JP2000090658A

JP2000090658A - 磁気メモリ素子

Info

Publication number: JP2000090658A
Application number: JP10255308A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamano; 耕治山野; Atsushi Maeda; 篤志前田; Seiichiro Takahashi; 誠一郎高橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】メモリ素子への情報の書き込みを効率的に行
うことができ、かつ書き込みの際の隣接セルへの影響を
低減することができ、高集積化を図ることができる磁気
メモリ素子及びそれを用いた磁気メモリアレイを得る。【解決手段】基板と、該基板の上方に設けられる磁気
抵抗効果膜４とを備え、磁気抵抗効果膜４が、非磁性層
２によって分離された第１の磁性層１及び第２の磁性層
３を含み、第１の磁性層１に磁界を印加して第１の磁性
層１の磁化方向を設定することにより情報を書き込み記
録する磁気メモリ素子において、印加磁界の磁束を第１
の磁性層１に集中させるための強磁性体からなる磁束制
御層６が設けれていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果、特
に巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す磁気抵抗効果膜を
用いた磁気メモリ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高密度性、速応性、不揮発性を備
えた固体記憶素子として、磁気抵抗効果を利用したラン
ダム・アクセス・メモリが注目されている。このような
磁気メモリ素子によれば、磁性層の磁化方向によって情
報を記録することができ、記録情報を半永久的に保持す
る不揮発性メモリとすることができる。このため、例え
ば携帯端末やカードの情報記録素子等の各種の記録素子
としての利用が期待されている。特に、巨大磁気抵抗効
果（ＧＭＲ）を用いた磁気メモリ素子は、ＧＭＲの高出
力特性を利用することができ、高速読み出しが可能であ
るため期待されている。

【０００３】このようなＧＭＲを用いた磁気メモリ素子
は、例えば、特開平６−２４３６７３号公報、特開平６
−２９５４１９号公報などに開示されている。また、具
体的なセル構造としては、例えば特開平９−９１９５１
号公報に、書き込み線及び読み出し線などを配置した集
積素子構造が開示されている。この集積素子構造におい
ては、各メモリセルをマトリックス状に配列し、横方向
には読み出し線で直列に接続すると共に、縦方向には絶
縁材料を隔てて電気的な絶縁を確保し、各セルの上に共
通の書き込み線を配置している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メモリ
セルの集積度が高まるにつれて、情報を書き込む際に書
き込み線から発生する磁界が他の隣接セルに漏洩し、誤
動作等が発生するという問題が生じる。また、メモリ素
子の動作速度を高める観点から、メモリ素子への情報の
書き込みをできるだけ効率的に行うことが望まれてい
る。

【０００５】本発明の目的は、メモリ素子への情報の書
き込みを効率的に行うことができ、かつ書き込みの際の
隣接セルへの影響を低減することができ、高集積化を図
ることができる磁気メモリ素子及びそれを用いた磁気メ
モリアレイを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気メモリ素子
は、基板と、該基板の上方に設けられる磁気抵抗効果膜
とを備え、該磁気抵抗効果膜は、非磁性層によって分離
された第１及び第２の磁性層を含み、該第１の磁性層に
磁界を印加して該第１の磁性層の磁化方向を設定するこ
とにより情報を書き込み記録する磁気メモリ素子であっ
て、印加磁界の磁束を第１の磁性層に集中させるための
強磁性体からなる磁束制御層が設けられていることを特
徴としている。

【０００７】本発明の磁気メモリ素子における磁気抵抗
効果膜は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す磁気抵抗
効果膜であることが好ましく、このような磁気抵抗効果
膜としては、保磁力差型、スピンバルブ型、人工格子型
の各種磁気抵抗効果膜を挙げることができる。

【０００８】保磁力差型の磁気抵抗効果膜は、保磁力の
異なる磁性層の間に非磁性層を介在させた積層構造を有
するものであり、例えば、磁性層ＮｉＦｅＣｏ／非磁性
層Ｃｕ／磁性層ＣｏＰｔや、磁性層ＮｉＦｅ／非磁性層
Ｃｕ／磁性層Ｃｏなどの積層構造が挙げられる。これら
の積層構造において、保磁力の大きなハード層であるＣ
ｏＰｔ層及びＣｏ層が情報記録層として用いられる。情
報記録層における磁化方向が、平行方向であるか反平行
方向であるかにより、“１”または“０”が記録され
る。

【０００９】スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜は、非磁
性層によって分離された２つの磁性層のうちの一方の磁
性層に反強磁性層を積層し、反強磁性層と交換結合させ
た積層構造を有する。このような磁気メモリ素子におい
ては、一方の磁性層が反強磁性層との交換結合によりピ
ン留めされており、他方の磁性層（フリー層）の磁化方
向を設定することにより情報が書き込まれる。すなわ
ち、情報が“０”であるか“１”であるかに応じて、フ
リー層の磁化方向が平行または反平行となるように設定
される。スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜としては、例
えば、磁性層ＮｉＦｅ／非磁性層Ｃｕ／磁性層ＮｉＦｅ
／反強磁性層ＦｅＭｎを積層した積層構造が挙げられ
る。このような積層構造の磁気抵抗効果膜においては、
反強磁性層ＦｅＭｎ層と接触していない磁性層ＮｉＦｅ
が情報記録層として用いられる。また、スピンバルブ型
の磁気抵抗効果膜においては、非磁性層に絶縁材料を用
いたトンネル型の磁気抵抗効果膜が知られており、この
ような磁気抵抗効果膜も本発明において用いることがで
きる。このような磁気抵抗効果膜としては、磁性層Ｎｉ
Ｆｅ／非磁性層Ａｌ−Ａｌ₂Ｏ₃／磁性層ＮｉＦｅ／反
強磁性層ＦｅＭｎなどが挙げられる。

