(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）記録層を有する積層構造体、
（ｂ）積層構造体の下部に電気的に接続された第１の配線、及び、
（ｃ）積層構造体の上部に接続部を介して接続された第２の配線、
を備えた磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法であって、
（Ａ）第１の配線上に、パターニングされていない積層構造体を形成した後、
（Ｂ）積層構造体の上に、接続部を形成すべき部分に開口部が設けられたレジスト層を形成し、次いで、
（Ｃ）レジスト層に設けられた開口部内に接続部を形成した後、レジスト層を除去し、その後、
（Ｄ）接続部をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングする、
工程を具備し、
積層構造体に接する接続部の下端面の面積をＳD、第２の配線に接する接続部の上端面の面積をＳUとしたとき、
ＳD／ＳU＜１
を満足するメモリ素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間において、レジスト層に設けられた開口部の側壁にサイドウオールを形成することで、開口部の大きさを縮小する請求項１に記載の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｃ）におけるレジスト層に設けられた開口部内への接続部の形成は、メッキ法に基づく請求項１に記載の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ｄ）において、ドライエッチング法又はイオンミーリング法にてパターニングを行う請求項１に記載の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法。
【請求項５】
磁気抵抗効果を有するメモリ素子は、スピン注入型磁気抵抗効果素子から成る請求項１に記載の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果を有するメモリ素子及びその製造方法、並びに、不揮発性磁気メモリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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素子やロジック素子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素子が注目されている。このＭＲＡＭの中でも、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance）効果を用いたＭＲＡＭは、近年のＴＭＲ材料の特性向上により注目を浴びている（例えば、非特許文献１参照）。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（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
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１０に示す。このＭＲＡＭは、ＭＯＳ型ＦＥＴから成る選択用トランジスタＴＲに接続されたトンネル磁気抵抗効果素子ＴＭＪから構成されている。
【０００６】
トンネル磁気抵抗効果素子ＴＭＪは、第１の強磁性体層１５１、トンネル絶縁膜１５２、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１５１は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層１５１Ａと強磁性体層（固着層、磁化固定層１５１Ｂ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的異方性を有する。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とも呼ばれる。尚、以下の説明において、第２の強磁性体層を記録層１５３と呼ぶ場合がある。トンネル絶縁膜１５２は、記録層１５３と磁化固定層１５１Ｂ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（第２の配線）は、層間絶縁層２６上に形成されている。ビット線ＢＬと記録層１５３との間に設けられたキャップ層１６１は、ビット線ＢＬを構成する原子と記録層１５３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１５３の酸化防止を担っている。また、キャップ層１６１とビット線ＢＬの間には接続部１６２が設けられている。図中、参照番号１４１は、反強磁性体層１５１Ａの下面に接続された第１の配線を示す。
【０００７】
更には、トンネル磁気抵抗効果素子ＴＭＪの下方には、第２下層絶縁層２４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（第２の配線）の延びる方向（第２の方向）とは、通常、直交している。
【０００８】
一方、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１によって囲まれたシリコン半導体基板１０の部分に形成されており、第１下層絶縁層２１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１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２、ランディングパッド部２３、タングステンプラグから成る接続孔２５を介して、トンネル磁気抵抗効果素子ＴＭＪの第１の配線１４１に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、タングステンプラグ１５を介してセンス線１６に接続されている。図中、参照番号１２はゲート電極（所謂ワード線として機能する）を示し、参照番号１３はゲート絶縁膜を示す。そして、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（重複領域）にＭＲＡＭが配置されている。
【０００９】
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に正方向あるいは負方向の電流を流し、且つ、書込みワード線ＲＷＬに一定方向の電流を流し、その結果生成される合成磁界によって記録層１５３の磁化の方向を変えることで、記録層１５３に「１」又は「０」を記録する。
【００１０】
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１６にて検出することにより行う。記録層１５３と磁化固定層１５１Ｂ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１５３と磁化固定層１５１Ｂ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）。
【００１１】
このように、ＭＲＡＭにおいて、記録した情報を安定に保持するためには、情報を記録する記録層１５３が一定の保磁力を有していることが必要である。一方、記録された情報を書き換えるためには、ビット線ＢＬに或る程度の電流を流さなければならない。ところが、ＭＲＡＭの微細化に従い、ビット線ＢＬも細くなるため、充分な電流を流すことが困難となりつつある。そこで、より少ない電流で磁化反転が可能な構成として、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗効果素子が注目されている（例えば、特開２００３−１７７８２参照）。ここで、スピン注入による磁化反転とは、磁性体の中を通過してスピン偏極させた電子が、他の磁性体に注入されることにより、他の磁性体において磁化反転が生じる現象である。
【００１２】
スピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図を図９の（Ａ）に示す。このスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance，巨大磁気抵抗）効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図９の（Ａ）参照）。記録層５３の大きさは、模式的な平面図を図９の（Ｂ）に示すが、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉcを低減するため、概ね２００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図９の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。図９の（Ｂ）においては、記録層５３の平面形状を長楕円形状にすることによって、形状磁気異方性を付与した例を示す。即ち、記録層５３は、第１の方向及び第２の方向に平行な磁化容易軸と、この磁化容易軸に直交する磁化困難軸とを有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。
【００１３】
図１１に、メモリセル・サイズと書込み電流の関係を示す。ここで、図１１の右側縦軸はメモリセル・サイズ（Ｆ2）を示し、左側縦軸は書込み電流を示し、横軸はＭＴＪ（Magnetic Tunneling Junction）素子の短辺サイズを示す。図１１から明らかなように、スピン注入磁化反転型は、素子サイズの縮小化に伴い、書込み電流も少なくなる。しかも、書込み電流は、混載ＤＲＡＭと同程度のセルサイズで、書込み電流が１００μＡと少なくなっている。一方、従来型のＭＲＡＭは、素子サイズの縮小化に伴い、書込み電流が大幅に増加する。しかも、６トランジスタ型のＳＲＡＭ（６ＴＳＲＡＭ）と同程度のセルサイズの場合、書込み電流が１ｍＡ程度となっている。
