(57)【要約】【課題】最小セルサイズの実現を可能とする構造を有するＴＭＲタイプのＭＲＡＭを提供する。【解決手段】ＭＲＡＭは、選択用トランジスタＴＲ、下層層間絶縁層２１，２５、第１の接続孔２３、下層層間絶縁層２５上に形成された第１の配線３１、第１の配線３１上に絶縁膜３３を介して形成されたトンネル磁気抵抗素子５０、上層層間絶縁層５９、及び、第２の配線ＢＬを有し、トンネル磁気抵抗素子５０の下面は第２の接続孔４３を介して第１の接続孔２３に電気的に接続されており、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１のそれぞれの幅は略同じである。【選択図】  図１
2004214458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
（Ｂ）選択用トランジスタを覆う下層層間絶縁層、
（Ｃ）下層層間絶縁層に設けられた第１の開口部内に形成され、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔、
（Ｄ）下層層間絶縁層上に形成され、第１の方向に延び、導電体層から成る第１の配線、
（Ｅ）第１の配線上に、絶縁膜を介して形成され、下から、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有するトンネル磁気抵抗素子、
（Ｆ）トンネル磁気抵抗素子、下層層間絶縁層及び第１の配線の延在部を覆う上層層間絶縁層、及び、
（Ｇ）上層層間絶縁層上に形成され、トンネル磁気抵抗素子の頂面と電気的に接続され、第１の方向と異なる第２の方向に延びる第２の配線、
を有する不揮発性磁気メモリ装置であって、
トンネル磁気抵抗素子の下面は、少なくとも絶縁膜及び第１の配線に設けられた第２の開口部内に形成され、且つ、第１の配線とは電気的に絶縁された第２の接続孔を介して、第１の接続孔に電気的に接続されており、
第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅は、略同じであることを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項２】
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成るサイドウオールが形成されており、
サイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項３】
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオールが形成されており、
第１の方向に沿った前記第１の強磁性体層、該絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面を覆うように、該第１のサイドウオール上には絶縁材料から成る第２のサイドウオールが形成されており、
該第１のサイドウオール及び該第２のサイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項４】
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記第１の強磁性体層、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオールが形成されており、第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、該絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面を覆うように、該第１のサイドウオール上には絶縁材料から成る第２のサイドウオールが形成されており、
該第２のサイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項５】
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子の側面には、絶縁材料から成るサイドウオールが形成されており、
該サイドウオール、並びに、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面は、第２の高透磁性材料層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項６】
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、
（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜及び導電体層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔と接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造、絶縁膜及び導電体層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｈ）帯状にパターニングされた積層構造を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｉ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｊ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、
から成ることを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項７】
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、
（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、第１の高透磁性材料層、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔に接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層及び第１の高透磁性材料層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｈ）積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面に、サイドウオールを形成する工程と、
（ｉ）サイドウオール上に第２の高透磁性材料層を形成する工程と、
（ｊ）帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオールを選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｋ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｌ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、
から成ることを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項８】
サイドウオールは、第１のサイドウオールと第２のサイドウオールの積層構造を有し、
前記工程（ｈ）において、第１のサイドウオールを、積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように形成し、次いで、第１の強磁性体層、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように、第２のサイドウオールを第１のサイドウオール上に形成することを特徴とする請求項７に記載の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項９】
サイドウオールは、第１のサイドウオールと第２のサイドウオールの積層構造を有し、
前記工程（ｈ）において、第１のサイドウオールを、第１の強磁性体層、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように形成し、次いで、積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように、第２のサイドウオールを第１のサイドウオール上に形成することを特徴とする請求項７に記載の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項１０】
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、第１の高透磁性材料層、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔に接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングする工程と、
（ｈ）積層構造の側面にサイドウオールを形成する工程と、
（ｉ）積層構造及びサイドウオールをマスクとして、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層及び第１の高透磁性材料層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｊ）サイドウオール上、並びに、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面に、第２の高透磁性材料層を形成する工程と、
（ｋ）帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオールを選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｌ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｍ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、
から成ることを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性磁気メモリ装置及びその製造方法に関し、より詳しくは、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）タイプのＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と呼ばれる不揮発性磁気メモリ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これらを構成するメモリやロジック等の各種半導体装置には、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要請されている。特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークとが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリによって重要な情報を保存、保護することができる。また、最近の携帯機器は不要の回路ブロックをスタンバイ状態とし、出来る限り消費電力を抑えるように設計されているが、高速の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、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、電源を投入すると瞬時に起動できる「インスタント・オン」機能も、高速、且つ、大容量の不揮発性メモリが実現できれば可能となる。
【０００３】
不揮発性メモリとして、半導体材料を用いたフラッシュメモリや、強誘電体材料を用いた強誘電体型不揮発性半導体メモリ（ＦＥＲＡＭ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を挙げることができる。しかしながら、フラッシュメモリは、書込み速度がマイクロ秒のオーダーであり、書込み速度が遅いという欠点がある。一方、ＦＥＲＡＭにおいては、書換え可能回数が１０１２〜１０１４であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭをＦＥＲＡＭに置き換えるにはＦＥＲＡＭの書換え可能回数が十分とは云えず、また、強誘電体層の微細加工が難しいという問題が指摘されている。
【０００４】
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と呼ばれる不揮発性磁気メモリ装置が注目されている。初期のＭＲＡＭは、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を用いたスピンバルブをベースにしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０〜１００Ωと低いため、読み出し時のビット当たりの消費電力が大きく、大容量化が難しいという欠点があった。
【０００５】
一方、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を用いたＭＲＡＭは、開発初期においては、抵抗変化率が室温で１〜２％程度しかなかったが、近年、２０％近くの抵抗変化率が得られるようになり、ＴＭＲ効果を用いたＭＲＡＭに注目が集まっている。ＴＭＲタイプのＭＲＡＭは、構造が単純で、スケーリングも容易であり、また、磁気モーメントの回転により記録を行うために、書換え可能回数が大である。更には、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で動作可能であると云われている。
【０００６】
従来のＴＭＲタイプのＭＲＡＭ（以下、単に、ＭＲＡＭと呼ぶ）の模式的な一部断面図を、図３４に示す。このＭＲＡＭは、ＭＯＳ型ＦＥＴから成る選択用トランジスタＴＲと、トンネル磁気抵抗素子１３０から構成されている。
【０００７】
