JP4678447B2 - 不揮発性磁気メモリ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、不揮発性磁気メモリ装置、及び、係る不揮発性磁気メモリ装置を製造する際に使用されるフォトマスクに関する。
情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これらを構成するメモリやロジック等の各種半導体装置には、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要請されている。特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークとが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリによって重要な情報を保存、保護することができる。また、最近の携帯機器は不要の回路ブロックをスタンバイ状態とし、出来る限り消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、電源を投入すると瞬時に起動できる「インスタント・オン」機能も、高速、且つ、大容量の不揮発性メモリが実現できれば可能となる。
不揮発性メモリとして、半導体材料を用いたフラッシュメモリや、強誘電体材料を用いた強誘電体型不揮発性半導体メモリ（ＦＥＲＡＭ，Ferroelectric Random Access Memory）等を挙げることができる。しかしながら、フラッシュメモリは、書込み速度がマイクロ秒のオーダーであり、書込み速度が遅いという欠点がある。一方、ＦＥＲＡＭにおいては、書換え可能回数が１０12〜１０14であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭをＦＥＲＡＭに置き換えるにはＦＥＲＡＭの書換え可能回数が十分とは云えず、また、強誘電体層の微細加工が難しいという問題が指摘されている。
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる不揮発性磁気メモリ素子が注目されている。初期のＭＲＡＭは、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果を用いたスピンバルブをベースにしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０〜１００Ωと低いため、読み出し時のビット当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。
一方、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance）効果を用いたＭＲＡＭは、開発初期においては、抵抗変化率が室温で１〜２％程度しかなかったが、近年、２０％近くの抵抗変化率が得られるようになり、ＴＭＲ効果を用いたＭＲＡＭに注目が集まっている。ＴＭＲタイプのＭＲＡＭは、構造が単純で、スケーリングも容易であり、また、磁気モーメントの回転により記録を行うために、書換え可能回数が大である。更には、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で動作可能であると云われている。
ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ（以下、単に、ＭＲＡＭと呼ぶ）の模式的な一部断面図を、図６に示す。このＭＲＡＭは、ＭＯＳ型ＦＥＴから成る選択用トランジスタＴＲに接続されたトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪから構成されている。
トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪは、第１の強磁性体層３１、トンネル絶縁膜３４、第２の強磁性体層３５の積層構造を有する。第１の強磁性体層３１は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層３２と強磁性体層（固着層、磁化固定層３３とも呼ばれる）との２層構成を有し、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気的異方性を有する。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層３５は、自由層あるいは記録層とも呼ばれる。尚、以下の説明において、第２の強磁性体層を記録層３５と呼ぶ場合がある。トンネル絶縁膜３４は、記録層３５と磁化固定層３３との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。ＭＲＡＭとＭＲＡＭを接続するビット線ＢＬは、上層層間絶縁層２６上に形成されている。ビット線ＢＬと記録層３５との間に設けられたトップコート膜３６は、ビット線ＢＬを構成する原子と記録層３５を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、記録層３５の酸化防止を担っている。図中、参照番号３７は、反強磁性体層３２の下面に接続された引き出し電極を示す。
更には、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの下方には、下層層間絶縁層２４を介して書込みワード線ＲＷＬが配置されている。尚、書込みワード線ＲＷＬの延びる方向（第１の方向）とビット線ＢＬの延びる方向（第２の方向）とは、通常、直交している。
一方、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１によって囲まれたシリコン半導体基板１０の部分に形成されており、層間絶縁層２１によって覆われている。そして、一方のソース／ドレイン領域１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２、ランディングパッド部２３、タングステンプラグから成る接続孔２５を介して、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの引き出し電極３７に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、タングステンプラグ１５を介してセンス線１６に接続されている。図中、参照番号１２はゲート電極を示し、参照番号１３はゲート絶縁膜を示す。
ＭＲＡＭアレイにあっては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬから成る格子の交点（重複領域）にＭＲＡＭが配置されている。
このような構成のＭＲＡＭへのデータの書込みにおいては、ビット線ＢＬに正方向あるいは負方向の電流を流し、且つ、書込みワード線ＲＷＬに一定方向の電流を流し、その結果生成される合成磁界によって第２の強磁性体層（記録層３５）の磁化の方向を変えることで、第２の強磁性体層（記録層３５）に「１」又は「０」を記録する。
一方、データの読出しは、選択用トランジスタＴＲをオン状態とし、ビット線ＢＬに電流を流し、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化をセンス線１６にて検出することにより行う。記録層３５と磁化固定層３３の磁化方向が等しい場合、低抵抗となり（この状態を例えば「０」とする）、記録層３５と磁化固定層３３の磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる（この状態を例えば「１」とする）。
データの読出しにおいては、各々のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの面積（投影面積）を出来る限り均一にして記録層３５の抵抗値のバラツキを抑えることが、データ読出しバラツキ低減に繋がり、製造歩留が向上する。記録層３５の抵抗値の分布の一例を図１９に示す。このように抵抗変化率を出来る限り一定とし、抵抗値の分散幅（バラツキ）を抑えることによって、ＭＲＡＭの動作マージンが大きくなるし、高い製造歩留を達成することができる。また、逆に、設計上の動作マージンを同じとした場合、信号電圧が大きく取れ、高速動作が可能となる。
一方、データ書込みにおいては、各々のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪのスイッチング磁界（ＨSwitch）の分散幅（バラツキ）を抑えることが、大容量メモリに必要不可欠である。
図２０に、米国特許第６０８１４４５号に開示されたＭＲＡＭのアステロイド曲線を示す。ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果発生する合成磁界に基づき、ＭＲＡＭを構成するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにデータを書き込む。ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層３５の磁化容易軸方向の磁界（ＨEA）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層３５の磁化困難軸方向の磁界（ＨHA）が形成される。尚、ＭＲＡＭの構成にも依るが、ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層３５の磁化困難軸方向の磁界（ＨHA）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層３５の磁化容易軸方向の磁界（ＨEA）が形成される場合もある。
アステロイド曲線は、合成磁界（記録層３５に加わる磁界ＨHAと磁界ＨEAの磁界ベクトルの合成）による記録層３５の磁化方向の反転閾値を示しており、アステロイド曲線の外側（ＯＵＴ1，ＯＵＴ2）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層３５の磁化方向の反転が起こり、データの書込みが行われる。一方、アステロイド曲線の内部（ＩＮ）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層３５の磁化方向の反転は生じない。また、電流を流している書込みワード線ＲＷＬ及びビット線ＢＬの交点以外のＭＲＡＭにおいても、書込みワード線ＲＷＬ若しくはビット線ＢＬ単独で発生する磁界が加わるため、この磁界の大きさがスイッチング磁界（ＨSwitch）以上の場合［図２０における点線の外側の領域（ＯＵＴ2）］、交点以外のＭＲＡＭを構成する記録層３５の磁化方向も反転してしまう。それ故、合成磁界がアステロイド曲線の外側であって図２０の点線の内側の領域（ＯＵＴ1）内にある場合のみに、選択されたＭＲＡＭに対する選択書込みが可能となる。
より具体的には、データ書込みにおいては、上述のように、ビット線ＢＬと書込みワード線ＲＷＬとに電流を流して合成磁界を生成させるが、この合成磁界の大きさがアステロイド曲線の少し外側となるように設定し、この合成磁界の半分程度を、それぞれ、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬによって生成させる。尚、このような状態を「半選択」状態と呼ぶ。このような「半選択」状態とすることで、電流が流されているビット線ＢＬと電流が流されている書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれる。一方、電流が流されているビット線ＢＬと電流が流されていない書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ、あるいは、電流が流されていないビット線ＢＬと電流が流されている書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれない。尚、このようなトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪを、便宜上、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪと呼ぶ。
米国特許第６０８１４４５号 米国特許公報６５４５９０６Ｂ１ 米国特許公報６６３３４９８Ｂ１
S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990)
ところが、本来、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれないにも拘わらず、スイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキが大きい場合、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにデータが書き込まれる場合がある。即ち、図２１に示すように、スイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキが大きい場合、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの書込みマージンが小さくなり、大容量メモリを実現できなくなってしまう。それ故、スイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキを最小に抑えることが重要であり、このバラツキ抑制がデータ書込みマージンの拡大に繋がる。
ところで、このようなスイッチング磁界（ＨSwitch）の大きさは、主に、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に、記録層３５の平面形状）における形状異方性や磁気的異方性によって支配されている。従って、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に、記録層３５の平面形状）は、磁気特性、ひいては、「０」，「１」のデータ書込み動作を制御する大きな要因となっている。スイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキを低減させるために、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状を、図２２に（Ａ）〜（Ｆ）に示すような種々の平面形状とすることが周知である。しかしながら、これらの平面形状にあっても、スイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキ低減は十分であるとは云い難い。即ち、広くは、磁気抵抗素子へのデータ書込みマージンが十分であるとは言い難い。
従って、本発明の目的は、例えば、トンネル磁気抵抗素子のスイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキ低減を可能とするような、広くは、データ書込みマージンに十分なる余裕を与え得るような、磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置、及び、このような磁気抵抗素子を製造するためのリソグラフィ工程において使用されるフォトマスクを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置は、強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置である。
そして、本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、菱形疑似形状から成り、
菱形疑似形状を構成する４つの辺の内の少なくとも２つの辺のそれぞれは、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
記録層の磁化容易軸は、菱形疑似形状の長軸と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、菱形疑似形状の短軸と略平行であり、
記録層の平面形状を構成する各辺は、相互に滑らかに結ばれていることを特徴とする。
ここで、「菱形疑似形状」とは、巨視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状が以下の形状を有することを意味する。即ち、反時計周りに４つの辺を辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃ、辺Ｄで表したとき、４つの辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを線分で近似し、辺Ａに対向する線分の長さをＬa、辺Ｂに対向する線分の長さをＬb、辺Ｃに対向する線分の長さをＬc、辺Ｄに対向する線分の長さをＬdとしたとき、Ｌa＝Ｌb＝Ｌc＝Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa≒Ｌb≒Ｌc≒Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa＝Ｌb≠Ｌc＝Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa≒Ｌb≠Ｌc≒Ｌdを満足する形状であるが、微視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状を構成する少なくとも２辺（最大、４辺）は曲線から構成されている図形であることを意味する。
ここで、一般に、実変数関数Ｆ（Ｘ）が区間ａ＜Ｘ＜ｂの各点で連続な微係数を持つ場合に、Ｆ（Ｘ）はその区間で「滑らか」又は「連続的微分可能」であるという。また、「略平行」であるとは、２本の線分あるいは直線が、交差していない、あるいは、交差角度が±２０度の範囲内にあることを意味する。また、「略直交」するとは、２本の線分あるいは直線が、直交している、あるいは、交差角度が９０度±２０度の範囲内にあることを意味する。更には、「略線対称」であるとは、記録層を対称軸に沿って折り曲げたとき、折り曲げられた２つの記録層の部分が完全に重なり合う場合だけでなく、記録層の製造プロセスにおけるバラツキに起因して折り曲げられた２つの記録層の部分が完全には重なり合わない場合も包含する。また、「中心点」とは、図形の重心点を意味する。以下の説明においても、「滑らか」、「略平行」、「略線対称」、「中心点」を、このような意味で用いる。
