(57)【要約】【課題】溝配線形成プロセスによる、ビット線に磁性体からなるクラッド構造を形成するプロセスを提案する。【解決手段】磁気抵抗効果型の記憶素子を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、ビット線１２は、記憶素子１３の上面を露出する状態に形成した第１絶縁膜４１上に、記憶素子１３が被覆されるエッチング停止層５１を形成する。第２絶縁膜４２を形成し、この第２絶縁膜４２にビット線用の配線溝４３を形成する。配線溝４３内面および第２絶縁膜４２表面に第１バリアメタル層１２１、磁性体層１２２とを順に形成する。配線溝４３底部に記憶素子１３上面を露出させ、配線溝４３内に第２バリアメタル層１２３を介して銅膜１２４を埋め込み、不要な銅膜１２４、第２バリアメタル層１２３を除去して配線溝４３内に銅膜１２４からなるビット線１２を形成する。【選択図】        図１
2004235383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁された磁気抵抗効果型の記憶素子を形成する工程と、
前記記憶素子と電気的に接続するもので前記記憶素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた磁気記憶装置の製造方法において、
前記第２配線を形成する工程は、
前記記憶素子の上面を露出する状態に形成された第１絶縁膜上に前記記憶素子を被覆するエッチング停止層と、このエッチング停止層上に第２絶縁膜とを形成する工程と、
前記第２絶縁膜に前記第２配線を形成するための配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内面および前記第２絶縁膜表面に第１バリアメタル層と磁性体層とを順に形成する工程と、
前記配線溝底部の前記磁性体層、第１バリアメタル層およびエッチング停止層を除去して前記記憶素子上面を露出させるとともに前記第２絶縁膜上の前記磁性体層と第１バリアメタル層を除去する工程と、
前記配線溝内に第２バリアメタル層を介して配線の主材料となる導電体を埋め込む工程と、
前記第２絶縁膜上の導電体および第２バリアメタル層を除去して前記配線溝内に導電体からなる第２配線を形成する工程と
を備えたことを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２絶縁膜上に前記第２配線を被覆する第３バリアメタル層を形成した後さらにキャップ磁性体層を形成する工程と、
前記第２配線上に前記キャップ磁性体層および前記第３バリアメタル層とを残すようにパターニングを行う工程と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２配線上のみに第３バリアメタル層を選択的に成膜する工程と、
前記第２絶縁膜上に前記第３バリアメタル層を被覆するキャップ磁性体層を形成する工程と、
前記第２配線上に前記第３バリアメタル層を被覆するように前記キャップ磁性体層を残してその他の前記キャップ磁性体層を除去する工程と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記憶装置の製造方法に関し、詳しくは強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気記憶装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末などの個人用小型機器の飛躍的な普及にともない、これを構成するメモリ素子やロジック素子等の素子には、高集積化、高速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されている。特に不揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可欠の素子と考えられている。
【０００３】
例えば、電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合であっても、不揮発性メモリは個人の重要な情報を保護することができる。そして、不揮発性メモリの高密度化、大容量化は、可動部分の存在により本質的に小型化が不可能なハードディスクや光ディスクを置き換える技術としてますます重要になってきている。
【０００４】
また、最近の携帯機器は不要な回路ブロックをスタンバイ状態にしてでき得る限り消費電力を抑えようと設計されているが、高速ネットワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリとの無駄を無くすことができる。また、電源を入れると瞬時に起動できる、いわゆるインスタント・オン機能も高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば可能になってくる。
【０００５】
