磁気ランダムアクセスメモリ
【課題】書き込み電流を低減する磁気ランダムアクセスメモリを提供する。
【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、半導体基板と、半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子１０と、ＭＴＪ素子１０の上側に配置されかつ半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜２１及びＭＴＪ素子１０の下側に配置されかつ半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、を具備する。
【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、半導体基板と、半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子１０と、ＭＴＪ素子１０の上側に配置されかつ半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜２１及びＭＴＪ素子１０の下側に配置されかつ半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、応力膜を有する磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、不揮発性ＲＡＭとして、ＤＲＡＭ＋ＮＯＲ型フラッシュメモリの代替として磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magmetic Random Access Memory）が期待されている。しかし、現状の磁気ランダムアクセスメモリでは、記憶素子であるＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction）素子の異方性が弱く、反転電流値が高く、信号比（ＭＲ比）が低いなどの問題があり、製品化に向けて問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０８６１９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４０９２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＴＪ素子の保磁特性を向上することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態による磁気ランダムアクセスメモリは、半導体基板と、半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子と、ＭＴＪ素子の上側に配置されかつ半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜及びＭＴＪ素子の下側に配置されかつ半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係るスピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルを示す概略的な断面図。
【図２】実施形態に係る概念を示す図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図４】第１の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図５】第２の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図６】第２の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図８】第３の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図９】第４の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１０】第４の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１１】第５の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１２】第５の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１３】第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１４】第６の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【０００８】
［１］概要
図１を用いて、実施形態に係るスピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルの概略的な構成について説明する。
【０００９】
図１に示すように、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルは、１トランジスタ＋１ＭＴＪの構成である。具体的には、半導体基板１上にゲート絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２が形成され、このゲート電極２の両側の半導体基板１内にソース／ドレイン拡散層３ａ及び３ｂが形成されている。これにより、トランジスタＴｒが形成されている。トランジスタＴｒの一方のソース／ドレイン拡散層３ａには、コンタクト６ａ及び下部電極７を介して、ＭＴＪ素子１０が接続されている。ＭＴＪ素子１０は、参照層１１、記憶層１３、参照層１１及び記憶層１３間に形成されたトンネルバリア層１２を有している。ＭＴＪ素子１０の上には、上部電極１４及びバリアメタル膜１７を介して、ソース線（ＳＬ）１８が接続されている。トランジスタＴｒの他方のソース／ドレイン拡散層３ｂには、コンタクト６ｂ及びバリアメタル膜１９を介して、ビット線（ＢＬ）２０が接続されている。
【００１０】
このように、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルでは、ＭＴＪ素子１０に対し上下方向からの電流でＭＴＪ素子１０のスピンの向きを制御する。このため、ＭＴＪ素子１０の一端にソース線１８が接続され、ＭＴＪ素子１０の他端にトランジスタＴｒを介してビット線２０が接続されている。
【００１１】
次に、図２を用いて、実施形態の概念について説明する。
【００１２】
図２に示すように、ＭＴＪ素子１０としては、垂直磁化膜を使用する。本図では、シリコン基板を紙面の下方に配置し、ＭＴＪ素子１０の下側（シリコン基板側）に参照層１１、ＭＴＪ素子１０の上側に記憶層１３が配置される。この例では、参照層１１の磁化は上側に向いており、記憶層１３の磁化の向きが電流により上側又は下側に書き換えられる。
【００１３】
このような垂直磁化型のＭＴＪ素子１０の上下には、膜応力が示されている。この膜応力は、ＭＴＪ素子１０の磁化特性に有利となる方向を示している。
【００１４】
垂直磁化膜を使用したＭＴＪ素子１０は、参照層１１及び記憶層１３のどちらの磁化（スピン）の向きも、シリコン基板の基板面（ＭＴＪ膜の膜面）に対して垂直方向を向く。この磁化の向きを通常時に保磁し易いような方向に膜応力をかけることが、保磁特性に有利であると言える。そして、参照層１１及び記憶層１３の各膜が正確に垂直方向を向いていることが、読み出し信号比（ＭＲ比）の向上、反転電流の低減につながる。
【００１５】
