JP2003218324A - 磁気記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗効果を利用して情報を記憶する情報
記憶装置に搭載される複数のＴＭＲ素子のトンネル絶縁
層への局所的な電界の集中を回避してＴＭＲ素子の性能
の向上と安定化を図る。 【解決手段】 第１強磁性体層（磁化固定層３０２）と
トンネル絶縁層３０３と第２強磁性体層（記憶層３０
４）とからなる積層構造を有する磁気記憶素子（ＴＭＲ
素子１３）を備えた磁気記憶装置１において、トンネル
絶縁層３０３は、鏡面に形成された第１強磁性体層（第
２磁化固定層３０８）表面に形成されているものであ
り、またＴＭＲ素子１３内に配置される反強磁性体層３
０５の第１強磁性体層（磁化固定層３０２）が形成され
る表面が鏡面に形成されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記憶装置およ
びその製造方法に関するものであり、詳しくは、磁化領
域を外部からの磁界を与えることにより、磁化領域の磁
化方向を制御するＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)
素子を記憶素子に有する磁気記憶装置およびその製造方
法に関する。

【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伴い、これを構成するメの
モリやロジックなどの素子には、高集積化、高速化、低
電力化など、一層の高性能化が要請されている。特に不
揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可欠だと考えら
れている。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も、不揮発
性メモリは個人の重要な情報を保護できる。また、最近
の携帯機器は不要の回路ブロックをスタンバイ状態にし
てできるだけ消費電力を抑えるよう設計されているが、
高速の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“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。

【０００３】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）などが挙げられ
る。しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度
がμ秒のオーダーと遅いという欠点がある。一方、ＦＲ
ＡＭ においては、書き換え可能回数が１０¹²回〜１０^1
4回で完全にＳＲＡＭ、ＤＲＡＭを置き換えるには耐久
性が低い、強誘電体キャパシタの微細加工が難しいとい
う問題が指摘されている。

【０００４】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), 4498」に記載されているよう
な、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）とよ
ばれる磁気メモリであり、近年のＴＭＲ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。

【０００５】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可能回数が大である。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 Technical Papers,pp.128-12
9,Feb.2000で報告されている。

【０００６】上述した通り、高速・高集積化が容易とい
う長所を有するＭＲＡＭではあるが、書き込みをＴＭＲ
素子に近接させて設けられたビットラインと書き込み用
ワードラインの電流を流し、その発生磁界によって行
う。

【０００７】このメモリは、２層の磁性層で絶縁層を挟
んだ構造を有するＴＭＲ素子を備え、２つの磁性層の磁
化の向きが平行になっている時の方が反平行になってい
る時より電子がトンネル絶縁層をトンネリングする確率
が高いことを利用して記録磁化の検出を行うものであ
る。

【０００８】ＴＭＲの記録層の反転磁界は材料にもよる
が２０Ｏｅ〜２００Ｏｅ必要であるがこのときの電流は
数ｍＡから数十ｍＡになる。これは消費電流大につなが
り、携帯機器の低消費電力化に対して大きな問題にな
る。また、高集積化という面からは、ビット線と書き込
みワード線サイズはリソグラフィ技術から決まる最小線
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０．６μｍとして配線の膜厚を５００ｎｍとすると
３ＭＡ/ｃｍ² になり、銅配線を使った場合(実用電流密
度：０．５Ａ/ｃｍ² 〜１ＭＡ/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問題になる。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
線のディメンションも縮小しなければならないため、こ
の配線信頼性の問題はより大きくなってくる。

【０００９】また、このＴＭＲのＯＮ、ＯＦＦを制御し
ているトンネル絶縁層として用いているＡｌ₂ Ｏ₃ の品
質もこのメモリの信頼性に影響を与えている。

【００１０】このような磁気トンネリング現象を示すＴ
ＭＲは、平坦な優れた特性を有するトンネル絶縁層を形
成することが最も重要である。

【００１１】上記に示したようにトンネル絶縁層の高品
質化は重要であり、この高品質なトンネル絶縁層を作成
するためには多くの必要な条件がある。

【００１２】その１つの要因として挙げられるのがトン
ネル絶縁層の材質である。一般的には酸化アルミニウム
（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）が用いられ、その製造方法にも複数の製
造方法があるが安定した膜を形成する必要がある。この
トンネル絶縁層の材質は酸化アルミニウムに決まってい
るわけではなく、例えば特開平１１-１７５９２１号公
報などに示されるような周期律表のIVａ族、Ｖａ族元素
であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｎ）、ハフニ
ウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タ
ンタル（Ｔａ）の群から選択された１つの元素の酸化物
又は複数の元素からなる合金の酸化物を用いることもで
きる。

