磁気抵抗効果素子及びその製造方法
【課題】所望の形状を有する記録層を確実に形成し得る磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。
【解決手段】記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法は、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体及び第１のマスク層６１を形成し、次いで、第１のマスク層６１上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層６２を形成して第１のマスク層６１をパターニングし、次いで、積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層６３を形成して第１のマスク層６１をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層６１を得た後、記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る各工程を有する。
【解決手段】記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法は、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体及び第１のマスク層６１を形成し、次いで、第１のマスク層６１上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層６２を形成して第１のマスク層６１をパターニングし、次いで、積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層６３を形成して第１のマスク層６１をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層６１を得た後、記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る各工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関し、より具体的には、スピン注入型磁気抵抗効果素子（所謂スピンＲＡＭ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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素子やロジック素子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。
【０００３】
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。
【０００４】
これらの欠点を有さず、しかも、より少ない電流にて情報の記録、読み出しを行うことができる、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効果素子（スピンＲＡＭ）が注目されている（例えば、特開２００３−１７７８２参照）。ここで、スピン注入による磁化反転とは、磁性体の中を通過してスピン偏極された電子が他の磁性体に注入されることにより、他の磁性体において磁化反転が生じる現象である。スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、具体的には、磁性体の膜面に垂直な方向に電流を流すことにより、少なくとも一部の磁性体の磁化の向きを反転させることができる。そして、スピン注入による磁化反転は、素子が微細化されても、電流を増やさずに磁化反転を実現することができるといった利点を有しており、より一層の素子の微細化が可能となる。
【０００５】
スピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図を図１２の（Ａ）に示す。このスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance，巨大磁気抵抗）効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図１２の（Ａ）参照）。記録層５３の大きさは、模式的な平面図を図１２の（Ｂ）に示すが、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を低減するため、概ね１００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図１２の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。図１２の（Ｂ）においては、記録層５３の平面形状を長楕円形状にすることによって、形状異方性（形状磁気異方性）を付与した例を示す。即ち、記録層５３は、第１の方向及び第２の方向に平行な磁化容易軸と、この磁化容易軸に直交する磁化困難軸とを有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。また、例えば、特開２００５−３５３７８８の図２２には、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状として、長方形、楕円形、多角形、菱形、平行四辺形、台形が例示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７７８２
【特許文献２】特開２００５−３５３７８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スピン注入型磁気抵抗効果素子としての特性を維持するためには、熱による磁化の反転が起こらないように、熱安定性指標Δを一定の値以上に確保しなければならない。この熱安定性指標Δは、次の式（１）で表すことができる。
【０００８】
Δ＝（Ｍs・Ｖ・Ｈk）／（２・ｋB・Ｔ） （１）
【０００９】
ここで、
Ｍs：記録層の飽和磁化
Ｖ ：記録層の体積
Ｈk：記録層の異方性磁界
ｋB：ボルツマン定数
Ｔ ：記録層の絶対温度
である。
【００１０】
式（１）から、熱安定性指標Δは、飽和磁化Ｍsの増加、体積Ｖの増加、異方性磁界Ｈkの増加と共に増加することが判る。ここで、記録層の異方性磁界Ｈkとは、結晶内でスピンを或る方向に向ける異方性エネルギー（結晶磁気異方性エネルギー）に対応する量であり、結晶磁気異方性エネルギーは、結晶の構造、配向に依存して決まるスピンの方向を固定するために必要なエネルギーである。
【００１１】
一方、着磁した方向とは逆方向の磁場を加えて、種々の磁化過程を取りながらも概ねゼロになるときの磁場をもって、磁化反転の容易さを見積もる値として、保磁力（抗磁力）Ｈcがある。異方性磁界Ｈkと保磁力Ｈcは、材料開発やデバイス開発に必要なパラメータとして使い分けられているが、両者は対応した関係にあり、保持力Ｈcの増大は、異方性磁界Ｈkの増大に繋がり、その結果、式（１）に見られるように、熱安定性指標Δを向上させることができる。ここで、保持力Ｈcは、次の式（２）に示すように、記録層を構成する材料が有する固有値［式（２）の右辺第１項］、記録層の形状に起因する値［式（２）の右辺第２項］、記録層の内部応力に起因した値［式（２）の右辺第３項］等の和で表される。
【００１２】
Ｈc＝Ｈc-film ＋ （１／４π）・｛（Ｍs・ｔ）／Ｗ｝・ｆ（ｒ）
＋ ３（λ／Ｍs）・σ ＋ Ａ （２）
【００１３】
ここで、
Ｈc-film：薄膜の状態にある記録層の保磁力
ｔ ：記録層の膜厚
Ｗ ：記録層の磁化困難軸に沿った長さ
ｆ（ｒ）：記録層における形状異方性の関数
ｒ ：記録層のアスペクト比（磁化容易軸に沿った長さ／磁化困難軸に沿った長さ）
λ ：記録層を構成する材料の磁歪定数
σ ：磁化容易軸に沿った記録層における応力（正の値は引っ張り応力であり、負
の値は圧縮力である）
Ａ ：定数
である。
【００１４】
ところで、上記の式（２）の右辺第１項は、記録層を構成する材料が有する固有の値であるので、右辺第１項の値は記録層を構成する材料によって、一義的に決定されてしまう。また、式（２）の右辺第３項における飽和磁化Ｍsの値及び磁歪定数λの値は、記録層を構成する材料によって一義的に決定されてしまうし、磁化容易軸に沿った記録層における応力σの値も、スピン注入型磁気抵抗効果素子の構成、構造によって決定されてしまう。
【００１５】
一方、式（２）の右辺第２項は、記録層の形状に起因する値であり、記録層のアスペクト比を大きくし、形状異方性を増大させることで、右辺第２項の値を増大させ得る。
【００１６】
一般に、記録層をパターニングするためには、記録層の上にハードマスク層を形成し、ハードマスク層の上に、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層を形成する。そして、レジスト層をパターニング用マスクとして、先ず、ハードマスク層をエッチング法にてパターニングする。次いで、レジスト層を除去し、パターニングされたハードマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングする。即ち、１回のフォトリソグラフィ工程及び１回のエッチング工程にて、パターニングされたハードマスク層を得ている。
【００１７】
しかしながら、記録層の大きさが微細化するに従い、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層の形状が所望の形状から大きく逸脱するといった問題が生じる。例えば、所望の形状が矩形であっても、パターニングされたレジスト層の形状は、コーナー部が丸みを帯びた矩形となってしまう。また、鋭角のコーナー部を有する記録層の形成において、係るコーナー部に対応するハードマスク層の部分が丸みを帯びてしまうと、所望の形状を有する記録層を形成できなくなり、保持力Ｈcの低下に繋がるといった問題もある。
【００１８】
加えて、記録層の形状の改良だけでは、熱安定性指標Δを一層向上させ、しかも、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させるといった、２つの技術的事項を同時に達成することは困難である。
【００１９】
従って、本発明の第１の目的は、所望の形状を有する記録層を確実に形成し得る磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、熱安定性指標Δを一層向上させ、しかも、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させるといった、２つの技術的事項を同時に達成することを可能とする磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の第１の目的を達成するための本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
（Ａ）記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成し、次いで、
（Ｂ）第１のマスク層上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層を形成した後、第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングし、次いで、第２のマスク層を除去し、
（Ｃ）積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層を形成し、次いで、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングした後、第３のマスク層を除去し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層を得た後、
（Ｄ）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る、
各工程を有する。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法においては、磁化参照層の磁化方向を固定する工程を含み、
記録層の平面形状である平行四辺形は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である形態とすることが好ましく、これによって、上記の第２の目的を達成することができる。
【００２２】
上記の第２の目的を達成するための本発明の磁気抵抗効果素子は、
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、
記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。
【００２３】
上記の好ましい形態の本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、あるいは又、本発明の磁気抵抗効果素子にあっては、記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
好ましくは、
１．５≦Ｌ／Ｈ≦３．０
を満足することが望ましい。また、このような構成を含む上記の好ましい形態の本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法あるいは本発明の磁気抵抗効果素子にあっては、頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２４】
一般に、幾何学では、少なくとも一組の対辺が互いに平行である広義の台形の範疇の中に平行四辺形が含まれる。尚、このような平行四辺形は『広義の平行四辺形』とも呼ばれる。また、広義の平行四辺形の範疇の中に狭義の平行四辺形、菱形、長方形、正方形が含まれる。ここで、狭義の平行四辺形とは、上述したとおり、狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足すると定義される。上述した本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、形成される記録層の平面形状は平行四辺形であるが、ここでの平行四辺形は、広義の平行四辺形を意味する。即ち、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に基づき得られる記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形、菱形、長方形、あるいは、正方形である。
【００２５】
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を、以下、単に、『本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法』と呼ぶ場合がある。また、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を、以下、単に、『本発明の磁気抵抗効果素子』と呼ぶ場合がある。更には、以上に説明した種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を総称して、以下、『本発明』と呼ぶ場合がある。また、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によって得られる磁気抵抗効果素子、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を総称して、以下、『本発明の磁気抵抗効果素子等』と呼ぶ場合がある。更には、磁化参照層の磁化容易軸の方向を『方向Ｍ1』と呼び、記録層の磁化容易軸の方向を『方向Ｍ2』と呼ぶ場合がある。また、本発明の磁気抵抗効果素子等の記録層の平面形状における線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＡＤに対応する平行四辺形の記録層の辺を、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ａｄと呼ぶ場合がある。
【００２６】
本発明の磁気抵抗効果素子等は、より具体的には、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効果素子である。
【００２７】
スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、磁化参照層（固着層とも呼ばれる）、非磁性体膜、及び、情報を記憶する記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）によって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する情報記録構造体が構成されている。ここで、磁化参照層、非磁性体膜及び記録層によって、ＴＭＲ効果を有する情報記録構造体が構成されるとは、磁性材料から成る磁化参照層と、磁性材料から成る記録層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体膜が挟まれた構造を指す。
【００２８】
本発明の磁気抵抗効果素子等において、情報記録構造体の具体的な構成として、下から、磁化参照層、非磁性体膜及び記録層の積層構造（記録層が最上層）を挙げることができる。この場合、少なくとも記録層の平面形状が広義あるいは狭義の平行四辺形であればよく、磁化参照層、非磁性体膜は、記録層と同じ平面形状を有していてもよいし、有していなくともよい。あるいは又、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層の積層構造（磁化参照層が最上層）を挙げることができる。この場合、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層の平面形状は、同じ形状の広義あるいは狭義の平行四辺形である。
【００２９】
スピン注入型磁気抵抗効果素子における記録層（磁化反転層）、磁化参照層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料、これらの強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）、これらの合金に非磁性元素（例えば、タンタル、ホウ素、クロム、白金、シリコン、炭素、窒素等）を混ぜた合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの内の１種類以上を含む酸化物（例えば、フェライト：Ｆｅ−ＭｎＯ等）、ハーフメタリック強磁性材料と呼ばれる一群の金属間化合物（ホイスラー合金：ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＣｒＡｌ等）、酸化物（例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4等）を挙げることができる。記録層、磁化参照層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。更には、各種磁性半導体の使用も可能であるし、軟磁性（ソフト膜）であっても硬磁性（ハード膜）であってもよい。
【００３０】