つまり、保磁特性に有利な向きというのは、図２に示すように、ＭＴＪ膜を垂直方向に伸ばす向きである。従って、ＭＴＪ素子１０の上側には、シリコン基板に対して引っ張る（Tensile）方向の応力が加わるような応力膜を配置し、ＭＴＪ素子１０の下側には、シリコン基板に対して圧縮する（Compressive）方向の応力が加わるような応力膜を配置する。
【００１６】
本実施形態は、ＭＴＪ素子１０に対して上記のような応力膜を配置した構成とすることで、垂直磁化膜を使用したＭＴＪ素子１０の特性向上を図る。以下に、このような構成を具体的に実現する実施形態について説明する。
【００１７】
［２］第１の実施形態
第１の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の上側に、半導体基板に対して引っ張り応力を有する応力膜を配置する。
【００１８】
図３を用いて、第１の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００１９】
図３に示すように、コンタクト６ａ及び層間絶縁膜５上にコンタクト６ａに接続する下部電極７が形成され、この下部電極７上にＭＴＪ素子１０が形成されている。ＭＴＪ素子１０上に上部電極１４が形成されている。この上部電極１４は、ＭＴＪ素子１０の加工時のハードマスクであってもよい。上部電極１４の平面形状は、ＭＴＪ素子１０の平面形状と同じでもよく、上部電極１４の側面は、ＭＴＪ素子１０の側面と一致していてもよい。ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面には、側壁絶縁膜１５が形成されている。この側壁絶縁膜１５の底面における外側の端部は、例えば、下部電極７の側面と一致している。上部電極１４上には、バリアメタル膜１７を介して、ソース線１８が形成されている。
【００２０】
このような第１の実施形態では、ＭＴＪ素子１０の上方に、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜２１が形成されている。シリコン窒化膜２１は上部電極１４（ＭＴＪ素子１０）及び層間絶縁膜１６を覆うように形成され、その後、ソース線１８の形成にあたり、上部電極１４上のシリコン窒化膜２１は除去される。これにより、シリコン窒化膜２１は、ＭＴＪ素子１０の周囲に埋め込まれた層間絶縁膜１６上のソース線１８の下部の周囲に存在する。
【００２１】
このようなシリコン窒化膜２１は、トランジスタの応力膜としても使用される膜である。シリコン窒化膜２１を引っ張り応力膜として機能させるためには、ＳｉＮの密度が３ｇ／ｃｍ３以上で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。但し、このような数値以外であっても、シリコン窒化膜２１の成膜手法等により、シリコン窒化膜２１が引っ張り応力膜として機能させることは可能である。
【００２２】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図４に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図４の場合、図３と同様の第１の上部電極１４ａ上に、第２の上部電極１４ｂが形成される。この第２の上部電極１４ｂは、下部電極７の平面形状と同じ平面形状を有し、下部電極７の側面と一致する側面を有していてもよい。このような図４の場合、シリコン窒化膜２１は、層間絶縁膜１６及び第２の上部電極１４ｂ上に存在する。
【００２３】
また、図３及び図４では、ＭＴＪ素子１０の上側に形成された引っ張り応力膜（シリコン窒化膜２１）は、１層であるが、複数層設けてもよい。例えば、ＭＴＪ素子１０の上方に存在する多層配線の周囲にそれぞれ形成してもよい。この場合の引っ張り応力膜は、配線材（例えばＣｕ）の処理時のストッパとしても機能させることができる。
【００２４】
上記第１の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の近くのＭＴＪ素子１０の上側に引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２１が形成されている。このため、シリコン窒化膜２１により、半導体基板に対して引っ張る方向の応力がＭＴＪ素子１０に加わる。従って、ＭＴＪ素子１０の磁性の向き及び異方性を助ける向きに応力が働き、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させる。その結果、ＭＴＪ素子１０のスピン保磁特性が向上し、異方性も向上し、信号比を高くでき、反転電流値を低減することもできる。
【００２５】
［３］第２の実施形態
第２の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の下側に、半導体基板に対して圧縮応力を有する応力膜を配置する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００２６】
図５を用いて、第２の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００２７】
図５に示すように、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜２２が、ＭＴＪ素子１０の下側に配置されていることである。
【００２８】
このシリコン窒化膜２２は、層間絶縁膜５上の下部電極７の周囲に形成されている。シリコン窒化膜２２の膜厚は、下部電極７の膜厚と同じであっても、異なってもよい。シリコン窒化膜２２を圧縮応力膜として機能させるためには、ＳｉＮ密度が３ｇ／ｃｍ３以下で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であることが望ましい。但し、このような数値以外であっても、シリコン窒化膜２２の成膜手法等により、シリコン窒化膜２２が圧縮応力膜として機能させることは可能である。さらに、ＳｉＮ密度が３ｇ／ｃｍ３で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３であるシリコン窒化膜は、引っ張り応力膜及び圧縮応力膜のいずれにも機能させることができ、成膜条件等により、両者の機能を使い分けることも可能である。
【００２９】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図６に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。この場合、第２の上部電極１４ｂは、下部電極７の平面形状と同じ平面形状を有し、下部電極７の側面と一致する側面を有していてもよい。
【００３０】
また、図５及び図６に示す第２の実施形態では、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に、酸化膜２３が形成されている。この酸化膜２３は、例えば、ＭＴＪ素子１０等の加工時に生じる金属酸化膜である。但し、第２の実施形態において、酸化膜２３は無くてもよく、酸化膜２３の代わりに、第１の実施形態のような側壁絶縁膜１５がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成されてもよい。
【００３１】
上記第２の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の下側に圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜２２が形成されている。このため、シリコン窒化膜２２により、半導体基板に対して圧縮方向の応力がＭＴＪ素子１０に加わり、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させる。その結果、ＭＴＪ素子１０の保磁特性が向上し、信号比が高く、反転電流値を低減することができる。