【００１４】
このようなスピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、ＭＲＡＭと比較して、デバイス構造を単純化することができる。また、スピン注入による磁化反転を利用することにより、外部磁界によって磁化反転を行うＭＲＡＭと比較して、素子の微細化が進んでも、上述したとおり、書込み電流が増大しないという利点がある。
【００１５】
スピン注入型磁気抵抗効果素子において、パターニングされた積層構造体５０を得る方法の概要を、以下、図１２の（Ａ）〜（Ｃ）、図１３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。
【００１６】
［工程−１０］
先ず、第１の配線４１Ａ上に、パターニングされていない積層構造体５０Ａ、キャップ層６１Ａ、接続部６２Ａをスパッタリング法に基づき、順次、形成する。積層構造体５０Ａは、下から、磁化参照層、非磁性体膜及び記録層５３Ａが積層された構造を有する（図１２の（Ａ）参照）。
【００１７】
［工程−２０］
その後、接続部６２Ａの上にハードマスクとして機能する酸化膜３０１を形成した後、酸化膜３０１上にフォトリソグラフィ技術に基づきレジスト層３０２を形成する（図１２の（Ｂ）参照）。レジスト層３０２は、ポジ型のレジスト材料から成る。従って、レジスト層３０２の形状は、図１２の（Ｂ）に示すように、通常、下に向かって広がった形状となる。レジスト層３０２の頂面の幅をＷ0’とする。
【００１８】
［工程−３０］
次いで、レジスト層３０２をエッチング用マスクとして、酸化膜３０１をエッチングした後、レジスト層３０２を除去する。こうして、図１２の（Ｃ）に示す状態を得ることができる。
【００１９】
［工程−４０］
その後、パターニングされた酸化膜３０１をエッチング用マスクとして、接続部６２ＡをＲＩＥ法にてエッチングし、パターニングされた接続部６２を得る（図１３の（Ａ）参照）。パターニングされた接続部６２の平面形状は、例えば、楕円形である。その後、酸化膜３０１を除去する（図１３の（Ｂ）参照）。
【００２０】
［工程−５０］
次いで、パターニングされた接続部６２（頂面の幅をＷ1’とする）をエッチング用マスクとして、キャップ層６１Ａ、積層構造体５０Ａをエッチングする。こうして、パターニングされた積層構造体を得ることができる。
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１７７８２
【非特許文献１】Wang et al., "Feasibility of Ultra-Dense Spin-Tunneling Random Access Memory", IEEE Transactions on Magnetics, Vol.33, November 1997, pp.4498-4512
【非特許文献２】R. Scheuerlein et al., "A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell", 2000 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers, Feb. 2000, pp.128-129
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、スピン注入型磁気抵抗効果素子の微細化が進むに従い、記録層５３の磁化困難軸に沿った長さは、１００ｎｍ以下となりつつある。そして、通常、上記の［工程−４０］においてパターニングされた接続部６２を得たとき、接続部６２の側壁（側面）が下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる結果、微細な記録層５３の形成にあっては、相対的に大きな寸法変換差が生じ易いし（即ち、Ｗ0’＜Ｗ1’）、記録層５３の大きさにバラツキが生じ易い。また、［工程−２０］において、ポジ型のレジスト材料から成るドット状のレジスト層３０２を形成するが、レジスト層３０２の大きさが小さいので、レジスト層３０２が傾斜し易く、また、高い寸法精度でレジスト層３０２を形成することが困難である。レジスト層３０２の傾斜を防止するためには、レジスト層３０２の厚さを薄くすればよいが、これでは、酸化膜３０１のエッチング中にレジスト層３０２が消滅してしまう。
【００２３】
従って、本発明の目的は、記録層を有する積層構造体の微細加工を可能とする磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法、係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法によって得られる磁気抵抗効果を有するメモリ素子、及び、係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様及び第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法は、
（ａ）記録層を有する積層構造体、
（ｂ）積層構造体の下部に電気的に接続された第１の配線、及び、
（ｃ）積層構造体の上部に接続部を介して接続された第２の配線、
を備えた磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法である。
【００２５】
そして、本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法は、
（Ａ）第１の配線上に、パターニングされていない積層構造体を形成した後、
（Ｂ）積層構造体の上に、接続部を形成すべき部分に開口部が設けられたレジスト層を形成し、次いで、
（Ｃ）レジスト層に設けられた開口部内に接続部を形成した後、レジスト層を除去し、その後、
（Ｄ）接続部をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングする、
工程を具備することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法は、
（Ａ）第１の配線上に、パターニングされていない積層構造体を形成した後、
（Ｂ）積層構造体の上に開口部形成層を形成し、次いで、
（Ｃ）開口部形成層上に、接続部を形成すべき部分に開口が設けられたレジスト層を形成し、次に、該レジスト層をマスクとして開口部形成層を選択的に除去することで、開口部形成層に接続部を形成すべき開口部を設けた後、レジスト層を除去し、
（Ｄ）開口部形成層に設けられた開口部内に接続部を形成した後、開口部形成層を除去し、その後、
（Ｅ）接続部をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングする、
工程を具備することを特徴とする。
【００２７】
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法にあっては、接続部をマスクとして少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングするが、接続部をマスクとした積層構造体のパターニングにあっては、記録層だけをパターニングしてもよいし、記録層に加えて積層構造体を構成するその他の層のパターニングを行ってもよい。第１の配線は、パターニングされていない積層構造体を形成する時点でパターニングされていてもよいし、接続部をマスクとして少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングした後、パターニングしてもよい。
【００２８】
上記の目的を達成するための本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子は、
（ａ）記録層を有する積層構造体、
（ｂ）積層構造体の下部に電気的に接続された第１の配線、及び、
（ｃ）積層構造体の上部に接続部を介して接続された第２の配線、
を備えた磁気抵抗効果を有するメモリ素子であって、
積層構造体に接する接続部の下端面の面積をＳD、第２の配線に接する接続部の上端面の面積をＳUとしたとき、
ＳD／ＳU＜１
を満足することを特徴とする。
【００２９】
また、上記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は、
（ａ）記録層を有する積層構造体、
（ｂ）積層構造体の下部に電気的に接続された第１の配線、及び、
（ｃ）積層構造体の上部に接続部を介して接続された第２の配線、
を備えた磁気抵抗効果を有するメモリ素子、並びに、
第１の配線の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタを有する不揮発性磁気メモリ装置であって、
積層構造体に接する接続部の下端面の面積をＳD、第２の配線に接する接続部の上端面の面積をＳUとしたとき、
ＳD／ＳU＜１
を満足することを特徴とする。
【００３０】
本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法（以下、『本発明の第１の態様に係る製造方法』と呼ぶ場合がある）、あるいは、本発明の第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法（以下、『本発明の第２の態様に係る製造方法』と呼ぶ場合がある）においては、積層構造体に接する接続部の下端面（底面）の面積をＳD、第２の配線に接する接続部の上端面（頂面）の面積をＳUとしたとき、
ＳD／ＳU＜１
好ましくは、
０．７≦ＳD／ＳU≦０．９