本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、菱形疑似形状の長軸の長さを２ＬL、短軸の長さを２ＬSとしたとき、１．０＜ＬL／ＬS≦１０、好ましくは１．２≦ＬL／ＬS≦３．０を満足することが望ましい。また、菱形疑似形状の長軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、菱形疑似形状の短軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／ＬS＜１．０、好ましくは０．２≦ｒL／ＬS≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬL≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬL≦５を満足することが望ましい。
本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、中央部が湾曲した滑らかな曲線から構成された辺のそれぞれには、少なくとも２つの変曲点が存在する態様とすることが好ましい。
このような好ましい態様を含む本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、菱形疑似形状の長軸によって菱形疑似形状を２つの領域に分割したとき、中央部が湾曲した滑らかな曲線から構成された２つの辺は、一方の領域に属する構成とすることが望ましい。
あるいは又、このような好ましい態様を含む本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、４つの辺のそれぞれは、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る構成とすることが望ましい。
あるいは又、このような好ましい態様を含む本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、菱形疑似形状の短軸に関して略線対称である構成とすることが望ましい。尚、このような構成には、菱形疑似形状を構成する４つの辺の内の２つの辺のそれぞれが、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る場合、及び、菱形疑似形状を構成する４つの辺の全てのそれぞれが、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る場合が包含される。更には、記録層の平面形状は、菱形疑似形状の長軸に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、４つの辺から構成されており、
４つの辺の内の少なくとも２つの辺は滑らかな曲線から構成されており、
長軸、及び、長軸の二等分点で長軸と直交する短軸を有し、長軸が記録層の磁化容易軸と略平行であり、短軸が記録層の磁化困難軸と略平行である仮想菱形に、記録層の平面形状は内接しており、
滑らかな曲線から構成された辺は、仮想菱形の対応する辺と少なくとも２点で接しており、
記録層の平面形状を構成する各辺は、相互に滑らかに結ばれていることを特徴とする。
ここで、「仮想菱形」にあっては、反時計周りに仮想菱形の４つの辺を辺Ａ（長さＬa）、辺Ｂ（長さＬb）、辺Ｃ（長さＬc）、辺Ｄ（長さＬd）で表したとき、Ｌa＝Ｌb＝Ｌc＝Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa≒Ｌb≒Ｌc≒Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa＝Ｌb≠Ｌc＝Ｌdを満足し、あるいは又、Ｌa≒Ｌb≠Ｌc≒Ｌdを満足している。
本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、長軸の長さを２Ｌi-L、短軸の長さを２Ｌi-Sとしたとき、１．０＜Ｌi-L／Ｌi-S≦１０、好ましくは１．２≦Ｌi-L／Ｌi-S≦３．０を満足することが望ましい。また、仮想菱形の長軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、仮想菱形の短軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／Ｌi-S＜１．０、好ましくは０．２≦ｒL／Ｌi-S≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／Ｌi-L≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／Ｌi-L≦５を満足することが望ましい。更には、滑らかな曲線から構成された辺の区間０＜Ｘ＜Ｘ1（次に説明する）において、滑らかな曲線から構成された辺と、この辺に対応する仮想菱形の辺との間の最大距離をＤMAXとしたとき、０＜ＤMAX≦Ｘ1／２、好ましくはＸ1／３０≦ＤMAX≦Ｘ1／３を満足することが望ましい。
本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された各辺において、
（ａ）仮想菱形の辺に接する少なくとも２点の内、仮想菱形の短軸に最も近い所に位置する点をガウス座標の原点（０，０）、
（ｂ）仮想菱形の辺に接する少なくとも２点の内、仮想菱形の長軸に最も近い所に位置する点を（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想菱形の短軸との交点を（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想菱形の長軸との交点を（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
としたときであって、
辺を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想菱形における長軸と短軸の交点が第３象限若しくは第４象限に位置するとしたとき、
実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、
実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、少なくとも２カ所の変曲点を有する態様とすることが好ましい。
このような好ましい態様を含む本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、仮想菱形の短軸に関して略線対称である構成とすることが望ましい。尚、このような構成には、記録層の平面形状を構成する４つの辺の内の２つが滑らかな曲線から成る場合、及び、４つの辺の全てが滑らかな曲線から成る場合が包含される。あるいは又、記録層の平面形状において、４つの辺は滑らかな曲線から構成されており、記録層の平面形状は、仮想菱形の短軸に関して略線対称であり、且つ、仮想菱形の長軸に関しても略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、第１形状、及び、第１形状から相対して突出した２つの突出部から構成されており、
２つの突出部は、突出部軸線上に位置しており、
突出部軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、突出部軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
突出部は、円形の一部、楕円形の一部、長円形の一部及び扁平な円形の一部から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
記録層の磁化容易軸は、第１形状軸線と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、突出部軸線と略平行であり、
第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、突出部軸線に沿った２つの突出部の先端部間の距離を２ＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
第１形状の外形線と突出部の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されていることを特徴とする。
本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、（第１形状，突出部）の組合せとして、（楕円形，円形の一部）、（楕円形，楕円形の一部）、（楕円形，長円形の一部）、（楕円形，扁平な円形の一部）、（長円形，円形の一部）、（長円形，楕円形の一部）、（長円形，長円形の一部）、（長円形，扁平な円形の一部）、（扁平な円形，円形の一部）、（扁平な円形，楕円形の一部）、（扁平な円形，長円形の一部）、（扁平な円形，扁平な円形の一部）を挙げることができる。
本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、１．０＜ＬL／ＬS≦１０、好ましくは１．２≦ＬL／ＬS≦３．０を満足することが望ましい。また、第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、突出部軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／ＬS＜１．０、好ましくは０．２≦ｒL／ＬS≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬL≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬL≦５を満足することが望ましい。
本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、突出部軸線に関して略線対称である構成とすることができる。尚、このような構成には、２つの突出部が第１形状軸線に関して略線対称である場合、及び、線対称では無い場合が包含される。あるいは又、記録層の平面形状は、突出部軸線に関して略線対称であり、且つ、第１形状軸線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、第１形状と、第１形状の中心点と中心点が一致した第２形状とが、第１形状から第２形状が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第１形状の中心点を通る第１形状軸線と第２形状の中心点を通る第２形状軸線とは直交しており、
第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
第２形状は、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
記録層の磁化容易軸は、第１形状軸線と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、第２形状軸線と略平行であり、
第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、第２形状軸線に沿った第２形状の長さを２ＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
第１形状の外形線と第２形状の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されていることを特徴とする。
本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、（第１形状，第２形状）の組合せとして、（楕円形，円形）、（楕円形，楕円形）、（楕円形，長円形）、（楕円形，扁平な円形）、（長円形，円形）、（長円形，楕円形）、（長円形，長円形）、（長円形，扁平な円形）、（扁平な円形，円形）、（扁平な円形，楕円形）、（扁平な円形，長円形）、（扁平な円形，扁平な円形）を挙げることができる。
本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、１．０＜ＬL／ＬS≦１０、好ましくは１．２≦ＬL／ＬS≦３．０を満足することが望ましい。また、第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、第２形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／ＬS＜１．０、好ましくは０．２≦ｒL／ＬS≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬL≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬL≦５を満足することが望ましい。
本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、第２形状軸線に関して略線対称である構成とすることができる。尚、このような構成には、第２形状の２つの突出領域が第１形状軸線に関して略線対称である場合、及び、線対称では無い場合が包含される。あるいは又、記録層の平面形状は、第２形状軸線に関して略線対称であり、且つ、第１形状軸線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、二等辺三角形疑似形状から成り、
二等辺三角形疑似形状の斜辺は、二等辺三角形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の長さは、二等辺三角形疑似形状の仮想高さよりも長く、
記録層の磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、
記録層の平面形状を構成する各辺は、相互に滑らかに結ばれていることを特徴とする。
ここで、「二等辺三角形疑似形状」とは、巨視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状が以下の形状を有することを意味する。即ち、２つの斜辺Ａ，Ｂを線分で近似し、斜辺Ａに対向する線分の長さをＬa、斜辺Ｂに対向する線分の長さをＬbとしたとき、Ｌa＝Ｌbを満足し、あるいは又、Ｌa≒Ｌbを満足する形状であるが、微視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状を構成する２つの斜辺は曲線から構成されている図形であることを意味する。
本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の長さを２ＬB、仮想高さをＨ、二等辺三角形疑似形状の斜辺と底辺とが滑らかに結ばれている部分における記録層の平面形状の平均曲率半径をｒL、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとする。ここで、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点とは、仮想底辺の垂直二等分線と、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺が１本に結ばれた曲線とが交わる点を指す。また、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺とは、二等辺三角形疑似形状の底辺を直線で近似したとき（この直線を底辺近似直線と呼ぶ）、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点側であって、この底辺近似直線から距離ｒLだけ離れた点を通る底辺近似直線と平行な仮想線を指す。更には、仮想底辺の長さ２ＬBとは、二等辺三角形疑似形状の斜辺と底辺とが滑らかに結ばれている部分における記録層の平面形状とこの仮想底辺との交点の間の距離と定義する。また、仮想高さＨとは、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点から仮想底辺までの距離と定義する。そして、この場合、１．０＜ＬB／Ｈ≦１０、好ましくは１．２≦ＬB／Ｈ≦３．０を満足することが望ましい。また、０．１≦ｒL／Ｈ≦１．０、好ましくは０．２≦ｒL／Ｈ≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬB≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬB≦５を満足することが望ましい。
本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、二等辺三角形疑似形状の斜辺には、少なくとも２つの変曲点が存在する態様とすることが好ましい。あるいは又、記録層の平面形状は、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の垂直二等分線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、３つの辺から構成されており、
３つの辺の内の少なくとも２つの辺は滑らかな曲線から構成されており、
仮想底辺の長さが２Ｌi-Bであり、仮想高さがＨi［但し、Ｈi＜Ｌi-B］であり、底辺が記録層の磁化容易軸と略平行であり、底辺に対する垂線が記録層の磁化困難軸と略平行である仮想二等辺三角形に、記録層の平面形状は内接しており、
滑らかな曲線から構成された辺は、仮想二等辺三角形の対応する斜辺と少なくとも２点で接しており、
記録層の平面形状を構成する各辺は、相互に滑らかに結ばれていることを特徴とする。
