特開 2024-31380 磁気デバイス及び磁気記憶デバイス

(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】P2024031380

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】磁気デバイス及び磁気記憶デバイス

(51)【国際特許分類】

   H10N 52/85 20230101AFI20240229BHJP

   H10B 61/00 20230101ALI20240229BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20240229BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20240229BHJP

   G11B 5/39 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H01L43/10

H01L27/105 447

H01L29/82 Z

H01L43/08 Z

G11B5/39

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134896

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【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】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野本 梨菜

(72)【発明者】

【氏名】金谷 宏行

(72)【発明者】

【氏名】武藤 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 剛之

【テーマコード（参考）】

4M119

5D034

5F092

【Ｆターム（参考）】

4M119AA06

4M119AA07

4M119BB01

4M119DD07

4M119DD08

4M119DD09

4M119DD17

4M119DD24

4M119DD26

4M119EE22

4M119EE27

5D034BA02

5F092AB07

5F092AC12

5F092AD23

5F092BB09

5F092BB16

5F092BB23

5F092BB33

5F092BB34

5F092BB36

5F092BB43

5F092BB53

5F092BC04

5F092BC22

(57)【要約】

【課題】トンネルバリア層の劣化や誤書き込み等の発生を抑制することを可能にした磁気デバイスを提供する。
【解決手段】実施形態の磁気デバイス１は、第１の磁性体２と、第２の磁性体３と、第１の磁性体２と第２の磁性体３との間に配置された第１の非磁性体４とを備える積層体５と、積層体５の第１の非磁性体４の側壁を少なくとも覆うように設けられ、ケイ素酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、及びケイ素窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質と、ヒ素、テルル、アンチモン、ビスマス、及びゲルマニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質とを含む側壁層とを具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の磁性体と、第２の磁性体と、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に配置された第１の非磁性体とを備える積層体と、
前記積層体の前記第１の非磁性体の側壁を少なくとも覆うように設けられ、ケイ素酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、及びケイ素窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質と、ヒ素、テルル、アンチモン、ビスマス、及びゲルマニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質とを含む側壁層と
を具備する磁気デバイス。

【請求項2】

前記側壁層に含まれる前記第１物質と前記第２物質との合計量に対する第２物質の割合が２原子％以上４６原子％以下である、請求項１に記載の磁気デバイス。

【請求項3】

前記側壁層は、前記第１物質と前記第２物質の組合せとして、ジルコニウム酸化物とテルル、ケイ素酸化物とテルル、アルミニウム窒化物とテルル、アルミニウム酸化物とテルル、ジルコニウム酸化物とアンチモン、ケイ素酸化物とアンチモン、ケイ素酸化物とヒ素、又はケイ素酸化物とビスマスを含む、請求項１に記載の磁気デバイス。

【請求項4】

さらに、前記積層体に電気的に接続され、テルル、セレン、硫黄、アンチモン、ゲルマニウム、ヒ素、及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むスイッチング層を具備する、請求項１に記載の磁気デバイス。

【請求項5】

第１方向に延伸する複数の第１の電極配線と、
前記第１方向と交差する第２方向に延伸する複数の第２の電極配線と、
前記第１の電極配線と前記第２の電極配線との間にそれぞれ配置され、前記第１の電極配線と前記第２の電極配線と電気的に接続された、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の複数の磁気デバイスと
を具備する磁気記憶デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、磁気デバイス及び磁気記憶デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

不揮発性メモリとして注目を集める磁気抵抗メモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）においては、磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ）素子を用いることで、情報の書き込み動作及び読み出し動作が行われる。ＭＴＪ素子は、一般的に記憶層としての磁性層とトンネルバリア層と参照層としての磁性層の３層を積層した構造を有する。ＭＴＪ素子においては、参照層のスピンの向きを固定した状態で、記憶層（フリー層）のスピンを反転させて情報の書き込みが行われると共に、トンネル磁気抵抗比を利用して情報の読み出しが行われる。このようなＭＴＪ素子とスイッチング素子を備えるＭＲＡＭにおいては、ＭＴＪ素子を流れる電流により、トンネルバリア層の劣化や誤書き込み等が生じることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０２２３７５号

