JP2003133527A - Magnetic memory, writing method and manufacturing method therefor - Google Patents

Magnetic memory, writing method and manufacturing method therefor

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JP2003133527A
JP2003133527A JP2001325801A JP2001325801A JP2003133527A JP 2003133527 A JP2003133527 A JP 2003133527A JP 2001325801 A JP2001325801 A JP 2001325801A JP 2001325801 A JP2001325801 A JP 2001325801A JP 2003133527 A JP2003133527 A JP 2003133527A
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layer
memory device
magnetic memory
magnetoresistive element
tunnel magnetoresistive
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Yasushi Tanaka
寧 田中
Makoto Motoyoshi
真 元吉
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low power-consumption magnetic random access memory which makes TMR elements easy to invert their magnetization directions in a memory layer, thereby reducing current consumption required for writing. SOLUTION: A nonvolatile magnetic memory 1 having a TMR elements 13 composed of a ferromagnetic magnetization fixed layer 302, a memory layer 304 and a tunnel insulation layer 303 inserted between the layers 302, 304 stores information, utilizing the effect that the resistance value of the element changes depending on whether spinning directions are parallel or antiparallel in the ferromagnetic material. At least a region facing the TMR elements 13 on at least one of a bit line 12 and a write word line 11 mutually crossing at two levels between which the TMR elements 13 locate is made of high-melting point/high resistance metal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気メモリ装置、
その書き込み方法およびその製造方法に関し、詳しく
は、トンネル磁気抵抗素子を構成する強磁性体のスピン
方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化するこ
とを利用して情報を記録する不揮発性の磁気メモリ装
置、その書き込み方法およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic memory device,
Regarding the writing method and the manufacturing method thereof, in detail, a nonvolatile magnetic memory that records information by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic bodies forming the tunnel magnetoresistive element are parallel or antiparallel The present invention relates to a device, a writing method thereof, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報通信機器、特に携帯端末などの個人
用小型機器の飛躍的な普及にともない、これを構成する
メモリ素子やロジック素子等の素子には、高集積化、高
速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されて
いる。特に不揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可
欠の素子と考えられている。
2. Description of the Related Art With the dramatic spread of information communication equipment, especially small personal equipment such as portable terminals, the elements such as memory elements and logic elements are highly integrated, high speed and low power consumption. Higher performance is required such as electric power. In particular, non-volatile memory is considered to be an essential element in the ubiquitous age.

【0003】例えば、電源の消耗やトラブル、サーバー
とネットワークが何らかの障害により切断された場合で
あっても、不揮発性メモリは個人の重要な情報を保護す
ることができる。そして、不揮発性メモリの高密度化、
大容量化は、可動部分の存在により本質的に小型化が不
可能なハードディスクや光ディスクを置き換える技術と
してますます重要になってきている。
For example, even if the power supply is exhausted or a trouble occurs, or if the server and the network are disconnected due to some trouble, the non-volatile memory can protect important personal information. And high density of non-volatile memory,
Increasing capacity is becoming more and more important as a technology for replacing hard disks and optical disks, which are essentially impossible to miniaturize due to the presence of moving parts.

【0004】また、最近の携帯機器は不要な回路ブロッ
クをスタンバイ状態にしてでき得る限り消費電力を抑え
ようと設計されているが、高速ネットワークメモリと大
容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メ
モリが実現できれば、消費電力とメモリとの無駄を無く
すことができる。また、電源を入れると瞬時に起動でき
る、いわゆるインスタント・オン機能も高速の大容量不
揮発性メモリが実現できれば可能になってくる。
Also, although recent portable devices are designed to suppress power consumption as much as possible by putting unnecessary circuit blocks in a standby state, a non-volatile memory that can serve both as a high-speed network memory and a large-capacity storage memory. If the above can be realized, waste of power consumption and memory can be eliminated. Also, a so-called instant-on function, which can be instantly started when the power is turned on, will be possible if a high-speed, large-capacity nonvolatile memory can be realized.

【0005】不揮発性メモリとしては、半導体を用いた
フラッシュメモリや、強誘電体を用いたFRAM(Ferr
o electric Random Access Memory)などがあげられ
る。しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度
がμ秒の桁であるため遅いという欠点がある。一方、F
RAMにおいては、書き換え可能回数が1012〜1014
で完全にスタティックランダムアクセスメモリやダイナ
ミックランダムアクセスメモリに置き換えるには耐久性
が低いという問題が指摘されている。また、強誘電体キ
ャパシタの微細加工が難しいという課題も指摘されてい
る。
As the nonvolatile memory, a flash memory using a semiconductor or an FRAM (Ferr) using a ferroelectric substance is used.
o electric Random Access Memory). However, the flash memory has a disadvantage that it is slow because the writing speed is on the order of μ seconds. On the other hand, F
In the RAM, the number of rewritable times is 10 12 to 10 14
It has been pointed out that the durability is low to completely replace with static random access memory or dynamic random access memory. Further, it has been pointed out that it is difficult to finely process the ferroelectric capacitor.

【0006】これらの欠点を有さない不揮発性メモリと
して注目されているのが、例えば「Wang et al., IEEE
Trans. Magn. 33 (1997) p4498」に記載されているよう
な、MRAM(Magnetic Random Access Memory)と呼
ばれる磁気メモリであり、近年のTMR(Tunnel Magne
toresistance)材料の特性向上により注目を集めるよう
になってきている。
As a non-volatile memory which does not have these drawbacks, for example, “Wang et al., IEEE
Trans. Magn. 33 (1997) p4498 ”, which is a magnetic memory called MRAM (Magnetic Random Access Memory).
Toresistance) is getting more and more attention due to the improvement of material properties.

【0007】MRAMは、構造が単純であるため高集積
化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録
を行うために、書き換え回数が大であると予測されてい
る。またアクセス時間についても、非常に高速であるこ
とが予想され、既に100MHzで動作可能であること
が、R.Scheuerlein et al, ISSCC Digest of Papers(Fe
b.2000) p128-129 で報告されている。また、TMR(T
unnel Magnetic Resistance)効果により高出力が得ら
れるようになった現在では、大きく改善されてきてい
る。
Since the MRAM has a simple structure, high integration can be easily achieved, and the number of times of rewriting is predicted to be large because recording is performed by rotation of a magnetic moment. The access time is also expected to be very high, and it is already possible to operate at 100 MHz. R. Scheuerlein et al, ISSCC Digest of Papers (Fe
b.2000) reported in p128-129. In addition, TMR (T
Now that high output can be obtained due to the unnel Magnetic Resistance) effect, it has been greatly improved.

【0008】上述の通り、高速化・高集積化が容易とい
う長所を有するMRAMではあるが、書き込みは、TM
R素子に近接させて設けられたビット線と書き込み用ワ
ード線に電流を流し、その発生磁界によって行う。TM
R素子の記録層(記憶層)の反転磁界は材料にもよる
が、10Oe〜200Oeが必要であり、このときの電
流は数十mAになる。これは消費電流の増大につなが
り、携帯機器の低消費電力化に対して大きな課題とな
る。また、高集積化の面からは、ビット線および書き込
み用ワード線は、リソグラフィー技術から決定される最
小線幅に近いサイズが要求される。仮に、ビット線幅/
ワード線幅が0.6μmとして、配線の膜厚を500n
mとすると、3MA/cm2 になり、銅配線を用いた場
合(実用電流密度:0.5MA/cm2 )もエレクトロ
マイグレーションに対する寿命は大きな課題となる。さ
らに微細化していくと、強磁性体の反転磁界は増加し、
配線の次元も縮小しなければならないため、この配線信
頼性の課題はより大きくなってくる。
As described above, although the MRAM has an advantage that it can be easily speeded up and highly integrated, the writing is performed by the TM.
Current is applied to the bit line and write word line provided close to the R element, and the generated magnetic field is used. TM
The reversal magnetic field of the recording layer (memory layer) of the R element needs to be 10 Oe to 200 Oe, depending on the material, and the current at this time is several tens mA. This leads to an increase in current consumption, which is a major issue for reducing the power consumption of mobile devices. Further, in terms of high integration, the bit line and the write word line are required to have a size close to the minimum line width determined by the lithography technique. Assuming bit line width /
The word line width is 0.6 μm, and the wiring film thickness is 500 n.
m is 3 MA / cm 2 , and even when copper wiring is used (practical current density: 0.5 MA / cm 2 ), the life for electromigration becomes a major issue. With further miniaturization, the switching field of the ferromagnet increases,
Since the wiring dimension must be reduced, this wiring reliability problem becomes more serious.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強磁性
体/半導体/強磁性体を積層した積層体を製造する上で
微細化が必要となるが、微細化行うことにより、前述し
た通り、反転磁界が増大し、必要な書き込み電流が大き
くなるため、消費電力の増大、配線の信頼性が問題にな
る。また、消費電力が少なくなるが、単位面積当たりの
ビット数が少なくなるという課題を有している。本発明
は、上記説明した課題を解決し、占有面積が少なく、消
費電力の少ない磁気メモリ装置、その書き込み方法およ
びその製造方法を提供する。
However, miniaturization is required to manufacture a laminated body in which ferromagnetic bodies / semiconductors / ferromagnetic bodies are laminated. Increase, and the required write current increases, which raises problems of increased power consumption and wiring reliability. Further, although it consumes less power, it has a problem that the number of bits per unit area is reduced. The present invention solves the problems described above, and provides a magnetic memory device having a small occupied area and low power consumption, a writing method thereof, and a manufacturing method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた磁気メモリ装置、その書き込み方
法およびその製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a magnetic memory device, a writing method thereof and a manufacturing method thereof, which have been made to solve the above problems.

【0011】本発明の磁気メモリ装置は、トンネル絶縁
層を強磁性体で挟んでなるトンネル磁気抵抗素子を有す
るもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反
平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記
憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記トンネ
ル磁気抵抗素子を間にして立体的に交差するように配置
されるビット線および書き込みワード線のうちの少なく
とも一方における少なくとも前記トンネル磁気抵抗素子
に対向する部分は、高融点・高抵抗金属で形成されてい
るものである。
The magnetic memory device of the present invention has a tunnel magnetoresistive element in which a tunnel insulating layer is sandwiched by ferromagnetic materials, and the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic materials are parallel or antiparallel. In a non-volatile magnetic memory device for storing information by utilizing at least the tunnel in at least one of a bit line and a write word line arranged to intersect three-dimensionally with the tunnel magnetoresistive element in between. The portion facing the magnetoresistive element is formed of a high melting point / high resistance metal.

【0012】上記磁気メモリ装置では、トンネル磁気抵
抗素子を間にして立体的に交差するように配置されたビ
ット線および書き込みワード線のうちの少なくとも一方
における少なくともトンネル磁気抵抗素子に対向する部
分が、高融点・高抵抗金属で形成されていることから、
電流を流した場合に、高融点・高抵抗金属で形成されて
いる部分がジュール発熱を起こし、その周囲を加熱す
る。そのため、トンネル磁気抵抗素子も加熱されるの
で、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げることができ
る。
In the above magnetic memory device, at least a portion of at least one of the bit line and the write word line arranged to intersect three-dimensionally with the tunnel magnetoresistive element in between, facing at least the tunnel magnetoresistive element, Since it is made of high melting point and high resistance metal,
When an electric current is applied, the part formed of the high melting point and high resistance metal causes Joule heat generation and heats the surrounding area. Therefore, since the tunnel magnetoresistive element is also heated, the switching field H SW in the hard axis direction can be lowered.

【0013】本発明に係る第1の磁気メモリ装置の書き
込み方法は、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるト
ンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体のス
ピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化す
ることを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ
装置の書き込み方法において、前記トンネル磁気抵抗素
子の少なくともその周囲の一部分を加熱することによ
り、前記トンネル磁気抵抗素子自体の温度を高め、反転
磁化を低下させることにより書き込みを行う。
A first magnetic memory device writing method according to the present invention has a tunnel magnetoresistive element in which a tunnel insulating layer is sandwiched by ferromagnetic materials, and the spin directions of the ferromagnetic materials are parallel or antiparallel. In a writing method of a non-volatile magnetic memory device which stores information by utilizing a change in resistance value due to, the tunnel magnetoresistive element itself is heated by heating at least a part of the periphery of the tunnel magnetoresistive element. Writing is performed by increasing the temperature and decreasing the reversal magnetization.

【0014】上記第1の磁気メモリ装置の書き込み方法
では、トンネル磁気抵抗素子の少なくともその周囲の一
部分を加熱することにより、トンネル磁気抵抗素子自体
の温度を高め、反転磁化を低下させることにより書き込
みを行うことから、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下
げることができるので、書き込みが容易になる。
In the first magnetic memory device writing method, at least a part of the periphery of the tunnel magnetoresistive element is heated to raise the temperature of the tunnel magnetoresistive element itself and reduce the reversal magnetization to perform the writing. Since the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be lowered by carrying out the writing, writing becomes easy.

【0015】本発明に係る第2の磁気メモリ装置の書き
込み方法は、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるト
ンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体のス
ピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化す
ることを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ
装置の書き込み方法において、前記トンネル磁気抵抗素
子自体を加熱することにより、磁化反転磁界を低下させ
ることにより書き込みを行う。
A second magnetic memory device writing method according to the present invention has a tunnel magnetoresistive element in which a tunnel insulating layer is sandwiched by ferromagnetic materials, and the spin directions of the ferromagnetic materials are parallel or antiparallel. In the writing method of the non-volatile magnetic memory device that stores information by utilizing the change in resistance value, the tunneling magnetoresistive element itself is heated to lower the magnetization reversal magnetic field to perform writing.

