JP2007214229A

JP2007214229A - 磁気記憶装置、磁気記憶装置の製造方法および半導体集積回路装置

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Publication number: JP2007214229A
Application number: JP2006030577A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Shoji; 光治庄子
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-08
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Abstract

【課題】トンネルバリア層の腐食、トンネルバリア層への反応生成物の付着を防止することで、磁気トンネル接合素子の高集積化による磁気記憶装置の大容量化を可能とする。
【解決手段】参照層２１、トンネルバリア層２２および記録層２３が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で前記記録層２３に情報が書き込まれ、電流によって前記記録層２３に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子２０を備えた磁気記憶装置１において、前記磁気トンネル接合素子２０は、選択トランジスタに接続されたプラグ３１上に配置され、前記磁気トンネル接合素子２０の記録層２３側部を被覆するサイドウォール絶縁膜２４が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流によるスピン注入磁化反転を利用した磁気記憶装置、磁気記憶装置の製造方法および磁気記憶装置を搭載した半導体集積回路装置に関する。

従来の磁気抵抗効果を用いた不揮発性メモリの一種であるＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）は、一般的に図１１に示すように、書き込みワード１１１とビット線１１３との間に参照層（磁化固定層）１２１、トンネルバリア層１２２、記録層（磁化自由層）１２３の積層構造からなる磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）１２０が形成された構造をしており、電流により発生する磁界で書き込み動作を行う。図中の矢印は、参照層１２１、記録層１２３の各磁化方向を示す。この構造のＭＲＡＭ１０１では、記憶容量を高めるためにメモリセルを小さくする（例えば、特許文献１参照。）と、反転磁界が急激に増加し、これに伴って必要電流が急激に増加するという問題がある。また、メモリセルのサイズが、容量をギガビット（Ｇｂｉｔ）超にするために必要な２００ｎｍφ程度以下になると、配線の許容電流密度の上限を超え、もはや書き込みが困難になるという問題がある。

これに対し、偏極スピン電流の供給（スピン注入）によって磁化反転させるスピン注入磁化反転は、メモリセルサイズが小さくなるほど磁化反転に必要な電流が小さくなる特徴があり、高集積、大容量磁気メモリの作製に好適である。

スピン注入磁化反転を用いた不揮発性メモリ（ＳｐｉｎＲＡＭ）では、ＭＲＡＭ（ここでは電流による磁化反転不揮発性メモリを指す）と異なり、電流による書き込み専用の配線（書き込みワード線）が不要である。例えば、図１２に示すように、選択トランジスタ２５１上のプラグ２３１上に磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunneling Junction）素子２２０を配置するような構造（Ｏｎ−ｐｌｕｇ構造）にすると、メモリセルアレイをより小さくできる利点があり、高集積、大容量化に適している。

ところで、Ｏｎ−ｐｌｕｇ構造の作製方法には、ＭＴＪ全体を一度に加工する方法が考えられる。主に化学エッチング加工である反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）では、ＭＴＪ素子が複雑な材料構成のため、材料によるガス種の選択が必要であり、難しいこと、腐食性ガスによりトンネルバリア層（Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯなどの絶縁体）がダメージ受け、特性が劣化することが懸念される。

一方、イオンミリングに代表される物理エッチング加工では、ガス種の選択が不要で、トンネルバリア層へのダメージも少なく、好ましい加工であるが、シャドウ効果による変換差を小さくする条件下（ほぼ垂直入射領域）では、反応生成物の再付着量が多く、トンネルバリア層に再付着物が着き、記録層と参照層とが短絡（ショート）することが原因となって不良となる問題がある。

上記懸念事項を回避するには図１３に示すように、トンネルバリア層３２２内で磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunneling Junction）素子３２０の加工を止め、プラグ３３１と磁気トンネル接合素子３２０とを接続するバイパス配線３６１を形成するプロセスを追加すれば良い。しかしながら、隣接素子との距離が大きくなり、また高精度の合わせができるフォトレジストプロセスが必要となるばかりでなく、理想的なセルサイズより大きくなることから、高集積化による大容量化が難しくなる。

特開２００５-１５０４８２号公報

解決しようとする問題点は、トンネルバリア層より下層を加工する際にトンネルバリア層が腐食を受けること、反応生成物がトンネルバリア層に付着して、記録層と参照層とを短絡させる点である。

