JP2004296859A

JP2004296859A - 磁気記録素子及び磁気記録素子の製造方法

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Publication number: JP2004296859A
Application number: JP2003088260A
Authority: JP
Inventors: Shinroku Maejima; 伸六前島; Shuichi Ueno; 修一上野; Takashi Osanaga; 隆志長永; Takeharu Kuroiwa; 丈晴黒岩
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Also published as: CN1267899C; CN1866361A; TW200425137A; KR100710113B1; CN1542748A; TWI248080B; KR20040084817A; US20040246777A1; US20080168649A1

Abstract

【課題】ＴＭＲ素子及びこれと接続される導電体との位置合わせ用マージンを軽減する。
【解決手段】平面視上、負のＸ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面を揃えるためのＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、ＴＭＲ素子１とストラップ５を整形する。Ｘ方向境界マスクＳ１１は直線上の境界を有しており、当該境界がＹ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも正のＸ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【選択図】図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記憶技術に関し、巨大磁気抵抗効果やトンネル磁気抵抗効果によりデータを記憶する磁気記憶装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性トンネル接合によるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を利用した、不揮発性磁気記憶半導体装置（ＭＲＡＭ：ｍａｇｎｅｔｉｃｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）に利用する研究が進められている。ＴＭＲ素子は、強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜を有し、外部磁界によって二つの強磁性層の磁化を互いに平行或いは反平行にすることにより、膜面垂直方向のトンネル電流の大きさが異なる。
【０００３】
ＭＲＡＭでは、高集積化のためにメモリセルの微細化を実施した場合、磁性層の膜面方向の大きさに依存して反磁界により反転磁界が増大する。これにより書き込み時に大きな磁界が必要となり、消費電力も増大する。強磁性層の形状を最適化し、磁化反転を容易にする技術が特許文献１に提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８０６３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＭＲ素子及びこれと接続される導電体との位置合わせ用マージンが、メモリセルの微細化を阻害するという問題点がある。またメモリセルの微細化に対処するために書き込み時に大きな磁界が必要となることは、選択されていないセルの周辺に及ぼす磁界の影響を大きくし、誤って記録するという問題も招来する。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、ＴＭＲ素子及びこれと接続される導電体との位置合わせ用マージンを軽減することを第１の目的とする。また選択されたメモリセルのＴＭＲ素子の書き込み磁界を抑えたまま、選択されていないメモリセルのＴＭＲ素子の書き込み磁界を大きくする技術を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる磁気記録素子は、磁化困難軸方向に印加される磁界が閾値よりも大きい場合にはＳ型の磁化分布を、前記閾値よりも小さい場合にはＣ型の磁化分布を、それぞれ呈する磁性層を有する。
【０００８】
この発明にかかる磁気記録素子の製造方法は、磁気記録素子と、前記磁気記録素子に接続される第１導電体とを製造する方法である。そして、前記磁気記録素子と前記第１導電体とを同一のマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって整形する整形工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の構成を示す回路図である。複数のビット線Ｂ_Ｎ，Ｂ_Ｎ＋１が図中縦方向に、複数のワード線Ｗ_Ｍ，Ｗ_Ｍ＋１が図中横方向に、それぞれ配置されている。ワード線Ｗ_Ｍに沿ってリード線Ｒ_Ｍ及びデジット線Ｄ_Ｍが、ワード線Ｗ_Ｍ＋１に沿ってリード線Ｒ_Ｍ＋１及びデジット線Ｄ_Ｍ＋１が、それぞれ配置されている。
【００１０】
メモリセルＣ_ＭＮは、ビット線Ｂ_Ｎと、ワード線Ｗ_Ｍ、リード線Ｒ_Ｍ及びデジット線Ｄ_Ｍとが交差する位置の近傍に設けられている。メモリセルＣ_{Ｍ（Ｎ＋１）}は、ビット線Ｂ_{（Ｎ＋１）}と、ワード線Ｗ_Ｍ、リード線Ｒ_Ｍ及びデジット線Ｄ_Ｍとが交差する位置の近傍に設けられている。メモリセルＣ_{（Ｍ＋１）（Ｎ＋１）}，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}についても同様に配置されている。メモリセルＣ_ＭＮ，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}，Ｃ_{（Ｍ＋１）（Ｎ＋１）}，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}はいずれも、アクセストランジスタ４と磁気記憶素子たるＴＭＲ素子１とを有している。ビット線やワード線、リード線及びデジット線を更に多く設け、これらの数に応じて更にメモリセルをマトリクス状に設けることができる。
【００１１】
メモリセルＣ_ＭＮを例にとってその構造を説明すると、ＴＭＲ素子１の一端はビット線Ｂ_Ｎに、他端はアクセストランジスタ４のドレインに、それぞれ接続されている。アクセストランジスタ４のソース及びゲートは、それぞれリード線Ｒ_Ｍ及びワード線Ｗ_Ｍに接続されている。
【００１２】
ＴＭＲ素子１の近傍にはデジット線Ｄ_Ｍ及びビット線Ｂ_Ｎが延びており、デジット線Ｄ_Ｍに流れる電流及び／又はビット線Ｂ_Ｎに流れる電流が生成する磁界によって、ＴＭＲ素子１内の所定の強磁性層の磁化方向が設定される。つまりデジット線Ｄ_Ｍに電流を流すことによってメモリセルＣ_ＭＮ，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}のいずれのＴＭＲ素子１に対しても外部磁界が印加される。またビット線Ｂ_Ｎに電流を流すことによってメモリセルＣ_ＭＮ，Ｃ_{（Ｍ＋１）Ｎ}のいずれのＴＭＲ素子１に対しても外部磁界が印加される。そしてデジット線Ｄ_Ｍ及びビット線Ｂ_Ｎの両方に電流を流すことによってメモリセルＣ_ＭＮを選択して、その有するＴＭＲ素子１に書き込みが行われる。ビット線Ｂ_Ｎに電流を流すために、ワード線Ｗ_Ｍ，Ｗ_Ｍ＋１に所定の電位を与えてアクセストランジスタ４はオフさせておく。
【００１３】
また、ワード線Ｗ_Ｍに他の所定の電位を印加することにより、メモリセルＣ_ＭＮ，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}のいずれのＴＭＲ素子１においても、それらの有するアクセストランジスタ４がオンする。これにより、メモリセルＣ_ＭＮのＴＭＲ素子１はビット線Ｂ_Ｎのみならずリード線Ｒ_Ｍにも導通し、メモリセルＣ_{Ｍ（Ｎ＋１）}のＴＭＲ素子１はビット線Ｂ_{（Ｎ＋１）}のみならずリード線Ｒ_{（Ｍ＋１）}にも導通する。よってビット線Ｂ_Ｎに所定の電位を印加することによってメモリセルＣ_ＭＮを選択して、その有するＴＭＲ素子１を介してリード線Ｒ_Ｍに電流が流れる。
