(57)【要約】【課題】  より高性能の磁気記憶装置を提供する。【解決手段】  一実施形態による磁気記憶装置は、第１強磁性体と第１強磁性体上の絶縁体と絶縁体上の第２強磁性体とを含む積層体と、積層体の上方の非磁性体と、非磁性体の上方の第１導電体と、第１導電体の上方のハードマスクと、を備える。非磁性体は、第１イオンのビームに対して第１エッチングレートで除去される材料を備える。第１導電体は、第１イオンのビームに対して第２エッチングレートで除去される材料を備える。第１エッチングレートは第２エッチングレートより低い。【選択図】      図３
2020150217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性体と、前記第１強磁性体上の絶縁体と、前記絶縁体上の第２強磁性体とを含む積層体と、
前記積層体の上方の非磁性体と、
前記非磁性体の上方の第１導電体と、
前記第１導電体の上方のハードマスクと、
を備え、
前記非磁性体は、第１イオンのビームに対して第１エッチングレートで除去される材料を備え、
前記第１導電体は、前記第１イオンのビームに対して第２エッチングレートで除去される材料を備え、
前記第１エッチングレートは前記第２エッチングレートより低い、
磁気記憶装置。
【請求項２】
前記非磁性体の側面は、前記積層体の側面の延長上の面と異なる面に一致する、
請求項１の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第１導電体の側面は、前記非磁性体の側面の延長上の面と異なる面に一致する、
請求項２の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記非磁性体は、タンタル、タングステン、ハウフニウム、鉄、コバルト、アルミニウム、およびモリブデンの１つを含む、
請求項１の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記非磁性体は、タンタル、タングステン、ハウフニウム、鉄、コバルト、アルミニウム、およびモリブデンの１つのホウ化物を含む、
請求項１の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記第１導電体は、白金、タングステン、タンタル、およびルテニウムの１つを含む、
請求項４または５の磁気記憶装置。
【請求項７】
基板の上方に、第１強磁性体と、前記第１強磁性体の上方の絶縁体と、前記絶縁体の上方の第２強磁性体と、前記積層体の上方の非磁性体と、前記非磁性体の上方の第１導電体とを含む第１積層体を形成することと、
前記第１積層体上に、開口を有するハードマスクを形成することと、
前記基板の垂線に対して第１角度で進行する第１イオンビームを前記開口を介して前記第１積層体に照射することであって、前記第１イオンビームによって前記非磁性体は第１エッチングレートでエッチングされ、前記第１イオンビームによって前記第１導電体は第２エッチングレートでエッチングされ、前記第１エッチングレートは前記第２エッチングレートより低い、第１積層体に照射することと、
前記基板の垂線に対して第２角度で進行する第２イオンビームを前記開口を介して前記第１積層体に照射することであって、前記第２角度は前記第１角度より小さい、第１積層体に照射することと、
を備える磁気記憶装置の製造方法。
【請求項８】
前記非磁性体は、タンタル、タングステン、ハウフニウム、鉄、コバルト、アルミニウム、およびモリブデンの１つを含む、
請求項７の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項９】
前記非磁性体は、タンタル、タングステン、ハウフニウム、鉄、コバルト、アルミニウム、およびモリブデンの１つのホウ化物を含む、
請求項７の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１導電体は、白金、タングステン、タンタル、およびルテニウムの１つを含む、