トンネル磁気抵抗素子１３０は、第１の強磁性体層１３１，１３２、トンネル絶縁膜１３３、第２の強磁性体層の積層構造を有する。第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層１３１と強磁性体層（固着層、磁化固定層１３２とも呼ばれる）との２層構成を有し、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気異方性を有する。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層は、自由層あるいは記録層１３４とも呼ばれる。トンネル絶縁膜１３３は、記録層１３４と磁化固定層１３２との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。ＭＲＡＭとＭＲＡＭを接続するビット線ＢＬは、層間絶縁層１２６上に形成されている。ビット線ＢＬと記録層１３４との間に設けられたトップコート膜１３５は、ビット線ＢＬを構成する原子と記録層１３４を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、記録層１３４の酸化防止を担っている。図中、参照番号１３６は、反強磁性体層１３１の下面に接続された引き出し電極を示す。
【０００８】
更には、トンネル磁気抵抗素子１３０の下方には、層間絶縁層１２４を介して書込みワード線ＲＷＬが配置されている。尚、書込みワード線ＲＷＬの延びる方向（第１の方向）とビット線ＢＬの延びる方向（第２の方向）とは、通常、直交している。
【０００９】
一方、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１１によって囲まれたシリコン半導体基板１１０の部分に形成されており、層間絶縁層１２１によって覆われている。そして、一方のソース／ドレイン領域１１４Ｂは、タングステンプラグ１２２、ランディングパッド１２３、タングステンプラグ１２５を介して、トンネル磁気抵抗素子１３０の引き出し電極１３６に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域１１４Ａは、タングステンプラグ１１５を介してセンス線１１６に接続されている。図中、参照番号１１２はゲート電極を示し、参照番号１１３はゲート絶縁膜を示す。
【００１０】
ＭＲＡＭアレイにあっては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬから成る格子の交点にＭＲＡＭが配置されている。
【００１１】
このような構成のＭＲＡＭへのデータの書込みにおいては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果形成される合成磁界によって第２の強磁性体層（記録層１３４）の磁化の方向を変えることで、第２の強磁性体層（記録層１３４）に「１」又は「０」を記録する。
【００１２】
一方、データの読出しは、選択用トランジスタＴＲをオン状態とし、ビット線ＢＬに電流を流し、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化をセンス線１１６にて検出することにより行う。記録層１３４と磁化固定層１３２の磁化方向が等しい場合、低抵抗となり（この状態を例えば「０」とする）、記録層１３４と磁化固定層１３２の磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる（この状態を例えば「１」とする）。
【００１３】
図３５に、ＭＲＡＭのアステロイド曲線を示す。ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果発生する合成磁界に基づき、ＭＲＡＭを構成するトンネル磁気抵抗素子１３０にデータを書き込む。ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層１３４の磁化容易軸方向の磁界（ＨＥＡ）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層１３４の磁化困難軸方向の磁界（ＨＨＡ）が形成される。尚、ＭＲＡＭの構成にも依るが、ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層１３４の磁化困難軸方向の磁界（ＨＨＡ）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層１３４の磁化容易軸方向の磁界（ＨＥＡ）が形成される場合もある。
【００１４】
アステロイド曲線は、合成磁界（記録層１３４に加わる磁界ＨＨＡと磁界ＨＥＡの磁界ベクトルの合成）による記録層１３４の磁化方向の反転閾値を示しており、アステロイド曲線の外側（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層１３４の磁化方向の反転が起こり、データの書込みが行われる。一方、アステロイド曲線の内部（ＩＮ）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層１３４の磁化方向の反転は生じない。また、電流を流している書込みワード線ＲＷＬ及びビット線ＢＬの交点以外のＭＲＡＭにおいても、書込みワード線ＲＷＬ若しくはビット線ＢＬ単独で発生する磁界が加わるため、この磁界の大きさが一方向反転磁界ＨＫ以上の場合［図３５における点線の外側の領域（ＯＵＴ２）］、交点以外のＭＲＡＭを構成する記録層１３４の磁化方向も反転してしまう。それ故、合成磁界がアステロイド曲線の外側であって図３５の点線の内側の領域（ＯＵＴ１）内にある場合のみに、選択されたＭＲＡＭに対する選択書込みが可能となる。
【００１５】
上述したとおり、高速・高集積化が容易であるという長所を有するＴＭＲタイプのＭＲＡＭではあるが、書込みのための消費電流が他のメモリデバイスに比較して大きいという欠点がある。ＴＭＲタイプのＭＲＡＭにおけるデータの書込みは、ビット線ＢＬを流れる電流と書込みワード線ＲＷＬを流れる電流とによって形成される合成磁界によって行われるが、記録層１３４の磁化方向の反転磁界は２０〜２００エールステッド（Ｏｅ）程度であり、反転に必要な電流は数ミリアンペアから数十ミリアンペアにも達する。このような大きな電流値は、ＴＭＲタイプのＭＲＡＭを携帯機器に使用する場合、大きな問題になる。更には、大電流駆動用のドライバーが必要とされるため、ドライバーの占有面積が大きくなり、高集積化が阻害される原因となり得る。
【００１６】
また、高集積化という面からは、ビット線と書込みワード線の線幅は、リソグラフィ技術から決まる最小線幅に近い線幅であることが要求される。仮にビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬ（以下、これらを総称して、配線と呼ぶ場合がある）の線幅を０．３μｍとし、配線の厚さを０．５μｍとした場合、配線を流れる電流の電流密度は６×１０６Ａ／ｃｍ２になり、配線を構成する材料として銅（実用電流密度：０．５×１０６Ａ／ｃｍ２〜１×１０６Ａ／ｃｍ２）を用いた場合であっても、エレクトロマイグレーションによる配線の短寿命化、信頼性の低下は大きな問題となる。しかも、ＭＲＡＭを微細化していくと強磁性体の反転磁界が増加し、配線の寸法も縮小しなければならないため、配線信頼性の問題はより大きくなってくる。
【００１７】
加えて、ＭＲＡＭの微細化により、磁束の漏れによって隣接したＭＲＡＭにまで磁界が及ぼされ、ディスターブの問題が発生する。
【００１８】
米国特許第５９４０３１９号に開示されたＭＲＡＭにあっては、トンネル磁気抵抗素子の上方及び／又は下方に位置する配線のトンネル磁気抵抗素子に面していない部分が、磁束集中させる材料で覆われている。この米国特許に開示されたＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図３６に示す。尚、図３６に示すＭＲＡＭにおいては、書込みワード線ＲＷＬに磁束集中構造を適用している。即ち、書込みワード線ＲＷＬの側面及び下面は高透磁性材料層１４０で覆われている。これによって、記録層１３４に対する磁束集中効果を高めている。
【００１９】
尚、図３４及び図３６に示した構造を有する従来のＭＲＡＭにおいて、トンネル磁気抵抗素子近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を、それぞれ、図３７及び図３８に示す。ここで、図３７及び図３８においては、トンネル磁気抵抗素子をＴＭＲで示す。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５９４０３１９号
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＲＡＭの高集積化を妨げている原因の１つとして、トンネル磁気抵抗素子１３０の下方に層間絶縁層１２４を介して書込みワード線ＲＷＬが形成されていることが挙げられる。即ち、ＭＲＡＭの高集積化のためには、言い換えれば、最小セルサイズ実現のためには、トンネル磁気抵抗素子１３０の幅を書込みワード線ＲＷＬの幅以下にすることが必要とされる。しかしながら、一般に、書込みワード線ＲＷＬを形成するためのリソグラフィ工程とトンネル磁気抵抗素子１３０を形成するためのリソグラフィ工程とにおいて、マスク合わせずれが存在するため、最小セルサイズの実現は困難である。
【００２２】
米国特許第５９４０３１９号に開示されたＭＲＡＭにあっては、記録層１３４に対する磁界の集中を高める効果はあるものの、書込みワード線ＲＷＬと記録層１３４とが離れているので、磁束集中効果が十分ではなく、その結果、消費電流が十分に低下しないという問題がある。また、上述したとおり、書込みワード線ＲＷＬとトンネル磁気抵抗素子１３０は異なるマスクステップで形成されるので、最小セルサイズの実現が困難であるばかりか、マスク合わせずれが生じた場合、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題がある。
【００２３】
従って、本発明の第１の目的は、最小セルサイズの実現を可能とする構造を有するＴＭＲタイプのＭＲＡＭ及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、第１の目的に加えて、記録層に対する磁束集中効果を向上させ得る構造を有するＴＭＲタイプのＭＲＡＭ及びその製造方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するための本発明の不揮発性磁気メモリ装置（より具体的には、ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ）は、
（Ａ）半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
（Ｂ）選択用トランジスタを覆う下層層間絶縁層、
（Ｃ）下層層間絶縁層に設けられた第１の開口部内に形成され、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔、
（Ｄ）下層層間絶縁層上に形成され、第１の方向に延び、導電体層から成る第１の配線、
（Ｅ）第１の配線上に、絶縁膜を介して形成され、下から、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有するトンネル磁気抵抗素子、
（Ｆ）トンネル磁気抵抗素子、下層層間絶縁層及び第１の配線の延在部を覆う上層層間絶縁層、及び、
（Ｇ）上層層間絶縁層上に形成され、トンネル磁気抵抗素子の頂面と電気的に接続され、第１の方向と異なる（例えば直交する）第２の方向に延びる第２の配線、
を有する不揮発性磁気メモリ装置であって、
トンネル磁気抵抗素子の下面は、少なくとも絶縁膜及び第１の配線に設けられた第２の開口部内に形成され、且つ、第１の配線とは電気的に絶縁された第２の接続孔を介して、第１の接続孔に電気的に接続されており、
第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅は、略同じであることを特徴とする。
【００２５】
このような構造を有する本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅が略同じであるが故に、最小セルサイズの実現が可能となるし、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題が生じることもない。
【００２６】
尚、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子の両側面にサイドウオールが形成されている場合があり、この場合には、第２の方向に沿ったサイドウオールを含むトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅が同じである。このような態様を包含するために、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅が「略」同じであると表現した。また、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅が、不揮発性磁気メモリ装置の製造工程における加工条件等のばらつきによって、厳密には同じとはならない場合もあるが、このような状態をも包含するために、「略」同じという表現を用いた。
【００２７】
また、第２の配線はトンネル磁気抵抗素子の頂面と電気的に接続されているが、このような構成には、第２の配線が、トンネル磁気抵抗素子の頂面と間接的に接続されている形態が包含される。
【００２８】
本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、上記の第２の目的を達成するために、
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成るサイドウオールが形成されており、
サイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われている構成とすることができる。
【００２９】
