CN1433021A - 磁存储器 - Google Patents

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Abstract

提供一种磁存储器。其中备有：具有磁记录层的磁阻效应元件(C)；以及在上述磁阻效应元件的上面或下面沿第一方向延伸的第一布线(BL、WL)，利用使电流流过上述第一布线而形成的磁场，使上述磁记录层的磁化沿规定的方向变化来记录信息，该磁存储器的特征在于：上述第一布线在其两个侧面的至少任意的一个侧面上有由磁性体构成的覆盖层(SM)，上述覆盖层沿着上述第一布线的纵向有容易磁化的单轴各向异性(M)。

Description

磁存储器
( 相关申请的交叉引用
本申请基于并要求以2002年1月16日递交的日本在先申请2000-007877为优先权，其全部内容在此引作参考。)
技术领域
本发明涉及磁存储器，更详细地说，涉及具有集成了有强磁性隧道结型等的磁阻效应元件的存储单元的结构，能消除存储单元之间的互相干扰、且用低功耗进行稳定的记录、读出的磁存储器。
背景技术
已提出将使用磁性体膜的磁阻效应元件用于磁头、磁传感器等中，同时用于固体磁存储器(磁阻效应存储器：MRAM(MagneticRandom Access Memory))中的方案。
近年来，在将一层电介质插入两个磁性金属层之间的多层结构膜中，使电流垂直于膜面流过，作为利用隧道电流的磁阻效应元件，设计出了所谓的“强磁性隧道结元件(TMR(Tunneling Magneto-Resistance effect)元件)”。在强磁性隧道结元件中，能获得20％以上的磁阻变化率(J.Appl.Phys.79，4724(1996))，所以应用于MRAM的民用可能性增大了。
通过在强磁性电极上形成厚度为0.6nm～2.0nm的薄的Al(铝)层后，将其表面暴露在氧辉光放电或氧气中，能实现该强磁性隧道结元件。
另外，提出了将反强磁性体层附加在该强磁性单层隧道结的一侧的强磁性层上，具有将一侧作为磁化固定层的结构的强磁性单层隧道结的方案(日本特开平10-4227号公报)。
另外，还提出了通过分散在电介质中的磁性颗粒作为媒介的强磁性隧道结、或强磁性二重隧道结(连续膜)的方案(Phys.Rev.B56(10)，R5747(1997)；应用磁气学会志23，4-2，(1999)；Appl.Phys.Lhys.Lett.73(19)，2829(1998)；Jpn.J.Appl.Phys.39，L1035(2001))。
在这些公报中，由于能获得20～50％的磁阻变化率、以及能获得所希望的输出电压值，所以即使增大施加在强磁性隧道结元件上的电压值，也能抑制磁阻变化率的减少，所以有应用于MRAM的可能性。
使用这些强磁性单层隧道结或强磁性二重隧道结的磁记录元件具有非易失性、写入读出时间达到10毫微秒以下的高速、改写次数也在1015以上的电位。特别是使用强磁性二重隧道结的磁记录元件，如上所述，由于能获得所希望的输出电压值，所以即使增大施加在强磁性隧道结元件上的电压值，也能抑制磁阻变化率的减少，所以能获得较大的输出电压，作为磁记录元件呈现出优异的特性。
可是，关于存储器的单元尺寸，在采用1Tr(晶体管)-1TMR结构(例如USP5、734、605号公报中公开的结构)的情况下，存在不能使尺寸小于半导体的DRAM(动态随机存取存储器)的尺寸以下的问题。
为了解决该问题，设计出了在位(bit)线和字(word)线之间串联连接了TMR单元和二极管的二极管型结构(USP5、640、343号公报)、或在位线和字线之间配置了TMR单元的单纯矩阵型结构(DE19744095、WO 9914760)。
可是，在任何情况下，由于向存储层写入时利用由电流脉冲产生的电流磁场进行反转，所以存在功耗大、由于存在布线的允许电流密度极限而限制了能集成的单元个数、以及由于写入电流的绝对值达到1mA左右而使得驱动器的面积增大等问题。
因此，在与其他作为非易失性固体磁存储器的FeRAM(强电介质随机存取存储器)或快速存储器等相比较的情况下，应改善的问题多。
针对这些问题，设计出了在写入布线的周围设置由具有高磁导率的材料构成的薄膜的固体磁存储装置(美国专利5,659,499号、美国专利5,956,267、国际专利申请WO 00/10172及美国专利5,940,319)。如果采用这些磁存储装置，则由于在布线周围设有高磁导率磁性膜，所以能有效地降低向磁记录层写入信息时所需要的电流值。
可是，在美国专利5,659,499号公开的磁存储装置中，加在磁阻效应膜的记录层上的磁场不均匀，另外，在美国专利5,956,267和美国专利5,940,319中公开的磁存储装置中，如“双自旋阀型二重隧道结”那样，在自由层(记录层)被设置在层叠的磁性层的中心部的结构中，难以将磁场有效地加在自由层上。
另一方面，在国际专利申请WO 00/10172中公开的磁存储装置中，虽然是一种能将较大的磁场加在自由层上的结构，但其制造极其困难。
另外，本发明者独自研究的结果表明，在将由这样的磁性材料形成的覆盖层设置在写入布线的周围的情况下，该覆盖层的磁化状态及其重要。即，判明了不能将来自写入布线的电流磁场有效地加在磁阻效应元件的记录层上。另外，同时判明了随着覆盖层的磁化方向的不同，在接近的磁阻效应元件之间产生磁相互作用，星形曲线变形，所以有时对写入或读出产生不良影响。
本发明正是基于对这样的课题的认识而完成的，其目的在于提供一种在写入布线的周围设有由磁性材料构成的覆盖层的情况下，通过控制其磁化状态，能将电流磁场有效地加在记录层上的磁存储器。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的第一种磁存储器是备有
有磁记录层的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件的上面或下面沿第一方向延伸的第一布线；
利用使电流流过上述第一布线而形成的磁场，将信息记录在上述磁记录层中的磁存储器，其特征在于：
上述第一布线在其两个侧面的至少任意的一个侧面上有由晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的磁性体构成的覆盖层，
上述覆盖层沿着上述第一布线的纵向有容易磁化的单轴各向异性的特性。
如果采用上述结构，则能一边消除对相邻的存储单元的写入互相干扰、一边使通过了覆盖层的写入磁场稳定并加在磁阻效应元件上，另外能消除与该磁阻效应元件之间的无用的磁相互作用。
另外，本发明的第二种磁存储器是备有
沿第一方向延伸的第一布线；
设置在上述第一布线上的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件的上沿着与上述第一方向交叉的方向延伸的第二布线，
利用使电流分别流过上述第一及第二布线而形成的磁场，将双值信息中的任意一个信息记录在上述磁阻效应元件的记录层中的磁存储器，其特征在于：
上述第一及第二布线中的至少一者至少在其两个侧面上有由晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的磁性体构成的覆盖层，
上述覆盖层沿着设置了该覆盖层的纵向有容易磁化的单轴各向异性的特性。
如果采用上述结构，则能一边消除对相邻的存储单元的写入互相干扰、一边使通过了覆盖层的写入磁场稳定并加在磁阻效应元件上，另外能消除与该磁阻效应元件之间的无用的磁相互作用。
另外这里，所谓“交叉”是指两条布线在空间不平行而且不相交的配置状态而言。
另外，本发明的第三种磁存储器是备有
