(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリセルに磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気抵抗素子は、第１の金属磁性層と、第２の金属磁性層と、前記第１及び第２の金属磁性層に挟まれた絶縁層と、を具備し、
前記第１及び第２の金属磁性層の各面積は、前記絶縁層の面積より小さく、
前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の側面に形成された第１の酸化膜と、前記第２の金属磁性層の側面に形成された第２の酸化膜と、をさらに具備し、
前記第１の酸化膜の前記第１の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、前記第２の酸化膜の前記第２の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、及び前記絶縁層の側面は一致し、
前記磁気抵抗素子は、垂直形状であり、
前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された固定層と、前記第２の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された記録層と、前記固定層の側面に形成された第３の酸化膜と、前記記録層の側面に形成された第４の酸化膜と、をさらに具備し、
前記固定層及び前記記録層の各面積は、前記絶縁層の前記面積より小さく
前記固定層及び前記記録層の前記各面積は、前記第１及び第２の金属磁性層の前記各面積より大きいことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項２】
前記第１及び第２の酸化膜の膜面に対して水平方向の厚みは、前記絶縁層の膜面に対して垂直方向の厚み以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項３】
メモリセルに磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気抵抗素子は、第１の金属磁性層と、第２の金属磁性層と、前記第１及び第２の金属磁性層に挟まれた絶縁層と、を具備し、
前記第１及び第２の金属磁性層の各面積は、前記絶縁層の面積より小さく、
前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の側面に形成された第１の酸化膜と、前記第２の金属磁性層の側面に形成された第２の酸化膜と、をさらに具備し、
前記第１の酸化膜の前記第１の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面及び前記絶縁層の側面は、前記第２の酸化膜の前記第２の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面より突出し、
前記磁気抵抗素子は、側面に段差を有する凸型形状であることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
メモリセルに磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気抵抗素子は、第１の金属磁性層と、第２の金属磁性層と、前記第１及び第２の金属磁性層に挟まれた絶縁層と、を具備し、
前記第１及び第２の金属磁性層の各面積は、前記絶縁層の面積より小さく、
前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された固定層と、前記第２の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された記録層と、前記第１の金属磁性層の側面に形成された第１の酸化膜と、前記第２の金属磁性層の側面に形成された第２の酸化膜と、前記固定層の側面に形成された第３の酸化膜と、前記記録層の側面に形成された第４の酸化膜と、をさらに具備し、
前記第１の酸化膜の前記第１の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、前記第２の酸化膜の前記第２の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、前記絶縁層の側面及び前記第３の酸化膜の前記固定層に対向する側面と反対側の側面は、前記第４の酸化膜の前記記録層に対向する側面と反対側の側面より突出し、
前記磁気抵抗素子は、側面に段差を有する凸型形状であることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項５】
前記絶縁層は、酸化マグネシウムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
