(57)【要約】【課題】スピン注入磁化反転機構を用いた磁気抵抗効果素子を有する磁気メモリ装置に関し、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界による誤動作を防止しうる磁気メモリ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】磁気シールド膜４８と、磁気シールド膜４８上に形成され、磁性層５２と、非磁性層５４と、磁性層５６とを有し、スピンの注入により磁性層５２又は磁性層５６を磁化反転する磁気抵抗効果素子６２と、磁気抵抗効果素子６２の側壁部分に形成された第２の磁気シールド膜６８とを有する。これにより、磁気抵抗効果素子６２の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界が磁気抵抗効果素子６２に達するのを効果的に防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁気シールド膜と、
前記第１の磁気シールド膜上に形成され、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有し、スピンの注入により前記第１の磁性層又は前記第２の磁性層を磁化反転する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に形成された第２の磁気シールド膜と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気メモリ装置において、
前記磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気シールド膜との間に形成された絶縁膜を更に有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項３】
請求項２記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁膜は、前記磁気抵抗効果素子の前記側壁部分及び上面部に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁膜は、耐湿性の絶縁材料により構成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置において、
前記第１の磁気シールド膜を介して前記磁気抵抗効果素子に電気的に接続された選択トランジスタを更に有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項６】
第１の磁気シールド膜を形成する工程と、
前記第１の磁気シールド膜上に、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に、第２の磁気シールド膜を形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、前記磁気抵抗効果素子を覆う絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記第２の磁気シールドを形成する工程では、前記絶縁膜が形成された前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に前記第２の磁気シールド膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記絶縁膜を形成する工程では、絶縁膜を堆積してエッチバックすることにより、前記磁気抵抗効果素子に対して自己整合で前記絶縁膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記磁気抵抗効果素子を形成する工程では、上面が前記バッファ絶縁膜で覆われた前記磁気抵抗効果素子を形成し、
前記絶縁膜を形成する工程では、前記磁気抵抗効果膜上の前記バッファ絶縁膜が残存するように、前記絶縁膜をエッチバックする
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２の磁気シールド膜を形成する工程では、軟磁気特性を有する磁性材料を堆積してエッチバックすることにより、前記磁気抵抗効果素子に対して自己整合で前記第２の磁気シールド膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ装置及びその製造方法に係り、特にスピン注入磁化反転型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、書き換え可能な不揮発性メモリとして、磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配列した磁気ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memoryという）が注目されている。ＭＲＡＭは、２つの磁性層における磁化方向の組み合わせを利用して情報を記憶し、これら磁性層間の磁化方向が平行である場合と反平行である場合とにおける抵抗変化（すなわち電流或いは電圧の変化）を検知することによって記憶情報の読み出しを行うものである。
【０００３】
ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子やＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistive）素子が知られている。なかでも、大きな抵抗変化が得られるＴＭＲ素子が、ＭＲＡＭに用いる磁気抵抗効果素子として注目されている。ＴＭＲ素子は、２つの強磁性層がトンネル絶縁膜を介して積層されたものであり、２つの強磁性層の磁化方向の関係に基づいてトンネル絶縁膜を介して磁性層間を流れるトンネル電流が変化する現象を利用したものである。すなわち、ＴＭＲ素子は、２つの強磁性層の磁化方向が平行のときに低い素子抵抗を有し、反平行のときには高い素子抵抗を有する。この２つの状態をデータ“０”及びデータ“１”に関連づけることにより、記憶素子として用いることができる。
