JP2007053315A - 磁気メモリ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、ＭＴＪ素子形成後の層間絶縁膜形成工程におけるＭＴＪ素子の酸化を、簡易かつ効果的に防止しうる磁気メモリ装置の構造及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明の磁気メモリ装置は、第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の外表面のうち、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の外表面が窒化されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気メモリ装置及びその製造方法に関し、特に、磁性層の磁化方向に基づく抵抗変化を利用した磁気メモリ装置及びその製造方法に関する。

近年、書き換え可能な不揮発性メモリとして、磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配列した磁気ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memoryという）が注目されている。ＭＲＡＭは、２つの磁性層における磁化方向の組み合わせを利用して“１”または“０”の情報を記憶し、磁性層の磁化方向が平行である場合と反平行である場合とにおける磁性層間の抵抗変化を検知することによって記憶情報の読み出しを行うものである。

ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗効果素子の１つとして、磁気トンネル接合（以下、ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junctionという）素子が知られている。このＭＴＪ素子は、２つの強磁性層がトンネル絶縁膜を介して積層されたものであり、２つの強磁性層の磁化方向（スピンの向き）の関係に基づいて、すなわち、２つの強磁性層の磁化方向が平行であるか反平行であるかによって、トンネル絶縁膜を通過して磁性層間に流れるトンネル電流が変化する現象を利用したものである。ＭＴＪ素子を用いた磁気メモリ装置は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３-２４３６３０号公報

ＭＴＪ素子を構成する強磁性材料は、ＮｉＦｅやＣｏＦｅ等の酸化されやすい材料である。ＭＲＡＭを作製する際、ＭＴＪ素子を形成した後の層間絶縁膜を形成する工程で、ＭＴＪ素子の周囲に酸素や水が発生し、その酸素或いは水がＭＴＪ素子（特に、ＭＴＪ素子を構成する強磁性材料）を酸化させる。その結果、酸化された強磁性材料は、その抵抗値が変化してしまうため、各ＭＴＪ素子の抵抗特性が均一に揃わなくなり、ＭＲＡＭ全体としての動作、信頼性に悪影響を及ぼす。

特許文献１には、ＭＴＪ素子の側面に、シリコン窒化膜（例えばプラズマ窒化シリコン）もしくは酸化アルミニウムよりなる側壁バリア層を設けることにより、強磁性層の酸化を抑制した磁気メモリ装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１のように、ＭＴＪ素子を形成した後に側壁バリア層を新たに設けることは、製造プロセスが大幅に増加してしまい、素子のコストアップになるため望ましくない。

特許文献１のような側壁エリアを設けるためには、ＭＴＪ素子を形成した後、（１）表面全体を覆うシリコン膜の形成、（２）シリコン膜の窒化、（３）選択露光および（４）エッチングによる選択除去という４つの工程を必要とする。特に、側壁バリア層を構成する窒化シリコン（ＳｉＮ）は誘電率が高いため局所的な使用が望ましく、上記（２）〜（４）の工程は必須となる。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その主目的は、ＭＴＪ素子形成後の層間絶縁膜形成工程におけるＭＴＪ素子の酸化を、簡易かつ効果的に防止しうる磁気メモリ装置の構造及びその製造方法を提供することにある。

上記の問題点を解決するために、本発明者は、ＭＴＪ素子形成後、ＭＴＪ素子に対して窒化処理を施すことにより、ＭＴＪ素子自体の機能を損なわずに酸素バリア機能を付加することができることを見出し、本発明をなすに至った。

本発明の一観点によれば、本発明の磁気メモリ装置は、第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の外表面のうち、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の外表面が窒化されていることを特徴とする。

また、本発明の他の観点によれば、本発明のメモリ装置の製造方法は、基板上に、第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁性層の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子を窒化させる窒化処理工程とを備えたことを特徴とする。

上記の構成を有することにより、第１の磁性層（固定磁化層としての強磁性層）および第２の磁性層（自由磁化層としての強磁性層）の表層部分に、酸素或いは水の浸入をバリアする機能が付加されるため、磁気抵抗効果素子を形成した後の製造プロセス或いはフィールドにおけるＭＴＪ素子の酸化が抑えられる。

