(57)【要約】  【課題】  データの保存および読み出しに係る絶縁体膜の特性疲労劣化が生じ難く、駆動が長期にわたった場合にも高い信頼性を維持することができるデータ記憶装置を提供する。      【解決手段】  メモリ装置１の駆動においては、上述のように、機能素子部５０における上部電極２４および下部バリア電極１９の間に電圧を印加して、機能膜２２の抗電場以上に電界を印加することで強誘電体分極の反転／非反転の状態によりデータを保存することができる。そして、メモリ装置１では、その駆動において、上部電極２４と下部バリア電極１９とを用いてＴＭＲ素子部（機能膜２２と層間絶縁膜２３と磁性体膜２６）の抵抗値の高低を検出し、この検出結果を以ってデータを読み出すことができる。  【選択図】  図１
2007053309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体膜と、当該絶縁体膜を間に挟んで対向配置されてなる一対の電極とを有するデータ記憶装置において、
前記絶縁体膜は、各々の物性量の状態が相応して変化する強誘電体特性と強磁性体特性とを併せ持ち、
前記絶縁体膜の前記強誘電体特性と強磁性体特性との一方の特性における物性量の状態を変化させる因子の入力を以ってデータが保存され、前記絶縁体膜の他方の特性における状態の検出を以って前記データが読み出される
ことを特徴とするデータ記憶装置。
【請求項２】
前記絶縁体膜の前記強誘電体特性における物性量の状態を変化させる因子の入力を以ってデータが保存され、
前記絶縁体膜の前記強磁性体特性における物性量の状態の検出を以って前記データが読み出される
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
【請求項３】
前記絶縁体膜において、強誘電性相転移温度は、強磁性相転移温度よりも低い
ことを特徴とする請求項２に記載のデータ記憶装置。
【請求項４】
前記一対の電極のうちの一方の電極と前記絶縁体膜との間には、絶縁性を有する介挿絶縁体膜と、磁性を有する介挿磁性体膜とが介挿されており、
前記絶縁体膜と、前記介挿絶縁体膜および前記介挿磁性体膜とにより、トンネル磁気効果素子部が構成されており、
前記トンネル磁気効果素子部の抵抗値の検出を以って、前記絶縁体膜の前記強磁性体特性における物性量の状態が検出される
ことを特徴とする請求項２または３に記載のデータ記憶装置。
【請求項５】
前記絶縁体膜の前記強磁性体特性における物性量の状態を変化させる因子の入力を以ってデータが保存され、
前記絶縁体膜の前記強誘電体特性における物性量の状態の検出を以って前記データが読み出される
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
【請求項６】
前記絶縁体膜において、強誘電性相転移温度は、強磁性相転移温度よりも高い
ことを特徴とする請求項５に記載のデータ記憶装置。
【請求項７】
前記絶縁体膜において、前記強誘電体特性における物性量の状態は、強誘電体分極の反転／非反転である
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のデータ記憶装置。
【請求項８】
前記絶縁体膜において、前記強磁性体特性における物性量の状態は、強磁性双極子の反転／非反転である
ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のデータ記憶装置。
【請求項９】
前記絶縁体膜は、超格子構造を有する
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載のデータ記憶装置。
【請求項１０】
前記絶縁体膜は、化学式ＡＢＰＯ４で表される材料を含み、
前記化学式において、Ａは、Ｋ、Ｃｓ、ＲｂおよびＮＨ４から選択される少なくとも１種であり、Ｂは、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、ＧｄおよびＴｂから選択される少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載のデータ記憶装置。
【請求項１１】
前記絶縁体膜は、前記強誘電体特性を有する強誘電体要素膜と、前記強磁性体特性を有する強磁性体要素膜とを含む多層膜構造を有する
ことを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載のデータ記憶装置。
【請求項１２】
前記絶縁体膜および一対の電極は、半導体基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載のデータ保存装置。
【請求項１３】
前記データは、不揮発的に保存される
ことを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載のデータ記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに相応する強誘電体特性と強磁性体特性とを併せ持つ絶縁体膜を備えるデータ記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録されたデータが電源オフの状態でも消えない不揮発メモリ装置は、ディジタルスチルカメラや携帯電話などのモバイル機器の発展に歩調を合わせて、爆発的な広がりを見せている。従来の代表的な不揮発メモリ装置としては、トランジスタの浮遊ゲートに電荷を蓄積するフラッシュメモリ装置があげられる。しかし、従来のフラッシュメモリ装置では、不揮発性を維持して、浮遊ゲートを形成するトンネル酸化膜をスケーリングすることは困難であり、次世代の不揮発メモリ装置の開発が待望されている。
【０００３】
このような要望を受けて、近年では、上記フラッシュメモリ装置のように従来のシリコン（Ｓｉ）プロセスのみを用いて不揮発メモリ装置を作製するのではなく、Ｓｉプロセスに機能膜や機能素子を機能融合させた不揮発メモリ装置が数多く提案されている。例えば、強誘電体容量膜を用いた強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置や、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｒｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）膜を用いた磁気変化メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置や、可変抵抗膜を用いた可変抵抗メモリ（ＲＲＡＭ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置、さらには、強誘電体セラミックスと強磁性体セラミックスとの複合体を容量膜として用いたメモリ装置やプロブスカイト型結晶構造を有する結晶化薄膜である強磁性強誘電体を容量として用いるメモリ装置などが提案されている。