【００１０】人工格子型の磁気抵抗効果膜は、磁性層と
非磁性層とが交互に積層され、非磁性層を介して磁性層
が反強磁性的に結合した磁気抵抗効果膜であり、例え
ば、Ｃｏ／Ｃｕの積層構造が挙げられる。これらの磁気
抵抗効果膜は、外部磁界が印加されることにより、各層
の磁化が平行に整列し、反平行の場合に比べて電気抵抗
が大きく減少する。

【００１１】本発明の磁気メモリ素子においては、第１
の磁性層に磁界を印加して第１の磁性層の磁化方向を所
定の方向に設定し、これによって情報を書き込む。この
ような書き込みの際印加する磁界を発生するための手段
として、磁気メモリ素子においては、一般に、書き込み
電流（ワード電流）を流すためワード電流線が設けられ
る。ワード電流線は、好ましくは、第１の磁性層の近傍
を通り第１の磁性層の膜面方向に沿いかつ磁化方向に対
しほぼ垂直に延びるように設けられる。一般に第１の磁
性層及び第２の磁性層は、長方形の形状に形成されて形
状異方性が付与されており、長方形の長手方向が磁化容
易軸となるように設定されている。従って、情報を書き
込む際に磁化される方向は、この磁化容易軸に沿う平行
または反平行となるように設定される。ワード電流線
を、この磁化方向に対しほぼ垂直に延びるように設ける
ことにより、第１の磁性層に対し平行または反平行の磁
化方向となるように磁界を印加することができる。ま
た、ワード電流線は第１の磁性層の近傍を通るように設
けることが好ましく、一般には絶縁膜を介して第１の磁
性層の近傍を通るように設ける。

【００１２】本発明において、磁束制御層は、印加磁界
の磁束を第１の磁性層に集中するため設けられる。従っ
て、磁束制御層が設けられる位置は、第１の磁性層に印
加磁界の磁束を集中させることができる位置である。こ
のような磁束制御層の位置としては、ワード電流線を対
称中心として第１の磁性層に対し実質的に対称な位置が
挙げられる。第１の磁性層が第２の磁性層の上方に位置
し、ワード電流線が第１の磁性層の上方に設けられてい
る場合には、ワード電流線の上方に磁束制御層を設ける
ことにより、ワード電流線から発生する磁界を第１の磁
性層に集中することができる。また、第１の磁性層が第
２の磁性層の下方に位置し、ワード電流線が第１の磁性
層の下方に設けられてる場合には、ワード電流線の下方
に磁束制御層を設けることにより、ワード電流線から発
生する磁界を第１の磁性層に集中することができる。

【００１３】また、磁束制御層を、ワード電流線の側方
に設けることにより第１の磁性層に磁束を集中させるこ
とができる。この場合、隣接するメモリ素子との間に設
けることにより、隣接するメモリ素子への書き込みの際
の印加磁界の影響を低減することができる。

【００１４】また、磁束制御層を、第１の磁性層の側方
に設けてもよい。磁束制御層を、第１の磁性層の側方に
設けることにより、第１の磁性層に印加磁界の磁束を集
中させることができ、また隣接するメモリセルへの印加
磁界の影響を低減することができる。

【００１５】また、本発明に従う最も好ましい実施形態
の１つにおいては、磁束制御層が、ワード電流線のまわ
りを囲み、磁束制御層の両端部が第１の磁性層の側方に
達するように設ける。このような磁束制御層を設けるこ
とにより、ワード電流線から発生する磁界の磁束を第１
の磁性層にさらに集中することができ、低電流で効率的
な書き込みを行うことができる。また、隣接するメモリ
セルへの印加磁界の影響を低減することができる。

【００１６】本発明において、磁束制御層が第１の磁性
層の側方に設けられる場合、第１の磁性層の側方に設け
られる磁束制御層の部分は、第１の磁性層と同じ強磁性
体から形成することが好ましい。このように第１の磁性
層と同じ強磁性体から磁束制御層を形成する場合、第１
の磁性層を形成する工程において積層した強磁性体膜
を、磁束制御層として用いることができる。従って、製
造工程を簡略化することができ、効率的に磁気メモリ素
子を製造することができる。

【００１７】本発明において形成する磁束制御層は、強
磁性体から形成される。具体的には、Ｃｏ、Ｆｅ、及び
Ｎｉまたはこれらを含む合金などから形成することがで
きる。しかしながら、好ましくは磁束制御層を形成する
強磁性体は、メモリ層である第１の磁性層と同じもしく
はそれより大きな透磁率を有する強磁性体から形成され
る。さらに好ましくは、磁束制御層は、第１の磁性層と
同じ強磁性体から形成される。

