(57)【要約】【課題】データ保持特性を維持しながら書き込み電流を低減する磁気記憶装置を提供することを目的とする。【解決手段】マトリクス状に配置される複数の磁気抵抗効果素子ＭＴＪ＜００＞〜ＭＴＪ＜２２＞を備え、前記各磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子の長軸１１及び短軸１２をそれぞれ長径および短径とする楕円に実質的に内接したパターン形状を有し、隣接する前記磁気抵抗効果素子の前記長軸方向の配置周期１３は、前記短軸方向の配置周期１４よりも大きいことを特徴とする。【選択図】    図１
2005064075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置される複数の磁気抵抗効果素子を備え、前記各磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円に実質的に内接したパターン形状を有し、
隣接する前記磁気抵抗効果素子の前記長軸方向の配置周期は、前記短軸方向の配置周期よりも大きいこと
を特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
マトリクス状に配置される複数の磁気抵抗効果素子を備え、前記各磁気抵抗効果素子は、各々の中心が長方形の角部に配置され、且つ各々の長軸方向と短軸方向を一致させて隣接して配置された４つの楕円で挟まれた領域に対応するパターン形状を有し、
隣接する前記磁気抵抗効果素子の長軸方向の配置周期は、短軸方向の配置周期よりも大きいこと
を特徴とする磁気記憶装置。
【請求項３】
前記各磁気抵抗効果素子の外周の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子の内側の方向に凸な形状を有すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記各磁気抵抗効果素子の面積は、長軸及び短軸をそれぞれ長径及び短径とする楕円の面積よりも小さいこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は、固着層、トンネルバリア層、記録層、及びキャップ層を含むこと
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
更に前記磁気抵抗効果素子は、前記キャップ層上に前記磁気抵抗効果素子の形状と同一の形状を有するハードマスク層を有すること
を特徴とする請求項５に記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
更に前記磁気抵抗効果素子の下に形成される第１の書き込み用配線と、前記磁気抵抗効果素子の上に前記第１の書き込み用配線に交差するように形成される第２の書き込み用配線とを有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
半導体基板の主表面上に、磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子となる材料上にフォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジストにおける、隣接する４つの前記磁気抵抗効果素子の形成予定領域の中心に、それぞれ開口部を形成する工程と、
前記開口部を等方的にエッチングすることにより前記開口部を等方的に広げ、前記開口部の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する前記開口部の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる工程と、
残存するフォトレジストをマスクとして用いて、前記磁気抵抗効果素子となる材料をエッチングすることにより、複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程とを具備すること
を特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項９】
前記磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程の前に、半導体基板の主表面上に、第１の書き込み用配線を形成する工程を更に有すること
を特徴とする請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
残存する前記フォトレジストをマスクとして用いて複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記複数の磁気抵抗効果素子上に対応する前記層間絶縁膜中に、前記第１の書き込み用配線と交差するように第２の書き用配線を形成する工程とを更に有すること
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板の主表面上に、磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子となる材料上の全面に第１のハードマスク材を形成する工程と、
前記第１のハードマスク材上の全面に第２のハードマスク材を形成する工程と、
前記第２のハードマスク材上の全面にフォトレジストを形成する工程と、隣接する４つの前記磁気抵抗効果素子となるべき位置の中心に、長方形のマスクパターンを用いて前記フォトレジストに第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部を形成されたフォトレジストをマスクとして用いて前記第２のハードマスク材に第２の開口部を形成する工程と、
前記マスクとして用いたフォトレジストを除去する工程と、
前記第２の開口部を等方的にエッチングすることにより前記第２の開口部を等方的に広げ、前記第２の開口部の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する前記第２の開口部の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる工程と、
前記残存する第２のハードマスク材をマスクとして用いて、第１のハードマスク材及び磁気抵抗効果素子となる材料をエッチングすることにより、ハードマスク層を有する複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程とを具備すること
を特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１２】
前記磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程の前に、半導体基板の主表面上に、第１の書き込み用配線を形成する工程を更に有すること
を特徴とする請求項１１に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記ハードマスク層を有する複数の磁気抵抗効果素子の上における前記層間絶縁膜中に、前記第１の書き込み用配線と交差するように第２の書き用配線を形成する工程とを更に有すること
を特徴とする請求項１１又は請求項１２に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】