本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、仮想二等辺三角形の底辺に対応する記録層の平面形状を構成する辺と仮想二等辺三角形の斜辺に対応する記録層の平面形状を構成する辺とが滑らかに結ばれる部分における記録層の平面形状の平均曲率半径をｒLとしたとき、仮想二等辺三角形の仮想底辺とは、仮想二等辺三角形の底辺から、仮想二等辺三角形の２つの斜辺の交点側であって、仮想二等辺三角形の底辺から距離ｒLだけ離れた点を通る仮想二等辺三角形の底辺と平行な仮想線を指す。また、仮想底辺の長さ２Ｌi-Bとは、この仮想底辺と仮想二等辺三角形の２つの斜辺の交点の間の距離と定義する。また、仮想高さＨiとは、仮想二等辺三角形の２つの斜辺の交点から仮想底辺までの距離と定義する。そして、本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、１．０＜Ｌi-B／Ｈi≦１０、好ましくは１．２≦Ｌi-B／Ｈi≦３．０を満足することが望ましい。また、仮想二等辺三角形の２つの斜辺の交点における角の二等分線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／Ｈi≦１．０、好ましくは０．２≦ｒL／Ｈi≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／Ｌi-B≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／Ｌi-B≦５を満足することが望ましい。更には、滑らかな曲線から構成された辺の区間０＜Ｘ＜Ｘ1（次に説明する）において、滑らかな曲線から構成された辺と、この辺に対応する仮想二等辺三角形の斜辺との間の最大距離をＤMAXとしたとき、０＜ＤMAX≦Ｘ1／２、好ましくはＸ1／３０≦ＤMAX≦Ｘ1／３を満足することが望ましい。
本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された各辺において、
（ａ）仮想二等辺三角形の斜辺に接する少なくとも２点の内、２つの斜辺の交点に最も近い所に位置する点をガウス座標の原点（０，０）、
（ｂ）仮想二等辺三角形の斜辺に接する少なくとも２点の内、斜辺と底辺との交点に最も近い所に位置する点を（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線との交点を（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想二等辺三角形の仮想底辺との交点を（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
としたときであって、
辺を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線と底辺との交点が第３象限若しくは第４象限に位置するとしたとき、
実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、
実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、少なくとも２カ所の変曲点を有する態様とすることが好ましい。
このような好ましい態様を含む本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、第１形状、及び、第１形状から突出した１つの突出部から構成されており、
突出部は、突出部軸線上に位置しており、
突出部軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、突出部軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
突出部は、円形の一部、楕円形の一部、長円形の一部及び扁平な円形の一部から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
記録層の磁化容易軸は、第１形状軸線と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、突出部軸線と略平行であり、
第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、突出部軸線に沿った突出部の先端部から第１形状の中心点までの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
第１形状の外形線と突出部の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されていることを特徴とする。
本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、（第１形状，突出部）の組合せとして、（楕円形，円形の一部）、（楕円形，楕円形の一部）、（楕円形，長円形の一部）、（楕円形，扁平な円形の一部）、（長円形，円形の一部）、（長円形，楕円形の一部）、（長円形，長円形の一部）、（長円形，扁平な円形の一部）、（扁平な円形，円形の一部）、（扁平な円形，楕円形の一部）、（扁平な円形，長円形の一部）、（扁平な円形，扁平な円形の一部）を挙げることができる。
本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、１．０＜ＬL／ＬS≦１０、好ましくは１．２≦ＬL／ＬS≦３．０を満足することが望ましい。また、第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、突出部軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／ＬS≦１．０、好ましくは０．２≦ｒL／ＬS≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬL≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬL≦５を満足することが望ましい。
本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、突出部軸線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
また、本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、
記録層の平面形状は、第１形状と第２形状とが、第１形状から第２形状が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第２形状は、第２形状軸線上に位置しており、
第２形状軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
第２形状は、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
記録層の磁化容易軸は、第１形状軸線と略平行であり、
記録層の磁化困難軸は、第２形状軸線と略平行であり、
第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、第２形状軸線に沿った第２形状の先端部から第１形状の中心点までの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
第１形状の外形線と第２形状の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されていることを特徴とする。
本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置において、（第１形状，第２形状）の組合せとして、（楕円形，円形）、（楕円形，楕円形）、（楕円形，長円形）、（楕円形，扁平な円形）、（長円形，円形）、（長円形，楕円形）、（長円形，長円形）、（長円形，扁平な円形）、（扁平な円形，円形）、（扁平な円形，楕円形）、（扁平な円形，長円形）、（扁平な円形，扁平な円形）を挙げることができる。
本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置においては、１．０＜ＬL／ＬS≦１０、好ましくは１．２≦ＬL／ＬS≦３．０を満足することが望ましい。また、第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒL、第２形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、０．１≦ｒL／ＬS≦１．０、好ましくは０．２≦ｒL／ＬS≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒS／ＬL≦１０、好ましくは０．２≦ｒS／ＬL≦５を満足することが望ましい。
本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、記録層の平面形状は、第２形状軸線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。
上述した本発明の第１の態様〜第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における記録層の平面形状を、便宜上、サターン型（土星型）と呼ぶ。
上述した各種の好ましい形態や構成を含む本発明の第１の態様〜第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置にあっては、具体的には、不揮発性磁気メモリ装置として、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置、あるいは、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を挙げることができる。
トンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置においては、具体的には、磁気抵抗素子は、下から、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有するトンネル磁気抵抗素子から成り；記録層（自由層とも呼ばれる）は第２の強磁性体層を構成する構造を有する。
そして、更には、第１の強磁性体層の下方には、下層層間絶縁層を介して形成され、第１の方向に延び、導電体層から成り、第１の強磁性体層とは電気的に絶縁された第１の配線が設けられており；第２の強磁性体層の上方には、上層層間絶縁層を介して形成され、第１の方向とは異なる第２の方向に延び、導電体層から成り、第２の強磁性体層と電気的に接続され、若しくは、第２の強磁性体層とは電気的に絶縁された第２の配線が設けられている構造とすることができる。
そして、更には、第１の配線の下方に、層間絶縁層を介して設けられた電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタを更に有し；第１の強磁性体層は、選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域に電気的に接続されている構造とすることができる。
即ち、トンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置は、例えば、具体的には、限定するものではないが、
半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
選択用トランジスタを覆う層間絶縁層、
下層層間絶縁層、並びに、
上層層間絶縁層、
を備え、
書込みワード線は、下層層間絶縁層上に形成されており、
下層層間絶縁層は、書込みワード線及び層間絶縁層上を覆い、
第１の強磁性体層は、下層層間絶縁層上に形成されており、
上層層間絶縁層は、トンネル磁気抵抗素子及び下層層間絶縁層を覆い、
第１の強磁性体層の延在部、あるいは、第１の強磁性体層から下層層間絶縁層上を延びる引き出し電極が、下層層間絶縁層及び層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部）を介して選択用トランジスタに電気的に接続されており、
ビット線が上層層間絶縁層上に形成されている構成とすることができる。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るフォトマスクは、
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、菱形疑似形状であり、
（Ｃ）菱形疑似形状を構成する辺は、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸は、菱形疑似形状の長軸と略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸は、菱形疑似形状の短軸と略平行であり、且つ、
（Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第１形状と第２形状とから成り、
第１形状と、第１形状の中心点と中心点が一致した第２形状とが、第１形状から第２形状が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第１形状の中心点を通る第１形状軸線と第２形状の中心点を通る第２形状軸線とは直交しており、
第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌp-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-1S［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第２形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。
尚、第１形状から第２形状が２箇所において突出しているが、第１形状からの第２形状の一方の突出領域の形状と、第１形状からの第２形状の他方の突出領域の形状とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。前者の場合、記録層の平面形状は、例えば、菱形疑似形状の短軸に関して略線対称であり、且つ、菱形疑似形状の長軸に関しても略線対称となる。一方、後者の場合、記録層の平面形状は、例えば、菱形疑似形状の短軸に関してのみ略線対称となる。
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るフォトマスクは、
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
（Ｃ）二等辺三角形疑似形状の斜辺は、二等辺三角形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、且つ、
（Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第１形状と第２形状とから成り、
第１形状と第２形状とが、第１形状から第２形状が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第２形状は、第２形状軸線上に位置しており、
第２形状軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌp-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-1S［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った第２形状の先端部から第１形状の中心点までの距離がＬp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第１形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るフォトマスクにおいて、（第１形状，第２形状）の組合せとして、（正多角形，正多角形）、（正多角形，円形）、（正多角形，楕円形）、（正多角形，長円形）、（正多角形，扁平な円形）、（楕円形，正多角形）、（楕円形，円形）、（楕円形，楕円形）、（楕円形，長円形）、（楕円形，扁平な円形）、（長円形，正多角形）、（長円形，円形）、（長円形，楕円形）、（長円形，長円形）、（長円形，扁平な円形）、（扁平な円形，正多角形）、（扁平な円形，円形）、（扁平な円形，楕円形）、（扁平な円形，長円形）、（扁平な円形，扁平な円形）を挙げることができる。
ウエハ上に形成されたレジスト材料に対して露光光によりパターンを形成するとき、縮小投影に使用されるものをレチクル、一対一投影に使用されるものをマスクと称したり、あるいは原盤に相当するものをレチクル、それを複製したものをマスクと称したりすることがあるが、本明細書においては、このような種々の意味におけるレチクルやマスクを総称してフォトマスクと呼ぶ。
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るフォトマスクにあっては、第２形状は１つに限定されず、２つ以上の第２形状と第１形状とを組み合せてもよい。
本発明の第３の態様、第４の態様、第７の態様あるいは第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置、あるいは又、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るフォトマスクにおける第１形状、第２形状あるいは突出部の形状において、長円形とは、２つの半円と、２本の線分とが組み合わされた図形である。また、扁平な円形とは、円形を一方向から押し潰したような図形である。更には、第１形状を構成する正多角形には、長方形、正５角形以上の正多角形、頂点が丸みを帯びた長方形、頂点が丸みを帯びた正５角形以上の正多角形が含まれ、第２形状を構成する正多角形には、正方形、長方形、正５角形以上の正多角形、頂点が丸みを帯びた正方形、頂点が丸みを帯びた長方形、正５角形以上の頂点が丸みを帯びた正多角形が含まれる。尚、円形、楕円形だけでなく、放物線、双曲線も含むことができ、これらを広くは２次関数あるいは３次以上の関数で表現し得る図形と言い換えることもできるし、更には、楕円形と線分との組合せ、放物線と線分との組合せ、双曲線と線分との組合せ、広くは、２次関数と１次関数との組合せ、あるいは３次以上の関数と１次関数との組合せを含むことができる。