【特許文献2】国際公開第２０１５／１４１３１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、トンネルバリア層の劣化や誤書き込み等の発生を抑制することを可能にした磁気デバイス及び磁気記憶デバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の磁気デバイスは、第１の磁性体と、第２の磁性体と、前記第１の磁性体と前記第２の磁性体との間に配置された第１の非磁性体とを備える積層体と、前記積層体の前記第１の非磁性体の側壁を少なくとも覆うように設けられ、ケイ素酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、及びケイ素窒化物からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質と、ヒ素、テルル、アンチモン、ビスマス、及びゲルマニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質とを含む側壁層とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の磁気デバイスを示す断面図である。

【図2】実施形態の磁気デバイスを用いたクロスポイント構造の磁気記憶デバイス（ＭＲＡＭ）を示す図である。

【図3】従来のＭＲＡＭをオンしたときの電流の流れを示す図である。

【図4】従来のＭＲＡＭをオンしたときに磁気デバイスに流れる電流を示す図である。

【図5】実施形態のＭＲＡＭをオンしたときの電流の流れを示す図である。

【図6】実施形態の磁気デバイスの側壁層にＺｒＯ_２とＴｅとの複合材料を適用したときの側壁抵抗の変化を示す図である。

【図7】実施形態のＭＲＡＭをオンしたときに磁気デバイスに流れる電流を示す図である。

【図8】実施形態のＭＲＡＭの読み出し時及び書き込み時における磁気デバイスに流れる電流を示す図である。

【図9】実施形態の磁気デバイスの平面形状の第１の例を示す図である。

【図10】実施形態の磁気デバイスの平面形状の第２の例を示す図である。

【図11】実施形態の磁気デバイスの平面形状の第３の例を示す図である。

【図12】実施形態の磁気デバイスの平面形状の第４の例を示す図である。

【図13】実施形態の磁気デバイスの第１の製造工程を示す断面図である。

【図14】実施形態の磁気デバイスの第２の製造工程を示す断面図である。

【図15】実施形態の磁気デバイスの第３の製造工程を示す断面図である。

【図16】実施形態の磁気デバイスの第４の製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の磁気デバイス及び磁気記憶デバイスについて、図面を参照して説明する。各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

【0008】

図１は実施形態の磁気デバイスの構成を示している。図１に示す磁気デバイス１は、記憶層としての第１の磁性体２と、参照層としての第２の磁性体３と、第１の磁性体２及び第２の磁性体３に挟持された、トンネルバリア層としての第１の非磁性体４とを含む積層体５を備えている。積層体５は、さらに第２の磁性体３の下方に設けられた、シフトキャンセル層としての第３の磁性体６と、第３の磁性体６のさらに下方に設けられたシード層等として機能するバッファ層７とを備えている。図１に示す積層体５は、例えば磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子を構成するものであるが、これに限られるものではない。

【0009】

磁気デバイス１は、さらに積層体５の側壁を覆うように設けられた側壁層８を備えている。側壁層８は、後に詳述するように、ケイ素酸化物（ＳｉＯ_ｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_ｘ）、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ_ｘ）、及びケイ素窒化物（ＳｉＮ_ｘ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質と、ヒ素（Ａｓ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質とを含む複合材料により構成されている。第１物質としての化合物において、ＳｉＯ_ｘやＺｒＯ_ｘ等におけるｘの値は任意の数であり、基本的に絶縁物として機能する数であればよい。図１では側壁層８が積層体５の側壁全体を覆うように設けられているが、上記した複合材料からなる側壁層８は積層体５におけるトンネルバリア層としての第１の非磁性体４の側壁を少なくとも覆うように設けられていればよい。

【0010】

実施形態の磁気デバイス１をＭＴＪ素子に適用した場合、第２の磁性体３はスピン方向（磁化方向）が固定される参照層（磁化固定層／ピン層）である。第２の磁性体３の磁化方向は、シフトキャンセル層としての第３の磁性体６により固定される。第２の磁性体３には、例えばＣｏＦｅＢ／Ｍｏ／Ｃｏ／Ｉｒ積層膜やＣｏＦｅＢ／Ｍｏ／Ｃｏ／Ｒｕ積層膜等が用いられる。第３の磁性体６には、［Ｃｏ／Ｐｔ］超格子、［Ｃｏ／Ｉｒ］超格子等の磁性体が用いられる。参照層３を構成する積層膜において、Ｉｒ層やＲｕ層がシフトキャンセル層６との間で反平行結合を実現する。これによって、参照層３を構成する積層膜のＣｏＦｅＢ等の磁性層の磁化が固定される。