【００３２】
［４］第３の実施形態
第３の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の上側に位置する上部電極１４の側面に、半導体基板に対して引っ張り応力を有する応力膜を配置する。第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００３３】
図７を用いて、第３の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００３４】
図７に示すように、第３の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、応力膜として機能するシリコン窒化膜２４が、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に酸化膜２３を介して配置されていることである。
【００３５】
このシリコン窒化膜２４は、ＭＴＪ素子１０の上側に位置する部分（すなわち、上部電極１４の側面）に形成されており、引っ張り応力膜として機能する。すなわち、シリコン窒化膜２４は、ＳｉＮの密度が３ｇ／ｃｍ３以上で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
【００３６】
また、図示するシリコン窒化膜２４は、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面だけでなく、層間絶縁膜２５及び下部電極７上にも形成されるが、少なくとも上部電極１４の側面上に形成されればよい。
【００３７】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図８に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図８の場合、シリコン窒化膜２４は、少なくとも第１の上部電極１４ａの側面上に形成されればよい。
【００３８】
また、図７及び図８に示す第３の実施形態では、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に、酸化膜２３が形成されている。しかし、酸化膜２３が無く、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上にシリコン窒化膜２４が直接形成されてもよい。また、酸化膜２３の代わりに、第１の実施形態のような側壁絶縁膜１５がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成されてもよい。
【００３９】
上記第３の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極１４（第１の上部電極１４ａ）の側面に引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２４が形成されている。このため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１の実施形態と比べて、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２４をＭＴＪ素子１０に近づけられているため、より効果を高めることができる。
【００４０】
［５］第４の実施形態
第４の実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、ＭＴＪ素子１０の上方のシリコン窒化膜２６の端部を上部電極１４の側面に直接接するように配置する。第４の実施形態では、第３の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００４１】
図９を用いて、第４の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００４２】
図９に示すように、第４の実施形態において、第３の実施形態と異なる点は、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２６の端部が、上部電極１４の側面に接するように、シリコン窒化膜２６が形成されていることである。
【００４３】
具体的には、第４の実施形態では、少なくとも上部電極１４の側面の一部が露出するように、酸化膜２３がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成される。本図では、上部電極１４の側面の上部に酸化膜２３が存在せず、この部分にシリコン窒化膜２６が形成されている。このため、上部電極１４の側面に接するシリコン窒化膜２６の端部は、ＭＴＪ素子１０の上方に位置することになる。
【００４４】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図１０に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図１０の場合、シリコン窒化膜２６の端部は、第１の上部電極１４ａの側面に接している。
【００４５】
上記第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４の実施形態では、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２６の端部が、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極１４（第１の上部電極１４ａ）の側面に接している。これにより、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に酸化膜２３が形成されるような場合でも、引っ張り応力が加わる始点がＭＴＪ素子１０により近づくため、引っ張り応力がＭＴＪ素子１０により効率的に加わり、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性をさらに向上できる。
【００４６】
［６］第５の実施形態
第５の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７には、半導体基板に対して圧縮応力を有するＴａ（タンタル）を用い、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８には、半導体基板に対して引っ張り応力を有するＷ（タングステン）を用いる。第５の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００４７】
図１１を用いて、第５の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００４８】
図１１に示すように、第５の実施形態は、第１の実施形態のようにシリコン窒化膜２１を設けるのではなく、材料の応力特性を利用する。つまり、Ｔａ膜は、基板に対して圧縮応力をもたらすため、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７に用い、Ｗ膜は、基板に対して引っ張り応力をもたらすため、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８に用いる。これにより、本実施形態では、下部電極２７は圧縮応力膜として機能し、上部電極２８は引っ張り応力膜として機能する。