沿第一方向延伸的第一布线；
设置在上述第一布线上的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件的上沿着与上述第一方向交叉的方向延伸的第二布线，
利用使电流分别流过上述第一及第二布线而形成的磁场，将双值信息中的任意一个信息记录在上述磁阻效应元件的记录层中的磁存储器，其特征在于：
上述第一及第二布线中的至少一者至少在其两个侧面上有由磁性体构成的覆盖层，
还备有从上述布线看，与上述覆盖层的外侧相邻设置的由导电性非磁性材料构成的导电层。
如上所述，如果采用本发明，则能实现超低功耗·低电流·没有互相干扰的大容量磁存储器，工业上的优点大。
附图说明
图1是简单地表示本发明的磁存储器的存储单元的主要部分的模式图，该图(a)是表示存储单元中包含的一对写入布线及磁阻效应元件的正视图，该图(b)是其平面图，该图(c)是其侧视图。
图2是说明由于形状效果而产生沿长轴方向的单轴各向异性用的示意图。
图3是举例示出有被分割的覆盖层SM的布线断面的模式图。
图4是表示层叠了由反强磁性体构成的层的覆盖层的示意图。
图5是举例示出有突出部的覆盖层的模式图。
图6是举例示出设置了突出部P时的布线BL、WL和磁阻效应元件C的关系的模式图。
图7是举例示出设置了突出部P时的布线BL、WL和磁阻效应元件C的关系的模式图。
图8是举例示出施加了写入用电流脉冲时覆盖层的磁畴的变化的模式图。
图9是表示本发明的磁阻效应元件的磁记录层的平面状态的具体例的模式图。
图10是表示有强磁性单层隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
图11是表示有强磁性单层隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
图12是举例示出有强磁性二重隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
图13是举例示出有强磁性二重隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
图14是举例示出有强磁性二重隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
图15是表示使用开关晶体管时的单元结构的模式剖面图。
图16是表示使用开关晶体管时的单元结构的模式剖面图。
图17是表示使用开关晶体管时的单元结构的模式剖面图。
图18是表示本发明中能使用的结构的第二具体例的模式图。
图19是表示图18所示的结构中能采用的覆盖层SM的具体例的模式图。
图20是表示图18所示的结构中能采用的覆盖层SM的具体例的模式图。
图21是表示能使存储器阵列层叠化的结构的第三具体例的模式图。
图22是举例示出图18所示的结构中设置的覆盖层SM的模式图。
图23是表示能使存储器阵列层叠化的结构的第四具体例的模式图。
图24是表示图23所示的结构中能设置的覆盖层SM的模式图。
图25是表示图23所示的结构中能设置的覆盖层SM的模式图。
图26是表示本发明中能使用的结构的第五具体例的模式图。
图27是表示图26所示的结构中的覆盖层的具体例的模式图。
图28是表示本发明中能使用的覆盖层的变形例的模式图。
图29是表示本发明中能使用的覆盖层的变形例的模式图。
图30表示将图18至图20所示的结构层叠起来的结构。
图31表示将图18至图20所示的结构层叠起来的结构。
图32表示将图21及图22所示的结构层叠起来的结构。
图33表示将图21及图22所示的结构层叠起来的结构。
图34表示将图23及图24所示的结构层叠起来的结构。
图35表示将图23及图24所示的结构层叠起来的结构。
图36表示将图26及图27所示的结构层叠起来的结构。
图37表示将图26及图27所示的结构层叠起来的结构。
图38是表示第一实施例的评价结果的一览表。
图39是表示第一实施例的评价结果的一览表。
图40是表示第一实施例的评价结果的一览表。
图41是表示第一实施例的评价结果的一览表。
图42是表示将反强磁性膜附加在第一实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
图43是表示将反强磁性膜附加在第一实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
图44是表示将反强磁性膜附加在第一实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
图45是表示比较例的评价结果的一览表。
图46是表示比较例的评价结果的一览表。
图47是表示第二实施例的评价结果的一览表。
图48是表示第二实施例的评价结果的一览表。
图49是表示第二实施例的评价结果的一览表。
图50是表示第二实施例的评价结果的一览表。
图51是表示比较例的评价结果的一览表。
图52是表示比较例的评价结果的一览表。
图53是表示将反强磁性膜附加在第二实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
图54是表示将反强磁性膜附加在第二实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
图55是表示将反强磁性膜附加在第二实施例的布线上的变形例的评价结果的一览表。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是简单地表示本发明的磁存储器的存储单元的主要部分的模式图。即，该图(a)是表示存储单元中包含的一对写入布线及磁阻效应元件的正视图，该图(b)是其平面图，该图(c)是其侧视图。
即，本发明的磁存储器在磁阻效应元件C的上下相对地设置了大致正交的一对写入布线BL、WL。通过将磁场加在磁阻效应元件C上，而能设置其磁化方向能反转的磁记录层。而且，利用使写入电流分别流过一对写入布线BL、WL而产生的合成磁场，使该磁记录层的磁化方向适当地反转，进行“写入”即信息的记录。
一对写入布线BL、WL在其周围有由磁性材料构成的覆盖层SM。覆盖层SM分别设置在各布线的两侧面及从磁阻效应元件C看的背面一侧上，有防止磁场泄漏的作用。即，通过设置覆盖层，能防止由写入布线BL、WL产生的电流磁场引起的对沿着左右方向或上下方向相邻的其他存储单元的“写入干扰”。
另外，这样的覆盖层SM本身成为所谓的“磁轭”，对写入布线BL、WL周围产生的电流磁场进行感应，具有集中在磁阻效应元件C的磁记录层中的作用。其结果，能降低写入电流，还能降低存储器的功耗。
其次，在本发明中，沿着相对于布线BL、WL的纵向平行的方向形成这样的覆盖层SM的易磁化方向M。如果将这样的布线的沿纵轴方向的单轴各向异性设在覆盖层SM上，则能减少其沿正上方向或正下方向与磁阻效应元件C的磁相互作用的影响，能抑制由写入电流产生的电流磁场的“离散”，能减少布线上的互相干扰的影响。
即，如果不规定覆盖层SM的磁化方向，则由于由电流磁场引起的覆盖层SM的磁化方向的反转变得不一定，所以加在磁阻效应元件的磁记录层上的写入磁场有可能离散。另外，如果覆盖层SM的磁化方向呈朝向磁阻效应元件C的方向，则由于产生磁相互作用，所以在写入或读出工作中有可能发生不稳定的现象。
与此不同，如果沿布线BL、WL的纵向规定覆盖层SM的易磁化方向，则能消除这些问题，能进行稳定的写入、读出。
