JP2005353789A - フォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル磁気抵抗素子を構成する記録層を形成する際、記録層の平面形状を確実に菱形に類似した形状とすることを可能とする、記録層を形成するためのリソグラフィ工程において使用されるフォトマスクを提供することにある。
【解決手段】フォトマスクには、第１形状５１と第２形状５２とから成り、第１形状５１から第２形状５２が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有するパターンが形成され、第１形状は、正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、第２形状は、正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
【選択図】 図１

Description

本発明は、不揮発性磁気メモリ装置を製造する際に使用されるフォトマスクに関する。

情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これらを構成するメモリやロジック等の各種半導体装置には、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要請されている。特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークとが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリによって重要な情報を保存、保護することができる。また、最近の携帯機器は不要の回路ブロックをスタンバイ状態とし、出来る限り消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、電源を投入すると瞬時に起動できる「インスタント・オン」機能も、高速、且つ、大容量の不揮発性メモリが実現できれば可能となる。

不揮発性メモリとして、半導体材料を用いたフラッシュメモリや、強誘電体材料を用いた強誘電体型不揮発性半導体メモリ（ＦＥＲＡＭ，Ferroelectric Random Access Memory）等を挙げることができる。しかしながら、フラッシュメモリは、書込み速度がマイクロ秒のオーダーであり、書込み速度が遅いという欠点がある。一方、ＦＥＲＡＭにおいては、書換え可能回数が１０¹²〜１０¹⁴であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭをＦＥＲＡＭに置き換えるにはＦＥＲＡＭの書換え可能回数が十分とは云えず、また、強誘電体層の微細加工が難しいという問題が指摘されている。

これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）と呼ばれる不揮発性磁気メモリ素子が注目されている。初期のＭＲＡＭは、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果を用いたスピンバルブをベースにしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０〜１００Ωと低いため、読み出し時のビット当たりの消費電力が大きく、大容量化が難しいという欠点があった。

一方、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance）効果を用いたＭＲＡＭは、開発初期においては、抵抗変化率が室温で１〜２％程度しかなかったが、近年、２０％近くの抵抗変化率が得られるようになり、ＴＭＲ効果を用いたＭＲＡＭに注目が集まっている。ＴＭＲタイプのＭＲＡＭは、構造が単純で、スケーリングも容易であり、また、磁気モーメントの回転により記録を行うために、書換え可能回数が大である。更には、アクセス時間についても非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であると云われている。

ＴＭＲタイプのＭＲＡＭ（以下、単に、ＭＲＡＭと呼ぶ）の模式的な一部断面図を、図４に示す。このＭＲＡＭは、ＭＯＳ型ＦＥＴから成る選択用トランジスタＴＲに接続されたトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪから構成されている。

トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪは、第１の強磁性体層３１、トンネル絶縁膜３４、第２の強磁性体層３５の積層構造を有する。第１の強磁性体層３１は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層３２と強磁性体層（固着層、磁化固定層３３とも呼ばれる）との２層構成を有し、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気的異方性を有する。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層３５は、自由層あるいは記録層とも呼ばれる。尚、以下の説明において、第２の強磁性体層を記録層３５と呼ぶ場合がある。トンネル絶縁膜３４は、記録層３５と磁化固定層３３との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。ＭＲＡＭとＭＲＡＭを接続するビット線ＢＬは、上層層間絶縁層２６上に形成されている。ビット線ＢＬと記録層３５との間に設けられたトップコート膜３６は、ビット線ＢＬを構成する原子と記録層３５を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、記録層３５の酸化防止を担っている。図中、参照番号３７は、反強磁性体層３２の下面に接続された引き出し電極を示す。

更には、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの下方には、下層層間絶縁層２４を介して書込みワード線ＲＷＬが配置されている。尚、書込みワード線ＲＷＬの延びる方向（第１の方向）とビット線ＢＬの延びる方向（第２の方向）とは、通常、直交している。

一方、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１によって囲まれたシリコン半導体基板１０の部分に形成されており、層間絶縁層２１によって覆われている。そして、一方のソース／ドレイン領域１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２、ランディングパッド部２３、タングステンプラグから成る接続孔２５を介して、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの引き出し電極３７に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、タングステンプラグ１５を介してセンス線１６に接続されている。図中、参照番号１２はゲート電極を示し、参照番号１３はゲート絶縁膜を示す。

ＭＲＡＭアレイにあっては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬから成る格子の交点（重複領域）にＭＲＡＭが配置されている。

このような構成のＭＲＡＭへのデータの書込みにおいては、ビット線ＢＬに正方向あるいは負方向の電流を流し、且つ、書込みワード線ＲＷＬに一定方向の電流を流し、その結果生成される合成磁界によって第２の強磁性体層（記録層３５）の磁化の方向を変えることで、第２の強磁性体層（記録層３５）に「１」又は「０」を記録する。

一方、データの読出しは、選択用トランジスタＴＲをオン状態とし、ビット線ＢＬに電流を流し、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化をセンス線１６にて検出することにより行う。記録層３５と磁化固定層３３の磁化方向が等しい場合、低抵抗となり（この状態を例えば「０」とする）、記録層３５と磁化固定層３３の磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる（この状態を例えば「１」とする）。

データの読出しにおいては、各々のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの面積（投影面積）を出来る限り均一にして記録層３５の抵抗値のバラツキを抑えることが、データ読出しバラツキ低減に繋がり、製造歩留が向上する。記録層３５の抵抗値の分布の一例を図１４に示す。このように抵抗変化率を出来る限り一定とし、抵抗値の分散幅（バラツキ）を抑えることによって、ＭＲＡＭの動作マージンが大きくなるし、高い製造歩留を達成することができる。また、逆に、設計上の動作マージンを同じとした場合、信号電圧が大きく取れ、高速動作が可能となる。

一方、データ書込みにおいては、各々のトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪのスイッチング磁界（Ｈ_Switch）の分散幅（バラツキ）を抑えることが、大容量メモリに必要不可欠である。

図１５に、米国特許第６０８１４４５号に開示されたＭＲＡＭのアステロイド曲線を示す。ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果発生する合成磁界に基づき、ＭＲＡＭを構成するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにデータを書き込む。ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層３５の磁化容易軸方向の磁界（Ｈ_EA）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層３５の磁化困難軸方向の磁界（Ｈ_HA）が形成される。尚、ＭＲＡＭの構成にも依るが、ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層３５の磁化困難軸方向の磁界（Ｈ_HA）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層３５の磁化容易軸方向の磁界（Ｈ_EA）が形成される場合もある。

アステロイド曲線は、合成磁界（記録層３５に加わる磁界Ｈ_HAと磁界Ｈ_EAの磁界ベクトルの合成）による記録層３５の磁化方向の反転閾値を示しており、アステロイド曲線の外側（ＯＵＴ₁，ＯＵＴ₂）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層３５の磁化方向の反転が起こり、データの書込みが行われる。一方、アステロイド曲線の内部（ＩＮ）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層３５の磁化方向の反転は生じない。また、電流を流している書込みワード線ＲＷＬ及びビット線ＢＬの交点以外のＭＲＡＭにおいても、書込みワード線ＲＷＬ若しくはビット線ＢＬ単独で発生する磁界が加わるため、この磁界の大きさがスイッチング磁界（Ｈ_Switch）以上の場合［図１５における点線の外側の領域（ＯＵＴ₂）］、交点以外のＭＲＡＭを構成する記録層３５の磁化方向も反転してしまう。それ故、合成磁界がアステロイド曲線の外側であって図１５の点線の内側の領域（ＯＵＴ₁）内にある場合のみに、選択されたＭＲＡＭに対する選択書込みが可能となる。

より具体的には、データ書込みにおいては、上述のように、ビット線ＢＬと書込みワード線ＲＷＬとに電流を流して合成磁界を生成させるが、この合成磁界の大きさがアステロイド曲線の少し外側となるように設定し、この合成磁界の半分程度を、それぞれ、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬによって生成させる。尚、このような状態を「半選択」状態と呼ぶ。このような「半選択」状態とすることで、電流が流されているビット線ＢＬと電流が流されている書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれる。一方、電流が電流が流されているビット線ＢＬと電流が流されていない書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ、あるいは、電流が流されていないビット線ＢＬと電流が電流が流されている書込みワード線ＲＷＬとの交点に位置するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれない。尚、このようなトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪを、便宜上、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪと呼ぶ。