この発明は磁気記憶装置及びその製造方法に関し、例えばＭＲＡＭ等に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；  以下ＭＲＡＭと略記）とは、情報の記録担体として強磁性体の磁化方向を利用した、記録情報を随時、書き換え、保持、読み出すことができる固体メモリの総称である。
【０００３】
ＭＲＡＭのメモリセルは、通常複数の強磁性体を積層した構造を有する。情報の記録は、メモリセルを構成する複数の強磁性体の磁化の相対配置が、平行か、反平行であるかを２進の情報“１”、“０”に対応させて行う。記録情報の書き込みは、各セルの強磁性体の磁化方向を、クロスストライプ状に配置された書き込み線に電流を流して生じる電流磁界によって反転させることによって行われる。ＭＲＡＭは、記録保持時の消費電力が原理的にゼロであり、また電源を切っても記録保持が行われる不揮発性メモリである。記録情報の読み出しは、メモリセルの電気抵抗が、セルを構成する強磁性体の磁化方向とセンス電流との相対角、または複数の強磁性層間の磁化の相対角によって変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果を利用して行う。
【０００４】
ＭＲＡＭは、従来の誘電体を用いた半導体メモリとその機能を比較すると、（１）完全な不揮発性であり、また１０１５回以上の書き換え回数が可能であること。（２）非破壊読み出しが可能であり、リフレッシュ動作を必要としないため読み出しサイクルを短くすることが可能であること。（３）電荷蓄積型のメモリセルに比べ、放射線に対する耐性が強いこと、等の多くの利点を有している。ＭＲＡＭの単位面積あたりの集積度、書き込み、読みだし時間は、おおむねＤＲＡＭと同程度となりうることが予想される。従って不揮発性という大きな特色を生かし、携帯機器用の外部記録装置、ＬＳＩ混載用途、さらにはパーソナルコンピュータの主記憶メモリへの応用が期待されている。
【０００５】
現在実用化の検討が進められているＭＲＡＭとしては、メモリセルに強磁性トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ：  以下ＭＴＪと略記）を用いるＭＴＪ素子がある（例えば、非特許文献１参照）。上記ＭＴＪ素子は、主として強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる三層構造であり、電流は絶縁層をトンネルして流れる。接合の抵抗値は、両強磁性金属層の磁化の相対角の余弦に比例して変化し、両磁化が反平行の場合に極大値をとる。これがトンネル磁気抵抗効果であり、例えばＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｌ２Ｏ／Ｃｏ／ＮｉＦｅでは、５０Ｏｅ以下の低磁界において２５％を越える磁気抵抗変化率が見いだされている。ＭＴＪ素子の構造としては、両方の強磁性体の保持力の差を利用してデータを保持する保持力差型のものに加えて、磁界感度改善あるいは書き込み電流低減を目的として、一方の強磁性体に隣接して反強磁性体を配置し、磁化方向を固着させたいわゆるスピンバルブ構造のものが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながらギガビット級の集積度を持つＭＲＡＭを開発するためには、解決すべき課題が幾つか残っている。主なものは、まず第１に、データ保持特性を保ったまま、書き込み電流値を低減することである。第２に、例えばＭＴＪ素子の加工時の素子形状のばらつきにより発生する、トンネル抵抗値のばらつきを極力抑えることである。上記素子形状のばらつきを抑えることが出来るとしても、安価な製造方法というものはなかった。さらに、上記第１及び第２のいずれの課題も、微細化が進むにつれて解決が困難になると推測され、信頼性の高いＭＲＡＭの実現のために解決すべき問題である。
【０００７】
【非特許文献１】
ＩＳＳＣＣ  ２０００  （Ｄｉｇｅｓｔ  Ｐａｐｅｒ  ＴＡ７．２  Ａ  １０ｎｓ  Ｒｅａｄ  ａｎｄ  Ｗｒｉｔｅ  Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｒｒａｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＦＥＴ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｉｎ  ｅａｃｈ  Ｃｅｌｌ）
【０００８】
【非特許文献２】
Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ，３６，Ｌ２００，１９９７（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ−Ｌｉｋｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の磁気記憶装置は、データ保持特性を維持しながら書き込み電流を低減することが出来ない、という問題があった。
【００１０】
さらに従来の磁気記憶装置の製造方法は、磁気記憶装置を安価でしかも均一な形状に形成することが出来ない、という問題があった。
【００１１】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、データ保持特性を維持しながら書き込み電流を低減することが出来る磁気記憶装置を提供すること、を目的とする。
【００１２】
さらに上記磁気記憶装置を安価でしかも均一な形状に形成することが出来る磁気記憶装置の製造方法を提供すること、を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の一態様に係る磁気記憶装置は、マトリクス状に配置される複数の磁気抵抗効果素子を備え、前記各磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円に実質的に内接したパターン形状を有し、隣接する前記磁気抵抗効果素子の前記長軸方向の配置周期は、前記短軸方向の配置周期よりも大きいことを具備している。
【００１４】
上記のように、前記磁気抵抗効果素子のパターン形状は、前記磁気抵抗効果素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円に実質的に内接したパターン形状を有する。そのため、少なくとも前記磁気抵抗効果素子の面積は、前記磁気抵抗効果素子の長軸および短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円の面積よりも小さくなり、書き込み電流を低減することが出来る。さらに上記のように、隣接する前記磁気抵抗効果素子の前記長軸方向の配置周期は、前記短軸方向の配置周期よりも大きい。そのため、磁気抵抗効果素子の長軸端に現れる磁極により発生する隣接する磁気抵抗効果素子同士の磁気的な干渉を回避し、データ保持特性を維持することが出来る。
【００１５】