【0016】上記第2の磁気メモリ装置の書き込み方法
では、トンネル磁気抵抗素子自体を加熱することによ
り、磁化反転磁界を低下させることにより書き込みを行
うことから、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げるこ
とができるので、書き込みが容易になる。
In the second method for writing to the magnetic memory device, the tunnel magnetic resistance element itself is heated to lower the magnetization reversal magnetic field to perform the writing. Therefore, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction is applied. Since it can be lowered, writing becomes easy.

【0017】本発明の磁気メモリ装置の製造方法は、ト
ンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるトンネル磁気抵抗
素子を有するもので、前記強磁性体のスピン方向が平行
もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用し
て情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法
において、前記トンネル磁気抵抗素子を挟んでかつ立体
交差するように形成されるビット線および書き込みワー
ド線の少なくとも一部を、高融点・高抵抗金属で形成す
る。
A method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention has a tunnel magnetoresistive element in which a tunnel insulating layer is sandwiched by ferromagnetic materials, and the resistance value varies depending on whether spin directions of the ferromagnetic materials are parallel or antiparallel. In a method of manufacturing a non-volatile magnetic memory device that stores information by utilizing change, at least a part of a bit line and a write word line formed so as to sandwich the tunnel magnetoresistive element and intersect three-dimensionally. , High melting point, high resistance metal.

【0018】上記磁気メモリ装置の製造方法では、トン
ネル磁気抵抗素子を挟んでかつ立体交差するように形成
されるビット線および書き込みワード線の少なくとも一
部を、高融点・高抵抗金属で形成することから、電流を
流した場合に、高融点・高抵抗金属で形成されている部
分がジュール発熱を起こし、その周囲を加熱する。その
ため、トンネル磁気抵抗素子も加熱されるので、磁化困
難軸方向の反転磁界H SWを下げることができる磁気メモ
リ装置を形成される。
In the method of manufacturing the magnetic memory device described above,
Formed so as to sandwich the flannel magnetoresistive element and intersect three-dimensionally
At least one of the selected bit line and write word line
Part is made of high melting point and high resistance metal,
Part made of high melting point and high resistance metal when flowing
Minutes generate Joule heat and heat the surrounding area. That
Therefore, the tunnel magnetoresistive element is also heated, and
Reversing magnetic field H in the hard axis direction SWMagnetic memo that can lower
The device is formed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】まず、一般的なMRAM(Magnet
ic Random Access Memory)を、図2の主要部を簡略化
して示した概略構成斜視図によって説明する。図2で
は、簡略化して示したため、読み出し回路部分の図示は
省略されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a general MRAM (Magnet
ic Random Access Memory) will be described with reference to a schematic perspective view showing a simplified main part of FIG. In FIG. 2, since the illustration is simplified, the illustration of the read circuit portion is omitted.

【0020】図2に示すように、9個のメモリセルを含
み、相互に交差する書き込みワード線11(111、1
12、113)およびビット線12(121、122、
123)を有する。それらの書き込みワード線11とビ
ット線12の交差領域には、磁気抵抗効果(TMR)素
子13(131〜139)が配置されている。TMR素
子13への書き込みは、ビット線12および書き込みワ
ード線11に電流を流し、それから発生する合成磁界に
よってビット線12と書き込みワード線11との交差領
域に形成されたTMR素子13の記憶層304(詳細は
図5参照)の磁化方向を磁化固定層302(詳細は図5
参照)に対して平行または反平行にして行う。
As shown in FIG. 2, write word lines 11 (111, 1) which include nine memory cells and intersect each other.
12, 113) and the bit line 12 (121, 122,
123). Magnetoresistive effect (TMR) elements 13 (131 to 139) are arranged in the intersection regions of the write word lines 11 and the bit lines 12. For writing to the TMR element 13, a current flows through the bit line 12 and the write word line 11, and a synthetic magnetic field generated from the current causes the storage layer 304 of the TMR element 13 formed in the intersection region between the bit line 12 and the write word line 11. The magnetization direction of the magnetization fixed layer 302 (see FIG.
Refer to) parallel or anti-parallel.

【0021】図3に示すアステロイド曲線は、印加され
た容易軸方向磁界HEA および困難軸方向磁界HHA によ
る記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。アステ
ロイド曲線外部に相当する合成磁界ベクトルが発生する
と、磁界反転が生じる。アステロイド曲線内部の合成磁
界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反
転させることはない。また、電流を流しているワード線
およびビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線
もしくはビット線単独で発生する磁界が印加されるた
め、それらの大きさが一方向反転磁界HK 以上の場合
は、交点以外のセルの磁化方向も反転するので、合成磁
界が斜線で示す部分401にある場合のみ、選択された
セルを選択書き込みが可能となる。
The asteroid curve shown in FIG. 3 shows the reversal threshold value of the magnetization direction of the storage layer due to the applied magnetic field H EA in the easy axis direction and magnetic field H HA in the hard axis direction. When a synthetic magnetic field vector corresponding to the outside of the asteroid curve is generated, magnetic field reversal occurs. The resultant magnetic field vector inside the asteroid curve does not invert the cell from one of its current bistable states. In addition, since the magnetic field generated by the word line or the bit line alone is applied to cells other than the intersection of the word line and the bit line that are passing current, when the magnitude of these is greater than or equal to the one-way reversal magnetic field H K. Since the magnetization directions of the cells other than the intersections are also inverted, the selected cell can be selectively written only when the combined magnetic field is in the shaded portion 401.

【0022】以上のように、MRAMのアレイでは、ビ
ット線および書き込みワード線からなる格子の交点にメ
モリセルが配置されている。MRAMの場合、書き込み
ワード線とビット線とを使用することで、アステロイド
磁化反転特性を利用し、選択的に個々のメモリセルに書
き込むことが一般的である。
As described above, in the MRAM array, the memory cells are arranged at the intersections of the grids composed of the bit lines and the write word lines. In the case of an MRAM, it is common to use write word lines and bit lines to utilize the asteroid magnetization reversal characteristic and selectively write to individual memory cells.

【0023】単一の記憶領域における合成磁化は、それ
に印加された容易軸方向磁界HEAと困難軸方向磁界H
HA とのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れ
る電流はセルに容易軸方向の磁界(HEA )を印加し、
書き込みワード線を流れる電流はセルに困難軸方向の磁
界(HHA )を印加する。
The combined magnetization in a single storage area is the magnetic field H EA and the hard axis magnetic field H EA applied to it.
Determined by vector composition with HA . The current flowing through the bit line applies a magnetic field (H EA ) in the easy axis direction to the cell,
A current flowing through the write word line applies a magnetic field (H HA ) in the hard axis direction to the cell.

【0024】次に、上記図2によって説明したMRAM
の原理回路を図4の回路図によって説明する。
Next, the MRAM described with reference to FIG.
The principle circuit of 1 will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0025】図4に示すように、このMRAMの回路で
は、6個のメモリセルを含み、図2に対応する相互に交
差する書き込みワード線11(111、112)および
ビット線12(121、122、123)を有する。こ
れらの書き込み線ワード線11とビット線12との交差
領域には、記憶素子となるTMR素子13(131、1
32、134、135、137、138が配置され、さ
らに読み出しの際に素子選択を行うもので各記憶素子に
対応して電界効果トランジスタ141、142、14
4、145、147、148が接続されている。さらに
電界効果トランジスタ141、144、147にはセン
ス線151が接続され、電界効果トランジスタ142、
145、148にはセンス線152が接続されている。
As shown in FIG. 4, the MRAM circuit includes six memory cells, and the write word lines 11 (111, 112) and the bit lines 12 (121, 122) corresponding to FIG. 2 intersect each other. , 123). In the intersection area of the write line word line 11 and the bit line 12, the TMR element 13 (131, 1;
32, 134, 135, 137, and 138 are arranged, and element selection is performed at the time of reading. The field effect transistors 141, 142, and 14 correspond to each memory element.
4, 145, 147 and 148 are connected. Further, a sense line 151 is connected to the field effect transistors 141, 144, 147, and the field effect transistor 142,
A sense line 152 is connected to 145 and 148.

【0026】上記センス線151はセンスアンプ153
に接続され、センス線152はセンスアンプ154に接
続され、それぞれ素子に記憶された情報を検出する。ま
た、書き込みワード線111の両端には、双方向の書き
込みワード線電流駆動回路161、162が接続され、
書き込みワード線112の両端には、双方向の書き込み
ワード線電流駆動回路163、164が接続されてい
る。さらにビット線121の一端にはビット線電流駆動
回路171が接続され、ビット線122の一端にはビッ
ト線電流駆動回路172が接続され、ビット線123の
一端にはビット線電流駆動回路173が接続されてい
る。
The sense line 151 is a sense amplifier 153.
, And the sense line 152 is connected to the sense amplifier 154 to detect the information stored in each element. Bidirectional write word line current drive circuits 161 and 162 are connected to both ends of the write word line 111,
Bidirectional write word line current drive circuits 163 and 164 are connected to both ends of the write word line 112. Further, a bit line current drive circuit 171 is connected to one end of the bit line 121, a bit line current drive circuit 172 is connected to one end of the bit line 122, and a bit line current drive circuit 173 is connected to one end of the bit line 123. Has been done.

【0027】次に、磁気メモリ装置の基本構成を以下に
説明する。まず、メモリセルの記憶素子となるトンネル
磁気抵抗素子(以下TMR素子と記す)を図5の斜視図
により説明する。
Next, the basic structure of the magnetic memory device will be described below. First, a tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as a TMR element) which will be a storage element of a memory cell will be described with reference to the perspective view of FIG.

【0028】図5に示すように、TMR素子13は、基
本的には、磁化が固定されているもので強磁性体からな
る磁化固定層302と磁化が比較的容易に回転するもの
で強磁性体からなる記憶層304とでトンネル絶縁層3
03を挟む構成を有している。
As shown in FIG. 5, the TMR element 13 basically has a fixed magnetization and has a magnetization fixed layer 302 made of a ferromagnetic material and a magnetization that rotates relatively easily. The storage layer 304 including the body and the tunnel insulating layer 3
03 is sandwiched between them.

【0029】図5に示す一例では、支持基板311上に
下地導電層312が形成され、その上に反強磁性体層3
05が形成されている。さらに、上記磁化固定層30
2、上記トンネル絶縁層303、上記記憶層304が順
に積層されている。上記磁化固定層302は、第1の磁
化固定層306と第2の磁化固定層308とを有し、こ
の第1、第2の磁化固定層306、308との間に、磁
性層が反強磁性的に結合するような導電体層307が配
置されている。
In the example shown in FIG. 5, a base conductive layer 312 is formed on a support substrate 311, and an antiferromagnetic material layer 3 is formed thereon.
05 is formed. Further, the magnetization fixed layer 30
2. The tunnel insulating layer 303 and the storage layer 304 are sequentially stacked. The magnetization pinned layer 302 has a first magnetization pinned layer 306 and a second magnetization pinned layer 308, and the magnetic layer has a repulsive strength between the first and second magnetization pinned layers 306 and 308. A conductor layer 307 is arranged so as to be magnetically coupled.

【0030】上記記憶層304、上記第1の磁化固定層
306、308は、例えば、ニッケル、鉄もしくはコバ
ルト、またはニッケル、鉄およびコバルトのうちの少な
くとも2種からなる合金のような、強磁性体からなる。
The storage layer 304 and the first magnetization fixed layers 306 and 308 are made of a ferromagnetic material such as nickel, iron or cobalt, or an alloy composed of at least two of nickel, iron and cobalt. Consists of.

【0031】上記導電体層307は、例えば、ルテニウ
ム、銅、クロム、金、銀等で形成されている。
The conductor layer 307 is made of, for example, ruthenium, copper, chromium, gold, silver or the like.

【0032】上記第1の磁化固定層306は、反強磁性
体層305と接する状態に形成されていて、これらの層
間に働く交換相互作用によって、第1の磁化固定層30
6は、強い一方向の磁気異方性を有している。
The first magnetization fixed layer 306 is formed in contact with the antiferromagnetic layer 305, and the first magnetization fixed layer 30 is formed by the exchange interaction acting between these layers.
No. 6 has strong unidirectional magnetic anisotropy.

【0033】上記反強磁性体層305は、例えば、鉄マ
ンガン合金、ニッケルマンガン合金、白金マンガン合
金、イリジウムマンガン合金、ロジウムマンガン合金、
コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの1種を用
いることができる。
The antiferromagnetic material layer 305 is made of, for example, iron manganese alloy, nickel manganese alloy, platinum manganese alloy, iridium manganese alloy, rhodium manganese alloy,
One of cobalt oxide and nickel oxide can be used.

【0034】上記トンネル絶縁層303は、例えば、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、窒
化アルミニウム、窒化マグネシウム、窒化シリコン、酸
化窒化アルミニウム、酸化窒化マグネシウムもしくは酸
化窒化シリコンからなる。
The tunnel insulating layer 303 is made of, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, aluminum nitride, magnesium nitride, silicon nitride, aluminum oxynitride, magnesium oxynitride or silicon oxynitride.