【００４９】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図１２に示すように、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂからなる２層であってもよい。この場合、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂの少なくとも一方をＷで形成するとよい。第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂの一方だけをＷで形成する場合は、ＭＴＪ素子１０により近い第１の上部電極２８ａをＷで形成するとよい。
【００５０】
また、本実施形態では、下部電極２７にＴａを用いることと、上部電極２８にＷを用いることの両方を満たすことが望ましいが、どちらか一方であってもよい。
【００５１】
上記第５の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７として、圧縮応力を有するＴａを用い、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８として、引っ張り応力を有するＷを用いている。このため、ＭＴＪ素子１０に対して、下部電極２７が圧縮応力を加え、上部電極２８が引っ張り応力を加えることができる。このようにＭＴＪ素子１０の上下から応力を加えることで、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させることができる。その結果、ＭＴＪ素子１０の保磁特性が向上し、信号比が高く、反転電流値を低減することができる。
【００５２】
［７］第６の実施形態
第６の実施形態は、第５の実施形態の変形例であり、下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９を配置する。第６の実施形態では、第５の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００５３】
図１３を用いて、第６の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００５４】
図１３に示すように、第６の実施形態において、第５の実施形態と異なる点は、Ｔａからなる下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９が、配置されていることである。
【００５５】
ＴａＯｘ膜２９は、Ｔａ膜より圧縮応力が強い。また、ＴａＯｘ膜２９は絶縁性であるため、下部電極２７の周囲の全面に形成しても、ＭＴＪ素子１０間でショートすることはない。ＴａＯｘ膜２９の膜厚は、下部電極２７の膜厚と同じであっても、異なってもよい。
【００５６】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極２８は、図１４に示すように、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂからなる２層であってもよい。
【００５７】
上記第６の実施形態によれば、Ｔａからなる下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９が配置されている。このため、ＭＴＪ素子１０の下側の全面に圧縮応力膜が存在することになる。これにより、ＭＴＪ素子１０の下方からの圧縮応力を強めることができ、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性をさらに向上できる。
【００５８】
［８］その他
上記第１乃至第６の実施形態では、ＭＴＪ素子１０の上方（基板側）に参照層１１が位置するようにＭＴＪ膜が積層されているが、ＭＴＪ素子１０の上下を反転し、ＭＴＪ素子１０の上方に参照層１１が位置するようにしてもよい。
【００５９】
上記第１乃至第６の実施形態における引っ張り応力膜及び圧縮応力膜は、参照層１１側よりも記憶層１３側に存在させる方が、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上できる。つまり、ＭＴＪ素子１０の上方に記憶層１３が位置する場合は、ＭＴＪ素子１０の上側に引っ張り応力膜を形成し、ＭＴＪ素子１０の下方に記憶層１３が位置する場合は、ＭＴＪ素子１０の下側に圧縮応力膜を形成するとよい。
【００６０】
上記第１乃至第６の実施形態において、引っ張り応力膜及び圧縮応力膜は、例えば、膜厚を厚くする、面積を大きくすること等で、各応力を強めることが可能である。
【００６１】
上記第１乃至第６の実施形態の中から２つ以上の実施形態を、種々に組み合わせることも可能である。
【００６２】
上記第１乃至第６の実施形態において、コンタクト６ａ、下部電極７、ＭＴＪ素子１０、上部電極１４、側壁絶縁膜１５及びソース線１７等の大きさ及び形状等は、一例であり、種々に変更可能である。
【００６３】
以上のように、上述した第１乃至第６の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリによれば、ＭＴＪ素子１０の上側及び下側の少なくとも一方に、ＭＴＪ素子１０の磁化に対して有利に働く応力膜を配置することで、ＭＴＪ素子１０の保磁特性を向上することが可能である。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
６ａ…コンタクト、７…下部電極、１０…ＭＴＪ素子、１１…参照層、１２…トンネル酸化膜、１３…記憶層、１４…上部電極、１４ａ…第１の上部電極、１４ｂ…第２の上部電極、１５…側壁絶縁膜、２１、２４、２６…引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜、２２…圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜、２３…酸化膜、２７…圧縮応力膜として機能するＴａからなる下部電極、２８…引っ張り応力膜として機能するＷからなる上部電極、２９…圧縮応力膜として機能するＴａＯｘ膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、応力膜を有する磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、不揮発性ＲＡＭとして、ＤＲＡＭ＋ＮＯＲ型フラッシュメモリの代替として磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magmetic Random Access Memory）が期待されている。しかし、現状の磁気ランダムアクセスメモリでは、記憶素子であるＭＴＪ（Magnetic tunnel Junction）素子の異方性が弱く、反転電流値が高く、信号比（ＭＲ比）が低いなどの問題があり、製品化に向けて問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０８６１９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４０９２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＴＪ素子の保磁特性を向上することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態による磁気ランダムアクセスメモリは、半導体基板と、半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子と、ＭＴＪ素子の上側に配置されかつ半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜及びＭＴＪ素子の下側に配置されかつ半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係るスピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルを示す概略的な断面図。