請求項８または９の磁気記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、概して磁気記憶装置および磁気記憶装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた磁気記憶装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９８９３１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より高性能な磁気記憶装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態による磁気記憶装置は、第１強磁性体と上記第１強磁性体上の絶縁体と上記絶縁体上の第２強磁性体とを含む積層体と、上記積層体の上方の非磁性体と、上記非磁性体の上方の第１導電体と、上記第１導電体の上方のハードマスクと、を備える。上記非磁性体は、第１イオンのビームに対して第１エッチングレートで除去される材料を備える。上記第１導電体は、上記第１イオンのビームに対して第２エッチングレートで除去される材料を備える。上記第１エッチングレートは上記第２エッチングレートより低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態の磁気記憶装置の機能ブロックを示す。
【図２】図２は、第１実施形態の１つのメモリセルの回路図である。
【図３】図３は、第１実施形態のメモリセルアレイの一部の構造を示す。
【図４】図４は、第１実施形態のＭＴＪ素子の磁化の状態の例を示す。
【図５】図５は、第１実施形態の磁気記憶装置の一部の製造工程の間の状態を示す。
【図６】図６は、図５に続く状態を示す。
【図７】図７は、図６に続く状態を示す。
【図８】図８は、図７に続く状態を示す。
【図９】図９は、参考用の磁気記憶装置の一部の構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に実施形態が図面を参照して記述される。以下の記述において、略同一の機能および構成を有する構成要素は同一符号を付され、繰り返しの説明は省略される場合がある。図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なり得る。
【０００８】
ある実施形態についての記述は全て、明示的にまたは自明的に排除されない限り、別の実施形態の記述としても当てはまる。各実施形態は、この実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、実施形態の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定しない。
【０００９】
また、実施形態の方法のフローにおけるいずれのステップも、例示の順序に限定されず、そうでないと示されない限り、例示の順序とは異なる順序でおよび（または）別のステップと並行して起こることが可能である。
【００１０】
本明細書および特許請求の範囲において、ある第１要素が別の第２要素に「接続されている」とは、第１要素が直接的または常時あるいは選択的に導電性となる要素を介して第２要素に接続されていることを含む。
【００１１】
＜第１実施形態＞
＜１．１．構成（構造）＞
図１は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の機能ブロックを示す。図１に示されるように、磁気記憶装置１は、メモリセルアレイ１１、入出力回路１２、制御回路１３、ロウ選択回路１４、カラム選択回路１５、書き込み回路１６、および読み出し回路１７を含む。
【００１２】
メモリセルアレイ１１は、複数のメモリセルＭＣ、複数のワード線ＷＬ、および複数のビット線ＢＬならびに／ＢＬを含む。１つのビット線ＢＬと１つのビット線／ＢＬは１つのビット線対を構成する。
【００１３】