【０００４】
磁気抵抗効果素子に書き込む方法としては、直交する２本の信号線（例えばビット線及び書き込みワード線）に電流を流し、これら信号線から発生する磁界の合成磁界をＭＴＪ素子に印加することで、一方の強磁性層（自由磁化層）の磁化方向を印加磁界に応じた向きに変化させる方式（電流磁界書き込み方式）が一般的である。
【０００５】
しかしながら、この方法では、ビット線及び書き込みワード線により生じる合成磁界の発生効率及び自由磁化層の外部磁場反転容易性が、消費電力や信頼性を左右することとなる。特に、記録密度を向上するために磁気抵抗効果素子のサイズを縮小していくと自由磁化層の反磁界が増大するため、自由磁化層の磁化反転磁界Ｈｃが増加する。すなわち、高集積化に伴い、書き込み電流が増加し、消費電力が増加してしまう。
【０００６】
これを解消するために、磁気抵抗効果素子部の対向する面以外の書き込みワード線及びビット線の周囲を磁性材料でシールドして磁束集中させる構造、いわゆるクラッド構造が提案されている。しかしながら、自由磁化層の磁化反転磁界は素子サイズの縮小にほぼ反比例して増加するため、従来の電流磁界書き込み方式では書き込み電流が著しく増加してしまい、ひいては事実上書き込みが困難となることが予測されている。
【０００７】
また、データ書き込みの際には、ビット線と書き込みワード線に電流を印加して重畳した磁界によって所定の選択素子の自由磁化層の磁化反転を行うが、このとき電流を流したビット線及び書き込みワード線に連なっている多数の非選択素子にも電流磁場が作用している。このような状態の素子を半選択状態と定義しており、不安定に磁化反転が生じやすく誤動作の原因となっている。また、選択トランジスタを接続した構造のＭＲＡＭでは、ビット線、ワード線のほかに書き込み用の書き込みワード線が必要であり、デバイス構造及び製造プロセスが複雑になってしまう。
【０００８】
このような観点から、近年、スピン注入磁化反転素子が注目されている。スピン注入磁化反転素子は、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子と同様、２つの強磁性層間に絶縁層又は非磁性金属層を挟んで構成される磁気抵抗効果素子である。
【０００９】
スピン注入磁化反転素子において、膜面に垂直に自由磁化層側から固定磁化層側へ電流を流すと、スピン偏極した伝導電子が固定磁化層から自由磁化層に流れ込み、自由磁化層の電子と交換相互作用をする。この結果、電子間にはトルクが発生し、このトルクが十分に大きいと自由磁化層の磁気モーメントは反平行から平行に反転する。一方、電流印加を逆方向にすると、前述とは逆作用の効果により、平行から反平行に反転することができる。すなわち、スピン注入磁化反転素子は、電流制御（印加方向及び印加電流値）のみによって自由磁化層の磁化反転を誘発し、記憶状態を書き換えることができる記憶素子である。
【００１０】
スピン注入磁化反転素子では、素子サイズが減少して磁化反転磁界Ｈｃが増加しても体積減少効果により反転電流が減少するため、電流磁界書き込み方式の素子と比較して大容量化・低消費電力化に極めて有利である。また、書き込みワード線が不要であり、デバイス構造及び製造方法を簡略化することができる。
【特許文献１】特開２００３−２４９６３０号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１６７２号公報
【特許文献３】特開２００４−２５９９１３号公報
【特許文献４】特開２００４−２８１５９９号公報
【特許文献５】特開２００５−０９４００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、スピン注入磁化反転素子を用いた磁気メモリ装置では、スピン注入磁化反転素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界により、自由磁化層の磁化反転が誘発されて誤動作が生じることがあった。
【００１２】
本発明の目的は、スピン注入磁化反転機構を用いた磁気抵抗効果素子を有する磁気メモリ装置において、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界による誤動作を防止しうる磁気メモリ装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、第１の磁気シールド膜と、前記第１の磁気シールド膜上に形成され、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有し、スピンの注入により前記第１の磁性層又は前記第２の磁性層を磁化反転する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に形成された第２の磁気シールド膜とを有することを特徴とする磁気メモリ装置が提供される。
【００１４】
また、本発明の他の観点によれば、第１の磁気シールド膜を形成する工程と、前記第１の磁気シールド膜上に、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に、第２の磁気シールド膜を形成する工程とを有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子の下面部を第１のシールド膜により覆い、磁気抵抗効果素子の側壁部分を第２のシールド膜により覆うので、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界が磁気抵抗効果素子に達するのを効果的に防止することができる。これにより、磁気抵抗効果素子の自由磁化層の磁化反転や書き込み電流ばらつきなど、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界による誤動作を防止することができる。