前記第１及び第２の酸化膜は、Ｃｏ及びＦｅを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistive）効果を利用する磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トンネル磁気抵抗効果を利用した磁気ランダムアクセスメモリが提案されている。このメモリでは、金属磁性体膜／絶縁膜／金属磁性体膜の積層を有するＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子が用いられる。ＭＴＪ素子の抵抗変化は絶縁膜の両界面の金属磁性体の磁性状態により決まり、このＭＴＪ素子の磁化状態によってデータが記憶される。
【０００３】
ＭＴＪ素子の磁化状態を変える方法として、配線に電流を流すことにより発生した磁場を用いる「電流磁場書き込み方法」やスピン偏極電流を用いる「スピン偏極電流書き込み方法」がある。電流磁場書き込み方法は、磁場を発生する配線をＭＴＪ素子の近傍に設置する必要があるため、集積化が困難という問題があった。一方、スピン偏極電流書き込み方法は、基本的にＤＲＡＭと同様に、一対のセル選択トランジスタとＭＴＪ素子でメモリセルを構成しているため、集積化が容易という特徴を有している。
【０００４】
しかし、スピン偏極電流書き込み方式は、ＭＴＪ素子に流す電流の方向で磁性状態を制御するが、比較的大きな電流密度（〜１ＭＡ／ｃｍ２）が書き込み時に必要となる。このため、ＭＴＪ素子の面積に応じた電流を流すことが可能な選択トランジスタが必要となり、選択トランジスタの微細化の障害になっている。
【０００５】
ここで、ＭＴＪ素子を構成する磁性体の体積が少なければ、書き込み電流を少なくでき、選択トランジスタを流れる電流を下げることが可能となる。しかし、磁性体の膜厚を薄くすると、磁化異方性エネルギーが低下し、リテンションの劣化や信号量の低下を引き起こす。また、ＭＴＪ素子の面積はリソグラフィの最小寸法で決まるため、磁性体の体積を減少させることは困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０９４２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
書き込み電流の低減を図ることが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による磁気ランダムアクセスメモリは、メモリセルに磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、前記磁気抵抗素子は、第１の金属磁性層と、第２の金属磁性層と、前記第１及び第２の金属磁性層に挟まれた絶縁層と、を具備し、前記第１及び第２の金属磁性層の各面積は、前記絶縁層の面積より小さく、前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の側面に形成された第１の酸化膜と、前記第２の金属磁性層の側面に形成された第２の酸化膜と、をさらに具備し、前記第１の酸化膜の前記第１の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、前記第２の酸化膜の前記第２の金属磁性層に対向する側面と反対側の側面、及び前記絶縁層の側面は一致し、前記磁気抵抗素子は、垂直形状であり、前記磁気抵抗素子は、前記第１の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された固定層と、前記第２の金属磁性層の前記絶縁層と対向する面と反対側の面上に形成された記録層と、前記固定層の側面に形成された第３の酸化膜と、前記記録層の側面に形成された第４の酸化膜と、をさらに具備し、前記固定層及び前記記録層の各面積は、前記絶縁層の前記面積より小さく前記固定層及び前記記録層の前記各面積は、前記第１及び第２の金属磁性層の前記各面積より大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子を示す断面図。
【図２】実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子の一部を示す平面図。
【図３】実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続く、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程を示す断面図。
【図８】実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの他のＭＴＪ素子を示す断面図。
【図９】実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの他のＭＴＪ素子を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１１】
［１］ＭＴＪ素子の構造
図１は、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルに設けられたＭＴＪ素子（磁気抵抗素子）の断面図を示す。図２は、図１のＭＴＪ素子の一部の平面図を示す。以下、本実施形態に係るＭＴＪ素子の構造について説明する。