またこの発明の一態様に係る磁気記憶装置の製造方法は、半導体基板の主表面上に、磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子となる材料上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジストにおける、隣接する４つの前記磁気抵抗効果素子の形成予定領域の中心に、それぞれ開口部を形成する工程と、前記開口部を等方的にエッチングすることにより前記開口部を等方的に広げ、前記開口部の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する前記開口部の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる工程と、残存するフォトレジストをマスクとして用いて、前記磁気抵抗効果素子となる材料をエッチングすることにより、複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程とを具備している。
【００１６】
上記のような構成によれば、前記開口部を等方的にエッチングして前記開口部を等方的に広げることにより、所望の形状を有する磁気抵抗効果素子と同一のフォトレジストを容易に残存させることが出来る。その後、残存するフォトレジストをマスクとして用いることにより、所望の磁気抵抗効果素子のパターン形状を形成する。そのため、マスク工程を増加することなく複数の磁気抵抗効果素子を形成することが出来る。その結果、磁気抵抗効果素子を安価でしかも均一な形状に形成することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１８】
図１乃至図４を用いて、この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置を説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイ例を模式的に示す平面図である。図２は、図１におけるＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。図３は、図１におけるＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。図４は、外形が楕円形状を有するＭＴＪ素子及びこの実施形態に係る形状を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線を示すグラフである。
【００１９】
先ず、図１乃至図３を用いてこの実施形態に係る磁気記憶装置の平面構造及び断面構造を説明する。尚、図１に示す＜ｎｍ＞（ｎ，ｍは整数）は＜ロウ（ｒｏｗ  ）  カラム（ｃｏｌｕｍｎ）＞を意味する。
【００２０】
図１乃至図３に示すように、半導体基板２０の主表面上のロウ方向に沿ってワード線ＷＬ（ＷＬ＜０＞〜ＷＬ＜２＞）が形成され、カラム方向に沿ってビット線ＢＬ（ＢＬ＜０＞〜ＢＬ＜２＞）が形成される。上記ワード線ＷＬ及びビット線ＢＬに挟まれる交点には、マトリクス状に複数のＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜００＞〜ＭＴＪ＜２２＞）が形成される。さらに、ＭＴＪ素子の間を埋めるように半導体基板２０の主表面上に、層間絶縁膜２１−１〜２１−４が形成される。上記ＭＴＪ素子は、層間絶縁膜２１−２上に形成され、下地導電層２３、固着層（ピン層）２４、トンネルバリア層２５、記録層（フリー層）２６、及びキャップ層２７により構成される。
【００２１】
上記下地導電層２３は、例えばＴａ層２８、Ａｌ層２９、及びＴａ層３０が積層されることにより形成される。上記固着層２４は、Ｔａ層３０上に例えば、ＮｉＦｅ層３１、ＩｒＭｎ層３２、及びＣｏＦｅ層３３が積層されることにより形成される。上記記録層２６は、例えばＡｌ２Ｏ３からなるトンネルバリア層２６上に、例えばＣｏＦｅ層３４、及びＮｉＦｅ層３５が積層されることにより形成される。上記キャップ層２７は、ＮｉＦｅ層３５上に例えば、Ｔａ層２８、Ａｌ層２９、及びＴａ層３０が積層されることより形成される。
【００２２】
上記各ＭＴＪ素子とワード線ＷＬとを接続するために、層間絶縁膜２１−２中にコンタクトプラグ２２が形成される。上記コンタクトプラグ２２は例えば、Ｗ（タングステン）がコンタクトホールに埋め込まれることにより形成される。また、上記層間絶縁膜２１−１〜２１−４は、例えばＳｉＯ２膜により形成される。
【００２３】
図１に示すように、各ＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜００＞〜ＭＴＪ＜２２＞）の形状は、各ＭＴＪ素子の長軸１１と短軸１２を、長径と短径とする楕円の外周が内側に窪んだ形状となるように形成される。従って、上記長軸１１と短軸１２を有する各ＭＴＪ素子の面積は、上記長軸１１と短軸１２を長径と短径とする楕円形の面積よりも小さくなるように形成される。
【００２４】
さらに、図１乃至図３に示すように、隣接するＭＴＪ素子の長軸１１方向の配置周期（ピッチ）１３は、隣接するＭＴＪ素子の短軸１２方向の配置周期１４よりも大きくなるように形成されている。ここで、隣接するＭＴＪ素子の配置周期（ピッチ）とは、ＭＴＪ素子が繰り返される周期の距離をいう。
【００２５】
次に、各ＭＴＪ素子の読み出し／書き込み動作について、ＭＴＪ＜００＞を例に挙げて説明する。
【００２６】
先ず、読み出し動作について説明する。一般的にＭＴＪ素子の情報を読み出す場合は、ＭＴＪ素子の抵抗値の変化を検出することによって行われる。つまり、固着層２４と記録層２６のスピンの向きが同一方向の場合は、ＭＴＪ素子の比抵抗値は最も小さく、例えば“１”状態となる。同様に、固着層２４と記録層２６のスピンの向きが反対方向の場合はＭＴＪ素子の比抵抗値は最も大きく、例えば“０”状態となる。尚、固着層２４のスピンの向きは固定され、記録層２６のスピンの向きは固定されていない。そのため、書き込み動作は専ら記録層２６のスピンの向きを反転することにより行われる。
【００２７】
読み出し動作は、ワード線ＷＬ＜０＞から、コンタクトプラグ２２、下地面導電層２３、固着層２４、トンネルバリア層２５、記録層２６、キャップ層２７、ビット線ＢＬ＜０＞、と順次電流を流し、ビット線ＢＬ＜０＞に接続された図示しないセンスアンプによりまず電圧値が検出される。さらに、その電圧値から抵抗値を検出することによって完了する。
【００２８】
従って、例えばＭＴＪ＜００＞の固着層２４のスピンの向きと記録層２６のスピンの向きとが平行の場合は、ＭＴＪ＜００＞の比抵抗値（下地導電層２３〜キャップ層２７の間の比抵抗値）は最も小さくなる。即ち、例えば“１”状態と読み出される。
【００２９】
次に、書き込み動作について説明する。書き込み動作は、ワード線ＷＬ及びビット線ＢＬにより発生する合成磁界により記録層２６のスピンの向きを反転することにより行われる。先ず、ワード線ＷＬ＜０＞内に電流を流すと、ワード線ＷＬ＜０＞の周りには、いわゆる右ねじの法則に従い磁界が発生する。すると、ワード線ＷＬ＜０＞から発生する磁界により、ワード線ＷＬ＜０＞上のＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜００＞、ＭＴＪ＜０１＞、ＭＴＪ＜０２＞）の記録層２６のスピンが短軸１２方向に変化する。さらに、ビット線ＢＬ＜０＞内に電流を流すと、同様にビット線ＢＬ＜０＞の周りには磁界が発生する。このビット線ＢＬ＜０＞から発生する磁界及び上記ワード線ＷＬ＜０＞から発生する磁界の合成磁界により、ＭＴＪ＜００＞の記録層２７のスピンの向きのみが反転する。
【００３０】