【0011】

参照層としての第２の磁性体３上には、トンネル障壁層として機能する第１の非磁性体４を介して、記憶層（フリー層）として機能する第１の磁性体２が設けられている。第１の磁性体２は、スピン方向（磁化方向）が記憶内容に応じて変化することにより記憶層として機能する。第１の磁性体２には、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ等のＣｏ基合金、［Ｃｏ／Ｐｔ］超格子等の磁性体が用いられる。第１の磁性体２及び第２の磁性体３（積層膜におけるＣｏＦｅＢ層）の厚さは特に限定されるものではないが、例えば０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。トンネル障壁層としての第１の非磁性体４には、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＧａＯ、ＭｇＺｎＯ、ＳｃＮ、ＡｌＮ等の絶縁体が用いられる。第１の非磁性体４の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。第３の磁性体６の下方に設けられたバッファ層７としては、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｏＦｅＢ－Ｍｏ等のシード層が適用される。

【0012】

上記した積層体５上には、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ等を含むキャップ層９が設けられている。キャップ層９上には、配線層１０が設けられている。配線層１０には、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、これらを含む合金等が用いられるが、特に限定されるものではない。

【0013】

ＭＴＪ素子としての積層体５の下方には、ＭＴＪ素子５に電気的に接続されたスイッチング層１１が設けられている。スイッチング層１１は、ＭＴＪ素子５への電流のオン／オフを切り替える機能（スイッチング機能）を有する。スイッチング層１１は、閾値（Ｖｔｈ）以上の電圧が印加されることによって、抵抗値が高いオフ状態から抵抗値が低いオン状態に急激に遷移する電気特性を有する。すなわち、スイッチング層１１を構成する材料（スイッチング材料）は、印加される電圧が閾値（Ｖｔｈ）未満で抵抗値が高いオフ状態となり、電圧が閾値（Ｖｔｈ）以上になったときに抵抗値が高いオフ状態から抵抗値が低いオン状態に急激に遷移する電気特性を有する。このようなスイッチング層１１の印加電圧に基づく抵抗値の変化は、可逆的にかつ急激に生じるものである。

【0014】

スイッチング材料としては、例えばテルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、及び硫黄（Ｓ）からなる群より選ばれる少なくとも１つのカルコゲン元素を含む材料が挙げられる。そのようなスイッチング材料は、カルコゲン元素を含む化合物であるカルコゲナイドを含んでいてもよい。上記したカルコゲン元素を含む材料は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂ、及びＢｉからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含んでいてもよい。さらに、カルコゲン元素を含む材料は、Ｎ、Ｏ、Ｃ、及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含んでいてもよい。スイッチング材料の例としては、ＧｅＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＳｂＴｅ、ＳｉＴｅ、ＡｌＴｅＮ、ＧｅＡｓＳｅ等が挙げられる。スイッチング材料はカルコゲン元素を含む材料に限られるものではなく、カルコゲン元素を含まない材料であってもよい。アンチモン（Ｓｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）等の添加元素を含む材料、例えば酸化物や窒化物に添加元素を加えた材料であってもよい。そのようなスイッチング材料としては、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ等である。また、これらの酸化物に上記した添加元素又はＴｅ、Ｓｅ等を加えた材料であってもよい。スイッチング層１１は、アモルファス構造を有していてもよい。

【0015】

ＭＲＡＭ等を構成する磁気デバイス１は、図２に示すように、複数のビット線ＢＬと複数のワード線ＷＬとの交点に配置されてメモリセルとして機能するものである。図２に示すように、複数のビット線ＢＬ及びワード線ＷＬの各交点に、それぞれビット線ＢＬ及びワード線ＷＬと電気的に接続された磁気デバイス１をメモリセルとして配置することにより磁気記憶デバイス２０が構成される。図２に示す磁気記憶デバイス２０は、複数のビット線（第１電極配線）ＢＬと、複数のワード線（第２電極配線）ＷＬと、これらの各交点に設けられ、それぞれビット線ＢＬ及びワード線ＷＬと電気的に接続された複数の磁気デバイス１とを具備する。なお、図２における符号Ｍは図１のＭＴＪ素子として機能する積層体５を示し、符号Ｓは積層体５の下方に設けられたスイッチング層１１を示している。

