特許 6832818 磁気記憶装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6832818

(24)【登録日】2021年2月4日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】磁気記憶装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/8239 20060101AFI20210215BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 43/10 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/105 447

   H01L43/10

   H01L29/82 Z

   H01L43/08 Z

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-181613(P2017-181613)

(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-57643(P2019-57643A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2019年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山川 晃司

(72)【発明者】

【氏名】上田 公二

【審査官】 小山 満

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３５４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１３３３０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００７５８３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１７９４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６９５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部領域と、
前記下部領域上に設けられた積層構造と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記積層構造は、
ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、
前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、
前記下部領域と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を含み、
前記導電性酸化物層は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。

【請求項2】

前記積層構造は、前記下部領域と前記第２の磁性層との間に設けられ、前記第２の磁性層の磁化方向に対して平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第３の磁性層を、さらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。

【請求項3】

前記積層構造は、ルテニウム（Ｒｕ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する導電性コンタクト層を、さらに含み、
前記導電性酸化物層は、前記第１の磁性層と前記導電性コンタクト層との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。

【請求項4】

下部領域と、
前記下部領域上に設けられた積層構造と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記積層構造は、
ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、
前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、
前記導電性酸化物層と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を含み、
前記導電性酸化物層は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。

【請求項5】

下部領域と、
前記下部領域上に設けられた積層構造と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記積層構造は、
ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、
前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、
前記導電性酸化物層と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
前記第２の磁性層の磁化方向に対して平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第３の磁性層と、
を含み、
前記導電性酸化物層は、前記第２の磁性層と前記第３の磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする磁気記憶装置。

【請求項6】

前記積層構造は、第２の導電性酸化物層をさらに含み、
前記第３の磁性層は、前記導電性酸化物層と前記第２の導電性酸化物層との間に設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気記憶装置。

【請求項7】

前記導電性酸化物層は、遷移金属元素及び希土類金属元素から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする請求項１、４又は５のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、磁気記憶装置（magnetic memory device）に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体基板上に磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）及びＭＯＳトランジスタが集積化された磁気記憶装置（半導体集積回路装置）が提案されている。

【0003】

上述した磁気抵抗効果素子は一般に、記憶層（storage layer）と参照層（reference layer）との間にトンネルバリア層が設けられた構造を有している。

【0004】

優れた磁気抵抗効果素子を得るためには、記憶層及び参照層等の磁性層の結晶性を向上させ、素子形成プロセスでの劣化を抑制することが重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１７９４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

優れた磁気抵抗効果素子を有する磁気記憶装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る磁気記憶装置は、下部領域と、前記下部領域上に設けられた積層構造と、を備えた磁気記憶装置であって、前記積層構造は、ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、前記下部領域と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図2】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図3】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図4】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図5】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図6】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図7】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図8】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。

【図9】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図10】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図11】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

【図12】第１、第２及び第３の実施形態で示した磁気抵抗効果素子が適用される半導体集積回路装置の一般的な構成の一例を模式的に示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0010】

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置（半導体集積回路装置）の構成を模式的に示した断面図である。

【0011】

図１において、下部領域１０には、半導体基板（図示せず）、ＭＯＳトランジスタ（図示せず）、層間絶縁膜１１及び下部電極（bottom electrode）１２等が含まれている。下部電極１２は、層間絶縁膜１１内に設けられ、ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインの一方に接続されている。

【0012】

下部領域１０上には、磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）用の積層構造（stacked structure）２０が設けられている。なお、磁気抵抗効果素子は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子とも呼ばれる。

【0013】

積層構造２０は、第１の磁性層２１、第２の磁性層２２、第３の磁性層２３、第４の磁性層２４、非磁性層（nonmagnetic layer）２５、下地層（under layer）２６、導電性酸化物層３１、中間層（intermediate layer）３２、中間層３３、及び導電性コンタクト層３４を含んでいる。

【0014】

具体的には、下部領域１０と導電性酸化物層３１との間に第１の磁性層２１が設けられ、下部領域１０と第１の磁性層２１との間に第２の磁性層２２が設けられ、第１の磁性層２１と第２の磁性層２２の間に非磁性層２５が設けられ、下部領域１０と第２の磁性層２２との間に第３の磁性層２３が設けられ、下部領域１０と第３の磁性層２３との間に第４の磁性層２４が設けられ、下部領域１０と第４の磁性層２４との間に下地層２６が設けられ、第１の磁性層２１と導電性コンタクト層３４との間に導電性酸化物層３１が設けられ、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間に中間層３２が設けられ、第３の磁性層２３と第４の磁性層２４との間に中間層３３が設けられている。

【0015】

第１の磁性層２１は、磁気抵抗効果素子の記憶層（storage layer）として用いられ、可変の磁化方向（variable magnetization direction）を有している。第１の磁性層２１は、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。第１の磁性層２１は、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えて、さらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。本実施形態では、第１の磁性層２１は、ＣｏＦｅＢで形成されている。

【0016】

第２の磁性層２２は、磁気抵抗効果素子の参照層（reference layer）の一部として用いられ、固定された磁化方向（fixed magnetization direction）を有している。第２の磁性層２２は、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。第２の磁性層２２は、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えて、さらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。本実施形態では、第２の磁性層２２は、ＣｏＦｅＢで形成されている。

【0017】

なお、磁化方向が可変とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わることを表し、磁化方向が固定とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わらないことを表す。