従って、例えばＭＴＪ＜００＞の固着層２４のスピンの向きと記録層２６のスピンの向きが反平行となるように書き込まれると、ＭＴＪ＜００＞の比抵抗値は最も大きくなる。即ち、例えば“０”状態と読み出される。以上の動作は、他のＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜０１＞〜ＭＴＪ＜２２＞）についても同様である。
【００３１】
次に、この実施形態に係るＭＴＪ素子の形状を有するアステロイド曲線について、図４を用いて説明する。図４は、外形が楕円形状を有するＭＴＪ素子及びこの実施形態に係る外形を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線を示すグラフである。図４に示す破線は外形が楕円形状を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線であり、実線はこの実施形態に係る外形を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線である。尚、図４の破線で示すアステロイド曲線を有するＭＴＪ素子は、図１で示す長軸１１及び短軸１２をそれぞれ長径及び短径とする楕円形の外形を有するＭＴＪ素子である。
【００３２】
ここで、アステロイド曲線について説明する。図１に示すＭＴＪ素子の長軸１１に沿う方向の反転（スイッチング）の臨界磁界の大きさをｈｘ、短軸１２に沿う方向の臨界磁界の大きさをｈｙとする。上記ｈｘ、ｈｙを平面上にプロットすると、図４に示す実線のアステロイド曲線が形成される。この実線のアステロイド曲線において、ＭＴＪ素子の記録層２６に印加される磁界の合成ベクトルがこの曲線で囲まれた内側の領域（原点０を含む領域）にあれば記録層２６のスピンの向きは反転しない。一方、この曲線の外側の領域（原点０を含まない領域）にあれば記録層２６のスピンの向きは反転する。従って、一般にはこのアステロイド曲線で囲む領域の面積が小さくなれば反転に要する臨界磁界の大きさは小さくなり、書き込み電流を低減することを意味する。
【００３３】
例えば、図４中に示す点４０は、実線のアステロイド曲線の内側の領域にあるため、ＭＴＪ素子の記録層２６のスピンの向きは反転しない。しかし、点４１及び点４２は、実線のアステロイド曲線の外側の領域にあるため、ＭＴＪ素子の記録層２６のスピンの向きが反転する。また図４に示すように、実線と破線とで囲まれる領域（点４１を含む領域）は、破線のアステロイド曲線の内側の領域にある。そのため、図１で示す長軸１１及び短軸１２をそれぞれ長径及び短径とする楕円形のＭＴＪ素子は、この実線と破線とで囲まれる領域において、記録層２６のスピンの向きを反転することが出来ない。
【００３４】
しかし、上記図１に示すようにこの実施形態に係るＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜００＞〜ＭＴＪ＜２２＞）の形状は、ＭＴＪ素子の長軸１１と短軸１２を、それぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだ形状である。この場合、上記長軸１１と短軸１２を有する各ＭＴＪ素子の面積は、上記長軸１１と短軸１２を長径と短径とする楕円形の面積よりも小さくなる。
【００３５】
上記のようなＭＴＪ素子の形状を有することにより、図４の実線で示すアステロイド曲線の形状は、より「くびれた」形状となることがわかった。即ち、ｈｘ軸方向及びｈｙ軸方向の書き込み動作の際に要する書き込み磁界が低減する。そのため、書き込み磁界を発生させるために要する、書き込み電流を低減することが出来る。さらに、上記書き込み電流を低減することが出来る結果、誤書き込みに対する書き込み動作マージンが拡大ため、ＭＴＪ素子の選択性を向上することが出来る。
【００３６】
その一方で、上記のようにＭＴＪ素子の長軸１１と短軸１２をそれぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだ形状となるようにＭＴＪ素子を形成すると、ＭＴＪ素子の記録層２６中の磁化は素子の長軸端に向けて収束するような分布を取る。そのため、ＭＴＪ素子の形状が楕円形の時に比べ、特にＭＴＪ素子の長軸端に現れる磁極が大きくなる。その結果、長径１１方向に隣接するＭＴＪ素子同士の磁気的な干渉が問題となり、データ保持特性が低下する可能性がある。
【００３７】
しかし、図１乃至図３に示すように、隣接するＭＴＪ素子の長軸１１方向の配置周期（ピッチ）１３は、隣接するＭＴＪ素子の短軸１２方向の配置周期１４よりも大きくなるように形成されている。
【００３８】
上記のような構成により、長軸方向に隣接するＭＴＪ素子の配置周期が大きくなる。従って、長軸方向に隣接するＭＴＪ素子同士の磁気的な干渉により発生する上記のような問題を回避することが出来る。そのため、高いデータ保持特性を維持し、信頼性の高い磁気記憶装置を提供することが出来る。
【００３９】
具体的には、例えば、デザインルールが０．１μｍ世代のＭＲＡＭにおいて、ＭＴＪ素子の長軸１１／短軸１２をそれぞれ０．２μｍ程度／０．１μｍ程度とすると、短軸方向のＭＴＪ素子間の距離は、その世代の最小加工寸法に近い０．１μｍ程度、長軸方向のＭＴＪ素子−ＭＴＪ素子間の距離はそれよりも大きく０．１５μｍ程度とすることが望ましい。この場合、隣接するＭＴＪ素子のピッチ（配置周期）は、長軸方向／短軸方向で、それぞれ０．３５μｍ程度／０．２μｍ程度となり、長軸方向でより大きくなることが望ましい。
【００４０】
ところで、上記図１乃至図３に示すような形状を有するＭＴＪ素子を製造しようとした場合、ＭＴＪ素子の形状のバラツキが増大するため、ＭＴＪ素子のトンネル抵抗値のバラツキが増大してしまう可能性がある。これは、上記従来技術で記載した第２の課題に相当する問題であり、具体的には製造工程において、以下のような問題が生じる場合がある。
【００４１】
この問題について、図５乃至図７を用いて説明する。図５は長方形のマスクパターンを模式的に示す平面図である。図６は長方形のマスクパターンを用いた場合において実際に形成されるマスクパターンを模式的に示す平面図であり、（ａ）は角の取れた長方形の形状を有するマスクパターンを模式的に示す平面図であり、（ｂ）は楕円形の形状を有するマスクパターンを模式的に示す平面図である。図７は、十字型のマスクパターンを用いた場合において実際に形成されるマスクパターンを模式的に示す平面図である。
【００４２】
例えば１Ｇｂｉｔ程度の規模のＭＲＡＭを製造する場合、単純には１Ｇ個程度のＭＴＪ素子の形状が均一に形成されることが望ましい。この場合、リソグラフィー工程で用いるマスク上に形成されるパターンは、単純であることが望ましい。従って、例えば図５に示すような長方形のマスクパターン５０を用いることが、マスク描画やマスク検査の観点から見て望ましい形状であると考えられる。ところが、図５のような長方形のマスクパターン５０からは、図１で示すような複雑な形状を有するＭＴＪ素子を製造することは困難である。
【００４３】
さらに、１Ｇｂｉｔ（ギガビット）程度の規模のＭＲＡＭを製造する場合、出来上がりのマスク上に形成される実際のパターンの形状は、図６（ａ）に示すような角の取れた長方形の形状５０−１か、若しくは図６（ｂ）に示すような楕円形の形状５０−２となる。
【００４４】
ここで、図１に示すような形状を有するＭＴＪ素子を製造するためには、例えば図７のようにマスクパターンを複雑化することが考えられる。図７に示すように、破線は十字型のマスクパターン５１であり、実線は上記十字型のマスクパターン５１を用いた場合において実際に形成されるマスクパターン５２である。