【００１８】本発明の磁気メモリアレイは、上記本発明
の磁気メモリ素子をマトリックス状に配列し、横方向に
は各磁気メモリ素子の磁気抵抗効果膜が電気的に直列に
接続されるように配列されており、縦方向には各磁気メ
モリ素子に対して共通のワード電流線が配置されるよう
に配列されている。

【００１９】上記の磁気メモリアレイにおいて、情報を
書き込む際または情報を読み出しする際磁気メモリ素子
を選択するため、横方向に配列された磁気メモリセルに
対して共通となる第２のワード電流線を配置してもよ
い。このように第２のワード電流線を配置し、縦方向に
延びるワード電流線と横方向に延びる第２のワード電流
線の交差する磁気メモリを選択して情報の書き込み及び
読み出しを行うことができる。具体的には、ワード電流
線に相対的に大きな電流を流し磁化容易軸方向の磁界を
発生させ、第２のワード電流線に相対的に小さな電流を
流し磁化困難軸方向に磁界を発生させ、選択した磁気メ
モリ素子において、これらの合成磁界により情報記録層
である第１の磁性層の磁化方向を設定する。

【００２０】第２のワード電流線を設ける代わりに、磁
気抵抗効果膜の抵抗の変化を読み取るために流すセンス
電流を用いて、磁化困難軸方向に磁界を発生させ、ワー
ド電流線からの磁界との合成磁界を用いて、選択した磁
気メモリ素子の情報記録層の磁化方向を設定してもよ
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う磁気メモリ
素子の一実施例を示す断面図である。図１を参照して、
ＧＭＲ膜４は、第１の磁性層１と第２の磁性層３の間に
非磁性層２を設けることにより構成されている。ＧＭＲ
膜４は、例えば保磁力差型のＧＭＲ膜であり、相対的に
保磁力の大きな第１の磁性層１と相対的に保磁力の小さ
な第２の磁性層３を有しており、第１の磁性層１の磁化
方向を制御することにより、情報が書き込まれ記録され
る。

【００２２】このように情報記録層として機能する第１
の磁性層１の上方に、ワード電流線５が設けられてい
る。ワード電流線５は、紙面に対し垂直方向に延びるよ
うに設けられている。第１の磁性層１及び第２の磁性層
３の磁化容易軸方向は、紙面に平行な方向であり、ワー
ド電流線５にワード電流が流れることにより、第１の磁
性層１の磁化方向を、その磁化容易軸方向に沿う平行ま
たは反平行の状態に設定することができる。

【００２３】本実施例においては、ワード電流線５の上
方に磁束制御層６が設けられている。磁束制御層６は、
強磁性体から形成されており、好ましくは第１の磁性層
１と同じ強磁性体から形成されている。磁束制御層６
は、ワード電流線５と第１の磁性層１の間の距離とほぼ
同程度の距離離れるようにワード電流線５の上方に設け
られている。従って、磁束制御層６は、ワード電流線５
を対称中心として、第１の磁性層１に対し実質的に対称
な位置となるように設けられている。磁束制御層６をこ
のような位置に設けることにより、ワード電流線５から
発生した磁界の磁束を、より第１の磁性層１に集中させ
ることができる。

【００２４】図２は、本発明に従う磁気メモリ素子の他
の実施例を示す断面図である。図２に示す実施例におい
ては、図１に示す実施例と同様にワード電流線５の上方
に磁束制御層６が設けられており、さらにワード電流線
５の両側の側方に磁束制御層７及び磁束制御層８が設け
られている。磁束制御層７及び８も、磁束制御層６と同
様に、強磁性体から形成されており、好ましくは第１の
磁性層１と同じ強磁性体から形成されている。本実施例
においては、ワード電流線５の上方の磁束制御層６に加
えて、さらにワード電流線５の側方に磁束制御層７及び
８を設けることにより、ワード電流線５から発生する磁
界の磁束をさらに第１の磁性層１に集中させることがで
きる。

【００２５】本実施例においては、ワード電流線５の両
側の側方に磁束制御層７及び８が設けられているので、
隣接する磁気メモリ素子に対してこれらの磁束制御層を
磁気シールド層として機能させることができる。従っ
て、隣接する磁気メモリ素子への磁界の漏洩を低減する
ことができる。また、磁気メモリ素子を三次元方向に積
層して集積化する場合、ワード電流線５の上方に設けら
れている磁束制御層６も同様に磁気シールド層として用
いることができ、上方に積層される磁気メモリ素子への
磁界の漏洩を低減することができる。

【００２６】図３は、本発明に従う磁気メモリ素子のさ
らに他の実施例を示す断面図である。図３に示す実施例
においては、ワード電流線５のまわりを囲むように磁束
制御層９が設けられている。磁束制御層９の両端部９ａ
及び９ｂは、第１の磁性層１の側方に達するように設け
られている。磁束制御層９も、強磁性体から形成されて
おり、好ましくは第１の磁性層１と同じ強磁性体から形
成されている。本実施例のように、ワード電流線５のま
わりを囲むように磁束制御層９を設けることにより、さ
らに磁界の磁束を第１の磁性層１に集中させることがで
きる。

【００２７】また、ワード電流線５の両側の側方に強磁
性体からなる磁束制御層９が設けられているので、隣接
する磁気メモリ素子に対して磁気シールド層として機能
させることができる。従って、隣接する磁気メモリ素子
に対する磁界の漏洩を低減することができる。また、上
方にも磁束制御層９が設けられているので、磁気メモリ
素子を三次元方向に積層して集積化する場合において
も、上方の隣接セルに対し磁気シールド層として機能さ
せることができ、磁界の漏洩を低減することができる。