作为这样的覆盖层SM的材料，最好使用晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的材料。具体地说，例如，可以使用镍铁(Ni-Fe)合金、钴镍(Co-Ni)合金、钴铁镍(Co-Fe-Ni)合金、钴(Co)与锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)中的至少一者的合金(包括非晶态合金)、还有(Co、Fe、Ni)-(Si、B)-(P、Al、Mo、Nb、Mn)系列等的非晶态合金、(Fe、Co)-(B、Si、Hf、Zr、Sm、Ta、Al)-(F、O、N)系列等的金属-非金属性的晶粒膜、或绝缘性铁氧体等。
例如，通过选择适当的靶成分，能容易地选择坡莫合金(NiFe)的K1约为2×103erg/cc，CoNi的K1约为4×104erg/cc，CoFeNi的K1约为1×104erg/cc。
另外，既可以将由它们中的任意一种构成的薄膜作为单层使用，或者也可以将多种薄膜层叠起来使用。
为了使由这些材料构成的覆盖层SM具有沿布线BL、WL的纵轴方向的单轴各向异性的特性，规定覆盖层SM的形状、或附加磁性层即可。
例如，如图2所示，如果使沿布线BL、WL的周围的覆盖层SM的长度的合计(2L2+L3)比布线BL、WL的纵轴方向的覆盖层SM的长度L1短，则由于形状效应而产生沿纵轴方向的单轴各向异性。
另外，如果考虑实际使用的磁性材料的磁畴尺寸，则最好再使上述的覆盖层SM的长度的合计(2L2+L3)在1微米以下。即，假设在该范围内，则不容易产生布线纵轴方向以外的磁化。
另一方面，假设使布线BL、WL的纵轴方向的覆盖层SM的长度L1为磁阻效应元件的纵轴方向的长度d1的约1.5倍以上，则没有来自写入布线BL、WL的杂散磁场的影响，能获得稳定的开关特性。
另外，如果使覆盖层SM的厚度t1、t2在0.05微米以下，则其厚度方向的反磁场增大，磁场中退火时也不形成沿厚度方向的磁各向异性。其结果，能减少其沿正上方向或正下方向与磁阻效应元件C的磁相互作用的影响，能抑制由写入电流产生的写入磁场的“离散”，能减少布线上的互相干扰的影响。
另外，作为利用形状效应获得单轴各向异性的一种方法，有将设置在布线BL、WL的周围的覆盖层SM分割成多个的方法。
图3是举例示出有这样分割的覆盖层SM的布线断面的模式图。即，在该图(a)所示的具体例的情况下，在布线BL、WL的两侧面及背面分别分割、独立地设置覆盖层SM。如果这样沿布线的周围方向分割覆盖层SM，则容易使各自的覆盖层SM沿布线的纵向呈“细长”形状，能容易地沿布线纵轴方向呈现单轴各向异性。另外，由于在布线BL、WL上形成的写入电流磁场形成得在覆盖层SM的内部环绕在布线BL、WL的周围，所以在被分割的覆盖层SM的“接缝”中，磁通在端面上从覆盖层SM的端面通过。因此，即使这样分割覆盖层SM，也不用担心磁场从该“接缝”泄漏到周围。
另外，在图3(b)所示的具体例的情况下，在布线BL、WL的左右分割覆盖层SM。在这样分割的情况下，由于覆盖层SM覆盖着布线的棱，所以对磁通的泄漏特别有利。
另外，在图3(c)所示的具体例的情况下，在布线BL、WL的侧面分割覆盖层SM。另外，在图3(d)所示的具体例的情况下，还在背面分割覆盖层SM。图3(e)表示在布线上形成势垒金属层BM，在布线的两侧面和势垒金属层BM上分割设置覆盖层SM。
以上，如图3中的例子所示，由于沿布线BL、WL的周围方向分割覆盖层SM，所以容易使覆盖层SM呈“细长”形状，能可靠且容易地沿布线纵轴方向呈现单轴各向异性。
另外，作为制造图3(e)所示的结构的方法，是将各个布线和势垒金属层层叠起来，采用RIE等方法构图时，选择各材料和刻蚀条件，以便进行布线的侧面刻蚀。如果这样处理，则势垒金属层BM的两端超过布线向外侧突出，形成延伸量。在该状态下，如果采用电镀等方法形成覆盖层SM，则能获得图3(e)所示的结构。
另一方面，作为规定覆盖层SM的磁化方向的方法，有层叠由反强磁性体构成的层的方法。
图4(a)及(b)是表示层叠了由反强磁性体构成的层的覆盖层的示意图。
即，在由磁性体构成的覆盖层SM的周围层叠反强磁性层AF。通过这样层叠反强磁性层AF，能将覆盖层的磁化方向固定在布线纵轴方向上。这时，如图4(a)所示，也可以在覆盖层SM的外侧层叠反强磁性层AF，或者如图4(b)所示，也可以在覆盖层SM的内侧层叠反强磁性层AF。还可以将反强磁性层AF插入两层或两层以上的覆盖层SM之间。
另外，将非磁性层插入覆盖层SM和反强磁性层AF之间，调节覆盖层SM和反强磁性层AF的磁耦合即可。
另外，如图3中的例子所示那样地分割覆盖层SM，将反强磁性层AF层叠在各个覆盖层SM上即可。如果这样做，则更能呈现可靠的单轴各向异性。
而且，如图3所示，即使在分割覆盖层SM而构成时，如后所述，也可以设置被分割的覆盖层SM的下端比配线BL、WL向下更突出的突起部P(图中用虚线表示)，通过设置这样的突起部P，可以实现低耗电化和低电流化。
另外，在将反强磁性层AF设置在大致正交的一对写入布线BL、WL中的各条布线上的情况下，沿各个布线纵轴方向固定各个反强磁性层AF的磁化方向的工序是必要的。
为此，例如，对上下布线BL、WL使用屏蔽温度(强磁性/反强磁性之间的耦合力为零的温度)不同的反强磁性层即可。即，通过磁场中退火处理，在使温度从高温下降的过程中，首先，一边施加与形成了屏蔽温度高的反强磁性层的布线的纵轴方向平行的磁场，一边冷却到比该屏蔽温度低的温度，将磁化方向固定。然后，再一边沿着相对于另一条布线的纵轴方向平行的方向施加磁场，一边冷却到比在该布线上形成的反强磁性层的屏蔽温度低的温度，将磁化方向固定。
通过采用屏蔽温度为50℃左右不同的两种反强磁性体，能实施这样的方法。反强磁性体的屏蔽温度，例如，镍·锰为430℃，铂锰为360℃，铱锰为270℃，铁锰为150℃。因此，选择它们中的任意的两种用于上下布线BL、WL即可。
另外，已经知道了，作为覆盖层SM的材料，如果使用晶体磁各向异性常数K1(一次项)为5×104erg/cc以下的材料，则加热到反强磁性层AF和强磁性膜的屏蔽温度以上，如果覆盖层SM的长度及厚度等满足上述的规定条件，则能沿正交的布线方向可靠地分别获得单轴各向异性。
这样，通过根据纳尔温度，使温度依次降低，对大致正交的一对写入布线中的每一条布线来说，能将覆盖层SM的磁化方向固定在布线长轴方向上。
另外，最好在这些布线和覆盖层SM之间或者在覆盖层SM的外侧，设置由氮化钽(TaN)、氮化硅(SiN)、氮化钛(TiN)等构成的“势垒金属”。另外，也可以将由铜(Cu)构成的非磁性层插入覆盖层SM和反强磁性膜之间，调整覆盖层SM和反强磁性膜的相互作用，调整软磁性特性。
以上，说明了使覆盖层SM具有单轴各向异性的方法。
另一方面，在本发明中，能将由铜等构成的导电层设置在覆盖层SM的外侧或内侧。采用电镀等方法形成覆盖层SM时，该导电层具有作为籽晶层的作用。
图4(c)及(d)是表示设有这样的导电层的布线的横断面的模式图。
即，图4(c)表示在位线BL或字线WL的外侧设置覆盖层SM，在其周围设置导电层CL。另外，在导电层CL的外侧设置势垒金属层BM。例如，能利用SiO2等构成的绝缘层IL将势垒金属层BM的周围埋没。这里，势垒金属层BM由TiN和TaN等构成，具有防止覆盖层SM等的材料向周围扩散的作用。
图4(c)所示的布线结构在从其周围依次形成的情况下是一种有利的结构。即，在绝缘层IL上形成布线用的槽，首先，在该槽的内壁上形成势垒金属层BM。然后，形成导电层CL。例如，能用铜等形成导电层CL。
其次，将导电层CL作为籽晶层，能用电镀法在它上面形成由磁性体构成的覆盖层SM。然后，采用电镀法等，在覆盖层SM的内侧形成布线BL(WL)。