不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などがあげられる。しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒の桁であるため遅いという欠点がある。また構造が複雑なために高集積化が困難であり、しかも、アクセス時間が１００ｎｓ程度と遅いという欠点がある。一方、ＦＲＡＭにおいては、書き換え可能回数が１０１２〜１０１４で完全にスタティックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）やダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）に置き換えるには耐久性が低いという問題が指摘されている。また、強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという課題も指摘されている。
【０００６】
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして注目されているのが、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）もしくはＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）メモリと呼ばれる磁気メモリであり、近年のトンネル磁気抵抗効果素子（以下、ＴＭＲ：という、ＴＭＲはＴｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅの略）材料の特性向上により注目を集めるようになってきている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
ＭＲＡＭは、構造が単純であるため高集積化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記憶を行うために、書き換え回数が大であると予測されている。またアクセス時間についても、非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であることが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。また、ＧＭＲ効果により高出力が得られるようになった現在では、大きく改善されてきている。
【０００８】
また、ＭＲＡＭには、構造上の本質的な課題が存在する。ＭＲＡＭにおける記憶は、配線に電流を流すことによって発生する電流磁場によって記憶層の磁化を回転させることで行っている。ところが、高集積化によって、配線が細くなるにともない、書き込み線に流すことができる臨界電流値が下がるため、得られる磁界が小さくなり、被記憶領域の保磁力を小さくせざるを得ない。これは、情報記憶装置の信頼性が低下することを意味する。また、磁界は光や電子線のように絞ることができないため、高集積化した場合にはクロストークの大きな原因になると考えられる。これを防止するためにキーパ構造等も提案されているが、構造の複雑化は避けられない。以上のように、電流磁場による書き込みには本質的に多くの課題があり、電流磁場による書き込みが将来のＭＲＡＭにおける大きな欠点になる恐れがある。
【０００９】
ところで、このような欠点は、磁界を用いることなく磁化を制御することが可能であれば解消することができる。そして、磁界を用いることなく磁化を制御する手段として、強磁性体／半導体／強磁性体を積層して用いることが提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１０】
これは、強磁性体間の磁気的な結合が、中間層である半導体層のキャリア濃度に依存していることを利用するものである。強磁性体／半導体／強磁性体を積層した積層体では、中間層である半導体層のキャリア濃度を制御することにより、強磁性層間の磁気的結合を、例えば平行から反平行へと変化させることが可能である。そこで、一方の磁性層（固定層）の保磁力を大としておけば、他方の磁性層（可動層）の磁化を固定層に対して回転させることができる。特に電気的な入力で磁化を回転させる方法は、小型全固定素子を実現する技術として有望である。
【００１１】
これらの情報記憶素子の構造は種々報告されている。一例をあげると、情報記憶素子の構成要素を成す磁性体膜を含む各種膜がビット線およびワード線に対して平行に積層されている構造がある（例えば、特許文献１参照。）。これらの製造方法としては情報記憶素子の構成要素を成す磁性体膜を含む各種膜を形成後、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術とによって所定の長方形等の形状に加工する。
【００１２】
上述の通り、高速化・高集積化が容易という長所を有するＭＲＡＭではあるが、書き込みは、ＴＭＲ素子に近接させて設けられたビット線と書き込み用ワード線に電流を流し、その発生磁界によって行う。ＴＭＲ素子の記憶層（記憶層）の反転磁界は材料にもよるが、１．５８ｋＡ／ｍ〜１５．８ｋＡ／ｍ（２０Ｏｅ〜２００Ｏｅ）が必要であり、このときの電流は数ｍＡから数十ｍＡになる。これは消費電流の増大につながり、素子の低寿命化、発熱、消費電力の増加という半導体素子にとってはデメリットとなることが多い。