あるいは又、スピン注入型磁気抵抗効果素子における磁化参照層は、積層フェリ構造［反強磁性的結合を有する積層構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれる］を有する構成とすることができるし、静磁結合構造を有する構成とすることができる。積層フェリ構造とは、例えば、磁性材料層／ルテニウム（Ｒｕ）層／磁性材料層の３層構造（具体的には、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層構造、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢの３層構造）を有し、ルテニウム層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、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。尚、２つの磁性材料層の層間交換結合が強磁性的になる構造を、積層フェリ構造と呼ぶ。また、２つの磁性材料層において、磁性材料層の端面からの漏洩磁界によって反強磁性的結合が得られる構造を、静磁結合構造と呼ぶ。記録層（磁化反転層）を、合成反強磁性結合を有する多層構造とすることもできる。磁化参照層は、反強磁性体層との交換結合によってピニング（pinning）される。反強磁性体層を構成する材料として、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。後述する第１配線あるいは第２配線と反強磁性体層との間には、反強磁性体層の結晶性向上のために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ等から成る下地膜を形成してもよい。
【００３１】
スピン注入型磁気抵抗効果素子において、ＴＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＴｉＯ2あるいはＣｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳ等の絶縁材料を挙げることができる。一方、ＧＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電性材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、記録層や磁化参照層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００３２】
積層構造体を構成するこれらの層は、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）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。積層構造体のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミーリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。
【００３３】
また、非磁性体膜は、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、非磁性体膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）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やマグネシ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やマグネシ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やマグネシウムを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やマグネシ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やマグネシ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やマグネシ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、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）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。
【００３４】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法における第１のマスク層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＯＦ、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳＴＯといった材料を挙げることができる。第１のマスク層の形成方法として、スパッタリング法に例示される各種ＰＶＤ法や各種ＣＶＤ法を挙げることができる。第１のマスク層の除去方法として、エッチング法を挙げることができる。第２のマスク層、第３のマスク層を構成する材料として、周知のレジスト材料を挙げることができ、第２のマスク層、第３のマスク層の形成方法として、周知のフォトリソグラフィ技術を挙げることができる。第２のマスク層や第３のマスク層の除去は、アッシング法等の周知の方法とすればよい。第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングする方法として、反応性イオンエッチング法やイオンミーリング法を挙げることができる。また、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングする方法としても、反応性イオンエッチング法やイオンミーリング法を挙げることができる。
【００３５】
第２のマスク層は、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する。尚、第２のマスク層の係る２辺間の距離は、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺間の距離と等しい。ここで、第２のマスク層は、係る平行な２辺を結ぶ２辺（便宜上、『他の２辺』と呼ぶ）を有するが、これらの他の２辺は線分であっても曲線であってもよい。具体的な第２のマスク層の平面形状として、広義の台形、長円形（他の２辺が半円である形状）を例示することができる。
【００３６】
第３のマスク層は、記録層の平面形状である平行四辺形の対向する他の対辺と平行な２辺を有する。尚、第３のマスク層の係る２辺間の距離は、記録層の平面形状である平行四辺形の他の対辺間の距離と等しい。ここで、第３のマスク層は、係る平行な２辺を結ぶ２辺（便宜上、『他の２辺』と呼ぶ）を有するが、これらの他の２辺は線分であっても曲線であってもよい。具体的な第３のマスク層の平面形状として、広義の台形、長円形（他の２辺が半円である形状）を例示することができる。
【００３７】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい形態においては、磁化参照層の磁化方向を固定する工程（磁化参照層磁化方向固定工程と呼ぶ）が含まれる。磁化参照層磁化方向固定工程によって、磁化参照層の磁化容易軸が底辺ＡＢと平行となるように、磁化参照層の磁化方向が固定される。即ち、磁化参照層の磁化容易軸が方向Ｍ1に固定される。磁化参照層の磁化方向を固定するためには、規則化熱処理を行えばよい。具体的には、例えば、積層構造体を熱処理炉に搬入し、磁化参照層を構成する材料のブロッキング温度（ＴＢ）を越える温度まで積層構造体を昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ1）中で積層構造体を冷却する。ここで、ブロッキング温度（ＴＢ）とは、例えば磁化参照層を加熱した後の冷却過程で磁化の方向が固定されるときの温度を指す。このブロッキング温度を通過することで、磁化参照層の磁化方向は方向Ｍ1に固定される。あるいは又、磁化参照層の成膜時の結晶方位の制御によっても、磁化参照層の磁化方向を方向Ｍ1に固定することが可能である。
【００３８】
一方、記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。即ち、記録層の磁化容易軸は方向Ｍ2に固定される。記録層の磁化容易軸の方向Ｍ2への固定は、基本的には、記録層の平面形状を狭義の平行四辺形とするといった形状異方性を与えることで行うことができる。尚、規則化熱処理を併用してもよいし、記録層の成膜時の結晶方位の制御によって記録層の磁化方向を方向Ｍ2に固定する方法を併用してもよい。規則化熱処理を採用する場合、磁化参照層における規則化熱処理のブロッキング温度（ＴＢ）と異なるキュリー温度（ＴC）を有する材料から記録層を構成することが望ましい。尚、例えば、高いブロッキング温度を有する材料から構成された磁化参照層への規則化熱処理を、低いキュリー温度を有する材料から構成された記録層への（磁界中での）熱処理よりも先に行う必要があり、あるいは又、高いキュリー温度を有する材料から構成された記録層への（磁界中での）熱処理を、低いブロッキング温度を有する材料から構成された磁化参照層への熱処理よりも先に行う必要がある。
【００３９】
あるいは又、記録層の磁化方向と磁化参照層の磁化方向とを異なる方向に固定する方法として、誘導磁気異方性熱処理と規則化熱処理との組み合わせた方法を採用してもよい。即ち、例えば、磁化参照層のブロッキング温度が記録層のキュリー温度より低い場合（ＴＢ＜ＴC）、先ず、記録層に用いられる材料のキュリー温度（ＴC）以上まで温度を上げ、次いで、方向Ｍ2の磁界中でブロッキング温度ＴＢまで冷却し、その後、方向Ｍ1に磁界方向を変えて、磁界中で冷却することによって、２方向に異方性を付与することができる。一方、磁化参照層のブロッキング温度が記録層のキュリー温度より高い場合（ＴＢ＞ＴC）、磁界中での熱処理の順番を逆（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理の順）にすればよい。但し、誘導磁気異方性を用いる場合には、Ｃｏ系アモルファス磁性材料、ＮｉＦｅ等の特定の磁性材料を用いる必要がある。例えば、ＣｏＺｒＮｂＴａを記録層に、ＰｔＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、３４０゜Ｃにて２時間保持するといった規則化熱処理を行った後、２４０゜Ｃまで、１時間かけて、磁界中で冷却し、磁界方向を変えて、２４０゜Ｃにて１時間保持するといった誘導磁気異方性熱処理を行い、その後、室温まで磁界中で冷却すればよい。また、ＮｉＦｅを記録層に、ＲｈＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、３６０゜Ｃにて１時間保持するといった誘導磁気異方性熱処理を行った後、２４０゜Ｃまで、１時間かけて、磁界中で冷却し、磁界方向を変えて、２４０゜Ｃにて４時間保持するといった規則化熱処理を行い、次いで、室温まで磁界中で冷却すればよい。更には、ＴＢ＞ＴCの場合、独立して磁界中熱処理（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理）を行うことが可能である。例えば、ＣｏＺｒＮｂＴａを記録層に、ＰｔＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、規則化熱処理を３４０゜Ｃ、２時間にて実行する。次に、磁界方向を変えて、誘導磁気異方性熱処理を２４０゜Ｃ、１時間にて実行すればよい。尚、複数回の磁界中熱処理（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理）を採用する場合、規則化熱処理を最初に実施する必要がある。また、磁気抵抗効果素子が完成した後（最終工程）に規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理を実施してもよい。
【００４０】
磁化参照層磁化方向固定工程は、磁化参照層の磁化方向をどのような方法で固定するかに依るが、本質的には、任意の工程において行うことができる。例えば、規則化熱処理を採用する場合、
（１）積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成する前に、規則化熱処理を実行する。
（２）積層構造体上に第１のマスク層を形成した後、第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングする前のいずれかの工程において、規則化熱処理を実行する。
（３）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングした後、規則化熱処理を実行する。
といった実行形態を挙げることができる。
【００４１】
本発明の磁気抵抗効果素子等の記録層にあっては、辺ａｂと辺ｃｄとは平行であるが、係る辺ａｂと辺ｃｄの『平行』状態には、記録層の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、辺ａｂの延長線と辺ｃｄの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、これらの延長線の成す角度が５度以内であるとき、辺ａｂと辺ｃｄとは平行であると見做す。同様に、辺ｂｃと辺ａｄは平行であるが、係る辺ｂｃと辺ａｄの『平行』状態には、記録層の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、辺ｂｃの延長線と辺ａｄの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、これらの延長線の成す角度が５度以内であるとき、辺ｂｃと辺ａｄとは平行であると見做す。また、線分ＡＢと線分ＡＣとの成す角度をφ（単位：度）としたとき、
０＜φ≦４５
好ましくは、
５≦φ≦３０
とすることが望ましい。
【００４２】
本発明の磁気抵抗効果素子等にあっては、磁化参照層の磁化容易軸の方向Ｍ1は、情報記録構造体の中央部にて測定した平均的な方向である。そして、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢとは平行であるが、係る『平行』状態には、情報記録構造体の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢの延長線の成す角度が５度以内であるとき、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢとは平行であると見做す。同様に、記録層の磁化容易軸の方向Ｍ2は、情報記録構造体の中央部にて測定した平均的な方向である。そして、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣとは平行であるが、係る『平行』状態には、情報記録構造体の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣの延長線の成す角度が５度以内であるとき、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣとは平行であると見做す。
【００４３】
本発明の磁気抵抗効果素子等は、情報記録構造体の下部に電気的に接続された第１配線、及び、情報記録構造体の上に接続部を介して接続された第２配線を備えている構造とすることができる。また、第１配線の下方に、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有する構造とすることができる。ここで、第２配線（例えば、ビット線）の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）の延びる方向と平行である形態とすることができるし、第２配線の延びる方向の射影像は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。尚、第１配線の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタが形成されている場合、具体的には、選択用トランジスタは下層絶縁層で覆われ、下層絶縁層上に第１配線が形成され、下層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や下層配線）を介して、選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域と第１配線とが接続されている構成とすることができる。また、層間絶縁層は、下層絶縁層及び第１配線を覆い、情報記録構造体及び接続部を取り囲んでおり、第２配線は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。即ち、より具体的な構成として、例えば、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、及び、
選択用トランジスタを覆う下層絶縁層、
を備え、
下層絶縁層上に第１配線が形成されており、
第１配線は、下層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や下層配線）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、
層間絶縁層は、下層絶縁層及び第１配線を覆い、情報記録構造体を取り囲んでおり、
第２配線は層間絶縁層上に形成されている構成を例示することができる。
【００４４】
場合によっては、選択用トランジスタは不要である。第１配線や、第２配線（例えば、所謂ビット線として機能する）は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよいし、更には、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ等の単層あるいはＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。これらの配線は、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。
【００４５】
層間絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）等のＳｉＯX系材料（シリコン系酸化膜を構成する材料）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＳｉＣＮ、低誘電率絶縁材料（例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス・テトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ、パリレン、フッ化フラーレン）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Ｓｉｌｋ（The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料）、Ｆｌａｒｅ（Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル（ＰＡＥ)系材料）を例示することができる。
【００４６】
磁化参照層と第１配線（あるいは第２配線）の電気的な接続状態として、第１配線（あるいは第２配線）が、直接、磁化参照層に接続されている形態を挙げることができるし、あるいは又、第１配線（あるいは第２配線）が、反強磁性体層を介して磁化参照層に接続されている形態を挙げることができる。また、第１配線が反強磁性体層を兼ねている構成とすることもできる。磁化参照層が第１配線に接続されている場合、第１配線から磁化参照層を介して、また、磁化参照層が第２配線に接続されている場合、第２配線から磁化参照層を介して、偏極スピン電流を記録層内に注入することにより、記録層における磁化の方向を、方向Ｍ2あるいは方向Ｍ2と反対の方向とすることで、記録層に情報が書き込まれる。
【００４７】