【００１２】
図１に示すように、ＭＴＪ素子１００は、下部電極２１、配向制御膜２２、固定層２３、第１の高配向磁性膜２４、トンネルバリア膜２５、第２の高配向磁性膜２６、記録層２７、上部電極２８、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜２９、酸化膜３１、３３、３４、３６、３７、３８を有している。
【００１３】
トンネルバリア膜２５は、固定層２３及び記録層２７に挟まれている。固定層２３及びトンネルバリア膜２５の間には第１の高配向磁性膜２４が配置され、記録層２７及びトンネルバリア膜２５の間には第２の高配向磁性膜２６が配置されている。第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６は、トンネルバリア膜２５にそれぞれ接している。
【００１４】
固定層２３における第１の高配向磁性膜２４と反対側の面には、配向制御膜２２が配置されている。この配向制御膜２２における固定層２３と反対側の面には、下部電極２１が配置されている。
【００１５】
記録層２７における第２の高配向磁性膜２６と反対側の面には、上部電極２８が配置されている。この上部電極２８における記録層２７と反対側の面には、ＣＶＤ酸化膜２９が配置されている。
【００１６】
下部電極２１の側面には酸化膜３１が形成され、固定層２３の側面には酸化膜３３が形成され、第１の高配向磁性膜２４の側面には酸化膜３４が形成され、第２の高配向磁性膜２６の側面には酸化膜３６が形成され、記録層２７の側面には酸化膜３７が形成され、上部電極２８の側面には酸化膜３８が形成されている。これら酸化膜３１、３３、３４、３６、３７、３８中の酸素の濃度は、例えば１０％以上である。
【００１７】
ＭＴＪ素子１００は、側面が垂直である垂直形状を有している。ＭＴＪ素子の側面のテーパー角は、８０度以上が望ましく、８５度以上がより望ましい。これにより、素子の高集積化が図られる。
【００１８】
酸化膜３１の下部電極２１に対向する側面と反対側の側面Ｓ６、配向制御膜２２の側面、酸化膜３３の固定層２３に対向する側面と反対側の側面Ｓ４、酸化膜３４の第１の高配向磁性膜２４に対向する側面と反対側の側面Ｓ１、トンネルバリア膜２５の側面Ｓ３、酸化膜３６の第２の高配向磁性膜２６に対向する側面と反対側の側面Ｓ２、酸化膜３７の記録層２７に対向する側面と反対側の側面Ｓ５、酸化膜３８の上部電極２８に対向する側面と反対側の側面、ＣＶＤ酸化膜２９の側面Ｓ７が一致している。
【００１９】
第１の高配向磁性膜２４の長さＬ１、第２の高配向磁性膜２６の長さＬ２、固定層２３の長さＬ４、記録層２７の長さＬ５、下部電極２１の長さＬ６、上部電極２８の長さＬ７は、トンネルバリア膜２５の長さＬ３より短い。尚、ここでの長さＬ１〜Ｌ７は、膜面に対して水平方向の長さを意味する。
【００２０】
第１の高配向磁性膜２４の長さＬ１及び第２の高配向磁性膜２６の長さＬ２は、固定層２３の長さＬ４、記録層２７の長さＬ５、下部電極２１の長さＬ６、上部電極２８の長さＬ７よりさらに短い。第１の高配向磁性膜２４の長さＬ１と第２の高配向磁性膜２６の長さＬ２とは、同じでもよいし、異なってもよい。後者の場合、反転電流の注入効率の向上の理由から、固定層２３側の第１の高配向磁性膜２４の長さＬ１は、記録層２７側の第２の高配向磁性膜２６の長さＬ２より長い方が望ましい。すなわち、ＭＴＪ素子１００の抵抗変化は、記録層２７の磁化の固定層２３からの電子注入による反転により発生する。このため、抵抗変化率の向上のためには、全体の抵抗の上昇を抑えて、記録層２７の電流密度を上昇させる必要がある。従って、記録層２７側の長さＬ２を固定層２３側の長さＬ１より小さくすれば、Ｌ２とＬ１が等しい場合に比べて、記録層２７の電流密度は変わらす、全体の抵抗上昇を抑える効果がある。
【００２１】
例えば、トンネルバリア膜２５の長さＬ３が５０ｎｍである場合、酸化膜３４、３６の膜面に対して水平方向の膜厚Ｘ１、Ｘ２は１０ｎｍである。つまり、第１の高配向磁性膜２４の長さＬ１及び第２の高配向磁性膜２６の長さＬ２は３０ｎｍである。
【００２２】
この酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２は、ＭＴＪ素子１００の面積（抵抗）と必要とされる書き込み電流との関係で適宜選択される。酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２は、ＭＴＪ素子１００の半径の１／１０以上である場合、本実施形態の効果が大きく現れる。例えば、ＭＴＪ素子１００の径が４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍの場合、酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２は４ｎｍ以上、３ｎｍ以上、２ｎｍ以上となる。
【００２３】