【図２】実施形態に係る概念を示す図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図４】第１の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図５】第２の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図６】第２の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図８】第３の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図９】第４の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１０】第４の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１１】第５の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１２】第５の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１３】第６の実施形態に係るＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【図１４】第６の実施形態に係る他のＭＴＪ素子の周囲の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【０００８】
［１］概要
図１を用いて、実施形態に係るスピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルの概略的な構成について説明する。
【０００９】
図１に示すように、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルは、１トランジスタ＋１ＭＴＪの構成である。具体的には、半導体基板１上にゲート絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２が形成され、このゲート電極２の両側の半導体基板１内にソース／ドレイン拡散層３ａ及び３ｂが形成されている。これにより、トランジスタＴｒが形成されている。トランジスタＴｒの一方のソース／ドレイン拡散層３ａには、コンタクト６ａ及び下部電極７を介して、ＭＴＪ素子１０が接続されている。ＭＴＪ素子１０は、参照層１１、記憶層１３、参照層１１及び記憶層１３間に形成されたトンネルバリア層１２を有している。ＭＴＪ素子１０の上には、上部電極１４及びバリアメタル膜１７を介して、ソース線（ＳＬ）１８が接続されている。トランジスタＴｒの他方のソース／ドレイン拡散層３ｂには、コンタクト６ｂ及びバリアメタル膜１９を介して、ビット線（ＢＬ）２０が接続されている。
【００１０】
このように、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリのメモリセルでは、ＭＴＪ素子１０に対し上下方向からの電流でＭＴＪ素子１０のスピンの向きを制御する。このため、ＭＴＪ素子１０の一端にソース線１８が接続され、ＭＴＪ素子１０の他端にトランジスタＴｒを介してビット線２０が接続されている。
【００１１】
次に、図２を用いて、実施形態の概念について説明する。
【００１２】
図２に示すように、ＭＴＪ素子１０としては、垂直磁化膜を使用する。本図では、シリコン基板を紙面の下方に配置し、ＭＴＪ素子１０の下側（シリコン基板側）に参照層１１、ＭＴＪ素子１０の上側に記憶層１３が配置される。この例では、参照層１１の磁化は上側に向いており、記憶層１３の磁化の向きが電流により上側又は下側に書き換えられる。
【００１３】
このような垂直磁化型のＭＴＪ素子１０の上下には、膜応力が示されている。この膜応力は、ＭＴＪ素子１０の磁化特性に有利となる方向を示している。
【００１４】
垂直磁化膜を使用したＭＴＪ素子１０は、参照層１１及び記憶層１３のどちらの磁化（スピン）の向きも、シリコン基板の基板面（ＭＴＪ膜の膜面）に対して垂直方向を向く。この磁化の向きを通常時に保磁し易いような方向に膜応力をかけることが、保磁特性に有利であると言える。そして、参照層１１及び記憶層１３の各膜が正確に垂直方向を向いていることが、読み出し信号比（ＭＲ比）の向上、反転電流の低減につながる。
【００１５】
つまり、保磁特性に有利な向きというのは、図２に示すように、ＭＴＪ膜を垂直方向に伸ばす向きである。従って、ＭＴＪ素子１０の上側には、シリコン基板に対して引っ張る（Tensile）方向の応力が加わるような応力膜を配置し、ＭＴＪ素子１０の下側には、シリコン基板に対して圧縮する（Compressive）方向の応力が加わるような応力膜を配置する。
【００１６】
本実施形態は、ＭＴＪ素子１０に対して上記のような応力膜を配置した構成とすることで、垂直磁化膜を使用したＭＴＪ素子１０の特性向上を図る。以下に、このような構成を具体的に実現する実施形態について説明する。
【００１７】
［２］第１の実施形態
第１の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の上側に、半導体基板に対して引っ張り応力を有する応力膜を配置する。
【００１８】
図３を用いて、第１の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００１９】
図３に示すように、コンタクト６ａ及び層間絶縁膜５上にコンタクト６ａに接続する下部電極７が形成され、この下部電極７上にＭＴＪ素子１０が形成されている。ＭＴＪ素子１０上に上部電極１４が形成されている。この上部電極１４は、ＭＴＪ素子１０の加工時のハードマスクであってもよい。上部電極１４の平面形状は、ＭＴＪ素子１０の平面形状と同じでもよく、上部電極１４の側面は、ＭＴＪ素子１０の側面と一致していてもよい。ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面には、側壁絶縁膜１５が形成されている。この側壁絶縁膜１５の底面における外側の端部は、例えば、下部電極７の側面と一致している。上部電極１４上には、バリアメタル膜１７を介して、ソース線１８が形成されている。
【００２０】
このような第１の実施形態では、ＭＴＪ素子１０の上方に、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜２１が形成されている。シリコン窒化膜２１は上部電極１４（ＭＴＪ素子１０）及び層間絶縁膜１６を覆うように形成され、その後、ソース線１８の形成にあたり、上部電極１４上のシリコン窒化膜２１は除去される。これにより、シリコン窒化膜２１は、ＭＴＪ素子１０の周囲に埋め込まれた層間絶縁膜１６上のソース線１８の下部の周囲に存在する。
【００２１】