【００１３】上記トンネル絶縁層の材質の選択基準とし
て上げられるのが、トンネル絶縁層の膜厚均一性であ
る。酸化アルミニウムの場合、この膜厚は０．５ｎｍ〜
５ｎｍが一般的に用いられる。

【００１４】トンネル絶縁層をＴＭＲ素子の中で一定に
保つためには、トンネル絶縁層を一定の膜厚で形成でき
る形成方法、例えばＣＶＤ法などによる均一性の制御が
必要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、均一に
成膜できる方法が確立されたとしてもこの膜を成膜する
下地の膜の表面に凹凸が有った場合、実際にはトンネル
絶縁層には厚い部分と薄い部分とが生じる。また、これ
らの凹凸が有った場合には電界の集中を生じ一定の性能
を示すＴＭＲ素子を形成することが困難になる。この凹
凸（今後これを面粗さと表記する）の許容範囲はこのト
ンネル絶縁層の厚さにもよるが、１ｎｍ以下にする必要
がある。

【００１６】一般的には溝配線技術により形成された配
線であるワード線上にＴＭＲ素子を形成するが、溝配線
技術で化学的機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭＰはCh
emical Mechanical Polishingの略）する配線材料には
比較的柔らかい材質のものが多く、ＣＭＰによりその上
に微細な凹凸が生じる。

【００１７】また、スパッタ法によるＴＭＲ素子の各材
料の成膜時にも微小な段差を生じ、ＴＭＲ素子の特性の
悪化を招く。

【００１８】

【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記憶装置およびその製造方法
である。

【００１９】本発明の磁気記憶装置は、第１強磁性体層
とトンネル絶縁層と第２強磁性体層とからなる積層構造
を有する磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置において、
トンネル絶縁層は、鏡面に形成された第１強磁性体層表
面に形成されているものである。

【００２０】上記磁気記憶装置では、トンネル絶縁層
は、鏡面に形成された第１強磁性体層表面に形成されて
いることから、均一な膜厚に形成されている。したがっ
て、トンネル絶縁層に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形
成されていることによって生じていた電界の集中を回避
することができ、ＴＭＲ素子の性能の向上が図れる。こ
こでいう鏡面とは、最大粗さＲmaxで０．５ｎｍ以下の
粗さの平坦な面をいう。好ましくはＲmaxで０．２５ｎ
ｍ以下の粗さの平坦な面、さらに好ましくはＲmaxで
０．１ｎｍ以下の粗さの平坦な面をいう。以下、本明細
書における鏡面は上記同様の定義とする。

【００２１】本発明の磁気記憶装置は、第１強磁性体層
とトンネル絶縁層と第２強磁性体層とからなる積層構造
を有する磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置において、
磁気記憶素子内に配置される反強磁性体層は第１強磁性
体層が形成される表面が鏡面に形成されているものであ
る。

【００２２】上記磁気記憶装置では、磁気記憶素子内に
配置される反強磁性体層の表面が鏡面に形成されている
ことから、その上面に形成される強磁性体層、トンネル
絶縁層等が均一な膜厚に形成されている。したがって、
トンネル絶縁層に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成さ
れていることによって生じていた電界の集中を回避する
ことができ、ＴＭＲ素子の性能の向上が図れる。

【００２３】本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第１
強磁性体層とトンネル絶縁層と第２強磁性体層とからな
る積層構造を有する磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置
の製造方法において、第１強磁性体層を形成した後にそ
の表面を鏡面に研磨する工程と、第１強磁性体層の鏡面
上にトンネル絶縁層を形成する工程とを有する。