【００１３】
この消費電流が増大する問題を解決するために、書き込みワード線およびビット線の周りを磁性体層でシールドして、電流が発生する磁束を集中させる構造（以下  クラッド構造という）が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１４】
図４に磁性体層により形成されるクラッド構造を用いたＭＲＡＭの一部を簡略化した図を示す。図４に示すように、ワード線１１の周りに対して、磁気抵抗効果型の記憶素子（例えばＴＭＲ素子）１３側の面以外を第１磁性体層１６で覆い磁束を記憶素子１３に集中させるようにしている。同様に、ビット線１２の周りに対して、記憶素子１３側の面以外を第２磁性体層１７で覆い磁束を記憶素子１３に集中させるようにしている。
【００１５】
また、高集積化という面からは、ビット線と書き込みワード線のサイズはリソグラフィ技術から決まる最小線幅に近いサイズが要求される。書き込み電流値が高くなると、エレクトロマイグレーション等の配線の信頼性が課題になる。この課題を解決するためには銅配線を用いることが有効であると考えられる。
【００１６】
銅配線を用いたワード線にクラッド構造を形成する技術例を、図５の製造工程断面図によって説明する。この技術は、通常の銅の溝配線を形成するいわゆるダマシンプロセス技術を用いることによって実現可能な方法である（例えば、特許文献３参照。）。
【００１７】
図５（１）に示すように、半導体素子およびＴＭＲのような磁気記憶素子が形成された半導体素子基板上に絶縁膜（図示せず）を形成した後、この絶縁膜上にエッチングストッパー層５１１を、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化し（ＳｉＣ）で成膜した後に、層間絶縁膜５１２として、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）膜、酸フッ化シリコン（ＳｉＯＦ）膜、炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜、有機化合物膜等の絶縁材料膜もしくはそれらの積層構造で形成する。その後、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程によりワード線を形成するための配線溝５１３を形成する。次いで、例えばスパッタリング法を用いて、バリアメタル膜５１４、磁性体膜５１５、バリアメタル膜５１６を順に積層成膜する。バリアメタル膜５１４、５１６の材料としては、銅膜および磁性体膜との反応、銅および磁性体の拡散を抑制する材料である必要がり、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）等が挙げられる。また、磁性体膜５１５としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）やこれらの合金が挙げられる。その後、例えば、銅シード層（図示せず）を成膜後に電解めっきによる銅膜５１７を成膜するなどの手法を用いて、配線溝５１４内部に銅膜５１７の埋め込みを行う。
【００１８】
その後図５（２）に示すように、層間絶縁膜５１２上のバリアメタル膜５１４、磁性体膜５１５、バリアメタル膜５１６および銅膜５１７を、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いて除去して銅配線からなるワード線を形成するという製造方法である。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１１−３１７０７１号公報（第６−７頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−２４６５６６号公報（第４頁、図６）
【特許文献３】
米国特許第６１７４７３７号明細書（第２−６頁、図１−１３）
【非特許文献１】
Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｇｎ．  ３３  （１９９７）  ｐ４４９８−４５１２
【非特許文献２】
Ｒ．Ｓｃｈｅｕｅｒｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  ＩＳＳＣＣ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｐａｐｅｒｓ  （Ｆｅｂ．２０００）  ｐ１２８−１２９
【非特許文献３】
Ｍａｔｔｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ７７（１９９３）  ｐ．１８５