【0018】

第３の磁性層２３は、磁気抵抗効果素子の参照層の一部として用いられ、第２の磁性層２２の磁化方向に対して平行な固定された磁化方向を有している。第３の磁性層２３は、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有している。具体的には、第３の磁性層２３は、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子（artificial lattice）で形成されている。

【0019】

第４の磁性層２４は、磁気抵抗効果素子のシフトキャンセリング層として用いられ、第２の磁性層２２の磁化方向に対して反平行（antiparallel）な固定された磁化方向を有している。第４の磁性層２４は、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有している。具体的には、第４の磁性層２４は、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子で形成されている。第４の磁性層２４をシフトキャンセリング層として設けることで、参照層（第２の磁性層２２及び第３の磁性層２３）から記憶層（第１の磁性層２１）に印加される磁界をキャンセルすることが可能である。

【0020】

非磁性層２５は、絶縁性を有し、磁気抵抗効果素子のトンネルバリア層として用いられる。非磁性層２５は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有している。具体的には、非磁性層２５は、ＭｇＯで形成されている。

【0021】

下地層２６は、積層構造２０の最下層であり、下部電極１２に接続されている。下地層２６は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）又はタングステン（Ｗ）で形成されている。

【0022】

導電性酸化物層３１は、磁気抵抗効果素子のキャップ層として用いられ、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物で形成されている。具体的には、導電性酸化物層３１は、ボロン（Ｂ）を含有した導電性金属酸化物で形成されている。例えば、導電性酸化物層３１には、以下の材料を用いることが可能である。

【0023】

第１に、導電性酸化物層３１には、酸素（Ｏ）及びボロン（Ｂ）に加えて、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した材料を用いることが可能である。具体的には、そのような導電性酸化物層３１として、ボロン（Ｂ）を含有したＩＴＯ（indium tin oxide）、或いはボロン（Ｂ）を含有したＩＧＺＯ（indium gallium zinc oxide）を用いることができる。

【0024】

第２に、導電性酸化物層３１には、酸素（Ｏ）及びボロン（Ｂ）に加えて、遷移金属元素（transition metal element）及び希土類金属元素（rare earth metal element）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した材料を用いることが可能である。この場合、そのような材料に、金属元素がドーピングされていることが好ましい。導電性酸化物層３１の主成分が遷移金属元素である場合には、ドーピングされる金属元素として、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、リチウム（Ｌｉ）等を用いることができる。例えば、導電性酸化物層３１として、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ或いはＬｉがドーピングされたチタン酸化物を用いることができる。導電性酸化物層３１の主成分が希土類金属元素である場合には、ドーピングされる金属元素として、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）等を用いることができる。例えば、導電性酸化物層３１として、Ｉｎ或いはＬｉがドーピングされたガドリニウム（Ｇｄ）酸化物や、Ｉｎ或いはＬｉがドーピングされたテルビウム（Ｔｂ）酸化物を用いることができる。また、導電性酸化物層３１（遷移金属元素及び希土類金属元素から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した導電性酸化物層）として、酸素欠損（oxygen deficiency）を有する酸化物層を用いてもよい。この場合、導電性酸化物層３１に含有される酸素の組成比は、ストイキオメトリよりも低い。例えば、高還元性雰囲気中で酸化物の一部を還元したり、酸素の少ない環境で成膜したりすることで、このような酸素欠損を有する導電性酸化物層を形成することが可能である。

【0025】

中間層３２は、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間の拡散バリア層（diffusion barrier layer）として用いられる。この中間層３２には、タンタル（Ｔａ）層等が用いられる。

【0026】

中間層３３は、第３の磁性層２３と第４の磁性層２４との間のＳＡＦ結合層（synthetic antiferromagnetic coupling layer）として用いられる。中間層３３には、ルテニウム（Ｒｕ）層等が用いられる。

【0027】

導電性コンタクト層３４は、積層構造２０の最上層であり、後述する上部電極（top electrode）５３に接続されている。導電性コンタクト層３４は、ルテニウム（Ｒｕ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有している。ルテニウム及びイリジウムは、その酸化物が導電性を有しているため、積層構造２０の最上層として好適である。

【0028】

上述した積層構造２０は保護絶縁膜５１で覆われ、保護絶縁膜５１は層間絶縁膜５２で覆われている。保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に形成されたホール内には、上部電極（top electrode）５３が設けられている。

【0029】

上述した磁気抵抗効果素子は、垂直磁化（perpendicular magnetization）を有するＳＴＴ（spin transfer torque）型の磁気抵抗効果素子である。すなわち、第１〜第４の磁性層２１〜２４はいずれも、それぞれの主面に対して垂直な磁化方向を有している。

【0030】

また、上述した磁気抵抗効果素子用の積層構造２０の抵抗は、記憶層（第１の磁性層２１）の磁化方向が参照層（第２の磁性層２２及び第３の磁性層２３）の磁化方向に対して平行であるときの方が、記憶層の磁化方向が参照層の磁化方向に対して反平行であるときよりも低い。すなわち、記憶層の磁化方向が参照層の磁化方向に対して平行である場合には、積層構造２０は低抵抗状態を示し、記憶層の磁化方向が参照層の磁化方向に対して反平行である場合には、積層構造２０は高抵抗状態を示す。したがって、磁気抵抗効果素子は、抵抗状態（低抵抗状態及び高抵抗状態）に応じて２値（binary）データ（０又は１）を記憶することができる。また、磁気抵抗効果素子の抵抗状態は、磁気抵抗効果素子（積層構造２０）を流れる書き込み電流の方向に応じて設定することができる。