【００１４】
図２は一つのメモリセルの構造の概略を示す斜視図である。図中、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は相互に直交し、その座標系として右手系を採用している。Ｙ方向にはデジット線３、リード線４０２、ワード線４０３が延びる。Ｘ方向にはビット線２、ストラップ５が延びる。正のＺ方向（図中でＺ方向の矢印が向いている方向：以下便宜的に「上方」とも捉える）に関してストラップ５、ＴＭＲ素子１、ビット線２がこの順に接触しつつ積層されている。また負のＺ方向（正のＺ方向と反対の方向：以下便宜的に「下方」とも捉える）に関して、ストラップ５、デジット線３、ワード線４０３が相互に離隔して配置されている。
【００１５】
アクセストランジスタ４はワード線４０３をゲート電極として（よって以下「ゲート４０３」ともいう）、リード線４０２をソースとして（よって以下「ソース４０２」ともいう）有し、更にドレイン４０１を有している。ドレイン４０１はＺ方向に延びるプラグ６を介してストラップ５と接続されている。プラグ６及びストラップ５はいずれも導電体である。ＴＭＲ素子１の上方の面（以下「上面」ともいう）が上述の「一端」に、下方の面（以下「下面」ともいう）が上述の「他端」に、それぞれ相当する。
【００１６】
メタル層７もＹ方向に延びて設けられている。これは図示されない位置でソース４０２と接続され、ソース抵抗と並列に接続されることにより、ソース４０２のリード線としての機能を高める。ソース抵抗が低い場合にはメタル層７を設ける必要はない。
【００１７】
以上のような構成においては、ビット線２に正のＸ方向（図中でＸ方向の矢印が向いている方向）の電流が流れることにより、ＴＭＲ素子１には正のＹ方向（図中でＹ方向の矢印が向いている方向）の外部磁界が印加される。またデジット線３に正のＹ方向の電流が流れることにより、ＴＭＲ素子１には正のＸ方向の外部磁界が印加される。
【００１８】
図３はＴＭＲ素子１の構造を示す断面図である。上面側から導電層１０４、記録層１０１、トンネル絶縁層１０３、固着層１０２、導電層１０５が順に積層された構造を有している。導電層１０４，１０５には例えばＴａ膜が採用される。記録層１０１には例えば上面側から順に、ＮｉＦｅ膜とＣｏＦｅ膜とが積層された構造が採用される。トンネル絶縁膜１０３には例えばＡｌＯ膜が採用される。固着層１０２は例えば上面側から順に、ＣｏＦｅ膜、Ｒｕ膜、ＣｏＦｅ膜、ＩｒＭｎ膜、ＮｉＦｅ膜が積層された構造を有している。例えば固着層１０２は正のＹ方向に磁化が固定されている。
【００１９】
本発明の第１の目的を具体的に例示すれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５との間のＸ方向及び／又はＹ方向のマージンを減らすことであり、更に／或いはＴＭＲ素子１とビット線２との間のＹ方向のマージンを減らすことである。
【００２０】
本発明の第２の目的を具体的に例示すれば、書き込み動作時にデジット線３に電流が流れていない（即ち選択されていない）メモリセルにおいて、ビット線２に電流が流れることにより誤ってＴＭＲ素子１に書き込みが行われることを防止することである。かかる誤った書き込みはビット線２に電流が流れず、デジット線３に電流が流れるメモリセルにおいても懸念される。例えば図１で言えば、デジット線Ｄ_Ｍ及びビット線Ｂ_Ｎに電流が流れ、デジット線Ｄ_Ｍ＋１及びビット線Ｂ_Ｎ＋１に電流が流れていない場合、メモリセルＣ_{（Ｍ＋１）Ｎ}やメモリセルＣ_{Ｍ（Ｎ＋１）}に誤って書き込みを行うことが懸念される。
【００２１】
図４は本実施の形態にかかるメモリセルの構造の概略を示す断面図である。同図（ａ），（ｂ）はそれぞれ負のＹ方向（図中でＹ方向の矢印が向いている方向と反対の方向）及び正のＸ方向に沿って見た断面図である。以後の図面においても、（ａ），（ｂ）に分かれている場合には、その断面を見る方向はそれぞれ負のＹ方向及び正のＸ方向である。但し図４以降の図ではメタル層７が設けられていない場合が例示される。
【００２２】
半導体基板８０１の上方の面には素子分離酸化膜８０２と、素子分離酸化膜８０２に囲まれたアクセストランジスタ４が設けられている。ドレイン４０１、ソース４０２、ゲート４０３のいずれも、その上方の面がシリサイド化されている。
【００２３】
半導体基板８０１の上方には、素子分離酸化膜８０２及びアクセストランジスタ４を埋める層間酸化膜８０３が設けられる。層間酸化膜８０３上には更に層間窒化膜８１６、層間酸化膜８１７、層間窒化膜８０４、層間酸化膜８０５，８０６、層間窒化膜８０７、層間酸化膜８０８，８０９、層間窒化膜８１０がこの順に設けられている。
【００２４】
層間酸化膜８０３、層間窒化膜８１６、層間酸化膜８１７を貫通してプラグ６０１が、層間窒化膜８０４、層間酸化膜８０５，８０６を貫通してプラグ６０２が、層間窒化膜８０７、層間酸化膜８０８，８０９を貫通してプラグ６０３が、それぞれ設けられている。プラグ６０１，６０２，６０３が相まってプラグ６を構成している。プラグ６０１，６０２，６０３はいずれもバリアメタルを下地とした金属層で構成される。このような構成のプラグ６はいわゆるダマシン工程を採用した公知の手法で形成することができる。
【００２５】
デジット線３は層間酸化膜８０９を貫通して設けられ、プラグ６０３を形成する工程の一部において併せて形成することができる。
【００２６】
層間窒化膜８１０上にはプラグ６の上方からデジット線３の上方に亘って選択的にストラップ５が設けられる。但し層間窒化膜８１０はプラグ６０３の上方の面を露出させる開口を有しており、この開口を介してストラップ５とプラグ６０３とが接続される。
【００２７】
デジット線３の上方でストラップ５上にＴＭＲ素子１が設けられる。本実施の形態では負のＸ方向（図中でＸ方向の矢印が向いている方向と反対方向）側でストラップ５とＴＭＲ素子１との側面が揃っており、よってＸ方向についての両者の位置合わせのマージンをほとんど零としている。
【００２８】
層間窒化膜８１０、ストラップ５、ＴＭＲ素子１は上方から層間窒化膜８１１及び層間酸化膜８１２，８１３で覆われる。但し層間窒化膜８１１及び層間酸化膜８１２は、ＴＭＲ素子１の上面を露出させる開口を有している。
【００２９】
層間酸化膜８１２上には層間酸化膜８１３が設けられており、層間酸化膜８１３を貫通してビット線２が設けられている。ビット線２は、層間窒化膜８１１及び層間酸化膜８１２の開口を介して、ＴＭＲ素子１の上面と接続される。ビット線２はバリアメタルを下地とした金属層で構成され、いわゆるダマシン工程を採用した公知の手法で形成することができる。
【００３０】
層間酸化膜８１３及びビット線２上には層間窒化膜８１４，８１５がこの順に積層されて設けられている。
【００３１】
図５乃至図８は本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。但し、層間窒化膜８０７よりも下方の構造については、その製造方法は公知であるので省略する。
【００３２】
まず層間窒化膜８０７及び層間酸化膜８０８，８０９を順次積層する。そしてプラグ６０３の下方部分を形成するための開口を、層間窒化膜８０７及び層間酸化膜８０８に形成する。更にプラグ６０３の上方部分及びデジット線３を形成するための開口を、層間酸化膜８０９に形成する。例えばダマシン工程を採用することにより、層間酸化膜８０９の上面との間に段差がないプラグ６０３及びデジット線３を形成することができる（図５）。
【００３３】
次に層間酸化膜８０９、プラグ６０３及びデジット線３を覆う層間窒化膜８１０を形成する。その後、プラグ６０３を露出させる開口を層間窒化膜８１０に形成する（図６）。
【００３４】