尚、このような構成を有する本発明の不揮発性磁気メモリ装置を、便宜上、第１の構成の不揮発性磁気メモリ装置と呼ぶ。第１の構成の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、トンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの側面にサイドウオールが形成され、サイドウオール上に第２の高透磁性材料層が形成されているので、第２の強磁性体層へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【００３０】
あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、上記の第２の目的を達成するために、
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオールが形成されており、
第１の方向に沿った前記第１の強磁性体層、該絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面を覆うように、該第１のサイドウオール上には絶縁材料から成る第２のサイドウオールが形成されており、
該第１のサイドウオール及び該第２のサイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われている構成とすることができる。
【００３１】
尚、このような構成を有する本発明の不揮発性磁気メモリ装置を、便宜上、第２Ａの構成の不揮発性磁気メモリ装置と呼ぶ。第２Ａの構成の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、トンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの側面にサイドウオールが形成され、サイドウオール上に第２の高透磁性材料層が形成されているので、第２の強磁性体層へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、サイドウオールを第１のサイドウオールと第２のサイドウオールから構成するので、第１のサイドウオールの厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層と第２の強磁性体層との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【００３２】
あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、上記の第２の目的を達成するために、
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記第１の強磁性体層、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオールが形成されており、第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子、該絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面を覆うように、該第１のサイドウオール上には絶縁材料から成る第２のサイドウオールが形成されており、
該第２のサイドウオールは、第２の高透磁性材料層で覆われている構成とすることができる。
【００３３】
尚、このような構成を有する本発明の不揮発性磁気メモリ装置を、便宜上、第２Ｂの構成の不揮発性磁気メモリ装置と呼ぶ。第２Ｂの構成の不揮発性磁気メモリ装置にあっても、トンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの側面にサイドウオールが形成され、サイドウオール上に第２の高透磁性材料層が形成されているので、第２の強磁性体層へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、サイドウオールを第１のサイドウオールと第２のサイドウオールから構成するので、第２のサイドウオールの厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層と第２の強磁性体層との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【００３４】
あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、上記の第２の目的を達成するために、
前記第１の配線は、下から、第１の高透磁性材料層、及び、前記導電体層から成り、
第１の方向に沿った前記トンネル磁気抵抗素子の側面には、絶縁材料から成るサイドウオールが形成されており、
該サイドウオール、並びに、前記絶縁膜及び該第１の配線のそれぞれの側面は、第２の高透磁性材料層で覆われている構成とすることもできる。
【００３５】
尚、このような構成を有する本発明の不揮発性磁気メモリ装置を、便宜上、第３の構成の不揮発性磁気メモリ装置と呼ぶ。第３の構成の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、トンネル磁気抵抗素子の側面にサイドウオールが形成され、サイドウオール上に第２の高透磁性材料層が形成されているので、第２の強磁性体層へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、第１の高透磁性材料層の側面と第２の高透磁性材料層とは接しているが故に、第２の強磁性体層へ更に一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【００３６】
上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置（より具体的には、ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ）の製造方法は、本発明の不揮発性磁気メモリ装置を製造するための方法であり、
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、
（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜及び導電体層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔と接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造、絶縁膜及び導電体層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｈ）帯状にパターニングされた積層構造を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｉ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｊ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる（例えば直交する）第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、から成ることを特徴とする。
【００３７】
尚、第１の強磁性体層は第２の接続孔と電気的に接続されているが、このような構成には、第１の強磁性体層が、第２の接続孔と間接的に接続されている形態が包含される。更には、第２の配線は第２の強磁性体層と電気的に接続されているが、このような構成には、第２の配線が、第２の強磁性体層と間接的に接続されている形態が包含される。
【００３８】
本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法にあっては、上記工程（ｇ）において、積層構造、絶縁膜及び導電体層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。
【００３９】
上記の第１の目的及び第２の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置（より具体的には、ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ）の製造方法は、本発明の第１の構成の不揮発性磁気メモリ装置を製造するための方法であり、
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、
（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、第１の高透磁性材料層、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔に接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層及び第１の高透磁性材料層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｈ）積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面に、サイドウオールを形成する工程と、
（ｉ）サイドウオール上に第２の高透磁性材料層を形成する工程と、
（ｊ）帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオールを選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｋ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｌ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる（例えば直交する）第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、から成ることを特徴とする。
【００４０】
尚、第１の強磁性体層は第２の接続孔と電気的に接続されているが、このような構成には、第１の強磁性体層が、第２の接続孔と間接的に接続されている形態が包含される。更には、第２の配線は第２の強磁性体層と電気的に接続されているが、このような構成には、第２の配線が、第２の強磁性体層と間接的に接続されている形態が包含される。
【００４１】
本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法にあっては、上記工程（ｇ）において、積層構造、絶縁膜及び導電体層を第１の方向に延びる帯状形状にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。しかも、上記工程（ｈ）において、積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面にサイドウオールを形成し、上記工程（ｉ）において、サイドウオール上に第２の高透磁性材料層を形成するので、第２の強磁性体層へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【００４２】
本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法においては、
サイドウオールは、第１のサイドウオールと第２のサイドウオールの積層構造を有し、
前記工程（ｈ）において、第１のサイドウオールを、積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように形成し、次いで、第１の強磁性体層、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように、第２のサイドウオールを第１のサイドウオール上に形成する構成とすることができる。
【００４３】
このような構成を採用することで、本発明の第２Ａの構成の不揮発性磁気メモリ装置を製造することができる。そして、このような構成を採用し、第１のサイドウオールの厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層と第２の強磁性体層との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【００４４】
あるいは又、本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法においては、
サイドウオールは、第１のサイドウオールと第２のサイドウオールの積層構造を有し、
前記工程（ｈ）において、第１のサイドウオールを、第１の強磁性体層、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように形成し、次いで、積層構造、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面を覆うように、第２のサイドウオールを第１のサイドウオール上に形成する構成とすることができる。
【００４５】
このような構成を採用することで、本発明の第２Ｂの構成の不揮発性磁気メモリ装置を製造することができる。そして、このような構成を採用し、第２のサイドウオールの厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層と第２の強磁性体層との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【００４６】
上記の第１の目的及び第２の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置（より具体的には、ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ）の製造方法は、本発明の第３の構成の不揮発性磁気メモリ装置を製造するための方法であり、
（ａ）半導体基板に選択用トランジスタを形成する工程と、
（ｂ）全面に下層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｃ）下層層間絶縁層に第１の開口部を設け、選択用トランジスタと接続された第１の接続孔を該第１の開口部内に形成する工程と、
