(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性層である磁気記録層と、
非磁性層を介して前記磁気記録層に接続された参照層と、
前記磁気記録層より膜法線下方に設置された第１磁化固定層及び第２磁化固定層と
を具備し、
前記磁気記録層及び前記参照層は、垂直磁気異方性を有しており、
前記磁気記録層は、
反転可能な磁化を有し前記参照層とオーバーラップする磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが前記第１方向と反平行な第２方向に固定された第２磁化固定領域と
を備え、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、
それぞれ前記第１磁化固定領域及び前記第２磁化固定領域の磁化を固定し、
前記第２磁化固定層の方が、前記第１磁化固定層と比較して保磁力が低く、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、同じ材料で構成されている
磁気メモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気メモリであって、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、同じ形状で構成されている
磁気メモリ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気メモリであって、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、同じ膜厚で構成されている
磁気メモリ。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気メモリであって、
前記第１磁化固定領域と前記第２磁化固定領域は、同一形状で構成されている
磁気メモリ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記第１磁化固定領域と前記第１磁化固定層の端部が揃い、
前記第２磁化固定領域と前記第２磁化固定層の端部が揃っている
磁気メモリ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、垂直磁気異方性を有する強磁性体である
磁気メモリ。
【請求項７】
磁気メモリの製造方法であって、
ここで、前記磁気メモリは、
強磁性層である磁気記録層と、
非磁性層を介して前記磁気記録層に接続された参照層と、
前記磁気記録層より膜法線下方に設置された第１磁化固定層及び第２磁化固定層と
を具備し、
前記磁気記録層及び前記参照層は、垂直磁気異方性を有しており、
前記磁気記録層は、
反転可能な磁化を有し前記参照層とオーバーラップする磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが前記第１方向と反平行な第２方向に固定された第２磁化固定領域と
を備え、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、
それぞれ前記第１磁化固定領域及び前記第２磁化固定領域の磁化を固定し、
前記第２磁化固定層の方が、前記第１磁化固定層と比較して保磁力が低く、
前記磁気メモリの製造方法は、
磁化固定層用膜を形成する工程と、
前記磁化固定層用膜の上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクのうち、前記磁化固定層用膜における前記第２磁化固定層を形成する領域以外の領域の上に積層されたハードマスクを覆うように保護膜を形成する工程と、
前記保護膜をマスクとして、前記ハードマスクを処理する工程と、
前記保護膜の除去後に、前記ハードマスクをパターニングする工程と、
パターニングされた前記ハードマスクをマスクとして、前記磁化固定層用膜をパターニングして、前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層を形成する工程と
を具備する
磁気メモリの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気メモリの製造方法において、
前記ハードマスクを処理する工程は、
前記保護膜をマスクとして、前記ハードマスクをエッチングする工程を備える
磁気メモリの製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の磁気メモリの製造方法において、
前記ハードマスクを処理する工程は、
前記保護膜をマスクとして、前記ハードマスクにイオン注入する工程を備える
磁気メモリの製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の磁気メモリの製造方法であって、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層を形成する工程は、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層を同じ形状にパターニングする工程を備える
磁気メモリの製造方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の磁気メモリの製造方法であって、
前記磁化固定層用膜は、垂直磁気異方性を有する強磁性体である
磁気メモリの製造方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の磁気メモリの製造方法であって、
前記ハードマスクを処理する工程は、
前記ハードマスクの薄膜が前記磁化固定層用膜上に残るように処理する工程を含む
磁気メモリの製造方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の磁気メモリの製造方法であって、
前記第１磁化固定領域と前記第２磁化固定領域が同一形状で、前記第１磁化固定領域と前記第１磁化固定層の端部が揃い、前記第２磁化固定領域と前記第２磁化固定層の端部が揃うように、前記磁気記録層を形成する工程を更に具備する
磁気メモリの製造方法。
【請求項１４】
ワード線と、
ビット線と、
ゲートに前記ワード線を接続され、ソース／ドレインの一方に前記ビット線を接続されたトランジスタと、
前記ソース／ドレインの他方に接続された磁気メモリと
を具備し、
前記磁気メモリは、
強磁性層である磁気記録層と、
非磁性層を介して前記磁気記録層に接続された参照層と、
前記磁気記録層より膜法線下方に設置された第１磁化固定層及び第２磁化固定層と
を備え、
前記磁気記録層及び前記参照層は、垂直磁気異方性を有しており、
前記磁気記録層は、
反転可能な磁化を有し前記参照層とオーバーラップする磁化反転領域と、
前記磁化反転領域の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域と、
前記磁化反転領域の第２境界に接続され、磁化の向きが前記第１方向と反平行な第２方向に固定された第２磁化固定領域と
を含み、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、
それぞれ前記第１磁化固定領域及び前記第２磁化固定領域の磁化を固定し、
前記第２磁化固定層の方が、前記第１磁化固定層と比較して保磁力が低く、
前記第１磁化固定層及び前記第２磁化固定層は、同じ材料、同じ形状で構成されている
半導体装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置であって、
前記第１磁化固定領域と前記第２磁化固定領域が同一形状で構成され、
前記第１磁化固定領域と前記第１磁化固定層の端部が揃い、
前記第２磁化固定領域と前記第２磁化固定層の端部が揃っている
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリに関し、特に磁壁移動型磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、不揮発性メモリのひとつとして、磁気抵抗効果を有する強磁性膜を用いた磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；ＭＲＡＭ）が提案され、特に、巨大な磁気抵抗効果を有する磁気トンネル接合膜を用いたＭＲＡＭの開発が盛んに行われている。
【０００３】
磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ；ＭＴＪ）は、主に、第１の強磁性膜と第２の強磁性膜の間に非磁性絶縁膜（以下、「トンネルバリア膜」と記す）が挟まれた積層構造を基本としている。ＭＲＡＭは、この積層構造を用いた素子をメモリセルとして構成されている。この積層構造の膜面に垂直な方向に電流を流したときの電気抵抗は、第１の強磁性膜及び第２の強磁性膜の磁気モーメントの相対角度により変化する。この電気抵抗は、お互いの磁気モーメントが平行の時に極小となり、反平行の時に極大となる。この電気抵抗の値の変化はトンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ効果）と呼ばれる。電気抵抗の値に対するＴＭＲ効果の比（ＴＭＲ比）が大きいほど、記録された情報の読み出しに有利となる。