【００２８】図４は、本発明に従う磁気メモリ素子のさ
らに他の実施例を示す断面図である。図４に示す実施例
においては、ワード電流線５の上方及び両側の側方に、
磁束制御層１０が設けられている。この磁束制御層１０
も、強磁性体から形成され、好ましくは第１の磁性層１
と同じ強磁性体から形成される。磁束制御層１０の両端
部１０ａ及び１０ｂの下方には、さらに磁束制御層１１
が設けられている。この磁束制御層１１は、ＧＭＲ膜４
の第１の磁性層１と同一の磁性膜から形成されたもので
あり、磁気メモリ素子の薄膜形成工程において、絶縁膜
を介在させることにより第１の磁性層１から分離された
磁性膜である。従って、第１の磁性層１と同じ構造を有
しており、同じ強磁性体から形成されている。磁束制御
層１１の下方には、同様に薄膜形成工程において絶縁体
を介在させることにより分離された非磁性層１２及び磁
性層１３が設けられている。非磁性層１２は非磁性層２
と同一の薄膜構造を有しており、磁性層１３は第２の磁
性層３と同一の薄膜構造を有している。

【００２９】本実施例においては、磁束制御層１０及び
磁束制御層１１から、第１の磁性層１に磁束を集中させ
るための磁束制御層が構成されている。本実施例のよう
に、第１の磁性層１の両側の側方に設けられる磁束制御
層１１を、第１の磁性層１と同じ薄膜から形成すること
により、磁気メモリ素子の製造プロセスをより簡単にす
ることができる。本実施例においても、磁束制御層１０
及び１１を、隣接セルへの磁界の漏洩を低減するための
磁気シールド層として機能させることができる。

【００３０】図５は、本発明に従う磁気メモリ素子のさ
らに他の実施例を示す断面図である。図５に示す実施例
においては、ワード電流線５の上方に磁束制御層６が設
けられると共に、第１の磁性層１の両側の側方に磁束制
御層１１が設けられている。この磁束制御層１１は、図
４に示す磁束制御層１１と同様に、第１の磁性層１との
間に絶縁膜を介在させることにより形成される磁性層で
ある。

【００３１】図６は、磁束制御層が設けられていない場
合の磁束の状態を示す模式図である。図６に示すよう
に、ワード電流線５から発生する磁界の磁束２０は、第
１の磁性層１中を通ることにより、第１の磁性層１の磁
化方向を設定する。ワード電流線５中を流れる電流の方
向により、第１の磁性層１の磁化容易軸に沿う平行また
は反平行の方向に磁化方向が設定される。図６に示すよ
うに、このような磁束２０は、隣接するセルのＧＭＲ膜
の情報記録層である第１の磁性層にも影響を与えるおそ
れがある。

【００３２】図７は、本発明に従い磁束制御層を設けた
場合の磁束の状態を示す模式図である。図７に示す実施
例では、図３に示す実施例と同様に、ワード電流線５の
まわりを囲み、その両端部が第１の磁性層１に到達する
磁束制御層９が設けられている。

【００３３】図７に示すように、ワード電流線５から発
生した磁界の磁束２０は、磁束制御層９中を集中的に通
る。従って、第１の磁性層１中を集中的に通るように制
御され、第１の磁性層１に対しより大きな磁界強度を与
えることができる。従って、より低い電流でも効率的に
第１の磁性層１の磁化方向を制御することができる。従
って、より低い電流で第１の磁性層１への情報の書き込
みを行うことができる。また、磁束２０を磁束制御層９
中に集中させることができるので、隣接セルへの磁界の
漏洩を低減させることができる。

【００３４】図８〜図１０は、ＧＭＲ膜を用いた磁気メ
モリ素子における情報の書き込み及び読み出しを説明す
るための模式的断面図である。図８に示す磁気メモリ素
子において、ＧＭＲ膜は、非磁性層２によって分離され
た第１の磁性層１及び第２の磁性層３を有しており、こ
のＧＭＲ膜は、保磁力差型のＧＭＲ膜である。第１の磁
性層１の上には絶縁膜２４を介してワード電流線５が設
けられている。ＧＭＲ膜は基板２１の上に設けられてお
り、ＧＭＲ膜の両側には、ＧＭＲ膜にセンス電流を流す
ための電極２２及び２３が設けられている。

【００３５】図９（ａ）は、第１の磁性層（情報記録
層）１に、情報“０”または“１”の一方を記録する際
の動作原理を説明するための模式的断面図である。ワー
ド電流線５を流れる電流により、矢印Ａで示す方向の磁
界が発生し、この磁界により第１の磁性層１の磁化方向
が矢印で示す方向に設定される。これにより所定の情報
が第１の磁性層１に書き込まれる。