米国特許第６０８１４４５号 米国特許公報６５４５９０６Ｂ１ 米国特許公報６６３３４９８Ｂ１ S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990)

ところが、本来、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにはデータが書き込まれないにも拘わらず、スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキが大きい場合、非選択トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪにデータが書き込まれる場合がある。即ち、図１６に示すように、スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキが大きい場合、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの書込みマージンが小さくなり、大容量メモリを実現できなくなってしまう。それ故、スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキを最小に抑えることが重要であり、このバラツキ抑制がデータ書込みマージンの拡大に繋がる。

ところで、このようなスイッチング磁界（Ｈ_Switch）の大きさは、主に、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）における形状異方性や磁気的異方性によって支配されている。従って、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）は、磁気特性、ひいては、「０」，「１」のデータ書込み動作を制御する大きな要因となっている。スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキを低減させるために、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）を菱形とすることが周知である（例えば、米国特許公報６５４５９０６Ｂ１参照）。また、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）を二等辺三角形にすることでも、スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキ低減を図ることができる。

通常、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）を菱形あるいは二等辺三角形とするためには、フォトリソグラフィ工程において使用されるフォトマスクに形成すべきパターンを菱形あるいは二等辺三角形にしている。しかしながら、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状が小さくなるに従い、フォトマスクに形成された菱形あるいは二等辺三角形のパターンに基づき形成されたトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状は、楕円形あるいは半楕円形となる傾向にある。然るに、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪの平面形状（特に記録層３５の平面形状）が楕円形あるいは半楕円形になると、スイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキが大きくなるという問題がある。

従って、本発明の目的は、トンネル磁気抵抗素子を構成する記録層を形成する際、記録層の平面形状を確実に菱形、二等辺三角形、菱形に類似した形状、あるいは、二等辺三角形に類似した形状とすることを可能にする、記録層を形成するためにリソグラフィ工程において使用されるフォトマスクを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るフォトマスクは、
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、菱形疑似形状であり、
（Ｃ）菱形疑似形状を構成する辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、菱形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸は、菱形疑似形状の長軸と略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸は、菱形疑似形状の短軸と略平行であり、且つ、
（Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第１形状と第２形状とから成り、
第１形状と、第１形状の中心点と中心点が一致した第２形状とが、第１形状から第２形状が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第１形状の中心点を通る第１形状軸線と第２形状の中心点を通る第２形状軸線とは直交しており、
第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第２形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。

尚、第１形状から第２形状が２箇所において突出しているが、第１形状からの第２形状の一方の突出領域の形状と、第１形状からの第２形状の他方の突出領域の形状とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。前者の場合、記録層の平面形状は、例えば、菱形疑似形状の短軸に関して略線対称であり、且つ、菱形疑似形状の長軸に関しても略線対称となる。一方、後者の場合、記録層の平面形状は、例えば、菱形疑似形状の短軸に関してのみ略線対称となる。

本発明の第１の態様に係るフォトマスクをフォトリソグラフィ工程において使用し、記録層をパターニングすることで、上述したとおりの平面形状を有する記録層を得ることができるが、このような平面形状を有する記録層を、便宜上、第１形態の記録層と呼ぶ場合がある。

ここで、「菱形疑似形状」とは、巨視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状が以下の形状を有することを意味する。即ち、反時計周りに４つの辺を辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃ、辺Ｄで表したとき、４つの辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを線分で近似し、辺Ａに対向する線分の長さをＬ_a、辺Ｂに対向する線分の長さをＬ_b、辺Ｃに対向する線分の長さをＬ_c、辺Ｄに対向する線分の長さをＬ_dとしたとき、Ｌ_a＝Ｌ_b＝Ｌ_c＝Ｌ_dを満足し、あるいは又、Ｌ_a≒Ｌ_b≒Ｌ_c≒Ｌ_dを満足し、あるいは又、Ｌ_a＝Ｌ_b≠Ｌ_c＝Ｌ_dを満足し、あるいは又、Ｌ_a≒Ｌ_b≠Ｌ_c≒Ｌ_dを満足する形状を意味する。

一般に、実変数関数ｆ（ｘ）が区間ａ＜Ｘ＜ｂの各点で連続な微係数を持つ場合に、ｆ（ｘ）はその区間で「滑らか」又は「連続的微分可能」であるという。また、「略平行」であるとは、２本の線分あるいは直線が、交差していない、あるいは、交差角度が±２０度の範囲内にあることを意味する。また、「略直交」するとは、２本の線分あるいは直線が、直交している、あるいは、交差角度が９０度±２０度の範囲内にあることを意味する。更には、「略線対称」であるとは、記録層を対称軸に沿って折り曲げたとき、折り曲げられた２つの記録層の部分が完全に重なり合う場合だけでなく、記録層の製造プロセスにおけるバラツキに起因して折り曲げられた２つの記録層の部分が完全には重なり合わない場合も包含する。また、「中心点」とは、図形の重心点を意味する。以下の説明においても、「滑らか」、「略平行」、「略線対称」、「中心点」を、このような意味で用いる。

第１形態の記録層において、菱形疑似形状の長軸の長さを２Ｌ_L、短軸の長さを２Ｌ_Sとしたとき、１．０＜Ｌ_L／Ｌ_S≦１０、好ましくは１．２≦Ｌ_L／Ｌ_S≦３．０を満足することが望ましい。また、菱形疑似形状の長軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒ_L、菱形疑似形状の短軸と記録層の平面形状との交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒ_Sとしたとき、０．１≦ｒ_L／Ｌ_S＜１．０、好ましくは０．２≦ｒ_L／Ｌ_S≦０．８を満足することが望ましく、また、０．１≦ｒ_S／Ｌ_L≦１０、好ましくは０．２≦ｒ_S／Ｌ_L≦５を満足することが望ましい。

また、第１形態の記録層において、菱形疑似形状を構成する辺（各辺は、記録層の平面形状と菱形疑似形状の長軸との交点、及び、記録層の平面形状と菱形疑似形状の短軸との交点とによって挟まれた記録層の平面形状の部分）が、その中央部に直線部分を有する場合、菱形疑似形状を構成する辺の長さをＬ₀、直線部分の長さをＬ₁としたとき、０．２≦Ｌ₁／Ｌ₀≦０．８、好ましくは０．４≦Ｌ₁／Ｌ₀≦０．６を満足することが望ましい。一方、菱形疑似形状を構成する辺が、菱形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る場合、この辺の二等分点における曲率半径をｒ₁としたとき、０．１≦ｒ₁／Ｌ_L≦１０、好ましくは０．５≦ｒ₁／Ｌ_L≦２．０を満足することが望ましい。あるいは又、曲率半径ｒ_Sの辺の部分と曲率半径ｒ_Lの辺の部分に対して接線（長さＸ₁）を引いたとき、この接線と中央部が湾曲した滑らかな曲線との間の最大距離Ｄ_MAXは、０≦Ｄ_MAX≦Ｘ₁／２、好ましくはＸ₁／３０≦Ｄ_MAX≦Ｘ₁／３を満足することが望ましい。菱形疑似形状を構成する４つの辺にあっては、４辺の全てが、その中央部に直線部分を有する辺から構成されていてもよいし、湾曲した滑らかな曲線から成る辺から構成されていてもよいし、その中央部に直線部分を有する辺と湾曲した滑らかな曲線から成る辺とが混在していてもよい。

菱形疑似形状を構成する辺には、変曲点が存在しない態様とすることが好ましい。尚、微視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状を構成する辺には、例えば、パターニングの際に形成された微細な凹凸が存在することも有り得る。

