(57)【要約】【課題】磁気記憶装置のビット線と磁気記憶素子の下層に接続する配線との間の耐圧を確保することで、磁気記憶装置の信頼性の向上を可能とする。【解決手段】電流駆動線１５上に接続された磁気記憶素子１３を被覆する第３絶縁膜４３に磁気記憶素子１３が底部に露出するように凹部（溝）４４を形成する工程と、溝４４の内面に磁性体層を含む層２１を形成する工程と、少なくとも溝４４の側壁に磁性体層を含む層２１を残すようにして溝４４底部の磁性体層を含む層２１を除去する工程と、第３絶縁膜４３上に残された磁性体層を含む層２１を選択的に除去する工程と、溝４４内にビット線１２を形成する工程と、ビット線１２上に第２磁性体層２７を形成する工程とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2005209834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配線上に接続された磁気記憶素子を被覆する絶縁膜に前記磁気記憶素子が底部に露出するように凹部を形成する工程と、
前記凹部の内面に磁性体層を含む層を形成する工程と、
少なくとも前記凹部の側壁に前記第１磁性体層を含む層を残すようにして前記凹部の底部の磁性体層を含む層を除去する工程と、
前記絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去する工程と、
前記凹部内に第２配線を形成する工程と、
前記第２配線上に磁性体層を形成する工程と
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】
前記絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去する工程は、化学的機械研磨により行う
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】
前記少なくとも側壁に前記磁性体層を含む層を残すようにして前記凹部の底部の磁性体層を含む層を除去する工程の後に、前記凹部内に犠牲膜を埋め込む工程を行い、
その後、前記絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去する工程を行い、
さらに前記凹部内に第２配線を形成する工程の前に、前記犠牲膜を除去する工程を行う
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４】
前記犠牲膜は炭素を主成分とする有機膜からなる
ことを特徴とする請求項３記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去する工程は、化学的機械研磨により行う
ことを特徴とする請求項４記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２配線は磁気記憶装置のビット線である
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造工程が複雑化することなく、ビット線を信頼性高く形成することを容易にした磁気記憶装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な磁気ランダムアクセスメモリ（通称、ＭＲＡＭ）は、トンネル型磁気抵抗素子(ＴＭＲ素子)により「１」および「０」情報を記憶する。ＴＭＲ素子は二つの磁性層の間に薄い絶縁層を挟んだ構造となっている。このトンネル型磁気抵抗素子は二つの磁性層の磁化方向は所与の時間で２つの安定した方向のうち一つをとる。これら二つの安定した方向、すなわち、平行および逆平行は論理値「１」および「０」を表すものとなる。平行とは二つの磁性層の磁化方向が同一の方向になる場合であり、逆平行とは二つの磁性層の磁化方向が逆向きの方向になる場合である。一般には一方の磁性層の磁化方向を固定し、片方の磁性層の磁化方向を変えることにより記憶情報を変化させている。選択されたメモリセルの磁化方向は、選択されたメモリセルと交差するワード線およびビット線に電流を供給することにより変更することができる。この電流はその結合時に選択されたメモリセルの磁化方向を平行から逆平行へ、またはその逆に切り替えることができる磁界を生成する。通常、ワード線およびビット線が協同して、選択されたメモリセルの磁化方向を切り替える。したがって、磁気メモリの消費電力を下げるためにはワード線およびビット線で生成された磁界をできるだけ有効に活用する必要がある。その一つの方法として書き込みワード線およびビット線を磁性体で包んだクラッド構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このように、ワード線およびビット線で生成された磁界をできるだけ有効に活用するには、書き込みワード線およびビット線の各ＴＭＲ素子側の面を除く面を磁性体層で覆う必要があることは当然の如く知られている。