【０００４】
一例として、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）装置について、その構造および動作を図７、８を用いて説明する。
図７に示すように、ＦｅＲＡＭ装置は、ｐ型シリコン基板１１０をベースとして、強誘電体−強磁性体機能素子部（機能素子部）１５０と電界効果型トランジスタ部（ＦＥＴ部）１５１とを有する。機能素子部１５０は、強誘電体容量膜１２２とこれを挟んで配設されている上部電極１２４および下部電極１１９から構成されている。一方、ＦＥＴ部１５１は、ソース電極１１１ａ、ドレイン電極１１１ｂ、ゲート絶縁膜１１２およびゲート電極１１３から構成されている。ドレイン電極１１１ｂには、メタル配線１１６が接続され、ソース電極１１１ａには、コンタクトプラグ１１８を介して、機能素子部１５０の下部電極１１９に接続されている。
【０００５】
ｐ型シリコン基板１１０の表面近傍には、ＦＥＴ部１５１のソース電極１１１ａ、ドレイン電極１１１ｂを取り囲む状態に素子分離１１４が形成され、また、ｐ型シリコン基板１１０の表面上には、２層の層間絶縁膜１１５、１１７が形成されている。機能素子部１５０は、上層側の層間絶縁膜１１７の表面上に形成されている。
ＦｅＲＡＭ装置の駆動では、機能素子部１５０の上部電極１２４および下部電極１１９に対し電圧を印加することで、強誘電体容量膜１２２の強誘電体分極の方向を制御する。この制御を以って、強誘電体容量膜１２２の状態は、図８に示すように、ＦｅＲＡＭでは、強誘電体分極の状態を”１”あるいは”０”とすることで、データの保存がなされる。また、上部電極１２４および下部電極１１９を用いて強誘電体容量膜１２２に対し、例えば十分な大きさのマイナス電圧を印加し、強誘電体分極が反転することで分極反転電流が検知されるか否かにより、保存されているデータが”１”であるか”０”であるかを判定する。
【０００６】
このように、ＦｅＲＡＭ装置では、強誘電体容量膜１２２に強誘電体分極と一次相関のある物性量、即ち、電界（電圧）の印加によって強誘電体分極を反転／非反転させてデータ保存し、読み出しの際にも強誘電体容量膜１２２に電界を印加して強誘電体分極の反転／非反転を検出する。
【特許文献１】特開２００２−１１８２３７号公報
【特許文献２】特開平１１−２８６７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ＦｅＲＡＭ装置をはじめとする従来の不揮発メモリ装置では、機能膜に対しその物性量Ａ（上記ＦｅＲＡＭの場合には、強誘電体分極の方向）と一次相関を有する物性量Ｂ（上記ＦｅＲＡＭの場合には、電界）を印加することによってデータの保存を実行し、さらに、前記保存されたデータの読み出しに際しても、データの保存の際に印加したのと同じ物性量Ｂ（上記ＦｅＲＡＭの場合には、電界）を機能膜に印加する必要がある。このように、従来の不揮発メモリ装置では、データを保存する際にも、そのデータを読み出す際にも、機能膜に同じ物性量Ｂが印加されるので、例えば強誘電体分極の反転疲労劣化などを引き起こし、信頼性の確保という観点から課題を有する。
【０００８】
図７のＦｅＲＡＭ装置では、データの保存に際して、機能膜である強誘電体容量膜１２２に対し物性量Ｂとしての電圧を印加することで、物性量Ａとしての強誘電体分極を反転／非反転させ、また、データの読み出しに際しても、強誘電体容量膜１２２に電圧を印加することで強誘電体容量膜１２２における強誘電体分極の反転／非反転の状態を検出する。
【０００９】
なお、上述の課題については、一例として説明したＦｅＲＡＭに限らず、同様に同一の物性量を印加してデータの保存と読み出しを実行する不揮発メモリでも有するものである。
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、データの保存および読み出しに係る絶縁体膜の特性疲労劣化が生じ難く、駆動が長期にわたった場合にも高い信頼性を維持することができるデータ記憶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るデータ記憶装置は、絶縁体膜と、当該絶縁体膜を間に挟んで対向配置される一対の電極とを有する装置であって、絶縁体膜は、各々の物性量の状態が相応して変化する強誘電体特性と強磁性体特性とを併せ持ち、絶縁体膜が有する両特性のうちの一方の特性における物性量の状態を変化させる因子の入力を以ってデータが保存され、絶縁体膜の他方の特性における物性量の状態を検出することで前記データが読み出されることを特徴とする。具体的には、次のような構成を以ってデータの保存および読み出しを実行できる。
【００１１】
１）データの保存：絶縁体膜の強誘電体特性における物性量を状態変化させる因子（電界）を印加する。
データの読み出し：絶縁体膜の強誘電体特性の物性量の状態変化に相応して変化する強磁性体特性における物性量の状態を検出する。
２）データの保存：絶縁体膜の強磁性体特性における物性量を状態変化させる因子（磁界）を印加する。
【００１２】
データの読み出し：絶縁体膜の強磁性体特性の物性量の状態変化に相応して変化する強誘電体特性における物性量の状態を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るデータ記憶装置では、各々の物性量の状態が相応して変化する強誘電体特性と強磁性体特性とを併せ持つ絶縁体膜を採用し、データの保存とそのデータの読み出しとの各々に際して、異なる特性における物性量の状態変化を用いる。即ち、従来のメモリ装置のように、データの保存と読出しとで同じ特性における物性量の状態（例えば、ＦｅＲＡＭ装置の場合には、強誘電体分極の反転／非反転）を用いるのではなく、本発明に係るデータ記憶装置では、データの保存に際して絶縁体膜の一方の特性における物性量の状態変化を生じさせる因子（電界または磁界）を印加し、データの読み出しに際して他方の特性の物性量の状態を検出することでなされる。
【００１４】
本発明に係るデータ記憶装置では、上記従来のデータ記憶装置（例えば、ＦｅＲＡＭ装置など）のようにデータの保存と読み出しに同じ特性の物性量の状態変化を用いる場合に比べて、データの保存および読み出しによる絶縁体膜の特性疲労劣化を生じ難く、駆動が長期にわたった場合にも高い信頼性を維持することが可能である。
具体的には、上記１）、２）の２通りの構成を採用することができる。ここで、上記１）の構成を採用する場合には、強誘電性相転移温度が強磁性相転移温度よりも低い絶縁体膜を採用することで容易に実現可能であり、逆に、上記２）の構成を採用する場合には、強誘電性相転移温度が強磁性相転移温度よりも高い絶縁体膜を採用することで容易に実現可能である。