このような第１形態の記録層においては、記録層の平面形状は、菱形疑似形状の短軸に関して略線対称である構成とすることが望ましい。更には、記録層の平面形状は、菱形疑似形状の長軸に関しても略線対称である構成とすることが望ましい。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るフォトマスクは、
不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
（Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
（Ｂ）平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
（Ｃ）二等辺三角形疑似形状の斜辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
（Ｄ）磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
（Ｅ）磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、且つ、
（Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
第１形状と第２形状とから成り、
第１形状と第２形状とが、第１形状から第２形状が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
第２形状は、第２形状軸線上に位置しており、
第２形状軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った第２形状の先端部から第１形状の中心点までの距離がＬ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第１形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
ところのパターンが設けられていることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係るフォトマスクをフォトリソグラフィ工程において使用し、記録層をパターニングすることで、上述したとおりの平面形状を有する記録層を得ることができるが、このような平面形状を有する記録層を、便宜上、第２形態の記録層と呼ぶ場合がある。

ここで、「二等辺三角形疑似形状」とは、巨視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状が以下の形状を有することを意味する。即ち、２つの斜辺Ａ，Ｂを線分で近似し、斜辺Ａに対向する線分の長さをＬ_a、斜辺Ｂに対向する線分の長さをＬ_bとしたとき、Ｌ_a＝Ｌ_bを満足し、あるいは又、Ｌ_a≒Ｌ_bを満足する形状を意味する。

第２形態の記録層において、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の長さを２Ｌ_i-B、仮想高さをＨ_i、二等辺三角形疑似形状の斜辺と底辺とが滑らかに結ばれている部分における記録層の平面形状の平均曲率半径をｒ_L、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点における記録層の平面形状の曲率半径をｒ_Sとする。ここで、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点とは、仮想底辺の垂直二等分線と、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺が１本に結ばれた曲線とが交わる点を指す。また、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺とは、二等辺三角形疑似形状の底辺を直線で近似したとき（この直線を底辺近似直線と呼ぶ）、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点側であって、この底辺近似直線から距離ｒ_Lだけ離れた点を通る底辺近似直線と平行な仮想線を指す。更には、仮想底辺の長さ２Ｌ_i-Bとは、二等辺三角形疑似形状の斜辺と底辺とが滑らかに結ばれている部分における記録層の平面形状とこの仮想底辺との交点の間の距離と定義する。また、仮想高さＨ_iとは、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺の交点から仮想底辺までの距離と定義する。そして、この場合、１．０＜Ｌ_i-B／Ｈ_i≦１０、好ましくは１．２≦Ｌ_i-B／Ｈ_i≦３．０を満足することが望ましい。また、０．１≦ｒ_L／Ｈ_i≦１．０、好ましくは０．２≦ｒ_L／Ｈ_i≦０．８を満足することが望ましく、０．１≦ｒ_S／Ｌ_i-B≦１０、好ましくは０．２≦ｒ_S／Ｌ_i-B≦５を満足することが望ましい。

また、第２形態の記録層において、二等辺三角形疑似形状を構成する斜辺が、その中央部に直線部分を有する場合、二等辺三角形疑似形状を構成する斜辺の長さ（二等辺三角形疑似形状の２本の斜辺の交点から、二等辺三角形疑似形状の斜辺と底辺とが滑らかに結ばれている部分における記録層の平面形状とこの仮想底辺との交点までの斜辺に沿った長さ）をＬ₀、直線部分の長さをＬ₂としたとき、０．２≦Ｌ₂／Ｌ₀≦０．８、好ましくは０．４≦Ｌ₂／Ｌ₀≦０．６を満足することが望ましい。一方、二等辺三角形疑似形状を構成する斜辺が、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る場合、斜辺の長さに該当する斜辺の部分の二等分点における曲率半径をｒ₂としたとき、０．１≦ｒ₂／Ｌ_i-B≦１０、好ましくは０．５≦ｒ₂／Ｌ_i-B≦２．０を満足することが望ましい。あるいは又、曲率半径ｒ_Sの斜辺の部分と曲率半径ｒ_Lの斜辺の部分に対して接線（長さＸ₁）を引いたとき、この接線と中央部が湾曲した滑らかな曲線との間の最大距離Ｄ_MAXは、０≦Ｄ_MAX≦Ｘ₁／２、好ましくはＸ₁／３０≦Ｄ_MAX≦Ｘ₁／３を満足することが望ましい。二等辺三角形疑似形状を構成する２つの斜辺の両方が、その中央部に直線部分を有する辺から構成されていてもよいし、湾曲した滑らかな曲線から成る辺から構成されていてもよいし、その中央部に直線部分を有する斜辺と湾曲した滑らかな曲線から成る斜辺との組合せから構成されていてもよい。

二等辺三角形疑似形状を構成する各辺には、変曲点が存在しない態様とすることが好ましい。更には、微視的に記録層を眺めた場合、記録層の平面形状を構成する辺には、例えば、パターニングの際に形成された微細な凹凸が存在することも有り得る。

第２形態の記録層にあっては、記録層の平面形状は、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺の垂直二等分線に関して略線対称である構成とすることが望ましい。

本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るフォトマスク（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）において、（第１形状，第２形状）の組合せとして、（正多角形，正多角形）、（正多角形，円形）、（正多角形，楕円形）、（正多角形，長円形）、（正多角形，扁平な円形）、（楕円形，正多角形）、（楕円形，円形）、（楕円形，楕円形）、（楕円形，長円形）、（楕円形，扁平な円形）、（長円形，正多角形）、（長円形，円形）、（長円形，楕円形）、（長円形，長円形）、（長円形，扁平な円形）、（扁平な円形，正多角形）、（扁平な円形，円形）、（扁平な円形，楕円形）、（扁平な円形，長円形）、（扁平な円形，扁平な円形）を挙げることができる。

ウエハ上に形成されたレジスト材料に対して露光光によりパターンを形成するとき、縮小投影に使用されるものをレチクル、一対一投影に使用されるものをマスクと称したり、あるいは原盤に相当するものをレチクル、それを複製したものをマスクと称したりすることがあるが、本明細書においては、このような種々の意味におけるレチクルやマスクを総称してフォトマスクと呼ぶ。

本発明にあっては、第２形状は１つに限定されず、２つ以上の第２形状と第１形状とを組み合わせてもよい。

本発明における第１形状、第２形状において、長円形とは、２つの半円と、２本の線分とが組み合わされた図形である。また、扁平な円形とは、円形を一方向から押し潰したような図形である。更には、第１形状を構成する正多角形には、長方形、正５角形以上の正多角形、頂点が丸みを帯びた長方形、頂点が丸みを帯びた正５角形以上の正多角形が含まれ、第２形状を構成する正多角形には、正方形、長方形、正５角形以上の正多角形、頂点が丸みを帯びた正方形、頂点が丸みを帯びた長方形、正５角形以上の頂点が丸みを帯びた正多角形が含まれる。尚、円形、楕円形だけでなく、放物線、双曲線も含むことができ、これらを広くは２次関数あるいは３次以上の関数で表現し得る図形と言い換えることもできるし、更には、楕円形と線分との組合せ、放物線と線分との組合せ、双曲線と線分との組合せ、広くは、２次関数と１次関数との組合せ、あるいは３次以上の関数と１次関数との組合せを含むことができる。

本発明にあっては、不揮発性磁気メモリ装置は、強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層を有する磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置であり、より具体的には、不揮発性磁気メモリ装置として、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置、あるいは、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を挙げることができる。

トンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置においては、具体的には、磁気抵抗素子は、下から、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有するトンネル磁気抵抗素子から成り；記録層（自由層とも呼ばれる）は第２の強磁性体層を構成する構造を有する。

そして、更には、第１の強磁性体層の下方には、下層層間絶縁層を介して形成され、第１の方向に延び、導電体層から成り、第１の強磁性体層とは電気的に絶縁された第１の配線が設けられており；第２の強磁性体層の上方には、上層層間絶縁層を介して形成され、第１の方向とは異なる第２の方向に延び、導電体層から成り、第２の強磁性体層と電気的に接続され、若しくは、第２の強磁性体層とは電気的に絶縁された第２の配線が設けられている構造とすることができる。

