[发明专利]半导体存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储装置及其制造方法，特别是涉及把隧道磁阻(TMR)效应器件用做存储器件的磁性存储装置(MRAM：磁随机存取存储器)及其制造方法。

背景技术

近些年来，作为数据存储器件，人们提出了利用隧道磁阻效应的MRAM存储单元的方案。

图14示出了现有技术的半导体存储装置的平面图。图15示出了沿着图14的XV-XV线剖开的半导体存储装置的剖面图。图16用箭头示出了现有技术的半导体存储装置的磁记录层的磁化状态。

如图14和图15所示，把位线11和写入字线13配置为使之彼此直交，并把TMR器件23配置在该位线11和写入字线13之间的交点上。该TMR器件23的一端连接到位线11上，另一端则通过下部电极40和接触41连接到读出字线30上。

在这里，TMR器件23成为由2个磁性层和被这些磁性层夹持起来的非磁性层构成的3层构造。即，TMR器件23用通过上部电极(未画出来)连接到位线11上的磁记录层24、连接到下部电极40上的磁化固定粘接层25、被这些磁记录层24和磁化固定粘接层25夹持起来的薄的隧道绝缘膜19构成。

在用这样的现有技术形成的半导体存储装置中，存在着以下所示的问题。

首先，构成TMR器件23的磁记录层24、磁化固定粘接层25和隧道绝缘膜19，相对于要装载TMR器件23的半导体衬底(未画出来)在水平方向上平面状地形成。因此，在使TMR器件23图形化之际，TMR器件的表面积依赖于光刻的最小尺寸。就是说，TMR器件23的加工自由度低。

此外，如图16所示，在磁记录层24中，虽然所有的磁化方向都在一个方向上整齐排列是理想的，但是实际上在磁记录层24的两端部分会发生长边方向的磁化向量进行迂回那样的磁区100，归因于该磁区100就会发生所谓的反磁场。其结果是，发生了反磁场的区域就不再能够均一地维持相当于本来的‘1’、‘0’的数据存储状态的隧道电阻。当要想使TMR器件微细化时，这一问题就会变得更加显著。即，在要谋求TMR器件23的相对于半导体衬底来说水平方向的面积成分微细化的情况下，就必须减小TMR器件23的表面积。就是说，随着TMR器件23的表面积的减小，因在TMR器件23的端部发生的磁区100而产生的磁场不稳定的区域的比率就会增大。归因于此，就更难于检测隧道电阻的变化量之差。此外，TMR器件23的微细化，与面积成分比较，垂直于半导体衬底的方向的膜厚成分的微细化更难。出于这些原因，当仅仅进行TMR器件23的面积成分的微细化时，进行切换所需要的磁场就会增大，产生磁场时的施加电流将变得极端地大。如上所述，由于TMR器件23的微细化是困难的，故单元的微细化也难于实现。

此外，如图15所示，在现有的单元中，对于1个TMR器件23来说，必须要有1条位线11和2条字线(写入字线13和读出字线30)。此外，为了把TMR器件23和读出字线30连接起来，还必须用下部电极40或接触41等引出布线。因此，归因于种种布线的存在，单元的最小加工尺寸变成为8F²以上(参看图14)，使得单元的微细化变得更加困难。

此外，如图15所示，写入字线13和TMR器件23之间的距离X’越短，则写入电流就越小，动作余量就会改善得越大。为此，虽然需要减小写入字线13和TMR器件23之间的距离X’，但是，使得写入字线13和TMR器件23之间的绝缘膜的膜厚16a变薄那样地进行控制，在工艺上是非常困难的。

如上所述，在上述现有技术的半导体存储装置中，TMR器件23表面加工的自由度低，单元面积难于微细化，而且，写入字线13和TMR器件23之间的距离X’的控制是困难的。

发明内容

本发明的第1视点的半导体存储装置，具备：半导体衬底；与上述半导体衬底分离开来配置且由第1磁性层和第1非磁性层形成的第1磁阻效应器件，上述第1磁性层和上述第1非磁性在对上述半导体衬底垂直的方向上形成。