【００４５】
しかし、図７に示すマスクパターン５１を用いた場合であっても以下のような問題が発生する。先ず、加工最小寸法に近い短軸長をもったＭＴＪ素子を作成するために、図７のような加工最小寸法以下の突起部等を設けると、加工バラツキが大幅に増大してしまう。また、単純形状でない形状をマスク上に形成するためには、複雑なマスク描画手法や複雑なマスク検査工程を必要とし、トータルの製造コストを著しく増大させてしまう。従って、図７で示すマスクパターン５１を用いて、安価でしかも均一な形状を有するＭＴＪ素子を製造することは困難である。
【００４６】
上記のような問題を解決するこの発明の一実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について、図１乃至図３で示した磁気記憶装置の製造方法を例にとり図８乃至図１０を用いて説明する。
【００４７】
図８（ａ）〜図１０（ａ）は、この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を模式的に示す平面図である。図８（ｂ）〜図１０（ｂ）は、図８（ａ）〜図１０（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。図８（ｃ）〜図１０（ｃ）は、図８（ａ）〜図１０（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。
【００４８】
先ず、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体基板２０中に種々の素子を形成した後、この基板２０の主表面上に層間絶縁膜２１−１及び層間絶縁膜２１−２を例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により順次形成する。上記層間絶縁膜２１−２中のロウ方向に沿って、例えばＡｌ（アルミニウム）等によりワード線ＷＬ（ＷＬ＜０＞〜ＷＬ＜２＞）を形成する。さらにＭＴＪ素子の形成予定位置における層間絶縁膜２１−２中に上記ワード線ＷＬと接続するように、例えばＷ（タングステン）によりコンタクトプラグ２２を形成する。引き続き、上記層間絶縁膜２１−２及びコンタクトプラグ２２上の全面に、ＭＴＪ素子となる以下の積層膜、下地導電層２３、固着層２４、トンネルバリア層２５、記録層２６、及びキャップ層２７を例えばＣＶＤ法により順次形成する。
【００４９】
次に、キャップ層２７上の全面にフォトレジスト５５を形成する。さらに、例えばフォトリソグラフィー法により、隣接する４つのＭＴＪ素子となるべき位置の中心に、長方形のマスクパターン５６を用いてフォトレジスト５５に開孔部５７を作る。このとき、開孔部５７の実際の形状はおよそ楕円柱の形状５８となる。ここで、上記長方形のマスクパターン５６は、隣接するＭＴＪ素子となる長軸方向の配置周期（ピッチ）１３が、隣接するＭＴＪ素子となる短軸方向の配置周期１４よりも大きくなるように、フォトレジスト５５を形成する。
【００５０】
次に図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば酸素雰囲気中でＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により等方的に上記フォトレジスト５５を均一に後退させる。
【００５１】
この工程において、フォトレジスト５５に形成された楕円柱の形状５８を有する開口部５７を等方的に広げ、開口部５７の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する開口部５７の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる。
【００５２】
従って、最終的に図９（ａ）に示すようなＭＴＪ素子となるべき長軸と短軸をそれぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだパターン形状を有するフォトレジスト５５が残存する。
【００５３】
次に図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記残存したフォトレジスト５５をマスクとして用いて、ＭＴＪ素子を形成する積層膜（キャップ層２７、記録層２６、トンネルバリア層２５、固着層２４、下地導電層２３）を例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により順次エッチングする。以上の工程により、上記凹部（ＭＴＪ素子内側に向かって凸の曲線）を持った形状を有するＭＴＪ素子を形成する。
【００５４】
次に、例えばＣＶＤ法により層間絶縁膜２１−３として例えばＳｉＯ２を全面に形成する。さらに、この層間絶縁膜２１−３を例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化する。その後、ＭＴＪ素子上における層間絶縁膜２１−３上に、ワード線ＷＬと交差するようにビット線ＢＬ（ＢＬ＜０＞〜ＢＬ＜２＞）を形成する。引き続き、全面に例えばＣＶＤ法により層間絶縁膜２１−４を形成する。
【００５５】
以上の製造工程により、図１乃至図３で示した磁気記憶装置を形成することが出来る。
【００５６】
図９（ａ）〜（ｃ）に示したように、隣接した配置した長方形のパターンのフォトレジスト５５を等方的に後退させて開口部５７を広げ、隣接する４つの楕円で挟まれた領域のフォトレジストを残存させてＭＴＪ素子の平面形状を設定する。従って、等方的にエッチングする時間等を制御することにより、長軸と短軸を制御することが出来る。
【００５７】
上記のような製造方法により、長方形のマスクパターンのみにより、所望の形状を有するＭＴＪ素子を製造することが出来る。そのため、マスク作成及び検査等を簡略化し、製造コストを低減することが出来る。
【００５８】
また通常の製造方法では、例えばフォトレジストにパターン形成された開口部を用いて素子のパターン形状を形成する場合が考えられる。しかし、上記のようにこの実施形態では、残存したフォトレジスト５５のパターン形状をマスクとして用いることにより、磁気抵抗効果素子のパターン形状を形成する。
【００５９】
さらに、図８（ａ）〜（ｃ）に示したように、長方形のマスクパターン５６は、隣接するＭＴＪ素子となる長軸方向の配置周期（ピッチ）１３が、隣接するＭＴＪ素子となる短軸方向の配置周期１４よりも大きくなるように、例えばフォトリソグラフィー法によりフォトレジスト５５に露光及び現像を行うことにより形成する。
【００６０】
上記のような製造方法により、ＭＴＪ素子の配置は、隣接するＭＴＪ素子の配置周期（ピッチ）が、ＭＴＪ素子の長軸方向に長く、ＭＴＪ素子の短軸方向に短くなるように形成することが出来る。さらに、長軸方向に隣接するＭＴＪ素子の配置関係が長いことにより、露光マージンを広げることが出来る。従って、信頼性が高く安価な磁気記憶装置を形成することが出来る。
【００６１】
［変形例］
上記の実施形態では、図１乃至図３に示すような形状を有するＭＴＪ素子を例に挙げて説明した。しかし、ＭＴＪ素子の形状の面積が、ＭＴＪ素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径及び短径とする楕円の面積よりも小さいということを満足すれば種々の変形例が考えられる。即ち、例えばＭＴＪ素子の形状が図１のＭＴＪ素子の形状に比べさらに凹部（ＭＴＪ素子内側に向かって凸の曲線）を持った形状や、ＭＴＪ素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円にほぼ内接するような形状であることも可能である。このような形状であっても、上記実施形態に示すＭＴＪ素子と同様な効果を得ることが出来る。以下、その変形例について図１１及び図１２を用いて説明する。