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。第１配線と選択用トランジスタとを電気的に接続する接続孔は、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、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。また、下層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。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層によって第１のマスク層をパターニングし、更には、この平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層によって第１のマスク層をパターニングする。従って、第１のマスク層には、記録層の平面形状である平行四辺形と同じ平面形状を確実に付与することができる。そして、この第１のマスク層を用いて記録層をパターニングするので、所望の形状を有する記録層を確実に形成することができる。
【００４９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子、あるいは、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい形態にて得られた磁気抵抗効果素子にあっては、所望の狭義の平行四辺形を平面形状として有する記録層が備えられており、しかも、磁化参照層の磁化容易軸は、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤにおける底辺ＡＢと平行であり、記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。ここで、記録層に高い形状異方性を与えることができる結果、熱安定性指標Δを一層向上させることができ、熱安定性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。また、記録層の磁化容易軸の方向と磁化参照層の磁化容易軸の方向を非平行としているので、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させることが可能となる。しかも、素子形状のバラツキを低減できるので、書込み電流閾値のバラツキも抑制できる結果、特性の揃った、高い均一性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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】
【００５１】
実施例１は、本発明の磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。実施例１の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図１に示す。また、記録層の平面形状を模式的に図２の（Ａ）に示し、記録層の模式的な平面図を図２の（Ｂ）に示す。
【００５２】
ここで、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａは、具体的には、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効果素子である。そして、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａは、情報記録構造体５０の下部に電気的に接続された第１配線４１、及び、情報記録構造体５０の上に設けられたキャップ層５５を介して接続された第２配線４２（ビット線として機能する）を備えている。また、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａにあっては、更に、第１配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲを有している。
【００５３】
尚、図１、図７、図９に示す模式的な一部断面図において、図面の関係上、一点鎖線の上側の「Ａ」の領域と、下側の「Ｂ」の領域では、磁気抵抗効果素子の断面を眺める方向が９０度異なっている。即ち、「Ａ」の領域は、磁気抵抗効果素子の断面を磁化困難軸と平行な方向から眺めており、「Ｂ」の領域は、磁気抵抗効果素子の断面を磁化容易軸と平行な方向から眺めている。従って、図１、図７、図９では、第２配線（実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、ビット線）４２の延びる方向の射影像と、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）１２の延びる方向の射影像とは直交しているように図示しているが、実際には、平行である。
【００５４】
ここで、情報記録構造体５０を構成する記録層５３は、磁化容易軸、及び、この磁化容易軸と直交する磁化困難軸を有している。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、磁化容易軸は第２配線４２と平行である。また、情報記録構造体５０の上部と第２配線４２との間には、上述したとおり、厚さ約１００ｎｍのＴｉＮ層から成るキャップ層５５が、スパッタリング法にて形成されている。キャップ層５５は、配線を構成する原子と記録層５３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５３の酸化防止を担っている。尚、キャップ層５５を、その他、Ｃｕ層、Ｔａ層、Ｔｉ層、Ｗ層、ＴａＮ層、ＷＮ層、Ｒｕ層、Ｐｔ層、ＭｇＯ層、Ｒｕ膜／Ｔａ膜の積層構造等から構成することもできる。
【００５５】
更には、上述したとおり、第１配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲが設けられており、第２配線（ビット線）４２の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）１２の延びる方向と平行である。具体的には、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、下層絶縁層２１，２４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を介して、第１配線４１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１３はゲート絶縁膜を示す。
【００５６】
図１２の（Ａ）に概念図を示すように、情報記録構造体５０は、以下の構成、構造を有しており、スパッタリング法にて形成されている。尚、磁化参照層５１は、反強磁性体層５４（図１２参照。図１等には図示せず）のＰｔ−Ｍｎとの交換結合によって、磁化の方向が方向Ｍ1にピニング（pinning）される。また、記録層５３においては、電流の流れる方向により、その磁化の方向が、方向Ｍ2（第１の方向）あるいは方向Ｍ2と反対の方向（第２の方向）に変えられる。
【００５７】
具体的には、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３におけるスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図１２の（Ａ）参照）。磁化容易軸に沿った記録層５３の短辺長は、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉcを低減するため、概ね１００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図１２の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。ここで、図２に示すように、記録層５３の平面形状を狭義の平行四辺形とすることによって、形状異方性（形状磁気異方性）を付与している。即ち、記録層５３は、方向Ｍ2に平行な磁化容易軸、及び、磁化困難軸を有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。
【００５８】
磁化参照層５１は、通例、反強磁性体層５４との交換結合により、その磁化方向が固定されている（図１２の（Ｃ）参照）。磁化参照層５１Ａ，５１Ｂを、記録層５３の上下に、非磁性体膜５２Ａ，５２Ｂを介して配置して、スピン注入磁化反転の効率を向上させたダブル・スピンフィルター構造も知られている（図１２の（Ｄ）参照）。ここで、参照番号５４Ａ，５４Ｂは、反強磁性体層である。尚、図１２の（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示した例においては、記録層５３、磁化参照層５１（磁化参照層が２層５１Ａ，５１Ｂの場合には、いずれか一方の層）を、積層フェリ構造（ＳＡＦ積層構造）としてもよい。非磁性体膜５２，５２Ａ，５２Ｂは、金属材料あるいは絶縁材料から構成されている。図１２の（Ａ）あるいは、図１２の（Ｃ）に示す構造において、場合によっては、磁化参照層５１から記録層５３への漏洩磁界を抑制するために、即ち、磁化参照層５１と記録層５３とが静磁気的に結合することを防ぐために、磁化参照層５１を記録層５３に比して十分大きくする構造も採用されている。いずれにしても、スピン注入磁化反転を適用した不揮発性磁気メモリ素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）は、磁気抵抗効果積層膜の上下を配線で挟んだ、２端子スピントランスファー素子構造を有する。
【００５９】
［情報記録構造体５０］
記録層５３
厚さ約５ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２
厚さ１．０ｎｍのＭｇＯ膜
磁化参照層（ＳＡＦ積層構造の多層膜）５１（図面では１層で示す）
上層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
中層：厚さ１ｎｍのＲｕ層
下層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
反強磁性体層５４
厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ層
【００６０】
第１配線４１は、１０ｎｍ厚さのＴａ層から成る。第２配線４２は、例えば、Ｔａ、ＴｉあるいはＡｌ−Ｃｕから成る。また、情報記録構造体５０を囲む層間絶縁層２６は、ＳｉＮ又はＳｉＯ2から成る。
【００６１】
実施例１のスピン注入型磁気抵抗効果素子は、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１が積層されて成る情報記録構造体５０を備えている。そして、図２の（Ａ）に示すように、記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形である。ここで、この狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足している。磁化参照層５１の磁化容易軸（方向Ｍ1）は、底辺ＡＢと平行であり、記録層５３の磁化容易軸（方向Ｍ2）は、線分ＡＣと平行である。
【００６２】
記録層５３の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足している。具体的には
Ｌ／Ｈ＝２．４
である。また、図２の（Ｂ）に示すように、頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層５３の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下、具体的には、約５ｎｍである。更には、θ＝３０度であり、ＡＢ＝ＣＤ＝１２０ｎｍであり、ＡＤ＝ＢＣ＝１００ｎｍである。また、線分ＡＢと線分ＡＣとの成す角度をφ（単位：度）としたとき、
０＜φ≦４５
を満足しており、具体的には、φ＝１４度である。
【００６３】
実施例１の磁気抵抗効果素子において、情報記録構造体５０の具体的な構成は、下から、反強磁性体層５４、磁化参照層５１、非磁性体膜５２及び記録層５３の積層構造（記録層５３が最上層）である。また、記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形である。一方、磁化参照層５１、非磁性体膜５２は、記録層５３よりも大きな形状である。
【００６４】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図３の（Ａ）〜（Ｃ）、図４の（Ａ）〜（Ｃ）、図５の（Ａ）及び（Ｂ）、模式的な部分的平面図である図６の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例１の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する。尚、磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図面においては、選択用トランジスタＴＲの図示を省略し、また、下層絶縁層２４に設けられた接続孔２２の図示も省略している。
【００６５】
［工程−１００］
先ず、周知の方法に基づき、シリコン半導体基板１０に素子分離領域１１を形成し、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、ゲート酸化膜１３、ゲート電極（ワード線）１２、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから成る選択用トランジスタＴＲを形成する。次いで、第１下層絶縁層２１を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の第１下層絶縁層２１の部分にタングステンプラグ１５を形成し、更には、第１下層絶縁層２１上にセンス線１６を形成する。その後、全面に第２下層絶縁層２４を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の下層絶縁層２１，２４の部分にタングステンプラグから成る接続孔２２を形成する。こうして、下層絶縁層２１，２４で覆われた選択用トランジスタＴＲを得ることができる。
【００６６】
［工程−１１０］
その後、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成する。具体的には、スパッタリング法にて、真空中での連続成膜にて、全面に、パターニングされていない第１配線４１Ａ、積層構造体５０Ａ［磁化参照層５１Ａ、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａ、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層５３Ａ］、キャップ層５５Ａを、順次、形成する。尚、これらの層は、パターニングされていないので、参照番号の末尾に「Ａ」を付している。また、磁化参照層５１Ａは、１層で示している。こうして、図３の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａは、例えば、アルミニウム膜をスパッタリング法にて成膜した後、成膜したアルミニウム膜を酸素ガスを用いて酸化させることで得ることができる。
【００６７】
［第１配線４１Ａ］
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
［反強磁性体層５４Ａ］
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
［磁化参照層５１Ａ］
下層
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
上層
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
［非磁性体膜５２Ａ］
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＲＦパワー ：５０Ｗ
［記録層５３Ａ］
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
［キャップ層５５Ａ］
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
【００６８】
［工程−１２０］
その後、磁化参照層磁化方向固定工程を実行する。即ち、磁化参照層５１Ａの規則化熱処理を行う。具体的には、積層構造体５０Ａを熱処理炉に搬入し、３４０゜Ｃまで積層構造体５０Ａを昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ1）中で積層構造体５０Ａを冷却する。磁化参照層５１Ａを構成する材料のブロッキング温度ＴＢ1は、ＴＢ1＝２５０゜Ｃである。このブロッキング温度を通過することで、磁化参照層５１Ａの磁化方向は方向Ｍ1に固定される。即ち、最終的に、磁化参照層５１の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行となる。
【００６９】
［工程−１３０］
その後、積層構造体５０Ａ上に第１のマスク層６１を形成する。具体的には、キャップ層５５Ａの上に、ＳｉＯ2から成る第１のマスク層６１をＣＶＤ法にて形成する。
【００７０】
［工程−１４０Ａ］
次いで、第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２を形成する（図３の（Ｂ）及び図６の（Ａ）参照）。具体的には、第１のマスク層６１上に、レジスト材料から成る第２のマスク層６２をスピンコート法にて形成した後、フォトリソグラフィ技術によって第２のマスク層６２をパターニングする。尚、第２のマスク層６２の平面形状は長方形であり、２辺６２Ａ，６２Ｃは、辺６２Ｂ，６２Ｄによって結ばれている。
【００７１】
［工程−１４０Ｂ］
その後、第２のマスク層６２をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第２のマスク層６２をアッシング法にて除去する。こうして、図３の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。
【００７２】
［ＲＩＥ法の条件］
エッチングガス：Ｃ4Ｆ8／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2
＝１０sccm／５０sccm／２００sccm／４sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：５Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ
【００７３】
［工程−１４０Ｃ］
次いで、積層構造体５０Ａ及び第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３を形成する（図４の（Ａ）及び図６の（Ｂ）参照）。具体的には、第１のマスク層６１上に、レジスト材料から成る第３のマスク層６３をスピンコート法にて形成した後、フォトリソグラフィ技術によって第３のマスク層６３をパターニングする。尚、第３のマスク層６３の平面形状は全体として長方形であり、２辺６３Ａ，６３Ｃは、辺６３Ｂ，６３Ｄによって結ばれている。
【００７４】
［工程−１４０Ｄ］
その後、第３のマスク層６３をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１を、上述したと同様の条件のＲＩＥ法にてパターニングした後、第３のマスク層６３をアッシング法にて除去する。こうして、平行四辺形（具体的には、狭義の平行四辺形）の平面形状を有する第１のマスク層６１を得ることができる（図４の（Ｂ）及び図６の（Ｃ）参照）。
【００７５】
［工程−１５０］
次に、第１のマスク層６１をパターニング用マスクとして記録層５３Ａをパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層５３を得る。尚、ドライエッチングを記録層５３Ａのエッチング終了と共に停止するが、エッチングが若干進行し、非磁性体膜５２Ａが、その厚さ方向に一部分、エッチングされる場合もある。こうして、図４の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。尚、キャップ層５５及び記録層５３をＲＩＥ法にてパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、形状異方性を付与され、記録層５３の磁化容易軸は線分ＡＣと平行である。