本発明によれば、磁気抵抗効果素子における第１の磁性層及び第２の磁性層の外表面が窒化されていることにより、磁気抵抗効果素子形成後の層間絶縁膜形成工程における磁気抵抗効果素子の急激な酸化或いはフィールドにおける磁気抵抗効果素子の経時的な酸化が抑制され、酸化による磁気抵抗効果素子の抵抗ばらつきを効果的に防止する。

また、ＭＲＡＭの製造工程において、磁気抵抗効果素子形成後に、当該磁気抵抗効果素子を窒化させる窒化処理工程を備えることにより、層間絶縁膜形成工程における磁気抵抗効果素子の酸化が抑制され、磁気抵抗効果素子の抵抗特性の変化を小さくし、磁気抵抗効果素子の抵抗ばらつきを簡易且つ効果的に防止することを可能とする。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明について、図面を参照しながらより詳細に説明する。具体的には、本発明に係る磁気メモリ装置およびその製造方法について、図１乃至図８を用いて説明する。

なお、図１は本発明の実施形態における磁気メモリ装置の構造を示す概略断面図、図２は本発明の実施形態における磁気メモリ装置の窒化部を拡大した図、図３は磁気メモリ装置の酸化のメカニズムを示した概略図、図４〜図８は本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図である。

はじめに、本実施形態による磁気メモリ装置の構造について図１を用いて説明する。

シリコン基板１０には、素子分離膜１２が形成されている。素子分離膜１２により画定されたシリコン基板１０の活性領域には、ゲート絶縁膜１４ａおよびゲート電極１４ｂからなるゲート電極部１４と、ソース領域（ドレイン領域）１６およびドレイン領域（ソース領域）１８とを有する選択用トランジスタが形成されている。選択用トランジスタが形成されたシリコン基板１０上には、第１の層間絶縁膜２０−１が形成されている。

第１の層間絶縁膜２０−１上には、第１の層間絶縁膜２０−１に埋め込まれたコンタクトプラグ２４を介してソース領域（ドレイン領域）１６に電気的に接続されたグラウンド線２６が形成されている。グラウンド線２６が形成された層間絶縁膜２０上には、第２の層間絶縁膜２０−２が形成されている。

第２の層間絶縁膜２０−２には、紙面垂直方向に延在する書き込みワード線３２が埋め込まれている。書き込みワード線３２が埋め込まれた当該第２の層間絶縁膜２０−２上には、第３の層間絶縁膜２０−３が形成されている。

ドレイン領域（ソース領域）１８上には、コンタクトプラグ４２が層間絶縁膜２０−１、２０−２および２０−３を貫通して埋め込まれている。そして、第３の層間絶縁膜２０−３上には、当該コンタクトプラグ４２を介してドレイン領域（ソース領域）１８に電気的に接続された下部電極層４４が形成されている。

下部電極層４４上には、反強磁性層４６と、固定磁化層としての強磁性層４８と、トンネル絶縁膜５０と、自由磁化層としての強磁性層５２と、キャップ層５４とが順次積層されてなるＭＴＪ素子５６が形成されている。第３の層間絶縁膜２０−３上に下部電極層４４及びＭＴＪ素子５６が形成された状態で、その表面全体に、ＭＴＪ素子５６形成工程後の窒化処理により生じた窒化部５８が形成されている。そして、当該窒化部５８上に、シリコン酸化膜からなる第４の層間絶縁膜２０−４が形成されている。

なお、窒化部５８は、第３の層間絶縁膜２０−３、下部電極層４４およびＭＴＪ素子（ＭＴＪ素子を構成する各材料）が窒化されることにより形成された物質を示したものである。実際には、窒化される元の材料ごとに異なる物質が形成されるが、図１、図７および図８では、図示の便宜上、同材料の物質が層状に形成されているように表現している。

第４の層間絶縁膜２０−４上には、ＭＴＪ素子５６のキャップ層５４に電気的に接続され、書き込みワード線３２と交差する方向に延在するビット線６６が形成されている。また、第４の層間絶縁膜２０−４上には、ビット線６６を覆って第５の層間絶縁膜２０−５が形成されている。第５の層間絶縁膜２０−５上には、配線層７４及び第６の層間絶縁膜２０−６が形成されている。