【０００４】
ＭＲＡＭにおけるデータの記憶は、上記２つの強磁性膜の磁気モーメントの向きが平行の場合と反平行の場合を、２値情報「１」、「０」と対応づけることで行っている。そのとき、ＴＭＲ比が大きいほど、「１」、「０」の信号差が大きくなり、読み出しが容易となる。通常、２つの強磁性膜のうち、一方の強磁性膜を磁気モーメントが固定された「固定層」（又は「参照層」）とし、他方の強磁性膜を磁気モーメントの向きが変更可能な「自由層」（又は「フリー層」）とする。データの記憶は、固定層の磁気モーメントに対して、自由層の磁気モーメントを平行、或いは反平行にすることで行っている。本明細書ではデータが記録される強磁性膜であるフリー層を「磁気記録層」と呼ぶことにする。
【０００５】
ＭＲＡＭに対するデータの書き込み方法として、従来、「アステロイド方式（例えば特許文献１参照）」や、「トグル方式（例えば特許文献２、特許文献３参照）」が知られている。これらの書き込み方式によれば、メモリセルサイズにほぼ反比例して、磁気記録層の磁化を反転させるために必要な反転磁界が大きくなる。つまり、メモリセルが微細化されるにつれて、書き込み電流が増加する傾向にある。
【０００６】
微細化に伴う書き込み電流の増加を抑制することができる書き込み方式として、「スピン注入方式（例えば、特許文献４、非特許文献１参照）」が提案されている。スピン注入（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式によれば、強磁性導体にスピン偏極電流（ｓｐｉｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が注入され、その電流を担う伝導電子のスピンと導体の磁気モーメントとの間の直接相互作用によって磁化が反転する（スピン注入磁化反転；Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）。しかしながら、スピン注入磁化反転方式をＴＭＲ効果素子に適用する場合、磁気トンネル接合部の膜厚方向に電流を流すことになり、磁気トンネル接合部に係る電圧によりトンネルバリア膜が破壊される恐れがある。
【０００７】
これに対し、電流を磁気記録層の面内方向に流し、スピン電子によるスピントランスファー（スピン角運動量の授受）効果により、磁気記録層中の磁化が書き込み電流の方向に応じた向きに反転する方式（磁壁移動型）が提案された（例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７参照）。この方式による書き込み方法について図１を参照することによって簡単に説明する。
【０００８】
図１は、典型的な磁気抵抗効果素子の構成を示した断面図である。この磁気抵抗効果素子は、磁気記録層１１０、参照層１１２、及び磁気記録層１１０と参照層１１２に挟まれたトンネルバリア膜１１１とを備えている。図１において、ｘ軸、ｙ軸は、磁気記録層１１０の面内方向に平行に規定され、ｚ軸は磁気記録層１１０の膜厚方向に規定されている。磁気記録層１１０は、第１磁化固定領域１０１と第２磁化固定領域１０３及び磁化反転領域１０２とからなる。磁化反転領域１０２は反転可能な磁化を有し、参照層１１２とオーバーラップする。第１磁化固定領域１０１は、磁化反転領域１０２の第１境界１２１に接続され、その磁化の向きは＋ｚ方向に固定される。第２磁化固定領域１０３は、磁化反転領域１０２の第２境界１２２に接続され、その磁化の向きは（第１磁化固定領域１０１の磁化と反対の）−ｚ方向に固定される。第１及び第２磁化固定領域１０１、１０３の磁化はお互い反平行方向である。
【０００９】
一方、磁化反転領域１０２の磁化は、磁気記録層１１０の膜厚方向において反転可能であり、定常状態では、＋ｚ方向又は−ｚ方向のいずれかの方向に向けられる。磁気記録層１１０において、磁壁（Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ；ＤＷ）は、第１境界１２１及び第２境界１２２のいずれかに形成されることになる。参照層１１２は、トンネルバリア膜１１１を挟んで磁気記録層１１０の磁化反転領域１０２に対向するように形成される。参照層１１２とトンネルバリア膜１１１と磁化反転領域１０２とで、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成される。
【００１０】
加えて、この磁気抵抗効果素子は、第１磁化固定領域１０１に接合された第１磁化固定層１１９と、第２磁化固定領域１０３に接合された第２磁化固定層１２０とを備えている。第１磁化固定層１１９は、磁気的にハードな強磁性材料で構成されており、＋ｚ方向の磁化を有している。同様に、第２磁化固定層１２０は、磁気的にハードな強磁性材料で構成されており、−ｚ方向の磁化を有している。第１磁化固定層１１９は、第１磁化固定領域１０１の磁化を＋ｚ方向に固定する役割を果たしている。第２磁化固定層１２０は第２磁化固定領域１０３の磁化を−ｚ方向に固定する役割を果たしている。
【００１１】
このような磁気抵抗効果素子に対するデータ書き込みは、次のように行われる。以下では、磁化反転領域１０２の磁化が−ｚ方向に向けられて磁壁が第１境界１２１に位置する状態がデータ「１」、磁化反転領域１０２の磁化が＋ｚ方向に向けられて磁壁が第２境界１２２に位置する状態がデータ「０」に対応付けられているとして説明がなされる。但し、磁化方向とデータの値の対応は逆でもよいことは当業者には明らかであろう。
【００１２】
データ「０」が書き込まれている磁気記録層１１０にデータ「１」を書き込む場合には、書き込み電流が、第１磁化固定領域１０１から磁化反転領域１０２を通って第２磁化固定領域１０３に流される。即ち、スピン偏極電子が、第２磁化固定領域１０３から磁化反転領域１０２に注入される。これにより、磁壁が第２境界１２２から第１境界１２１に移動し、磁化反転領域１０２の磁化が−ｚ方向に向けられる、即ち、データ「１」が書き込まれる。一方、データ「１」が書き込まれている磁気記録層１１０にデータ「０」を書き込む場合には、書き込み電流が、第２磁化固定領域１０３から磁化反転領域１０２を通って第１磁化固定領域１０１に流される。即ち、スピン偏極電子が、第１磁化固定領域１０１から磁化反転領域１０２に注入される。これにより、磁壁が第１境界１２１から第２境界１２２に移動し、磁化反転領域１０２の磁化が＋ｚ方向に向けられる、即ち、データ「０」が書き込まれる。このように、第１磁化固定領域１０１と第２磁化固定領域１０３との間を流れる電流によって磁気記録層１１０中の磁壁（ＤＷ）が磁化反転領域１０２の第１境界１２１と第２境界１２２の間を移動することでデータ書き込みが行われる。
【００１３】
この方式によれば、書き込み時に流れる電流がトンネルバリア膜１１１を貫通しないため、トンネルバリア膜１１１の劣化が抑制される。また、スピン注入方式でデータ書き込みが行われるため、メモリセルサイズの縮小に伴い、書き込み電流が低減される。更に、メモリセルサイズが縮小されるにつれ磁壁（ＤＷ）の移動距離が小さくなるため、メモリセルの微細化に伴い書き込み速度が増加する。
【００１４】
図１には、磁気記録層１１０が垂直磁気異方性を有しており、磁気記録層１１０の磁化が膜厚方向に向けられている場合が図示されている。しかし、磁気記録層の磁化は、面内方向に向けられることも可能である。磁気記録層の磁化が面内方向に向けられる構成は、例えば非特許文献２に開示されている。但し、書き込み電流低減のためには、磁気記録層の磁化が面内方向に向けられるよりも、磁気記録層の磁化が膜厚方向に向けられる構成のほうが好ましい。非特許文献２に開示された技術では、電流誘起磁壁移動に必要な電流密度として１×１０８［Ａ／ｃｍ２］程度を要している。この場合、例えば磁気記録層１１０の幅を１００ｎｍ、膜厚を１０ｎｍとした場合の書き込み電流は１ｍＡとなる。一方非特許文献３で述べられているように、磁気記録層として垂直磁気異方性を有する材料を用いることによって、書き込み電流を十分小さく低減できることが報告されている。このようなことから、電流誘起磁壁移動を利用してＭＲＡＭを製造する場合、磁壁移動が起こる層としては垂直磁気異方性を有する強磁性体を用いることが好ましいと言える。非特許文献４では垂直磁気異方性を有する材料において電流誘起磁壁移動が観測されたことが報告されている。このように垂直磁気異方性を有する材料にける電流誘起磁壁移動現象を利用することによって、書き込み電流が低減されたＭＲＡＭが提供されることが期待される。
【００１５】
−１
関連する技術として、特許文献８には、磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、磁化自由層と、磁化自由層に隣接して設けられるスペーサ層と、スペーサ層に隣接して磁化自由層とは反対側に設けられる第１の磁化固定層と、磁化自由層に隣接して設けられる少なくとも二つの第２の磁化固定層とを具備する。磁化自由層と第１の磁化固定層と第２の磁化固定層は、膜面に略垂直方向の磁化成分を有する。磁化自由層は、二つの磁化固定部と、二つの磁化固定部の間に配置される磁壁移動部とを有する。磁化自由層を構成する二つの磁化固定部の磁化は、膜面に略垂直方向において互いに略反平行に固定されている。磁壁移動部は、膜面垂直方向の磁気異方性が付与されている。