【００１６】
また、耐湿性の絶縁膜を介して第２の磁気シールド膜を設けることにより、酸素、水、水素等の不純物が磁気抵抗効果素子に達することを効果的に防止することができる。これにより、磁気抵抗効果素子を形成した後の製造プロセスにおいて、酸素や水素等の侵食による抵抗特性の変化やトンネル絶縁膜の還元による抵抗値の変化を効果的に防止することができる。
【００１７】
また、磁気抵抗効果素子を囲う第１の磁気シールド膜及び第２の磁気シールド膜を磁気抵抗効果素子に対して自己整合で形成するので、微細化及び製造プロセスを困難にすることなく本発明の上記効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態による磁気メモリ装置及びその製造方法について図１乃至図８を用いて説明する。
【００１９】
図１は本実施形態による磁気メモリ装置の構造を示す平面図、図２は本実施形態による磁気メモリ装置の構造を示す概略断面図、図３乃至図８は本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００２０】
はじめに、本実施形態による磁気メモリ装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ′線断面図、図２（ｂ）は磁気抵抗効果素子の形成部分の拡大断面図である。
【００２１】
シリコン基板１０には、その表面に複数の素子領域を画定する素子分離膜１２が形成されている。複数の素子領域はそれぞれがＸ方向（図面横方向）に長い矩形形状を有しており、互いに千鳥格子状に配置されている。
【００２２】
素子分離膜１２が形成されたシリコン基板１０上には、Ｙ方向（図面縦方向）に延在する複数のワード線ＷＬが形成されている。ワード線ＷＬは、各素子領域に、それぞれ２本ずつが延在している。ワード線ＷＬの両側の素子領域には、ソース／ドレイン領域１６，１８がそれぞれ形成されている。これにより、素子性領域には、ワード線ＷＬにより構成されるゲート電極１４とソース／ドレイン領域１６，１８とを有する選択トランジスタが、それぞれ２つずつ形成されている。一の活性領域に形成された２つの選択トランジスタは、ソース／ドレイン領域１６を共用している。
【００２３】
選択トランジスタが形成されたシリコン基板１０上には、層間絶縁膜２０が形成されている。層間絶縁膜２０には、ソース／ドレイン領域１６に接続されたコンタクトプラグ２４と、ソース／ドレイン領域１８に接続されたコンタクトプラグ２５とが埋め込まれている。
【００２４】
コンタクトプラグ２４，２５が埋め込まれた層間絶縁膜２０上には、層間絶縁膜２８が形成されている。層間絶縁膜２８には、コンタクトプラグ２４を介してソース／ドレイン領域１６に電気的に接続されたグラウンド線２６と、コンタクトプラグ２５を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続された配線層２７とが埋め込まれている。
【００２５】
グラウンド線２６及び配線層２７が埋め込まれた層間絶縁膜２８上には、層間絶縁膜２９が形成されている。層間絶縁膜２９には、配線層２７及びコンタクトプラグ２５を介してソース／ドレイン領域１８に接続されたコンタクトプラグ３２が埋め込まれている。
【００２６】
コンタクトプラグ３２が埋め込まれた層間絶縁膜２９上には、層間絶縁膜３４が形成されている。層間絶縁膜３４には、コンタクトプラグ３２に電気的に接続された配線層３８が埋め込まれている。
【００２７】
配線層３８が埋め込まれた層間絶縁膜３８上には、層間絶縁膜４０が形成されている。層間絶縁膜４０には、配線層３８に接続されたコンタクトプラグ４４が埋め込まれている。
【００２８】
コンタクトプラグ４４が埋め込まれた層間絶縁膜４０上には、コンタクトプラグ４４に接続されたローカル配線４６が形成されている。ローカル配線４６は、コンタクトプラグ４４、配線層３８、コンタクトプラグ３２を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続されている。
【００２９】
ローカル配線４６上には、下面部が下部シールド膜４８により覆われ、側面部が絶縁膜６６を介して側壁シールド膜６８により覆われた磁気抵抗効果素子６２が形成されている。磁気抵抗効果素子６２は、図２（ｂ）に示すように、反強磁性層５０と、固定磁化層５２と、バリア層５４と、自由磁化層５６と、キャップ層６０との積層膜により構成されるＴＭＲ素子であり、絶縁膜６６によって上面及び側面が覆われている。
【００３０】
ローカル配線４６及び磁気抵抗効果素子６２が形成された層間絶縁膜４０上には、層間絶縁膜７０が形成されている。層間絶縁膜７０上には、Ｘ方向に延在して形成され、コンタクトホール７２を介して磁気抵抗効果素子６２のキャップ層５８に接続されたビット線７６が形成されている。
【００３１】
こうして、１つのメモリセルが１つの選択トランジスタと１つの磁気抵抗効果素子とにより構成されたスピン注入型の磁気メモリ装置が構成されている。
【００３２】
ここで、本実施形態による磁気メモリ装置では、図２（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子６２の下面部が下部シールド膜４８により覆われ、磁気抵抗効果素子６２の側面部が絶縁膜６６を介して側壁シールド膜６８により覆われている。下部シールド膜４８及び側壁シールド膜６８は、ＮｉＦｅ等の軟磁性材料により構成された磁気シールドである。