【００７６】
［キャップ層５５Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／ＢＣｌ3／Ｎ2＝６０sccm／８０sccm／１０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
［記録層５３Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／Ｏ2／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
【００７７】
［工程−１６０］
その後、エッチングによって第１のマスク層６１を除去する（図５の（Ａ）参照）。そして、記録層５３よりも大きな磁化参照層５１が得られるように磁化参照層５１をパターニングする。具体的には、全面にパターニングされたレジスト層を形成し、次いで、ＲＩＥ法にて、非磁性体膜５２Ａ、磁化参照層５１Ａ、及び、第１配線４１Ａをパターニングした後、レジスト層を除去する。こうして、図５の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。
【００７８】
［磁化参照層５１及び反強磁性体層５４Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／Ｏ2／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
【００７９】
［工程−１７０］
その後、全面に、プラズマＣＶＤ法にて層間絶縁層２６を成膜し、層間絶縁層２６を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて平坦化し、キャップ層５５を露出させる。次に、層間絶縁層２６上に、キャップ層５５に接する第２配線（ビット線）４２を、周知の方法で形成することで、図１に示した磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００８０】
尚、［工程−１６０］と［工程−１７０］の間で、記録層５３を構成する材料に依っては、記録層５３の規則化熱処理を行ってもよい。具体的には、積層構造体を熱処理炉に搬入し、所定の温度まで積層構造体を昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ2）中で積層構造体を冷却すればよい。尚、ブロッキング温度が、磁化参照層５１を構成する材料のブロッキング温度ＴＢ1よりも低い材料にて記録層５３を構成する。このような記録層５３の規則化熱処理によっては、磁化参照層５１の磁化方向に変化は生じない。
【００８１】
記録層の平面形状を菱形とした参考例及び楕円とした比較例の磁気抵抗効果素子を作製した。尚、参考例は、第１のマスク層の平面形状を菱形とした点を除き、実質的に、実施例１と同様の方法に基づき作製した。一方、比較例は、記録層の上にハードマスク層を形成し、ハードマスク層の上に、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層を形成する。そして、レジスト層をパターニング用マスクとして、先ず、ハードマスク層をパターニングする。次いで、レジスト層を除去し、パターニングされたハードマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングするといった従来の方法に基づき作製した。参考例においては、菱形の記録層のコーナー部の形状は鋭利で（即ち、曲率半径Ｒが小さく）、所望の形状となっている。参考例及び比較例における記録層の模式的な平面図を図１４の（Ａ）及び（Ｂ）に示すが、記録層の磁化容易軸と磁化参照層の磁化容易軸は平行である。また、磁化容易軸は、平面形状の長軸に沿っている。
【００８２】
そして、保磁力及び書込み電流値を測定した結果を、相対値として、以下に示すが、実施例１の磁気抵抗効果素子は、参考例及び比較例と比べて、保磁力、書込み電流値のいずれも優れた値を示した。即ち、実施例１及び参考例は、コーナー部が鋭利であり（即ち、曲率半径Ｒが小さく）、比較例よりも高い形状異方性を有しているが故に、比較例よりも高い保持力、即ち、高い熱安定性を示した。また、参考例及び比較例にあっては、記録層の磁化容易軸と磁化参照層の磁化容易軸は平行であるが故に、スピン注入効率の向上が見られず、充分な書込み電流閾値が確保できない。一方、実施例１の磁気抵抗効果素子にあっては、記録層の磁化容易軸の方向（方向Ｍ2）と磁化固定層の磁化容易軸の方向（Ｍ1）とが異なるため、スピン注入効率（磁化反転効率）が向上し、書込み電流閾値が低減している。このように、実施例１の磁気抵抗効果素子にあっては、実用的な熱安定性と書込み電流閾値の低下とを両立させている。
【００８３】
保磁力 書込み電流値
実施例１ 高い 低い
参考例 高い 高い
比較例 低い 高い
【００８４】
以上に説明したように、実施例１の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、記録層５３の平面形状である平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２によって第１のマスク層６１をパターニングし、更には、この平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３によって第１のマスク層６１をパターニングする。従って、第１のマスク層６１には、記録層５３の平面形状である平行四辺形と同じ平面形状を確実に付与することができる。即ち、２回のフォトリソグラフィ工程及び２回のエッチング工程を経て第１のマスク層６１を形成するので、フォトリソグラフィの解像度限界に依らずに、忠実に角部を有し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層６１を形成することができる。そして、この第１のマスク層を用いて記録層５３をパターニングするので、所望の形状を有する記録層５３を確実に形成することができ、特に、頂点Ａ及び頂点Ｃに相当する記録層の部分を鋭利な形状とすることができる。従って、熱安定性指標Δを一層向上させることができ、高い熱安定性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。また、記録層５３の磁化容易軸の方向と磁化参照層５１の磁化容易軸の方向を非平行としているので、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させることが可能となる。
【実施例２】
【００８５】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図７に示すように、実施例２の磁気抵抗効果素子が、実施例１の磁気抵抗効果素子と相違する点は、磁化参照層５１、非磁性体膜５２は、記録層５３と同じ形状を有している点にある。尚、実施例２の磁気抵抗効果素子における記録層に関しては、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示したと同様である。
【００８６】
実施例２にあっては、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１５０］と同様の工程を実行した後、第１のマスク層６１を除去することなく、引き続き、磁化参照層５１Ａ、更には、反強磁性体層５４Ａをパターニングする（図８の（Ａ）参照）。その後、第１のマスク層６１を除去し（図８の（Ｂ）参照）、次いで、全面にパターニングされたレジスト層を形成した後、ＲＩＥ法にて、第１配線４１Ａをパターニングし、レジスト層を除去する。こうして、図８の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。その後、実施例１の［工程−１７０］と同様の工程を実行すればよい。
【実施例３】
【００８７】
実施例３は、実施例２の変形である。実施例３の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図９に示すように、実施例３の磁気抵抗効果素子が、実施例２の磁気抵抗効果素子と相違する点は、磁化参照層５１、非磁性体膜５２、記録層５３の積層順序が、実施例２と逆である点にある。即ち、情報記録構造体１５０は、記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１、更には、反強磁性体層５４の積層構造（磁化参照層が上層）を有している。尚、記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１の平面形状は狭義の平行四辺形であり、同じ平面形状である。尚、実施例３の磁気抵抗効果素子における記録層に関しては、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示したと同様である。
【００８８】
実施例３における情報記録構造体１５０の構成、構造は、積層順が異なる点を除き、実施例１における情報記録構造体５０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施例３にあっても、情報記録構造体１５０の上にはキャップ層５５が形成されている。また、実施例３の磁気抵抗効果素子３０Ａの構成、構造も、情報記録構造体１５０の積層順が逆である点を除き、実質的に、実施例２の磁気抵抗効果素子の構成、構造と同じである。
【００８９】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図１０の（Ａ）〜（Ｃ）、図１１の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例３の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する。
【００９０】
［工程−３００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の工程を実行し、更に、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行する。但し、記録層５３Ａ、非磁性体膜５２Ａ、磁化参照層５１、反強磁性体層５４Ａ、キャップ層５５Ａの順に形成する。こうして、図１０の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００９１】
［工程−３１０］
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、磁化参照層磁化方向固定工程を実行する。
【００９２】
［工程−３２０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、積層構造体１５０Ａ上に第１のマスク層６１を形成する。
【００９３】
［工程−３３０］
次いで、実施例１の［工程−１４０Ａ］と同様にして、第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２を形成する（図１０の（Ｂ）及び図６の（Ａ）参照）。その後、実施例１の［工程−１４０Ｂ］と同様にして、第２のマスク層６２をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第２のマスク層６２をアッシング法にて除去する。こうして、図１０の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。次いで、実施例１の［工程−１４０Ｃ］と同様にして、積層構造体１５０Ａ及び第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３を形成する（図１１の（Ａ）及び図６の（Ｂ）参照）。その後、実施例１の［工程−１４０Ｄ］と同様にして、第３のマスク層６３をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第３のマスク層６３をアッシング法にて除去する。こうして、平行四辺形（具体的には、狭義の平行四辺形）の平面形状を有する第１のマスク層６１を得ることができる（図１１の（Ｂ）及び図６の（Ｃ）参照）。
【００９４】
［工程−３４０］
次に、第１のマスク層６１をパターニング用マスクとして、反強磁性体層５４Ａ、磁化参照層５１Ａ、非磁性体膜５２Ａ、記録層５３Ａをパターニングする（図１１の（Ｃ）参照）。
【００９５】
［工程−３５０］
その後、第１のマスク層６１を除去し、次いで、全面にパターニングされたレジスト層を形成した後、ＲＩＥ法にて、第１配線４１Ａをパターニングし、レジスト層を除去する。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。その後、実施例１の［工程−１７０］と同様の工程を実行すればよい。
【００９６】
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。実施例において説明した各種の積層構造、構成、使用した材料等は例示であり、適宜、変更することができる。第２配線（ビット線）４２の延びる方向の射影像は、選択用トランジスタＴＲを構成するゲート電極１２の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。
【００９７】
また、図１３の（Ａ）あるいは（Ｂ）に模式的な部分的平面図を示したように、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子をオフセット配置してもよい。スピン注入型磁気抵抗効果素子の微細化が進むに従い、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子にて発生した漏洩磁界に起因して記録層の磁化が乱されるといったディスターブ現象が発生し、スピン注入型磁気抵抗効果素子のデータ保持特性が著しく劣化するといった問題が生じている。このようなディスターブ現象の発生を避けるために、このように、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子をオフセット配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、実施例１の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１〜実施例３の磁気抵抗効果素子における記録層の平面形状を模式的に示す図、及び、記録層の模式的な平面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の（Ｃ）に引き続き、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の（Ｃ）に引き続き、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図６】図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、第２のマスク層、第３のマスク層、及び、第１のマスク層の模式的な辺面図である。
【図７】図７は、実施例２の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図８】図８の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図９】図９は、実施例３の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図１１】図１１の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１０の（Ｃ）に引き続き、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）は、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図であり、図１２の（Ｂ）は、従来の記録層（磁化反転層）の模式的な平面図であり、図１２の（Ｃ）は、スピン注入型磁気抵抗効果素子において、磁化参照層の磁化方向が反強磁性体層との交換結合により固定されている状態を示す模式図であり、図１２の（Ｄ）は、ダブル・スピンフィルター構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、ディスターブ現象の発生を避けるために配置を改善したスピン注入型磁気抵抗効果素子の模式的な部分的平面図である。
【図１４】図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、参考例及び比較例の磁気抵抗効果素子における記録層の模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
ＴＲ・・・選択用トランジスタ、１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極（ワード線）、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、２１，２４・・・下層絶縁層、２２・・・接続孔、２６・・・層間絶縁層、３０，３０Ａ・・・磁気抵抗効果素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）、４１・・・第１配線、４２・・・第２配線（ビット線）、５０，１５０・・・情報記録構造体、５０Ａ，１５０Ａ・・・積層構造体、５１・・・磁化参照層、５２・・・非磁性体膜（トンネル絶縁膜）、５３・・・記録層、５４，５４Ａ，５４Ｂ・・・反強磁性体層、５５・・キャップ層、６１・・・第１のマスク層、６２・・・第２のマスク層、６３・・・第３のマスク層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関し、より具体的には、スピン注入型磁気抵抗効果素子（所謂スピンＲＡＭ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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素子やロジック素子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。
【０００３】
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。
【０００４】
これらの欠点を有さず、しかも、より少ない電流にて情報の記録、読み出しを行うことができる、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効果素子（スピンＲＡＭ）が注目されている（例えば、特開２００３−１７７８２参照）。ここで、スピン注入による磁化反転とは、磁性体の中を通過してスピン偏極された電子が他の磁性体に注入されることにより、他の磁性体において磁化反転が生じる現象である。スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、具体的には、磁性体の膜面に垂直な方向に電流を流すことにより、少なくとも一部の磁性体の磁化の向きを反転させることができる。そして、スピン注入による磁化反転は、素子が微細化されても、電流を増やさずに磁化反転を実現することができるといった利点を有しており、より一層の素子の微細化が可能となる。
【０００５】
スピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図を図１２の（Ａ）に示す。このスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance，巨大磁気抵抗）効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図１２の（Ａ）参照）。記録層５３の大きさは、模式的な平面図を図１２の（Ｂ）に示すが、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を低減するため、概ね１００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図１２の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。図１２の（Ｂ）においては、記録層５３の平面形状を長楕円形状にすることによって、形状異方性（形状磁気異方性）を付与した例を示す。即ち、記録層５３は、第１の方向及び第２の方向に平行な磁化容易軸と、この磁化容易軸に直交する磁化困難軸とを有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。また、例えば、特開２００５−３５３７８８の図２２には、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状として、長方形、楕円形、多角形、菱形、平行四辺形、台形が例示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７７８２
【特許文献２】特開２００５−３５３７８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スピン注入型磁気抵抗効果素子としての特性を維持するためには、熱による磁化の反転が起こらないように、熱安定性指標Δを一定の値以上に確保しなければならない。この熱安定性指標Δは、次の式（１）で表すことができる。
【０００８】
Δ＝（Ｍs・Ｖ・Ｈk）／（２・ｋB・Ｔ） （１）
【０００９】
ここで、
Ｍs：記録層の飽和磁化
Ｖ ：記録層の体積
Ｈk：記録層の異方性磁界
ｋB：ボルツマン定数
Ｔ ：記録層の絶対温度
である。
【００１０】
式（１）から、熱安定性指標Δは、飽和磁化Ｍsの増加、体積Ｖの増加、異方性磁界Ｈkの増加と共に増加することが判る。ここで、記録層の異方性磁界Ｈkとは、結晶内でスピンを或る方向に向ける異方性エネルギー（結晶磁気異方性エネルギー）に対応する量であり、結晶磁気異方性エネルギーは、結晶の構造、配向に依存して決まるスピンの方向を固定するために必要なエネルギーである。
【００１１】
一方、着磁した方向とは逆方向の磁場を加えて、種々の磁化過程を取りながらも概ねゼロになるときの磁場をもって、磁化反転の容易さを見積もる値として、保磁力（抗磁力）Ｈcがある。異方性磁界Ｈkと保磁力Ｈcは、材料開発やデバイス開発に必要なパラメータとして使い分けられているが、両者は対応した関係にあり、保持力Ｈcの増大は、異方性磁界Ｈkの増大に繋がり、その結果、式（１）に見られるように、熱安定性指標Δを向上させることができる。ここで、保持力Ｈcは、次の式（２）に示すように、記録層を構成する材料が有する固有値［式（２）の右辺第１項］、記録層の形状に起因する値［式（２）の右辺第２項］、記録層の内部応力に起因した値［式（２）の右辺第３項］等の和で表される。
【００１２】
Ｈc＝Ｈc-film ＋ （１／４π）・｛（Ｍs・ｔ）／Ｗ｝・ｆ（ｒ）
＋ ３（λ／Ｍs）・σ ＋ Ａ （２）
【００１３】
ここで、
Ｈc-film：薄膜の状態にある記録層の保磁力
ｔ ：記録層の膜厚
Ｗ ：記録層の磁化困難軸に沿った長さ
ｆ（ｒ）：記録層における形状異方性の関数
ｒ ：記録層のアスペクト比（磁化容易軸に沿った長さ／磁化困難軸に沿った長さ）
λ ：記録層を構成する材料の磁歪定数
σ ：磁化容易軸に沿った記録層における応力（正の値は引っ張り応力であり、負
の値は圧縮力である）
Ａ ：定数
である。
【００１４】
ところで、上記の式（２）の右辺第１項は、記録層を構成する材料が有する固有の値であるので、右辺第１項の値は記録層を構成する材料によって、一義的に決定されてしまう。また、式（２）の右辺第３項における飽和磁化Ｍsの値及び磁歪定数λの値は、記録層を構成する材料によって一義的に決定されてしまうし、磁化容易軸に沿った記録層における応力σの値も、スピン注入型磁気抵抗効果素子の構成、構造によって決定されてしまう。
【００１５】
一方、式（２）の右辺第２項は、記録層の形状に起因する値であり、記録層のアスペクト比を大きくし、形状異方性を増大させることで、右辺第２項の値を増大させ得る。
【００１６】
一般に、記録層をパターニングするためには、記録層の上にハードマスク層を形成し、ハードマスク層の上に、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層を形成する。そして、レジスト層をパターニング用マスクとして、先ず、ハードマスク層をエッチング法にてパターニングする。次いで、レジスト層を除去し、パターニングされたハードマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングする。即ち、１回のフォトリソグラフィ工程及び１回のエッチング工程にて、パターニングされたハードマスク層を得ている。
【００１７】
しかしながら、記録層の大きさが微細化するに従い、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層の形状が所望の形状から大きく逸脱するといった問題が生じる。例えば、所望の形状が矩形であっても、パターニングされたレジスト層の形状は、コーナー部が丸みを帯びた矩形となってしまう。また、鋭角のコーナー部を有する記録層の形成において、係るコーナー部に対応するハードマスク層の部分が丸みを帯びてしまうと、所望の形状を有する記録層を形成できなくなり、保持力Ｈcの低下に繋がるといった問題もある。
【００１８】
加えて、記録層の形状の改良だけでは、熱安定性指標Δを一層向上させ、しかも、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させるといった、２つの技術的事項を同時に達成することは困難である。
【００１９】
従って、本発明の第１の目的は、所望の形状を有する記録層を確実に形成し得る磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、熱安定性指標Δを一層向上させ、しかも、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させるといった、２つの技術的事項を同時に達成することを可能とする磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の第１の目的を達成するための本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
（Ａ）記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成し、次いで、
（Ｂ）第１のマスク層上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層を形成した後、第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングし、次いで、第２のマスク層を除去し、
（Ｃ）積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層を形成し、次いで、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングした後、第３のマスク層を除去し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層を得た後、
（Ｄ）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る、
各工程を有する。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法においては、磁化参照層の磁化方向を固定する工程を含み、
記録層の平面形状である平行四辺形は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である形態とすることが好ましく、これによって、上記の第２の目的を達成することができる。
【００２２】
上記の第２の目的を達成するための本発明の磁気抵抗効果素子は、
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、
記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。
【００２３】
上記の好ましい形態の本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、あるいは又、本発明の磁気抵抗効果素子にあっては、記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
好ましくは、
１．５≦Ｌ／Ｈ≦３．０
を満足することが望ましい。また、このような構成を含む上記の好ましい形態の本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法あるいは本発明の磁気抵抗効果素子にあっては、頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２４】
一般に、幾何学では、少なくとも一組の対辺が互いに平行である広義の台形の範疇の中に平行四辺形が含まれる。尚、このような平行四辺形は『広義の平行四辺形』とも呼ばれる。また、広義の平行四辺形の範疇の中に狭義の平行四辺形、菱形、長方形、正方形が含まれる。ここで、狭義の平行四辺形とは、上述したとおり、狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足すると定義される。上述した本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法において、形成される記録層の平面形状は平行四辺形であるが、ここでの平行四辺形は、広義の平行四辺形を意味する。即ち、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に基づき得られる記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形、菱形、長方形、あるいは、正方形である。
【００２５】
以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を、以下、単に、『本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法』と呼ぶ場合がある。また、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を、以下、単に、『本発明の磁気抵抗効果素子』と呼ぶ場合がある。更には、以上に説明した種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を総称して、以下、『本発明』と呼ぶ場合がある。また、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によって得られる磁気抵抗効果素子、以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む本発明の磁気抵抗効果素子を総称して、以下、『本発明の磁気抵抗効果素子等』と呼ぶ場合がある。更には、磁化参照層の磁化容易軸の方向を『方向Ｍ1』と呼び、記録層の磁化容易軸の方向を『方向Ｍ2』と呼ぶ場合がある。また、本発明の磁気抵抗効果素子等の記録層の平面形状における線分ＡＢ、線分ＢＣ、線分ＣＤ、線分ＡＤに対応する平行四辺形の記録層の辺を、辺ａｂ、辺ｂｃ、辺ｃｄ、辺ａｄと呼ぶ場合がある。
【００２６】
本発明の磁気抵抗効果素子等は、より具体的には、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効果素子である。
【００２７】
スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、磁化参照層（固着層とも呼ばれる）、非磁性体膜、及び、情報を記憶する記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）によって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する情報記録構造体が構成されている。ここで、磁化参照層、非磁性体膜及び記録層によって、ＴＭＲ効果を有する情報記録構造体が構成されるとは、磁性材料から成る磁化参照層と、磁性材料から成る記録層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体膜が挟まれた構造を指す。
【００２８】
本発明の磁気抵抗効果素子等において、情報記録構造体の具体的な構成として、下から、磁化参照層、非磁性体膜及び記録層の積層構造（記録層が最上層）を挙げることができる。この場合、少なくとも記録層の平面形状が広義あるいは狭義の平行四辺形であればよく、磁化参照層、非磁性体膜は、記録層と同じ平面形状を有していてもよいし、有していなくともよい。あるいは又、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層の積層構造（磁化参照層が最上層）を挙げることができる。この場合、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層の平面形状は、同じ形状の広義あるいは狭義の平行四辺形である。
【００２９】
スピン注入型磁気抵抗効果素子における記録層（磁化反転層）、磁化参照層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料、これらの強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）、これらの合金に非磁性元素（例えば、タンタル、ホウ素、クロム、白金、シリコン、炭素、窒素等）を混ぜた合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ等）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの内の１種類以上を含む酸化物（例えば、フェライト：Ｆｅ−ＭｎＯ等）、ハーフメタリック強磁性材料と呼ばれる一群の金属間化合物（ホイスラー合金：ＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2ＭｎＧｅ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＣｒＡｌ等）、酸化物（例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、ＣｒＯ2、Ｆｅ3Ｏ4等）を挙げることができる。記録層、磁化参照層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。更には、各種磁性半導体の使用も可能であるし、軟磁性（ソフト膜）であっても硬磁性（ハード膜）であってもよい。
【００３０】
あるいは又、スピン注入型磁気抵抗効果素子における磁化参照層は、積層フェリ構造［反強磁性的結合を有する積層構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれる］を有する構成とすることができるし、静磁結合構造を有する構成とすることができる。積層フェリ構造とは、例えば、磁性材料層／ルテニウム（Ｒｕ）層／磁性材料層の３層構造（具体的には、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの３層構造、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢの３層構造）を有し、ルテニウム層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、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。尚、２つの磁性材料層の層間交換結合が強磁性的になる構造を、積層フェリ構造と呼ぶ。また、２つの磁性材料層において、磁性材料層の端面からの漏洩磁界によって反強磁性的結合が得られる構造を、静磁結合構造と呼ぶ。記録層（磁化反転層）を、合成反強磁性結合を有する多層構造とすることもできる。磁化参照層は、反強磁性体層との交換結合によってピニング（pinning）される。反強磁性体層を構成する材料として、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。後述する第１配線あるいは第２配線と反強磁性体層との間には、反強磁性体層の結晶性向上のために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ等から成る下地膜を形成してもよい。
【００３１】
スピン注入型磁気抵抗効果素子において、ＴＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＴｉＯ2あるいはＣｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＢＮ、ＺｎＳ等の絶縁材料を挙げることができる。一方、ＧＭＲ効果を有する情報記録構造体を構成する非磁性体膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電性材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、記録層や磁化参照層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００３２】
積層構造体を構成するこれらの層は、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）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。積層構造体のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミーリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。
【００３３】
また、非磁性体膜は、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、非磁性体膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）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やマグネシ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やマグネシ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やマグネシウムを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やマグネシ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やマグネシ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やマグネシ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、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）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。