次に層間窒化膜８１０上にプラグ６０３の上方からデジット線３の上方に亘って選択的にストラップ５を形成する。例えば金属膜を一旦全面に形成し、ストラップ５用の所定のマスク（以下「ストラップマスク」と称す）を採用したフォトリソグラフィ技術を施すことによってストラップ５を形成できる。層間窒化膜８１０の開口を介してストラップ５とプラグ６０３とが接続される（図７）。
【００３５】
デジット線３の上方でストラップ５上にＴＭＲ素子１が設けられる。例えば図３に示される積層構造を一旦全面に形成し、ＴＭＲ素子１用の所定のマスク（以下「ＴＭＲマスク」と称す）を採用したフォトリソグラフィ技術を施すことによってＴＭＲ素子１を形成できる（図８）。
【００３６】
図９は図８に示された段階でのＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図であり、上方から下方へ向かう方向から見た（負のＺ方向に沿って見た）図である。この段階では、ＴＭＲ素子１の側面は、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにおいてもストラップ５の側面とは一致していない。
【００３７】
そこで、平面視上、負のＸ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面を揃えるためのマスク（以下「Ｘ方向境界マスク」）を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて、更にＴＭＲ素子１とストラップ５をエッチングする。図１０はＸ方向境界マスクＳ１１及びこれを用いてエッチングした後のＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。Ｘ方向境界マスクＳ１１は直線上の境界を有しており、当該境界がＹ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも正のＸ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００３８】
図９に示された形状のＴＭＲ素子１とストラップ５とをポジ型フォトレジストで覆い、Ｘ方向境界マスクＳ１１を用いて露光し、現像することにより、Ｘ方向境界マスクＳ１１とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図１０に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。
【００３９】
図１１乃至図１８はＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術を施した後の、磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図１１はＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術によってＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形し、フォトレジストを除去した後の断面図である。負のＸ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っている。
【００４０】
次に層間窒化膜８１０、ＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う層間窒化膜８１１を形成する（図１２）。更に層間酸化膜８１２を形成し、一旦ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ）処理を施して、層間酸化膜８１２を平坦化する。そして平坦化された層間酸化膜８１２上に更に層間酸化膜８１３及び層間窒化膜８１４を形成する（図１３）。
【００４１】
層間窒化膜８１４を選択的に除去して開口し、これをマスクとして層間酸化膜８１２，８１３をエッチングして除去する。これにより、ＴＭＲ素子１の上方に、層間酸化膜８１２，８１３及び層間窒化膜８１４を貫通する開口９０１を形成する（図１４）。そして層間窒化膜８１１をエッチングし、更に層間酸化膜８１３及び層間窒化膜８１４を選択的に除去して開口９０１を拡げる。これによりビット線２を形成するための開口９０４が層間酸化膜８１３及び層間窒化膜８１４を貫通して形成される。また層間酸化膜８１２には開口９０１の寸法を反映した開口９０３が残る（図１５）。
【００４２】
その後、層間酸化膜８１２，８１３のエッチングマスクとして機能していた層間窒化膜８１４を一旦除去し（図１６）、ダマシン工程を採用してビット線２を形成する（図１７）。更に再度層間窒化膜８１４を形成し、層間窒化膜８１４上に層間窒化膜８１５を形成する（図１８）。このようにしてビット線２上にはパッシベーション膜が形成されることになる。
【００４３】
なお、ＴＭＲ素子１を形成した後に形成する層間窒化膜８１１，８１４，８１５及び層間酸化膜８１２，８１３の成膜温度は低い方が望ましい。
【００４４】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５とに対して、同一のＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、負のＸ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００４５】
特にＴＭＲマスクが長方形の場合には、その長辺及び短辺をそれぞれＹ方向及びＸ方向に平行に配置することにより、ＴＭＲマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって得られたＴＭＲ素子１の形状は、Ｙ方向についての端部が平面視上でほぼ半円となる（図９参照）。このようなＴＭＲ素子１に対してＸ方向境界マスクＳ１１の直線上の境界を上述のように配置してフォトリソグラフィ技術を施すことにより、Ｘ方向に平行な軸に対して線対称であり、Ｙ方向に対して非対称な形状へとＴＭＲ素子１を整形することができる。これはＴＭＲ素子１においてＹ方向に磁化して記録を行う場合に、本発明の第２の目的を達成する上で好適である。このような形状に由来する利点については別途に実施の形態７で説明するが、本実施の形態ではかかる形状のＴＭＲ素子１を容易に形成できるという利点がある。
【００４６】
一般に素子の寸法が小さくなるほど、その素子を整形するためのマスクに要求される精度も高くなる。よって一つのフォトマスクを用いてある方向（上述の例ではＸ方向）に平行な軸に対して線対称であり、他の方向（上述の例ではＹ方向）に対して非対称な形状へ素子を整形することは困難である。本実施の形態ではＴＭＲマスクとＸ方向境界マスクＳ１１との二つを用いてそれぞれフォトリソグラフィ技術を採用することにより、負のＸ方向の位置合わせ用のマージンを小さくすると共に、容易に上記形状のＴＭＲ素子１を形成することができるという利点がある。
【００４７】
なお、上記の説明ではＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術についてポジ型フォトレジストを採用した場合について説明したが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。その場合にもＸ方向境界マスクＳ１１の直線上の境界がＹ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。但し当該境界よりも負のＸ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００４８】
また、必ずしも、ＴＭＲマスクを用いたフォトリソグラフィ技術とＸ方向境界マスクＳ１１を用いたフォトリソグラフィ技術とのそれぞれにおいて、ＴＭＲ素子１とストラップ５のエッチングを行う必要はない。ストラップマスクを用いたフォトレジスト技術によりストラップ５を形成した後、ＴＭＲ素子１に整形する前の積層構造を形成する。そして当該積層構造に対してフォトレジストで覆い、同一のフォトレジストに対してＴＭＲマスクを用いて露光し、更にＸ方向境界マスクＳ１１を用いて露光し、現像することにより、ＴＭＲマスクとＸ方向境界マスクＳ１１との重複部分とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。