【００３６】図９（ｂ）及び（ｃ）は、以上のようにし
て書き込まれた情報を読み出す動作原理を示す模式的断
面図である。情報を読み出すには、まずワード電流線５
に書き込みの際よりも弱い電流を流し、書き込みの際よ
りも弱い磁界を矢印Ａ方向に発生させる。なお、この時
の磁界強度は、保磁力の小さな第２の磁性層３の磁化方
向のみが設定され、保磁力の大きな第１の磁性層１の磁
化方向は保持されたままとなるような磁界強度である。
このようにして発生した磁界は、矢印Ａ方向の磁界であ
るので、第２の磁性層３の磁化方向が図９（ｂ）に示す
矢印方向に設定される。この結果、第１の磁性層１の磁
化方向と第２の磁性層３の磁化方向が平行になるように
設定される。

【００３７】次に、図９（ｃ）に示すように、ワード電
流線５を流れる電流の方向を逆方向とし、図９（ｃ）に
示す矢印Ｂ方向の磁界を発生させる。なお、この時の磁
界強度も、図９（ｂ）の時と同様に、第２の磁性層３の
磁化方向のみを設定することができる弱い磁界とする。
これにより、第２の磁性層３の磁化方向のみが反転し、
第１の磁性層１の磁化方向と、第２の磁性層３の磁化方
向とが反平行の状態となる。

【００３８】図９（ｂ）に示す状態においては、第１の
磁性層１の磁化方向と第２の磁性層３の磁化方向は平行
方向であるので、ＧＭＲ膜の抵抗値は低くなっている。
これに対し、図９（ｃ）に示す状態においては、第１の
磁性層１の磁化方向と第２の磁性層３の磁化方向は反平
行状態であるので、ＧＭＲ膜の抵抗値は高くなってい
る。従って、ＧＭＲ膜を流れるセンス電流の抵抗値は、
高くなるように変化する。従って、このような抵抗値の
変化を検出することにより情報を読み出すことができ
る。

【００３９】図１０（ａ）は、情報“０”または“１”
の他方を記録する際の動作原理を示している。図１０
（ａ）に示すように、図９（ａ）と逆方向の電流をワー
ド電流線５に流し、矢印Ｂ方向の磁界を発生させ、これ
によって第１の磁性層１の磁化方向を矢印で示す方向に
設定する。この第１の磁性層１の磁化方向は、図９
（ａ）と逆の方向となっている。なお、この際、保磁力
の小さな第２の磁性層３の磁化方向も同一の方向に設定
される。

【００４０】図１０（ｂ）及び（ｃ）は、以上のように
して書き込まれた情報を読み出す際の動作原理を示して
おり、図９（ｂ）及び（ｃ）と同様の動作がなされる。
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、ワード電流線５
に矢印Ａ方向の磁界が発生するように電流を流し、これ
によって第２の磁性層３の磁化方向を矢印で示す方向に
設定する。この状態において、第１の磁性層１の磁化方
向と第２の磁性層３の磁化方向は反平行の状態となって
いる。

【００４１】次に、図１０（ｃ）に示すように、ワード
電流線５に流れる電流を逆方向にし、矢印Ｂ方向の磁界
を発生させ、この磁界により第２の磁性層３の磁化方向
のみを反転させる。これにより第１の磁性層１の磁化方
向と第２の磁性層３の磁化方向が平行な状態となる。

【００４２】図１０（ｂ）に示す状態から、図１０
（ｃ）に示す状態とすることにより、ＧＭＲ膜の抵抗値
が低くなるように変化する。従って、ＧＭＲ膜の抵抗変
化を検出することにより、第１の磁性層１に書き込まれ
た情報を読み出すことができる。

【００４３】図９及び図１０を参照して説明したよう
に、第２の磁性層３の磁化方向を反転させ、抵抗値が大
きくなるかまたは小さくなるかを検出することにより、
第１の磁性層１に記録された情報を読み出すことができ
る。また、読み出しの際、第１の磁性層１の磁化方向は
そのまま保持された状態であるので、非破壊の読み出し
が可能となる。

【００４４】また、上記のような磁気メモリ素子をマト
リックス状に配置したメモリアレイにおいては、選択し
た磁気メモリ素子に情報を書き込み読み出す必要があ
る。このような場合において、ワード電流線による磁界
と、これと垂直方向の磁界の合成磁界を用いて、磁気メ
モリ素子に対する書き込み及び読み出しを行う。具体的
には、ワード電流線からの縦磁界とセンス電流線による
横磁界を合成した磁界を用いる方法や、ワード電流線と
直交する方向に第２のワード電流線を設け、ワード電流
線からの縦磁界と第２のワード電流線からの横磁界を合
成した磁界を用いる方法などが挙げられる。

【００４５】なお、上記の書き込み及び読み出しの動作
は、保磁力差型のＧＭＲ膜を用いた磁気メモリ素子の書
き込み及び読み出しの動作の一例であり、本発明はこの
ような書き込み及び読み出しの方法に限定されるもので
はなく、その他の動作方法で書き込み及び読み出しを行
ってもよい。また、スピンバルブ型などの他のＧＭＲ膜
を用いた磁気メモリ素子においては、他の方法で書き込
み及び読み出しを行うことができる。

【００４６】図１１は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第１の実施例を示す断面図である。基板３１の上には、
非磁性層２によって分離された第１の磁性層１及び第２
の磁性層３からなるＧＭＲ膜４が設けられている。この
ＧＭＲ膜４は、絶縁層３６によって、隣接する第１の磁
性層３４、磁性層３３、第２の磁性層３２から分離され
ている。これらの上には、絶縁層３７及び３８が設けら
れており、ＧＭＲ膜４の上方には、これらの絶縁層３７
及び３８によって分離されたワード電流線５が設けられ
ている。絶縁膜３８の上には磁束制御層３９が設けられ
ている。

