JP2004119904A - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭＲＡＭのメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にする技術を提供する。
【解決手段】本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１）と、反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，自発磁化の方向に応じて抵抗が変化し，且つ，前記基板（１）の上方に形成された磁気抵抗素子（５）と，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）とを備えている。配線（１１）は、基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５，２７）と重ならず，且つ，磁気抵抗素子（５）よりも基板（１）に近い第１位置（１２ａ）と、磁気抵抗素子（５）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１）と、反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，自発磁化の方向に応じて抵抗が変化し，且つ，前記基板（１）の上方に形成された磁気抵抗素子（５）と，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）とを備えている。配線（１１）は、基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５，２７）と重ならず，且つ，磁気抵抗素子（５）よりも基板（１）に近い第１位置（１２ａ）と、磁気抵抗素子（５）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、「ＭＲＡＭ」という。）に関する。本発明は，特に，ＭＲＡＭのメモリセルに，より小さい書き込み電流でデータを書き込むことを可能にするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＡＭは，高速書き込みが可能であり，且つ，大きな書き換え回数を有する不揮発性メモリとして注目を集めている。
【０００３】
典型的なＭＲＡＭのメモリセルは，図１７に示されているように，固定された自発磁化を有するピン層１０１と，反転可能な自発磁化を有するフリー層１０２と，ピン層１０１とフリー層１０２との間に介設された非磁性のスペーサ層１０３とにより構成される磁気抵抗素子１０４を含む。フリー層１０２は，その自発磁化の向きが，ピン層１０１の自発磁化の向きと平行，又は反平行に向くことが許されるように，反転可能に形成される。
【０００４】
メモリセルは，１ビットのデータを，フリー層１０２の自発磁化の方向として記憶する。メモリセルは，フリー層１０２の自発磁化とピン層１０１の自発磁化とが平行である”平行”状態と，フリー層１０２の自発磁化とピン層１０１の自発磁化とが反平行である”反平行”状態の２つの状態を取り得る。メモリセルは，”平行”状態と，”反平行”状態とのうちの一方を”０”に，他方を”１”に対応付けることにより，１ビットのデータを記憶する。
【０００５】
メモリセルからのデータの読み出しは，磁気抵抗効果によるメモリセルの抵抗の変化を検知することによって行われる。ピン層１０１及びフリー層１０２の自発磁化の方向は，メモリセルの抵抗に影響を及ぼす。ピン層１０１とフリー層１０２との自発磁化の向きが平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第１値Ｒとなり，反平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第２値Ｒ＋ΔＲになる。ピン層１０１及びフリー層１０２の自発磁化の方向，即ち，メモリセルに記憶されているデータは，メモリセルの抵抗を検知することにより判別することができる。
【０００６】
メモリセルへのデータの書き込みは，メモリセルアレイに配設されるワード線及びビット線に書き込み電流を流し，該書き込み電流により生じる磁場によってフリー層１０２の自発磁化の方向を反転させることによって行われる。
【０００７】
データの書き込みに必要な書き込み電流の低減は，ＭＲＡＭの消費電力の低減の観点から重要である。書き込み電流を低減する技術が，特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される信号線に高飽和磁化ソフト磁性材料，又は金属−非金属ナノグラニュラ膜を接合することによって磁場が磁気抵抗素子に集中され，これにより書き込み電流が低減されている。
【０００８】
書き込み電流を低減するための構造を有する他のＭＲＡＭが，特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される配線としてコイルが使用され，磁気抵抗素子は，該コイルの中に挿入されている。磁気抵抗素子に印加される磁場は，該コイルのターン数に比例するため，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【０００９】
書き込み電流を低減するための構造を有する更に他のＭＲＡＭが，米国特許公報である特許文献３と，その日本出願である特許文献４とに開示されている。特許文献３に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される導体の幅が，データ記憶層の幅よりも狭くされている。書き込み電流が流される導体の幅を小さくすることで，導体とデータ記憶層との間のミスアライメントが排除され，書き込み電流によって生成される磁場の漏れが低減され，従って，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１０】
本出願に関連し得る更に他の技術が，特許文献５に開示されている。特許文献５に開示された磁気記憶装置では，２つの磁性層に結合制御層が挟まれた構造が使用される。２つの磁性層のうちの一が記憶担体として使用される。該２つの磁性層の上方には，該２つの磁性層が有する自発磁化と平行な方向に駆動線が設けられている。記憶担体へのデータの書き込みが行われる場合，駆動線に電流が流され，記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化と垂直な方向に磁場が印加される。該磁場により，記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化の反転が選択的に容易化される。記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化の反転は，結合制御層を介して該２つの磁性層に働く交換相互作用によって行われる。データ書き込みの際に電流が流される駆動線は，上方に湾曲するように形成されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１１０９３８号公報（図４）
【特許文献２】
米国特許第５，７４２，０１６号公報
【特許文献３】
米国特許第６，２３６，５９０号公報
【特許文献４】
特開２００２−１１８２３９号公報
【特許文献５】
特開２０００−８２２８３号公報（図５）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＭＲＡＭのメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にするための他の技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、上記の目的を達成するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１，２１）と、反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化し，且つ，前記基板（１，２１）の上方に形成された磁気抵抗素子（５，２７）と，第１方向（ｙ軸方向）に延設され，前記磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１，３３）とを備えている。配線（１１，３３）は、磁気抵抗素子（５，２７）よりも基板（１，２１）に近く，且つ，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５，２７）と重ならない第１位置（１２ａ）と、磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。このような配線（１１，３３）の構造により，配線（１１，３３）に流される電流は，磁気抵抗素子（５，２７）の近傍において，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（５，２７）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（５，２７）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１５】
配線（１１，３３）によって発生される磁場の向きは、自発磁化の方向に実質的に一致することが好適である。
【００１６】
配線（１１，３３）は、前記磁気抵抗素子（５，２７）よりも前記基板（１，２１）に近い第３位置（１２ｅ）を通過するように形成され，第１位置（１２ａ）と第３位置（１２ｅ）とは、基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向からみて磁気抵抗素子（５，２７）をはさむように位置することが好適である。このような配線（１１，３３）の配置は，垂直電流成分を増大させ，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１７】
当該磁気ランダムアクセスメモリは，更に、基板（１）を被覆するように形成される第１絶縁膜（２）と、第２絶縁膜（９）とを備え、磁気抵抗素子（５）は、第１絶縁膜（２）の上に形成され、第２絶縁膜（９）は、第１絶縁膜（２）の上に形成され、且つ、磁気抵抗素子（５）の側面に接合して配線（１１）と磁気抵抗素子（５）とを絶縁することが好適である。第２絶縁膜（９）が形成されていることにより，配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との間の絶縁が確保される。
【００１８】
第１絶縁膜（４）は，配線形成面（４ａ，４ｂ）と，磁気抵抗素子形成面（４ｃ）とを有し，磁気抵抗素子形成面（４ｃ）は，配線形成面（４ａ，４ｂ）よりも基板（１，２１）から離れており，磁気抵抗素子（５，２７）は，前記磁気抵抗素子形成面（４ｃ）の上に形成され，配線（１１，３３）の一部は，前記配線形成面（４ａ，４ｂ）の上に形成されていることが好適である。これにより，配線（１１，３３）が，磁気抵抗素子（５，２７）よりも基板（１，２１）に近い第１位置（１２ａ）と磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過する構造が実現される。
【００１９】
配線（１１）は，配線形成面（４ａ）に沿って，第１位置（１２ａ）を通過するように延設される第１配線部分（１１ａ）と，第２絶縁膜（９）の側面に沿って，基板（１）の主面（１ａ）に実質的に垂直に延設される第２配線部分（１１ｂ）と，第２絶縁膜（９，３１）の上面に沿って，第２位置（１２ｃ）を通過するように延設される第３配線部分（１１ｃ）を含むことが好適である。第２配線部分（１１ｂ）が基板（１）の主面（１ａ）に実質的に垂直に延設されることにより，第２配線部分（１１ｂ）は磁気抵抗素子（５）に近接される。これにより，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場は増大され，より小さな書き込み電流でデータを書き込むことが可能になる。
【００２０】
このような構造は、垂直に延設される第２配線部分（１１ｂ）の長さが，第３配線部分（１１ｃ）の長さよりも長い程度に微細化されたＭＲＡＭに特に好適である。高度に微細化されたＭＲＡＭでは、第２配線部分（１１ｂ）の長さが，第３配線部分（１１ｃ）の長さよりも長いことにより、書き込み電流が実効的に抑制可能である。
【００２１】
第２絶縁膜（９，３１）の側面が，前記基板（１）の主面（１ａ）に対して斜めにされ，配線（１１）は，配線形成面（４ａ）に沿って，第１位置（１２ａ）を通過するように延設される第１配線部分（１１ａ）と，第２絶縁膜（９）の側面に沿って，基板（１）の前記主面（１ａ）に対して斜めに延設される第２配線部分（１１ｂ）と，第２絶縁膜（９）の上面に沿って，第２位置（１２ｃ）を通過するように延設される第３配線部分（１１ｃ）とを含むことが好適である。
【００２２】
当該磁気ランダムアクセスメモリが，更に，第１方向（ｙ軸方向）と概ね垂直な第２方向（ｘ軸方向）に延設される他の配線（３３）を備えている場合，該他の配線（３３）は，磁気抵抗素子（５，２７）と基板（１，２１）との間を通過する第４配線部分（２４ｃ）と，第４配線部分（２４ｃ）よりも基板（１，２１）から離れて位置する第５配線部分（２４ａ，２４ｅ）と，第４配線部分（２４ｃ）と第５配線部分（２４ａ，２４ｅ）との間に介設され，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な成分を有する方向に延設される第６配線部分（２４ｂ，２４ｄ）とを備えていることが好適である。このような他の配線（３３）の構造により，該他の配線（３３）に流される電流は，磁気抵抗素子（２７）の近傍において，基板（２１）の主面（２１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（２７）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（２７）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００２３】