【００２４】上記磁気記憶装置の製造方法では、第１強
磁性体層を鏡面に研磨した後にその鏡面にトンネル絶縁
層を形成することから、トンネル絶縁層は均一な膜厚に
形成される。したがって、トンネル絶縁層に膜厚の厚い
部分と薄い部分とが形成されることによって発生してい
た電界の集中を回避することができ、ＴＭＲ素子の性能
の向上が図れる。

【００２５】本発明の磁気記憶装置の製造方法は、第１
強磁性体層とトンネル絶縁層と第２強磁性体層とからな
る積層構造を有する磁気記憶素子を備えた磁気記憶装置
の製造方法において、磁気記憶素子内に配置される反強
磁性体層の表面を鏡面に研磨する工程を有する。

【００２６】上記磁気記憶装置の製造方法では、反強磁
性体層の表面を鏡面に研磨する工程を有することから、
反強磁性体層の上面に形成される強磁性体層、トンネル
絶縁層等が均一な膜厚に形成される。したがって、トン
ネル絶縁層に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成される
ことによって発生していた電界の集中を回避することが
でき、ＴＭＲ素子の性能の向上が図れる。

【００２７】

【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。

【００２８】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、磁気記憶素子として磁気抵
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１
２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４参照）の磁化方向を磁化固定層
３０２（詳細は図４参照）に対して平行または反平行に
して行う。

【００２９】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Ｈ_EA 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Ｈ_K 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。

【００３０】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。

【００３１】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Ｈ_EA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（Ｈ_EA ）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（Ｈ_HA ）を印加する。

【００３２】なお、文献（R.H.Koch et al., Phys.Rev.
Lett.84 (2000)p.5419、J.Z.Sun etal., Joint Magneti
sm and Magnetic Material 8 (2001)）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Ｈ_SWを下げることができる」と開示されている。した
がって、本発明の磁気記憶装置においても、素子に影響
を及ぼさない程度に温度を上げて磁化反転させることも
有効である。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】上記電界効果トランジスタ１４１、１４
２、１４４、１４５、１４７、１４８は、例えばｐ型半
導体基板に形成されたｎ型電界効果型トランジスタで構
成、読み出しのためのスイッチング素子として機能する
が、この他に、ｐ型電界効果トランジスタ、ダイオー
ド、バイポーラトランジスタ、ＭＥＳＦＥＴ等、各種の
スイッチング素子を用いることが可能である。

【００３７】次に、磁気記憶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。

【００３８】図５に示すように、磁気記憶素子（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３０３を挟む構成を有している。

【００３９】図５に示す一例では、支持基板３１１上に
下地電極層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。

【００４０】上記下地電極層３１２は、ＴＭＲ素子１３
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、反強磁性体層３０５を兼ねても良い。この構成のセ
ルにおいて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と磁
化固定層３０２との相対磁化方向に依存する。

【００４１】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、ニッケル酸化物等からなる。

【００４２】上記記憶層３０４、上記第１、第２磁化固
定層３０６、３０８は、強磁性体であり、例えば、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、またはニッケル、鉄もしくはコバルトで構成さ
れる。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。このトンネル絶縁層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３
０３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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】上記磁性膜および導体膜は、スバッタリン
グ法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法等により
形成され、トンネルバリア層は、先に述べたようにスバ
ッタリングで形成された金属膜を酸化、もしくは窒化さ
せることにより得ることもできる。

【００４９】次に、本発明の磁気記憶装置に係る一実施
の形態を、一例として、前記図２および図４に対応する
ＭＲＡＭの記憶セルの断面構成で示す図１の概略構成断
面図によって説明する。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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、磁気記憶素子１３
が形成されている。この磁気記憶素子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、強
磁性体層からなる第１磁化固定層（第１強磁性体層）３
０６と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層３
０７と強磁性体からなる第２磁化固定層（第２強磁性体
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３０３、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。

【００５６】上記トンネル絶縁層３０３が形成される磁
化固定層３０２（第２磁化固定層３０８）の表面は、鏡
面に研磨された表面となっている。その表面は、最大粗
さＲmaxで０．５ｎｍ以下の粗さの平坦な面、好ましく
はＲmaxで０．２５ｎｍ以下の粗さの平坦な面、さらに
好ましくはＲmaxで０．１ｎｍ以下の粗さの平坦な面に
形成されている。

