの磁化方向を安定して固定できるので、第１磁性層２ａの保磁力を（５０／４π）×１０3Ａ／ｍ未満とすることができる。さらに、第４磁性層１８ａに分極率の高い材料を適用することができるので、ＴＭＲ膜Ｓ２２２（Ｓ２２２ａ）のＭＲ変化率を大きくすることができる。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６３】
また、逆流防止用の整流素子として、図３５に示したように、ＭＯＳトランジスタ７７ａ，７７ｂを用いることができる。この場合、各ソースＳがそれぞれ読出ビット線１３ａ，１３ｂに接続し、各ドレインＤがそれぞれＴＭＲ膜Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂに接続しており、ワードデコード線７２に接続されたゲートＧが閉じることにより導通状態とすることができる。図３６は、ＭＯＳトランジスタ７７ａ，７７ｂを設けた場合における読出回路の全体を示したものである。ゲートＧを閉じることによって導通状態とする点を除き、図３６に示した読出回路における読出動作は上記バイポーラトランジスタ７６を用いた回路と同様である。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６９】
本発明の磁気メモリデバイスの製造方法によれば、一対の整流素子が設けられた基体の上に、それぞれが一対の整流素子の各々に対応するように一対の積層体の一部をなす一対の積層部分を形成する工程と、一対の積層部分を少なくとも覆うように下部磁性層を形成する工程と、この下部磁性層の上に、第１の絶縁膜を介して一対の第１の書込線を形成する工程と、この一対の第１の書込線の上に、第２の絶縁膜を介して一対の第２の書込線を、第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、一対の第２の書込線と、第２の絶縁膜と、一対の第１の書込線とを順次エッチングしてパターニングすることにより、第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含む一対の積層パターンを形成する積層パターン形成工程と、一対の積層パターンの各々を第３の絶縁膜を介して取り囲むように上部磁性層を設けることにより、互いに一部を共有し合う一対の環状磁性層を形成し、一対の前記磁気抵抗効果素子を含む磁気記憶セルを形成する工程とを含むようにしたので、一対の磁気記憶セルが環状磁性層の一部を共有する構造を得ることができる。また、一対の読出電流が一対の整流素子と一対の積層体とをそれぞれ流れたのち、環状磁性層において合流するような電流経路を構成することができる。このため、読出電流の不要な回り込みを回避することができ、安定した磁気情報の読み出しが可能となる。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004265905.tif 000001
【手続補正３８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004265905.tif 000002
【手続補正３９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2004265905.tif 000003
【手続補正４０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2004265905.tif 000004
【手続補正４１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９】
2004265905.tif 000005
【手続補正４２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２０】
2004265905.tif 000006
【手続補正４３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2004265905.tif 000007
【手続補正４４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2004265905.tif 000008
【手続補正４５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2004265905.tif 000009
【手続補正４６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2004265905.tif 000010
【手続補正４７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2004265905.tif 000011
【手続補正４８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2004265905.tif 000012
【手続補正４９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７】
2004265905.tif 000013
【手続補正５０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
2004265905.tif 000014
【手続補正５１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３４】
2004265905.tif 000015
【手続補正５２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３６】
2004265905.tif 000016
【手続補正５３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３９】
2004265905.tif 000017