メモリセルＭＣは、データを不揮発に記憶することができる。各メモリセルＭＣは、１つのワード線ＷＬおよび１つのビット線対ＢＬならびに／ＢＬと接続されている。ワード線ＷＬは、行（ロウ）と関連付けられている。ビット線対ＢＬおよび／ＢＬは、列（カラム）と関連付けられている。１つのロウの選択および１つまたは複数のカラムの選択により、１つまたは複数のメモリセルＭＣが特定される。
【００１４】
入出力回路１２は、例えばメモリコントローラ２から、種々の制御信号ＣＮＴ、種々のコマンドＣＭＤ、アドレス信号ＡＤＤ、データ（書き込みデータ）ＤＡＴを受け取り、例えばメモリコントローラ２にデータ（読み出しデータ）ＤＡＴを送信する。
【００１５】
ロウ選択回路１４は、入出力回路１２からアドレス信号ＡＤＤを受け取り、受け取られたアドレス信号ＡＤＤに基づいた行に対応する１つのワード線ＷＬを選択された状態にする。
【００１６】
カラム選択回路１５は、入出力回路１２からアドレス信号ＡＤＤを受け取り、受け取られたアドレス信号ＡＤＤに基づいた列に対応する複数のビット線ＢＬを選択された状態にする。
【００１７】
制御回路１３は、入出力回路１２から制御信号ＣＮＴおよびコマンドＣＭＤを受け取る。制御回路１３は、制御信号ＣＮＴによって指示される制御およびコマンドＣＭＤに基づいて、書き込み回路１６および読み出し回路１７を制御する。具体的には、制御回路１３は、メモリセルアレイ１１へのデータの書き込みの間に、データ書き込みに使用される電圧を書き込み回路１６に供給する。また、制御回路１３は、メモリセルアレイ１１からのデータの読み出しの間に、データ読み出しに使用される電圧を読み出し回路１７に供給する。
【００１８】
書き込み回路１６は、入出力回路１２から書き込みデータＤＡＴを受け取り、制御回路１３の制御および書き込みデータＤＡＴに基づいて、データ書き込みに使用される電圧をカラム選択回路１５に供給する。
【００１９】
読み出し回路１７は、センスアンプを含み、制御回路１３の制御に基づいて、データ読み出しに使用される電圧を使用して、メモリセルＭＣに保持されているデータを割り出す。割り出されたデータは、読み出しデータＤＡＴとして、入出力回路１２に供給される。
【００２０】
図２は、第１実施形態の１つのメモリセルＭＣの回路図である。メモリセルＭＣは、抵抗変化素子ＶＲおよび選択トランジスタＳＴを含む。抵抗変化素子ＶＲは、定常状態において、２つの抵抗状態の選択された方の一方にあることができ、２つの抵抗状態の一方の抵抗は他方での抵抗より高い。抵抗変化素子ＶＲは、低抵抗の状態と高抵抗の状態との間を切り替わることができ、２つの抵抗状態の違いを利用して、１ビットのデータを保持することができる。抵抗変化素子ＶＲは、例えば磁気抵抗効果を示し、例えばＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子を含む。ＭＴＪ素子は、ＭＴＪを含む構造を指す。
【００２１】
選択トランジスタＳＴは、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）であることができる。
【００２２】
抵抗変化素子ＶＲは、第１端において１つのビット線ＢＬに接続され、第２端において選択トランジスタＳＴの第１端に接続される。選択トランジスタＳＴの第２端は、ビット線／ＢＬに接続される。選択トランジスタＳＴのゲートは１つのワード線ＷＬに接続され、ソースはビット線／ＢＬに接続される。メモリセルＭＣが、スイッチング素子として、３端子型の選択トランジスタＳＴを含む例が記述されているが、メモリセルＭＣは、この形態に限られない。メモリセルＭＣを選択して、選択されたメモリセルＭＣに対するデータの書き込みおよび読み出しを可能とするスイッチング素子であれば、任意のものが使用されることができる。そのようなスイッチング素子は、例えば２端子型のスイッチング機能を有するスイッチング素子を含む。
【００２３】
以下の記述は、抵抗変化素子ＶＲがＭＴＪ素子を含む例に基づく。