また、酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２の下限としては、トンネルバリア膜２５の膜面に対して垂直方向の膜厚Ｔ以上で効果が高まる。ＭＴＪ素子１００の側壁はダメージ、付着物により伝導性が高くなっているが、酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２をトンネルバリア膜２５の膜厚Ｔより厚くすることにより、ＭＴＪ素子１００の側壁部における電流密度は側壁を介した場合よりトンネルバリア膜２５をトンネルした場合のほうが高くなるため、磁気抵抗効果に寄与しない電流を抑制することが可能となり、書き込み電流を低減することが可能となる。例えば、トンネルバリア膜２５のＭｇＯの膜厚Ｔが１ｎｍの場合、酸化膜３４、３６の膜厚Ｘ１、Ｘ２の下限は１ｎｍとなる。
【００２４】
図２に示すように、ＭＴＪ素子１００の膜面に対して水平方向の平面形状において、第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６の各面積は、トンネルバリア膜２５の面積より小さい。
【００２５】
尚、図２では、ＭＴＪ素子１００の平面形状は、正方形で図示するが、これに限定されず、円、楕円、長方形、平行四辺形、十字型、Ｃ字型等、種々変更可能である。
【００２６】
［２］ＭＴＪ素子の材料
ＭＴＪ素子１００を構成する各層の材料は、例えば、以下の通りである。但し、以下の材料に限定されず、一般的な他の材料に種々変更することが可能である。
【００２７】
固定層２３としては、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｃｏ５０Ｐｔ５０、Ｃｏ３０Ｆｅ２０Ｐｔ５０等が用いられる。さらに、固定層２３として、これらをＳｉＯ２、ＭｇＯ等で分断した構造となる、（Ｆｅ５０Ｐｔ５０）８８−（ＳｉＯ２）１２等を用いてもよい。
【００２８】
記録層２７としては、［Ｃｏ／Ｐｔ］５等が用いられる。記録層２７として、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子だけでなく、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子を用いてもよく、特性に応じて積層周期数を１〜１０の範囲で変更することも可能である。
【００２９】
固定層２３及び記録層２７の材料としては、次のような強磁性材料を用いることも可能である。例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、それらの積層膜、又はそれらの合金、スピン分極率の大きいマグネタイト、ＣｒＯ２、ＲＸＭｎＯ３−ｙ（Ｒ；希土類、Ｘ；Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ）等の酸化物の他、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ等のホイスラー合金等を用いてもよい。また、これら磁性体には、強磁性を失わない限り、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ等の非磁性元素含まれていてもよいし、これらの元素を含む層が挿入されていてもよい。
【００３０】
トンネルバリア膜２５は、絶縁層であり、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等が用いられる。配向制御膜２２としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ及びそれらの積層膜等が用いられる。第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６は、金属磁性層であり、例えば、ＣｏおよびＦｅを含む合金が用いられる。本実施形態では、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を用いたが、その組成は素子の特性の要求により適宜変更される。下部電極２１及び上部電極８２としては、例えば、Ｔａ等が用いられる。
【００３１】
尚、固定層２３を一方向に固着するために、固定層２３に隣接して反強磁性層を設けてもよい。この反強磁性層としては、例えば、ＭｎとＦｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒの合金であるＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｕＭｎ、ＯｓＭｎ、ＩｒＭｎやＣｒＰｔＭｎ等を用いることができる。
【００３２】
［３］磁気ランダムアクセスメモリの製造方法
図３乃至図７は、実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程の各断面図を示す。以下、本実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について説明する。