【0031】

次に、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。

【0032】

まず、図２に示すように、半導体基板（図示せず）上に、ＭＯＳトランジスタ（図示せず）、層間絶縁膜１１及び下部電極１２等を形成する。これにより、下部領域１０が形成される。

【0033】

次に、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜（stacked film）２０ａを形成する。以下、積層膜２０ａの形成方法について説明する。

【0034】

まず、下部領域１０上に、スパッタリングによって下地層２６を形成する。下地層２６の材料には、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）或いはタングステン（Ｗ）等を用いる。

【0035】

続いて、下地層２６上に、スパッタリングによって、シフトキャンセリング層となる第４の磁性層２４を形成する。具体的には、第４の磁性層２４として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、１０〜１５周期程度とする。スパッタリングには、アルゴン（Ａｒ）やクリプトン（Ｋｒ）等の不活性ガスを用いる。

【0036】

続いて、第４の磁性層２４上に、スパッタリングによって中間層３３を形成する。具体的には、中間層３３として、０．４〜０．８ｎｍ程度の厚さを有するルテニウム（Ｒｕ）層を形成する。

【0037】

続いて、中間層３３上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第３の磁性層２３を形成する。具体的には、第３の磁性層２３として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、３〜５周期程度とする。

【0038】

続いて、第３の磁性層２３上に、スパッタリングによって中間層３２を形成する。具体的には、中間層３２としてタンタル（Ｔａ）層を形成する。

【0039】

続いて、中間層３２上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第２の磁性層２２を形成する。具体的には、第２の磁性層２２として、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0040】

続いて、第２の磁性層２２上に、スパッタリングによって、トンネルバリア層となる非磁性層２５を形成する。具体的には、非磁性層２５として、１．０ｎｍ程度の厚さを有するＭｇＯ層を形成する。

【0041】

続いて、非磁性層２５上に、スパッタリングによって、記憶層となる第１の磁性層２１を形成する。具体的には、第１の磁性層２１として、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0042】

続いて、第１の磁性層２１上に、スパッタリングによって、キャップ層となる導電性酸化物層（導電性金属酸化物層）３１を形成する。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した導電性酸化物層３１を形成する。例えば、導電性酸化物層３１として、ＩＴＯ層或いはＩＧＺＯ層を形成する。或いは、導電性酸化物層３１として、金属元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ等）がドーピングされた遷移金属酸化物層や、金属元素（Ｉｎ、Ｌｉ等）がドーピングされた希土類金属酸化物層を形成してもよい。導電性酸化物層３１の形成方法としては、酸化物ターゲットを用いる方法や、金属ターゲットを用いた反応性スパッタリングによる方法があげられる。

【0043】

続いて、熱処理を行う。具体的には、ＲＴＡ（rapid thermal annealing）により、真空中において、３５０〜４５０℃程度の温度で、３０〜１８０秒程度の熱処理を行う。この熱処理により、第１及び第２の磁性層等が結晶化される。また、第１の磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層３１中へ拡散する。その結果、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層３１が得られる。第１の磁性層２１に隣接して導電性酸化物層３１が形成されているため、第１の磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）を効率的に導電性酸化物層３１中へ拡散させることができる。

【0044】

続いて、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層３１上に導電性コンタクト層３４を形成する。具体的には、スパッタリングによって、導電性コンタクト層３４としてルテニウム（Ｒｕ）層或いはイリジウム（Ｉｒ）層を形成する。

【0045】

以上のようにして、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜２０ａが形成される。

【0046】

次に、積層膜２０ａの導電性コンタクト層３４上に、ハードマスク６１を形成する。具体的には、まず、導電性コンタクト層３４上に、シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜を用いたハードマスク膜を形成する。続いて、ハードマスク膜上にレジストパターンを形成する。さらに、レジストパターンをマスクとして用いてハードマスク膜をパターニングすることで、ハードマスク６１が形成される。

【0047】

次に、図３に示すように、図２に示したハードマスク６１をマスクとして用いて積層膜２０ａをエッチングする。具体的には、ＩＢＥ（ion beam etching）によって積層膜２０ａをエッチングする。このとき、ハードマスク６１もエッチングされる。本工程により、積層構造２０が形成される。

【0048】

次に、図１に示すように、積層構造２０を覆う保護絶縁膜５１を形成する。保護絶縁膜５１にはシリコン窒化膜を用いる。続いて、保護絶縁膜５１を覆う層間絶縁膜５２を形成する。層間絶縁膜５２にはシリコン酸化膜を用いる。続いて、保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に、導電性コンタクト層３４に達するホールを形成する。さらに、ホール内に上部電極５３を形成することで、図１に示すような磁気記憶装置が得られる。

【0049】

以上のように、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として導電性酸化物層３１を用いている。すなわち、本実施形態では、記憶層として機能する第１の磁性層２１上に導電性酸化物層３１を形成している。そのため、熱処理の際に、第１の磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）を導電性酸化物層３１によって効率的に吸収することができ、第１の磁性層２１の結晶性を向上させることができる。また、導電性酸化物層３１では、導電性酸化物層３１に含有されている金属元素等の所定元素と酸素とが強く結合しているため、所定元素が導電性酸化物層３１から第１の磁性層２１に拡散することを防止することができる。そのため、所定元素に起因する第１の磁性層２１の劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態では、第１の磁性層２１の特性を向上させることができ、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。