【0035】上記トンネル絶縁層303は、上記記憶層
304と上記磁化固定層302との磁気的結合を切ると
ともに、トンネル電流を流すための機能を有する。これ
らの磁性膜および導電体膜は、主に、スパッタリング法
によって形成される。トンネル絶縁層は、スパッタリン
グ法によって形成された金属膜を酸化、窒化もしくは酸
化窒化させることにより得ることができる。
The tunnel insulating layer 303 has a function of cutting magnetic coupling between the storage layer 304 and the magnetization fixed layer 302 and having a function of passing a tunnel current. These magnetic film and conductor film are mainly formed by a sputtering method. The tunnel insulating layer can be obtained by oxidizing, nitriding, or oxynitriding a metal film formed by a sputtering method.

【0036】さらに最上層にはトップコート膜313が
形成されている。このトップコート膜313は、TMR
素子13と別のTMR素子13とを接続する配線との相
互拡散防止、接触抵抗低減および記憶層304の酸化防
止という機能を有する。通常、窒化タンタル、タンタ
ル、窒化チタン等の材料により形成されている。下地導
電層312は、TMR素子と直列に接続されるスイッチ
ング素子との接続に用いられるもので、上記反強磁性体
層305を兼ねることも可能である。
Further, a top coat film 313 is formed on the uppermost layer. This top coat film 313 is TMR
It has functions of preventing mutual diffusion between the element 13 and a wiring connecting the other TMR element 13, reducing contact resistance, and preventing oxidation of the memory layer 304. Usually, it is formed of a material such as tantalum nitride, tantalum, titanium nitride or the like. The underlying conductive layer 312 is used for connection with the switching element connected in series with the TMR element, and can also serve as the antiferromagnetic material layer 305.

【0037】上記構成のTMR素子13では、磁気抵抗
効果によるトンネル電流変化を検出して情報を読み出す
が、その効果は記憶層304と第1、第2の磁化固定層
306、308との相対磁化方向に依存する。
In the TMR element 13 having the above structure, the tunnel current change due to the magnetoresistive effect is detected and the information is read out. The effect is that the relative magnetization between the memory layer 304 and the first and second magnetization fixed layers 306 and 308. It depends on the direction.

【0038】次に、本発明の磁気メモリ装置に係る一実
施の形態を、一例として、前記図2および図4に対応す
るMRAMの単一セルの断面構成を示す図1の概略構成
断面図によって説明する。なお、図1の(2)は図1の
(1)のA―A線断面を示す。
Next, one embodiment of the magnetic memory device of the present invention will be described as an example with reference to the schematic sectional view of FIG. 1 showing the sectional structure of a single cell of the MRAM corresponding to FIGS. explain. Note that (2) of FIG. 1 shows a cross section taken along the line AA of (1) of FIG.

【0039】図1に示すように、半導体基板(例えばp
型半導体基板)21の表面側にはp型ウエル領域22が
形成されている。このp型ウエル領域22には、トラン
ジスタ形成領域を分離する素子分離領域23が、いわゆ
るSTI(Shallow Trench Isolation)で形成されてい
る。上記p型ウエル領域22上には、ゲート絶縁膜25
を介してゲート電極(ワード線)26が形成され、ゲー
ト電極26の両側におけるp型ウエル領域22には拡散
層領域(例えばN+ 拡散層領域)27、28が形成さ
れ、電界効果型トランジスタ24が構成されている。
As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (for example, p
A p-type well region 22 is formed on the surface side of the (type semiconductor substrate) 21. An element isolation region 23 for isolating a transistor formation region is formed in the p-type well region 22 by so-called STI (Shallow Trench Isolation). A gate insulating film 25 is formed on the p-type well region 22.
A gate electrode (word line) 26 is formed through the gate electrode 26, and diffusion layer regions (for example, N + diffusion layer regions) 27 and 28 are formed in the p-type well region 22 on both sides of the gate electrode 26. Is configured.

【0040】上記電界効果トランジスタ24は読み出し
のためのスイッチング素子として機能する。これは、n
型またはp型電界効果トランジスタの他に、ダイオー
ド、バイポーラトランジスタ等の各種スイッチング素子
を用いることも可能である。
The field effect transistor 24 functions as a switching element for reading. This is n
In addition to the p-type or p-type field effect transistor, various switching elements such as a diode and a bipolar transistor can be used.

【0041】上記電界効果型トランジスタ24を覆う状
態に第1の絶縁膜41が形成されている。この第1の絶
縁膜41には上記拡散層領域27、28に接続するコン
タクト29、30が形成されている。さらに第1の絶縁
膜41上にはコンタクト29、30に接続するセンス線
15、第1の配線31が形成されている。
A first insulating film 41 is formed so as to cover the field effect transistor 24. Contacts 29 and 30 connected to the diffusion layer regions 27 and 28 are formed in the first insulating film 41. Further, the sense line 15 and the first wiring 31 connected to the contacts 29 and 30 are formed on the first insulating film 41.

【0042】上記第1の絶縁膜41上には、上記センス
線15、第1の配線31等を覆う第2の絶縁膜42が形
成されている。この第2の絶縁膜42には上記第1の配
線1に接続するコンタクト33が形成されている。さら
に上記第2の絶縁膜42上には、第2の配線35、書き
込みワード線11が形成されている。
A second insulating film 42 is formed on the first insulating film 41 to cover the sense line 15, the first wiring 31 and the like. A contact 33 connected to the first wiring 1 is formed on the second insulating film 42. Further, the second wiring 35 and the write word line 11 are formed on the second insulating film 42.

【0043】上記第2の絶縁膜42上には、上記書き込
みワード線11、第2の配線35等を覆う第3の絶縁膜
43が形成されている。この第3の絶縁膜43には、上
記第2の配線35に接続するコンタクト37が形成され
ている。さらに上記第3の絶縁膜43上には、上記書き
込みワード線11上方より上記コンタクト37の上端部
に接続する接続層が反強磁性体層305により形成され
ている。
A third insulating film 43 is formed on the second insulating film 42 to cover the write word line 11, the second wiring 35 and the like. A contact 37 connected to the second wiring 35 is formed on the third insulating film 43. Further, on the third insulating film 43, a connection layer connecting from above the write word line 11 to the upper end of the contact 37 is formed by the antiferromagnetic material layer 305.

【0044】さらに、上記反強磁性体層305上で、上
記書き込みワード線11の上方には、情報記憶素子13
が形成されている。この情報記憶素子13は、前記図5
によって説明したように、反強磁性体層305上に、第
1の磁化固定層306と磁性層が反強磁性的に結合する
ような導電体層307と第2の磁化固定層308とを順
に積層してなる磁化固定層302、トンネル絶縁層30
3、記憶層304、さらにキャップ層313を順に積層
して構成されている。このTMR素子13を構成する材
料は、前記図5によって説明したような材料が用いられ
る。
Further, on the antiferromagnetic layer 305, above the write word line 11, the information storage element 13 is formed.
Are formed. This information storage element 13 is the same as that shown in FIG.
As described above, on the antiferromagnetic material layer 305, the first magnetization fixed layer 306 and the conductor layer 307 and the second magnetization fixed layer 308 in which the magnetic layer is antiferromagnetically coupled are sequentially formed. Magnetization pinned layer 302 and tunnel insulating layer 30 which are laminated
3, a memory layer 304, and a cap layer 313 are sequentially stacked. As the material forming the TMR element 13, the material described with reference to FIG. 5 is used.

【0045】上記第3の絶縁膜43上には上記反強磁性
体層305、TMR素子13等を覆う第4の絶縁膜44
が形成されている。この第4の絶縁膜44は表面が平坦
化され、上記TMR素子13の最上層が露出されてい
る。上記第4の絶縁膜44上には、上記TMR素子13
の上面に接続するものでかつ上記書き込みワード線11
と上記TMR素子13を間にして立体的に交差(例えば
直交)するビット線12が形成されている。
On the third insulating film 43, a fourth insulating film 44 covering the antiferromagnetic layer 305, the TMR element 13 and the like.
Are formed. The surface of the fourth insulating film 44 is flattened so that the uppermost layer of the TMR element 13 is exposed. The TMR element 13 is formed on the fourth insulating film 44.
Connected to the upper surface of the write word line 11
And the bit line 12 that three-dimensionally intersects (for example, is orthogonal) with the TMR element 13 in between.

【0046】上記磁気メモリ装置1では、上記書き込み
ワード線11のうち上記TMR素子13の下方に位置す
る部分が、高融点・高抵抗金属で形成されている。上記
書き込みワード線11において、高融点・高抵抗金属で
形成されている以外の部分は、例えばアルミニウム、ア
ルミニウム合金、銅もしくは銅合金で形成されている。
または、上記ビット線12のうち上記TMR素子13に
接続する部分およびその近傍(例えば100nm以内)
が高融点・高抵抗金属で形成されている。上記ビット線
12において、高融点・高抵抗金属で形成されている以
外の部分は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、
銅もしくは銅合金で形成されている。または、上記構成
の書き込みワード線11とビット線12の両方を用いる
ことも可能である。
In the magnetic memory device 1, the portion of the write word line 11 located below the TMR element 13 is formed of a high melting point / high resistance metal. Portions of the write word line 11 other than those made of high melting point / high resistance metal are made of, for example, aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy.
Alternatively, a part of the bit line 12 connected to the TMR element 13 and its vicinity (for example, within 100 nm)
Is made of a high melting point and high resistance metal. Parts of the bit line 12 other than those made of high melting point / high resistance metal are made of, for example, aluminum, aluminum alloy,
It is made of copper or copper alloy. Alternatively, it is possible to use both the write word line 11 and the bit line 12 having the above configuration.

【0047】上記高融点・高抵抗金属としては、タング
ステンを用いることができる。このタングステンの他に
は、高融点・高抵抗金属である、イリジウム、オスミウ
ム、クロム、ジルコニウム、タンタル、チタン、トリウ
ム、バナジウム、モリブデン、ロジウム、ニッケルおよ
びルテニウムのうちの1種もしくは複数種からなる合金
を用いることも可能である。
Tungsten can be used as the high melting point / high resistance metal. In addition to tungsten, an alloy consisting of one or more of iridium, osmium, chromium, zirconium, tantalum, titanium, thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium, which are high melting point and high resistance metals. It is also possible to use.

【0048】上記構成の磁気メモリ装置1では、上記書
き込みワード線11のうち上記TMR素子13の下方に
位置する部分が、高融点・高抵抗金属で形成されている
ことから、書き込みワード線11に電流を流した場合に
は、高融点・高抵抗金属で形成されている部分がジュー
ル発熱を起こし、その周囲を加熱する。そのため、TM
R素子13も加熱されるので、磁化困難軸方向の反転磁
界HSWを下げることができる。なお、文献(R.H.Koch e
t al., Phys.Rev.Lett.84 (2000)p.5419、J.Z.Sun et a
l., Joint Magnetism and Magnetic Material 8 (200
1))に、「磁化反転は温度を上げてアシストすると磁化
困難軸方向の反転磁界HSWを下げることができる」と開
示されているが、この文献には、本発明の磁気メモリ装
置の書き込みワード線もしくはビット線の少なくとも一
部を、ジュール発熱を起こしやすい高融点・高抵抗金属
で形成することについては何ら記載も示唆もなされてい
ない。
In the magnetic memory device 1 having the above structure, the portion of the write word line 11 located below the TMR element 13 is made of a high melting point / high resistance metal. When an electric current is applied, Joule heat is generated in the portion formed of the high melting point and high resistance metal, and the surrounding area is heated. Therefore, TM
Since the R element 13 is also heated, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be lowered. In addition, the literature (RHKoch e
t al., Phys. Rev. Lett. 84 (2000) p. 5419, JZSun et a
l., Joint Magnetism and Magnetic Material 8 (200
It is disclosed in 1)) that "the magnetization reversal can lower the reversal magnetic field H SW in the direction of the hard axis by increasing the temperature to assist", and this document describes the writing of the magnetic memory device of the present invention. There is no description or suggestion of forming at least a part of the word line or the bit line from a refractory metal having a high melting point which easily causes Joule heat generation.

【0049】一方、上記ビット線12のうち少なくとも
上記TMR素子13の上方に位置する部分が、高融点・
高抵抗金属で形成されている構成では、ビット線12に
電流を流した場合には、高融点・高抵抗金属で形成され
ている部分がジュール発熱を起こし、その周囲を加熱す
る。そのため、TMR素子13も加熱されるので、磁化
困難軸方向の反転磁界HSWを下げることができる。な
お、この構成では、記憶層304が加熱されやすいた
め、効率よく磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げるこ
とができる。
On the other hand, at least a portion of the bit line 12 located above the TMR element 13 has a high melting point.
In the structure formed of the high resistance metal, when an electric current is applied to the bit line 12, the part formed of the high melting point / high resistance metal causes Joule heat generation and heats the surrounding area. Therefore, since the TMR element 13 is also heated, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be lowered. In this configuration, since the storage layer 304 is easily heated, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be efficiently reduced.

【0050】さらに、上記高融点・高抵抗金属で形成さ
れている構成を有する上記書き込みワード線11と上記
高融点・高抵抗金属で形成されている構成を有する上記
ビット線12の両方が形成されている磁気メモリ装置で
は、さらにTMR素子13を加熱しやすくなるため、さ
らに効率よく磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げるこ
とができる。
Further, both the write word line 11 having the structure formed of the high melting point and high resistance metal and the bit line 12 having the structure formed of the high melting point and high resistance metal are formed. In such a magnetic memory device, the TMR element 13 can be heated more easily, so that the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be lowered more efficiently.