【００１５】
本発明に係るデータ記憶装置においては、強誘電体分極の反転／非反転を以って上記強誘電体特性の物性量の状態とすることが望ましい。この場合には、例えば、絶縁体膜に対し磁界印加によりその強誘電体分極を反転させることができる。そして、本発明に係るデータ保存装置では、絶縁体膜における強誘電体分極の反転に相応して、強磁性双極子の反転が生じる。
【００１６】
また、本発明に係るデータ記憶装置においては、強磁性双極子の反転／非反転を以って上記強磁性体特性の物性量の状態とすることができる。この場合には、例えば、絶縁体膜に対し磁界印加によりその強磁性双極子を反転させることができ、この場合に相応して強誘電体分極の反転が生じる。
また、上記本発明に係るデータ記憶装置では、超格子構造を有する絶縁体膜を採用することが、上記両特性を併せ持つようにする上で望ましい。
【００１７】
また、本発明に係る技術を不揮発性データ記憶装置に対して採用することで、顕著な効果を得ることができる。
また、本発明に係るデータ記憶装置では、絶縁体膜と一方の電極との間に、介挿絶縁体膜および介挿磁性体膜とを介挿させる構成を採用してトンネル磁気効果素子部を構成するようにすれば、簡易な構成を以って高い信頼性を維持するという観点から望ましい。
【００１８】
本発明に係るデータ記憶装置において、具体的な絶縁体膜の構成材料としては、化学式ＡＢＰＯ４で表されるものを用いることができる。ここで、上記化学式におけるＡ、Ｂの各々は、次に列挙する群の中から選択される少なくとも１種である。
Ａ；Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、ＮＨ４
Ｂ；Ｍｎ、Ｃｅ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｔｂ
さらに、本発明に係るデータ記憶装置は、上記絶縁体膜および一対の電極を含む構成を半導体基板上に形成するようにすれば、従来のシリコン（Ｓｉ）プロセスを用いて、高い信頼性を維持しながら高集積化に対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係るデータ記憶装置の構成およびその作用を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、これらに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
実施の形態１に係るデータ記憶装置１の構成について、図1を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るデータ記憶装置（以下では、単に「メモリ装置」と記載する。）１の要部断面模式図である。
【００２０】
１−１．メモリ装置１の全体構成
図１に示すように、実施の形態１に係るメモリ装置１は、大きく分けて、強誘電体−強磁性体機能素子部（以下では、単に「機能素子部」と記載する。）５０と、これを選択するための任意の電界効果型トランジスタ素子部（以下では、単に「ＦＥＴ部」と記載する。）５１とで構成されている。なお、図１では、一つの機能素子部５０と一つのＦＥＴ部５１とを示しているが、本実施の形態に係るメモリ装置１は、機能素子部５０とＦＥＴ部５１戸の組み合わせを以って１メモリセルを構成し、複数のメモリセルを有する。
【００２１】
図１に示すように、メモリ装置１では、ｐ型シリコン基板１０の表面からその内方に向けて、互いに間隔をあけた２箇所のｎ型不純物領域、即ち、ＦＥＴ部５１におけるソース電極１１ａとドレイン電極１１ｂとが形成されている。ｐ型シリコン基板１０の表面上であって、ソース電極１１ａとドレイン電極１１ｂとの間には、ゲート絶縁膜１２およびゲート電極１３が順に積層形成されている。また、ｐ型シリコン基板１０の表面から内方にかけての領域であって、ソース電極１１ａおよびドレイン電極１１ｂの両側部分には、素子分離１４が形成されている。
【００２２】
電極１１ａ、１１ｂおよび素子分離１４などが形成されたｐ型シリコン基板１０の表面上には、第１層間絶縁膜１５、第２層間絶縁膜１７および埋め込み絶縁膜２１が順に積層形成されている。ドレイン電極１１ｂの上には、第１層間絶縁膜１５を貫く状態にビット線となるメタル配線１６が形成されており、ソース電極１１ａの上には、第１層間絶縁膜１５および第２層間絶縁膜１７をともに貫く状態でコンタクトプラグ１８が形成されている。
【００２３】
コンタクトプラグ１８上において埋め込み絶縁膜２１を貫く状態で下部バリア電極１９および絶縁性の水素バリア膜２１が形成されている。この内、下部バリア電極１９は、図１の下から順に、導電性の水素バリア膜１９ａ、導電性の酸素バリア膜１９ｂ、１９ｃおよび導電膜１９ｄの４層からなる。水素バリア膜１９ａは、下側表面がコンタクトプラグ１８に接続され、導電膜１９ｄの上側表面は、埋め込み絶縁膜２１の上側表面と同一レベルになっている。
【００２４】
下部バリア電極１９は、埋め込み絶縁膜２１に設けられた孔よりも小さな断面サイズを以って形成されており、下部バリア電極１９の外周と埋め込み絶縁膜２１に形成された孔の外周との間に水素バリア膜２０が形成されている。
図１に示すように、下部バリア電極１９および水素バリア膜２０の上には、強誘電体−強磁性体機能膜（以下では、単に「機能膜」と記載する。）２２、絶縁膜２３、磁性体膜２６及び上部電極２４が順に積層形成されている。ここで、上部電極２４の断面方向のサイズは、下部バリア電極１９の断面方向のサイズよりも大きく設定されている。さらに、機能膜２２、絶縁膜２３、磁性体膜２６および上部電極２４の周りを覆う状態に層間絶縁膜２５が形成され、その表面を絶縁性の水素バリア膜２９が覆っている。なお、層間絶縁膜２５は、水素を含有しない。
【００２５】
メモリ装置１における機能素子部５０は、第２層間絶縁膜１７上において、基板側から順次積層された下部バリア電極１９、機能膜２２、絶縁膜２３、磁性体膜２６および上部電極２４により構成されている。
本実施の形態に係るメモリ装置１では、機能素子部５０がＦＥＴ部５１の上方に形成されたスタック構造を採り、小さな占有面積のメモリ素子となっている。
【００２６】
１−２．メモリ装置１の各要素
以下では、メモリ装置１を構成する各要素の具体構成について説明する。
下部バリア電極１９の水素バリア膜１９ａは、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）からなり、４０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で構成されている。この水素バリア膜１９ａは、導電性を有するとともに、機能膜２２への水素の拡散を防ぐ機能を有する。酸素バリア膜１９ｂは、イリジウム（Ｉｒ）からなり、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で構成されている。
