JP3596536B2 - 磁気メモリ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気メモリ装置およびその製造方法に関し、詳しくは、トンネル磁気抵抗素子を構成する強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記録する不揮発性の磁気メモリ装置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ともない、これを構成するメモリ素子やロジック素子等の素子には、高集積化、高速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されている。特に不揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可欠の素子と考えられている。
【０００３】
例えば、電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合であっても、不揮発性メモリは個人の重要な情報を保護することができる。そして、不揮発性メモリの高密度化、大容量化は、可動部分の存在により本質的に小型化が不可能なハードディスクや光ディスクを置き換える技術としてますます重要になってきている。
【０００４】
また、最近の携帯機器は不要な回路ブロックをスタンバイ状態にしてでき得る限り消費電力を抑えようと設計されているが、高速ネットワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリとの無駄を無くすことができる。また、電源を入れると瞬時に起動できる、いわゆるインスタント・オン機能も高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば可能になってくる。
【０００５】
不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがあげられる。しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒の桁であるため遅いという欠点がある。一方、ＦＲＡＭにおいては、書き換え可能回数が１０１２〜１０１４で完全にスタティックランダムアクセスメモリやダイナミックランダムアクセスメモリに置き換えるには耐久性が低いという問題が指摘されている。また、強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという課題も指摘されている。
【０００６】
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして注目されているのが、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とよばれる磁気メモリである。初期のＭＲＡＭはＪ．Ｍ．Ｄａｕｇｈｔｏｎ，“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”Ｖｏｌ．２１６（１９９２），ｐ．１６２−１６８で報告されているＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果やＤ．Ｄ．Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ．，“ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ”（１９９７），ｐ．９９５−９９７で報告されているＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を使ったスピンバルブを基にしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０Ω〜１００Ωと低いため、読み出し時のビットあたりの消費電力が大きく大容量化が難しいという欠点があった。
【０００７】
一方ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果はＲ．Ｍｅｓｅｒｖｅｙ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｙｓｉｃｓ Ｒｅｐｏｒｔｓ”Ｖｏｌ．２３８（１９９４），ｐ．２１４−２１７で報告されているように抵抗変化率が室温で１％〜２％しかなかったが、近年Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｊ．Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ＆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ”Ｖｏｌ．１３９（１９９５），Ｌ２３１で報告されているように抵抗変化率２０％近く得られるようになり、ＴＭＲ効果を使ったＭＲＡＭに注目が集まるようになってきている。
【０００８】
ＭＲＡＭは、構造が単純であるため高集積化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録を行うために、書き換え回数が大であると予測されている。またアクセス時間についても、非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であることが、Ｒ．Ｓｃｈｅｕｅｒｌｅｉｎ ｅｔ ａｌ．，“ＩＳＳＣＣ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”（Ｆｅｂ． ２０００），ｐ．１２８−１２９で報告されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、高速化・高集積化が容易という長所を有するＭＲＡＭではあるが、書き込みは、ＴＭＲ素子に近接させて設けられた書き込みビット線と書き込み書き込みワード線に電流を流し、その発生磁界によって行う。ＴＭＲ素子の記憶層（記憶層）の反転磁界は材料にもよるが、２０Ｏｅ〜２００Ｏｅが必要であり、このときの電流は数ｍＡから数十ｍＡになる。これは消費電流の増大につながり、携帯機器の低消費電力化に対して大きな課題となる。
【００１０】
また、高集積化の面からは、ビット線および書き込みワード線は、リソグラフィー技術から決定される最小線幅に近いサイズが要求される。仮に、ビット線幅／書き込みワード線幅が０．６μｍとして、配線の膜厚を５００ｎｍとすると、３ＭＡ／ｃｍ２ になり、銅配線を用いた場合（実用電流密度：０．５ＭＡ／ｃｍ２ ）もエレクトロマイグレーションに対する寿命は大きな課題となる。さらに微細化していくと、強誘電体の反転磁界は増加し、配線の次元も縮小しなければならないため、この配線信頼性の課題はより大きくなってくる。
【００１１】
さらに、大電流駆動用のドライバーをビット線、書き込みワード線に対して持つためこの部分の占有面積が大きくなるので、高集積化を阻害することになる。また、素子の微細化により、磁束の漏れによって隣接ビットにまで磁界が発生し、ディスターブの問題が発生する。この対策としては、米国特許第５９４０３１９号明細書のなかで、ＴＭＲ素子の下側および上側のいずれか一方もしくは両方にある配線のＴＭＲ素子に対向している面部分以外を磁束集中させる材料で覆うという内容が記載されているが、磁束集中効果が不十分で消費電流が十分に下がらないという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた磁気メモリ装置およびその製造方法である。
【００１３】
本発明の第１の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００１４】
上記第１磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、第１配線から発する電流磁界は磁束集中器のトンネル磁気抵抗素子側に突き出した部分によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１５】
本発明の第２の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第２配線に、少なくとも、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００１６】
上記第２磁気メモリ装置では、第２配線に、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、第２配線から発する電流磁界は磁束集中器のトンネル磁気抵抗素子側に突き出した部分によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１７】
本発明の第３の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられているものである。
【００１８】
上記第３磁気メモリ装置では、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていることから、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の側面下部側の磁束集中器によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１９】
本発明の第４の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線には、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられているものである。
【００２０】
上記第４磁気メモリ装置では、第１配線には、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられていることから、第１配線から発する電流磁界は第１磁束集中器から第２磁束集中器に伝達されてトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２１】
本発明の第５の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００２２】
上記第５磁気メモリ装置では、第１配線に、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、前記第１磁気メモリ装置と同様に、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２３】
本発明の第６の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００２４】
上記第６磁気メモリ装置では、第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、前記第２磁気メモリ装置と同様に、第２配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２５】
また、上記第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、上記それぞれの磁気メモリ装置と同様なる作用、効果が得られる。
【００２６】
本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００２７】
上記第１磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界は、第１配線の両側面に形成される高透磁率層によって、トンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２８】
本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に磁束集中器を形成する工程を備え、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または前記磁束集中器を形成する工程は、前記トンネル磁気抵抗素子を形成した後、前記トンネル磁気抵抗素子を埋め込むように絶縁膜を形成し、前記トンネル磁気抵抗素子上の前記絶縁膜に前記第２配線を形成するための配線溝を形成し、その配線溝の側壁に高透磁率サイドウォールを形成し、その後は溝を埋め込むように前記第２配線を形成し、その後前記高透磁率サイドウォールに接続するように前記第２配線上に高透磁率層を形成する。または、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００２９】
上記第２磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３０】
本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第１配線を形成した後に、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えている。
【００３１】
上記第３磁気メモリ装置の製造方法では、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えていることから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の側面下部側の磁束集中器によって、トンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３２】
本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、前記第１配線を形成した後に、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えている。
【００３３】
上記第４磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えていることから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界は第１磁束集中器から第２磁束集中器に伝達されてトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３４】
本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線上に前記スイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００３５】
上記第５磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、前記第１磁気メモリ装置の製造方法と同様に、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３６】
本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線とスイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００３７】
上記第６磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、前記第２磁気メモリ装置の製造方法と同様に、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３８】
また、上記第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置の製造方法においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、上記それぞれの磁気メモリ装置の製造方法と同様なる作用、効果が得られる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
まず、一般的なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ 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。
【００４０】
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、１１２、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の各交差領域には、書き込みワード線１１上に絶縁膜（図示せず）を介して形成されているとともにビット線１２に接続されている磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子１３（１３１〜１３９）が配置されている。ＴＭＲ素子１３への書き込みは、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、それから発生する合成磁界によってビット線１２と書き込みワード線１１との交差領域に形成されたＴＭＲ素子１３の記憶層３０４（詳細は図５参照）の磁化方向を磁化固定層３０２（詳細は図５参照）に対して平行または反平行にして行う。
【００４１】
図３に示すアステロイド曲線は、印加された容易軸方向磁界ＨＥＡ および困難軸方向磁界ＨＨＡ による記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。アステロイド曲線外部に相当する合成磁界ベクトルが発生すると、磁界反転が生じる。アステロイド曲線内部の合成磁界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反転させることはない。また、電流を流しているワード線およびビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線もしくはビット線単独で発生する磁界が印加されるため、それらの大きさが一方向反転磁界ＨＫ 以上の場合は、交点以外のセルの磁化方向も反転するので、合成磁界が斜線で示す部分４０１にある場合のみ、選択されたセルを選択書き込みが可能となる。
【００４２】
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。
【００４３】
単一の記憶領域における合成磁化は、それに印加された容易軸方向磁界ＨＥＡ と困難軸方向磁界ＨＨＡ とのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れる電流はセルに容易軸方向の磁界（ＨＥＡ ）を印加し、書き込みワード線を流れる電流はセルに困難軸方向の磁界（ＨＨＡ ）を印加する。
【００４４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明する。本発明の第１実施の形態は、上記図２によって説明した磁気メモリ装置において、書き込みワード線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。
【００４５】
その基本構成は、図１の（１）に示すように、第１磁気メモリ装置１（１ａ）は、書き込みワード線１１を備え、この書き込みワード線１１の上方でかつ書き込みワード線１１に交差（例えば直交）するようにビット線１２が形成され、その交差領域で書き込みワード線１１の上方には絶縁膜４６を介してトンネル磁気抵抗素子（以下ＴＭＲという）１３が形成され、このＴＭＲ素子１３はビット線１２に接続されている。
【００４６】
上記書き込みワード線１１には、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ａ）が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、上記磁束集中器５１のＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている部分は、上記ＴＭＲ素子１３の側面に絶縁膜４６を介して延長形成されている。この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層（図示せず）との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４７】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【００４８】
なお、図示したように、書き込みワード線１１と磁束集中器５１の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５１には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５１は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【００４９】
次いで、上記基本構成を組み込んだ第１磁気メモリ装置１の具体的構成例を、図１の（２）によって説明する。
【００５０】
図１の（２）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、選択用の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絶縁膜４１が形成されている。この第１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（例えばタングステンプラグ）２９、３０が形成されている。さらに第１絶縁膜４１上にはコンタクト２９に接続するセンス線１５、コンタクト３０に接続する第１ランディングパッド３１等が形成されている。
【００５３】
上記第１絶縁膜４１上には、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１等を覆う第２絶縁膜４２が形成されている。この第２絶縁膜４２には上記第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト（例えばタングステンプラグ）３２が形成されている。さらに上記第２絶縁膜４２上には、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３、第１配線の書き込みワード線１１等が形成されている。
【００５４】
上記書き込みワード線１１には、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびトンネル磁気抵抗素子（以下ＴＭＲという）１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、前記図１の（１）によって説明したのと同様な構成を有する磁束集中器５１が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。
【００５５】
上記図１では、上記突き出した状態に形成されている部分の磁束集中器５１は、上記ＴＭＲ素子１３に対して絶縁膜４３、４４を介してＴＭＲ素子１３の側面に延長形成されている。延長形成された磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、例えばＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とほぼ同等の高さに形成される。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えば２００ｎｍ以下に形成されている。
【００５６】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料には、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金もしくはフェライト合金を用いている。
【００５７】
上記第２絶縁膜４２上には、上記書き込みワード線１１、磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜４３が形成されている。この第３絶縁膜４３には、上記第２ランディングパッド３３に達する開口部４３ｈ形成されている。
【００５８】
さらに、上記第３絶縁膜４３上には、上記書き込みワード線１１上方から上記開口部４３ｈにかけて反強磁性体層３０５が形成され、この反強磁性体層３０５上でかつ上記書き込みワード線１１の上方には、トンネル絶縁層３０３を挟んで強磁性体層からなる磁化固定層３０２と磁化が比較的容易に回転する記憶層３０４が形成され、さらにキャップ層３１３が形成されている。この反強磁性体層３０５からキャップ層３１３によって情報記憶素子（以下、ＴＭＲ素子という）１３が構成されている。このＴＭＲ素子１３については一例を後に詳述する。なお、この図面では、バイパス線１６は反強磁性体層３０５上に磁化固定層３０２を延長した状態で構成されている。
【００５９】
上記第３の絶縁膜４３上には上記バイパス線１６、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の最上層のキャップ層３１３表面が露出されている。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）する第２配線のビット線１２が形成されている。
【００６０】
次に、上記ＴＭＲ素子１３の一例を、図４の概略構成斜視図によって説明する。図４に示すように、上記反強磁性体層３０５上に、第１の磁化固定層３０６と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層３０７と第２の磁化固定層３０８とを順に積層してなる磁化固定層３０２、トンネル絶縁層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。ここでは磁化固定層３０２を積層構造としたが、強磁性体層の単層構造であってもよく、もしくは３層以上の強磁性体層を、導電体層を挟んで積層させた構造であってもよい。また上記反強磁性体層３０５の下地に、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下地導電層（図示せず）を形成することも可能である。また、下地導電層を反強磁性体層３０５によって兼ねることも可能である。
【００６１】
上記記憶層３０４、上記第１の磁化固定層３０６、３０８は、例えば、ニッケル、鉄もしくはコバルト、またはニッケル、鉄およびコバルトのうちの少なくとも２種からなる合金のような、強磁性体からなる。
【００６２】
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。
【００６３】
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３０６は、強い一方向の磁気異方性を有している。
【００６４】
上記反強磁性体層３０５は、例えば、鉄・マンガン合金、ニッケル・マンガン合金、白金マンガン合金、イリジウム・マンガン合金、ロジウム・マンガン合金、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの１種を用いることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。これらの磁性膜および導電体膜は、主に、スパッタリング法によって形成される。トンネル絶縁層は、スパッタリング法によって形成された金属膜を酸化、窒化もしくは酸化窒化させることにより得ることができる。
【００６７】
さらに最上層にはキャップ層３１３が形成されている。このキャップ層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、銅、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。
【００６８】
次に上記磁気メモリ装置１の動作を説明する。上記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。
【００６９】
また上記ＴＭＲ素子１３では、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、その合成磁界で記憶層３０４の磁化の方向を変えて「１」または「０」を記録する。読み出しは磁気抵抗効果によるトンネル電流変化を検出して行う。記憶層３０４と磁化固定層３０２の磁化方向が等しい場合を低抵抗(これを例えば「０」とする)とし、記憶層３０４と磁化固定層３０２の磁化方向が反平行の場合を高抵抗(これを例えば「１」とする)とする。
【００７０】
次に、上記構成の磁気メモリ装置１の書き込みワード線１１が発する電流磁界の分布を調べたシミュレーション結果を、図５によって説明する。図５では、書き込みワード線１１、ＴＭＲ素子１３および磁束集中器５１を簡単化して示す。シミュレーションでは、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５１の先端部５１ｓの厚さｔを０．２１μｍとし、上記書き込みワード線１１の両側面に形成された先端部５１ｓの間隔ｄを０．５９μｍとした。また電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７１】
図５の電流磁界の分布図に示すように、上記磁気メモリ装置１は、書き込みワード線１１から発せられる電流磁界は磁束集中器５１に伝達され、その先端部５１ｓより効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４〔前記図１および図４参照〕に集中させることができる。
【００７２】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を、図６の概略構成断面図によって説明する。本発明の第２実施の形態は、上記図１、図５によって説明した磁気メモリ装置１において、書き込みワード線から発する電流磁界をさらに効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。なお、図面では、書き込みワード線、ＴＭＲ素子および磁束集中器の関係のみを示し、絶縁膜やその他の構成部品の図示は省略した。また電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７３】
図６に示すように、磁気メモリ装置１（１ｂ）は、以下の構成を有する。書き込みワード線１１が形成され、この書き込みワード線１１上方にはこの書き込みワード線１１と立体的に交差するビット線１２が形成されている。また交差領域における書き込みワード線１１の上方にはＴＭＲ素子１３が形成され、その上面はビット線１２に接続されている。上記書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の書き込みワード線１１の面には、高透磁率層からなる磁束集中器５５が形成されている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５５の少なくとも一方は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。さらに先端部５５ｓを厚さ方向に拡張した張り出し部５５ａｔが設けられている。ここでは、一例として張り出し部５５ａｔを含めた先端部５５ｓの厚さｔｔは０．３２８μｍとし、先端部５５ｓの内側に形成された張り出し部５５ａｔ、５５ａｔの間隔ｄｔは０．４７２μｍとした。
【００７４】
また図６では先端部５５ｓの両側に張り出し部５５ａｔを設けたが、一方側だけでもよい。さらに図示したように、上記磁束集中器５５は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【００７５】
上記第２実施の形態に示した構成の磁束集中器５５では、第１実施の形態で説明した磁束集中器５１よりも電流磁束の漏れを減少させることができるため、書き込みワード線１１から発せられる電流磁束を第１実施の形態の磁束集中器５１よりもさらに効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【００７６】
次に、比較例１として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造の断面を図７によって説明する。また同図７によって、書き込みワード線およびその周囲の電流磁界の分布状態を説明する。図７では、電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７７】
図７に示すように、書き込みワード線１１上方には、この書き込みワード線１１に対して立体的に直交するビット線１２が形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域には、例えば０．４μｍ×０．８μｍの大きさを有するＴＭＲ素子１３が形成されている。このＴＭＲ素子１３は、書き込みワード線１１上に３００ｎｍの厚さの絶縁膜４７を介して形成され、その上面にはビット線１２に接続されている。
【００７８】
次に、上記書き込みワード線１１に電流を流すことにより発生する電流磁界のシミュレーションを行った。その結果、図７に示すように、書き込みワード線１１、ＴＭＲ素子１３、ビット線１２のみ示す電流磁界は書き込みワード線１１を取り巻くように分布する。したがって、磁束集中器５１もしくは磁束集中器５５を設けた実施の形態のように、書き込みワード線１１から発せられる電流磁界をＴＭＲ素子１３に集中させることができない。また書き込みワード線１１の電流が誘起する電流磁界は、ＴＭＲ素子１３と書き込みワード線１１との距離が大きくなるにしたがい急速に減少している。
【００７９】
次に、比較例２として、米国特許第５９４０３１９号明細書に記載されたのと同様の構成の書き込みワード線およびその周囲構造の断面を、図８によって説明する。また同図８によって、書き込みワード線およびその周囲の電流磁界の分布を説明する。図８では、電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００８０】
図８に示すように、書き込みワード線１１が形成され、この書き込みワード線１１上方にはこの書き込みワード線１１と立体的に交差するビット線１２が形成されている。また交差領域における書き込みワード線１１の上方にはＴＭＲ素子１３が形成され、その上面はビット線１２に接続されている。書き込みワード線１１の周囲にはＴＭＲ素子１３側を除いて、軟磁性膜からなる磁束集中器５７が形成されている。書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓは書き込みワード線１１のＴＭＲ素子１３側の面と同等の高さに形成されている。すなわち、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突出した状態には形成されていない。
【００８１】
次いで、上記構成において書き込みワード線１１より発せられる電流磁界のシミュレーションを行った。この比較例２におけるシミュレーションでは、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓの各厚さｔは０．２１μｍとし、磁束集中器５７の先端部５７ｓの間隔ｄは０．５９μｍとした。
【００８２】
この結果、書き込みワード線１１より発せられた電流磁界は、磁束集中器５７によってその先端部５７ｓに伝達され、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓ、５７ｓ間で最も強くなる。しかしながら、磁束集中器５７の先端部５７ｓとＴＭＲ素子１３との距離が開いているため、電流磁束が十分ＴＭＲ素子１３に伝達されないことがわかった。
【００８３】
次に、上記第１実施の形態、第２実施の形態、比較例１、比較例２について、磁化方向に対して直行する方向に配置した磁化を反転させるため必要なビット線電流の書き込みワード線電流依存性を、図９の磁化容易軸方向の磁界を与える電流と磁化難易軸方向の磁界を与える電流との関係図によって説明する。
【００８４】
図９に示すように、磁化難易軸方向の磁界を与える電流に対する磁化容易軸方向の磁界を与える電流との関係は、第１実施の形態、第２実施の形態ともに、比較例１、比較例２よりも、大きく改善していることが分かる。すはわち、第１実施の形態、第２実施の形態ともに、比較例１、比較例２よりも、磁化難易軸方向の磁界を与える電流の絶対値が大きくなるにしたがい磁化容易軸方向の磁界を与える電流は小さくなっている。
【００８５】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第３実施の形態を、図１０に示す概略構成断面図によって説明する。図１０では、第１磁気メモリ装置の第３実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００８６】
図１０に示すように、第３実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｃ）は、図１の（１）によって説明した磁束集中器５１において、ＴＭＲ素子１３に対向する側の書き込みワード線１１表面にも高透磁率層７１が形成されているものである。すなわち、高透磁率層７１を含めて磁束集中器５１（５１ｃ）が構成されている。また第１実施の形態の第１磁気メモリ装置１ａと同様に、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方はＴＭＲ素子１３側の書き込みワード線１１表面に形成されている高透磁率層よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。この第３実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００８７】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態を、図１１に示す概略構成断面図によって説明する。図１１では、第１磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態の要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。なお、図面では、書き込みワード線、ＴＭＲ素子および磁束集中器の関係のみを示し、絶縁膜の図示は省略した。
【００８８】
図１１に示すように、第４実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｄ）は、前記図１の（１）によって説明した第１実施の形態の磁束集中器５１において、書き込みワード線１１の底部側および側面側と高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ｄ）との間に絶縁膜６１が形成されているものである。この構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。この第４実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００８９】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第５実施の形態を、図１２に示す概略構成断面図によって説明する。図１２では、第１磁気メモリ装置に係わる第５実施の形態の要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９０】
図１２に示すように、第５実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｅ）は、前記図１１によって説明した磁束集中器５１ｃにおいて、書き込みワード線１１の周囲に絶縁膜６２を形成し、その絶縁膜６２を介して高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ｄ）が形成されているものである。この構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１上に絶縁膜６２を介して形成されている高透磁率層７１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９１】