（ｄ）下層層間絶縁層上に、第１の高透磁性材料層、導電体層及び絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）第１の接続孔の上方に位置する、少なくとも絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層の部分に、第２の開口部を形成し、導電体層とは電気的に絶縁され、第１の接続孔に接続された第２の接続孔を該第２の開口部内に形成する工程と、
（ｆ）絶縁膜上に、少なくとも、第２の接続孔と電気的に接続された第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜及び第２の強磁性体層から成る積層構造を形成する工程と、
（ｇ）積層構造を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングする工程と、
（ｈ）積層構造の側面にサイドウオールを形成する工程と、
（ｉ）積層構造及びサイドウオールをマスクとして、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、以て、導電体層及び第１の高透磁性材料層から成り、第１の方向に延びる第１の配線を得る工程と、
（ｊ）サイドウオール上、並びに、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面に、第２の高透磁性材料層を形成する工程と、
（ｋ）帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオールを選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜が第１及び第２の強磁性体層で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
（ｌ）全面に上層層間絶縁層を形成する工程と、
（ｍ）上層層間絶縁層上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され、第１の方向と異なる（例えば直交する）第２の方向に延びる第２の配線を形成する工程、から成ることを特徴とする。
【００４７】
尚、第１の強磁性体層は第２の接続孔と電気的に接続されているが、このような構成には、第１の強磁性体層が、第２の接続孔と間接的に接続されている形態が包含される。更には、第２の配線は第２の強磁性体層と電気的に接続されているが、このような構成には、第２の配線が、第２の強磁性体層と間接的に接続されている形態が包含される。
【００４８】
本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法にあっては、上記工程（ｇ）において、積層構造を第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、上記工程（ｉ）において、積層構造及びサイドウオールをマスクとして、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層を第１の方向に延びる帯状形状にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。しかも、上記工程（ｈ）において、積層構造の側面にサイドウオールを形成し、上記工程（ｊ）において、サイドウオール上、並びに、絶縁膜、導電体層及び第１の高透磁性材料層のそれぞれの側面に第２の高透磁性材料層を形成するので、第１の高透磁性材料層の側面と第２の高透磁性材料層とは接した状態となり、第２の強磁性体層へ更に一層効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【００４９】
第１の構成、第２Ａの構成、第２Ｂの構成、第３の構成を含む本発明の不揮発性磁気メモリ装置、本発明の第１の態様〜第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層と強磁性体層（固着層あるいは磁化固定層とも呼ばれる）との２層構成を有していることが好ましく、これによって、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気異方性を有することができる。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層は、自由層あるいは記録層とも呼ばれる。トンネル絶縁膜は、第２の強磁性体層（記録層）と磁化固定層との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。
【００５０】
強磁性体層（固着層、磁化固定層）及び第２の強磁性体層（記録層、自由層）は、例えば、遷移金属磁性元素、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）から構成された強磁性体、あるいはこれらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）を主成分とする強磁性体から構成することができる。また、所謂ハーフメタリック強磁性体材料や、ＣｏＦｅ−Ｂといったアモルファス強磁性体材料を用いることもできる。反強磁性体層を構成する材料として、例えば、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物を挙げることができる。これらの層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に代表されるＣＶＤ法にて形成することができる。
【００５１】
トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料として、アルミニウム酸化物（ＡｌＯＸ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物を挙げることができ、更には、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯＸ、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＢＮ、ＺｎＳを挙げることができる。トンネル絶縁膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯＸ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、酸化アルミニウムをスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。あるいは又、トンネル絶縁膜をＡＬＤ法に代表されるＣＶＤ法によって形成することができる。
【００５２】
第１の高透磁性材料層あるいは第２の高透磁性材料層を構成する材料として、コバルト−鉄合金、ニッケル−鉄合金、アモルファス磁性体材料等の軟磁性材料を挙げることができ、これらの層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示されるＰＶＤ法、ＡＬＤ法に代表されるＣＶＤ法、メッキ法にて形成することができる。
【００５３】
第１の配線あるいは第２の配線を構成する導電体層は、例えば、アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ等のアルミニウム系合金、銅（Ｃｕ）から成り、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法や、ＣＶＤ法、電解メッキ法に代表されるメッキ法にて形成することができる。
【００５４】
第１の接続孔や第２の接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。第２の接続孔は、更には、ルテニウム（Ｒｕ）から構成することもできる。
【００５５】
積層構造や絶縁膜、導電体層等のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やイオンミリング法にて行うことができる。また、場合によっては、所謂リフトオフ法にてパターニングを行うこともできる。
【００５６】
選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタから構成することができる。
【００５７】
下層層間絶縁層や上層層間絶縁層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＦＳＧ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、有機膜（所謂Ｌｏｗ−ｋ材料）、あるいは、ＬＴＯを例示することができる。また、絶縁膜を構成する材料として、下層層間絶縁層や上層層間絶縁層を構成する材料として挙げた材料の他、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を例示することができる。
【００５８】
サイドウオール、第１のサイドウオール、第２のサイドウオールを構成する材料として、下層層間絶縁層や上層層間絶縁層を構成する材料として挙げた材料の他、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を例示することができ、スパッタリング法や、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法にて形成することができる。尚、第１のサイドウオールを構成する材料と第２のサイドウオールを構成する材料との間には、エッチング選択比があることが必要とされる場合がある。
【００５９】
本発明の第１の態様〜第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置の製造方法にあっては、導電体層とは電気的に絶縁された第２の接続孔を第２の開口部内に形成するが、そのためには、第２の開口部の側壁を絶縁層で覆えばよい。絶縁層は、例えばプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ２等の絶縁材料、例えばＡＬＤ法やスパッタリング法等にて形成したＡｌ２Ｏ３やＳｉＮ等の絶縁材料から構成することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発明を説明する。
【００６１】
（実施の形態１）
実施の形態１は、本発明の不揮発性磁気メモリ装置（以下、ＭＲＡＭと称する）、及び、本発明の第１の態様に係るＭＲＡＭの製造方法に関する。実施の形態１のＴＭＲタイプのＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図１に示し、トンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図を図２に示す。
【００６２】
このＭＲＡＭは、選択用トランジスタＴＲ、下層層間絶縁層（第１の層間絶縁層２１及び第２の層間絶縁層２５）、第１の接続孔２３、第１の配線（書込みワード線）３１、トンネル磁気抵抗素子５０、上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）、並びに、第２の配線（ビット線ＢＬ）を有する。
【００６３】
選択用トランジスタＴＲは、半導体基板１０に形成され、ＭＯＳ型ＦＥＴから構成されている。より具体的には、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１に囲まれた活性領域内に形成され、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから構成されている。例えばＳｉＯ２及びＢＰＳＧから成る第１の層間絶縁層２１（下層層間絶縁層の下層）は、選択用トランジスタＴＲを覆っている。タングステンから成る第１の接続孔２３は、下層層間絶縁層の下層を構成する第１の層間絶縁層２１に設けられた第１の開口部２２内に形成されており、選択用トランジスタＴＲの一方のソース／ドレイン領域１４Ｂと接続されている。第１の接続孔２３は、更に、第１の層間絶縁層２１上に形成されたランディングパッド２４と接続されている。下層層間絶縁層の上層を構成する第２の層間絶縁層２５は、第１の層間絶縁層２１上に形成されている。書込みワード線とも呼ばれる第１の配線３１（Ａｌ−Ｃｕ合金から成る導電体層３２から構成されている）は、第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）上に形成され、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に延びている。尚、選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、コンタクトホール１５を介してセンス線１６に接続されている。
【００６４】
トンネル磁気抵抗素子５０は、第１の配線３１上に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る絶縁膜３３を介して形成されており、下から、第１の強磁性体層５２、ＡｌＯＸから成るトンネル絶縁膜５５、Ｎｉ−Ｆｅ合金から成る第２の強磁性体層５６（自由層あるいは記録層とも呼ばれる）の積層構造を有する。第１の強磁性体層５２は、より具体的には、下から、Ｆｅ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層５３、Ｎｉ−Ｆｅ合金から成る磁化固定層５４の２層構成を有する。この磁化固定層５４は、反強磁性体層５３との交換結合によって、磁化の方向がピニング（ｐｉｎｎｉｎｇ）される。外部印加磁場によって、第２の強磁性体層（記録層）５６の磁化の方向は、磁化固定層５４に対して平行又は反平行に変えられる。
【００６５】
上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）は、トンネル磁気抵抗素子５０、第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）及び第１の配線３１の延在部を覆っている。また、第２の配線であるビット線ＢＬは、第３の層間絶縁層５９上に形成され、トンネル磁気抵抗素子５０の頂面と電気的に接続され、第１の方向と異なる（具体的には直交する）第２の方向（図面の左右方向）に延びている。