ＭＲＡＭのメモリセル部では、このように、ＭＴＪ素子５６が、ビット線６６と書き込みワード線３２の交差位置に、両配線に挟まれた状態で配置されている。そして各ＭＴＪ素子５６は、それぞれ、対応する選択用トランジスタに電気的に接続されている。

ＭＲＡＭへのデータの書き込みは、上記対応する選択トランジスタをＯＦＦにして、ビット線６６と書き込みワード線３２に流す電流で作る合成磁場を、選択したメモリセルに加え、当該メモリセルのＭＴＪ素子５６におけるフリー磁性層（自由磁化層としての強磁性層５２）のスピンを反転し、磁化方向を変えることにより行われる。

その際、ＭＲＡＭでは、ＭＴＪ素子５６のピン磁性層（固定磁化層としての強磁性層４８）と前記フリー磁性層の磁化方向の組み合わせに応じて、強磁性層間の抵抗値が変化することを利用して、“０”或いは“１”のデータを記憶する。具体的には、上記磁化方向の組み合わせが、平行のときと反平行のときの２種類の状態を、例えば“０”“１”の２値にそれぞれ対応させて記憶する。

ＭＲＡＭからのデータの読み出しは、（図示しない）読み出しワード腺に電圧をかけて対応する選択トランジスタをオンさせてから、ビット線６６に電流を流すことにより、ＭＴＪ素子５６の抵抗値を検出する。

以下に、前記窒化部５８について具体的に説明する。図２は、本発明の実施形態における磁気メモリ装置のＭＴＪ素子の窒化部を拡大した図である。

図２に示したように、反強磁性層４６の表面には、反強磁性層４６を構成する材料が窒化された反強磁性層窒化部４６ａが形成されている。反強磁性層４６を構成する材料としては、例えば、プラチナマンガン（ＰｔＭｎ）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）等が使用可能である。反強磁性層４６としてプラチナマンガン（ＰｔＭｎ）を使用する場合には、例えば、Ｐｔ：Ｍｎの組成比が２：３のものを使用することが可能であり、このとき、窒化処理により、窒化マンガン（Ｍｎ_３Ｎ_２）が形成される。

固定磁化層としての強磁性層４８の表面には、強磁性層４８を構成する材料が窒化された強磁性層窒化部４８ａが形成されている。強磁性層４８を構成する材料が、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）等が使用可能である。強磁性層４８としてコバルト鉄（ＣｏＦｅ）を使用する場合には、例えば、Ｃｏ：Ｆｅの組成比が３：１のものを使用することが可能であり、このとき、窒化処理により、窒化鉄（Ｆｅ_３Ｎ）或いは窒化鉄（Ｆｅ_４Ｎ）が形成される。

トンネル絶縁膜５０の表面には、トンネル絶縁膜５０を構成する材料が窒化されたトンネル絶縁膜窒化部５０ａが形成されている。トンネル絶縁膜５０を構成する材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等が使用可能である。このトンネル絶縁膜５０を構成する材料は元々酸化物なので、酸化され難く、酸化の影響は比較的小さい。なお、トンネル絶縁膜５０を構成する材料として酸化チタン（ＴｉＯ_２）を使用した場合には、導電体である窒化チタン（ＴｉＮ）が形成されるので、長時間の窒化は望ましくない。

自由磁化層としての強磁性層５２の表面には、強磁性層５２を構成する材料が窒化された強磁性層窒化部５２ａが形成されている。強磁性層５２を構成する材料としては、例えば、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）等が使用可能である。強磁性層５２としてニッケル鉄（ＮｉＦｅ）を使用する場合には、例えば、Ｎｉ：Ｆｅの組成比が４：１のものを使用することが可能であり、このとき、窒化処理により、窒化鉄（Ｆｅ_３Ｎ）或いは窒化鉄（Ｆｅ_４Ｎ）が形成される。