【００１６】
−２
また、特許文献９には、磁気抵抗効果素子およびその製造方法が開示されている。この磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極とを有する。磁気抵抗効果膜は、磁化固着層と、磁化自由層と、中間層と、キャップ層と、機能層とを含む。磁化固着層は、磁化方向が実質的に一方向に固着されている。磁化自由層は、磁化方向が外部磁界に対応して変化する。中間層は、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられている。キャップ層は、前記磁化固着層または磁化自由層の上に設けられている。機能層は、前記磁化固着層中、前記磁化自由層中、前記磁化固着層と前記中間層との界面、前記中間層と前記磁化自由層との界面、および前記磁化固着層または磁化自由層と前記キャップ層との界面のいずれかに設けられ、酸素または窒素を含有する材料で形成されている。前記機能層の結晶配向面が、その上または下の隣接する層の結晶配向面と異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５６４０３４３号公報
【特許文献２】米国特許第６５４５９０６号公報
【特許文献３】特表２００５−５０５８８９号公報（米国特許第７１８４３００号公報）
【特許文献４】特開２００５−０９３４８８号公報（米国特許第７１９３２８４号公報）
【特許文献５】特開２００５−１９１０３２号公報
【特許文献６】国際公開２００５／０６９３６８号公報（米国公開２００８１３７４０５号公報）
【特許文献７】特開２００６−７３９３０号公報
【特許文献８】国際公開２００９／００１７０６号公報（米国公開２０１０１８８８９０号公報）
【特許文献９】特開２００９−１８２１２９号公報（米国公開２００９１９０２６２号公報）
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｋ．Ｙａｇａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  （スピン注入磁化反転の研究動向）”，日本応用磁気学会誌，Ｖｏｌ．２８，ｐ．９３７（２００４）．
【非特許文献２】Ａ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅａｌ−Ｓｐａｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗｉｒｅｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．９２，ｐ．０７７２０５（２００４）．
【非特許文献３】Ｓ．Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｒｉｖｅｎ  ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｎａｎｏｓｔｒｉｐｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１０３，ｐ．０７Ｅ７１８（２００８）．
【非特許文献４】Ｈ．Ｔａｎｉｇａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ＣｏＣｒＰｔ  Ｗｉｒｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１，ｐ．０１１３０１（２００８）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
書き込み動作において磁壁移動を利用するＭＲＡＭを製造する上のひとつの問題は、磁壁移動が起こる層に磁壁を安定的に導入することである。特許文献５では、図１に示すように第１磁化固定領域１０１と第２磁化固定領域１０３の磁化の方向が互いに反対に向いていることで第１境界１２１或いは第２境界１２２に磁壁を生成することができる。
【００２０】
しかしながら、実際には、所望の位置に磁壁を導入しながら、お互い反対方向を向いた磁化をそれぞれの方向に固定することは容易ではない。特許文献５及び特許文献８では、第１磁化固定領域に接する第１磁化固定層と第２磁化固定領域に接する第２磁化固定層の磁化を互いに反対方向に向けるために、保磁力（Ｈｃ）の異なる材料をそれぞれ用いた方法が開示されている。この場合、第１磁化固定層と第２磁化固定層をそれぞれ別々に形成する必要があるため、製造誤差やバラツキによる歩留まりの低下が懸念される。
【００２１】
また別の方法として、第１磁化固定層と第２磁化固定層の大きさを変えることによって保磁力（Ｈｃ）に差を設ける方法が開示されている。この場合、磁化固定層と磁気記録層との位置ズレが生じた場合に、磁化固定層からの漏洩磁界にばらつきが生じることになり、安定した磁壁導入が困難である。また、大きいほうの磁化固定層は、他のプロセスの影響を受けやすくなり、所望の保磁力を得られない可能性がある。
【００２２】
非特許文献４ではこのような磁化固定層を用いない方法として磁性細線を形成後、その一部分をエッチングにより除去することによってステップ構造を有する磁性細線を形成する手法を行っている。このようなステップ型の構造においては、膜厚の薄い領域の保磁力は厚い領域の保磁力に比べて小さくなることから、膜厚の薄い領域が反転し、厚い領域が反転しないような適当な大きさの磁場を用いることによって磁壁を導入できる。ここでこの外部磁場としては、基板面垂直方向の磁場を用いている。しかしながらこのようなステップ構造を設ける場合、エッチングによって磁壁移動領域の磁性層を直接エッチングするため、エッチングダメージを受けることが避けられない。ダメージを受けることによって磁性層本来の磁気特性が劣化し、磁壁移動の妨げとなる恐れがある。
【００２３】
本発明の目的は、垂直磁気異方性を有する材料を用いた磁壁移動型ＭＲＡＭにおいて、安定的且つ容易に磁壁が導入できる構造及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２５】
本発明の磁壁移動型ＭＲＡＭは、強磁性層である磁気記録層（１０）と、非磁性層（１１）を介してその磁気記録層（１０）に接続された参照層（１２）と、その磁気記録層（１０）より膜法線下方に設置された第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）とを具備している。その磁気記録層（１０）及びその参照層（１２）は、垂直磁気異方性を有している。その磁気記録層（１０）は、反転可能な磁化を有しその参照層（１２）とオーバーラップする磁化反転領域（２）と、その磁化反転領域（２）の第１境界（２１）に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域（１）と、その磁化反転領域（２）の第２境界（２２）に接続され、磁化の向きがその第１方向と反平行な第２方向に固定された第２磁化固定領域（３）とを備えている。その第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）は、それぞれその第１磁化固定領域（１）及びその第２磁化固定領域（３）の磁化を固定している。その第２磁化固定層（２０）の方が、その第１磁化固定層（１９）と比較して保磁力（Ｈｃ）が小さくなるように変性されている。
【００２６】
本発明の磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法は、以下の工程を具備している。ここで、その強磁性層である磁気記録層（１０）と、非磁性層（１１）を介してその磁気記録層（１０）に接続された参照層（１２）と、その磁気記録層（１０）より膜法線下方に設置された第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）とを具備している。その磁気記録層（１０）及びその参照層（１２）は、垂直磁気異方性を有している。その磁気記録層（１０）は、反転可能な磁化を有しその参照層（１２）とオーバーラップする磁化反転領域（２）と、その磁化反転領域（２）の第１境界（２１）に接続され、磁化の向きが第１方向に固定された第１磁化固定領域（１）と、その磁化反転領域（２）の第２境界（２２）に接続され、磁化の向きがその第１方向と反平行な第２方向に固定された第２磁化固定領域（３）とを備えている。その第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）は、それぞれその第１磁化固定領域（１）及びその第２磁化固定領域（３）の磁化を固定している。その第２磁化固定層（２０）の方が、その第１磁化固定層（１９）と比較して保磁力（Ｈｃ）が小さくなるように変性されている。
そして、その磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法は、磁化固定層用膜（１８）を形成する工程と；その磁化固定層用膜（１８）の上にハードマスク（１７）を形成する工程と；そのハードマスク（１７）のうち、その磁化固定層用膜（１８）におけるその第２磁化固定層（２０）を形成する領域以外の領域の上に積層されたハードマスク（１７）を覆うように保護膜（６１）を形成する工程と；その保護膜（６１）をマスクとして、そのハードマスク（１７）を処理する工程と；その保護膜（６１）の除去後に、そのハードマスク（１７）をパターニングする工程と；パターニングされたそのハードマスク（１７）をマスクとして、その磁化固定層用膜（１８）をパターニングして、その第１磁化固定層（１９）及びその第２磁化固定層（２０）を形成する工程と；を具備している。