そして、更には、第１の配線の下方に、層間絶縁層を介して設けられた電界効果型トランジスタから成る選択用トランジスタを更に有し；第１の強磁性体層は、選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域に電気的に接続されている構造とすることができる。

即ち、トンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置は、例えば、具体的には、限定するものではないが、
半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
選択用トランジスタを覆う層間絶縁層、
下層層間絶縁層、並びに、
上層層間絶縁層、
を備え、
書込みワード線は、下層層間絶縁層上に形成されており、
下層層間絶縁層は、書込みワード線及び層間絶縁層上を覆い、
第１の強磁性体層は、下層層間絶縁層上に形成されており、
上層層間絶縁層は、トンネル磁気抵抗素子及び下層層間絶縁層を覆い、
第１の強磁性体層の延在部、あるいは、第１の強磁性体層から下層層間絶縁層上を延びる引き出し電極が、下層層間絶縁層及び層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部）を介して選択用トランジスタに電気的に接続されており、
ビット線が上層層間絶縁層上に形成されている構成とすることができる。

不揮発性磁気メモリ装置を、上述した構造を有するＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置とする場合、第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、反強磁性体層と強磁性体層（固着層あるいは磁化固定層とも呼ばれる）との２層構成を有していることが好ましく、これによって、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気的異方性を有することができる。尚、磁化固定層がトンネル絶縁膜と接する。あるいは又、磁化固定層は、より具体的には、例えば、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）を有する多層構造（例えば、強磁性体材料層／金属層／強磁性体材料層)とすることもできる。合成反強磁性結合に関しては、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。記録層（第２の強磁性体層あるいは自由層）においては、磁化方向が比較的容易に回転する。トンネル絶縁膜は、記録層（第２の強磁性体層あるいは自由層）と磁化固定層との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。

強磁性体層（固着層、磁化固定層）及び第２の強磁性体層（記録層、自由層）は、例えば、遷移金属磁性元素、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）から構成された強磁性体、あるいはこれらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）を主成分とする強磁性体から構成することができる。また、所謂ハーフメタリック強磁性体材料や、ＣｏＦｅ−Ｂといったアモルファス強磁性体材料を用いることもできる。反強磁性体層を構成する材料として、例えば、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物を挙げることができる。これらの層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）にて形成することができる。

トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料として、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ_X）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物を挙げることができ、更には、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯ_X、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＢＮ、ＺｎＳを挙げることができる。トンネル絶縁膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯ_X）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、酸化アルミニウムをスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。あるいは又、トンネル絶縁膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成することができる。

積層構造のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やイオンミリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。また、場合によっては、所謂リフトオフ法にてパターニングを行うこともできる。

書込みワード線やビット線は、例えば、アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ等のアルミニウム系合金、銅（Ｃｕ）から成り、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。

接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。

選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴから構成することができる。

層間絶縁層や下層層間絶縁層、上層層間絶縁層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧあるいはＬＴＯを例示することができる。

本発明においては、菱形疑似形状あるいは二等辺三角形疑似形状を有する記録層を形成するためのフォトマスクに形成されたパターンが第１形状と第２形状の組合せから構成されているので、所望の平面形状を有する記録層を得るために、高い自由度にて、フォトマスクに形成すべきパターンの設計を行うことができる。尚、第１形状の大きさ、形状と第２形状の大きさ、形状との組合せによって、どのような菱形疑似形状あるいは二等辺三角形疑似形状が得られるかは、各種のシミュレーションを行ったり、実際にフォトマスクにパターンを形成し、係るフォトマスクに基づき記録層をパターニングすることで、決定あるいは評価することができる。

そして、楕円形や半楕円形とは全く異なる菱形疑似形状あるいは二等辺三角形疑似形状を有する記録層を形成することによって、理由は明確でないものの、スイッチング磁界Ｈ_Switchのバラツキを低減させることができる。特に、リソグラフィ工程におけるバラツキ、ＲＩＥ法やイオンミリング法といったエッチング法を採用したときの加工バラツキ、エッチングや後処理（エッチング時、例えば塩素系ガスを用いた場合の洗浄処理等）に起因して磁気抵抗素子にダメージが発生した場合にあっても、スイッチング磁界Ｈ_Switchのバラツキを低減させることができる。その結果、例えば、大きな書き込み動作ウインドを有するアステロイド特性を得ることができるので、不揮発性磁気メモリ装置間におけるバラツキを抑制することができ、高性能、高集積の不揮発性磁気メモリ装置を実現することができる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の第１の態様に係るフォトマスクに関する。ここで、強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成る第１形態の記録層を有する磁気抵抗素子を備えた実施例１における不揮発性磁気メモリ装置は、具体的には、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置である。

図２に記録層３５の模式的な平面図を示すように、記録層３５の平面形状（実線で示す）は、４辺ＳＲ_m（但し、「ｍ」は、１，２，３，４のいずれか）を有する菱形疑似形状から成る。尚、各辺ＳＲ_mは、記録層３５の平面形状と菱形疑似形状の長軸ＬＸ（一点鎖線で表す）との交点ＢＣ，ＡＤ、及び、記録層３５の平面形状と菱形疑似形状の短軸ＳＸ（一点鎖線で表す）との交点ＡＢ，ＣＤとによって挟まれた記録層３５の平面形状の部分を指す。そして、菱形疑似形状を構成する４つの辺ＳＲ_mの全ては、その中央部ＣＴに直線部分を有する。また、記録層３５の磁化容易軸（ＥＡ）は、菱形疑似形状の長軸ＬＸと略平行であり、記録層３５の磁化困難軸（ＨＡ）は、菱形疑似形状の短軸ＳＸと略平行である。更には、記録層３５の平面形状を構成する各辺ＳＲ_mは、相互に滑らかに結ばれている。

ここで、図２に示すように、記録層３５の平面形状は、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関して略線対称であり、更には、菱形疑似形状の長軸ＬＸに関しても略線対称である。

そして、この記録層３５を得るためにフォトマスクに設けられたパターンは、図１の（Ａ）に示すように、第１形状５１と第２形状５２とから成り、第１形状５１と、第１形状５１の中心点Ｏと中心点Ｏが一致した第２形状５２とが、第１形状５１から第２形状５２が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有している。そして、第１形状５１の中心点Ｏを通る第１形状軸線（点線で示す）と第２形状５２の中心点Ｏを通る第２形状軸線（二点鎖線で示す）とは直交している。

実施例１において、第１形状５１は、磁化容易軸（ＥＡ）と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状５１の中心点Ｏを通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。一方、第２形状５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第２形状５２の中心点Ｏを通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、正方形）から成る。

ここで、２Ｌ_p-1L、２Ｌ_p-1S、２Ｌ_p-2L、２Ｌ_p-2Sの値は、以下の表１のとおりである。このようなパターンを用いることで、図１の（Ａ）及び図２に示すような菱形疑似形状の記録層３５を得ることができる。

［表１］
２Ｌ_p-1L＝１０５０ｎｍ
２Ｌ_p-1S＝ ２００ｎｍ
２Ｌ_p-2L＝ ４００ｎｍ
２Ｌ_p-2S＝ ４００ｎｍ

得られた記録層３５の寸法の諸元は、以下のとおりである。即ち、図２に示した菱形疑似形状の長軸ＬＸの長さを２Ｌ_L、短軸ＳＸの長さを２Ｌ_Sとしたとき、２Ｌ_L／２Ｌ_S＝９００ｎｍ／４５０ｎｍ＝２．０となった。また、菱形疑似形状の長軸ＬＸと記録層３５の平面形状との交点ＢＣ，ＡＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径をｒ_L、菱形疑似形状の短軸ＳＸと記録層３５の平面形状との交点ＡＢ，ＣＤにおける記録層３５の平面形状の曲率半径をｒ_Sとしたとき、ｒ_L／Ｌ_S＝８５ｎｍ／（４５０／２）ｎｍ＝０．３８、ｒ_S／Ｌ_L＝２８０ｎｍ／（９００／２）ｎｍ＝０．６２となった。また、菱形疑似形状を構成する辺の長さをＬ₀、直線部分の長さをＬ₁としたとき、Ｌ₁／Ｌ₀＝２９０ｎｍ／５５０ｎｍ＝０．５３となった。これらの値を纏めると、以下の表２のとおりである。