キャップ層５４の表面には、キャップ層５４を構成する材料が窒化されたキャップ層窒化部５４ａが形成されている。キャップ層５４を構成する材料としては、例えば、タンタル（Ｔａ）等が使用可能である。キャップ層窒化部５４ａとしてタンタル（Ｔａ）を使用する場合には、窒化処理により、窒化タンタル（ＴａＮ）が形成されるが、窒化タンタルは導電体であるため、電極の機能上、特に問題は生じない。

続いて、ＭＴＪ素子５６の酸化が防止されるメカニズムを、図３を用いて説明する。なお、図３は、磁気メモリ装置の酸化のメカニズムを示した概略図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）の各図は、ＭＴＪ素子５６における強磁性層４８、５２の表層断面を表した図である。図３（ａ）はＭＴＪ素子５６の窒化処理を行わない場合の酸化メカニズムを示した図であり、図３（ｂ）はＭＴＪ素子５６の窒化処理を行わない場合の酸化メカニズムを示した図である。

図３において、磁性材料１は、強磁性層４８、５２を構成する磁性材料に含まれる元素のうち、酸化され易い元素を示す。本実施形態における磁性材料１としては、例えば鉄（Ｆｅ）が相当する。磁性材料２は、強磁性層４８、５２を構成する磁性材料に含まれる元素のうち、磁性材料１以外の主な元素を示す。本実施形態における磁性材料２としては、例えばコバルト（Ｃｏ）或いはニッケル（Ｎｉ）が相当する。

図３（ａ）に示すように、窒化処理が行われていない場合には、例えば、層間絶縁膜形成工程において、磁性材料１が酸素（酸素原子Ｏ）と反応して酸化する。そして、酸化による侵食が進行する。

一方、図３（ｂ）に示すように、窒化処理が行われた場合には、例えば、強磁性層４８、５２の表層に、磁性材料が窒化された窒化鉄（Ｆｅ_３Ｎ或いはＦｅ_４Ｎ）が形成され、強磁性層４８、５２の表面が窒素（窒素原子Ｎ）により覆われることになる。この表面を覆った窒素の存在が酸素の浸入を抑制し、磁性材料１の酸化を抑える働きをする。窒化されている材料に対する酸化には、窒化されていない材料を酸化するよりも大きなエネルギーが必要だからである。

このように、本実施形態による磁気メモリ装置は、ＭＴＪ素子５６の表面に形成される窒化部５８が酸素のバリア層として機能し、ＭＴＪ素子５６の酸化を抑制する効果を奏することに主たる特徴がある。また、本実施形態による磁気メモリ装置は、この窒化部５８が、ＭＴＪ素子５６に直接窒化処理を施すことにより形成される（すなわち、１つの工程を追加するだけで済む）ため、簡易に上記の効果を得ることができるということに主たる特徴がある。

次に、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法ついて図４乃至図８を用いて説明する。

まず、シリコン基板１０に、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、素子分離膜１２を形成する。

次いで、素子分離膜１２により画定されたシリコン基板１０の活性領域に、通常のＭＯＳトランジスタの形成方法と同様にして、ゲート電極１４及びソース（ドレイン）領域１６およびドレイン（ソース）領域１８を有する選択用トランジスタを形成する（図４（ａ））。

次いで、選択用トランジスタが形成されたシリコン基板１０上に、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法によりシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる第１の層間絶縁膜２０−１を形成する。

次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、第１の層間絶縁膜２０−１に、ソース（ドレイン）領域１６に達するコンタクトホール２２を形成する。

次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしての窒化チタン膜及びタングステン膜とを堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、コンタクトホール２２に埋め込まれソース（ドレイン）領域１６に電気的に接続されたコンタクトプラグ２４を形成する。

次いで、コンタクトプラグ２４が埋め込まれた第１の層間絶縁膜２０−１上に、導電膜を堆積してパターニングし、コンタクトプラグ２４を介してソース（ドレイン）領域１６に電気的に接続されたグラウンド線２６を形成する（図４（ｂ））。

次いで、グラウンド線２６が形成された第１の層間絶縁膜２０−１上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる第２の層間絶縁膜２０−２を形成する。