【００６２】
図１１は、凹部（ＭＴＪ素子内側に向かって凸の曲線）を持った形状を有するＭＴＪ素子の一例を示す平面図である。図１２は、長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円にほぼ内接するような形状を有するＭＴＪ素子の一例を示す平面図である。以下、この変形例の説明において、上記実施形態と重複する部分の図面及び説明を省略する。
【００６３】
先ず、図１１に示すように、実線は長軸４３及び短軸４４を有するＭＴＪ素子の形状であり、破線４５は長軸４３及び短軸４４を有する楕円の形状である。実線で示すＭＴＪ素子の形状は、破線４５で示す長軸４３及び短軸４４を有する楕円の形状より、凹部を持った形状を有している。そのため、実線で示すＭＴＪ素子の面積は、長軸４３及び短軸４５を有する楕円の面積よりも小さくなる。
【００６４】
上記のような構成により、実線で示す形状を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線は、破線４５で示す楕円の形状を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線よりも「くびれた」形状となる。即ち、上記実施形態と同様に、書き込み電流を低減することが出来る。さらに、上記書き込み電流を低減することが出来るため、ＭＴＪ素子の選択性が向上し、誤書き込みに対する動作マージンが拡大する。
【００６５】
さらに、図１１に示すＭＴＪ素子の長軸４３の方向に隣接する配置周期は、ＭＴＪ素子の短軸４３の方向に隣接する配置周期よりも大きくなるように形成される（図示せず）。
【００６６】
上記のような構成により、長軸方向に隣接するＭＴＪ素子の配置周期が大きくなる。そのため、隣接するＭＴＪ素子同士の磁気的な干渉の問題を回避し、高いデータ保持特性を維持することが出来るため、信頼性の高いＭＴＪ素子を提供することが出来る。
【００６７】
尚、上記図１１に示すＭＴＪ素子の形状のように、ＭＴＪ素子の外周形状の全てが内側に凸の形状を有しない場合であっても、上記と同様な効果を発揮することが出来る。即ち、ＭＴＪ素子の外周形状の少なくとも一部が内側の方向に凸な形状を有する場合であっても、その一部においてアスタリスク曲線は「くびれた」形状を有するからである。
【００６８】
さらに図１２は、ＭＴＪ素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円にほぼ内接するような形状を有するＭＴＪ素子の一例を示す平面図である。図１２に示す実線は長軸４５及び短軸４６を有するＭＴＪ素子の形状であり、破線４７は長軸４６及び短軸４７を有する楕円の形状である。
【００６９】
図１２に示すように、実線で示すＭＴＪ素子の形状は、ＭＴＪ素子の長軸４５及び短軸４６をそれぞれ長径および短径とする楕円にほぼ内接している。そのため、実線で示すＭＴＪ素子の面積は、長軸４４及び短軸４５を有する楕円の面積よりも小さくなる。
【００７０】
従って上記と同様に、書き込み電流を低減し、誤書き込みに対する動作マージンが拡大するためＭＴＪ素子の選択性を向上させることが出来る。
【００７１】
さらに、図１２で示すＭＴＪ素子の長軸４５の方向の隣接する配置周期は、ＭＴＪ素子の短軸４６の方向の隣接する配置周期よりも大きくなるように形成される（図示せず）。
【００７２】
上記のような構成により、隣接するＭＴＪ素子同士の磁気的な干渉の問題を回避し、高いデータ保持特性を維持することが出来るため、信頼性の高いＭＴＪ素子を提供することが出来る。
【００７３】
次に、この発明の一変形例に係る磁気記憶装置の製造方法について、以下の図１３乃至図１５を用いて説明する。
【００７４】
図１３（ａ）〜図１５（ａ）は、この変形例に係る磁気記憶装置の製造工程を模式的に示す平面図である。図１３（ｂ）〜図１５（ｂ）は、図１３（ａ）〜図１５（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。図１３（ｃ）〜図１５（ｃ）は、図１３（ａ）〜図１５（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図である。
【００７５】
先ず、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記実施形態と同様の工程により半導体基板２０の主表面上に、層間絶縁膜２１−１、層間絶縁膜２１−２、ワード線ＷＬ（ＷＬ＜０＞〜ＷＬ＜２＞）、及びコンタクトプラグ２２を形成する。その後、全面に下地導電層２３、固着層２４、トンネルバリア層２５、記録層２６、及びキャップ層２７を形成する。
【００７６】
さらに、全面に例えばＣＶＤ法により、第１のハードマスク６１を形成する。さらに、第１のハードマスク６１上の全面に例えばＣＶＤ法により、第２のハードマスク６２を形成する。その後、第２のハードマスク６２上の全面に、フォトレジスト５５を形成する。尚、上記第１のハードマスク６１は例えばＳｉＯ２等により形成され、上記第２のハードマスク６２は例えばＳｉＮ等により形成される。
【００７７】
さらに、上記実施形態と同様の工程により、長方形のマスクパターン５６を用いてフォトレジスト５５に開孔部５７を形成する。このとき、開孔部５７の実際の形状はおよそ楕円柱の形状５８となる。さらに、上記フォトレジスト５５をマスクとして用いて、例えばＲＩＥ法により第２のハードマスク６２にフォトレジストに形成された開口部５７と同様の形状の開口部６３（図示せず）を形成する。
【００７８】
次に図１４（ａ）〜（ｂ）に示すように、上記フォトレジスト５５をアッシングにより除去した後、第２のハードマスク６２に形成された開口部６３を例えばＣＤＥ法により等方的にエッチングする。この工程において、第２のハードマスク６２に形成された楕円柱の形状を有する開口部６３を等方的に広げ、上記開口部６３の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する開口部６３の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる。
【００７９】
以上のような工程により、ＭＴＪ素子となるべき長軸と短軸をそれぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだ形状を有する第２のハードマスク６２が残存する。
【００８０】
次に図１５（ａ）〜（ｂ）に示すように、第２のハードマスク６２をマスクとして用いて、例えばＲＩＥ法により第１のハードマスク６１をエッチングする。更に、上記第１のハードマスク６１をマスクとして用いて、例えばＲＩＥ法によりＭＴＪ素子となるべき、キャップ層２７、記録層２６、トンネルバリア層２５、固着層２４、及び下地導電層２３を順次エッチングする。
【００８１】