言いかえれば、第５実施の形態の高透磁率層からなる磁束集中器５１ｅは、前記図１１によって説明した第４実施の形態の磁束集中器５１ｄにおいて、ＴＭＲ素子１３側の書き込みワード線１１表面に絶縁膜を介して高透磁率層を形成したものである。すなわち、書き込みワード線１１の周囲に絶縁膜６２を介して高透磁率層からなる磁束集中器５１ｅが形成されているものである。しかもこの構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この第５実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００９２】
上記第１磁気メモリ装置１（１ａ〜１ｅ）では、書き込みワード線１１は、少なくとも、ＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面および両側面が高透磁率層からなる磁束集中器５１で囲まれ、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５１の少なくとも一方は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていて、実施の形態１の側壁部分の先端部５１ｓは記憶層３０４の高さに形成されていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界は、磁束集中器５１の先端部５１ｓまで伝達され、先端部５１ｓ、５１ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００９３】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる基本の形態を、図１３に示す概略構成断面図によって説明する。図１３では、第２磁気メモリ装置の基本の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９４】
図１３に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ａ）の基本の形態は、キャップ層３１３を介してＴＭＲ素子１３に接続されるビット線１２の両側面およびこのビット線１２のＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に、高透磁率層からなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成されているものであり、ビット線１２の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５２の少なくとも一方（図面では両方）はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているものである。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。
【００９５】
磁束集中器５２の側壁部分の先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。そして図示はしないが、磁束集中器５２の先端部５２ｓ側がＴＭＲ素子１３側に張り出すように形成することが好ましい。
【００９６】
また、上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いる。
【００９７】
この第２磁気メモリ装置２（２ａ）の他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【００９８】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態を、図１４に示す概略構成断面図によって説明する。図１４では、第２磁気メモリ装置の第１実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９９】
図１４に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ｂ）の第１実施の形態は、図１３によって説明した磁束集中器５２ａにおいて、ＴＭＲ素子１３がキャップ層３１３を介して接続される側のビット線１２表面にも磁束集中器５２（５２ｂ）の側壁部分に接続される高透磁率層７２が形成されているものである。すなわち、キャップ層３１３とビット線１２とは高透磁率層７２を介して接続されている。上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記高透磁率層７２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。またこの第１実施の形態における上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料には、前記基本の形態の磁束集中器５２と同様の材料を用いる。
【０１００】
この第２磁気メモリ装置２ｂの他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１０１】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図１５に示す概略構成断面図によって説明する。図１５では、第２磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１０２】
図１５に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ｃ）第２実施の形態は、図１３によって説明した基本の形態の磁束集中器５２ａにおいて、ビット線１２の上面（ＴＭＲ素子１３側とは反対側の面）およびビット線１２の側面と磁束集中器５２（５２ｃ）との間に絶縁膜６４が形成されていて、前記図１４によって説明したような高透磁率層７２が形成されているものである。またこの磁束集中器５２の側壁部分はキャップ層３１３を介してビット線１２を接続するＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。そして図示はしないが、磁束集中器５２の先端部５２ｓ側がＴＭＲ素子１３側面に形成された絶縁膜６４下部に張り出すように形成することが好ましい。また、この第３第２実施の形態における上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料には、前記基本の形態の磁束集中器５２と同様の材料を用いる。
【０１０３】
この第２磁気メモリ装置２ｃの他の構成部品は、図１で説明したのと同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１０４】
上記第２磁気メモリ装置２（２ｂ〜２ｃ）では、ビット線１２は、少なくとも、ＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面およびビット線１２の両側面が高透磁率層からなる磁束集中器５２で囲まれ、ビット線１２の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５２の少なくとも一方はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていることから、ビット線１２から発する電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともにビット線１２のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１０５】
次に、本発明の第３磁気メモリ装置に係わる一実施の形態を、図１６に示す概略構成断面図によって説明する。図１６では、第３磁気メモリ装置の一実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、センス線、ビット線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１０６】
図１６に示すように、第３磁気メモリ装置３は、書き込みワード線１１上に絶縁膜６５を介して高透磁率層からなる磁束集中器５３が設けられていて、磁束集中器５３上に絶縁膜６６を介してＴＭＲ素子１３が設けられているものである。
【０１０７】
この磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側面方向に絶縁膜６６を介して延長形成されていて、その先端部５３ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５３ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５３の先端部５３ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０８】
また、上記磁束集中器５３を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１０９】
磁気メモリ装置３の他の構成部品は、前記図１で説明したのと同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この構成については後述する。また、上記図１６によって説明した構成において、磁束集中器５３は書き込みワード線１１の上面に接続する状態に形成されていてもよい。
【０１１０】
上記第３磁気メモリ装置３では、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間およびＴＭＲ素子１３の側面側に、絶縁膜６５を介して、高透磁率層からなる磁束集中器５３が設けられていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界はＴＭＲ素子１３の側面下部側の磁束集中器５３によってＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１１１】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態を、図１７に示す概略構成断面図によって説明する。図１７では、第４磁気メモリ装置の第１実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１２】
第１実施の形態の第４磁気メモリ装置４（４ａ）の基本構成は、前記図８と前記図１６によって説明した構成を組み合わせたものである。すなわち、図１７に示すように、第１実施の形態第４磁気メモリ装置４（４ａ）は、書き込みワード線１１に、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびこの書き込みワード線１１上に絶縁膜６５、６６を介して形成されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５７が設けられている。この磁束集中器５７の側壁部分（書き込みワード線１１の側壁に形成された部分）は、書き込みワード線１１上面（ＴＭＲ素子１３側の面）と同等の高さに形成されている。
【０１１３】
さらに、前記図１６によって説明したのと同様の磁束集中器（第２磁束集中器）５３が書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に設けられている。上記磁束集中器５３の両側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁近傍に絶縁膜６６を介して延長形成されていて、その先端部５３ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５３ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５３の先端部５３ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１４】
また、上記磁束集中器５３、５７を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図１８に示す概略構成断面図によって説明する。図１８では、第４磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１６】
図１８に示すように、第２実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｂ）は、前記図１７によって説明した磁気メモリ装置４ａにおいて、磁束集中器（第１磁束集中器）５７と書き込みワード線１１との間に絶縁膜６１を設けたものであり、その他の構成は、前記図１７によって説明した構成と同様である。
【０１１７】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第３実施の形態を、図１９に示す概略構成断面図によって説明する。図１９では、第４磁気メモリ装置の第３実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１８】
図１９に示すように、第３実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｃ）は、書き込みワード線１１の底部側および両側面に前記図１の（１）によって説明した磁束集中器（第１磁束集中器）５１を備え、さらに書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に前記図１６によって説明した磁束集中器（第２磁束集中器）５３を備えたものである。上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とは、絶縁膜６５を介して離間された状態に形成されている。なお、図示はしないが、上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とが接続されていてもよい。
【０１１９】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態を、図２０に示す概略構成断面図によって説明する。図２０では、第４磁気メモリ装置の第４実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１２０】
図２０に示すように、第４実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｄ）は、書き込みワード線１１の底部側および両側面に絶縁膜６１を介して前記図１１によって説明した磁束集中器（第１磁束集中器）５１を備え、さらに書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に前記図１６によって説明した磁束集中器（第２磁束集中器）５３を備えたものである。上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とは、絶縁膜６５を介して離間された状態に形成されている。なお、図示はしないが、上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とが接続されていてもよい。
【０１２１】
上記第４磁気メモリ装置の第１実施の形態〜第４実施の形態は、例えば前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置において、磁束集中器５１に代えて適用することができる。
【０１２２】
上記第４磁気メモリ装置４（４ａ〜４ｄ）では、書き込みワード線１１には、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１もしくは磁束集中器（第１磁束集中器）５７が設けられ、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間およびＴＭＲ素子１３の側面側に絶縁膜６６を介して高透磁率層からなる磁束集中器（第２磁束集中器）５３が設けられていて、その先端部５３ｓが記憶層３０４の高さに形成されていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界は磁束集中器５１もしくは磁束集中器５７から磁束集中器５３に伝達されてＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１２３】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置を説明する前に、一般的なクロスポイント型のＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を、図２１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。
【０１２４】
図２１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、１１２、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、書き込みワード線１１に接続するスイッチング素子１４（１４１〜１４９）とこのスイッチング素子１４に接続するとともにビット線１２に接続するトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子１３（１３１〜１３９）が配置されている。上記ＴＭＲ素子１３は、トンネル絶縁膜を強磁性体で挟んだ基本構成を有するものからなる。また、上記スイッチング素子１４は、例えばＰＮ接合素子からなる。
【０１２５】
ＴＭＲ素子１３への書き込みは、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、それから発生する合成磁界によってビット線１２と書き込みワード線１１との交差領域に形成されたＴＭＲ素子１３の記憶層３０４（詳細は図５参照）の磁化方向を磁化固定層３０２（詳細は図５参照）に対して平行または反平行にして行う。
【０１２６】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を、図２２の（１）の概略構成断面図および（２）の概略構成斜視図によって説明する。本発明の第１実施の形態は、上記図２１によって説明した磁気メモリ装置において、書き込みワード線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。図２２では、本発明の主要部である書き込みワード線、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。なお、図２２の（１）および（２）図は構成の概略を示す図であり、各構成部品の縮尺は一致させてはいない。
【０１２７】
すなわち、その基本構成は、図２２に示すように、第５磁気メモリ装置５（５ａ）は、書き込みワード線１１とビット線１２とが立体的に交差（ここでは直交）する状態に形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域における書き込みワード線１１上には、スイッチング素子１４を介して上記ビット線１２に接続するＴＭＲ素子１３が形成されている。このスイッチング素子１４には、例えばｐｎ接合が用いられる。ＴＭＲ素子１３とビット線１２とは、ＴＭＲ素子の最上層に形成されるキャップ層３１３によって接続されている。
【０１２８】
さらに書き込みワード線１１には、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびこの書き込みワード線１１上に絶縁膜４６を介して形成されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５１が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（この図面では両方）は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側方に突き出した状態に形成されている。
【０１２９】
すなわち、上記磁束集中器５１のＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている部分は、上記ＴＭＲ素子１３に対し、絶縁膜４６を介してＴＭＲ素子１３の側面近傍に延長形成されている。磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１３０】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１３１】
なお、図示したように、書き込みワード線１１と磁束集中器５１の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５１には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５１は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【０１３２】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図２３に示す概略構成断面図によって説明する。図２３では、第５磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器および一部の絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１３３】
図２３に示すように、第２実施の形態に係わる第５磁気メモリ装置５（５ｂ）は、前記図２１の構成に対して前記図１０によって説明したのと同様なる磁束集中器５１を形成したものである。すなわち、前記図２２によって説明した磁束集中器５１と書き込みワード線１１との間に絶縁膜６１が設けられているものである。言い換えれば、前記図１１の構成において、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間にスイッチング素子１４が形成され、このスイッチング素子１４によって書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３が接続されているものである。
【０１３４】
上記第５磁気メモリ装置の第１実施の形態および第２実施の形態においても、各磁束集中器５１の先端部５１ｓは、前記第１磁気メモリ装置１の第２実施の形態で示したものと同様な構成となっている。
【０１３５】
上記第５磁気メモリ装置５では、書き込みワード線１１に、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器５１が設けられ、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていて、好ましくは記憶層奥層３０４の高さに形成されていることから、第１磁気メモリ装置１と同様に、書き込みワード線１１から発する電流磁界は、磁束集中器５１の先端部５１ｓまで伝達され、先端部５１ｓ、５１ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１３６】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を、図２４および図２５の概略構成断面図によって説明する。本発明の実施の形態は、上記図２１によって説明した磁気メモリ装置において、ビット線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。図２４および図２５では、本発明の主要部であるスイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。また、前記第２磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１３７】
図２４に示すように、磁気メモリ装置６（６ａ）の基本構成は、書き込みワード線１１とビット線１２とが立体的に交差（例えば直交）する状態に形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域における書き込みワード線１１上には、スイッチング素子１４を介してＴＭＲ素子１３が接続するように形成され、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３がビット線１２に接続されている。さらにビット線１２には、少なくとも、このビット線１２の両側面およびこのビット線１２に接続されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５２が設けられている。しかもビット線１２の側面に形成された上記磁束集中器５２の少なくとも一方（図面では両方）はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。
【０１３８】
上記突き出した状態に形成されている部分の磁束集中器５２は、上記ＴＭＲ素子１３に対して絶縁膜６３を介してＴＭＲ素子１３の側方に延長形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１３９】
また、上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１４０】
なお、図示したように、ビット線１２と磁束集中器５２の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５２には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５２はビット線１２の両側面に形成された部分はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分はビット線１２の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【０１４１】
この第６磁気メモリ装置６（６ａ）の他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１４２】
次に、図２５に示す概略構成断面図によって説明する。図２５では、第６磁気メモリ装置の実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略し、前記図２４と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１４３】
そして図２５に示すように、実施の形態の第６磁気メモリ装置６（６ｂ）は、前記図２４の構成に対して前記図１４によって説明したのと同様なる磁束集中器５２を形成したものである。すなわち、前記図２４によって説明した第１実施の形態の磁束集中器５２において、ＴＭＲ素子１３側のビット線１２表面にも高透磁率層７２が形成されているものである。すなわち、高透磁率層７２は、ＴＭＲ素子１３の最上層のキャップ層３１３とビット線１２とを接続するように形成されている。またＴＭＲ素子１３の下面側は、スイッチング素子１４を介して、上記ビット線１２と立体的に交差（例えば直交）するもので図示はしない書き込みワード線に接続されている。
【０１４４】
上記磁束集中器５２は、前記図１４によって説明したのと同様に、上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記高透磁率層７２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１４５】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置に係わる変形例を、図２６に示す概略構成断面図によって説明する。図２６では、第６磁気メモリ装置の変形例に係わる要部を示し、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１４６】
図２６に示すように、変形例の第６磁気メモリ装置６（６ｃ）は、前記図２４の構成に対して前記図１５によって説明したのと同様なる磁束集中器５２を形成したものである。すなわち、前記図２４によって説明した磁束集中器５２とビット線１２との間に絶縁膜６４を設けたものである。またＴＭＲ素子１３の下面側は、スイッチング素子１４を介して、上記ビット線１２と立体的に交差（例えば直交）するもので図示はしない書き込みワード線に接続されている。
【０１４７】
上記磁束集中器５２は、前記図１５によって説明したのと同様に、上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記ビット線１２よりＴＭＲ素子１３の側方に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１４８】
上記第６磁気メモリ装置６（６ａ〜６ｃ）では、ビット線１２に、少なくとも、ビット線１２の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器５２が設けられている。この磁束集中器５２は、ビット線１２側方に形成されたこの磁束集中器５２の高透磁率層の少なくとも一方（各図面では両方）が、ビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。例えば磁束集中器５２の側壁部分の先端部５２ｓが記憶層３０４の高さに形成されていることから、前記第２磁気メモリ装置２と同様に、ビット線１２から発する電流磁界は、先端部５２ｓまで伝達され、その先端部５２ｓ、５２ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともにビット線１２のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１４９】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図２７の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明の記載は省略する。
【０１５０】
図２７の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。
【０１５１】
上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１等を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１５２】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。
【０１５３】
次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１５４】
次に、第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。この絶縁膜４３１には、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば５００ｎｍの厚さに形成したものを用いる。上記絶縁膜４３１の膜厚は、後に形成する磁束集中器の側壁部分の高さを決定することになるので、磁束集中器の側壁部分の先端部が後に形成するＴＭＲ素子の記憶層の高さとなるように決定される。次いで、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、絶縁膜４３１に書き込みワード線を形成するための配線溝４３ｔ１と第２ランディングパッドを形成するための配線溝４３ｔ２を形成する。
【０１５５】
次に、図２７の（２）に示すように、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、上記配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内面および絶縁膜４３１表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１を順に成膜する。
【０１５６】
上記バリアメタルは、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１５７】
上記高透磁率層７３は、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができ、例えば１００ｎｍの厚さに形成する。その他にも、例えば最大透磁率μｍが１００以上であれば、例えばコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む金属化合物、金属酸化物もしくは金属窒化物を用いることができる。
【０１５８】
上記配線材料層８１は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金を例えば４５０ｎｍの厚さに形成する。
【０１５９】
その後、化学的機械研磨によって、絶縁膜４３１上の余剰な上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を除去して、各配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内に上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を残し、書き込みワード線１１および第２ランディングパッド３３を形成する。さらにエッチバックにより、各配線溝溝４３ｔ１、４３ｔ２内の配線材料層８１のみを例えば１００ｎｍの深さに後退させ、書き込みワード線１１の側面上方に高透磁率層７３が露出するようにする。このようにして、高透磁率層７３からなる磁束集中器５１が形成される。
【０１６０】
次に、図２７の（３）に示すように、上記絶縁膜４３１上に、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）膜を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。これによって、第３絶縁膜４３が形成される。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして絶縁膜４３２のエッチングを行い、第２ランディングパッド３３上の絶縁膜４３２に、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３２ｈを形成する。なお、上記絶縁膜４３２は、酸化アルミニウム以外の絶縁材料（例えば酸化シリコン、窒化シリコン等）により形成することも可能である。
【０１６１】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３２ｈ内を含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。
【０１６２】
上記バリア層には、窒化チタン、タンタルもしくは窒化タンタルを用いる。
【０１６３】
上記反強磁性体層３０５には、例えば、鉄・マンガン合金、ニッケル・マンガン合金、白金マンガン合金、イリジウム・マンガン合金、ロジウム・マンガン合金、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの１種を用いる。この反強磁性体層３０５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る下地導電層を兼ねることも可能である。したがって、本実施の形態では、反強磁性体層３０５をＴＭＲ素子１３と図示はしていないスイッチング素子との接続配線の一部として用いている。
【０１６４】
上記磁化固定層３０２には、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、強磁性体を用いる。この磁化固定層３０２は、反強磁性体層３０５と接する状態に形成されていて、磁化固定層３０２と反強磁性体層３０５との層間に働く交換相互作用によって、磁化固定層３０２は、強い一方向の磁気異方性を有している。すなわち、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（ｐｉｎｎｉｎｇ）される。
【０１６５】
なお、上記磁化固定層３０２は、導電層を挟んで磁性層を積層した構成としてもよい。例えば、反強磁性体層３０５側から、第１の磁化固定層と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層と第２の磁化固定層とを順に積層した光製造としてもよい。この磁化固定層３０２は、３層以上の強磁性体層を、導電体層を挟んで積層させた構造であってもよい。上記導電体層には、例えば、ルテニウム、銅、クロム、金、銀等を用いることができる。
【０１６６】
上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。そのため、通常は厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍの酸化アルミニウムが使われるが、例えば、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を用いてもよい。上記したようにトンネル絶縁層３０３の膜厚は、０．５ｎｍ〜５ｎｍと非常に薄いため、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。もしくはスパッタリングによってアルミニウム等の金属膜を堆積した後にプラズマ酸化もしくは窒化を行って形成する。
【０１６７】
上記記憶層３０４には、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、強磁性体を用いる。この記憶層３０４は外部印加磁場によって磁化の方向が下層の磁化か固定層３０４に対して、平行又は反平行に変えることができる。
【０１６８】
上記キャップ層３１３は、ＴＭＲ素子と別のＴＭＲ素子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、銅、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。
【０１６９】
次に、図２７の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングし、まずキャップ層３１３〜磁化固定層３０２の積層膜でＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。その後、上記フォトレジストを除去する。
【０１７０】
次いで、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６を、例えば磁化固定層３０２と反強磁性体層３０５とにより形成する。この構成では、書き込みワード線１１の下部および側面側に形成した高透磁率層７３が書き込みワード線１１の上面よりもＴＭＲ素子１３側に張り出しているため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加される。
【０１７１】
次に、図２７の（５）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０１７２】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。なお、磁束集中器５１側壁部分の先端部５１ｓの高さは、配線溝４３ｔ１の深さを深く形成することにより、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４と同程度の高さに形成することは可能である。