【0051】次に、本発明における第1の磁気メモリ装
置の書き込み方法に係る実施の形態を以下に説明する。
Next, an embodiment of the writing method of the first magnetic memory device of the present invention will be described below.

【0052】第1の磁気メモリ装置の書き込み方法は、
一例として、以下のような構成を有する磁気メモリ装置
を用いて行う。前記図1、図5によって説明したような
構成、すなわち、トンネル絶縁層303を強磁性体から
なる磁化固定層(第2の磁化固定層308)と強磁性体
からなる記憶層304で挟んでなるTMR素子13を有
し、このTMR素子13の下方に書き込みワード線11
が配置され、このTMR素子の上面に接続しかつ書き込
みワード線11と立体的に交差(例えば直交)するビッ
ト線12が備えられた構成の磁気メモリ装置である。
The writing method of the first magnetic memory device is as follows:
As an example, a magnetic memory device having the following configuration is used. 1 or 5, that is, the tunnel insulating layer 303 is sandwiched between a magnetization fixed layer (second magnetization fixed layer 308) made of a ferromagnetic material and a storage layer 304 made of a ferromagnetic material. The TMR element 13 is provided, and the write word line 11 is provided below the TMR element 13.
Is arranged and is provided with a bit line 12 connected to the upper surface of the TMR element and three-dimensionally intersecting (for example, orthogonal to) the write word line 11 in a magnetic memory device.

【0053】このような構成の磁気メモリ装置は、上記
記憶層304のスピン方向が平行もしくは反平行によっ
て抵抗値が変化することを利用して情報を記録する。そ
の際に、上記書き込みワード線11および上記ビット線
12のうちの少なくとも一方を加熱することにより上記
TMR素子13の特に記憶層304を加熱する。それに
よって、TMR素子13自体の温度が高められ、反転磁
化が低下させられる。上記書き込みワード線11でTM
R素子13を加熱する場合には、例えば上記書き込みワ
ード線11の上記TMR素子13に対向している領域
を、高融点・高抵抗金属材料で形成しておけばよい。も
しくは、上記ビット線12でTMR素子13を加熱する
場合には、例えば上記ビット線12の上記TMR素子1
3に対向している領域を、高融点・高抵抗金属材料で形
成しておけばよい。上記高融点・高抵抗金属材料として
は先に説明したような材料を用いることができる。
The magnetic memory device having such a structure records information by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the storage layer 304 are parallel or antiparallel. At that time, at least one of the write word line 11 and the bit line 12 is heated to heat the storage layer 304 of the TMR element 13, in particular. As a result, the temperature of the TMR element 13 itself is raised and the reversal magnetization is lowered. TM with the write word line 11
When the R element 13 is heated, for example, the region of the write word line 11 facing the TMR element 13 may be formed of a high melting point / high resistance metal material. Alternatively, when the TMR element 13 is heated by the bit line 12, for example, the TMR element 1 of the bit line 12 is heated.
The region facing 3 may be formed of a high melting point / high resistance metal material. As the high melting point / high resistance metal material, the materials described above can be used.

【0054】上記第1の磁気メモリ装置の書き込み方法
では、TMR素子13の少なくともその周囲の一部分を
加熱することにより、TMR素子13自体の温度を高
め、反転磁化を低下させることにより書き込みを行うこ
とから、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げることが
できるので、書き込みが容易になる。
In the first magnetic memory device writing method, the temperature of the TMR element 13 itself is raised by heating at least a part of the periphery of the TMR element 13, and writing is performed by lowering the reversal magnetization. As a result, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction can be lowered, which facilitates writing.

【0055】次に、本発明における磁気メモリ装置の第
2の書き込み方法に係る実施の形態を以下に説明する。
Next, an embodiment according to the second writing method of the magnetic memory device of the present invention will be described below.

【0056】磁気メモリ装置の第2の書き込み方法は、
一例として、以下のような構成を有する磁気メモリ装置
を用いて行う。前記図1によって説明したような構成、
すなわち、トンネル絶縁層303を強磁性体からなる磁
化固定層302(第2の磁化固定層308)と強磁性体
からなる記憶層304で挟んでなるTMR素子13を有
し、このTMR素子13の下方に書き込みワード線11
が配置され、このTMR素子の上面に接続しかつ書き込
みワード線11と立体的に交差するビット線が備えられ
た構成の磁気メモリ装置である。
The second writing method of the magnetic memory device is as follows:
As an example, a magnetic memory device having the following configuration is used. The configuration as described with reference to FIG. 1,
In other words, the TMR element 13 is formed by sandwiching the tunnel insulating layer 303 between the magnetization fixed layer 302 (second magnetization fixed layer 308) made of a ferromagnetic material and the storage layer 304 made of a ferromagnetic material. Write word line 11 below
Is arranged and connected to the upper surface of the TMR element and is provided with a bit line which three-dimensionally intersects with the write word line 11 in the magnetic memory device.

【0057】このような構成の磁気メモリ装置は、上記
記憶層304のスピン方向が平行もしくは反平行によっ
て抵抗値が変化することを利用して情報を記録する。そ
の際に、TMR素子13自体に交番磁界をかけて渦電流
を発生させ、その渦電流によってジュール発熱させるこ
とにより、上記TMR素子13自体を加熱する。すなわ
ち、高周波誘導加熱によってTMR素子13を加熱す
る。その一例を、図6によって説明する。
The magnetic memory device having such a structure records information by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the storage layer 304 are parallel or antiparallel. At this time, the TMR element 13 itself is heated by applying an alternating magnetic field to the TMR element 13 itself to generate an eddy current and causing Joule heat generation by the eddy current. That is, the TMR element 13 is heated by high frequency induction heating. One example thereof will be described with reference to FIG.

【0058】図6に示すように、TMR素子13は、反
強磁性体層305、第1の磁化固定層306と反強磁性
的に結合される導電体層307と第2の磁化固定層30
8からなる磁化固定層302、トンネル絶縁膜303、
記憶層304、高周波を印加することにより発熱する発
熱層315、キャップ層313を順に積層してなるもの
である。上記発熱層315は、高周波を印加することに
より発熱する、例えば鉄・シリコンのようなの抵抗の高
い材料で構成される。
As shown in FIG. 6, in the TMR element 13, the antiferromagnetic material layer 305, the first magnetization fixed layer 306, the conductor layer 307 which is antiferromagnetically coupled, and the second magnetization fixed layer 30.
8, the magnetization fixed layer 302, the tunnel insulating film 303,
The memory layer 304, a heat generating layer 315 that generates heat when a high frequency is applied, and a cap layer 313 are sequentially stacked. The heating layer 315 is made of a material having a high resistance, such as iron and silicon, which generates heat when a high frequency is applied.

【0059】書き込みを行う際に、上記TMR素子13
に高周波を印加する。それによって、磁性体(強磁性体
層からなる第1の磁化固定層306、強磁性体層からな
る第2の磁化固定層308、強磁性体層からなる記憶層
304および高抵抗材料で構成される発熱層315)に
高周波で変化する磁場により渦電流Ispが発生し、ジュ
ール熱で局所的にTMR素子13自体が加熱される。ま
た、各磁性体自体が発熱するため、発熱層315は必ず
しも必要ではないが、記憶層304の両面から記憶層3
04を加熱することができるので、発熱層315は形成
しておくことが好ましい。なお、LSIの配線に用いら
れるアルミニウム、アルミニウム・銅合金、銅等は磁性
を有しないため、高周波が印加されても発熱は起こさな
い。
When writing, the TMR element 13 is used.
Apply high frequency to. As a result, a magnetic material (first magnetization fixed layer 306 made of a ferromagnetic layer, second magnetization fixed layer 308 made of a ferromagnetic layer, storage layer 304 made of a ferromagnetic layer and a high resistance material is used. An eddy current Isp is generated in the heating layer 315) by a high-frequency magnetic field, and the TMR element 13 itself is locally heated by Joule heat. Further, since each magnetic body itself generates heat, the heat generating layer 315 is not necessarily required, but the storage layer 3 is formed from both sides of the storage layer 304.
Since 04 can be heated, it is preferable to form the heat generating layer 315. Since aluminum, aluminum-copper alloy, copper and the like used for the wiring of the LSI have no magnetism, they do not generate heat even when a high frequency is applied.

【0060】上記第2の磁気メモリ装置の書き込み方法
では、TMR素子13自体を高周波加熱することによ
り、磁化反転磁界を低下させることにより書き込みを行
うことから、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げるこ
とができるので、書き込みが容易になる。
In the second magnetic memory device writing method, the TMR element 13 itself is heated at a high frequency to lower the magnetization reversal magnetic field to perform the writing. Therefore, the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction is generated. Since it can be lowered, writing becomes easy.

【0061】次に、本発明における磁気メモリ装置の製
造方法に係る第1の実施の形態を、図7の製造工程断面
図によって説明する。
Next, a first embodiment of a method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention will be described with reference to manufacturing process sectional views of FIGS.

【0062】まず、図示はしないが、半導体基板には、
読み出しトランジスタを備えた読み出し回路、それを覆
う第1の絶縁膜等が形成されている。そして図7の
(1)に示すように、第1の絶縁膜41上には第1の配
線31、センス線(図示せず)等が形成されている。こ
の第1の絶縁膜41上に、例えばテトラエトキシシラン
を原料に用いたプラズマCVD法により、上記第1の配
線31、センス線(図示せず)等を覆う酸化シリコン
(P−TEOS)膜421を例えば100nmの厚さに
成膜し、次いで高密度プラズマCVD法により、酸化シ
リコン(HDP)膜422を例えば800nmの厚さに
成膜し、さらに酸化シリコン(P−TEOS)膜423
を例えば1200nmに厚さに成膜して、第2の絶縁膜
42を形成する。その後、例えば化学的機械研磨によっ
て、上記第1の配線31上に例えば700nmの厚さの
膜厚を残すように、上記第2の絶縁膜42を研磨する。
First, although not shown, the semiconductor substrate is
A reading circuit including a reading transistor, a first insulating film that covers the reading circuit, and the like are formed. Then, as shown in (1) of FIG. 7, a first wiring 31, a sense line (not shown), and the like are formed on the first insulating film 41. A silicon oxide (P-TEOS) film 421 covering the first wiring 31, the sense line (not shown) and the like is formed on the first insulating film 41 by, for example, a plasma CVD method using tetraethoxysilane as a raw material. Is formed to a thickness of, for example, 100 nm, then a silicon oxide (HDP) film 422 is formed to a thickness of, for example, 800 nm by a high density plasma CVD method, and a silicon oxide (P-TEOS) film 423 is further formed.
To a thickness of 1200 nm, for example, to form a second insulating film 42. Then, the second insulating film 42 is polished by, for example, chemical mechanical polishing so as to leave a film thickness of, for example, 700 nm on the first wiring 31.

【0063】次に、上記平坦化された上記第2の絶縁膜
42上に、例えばプラズマCVD法により、エッチング
ストッパ層47を、例えば窒化シリコン(P−SiN)
膜を例えば20nmの厚さに成膜して形成する。その
後、レジスト塗布工程、リソグラフィー工程、エッチン
グ工程を経て、上記エッチングストッパ層47にビアホ
ールパターンを開口する。
Next, an etching stopper layer 47, for example, silicon nitride (P-SiN), is formed on the planarized second insulating film 42 by, for example, a plasma CVD method.
The film is formed to have a thickness of 20 nm, for example. After that, a via hole pattern is opened in the etching stopper layer 47 through a resist coating step, a lithography step, and an etching step.

【0064】次いで、上記ビアホールパターンを埋め込
むように上記エッチングストッパ層47上にP−TEO
S膜を例えば300nmの厚さに成膜して、第3の絶縁
膜43(431)を形成する。その後、レジスト塗布工
程、リソグラフィー工程、エッチング工程を経て、第3
の絶縁膜431に配線溝49を形成するとともに上記第
1の配線31に達するビアホール48を再び開口する。
このエッチング工程は、窒化シリコンに対して酸化シリ
コンが選択的にエッチングされる条件で行う。
Next, P-TEO is formed on the etching stopper layer 47 so as to fill the via hole pattern.
An S film is formed to a thickness of 300 nm, for example, to form a third insulating film 43 (431). Then, after a resist coating process, a lithography process, and an etching process, the third
A wiring groove 49 is formed in the insulating film 431 and the via hole 48 reaching the first wiring 31 is opened again.
This etching step is performed under the condition that silicon oxide is selectively etched with respect to silicon nitride.

【0065】次いで、PVD(Physical Vapor Deposit
ion)法によって、上記ビアホール48および上記配線
溝49の各内面にバリアメタル層を、例えば窒化チタン
膜を20nmの厚さに堆積した後チタン膜を5nmの厚
さに堆積して形成する。次いで、化学的気相成長法によ
って、上記ビアホール48および上記配線溝49を埋め
込むように、配線材料として、例えばタングステンを堆
積する。その後、化学的機械研磨によって、第3の絶縁
膜431上に堆積した余剰のタングステンとバリアメタ
ル層とを除去して、上記配線溝49内にバリアメタル層
を介してタングステンより成る書き込みワード線11、
第2の配線35を形成するとともに、上記ビアホール4
8内にバリアメタル層を介してタングステンより成るプ
ラグ50を形成する
Next, PVD (Physical Vapor Deposit)
Ion method is used to form a barrier metal layer on each inner surface of the via hole 48 and the wiring groove 49, for example, by depositing a titanium nitride film to a thickness of 20 nm and then depositing a titanium film to a thickness of 5 nm. Then, by chemical vapor deposition, for example, tungsten is deposited as a wiring material so as to fill the via hole 48 and the wiring groove 49. Then, the excess tungsten and the barrier metal layer deposited on the third insulating film 431 are removed by chemical mechanical polishing, and the write word line 11 made of tungsten is formed in the wiring groove 49 via the barrier metal layer. ,
The second wiring 35 is formed and the via hole 4 is formed.
A plug 50 made of tungsten is formed in the electrode 8 through a barrier metal layer.