【００６６】
トンネル磁気抵抗素子５０の下面は、少なくとも絶縁膜３３及び第１の配線３１に設けられた（より具体的には、絶縁膜３３、第１の配線３１及び第２の層間絶縁層２５に設けられた）第２の開口部４１内に形成され、且つ、第１の配線３１とは絶縁層４２によって電気的に絶縁された第２の接続孔４３を介して、第１の接続孔２３に電気的に接続されている（より具体的には、ランディングパッド２４に接続されている）。
【００６７】
そして、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１のそれぞれの幅は、同じである。
【００６８】
実施の形態１、あるいは、後述する実施の形態２〜実施の形態５におけるＭＲＡＭの動作、アレイ構成は、従来のＭＲＡＭの動作（書込み動作、読出し動作）、アレイ構成と基本的に同じである。
【００６９】
以下、第１の層間絶縁層２１等の模式的な一部断面図である図３の（Ａ）、（Ｂ）、図４、図５、図６の（Ａ）、（Ｂ）、図７、図８、及び、図９の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施の形態１のＭＲＡＭの製造方法を説明する。
【００７０】
［工程−１００］
先ず、選択用トランジスタＴＲとして機能するＭＯＳ型ＦＥＴをシリコン半導体基板から成る半導体基板１０に形成する。そのために、例えばトレンチ構造を有する素子分離領域１１を公知の方法に基づき形成する。尚、素子分離領域は、ＬＯＣＯＳ構造を有していてもよいし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造の組合せとしてもよい。その後、半導体基板１０の表面を例えばパイロジェニック法により酸化し、ゲート絶縁膜１３を形成する。次いで、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて全面に形成した後、ポリシリコン層をパターニングし、ゲート電極１２を形成する。尚、ゲート電極１２をポリシリコン層から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドから構成することもできる。次に、半導体基板１０にイオン注入を行い、ＬＤＤ構造（図示せず）を形成する。その後、全面にＣＶＤ法にてＳｉＯ２層を形成した後、このＳｉＯ２層をエッチバックすることによって、ゲート電極１２の側面にゲートサイドウオール（図示せず）を形成する。次いで、半導体基板１０にイオン注入を施した後、イオン注入された不純物の活性化アニール処理を行うことによって、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂを形成する。
【００７１】
［工程−１０５］
次いで、全面にＳｉＯ２から成る下層層間絶縁層の最下層をＣＶＤ法にて形成した後、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて下層層間絶縁層の最下層を研磨する。その後、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の下層層間絶縁層の最下層にリソグラフィ技術及びＲＩＥ法に基づき開口部を形成し、次いで、開口部内を含む下層層間絶縁層の最下層上に、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて形成する。次いで、下層層間絶縁層の最下層上のポリシリコン層をパターニングすることで、下層層間絶縁層の最下層上にセンス線１６を形成することができる。センス線１６とソース／ドレイン領域１４Ａとは、下層層間絶縁層の最下層に形成されたコンタクトホール１５を介して接続されている。その後、ＢＰＳＧから成る下層層間絶縁層の中間層をＣＶＤ法にて全面に形成する。尚、ＢＰＳＧから成る下層層間絶縁層の中間層の形成後、窒素ガス雰囲気中で例えば９００゜Ｃ×２０分間、下層層間絶縁層の中間層をリフローさせることが好ましい。更には、必要に応じて、例えばＣＭＰ法にて下層層間絶縁層の中間層の頂面を化学的及び機械的に研磨し、下層層間絶縁層の中間層を平坦化したり、レジストエッチバック法によって下層層間絶縁層の中間層を平坦化することが望ましい。尚、下層層間絶縁層の最下層と下層層間絶縁層の中間層を纏めて、以下、単に、第１の層間絶縁層２１（下層層間絶縁層の下層）と呼ぶ。
【００７２】
［工程−１１０］
その後、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の第１の層間絶縁層２１に第１の開口部２２をＲＩＥ法にて形成した後、選択用トランジスタＴＲのソース／ドレイン領域１４Ｂに接続された第１の接続孔２３を第１の開口部２２内に形成する。第１の接続孔２３の頂面は第１の層間絶縁層２１の表面と略同じ平面に存在している。ブランケットタングステンＣＶＤ法にて第１の開口部２２をタングステンで埋め込み、第１の接続孔２３を形成する。尚、タングステンにて第１の開口部２２を埋め込む前に、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を順に例えばマグネトロンスパッタリング法にて第１の開口部２２内を含む第１の層間絶縁層２１の上に形成することが好ましい。ここで、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を形成する理由は、オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、ブランケットタングステンＣＶＤ法における半導体基板１０の損傷発生の防止、タングステンの密着性向上のためである。図面においては、Ｔｉ層及びＴｉＮ層の図示は省略している。第１の層間絶縁層２１上のタングステン層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層は、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて除去してもよい。また、タングステンの代わりに、不純物がドーピングされたポリシリコンを用いることもできる。
【００７３】
［工程−１１５］
その後、全面に第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）を形成する。具体的には、先ず、第２の層間絶縁層２５上に、第１の接続孔２３と接続されたランディングパッド２４を形成した後、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）ＣＶＤ法に基づき、ＳｉＯ２から成り、厚さ１μｍの第２の層間絶縁層２５を全面に成膜し、次いで、ランディングパッド２４上の第２の層間絶縁層２５の厚さが０．５μｍとなるように第２の層間絶縁層２５の平坦化処理を行う。こうして、図３の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００７４】
［工程−１２０］
次に、第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）上に、導電体層３２及び絶縁膜３３を形成する。具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層、厚さ２０ｎｍのＴｉＮ層（これらは図示せず）を第２の層間絶縁層２５上にスパッタリング法にて成膜した後、更に、厚さ０．３μｍのＡｌ−Ｃｕから成る導電体層３２をスパッタリング法にて成膜し、その上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層、厚さ０．１μｍのＴｉＮ層（これらは図示せず）を、順次、スパッタリング法にて成膜した後、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る厚さ５０ｎｍの絶縁膜３３をスパッタリング法にて成膜する。こうして、図３の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。
【００７５】
［工程−１２５］
その後、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）の上方に位置する、少なくとも絶縁膜３３及び導電体層３２（より具体的には、絶縁膜３３、導電体層３２及び第２の層間絶縁層２５）の部分に、第２の開口部４１を形成し、第２の開口部４１内に、導電体層３２とは電気的に絶縁され、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）に接続された第２の接続孔４３を形成する。
【００７６】
具体的には、全面にフォトレジスト層６０を形成し、リソグラフィ技術に基づき、フォトレジスト層６０に開口６１を形成する（図４参照）。その後、２００〜３００゜Ｃにて熱処理を行い、フォトレジスト層６０をリフローさせて、開口６１の径を縮小させる（図５参照）。フォトレジスト層６０における開口６１の径の縮小方法は、このような方法に限定されず、例えば、Ｔ．  Ｔｏｙｏｓｈｉｍａ  ｅｔ．  ａｌ．，  １９９８  ＩＥＤＭ，  ｐｐ  ３３３−３３６  にて報告されている方法を用いることもできる。また、開口６１を形成した後、開口６１の側壁に絶縁材料から成るサイドウオールを形成して、開口６１の径を縮小してもよい。
【００７７】
次に、フォトレジスト層６０をマスクとして、絶縁膜３３、導電体層３２及び第２の層間絶縁層２５を順次エッチングして第２の開口部４１を形成した後、フォトレジスト層６０を除去する。こうして、図６の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００７８】
その後、プラズマＣＶＤ法にてＳｉＯ２から成る厚さ２０ｎｍの絶縁層４２を第２の開口部４１内を含む全面に形成し、次いで、絶縁層４２をエッチバックすることによって、第２の開口部４１の側壁に絶縁層４２を残す（図６の（Ｂ）参照）。尚、絶縁層４２は、ＡＬＤ法やスパッタリング法等にて形成したＡｌ２Ｏ３やＳｉＮ等の絶縁材料から構成することもできる。
【００７９】
次いで、ＣＶＤ法にて第２の開口部４１内を含む全面にタングステン膜を形成した後、ＣＭＰ法にて絶縁膜３３上のタングステン膜を除去することで、第２の開口部４１内に、絶縁層４２によって導電体層３２とは電気的に絶縁された第２の接続孔４３を形成することができる（図７参照）。尚、タングステン膜の代わりに、例えば、３１５゜Ｃ程度の低温で成膜することができるルテニウム（Ｒｕ）等の金属膜を用いることもできる。
【００８０】
［工程−１３０］
その後、絶縁膜３３上に、少なくとも、第２の接続孔４３と電気的に接続された第１の強磁性体層５２、トンネル絶縁膜５５及び第２の強磁性体層５６から成る積層構造を形成する。
【００８１】
具体的には、窒化チタン、タンタル若しくは窒化タンタルから成るバリア層５１、反強磁性体層５３、磁化固定層５４、トンネル絶縁膜５５、第２の強磁性体層（記録層）５６、バリア層５１と同じ材料から成るキャップ層（トップコート膜）５７を、順次、ＰＶＤ法で成膜する。その後、キャップ層５７上に、ＣＶＤ法に基づき、厚さ５０ｎｍのタングステン又はＴｉＮから成る導電材料層５８を成膜する。こうして、図８に示す構造を得ることができる。トンネル絶縁膜５５は、例えば、ＡｌＯＸから構成される。トンネル絶縁膜５５は、膜厚が０．５ｎｍ〜５ｎｍと非常に薄いため、ＡＬＤ法によって形成し、あるいは又、スパッタリング法にてアルミニウム薄膜を成膜した後、アルミニウム薄膜をプラズマ酸化することで形成することが好ましいが、このような形成方法に限定するものではない。
【００８２】
［工程−１３５］
次いで、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、積層構造、絶縁膜３３及び導電体層３２を、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に延びる帯状形状にパターニングする。こうして、導電体層３２から成り、第１の方向に延びる第１の配線３１を得ることができる（図９の（Ａ）参照）。尚、この状態においては、第１の配線３１及び絶縁膜３３は図面の紙面垂直方向に延びており、且つ、絶縁膜３３の上に形成された積層構造も図面の紙面垂直方向に延びている。
【００８３】
［工程−１４０］
その後、帯状にパターニングされた積層構造を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜５５が第１及び第２の強磁性体層５３，５４，５６で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子５０を形成する。トンネル磁気抵抗素子５０が形成された部分の模式的な一部断面図は、図９の（Ａ）に示したとおりである。帯状にパターニングされた積層構造が選択的に除去され、トンネル磁気抵抗素子５０とトンネル磁気抵抗素子５０との間には、第１の配線３１及び絶縁膜３３が残されるが、この状態を、模式的な一部断面図として図９の（Ｂ）に示す。
【００８４】
［工程−１４５］
次いで、全面に、ＳｉＯ２から成る厚さ０．１μｍの上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）をプラズマＣＶＤ法にて形成した後、第３の層間絶縁層５９をＣＭＰ法にて平坦化し、導電材料層５８を露出させる。
【００８５】
［工程−１５０］
その後、上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）上に、第２の強磁性体層５６と電気的に接続され（より具体的には、導電材料層５８に接続され）、第１の方向と直交する第２の方向（図面の左右方向）に延びる第２の配線（ビット線ＢＬ）を形成する（図１及び図２参照）。尚、この際、周辺回路の配線（図示せず）、ボンディングパッド領域（図示せず）も併せて形成する。更に、全面にプラズマＣＶＤ法にてシリコン窒素膜（図示せず）を堆積し、ボンディングパッド部（図示せず）をシリコン窒素膜に開口して、ＭＲＡＭの製造工程を完了させる。
【００８６】