【０１７３】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図２８の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明は省略する。
【０１７４】
図２８の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１頭を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１７５】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１７６】
次に、ＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜する。
【０１７７】
上記バリアメタルは、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１７８】
上記高透磁率層７３は、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、フェライト合金、等を用いることができ、例えば１００ｎｍの厚さに形成する。その他にも、例えば最大透磁率μｍが１００以上であれば、例えばコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む金属化合物、金属酸化物もしくは金属窒化物を用いることができる。
【０１７９】
上記配線材料層８１は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。
【０１８０】
続いて、ダミー膜８２を、例えばプラズマ窒化シリコン膜を例えば４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１８１】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクに用いて、上記ダミー膜８２、配線材料層８１、高透磁率層７３、バリアメタル（図示せず）を順次エッチングして、上記ダミー膜８２を載せた状態で、書き込みワード線１１、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。
【０１８２】
次に、図２８の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記ダミー膜８２〔前記図２８の（１）参照〕を覆う高透磁率層を形成した後、高透磁率層の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に高透磁率サイドウォール７４Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７４Ｓとからなる磁束集中器５１が形成される。続いて、選択的エッチングによりダミー膜８２のみを除去する。なお、この工程では、第２ランディングパッド３３の側壁にも書き込みワード線１１の側壁と同様な高透磁率サイドウォール７４Ｓが形成される。この高透磁率サイドウォール７４Ｓは、磁束集中器５１の側壁部分となるため、その先端部５１ｓの高さは、上記ダミー膜８２の膜厚によって調整される。その先端部５１ｓは、後に形成されるＴＭＲ素子の記憶層とキャップ層との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜と記憶層との界面から記憶層とキャップ層との界面までの高さとすることが好ましい。また、高透磁率サイドウォール７４ＳとＴＭＲ素子１３との距離は、先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１８３】
次に、図２８の（３）に示すように、第２絶縁膜４２上に書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３、磁束集中器５１等を覆う第３絶縁膜４３を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）を例えば２０ｎｍの厚さに堆積して形成した後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして第３絶縁膜４３のエッチングを行い、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３ｈを形成する。
【０１８４】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３ｈを含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。
【０１８５】
バリア層（図示せず）、反強磁性体層３０５、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およびキャップ層３１３は、前記第１実施の形態で説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１８６】
次に、図２８の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングし、まずキャップ層３１３〜磁化固定層３０２の積層膜でＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。その後、上記フォトレジストを除去する。
【０１８７】
次いで、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６を、例えば磁化固定層３０４と反強磁性体層３０５とにより形成する。この構成では、書き込みワード線１１の下部および側面側に形成した磁束集中器５１がＴＭＲ素子１３の側面近傍に張り出しているため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加される。
【０１８８】
次に、図２８の（５）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０１８９】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。
【０１９０】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図２９の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明は省略する。
【０１９１】
図２９の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１頭を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１９２】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１９３】
次に、第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜４３を形成する。この第３絶縁膜４３には、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば４００ｎｍの厚さに形成したものを用いる。次いで、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、第３絶縁膜４３に書き込みワード線を形成するための配線溝４３ｔ１と第２ランディングパッドを形成するための配線溝４３ｔ２を形成する。
【０１９４】
次に、図２９の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内面および第３絶縁膜４３表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１を順に成膜する。バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１は、前記第１実施の形態で説明したのと同様な材料を用いて形成することができる。
【０１９５】
その後、化学的機械研磨によって、第３絶縁膜４３上の余剰な上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を除去して、各配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内に上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を残し、書き込みワード線１１および第２ランディングパッド３３を形成する。
【０１９６】
次に、図２９の（３）に示すように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）膜を例えば２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして絶縁膜４３２のエッチングを行い、第２ランディングパッド３３上の絶縁膜４３２に、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３２ｈを形成する。なお、上記絶縁膜４３２は、酸化アルミニウム以外の絶縁材料（例えば酸化シリコン、窒化シリコン等）により形成することも可能である。
【０１９７】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３２ｈ内を含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。そのため、０．５ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さに形成される。
【０１９８】
バリア層（図示せず）、反強磁性体層３０５、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およびキャップ層３１３は、前記第１実施の形態で説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１９９】
次に、図２９の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、その後形成するＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線となるパターン１７を、例えばキャップ層３１３ないし絶縁膜４３２からなる積層膜により形成する。次に、上記パターン１７を覆う絶縁膜を、例えば３０ｎｍ程度の厚さのプラズマ窒化シリコン膜、酸化シリコン膜もしくは酸化アルミニウム膜で形成した後、異方性エッチングによりこの絶縁膜をエッチバックしてサイドウォール絶縁膜９１Ｓを形成する。さらに、ＰＶＤ法によって、高透磁率層を形成した後、この高透磁率層をエッチバックして、サイドウォール絶縁膜９１Ｓの側面に高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとからなる磁束集中器５１が構成される。この磁束集中器５１の高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓの高さは、上記記憶層３０４とキャップ層３１３との界面以下とし、好ましくは、トンネル絶縁層３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面との間とする。
【０２００】
次に、図２９の（５）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングして、ＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。この結果、ＴＭＲ素子１３が形成されるとともに、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６が反強磁性体層３０５と磁化固定層３０２とで形成される。
【０２０１】
次に、図２９の（６）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０２０２】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。
【０２０３】
上記製造方法では、書き込みワード線１１の周囲に形成された高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとが接続されて磁束集中器５１が形成されるとともに、この磁束集中器５１の高透磁率サイドウォール７５ＳがＴＭＲ素子１３の側面近傍に張り出した状態に形成されるため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加されることになる。
【０２０４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図３０の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１０によって説明した第１磁気メモリ装置の第３実施の形態の基本構成を得る製造方法を示す。
【０２０５】
図３０の（１）に示すように、この製造方法は、前記図２８の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜した後、高透磁率層７６を成膜する。次いで、ダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを例えば４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後の工程は、前記図２８によって説明したのと同様である。
【０２０６】
この結果、図３０の（２）に示すように、書き込みワード線１１の周囲を、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７４Ｓおよび高透磁率層７６によって取り囲むとともにＴＭＲ素子１３の側方に高透磁率サイドウォール７４Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｂ）が形成される。この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７４Ｓの先端部５１ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態と同様に設定されて形成される。その後の製造工程は、前記図２８の（３）以降によって説明した製造方法により行えば良い。
【０２０７】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を、図３１の概略構成断面図によって説明する。ここでは、前記図１１によって説明した第１磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を示す。
【０２０８】
図３１の（１）に示すように、この製造方法は、前記図２８の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、絶縁膜９２を成膜する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、絶縁膜９２を貫通して高透磁率層７３もしくはコンタクト３２に達する開口部９２ｈを形成する。
【０２０９】
次いで、上記開口部９２ｈ内も含めて上記絶縁膜９２上に、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を形成し、さらにダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０２１０】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクに用いて、上記ダミー膜８２、配線材料層７１、絶縁膜９２を順次エッチングして、上記ダミー膜８２を載せた状態で、配線材料層８１からなる書き込みワード線１１、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。
【０２１１】
次に、図３１の（２）に示すように、ＣＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記ダミー膜８２を覆う絶縁膜を形成した後、絶縁膜の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に絶縁膜サイドウォール９１Ｓを形成する。この絶縁膜サイドウォール９１Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９２に接続され、かつ上記ダミー膜８２の側壁を覆う状態に形成される。
【０２１２】
続いてＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記プラズマ窒化シリコン膜や絶縁膜サイドウォール９１Ｓを覆う高透磁率層を形成した後、高透磁率層の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成する。この際、この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態の高透磁率サイドウォール７４Ｓと同様に設定されて形成される。このようにして、書き込みワード線１１の周囲を、絶縁膜９２、絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７５Ｓおよび高透磁率層７６によって囲むとともにＴＭＲ素子１３側に高透磁率サイドウォール７５Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｃ）が形成される
【０２１３】
続いて、選択的エッチングによりダミー膜８２のみを除去する。なお、上記高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成するエッチバック時に、上記高透磁率層７３、バリアメタル（図示せず）を除去する。なお、高透磁率層７３およびバリアメタルの不要部分の除去は、絶縁膜サイドウォール９１Ｓの形成後に行うこともできる。その後の工程は、前記図２８の（３）以降によって説明した工程と同様である。
【０２１４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第６実施の形態を、図３２の概略構成断面図によって説明する。ここでは、前記図１２によって説明した第１磁気メモリ装置の第４実施の形態の製造方法を示す。
【０２１５】
図３２の（１）に示すように、この製造方法は、前記図３１の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、絶縁膜９２、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜した後、絶縁膜９３を形成してから高透磁率層７１を成膜する。次いで、ダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後の工程は、前記図３１によって説明したのと同様である。
【０２１６】
この結果、図３２の（２）に示すように、配線材料層８１からなる書き込みワード線１１の周囲を、絶縁膜９２、９３、絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７５Ｓおよび高透磁率層７１によって取り囲むとともに、ＴＭＲ素子１３側方に高透磁率サイドウォール７５Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｄ）が形成される。上記絶縁膜サイドウォール９１Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９２、９３に接続する状態に形成される。この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態と同様に設定されて形成される。
【０２１７】
上記第１磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層６１、６２、６３等からなる磁束集中器５１（５１ａ〜５１ｄ）を形成する工程を備え、書き込みワード線１１の両側面に形成される高透磁率サイドウォール６２Ｓの少なくとも一方を書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成する。このことから、書き込みワード線１１に電流を流した際に発せられる電流磁界は、書き込みワード線の両側面に形成される高透磁率サイドウォール７５Ｓもしくは高透磁率サイドウォール７５Ｓによって、ＴＭＲ素子１３の記憶層に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０２１８】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図３３の製造工程断面図によって説明する。ここでＴＭＲ素子１３、第４絶縁膜４４等より下層の構成は、従来技術もしくは上記第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されるので、ここでの説明は省略する。
【０２１９】
図３３の（１）に示すように、第４絶縁膜４４の表面にＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３が露出された状態に形成されている。上記第４絶縁膜４４の表面は平坦化されている。上記ＴＭＲ素子１３は、従来の磁気メモリ装置の製造方法もしくは前記説明した第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されている。
【０２２０】
次に、図３３の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、第４絶縁膜４４表面に、バリアメタル（図示せず）を、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。次いで、ＰＶＤ法によって、ビット線を形成するための配線材料層８３を例えばアルミニウム、銅もしくはアルミニウム銅合金を５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。さらにＰＶＤ法によって、高透磁率層７７を３０ｎｍの厚さに形成する。
【０２２１】
次いでリソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ビット線を形成するためのレジストマスク９４を形成し、それを用いて、上記高透磁率層７７、配線材料層８３、バリアメタル（図示せず）、第４絶縁膜４４を順次エッチングして、上記高透磁率層７７を載せたビット線１２を形成する。このエッチングでは、第４絶縁膜４４の途中までエッチングを進める。その深さは、例えばＴＭＲ素子の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との境界までの深さとする。好ましくは、記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との境界から記憶層３０４とキャップ層３１３との境界までの深さとする。このように深さを設定することによって、後に形成される磁束集中器５２側壁部分の先端部の位置が、ＴＭＲ素子の記憶層に電流磁界を集中しやすい位置に形成されることになる。
【０２２２】
次に図３３の（３）に示すように、ＰＶＤ法によって、高透磁率層７７を含むビット線１２を覆う高透磁率層を形成した後、この高透磁率層をエッチバックして、ビット線１２の側壁に高透磁率層からなる高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成される。
【０２２３】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５１により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２２４】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図３４の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１３によって説明した第２磁気メモリ装置の基本の形態に係る別の製造方法を示す。また、ＴＭＲ素子１３、第４絶縁膜４４等より下層の構成は、従来技術もしくは上記第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されるので、ここでの説明は省略する。
【０２２５】
図３４の（１）に示すように、既存の製造方法によって、もしくは前記第１磁気メモリ装置の製造方法によって、書き込みワード線１１上に第３絶縁膜４３の一部を介して、最上層にキャップ層３１３を設けたＴＭＲ素子１３が形成されている。なお、ＴＭＲ素子１３を構成する反強磁性体層３０５および磁化固定層３０２で形成されるバイパス線１６は紙面垂直方向に延び、幅方向においてＴＭＲ素子１３とバイパス線１６とが一致しているように形成されている。ＴＭＲ素子１３の構成およびその製造方法は、前記説明した構成およびその製造方法を用いることが可能であり、もちろん、従来から知られている構成および製造方法を用いることも可能である。
【０２２６】
次に、図３４の（２）に示すように、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、上記第３絶縁膜４３上に上記ＴＭＲ素子１３、バイパス線（図示せず）等を覆う絶縁膜を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により形成する。その後、この絶縁膜のエッチバックを行い、ＴＭＲ素子１３の側壁に絶縁膜サイドウォール９５Ｓを形成する。次いで、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、上記ＴＭＲ素子１３等を覆う第４絶縁膜４４を例えば酸化シリコン膜で形成する。その後、化学的機械研磨によって、上記第４絶縁膜４４の表面を平坦化研磨するとともに、ＴＭＲ素子１３の最上層に形成されているキャップ層３１３を露出させる。
【０２２７】
次いで、図３４の（３）に示すように、さらに上記第４絶縁膜４４上に第５絶縁膜４５を、例えば４００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜で形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子１３よりも幅が広くなるようにビット線用溝パターンを形成する開口部を有するレジストマスク（図示せず）を形成し、それを用いて、ＴＭＲ素子１３上の第５絶縁膜４５にビット線用の配線溝４５ｔを形成する。さらにエッチングを進めて、絶縁膜サイドウォール９５Ｓの側部の第４絶縁膜４４に溝４４ｔを形成する。このエッチングでは、酸化シリコンとプラズマ窒化シリコンもしくは酸化アルミニウムとの選択比の高い条件で異方性エッチングを行いＴＭＲ素子１３の側面、例えばＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３と記憶層３０４との界面と同等の高さ付近でエッチングを止める。
【０２２８】
次いで、図３４の（４）に示すように、ＰＶＤ法によって、溝４４ｔを埋め込むとともに配線溝４５ｔの内面に高透磁率層を形成した後、エッチバックにより溝４４ｔ内部に残すとともに配線溝４５ｔの側面に高透磁率層を残すことで高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。
【０２２９】
次いで、ＰＶＤ法によって、上記配線溝４５ｔの内面および第５絶縁膜４５表面に、バリアメタル（図示せず）を、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。続いて、ＰＶＤ法によって、上記バリアメタル上に、上記配線溝４５ｔ内を埋め込むようにビット線を形成するための配線材料層８３を、例えばアルミニウム、銅もしくはアルミニウム銅合金を５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後、化学的機械研磨によって、第５絶縁膜４５上の余剰な配線材料層８３およびバリアメタルを研磨除去して、配線溝４５ｔ内にバリアメタルを介して配線材料層からなるビット線１２を形成する。
【０２３０】
次に、図３４の（５）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記第５絶縁膜４５上にビット線１２を覆う高透磁率層７７を５０ｎｍの厚さに形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、ビット線１２上を覆うようなレジストマスク（図示せず）を形成した後、それを用いて高透磁率層７７のエッチングを行う。この結果、ビット線１２の上面および側面を覆う高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成される。このように磁束集中器５２による磁気回路によって、ビット線１２によって作られる電流磁界をＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができるので、高い効率で書き込みが行えるようになる。
【０２３１】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図３５の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１４によって説明した第２磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２３２】
図３５の（１）に示すように、前記図３３の（１）に示す工程において、第４絶縁膜を化学的機械研磨してＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３を露出させた後、ＰＶＤ法によって、第４絶縁膜４４表面に高透磁率層７２を形成する。次いで、上記高透磁率層７２上に、前記図３３の（２）によって説明したのと同様にして、バリアメタル（図示せず）、ビット線を形成するための配線材料層８１、高透磁率層７７を順に形成すればよい。
【０２３３】
その後の工程は、前記図３３の（３）によって説明したプロセスと同様である。このプロセスにおいて、ビット線を形成するエッチングでは、上記高透磁率層７２も同時にエッチングする。その結果、図３５の（２）に示すように、配線材料層８１でビット線１２が形成されるとともに、ビット線１２を高透磁率層７２、７７および高透磁率サイドウォール７８Ｓで覆う磁束集中器５２（５２ｂ）が形成される。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２３４】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図３６の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１５によって説明した第２磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２３５】
図３６の（１）に示すように、前記図３３の（２）に示す工程において、バリアメタル（図示せず）、ビット線を形成するための配線材料層８１を形成した後、絶縁膜９６を形成し、その後高透磁率層７７を形成する。
【０２３６】
次いでリソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３に接続するビット線を形成するためのレジストマスク（図示せず）を形成し、それを用いて、上記高透磁率層７７、絶縁膜９６、配線材料層８１、バリアメタル（図示せず）、第４絶縁膜４４を順次エッチングして、上記絶縁膜９６を介して高透磁率層７７を載せたビット線１２を上記配線材料層８１で形成する。このエッチングでは、第４絶縁膜４４の途中までエッチングを進める。その深さは、例えばＴＭＲ素子のキャップ層３１３もしくは記憶層３０４とほぼ同等に高さとする。
【０２３７】
次いで、図３６の（２）に示すように、ＣＶＤ法によって、上記高透磁率層７７上を覆う絶縁膜を形成した後、この絶縁膜の全面をエッチバックして、ビット線１２の側壁に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成する。この絶縁膜サイドウォール９７Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９６の側壁を覆い、高透磁率層７７の側壁を露出させる状態に形成される。
【０２３８】
続いてＰＶＤ法によって、上記第４絶縁膜４４上に上記高透磁率層７７や絶縁膜サイドウォール９７Ｓを覆う高透磁率層を形成した後、この高透磁率層の全面をエッチバックして、ビット線１２の側壁に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを介して高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。その際、高透磁率サイドウォール７８Ｓは高透磁率層７７に接続するように形成される。このようにして、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｃ）が形成される。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２３９】
この第４実施の形態においては、ビット線１２を形成する際に第４絶縁膜４４のエッチバックを行わずに、絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成し、その後第４絶縁膜４４のエッチバックを行ってもよい。この第４絶縁膜４４のエッチバックと絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成するエッチバックを同時に行うことも可能である。
【０２４０】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を、図３７の製造工程断面図によって説明する。
【０２４１】
図３７の（１）に示すように、前記図３３の（２）に示す工程において、ビット線１２はＴＭＲ素子１３よりも幅広く形成し、第４絶縁膜４４をエッチングした後、さらに、ビット線１２下の第４絶縁膜４４のサイドエッチングを行う。
【０２４２】
次いで、図３７の（２）に示すように、前記図３３の（３）によって説明したのと同様に、高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成すれば、高透磁率サイドウォール７８Ｓは、前記図３３によって説明した第１実施の形態よりもＴＭＲ素子１３側に近づく状態に形成される。このようにして、ビット線１２に高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｄ）が形成される。
【０２４３】
上記製造方法で形成される磁束集中器５２ｄは、第１実施の形態で説明した製造方法によって形成される磁束集中器５２ａよりも電流磁束の漏れを減少させることができるため、ビット線１２から発せられる電流磁束を第１実施の形態の磁束集中器５２ａよりもさらに効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２４４】
また、上記第５実施の形態のビット線１２下をサイドエッチングする方法は、前記図３５によって説明した第３実施の形態にも適用することができる。また、前記第２磁気メモリ装置の製造方法における第４実施の形態において、磁束集中器５２ｂ、５２ｃの各先端部５２ｓを幅広く形成するには、ビット線１２を形成する際に第４絶縁膜４４のエッチングは行わずに、絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成する。その後、第４絶縁膜４４のエッチバックを行ってから、絶縁膜サイドウォール９７Ｓ下の第４絶縁膜４４のサイドエッチングを行い、その後、高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成することにより可能になる。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２４５】
次に、本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法に係る実施の形態を、図３８の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１６によって説明した第３磁気メモリ装置の実施の形態の製造方法を示す。
【０２４６】
図３８の（１）に示すように、前記図２７の（１）によって説明したように、コンタクト３２が形成された第２絶縁膜４２上に、第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。次いで、この絶縁膜４３１に書き込みワード線を形成するための溝４３ｔ１とコンタクト３２に接続する第２ランディングパッドを形成するための溝４３ｔ２とを形成する。その後、この溝４３ｔ１、４３ｔ２内を含む絶縁膜４３１上に、前記図２７の（２）によって説明したのと同様のバリアメタル（図示せず）を介して配線材料層を形成する。ここでは、図２７によって説明したような高透磁率層は形成しない。その後、絶縁膜４３１上の余剰な配線材料層とバリアメタルとを除去して、溝４３ｔ１内を埋め込む書き込みワード線１１と、溝４３ｔ２内を埋め込む第２ランディングパッド３３とを形成する。
【０２４７】
次いで、図３８の（２）に示すように、上記書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３等が形成された絶縁膜４３１上に第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウムもしくは酸化シリコンもしくは窒化シリコンで形成する。さらに上記絶縁膜４３２とエッチング選択性を有する絶縁材料で第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３３を形成する。この絶縁膜４３３は、後に形成される磁束集中器の側壁部分の高さを決定する。そのため、磁束集中器の側壁部分が所望の高さとなるような膜厚に形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子を形成する領域上にそれよりも広めに形成した開口部を有するレジストマスク（図示せず）を形成して、絶縁膜４３３のエッチングを行い、書き込みワード線１２上の絶縁膜４３３に開口部４３３ｈを形成する。その後、上記レジストマスクを除去する。
【０２４８】
次いで、上記開口部４３３ｈ内を含む上記絶縁膜４３３上に、高透磁率層７９を形成し、平坦化絶縁膜を形成する。その後、化学的機械研磨によって、絶縁膜４３３上の余剰な平坦化絶縁膜、高透磁率層７９を除去する。その際、開口部４３３ｈ内の平坦化絶縁膜は完全に除去することが望ましい。このエッチングでは、絶縁膜４３３がエッチングされても良い。ここでは、絶縁膜４３３はエッチング除去される。この結果、開口部４３３ｈ内に高透磁率層７９からなる磁束集中器５３が形成される。この磁束集中器５３の側壁部分の先端部５３ｓは、後に形成されるＴＭＲ素子の記憶層とキャップ層との界面の高さ以下に設定され、好ましくは、トンネル絶縁層と記憶層との界面の高さから記憶層とキャップ層との界面の高さの範囲に形成される。
【０２４９】
