(57)【要約】【課題】高温処理を行った場合でも素子の信頼性の劣化を抑制する。【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、磁化方向が固定された固定層１１と磁化方向が反転可能な記録層１３と固定層及び記録層の間に設けられた非磁性層１２とを有する磁気抵抗効果素子ＭＴＪを具備するメモリセルアレイであって、磁気抵抗効果素子の下方に配置された前記メモリセルアレイ内の全ての導電層２、４、５は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群の中から選択された元素を含む材料で形成されている。【選択図】      図１
2008211057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を具備するメモリセルアレイであって、
前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された前記メモリセルアレイ内の全ての導電層は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群の中から選択された元素を含む材料で形成されてい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２】
前記導電層に含まれ、前記磁気抵抗効果素子の直下に位置し、前記磁気抵抗効果素子に直接接続されたコンタクトと、
前記導電層に含まれ、前記コンタクトの側面及び底面に形成されたバリアメタル膜と
をさらに具備す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】
前記コンタクトは、Ｗで形成され、
前記バリアメタル膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｉを含む化合物、Ｔａを含む化合物、及びこれら積層のいずれか形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
前記導電層に含まれ、前記磁気抵抗効果素子下に位置し、前記磁気抵抗効果素子に直接接続された配線と、
前記導電層に含まれ、前記配線の側面及び底面に形成された第１のバリアメタル膜と、
前記導電層に含まれ、前記配線下に位置し、前記配線に接続されたコンタクトと、
前記導電層に含まれ、前記コンタクトの側面及び底面に形成された第２のバリアメタル膜と
をさらに具備す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５】
前記導電層に含まれ、前記磁気抵抗効果素子の直下に位置し、前記磁気抵抗効果素子に直接接続されたコンタクトと、
前記導電層に含まれ、前記コンタクトの側面及び底面に形成された第１のバリアメタル膜と、
前記導電層に含まれ、前記コンタクトの上面のみに形成され、前記第１のバリアメタル膜の側面に接する側面を有する第２のバリアメタル膜と
をさらに具備す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高融点金属からなる導電層を備えた磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピン注入磁化反転型の磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）では、トンネル絶縁膜のＭｇＯの結晶性を向上させてＭＲ比を高めるために、３５０℃以上の高温のアニールを行う必要がある。また、一部期待されている磁性材料、特に垂直の磁性材料では、特性向上のために、５００〜７００℃程度のアニール温度が必要となる。
【０００３】
しかし、従来、磁気ランダムアクセスメモリで想定されていた配線構造では、電流発生磁場書き込み及びスピン注入書き込みの両方において、電流が大きく、Ａｌ配線やＣｕ配線を用いることが前提であった。このような構造において、ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）膜の成膜後に５００℃〜７００℃の高温アニールを行うと、例えばコンタクトと基板との界面拡散が生じる等により、素子の信頼性が劣化する可能性が高かった。
【０００４】
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
【特許文献１】特開２００３−２８２８３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３５２７号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０００２１８４号明細書
【特許文献４】特開２００４−２１４４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、高温処理を行った場合でも素子の信頼性の劣化を抑制することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一視点による磁気ランダムアクセスメモリは、磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を具備するメモリセルアレイであって、前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された前記メモリセルアレイ内の全ての導電層は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群の中から選択された元素を含む材料で形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高温処理を行った場合でも素子の信頼性の劣化を抑制することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を以下に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。
【０００９】
［１］第１の実施形態
第１の実施形態は、ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子の下方に配置されたコンタクト等を、高融点金属を含む材料で形成する例である。
【００１０】
［１−１］構造
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第１の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の構造について説明する。
【００１１】
図１に示すように、半導体基板（シリコン基板）１内には、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造の素子分離領域（図示せず）が形成されている。半導体基板１上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２が形成され、このゲート電極２の両側の半導体基板１内にソース／ドレイン拡散層３ａ、３ｂが形成され、スイッチング素子として機能するトランジスタ（例えばＭＯＳトランジスタ）Ｔｒが形成されている。
【００１２】