【００３３】
したがって、磁気抵抗効果素子６２を囲むようにこのような磁気シールドを設けることにより、磁気抵抗効果素子６２の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界が磁気抵抗効果素子６２に達するのを効果的に防止することができる。これにより、自由磁化層５６の磁化反転や書き込み電流ばらつきなど、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界による誤動作を防止することができる。
【００３４】
また、絶縁膜６６として耐湿性の絶縁材料を適用することにより、酸素、水、水素等の不純物が磁気抵抗効果素子に達することを効果的に防止することができる。したがって、磁気抵抗効果素子を形成した後の製造プロセスにおいて、酸素や水素等の侵食による抵抗特性の変化やトンネル絶縁膜の還元による抵抗値の変化を効果的に防止することができる。
【００３５】
また、後述するように、磁気抵抗効果素子６２を囲う磁気シールド（下部シールド膜４８及び側壁シールド膜６８）は、磁気抵抗効果素子６２に対して自己整合で形成することができる。したがって、微細化及び製造プロセスを困難にすることなく本発明の上記効果を奏することができる。
【００３６】
次に、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法について図３乃至図８を用いて説明する。なお、図３乃至図６は図１のＡ−Ａ′線断面に沿った工程断面図、図７及び図８は磁気抵抗効果素子の形成部分の詳細な工程断面図である。
【００３７】
まず、シリコン基板１０上に、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、素子領域を画定する素子分離膜１２を形成する。
【００３８】
次いで、素子分離膜１２により画定された素子領域に、通常のＭＯＳトランジスタの形成方法と同様にして、ゲート電極１４及びソース／ドレイン領域１６，１８を有する選択トランジスタを形成する（図３（ａ））。
【００３９】
次いで、選択トランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積後、ＣＭＰ法によりこの表面を平坦化し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜２０を形成する。
【００４０】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜２０に、ソース／ドレイン領域１６に達するコンタクトホール２２と、ソース／ドレイン領域１８に達するコンタクトホール２３とを形成する。
【００４１】
次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしての窒化チタン膜及びタングステン膜を堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、コンタクトホール２２に埋め込まれソース／ドレイン領域１６に電気的に接続されたコンタクトプラグ２４と、コンタクトホール２３に埋め込まれソース／ドレイン領域１８に電気的に接続されたコンタクトプラグ２５とを形成する。
【００４２】
次いで、コンタクトプラグ２４，２５が埋め込まれた層間絶縁膜２０上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積後、必要に応じてＣＭＰ法によりこの表面を平坦化し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜２８を形成する。
【００４３】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜２８に、コンタクトプラグ２４に達する配線溝２６ａ及びコンタクトプラグ２５に達する配線溝２７ａを形成する。
【００４４】
次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしてのタンタル膜及び銅膜を堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、配線溝２６ａに埋め込まれコンタクトプラグ２４を介してソース／ドレイン領域１６に電気的に接続されたグラウンド線２６と、配線溝２７ａに埋め込まれコンタクトプラグ２５を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続された配線層２７とを形成する（図３（ｂ））。
【００４５】
次いで、グラウンド線２６及び配線層２７が埋め込まれた層間絶縁膜２８上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積後、必要に応じてＣＭＰ法によりこの表面を平坦化し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜２９を形成する。
【００４６】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜２９に、配線層２７に達するコンタクトホール３０を形成する。
【００４７】
次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしてのタンタル膜及び銅膜を堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、コンタクトホール３０に埋め込まれ配線層２７及びコンタクトプラグ２５を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続されたコンタクトプラグ３２を形成する（図３（ｃ））。