【００５７】また、上記磁化固定層３０２は、単層の強
磁性体層で形成することも可能である。この構成では、
磁化か固定層３０２表面が鏡面に形成されている。

【００５８】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。

【００５９】また、上記磁気記憶装置１において、反強
磁性体層３０５の表面が鏡面に形成されていてもよい。
この反強磁性体層３０５表面の鏡面状態は、上記磁化固
定層３０２と同様に、その表面は、最大粗さＲmaxで
０．５ｎｍ以下の粗さの平坦な面、好ましくはＲmaxで
０．２５ｎｍ以下の粗さの平坦な面、さらに好ましくは
Ｒmaxで０．１ｎｍ以下の粗さの平坦な面に形成されて
いる。

【００６０】上記構成の磁気記憶装置１では、トンネル
絶縁層３０３は、鏡面に形成された磁化固定層３０２
（第２磁化固定層３０８）表面に形成されていることか
ら、均一な膜厚に形成されている。したがって、トンネ
ル絶縁層３０３に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成さ
れていることによって生じていた電界の集中を回避する
ことができ、ＴＭＲ素子１３の性能の向上が図れる。な
お、磁化固定層３０２（第２磁化固定層３０８）表面の
最大粗さがＲmaxで０．５ｎｍを越えて粗くなると、ト
ンネル絶縁層３０３の膜厚が不均一に形成され、ＴＭＲ
素子１３の書き込み特性が劣化することになる。

【００６１】また、上記磁気記憶装置１では、ＴＭＲ素
子１３内に配置される反強磁性体層３０５の表面が鏡面
に形成されていることから、その上面に形成される強磁
性体層である磁化固定層３０２、トンネル絶縁層３０３
等が均一な膜厚に形成されている。したがって、トンネ
ル絶縁層３０３に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成さ
れていることによって生じていた電界の集中を回避する
ことができ、ＴＭＲ素子１３の性能の向上が図れる。

【００６２】次に、本発明における磁気記憶装置の製造
方法に係る第１の実施の形態を、図６の製造工程断面図
によって説明する。本発明の製造方法は、特に書き込み
ワードラインを形成する工程以降のプロセスに関するも
のであり、電界効果トランジスタ等の機能スイッチング
素子の形成法は従来技術の通りである。

【００６３】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６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−ＴＥＯ
Ｓ）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（ＨＤ
Ｐ）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１２
００ｎｍ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。この研磨は、
例えばＣＭＰによる。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】次いで、図６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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】上記反強磁性体層３０５を形成した時点
で、好ましくは、例えばＣＭＰ法によって、少なくとも
ＴＭＲ素子が形成される領域の反強磁性体層３０５表面
が鏡面状態になる様に研磨する。この場合、反強磁性体
層３０５表面を例えば最大粗さＲmaxで０．５ｎｍ以下
となるように研磨する。好ましくは、Ｒmaxで０．２５
ｎｍ以下、さらに好ましくはＲmaxで０．１ｎｍ以下に
研磨する。通常、研磨速度と面粗さにはほぼ相関関係が
有り、研磨速度が速い場合には面粗さが粗くなる。よっ
て、使用する磁性材料により研磨剤を変更する必要があ
る。例えば比較的柔らかい材質、例えば鉄−マンガン、
ニッケル−マンガン、白金−マンガンなどには比較的柔
らかい研磨剤であるフュームドシリカを用い、さらに粗
さを小さくする場合にはコロイダルシリカを用いる。比
較的硬い材質、例えばイリジウム−マンガンなどには比
較的硬い研磨剤であるアルミナなどを用いる。

【００７３】上記反強磁性体層３０５表面を研磨する場
合には多少の研磨キズなどによる面粗さが有ってもその
上に形成される下層強磁性体層６６により凹凸がならさ
れる効果が期待できる。しかしながら逆に下層強磁性体
層６６のグレインサイズが大きく厚さムラが大きいなど
の場合は逆効果になる。

【００７４】強磁性体からなる上記第１磁化固定層３０
６および第２磁化固定層３０８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。この第１磁化固定層３０２は反強磁性体層３０５と
の交換結合によって、磁化の方向がピニング（pinnin
g）される。