トランジスタＴｒのソース／ドレイン拡散層３ａにはコンタクト４が接続され、このコンタクト４の底面及び側面にはバリアメタル膜５が形成されている。コンタクト４上にはＭＴＪ素子ＭＴＪが形成されている。従って、コンタクト４は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの直下に配置され、ＭＴＪ素子ＭＴＪに直接接続されている。ＭＴＪ素子ＭＴＪは、固定層（ピン層）１１と非磁性層１２と記録層（フリー層）１３が順に積層された積層構造となっている。ＭＴＪ素子ＭＴＪの上面には配線２０が接続されている。この配線２０は、例えば電源端子及び接地端子に接続されている。
【００１３】
ここで、本図では１つのメモリセルの構造を図示するが、磁気ランダムアクセスメモリ内にはメモリセルが複数個配置されてメモリセルアレイが構成されている。
【００１４】
そして、ＭＴＪ素子ＭＴＪの底面より下方に位置するメモリセルアレイ内の全ての導電層は、高融点金属を含む材料で形成されている。例えば、導電層は、高融点金属の単体金属元素からなる層、高融点金属を含む化合物からなる層、又はこれらの積層である。この高融点金属からなる導電層としては、例えば、コンタクト４、バリアメタル膜５、ゲート電極２等が挙げられる。
【００１５】
尚、ソース／ドレイン拡散層３ａ、３ｂ上にＴｉＳｉｘ、ＣｏＳｉｘ、ＮｉＳｉｘ等のサリサイド膜が形成されている場合には、このサリサイド膜も高融点金属からなる導電層に含まれる。
【００１６】
また、メモリセルアレイ内に周辺回路等の導電層がＭＴＪ素子ＭＴＪの底面より下方に位置する場合、このような導電層も高融点金属を含む材料で形成することが望ましい。
【００１７】
［１−２］材料
（高融点金属）
高融点金属とは、融点の高い金属を意味する。この高融点金属としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｃｒ（クロム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）等があげられる。以下、このような高融点金属からなる群を、高融点金属群Ｍと称す。
【００１８】
（高融点金属を含む化合物）
上記高融点金属群Ｍの中から選択された元素を含む化合物としては、以下のようなものが挙げられる。
【００１９】
（ａ）Ｔｉを含む化合物（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉｘ、ＴｉＢ２、ＴｉＢ、ＴｉＣ）
（ｂ）Ｔａを含む化合物（例えば、ＴａＢ２、ＴａＢ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｔａ４Ｎ５、Ｔａ５Ｎ６、Ｔａ２Ｎ）
（ｃ）Ｚｒを含む化合物（例えば、ＺｒＢ２、ＺｒＢ、ＺｒＣ、ＺｒＮ）
（ｄ）Ｈｆを含む化合物（例えば、ＨｆＢ、ＨｆＣ、ＨｆＮ）
（ｅ）Ｖを含む化合物（例えば、ＶＢ２、ＶＢ、ＶＣ、ＶＮ）
（ｆ）Ｎｂを含む化合物（例えば、ＮｂＢ２、ＮｂＢ、ＮｂＣ、ＮｂＮ）
（ｇ）Ｃｒを含む化合物（例えば、ＣｒＢ２、ＣｒＢ、Ｃｒ２Ｂ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ）
（ｈ）Ｍｏを含む化合物（例えば、Ｍｏ２Ｂ３、ＭｏＢ２、ＭｏＢ、Ｍｏ２Ｂ、ＭｏｘＣｙ、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＮ）
（ｉ）Ｗを含む化合物（例えば、ＷｘＢｙ、Ｗ２Ｂ５、ＷｘＣｙ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＷｘＮｙ、ＷＮ）
（ｊ）Ｃｏを含む化合物（例えば、ＣｏＳｉｘ）
（ｋ）Ｎｉを含む化合物（例えば、ＮｉＳｉｘ）
（コンタクト４の材料）
コンタクト４は、上述する高融点金属群Ｍの中から選択された元素を含む材料で形成されている。従って、コンタクト４としては、例えば、Ｗ等が望ましい。
【００２０】
尚、上述するコンタクト４上に、シリサイド層が積層されてもよい。
【００２１】
（バリアメタル膜５の材料）
バリアメタル膜５は、上述する高融点金属群Ｍの中から選択された元素を含む材料で形成されている。従って、バリアメタル膜５としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｉを含む化合物（例えば、ＴｉＳｉｘ、ＴｉＮ等）、Ｔａを含む化合物（例えば、ＴａＳｉｘ、ＴａＮ等）、及びこれら積層（例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ等）が望ましい。
【００２２】
尚、上述するバリアメタル膜５上に、シリサイド層が積層されてもよい。
【００２３】
（ゲート電極２の材料）
ゲート電極２は、上述する高融点金属群Ｍの中から選択された元素を含む材料で形成されている。従って、ゲート電極２としては、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＮｉＳｉｘ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＳｉｘ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＮｘ／Ｗ積層等が望ましい。
【００２４】
尚、上述するゲート電極２上に、シリサイド層が積層されてもよい。
【００２５】
［１−３］書き込み動作
本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリでは、スピン注入磁化反転を用いたデータ書き込みを行う。従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪは、固定層１１及び記録層１３の間に流す電流Ｉの向きに応じて、固定層１１及び記録層１３の磁化方向が平行状態又は反平行状態となる。具体的には、以下のようになる。
【００２６】
“１”データを書き込む場合、ＭＴＪ素子ＭＴＪの固定層１１から記録層１３の方向に電流Ｉを流す。すなわち、電子ｅを記録層１３側から固定層１１側へ注入する。これにより、固定層１１及び記録層１３の磁化は、逆方向に向き、反平行状態となる。この高抵抗状態Ｒａｐを“１”データと規定する。
【００２７】
一方、“０”データを書き込む場合、ＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３から固定層１１の方向に電流Ｉを流す。すなわち、電子ｅを固定層１１側から記録層１３側へ注入する。これにより、固定層１１及び記録層１３の磁化は、同じ方向に向き、平行状態となる。この低抵抗状態Ｒｐを“０”データと規定する。
【００２８】
［１−４］読み出し動作
本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの読み出し動作では、磁気抵抗（Magneto Resistive）効果を利用する。
【００２９】
選択セルのＭＴＪ素子ＭＴＪにつながるトランジスタＴｒをオン状態とし、読み出し電流を例えば配線２０からＭＴＪ素子ＭＴＪを通ってトランジスタＴｒの方向へ流す。そして、この読み出し電流に基づいて読み出されたＭＴＪ素子ＭＴＪの抵抗値により、“１”、“０”データの判別が行われる。
【００３０】
尚、読み出し動作時は、定電圧を印加して電流値を読み出してもよいし、定電流を印加して電圧値を読み出してもよい。