【００４８】
次いで、コンタクトプラグ３２が埋め込まれた層間絶縁膜２８上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積後、必要に応じてＣＭＰ法によりこの表面を平坦化し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜３４を形成する。
【００４９】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜３４に、コンタクトプラグ３２に達する配線溝３６を形成する。
【００５０】
次いで、バリアメタルとしてのタンタル膜及び銅膜を堆積後、層間絶縁膜３４の表面に達するまで銅膜及びバリアメタルをＣＭＰによりポリッシュバックし、配線溝３６に埋め込まれ、コンタクトプラグ３２を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続された配線層３８を形成する（図４（ａ））。
【００５１】
次いで、配線層３８が埋め込まれた層間絶縁膜３４上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を堆積後、必要に応じてＣＭＰ法によりシリコン酸化膜の表面を平坦化し、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層構造よりなる層間絶縁膜４０を形成する。
【００５２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜４０に、配線層３８に達するコンタクトホール４２を形成する。
【００５３】
次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしてのタンタル膜及び銅膜を堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、コンタクトホール４２に埋め込まれ、配線層３８及びコンタクトプラグ３２を介してソース／ドレイン領域１８に電気的に接続されたコンタクトプラグ４４を形成する（図４（ｂ））。
【００５４】
次いで、コンタクトプラグ４４が埋め込まれた層間絶縁膜４０上に、例えばスパッタ法により、Ｔａ膜４６ａと、ＮｉＦｅ膜４８ａと、ＰｔＭｎ膜５０ａ（膜厚：２０ｎｍ）と、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ積層膜５２ａ（膜厚：２．５ｎｍ／０．７ｎｍ／２ｎｍ）と、ＭｇＯ膜５４ａ（膜厚：２ｎｍ）と、ＣｏＦｅＢ膜５６ａ（膜厚：２ｎｍ）と、Ｔａ／Ｒｕ積層膜５８ａ（膜厚：３０ｎｍ／５ｎｍ）とを堆積する。
【００５５】
次いで、Ｔａ／Ｒｕ積層膜５８ａ上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６０ａ（膜厚：２０ｎｍ／１０ｎｍ）を堆積する（図７（ａ））。
【００５６】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６０ａ、Ｔａ／Ｒｕ積層膜５８ａ、ＣｏＦｅＢ膜５６ａ、ＭｇＯ膜５４ａ、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ積層膜５２ａ及びＰｔＭｎ膜５０ａを、例えば１００×２００ｎｍの大きさにパターニングし、上面がＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６０ａよりなるバッファ膜６０により覆われ、ＰｔＭｎ膜５０ａよりなる反強磁性層５０と、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ積層膜５２ａよりなる積層フェリ構造の固定磁化層５２と、ＭｇＯ膜５４ａよりなるバリア層５４と、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ積層膜５６ａよりなる自由磁化層５６と、Ｔａ／Ｒｕ積層膜５８ａよりなるキャップ層５８との積層膜よりなる磁気抵抗効果素子６２を形成する（図７（ｂ））。
【００５７】
なお、反強磁性層５０は、例えばＲｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，ＩｒＰｔ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，ＡｕのいずれかとＭｎとを含む反強磁性材料、例えばＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ，ＲｈＭｎ，ＲｕＭｎ，ＦｅＭｎ等により構成することができる。この場合、反強磁性材料の結晶配向性向上のため下地材料としてＮｉＣｒ，ＮｉＦｅ，Ｒｕ，Ｃｕ等の材料を適用することができる。
【００５８】
また、固定磁化層５２は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのいずれかを含む強磁性材料、例えばＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ等により構成することができる。積層フェリ構造を形成する場合にあっては、カップリング膜としてＲｕ，Ｒｈ，Ｃｒ等の非磁性材料を用いることができる。
【００５９】
また、バリア層５４は、Ｍｇ，Ａｌ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｓｉのいずれかを含む酸化物材料、酸窒化物材料又は窒化物材料、例えばＭｇＯ，ＡｌＯ，ＡｌＮ，ＨｆＯ，ＴｉＯ，ＶＯ，ＴａＯ，ＳｉＯ等を適用することができる。
【００６０】
