CN1252824C - 备有磁轭层的磁存储装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁存储装置，包括：在第一方向上延伸的第一布线；在与上述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线；配置在上述第一和第二布线间的上述第一和第二布线的交点上的磁电阻效应元件；至少覆盖上述第一布线的下面和两个侧面中的某一个面的第一磁轭主体部；至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部；在上述磁电阻效应元件的上述第一方向上的两个侧面上与上述磁电阻效应元件分开配置的第一和第二磁轭尖部；在上述磁电阻效应元件的上述第二方向上的两个侧面上与上述磁电阻效应元件分开配置的第三和第四磁轭尖部。

Description

备有磁轭层的磁存储装置及其制造方法
本申请基于2002年7月30日提交的在先日本专利申请No.2002-221877，并且要求以其为优先权，在此引入该申请的内容，作为参考。
技术领域
本发明涉及通过电流磁场逐比特地进行写入，并通过单元的磁化状态产生的电阻变化读出“1”、“0”信息的磁存储装置及其制造方法。
背景技术
近年来，提出磁随机存取存储器(MRAM：Magnetic RandomAccess Memory)，作为兼有非易失性、高集成性、高可靠性、高速动作的器件。作为该MRAM的存储元件，正在流行开发读出输出比使用GMR(Giant Magneto-Resistance)元件的那种大的MTJ(MagneticTunneling Junction)元件。
这种MRAM的基本构造如图51所示，在位线BL和写入字线WWL的交点上配置MTJ元件。该MTJ元件经上部金属层(未示出)连接位线BL，经下部金属层64连接MOS晶体管Tr的源极/漏极。并且，该MOS晶体管Tr的栅极为读出字线RWL。
这里，MTJ元件由连接下部金属层64的铁磁性层的磁化钉扎层60、经上部金属层(未示出)连接位线BL的铁磁性层的磁记录层61、由这些磁化钉扎层60和磁记录层61夹住的非磁性层的隧道结合层62构成。
参考图52A、52B说明上述MRAM的数据写入和读出。
首先使用图52A说明在任意选择单元写入数据的情况。由于朝向纸面外流过电流时在逆时针方向上产生磁场，磁记录层61的磁化朝右。由此，磁化钉扎层60的磁化方向和磁记录层61的磁化方向一致(将其叫作磁化平行)，该状态为存储例如数据“0”的状态。另一方面，由于朝向纸面向里流过电流时在顺时针方向上产生磁场，磁记录层61的磁化朝左。由此，磁化钉扎层60的磁化方向和磁记录层61的磁化方向不同(将其叫作磁化反平行)，该状态为存储例如数据“1”的状态。
接着使用图52B说明读出写入了数据“1”、“0”的选择单元中的数据的情况。MTJ元件的磁化平行时，MTJ元件的电阻最低，MTJ元件的磁化反平行时，MTJ元件的电阻最高。因此，通过在贯通MTJ元件的方向上流过电流，读取MTJ元件的电阻，判断出“1”、“0”的存储状态。在这种MRAM中，为了对存储单元的数据进行改写，必须反转MTJ元件的记录层(膜厚为2～5nm的NiFe薄膜等)的磁化。反转该磁化所需要的磁场H大概用下面的式(1)求出。式(1)中，Ms是记录层的饱和磁化强度，t是记录层的厚度，F是记录层的宽度。
H～4πMs×t/F(Oe)..............(1)
这里，MTJ元件的单元宽度为0.6μm左右，MTJ元件的单元长度为1.2μm左右时，写入电流值为8mA左右。
为确保抗热干扰性，MTJ元件的记录层的薄膜化受到限制。将MTJ元件细微化到0.15μm左右以下时，也需要增大记录层的厚度。假设CoFeNi形成的记录层的膜厚固定为2nm，如图53所示，细微化MTJ元件(减少记录层的宽度F)时，切换磁场H增大，因此需要增大写入电流。
另一方面，可在写入布线中流过的电流密度具有上限(例如，Cu布线的电流密度是107A/cm2)，因此，如上所述，随着MTJ元件的细微化，需要增大写入电流，随着单元的细微化，写入布线的截面积也减少，产生反转记录层的磁化所需要的切换磁场H的电流不能流过写入布线。
如上所述，原来的没有磁轭的布线的情况下，如图53所示，随着单元的细微化(减少记录层的宽度F)，需要增加产生切换磁场H的写入电流，另一方面，由于写入布线的截面积减少，流过写入布线的电流受到限制。因此，单元的细微化以1/F＝8左右为界限。
为解决这个问题，提出在写入布线上包覆NiFe等软磁性材料63的带磁轭布线(参考图54)。该带磁轭布线中，通过设置磁轭，可将写入布线产生的磁场集中在选择单元中。其结果是带磁轭布线中，报告了2倍左右的高效率效果(写入电流值为1/2)。关于这一点，要参看例如“Saied Tehranj.Magneto resistive RAM，IEDM shortcourse(美国)2001年”。
但是，当前随着单元的细微化，要求进一步降低写入电流。
发明内容
根据本发明第一方面的一种磁存储装置，包括：在第一方向上延伸的第一布线；在与上述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线；配置在上述第一和第二布线之间的上述第一和第二布线的交点上的磁电阻效应元件；至少覆盖上述第一布线的下面和两个侧面中的某一个面的第一磁轭主体部；至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部；在上述第一方向上与上述磁电阻效应元件的两个侧面分开配置的第一和第二磁轭尖部；在上述第二方向上与上述磁电阻效应元件的两个侧面分开配置的第三和第四磁轭尖部。
根据本发明的第二方面的一种磁存储装置的制造方法，包括：形成至少下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；在上述第一布线上形成被第一层和第二层夹住的磁电阻效应元件的工序；在上述第一布线和上述第二层上形成绝缘膜的工序；在上述绝缘膜上形成磁性膜的工序；在对上述磁性膜构图后，去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜，与上述磁电阻效应元件自匹配地形成由上述磁性膜构成的第一到第四磁轭尖部的工序；在上述第二层和上述第一到第四磁轭尖部上形成第二布线的工序；形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
根据本发明第三方面的一种磁存储装置的制造方法，包括：形成至少下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；在上述第一布线上形成被第一层和第二层夹住的磁电阻效应元件的工序；在上述第一布线和上述第二层上形成绝缘膜的工序；在上述绝缘膜上形成磁性膜的工序；在去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜后，对上述磁性膜构图，与上述磁电阻效应元件自匹配地形成由上述磁性膜构成的第一到第四磁轭尖部的工序；在上述第二层和上述第一到第四磁轭尖部上形成第二布线的工序；形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
根据本发明第四方面的一种磁存储装置的制造方法，包括：形成至少其下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；在上述第一布线上形成被第一和第二层夹住的由磁电阻效应元件材料构成的元件材料层的工序；在上述元件材料层上形成磁电阻效应元件形状的第一材料层的工序；在上述第一材料层和上述元件材料层上形成第二材料层的工序；在上述第二材料层上形成第三材料层的工序；使上述第二和第三材料层平坦化，直到露出上述第一材料层的工序；去除在上述第一和第三材料层间露出的上述第二材料层，露出上述元件材料层的工序；选择地去除上述元件材料层，形成由上述元件材料层构成的上述磁电阻效应元件和磁轭尖部的工序；在上述磁电阻效应元件上形成第二布线的工序；形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
附图说明
图1表示本发明的第一实施例的磁存储装置的平面图；
图2A是表示沿着图1的IIA-IIA线的磁存储装置截面图；
图2B是表示沿着图1的IIB-IIB线的磁存储装置截面图；
图3，4，5，6，7，8，9是表示本发明的第一实施例的磁存储装置的各制造工序的截面图；
图10是本发明的第一实施例中图5的工序使用的蚀刻掩膜的平面图；
图11是表示本发明的第一实施例的磁性膜在图5的工序中被构图后的形状的平面图；
图12是表示本发明的第一实施例的磁性膜在图6的工序中被构图后的形状的平面图；
图13是接着图5表示本发明的第一实施例的磁存储装置的其他制造工序的截面图；
图14A是表示已有技术的磁存储装置的平面图；
图14B是表示已有技术的退磁曲线的图；
图14C是表示已有技术的读出信号的图；