【０００３】
次に、一般的なＭＲＡＭデバイスの断面構造を図６に示す。図６は、従来型の１選択素子と１ＴＭＲ素子（１Ｔ１Ｊ構造）とで構成されるＭＲＡＭであり、選択素子にＭＯＳトランジスタを用いた例である。
【０００４】
図６に示すように、半導体基板１０１には、選択素子となる電界効果型トランジスタ１２１が形成されている。この電界効果トランジスタ１２１は読み出しのためのスイッチング素子として機能する。上記電界効果型トランジスタ１２１のソース１２２にはプラグ１３１を介して接地線１３３が接続され、ドレイン１２３側にはプラグ１３２、ワード線１３４を介して電流駆動線１１５が接続されている。この電流駆動線１１５は磁気記憶素子として磁気抵抗効果素子（例えばＴＭＲ素子）１１３が接続されている。上記磁気抵抗効果素子１１３の下方には絶縁膜１４１を介して書き込みワード線１１１が配設され、上記磁気抵抗効果素子１１３上にはキャップ層１１４を介して、上記書き込みワード線１１１と立体的に交差（例えば直交）するビット線１１２が配設されている。
【０００５】
上記書き込みワード線１１１およびビット線１１２は、磁気抵抗効果素子１１３側の面以外は磁性体層１５１、１５２で囲まれている、いわゆるクラッド構造となっている。したがって、上記書き込みワード線１１１およびビット線１１２に電流を流して磁界を発生させた場合、磁性体層１５１、１５２で囲われていない磁気抵抗効果素子の側面に磁界が集中し、磁気抵抗効果素子を効果的に駆動させる（例えば、記憶層を容易に磁化反転させる）ことが可能となる。
【０００６】
上記磁気抵抗効果素子１１３は、一例として、強磁性体層からなる磁化固定層と、磁化固定層上に形成されたトンネル絶縁層と、トンネル絶縁層上に形成されたもので磁化が比較的容易に回転する記憶層ととから構成されている。また、上記電流駆動線１１５は、例えば、金属配線材料からなる導電層と反強磁性体層との積層構造となっており、また磁化固定層を延長形成されていてもよい。また、磁気抵抗効果素子１１３は電流駆動線１１５を介してワード線１３４との電気的な接続をとっている。
【０００７】
上記キャップ層１１４は、磁気抵抗効果素子１１３と別の磁気抵抗効果素子（図示せず）とを接続するビット線との相互拡散防止、接触抵抗低減および記憶層の酸化防止という機能を有する。通常、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）等のバリア性のある材料層と、銅、銅合金等からなる導電層との積層構造で形成されている。
【０００８】
上記磁気抵抗効果素子１１３は、一般に１０ｎｍ程度の膜厚の積層膜であるため、電気的な接続をビット線１１２と直接とることが難しい。このため、磁気抵抗効果素子１１３上に１００ｎｍ程度の厚さを有する金属膜からなる上記キャップ層１１４が必要となっている。
【０００９】
次に、従来のビット線のクラッド構造の製造方法について、図７を用いて説明する。
【００１０】
図示はしないが、半導体基板に、駆動素子、接地線、ワード線、書き込みワード線等を形成し、それらを第１絶縁膜で被覆する。そして、図７（１）に示すように、第１絶縁膜２４１上にワード線（図示せず）に接続する電流駆動線２１５を形成し、この電流駆動線２１５上に磁気記憶素子として磁気抵抗効果素子(例えばＴＭＲ素子)２１３を形成する。この磁気抵抗効果素子２１３を形成する際には、磁気抵抗効果素子２１３上部にキャップ層２１４を形成する。このキャップ層２１４は、例えば下層にバリア層を形成し、上層に銅系金属層を形成した積層膜からなる。次いで、上記キャップ層２１４、磁気抵抗効果素子２１３および電流駆動線２１５を被覆する第２絶縁膜２４２を形成した後、キャップ層２１４表面を露出させるように第２絶縁膜２４２表面を平坦化する。さらに第２絶縁膜２４２上に第３絶縁膜２４３を形成する。図示はしないが、通常、第２絶縁膜２４２と第３絶縁膜２４３との間には絶縁膜からなるエッチングストッパ層を形成する。
【００１１】
次に、例えば、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、エッチングマスク（図示せず）を形成した後、上記第３絶縁膜２４３にビット線を形成するための溝２４４を形成する。この溝２４４は、例えば深さ４００ｎｍ程度に形成される。