【００２７】
また、酸素バリア膜１９ｃは、二酸化イリジウム（ＩｒＯ2 ）からなり、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で構成されている。導電膜１９ｄは、白金（Ｐｔ）からなり、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚を以って構成されている。 
次に、機能膜２２は、強誘電体−強磁性体材料であるＫＮｉＰＯ４からなり、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の膜厚を以って構成されている。この機能膜２２は、互いに相応して物性量が状態変化する強誘電体特性および強磁性体特性の両特性を併せ持つ。絶縁膜２３は、酸化アルミニウムからなり、1ｎｍ〜５ｎｍ程度の膜厚を以って構成されている。磁性体膜２６は、磁性体材料である（Ｃｏ、Ｎｉ）Ｆｅからなり、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の膜厚を以って形成されている。
【００２８】
上部電極２４は、白金（Ｐｔ）からなり、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で構成されている。図１に示すように、上部電極２４と下部バリア電極１９とは、機能膜２２、絶縁膜２３および磁性体膜２６を挟んで対向配置された状態にある。また、見方を変えると、絶縁膜２３および磁性体膜２６は、機能膜２２と上部電極２４との間に介挿された状態にある。
【００２９】
なお、本実施の形態に係るメモリ装置１では、機能膜２２の構成材料が上記に限定されるものではないが、強誘電性相転移温度が強磁性相転移温度より低い材料を以って機能膜２２を構成することが望ましい。
また、本実施の形態では、一対の電極としての上部電極２４と下部バリア電極１９とを例示したが、さらに複数の電極が機能素子部５０の少なくともｐ型シリコン基板１０側あるいはｐ型シリコン基板１０と反対側の所要箇所に設置する構成を採用することもできる。
【００３０】
さらに、本実施の形態に係るメモリ装置１では、磁性体膜２６を、絶縁膜２６および機能膜２２の上方に配する例を採用したが、ｐ型シリコン基板１０側から順に磁性体膜２６、絶縁膜２３、機能膜２２を形成することとしてもよい。
機能膜２２の膜厚で規格化した誘電率より、磁性体膜２６および絶縁膜２３のそれぞれの膜厚で規格化した誘電率を大きく設定する方が望ましい。そのため、ここでは、機能膜２２の膜厚に対し、磁性体膜２６および絶縁膜２３の各膜厚を薄く設定する方が望ましい。
【００３１】
第１層間絶縁膜１５および第２層間絶縁膜１７は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）から構成されている。そして、これらを貫く状態で形成されているコンタクトプラグ１８は、ビアに対しタングステン（Ｗ）またはポリシリコンが埋め込まれて形成されている。
下部バリア電極１９の側方を取り囲む状態の水素バリア膜２０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなり、例えば、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成されており、機能膜２２への水素および酸素の拡散を防ぐ機能を有する。
【００３２】
ここで、図１に示すように、下部バリア電極１９における断面径（ｐ型シリコン基板１０の主面方向の径）は、機能膜２２および上部電極２４の断面径寸法よりも小さく設定されている。よって、機能膜２２および上部電極２４の周縁部は、下部バリア電極１９の周縁部から張り出した状態となっている。
第２層間絶縁膜１７の表面上であって水素バリア膜２０の周りを取り囲む埋め込み絶縁膜２１は、酸窒化シリコンまたは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）からなり、絶縁性の水素バリアとしての機能を有する。また、埋め込み絶縁膜２１は、第２層間絶縁膜１７の表面上において、互いに隣接して形成された下部バリア電極１９どうしの間の電気的な絶縁を図り、その表面は下部バリア電極１９の表面とほぼ同等の高さとなるように平坦化されている。
【００３３】
なお、機能膜２２、絶縁膜２３、磁性体膜２６、上部電極２４および埋込み絶縁膜２１は、それぞれ同一のマスクによりエッチングされて形成されている。一方、水素バリア膜２０は、上部電極２４および機能膜２２等とは異なるマスクによりエッチングされて形成されている。
埋め込み絶縁膜２１の表面上において、機能膜２２、層間絶縁膜２３、磁性体膜２６および上部電極２４の周りを取り囲む状態に形成されている層間絶縁膜２５は、水素を含有しない酸化シリコン（ＳｉＯ２)からなり、例えば、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の酸化アルミニウムからなり水素の拡散を防ぐ水素バリア膜２９により覆われている。ここで、水素バリア膜２９は、下部バリア電極１９からｐ型シリコン基板１０の面方向に離れた側方領域で埋め込み絶縁膜２１の上側表面と接している。
【００３４】
本実施の形態に係るメモリ装置１では、機能膜２２は、下部バリア電極１９、水素バリア膜２０、埋め込み絶縁膜２１および水素バリア膜２９により隙間なく周りを囲まれた状態にある。この構成により、メモリ装置１では、その製造過程などにおいて機能膜２２が水素により還元されるのが防止され、強誘電体特性を失うことを防ぐことができる。
ただし、機能膜２２の周囲全体を水素バリア膜で完全に覆う構成とする必要は必ずしもない。なお、本実施の形態では、水素バリア膜２０および水素バリア膜２９を、機能素子部５０が形成された以外の領域、例えばソース電極１１ａ、ドレイン電極１１ｂへのコンタクトプラグを形成する領域には設けていない。 
【００３５】
１−３．メモリ装置１の製造方法
以下では、上記構成を有するメモリ装置１の製造方法について、図２、３を用いて説明する。なお、図２、３では、上記図１に対応して、一つの機能素子部５０と一つのＦＥＴ部５１とで構成の１メモリセルについて図示をしている。
先ず、図２（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１０の一方の主面上に、ゲート絶縁膜１２およびゲート電極２３を順に積層形成する。続いて、ゲート電極２３をマスクとしてｐ型シリコン基板１０に対して不純物注入を行い、ゲート電極１２の両脇部分にソース電極１１ａおよびドレイン電極１１ｂを形成する。その後、ＣＶＤ法を用い、ｐ型シリコン基板１０の表面上に、複数のＦＥＴ部５１を含む全面にわたって酸化シリコンからなる第１層間絶縁膜１５を堆積形成する。