次いで、リソグラフィー及びエッチングにより、第２の層間絶縁膜２０−２に、書き込みワード線を埋め込むための配線溝３０を形成する。

次いで、例えばスパッタ法によりＴａ膜及びＮｉＦｅ膜を、例えば電解めっき法によりＣｕ膜を、それぞれ堆積後、これら導電膜をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing）法により研磨し、配線溝３０内に埋め込まれた書き込みワード線３２を形成する（図５（ａ））。

次いで、書き込みワード線３２が埋め込まれた第２の層間絶縁膜２０−２上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる第３の層間絶縁膜２０−３を形成する（図５（ｂ））。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜２０−１、２０−２および２０−３に、ドレイン（ソース）領域１８に達するコンタクトホール４０を形成する。

次いで、例えばＣＶＤ法により、バリアメタルとしての窒化チタン膜及びタングステン膜とを堆積後、これら導電膜をエッチバック或いはポリッシュバックし、コンタクトホール４０に埋め込まれドレイン（ソース）領域１８に電気的に接続されたコンタクトプラグ４２を形成する。

次いで、コンタクトプラグ４２が埋め込まれた第３の層間絶縁膜２０−３上に、例えばスパッタ法によりＴａ膜を堆積してパターニングし、Ｔａ膜よりなりコンタクトプラグ４２を介してドレイン（ソース）領域１８に電気的に接続された下部電極層４４を形成する（図６（ａ））。

次いで、下部電極層４４が形成された第３の層間絶縁膜２０−３上に、例えばスパッタ法により、例えばプラチナマンガン（ＰｔＭｎ）よりなる反強磁性層４６と、例えばコバルト鉄（ＣｏＦｅ）よりなる強磁性層４８と、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりなるトンネル絶縁膜５０と、例えばニッケル鉄（ＮｉＦｅ）よりなる強磁性層５２と、例えばタンタル（Ｔａ）膜よりなるキャップ層５４とを形成する。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、キャップ層５４、強磁性層５２、トンネル絶縁膜５０、強磁性層４８及び反強磁性層４６をパターニングし、下部電極層４４に接続されたＭＴＪ素子５６を形成する（図６（ｂ））。

次いで、ＭＴＪ素子５６に対して窒化処理を行う。窒化処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法により行い、その際に使用するプラズマとしては、例えば、窒素、アンモニア、或いは、トリエチルアミン等のアミン（アンモニアの水素を１個以上有機の原子団で置き換えたもの）等を使用する。

窒化処理は、強磁性層４８及び反強磁性層４６の表面に窒化鉄（Ｆｅ_３Ｎ或いはＦｅ_４Ｎ）が形成される程度の時間行われることが望ましい。具体的な窒化処理時間としては、例えば、３秒〜１０秒の間が望ましい。また、形成される窒化鉄の厚さは、１ｎｍ〜２ｎｍの厚さであることが望ましい。

また、トンネル絶縁膜５０として酸化チタン（ＴｉＯ_２）を使用している場合には、チタン（Ｔｉ）元素が酸素と反応して導電体である窒化チタン（ＴｉＮ）が形成されるという問題が生じるため、窒化処理を行う時間の上限は１０秒であることが望ましい。

次いで、上記窒化処理の後に、シリコン酸化膜よりなり、ＣＭＰ法により表面が平坦化された第４の層間絶縁膜２０−４を形成する（図７（ａ））。

次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第４の層間絶縁膜２０−４に、ＭＴＪ素子５６のキャップ層５４に達するコンタクトホール６４を形成する。

次いで、層間絶縁膜６２上に、例えばスパッタ法により導電膜（例えばＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮ／Ｔｉ）を堆積後、この導電膜をパターニングし、コンタクトホール６４を介してＭＴＪ素子５６に接続されたビット線６６を形成する（図７（ｂ））。

なお、キャップ層５４の表面（上部および側面）には、窒化処理により窒化タンタル（ＴａＮ）が形成されるが、窒化タンタルは導電体であるため、ＭＴＪ素子５６とビット線６６との電気的な接続は問題無い。