【００１２】
次に、図７（２）に示すように、上記溝２４４の内面を含む上記第３絶縁膜２４３上に磁性体層を含む層２２１としてバリア層と磁性体層との積層膜を形成する。例えば、バリア層として、例えばタンタル（Ｔａ）膜を１０ｎｍの厚さに形成する。この成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いる。次いで、スパッタリング法によって上記バリア層上に磁性体層を、例えばニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金で形成する。上記バリア層にタンタル膜を用いることにより、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金の磁性体層と第３絶縁膜２４３との密着性が向上する。なお、上記タンタル膜に代えて、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化タンタル（ＴａＮ）膜、タングステン（Ｗ）膜、窒化タングステン（ＷＮ）膜等を用いることもできる。
【００１３】
次に、図７（３）に示すように、異方性エッチングにより上記磁性体層を含む層２２１をエッチングして、溝２４４の側壁のみに上記磁性体層を含む層２２１を残す。したがって、第３絶縁膜２４３上の磁性体層を含む層２２１は除去される。このとき、溝２４４底部のキャップ層２１４はエッチングされず、第２絶縁膜２４２はエッチングされる。
【００１４】
次に、図７（４）に示すように、溝２４４の内面を含む上記第３絶縁膜２４３上にバリア層（図示せず）として、例えばタンタル（Ｔａ）膜を５ｎｍの厚さに形成する。このバリア層を形成するのは、銅の密着性をよくするためと、銅の拡散を防止するためおよび銅の酸化を防止するためである。この成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いる。次いで、スパッタリング法によって上記バリア層上にシード層（図示せず）を、例えば銅で形成する。その後、めっき法によって上記溝２４４を埋め込むように銅を堆積してシード層を含む銅膜２２４を形成する。
【００１５】
次に、図８（５）に示すように、化学的機械研磨によって、上記第３絶縁膜２４３上の余剰な上記銅膜２２４および上記バリア層（図示せず）を除去して、溝２４４内に銅膜２２４を残すことでビット線２１２を形成する。
【００１６】
次に、図８（６）に示すように、スパッタリング法によって、上記ビット線２１２を被覆するように上記第３絶縁膜２４３上に磁性体層を含む層２２５を、バリア層と磁性体層の積層膜で形成する。上記バリア層は、例えばタンタル（Ｔａ）を１０ｎｍの厚さに堆積して形成し、上記磁性体層は、例えばニッケル鉄合金を２０ｎｍの厚さに堆積して形成した。次いで、通常のリソグラフィー技術によりレジストマスク２５１を形成した。その後、異方性ドライエッチングによって上記磁性体層を含む層２２５を加工して、図８（７）に示すように、上記ビット線２１２上のみに残すように磁性体層を含む層２２５を形成した。その後、アッシング処理によって、レジストマスク２５１〔前記図８（６）参照〕を除去した。
【００１７】
これにより磁気抵抗効果素子を用いた磁気記憶装置において、磁気抵抗効果素子２１３側を除くビット線２１２の側壁および上面に磁性体層を含む層２２１、２２５からなるクラッド構造が形成された（例えば、特許文献２参照。）。
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−２４６５６６号公報
【特許文献２】特願２００３−１６１４５１号明細書
【特許文献３】米国特許第６１７４７３７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
解決しようとする問題点は、前記図７（２）で示したように、溝２４４の底部に形成される磁性体層を含む層２２１の膜厚は第３絶縁膜２４３上層部表面に形成される磁性体層を含む層２２１の膜厚に比べて１／２〜１／３程度の膜厚になる。そのため、前記図７（３）に示すように、異方性エッチング時に磁性体を含む層２２１の上層の磁性体層が十分に除去されるまでエッチングを行うと、溝２４４底部の第３絶縁膜２４３はエッチングされて非常に薄くなる。よって、前記図８（５）で示したように、ビット線２１２と電流駆動線２１５とを絶縁する第３絶縁膜２４３の膜厚が薄くなり、ビット線２１２と電流駆動線２１５との耐圧の確保が困難になり、ビット線２１２と電流駆動線２１５とが短絡を引き起こす点である。