【００２４】
図３は、第１実施形態のメモリセルアレイ１１の一部の構造を示す。より具体的には、図１は、２つの隣り合うメモリセルＭＣのそれぞれの抵抗変化素子ＶＲとその周囲を示す。
【００２５】
基板２０の上方に、２つの独立した下部電極２１が設けられている。下部電極２１の間の領域には層間絶縁体２２が設けられている。層間絶縁体２２は、例えば、下部電極２１の間の領域を埋め込む。
【００２６】
各下部電極２１の上面上に１つの抵抗変化素子ＶＲが設けられている。各抵抗変化素子ＶＲは、積層体２４、非磁性体３５、および導電体３７を含む。
【００２７】
積層体２４は、トンネル磁気抵抗効果を示し、ＭＴＪ素子として機能することができる。そのような例として、積層体２４は、強磁性体３１、絶縁体３２、および強磁性体３３を含む。積層体２４は、さらなる層を含んでいても良い。
【００２８】
強磁性体３１は、下部電極２１の上面上に位置し、例えば、コバルト白金（ＣｏＰｔ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、およびコバルトパラジウム（ＣｏＰｄ）の１つまたは複数を含むか、ＣｏＰｔ、ＣｏＮｉ、およびＣｏＰｄのいずれかからなる。
【００２９】
絶縁体３２は、強磁性体３１の上面上に位置する。絶縁体３２は、非磁性の絶縁体を含むか、非磁性の絶縁体からなり、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むか、ＭｇＯからなる。
【００３０】
強磁性体３３は、絶縁体３２の上面上に位置し、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）およびホウ化鉄（ＦｅＢ）の１つまたは複数を含むか、ＣｏＦｅＢおよびＦｅＢのいずれかからなる。
【００３１】
抵抗変化素子ＶＲは、さらなる層を含んでいても良い。そのような層は、例えば、強磁性体３１と下部電極２１の間の１または複数の導電体を含む。これらの導電体は、例えば、強磁性体３１、絶縁体３２、および強磁性体３３の１つまたは複数の結晶性を高める役割を有し、いわゆる下地層やバッファ層として機能することができる。
【００３２】
強磁性体３１および３３は、図４に示されるように、磁化を有し、例えば、強磁性体３１、絶縁体３２、および強磁性体３３の界面を貫く方向に沿った磁化容易軸（矢印により示されている）を有する。強磁性体３１および３２は、強磁性体３１、絶縁体３２、および強磁性体３３の界面に沿った磁化容易軸を有していてもよい。
【００３３】
強磁性体３１の磁化の向きは磁気記憶装置１での通常の動作によって、すなわちデータの読み出しおよび書き込みによっても不変であり、いわゆる参照層として機能することができる。一方、強磁性体３３の磁化の向きは可変であり、いわゆる記録層として機能することができる。絶縁体３２は、トンネルバリアとして機能することができる。
【００３４】
具体的には、強磁性体３１および３２の磁化の向きが平行であると、積層体２４は、抵抗値Ｒｐを示す。一方、強磁性体３１および３２の磁化の向きが反平行であると、積層体２４は、抵抗値Ｒａｐを示す。抵抗値Ｒａｐは、抵抗値Ｒｐより高い。２つの相違する抵抗値を示す状態が、２値のデータにそれぞれ割り当てられることが可能である。
【００３５】
強磁性体３３から強磁性体３１に向かって書き込み電流ＩｗＰが流れると、強磁性体３３の磁化の向きは強磁性体３１の磁化の向きと平行になる。一方、強磁性体３１から強磁性体３３に向かって書き込み電流ＩｗＡＰが流れると、強磁性体３３の磁化の向きは強磁性体３１の磁化の向きと反平行になる。
【００３６】
図３に戻る。積層体２４の側面は、テーパーになっている。すなわち、積層体２４の上面２４Ｔの径は積層体２４の底面２４Ｂの径より小さい。または積層体２４の上面２４Ｔの面積は積層体２４の底面２４Ｂの面積より小さい。本明細書において語「径」は、必ずしも円に対して用いられるわけではなく、径が使用される対象の要素が円であることを要求しない。円に近い形状の、例えば、或る端から別の端までの直線の距離を示し、図３の例では、要素のｘ軸に沿った長さを指し、例として、中心を通る仮想直線上での長さを指し、幅と可換的に使用されることができる。積層体２４の側面は、ｚ軸に対して、例えば角度θ１の傾斜を有する。
