(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子の磁性特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、コンタクトホール２１を有する層間絶縁膜２０と、コンタクトホール内に形成されたコンタクト２３と、コンタクトの上面上に形成され、コンタクトホール内に埋め込まれたバリアメタル膜２５と、一端がバリアメタル膜と接続され、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とを有し、固定層及び記録層の間に流す電流の向きに応じて固定層及び記録層の磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子ＭＴＪと、磁気抵抗効果素子の他端に接続された配線３１と、コンタクト及びバリアメタル膜を介して磁気抵抗効果素子に接続されたトランジスタＴｒとを具備する。【選択図】      図１
2008098365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトホールを有する層間絶縁膜と、
前記コンタクトホール内に形成されたコンタクトと、
前記コンタクトの上面上に形成され、前記コンタクトホール内に埋め込まれた第１のバリアメタル膜と、
一端が前記第１のバリアメタル膜と接続され、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し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された配線と、
前記コンタクト及び前記第１のバリアメタル膜を介して前記磁気抵抗効果素子に接続されたトランジスタと
を具備す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】
前記コンタクトホールの側面に形成された第１の部分と前記コンタクトホールの底面に形成された第２の部分とを有し、前記第１の部分の上面は前記層間絶縁膜の上面より下に位置する第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。
【請求項３】
前記コンタクトホールの側面に形成された第１の部分と前記コンタクトホールの底面に形成された第２の部分とを有し、前記第１の部分の上面は前記層間絶縁膜の上面と一致する第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。
【請求項４】
トランジスタを形成する工程と、
前記トランジスタ上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内にコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクトの上部を除去して前記層間絶縁膜の上面より前記コンタクトの上面を低くし、溝を形成する工程と、
前記溝内に第１のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記第１のバリアメタル膜上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子上に配線を形成する工程と
を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
【請求項５】
前記コンタクトを形成する前に前記コンタクトホール内に第２のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記コンタクトの前記上部を除去する際に前記第２のバリアメタル膜の上部も除去する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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）及びその製造方法に関する。
【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、電流磁場書き込み型の磁気ランダムアクセスメモリと異なるセル構造となる。つまり、スピン注入磁化反転型では、２つの配線で磁気抵抗効果素子を挟む必要性がなくなり、磁気抵抗効果素子の一端に配線を接続して他端にスイッチング素子を接続し、書き込み動作時に磁気抵抗効果素子に電流が流れる構造となっている。このような構造では、スイッチング素子に接続するプラグの直上に磁気抵抗効果素子を形成すると、セル面積の縮小につながる。
【０００３】
しかしながら、上記プラグの直上に磁気抵抗効果素子を形成した場合には、次のような問題が生じる。
【０００４】
まず、この構造の実現には、磁気抵抗効果素子の加工時のエッチングにより、プラグの上端部が削れる場合がある。このプラグの削れが進行すると、磁気抵抗効果素子の下まで回り込んでプラグが削れる可能性がある。このようなプラグの削れは、磁気抵抗効果素子からの漏れ磁場をばらつかせ、磁気抵抗効果素子の磁性特性の劣化に直結する。
【０００５】
また、プラグを例えばＷ（タングステン）などで形成した場合、この材料は粒径が大きいため、柱状結晶により表面に凹凸ができることが知られている。また、この材料の粒径が大きいことで、プラグの中心に空洞が生じる可能性がある。このようなプラグ材料の段差による平坦性の劣化は、磁気抵抗効果素子に局部磁化を発生させ、ＭＲ比を劣化させるなど、磁気抵抗効果素子の磁性特性の劣化につながる。
【０００６】
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２００５−３４０３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、磁気抵抗効果素子の磁性特性の劣化を抑制する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】
本発明の第１の視点による磁気ランダムアクセスメモリは、コンタクトホールを有する層間絶縁膜と、前記コンタクトホール内に形成されたコンタクトと、前記コンタクトの上面上に形成され、前記コンタクトホール内に埋め込まれた第１のバリアメタル膜と、一端が前記第１のバリアメタル膜と接続され、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し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された配線と、前記コンタクト及び前記第１のバリアメタル膜を介して前記磁気抵抗効果素子に接続されたトランジスタとを具備する。