【００２０】
また、前記図７（３）で示したように、溝２４４の側壁に形成される磁性体層を含む層２２１は第３絶縁膜２４３の上層部表面から溝２４４内部側に入った位置に形成される。これは磁性体層を含む層２２１を異方性エッチングする際に、磁性体層を含む層２２１のニッケル鉄合金からなる磁性体層の膜厚分布を考慮して、ある程度の過剰なエッチングを行う必要があるためである。このため、前記図８（７）で示したように、ビット線２１２の側面、上面に形成される磁性体層を含む層２２１、２２５は直接に接続されない状態に形成されることになる。そのため、磁性体層を含む層２２１、２２５を接続することができなかった部分から磁界が漏れるので、クラッド性能が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第１配線上に接続された磁気記憶素子を被覆する絶縁膜に前記磁気記憶素子が底部に露出するように凹部を形成する工程と、前記凹部の内面に磁性体層を含む層を形成する工程と、少なくとも前記凹部の側壁に前記磁性体層を含む層を残すようにして前記凹部の底部の磁性体層を含む層を除去する工程と、前記絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去する工程と、前記凹部内に第２配線を形成する工程と、前記第２配線上に磁性体層を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の磁気記憶装置の製造方法は、凹部の内面に第１磁性体層を含む層を形成した後、少なくとも凹部の側壁に磁性体層を含む層を残すようにして凹部の底部の磁性体層を含む層を除去し、その後、絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去するため、凹部の底部の絶縁膜を過剰に除去することなく、凹部の側壁に磁性体層を含む層で側壁を形成することができる。これによって、凹部内に形成される第２配線と絶縁膜下に形成されている第１配線との絶縁耐圧を確保することができる。また、その後に凹部内に第２配線を形成し、さらに第２配線上に磁性体層を形成することができるので、磁性体層を含む層中の磁性体層と第２配線上の磁性体層とで第２配線の上部および側壁を発生磁界の漏れなく被覆することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
第１配線（電流駆動線）と第２配線（ビット線）との絶縁耐圧を確保することができ、また、ビット線の磁気記憶素子側を除く面に磁界の漏れが無いように磁性体層を形成するという目的を、ビット線を形成する凹部側壁のみに磁性体層を含む層を形成する方法を工夫することで、プロセス的負荷をかけずに実現した。具体的には、第１配線上に接続された磁気記憶素子を被覆する絶縁膜に、磁気記憶素子が底部に露出するように凹部を形成する。次いで、凹部の内面に磁性体層を含む層を形成した後、少なくとも凹部の側壁に磁性体層を含む層を残すようにして、凹部の底部の磁性体層を含む層を除去する。次いで、絶縁膜上に残された磁性体層を含む層を選択的に除去した後、凹部内に第２配線を形成し、さらに第２配線上に磁性体層を形成することで、上記目的を実現した。
【実施例１】
【００２４】
本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施例を、図１の製造工程断面図によって説明する。
【００２５】
図示はしないが、半導体基板に、駆動素子、接地線、ワード線、書き込みワード線等を形成し、それらを第１絶縁膜で被覆する。そして、図１（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にワード線（図示せず）に接続する第１配線を形成する。この第１配線は、電流駆動線１５として機能するものであり、例えば、導電層と反強磁性体層との積層構造で形成される。以下、第１配線を電流駆動線１５として説明する。上記電流駆動線１５上に磁気記憶素子として磁気抵抗効果素子(例えばＴＭＲ素子)１３を形成する。この磁気抵抗効果素子１３を形成する際には、磁気抵抗効果素子１３上部にキャップ層１４を形成する。このキャップ層１４は、例えば下層に導電性を有するバリア層を形成し、上層に銅系金属層を形成した積層膜からなる。次いで、上記キャップ層１４、磁気抵抗効果素子１３および電流駆動線１５を被覆する第２絶縁膜４２を形成した後、キャップ層１４表面を露出させるように第２絶縁膜４２表面を平坦化する。さらに第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜４３を形成する。図示はしないが、通常、第２絶縁膜４２と第３絶縁膜４３との間には絶縁膜からなるエッチングストッパ層を形成する。