【００３７】
積層体２４の上面上、すなわち例えば強磁性体３３の上面上に、導電性の非磁性体３５が設けられている。非磁性体３５の材料については、後述される。非磁性体３５の側面はテーパーになっている。非磁性体３５の側面は、ｚ軸に対して、例えば角度θ２の傾斜を有する。角度θ２は、角度θ１より大きい。
【００３８】
非磁性体３５の上面上に、導電体３７が設けられている。導電体３７は、キャップ層として機能する。導電体３７は、以下、キャップ層３７と称される場合がある。キャップ層３７は、例えば、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、およびルテニウム（Ｒｕ）の１つまたは複数を含むか、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、およびルテニウム（Ｒｕ）のいずれかからなる。キャップ層３７の側面は、例えば、ｚ軸に沿う。
【００３９】
導電体３７の上面上に、ハードマスク３８が設けられている。ハードマスク３８は、例えば、導電体からなる。
【００４０】
次に、非磁性体３５の材料について記述される。非磁性体３５は、後述の或る第１イオンのビームを用いたイオンビームエッチング（ＩＢＥ）に対して第１エッチングレートを有する。キャップ層３７は、当該ＩＢＥに対して第２エッチングレートを有する。第１エッチングレートは、第２エッチングレートより低い。非磁性体３５は、このような第１イオンの種類、キャップ層３７の材料、ＩＢＥの条件に少なくとも一部基づいて選択される材料を含むか、そのような材料からなる。例えば、非磁性体３５は、Ｔａ、Ｗ、ハウフニウム（Ｈｆ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびモリブデン（Ｍｏ）を含むか、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、およびＭｏのいずれかからなる。非磁性体３５が、単体では磁性を示す元素を含んでいたり、そのような元素を主成分とする場合は、磁性を大きく弱めたり、無くしたりする元素が非磁性体３５に添加されることによって、非磁性体３５が実現されることができる。
【００４１】
または、非磁性体３５は、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、およびＭｏの２つ以上の合金であっても良い。さらに、非磁性体３５は、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、およびＭｏの１つ以上のホウ化物を含んでいてもよい。
【００４２】
非磁性体３５の側面、キャップ層３７の側面、およびハードマスク３８の側面の一部の上には、再堆積物３９が位置している場合がある。再堆積物３９は、強磁性体３１、絶縁体３２、強磁性体３３、非磁性体３５、およびキャップ層３７の少なくとも１つの材料を含む。再堆積物３９の表面は、例えば、積層体２４の側面の延長線上に位置し、例えば、再堆積物３９の表面と積層体２４の表面は連続した平面となっている。
【００４３】
ハードマスク３８、キャップ層３７、非磁性体３５、積層体２４、再堆積物３９の組からなる構造の側面は、側壁絶縁体により覆われていても良い。
【００４４】
ハードマスク３８は、図示せぬ導電体に接続されることができる。図３に示される要素が設けられている領域以外の領域は、層間絶縁体（図示せぬ）により埋め込まれることができる。
【００４５】
＜１．２．製造方法＞
図５乃至図８を参照して、図３の構造の製造方法が記述される。図５乃至図８は、第１実施形態の磁気記憶装置１の図３に示される部分の製造工程の間の状態を順に示す。