【0050】

また、本実施形態では、第１の磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層３１によって吸収されるため、第１の磁性層２１の側面へのボロン（Ｂ）の拡散量を減少させることができる。そのため、第１の磁性層２１の側面近傍にボロン（Ｂ）が蓄積することを抑制することができる。

【0051】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として導電性酸化物層３１を用いるため、上部電極５３と第１の磁性層２１との間の電気的な接続を得るためにキャップ層にホールを形成しなくてもよい。すなわち、キャップ層として絶縁性材料層を用いた場合には、上部電極５３と第１の磁性層２１との間の電気的な接続を得るために絶縁性材料層にホールを形成しなければならない。本実施形態では、そのようなホールを設ける必要がなく、上部電極５３と第１の磁性層２１との間の電気的な接続を、導電性酸化物層３１を介して確実に且つ容易に得ることができる。

【0052】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として導電性酸化物層３１を用いるため、積層膜２０ａをエッチングして積層構造２０を形成するときに、導電性酸化物層３１によって高いエッチング耐性を得ることが可能である。そのため、エッチングの際に導電性酸化物層３１の一部（例えば上部コーナー部分）が露出しても、高いエッチング耐性を有する導電性酸化物層３１によって第１の磁性層２１等を保護することができ、積層構造２０を的確に形成することができる。特に、ＩＢＥでは、導電性酸化物のエッチング速度が金属のエッチング速度よりも小さいため、このような効果が顕著である。

【0053】

また、本実施形態では、導電性酸化物層３１上に、ルテニウム（Ｒｕ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する導電性コンタクト層３４を設けている。ルテニウム及びイリジウムは、その酸化物が導電性を有している。そのため、導電性コンタクト層３４の表面が露出して酸化されたとしても、導電性コンタクト層３４の導電性を維持することができる。したがって、上部電極５３と第１の磁性層２１との間の電気的な接続を確実に得ることができる。

【0054】

（実施形態２）
図４は、第２の実施形態に係る磁気記憶装置（半導体集積回路装置）の構成を模式的に示した断面図である。なお、基本的な構成は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。

【0055】

下部領域１０の構造は第１の実施形態と同様である。下部領域１０上には、磁気抵抗効果素子用の積層構造２０が設けられている。

【0056】

積層構造２０は、第１の磁性層２１、第２の磁性層２２、第３の磁性層２３、第４の磁性層２４、非磁性層２５、下地層２６、導電性酸化物層４１、第２の導電性酸化物層４２、及び中間層４３を含んでいる。

【0057】

具体的には、下部領域１０と導電性酸化物層４１との間に第１の磁性層２１が設けられ、導電性酸化物層４１と第１の磁性層２１との間に第２の磁性層２２が設けられ、第１の磁性層２１と第２の磁性層２２との間に非磁性層２５が設けられ、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間に導電性酸化物層４１が設けられ、導電性酸化物層４１と第２の導電性酸化物層４２との間で且つ導電性酸化物層４１と第４の磁性層２４との間に第３の磁性層２３が設けられ、第３の磁性層２３と第２の導電性酸化物層４２との間に第４の磁性層２４が設けられ、下部領域１０と第１の磁性層２１との間に下地層２６が設けられ、第３の磁性層２３と第４の磁性層２４との間に中間層４３が設けられている。

【0058】

第１の磁性層２１、第２の磁性層２２、第３の磁性層２３、第４の磁性層２４、非磁性層２５及び下地層２６の機能及び構成材料は、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の磁性層２１は記憶層として用いられ、第２の磁性層２２は参照層の一部として用いられ、第３の磁性層２３は参照層の一部として用いられ、第４の磁性層２４はシフトキャンセリング層として用いられ、非磁性層２５はトンネルバリア層として用いられる。

【0059】

導電性酸化物層４１は、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間に設けられ、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物で形成されている。具体的には、導電性酸化物層４１は、ボロン（Ｂ）を含有した導電性金属酸化物で形成されている。この導電性酸化物層４１には、第１の実施形態の導電性酸化物層３１に用いられる材料と同様の材料を用いることが可能である。

【0060】

第２の導電性酸化物層４２は、磁気抵抗効果素子のキャップ層として用いられ、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物で形成されている。具体的には、第２の導電性酸化物層４２は、ボロン（Ｂ）を含有した導電性金属酸化物で形成されている。この第２の導電性酸化物層４２にも、第１の実施形態の導電性酸化物層３１に用いられる材料と同様の材料を用いることが可能である。

【0061】

中間層４３は、第３の磁性層２３と第４の磁性層２４との間のＳＡＦ結合層として用いられる。中間層４３には、第１の実施形態の中間層３３に用いられる材料と同様の材料を用いることが可能である。

【0062】

上述した積層構造２０は保護絶縁膜５１で覆われ、保護絶縁膜５１は層間絶縁膜５２で覆われている。保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に形成されたホール内には、上部電極５３が設けられている。

【0063】

上述した磁気記憶装置における磁気抵抗効果素子の基本的な機能及び基本的な動作は、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様である。

【0064】

次に、図４〜図７を参照して、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。

【0065】

まず、図５に示すように、半導体基板（図示せず）上に、ＭＯＳトランジスタ（図示せず）、層間絶縁膜１１及び下部電極１２等を形成する。これにより、下部領域１０が形成される。

