JP2003031773A - 磁気メモリ素子及びその記録方法、並びにその磁気メモリ素子を用いたメモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造プロセスを複雑にすることなく、書込み
線から発生する磁界を効果的に垂直磁気抵抗効果素子に
集中させる。 【解決手段】 膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ第１磁
性層２１及び第２磁性層２２で非磁性層２３を挟んだ構
造の磁気抵抗効果素子２の側面近傍に、絶縁膜を介して
書込み線３を配置する。更に、書込み線３の上部及び下
部に、絶縁膜を介して磁性膜からなる磁界集中層１を配
置する。これにより、書込み線３から発生する磁界は磁
界集中層１に集中してから磁気抵抗効果素子２に印加さ
れることになるため、より効果的に磁界を磁気抵抗効果
素子２に印加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗素子等の
磁気素子を用いた磁気メモリ素子及びその記録方法、並
びにその磁気メモリ素子を用いたメモリに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Acce
ss Memory）と呼ばれる磁気メモリが盛んに研究されて
いる。このＭＲＡＭは、情報の保存に磁性膜を用いてい
るため、電源を落としても情報が消えず不揮発であると
いう特徴がある。

【０００３】ＭＲＡＭのメモリセルには、少なくとも２
つの磁性層とその間の非磁性層から構成される磁気素子
が用いられている。その代表的なものとしてスピントン
ネル効果による磁気抵抗素子がある。この種の磁気抵抗
素子は、一般にＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）
素子と呼ばれており、抵抗変化率（ＭＲ比）が従来の磁
気抵抗素子と比較して大きく、また、抵抗値も数ｋΩか
ら数十ｋΩでＭＲＡＭのメモリセルとして最適な値に設
定することが可能であるため、ＭＲＡＭ用の磁気抵抗素
子として一般的に用いられている。

【０００４】ＴＭＲ素子の磁性膜としては、膜面内方向
に磁化される、いわゆる面内磁化膜が一般に用いられて
いる。しかしながら、この面内磁化膜は、微細化すると
反磁界によってスピンが膜端面でカーリングするため、
磁化を安定して保存することができないという問題があ
る。この問題を回避するためには、面内磁化膜の長さと
幅との比を３倍程度とする必要があるが、このように面
内磁化膜を構成するとＭＲＡＭの集積度が悪化してしま
う。また、ＴＭＲ素子の上部または下部に書込み線を設
ける必要があるため、製造プロセスが複雑になってしま
う。

【０００５】上述した面内磁化膜に係る種々の問題に鑑
み、本発明者は、特開平１１−２１３６５０号公報にお
いて、膜面垂直方向に磁化される、いわゆる垂直磁化膜
を用いたＴＭＲ素子を提案した。例えばこのような垂直
磁化ＴＭＲ素子に記録を行う場合には、種々の方法が考
えらえるが、その一つの例として、ＴＭＲ素子の側面に
配置された書込み線に電流を流し、その書込み線から発
生する膜面垂直方向の磁界をＴＭＲ素子に印加し、ＴＭ
Ｒ素子の垂直磁化膜のうち情報が記録される垂直磁化膜
の磁化方向を反転させることで記録を行う方法が考えら
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】垂直磁化ＴＭＲ素子の
側面に配置された書込み線に流す電流値は、少なくとも
書込み線がエレクトロマイグレーションによって断線し
ないような値以下に設定する必要がある。また、その範
囲内であっても、消費電力を考慮すると、できるだけ小
さな値に設定することが望ましい。

【０００７】ただし、書込み線に流す電流値が小さい場
合には、書込み線から発生する磁界も小さくなるため、
小さな磁界で磁性膜の磁化方向が反転可能となるように
磁性膜の保磁力を小さく設定する必要がある。しかしな
がら、磁性膜の保磁力を小さくすることは、磁性膜の磁
化方向を容易に反転可能とさせることになるため、情報
の保存性を悪化させる方向になる。

【０００８】垂直磁化ＴＭＲ素子を用いた磁気メモリ素
子では、磁気素子に対して膜面垂直方向の磁界を発生さ
せるために、書込み線を垂直磁化ＴＭＲ素子の側面近傍
に配置する必要があるが、このような構造で、書込み線
から発生する磁界を効果的にＴＭＲ素子に集中させ、か
つ、そのために製造プロセスが複雑にならないようにす
る技術が望まれている。