【００３４】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法における第１のマスク層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳｉＯＦ、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳＴＯといった材料を挙げることができる。第１のマスク層の形成方法として、スパッタリング法に例示される各種ＰＶＤ法や各種ＣＶＤ法を挙げることができる。第１のマスク層の除去方法として、エッチング法を挙げることができる。第２のマスク層、第３のマスク層を構成する材料として、周知のレジスト材料を挙げることができ、第２のマスク層、第３のマスク層の形成方法として、周知のフォトリソグラフィ技術を挙げることができる。第２のマスク層や第３のマスク層の除去は、アッシング法等の周知の方法とすればよい。第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングする方法として、反応性イオンエッチング法やイオンミーリング法を挙げることができる。また、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングする方法としても、反応性イオンエッチング法やイオンミーリング法を挙げることができる。
【００３５】
第２のマスク層は、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する。尚、第２のマスク層の係る２辺間の距離は、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺間の距離と等しい。ここで、第２のマスク層は、係る平行な２辺を結ぶ２辺（便宜上、『他の２辺』と呼ぶ）を有するが、これらの他の２辺は線分であっても曲線であってもよい。具体的な第２のマスク層の平面形状として、広義の台形、長円形（他の２辺が半円である形状）を例示することができる。
【００３６】
第３のマスク層は、記録層の平面形状である平行四辺形の対向する他の対辺と平行な２辺を有する。尚、第３のマスク層の係る２辺間の距離は、記録層の平面形状である平行四辺形の他の対辺間の距離と等しい。ここで、第３のマスク層は、係る平行な２辺を結ぶ２辺（便宜上、『他の２辺』と呼ぶ）を有するが、これらの他の２辺は線分であっても曲線であってもよい。具体的な第３のマスク層の平面形状として、広義の台形、長円形（他の２辺が半円である形状）を例示することができる。
【００３７】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい形態においては、磁化参照層の磁化方向を固定する工程（磁化参照層磁化方向固定工程と呼ぶ）が含まれる。磁化参照層磁化方向固定工程によって、磁化参照層の磁化容易軸が底辺ＡＢと平行となるように、磁化参照層の磁化方向が固定される。即ち、磁化参照層の磁化容易軸が方向Ｍ1に固定される。磁化参照層の磁化方向を固定するためには、規則化熱処理を行えばよい。具体的には、例えば、積層構造体を熱処理炉に搬入し、磁化参照層を構成する材料のブロッキング温度（ＴＢ）を越える温度まで積層構造体を昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ1）中で積層構造体を冷却する。ここで、ブロッキング温度（ＴＢ）とは、例えば磁化参照層を加熱した後の冷却過程で磁化の方向が固定されるときの温度を指す。このブロッキング温度を通過することで、磁化参照層の磁化方向は方向Ｍ1に固定される。あるいは又、磁化参照層の成膜時の結晶方位の制御によっても、磁化参照層の磁化方向を方向Ｍ1に固定することが可能である。
【００３８】
一方、記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。即ち、記録層の磁化容易軸は方向Ｍ2に固定される。記録層の磁化容易軸の方向Ｍ2への固定は、基本的には、記録層の平面形状を狭義の平行四辺形とするといった形状異方性を与えることで行うことができる。尚、規則化熱処理を併用してもよいし、記録層の成膜時の結晶方位の制御によって記録層の磁化方向を方向Ｍ2に固定する方法を併用してもよい。規則化熱処理を採用する場合、磁化参照層における規則化熱処理のブロッキング温度（ＴＢ）と異なるキュリー温度（ＴC）を有する材料から記録層を構成することが望ましい。尚、例えば、高いブロッキング温度を有する材料から構成された磁化参照層への規則化熱処理を、低いキュリー温度を有する材料から構成された記録層への（磁界中での）熱処理よりも先に行う必要があり、あるいは又、高いキュリー温度を有する材料から構成された記録層への（磁界中での）熱処理を、低いブロッキング温度を有する材料から構成された磁化参照層への熱処理よりも先に行う必要がある。
【００３９】
あるいは又、記録層の磁化方向と磁化参照層の磁化方向とを異なる方向に固定する方法として、誘導磁気異方性熱処理と規則化熱処理との組み合わせた方法を採用してもよい。即ち、例えば、磁化参照層のブロッキング温度が記録層のキュリー温度より低い場合（ＴＢ＜ＴC）、先ず、記録層に用いられる材料のキュリー温度（ＴC）以上まで温度を上げ、次いで、方向Ｍ2の磁界中でブロッキング温度ＴＢまで冷却し、その後、方向Ｍ1に磁界方向を変えて、磁界中で冷却することによって、２方向に異方性を付与することができる。一方、磁化参照層のブロッキング温度が記録層のキュリー温度より高い場合（ＴＢ＞ＴC）、磁界中での熱処理の順番を逆（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理の順）にすればよい。但し、誘導磁気異方性を用いる場合には、Ｃｏ系アモルファス磁性材料、ＮｉＦｅ等の特定の磁性材料を用いる必要がある。例えば、ＣｏＺｒＮｂＴａを記録層に、ＰｔＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、３４０゜Ｃにて２時間保持するといった規則化熱処理を行った後、２４０゜Ｃまで、１時間かけて、磁界中で冷却し、磁界方向を変えて、２４０゜Ｃにて１時間保持するといった誘導磁気異方性熱処理を行い、その後、室温まで磁界中で冷却すればよい。また、ＮｉＦｅを記録層に、ＲｈＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、３６０゜Ｃにて１時間保持するといった誘導磁気異方性熱処理を行った後、２４０゜Ｃまで、１時間かけて、磁界中で冷却し、磁界方向を変えて、２４０゜Ｃにて４時間保持するといった規則化熱処理を行い、次いで、室温まで磁界中で冷却すればよい。更には、ＴＢ＞ＴCの場合、独立して磁界中熱処理（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理）を行うことが可能である。例えば、ＣｏＺｒＮｂＴａを記録層に、ＰｔＭｎを磁化参照層の反強磁性体に用いる場合、規則化熱処理を３４０゜Ｃ、２時間にて実行する。次に、磁界方向を変えて、誘導磁気異方性熱処理を２４０゜Ｃ、１時間にて実行すればよい。尚、複数回の磁界中熱処理（規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理）を採用する場合、規則化熱処理を最初に実施する必要がある。また、磁気抵抗効果素子が完成した後（最終工程）に規則化熱処理、誘導磁気異方性熱処理を実施してもよい。
【００４０】
磁化参照層磁化方向固定工程は、磁化参照層の磁化方向をどのような方法で固定するかに依るが、本質的には、任意の工程において行うことができる。例えば、規則化熱処理を採用する場合、
（１）積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成する前に、規則化熱処理を実行する。
（２）積層構造体上に第１のマスク層を形成した後、第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングする前のいずれかの工程において、規則化熱処理を実行する。
（３）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングした後、規則化熱処理を実行する。
といった実行形態を挙げることができる。
【００４１】
本発明の磁気抵抗効果素子等の記録層にあっては、辺ａｂと辺ｃｄとは平行であるが、係る辺ａｂと辺ｃｄの『平行』状態には、記録層の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、辺ａｂの延長線と辺ｃｄの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、これらの延長線の成す角度が５度以内であるとき、辺ａｂと辺ｃｄとは平行であると見做す。同様に、辺ｂｃと辺ａｄは平行であるが、係る辺ｂｃと辺ａｄの『平行』状態には、記録層の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、辺ｂｃの延長線と辺ａｄの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、これらの延長線の成す角度が５度以内であるとき、辺ｂｃと辺ａｄとは平行であると見做す。また、線分ＡＢと線分ＡＣとの成す角度をφ（単位：度）としたとき、
０＜φ≦４５
好ましくは、
５≦φ≦３０
とすることが望ましい。
【００４２】
本発明の磁気抵抗効果素子等にあっては、磁化参照層の磁化容易軸の方向Ｍ1は、情報記録構造体の中央部にて測定した平均的な方向である。そして、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢとは平行であるが、係る『平行』状態には、情報記録構造体の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢの延長線の成す角度が５度以内であるとき、係る磁化参照層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ1と線分ＡＢとは平行であると見做す。同様に、記録層の磁化容易軸の方向Ｍ2は、情報記録構造体の中央部にて測定した平均的な方向である。そして、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣとは平行であるが、係る『平行』状態には、情報記録構造体の形成時のパターニングのバラツキに起因した非平行状態を含み得る。あるいは又、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣの延長線とは、交わらない、あるいは、交わった場合、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣの延長線の成す角度が５度以内であるとき、係る記録層の磁化容易軸の平均的な方向Ｍ2と線分ＡＣとは平行であると見做す。
【００４３】
本発明の磁気抵抗効果素子等は、情報記録構造体の下部に電気的に接続された第１配線、及び、情報記録構造体の上に接続部を介して接続された第２配線を備えている構造とすることができる。また、第１配線の下方に、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有する構造とすることができる。ここで、第２配線（例えば、ビット線）の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）の延びる方向と平行である形態とすることができるし、第２配線の延びる方向の射影像は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。尚、第１配線の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタが形成されている場合、具体的には、選択用トランジスタは下層絶縁層で覆われ、下層絶縁層上に第１配線が形成され、下層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や下層配線）を介して、選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域と第１配線とが接続されている構成とすることができる。また、層間絶縁層は、下層絶縁層及び第１配線を覆い、情報記録構造体及び接続部を取り囲んでおり、第２配線は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。即ち、より具体的な構成として、例えば、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、及び、
選択用トランジスタを覆う下層絶縁層、
を備え、
下層絶縁層上に第１配線が形成されており、
第１配線は、下層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や下層配線）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、
層間絶縁層は、下層絶縁層及び第１配線を覆い、情報記録構造体を取り囲んでおり、
第２配線は層間絶縁層上に形成されている構成を例示することができる。
【００４４】
場合によっては、選択用トランジスタは不要である。第１配線や、第２配線（例えば、所謂ビット線として機能する）は、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよいし、更には、Ｗ、Ｒｕ、Ｔａ等の単層あるいはＣｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。これらの配線は、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。
【００４５】
層間絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＳＯＧ（スピンオングラス）等のＳｉＯX系材料（シリコン系酸化膜を構成する材料）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＳｉＣＮ、低誘電率絶縁材料（例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファス・テトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ、パリレン、フッ化フラーレン）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Ｓｉｌｋ（The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料）、Ｆｌａｒｅ（Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル（ＰＡＥ)系材料）を例示することができる。
【００４６】
磁化参照層と第１配線（あるいは第２配線）の電気的な接続状態として、第１配線（あるいは第２配線）が、直接、磁化参照層に接続されている形態を挙げることができるし、あるいは又、第１配線（あるいは第２配線）が、反強磁性体層を介して磁化参照層に接続されている形態を挙げることができる。また、第１配線が反強磁性体層を兼ねている構成とすることもできる。磁化参照層が第１配線に接続されている場合、第１配線から磁化参照層を介して、また、磁化参照層が第２配線に接続されている場合、第２配線から磁化参照層を介して、偏極スピン電流を記録層内に注入することにより、記録層における磁化の方向を、方向Ｍ2あるいは方向Ｍ2と反対の方向とすることで、記録層に情報が書き込まれる。
【００４７】
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。第１配線と選択用トランジスタとを電気的に接続する接続孔は、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、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。また、下層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。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、記録層の平面形状である平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層によって第１のマスク層をパターニングし、更には、この平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層によって第１のマスク層をパターニングする。従って、第１のマスク層には、記録層の平面形状である平行四辺形と同じ平面形状を確実に付与することができる。そして、この第１のマスク層を用いて記録層をパターニングするので、所望の形状を有する記録層を確実に形成することができる。
【００４９】
また、本発明の磁気抵抗効果素子、あるいは、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の好ましい形態にて得られた磁気抵抗効果素子にあっては、所望の狭義の平行四辺形を平面形状として有する記録層が備えられており、しかも、磁化参照層の磁化容易軸は、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤにおける底辺ＡＢと平行であり、記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である。ここで、記録層に高い形状異方性を与えることができる結果、熱安定性指標Δを一層向上させることができ、熱安定性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。また、記録層の磁化容易軸の方向と磁化参照層の磁化容易軸の方向を非平行としているので、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させることが可能となる。しかも、素子形状のバラツキを低減できるので、書込み電流閾値のバラツキも抑制できる結果、特性の揃った、高い均一性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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】
【００５１】
実施例１は、本発明の磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。実施例１の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図１に示す。また、記録層の平面形状を模式的に図２の（Ａ）に示し、記録層の模式的な平面図を図２の（Ｂ）に示す。
【００５２】
ここで、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａは、具体的には、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効果素子である。そして、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａは、情報記録構造体５０の下部に電気的に接続された第１配線４１、及び、情報記録構造体５０の上に設けられたキャップ層５５を介して接続された第２配線４２（ビット線として機能する）を備えている。また、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の磁気抵抗効果素子３０，３０Ａにあっては、更に、第１配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲを有している。
【００５３】