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ビット線にクラッド構造を形成する場合は、通常の銅の溝配線形成プロセスで形成することは困難である。本発明は、銅もしくは銅合金等のいわゆる銅配線を用いた場合のクラッド構造の形成方法を、現実プロセスに即して提案することにある。特にビット線にクラッド構造を形成するプロセスを提案する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた磁気記憶装置の製造方法である。
【００２２】
本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁された磁気抵抗効果型の記憶素子を形成する工程と、前記記憶素子と電気的に接続するもので前記記憶素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた磁気記憶装置の製造方法において、前記第２配線を形成する工程は、前記記憶素子の上面を露出する状態に形成された第１絶縁膜上に前記記憶素子を被覆するエッチング停止層と、このエッチング停止層上に第２絶縁膜とを形成する工程と、前記第２絶縁膜に前記第２配線を形成するための配線溝を形成する工程と、前記配線溝内面および前記第２絶縁膜表面に第１バリアメタル層と磁性体層とを順に形成する工程と、前記配線溝底部の前記磁性体層、第１バリアメタル層およびエッチング停止層を除去して前記記憶素子上面を露出させるとともに前記第２絶縁膜上の前記磁性体層と第１バリアメタル層を除去する工程と、前記配線溝内に第２バリアメタル層を介して配線の主材料となる導電体を埋め込む工程と、前記第２絶縁膜上の導電体および第２バリアメタル層を除去して前記配線溝内に導電体からなる第２配線を形成する工程とを備えている。
【００２３】
さらに、前記第２絶縁膜上に前記第２配線を被覆する第３バリアメタル層を形成した後さらにキャップ磁性体層を形成する工程と、前記第２配線上に前記キャップ磁性体層および前記第３バリアメタル層とを残すようにパターニングを行う工程とを備えている。もしくは、前記第２配線上のみに第３バリアメタル層を選択的に成膜する工程と、前記第２絶縁膜上に前記第３バリアメタル層を被覆するキャップ磁性体層を形成する工程と、前記第２配線上に前記第３バリアメタル層を被覆するように前記キャップ磁性体層を残してその他の前記キャップ磁性体層を除去する工程とを備えている。
【００２４】
上記磁気記憶装置の第１製造方法では、第２絶縁膜に第２配線を形成するための配線溝を形成する際に、第１絶縁膜上に形成されたもので記憶素子を被覆するエッチング停止層によりエッチングが停止する。そして、配線溝内面および第２絶縁膜表面に第１バリアメタル層と磁性体層とを順に形成した後、配線溝底部の磁性体層、第１バリアメタル層およびエッチング停止層を除去して前記記憶素子上面を露出させるとともに第２絶縁膜上の磁性体層と第１バリアメタル層を除去することから、配線溝その側壁に第１バリアメタル層を介して磁性体層のサイドウォールが形成される。その際、記憶素子の上面が配線溝底部に露出される。その後、配線溝内に第２バリアメタル層を介して配線の主材料となる導電体を埋め込んだ後。第２絶縁膜上の導電体および第２バリアメタル層を除去して配線溝内に導電体からなる第２配線を形成する。この結果、第２配線は第２バリアメタル層を介して記憶素子上部と接続されることになる。このようなプロセスを経ることによって、溝配線形成技術により、第２配線の側面を覆う磁性体層を容易に形成することが可能になる。
【００２５】
さらに、第２絶縁膜上に第２配線を被覆する第３バリアメタル層を形成した後にキャップ磁性体層を形成し、その後、第２配線上にキャップ磁性体層および第３バリアメタル層とを残すようにパターニングを行うことから、第２配線の側壁および上面はその側壁に形成された磁性体層と上記キャップ磁性体層とによってほぼ被覆される。もしくは、第２配線上のみに第３バリアメタル層を選択的に成膜した後、第２絶縁膜上に前記第３バリアメタル層を被覆するキャップ磁性体層を形成し、その後、第２配線上に第３バリアメタル層を被覆するようにキャップ磁性体層を残してその他のキャップ磁性体層を除去することから、第２配線の側壁および上面はその側壁に形成された磁性体層と上記キャップ磁性体層とによって被覆される。この方法によれば、第２配線上に形成される第３バリアメタル層が第２配線上のみに選択的に形成されることから、第２配線の側壁に形成される磁性体層とキャップ磁性体層とが接続する状態に形成することが可能になる。したがって、磁性体層とキャップ磁性体層との間で磁界の漏れが無くなり、さらに効率のよい書き込みを可能とする磁性体からなるクラッド構造を形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００２７】