【0016】

ところで、図２に示すような構造を有する磁気記憶デバイス２０において、ケイ素窒化物（ＳｉＮ_ｘ）のような絶縁体のみを用いた側壁層８を適用した従来の構造では、以下に示すような高電流がＭＴＪ素子Ｍとスイッチング層Ｓとの積層膜に流れる。すなわち、図３に示すように、スイッチング層Ｓがオンする瞬間に短パルスの高電流（スパイク電流）Ｉ_{ｓｐｉｋｅ}が流れる。このような高電流はあくまでも短パルスであり、その後に定電流のリード電流が流れる。しかしながら、図４に示すように、短パルスの高電流であっても、トンネルバリア層としての第１の非磁性体４に高電流が流れることによって、トンネルバリア層４の劣化や誤書き込み等が生じるおそれがある。

【0017】

そこで、実施形態の磁気デバイス１においては、前述したように、第１物質と第２物質とを含む複合材料からなる側壁層８を適用している。ＳｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、及びＳｉＮｘからなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質に、Ａｓ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、及びＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質をドープすることによって、プール－フレンケル（Ｐｏｏｌｅ－Ｆｒｅｎｋｅｌ）伝導を示すようになる。プール－フレンケル伝導とは、絶縁膜に電界をかけたときに、非常に大きな熱エネルギーがなくても、捕獲された電子が準位から飛び出す現象である。

【0018】

上記したようなプール－フレンケル伝導を示す第１物質と第２物質とを含む複合材料からなる側壁層８においては、高温及び高電界の状況下においてのみ抵抗値が低下する。従って、上述したスイッチング層Ｓがオンする瞬間に短パルスの高電流（スパイク電流）が流れたときに、スパイク電流が流れる期間だけ側壁層８の抵抗値が低下する。このため、図５に示すように、スパイク電流が生じた際に側壁層８の抵抗値が低下し、スパイク直後には電流が側壁層８にも流れるようになる。これによって、トンネルバリア層としての第１の非磁性体４に流れる電流を低下させることができるため、スパイク電流による第１の非磁性体４の劣化や誤書き込みを抑制することができる。

【0019】

図６に上記した第１物質と第２物質とを含む複合材料の一例として、ＺｒＯ_２にＴｅを添加した材料（ＺｒＯ_２＋Ｔｅ）を側壁層８に適用した際の側壁抵抗の変化を示す。図６は簡単のために、スパイク電流×Ｒ_ＭｇＯ／ｄ_ＭｇＯの電界が側壁に作用すると仮定し、その際の側壁抵抗を計算した結果を示している。温度は３００Ｋと仮定した。図６に示すように、おおよそ６０μＡのスパイク電流が生じると、ＭｇＯからなるトンネルバリア層４とＺｒＯ_２＋Ｔｅからなる側壁層８の抵抗が同程度となる。従って、６０μＡのスパイク電流が生じた際には、スパイク電流の少なくとも一部を側壁層８に流すことができる。これによって、トンネルバリア層としての第１の非磁性体４に流れる電流を低下させることが可能となる。第１物質と第２物質との組合せとして、ＺｒＯ_２にＴｅをドープした材料以外の組合せを適用した場合も同様である。

【0020】

図７に示すように、上記した電流の少なくとも一部が側壁層８に流れるのは、スパイク電流のような高温及び高電界の電流が生じた場合である。図８に示すように、通常状態の電流はトンネルバリア層４を介して記憶層としての第１の磁性体２と参照層としての第２の磁性体３との間で流れる。従って、読み出し時及び書き込み時においては、図８に示すように、トンネルバリア層４を介して記憶層２と参照層３との間に流れるため、読み出し動作及び書き込み動作を妨げることはない。このようなＭＲＡＭの読み出し動作及び書き込み動作を維持した上で、図７に示すように、スパイク電流の少なくとも一部を側壁層８に流すことによって、スパイク電流によるトンネルバリア層４の劣化や誤書き込みを抑制することが可能になる。