【0066】

次に、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜２０ｂ１を形成する。以下、積層膜２０ｂ１の形成方法について説明する。

【0067】

まず、下部領域１０上に、スパッタリングによって下地層２６を形成する。下地層２６の材料には、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）或いはタングステン（Ｗ）等を用いる。

【0068】

続いて、下地層２６上に、スパッタリングによって、記憶層となる第１の磁性層２１を形成する。具体的には、第１の磁性層２１として、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0069】

続いて、第１の磁性層２１上に、スパッタリングによって、トンネルバリア層となる非磁性層２５を形成する。具体的には、非磁性層２５として、１．０ｎｍ程度の厚さを有するＭｇＯ層を形成する。

【0070】

続いて、非磁性層２５上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第２の磁性層２２を形成する。具体的には、第２の磁性層２２として、１．０〜３．０ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0071】

続いて、第２の磁性層２２上に、スパッタリングによって、導電性酸化物層（導電性金属酸化物層）４１を形成する。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した導電性酸化物層４１を形成する。例えば、導電性酸化物層３１として、ＩＴＯ層或いはＩＧＺＯ層を形成する。或いは、導電性酸化物層３１として、金属元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ等）がドーピングされた遷移金属酸化物層や、金属元素（Ｉｎ、Ｌｉ等）がドーピングされた希土類金属酸化物層を形成してもよい。

【0072】

続いて、熱処理を行う。具体的には、ＲＴＡにより、真空中において、３５０〜４５０℃程度の温度で、３０〜１８０秒程度の熱処理を行う。この熱処理により、第１及び第２の磁性層等が結晶化される。また、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層４１中へ拡散する。その結果、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層４１が得られる。第２の磁性層２２に隣接して導電性酸化物層４１が形成されているため、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）を効率的に導電性酸化物層４１中へ拡散させることができる。

【0073】

次に、図６に示すように、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層４１を、ドライエッチングによって薄くする。

【0074】

続いて、薄くされた導電性酸化物層４１上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第３の磁性層２３を形成する。具体的には、第３の磁性層２３として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、３〜５周期程度とする。このとき、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との磁気的結合（magnetic coupling）が十分に得られるようにする。すなわち、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との磁気的結合が十分に得られるように、導電性酸化物層４１の厚さを十分に薄くしておく。

【0075】

続いて、第３の磁性層２３上に、スパッタリングによって中間層４３を形成する。具体的には、中間層４３として、０．４〜０．８ｎｍ程度の厚さを有するルテニウム（Ｒｕ）層を形成する。

【0076】

続いて、中間層４３上に、スパッタリングによって、シフトキャンセリング層となる第４の磁性層２４を形成する。具体的には、第４の磁性層２４として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、１０〜１５周期程度とする。

【0077】

続いて、第４の磁性層２４上に、スパッタリングによって、キャップ層となる第２の導電性酸化物層（導電性金属酸化物層）４２を形成する。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した導電性酸化物層４２を形成する。例えば、導電性酸化物層４２として、ＩＴＯ層或いはＩＧＺＯ層を形成する。或いは、導電性酸化物層４２として、金属元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ等）がドーピングされた遷移金属酸化物層や、金属元素（Ｉｎ、Ｌｉ等）がドーピングされた希土類金属酸化物層を形成してもよい。なお、以後のプロセスにおいて、先に述べた素子の側面上部のエッチングに起因する素子へのダメージが許容できるようであれば、導電性酸化物層４２の代わりにタンタル（Ｔａ）層或いはルテニウム（Ｒｕ）層といった金属層を用いてもよい。

【0078】

以上のようにして、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜２０ｂ２が形成される。

【0079】

次に、積層膜２０ｂ２の第２の導電性酸化物層４２上に、ハードマスク６１を形成する。ハードマスク６１の具体的な材料及び形成方法は、第１の実施形態と同様である。

【0080】

次に、図７に示すように、図６に示したハードマスク６１をマスクとして用いて積層膜２０ｂ２をエッチングする。具体的には、ＩＢＥによって積層膜２０ｂ２をエッチングする。このとき、ハードマスク６１もエッチングされる。本工程により、積層構造２０が形成される。

【0081】

次に、図４に示すように、第１の実施形態と同様にして、積層構造２０を覆う保護絶縁膜５１を形成し、保護絶縁膜５１を覆う層間絶縁膜５２を形成する。続いて、保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に、第２の導電性酸化物層４２に達するホールを形成する。さらに、ホール内に上部電極５３を形成することで、図４に示すような磁気記憶装置が得られる。なお、ホール内に上部電極５３を形成する代わりに、ＣＭＰ或いはドライエッチバックによって素子の上面を露出させ、露出した上面に上部電極５３をコンタクトさせるようにしてもよい。

【0082】

以上のように、本実施形態では、参照層の一部として機能する第２の磁性層２２上に導電性酸化物層４１を形成している。そのため、熱処理の際に、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）を導電性酸化物層４１によって効率的に吸収することができ、第２の磁性層２２の結晶性を向上させることができる。また、導電性酸化物層４１では、導電性酸化物層４１に含有されている金属元素等の所定元素と酸素とが強く結合しているため、所定元素が導電性酸化物層４１から第２の磁性層２２に拡散することを防止することができる。そのため、所定元素に起因する第２の磁性層２２の劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態では、第２の磁性層２２の特性を向上させることができ、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。