また、本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における菱形疑似形状を構成するところの辺における中央部が湾曲した滑らかな曲線の部分、本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における二等辺三角形疑似形状を構成するところの斜辺における中央部が湾曲した滑らかな曲線の部分、本発明の第２の態様若しくは第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における滑らかな曲線から構成された辺における中央部、本発明の第３の態様若しくは第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における第１形状の外形線と突出部の外形線とが交わる部分を構成する滑らかな曲線、本発明の第４の態様若しくは第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における第１形状の外形線と第２形状の外形線とが交わる部分を構成する滑らかな曲線にあっては、滑らかな凹凸部が設けられていてもよい。
不揮発性磁気メモリ装置を、上述した構造を有するＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置とする場合、第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、反強磁性体層と強磁性体層（固着層あるいは磁化固定層とも呼ばれる）との２層構成を有していることが好ましく、これによって、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気的異方性を有することができる。尚、磁化固定層がトンネル絶縁膜と接する。あるいは又、磁化固定層は、より具体的には、例えば、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）を有する多層構造（例えば、強磁性体材料層／金属層／強磁性体材料層)とすることもできる。合成反強磁性結合に関しては、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。記録層（第２の強磁性体層あるいは自由層）においては、磁化方向が比較的容易に回転する。トンネル絶縁膜は、記録層（第２の強磁性体層あるいは自由層）と磁化固定層との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。
強磁性体層（固着層、磁化固定層）及び第２の強磁性体層（記録層、自由層）は、例えば、遷移金属磁性元素、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）から構成された強磁性体、あるいはこれらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）を主成分とする強磁性体から構成することができる。また、所謂ハーフメタリック強磁性体材料や、ＣｏＦｅ−Ｂといったアモルファス強磁性体材料を用いることもできる。反強磁性体層を構成する材料として、例えば、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物を挙げることができる。これらの層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）にて形成することができる。
トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料として、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物を挙げることができ、更には、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳを挙げることができる。トンネル絶縁膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、酸化アルミニウムをスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。あるいは又、トンネル絶縁膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成することができる。
積層構造のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やイオンミリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。また、場合によっては、所謂リフトオフ法にてパターニングを行うこともできる。
書込みワード線やビット線は、例えば、アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ等のアルミニウム系合金、銅（Ｃｕ）から成り、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。
接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。
選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴから構成することができる。
層間絶縁層や下層層間絶縁層、上層層間絶縁層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧあるいはＬＴＯを例示することができる。
本発明の第１の態様〜第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置における記録層の平面形状をサターン型（土星型）とすることによって、理由は明確でないものの、スイッチング磁界ＨSwitchのバラツキを大きく低減させることができる。特に、リソグラフィ工程におけるバラツキ、ＲＩＥ法やイオンミリング法といったエッチング法を採用したときの加工バラツキ、エッチングや後処理（エッチング時、例えば塩素系ガスを用いた場合の洗浄処理等）に起因して磁気抵抗素子にダメージが発生した場合にあっても、スイッチング磁界ＨSwitchのバラツキを大きく低減させることができる。その結果、例えば、大きな書き込み動作ウインドを有するアステロイド特性を得ることができるので、不揮発性磁気メモリ装置間におけるバラツキを抑制することができ、高性能、高集積の不揮発性磁気メモリ装置を実現することができる。
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るフォトマスクにおいては、フォトマスクに形成されたパターンが第１形状と第２形状の組合せから構成されているので、所望の平面形状を有する記録層を得るために、高い自由度にて、フォトマスクに形成すべきパターンの設計を行うことができる。尚、第１形状の大きさ、形状と第２形状の大きさ、形状との組合せによって、どのような菱形疑似形状あるいは二等辺三角形疑似形状が得られるかは、各種のシミュレーションを行ったり、実際にフォトマスクにパターンを形成し、係るフォトマスクに基づき記録層をパターニングすることで、決定あるいは評価することができる。
図１は、本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図２は、本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図３は、本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図４は、本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図５は、実施例１における不揮発性磁気メモリ装置に備えられた記録層の平面形状の電子顕微鏡写真、及び、マイナーループ波形の一例を示す図である。 図６は、実施例１のＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。 図７の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、図７の（Ｃ）に引き続き、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。 図９は、本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図１０は、本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図１１は、本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図１２は、本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図である。 図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３におけるフォトマスクに設けられたパターン、及び、このパターンに基づき得られる記録層の平面形状を示す図である。 図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４におけるフォトマスクに設けられたパターン、及び、このパターンに基づき得られる記録層の平面形状を示す図である。 図１５は、スピン注入による磁化反転を応用した磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図１６は、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の変形例の模式的な平面図である。 図１７は、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置における記録層の別の変形例の模式的な平面図である。 図１８の（Ａ）〜（Ｅ）は、光近接効果補正を行ったパターンを示す図である。 図１９は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置を構成する記録層の抵抗値の分布の一例を示す図である。 図２０は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置におけるアステロイド曲線を模式的に示す図である。 図２１は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置におけるアステロイド曲線のスイッチング磁界（ＨSwitch）のバラツキを模式的に示す図である。 図２２の（Ａ）〜（Ｆ）は、従来のＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置におけるトンネル磁気抵抗素子の平面形状を模式的に示す図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
実施例１は、本発明の第１の態様〜第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置に関する。強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた実施例１の不揮発性磁気メモリ装置は、具体的には、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置である。
ここで、本発明の第１の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図１に記録層３５の模式的な平面図を示すように、記録層３５の平面形状（実線で示す）は、４辺ＳＲm（但し、「ｍ」は、１，２，３，４のいずれか）を有する菱形疑似形状から成る。尚、各辺ＳＲmは、記録層３５の平面形状と菱形疑似形状の長軸ＬＸ（長さ２ＬL）との交点ＢＣ，ＡＤ、及び、記録層３５の平面形状と菱形疑似形状の短軸ＳＸ（長さ２ＬS）との交点ＡＢ，ＣＤとによって挟まれた記録層３５の平面形状の部分を指す。そして、菱形疑似形状を構成する４つの辺の内の少なくとも２つの辺（実施例１においては、４辺ＳＲm全て）のそれぞれは、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部ＣＴが湾曲した滑らかな曲線から成る。記録層３５の磁化容易軸（ＥＡ）は、菱形疑似形状の長軸ＬＸ（一点鎖線で表す）と略平行であり、記録層３５の磁化困難軸（ＨＡ）は、菱形疑似形状の短軸ＳＸ（一点鎖線で表す）と略平行である。更には、記録層３５の平面形状を構成する各辺ＳＲmは、相互に滑らかに結ばれている。
尚、中央部ＣＴが湾曲した滑らかな曲線から構成された辺ＳＲmのそれぞれには、少なくとも２つの変曲点が存在する。即ち、辺ＳＲ1には２つの変曲点（Ａ3，Ａ4）が存在する。また、辺ＳＲ2には２つの変曲点（Ｂ3，Ｂ4）が存在する。更には、辺ＳＲ3には２つの変曲点（Ｃ3，Ｃ4）が存在する。また、辺ＳＲ4には２つの変曲点（Ｄ3，Ｄ4）が存在する。尚、図面においては、変曲点を黒丸で示している。
ここで、図１に示すように、記録層３５の平面形状は、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関して略線対称であり、更には、菱形疑似形状の長軸ＬＸに関しても略線対称である。
あるいは又、本発明の第２の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図２に記録層３５の模式的な平面図を示すように、記録層３５の平面形状（実線で示す）は、４つの辺ＳＲmから構成されており、しかも、４つの辺の内の少なくとも２つの辺（実施例１においては、４辺ＳＲm全て）は滑らかな曲線から構成されている。また、記録層３５の平面形状は、仮想菱形（二点鎖線で示す）に内接する。尚、図２においては、内接する点を「×」印で示す。ここで、仮想菱形は、長さ（点ＡＤから点ＢＣまでの距離）２Ｌi-Lの長軸ＬＸ、及び、長軸ＬＸの二等分点Ｏで長軸ＬＸと直交する長さ（点ＡＢから点ＣＤまでの距離）２Ｌi-S［但し、Ｌi-S＜Ｌi-L］の短軸ＳＸを有し、長軸ＬＸが記録層３５の磁化容易軸（ＥＡ）と略平行であり、短軸ＳＸが記録層３５の磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である。更には、滑らかな曲線から構成された辺ＳＲmは、仮想菱形の対応する辺ＴＬmと少なくとも２点（実施例１においては２点）で接する。尚、図２においては、接する点を「×」印で示している。しかも、記録層３５の平面形状を構成する各辺ＳＲmは、相互に滑らかに結ばれている。
記録層３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された辺ＳＲ1において、
（ａ）仮想菱形の辺ＴＬ1に接する２点の内、仮想菱形の短軸ＳＸに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ａ0（０，０）、
（ｂ）仮想菱形の辺ＴＬ1に接する２点の内、仮想菱形の長軸ＬＸに最も近い所に位置する点をＡ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想菱形の短軸ＳＸとの交点をＡＢ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想菱形の長軸ＬＸとの交点をＡＤ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、辺ＳＲ1を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想菱形における長軸ＬＸと短軸ＳＸの交点Ｏが第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ａ3，Ａ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸA3（ＸA3：変曲点Ａ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸA3≦Ｘ≦ＸA4（ＸA4：変曲点Ａ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸA4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
また、記録層３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された辺ＳＲ2において、
（ａ）仮想菱形の辺ＴＬ2に接する２点の内、仮想菱形の短軸ＳＸに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ｂ0（０，０）、
（ｂ）仮想菱形の辺ＴＬ2に接する２点の内、仮想菱形の長軸ＬＸに最も近い所に位置する点をＢ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想菱形の短軸ＳＸとの交点をＡＢ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想菱形の長軸ＬＸとの交点をＢＣ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、辺ＳＲ2を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想菱形における長軸ＬＸと短軸ＳＸの交点Ｏが第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ｂ3，Ｂ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸB3（ＸB3：変曲点Ｂ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸB3≦Ｘ≦ＸB4（ＸB4：変曲点Ｂ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸB4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
