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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023136076
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】磁気記憶装置
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20230922BHJP
H10N 70/00 20230101ALI20230922BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
H01L27/105 447
H01L45/00 Z
H01L43/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022041502
(22)【出願日】2022-03-16
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】310024033
【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉野 健一
(72)【発明者】
【氏名】澤田 和也
(72)【発明者】
【氏名】秋山 直紀
(72)【発明者】
【氏名】島野 拓也
(72)【発明者】
【氏名】ドン・チャドク
(72)【発明者】
【氏名】チェ・ゴラク
(72)【発明者】
【氏名】ジョン・ボギョン
(72)【発明者】
【氏名】キム・グッチョン
【テーマコード（参考）】
4M119
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119BB01
4M119CC05
4M119DD22
4M119DD31
4M119DD42
4M119EE22
4M119EE27
4M119JJ04
5F092AA13
5F092AB06
5F092AC12
5F092AD03
5F092AD25
5F092BB21
5F092BB29
5F092BB41
5F092BC03
5F092BC22
5F092CA03
5F092CA08
(57)【要約】 （修正有）
【課題】半導体基板上に磁気抵抗効果素子及びセレクタ（スイッチング素子）を含むメモリセルが集積化され、優れた特性を有する磁気記憶装置を提供する。
【解決手段】磁気記憶装置は、磁気抵抗効果素子４０及びスイッチング素子５０が積層された積層構造３０を備える。スイッチング素子は、磁気抵抗効果素子の下層側に設けられ、磁気抵抗効果素子及びスイッチング素子の積層方向から見て、スイッチング素子のパターンが磁気抵抗効果素子のパターンの内側に位置している。
【選択図】図２
【解決手段】磁気記憶装置は、磁気抵抗効果素子４０及びスイッチング素子５０が積層された積層構造３０を備える。スイッチング素子は、磁気抵抗効果素子の下層側に設けられ、磁気抵抗効果素子及びスイッチング素子の積層方向から見て、スイッチング素子のパターンが磁気抵抗効果素子のパターンの内側に位置している。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気抵抗効果素子及びスイッチング素子が積層された積層構造を備える磁気記憶装置であって、
前記スイッチング素子は、前記磁気抵抗効果素子の下層側に設けられ、
前記磁気抵抗効果素子及び前記スイッチング素子の積層方向から見て、前記スイッチング素子のパターンは前記磁気抵抗効果素子のパターンの内側に位置している
ことを特徴とする磁気記憶装置。
前記スイッチング素子は、前記磁気抵抗効果素子の下層側に設けられ、
前記磁気抵抗効果素子及び前記スイッチング素子の積層方向から見て、前記スイッチング素子のパターンは前記磁気抵抗効果素子のパターンの内側に位置している
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項2】
前記磁気抵抗効果素子の側面に設けられ、第１の材料で形成された第１の絶縁層と、
前記スイッチング素子の側面に設けられ、前記第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第２の絶縁層と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
前記スイッチング素子の側面に設けられ、前記第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第２の絶縁層と、
をさらに備える
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3】
磁気抵抗効果素子及びスイッチング素子が積層された積層構造と、
前記磁気抵抗効果素子の側面に設けられ、第１の材料で形成された第１の絶縁層と、
前記スイッチング素子の側面に設けられ、前記第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第２の絶縁層と、
を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
前記磁気抵抗効果素子の側面に設けられ、第１の材料で形成された第１の絶縁層と、
前記スイッチング素子の側面に設けられ、前記第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第２の絶縁層と、