強磁性層（８）が第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な対称面（８ｆ）に対して鏡面対称である場合、配線（１１）の中心線は，積極的に、強磁性層（８）の前記対称面（８ｆ）の上に位置しないように配置されているとが好適である。このような構造は，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。
【００２４】
このとき配線（１１）は，基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたとき，強磁性層（８）の対称面（８ｆ）に垂直な第２方向（ｘ軸方向）における強磁性層（８）の端から第２方向（ｘ軸方向）にはみ出して強磁性層（８）に重ならない部分を有していることが好適である。
【００２５】
更に，配線（１１）の第２方向（ｘ軸方向）における幅（Ｗ）は，前記強磁性層（８）の第２方向（ｘ軸方向）における長さ（Ｌ）よりも狭いことが好適である。
【００２６】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１，２１）と、基板（１，２１）の上面側に形成され、第１方向（ｘ軸方向）に平行又は反平行に反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子（５，２７）と、第１方向（ｘ軸方向）と実質的に垂直な第２方向（ｙ軸方向）に延設され，磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１，３３）とを備え、配線（１１，３３）は、基板（１，２１）の上面側から見て磁気抵抗素子（５，２７）と重ならない第１位置（１２ａ）と，磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。第１位置（１２ａ）は，前記第２位置（１２ｃ）よりも基板（１，２１）から近い。配線（１１，３３）は，自発磁化と平行又は反平行な方向の磁場を磁気抵抗素子（５，２７）に印加する。このような構造は，自発磁化と平行又は反平行な方向の磁場を大きくし，データの書き込みのために，第２方向（ｙ軸方向）に延設される配線（１１，３３）に流す必要がある書き込み電流の大きさを低減する。
【００２７】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１）と，基板（１）の上方に形成され、反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子（５）と、磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）とを備えている。配線（１１）に流される電流は，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に平行な方向に流れる平行電流成分と，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有している。磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場の強度の半分以上は，前記垂直電流成分の寄与による。このような磁気ランダムアクセスメモリは，配線（１１）に流される電流を有効に利用し，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。
【００２８】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは、基板（１）と、基板（１）を被覆するように形成される第１絶縁膜（４）と、第１絶縁膜（４）の上に形成され，反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子（５）と、基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５）と重ならない第１位置（１２ａ）と磁気抵抗素子（５）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成され，且つ，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）と，第１絶縁膜（４）の上に形成され、且つ、磁気抵抗素子（５）の側面に接合して配線（１１）と磁気抵抗素子（５）とを絶縁する第２絶縁膜（９）とを備えている。このような配線（１１）の構造により，配線（１１）に流される電流は，磁気抵抗素子（５）の近傍において，基板（１）の主面（１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（５）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（５）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。更に、第２絶縁膜（９）が設けられていることにより、配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との絶縁が確実化される。このような構造は、配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との距離を小さくし、書き込み電流を一層に低減することにすることに適している。
【００２９】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリ製造方法は，
基板（１）を被覆する第１層間絶縁膜（４）を形成する工程と，
第１層間絶縁膜（４）の上に，反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子（５）を形成する工程と，
磁気抵抗素子（５，２７）を第２層間絶縁膜（９）によって被覆する工程と，
第２層間絶縁膜（９）のうちの磁気抵抗素子（５）にオーバーラップしない部分をエッチングする工程と，
第２層間絶縁膜（９）の上面および側面に沿って磁気抵抗素子（５）に磁場を印加する配線（１１）を形成する工程とを備えている。第２層間絶縁膜（９）のうち，磁気抵抗素子（５，２７）にオーバーラップしない部分がエッチングされることにより，配線（１１）のうちの基板（１）に垂直に延伸する部分が長くなり，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を強化する構造が実現される。
【００３０】
第２層間絶縁膜（９）のうちの磁気抵抗素子（５）にオーバーラップしない部分をエッチングする工程により，第１層間絶縁膜（４）の一部は露出され，配線（１１，３３）は，第１層間絶縁膜（４）のうち露出された露出部分に接するように形成されることが好適である。
【００３１】
当該磁気ランダムアクセスメモリ製造方法は，更に，第１層間絶縁膜（４）の前記露出部分をエッチングする工程を含むことが好適である。第１層間絶縁膜（４）がエッチングされることにより，配線（１１）のうちの基板（１）に垂直に延伸する部分が一層に長くなり，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を一層に強化する構造が実現される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるＭＲＡＭの実施の一形態を説明する。
【００３３】
（実施の第１形態）
本発明によるＭＲＡＭの実施の第１形態では，図１に示されているように，基板１の主面１ａに層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２の上には，ワード線３が形成されている。図２に示されているように，ワード線３は，基板１の主面１ａに実質的に平行なｘ軸方向に延設されている。
【００３４】
図１に示されているように，層間絶縁膜２及びワード線３は，層間絶縁膜４で被覆されている。層間絶縁膜４は，配線形成面４ａ，４ｂと，磁気抵抗素子形成面４ｃとを有している。配線形成面４ａ，４ｂと磁気抵抗素子形成面４ｃとは，基板１の主面１ａに実質的に平行である。磁気抵抗素子形成面４ｃは，配線形成面４ａ，４ｂよりも基板１の主面１ａから離れている。ワード線３は，磁気抵抗素子形成面４ｃと基板１の主面１ａとの間に位置する。
【００３５】
層間絶縁膜４の磁気抵抗素子形成面４ｃの上には，磁気抵抗素子５が形成されている。磁気抵抗素子５は，下部強磁性層６と，トンネル絶縁層７と，上部強磁性層８とを含む。下部強磁性層６とトンネル絶縁層７と上部強磁性層８とは，磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する。図２に示されているように，上部強磁性層８は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたとき，実質的に，ｘ軸方向に長軸を有する楕円形である。下部強磁性層６は，ｘ軸方向に延伸し，図示されない位置に形成されたコンタクトを介してワード線３に接続されている。
【００３６】
図３は，磁気抵抗素子５の断面構造を示している。磁気抵抗素子５の下部強磁性層６は，順次に積層された，第１タンタル層６ａ，アルミ層６ｂ，第２タンタル層６ｃ，初期強磁性層６ｄ，反強磁性層６ｅ，及び固定強磁性層６ｆを含む。第１タンタル層６ａ及び第２タンタル層６ｃは，タンタルで形成されている。アルミ層６ｂは，アルミニウムで形成されている。初期強磁性層６ｄは，パーマロイで形成されている。反強磁性層６ｅは，Ｉｒ−Ｍｎで形成されている。固定強磁性層６ｆは，Ｃｏ−Ｆｅで形成されている。固定強磁性層６ｆは，自発磁化を有しており，該自発磁化の向きは，反強磁性層６ｅから受ける相互作用により固定される。
【００３７】
トンネル絶縁層７は，下部強磁性層６の固定強磁性層６ｆの上に形成されている。トンネル絶縁層７は，厚さ方向（ｚ軸方向）にトンネル電流が流れる程度に薄く，トンネル絶縁層７の厚さは，典型的には，１〜３ｎｍである。トンネル絶縁層７としては，プラズマ酸化法によって作成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜が使用される。
【００３８】
トンネル絶縁層７の上に上部強磁性層８が形成されている。上部強磁性層８は，自由強磁性層８ａと，自由強磁性層８ａの上に形成されたタンタル層８ｂとを含む。自由強磁性層８ａは，図２に示されているように，＋ｘ方向又は−ｘ方向に反転自在な自発磁化８ｃを有している。当該磁気ランダムアクセスメモリでは，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの方向としてデータが記憶される。図３を参照して，トンネル絶縁層７の厚さ方向の抵抗は，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの方向に応じて変化する。該抵抗の変化を検知することにより，当該磁気ランダムアクセスメモリに記憶されているデータの判別が可能である。自由強磁性層８ａは，Ｎｉ−Ｆｅで形成され，タンタル層８ｂは，タンタルで形成されている。
【００３９】
層間絶縁膜４の磁気抵抗素子形成面４ｃと磁気抵抗素子５とは，層間絶縁膜９によって被覆されている。層間絶縁膜９は，磁気抵抗素子５の側面に接合する。層間絶縁膜９を貫通して上部強磁性層８に到達するように，キャップ層１０が形成されている。層間絶縁膜４の配線形成面４ａ，４ｂは，層間絶縁膜９によっては被覆されていない。
【００４０】
ビット線１１が，磁気抵抗素子５の上方を通過して，ｙ軸方向に延伸するように設けられている。ｙ軸方向とは，基板１の主面１ａに実質的に平行で，且つ，ｘ軸方向に実質的に垂直な方向である。ビット線１１は，層間絶縁膜９により，磁気抵抗素子５の下部強磁性層６から絶縁されている。ビット線１１は，キャップ層１０を介して磁気抵抗素子５の上部強磁性層８に電気的に接続されている。
【００４１】
データの書き込みが行われる場合，ワード線３とビット線１１とに書き込み電流が流される。ワード線３に流される書き込み電流は，磁気抵抗素子５の自由強磁性層８ａが有する自発磁化８ｃと垂直な方向に磁場を発生する。自発磁化８ｃと垂直な方向に磁場が印加されると，自由強磁性層８ａの抗磁場は小さくなり，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転が容易化される。この状態でビット線１１に書き込み電流が流されると，該書き込み電流は，磁気抵抗素子５の自由強磁性層８ａが有する自発磁化８ｃと平行（又は反平行）の方向に磁場を発生し，所望の方向に自発磁化８ｃを反転する。
【００４２】
ビット線１１に流される書き込み電流の低減のために，ビット線１１は，下記構造を有するように形成されている。ビット線１１は，
（１）層間絶縁膜４の上に形成され，ｙ軸方向に延伸して第１位置１２ａに到達する水平配線部分１１ａと，
（２）第１位置１２ａから層間絶縁膜９の側面に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸し，第２位置１２ｂに到達する垂直配線部分１１ｂと，
（３）第２位置１２ｂから磁気抵抗素子５の上方にある第３位置１２ｃを通過してｙ軸方向に延伸し，第４位置１２ｄに到達する水平配線部分１１ｃと，
（４）第４位置１２ｄからｚ軸方向に延伸し，第５位置１２ｅに到達する垂直配線部分１１ｄと，
（５）層間絶縁膜４の上に形成され，第５位置１２ｅからｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｅ
とを含んで構成されている。第１位置１２ａ及び第５位置１２ｅは，磁気抵抗素子５よりも基板１の主面１ａに近く，且つ，基板１の上方からみて磁気抵抗素子５をはさむように位置している。
【００４３】
このような構造を有するビット線１１に書き込み電流が流されると，図２に示されているように，ｚ軸方向に延伸する垂直配線部分１１ｂにより磁場１３ａが発生され，ｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｃにより磁場１３ｂが発生され，ｚ軸方向に延伸する垂直配線部分１１ｄにより磁場１３ｃが発生される。磁場１３ａ〜１３ｃは，磁気抵抗素子５において方向が一致するため足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子５に印加される。従来のＭＲＡＭでは，ｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｃにより発生される磁場１３ｂに相当する分しかデータの書き込みに利用されない。上述のビット線１１の構造は，書き込み電流を有効に利用し，大きな磁場を磁気抵抗素子５に印加することを可能にする。従って，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００４４】