【００４７】図１２及び図１３は、図１１に示す磁気メ
モリ素子の製造工程を示す断面図である。図１２（ａ）
を参照して、Ｓｉなどからなる基板３１の上に、ＮｉＦ
ｅなどからなる第２の磁性層３２、Ｃｕなどからなる非
磁性層３３、及びＣｏＰｔなどからなる第１の磁性層３
４をスパッタリング法などの薄膜形成方法により順次形
成する。

【００４８】図１２（ｂ）を参照して、第１の磁性層３
４の上に、所定のパターンでレジスト膜３５を設ける。
図１２（ｃ）を参照して、レジスト膜３５をマスクとし
て第１の磁性層３４、非磁性層３３、及び第２の磁性層
３２をエッチングし、ＧＭＲ膜に相当する領域を分離す
る。

【００４９】図１３（ｄ）を参照して、次に、Ａｌ₂Ｏ
₃などからなる絶縁層３６を堆積する。次に、レジスト
膜３５をリフトオフすることにより、図１３（ｅ）に示
すように、第１の強磁性層１、非磁性層２及び第２の磁
性層３と、第１の強磁性層３４、非磁性層３３及び第２
の磁性層３２の間に絶縁層３６を介在させた構造を得
る。

【００５０】図１３（ｆ）を参照して、次に、Ａｌ₂Ｏ
₃などからなる絶縁層３７を形成し、ＧＭＲ膜４の上方
にＣｕなどからなるワード電流線５を形成した後、絶縁
層３８をその上に形成する。次に、絶縁層３８の上にＣ
ｏＰｔまたはＮｉＦｅなどの強磁性体からなる磁束制御
層３９を形成し、図１１に示す構造の磁気メモリ素子と
する。

【００５１】図１４〜図１８は、本発明に従う磁気メモ
リ素子のその他の実施例を示す断面図である。なお、こ
れらの図面においては、隣接する磁気メモリ素子も併せ
て図示している。

【００５２】図１４は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第２の実施例を示す断面図である。Ｓｉなどからなる基
板４１の上には、Ｃｕなどからなる第２のワード電流線
４２が設けられている。第２のワード電流線４２の上に
は、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる絶縁層４３が設けられてお
り、絶縁層４３の上には、センス電流を流すための電極
４４及び４５が設けられている。電極４４と電極４５の
間には絶縁層４６が設けられている。絶縁層４６の上に
は、ＮｉＦｅなどからなる第２の磁性層（ソフト層）
３、Ｃｕなどからなる非磁性層２、及びＣｏＰｔなどか
らなる第１の磁性層（ハード層）１が積層されており、
ＧＭＲ膜が形成されている。ＧＭＲ膜と、隣接する磁気
メモリ素子のＧＭＲ膜との間には、Ａｌ₂Ｏ₃などから
なる磁性層４７が形成されている。

【００５３】第１の磁性層１の上には、Ａｌ₂Ｏ₃など
からなる絶縁層４８が形成されている。この絶縁層４８
のＧＭＲ膜の上方には、Ｃｕなどからなるワード電流線
５が形成されている。このワード電流線５及び絶縁層４
８の上には、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる絶縁層４９が形成
されている。絶縁層４９の上には、ＣｏＰｔまたはＮｉ
Ｆｅなどの強磁性体からなる磁束制御層５０が設けられ
ている。

【００５４】本実施例の磁気メモリ素子においては、ワ
ード電流線５と、ワード電流線５と直交する方向に延び
る第２のワード電流線４２が設けられている。本実施例
の磁気メモリ素子は、ワード電流線５により生じる縦磁
界と、第２のワード電流線４２から生じる横磁界とを合
成した磁界により、第１の磁性層１及び第２の磁性層３
の磁化方向を設定することができる。また、電極４４、
ＧＭＲ膜、及び電極４５を流れるセンス電流により、Ｇ
ＭＲ膜の抵抗値の変化を検出することができる。本実施
例においては、ワード電流線５の上方に磁束制御層５０
が設けられている。従って、図１に示す実施例と同様の
構造を有している。

【００５５】図１５は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第３の実施例を示す断面図である。本実施例において
は、ワード電流線５の両側の側方に、ＣｏＰｔまたはＮ
ｉＦｅなどの強磁性体からなる磁束制御層５１及び５３
が設けられている。また、ワード電流線５の上方には、
同様の強磁性体からなる磁束制御層５２が設けられてい
る。その他の構成については、図１４に示す実施例と同
様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略す
る。

【００５６】本実施例においては、ワード電流線５の上
方に磁束制御層５２が設けられており、ワード電流線５
の両側の側方に磁束制御層５１及び５３が設けられてい
る。従って、図２に示す実施例と同様の構造を有してい
る。

【００５７】図１６は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第４の実施例を示す断面図である。本実施例において
は、第１の磁性層１の両側の側方に絶縁膜４７を介して
磁束制御層５４及び５８が設けられており、ワード電流
線５の両側の側方に磁束制御層５５及び５７が設けられ
ており、さらにワード電流線５の上方に磁束制御層５６
が設けられている。これらの磁束制御層は、ＣｏＰｔま
たはＮｉＦｅなどの強磁性体から形成される。これらの
磁束制御層は、ワード電流線５の周囲を囲み、その両端
部が第１の磁性層１の側方に達するように設けられてい
る。従って、図３に示す磁気メモリ素子と同様の構造を
有している。