を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、前記磁気抵抗効果素子の下層側に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶装置。
【請求項5】
前記スイッチング素子は、前記磁気抵抗効果素子の上層側に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶装置。
【請求項6】
前記第１の材料の窒素濃度は、前記第２の材料の窒素濃度よりも低い
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
【請求項7】
前記第２の材料の水素濃度は、前記第１の材料の水素濃度よりも低い
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
【請求項8】
前記第１の材料は酸化物であり、前記第２の材料は窒化物である
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
【請求項9】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）を含有し、
前記第１の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比と、前記第２の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比とは、互いに異なる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
前記第１の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比と、前記第２の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比とは、互いに異なる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気記憶装置。
【請求項10】
前記磁気抵抗効果素子は、可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第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
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の磁気記憶装置。
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の磁気記憶装置。
【請求項11】
第１の方向に延伸する第１の配線と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸する第２の配線と、
をさらに備え、
前記積層構造は、前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の磁気記憶装置。
前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸する第２の配線と、
をさらに備え、
前記積層構造は、前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は３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、磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体基板上に磁気抵抗効果素子及びセレクタ（スイッチング素子）を含むメモリセルが集積化された磁気記憶装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第１０２１７９３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
優れた特性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】
【0005】
実施形態に係る磁気記憶装置は、磁気抵抗効果素子及びスイッチング素子が積層された積層構造を備える磁気記憶装置であって、前記スイッチング素子は、前記磁気抵抗効果素子の下層側に設けられ、前記磁気抵抗効果素子及び前記スイッチング素子の積層方向から見て、前記スイッチング素子のパターンは前記磁気抵抗効果素子のパターンの内側に位置している。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【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斜視図である。
【図2】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の詳細な構成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構成要素のパターン間の関係を模式的に示したパターン図である。
【図4】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の構成を模式的に示した断面図である。
【図5】第１の実施形態に係る磁気記憶装置のセレクタの電流－電圧特性を模式的に示した図である。