図１を参照して，ビット線１１のうちの垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが，基板１の主面１ａに垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸することは，書き込み電流をより有効に利用できる点で好適である。垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが，ｚ軸方向に延伸することにより，垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとを磁気抵抗素子５に近づけることができる。垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが磁気抵抗素子５に接近することにより，磁気抵抗素子５により大きな磁場が印加され，書き込み電流の一層の低減が可能になる。
【００４５】
このような構造は微細化されたＭＲＡＭに有効であり，特に，メモリセルの面積が小さくされ，水平配線部分１１ｃの長さ（即ち，層間絶縁膜９の上面のｙ軸方向の２端の距離）が，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄの長さ（即ち，層間絶縁膜９の上面と層間絶縁膜４の配線形成面４ａとの距離）よりも小さくなる程度にまで微細化されたＭＲＡＭに有効である。かかる程度まで微細化されたＭＲＡＭでは，磁気抵抗素子５に印加される磁場のうち，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが寄与する部分が大きくなり，書き込み電流の実効的な低減が可能である。
【００４６】
ビット線１１が通過する第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが，磁気抵抗素子５よりも基板１の近くに位置することは，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる点で好適である。第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが，磁気抵抗素子５よりも基板１の近くに位置することにより，書き込み電流の，基板１の主面１ａに垂直に流れる成分が増大する。これにより，書き込み電流が一層に有効に利用され，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００４７】
第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが基板１に近いほど，ビット線１１に流される書き込み電流の基板１の主面１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分が大きくなる。第１位置１２ａと第５位置１２ｅとは，磁気抵抗素子５に印加される磁場の強度の半分以上が該垂直電流成分の寄与となる程度に，基板１に近付けられることが好適である。このような構造は，書き込み電流の一層に有効な利用を可能にし，これにより少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能にする。
【００４８】
図４から図９は，本発明の実施の第１形態のＭＲＡＭの製造方法を示す。当該ＭＲＡＭの製造方法は，図４に示されているように，基板１の上方に層間絶縁膜２を形成する工程で開始される。層間絶縁膜２の上には，ワード線３が形成される。続いて，図５に示されているように，ワード線３の上に層間絶縁膜４が成膜された後，層間絶縁膜４の表面がＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化される。
【００４９】
層間絶縁膜４の平坦化の後，図６に示されているように，層間絶縁膜４の上に磁気抵抗素子５が形成される。磁気抵抗素子５の形成は，当業者にとって周知の方法で行われ，その詳細は説明されない。続いて，図７に示されているように，層間絶縁膜４と磁気抵抗素子５との上に層間絶縁膜９が成膜された後，層間絶縁膜９の表面がＣＭＰによって平坦化される。
【００５０】
続いて，図８に示されているように，層間絶縁膜９を貫通して磁気抵抗素子５に到達するコンタクトホールが形成された後，該コンタクトホールにキャップ膜１０が形成される。
【００５１】
キャップ層１０の形成の後，図９に示されているように，層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とがエッチングされる。層間絶縁膜４のエッチングは，層間絶縁膜４の途中で止められ，これにより，層間絶縁膜４には，配線形成面４ａ，４ｂと，配線形成面４ａ，４ｂよりも基板１の主面１ａから離れた磁気抵抗素子形成面４ｃとが形成される。層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とがエッチングされることにより，ビット線１１のうちの基板１の主面１ａに垂直に延伸する部分がより長くなり，磁気抵抗素子５に印加される磁場を強化する構造が実現される。続いて，配線形成面４ａ，４ｂ，並びに層間絶縁膜９の側面及び上面に沿ってビット線１１が形成され，図１に示されたＭＲＡＭの形成が完了する。
【００５２】
以上に説明されているように，実施の第１形態のＭＲＡＭでは，上述されたビット線１１の構造により，磁気抵抗素子５の近傍において，主面１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と基板１の主面１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とが生まれる。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子５において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子５に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００５３】
なお，実施の第１形態において，図１０に示されているように，層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とのエッチングは，エッチングにより形成される側壁が斜めになるように行われることが可能である。このような構造は，ビット線１１が曲る角度を緩やかにし，ビット線１１の断線を効果的に防止し，更に，ビット線１１のエレクトロマイグレーションに対する耐性を向上する。
【００５４】
また，実施の第１形態において，図１１に示されているように，ｙ軸方向（即ち，上部強磁性層８の自発磁化と垂直な方向）に延設されるビット線１１が磁気抵抗素子５の下方に形成され，ｘ軸方向に延設されるワード線３が磁気抵抗素子５の上方に形成され，ワード線３に，基板１の主面に垂直な方向に延設される垂直配線部分３ａ，３ｂが設けられることも可能である。
【００５５】
しかし，図１に示されているように，ｙ軸方向に延設されるビット線１１に，基板１の主面に垂直な方向に延設される垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが設けられる構成が一層に好適である。上部強磁性層８は，ｘ軸方向（即ち，上部強磁性層８の自発磁化の方向）に長軸８ｅを有するように形成されるため，図１１の構成では，上部強磁性層８の中心とｘ軸方向に延設されるワード線３の垂直配線部分３ａ，３ｂとの距離は遠くなる。従って，ワード線３に垂直配線部分３ａ，３ｂを設けても，この垂直配線部分３ａ，３ｂが発生する磁場は，上部強磁性層８の中心まで到達しにくい。これは，垂直配線部分３ａ，３ｂによる磁場の強化の効率が低いことを意味する。一方，図１の構造では，ビット線１１のうちの垂直な方向に延設される垂直配線部分１１ｂ，１１ｄと，上部強磁性層８の中心との距離は近くなり，上部強磁性層８の全体について磁場の強化の効果が現れる。従って，図１に示されているように，上部強磁性層８の自発磁化と垂直な方向に延設されるビット線１１に，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが設けられる構成が好適である。
【００５６】
また，図１２を参照して，上部強磁性層８はｙ軸方向に実質的に平行で，且つ，基板１の主面１ａに実質的に垂直な対称面８ｆに対して鏡面対称であるが，ビット線１１の中心線１１ｆは，上部強磁性層８の対称面８ｆに対してｘ軸方向にオフセットして配置されることが好ましい。このようなビット線１１の配置は，書き込み電流の更なる低減を可能にする。ビット線１１の中心線１１ｆが，上部強磁性層８の短軸８ｄに対してｘ軸方向にオフセットしていることによる書き込み電流の低減の効果は，以下のメカニズムに起因していると推定される。
【００５７】
上部強磁性層８の自由強磁性層８ａに含まれるドメインには，隣接するドメインの磁化方向を揃えようとする交換相互作用が働いている。この交換相互作用に起因して，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転は，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインから開始され，その後中心部のドメインに伝搬する振る舞いを示す。自由強磁性層８ａの中心部のドメインは，その周囲に存在する全てのドメインから交換相互作用をうけ，その反転を妨げられる。一方，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインは，ドメインに隣接していない領域を有しているため，周囲のドメインから受ける交換相互作用が小さく，比較的に小さな磁場によって反転する。外縁部のドメインが反転すると，そのドメインに隣接するドメインの反転も容易化されて反転する。このように，ドメインの反転は外縁部から開始され，中心部に伝搬する。
【００５８】
ビット線１１の中心線１１ｆを上部強磁性層８の対称面８ｆからオフセットさせることにより，ビット線１１が発生する磁場が最大となる位置は，自由強磁性層８ａの外縁部に近づき，より小さな書き込み電流で自由強磁性層８ａの外縁部にあるドメインの反転を発生させることが可能になる。自由強磁性層８ａの外縁部にあるドメインを反転させれば，ドメインの反転は外縁部から中心部に伝搬し，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃが完全に反転する。ゆえに，ビット線１１の中心線１１ｆを上部強磁性層８の対称面８ｆからオフセットさせ，ビット線１１の中心線１１ｆを自由強磁性層８ａの外縁部に近づけることにより，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃをより少ない書き込み電流で反転することができる。
【００５９】
ビット線１１は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたときに上部強磁性層８の長軸８ｅ（即ち，楕円形である上部強磁性層８のｘ軸方向における２端を結ぶ線分８ｅ）の一端からｘ軸方向にはみ出し，上部強磁性層８に重ならない部分を有することが好適である。このようなビット線１１の配置は，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃを反転可能にする点で好適である。上部強磁性層８に対してｘ軸方向にはみ出すビット線１１の配置は，ビット線１１が発生する磁場が最大となる位置を，一層に自由強磁性層８ａの外縁部に近づける。従って，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなり，結果として自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなる。
【００６０】
ｘ軸方向におけるビット線１１の幅Ｗが，ｘ軸方向における上部強磁性層８の長さＬ（即ち，長軸８ｅの長さＬ）よりも狭いことは，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃを反転可能にする点で好適である。この効果は，ビット線１１の幅Ｗが狭くなると，ビット線１１が発生する磁場が自由強磁性層８ａの外縁部のドメインに集中することに起因する。ビット線１１が発生する磁場が自由強磁性層８ａの外縁部のドメインに集中することにより，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなる。その結果，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなる。
【００６１】
更に，実施の第１形態において，図１３に示されているように，ビット線１１の上面に透磁率が高い磁性体層１４が形成されることが可能である。磁性体層１４は，典型的には，パーマロイで形成される。このような構造は，ビット線１１が発生する磁場をビット線１１の方に引き付けて磁気抵抗素子５に磁場を集中し，磁気抵抗素子５に大きな磁場を印加することを可能にする。
【００６２】
（実施の第２形態）
実施の第２形態では，書き込み電流の一層の低減のために，実施の第１形態のワード線３と異なる構造を有するワード線が使用される。
【００６３】
実施の第２形態では，図１４に示されているように，ｘ軸方向にワード線２４が設けられ，ｙ軸方向にビット線３３が設けられる。ワード線２４とビット線３３とが交差する位置に，磁気抵抗素子２７が設けられる。
【００６４】
図１５は，磁気抵抗素子２７を通り，且つ，ｘｚ平面に平行な断面Ｂ−Ｂ’における，実施の第２形態のＭＲＡＭの断面構造を示す。基板２１の主面２１ａの上には，層間絶縁膜２２が形成される。層間絶縁膜２２の上には，凹部形成絶縁膜２３が形成されている。凹部形成絶縁膜２３は，その一部がエッチングされ，層間絶縁膜２２に到達する開口が設けられている。