【００５８】図１７は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第５の実施例を示す断面図である。本実施例において
は、ＧＭＲ膜を構成する第１の磁性層１、非磁性層２、
及び第２の磁性層３の両側の側方に絶縁層４７を介し
て、第１の磁性層６１、非磁性層６０、及び第２の磁性
層５９が設けられている。本実施例において、絶縁層４
７を介して設けられる第１の磁性層６１は、磁束制御層
として機能する。従って、第１の磁性層１の両側の側方
に、絶縁層４７を介して磁束制御層６１が設けられてい
る。ワード電流線５の両側の側方には磁束制御層６２及
び６４が設けられている。また、ワード電流線５の上方
には磁束制御層６３が設けられている。従って、本実施
例は図４に示す実施例と同様の構造を有している。

【００５９】図１８は、本発明に従う磁気メモリ素子の
第６の実施例を示す断面図である。本実施例において
は、図１７に示す実施例と同様に、第１の磁性層１、非
磁性層２、及び第２の磁性層３の両側の側方に、第１の
磁性層６１、非磁性層６０、及び第２の磁性層５９が絶
縁層４７を介して設けられている。第１の磁性層６１
は、本実施例において磁束制御層として機能する。従っ
て、第１の磁性層１の両側の側方には、絶縁層４７を介
して磁束制御層６１が設けられている。また、ワード電
流線５の上方には磁束制御層６６が設けられている。従
って、本実施例は、図５に示す実施例と同様の構造を有
している。

【００６０】図１９〜図２９は、図１７に示す実施例を
製造する工程を示す断面図である。図１９を参照して、
基板４１の上に、第２のワード電流線４２を形成し、さ
らにその上に絶縁層４３を形成する。絶縁層４３の上に
は、電極４４及び４５並びに絶縁層４６を形成する。

【００６１】次に、図２０を参照して、電極４４及び電
極４５並びに絶縁層４６の上に、第２の磁性層３、非磁
性層２、第１の磁性層１を順次形成する。次に、図２１
に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜
７０を所定のパターンとなるように第１の磁性層１の上
に形成する。

【００６２】次に、図２２を参照して、レジスト膜７０
をマスクとして、第１の磁性層１、非磁性層２及び第２
の磁性層３をエッチングする。次に、図２３を参照し
て、絶縁層４７を堆積し、エッチングにより形成された
隙間に絶縁層４７を埋め込む。次に、レジスト膜７０を
リフトオフすることにより、図２４に示す状態とする。
次に、図２５を参照して、レジスト膜７１をフォトリソ
グラフィ法により所定のパターンで形成する。

【００６３】次に、磁束制御層となる強磁性層を堆積
し、磁束制御層６２及び磁束制御層６４を形成する。次
に、レジスト膜７１をリフトオフすることにより、図２
７に示す状態とし、図２８に示すように、磁束制御層６
２と磁束制御層６４の間に絶縁層４８を形成し、ＧＭＲ
膜の上方にワード電流線５を形成した後、その上に絶縁
層４９を形成する。次に、図２９に示すように、絶縁層
４９及び磁束制御層６２及び６４の上に、強磁性体から
なる磁束制御層６３を形成する。

【００６４】図３０は、以上のようにして得られた磁気
メモリ素子の第１の磁性層１の上面に沿う横断面を示す
断面図である。図３０においては、４つのメモリ素子を
示している。図３０に示すように、各メモリ素子におけ
る第１の磁性層１の横方向の両側には、絶縁層４７を介
して磁束制御層６１が設けられている。また、縦方向に
は、第１の磁性層１の間、すなわちＧＭＲ膜の間に絶縁
層４７が介在するように設けられている。

【００６５】図３１は、ワード電流線５の配置状態を示
す図である。図３１に示すように、ワード電流線５は、
マトリックス状配列の縦方向に延びるように設けられて
おり、各メモリセルにおける第１の磁性層１、すなわち
ＧＭＲ膜に対し共通のワード電流線となるように設けら
れている。

【００６６】図３２及び図３３は、図１８に示す実施例
の製造工程を示す断面図である。図１９〜図２４に示す
製造工程の後、図３２に示すように、絶縁層４８を形成
した後、第１の磁性層１の上方にワード電流線５を形成
し、その上に絶縁層４９を形成する。次に、図３３に示
すように、絶縁層４９の上に、強磁性体からなる磁束制
御層６６を形成する。

【００６７】以上のようにして、図１８に示す磁気メモ
リ素子を製造することができる。上記の実施例において
は、情報記録層となる第１の磁性層が第２の磁性層の上
方に位置する磁気メモリ素子について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、第１の磁性層１が
第３の磁性層３の下方に位置するＧＭＲ膜を用いた磁気
メモリ素子にも適用することができるものである。この
場合、例えば、ワード電流線は、絶縁膜を介して第１の
磁性層の下方に配置することができる。