実施の形態１のＭＲＡＭにおいては、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１のそれぞれの幅が同じであるが故に、最小セルサイズの実現が可能となるし、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題が生じることもない。
【００８７】
また、実施の形態１のＭＲＡＭの製造方法にあっては、上記［工程−１３５］において、積層構造、絶縁膜３３及び導電体層３２を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。
【００８８】
（実施の形態２）
実施の形態２は、本発明の第１の構成のＭＲＡＭ、及び、本発明の第２の態様に係るＭＲＡＭの製造方法に関する。実施の形態２のＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図１０に示し、トンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図を図１１に示す。
【００８９】
実施の形態２のＭＲＡＭにおいては、第１の配線（書込みワード線）３１Ａは、下から、第１の高透磁性材料層７０、及び、導電体層３２から成る。そして、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ａの側面には、絶縁材料から成るサイドウオール７１が形成されており、サイドウオール７１は第２の高透磁性材料層７３で覆われている。第１の高透磁性材料層７０及び第２の高透磁性材料層７３はＮｉ−Ｆｅ合金から成り、サイドウオール７１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る。第２の高透磁性材料層７３の下部と第１の高透磁性材料層７０の側面との間には、サイドウオール７１が存在する。その他の構造は、実施の形態１にて説明したＭＲＡＭと同様の構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施の形態２のＭＲＡＭにあっては、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１Ａのそれぞれの幅が同じである。
【００９０】
以下、第１の層間絶縁層２１等の模式的な一部断面図である図１２の（Ａ）、（Ｂ）、図１３、図１４、図１５の（Ａ）、（Ｂ）、図１６、図１７、図１８、図１９、及び、図２０の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施の形態２のＭＲＡＭの製造方法を説明する。
【００９１】
［工程−２００］
先ず、半導体基板１０に選択用トランジスタＴＲを形成し、次いで、全面に第１の層間絶縁層２１（下層層間絶縁層の下層）を形成する。その後、第１の層間絶縁層２１に第１の開口部２２を設け、第１の開口部２２内に、選択用トランジスタＴＲと接続された第１の接続孔２３を形成し、次いで、全面に第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）を形成する。これらの工程は、実質的に、実施の形態１の［工程−１００］、［工程−１０５］、［工程−１１０］、［工程−１１５］と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。こうして、図１２の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００９２】
［工程−２０５］
次に、第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）上に、第１の高透磁性材料層７０、導電体層３２及び絶縁膜３３を形成する。具体的には、厚さ２０ｎｍのＴｉ層（図示せず）、厚さ２０ｎｍの第１の高透磁性材料層７０、厚さ２０ｎｍのＴｉＮ層（図示せず）を第２の層間絶縁層２５上にスパッタリング法にて成膜した後、更に、厚さ０．３μｍのＡｌ−Ｃｕから成る導電体層３２をスパッタリング法にて成膜し、その上に、厚さ１０ｎｍのＴｉ層、厚さ０．１μｍのＴｉＮ層（これらは図示せず）を、順次、スパッタリング法にて成膜した後、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る厚さ５０ｎｍの絶縁膜３３をスパッタリング法にて成膜する。こうして、図１２の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。
【００９３】
［工程−２１０］
その後、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）の上方に位置する、少なくとも絶縁膜３３、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０の部分（より具体的には、絶縁膜３３、導電体層３２、第１の高透磁性材料層７０及び第２の層間絶縁層２５の部分）に、第２の開口部４１を形成し、第２の開口部４１内に、導電体層３２とは電気的に絶縁され、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）に接続された第２の接続孔４３を形成する（図１３、図１４、図１５の（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図１６を参照）。具体的には、実質的に、実施の形態１の［工程−１２５］と同様の工程を実行すればよい。
【００９４】
［工程−２１５］
その後、絶縁膜３３上に、少なくとも、第１の強磁性体層５２、トンネル絶縁膜５５及び第２の強磁性体層５６から成る積層構造を形成する。具体的には、実質的に、実施の形態１の［工程−１３０］と同様の工程を実行すればよい。こうして、図１７に示す構造を得ることができる。
【００９５】
［工程−２２０］
次いで、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、積層構造、絶縁膜３３、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０を、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に延びる帯状形状にパターニングする。こうして、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０から成り、第１の方向に延びる第１の配線３１Ａを得ることができる（図１８参照）。尚、この状態においては、第１の配線３１Ａ及び絶縁膜３３は図面の紙面垂直方向に延びており、且つ、絶縁膜３３の上に形成された積層構造も図面の紙面垂直方向に延びている。
【００９６】
［工程−２２５］
その後、積層構造の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面に、サイドウオール７１を形成する。具体的には、Ａｌ２Ｏ３膜を全面にスパッタリング法にて成膜した後、Ａｌ２Ｏ３膜をエッチバックすることによって、Ａｌ２Ｏ３から成るサイドウオール７１を形成することができる（図１９参照）。尚、サイドウオール７１は、その他、ＣＶＤ法やＡＬＤ法にて形成されたＳｉＯ２膜や、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜から構成することもできる。サイドウオール７１の平均厚さを２０ｎｍとする。
【００９７】
［工程−２３０］
次いで、サイドウオール７１上に第２の高透磁性材料層７３を形成する（図２０の（Ａ）参照）。具体的には、Ｎｉ−Ｆｅから成る高透磁性材料層をスパッタリング法によって全面に堆積させた後、高透磁性材料層をエッチバックすることによって、サイドウオール７１上に第２の高透磁性材料層７３を形成することができる。
【００９８】
［工程−２３５］
その後、帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオール７１、更には、第２の高透磁性材料層７３を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜５５が第１及び第２の強磁性体層５３，５４，５６で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子５０を形成する。トンネル磁気抵抗素子５０が形成された部分の模式的な一部断面図は、図２０の（Ａ）に示したとおりである。帯状にパターニングされた積層構造等が選択的に除去され、トンネル磁気抵抗素子５０とトンネル磁気抵抗素子５０との間には、第１の配線３１Ａ及び絶縁膜３３が残されるが、この状態を、模式的な一部断面図として図２０の（Ｂ）に示す。
【００９９】
［工程−２４０］
次に、全面に上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）を形成し、第３の層間絶縁層５９上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され（より具体的には、導電材料層５８に接続され）、第１の方向と直交する第２の方向（図面の左右方向）に延びる第２の配線（ビット線ＢＬ）を形成する。これらの工程は、実質的に、実施の形態１の［工程−１４５］及び［工程−１５０］と同様とすることができる。
【０１００】
実施の形態２のＭＲＡＭにおいても、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１Ａのそれぞれの幅が同じであるが故に、最小セルサイズの実現が可能となるし、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題が生じることもない。また、トンネル磁気抵抗素子５０の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ａの側面にサイドウオール７１が形成され、サイドウオール７１上に第２の高透磁性材料層７３が形成されているので、第２の強磁性体層５６へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【０１０１】
また、実施の形態２のＭＲＡＭの製造方法にあっては、上記［工程−２２０］において、積層構造、絶縁膜３３及び第１の配線３１Ａを第１の方向に延びる帯状形状にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。しかも、上記［工程−２２５］において、積層構造の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面にサイドウオール７１を形成し、上記［工程−２３０］において、サイドウオール７１上に第２の高透磁性材料層７３を形成するので、第２の強磁性体層５６へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【０１０２】
尚、実施の形態２のＭＲＡＭにおいて、トンネル磁気抵抗素子５０近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を、図２１に示す。ここで、図２１においては、トンネル磁気抵抗素子５０をＴＭＲで示す。図２１と、図３８の対比から、実施の形態２のＭＲＡＭにおいては、一層、トンネル磁気抵抗素子５０に磁束が集中していることが判る。
【０１０３】
また、図２２に、図３４に図示した従来のＭＲＡＭのアステロイド曲線の一部（黒丸印で示す）、図３６に示した米国特許第５９４０３１９号に開示されたＭＲＡＭのアステロイド曲線の一部（黒四角印で示す）、実施の形態２のＭＲＡＭのアステロイド曲線の一部（白丸印で示す）、及び、次に説明する実施の形態３のＭＲＡＭのアステロイド曲線の一部（白四角印で示す）を示す。尚、トンネル磁気抵抗素子５０の大きさを、０．４μｍ（磁化困難軸方向）×０．８μｍ（磁化容易軸方向）とした。
【０１０４】
図２２からも明らかなように、図３６に示した米国特許第５９４０３１９号に開示されたＭＲＡＭよりも、実施の形態２のＭＲＡＭの方が第２の強磁性体層（記録層）の磁化方向の反転閾値が低く、次に述べる実施の形態３のＭＲＡＭの方が、更に一層反転閾値が低くなる。
【０１０５】
（実施の形態３）
実施の形態３は、本発明の第２Ａの構成のＭＲＡＭ、及び、本発明の第２の態様に係るＭＲＡＭの製造方法の変形に関する。実施の形態３のＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図２３に示し、トンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図を図２４に示す。
【０１０６】
実施の形態３のＭＲＡＭにあっては、第１の配線（書込みワード線）３１Ｂは、下から、第１の高透磁性材料層７０、及び、導電体層３２から成る。そして、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオール７１が形成されており、更には、第１の方向に沿った第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面を覆うように、第１のサイドウオール７１上には絶縁材料から成る第２のサイドウオール７２が形成されている。そして、第１のサイドウオール７１及び第２のサイドウオール７２は、第２の高透磁性材料層７３で覆われている。第１の高透磁性材料層７０及び第２の高透磁性材料層７３はＮｉ−Ｆｅ合金から成り、第１のサイドウオール７１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成り、第２のサイドウオール７２はＳｉＯ２から成る。第２の高透磁性材料層７３の下部と第１の高透磁性材料層７０の側面との間には、第１のサイドウオール７１及び第２のサイドウオール７２が存在する。その他の構造は、実施の形態１にて説明したＭＲＡＭと同様の構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