また、記録層３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された辺ＳＲ3において、
（ａ）仮想菱形の辺ＴＬ3に接する２点の内、仮想菱形の短軸ＳＸに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ｃ0（０，０）、
（ｂ）仮想菱形の辺ＴＬ3に接する２点の内、仮想菱形の長軸ＬＸに最も近い所に位置する点をＣ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想菱形の短軸ＳＸとの交点をＣＤ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想菱形の長軸ＬＸとの交点をＢＣ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、辺ＳＲ3を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想菱形における長軸ＬＸと短軸ＳＸの交点Ｏが第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ｃ3，Ｃ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸC3（ＸC3：変曲点Ｃ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸC3≦Ｘ≦ＸC4（ＸC4：変曲点Ｃ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸC4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
また、記録層３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された辺ＳＲ4において、
（ａ）仮想菱形の辺ＴＬ4に接する２点の内、仮想菱形の短軸ＳＸに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ｄ0（０，０）、
（ｂ）仮想菱形の辺ＴＬ4に接する２点の内、仮想菱形の長軸ＬＸに最も近い所に位置する点をＤ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想菱形の短軸ＳＸとの交点をＣＤ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想菱形の長軸ＬＸとの交点をＡＤ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、辺ＳＲ4を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想菱形における長軸ＬＸと短軸ＳＸの交点Ｏが第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ｄ3，Ｄ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸD3（ＸD3：変曲点Ｄ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸD3≦Ｘ≦ＸD4（ＸD4：変曲点Ｄ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸD4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
尚、区間ＸS＜Ｘ＜０においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は正の値であり、Ｘ＝０においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は０であり、区間０＜Ｘ＜Ｘ1においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は負の値から、０となり、更に、正の値となる。また、Ｘ＝Ｘ1においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は０であり、区間Ｘ1＜Ｘ＜ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は負の値となる。
更には、区間ＸS＜Ｘ＜ＸA3（あるいは、ＸB3，ＸC3，ＸD3）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は負の値であり、Ｘ＝ＸA3（あるいは、ＸB3，ＸC3，ＸD3）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は０であり、区間ＸA3（あるいは、ＸB3，ＸC3，ＸD3）＜Ｘ＜ＸA4（あるいは、ＸB4，ＸC4，ＸD4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は正であり、Ｘ＝ＸA4（あるいは、ＸB4，ＸC4，ＸD4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は０であり、区間Ｘ＜ＸA4（あるいは、ＸB4，ＸC4，ＸD4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は負の値となる。
また、仮想菱形の長軸ＬＸをｘ軸、短軸ＳＸをｙ軸とするガウス座標を想定したとき、辺ＳＲ1と辺ＳＲ2とを纏めて実変数関数ｆ（ｘ）で表し、辺ＳＲ3と辺ＳＲ4とを纏めて実変数関数ｆ（ｘ）で表したとすれば、実変数関数ｆ（ｘ）は区間ａ＜ｘ＜ｂ（但し、ａは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最小値であり、ｂは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最大値）の各点で連続な微係数を持つ。そして、ｘ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は０であり、ｙ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は∞である。
図２に示した記録層３５にあっても、平面形状は、仮想菱形の短軸ＳＸに関して略線対称であり、且つ、仮想菱形の長軸ＬＸに関しても略線対称である。
あるいは又、本発明の第３の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図３に記録層３５の模式的な平面図を示すように、記録層３５の平面形状は、第１形状３５Ａ（図３には実線で示す）、及び、第１形状３５Ａから相対して突出した２つの突出部３５Ｂ，３５Ｃ（図３には実線で示す）から構成されている。そして、２つの突出部３５Ｂ，３５Ｃは、突出部軸線（図３には一点鎖線で示す）上に位置する。ここで、突出部軸線は第１形状３５Ａの中心点Ｏを通り、且つ、突出部軸線は、第１形状３５Ａの中心点Ｏを通る第１形状軸線（図３には一点鎖線で示す）と直交している。また、記録層３５の磁化容易軸（ＥＡ）は第１形状軸線と略平行であり、磁化困難軸（ＨＡ）は突出部軸線と略平行である。更には、第１形状軸線に沿った第１形状３５Ａの長さを２ＬL、突出部軸線に沿った２つの突出部３５Ｂ，３５Ｃの先端部間の距離を２ＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足する。また、第１形状３５Ａの外形線と突出部３５Ｂ，３５Ｃの外形線とが交わる部分は、第１形状３５Ａの中心点Ｏの方向に向かって湾曲した滑らかな曲線（図３には点線で示す）から構成されている。
第１形状３５Ａは長円形である。即ち、２つの半円（半径：ｒL）と２本の線分の組合せから成る図形である。また、突出部３５Ｂ，３５Ｃは、円形（半径：ｒS）の一部から成る図形である。
尚、記録層３５の平面形状は、突出部軸線に関して略線対称であり、且つ、第１形状軸線に関して略線対称である。
あるいは又、本発明の第４の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例１の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図４に記録層３５の模式的な平面図を示すように、記録層３５の平面形状は、第１形状３５Ｄと、第１形状３５Ｄの中心点Ｏと中心点Ｏが一致した第２形状３５Ｅとが、第１形状３５Ｄから第２形状３５Ｅが２箇所において突出した重ね合わせ形状を有する。そして、第１形状３５Ｄの中心点Ｏを通る第１形状軸線と第２形状３５Ｅの中心点Ｏを通る第２形状軸線とは直交している。更には、記録層３５の磁化容易軸（ＥＡ）は第１形状軸線と略平行であり、磁化困難軸（ＨＡ）は第２形状軸線と略平行である。また、第１形状軸線に沿った第１形状３５Ｄの長さを２ＬL、第２形状軸線に沿った第２形状３５Ｅの長さを２ＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足する。更には、第１形状３５Ｄの外形線と第２形状３５Ｅの外形線とが交わる部分は、第１形状３５Ｄの中心点Ｏの方向に向かって湾曲した滑らかな曲線（図４には点線で示す）から構成されている。
第１形状３５Ｄは長円形である。即ち、２つの半円（半径：ｒL）と２本の線分の組合せから成る図形である。また、第２形状３５Ｅも長円形である。即ち、２つの半円（半径：ｒS）と２本の線分の組合せから成る図形である。
尚、記録層３５の平面形状は、第２形状軸線に関して略線対称であり、且つ、第１形状軸線に関して略線対称である。
模式的な一部断面図を図６に示すように、実施例１における１つのトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪは、下から、第１の強磁性体層３１、ＡｌＯXから成るトンネル絶縁膜３４、Ｎｉ−Ｆｅ合金から成る第２の強磁性体層３５（自由層あるいは記録層とも呼ばれる）の積層構造を有する。第１の強磁性体層３１は、反強磁性体層３２と磁化固定層３３の積層構造を有する。磁化固定層３３は、合成反強磁性結合（ＳＡＦ）を有する多層構造（例えば、強磁性体材料層／金属層／強磁性体材料層)とすることができ、より具体的には、下から、Ｃｏ−Ｆｅ層、Ｒｕ層、Ｃｏ−Ｆｅ層の３層構造を有する。この磁化固定層３３は、反強磁性体層３２との交換結合によって、磁化の方向がピニング（pinning）される。外部印加磁場によって、第２の強磁性体層（記録層）３５の磁化の方向は、磁化固定層３３に対して平行又は反平行に変えられる。第１の強磁性体層３１は、下層層間絶縁層２４を介して、書込みワード線ＲＷＬと電気的に絶縁されている。ここで、書込みワード線ＲＷＬは、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に延びている。一方、第２の強磁性体層３５は、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ等から成るトップコート膜３６を介して、ビット線ＢＬに電気的に接続されている。トップコート膜３６は、ビット線ＢＬを構成する原子と強磁性体層（記録層）３５を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、強磁性体層（記録層）３５の酸化防止を担っている。上層層間絶縁層２６は、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び下層層間絶縁層２４を覆っている。また、ビット線ＢＬは、上層層間絶縁層２６上に形成され、第１の方向と異なる（具体的には直交する）第２の方向（図面の左右方向）に延びている。図６中、参照番号３７は反強磁性体層３２の下面に接続された引き出し電極を示す。
ＭＯＳ型ＦＥＴから構成された選択用トランジスタＴＲが、半導体基板１０に形成されている。より具体的には、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１に囲まれた活性領域内に形成され、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから構成されている。例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁層２１は、選択用トランジスタＴＲを覆っている。タングステンプラグから成る接続孔２２は、層間絶縁層２１に設けられた開口部内に形成されており、選択用トランジスタＴＲの一方のソース／ドレイン領域１４Ｂと接続されている。接続孔２２は、更に、層間絶縁層２１上に形成されたランディングパッド部２３と接続されている。Ａｌ−Ｃｕ合金から成る書込みワード線ＲＷＬも層間絶縁層２１上に形成されている。書込みワード線ＲＷＬ及び層間絶縁層２１上には、下層層間絶縁層２４が形成されている。下層層間絶縁層２４上に引き出し電極３７が形成されており、引き出し電極３７は、下層層間絶縁層２４に設けられたタングステンプラグから成る接続孔２５を介して、ランディングパッド部２３に接続されている。尚、選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、コンタクトホール１５を介してセンス線１６に接続されている。
場合によっては、選択用トランジスタＴＲは不要である。
以下、下層層間絶縁層２４等の模式的な一部断面図である図７の（Ａ）〜（Ｃ）、及び、図８の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施の形態１のＭＲＡＭの製造方法を説明する。尚、図７の（Ａ）〜（Ｃ）、及び、図８の（Ａ）、（Ｂ）においては、選択用トランジスタＴＲ等の図示は省略した。
［工程−１００］
先ず、選択用トランジスタＴＲとして機能するＭＯＳ型ＦＥＴをシリコン半導体基板から成る半導体基板１０に形成する。そのために、例えばトレンチ構造を有する素子分離領域１１を公知の方法に基づき形成する。尚、素子分離領域は、ＬＯＣＯＳ構造を有していてもよいし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造の組合せとしてもよい。その後、半導体基板１０の表面を例えばパイロジェニック法により酸化し、ゲート絶縁膜１３を形成する。次いで、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて全面に形成した後、ポリシリコン層をパターニングし、ゲート電極１２を形成する。尚、ゲート電極１２をポリシリコン層から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドから構成することもできる。次に、半導体基板１０にイオン注入を行い、ＬＤＤ構造（図示せず）を形成する。その後、全面にＣＶＤ法にてＳｉＯ2層を形成した後、このＳｉＯ2層をエッチバックすることによって、ゲート電極１２の側面にゲートサイドウオール（図示せず）を形成する。次いで、半導体基板１０にイオン注入を施した後、イオン注入された不純物の活性化アニール処理を行うことによって、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂを形成する。
［工程−１１０］
次いで、全面にＳｉＯ2から成る層間絶縁層の下層をＣＶＤ法にて形成した後、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて層間絶縁層の下層を研磨する。その後、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の層間絶縁層の下層にリソグラフィ技術及びＲＩＥ法に基づき開口部を形成し、次いで、開口部内を含む層間絶縁層の下層上に、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて形成する。次いで、層間絶縁層の下層上のポリシリコン層をパターニングすることで、層間絶縁層の下層上にセンス線１６を形成することができる。センス線１６とソース／ドレイン領域１４Ａとは、層間絶縁層の下層に形成されたコンタクトホール１５を介して接続されている。その後、ＢＰＳＧから成る層間絶縁層の上層をＣＶＤ法にて全面に形成する。尚、ＢＰＳＧから成る層間絶縁層の上層の形成後、窒素ガス雰囲気中で例えば９００゜Ｃ×２０分間、層間絶縁層の上層をリフローさせることが好ましい。更には、必要に応じて、例えばＣＭＰ法にて層間絶縁層の上層の頂面を化学的及び機械的に研磨し、層間絶縁層の上層を平坦化したり、レジストエッチバック法によって層間絶縁層の上層を平坦化することが望ましい。尚、層間絶縁層の下層と層間絶縁層の上層を纏めて、以下、単に、層間絶縁層２１と呼ぶ。
［工程−１２０］