【００４９】
よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図１０〜図１８に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。この場合にはフォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図１９は本発明の実施の形態２にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。図１０に示された形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形した後、更に整形を行う。
【００５１】
平面視上、負のＹ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面を揃えるためのマスク（以下「負のＹ方向境界マスク」）を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて、更にＴＭＲ素子１とストラップ５をエッチングする。図１９は負のＹ方向境界マスクＳ１２及びこれを用いてエッチングした後のＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。負のＹ方向境界マスクＳ１２は直線上の境界を有しており、当該境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも正のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００５２】
図２０はＸ方向境界マスクＳ１１及び負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術を施した場合の、磁気記憶装置の構成を示す断面図である。図２０（ａ）に示されるように負のＸ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っているのみならず、図２０（ｂ）に示されるように負のＹ方向側においてもＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っている。
【００５３】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５とに対して、Ｘ方向境界マスクＳ１１及び負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、負のＸ方向側及び負のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００５４】
上記説明では、負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術においてポジ型フォトレジストを採用する場合に該当するが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。その場合にも負のＹ方向境界マスクＳ１２の直線上の境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。但し当該境界よりも負のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００５５】
また、Ｘ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２とのそれぞれに対応してエッチングを行う必要はない。図９に示された形状のＴＭＲ素子１とストラップ５に対してポジ型フォトレジストで覆い、同一のフォトレジストに対してＸ方向境界マスクＳ１１を用いて露光し、更に負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いて露光し、現像することにより、Ｘ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２との重複部分とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。
【００５６】
よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図１９、図２０に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。この場合にはフォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化することができる。
【００５７】
更に、実施の形態１で説明したように、ＴＭＲマスクとＸ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２のそれぞれを用いて同一のフォトレジストに対して露光を行い、フォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化してもよい。
【００５８】
実施の形態３．
図２１は本発明の実施の形態３にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。図１９に示された形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形した後、更に整形を行う。
【００５９】
平面視上、正のＹ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面を揃えるためのマスク（以下「正のＹ方向境界マスク」）を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて、更にＴＭＲ素子１とストラップ５をエッチングする。図２１は正のＹ方向境界マスクＳ１３及びこれを用いてエッチングした後のＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。正のＹ方向境界マスクＳ１３は直線上の境界を有しており、当該境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも負のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００６０】
図２２はＸ方向境界マスクＳ１１、負のＹ方向境界マスクＳ１２及び正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術を施した場合の、磁気記憶装置の構成を示す断面図である。図２２（ａ）に示されるように負のＸ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っているのみならず、図２２（ｂ）に示されるように負のＹ方向側及び正のＹ方向側においてもＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っている。
【００６１】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５とに対して、Ｘ方向境界マスクＳ１１、負のＹ方向境界マスクＳ１２及び正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、負のＸ方向側、負のＹ方向側及び正のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００６２】
上記説明では、正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術においてポジ型フォトレジストを採用する場合に該当するが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。その場合にも正のＹ方向境界マスクＳ１３の直線上の境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。但し当該境界よりも正のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００６３】