尚、図１、図７、図９に示す模式的な一部断面図において、図面の関係上、一点鎖線の上側の「Ａ」の領域と、下側の「Ｂ」の領域では、磁気抵抗効果素子の断面を眺める方向が９０度異なっている。即ち、「Ａ」の領域は、磁気抵抗効果素子の断面を磁化困難軸と平行な方向から眺めており、「Ｂ」の領域は、磁気抵抗効果素子の断面を磁化容易軸と平行な方向から眺めている。従って、図１、図７、図９では、第２配線（実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、ビット線）４２の延びる方向の射影像と、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）１２の延びる方向の射影像とは直交しているように図示しているが、実際には、平行である。
【００５４】
ここで、情報記録構造体５０を構成する記録層５３は、磁化容易軸、及び、この磁化容易軸と直交する磁化困難軸を有している。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、磁化容易軸は第２配線４２と平行である。また、情報記録構造体５０の上部と第２配線４２との間には、上述したとおり、厚さ約１００ｎｍのＴｉＮ層から成るキャップ層５５が、スパッタリング法にて形成されている。キャップ層５５は、配線を構成する原子と記録層５３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５３の酸化防止を担っている。尚、キャップ層５５を、その他、Ｃｕ層、Ｔａ層、Ｔｉ層、Ｗ層、ＴａＮ層、ＷＮ層、Ｒｕ層、Ｐｔ層、ＭｇＯ層、Ｒｕ膜／Ｔａ膜の積層構造等から構成することもできる。
【００５５】
更には、上述したとおり、第１配線４１の下方に、電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲが設けられており、第２配線（ビット線）４２の延びる方向は、電界効果型トランジスタを構成するゲート電極（ワード線）１２の延びる方向と平行である。具体的には、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、下層絶縁層２１，２４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を介して、第１配線４１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１３はゲート絶縁膜を示す。
【００５６】
図１２の（Ａ）に概念図を示すように、情報記録構造体５０は、以下の構成、構造を有しており、スパッタリング法にて形成されている。尚、磁化参照層５１は、反強磁性体層５４（図１２参照。図１等には図示せず）のＰｔ−Ｍｎとの交換結合によって、磁化の方向が方向Ｍ1にピニング（pinning）される。また、記録層５３においては、電流の流れる方向により、その磁化の方向が、方向Ｍ2（第１の方向）あるいは方向Ｍ2と反対の方向（第２の方向）に変えられる。
【００５７】
具体的には、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３におけるスピン注入型磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ効果を有する積層膜、あるいは、ＴＭＲ効果を有する積層膜から成る磁気抵抗効果積層膜が２つの配線４１，４２で挟まれた構造を有する。即ち、情報を記録する機能を担う記録層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）５３と、磁化方向が固定されており、スピンフィルターとして機能する磁化参照層（固着層とも呼ばれる）５１が、非磁性体膜５２を介して積層された構造を有し、電流は膜面に垂直に流れる（図１２の（Ａ）参照）。磁化容易軸に沿った記録層５３の短辺長は、記録層５３を構成する磁性材料の種類や膜厚に依るが、単磁区化を促進し、且つ、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉcを低減するため、概ね１００ｎｍ以下である。記録層５３は、適当な磁気異方性により２以上の複数の磁化方向（例えば、図１２の（Ａ）に水平方向の矢印にて示す２方向である第１の方向及び第２の方向）を取ることができ、各磁化方向は記録される情報に対応する。ここで、図２に示すように、記録層５３の平面形状を狭義の平行四辺形とすることによって、形状異方性（形状磁気異方性）を付与している。即ち、記録層５３は、方向Ｍ2に平行な磁化容易軸、及び、磁化困難軸を有しており、磁化容易軸に沿った記録層５３の長さは、磁化困難軸に沿った記録層５３の長さよりも長い。
【００５８】
磁化参照層５１は、通例、反強磁性体層５４との交換結合により、その磁化方向が固定されている（図１２の（Ｃ）参照）。磁化参照層５１Ａ，５１Ｂを、記録層５３の上下に、非磁性体膜５２Ａ，５２Ｂを介して配置して、スピン注入磁化反転の効率を向上させたダブル・スピンフィルター構造も知られている（図１２の（Ｄ）参照）。ここで、参照番号５４Ａ，５４Ｂは、反強磁性体層である。尚、図１２の（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示した例においては、記録層５３、磁化参照層５１（磁化参照層が２層５１Ａ，５１Ｂの場合には、いずれか一方の層）を、積層フェリ構造（ＳＡＦ積層構造）としてもよい。非磁性体膜５２，５２Ａ，５２Ｂは、金属材料あるいは絶縁材料から構成されている。図１２の（Ａ）あるいは、図１２の（Ｃ）に示す構造において、場合によっては、磁化参照層５１から記録層５３への漏洩磁界を抑制するために、即ち、磁化参照層５１と記録層５３とが静磁気的に結合することを防ぐために、磁化参照層５１を記録層５３に比して十分大きくする構造も採用されている。いずれにしても、スピン注入磁化反転を適用した不揮発性磁気メモリ素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）は、磁気抵抗効果積層膜の上下を配線で挟んだ、２端子スピントランスファー素子構造を有する。
【００５９】
［情報記録構造体５０］
記録層５３
厚さ約５ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２
厚さ１．０ｎｍのＭｇＯ膜
磁化参照層（ＳＡＦ積層構造の多層膜）５１（図面では１層で示す）
上層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
中層：厚さ１ｎｍのＲｕ層
下層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ層
反強磁性体層５４
厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ層
【００６０】
第１配線４１は、１０ｎｍ厚さのＴａ層から成る。第２配線４２は、例えば、Ｔａ、ＴｉあるいはＡｌ−Ｃｕから成る。また、情報記録構造体５０を囲む層間絶縁層２６は、ＳｉＮ又はＳｉＯ2から成る。
【００６１】
実施例１のスピン注入型磁気抵抗効果素子は、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１が積層されて成る情報記録構造体５０を備えている。そして、図２の（Ａ）に示すように、記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形である。ここで、この狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足している。磁化参照層５１の磁化容易軸（方向Ｍ1）は、底辺ＡＢと平行であり、記録層５３の磁化容易軸（方向Ｍ2）は、線分ＡＣと平行である。
【００６２】
記録層５３の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足している。具体的には
Ｌ／Ｈ＝２．４
である。また、図２の（Ｂ）に示すように、頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層５３の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下、具体的には、約５ｎｍである。更には、θ＝３０度であり、ＡＢ＝ＣＤ＝１２０ｎｍであり、ＡＤ＝ＢＣ＝１００ｎｍである。また、線分ＡＢと線分ＡＣとの成す角度をφ（単位：度）としたとき、
０＜φ≦４５
を満足しており、具体的には、φ＝１４度である。
【００６３】
実施例１の磁気抵抗効果素子において、情報記録構造体５０の具体的な構成は、下から、反強磁性体層５４、磁化参照層５１、非磁性体膜５２及び記録層５３の積層構造（記録層５３が最上層）である。また、記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形である。一方、磁化参照層５１、非磁性体膜５２は、記録層５３よりも大きな形状である。
【００６４】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図３の（Ａ）〜（Ｃ）、図４の（Ａ）〜（Ｃ）、図５の（Ａ）及び（Ｂ）、模式的な部分的平面図である図６の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例１の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する。尚、磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する図面においては、選択用トランジスタＴＲの図示を省略し、また、下層絶縁層２４に設けられた接続孔２２の図示も省略している。
【００６５】
［工程−１００］
先ず、周知の方法に基づき、シリコン半導体基板１０に素子分離領域１１を形成し、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、ゲート酸化膜１３、ゲート電極（ワード線）１２、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから成る選択用トランジスタＴＲを形成する。次いで、第１下層絶縁層２１を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の第１下層絶縁層２１の部分にタングステンプラグ１５を形成し、更には、第１下層絶縁層２１上にセンス線１６を形成する。その後、全面に第２下層絶縁層２４を形成し、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の下層絶縁層２１，２４の部分にタングステンプラグから成る接続孔２２を形成する。こうして、下層絶縁層２１，２４で覆われた選択用トランジスタＴＲを得ることができる。
【００６６】
［工程−１１０］
その後、記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成する。具体的には、スパッタリング法にて、真空中での連続成膜にて、全面に、パターニングされていない第１配線４１Ａ、積層構造体５０Ａ［磁化参照層５１Ａ、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａ、電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層５３Ａ］、キャップ層５５Ａを、順次、形成する。尚、これらの層は、パターニングされていないので、参照番号の末尾に「Ａ」を付している。また、磁化参照層５１Ａは、１層で示している。こうして、図３の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、非磁性体膜（トンネル絶縁膜）５２Ａは、例えば、アルミニウム膜をスパッタリング法にて成膜した後、成膜したアルミニウム膜を酸素ガスを用いて酸化させることで得ることができる。
【００６７】
［第１配線４１Ａ］
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
［反強磁性体層５４Ａ］
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
［磁化参照層５１Ａ］
下層
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
上層
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
［非磁性体膜５２Ａ］
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＲＦパワー ：５０Ｗ
［記録層５３Ａ］
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
［キャップ層５５Ａ］
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
【００６８】
［工程−１２０］
その後、磁化参照層磁化方向固定工程を実行する。即ち、磁化参照層５１Ａの規則化熱処理を行う。具体的には、積層構造体５０Ａを熱処理炉に搬入し、３４０゜Ｃまで積層構造体５０Ａを昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ1）中で積層構造体５０Ａを冷却する。磁化参照層５１Ａを構成する材料のブロッキング温度ＴＢ1は、ＴＢ1＝２５０゜Ｃである。このブロッキング温度を通過することで、磁化参照層５１Ａの磁化方向は方向Ｍ1に固定される。即ち、最終的に、磁化参照層５１の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行となる。
【００６９】
［工程−１３０］
その後、積層構造体５０Ａ上に第１のマスク層６１を形成する。具体的には、キャップ層５５Ａの上に、ＳｉＯ2から成る第１のマスク層６１をＣＶＤ法にて形成する。
【００７０】
［工程−１４０Ａ］
次いで、第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２を形成する（図３の（Ｂ）及び図６の（Ａ）参照）。具体的には、第１のマスク層６１上に、レジスト材料から成る第２のマスク層６２をスピンコート法にて形成した後、フォトリソグラフィ技術によって第２のマスク層６２をパターニングする。尚、第２のマスク層６２の平面形状は長方形であり、２辺６２Ａ，６２Ｃは、辺６２Ｂ，６２Ｄによって結ばれている。
【００７１】
［工程−１４０Ｂ］
その後、第２のマスク層６２をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第２のマスク層６２をアッシング法にて除去する。こうして、図３の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。
【００７２】
［ＲＩＥ法の条件］
エッチングガス：Ｃ4Ｆ8／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2
＝１０sccm／５０sccm／２００sccm／４sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：５Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ
【００７３】
［工程−１４０Ｃ］
次いで、積層構造体５０Ａ及び第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３を形成する（図４の（Ａ）及び図６の（Ｂ）参照）。具体的には、第１のマスク層６１上に、レジスト材料から成る第３のマスク層６３をスピンコート法にて形成した後、フォトリソグラフィ技術によって第３のマスク層６３をパターニングする。尚、第３のマスク層６３の平面形状は全体として長方形であり、２辺６３Ａ，６３Ｃは、辺６３Ｂ，６３Ｄによって結ばれている。
【００７４】
［工程−１４０Ｄ］
その後、第３のマスク層６３をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１を、上述したと同様の条件のＲＩＥ法にてパターニングした後、第３のマスク層６３をアッシング法にて除去する。こうして、平行四辺形（具体的には、狭義の平行四辺形）の平面形状を有する第１のマスク層６１を得ることができる（図４の（Ｂ）及び図６の（Ｃ）参照）。
【００７５】
［工程−１５０］
次に、第１のマスク層６１をパターニング用マスクとして記録層５３Ａをパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層５３を得る。尚、ドライエッチングを記録層５３Ａのエッチング終了と共に停止するが、エッチングが若干進行し、非磁性体膜５２Ａが、その厚さ方向に一部分、エッチングされる場合もある。こうして、図４の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。尚、キャップ層５５及び記録層５３をＲＩＥ法にてパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。記録層５３の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、形状異方性を付与され、記録層５３の磁化容易軸は線分ＡＣと平行である。
【００７６】
［キャップ層５５Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／ＢＣｌ3／Ｎ2＝６０sccm／８０sccm／１０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
［記録層５３Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／Ｏ2／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
【００７７】
［工程−１６０］
その後、エッチングによって第１のマスク層６１を除去する（図５の（Ａ）参照）。そして、記録層５３よりも大きな磁化参照層５１が得られるように磁化参照層５１をパターニングする。具体的には、全面にパターニングされたレジスト層を形成し、次いで、ＲＩＥ法にて、非磁性体膜５２Ａ、磁化参照層５１Ａ、及び、第１配線４１Ａをパターニングした後、レジスト層を除去する。こうして、図５の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。
【００７８】
［磁化参照層５１及び反強磁性体層５４Ａのドライエッチング］
エッチングガス：Ｃｌ2／Ｏ2／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ
【００７９】
［工程−１７０］
その後、全面に、プラズマＣＶＤ法にて層間絶縁層２６を成膜し、層間絶縁層２６を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて平坦化し、キャップ層５５を露出させる。次に、層間絶縁層２６上に、キャップ層５５に接する第２配線（ビット線）４２を、周知の方法で形成することで、図１に示した磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００８０】
尚、［工程−１６０］と［工程−１７０］の間で、記録層５３を構成する材料に依っては、記録層５３の規則化熱処理を行ってもよい。具体的には、積層構造体を熱処理炉に搬入し、所定の温度まで積層構造体を昇温した後、一定方向の磁場（方向Ｍ2）中で積層構造体を冷却すればよい。尚、ブロッキング温度が、磁化参照層５１を構成する材料のブロッキング温度ＴＢ1よりも低い材料にて記録層５３を構成する。このような記録層５３の規則化熱処理によっては、磁化参照層５１の磁化方向に変化は生じない。
【００８１】