その後、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の層間絶縁層２１に開口部をＲＩＥ法にて形成した後、選択用トランジスタＴＲのソース／ドレイン領域１４Ｂに接続された接続孔２２を開口部内に形成する。接続孔２２の頂面は層間絶縁層２１の表面と略同じ平面に存在している。ブランケットタングステンＣＶＤ法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔２２を形成することができる。尚、タングステンにて開口部を埋め込む前に、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を順に例えばマグネトロンスパッタリング法にて開口部内を含む層間絶縁層２１の上に形成することが好ましい。ここで、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を形成する理由は、オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、ブランケットタングステンＣＶＤ法における半導体基板１０の損傷発生の防止、タングステンの密着性向上のためである。図面においては、Ｔｉ層及びＴｉＮ層の図示は省略している。層間絶縁層２１上のタングステン層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層は、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて除去してもよい。また、タングステンの代わりに、不純物がドーピングされたポリシリコンを用いることもできる。その後、層間絶縁層２１上に、書込みワード線ＲＷＬ及びランディングパッド部２３を周知の方法で形成する。
［工程−１３０］
その後、全面に下層層間絶縁層２４を形成する。具体的には、書込みワード線ＲＷＬ及びランディングパッド部２３を含む層間絶縁層２１上に、ＨＤＰ（High Density Plasma）ＣＶＤ法に基づき、ＳｉＯ2から成る下層層間絶縁層２４を成膜し、次いで、下層層間絶縁層２４の平坦化処理を行う。その後、ランディングパッド部２３の上方の下層層間絶縁層２４の部分に開口部を設け、係る開口部に、ブランケットタングステンＣＶＤ法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔２５を形成することができる。
［工程−１４０］
次に、下層層間絶縁層２４上に、引き出し電極３７を形成するために、厚さ１０ｎｍのＴａ層３７Ａをスパッタリング法にて形成する。Ｔａ層３７Ａの成膜条件を、以下の表１に例示する。
［工程−１５０］
その後、全面に、第１の強磁性体層３１（厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層３２、及び、ＳＡＦを有し、下から、Ｃｏ−Ｆｅ層、Ｒｕ層、Ｃｏ−Ｆｅ層の３層構造を有する磁化固定層３３）、ＡｌＯXから成るトンネル絶縁膜３４、記録層（第２の強磁性体層）３５、トップコート膜３６を順次、成膜する。これらの各層の成膜条件を、以下の表２〜表６に例示する。こうして、図７の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
［表１］厚さ１０ｎｍのＴａ層の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝１００sccm
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ
［表２］厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層３２の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝１００sccm
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ
［表３］磁化固定層３３の成膜条件
最下層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１００Ｗ
中間層：厚さ１ｎｍのＲｕ層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：５０Ｗ
最上層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１００Ｗ
［表４］ＡｌＯXから成るトンネル絶縁膜の形成条件
厚さ１ｎｍ〜２ｎｍのＡｌ膜の成膜
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：５０Ｗ
Ａｌ膜の酸化
使用ガス ：酸素＝１０sccm
酸化雰囲気の圧力：０．３Ｐa
［表５］厚さ５ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金から成る記録層３５の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ
［表６］厚さ１００ｎｍのＴｉＮから成るトップコート膜３６の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝６５sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１０ｋＷ
［工程−１６０］
その後、トップコート膜３６上にエッチング用のハードマスク層を形成する。このハードマスク層は、下からＳｉＮ層４０、ＳｉＯ2層４１の２層構造を有する。尚、ハードマスク層を構成するその他の材料として、ＳｉＣ、ＳｉＯＮを挙げることができる。ハードマスク層は単層構成であってもよい。ハードマスク層は、リソグラフィ工程における反射防止効果や、エッチングストップ、メタル拡散防止等の機能を兼ねて形成される場合もある。ここでは例として、厚さ５０ｎｍのＳｉＮ層４０を平行平板電力プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、ＳｉＯ2層４１をバイアス高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）装置を用いて成膜する。これらの成膜条件を、以下の表７及び表８に例示する。
［表７］ＳｉＮの成膜条件
プロセスガス：モノシラン／アンモニア／Ｎ2＝２６０sccm／１００sccm／４０００sccm
圧力 ：５６５Ｐａ
［表８］ＳｉＯ2の成膜条件
プロセスガス：モノシラン／Ｏ2／アルゴン＝６０sccm／１２０sccm／１３０sccm
ＲＦパワー
トップ ：１．５ｋＷ
サイド ：３ｋＷ
［工程−１７０］
次いで、全面にレジスト材料を塗布した後、リソグラフィ技術によって、ハードマスク層上に、トンネル磁気抵抗素子を形成するためのマスクとなるレジスト膜４２を形成する。こうして、図７の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。
［工程−１８０］
そして、このレジスト膜４２をマスクとして用いた反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するＳｉＯ2層４１をパターニングする。このときのエッチング条件を、以下の表９に例示する。その後、レジスト膜４２を、酸素プラズマアッシング処理及び有機洗浄後処理によって除去する。次に、ＳｉＯ2層４１をマスクとして用いて、反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するＳｉＮ層４０をエッチングする。このときのエッチング条件を、以下の表１０に例示する。こうして、図７の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。
［表９］ＳｉＯ2層のエッチング条件
使用ガス ：Ｃ4Ｆ8／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2＝１０sccm／５０sccm／２００sccm／４sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：５Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ
［表１０］ＳｉＮ層のエッチング条件
使用ガス ：ＣＨＦ3／Ａｒ／Ｏ2＝２０sccm／２００sccm／２０sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：６Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ
［工程−１９０］
次に、ハードマスク層４１，４０をマスクとして用いて、トップコート膜３６及び記録層３５を反応性イオンエッチング法によってパターニングする（図８の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。これらのエッチング条件を、以下の表１１及び表１２に例示する。
［表１１］トップコート膜３６のエッチング条件
使用ガス ：Ｃｌ2／ＢＣｌ3／Ｎ2＝６０sccm／８０sccm／１０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
［表１２］記録層３５のエッチング条件
使用ガス ：Ｃｌ2／Ｏ2／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
ここで、記録層３５のエッチング工程においては、トンネル絶縁膜３４のエッチング中にエッチングが停止するように時間設定されている。尚、記録層３５のエッチング工程において、トンネル絶縁膜３４がエッチングされ、更に、磁化固定層３３の一部分までエッチングが進む場合であっても、エッチング生成物が記録層３５及びトンネル絶縁膜３４の側壁に堆積し、その結果、記録層３５と磁化固定層３３との間で電気的な短絡が発生するといった現象が生じることの無いようなエッチング条件設定を行う。その後、アッシング処理、水洗若しくは有機洗浄処理を行う。
トップコート膜３６及び記録層３５を反応性イオンエッチング法によってパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づきパターニングすることもできる。尚、エッチング後、水洗若しくは有機系の洗浄液、エアロゾル等によって、側壁に堆積した堆積物、エッチングガス残り、パーティクル、エッチング残渣等を除去する。
その後、磁化固定層３３及び反強磁性体層３２のパターニングを行い、更に、周知の方法にてＴａ層３７Ａをパターニングすることで、引き出し電極３７を得ることができる。こうして、強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層３５を有するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪを備えた不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。
実施例１のＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置において、図１に示した菱形疑似形状の長軸ＬＸの長さを２ＬL、短軸ＳＸの長さを２ＬSとしたとき、また、図３あるいは図４に示したように、２ＬL／２ＬS＝１１９０ｎｍ／５６０ｎｍ＝２．１３とした。また、菱形疑似形状の長軸ＬＸと記録層３５の平面形状との交点ＢＣ，ＡＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径（あるいは又、第１形状軸線と記録層３５の平面形状との交点ＢＣ，ＡＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径）をｒL、菱形疑似形状の短軸ＳＸと記録層３５の平面形状との交点ＡＢ，ＣＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径（あるいは又、突出部軸線若しくは第２形状軸線と記録層３５の平面形状との交点ＡＢ，ＣＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径）をｒSとしたとき、ｒL／ＬS＝１４５ｎｍ／２８０＝０．５２、ｒS／ＬL＝４８０ｎｍ／５９５＝０．８１とした。あるいは又、図２に示したように、２Ｌi-L／２Ｌi-S＝１８１０ｎｍ／６４０ｎｍ＝２．８３とした。また、仮想菱形の長軸ＬＸと記録層３５の平面形状との交点ＢＣ5，ＡＤ5における記録層３５の平面形状の曲率半径をｒL、仮想菱形の短軸ＳＸと記録層３５の平面形状との交点ＡＢ2，ＣＤ2における記録層３５の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、ｒL／Ｌi-S＝１４５ｎｍ／３２０＝０．４５、ｒS／Ｌi-L＝４８０ｎｍ／９０５＝０．５３とした。更には、滑らかな曲線から構成された辺の区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、滑らかな曲線から構成された辺ＳＲmと、この辺に対応する仮想菱形の辺ＴＬmとの間の最大距離をＤMAXとしたとき、ＤMAX／Ｘ1＝１８ｎｍ／３６０ｎｍ＝１／２０とした。以上の値を以下の表１３に纏めた。
［表１３］
ＬL ＝５９５ｎｍ
ＬS ＝２８０ｎｍ
Ｌi-L＝９０５ｎｍ
Ｌi-S＝３２０ｎｍ
ｒL ＝１４５ｎｍ
ｒS ＝４８０ｎｍ
ＤMAX＝ １８ｎｍ
Ｘ1 ＝３６０ｎｍ
このような諸元を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置において、記録層３５の磁化方向が反転するときの磁界ＨCの値を、マイナーループ波形として、１回、測定し、磁界ＨCの平均値ＨAVE、標準偏差σを求め、更には、σ／ＨAVE（ＳＯＡ）を求めるといった試験を、５０〜１００個の試料において行った。マイナーループ波形及び記録層３５の平面形状の電子顕微鏡写真の一例を、図５に示す。
一方、比較のために、記録層３５の平面形状が、磁化容易軸方向の長さ＝１１６０ｎｍ、磁化困難軸方向の長さ＝５４０ｎｍの長方形を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置と同じ半導体基板内（同一ウエハ内）において製造し、同様に磁界ＨCの平均値ＨAVE、標準偏差σを求め、更には、σ／ＨAVE（ＳＯＡ）を求めた。尚、この試験を、比較例−１と呼ぶ。
更には、比較のために、記録層３５の平面形状が、磁化容易軸方向の長軸長さ＝１１６０ｎｍ、磁化困難軸方向の短軸長さ＝５４０ｎｍの楕円形を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を、実施例１及び比較例−１の不揮発性磁気メモリ装置と同じ半導体基板内（同一ウエハ内）において製造し、同様に磁界ＨCの平均値ＨAVE、標準偏差σを求め、更には、σ／ＨAVE（ＳＯＡ）を求めた。尚、この試験を、比較例−２と呼ぶ。
実施例１、比較例−１、比較例−２の結果を表１５に示す。
実施例２は、本発明の第５の態様〜第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置に関する。強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた実施例２の不揮発性磁気メモリ装置も、実施例１と同様に、具体的には、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置である。尚、実施例２のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び不揮発性磁気メモリ装置は、記録層の平面形状が異なる点を除き、実施例１のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び不揮発性磁気メモリ装置と同様の構成、構造を有しているので、以下、記録層の平面形状についての説明を行う。
ここで、本発明の第５の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図９に記録層１３５の模式的な平面図を示すように、記録層１３５の平面形状（実線で示す）は、３辺ＳＲn（但し、「ｎ」は、１，２，３のいずれか）を有する二等辺三角形疑似形状から成る。そして、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ1，ＳＲ2のそれぞれは、二等辺三角形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部ＣＴが湾曲した滑らかな曲線から成る。記録層１３５の磁化容易軸（ＥＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ3と略平行であり、記録層１３５の磁化困難軸（ＨＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ3と略直交している。更には、記録層１３５の平面形状を構成する各辺ＳＲnは、相互に滑らかに結ばれている。
尚、二等辺三角形疑似形状の斜辺のそれぞれには、少なくとも２つの変曲点が存在する。即ち、斜辺ＳＲ1には２つの変曲点（Ａ3，Ａ4）が存在する。また、斜辺ＳＲ2には２つの変曲点（Ｂ3，Ｂ4）が存在する。
ここで、図９に示すように、記録層１３５の平面形状は、二等辺三角形疑似形状の底辺の垂直二等分線に関して略線対称である。
図９に示した二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢの長さを２ＬB、仮想高さをＨ、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ1，ＳＲ2と底辺ＳＲ3とが滑らかに結ばれている部分における記録層１３５の平面形状の平均曲率半径をｒL、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の交点ＡＢにおける記録層１３５の平面形状の曲率半径をｒSとする。ここで、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の交点とは、仮想底辺ＩＢの垂直二等分線ＩＨと、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2が１本に結ばれた曲線とが交わる点ＡＢを指す。また、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢとは、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ3を直線（底辺近似直線）で近似し、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の交点側であって、底辺近似直線から距離ｒLだけ離れた点を通る底辺近似直線と平行な仮想線を指す。更には、仮想底辺の長さ２ＬBとは、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ1，ＳＲ2と底辺ＳＲ3とが滑らかに結ばれている部分における記録層１３５の平面形状とこの仮想底辺ＩＢとの交点の間の距離（点ＢＣと点ＡＣとの間の距離）と定義する。また、仮想高さＨとは、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の交点ＡＢから仮想底辺ＩＢまでの距離と定義する。仮想底辺ＩＢの長さ２ＬBと仮想高さとはＨ＜ＬBの関係を満足している。