次いで、ビット線６６が形成された第４の層間絶縁膜２０−４上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなる第５の層間絶縁膜２０−５を形成する。

この後、必要に応じて、配線層７４及び第６の層間絶縁膜２０−６等を形成した後、パッシベーション膜等を形成し、磁気メモリ装置を完成する（図８）。

このように、本実施形態によれば、窒化処理によりＭＴＪ素子の表面に形成される窒化物により、酸素或いは水がＭＴＪ素子に達することを防止することができる。したがって、ＭＴＪ素子を形成した後の製造プロセスやフィールドにおいて、酸素や水の侵食による抵抗特性の変化やトンネル絶縁膜の還元による抵抗値の変化を効果的に防止することができる。

以下、本実施形態における実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１において、０．２μｍ×０．４μｍの大きさ（面積）を有するＭＴＪを８０個（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８０）作製した。

本実施例１において、ＭＴＪ素子５６を形成するまでの工程は、上述の実施形態で説明した方法と同様であるため、ここでは省略する。

ＭＴＪ素子５６を形成した後の窒化処理は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、以下の条件で行った。

・印加電力 ２２００［Ｗ］
・使用ガス ＮＨ３（４０ｃｃ）＋Ｎ２（１０ｃｃ）
・圧力 １．０［Ｐａ］
・処理時間 １０ｓｅｃ
・その他 基板の加熱＝室温〜２００［℃］
窒化処理後の工程、すなわち第４の層間絶縁膜２０−４を形成する工程以降についても、上述の実施形態で説明した方法と同様であるため、省略する。

このような実施例１の条件にて窒化処理を行った場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示したグラフが図１０である。それに対して、窒化処理を行わない場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示すグラフが図９である。

図９のグラフが示すように、窒化処理を行わない従来の場合には、ＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきは、１０００〜２５００（Ω・μｍ^２）の間に広がっている。それに対して、実施例１の条件で窒化処理を行った図１０の場合には、ＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきは、Ｎｏ．７、Ｎｏ．１５およびＮｏ．３６の３個の素子を除いて、全ての１２５０〜１５００（Ω・μｍ^２）の間に抑えられている。
（実施例２）
実施例２においても、実施例１と同様に、０．２μｍ×０．４μｍの大きさ（面積）を有するＭＴＪを８０個（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８０）作製した。

本実施例２において、ＭＴＪ素子５６を形成するまでの工程は、上述の実施形態で説明した方法と同様であるため、ここでは省略する。

ＭＴＪ素子５６を形成した後の窒化処理は、ＲＦプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法により、以下の条件で行った。

・印加電力 ２２００［Ｗ］
・使用ガス ＮＨ_３（４５ｃｃ）＋Ｈ_２（５ｃｃ）
・圧力 １．０［Ｐａ］
・処理時間 １５ｓｅｃ
・その他 基板の加熱＝室温〜２００［℃］
窒化処理後の工程、すなわち第４の層間絶縁膜２０−４を形成する工程以降についても、上述の実施形態で説明した方法と同様であるため、省略する。

なお、使用するガスは、（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ（３０ｃｃ）＋Ｎ_２（２０ｃｃ）或いは、（ＣＨ_３）_３Ｎ（３０ｃｃ）＋Ｎ_２（２０ｃｃ）を使用することも可能である。なお、本実施例のように、窒化処理に使用するガスの中に水素を加えておくと、プラズマ照射を行う前に、ＭＴＪ素子５６が大気に触れてその表面が既に酸化してしまっている場合に、酸化した部分を還元させる作用が期待できる。

このような実施例２の条件にて窒化処理を行った場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示したグラフが図１１である。

図のグラフで示されるように、実施例２の条件で窒化処理を行った図１１の場合には、ＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきは、１５個の素子を除いて、全ての素子が１４００〜２４００（Ω・μｍ^２）の間に抑えられている。

以上、実施例１および実施例２から明らかなように、本発明により、ＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを、簡易且つ確実に抑えることが可能である。

なお、上記の実施形態では、本発明を、ＭＴＪ素子を用いた磁気メモリ装置に適用した場合について説明したが、本発明は、磁化方向の関係に基づく磁性層間の抵抗変化を利用した磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ装置に広く適用することができる。例えば、２つの磁性層が非磁性層を介して積層された磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ装置にも適用可能である。