如果采用以上说明的方法，通过将导电层CL作为籽晶层用，能防止覆盖层SM的岛生长。就是说，能用电镀法形成薄而且均匀的覆盖层SM。这样，通过形成薄而且均匀的覆盖层SM，能容易地获得单轴各向异性。
另一方面，在图4(d)所示的结构的情况下，首先，在位线BL或字线WL的外侧设置势垒金属层BM，在其外侧依次设置导电层CL、覆盖层SM、势垒层BB。例如用绝缘层IL将覆盖层SM的周围埋没。例如能用SiN等形成势垒层BB。
图4(d)所示的结构适合于从内侧的布线BL(WL)开始依次形成的方法。即，在此情况下，能将由铜等构成的导电层CL作为籽晶层，利用电镀法在其表面上形成覆盖层SM。在此情况下，也能防止覆盖层SM的岛生长。就是说，能用电镀法形成薄而且均匀的覆盖层SM。这样，通过形成薄而且均匀的覆盖层SM，能容易地获得单轴各向异性。
另外，图4(c)所示的结构适合于例如在磁阻效应元件C的下侧形成的布线。
另一方面，图4(d)所示的结构适合于在磁阻效应元件C的上侧形成的布线。
在图4(c)、(d)中的任何一种情况下，势垒金属层BM和势垒层BB都有防止构成覆盖层SM的元素通过将周围埋没的绝缘层IL或磁阻效应元件C向设置在其下方的MOS晶体管等半导体元件部分扩散的作用。
以上，说明了设置在覆盖层SM的外侧或内侧的导电层CL。
另一方面，通过再将朝向磁阻效应元件C的突出部设在这些覆盖层SM上，还能实现低功耗、低电流的旋转反转。
图5是举例示出有这样的突出部的覆盖层的模式图。
即，如该图所示，设置从写入布线BL、WL的侧面朝向磁阻效应元件C的方向突出的突出部P。
如果设置这样的突出部P，则能使在覆盖层SM中感应的写入磁场集中在磁阻效应元件C的磁化记录层中。即，本发明的覆盖层SM具有作为“磁轭”的作用，感应出在布线BL、WL的周围形成的写入磁场。而且，通过设置这样的突出部P，能有效地使写入磁场的释放端接近磁阻效应元件C的磁记录层施加。
图6及图7是举例示出设置了这样的突出部P时布线BL、WL和磁阻效应元件C的关系的模式图。即，在图6所示的具体例的情况下，突出部P被设置在上侧的布线的覆盖层SM上。而且，在图7所示的具体例的情况下，突出部P还被设置在下侧的布线的覆盖层SM上。
如这些具体例所示，通过在覆盖层SM上设置突出部P，能使写入磁场的释放端接近磁阻效应元件C，能使电流磁场效率更高，低功耗化、低电流化成为可能。
如果能这样降低写入电流，则由于能使驱动电路的容量小，能使写入布线的粗度细一些，所以能缩小存储器的尺寸，提高集成度。
另外，通过降低写入电流，还能抑制写入布线中的电迁移等问题，能提高磁存储器的可靠性，延长寿命。
图8是举例示出施加了写入用电流脉冲时覆盖层的磁畴的变化的模式图。即，该图(a)是从平行于位线BL的方向看到的图，该图(b)是从平行于字线WL的方向看到的图。
如果使电流脉冲通过写入布线BL、WL，则根据电流脉冲的宽度(对应于施加时间)在覆盖层SM上形成磁畴壁。而且，只有沿写入布线BL、WL的纵轴方向看，才存在电流脉冲，磁场H有效地传递到磁阻效应元件C上，磁阻效应元件C的磁记录层利用来自上下布线的磁场H的合成磁场，进行磁化反转。
另外，如图8所示，上述磁阻效应元件的磁化方向不一定必须呈直线状，由于形成“边缘磁畴”等，所以也可以呈弯曲形状。即，磁记录层的磁化方向随着其平面形态而发生各种变化。
图9是表示本发明的磁阻效应元件的磁记录层的平面形态的具体例的模式图。即，磁阻效应元件的磁记录层例如，如该图(a)所示，可以是将突出部附加在长方形的一对对角的两端的形状，或者如该图(b)所示的平行四边形、如该图(c)所示的菱形、如该图(d)所示的椭圆形、如该图(e)所示的边缘倾斜形状等各种形状。在这些具体例中，如箭头所示进行磁化。
这里，在使磁记录层构成图9(a)～(c)、(e)所示的图形的情况下，实际上角部多半呈圆形，角部这样呈圆形也可以。通过使光刻中使用的中间掩模图形形状呈非对称形状，能容易地制作这些非对称的形状。
另外这里，磁阻效应元件的磁记录层的宽度W和长度L的比L/W最好为1.2以上，最好沿长度L的方向呈现单轴各向异性。
其次，参照图10～图14，说明本发明的磁存储器中能使用的磁阻效应元件C的结构。
图10及图11是表示有强磁性单层隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。
即，在图10所示的磁阻效应元件的情况下，在基底层BF上依次层叠反强磁性层AF、强磁性层FM、隧道势垒层TB、强磁性层FM、保护层PB。与反强磁性层AF相邻层叠的强磁性层FM具有作为磁化固定层(销层)的作用，在隧道势垒层TB上层叠的强磁性层FM具有作为记录层(自由层)的作用。
在图11所示的磁阻效应元件的情况下，在隧道势垒层TB的上下分别设有强磁性层FM、非磁性层NM和强磁性层FM层叠而成的层叠膜SL。在此情况下，在反强磁性层AF和隧道势垒层TB之间设置的层叠膜SL也具有作为磁化固定层的作用，设置在隧道势垒层TB上的层叠膜具有作为记录层的作用。
图12至图14是举例示出有强磁性二重隧道结的磁阻效应元件的断面结构的模式图。关于这些附图与关于图11及图12所述的相同的要素标以相同的标记，详细说明从略。
在图12至图14所示的结构的情况下，设有任意两层的隧道势垒层TB，在其上下设有强磁性层FM、或强磁性层FM和非磁性层NM的层叠膜SL。在这里举例示出的二重隧道结元件的情况下，与上下反强磁性层AF相邻层叠的强磁性层FM或层叠膜具有作为磁化固定层的作用，设置在双层的隧道势垒层TB之间的强磁性层FM或层叠膜SL具有作为记录层的作用。
如果采用这样的二重隧道结，则能使相对于记录层的磁化方向的电流变化(或电压变化)大，这一点有利。
另外，本发明的磁存储器中使用的磁阻效应元件不限定于图10至图14所示的元件，除此以外，例如也可以使用层叠了第一强磁性层、非磁性层和第二强磁性层的呈所谓的“自旋阀结构”的磁阻效应元件等。
在作为磁阻效应元件采用任意结构的情况下，能使一个强磁性层具有作为磁化方向实际上被固定的“磁化固定层(有时也称为“钉扎层”等)”的作用，能使另一个强磁性层具有作为通过施加来自外部的磁场而使磁化方向可变的“磁记录层(磁记录层)”的作用。
在这些磁阻效应元件中，作为能作为磁化固定层使用的强磁性体，例如能使用：Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)或它们的合金、旋转磁化率大的磁铁矿、CrO2、RXMnO3-y(这里R表示稀土类、X表示Ca(钙)、Ba(钡)、Sr(锶)中的任意一种)等氧化物、或者，NiMnSb(镍·锰·锑)、PtMnSb(铂·锰·锑)、Co2MnGe等赫斯勒强磁性合金。
由这些材料构成的磁化固定层最好有单向各向异性。另外其厚度最好在0.1nm以上、100nm以下。另外，该强磁性层的厚度必须是呈非超常磁性程度的厚度，最好在0.4nm以上。
另外，在作为磁化固定层用的强磁性层上最好附加反强磁性膜，将磁化固定。作为这样的反强磁性膜，能举出：Fe(铁)-Mn(锰)、Pt(铂)-Mn(锰)、Pt(铂)-Cr(铬)-Mn(锰)、Ni(镍)-Mn(锰)、Ir(铱)-Mn(锰)、Os(锇)-Mn(锰)、NiO(氧化镍)、Fe2O3(氧化铁)、或者上述的磁性半导体等。
另外，在这些磁性体中添加Ag(银)、Cu(铜)、Au(金)、Al(铝)、Mg(镁)、Si(硅)、Bi(铋)、Ta钽)、B(硼)、C(碳)、O(氧)、N(氮)、Pd(钯)、Pt(铂)、Zr(锆)、Ir(铱)、W(钨)、Mo(钼)、Nb(铌)、H(氢)等非磁性元素，能调节磁特性，此外，能调节结晶性、机械特性、化学特性等各种物性。