【００２７】
−１
本発明の半導体装置は、ワード線（ＷＬ）と、ビット線（ＢＬ）と、トランジスタ（ＴＲ）と、磁気メモリ（７２＋７３）とを具備している。トランジスタ（ＴＲ）は、ゲート（４４）にワード線（ＷＬ）を接続され、ソース／ドレインの一方（４６）にビット線（ＢＬ）を接続されている。磁気メモリ（７２＋７３）は、ソース／ドレインの他方（４７）に接続されている。磁気メモリ（７２＋７３）は、磁気記録層（１０）と、参照層（１２）と、第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）とを備えている。磁気記録層（１０）は、強磁性層である。参照層（１２）は、非磁性層（１１）を介して磁気記録層（１０）に接続されている。第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）は、磁気記録層（１０）より膜法線下方に設置されている。磁気記録層（１０）及び参照層（１２）は、垂直磁気異方性を有している。磁気記録層（１０）は、磁化反転領域（２）と、第１磁化固定領域（１）と、第２磁化固定領域（３）とを含んでいる。磁化反転領域（２）は、反転可能な磁化を有し参照層（１２）とオーバーラップする。第１磁化固定領域（１）は、磁化反転領域（２）の第１境界に接続され、磁化の向きが第１方向に固定されている。第２磁化固定領域（３）は、磁化反転領域（２）の第２境界に接続され、磁化の向きが第１方向と反平行な第２方向に固定されている。第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）は、それぞれ第１磁化固定領域（１）及び第２磁化固定領域（２）の磁化を固定している。第２磁化固定層（２０）の方が、第１磁化固定層（１９）と比較して保磁力が低い。第１磁化固定層（１９）及び第２磁化固定層（２０）は、同じ材料、同じ形状で構成されている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、垂直磁気異方性を有する材料を用いた磁壁移動型ＭＲＡＭにおいて、磁気記録層に安定的且つ容易に磁壁を導入することが可能となる。従って、製造コストが削減され、また、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、典型的な磁気抵抗効果素子の構成を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの主要部分の構成を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの記憶素子部分の構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの記憶素子部分の構成を示す平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの記憶素子部分の構成の変形例を示す平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図４Ｉ】図４Ｉは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図５】図５は、ハードマスクのエッチング量と磁化固定層の保磁力との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の磁壁移動型磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）及びその製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図において、同一又は類似する構成要素は、同一又は対応する符号によって参照される場合があることに留意されたい。
【００３１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭついて説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの主要部分の構成を示す断面図である。磁壁移動型ＭＲＡＭは、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを具備している。この図は、磁壁移動型ＭＲＡＭの１ビット部分のメモリセルに対応する。磁壁移動型ＭＲＡＭのメモリセルは、記憶素子部分７２とアドレス選択用トランジスタ部分７３とを備えている。以下の説明では、ＭＲＡＭにｘｙｚ直交座標が規定され、そのｘｙｚ直交座標を用いて説明する。
【００３２】
まず、選択用トランジスタ部分７３について説明する。
半導体基板（例えばｐ型シリコン基板、ｐ型ウェル領域等）４１内に、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を有する素子分離絶縁層４２が形成されている。この素子分離絶縁層４２に囲まれた領域は、読み出し選択スイッチが形成されている。読み出し選択スイッチは、ＭＯＳトランジスタ（ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ）ＴＲａ、ＴＲｂから構成されている。半導体基板４１上には、ＭＯＳトランジスタＴＲａ、ＴＲｂとして、ゲート絶縁膜４３、ゲート電極４４及び側壁絶縁層４５が形成されている。ゲート電極４４はワード線ＷＬ（図示されず）に接続されている。読み出し動作時に、読み出しセルを選択するように機能する。ゲート電極４４の両側には拡散層領域４６、４７が形成される。このＭＯＳトランジスタＴＲａ、ＴＲｂ上に絶縁層が積層されている。絶縁層内には、拡散層４６、４７と接続するコンタクト層４８として例えばタングステンプラグが形成されている。このコンタクト層４８を介して、第１金属層が形成される。第１金属層のうち、一つは複数のコンタクト層を縦に積み重ねるための中間層４９として機能する。他の一つはビット線ＢＬａ、ＢＬｂとして機能する。第１金属層上にはさらに絶縁層が積層されている。絶縁層内には、中間層４９と接続するコンタクト層５１を介して、第２金属層が形成されている。第２金属層も複数のコンタクト層を縦に積み重ねるための中間層５２として機能する。第２金属層上にはさらに絶縁層が積層されている。絶縁層内には、中間層５２と接続するコンタクト層５４を介して、第３金属層が形成されている。第３金属層は書き込み用ワード線として機能する。書き込みワード線は一方が第１配線３１として第１コンタクトビア３２を介して磁気抵抗効果素子７１に接続され、もう一方は第２配線３４として第２コンタクトビア３３を介して磁気抵抗効果素子７１と接続されている。
【００３３】
次に、記憶素子部分７２について説明する。
図３Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの記憶素子部分の構成を示す断面図である。記憶素子部分７２は、磁気抵抗効果素子７１を備えている。磁気抵抗効果素子７１は、強磁性体層である磁気記録層１０と参照層１２、及び非磁性体層であるトンネルバリア層１１を備えている。トンネルバリア層１１は、磁気記録層１０と参照層１２とに挟まれている。これら磁気記録層１０、トンネルバリア層１１、及び参照層１２によって磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ；ＭＴＪ）が形成されている。なお、参照層１２は、反強磁性層１５（後述）及び第３コンタクトビア３５を介して読み出し配線３６（例示：接地線）に接続されている（図２参照）。
【００３４】
トンネルバリア層１１は、薄い絶縁層であり、例えばＡｌ膜を酸化して形成したアルミナ酸化膜（Ａｌ−Ｏｘ）或いは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などで形成される。参照層１２及び磁気記録層１０は、垂直磁気異方性を有する強磁性膜であり、磁気記録層１０及び参照層１２の磁化に向きは、膜厚方向に向けられている。磁気記録層１０及び参照層１２は、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）或いはこれらのいずれかを含む合金から構成されている。磁気記録層１０及び参照層１２が、ＰｔやＰｄを含むことで垂直磁気異方性を安定化することができる。これに加えて、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｓｍなどを添加することによって所望の磁気特性が発現されるように調整することができる。具体的には磁気記録層１０及び参照層１２として使用可能な材料としては、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｂ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｒｕ、Ｃｏ−Ｒｈ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｄ、Ｓｍ−Ｃｏなどが例示される。この他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択されるいずれか一つの材料を含む層が、異なる層と積層されることにより垂直方向の磁気異方性を発現させることもできる。具体的にはＣｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ａｕの積層膜などが例示される。