を満足することが望ましい。本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子、本発明の不揮発性磁気メモリ装置においても、同様に、好ましくは、
０．７≦ＳD／ＳU≦０．９
を満足することが望ましい。
【００３１】
上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｂ）と工程（Ｃ）の間において、レジスト層に設けられた開口部の側壁にサイドウオールを形成することで、開口部の大きさを縮小する形態とすることができ、また、上記の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｃ）と工程（Ｄ）の間において、開口部形成層に設けられた開口部の側壁にサイドウオールを形成することで、開口部の大きさを縮小する形態とすることができ、これによって、一層、縮小化された記録層を設けることが可能となる。
【００３２】
更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｃ）におけるレジスト層に設けられた開口部内への接続部の形成は、メッキ法あるいは物理的気相成長法（ＰＶＤ法）に基づくことが好ましい。また、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｄ）における開口部形成層に設けられた開口部内への接続部の形成は、メッキ法あるいはＰＶＤ法に基づくことが好ましい。尚、メッキ法として、電解メッキ法、無電解メッキ法、無電解メッキ法と電解メッキ法の組合せを挙げることができる。メッキ法を用いる場合、一般的にメッキ膜と同種の材料をシード膜として用いるが、異種材料でも構わない。例えば、ＣｕやＴｉから成るシード膜上にＡｕやＰｔをメッキ膜として成膜したり、ＲｕやＲｈから成るシード膜上にＣｕやＮｉをメッキ膜として成膜してもよい。また、ＰＶＤ法として、電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着法等の各種真空蒸着法；プラズマ蒸着法；２極スパッタ法、直流スパッタ法、直流マグネトロンスパッタ法、高周波スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、バイアススパッタ法等の各種スパッタ法；ＤＣ（Direct Current）法、ＲＦ法、多陰極法、活性化反応法、ＨＣＤ（Hollow Cathode Discharge）法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法；ＩＶＤ法（イオン・ベーパー・デポジション法）を挙げることができる。
【００３３】
更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｄ）において、ドライエッチング法（具体的には、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法）、又は、イオンミーリング法（イオンビームエッチング法）にてパターニングを行うことができるし、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る製造方法にあっては、前記工程（Ｅ）において、ドライエッチング法（具体的には、例えば、ＲＩＥ法）又はイオンミーリング法にてパターニングを行うことができる。
【００３４】
また、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る製造方法にあっては、開口部形成層は、シリコン系酸化膜から成る構成とすることができる。
【００３５】
更には、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る製造方法、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子あるいは不揮発性磁気メモリ装置において、磁気抵抗効果を有するメモリ素子は、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る構成とすることができるが、これに限定するものではなく、例えば、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗効果素子から構成することもできる。
【００３６】
以上に説明した好ましい構成を含む本発明の不揮発性磁気メモリ装置において、第２の配線（例えば、ビット線）の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向と平行である形態とすることが好ましいが、これに限定するものではなく、第２の配線の延びる方向の射影像は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。尚、第１の配線の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタが形成されているが、具体的には、選択用トランジスタは層間絶縁層で覆われ、層間絶縁層上に第１の配線が形成され、層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部や下層配線）を介して、選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域と第１の配線とが接続されている構成とすることができる。また、層間絶縁層は、下層絶縁層及び第１の配線を覆い、積層構造体及び接続部を取り囲んでおり、第２の配線は層間絶縁層上に形成されている構成とすることができる。場合によっては、選択用トランジスタは不要である。
【００３７】
以上に説明した好ましい形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る製造方法、以上に説明した好ましい形態を含む本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子あるいは不揮発性磁気メモリ装置（以下、これらを総称して、単に『本発明』と呼ぶ場合がある）にあっては、第１の配線や、第２の配線（例えば、所謂ビット線として機能する）は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよいし、更には、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ等の単層あるいはＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。ハードマスクとしても機能する接続部を構成する材料として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ等の貴金属、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ等の金属、あるいは、これらのいずれかを含む合金を挙げることができる。層間絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）等のＳｉＯX系材料（シリコン系酸化膜を構成する材料）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＦ、低誘電率ＳｉＯX系材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を例示することができる。また、サイドウオールを構成する材料として、有機材料、具体的には、東京応化工業株式会社製のＴＳＡＲ−１００を例示することができる。サイドウオールをこのような材料から構成することで、サイドウオールをレジスト層上のみに形成することができ、レジスト層あるいは開口部形成層に設けられた開口部の底部に露出した接続部に上にはサイドウオールは形成されない。あるいは又、サイドウオールを構成する材料として、上述した層間絶縁層を構成する材料を挙げることができる。また、開口部形成層を構成する材料として、上述した層間絶縁層を構成する材料と同じ材料を挙げることができるが、絶縁性を有することは必須ではなく、導電性材料から構成してもよく、要は、他の層に悪影響を与えること無く開口部形成層を確実に除去し得る材料から開口部形成層を構成すればよい。尚、サイドウオールをエッチバック法にて形成する場合には、サイドウオールを構成する材料と開口部形成層を構成する材料との間には、高いエッチング選択比があることが望ましい。即ち、サイドウオールを形成するためにサイドウオールを構成する材料をエッチバックするとき、開口部形成層はエッチングされ難い材料から開口部形成層を構成することが望ましい。
【００３８】
記録層あるいは積層構造体の平面形状として、楕円形、長円形（２つの半円と２本の線分とが組み合わされた図形）、放物線や双曲線によって囲まれた形状、広くは２次関数あるいは３次以上の関数で表現し得る図形から構成された形状、正多角形（長方形、正５角形以上の正多角形、頂点が丸みを帯びた長方形、頂点が丸みを帯びた正５角形以上の正多角形が含まれる）、扁平な円形（円形を一方向から押し潰したような図形）を挙げることができるし、楕円形と線分との組合せ、放物線と線分との組合せ、双曲線と線分との組合せ、広くは、２次関数と１次関数との組合せ、あるいは３次以上の関数と１次関数との組合せを含むことができる。あるいは又、湾曲した形状とすることができる。
【００３９】