【００３６】
続いて、堆積形成された第１層間絶縁膜１５の上側表面を、化学機械的研磨（ＣＭＰ）法等を用いて平坦化し、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、第１層間絶縁膜１５におけるＦＥＴ部５１の各ソース電極１１ａおよびドレイン電極１１ｂの一方に対し、各々コンタクトホールを形成し、ＣＶＤ法により、タングステンまたはポリシリコンからなる導電材料を各コンタクトホールに充填堆積する。そして、堆積した導電材料に対してエッチバックまたは化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行なって、第１層間絶縁膜１５の表面上の導電材料を除去することにより、コンタクトプラグを形成する。
【００３７】
次に、複数のメタル配線１６を含む第１層間絶縁膜１５上に、例えばＣＶＤ法を用いて、ポリシリコンからなる導体膜を堆積形成する。続いて、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、先に堆積した導電材料に対してコンタクトプラグの上部相当領域を含むようにパターニングを行なって、先に形成のコンタクトプラグと接続された複数のメタル配線１６を形成する。
【００３８】
次に、複数のメタル配線１６を含む第１層間絶縁膜１５上に、ＣＶＤ法を用いて全面にわたって酸化シリコンからなる第２層間絶縁膜１７を堆積形成する。続いて、堆積した第２層間絶縁膜１７の上面を、化学機械的研磨（ＣＭＰ）法等を用いて平坦化し、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、第２層間絶縁膜１７における各ＦＥＴ部５１のソース電極１１ａ、ドレイン電極１１ｂの内、上記メタル配線１６と接続していない方に対しコンタクトホールをそれぞれ形成する。そして、ＣＶＤ法を用いてこのコンタクトホールに対し、タングステンまたはポリシリコンからなる導体材料を充填堆積する。続いて、堆積した導電材料に対しエッチバックまたは化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行なって、第２層間絶縁膜１７上の導電材料を除去することにより、複数のコンタクトプラグ１８を形成する。
【００３９】
続いて、例えばスパッタリング法を用い、水素の拡散を防ぐ材料である窒化チタンアルミニウムからなる水素バリア形成膜１９０ａ、酸素の拡散を防ぐイリジウムからなる酸素バリア形成膜１９０ｂ、酸素の拡散を防ぐ二酸化イリジウムからなる酸素バリア形成膜１９０ｃ、および白金（Ｐｔ）からなる導電形成膜１９０ｄを順に堆積形成する。
続いて、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、上記形成の各形成膜１９０ａ〜１９０ｄに対してコンタクトプラグ１８の上部相当領域を含むように、所要形状にパターニングを行なう。当該パターニングにより、第２層間絶縁膜１７の上側表面上には、各々が同じ断面サイズを有する水素バリア膜１９ａ、酸素バリア膜１９ｂ、１９ｃおよび導電膜１９ｄが積層された構成の、複数の下部バリア電極１９が形成されるに至る。
【００４０】
その後、スパッタ法またはＣＶＤ法を用いて、第１層間絶縁膜１５上に下部バリア電極１９の上面および側面を覆うように、酸化アルミニウムからなり酸素および水素の拡散を防ぐ水素バリア膜２０を、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚を以って成膜形成する。ここで、水素バリア膜２０の形成後に、酸化性雰囲気で熱処理を行なうと、水素バリア膜２０を構成する酸化アルミニウムが緻密化されるため好ましい。
【００４１】
続いて、例えばモノシラン（ＳｉＨ４ ）を原料とする、水素を含む雰囲気でのＣＶＤ法により、水素バリア膜２０を覆うように、酸窒化シリコンまたは窒化シリコンからなり、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の膜厚の埋め込み絶縁膜２１を堆積形成する。 
次に、ＣＭＰ法を用いて、埋め込み絶縁膜２１および水素バリア膜２０に対して各下部バリア電極１９の上側表面が露出するまで平坦化することにより、各下部バリア電極１９の周囲を取り囲む状態に埋め込み絶縁膜２１が完成する。従って、図２（ｂ）に示すように、下部バリア電極１９の上側表面は、埋め込み絶縁膜２１および水素バリア膜２０の露出面（上側表面）とほぼ面一となる。
【００４２】
次に、図３（ａ）に示すように、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法を用いて、１００ｎｍの膜厚で強誘電体−強磁性体形成膜を堆積形成する。このときの形成条件は、基板温度が６５０℃、酸素圧力が１００ｍＴｏｒｒ（≒１３．３Ｐａ）、波長が２４８ｎｍ、パワーが５５０ｍＪのＫｒＦレーザーをＫＮｉＰＯ４ターゲットに１０分間照射するものである。
【００４３】
次に、上記強誘電体−強磁性体形成膜の上側表面に対し、ＭＯＣＶＤ法を用いて酸化アルミニウムからなる２ｎｍの膜厚の層間絶縁形成膜を堆積形成し、次いで、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法を用いて、５０ｎｍの膜厚の磁性体形成膜を堆積形成する。このときの形成条件は、基板温度が３５０℃、チャンバ圧力が１０ｍＴｏｒｒ（≒１．３Ｐａ）で、波長が２４８ｎｍ、パワーが５５０ｍＪのＫｒＦレーザーを（Ｃｏ、Ｎｉ）Ｆｅターゲットに１０分間照射するものである。
【００４４】
続いて、上記磁性体膜の上側表面に対し、スパッタリング法を用いて、白金（Ｐｔ）からなる５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚の上部電極形成膜を成膜形成する。
次に、リソグラフィ法を用いて、上記上部電極膜の上にレジストパターン（図示を省略。）を形成し、当該レジストパターンをマスクとして、上部電極形成膜、磁性体形成膜、層間絶縁形成膜および強誘電体−強磁性体形成膜に対し、順次ドライエッチングを行ない、ｐ型シリコン基板１０の側から順に、機能膜２２、層間絶縁膜２３、磁性体膜２６および上部電極２４を形成する。これにより、下部バリア電極１９と機能膜２２と層間絶縁膜２３と磁性体膜２６と上部電極２４とからなる機能素子部５０が形成される。そして、下部バリア電極１９には、コンタクトプラグ１８が電気的に接続された状態となっている。
【００４５】
機能素子部５０においては、磁性体膜２６および層間絶縁膜２３の各々における膜厚を、機能膜２２の膜厚よりも薄くすることにより、磁性体膜２６および層間絶縁膜２３の各々における膜厚で規格化したそれぞれの誘電率を、機能膜２２の膜厚で規格化した誘電率より大きくし、機能膜２２に対し十分な電界が印加される。