【００３５】
また、参照層１２では、上記強磁性膜の保磁力を大きくするために、反強磁性層１５が積層される。即ち、参照層１２を反強磁性層１５と積層させることで、上記強磁性膜と反強磁性層１５の間に働く交換相互作用により、上記強磁性膜に一方向の異方性を発現させることができる。それにより、参照層１２の磁化を一方向に固定することが可能となる。上記反強磁性層１５としては、鉄・マンガン（ＦｅＭｎ）、白金・マンガン（ＰｔＭｎ）、ニッケル・マンガン（ＮｉＭｎ）などのマンガン合金反強磁性膜、或いは、コバルト酸化物（ＣｏＯ）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）などの酸化物反強磁性膜が用いられる。
【００３６】
図３Ａに示されるように、本実施の形態に係る磁気記録層１０は、３つの異なる領域である第１磁化固定領域１、第２磁化固定領域３、及び磁化反転領域２を有している。第１磁化固定領域１及び第２磁化固定領域３は、向きが互いに反平行である磁化を有している。一方、磁化反転領域２は＋ｚ方向と−ｚ方向との間で磁化反転可能な磁化を有している。つまり、磁化反転領域２の磁化は参照層１２の磁化と平行或いは反平行になることが許される。磁化反転領域２は第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域３とに挟まれた部分に形成されている。上記参照層１２はこの磁化反転領域２とオーバーラップするように形成されている。言い換えれば、磁気記録層１０の磁化反転領域２の一部が、トンネルバリア層１１を介して参照層１２に対向しており、参照層１２、トンネルバリア層１１及び磁化反転領域２で磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が形成されている。
【００３７】
本実施の形態では、参照層１２の磁化は＋ｚ方向に固定されているとする。また、第１磁化固定領域１の磁化は＋ｚ方向に、第２磁化固定領域３の磁化は−ｚ方向に、それぞれ固定されているとする。図３Ａに図示されるように、第１磁化固定領域１の膜面下方向に第１磁化固定領域１と接するように第１磁化固定層１９が設置されている。第１磁化固定層１９の一端部は第１磁化固定領域１と磁化反転領域２の境界である第１境界２１と略同一の位置に形成されているが、言い換えれば、第１磁化固定層１９と磁気記録層１０とが接した端部が第１境界２１となる。一方、第２磁化固定領域３の膜面下方向にも第２磁化固定領域３と接するように第２磁化固定層２０が設置されている。第２磁化固定層２０の一端部は第２磁化固定領域３と磁化反転領域２の境界である第２境界２２と略同一の位置に形成されているが、言い換えれば、第２磁化固定層２０と磁気記録層１０とが接した端部が第２境界２２となる。
【００３８】
第１磁化固定層１９と第２磁化固定層２０は同一の強磁性材料により構成されている。即ち第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０は、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）或いはこれらのいずれかを含む合金から構成されている。ＰｔやＰｄを含むことで垂直磁気異方性を安定化することができる。これに加えて、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｓｍなどを添加することによって所望の磁気特性が発現されるように調整することができる。具体的には第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０として使用可能な材料としては、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｂ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｒｕ、Ｃｏ−Ｒｈ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｄ、Ｓｍ−Ｃｏなどが例示される。この他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択されるいずれか一つの材料を含む層が、異なる層と積層されることにより垂直方向の磁気異方性を発現させることもできる。具体的にはＣｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ａｕの積層膜などが例示される。
【００３９】
−１
図３Ｂは、図３Ａの構成に関する平面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０は、略同一の形状である。具体的には、第１磁化固定層１９の保磁力（Ｈｃ）と第２磁化固定層２０の保磁力（Ｈｃ）がその形状異方性によっては変化しない程度に等しい大きさに形成されている。したがって、製造誤差（製造ばらつき）の範囲を含んでいる。また、同様に、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域２は、略同一の形状である。なお、図３Ｃ（図３Ａ及び図３Ｂの構成に関する変形例の平面図）に示すように、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０が略同一の形状、かつ、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域２が略同一の形状であって、更に、第１磁化固定領域１と第１磁化固定層１９の端部が揃い、第２磁化固定領域３と第２磁化固定層２０の端部が揃っている構成であっても良い。このとき、Ｘ方向の端面のみが揃っていても良いし、Ｙ方向の端面のみが揃っていても良いし、Ｘ方向及びＹ方向の両端面がいずれも揃っていても良い。
【００４０】
第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０は同一の強磁性材料、略同一の形状であるが、保磁力（又は反転磁界）Ｈｃが互いに異なっている。第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０のうちの一方は、他方と比較して製造工程時に磁気特性の変化を受ける。例えば、後述されるように、製造時のハードマスク１７やキャップ層１６に対するエッチングやイオン注入によるダメージ（応力歪）などの変性が要因として挙げられる。
【００４１】
書き込み電流を流すために、記憶素子部分７２には、第１配線３１、第１ビアコンタクト３２、第２ビアコンタクト３３及び第２配線３４が設けられている。第１配線３１は、第１ビアコンタクト３２を介して第１磁化固定層１９に接続されている。第２配線３４は、第２ビアコンタクト３３を介して第２磁化固定層２０に接続されている。第１配線３１及び第２配線３４は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）などの電気抵抗の小さい材料によって形成される。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｉは、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【００４３】
まず、第１配線３１及び第２配線３４を形成後、第１配線３１及び第２配線３４を覆うように絶縁層を形成する。更に、絶縁層に反応性エッチング（ＲＩＥ）等で穴を開けた後、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）などの導電性材料で埋め込むことにより、第１コンタクトビア３２及び第２コンタクトビア３３を形成する。なお、ここまでの工程に関しては、図１の場合と同様の方法で行うことができるので図示を省略している。
【００４４】
次に、図４Ａに示すように、磁化固定層（１９、２０）を形成するための強磁性膜１８をスパッタリング等の方法により成膜する。その後、磁化固定層（１９、２０）をパターニングするためのキャップ層１６及びハードマスク１７を積層する。キャップ層１６は、例えば膜厚５〜１０ｎｍのＴａ膜である。ハードマスク１７は、例えば、膜厚５０〜１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、又は、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）が成膜された積層膜である。ここでは、一例として、窒化シリコン（ＳｉＮ）上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）が成膜された積層膜とする。
【００４５】