本発明は、トンネルバリア層の腐食、トンネルバリア層への反応生成物の付着を防止することで、磁気トンネル接合素子の高集積化による磁気記憶装置の大容量化を可能にすることを課題とする。

請求項１に係る本発明は、参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で記録層（磁化自由層）に情報が書き込まれ、電流によって記録層（磁化自由層）に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置において、前記磁気トンネル接合素子は、選択トランジスタに接続されたプラグ上に配置され、前記磁気トンネル接合素子の記録層側部を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、記録層側部を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されていることから、記録層（磁化自由層）は、このサイドウォール絶縁膜によって、参照層（磁化固定層）と絶縁分離されるので、たとえ、反応生成物の再付着雰囲気に置かれても、記録層と参照層とが短絡されることはない。またサイドウォール絶縁膜をマスクにしてトンネルバリア層から下層が加工されれば、サイドウォール絶縁膜の厚み分だけ、プラグと磁気トンネル接合素子との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。

請求項４に係る本発明は、参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で記録層に情報が書き込まれ、電流によって記録層に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置の製造方法において、前記磁気トンネル接合素子は、選択トランジスタに接続されたプラグ上に、参照層、トンネルバリア層、記録層の各形成層を順に積層する工程と、前記記録層形成層を加工して磁気トンネル接合素子の記録層に形成する工程と、前記記録層の側部を被覆するサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、前記サイドウォール絶縁膜をマスクにして前記トンネルバリア層形成層および参照層形成層を加工して磁気トンネル接合素子のトンネルバリア層および参照層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、記録層（磁化自由層）の側部を被覆するサイドウォール絶縁膜を形成する工程を備えたことから、記録層は、このサイドウォール絶縁膜によって被覆されるので、トンネルバリア層以下の層を加工する際には、記録層の側部がサイドウォール絶縁膜によって保護される。したがって、反応生成物が発生しても、記録層と参照層（磁化固定層）とはサイドウォール絶縁膜によって絶縁分離される。また、たとえ磁気トンネル接合素子が腐食雰囲気に置かれても、トンネルバリア層の腐食が特性に影響を及ぼす領域にまで到達することはない。また、サイドウォール絶縁膜をマスクにしてトンネルバリア層から下層の参照層が加工されることから、サイドウォール絶縁膜の厚さ分だけ、プラグと磁気トンネル接合素子との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。

請求項５に係る本発明は、磁気記憶装置を搭載した半導体集積回路装置において、前記磁気記憶装置は、参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で記録層に情報が書き込まれ、電流によって記録層に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置であって、前記磁気トンネル接合素子は、選択トランジスタに接続されたプラグ上に配置され、前記磁気トンネル接合素子の記録層側部を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、本発明の磁気記憶装置を備えたことから、本発明の磁気記憶装置と同様に、記録層（磁化自由層）は、このサイドウォール絶縁膜によって、参照層（磁化固定層）と絶縁分離されるので、たとえ、反応生成物の再付着雰囲気に置かれても、記録層と参照層とが短絡されることはない。またサイドウォール絶縁膜をマスクにしてトンネルバリア層から下層が加工されれば、サイドウォール絶縁膜の厚み分だけ、プラグと磁気トンネル接合素子との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。

請求項１に係る本発明によれば、サイドウォール絶縁膜が形成されていることよって短絡不良や腐食不良が回避できるため、高い信頼性が得られる。また、サイドウォール絶縁膜がマスクとなって下層の膜が加工されているので、自己整合的に磁気トンネル接合素子とプラグとが接続されている。さらに、サイドウォール絶縁膜の占有面積が磁気トンネル接合素子のセルサイズとなるので、合わせ余裕を考慮することなく磁気トンネル接合素子の間隔を最少ピッチにできるので、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

請求項４に係る本発明によれば、サイドウォール絶縁膜を形成することよって短絡不良や腐食不良が回避できるため、高い信頼性が得られる。また、サイドウォール絶縁膜をマスクにすることでトンネルバリア層以下の層を加工しているので、自己整合的に磁気トンネル接合素子とプラグとが接続できる。また、合わせ余裕を考慮することなく磁気トンネル接合素子の間隔を最少ピッチにできるので、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

請求項５に係る本発明によれば、磁気記憶装置に本発明の磁気記憶装置が搭載されているので、高い信頼性が得られるとともに、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