次いで、前記図２８の（３）によって説明したのと同様にして、上記絶縁膜４３２上に上記磁束集中器５３を覆う絶縁膜４３４を形成する。このように、絶縁膜４３１〜４３４によって第３絶縁膜４３が構成される。続いて第３絶縁膜４３に第２ランディングパッド３３に達する開口部４３ｈを形成する。その後、反強磁性体層３０５、磁化固定層３０２、トンネル絶縁層３０３、記憶層３０４、キャップ層３１３を下層より順に積層して形成する。その後、前記図２８の（４）、（５）によって説明したのと同様のプロセスを行うことによって、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するバイパス線１６、第４絶縁膜４４、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３に接続するビット線１２等が形成される。
【０２５０】
なお、磁束集中器５３を書き込みワード線１１上に接続する状態に形成する場合には、上記絶縁膜４３２を形成しなければよい。その他のプロセスは上記説明した通りである。
【０２５１】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図３９の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１７によって説明した第４磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２５２】
前記図２７の（１）、（２）によって説明したように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３１に書き込みワード線１１と第２ランディングパッド３３とを形成する。その際、書き込みワード線１１のエッチバックは行わない。したがって、磁束集中器（第１磁束集中器）５１は、書き込みワード線１１の底部および側壁のみに形成される。その後、前記図３８の（２）、（３）で説明したのと同様に絶縁膜４３２を形成する工程以後の工程を行えばよい。
【０２５３】
その結果、図３９に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。上記第１磁束集中器５１の側壁は書き込みワード線１１上面と同等の高さに形成される。上記第２磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁側に第３絶縁膜４３を介して形成され、その先端部５３ｓは前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。なお、絶縁膜４３２を形成しなくともよい。この場合は、第１磁束集中器５１の側壁部分の５１ｓに第２磁束集中器５３の底部が接続された状態に形成される。
【０２５４】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図４０の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１８によって説明した第４磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２５５】
前記図２７の（１）、（２）によって説明したように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３１に書き込みワード線１１と第２ランディングパッド３３とを形成する。その際、高透磁率層７３を形成した後、絶縁膜６１を形成し、その後第２ランディングパッド３３が形成される溝内の絶縁膜６１にコンタクト３２に通じる開口部６１ｈを形成する。この開口部６１ｈは、高透磁率層７３を貫通して形成されることが望ましいが、高透磁率層７３を貫通しなくてもよい。その後、書き込みワード線を形成するための配線材料層８１を形成する。ここでは前記図２７によって説明したように書き込みワード線１１のエッチバックは行わない。したがって、磁束集中器（第１磁束集中器）５１は、書き込みワード線１１の底部および側壁のみに絶縁膜６１を介して形成される。一方、絶縁膜６１が形成されていても、第２ランディングパッド３３は開口部６１ｈを通じてコンタクト３２に接続される。なお、開口部６２ｈが高透磁率層７３を貫通しない場合には、第２ランディングパッド３３は高透磁率層７３を介してコンタクト３２に接続される。その後、前記図３８の（２）、（３）で説明したのと同様に絶縁膜４３２を形成する工程以後の工程を行えばよい。
【０２５６】
その結果、図４０に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に絶縁膜６１を介して高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。上記第１磁束集中器５１の側壁は書き込みワード線１１上面と同等の高さに形成される。上記第２磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁側に第３絶縁膜４３を介して形成され、その先端部５３ｓは前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器と同様に形成される。なお、絶縁膜４３２を形成しなくともよい。この場合は、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓに第２磁束集中器５３の底部が接続された状態に形成される。
【０２５７】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図４１の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１９によって説明した第４磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を示す。
【０２５８】
図４１の（１）に示すように、前記図２８の（１）および（２）によって説明した工程を行って、第２絶縁膜４２上に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１に底部および側面を囲まれた書き込みワード線１１とコンタクト３２に高透磁率層７３を介して接続する第２ランディングパッド３３を形成する。その後、第２絶縁膜４２上に、書き込みワード線１１、第１磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。ここでは、この絶縁膜４３１は、第１磁束集中器５１よりも高くなるような厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、この絶縁膜４３１表面を平坦化する。その際、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓが絶縁膜４３１表面に露出されてもよい。
【０２５９】
その後、図４１の（２）に示すように、図３８の（２）によって説明した絶縁膜４３２を形成する以後の工程を行えばよい。なお、絶縁膜４３２は形成しなくともよい。その結果書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。第１磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、第２磁束集中器５３の側壁の先端部５３ｓは、前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。
【０２６０】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図４２の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２０によって説明した第４磁気メモリ装置の第４実施の形態の製造方法を示す。
【０２６１】
前記図３１の（１）および（２）によって説明したのと同様に、第２絶縁膜４２上に、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとからなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１とともに、この第１磁束集中器５１に底部と側壁を絶縁膜９２と絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して囲まれる書き込みワード線１１およびコンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。その後、ダミー膜８２を除去する。さらに、第２絶縁膜４２上に、書き込みワード線１１、第１磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。ここでは、この絶縁膜４３１は、第１磁束集中器５１よりも高くなるような厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、この絶縁膜４３１表面を平坦化する。その際、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓが絶縁膜４３１表面に露出されてもよい。
【０２６２】
その後、図３８の（２）によって説明した絶縁膜４３２を形成する以後の工程を行えばよい。なお、絶縁膜４３２は形成しなくともよい。その結果、図４２に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。第１磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、第２磁束集中器５３の側壁の先端部５３ｓは、前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。
【０２６３】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図４３の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２２によって説明した第５磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２６４】
図４３に示すように、前記図２７、前記図２８等によって説明したのと同様にして、書き込みワード線１１の周囲に磁束集中器５１を形成する。その後、書き込みワード線１１上に、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３を、例えば既存の製造方法によって形成すればよい。
【０２６５】
この製造方法の場合も、磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、その先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３の界面の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２６６】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図４４の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２３によって説明した第５磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２６７】
図４４に示すように、書き込みワード線１１および磁束集中器５１を、前記図３１によって説明したのと同様にして形成する。その結果、第２絶縁膜４２上に高透磁率層７３および絶縁膜９２を介して書き込みワード線１２が形成されるとともに、書き込みワード線１２の底部に絶縁膜９２を介し、書き込みワード線１１の側壁に絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して磁束集中器５１が形成される。なお、書き込みワード線１１上にスイッチング素子１４が形成されるため、その後、書き込みワード線１１上に、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３を、例えば既存の製造方法によって形成すればよい。
【０２６８】
この製造方法の場合も、磁束集中器５１の側壁の先端部５１ｓは、上記第５磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２６９】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を説明する。ここでは、前記図２４によって説明した第６磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７０】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３３の（２）、（３）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともにビット線１２の上面に高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成して、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２を形成する。
【０２７１】
この製造方法の場合も、第２磁気メモリ装置の製造方法と同様に、磁束集中器５２の側壁部分は、ビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２７２】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２７３】
または、前記図３４によって説明した製造方法により磁束集中器５２を形成してもよい。
【０２７４】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を説明する。ここでは、前記図２５によって説明した第６磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７５】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３５の（１）、（２）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともに、ビット線１２の下面に高透磁率層７２、ビット線１２の上面に高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７２、７７とこれらに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｂ）を形成する。
【０２７６】
この製造方法の場合も、磁束集中器５２の側壁の先端部５２ｓは、上記第６磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２７７】
上記製造方法によれば、高透磁率層７２、７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による電流磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２７８】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を説明する。ここでは、前記図２６によって説明した第６磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７９】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３６の（１）、（２）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともに、ビット線１２の上面に絶縁膜９６を介して高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを介して高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｃ）を形成する。
【０２８０】
この製造方法の場合も、磁束集中器５２の側壁の先端部５２ｓは、上記第６磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２８１】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２８２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１磁気メモリ装置によれば、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている磁束集中器の先端部によりトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中的に印加することができる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができるので、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができるので、書き込みの信頼性の向上が図れる。
【０２８３】
本発明の第２磁気メモリ装置によれば、第２配線は、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、第２配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている磁束集中器の先端部によりトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中的に印加することができる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができるので、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができるので、書き込みの信頼性の向上が図れる。
【０２８４】
本発明の第３磁気メモリ装置によれば、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられているので、第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８５】
上記第４磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられているので、第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８６】
上記第５磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、いわゆるクロスポイント型磁気メモリ装置においても前記第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８７】
上記第６磁気メモリ装置では、第２配線に、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、いわゆるクロスポイント型磁気メモリ装置においても前記第２磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８８】
また、第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、それぞれの磁気メモリ装置と同様なる効果を得ることができる。
【０２８９】
本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法によれば、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界をトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器に形成することができる。このように形成された磁束集中器によって、第１磁気メモリ装置は、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命を高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができる。
【０２９０】
本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法によれば、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器に形成することができる。このように形成された磁束集中器によって、第２磁気メモリ装置は、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命を高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができる。
【０２９１】
本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法によれば、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えているので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器を形成することができる。よって、第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果が得られる。
【０２９２】
本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えているので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界を第２磁束集中器に効率よく集中することができる構成の第１磁束集中器を形成することができる。それとともに、第１磁束集中器を介して伝達された電流磁界をトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の第２磁束集中器を形成することができる。よって、第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果が得られる。
【０２９３】
上記第５磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、いわゆるクロスポイント型の磁気メモリ装置においても、前記第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【０２９４】
上記第６磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、いわゆるクロスポイント型の磁気メモリ装置においても、前記第２磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【０２９５】
また、第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置の製造方法においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜を形成する場合であっても、それぞれの磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１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】容易軸方向磁界ＨＥＡ および困難軸方向磁界ＨＨＡ による記憶層磁化方向の反転しきい値を示すアステロイド曲線である。
【図４】ＴＭＲ素子の一例を示す概略構成斜視図である。
【図５】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態の書き込みワード線が発する電流磁界の分布を調べたシミュレーション結果である。
【図６】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図７】比較例１として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造および書き込みワード線周囲の電流磁界の分布状態を示す概略構成断面図である。
【図８】比較例２として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造および書き込みワード線周囲の電流磁界の分布状態を示す概略構成断面図である。
【図９】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態、第２実施の形態、比較例１および比較例２について、磁化方向に対して直行する方向に配置した磁化を反転させるため必要なビット線電流の書き込みワード線電流依存性を示す、磁化容易軸方向の磁界を与える電流と磁化難易軸方向の磁界を与える電流との関係図である。
【図１０】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１１】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１２】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１３】本発明の第２磁気メモリ装置に係る基本の形態を示す概略構成断面図である。
【図１４】本発明の第２磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１５】本発明の第２磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１６】本発明の第３磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１７】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１８】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１９】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２０】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２１】一般的なクロスポイント型の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２２】本発明の第５磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２３】本発明の第５磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２４】本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２５】本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２６】本発明の第６磁気メモリ装置に係る変形例を示す概略構成断面図である。
【図２７】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２８】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２９】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３０】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３１】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３２】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第６実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３３】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３４】本発明の第２磁気メモリ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。
【図３５】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３６】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３７】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３８】本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３９】本発明の第４磁気メモリ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４０】本発明の第４磁気メモリ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。
【図４１】本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４２】本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４３】本発明の第５磁気メモリ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４４】本発明の第５磁気メモリ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…磁気メモリ装置、１１…書き込みワード線、１２…ビット線、１３…ＴＭＲ素子、５１…磁束集中器、３０２…磁化固定層、３０３…トンネル絶縁層、３０４…記憶層
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気メモリ装置およびその製造方法に関し、詳しくは、トンネル磁気抵抗素子を構成する強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記録する不揮発性の磁気メモリ装置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ともない、これを構成するメモリ素子やロジック素子等の素子には、高集積化、高速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されている。特に不揮発性メモリはユビキタス時代に必要不可欠の素子と考えられている。
【０００３】
例えば、電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合であっても、不揮発性メモリは個人の重要な情報を保護することができる。そして、不揮発性メモリの高密度化、大容量化は、可動部分の存在により本質的に小型化が不可能なハードディスクや光ディスクを置き換える技術としてますます重要になってきている。
【０００４】
また、最近の携帯機器は不要な回路ブロックをスタンバイ状態にしてでき得る限り消費電力を抑えようと設計されているが、高速ネットワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリとの無駄を無くすことができる。また、電源を入れると瞬時に起動できる、いわゆるインスタント・オン機能も高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば可能になってくる。
【０００５】
不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがあげられる。しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒の桁であるため遅いという欠点がある。一方、ＦＲＡＭにおいては、書き換え可能回数が１０１２〜１０１４で完全にスタティックランダムアクセスメモリやダイナミックランダムアクセスメモリに置き換えるには耐久性が低いという問題が指摘されている。また、強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという課題も指摘されている。
【０００６】
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして注目されているのが、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とよばれる磁気メモリである。初期のＭＲＡＭはＪ．Ｍ．Ｄａｕｇｈｔｏｎ，“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”Ｖｏｌ．２１６（１９９２），ｐ．１６２−１６８で報告されているＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果やＤ．Ｄ．Ｔａｎｇ ｅｔ ａｌ．，“ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ”（１９９７），ｐ．９９５−９９７で報告されているＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を使ったスピンバルブを基にしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０Ω〜１００Ωと低いため、読み出し時のビットあたりの消費電力が大きく大容量化が難しいという欠点があった。
【０００７】
一方ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果はＲ．Ｍｅｓｅｒｖｅｙ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｙｓｉｃｓ Ｒｅｐｏｒｔｓ”Ｖｏｌ．２３８（１９９４），ｐ．２１４−２１７で報告されているように抵抗変化率が室温で１％〜２％しかなかったが、近年Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｊ．Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ＆ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ”Ｖｏｌ．１３９（１９９５），Ｌ２３１で報告されているように抵抗変化率２０％近く得られるようになり、ＴＭＲ効果を使ったＭＲＡＭに注目が集まるようになってきている。
【０００８】
ＭＲＡＭは、構造が単純であるため高集積化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録を行うために、書き換え回数が大であると予測されている。またアクセス時間についても、非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であることが、Ｒ．Ｓｃｈｅｕｅｒｌｅｉｎ ｅｔ ａｌ．，“ＩＳＳＣＣ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”（Ｆｅｂ． ２０００），ｐ．１２８−１２９で報告されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、高速化・高集積化が容易という長所を有するＭＲＡＭではあるが、書き込みは、ＴＭＲ素子に近接させて設けられた書き込みビット線と書き込み書き込みワード線に電流を流し、その発生磁界によって行う。ＴＭＲ素子の記憶層（記憶層）の反転磁界は材料にもよるが、２０Ｏｅ〜２００Ｏｅが必要であり、このときの電流は数ｍＡから数十ｍＡになる。これは消費電流の増大につながり、携帯機器の低消費電力化に対して大きな課題となる。
【００１０】
また、高集積化の面からは、ビット線および書き込みワード線は、リソグラフィー技術から決定される最小線幅に近いサイズが要求される。仮に、ビット線幅／書き込みワード線幅が０．６μｍとして、配線の膜厚を５００ｎｍとすると、３ＭＡ／ｃｍ２ になり、銅配線を用いた場合（実用電流密度：０．５ＭＡ／ｃｍ２ ）もエレクトロマイグレーションに対する寿命は大きな課題となる。さらに微細化していくと、強誘電体の反転磁界は増加し、配線の次元も縮小しなければならないため、この配線信頼性の課題はより大きくなってくる。
【００１１】
さらに、大電流駆動用のドライバーをビット線、書き込みワード線に対して持つためこの部分の占有面積が大きくなるので、高集積化を阻害することになる。また、素子の微細化により、磁束の漏れによって隣接ビットにまで磁界が発生し、ディスターブの問題が発生する。この対策としては、米国特許第５９４０３１９号明細書のなかで、ＴＭＲ素子の下側および上側のいずれか一方もしくは両方にある配線のＴＭＲ素子に対向している面部分以外を磁束集中させる材料で覆うという内容が記載されているが、磁束集中効果が不十分で消費電流が十分に下がらないという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた磁気メモリ装置およびその製造方法である。
【００１３】
本発明の第１の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００１４】
上記第１磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、第１配線から発する電流磁界は磁束集中器のトンネル磁気抵抗素子側に突き出した部分によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１５】
本発明の第２の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第２配線に、少なくとも、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００１６】
上記第２磁気メモリ装置では、第２配線に、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、第２配線から発する電流磁界は磁束集中器のトンネル磁気抵抗素子側に突き出した部分によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１７】
本発明の第３の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられているものである。
【００１８】
上記第３磁気メモリ装置では、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていることから、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の側面下部側の磁束集中器によってトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００１９】
本発明の第４の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線には、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられているものである。
【００２０】
上記第４磁気メモリ装置では、第１配線には、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられていることから、第１配線から発する電流磁界は第１磁束集中器から第２磁束集中器に伝達されてトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２１】
本発明の第５の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００２２】