【0083】

また、本実施形態では、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層４１によって吸収されるため、第２の磁性層２２の側面へのボロン（Ｂ）の拡散量を減少させることができる。そのため、第２の磁性層２２の側面近傍にボロン（Ｂ）が蓄積することを抑制することができる。

【0084】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として第２の導電性酸化物層４２を用いるため、第１の実施形態と同様に、キャップ層（第２の導電性酸化物層４２）にホールを設ける必要がなく、上部電極５３と第４の磁性層２４との間の電気的な接続を、第２の導電性酸化物層４２を介して確実に且つ容易に得ることができる。

【0085】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として第２の導電性酸化物層４２を用いるため、積層膜２０ｂ２をエッチングして積層構造２０を形成するときに、第２の導電性酸化物層４２によって高いエッチング耐性を得ることが可能である。そのため、第１の実施形態と同様に、積層構造２０を的確に形成することができる。

【0086】

なお、本実施形態において、下地層２６に導電性酸化物層を用い、第１の磁性層２１からボロン（Ｂ）を吸収するようにしてもよい。これにより、第１の磁性層２１の結晶性を向上させることが可能となる。

【0087】

（実施形態３）
図８は、第３の実施形態に係る磁気記憶装置（半導体集積回路装置）の構成を模式的に示した断面図である。なお、基本的な構成は第１及び第２の実施形態と類似しているため、第１及び第２の実施形態で説明した事項の説明は省略する。

【0088】

下部領域１０の構造は第１の実施形態と同様である。下部領域１０上には、磁気抵抗効果素子用の積層構造２０が設けられている。

【0089】

積層構造２０は、第１の磁性層２１、第２の磁性層２２、第３の磁性層２３、第４の磁性層２４、非磁性層２５、下地層２６、導電性酸化物層４１、第２の導電性酸化物層４２、及び中間層４４を含んでいる。

【0090】

具体的には、下部領域１０と導電性酸化物層４１との間に第１の磁性層２１が設けられ、導電性酸化物層４１と第１の磁性層２１との間に第２の磁性層２２が設けられ、第１の磁性層２１と第２の磁性層２２との間に非磁性層２５が設けられ、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間に導電性酸化物層４１が設けられ、導電性酸化物層４１と第２の導電性酸化物層４２との間に第３の磁性層２３が設けられ、下部領域１０と第１の磁性層２１との間に第４の磁性層２４が設けられ、下部領域１０と第４の磁性層２４との間に下地層２６が設けられ、第１の磁性層２１と第４の磁性層２４との間に中間層４４が設けられている。

【0091】

第１の磁性層２１、第２の磁性層２２、第３の磁性層２３、第４の磁性層２４、非磁性層２５及び下地層２６の機能及び構成材料は、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の磁性層２１は記憶層として用いられ、第２の磁性層２２は参照層の一部として用いられ、第３の磁性層２３は参照層の一部として用いられ、第４の磁性層２４はシフトキャンセリング層として用いられ、非磁性層２５はトンネルバリア層として用いられる。

【0092】

導電性酸化物層４１は、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との間に設けられ、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物で形成されている。具体的には、導電性酸化物層４１は、ボロン（Ｂ）を含有した導電性金属酸化物で形成されている。この導電性酸化物層４１には、第１の実施形態の導電性酸化物層３１に用いられる材料と同様の材料を用いることが可能である。

【0093】

第２の導電性酸化物層４２は、磁気抵抗効果素子のキャップ層として用いられ、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物で形成されている。具体的には、第２の導電性酸化物層４２は、ボロン（Ｂ）を含有した導電性金属酸化物で形成されている。この第２の導電性酸化物層４２にも、第１の実施形態の導電性酸化物層３１に用いられる材料と同様の材料を用いることが可能である。

【0094】

中間層４４は、第１の磁性層２１と第４の磁性層２４との間の拡散バリア層として用いられる。この中間層４４には、タンタル（Ｔａ）層等が用いられる。

【0095】

上述した積層構造２０は保護絶縁膜５１で覆われ、保護絶縁膜５１は層間絶縁膜５２で覆われている。保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に形成されたホール内には、上部電極５３が設けられている。

【0096】

上述した磁気記憶装置における磁気抵抗効果素子の基本的な機能及び基本的な動作は、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様である。

【0097】

次に、図８〜図１１を参照して、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。

【0098】

まず、図９に示すように、半導体基板（図示せず）上に、ＭＯＳトランジスタ（図示せず）、層間絶縁膜１１及び下部電極１２等を形成する。これにより、下部領域１０が形成される。

【0099】

次に、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜２０ｃ１を形成する。以下、積層膜２０ｃ１の形成方法について説明する。

【0100】

まず、下部領域１０上に、スパッタリングによって下地層２６を形成する。下地層２６の材料には、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）或いはタングステン（Ｗ）等を用いる。

【0101】

続いて、下地層２６上に、スパッタリングによって、シフトキャンセリング層となる第４の磁性層２４を形成する。具体的には、第４の磁性層２４として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、１０周期程度とする。

【0102】

続いて、第４の磁性層２４上に、スパッタリングによって中間層４４を形成する。具体的には、中間層４４としてタンタル（Ｔａ）層を形成する。

【0103】

続いて、中間層４４上に、スパッタリングによって、記憶層となる第１の磁性層２１を形成する。具体的には、第１の磁性層２１として、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0104】