ここで、スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、磁化参照層（固着層とも呼ばれる）、非磁性体膜、及び、情報を記憶する記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）によって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する積層構造体が構成されている構造とすることができる。磁化参照層、非磁性体膜及び記録層によって、ＴＭＲ効果を有する積層構造体が構成されるとは、磁性材料から成る磁化参照層と、磁性材料から成る記録層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体膜が挟まれた構造を指す。そして、磁化参照層と第１の配線（あるいは第２の配線）の電気的な接続状態として、第１の配線（あるいは第２の配線）が、直接、磁化参照層に接続されている形態を挙げることができるし、あるいは又、第１の配線（あるいは第２の配線）が、反強磁性体層を介して磁化参照層に接続されている形態を挙げることができる。磁化参照層が第１の配線に接続されている場合、第１の配線から磁化参照層を介して、また、磁化参照層が第２の配線に接続されている場合、第２の配線から磁化参照層を介して、偏極スピン電流を記録層内に注入することにより、記録層における磁化の方向を第１の方向（磁化容易軸と平行な方向）あるいは第２の方向（第１の方向とは反対の方向）とすることで、記録層に情報が書き込まれる。磁化参照層は、積層フェリ構造（反強磁性的結合を有する積層構造）を有する構成とすることができるし、あるいは又、磁化参照層は、静磁結合構造を有する構成とすることができる。積層フェリ構造とは、例えば、磁性材料層／ルテニウム（Ｒｕ）層／磁性材料層の３層構造（具体的には、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層構造、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢの３層構造）を有し、ルテニウム層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指す。尚、２つの磁性材料層の層間交換結合が強磁性的になる構造を、積層フェロ構造と呼ぶ。また、２つの磁性材料層において、磁性材料層の端面からの漏洩磁界によって反強磁性的結合が得られる構造を、静磁結合構造と呼ぶ。反強磁性体層を構成する材料として、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。第１の配線（あるいは第２の配線）と反強磁性体層との間には、反強磁性体層の結晶性向上のために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ等から成る下地膜を形成してもよい。
【００４０】
スピン注入型磁気抵抗効果素子における記録層（磁化反転層）、磁化参照層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料、これらの強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）、これらの合金に非磁性元素（例えば、タンタル、ホウ素、クロム、白金、シリコン、炭素、窒素等）を混ぜた合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの内の１種類以上を含む酸化物（例えば、フェライト：Ｆｅ−ＭｎＯ等）、ハーフメタリック強磁性材料と呼ばれる一群の金属間化合物（ホイスラー合金：ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＣｒＡｌ等）、酸化物（例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4等）を挙げることができる。記録層、磁化参照層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。更には、各種磁性半導体の使用も可能であるし、軟磁性（ソフト膜）であっても硬磁性（ハード膜）であってもよい。
【００４１】
スピン注入型磁気抵抗効果素子におけるＴＭＲ効果を有する積層構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＴｉＯ2あるいはＣｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳ等の絶縁材料を挙げることができる。一方、ＧＭＲ効果を有する積層構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電性材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、記録層や磁化参照層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００４２】
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）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。
【００４３】
また、非磁性体膜は、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、非磁性体膜を構成する絶縁材料としてマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたマグネシ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マグネシ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マグネシウムを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マグネシ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マグネシ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マグネシ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、マグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）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。
【００４４】
一方、磁気抵抗効果を有するメモリ素子をＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗効果素子とする場合、積層構造体は、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、記録層（第２の強磁性体層あるいは自由層とも呼ばれる）から成る。ここで、第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、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的異方性を有することができる。尚、磁化固定層がトンネル絶縁膜と接する。あるいは又、磁化固定層は、より具体的には、例えば、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）を有する多層構造（例えば、強磁性体材料層／金属層／強磁性体材料層)とすることもできる。合成反強磁性結合に関しては、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。記録層においては、磁化方向が比較的容易に回転する。トンネル絶縁膜は、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。
【００４５】
トンネル磁気抵抗効果素子における第１の強磁性体層（固着層、磁化固定層）及び記録層（第２の強磁性体層、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ＰＶＤ法にて形成することができる。
【００４６】
トンネル磁気抵抗効果素子における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法によって形成することができる。
【００４７】
尚、ＭＲＡＭ（トンネル磁気抵抗効果素子）にあっては、下層絶縁層は、第１下層絶縁層と、第２下層絶縁層とが積層された構造を有し、書込みワード線は、第１下層絶縁層上に形成されており、第２下層絶縁層は、書込みワード線及び第１下層絶縁層を覆っている構成を有する。
【００４８】