【００４６】
図５に示されように、基板２０のｘｙ面に沿って広がる表面の上方に、層間絶縁体２２および下部電極２１が形成される。層間絶縁体２２の上面上および下部電極２１のそれぞれの上面上に、積層体２４Ａが形成される。積層体２４Ａは、後に積層体２４に加工され、積層体２４に含まれる複数の材料の層と同じ複数の材料の層を含む。現行の例に基づくと、積層体２４Ａは、強磁性体３１Ａ、絶縁体３２Ａ、および強磁性体３３Ａを含む。強磁性体３１Ａ、絶縁体３２Ａ、および強磁性体３３Ａは、それぞれ、強磁性体３１、絶縁体３２、および強磁性体３３と同じ材料を含む。
【００４７】
強磁性体３１Ａは、層間絶縁体２２の上面上および下部電極の上面上に位置する。絶縁体３２Ａは強磁性体３１Ａの上面上に位置する。強磁性体３３Ａは絶縁体３２Ａの上面上に位置する。
【００４８】
積層体２４Ａの上面上に非磁性体３５Ａが形成される。非磁性体３５Ａは、後に非磁性体３５へと加工され、非磁性体３５と同じ材料を含む。非磁性体３５Ａの上面上に導電体３７Ａが形成される。導電体３７Ａは、後に導電体３７へと加工され、導電体３７と同じ材料を含む。
【００４９】
さらに、導電体３７Ａの上面上に、ハードマスク３８Ａが形成される。ハードマスク３８Ａは、キャップ層３７が形成される予定の領域の上方において残存するとともにその他の部分で開口４１を有する。開口４１は、ハードマスク３８Ａの上面から底面に達する。
【００５０】
図６に示されるように、ここまでの工程で得られる構造が第１ＩＢＥによりエッチングされる。第１ＩＢＥのイオンは、例えばアルゴンであることが可能である。第１ＩＢＥでのイオンビームＩＢ１の基板２０の表面に対する垂線との間の角度、すなわちｚ軸に対する角度θＩ１は、第１範囲内にある。以下の記述で、イオンビームｚ軸に対する角度は、単にイオンビームの角度と称される場合がある。
【００５１】
一般に、ｘｙ面に沿って広がる要素をＩＢＥによって部分的に除去してパターニングする場合、イオンビームの角度に基づいてエッチングレートは相違する。また、ＩＢＥによってエッチング対象の材料から除去された材料４２は周りの要素に堆積し得る。こうして再堆積された材料も、ＩＢＥのエッチングレートが高ければ、再度除去される。第１ＩＢＥでのイオンビームＩＢ１の角度は、再堆積を十分に抑制できることが望まれ、第１範囲は、例えば、最も高いエッチングレートを含んだ範囲を有する。具体的には、第１範囲は、例えば、３０°〜６０°に亘る。
【００５２】
一方、イオンビームの角度が高いと、例えばイオンビームＩＢ１ａのような軌道のイオンビームはハードマスク３８Ａによって遮られて、開口４１の深い領域（基板２０により近い領域）に到達しない場合がある。特に抵抗変化素子ＶＲを高密度に配置するために、ハードマスク３８Ａの開口４１が狭いほど、イオンビームは、開口４１の浅い領域（基板２０からより遠い領域）にしか届かない。
【００５３】
第１ＩＢＥによって導電体３７Ａが複数の部分へと分離されて複数のキャップ層３７が形成され、非磁性体３５Ａが複数の部分へと分離されて複数の非磁性体３５Ｂが形成される。上記のように、第１ＩＢＥに対して、非磁性体３５Ａは第１エッチングレートを有し、導電体３７Ａは、第１エッチンレートより高い第２エッチングレートを有する。このため、第１ＩＢＥによって、非磁性体３５Ａの側面は、導電体３７Ａの側面ほどエッチングされず、非磁性体３５Ｂの径（または幅）Ｄ１は、キャップ層３７の径（または幅）Ｄ２より大きい。径Ｄ１は、例えば、非磁性体３５Ｂの上面の径であり、径Ｄ２は、例えばキャップ層３７の底面の径である。
【００５４】
第１ＩＢＥのイオンビームＩＢ１のいくつかは、ハードマスク３８Ａにより遮られ、積層体２４Ａを複数の部分へと分離しない。図６の例では、積層体２４Ａの上側の部分は、複数の部分へと分割され、下側の部分は分割されない。現行の積層体２４Ａが強磁性体３１Ａ、絶縁体３２Ａ、および強磁性体３３Ａを有する例では、強磁性体３３Ａは、各々がハードマスク３８Ａの下方に位置する複数の強磁性体３３Ｂへと分割され、絶縁体３２Ａは、各々がハードマスク３８Ａの下方に位置する複数の絶縁体３２Ｂへと分割される。一方、強磁性体３１Ａは、各々がハードマスク３８Ａの下方に位置する複数の部分へと分割されることなく、開口の４１の下方で窪み３１ＢＤを有する強磁性体３１Ｂへと加工される。