【００３１】
［１−５］効果
上記第１の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪより下方の全ての導電層（例えば、コンタクト４、バリアメタル膜５、ゲート電極２等）は高融点金属を含む材料で形成されている。従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの成膜後に高温アニールを行った場合でも、高融点金属は熱的に安定であり、界面状態にも問題が無い。このため、素子の特性が劣化することを抑制できる。
【００３２】
例えば、界面反応防止のため、シリコン基板１１上にＴｉ／ＴｉＮのバリアメタル膜５及びＷのコンタクト４を形成すると、バリアメタル膜５のＴｉのみはＳｉと反応し、ＴｉＳｉを形成している場合が多い。通常、ＳｉとＴｉＳｉ／ＴｉＮ／Ｗ構造との界面は７００℃程度の熱処理では問題なく安定である。よって、このようなコンタクト４上にＭＴＪ膜を堆積し、結晶性向上を目的としたアニールを行っても、界面拡散が生じることはない。
【００３３】
［２］第２の実施形態
第２の実施形態は、第１の実施形態におけるＭＴＪ素子下の配線も高融点金属で形成した例である。尚、第２の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００３４】
［２−１］構造
図２は、本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【００３５】
図２に示すように、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、コンタクト４上に基板面に対して平行方向に引き出された配線６が形成され、この配線６の側面及び底面にバリアメタル膜７が形成され、配線６上にＭＴＪ素子ＭＴＪが形成されている点である。
【００３６】
従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの直下には配線６が配置され、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の半導体基板１１上にはゲート電極２が配置されている。
【００３７】
ここで、配線６は例えばＷで形成され、バリアメタル膜７は例えばＴｉＮで形成される。Ｗは、比抵抗が５μΩ・ｃｍと低く、ＤＲＡＭで長くビット線として用いられていた。配線６は、セル内の配線の引き回しの便宜上や、配線から発生する電流磁場を利用する等の理由で配置される。
【００３８】
［２−２］材料
配線６及びバリアメタル膜７は、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。
【００３９】
従って、配線６としては、例えば、Ｗ、Ｔａ等が望ましい。
【００４０】
また、バリアメタル膜７としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｉを含む化合物（例えば、ＴｉＳｉｘ、ＴｉＮ等）、Ｔａを含む化合物（例えば、ＴａＳｉｘ、ＴａＮ等）、及びこれら積層（例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ等）が望ましい。
【００４１】
尚、上述する配線６、バリアメタル膜７上に、シリサイド層が積層されてもよい。
【００４２】
［２−３］効果
上記第２の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪ下の配線６及びバリアメタル膜７にも高融点金属材料を用いているため、第１の実施形態と同様、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されている。このため、第２の実施形態は、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
［３］第３の実施形態
第３の実施形態は、第１の実施形態におけるＭＴＪ素子の下部電極も高融点金属で形成した例である。尚、第３の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００４４】
［３−１］構造
図３は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【００４５】
図３に示すように、第３の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、コンタクト４上に基板面に対して平行方向に引き出された下部電極８が形成され、この下部電極８上にＭＴＪ素子ＭＴＪが形成されている点である。
【００４６】
従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの直下には下部電極８が配置され、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の半導体基板１１上にはゲート電極２が配置されている。
【００４７】
［３−２］材料
下部電極８は、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。従って、下部電極８としては、例えば、Ｔａ、Ｗ等が望ましい。
【００４８】
尚、上述する下部電極８上に、シリサイド層が積層されてもよい。
【００４９】
［３−３］効果
上記第３の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪ下の下部電極８にも高融点金属材料を用いているため、第１の実施形態と同様、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されている。このため、第３の実施形態は、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［４］第４の実施形態
第４の実施形態は、第１の実施形態におけるＭＴＪ素子上のコンタクトも高融点金属で形成した例である。尚、第４の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００５１】
［４−１］構造
図４は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【００５２】
図４に示すように、第４の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ上にコンタクト２１が形成され、このコンタクト２１の側面及び底面にバリアメタル膜２２が形成され、コンタクト２１上に配線２０が形成されている点である。
【００５３】
このコンタクト２１は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの直上に位置し、ＭＴＪ素子ＭＴＪと直接接続されている。
【００５４】
［４−２］材料
ＭＴＪ素子ＭＴＪ上のコンタクト２１は、Ｃｕ又はＡｌで形成されている。Ｃｕ、Ａｌ等の現在一般的な配線材料は、Ｗよりも融点が低く、熱的に不安定である。しかし、上記各実施形態と同様、ＭＴＪ素子ＭＴＪ下のコンタクト４、バリアメタル膜５、ゲート電極２等にはＷ等の高融点金属膜しかなく、ＭＴＪ膜の高温アニールを施す際には安定である。よって、ＭＴＪ素子上にＡｌ、Ｃｕ等の熱的に不安定であるが、比抵抗の低い配線材料が積層された場合でも、本実施形態の効果を妨げるものでは無い。