図１（１）に示すように、読み出し回路、周辺回路等が形成された基板（図示せず）上に絶縁膜（図示せず）を形成し、第１配線（書き込みワード線）（図示せず）を形成する。次いで、上記書き込みワード線上に絶縁膜４０を介して、導電層１３１、磁気抵抗効果型の記憶素子（例えばＴＭＲ素子）１３、導電性のキャップ層（保護メタル層）１３３を形成する。さらに記憶素子１３、キャップ層１３３等を埋め込むように第１絶縁膜４１を形成する。その後化学的機械研磨法によって、キャップ層１３３の上面を露出させるとともに、第１絶縁膜４１表面を平坦化する。さらに第１絶縁膜４１上にエッチング停止層５１、第２絶縁膜４２を順に形成する。上記エッチング停止層５１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜等で形成する。上記第２絶縁膜４２は、例えばＳｉＯ２  膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＯＣ膜、有機化合物膜などの絶縁材料膜もしくはそれらのうちの２種以上を用いた積層構造として形成する。
【００２８】
次いで、通常のレジスト塗布技術、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ビット線が形成される領域の上記第２絶縁膜４２に配線溝４３を形成する。その後、不要となったレジストマスクを除去する。ここでは、配線溝４３のみを記載しているが、配線溝とその底部より下層の例えば配線もしくは電極に接続する接続孔（図示せず）を形成してもよい。
【００２９】
その後、既知の成膜技術を用いて、例えばスパッタリング法を用いて、上記配線溝４３の内面および第２絶縁膜４２表面に、第１バリアメタル層１２１、磁性体層１２２を順に成膜する。第１バリアメタル層１２１は、銅および磁性体とのの反応を抑制するとともに銅および磁性体の拡散を抑制する材料であればよい。例えば、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）などが挙げられる。また、磁性体層１２２としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例として鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金もしくはフェライト合金を用いる。
【００３０】
次に、図１（２）に示すように、既知のエッチバック技術により、磁性体層１２２おおび第１バリアメタル層１２１を異方性エッチングする。このエッチングのガスには、例えば塩素を含んだハロゲンガスまたはそれに一酸化炭素（ＣＯ）もしくはアンモニア（ＮＨ３  ）を添加したエッチングガスを用いる。さらに酸素を添加してもよい。例えば、エッチングガスに塩素（流量：５０ｃｍ３  ／ｍｉｎ）とアルゴン（流量：５０ｃｍ３  ／ｍｉｎ）との混合ガスを用い、ソースパワーを６００Ｗ〜２ｋＷ、バイアスパワーを５０Ｗ〜５００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ〜１．３Ｐａ、基板温度を２０℃〜６０℃に設定して、エッチングを行った。この結果、配線溝４２２の側壁に第１バリアメタル層１２１を介して磁性体層１２２のサイドウォールが形成される。
【００３１】
次に、配線溝４３の底部に露出しているエッチング停止層５１をエッチングにより除去して、キャップ層１３３を露出させる。このエッチング停止層５１のエッチング処理のガスには、例えばフッ素系のガスを用いる。例えば、塩素（流量：６０ｃｍ３  ／ｍｉｎ）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ３  ）（流量：９０ｃｍ３  ／ｍｉｎ）とトリフルオロメタン（ＣＨＦ３  ）（流量：５ｃｍ３  ／ｍｉｎ）との混合ガスを用い、ソースパワーを６００Ｗ〜２ｋＷ、バイアスパワーを５０Ｗ〜２００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ〜４．０Ｐａ、基板温度を２０℃〜６０℃に設定して、エッチングを行った。もしくは、エッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ３  ）と一酸化炭素（ＣＯ）の混合ガス、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３  ）とテトラフルオロメタン（ＣＦ４  ）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３  ）と酸素（Ｏ２  ）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス等を用いる。
【００３２】
次に、図１（３）スパッタリング法によって、磁性体層１２２を覆うように配線溝４３の内面を含めて第２バリアメタル層１２３を成膜する。第２バリアメタル層１２３としては、銅との反応および銅の拡散を抑制する材料であることが求められ、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）などが挙げられ、上記第１バリアメタル層１２１と同じ材質であっても、異なる材質であっても良い。
【００３３】