また、Ｘ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３のそれぞれに対応してエッチングを行う必要はない。図９に示された形状のＴＭＲ素子１とストラップ５に対してポジ型フォトレジストで覆い、同一のフォトレジストに対してＸ方向境界マスクＳ１１を用いて露光し、更に負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いて露光し、更に正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いて露光し、現像することにより、Ｘ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３との重複部分とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。
【００６４】
よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図２１、図２２に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。この場合にはフォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化することができる。
【００６５】
更に、実施の形態１で説明したように、ＴＭＲマスクとＸ方向境界マスクＳ１１と負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３のそれぞれを用いて同一のフォトレジストに対して露光を行い、フォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化してもよい。
【００６６】
実施の形態４．
図２３は本発明の実施の形態４にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。図９に示された形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形した後、更に整形を行う。
【００６７】
図２３は負のＹ方向境界マスクＳ１２及びこれを用いてエッチングした後のＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。負のＹ方向境界マスクＳ１２は直線上の境界を有しており、当該境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも正のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００６８】
図２４は負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術を施した場合の、磁気記憶装置の構成を示す断面図である。図２４（ｂ）に示されるように負のＹ方向側においてＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っている。
【００６９】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５とに対して、同一の負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、負のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００７０】
なお、上記の説明では負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術についてポジ型フォトレジストを採用した場合について説明したが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。
【００７１】
また、必ずしも、ＴＭＲマスクを用いたフォトリソグラフィ技術と負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術とのそれぞれにおいて、ＴＭＲ素子１とストラップ５のエッチングを行う必要はない。ストラップマスクを用いたフォトレジスト技術によりストラップ５を形成した後、ＴＭＲ素子１に整形する前の積層構造を形成する。そして当該積層構造に対してフォトレジストで覆い、同一のフォトレジストに対してＴＭＲマスクを用いて露光し、更に負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いて露光し、現像することにより、ＴＭＲマスクと負のＹ方向境界マスクＳ１２との重複部分とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。
【００７２】
よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図２３、図２４に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。この場合にはフォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化することができる。
【００７３】
実施の形態５．
図２５は本発明の実施の形態３にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。図２３に示された形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形した後、更に整形を行う。
【００７４】
図２５は正のＹ方向境界マスクＳ１３及びこれを用いてエッチングした後のＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。正のＹ方向境界マスクＳ１３は直線上の境界を有しており、当該境界がＸ方向と平行で、かつＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。そして当該境界よりも負のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５を覆う。
【００７５】
図２６はＸ方向境界マスクＳ１１、負のＹ方向境界マスクＳ１２及び正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術を施した場合の、磁気記憶装置の構成を示す断面図である。図２６（ｂ）に示されるように負のＹ方向のみならず正のＹ方向側においてもＴＭＲ素子１とストラップ５の側面が揃っている。
【００７６】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５とに対して、負のＹ方向境界マスクＳ１２及び正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、負のＹ方向側及び正のＹ方向側でＴＭＲ素子１とストラップ５との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００７７】
上記説明では、正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術においてポジ型フォトレジストを採用する場合に該当するが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。
【００７８】
また、負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３のそれぞれに対応してエッチングを行う必要はない。図９に示された形状のＴＭＲ素子１とストラップ５に対してポジ型フォトレジストで覆い、同一のフォトレジストに対して負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いて露光し、更に正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いて露光し、現像することにより、負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３との重複部分とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。