次に、図３（ｂ）に示すように、常圧ＣＶＤ法を用い、絶縁性の水素バリア膜である埋め込み絶縁膜２１の上側表面上に、上部電極２４の上側表面および側面、並びに磁性体膜２６、層間絶縁膜２３および機能膜２３の側面を覆うように、２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚で水素を含有しない層間絶縁膜２５を成膜形成する。
【００４６】
続いて、ＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、層間絶縁膜２５を覆うように、酸化アルミニウムからなる５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚の水素バリア膜２９を成膜形成する。この水素バリア膜２９は、絶縁性を有するとともに、機能素子部５０の機能膜２２に水素が拡散するのを防ぐ役割を果たす。上記水素バリア膜２９は、下部バリア電極１９の側方領域において、埋め込み絶縁膜２１の上側表面と隙間なく接することになる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態に係るメモリ装置１の主要部分が完成する。
１−４．メモリ装置１の構成上の特徴および動作方法
以下では、本実施の形態に係るメモリ装置１の特徴および動作方法について説明する。
本実施の形態に係るメモリ装置１の機能膜２２は、強誘電体分極の反転が強誘電体ヒステレシスを持つ強誘電体であり、且つ、強磁性双極子の反転が強磁性ヒステレシスをもつ強磁性体であることが特徴となっている。
【００４８】
メモリ装置１は、その駆動において、上部電極２４および下部バリア電極１９を介して、機能膜２２に対し電界を印加することにより、強磁性双極子を反転させることができ、強磁性ヒステレシス特性を有し、尚且つ、機能膜２２に対し磁場を印加することで強誘電体分極を反転させることができ、強誘電ヒステレシス特性を有する。
本実施の形態においては、この機能膜２２の強誘電相転位温度が強磁性相転位温度より低い場合を想定している。本実施の形態に係るメモリ装置１の駆動では、上述のように、機能素子部５０における上部電極２４および下部バリア電極１９の間に電圧を印加して、機能膜２２の抗電場以上に電界を印加することで強誘電体分極の反転／非反転の状態によりデータを不揮発的に保存することができる。
【００４９】
メモリ装置１では、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：トンネル磁気抵抗）効果による機能素子部５０の抵抗値の高低を検出してデータの読み出しを実行することができる。機能素子部５０では、機能膜２２と層間絶縁体膜２３と磁性体膜２６とでＴＭＲ素子部を形成している。そのため、メモリ装置１では、データの読み出しに際して、ＴＭＲ素子部における機能膜２２と磁性体膜２６との磁性双極子の方向が同じであれば低抵抗、異なっていれば高抵抗になる。そして、磁性体膜２６の磁性双極子の方向は一定のため、メモリ装置１の機能素子部５０において、上部電極２４と下部バリア電極１９とを用いて上記ＴＭＲ素子部（機能膜２２と層間絶縁膜２３と磁性体膜２６）の抵抗値の高低を検出し、この検出結果を以ってデータを読み出すことができる。
【００５０】
即ち、本実施の形態に係るメモリ装置１では、その駆動において、電圧の印加を以って機能膜２２の強誘電体分極を反転/非反転と状態変化させることでデータを不揮発的に保存し、ＴＭＲ効果を用いて上記ＴＭＲ素子部（機能膜２２と層間絶縁膜２３と磁性体膜２６）の抵抗値の高低を検出すること（強磁性双極子の反転／非反転の状態検出）で上記保存されたデータを読み出すことができる。
【００５１】
本実施の形態に係るメモリ装置１では、機能膜２２の強誘電体分極を反転させるための電界印加手段として、上部電極２４あるいは下部バリア電極１９に対し任意の時間電圧を印加することができる直流電源が備えられている（図１では、図示を省略）。また、メモリ装置１には、ＴＭＲ素子部の抵抗部の抵抗値検出手段として、上部電極２４あるいは下部バリア電極１９に対し接続された、強誘電体抗電界より十分に低い電圧を印加する定電圧源と電流検出回路とを備えており（図１では、図示を省略。）、検出電流値より機能膜２２の抵抗の高低を判別可能となっている。
【００５２】
１−５．メモリ装置１の優位性
本実施の形態に係るメモリ装置１は、機能素子部５０の機能膜２２が、互いに相応して物性量が状態変化する強誘電体特性と強磁性体特性との両特性を有し、強誘電体特性の物性量の状態変化（強誘電体分極の反転）によってデータの保存を実行し、強磁性体特性の物性量の状態変化（強磁性双極子の反転）によって上記データの読み出しを実行できる。このため、図７のＦｅＲＡＭをはじめとする従来のメモリ装置のようにデータの保存および読み出しに伴う機能膜２２の特性疲労劣化を生じ難い。
【００５３】
従って、本実施の形態に係るメモリ装置１では、データの保存および読み出しに係る絶縁体膜たる機能膜２２の特性疲労劣化が生じ難く、駆動が長期にわたった場合にも高い信頼性を維持することが可能である。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るメモリ装置２について、図面を参酌しながら説明する。
【００５４】
２−１．メモリ装置２の全体構成
以下では、本実施の形態に係るメモリ装置２の構成について、図４を用いて説明する。図４は、メモリ装置２の要部を模式的に示す要部断面図である。
図４に示すように、メモリ装置２においても、機能素子部６０とこれを選択するＦＥＴ部５１とで１メモリセルを構成するスタック構造を有する。なお、図４に示す通り、メモリ装置２におけるｐ型シリコン基板１０から埋め込み絶縁膜２１に至るまでの間の構成については、上記実施の形態１に係るメモリ装置１と同じであるので、これらの部位に対し同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００５５】
本実施の形態に係るメモリ装置２では、下部バリア電極１９および水素バリア膜２０の面上には機能膜３２および上部電極３４が順に積層されている。そして、機能膜３２と上部電極３４との積層体の周囲を取り囲む状態に、下部層間絶縁膜３５が形成されている。
下部層間絶縁膜３５の表面上であって、上部電極３４の上に相当する領域には、第３電極３７が形成されており、さらに、第３電極３７の周囲を取り囲む状態に上部層間絶縁膜３８が形成されている。下部層間絶縁膜３５および上部挿嵌絶縁膜３８、さらには、両層間絶縁膜３５、３９が積層形成されていない領域の埋め込み絶縁膜２１の表面上を覆う状態には、水素バリア膜３９が形成されている。上部電極３４と第３電極３７との間には、下部層間絶縁膜３５が介挿された構成となっている。
【００５６】