また、自由磁化層５６は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのいずれかを含む強磁性材料、例えばＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＦｅＢＳｉ，ＦｅＢ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ等を適用することができる。
【００６１】
また、キャップ層５８は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，ＴｉＮのいずれかを含む導電性材料により構成することができる。
【００６２】
次いで、磁気抵抗効果素子６２が形成されたＮｉＦｅ膜４８ａ上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６４ａ（膜厚：３０ｎｍ／１０ｎｍ）を堆積する（図７（ｃ））。
【００６３】
次いで、ＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６４ａをエッチバックし、磁気抵抗効果素子６２の側壁部分に、ＳｉＮ／ＳｉＯ積層膜６４ａよりなる側壁絶縁膜６４を形成する。このとき、磁気抵抗効果素子６２上のバッファ膜６０が残存するように、バッファ膜６０の膜厚やエッチバック条件等を適宜制御する。なお、以下の説明では、磁気抵抗効果素子６２を覆うバッファ膜６０及び側壁絶縁膜６４を一括して、絶縁膜６６と称する（図８（ａ））。
【００６４】
なお、絶縁膜６６は、耐湿性を有する絶縁材料、例えばＳｉＯ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ等のＣＶＤ法により堆積したＳｉを含む絶縁材料、ＡｌＯ，ＡｌＮ，ＡｌＯＮを含む絶縁材料等により構成することができる。
【００６５】
耐湿性を考慮すると、絶縁膜６６は、磁気抵抗効果素子６２の側壁部分及び上面上を覆っていることが望ましい。但し、磁気抵抗効果素子６２の側壁部分だけに絶縁膜６６が設けられた場合にも、若干劣るものの耐湿性を向上する効果はある。したがって、絶縁膜６６は、磁気抵抗効果素子６２の側壁部分だけを覆うようにしてもよい。この場合、バッファ膜６０を設けない或いは膜厚を薄くすることが考えられる。
【００６６】
次いで、絶縁膜６６により覆われた磁気抵抗効果素子６２が形成されたＮｉＦｅ膜４８上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＮｉＦｅ膜６８ａを堆積する。
【００６７】
次いで、ＮｉＦｅ膜６８ａ及びＮｉＦｅ膜４８ａをエッチバックし、ＮｉＦｅ膜６８ａよりなり絶縁膜６６により覆われた磁気抵抗効果素子６２の側壁部分に形成された側壁シールド膜６８と、ＮｉＦｅ膜４８ａよりなり磁気抵抗効果素子６２の下部に形成された下部シールド膜４８とを形成する（図８（ｂ））。この際、磁気抵抗効果素子６２上面上のＮｉＦｅ膜６８が除去されれば、ローカル配線４６上のＮｉＦｅ膜４８ａは残存してもよい。
【００６８】
なお、下部シールド膜４８及び側壁シールド膜６８は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのいずれかを含む高透磁率で軟磁気特性を有する軟磁性材料、例えばＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＮｉＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＢＳｉ，ＣｏＦｅＢＮｉ等を適用することができる。
【００６９】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、Ｔａ膜４６ａをパターニングし、Ｔａ膜４６ａよりなるローカル配線４６を形成する（図８（ｃ））。
【００７０】
こうして、層間絶縁膜４０上に、コンタクトプラグ４４に接続されたローカル配線４６と、ローカル配線４６上に形成され下面が下部シールド膜４８により覆われ側壁部分が側壁シールド膜６６により覆われた磁気抵抗効果素子６２を形成する。（図５（ａ））。
【００７１】
次いで、ローカル配線４６及び磁気抵抗効果素子６２が形成された層間絶縁膜４０上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積後、ＣＭＰ法によりこの表面を平坦化し、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜７０を形成する。
【００７２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜７０及び絶縁膜６６に、磁気抵抗効果素子６２のキャップ層５８に達するコンタクトホール７２を形成する（図５（ｂ））。
【００７３】
次いで、必要に応じて、例えばシリコン酸化膜を堆積してエッチバックし、コンタクトホール７２の内壁に、リーク電流防止用の絶縁保護膜７４を形成する（図６（ａ））。
【００７４】
次いで、コンタクトホール７２が形成された層間絶縁膜７０上に、コンタクトホール７２を介して磁気抵抗効果素子６２に電気的に接続されたビット線７６を形成する（図６（ｂ）。
【００７５】
この後、必要に応じて更に上層に絶縁層や配線層等を形成し、磁気メモリ装置を完成する。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、磁気抵抗効果素子の下部シールド膜により覆い、磁気抵抗効果素子の側壁部分を側壁シールド膜により覆うので、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界が磁気抵抗効果素子に達するのを効果的に防止することができる。これにより、磁気抵抗効果素子の自由磁化層の磁化反転や書き込み電流ばらつきなど、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられた配線からの漏洩磁界による誤動作を防止することができる。