選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴから構成することができる。第１の配線と選択用トランジスタとを電気的に接続する接続孔は、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、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。また、下層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あるいはＬＴＯを例示することができる。また、下層配線や、トンネル磁気抵抗効果素子における書込みワード線は、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法にて形成することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法にあっては、レジスト層あるいは開口部形成層に設けられた開口部内に接続部を形成した後、接続部をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングする。即ち、接続部を形成するために微小な開口部（ホール形状）を作製すればよいので、従来の技術のように、レジスト層が傾倒することがない。そして、レジスト層あるいは開口部形成層に設けられた開口部の形状は下に向かって窄まった形状となるので、得られる接続部の形状も下に向かって窄まった形状（逆テーパー形状）となり、更には、接続部をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層をパターニングしたとき得られる記録層の形状は下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる。その結果、最終的に得られる記録層の大きさに寸法変換差が生じ難いし、記録層の大きさにバラツキが生じ難い。また、工程数の削減を図ることができる。しかも、接続部を得るためにドット状のレジスト層を形成する必要がないので、高い寸法精度で微細な接続部を形成することができる。レジスト層のパターンの制御だけで接続部の形状、寸法を規定するため、従来の技術に比べて、寸法変換差が殆ど無く、また、バラツキを非常に小さくすることができる。また、エッチング法によってハードマスクとしても機能する接続部を形成する必要がないので、工程数の削減だけでなく、エッチングによるバラツキや積層構造体へのダメージも少なくすることができる。尚、接続部の逆テーパー形状を容易に形成できることから、寸法変換差をマイナスとすること、即ち、レジスト層の寸法より小さくすることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００５１】
実施例１は、本発明の第１の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法、本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子、及び、本発明の不揮発性磁気メモリ装置に関する。実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例４の不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図を図１に示す。ここで、磁気抵抗効果を有するメモリ素子（以下、磁気抵抗効果素子３０と呼ぶが、具体的には、実施例にあっては、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗効果素子である）は、
（ａ）記録層５３を有する積層構造体５０、
（ｂ）積層構造体５０の下部に電気的に接続された第１の配線４１、及び、
（ｃ）積層構造体５０の上部に接続部６２を介して接続された第２の配線４２（ビット線として機能する）、
を備えている。また、実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例４の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、更に、第１の配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲを有している。
【００５２】
そして、実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例４にあっては、積層構造体５０に接する接続部６２の下端面（底面）の面積をＳD、第２の配線４２に接する接続部６２の上端面（頂面）の面積をＳUとしたとき、
ＳD／ＳU＜１
を満足する。具体的には、例えば、
ＳD／ＳU＝０．８
である。
【００５３】
尚、図１に示す模式的な一部断面図において、図面の関係上、一点鎖線の上側の「Ａ」の領域と、下側の「Ｂ」の領域では、不揮発性磁気メモリ装置の断面を眺める方向が９０度異なっている。即ち、「Ａ」の領域は、不揮発性磁気メモリ装置の断面を磁化困難軸と平行な方向から眺めており、「Ｂ」の領域は、不揮発性磁気メモリ装置の断面を磁化容易軸と平行な方向から眺めている。従って、図１では、第２の配線（実施例１にあっては、ビット線）４２の延びる方向の射影像と、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極１２の延びる方向の射影像とは直交しているように図示しているが、実際には、平行である。
【００５４】
ここで、積層構造体５０を構成する記録層５３は、磁化容易軸、及び、この磁化容易軸と直交する磁化困難軸を有している。実施例１にあっては、磁化容易軸は第２の配線４２と平行である。また、積層構造体５０の上部と第２の配線４２との間には、上述したとおり、接続部６２が設けられている。ここで、接続部６２は、ルテニウム（Ｒｕ）から構成されている。また、積層構造体５０と接続部６２との間には、厚さ約５ｎｍのＴａ層から成るキャップ層６１がスパッタリング法にて形成されている。キャップ層６１は、配線や接続部６２を構成する原子と記録層５３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５３の酸化防止を担っている。尚、キャップ層として、その他、Ｒｕ層、Ｐｔ層、ＭｇＯ層、Ｒｕ膜／Ｔａ膜の積層構造を挙げることができる。
【００５５】
更には、上述したとおり、第１の配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲが設けられており、第２の配線（ビット線）４２の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極１２の延びる方向と平行である。具体的には、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１によって囲まれたシリコン半導体基板１０の部分に形成されており、下層絶縁層２１，２４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１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２を介して、第１の配線４１に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、タングステンプラグ１５を介してセンス線１６に接続されている。図中、参照番号１２はゲート電極（所謂ワード線として機能する）を示し、参照番号１３はゲート絶縁膜を示す。
【００５６】
図９の（Ａ）に概念図を示すように、積層構造体５０は、以下の構成、構造を有しており、スパッタリング法にて形成されている。尚、磁化固定層においては、上層ボトム層を構成する反強磁性体層のＰｔ−Ｍｎとの交換結合によって、磁化の方向がピニング（pinning）される。また、記録層５３においては、電流の流れる方向により、その磁化の方向が、磁化固定に対して平行又は反平行に変えられる。
【００５７】
具体的には、実施例１におけるスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance，巨大磁気抵抗）効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図９の（Ａ）参照）。記録層５３の大きさは、模式的な平面図を図９の（Ｂ）に示すが、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉcを低減するため、概ね２００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図９の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。図９の（Ｂ）においては、記録層５３の平面形状を長楕円形状にすることによって、形状磁気異方性を付与した例を示す。即ち、記録層５３は、第１の方向及び第２の方向に平行な磁化容易軸と、磁化困難軸とを有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。
【００５８】
磁化参照層５１は、通例、反強磁性体層５４との交換結合により、その磁化方向が固定されている（図９の（Ｃ）参照）。磁化参照層５１Ａ，５１Ｂを、記録層５３の上下に、非磁性体膜５２Ａ，５２Ｂを介して配置して、スピン注入磁化反転の効率を向上させたダブル・スピンフィルター構造も知られている（図９の（Ｄ）参照）。ここで、参照番号５４Ａ，５４Ｂは、反強磁性体層である。尚、図９の（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示した例においては、記録層５３、磁化参照層５１（磁化参照層が２層５１Ａ，５１Ｂの場合には、いずれか一方の層）を、積層フェリ構造としてもよい。非磁性体膜５２，５２Ａ，５２Ｂは、金属材料あるいは絶縁材料から構成されている。図９の（Ａ）あるいは、図９の（Ｃ）に示す構造において、磁化参照層５１から記録層５３への漏洩磁界を抑制するために、即ち、磁化参照層５１と記録層５３とが静磁気的に結合することを防ぐために、磁化参照層５１を記録層５３に比して十分大きくする構造も採用されている。いずれにしても、スピン注入磁化反転を適用した不揮発性磁気メモリ素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）は、磁気抵抗効果積層膜の上下を配線で挟んだ、２端子スピントランスファー素子構造を有する。
【００５９】
［積層構造体５０］
記録層５３
厚さ約３ｎｍのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ層
非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２
厚さ１．０ｎｍのＭｇＯ膜
磁化参照層（ＳＡＦを持つ多層膜）５１（図面では１層で示す）
上層：Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ層
中層：Ｒｕ層
下層：Ｃｏ−Ｆｅ層、
【００６０】