【００３３】
まず、図３に示すように、例えばＰ型のＳｉ基板１の表面上におけるトランジスタ活性領域以外の領域に、素子分離のための溝が形成され、この溝内に例えばＳｉＯ２膜が埋め込まれる。これにより、ＳＴＩ（Sallow Trench Isolation）構造の素子分離領域２が形成される。
【００３４】
続いて、スイッチ動作を行うためのトランジスタＴｒを次のように形成する。まず、熱酸化により、Ｓｉ基板１上に厚さ６０Å程度の酸化膜３が形成される。続いて、Ｓｉ基板１の表面上に例えば砒素をドープしたｎ＋型多結晶シリコン膜４が形成され、この多結晶シリコン膜４上にＷＳｉｘ膜５及び窒化膜６が順に形成される。その後、通常の光リソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、多結晶シリコン膜４、ＷＳｉｘ膜５、及び窒化膜６が加工されることで、ゲート電極が形成される。さらに、このゲート電極上に窒化膜７が堆積される。その後、ＲＩＥによる側壁残しの手法によって、ゲート電極の側壁に窒化膜７からなるスペーサ部が設けられる。次に、プロセスの詳細は省くが、イオン注入法及び熱処理によって、Ｓｉ基板１の表面にソース・ドレイン領域８ａ、８ｂが形成される。これにより、メモリセルのスイッチング素子として機能する選択トランジスタＴｒが形成される。
【００３５】
次に、図４に示すように、トランジスタＴｒ上にＣＶＤ酸化膜９が堆積された後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法により平坦化が行われる。そして、ＣＶＤ酸化膜９内にソース・ドレイン領域８ａに連通するコンタクトホール１０が形成される。その後、スパッタ法又はＣＶＤ法によりコンタクトホール１０内に薄いチタン膜が堆積され、フォーミングガス中で熱処理が行われることによって、ＴｉＮ膜１１が形成される。続いて、ＴｉＮ膜１１上にＣＶＤタングステンが堆積され、ＣＭＰ法によりコンタクトホール１０の外部に存在するタングステン及びＴｉＮ膜１１が除去される。これにより、コンタクトホール１０内にタングステンが埋め込まれ、コンタクト１２が形成される。その後、ＣＶＤ酸化膜９及びコンタクト１２上にＣＶＤ窒化膜１３が堆積される。さらに、もう一方のソース・ドレイン領域８ｂに連通するコンタクトホール１４が形成される。コンタクト１２の形成と同様にして、ＴｉＮ膜１５及びタングステンをコンタクトホール１４内に埋め込み、コンタクト１６が形成される。
【００３６】
次に、図５に示すように、コンタクト１６及びＣＶＤ窒化膜１３上にＭＴＪ素子１００の下部電極２１が形成される。この下部電極２１は、例えば、５ｎｍの膜厚を有するＴａからなる。続いて、下部電極２１上に配向制御膜２２が形成される。この配向制御膜２２は、例えば、５ｎｍの膜厚を有するＰｔからなり、（００１）面が配向している。次に、配向制御膜２２上に固定層２３が形成される。この固定層２３は、例えば、１０ｎｍの膜厚を有するＦｅ５０Ｐｔ５０からなる。次に、固定層２３上に第１の高配向磁性膜２４が形成される。この第１の高配向磁性膜２４は、例えば、１ｎｍの膜厚を有するＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなる。次に、第１の高配向磁性膜２４上にトンネルバリア膜２５が形成される。このトンネルバリア膜２５は、例えば、１．５ｎｍの膜厚を有するＭｇＯからなる。次に、トンネルバリア膜２５上に第２の高配向磁性膜２６が形成される。この第２の高配向磁性膜２６は、例えば、１ｎｍの膜厚を有するＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなる。次に、第２の高配向磁性膜２６上に記録層２７が形成される。この記録層２７は、例えば、０．４ｎｍの膜厚を有するＣｏと０．８ｎｍの膜厚を有するＰｔとを１周期として、５周期積層した積層膜［Ｃｏ／Ｐｔ］５からなる。次に、記録層２７上に上部電極２８が形成される。この上部電極２８は、例えば、１０ｎｍの膜厚を有するＴａからなる。以上において、下部電極２１、配向制御膜２２、固定層２３、第１の高配向磁性膜２４、トンネルバリア膜２５、第２の高配向磁性膜２６、記録層２７、上部電極２８は、例えば、スパッタ法を用いて形成される。
【００３７】
次に、トンネルバリア膜２５のＭｇＯを結晶化させるためのアニールが、例えば、３６０℃、１時間の真空中で行われる。このアニールにより、ＭｇＯが結晶化するとともに、第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６のＣｏＦｅＢ膜も結晶化し、さらにＢが離脱してＣｏ５０Ｆｅ５０膜となる。
【００３８】
次に、加工マスク材としてＣＶＤ酸化膜２９が上部電極２８上に堆積される。その後、光リソグラフィ法とＲＩＥ法によってＣＶＤ酸化膜２９がパターンニングされ、これに用いたフォトレジスト（図示せず）が除去される。次に、ＲＩＥ法を用いて、上部電極２８、記録層２７、第２の高配向磁性膜２６、トンネルバリア膜２５、第１の高配向磁性膜２４、固定層２３、配向制御膜２２、下部電極２１がエッチング加工される。これにより、ＭＴＪ素子１００の加工が完了する。