さらに、マスクとして用いた第２のハードマスク６２及び第１のハードマスク６１を除去する。その後、例えばＣＶＤ法により層間絶縁膜２１−３として例えばＳｉＯ２等を全面に形成する。さらに、この層間絶縁膜２１−３を例えばＣＭＰ法により平坦化する。その後、ＭＴＪ素子上におけるカラム方向に沿って、上記層間絶縁膜２１−３中にビット線ＢＬ＜２＞を形成する。さらに、例えばＣＶＤ法により全面に層間絶縁膜２１−４を形成する。
【００８２】
以上の製造工程により、この変形例に係る磁気記憶装置を形成することが出来る。
【００８３】
上記図１４（ａ）〜（ｂ）に示すように、上記フォトレジスト５５をアッシングにより除去した後、第２のハードマスク６２に形成された開口部６３を例えばＣＤＥ法により等方的にエッチングする。以上の工程により、ＭＴＪ素子となるべき長軸と短軸をそれぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだ形状を有する第２のハードマスク６２が残存する。
【００８４】
上記のような製造工程により、上記ＣＤＥ法によりＭＴＪ素子となるべき長軸と短軸をそれぞれ長径と短径とする楕円形よりも内側に窪んだ形状を有する第２のハードマスク６２を形成する際に、ＭＴＪ素子となるべき磁性材料等が露出することがない。即ち、この工程において、第２のハードマスク６２の下にはさらに第１のハードマスク６１が存在するため、ＭＴＪ素子となる積層膜（キャップ層２７〜固着層２３）が露出することはない。従って、ＭＴＪ素子への上記工程における酸化等の悪影響を防止すると共に、ＣＤＥ法の最適化が容易となるため形状制御性を向上することが出来る。その結果、高い歩留まりと高い信頼性を有する磁気記憶装置を製造することが出来る。
【００８５】
尚、以上の実施形態及び変形例おいては、磁気抵抗効果素子の一例としてＭＴＪ素子を用いて説明をした。しかし、この発明はＭＴＪ素子に限定されず、ＧＭＲ素子、ＣＭＲ素子等他の磁気抵抗効果素子を用いることも可能である。
【００８６】
以上、実施の形態及びその変形例を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施の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。また、上記各実施の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の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施の形態に示される全構成要件からいく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の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つ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。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、データ保持特性を維持しながら書き込み電流を低減する磁気記憶装置を提供することが出来る。
【００８８】
さらに、上記磁気記憶装置を安価でしかも均一な形状に形成することが出来る磁気記憶装置の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置を模式的に示す平面図。
【図２】図１におけるＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図４】この発明の一実施形態に係る外形が楕円形状を有するＭＴＪ素子及び一実施形態に係る外形を有するＭＴＪ素子のアステロイド曲線を示すグラフ。
【図５】この発明の一実施形態の磁気記憶装置の製造方法に用いる長方形のマスクパターンを模式的に示す平面図。
【図６】図５に示す長方形のマスクパターンを用いた場合における実際に形成されるマスクパターンを模式的に示す平面図であり、（ａ）は角の取れた長方形の形状を有するマスクパターンを模式的に示す平面図、（ｂ）は楕円形の形状を有するマスクパターンを模式的に示す平面図。
【図７】この発明の一実施形態の磁気記憶装置の製造方法に係る十字型のマスクパターンを用いた場合において、実際に形成されるマスクパターンを模式的に示す平面図。
【図８】この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第１の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図９】この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第２の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図１０】この発明の一実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第３の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図１１】この発明の一変形例に係る凹部（ＭＴＪ素子内側に向かって凸の曲線）を持った形状を有するＭＴＪ素子の一例を示す平面図。
【図１２】この発明の一変形例に係る長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円にほぼ内接するような形状を有するＭＴＪ素子を示す平面図。
【図１３】この発明の一変形例に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第１の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図１４】この発明の一変形例に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第２の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【図１５】この発明の一変形例に係る磁気記憶装置の製造方法を説明するためのもので、（ａ）は第３の工程を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）中のＹ−Ｙ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図、（ｃ）は（ａ）中のＸ−Ｘ´線で切り矢印の方向に見た断面構造図。
【符号の説明】
ＭＴＪ＜００＞〜ＭＴＪ＜２２＞…ＭＴＪ素子、１１…ＭＴＪ素子の長軸、１２…ＭＴＪ素子の短軸、１３…隣接するＭＴＪ素子の長軸方向における配置周期、１４…隣接するＭＴＪ素子の短軸方向における配置周期、ＢＬ＜０＞〜ＢＬ＜２＞…ビット線、ＷＬ＜０＞〜ＷＬ＜２＞…ワード線。
【図１】
2005064075.tif 000003
【図２】
2005064075.tif 000004
【図３】
2005064075.tif 000005
【図４】
2005064075.tif 000006
【図５】
2005064075.tif 000007
【図６】
2005064075.tif 000008
【図７】
2005064075.tif 000009
【図８】
2005064075.tif 000010
【図９】
2005064075.tif 000011
【図１０】
2005064075.tif 000012
【図１１】
2005064075.tif 000013
【図１２】
2005064075.tif 000014
【図１３】