本実施の形態に係るメモリ装置２では、下部バリア電極１９、機能膜３２、上部電極３４および第３電極３７を以って機能素子部６０が構成されている。
なお、本実施の形態では、第３電極３７をｐ型シリコン基板１０に対し機能膜３２の上方側に設置しているが、下方側に設置することとすることもできる。
２−２．メモリ装置２の各要素
上記構成の内、第３電極３７は、白金（Ｐｔ）からなり、５０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚で形成されている。
【００５７】
本実施の形態に係るメモリ装置２では、機能膜３２として、上記実施の形態１に係る半導体装置１の機能膜２２と同様に、互いに相応して物性量が状態変化する強誘電体特性と強磁性体特性との両特性を併せ持つ絶縁体膜を用いているが、その強誘電性相転移温度が強磁性相転移温度より高いものを選択することが望ましい。
下部層間絶縁膜３５および上部層間絶縁膜３８の各々は、水素を含有しない酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成されている。また、水素バリア膜３９は、酸化アルミニウムからなり、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。そして、水素バリア膜３９は、上記実施の形態１に係るメモリ装置１の水素バリア膜２９と同様に、機能膜３２などへの水素の拡散を防ぐ役割を果たす。
【００５８】
本実施の形態に係るメモリ装置２においても、機能膜３２が、下部バリア電極１９、水素バリア膜２０、埋め込み絶縁膜２１および水素バリア膜３９により周囲全体が隙間なく覆われており、機能膜３２が水素により還元されることで強誘電体特性を失うことが確実に防止されている。
なお、上記実施の形態１に係るメモリ装置１と同様に、機能膜３２の周囲全体を水素バリア膜で完全に覆う構成とする必要は必ずしもない。
【００５９】
２−３．メモリ装置２の製造方法
以下では、上記構成を有するメモリ装置２の製造方法について、図５、６を用いて説明する。なお、上記の通り、本実施の形態に係るメモリ装置２の構成の内、ｐ型シリコン基板１０から埋め込み絶縁膜２１に至るまでの構成は上記メモリ装置１と同一であり、その製造方法も同じである。そのため、以下では、機能膜３２の製造過程以降について説明する。
【００６０】
図５（ａ）に示すように、図２（ｂ）の状態まで完了した中間品を準備する。
図５（ｂ）に示すように、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）法やスパッタ法やＭＯＣＶＤ法を用いて、５０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚でＫＮｉＰＯ４を堆積して強誘電体−強磁性体機能形成膜を形成する。続いて、スパッタリング法を用いて、強誘電体−強磁性体機能形成膜の上側表面上に、白金（Ｐｔ）からなる５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚の上部電極形成膜を成膜する。
【００６１】
次に、リソグラフィ法を用い、上部電極形成膜の上側表面上にレジストパターン（図示を省略。）を形成し、当該レジストパターンをマスクとして、上部電極形成膜および強誘電体−強磁性体機能形成膜に対して順次ドライエッチングを行なって、ｐ型シリコン基板１０の側から順に、機能膜３２および上部電極３４を形成する。
次に、図６（ａ）に示すように、常圧ＣＶＤ法を用い、埋め込み絶縁膜２１の露出表面、上部電極３４の上方および側方露出表面、さらには機能膜３２の露出側面を覆うように、水素を含有しない酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚の下部層間絶縁膜３５を成膜形成する。
【００６２】
続いて、例えばスパッタリング法を用い、導電性材料（例えば、アルミニウム）を用いて２０ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で第３電極形成膜を成膜する。そして、リソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、第３電極形成膜に対し、機能膜３２および上部電極３４の上方に相当する領域を残す状態にパターニングを行ない、第３電極３７を形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、下部層間絶縁膜３７の上側表面上であって、第３電極３７の周囲を取り囲む状態に、水素を含有しない上部層間絶縁膜３８を成膜形成する。続いて、ＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、上部層間絶縁膜３８、下部層間絶縁膜３５および埋め込み絶縁膜２１の露出表面を覆うように、酸化アルミニウムからなる５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚の水素バリア膜３９を成膜形成する。水素バリア膜３９は、下部バリア電極１９の側方の領域においては、埋め込み絶縁膜２１の上側表面と隙間なく（直に）接することになる。
【００６３】
以上のようにして、機能素子部６０を備えたメモリ装置２の主要構成部分が完成する。
２−４．データ記憶装置２の構成上の特徴および動作方法
上述のように、本実施の形態に係るメモリ装置２は、上記実施の形態１に係るメモリ装置１と同様に、機能膜３２として、強誘電体分極の反転が強誘電体ヒステレシスを有する強誘電体であり、且つ、強磁性双極子の反転が強磁性ヒステレシスを有する強磁性体を用いているところが特徴となっている。
【００６４】
また、メモリ装置２の駆動においては、上記実施の形態１と同様に、機能膜３２に対し電界を印加することで強磁性双極子を反転させることができ、強磁性ヒステレシス特性を有し、尚且つ、磁場を印加することで強誘電体分極を反転させることができ、強誘電ヒステレシス特性を有する。
本実施の形態に係るメモリ装置２がその駆動に際して上記メモリ装置１と相違する点は、強誘電体特性および強磁性体特性の両特性を有する機能膜３２の強誘電性相転位温度が強磁性相転位温度より高い場合を想定している点である。即ち、メモリ装置２では、任意のデータセルの上部電極３４とそのさらに上方に位置する第３電極３７とに直流電流を流すことで、上部電極３４と第３電極３７とにそれぞれ磁場を発生させ、発生させた磁場により任意のデータセルの機能膜３２に対し抗磁場以上の磁場を印加し、これによって機能膜３２における強磁性双極子の反転／非反転の状態を制御する。このようにしてメモリ装置２の該当メモリセルでは、データの保存がなされる。
【００６５】
なお、上部電極３４と第３電極３７とに流す直流電流については、上部電極３４あるいは第３電極３７の内の一方に流した場合には、上部電極３４あるいは第３電極３７に発生する磁場が抗磁場以上にならないように設定を行う。