【０００９】本発明の目的は、製造プロセスを複雑にす
ることなく、書込み線から発生する磁界を効果的に垂直
磁化ＴＭＲ素子に集中させることができる磁気メモリ素
子及びその記録方法、並びにその磁気メモリ素子を用い
たメモリを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ第１磁性
層と、非磁性層と、膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ第
２磁性層とが積層された磁気素子を用いた磁気メモリ素
子において、前記磁気素子の側面近傍に書込み線が設け
られ、該書込み線の上部もしくは下部の少なくとも一方
に前記書込み線よりも透磁率の大きい層が設けられてい
ることを特徴とする。

【００１１】また、前記書込み線よりも透磁率の大きい
層が前記書込み線の上部及び下部の両方に設けられてい
ることを特徴とする。

【００１２】また、前記書込み線よりも透磁率の大きい
層は、前記磁気素子よりも上部及び下部に位置すること
を特徴とする。

【００１３】また、前記書込み線よりも透磁率の大きい
層は、膜面内方向に磁化容易軸を持つことを特徴とす
る。

【００１４】また、前記書込み線よりも透磁率の大きい
層はＮｉＦｅを主成分とすることを特徴とする。

【００１５】また、前記第１の磁性層及び第２の磁性層
がフェリ磁性膜からなることを特徴とする。

【００１６】また、前記フェリ磁性膜が、希土類元素と
遷移金属元素との合金からなることを特徴とする。

【００１７】また、前記書込み線よりも透磁率の大きい
層と前記書込み線との間に絶縁膜が設けられていること
を特徴とする。

【００１８】また、前記書込み線がアルミニウム合金か
らなることを特徴とする。

【００１９】また、前記書込み線が銅もしくは銅の合金
からなることを特徴とする。

【００２０】また、前記書込み線よりも透磁率の大きな
層は、前記書込み線と交差する方向の長さが前記書込み
線の長さよりも長く、前記磁気素子の近傍まで延びてい
ることを特徴とする。

【００２１】また、前記書込み線が前記磁気素子の両側
に設けられていることを特徴とする。

【００２２】また、前記磁気素子の両側に設けられた前
記２つの書込み線がその端部で互いに電気的に接続され
ていることを特徴とする。

【００２３】また、前記磁気メモリ素子の記録方法であ
って、前記書込み線に電流を流すことで膜面垂直方向の
磁界を前記磁気素子に印加し、前記書込み線に流れる電
流方向に応じて前記第１磁性層もしくは第２磁性層のい
ずれかの磁化方向を変化させて、情報を記録することを
特徴とする。

【００２４】また、前記磁気メモリ素子の記録方法であ
って、前記磁気素子の両側に設けられた前記２つの書込
み線に互いに逆向きの電流を流すことで膜面垂直方向の
磁界を前記磁気素子に印加し、前記書込み線に流す電流
方向に応じて前記第１磁性層もしくは第２磁性層のいず
れかの磁化方向を変化させて、情報を記録することを特
徴とする。

【００２５】また、前記磁気メモリ素子を用いたメモリ
であって、前記磁気メモリ素子を電界効果トランジスタ
と接続してメモリセルを形成し、該メモリセルをマトリ
ックス状に配置したことを特徴とする。

【００２６】また、前記磁気メモリ素子を用いたメモリ
であって、前記磁気素子の一端を電界効果トランジスタ
のドレイン電極に接続し、前記磁気素子の他端を前記書
込み線と交差するビット線に接続し、前記書込み線の下
部に設けられた前記磁性膜を前記磁気素子の下部に配置
し、前記書込み線の上部に設けられた前記磁性膜を前記
磁気素子の上部にかつ前記ビット線の下部に配置したこ
とを特徴とする。

【００２７】また、前記磁性膜は、前記ビット線に沿う
方向の長さと前記書込み線に沿う方向の幅との比が２以
上であることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００２９】（第１の実施の形態）図１は、本発明の磁
気メモリ素子の第１の実施の形態を示す断面図である。

【００３０】図１に示すように本実施形態は、磁気素子
として、膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ第１磁性層２
１と、非磁性層２３と、膜面垂直方向に磁化容易軸を持
つ第２磁性層２２とが積層されてなるスピントンネル型
のＴＭＲ素子２を用いている。なお、本発明における磁
気素子はＴＭＲ素子に限定されるものではなく、磁性層
が膜面垂直方向に磁化されるものであれば、例えばＧＭ
Ｒ（Giant Magneto Resistance）素子等の磁気抵抗素子
を用いても良い。

【００３１】第１磁性層２１と第２磁性層２２とは、保
磁力に差があり、例えば保磁力の大きい層が初期化され
た磁化方向を保つピン層、保磁力の小さい層が磁化の向
きによって情報を保存するメモリ層とする。もしくは、
保磁力の大きい層が上述のメモリ層、保磁力の小さい層
が再生時にメモリ層を磁化反転させて抵抗変化を誘発さ
せる検出層とする。前者は、読み出し時にＴＭＲ素子２
の抵抗の絶対値を検出する絶対検出方式に適用され、後
者は、差動検出方式に適用される。