このようなシリコン窒化膜２１は、トランジスタの応力膜としても使用される膜である。シリコン窒化膜２１を引っ張り応力膜として機能させるためには、ＳｉＮの密度が３ｇ／ｃｍ３以上で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。但し、このような数値以外であっても、シリコン窒化膜２１の成膜手法等により、シリコン窒化膜２１が引っ張り応力膜として機能させることは可能である。
【００２２】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図４に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図４の場合、図３と同様の第１の上部電極１４ａ上に、第２の上部電極１４ｂが形成される。この第２の上部電極１４ｂは、下部電極７の平面形状と同じ平面形状を有し、下部電極７の側面と一致する側面を有していてもよい。このような図４の場合、シリコン窒化膜２１は、層間絶縁膜１６及び第２の上部電極１４ｂ上に存在する。
【００２３】
また、図３及び図４では、ＭＴＪ素子１０の上側に形成された引っ張り応力膜（シリコン窒化膜２１）は、１層であるが、複数層設けてもよい。例えば、ＭＴＪ素子１０の上方に存在する多層配線の周囲にそれぞれ形成してもよい。この場合の引っ張り応力膜は、配線材（例えばＣｕ）の処理時のストッパとしても機能させることができる。
【００２４】
上記第１の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の近くのＭＴＪ素子１０の上側に引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２１が形成されている。このため、シリコン窒化膜２１により、半導体基板に対して引っ張る方向の応力がＭＴＪ素子１０に加わる。従って、ＭＴＪ素子１０の磁性の向き及び異方性を助ける向きに応力が働き、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させる。その結果、ＭＴＪ素子１０のスピン保磁特性が向上し、異方性も向上し、信号比を高くでき、反転電流値を低減することもできる。
【００２５】
［３］第２の実施形態
第２の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の下側に、半導体基板に対して圧縮応力を有する応力膜を配置する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００２６】
図５を用いて、第２の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００２７】
図５に示すように、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜２２が、ＭＴＪ素子１０の下側に配置されていることである。
【００２８】
このシリコン窒化膜２２は、層間絶縁膜５上の下部電極７の周囲に形成されている。シリコン窒化膜２２の膜厚は、下部電極７の膜厚と同じであっても、異なってもよい。シリコン窒化膜２２を圧縮応力膜として機能させるためには、ＳｉＮ密度が３ｇ／ｃｍ３以下で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以下であることが望ましい。但し、このような数値以外であっても、シリコン窒化膜２２の成膜手法等により、シリコン窒化膜２２が圧縮応力膜として機能させることは可能である。さらに、ＳｉＮ密度が３ｇ／ｃｍ３で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３であるシリコン窒化膜は、引っ張り応力膜及び圧縮応力膜のいずれにも機能させることができ、成膜条件等により、両者の機能を使い分けることも可能である。
【００２９】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図６に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。この場合、第２の上部電極１４ｂは、下部電極７の平面形状と同じ平面形状を有し、下部電極７の側面と一致する側面を有していてもよい。
【００３０】
また、図５及び図６に示す第２の実施形態では、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に、酸化膜２３が形成されている。この酸化膜２３は、例えば、ＭＴＪ素子１０等の加工時に生じる金属酸化膜である。但し、第２の実施形態において、酸化膜２３は無くてもよく、酸化膜２３の代わりに、第１の実施形態のような側壁絶縁膜１５がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成されてもよい。
【００３１】
上記第２の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の下側に圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜２２が形成されている。このため、シリコン窒化膜２２により、半導体基板に対して圧縮方向の応力がＭＴＪ素子１０に加わり、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させる。その結果、ＭＴＪ素子１０の保磁特性が向上し、信号比が高く、反転電流値を低減することができる。
【００３２】
［４］第３の実施形態
第３の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の上側に位置する上部電極１４の側面に、半導体基板に対して引っ張り応力を有する応力膜を配置する。第３の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００３３】
図７を用いて、第３の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００３４】
図７に示すように、第３の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、応力膜として機能するシリコン窒化膜２４が、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に酸化膜２３を介して配置されていることである。
【００３５】
このシリコン窒化膜２４は、ＭＴＪ素子１０の上側に位置する部分（すなわち、上部電極１４の側面）に形成されており、引っ張り応力膜として機能する。すなわち、シリコン窒化膜２４は、ＳｉＮの密度が３ｇ／ｃｍ３以上で、Ｎ−Ｈ量が５×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
【００３６】
また、図示するシリコン窒化膜２４は、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面だけでなく、層間絶縁膜２５及び下部電極７上にも形成されるが、少なくとも上部電極１４の側面上に形成されればよい。
【００３７】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図８に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図８の場合、シリコン窒化膜２４は、少なくとも第１の上部電極１４ａの側面上に形成されればよい。
【００３８】
また、図７及び図８に示す第３の実施形態では、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に、酸化膜２３が形成されている。しかし、酸化膜２３が無く、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上にシリコン窒化膜２４が直接形成されてもよい。また、酸化膜２３の代わりに、第１の実施形態のような側壁絶縁膜１５がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成されてもよい。