請求項１に係る本発明の実施例（第１実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。

図１に示すように、選択トランジスタの拡散層５１上に接続されるプラグ３１が形成されている。このプラグ３１は絶縁膜４１に形成されている。上記プラグ３１上には、電流によるスピン注入磁化反転で記録層２３に情報が書き込まれ、電流によって記録層２３に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子２０が形成されている。この磁気トンネル接合素子２０は、下層より参照層（磁化固定層）２１、トンネルバリア層２２、記録層（磁化自由層）２３が順に積層されてなるもので、上記トンネルバリア層２２上には上記記録層２３の側壁を被覆するサイドウォール絶縁膜２４が形成されている。さらに磁気トンネル接合素子２０上には導電部２５が形成され、上記絶縁膜４１上に、磁気トンネル接合素子２０、導電部２５を埋め込むとともに導電部２５表面を露出させた絶縁膜４２が形成されている。そして絶縁膜４２上には導電部２５を介して磁気トンネル接合素子２０に接続されるビット線２６が形成されている。

上記参照層２１は、例えば、強い一方向の磁気異方性を有している。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等の強磁性膜から選択される１種で形成されている。

上記トンネルバリア層２２は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の酸化物、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）などの窒化物、酸化窒化アルミニウム、酸化窒化マグネシウム等の酸化窒化物からなる。このトンネルバリア層２２は、上記記録層２３と上記参照層２１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。トンネルバリア層２２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。

上記記録層２３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。

上記サイドウォール絶縁膜２４は酸化物絶縁膜もしくは窒化物絶縁膜からなる。酸化物絶縁膜としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられ、窒化物絶縁膜としては、例えば窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）が用いられている。

また、上記プラグ３１には、配線層（図示せず）が銅配線プロセスで形成されている場合には、例えば銅もしくは銅合金で形成され、配線層（図示せず）がアルミニウム（Ａｌ）配線プロセスで形成されている場合には例えばタングステン（Ｗ）が使われている。

上記導電部２５は、磁気トンネル接合素子を形成する際のハードマスクとなるもので、例えばチタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）を用いる。もしくは、磁気トンネル接合素子の加工方法、特に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のガス種によっては、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。ここでは、ビット線２６と磁気トンネル接合素子２０とを電気的に接続するプラグの機能と、磁気トンネル接合素子を加工する際のマスク機能を有するように材料選択をしているため、上記材料が選択されているが、マスクが別に形成されるのであれば、上記以外の金属もしくは金属化合物からなる導電性材料を用いることも可能である。また、別にマスク（図示せず）が形成される場合には、例えば上記導電部２５は、例えば、ルテニウム、銅、クロム、金、銀等で形成されている。

上記磁気トンネル接合素子２０では、記録層２３側部を被覆するサイドウォール絶縁膜２４が形成されていることから、記録層２３は、このサイドウォール絶縁膜２４によって、参照層２１と絶縁分離されるので、たとえ、反応生成物の再付着雰囲気に置かれても、記録層２３と参照層２１とが短絡されることはない。またサイドウォール絶縁膜２４をマスクにしてトンネルバリア層２２から下層が加工されれば、サイドウォール絶縁膜２４の厚み分だけ、プラグ３１と磁気トンネル接合素子２０との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。

よって、この磁気トンネル接合素子２０によれば、サイドウォール絶縁膜２４が形成されていることよって短絡不良や腐食不良が回避できるため、高い信頼性が得られる。また、サイドウォール絶縁膜２４がマスクとなって下層の膜が加工されているので、自己整合的に磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１とが接続される。さらに、サイドウォール絶縁膜２４の占有面積が磁気トンネル接合素子２０のセルサイズとなるので、合わせ余裕を考慮することなく磁気トンネル接合素子２０の間隔を最少ピッチにできるので、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

次に、請求項４に係る本発明の実施例（第２実施例）を、図２〜図３の製造工程断面図によって説明する。

図２（１）に示すように、トランジスタ等の素子、配線等（図示せず）が形成された後、選択トランジスタの拡散層５１上を被覆する状態に絶縁膜４１が形成され、この絶縁膜４１には上記拡散層５１に接続されるプラグ３１が形成されている。また、上記トランジスタ、配線などは銅配線プロセスで形成されても良く、またはアルミニウム配線プロセスで形成されても良い。銅配線プロセスでは上記プラグ３１は銅やその合金、アルミニウム配線プロセスではタングステン（Ｗ）が用いられる。