另一方面，作为磁化固定层，也可以使用强磁性层和非磁性层的层叠膜。例如，能使用图11等中举例示出的强磁性层/非磁性层/强磁性层这样的三层结构。在此情况下，最好通过非磁性层使反强磁性的层之间的相互作用作用在两侧的强磁性层上。
更具体地说，作为将磁性层固定在一个方向上的方法，最好将Co(Co-Fe)/Ru(钌)/Co(Co-Fe)、Co(Co-Fe)/Ir(铱)/Co(Co-Fe)、Co(Co-Fe)/Os(锇)/Co(Co-Fe)、磁性半导体强磁性层/磁性半导体非磁性层/磁性半导体强磁性层等呈三层结构的层叠膜作为磁化固定层，另外，最好与其相邻地设置反强磁性膜。
作为这种情况下的反强磁性膜，与上述的相同，能使用Fe-Mn、Pt-Mn、Pt-Cr-Mn、Ni-Mn、Ir-Mn、NiO、Fe2O3、磁性半导体等。如果采用该结构，则除了磁化固定层的磁化牢固地被固定以外，还能减少(或调节)来自磁化固定层的泄漏磁场，通过改变形成磁化固定层的双层强磁性层的厚度，能调整磁记录层(磁记录层)的磁化移位。
另一方面，作为磁记录层(自由层)的材料，与磁化固定层相同，例如，能使用Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)或它们的合金、旋转磁化率大的磁铁矿、CrO2、RXMnO3-y(这里R表示稀土类、X表示Ca(钙)、Ba(钡)、Sr(锶)中的任意一种)等氧化物、或者，NiMnSb(镍·锰·锑)、PtMnSb(铂·锰·锑)等赫斯勒合金等。
作为由这些材料构成的磁记录层的强磁性层最好有相对于膜表面大致呈平行方向的单轴各向异性的特性。另外其厚度最好在0.1nm以上、100nm以下。另外，该强磁性层的厚度必须是呈非超常磁性程度的厚度，最好在0.4nm以上。
另外，作为磁记录层，也可以使用软磁性层/强磁性层这样的双层结构、或者强磁性层/软磁性层/强磁性层这样的三层结构。作为磁记录层，使用强磁性层/非磁性层/强磁性层这样的三层结构、或者强磁性层/非磁性层/强磁性层/非磁性层/强磁性层这样的五层结构，通过控制强磁性层之间的相互作用的强度，即使作为存储单元的磁记录层的单元宽度在亚微米以下，也能获得不增大电流磁场的功耗的较好的效果。在五层结构的情况下，中间强磁性层最好使用被软磁性层或非磁性层隔断的强磁性层。
在磁化记录层中，也能在这些磁性体中添加Ag(银)、Cu(铜)、Au(金)、Al(铝)、Mg(镁)、Si(硅)、Bi(铋)、Ta(钽)、B(硼)、C(碳)、O(氧)、N(氮)、Pd(钯)、Pt(铂)、Zr(锆)、Ir(铱)、W(钨)、Mo(钼)、Nb(铌)、H(氢)等非磁性元素，调节磁特性，此外，能调节结晶性、机械特性、化学特性等各种物性。
另一方面，在作为磁阻效应元件使用TMR元件的情况下，在磁化固定层和磁化记录层之间设置的隧道势垒层TB的材料，能使用Al2O3(氧化铝)、SiO2(氧化硅)、MgO(氧化镁)、AlN(氮化铝)、Bi2O3(氧化铋)、MgF2(氟化镁)、CaF2(氟化钙)、SrTiO2(氧化钛锶)、AlLaO3(氧化镧铝(也可以用其他稀土类元素代替La))、Al-N-O(氧氮化铝)、非磁性半导体(ZnO、InMn、GaN、GaAs、TiO2、Zn、Te、以及向它们中掺杂过渡金属构成的物质)等。
这些化合物不必是在化学计量比上完全正确的组成，也可以存在氧、氮、氟等的欠缺或过量或不足。另外，该绝缘层(电介质层)的厚度最好薄到隧道电流能流过的程度，实际上最好在10nm以下。
采用各种溅射法、蒸镀法、分子束外延法、CVD法等通常的薄膜形成方法，能在规定的基板上形成这样的磁阻效应元件。作为该情况下的基板，例如能使用Si(硅)、SiO2(氧化硅)、Al2O3(氧化铝)、尖晶石、AlN(氮化铝)、GaAs、GaN等各种基板。
另外，在基板上也可以设置Ta(钽)、Ti(钛)、Pt(铂)、Pd(钯)、Au(金)、Ti(钛)/Pt(铂)、Ta(钽)/Pt(铂)、Ti(钛)/Pd(钯)、Cu(铜)、Al(铝)-Cu(铜)、Ru(钌)、Ir(铱)、Os(锇)、GaAs、GaN、ZnO、TiO2等由半导体基底等构成的层，作为基底层或保护层等。
以上，说明了本发明的磁存储器中使用的磁阻效应元件的层叠结构。
其次，用具体例说明本发明的磁存储器的单元结构。
图15至图17是表示使用开关晶体管时的单元结构的模式剖面图。即，该图(a)是从垂直于位线BL的方向看到的图，该图(b)是从垂直于字线WL的方向看到的图。
在作为开关晶体管使用MOSFET的情况下，使下部选择晶体管导通，使电流通过磁阻效应元件C流过位线BL，进行读出。
另一方面，用正交的位线BL和字线WL进行写入。而且，在这些位线BL及字线WL上设有关于图1至图8所述的具有单轴各向异性的覆盖层SM。
另外，在图16所示的具体例的情况下，由于在覆盖层SM上设有突出部P，能使位线BL、字线WL都靠近磁阻效应元件C，所以还能用低功耗、小电流进行写入。
另外，在图17所示的具体例的情况下，分割设置覆盖层SM的突出部P。即，突出部P被设置在位线BL上的覆盖层SM分离，设置在连接磁阻效应元件C的读出用位线RBL的侧面上。在设置突出部P的情况下，由于位线BL的周围方向的覆盖层的长度容易变长，所以有时图形效应低。与此不同，如具体例所示，通过分离设置突出部P，能具有由图形效应产生的单轴各向异性。
另一方面，为了实现超大容量存储器，最好采用能使存储器阵列层叠化的结构，进行多层化。因此，下面将说明容易层叠化的结构。
图18是表示本发明中能使用的结构的第二个具体例的模式图。即，该图表示存储器阵列的断面结构。在该结构的情况下，通过二极管D将磁阻效应元件C并联连接在读出/写入用位线BL上。然后，读出/写入用字线WL被连接在各自的磁阻效应元件C的另一端上。
读出时，通过用选择晶体管ST选择连接在目标磁阻效应元件C上的位线BL和字线WL，并通过读出放大器SA检测电流。另外，写入时，仍然通过选择晶体管ST选择连接在目标磁阻效应元件C上的位线BL和字线WL，流过写入电流。这时，通过使分别在位线BL和字线WL上发生的磁场合成后的磁场使磁阻效应元件C的磁记录层的磁化朝向规定的方向，就能写入。
在这些读出时或写入时，二极管D具有阻断通过呈矩阵状配置的其他磁阻效应元件C流过的迂回电流的作用。
图19及图20是表示图18所示的结构中采用的覆盖层SM的具体例的模式图。
在这些附图中，为了简单，只示出了位线BL、磁阻效应元件C、二极管D、字线WL，省略了除此以外的其他要素。在这些具体的例的存储单元中，用正交的位线BL和字线WL进行写入。在位线BL及字线WL上设有关于图1至图8所述的覆盖层SM，另外，也形成突出部P。
而且，在图20的具体例的情况下，突出部P分离地设置在二极管D的侧面上，能更可靠地发生由形状效应导致的单轴各向异性。作为这样的突出部P的形成方法，是在形成了二极管D之后，在其上表面及侧面上淀积绝缘层，再在绝缘层上淀积突出部P的材料，然后，采用CMP等方法将在二极管D上淀积的绝缘层和突出部P的材料研磨掉即可。
其次，说明本发明的磁存储器中能采用的结构的第三具体例。
图21是表示能将存储器阵列层叠化的结构的第三具体例的模式图。即，该图表示存储器阵列的断面结构。
在该结构中，是将多个磁阻效应元件C并联连接在读出/写入用位线BL和读出用位线Br之间的一种“梯子形”的结构。另外，接近各自的磁阻效应元件C，沿着与位线交叉的方向配置写入字线WL。
通过使写入电流流过读出/写入用位线BL而发生的磁场、以及使写入电流流过写入字线WL而发生的磁场这两个磁场的合成磁场作用于磁阻效应元件的磁记录层上，能进行向磁阻效应元件的写入。