上記第５磁気メモリ装置では、第１配線に、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、前記第１磁気メモリ装置と同様に、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２３】
本発明の第６の磁気メモリ装置は、第１配線と、前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているものである。
【００２４】
上記第６磁気メモリ装置では、第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されていることから、前記第２磁気メモリ装置と同様に、第２配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２５】
また、上記第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、上記それぞれの磁気メモリ装置と同様なる作用、効果が得られる。
【００２６】
本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００２７】
上記第１磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界は、第１配線の両側面に形成される高透磁率層によって、トンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００２８】
本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に磁束集中器を形成する工程を備え、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または前記磁束集中器を形成する工程は、前記トンネル磁気抵抗素子を形成した後、前記トンネル磁気抵抗素子を埋め込むように絶縁膜を形成し、前記トンネル磁気抵抗素子上の前記絶縁膜に前記第２配線を形成するための配線溝を形成し、その配線溝の側壁に高透磁率サイドウォールを形成し、その後は溝を埋め込むように前記第２配線を形成し、その後前記高透磁率サイドウォールに接続するように前記第２配線上に高透磁率層を形成する。または、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００２９】
上記第２磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３０】
本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第１配線を形成した後に、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えている。
【００３１】
上記第３磁気メモリ装置の製造方法では、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えていることから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の側面下部側の磁束集中器によって、トンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３２】
本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、前記第１配線を形成した後に、前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えている。
【００３３】
上記第４磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えていることから、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界は第１磁束集中器から第２磁束集中器に伝達されてトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３４】
本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線上に前記スイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００３５】
上記第５磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、前記第１磁気メモリ装置の製造方法と同様に、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３６】
本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法は、第１配線を形成する工程と、前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線とスイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程とを備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する。または、前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する。
【００３７】
上記第６磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成することから、前記第２磁気メモリ装置の製造方法と同様に、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層（記録層ともいう）に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００３８】
また、上記第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置の製造方法においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、上記それぞれの磁気メモリ装置の製造方法と同様なる作用、効果が得られる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
まず、一般的なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ 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。
【００４０】
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、１１２、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の各交差領域には、書き込みワード線１１上に絶縁膜（図示せず）を介して形成されているとともにビット線１２に接続されている磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子１３（１３１〜１３９）が配置されている。ＴＭＲ素子１３への書き込みは、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、それから発生する合成磁界によってビット線１２と書き込みワード線１１との交差領域に形成されたＴＭＲ素子１３の記憶層３０４（詳細は図５参照）の磁化方向を磁化固定層３０２（詳細は図５参照）に対して平行または反平行にして行う。
【００４１】
図３に示すアステロイド曲線は、印加された容易軸方向磁界ＨＥＡ および困難軸方向磁界ＨＨＡ による記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。アステロイド曲線外部に相当する合成磁界ベクトルが発生すると、磁界反転が生じる。アステロイド曲線内部の合成磁界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反転させることはない。また、電流を流しているワード線およびビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線もしくはビット線単独で発生する磁界が印加されるため、それらの大きさが一方向反転磁界ＨＫ 以上の場合は、交点以外のセルの磁化方向も反転するので、合成磁界が斜線で示す部分４０１にある場合のみ、選択されたセルを選択書き込みが可能となる。
【００４２】
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。
【００４３】
単一の記憶領域における合成磁化は、それに印加された容易軸方向磁界ＨＥＡ と困難軸方向磁界ＨＨＡ とのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れる電流はセルに容易軸方向の磁界（ＨＥＡ ）を印加し、書き込みワード線を流れる電流はセルに困難軸方向の磁界（ＨＨＡ ）を印加する。
【００４４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明する。本発明の第１実施の形態は、上記図２によって説明した磁気メモリ装置において、書き込みワード線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。
【００４５】
その基本構成は、図１の（１）に示すように、第１磁気メモリ装置１（１ａ）は、書き込みワード線１１を備え、この書き込みワード線１１の上方でかつ書き込みワード線１１に交差（例えば直交）するようにビット線１２が形成され、その交差領域で書き込みワード線１１の上方には絶縁膜４６を介してトンネル磁気抵抗素子（以下ＴＭＲという）１３が形成され、このＴＭＲ素子１３はビット線１２に接続されている。
【００４６】
上記書き込みワード線１１には、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ａ）が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、上記磁束集中器５１のＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている部分は、上記ＴＭＲ素子１３の側面に絶縁膜４６を介して延長形成されている。この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層（図示せず）との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４７】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【００４８】
なお、図示したように、書き込みワード線１１と磁束集中器５１の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５１には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５１は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【００４９】
次いで、上記基本構成を組み込んだ第１磁気メモリ装置１の具体的構成例を、図１の（２）によって説明する。
【００５０】
図１の（２）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、選択用の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絶縁膜４１が形成されている。この第１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（例えばタングステンプラグ）２９、３０が形成されている。さらに第１絶縁膜４１上にはコンタクト２９に接続するセンス線１５、コンタクト３０に接続する第１ランディングパッド３１等が形成されている。
【００５３】
上記第１絶縁膜４１上には、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１等を覆う第２絶縁膜４２が形成されている。この第２絶縁膜４２には上記第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト（例えばタングステンプラグ）３２が形成されている。さらに上記第２絶縁膜４２上には、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３、第１配線の書き込みワード線１１等が形成されている。
【００５４】
上記書き込みワード線１１には、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびトンネル磁気抵抗素子（以下ＴＭＲという）１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、前記図１の（１）によって説明したのと同様な構成を有する磁束集中器５１が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。
【００５５】
上記図１では、上記突き出した状態に形成されている部分の磁束集中器５１は、上記ＴＭＲ素子１３に対して絶縁膜４３、４４を介してＴＭＲ素子１３の側面に延長形成されている。延長形成された磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、例えばＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とほぼ同等の高さに形成される。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えば２００ｎｍ以下に形成されている。
【００５６】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料には、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金もしくはフェライト合金を用いている。
【００５７】
上記第２絶縁膜４２上には、上記書き込みワード線１１、磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜４３が形成されている。この第３絶縁膜４３には、上記第２ランディングパッド３３に達する開口部４３ｈ形成されている。
【００５８】
さらに、上記第３絶縁膜４３上には、上記書き込みワード線１１上方から上記開口部４３ｈにかけて反強磁性体層３０５が形成され、この反強磁性体層３０５上でかつ上記書き込みワード線１１の上方には、トンネル絶縁層３０３を挟んで強磁性体層からなる磁化固定層３０２と磁化が比較的容易に回転する記憶層３０４が形成され、さらにキャップ層３１３が形成されている。この反強磁性体層３０５からキャップ層３１３によって情報記憶素子（以下、ＴＭＲ素子という）１３が構成されている。このＴＭＲ素子１３については一例を後に詳述する。なお、この図面では、バイパス線１６は反強磁性体層３０５上に磁化固定層３０２を延長した状態で構成されている。
【００５９】
上記第３の絶縁膜４３上には上記バイパス線１６、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の最上層のキャップ層３１３表面が露出されている。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）する第２配線のビット線１２が形成されている。
【００６０】
次に、上記ＴＭＲ素子１３の一例を、図４の概略構成斜視図によって説明する。図４に示すように、上記反強磁性体層３０５上に、第１の磁化固定層３０６と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層３０７と第２の磁化固定層３０８とを順に積層してなる磁化固定層３０２、トンネル絶縁層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。ここでは磁化固定層３０２を積層構造としたが、強磁性体層の単層構造であってもよく、もしくは３層以上の強磁性体層を、導電体層を挟んで積層させた構造であってもよい。また上記反強磁性体層３０５の下地に、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下地導電層（図示せず）を形成することも可能である。また、下地導電層を反強磁性体層３０５によって兼ねることも可能である。
【００６１】
上記記憶層３０４、上記第１の磁化固定層３０６、３０８は、例えば、ニッケル、鉄もしくはコバルト、またはニッケル、鉄およびコバルトのうちの少なくとも２種からなる合金のような、強磁性体からなる。
【００６２】
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。
【００６３】
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３０６は、強い一方向の磁気異方性を有している。
【００６４】
上記反強磁性体層３０５は、例えば、鉄・マンガン合金、ニッケル・マンガン合金、白金マンガン合金、イリジウム・マンガン合金、ロジウム・マンガン合金、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの１種を用いることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。これらの磁性膜および導電体膜は、主に、スパッタリング法によって形成される。トンネル絶縁層は、スパッタリング法によって形成された金属膜を酸化、窒化もしくは酸化窒化させることにより得ることができる。
【００６７】
さらに最上層にはキャップ層３１３が形成されている。このキャップ層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、銅、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。
【００６８】
次に上記磁気メモリ装置１の動作を説明する。上記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。
【００６９】
また上記ＴＭＲ素子１３では、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、その合成磁界で記憶層３０４の磁化の方向を変えて「１」または「０」を記録する。読み出しは磁気抵抗効果によるトンネル電流変化を検出して行う。記憶層３０４と磁化固定層３０２の磁化方向が等しい場合を低抵抗(これを例えば「０」とする)とし、記憶層３０４と磁化固定層３０２の磁化方向が反平行の場合を高抵抗(これを例えば「１」とする)とする。
【００７０】
次に、上記構成の磁気メモリ装置１の書き込みワード線１１が発する電流磁界の分布を調べたシミュレーション結果を、図５によって説明する。図５では、書き込みワード線１１、ＴＭＲ素子１３および磁束集中器５１を簡単化して示す。シミュレーションでは、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５１の先端部５１ｓの厚さｔを０．２１μｍとし、上記書き込みワード線１１の両側面に形成された先端部５１ｓの間隔ｄを０．５９μｍとした。また電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７１】
図５の電流磁界の分布図に示すように、上記磁気メモリ装置１は、書き込みワード線１１から発せられる電流磁界は磁束集中器５１に伝達され、その先端部５１ｓより効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４〔前記図１および図４参照〕に集中させることができる。
【００７２】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を、図６の概略構成断面図によって説明する。本発明の第２実施の形態は、上記図１、図５によって説明した磁気メモリ装置１において、書き込みワード線から発する電流磁界をさらに効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。なお、図面では、書き込みワード線、ＴＭＲ素子および磁束集中器の関係のみを示し、絶縁膜やその他の構成部品の図示は省略した。また電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７３】
図６に示すように、磁気メモリ装置１（１ｂ）は、以下の構成を有する。書き込みワード線１１が形成され、この書き込みワード線１１上方にはこの書き込みワード線１１と立体的に交差するビット線１２が形成されている。また交差領域における書き込みワード線１１の上方にはＴＭＲ素子１３が形成され、その上面はビット線１２に接続されている。上記書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の書き込みワード線１１の面には、高透磁率層からなる磁束集中器５５が形成されている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５５の少なくとも一方は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。さらに先端部５５ｓを厚さ方向に拡張した張り出し部５５ａｔが設けられている。ここでは、一例として張り出し部５５ａｔを含めた先端部５５ｓの厚さｔｔは０．３２８μｍとし、先端部５５ｓの内側に形成された張り出し部５５ａｔ、５５ａｔの間隔ｄｔは０．４７２μｍとした。
【００７４】
また図６では先端部５５ｓの両側に張り出し部５５ａｔを設けたが、一方側だけでもよい。さらに図示したように、上記磁束集中器５５は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【００７５】
上記第２実施の形態に示した構成の磁束集中器５５では、第１実施の形態で説明した磁束集中器５１よりも電流磁束の漏れを減少させることができるため、書き込みワード線１１から発せられる電流磁束を第１実施の形態の磁束集中器５１よりもさらに効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【００７６】
次に、比較例１として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造の断面を図７によって説明する。また同図７によって、書き込みワード線およびその周囲の電流磁界の分布状態を説明する。図７では、電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００７７】
図７に示すように、書き込みワード線１１上方には、この書き込みワード線１１に対して立体的に直交するビット線１２が形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域には、例えば０．４μｍ×０．８μｍの大きさを有するＴＭＲ素子１３が形成されている。このＴＭＲ素子１３は、書き込みワード線１１上に３００ｎｍの厚さの絶縁膜４７を介して形成され、その上面にはビット線１２に接続されている。
【００７８】
次に、上記書き込みワード線１１に電流を流すことにより発生する電流磁界のシミュレーションを行った。その結果、図７に示すように、書き込みワード線１１、ＴＭＲ素子１３、ビット線１２のみ示す電流磁界は書き込みワード線１１を取り巻くように分布する。したがって、磁束集中器５１もしくは磁束集中器５５を設けた実施の形態のように、書き込みワード線１１から発せられる電流磁界をＴＭＲ素子１３に集中させることができない。また書き込みワード線１１の電流が誘起する電流磁界は、ＴＭＲ素子１３と書き込みワード線１１との距離が大きくなるにしたがい急速に減少している。
【００７９】
次に、比較例２として、米国特許第５９４０３１９号明細書に記載されたのと同様の構成の書き込みワード線およびその周囲構造の断面を、図８によって説明する。また同図８によって、書き込みワード線およびその周囲の電流磁界の分布を説明する。図８では、電流磁界を矢印で示し、矢印の長さは電流磁界の強さを示し、矢印の方向は電流磁界の方向を示す。
【００８０】
図８に示すように、書き込みワード線１１が形成され、この書き込みワード線１１上方にはこの書き込みワード線１１と立体的に交差するビット線１２が形成されている。また交差領域における書き込みワード線１１の上方にはＴＭＲ素子１３が形成され、その上面はビット線１２に接続されている。書き込みワード線１１の周囲にはＴＭＲ素子１３側を除いて、軟磁性膜からなる磁束集中器５７が形成されている。書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓは書き込みワード線１１のＴＭＲ素子１３側の面と同等の高さに形成されている。すなわち、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突出した状態には形成されていない。
【００８１】
次いで、上記構成において書き込みワード線１１より発せられる電流磁界のシミュレーションを行った。この比較例２におけるシミュレーションでは、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓの各厚さｔは０．２１μｍとし、磁束集中器５７の先端部５７ｓの間隔ｄは０．５９μｍとした。
【００８２】
この結果、書き込みワード線１１より発せられた電流磁界は、磁束集中器５７によってその先端部５７ｓに伝達され、書き込みワード線１１の側面に形成された磁束集中器５７の先端部５７ｓ、５７ｓ間で最も強くなる。しかしながら、磁束集中器５７の先端部５７ｓとＴＭＲ素子１３との距離が開いているため、電流磁束が十分ＴＭＲ素子１３に伝達されないことがわかった。
【００８３】
次に、上記第１実施の形態、第２実施の形態、比較例１、比較例２について、磁化方向に対して直行する方向に配置した磁化を反転させるため必要なビット線電流の書き込みワード線電流依存性を、図９の磁化容易軸方向の磁界を与える電流と磁化難易軸方向の磁界を与える電流との関係図によって説明する。
【００８４】
図９に示すように、磁化難易軸方向の磁界を与える電流に対する磁化容易軸方向の磁界を与える電流との関係は、第１実施の形態、第２実施の形態ともに、比較例１、比較例２よりも、大きく改善していることが分かる。すはわち、第１実施の形態、第２実施の形態ともに、比較例１、比較例２よりも、磁化難易軸方向の磁界を与える電流の絶対値が大きくなるにしたがい磁化容易軸方向の磁界を与える電流は小さくなっている。
【００８５】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第３実施の形態を、図１０に示す概略構成断面図によって説明する。図１０では、第１磁気メモリ装置の第３実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００８６】
図１０に示すように、第３実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｃ）は、図１の（１）によって説明した磁束集中器５１において、ＴＭＲ素子１３に対向する側の書き込みワード線１１表面にも高透磁率層７１が形成されているものである。すなわち、高透磁率層７１を含めて磁束集中器５１（５１ｃ）が構成されている。また第１実施の形態の第１磁気メモリ装置１ａと同様に、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方はＴＭＲ素子１３側の書き込みワード線１１表面に形成されている高透磁率層よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。この第３実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００８７】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態を、図１１に示す概略構成断面図によって説明する。図１１では、第１磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態の要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。なお、図面では、書き込みワード線、ＴＭＲ素子および磁束集中器の関係のみを示し、絶縁膜の図示は省略した。
【００８８】
図１１に示すように、第４実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｄ）は、前記図１の（１）によって説明した第１実施の形態の磁束集中器５１において、書き込みワード線１１の底部側および側面側と高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ｄ）との間に絶縁膜６１が形成されているものである。この構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。この第４実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００８９】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置に係わる第５実施の形態を、図１２に示す概略構成断面図によって説明する。図１２では、第１磁気メモリ装置に係わる第５実施の形態の要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９０】
図１２に示すように、第５実施の形態の第１磁気メモリ装置１（１ｅ）は、前記図１１によって説明した磁束集中器５１ｃにおいて、書き込みワード線１１の周囲に絶縁膜６２を形成し、その絶縁膜６２を介して高透磁率層からなる磁束集中器５１（５１ｄ）が形成されているものである。この構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１上に絶縁膜６２を介して形成されている高透磁率層７１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。すなわち、この磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の側面と絶縁膜４６を介して、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００９１】
言いかえれば、第５実施の形態の高透磁率層からなる磁束集中器５１ｅは、前記図１１によって説明した第４実施の形態の磁束集中器５１ｄにおいて、ＴＭＲ素子１３側の書き込みワード線１１表面に絶縁膜を介して高透磁率層を形成したものである。すなわち、書き込みワード線１１の周囲に絶縁膜６２を介して高透磁率層からなる磁束集中器５１ｅが形成されているものである。しかもこの構成でも、書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（図面では両方）は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この第５実施の形態の基本構成は、前記第１磁気メモリ装置の第１実施の形態の基本構成に代えて、前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置の構成に組み込むことができる。
【００９２】
上記第１磁気メモリ装置１（１ａ〜１ｅ）では、書き込みワード線１１は、少なくとも、ＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面および両側面が高透磁率層からなる磁束集中器５１で囲まれ、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５１の少なくとも一方は、書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていて、実施の形態１の側壁部分の先端部５１ｓは記憶層３０４の高さに形成されていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界は、磁束集中器５１の先端部５１ｓまで伝達され、先端部５１ｓ、５１ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【００９３】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる基本の形態を、図１３に示す概略構成断面図によって説明する。図１３では、第２磁気メモリ装置の基本の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９４】
図１３に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ａ）の基本の形態は、キャップ層３１３を介してＴＭＲ素子１３に接続されるビット線１２の両側面およびこのビット線１２のＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に、高透磁率層からなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成されているものであり、ビット線１２の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５２の少なくとも一方（図面では両方）はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているものである。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。
【００９５】
磁束集中器５２の側壁部分の先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。そして図示はしないが、磁束集中器５２の先端部５２ｓ側がＴＭＲ素子１３側に張り出すように形成することが好ましい。
【００９６】
また、上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いる。
【００９７】
この第２磁気メモリ装置２（２ａ）の他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【００９８】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態を、図１４に示す概略構成断面図によって説明する。図１４では、第２磁気メモリ装置の第１実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【００９９】
図１４に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ｂ）の第１実施の形態は、図１３によって説明した磁束集中器５２ａにおいて、ＴＭＲ素子１３がキャップ層３１３を介して接続される側のビット線１２表面にも磁束集中器５２（５２ｂ）の側壁部分に接続される高透磁率層７２が形成されているものである。すなわち、キャップ層３１３とビット線１２とは高透磁率層７２を介して接続されている。上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記高透磁率層７２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。またこの第１実施の形態における上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料には、前記基本の形態の磁束集中器５２と同様の材料を用いる。
【０１００】
この第２磁気メモリ装置２ｂの他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１０１】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図１５に示す概略構成断面図によって説明する。図１５では、第２磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、書き込みワード線、センス線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１０２】
図１５に示すように、第２磁気メモリ装置２（２ｃ）第２実施の形態は、図１３によって説明した基本の形態の磁束集中器５２ａにおいて、ビット線１２の上面（ＴＭＲ素子１３側とは反対側の面）およびビット線１２の側面と磁束集中器５２（５２ｃ）との間に絶縁膜６４が形成されていて、前記図１４によって説明したような高透磁率層７２が形成されているものである。またこの磁束集中器５２の側壁部分はキャップ層３１３を介してビット線１２を接続するＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁膜３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。そして図示はしないが、磁束集中器５２の先端部５２ｓ側がＴＭＲ素子１３側面に形成された絶縁膜６４下部に張り出すように形成することが好ましい。また、この第３第２実施の形態における上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料には、前記基本の形態の磁束集中器５２と同様の材料を用いる。
【０１０３】
この第２磁気メモリ装置２ｃの他の構成部品は、図１で説明したのと同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１０４】
上記第２磁気メモリ装置２（２ｂ〜２ｃ）では、ビット線１２は、少なくとも、ＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面およびビット線１２の両側面が高透磁率層からなる磁束集中器５２で囲まれ、ビット線１２の側面に形成された高透磁率層からなる磁束集中器５２の少なくとも一方はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていることから、ビット線１２から発する電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともにビット線１２のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１０５】
次に、本発明の第３磁気メモリ装置に係わる一実施の形態を、図１６に示す概略構成断面図によって説明する。図１６では、第３磁気メモリ装置の一実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、センス線、ビット線等の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１０６】
図１６に示すように、第３磁気メモリ装置３は、書き込みワード線１１上に絶縁膜６５を介して高透磁率層からなる磁束集中器５３が設けられていて、磁束集中器５３上に絶縁膜６６を介してＴＭＲ素子１３が設けられているものである。
【０１０７】
この磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側面方向に絶縁膜６６を介して延長形成されていて、その先端部５３ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５３ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５３の先端部５３ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０８】