【００５５】
非磁性体３５Ｂがキャップ層３７よりも大きな幅を有することなどに起因して、積層体２４Ａのうちのハードマスク３８Ａの下方の部分（以下、積層体２４Ａの残存予定部分２４ＡＰ１と称される場合がある）の幅は、キャップ層３７の幅Ｄ２より大きい。例として、積層構造の２４Ａの残存予定部分２４ＡＰ１の幅は、いずれの高さにおいても、キャップ層３７の幅Ｄ２より大きい。
【００５６】
第１ＩＢＥにより、ハードマスク３８Ａの上面は低下する。
【００５７】
第１ＩＢＥによりエッチングの対象物から削られた材料は、周りの要素に再堆積され得る。しかしながら、第１ＩＢＥは、高い角度を有し、エッチングされる対象物に対して高いエッチングレートをもたらすので、再堆積した材料も再びエッチングにより除去され、第１ＩＢＥでの再堆積の量は抑制される。
【００５８】
図７に示されるように、ここまでの工程で得られる構造が第２ＩＢＥによりエッチングされる。第２ＩＢＥのイオンは、例えばアルゴンであることが可能である。
【００５９】
第２ＩＢＥでのイオンビームの角度θＩ２は、第２範囲内にある。第２ＩＢＥは、イオンビームが開口４１を介して積層体２４Ａの下部に到達することが意図される。そのために、第２範囲は、例えば、０°〜３０°に亘り、第２ＩＢＥでのイオンビームの角度θＩ２は例えば１０°である。このような低角度のイオンビームが用いられるため、第２ＩＢＥでのエッチングレートは低く、少なくとも第１ＩＢＥでのエッチングレートより低い。
【００６０】
このような角度のイオンビームを用いる第２ＩＢＥにより、第２ＩＢＥでのいくつかのイオンビームＩＢ２は、積層体２４Ａの下部、特に強磁性体３１Ｂの窪み３１ＢＤに到達する。この結果、第２ＩＢＥの進行に伴い、窪み３１ＢＤの底の位置が低下するとともに、積層体２４Ａの残存予定部分２４ＡＰ１の幅は狭まる。
【００６１】
一方、イオンビームＩＢ２ａのような軌道のイオンビームは、非磁性体３５Ｂに遮られて、非磁性体３５Ｂの下方の近傍の領域には届きづらい。
【００６２】
第２ＩＢＥにより、ハードマスク３８Ａの上面は低下し、ハードマスク３８Ｂとなる。
【００６３】
第２ＩＢＥによっても、エッチング対象の材料から除去された材料４２は周りの要素に堆積し得る。特に、第２ＩＢＥのエッチングレートは低いため、第２ＩＢＥは再堆積の進行を十分に抑制できず、材料４２の再堆積は、第１ＩＢＥでの再堆積よりも進行しやすい。
【００６４】
図８に示されるように、図７の第２ＩＢＥが継続される。第２ＩＢＥにより、強磁性体３１Ｂは、複数の強磁性体３１へと成形される。第２ＩＢＥにより、非磁性体３５Ｂもゆっくりとエッチングされ、非磁性体３５となる。非磁性体３５Ｂの上面が削られている間は、イオンビームＩＢ２は、強磁性体３３Ｂおよび絶縁体３２には、ほとんど、あるいは全く届かない。よって、この間、強磁性体３３Ｂおよび絶縁体３２Ｂからの除去された材料４２の飛散は抑制され、強磁性体３３Ｂおよび絶縁体３２Ｂからの材料４２による再堆積は抑制される。
【００６５】
非磁性体３５Ａの上面が削れていくとともに、イオンビームＩＢ２は、強磁性体３３Ｂおよび絶縁体３２Ｂに届くようになり、第２ＩＢＥによって、強磁性体３３Ｂおよび絶縁体３２Ｂは、それぞれ、強磁性体３３および絶縁体３２へと成形される。
【００６６】
また、第２ＩＢＥにより、ハードマスク３８Ｂの上面は低下し、ハードマスク３８となる。
【００６７】
第２ＩＢＥにより、エッチング対象から除去された材料４２は、周りの要素に堆積し、図３に示されるように、材料４２によって再堆積物３９が形成され得る。
【００６８】
＜１．３．利点（効果）＞