另一方面，读出时，将电压加在位线BL及Br之间。于是，电流流过并联连接在它们之间的全部磁阻效应元件。一边用读出放大器SA检测该电流的合计大小，一边将写入电流加在接近目标磁阻效应元件的字线WL上，沿规定的方向改写目标磁阻效应元件的磁记录层的磁化。通过检测这时的电流变化，能进行目标磁阻效应元件的读出。
即，如果写入前的磁记录层的磁化方向和写入后的磁化方向相同，则由读出放大器SA检测的电流没有变化。可是，在改写前后磁记录层的磁化方向反转的情况下，由读出放大器SA检测的电流由于磁阻效应而变化。这样就能读出改写前的磁记录层的磁化方向即存储数据。
但是，该方法对应于读出时使存储数据变化的所谓的“破坏读出”。
与此不同，在使磁阻效应元件的结构呈磁化自由层/绝缘层(非磁性层)/磁记录层这样的结构的情况下，所谓的“非破坏读出”是可能的。即，在使用该结构的磁阻效应元件的情况下，将磁化方向记录在磁记录层上，读出时，使磁化自由层的磁化方向适当变化，并对读出电流进行比较，能读出磁记录层的磁化方向。但在该情况下，有必要将磁化自由层的磁化反转磁场设计得比磁记录层的磁化反转磁场小。
图22是举例示出图21所示的结构中设置的覆盖层SM的模式图。这里，也是为了简单，只示出了位线BL、磁阻效应元件C、字线WL，省略了除此以外的其他要素。
在图22所示的具体例中，用正交的位线BL和字线WL进行写入。而且，通过在这些线上设置覆盖层SM，不用担心写入相互干扰，能用低功耗、小电流进行写入。
其次，说明本发明的磁存储器中能采用的结构的第四具体例。
图23是表示能将存储器阵列层叠化的结构的第四具体例的模式图。即，该图表示存储器阵列的断面结构，即，该图(a)是从垂直于位线BL的方向看到的图，该图(b)是从垂直于字线WL的方向看到的图。
在该结构中，多个磁阻效应元件C并联连接在读出/写入用位线BL上，读出/写入用位线Br呈矩阵状地连接在这些磁阻效应元件的另一端上。
另外，接近这些读出用位线Br配置写入用字线WL。
通过使写入电流流过读出/写入用位线BL而发生的磁场、以及使写入电流流过写入字线WL而发生的磁场这两个磁场的合成磁场作用于磁阻效应元件的磁记录层上，能进行向磁阻效应元件的写入。
另一方面，读出时，通过用选择晶体管ST选择位线BL和Br，使读出电流流过目标磁阻效应元件，能用读出放大器SA进行检测。
图24及图25是表示图23所示的结构中能设置的覆盖层SM的模式图。即，该图(a)是从平行于位线BL的方向看到的图，该图(b)是从平行于字线WL的方向看到的图。
另外，图24及图25表示对图23来说，使上下关系反转了的状态。另外，在这些附图中，也是为了简单，只示出了位线BL及Br、磁阻效应元件C、字线WL，省略了除此以外的其他要素。
如图24所示，将具有单轴各向异性的覆盖层SM设置在位线BL和字线WL上，还在字线中形成突出部P。
如果这样做，则不用担心相互干扰，能用低功耗、小电流进行写入。
在图25所示的具体例的情况下，该突出部P分离地设置在字线WL中。就是说，该突出部与设置在字线WL周围的覆盖层SM分离地、在读出用位线Br的侧面上形成。如果这样分离，则容易发生由形状效果引起的单轴各向异性。
其次，说明本发明的磁存储器中能采用的结构的第五具体例。
图26是表示本发明中能使用的结构的第五具体例的模式图。即，该图表示存储器阵列的断面结构。
在该具体例中，读出用位线Br通过引线L连接在磁阻效应元件C上，写入用字线WL配置在磁阻效应元件C的正下面。
图27是表示图26所示的结构中的覆盖层的具体例的模式图。该图中，也是为了简单，只示出了位线BL、磁阻效应元件C、字线WL，省略了除此以外的其他要素。这样将具有单轴各向异性的覆盖层SM设置在位线BL和字线WL上，不用担心写入相互干扰，写入及读出工作稳定，能用低功耗、小电流进行写入。
图28及图29是表示本发明中能使用的覆盖层的变形例的模式图。
即，如这些图所示，利用绝缘体IN将磁阻效应元件C埋没，为了覆盖其两侧，能使覆盖层SM延伸出来形成。
图30至图37是表示将图18至图27所示的结构层叠起来的结构的模式图。在这些附图中，与关于图1至图29所述的要素相同的要素标以同一标记，详细的说明从略。
首先，图30及图31表示将图18至图20所示的结构层叠起来的结构。
在图30所示的具体例的情况下，由于使写入字线WL由其上下的磁阻效应元件C1、C2共同使用，所以覆盖层SM只设置在侧面。在该情况下，通过使覆盖层SM具有沿布线纵向的单轴各向异性，能进行稳定的记录、再生。
另一方面，在图31所示的具体例的情况下，覆盖层SM被插入字线WL中。该覆盖层SM阻断从上下位线BL发生的写入磁场，有抑制上下之间的写入相互干扰的作用。另外，在由绝缘层形成了该覆盖层SM的情况下，能分别独立地使用其上下字线WL。
其次，图32及图33表示将关于图21及图22所述的结构层叠起来的结构。
在图32所示的具体例的情况下，由于使写入字线WL由其上下的磁阻效应元件C1、C2共同使用，所以覆盖层SM只设置在侧面。在该情况下，通过使覆盖层SM具有沿布线纵向的单轴各向异性，能进行稳定的记录、再生。
另一方面，在图33所示的具体例的情况下，覆盖层SM被插入字线WL中。该覆盖层SM阻断从上下位线BL发生的写入磁场，有抑制上下之间的写入相互干扰的作用。另外，在由绝缘层形成了该覆盖层SM的情况下，能分别独立地使用其上下字线WL。
其次，图34及图35表示将关于图23及图24所述的结构层叠起来的结构。
在图34所示的具体例的情况下，由于使写入字线WL由其上下的磁阻效应元件C1、C2共同使用，所以覆盖层SM只设置在侧面。在该情况下，通过使覆盖层SM具有沿布线纵向的单轴各向异性，能进行稳定的记录、再生。
另一方面，在图35所示的具体例的情况下，覆盖层SM被插入字线WL中。该覆盖层SM阻断从上下位线BL发生的写入磁场，有抑制上下之间的写入相互干扰的作用。另外，在由绝缘层形成了该覆盖层SM的情况下，能分别独立地使用其上下字线WL。
其次，图36及图37表示将关于图26及图27所述的结构层叠起来的结构。
在图36所示的具体例的情况下，由于使写入字线WL由其上下的磁阻效应元件C1、C2共同使用，所以覆盖层SM只设置在侧面。在该情况下，通过使覆盖层SM具有沿布线纵向的单轴各向异性，能进行稳定的记录、再生。
另一方面，在图37所示的具体例的情况下，覆盖层SM被插入字线WL中。该覆盖层SM阻断从上下位线BL发生的写入磁场，有抑制上下之间的写入相互干扰的作用。另外，在由绝缘层形成了该覆盖层SM的情况下，能分别独立地使用其上下字线WL。
以上，如图30至图37中的例所示，如果作成层叠型的结构，则更大的容量成为可能。在这样层叠化的情况下，如关于图1至图8所述，本发明也具有显著的作用效果。
[实施例]
以下，参照实施例详细地说明本发明的实施方式。
(第一实施例)
首先，作为本发明的第一实施例，将图23及图24所示的呈单纯矩阵结构的存储器阵列作为基本结构，形成了有10×10个TMR单元的磁存储器。
按照其制造顺序说明该磁存储器的结构如下。
首先，作为下层的位线BL，采用电镀法在图中未示出的基板上形成有由镍铁(NiFe)构成的覆盖层SM的布线。这里，布线本体是由铜(Cu)构成的厚度为1微米的导电层。然后，用CVD法制作了绝缘层后，进行CMP(Chemical Mechanical Polishing)，进行了平坦化。此后，用溅射法形成了有强磁性二重隧道结的TMR的层叠结构膜。