【００６５】
ワード線２４が，ｘ軸方向に延伸するように形成されている。ワード線２４は，凹部形成絶縁膜２３の上面，及び側壁，並びに，層間絶縁膜２２の上面に沿って形成されている。即ち，ワード線２４は，
（１）凹部形成絶縁膜２３の上に形成され，凹部形成絶縁膜２３の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する水平配線部分２４ａと，
（２）水平配線部分２４ａに接続し，配線部分２４ａに接続する位置から凹部形成絶縁膜２３の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸し，層間絶縁膜２２に到達する垂直配線部分２４ｂと，
（３）垂直配線部分２４ｂに接続し，層間絶縁膜２２の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する配線部分水平２４ｃと，
（４）水平配線部分２４ｃに接続し，凹部形成絶縁膜２３の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分２４ｄと，
（５）垂直配線部分２４ｄに接続し，凹部形成絶縁膜２３の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する水平配線部分２４ｅ
とを含んで構成されている。
【００６６】
このようなワード線２４の構造は，書き込み電流をより有効に利用して大きな磁場を磁気抵抗素子２７に印加し，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。ワード線２４に書き込み電流が流されると，垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄは，それぞれ磁場を発生する。垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄが発生する磁場の方向は磁気抵抗素子２７において実質的に一致する。従って，垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄが発生する磁場は足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。このため，書き込み電流がより有効に利用され，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。従って，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能である。
【００６７】
ワード線２４の水平配線部分２４ｃを被覆するように，層間絶縁膜２５が形成されている。図１４に図示された断面Ｃ−Ｃ’（磁気抵抗素子２７を通り，且つ，ｙｚ平面に平行な断面）における断面構造を示している図１６を参照して，層間絶縁膜２５は，配線形成面２５ａ，２５ｂと，磁気抵抗素子形成面２５ｃとを有している。配線形成面２５ａ，２５ｂと磁気抵抗素子形成面２５ｃとは，基板２１の主面２１ａに実質的に平行である。磁気抵抗素子形成面２５ｃは，配線形成面２５ａ，２５ｂよりも基板２１の主面２１ａから離れている。ワード線２４の水平配線部分２４ｃは，磁気抵抗素子形成面２４ｃと基板２１の主面２１ａとの間に位置する。
【００６８】
層間絶縁膜２５には，磁気抵抗素子形成面２５ｃからワード線２４に到達する導電性のコンタクト２６が形成されている。磁気抵抗素子形成面２５ｃの上には，磁気抵抗素子２７が形成されている。磁気抵抗素子２７は，コンタクト２６を介してワード線２４に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２７は，下部強磁性層２８とトンネル絶縁層２９と上部強磁性層３０とを含む。下部強磁性層２８，トンネル絶縁層２９，及び上部強磁性層３０の断面構造は，実施の第１形態の磁気抵抗素子５の下部強磁性層６，トンネル絶縁層７，及び上部強磁性層８の断面構造と同一である。下部強磁性層２８は，方向が固定された自発磁化８ｃを有する固定強磁性層を含み，上部強磁性層２８は，反転自在な自発磁化８ｃを有する自由強磁性層を含んでいる。図１４に示されているように，基板２１の上面からみたとき磁気抵抗素子２７は，実質的にｘ軸方向に長い楕円形を有する。
【００６９】
図１６に示されているように，層間絶縁膜２５の磁気抵抗素子形成面２５ｃと磁気抵抗素子２７とは，層間絶縁膜３１によって被覆されている。層間絶縁膜３１は，磁気抵抗素子２７の側面に接合する。層間絶縁膜３１を貫通して上部強磁性層３０に到達するように，キャップ層３２が形成されている。層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａ，２５ｂは，層間絶縁膜３１によっては被覆されていない。
【００７０】
ビット線３３が，磁気抵抗素子２７の上方を通過して，ｙ軸方向に延伸するように設けられている。ビット線３３は，層間絶縁膜３１により，磁気抵抗素子２７の下部強磁性層２８から絶縁されている。ビット線３３は，キャップ層３２を介して磁気抵抗素子２７の上部強磁性層３０に電気的に接続されている。
【００７１】
ビット線３３の構造は，実施の第１形態のビット線１１の構造と同様である。ビット線３３は，層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａ，２５ｂ，及び層間絶縁膜３１の側壁及び上面に沿って形成されている。即ち，ビット線３３は，
（１）層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａの上に形成され，配線形成面２５ａに沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ａと，
（２）水平配線部分３３ａに接続し，水平配線部分３３ａに接続する位置から層間絶縁膜３１の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分３３ｂと，
（３）垂直配線部分３３ｂに接続し，層間絶縁膜３１の上面に沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ｃと，
（４）水平配線部分３３ｃに接続し，層間絶縁膜３１の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分３３ｄと，
（５）垂直配線部分３３ｄに接続し，層間絶縁膜２５の配線形成面２５ｂの上面に沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ｅ
とを含んで構成されている。
【００７２】
このようなビット線３３の構造は，実施の第１形態のビット線１１と同様に，書き込み電流をより有効に利用し，大きな磁場を磁気抵抗素子２７に印加することを可能にする。これにより，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことができる。
【００７３】
以上に説明されているように，実施の第２形態のＭＲＡＭでは，上述されたビット線３３の構造に起因して，ビット線３３に流される書き込み電流は，基板２１の主面２１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と主面２１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有している。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子２７において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。これにより，データの書き込みを行うためにビット線３３に流すことが必要な書き込み電流が小さくなる。
【００７４】
更に，上述されたワード線２４の構造に起因して，ワード線２４に流される書き込み電流は，基板２１の主面２１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と基板２１の主面２１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とを磁気抵抗素子２７の近傍において有している。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子２７において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。これにより，データの書き込みを行うためにワード線２４に流すことが必要な書き込み電流が小さくなる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明により、ＭＲＡＭのメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態を示す上面図である。
【図３】図３は、磁気抵抗素子５の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の変形例である。
【図１１】図１１は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の他の変形例である。
【図１２】図１２は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の更に他の変形例である。
【図１３】図１３は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の更に他の変形例である。
【図１４】図１４は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す平面図である。
【図１５】図１５は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す断面図であり，図１４のＢ−Ｂ’断面の断面図である。
【図１６】図１６は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す断面図であり，図１４のＣ−Ｃ’断面の断面図である。
【図１７】図１７は，従来の磁気ランダムアクセスメモリを示す。
【符号の説明】
１：基板
２：層間絶縁膜
３：ワード線
４：層間絶縁膜
４ａ：配線形成面
４ｂ：配線形成面
４ｃ：磁気抵抗素子形成面
５：磁気抵抗素子
６：下部強磁性層
６ａ：第１タンタル層
６ｂ：アルミ層
６ｃ：第２タンタル層
６ｄ：初期強磁性層
６ｅ：反強磁性層
６ｆ：固定強磁性層
７：トンネル絶縁層
８：上部強磁性層
８ａ：自由強磁性層
８ｂ：タンタル層
９：層間絶縁膜
１０：キャップ層
１１：ビット線
１２ａ：第１位置
１２ｂ：第２位置
１２ｃ：第３位置
１２ｄ：第４位置
１２ｅ：第５位置
１３ａ〜１３ｃ：磁場
１４：磁性体層
２１：基板
２２：層間絶縁膜
２３：凹部形成用絶縁膜
２４：ワード線
２５：層間絶縁膜
２６：コンタクト
２７：磁気抵抗素子
２８：下部強磁性層
２９：トンネル絶縁層
３０：上部強磁性層
３１：層間絶縁膜
３２：キャップ層
３３：ビット線
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：以下、「ＭＲＡＭ」という。）に関する。本発明は，特に，ＭＲＡＭのメモリセルに，より小さい書き込み電流でデータを書き込むことを可能にするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＡＭは，高速書き込みが可能であり，且つ，大きな書き換え回数を有する不揮発性メモリとして注目を集めている。
【０００３】
典型的なＭＲＡＭのメモリセルは，図１７に示されているように，固定された自発磁化を有するピン層１０１と，反転可能な自発磁化を有するフリー層１０２と，ピン層１０１とフリー層１０２との間に介設された非磁性のスペーサ層１０３とにより構成される磁気抵抗素子１０４を含む。フリー層１０２は，その自発磁化の向きが，ピン層１０１の自発磁化の向きと平行，又は反平行に向くことが許されるように，反転可能に形成される。
【０００４】
メモリセルは，１ビットのデータを，フリー層１０２の自発磁化の方向として記憶する。メモリセルは，フリー層１０２の自発磁化とピン層１０１の自発磁化とが平行である”平行”状態と，フリー層１０２の自発磁化とピン層１０１の自発磁化とが反平行である”反平行”状態の２つの状態を取り得る。メモリセルは，”平行”状態と，”反平行”状態とのうちの一方を”０”に，他方を”１”に対応付けることにより，１ビットのデータを記憶する。
【０００５】
メモリセルからのデータの読み出しは，磁気抵抗効果によるメモリセルの抵抗の変化を検知することによって行われる。ピン層１０１及びフリー層１０２の自発磁化の方向は，メモリセルの抵抗に影響を及ぼす。ピン層１０１とフリー層１０２との自発磁化の向きが平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第１値Ｒとなり，反平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第２値Ｒ＋ΔＲになる。ピン層１０１及びフリー層１０２の自発磁化の方向，即ち，メモリセルに記憶されているデータは，メモリセルの抵抗を検知することにより判別することができる。
【０００６】
メモリセルへのデータの書き込みは，メモリセルアレイに配設されるワード線及びビット線に書き込み電流を流し，該書き込み電流により生じる磁場によってフリー層１０２の自発磁化の方向を反転させることによって行われる。
【０００７】
データの書き込みに必要な書き込み電流の低減は，ＭＲＡＭの消費電力の低減の観点から重要である。書き込み電流を低減する技術が，特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される信号線に高飽和磁化ソフト磁性材料，又は金属−非金属ナノグラニュラ膜を接合することによって磁場が磁気抵抗素子に集中され，これにより書き込み電流が低減されている。
【０００８】