続いて、図４Ｂに示すように、このハードマスク１７をエッチングするためのレジストマスク６１を形成する。レジストマスク６１には、一方の磁化固定層を形成する領域のみマスクされたパターンが形成されている。図４Ｂでは、第１磁化固定層１９を形成する領域をマスクしたパターンとなっている。ただし、反対の第２磁化固定層２０を形成する領域をマスクするパターンとしてもよい。このレジストマスク６１を用いて、ハードマスク１７を物理的・化学的にエッチングする。すなわち、ここでは、このレジストマスク６１を介して、ハードマスク１７を反応性イオンエッチング等の手法によりエッチングする。その結果、例えば、図４Ｃに示すように、ハードマスク１７のうち、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜をエッチングして、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を残す。このハードマスク１７のエッチングにより、後述されるように、エッチングされたハードマスク１７下の強磁性膜１８ａの保磁力（Ｈｃ）が低下する。
【００４６】
反応性イオンエッチングの条件は、反応ガスとしてＣＦ４やＣＨＦ３などを用いる従来知られたハードマスク用のエッチング条件をそのまま利用することができる。その上で、後述されるように、強磁性膜１８の保磁力Ｈｃに与えたい変化量に応じて、エッチング条件を適宜変更・選択することとする。なお、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜までエッチングしてもよいし、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の一部を残すようにエッチングしてもよい。また、ハードマスク１７が窒化シリコン（ＳｉＮ）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜のみで形成されている場合についても、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の一部を残すようにエッチングしてもよいし、全部をエッチングしても差し支えない。
【００４７】
その後、図４Ｄに示すように、レジストマスク６１を剥離する。そして、図４Ｅに示すように、残りのハードマスク１７をエッチングするためのレジストマスク６２を形成する。レジストマスク６２には、磁化固定層１９、２０をパターニングするためのパターンが形成されている。すなわち、そのレジストマスク６２は、両方の磁化固定層１９、２０が形成できるようなマスクパターンとなっている。そのパターンは、磁化固定層１９、２０が同一の形状になるようなパターンとする。
【００４８】
続いて、図４Ｆに示すように、このレジストマスク６２を用いてハードマスク１７を反応性イオンエッチング等の手法によりエッチングする。このとき、強磁性膜１８の上に積層されているハードマスク１７の膜厚が、第１磁化固定層１９が形成される領域と、第２磁化固定層２０が形成される領域とで異なっている。そのため、ハードマスク１７が薄い箇所の強磁性膜１８がエッチングされるおそれがある。しかし、ハードマスク１７の材料に対して選択性の高い材料で構成されたキャップ層１６が強磁性膜１８上に形成されているので、磁化固定層用の強磁性膜１８がエッチングされることを防ぐことができる。なお、キャップ層１６が無くても、ハードマスク１７のエッチングを、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を選択的にエッチングする条件にて行うことで、その下の強磁性膜１８がエッチングされないようにすることも可能である。
【００４９】
次に、図４Ｇに示すように、レジストマスク６２を剥離する。そして、図４Ｈに示すように、ハードマスク１７をマスクとして、強磁性膜１８をキャップ層１６と共にイオンミリングあるいは反応性イオンエッチング等によりエッチングする。それにより、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０を所望の形状に形成する。その後、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁層５８を成膜した後、その絶縁層５８とハードマスク１７及びキャップ層１６をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により平坦化して、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０上の絶縁層５８及びハードマスク１７及びキャップ層１６を完全に除去する。以上により、図４Ｉに示すように、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０が形成される。
【００５０】
このとき、第２磁化固定層２０は第１磁化固定層１９と比較すると、図４Ｂ〜図４Ｃにおいて、その構成材料である強磁性膜１８上のハードマスク１７がエッチングされている。そのため、後述されるように、第２磁化固定層２０の保磁力（Ｈｃ）は第１磁化固定層１９の保磁力（Ｈｃ）に比べて小さくなる。すなわち、形状が同一（図４Ｅ：レジストマスク６２のパタン）で、かつ、材料も同一（図４Ａ：強磁性膜１８）でありながら、保磁力（Ｈｃ）の異なる二つの磁化固定層１９、２０を得ることができる。
【００５１】
その後の工程は、図示しないが、以下のようになる。まず、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０上に、磁気記録層１０用の膜、トンネルバリア層１１用の膜及び参照層１２用の膜をスパッタリング等により連続成膜し、イオンミリング等により所望の形状の参照層１２及び磁気記録層１０を形成する。これにより、第１磁化固定層１９と磁気記録層１０の第１磁化固定領域１とが電気的・磁気的に接続され、第２磁化固定層２０と磁気記録層１０の第２磁化固定領域３とは電気的・磁気的に接続される。また、参照層１２及びトンネルバリア層１１が形成される部分も平坦化により表面ラフネスも抑えられることになる。こうして、図３Ａに示すような、所望の記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）を形成できる。このとき、図３Ｂのような形状にする場合、磁気記録層１０を形成する工程において、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域２の形状が同一形状となるように磁気記録層１０を形成する。また、図３Ｃのような形状にする場合、磁気記録層１０を形成する工程において、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域２の形状が同一形状で、第１磁化固定領域１と第１磁化固定層１９の端部が揃い、第２磁化固定領域２と前記第２磁化固定層２０の端部が揃うように、磁気記録層１０を形成する。
【００５２】
ここで、ハードマスクのエッチング量と磁化固定層の保磁力との関係について説明する。図５は、ハードマスクのエッチング量と磁化固定層の保磁力との関係を示すグラフである。横軸はハードマスクのエッチング時間を表す。縦軸は磁化固定層（強磁性膜）の保磁力を表す。ただし、横軸は任意単位を示している。縦軸の保磁力は、ハードマスクのエッチングをしないときの保磁力（Ｈｃ０）に対するエッチングをしたときの保磁力（Ｈｃ）の相対比（Ｈｃ／Ｈｃ０）を示している。従って、第１磁化固定層１９の保磁力に対する第２磁化固定層２０の保磁力の相対比を示していると見ることができる。図５に示されるように、エッチング時間が増加するとともに磁化固定層の保磁力（Ｈｃ）が低下していることがわかる。グラフにおいて、最もエッチング時間の長い測定点は、キャップ層１６が露出した場合である。
【００５３】
ここで、図４Ｂ〜図４Ｃではハードマスク１７がエッチングされているだけで、その下の強磁性膜１８（第２磁化固定層２０の材料）がエッチングされているわけではないことに留意されたい。即ち、第２磁化固定層２０の膜厚は第１磁化固定層１９の膜厚と同じであり、且つ、第２磁化固定層２０の材料は第１磁化固定層１９の材料と同じである。しかし、本図に示すように、その上のハードマスク１７のエッチングによって、保磁力（Ｈｃ）に差を設けることが可能である。この図の例では、最大で第２磁化固定層２０の保磁力を第１磁化固定層１９の保磁力の半分にまで低下させることができる。それにより、強磁性膜１８（第２磁化固定層２０の材料）に対して直接に何らかの作用や処理をすることなく、保持力（Ｈｃ）の異なる第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０を得ることができる。
【００５４】
ハードマスク１７下の強磁性膜１８（第２磁化固定層２０）の保磁力が低下する理由としては、ハードマスク１７やキャップ層１６に対するエッチングダメージ（応力歪など）が強磁性膜１８に作用することにより、強磁性膜１８の結晶磁気異方性が変化しているためと考えられる。
【００５５】