あるいは又、本発明の第６の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図１０に記録層１３５の模式的な平面図を示すように、記録層１３５の平面形状（実線で示す）は、３つの辺ＳＲnから構成されており、しかも、３つの辺の内の少なくとも２つの辺（実施例２においては、２辺ＳＲ1，ＳＲ2）は滑らかな曲線から構成されている。また、記録層１３５の平面形状は、仮想二等辺三角形（二点鎖線で示す）に内接する。尚、図１０においては、内接する点を「×」印で示す。ここで、仮想二等辺三角形は、長さ２Ｌi-Bの仮想底辺ＩＢ（一点鎖線で示す）を有し、仮想高さ（点Ｏから点ＡＢまでの距離）はＨi［但し、Ｈi＜Ｌi-B］である。尚、仮想二等辺三角形の仮想底辺ＩＢとは、仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3に対応する記録層１３５の平面形状を構成する辺ＳＲ3と、仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ1，ＴＬ2に対応する記録層１３５の平面形状を構成する辺ＳＲ1，ＳＲ2とが滑らかに結ばれる部分における記録層１３５の平面形状の平均曲率半径をｒLとしたとき、仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3から、仮想二等辺三角形の２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点側であって、仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3から距離ｒLだけ離れた点を通る仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3と平行な仮想線を指す。また、仮想底辺ＩＢの長さ２Ｌi-Bとは、この仮想底辺ＩＢと仮想二等辺三角形の２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点ＢＣ，ＡＣの間の距離である。更には、仮想高さＨiとは、仮想二等辺三角形の２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点ＡＢから仮想底辺ＩＢまでの距離である。また、底辺ＳＲ3が記録層１３５の磁化容易軸（ＥＡ）と略平行であり、底辺ＳＲ3に対する垂線が記録層１３５の磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である。更には、滑らかな曲線から構成された辺ＳＲ1，ＳＲ2は、仮想二等辺三角形の対応する辺ＴＬ1，ＴＬ2と少なくとも２点（実施例２においては２点）で接する。尚、図１０においては、接する点を「×」印で示す。しかも、記録層１３５の平面形状を構成する各辺ＳＲnは、相互に滑らかに結ばれている。
記録層１３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された斜辺ＳＲ1において、
（ａ）仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ1に接する２点の内、２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点ＡＢに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ａ0（０，０）、
（ｂ）仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ1に接する２点の内、斜辺ＴＬ1と底辺ＴＬ3との交点ＡＣに最も近い所に位置する点をＡ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3の垂直二等分線との交点をＡＢ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想二等辺三角形の仮想底辺ＩＢとの交点をＡ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、斜辺ＳＲ1を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線と底辺との交点が第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ａ3，Ａ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸA3（ＸA3：変曲点Ａ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸA3≦Ｘ≦ＸA4（ＸA4：変曲点Ａ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸA4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
また、記録層１３５の平面形状を構成する滑らかな曲線から構成された斜辺ＳＲ2において、
（ａ）仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ2に接する２点の内、２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点ＡＢに最も近い所に位置する点をガウス座標の原点Ｂ0（０，０）、
（ｂ）仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ2に接する２点の内、斜辺ＴＬ2と底辺ＴＬ3との交点ＢＣに最も近い所に位置する点をＢ1（Ｘ1，０）［但し、Ｘ1＞０］、
（ｃ）仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3の垂直二等分線との交点をＡＢ2（ＸS，ＹS）［但し、ＸS＜０，ＹS＜０］、
（ｄ）仮想二等辺三角形の仮想底辺ＩＢとの交点をＢ5（ＸL，ＹL）［但し、ＸL＞０，ＹL＜０］、
とする。
更には、斜辺ＳＲ2を実変数関数Ｆ（Ｘ）で表現し、仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線と底辺との交点が第３象限若しくは第４象限（図示した例では第４象限）に位置するとする。
以上の場合において、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間ＸS＜Ｘ＜ＸLの各点で連続な微係数を有し、実変数関数Ｆ（Ｘ）は、区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、２カ所の変曲点（Ｂ3，Ｂ4）を有する。
より具体的には、区間ＸS＜Ｘ≦ＸB3（ＸB3：変曲点Ｂ3のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSの円で表される。また、区間ＸB3≦Ｘ≦ＸB4（ＸB4：変曲点Ｂ4のＸ座標）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒSRの円で表される。更には、区間ＸB4＜Ｘ≦ＸLにおいては、実変数関数Ｆ（Ｘ）は半径ｒLの円で表される。
尚、区間ＸS＜Ｘ＜０においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は正の値であり、Ｘ＝０においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は０であり、区間０＜Ｘ＜Ｘ1においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は負の値から、０となり、更に、正の値となる。また、Ｘ＝Ｘ1においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は０であり、Ｘ1を超えると、実変数関数Ｆ（Ｘ）の一次の微係数は負の値となる。
更には、区間ＸS＜Ｘ＜ＸA3（あるいはＸB3）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は負の値であり、Ｘ＝ＸA3（あるいはＸB3）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は０であり、区間ＸA3（あるいはＸB3）＜Ｘ＜ＸA4（あるいは、ＸB4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は正であり、Ｘ＝ＸA4（あるいはＸB4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は０であり、区間Ｘ＜ＸA4（あるいはＸB4）においては、実変数関数Ｆ（Ｘ）の二次の微係数は負の値となる。
また、仮想二等辺三角形の仮想底辺ＩＢをｘ軸、仮想底辺ＩＢの垂直二等分線をｙ軸とするガウス座標を想定したとき、斜辺ＳＲ1と斜辺ＳＲ2とを纏めて実変数関数ｆ（ｘ）で表したとすれば、実変数関数ｆ（ｘ）は区間ａ＜ｘ＜ｂ（但し、ａは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最小値であり、ｂは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最大値）の各点で連続な微係数を持つ。そして、ｘ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は０であり、ｙ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は∞である。
図１０に示した記録層１３５にあっても、平面形状は、仮想二等辺三角形の底辺の垂直二等分線に関して略線対称である。
あるいは又、本発明の第７の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図１１に記録層１３５の模式的な平面図を示すように、記録層１３５の平面形状は、第１形状１３５Ａ（図１１には実線で示す）、及び、第１形状１３５Ａから突出した１つの突出部１３５Ｂ（図１１には実線で示す）から構成されている。そして、突出部１３５Ｂは、突出部軸線（図１１には一点鎖線で示す）上に位置する。ここで、突出部軸線は第１形状１３５Ａの中心点Ｏを通り、且つ、突出部軸線は、第１形状１３５Ａの中心点Ｏを通る第１形状軸線（図１１には一点鎖線で示す）と直交している。また、記録層１３５の磁化容易軸（ＥＡ）は第１形状軸線と略平行であり、磁化困難軸（ＨＡ）は突出部軸線と略平行である。更には、第１形状軸線に沿った第１形状１３５Ａの長さを２ＬL、突出部軸線に沿った突出部１３５Ｂの先端部から第１形状１３５Ａの中心点Ｏまでの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足する。また、第１形状１３５Ａの外形線と突出部１３５Ｂの外形線とが交わる部分は、第１形状１３５Ａの中心点Ｏの方向に向かって湾曲した滑らかな曲線（図１１には点線で示す）から構成されている。
第１形状１３５Ａは長円形である。即ち、２つの半円（半径：ｒL）と２本の線分の組合せから成る図形である。また、突出部１３５Ｂは、円形（半径：ｒS）の一部から成る図形である。
尚、記録層１３５の平面形状は、突出部軸線に関して略線対称である。
あるいは又、本発明の第８の態様に係る不揮発性磁気メモリ装置としての実施例２の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、図１２に記録層１３５の模式的な平面図を示すように、記録層１３５の平面形状は、第１形状１３５Ｄと第２形状１３５Ｅとが、第１形状１３５Ｄから第２形状１３５Ｅが１箇所において突出した重ね合わせ形状を有している。そして、第２形状１３５Ｅは、第２形状軸線上に位置しており、第２形状軸線は第１形状１３５Ｄの中心点Ｏを通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状１３５Ｄの中心点Ｏを通る第１形状軸線と直交している。更には、記録層１３５の磁化容易軸（ＥＡ）は第１形状軸線と略平行であり、磁化困難軸（ＨＡ）は第２形状軸線と略平行である。第１形状軸線に沿った第１形状１３５Ｄの長さを２ＬL、第２形状軸線に沿った第２形状１３５Ｅの先端部から第１形状１３５Ｄの中心点Ｏまでの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足している。更には、第１形状１３５Ｄの外形線と第２形状１３５Ｅの外形線とが交わる部分は、第１形状１３５Ｄの中心点Ｏの方向に向かって湾曲した滑らかな曲線（図１２には点線で示す）から構成されている。
第１形状１３５Ｄは長円形である。即ち、２つの半円（半径：ｒL）と２本の線分の組合せから成る図形である。また、第２形状１３５Ｅは半円（半径：ｒS）と２本の線分の組合せから成る図形である。
尚、記録層１３５の平面形状は、第２形状軸線に関して略線対称である。
実施例２のＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置において、図９に示した二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の長さを２ＬB、仮想高さをＨとしたとき、また、図１１あるいは図１２に示したように、ＬB／Ｈ＝ＬL／ＬS＝６２５ｎｍ／４１５ｎｍ＝１．５１とした。また、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ1，ＳＲ2と底辺ＳＲ3とが滑らかに結ばれている部分における記録層１３５の平面形状の平均曲率半径（あるいは、第１形状軸線と記録層１３５の平面形状との交点ＢＣ，ＡＣにおける記録層１３５の平面形状の曲率半径）をｒL、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の交点ＡＢにおける記録層１３５の平面形状の曲率半径（あるいは、突出部軸線あるいは第２形状軸線と記録層１３５の平面形状との交点ＡＢにおける記録層１３５の平面形状の曲率半径）をｒSとしたとき、ｒL／ＬS＝１７５ｎｍ／４１５ｎｍ＝０．４２、ｒS／ＬL＝３８０ｎｍ／６２５ｎｍ＝０．６１とした。あるいは又、図１０に示したように、Ｌi-B／Ｈi＝８４０ｎｍ／４２０ｎｍ＝２．０とした。また、仮想二等辺三角形の底辺ＴＬ3に対応する記録層１３５の平面形状を構成する辺ＳＲ3と、仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ1，ＴＬ2に対応する記録層１３５の平面形状を構成する辺ＳＲ1，ＳＲ2とが滑らかに結ばれる部分における記録層１３５の平面形状の平均曲率半径をｒL、仮想二等辺三角形の２つの斜辺ＴＬ1，ＴＬ2の交点ＡＢにおける角の二等分線と記録層１３５の平面形状との交点ＡＢ2における記録層１３５の平面形状の曲率半径をｒSとしたとき、ｒL／Ｈi＝１７５ｎｍ／４２０ｎｍ＝０．４２、ｒS／Ｌi-B＝３８０ｎｍ／８４０ｎｍ＝０．４５とした。更には、滑らかな曲線から構成された斜辺ＳＲ1，ＳＲ2の区間０＜Ｘ＜Ｘ1において、斜辺ＳＲ1，ＳＲ2と、この斜辺に対応する仮想二等辺三角形の斜辺ＴＬ1，ＴＬ2との間の最大距離をＤMAXとしたとき、ＤMAX／Ｘ1＝２３ｎｍ／３９０ｎｍ＝０．０５９とした。以上の値を以下の表１４に纏めた。
［表１４］
ＬB＝ＬL＝６２５ｎｍ
Ｈ ＝ＬS＝４１５ｎｍ
Ｌi-B＝８４０ｎｍ
Ｈi ＝４２０ｎｍ
ｒL ＝１７５ｎｍ
ｒS ＝３８０ｎｍ
ＤMAX＝ ２３ｎｍ
Ｘ1 ＝３９０ｎｍ
このような諸元を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置において、実施例１と同様にして、記録層１３５の磁化方向が反転するときの磁界ＨCの平均値ＨAVE、標準偏差σを求め、更には、σ／ＨAVE（ＳＯＡ）を求めた。
実施例２の結果を以下の表１５に示す。実施例１及び実施例２においては、σ／ＨAVE（ＳＯＡ）の値が格段に低い値となっている。即ち、スイッチング磁界のバラツキを大きく低減させることができることが判る。
［表１５］
ＨAVE（Ｏｅ） σ（Ｏｅ） σ／ＨAVE
実施例１ ５２．５ ２．４ ４．６％
実施例２ ４９．８ ３．８ ７．６％
比較例−１ ３０．３ ３．５ １１．６％
比較例−２ ３７．６ ４．８ １２．８％
実施例３は、本発明の第１の態様に係るフォトマスクに関する。この実施例３のフォトマスクは、実施例１において説明した記録層３５を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクである。即ち、この記録層３５は、不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、菱形疑似形状であり、
（Ｃ）菱形疑似形状を構成する４つの辺ＳＲmのそれぞれは、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸（ＥＡ）は、菱形疑似形状の長軸ＬＸと略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸（ＨＡ）は、菱形疑似形状の短軸ＳＸと略平行であり、且つ、
（Ｆ）各辺ＳＲmは、相互に滑らかに結ばれている。