書き込み電流を低減するための構造を有する他のＭＲＡＭが，特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される配線としてコイルが使用され，磁気抵抗素子は，該コイルの中に挿入されている。磁気抵抗素子に印加される磁場は，該コイルのターン数に比例するため，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【０００９】
書き込み電流を低減するための構造を有する更に他のＭＲＡＭが，米国特許公報である特許文献３と，その日本出願である特許文献４とに開示されている。特許文献３に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される導体の幅が，データ記憶層の幅よりも狭くされている。書き込み電流が流される導体の幅を小さくすることで，導体とデータ記憶層との間のミスアライメントが排除され，書き込み電流によって生成される磁場の漏れが低減され，従って，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１０】
本出願に関連し得る更に他の技術が，特許文献５に開示されている。特許文献５に開示された磁気記憶装置では，２つの磁性層に結合制御層が挟まれた構造が使用される。２つの磁性層のうちの一が記憶担体として使用される。該２つの磁性層の上方には，該２つの磁性層が有する自発磁化と平行な方向に駆動線が設けられている。記憶担体へのデータの書き込みが行われる場合，駆動線に電流が流され，記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化と垂直な方向に磁場が印加される。該磁場により，記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化の反転が選択的に容易化される。記憶担体として使用される磁性層が有する自発磁化の反転は，結合制御層を介して該２つの磁性層に働く交換相互作用によって行われる。データ書き込みの際に電流が流される駆動線は，上方に湾曲するように形成されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１１０９３８号公報（図４）
【特許文献２】
米国特許第５，７４２，０１６号公報
【特許文献３】
米国特許第６，２３６，５９０号公報
【特許文献４】
特開２００２−１１８２３９号公報
【特許文献５】
特開２０００−８２２８３号公報（図５）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＭＲＡＭのメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にするための他の技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、上記の目的を達成するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１，２１）と、反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化し，且つ，前記基板（１，２１）の上方に形成された磁気抵抗素子（５，２７）と，第１方向（ｙ軸方向）に延設され，前記磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１，３３）とを備えている。配線（１１，３３）は、磁気抵抗素子（５，２７）よりも基板（１，２１）に近く，且つ，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５，２７）と重ならない第１位置（１２ａ）と、磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。このような配線（１１，３３）の構造により，配線（１１，３３）に流される電流は，磁気抵抗素子（５，２７）の近傍において，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（５，２７）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（５，２７）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１５】
配線（１１，３３）によって発生される磁場の向きは、自発磁化の方向に実質的に一致することが好適である。
【００１６】
配線（１１，３３）は、前記磁気抵抗素子（５，２７）よりも前記基板（１，２１）に近い第３位置（１２ｅ）を通過するように形成され，第１位置（１２ａ）と第３位置（１２ｅ）とは、基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向からみて磁気抵抗素子（５，２７）をはさむように位置することが好適である。このような配線（１１，３３）の配置は，垂直電流成分を増大させ，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００１７】
当該磁気ランダムアクセスメモリは，更に、基板（１）を被覆するように形成される第１絶縁膜（２）と、第２絶縁膜（９）とを備え、磁気抵抗素子（５）は、第１絶縁膜（２）の上に形成され、第２絶縁膜（９）は、第１絶縁膜（２）の上に形成され、且つ、磁気抵抗素子（５）の側面に接合して配線（１１）と磁気抵抗素子（５）とを絶縁することが好適である。第２絶縁膜（９）が形成されていることにより，配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との間の絶縁が確保される。
【００１８】
第１絶縁膜（４）は，配線形成面（４ａ，４ｂ）と，磁気抵抗素子形成面（４ｃ）とを有し，磁気抵抗素子形成面（４ｃ）は，配線形成面（４ａ，４ｂ）よりも基板（１，２１）から離れており，磁気抵抗素子（５，２７）は，前記磁気抵抗素子形成面（４ｃ）の上に形成され，配線（１１，３３）の一部は，前記配線形成面（４ａ，４ｂ）の上に形成されていることが好適である。これにより，配線（１１，３３）が，磁気抵抗素子（５，２７）よりも基板（１，２１）に近い第１位置（１２ａ）と磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過する構造が実現される。
【００１９】
配線（１１）は，配線形成面（４ａ）に沿って，第１位置（１２ａ）を通過するように延設される第１配線部分（１１ａ）と，第２絶縁膜（９）の側面に沿って，基板（１）の主面（１ａ）に実質的に垂直に延設される第２配線部分（１１ｂ）と，第２絶縁膜（９，３１）の上面に沿って，第２位置（１２ｃ）を通過するように延設される第３配線部分（１１ｃ）を含むことが好適である。第２配線部分（１１ｂ）が基板（１）の主面（１ａ）に実質的に垂直に延設されることにより，第２配線部分（１１ｂ）は磁気抵抗素子（５）に近接される。これにより，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場は増大され，より小さな書き込み電流でデータを書き込むことが可能になる。
【００２０】
このような構造は、垂直に延設される第２配線部分（１１ｂ）の長さが，第３配線部分（１１ｃ）の長さよりも長い程度に微細化されたＭＲＡＭに特に好適である。高度に微細化されたＭＲＡＭでは、第２配線部分（１１ｂ）の長さが，第３配線部分（１１ｃ）の長さよりも長いことにより、書き込み電流が実効的に抑制可能である。
【００２１】
第２絶縁膜（９，３１）の側面が，前記基板（１）の主面（１ａ）に対して斜めにされ，配線（１１）は，配線形成面（４ａ）に沿って，第１位置（１２ａ）を通過するように延設される第１配線部分（１１ａ）と，第２絶縁膜（９）の側面に沿って，基板（１）の前記主面（１ａ）に対して斜めに延設される第２配線部分（１１ｂ）と，第２絶縁膜（９）の上面に沿って，第２位置（１２ｃ）を通過するように延設される第３配線部分（１１ｃ）とを含むことが好適である。
【００２２】
当該磁気ランダムアクセスメモリが，更に，第１方向（ｙ軸方向）と概ね垂直な第２方向（ｘ軸方向）に延設される他の配線（３３）を備えている場合，該他の配線（３３）は，磁気抵抗素子（５，２７）と基板（１，２１）との間を通過する第４配線部分（２４ｃ）と，第４配線部分（２４ｃ）よりも基板（１，２１）から離れて位置する第５配線部分（２４ａ，２４ｅ）と，第４配線部分（２４ｃ）と第５配線部分（２４ａ，２４ｅ）との間に介設され，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な成分を有する方向に延設される第６配線部分（２４ｂ，２４ｄ）とを備えていることが好適である。このような他の配線（３３）の構造により，該他の配線（３３）に流される電流は，磁気抵抗素子（２７）の近傍において，基板（２１）の主面（２１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（２７）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（２７）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００２３】
強磁性層（８）が第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な対称面（８ｆ）に対して鏡面対称である場合、配線（１１）の中心線は，積極的に、強磁性層（８）の前記対称面（８ｆ）の上に位置しないように配置されているとが好適である。このような構造は，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。
【００２４】
このとき配線（１１）は，基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたとき，強磁性層（８）の対称面（８ｆ）に垂直な第２方向（ｘ軸方向）における強磁性層（８）の端から第２方向（ｘ軸方向）にはみ出して強磁性層（８）に重ならない部分を有していることが好適である。
【００２５】
更に，配線（１１）の第２方向（ｘ軸方向）における幅（Ｗ）は，前記強磁性層（８）の第２方向（ｘ軸方向）における長さ（Ｌ）よりも狭いことが好適である。
【００２６】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１，２１）と、基板（１，２１）の上面側に形成され、第１方向（ｘ軸方向）に平行又は反平行に反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子（５，２７）と、第１方向（ｘ軸方向）と実質的に垂直な第２方向（ｙ軸方向）に延設され，磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１，３３）とを備え、配線（１１，３３）は、基板（１，２１）の上面側から見て磁気抵抗素子（５，２７）と重ならない第１位置（１２ａ）と，磁気抵抗素子（５，２７）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成されている。第１位置（１２ａ）は，前記第２位置（１２ｃ）よりも基板（１，２１）から近い。配線（１１，３３）は，自発磁化と平行又は反平行な方向の磁場を磁気抵抗素子（５，２７）に印加する。このような構造は，自発磁化と平行又は反平行な方向の磁場を大きくし，データの書き込みのために，第２方向（ｙ軸方向）に延設される配線（１１，３３）に流す必要がある書き込み電流の大きさを低減する。
【００２７】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは，基板（１）と，基板（１）の上方に形成され、反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子（５）と、磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）とを備えている。配線（１１）に流される電流は，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に平行な方向に流れる平行電流成分と，基板（１，２１）の主面（１ａ，２１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有している。磁気抵抗素子（５，２７）に印加される磁場の強度の半分以上は，前記垂直電流成分の寄与による。このような磁気ランダムアクセスメモリは，配線（１１）に流される電流を有効に利用し，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。
【００２８】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリは、基板（１）と、基板（１）を被覆するように形成される第１絶縁膜（４）と、第１絶縁膜（４）の上に形成され，反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子（５）と、基板（１）の主面（１ａ）に垂直な方向からみたときに磁気抵抗素子（５）と重ならない第１位置（１２ａ）と磁気抵抗素子（５）の上方にある第２位置（１２ｃ）とを通過するように形成され，且つ，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を発生する電流を流すための配線（１１）と，第１絶縁膜（４）の上に形成され、且つ、磁気抵抗素子（５）の側面に接合して配線（１１）と磁気抵抗素子（５）とを絶縁する第２絶縁膜（９）とを備えている。このような配線（１１）の構造により，配線（１１）に流される電流は，磁気抵抗素子（５）の近傍において，基板（１）の主面（１ａ）に水平な方向に流れる水平電流成分と該主面（１ａ）に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有する。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子（５）において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子（５）に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。更に、第２絶縁膜（９）が設けられていることにより、配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との絶縁が確実化される。このような構造は、配線（１１）と磁気抵抗素子（５）との距離を小さくし、書き込み電流を一層に低減することにすることに適している。