図５は、ハードマスク１７の種類や膜厚、及び、反応性イオンエッチングの条件がある所定の場合についての一例である。ハードマスク１７下の強磁性膜１８（第２磁化固定層２０）をどの程度の保持力（Ｈｃ）にするか、あるいは、第２磁化固定層２０と第１磁化固定層１９の保磁力の比をどの程度にするか、に応じて、ハードマスク１７の種類や膜厚、反応性イオンエッチングの条件を決定することができる。例えば、ハードマスク１７の種類や膜厚が同じ場合、反応ガスや供給電力が同じなら、エッチング時間により保磁力を変化させることができる。また、反応ガスや供給電力によっても保磁力を変化させることができる。更に、ハードマスク１７を全て除去するまでエッチングする場合、ハードマスク１７の膜厚や種類により保磁力を変化させることができる。これらは、例えば、事前に実験により条件と保磁力との関係を求めておくことで実現可能である。
【００５６】
次に、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子での初期化（磁壁導入）方法について図３Ａを参照して説明する。
記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）において、まず、外部磁場Ｈ１を＋ｚ方向に印加することにより、磁気記録層１０の第１磁化固定領域１、磁化反転領域２及び第２磁化固定領域３の磁化と、第１磁化固定層１９及び第２磁化固定層２０の磁化が＋ｚ方向に向けられる。次に、磁気記録層１０に磁壁を形成するために、外部磁場Ｈ２が−ｚ方向に印加される。このとき印加する磁場Ｈ２の大きさは、磁化反転領域２、第２磁化固定領域３及び第２磁化固定層２０の磁化を反転し、且つ第１磁化固定領域１及び第１磁化固定層１９の磁化を反転させない程度の大きさに設定される。ここでは、第１磁化固定層１９が第２磁化固定層２０より保磁力（Ｈｃ）が大きい構成となっていることに留意されたい。この外部磁場Ｈ２の印加により、磁気記録層１０の第１磁化固定領域１が１つの磁区（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｏｍａｉｎ）を形成し、磁気記録層１０の他の部分が別の磁区を形成する。即ち、第１磁化固定領域１と磁化反転領域２の境界である第１境界２１に対応する位置に磁壁が生成される。このように、本実施の形態では、第１磁化固定層１９の保磁力と第２磁化固定層２０の保磁力とが異なっているので、容易に初期化（磁壁を導入）することが可能となる。
【００５７】
次に、第１の実施の形態に係る記憶素子部分でのデータの書き込み動作／読み出し動作について図３Ａを参照して説明する。以下では、記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）において、磁化反転領域２の磁化が−ｚ方向に向けられて磁壁が第１境界２１に位置する状態をデータ「１」に、磁化反転領域２の磁化が＋ｚ方向に向けられて磁壁が第２境界２２に位置する状態をデータ「０」にそれぞれ対応づけられているとして説明がなされる。但し、磁化方向とデータの値の対応は逆でもよいことは当業者には明らかであろう。
【００５８】
データの書き込み方法について説明する。
データ「０」が書き込まれている磁気記録層１０にデータ「１」を書き込む場合、書き込み電流が第１配線３１から第１コンタクトビア３２を通って第１磁化固定層１９から磁気記録層内を第１磁化固定領域１、磁化反転領域２、第２磁化固定領域３の順に流れ、さらには第２磁化固定層２０、第２コンタクトビア３３を通って第２配線３４へと流れる。書き込み電流が流されることにより、スピン偏極電子が第２磁化固定領域３から磁化反転領域２に注入される。このとき、スピントランスファー効果により第２境界２２にある磁壁が第１境界２１の方へ移動する。つまり、磁化反転領域２の磁化の向きは＋ｚ方向から−ｚ方向へ変わる。
【００５９】
データ「１」が書き込まれている磁気記録層１０にデータ「０」を書き込む場合、書き込み電流が第２配線３４から第２コンタクトビア３３を通って第２磁化固定層２０から磁気記録層内を第２磁化固定領域３、磁化反転領域２、第１磁化固定領域１の順に流れ、さらには第１磁化固定層１９、第１コンタクトビア３２を通って第１配線３１へと流れる。書き込み電流が流されることにより、スピン偏極電子が第１磁化固定領域１から磁化反転領域２に注入される。このとき、スピントランスファー効果により第１境界２１にある磁壁が第２境界２２の方へ移動する。つまり、磁化反転領域２の磁化の向きは−ｚ方向から＋ｚ方向へ変わる。
【００６０】
次に、データの読み出し動作について説明する。
磁気記録層１０に記録されているデータの読み出しにはＴＭＲ効果が利用される。データ読み出し時、読み出し電流は、参照層１２と磁化反転領域２との間を流れるように供給される。例えば、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域３のいずれかから、磁化反転領域２及びトンネルバリア層１１を経由して、参照層１２へ流れ、さらに参照層１２の上に形成された読み出し配線（図示せず）に流れる。あるいは、読み出し電流は、読み出し配線から参照層１２を通り、トンネルバリア層１１及び磁化反転領域２を経由して、第１磁化固定領域１と第２磁化固定領域３のいずれかへ流れる。その読み出し電流あるいは読み出し電位に基づいて、磁気抵抗効果素子７１の抵抗値が検出され、磁化反転領域２の磁化方向、即ち、磁気記録層１０に記録されているデータが識別される。
【００６１】
以上説明されたように、本実施の形態によれば、記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）の製造過程において、反応性イオンエッチングという極めて容易で安定的な方法により、形状及び材料が同一でありながら、保磁力の異なる二つの磁化固定層１９、２０を製造することができる。それにより、磁気記録層１０に安定的且つ容易に磁壁を導入する（初期化する）ことが可能となる。従って、製造時に、保磁力の異なる二つの磁化固定層１９、２０を、異なる材料や異なる形状で製造する必要が無くなるので、製造コストを削減できる。加えて、ハードマスク１７の反応性イオンエッチングという信頼性の高いプロセスを用いて二つの磁化固定層１９、２０の保磁力を異ならせているので、信頼性を向上できる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭついて説明する。本実施の形態は、磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について、一部の工程が第１の実施の形態と異なる。以下では、第１の実施の形態と異なる磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について説明し、第１の実施の形態と同じ点については説明を省略する。
【００６３】
本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｉは、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【００６４】
まず、第１配線３１、第２配線３４、第１配線３１、第２配線３４、第１コンタクトビア３２及び第２コンタクトビア３３の形成に関しては、第１の実施の形態と同様である（図示せず）のでその説明を省略する。また、図６Ａ〜図６Ｃについては、第１の実施の形態の図４Ａ〜図４Ｃの場合と同様であるのでその説明を省略する。なお、図６Ｃにおいてはハードマスク１７を全てエッチングしているが、図４Ｃのようにハードマスク１７を一部残しても良い。図６Ｂの工程のハードマスク１７のエッチングにより、エッチングされたハードマスク１７下の強磁性膜１８の保磁力（Ｈｃ）が低下する。
【００６５】
その後、図６Ｄに示すように、レジストマスク６１を剥離した後、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜をハードマスク１７ａとして積層し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により平坦化する。平坦化することによって、後工程（図６Ｆ）においてハードマスク１７、１７ａをエッチングするとき、磁化固定層１９が形成される領域及び磁化固定層２０が形成される領域上のハードマスクの膜厚を同じにすることが可能となる。但し、ハードマスクの膜厚を同じにすることは、本発明において必須ではない。
【００６６】
続いて、図６Ｅに示すように、ハードマスク１７、１７ａをエッチングするためのレジストマスク６２を形成する。レジストマスク６２には、磁化固定層１９、２０をパターニングするためのパターンが形成されている。すなわち、そのレジストマスク６２は、両方の磁化固定層１９、２０が形成できるようなマスクパターンとなっている。そのパターンは、磁化固定層１９、２０が同一の形状になるようなパターンとする。
【００６７】
続いて、図６Ｆに示すように、このレジストマスク６２を用いてハードマスク１７、１７ａを反応性イオンエッチング等の手法によりエッチングする。このとき、強磁性膜１８の上に積層されているハードマスク１７の膜厚が、第１磁化固定層１９が形成される領域と、第２磁化固定層２０が形成される領域とで同じである。そのため、ハードマスク１７、１７ａのエッチング制御を容易に行うことができる。
【００６８】