【図6A】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6B】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6C】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6D】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6E】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6F】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6G】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6H】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6I】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7】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斜視図である。
【図8】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の詳細な構成を模式的に示した断面図である。
【図9】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の構成要素のパターン間の関係を模式的に示したパターン図である。
【図10A】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10B】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10C】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10D】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10E】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10F】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10G】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10H】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10I】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。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【0008】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置（不揮発性の磁気記憶装置）の構成を模式的に示した斜視図である。
図１は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置（不揮発性の磁気記憶装置）の構成を模式的に示した斜視図である。
【0009】
磁気記憶装置は、半導体基板（図示せず）を含む下部構造（図示せず）上に設けられており、Ｘ方向に延伸する第１の配線１０と、Ｙ方向に延伸する第２の配線２０と、第１の配線１０と第２の配線２０との間に設けられた積層構造３０とを含んでいる。
【0010】
第１の配線１０及び第２の配線２０の一方はワード線に対応し、第１の配線１０及び第２の配線２０の他方はビット線に対応している。
【0011】
積層構造３０は、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ（スイッチング素子）５０が積層された構造を有しており、セレクタ５０が磁気抵抗効果素子４０の下層側（半導体基板側）に設けられている。また、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ５０の直列接続によってメモリセルが構成されている。
【0012】
なお、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに交差する方向である。より具体的には、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交している。
【0013】
図２は、本実施形態に係る磁気記憶装置の詳細な構成を模式的に示した断面図である。
【0014】
上述したように、第１の配線１０と第２の配線２０との間に、積層構造３０が設けられている。積層構造３０は、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ５０に加えてさらに、ハードマスク部６１及び中間電極６２を含んでいる。より具体的には、第２の配線２０と磁気抵抗効果素子４０との間にハードマスク部６１が設けられ、磁気抵抗効果素子４０とセレクタ５０との間に中間電極６２が設けられ、第１の配線１０と中間電極６２との間にセレクタ５０が設けられている。
【0015】
ハードマスク部６１は、ハードマスクとしての機能に加えて、磁気抵抗効果素子４０用の上部電極としての機能も有している。中間電極６２は、磁気抵抗効果素子４０用の下部電極及びセレクタ５０用の上部電極としての機能を有している。また、第１の配線１０は、セレクタ５０用の下部電極としての機能も有している。