【0066】その後、上記第3の絶縁膜431上に上記
書き込みワード線11、第2の配線35等を覆う上層部
分の第3の絶縁膜43(432)を、例えばP−TEO
S膜を例えば100nmの厚さに堆積して形成する。こ
のように、書き込みワード線11、第2の配線35等を
覆う第3の絶縁膜43が形成される。
Thereafter, an upper layer third insulating film 43 (432) covering the write word line 11, the second wiring 35, etc. is formed on the third insulating film 431, for example, P-TEO.
The S film is formed by depositing it to a thickness of 100 nm, for example. In this way, the third insulating film 43 covering the write word line 11, the second wiring 35, etc. is formed.

【0067】上記工程で形成される書き込みワード線1
1の材料には、例えば、PVD法もしくはCVD法によ
って成膜される、イリジウム、オスミウム、クロム、ジ
ルコニウム、タングステン、タンタル、チタントリウ
ム、バナジウム、モリブデン、ロジウム、ニッケルおよ
びルテニウムのうちの1種からなる金属膜、もしくは複
数種からなる合金膜を用いることができる。
Write word line 1 formed in the above process
The first material is, for example, one of iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten, tantalum, titanium thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium which is formed by PVD or CVD. A metal film or an alloy film composed of a plurality of kinds can be used.

【0068】次いで、図7の(2)に示すように、レジ
スト塗布工程、リソグラフィー工程により、上記第3の
絶縁膜43上にマスクを形成した後、そのマスクを用い
てエッチングにより第2の配線35と接続するビアホー
ル51を形成する。
Then, as shown in FIG. 7B, a mask is formed on the third insulating film 43 by a resist coating step and a lithography step, and then the second wiring is etched by using the mask. A via hole 51 connected to 35 is formed.

【0069】続いて、PVD法によって、バリア層31
5、反強磁性体層305、強磁性体からなる磁化固定層
302、トンネル絶縁層303、強磁性体からなる記憶
層304、キャップ層313を順次成膜する。
Then, the barrier layer 31 is formed by the PVD method.
5, the antiferromagnetic material layer 305, the magnetization fixed layer 302 made of a ferromagnetic material, the tunnel insulating layer 303, the storage layer 304 made of a ferromagnetic material, and the cap layer 313 are sequentially formed.

【0070】上記バリア層315には、例えば、窒化チ
タン、タンタルもしくは窒化タンタルを用いることがで
きる。上記反強磁性体層305には、例えば、鉄・マン
ガン、ニッケル・マンガン、白金・マンガン、イリジウ
ム・マンガン等のマンガン合金を用いることができる。
For the barrier layer 315, for example, titanium nitride, tantalum or tantalum nitride can be used. For the antiferromagnetic layer 305, for example, a manganese alloy such as iron / manganese, nickel / manganese, platinum / manganese, or iridium / manganese can be used.

【0071】強磁性体からなる上記磁化固定層302に
は、例えば、ニッケル・鉄、コバルト・鉄等の合金材料
を用いることができる。この磁化固定層302は反強磁
性体層65との交換結合によって、磁化の方向がピニン
グ(pinning)される。
For the magnetization fixed layer 302 made of a ferromagnetic material, for example, an alloy material such as nickel / iron or cobalt / iron can be used. The magnetization pinned layer 302 is pinned in the magnetization direction by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 65.

【0072】上記トンネル絶縁層303には、例えば、
酸化アルミニウムが用いられる。このトンネル絶縁層3
03は、通常、0.5nm〜5nm程度の非常に薄い膜
で形成される必要があるため、例えば、ALD(Atomic
Layer Deposition)法、もしくはスパッタリングによ
る成膜後にプラズマ酸化して形成する。
The tunnel insulating layer 303 has, for example,
Aluminum oxide is used. This tunnel insulation layer 3
03 usually needs to be formed of a very thin film of about 0.5 nm to 5 nm, so that, for example, ALD (Atomic
It is formed by plasma oxidation after film formation by the layer deposition method or sputtering.

【0073】強磁性体からなる上記記憶層304には、
例えば、ニッケル・鉄、コバルト・鉄等の合金材料を用
いることができる。この記憶層304は、TMR素子1
3の外部印加磁場によって、磁化の方向が磁化固定層3
02に対して平行もしくは反平行に変えることができ
る。
In the storage layer 304 made of a ferromagnetic material,
For example, an alloy material such as nickel / iron or cobalt / iron can be used. The storage layer 304 is the TMR element 1
The direction of the magnetization is changed by the external magnetic field applied to the magnetization fixed layer 3
It can be changed to parallel or antiparallel to 02.

【0074】上記キャップ層313は、例えば、タング
ステン、タンタル、窒化チタン等で形成することができ
る。
The cap layer 313 can be formed of, for example, tungsten, tantalum, titanium nitride or the like.

【0075】次いで、図7の(3)に示すように、レジ
スト塗布工程、リソグラフィー工程により、上記キャッ
プ層313上にマスクを形成した後、そのマスクを用い
てエッチングにより上記キャップ層313〜上記バリア
層315を加工して、TMR素子13を形成する。エッ
チングの終点は、酸化アルミニウム膜からなるトンネル
絶縁膜303から最下層の反強磁性体層305の途中で
終わるように設定する。図面では反強磁性体層305上
でエッチングが終了している。このエッチングには、エ
ッチングガスとして例えば塩素(Cl)を含んだハロゲ
ンガスもしくは一酸化炭素(CO)にアンモニア(NH
3 )を添加したガス系を用いる。
Next, as shown in FIG. 7C, a mask is formed on the cap layer 313 by a resist coating step and a lithography step, and then the cap layer 313 to the barrier layer are etched by using the mask. The layer 315 is processed to form the TMR element 13. The etching end point is set so as to end in the middle of the tunnel insulating film 303 made of an aluminum oxide film and the lowermost antiferromagnetic material layer 305. In the drawing, etching is completed on the antiferromagnetic layer 305. For this etching, halogen gas containing chlorine (Cl) or carbon monoxide (CO) as ammonia (NH) is used as etching gas.
Use a gas system with 3 ) added.

【0076】次いで、レジスト塗布技術とリソグラフィ
ー技術とによって、レジストマスクを形成し、それを用
いた反応性イオンエッチングにより、残りのTMR材料
を加工して、TMR素子13と第2の配線35とを接続
するバイパス線317をTMR積層膜の一部を用いて形
成する。ここでは、主として反強磁性体層305とバリ
ア層315とで形成する。
Next, a resist mask is formed by a resist coating technique and a lithography technique, and the remaining TMR material is processed by reactive ion etching using the resist mask, so that the TMR element 13 and the second wiring 35 are formed. The bypass line 317 to be connected is formed using a part of the TMR laminated film. Here, the antiferromagnetic layer 305 and the barrier layer 315 are mainly formed.

【0077】次に、図7の(4)に示すように、CVD
法もしくはPVD法によって、全面に酸化シリコンもし
くは酸化アルミニウム等からなる第4の絶縁膜44を堆
積した後、化学的機械研磨によって、その堆積した第4
の絶縁膜44表面を平坦化するとともに、TMR素子1
3の最上層のキャップ層313を露出させる。
Next, as shown in (4) of FIG.
Method or PVD method, a fourth insulating film 44 made of silicon oxide, aluminum oxide, or the like is deposited on the entire surface, and then the deposited fourth film is formed by chemical mechanical polishing.
The surface of the insulating film 44 of the TMR element 1
The uppermost cap layer 313 of No. 3 is exposed.

【0078】次いで、標準的な配線形成技術によって、
ビット線12および周辺回路の配線(図示せず)、ボン
ディングパッド領域(図示せず)を形成する。さらに全
面にプラズマ窒化シリコン膜からなる第5の絶縁膜45
を形成した後、上記ボンディングパッド部分(図示せ
ず)を開口して、LSIのウエハプロセス工程を完了さ
せる。
Then, by the standard wiring forming technique,
Bit lines 12 and wirings (not shown) for peripheral circuits and bonding pad regions (not shown) are formed. Further, a fifth insulating film 45 made of a plasma silicon nitride film is formed on the entire surface.
After forming, the bonding pad portion (not shown) is opened to complete the LSI wafer process step.

【0079】上記磁気メモリ装置の製造方法では、TM
R素子13を挟んでかつ立体交差するように形成される
ビット線12および書き込みワード線11の少なくとも
一方(上記説明では書き込みワード線11)を、高融点
・高抵抗金属で形成することから、電流を流した場合
に、高融点・高抵抗金属で形成されている部分がジュー
ル発熱を起こし、その周囲を加熱する。そのため、TM
R素子13も加熱されるので、磁化困難軸方向の反転磁
界HSWを下げることができる磁気メモリ装置1を形成さ
れる。
In the method of manufacturing the magnetic memory device described above, the TM
Since at least one of the bit line 12 and the write word line 11 (the write word line 11 in the above description) formed so as to sandwich the R element 13 and intersect three-dimensionally is formed of a high melting point / high resistance metal, When flowing, the part formed of the high melting point and high resistance metal causes Joule heat generation and heats the surrounding area. Therefore, TM
Since the R element 13 is also heated, the magnetic memory device 1 capable of lowering the switching field H SW in the hard axis direction is formed.

【0080】なお、図8の書き込みワード線の斜視図に
示すように、書き込みワード線11の抵抗を上昇させる
ためには、TMR素子13の直下付近の書き込みワード
線11を細らせて形成するようにしてもよい。
As shown in the perspective view of the write word line in FIG. 8, in order to increase the resistance of the write word line 11, the write word line 11 immediately below the TMR element 13 is formed by thinning. You may do it.

【0081】次に、本発明における磁気メモリ装置の製
造方法に係る第2の実施の形態を、図9の製造工程断面
図によって説明する。
Next, a second embodiment of the method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention will be described with reference to manufacturing process sectional views of FIGS.

【0082】まず、図示はしないが、半導体基板には、
読み出しトランジスタを備えた読み出し回路、それを覆
う第1の絶縁膜等が形成されている。そして図9の
(1)に示すように、第1の絶縁膜41上には第1の配
線31、センス線(図示せず)等が形成されている。こ
の第1の絶縁膜41上に、例えばテトラエトキシシラン
を原料に用いたプラズマCVD法により、上記第1の配
線31、センス線(図示せず)等を覆う酸化シリコン
(P−TEOS)膜421を例えば100nmの厚さに
成膜し、次いで高密度プラズマCVD法により、酸化シ
リコン(HDP)膜422を例えば800nmの厚さに
成膜し、さらに酸化シリコン(P−TEOS)膜423
を例えば1200nmに厚さに成膜して、第2の絶縁膜
42を形成する。その後、例えば化学的機械研磨によっ
て、上記第1の配線31上に例えば700nmの厚さの
膜厚を残すように、上記第2の絶縁膜42を研磨する。
First, although not shown, the semiconductor substrate is
A reading circuit including a reading transistor, a first insulating film that covers the reading circuit, and the like are formed. Then, as shown in (1) of FIG. 9, a first wiring 31, a sense line (not shown) and the like are formed on the first insulating film 41. A silicon oxide (P-TEOS) film 421 covering the first wiring 31, the sense line (not shown) and the like is formed on the first insulating film 41 by, for example, a plasma CVD method using tetraethoxysilane as a raw material. Is formed to a thickness of, for example, 100 nm, then a silicon oxide (HDP) film 422 is formed to a thickness of, for example, 800 nm by a high density plasma CVD method, and a silicon oxide (P-TEOS) film 423 is further formed.
To a thickness of 1200 nm, for example, to form a second insulating film 42. Then, the second insulating film 42 is polished by, for example, chemical mechanical polishing so as to leave a film thickness of, for example, 700 nm on the first wiring 31.

【0083】次に、上記平坦化された上記第2の絶縁膜
42上に、例えばプラズマCVD法により、エッチング
ストッパ層47を、例えば窒化シリコン(P−SiN)
膜を例えば20nmの厚さに成膜して形成する。その
後、レジスト塗布工程、リソグラフィー工程、エッチン
グ工程を経て、上記エッチングストッパ層47にビアホ
ールパターンを開口する。
Next, an etching stopper layer 47, for example, silicon nitride (P-SiN), is formed on the planarized second insulating film 42 by, for example, a plasma CVD method.
The film is formed to have a thickness of 20 nm, for example. After that, a via hole pattern is opened in the etching stopper layer 47 through a resist coating step, a lithography step, and an etching step.