【００３９】
上記第３の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極１４（第１の上部電極１４ａ）の側面に引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２４が形成されている。このため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１の実施形態と比べて、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２４をＭＴＪ素子１０に近づけられているため、より効果を高めることができる。
【００４０】
［５］第４の実施形態
第４の実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、ＭＴＪ素子１０の上方のシリコン窒化膜２６の端部を上部電極１４の側面に直接接するように配置する。第４の実施形態では、第３の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００４１】
図９を用いて、第４の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００４２】
図９に示すように、第４の実施形態において、第３の実施形態と異なる点は、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２６の端部が、上部電極１４の側面に接するように、シリコン窒化膜２６が形成されていることである。
【００４３】
具体的には、第４の実施形態では、少なくとも上部電極１４の側面の一部が露出するように、酸化膜２３がＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面上に形成される。本図では、上部電極１４の側面の上部に酸化膜２３が存在せず、この部分にシリコン窒化膜２６が形成されている。このため、上部電極１４の側面に接するシリコン窒化膜２６の端部は、ＭＴＪ素子１０の上方に位置することになる。
【００４４】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図１０に示すように、第１の上部電極１４ａ及び第２の上部電極１４ｂからなる２層であってもよい。図１０の場合、シリコン窒化膜２６の端部は、第１の上部電極１４ａの側面に接している。
【００４５】
上記第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４の実施形態では、引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜２６の端部が、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極１４（第１の上部電極１４ａ）の側面に接している。これにより、ＭＴＪ素子１０及び上部電極１４の側面に酸化膜２３が形成されるような場合でも、引っ張り応力が加わる始点がＭＴＪ素子１０により近づくため、引っ張り応力がＭＴＪ素子１０により効率的に加わり、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性をさらに向上できる。
【００４６】
［６］第５の実施形態
第５の実施形態は、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７には、半導体基板に対して圧縮応力を有するＴａ（タンタル）を用い、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８には、半導体基板に対して引っ張り応力を有するＷ（タングステン）を用いる。第５の実施形態では、第１の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００４７】
図１１を用いて、第５の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００４８】
図１１に示すように、第５の実施形態は、第１の実施形態のようにシリコン窒化膜２１を設けるのではなく、材料の応力特性を利用する。つまり、Ｔａ膜は、基板に対して圧縮応力をもたらすため、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７に用い、Ｗ膜は、基板に対して引っ張り応力をもたらすため、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８に用いる。これにより、本実施形態では、下部電極２７は圧縮応力膜として機能し、上部電極２８は引っ張り応力膜として機能する。
【００４９】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極１４は、図１２に示すように、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂからなる２層であってもよい。この場合、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂの少なくとも一方をＷで形成するとよい。第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂの一方だけをＷで形成する場合は、ＭＴＪ素子１０により近い第１の上部電極２８ａをＷで形成するとよい。
【００５０】
また、本実施形態では、下部電極２７にＴａを用いることと、上部電極２８にＷを用いることの両方を満たすことが望ましいが、どちらか一方であってもよい。
【００５１】
上記第５の実施形態によれば、ＭＴＪ素子１０の下側の下部電極２７として、圧縮応力を有するＴａを用い、ＭＴＪ素子１０の上側の上部電極２８として、引っ張り応力を有するＷを用いている。このため、ＭＴＪ素子１０に対して、下部電極２７が圧縮応力を加え、上部電極２８が引っ張り応力を加えることができる。このようにＭＴＪ素子１０の上下から応力を加えることで、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上させることができる。その結果、ＭＴＪ素子１０の保磁特性が向上し、信号比が高く、反転電流値を低減することができる。
【００５２】
［７］第６の実施形態
第６の実施形態は、第５の実施形態の変形例であり、下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９を配置する。第６の実施形態では、第５の実施形態と異なる点について主に述べる。
【００５３】
図１３を用いて、第６の実施形態に係るＭＴＪ素子１０の周囲の構造について説明する。
【００５４】
図１３に示すように、第６の実施形態において、第５の実施形態と異なる点は、Ｔａからなる下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９が、配置されていることである。
【００５５】
ＴａＯｘ膜２９は、Ｔａ膜より圧縮応力が強い。また、ＴａＯｘ膜２９は絶縁性であるため、下部電極２７の周囲の全面に形成しても、ＭＴＪ素子１０間でショートすることはない。ＴａＯｘ膜２９の膜厚は、下部電極２７の膜厚と同じであっても、異なってもよい。
【００５６】