上記絶縁膜４１上に上記プラグ３１上を被覆するように、下層より、参照層（磁化固定層）２１、トンネルバリア層２２、記録層（磁化自由層）２３を順に積層して形成する。これらの膜の成膜にはスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などを用いる。さらに、上記参照層２１上に第１ハードマスク６１、第２ハードマスク６２を積層して形成する。

次いで、例えばリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、上記第２ハードマスク６２、第１ハードマスク６１を加工して、磁気トンネル接合素子を加工する際に用いるマスク形状に形成する。上記第１ハードマスク６１は、プラグとして用いることができるような導電性を有するものであり、サイドウォール絶縁膜を形成する際の上記記録層２３の保護膜となるもので、例えば金属化合物もしくは金属で形成される。金属化合物には、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル等を用いることができ、金属には、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等を用いることができる。また上記第２ハードマスク６２は、絶縁膜からなり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）などの酸化物、もしくは窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化アルミニウム（ＡｌＮなど）の窒化物、もしくはそれらの混合物、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などが挙げられる。

次に、図２（２）に示すように、上記第２ハードマスク６２、第１ハードマスク６１をマスクに用いて記録層２３を磁気トンネル接合素子の形状に加工する。この加工には、イオンミリング等の物理エッチングやＲＩＥ等の化学エッチングを用いる。この加工では、加工によるダメージを極力抑えるために、トンネルバリア層２２内（記録層２３は加工される）で加工を止めている。

ここで、トンネルバリア層２２に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合の磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）の加工位置による耐圧分布図を図４に示す。図４（１）に示すように、トンネルバリア層２２内で加工を止めた場合、耐圧分布が良く、平均耐圧が１．０５Ｖと高い値が得られることが分かる。一方、図４（２）に示すように、参照層２１まで加工を進めてしまうと、耐圧分布が悪く、平均耐圧が０．６Ｖと低い値となることが分かる。したがって、トンネルバリア層２２中で加工を停止することが好ましい。

次に、前記図２（２）に示すように、第２ハードマスク６２、第１ハードマスク６１、記録層２３を被覆するように、上記トンネルバリア層２２上にサイドウォール絶縁膜を形成するための絶縁膜６３を形成する。この絶縁膜６３には、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）などの酸化物、もしくは窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、窒化アルミニウム（ＡｌＮなど）の窒化物、もしくはそれらの混合物、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）などを用いる。また、絶縁膜６３の選択次第では、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコンでは、トンネルバリア層２２を還元雰囲気や水分から保護する効果も得られる。また、これらの膜はスパッタリング法や、プラズマＣＶＤ法により形成される。これらの膜厚はトンネルバリア層２２以下の磁性膜を加工した後に磁気トンネル接合素子の側壁に残って、サイドウォール絶縁膜が形成される厚さを有していれば良く、サイドウォール絶縁膜を形成する際のエッチング方法によって最適な膜厚は異なる。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜した。

次に、図２（３）に示すように、上記絶縁膜６３をエッチバックすることで、上記記録層２３の側壁を被覆するように、すなわち、記録層２３が露出されないように、上記トンネルバリア層２２上に、上記絶縁膜６３でサイドウォール絶縁膜２４を形成する。このエッチバックでは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等に異方性エッチングを用いる。このエッチバックでは、第２ハードマスク６２の上部もしくは全てがエッチングされる。

次に、図２（４）に示すように、上記サイドウォール絶縁膜２４、第２ハードマスク６２、第１ハードマスク６１等をマスクに用いて、トンネルバリア層２２、参照層２１を加工する。このようにして、参照層２１、トンネルバリア層２２、記録層２３を積層した磁気トンネル接合素子２０が形成される。

次に、図３（５）に示すように、上記絶縁膜４１上に上記磁気トンネル接合素子２０を被覆する絶縁膜４２を形成する。その後、上記絶縁膜４２表面を平坦化して上記第１ハードマスク６１を露出させる。この第１ハードマスク６１によって、磁気トンネル接合素子２０と後に形成されるビット線とを接続する導電部２５が形成される。その後、絶縁膜４２上に、導電部２５に接続するビット線２６を形成する。これによって磁気記憶装置１が完成する。