記録層の平面形状を菱形とした参考例及び楕円とした比較例の磁気抵抗効果素子を作製した。尚、参考例は、第１のマスク層の平面形状を菱形とした点を除き、実質的に、実施例１と同様の方法に基づき作製した。一方、比較例は、記録層の上にハードマスク層を形成し、ハードマスク層の上に、フォトリソグラフィ技術に基づきパターニングされたレジスト層を形成する。そして、レジスト層をパターニング用マスクとして、先ず、ハードマスク層をパターニングする。次いで、レジスト層を除去し、パターニングされたハードマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングするといった従来の方法に基づき作製した。参考例においては、菱形の記録層のコーナー部の形状は鋭利で（即ち、曲率半径Ｒが小さく）、所望の形状となっている。参考例及び比較例における記録層の模式的な平面図を図１４の（Ａ）及び（Ｂ）に示すが、記録層の磁化容易軸と磁化参照層の磁化容易軸は平行である。また、磁化容易軸は、平面形状の長軸に沿っている。
【００８２】
そして、保磁力及び書込み電流値を測定した結果を、相対値として、以下に示すが、実施例１の磁気抵抗効果素子は、参考例及び比較例と比べて、保磁力、書込み電流値のいずれも優れた値を示した。即ち、実施例１及び参考例は、コーナー部が鋭利であり（即ち、曲率半径Ｒが小さく）、比較例よりも高い形状異方性を有しているが故に、比較例よりも高い保持力、即ち、高い熱安定性を示した。また、参考例及び比較例にあっては、記録層の磁化容易軸と磁化参照層の磁化容易軸は平行であるが故に、スピン注入効率の向上が見られず、充分な書込み電流閾値が確保できない。一方、実施例１の磁気抵抗効果素子にあっては、記録層の磁化容易軸の方向（方向Ｍ2）と磁化固定層の磁化容易軸の方向（Ｍ1）とが異なるため、スピン注入効率（磁化反転効率）が向上し、書込み電流閾値が低減している。このように、実施例１の磁気抵抗効果素子にあっては、実用的な熱安定性と書込み電流閾値の低下とを両立させている。
【００８３】
保磁力 書込み電流値
実施例１ 高い 低い
参考例 高い 高い
比較例 低い 高い
【００８４】
以上に説明したように、実施例１の磁気抵抗効果素子の製造方法にあっては、記録層５３の平面形状である平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２によって第１のマスク層６１をパターニングし、更には、この平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３によって第１のマスク層６１をパターニングする。従って、第１のマスク層６１には、記録層５３の平面形状である平行四辺形と同じ平面形状を確実に付与することができる。即ち、２回のフォトリソグラフィ工程及び２回のエッチング工程を経て第１のマスク層６１を形成するので、フォトリソグラフィの解像度限界に依らずに、忠実に角部を有し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層６１を形成することができる。そして、この第１のマスク層を用いて記録層５３をパターニングするので、所望の形状を有する記録層５３を確実に形成することができ、特に、頂点Ａ及び頂点Ｃに相当する記録層の部分を鋭利な形状とすることができる。従って、熱安定性指標Δを一層向上させることができ、高い熱安定性を有する磁気抵抗効果素子を提供することができる。また、記録層５３の磁化容易軸の方向と磁化参照層５１の磁化容易軸の方向を非平行としているので、スピン注入磁化反転の臨界電流Ｉc（書込み電流閾値）を一層低減させることが可能となる。
【実施例２】
【００８５】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図７に示すように、実施例２の磁気抵抗効果素子が、実施例１の磁気抵抗効果素子と相違する点は、磁化参照層５１、非磁性体膜５２は、記録層５３と同じ形状を有している点にある。尚、実施例２の磁気抵抗効果素子における記録層に関しては、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示したと同様である。
【００８６】
実施例２にあっては、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１５０］と同様の工程を実行した後、第１のマスク層６１を除去することなく、引き続き、磁化参照層５１Ａ、更には、反強磁性体層５４Ａをパターニングする（図８の（Ａ）参照）。その後、第１のマスク層６１を除去し（図８の（Ｂ）参照）、次いで、全面にパターニングされたレジスト層を形成した後、ＲＩＥ法にて、第１配線４１Ａをパターニングし、レジスト層を除去する。こうして、図８の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。その後、実施例１の［工程−１７０］と同様の工程を実行すればよい。
【実施例３】
【００８７】
実施例３は、実施例２の変形である。実施例３の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の模式的な一部断面図を図９に示すように、実施例３の磁気抵抗効果素子が、実施例２の磁気抵抗効果素子と相違する点は、磁化参照層５１、非磁性体膜５２、記録層５３の積層順序が、実施例２と逆である点にある。即ち、情報記録構造体１５０は、記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１、更には、反強磁性体層５４の積層構造（磁化参照層が上層）を有している。尚、記録層５３、非磁性体膜５２及び磁化参照層５１の平面形状は狭義の平行四辺形であり、同じ平面形状である。尚、実施例３の磁気抵抗効果素子における記録層に関しては、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示したと同様である。
【００８８】
実施例３における情報記録構造体１５０の構成、構造は、積層順が異なる点を除き、実施例１における情報記録構造体５０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施例３にあっても、情報記録構造体１５０の上にはキャップ層５５が形成されている。また、実施例３の磁気抵抗効果素子３０Ａの構成、構造も、情報記録構造体１５０の積層順が逆である点を除き、実質的に、実施例２の磁気抵抗効果素子の構成、構造と同じである。
【００８９】
以下、下層絶縁層２４等の模式的な一部端面図である図１０の（Ａ）〜（Ｃ）、図１１の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例３の磁気抵抗効果素子の製造方法を説明する。
【００９０】
［工程−３００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の工程を実行し、更に、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行する。但し、記録層５３Ａ、非磁性体膜５２Ａ、磁化参照層５１、反強磁性体層５４Ａ、キャップ層５５Ａの順に形成する。こうして、図１０の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【００９１】
［工程−３１０］
その後、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、磁化参照層磁化方向固定工程を実行する。
【００９２】
［工程−３２０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、積層構造体１５０Ａ上に第１のマスク層６１を形成する。
【００９３】
［工程−３３０］
次いで、実施例１の［工程−１４０Ａ］と同様にして、第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の一組の対辺ＡＢ，ＣＤと平行な２辺６２Ａ，６２Ｃを有する第２のマスク層６２を形成する（図１０の（Ｂ）及び図６の（Ａ）参照）。その後、実施例１の［工程−１４０Ｂ］と同様にして、第２のマスク層６２をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第２のマスク層６２をアッシング法にて除去する。こうして、図１０の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。次いで、実施例１の［工程−１４０Ｃ］と同様にして、積層構造体１５０Ａ及び第１のマスク層６１上に、記録層５３の平面形状である狭義の平行四辺形の他の対辺ＡＤ，ＢＣと平行な２辺６３Ａ，６３Ｃを有する第３のマスク層６３を形成する（図１１の（Ａ）及び図６の（Ｂ）参照）。その後、実施例１の［工程−１４０Ｄ］と同様にして、第３のマスク層６３をパターニング用マスクとして第１のマスク層６１をＲＩＥ法にてパターニングした後、第３のマスク層６３をアッシング法にて除去する。こうして、平行四辺形（具体的には、狭義の平行四辺形）の平面形状を有する第１のマスク層６１を得ることができる（図１１の（Ｂ）及び図６の（Ｃ）参照）。
【００９４】
［工程−３４０］
次に、第１のマスク層６１をパターニング用マスクとして、反強磁性体層５４Ａ、磁化参照層５１Ａ、非磁性体膜５２Ａ、記録層５３Ａをパターニングする（図１１の（Ｃ）参照）。
【００９５】
［工程−３５０］
その後、第１のマスク層６１を除去し、次いで、全面にパターニングされたレジスト層を形成した後、ＲＩＥ法にて、第１配線４１Ａをパターニングし、レジスト層を除去する。尚、ＲＩＥ法によってパターニングする代わりに、イオンミーリング法に基づきパターニングすることもできる。その後、実施例１の［工程−１７０］と同様の工程を実行すればよい。
【００９６】
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。実施例において説明した各種の積層構造、構成、使用した材料等は例示であり、適宜、変更することができる。第２配線（ビット線）４２の延びる方向の射影像は、選択用トランジスタＴＲを構成するゲート電極１２の延びる方向の射影像と直交する形態とすることもできる。
【００９７】
また、図１３の（Ａ）あるいは（Ｂ）に模式的な部分的平面図を示したように、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子をオフセット配置してもよい。スピン注入型磁気抵抗効果素子の微細化が進むに従い、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子にて発生した漏洩磁界に起因して記録層の磁化が乱されるといったディスターブ現象が発生し、スピン注入型磁気抵抗効果素子のデータ保持特性が著しく劣化するといった問題が生じている。このようなディスターブ現象の発生を避けるために、このように、隣接するスピン注入型磁気抵抗効果素子をオフセット配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、実施例１の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１〜実施例３の磁気抵抗効果素子における記録層の平面形状を模式的に示す図、及び、記録層の模式的な平面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の（Ｃ）に引き続き、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の（Ｃ）に引き続き、実施例１の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図６】図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、第２のマスク層、第３のマスク層、及び、第１のマスク層の模式的な辺面図である。
【図７】図７は、実施例２の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図８】図８の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図９】図９は、実施例３の磁気抵抗効果素子の模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図１１】図１１の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１０の（Ｃ）に引き続き、実施例３の磁気抵抗効果を有するメモリ素子の製造方法を説明するための下層絶縁層等の模式的な一部端面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）は、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図であり、図１２の（Ｂ）は、従来の記録層（磁化反転層）の模式的な平面図であり、図１２の（Ｃ）は、スピン注入型磁気抵抗効果素子において、磁化参照層の磁化方向が反強磁性体層との交換結合により固定されている状態を示す模式図であり、図１２の（Ｄ）は、ダブル・スピンフィルター構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、ディスターブ現象の発生を避けるために配置を改善したスピン注入型磁気抵抗効果素子の模式的な部分的平面図である。
【図１４】図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、参考例及び比較例の磁気抵抗効果素子における記録層の模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
ＴＲ・・・選択用トランジスタ、１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極（ワード線）、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、２１，２４・・・下層絶縁層、２２・・・接続孔、２６・・・層間絶縁層、３０，３０Ａ・・・磁気抵抗効果素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）、４１・・・第１配線、４２・・・第２配線（ビット線）、５０，１５０・・・情報記録構造体、５０Ａ，１５０Ａ・・・積層構造体、５１・・・磁化参照層、５２・・・非磁性体膜（トンネル絶縁膜）、５３・・・記録層、５４，５４Ａ，５４Ｂ・・・反強磁性体層、５５・・キャップ層、６１・・・第１のマスク層、６２・・・第２のマスク層、６３・・・第３のマスク層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
（Ａ）記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成し、次いで、
（Ｂ）第１のマスク層上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層を形成した後、第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングし、次いで、第２のマスク層を除去し、
（Ｃ）積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層を形成し、次いで、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングした後、第３のマスク層を除去し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層を得た後、
（Ｄ）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る、
各工程を有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
磁化参照層の磁化方向を固定する工程を含み、
記録層の平面形状である平行四辺形は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足する請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下である請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、
記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足する請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下である請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１】
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、記録層の平面形状は平行四辺形である磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
（Ａ）記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る積層構造体を形成した後、積層構造体上に第１のマスク層を形成し、次いで、
（Ｂ）第１のマスク層上に、前記平行四辺形の一組の対辺と平行な２辺を有する第２のマスク層を形成した後、第２のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングし、次いで、第２のマスク層を除去し、
（Ｃ）積層構造体及び第１のマスク層上に、前記平行四辺形の他の対辺と平行な２辺を有する第３のマスク層を形成し、次いで、第３のマスク層をパターニング用マスクとして第１のマスク層をパターニングした後、第３のマスク層を除去し、平行四辺形の平面形状を有する第１のマスク層を得た後、
（Ｄ）第１のマスク層をパターニング用マスクとして記録層をパターニングし、平行四辺形の平面形状を有する記録層を得る、
各工程を有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
磁化参照層の磁化方向を固定する工程を含み、
記録層の平面形状である平行四辺形は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足する請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下である請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
電流によるスピン注入磁化反転に基づき情報が書き込まれる記録層、非磁性体膜及び磁化参照層が積層されて成る情報記録構造体を備えており、
記録層の平面形状は、狭義の平行四辺形であり、
狭義の平行四辺形の４つの頂点をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、線分ＡＢを底辺、線分ＡＢと線分ＡＤとの成す角度をθ（単位：度）としたとき、狭義の平行四辺形ＡＢＣＤは、
０＜θ＜９０
ＡＢ≠ＡＤ
を満足し、
磁化参照層の磁化容易軸は、底辺ＡＢと平行であり、
記録層の磁化容易軸は、線分ＡＣと平行である磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
記録層の平面形状を構成する狭義の平行四辺形の底辺ＡＢの長さをＬ、高さをＨとしたとき、
１．２≦Ｌ／Ｈ≦３．５
を満足する請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
頂点Ａ及び頂点Ｃに対応する記録層の部分の曲率半径Ｒは１０ｎｍ以下である請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【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２００９−３０２４３４（Ｐ２００９−３０２４３４Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５７５６４（Ｐ２００８−１５７５６４）
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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