【０００９】
本発明の第２の視点による磁気ランダムアクセスメモリの製造方法は、トランジスタを形成する工程と、前記トランジスタ上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内にコンタクトを形成する工程と、前記コンタクトの上部を除去して前記層間絶縁膜の上面より前記コンタクトの上面を低くし、溝を形成する工程と、前記溝内に第１のバリアメタル膜を形成する工程と、前記第１のバリアメタル膜上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子上に配線を形成する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子の磁性特性の劣化を抑制する磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［１］磁気ランダムアクセスメモリ
［１−１］第１の実施形態
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について説明する。
【００１３】
図１に示すように、半導体基板（シリコン基板）１上にゲート電極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。
【００１４】
トランジスタＴｒのソース／ドレイン拡散層３ａには、例えばＣｕ（銅）又はＷ（タングステン）からなるコンタクト２３が接続されている。このコンタクト２３は層間絶縁膜２０のコンタクトホール２１内に形成され、コンタクトホール２１の側面及び底面にはバリアメタル膜２２が形成されている。コンタクトホール２１の側面に位置するバリアメタル膜２２のＸ部分の上面は、コンタクト２３の上面と一致する。コンタクト２３の上面及びバリアメタル膜２２のＸ部分の上面は、層間絶縁膜２０の上面よりも下に位置する。このため、コンタクトホール２１の上部には溝２４ａが形成されている。
【００１５】
溝２４ａにはバリアメタル膜２５が形成されている。このバリアメタル膜２５は、コンタクト２３の上面及びバリアメタル膜２２のＸ部分の上面上に形成され、コンタクトホール２１内に埋め込まれている。バリアメタル膜２５の上面は層間絶縁膜２０の上面と一致し、バリアメタル膜２５の側面はコンタクトホール２１の側面（層間絶縁膜２０）に接している。
【００１６】
バリアメタル膜２５の直上には、磁気抵抗効果素子であるＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子ＭＴＪが設けられている。このＭＴＪ素子ＭＴＪは、磁化方向が固定された固定層（ピン層）１１と、磁化方向が反転可能な記録層（フリー層）１３と、固定層１１及び記録層１３の間に設けられた非磁性層１２とを有する。ＭＴＪ素子ＭＴＪの固定層１１はバリアメタル膜２５に接し、ＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３は配線３１に接している。ＭＴＪ素子ＭＴＪの面積よりもバリアメタル膜２５の面積が大きいことが望ましい。ＭＴＪ素子ＭＴＪのパターニング時にコンタクト２３が削れてしまうことなどを防ぐためである。
【００１７】
このように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの一端はコンタクト２３及びバリアメタル膜２５を介してトランジスタＴｒに直列接続され、ＭＴＪ素子ＭＴＪの他端は配線３１に接続されており、ＭＴＪ素子ＭＴＪの固定層１１及び記録層１３間に書き込み電流が流れる構造となっている。
【００１８】
図２乃至図６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製造工程の断面図を示す。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製造方法について説明する。
【００１９】
まず、図２に示すように、半導体基板１上にゲート絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２が形成される。次に、イオン注入及び熱処理により、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が形成される。これにより、トランジスタＴｒが形成される。次に、トランジスタＴｒを覆うように、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜２０が堆積される。そして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などにより層間絶縁膜２０の一部がエッチングされ、ソース／ドレイン拡散層３ａを露出するコンタクトホール２１が形成される。
【００２０】
次に、図３に示すように、コンタクトホール２１内及び層間絶縁膜２０上に、例えばＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどからなるバリアメタル膜２２が形成される。そして、このバリアメタル膜２２上に、例えばＣｕ又はＷからなる導電膜２３ａが形成される。
【００２１】
次に、図４に示すように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）などにより、層間絶縁膜２０が露出するまでバリアメタル膜２２及び導電膜２３ａが平坦化される。これにより、コンタクトホール２１内にコンタクト２３及びバリアメタル膜２２が形成される。
【００２２】
次に、図５に示すように、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２３及びバリアメタル膜２２の上部が除去される。これにより、コンタクト２３及びバリアメタル膜２２の上面が層間絶縁膜２０の上面より低くなり、溝２４ａが形成される。
【００２３】
次に、図６に示すように、溝２４ａ内及び層間絶縁膜２０上に、例えばＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどからなるバリアメタル膜２５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２５が平坦化され、層間絶縁膜２０が露出される。
【００２４】