【００５５】
但し、コンタクト２１は、コンタクト４と同様、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されてもよい。
【００５６】
さらに、バリアメタル膜２２は、バリアメタル膜５と同様、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されてもよい。
【００５７】
［４−３］効果
上記第４の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されているため、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
［５］第５の実施形態
第５の実施形態は、上記各実施形態におけるバリアメタル膜の変形例である。尚、第５の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００５９】
［５−１］コンタクトのバリアメタル膜
（例１）
図５（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例１の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例１について説明する。
【００６０】
図５（ａ）に示すように、層間絶縁膜３１内にはコンタクトホール４１が形成され、このコンタクトホール４１の側面及び底面にはバリアメタル膜５が形成されている。コンタクトホール４１の側面に位置するバリアメタル膜５の上面は、コンタクト４の上面より上に位置し、層間絶縁膜３１の上面と一致する。コンタクト４の上面は、層間絶縁膜３１の上面よりも下に位置する。
【００６１】
コンタクト４の上面上には、バリアメタル膜５０が形成されている。このバリアメタル膜５０は、コンタクト４の上面上のみに形成されており、コンタクトホール４１内に埋め込まれている。バリアメタル膜５０の上面は層間絶縁膜３１の上面及びバリアメタル膜５の上面と一致し、バリアメタル膜５０の側面はバリアメタル膜５の側面に接している。
【００６２】
このような例１のバリアメタル膜は、次のように形成される。まず、層間絶縁膜３１内にコンタクトホール４１が形成され、コンタクトホール４１内及び層間絶縁膜３１上にバリアメタル膜５が形成される。そして、このバリアメタル膜５上にコンタクト材が形成される。次に、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）などにより、層間絶縁膜３１が露出するまでバリアメタル膜５及びコンタクト材が平坦化される。これにより、コンタクトホール４１内にコンタクト４及びバリアメタル膜５が形成される。次に、例えば物理的エッチング又はＨＣｌを用いたウェットエッチングなどにより、コンタクト４の上部が除去される。これにより、コンタクト４の上面が層間絶縁膜３１の上面より低くなり、溝が形成される。この際、バリアメタル膜５は除去されないようにする。次に、溝内及び層間絶縁膜３１上にバリアメタル膜５０が堆積される。その後、例えばＣＭＰなどによりバリアメタル膜５０が平坦化され、層間絶縁膜３１が露出される。このようにして、図５（ａ）のバリアメタルが完成する。
【００６３】
（例２）
図５（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例２の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例２について説明する。
【００６４】
図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３１内にはコンタクトホール４１が形成され、このコンタクトホール４１の側面及び底面にはバリアメタル膜５が形成されている。コンタクトホール４１の側面に位置するバリアメタル膜５の上面は、コンタクト４の上面と一致する。コンタクト４の上面及びバリアメタル膜５の上面は、層間絶縁膜３１の上面よりも下に位置する。
【００６５】
コンタクト４の上面及びバリアメタル膜５の上面上には、バリアメタル膜５０が形成されている。このバリアメタル膜５０は、コンタクトホール４１内に埋め込まれている。バリアメタル膜５０の上面は層間絶縁膜３１の上面と一致し、バリアメタル膜５０の側面はコンタクトホール４１の側面（層間絶縁膜３１）に接している。
【００６６】
このような例２のバリアメタル膜は、次のように形成される。まず、層間絶縁膜３１内にコンタクトホール４１が形成され、コンタクトホール４１内及び層間絶縁膜３１上にバリアメタル膜５が形成される。そして、このバリアメタル膜５上にコンタクト材が形成される。次に、例えばＣＭＰなどにより、層間絶縁膜３１が露出するまでバリアメタル膜５及びコンタクト材が平坦化される。これにより、コンタクトホール４１内にコンタクト４及びバリアメタル膜５が形成される。次に、例えば物理的エッチング又はＨＣｌを用いたウェットエッチングなどにより、コンタクト４及びバリアメタル膜５の上部が除去される。これにより、コンタクト４及びバリアメタル膜５の上面が層間絶縁膜３１の上面より低くなり、溝が形成される。次に、溝内及び層間絶縁膜３１上にバリアメタル膜５０が堆積される。その後、例えばＣＭＰなどによりバリアメタル膜５０が平坦化され、層間絶縁膜３１が露出される。このようにして、図５（ｂ）のバリアメタルが完成する。
【００６７】
（例３）
図５（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例３の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例３について説明する。
【００６８】
図５（ｃ）に示すように、コンタクト４の上面上のみにバリアメタル膜５０が形成され、コンタクト４の底面下のみにバリアメタル膜５１が形成されている。バリアメタル膜５０の上面は、層間絶縁膜３１の上面と一致している。コンタクト４及びバリアメタル膜５０、５１の側面は全て一致している。
【００６９】
このような例３のバリアメタル膜は、次のように形成される。まず、半導体基板１１上にバリアメタル膜５１、コンタクト材、バリアメタル膜５０が順に積層される。次に、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などにより、バリアメタル膜５１、コンタクト材、バリアメタル膜５０が加工される。これにより、コンタクト４の上下にバリアメタル膜５０、５１が形成される。このようにして、図５（ｃ）のバリアメタルが完成する。
【００７０】
上記例１乃至例３において、バリアメタル膜５０、５１は、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。
【００７１】
上記例１及び例２において、バリアメタル膜５０は、バリアメタル膜５と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。両者の材料が同じである場合は、プロセス上、同時に加工できるなどの利点がある。
【００７２】