第１実施形態によれば、高性能な抵抗変化素子ＶＲを含んだ磁気記憶装置１が実現されることができる。詳細は、以下の通りである。
【００６９】
図９は、参考用の磁気記憶装置１００の製造工程中の一状態を示す。磁気記憶装置１００は、図３の磁気記憶装置１と異なり、非磁性体３５を含まない。図９の工程は、第１実施形態の図７および図８の工程に対応する。
【００７０】
図９に示される構造は、図７と同様の低角度のイオンビームを用いた第２ＩＢＥによってエッチングされる。図７を参照して記述されるように、第２ＩＢＥは、エッチング対象物に対して低いエッチングレートを有する。このため、エッチングされた材料が周りの要素に再堆積しやすい。図９に示される構造では、図７の構造では非磁性体３５の上面によって遮られて積層体２４Ａに到達しない軌道のイオンビームＩＢ２ａは、強磁性体３３Ａを、第２ＩＢＥの開始の段階からエッチングし得る。一方で、第２ＩＢＥのエッチングレートは低いため、強磁性体３３Ａから除去されて再堆積した材料４２の除去は遅く、材料４２の再堆積は進行する。このため、強磁性体３１、絶縁体３２、強磁性体３３、キャップ層３７、およびハードマスク３８の側面上に再堆積物５１が形成されて行く。第２ＩＢＥが終わった時点でも、再堆積物５１が絶縁体３２の側壁に残っている場合、再堆積物５１によって強磁性体３１と３３が部分的にまたは完全に導通してしまう場合がる。このことは、積層体２４が設計および意図される磁気抵抗効果を発現することを妨げ、積層体２４がＭＴＪ素子として機能することを不能にし得る。
【００７１】
第１実施形態によれば、抵抗変化素子ＶＲは、非磁性体３５を含む。非磁性体３５は、或るＩＢＥに対して、キャップ層３７より低いエッチングレートを有する材料を含むので、先に行われる高角度のイオンビームを用いるＩＢＥ（例えば第１ＩＢＥ）の結果、非磁性体３５となる非磁性体３５Ａは、導電体３７Ａより大きい径を有する。このため、高角度のイオンビームを用いるＩＢＥの後に行われる低角度のイオンビームを用いるＩＢＥ（例えば第２ＩＢＥ）において、非磁性体３５Ａの上面の角が削られるまでは一部のイオンビーム（例えばＩＢ２ａ）が非磁性体３５Ｂの上面により遮られ、強磁性体３３Ｂに到達しない。よって、第２ＩＢＥでの絶縁体３２の側面上に材料４２が再堆積することが抑制され、強磁性体３１と３３の導通が抑制される。よって、意図される磁気抵抗効果を発現できる積層体２４が実現されることが可能である。
【００７２】
＜１．４．変形例等＞
第１実施形態は、絶縁体３２の下側の強磁性体３１が参照層として機能するとともに絶縁体３２の上側の強磁性体３３が記憶層として機能する例に関する。第１実施形態は、この例に限られず、強磁性体３１が絶縁体３２の上側に位置するとともに強磁性体３３が絶縁体３２の下側に位置する例に適用されることができる。
【００７３】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００７４】
１…記憶装置、１１…メモリセルアレイ、１２…入出力回路、１３…制御回路、１４…ロウ選択回路、１５…カラム選択回路、１６…書き込み回路、１７…読み出し回路、ＭＣ…メモリセル、ＷＬ…ワード線、ＢＬ、／ＢＬ…ビット線、ＶＲ…抵抗変化素子、ＳＴ…選択トランジスタ、２０…基板、２１…下部電極、２２…層間絶縁体、２４…積層体、３１…強磁性体、３２…絶縁体、３３…強磁性体、３５…非磁性体、３７…キャップ層、３８…ハードマスク、３９…再堆積物。
【図１】
2020150217.tif 000003
【図２】
2020150217.tif 000004
【図３】
2020150217.tif 000005
【図４】
2020150217.tif 000006
【図５】
2020150217.tif 000007
【図６】
2020150217.tif 000008
【図７】
2020150217.tif 000009
【図８】
2020150217.tif 000010
【図９】
2020150217.tif 000011