尚、ＭＴＪ素子１０上の上部電極２８は、図１４に示すように、第１の上部電極２８ａ及び第２の上部電極２８ｂからなる２層であってもよい。
【００５７】
上記第６の実施形態によれば、Ｔａからなる下部電極２７の周囲にＴａＯｘ膜２９が配置されている。このため、ＭＴＪ素子１０の下側の全面に圧縮応力膜が存在することになる。これにより、ＭＴＪ素子１０の下方からの圧縮応力を強めることができ、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性をさらに向上できる。
【００５８】
［８］その他
上記第１乃至第６の実施形態では、ＭＴＪ素子１０の上方（基板側）に参照層１１が位置するようにＭＴＪ膜が積層されているが、ＭＴＪ素子１０の上下を反転し、ＭＴＪ素子１０の上方に参照層１１が位置するようにしてもよい。
【００５９】
上記第１乃至第６の実施形態における引っ張り応力膜及び圧縮応力膜は、参照層１１側よりも記憶層１３側に存在させる方が、ＭＴＪ素子１０の垂直磁化特性を向上できる。つまり、ＭＴＪ素子１０の上方に記憶層１３が位置する場合は、ＭＴＪ素子１０の上側に引っ張り応力膜を形成し、ＭＴＪ素子１０の下方に記憶層１３が位置する場合は、ＭＴＪ素子１０の下側に圧縮応力膜を形成するとよい。
【００６０】
上記第１乃至第６の実施形態において、引っ張り応力膜及び圧縮応力膜は、例えば、膜厚を厚くする、面積を大きくすること等で、各応力を強めることが可能である。
【００６１】
上記第１乃至第６の実施形態の中から２つ以上の実施形態を、種々に組み合わせることも可能である。
【００６２】
上記第１乃至第６の実施形態において、コンタクト６ａ、下部電極７、ＭＴＪ素子１０、上部電極１４、側壁絶縁膜１５及びソース線１７等の大きさ及び形状等は、一例であり、種々に変更可能である。
【００６３】
以上のように、上述した第１乃至第６の実施形態の磁気ランダムアクセスメモリによれば、ＭＴＪ素子１０の上側及び下側の少なくとも一方に、ＭＴＪ素子１０の磁化に対して有利に働く応力膜を配置することで、ＭＴＪ素子１０の保磁特性を向上することが可能である。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
６ａ…コンタクト、７…下部電極、１０…ＭＴＪ素子、１１…参照層、１２…トンネル酸化膜、１３…記憶層、１４…上部電極、１４ａ…第１の上部電極、１４ｂ…第２の上部電極、１５…側壁絶縁膜、２１、２４、２６…引っ張り応力膜として機能するシリコン窒化膜、２２…圧縮応力膜として機能するシリコン窒化膜、２３…酸化膜、２７…圧縮応力膜として機能するＴａからなる下部電極、２８…引っ張り応力膜として機能するＷからなる上部電極、２９…圧縮応力膜として機能するＴａＯｘ膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子と、
前記ＭＴＪ素子の上側に配置されかつ前記半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜及び前記ＭＴＪ素子の下側に配置されかつ前記半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、
を具備する磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項２】
前記引っ張り応力膜は、前記ＭＴＪ素子上に形成されかつ前記ＭＴＪ素子に接続された上部電極を含み、
前記圧縮応力膜は、前記ＭＴＪ素子下に形成されかつ前記ＭＴＪ素子に接続された下部電極を含み、
前記上部電極がＷで形成されること及び前記下部電極がＴａで形成されることの少なくとも一方を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項３】
前記ＭＴＪ素子下に形成され、前記ＭＴＪ素子に接続された下部電極をさらに具備し、
前記圧縮応力膜は、前記下部電極の周囲に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
前記ＭＴＪ素子上に形成され、前記ＭＴＪ素子に接続された上部電極をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記上部電極の側面上に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項５】
前記ＭＴＪ素子の側面上に形成された酸化膜をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記酸化膜の側面上に形成され、
前記引っ張り応力膜の端部は、前記上部電極の側面に接する、
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
前記ＭＴＪ素子の周囲を埋め込む層間絶縁膜をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記層間絶縁膜上に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に配置され、垂直磁化膜で形成されたＭＴＪ素子と、
前記ＭＴＪ素子の上側に配置されかつ前記半導体基板に対して引っ張る方向に応力を加える引っ張り応力膜及び前記ＭＴＪ素子の下側に配置されかつ前記半導体基板に対して圧縮する方向に応力を加える圧縮応力膜の少なくとも一方を有する応力膜と、
を具備する磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項２】
前記引っ張り応力膜は、前記ＭＴＪ素子上に形成されかつ前記ＭＴＪ素子に接続された上部電極を含み、
前記圧縮応力膜は、前記ＭＴＪ素子下に形成されかつ前記ＭＴＪ素子に接続された下部電極を含み、
前記上部電極がＷで形成されること及び前記下部電極がＴａで形成されることの少なくとも一方を満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項３】
前記ＭＴＪ素子下に形成され、前記ＭＴＪ素子に接続された下部電極をさらに具備し、
前記圧縮応力膜は、前記下部電極の周囲に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
前記ＭＴＪ素子上に形成され、前記ＭＴＪ素子に接続された上部電極をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記上部電極の側面上に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項５】
前記ＭＴＪ素子の側面上に形成された酸化膜をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記酸化膜の側面上に形成され、
前記引っ張り応力膜の端部は、前記上部電極の側面に接する、
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
前記ＭＴＪ素子の周囲を埋め込む層間絶縁膜をさらに具備し、
前記引っ張り応力膜は、前記層間絶縁膜上に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１８２２１９（Ｐ２０１２−１８２２１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４２６９０（Ｐ２０１１−４２６９０）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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