【0021】

上述した第１物質と第２物質とを含む複合材料において、第２物質の含有比率は複合材料に対して２原子％以上４６原子％以下とすることが好ましい。第２物質の含有比率が２原子％未満であると、上記したプール－フレンケル伝導を良好に発現させることができないおそれがある。第２物質の含有比率は１１原子％以上であることがより好ましい。第２物質の含有比率が４６原子％を超えると、第１物質の絶縁体としての特性が低下し、側壁層８としての本来の特性を発現させることができないおそれがある。第２物質の含有比率は２０原子％以下であることがより好ましい。

【0022】

さらに、側壁層８の構成材料としての複合材料において、第１物質と第２物質との組合せは特に限定されるものではなく、ＳｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、及びＳｉＮｘからなる群より選ばれる少なくとも１つの第１物質とＡｓ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、及びＧｅからなる群より選ばれる少なくとも１つの第２物質との組合せであればよい。さらに、プール－フレンケル伝導をより再現性よく出現させる組合せとしては、ＺｒＯｘとＴｅ、ＳｉＯｘとＴｅ、ＡｌＮｘとＴｅ、ＡｌＯｘとＴｅ、ＺｒＯｘとＳｂ、ＳｉＯｘとＳｂ、ＳｉＯｘとＡｓ、又はＳｉＯｘとＢｉが挙げられる。

【0023】

実施形態の磁気デバイス１において、側壁層８の平面形状、すなわち積層体５の積層方向と交差する方向における断面形状は、例えば図９に示すような形状とすることができる。すなわち、側壁層８を、上述したスパイク電流の少なくとも一部を側壁層８に流すことが可能な厚さで、積層体５の外周面を覆うように設けてもよい。その場合、隣接する磁気デバイス１間には、従来のデバイス構造と同様にケイ素窒化物（ＳｉＮｘ）等を適用した層間絶縁膜２１を配置する。側壁層８のスパイクしていないときの抵抗値を十分に高く設定することができる場合には、図１０に示すように、隣接する磁気デバイス１間を含めて側壁層８を配置してもよい。さらに、後述する磁気デバイス１の製造工程における加工の際に、２方向のライン加工において、図１１及び図１２に示すように、一方のライン加工時のみに側壁層８の構成材料を使用し、他方のライン加工時には層間絶縁膜２１の構成材料（ＳｉＮｘ等）を使用するようにしてもよい。ここで言うライン加工とは、ストライプ状のマスクを用いた加工である。例えば、当該マスクを用いて１回目のエッチングを行い、エッチングした部分に側壁層８の材料を充填し、直交する方向に２回目のエッチングを行い、エッチングした部分に層間絶縁膜２１の材料を充填することができる。このような方法を用いることにより、図１１に示す平面形状を有する積層体５が得られる。また逆に、上記マスクを用いて１回目のエッチングを行い、エッチングした部分に層間絶縁膜２１の材料を充填し、直交する方向に２回目のエッチングを行い、エッチングした部分に側壁層８の材料を充填することができる。このような方法を用いることにより、図１２に示す平面形状を有する積層体５が得られる。

【0024】

次に、実施形態の磁気デバイス１の製造方法について、図１３ないし図１６を参照して説明する。図１３は磁気デバイス１の第１の製造工程を示す断面図であって、図９に示す平面形状を有する磁気デバイス１の製造工程である。まず、図１３（Ａ）に示すように、基板２２上にスイッチング層１１、ＭＴＪ素子としての積層体５、及びキャップ層９を順に形成した後、キャップ層９上にマスク２３を形成する。図１３において、マスク２３は２つの磁気デバイス１にそれぞれ応じた形状を有している。次いで、図１３（Ｂ）に示すように、積層体５及びキャップ層９をマスク２３の形状に応じて、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）等を適用してエッチング加工する。次に、図１３（Ｃ）に示すように、エッチング加工した積層体５及びキャップ層９の側壁に側壁層８の構成材料を形成する。この形成は、当該構成材料の堆積と異方性エッチングにより行われる。次いで、図１３（Ｄ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりスイッチング層１１をデバイス形状に応じてエッチングする。この後、図１３（Ｅ）に示すように、隣接するデバイス間に層間絶縁膜２１の構成材料（ＳｉＮｘ等）を堆積する。