【００７７】
また、耐湿性の絶縁膜を介して側壁シールド膜を設けることにより、酸素、水、水素等の不純物が磁気抵抗効果素子に達することを効果的に防止することができる。これにより、磁気抵抗効果素子を形成した後の製造プロセスにおいて、酸素や水素等の侵食による抵抗特性の変化やトンネル絶縁膜の還元による抵抗値の変化を効果的に防止することができる。
【００７８】
また、磁気抵抗効果素子を囲う下部シールド膜及び側壁シールド膜を磁気抵抗効果素子に対して自己整合で形成するので、微細化及び製造プロセスを困難にすることなく本発明の上記効果を奏することができる。
【００７９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８０】
例えば、上記実施形態では、ＴＭＲ型の磁気抵抗効果素子を有する磁気メモリ装置に本発明を適用した場合を示したが、ＧＭＲ型の磁気抵抗効果素子を有する磁気メモリ装置においても同様に適用することができる。この場合、バリア層５４に変えて、導電性の非磁性層を設ければよい。また、固定磁化層５２と自由磁化層５６の位置関係は、上下逆でもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、固定磁化層５２を、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅからなる積層フェリ構造とすることにより、固定磁化層５２からの漏洩磁界を低減する構成としたが、例えばＣｏＦｅよりなる単層構造の固定磁化層を適用してもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、自由磁化層５６をＣｏＦｅＢの単層構造としたが、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ等よりなる積層構造としてもよい。また、例えばＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅ／Ｒｈ／ＣｏＦｅＢ等よりなる積層フェリ構造としてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、１つの選択トランジスタと１つの磁気抵抗効果素子によって１つのメモリセルが構成される磁気メモリ装置に本発明を適用した場合を示したが、メモリセルの構成はこれに限定されるものではない。例えば、２つの選択トランジスタと２つの磁気抵抗効果素子によって１つのメモリセルが構成される磁気メモリ装置や、１つの選択トランジスタと２つの磁気抵抗効果素子によって１つのメモリセルが構成される磁気メモリ装置においても、本発明を同様に適用することができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、磁気抵抗効果素子６２の下層にローカル配線４６を設けたが、ローカル配線４６は必ずしも必要ではない。上記実施形態においてローカル配線４６を設けたのは、磁気抵抗効果素子６２が銅を主体とする配線層３８よりも上層に形成されているためである。すなわち、銅配線層上に磁気抵抗効果素子を直に形成することは製造工程上困難であるため、そのためのバッファとしてローカル配線４６を設けたものである。したがって、配線層に銅配線を用いない場合や銅配線上に磁気抵抗効果素子を直に形成できるような場合には、ローカル配線４６は必ずしも必要ではない。或いは、コンタクトプラグ３２に直に接続して、ローカル配線４６又は下部シールド膜４８を形成するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、下部シールド膜４８及び側壁シールド膜６８の双方を設けたが、磁気抵抗効果素子６２に隣接する配線の態様によっては、下部シールド膜４８又は側壁シールド膜６８のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００８６】
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【００８７】
（付記１）  第１の磁気シールド膜と、
前記第１の磁気シールド膜上に形成され、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有し、スピンの注入により前記第１の磁性層又は前記第２の磁性層を磁化反転する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に形成された第２の磁気シールド膜と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置。
【００８８】
（付記２）  付記１記載の磁気メモリ装置において、
前記磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気シールド膜との間に形成された絶縁膜を更に有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００８９】
（付記３）  付記２記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁膜は、前記磁気抵抗効果素子の前記側壁部分及び上面部に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９０】
（付記４）  付記２又は３記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁膜は、耐湿性の絶縁材料により構成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９１】