また、上記磁束集中器５３を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１０９】
磁気メモリ装置３の他の構成部品は、前記図１で説明したのと同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この構成については後述する。また、上記図１６によって説明した構成において、磁束集中器５３は書き込みワード線１１の上面に接続する状態に形成されていてもよい。
【０１１０】
上記第３磁気メモリ装置３では、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間およびＴＭＲ素子１３の側面側に、絶縁膜６５を介して、高透磁率層からなる磁束集中器５３が設けられていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界はＴＭＲ素子１３の側面下部側の磁束集中器５３によってＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１１１】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態を、図１７に示す概略構成断面図によって説明する。図１７では、第４磁気メモリ装置の第１実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１２】
第１実施の形態の第４磁気メモリ装置４（４ａ）の基本構成は、前記図８と前記図１６によって説明した構成を組み合わせたものである。すなわち、図１７に示すように、第１実施の形態第４磁気メモリ装置４（４ａ）は、書き込みワード線１１に、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびこの書き込みワード線１１上に絶縁膜６５、６６を介して形成されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５７が設けられている。この磁束集中器５７の側壁部分（書き込みワード線１１の側壁に形成された部分）は、書き込みワード線１１上面（ＴＭＲ素子１３側の面）と同等の高さに形成されている。
【０１１３】
さらに、前記図１６によって説明したのと同様の磁束集中器（第２磁束集中器）５３が書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に設けられている。上記磁束集中器５３の両側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁近傍に絶縁膜６６を介して延長形成されていて、その先端部５３ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５３ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５３の先端部５３ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１４】
また、上記磁束集中器５３、５７を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１１５】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図１８に示す概略構成断面図によって説明する。図１８では、第４磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１６】
図１８に示すように、第２実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｂ）は、前記図１７によって説明した磁気メモリ装置４ａにおいて、磁束集中器（第１磁束集中器）５７と書き込みワード線１１との間に絶縁膜６１を設けたものであり、その他の構成は、前記図１７によって説明した構成と同様である。
【０１１７】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第３実施の形態を、図１９に示す概略構成断面図によって説明する。図１９では、第４磁気メモリ装置の第３実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１１８】
図１９に示すように、第３実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｃ）は、書き込みワード線１１の底部側および両側面に前記図１の（１）によって説明した磁束集中器（第１磁束集中器）５１を備え、さらに書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に前記図１６によって説明した磁束集中器（第２磁束集中器）５３を備えたものである。上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とは、絶縁膜６５を介して離間された状態に形成されている。なお、図示はしないが、上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とが接続されていてもよい。
【０１１９】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置に係わる第４実施の形態を、図２０に示す概略構成断面図によって説明する。図２０では、第４磁気メモリ装置の第４実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器、一部絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１２０】
図２０に示すように、第４実施の形態の磁気メモリ装置４（４ｄ）は、書き込みワード線１１の底部側および両側面に絶縁膜６１を介して前記図１１によって説明した磁束集中器（第１磁束集中器）５１を備え、さらに書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に前記図１６によって説明した磁束集中器（第２磁束集中器）５３を備えたものである。上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とは、絶縁膜６５を介して離間された状態に形成されている。なお、図示はしないが、上記磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓと上記磁束集中器５３とが接続されていてもよい。
【０１２１】
上記第４磁気メモリ装置の第１実施の形態〜第４実施の形態は、例えば前記図１の（２）によって説明した磁気メモリ装置において、磁束集中器５１に代えて適用することができる。
【０１２２】
上記第４磁気メモリ装置４（４ａ〜４ｄ）では、書き込みワード線１１には、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１もしくは磁束集中器（第１磁束集中器）５７が設けられ、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間およびＴＭＲ素子１３の側面側に絶縁膜６６を介して高透磁率層からなる磁束集中器（第２磁束集中器）５３が設けられていて、その先端部５３ｓが記憶層３０４の高さに形成されていることから、書き込みワード線１１から発する電流磁界は磁束集中器５１もしくは磁束集中器５７から磁束集中器５３に伝達されてＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１２３】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置を説明する前に、一般的なクロスポイント型のＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を、図２１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。
【０１２４】
図２１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、１１２、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、書き込みワード線１１に接続するスイッチング素子１４（１４１〜１４９）とこのスイッチング素子１４に接続するとともにビット線１２に接続するトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子１３（１３１〜１３９）が配置されている。上記ＴＭＲ素子１３は、トンネル絶縁膜を強磁性体で挟んだ基本構成を有するものからなる。また、上記スイッチング素子１４は、例えばＰＮ接合素子からなる。
【０１２５】
ＴＭＲ素子１３への書き込みは、ビット線１２および書き込みワード線１１に電流を流し、それから発生する合成磁界によってビット線１２と書き込みワード線１１との交差領域に形成されたＴＭＲ素子１３の記憶層３０４（詳細は図５参照）の磁化方向を磁化固定層３０２（詳細は図５参照）に対して平行または反平行にして行う。
【０１２６】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を、図２２の（１）の概略構成断面図および（２）の概略構成斜視図によって説明する。本発明の第１実施の形態は、上記図２１によって説明した磁気メモリ装置において、書き込みワード線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。図２２では、本発明の主要部である書き込みワード線、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。なお、図２２の（１）および（２）図は構成の概略を示す図であり、各構成部品の縮尺は一致させてはいない。
【０１２７】
すなわち、その基本構成は、図２２に示すように、第５磁気メモリ装置５（５ａ）は、書き込みワード線１１とビット線１２とが立体的に交差（ここでは直交）する状態に形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域における書き込みワード線１１上には、スイッチング素子１４を介して上記ビット線１２に接続するＴＭＲ素子１３が形成されている。このスイッチング素子１４には、例えばｐｎ接合が用いられる。ＴＭＲ素子１３とビット線１２とは、ＴＭＲ素子の最上層に形成されるキャップ層３１３によって接続されている。
【０１２８】
さらに書き込みワード線１１には、少なくとも、この書き込みワード線１１の両側面およびこの書き込みワード線１１上に絶縁膜４６を介して形成されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５１が設けられている。しかも書き込みワード線１１の側面に形成された上記磁束集中器５１の少なくとも一方（この図面では両方）は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側方に突き出した状態に形成されている。
【０１２９】
すなわち、上記磁束集中器５１のＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている部分は、上記ＴＭＲ素子１３に対し、絶縁膜４６を介してＴＭＲ素子１３の側面近傍に延長形成されている。磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１３０】
また磁束集中器５１を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１３１】
なお、図示したように、書き込みワード線１１と磁束集中器５１の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５１には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５１は書き込みワード線１１の両側面に形成された部分は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分は書き込みワード線１１の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【０１３２】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置に係わる第２実施の形態を、図２３に示す概略構成断面図によって説明する。図２３では、第５磁気メモリ装置の第２実施の形態に係わる要部を示し、書き込みワード線、ＴＭＲ素子、磁束集中器および一部の絶縁膜以外の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１３３】
図２３に示すように、第２実施の形態に係わる第５磁気メモリ装置５（５ｂ）は、前記図２１の構成に対して前記図１０によって説明したのと同様なる磁束集中器５１を形成したものである。すなわち、前記図２２によって説明した磁束集中器５１と書き込みワード線１１との間に絶縁膜６１が設けられているものである。言い換えれば、前記図１１の構成において、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間にスイッチング素子１４が形成され、このスイッチング素子１４によって書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３が接続されているものである。
【０１３４】
上記第５磁気メモリ装置の第１実施の形態および第２実施の形態においても、各磁束集中器５１の先端部５１ｓは、前記第１磁気メモリ装置１の第２実施の形態で示したものと同様な構成となっている。
【０１３５】
上記第５磁気メモリ装置５では、書き込みワード線１１に、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器５１が設けられ、書き込みワード線１１の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されていて、好ましくは記憶層奥層３０４の高さに形成されていることから、第１磁気メモリ装置１と同様に、書き込みワード線１１から発する電流磁界は、磁束集中器５１の先端部５１ｓまで伝達され、先端部５１ｓ、５１ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１３６】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を、図２４および図２５の概略構成断面図によって説明する。本発明の実施の形態は、上記図２１によって説明した磁気メモリ装置において、ビット線から発する電流磁界を効率よく記憶層に集中させることができるようにしたものである。図２４および図２５では、本発明の主要部であるスイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。また、前記第２磁気メモリ装置と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１３７】
図２４に示すように、磁気メモリ装置６（６ａ）の基本構成は、書き込みワード線１１とビット線１２とが立体的に交差（例えば直交）する状態に形成されている。この書き込みワード線１１とビット線１２との交差領域における書き込みワード線１１上には、スイッチング素子１４を介してＴＭＲ素子１３が接続するように形成され、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３がビット線１２に接続されている。さらにビット線１２には、少なくとも、このビット線１２の両側面およびこのビット線１２に接続されるＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面を囲むように、高透磁率層からなる磁束集中器５２が設けられている。しかもビット線１２の側面に形成された上記磁束集中器５２の少なくとも一方（図面では両方）はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。
【０１３８】
上記突き出した状態に形成されている部分の磁束集中器５２は、上記ＴＭＲ素子１３に対して絶縁膜６３を介してＴＭＲ素子１３の側方に延長形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５３の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１３９】
また、上記磁束集中器５２を構成する高透磁率材料としては、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができる。
【０１４０】
なお、図示したように、ビット線１２と磁束集中器５２の間に電気的絶縁層を設けない場合、磁束集中器５２には電流損を防ぐため比抵抗率の高い軟磁性膜を用いることが望ましい。また図示したように、上記磁束集中器５２はビット線１２の両側面に形成された部分はビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されているが、その突き出した状態に形成される部分はビット線１２の片方の側面に形成されているもののみでも良い。
【０１４１】
この第６磁気メモリ装置６（６ａ）の他の構成部品は、前記図１によって説明した構成と同様である。なお、前記図１によって説明した磁束集中器５１は、形成されていなくてもよいが、ＴＭＲ素子１３へ電流磁界をより効果的に集中できることから磁束集中器５１は形成されているほうが好ましい。この場合、磁束集中器５１の先端部５１ｓと磁束集中器５２の先端部５２ｓとは離間された状態に形成される必要がある。
【０１４２】
次に、図２５に示す概略構成断面図によって説明する。図２５では、第６磁気メモリ装置の実施の形態に係わる要部を示し、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略し、前記図２４と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１４３】
そして図２５に示すように、実施の形態の第６磁気メモリ装置６（６ｂ）は、前記図２４の構成に対して前記図１４によって説明したのと同様なる磁束集中器５２を形成したものである。すなわち、前記図２４によって説明した第１実施の形態の磁束集中器５２において、ＴＭＲ素子１３側のビット線１２表面にも高透磁率層７２が形成されているものである。すなわち、高透磁率層７２は、ＴＭＲ素子１３の最上層のキャップ層３１３とビット線１２とを接続するように形成されている。またＴＭＲ素子１３の下面側は、スイッチング素子１４を介して、上記ビット線１２と立体的に交差（例えば直交）するもので図示はしない書き込みワード線に接続されている。
【０１４４】
上記磁束集中器５２は、前記図１４によって説明したのと同様に、上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記高透磁率層７２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離ｘは、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１４５】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置に係わる変形例を、図２６に示す概略構成断面図によって説明する。図２６では、第６磁気メモリ装置の変形例に係わる要部を示し、スイッチング素子、ＴＭＲ素子、ビット線および一部の絶縁膜を示し、その他の構成部品の図示は省略した。また、前記第１磁気メモリ装置に係わる第１実施の形態と同様の構成部品には同一符号を付与する。
【０１４６】
図２６に示すように、変形例の第６磁気メモリ装置６（６ｃ）は、前記図２４の構成に対して前記図１５によって説明したのと同様なる磁束集中器５２を形成したものである。すなわち、前記図２４によって説明した磁束集中器５２とビット線１２との間に絶縁膜６４を設けたものである。またＴＭＲ素子１３の下面側は、スイッチング素子１４を介して、上記ビット線１２と立体的に交差（例えば直交）するもので図示はしない書き込みワード線に接続されている。
【０１４７】
上記磁束集中器５２は、前記図１５によって説明したのと同様に、上記ビット線１２の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方（図面では両方）は上記ビット線１２よりＴＭＲ素子１３の側方に突き出した状態に形成されている。この磁束集中器５２の側壁部分はＴＭＲ素子１３と絶縁膜６３を介して形成されている。その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１４８】
上記第６磁気メモリ装置６（６ａ〜６ｃ）では、ビット線１２に、少なくとも、ビット線１２の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器５２が設けられている。この磁束集中器５２は、ビット線１２側方に形成されたこの磁束集中器５２の高透磁率層の少なくとも一方（各図面では両方）が、ビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成されている。例えば磁束集中器５２の側壁部分の先端部５２ｓが記憶層３０４の高さに形成されていることから、前記第２磁気メモリ装置２と同様に、ビット線１２から発する電流磁界は、先端部５２ｓまで伝達され、その先端部５２ｓ、５２ｓ間で最も強くなる。したがって、電流磁界はＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率よく集中される。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともにビット線１２のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０１４９】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図２７の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明の記載は省略する。
【０１５０】
図２７の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。
【０１５１】
上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１等を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１５２】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。
【０１５３】
次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１５４】
次に、第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。この絶縁膜４３１には、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば５００ｎｍの厚さに形成したものを用いる。上記絶縁膜４３１の膜厚は、後に形成する磁束集中器の側壁部分の高さを決定することになるので、磁束集中器の側壁部分の先端部が後に形成するＴＭＲ素子の記憶層の高さとなるように決定される。次いで、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、絶縁膜４３１に書き込みワード線を形成するための配線溝４３ｔ１と第２ランディングパッドを形成するための配線溝４３ｔ２を形成する。
【０１５５】
次に、図２７の（２）に示すように、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、上記配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内面および絶縁膜４３１表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１を順に成膜する。
【０１５６】
上記バリアメタルは、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１５７】
上記高透磁率層７３は、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、鉄・アルミニウム（ＦｅＡｌ）合金、フェライト合金、等を用いることができ、例えば１００ｎｍの厚さに形成する。その他にも、例えば最大透磁率μｍが１００以上であれば、例えばコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む金属化合物、金属酸化物もしくは金属窒化物を用いることができる。
【０１５８】
上記配線材料層８１は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金を例えば４５０ｎｍの厚さに形成する。
【０１５９】
その後、化学的機械研磨によって、絶縁膜４３１上の余剰な上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を除去して、各配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内に上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を残し、書き込みワード線１１および第２ランディングパッド３３を形成する。さらにエッチバックにより、各配線溝溝４３ｔ１、４３ｔ２内の配線材料層８１のみを例えば１００ｎｍの深さに後退させ、書き込みワード線１１の側面上方に高透磁率層７３が露出するようにする。このようにして、高透磁率層７３からなる磁束集中器５１が形成される。
【０１６０】
次に、図２７の（３）に示すように、上記絶縁膜４３１上に、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）膜を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。これによって、第３絶縁膜４３が形成される。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして絶縁膜４３２のエッチングを行い、第２ランディングパッド３３上の絶縁膜４３２に、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３２ｈを形成する。なお、上記絶縁膜４３２は、酸化アルミニウム以外の絶縁材料（例えば酸化シリコン、窒化シリコン等）により形成することも可能である。
【０１６１】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３２ｈ内を含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。
【０１６２】
上記バリア層には、窒化チタン、タンタルもしくは窒化タンタルを用いる。
【０１６３】
上記反強磁性体層３０５には、例えば、鉄・マンガン合金、ニッケル・マンガン合金、白金マンガン合金、イリジウム・マンガン合金、ロジウム・マンガン合金、コバルト酸化物およびニッケル酸化物のうちの１種を用いる。この反強磁性体層３０５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る下地導電層を兼ねることも可能である。したがって、本実施の形態では、反強磁性体層３０５をＴＭＲ素子１３と図示はしていないスイッチング素子との接続配線の一部として用いている。
【０１６４】
上記磁化固定層３０２には、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、強磁性体を用いる。この磁化固定層３０２は、反強磁性体層３０５と接する状態に形成されていて、磁化固定層３０２と反強磁性体層３０５との層間に働く交換相互作用によって、磁化固定層３０２は、強い一方向の磁気異方性を有している。すなわち、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（ｐｉｎｎｉｎｇ）される。
【０１６５】
なお、上記磁化固定層３０２は、導電層を挟んで磁性層を積層した構成としてもよい。例えば、反強磁性体層３０５側から、第１の磁化固定層と磁性層が反強磁性的に結合するような導電体層と第２の磁化固定層とを順に積層した光製造としてもよい。この磁化固定層３０２は、３層以上の強磁性体層を、導電体層を挟んで積層させた構造であってもよい。上記導電体層には、例えば、ルテニウム、銅、クロム、金、銀等を用いることができる。
【０１６６】
上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。そのため、通常は厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍの酸化アルミニウムが使われるが、例えば、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を用いてもよい。上記したようにトンネル絶縁層３０３の膜厚は、０．５ｎｍ〜５ｎｍと非常に薄いため、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。もしくはスパッタリングによってアルミニウム等の金属膜を堆積した後にプラズマ酸化もしくは窒化を行って形成する。
【０１６７】
上記記憶層３０４には、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、強磁性体を用いる。この記憶層３０４は外部印加磁場によって磁化の方向が下層の磁化か固定層３０４に対して、平行又は反平行に変えることができる。
【０１６８】
上記キャップ層３１３は、ＴＭＲ素子と別のＴＭＲ素子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、銅、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。
【０１６９】
次に、図２７の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングし、まずキャップ層３１３〜磁化固定層３０２の積層膜でＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。その後、上記フォトレジストを除去する。
【０１７０】
次いで、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６を、例えば磁化固定層３０２と反強磁性体層３０５とにより形成する。この構成では、書き込みワード線１１の下部および側面側に形成した高透磁率層７３が書き込みワード線１１の上面よりもＴＭＲ素子１３側に張り出しているため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加される。
【０１７１】
次に、図２７の（５）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０１７２】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。なお、磁束集中器５１側壁部分の先端部５１ｓの高さは、配線溝４３ｔ１の深さを深く形成することにより、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４と同程度の高さに形成することは可能である。
【０１７３】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図２８の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明は省略する。
【０１７４】
図２８の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１頭を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１７５】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１７６】
次に、ＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜する。
【０１７７】
上記バリアメタルは、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１７８】
上記高透磁率層７３は、例えば最大透磁率μｍが１００以上の軟磁性体を用いることができ、具体的には、一例としてニッケル・鉄・コバルトを含む合金、フェライト合金、等を用いることができ、例えば１００ｎｍの厚さに形成する。その他にも、例えば最大透磁率μｍが１００以上であれば、例えばコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む金属化合物、金属酸化物もしくは金属窒化物を用いることができる。
【０１７９】
上記配線材料層８１は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくはアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金を例えば３００ｎｍの厚さに形成する。
【０１８０】
続いて、ダミー膜８２を、例えばプラズマ窒化シリコン膜を例えば４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０１８１】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクに用いて、上記ダミー膜８２、配線材料層８１、高透磁率層７３、バリアメタル（図示せず）を順次エッチングして、上記ダミー膜８２を載せた状態で、書き込みワード線１１、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。
【０１８２】
次に、図２８の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記ダミー膜８２〔前記図２８の（１）参照〕を覆う高透磁率層を形成した後、高透磁率層の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に高透磁率サイドウォール７４Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７４Ｓとからなる磁束集中器５１が形成される。続いて、選択的エッチングによりダミー膜８２のみを除去する。なお、この工程では、第２ランディングパッド３３の側壁にも書き込みワード線１１の側壁と同様な高透磁率サイドウォール７４Ｓが形成される。この高透磁率サイドウォール７４Ｓは、磁束集中器５１の側壁部分となるため、その先端部５１ｓの高さは、上記ダミー膜８２の膜厚によって調整される。その先端部５１ｓは、後に形成されるＴＭＲ素子の記憶層とキャップ層との界面と同等の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜と記憶層との界面から記憶層とキャップ層との界面までの高さとすることが好ましい。また、高透磁率サイドウォール７４ＳとＴＭＲ素子１３との距離は、先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１８３】
次に、図２８の（３）に示すように、第２絶縁膜４２上に書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３、磁束集中器５１等を覆う第３絶縁膜４３を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）を例えば２０ｎｍの厚さに堆積して形成した後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして第３絶縁膜４３のエッチングを行い、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３ｈを形成する。
【０１８４】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３ｈを含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。
【０１８５】
バリア層（図示せず）、反強磁性体層３０５、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およびキャップ層３１３は、前記第１実施の形態で説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１８６】
次に、図２８の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングし、まずキャップ層３１３〜磁化固定層３０２の積層膜でＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。その後、上記フォトレジストを除去する。
【０１８７】
次いで、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６を、例えば磁化固定層３０４と反強磁性体層３０５とにより形成する。この構成では、書き込みワード線１１の下部および側面側に形成した磁束集中器５１がＴＭＲ素子１３の側面近傍に張り出しているため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加される。
【０１８８】
次に、図２８の（５）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０１８９】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。
【０１９０】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図２９の製造工程断面図によって説明する。ここでは、書き込みワード線より下層の配線および読み出し用素子（例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は従来の方法で作製されるため、説明は省略する。
【０１９１】
図２９の（１）に示すように、第１絶縁膜４１上にはセンス線１５、第１ランディングパッド３１等が形成されている。これらの配線は、例えば６００ｎｍの厚さの金属膜もしくは導電性金属化合物膜もしくは導電性ポリシリコン膜で形成されている。また、第１絶縁膜４１には、図示していない読み出しトランジスタの拡散層に接続されるもので第１ランディングパッド３１に接続するコンタクト３０が形成されている。なお、センス線１５より読み出しトランジスタの別の拡散層に接続されるコンタクトの図示は省略した。上記第１絶縁膜４１上に、上記センス線１５、第１ランディングパッド３１頭を覆う第２絶縁膜４２を形成する。この第２絶縁膜４２は、例えば高密度プラズマＣＶＤ法によりＨＤＰ膜を例えば８００ｎｍの厚さに形成し、さらに、プラズマＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ法によって、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば１２００ｎｍの厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、第２絶縁膜４２を研磨、平坦化し、センス線１５、第１ランディングパッド３１上に例えば７００ｎｍの厚さの第２絶縁膜４２を残す。