【００３２】ＴＭＲ素子２の側面近傍には、不図示の絶
縁膜を介して紙面垂直方向に延びた書込み線３が配置さ
れている。

【００３３】書込み線３の上部及び下部には、不図示の
絶縁膜を介して書込み線よりも透磁率の大きな層が形成
されている。これは例えば磁性膜を設ければよい。この
ような層を設けることによって、書込み線３から発生す
る磁界を効果的にＴＭＲ素子２に印加することが可能と
なる。その概念図を図１０に示す一般的に、導線に流れ
る電流から発生する磁界は空間上に均一に発生するが、
導線近傍に導線よりも透磁率の高い層を設けると、磁性
層の透磁率は絶縁体や導体などの非磁性体と比較して高
いため、磁束が磁性層に集中し、局所的に高い磁界が発
生させることができ、磁気抵抗効果素子に磁界を集中さ
せることができる。

【００３４】したがって導線よりも透磁率の高い層を磁
界集中層とすると、磁界集中層１及び書込み線３の近傍
にＴＭＲ素子２を配置することにより、書込み線３から
発生する磁界を効果的にＴＭＲ素子２に印加することが
できる。この磁界によって、第１磁性層２１或いは第２
磁性層２２のいずれかであるメモリ層または検出層の磁
化方向が上向きもしくは下向きに磁化される。その磁化
方向は、書込み線３に流す電流の方向によって決定する
ことができる。

【００３５】磁界集中層１は、図１では書込み線３の上
部及び下部に設けられているが、書込み線３の上部もし
くは下部のいずれか一方にのみ設けた構成としても良
い。ただし、より効果的に磁界をＴＭＲ素子２に印加す
るためには、図１のように書込み線３の上部及び下部の
両方に磁界集中層１を設けることが好ましい。

【００３６】磁界集中層１は、透磁率が高く、保磁力が
低いＮｉＦｅなどの軟磁性膜であることが望ましい。ま
た、磁界集中層１は、書込み線３に流れる電流から発生
する磁界をＴＭＲ素子２の膜面垂直方向に印加し易くす
るために、書込み線３と交差する方向となる膜面内方向
に磁化容易軸を持つことが望ましい。ここで透磁率は、
大きければより磁界を集中させることができるため良い
が、あまり大きくなりすぎると、インダクタンスが大き
くなり書込み線にバイアスを印加した時の応答が悪くな
るため、透磁率の上限はその応答速度によって決めれば
よい。また保磁力が大きいと、やはり応答速度が低下す
るため小さい方が好ましい。

【００３７】第１磁性層２１及び第２磁性層２２は、フ
ェリ磁性膜であることが望ましい。フェリ磁性膜は、副
格子磁化が反平行に磁化するため、全体の磁化の大きさ
が小さい。従って、膜面垂直方向に磁化した際に発生す
る反磁界が小さく、容易に垂直磁化膜となりやすい。ま
た、フェリ磁性膜から発生する漏洩磁界は小さいため、
他の磁性膜に書込み線３からの発生磁界以外の余分な磁
界が印加されることが少なくなる。これにより、安定し
た記録再生動作を実現することが可能となる。

【００３８】フェリ磁性膜は、希土類元素と鉄族元素の
合金からなる磁性膜であることが望ましい。これは、希
土類元素と鉄族元素の合金からなる磁性膜は、アモルフ
ァスであるため、結晶粒界による誤動作の可能性が少な
くなり、また、室温で成膜して容易に垂直磁化膜となる
ためである。

【００３９】書込み線３は、磁性層である磁界集中層１
よりも電気伝導率が高いものが望ましい。具体的には、
アルミニウム合金や、銅もしくはその合金からなるもの
が良い。特に、銅もしくはその合金からなる書込み線
は、アルミニウム合金からなる書込み線と比較して限界
電流密度が１０倍程度であり、より大きな磁界を発生す
ることができるため、より望ましい。

【００４０】（第２の実施の形態）図２は、本発明の磁
気メモリ素子の第２の実施の形態を示す断面図である。

【００４１】図２に示すように本実施形態は、図１に示
した第１の実施形態と比較して、ＴＭＲ素子２の両側
に、紙面垂直方向に延びた２本の書込み線３ａ，３ｂが
配置されている点が異なる。２本の書込み線３ａ，３ｂ
のそれぞれの上部及び下部には、図１と同様に磁界集中
層１が設けられている。