（付記５）  付記４記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁材料は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ、ＡｌＮ及びＡｌＯＮを含む群から選択される少なくとも一の絶縁材料を含む
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９２】
（付記６）  付記２乃至５のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置において、
前記絶縁膜は、前記磁気抵抗効果素子に対して自己整合で形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９３】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置において、
前記第２の磁気シールド膜は、前記磁気抵抗効果素子及び前記絶縁膜に対して自己整合で形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９４】
（付記８）  付記１乃至７のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置において、
前記第１の磁気シールド膜を介して前記磁気抵抗効果素子に電気的に接続された選択トランジスタを更に有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００９５】
（付記９）  第１の磁気シールド膜を形成する工程と、
前記第１の磁気シールド膜上に、第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に形成された非磁性層と、前記非磁性層上に形成された第２の磁性層とを有する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に、第２の磁気シールド膜を形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【００９６】
（付記１０）  付記９記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記磁気抵抗効果素子を形成する工程の後に、前記磁気抵抗効果素子を覆う絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記第２の磁気シールドを形成する工程では、前記絶縁膜が形成された前記磁気抵抗効果素子の側壁部分に前記第２の磁気シールド膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【００９７】
（付記１１）  付記１０記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記絶縁膜を形成する工程では、絶縁膜を堆積してエッチバックすることにより、前記磁気抵抗効果素子に対して自己整合で前記絶縁膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【００９８】
（付記１２）  付記１１記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記磁気抵抗効果素子を形成する工程では、上面が前記バッファ絶縁膜で覆われた前記磁気抵抗効果素子を形成し、
前記絶縁膜を形成する工程では、前記磁気抵抗効果膜上の前記バッファ絶縁膜が残存するように、前記絶縁膜をエッチバックする
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【００９９】
（付記１３）  付記９乃至１２のいずれか１項に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２の磁気シールド膜を形成する工程では、軟磁気特性を有する磁性材料を堆積してエッチバックすることにより、前記磁気抵抗効果素子に対して自己整合で前記第２の磁気シールド膜を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の構造を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図７】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図８】本発明の一実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…シリコン基板
１２…素子分離膜
１４…ゲート電極
１６，１８…ソース／ドレイン領域
２０，２８，２９，３４，４０，７０…層間絶縁膜
２２，２３，３０，４２，７２…コンタクトホール
２４，２５，３２，４４…コンタクトプラグ
２６…グラウンド線
２６ａ，２７ａ，３６…配線溝
２７…配線層
３８…配線層
４６…ローカル配線
４８…下部シールド膜
５０…反強磁性層
５２…固定磁化層
５４…バリア層
５６…自由磁化層
５８…キャップ層
６０…バッファ膜
６２…磁気抵抗効果素子
６４…側壁絶縁膜
６６…絶縁膜
６８…側壁シールド膜
７４…絶縁保護膜
７６…ビット線
【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】
2007273493.tif 000007
【図６】
2007273493.tif 000008
【図７】
2007273493.tif 000009
【図８】
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