［表２］
２Ｌ_L＝９００ｎｍ
２Ｌ_S＝４５０ｎｍ
Ｌ₀＝５５０ｎｍ
Ｌ₁＝２９０ｎｍ
ｒ_L＝ ８５ｎｍ
ｒ_S＝２８０ｎｍ

菱形疑似形状の長軸ＬＸをｘ軸、短軸ＳＸをｙ軸とするガウス座標を想定したとき、例えば、辺ＳＲ₁と辺ＳＲ₂とを纏めて実変数関数ｆ（ｘ）で表したとすれば、実変数関数ｆ（ｘ）は区間ａ＜ｘ＜ｂ（但し、ａは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最小値であり、ｂは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最大値）の各点で連続な微係数を持つ。そして、ｘ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は０であり、ｙ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は∞である。より具体的には、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいて、実変数関数ｆ（ｘ）は、ｘの値が増加するに従い、半径ｒ_Lの円、直線、半径ｒ_Sの円、直線、半径ｒ_Lの円といった関数で表現することができる。また、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいては、実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は、ｘの値が増加するに従い、正の値、「０」、正の値から、「０」となり、更に、負の値となり、「０」、負の値となる。更には、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいては、実変数関数ｆ（ｘ）の二次の微係数は、ｘの値が増加するに従い、負の値、「０」、負の値となる。

このような諸元を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置において、記録層３５の磁化方向が反転するときの磁界Ｈ_Cの値を、マイナーループ波形として、１回、測定し、磁界Ｈ_Cの平均値Ｈ_AVE、標準偏差σを求め、更には、σ／Ｈ_AVE（ＳＯＡ）を求めるといった試験を、５０〜１００個の試料において行った。記録層３５の平面形状の電子顕微鏡写真の一例及びマイナーループ波形及びを図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

一方、比較のために、記録層３５の平面形状が、磁化容易軸方向の長軸長さ＝９２０ｎｍ、磁化困難軸方向の短軸長さ＝３７５ｎｍの楕円形を有するトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置と同じ半導体基板内（同一ウエハ内）において製造し、同様に磁界Ｈ_Cの平均値Ｈ_AVE、標準偏差σを求め、更には、σ／Ｈ_AVE（ＳＯＡ）を求めた。尚、この試験を、比較例−１と呼ぶ。

実施例１、比較例−１の結果を以下の表３に示すが、実施例１においては、σ／Ｈ_AVE（ＳＯＡ）の値が低い値となっている。即ち、スイッチング磁界のバラツキを大きく低減させることができることが判る。

［表３］
Ｈ_AVE（Ｏｅ） σ（Ｏｅ） σ／Ｈ_AVE
実施例１ ６９．１ ６．９ １０．０％
比較例−１ ６２．３ ９．２ １４．７％

尚、第２形状の数は１つに限定されない。図１の（Ｂ）に、第２形状の数を２つとした例を示す。

この例においては、第１の第２形状５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第１の第２形状５２の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。また、第２の第２形状５３は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-3L［但し、Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-3L＜Ｌ_p-1L］、第２の第２形状５３の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-3S［但し、Ｌ_p-3S＜Ｌ_p-2S］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。

模式的な一部断面図を図４に示すように、実施例１における１つのトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪは、下から、第１の強磁性体層３１、ＡｌＯ_Xから成るトンネル絶縁膜３４、Ｎｉ−Ｆｅ合金から成る第２の強磁性体層３５（自由層あるいは記録層とも呼ばれる）の積層構造を有する。第１の強磁性体層３１は、反強磁性体層３２と磁化固定層３３の積層構造を有する。磁化固定層３３は、合成反強磁性結合（ＳＡＦ）を有する多層構造（例えば、強磁性体材料層／金属層／強磁性体材料層)とすることができ、より具体的には、下から、Ｃｏ−Ｆｅ層、Ｒｕ層、Ｃｏ−Ｆｅ層の３層構造を有する。この磁化固定層３３は、反強磁性体層３２との交換結合によって、磁化の方向がピニング（pinning）される。外部印加磁場によって、第２の強磁性体層（記録層）３５の磁化の方向は、磁化固定層３３に対して平行又は反平行に変えられる。第１の強磁性体層３１は、下層層間絶縁層２４を介して、書込みワード線ＲＷＬと電気的に絶縁されている。ここで、書込みワード線ＲＷＬは、第１の方向（図面の紙面垂直方向）に延びている。一方、第２の強磁性体層３５は、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ等から成るトップコート膜３６を介して、ビット線ＢＬに電気的に接続されている。トップコート膜３６は、ビット線ＢＬを構成する原子と強磁性体層（記録層）３５を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、強磁性体層（記録層）３５の酸化防止を担っている。上層層間絶縁層２６は、トンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び下層層間絶縁層２４を覆っている。また、ビット線ＢＬは、上層層間絶縁層２６上に形成され、第１の方向と異なる（具体的には直交する）第２の方向（図面の左右方向）に延びている。図４中、参照番号３７は反強磁性体層３２の下面に接続された引き出し電極を示す。

ＭＯＳ型ＦＥＴから構成された選択用トランジスタＴＲが、半導体基板１０に形成されている。より具体的には、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域１１に囲まれた活性領域内に形成され、ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂから構成されている。例えばＳｉＯ₂から成る層間絶縁層２１は、選択用トランジスタＴＲを覆っている。タングステンプラグから成る接続孔２２は、層間絶縁層２１に設けられた開口部内に形成されており、選択用トランジスタＴＲの一方のソース／ドレイン領域１４Ｂと接続されている。接続孔２２は、更に、層間絶縁層２１上に形成されたランディングパッド部２３と接続されている。Ａｌ−Ｃｕ合金から成る書込みワード線ＲＷＬも層間絶縁層２１上に形成されている。書込みワード線ＲＷＬ及び層間絶縁層２１上には、下層層間絶縁層２４が形成されている。下層層間絶縁層２４上に引き出し電極３７が形成されており、引き出し電極３７は、下層層間絶縁層２４に設けられたタングステンプラグから成る接続孔２５を介して、ランディングパッド部２３に接続されている。尚、選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１４Ａは、コンタクトホール１５を介してセンス線１６に接続されている。

場合によっては、選択用トランジスタＴＲは不要である。

以下、下層層間絶縁層２４等の模式的な一部断面図である図５の（Ａ）〜（Ｃ）、及び、図６の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施の形態１のＭＲＡＭの製造方法を説明する。尚、図５の（Ａ）〜（Ｃ）、及び、図６の（Ａ）、（Ｂ）においては、選択用トランジスタＴＲ等の図示は省略した。

［工程−１００］
先ず、選択用トランジスタＴＲとして機能するＭＯＳ型ＦＥＴをシリコン半導体基板から成る半導体基板１０に形成する。そのために、例えばトレンチ構造を有する素子分離領域１１を公知の方法に基づき形成する。尚、素子分離領域は、ＬＯＣＯＳ構造を有していてもよいし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造の組合せとしてもよい。その後、半導体基板１０の表面を例えばパイロジェニック法により酸化し、ゲート絶縁膜１３を形成する。次いで、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて全面に形成した後、ポリシリコン層をパターニングし、ゲート電極１２を形成する。尚、ゲート電極１２をポリシリコン層から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドから構成することもできる。次に、半導体基板１０にイオン注入を行い、ＬＤＤ構造（図示せず）を形成する。その後、全面にＣＶＤ法にてＳｉＯ₂層を形成した後、このＳｉＯ₂層をエッチバックすることによって、ゲート電極１２の側面にゲートサイドウオール（図示せず）を形成する。次いで、半導体基板１０にイオン注入を施した後、イオン注入された不純物の活性化アニール処理を行うことによって、ソース／ドレイン領域１４Ａ，１４Ｂを形成する。