【０１９２】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、第２絶縁膜４２にセンス線１５、第１ランディングパッド３１等に達するビアホール４２ｈを形成する。図面ではセンス線１５に達するビアホールの図示は省略した。次いで通常のタングステンプラグ形成技術によって、上記ビアホール４２ｈ内にタングステンを埋め込み、タングステンプラグからなるコンタクト３２を形成する。なお、タングステンの成膜は例えば化学的気相成長法、スパッタリング等の既存の成膜技術により行い、第２絶縁膜４２上に形成される余剰なタングステン膜の除去は、例えば化学的機械研磨もしくはエッチバックにより行えばよい。
【０１９３】
次に、第２絶縁膜４２上に第３絶縁膜４３を形成する。この第３絶縁膜４３には、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を例えば４００ｎｍの厚さに形成したものを用いる。次いで、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、第３絶縁膜４３に書き込みワード線を形成するための配線溝４３ｔ１と第２ランディングパッドを形成するための配線溝４３ｔ２を形成する。
【０１９４】
次に、図２９の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内面および第３絶縁膜４３表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１を順に成膜する。バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、配線材料層８１は、前記第１実施の形態で説明したのと同様な材料を用いて形成することができる。
【０１９５】
その後、化学的機械研磨によって、第３絶縁膜４３上の余剰な上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を除去して、各配線溝４３ｔ１、４３ｔ２内に上記配線材料層８１ないしバリアメタル（図示せず）を残し、書き込みワード線１１および第２ランディングパッド３３を形成する。
【０１９６】
次に、図２９の（３）に示すように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）膜を例えば２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクにして絶縁膜４３２のエッチングを行い、第２ランディングパッド３３上の絶縁膜４３２に、これから形成されるＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３との接続を図るビアホール４３２ｈを形成する。なお、上記絶縁膜４３２は、酸化アルミニウム以外の絶縁材料（例えば酸化シリコン、窒化シリコン等）により形成することも可能である。
【０１９７】
続いて、ＰＶＤ法によって、上記開口部４３２ｈ内を含む第３絶縁膜４３上に、バリア層（図示せず）、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を順次形成する。上記トンネル絶縁層３０３は、上記記憶層３０４と上記磁化固定層３０２との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。そのため、０．５ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さに形成される。
【０１９８】
バリア層（図示せず）、反強磁性体層３０５、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およびキャップ層３１３は、前記第１実施の形態で説明したのと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１９９】
次に、図２９の（４）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、その後形成するＴＭＲ素子と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線となるパターン１７を、例えばキャップ層３１３ないし絶縁膜４３２からなる積層膜により形成する。次に、上記パターン１７を覆う絶縁膜を、例えば３０ｎｍ程度の厚さのプラズマ窒化シリコン膜、酸化シリコン膜もしくは酸化アルミニウム膜で形成した後、異方性エッチングによりこの絶縁膜をエッチバックしてサイドウォール絶縁膜９１Ｓを形成する。さらに、ＰＶＤ法によって、高透磁率層を形成した後、この高透磁率層をエッチバックして、サイドウォール絶縁膜９１Ｓの側面に高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとからなる磁束集中器５１が構成される。この磁束集中器５１の高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓの高さは、上記記憶層３０４とキャップ層３１３との界面以下とし、好ましくは、トンネル絶縁層３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面との間とする。
【０２００】
次に、図２９の（５）に示すように、リソグラフィ技術とエッチング（例えば反応性イオンエッチング）技術とにより、フォトレジストをマスクにして、ＴＭＲ素子を形成するための積層膜（キャップ層３１３〜反強磁性体層３０５）をエッチングして、ＴＭＲ素子１３を形成する。このエッチングでは、例えばトンネル絶縁層３０３から磁化固定層３０２の途中でエッチングが終わるように終点を設定する。エッチングガスには塩素（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。この結果、ＴＭＲ素子１３が形成されるとともに、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するためのバイパス線１６が反強磁性体層３０５と磁化固定層３０２とで形成される。
【０２０１】
次に、図２９の（６）に示すように、第３絶縁膜４３上に、ＴＭＲ素子１３、バイパス線１６等を覆う第４絶縁膜４４を形成する。この第４絶縁膜４４は、例えばＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、酸化シリコンもしくは酸化アルミニウム等で形成される。その後、化学的機械研磨によって第４絶縁膜４４表面を平坦化研磨して、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３上面を露出させる。
【０２０２】
次に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。さらに全面に保護膜となる第５絶縁膜（図示せず）を、例えばプラズマ窒化シリコン膜で形成した後、ボンディングパッド部を開口して磁気メモリ装置のウエハプロセスを完了させる。
【０２０３】
上記製造方法では、書き込みワード線１１の周囲に形成された高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとが接続されて磁束集中器５１が形成されるとともに、この磁束集中器５１の高透磁率サイドウォール７５ＳがＴＭＲ素子１３の側面近傍に張り出した状態に形成されるため、書き込みワード線１１により発生される電流磁界がＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に効率良く印加されることになる。
【０２０４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図３０の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１０によって説明した第１磁気メモリ装置の第３実施の形態の基本構成を得る製造方法を示す。
【０２０５】
図３０の（１）に示すように、この製造方法は、前記図２８の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜した後、高透磁率層７６を成膜する。次いで、ダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを例えば４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後の工程は、前記図２８によって説明したのと同様である。
【０２０６】
この結果、図３０の（２）に示すように、書き込みワード線１１の周囲を、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７４Ｓおよび高透磁率層７６によって取り囲むとともにＴＭＲ素子１３の側方に高透磁率サイドウォール７４Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｂ）が形成される。この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７４Ｓの先端部５１ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態と同様に設定されて形成される。その後の製造工程は、前記図２８の（３）以降によって説明した製造方法により行えば良い。
【０２０７】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を、図３１の概略構成断面図によって説明する。ここでは、前記図１１によって説明した第１磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を示す。
【０２０８】
図３１の（１）に示すように、この製造方法は、前記図２８の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、絶縁膜９２を成膜する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、絶縁膜９２を貫通して高透磁率層７３もしくはコンタクト３２に達する開口部９２ｈを形成する。
【０２０９】
次いで、上記開口部９２ｈ内も含めて上記絶縁膜９２上に、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を形成し、さらにダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。
【０２１０】
次に、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、フォトレジストをマスクに用いて、上記ダミー膜８２、配線材料層７１、絶縁膜９２を順次エッチングして、上記ダミー膜８２を載せた状態で、配線材料層８１からなる書き込みワード線１１、コンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。
【０２１１】
次に、図３１の（２）に示すように、ＣＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記ダミー膜８２を覆う絶縁膜を形成した後、絶縁膜の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に絶縁膜サイドウォール９１Ｓを形成する。この絶縁膜サイドウォール９１Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９２に接続され、かつ上記ダミー膜８２の側壁を覆う状態に形成される。
【０２１２】
続いてＰＶＤ法によって、上記第２絶縁膜４２上に上記プラズマ窒化シリコン膜や絶縁膜サイドウォール９１Ｓを覆う高透磁率層を形成した後、高透磁率層の全面をエッチバックして、ダミー膜８２を載せた書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３の各側壁に高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成する。この際、この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態の高透磁率サイドウォール７４Ｓと同様に設定されて形成される。このようにして、書き込みワード線１１の周囲を、絶縁膜９２、絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７５Ｓおよび高透磁率層７６によって囲むとともにＴＭＲ素子１３側に高透磁率サイドウォール７５Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｃ）が形成される
【０２１３】
続いて、選択的エッチングによりダミー膜８２のみを除去する。なお、上記高透磁率サイドウォール７５Ｓを形成するエッチバック時に、上記高透磁率層７３、バリアメタル（図示せず）を除去する。なお、高透磁率層７３およびバリアメタルの不要部分の除去は、絶縁膜サイドウォール９１Ｓの形成後に行うこともできる。その後の工程は、前記図２８の（３）以降によって説明した工程と同様である。
【０２１４】
次に、本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第６実施の形態を、図３２の概略構成断面図によって説明する。ここでは、前記図１２によって説明した第１磁気メモリ装置の第４実施の形態の製造方法を示す。
【０２１５】
図３２の（１）に示すように、この製造方法は、前記図３１の（１）によって説明した製造方法において、ＰＶＤ法によって、第２絶縁膜４２表面に、バリアメタル（図示せず）、高透磁率層７３、絶縁膜９２、書き込みワード線やランディングパッドを形成するための配線材料層８１を成膜した後、絶縁膜９３を形成してから高透磁率層７１を成膜する。次いで、ダミー膜８２を例えばプラズマ窒化シリコンを４０ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後の工程は、前記図３１によって説明したのと同様である。
【０２１６】
この結果、図３２の（２）に示すように、配線材料層８１からなる書き込みワード線１１の周囲を、絶縁膜９２、９３、絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して、高透磁率層７３、高透磁率サイドウォール７５Ｓおよび高透磁率層７１によって取り囲むとともに、ＴＭＲ素子１３側方に高透磁率サイドウォール７５Ｓが延長形成された磁束集中器５１（５１ｄ）が形成される。上記絶縁膜サイドウォール９１Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９２、９３に接続する状態に形成される。この磁束集中器５１の側壁部分となる高透磁率サイドウォール７５Ｓの先端部７５ｓは、上記第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態と同様に設定されて形成される。
【０２１７】
上記第１磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、書き込みワード線１１の両側面およびＴＭＲ素子１３に対向する面とは反対側の面に高透磁率層６１、６２、６３等からなる磁束集中器５１（５１ａ〜５１ｄ）を形成する工程を備え、書き込みワード線１１の両側面に形成される高透磁率サイドウォール６２Ｓの少なくとも一方を書き込みワード線１１よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成する。このことから、書き込みワード線１１に電流を流した際に発せられる電流磁界は、書き込みワード線の両側面に形成される高透磁率サイドウォール７５Ｓもしくは高透磁率サイドウォール７５Ｓによって、ＴＭＲ素子１３の記憶層に効率よく集中されるようになる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに書き込みワード線１１のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高められる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、集積度を高められる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果が低減される。
【０２１８】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図３３の製造工程断面図によって説明する。ここでＴＭＲ素子１３、第４絶縁膜４４等より下層の構成は、従来技術もしくは上記第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されるので、ここでの説明は省略する。
【０２１９】
図３３の（１）に示すように、第４絶縁膜４４の表面にＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３が露出された状態に形成されている。上記第４絶縁膜４４の表面は平坦化されている。上記ＴＭＲ素子１３は、従来の磁気メモリ装置の製造方法もしくは前記説明した第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されている。
【０２２０】
次に、図３３の（２）に示すように、ＰＶＤ法によって、第４絶縁膜４４表面に、バリアメタル（図示せず）を、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。次いで、ＰＶＤ法によって、ビット線を形成するための配線材料層８３を例えばアルミニウム、銅もしくはアルミニウム銅合金を５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。さらにＰＶＤ法によって、高透磁率層７７を３０ｎｍの厚さに形成する。
【０２２１】
次いでリソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ビット線を形成するためのレジストマスク９４を形成し、それを用いて、上記高透磁率層７７、配線材料層８３、バリアメタル（図示せず）、第４絶縁膜４４を順次エッチングして、上記高透磁率層７７を載せたビット線１２を形成する。このエッチングでは、第４絶縁膜４４の途中までエッチングを進める。その深さは、例えばＴＭＲ素子の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との境界までの深さとする。好ましくは、記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との境界から記憶層３０４とキャップ層３１３との境界までの深さとする。このように深さを設定することによって、後に形成される磁束集中器５２側壁部分の先端部の位置が、ＴＭＲ素子の記憶層に電流磁界を集中しやすい位置に形成されることになる。
【０２２２】
次に図３３の（３）に示すように、ＰＶＤ法によって、高透磁率層７７を含むビット線１２を覆う高透磁率層を形成した後、この高透磁率層をエッチバックして、ビット線１２の側壁に高透磁率層からなる高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成される。
【０２２３】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５１により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２２４】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図３４の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１３によって説明した第２磁気メモリ装置の基本の形態に係る別の製造方法を示す。また、ＴＭＲ素子１３、第４絶縁膜４４等より下層の構成は、従来技術もしくは上記第１磁気メモリ装置の製造方法によって形成されるので、ここでの説明は省略する。
【０２２５】
図３４の（１）に示すように、既存の製造方法によって、もしくは前記第１磁気メモリ装置の製造方法によって、書き込みワード線１１上に第３絶縁膜４３の一部を介して、最上層にキャップ層３１３を設けたＴＭＲ素子１３が形成されている。なお、ＴＭＲ素子１３を構成する反強磁性体層３０５および磁化固定層３０２で形成されるバイパス線１６は紙面垂直方向に延び、幅方向においてＴＭＲ素子１３とバイパス線１６とが一致しているように形成されている。ＴＭＲ素子１３の構成およびその製造方法は、前記説明した構成およびその製造方法を用いることが可能であり、もちろん、従来から知られている構成および製造方法を用いることも可能である。
【０２２６】
次に、図３４の（２）に示すように、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、上記第３絶縁膜４３上に上記ＴＭＲ素子１３、バイパス線（図示せず）等を覆う絶縁膜を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により形成する。その後、この絶縁膜のエッチバックを行い、ＴＭＲ素子１３の側壁に絶縁膜サイドウォール９５Ｓを形成する。次いで、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によって、上記ＴＭＲ素子１３等を覆う第４絶縁膜４４を例えば酸化シリコン膜で形成する。その後、化学的機械研磨によって、上記第４絶縁膜４４の表面を平坦化研磨するとともに、ＴＭＲ素子１３の最上層に形成されているキャップ層３１３を露出させる。
【０２２７】
次いで、図３４の（３）に示すように、さらに上記第４絶縁膜４４上に第５絶縁膜４５を、例えば４００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜で形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子１３よりも幅が広くなるようにビット線用溝パターンを形成する開口部を有するレジストマスク（図示せず）を形成し、それを用いて、ＴＭＲ素子１３上の第５絶縁膜４５にビット線用の配線溝４５ｔを形成する。さらにエッチングを進めて、絶縁膜サイドウォール９５Ｓの側部の第４絶縁膜４４に溝４４ｔを形成する。このエッチングでは、酸化シリコンとプラズマ窒化シリコンもしくは酸化アルミニウムとの選択比の高い条件で異方性エッチングを行いＴＭＲ素子１３の側面、例えばＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３と記憶層３０４との界面と同等の高さ付近でエッチングを止める。
【０２２８】
次いで、図３４の（４）に示すように、ＰＶＤ法によって、溝４４ｔを埋め込むとともに配線溝４５ｔの内面に高透磁率層を形成した後、エッチバックにより溝４４ｔ内部に残すとともに配線溝４５ｔの側面に高透磁率層を残すことで高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。
【０２２９】
次いで、ＰＶＤ法によって、上記配線溝４５ｔの内面および第５絶縁膜４５表面に、バリアメタル（図示せず）を、例えばチタン（Ｔｉ）を５ｎｍの厚さに堆積した後、窒化チタン（ＴｉＮ）を２０ｎｍの厚さに堆積して形成する。続いて、ＰＶＤ法によって、上記バリアメタル上に、上記配線溝４５ｔ内を埋め込むようにビット線を形成するための配線材料層８３を、例えばアルミニウム、銅もしくはアルミニウム銅合金を５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。その後、化学的機械研磨によって、第５絶縁膜４５上の余剰な配線材料層８３およびバリアメタルを研磨除去して、配線溝４５ｔ内にバリアメタルを介して配線材料層からなるビット線１２を形成する。
【０２３０】
次に、図３４の（５）に示すように、ＰＶＤ法によって、上記第５絶縁膜４５上にビット線１２を覆う高透磁率層７７を５０ｎｍの厚さに形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とにより、ビット線１２上を覆うようなレジストマスク（図示せず）を形成した後、それを用いて高透磁率層７７のエッチングを行う。この結果、ビット線１２の上面および側面を覆う高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ａ）が形成される。このように磁束集中器５２による磁気回路によって、ビット線１２によって作られる電流磁界をＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができるので、高い効率で書き込みが行えるようになる。
【０２３１】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図３５の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１４によって説明した第２磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２３２】
図３５の（１）に示すように、前記図３３の（１）に示す工程において、第４絶縁膜を化学的機械研磨してＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３を露出させた後、ＰＶＤ法によって、第４絶縁膜４４表面に高透磁率層７２を形成する。次いで、上記高透磁率層７２上に、前記図３３の（２）によって説明したのと同様にして、バリアメタル（図示せず）、ビット線を形成するための配線材料層８１、高透磁率層７７を順に形成すればよい。
【０２３３】
その後の工程は、前記図３３の（３）によって説明したプロセスと同様である。このプロセスにおいて、ビット線を形成するエッチングでは、上記高透磁率層７２も同時にエッチングする。その結果、図３５の（２）に示すように、配線材料層８１でビット線１２が形成されるとともに、ビット線１２を高透磁率層７２、７７および高透磁率サイドウォール７８Ｓで覆う磁束集中器５２（５２ｂ）が形成される。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２３４】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図３６の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１５によって説明した第２磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２３５】
図３６の（１）に示すように、前記図３３の（２）に示す工程において、バリアメタル（図示せず）、ビット線を形成するための配線材料層８１を形成した後、絶縁膜９６を形成し、その後高透磁率層７７を形成する。
【０２３６】
次いでリソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３に接続するビット線を形成するためのレジストマスク（図示せず）を形成し、それを用いて、上記高透磁率層７７、絶縁膜９６、配線材料層８１、バリアメタル（図示せず）、第４絶縁膜４４を順次エッチングして、上記絶縁膜９６を介して高透磁率層７７を載せたビット線１２を上記配線材料層８１で形成する。このエッチングでは、第４絶縁膜４４の途中までエッチングを進める。その深さは、例えばＴＭＲ素子のキャップ層３１３もしくは記憶層３０４とほぼ同等に高さとする。
【０２３７】
次いで、図３６の（２）に示すように、ＣＶＤ法によって、上記高透磁率層７７上を覆う絶縁膜を形成した後、この絶縁膜の全面をエッチバックして、ビット線１２の側壁に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成する。この絶縁膜サイドウォール９７Ｓは、少なくとも上記絶縁膜９６の側壁を覆い、高透磁率層７７の側壁を露出させる状態に形成される。
【０２３８】
続いてＰＶＤ法によって、上記第４絶縁膜４４上に上記高透磁率層７７や絶縁膜サイドウォール９７Ｓを覆う高透磁率層を形成した後、この高透磁率層の全面をエッチバックして、ビット線１２の側壁に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを介して高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。その際、高透磁率サイドウォール７８Ｓは高透磁率層７７に接続するように形成される。このようにして、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｃ）が形成される。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２３９】
この第４実施の形態においては、ビット線１２を形成する際に第４絶縁膜４４のエッチバックを行わずに、絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成し、その後第４絶縁膜４４のエッチバックを行ってもよい。この第４絶縁膜４４のエッチバックと絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成するエッチバックを同時に行うことも可能である。
【０２４０】
次に、本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を、図３７の製造工程断面図によって説明する。
【０２４１】
図３７の（１）に示すように、前記図３３の（２）に示す工程において、ビット線１２はＴＭＲ素子１３よりも幅広く形成し、第４絶縁膜４４をエッチングした後、さらに、ビット線１２下の第４絶縁膜４４のサイドエッチングを行う。
【０２４２】
次いで、図３７の（２）に示すように、前記図３３の（３）によって説明したのと同様に、高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成すれば、高透磁率サイドウォール７８Ｓは、前記図３３によって説明した第１実施の形態よりもＴＭＲ素子１３側に近づく状態に形成される。このようにして、ビット線１２に高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｄ）が形成される。
【０２４３】
上記製造方法で形成される磁束集中器５２ｄは、第１実施の形態で説明した製造方法によって形成される磁束集中器５２ａよりも電流磁束の漏れを減少させることができるため、ビット線１２から発せられる電流磁束を第１実施の形態の磁束集中器５２ａよりもさらに効率よくＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２４４】
また、上記第５実施の形態のビット線１２下をサイドエッチングする方法は、前記図３５によって説明した第３実施の形態にも適用することができる。また、前記第２磁気メモリ装置の製造方法における第４実施の形態において、磁束集中器５２ｂ、５２ｃの各先端部５２ｓを幅広く形成するには、ビット線１２を形成する際に第４絶縁膜４４のエッチングは行わずに、絶縁膜サイドウォール９７Ｓを形成する。その後、第４絶縁膜４４のエッチバックを行ってから、絶縁膜サイドウォール９７Ｓ下の第４絶縁膜４４のサイドエッチングを行い、その後、高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成することにより可能になる。この高透磁率サイドウォール７８Ｓの先端部の位置は、前記第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態と同様に設定される。
【０２４５】
次に、本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法に係る実施の形態を、図３８の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１６によって説明した第３磁気メモリ装置の実施の形態の製造方法を示す。
【０２４６】
図３８の（１）に示すように、前記図２７の（１）によって説明したように、コンタクト３２が形成された第２絶縁膜４２上に、第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。次いで、この絶縁膜４３１に書き込みワード線を形成するための溝４３ｔ１とコンタクト３２に接続する第２ランディングパッドを形成するための溝４３ｔ２とを形成する。その後、この溝４３ｔ１、４３ｔ２内を含む絶縁膜４３１上に、前記図２７の（２）によって説明したのと同様のバリアメタル（図示せず）を介して配線材料層を形成する。ここでは、図２７によって説明したような高透磁率層は形成しない。その後、絶縁膜４３１上の余剰な配線材料層とバリアメタルとを除去して、溝４３ｔ１内を埋め込む書き込みワード線１１と、溝４３ｔ２内を埋め込む第２ランディングパッド３３とを形成する。
【０２４７】
次いで、図３８の（２）に示すように、上記書き込みワード線１１、第２ランディングパッド３３等が形成された絶縁膜４３１上に第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３２を、例えば酸化アルミニウムもしくは酸化シリコンもしくは窒化シリコンで形成する。さらに上記絶縁膜４３２とエッチング選択性を有する絶縁材料で第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３３を形成する。この絶縁膜４３３は、後に形成される磁束集中器の側壁部分の高さを決定する。そのため、磁束集中器の側壁部分が所望の高さとなるような膜厚に形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術とによって、ＴＭＲ素子を形成する領域上にそれよりも広めに形成した開口部を有するレジストマスク（図示せず）を形成して、絶縁膜４３３のエッチングを行い、書き込みワード線１２上の絶縁膜４３３に開口部４３３ｈを形成する。その後、上記レジストマスクを除去する。
【０２４８】
次いで、上記開口部４３３ｈ内を含む上記絶縁膜４３３上に、高透磁率層７９を形成し、平坦化絶縁膜を形成する。その後、化学的機械研磨によって、絶縁膜４３３上の余剰な平坦化絶縁膜、高透磁率層７９を除去する。その際、開口部４３３ｈ内の平坦化絶縁膜は完全に除去することが望ましい。このエッチングでは、絶縁膜４３３がエッチングされても良い。ここでは、絶縁膜４３３はエッチング除去される。この結果、開口部４３３ｈ内に高透磁率層７９からなる磁束集中器５３が形成される。この磁束集中器５３の側壁部分の先端部５３ｓは、後に形成されるＴＭＲ素子の記憶層とキャップ層との界面の高さ以下に設定され、好ましくは、トンネル絶縁層と記憶層との界面の高さから記憶層とキャップ層との界面の高さの範囲に形成される。
【０２４９】
次いで、前記図２８の（３）によって説明したのと同様にして、上記絶縁膜４３２上に上記磁束集中器５３を覆う絶縁膜４３４を形成する。このように、絶縁膜４３１〜４３４によって第３絶縁膜４３が構成される。続いて第３絶縁膜４３に第２ランディングパッド３３に達する開口部４３ｈを形成する。その後、反強磁性体層３０５、磁化固定層３０２、トンネル絶縁層３０３、記憶層３０４、キャップ層３１３を下層より順に積層して形成する。その後、前記図２８の（４）、（５）によって説明したのと同様のプロセスを行うことによって、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１３と第２ランディングパッド３３とを接続するバイパス線１６、第４絶縁膜４４、ＴＭＲ素子１３のキャップ層３１３に接続するビット線１２等が形成される。
【０２５０】
なお、磁束集中器５３を書き込みワード線１１上に接続する状態に形成する場合には、上記絶縁膜４３２を形成しなければよい。その他のプロセスは上記説明した通りである。
【０２５１】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図３９の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１７によって説明した第４磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２５２】
前記図２７の（１）、（２）によって説明したように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３１に書き込みワード線１１と第２ランディングパッド３３とを形成する。その際、書き込みワード線１１のエッチバックは行わない。したがって、磁束集中器（第１磁束集中器）５１は、書き込みワード線１１の底部および側壁のみに形成される。その後、前記図３８の（２）、（３）で説明したのと同様に絶縁膜４３２を形成する工程以後の工程を行えばよい。
【０２５３】
その結果、図３９に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。上記第１磁束集中器５１の側壁は書き込みワード線１１上面と同等の高さに形成される。上記第２磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁側に第３絶縁膜４３を介して形成され、その先端部５３ｓは前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。なお、絶縁膜４３２を形成しなくともよい。この場合は、第１磁束集中器５１の側壁部分の５１ｓに第２磁束集中器５３の底部が接続された状態に形成される。
【０２５４】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図４０の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１８によって説明した第４磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２５５】
前記図２７の（１）、（２）によって説明したように、第３絶縁膜４３の一部となる絶縁膜４３１に書き込みワード線１１と第２ランディングパッド３３とを形成する。その際、高透磁率層７３を形成した後、絶縁膜６１を形成し、その後第２ランディングパッド３３が形成される溝内の絶縁膜６１にコンタクト３２に通じる開口部６１ｈを形成する。この開口部６１ｈは、高透磁率層７３を貫通して形成されることが望ましいが、高透磁率層７３を貫通しなくてもよい。その後、書き込みワード線を形成するための配線材料層８１を形成する。ここでは前記図２７によって説明したように書き込みワード線１１のエッチバックは行わない。したがって、磁束集中器（第１磁束集中器）５１は、書き込みワード線１１の底部および側壁のみに絶縁膜６１を介して形成される。一方、絶縁膜６１が形成されていても、第２ランディングパッド３３は開口部６１ｈを通じてコンタクト３２に接続される。なお、開口部６２ｈが高透磁率層７３を貫通しない場合には、第２ランディングパッド３３は高透磁率層７３を介してコンタクト３２に接続される。その後、前記図３８の（２）、（３）で説明したのと同様に絶縁膜４３２を形成する工程以後の工程を行えばよい。