【００３９】
次に、図６に示すように、第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６の側面が酸素を含む雰囲気で酸化される。この酸化の方法としては、例えば、１００ｔｏｒｒのＯ２中に室温で３０分放置後、真空中で３００℃、３０秒のアニールを行うことがあげられる。これにより、第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６のＣｏＦｅの側面が酸化し、非導体化した酸化膜３４、３６が形成される。この酸化膜３４、３６の膜面に対して水平方向の膜厚（Ｘ１、Ｘ２）は、例えば１０ｎｍである。その結果、トンネルバリア膜２５における電流が流れる面積が、加工後の面積より減少する。本実施形態では、トンネルバリア膜２５は一辺が５０ｎｍのため電流の流れる範囲は一辺が３０ｎｍに削減される。尚、別の熱処理条件としては、Ｏ２分圧１Ｐａ中で３００℃、６０秒の熱処理を行うことによっても、同様に１０ｎｍのＣｏＦｅの側面が酸化できる。
【００４０】
また、第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６の側面が酸化される際、下部電極２１、固定層２３、記録層２７、上部電極２８の側面も酸化され、酸化膜３１、３３、３７、３８がそれぞれ形成される。
【００４１】
次に、図７に示すように、ＣＶＤ法により、ＭＴＪ素子１００を覆うように酸化防止保護膜４０が形成される。この酸化防止保護膜４０としては、例えば、５ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜である。次に、ＣＶＤ法により、酸化防止保護膜４０及びＣＶＤ窒化膜１３上に、ＳｉＯ２膜からなる層間絶縁膜４１が形成される。
【００４２】
次に、上部電極２９に接続するコンタクト４２及びコンタクト１２に接続するコンタクト４３が同時に形成される。コンタクト４２、４３の形成は、コンタクトホールが形成された後、このコンタクトホールがＡｌで埋め込まれ、ＣＭＰで平坦化することで、行われる。次に、コンタクト４２、４３及び層間絶縁膜４１上に酸化膜４４が堆積され、リソグラフィ法とＲＩＥを用いて酸化膜４４内に溝が形成される。この溝がＡｌで埋め込まれ、ＣＭＰで平坦化することにより、コンタクト４２、４３にそれぞれ接続する第１の配線４５、４６が形成される。引き続き、第１の配線４５、４６及び酸化膜４４上に層間膜４７が堆積され、この層間膜４７内にビア穴がリソグラフィ法とＲＩＥにより形成される。このビア穴がＡｌで埋め込まれ、ＣＭＰにより平坦化することで、第１の配線４６に接続するビア４８が形成される。さらに、ビア４８及び層間膜４７上に層間膜４９が堆積され、リソグラフィ法とＲＩＥにより第２の配線用の溝が形成される。この溝がＡｌで埋め込まれ、ＣＭＰにより平坦化することで、ビア４８に接続する第２の配線５０が形成される。さらに、この後、図には示さないが上部配線層が順次形成され、磁気ランダムアクセスメモリが完成する。
【００４３】
尚、ＭＴＪ素子１００を構成する層の積層順が逆になっていてもよい。この場合、ＭＴＪ素子１００は、例えば次のような積層構成になる。５ｎｍの膜厚を有するＴａからなる下部電極２１が形成され、次に、５ｎｍの膜厚を有するＰｔからなる配向制御膜２２が形成される。この配向制御膜２２は（００１）面が配向している。次に、０．４ｎｍの膜厚を有するＣｏと０．８ｎｍの膜厚を有するＰｔとを１周期として５周期積層した積層膜［Ｃｏ／Ｐｔ］５からなる記録層２７が形成される。次に、１ｎｍの膜厚を有するＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなる第１の高配向磁性膜２４が形成される。次に、１．５ｎｍの膜厚を有するＭｇＯからなるトンネルバリア膜２５が形成される。次に、１ｎｍの膜厚を有するＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなる第２の高配向磁性膜２６が形成される。次に、１０ｎｍの膜厚を有するＦｅ５０Ｐｔ５０からなる固定層２３が形成される。次に、１０ｎｍの膜厚を有するＴａからなる上部電極２８が形成される。
【００４４】
［４］変形例
図８及び図９は、ＭＴＪ素子を構成する積層を一括加工しない場合を示し、ＭＴＪ素子の側面に段差を有する凸型形状の例である。
【００４５】
図８に示すＭＴＪ素子１００は、トンネルバリア膜２５上に形成された第２の高配向磁性膜２６、記録層２７、上部電極２８、ＣＶＤ酸化膜２９、及び酸化膜３６、３７、３８からなる第１の積層部分の幅が下部電極２１、配向制御膜２２、固定層２３、第１の高配向磁性膜２４、トンネルバリア膜２５、及び酸化膜３１、３３、３４からなる第２の積層部分の幅より小さくなっている。つまり、ＭＴＪ素子１００の第１の積層部分が凸部を構成している。
【００４６】