一方、メモリ装置２におけるデータの読み出しは、機能素子部６０における上部電極３４と下部バリア電極１９との間に機能膜３２の抗電場以上の電圧を印加して、強誘電体分極の反転/非反転の状態検出が反転電流の大小の検知によりなされる。
【００６６】
なお、本実施の形態に係るメモリ装置２は、機能膜３２の磁性双極子の反転／非反転の状態を制御することによって、当該機能膜３２を有する一つのメモリセルに一つのデータを保存し、保存されたデータを当該メモリセルにおける機能膜３２の強誘電体分極の反転／非反転を制御することで読み出し可能な構成を採ることを特徴とする。
２−５．メモリ装置２の優位性
本実施の形態に係るメモリ装置２は、機能素子部６０の機能膜３２が、互いに相応して物性量が状態変化する強誘電体特性と強磁性体特性との両特性を有し、強磁性体特性の物性量の状態変化（磁性双極子の反転／非反転）によってデータの保存を実行でき、前記特性の物性量の状態変化に相応して変化する強誘電体特性の物性量の状態（強誘電体分極の反転／非反転）を検出することによって保存されたデータの読み出しが実行可能となっている。よって、本実施の形態に係るメモリ装置２においても、上記実施の形態１に係るメモリ装置１と同様に、ＦｅＲＡＭなど従来のメモリ装置と比べてデータの保存および読み出しに伴う機能膜３２の特性疲労劣化を生じ難い。
（その他の事項）
上記実施の形態１、２は、本発明に係るメモリ装置の構成およびその作用・効果を分かりやすく説明するため一例として用いたものであって、本発明は、その主たる特徴とする部分以外何ら上記実施の形態１、２に限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態１、２では、不揮発性のメモリ装置１、２を一例としたが、揮発性のメモリ装置に対しても本発明に係る技術を適用すれば、上記同様の効果を得ることが可能である。
【００６７】
また、上記実施の形態１、２においては、互いに相応して物性量が状態変化する強誘電体特性および強磁性体特性の両特性を併せ持つ機能膜２２、３２を構成する材料の一例として、ＫＮｉＰＯ４を使用したが、その他にも化学式ＡＢＰＯ４で表される材料を用いることもできる。ここで、上記化学式における”Ａ”は、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、ＮＨ４の中から選択される元素であり、”Ｂ”は、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｇｄ、Ｔｂの中から選択される元素である。
【００６８】
また、機能膜２２、３２の構成材料としては、強誘電体材料に磁性元素を添加した超格子構造を有する強誘電体−強磁性体機能材料群から任意に選択される材料を用いることもできる。
また、機能膜２２、３２としては、強誘電体膜と強磁性体膜の多層構造を持つ材料群から任意に選択することができる。
【００６９】
また、磁性体膜２６には、（Ｃｏ、Ｎｉ）Ｆｅ以外に、磁性双極子を有する材料群から任意に選択される材料を用いることができる。
また、層間絶縁膜２３の材料としては、上記実施の形態１で用いた酸化アルミニウム以外にも、リーク電流値が１０−５Ａ／ｃｍ２以下という特性を有する材料群から任意に選択して用いることができる。
【００７０】
また、機能素子部５０、６０における各電極１９、２４、３４、３７の各々の間でのサイズ関係については、上記実施の形態の関係に限定されない。例えば、図１および図４において、下部バリア電極１９の断面サイズを、上部電極２４、３４に比して大きくすることもできる。このような構成を採用する場合にあっても、上述の効果を得ることができる点にかわりはない。
【００７１】
また、上記実施の形態１では、機能膜２２、３２として上記材料からなる一層構造のものを採用したが、強誘電体特性を有する強誘電体要素膜と、強磁性体特性を有する強磁性体要素膜とを含む多層膜構造のものを採用することも可能である。
また、上記実施の形態１では、データの読み出しに際して、ＴＭＲ素子部の抵抗値を検出したが、その他にも、機能膜２２の磁性双極子の反転／非反転の状態の検出ができる構成であれば採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のデータ記憶装置は、高信頼性動作が可能であり、様々な電子回路への搭載に適する。メモリ装置、デジタル回路、アナログ回路に応用可能であり、産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施の形態に係るデータ記憶装置１の要部構成を模式的に示す要部断面図である。
【図２】データ記憶装置１の製造過程を模式的に示すステップ図である。
【図３】データ記憶装置１の製造過程を模式的に示すステップ図である。
【図４】第２の実施の形態に係るデータ記憶装置２の要部構成を模式的に示す要部断面図である。
【図５】データ記憶装置２の製造過程を模式的に示すステップ図である。
【図６】データ記憶装置２の製造過程を模式的に示すステップ図である。
【図７】従来技術に係るＦｅＲＡＭの要部構成を示す要部断面図である。
【図８】強誘電体容量膜の強誘電体ヒステリシスループを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、２．データ記憶装置
１０．ｐ型シリコン基板
１１ａ．ソース電極
１１ｂ．ドレイン電極
１２．ゲート絶縁膜
１３．ゲート電極
１４．素子分離
１５．第１層間絶縁膜
１６．メタル配線
１７．第２層間絶縁膜
１８．コンタクトプラグ
１９．下部バリア電極
１９ａ．水素バリア膜
１９ｂ、１９ｃ．酸素バリア膜
１９ｄ．導電膜
２０．水素バリア膜
２１．埋め込み絶縁膜
２２、３２．強誘電体−強磁性体機能膜
２３．層間絶縁膜
２４、３４．上部電極
２５．層間絶縁膜
２６．磁性体膜
２９、３９．水素バリア膜
３５．下部層間絶縁膜
３７．第３電極
３８．上部層間絶縁膜
５０、６０．強誘電体−強磁性体機能素子部
５１．電界効果型トランジス素子部
１９０ａ．水素バリア形成膜
１９０ｂ、１９０ｃ．酸素バリア形成膜
１９０ｄ．導電形成膜
【図１】
2007053309.tif 000003
【図２】
2007053309.tif 000004
【図３】
2007053309.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007053309.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007053309.tif 000009
【図８】
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