【００２６】
次に、例えば、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、エッチングマスク（図示せず）を形成した後、上記第３絶縁膜４３にビット線を形成するための凹部（以下、溝として説明する）４４を形成する。この溝４４は、例えば深さ４００ｎｍ程度に形成される。
【００２７】
次に、図１（２）に示すように、上記溝４４の内面を含む上記第３絶縁膜４３上に磁性体層を含む層２１を形成する。この磁性体層を含む層２１は、例えば、第１バリア層と第１磁性体層とで形成される。例えば、上記第１バリア層は、スパッタリング法を用いて、タンタル（Ｔａ）を１０ｎｍの厚さに堆積して形成する。次いで、上記第１バリア層上に第１磁性体層を形成する。この第１磁性体層は、例えば、スパッタリング法によってニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金を５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。このように、第１バリア層と第１磁性体層とで第１磁性体層を含む層２１を形成した。上記第１バリア層にタンタル膜を用いることにより、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金の第１磁性体層と第３絶縁膜４３との密着性が向上する。
【００２８】
次に、図１（３）に示すように、異方性エッチングにより上記溝４４の底部に形成された上記磁性体層を含む層２１のみをエッチングして、キャップ層１４を露出させ、少なくとも上記磁性体層を含む層２１を溝４４の側壁に残す。このとき、第３絶縁膜４３の上層表面にも磁性体層を含む層２１が残される。このエッチングは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型エッチング装置を用いて以下の条件で行う。エッチングガスには、ハロゲンガスと酸素を主成分とするガスとの混合ガスとして、塩素（Ｃｌ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、一例として、塩素の流量を５ｃｍ3／ｍｉｎ、アルゴンの流量を９０ｃｍ3／ｍｉｎとした。またＩＣＰ型エッチング装置のソースパワーを１４００Ｗ、バイアスパワーを５００Ｗに設定し、エッチング雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ、カソード温度を２２５℃に設定した。
【００２９】
次に、図１（４）に示すように、化学的機械研磨により、第３絶縁膜４３の上層表面に残された磁性体層を含む層２１〔前記図１の（３）参照〕を除去する。この化学的機械研磨条件は、一例として、研磨パッドの回転数を８０ｒｐｍ、加工圧力を２８ｋＰａとし、酸性スラリー（例えばＰＨ＝２〜３）を用いた。
【００３０】
次に、図２（５）に示すように、溝４４の内面を含む上記第３絶縁膜４３上に導電性を有するバリア層（図示せず）として、例えばタンタル（Ｔａ）膜を５ｎｍの厚さに形成する。この成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いる。次いで、スパッタリング法によって上記バリア層上にシード層（図示せず）を、例えば銅で形成する。その後、めっき法によって上記溝４４を埋め込むように銅を例えば４００ｎｍの厚さに堆積してシード層を含む銅膜２５を形成する。
【００３１】
次に、図２（６）に示すように、化学的機械研磨によって、上記第３絶縁膜４３上の余剰な上記銅膜２５および上記バリア層を除去して、溝４４内に銅膜２５を残すことで第２配線を形成する。この第２配線はビット線１２として機能するものであり、以下、ビット線１２として説明する。
【００３２】