上記例１及び例２において、バリアメタル膜５０、５の膜厚は、同じでも異なってよい。但し、バリアメタル膜５０の膜厚は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの加工時にコンタクト４を保護したり、コンタクト４の上面の凹凸を吸収したりするためには、バリアメタル膜５の膜厚より厚い方が望ましい。
【００７３】
上記例３において、バリアメタル膜５０は、バリアメタル膜５１と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。両者の材料が同じである場合は、プロセス上、加工し易いなどの利点がある。
【００７４】
上記例３において、バリアメタル膜５０、５１の膜厚は、同じでも異なってよい。但し、バリアメタル膜５０の膜厚は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの加工時にコンタクト４を保護したり、コンタクト４の上面の凹凸を吸収したりするためには、バリアメタル膜５１の膜厚より厚い方が望ましい。
【００７５】
［５−２］配線のバリアメタル膜
（例１）
図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例１の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例１について説明する。尚、本例は、図５（ａ）のバリアメタル膜の構造を配線に適用したものであるため、製造方法は省略する。
【００７６】
図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜３３内には溝４２が形成され、この溝４２の側面及び底面にはバリアメタル膜７が形成されている。溝４２の側面に位置するバリアメタル膜７の上面は、配線６の上面より上に位置し、層間絶縁膜３３の上面と一致する。配線６の上面は、層間絶縁膜３３の上面よりも下に位置する。
【００７７】
配線６の上面上には、バリアメタル膜６０が形成されている。このバリアメタル膜６０は、配線６の上面上のみに形成されており、溝４２内に埋め込まれている。バリアメタル膜６０の上面は層間絶縁膜３３の上面及びバリアメタル膜７の上面と一致し、バリアメタル膜６０の側面はバリアメタル膜７の側面に接している。
【００７８】
（例２）
図６（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例２の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例２について説明する。尚、本例は、図５（ｂ）のバリアメタル膜の構造を配線に適用したものであるため、製造方法は省略する。
【００７９】
図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３１内には溝４２が形成され、この溝４２の側面及び底面にはバリアメタル膜７が形成されている。溝４２の側面に位置するバリアメタル膜７の上面は、配線６の上面と一致する。配線６の上面及びバリアメタル膜７の上面は、層間絶縁膜３３の上面よりも下に位置する。
【００８０】
配線６の上面及びバリアメタル膜７の上面上には、バリアメタル膜６０が形成されている。このバリアメタル膜６０は、溝４２内に埋め込まれている。バリアメタル膜６０の上面は層間絶縁膜３３の上面と一致し、バリアメタル膜６０の側面は溝４２の側面（層間絶縁膜３３）に接している。
【００８１】
（例３）
図６（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例３の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例３について説明する。尚、本例は、図５（ｃ）のバリアメタル膜の構造を配線に適用したものであるため、製造方法は省略する。
【００８２】
図６（ｃ）に示すように、配線６の上面上のみにバリアメタル膜６０が形成され、配線６の底面下のみにバリアメタル膜６１が形成されている。バリアメタル膜６０の上面は、層間絶縁膜３３の上面と一致している。配線６及びバリアメタル膜６０、６１の側面は全て一致している。
【００８３】
上記例１乃至例３において、バリアメタル膜６０、６１は、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。
【００８４】
上記例１及び例２において、バリアメタル膜６０は、バリアメタル膜７と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。両者の材料が同じである場合は、プロセス上、同時に加工できるなどの利点がある。
【００８５】
上記例１及び例２において、バリアメタル膜６０、７の膜厚は、同じでも異なってよい。但し、バリアメタル膜６０の膜厚は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの加工時に配線６を保護したり、配線６の上面の凹凸を吸収したりするためには、バリアメタル膜７の膜厚より厚い方が望ましい。
【００８６】
上記例３において、バリアメタル膜６０は、バリアメタル膜６１と同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。両者の材料が同じである場合は、プロセス上、加工し易いなどの利点がある。
【００８７】
上記例３において、バリアメタル膜６０、６１の膜厚は、同じでも異なってよい。但し、バリアメタル膜６０の膜厚は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの加工時に配線６を保護したり、配線６の上面の凹凸を吸収したりするためには、バリアメタル膜６１の膜厚より厚い方が望ましい。
【００８８】
［５−３］効果
上記第５の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されているため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
［６］第６の実施形態
第６の実施形態は、ＭＴＪ素子の上下のコンタクトを細く形成することで、コンタクトの記録層に対する接触面積を記録層の面積よりも小さくした例である。尚、第６の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【００９０】
［６−１］構造
図７は、本発明の第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の下の小コンタクトの断面図を示す。図８は、本発明の第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の上下の小コンタクトの断面図を示す。以下に、第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの小コンタクトについて説明する。
【００９１】
図７に示す例では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下に位置するコンタクト４がＭＴＪ素子ＭＴＪより細くなっている。このため、コンタクト４がキャップ層７０を介して記録層１３と接触する部分の面積は、記録層１３の面積よりも小さくなっている。コンタクト４は、例えば、ＭＴＪ素子ＭＴＪ（記録層１３）の中央に位置している。