換言すると、酸化膜３１の下部電極２１に対向する側面と反対側の側面Ｓ６、配向制御膜２２の側面、酸化膜３３の固定層２３に対向する側面と反対側の側面Ｓ４、酸化膜３４の第１の高配向磁性膜２４に対向する側面と反対側の側面Ｓ１、及びトンネルバリア膜２５の側面Ｓ３は、酸化膜３６の第２の高配向磁性膜２６に対向する側面と反対側の側面Ｓ２、酸化膜３７の記録層２７に対向する側面と反対側の側面Ｓ５、酸化膜３８の上部電極２８に対向する側面と反対側の側面Ｓ７、及びＣＶＤ酸化膜２９の側面よりも突出する。
【００４７】
図９に示すＭＴＪ素子１００は、記録層２７、上部電極２８、ＣＶＤ酸化膜２９、及び酸化膜３７、３８からなる第１の積層部分の幅が、下部電極２１、配向制御膜２２、固定層２３、第１の高配向磁性膜２４、トンネルバリア膜２５、第２の高配向磁性膜２６、及び酸化膜３１、３３、３４、３６からなる第２の積層部分の幅より小さくなっている。つまり、ＭＴＪ素子１００の第１の積層部分が凸部を構成している。
【００４８】
換言すると、酸化膜３１の下部電極２１に対向する側面と反対側の側面Ｓ６、配向制御膜２２の側面、酸化膜３３の固定層２３に対向する側面と反対側の側面Ｓ４、酸化膜３４の第１の高配向磁性膜２４に対向する側面と反対側の側面Ｓ１、トンネルバリア膜２５の側面Ｓ３、及び酸化膜３６の第２の高配向磁性膜２６に対向する側面と反対側の側面Ｓ２は、酸化膜３７の記録層２７に対向する側面と反対側の側面Ｓ５、酸化膜３８の上部電極２８に対向する側面と反対側の側面Ｓ７、及びＣＶＤ酸化膜２９の側面よりも突出する。
【００４９】
このような図８に示す凸型形状のＭＴＪ素子１００は、垂直形状と比べて、トンネルバリア膜２５を挟む上下の積層部分の距離を離すことができるため、ＭＴＪ素子１００の側壁におけるリーク電流を抑制することができる。さらに、積層部分の側面に酸化膜３１、３３、３４、３７６、３７、３８が存在することで、このリーク電流の抑制効果を高めることができる。また、図９に示す凸型形状のＭＴＪ素子１００は、垂直形状と比べて、記録層２７の反磁界を抑制でき、反転効率を上昇できる。
【００５０】
尚、凸型形状のＭＴＪ素子１００は、図８及び図９に示す形状に限定されず、ＭＴＪ素子１００を構成する１層以上の層で凸部が形成されていればよい。また、ＭＴＪ素子１００は、シングルジャンクション構造に限定されず、ダブルジャンクション構造であってもよい。さらに、ＭＴＪ素子１００の積層構成は、実施形態で示す例に限定されず、種々変更可能である。
【００５１】
［５］効果
ＭＴＪ素子１００の実効的な面積は、絶縁体（トンネルバリア膜２５）の界面の金属層（第１の高配向磁性膜２４、第２の高配向磁性膜２６）の面積により決まる。そこで、本実施形態では、トンネルバリア膜２５の両界面の周辺部（側壁部）を酸化する。これにより、例えばＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０からなる第１の高配向磁性膜２４及び第２の高配向磁性膜２６の側面には、Ｃｏ及びＦｅを含む酸化物からなる酸化膜３４、３６が形成される。ＣｏやＦｅの酸化物は絶縁体であるため、周辺酸化物間の絶縁膜には電界が弱くなる。従って、ＭＴＪ素子１００の酸化されていない部分に主に電流が流れるため、ＭＴＪ素子１００を実効的に微細化したことと等価の素子が得られる。これにより、トランジスタＴｒを流れる書き込み電流を低減することが可能となる。このため、トランジスタＴｒのソース・ドレイン領域８ａ、８ｂの膜厚を低減でき、トランジスタＴｒのサイズの微細化が可能となり、高集積の磁気ランダムアクセスメモリが作製可能となる。
【００５２】
また、ＭＴＪ素子１００の側面に酸化膜３１、３３、３４、３６、３７、３８があることで、側壁リークの問題を抑制できる。
【００５３】
以上のように、上述した実施形態の磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法によれば、ＭＴＪ素子１００の側壁を酸化することで、ＭＴＪ素子１００の面積を低減することにより、書き込み電流の低減を図ることが可能である。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１…Ｓｉ基板、２…素子分離領域、３、３１、３３、３４、３６、３７、３８、４４…酸化膜、４…多結晶シリコン膜、５…ＷＳｉｘ膜、６、７…窒化膜、８ａ、８ｂ…ソース・ドレイン領域、９、２９…ＣＶＤ酸化膜、１０、１４…コンタクトホール、１１、１５…ＴｉＮ膜、１２、１６、４２、４３…コンタクト、１３…ＣＶＤ窒化膜、２１…下部電極、２２…配向制御膜、２３…固定層、２４…第１の高配向磁性膜、２５…トンネルバリア膜、２６…第２の高配向磁性膜、２７…記録層、２８…上部電極、４０…保護膜、４１、４７、４９…層間絶縁膜、４５、４６…第１の配線、４８…ビア、５０…第２の配線、１００…ＭＴＪ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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