以上、本発明の特徴を詳述した。以下に、本発明の諸形態を付記としてまとめて記載する。

（付記１） 第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子の外表面のうち、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の外表面が窒化されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。

（付記２） 付記１記載の磁気メモリ装置において、
前記磁気抵抗効果素子の外表面のうち、上面及び側面が窒化されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。

（付記３） 付記１または２に記載の磁気メモリ装置において、
前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層とがトンネル絶縁膜を介して積層された磁気トンネル接合素子である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。

（付記４） 基板上に、第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁性層の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果素子を窒化させる窒化処理工程と
を備えたことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

（付記５） 付記４に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記窒化処理工程は、前記磁気抵抗効果素子の表面をプラズマにより窒化させる
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

（付記６） 付記５に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記窒化処理工程に使用するプラズマは、窒素、アンモニア、或いはトリエチルアミン等のアミンである
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

（付記７） 付記５または６に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記窒化処理工程に使用するプラズマは、窒素、アンモニア、トリエチルアミンの単独ガス、或いはそれらを混合させた混合ガスである
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

（付記８） 付記６または付記７に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記窒化処理工程に用いるプラズマガスに、更に水素ガスを加えた
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

本発明による磁気メモリ装置は、従来の不揮発性メモリに比べて高速書き込みが可能であることから、携帯端末用の情報記録素子等への利用が好適である。

本発明の実施形態における磁気メモリ装置の構造を示す概略断面図である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の窒化部を拡大した図である。 磁気メモリ装置の酸化のメカニズムを示した概略図である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。 本発明の実施形態における磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。 窒化処理を行なわない場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示すグラフである。 実施例１の窒化処理を行った場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示すグラフである。 実施例２の窒化処理を行った場合におけるＭＴＪ素子の電気抵抗値のばらつきを示すグラフである。

符号の説明

１０…シリコン基板
１２…素子分離膜
１４…ゲート電極部
１４ａ…ゲート絶縁膜
１４ｂ…ゲート電極
１６…ソース（ドレイン）領域
１８…ドレイン（ソース）領域
２０…層間絶縁膜
２０−１…第１の層間絶縁膜
２０−２…第２の層間絶縁膜
２０−３…第３の層間絶縁膜
２０−４…第４の層間絶縁膜
２０−５…第５の層間絶縁膜
２０−６…第６の層間絶縁膜
２２，４０，６４…コンタクトホール
２４，４２…コンタクトプラグ
２６…グラウンド線
３０…配線溝
３２…書き込みワード線
４４…下部電極層
４４ａ…下部電極層窒化部
４６…反強磁性層
４６ａ…反強磁性層窒化部
４８…強磁性層（固定磁化層）
４８ａ…強磁性層（固定磁化層）窒化部
５０…トンネル絶縁膜
５０ａ…トンネル絶縁膜窒化部
５２…強磁性層（自由磁化層）
５２ａ…強磁性層（自由磁化層）窒化部
５４…キャップ層
５４ａ…キャップ層窒化部
５６…ＭＴＪ素子
５８…窒化部
６６…ビット線
７４…配線層

Claims (5)

1. 第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を備え、
   前記磁気抵抗効果素子の外表面のうち、前記第１の磁性層及び第２の磁性層の外表面が窒化されている
   ことを特徴とする磁気メモリ装置。
2. 基板上に、第１の磁性層及び第２の磁性層を有し、前記第１の磁性層の磁化方向及び前記第２の磁性層の磁化方向に基づいて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
   前記磁気抵抗効果素子を窒化させる窒化処理工程と
   を備えたことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
   前記窒化処理工程は、前記磁気抵抗効果素子の表面をプラズマにより窒化させる
   ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
   前記窒化処理工程に使用するプラズマは、窒素、アンモニア、トリエチルアミンの単独ガス、或いはそれらを混合させた混合ガスである
   ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
   前記窒化処理工程に用いるプラズマガスに、更に水素ガスを加えた
   ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。

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