【００２９】
本発明による磁気ランダムアクセスメモリ製造方法は，
基板（１）を被覆する第１層間絶縁膜（４）を形成する工程と，
第１層間絶縁膜（４）の上に，反転可能な自発磁化を有する強磁性層（８）を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子（５）を形成する工程と，
磁気抵抗素子（５，２７）を第２層間絶縁膜（９）によって被覆する工程と，
第２層間絶縁膜（９）のうちの磁気抵抗素子（５）にオーバーラップしない部分をエッチングする工程と，
第２層間絶縁膜（９）の上面および側面に沿って磁気抵抗素子（５）に磁場を印加する配線（１１）を形成する工程とを備えている。第２層間絶縁膜（９）のうち，磁気抵抗素子（５，２７）にオーバーラップしない部分がエッチングされることにより，配線（１１）のうちの基板（１）に垂直に延伸する部分が長くなり，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を強化する構造が実現される。
【００３０】
第２層間絶縁膜（９）のうちの磁気抵抗素子（５）にオーバーラップしない部分をエッチングする工程により，第１層間絶縁膜（４）の一部は露出され，配線（１１，３３）は，第１層間絶縁膜（４）のうち露出された露出部分に接するように形成されることが好適である。
【００３１】
当該磁気ランダムアクセスメモリ製造方法は，更に，第１層間絶縁膜（４）の前記露出部分をエッチングする工程を含むことが好適である。第１層間絶縁膜（４）がエッチングされることにより，配線（１１）のうちの基板（１）に垂直に延伸する部分が一層に長くなり，磁気抵抗素子（５）に印加される磁場を一層に強化する構造が実現される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるＭＲＡＭの実施の一形態を説明する。
【００３３】
（実施の第１形態）
本発明によるＭＲＡＭの実施の第１形態では，図１に示されているように，基板１の主面１ａに層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２の上には，ワード線３が形成されている。図２に示されているように，ワード線３は，基板１の主面１ａに実質的に平行なｘ軸方向に延設されている。
【００３４】
図１に示されているように，層間絶縁膜２及びワード線３は，層間絶縁膜４で被覆されている。層間絶縁膜４は，配線形成面４ａ，４ｂと，磁気抵抗素子形成面４ｃとを有している。配線形成面４ａ，４ｂと磁気抵抗素子形成面４ｃとは，基板１の主面１ａに実質的に平行である。磁気抵抗素子形成面４ｃは，配線形成面４ａ，４ｂよりも基板１の主面１ａから離れている。ワード線３は，磁気抵抗素子形成面４ｃと基板１の主面１ａとの間に位置する。
【００３５】
層間絶縁膜４の磁気抵抗素子形成面４ｃの上には，磁気抵抗素子５が形成されている。磁気抵抗素子５は，下部強磁性層６と，トンネル絶縁層７と，上部強磁性層８とを含む。下部強磁性層６とトンネル絶縁層７と上部強磁性層８とは，磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する。図２に示されているように，上部強磁性層８は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたとき，実質的に，ｘ軸方向に長軸を有する楕円形である。下部強磁性層６は，ｘ軸方向に延伸し，図示されない位置に形成されたコンタクトを介してワード線３に接続されている。
【００３６】
図３は，磁気抵抗素子５の断面構造を示している。磁気抵抗素子５の下部強磁性層６は，順次に積層された，第１タンタル層６ａ，アルミ層６ｂ，第２タンタル層６ｃ，初期強磁性層６ｄ，反強磁性層６ｅ，及び固定強磁性層６ｆを含む。第１タンタル層６ａ及び第２タンタル層６ｃは，タンタルで形成されている。アルミ層６ｂは，アルミニウムで形成されている。初期強磁性層６ｄは，パーマロイで形成されている。反強磁性層６ｅは，Ｉｒ−Ｍｎで形成されている。固定強磁性層６ｆは，Ｃｏ−Ｆｅで形成されている。固定強磁性層６ｆは，自発磁化を有しており，該自発磁化の向きは，反強磁性層６ｅから受ける相互作用により固定される。
【００３７】
トンネル絶縁層７は，下部強磁性層６の固定強磁性層６ｆの上に形成されている。トンネル絶縁層７は，厚さ方向（ｚ軸方向）にトンネル電流が流れる程度に薄く，トンネル絶縁層７の厚さは，典型的には，１〜３ｎｍである。トンネル絶縁層７としては，プラズマ酸化法によって作成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜が使用される。
【００３８】
トンネル絶縁層７の上に上部強磁性層８が形成されている。上部強磁性層８は，自由強磁性層８ａと，自由強磁性層８ａの上に形成されたタンタル層８ｂとを含む。自由強磁性層８ａは，図２に示されているように，＋ｘ方向又は−ｘ方向に反転自在な自発磁化８ｃを有している。当該磁気ランダムアクセスメモリでは，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの方向としてデータが記憶される。図３を参照して，トンネル絶縁層７の厚さ方向の抵抗は，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの方向に応じて変化する。該抵抗の変化を検知することにより，当該磁気ランダムアクセスメモリに記憶されているデータの判別が可能である。自由強磁性層８ａは，Ｎｉ−Ｆｅで形成され，タンタル層８ｂは，タンタルで形成されている。
【００３９】
層間絶縁膜４の磁気抵抗素子形成面４ｃと磁気抵抗素子５とは，層間絶縁膜９によって被覆されている。層間絶縁膜９は，磁気抵抗素子５の側面に接合する。層間絶縁膜９を貫通して上部強磁性層８に到達するように，キャップ層１０が形成されている。層間絶縁膜４の配線形成面４ａ，４ｂは，層間絶縁膜９によっては被覆されていない。
【００４０】
ビット線１１が，磁気抵抗素子５の上方を通過して，ｙ軸方向に延伸するように設けられている。ｙ軸方向とは，基板１の主面１ａに実質的に平行で，且つ，ｘ軸方向に実質的に垂直な方向である。ビット線１１は，層間絶縁膜９により，磁気抵抗素子５の下部強磁性層６から絶縁されている。ビット線１１は，キャップ層１０を介して磁気抵抗素子５の上部強磁性層８に電気的に接続されている。
【００４１】
データの書き込みが行われる場合，ワード線３とビット線１１とに書き込み電流が流される。ワード線３に流される書き込み電流は，磁気抵抗素子５の自由強磁性層８ａが有する自発磁化８ｃと垂直な方向に磁場を発生する。自発磁化８ｃと垂直な方向に磁場が印加されると，自由強磁性層８ａの抗磁場は小さくなり，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転が容易化される。この状態でビット線１１に書き込み電流が流されると，該書き込み電流は，磁気抵抗素子５の自由強磁性層８ａが有する自発磁化８ｃと平行（又は反平行）の方向に磁場を発生し，所望の方向に自発磁化８ｃを反転する。
【００４２】
ビット線１１に流される書き込み電流の低減のために，ビット線１１は，下記構造を有するように形成されている。ビット線１１は，
（１）層間絶縁膜４の上に形成され，ｙ軸方向に延伸して第１位置１２ａに到達する水平配線部分１１ａと，
（２）第１位置１２ａから層間絶縁膜９の側面に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸し，第２位置１２ｂに到達する垂直配線部分１１ｂと，
（３）第２位置１２ｂから磁気抵抗素子５の上方にある第３位置１２ｃを通過してｙ軸方向に延伸し，第４位置１２ｄに到達する水平配線部分１１ｃと，
（４）第４位置１２ｄからｚ軸方向に延伸し，第５位置１２ｅに到達する垂直配線部分１１ｄと，
（５）層間絶縁膜４の上に形成され，第５位置１２ｅからｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｅ
とを含んで構成されている。第１位置１２ａ及び第５位置１２ｅは，磁気抵抗素子５よりも基板１の主面１ａに近く，且つ，基板１の上方からみて磁気抵抗素子５をはさむように位置している。
【００４３】
このような構造を有するビット線１１に書き込み電流が流されると，図２に示されているように，ｚ軸方向に延伸する垂直配線部分１１ｂにより磁場１３ａが発生され，ｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｃにより磁場１３ｂが発生され，ｚ軸方向に延伸する垂直配線部分１１ｄにより磁場１３ｃが発生される。磁場１３ａ〜１３ｃは，磁気抵抗素子５において方向が一致するため足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子５に印加される。従来のＭＲＡＭでは，ｙ軸方向に延伸する水平配線部分１１ｃにより発生される磁場１３ｂに相当する分しかデータの書き込みに利用されない。上述のビット線１１の構造は，書き込み電流を有効に利用し，大きな磁場を磁気抵抗素子５に印加することを可能にする。従って，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００４４】
図１を参照して，ビット線１１のうちの垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが，基板１の主面１ａに垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸することは，書き込み電流をより有効に利用できる点で好適である。垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが，ｚ軸方向に延伸することにより，垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとを磁気抵抗素子５に近づけることができる。垂直配線部分１１ｂと垂直配線部分１１ｄとが磁気抵抗素子５に接近することにより，磁気抵抗素子５により大きな磁場が印加され，書き込み電流の一層の低減が可能になる。
【００４５】
このような構造は微細化されたＭＲＡＭに有効であり，特に，メモリセルの面積が小さくされ，水平配線部分１１ｃの長さ（即ち，層間絶縁膜９の上面のｙ軸方向の２端の距離）が，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄの長さ（即ち，層間絶縁膜９の上面と層間絶縁膜４の配線形成面４ａとの距離）よりも小さくなる程度にまで微細化されたＭＲＡＭに有効である。かかる程度まで微細化されたＭＲＡＭでは，磁気抵抗素子５に印加される磁場のうち，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが寄与する部分が大きくなり，書き込み電流の実効的な低減が可能である。
【００４６】
ビット線１１が通過する第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが，磁気抵抗素子５よりも基板１の近くに位置することは，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる点で好適である。第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが，磁気抵抗素子５よりも基板１の近くに位置することにより，書き込み電流の，基板１の主面１ａに垂直に流れる成分が増大する。これにより，書き込み電流が一層に有効に利用され，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００４７】
第１位置１２ａと第５位置１２ｅとが基板１に近いほど，ビット線１１に流される書き込み電流の基板１の主面１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分が大きくなる。第１位置１２ａと第５位置１２ｅとは，磁気抵抗素子５に印加される磁場の強度の半分以上が該垂直電流成分の寄与となる程度に，基板１に近付けられることが好適である。このような構造は，書き込み電流の一層に有効な利用を可能にし，これにより少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能にする。
【００４８】
図４から図９は，本発明の実施の第１形態のＭＲＡＭの製造方法を示す。当該ＭＲＡＭの製造方法は，図４に示されているように，基板１の上方に層間絶縁膜２を形成する工程で開始される。層間絶縁膜２の上には，ワード線３が形成される。続いて，図５に示されているように，ワード線３の上に層間絶縁膜４が成膜された後，層間絶縁膜４の表面がＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって平坦化される。
【００４９】
層間絶縁膜４の平坦化の後，図６に示されているように，層間絶縁膜４の上に磁気抵抗素子５が形成される。磁気抵抗素子５の形成は，当業者にとって周知の方法で行われ，その詳細は説明されない。続いて，図７に示されているように，層間絶縁膜４と磁気抵抗素子５との上に層間絶縁膜９が成膜された後，層間絶縁膜９の表面がＣＭＰによって平坦化される。
【００５０】
続いて，図８に示されているように，層間絶縁膜９を貫通して磁気抵抗素子５に到達するコンタクトホールが形成された後，該コンタクトホールにキャップ膜１０が形成される。
【００５１】
キャップ層１０の形成の後，図９に示されているように，層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とがエッチングされる。層間絶縁膜４のエッチングは，層間絶縁膜４の途中で止められ，これにより，層間絶縁膜４には，配線形成面４ａ，４ｂと，配線形成面４ａ，４ｂよりも基板１の主面１ａから離れた磁気抵抗素子形成面４ｃとが形成される。層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とがエッチングされることにより，ビット線１１のうちの基板１の主面１ａに垂直に延伸する部分がより長くなり，磁気抵抗素子５に印加される磁場を強化する構造が実現される。続いて，配線形成面４ａ，４ｂ，並びに層間絶縁膜９の側面及び上面に沿ってビット線１１が形成され，図１に示されたＭＲＡＭの形成が完了する。