続いて、第１の磁性層２１上に、スパッタリングによって、トンネルバリア層となる非磁性層２５を形成する。具体的には、非磁性層２５として、１．０ｎｍ程度の厚さを有するＭｇＯ層を形成する。

【0105】

続いて、非磁性層２５上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第２の磁性層２２を形成する。具体的には、第２の磁性層２２として、１．０〜１．５ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅＢ層を形成する。

【0106】

続いて、第２の磁性層２２上に、スパッタリングによって、導電性酸化物層（導電性金属酸化物層）４１を形成する。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した導電性酸化物層４１を形成する。例えば、導電性酸化物層４１として、ＩＴＯ層或いはＩＧＺＯ層を形成する。或いは、導電性酸化物層４１として、金属元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ等）がドーピングされた遷移金属酸化物層や、金属元素（Ｉｎ、Ｌｉ等）がドーピングされた希土類金属酸化物層を形成してもよい。

【0107】

続いて、熱処理を行う。具体的には、ＲＴＡにより、真空中において、３５０〜４５０℃程度の温度で、３０〜１８０秒程度の熱処理を行う。この熱処理により、第１及び第２の磁性層等が結晶化される。また、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層４１中へ拡散する。その結果、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層４１が得られる。第２の磁性層２２に隣接して導電性酸化物層４１が形成されているため、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）を効率的に導電性酸化物層４１中へ拡散させることができる。

【0108】

次に、図１０に示すように、ボロン（Ｂ）を含有した導電性酸化物層４１を、ドライエッチングによって薄くする。

【0109】

続いて、薄くされた導電性酸化物層４１上に、スパッタリングによって、参照層の一部となる第３の磁性層２３を形成する。具体的には、第３の磁性層２３として、Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層を形成する。人工格子の周期数は、３〜５周期程度とする。このとき、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との磁気的結合が十分に得られるようにする。すなわち、第２の磁性層２２と第３の磁性層２３との磁気的結合が十分に得られるように、導電性酸化物層４１の厚さを十分に薄くしておく。

【0110】

続いて、第３の磁性層２３上に、スパッタリングによって、キャップ層となる第２の導電性酸化物層（導電性金属酸化物層）４２を形成する。具体的には、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの金属元素を含有した第２の導電性酸化物層４２を形成する。例えば、第２の導電性酸化物層４２として、ＩＴＯ層或いはＩＧＺＯ層を形成する。或いは、第２の導電性酸化物層４２として、金属元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ等）がドーピングされた遷移金属酸化物層や、金属元素（Ｉｎ、Ｌｉ等）がドーピングされた希土類金属酸化物層を形成してもよい。

【0111】

以上のようにして、下部領域１０上に、磁気抵抗効果素子用の積層膜２０ｃ２が形成される。

【0112】

次に、積層膜２０ｃ２の第２の導電性酸化物層４２上に、ハードマスク６１を形成する。ハードマスク６１の具体的な材料及び形成方法は、第１の実施形態と同様である。

【0113】

なお、第３の磁性層２３上にＳＡＦ結合層として中間層（Ｒｕ層等）を形成し、この中間層上にシフトキャンセリング層として第５の磁性層（Ｃｏ/Ｐｔ、Ｃｏ/Ｎｉ或いはＣｏ/Ｐｄ等の人工格子層）を形成してもよい。この場合には、第５の磁性層上に第２の導電性酸化物層４２が形成される。

【0114】

次に、図１１に示すように、図１０に示したハードマスク６１をマスクとして用いて積層膜２０ｃ２をエッチングする。具体的には、ＩＢＥによって積層膜２０ｃ２をエッチングする。このとき、ハードマスク６１もエッチングされる。本工程により、積層構造２０が形成される。

【0115】

次に、図８に示すように、第１の実施形態と同様にして、積層構造２０を覆う保護絶縁膜５１を形成し、保護絶縁膜５１を覆う層間絶縁膜５２を形成する。続いて、保護絶縁膜５１及び層間絶縁膜５２に、第２の導電性酸化物層４２に達するホールを形成する。さらに、ホール内に上部電極５３を形成することで、図８に示すような磁気記憶装置が得られる。

【0116】

以上のように、本実施形態では、参照層の一部として機能する第２の磁性層２２上に導電性酸化物層４１を形成している。そのため、熱処理の際に、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）を導電性酸化物層４１によって効率的に吸収することができ、第２の磁性層２２の結晶性を向上させることができる。また、導電性酸化物層４１では、導電性酸化物層４１に含有されている金属元素等の所定元素と酸素とが強く結合しているため、所定元素が導電性酸化物層４１から第２の磁性層２２に拡散することを防止することができる。そのため、所定元素に起因する第２の磁性層２２の劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態では、第２の磁性層２２の特性を向上させることができ、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。

【0117】

また、本実施形態では、第２の磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）が導電性酸化物層４１によって吸収されるため、第２の磁性層２２の側面へのボロン（Ｂ）の拡散量を減少させることができる。そのため、第２の磁性層２２の側面近傍にボロン（Ｂ）が蓄積することを抑制することができる。

【0118】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として第２の導電性酸化物層４２を用いるため、第１の実施形態と同様に、キャップ層（第２の導電性酸化物層４２）にホールを設ける必要がなく、上部電極５３と第３の磁性層２３との間の電気的な接続を、第２の導電性酸化物層４２を介して確実に且つ容易に得ることができる。