［工程−１１０］
次いで、全面にＳｉＯ₂から成る層間絶縁層の下層をＣＶＤ法にて形成した後、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて層間絶縁層の下層を研磨する。その後、ソース／ドレイン領域１４Ａの上方の層間絶縁層の下層にリソグラフィ技術及びＲＩＥ法に基づき開口部を形成し、次いで、開口部内を含む層間絶縁層の下層上に、不純物がドーピングされたポリシリコン層をＣＶＤ法にて形成する。次いで、層間絶縁層の下層上のポリシリコン層をパターニングすることで、層間絶縁層の下層上にセンス線１６を形成することができる。センス線１６とソース／ドレイン領域１４Ａとは、層間絶縁層の下層に形成されたコンタクトホール１５を介して接続されている。その後、ＢＰＳＧから成る層間絶縁層の上層をＣＶＤ法にて全面に形成する。尚、ＢＰＳＧから成る層間絶縁層の上層の形成後、窒素ガス雰囲気中で例えば９００゜Ｃ×２０分間、層間絶縁層の上層をリフローさせることが好ましい。更には、必要に応じて、例えばＣＭＰ法にて層間絶縁層の上層の頂面を化学的及び機械的に研磨し、層間絶縁層の上層を平坦化したり、レジストエッチバック法によって層間絶縁層の上層を平坦化することが望ましい。尚、層間絶縁層の下層と層間絶縁層の上層を纏めて、以下、単に、層間絶縁層２１と呼ぶ。

［工程−１２０］
その後、ソース／ドレイン領域１４Ｂの上方の層間絶縁層２１に開口部をＲＩＥ法にて形成した後、選択用トランジスタＴＲのソース／ドレイン領域１４Ｂに接続された接続孔２２を開口部内に形成する。接続孔２２の頂面は層間絶縁層２１の表面と略同じ平面に存在している。ブランケットタングステンＣＶＤ法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔２２を形成することができる。尚、タングステンにて開口部を埋め込む前に、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を順に例えばマグネトロンスパッタリング法にて開口部内を含む層間絶縁層２１の上に形成することが好ましい。ここで、Ｔｉ層及びＴｉＮ層を形成する理由は、オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、ブランケットタングステンＣＶＤ法における半導体基板１０の損傷発生の防止、タングステンの密着性向上のためである。図面においては、Ｔｉ層及びＴｉＮ層の図示は省略している。層間絶縁層２１上のタングステン層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層は、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて除去してもよい。また、タングステンの代わりに、不純物がドーピングされたポリシリコンを用いることもできる。その後、層間絶縁層２１上に、書込みワード線ＲＷＬ及びランディングパッド部２３を周知の方法で形成する。

［工程−１３０］
その後、全面に下層層間絶縁層２４を形成する。具体的には、書込みワード線ＲＷＬ及びランディングパッド部２３を含む層間絶縁層２１上に、ＨＤＰ（High Density Plasma）ＣＶＤ法に基づき、ＳｉＯ₂から成る下層層間絶縁層２４を成膜し、次いで、下層層間絶縁層２４の平坦化処理を行う。その後、ランディングパッド部２３の上方の下層層間絶縁層２４の部分に開口部を設け、係る開口部に、ブランケットタングステンＣＶＤ法にて開口部をタングステンで埋め込み、接続孔２５を形成することができる。

［工程−１４０］
次に、下層層間絶縁層２４上に、引き出し電極３７を形成するために、厚さ１０ｎｍのＴａ層３７Ａをスパッタリング法にて形成する。Ｔａ層３７Ａの成膜条件を、以下の表４に例示する。

［工程−１５０］
その後、全面に、第１の強磁性体層３１（厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層３２、及び、ＳＡＦを有し、下から、Ｃｏ−Ｆｅ層、Ｒｕ層、Ｃｏ−Ｆｅ層の３層構造を有する磁化固定層３３）、ＡｌＯ_Xから成るトンネル絶縁膜３４、記録層（第２の強磁性体層）３５、トップコート膜３６を順次、成膜する。これらの各層の成膜条件を、以下の表５〜表９に例示する。こうして、図５の（Ａ）に示す構造を得ることができる。

［表４］厚さ１０ｎｍのＴａ層の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝１００sccm
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ

［表５］厚さ２０ｎｍのＰｔ−Ｍｎ合金から成る反強磁性体層３２の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝１００sccm
成膜雰囲気圧力：０．６Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ

［表６］磁化固定層３３の成膜条件
最下層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１００Ｗ
中間層：厚さ１ｎｍのＲｕ層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：５０Ｗ
最上層：厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金層
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１００Ｗ

［表７］ＡｌＯ_Xから成るトンネル絶縁膜の形成条件
厚さ１ｎｍ〜２ｎｍのＡｌ膜の成膜
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：５０Ｗ
Ａｌ膜の酸化
使用ガス ：酸素＝１０sccm
酸化雰囲気の圧力：０．３Ｐa

［表８］厚さ５ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金から成る記録層３５の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝５０sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：２００Ｗ

［表９］厚さ１００ｎｍのＴｉＮから成るトップコート膜３６の成膜条件
プロセスガス ：アルゴン＝６５sccm
成膜雰囲気圧力：０．３Ｐａ
ＤＣパワー ：１０ｋＷ

［工程−１６０］
その後、トップコート膜３６上にエッチング用のハードマスク層を形成する。このハードマスク層は、下からＳｉＮ層４０、ＳｉＯ₂層４１の２層構造を有する。尚、ハードマスク層を構成するその他の材料として、ＳｉＣ、ＳｉＯＮを挙げることができる。ハードマスク層は単層構成であってもよい。ハードマスク層は、リソグラフィ工程における反射防止効果や、エッチングストップ、メタル拡散防止等の機能を兼ねて形成される場合もある。ここでは例として、厚さ５０ｎｍのＳｉＮ層４０を平行平板電力プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、ＳｉＯ₂層４１をバイアス高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）装置を用いて成膜する。これらの成膜条件を、以下の表１０及び表１１に例示する。

［表１０］ＳｉＮの成膜条件
プロセスガス：モノシラン／アンモニア／Ｎ₂＝２６０sccm／１００sccm／４０００sccm
圧力 ：５６５Ｐａ

［表１１］ＳｉＯ₂の成膜条件
プロセスガス：モノシラン／Ｏ₂／アルゴン＝６０sccm／１２０sccm／１３０sccm
ＲＦパワー
トップ ：１．５ｋＷ
サイド ：３ｋＷ

［工程−１７０］
次いで、全面にレジスト材料を塗布した後、リソグラフィ技術によって、ハードマスク層上に、トンネル磁気抵抗素子を形成するためのマスクとなるレジスト膜４２を形成する。こうして、図５の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。

［工程−１８０］
そして、このレジスト膜４２をマスクとして用いた反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するＳｉＯ₂層４１をパターニングする。このときのエッチング条件を、以下の表１２に例示する。その後、レジスト膜４２を、酸素プラズマアッシング処理及び有機洗浄後処理によって除去する。次に、ＳｉＯ₂層４１をマスクとして用いて、反応性イオンエッチング法によって、ハードマスク層を構成するＳｉＮ層４０をエッチングする。このときのエッチング条件を、以下の表１３に例示する。こうして、図５の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。

［表１２］ＳｉＯ₂層のエッチング条件
使用ガス ：Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ₂＝１０sccm／５０sccm／２００sccm／４sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：５Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ

［表１３］ＳｉＮ層のエッチング条件
使用ガス ：ＣＨＦ₃／Ａｒ／Ｏ₂＝２０sccm／２００sccm／２０sccm
ＲＦパワー：１ｋＷ
圧力 ：６Ｐａ
温度 ：２０゜Ｃ

［工程−１９０］
次に、ハードマスク層４１，４０をマスクとして用いて、トップコート膜３６及び記録層３５を反応性イオンエッチング法によってパターニングする（図６の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。これらのエッチング条件を、以下の表１４及び表１５に例示する。

［表１４］トップコート膜３６のエッチング条件
使用ガス ：Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃／Ｎ₂＝６０sccm／８０sccm／１０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ

［表１５］記録層３５のエッチング条件
使用ガス ：Ｃｌ₂／Ｏ₂／Ａｒ＝５０sccm／２０sccm／２０sccm
ソースパワー ：１ｋＷ
バイアスパワー：１５０Ｗ
圧力 ：１Ｐａ

ここで、記録層３５のエッチング工程においては、トンネル絶縁膜３４のエッチング中にエッチングが停止するように時間設定されている。尚、記録層３５のエッチング工程において、トンネル絶縁膜３４がエッチングされ、更に、磁化固定層３３の一部分までエッチングが進む場合であっても、エッチング生成物が記録層３５及びトンネル絶縁膜３４の側壁に堆積し、その結果、記録層３５と磁化固定層３３との間で電気的な短絡が発生するといった現象が生じることの無いようなエッチング条件設定を行う。その後、アッシング処理、水洗若しくは有機洗浄処理を行う。

トップコート膜３６及び記録層３５を反応性イオンエッチング法によってパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づきパターニングすることもできる。尚、エッチング後、水洗若しくは有機系の洗浄液、エアロゾル等によって、側壁に堆積した堆積物、エッチングガス残り、パーティクル、エッチング残渣等を除去する。

その後、磁化固定層３３及び反強磁性体層３２のパターニングを行い、更に、周知の方法にてＴａ層３７Ａをパターニングすることで、引き出し電極３７を得ることができる。こうして、強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する記録層３５を有するトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪを備えた不揮発性磁気メモリ装置を得ることができる。

実施例２は、本発明の第２の態様に係るフォトマスクに関する。強磁性体材料から成り、磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する第２形態の記録層を有する磁気抵抗素子を備えた実施例２における不揮発性磁気メモリ装置も、実施例１と同様に、具体的には、ＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置である。尚、実施例２におけるトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び不揮発性磁気メモリ装置は、記録層の平面形状が異なる点を除き、実施例１におけるトンネル磁気抵抗素子ＴＭＪ及び不揮発性磁気メモリ装置と同様の構成、構造を有しているので、以下、記録層の平面形状についての説明を行う。

図８に模式的な平面図を示すように、記録層１３５の平面形状（実線で示す）は、３辺ＳＲ_n（但し、「ｎ」は、１，２，３のいずれか）を有する二等辺三角形疑似形状から成る。そして、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂は、その中央部ＣＴに直線部分を有する。記録層１３５の磁化容易軸（ＥＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ₃と略平行であり、記録層１３５の磁化困難軸（ＨＡ）は、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ₃と略直交している。更には、記録層１３５の平面形状を構成する各辺ＳＲ_nは、相互に滑らかに結ばれている。

ここで、図８に示すように、記録層１３５の平面形状は、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢ（一点鎖線で示す）の垂直二等分線ＩＨ（一点鎖線で示す）に関して略線対称である。

そして、この記録層１３５を得るためにフォトマスクに設けられたパターンは、図７の（Ａ）に示すように、第１形状１５１と第２形状１５２とから成り、第１形状１５１と第２形状１５２とが、第１形状１５１から第２形状１５２が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有している。また、第２形状１５２は、第２形状軸線（二点鎖線で示す）上に位置している。更には、この第２形状軸線は第１形状１５１の中心点Ｏを通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状１５１の中心点Ｏを通る第１形状軸線（点線で示す）と直交している。

実施例２において、第１形状１５１は、磁化容易軸（ＥＡ）と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状１５１の中心点Ｏを通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。一方、第２形状１５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った第２形状１５２の先端部から第１形状１５１の中心点Ｏまでの距離がＬ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第１形状１５１の中心点Ｏを通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。

図８に示した二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢの長さを２Ｌ_i-B、仮想高さをＨ_i、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂と底辺ＳＲ₃とが滑らかに結ばれている部分における記録層１３５の平面形状の平均曲率半径をｒ_L、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂の交点ＡＢにおける記録層１３５の平面形状の曲率半径をｒ_Sとする。ここで、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂の交点とは、仮想底辺ＩＢの垂直二等分線ＩＨと、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂が１本に結ばれた曲線とが交わる点ＡＢを指す。また、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢとは、二等辺三角形疑似形状の底辺ＳＲ₃を直線（底辺近似直線）で近似し、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂の交点側であって、底辺近似直線から距離ｒ_Lだけ離れた点を通る底辺近似直線と平行な仮想線を指す。更には、仮想底辺の長さ２Ｌ_i-Bとは、二等辺三角形疑似形状の斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂と底辺ＳＲ₃とが滑らかに結ばれている部分における記録層１３５の平面形状とこの仮想底辺ＩＢとの交点の間の距離（点ＢＣと点ＡＣとの間の距離）と定義する。また、仮想高さＨ_iとは、二等辺三角形疑似形状の２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂の交点ＡＢから仮想底辺ＩＢまでの距離と定義する。

尚、二等辺三角形疑似形状の仮想底辺ＩＢをｘ軸、仮想底辺ＩＢの垂直二等分線ＩＨをｙ軸とするガウス座標を想定したとき、斜辺ＳＲ₁と斜辺ＳＲ₂とを纏めて実変数関数ｆ（ｘ）で表したとすれば、実変数関数ｆ（ｘ）は区間ａ＜ｘ＜ｂ（但し、ａは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最小値であり、ｂは実変数関数ｆ（ｘ）におけるｘの値が取り得る最大値）の各点で連続な微係数を持つ。そして、ｘ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は０であり、ｙ＝０における実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は∞である。より具体的には、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいて、実変数関数ｆ（ｘ）は、ｘの値が増加するに従い、半径ｒ_Lの円、直線、半径ｒ_Sの円、直線、半径ｒ_Lの円といった関数で表現することができる。また、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいては、実変数関数ｆ（ｘ）の一次の微係数は、ｘの値が増加するに従い、正の値、「０」、正の値から、「０」となり、更に、負の値となり、「０」、負の値となる。更には、区間ａ＜ｘ＜ｂにおいては、実変数関数ｆ（ｘ）の二次の微係数は、ｘの値が増加するに従い、負の値、「０」、負の値となる。

尚、第２形状の数は１つに限定されない。図７の（Ｂ）に、第２形状の数を２つとした例を示す。

この例においては、第１の第２形状１５２は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さがＬ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第１形状１５１の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。また、第２の第２形状１５３は、磁化困難軸（ＨＡ）と略平行である第２形状軸線に沿った長さがＬ_p-3L［但し、Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-3L＜Ｌ_p-1L］、第１形状１５１の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-3S［但し、Ｌ_p-3S＜Ｌ_p-2S］である正多角形（より具体的には、長方形）から成る。

以上、本発明を、好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例にて説明した記録層の平面形状、磁気抵抗素子の各層を構成する材料、各層を形成する方法、ＭＲＡＭの構造等は例示であり、適宜変更することができる。

実施例１においては、菱形疑似形状を構成する４つの辺ＳＲ_mの全てを、その中央部ＣＴに直線部分を有する構成としたが、このような構成に限定するものではなく、図９に模式的に示すように、菱形疑似形状を構成する辺は、菱形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る構成とすることもできる。尚、このような記録層３５の平面形状も、パターンを構成する第１形状及び第２形状のそれぞれの大きさ、形状とを適宜、組み合わせることによって得ることができる。

また、実施例１においては、記録層３５の平面形状は、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関して略線対称であり、且つ、菱形疑似形状の長軸ＬＸに関しても略線対称である構成としたが、その代わりに、菱形疑似形状の短軸ＳＸに関してのみ略線対称である構成とすることもできる。このような記録層の平面形状を図１０に示す。尚、このような記録層３５の平面形状も、パターンを構成する第１形状及び第２形状のそれぞれの大きさ、形状とを適宜、組み合わせることによって得ることができる。

また、実施例２においては、二等辺三角形疑似形状を構成する２つの斜辺ＳＲ₁，ＳＲ₂を、その中央部ＣＴに直線部分を有する構成としたが、このような構成に限定するものではなく、図１１に模式的に示すように、二等辺三角形疑似形状を構成する斜辺は、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成る構成とすることもできる。尚、このような記録層１３５の平面形状も、パターンを構成する第１形状及び第２形状のそれぞれの大きさ、形状とを適宜、組み合わせることによって得ることができる。