【００７９】
よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図２５、図２６に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。この場合にはフォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化することができる。
【００８０】
更に、実施の形態１で説明したように、ＴＭＲマスクと負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３のそれぞれを用いて同一のフォトレジストに対して露光を行い、フォトレジストの形成や現像、エッチングの工程を簡略化してもよい。
【００８１】
実施の形態６．
負のＹ方向境界マスクＳ１２と正のＹ方向境界マスクＳ１３の少なくともいずれか一方を採用する場合、ビット線２に対するＴＭＲ素子１の位置合わせマージンをもほぼ零にすることができる。ビット線２の形成に際してダマシン工程を採用せず、所定のマスクを採用したフォトレジスト技術によってエッチングを行うのである。
【００８２】
図２７乃至図３０は本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図１２に示された構造を得た後、層間酸化膜８１２を全面に形成し、ＣＭＰ処理を行ってその上方の面を平坦化する（図２７）。そして層間窒化膜８１１及び層間酸化膜８１２を選択的に除去し、ＴＭＲ素子１の上面を露出する開口９０５を形成する（図２８）。そして全面に一旦ビット線２を形成する（図２９）。この際、ビット線２は開口９０５を充填してＴＭＲ素子１の上面と接続される。その後、ビット線２上に層間窒化膜８１４ａを形成する（図３０）。
【００８３】
図３１は層間窒化膜８１４ａをパターニングするためのＹ方向境界マスクＳ２０の形状を示す平面図である。当該平面図ではＴＭＲ素子１とストラップ５を併記している。Ｙ方向境界マスクＳ２０は平行に延びる直線上の境界を二つ有しており、図示されない層間窒化膜８１４ａをこれら二つの境界の間で露出させる。Ｙ方向境界マスクＳ２０はその二つの境界がいずれもＸ方向に平行となってＴＭＲ素子１とストラップ５を交差するように配置される。よって層間窒化膜８１４ａをポジ型フォトレジストで覆い、Ｙ方向境界マスクＳ２０を用いて露光し、現像することにより、Ｙ方向境界マスクＳ２０とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。この整形後のフォトレジストをエッチングマスクとして層間窒化膜８１４ａをエッチングして整形する。
【００８４】
図３２乃至図３６はＹ方向境界マスクＳ２０を用いたフォトリソグラフィ技術を施した後の、磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図３２は層間窒化膜８１４ａを整形し、フォトレジストを除去した後の構造を示す。次に、整形された層間窒化膜８１４ａをマスクとしてビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５をエッチングすることにより、ビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を層間窒化膜８１４ａと同型に整形する（図３３）。ＴＭＲ素子１はストラップ５のみならず、ビット線２に対しても自己整合的に形成され、Ｙ方向の位置合わせのためのマージンをほぼ零にすることができる。
【００８５】
層間窒化膜８１０，８１４ａ上、並びにビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５、層間酸化膜８１２及び層間窒化膜８１１，８１４ａの側面に層間窒化膜８１４ｂを形成する（図３４）。そして層間酸化膜８１３を層間窒化膜８１４ｂ上に形成し、層間窒化膜８１４ｂをストッパとするＣＭＰ処理によって、層間酸化膜８１３と層間窒化膜８１４ｂとの段差をなくす（図３５）。更に層間酸化膜８１３と層間窒化膜８１４ｂとの上に層間窒化膜８１５を形成する（図３６）。このようにしてビット線２上にはパッシベーション膜が形成されることになる。
【００８６】
以上のようにして本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子１とストラップ５のみならず、ビット線２に対しても同一のＹ方向境界マスクＳ２０を用いたフォトリソグラフィ技術を施すことにより、Ｙ方向に関するＴＭＲ素子１とストラップ５とビット線２との位置合わせのマージンをほぼ零にすることができる。
【００８７】
なお、上記の説明ではＹ方向境界マスクＳ２０を用いたフォトリソグラフィ技術についてポジ型フォトレジストを採用した場合について説明したが、ネガ型フォトレジストを採用してもよい。その場合にはＸ方向に平行な二つの直線の間を覆うマスクが採用され、ＴＭＲ素子１とストラップ５のいずれにも平面視上で交差するように配置される。
【００８８】
なお、実施の形態４で説明されたように、負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術によって層間窒化膜８１４ａを整形してもよい。そして整形された層間窒化膜８１４ａをマスクとしてビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５をエッチングすることにより、ビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を自己整合的に形成し負のＹ方向の位置合わせのためのマージンをほぼ零にすることができる。これによりＴＭＲ素子１、ストラップ５は平面視上、図１９に示されるような形状に整形される。また上述のようにビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を整形した場合に、層間窒化膜８１５を形成した状態の断面構造を、図３７に示す。
【００８９】
また、実施の形態２で説明されたようにＸ方向境界マスクＳ１１及び負のＹ方向境界マスクＳ１２を用いたフォトリソグラフィ技術によって層間窒化膜８１４ａを整形してもよい。そして整形された層間窒化膜８１４ａをマスクとしてビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５をエッチングすることにより、ビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を自己整合的に形成し負のＸ方向の位置合わせのためのマージン及び負のＹ方向の位置合わせのためのマージンをほぼ零にすることができる。これによりＴＭＲ素子１、ストラップ５は平面視上、図１９に示されるような形状に整形される。また上述のようにビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を整形した場合に、層間窒化膜８１５を形成した状態の断面構造を、図３８に示す。
【００９０】
また、実施の形態３で説明されたようにＸ方向境界マスクＳ１１、負のＹ方向境界マスクＳ１２及び正のＹ方向境界マスクＳ１３を用いたフォトリソグラフィ技術によって層間窒化膜８１４ａを整形してもよい。そして整形された層間窒化膜８１４ａをマスクとしてビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５をエッチングすることにより、ビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を自己整合的に形成し、Ｙ方向の位置合わせのためのマージン及び負のＸ方向の位置合わせのためのマージンをほぼ零にすることができる。これによりＴＭＲ素子１、ストラップ５は平面視上、図２１に示されるような形状に整形される。また上述のようにビット線２、ＴＭＲ素子１、ストラップ５を整形した場合に、層間窒化膜８１５を形成した状態の断面構造を、図３９に示す。