图15A是表示本发明的第一实施例的磁存储装置的平面图；
图15B是表示本发明的第一实施例的退磁曲线的图；
图15C是表示本发明的第一实施例的读出信号的图；
图16A是表示本发明的第一实施例的磁存储装置的截面图；
图16B是表示本发明的第一实施例的写入电流和抗热干扰性与距离D的关系的图；
图17是表示本发明的第二实施例的磁存储装置的平面图；
图18是表示本发明的第三实施例的磁存储装置的平面图；
图19是表示本发明的第四实施例的磁存储装置的平面图；
图20A是表示沿着图19的XXA-XXA线的磁存储装置的截面图；
图20B是表示沿着图19的XXB-XXB线的磁存储装置的截面图；
图21是表示本发明的第五实施例的磁存储装置的平面图；
图22A是表示沿着图21的XXIIA-XXIIA线的磁存储装置的截面图；
图22B是表示沿着图21的XXIIB-XXIIB线的磁存储装置的截面图；
图23是表示本发明的第六实施例的磁存储装置的平面图；
图24A是表示沿着图23的XXIVA-XXIVA线的磁存储装置的截面图；
图24B是表示沿着图23的XXIVB-XXIVB线的磁存储装置的截面图；
图25是表示本发明的第七实施例的磁存储装置的平面图；
图26A是表示沿着图25的XXVIA-XXVIA线的磁存储装置的截面图；
图26B是表示沿着图25的XXVIB-XXVIB线的磁存储装置的截面图；
图27是表示本发明的第八实施例的磁存储装置的平面图；
图28A是表示沿着图27的XXVIIIA-XXVIIIA线的磁存储装置的截面图；
图28B是表示沿着图27的XXVIIIB-XXVIIIB线的磁存储装置的截面图；
图29是表示本发明的第九实施例的磁存储装置的平面图；
图30A是表示沿着图29的XXXA-XXXA线的磁存储装置的截面图；
图30B是表示沿着图29的XXXB-XXXB线的磁存储装置的截面图；
图31是表示本发明的第十实施例的磁存储装置的平面图；
图32A是表示沿着图31的XXXIIA-XXXIIA线的磁存储装置的截面图；
图32B是表示沿着图31的XXXIIB-XXXIIB线的磁存储装置的截面图；
图33是接着图4表示本发明的第十一实施例的磁存储装置的制造工序的截面图；
图34是接着图33表示本发明的第十一实施例的磁存储装置的制造工序的截面图；
图35是表示本发明的第十一实施例的磁存储装置中对掩膜构图后的平面图；
图36是接着图3表示本发明的第十二实施例的磁存储装置的制造工序的截面图；
图37是接着图36表示本发明的第十二实施例的磁存储装置的制造工序的截面图；
图38是接着图37表示本发明的第十二实施例的磁存储装置的制造工序的截面图；
图39A，39B是表示本发明的各实施例的单结构造的MTJ元件的截面图；
图40A，40B是表示本发明的各实施例的双结构造的MTJ元件的截面图；
图41是表示本发明的第十三实施例的磁存储装置的平面图；
图42是表示本发明的第十四实施例的磁存储装置的平面图；
图43是表示本发明的第十五实施例的磁存储装置的平面图；
图44是表示本发明的第十五实施例的磁存储装置中对磁性膜的外周构图后的形状的平面图；
图45，46，47，48，49，50是表示本发明的第十六实施例的磁存储装置的各制造工序的截面图；
图51是表示已有技术的磁存储装置的斜视图；
图52A是表示已有技术的磁存储装置的数据写入的图；
图52B是表示已有技术的磁存储装置的数据读出的图；
图53是表示随着已有技术的磁存储装置的微细化切换磁场的关系的图；
图54是表示已有技术的带磁轭磁存储装置的斜视图；
图55A是表示已有技术的无磁轭布线的磁存储装置的截面图；
图55B是表示已有技术的带磁轭布线的磁存储装置的截面图；
图56A是表示已有技术的无磁轭布线的磁存储装置的读出信号的图；
图56B是表示已有技术的带磁轭布线的磁存储装置的读出信号的图。
具体实施方式
图54所示的已有技术的带磁轭布线中，通过实验和计算机模拟进行讨论，发现与上述报告同样，可确认2倍左右的高效率化具有下面所示缺点。
第一，干扰(半选择单元的误写入)增加了。即，针对没有磁轭布线的情况下在每1000个单元中有50个左右被干扰，通过使用带磁轭布线，干扰急剧增加到每1000个单元中有250个左右。
调查干扰增加的原因，得知作为磁电阻效应元件的MTJ元件和写入布线的配合偏差是主要原因。如图55A所示，无磁轭布线中，写入布线周围整个产生磁场，因此即便产生了布线和MTJ元件的配合偏差，也可充分进行MTJ元件的磁化反转。与此相反，如图55B所示，通过使用带磁轭布线，由于磁场从磁轭63的端部集中到端部，故在布线与MTJ元件产生配合偏差时，产生了MTJ元件的磁化反转不能充分进行的情况。也就是，通过使用带磁轭布线，布线的配合偏差许可值变小了。具体说，在0.24μm宽度的MTJ元件的情况下，也不允许有0.1μm左右的配合偏差，需要将配合偏差控制在0.05μm以下。
第二，读出信号的偏离增加了。如图56A所示，无磁轭布线中，“0”状态和“1”状态的读出信号的偏离减少，可充分判别“0”和“1”。与此相反，如图56B所示，带磁轭布线中，“0”状态和“1”状态的读出信号的偏离增加，难以判别“0”和“1”。具体说，对于1σ下的平均电阻值的偏离在无磁轭布线中为3％，与此相反，在带磁轭布线中增加到大概5％。
已知这样的读出信号偏离并非一定和写入布线与MTJ元件的配合偏差相关，而是随机产生的。推测其原因是磁轭的剩余磁化干扰了MTJ元件的磁化配置，记录层的磁化从理想的“0”状态(钉扎层和记录层的磁化平行)或“1”状态(钉扎层和记录层的磁化反平行)倾斜，因此引起“0”，“1”的电阻值偏离。
第三，出现了抗热干扰性减少的单元。通过放置60天左右，出现了数据从“0”变化为“1”或从“1”变化为“0”的不良比特。这种情况在无磁轭布线中为每1000个单元有0个，在带磁轭布线中为每1000个单元有10个左右。
因此，除写入电流降低外，考虑到上述情况，下面参考附图说明本发明的实施例。该说明时，所有图中共通的部分具有共通的参考符号。
[第一实施例]
第一实施例是在MTJ元件周围备有磁耦合于磁轭主体部的磁轭尖部的作为各实施例基础的构造，该磁轭尖部与MTJ元件自匹配地形成。
图1表示本发明的第一实施例的磁存储装置的平面图。图2A是表示沿着图1的IIA-IIA线的磁存储装置的截面图。图2B是表示沿着图1的IIB-IIB线的磁存储装置的截面图。
如图1，2A，2B所示，第一实施例的磁存储装置中，例如由Cu构成的位线19和字线13在彼此不同的方向上延伸，在这些位线19和字线13间的位线19和字线13的交点上配置MTJ元件15。并且，覆盖字线13的下面和侧面来形成第一磁轭主体部12，覆盖位线19的上面和侧面来形成第二磁轭主体部20。另外，在MTJ元件15的周0围形成第一、第二、第三和第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d。这里，第一和第二磁轭尖部18a，18b在字线13的延长方向上、与MTJ元件15分开地配置在MTJ元件15的两个侧面上，第三和第四磁轭尖部18c，18d在位线19的延长方向上、与MTJ元件15分开地配置在MTJ元件15的两个侧面上。
第一和第二磁轭尖部18a，18b与第二磁轭主体部20(20b)相接，与第一磁轭主体部12分开。另外，第一和第二磁轭尖部18a，18b可与第二磁轭主体部20物理分开，也可磁耦合(magnet staticcoupling)。这里，所谓第一和第二磁轭尖部18a，18b与第二磁轭主体部20磁耦合是指第一和第二磁轭尖部18a，18b的磁化不受流过位线19的电流所产生的磁场的影响，而受到第二磁轭主体部20的磁化的影响。另外，第一和第二磁轭尖部18a，18b与第二磁轭主体部20相接时，为了防止位线19和字线13电连接，第一和第二磁轭尖部18a，18b需要和字线13以及第一磁轭主体部12电绝缘。
另一方面，第三和第四磁轭尖部18c，18d与第一和第二磁轭主体部12，20分开，与第一磁轭主体部12磁耦合。另外，第三和第四磁轭尖部18c，18d也可与第一磁轭主体部12物理接触，但此时，为了防止位线19和字线13电连接，第三和第四磁轭尖部18c，18d需要和位线19以及第二磁轭主体部20电绝缘。
第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d和MTJ元件15之间、第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d和字线13之间形成作为非磁性膜的例如绝缘膜17。从而，第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d形成在绝缘膜17的同一面上。
通过该绝缘膜17的膜厚，规定第一距离P1，P2，P3，P4和第二距离H1，H2，H3，H4，因此这些第一和第二距离P1，P2，P3，P4，H1，H2，H3，H4全部为大致相等的距离。这里，第一距离P1，P2，P3，P4是第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d和MTJ元件15之间的距离。第二距离H1，H2，H3，H4是第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d和字线13(第一磁轭主体部12)之间的距离。