【0016】
【0017】
図３に示すように、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ５０の積層方向（Ｚ方向）から見て、セレクタ５０及び中間電極６２のパターン（平面パターン）は磁気抵抗効果素子４０及びハードマスク部６１のパターン（平面パターン）の内側に位置している。すなわち、セレクタ５０及び中間電極６２のパターンは、磁気抵抗効果素子４０及びハードマスク部６１のパターンよりも小さい。
【0018】
図４は、磁気抵抗効果素子４０の構成を模式的に示した断面図である。
【0019】
磁気抵抗効果素子４０は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子であり、記憶層（第１の磁性層）４１、参照層（第２の磁性層）４２及びトンネルバリア層（非磁性層）４３を含んでいる。記憶層４１は可変の磁化方向を有する強磁性層であり、参照層４２は固定された磁化方向を有する強磁性層である。トンネルバリア層４３は、記憶層４１と参照層４２との間に設けられた絶縁層である。なお、可変の磁化方向とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わることを意味する。固定された磁化方向とは、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意味する。
【0020】
記憶層４１の磁化方向が参照層４２の磁化方向に対して平行である場合には、磁気抵抗効果素子４０は相対的に抵抗が低い低抵抗状態を示し、記憶層４１の磁化方向が参照層４２の磁化方向に対して反平行である場合には、磁気抵抗効果素子４０は相対的に抵抗が高い高抵抗状態を示す。したがって、磁気抵抗効果素子４０は、抵抗状態に応じて２値データを記憶することが可能である。
【0021】
図２に示すように、セレクタ５０は、磁気抵抗効果素子４０の下層側に設けられており、絶縁性のセレクタ材料（スイッチング材料）で形成されている。具体的には、セレクタ５０は、ヒ素（Ａｓ）を含有するシリコン酸化物で形成されている。
【0022】
図５は、セレクタ５０の電流－電圧特性を模式的に示した図である。
【0023】
図５に示すように、セレクタ５０は、その両端間に印加される電圧が閾電圧Ｖｔｈ以上になるとオフ状態からオン状態に移行する特性を有している。すなわち、セレクタ５０は、下部電極として機能する第１の配線１０と上部電極として機能する中間電極６２との間に印加される電圧が閾電圧Ｖｔｈ以上になると、オフ状態からオン状態に移行する特性を有している。
【0024】
したがって、第１の配線１０と第２の配線２０との間に印加される電圧を制御して、セレクタ５０の両端間に印加される電圧が閾電圧Ｖｔｈ以上になると、セレクタ５０がオン状態になり、セレクタ５０に直列に接続された磁気抵抗効果素子４０に対して書き込み及び読み出しを行うことが可能となる。
【0025】
図２に示すように、磁気抵抗効果素子４０及びハードマスク部６１の側面には層間絶縁層７１が設けられ、セレクタ５０及び中間電極６２の側面には層間絶縁層７２が設けられている。したがって、層間絶縁層７１は、セレクタ５０及び中間電極６２の側面には接していない。同様に、層間絶縁層７２は、磁気抵抗効果素子４０及びハードマスク部６１の側面には接していない。層間絶縁層７２の上面は凹んでおり、層間絶縁層７２の凹んだ上面上に層間絶縁層７１が設けられている。また、第１の配線１０の側面には、層間絶縁層７３が設けられている。
【0026】
層間絶縁層７１は第１の材料で形成され、層間絶縁層７２は第１の材料とは異なる第２の材料で形成されている。なお、第１の材料と第２の材料とが異なる例としては、以下のような例があげられる。第１の例は、第１の材料に第２の材料に含有されていない元素が含有されている場合、或いは第２の材料に第１の材料に含有されていない元素が含有されている場合である。第２の例は、第１の材料に含有されている元素と第２の材料に含有されている元素とが全て同じであり、第１の材料に含有されている元素の組成比と第２の材料に含有されている元素の組成比とが異なる場合である。
【0027】
第１の例としては、第１の材料に酸化物が用いられ、第２の材料に窒化物が用いられる場合があげられる。この場合、例えば、第１の材料にはシリコン酸化物（ＳｉＯx ）或いはアルミニウム酸化物（ＡｌＯx ）が用いられ、第２の材料にはシリコン窒化物（ＳｉＮx ）が用いられる。
【0028】
第２の例としては、第１の材料及び第２の材料がいずれもシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）を含有し（すなわち、第１の材料及び第２の材料がいずれも水素（Ｈ）を含有するシリコン窒化物で形成され）、第１の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比と、第２の材料のシリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）及び水素（Ｈ）の組成比とが互いに異なる場合があげられる。
【0029】
なお、第１の例及び第２の例いずれの場合も（特に、第２の例の場合）、第１の材料の窒素濃度が第２の材料の窒素濃度よりも低い、或いは第２の材料の水素濃度が第１の材料の水素濃度よりも低いことが好ましい。