【００５２】
以上に説明されているように，実施の第１形態のＭＲＡＭでは，上述されたビット線１１の構造により，磁気抵抗素子５の近傍において，主面１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と基板１の主面１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とが生まれる。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子５において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子５に印加される。これにより，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【００５３】
なお，実施の第１形態において，図１０に示されているように，層間絶縁膜９と層間絶縁膜４とのエッチングは，エッチングにより形成される側壁が斜めになるように行われることが可能である。このような構造は，ビット線１１が曲る角度を緩やかにし，ビット線１１の断線を効果的に防止し，更に，ビット線１１のエレクトロマイグレーションに対する耐性を向上する。
【００５４】
また，実施の第１形態において，図１１に示されているように，ｙ軸方向（即ち，上部強磁性層８の自発磁化と垂直な方向）に延設されるビット線１１が磁気抵抗素子５の下方に形成され，ｘ軸方向に延設されるワード線３が磁気抵抗素子５の上方に形成され，ワード線３に，基板１の主面に垂直な方向に延設される垂直配線部分３ａ，３ｂが設けられることも可能である。
【００５５】
しかし，図１に示されているように，ｙ軸方向に延設されるビット線１１に，基板１の主面に垂直な方向に延設される垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが設けられる構成が一層に好適である。上部強磁性層８は，ｘ軸方向（即ち，上部強磁性層８の自発磁化の方向）に長軸８ｅを有するように形成されるため，図１１の構成では，上部強磁性層８の中心とｘ軸方向に延設されるワード線３の垂直配線部分３ａ，３ｂとの距離は遠くなる。従って，ワード線３に垂直配線部分３ａ，３ｂを設けても，この垂直配線部分３ａ，３ｂが発生する磁場は，上部強磁性層８の中心まで到達しにくい。これは，垂直配線部分３ａ，３ｂによる磁場の強化の効率が低いことを意味する。一方，図１の構造では，ビット線１１のうちの垂直な方向に延設される垂直配線部分１１ｂ，１１ｄと，上部強磁性層８の中心との距離は近くなり，上部強磁性層８の全体について磁場の強化の効果が現れる。従って，図１に示されているように，上部強磁性層８の自発磁化と垂直な方向に延設されるビット線１１に，垂直配線部分１１ｂ，１１ｄが設けられる構成が好適である。
【００５６】
また，図１２を参照して，上部強磁性層８はｙ軸方向に実質的に平行で，且つ，基板１の主面１ａに実質的に垂直な対称面８ｆに対して鏡面対称であるが，ビット線１１の中心線１１ｆは，上部強磁性層８の対称面８ｆに対してｘ軸方向にオフセットして配置されることが好ましい。このようなビット線１１の配置は，書き込み電流の更なる低減を可能にする。ビット線１１の中心線１１ｆが，上部強磁性層８の短軸８ｄに対してｘ軸方向にオフセットしていることによる書き込み電流の低減の効果は，以下のメカニズムに起因していると推定される。
【００５７】
上部強磁性層８の自由強磁性層８ａに含まれるドメインには，隣接するドメインの磁化方向を揃えようとする交換相互作用が働いている。この交換相互作用に起因して，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転は，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインから開始され，その後中心部のドメインに伝搬する振る舞いを示す。自由強磁性層８ａの中心部のドメインは，その周囲に存在する全てのドメインから交換相互作用をうけ，その反転を妨げられる。一方，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインは，ドメインに隣接していない領域を有しているため，周囲のドメインから受ける交換相互作用が小さく，比較的に小さな磁場によって反転する。外縁部のドメインが反転すると，そのドメインに隣接するドメインの反転も容易化されて反転する。このように，ドメインの反転は外縁部から開始され，中心部に伝搬する。
【００５８】
ビット線１１の中心線１１ｆを上部強磁性層８の対称面８ｆからオフセットさせることにより，ビット線１１が発生する磁場が最大となる位置は，自由強磁性層８ａの外縁部に近づき，より小さな書き込み電流で自由強磁性層８ａの外縁部にあるドメインの反転を発生させることが可能になる。自由強磁性層８ａの外縁部にあるドメインを反転させれば，ドメインの反転は外縁部から中心部に伝搬し，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃが完全に反転する。ゆえに，ビット線１１の中心線１１ｆを上部強磁性層８の対称面８ｆからオフセットさせ，ビット線１１の中心線１１ｆを自由強磁性層８ａの外縁部に近づけることにより，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃをより少ない書き込み電流で反転することができる。
【００５９】
ビット線１１は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたときに上部強磁性層８の長軸８ｅ（即ち，楕円形である上部強磁性層８のｘ軸方向における２端を結ぶ線分８ｅ）の一端からｘ軸方向にはみ出し，上部強磁性層８に重ならない部分を有することが好適である。このようなビット線１１の配置は，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃを反転可能にする点で好適である。上部強磁性層８に対してｘ軸方向にはみ出すビット線１１の配置は，ビット線１１が発生する磁場が最大となる位置を，一層に自由強磁性層８ａの外縁部に近づける。従って，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなり，結果として自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなる。
【００６０】
ｘ軸方向におけるビット線１１の幅Ｗが，ｘ軸方向における上部強磁性層８の長さＬ（即ち，長軸８ｅの長さＬ）よりも狭いことは，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃを反転可能にする点で好適である。この効果は，ビット線１１の幅Ｗが狭くなると，ビット線１１が発生する磁場が自由強磁性層８ａの外縁部のドメインに集中することに起因する。ビット線１１が発生する磁場が自由強磁性層８ａの外縁部のドメインに集中することにより，自由強磁性層８ａの外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなる。その結果，自由強磁性層８ａの自発磁化８ｃの反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなる。
【００６１】
更に，実施の第１形態において，図１３に示されているように，ビット線１１の上面に透磁率が高い磁性体層１４が形成されることが可能である。磁性体層１４は，典型的には，パーマロイで形成される。このような構造は，ビット線１１が発生する磁場をビット線１１の方に引き付けて磁気抵抗素子５に磁場を集中し，磁気抵抗素子５に大きな磁場を印加することを可能にする。
【００６２】
（実施の第２形態）
実施の第２形態では，書き込み電流の一層の低減のために，実施の第１形態のワード線３と異なる構造を有するワード線が使用される。
【００６３】
実施の第２形態では，図１４に示されているように，ｘ軸方向にワード線２４が設けられ，ｙ軸方向にビット線３３が設けられる。ワード線２４とビット線３３とが交差する位置に，磁気抵抗素子２７が設けられる。
【００６４】
図１５は，磁気抵抗素子２７を通り，且つ，ｘｚ平面に平行な断面Ｂ−Ｂ’における，実施の第２形態のＭＲＡＭの断面構造を示す。基板２１の主面２１ａの上には，層間絶縁膜２２が形成される。層間絶縁膜２２の上には，凹部形成絶縁膜２３が形成されている。凹部形成絶縁膜２３は，その一部がエッチングされ，層間絶縁膜２２に到達する開口が設けられている。
【００６５】
ワード線２４が，ｘ軸方向に延伸するように形成されている。ワード線２４は，凹部形成絶縁膜２３の上面，及び側壁，並びに，層間絶縁膜２２の上面に沿って形成されている。即ち，ワード線２４は，
（１）凹部形成絶縁膜２３の上に形成され，凹部形成絶縁膜２３の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する水平配線部分２４ａと，
（２）水平配線部分２４ａに接続し，配線部分２４ａに接続する位置から凹部形成絶縁膜２３の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸し，層間絶縁膜２２に到達する垂直配線部分２４ｂと，
（３）垂直配線部分２４ｂに接続し，層間絶縁膜２２の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する配線部分水平２４ｃと，
（４）水平配線部分２４ｃに接続し，凹部形成絶縁膜２３の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分２４ｄと，
（５）垂直配線部分２４ｄに接続し，凹部形成絶縁膜２３の上面に沿ってｘ軸方向に延伸する水平配線部分２４ｅ
とを含んで構成されている。
【００６６】
このようなワード線２４の構造は，書き込み電流をより有効に利用して大きな磁場を磁気抵抗素子２７に印加し，より少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。ワード線２４に書き込み電流が流されると，垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄは，それぞれ磁場を発生する。垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄが発生する磁場の方向は磁気抵抗素子２７において実質的に一致する。従って，垂直配線部分２４ｂ，水平配線部分２４ｃ，及び垂直配線部分２４ｄが発生する磁場は足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。このため，書き込み電流がより有効に利用され，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。従って，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能である。
【００６７】
ワード線２４の水平配線部分２４ｃを被覆するように，層間絶縁膜２５が形成されている。図１４に図示された断面Ｃ−Ｃ’（磁気抵抗素子２７を通り，且つ，ｙｚ平面に平行な断面）における断面構造を示している図１６を参照して，層間絶縁膜２５は，配線形成面２５ａ，２５ｂと，磁気抵抗素子形成面２５ｃとを有している。配線形成面２５ａ，２５ｂと磁気抵抗素子形成面２５ｃとは，基板２１の主面２１ａに実質的に平行である。磁気抵抗素子形成面２５ｃは，配線形成面２５ａ，２５ｂよりも基板２１の主面２１ａから離れている。ワード線２４の水平配線部分２４ｃは，磁気抵抗素子形成面２４ｃと基板２１の主面２１ａとの間に位置する。
【００６８】
層間絶縁膜２５には，磁気抵抗素子形成面２５ｃからワード線２４に到達する導電性のコンタクト２６が形成されている。磁気抵抗素子形成面２５ｃの上には，磁気抵抗素子２７が形成されている。磁気抵抗素子２７は，コンタクト２６を介してワード線２４に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２７は，下部強磁性層２８とトンネル絶縁層２９と上部強磁性層３０とを含む。下部強磁性層２８，トンネル絶縁層２９，及び上部強磁性層３０の断面構造は，実施の第１形態の磁気抵抗素子５の下部強磁性層６，トンネル絶縁層７，及び上部強磁性層８の断面構造と同一である。下部強磁性層２８は，方向が固定された自発磁化８ｃを有する固定強磁性層を含み，上部強磁性層２８は，反転自在な自発磁化８ｃを有する自由強磁性層を含んでいる。図１４に示されているように，基板２１の上面からみたとき磁気抵抗素子２７は，実質的にｘ軸方向に長い楕円形を有する。
【００６９】
図１６に示されているように，層間絶縁膜２５の磁気抵抗素子形成面２５ｃと磁気抵抗素子２７とは，層間絶縁膜３１によって被覆されている。層間絶縁膜３１は，磁気抵抗素子２７の側面に接合する。層間絶縁膜３１を貫通して上部強磁性層３０に到達するように，キャップ層３２が形成されている。層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａ，２５ｂは，層間絶縁膜３１によっては被覆されていない。
【００７０】
ビット線３３が，磁気抵抗素子２７の上方を通過して，ｙ軸方向に延伸するように設けられている。ビット線３３は，層間絶縁膜３１により，磁気抵抗素子２７の下部強磁性層２８から絶縁されている。ビット線３３は，キャップ層３２を介して磁気抵抗素子２７の上部強磁性層３０に電気的に接続されている。
【００７１】
ビット線３３の構造は，実施の第１形態のビット線１１の構造と同様である。ビット線３３は，層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａ，２５ｂ，及び層間絶縁膜３１の側壁及び上面に沿って形成されている。即ち，ビット線３３は，