在MTJ元件15的纵向方向上延伸字线13、在与该字线13垂直的方向上延伸位线19时，位线19的宽度比字线13的宽度粗，MTJ元件15和第二磁轭主体部20b之间的第三距离Q1，Q2和MTJ元件15和第一磁轭主体部12之间的第四距离Q3，Q4可大致相等。
第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d彼此分离形成。
第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d具有纵向的易磁化轴。该易磁化轴也可以是双轴各向异性，但希望是单轴各向异性。这是由于第一，易磁化轴为单轴各向异性，可使磁轭尖部18a，18b，18c，18d的磁畴结构稳定，磁特性的再现性好，从而确保写入的再现性。第二，应和位线19磁耦合的第一和第二磁轭尖部18a，18b难以和字线13磁耦合，应和字线13磁耦合的第三和第四磁轭尖部18c，18d难以和位线19磁耦合，从而得到大幅度降低相互干涉的效果。
第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d与第一和第二磁轭主体部12，20最好使用膜的难磁化轴方向的矫顽力为5Oe(奥斯特)以下的软磁性材料。
希望第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d用与第一和第二磁轭主体部12，20不同的材料形成。例如，第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d用比上述第一和第二磁轭主体部12，20的导磁率大的材料形成，作为例子，前者用NiFe形成，后者可以用非晶CoZrNb或FeAlSi形成。第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d也可用具有比第一和第二磁轭主体部12，20高的饱和磁力线密度的材料形成，作为一个例子，前者用CoFe、非晶CoZrNb或FeNx形成，后者可以用NiFe形成。
MTJ元件15由例如Ta/PtMn/CoFe/Ru/CoFe/AlOx/NiFe/Ta的多层膜构成。MTJ元件15也可以由磁化记录层、磁化钉扎层和该磁化记录层与磁化钉扎层夹住的隧道结合层构成的单结结构。MTJ元件15也可以是由第一和第二磁化钉扎层、该第一和第二磁化钉扎层夹住的磁记录层、第一磁化钉扎层与磁记录层夹住的第一隧道结合层和第二磁化钉扎层与磁记录层夹住的第二隧道结合层构成的双结结构。另外，上述磁化钉扎层和磁记录层可以是单层结构，也可以是由第一铁磁性层、非磁性层和第二铁磁性层构成的三层结构。
使用图39A，39B说明上述单结结构的MTJ元件15的一个例子。如图39A所示，单结结构的MTJ元件15由顺序层叠了模板层101、初始铁磁性层102、反铁磁性层103、铁磁性层104’、非磁性层107、铁磁性层104”而成的磁化钉扎层60、形成在该磁化钉扎层60上的隧道结合层62、以及在该隧道结合层62上顺序层叠了自由铁磁性层105、接触层106而成的磁记录层61形成。如图39B所示，单结结构的MTJ元件15也可以由顺序层叠了模板层101、初始铁磁性层102、反铁磁性层103、铁磁性层104’、非磁性层107、铁磁性层104”而成的磁化钉扎层60、形成在该磁化钉扎层60上的隧道结合层62、以及在该隧道结合层62上顺序层叠了铁磁性层105’、非磁性层107、铁磁性层105”、接触层106而成的磁记录层61形成。
使用图40A，40B说明上述双结结构的MTJ元件的一个例子。如图40A所示，双结结构的MTJ元件15由顺序层叠了模板层101、初始铁磁性层102、反铁磁性层103、基准铁磁性层104而成的第一磁化钉扎层60a、形成在该第一磁化钉扎层60a上的第一隧道结合层62a、形成在该第一隧道结合层62a上的磁记录层61、形成在该磁记录层61上的第二隧道结合层62b、在该第二隧道结合层62b上顺序层叠了基准铁磁性层104、反铁磁性层103、初始铁磁性层102、接触层106而成的第二磁化钉扎层60b构成。如图40B所示，双结结构的MTJ元件15也可以由顺序层叠了模板层101、初始铁磁性层102、反铁磁性层103、基准铁磁性层104而成的第一磁化钉扎层60a、形成在该第一磁化钉扎层60a上的第一隧道结合层62a、在该第一隧道结合层62a上通过铁磁性层105’、非磁性层107、铁磁性层105”的三层结构顺序层叠的磁记录层61、形成在该磁记录层61上的第二隧道结合层62b、在该第二隧道结合层62b上顺序层叠了铁磁性层104’、非磁性层107、铁磁性层104”、反铁磁性层103、初始铁磁性层102、接触层106而成的第二磁化钉扎层60b构成。
这种双结结构的MTJ元件15与单结结构的MTJ元件15相比，施加相同的外部偏置时的MR(磁致电阻)比(“1”状态、“0”状态的电阻变化率)的恶化减少，从而可按更高的偏置下动作。即，双结结构在读出单元内的信息时有利。
另外，在图39A，39B，40A，40B中，通过在磁化钉扎层60，60b内引入由铁磁性层104’、非磁性层107、铁磁性层104”构成的三层结构、在磁记录层61内引入由铁磁性层105’、非磁性层107、铁磁性层105”构成的三层结构，可抑制在铁磁性内部产生磁极，从而提供适合于更微细化的单元结构。
另外，MTJ元件15例如也可使用下面的材料形成。
磁化钉扎层60，60a，60b和磁记录层61的材料中除例如Fe，Co，Ni或其合金、自旋分极率大的四氧化三铁、CrO2，RXMnO3-y(R：稀土类，X：Ca，Ba，Sr)等氧化物外，最好使用NiMnSb、PtMnSb等霍伊斯勒高导磁率合金等。这些磁性体中，只要不丧失铁磁性，也可多少包含Ag，Cu，Au，Al，Mg，Si，Bi，Ta，B，C，O，N，Pd，Pt，Zr，Ir，W，Mo，Nb等非磁性元素。
构成磁化钉扎层60，60a，60b的一部分的反铁磁性层103的材料中，最好使用Fe-Mn，Pt-Mn，Pt-Cr-Mn，Ni-Mn，Ir-Mn，NiO2，Fe2O3等。
隧道结合层62，62a，62b的材料，可使用Al2O3，SiO2，Mgo，AlN，Bi2O3，MgF2，CaF2，SrTiO2，AlLaO3等的各种介电体。这些介电体中，可存在氧、氮、氟的缺损。
上述的磁存储装置中，在写入数据时，第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d如下作用。即，由于第一和第二磁轭尖部18a，18b和第二磁轭主体部20磁耦合而具有将由通入位线19的写入电流产生的磁力线导向MTJ元件15的功能。另一方面，由于第三和第四磁轭尖部18c，18d和第一磁轭主体部12磁耦合而具有将由通入字线13的写入电流产生的磁力线导向MTJ元件15的功能。
图3到图9表示依据本发明第一实施例的磁存储装置的制造工序的截面图。下面说明第一实施例的磁存储装置的制造方法。
首先，如图3所示，在绝缘膜11上形成其下面和两个侧面被第一磁轭主体部12覆盖的字线13。在该字线13上形成被下部金属层14和上部金属层16夹住的MTJ元件15。
这里，虽然字线13和MTJ元件15电连接，但字线13和MTJ元件15也可以电绝缘，而另外形成读出用的字线(例如图26A，B)。
接着，如图4所示，在上部金属层16及字线13上形成SiNx等绝缘膜17，在该绝缘膜17上形成NiFe等磁性膜18。
接着如图5所示，对磁性膜18按希望的形状构图。此时，使用如图10所示的由抗蚀剂、Ta等构成的蚀刻掩膜21，按图11所示的十字形状对磁性膜18构图。
接着如图6所示，通过例如蚀刻、CMP(化学机械抛光)，去除MTJ元件15上的磁性膜18和绝缘膜17、以及上部金属层16的一部分。其结果，如图12所示，第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d与MTJ元件15仅分开绝缘膜17的膜厚，自匹配地形成。
这里，与进行CMP相比，可高精度地控制涂覆低分子量的平坦化材料等进行深蚀刻的方法，因此希望进行深蚀刻。
接着如图7所示，形成由Cu等构成的位线19，在该位线19上形成由NiFe等构成的磁性膜20a。
接着如图8所示，在绝缘膜17、第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d、磁性膜20a上形成磁性膜20b。
接着如图9所示，离子蚀刻整个面，去除磁性膜20a、绝缘膜17等上的磁性膜20b。其结果是形成覆盖位线19的上面和侧面的第二磁轭主体部20。
根据上述第一实施例，(1)在MTJ元件15周围形成磁耦合于第一磁轭主体部12的第三和第四磁轭尖部18c，18d和磁耦合于第二磁轭主体部20的第一和第二磁轭尖部18a，18b，(2)这些第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d与MTJ元件15自匹配地形成。通过这种(1)(2)的结构，分别得到如下效果。