其各层的材料及厚度从下侧开始依次为：Ta(30nm)/Ru(3nm)/Ir-Mn(8nm)/CoFe(3nm)/Ru(1nm)/CoFe(3nm)/AlOx(1nm)/CoFeNi(2nm)/Cu(1.5nm)/CoFeNi(2nm)/AlOx(1nm)/CoFe(3nm)/Ru(1nm)/CoFe(3nm)/IrMn(8nm)/Ta(9nm)/Ru(30nm)。
其次，将最上层的Ru层作为硬掩模用，采用使用了氯系列的刻蚀气体的RIE(反应离子蚀刻)，对层叠结构膜进行刻蚀，直至下侧的Ru/Ta布线层为止，制作了TMR元件的孤立图形。
然后，作为绝缘体，采用低温TEOS法淀积SiOx，用CMP法平坦化后，通过成膜、构图形成了读出位线Br。
然后，用同样的方法形成层间绝缘膜，进行了平坦化后，形成字线WL，进行了构图后，用电镀法形成了覆盖层SM。这时，覆盖层SM的厚度为0.01微米至0.06微米，使TMR元件的短轴长度为0.25微米，长轴长度在0.3微米至0.8微米的范围内变化，与这样的试料不同，L3(图2所示)的长度为TMR的长度+0.15微米。
这里，为了在覆盖层SM中形成比布线WL向下突出的突出部P，在形成了布线WL后，挖掘其两侧的绝缘层形成槽，在其内壁上溅射金属的籽晶层，在该籽晶层上电镀覆盖层SM的材料，将槽埋没就能形成突出部P。
另外，制作了使上部字线WL和下部字线WL的覆盖层SM的长度(图2中的L1)从TMR的长轴的长度到2.0微米的范围内变化的试料。L1为2.0微米时，相邻的覆盖层SM之间完全连接成一体。这时，字线WL沿覆盖层SM的表面垂直方向的长度(图2中的L2)为2微米。
此后，导入能施加磁场的热处理炉中，将单轴各向异性导入TMR元件的磁记录层中，还将单轴各向异性导入磁固定层中。另外，作为覆盖层SM的材料，由于使用晶体磁各向异性常数K1(一次项)为5×104erg/cc以下的材料(例如，镍铁、钴铁镍、钴镍等)，所以在磁场中对TMR元件进行退火的条件下(例如，7000高斯、300℃、1小时)能获得单轴各向异性。
在这样制作的本发明的磁存储器中，测定进行了10次写入后的TMR信号输出，使TMR元件的电平“1”和电平“0”反转，用检验标志图形检查了有无工作不良现象。这时，在相互干扰为最小的条件下，进行了使写入电流的脉冲电流值和脉宽最佳化。
将其结果作成一览表，示于图38至图41中。从这些结果可知，作为覆盖层SM的材料，在使用晶体磁各向异性常数K1(一次项)为5×104erg/cc以下的材料的情况下，由于发生由形状效应引起的单轴各向异性，所以观测不到工作不良现象，能获得良好的特性。另外这里，L2为0.2微米。
即，由本实施例可知，在磁性覆盖层的厚度为0.06微米较薄的情况下，特别是在L1＞1微米≥(2L2+L3)的情况下，没有工作不良现象。
另外，在上述实施例的布线中，通过Cu(厚0.5nm)将FeMn(厚8nm)和IrMn(厚4nm)分别附加在布线上，将该实施例的结果作成一览表，示于图42至图44中。在附加了反强磁性膜的情况下，与图38至图41比较可知，工作不良现象明显地减少，能获得更好的效果。
另外，本发明者进行了这样的研究：作为比较例，覆盖层SM的材料使用了晶体磁各向异性常数K1(一次项)为1×105erg/cc的钴铁合金(C090Fe10)，试制成磁存储器，对其工作进行了研究。
图45及图46是表示该比较例的结果的一览表。在图40、图41中未发现工作不良现象的结构中，在图45、图46中还是发生了工作不良现象。这样，可知在使用了晶体磁各向异性常数K1(一次项)为1×105erg/cc的材料的情况下，在覆盖层SM中由形状效应引起的单轴各向异性不稳定，成为工作不良的原因。
(第二实施例)
其次，作为本发明的第二实施例，将图26及图27所示的呈矩阵结构的存储器阵列作为基本结构，形成了有10×10个TMR单元的磁存储器。
按照其制造顺序说明该磁存储器的结构如下。
首先，作为下层的位线BL，采用电镀法在图中未示出的基板上形成了有由镍铁(NiFe)构成的覆盖层SM、由铜(Cu)构成的厚度为1微米的布线层。然后，用CVD法制作了绝缘层后，形成路径，埋入W电极，然后进行CMP，进行了平坦化。此后，用溅射法形成了有接触布线Mx和强磁性二重隧道结的TMR的层叠结构膜。
其各层的材料及厚度从下侧开始依次为：Ta(30nm)/Ru(3nm)/Ir-Mn(12nm)/CoFe(3nm)/Ru(1nm)/CoFe(3nm)/AlOx(1nm)/CoFeNi(2nm)/Ru(1.5nm)/CoFeNi(2nm)/AlOx(1nm)/CoFe(3nm)/Ru(1nm)/CoFe(3nm)/Pt-Mn(12nm)/Ta(9nm)/Ru(30nm)。
其次，将最上层的Ru层作为硬掩模用，采用使用了氯系列的刻蚀气体的RIE，对层叠结构膜进行刻蚀，直至下侧的Ru/Ta布线层为止，制作了TMR元件的孤立图形。
然后，作为绝缘体，采用低温TEOS法淀积SiOx，用CMP法平坦化后，通过成膜、构图形成了读出位线Br。然后，用同样的方法形成层间绝缘膜，进行了平坦化后，形成字线WL，进行了构图后，用电镀法形成了覆盖层SM。
这时，磁性覆盖布线的厚度在0.01微米至0.06微米的范围内变化，使TMR元件的短轴长度为0.25微米，长轴长度在0.3微米至0.8微米的范围内变化，与这样的试料不同，L3的长度为TMR的长度加0.15微米。另外，制作了使上部字线WL和下部字线WL的覆盖层SM的长度(L1)从长轴的长度到2.0微米的范围内变化的试料。L1为2.0微米时，覆盖层SM完全连接。这时，字线WL中沿覆盖层SM的表面垂直方向的长度(L2)为0.2微米。
此后，导入能施加磁场的热处理炉中，将单轴各向异性导入TMR元件的磁记录层中，将单轴各向异性导入磁固定层中。
在这样制作的本发明的磁存储器中，测定进行了10次写入后的TMR信号输出，使TMR元件的电平“1”和电平“0”反转，检查了工作不良的影响。这时，在相互干扰为最小的条件下，进行了使写入电流的脉冲电流值和脉宽最佳化。
将其结果作成一览表，示于图47至图50中。从这些结果可知，在覆盖层SM中，在由于形状效应而产生单轴各向异性的情况下，观测不到工作不良现象，能获得良好的特性。
即，由本实施例可知，在磁性覆盖层的厚度＜0.06微米较薄的情况下，特别是在L1＞1微米≥(2L2+L3)的情况下，没有工作不良现象。另外这里L2为0.2微米。
另外，本发明者进行了这样的研究：作为比较例，覆盖层SM的材料使用了晶体磁各向异性常数K1(一次项)为1×105erg/cc的钴铁合金(Co90Fe10)，试制成磁存储器，对其工作进行了研究。
图51及图52是表示该比较例的结果的一览表。在图49、图50中未发现工作不良现象的结构中，在图51、图52中还是发生了工作不良现象。这样，可知在使用了晶体磁各向异性常数K1(一次项)为1×105erg/cc的材料的情况下，在覆盖层SM中由形状效应引起的单轴各向异性不稳定，成为工作不良的原因。
另外，通过Cu(厚0.7nm)将FeMn(厚6nm)和IrMn(厚5nm)分别附加在上述实施例的布线上，将该实施例的结果作成一览表，示于图53至图55中。在附加了反强磁性膜的情况下，工作不良现象明显地减少，确认了能获得更高的效果。
以上，参照具体例，说明了本发明的实施方式。可是，本发明不限定于这些具体例。例如，本专业工作者适当地选择构成磁存储器的磁阻效应元件的强磁性体层、绝缘膜、反强磁性体层、非磁性金属层、电极等的具体的材料、厚度、形状、尺寸等，同样地实施本发明，能获得同样的结果，这也包括在本发明的范围内。
同样，本专业工作者适当地选择构成本发明的磁存储器的各要素的结构、材质、形状、尺寸，同样地实施本发明，能获得同样的结果，这也包括在本发明的范围内。