【００９２】
図８に示す例では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの上下に位置するコンタクト４、２１がＭＴＪ素子ＭＴＪより細くなっている。このため、コンタクト４がキャップ層７０を介して固定層１１と接触する部分の面積は、固定層１１の面積よりも小さくなっている。コンタクト４は、例えばＭＴＪ素子ＭＴＪ（固定層１１）の中央に位置している。また、コンタクト２１がキャップ層７１を介して記録層１３と接触する部分の面積は、記録層１３の面積よりも小さくなっている。コンタクト２１は、例えばＭＴＪ素子ＭＴＪ（記録層１３）の中央に位置している。
【００９３】
ここで、キャップ層７０、７１の抵抗値は、記録層１３の抵抗値より例えば一桁程度高いことが望ましい。このキャップ層７０、７１の材料としては、例えば、非磁性層１２の材料、シート抵抗の大きいバリアメタル材料等が挙げられる。ここで、非磁性層１２の材料としては、後述する［９−１］欄を参照されたい。バリアメタル材料としては、上述する［１−２］欄を参照されたい。尚、キャップ層７０、７１は、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されることが望ましい。
【００９４】
キャップ層７０、７１は、プロセスの容易性からＭＴＪ素子ＭＴＪ素子と同一の平面形状が望ましいが、異なる平面形状でもよい。キャップ層７０の底面（コンタクト４側の面）の面積は、コンタクト４の上面（キャップ層７０側の面）の面積よりも大きいことが望ましい。キャップ層７１の上面（コンタクト２１側の面）の面積は、コンタクト２１の底面（キャップ層７１側の面）の面積よりも大きいことが望ましい。
【００９５】
［６−２］書き込み動作
図９（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリ書き込み動作を説明するための図を示す。以下に、第６の実施形態の小コンタクトを用いた場合のスピン注入書き込みについて説明する。尚、ここでは、“０”データが書き込まれていたＭＴＪ素子ＭＴＪに対し、“１”データを書き込む場合を例に挙げる。
【００９６】
まず、図９（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３の磁化は下向きであり、固定層１１及び記録層１３の磁化は平行状態（“０”データ状態）であったとする。そして、図９（ｂ）に示すように、固定層１１から記録層１３の方向に書き込み電流Ｉを流すと、記録層１３の磁化は書き込み電流Ｉ（電子）の通る部分（コンタクト４が接触している部分）のみ最初に反転する。このまま書き込み電流Ｉを流すことにより、図９（ｃ）に示すように、記録層１３内で電流スピンによる伝播が生じ、記録層１３の中央から端に向かって記録層１３の磁化が順に反転し始める。その結果、図９（ｄ）に示すように、記録層１３の磁化が全て上向きとなり、固定層１１及び記録層１３の磁化は反平行状態（“１”データ状態）となる。
【００９７】
このような書き込み動作では、コンタクト４を小さく加工した場合、書き込み電流Ｉが通る部分は、記録層１３とコンタクト４との接触部分のみとなる。このため、書き込み電流Ｉの電流値を低く設定できることとなり、トランジスタＴｒを流れる電流値などを低く設定できる利点がある。
【００９８】
但し、これを実現するためには、ＭＴＪ素子ＭＴＪを保護するために形成するキャップ層７０の抵抗は、記録層１３より十分高いことが望ましい。このような高抵抗のキャップ層７０が無いと、記録層１３よりもキャップ層７０への電子の伝播が早くなるため、コンタクト４と記録層１３との接触部分のみに電流Ｉが集中しなくなるからである。
【００９９】
［６−３］効果
上記第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第６の実施形態では、ＭＴＪ素子ＭＴＪに接続するコンタクト４、２１を細くすることで、このコンタクト４、２１の記録層１３に接触する面積を記録層１３の面積よりも小さくしている。このため、書き込み動作時に、コンタクト４、２１とＭＴＪ素子ＭＴＪとの局所的な接触部分から磁化反転が生じ、磁壁移動効果により磁化反転が伝播することで、素子全体の磁化が反転する。このため、書き込み動作時、小コンタクトの効果により、書き込み電流を低減することができる。さらに、記録層１３よりも高抵抗のキャップ層７０、７１を設けることで、電流拡散による効果の減少を防ぐことができる。
【０１００】
［７］第７の実施形態
第７の実施形態は、第１の実施形態におけるＭＴＪ素子下の構造を多層にした例である。尚、第７の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【０１０１】
［７−１］構造
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る多層構造の磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第７の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。
【０１０２】
図１０に示すように、第７の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ下にコンタクトが１つのみ形成されるのではなく、コンタクト及び配線が多層になっている点である。
【０１０３】
例えば、半導体基板１１上にコンタクト４−１が形成され、このコンタクト４−１上に配線８１が形成されている。この配線８１上にコンタクト４−２がさらに形成され、このコンタクト４−２上にＭＴＪ素子ＭＴＪが形成されている。コンタクト４−１、配線８１、コンタクト４−２の側面及び低面には、バリアメタル膜５−１、８２、５−２がそれぞれ形成されている。
【０１０４】
コンタクト４−１、４−２、配線８１、バリアメタル膜５−１、８２、５−２は、各実施形態と同様、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。従って、本実施形態のようにＭＴＪ素子ＭＴＪ下が多層構造になった場合であっても、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されている。
【０１０５】
尚、多層構造の例は、図１０に示す構造に限定されず、例えばさらに多層になっていてもよい。
【０１０６】
［７−２］効果
上記第７の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されているため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
［８］第８の実施形態
上記各実施形態では、スピン注入書き込み型のメモリセルを例に挙げたのに対し、第８の実施形態では、電流磁場書き込み型のメモリセルを例に挙げる。尚、第８の実施形態では、上記各実施形態と同様の点については説明を省略する。
【０１０８】
［８−１］構造
図１１は、本発明の第８の実施形態に係る電流磁場書き込み型の磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第８の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの電流磁場書き込み型のメモリセルについて説明する。