次に、図１に示すように、バリアメタル膜２５及び層間絶縁膜２０上に固定層１１、非磁性層１２及び記録層１３が順に堆積されてパターニングされる。これにより、バリアメタル膜２５上にＭＴＪ素子ＭＴＪが形成される。次に、ＭＴＪ素子ＭＴＪを覆うように層間絶縁膜２６が堆積され、ＭＴＪ素子ＭＴＪが露出するまで平坦化される。その後、ＭＴＪ素子ＭＴＪ及び層間絶縁膜２６上に配線３１が形成される。
【００２５】
［１−２］第２の実施形態
図７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について説明する。尚、ここでは、主に第１の実施形態と異なる点を説明し、同じ点については説明を省略する。
【００２６】
図７に示すように、第２の実施形態において、上記第１の実施形態と異なる点は、コンタクトホール２１の側面に位置するバリアメタル膜２２のＹ部分の構造である。つまり、バリアメタル膜２２のＹ部分の上面は、コンタクト２３の上面より上に位置し、層間絶縁膜２０の上面と一致する。従って、バリアメタル膜２５は、コンタクト２３の上面上にのみ形成され、バリアメタル膜２２のＹ部分の上面上には形成されない。バリアメタル膜２５の側面は、バリアメタル膜２２のＹ部分の側面に接している。
【００２７】
図８乃至図１０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製造工程の断面図を示す。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製造方法について説明する。
【００２８】
まず、図８に示すように、上記第１の実施形態と同様、コンタクトホール２１内にコンタクト２３及びバリアメタル膜２２が形成される。
【００２９】
次に、図９に示すように、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２３の上部が除去される。これにより、コンタクト２３の上面が層間絶縁膜２０の上面より低くなり、溝２４ｂが形成される。この際、バリアメタル膜２２は除去されないようにする。
【００３０】
次に、図１０に示すように、溝２４ｂ内及び層間絶縁膜２０上に、例えばＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどからなるバリアメタル膜２５が堆積される。次に、例えばＣＭＰなどによりバリアメタル膜２５が平坦化され、層間絶縁膜２０が露出される。
【００３１】
次に、図７に示すように、バリアメタル膜２５及び層間絶縁膜２０上に固定層１１、非磁性層１２及び記録層１３が順に堆積されてパターニングされる。これにより、バリアメタル膜２５上にＭＴＪ素子ＭＴＪが形成される。次に、ＭＴＪ素子ＭＴＪを覆うように層間絶縁膜２６が堆積され、ＭＴＪ素子ＭＴＪが露出するまで平坦化される。その後、ＭＴＪ素子ＭＴＪ及び層間絶縁膜２６上に配線３１が形成される。
【００３２】
尚、上記各実施形態において、固定層１１及びバリアメタル膜２５間には、例えば固定層１１の磁化方向を固定させるための反強磁性層などの導電層が介在していてもよいし、記録層１３及び配線３１間には、例えばハードマスクからなるコンタクトなどの導電層が介在していてもよい。
【００３３】
また、上記各実施形態において、コンタクト２３の幅は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの幅より大きいが、ＭＴＪ素子ＭＴＪの幅より小さくすることも可能である。後者の場合、書き込み動作時、最初に電流の通る部分のみ記録層１３の磁化が反転し、そのまま電流を流すことにより電流スピンによる伝播が生じ、その結果、記録層１３の全部の磁化が反転するため、電流値を低く設定できるという効果を得られる。
【００３４】
［２］バリアメタル膜
［２−１］材料
上記各実施形態におけるバリアメタル膜２２、２５の材料は、例えば以下のようなものが挙げられる。
【００３５】
（ａ）Ｔｉ
（ｂ）Ｔａ
（ｃ）Ｔｉを含む化合物（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉｘ、ＴｉＢ２、ＴｉＢ、ＴｉＣ）
（ｄ）Ｔａを含む化合物（例えば、ＴａＢ２、ＴａＢ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｔａ４Ｎ５、Ｔａ５Ｎ６、Ｔａ２Ｎ）
（ｅ）Ｚｒを含む化合物（例えば、ＺｒＢ２、ＺｒＢ、ＺｒＣ、ＺｒＮ）
（ｆ）Ｈｆを含む化合物（例えば、ＨｆＢ、ＨｆＣ、ＨｆＮ）
（ｇ）Ｖを含む化合物（例えば、ＶＢ２、ＶＢ、ＶＣ、ＶＮ）
（ｈ）Ｎｂを含む化合物（例えば、ＮｂＢ２、ＮｂＢ、ＮｂＣ、ＮｂＮ）
（ｉ）Ｃｒを含む化合物（例えば、ＣｒＢ２、ＣｒＢ、Ｃｒ２Ｂ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ２Ｎ、ＣｒＮ）
（ｊ）Ｍｏを含む化合物（例えば、Ｍｏ２Ｂ３、ＭｏＢ２、ＭｏＢ、Ｍｏ２Ｂ、ＭｏｘＣｙ、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＮ）
（ｋ）Ｗを含む化合物（例えば、ＷｘＢｙ、Ｗ２Ｂ５、ＷｘＣｙ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＷｘＮｙ、ＷＮ）
上記（ａ）〜（ｋ）において、バリアメタル膜２２、２５の材料としては、使用の利便性から、Ｔａ、Ｔａを含む化合物、Ｔｉ、Ｔｉを含む化合物のいずれかを用いることが望ましい。
【００３６】
尚、バリアメタル膜２５の材料は、バリアメタル膜２２の材料と同じであっても異なってよい。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。
【００３７】
［２−２］積層膜
上記各実施形態におけるバリアメタル膜２２、２５は、単層膜でも積層膜でもよい。積層膜の場合、上述する（ａ）〜（ｋ）の材料のいずれかを組み合わせたものからなり、例えば、ＴａＮ／Ｔａ、ＴｉＮ／ＴｉＳｉｘなどがあげられる。
【００３８】
尚、バリアメタル膜２５の積層構造は、バリアメタル膜２２の積層構造と同じであっても異なってよい。両者の積層構造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。
【００３９】
［２−３］膜厚