実施の形態３のＭＲＡＭは、実施の形態２の［工程−２２５］と同様の工程において、第１のサイドウオール７１を、積層構造の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面を覆うように形成し、次いで、第２のサイドウオール７２を、第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面を覆うように形成する。第１のサイドウオール７１は、実施の形態２の［工程−２２５］と同様の工程を実行することで形成することができる。一方、第２のサイドウオール７２は、ＳｉＯ２膜を全面にＣＶＤ法にて堆積させた後、ＳｉＯ２膜をエッチバックすることによって形成することができる。尚、第１のサイドウオール７１及び第２のサイドウオール７２を構成する材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に限定されず、第２のサイドウオール７２の形成時のエッチバックにおけるエッチング選択比がとれる材料の組合せであればよい。また、第２のサイドウオール７２の形成時のエッチバック時、第２のサイドウオール７２の頂部が、第２の強磁性体層５６よりも下に位置するようにＳｉＯ２膜のエッチング量を調整する。
【０１０８】
これらの点を除き、実施の形態３のＭＲＡＭは、実施の形態２と同様の方法で製造することができるので、詳細な説明は省略する。
【０１０９】
実施の形態３のＭＲＡＭにおいては、トンネル磁気抵抗素子５０の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面に第１のサイドウオール７１が形成され、第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面を覆うように第１のサイドウオール７１上に第２のサイドウオール７２が形成され、第１及び第２のサイドウオール７１，７２上に第２の高透磁性材料層７３が形成されているので、第２の強磁性体層５６へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、サイドウオールを、第１のサイドウオール７１と第２のサイドウオール７２から構成するので、第１のサイドウオール７１の厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層７３と第２の強磁性体層５６との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層５６へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【０１１０】
尚、実施の形態３のＭＲＡＭにおいて、トンネル磁気抵抗素子５０近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を、図２５に示す。ここで、図２５においては、トンネル磁気抵抗素子５０をＴＭＲで示す。図２５と図２１との対比から、実施の形態３のＭＲＡＭにおいては、更に一層、トンネル磁気抵抗素子５０に磁束が集中していることが判る。尚、第１のサイドウオール７１の平均厚さを２０ｎｍ、第２のサイドウオール７２の平均厚さを１０ｎｍとした。また、図２２に示したように、第２の強磁性体層（記録層）５６の磁化方向の反転閾値は一層低い。
【０１１１】
（実施の形態４）
実施の形態４は、本発明の第２Ｂの構成のＭＲＡＭ、及び、本発明の第２の態様に係るＭＲＡＭの製造方法の変形に関する。実施の形態４のＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図２６に示し、トンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図を図２７に示す。
【０１１２】
実施の形態４のＭＲＡＭにあっては、第１の配線（書込みワード線）３１Ｂは、下から、第１の高透磁性材料層７０、及び、導電体層３２から成る。そして、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に沿った第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面には、絶縁材料から成る第１のサイドウオール７１が形成されており、更には、第１の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面を覆うように、第１のサイドウオール７１上には絶縁材料から成る第２のサイドウオール７２が形成されている。そして、第２のサイドウオール７２は第２の高透磁性材料層７３で覆われている。第１の高透磁性材料層７０及び第２の高透磁性材料層７３はＮｉ−Ｆｅ合金から成り、第１のサイドウオール７１はＳｉＯ２から成り、第２のサイドウオール７２はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る。第２の高透磁性材料層７３の下部と第１の高透磁性材料層７０の側面との間には、第１のサイドウオール７１及び第２のサイドウオール７２が存在する。その他の構造は、実施の形態１にて説明したＭＲＡＭと同様の構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１３】
実施の形態４のＭＲＡＭは、実施の形態２の［工程−２２５］と同様の工程において、第１のサイドウオール７１を、第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面を覆うように形成し、次いで、第２のサイドウオール７２を、積層構造の側面、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面を覆うように形成する。第１のサイドウオール７１及び第２のサイドウオール７２は、実質的に、実施の形態３と同様の方法で形成することができる。尚、第１のサイドウオール７１の形成時のエッチバック時、第１のサイドウオール７１の頂部が、第２の強磁性体層５６よりも下に位置するようにアルミナ膜のエッチング量を調整する。
【０１１４】
これらの点を除き、実施の形態４のＭＲＡＭは、実施の形態２と同様の方法で製造することができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１５】
実施の形態４のＭＲＡＭにおいては、第１の強磁性体層５２の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面に第１のサイドウオール７１が形成され、積層構造の側面、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｂの側面を覆うように第１のサイドウオール７１上に第２のサイドウオール７２が形成され、第２のサイドウオール７２上に第２の高透磁性材料層７３が形成されているので、第２の強磁性体層５６へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、サイドウオールを、第１のサイドウオール７１と第２のサイドウオール７２から構成するので、第２のサイドウオール７２の厚さを十分に薄くすれば、第２の高透磁性材料層７３と第２の強磁性体層５６との間の距離を短くすることができるが故に、第２の強磁性体層５６へ一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【０１１６】
（実施の形態５）
実施の形態５は、本発明の第３の構成のＭＲＡＭ、及び、本発明の第３の態様に係るＭＲＡＭの製造方法に関する。実施の形態５のＭＲＡＭの模式的な一部断面図を図２８に示し、トンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図を図２９に示す。
【０１１７】
実施の形態５のＭＲＡＭにおいては、第１の配線（書込みワード線）３１Ｃは、下から、第１の高透磁性材料層７０、及び、導電体層３２から成る。そして、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に沿ったトンネル磁気抵抗素子５０の側面には、絶縁材料から成るサイドウオール８１が形成されており、サイドウオール８１、並びに、絶縁膜３３の側面及び第１の配線３１Ｃの側面は、第２の高透磁性材料層８３で覆われている。第１の高透磁性材料層７０及び第２の高透磁性材料層８３はＮｉ−Ｆｅ合金から成り、サイドウオール８１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から成る。第２の高透磁性材料層８３の下部と第１の高透磁性材料層７０の側面とは接している。即ち、この部分には、サイドウオール８１は存在しない。その他の構造は、実施の形態１にて説明したＭＲＡＭと同様の構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施の形態５のＭＲＡＭにあっては、第２の方向に沿ったサイドウオール８１を含むトンネル磁気抵抗素子５０、絶縁膜３３及び第１の配線３１Ｃのそれぞれの幅が同じである。
【０１１８】
以下、第１の層間絶縁層２１等の模式的な一部断面図である図３０、図３１、図３２、図３３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施の形態５のＭＲＡＭの製造方法を説明する。
【０１１９】
［工程−５００］
先ず、半導体基板１０に選択用トランジスタＴＲを形成し、次いで、全面に第１の層間絶縁層２１（下層層間絶縁層の下層）を形成する。その後、第１の層間絶縁層２１に第１の開口部２２を設け、第１の開口部２２内に、選択用トランジスタＴＲと接続された第１の接続孔２３を形成し、次いで、全面に第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）を形成する。これらの工程は、実質的に、実施の形態１の［工程−１００］、［工程−１０５］、［工程−１１０］、［工程−１１５］と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１２０】
［工程−５０５］
次に、第２の層間絶縁層２５（下層層間絶縁層の上層）上に、第１の高透磁性材料層７０、導電体層３２及び絶縁膜３３を形成する。具体的には、実施の形態２の［工程−２０５］と同様の工程を実行する。
【０１２１】
［工程−５１０］
その後、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）の上方に位置する、少なくとも絶縁膜３３、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０（より具体的には、絶縁膜３３、導電体層３２、第１の高透磁性材料層７０及び第２の層間絶縁層２５）の部分に、第２の開口部４１を形成し、第２の開口部４１内に、導電体層３２とは電気的に絶縁され、第１の接続孔２３（より具体的には、ランディングパッド２４）と接続された第２の接続孔４３を形成する。具体的には、実質的に、実施の形態１の［工程−１２５］と同様の工程を実行すればよい。
【０１２２】
［工程−５１５］
次いで、絶縁膜３３上に、少なくとも、第１の強磁性体層５２、トンネル絶縁膜５５及び第２の強磁性体層５６から成る積層構造を形成する。具体的には、実質的に、実施の形態１の［工程−１３０］と同様の工程を実行すればよい。尚、実施の形態５にあっては、導電材料層５８の上に、厚さ５０ｎｍのＳｉＮから成る保護層９０を形成する。
【０１２３】
［工程−５２０］
次に、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、積層構造を、第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、絶縁膜３３を露出させる（図３０参照）。
【０１２４】
［工程−５２５］
その後、積層構造の側面に、プラズマＣＶＤ法にて全面に厚さ３０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した後、ＳｉＮ膜をエッチバックすることによって、ＳｉＮから成るサイドウオール８１を形成する（図３１参照）。
【０１２５】
［工程−５３０］
次いで、積層構造（より具体的には保護層９０）及びサイドウオール８１をエッチング用マスクとして使用して、絶縁膜３３、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０を、第１の方向に延びる帯状形状に、自己整合的にパターニングする（図３２参照）。こうして、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０から成り、第１の方向に延びる第１の配線３１Ｃを得ることができる。
【０１２６】
［工程−５３５］
その後、サイドウオール８１上、並びに、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面に、第２の高透磁性材料層８３を形成する（図３３の（Ａ）参照）。具体的には、実施の形態２の［工程−２３０］と同様の工程を実行すればよい。
【０１２７】
［工程−５４０］
次に、帯状にパターニングされた積層構造、及び、サイドウオール８１、更には第２の高透磁性材料層８３を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜５５が第１及び第２の強磁性体層５３，５４，５６で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子５０を形成する。トンネル磁気抵抗素子５０が形成された部分の模式的な一部断面図は、図３３の（Ａ）に示したとおりである。帯状にパターニングされた積層構造等が選択的に除去され、トンネル磁気抵抗素子５０とトンネル磁気抵抗素子５０との間には、第１の配線３１Ｃ及び絶縁膜３３が残されるが、この状態を、模式的な一部断面図として図３３の（Ｂ）に示す。
【０１２８】
［工程−５４５］
次に、全面に上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層５９）を形成し、第３の層間絶縁層５９上に、第２の強磁性体層と電気的に接続され（より具体的には、導電材料層５８に接続され）、第１の方向と直交する第２の方向（図面の左右方向）に延びる第２の配線（ビット線ＢＬ）を形成する。これらの工程は、実質的に、実施の形態１の［工程−１４５］及び［工程−１５０］と同様とすることができる。
【０１２９】