此外，作为本发明的实施方式，以上述的磁存储器为基础，本专业工作者适当地变更设计后实施的所有的磁存储器同样也属于本发明的范围。

Claims (27)

1.一种磁存储器，备有：
有磁记录层的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件的上面或下面沿第一方向延伸的第一布线，
利用使电流流过上述第一布线而形成的磁场，将信息记录在上述磁记录层中，
该磁存储器的特征在于：
上述第一布线在其两个侧面的至少任一个侧面上有由磁性体构成的覆盖层，
上述覆盖层沿着上述第一布线的纵向有容易磁化的单轴各向异性。
2.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层沿上述第一布线周围的长度合计为1微米以下。
3.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层的厚度在0.05微米以下。
4.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层被设置得沿着上述布线的上述纵向被分割成沿互相大致平行的方向延伸的多个部分。
5.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：在上述覆盖层上层叠着由反强磁性体构成的层。
6.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层有从上述布线朝着上述磁阻效应元件突出的突出部。
7.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层有与接近上述布线设置的部分分离、且接近上述磁阻效应元件而设置的部分。
8.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层由从以下物质构成的组中选择的任意一种构成，这些物质是：镍铁(Ni-Fe)合金、钴镍(Co-Ni)合金、钴铁镍(Co-Fe-Ni)合金、钴(Co)与锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)中的至少一种的合金、(Co、Fe、Ni)-(Si、B)-(P、Al、Mo、Nb、Mn)系列的非晶态合金、(Fe、Co)-(B、Si、Hf、Zr、Sm、Ta、Al)-(F、O、N)系列的金属-非金属性的晶粒膜、以及绝缘性铁氧体。
9.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：还备有从上述第一布线看与上述覆盖层的外侧相邻设置的由导电性非磁性材料构成的导电层。
10.根据权利要求9所述的磁存储器，其特征在于：上述导电性非磁性材料以铜为主要成分。
11.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层由晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的磁性体构成。
12.一种磁存储器，备有：
沿第一方向延伸的第一布线；
设置在上述第一布线上的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件上沿着与上述第一方向交叉的方向延伸的第二布线，
利用使电流分别流过上述第一及第二布线而形成的磁场，将双值信息中的任意一个信息记录在上述磁阻效应元件的记录层中，
该磁存储器的特征在于：
上述第一及第二布线中的至少一者至少在其两个侧面上有由磁性体构成的覆盖层，
上述覆盖层沿着设置了该覆盖层的配线的纵向有容易磁化的单轴各向异性。
13.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层沿设置了该覆盖层的布线的周围的长度合计为1微米以下。
14.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层的厚度在0.05微米以下。
15.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层被设置得沿着上述布线的上述纵向被分割成沿互相大致平行的方向延伸的多个部分。
16.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：在上述覆盖层上层叠着由反强磁性体构成的层。
17.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述第一及第二布线分别有上述覆盖层，
在上述第一布线所具有的上述覆盖层上，层叠了由具有第一屏蔽温度的反强磁性体构成的层，
在上述第二布线所具有的上述覆盖层上，层叠了由具有与上述第一屏蔽温度不同的第二屏蔽温度的反强磁性体构成的层。
18.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层有从上述布线朝着上述磁阻效应元件突出的突出部。
19.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层有与接近上述布线设置的部分分离、且接近上述磁阻效应元件而设置的部分。
20.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层由从以下物质构成的群中选择的任意一种构成，这些物质是：镍铁(Ni-Fe)合金、钴镍(Co-Ni)合金、钴铁镍(Co-Fe-Ni)合金、钴(Co)与锆(Zr)、铪(Hf)、铌(Nb)、钽(Ta)、钛(Ti)中的至少一者的合金、(Co、Fe、Ni)-(Si、B)-(P、Al、Mo、Nb、Mn)系列的非晶态合金、(Fe、Co)-(B、Si、Hf、Zr、Sm、Ta、Al)-(F、O、N)系列的金属-非金属性的晶粒膜、以及绝缘性铁氧体。
21.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层由晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的磁性体构成。
22.根据权利要求12所述的磁存储器，其特征在于：还备有从设置了上述覆盖层的布线看与上述覆盖层的外侧相邻设置的由导电性非磁性材料构成的导电层。
23.根据权利要求22所述的磁存储器，其特征在于：上述导电性非磁性材料以铜为主要成分。
24.一种磁存储器，备有：
沿第一方向延伸的第一布线；
设置在上述第一布线上的磁阻效应元件；以及
在上述磁阻效应元件上沿着与上述第一方向交叉的方向延伸的第二布线，
利用使电流分别流过上述第一及第二布线而形成的磁场，将双值信息中的任意一个信息记录在上述磁阻效应元件的记录层中，
该磁存储器的特征在于：
上述第一及第二布线中的至少一者至少在其两个侧面上有由磁性体构成的覆盖层，
还备有从设置了上述覆盖层的布线看，与上述覆盖层的外侧相邻设置的由导电性非磁性材料构成的导电层。
25.根据权利要求24所述的磁存储器，其特征在于：上述导电性非磁性材料以铜为主要成分。
26.根据权利要求24所述的磁存储器，其特征在于：上述覆盖层由晶体磁各向异性常数K1为5×104erg/cc以下的磁性体构成。
27.根据权利要求24所述的磁存储器，其特征在于：在上述覆盖层上层叠着由反强磁性体构成的层。
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