上記各実施形態におけるバリアメタル膜２２、２５の膜厚は、同じでも異なってよい。但し、バリアメタル膜２５の膜厚は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの加工時にＣｕコンタクト２３を保護したり、Ｗコンタクト２３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２２の膜厚より厚い方が望ましい。
【００４０】
［３］ＭＴＪ素子
［３−１］材料
ＭＴＪ素子ＭＴＪは、例えば以下のような材料からなる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
［３−２］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）。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
［３−３］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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
［３−４］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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
［４］書き込み動作
本発明の一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。
【００６２】
“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。
【００６３】
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。
【００６４】
［５］読み出し動作
本発明の一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。
【００６５】
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３１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。
【００６６】
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。
【００６７】
［６］効果
上記本発明の一実施形態によれば、Ｃｕ又はＷからなるコンタクト２３上にＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどのバリアメタル膜２５を作製し、このバリアメタル膜２５上にＭＴＪ素子ＭＴＪを形成する。つまり、ＭＴＪ素子ＭＴＪのパターニング時にはコンタクト２３上にバリアメタル膜２５が存在する。
【００６８】
このため、削れ易いＣｕでコンタクト２３を形成した場合であっても、バリアメタル膜２５によって、パターニングの際のエッチングでコンタクト２３が削られることを抑制できる。従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの周りのＣｕ材料がエッチングにより目減りしたり、さらにはこのエッチングが等方成分を持つときにＭＴＪ素子ＭＴＪの下にエッチングが回りこんだりすることを抑制できる。その結果、従来のようなＭＴＪ素子ＭＴＪの磁性特性の劣化を抑制できる。
【００６９】
また、柱状結晶を形成し易く、上面に凹凸が生じ易いＷでコンタクト２３を形成した場合であっても、コンタクト２３上にバリアメタル膜２５を形成することで、Ｗコンタクト２３の上面の段差を吸収できる。従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下地の平坦性を保つことができるため、従来のようなＭＴＪ素子ＭＴＪの磁性特性の劣化を抑制できる。
【００７０】
その他、本発明は、上記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】
【００７１】
【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１の実施形態に係わ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３】図２に続く、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の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続く、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の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続く、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の製造工程を示す断面図。
【図６】図５に続く、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の製造工程を示す断面図。
【図７】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８】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の製造工程を示す断面図。
【図９】図８に続く、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の製造工程を示す断面図。
【図１０】図９に続く、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の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００７２】
１…半導体基板、２…ゲート電極、３ａ、３ｂ…ソース／ドレイン拡散層、
１１…固定層、１２…非磁性層、１３…記録層、２０、２６…層間絶縁膜、２１…コンタクトホール、２２、２５…バリアメタル膜、２３ａ…導電膜、２３…コンタクト、２４ａ、２４ｂ…溝、ＭＴＪ…ＭＴＪ素子、Ｔｒ…トランジスタ。
【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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【図１０】
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