実施の形態５のＭＲＡＭにおいては、第２の方向に沿ったサイドウオール８１を含むトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜３３及び第１の配線３１Ｃのそれぞれの幅が同じであるが故に、最小セルサイズの実現が可能となるし、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題が生じることもない。また、トンネル磁気抵抗素子５０の側面にサイドウオール８１が形成され、サイドウオール８１上に第２の高透磁性材料層８３が形成されているので、第２の強磁性体層５６へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。しかも、第１の高透磁性材料層７０と第２の高透磁性材料層８３とは接しているが故に、第２の強磁性体層５６へ更に一層効果的に磁束を集中させることが可能となる。
【０１３０】
また、実施の形態５のＭＲＡＭの製造方法にあっては、上記［工程−５２０］において、積層構造を第１の方向に延びる帯状形状にパターニングし、上記［工程−５３０］において、保護層９０及びサイドウオール８１をエッチング用マスクとして使用して、絶縁膜３３、導電体層３２及び第１の高透磁性材料層７０を第１の方向に延びる帯状形状に自己整合的にパターニングするが故に、リソグラフィ工程におけるマスク合わせずれが存在せず、最小セルサイズの実現が可能となる。しかも、上記工程［工程−５２５］において、積層構造の側面にサイドウオール８１を形成し、上記［工程−５３５］において、サイドウオール８１上、並びに、絶縁膜３３の側面、導電体層３２の側面及び第１の高透磁性材料層７０の側面に第２の高透磁性材料層８３を形成するので、第１の高透磁性材料層７０と第２の高透磁性材料層８３とは接した状態となり、第２の強磁性体層５６へ更に一層効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【０１３１】
以上、本発明を、発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。発明の実施の形態にて説明した各層を構成する材料、各層を形成する方法、ＭＲＡＭの構造等は例示であり、適宜変更することができる。場合によっては、第２の層間絶縁層２５を省略し、第１の接続孔２３と第２の接続孔４３を一体的に形成してもよい。そして、この場合には、第１の接続孔２３の形成工程を省略し、選択用トランジスタと接続された第２の接続孔を形成すればよい。
【０１３２】
実施の形態１の［工程−１４０］、実施の形態２の［工程−２３５］、実施の形態５の［工程−５４０］において、帯状にパターニングされた積層構造を選択的に除去し、以て、トンネル絶縁膜５５が第１及び第２の強磁性体層５３，５４，５６で挟まれて成るトンネル磁気抵抗素子５０を形成するが、この際、トンネル磁気抵抗素子５０の平面形状を、対向する２辺が第１の方向と平行な矩形としてもよいし、対向する２辺が第１の方向と平行な菱形や平行四辺形としてもよい。後者の場合、残りの対向する２辺が第２の方向と平行ではなくなり、第２の強磁性体層（記録層）５６の磁化方向の反転を高速化することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、第２の方向に沿ったトンネル磁気抵抗素子、絶縁膜及び第１の配線のそれぞれの幅が略同じであるが故に、最小セルサイズの実現が可能となるし、アステロイド曲線が非対称となり、書込み特性のバラツキが大きくなるという問題が生じることもない。また、第１の配線（書込みワード線）を、下から第１の高透磁性材料層及び導電体層から構成し、トンネル磁気抵抗素子の側面を、第１の高透磁性材料層と磁気的に結合した第２の高透磁性材料層によって間接的に覆うことで、第２の強磁性体層（記録層）へ効果的に磁束を集中させることが可能となり、その結果、消費電流を十分に低下させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図２】図２は、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置のトンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図である。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図４】図４は、図３の（Ｂ）に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図５】図５は、図４に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、図６の（Ｂ）に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図８】図８は、図７に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図８に引き続き、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０は、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図１１】図１１は、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置のトンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３は、図１２の（Ｂ）に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１５】図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１４に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１６】図１６は、図１５の（Ｂ）に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１９】図１９は、図１８に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図２０】図２０の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１９に引き続き、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図２１】図２１は、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置において、トンネル磁気抵抗素子近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２２】図２２は、図３４に図示した従来の不揮発性磁気メモリ装置のアステロイド曲線の一部、図３６に示した米国特許第５９４０３１９号に開示された不揮発性磁気メモリ装置のアステロイド曲線の一部、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置のアステロイド曲線の一部、及び、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置のアステロイド曲線の一部を示すグラフである。
【図２３】図２３は、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図２４】図２４は、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置のトンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図である。
【図２５】図２５は、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置において、トンネル磁気抵抗素子近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２６】図２６は、発明の実施の形態４の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図２７】図２７は、発明の実施の形態４の不揮発性磁気メモリ装置のトンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図である。
【図２８】図２８は、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図２９】図２９は、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置のトンネル磁気抵抗素子周辺を拡大した模式的な一部断面図である。
【図３０】図３０は、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図３１】図３１は、図３０に引き続き、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図３２】図３２は、図３１に引き続き、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図３３】図３３の（Ａ）及び（Ｂ）は、図３２に引き続き、発明の実施の形態５の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための第１の層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図３４】図３４は、従来の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図３５】図３５は、不揮発性磁気メモリ装置におけるＭＲＡＭのアステロイド曲線を模式的に示す図である。
【図３６】図３６は、従来の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。
【図３７】図３７は、図３４に示した構造を有する従来の不揮発性磁気メモリ装置において、トンネル磁気抵抗素子近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３８】図３８は、図３６に示した構造を有する従来の不揮発性磁気メモリ装置において、トンネル磁気抵抗素子近傍の磁束分布をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
ＴＲ・・・選択用トランジスタ、ＢＬ・・・第２の配線（ビット線）、１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁膜、１４Ａ，１４Ｂ・・・ソース／ドレイン領域、１５・・・コンタクトホール、１６・・・センス線、２１・・・下層層間絶縁層（第１の層間絶縁層）、２２・・・第１の開口部、２３・・・第１の接続孔、２４・・・ランディングパッド、２５・・・下層層間絶縁層（第２の層間絶縁層）、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ・・・第１の配線（書込みワード線）、３２・・・導電体層、３３・・・絶縁膜、４１・・・第２の開口部、４２・・・絶縁層、４３・・・第２の接続孔、５０・・・トンネル磁気抵抗素子、５１・・・バリア層、５２・・・第１の強磁性体層、５３・・・反強磁性体層、５４・・・磁化固定層、５５・・・トンネル絶縁膜、５６・・・第２の強磁性体層、５７・・・キャップ層、５８・・・導電材料層、５９・・・上層層間絶縁層（第３の層間絶縁層）、６０・・・フォトレジスト層、６１・・・開口、７０・・・第１の高透磁性材料層、７１，７２，８１・・・サイドウオール、７３，８３・・・第２の高透磁性材料層、９０・・・保護層
【図１】
2004214458.tif 000003
【図２】
2004214458.tif 000004
【図３】
2004214458.tif 000005
【図４】
2004214458.tif 000006
【図５】
2004214458.tif 000007
【図６】
2004214458.tif 000008
【図７】
2004214458.tif 000009
【図８】
2004214458.tif 000010
【図９】
2004214458.tif 000011
【図１０】
2004214458.tif 000012
【図１１】
2004214458.tif 000013
【図１２】
2004214458.tif 000014
【図１３】
2004214458.tif 000015
【図１４】
2004214458.tif 000016
【図１５】
2004214458.tif 000017
【図１６】
2004214458.tif 000018
【図１７】
2004214458.tif 000019
【図１８】
2004214458.tif 000020
【図１９】
2004214458.tif 000021
【図２０】
2004214458.tif 000022
【図２１】
2004214458.tif 000023
【図２２】
2004214458.tif 000024
【図２３】
2004214458.tif 000025
【図２４】
2004214458.tif 000026
【図２５】
2004214458.tif 000027
【図２６】
2004214458.tif 000028
【図２７】
2004214458.tif 000029
【図２８】
2004214458.tif 000030
【図２９】
2004214458.tif 000031
【図３０】
2004214458.tif 000032
【図３１】
2004214458.tif 000033
【図３２】
2004214458.tif 000034
【図３３】
2004214458.tif 000035
【図３４】
2004214458.tif 000036
【図３５】
2004214458.tif 000037
【図３６】
2004214458.tif 000038
【図３７】
2004214458.tif 000039
【図３８】
2004214458.tif 000040