その後、第２バリアメタル層１２３の表面に銅シード層（図示せず）を成膜した後、例えば電解めっきによって、配線溝４３を埋め込むように導電体（以下銅膜と記す）１２４を成膜する。この銅膜１２４は、例えば銅もしくは銅合金からなる。これにより、配線溝４３内部が銅膜１２４によって埋め込まれるとともに、第２絶縁膜４２上にも第２バリアメタル層１２３を介して銅膜１２４が形成される。その後に、第２絶縁膜４２上の銅膜１２４、第２バリアメタル層１２３、磁性体層１２２、第１バリアメタル層１２１およびを、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いて除去して、溝配線構造の銅膜１２４を主材料とする第２配線（以下、ビット線として説明する）１２を形成する。したがって、ビット線１２とこのビット線１２と直交する書き込みワード線（図示せず）との交差領域に上記記憶素子１３が形成されることになる。
【００３４】
さらに図１（４）に示すように、ビット線１２上面からの銅との反応、銅の拡散を抑制するために第３バリアメタル層１２５を形成し、次いでキャップ磁性体層１２６を形成する。さらに反射防止膜１２７を形成する。第３バリアメタル層１２５は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの絶縁膜、もしくは、第１、第２バリアメタル層１２１、１２３と同様に、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）などを用いることができる。またキャップ磁性体層１２６は、前記磁性体層１２２と同様の材料で形成することができる。なお、反射防止膜１２７は、その後のリソグラフィー工程の露光時に下地からの反射の影響が問題とならない場合には必須ではない。ここでは、反射防止膜１２７を形成した場合を説明する。
【００３５】
次に、通常のレジスト塗布技術を用いて、反射防止膜１２７上にレジスト膜（図示せず）を形成する。次いでリソグラフィー技術によって、クラッド構造を残したい部分、つまりＴＭＲ素子が形成される部分の上部にあたる部分のみにレジスト膜を残して、その他の部分のレジスト膜を除去する。
【００３６】
その後、上記レジスト膜をエッチングマスクに用いて、既知のエッチング技術により、反射防止膜１２７、キャップ磁性体層１２６および第３バリアメタル層１２５をエッチング除去する。このエッチングは、第２絶縁膜４２をエッチング停止層にしてエッチングを行う。このようにして、磁性体層１２２とキャップ磁性体層１２６とからなる磁性体層がビット線１２の上面および側面に形成される。
【００３７】
上記図１によって説明した磁気記憶装置の製造方法の第１実施の形態では、第２絶縁膜４２に第２配線（ビット線）１２を形成するための配線溝４３を形成する際に、第１絶縁膜４１上に形成されたもので、記憶素子１３およびキャップ層１３３を被覆するエッチング停止層５１によりエッチングが停止する。そして、配線溝４３内面および第２絶縁膜４２表面に第１バリアメタル層１２１と磁性体層１２２とを順に形成した後、配線溝４３底部の磁性体層１２２、第１バリアメタル層１２１およびエッチング停止層５１を除去して上記記憶素子１３上のキャップ層１３３上面を露出させるとともに第２絶縁膜４２上の磁性体層１２２と第１バリアメタル層１２１を除去することから、配線溝４３その側壁に第１バリアメタル層１２１を介して磁性体層１２２のサイドウォールが形成される。その際、記憶素子１３上のキャップ層１３３上面が配線溝４３底部に露出される。その後、配線溝４３内に第２バリアメタル層１２３を介して配線の主材料となる銅膜（導電体）１２４を埋め込んだ後。第２絶縁膜４２上の銅膜１２４および第２バリアメタル層１２３を除去して配線溝４３内に銅膜１２４からなる第２配線（ビット線）１２を形成する。この結果、第２配線１２は第２バリアメタル層１２３を介して記憶素子１３上部のキャップ層１３３と接続されることになる。このようなプロセスを経ることによって、溝配線形成技術により、第２配線１２の側面を覆う磁性体層１２２を容易に形成することが可能になる。
【００３８】
さらに、第２絶縁膜４２上にビット線１２を被覆する第３バリアメタル層１２５を形成した後にキャップ磁性体層１２６を形成し、その後、ビット線１２上にキャップ磁性体層１２６および第３バリアメタル層１２５とを残すようにパターニングを行うことから、ビット線１２の側壁および上面はその側壁に形成された磁性体層１２２と上記キャップ磁性体層１２６とによってほぼ被覆される。
【００３９】
次に、本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図２の概略構成断面図によって説明する。この製造方法は、前記第１実施の形態において、第３バリアメタル層１２５をビット線１２上のみに形成する製造方法である。
【００４０】
図２（１）に示すように、この構成では、ビット線１２を形成した後、例えばパラジウム触媒を用いた置換めっき（例えば無電解めっき）により、ビット線１２を形成する銅上に選択的にコバルトタングステンリン（ＣｏＷＰ）からなる第３バリアメタル層１２５を形成する。すなわち、置換めっき（無電解めっき）によってビット線１２の銅表面に選択的にパラジウム層を形成する。次いで、パラジウムとの置換めっきによりビット線の銅表面にコバルトタングステンリン（ＣｏＷＰ）からなる第３バリアメタル層１２５を形成する。