【0025】

図１４は磁気デバイス１の第２の製造工程を示す断面図であって、図１０に示す平面形状を有する磁気デバイス１の製造工程である。まず、図１４（Ａ）に示すように、基板２２にスイッチング層１１、積層体５、及びキャップ層９を順に形成した後、キャップ層９上にマスク２３を形成する。図１４において、マスク２３は２つの磁気デバイス１にそれぞれ応じた形状を有している。次いで、図１４（Ｂ）に示すように、スイッチング層１１、積層体５、及びキャップ層９をマスク２３の形状に応じて、ＩＢＥ等を適用してエッチング加工する。この後、図１４（Ｃ）に示すように、隣接するデバイス間に側壁層８の構成材料を堆積する。この場合、側壁層８の構成材料には、側壁層８のスパイクしていないときの抵抗値が十分に高い材料を適用する。さらに、積層体５の側壁近傍の側壁層８の部分における第２物質の原子濃度を高くすると共に、それ以外の側壁層８の部分における第２物質の原子濃度を低くするというように、側壁層８内において第２物質の濃度傾斜を設けてもよい。

【0026】

図１５は磁気デバイス１の第３の製造工程を示す断面図である。図１５に示す製造工程は、スイッチング層１１を積層体５の上方に設けたデバイス構造を有する磁気デバイス１の製造工程である。まず、図１５（Ａ）に示すように、基板２２上に積層体５、スイッチング層１１、及びキャップ層９を順に形成した後、キャップ層９上にマスク２３を形成する。図１５において、マスク２３は２つの磁気デバイス１にそれぞれ応じた形状を有している。次いで、図１５（Ｂ）に示すように、スイッチング層１１及びキャップ層９をマスク２３の形状に応じてＲＩＥ等によりエッチングする。続いて、図１５（Ｃ）に示すように、エッチング加工したスイッチング層１１の側壁に側壁層２４を、堆積と異方性エッチングにより形成する。側壁層２４の構成材料は、第１物質と第２物質とを含む複合材料であってもよいし、層間絶縁膜２１と同様にＳｉＮｘ等の絶縁体であってもよい。次いで、図１５（Ｄ）に示すように、ＲＩＥ等により積層体５をデバイス形状に応じてエッチングする。この後、図１５（Ｅ）に示すように、隣接するデバイス間に側壁層８の構成材料（第１物質と第２物質との複合材料）を堆積する。

【0027】

図１６は磁気デバイス１の第４の製造工程を示す断面図である。まず、図１６（Ａ）に示すように、基板２２上にスイッチング層１１、側壁層８の構成材料となる第１物質中の半導体材料や金属材料（Ｓｉ、Ｚｒ、及びＡｌの少なくとも１つ）と第２物質との複合材料層８Ｘ、積層体５、及びキャップ層９を順に形成した後、キャップ層９上にマスク２３を形成する。次いで、図１６（Ｂ）に示すように、複合材料層８Ｘ、積層体５、及びキャップ層９をマスク２３の形状に応じて、ＩＢＥ等を適用してエッチング加工する。この際、ＩＢＥにより飛散する複合材料層８Ｘの構成材料を積層体５の側壁に再付着させる。再付着させた複合材料層８Ｘの組成は、イオン注入等で調整してもよい。続いて、第１物質の組成に応じて酸化処理又は窒化処理を施して、第１物質と第２物質との複合材料からなる側壁層８を形成する。次いで、図１６（Ｃ）に示すように、ＲＩＥ等によりスイッチング層１１をデバイス形状に応じてエッチングする。この後、図１６（Ｄ）に示すように、隣接するデバイス間に層間絶縁膜２１の構成材料（ＳｉＮｘ等）を堆積する。図１６に示す製造工程によれば、磁気デバイス１の製造工程を削減することができる。

【0028】

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し得るものであり、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共に、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】

【0029】

１…磁気デバイス、２…第１の磁性体、３…第２の磁性体、４…第１の非磁性体、５…積層体、６…第３の磁性体、７…バッファ層、８…側壁層、９…キャップ層、１１…スイッチング層、２０…磁気記憶デバイス（ＭＲＡＭ）、２１…層間絶縁膜、Ｍ…ＭＴＪ素子、Ｓ…スイッチング層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】