【００６８】また、上記の各実施例においては、ＧＭＲ
膜として、保磁力差型のＧＭＲ膜を用いた例を説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、スピンバ
ルブ型などのその他のＧＭＲ膜を用いた磁気メモリ素子
にも適用することができるものである。スピンバルブ型
のＧＭＲ膜を用いた磁気メモリ素子においては、フリー
層を情報記録層として用いる場合、フリー層の近傍にワ
ード電流線を配置し、フリー層に磁界が集中するように
磁束制御層を設けることにより、本発明を適用すること
ができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、情報記録層である第１
の磁性層に磁束を集中することができ、メモリ素子への
情報の書き込みを効率的に行うことができる。また、書
き込みの際の隣接セルへの影響を低減することができ、
高集積化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う磁気メモリ素子の一実施例を示す
断面図。

【図２】本発明に従う磁気メモリ素子の他の実施例を示
す断面図。

【図３】本発明に従う磁気メモリ素子のさらに他の実施
例を示す断面図。

【図４】本発明に従う磁気メモリ素子のさらに他の実施
例を示す断面図。

【図５】本発明に従う磁気メモリ素子のさらに他の実施
例を示す断面図。

【図６】ワード電流線からの磁束の状態を示す模式的断
面図。

【図７】本発明に従う実施例における磁束の状態を示す
模式的断面図。

【図８】磁気メモリ素子への情報の書き込み及び情報の
読み出しを説明するための模式的断面図。

【図９】磁気メモリ素子への情報の書き込み及び情報の
読み出しを説明するための模式的断面図。

【図１０】磁気メモリ素子への情報の書き込み及び情報
の読み出しを説明するための模式的断面図。

【図１１】本発明に従う磁気メモリ素子の第１の実施例
を示す断面図。

【図１２】図１１に示す実施例の製造工程を示す断面
図。

【図１３】図１１に示す実施例の製造工程を示す断面
図。

【図１４】本発明に従う磁気メモリ素子の第２の実施例
を示す断面図。

【図１５】本発明に従う磁気メモリ素子の第３の実施例
を示す断面図。

【図１６】本発明に従う磁気メモリ素子の第４の実施例
を示す断面図。

【図１７】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
を示す断面図。

【図１８】本発明に従う磁気メモリ素子の第６の実施例
を示す断面図。

【図１９】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２０】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２１】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２２】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２３】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２４】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２５】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２６】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２７】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２８】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図２９】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図３０】本発明に従う磁気メモリ素子の第５の実施例
における第１の磁性層の上面に沿う横断面図。

【図３１】図３０においてワード電流線の配置状態を示
す断面図。

【図３２】本発明に従う磁気メモリ素子の第６の実施例
の製造工程を示す断面図。

【図３３】本発明に従う磁気メモリ素子の第６の実施例
の製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１…第１の磁性層２…非磁性層３…第２の磁性層４…磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜５…ワード電流線６，７，８，９，１０，１１…磁束制御層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板の上方に設けられる磁気
抵抗効果膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜が、非磁性層
によって分離された第１及び第２の磁性層を含み、前記
第１の磁性層に磁界を印加して前記第１の磁性層の磁化
方向を設定することにより情報を書き込み記録する磁気
メモリ素子であって、前記印加磁界の磁束を前記第１の磁性層に集中させるた
めの強磁性体からなる磁束制御層が設けられている磁気
メモリ素子。
【請求項２】前記第１の磁性層に印加する磁界を発生
するためのワード電流線が、前記第１の磁性層の近傍を
通り前記第１の磁性層の膜面方向に沿いかつ磁化方向に
対しほぼ垂直に延びるように設けられている請求項１に
記載の磁気メモリ素子。
【請求項３】前記磁束制御層が、前記ワード電流線を
対称中心として前記第１の磁性層に対し実質的に対称な
位置に設けられている請求項２に記載の磁気メモリ素
子。
【請求項４】前記第１の磁性層が前記第２の磁性層の
上方に位置し、前記ワード電流線が前記第１の磁性層の
上方に設けられており、前記ワード電流線の上方に前記
磁束制御層が設けられている請求項２または３に記載の
磁気メモリ素子。
【請求項５】前記磁束制御層が前記ワード電流線の側
方に設けられている請求項２〜４のいずれか１項に記載
の磁気メモリ素子。
【請求項６】前記磁束制御層が前記第１の磁性層の側
方に設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載
の磁気メモリ素子。
【請求項７】前記磁束制御層が、前記ワード電流線の
周りを囲み、前記磁束制御層の両端部が前記第１の磁性
層の側方に達するように設けられている請求項２〜４の
いずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
【請求項８】前記第１の磁性層の側方に設けられる前
記磁束制御層の部分が、前記第１の磁性層と同じ強磁性
体から形成されている請求項６または７に記載の磁気メ
モリ素子。
【請求項９】前記磁束制御層が前記第１の磁性層と同
じもしくはそれより大きな透磁率を有する強磁性体から
形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁
気メモリ素子。
【請求項１０】前記磁束制御層が前記第１の磁性層と
同じ強磁性体から形成されている請求項１〜７のいずれ
か１項に記載の磁気メモリ素子。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載
の磁気メモリ素子をマトリックス状に配列した磁気メモ
リアレイであって、横方向には各磁気メモリ素子の磁気抵抗効果膜が電気的
に直列に接続されるように配列されており、縦方向には
各磁気メモリ素子に対して共通のワード電流線が配置さ
れるように配列されている磁気メモリアレイ。