【００４１】
その後、図２（２）に示すように、上記説明したのと同様に、第３バリアメタル層１２５を覆うキャップ磁性体層１２６、反射防止膜１２７を順次形成した後、レジストマスクを用いたリソグラフィー技術により反射防止膜１２７およびキャップ磁性体層１２６のパターニングを行えばよい。
【００４２】
この第２実施の形態の製造方法によれば、前記図１によって説明した製造方法により得られる作用、効果が奏されるとともに、磁性体層１２２とキャップ磁性体１２６とが接続されるように形成されるため、磁性体層１２２とキャップ磁性体層１２６との間での磁界の漏れを防止することができ、さらに書き込み効率を高めることができる。それとともに、ビット線１２に流す電流を少なくすることができるので、ビット線１２の発熱を抑えることができる。この結果、配線寿命を延ばすことができ、また消費電力を低く抑えることができる。
【００４３】
次に、本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図３の概略構成断面図によって説明する。
【００４４】
図３（１）に示すように、読み出し回路、周辺回路等が形成された基板（図示せず）上に絶縁膜（図示せず）を形成し、書き込みワード線（図示せず）を形成する。次いで、上記書き込みワード線上に絶縁膜４０を介して、導電層１３１、磁気抵抗効果型の記憶素子（例えばＴＭＲ素子）１３、キャップ層（保護メタル層）１３３を形成する。さらに記憶素子１３、キャップ層１３３等を埋め込むように第１絶縁膜４１を形成する。その後化学的機械研磨法によって、キャップ層１３３の上面を露出させるとともに、第１絶縁膜４１表面を平坦化する。さらに第１絶縁膜４１上にエッチング停止層５１、第２絶縁膜４２を順に形成する。上記エッチング停止層５１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜等で形成する。上記第２絶縁膜４２は、例えばＳｉＯ２  膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＯＣ膜、有機化合物膜などの絶縁材料膜もしくはそれらのうちの２種以上を用いた積層構造として形成する。
【００４５】
次いで、通常のレジスト塗布技術、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ビット線が形成される領域の上記第２絶縁膜４２に配線溝４３を形成する。その後、不要となったレジストマスクを除去する。ここでは、配線溝４３のみを記載しているが、配線溝とその底部より下層の例えば配線もしくは電極に接続する接続孔（図示せず）を形成してもよい。
【００４６】
その後、既知の成膜技術を用いて、例えばスパッタリング法を用いて、上記配線溝４３の内面および絶縁膜４３表面に、第１バリアメタル層１２１、磁性体層１２２を順に成膜する。第１バリアメタル層１２１は、銅および磁性体とのの反応を抑制するとともに銅および磁性体の拡散を抑制する材料であればよい。例えば、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）などが挙げられる。また、磁性体層１２２としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例として鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種を含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金もしくはフェライト合金を用いる。
【００４７】
次に、図３（２）に示すように、既知のエッチバック技術により、磁性体層１２２おおび第１バリアメタル層１２１を異方性エッチングする。この時、エッチング停止層５１上のみを除去できる処理時間に設定する。この方法により、エッチバック処理時間を短くすることが可能なので、エッチング停止層５１と第１バリアメタル膜１２１および磁性体層１２２とのエッチング選択比が小さい場合に、エッチバック処理中にエッチング停止層５１が抜けることによるキャップ層１３３、そして記憶素子１３へのダメージを抑制することが可能になる。このエッチングのガスには、例えば塩素を含んだハロゲンガスまたはそれに一酸化炭素（ＣＯ）もしくはアンモニア（ＮＨ３  ）を添加したエッチングガスを用いる。この結果、配線溝４３の側壁に第１バリアメタル層１２１を介して磁性体層１２２のサイドウォールが形成される。
【００４８】
なお、スパッタリング法で成膜した場合、第２絶縁膜４２上の第１バリアメタル膜１２１、磁性体層１２２は、エッチング停止層５１上の膜よりも厚くなるため、第２絶縁膜４２上に第１バリアメタル膜１２１、磁性体層１２２が残るが、これは特に問題は無い。
【００４９】
次に、配線溝４３の底部に露出しているエッチング停止層５１をエッチングにより除去して、キャップ層１３３を露出させる。このエッチング停止層５１のエッチング処理のガスには、例えばフッ素系のガスを用いる。