通过(1)的结构，(1-a)与原来的带磁轭布线相比，写入电流降低到1/5倍，(1-b)可消除干扰(半选择单元的误写入)，(1-c)可大幅度降低读出信号的偏离。关于这些(1-a)(1-b)(1-c)的效果，下面具体说明。
(1-a)MTJ元件15的单元宽度为0.4μm、MTJ元件15的单元长度为1.2μm、MTJ元件15和字线13的间隙为150nm时，MTJ元件15的记录层采用5nm左右的NiFe膜的情况下，在现有的无磁轭布线中，数据写入需要的电流平均值为10mA左右，图54所示的现有的带磁轭布线中，数据写入需要的电流为5mA左右。这是由于字线13和MTJ元件15的间隙在晶片内偏开，配合误差最大变为150nm左右，从而难以低电流化。
与此相反，本发明的第一实施例中，数据写入需要的电流可降低到1mA左右。这是由于MTJ元件15和磁轭尖部18a，18b，18c，18d的间隙可做到配合误差(50～100nm)左右，经磁轭尖部18a，18b，18c，18d可将磁轭主体部12，20的磁力线有效地导向MTJ元件15。由于磁轭尖部18a，18b，18c，18d可形成在绝缘膜17的平面上，从而可形成良好的磁性膜18。因此，作为磁性膜18，可使用导磁率大的材料，并可降低高频的写入电流。
(1-b)在按矩阵状设置多个位线和字线，并在这些位线和字线的交点上配置MTJ元件的情况下，不仅位于选择的位线和选择的字线的交点上的一个MTJ元件，位于选择的位线和字线之一的布线上的MTJ元件也可进行写入。这叫做半选择单元的误写入(干扰)。
与此相反，根据第一实施例，由于可经磁轭尖部18a，18b，18c，18d将磁轭主体部12，20的磁力线有效地导向MTJ元件15，因此可消除干扰(半选择单元的误写入)。
(1-c)如图14A，14B，14C所示，在使用现有的带磁轭20的布线19的情况下，与使用不带磁轭的布线的情况相比，“0”和“1”的电阻值偏离增大。这是由于从布线19侧壁在磁轭20的布线厚度方向上的剩余磁化泄漏的磁力线流入MTJ元件15，MTJ元件15的记录层磁化从完全的“0”，“1”状态倾斜，而使得退磁曲线偏向右方，在“0”状态下(上下磁性层的磁化为平行状态)产生电阻值增大，在“1”状态(上下磁性层的磁化为反平行状态)下产生电阻值降低。其结果是在使用现有的带磁轭布线时，引起读出错误。
与此相反，在第一实施例的情况下，电阻值的偏离可与无磁轭布线的情况相同。这是由于具有如图15A，15B，15C所示，在磁轭尖部18a，18b的厚度方向上的反磁场系数非常大(～1)，从而抑制了布线侧壁的磁轭在布线厚度方向上产生剩余磁化的巨大效果。另一方面，磁轭尖部18a，18b的形状也在布线长度方向上拉长(宽高比大)，磁轭尖部18a，18b的剩余磁化朝向其拉长方向，从而可不对MTJ元件15产生影响，其结果是MTJ元件15的记录层的磁化不从“0”，“1”状态倾斜，从而防止了退磁曲线偏向右方。这样，可抑制“0”，“1”状态的电阻值的偏离，可防止产生读出错误。
根据(2)的结构，(2-a)可降低写入电流，并且可消除抗干扰性恶化的单元，(2-b)可进一步降低写入电流，(2-c)可进一步降低读出信号偏离。关于这些(2-a)(2-b)(2-c)的效果，下面具体说明。
(2-a)如图16所示，MTJ元件15和磁轭尖部18c，18d之间的距离D依赖于MTJ元件15的形状和宽度等，但需要高精度控制为规定宽度X。如图16B所示，考虑到保持高的抗热干扰性时，希望距离D大，但考虑到写入电流降低时，希望距离D小。因此，为满足这两者的要求，希望将距离D控制为规定宽度X。
正如这种情况，在第一实施例中，用绝缘膜17的膜厚决定距离D，因此，可将距离D高精度控制为规定宽度X，从而可降低写入电流，并消除抗干扰性恶化的单元。
(2-b)在第一实施例中，通过自匹配地形成MTJ元件15和磁轭尖部18a，18b，18c，18d，可防止MTJ元件15和磁轭尖部18a，18b，18c，18d的配合偏差。由此，MTJ元件15和磁轭尖部18c，18d之间的距离D可接近配合误差的级别，从而容易地将该距离D控制到20nm±1nm左右。因此，可经磁轭尖部18a，18b，18c，18d有效地将磁轭主体部12，20的磁力线导向MTJ元件15，成为0.5mA以下的写入电流。
(2-c)如上所述，第一实施例中，全部的单元中MTJ元件15和磁轭尖部18a，18b，18c，18d之间的距离D都可用绝缘膜17的膜厚高精度地(±1nm左右)控制。因此，反转单元记录层磁化的写入电流的偏离(读出信号偏离)可大幅度降低，可扩大写入电流值对干扰的容限，可大大消除写入干扰。
另外，第一实施例的图6的工序中，不一定去除到第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d的表面变得平坦为止。例如如图13所示，通过控制经深蚀刻或CMP去除的量可在第一到第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d的表面上剩余台阶部22。此时，不仅得到上述第一实施例的效果，磁轭尖部18a，18b，18c，18d的与MTJ元件15面对的面积可增大，因此可更有效地将磁轭主体部12，20的磁力线导向MTJ元件15，进一步降低写入电流。
例如，在图2A，2B中，可将下部金属层14或上部金属层16变更为二极管层，将该二极管层用作读出用的切换元件。
[第二实施例]
第二实施例是将第一实施例的磁轭尖部的形状变形的例子。第二实施例中，仅说明与上述第一实施例不同的结构。
图17是表示本发明的第二实施例的磁存储装置的平面图。如图17所示，第二实施例的磁存储装置的第一到第四磁轭尖部18a’，18b’，18c’，18d’为朝向MTJ元件15收敛的形状。即，第一到第四磁轭尖部18a’，18b’，18c’，18d’中，朝向MTJ元件15的第一侧面的宽度比与该第一侧面相反侧的第二侧面的宽度小，第一到第四磁轭尖部18a’，18b’，18c’，18d’的平面形状为梯形。
根据上述第二实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第二实施例中，第一到第四磁轭尖部18a’，18b’，18c’，18d’为朝向MTJ元件15收敛的形状。因此，可进一步有效地将磁轭主体部12，20的磁力线导向MTJ元件15，从而可进一步降低写入电流。具体说，在第二实施例中，可将写入电流降低到第一实施例中的0.6倍左右。
[第三实施例]
第三实施例是将第一实施例的磁轭尖部和MTJ元件的形状变形的例子。第三实施例中，仅说明与上述第一实施例不同的结构。
图18是表示本发明的第三实施例的磁存储装置的平面图。如图18所示，第三实施例的磁存储装置的MTJ元件15’的平面形状为椭圆形状，沿着该MTJ元件15’的形状弯曲第一到第四磁轭尖部18a”，18b”，18c”，18d”的内侧面。另外，与第二实施例同样，第一到第四磁轭尖部18a”，18b”，18c”，18d”为朝向MTJ元件15’收敛的形状。
根据上述第三实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第三实施例中，MTJ元件15’的平面形状为椭圆。因此，在MTJ元件15’的纵向端部，可防止磁化方向偏离，从而可抑制读出信号的电阻值偏离。
[第四实施例]
第四实施例是将第二实施例的磁轭尖部变形的例子。第四实施例中，仅说明与上述第二实施例不同的结构。
图19是表示本发明的第四实施例的磁存储装置的平面图。图20A表示沿着图19的XXA-XXA线的磁存储装置的截面图。图20B表示沿着图19的XXB-XXB线的磁存储装置的截面图。
如图19，20A，20B所示，第四实施例的磁存储装置是在第二实施例中去掉了从第二磁轭主体部20的侧面突出的第一和第二磁轭尖部18a，18b的突出部23(参考图2A)。因此，第四实施例中，第一和第二磁轭尖部18a’，18b’的外侧面与第二磁轭主体部20(20b)的侧面一致。
根据上述第四实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第四实施例中，第一和第二磁轭尖部18a’，18b’的外侧面与第二磁轭主体部20(20b)的侧面一致。由此，可更有效地将第二磁轭主体部20的磁力线导向MTJ元件15，从而可进一步降低写入电流。具体说，第四实施例中，可将写入电流值从0.5mA降低10％左右。
另外，在第四实施例中，不仅第一和第二磁轭尖部18a’，18b’的外侧面与第二磁轭主体部20(20b)的侧面一致，还可使第三和第四磁轭尖部18c’，18d’的外侧面与第一磁轭主体部12的侧面一致。此时不仅取得上述第四实施例的效果，还由于更有效地将第一磁轭主体部12的磁力线导向MTJ元件15，从而可进一步降低流过字线13的写入电流。
[第五实施例]
第五实施例是将第二实施例的磁轭主体部变形的例子。第五实施例中，仅说明与上述第二实施例不同的结构。