（１）層間絶縁膜２５の配線形成面２５ａの上に形成され，配線形成面２５ａに沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ａと，
（２）水平配線部分３３ａに接続し，水平配線部分３３ａに接続する位置から層間絶縁膜３１の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分３３ｂと，
（３）垂直配線部分３３ｂに接続し，層間絶縁膜３１の上面に沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ｃと，
（４）水平配線部分３３ｃに接続し，層間絶縁膜３１の側壁に沿って基板１の主面１ａに実質的に垂直な方向（ｚ軸方向）に延伸する垂直配線部分３３ｄと，
（５）垂直配線部分３３ｄに接続し，層間絶縁膜２５の配線形成面２５ｂの上面に沿ってｙ軸方向に延伸する水平配線部分３３ｅ
とを含んで構成されている。
【００７２】
このようなビット線３３の構造は，実施の第１形態のビット線１１と同様に，書き込み電流をより有効に利用し，大きな磁場を磁気抵抗素子２７に印加することを可能にする。これにより，少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことができる。
【００７３】
以上に説明されているように，実施の第２形態のＭＲＡＭでは，上述されたビット線３３の構造に起因して，ビット線３３に流される書き込み電流は，基板２１の主面２１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と主面２１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有している。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子２７において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。これにより，データの書き込みを行うためにビット線３３に流すことが必要な書き込み電流が小さくなる。
【００７４】
更に，上述されたワード線２４の構造に起因して，ワード線２４に流される書き込み電流は，基板２１の主面２１ａに水平な方向に流れる水平電流成分と基板２１の主面２１ａに垂直な方向に流れる垂直電流成分とを磁気抵抗素子２７の近傍において有している。該水平電流成分と該垂直電流成分とが発生する磁場は，磁気抵抗素子２７において方向が一致するために足し合わされ，大きな磁場が磁気抵抗素子２７に印加される。これにより，データの書き込みを行うためにワード線２４に流すことが必要な書き込み電流が小さくなる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明により、ＭＲＡＭのメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態を示す上面図である。
【図３】図３は、磁気抵抗素子５の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の第１形態の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の変形例である。
【図１１】図１１は、本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の他の変形例である。
【図１２】図１２は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の更に他の変形例である。
【図１３】図１３は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第１形態の更に他の変形例である。
【図１４】図１４は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す平面図である。
【図１５】図１５は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す断面図であり，図１４のＢ−Ｂ’断面の断面図である。
【図１６】図１６は，本発明による磁気ランダムアクセスメモリの実施の第２形態を示す断面図であり，図１４のＣ−Ｃ’断面の断面図である。
【図１７】図１７は，従来の磁気ランダムアクセスメモリを示す。
【符号の説明】
１：基板
２：層間絶縁膜
３：ワード線
４：層間絶縁膜
４ａ：配線形成面
４ｂ：配線形成面
４ｃ：磁気抵抗素子形成面
５：磁気抵抗素子
６：下部強磁性層
６ａ：第１タンタル層
６ｂ：アルミ層
６ｃ：第２タンタル層
６ｄ：初期強磁性層
６ｅ：反強磁性層
６ｆ：固定強磁性層
７：トンネル絶縁層
８：上部強磁性層
８ａ：自由強磁性層
８ｂ：タンタル層
９：層間絶縁膜
１０：キャップ層
１１：ビット線
１２ａ：第１位置
１２ｂ：第２位置
１２ｃ：第３位置
１２ｄ：第４位置
１２ｅ：第５位置
１３ａ〜１３ｃ：磁場
１４：磁性体層
２１：基板
２２：層間絶縁膜
２３：凹部形成用絶縁膜
２４：ワード線
２５：層間絶縁膜
２６：コンタクト
２７：磁気抵抗素子
２８：下部強磁性層
２９：トンネル絶縁層
３０：上部強磁性層
３１：層間絶縁膜
３２：キャップ層
３３：ビット線
Claims (19)
- 基板と、
反転可能な自発磁化を有する強磁性層を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化し，且つ，前記基板の上方に形成された磁気抵抗素子と、
第１方向に延設され，前記磁気抵抗素子に印加される磁場を発生する電流を流すための配線
とを備え、
前記配線は、前記磁気抵抗素子よりも前記基板に近く，且つ，前記基板の主面に垂直な方向からみたときに前記磁気抵抗素子と重ならない第１位置と、前記磁気抵抗素子の上方にある第２位置とを通過するように形成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁場の向きは、前記自発磁化の方向に実質的に一致する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記配線は、前記磁気抵抗素子よりも前記基板に近い第３位置を通過するように形成され，
前記第１位置と前記第３位置とは、前記基板の前記主面に垂直な方向からみたときに前記磁気抵抗素子をはさむように位置する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
更に、
前記基板を被覆するように形成される第１絶縁膜と、
第２絶縁膜
とを備え、
前記磁気抵抗素子は、前記第１絶縁膜の上に形成され、
前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜の上に形成され、且つ、前記磁気抵抗素子の側面に接合して前記配線と前記磁気抵抗素子とを絶縁する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記第１絶縁膜は，配線形成面と，磁気抵抗素子形成面とを有し，
前記磁気抵抗素子形成面は，前記配線形成面よりも前記基板から離れており，
前記磁気抵抗素子は，前記磁気抵抗素子形成面の上に形成され，
前記配線の一部は，前記配線形成面の上に形成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記配線は，
前記配線形成面に沿って，前記第１位置を通過するように延設される第１配線部分と，
前記第２絶縁膜の側面に沿って，前記基板の前記主面に実質的に垂直に延設される第２配線部分と，
前記第２絶縁膜の上面に沿って，前記第２位置を通過するように延設される第３配線部分を含む
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記第２配線部分の長さは，前記第３配線部分の長さよりも長い
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記第２絶縁膜の側面は，前記基板の主面に対して斜めにされ，
前記配線は，
前記配線形成面に沿って，前記第１位置を通過するように延設される第１配線部分と，
前記第２絶縁膜の側面に沿って，前記基板の前記主面に対して斜めに延設される第２配線部分と，
前記第２絶縁膜の上面に沿って，前記第２位置を通過するように延設される第３配線部分とを含む
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
更に，
前記第１方向と概ね垂直な第２方向に延設される他の配線を備え，
前記他の配線は，前記磁気抵抗素子と前記基板との間を通過する第４配線部分と，
前記第４配線部分よりも前記基板から離れて位置する第５配線部分と，
前記第４配線部分と前記第５配線部分との間に介設され，前記基板の主面に垂直な成分を有する方向に延設される第６配線部分
とを備えた
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，前記強磁性層は，前記第１方向に実質的に平行で，且つ，前記基板に実質的に垂直な対称面に対して鏡面対称であり，
前記配線の中心線は，積極的に，前記対称面の上に位置しないように配置されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１０に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記配線は，前記基板に垂直な方向からみたとき前記対称面に垂直な第２方向における前記強磁性層の端から前記第２方向にはみ出して前記強磁性層に重ならない部分を有している
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１０に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記対称面に垂直な第２方向における前記配線の幅は，前記強磁性層の前記第２方向における長さよりも狭い
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 基板と、
前記基板の上面側に形成され、第１方向に平行又は反平行に反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子と、
前記第１方向と実質的に垂直な第２方向に延設され，前記磁気抵抗素子に印加される磁場を発生する電流を流すための配線
とを備え、
前記配線は、前記基板の上面側から見て前記磁気抵抗素子と重ならない第１位置と，前記磁気抵抗素子の上方にある第２位置とを通過するように形成され，
前記第１位置は，前記第２位置よりも前記基板から近い
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 基板と，
前記基板の上方に形成され、反転可能な自発磁化を有し，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が異なる磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子に印加される磁場を発生する電流を流すための配線
とを備え，
前記電流は，前記基板の主面に平行な方向に流れる平行電流成分と，前記基板の主面に垂直な方向に流れる垂直電流成分とを有し，
前記磁気抵抗素子に印加される磁場の強度の半分以上は，前記垂直電流成分の寄与による
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 基板と、
前記基板を被覆するように形成される第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上に形成され，反転可能な自発磁化を有する強磁性層を含み，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子と、
前記基板の主面に垂直な方向からみたときに前記磁気抵抗素子と重ならない第１位置と前記磁気抵抗素子の上方にある第２位置とを通過するように形成され，且つ，前記磁気抵抗素子に印加される磁場を発生する電流を流すための配線と，前記第１絶縁膜の上に形成され、且つ、前記磁気抵抗素子の側面に接合して前記配線と前記磁気抵抗素子とを絶縁する第２絶縁膜
とを備えた
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項１５に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて，
前記第１絶縁膜は，配線形成面と，磁気抵抗素子形成面とを有し，
前記磁気抵抗素子形成面は，前記配線形成面よりも前記基板から離れており，
前記磁気抵抗素子は，前記磁気抵抗素子形成面の上に形成され，
前記配線の一部は，前記配線形成面の上に形成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 基板を被覆する第１層間絶縁膜を形成する工程と，
前記第１層間絶縁膜の上に，反転可能な自発磁化を有する強磁性層を含み，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子を形成する工程と，
前記磁気抵抗素子を第２層間絶縁膜によって被覆する工程と，
前記第２層間絶縁膜のうちの前記磁気抵抗素子にオーバーラップしない部分をエッチングする工程と，
前記第２層間絶縁膜の上面および側面に沿って前記磁気抵抗素子に磁場を印加する配線を形成する工程
とを備えた
磁気ランダムアクセスメモリ製造方法。 - 請求項１７に記載の磁気ランダムアクセスメモリ製造方法において，
前記第２層間絶縁膜のうちの前記磁気抵抗素子にオーバーラップしない部分をエッチングする工程により，前記第１層間絶縁膜の一部は露出され，
前記配線は，前記第１層間絶縁膜のうち露出された露出部分に接するように形成される
磁気ランダムアクセスメモリ製造方法。 - 請求項１７に記載の磁気ランダムアクセスメモリ製造方法において，
更に，
前記第１層間絶縁膜の前記露出部分をエッチングする工程を含む
磁気ランダムアクセスメモリ製造方法。
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