第１の配線４１は、２０ｎｍ厚さのＰｔ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層から成る上層と１０ｎｍ厚さのＴａ層から成る下層の２層構造を有する。尚、図面においては、第１の配線４１を１層で表示する。第２の配線４２は、例えば、Ｔａ、ＴｉあるいはＡｌ−Ｃｕから成る。積層構造体５０を囲む層間絶縁層２６は、ＳｉＮ又はＳｉＯ2から成る。
【００６１】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図２の（Ａ）〜（Ｃ）、図３の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明する。尚、図２〜図７においては、選択用トランジスタＴＲの図示を省略し、また、下層絶縁層２４に設けられた接続孔２２の図示も省略している。
【００６２】
［工程−１００］
先ず、周知の方法に基づき、シリコン半導体基板１０に素子分離領域１１を形成し、素子分離領域１１によって囲まれたシリコン半導体基板１０の部分に、ゲート酸化膜１３、ゲート電極１２、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから成る選択用トランジスタＴＲを形成する。次いで、第１下層絶縁層２１を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の第１下層絶縁層２１の部分にタングステンプラグ１５を形成し、更には、第１下層絶縁層２１上にセンス線１６を形成する。その後、全面に第２下層絶縁層２４を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の下層絶縁層２１，２４の部分にタングステンプラグから成る接続孔２２を形成する。こうして、下層絶縁層２１，２４で覆われた選択用トランジスタＴＲを得ることができる。
【００６３】
［工程−１１０］
その後、第１の配線上に、パターニングされていない積層構造体を形成する（図２の（Ａ）参照）。具体的には、スパッタリング法にて、真空中での連続成膜にて、全面に、パターニングされていない２層構造の第１の配線４１Ａ、積層構造体５０Ａ、キャップ層６１Ａを形成する。尚、これらの層は、パターニングされていないので、参照番号の末尾に「Ａ」を付している。
【００６４】
［２層構造の第１の配線４１Ａ］
プロセスガス  ：アルゴン＝１００ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー    ：２００Ｗ
［磁化参照層５１Ａ］
下層
プロセスガス  ：アルゴン＝５０ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー    ：１００Ｗ
中層
プロセスガス  ：アルゴン＝５０ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー    ：５０Ｗ
上層
プロセスガス  ：アルゴン＝５０ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー    ：１００Ｗ
［非磁性体膜５２Ａ］
プロセスガス  ：アルゴン＝１００ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：１．０Ｐａ
ＲＦパワー    ：５００Ｗ
［記録層５３Ａ］
プロセスガス  ：アルゴン＝５０ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー    ：２００Ｗ
［キャップ層６１Ａ］
プロセスガス  ：アルゴン＝１００ｓｃｃｍ
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー    ：２００Ｗ
【００６５】
［工程−１２０］
その後、積層構造体５０Ａの上に、接続部６２を形成すべき部分に開口部７３が設けられたレジスト層７１を、周知のフォトリソグラフィ技術に基づき形成する。レジスト層７１はポジ型レジスト材料から成り、レジスト層７１に設けられた開口部７３の側面は、図２の（Ｂ）に示すように傾斜しており、開口部７３の上端部の大きさ（幅：Ｗ0）は、開口部７３の下端部の大きさよりも大きい。即ち、開口部７３は、下に向かって窄まった形状を有する。レジスト層７１の厚さを、例えば、０．２μｍとした。また、開口部７３の平面形状は楕円である。
【００６６】
［工程−１３０］
次に、レジスト層７１に設けられた開口部７３内に接続部６２を形成する。具体的には、電解メッキ法に基づき、開口部７３の底部に露出した積層構造体５０Ａ上（より具体的には、実施例１にあっては、キャップ層６１Ａ上）に、ルテニウム（Ｒｕ）から成る接続部６２を形成する（図２の（Ｃ）参照）。その後、アッシング処理に基づき、レジスト層７１を除去する（図３の（Ａ）参照）。こうして得られた接続部６２は、その側壁（側面）が下に向かって窄まった形状（逆テーパー形状）を有する。即ち、ＳD／ＳUの値は、先に説明したとおり、１未満の値となる。また、接続部６２の平面形状は楕円である。
【００６７】
［工程−１４０］
その後、接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体５０を構成する記録層５３をパターニングする。具体的には、ドライエッチング法の一種である反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法に基づき、実施例１にあっては、キャップ層６１Ａ、及び、記録層５３Ａを含む積層構造体５０Ａをエッチングすることで、平面形状が楕円の記録層５３及びキャップ層６１を得ることができる。ここで、通常、得られた記録層５３及びキャップ層６１の側壁（側面）は、下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる。こうして、図３の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。尚、キャップ層６１Ａ及び積層構造体５０ＡをＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づきパターニングすることもできる。また、場合によっては、積層構造体５０の内の記録層５３までエッチングを行い、この時点では、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａ及び磁化参照層５１Ａのエッチングを行わなくともよい。記録層５３の幅をＷ1とすると、Ｗ0＞Ｗ1である。即ち、寸法変換差はマイナスである。
【００６８】
［工程−１５０］
次いで、残すべき第１の配線４１Ａを覆うレジスト層（図示せず）を形成し、第１の配線４１Ａをエッチングし、レジスト層を除去することで、パターニングされた第１の配線４１を得ることができる（図３の（Ｃ）参照）。尚、非磁性体膜５２Ａ及び磁化参照層５１Ａのエッチングを［工程−１４０］において行わなかった場合には、この［工程−１５０］において、非磁性体膜５２Ａ及び磁化参照層５１Ａのエッチングを行えばよい。
【００６９】
［工程−１６０］
次いで、全面に、ＣＶＤ法にて層間絶縁層２６を成膜した後、層間絶縁層２６を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて平坦化し、接続部６２を露出させる（図３の（Ｄ）参照）。
【００７０】
［工程−１７０］
その後、層間絶縁層２６上に、接続部６２に接する第２の配線４２を、周知の方法で形成することで、図１に示した不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。
【００７１】
実施例１にあっては、［工程−１３０］において、レジスト層７１に設けられた開口部７３内に接続部６２を形成した後、［工程−１４０］において、接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体５０を構成する記録層５３をパターニングする。即ち、接続部６２を形成するために微小な開口部７３（ホール形状）を作製すればよいので、従来の技術のように、レジスト層が傾倒することがない。そして、レジスト層７１に設けられた開口部７３の形状は、下に向かって窄まった形状となるので、得られた接続部６２の形状も下に向かって窄まった形状（逆テーパー形状）となる。更には、接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層５３Ａをパターニングしたとき得られる記録層５３の形状は下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる。その結果、最終的に得られる記録層５３の大きさに寸法変換差が生じ難いし、記録層５３の大きさにバラツキが生じ難い。また、接続部６２を得るためにドット状のレジスト層を形成する必要がないので、高い寸法精度で微細な接続部を形成することができる。しかも、レジスト層７１のパターンの制御だけで接続部６２の形状、寸法を規定するため、従来の技術に比べて、寸法変換差が殆ど無く、また、バラツキを非常に小さくすることができる。更には、エッチング法によってハードマスクとしても機能する接続部６２を形成する必要がないので、工程数の削減だけでなく、エッチングによるバラツキや積層構造体５０へのダメージも少なくすることができる。
【００７２】
具体的には、例えば、レジスト層７１に設けられた開口部７３の上端部Ｗ0の幅が１００ｎｍ、開口部７３の下端部の幅が８０ｎｍであったとする。逆テーパー形状の接続部６２が形成され、記録層５３Ａのパターニングにあっては、マスクとしての接続部６２の下端面の寸法８０ｎｍが基準とされるので、仮に、記録層５３Ａのパターニングにおいて、１０ｎｍ程度の順テーパーの形状になったとしても（加工変換差１０ｎｍ）、記録層５３の寸法Ｗ1は９０ｎｍであり、レジスト層７１に設けられた開口部７３の上端部の幅が１００ｎｍに対しては、変換差は−１０ｎｍとなり、寸法変換差マイナスが実現できる。