【0030】
【0031】
まず、図６Ａに示すように、半導体基板（図示せず）等を含む下部構造（図示せず）上に、第１の配線１０及び層間絶縁層７３を形成する。続いて、第１の配線１０及び層間絶縁層７３上にセレクタ材料層５０ｓを形成する。
【0032】
次に、図６Ｂに示すように、セレクタ材料層５０ｓ上に中間電極層６２ｓを形成する。
【0033】
次に、図６Ｃに示すように、中間電極層６２ｓをパターニングして、予備的な中間電極６２ｐを形成する。
【0034】
次に、図６Ｄに示すように、予備的な中間電極６２ｐをマスクとして用いて、ＲＩＥ（reactive ion etching）によってセレクタ材料層５０ｓをエッチングする。その結果、セレクタ５０のパターンが得られる。また、予備的な中間電極６２ｐの厚さが減少し、中間電極６２が得られる。
【0035】
次に、図６Ｅに示すように、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）等によって、セレクタ５０及び中間電極６２の側面に層間絶縁層７２を形成する。具体的には、図６Ｄの工程で得られた構造上に層間絶縁層７２を形成した後、層間絶縁層７２を平坦化する。これにより、図６Ｅに示すような構造が得られる。
【0036】
【0037】
次に、図６Ｇに示すように、磁気抵抗効果素子層４０ｓ上に、予備的なハードマスク部６１ｐのパターンを形成する。Ｚ方向から見て、予備的なハードマスク部６１ｐのパターンの内側にセレクタ５０及び中間電極６２のパターンが位置するように、予備的なハードマスク部６１ｐのパターンを形成する。
【0038】
次に、図６Ｈに示すように、予備的なハードマスク部６１ｐをマスクとして用いてＩＢＥ（ion beam etching）を行う。具体的には、図６Ｇの構造が形成された基板を回転させながら、斜め上方からＡｒイオンビームを図６Ｇの構造に照射する。これにより、予備的なハードマスク部６１ｐ、磁気抵抗効果素子層４０ｓ及び層間絶縁層７２がエッチングされる。その結果、磁気抵抗効果素子４０のパターンが得られる。また、予備的なハードマスク部６１ｐの厚さが減少してハードマスク部６１が得られる。さらに、層間絶縁層７２の上面が凹んだ形状が得られる。
【0039】
すでに述べたように、Ｚ方向から見て、予備的なハードマスク部６１ｐのパターンの内側にセレクタ５０のパターンが位置している。そのため、上述したＩＢＥ工程の際に、セレクタ５０の側面を層間絶縁層７２によって確実に保護することができる。したがって、上述したＩＢＥ工程の際に、セレクタ５０がＩＢＥダメージを受けることを抑制することが可能である。
【0040】
次に、図６Ｉに示すように、ＣＶＤ等によって、磁気抵抗効果素子４０及びハードマスク部６１の側面に層間絶縁層７１を形成する。具体的には、図６Ｈの工程で得られた構造上に層間絶縁層７１を形成した後、層間絶縁層７１を平坦化する。これにより、図６Ｉに示すような構造が得られる。
【0041】
その後、ハードマスク部６１上及び層間絶縁層７１上に第２の配線２０を形成することで、図２に示すような構造が得られる。
【0042】
以上のように、本実施形態では、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ５０の積層方向（Ｚ方向）から見て、セレクタ５０のパターンが磁気抵抗効果素子４０のパターンの内側に位置している。そのため、ＩＢＥによって磁気抵抗効果素子４０のパターンを形成する際に、層間絶縁層７２によってセレクタ５０を確実に保護することができ、セレクタ５０に対するＩＢＥダメージを抑制することが可能である。したがって、ＩＢＥダメージによるセレクタ５０の特性の劣化を抑制することができ、優れた特性を有する磁気記憶装置を得ることが可能となる。
【0043】
また、本実施形態では、磁気抵抗効果素子４０の側面には第１の材料で形成された層間絶縁層７１が設けられ、セレクタ５０の側面には第２の材料で形成された層間絶縁層７２が設けられている。そのため、磁気抵抗効果素子４０に適した（悪影響を与えないような）第１の材料を選択し、セレクタ５０に適した（悪影響を与えないような）第２の材料を選択することで、優れた特性を有する磁気記憶装置を得ることが可能となる。
【0044】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【0045】
図７は、本実施形態に係る磁気記憶装置（不揮発性の磁気記憶装置）の構成を模式的に示した斜視図である。
【0046】
第１の実施形態では、セレクタ５０が磁気抵抗効果素子４０の下層側に設けられていたが、本実施形態では、セレクタ５０が磁気抵抗効果素子４０の上層側に設けられている。
【0047】
図８は、本実施形態に係る磁気記憶装置の詳細な構成を模式的に示した断面図である。
【0048】
上述したように、本実施形態の積層構造３０は、セレクタ５０が磁気抵抗効果素子４０の上層側に設けられた構造を有している。具体的には、第２の配線２０とセレクタ５０との間にハードマスク部６３が設けられ、磁気抵抗効果素子４０とセレクタ５０との間に中間電極６４が設けられ、第１の配線１０と中間電極６４との間に磁気抵抗効果素子４０が設けられている。
【0049】
ハードマスク部６３は、セレクタ５０用の上部電極としての機能を有している。中間電極６４は、磁気抵抗効果素子４０用の上部電極及びセレクタ５０用の下部電極としての機能を有している。また、第１の配線１０は、磁気抵抗効果素子４０用の下部電極としての機能を有している。