磁気抵抗素子として、実施例にて説明したＴＭＲ効果を用いたトンネル磁気抵抗素子以外にも、図１２に模式的な一部断面図を示すスピン注入による磁化反転を応用した磁気抵抗素子を備えた不揮発性磁気メモリ装置を挙げることができる。この磁気抵抗素子は、絶縁層６０上に形成された下部電極６１の上に、スピンフィルター兼参照層６２、トンネル絶縁膜６３、記録層６４、金属スペーサ層６５、及び、スピンフィルター層６６が積層された構造を有する。半導体基板１０には、図４に示したと同様の選択用トランジスタＴＲが設けられており、その一方のソース／ドレイン領域１４Ｂは、タングステンプラグから成る接続孔２２を介して、下部電極６１に接続されている。

実施例１及び実施例２において説明したフォトマスクを構成するパターンに対して、光近接効果補正を行ってもよい。実施例１に示したパターン（図１３の（Ａ）参照）に対して、ハンマーヘッド補正、配線端ちびり補正、インナーシェリフ補正、アウターシェリフ補正を加えた例を、それぞれ、図１３の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に例示する。尚、図１３の（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｅ）において、補正箇所に斜線を付した。

データ書込み方式として、書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存してビット線に正方向あるいは負方向の電流を流すといったダイレクト・モードだけでなく、米国特許公報６５４５９０６Ｂ１や米国特許公報６６３３４９８Ｂ１に記載されたトグル・モードを採用することができる。ここで、トグル・モードとは、書込みワード線ＲＷＬに一方向の電流を流し、書き込むべきデータに依存することなく、ビット線にも一方向の電流を流し、磁気抵抗素子に記録されたデータと書き込むべきデータとが異なる場合のみ、磁気抵抗素子にデータを書き込む方式である。

データ読出しを、ビット線を用いずに、データ読出し線を用いることもできる。この場合には、ビット線を、記録層（第２の強磁性体層）の上方に、上層層間絶縁層を介して、記録層（第２の強磁性体層）とは電気的に絶縁された状態で形成する。そして、記録層（第２の強磁性体層）と電気的に接続されたデータ読出し線を別途設ければよい。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１におけるフォトマスクに設けられたパターン、及び、このパターンに基づき得られる記録層の平面形状を示す図である。 図２は、実施例１において得られる不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図であり、図１の（Ｂ）を拡大したものである。 図３は、実施例１における不揮発性磁気メモリ装置に備えられた記録層の平面形状の電子顕微鏡写真、及び、マイナーループ波形の一例を示す図である。 図４は、実施例１のＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置の模式的な一部断面図である。 図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｃ）に引き続き、実施例１の不揮発性磁気メモリ装置の製造方法を説明するための層間絶縁層等の模式的な一部断面図である。 図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２におけるフォトマスクに設けられたパターン、及び、このパターンに基づき得られる記録層の平面形状を示す図である。 図８は、実施例２において得られる不揮発性磁気メモリ装置における記録層の模式的な平面図であり、図７の（Ｂ）を拡大したものである。 図９は、実施例１において得られる不揮発性磁気メモリ装置における記録層の変形例の模式的な平面図である。 図１０は、実施例１において得られる不揮発性磁気メモリ装置における記録層の別の変形例の模式的な平面図である。 図１１は、実施例２において得られる不揮発性磁気メモリ装置における記録層の変形例の模式的な平面図である。 図１２は、スピン注入による磁化反転を応用した磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図１３の（Ａ）〜（Ｅ）は、光近接効果補正を行ったパターンを示す図である。 図１４は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置を構成する記録層の抵抗値の分布の一例を示す図である。 図１５は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置におけるアステロイド曲線を模式的に示す図である。 図１６は、ＴＭＲタイプの不揮発性磁気メモリ装置におけるアステロイド曲線のスイッチング磁界（Ｈ_Switch）のバラツキを模式的に示す図である。

符号の説明

ＴＭＪ・・・トンネル磁気抵抗素子、ＴＲ・・・選択用トランジスタ、ＢＬ・・・ビット線、ＲＷＬ・・・書込みワード線、１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極、１３・・・ゲート絶縁膜、１４Ａ，１４Ｂ・・・ソース／ドレイン領域、１５・・・コンタクトホール、１６・・・センス線、２１・・・層間絶縁層、２２，２５・・・接続孔、２３・・・ランディングパッド部、２４・・・下層層間絶縁層、２６・・・上層層間絶縁層、３１・・・第１の強磁性体層、３２・・・反強磁性体層、３３・・・磁化固定層、３４・・・トンネル絶縁膜、３５・・・第２の強磁性体層、３６・・・トップコート膜、３７・・・引き出し電極、４０・・・ＳｉＮ層、４１・・・ＳｉＯ₂層、４２・・・レジスト膜、５１，１５１・・・第１形状、５２，５３，１５２，１５３・・・第２形状、６０・・・絶縁層、６１・・・下部電極、６２・・・スピンフィルター兼参照層、６３・・・トンネル絶縁膜、６４・・・記録層、６５・・・金属スペーサ層、６６・・・スピンフィルター層

Claims (2)

1. 不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
   （Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
   （Ｂ）平面形状は、菱形疑似形状であり、
   （Ｃ）菱形疑似形状を構成する辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、菱形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
   （Ｄ）磁化容易軸は、菱形疑似形状の長軸と略平行であり、
   （Ｅ）磁化困難軸は、菱形疑似形状の短軸と略平行であり、且つ、
   （Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
   ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
   第１形状と第２形状とから成り、
   第１形状と、第１形状の中心点と中心点が一致した第２形状とが、第１形状から第２形状が２箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
   第１形状の中心点を通る第１形状軸線と第２形状の中心点を通る第２形状軸線とは直交しており、
   第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
   第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第２形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
   ところのパターンが設けられていることを特徴とするフォトマスク。
2. 不揮発性磁気メモリ装置における磁気抵抗素子を構成する記録層であって、
   （Ａ）磁化反転状態に依存して抵抗値が変化することで情報を記憶する強磁性体材料から成り、
   （Ｂ）平面形状は、二等辺三角形疑似形状であり、
   （Ｃ）二等辺三角形疑似形状の斜辺は、その中央部に直線部分を有し、若しくは、二等辺三角形疑似形状の外側方向に向かって、その中央部が湾曲した滑らかな曲線から成り、
   （Ｄ）磁化容易軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略平行であり、
   （Ｅ）磁化困難軸は、二等辺三角形疑似形状の底辺と略直交しており、且つ、
   （Ｆ）各辺は、相互に滑らかに結ばれている、
   ところの記録層を形成するために、リソグラフィ工程において使用されるフォトマスクであって、
   第１形状と第２形状とから成り、
   第１形状と第２形状とが、第１形状から第２形状が１箇所において突出した重ね合わせ形状を有しており、
   第２形状は、第２形状軸線上に位置しており、
   第２形状軸線は第１形状の中心点を通り、且つ、第２形状軸線は、第１形状の中心点を通る第１形状軸線と直交しており、
   第１形状は、磁化容易軸と略平行である第１形状軸線に沿った長さが２Ｌ_p-1L、第１形状の中心点を通り、第１形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-1S［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成り、且つ、
   第２形状は、磁化困難軸と略平行である第２形状軸線に沿った第２形状の先端部から第１形状の中心点までの距離がＬ_p-2L［但し、Ｌ_p-1S＜Ｌ_p-2L＜Ｌ_p-1L］、第１形状の中心点を通り、第２形状軸線に垂直な方向の長さが２Ｌ_p-2S［但し、Ｌ_p-2S＜Ｌ_p-1L］である正多角形、円形、楕円形、長円形及び扁平な円形から成る形状群から選択された１種類の形状から成る、
   ところのパターンが設けられていることを特徴とするフォトマスク。
   

Images