【実施例２】
【００７３】
実施例２は、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法の変形である。以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施例２の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明する。
【００７４】
［工程−２００］
先ず、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１２０］と同様の工程を実行することで、図２の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。
【００７５】
［工程−２１０］
その後、レジスト層７１に設けられた開口部７３の側壁にサイドウオール７４を形成することで、開口部７３の大きさを縮小する。具体的には、開口部７３内を含む全面に、有機材料（具体的には、東京応化工業株式会社製のＴＳＡＲ−１００）から成るサイドウオール形成層７４Ａを塗布法に基づき成膜する。サイドウオール形成層７４Ａは、開口部７３の底部に露出した積層構造体５０Ａ（より具体的には、実施例１にあっては、キャップ層６１Ａ上）には形成されず、レジスト層７１の頂面及び側壁にのみ形成される。こうして、図４の（Ａ）に示すように、開口部７３の側壁にサイドウオール７４が形成される。
【００７６】
［工程−２２０］
次に、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、レジスト層７１に設けられた開口部７３内に接続部６２を形成した後（図４の（Ｂ）参照）、レジスト層７１及びサイドウオール７４、サイドウオール形成層７４Ａを除去することで、図３の（Ａ）に示したと実質的に同様の構造を得ることができる。
【００７７】
［工程−２３０］
その後、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１７０］と同様の工程を実行することで、実施例２の不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。
【００７８】
実施例２にあっては、［工程−２１０］において、レジスト層７１に設けられた開口部７３の側壁にサイドウオール７４を形成するので、リソグラフィでは殆ど解像不可能な超微小な開口部７３（ホール形状）に基づく極めて微細な接続部６２を得ることができる。
【実施例３】
【００７９】
実施例３は、本発明の第２の態様に係る磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法、本発明の磁気抵抗効果を有するメモリ素子、及び、本発明の不揮発性磁気メモリ装置に関する。実施例３における磁気抵抗効果素子３０、不揮発性磁気メモリ装置の構成、構造は、実施例１において説明した磁気抵抗効果素子３０、不揮発性磁気メモリ装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００８０】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図５の（Ａ）及び（Ｂ）、図６の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明する。
【００８１】
［工程−３００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、選択用トランジスタＴＲ、下層絶縁層２１，２４等の形成を行い、その後、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、第１の配線４１Ａ上に、パターニングされていない積層構造体５０Ａ、キャップ層６１Ａを形成する。
【００８２】
［工程−３１０］
その後、積層構造体５０Ａの上に（実施例３にあっては、より具体的には、キャップ層６１Ａの上に）、開口部形成層８０を形成する。具体的には、全面に、ＣＶＤ法に基づき、ＳｉＯ2といったシリコン系酸化膜から成る開口部形成層８０を形成する。
【００８３】
［工程−３２０］
次いで、開口部形成層８０上に、接続部６２を形成すべき部分に開口８２が設けられたレジスト層８１を、周知のフォトリソグラフィ技術に基づき形成する。レジスト層８１はポジ型レジスト材料から成り、レジスト層８１に設けられた開口８２の側面は、図５の（Ａ）に示すように傾斜しており、開口８２の上端部の大きさは、開口８２の下端部の大きさよりも大きい。即ち、開口８２は、下に向かって窄まった形状を有する。開口８２の平面形状は楕円である。
【００８４】
［工程−３３０］
その後、レジスト層８１をマスクとして開口部形成層８０を、例えば、ＲＩＥ法に基づき、選択的に除去することで、開口部形成層８０に接続部６２を形成すべき開口部８３を設けた後、アッシング処理に基づきレジスト層８１を除去する（図５の（Ｂ）及び図６の（Ａ）参照）。開口部形成層８０に設けられた開口部８３の側壁は、図６の（Ａ）に示すように傾斜しており、開口部８３の上端部の大きさは、開口部８３の下端部の大きさよりも大きい。即ち、開口部８３は、下に向かって窄まった形状を有する。開口部８３の平面形状は楕円である。
【００８５】
［工程−３４０］
次に、開口部形成層８０に設けられた開口部８３内に接続部６２を形成した後、開口部形成層８０を除去する。具体的には、無電解メッキ法及び電解メッキ法に基づき、開口部７３の底部に露出した積層構造体５０Ａ上（より具体的には、実施例３にあっても、キャップ層６１Ａ上）を含む開口部形成層８０上にルテニウム層を形成した後、開口部形成層８０上のルテニウム層をＣＭＰ法にて除去する。こうして、図６の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。その後、ウエットエッチング法に基づき、開口部形成層８０を除去することで、図３の（Ａ）に示したと同様の構造を得ることができる。
【００８６】
［工程−３５０］
その後、実施例１の［工程−１４０］と同様にして、下に向かって窄まった形状（逆テーパー形状）を有する接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体５０を構成する記録層５３をパターニングする。具体的には、ＲＩＥ法に基づき、実施例３にあっては、キャップ層６１Ａ、及び、記録層５３Ａを含む積層構造体５０Ａをエッチングすることで、平面形状が楕円の記録層５３及びキャップ層６１を得ることができる。ここで、通常、得られた記録層５３及びキャップ層６１の側壁（側面）は、下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる。こうして、図３の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。尚、キャップ層６１Ａ及び積層構造体５０ＡをＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づきパターニングすることもできる。また、場合によっては、積層構造体５０の内の記録層５３までエッチングを行い、この時点では、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａ及び磁化参照層５１Ａのエッチングを行わなくともよい。
【００８７】
［工程−３６０］
次いで、実施例１の［工程−１５０］、［工程−１６０］、［工程−１７０］を実行することで、実施例３の不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。
【００８８】
実施例３にあっては、［工程−３４０］において、開口部形成層８０に設けられた開口部８３内に接続部６２を形成した後、［工程−３５０］において、接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体５０を構成する記録層５３をパターニングする。即ち、接続部６２を形成するために微小な開口８２（ホール形状）を作製すればよいので、従来の技術のように、レジスト層が傾倒することがない。そして、開口部形成層８０に設けられた開口部８３の形状は、下に向かって窄まった形状となるので、得られる接続部６２の形状も下に向かって窄まった形状（逆テーパー形状）となる。更には、接続部６２をマスクとして、少なくとも積層構造体を構成する記録層５３Ａをパターニングしたとき得られる記録層５３の形状は下に向かって広がった形状（順テーパー形状）となる。その結果、最終的に得られる記録層５３の大きさに寸法変換差が生じ難いし、記録層５３の大きさにバラツキが生じ難い。また、接続部６２を得るためにドット状のレジスト層を形成する必要がないので、高い寸法精度で微細な接続部を形成することができる。また、レジスト層８１のパターンの制御だけで接続部６２の形状、寸法を規定するため、従来の技術に比べて、寸法変換差が殆ど無く、また、バラツキを非常に小さくすることができる。更には、エッチング法によってハードマスクとしても機能する接続部６２を形成する必要がないので、工程数の削減だけでなく、エッチングによるバラツキや積層構造体へのダメージも少なくすることができる。
【実施例４】
【００８９】
実施例４は、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法の変形である。以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図７の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施例４の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明する。