【００７５】次に、例えばＣＭＰによって、上記磁化固
定層３０２（第２磁化固定層３０８）表面を鏡面に形成
する。なお、この磁化固定層３０２（第２磁化固定層３
０８）表面が鏡面に研磨加工されるならば、必ずしも上
記反強磁性体層３０５表面を鏡面に形成する必要はな
い。この第２磁化固定層３０８表面を研磨する場合には
多少のキズも許されないため、研磨レートの低い研磨剤
さらに研磨材粒子の小さい研磨剤を用いる必要がある。
さらに、この第２磁化固定層３０８表面はトンネル絶縁
層３０３と直接に接する面のため汚染等にも留意する必
要がある。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】次いで、図６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（例えば反応性イオンエッチング）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層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（ＮＨ₃ ）を添加したガ
ス系を用いる。

【００８０】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。

【００８１】次に、図６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。

【００８２】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。

【００８３】上記磁気記憶装置１の製造方法では、強磁
性体からなる第２磁化固定層３０８表面を鏡面に研磨し
た後にトンネル絶縁層３０３を形成することから、トン
ネル絶縁層３０３は均一な膜厚に形成される。したがっ
て、トンネル絶縁層３０３に膜厚の厚い部分と薄い部分
とが形成されることによって発生していた電界の集中を
回避することができ、ＴＭＲ素子１３の性能の向上が図
れる。

【００８４】また、反強磁性体層３０５表面を鏡面に研
磨する工程を備えていることから、反強磁性体層３０５
の上面に形成される強磁性体等からなる磁化固定層３０
２、トンネル絶縁層３０３等が均一な膜厚に形成され
る。したがって、トンネル絶縁層３０３に膜厚の厚い部
分と薄い部分とが形成されることによって発生していた
電界の集中を回避することができ、ＴＭＲ素子１３の性
能の向上が図れる。

【００８５】なお、図７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。このよう
に書き込みワード線１１を形成することにより、ＴＭＲ
素子１３直下の書き込みワード線１１部分を効率的に発
熱させることが可能になる。

【００８６】次に、本発明における磁気記憶装置の製造
方法に係る第２の実施の形態を、図８の製造工程断面図
によって説明する。本発明の製造方法は、特に書き込み
ワードラインを形成する工程以降のプロセスに関するも
のであり、電界効果トランジスタ等の機能スイッチング
素子の形成法は従来技術の通りである。

【００８７】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。そして前記図６の（１）
によって説明した第１の実施の形態と同様に、図８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、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、
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。この研磨は、例えばＣＭＰによる。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】次いで、上記第３の絶縁膜４３上に、溝を
形成する際のエッチングストッパとなるエッチングスト
ッパ層５３を、例えば窒化膜を１０ｎｍの厚さに堆積し
て形成する。さらに、溝を形成するための絶縁膜５４
を、例えば酸化膜を５０ｎｍの厚さに堆積して形成す
る。

【００９４】次に、図８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、上記絶縁膜４
３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。次いでマスクを除去した後、さらにレジスト
塗布工程、リソグラフィー工程により、上記絶縁膜５４
上にマスク（図示せず）を形成した後、そのマスクを用
いてエッチングにより、後に形成されるＴＭＲ素子と上
記第２の配線３５とを接続するバイパス線が形成される
溝５５を形成する。なお、溝５５の形成とビアホール５
１の形成はどちらが先であっても差し支えはない。

【００９５】続いて、ＰＶＤ法によって、溝５５および
ビアホール５１の内面にバリア層３１５を形成した後、
溝５５およびビアホール５１内を反強磁性体層３０５で
埋め込む。

【００９６】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。

【００９７】次に、図８の（３）に示すように、例えば
ＣＭＰ法によって、上記反強磁性体層３０５およびバリ
ア層３１５を上記絶縁膜５４が露出するまで研磨する。
この研磨では、少なくともＴＭＲ素子が形成される領域
の反強磁性体層３０５表面が鏡面状態になる様に研磨す
る。この場合、反強磁性体層３０５表面を例えば最大粗
さＲmaxで０．５ｎｍ以下の平坦な面となるように研磨
する。好ましくは、Ｒmaxで０．２５ｎｍ以下の平坦な
面、さらに好ましくはＲmaxで０．１ｎｍ以下の平坦な
面に研磨する。