2005064075.tif 000015
【図１４】
2005064075.tif 000016
【図１５】
2005064075.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月5日(2004.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置される複数の磁気抵抗効果素子を備え、
前記各磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子の長軸及び短軸をそれぞれ長径および短径とする楕円に実質的に内接したパターン形状を有し、
隣接する前記磁気抵抗効果素子の前記長軸方向の配置周期は、前記短軸方向の配置周期よりも大きいこと
を特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記各磁気抵抗効果素子の外周の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子の内側の方向に凸な形状を有すること
を特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記各磁気抵抗効果素子の外周は、前記磁気抵抗効果素子の内側の方向に凸な楕円曲線からなるパターン形状であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記各磁気抵抗効果素子の面積は、長軸及び短軸をそれぞれ長径及び短径とする楕円の面積よりも小さいこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果素子は、固着層、トンネルバリア層、記録層、及びキャップ層を含むこと
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
更に前記磁気抵抗効果素子の下に形成される第１の書き込み用配線と、前記磁気抵抗効果素子の上に前記第１の書き込み用配線に交差するように形成される第２の書き込み用配線とを有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
半導体基板の主表面上に、磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子となる材料上にフォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジストにおける、隣接する４つの前記磁気抵抗効果素子の形成予定領域の中心に、それぞれ開口部を形成する工程と、
前記開口部を等方的にエッチングすることにより前記開口部を等方的に広げ、前記開口部の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する前記開口部の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる工程と、
残存するフォトレジストをマスクとして用いて、前記磁気抵抗効果素子となる材料をエッチングすることにより、複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程とを具備すること
を特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程の前に、半導体基板の主表面上に、第１の書き込み用配線を形成する工程を更に有すること
を特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項９】
残存する前記フォトレジストをマスクとして用いて複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記複数の磁気抵抗効果素子上に対応する前記層間絶縁膜中に、前記第１の書き込み用配線と交差するように第２の書き用配線を形成する工程とを更に有すること
を特徴とする請求項７又は請求項８に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の主表面上に、磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子となる材料上の全面に第１のハードマスク材を形成する工程と、
前記第１のハードマスク材上の全面に第２のハードマスク材を形成する工程と、
前記第２のハードマスク材上の全面にフォトレジストを形成する工程と、隣接する４つの前記磁気抵抗効果素子となるべき位置の中心に、長方形のマスクパターンを用いて前記フォトレジストに第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部を形成されたフォトレジストをマスクとして用いて前記第２のハードマスク材に第２の開口部を形成する工程と、
前記マスクとして用いたフォトレジストを除去する工程と、
前記第２の開口部を等方的にエッチングすることにより前記第２の開口部を等方的に広げ、前記第２の開口部の少なくとも長軸の両端部及び短軸の両端部を、隣接する前記第２の開口部の長軸の両端部及び短軸の両端部とオーバーラップさせる工程と、
前記残存する第２のハードマスク材をマスクとして用いて、第１のハードマスク材及び磁気抵抗効果素子となる材料をエッチングすることにより、ハードマスク層を有する複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程とを具備すること
を特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１１】
前記磁気抵抗効果素子となる材料を形成する工程の前に、半導体基板の主表面上に、第１の書き込み用配線を形成する工程を更に有すること
を特徴とする請求項１０に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記ハードマスク層を有する複数の磁気抵抗効果素子の上における前記層間絶縁膜中に、前記第１の書き込み用配線と交差するように第２の書き用配線を形成する工程とを更に有すること
を特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、書き込み動作について説明する。書き込み動作は、ワード線ＷＬ及びビット線ＢＬにより発生する合成磁界により記録層２６のスピンの向きを反転することにより行われる。先ず、ワード線ＷＬ＜０＞内に電流を流すと、ワード線ＷＬ＜０＞の周りには、いわゆる右ねじの法則に従い磁界が発生する。すると、ワード線ＷＬ＜０＞から発生する磁界により、ワード線ＷＬ＜０＞上のＭＴＪ素子（ＭＴＪ＜００＞、ＭＴＪ＜０１＞、ＭＴＪ＜０２＞）の記録層２６のスピンが短軸１２方向に変化する。さらに、ビット線ＢＬ＜０＞内に電流を流すと、同様にビット線ＢＬ＜０＞の周りには磁界が発生する。このビット線ＢＬ＜０＞から発生する磁界及び上記ワード線ＷＬ＜０＞から発生する磁界の合成磁界により、ＭＴＪ＜００＞の記録層２６のスピンの向きのみが反転する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
さらに、１Ｇｂｉｔ（ギガビット）程度の規模のＭＲＡＭを製造する場合、出来上がりのマスク上に形成される実際のパターンの形状は、図６（ａ）に示すような角の取れた長方形の形状５０−１か、若しくは図６（ｂ）に示すような楕円形の形状５０−１となる。