【0050】
【0051】
図９に示すように、磁気抵抗効果素子４０及びセレクタ５０の積層方向（Ｚ方向）から見て、セレクタ５０及びハードマスク部６３のパターン（平面パターン）は磁気抵抗効果素子４０及び中間電極６４のパターン（平面パターン）の内側に位置している。ただし、本実施形態では、磁気抵抗効果素子４０のパターン、セレクタ５０のパターン、ハードマスク部６３のパターン及び中間電極６４のパターンの関係は、必ずしも図９で示したような関係を満たしていなくてもよい。
【0052】
図８に示すように、磁気抵抗効果素子４０及び中間電極６４の側面には層間絶縁層７１が設けられ、セレクタ５０及びハードマスク部６３の側面には層間絶縁層７２が設けられている。したがって、層間絶縁層７１は、セレクタ５０及びハードマスク部６３の側面には接していない。同様に、層間絶縁層７２は、磁気抵抗効果素子４０及び中間電極６４の側面には接していない。また、第１の配線１０の側面には、層間絶縁層７３が設けられている。
【0053】
第１の実施形態と同様に、層間絶縁層７１は第１の材料で形成され、層間絶縁層７２は第１の材料とは異なる第２の材料で形成されている。第１の材料及び第２の材料については、第１の実施形態と同様である。
【0054】
【0055】
まず、図１０Ａに示すように、半導体基板（図示せず）等を含む下部構造（図示せず）上に、第１の配線１０及び層間絶縁層７３を形成する。続いて、第１の配線１０及び層間絶縁層７３上に磁気抵抗効果素子層４０ｓを形成する。
【0056】
次に、図１０Ｂに示すように、磁気抵抗効果素子層４０ｓ上に、ハードマスクとして機能する中間電極層６４ｓを形成する。
【0057】
次に、図１０Ｃに示すように、中間電極層６４ｓをパターニングして予備的な中間電極６４ｐを形成する。
【0058】
次に、図１０Ｄに示すように、予備的な中間電極６４ｐをマスクとして用いてＩＢＥを行う。具体的には、図１０Ｃの構造が形成された基板を回転させながら、斜め上方からＡｒイオンビームを図１０Ｃの構造に照射する。これにより、予備的な中間電極６４ｐ、磁気抵抗効果素子層４０ｓ及び層間絶縁層７３がエッチングされ、磁気抵抗効果素子４０のパターンが得られる。また、予備的な中間電極６４ｐの厚さが減少して中間電極６４が得られる。さらに、層間絶縁層７３の上面が凹んだ形状が得られる。
【0059】
次に、図１０Ｅに示すように、磁気抵抗効果素子４０及び中間電極６４の側面に層間絶縁層７１を形成する。具体的には、図１０Ｄの工程で得られた構造上にＣＶＤ等によって層間絶縁層７１を形成した後、層間絶縁層７１を平坦化する。これにより、図１０Ｅに示すような構造が得られる。
【0060】
【0061】
次に、図１０Ｇに示すように、セレクタ材料層５０ｓ上に、予備的なハードマスク部６３ｐのパターンを形成する。Ｚ方向から見て、磁気抵抗効果素子４０及び中間電極６４のパターンの内側に予備的なハードマスク部６３ｐのパターンが位置するように、予備的なハードマスク部６３ｐのパターンを形成する。ただし、本実施形態では、必ずしもそのような関係が満たされていなくてもよい。
【0062】
次に、図１０Ｈに示すように、予備的なハードマスク部６３ｐをマスクとして用いて、ＲＩＥによってセレクタ材料層５０ｓをエッチングする。その結果、セレクタ５０のパターンが得られる。また、予備的なハードマスク部６３ｐの厚さが減少し、ハードマスク部６３が得られる。
【0063】
次に、図１０Ｉに示すように、ＣＶＤ等によって、セレクタ５０及びハードマスク部６３の側面に層間絶縁層７２を形成する。具体的には、図１０Ｈの工程で得られた構造上に層間絶縁層７２を形成した後、層間絶縁層７２を平坦化する。これにより、図１０Ｉに示すような構造が得られる。
【0064】
その後、ハードマスク部６３上及び層間絶縁層７２上に第２の配線２０を形成することで、図８に示すような構造が得られる。
【0065】
以上のように、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、磁気抵抗効果素子４０の側面には第１の材料で形成された層間絶縁層７１が設けられ、セレクタ５０の側面には第１の材料とは異なる第２の材料で形成された層間絶縁層７２が設けられている。そのため、磁気抵抗効果素子４０に適した（悪影響を与えないような）第１の材料を選択し、セレクタ５０に適した（悪影響を与えないような）第２の材料を選択することにより、優れた特性を有する磁気記憶装置を得ることが可能となる。
【0066】
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】
【0067】
１０…第１の配線 ２０…第２の配線 ３０…積層構造
４０…磁気抵抗効果素子
４１…記憶層（第１の磁性層） ４２…参照層（第２の磁性層）
４３…トンネルバリア層（非磁性層）
５０…セレクタ（スイッチング素子）
６１、６３…ハードマスク部 ６２、６４…中間電極
７１、７２、７３…層間絶縁層
４０…磁気抵抗効果素子
４１…記憶層（第１の磁性層） ４２…参照層（第２の磁性層）
４３…トンネルバリア層（非磁性層）
５０…セレクタ（スイッチング素子）
６１、６３…ハードマスク部 ６２、６４…中間電極
７１、７２、７３…層間絶縁層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図6I】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図10G】
【図10H】
【図10I】