【００９０】
［工程−４００］
先ず、実施例３の［工程−３００］〜［工程−３３０］と同様の工程を実行することで、図６の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００９１】
［工程−４１０］
その後、開口部形成層８０に設けられた開口部８３の側壁にサイドウオール８４を形成することで、開口部８３の大きさを縮小する。具体的には、開口部８３内を含む全面に、ＳｉＮやポリシリコンから成るサイドウオール形成層をＣＶＤ法に基づき成膜した後、エッチバックを行うことで、開口部形成層８０上のサイドウオール形成層を除去し、開口部８３の側壁にのみサイドウオール形成層を残することで、サイドウオール８４を得ることができる。こうして、図７の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００９２】
［工程−４２０］
次に、実施例３の［工程−３４０］と同様にして、開口部形成層８０に設けられた開口部８３内に接続部６２を形成した後（図７の（Ｂ）参照）、開口部形成層８０及びサイドウオール８４を除去することで、図３の（Ａ）に示したと実質的に同様の構造を得ることができる。
【００９３】
［工程−４３０］
その後、実施例３の［工程−３５０］、［工程−３６０］と同様の工程を実行することで、実施例４の不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。
【００９４】
実施例４にあっては、［工程−４１０］において、開口部形成層８０に設けられた開口部８３の側壁にサイドウオール８４を形成するので、リソグラフィでは殆ど解像不可能な超微小な開口８２（ホール形状）に基づく極めて微細な接続部６２を得ることができる。
【００９５】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した各種の積層構造、使用した材料等は例示であり、適宜、変更することができる。各実施例においては、記録層が積層構造体の最上層に位置する構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子を説明したが、各層の積層順序を逆とし、記録層が最下層に位置する構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子とすることもできる。また、積層構造体を構成する磁化参照層５１、非磁性体膜５２及び記録層５３を同じ形状、大きさとするのではなく、磁化参照層５１及び非磁性体膜５２を第１の配線４１上に延在させてもよい。第２の配線（ビット線）４２の延びる方向の射影像は、選択用トランジスタＴＲを構成するゲート電極１２の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。実施例においては、記録層の平面形状を楕円形としたが、その代わりに、特開２００５−３５３７８８（特願２００４−１７２１２２）に開示された形状とすることもできる。
【００９６】
更には、実施例にて説明したスピン注入型磁気抵抗効果素子以外にも、例えば、図８に示すように、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗効果素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置とすることもできる。尚、図８に示した本発明のトンネル磁気抵抗効果素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置と、図１０に示した従来のトンネル磁気抵抗効果素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置とは、積層構造体１５０（下から反強磁性体層１５１Ａと磁化固定層１５１Ｂとから構成された第１の強磁性体層１５１、トンネル絶縁膜１５２、及び、記録層１５３）及び接続部１６２の形状が異なっている。即ち、従来のトンネル磁気抵抗効果素子にあっては、
ＳD／ＳU＞１
である。一方、本発明にあっては、
ＳD／ＳU＜１
である。この点を除き、図８に示した本発明のトンネル磁気抵抗効果素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置は、図１０に示した従来のトンネル磁気抵抗効果素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置と同様の構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
トンネル磁気抵抗効果素子にあっては、従来の技術において説明したデータ書込み方式である書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存してビット線に正方向あるいは負方向の電流を流すといったダイレクト・モードだけでなく、米国特許公報６５４５９０６Ｂ１や米国特許公報６６３３４９８Ｂ１に記載されたトグル・モードを採用することができる。ここで、トグル・モードとは、書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存することなく、ビット線にも一方向の電流を流し、磁気抵抗効果素子に記録されたデータと書き込むべきデータとが異なる場合のみ、磁気抵抗効果素子にデータを書き込む方式である。また、データ読出しを、ビット線を用いずに、データ読出し線を用いることもできる。この場合には、ビット線を、記録層（第２の強磁性体層）の上方に、上層層間絶縁層を介して、記録層（第２の強磁性体層）とは電気的に絶縁された状態で形成する。そして、記録層（第２の強磁性体層）と電気的に接続されたデータ読出し線を別途設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、実施例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の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、図２の（Ｃ）に引き続き、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｂ）に引き続き、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図８】図８は、本発明のＴＭＲタイプ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９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図、及び、磁化反転層の模式的な平面図であり、図９の（Ｃ）は、スピン注入型磁気抵抗効果素子において、磁化参照層の磁化方向が反強磁性体層との交換結合により固定されている状態を示す模式図であり、図９の（Ｄ）は、ダブル・スピンフィルター構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。
【図１０】図１０は、従来のＴＭＲタイプ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、メモリセル・サイズと書込み電流の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２の（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１２の（Ｃ）に引き続き、従来の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【符号の説明】
【００９９】
ＴＭＪ・・・トンネル磁気抵抗効果素子、ＴＲ・・・選択用トランジスタ、ＢＬ・・・ビット線、ＲＷＬ・・・書込みワード線、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、２１，２４・・・下層絶縁層、２２，２５・・・接続孔、２３・・・ランディングパッド部、２６・・・層間絶縁層、３０・・・磁気抵抗効果素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）、４１・・・第１の配線、４２・・・第２の配線、５０，５０Ａ，１５０・・・積層構造体、５１，５１Ａ，５１Ｂ・・・磁化参照層、５２，５２Ａ，５２Ｂ・・・非磁性体膜（トンネル絶縁膜）、５３，５３Ａ・・・記録層、５４，５４Ａ，５４Ｂ・・・反強磁性体層、６１，６１Ａ，１６１・・・キャップ層、６２，６２Ａ・・・接続部、１５１・・・第１の強磁性体層、１５１Ａ・・・反強磁性体層、１５１Ｂ・・・磁化固定層、１５２・・・トンネル絶縁膜、１５３・・・第２の強磁性体層、７１，８１・・・レジスト層、７３，８３・・・開口部、７４，８４・・・サイドウオール、７４Ａ・・・サイドウオール形成層、８０・・・開口部形成層
【図１】
0005277629.tif 000002
【図２】
0005277629.tif 000003
【図３】
0005277629.tif 000004
【図４】
0005277629.tif 000005
【図５】
0005277629.tif 000006
【図６】
0005277629.tif 000007
【図７】
0005277629.tif 000008
【図８】
0005277629.tif 000009
【図９】
0005277629.tif 000010
【図１０】
0005277629.tif 000011
【図１１】
0005277629.tif 000012
【図１２】
0005277629.tif 000013
【図１３】
0005277629.tif 000014