图21是表示本发明的第五实施例的磁存储装置的平面图。图22A表示沿着图21的XXIIA-XXIIA线的磁存储装置的截面图。图22B表示沿着图21的XXIIB-XXIIB线的磁存储装置的截面图。
如图21，22A，22B所示，第五实施例的磁存储装置没有字线13的两个侧面上的第一磁轭主体部12，也没有位线19的两个侧面上的第二磁轭主体部20。因此，第五实施例中，第一磁轭主体部12仅在字线13的下面形成，第二磁轭主体部20仅在位线19的上面形成。
根据上述第五实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第五实施例中，由于不在字线13和位线19的两个侧面上形成磁轭主体部12，20，可减少处理工艺数。
另外，在第五实施例中，若第一和第二磁轭尖部18a’，18b’与第二磁轭主体部20、第三和第四磁轭尖部18c’，18d’与第一磁轭主体部12分别磁耦合，则即便不形成字线13和位线19两个侧面上的磁轭主体部12，20，也可有效地将磁轭主体部12，20的磁力线导向MTJ元件15。
[第六实施例]
第六实施例是将第二实施例的磁轭主体部变形的例子。第六实施例中，仅说明与上述第二实施例不同的结构。
图23是表示本发明的第六实施例的磁存储装置的平面图。图24A表示沿着图23的XXIVA-XXIVA线的磁存储装置的截面图。图24B表示沿着图23的XXIVB-XXIVB线的磁存储装置的截面图。
如图23，24A，24B所示，第六实施例的磁存储装置没有字线13下面的第一磁轭主体部12，也没有位线19上侧面的第二磁轭主体部20。因此，在第六实施例中，第一磁轭主体部12仅形成在字线13的两个侧面上，而第二磁轭主体部20仅形成在位线19的两个侧面上。
根据上述第六实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第六实施例中，由于不形成字线13下面和位线19上面的磁轭主体部12，20，可减少处理工艺数。
[第七实施例]
第七实施例是在第二实施例中设置读出用选择晶体管的例子。在第七实施例中，仅说明与上述第二实施例不同的结构。
图25是表示本发明的第七实施例的磁存储装置的平面图。图26A表示沿着图25的XXVIA-XXVIA线的磁存储装置的截面图。图26B表示沿着图25的XXVIB-XXVIB线的磁存储装置的截面图。
如图25，26A，26B所示，第七实施例的磁存储装置在MTJ元件15的下层形成引出用金属层32，通过连接器33连接到读出单元的选择用晶体管34。另外，为了绝缘字线13和MTJ元件15，在金属层32和字线13之间形成绝缘膜31。在这种结构下，字线13用作写入字线，晶体管34的栅极用作读出字线。
根据上述第七实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第七实施例中，由于设置了读出用选择晶体管34，可仅向选择单元流过读出电流。因此，可改善读出信号的S/N比，并可提高读出速度。
另外，在第七实施例中，作为读出用切换元件，也可使用二极管替代晶体管34。
[第八实施例]
第八实施例是不使第七实施例中的字线13和MTJ元件15绝缘的例子。在第八实施例中，仅说明与上述第一实施例不同的结构。
图27是表示本发明的第八实施例的磁存储装置的平面图。图28A表示沿着图27的XXVIIIA-XXVIIIA线的磁存储装置的截面图。图28B表示沿着图27的XXVIIIB-XXVIIIB线的磁存储装置的截面图。
如图27，28A，28B所示，第八实施例的磁存储装置是不将第七实施例中的字线13和MTJ元件15绝缘的结构。因此，金属层32和字线13相连接。
根据上述第八实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，在第八实施例中，由于字线13和金属层32之间没有绝缘膜，因此与第七实施例相比，第一磁轭主体部12更接近第三和第四磁轭尖部18c’，18d’。从而可更有效地将第一磁轭主体部12的磁力线导向MTJ元件15，进一步实现写入电流的降低。
另外，在第八实施例中，作为读出用切换元件，也可使用二极管替代晶体管34。
[第九实施例]
第九实施例是将第八实施例中的第三和第四磁轭尖部与第一磁轭本体部相接的例子。在第九实施例中，仅说明与上述第八实施例不同的结构。
图29是表示本发明的第九实施例的磁存储装置的平面图。图30A表示沿着图29的XXXA-XXXA线的磁存储装置的截面图。图30B表示沿着图29的XXXB-XXXB线的磁存储装置的截面图。
如图29，30A，30B所示，第九实施例的磁存储装置通过改变金属层32的形状使第三和第四磁轭尖部18c’，18d’接近第一磁轭主体部12。因此第三和第四磁轭尖部18c’，18d’可与第一磁轭主体部12连接。
根据上述第九实施例，可得到与第八实施例相同的效果。
另外，在第九实施例中，第三和第四磁轭尖部18c’，18d’与第一磁轭主体部12连接。因此，与第八实施例相比，可更有效地将第一磁轭主体部12的磁力线导向MTJ元件15，从而可进一步实现写入电流的降低。
另外，连接MTJ元件15和晶体管34的连接器33配置在位线19的外侧，但也可配置在位线19的下方。
第三和第四磁轭尖部18c’，18d’不一定必须与第一磁轭主体部12连接，也可以与第一磁轭主体部12有间隙。
另外，在第九实施例中，作为读出用切换元件，也可使用二极管替代晶体管34。
[第十实施例]
第十实施例是通过不使用读出用切换元件的阵列配备读出专用的字线的例子。第十实施例中，仅说明与上述第二实施例不同的结构。
图31是表示本发明的第十实施例的磁存储装置的平面图。图32A表示包含沿着图31的XXXIIA-XXXIIA线的截面的磁存储装置的截面图。图32B表示沿着图31的XXXIIB-XXXIIB线的磁存储装置的截面图。
如图31，32A，32B所示，第十实施例的磁存储装置将多个MTJ元件15经金属层40和连接器41连接到读出专用的字线42。这里，字线13和位线19用作写入布线。为使MTJ元件15和字线13绝缘，字线金属层40和字线13分开形成。另外，第三和第四磁轭尖部18c’，18d’连接第一磁轭主体部12。MTJ元件15连接位线19，但与字线13分开。
根据上述第十实施例，可得到与第一和第二实施例相同的效果。
另外，第十实施例中，第三和第四磁轭尖部18c’，18d’连接第一磁轭主体部12。因此，可更有效地将第一磁轭主体部12的磁力线导向MTJ元件15，从而可进一步实现写入电流的降低。
[第十一实施例]
第十一实施例是在第一实施例的磁存储装置的制造方法中在磁性膜的构图中使用绝缘膜掩膜的例子。
图33到34是表示本发明的第十一实施例的磁存储装置的制造工序的截面图。下面说明第十一实施例的磁存储装置的制造方法。该第十一实施例中，简化对与上述第一实施例的磁存储装置的制造方法相同的工序的说明。
首先，如图1到图4所示，与第一实施例同样，在字线13上形成被下部金属层14和上部金属层16夹住的MTJ元件15。之后，顺序形成绝缘膜17和磁性膜18。
接着如图33所示，在磁性膜18上形成由绝缘膜构成的掩膜层50。
接着如图34所示，对掩膜层50按十字形状构图(参考图35)，使用该构图的掩膜层50加工磁性膜18。
接着例如通过深蚀刻和CMP等，去除MTJ元件15上的掩膜层50、磁性膜18和绝缘膜17以及上部金属层16的一部分。其结果是如图6和图12所示，第一、第二、第三、第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d与MTJ元件15仅分开绝缘膜17的膜厚，自匹配地形成。之后，进行和第一实施例同样的工序。
根据上述第十一实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
[第十二实施例]
与在第一实施例的磁存储装置的制造方法中在对磁轭尖部的外侧面构图后对内侧面构图相反，在第十二实施例中，是对磁轭尖部的内侧面构图后才对外侧面构图。
图36到38是表示本发明的第十二实施例的磁存储装置的制造工序的截面图。下面说明第十二实施例中的磁存储装置的制造方法。该第十二实施例中，简化对与上述第一实施例的磁存储装置的制造方法相同的工序的说明。
首先，如图36所示，与第一实施例同样，在字线13上形成被下部金属层14和上部金属层16夹住的MTJ元件15。之后，顺序形成绝缘膜17和磁性膜18。
接着如图37所示，例如通过深蚀刻和CMP等，去除MTJ元件15上的磁性膜18和绝缘膜17以及上部金属层16的一部分。
接着如图38所示，对磁性膜18构图。由此，第一、第二、第三、第四磁轭尖部18a，18b，18c，18d与MTJ元件15仅分开绝缘膜17的膜厚，自匹配地形成(参考图12)。之后，进行和第一实施例同样的工序。
根据上述第十二实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第十二实施例中，与第一实施例的处理工艺相比，由于可减少处理工艺中基板上的台阶的产生，提高处理工序的控制性。具体说，在图37的工序中，提高上部金属层16的剩余膜厚的控制性，在图38的工序中，可提高第一、第二磁轭尖部18a，18b的外侧边缘的加工精度。