【００９８】通常、研磨速度と面粗さとにはほぼ相関関
係が有り、研磨速度が速い場合には面粗さが粗くなる。
よって、使用する磁性材料により研磨剤を変更する必要
がある。例えば比較的柔らかい材質、例えば鉄−マンガ
ン、ニッケル−マンガン、白金−マンガンなどには比較
的柔らかい研磨剤であるフュームドシリカを用い、さら
に粗さを小さくする場合にはコロイダルシリカを用い
る。比較的硬い材質、例えばイリジウム−マンガンなど
には比較的硬い研磨剤であるアルミナなどを用いる。ま
た、酸化膜からなる絶縁膜５４が研磨されず、バリア層
３１５、反強磁性体層３０５が研磨されるようにするた
めに研磨剤は選択比のあるものを用いる。例えば反強磁
性体を酸化し研磨しやすくするために過酸化水素水を加
えるなどの手段をとる。

【００９９】その後、例えばＰＶＤ法によって、前記第
１の実施の形態で説明したのと同様に、強磁性体等から
なる磁化固定層３０２を形成する。すなわち、前記図５
に示したように、強磁性体からなる第１磁化固定層３０
６、導電層３０７、第２磁化固定層３０８を順に積層し
て磁化固定層３０２を形成する。強磁性体からなる上記
第１磁化固定層３０６および第２磁化固定層３０８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。この第１磁化固定層３０６は反
強磁性体層３０５との交換結合によって、磁化の方向が
ピニング（pinning）される。

【０１００】次に、例えばＣＭＰによって、上記磁化固
定層３０２（第２磁化固定層３０８）表面を鏡面に形成
する。なお、この磁化固定層３０２（第２磁化固定層３
０８）表面が鏡面に研磨加工されるならば、必ずしも上
記反強磁性体層３０５表面を鏡面に形成する必要はな
い。この第２磁化固定層３０８表面を研磨する場合には
多少のキズも許されないため、研磨レートの低い研磨剤
さらに研磨材粒子の小さい研磨剤を用いる必要がある。
さらに、この第２磁化固定層３０８表面はトンネル絶縁
層３０３と直接接する面のため汚染等にも気をつけなけ
ればならない。

【０１０１】その後、例えばＰＶＤ法によって、上記磁
化固定層３０２（第２磁化固定層３０８）表面に、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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】なお、上記反強磁性体層３０５表面を研磨
する場合には多少の研磨キズなどによる面粗さが有って
もその上に形成される磁化固定層３０２により凹凸がな
らされる効果が期待できる。

【０１０６】次いで、図８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（例えば反応性イオンエッチング）により
上記キャップ層３１３〜上記磁化固定層３０２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層３０３から
最下層の磁化固定層３０２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（ＮＨ₃ ）を添加したガス
系を用いる。

【０１０７】次に、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１３の最上層のキャップ層３
１３を露出させる。

【０１０８】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。

【０１０９】上記磁気記憶装置２の製造方法では、強磁
性体からなる第２磁化固定層３０８表面を鏡面に研磨し
た後にトンネル絶縁層３０３を形成することから、トン
ネル絶縁層３０３は均一な膜厚に形成される。したがっ
て、トンネル絶縁層３０３に膜厚の厚い部分と薄い部分
とが形成されることによって発生していた電界の集中を
回避することができ、ＴＭＲ素子１３の性能の向上が図
れる。

【０１１０】また、反強磁性体層３０５表面を鏡面に研
磨する工程を備えていることから、反強磁性体層３０５
の上面に形成される強磁性体等からなる磁化固定層３０
２、トンネル絶縁層３０３等が均一な膜厚に形成され
る。したがって、トンネル絶縁層３０３に膜厚の厚い部
分と薄い部分とが形成されることによって発生していた
電界の集中を回避することができ、ＴＭＲ素子１３の性
能の向上が図れる。

【０１１１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の磁気記憶
装置によれば、トンネル絶縁層は、鏡面に形成された第
１強磁性体層表面に形成されていることから、均一な膜
厚に形成されている。したがって、トンネル絶縁層に膜
厚の厚い部分と薄い部分とが形成されていることによっ
て生じていた電界の集中を回避することができ、ＴＭＲ
素子の性能の向上を図ることができる。さらに、磁気記
憶素子内に配置される反強磁性体層表面が鏡面に形成さ
れている構成によれば、反強磁性体層表面に形成される
強磁性体層、トンネル絶縁層等は均一な膜厚に形成され
ている。したがって、トンネル絶縁層に膜厚の厚い部分
と薄い部分とが形成されていることによって生じていた
電界の集中を回避することができ、ＴＭＲ素子の性能の
向上を図ることができる。