【０１０９】
図１１に示すように、第８の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方に書き込み用の配線８４が配置されている点である。
【０１１０】
ここで、配線２０、８４は互いに交差するように延在され、ＭＴＪ素子ＭＴＪは配線２０、８４が交差する領域に配置されている。ＭＴＪ素子ＭＴＪは、配線２０、８４のうち、一方の配線２０には接続するが、他方の配線８４には接続されない。ＭＴＪ素子ＭＴＪは、下部電極８、コンタクト４−２、配線８１、コンタクト４−１を介してソース／ドレイン拡散層３ａに接続されている。配線８４、コンタクト４−２、配線８１、コンタクト４−１の側面及び底面には、バリアメタル膜８５、５−２、８２、５−１がそれぞれ形成されている。
【０１１１】
コンタクト４−１、４−２、配線８１、８３、上部電極８、バリアメタル膜５−１、５−２、８２、８５は、各実施形態と同様、上記［１−２］の欄の高融点金属群Ｍの中から選択された金属を含む材料で形成されている。従って、電流磁場書き込み型のメモリセルの場合であっても、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されている。
【０１１２】
尚、配線２０、８４の上下が逆となってもよい。すなわち、ＭＴＪ素子ＭＴＪに繋がる配線がＭＴＪ素子ＭＴＪの下方に配置し、ＭＴＪ素子ＭＴＪと分離された配線がＭＴＪ素子ＭＴＪの上方に配置することも可能である。
【０１１３】
［８−２］書き込み動作
電流磁場書き込みは、選択セルに対応する配線２０、８４を選択し、これら配線２０、８４にそれぞれ電流を流す。そして、この電流により発生した合成磁場をＭＴＪ素子ＭＴＪに印加する。これにより、ＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３の磁化を反転させる。
【０１１４】
［８−３］効果
上記第８の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下方の導電層は全て高融点金属を含む材料で形成されているため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
［９］第９の実施形態
第９の実施形態では、上記各実施形態で用いられるＭＴＪ素子について説明する。
【０１１６】
［９−１］材料
ＭＴＪ素子ＭＴＪは、例えば以下のような材料からなる。
【０１１７】
固定層１１及び記録層１３の材料には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ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ーｙ（Ｒ；希土類、Ｘ；Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ）などの酸化物の他、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂなどのホイスラー合金などを用いることが好ましい。また、これら磁性体には、強磁性を失わないかぎり、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂなどの非磁性元素が多少含まれていてもよい。
【０１１８】
非磁性層１２の材料には、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＴｉＯ２、ＡｌＬａＯ３などの様々な誘電体を使用することができる。これらの誘電体には、酸素、窒素、フッ素欠損が存在していてもよい。
【０１１９】
尚、スピン注入型に用いるＭＴＪ素子ＭＴＪの非磁性層１２はＭｇＯが望ましい。このＭｇＯ及びその上下の磁性膜に対して３５０℃以上の熱処理を行うことにより、結晶性が向上する。これにより、注入される電子のスピンのフィルター効果を発生し、記録層１３を反転させる注入効率が高くなる。
【０１２０】
固定層１１の非磁性層１２と反対側の面には、固定層１１の磁化方向を固着させるための反強磁性層を設けてもよい。この反強磁性層の材料としては、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３などを用いることが好ましい。
【０１２１】
［９−２］平行磁化型／垂直磁化型
ＭＴＪ素子ＭＴＪの固定層１１及び記録層１３の磁化方向は、膜面に対して平行方向に向いていてもよいし（平行磁化型）、膜面に対して垂直方向に向いていてもよい（垂直磁化型）。
【０１２２】
垂直磁気材料の例としては、例えば次のようなものがある。
【０１２３】
まず、固定層１１及び記録層１３の垂直磁気材料に使用されるような高い保磁力を持つ磁性材料は、１×１０６ｅｒｇ／ｃｃ以上の高い磁気異方性エネルギー密度を持つ材料により構成される。以下、その材料例について説明する。
【０１２４】
（例１)
「Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうちの少なくとも１つと、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）のうちの少なくとも１つとを含む合金からなるもの」
例えば、規則合金としては、Ｆｅ（５０）Ｐｔ（５０）、Ｆｅ（５０）Ｐｄ（５０）、Ｃｏ（５０）Ｐｔ（５０）などがある。例えば、不規則合金としては、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、ＣｏＣｒＮｂ合金などがある。
【０１２５】
（例２)
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金とが、交互に積層された構造を持つもの」
例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子などがある。Ｃｏ／Ｐｔ人工格子を使用した場合及びＣｏ／Ｐｄ人工格子を使用した場合においては、抵抗変化率（ＭＲ比）は、約４０％、という大きな値を実現できる。
【０１２６】
（例３)
「希土類金属のうちの少なくとも１つ、例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、又は、Ｇｄ（ガドリニウム）と、遷移金属のうちの少なくとも１つとからなるアモルファス合金」
例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏなどがある。
【０１２７】
次に、記録層１３は、上述のような高い保磁力を持つ磁性材料から構成することもできるし、組成比の調整、不純物の添加、厚さの調整などを行って、上述のような高い保磁力を持つ磁性材料よりも磁気異方性エネルギー密度が小さい磁性材料から構成してもよい。以下、その材料例について説明する。
【０１２８】
（例１）
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つと、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つとを含む合金に、不純物を添加したもの」