【0084】次いで、上記ビアホールパターンを埋め込
むように上記エッチングストッパ層47上にP−TEO
S膜を例えば300nmの厚さに成膜して、第3の絶縁
膜43(431)を形成する。その後、レジスト塗布工
程、リソグラフィー工程、エッチング工程を経て、第3
の絶縁膜431に配線溝49を形成するとともに上記第
1の配線31に達するビアホール48を再び開口する。
このエッチング工程は、窒化シリコンに対して酸化シリ
コンが選択的にエッチングされる条件で行う。
Then, P-TEO is formed on the etching stopper layer 47 so as to fill the via hole pattern.
An S film is formed to a thickness of 300 nm, for example, to form a third insulating film 43 (431). Then, after a resist coating process, a lithography process, and an etching process, the third
A wiring groove 49 is formed in the insulating film 431 and the via hole 48 reaching the first wiring 31 is opened again.
This etching step is performed under the condition that silicon oxide is selectively etched with respect to silicon nitride.

【0085】次いで、PVD法によって、上記ビアホー
ル48および上記配線溝49を埋め込むように金属多層
膜を、例えばチタン膜を10nmの厚さに堆積し、続い
て窒化チタン膜を30nmの厚さに堆積した後、アルミ
ニウム銅合金(例えばAl−0.5%Cu)膜を例えば
700nmの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨
によって、第3の絶縁膜431上に堆積した余剰の金属
多層膜を除去して、上記配線溝49内に金属多層膜より
成る第2の配線35を形成するとともに、上記ビアホー
ル48内に金属多層膜より成るプラグ50を形成する
Next, a metal multi-layer film, for example, a titanium film is deposited to a thickness of 10 nm by PVD so as to fill the via hole 48 and the wiring groove 49, and then a titanium nitride film is deposited to a thickness of 30 nm. After that, an aluminum-copper alloy (for example, Al-0.5% Cu) film is formed to have a thickness of, for example, 700 nm. Then, the excess metal multilayer film deposited on the third insulating film 431 is removed by chemical mechanical polishing to form the second wiring 35 made of the metal multilayer film in the wiring groove 49, and A plug 50 made of a metal multilayer film is formed in the via hole 48.

【0086】次に、図9の(2)に示すように、上記第
3の絶縁膜431上に上記第2の配線35を覆うバリア
メタル層(図示せず)を、例えば窒化チタンを例えば2
0nmの厚さに堆積して形成する。さらに化学的気相成
長法によって、高融点・高抵抗金属層92を、例えばタ
ングステンを例えば200nmの厚さに成膜して形成す
る。次いで、レジスト塗布工程、リソグラフィー工程、
エッチング工程を経て、上記高融点・高抵抗金属層92
およびバリアメタル層を加工して、高融点・高抵抗金属
層92を主配線材料とする書き込みワード線11を形成
するとともに、上記第2の配線35上にも高融点・高抵
抗金属層92を形成する。以下、上記第2の配線35上
に形成された高融点・高抵抗金属層92を含めて第2の
配線35とする。次いで、上記書き込みワード線11お
よび上記第2の配線35を覆う上層部分の第3の絶縁膜
432を、例えばP−TEOS膜を500nmの厚さに
堆積して形成する。このようにして、第3の絶縁膜43
を構成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a barrier metal layer (not shown) covering the second wiring 35 is formed on the third insulating film 431, for example, titanium nitride is formed on the third insulating film 431.
It is formed by depositing to a thickness of 0 nm. Further, the high melting point / high resistance metal layer 92 is formed by depositing, for example, tungsten to a thickness of, for example, 200 nm by a chemical vapor deposition method. Then, a resist coating step, a lithography step,
The high melting point / high resistance metal layer 92 is subjected to an etching process.
The barrier metal layer is processed to form the write word line 11 using the high melting point / high resistance metal layer 92 as a main wiring material, and the high melting point / high resistance metal layer 92 is also formed on the second wiring 35. Form. Hereinafter, the high melting point / high resistance metal layer 92 formed on the second wiring 35 will be referred to as the second wiring 35. Next, an upper layer third insulating film 432 that covers the write word line 11 and the second wiring 35 is formed by depositing, for example, a P-TEOS film to a thickness of 500 nm. In this way, the third insulating film 43
Make up.

【0087】その後、化学的機械研磨によって、上記高
融点・高抵抗金属層92上に第3の絶縁膜43が残るよ
うに第3の絶縁膜43表面を平坦化する。このような構
成では、後に形成するTMR素子13の直下における書
き込みワード線11は、バリアメタル層とタングステン
膜とで形成されるので、抵抗が高くなり、書き込みワー
ド線11に電流を流した場合、この部分が局所的に発熱
を起こして加熱される。
Thereafter, the surface of the third insulating film 43 is planarized by chemical mechanical polishing so that the third insulating film 43 remains on the high melting point / high resistance metal layer 92. In such a configuration, since the write word line 11 directly below the TMR element 13 to be formed later is formed of the barrier metal layer and the tungsten film, the resistance becomes high, and when a current is passed through the write word line 11, This part locally generates heat and is heated.

【0088】上記製造方法では、配線材料にCVD法に
より成膜されるタングステンを用いたが、例えば、PV
D法もしくはCVD法によって成膜される、イリジウ
ム、オスミウム、クロム、ジルコニウム、タングステ
ン、タンタル、チタントリウム、バナジウム、モリブデ
ン、ロジウム、ニッケルおよびルテニウムのうちの1種
からなる金属膜、もしくは複数種からなる合金膜を用い
ることができる。
In the above manufacturing method, the tungsten film formed by the CVD method is used as the wiring material.
A metal film made of one of iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten, tantalum, titanium thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium, which is formed by the D method or the CVD method, or a plurality of kinds An alloy film can be used.

【0089】次いで、図9の(3)に示すように、レジ
スト塗布工程、リソグラフィー工程により、上記第3の
絶縁膜43上にマスクを形成した後、そのマスクを用い
てエッチングにより第2の配線35と接続するビアホー
ル51を形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, a mask is formed on the third insulating film 43 by a resist coating process and a lithography process, and then the second wiring is formed by etching using the mask. A via hole 51 connected to 35 is formed.

【0090】続いて、PVD法によって、バリア層31
5、反強磁性体層305、強磁性体からなる磁化固定層
302、トンネル絶縁層303、強磁性体からなる記憶
層304、キャップ層313を順次成膜する。
Then, the barrier layer 31 is formed by the PVD method.
5, the antiferromagnetic material layer 305, the magnetization fixed layer 302 made of a ferromagnetic material, the tunnel insulating layer 303, the storage layer 304 made of a ferromagnetic material, and the cap layer 313 are sequentially formed.

【0091】上記バリア層315には、例えば、窒化チ
タン、タンタルもしくは窒化タンタルを用いることがで
きる。上記反強磁性体層305には、例えば、鉄・マン
ガン、ニッケル・マンガン、白金・マンガン、イリジウ
ム・マンガン等のマンガン合金を用いることができる。
For the barrier layer 315, for example, titanium nitride, tantalum or tantalum nitride can be used. For the antiferromagnetic layer 305, for example, a manganese alloy such as iron / manganese, nickel / manganese, platinum / manganese, or iridium / manganese can be used.

【0092】強磁性体からなる上記磁化固定層302に
は、例えば、ニッケル・鉄、コバルト・鉄等の合金材料
を用いることができる。この磁化固定層302は反強磁
性体層65との交換結合によって、磁化の方向がピニン
グ(pinning)される。
For the magnetization fixed layer 302 made of a ferromagnetic material, an alloy material such as nickel / iron or cobalt / iron can be used. The magnetization pinned layer 302 is pinned in the magnetization direction by exchange coupling with the antiferromagnetic layer 65.

【0093】上記トンネル絶縁層303には、例えば、
酸化アルミニウムが用いられる。このトンネル絶縁層3
03は、通常、0.5nm〜5nm程度の非常に薄い膜
で形成される必要があるため、例えば、ALD(Atomic
Layer Deposition)法、もしくはスパッタリングによ
る成膜後にプラズマ酸化して形成する。
The tunnel insulating layer 303 has, for example,
Aluminum oxide is used. This tunnel insulation layer 3
03 usually needs to be formed of a very thin film of about 0.5 nm to 5 nm, so that, for example, ALD (Atomic
It is formed by plasma oxidation after film formation by the layer deposition method or sputtering.

【0094】強磁性体からなる上記記憶層304には、
例えば、ニッケル・鉄、コバルト・鉄等の合金材料を用
いることができる。この記憶層304は、TMR素子1
3の外部印加磁場によって、磁化の方向が磁化固定層3
02に対して平行もしくは反平行に変えることができ
る。
In the storage layer 304 made of a ferromagnetic material,
For example, an alloy material such as nickel / iron or cobalt / iron can be used. The storage layer 304 is the TMR element 1
The direction of the magnetization is changed by the external magnetic field applied to the magnetization fixed layer 3
It can be changed to parallel or antiparallel to 02.

【0095】上記キャップ層313は、例えば、タング
ステン、タンタル、窒化チタン等で形成することができ
る。
The cap layer 313 can be formed of, for example, tungsten, tantalum, titanium nitride or the like.

【0096】次いで、図9の(4)に示すように、レジ
スト塗布工程、リソグラフィー工程により、上記キャッ
プ層313上にマスクを形成した後、そのマスクを用い
てエッチングにより上記キャップ層313〜上記バリア
層315を加工して、TMR素子13を形成する。エッ
チングの終点は、酸化アルミニウム膜からなるトンネル
絶縁膜303から最下層の反強磁性体層305の途中で
終わるように設定する。図面では反強磁性体層305上
でエッチングが終了している。このエッチングには、エ
ッチングガスとして例えば塩素(Cl)を含んだハロゲ
ンガスもしくは一酸化炭素(CO)にアンモニア(NH
3 )を添加したガス系を用いる。
Next, as shown in FIG. 9 (4), after a mask is formed on the cap layer 313 by a resist coating step and a lithography step, the cap layer 313 to the barrier layer are etched by using the mask. The layer 315 is processed to form the TMR element 13. The etching end point is set so as to end in the middle of the tunnel insulating film 303 made of an aluminum oxide film and the lowermost antiferromagnetic material layer 305. In the drawing, etching is completed on the antiferromagnetic layer 305. For this etching, halogen gas containing chlorine (Cl) or carbon monoxide (CO) as ammonia (NH) is used as etching gas.
Use a gas system with 3 ) added.

【0097】次いで、レジスト塗布技術とリソグラフィ
ー技術とによって、レジストマスクを形成し、それを用
いた反応性イオンエッチングにより、残りのTMR材料
を加工して、TMR素子13と第2の配線35とを接続
するバイパス線317をTMR積層膜の一部を用いて形
成する。ここでは、主として反強磁性体層305とバリ
ア層315とで形成する。
Next, a resist mask is formed by a resist coating technique and a lithography technique, and the remaining TMR material is processed by reactive ion etching using the resist mask, so that the TMR element 13 and the second wiring 35 are formed. The bypass line 317 to be connected is formed using a part of the TMR laminated film. Here, the antiferromagnetic layer 305 and the barrier layer 315 are mainly formed.

【0098】次に、図9の(5)に示すように、CVD
法もしくはPVD法によって、全面に酸化シリコンもし
くは酸化アルミニウム等からなる第4の絶縁膜44を堆
積した後、化学的機械研磨によって、その堆積した第4
の絶縁膜44表面を平坦化するとともに、TMR素子1
3の最上層のキャップ層313を露出させる。
Next, as shown in (5) of FIG.
Method or PVD method, a fourth insulating film 44 made of silicon oxide, aluminum oxide, or the like is deposited on the entire surface, and then the deposited fourth film is formed by chemical mechanical polishing.
The surface of the insulating film 44 of the TMR element 1
The uppermost cap layer 313 of No. 3 is exposed.

【0099】次いで、標準的な配線形成技術によって、
ビット線12および周辺回路の配線(図示せず)、ボン
ディングパッド領域(図示せず)を形成する。さらに全
面にプラズマ窒化シリコン膜からなる第5の絶縁膜45
を形成した後、上記ボンディングパッド部分(図示せ
ず)を開口して、LSIのウエハプロセス工程を完了さ
せる。
Then, by the standard wiring forming technique,
Bit lines 12 and wirings (not shown) for peripheral circuits and bonding pad regions (not shown) are formed. Further, a fifth insulating film 45 made of a plasma silicon nitride film is formed on the entire surface.
After forming, the bonding pad portion (not shown) is opened to complete the LSI wafer process step.

【0100】上記磁気メモリ装置の製造方法では、TM
R素子13を挟んでかつ立体交差するように形成される
ビット線12および書き込みワード線11の少なくとも
一方(上記説明では書き込みワード線11)の一部分、
すなわち、書き込みワード線11のうち、TMR素子1
3の下方の部分を、高融点・高抵抗金属で形成すること
から、電流を流した場合に、高融点・高抵抗金属で形成
されている部分がジュール発熱を起こし、その周囲を加
熱する。そのため、TMR素子13も加熱されるので、
磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下げることができる磁
気メモリ装置1を形成される。
In the method of manufacturing the magnetic memory device, the TM
A part of at least one of the bit line 12 and the write word line 11 (the write word line 11 in the above description) formed so as to sandwich the R element 13 and intersect three-dimensionally,
That is, of the write word line 11, the TMR element 1
Since the lower part of 3 is formed of a high melting point / high resistance metal, when a current is applied, the part formed of the high melting point / high resistance metal causes Joule heat generation and heats the surrounding area. Therefore, the TMR element 13 is also heated,
A magnetic memory device 1 capable of lowering the reversal magnetic field H SW in the hard axis direction is formed.