[第十三实施例]
第一实施例中，第一距离P1，P2，P3，P4全部大致相等，但第十三实施例中，P1，P2比P3，P4短。
图41是表示本发明的第十三实施例的磁存储装置的平面图。如图41所示，在第十三实施例中，配置在MTJ元件15的纵向方向的两侧的第一和第二磁轭尖部18a，18b比在相对MTJ元件15的纵向方向垂直的方向的两侧配置的第三和第四磁轭尖部18c，18d更接近MTJ元件15。即，成为满足下面的式(2)的关系的结构。
P1，P2＜P3，P4...........(2)
此时，P1，P2可相等或不等，P3和P4可相等或不等。
这种结构可用例如下面的方法形成。在形成上述图4所示的绝缘膜17的工序中，溅射形成绝缘膜17时，通过使基板在位线19的延伸方向(相对MTJ元件15的纵向方向垂直的方向)上移动，MTJ元件15的与第一和第二磁轭尖部18a，18b相对的侧面比MTJ元件15的与第三和第四磁轭尖部18c，18d相对的侧面难以附着绝缘膜17。如果这样进行溅射的话，也可调整绝缘膜17的膜厚，使得值为P1，P2的膜厚比值为P3，P4的膜厚薄。
根据上述第十三实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第十三实施例中，可确保在MTJ元件15的纵向上具有更强的磁各向异性，通过附加磁轭尖部，可以避免抗热干扰性缩小。
另外，作为得到和第十三实施例相同效果的方式，考虑如下方法。例如，第一和第二磁轭尖部18a，18b的宽高比比第三和第四磁轭尖部18c，18d的宽高比小。即，例如第一和第二磁轭尖部18a，18b为正方形，第三和第四磁轭尖部18c，18d为在MTJ元件15的纵向方向上延长的长方形。
[第十四实施例]
第一实施例中，距离Q1，Q2，Q3，Q4全部大致相等，但第十四实施例中，Q1，Q2比Q3，Q4短。
图42是表示本发明的第十四实施例的磁存储装置的平面图。如图42所示，第十四实施例中，在MTJ元件15的纵向方向的两侧配置的第二磁轭主体部20b比在相对MTJ元件15的纵向方向垂直的方向的两侧配置的第一磁轭主体部12更接近MTJ元件15。即，成为满足下面的式(3)的关系的结构。
Q1，Q2＜Q3，Q4...........(3)
此时，Q1，Q2可相等或不等，Q3和Q4可相等或不等。
根据上述第十四实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第十四实施例中，和第十三实施例同样，在MTJ元件15的纵向方向上可确保更强的磁备向异性，通过附带磁轭尖部，可避免减小抗热干扰性。
[第十五实施例]
第十五实施例中，是不分离第一到第四磁轭尖部的例子。
图43是表示本发明的第十五实施例的磁存储装置的平面图。如图43所示，第十五实施例中，连续形成磁轭尖部18’(斜线部)以包围在MTJ元件15的周围。
此时，位于MTJ元件15的纵向方向上的两个侧面侧的、磁轭尖部18’的第一部分磁耦合于第二磁轭主体部20，位于MTJ元件15的纵向方向的垂直方向上的两个侧面侧的、磁轭尖部18’的第二部分磁耦合于第一磁轭主体部12。
这种结构用例如如下方法形成。首先，如上述图4所示，在绝缘膜17上形成NiFe等磁性膜18。接着如图5所示，磁性膜18的外侧面按希望的形状构图。此时，磁性膜18使用由抗蚀剂和Ta等构成的蚀刻掩膜，构图为图44所示的四边形。之后，通过例如深蚀刻和CMP等，去除MTJ元件15上的磁性膜18和绝缘膜17、以及上部金属层16的一部分。其结果如图43所示，包围MTJ元件15的磁轭尖部18’与MTJ元件15仅分开绝缘膜17的膜厚，自匹配地形成。
根据上述第十五实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第十五实施例中，在对磁性膜18的外侧面构图时，使用比十字形更简单的四边形掩膜，因此掩膜形成容易。与分离磁轭尖部的第一实施例相比，可减少关于掩膜和MTJ元件15的配合偏差等的应考虑事项，从而容易进行磁性膜18的构图。
[第十六实施例]
第十六实施例中，是把第一到第四磁轭尖部作成层叠结构的例子。
图45到图50是表示本发明的第十六实施例的磁存储装置的制造工序的截面图。下面说明第十六实施例的磁存储装置的制造方法。
首先，如图45所示，在绝缘膜11上形成其下面和两个侧面被第一磁轭主体部12覆盖的字线13。该字线13上形成由下部金属层14、MTJ元件15以及上部金属层16构成的MTJ材料层70。在该MTJ材料层70上形成第一材料层71，在该第一材料层71上形成抗蚀剂72。这里，例如以SiOx，AlOx，SiNx作为第一材料层71。之后，将抗蚀剂72构图为MTJ元件15的形状。
接着如图46所示，将构图后的抗蚀剂72用作掩膜，通过例如RIE等选择蚀刻第一材料层71。之后，剥离抗蚀剂72。
接着如图47所示，在MTJ材料层70和第一材料层71上形成第二材料层73，在该第二材料层73上形成第三材料层74。这里，希望第二材料层73使用与第一材料层71不同的材料，希望第三材料层74使用与第一材料层71相同的材料。这是由于考虑到后面图49的工序，用第一和第三材料层71，74与第二材料层73增大蚀刻选择比。因此，例如以Si，Al，Ta作为第二材料层73，例如以SiOx，AlOx，SiNx作为第三材料层74。接着在第三材料层74上形成抗蚀剂75，通过例如CMP等使该抗蚀剂75平坦化。
接着如图48所示，通过深蚀刻或CMP使抗蚀剂75、第二和第三材料层73，74平坦化，露出第一材料层71的表面。
接着如图49所示，通过例如RIE等，选择蚀刻第一和第三材料层71，74之间露出的第二材料层73。这样，通过仅选择蚀刻并去除第二材料层73，可设置第二材料层73的膜厚A的间隙。从而，通过按这种方法进行，可进行光刻术的分辨率界限以下的构图。
接着如图50所示，用第一到第三材料层71，73，74用作掩膜，蚀刻MTJ材料层70。由此，形成由相同层叠结构构成的MTJ元件15和磁轭尖部18’。
之后，在间隙中埋入绝缘膜，对磁轭尖部18’的外侧面进行构图。然后，形成位线19和覆盖在该位线19的上面和侧面的第二磁轭主体部20。另外，当然可以象第一实施例那样分离磁轭尖部18’。
通过以上制造方法形成的磁存储装置，MTJ元件15和磁轭尖部18’为相同材料，并与字线13相接配置。磁轭尖部18’与MTJ元件15的层叠结构相同，也可以是由图39A，39B，40A，40B所示的磁性层构成的层叠结构。磁轭尖部18’的下面或上面也可以设置反铁磁性层。
磁轭尖部18’物理连接于第一磁轭主体部12。因此，为了防止位线19和字线13电连接，磁轭尖部18’需要和位线19以及第二磁轭主体部20电绝缘。
根据上述第十六实施例，可得到与第一实施例相同的效果。
另外，在第十六实施例中，若磁轭尖部18’的层叠结构用和MTJ元件15相同的材料替代，则可同时形成磁轭尖部18’与MTJ元件15，从而可大幅度减少工序数。磁轭尖部18’的层叠结构为软磁性膜和反铁磁性膜层叠的结构时，可将其磁畴结构作成完全的单磁畴状态，可使写入的再现性完好。
另外，第一和第二磁轭主体部12，20可与第十六实施例的磁轭尖部18’同样为由磁性层构成的层叠结构。
本领域的技术人员容易发现另外的优点和变形。因此，广义上讲，本发明不限制于这里所示和所述的特定细节和代表性实施例。从而，在不背离由后附权利要求及其等效物限定的一般发明概念的精神或范围的情况下，可进行各种修改。

Claims (80)

1.一种磁存储装置，包括：
在第一方向上延伸的第一布线；
在与上述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线；
配置在上述第一和第二布线之间的上述第一和第二布线的交点上的磁电阻效应元件；
至少覆盖上述第一布线的下面和两个侧面中的某一个面的第一磁轭主体部；
至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部；
在上述第一方向上与上述磁电阻效应元件的两个侧面分开配置的第一和第二磁轭尖部；
在上述第二方向上与上述磁电阻效应元件的两个侧面分开配置的第三和第四磁轭尖部。
2.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部与上述第二磁轭主体部相接，并且与上述第一磁轭主体部分开。
3.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部磁耦合于上述第二磁轭主体部。
4.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第三和第四磁轭尖部与上述第一磁轭主体部相接，并且与上述第二磁轭主体部分开。
5.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第三和第四磁轭尖部磁耦合于上述第一磁轭主体部。
6.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部互相分开。