【0119】

また、本実施形態では、積層構造２０のキャップ層として第２の導電性酸化物層４２を用いるため、積層膜２０ｃ２をエッチングして積層構造２０を形成するときに、第２の導電性酸化物層４２によって高いエッチング耐性を得ることが可能である。そのため、第１の実施形態と同様に、積層構造２０を的確に形成することができる。

【0120】

図１２は、上述した第１、第２及び第３の実施形態で示した磁気抵抗効果素子が適用される半導体集積回路装置の一般的な構成の一例を模式的に示した断面図である。

【0121】

半導体基板ＳＵＢ内に、埋め込みゲート（buried gate）型のＭＯＳトランジスタＴＲが形成されている。ＭＯＳトランジスタＴＲのゲート電極は、ワード線ＷＬとして用いられる。ＭＯＳトランジスタＴＲのソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの一方には下部電極（bottom electrode）ＢＥＣが接続され、ソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの他方にはソース線コンタクトＳＣが接続されている。

【0122】

下部電極ＢＥＣ上には磁気抵抗効果素子ＭＴＪが形成され、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には上部電極（top electrode）ＴＥＣが形成されている。上部電極ＴＥＣにはビット線ＢＬが接続されている。ソース線コンタクトＳＣにはソース線ＳＬが接続されている。

【0123】

上述した第１、第２及び第３の実施形態で説明したような磁気抵抗効果素子を図１２に示したような半導体集積回路装置に適用することで、優れた半導体集積回路装置を得ることができる。

【0124】

以下、上述した実施形態の内容を付記する。
[付記１]
下部領域と、
前記下部領域上に設けられた積層構造と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記積層構造は、
ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、
前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、
前記下部領域と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を含む
ことを特徴とする磁気記憶装置。
[付記２]
前記積層構造は、前記下部領域と前記第２の磁性層との間に設けられ、前記第２の磁性層の磁化方向に対して平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第３の磁性層を、さらに含む
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記３]
前記積層構造は、前記下部領域と前記第３の磁性層との間に設けられ、前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第４の磁性層を、さらに含む
ことを特徴とする付記２に記載の磁気記憶装置。
[付記４]
前記導電性酸化物層は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記５]
前記導電性酸化物層は、遷移金属元素及び希土類金属元素から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記６]
前記導電性酸化物層には、所定の金属元素がドープされている
ことを特徴とする付記５に記載の磁気記憶装置。
[付記７]
前記導電性酸化物層に含有される酸素の組成比は、ストイキオメトリよりも低い
ことを特徴とする付記５に記載の磁気記憶装置。
[付記８]
前記積層構造は、ルテニウム（Ｒｕ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する導電性コンタクト層を、さらに含み、
前記導電性酸化物層は、前記第１の磁性層と前記導電性コンタクト層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記９]
前記非磁性層は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記１０]
下部領域と、
前記下部領域上に設けられた積層構造と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記積層構造は、
ボロン（Ｂ）を含有する導電性酸化物層と、
前記下部領域と前記導電性酸化物層との間に設けられ、可変の磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１の磁性層と、
前記導電性酸化物層と前記第１の磁性層との間に設けられ、固定された磁化方向を有し、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を含む
ことを特徴とする磁気記憶装置。
[付記１１]
前記積層構造は、前記第２の磁性層の磁化方向に対して平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第３の磁性層を、さらに含み、
前記導電性酸化物層は、前記第２の磁性層と前記第３の磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。
[付記１２]
前記積層構造は、第２の導電性酸化物層をさらに含み、
前記第３の磁性層は、前記導電性酸化物層と前記第２の導電性酸化物層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１１に記載の磁気記憶装置。
[付記１３]
前記積層構造は、前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第４の磁性層を、さらに含み、
前記第３の磁性層は、前記導電性酸化物層と前記第４の磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１１に記載の磁気記憶装置。
[付記１４]
前記積層構造は、第２の導電性酸化物層をさらに含み、
前記第４の磁性層は、前記第３の磁性層と前記第２の導電性酸化物層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１３に記載の磁気記憶装置。
[付記１５]
前記積層構造は、前記下部領域と前記記憶層との間に設けられ、前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行な固定された磁化方向を有し、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有する第４の磁性層を、さらに含む
ことを特徴とする付記１１に記載の磁気記憶装置。
[付記１６]
前記導電性酸化物層は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。
[付記１７]
前記導電性酸化物層は、遷移金属元素及び希土類金属元素から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。
[付記１８]
前記導電性酸化物層には、所定の金属元素がドープされている
ことを特徴とする付記１７に記載の磁気記憶装置。
[付記１９]
前記導電性酸化物層に含有される酸素の組成比は、ストイキオメトリよりも低い
ことを特徴とする付記１７に記載の磁気記憶装置。
[付記２０]
前記非磁性層は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する
ことを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。

【0125】

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】

【0126】

１０…下部領域 １１…層間絶縁膜 １２…下部電極
２０…積層構造 ２０ａ、２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｃ１、２０ｃ２…積層膜
２１…第１の磁性層 ２２…第２の磁性層 ２３…第３の磁性層
２４…第４の磁性層 ２５…非磁性層 ２６…下地層
３１…導電性酸化物層 ３２…中間層
３３…中間層 ３４…導電性コンタクト層
４１…導電性酸化物層 ４２…第２の導電性酸化物層
４３…中間層 ４４…中間層
５１…保護膜 ５２…層間絶縁膜 ５３…上部電極
６１…ハードマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】