【０２５６】
その結果、図４０に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に絶縁膜６１を介して高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。上記第１磁束集中器５１の側壁は書き込みワード線１１上面と同等の高さに形成される。上記第２磁束集中器５３の側壁部分はＴＭＲ素子１３の側壁側に第３絶縁膜４３を介して形成され、その先端部５３ｓは前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器と同様に形成される。なお、絶縁膜４３２を形成しなくともよい。この場合は、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓに第２磁束集中器５３の底部が接続された状態に形成される。
【０２５７】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を、図４１の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図１９によって説明した第４磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を示す。
【０２５８】
図４１の（１）に示すように、前記図２８の（１）および（２）によって説明した工程を行って、第２絶縁膜４２上に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１に底部および側面を囲まれた書き込みワード線１１とコンタクト３２に高透磁率層７３を介して接続する第２ランディングパッド３３を形成する。その後、第２絶縁膜４２上に、書き込みワード線１１、第１磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。ここでは、この絶縁膜４３１は、第１磁束集中器５１よりも高くなるような厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、この絶縁膜４３１表面を平坦化する。その際、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓが絶縁膜４３１表面に露出されてもよい。
【０２５９】
その後、図４１の（２）に示すように、図３８の（２）によって説明した絶縁膜４３２を形成する以後の工程を行えばよい。なお、絶縁膜４３２は形成しなくともよい。その結果書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。第１磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、第２磁束集中器５３の側壁の先端部５３ｓは、前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。
【０２６０】
次に、本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を、図４２の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２０によって説明した第４磁気メモリ装置の第４実施の形態の製造方法を示す。
【０２６１】
前記図３１の（１）および（２）によって説明したのと同様に、第２絶縁膜４２上に、高透磁率層７３と高透磁率サイドウォール７５Ｓとからなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１とともに、この第１磁束集中器５１に底部と側壁を絶縁膜９２と絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して囲まれる書き込みワード線１１およびコンタクト３２に接続する第２ランディングパッド３３を形成する。その後、ダミー膜８２を除去する。さらに、第２絶縁膜４２上に、書き込みワード線１１、第１磁束集中器５１、第２ランディングパッド３３等を覆う第３絶縁膜の一部となる絶縁膜４３１を形成する。ここでは、この絶縁膜４３１は、第１磁束集中器５１よりも高くなるような厚さに形成する。その後、化学的機械研磨によって、この絶縁膜４３１表面を平坦化する。その際、第１磁束集中器５１の側壁部分の先端部５１ｓが絶縁膜４３１表面に露出されてもよい。
【０２６２】
その後、図３８の（２）によって説明した絶縁膜４３２を形成する以後の工程を行えばよい。なお、絶縁膜４３２は形成しなくともよい。その結果、図４２に示すように、書き込みワード線１１の下面および側面に高透磁率層からなる磁束集中器（第１磁束集中器）５１が形成され、書き込みワード線１１とＴＭＲ素子１３との間に磁束集中器（第２磁束集中器）５３が形成される。第１磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、第２磁束集中器５３の側壁の先端部５３ｓは、前記第３磁気メモリ装置の製造方法で説明した磁束集中器５３と同様に形成される。
【０２６３】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を、図４３の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２２によって説明した第５磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を示す。
【０２６４】
図４３に示すように、前記図２７、前記図２８等によって説明したのと同様にして、書き込みワード線１１の周囲に磁束集中器５１を形成する。その後、書き込みワード線１１上に、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３を、例えば既存の製造方法によって形成すればよい。
【０２６５】
この製造方法の場合も、磁束集中器５１の側壁部分は、書き込みワード線１１上面よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、その先端部５１ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とキャップ層３１３の界面の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５１の先端部５１ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５１の先端部５１ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２６６】
次に、本発明の第５磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を、図４４の製造工程断面図によって説明する。ここでは、前記図２３によって説明した第５磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を示す。
【０２６７】
図４４に示すように、書き込みワード線１１および磁束集中器５１を、前記図３１によって説明したのと同様にして形成する。その結果、第２絶縁膜４２上に高透磁率層７３および絶縁膜９２を介して書き込みワード線１２が形成されるとともに、書き込みワード線１２の底部に絶縁膜９２を介し、書き込みワード線１１の側壁に絶縁膜サイドウォール９１Ｓを介して磁束集中器５１が形成される。なお、書き込みワード線１１上にスイッチング素子１４が形成されるため、その後、書き込みワード線１１上に、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３を、例えば既存の製造方法によって形成すればよい。
【０２６８】
この製造方法の場合も、磁束集中器５１の側壁の先端部５１ｓは、上記第５磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２６９】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を説明する。ここでは、前記図２４によって説明した第６磁気メモリ装置の第１実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７０】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３３の（２）、（３）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともにビット線１２の上面に高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成して、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２を形成する。
【０２７１】
この製造方法の場合も、第２磁気メモリ装置の製造方法と同様に、磁束集中器５２の側壁部分は、ビット線１２よりＴＭＲ素子１３側に突き出した状態に形成され、その先端部５２ｓは、ＴＭＲ素子１３の記憶層３０４とトンネル絶縁層３０３との界面の高さまで形成することが可能であり、例えばトンネル絶縁膜３０３と記憶層３０４との界面から記憶層３０４とキャップ層３１３との界面までの高さとすることが好ましい。また、磁束集中器５２の先端部５２ｓとＴＭＲ素子１３との距離は、磁束集中器５２の先端部５２ｓに集中させた電流磁束が記憶層３０４に効率よく達する距離とする必要があり、例えばその距離は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２７２】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２７３】
または、前記図３４によって説明した製造方法により磁束集中器５２を形成してもよい。
【０２７４】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を説明する。ここでは、前記図２５によって説明した第６磁気メモリ装置の第２実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７５】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３５の（１）、（２）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともに、ビット線１２の下面に高透磁率層７２、ビット線１２の上面に高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７２、７７とこれらに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｂ）を形成する。
【０２７６】
この製造方法の場合も、磁束集中器５２の側壁の先端部５２ｓは、上記第６磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２７７】
上記製造方法によれば、高透磁率層７２、７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による電流磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２７８】
次に、本発明の第６磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を説明する。ここでは、前記図２６によって説明した第６磁気メモリ装置の第３実施の形態の製造方法を説明する。なお、前記第１〜第５磁気メモリ装置の製造方法で説明した構成部品と同様なるものには同一符号を付与した。
【０２７９】
書き込みワード線１１、スイッチング素子１４、ＴＭＲ素子１３、ＴＭＲ素子１４を覆う第４絶縁膜４４等を、例えば既存の方法で形成した後、もしくは前記図４２、図４３等によって説明した製造方法で形成した後、前記図３６の（１）、（２）によって説明した製造方法により、ビット線１２を形成するとともに、ビット線１２の上面に絶縁膜９６を介して高透磁率層７７を形成し、さらにビット線１２の側面に絶縁膜サイドウォール９７Ｓを介して高透磁率サイドウォール７８Ｓを形成する。このようにして、高透磁率層７７とこれに接続される高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２（５２ｃ）を形成する。
【０２８０】
この製造方法の場合も、磁束集中器５２の側壁の先端部５２ｓは、上記第６磁気メモリ装置の製造方法における第１実施の形態と同様の位置に形成される。
【０２８１】
上記製造方法によれば、高透磁率層７７と高透磁率サイドウォール７８Ｓとからなる磁束集中器５２により磁気回路が形成され、ビット線１２による磁場を効果的にＴＭＲ素子１３の記憶層３０４に集中させることができる。
【０２８２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１磁気メモリ装置によれば、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、第１配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている磁束集中器の先端部によりトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中的に印加することができる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができるので、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができるので、書き込みの信頼性の向上が図れる。
【０２８３】
本発明の第２磁気メモリ装置によれば、第２配線は、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、第２配線から発する電流磁界はトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている磁束集中器の先端部によりトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中的に印加することができる。このため書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命が高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができるので、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができるので、書き込みの信頼性の向上が図れる。
【０２８４】
本発明の第３磁気メモリ装置によれば、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられているので、第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８５】
上記第４磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられているので、第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８６】
上記第５磁気メモリ装置では、第１配線は、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、第１配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、いわゆるクロスポイント型磁気メモリ装置においても前記第１磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８７】
上記第６磁気メモリ装置では、第２配線に、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、第２配線の側面に形成された高透磁率層の少なくとも一方は第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されているので、いわゆるクロスポイント型磁気メモリ装置においても前記第２磁気メモリ装置と同様なる効果が得られる。
【０２８８】
また、第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜が形成されているものであっても、それぞれの磁気メモリ装置と同様なる効果を得ることができる。
【０２８９】
本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法によれば、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界をトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器に形成することができる。このように形成された磁束集中器によって、第１磁気メモリ装置は、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第１配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命を高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができる。
【０２９０】
本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法によれば、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、第２配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器に形成することができる。このように形成された磁束集中器によって、第２磁気メモリ装置は、書き込みのための電流値を下げることが可能になり、消費電流の低減が図れるとともに第２配線のエレクトロマイグレーションに対する寿命を高めることができる。また駆動電流が少なくてすむことから電流駆動回路の面積を縮小することができ、素子の高集積化を図ることができる。さらに漏れ磁界が少なくなるため隣接セルとの干渉効果を低減することができる。
【０２９１】
本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法によれば、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備えているので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界がトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の磁束集中器を形成することができる。よって、第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果が得られる。
【０２９２】
本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、第１配線を形成した後に、第１配線とトンネル磁気抵抗素子との間およびトンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程とを備えているので、第１配線に電流を流した際に発せられる電流磁界を第２磁束集中器に効率よく集中することができる構成の第１磁束集中器を形成することができる。それとともに、第１磁束集中器を介して伝達された電流磁界をトンネル磁気抵抗素子の記憶層に効率よく集中することができる構成の第２磁束集中器を形成することができる。よって、第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果が得られる。
【０２９３】
上記第５磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第１配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第１配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第１配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、いわゆるクロスポイント型の磁気メモリ装置においても、前記第１磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【０２９４】
上記第６磁気メモリ装置の製造方法では、少なくとも、第２配線の両側面およびトンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、第２配線の両側面に形成される高透磁率層の少なくとも一方を第２配線よりトンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成するので、いわゆるクロスポイント型の磁気メモリ装置においても、前記第２磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【０２９５】
また、第１、第２および第４ないし第６磁気メモリ装置の製造方法においては、高透磁率層と第１配線もしくは第２配線との間に絶縁膜を形成する場合であっても、それぞれの磁気メモリ装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１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】容易軸方向磁界ＨＥＡ および困難軸方向磁界ＨＨＡ による記憶層磁化方向の反転しきい値を示すアステロイド曲線である。
【図４】ＴＭＲ素子の一例を示す概略構成斜視図である。
【図５】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態の書き込みワード線が発する電流磁界の分布を調べたシミュレーション結果である。
【図６】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図７】比較例１として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造および書き込みワード線周囲の電流磁界の分布状態を示す概略構成断面図である。
【図８】比較例２として、従来構造のＭＲＡＭセルにおける書き込みワード線およびその周囲構造および書き込みワード線周囲の電流磁界の分布状態を示す概略構成断面図である。
【図９】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第１実施の形態、第２実施の形態、比較例１および比較例２について、磁化方向に対して直行する方向に配置した磁化を反転させるため必要なビット線電流の書き込みワード線電流依存性を示す、磁化容易軸方向の磁界を与える電流と磁化難易軸方向の磁界を与える電流との関係図である。
【図１０】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１１】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１２】本発明の第１磁気メモリ装置に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１３】本発明の第２磁気メモリ装置に係る基本の形態を示す概略構成断面図である。
【図１４】本発明の第２磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１５】本発明の第２磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１６】本発明の第３磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１７】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１８】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図１９】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２０】本発明の第４磁気メモリ装置に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２１】一般的なクロスポイント型の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２２】本発明の第５磁気メモリ装置に係る第１実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２３】本発明の第５磁気メモリ装置に係る第２実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２４】本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２５】本発明の第６磁気メモリ装置に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２６】本発明の第６磁気メモリ装置に係る変形例を示す概略構成断面図である。
【図２７】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２８】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２９】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３０】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３１】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３２】本発明の第１磁気メモリ装置の製造方法に係る第６実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３３】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３４】本発明の第２磁気メモリ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。
【図３５】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３６】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３７】本発明の第２磁気メモリ装置の製造方法に係る第５実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３８】本発明の第３磁気メモリ装置の製造方法に係る実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３９】本発明の第４磁気メモリ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４０】本発明の第４磁気メモリ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。
【図４１】本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第３実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４２】本発明の第４磁気メモリ装置の製造方法に係る第４実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４３】本発明の第５磁気メモリ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４４】本発明の第５磁気メモリ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…磁気メモリ装置、１１…書き込みワード線、１２…ビット線、１３…ＴＭＲ素子、５１…磁束集中器、３０２…磁化固定層、３０３…トンネル絶縁層、３０４…記憶層
Claims (32)
- 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、
前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 前記磁束集中器は、前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面にも高透磁率層が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気メモリ装置。 - 前記磁束集中器と前記第１配線との間に絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気メモリ装置。 - 前記磁束集中器は、前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面にも絶縁膜を介して高透磁率層が形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の磁気メモリ装置。 - 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、
前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 前記磁束集中器は、前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第２配線表面にも高透磁率層が形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の磁気メモリ装置。 - 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器が設けられている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線と電気的に絶縁され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第１配線には、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に、高透磁率層からなる第１磁束集中器が設けられ、
前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器が設けられている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 前記第１磁束集中器と前記第１配線との間に絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする請求項８記載の磁気メモリ装置。 - 前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている
ことを特徴とする請求項８記載の磁気メモリ装置。 - 前記第１磁束集中器と前記第１配線との間に絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の磁気メモリ装置。 - 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第１配線に、少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられ、
前記第１配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 前記磁束集中器と前記トンネル磁気抵抗素子との間に絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の磁気メモリ装置。 - 第１配線と、
前記第１配線と立体的に交差する第２配線と、
前記第１配線とスイッチング素子を介して電気的に接続され、前記第２配線と電気的に接続されたもので、前記第１配線と前記第２配線との交差領域にトンネル絶縁層を強磁性体で挟んで構成されるトンネル磁気抵抗素子とを備えたもので、
前記強磁性体のスピン方向が平行もしくは反平行によって抵抗値が変化することを利用して情報を記憶する不揮発性の磁気メモリ装置において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器が設けられていて、
前記第２配線の側面に形成された前記高透磁率層の少なくとも一方は前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。 - 第１配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、
前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記高透磁率層を前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面にも形成する
ことを特徴とする請求項１５記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記高透磁率層を、前記第１配線に対して絶縁膜を介して形成する
ことを特徴とする請求項１５記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記高透磁率層を、前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面にも絶縁膜を介して形成する
ことを特徴とする請求項１７記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、
前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、
前記磁束集中器を形成する工程は、前記トンネル磁気抵抗素子を形成した後、前記トンネル磁気抵抗素子を埋め込むように絶縁膜を形成し、前記トンネル磁気抵抗素子上の前記絶縁膜に前記第２配線を形成するための配線溝を形成し、その配線溝の側壁に高透磁率サイドウォールを形成し、その後は溝を埋め込むように前記第２配線を形成し、その後前記高透磁率サイドウォールに接続するように前記第２配線上に高透磁率層を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、
前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第１配線を形成した後に、
前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程
を備えたことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１配線を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線と電気的に絶縁されたトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる第１磁束集中器を形成する工程と、
前記第１配線を形成した後に、
前記第１配線と前記トンネル磁気抵抗素子との間および前記トンネル磁気抵抗素子の側面側に、絶縁膜を介して、高透磁率層からなる第２磁束集中器を形成する工程と
を備えたことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記第１磁束集中器の高透磁率層を、前記第１配線に対して絶縁膜を介して形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記第１配線の両側面に形成される前記第１磁束集中器の高透磁率層の少なくとも一方を前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記第１磁束集中器の高透磁率層を、前記第１配線に対して絶縁膜を介して形成する
ことを特徴とする請求項２６記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１配線を形成する工程と、
前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１配線上に前記スイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
少なくとも、前記第１配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、
前記第１配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第１配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 前記高透磁率層を前記トンネル磁気抵抗素子側の前記第1配線表面にも形成する
ことを特徴とする請求項２８記載の磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線とスイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、
前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線とスイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子側の表面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなる磁束集中器を形成する工程を備え、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。 - 第１の配線を形成する工程と、
前記第１配線上にスイッチング素子を形成する工程と、
トンネル絶縁層を強磁性体で挟んでなるもので前記第１の配線とスイッチング素子を介して接続されるトンネル磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記トンネル磁気抵抗素子と電気的に接続するもので前記トンネル磁気抵抗素子を間にして前記第１配線と立体的に交差する第２配線を形成する工程と
を備えた不揮発性の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記第２配線の両側面および前記トンネル磁気抵抗素子に対向する面とは反対側の面に高透磁率層からなり、
前記第２配線の両側面に形成される前記高透磁率層の少なくとも一方を前記第２配線より前記トンネル磁気抵抗素子側に突き出した状態に形成する磁束集中器を形成する工程を備え、
前記磁束集中器を形成する工程は、前記第２配線を形成する際に前記第２配線上に絶縁膜を介して高透磁率層を載せた状態で形成した後、前記第２配線の両側下部の前記トンネル磁気抵抗素子が埋め込まれるように形成された絶縁膜を前記トンネル磁気抵抗素子の記憶層の深さまでエッチングし、その後前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された絶縁膜に接続する絶縁膜サイドウォールを形成し、さらに前記第２配線の両側面に前記第２配線上に形成された高透磁率層に接続する高透磁率サイドウォールを形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
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