次に、図２（７）に示すように、スパッタリング法によって、上記ビット線１２を被覆するように上記第３絶縁膜４３上に第２バリア層２６を形成し、さらに第２磁性体層２７を形成する。このようにして、磁性体そうを含む層を形成している。具体的には、第２バリア層２６はタンタル（Ｔａ）を１０ｎｍの厚さに堆積し、第２磁性体層２７はニッケル鉄合金を２０ｎｍの厚さに堆積して形成した。次いで、通常のリソグラフィー技術によりレジストマスク５１を形成した。その後、異方性ドライエッチングによって上記第２磁性体層２７および第２バリア層２６を加工して、図２（８）に示すように、上記ビット線１２上のみに残すように第２バリア層２６を介して第２磁性体層２７を形成した。その後、アッシング処理によって、レジストマスク〔前記図２（７）参照〕を除去した。上記第２磁性体層２７と第２バリア層２６のエッチングは、ＩＣＰ型エッチング装置を用いて以下の条件で行った。エッチングガスには塩素（Ｃｌ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、塩素の流量を５ｃｍ3／ｍｉｎ、アルゴンの流量を９０ｃｍ3／ｍｉｎとした。またソースパワーを１４００Ｗ，バイアスパワーを５００Ｗに設定し、エッチング雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ、カソード温度を２２５℃に設定した。
【００３３】
これにより磁気抵抗効果素子１３を磁気記憶素子に用いた磁気記憶装置において、磁気抵抗効果素子１３側を除くビット線１２の側壁および上面に磁性体層を含む層２１の第１磁性体層と上記第２磁性体層２７とからなるクラッド構造が形成できた。
【００３４】
上記第１実施例では、凹部を溝４４として説明したが、溝の底部に接続孔を設けた構成のものに対しても、本発明の製造方法を適用することができる。すなわち、溝４４を形成した後、溝低部に接続孔を形成し、その後、上記説明した磁性体層を含む層２１を形成する工程以降を行えばよい。これによりビット線１２を下層の配線もしくは電極等に接続させることが容易になる。
【００３５】
上記第１実施例における磁気記憶装置の製造方法は、溝４４の内面に磁性体層を含む層２１を形成した後、少なくとも溝４４の側壁に磁性体層を含む層２１を残すようにして溝４４の底部の磁性体層を含む層２１を除去し、その後、第３絶縁膜４３上層表面に残された磁性体層を含む層２１を選択的に除去するため、溝４４の底部の第３絶縁膜４３を過剰に除去することなく、溝４４の側壁に磁性体層を含む層２１で側壁を形成することができる。これによって、溝４４内に形成される第２配線、すなわちビット線１２と第３絶縁膜４３下に形成されている第１配線、すなわち電流駆動線１５との絶縁耐圧を確保することができる。すなわち、ビット線１２と電流駆動線１５との短絡を防ぐことができる。また、その後に溝４４内にビット線１２を形成し、さらにビット線１２上に第２磁性体層２７を形成することができるので、磁性体層を含む層２１中の第１磁性体層と第２磁性体層２７とでビット線１２の上部および側壁のほとんどを磁界の漏れなく被覆することができるという利点がある。
【実施例２】
【００３６】
次に、本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を、図３および図４の製造工程断面図によって説明する。
【００３７】
図示はしないが、半導体基板に、駆動素子、接地線、ワード線、書き込みワード線等を形成し、それらを第１絶縁膜で被覆する。そして、図３（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にワード線（図示せず）に接続する第１配線を形成する。この第１配線は、電流駆動線１５として機能するものであり、例えば、導電層と反強磁性体層との積層構造で形成される。以下、第１配線を電流駆動線１５として説明する。上記電流駆動線１５上には磁気記憶素子として磁気抵抗効果素子(例えばＴＭＲ素子)１３を形成する。この磁気抵抗効果素子１３を形成する際には、磁気抵抗効果素子１３上部にキャップ層１４を形成する。このキャップ層１４は、例えば下層に導電性を有するバリア層を形成し、上層に銅系金属層を形成した積層膜からなる。次いで、上記キャップ層１４、磁気抵抗効果素子１３および電流駆動線１５を被覆する第２絶縁膜４２を形成した後、キャップ層１４表面を露出させるように第２絶縁膜４２表面を平坦化する。さらに第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜４３を形成する。図示はしないが、通常、第２絶縁膜４２と第３絶縁膜４３との間には絶縁膜からなるエッチングストッパ層を形成する。
【００３８】
次に、例えば、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によって、エッチングマスク（図示せず）を形成した後、上記第３絶縁膜４３にビット線を形成するための凹部（以下、溝として説明する）４４を形成する。この溝４４は、例えば深さ４００ｎｍ程度に形成される。
【００３９】