【0101】なお、図10の書き込みワード線の斜視図
に示すように、書き込みワード線11の抵抗を上昇させ
るためには、TMR素子13の上方付近の書き込みワー
ド線11の線幅を細らせて形成するようにしてもよい。
なお、図面では、書き込みワード線11の配線部分は高
融点・高抵抗金属層92で形成され、その下部は第3の
絶縁膜43(431)が形成され、書き込みワード線1
1の電極部分11eは高融点・高抵抗金属層92とアル
ミニウム合金を主とした金属多層膜で形成されているも
のを示した。
As shown in the perspective view of the write word line of FIG. 10, in order to increase the resistance of the write word line 11, the line width of the write word line 11 near the upper side of the TMR element 13 is reduced. You may form it.
In the drawing, the wiring portion of the write word line 11 is formed of the high melting point / high resistance metal layer 92, and the third insulating film 43 (431) is formed under the wiring portion.
The electrode portion 11e of No. 1 is formed of a high melting point / high resistance metal layer 92 and a metal multi-layer film mainly composed of an aluminum alloy.

【0102】次に、本発明の磁気メモリ装置の製造方法
に係る第3の実施の形態を、図10によって説明する。
Next, a third embodiment of the method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0103】上記第1の実施の形態および第2の実施の
形態では、書き込みワード線11全体もしくは一部を抵
抗の高い高融点金属で形成して、発熱が促進される構造
に形成したが、ビット線全体もしくはその一部を同様な
発熱構造に形成してもよい。また、書き込みワード線1
1とビット線13の両方を、その全体もしくは各一部を
同様な発熱構造に形成してもよい。
In the first and second embodiments, the write word line 11 is wholly or partially formed of a refractory metal having a high resistance to form a structure that promotes heat generation. The entire bit line or a part thereof may be formed in a similar heat generating structure. Also, write word line 1
Both 1 and the bit line 13 may be formed in whole or in part in the same heat generating structure.

【0104】ここでは、本発明の磁気メモリ装置の製造
方法に係る第3の実施の形態として、ビット線の一部を
高融点金属で形成する製造方法を、図11の概略構成断
面図によって説明する。以下の説明では、前記図1、図
5で説明した構成部品と同様のものには同一符号を付与
した。
Here, as a third embodiment of the method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention, a method of forming a part of a bit line with a refractory metal will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG. To do. In the following description, the same components as those shown in FIGS. 1 and 5 are designated by the same reference numerals.

【0105】TMR素子13の形成までは、第1の実施
の形態と同様の製造工程を経る。ここではTMR素子1
3を形成した後の工程を説明する。
Until the TMR element 13 is formed, the same manufacturing steps as those in the first embodiment are performed. Here, TMR element 1
Processes after forming 3 will be described.

【0106】図11に示すように、CVD法もしくはP
VD法によって、第3の絶縁膜43を酸化シリコン膜も
しくは酸化アルミニウム膜で形成した後、化学的機械研
磨によって、その第3の絶縁膜43の表面を平坦化する
とともにTMR素子13の最上層のキャップ層313を
露出させる。
As shown in FIG. 11, the CVD method or the P method is used.
After the third insulating film 43 is formed of a silicon oxide film or an aluminum oxide film by the VD method, the surface of the third insulating film 43 is planarized by chemical mechanical polishing and the uppermost layer of the TMR element 13 is formed. The cap layer 313 is exposed.

【0107】次いで、上記第3の絶縁膜43上に上記キ
ャップ層313を覆うバリアメタル層(図示せず)を、
例えば窒化チタン膜を例えば20nmの厚さに堆積して
形成する。さらに化学的気相成長法によって、タングス
テン膜94を例えば500nmの厚さに形成する。
Then, a barrier metal layer (not shown) covering the cap layer 313 is formed on the third insulating film 43.
For example, a titanium nitride film is deposited to a thickness of 20 nm, for example. Further, the tungsten film 94 is formed to a thickness of 500 nm, for example, by the chemical vapor deposition method.

【0108】次いで、レジスト塗布工程、リソグラフィ
ー工程、エッチング工程を経て、タングステン膜94を
主配線材料とするビット線12および第3の配線(図示
せず)およびボンディングパッド領域(図示せず)を形
成する。上記第1、第2の実施の形態で説明したよう
に、抵抗をさらに上昇させるために、TMR素子13上
のビット線12の線幅を細らせて形成してもよい。
Then, through a resist coating process, a lithography process, and an etching process, the bit line 12 using the tungsten film 94 as a main wiring material, a third wiring (not shown), and a bonding pad region (not shown) are formed. To do. As described in the first and second embodiments, the bit line 12 on the TMR element 13 may be formed with a narrow line width in order to further increase the resistance.

【0109】この製造方法では、タングステン膜をCV
D法により成膜したが、例えば、PVD法もしくはCV
D法によって成膜される、イリジウム、オスミウム、ク
ロム、ジルコニウム、タングステン、タンタル、チタン
トリウム、バナジウム、モリブデン、ロジウム、ニッケ
ルおよびルテニウムのうちの1種からなる金属膜、もし
くは複数種からなる合金膜を用いることができる。さら
に全面に第4の絶縁膜44を、例えばプラズマ窒化シリ
コンを堆積して形成した後、上記ボンディングパッド部
分を開口して、LSIのウエハプロセス工程を完了させ
る。
In this manufacturing method, the tungsten film is CV
Although the film was formed by the D method, for example, the PVD method or CV
A metal film made of one kind of iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten, tantalum, titanium thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium, or an alloy film made of a plurality of kinds, which is formed by the D method, Can be used. Further, a fourth insulating film 44 is formed on the entire surface by depositing, for example, plasma silicon nitride, and then the bonding pad portion is opened to complete the LSI wafer process step.

【0110】次に、本発明の磁気メモリ装置の製造方法
に係る第4の実施の形態を、図12によって説明する。
Next, a fourth embodiment of the method of manufacturing the magnetic memory device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0111】TMR素子13の形成までは、第1の実施
の形態と同様の製造工程を経る。ここではTMR素子1
3を形成した後の工程を説明する。
Until the TMR element 13 is formed, the same manufacturing steps as those in the first embodiment are performed. Here, TMR element 1
Processes after forming 3 will be described.

【0112】図12の(1)に示すように、CVD法も
しくはPVD法によって、第3の絶縁膜43を酸化シリ
コン膜もしくは酸化アルミニウム膜で形成した後、化学
的機械研磨によって、その第3の絶縁膜43の表面を平
坦化するとともにTMR素子13の最上層のキャップ層
313を露出させる。
As shown in FIG. 12A, the third insulating film 43 is formed of a silicon oxide film or an aluminum oxide film by the CVD method or the PVD method, and then the third insulating film 43 is formed by chemical mechanical polishing. The surface of the insulating film 43 is flattened and the cap layer 313 of the uppermost layer of the TMR element 13 is exposed.

【0113】次いで、上記第3の絶縁膜43上に上記T
MR素子13のキャップ層(図示せず)を覆うバリアメ
タル層(図示せず)を、例えば窒化チタン膜を例えば2
0nmの厚さに堆積して形成する。さらに化学的気相成
長法によって、高融点・高抵抗金属層94を、例えばタ
ングステンを例えば200nmの厚さに堆積して形成す
る。
Then, the T film is formed on the third insulating film 43.
A barrier metal layer (not shown) covering the cap layer (not shown) of the MR element 13, for example, a titanium nitride film, for example, 2
It is formed by depositing to a thickness of 0 nm. Further, the high melting point / high resistance metal layer 94 is formed by depositing, for example, tungsten to a thickness of 200 nm, for example, by a chemical vapor deposition method.

【0114】次いで、レジスト塗布工程、リソグラフィ
ー工程、エッチング工程を経て、高融点・高抵抗金属層
94を主配線材料とするビット線12および周辺回路配
線(図示せず)およびボンディングパッド領域(図示せ
ず)を形成する。前記図7、図9で説明した書き込みワ
ード線11と同様に、ビット線12の抵抗をさらに上昇
させるために、TMR素子13直上におけるビット線1
2の線幅を、その他の部分よりも細らせて形成してもよ
い。
Then, through a resist coating process, a lithography process, and an etching process, the bit line 12 using the high melting point / high resistance metal layer 94 as a main wiring material, peripheral circuit wiring (not shown), and a bonding pad region (not shown). Form). Like the write word line 11 described with reference to FIGS. 7 and 9, in order to further increase the resistance of the bit line 12, the bit line 1 directly above the TMR element 13
The line width of 2 may be formed thinner than other portions.

【0115】この製造方法では、高融点・高抵抗金属層
94として、タングステンをCVD法により成膜した
が、例えば、PVD法もしくはCVD法によって成膜さ
れる、イリジウム、オスミウム、クロム、ジルコニウ
ム、タングステン、タンタル、チタントリウム、バナジ
ウム、モリブデン、ロジウム、ニッケルおよびルテニウ
ムのうちの1種からなる金属膜、もしくは複数種からな
る合金膜を用いることができる。
In this manufacturing method, tungsten is formed as the high melting point / high resistance metal layer 94 by the CVD method. For example, iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten which is formed by the PVD method or the CVD method is used. A metal film made of one of tantalum, tantalum, thorium titanate, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium, or an alloy film made of a plurality of types can be used.

【0116】次いで、上記第3の絶縁膜43上に、上記
ビット線12および周辺回路配線(図示せず)およびボ
ンディングパッド領域(図示せず)を覆う第4の絶縁膜
44を、例えばP−TEOS膜を例えば500nmの厚
さに堆積して形成する。その後、化学的機械研磨によっ
て、第4の絶縁膜44の表面を平坦化する。
Then, on the third insulating film 43, a fourth insulating film 44 for covering the bit line 12, the peripheral circuit wiring (not shown) and the bonding pad region (not shown) is formed, for example, P-. A TEOS film is deposited to a thickness of 500 nm, for example. After that, the surface of the fourth insulating film 44 is planarized by chemical mechanical polishing.

【0117】次いで、図12の(2)に示すように、レ
ジスト塗布工程、リソグラフィー工程、エッチング工程
を経て、TMR素子13直上付近を除く上記ビット線1
2上における第4の絶縁膜44および周辺回路配線(図
示せず)およびボンディングパッド領域(図示せず)上
における第4の絶縁膜44をエッチングして除去する。
Next, as shown in (2) of FIG. 12, the bit line 1 except for the area immediately above the TMR element 13 is subjected to a resist coating step, a lithography step, and an etching step.
The fourth insulating film 44 on the second insulating film 44 and the peripheral circuit wiring (not shown) and the fourth insulating film 44 on the bonding pad region (not shown) are removed by etching.

【0118】次いで、図12の(3)に示すように、チ
タン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜もしくはアルミ
ニウム銅合金膜からなる配線材料層96を形成し、例え
ば化学的機械研磨によって、第4の絶縁膜44上の余剰
な配線材料層96を除去して、配線溝内に上記配線材料
層96からなる配線を形成する。このようにして、TM
R素子13上が高融点・高抵抗金属層94からなり、そ
れ以外の部分が高融点・高抵抗金属層94と低抵抗な配
線材料層96とからなるビット線12が形成されるとと
もに、高融点・高抵抗金属層94と配線材料層96とか
らなる周辺回路配線(図示せず)およびボンディングパ
ッド領域(図示せず)が形成される。
Next, as shown in (3) of FIG. 12, a wiring material layer 96 made of a titanium film, a titanium nitride film, an aluminum film or an aluminum-copper alloy film is formed, and the fourth layer is formed by, for example, chemical mechanical polishing. Excess wiring material layer 96 on the insulating film 44 is removed to form a wiring made of the wiring material layer 96 in the wiring groove. In this way, TM
The R element 13 is formed of the high melting point / high resistance metal layer 94, and the other portion is formed of the high melting point / high resistance metal layer 94 and the low resistance wiring material layer 96. Peripheral circuit wiring (not shown) including a melting point / high resistance metal layer 94 and a wiring material layer 96 and a bonding pad region (not shown) are formed.

【0119】次いで、上記第4の絶縁膜44上に上記各
配線を覆う第5の絶縁膜45を、例えばプラズマ窒化シ
リコン膜を堆積して形成する。その後、レジスト塗布工
程、リソグラフィー工程、エッチング工程を経て、ボン
ディングパッド部(図示せず)を開口して、LSIのウ
エハプロセス工程を完了させる。なお、第5の絶縁膜4
5を形成する前に第4の絶縁膜44を除去してもよい。
Next, a fifth insulating film 45 is formed on the fourth insulating film 44 to cover the wirings, for example, by depositing a plasma silicon nitride film. After that, a bonding pad portion (not shown) is opened through a resist coating step, a lithography step, and an etching step, and the LSI wafer process step is completed. The fifth insulating film 4
The fourth insulating film 44 may be removed before forming 5.

【0120】[0120]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の磁気メモ
リ装置によれば、トンネル磁気抵抗素子を間にして立体
的に交差するように配置されたビット線および書き込み
ワード線のうちの少なくとも一方における少なくともト
ンネル磁気抵抗素子に対向する部分が、高融点・高抵抗
金属で形成されていることから、電流を流した場合に、
高融点・高抵抗金属で形成されている部分がジュール発
熱を起こし、その周囲を加熱する。そのため、トンネル
磁気抵抗素子も加熱されるので、磁化困難軸方向の反転
磁界HSWを下げることができる。すなわち、磁化の方向
が反転しやすくなるため、書き込みに要する消費電流を
抑えることができ、低消費電力の磁気ランダムアクセス
メモリを構成することができる。
As described above, according to the magnetic memory device of the present invention, at least one of the bit line and the write word line arranged so as to intersect three-dimensionally with the tunnel magnetoresistive element in between. Since at least the portion facing the tunnel magnetoresistive element is formed of a high melting point / high resistance metal, when a current is applied,
A part formed of a high melting point / high resistance metal causes Joule heat generation and heats the surrounding area. Therefore, since the tunnel magnetoresistive element is also heated, the switching field H SW in the hard axis direction can be lowered. That is, since the magnetization direction is easily reversed, the current consumption required for writing can be suppressed, and a low power consumption magnetic random access memory can be configured.