【００９１】
実施の形態７．
本実施の形態では、ディスターブセルの発生を回避する技術を提供する。図１を参照して、書き込み動作時にデジット線Ｄ_Ｍ及びビット線Ｂ_Ｎに電流を流し、ビット線Ｂ_Ｎ＋１に電流が流さない場合を考える。ビット線Ｂ_Ｎが発生する磁界はメモリセルＣ_{Ｍ（Ｎ＋１）}にも及ぶので、デジット線Ｄ_Ｍに流れる電流やビット線Ｂ_Ｎに流れる電流が大きいと、メモリセルＣ_{Ｍ（Ｎ＋１）}にも誤って書き込みが行われる可能性がある。
【００９２】
図４０はこのようなディスターブセルの発生を説明するグラフであり、ＴＭＲ素子１に対して負のＸ方向に印加される磁界Ｈｘと、負のＹ方向に印加される磁界Ｈｙとに対する、記録層１０１の二種類のアステロイド曲線Ｌ１，Ｌ２が示されている。ＴＭＲ素子１においてＹ方向に磁化して記録を行うため、ＴＭＲ素子１の磁化容易軸及び磁化困難軸はそれぞれＹ方向及びＸ方向に設定される。ＴＭＲ素子に与えられる磁界Ｈｘ，Ｈｙを示す点（Ｈｘ，Ｈｙ）がアステロイド曲線よりも原点Ｏに近い場合には記録層１０１の磁化方向に影響を与えない。逆にアステロイド曲線よりも原点Ｏから遠い場合には、記録層１０１の磁化方向に影響を与え、たとえＴＭＲ素子１の記録層１０１が正のＹ方向に磁化されていても、これを反転して負のＹ方向に磁化させる。
【００９３】
図２に示されたデジット線３（図１ではデジット線Ｄ_Ｍ）において正のＹ方向に電流が流れることによって、その直上のＴＭＲ素子１（図１に即して言えばメモリセルＣ_ＭＮ，Ｃ_{Ｍ（Ｎ＋１）}のＴＭＲ素子１）に対して磁界Ｈｘが正のＸ方向に印加される。またビット線２（図１ではビット線Ｂ_Ｎ）において正のＸ方向に電流が流れることによって、その直下のＴＭＲ素子１（図１に即して言えばメモリセルＣ_ＭＮのＴＭＲ素子１）に対して磁界Ｈｙが正のＹ方向に印加される。記録層１０１がアステロイド曲線Ｌ１を呈し、電流が流れたビット線２の直下のＴＭＲ素子１に印加される磁界Ｈｙが値Ｈｙ_２であり、電流が流れたビット線２の直下にはないＴＭＲ素子１に印加される磁界Ｈｙが値Ｈｙ_１であれば、電流が流れたデジット線３の直上のＴＭＲ素子１における磁界Ｈｘの値をＨｘ_１に設定してディスターブセルの発生を回避することができる。
【００９４】
しかしメモリセルの動作マージンを広く採るには、電流が流れたデジット線３の直上のＴＭＲ素子１における磁界Ｈｘの値を大きく設定することが望ましい。しかし磁界Ｈｘの値をＨｘ_２（＞Ｈｘ_１）に設定すれば、磁界Ｈｙの値がＨｙ_１でも書き込み動作が生じてしまい、電流が流れたビット線２の直下にはないＴＭＲ素子１にも書き込みが行われてしまう。かかるディスターブセルの発生を回避するためには、磁界Ｈｘとして採用される値の近傍でアステロイド曲線Ｌ１よりも傾きが急峻なアステロイド曲線Ｌ２を、記録層１０１が呈することが望ましい。アステロイド曲線Ｌ２に関してみれば、磁界Ｈｘ_２が印加されている状態において磁界Ｈｙ_１が印加されている記録層１０１は磁化方向が変化せず、磁界Ｈｙ_２が印加されている記録層１０１は磁化方向が変化しないからである。
【００９５】
このように、磁化困難軸方向の印加磁界Ｈｘが低い領域でアステロイド曲線の傾きを増大させるには、磁性層の形状を、その磁化困難軸方向の寸法を磁化容易軸方向の寸法よりも小さくすればよい。図４１は磁性層としてＮｉＦｅの膜厚及び磁化困難軸方向の寸法を固定し、磁化容易軸方向の寸法を変えた場合のアステロイド曲線を示すグラフである。横軸に磁界Ｈｘ、縦軸に磁界Ｈｙを、それぞれ任意単位で採用している。ここで磁化容易軸方向の寸法を磁化困難軸方向の寸法で除した値をアスペクト比ｋとして示している。アスペクト比ｋを大きくするほどアステロイド曲線の傾きは急峻となるが、素子の微細化という観点からは望ましくない。
【００９６】
しかし、実施の形態１において図１０を用いて紹介されたように、Ｘ方向（磁化困難軸方向）に平行な軸に対して線対称であり、Ｙ方向（磁化容易軸方向）に対して非対称な形状では、アスペクト比が小さくても、そのアステロイドの傾きを顕著に急峻とすることができる。
【００９７】
図４２は実施の形態７にかかるＴＭＲ素子の記録層１０１の形状を例示する平面図であり、上方から下方へ向かう方向から見た（負のＺ方向に沿って見た）図である。磁化困難軸方向の幅Ｄｘ、磁化容易軸方向の幅Ｄｙを用いて、便宜的にアスペクト比ＫがＤｙ／Ｄｘで定義される。当該記録層１０１では、矩形における正のＸ方向側と正のＹ方向側の角、及び正のＸ方向側と負のＹ方向側の角が半径ｒの円弧となっており、Ｄ字型の形状を有している。但し半径ｒは以下では、磁化困難軸方向の幅Ｄｘで規格化して示す。
【００９８】
図４３は、図４１に示された矩形の磁性層のアステロイド曲線に対して、図４２に示されたＤ字型の形状を有する磁性層のアステロイド曲線Ｌ３を追記したグラフである。ここではＫ＝１．２，ｒ＝０．４の場合が例示されており、ＮｉＦｅの膜厚及び磁化困難軸方向の寸法は図４１に示されたアステロイド曲線を呈する矩形の磁性層と同じである。
【００９９】
磁界Ｈｘが８０（任意単位）程度の値よりも大きい場合では、アステロイド曲線Ｌ３はアスペクト比ｋが１．０の矩形のアステロイド曲線とほぼ重なっている。しかし磁界Ｈｘが８０（任意単位）近傍でアステロイド曲線Ｌ３は急峻な傾斜を呈しており、磁界Ｈｘが８０（任意単位）よりも小さくなると、アステロイド曲線Ｌ３はアスペクト比ｋが２．０の矩形のアステロイド曲線よりも遙かに大きな磁界Ｈｙの値を採っている。
【０１００】
よってアステロイド曲線Ｌ３を呈する記録層１０１を有するＴＭＲ素子１に対して、図４０の磁界Ｈｘ_１，Ｈｘ_２をそれぞれ８０（任意単位）よりも小さく、８０（任意単位）よりも大きくすることにより、ディスターブセルの発生を回避することができる。しかも矩形の場合と比較して微細化を阻害しにくい。
【０１０１】
このような急峻なアステロイド曲線の傾きは、磁界Ｈｘの値がある閾値（図４３の例では８０（任意単位））を採る場合を境として、磁性層の磁化状態が異なるからである。即ち、当該閾値よりも小さな磁界が磁化困難軸方向に印加された場合にはいわゆるＣ型の磁化分布が、当該閾値よりも大きな磁界が磁化困難軸方向に印加された場合にはいわゆるＳ型の磁化分布が、それぞれ発生している。
【０１０２】
図４４は磁化分布を示す模式図であり、同図（ａ），（ｂ）はそれぞれＣ型及びＳ型の磁化分布を示している。ここではいずれもＨｙ＝０の場合が例示されている。磁界Ｈｘが閾値よりも小さい場合、図４４（ａ）に示されるように、磁化容易軸方向に沿って（ここでは全体として負のＹ方向に向いて）磁化されており、Ｘ方向の成分は小さい。Ｃ型の磁化分布では磁化反転させるために必要な磁界Ｈｙが大きくなるので、上述のように急峻な傾きを有するアステロイド曲線が得られる。
【０１０３】
図４５は図４２に示されたＤ字型の形状を有する磁性層について、種々のアスペクト比Ｋ、半径ｒのアステロイド曲線をプロットしたグラフである。半径ｒを大きくすることにより、アステロイド曲線の傾きを急峻にする磁界Ｈｘの閾値を大きくすることができる。またアスペクト比Ｋを小さくすることにより、アステロイド曲線の傾きを急峻にすることができる。これは素子の微細化の観点からは望ましい特性であるといえる。
【０１０４】
図４６乃至図４８は本実施の形態にかかる磁性体の形状、即ちＸ方向（磁化困難軸方向）に平行な軸に対して線対称であり、Ｙ方向（磁化容易軸方向）に対して非対称な形状を分類して例示する平面図である。図４６は負のＸ方向側の端がＹ方向に平行な直線のみで構成されている場合を示している。また図４７は負のＸ方向側（図中では破線の左側）が曲線部分のみで構成されている場合及び直線部分と曲線部分とで構成されている場合を示している。また図４８は負のＸ方向側が複数の直線部分のみで構成されている場合及び複数の直線部分と曲線部分とで構成されている場合を示している。
【０１０５】
また図４６乃至図４８のいずれの図においても、正のＸ方向側が直線部分なし／直線部分がＸ方向に平行な場合／直線部分がＹ方向に平行な場合／Ｘ方向に平行な直線部分とＹ方向に平行な直線部分を含む場合にそれぞれ分類されている。