7.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部形成在同一面上。
8.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部和上述磁电阻效应元件之间的距离与上述第一到第四磁轭尖部和上述第一布线之间的距离相等。
9.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部和上述磁电阻效应元件之间的距离全部相等。
10.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述磁电阻效应元件和上述第一磁轭主体部之间的距离与上述磁电阻效应元件和上述第二磁轭主体部之间的距离相等。
11.根据权利要求1所述的磁存储装置，还包括形成在上述第一到第四磁轭尖部和上述磁电阻效应元件之间以及形成在上述第一到第四磁轭尖部和上述第一布线之间的绝缘膜。
12.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部具有纵向方向的易磁化轴。
13.根据权利要求12所述的磁存储装置，其中上述易磁化轴是单轴各向异性的。
14.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部用与上述第一和第二磁轭主体部不同的材料形成。
15.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部和上述第一和第二磁轭主体部由软磁性层形成。
16.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部比上述第一和第二磁轭主体部的导磁率大。
17.根据权利要求16所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部由NiFe形成，上述第一和第二磁轭主体部由非晶CoZrNb或FeAlSi形成。
18.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部具有比上述第一和第二磁轭主体部高的饱和磁力线密度。
19.根据权利要求18所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部由CoFe、非晶CoZrNb或FeNx形成，上述第一和第二磁轭主体部由NiFe形成。
20.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部与上述磁电阻效应元件自匹配地形成。
21.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部将对上述第二布线通电的写入电流所产生的磁力线导向上述磁电阻效应元件，上述第三和第四磁轭尖部将对上述第一布线通电的写入电流所产生的磁力线导向上述磁电阻效应元件。
22.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部具有与上述磁电阻效应元件相对的第一侧面和与该第一侧面相对的第二侧面，上述第一侧面的宽度比上述第二侧面的宽度小。
23.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部具有与上述磁电阻效应元件相对的第一侧面和与该第一侧面相对的第二侧面，上述第一到第四磁轭尖部的平面形状是上述第一侧面的宽度比上述第二侧面的宽度小的梯形。
24.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述磁电阻效应元件的平面形状是椭圆形。
25.根据权利要求24所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部具有与上述磁电阻效应元件相对的第一侧面和与该第一侧面相对的第二侧面，上述第一侧面具有沿着上述磁电阻效应元件的形状的曲线。
26.根据权利要求25所述的磁存储装置，其中上述第一侧面的宽度比上述第二侧面的宽度小。
27.根据权利要求25所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部的平面形状是上述第一侧面的宽度比上述第二侧面的宽度小的梯形。
28.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部的外侧面与上述第二磁轭主体部的侧面在同一平面上。
29.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第三和第四磁轭尖部的外侧面与上述第一磁轭主体部的侧面在同一平面上。
30.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部具有上述第一和第二磁轭尖部的外侧面比上述第二磁轭主体部的侧面突出的突出部。
31.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第三和第四磁轭尖部具有上述第三和第四磁轭尖部的外侧面比上述第一磁轭主体部的侧面突出的突出部。
32.根据权利要求1所述的磁存储装置，还包括：
与上述磁电阻效应元件连接的金属层；
与上述金属层连接的连接层；以及
与上述连接层连接的晶体管。
33.根据权利要求32所述的磁存储装置，还具有在上述金属层和上述第一布线之间形成的绝缘膜。
34.根据权利要求32所述的磁存储装置，其中上述金属层和上述第一布线相接。
35.根据权利要求32所述的磁存储装置，其中上述金属层和上述第一布线相接，并且上述第三和第四磁轭尖部与上述第一磁轭主体部相接。
36.根据权利要求35所述的磁存储装置，其中上述连接层配置在上述第二布线的外侧。
37.根据权利要求1所述的磁存储装置，还具有连接上述磁电阻效应元件的第三布线，上述磁电阻效应元件与上述第一布线分开，并且与上述第二布线相接，上述第三和第四磁轭尖部与上述第一磁轭主体部相接。
38.根据权利要求37所述的磁存储装置，其中上述第三布线是读出用布线。
39.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述磁电阻效应元件是由第一磁性层和第二磁性层以及被第一和第二磁性层夹住的非磁性层构成的MTJ元件。
40.根据权利要求39所述的磁存储装置，其中上述非磁性层是由2层构成的双结结构。
41.根据权利要求39所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁性层至少之一包含由第一铁磁性层和第二铁磁性层以及被第一铁磁性层和第二铁磁性层夹住的非磁性层构成的三层结构。
42.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部配置在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧，上述第一和第二磁轭尖部与上述磁电阻效应元件之间的距离比上述第三和第四磁轭尖部与上述磁电阻效应元件之间的距离短。
43.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部配置在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧，上述第一和第二磁轭尖部的宽高比小于上述第三和第四磁轭尖部的宽高比。
44.根据权利要求43所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭尖部是正方形的，上述第三和第四磁轭尖部是在上述纵向方向上延伸的长方形。
45.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第二磁轭主体部配置在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧，上述第二磁轭主体部与上述磁电阻效应元件之间的距离比上述第一磁轭主体部与上述磁电阻效应元件之间的距离短。
46.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中连续形成上述第一到第四磁轭尖部以包围上述磁电阻效应元件的周围。
47.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述磁电阻效应元件与上述第一到第四磁轭尖部由相同材料形成。
48.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一到第四磁轭尖部是由磁性膜构成的层叠结构。
49.根据权利要求48所述的磁存储装置，其中上述层叠结构与上述磁电阻效应元件的层叠结构相同。
50.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中在上述第一到第四磁轭尖部的上面或下面形成反铁磁性层。