例えば、規則合金としては、Ｆｅ（５０）Ｐｔ（５０）、Ｆｅ（５０）Ｐｄ（５０）、又は、Ｃｏ（５０）Ｐｔ（５０）に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇなどの不純物を加えて磁気異方性エネルギー密度を低下させたものなどがある。例えば、不規則合金としては、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、又は、ＣｏＣｒＮｂ合金について、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度を低下させたものなどがある。
【０１２９】
（例２）
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金とが、交互に積層された構造を持つものであって、前者の元素若しくは合金からなる層の厚さ、又は、後者の元素若しくは合金からなる層の厚さを調整したもの」
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金についての厚さの最適値と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金についての厚さの最適値とが存在し、厚さがこれら最適値から離れるに従い、磁気異方性エネルギー密度は、次第に低下する。
【０１３０】
（例３）
「希土類金属のうちの少なくとも１つ、例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、又は、Ｇｄ（ガドリニウム）と、遷移金属のうちの少なくとも１つとからなるアモルファス合金の組成比を調整したもの」
例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏなどのアモルファス合金の組成比を調整し、磁気異方性エネルギー密度を小さくしたものがある。
【０１３１】
尚、上述する垂直磁気材料を用いた場合、５００℃程度の熱処理により規則化や結晶性の改善が起こり、保磁力が高くなるなどの特性改善が起こる。
【０１３２】
［９−３］平面形状
ＭＴＪ素子ＭＴＪの平面形状は、例えば、長方形、正方形、楕円、円、六角形、菱型、平行四辺形、十字型、ビーンズ型（凹型）等、種々に変更することが可能である。
【０１３３】
平行磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪの場合、磁化方向は形状異方性を有する。このため、例えば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの短辺方向（磁化困難軸方向）をＦ（最小加工寸法）とすると、長手方向（磁化容易軸方向）は２Ｆ程度にした形状が望ましい。
【０１３４】
垂直磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪの場合、磁化方向は形状に依存しないため、上述するいずれの形状を用いてもよい。
【０１３５】
［９−４］トンネル接合構造
ＭＴＪ素子ＭＴＪは、１重トンネル接合（シングルジャンクション）構造でもよいし、２重トンネル接合（ダブルジャンクション）構造でもよい。
【０１３６】
１重トンネル接合構造のＭＴＪ素子ＭＴＪは、図１などに示すように、固定層１１と、記録層１３と、固定層１１及び記録層１３間に設けられた非磁性層１２とを有する。つまり、ＭＴＪ素子ＭＴＪが非磁性層を１層有する。
【０１３７】
２重トンネル接合構造のＭＴＪ素子ＭＴＪは、第１の固定層と、第２の固定層と、第１及び第２の固定層間に設けられた記録層と、第１の固定層及び記録層間に設けられた第１の非磁性層と、第２の固定層及び記録層間に設けられた第２の非磁性層とを有する。つまり、ＭＴＪ素子ＭＴＪが非磁性層を２層有する。
【０１３８】
２重トンネル接合構造の場合、１重トンネル接合構造の場合よりも、同じ外部バイアスを印加したときのＭＲ（Magneto Resistive）比（“１”状態、“０”状態の抵抗の変化率）の劣化が少なく、より高いバイアスで動作できる。すなわち、２重トンネル接合構造は、セル内の情報を読み出す際に有利となる。
【０１３９】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例１を示す断面図、図５（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例２を示す断面図、図５（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトのバリアメタル膜の例３を示す断面図。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例１を示す断面図、図６（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例２を示す断面図、図６（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係る配線のバリアメタル膜の例３を示す断面図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の下の小コンタクトを示す断面図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の上下の小コンタクトを示す断面図。
【図９】図９（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第６の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリ書き込み動作を説明するための図。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係わる多層構造の磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係わる電流磁場書き込み型の磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。
【符号の説明】
【０１４１】
１…半導体基板、２…ゲート電極、３ａ、３ｂ…ソース／ドレイン拡散層、４、４−１、４−２、２１…コンタクト、５、５−１、５−２、７、２２、５０、５１、６０、６１、８２、８５…バリアメタル膜、８…下部電極、１１…固定層、１２…非磁性層、１３…記録層、２０、６、８１、８４…配線、３１、３１−１、３１−２、３２、３３、３４、８３…層間絶縁膜、４１、４１−１、４１−２、４３…コンタクトホール、７０、７１…キャップ層、ＭＴＪ…ＭＴＪ素子、Ｔｒ…トランジスタ。
【図１】
2008211057.tif 000003
【図２】
2008211057.tif 000004
【図３】
2008211057.tif 000005
【図４】
2008211057.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008211057.tif 000009
【図８】
2008211057.tif 000010
【図９】
2008211057.tif 000011
【図１０】
2008211057.tif 000012
【図１１】
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