次に、図３（２）に示すように、上記溝４４の内面を含む上記第３絶縁膜４３上に磁性体層を含む層２１を形成する。この磁性体層を含む層２１は、例えば、第１バリア層と第１磁性体層とで形成される。例えば、上記第１バリア層は、スパッタリング法を用いて、タンタル（Ｔａ）を１０ｎｍの厚さに堆積して形成する。次いで、上記第１バリア層上に第１磁性体層を形成する。この第１磁性体層は、例えば、スパッタリング法によってニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金を５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。このように、第１バリア層と第１磁性体層とで第１磁性体層を含む層２１を形成した。上記第１バリア層にタンタル膜を用いることにより、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金の第１磁性体層と第３絶縁膜４３との密着性が向上する。
【００４０】
次に、図３（３）に示すように、異方性エッチングにより上記溝４４の底部に形成された上記磁性体層を含む層２１のみをエッチングして、キャップ層１４を露出させ、少なくとも上記磁性体層を含む層２１を溝４４の側壁に残す。このとき、第３絶縁膜４３の上層表面にも磁性体層を含む層２１が残される。このエッチングは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型エッチング装置を用いて以下の条件で行う。エッチングガスには、ハロゲンガスと酸素を主成分とするガスとの混合ガスとして、塩素（Ｃｌ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、一例として、塩素の流量を５ｃｍ3／ｍｉｎ、アルゴンの流量を９０ｃｍ3／ｍｉｎとした。またＩＣＰ型エッチング装置のソースパワーを１４００Ｗ、バイアスパワーを５００Ｗに設定し、エッチング雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ、カソード温度を２２５℃に設定した。
【００４１】
次に、図４（４）に示すように、溝４４を埋め込むように上記磁性体層を含む層２１上に犠牲膜６１を形成する。この擬制膜６１には、炭素（Ｃ）を含む有機膜を用いることができ、例えば通常の半導体製造工程で用いられるレジストを用いることができる。その後、犠牲膜６１をエッチバック（例えば異方性エッチング）して、溝４４の内部のみに犠牲膜６１を残し、その他の部分の犠牲膜６１は除去する。
【００４２】
次に、化学的機械研磨により、第３絶縁膜４３の上層表面に残された磁性体層を含む層２１を除去する。さらに犠牲膜６１を除去する。この犠牲膜６１の除去には、例えば酸素アッシングを用いることができる。この化学的機械研磨条件は、一例として、研磨パッドの回転数を８０ｒｐｍ、加工圧力を２８ｋＰａとし、酸性スラリー（例えばＰＨ＝２〜３）を用いた。この結果、図４（５）に示すように、溝４４の側壁のみに磁性体層を含む層２１が形成された。
【００４３】
次に、図４（６）に示すように、溝４４の内面を含む上記第３絶縁膜４３上に導電性を有するバリア層（図示せず）として、例えばタンタル（Ｔａ）膜を５ｎｍの厚さに形成する。この成膜方法としては、例えばスパッタリング法を用いる。次いで、スパッタリング法によって上記バリア層上にシード層（図示せず）を、例えば銅で形成する。その後、めっき法によって上記溝４４を埋め込むように銅を例えば４００ｎｍの厚さに堆積してシード層を含む銅膜２５を形成する。
【００４４】
次に、図５（７）に示すように、化学的機械研磨によって、上記第３絶縁膜４３上の余剰な上記銅膜２５および上記バリア層を除去して、溝４４内に銅膜２５を残すことで第２配線を形成する。この第２配線はビット線１２として機能するものであり、以下、ビット線１２として説明する。
【００４５】