【０１０６】
図４７に示された形状は、図４６に示された形状と比較して、負のＸ方向側で角が丸められているので、磁化の反転が容易であるという利点がある。また図４８に示される形状は、図４６や図４７に示された形状と比較して、面積を拡げ、熱擾乱に強いという利点がある。
【０１０７】
図４８に示された構造は、複数のマスクを採用することにより、実施の形態１乃至実施の形態６と同様にして形成することができる。図９に示された形状のＴＭＲ素子１とストラップ５とをポジ型フォトレジストで覆い、正のＸ方向と負のＹ方向の間に挟まれる方向に延びる直線を境界として有するマスクＳ４１を用いて露光し、現像することにより、マスクＳ４１とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図４９に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。
【０１０８】
更にＴＭＲ素子１とストラップ５とをポジ型フォトレジストで覆い、正のＸ方向と正のＹ方向の間に挟まれる方向に延びる直線を境界として有するマスクＳ４２を用いて露光し、現像することにより、マスクＳ４２とほぼ同型にフォトレジストを整形することができる。よってこの整形後のフォトレジストをエッチングマスクとしてＴＭＲ素子１とストラップ５とをエッチングすることにより、図５０に示される形状にＴＭＲ素子１とストラップ５とを整形することができる。マスクＳ４１，Ｓ４２により、図４８に示された形状の負のＸ方向側の形状を得ることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明にかかる磁気記録素子によれば、閾値よりも小さい磁界が磁化困難軸方向に印加された場合には、磁性層の磁化容易軸に大きな磁界を印加しなければ磁性層の磁化分布を反転することができない。他方、閾値よりも大きい磁界が磁化困難軸方向に印加された場合には、磁性層の磁化容易軸に小さな磁界を印加しても磁性層の磁化分布を反転することができる。よって当該磁性層を有する磁気記録素子を用いたメモリセルでは、ディスターブセルの発生を回避することができる。
【０１１０】
この発明にかかる磁気記録素子の製造方法によれば、磁気記録素子と導電体との位置合わせマージンをほぼ零にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の構成を示す回路図である。
【図２】一つのメモリセルの構造の概略を示す斜視図である。
【図３】ＴＭＲ素子１の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかるメモリセルの構造の概略を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】ＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。
【図１０】ＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態１にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。
【図２０】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。
【図２２】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態４にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。
【図２４】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態３にかかる磁気記憶装置の製造方法を示す平面図である。
【図２６】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３１】Ｙ方向境界マスクＳ２０の形状を示す平面図である。
【図３２】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態６にかかる磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３７】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図３８】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図３９】磁気記憶装置の構成を示す断面図である。
【図４０】ディスターブセルの発生を説明するグラフである。
【図４１】矩形の磁性層のアステロイド曲線を示すグラフである。
【図４２】本発明の実施の形態７にかかる磁性層のアステロイド曲線を示すグラフである。
【図４３】本発明の実施の形態７にかかるＴＭＲ素子の記録層１０１の形状を例示する平面図である。
【図４４】Ｃ型及びＳ型の磁化分布を示す模式図である。
【図４５】本発明の実施の形態７にかかる磁性層のアステロイド曲線をプロットしたグラフである。
【図４６】本発明の実施の形態７にかかる磁性層の形状を分類して例示する平面図である。
【図４７】本発明の実施の形態７にかかる磁性層の形状を分類して例示する平面図である。
【図４８】本発明の実施の形態７にかかる磁性層の形状を分類して例示する平面図である。
【図４９】ＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。
【図５０】ＴＭＲ素子１とストラップ５の形状及び位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１ＴＭＲ素子、５ストラップ、Ｓ１１Ｘ方向境界マスク、Ｓ１２負のＹ方向境界マスク、Ｓ１３正のＹ方向境界マスク、Ｓ２０Ｙ方向境界マスク。

Claims

磁化困難軸方向に印加される磁界が閾値よりも大きい場合にはＳ型の磁化分布を、前記閾値よりも小さい場合にはＣ型の磁化分布を、それぞれ呈する磁性層を有する磁気記録素子。
前記磁性層の形状は磁化困難軸方向と平行な軸に対して対称であり、磁化容易軸方向に対して非対称である、請求項１記載の磁気記録素子。
前記磁性層の形状は角が丸められている、請求項２記載の磁気記録素子。
前記磁性層の形状は前記磁化困難軸方向の一方の側において複数の直線が含まれる、請求項２及び請求項３のいずれか一つに記載の磁気記録素子。
磁気記録素子と、前記磁気記録素子に接続される第１導電体とを製造する方法であって、
前記磁気記録素子と前記第１導電体とを同一のマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって整形する整形工程を備えることを特徴とする、磁気記録素子の製造方法。
前記第１導電体は第１方向に沿って延び、
前記磁気記録素子は、磁化困難軸方向が前記第１方向に平行であり、磁化容易軸方向が前記第１方向と直交する第２方向に平行な磁性層を有し、
前記磁性層は、
前記第１方向に対して平行な辺と前記第２方向に平行な辺とを有する長方形の第１マスクと、
前記整形工程において用いられ、前記第２方向に平行な境界を有する第２マスクと
を用いたフォトリソグラフィ技術で整形される、請求項５記載の磁気記録素子の製造方法。
前記第１導電体は第１方向に沿って延び、
前記磁性層は、
前記第１方向に対して平行な辺と前記第２方向に平行な辺とを有する長方形の第１マスクと、
前記整形工程において用いられ、前記第１方向に平行な境界を有する第２マスクと
を用いたフォトリソグラフィ技術で整形される、請求項５記載の磁気記録素子の製造方法。
同一のフォトレジストに対して前記第１マスクと第２マスクとを用いてそれぞれ露光される、請求項６及び請求項７のいずれか一つに記載の磁気記録素子の製造方法。
前記第１導電体と反対側で前記磁気記録素子に接続される第２導電体をも製造し、
前記第２導電体は、前記整形工程において磁気記録素子と前記第１導電体と共に同一のマスクを用いたフォトリソグラフィ技術によって整形される、請求項５記載の磁気記録素子の製造方法。