その後の図６Ｇ〜図６Ｉの工程及び図３Ａに至る工程については、第１の実施の形態の図４Ｇ〜図４Ｉの工程及び図３Ａに至る工程と同様であるのでその説明を省略する。こうして、図３Ａに示すような、所望の記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）を形成できる。
【００６９】
本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、図６Ｆに示すエッチング工程において、ハードマスクのエッチング制御を容易に行うことができる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭついて説明する。本実施の形態は、磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について、一部の工程が第１の実施の形態と異なる。以下では、第１の実施の形態と異なる磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について説明し、第１の実施の形態と同じ点については説明を省略する。
【００７１】
本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法について説明する。図７Ａ〜図７Ｇは、本発明の第３の実施の形態に係る磁壁移動型ＭＲＡＭの製造方法のフローを示す断面図である。
【００７２】
まず、第１配線３１、第２配線３４、第１配線３１、第２配線３４、第１コンタクトビア３２及び第２コンタクトビア３３の形成に関しては、第１の実施の形態と同様である（図示せず）のでその説明を省略する。また、図７Ａについては、第１の実施の形態の図４Ａの場合と同様であるのでその説明を省略する。
【００７３】
次に、図７Ｂに示すように、このハードマスク１７にイオン注入するためのレジストマスク６１を形成する。レジストマスク６１には、一方の磁化固定層を形成する領域のみマスクされたパターンが形成されている。図７Ｂでは、第１磁化固定層１９を形成する領域をマスクしたパターンとなっている。ただし、反対の第２磁化固定層２０を形成する領域をマスクするパターンにしてもよい。このレジストマスク６１を用いて、ハードマスク１７を物理的・化学的に処理する。すなわち、ここでは、このレジストマスク６１を介して、ハードマスク１７にイオン注入を行う。このハードマスク１７へのイオン注入により、前述された反応性イオンエッチングの場合と同様に、イオン注入されたハードマスク１７下の強磁性膜１８の保磁力（Ｈｃ）が低下する。ここで、イオン注入される膜（層）は、強磁性膜１８ではなく、ハードマスク１７及びキャップ層１６であることに留意されたい。
【００７４】
イオン注入の条件は、例えばＢを含むイオン種など酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に注入する場合での従来知られたイオン注入条件をそのまま利用することができる。その上で、前述された反応性イオンエッチングの場合と同様に、強磁性膜１８の保磁力Ｈｃに与えたい変化量に応じて、イオン注入条件を適宜変更・選択することとする。イオン注入条件に対する保磁力Ｈｃの低下の程度は、事前に実験により条件と保磁力との関係を求めておくことで把握可能である。
【００７５】
その後の図７Ｃ〜図７Ｇの工程及び図３Ａに至る工程については、第１の実施の形態の図４Ｄ〜図４Ｉの工程及び図３Ａに至る工程と同様であるのでその説明を省略する。こうして、図３Ａに示すような、所望の記憶素子部分７２（磁気抵抗効果素子７１）を形成できる。
【００７６】
ここで、第２磁化固定層２０は第１磁化固定層１９と比較すると、図７Ｂにおいて、その構成材料である強磁性膜１８上のハードマスク１７にイオン注入されている。そのため、前述された反応性イオンエッチングの場合と同様に、第２磁化固定層２０の保磁力（Ｈｃ）は第１磁化固定層１９の保磁力（Ｈｃ）に比べて小さくなる。ここで、図７Ｂではハードマスク１７にイオン注入されているだけで、その下の強磁性体膜１８（第２磁化固定層２０）にイオン注入されているわけではないことに留意されたい。即ち、第２磁化固定層２０の膜厚は第１磁化固定層１９の膜厚と同じであり、且つ同じ材料で形成されている。すなわち、形状が同一で、かつ、材料も同一でありながら、保磁力（Ｈｃ）の異なる二つの磁化固定層１９、２０を得ることができる。
【００７７】
ハードマスク１７下の強磁性膜１８（第２磁化固定層２０）の保磁力が低下する理由としては第１の実施の形態と同様に、ハードマスク１７やキャップ層１６に対するイオン注入ダメージ（応力歪など）が強磁性膜１８に作用することにより、強磁性膜１８が変性を受け、強磁性層１８の結晶磁気異方性が変化しているためと考えられる。
【００７８】
本実施の形態についても、強磁性膜１８の上のハードマスク１７へのイオン注入という極めて容易で安定的な方法により、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
上記各実施の形態では、その効果をより明確にするために、二つの磁化固定層１９、２０を、同一材料かつ同一形状としている。しかし、上記製造方法を用いれば、一方の磁化固定層の保磁力を低下させることができる（保磁力の大きさを制御できる）ので、必ずしも同一材料かつ同一形状で行わなくても良い。例えば、二つの磁化固定層１９、２０の形状や材料が異なっていても、製造過程で上記方法により第２磁化固定層２０の保持力（Ｈｃ）を低下させることにより、形状や材料に関係なく第２磁化固定層２０の保磁力を第１磁化固定層１９の保磁力よりも低くすることができる。その結果、磁気抵抗効果素子での初期化（磁壁導入）も上記のように極めて容易に行うことができる。
【００８０】
また、上記の各実施の形態では、ハードマスク１７への物理的・化学的な処理として、ハードマスク１７の反応性イオンエッチングやハードマスク１７へヘのイオン注入を行っている。しかし、ハードマスク１７への物理的・化学的な処理として、ハードマスクへのプラズマ照射、イオン照射、電子線照射などを用いても、条件によって、保磁力（Ｈｃ）の異なる二つの磁化固定層１９、２０を得ることができる。
【００８１】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施の形態で用いられた技術は、矛盾の生じない限り他の実施の形態においても適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１、１０１：第１磁化固定領域
２、１０２：磁化反転領域
３、１０３：第２磁化固定領域
１０、１１０：磁気記録層
１１、１１１：バリア層
１２、１１２：参照層
１５、１１５：反強磁性層
１６：キャップ層
１７、１７ａ：ハードマスク
１８：強磁性膜
１９、１１９：第１磁化固定層
２０、１２０：第２磁化固定層
２１、１２１：第１境界
２２、１２２：第２境界
３１、１３１：第１配線
３２、１３２：第１コンタクトビア
３３、１３３：第２コンタクトビア
３４、１３４：第２配線
３５：第３コンタクトビア
３６：読み出し配線
４１：半導体基板
４２：素子分離絶縁層
４３：ゲート絶縁膜
４４：ゲート電極
４５：側壁絶縁層
４６、４７：拡散層領域
４８、５１、５４：コンタクト層
４９、５２：中間層
５０：ビット線
５５、５６、５８：絶縁層
６１、６２：レジストマスク
７１：磁気抵抗効果素子
７２：記憶素子部分
７３：アドレス選択用トランジストタ部分
【図１】
0005686626.tif 000002
【図２】
0005686626.tif 000003
【図３Ａ】
0005686626.tif 000004
【図３Ｂ】
0005686626.tif 000005
【図３Ｃ】
0005686626.tif 000006
【図４Ａ】
0005686626.tif 000007
【図４Ｂ】
0005686626.tif 000008
【図４Ｃ】
0005686626.tif 000009
【図４Ｄ】
0005686626.tif 000010
【図４Ｅ】
0005686626.tif 000011
【図４Ｆ】
0005686626.tif 000012
【図４Ｇ】
0005686626.tif 000013
【図４Ｈ】
0005686626.tif 000014
【図４Ｉ】
0005686626.tif 000015
【図５】
0005686626.tif 000016
【図６Ａ】
0005686626.tif 000017
【図６Ｂ】
0005686626.tif 000018
【図６Ｃ】
0005686626.tif 000019
【図６Ｄ】
0005686626.tif 000020
【図６Ｅ】
0005686626.tif 000021
【図６Ｆ】
0005686626.tif 000022
【図６Ｇ】
0005686626.tif 000023
【図６Ｈ】
0005686626.tif 000024
【図６Ｉ】
0005686626.tif 000025
【図７Ａ】
0005686626.tif 000026
【図７Ｂ】
0005686626.tif 000027
【図７Ｃ】
0005686626.tif 000028
【図７Ｄ】
0005686626.tif 000029
【図７Ｅ】
0005686626.tif 000030
【図７Ｆ】
0005686626.tif 000031
【図７Ｇ】
0005686626.tif 000032