上記絶縁膜６３は、詳細は後に説明するが、プラグ３１と磁気トンネル接合素子２０との合わせズレを補償する作用も有する。したがって、上記絶縁膜６３は、トンネルバリア層２２、参照層２１を加工する際に、削られて記録層２３が露出されることがないような膜厚とする必要がある。

上記第２実施例では、記録層（磁化自由層）２３の側部を被覆するサイドウォール絶縁膜２４を形成する工程を備えたことから、記録層２３は、このサイドウォール絶縁膜２４によって被覆されるので、トンネルバリア層２２以下の層を加工する際には、記録層２３の側部がサイドウォール絶縁膜２４によって保護される。したがって、トンネルバリア層以下の磁性層を加工する際に反応生成物が発生しても、記録層２３と参照層（磁化固定層）２１とはサイドウォール絶縁膜２４によって絶縁分離される。また、たとえ磁気トンネル接合素子２０が腐食雰囲気に置かれても、トンネルバリア層２２の腐食が特性に影響を及ぼす領域にまで到達することはない。また、サイドウォール絶縁膜２４をマスクにしてトンネルバリア層２２から下層の参照層２１が加工されることから、サイドウォール絶縁膜２４の厚み分だけ、プラグ３１と磁気トンネル接合素子２０との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。この点については、後に詳述する。

よって、サイドウォール絶縁膜２４を形成することよって短絡不良や腐食不良が回避できるため、信頼性の高い磁気記憶装置１を製造することができる。また、サイドウォール絶縁膜２４をマスクにしてトンネルバリア層２２以下の層を加工しているので、自己整合的に磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１とが接続できる。また、合わせ余裕を考慮することなく磁気トンネル接合素子２０の間隔を最少ピッチにできるので、磁気トンネル接合素子２０の高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

なお、上記第２実施例では、ハードマスク（第１ハードマスク６２）による磁気トンネル接合素子２０の加工を実施しているが、フォトレジストをマスクに用いて磁気トンネル接合素子２０を加工しても良い。この場合、第２ハードマスク６２は不要となり、第１ハードマスク６１（導電部２５）上に直接レジストマスクを形成し、導電部２５からトンネルバリア層２２中まで加工した後、レジストマスクを除去する。その後は上記説明したサイドウォール絶縁膜２４の形成工程以降を実施すればよい。

上記実施例で説明した磁気記憶装置１では、磁気トンネル接合素子２０がプラグ３１の大きさより小さい場合について示したが、図５に示すように、磁気トンネル接合素子２０がプラグ３１より大きい場合でも、第２実施例の製造工程と同様に作製することができる。したがって、前記第１実施例の構成において、磁気トンネル接合素子２０がプラグ３１より大きくてもよい。

次に、磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１との合わせズレについて説明する。

図６に示すように、磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１との合わせズレ（オフセット）が大きい場合、磁気トンネル接合素子２０全体を１度に加工する方法では、オフセット量により、磁気トンネル接合素子２０とコンタクトの重なる部分が小さくなることで、抵抗値が大きくなり、抵抗不良となる。また、図７に示すように、磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１との重なる部分が無くなると、オープン不良を引き起こすことがある。特に磁気トンネル接合素子２０が１００ｎｍφ以下、プラグ３１の径が１００ｎｍ以下となると５０ｎｍ以下の高精度の合わせが要求される。

これを解決するには本発明のサイドウォール絶縁膜を形成する構造を採用すればよい。サイドウォール絶縁膜２４の形成時に最大合わせズレ量を考慮して、絶縁膜６３を形成すれば良い。例えば磁気トンネル接合素子２０の記録層２３が１００ｎｍφ、プラグ３１の径が１００ｎｍφ、最大合わせズレ量が１００ｎｍとした場合、サイドウォール絶縁膜（図示せず）の厚さが１００ｎｍとなる膜厚を成膜すれば良い。このとき、図８、図９に示すように、トンネルバリア層２２以下の磁性膜（例えば参照層２１）が磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１とを接続する配線の一部（バイパス配線）を担う。