【００５０】
次に、図３（３）スパッタリング法によって、磁性体層１２２を覆うように配線溝４３の内面を含めて第２バリアメタル層１２３を成膜する。第２バリアメタル層１２３としては、銅との反応および銅の拡散を抑制する材料であることが求められ、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）などが挙げられ、上記第１バリアメタル層１２１と同じ材質であっても、異なる材質であっても良い。
【００５１】
その後、第２バリアメタル層１２３の表面に銅シード層（図示せず）を成膜した後、例えば電解めっきによって、配線溝４３を埋め込むように導電体（銅膜）１２４を成膜する。この銅膜１２４は、例えば銅もしくは銅合金からなる。これにより、配線溝４３内部が銅膜１２４によって埋め込まれるとともに、第２絶縁膜４２上にも第２バリアメタル層１２３を介して銅膜１２４が形成される。その後に、第２絶縁膜４２上の銅膜１２４、第２バリアメタル層１２３、磁性体層１２２、第１バリアメタル層１２１およびを、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いて除去して、溝配線構造の銅膜１２４を主材料とする第２配線（以下ビット線として説明する）１２を形成する。したがって、ビット線１２とこのビット線１２と直交する書き込みワード線（図示せず）との交差領域に上記記憶素子１３が形成されることになる。
【００５２】
さらに、第２絶縁膜４２上に、ビット線１２を被覆するようにして、ビット線１２上面からの銅との反応および銅の拡散を抑制するために第３バリアメタル層１２５を形成し、次いでキャップ磁性体層１２６を形成する。さらに反射防止膜１２７を形成する。第３バリアメタル層１２５は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの絶縁膜を用いることができる。またキャップ磁性体層１２６は、前記磁性体層１２２と同様の材料で形成することができる。なお、反射防止膜１２７は、その後のリソグラフィー工程の露光時に下地からの反射の影響が問題とならない場合には必須ではない。
【００５３】
次に、通常のレジスト塗布技術を用いて、キャップ磁性体層１２６上にレジスト膜（図示せず）を形成する。次いでリソグラフィー技術によって、クラッド構造を残したい部分、つまりＴＭＲ素子が形成される部分の上部にあたる部分のみにレジスト膜を残して、その他の部分のレジスト膜を除去する。
【００５４】
その後、上記レジスト膜をエッチングマスクに用いて、既知のエッチング技術により、反射防止膜１２７、キャップ磁性体層１２６および第３バリアメタル層１２５をエッチング除去する。このエッチングは、第２絶縁膜４２をエッチング停止層にしてエッチングを行う。このようにして、磁性体層１２２とキャップ磁性体層１２６とからなる磁性体層がビット線１２の上面および側面に形成される。
【００５５】
上記図３によって説明した第３実施の形態の製造方法によれば、前記図１によって説明した製造方法と同様なる作用、効果を得ることができる。また、図３による製造方法においても、第３バリアメタル層１２５を前記図２によって説明したように、コバルトタングステンリンのような材料によって、無電解メッキによりビット線１２上に選択的に形成することも可能である。
【００５６】
また、既存の方法によって書き込みワード線にクラッド構造の磁性体層を形成するとともに、本発明の製造方法によりビット線にクラッド構造の磁性体層を形成することもできる。これによって、どちらか書き込みワード線のみに磁性体層を形成した構成よりも書き込み効率をさらに高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の磁気記憶装置の製造方法によれば、溝配線形成技術を用いて、ビット線に、記憶素子が形成されている側を開放した状態にしてビット線の側壁および上面に磁性体層を形成することが可能になる。このため、ビット線についても、磁束効率を高めることを可能とするとともに、消費電流を低減することが可能な構造を、溝配線形成技術によって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４】磁性体層により形成されたクラッド構造を用いた従来のＭＲＡＭの記憶素子およびその周辺配線を示す斜視図である。
【図５】従来のワード線にクラッド構造の磁性体層を形成する製造工程を示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
１２…第２配線（ビット線）、１３…記憶素子、４１…第１絶縁膜、４２…第２絶縁膜、４３…配線溝、５１…エッチング停止層、１２１…第１バリアメタル層、１２２…磁性体層、１２３…第２バリアメタル層、１２４…導電体（銅膜）
【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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