次に、図５（８）に示すように、スパッタリング法によって、上記ビット線１２を被覆するように上記第３絶縁膜４３上に第２バリア層２６を形成し、さらに第２磁性体層２７を形成する。このようにして、磁性体そうを含む層を形成している。具体的には、第２バリア層２６はタンタル（Ｔａ）を１０ｎｍの厚さに堆積し、第２磁性体層２７はニッケル鉄合金を２０ｎｍの厚さに堆積して形成した。次いで、通常のリソグラフィー技術によりレジストマスク５１を形成した。その後、異方性ドライエッチングによって上記第２磁性体層２７および第２バリア層２６を加工して、図５（９）に示すように、上記ビット線１２上のみに残すように第２バリア層２６を介して第２磁性体層２７を形成した。その後、アッシング処理によって、レジストマスク〔前記図５（８）参照〕を除去した。上記第２磁性体層２７と第２バリア層２６のエッチングは、ＩＣＰ型エッチング装置を用いて以下の条件で行った。エッチングガスには塩素（Ｃｌ2）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、塩素の流量を５ｃｍ3／ｍｉｎ、アルゴンの流量を９０ｃｍ3／ｍｉｎとした。またソースパワーを１４００Ｗ，バイアスパワーを５００Ｗに設定し、エッチング雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ、カソード温度を２２５℃に設定した。
【００４６】
これにより磁気抵抗効果素子１３を磁気記憶素子に用いた磁気記憶装置において、磁気抵抗効果素子１３側を除くビット線１２の側壁および上面に磁性体層を含む層２１の第１磁性体層と上記第２磁性体層２７とからなるクラッド構造が形成できた。
【００４７】
上記第２実施例では、上記第１実施例と同様に、凹部を溝４４として説明したが、溝の底部に接続孔を設けた構成のものに対しても、本発明の製造方法を適用することができる。すなわち、溝４４を形成するとともに溝４４底部に接続孔を形成し、その後、上記説明した磁性体層を含む層２１を形成する工程以降を行えばよい。これにより、ビット線１２を下層の配線もしくは電極等に接続させることが容易になる。
【００４８】
上記第２実施例における磁気記憶装置の製造方法は、溝４４の内面に磁性体層を含む層２１を形成した後、少なくとも溝４４の側壁に磁性体層を含む層２１を残すようにして溝４４の底部の磁性体層を含む層２１を除去し、その後、第３絶縁膜４３上層表面に残された磁性体層を含む層２１を選択的に除去するため、溝４４の底部の第３絶縁膜４３を過剰に除去することなく、溝４４の側壁に磁性体層を含む層２１で側壁を形成することができる。これによって、溝４４内に形成される第２配線、すなわちビット線１２と第３絶縁膜４３下に形成されている第１配線、すなわち電流駆動線１５との絶縁耐圧を確保することができる。すなわち、ビット線１２と電流駆動線１５との短絡を防ぐことができる。また、その後に溝４４内にビット線１２を形成し、さらにビット線１２上に第２磁性体層２７を形成することができるので、磁性体層を含む層２１中の第１磁性体層と第２磁性体層２７とでビット線１２の上部および側壁のほとんどを磁界の漏れなく被覆することができるという利点がある。
【００４９】
また、第２実施例では、ビット線１２の線幅が非常に微細化された場合であっても、磁性体層を含む層２１を化学的機械研磨する際に、溝４４内に化学的機械研磨に用いるスラリーが残るという問題は発生しないという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の磁気記憶装置の製造方法は、電流を流すことにより磁界を発生させる配線を備えた各種磁気記憶装置の製造方法に適用できる。特に、前記図６によって説明したような、書き込みワード線とビット線とが立体的に交差し、その交差領域にビット線に電気的に接続する磁気記憶素子が形成され、この磁気記憶素子の書き込みワード線側には電流駆動線が接続されているような構成の磁気記憶装置の製造方法に適用することが有効である。また、磁気記憶素子の記憶層への情報記録をスピン注入磁化反転により行う磁気記憶装置のビット線形成に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。
【図２】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。
【図３】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。
【図６】従来の磁気記憶装置の構造を示した概略構成断面図である。
【図７】従来の磁気記憶装置の製造方法に係る一例を示した製造工程断面図である。
【図８】従来の磁気記憶装置の製造方法に係る一例を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１２…ビット線、１３…磁気記憶素子、１５…電流駆動線、２１…磁性体層を含む層、２７…第２磁性体層、４３…第３絶縁膜、４４…凹部（溝）
【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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