上記サイドウォール絶縁膜２４を形成する時の絶縁膜６３の最低膜厚の一例を以下に示す。まず、プロセスダメージを防止する場合で、絶縁膜６３が酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）で形成される場合には、２０ｎｍ以上の膜厚が必要となる。また、絶縁膜６３がプラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）で形成される場合には、３０ｎｍ以上の膜厚が必要となる。さらに、磁気トンネル接合素子２０とプラグ３１との合わせズレに対応する場合には、「合わせズレ量＋１０ｎｍ」の値とプロセスダメージを防止する場合の各材料の値とを比べて、大きい方を採用する。ここで、合わせズレ量＋１０ｎｍとしたのは、加工バラツキ等も考慮して確実にコンタクトをとるのに必要な余裕量が１０ｎｍであるためである。

上記説明した磁気記憶装置１は、例えば磁気記憶装置とロジック回路とを搭載した半導体集積回路装置に適用することができる。

次に、請求項５に係る本発明の実施例（第３実施例）を、図１０の回路構成図によって説明する。図１０では、半導体集積回路装置として複合記憶回路装置の一回路構造を示す。

図１０に示すように、半導体集積回路装置７１は、揮発性記憶回路７２と、不揮発性記憶億回路７３とが、第１接続線７４と第２接続線７５によって並列に接続されて構成されている。上記揮発性記憶回路７２と不揮発性記憶億回路７３とは、例えば半導体基板に形成されたものである。また、上記揮発性記憶回路７２は、例えば、システムＬＳＩチップに形成したラッチ式記憶回路として構成されている。

揮発性記憶回路７２には他の記憶回路９０あるいは素子と接続する第１配線７６と第２配線７７を接続しており、第１配線７６および第２配線７７には、それぞれ電源切離信号入力線７８と接続した第１回路切替スイッチ７９および第２回路切替スイッチ８０が介設されている。電源切離信号入力線７８からの電源切離信号の入力に基づいて、第１回路切替スイッチ７９および第２回路切替スイッチ８０での開閉の切り替えが行えるように構成されている。

第１配線７６に一端を接続する第１接続線７４は、揮発性記憶回路７２と第１回路切替スイッチ７９との間において第１配線７６と接続されている。また、第２配線７７に一端を接続する第２接続線７５は、揮発性記憶回路７２と第２回路切替スイッチ８０との間において第２配線７７と接続されている。

また、第１接続線７４および第２接続線７５にも、それぞれ電源切離信号入力線７８と接続した第３回路切替スイッチ８１および第４回路切替スイッチ８２を介設されている。電源切離信号入力線７８からの電源切離信号の入力に基づいて、第３回路切替スイッチ８１および第４回路切替スイッチ８２での開閉切り替えが行えるように構成されている。この第３回路切替スイッチ８１および第４回路切替スイッチ８２は、揮発性記憶回路７２と不揮発性記憶回路７３との間に設けられている。

不揮発性記憶回路７３には、磁気トンネル接合素子ＭＴＪを用いて「０」または「１」の情報を記憶する構成となっている。この磁気トンネル接合素子ＭＴＪは、例えば、上記第１実施例で接続したような、記録層側壁を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されている磁気トンネル接合素子２０（前記図１参照）を用いる。なお、揮発性記憶回路７２であるラッチ式記憶回路が２ビットの情報の記憶を行うため、不揮発性記憶回路７３でも２ビットの情報の記憶を行なえるように、磁気トンネル接合素子ＭＴＪが２つ配設されている。

磁気トンネル接合素子ＭＴＪには、同磁気トンネル接合素子ＭＴＪからの情報の読み出しを行う情報読出回路７３ａと、磁気トンネル接合素子ＭＴＪへの情報の書き込みを行う情報書込回路７３ｂとが接続されている。情報読出回路７３ａおよび情報書込回路７３ｂは、それぞれ第１接続線７４と第２接続線７５とにより揮発性記憶回路７２と接続されている。

情報読出回路７３ａには読出開始信号入力線８３が接続されていて、同読出開始信号入力線８３に読出開始信号を入力することにより、磁気トンネル接合素子ＭＴＪから情報を読み出すように構成されている。

情報書込回路７３ｂには書込開始信号入力線８４が接続されていて、この書込開始信号入力線８４に書込開始信号を入力することにより、揮発性記憶回路７２の記憶情報が磁気トンネル接合素子ＭＴＪによって記憶される構成となっている。