【０１１２】本発明の磁気記憶装置の製造方法によれ
ば、第１強磁性体層を鏡面に研磨した後にトンネル絶縁
層を形成することから、トンネル絶縁層は均一な膜厚に
形成できる。したがって、トンネル絶縁層に膜厚の厚い
部分と薄い部分とが形成されることによって発生してい
た電界の集中を回避することができ、高性能なＴＭＲ素
子を形成することができ、磁気記憶装置の性能の向上と
安定化が図れる。さらに反強磁性体層の表面を鏡面に研
磨する工程を備えている製造方法では、反強磁性体層の
上面に形成される強磁性体層、トンネル絶縁層等を均一
な膜厚に形成することができる。したがって、トンネル
絶縁層に膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成されること
によって発生していた電界の集中を回避することがで
き、ＴＭＲ素子の性能の向上と安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気記憶装置に係る一実施の形態を示
す概略構成断面図である。

【図２】一般的なＭＲＡＭの主要部を簡略化して示した
概略構成斜視図である。

【図３】クロスポイント型のＭＲＡＭの磁界応答を示す
アステロイド図である。

【図４】ＭＲＡＭの原理回路図である。

【図５】トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）を示す斜
視図である。

【図６】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第１実
施の形態を示す概略構成断面図である。

【図７】第１実施の形態の変形例を示す概略構成斜視図
である。

【図８】本発明の磁気記憶装置の製造方法に係る第２実
施の形態を示す概略構成断面図である。

【符号の説明】

１…磁気記憶装置、１３…磁気記憶素子（ＴＭＲ素
子）、３０２…磁化固定層、３０３…トンネル絶縁層、
３０４…記憶層、３０８…第２磁化固定層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１強磁性体層とトンネル絶縁層と第２
   強磁性体層とからなる積層構造を有する磁気記憶素子を
   備えた磁気記憶装置において、 前記トンネル絶縁層は、鏡面に形成された前記第１強磁
   性体層表面に形成されていることを特徴とする磁気記憶
   装置。
2. 【請求項２】 第１強磁性体層とトンネル絶縁層と第２
   強磁性体層とからなる積層構造を有する磁気記憶素子を
   備えた磁気記憶装置において、 前記磁気記憶素子内に配置される反強磁性体層は前記第
   １強磁性体層が形成される表面が鏡面に形成されている
   ことを特徴とする磁気記憶装置。
3. 【請求項３】 前記反強磁性体層は、層間絶縁膜表面に
   形成された溝内に形成されかつ表面が鏡面に形成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の磁気記憶装置。
4. 【請求項４】 第１強磁性体層とトンネル絶縁層と第２
   強磁性体層とからなる積層構造を有する磁気記憶素子を
   備えた磁気記憶装置の製造方法において、 前記第１強磁性体層を形成した後にその表面を鏡面に研
   磨する工程と、 前記第１強磁性体層の鏡面上に前記トンネル絶縁層を形
   成する工程とを有することを特徴とする磁気記憶装置の
   製造方法。
5. 【請求項５】 第１強磁性体層とトンネル絶縁層と第２
   強磁性体層とからなる積層構造を有する磁気記憶素子を
   備えた磁気記憶装置の製造方法において、 前記磁気記憶素子内に配置される反強磁性体層の表面を
   鏡面に研磨する工程を有することを特徴とする磁気記憶
   装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記反強磁性体層を形成する工程は、 層間絶縁膜表面に溝を形成する工程と、 前記溝内に反強磁性体層を形成する反強磁性体を埋め込
   む工程と、 前記層間絶縁膜上の余剰な反強磁性体を除去して前記溝
   内に前記反強磁性体からなる反強磁性体層を形成すると
   ともに前記反強磁性体層表面を鏡面に研磨する工程とを
   有することを特徴とする請求項５記載の磁気記憶装置の
   製造方法。