そして、この記録層３５を得るためにフォトマスクに設けられたパターンは、図１３の（Ａ）に示すように、第１形状５１と第２形状５２とから成り、第１形状５１と、第１形状５１の中心点Ｏと中心点Ｏが一致した第２形状５２とが、第１形状５１から第２形状５２が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有している。そして、第１形状５１の中心点Ｏを通る第１形状軸線（点線で示す）と第２形状５２の中心点Ｏを通る第２形状軸線（二点鎖線で示す）とは直交している。
実施例３において、第１形状５１は、磁化容易軸（ＥＡ）と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌp-1L、第１形状５１の中心点Ｏを通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-1S［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。一方、第２形状５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第２形状５２の中心点Ｏを通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、正方形）から成る。
ここで、２Ｌp-1L、２Ｌp-1S、２Ｌp-2L、２Ｌp-2Sの値は、以下の表１６のとおりである。このようなパターンを用いることで、図１３の（Ａ）に示すような菱形疑似形状の記録層３５を得ることができる。尚、記録層３５の寸法の諸元は、表１３に示した値に近似した値である。
［表１６］
２Ｌp-1L＝１２００ｎｍ
２Ｌp-1S＝ ２５０ｎｍ
２Ｌp-2L＝ ４６０ｎｍ
２Ｌp-2S＝ ４６０ｎｍ
尚、第２形状の数は１つに限定されない。図１３の（Ｂ）に、第２形状の数を２つとした例を示す。
この例においては、第１の第２形状５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第１の第２形状５２の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、正方形）から成る。また、第２の第２形状５３は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌp-3L［但し、Ｌp-2L＜Ｌp-3L＜Ｌp-1L］、第２の第２形状５３の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-3S［但し、Ｌp-3S＜Ｌp-2S］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。
ここで、２Ｌp-1L、２Ｌp-1S、２Ｌp-2L、２Ｌp-2S、２Ｌp-3L、２Ｌp-3Sの値は、以下の表１７のとおりである。このようなパターンを用いることで、図１３の（Ｂ）に示すような菱形疑似形状の記録層３５を得ることができる。尚、記録層３５の寸法の諸元は、表１３に示した値に近似した値である。
［表１７］
２Ｌp-1L＝１２００ｎｍ
２Ｌp-1S＝ ２５０ｎｍ
２Ｌp-2L＝ ４６０ｎｍ
２Ｌp-2S＝ ４６０ｎｍ
２Ｌp-3L＝ ６００ｎｍ
２Ｌp-3S＝ ２００ｎｍ
実施例４は、本発明の第２の態様に係るフォトマスクに関する。この実施例４のフォトマスクは、実施例２において説明した記録層１３５を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクである。即ち、この記録層１３５は、不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
（Ｃ）二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ1，ＳＲ2のそれぞれは、二等辺三角形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸（ＥＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ3と略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸（ＨＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ3と略直交しており、且つ、
（Ｆ）各辺ＳＲnは、相互に滑らかに結ばれている。
そして、この記録層１３５を得るためにフォトマスクに設けられたパターンは、図１４の（Ａ）に示すように、第１形状１５１と第２形状１５２とから成り、第１形状１５１と第２形状１５２とが、第１形状１５１から第２形状１５２が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有している。また、第２形状１５２は、第２形状軸線（二点鎖線で示す）上に位置している。更には、この第２形状軸線は第１形状１５１の中心点Ｏを通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状１５１の中心点Ｏを通る第１形状軸線（点線で示す）と直交している。
実施例４において、第１形状１５１は、磁化容易軸（ＥＡ）と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌp-1L、第１形状１５１の中心点Ｏを通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-1S［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。一方、第２形状１５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った第２形状１５２の先端部から第１形状１５１の中心点Ｏまでの距離がＬp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第１形状１５１の中心点Ｏを通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。
ここで、２Ｌp-1L、２Ｌp-1S、Ｌp-2L、２Ｌp-2Sの値は、以下の表１８のとおりである。このようなパターンを用いることで、図１４の（Ａ）に示すような菱形疑似形状の記録層１３５を得ることができる。尚、記録層１３５の寸法の諸元は、表１４に示した値に近似した値である。
［表１８］
２Ｌp-1L＝１２００ｎｍ
２Ｌp-1S＝ ３００ｎｍ
Ｌp-2L＝ ３１０ｎｍ
２Ｌp-2S＝ ４６０ｎｍ
尚、第２形状の数は１つに限定されない。図１４の（Ｂ）に、第２形状の数を２つとした例を示す。
この例においては、第１の第２形状１５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さがＬp-2L［但し、Ｌp-1S＜Ｌp-2L＜Ｌp-1L］、第１形状１５１の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-2S［但し、Ｌp-2S＜Ｌp-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。また、第２の第２形状１５３は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さがＬp-3L［但し、Ｌp-2L＜Ｌp-3L＜Ｌp-1L］、第１形状１５１の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌp-3S［但し、Ｌp-3S＜Ｌp-2S］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。
ここで、２Ｌp-1L、２Ｌp-1S、Ｌp-2L、２Ｌp-2S、Ｌp-3L、２Ｌp-3Sの値は、以下の表１９のとおりである。このようなパターンを用いることで、図１４の（Ｂ）に示すような菱形疑似形状の記録層１３５を得ることができる。尚、記録層１３５の寸法の諸元は、表１４に示した値に近似した値である。
［表１９］
２Ｌp-1L＝１２００ｎｍ
２Ｌp-1S＝ ３００ｎｍ
Ｌp-2L＝ ３１０ｎｍ
２Ｌp-2S＝ ４６０ｎｍ
Ｌp-3L＝ ４５０ｎｍ
２Ｌp-3S＝ ２００ｎｍ
以上、本発明を、好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて説明した記録層の平面形状、磁気抵抗素子の各層を構成する材料、各層を形成する方法、ＭＲＡＭの構造等は例示であり、適宜変更することができる。磁気抵抗素子として、実施例にて説明したＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子以外にも、図１５に模式的な一部断面図を示すスピン注入による磁化反転を応用した磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を挙げることができる。
この磁気抵抗素子は、絶縁層６０上に形成された下部電極６１の上に、スピンフィルター兼参照層６２、トンネル絶縁膜６３、記録層６４、金属スペーサ層６５、及び、スピンフィルター層６６が積層された構造を有する。半導体基板１０には、図６に示したと同様の選択用トランジスタＴＲが設けられており、その一方のソース／ドレイン領域１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２を介して、下部電極６１に接続されている。
また、実施例１においては、４つの辺ＳＲmのそれぞれが、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る構成としたが、その代わりに、２つの辺ＳＲ1，ＳＲ2のそれぞれが、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る構成とすることもできる。このような記録層の平面形状を図１６に示す。この例においては、菱形疑似形状の長軸ＬＸによって菱形疑似形状を２つの領域に分割したとき、中央部が湾曲した滑らかな曲線から構成された２つの辺ＳＲ1，ＳＲ2は、一方の領域に属する。また、記録層３５の平面形状は、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関して略線対称である。
また、実施例１においては、４つの辺ＳＲmのそれぞれが、菱形疑似形状の中心方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、しかも、記録層３５の平面形状は、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関して略線対称であり、且つ、菱形疑似形状の長軸ＬＸに関しても略線対称である構成としたが、その代わりに、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関してのみ略線対称である構成とすることもできる。このような記録層の平面形状を図１７に示す。
実施例３及び実施例４において説明したフォトマスクを構成するパターンに対して、光近接効果補正を行ってもよい。実施例３に示したパターン（図１８の（Ａ）参照）に対して、ハンマーヘッド補正、配線端ちびり補正、インナーシェリフ補正、アウターシェリフ補正を加えた例を、それぞれ、図１８の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に例示する。尚、図１８の（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｅ）において、補正箇所に斜線を付した。
データ書込み方式として、書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存してビット線に正方向あるいは負方向の電流を流すといったダイレクト・モードだけでなく、米国特許公報６５４５９０６Ｂ１や米国特許公報６６３３４９８Ｂ１に記載されたトグル・モードを採用することができる。ここで、トグル・モードとは、書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存することなく、ビット線にも一方向の電流を流し、磁気抵抗素子に記録されたデータと書き込むべきデータとが異なる場合のみ、磁気抵抗素子にデータを書き込む方式である。
データ読出しを、ビット線を用いずに、データ読出し線を用いることもできる。この場合には、ビット線を、記録層（第２の強磁性体層）の上方に、上層層間絶縁層を介して、記録層（第２の強磁性体層）とは電気的に絶縁された状態で形成する。そして、記録層（第２の強磁性体層）と電気的に接続されたデータ読出し線を別途設ければよい。
ＴＭＪ・・・トンネル磁気抵抗素子、ＴＲ・・・選択用トランジスタ、ＢＬ・・・ビット線、ＲＷＬ・・・書込みワード線、１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁膜、１４Ａ，１４Ｂ・・・ソース／ドレイン領域、１５・・・コンタクトホール、１６・・・センス線、２１・・・層間絶縁層、２２，２５・・・接続孔、２３・・・ランディングパッド部、２４・・・下層層間絶縁層、２６・・・上層層間絶縁層、３１・・・第１の強磁性体層、３２・・・反強磁性体層、３３・・・磁化固定層、３４・・・トンネル絶縁膜、３５・・・第２の強磁性体層、３６・・・トップコート膜、３７・・・引き出し電極、４０・・・ＳｉＮ層、４１・・・ＳｉＯ2層、４２・・・レジスト膜、５１，１５１・・・第１形状、５２，５３，１５２，１５３・・・第２形状、６０・・・絶縁層、６１・・・下部電極、６２・・・スピンフィルター兼参照層、６３・・・トンネル絶縁膜、６４・・・記録層、６５・・・金属スペーサ層、６６・・・スピンフィルター層

Claims (5)

  1. 強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置であって、
    記録層の平面形状は、第１形状、及び、第１形状から突出した１つの突出部から構成されており、
    突出部は、突出部軸線上に位置しており、
    突出部軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、突出部軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
    第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
    突出部は、円形の一部、楕円形の一部、長円形の一部及び扁平な円形の一部から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
    記録層の磁化容易軸と、第１形状軸線とは実質的に平行、即ち、交差角度が±２０度の範囲内にあり、
    記録層の磁化困難軸と、突出部軸線とは実質的に平行、即ち、交差角度が±２０度の範囲内にあり、
    第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、突出部軸線に沿った突出部の先端部から第１形状の中心点までの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
    第１形状の外形線と突出部の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されており、
    第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒLとしたとき、
    ０．２≦ｒL／ＬS≦０．８
    を満足する不揮発性磁気メモリ装置。
  2. 記録層の平面形状は、突出部軸線に関して線対称である請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
  3. 強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置であって、
    記録層の平面形状は、第１形状と第２形状とが、第１形状から第２形状が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
    第２形状は、第２形状軸線上に位置しており、
    第２形状軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
    第１形状は、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
    第２形状は、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、
    記録層の磁化容易軸と、第１形状軸線とは実質的に平行、即ち、交差角度が±２０度の範囲内にあり、
    記録層の磁化困難軸と、第２形状軸線とは実質的に平行、即ち、交差角度が±２０度の範囲内にあり、
    第１形状軸線に沿った第１形状の長さを２ＬL、第２形状軸線に沿った第２形状の先端部から第１形状の中心点までの距離をＬSとしたとき、ＬL＞ＬSを満足しており、
    第１形状の外形線と第２形状の外形線とが交わる部分は、滑らかな曲線から構成されており、
    第１形状軸線と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒLとしたとき、
    ０．２≦ｒL／ＬS≦０．８
    を満足する不揮発性磁気メモリ装置。
  4. 記録層の平面形状は、第２形状軸線に関して線対称である請求項３に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
  5. 磁気抵抗素子は、下から、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有するトンネル磁気抵抗素子から成り、
    記録層は第２の強磁性体層を構成する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
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