【0121】また、配線の電流密度も低減されるため、
高信頼性の磁気ランダムアクセスメモリの高集積回路が
実現できる。また素子の微細化で増加する反転磁界も低
減されるため、磁気ランダムアクセスメモリの集積度の
向上が可能になる。
Since the current density of the wiring is also reduced,
A highly integrated magnetic random access memory highly integrated circuit can be realized. Further, since the switching magnetic field which increases with the miniaturization of the element is also reduced, the integration degree of the magnetic random access memory can be improved.

【0122】本発明の第1の磁気メモリ装置の書き込み
方法によれば、トンネル磁気抵抗素子の少なくともその
周囲の一部分を加熱することにより、トンネル磁気抵抗
素子自体の温度を高め、反転磁化を低下させることによ
り書き込みを行うので、磁化困難軸方向の反転磁界HSW
を下げることができる。そのため、書き込みに要する消
費電流を抑えることができるので、書き込みが容易にで
きるようになる。
According to the first magnetic memory device writing method of the present invention, at least a part of the periphery of the tunnel magnetoresistive element is heated to raise the temperature of the tunnel magnetoresistive element itself and reduce the reversal magnetization. Since writing is performed by doing so, the switching field H SW in the hard axis direction
Can be lowered. Therefore, current consumption required for writing can be suppressed, and writing can be facilitated.

【0123】本発明の第2の磁気メモリ装置の書き込み
方法によれば、トンネル磁気抵抗素子自体を加熱するこ
とにより、磁化反転磁界を低下させることにより書き込
みを行うことから、磁化困難軸方向の反転磁界HSWを下
げることができる。そのため、書き込みに要する消費電
流を抑えることができるので、書き込みが容易にできる
ようになる。
According to the second magnetic memory device writing method of the present invention, since the magnetization reversal magnetic field is reduced by heating the tunnel magnetoresistive element itself, the writing is performed. The magnetic field H SW can be lowered. Therefore, current consumption required for writing can be suppressed, and writing can be facilitated.

【0124】本発明の磁気メモリ装置の製造方法によれ
ば、トンネル磁気抵抗素子を挟んでかつ立体交差するよ
うに形成されるビット線および書き込みワード線の少な
くとも一部を、高融点・高抵抗金属で形成するので、電
流を流した場合に、高融点・高抵抗金属で形成されてい
る部分がジュール発熱を起こし、その周囲を加熱するこ
とができる。そのため、トンネル磁気抵抗素子を加熱す
ることができるようになるので、磁化困難軸方向の反転
磁界HSWを下げることができる磁気メモリ装置を形成す
ることができる。よって、書き込みに要する消費電流を
抑えることができるので、低消費電力の磁気ランダムア
クセスメモリを構成することができるようになる。
According to the method of manufacturing the magnetic memory device of the present invention, at least a part of the bit line and the write word line formed so as to sandwich the tunnel magnetoresistive element and intersect three-dimensionally are made of a refractory metal having a high melting point. Therefore, when an electric current is applied, the portion formed of the high melting point and high resistance metal causes Joule heat generation, and the surrounding area can be heated. Therefore, since the tunnel magnetoresistive element can be heated, it is possible to form a magnetic memory device capable of reducing the switching field H SW in the hard axis direction. Therefore, since the current consumption required for writing can be suppressed, it is possible to configure the magnetic random access memory with low power consumption.

【0125】また、配線の電流密度も低減されるため、
高信頼性の磁気ランダムアクセスメモリの高集積回路を
製造することができる。また素子の微細化で増加する反
転磁界も低減されるため、磁気ランダムアクセスメモリ
の集積度の向上が可能になる。
Since the current density of the wiring is also reduced,
A highly integrated magnetic random access memory highly integrated circuit can be manufactured. Further, since the switching magnetic field which increases with the miniaturization of the element is also reduced, the integration degree of the magnetic random access memory can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の磁気メモリ装置に係る一実施の形態を
示す図1の概略構成断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of the configuration of FIG. 1 showing an embodiment of a magnetic memory device of the present invention.

【図2】一般的なMRAM(Magnetic Random Access M
emory)を示す主要部を簡略化して示した概略構成斜視
図である。
FIG. 2 is a general MRAM (Magnetic Random Access M).
FIG. 2 is a schematic configuration perspective view showing a simplified main part showing an emory).

【図3】容易軸方向磁界HEA および困難軸方向磁界H
HA による記憶層磁化方向の反転しきい値を示すアステ
ロイド曲線である。
[FIG. 3] Easy axis magnetic field H EA and hard axis magnetic field H
3 is an asteroid curve showing the reversal threshold of the magnetization direction of the memory layer by HA .

【図4】図2のMRAMの原理回路を示す回路図であ
る。
4 is a circuit diagram showing a principle circuit of the MRAM of FIG.

【図5】トンネル磁気抵抗素子を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a tunnel magnetoresistive element.

【図6】本発明の磁気メモリ装置の第2の書き込み方法
に係る一実施の形態を説明する概略構成斜視図である。
FIG. 6 is a schematic configuration perspective view illustrating an embodiment according to a second writing method of the magnetic memory device of the present invention.

【図7】本発明における磁気メモリ装置の製造方法に係
る第1の実施の形態を示す製造工程断面図である。
FIG. 7 is a manufacturing step sectional view showing the first embodiment of the method of manufacturing the magnetic memory device according to the present invention.

【図8】製造方法の第1の実施の形態に係る書き込みワ
ード線の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a write word line according to the first embodiment of the manufacturing method.

【図9】本発明における磁気メモリ装置の製造方法に係
る第2の実施の形態を示す製造工程断面図である。
FIG. 9 is a manufacturing step sectional view showing a second embodiment of the method of manufacturing the magnetic memory device according to the present invention.

【図10】製造方法の第1の実施の形態に係る書き込み
ワード線の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of a write word line according to the first embodiment of the manufacturing method.

【図11】本発明における磁気メモリ装置の製造方法に
係る第3の実施の形態を示す製造工程断面図である。
FIG. 11 is a manufacturing step sectional view showing a third embodiment of a method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention.

【図12】本発明における磁気メモリ装置の製造方法に
係る第4の実施の形態を示す製造工程断面図である。
FIG. 12 is a manufacturing step sectional view showing a fourth embodiment of a method of manufacturing a magnetic memory device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁気メモリ装置、11…書き込みワード線、12…
ビット線、13…トンネル磁気抵抗(TMR)素子、3
02…磁化固定層、303…トンネル絶縁層、304…
記憶層
1 ... Magnetic memory device, 11 ... Write word line, 12 ...
Bit line, 13 ... Tunnel magnetic resistance (TMR) element, 3
02 ... Magnetization fixed layer, 303 ... Tunnel insulating layer, 304 ...
Storage layer

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Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなる
トンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体の
スピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化
することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモ
リ装置において、 前記トンネル磁気抵抗素子を間にして立体的に交差する
ように配置されるビット線および書き込みワード線のう
ちの少なくとも一方における少なくとも前記トンネル磁
気抵抗素子に対向する領域は、高融点・高抵抗金属で形
成されていることを特徴とする磁気メモリ装置。
1. A tunnel magnetoresistive element having a tunnel insulating layer sandwiched between ferromagnetic materials, the information being obtained by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic material are parallel or antiparallel. In a non-volatile magnetic memory device for storing, at least one of a bit line and a write word line arranged so as to intersect three-dimensionally with the tunnel magnetoresistive element in between is opposed to at least the tunnel magnetoresistive element. The magnetic memory device is characterized in that the region is formed of a metal having a high melting point and a high resistance.
【請求項2】 前記高融点・高抵抗金属は、イリジウ
ム、オスミウム、クロム、ジルコニウム、タングステ
ン、タンタル、チタン、トリウム、バナジウム、モリブ
デン、ロジウム、ニッケルおよびルテニウムのうちの1
種からなることを特徴とする請求項1記載の磁気メモリ
装置。
2. The refractory metal having a high melting point is one of iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten, tantalum, titanium, thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium.
The magnetic memory device of claim 1, wherein the magnetic memory device comprises a seed.
【請求項3】 トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなる
トンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体の
スピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化
することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモ
リ装置の書き込み方法において、 前記トンネル磁気抵抗素子の少なくともその周囲の一部
分を加熱することにより、前記トンネル磁気抵抗素子自
体の温度を高め、反転磁化を低下させることを特徴とす
る磁気メモリ装置の書き込み方法。
3. A tunnel magnetoresistive element in which a tunnel insulating layer is sandwiched by ferromagnetic materials is provided, and information is obtained by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic material are parallel or antiparallel. In a writing method of a nonvolatile magnetic memory device for storing, by heating at least a part of the periphery of the tunnel magnetoresistive element, the temperature of the tunnel magnetoresistive element itself is raised and the reversal magnetization is lowered. Method for writing magnetic memory device.
【請求項4】 前記加熱は、前記トンネル磁気抵抗素子
の少なくともスピンを反転させる記憶層の温度を高める
ことを特徴とする請求項3記載の磁気メモリ装置の書き
込み方法。
4. The method for writing in a magnetic memory device according to claim 3, wherein the heating raises a temperature of at least a spin-reversing storage layer of the tunnel magnetoresistive element.
【請求項5】 前記トンネル磁気抵抗素子の少なくとも
その周囲の一部分を加熱するには、 前記トンネル磁気抵抗素子を間にして立体的に交差する
ように配置されるビット線および書き込みワード線のう
ちの少なくとも一方における少なくとも前記トンネル磁
気抵抗素子に対向する領域を抵抗加熱体で形成し、 前記抵抗加熱体に電流を流すことにより発生するジュー
ル熱を利用することを特徴とする請求項3記載の磁気メ
モリ装置の書き込み方法。
5. In order to heat at least a part of the periphery of the tunnel magnetoresistive element, one of a bit line and a write word line arranged to intersect three-dimensionally with the tunnel magnetoresistive element in between. 4. The magnetic memory according to claim 3, wherein at least one of the regions facing at least the tunnel magnetoresistive element is formed of a resistance heating body, and Joule heat generated by passing an electric current through the resistance heating body is used. Device writing method.
【請求項6】 トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなる
トンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体の
スピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化
することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモ
リ装置の書き込み方法において、 前記トンネル磁気抵抗素子自体を加熱することにより、
磁化反転磁界を低下させることを特徴とする磁気メモリ
装置の書き込み方法。
6. A tunnel magnetoresistive element having a tunnel insulating layer sandwiched between ferromagnetic bodies, wherein information is obtained by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic bodies are parallel or antiparallel. In a writing method of a nonvolatile magnetic memory device for storing, by heating the tunnel magnetoresistive element itself,
A method for writing to a magnetic memory device, which comprises reducing a magnetization reversal magnetic field.
【請求項7】 前記トンネル磁気抵抗素子自体を加熱す
る方法は、前記トンネル磁気抵抗素子に交番磁界をかけ
て渦電流によってジュール発熱させることを特徴とする
請求項6記載の磁界メモリ装置の書き込み方法。
7. The method of writing in a magnetic field memory device according to claim 6, wherein the method of heating the tunnel magnetoresistive element itself includes applying an alternating magnetic field to the tunnel magnetoresistive element to generate Joule heat by an eddy current. .
【請求項8】 トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなる
トンネル磁気抵抗素子を有するもので、前記強磁性体の
スピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化
することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモ
リ装置の製造方法において、 前記トンネル磁気抵抗素子を挟んでかつ立体交差するよ
うに形成されるビット線および書き込みワード線の少な
くとも一部を、高融点・高抵抗金属で形成することを特
徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
8. A tunnel magnetoresistive element having a tunnel insulating layer sandwiched between ferromagnetic materials, wherein information is obtained by utilizing the fact that the resistance value changes depending on whether the spin directions of the ferromagnetic material are parallel or antiparallel. In a method of manufacturing a nonvolatile magnetic memory device for storing, at least a part of a bit line and a write word line formed so as to sandwich the tunnel magnetoresistive element and intersect three-dimensionally are formed of a high melting point / high resistance metal. A method of manufacturing a magnetic memory device, comprising:
【請求項9】 前記高融点・高抵抗金属は、イリジウ
ム、オスミウム、クロム、ジルコニウム、タングステ
ン、タンタル、チタン、トリウム、バナジウム、モリブ
デン、ロジウム、ニッケルおよびルテニウムのうちの1
種からなることを特徴とする請求項8記載の磁気メモリ
装置の製造方法。
9. The high melting point / high resistance metal is one of iridium, osmium, chromium, zirconium, tungsten, tantalum, titanium, thorium, vanadium, molybdenum, rhodium, nickel and ruthenium.
9. The method of manufacturing a magnetic memory device according to claim 8, wherein the magnetic memory device comprises a seed.
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