また、情報書込回路７３ｂには電源切離信号入力線７８が接続されている。さらに、揮発性記憶回路７２にも電源切離信号入力線７８が接続されている。

上記半導体集積回路装置７１では、本発明の磁気記憶装置１の磁気トンネル接合素子２０を備えたことから、本発明の磁気記憶装置１と同様に、記録層（磁化自由層）は、このサイドウォール絶縁膜によって、参照層（磁化固定層）と絶縁分離されるので、たとえ、反応生成物の再付着雰囲気に置かれても、記録層と参照層とが短絡されることはない。またサイドウォール絶縁膜をマスクにしてトンネルバリア層から下層が加工されれば、サイドウォール絶縁膜の厚み分だけ、プラグと磁気トンネル接合素子との合わせ余裕、すなわちマスク合わせ余裕がとれるようになる。よって、半導体集積回路装置７１では、高い信頼性が得られるとともに、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

また、本発明の磁気記憶装置は、半導体集積回路装置に用いられる不揮発性記憶装置として採用することができ、上記同様に半導体集積回路装置においては、高い信頼性が得られるとともに、高集積化、大容量化が図れるという利点がある。

請求項１に係る実施例（第１実施例）を示した概略構成断面図である。請求項４に係る実施例（第２実施例）を示した製造工程断面図である。請求項４に係る実施例（第２実施例）を示した製造工程断面図である。磁気トンネル接合素子の加工位置による耐圧分布図である。第２実施例の変形例を示した概略構成断面図である。磁気トンネル接合素子とプラグとの合わせズレを示したレイアウト図である。磁気トンネル接合素子とプラグとの合わせズレを示したレイアウト図である。サイドウォール絶縁膜を形成した場合の磁気トンネル接合素子とプラグとの合わせズレを示したレイアウト図である。サイドウォール絶縁膜を形成した場合の磁気トンネル接合素子とプラグとの合わせズレを示したレイアウト図である。請求項５に係る実施例（第３実施例）を示した回路構成図である。従来のＭＲＡＭの構造を示した概略構成斜視図である。従来のＳｐｉｎＲＡＭの構造を示した概略構成斜視図である。従来のバイアス配線を有するＳｐｉｎＲＡＭの構造を示した概略構成断面図である。

符号の説明

１…磁気記憶装置、２０…磁気トンネル接合素子、２１…参照層、２２…トンネルバリア層、２３…記録層、２４…サイドウォール絶縁膜

Claims

参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で前記記録層に情報が書き込まれ、電流によって前記記録層に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置において、
前記磁気トンネル接合素子は、選択トランジスタに接続されたプラグ上に配置され、
前記磁気トンネル接合素子の記録層側部を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする磁気記憶装置。
前記サイドウォール絶縁膜により大きさが規定される前記トンネルバリア層から下層の磁性層を含む膜が前記プラグと前記磁気トンネル接合素子とを接続する配線となる
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
前記サイドウォール絶縁膜の膜厚は、前記磁気トンネル接合素子と前記プラグとの合わせズレ量に合わせズレ余裕を加算した値の膜厚、および前記記録層を保護する膜厚のうち、厚い膜厚が選択されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で記録層（磁化自由層）に情報が書き込まれ、電流によって記録層（磁化自由層）に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置の製造方法において、
前記磁気トンネル接合素子は、
選択トランジスタに接続されたプラグ上に、参照層、トンネルバリア層、記録層の各形成層を順に積層する工程と、
前記記録層形成層を加工して磁気トンネル接合素子の記録層に形成する工程と、
前記記録層の側部を被覆するサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記サイドウォール絶縁膜をマスクにして前記トンネルバリア層形成層および参照層形成層を加工して磁気トンネル接合素子のトンネルバリア層および参照層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
磁気記憶装置を搭載した半導体集積回路装置において、
前記磁気記憶装置は、
参照層、トンネルバリア層および記録層が順に積層されたもので、電流によるスピン注入磁化反転で記録層に情報が書き込まれ、電流によって記録層に書き込まれた情報が読み出される磁気トンネル接合素子を備えた磁気記憶装置であって、
前記磁気トンネル接合素子は、選択トランジスタに接続されたプラグ上に配置され、
前記磁気トンネル接合素子の記録層側部を被覆するサイドウォール絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする半導体集積回路装置。