51.根据权利要求1所述的磁存储装置，其中上述第一和第二磁轭主体部是磁性膜构成的层叠结构。
52.根据权利要求1所述的磁存储装置，还包括夹住上述磁电阻效应元件与上述磁电阻效应元件相接的第一和第二层。
53.根据权利要求52所述的磁存储装置，其中上述第一和第二层是金属层。
54.根据权利要求52所述的磁存储装置，其中上述第一或第二层是二极管层。
55.一种磁存储装置的制造方法，包括：
形成至少下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；
在上述第一布线上形成被第一层(14)和第二层(16)夹住的磁电阻效应元件的工序；
在上述第一布线和上述第二层上形成绝缘膜的工序；
在上述绝缘膜上形成磁性膜的工序；
在对上述磁性膜构图后，去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜，与上述磁电阻效应元件自匹配地形成由上述磁性膜构成的第一到第四磁轭尖部的工序；
在上述第二层和上述第一到第四磁轭尖部上形成第二布线的工序；
形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
56.一种磁存储装置的制造方法，包括：
形成至少下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；
在上述第一布线上形成被第一层(14)和第二层(16)夹住的磁电阻效应元件的工序；
在上述第一布线和上述第二层上形成绝缘膜的工序；
在上述绝缘膜上形成磁性膜的工序；
在去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜后，对上述磁性膜构图，与上述磁电阻效应元件自匹配地形成由上述磁性膜构成的第一到第四磁轭尖部的工序；
在上述第二层和上述第一到第四磁轭尖部上形成第二布线的工序；
形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
57.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中使用深蚀刻或CMP去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜。
58.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜，直到上述第二层、上述绝缘膜和上述磁性膜的表面变得平坦。
59.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中去除上述磁电阻效应元件上的上述第二层的一部分、上述磁性膜和上述绝缘膜时，在上述磁性膜的表面上残留台阶部。
60.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，还包括在上述绝缘膜上形成磁性膜后形成掩膜层的工序；
对上述掩膜层构图的工序；
使用上述构图的掩膜层对上述磁性膜构图的工序。
61.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭尖部与上述第二磁轭主体部相接并且与上述第一磁轭主体部分开地形成。
62.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭尖部磁耦合于上述第二磁轭主体部地来形成。
63.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第三和第四磁轭尖部与上述第一磁轭主体部相接并且与上述第二磁轭主体部分开地来形成。
64.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第三和第四磁轭尖部磁耦合于上述第一磁轭主体部地来形成。
65.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中对上述磁性膜构图，以使得上述第一到第四磁轭尖部互相分开。
66.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中形成上述第一到第四磁轭尖部，使得上述第一到第四磁轭尖部和上述磁电阻效应元件之间的距离与上述第一到第四磁轭尖部和上述第一布线之间的距离相等。
67.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中形成上述第一到第四磁轭尖部，使得上述第一到第四磁轭尖部和上述磁电阻效应元件之间的距离全部相等。
68.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中形成上述第一到第四磁轭尖部，使得上述磁电阻效应元件和上述第一磁轭主体部之间的距离与上述磁电阻效应元件和上述第二磁轭主体部之间的距离相等。
69.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述磁电阻效应元件是由第一磁性层和第二磁性层以及该第一和第二磁性层所夹住的非磁性层构成的MTJ元件。
70.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭尖部形成在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧时，形成上述第一到第四磁轭尖部，使得上述第一和第二磁轭尖部与上述磁电阻效应元件之间的距离比上述第三和第四磁轭尖部与上述第一磁电阻效应元件之间的距离短。
71.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭尖部形成在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧时，在通过溅射形成上述绝缘膜之际，通过在与上述纵向方向垂直的方向上移动基板，使得在与上述第一和第二磁轭尖部相对的上述磁电阻效应元件侧面上形成的绝缘膜的膜厚比在与上述第三和第四磁轭尖部相对的上述磁电阻效应元件侧面上形成的绝缘膜的膜厚薄。
72.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭尖部形成在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧时，形成上述第一到第四磁轭尖部，使得上述第一和第二磁轭尖部的宽高比小于上述第三和第四磁轭尖部的宽高比。
73.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第二磁轭主体部形成在上述磁电阻效应元件的纵向方向上的两侧时，形成上述第一和第二磁轭主体部，使得上述第二磁轭主体部与上述磁电阻效应元件之间的距离比上述第一磁轭主体部与上述磁电阻效应元件之间的距离短。
74.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中对上述磁性膜构图，使得连续形成上述第一到第四磁轭尖部以包围上述磁电阻效应元件的周围。
75.一种磁存储装置的制造方法，包括：
形成至少其下面和两个侧面中的某一个面被第一磁轭主体部覆盖的第一布线的工序；
在上述第一布线上形成被第一和第二层夹住的由磁电阻效应元件材料构成的元件材料层的工序；
在上述元件材料层上形成磁电阻效应元件形状的第一材料层(71)的工序；
在上述第一材料层和上述元件材料层上形成第二材料层(73)的工序；
在上述第二材料层上形成第三材料层(74)的工序；
使上述第二和第三材料层平坦化，直到露出上述第一材料层的工序；
去除在上述第一和第三材料层间露出的上述第二材料层，露出上述元件材料层的工序；
选择地去除上述元件材料层，形成由上述元件材料层构成的上述磁电阻效应元件和磁轭尖部的工序；
在上述磁电阻效应元件上形成第二布线的工序；
形成至少覆盖上述第二布线的上面和两个侧面中的某一个面的第二磁轭主体部的工序。
76.根据权利要求75所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二磁轭主体部由磁性膜构成的层叠结构形成。
77.根据权利要求75所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二材料层由不同材料形成。
78.根据权利要求75所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第三材料层由相同材料形成。
79.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一和第二层是金属层。
80.根据权利要求55所述的磁存储装置的制造方法，其中上述第一或第二层是二极管层。
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