【００４２】本実施形態では、２本の書込み線３ａ，３
ｂに互いに逆方向の電流を流すことにより、書込み線が
１本の場合と比較して、ＴＭＲ素子２に２倍の磁界を印
加することができる。また、２本の書込み線３ａ，３ｂ
を端部で電気的に接続することにより、電流値を２倍に
しなくとも２倍の発生磁界を得ることができる。

【００４３】更に、本実施形態では、２本の書込み線３
ａ，３ｂのそれぞれの上部及び下部に磁界集中層１が設
けられているため、２本の書込み線３ａ，３ｂから発生
する磁界を、より効果的にＴＭＲ素子２に印加すること
ができる。

【００４４】（第３の実施の形態）図３は、本発明の磁
気メモリ素子の第３の実施の形態を示す断面図である。

【００４５】図３に示すように本実施形態は、図２に示
した第２の実施形態と比較して、磁界集中層１における
書込み線３と交差する方向の長さが書込み線３の長さよ
りも長く、ＴＭＲ素子２の近傍まで延びている点が異な
る。

【００４６】本実施形態では、書込み線３から発生した
磁束は、一方の磁界集中層１を通った後、ＴＭＲ素子２
を通って他方の磁界集中層１を通る。

【００４７】従って、磁束が通る経路が制限されるとと
もに、その制限された中にＴＭＲ素子２が配置されるた
め、より効果的に磁束をＴＭＲ素子２に集中させること
ができ、より高い発生磁界をＴＭＲ素子２に与えること
ができる。

【００４８】ここで、本発明の磁気メモリ素子による効
果について図４及び図５を参照して説明する。

【００４９】図４は、磁気メモリ素子の構造を模式的に
示す図であり、（ａ）は図３に示した磁気メモリ素子の
構造を模式的に示す図、（ｂ）は図２に示した磁気メモ
リ素子の構造を模式的に示す図、（ｃ）はＴＭＲ素子の
両側に２本の書込み線が配置され、磁界集中層が設けら
れていない磁気メモリ素子の構造を模式的に示す図、
（ｄ）はＴＭＲ素子の片側に１本の書込み線が配置さ
れ、磁界集中層が設けられていない磁気メモリ素子の構
造を模式的に示す図である。

【００５０】図４において、書込み線３，３ａ，３ｂ
は、幅が０．１μｍ、膜厚が０．１μｍとし、１０ｍＡ
／ｃｍ²の電流密度の電流を流した。また、書込み線３
ａの右側面と書込み線３ｂの左側面との間隔は０．３μ
ｍ、磁界集中層１の膜厚は２０ｎｍ、磁界集中層１と書
込み線３との間隔は２０ｎｍとした。また、ＴＭＲ素子
２は、書込み線３ａ，３ｂからの距離が等しい位置（図
４（ｄ）の場合は、ＴＭＲ素子２の中心が書込み線３の
中心から０．２μｍとなる位置）に配置されている。

【００５１】図５は、図４（ａ）〜（ｄ）に示した各構
造の磁気メモリ素子において、書込み線から発生する磁
界の磁界分布を示す図である。

【００５２】図５において、横軸は、各構造の磁気メモ
リ素子において書込み線３ａ（図４（ｄ）の場合は書込
み線３）の右側面を０とし、その書込み線と直交する横
方向（紙面右方向）への距離を示したものである。縦軸
は、書込み線３，３ａ，３ｂの膜厚方向の中央部におけ
る膜面垂直方向の磁界強度を示したものである。

【００５３】図５より、ＴＭＲ素子２の両側に２本の書
込み線３ａ，３ｂを配置した場合（W2）は、１本の書込
み線３を配置した場合（W1）と比較して発生磁界が大き
くなるが、磁界集中層１を設けた場合（W2K1，W2K2）は
発生磁界が更に大きくなることが分かる。

【００５４】特に、磁界集中層１をＴＭＲ素子２の近傍
まで延ばした場合（W2K2）は、磁界集中層１が書込み線
３ａ，３ｂと同じ幅である場合（W2K1）と比較して、発
生磁界が約１．５倍となり、発生磁界を大きくする効果
が大きいことが分かる。

【００５５】以下に、本発明の磁気メモリ素子を用いた
磁気メモリの構造について説明する。ここでは、図３に
示した磁気メモリ素子を用いたＭＲＡＭのメモリセルの
構造について図６を参照して説明する。

【００５６】図６は、図３に示した磁気メモリ素子を用
いたＭＲＡＭのメモリセル一構造例を示す断面図であ
る。なお、このＭＲＡＭは、図６に示したメモリセルが
マトリックス状に配置された構成となっている。

【００５７】図６において、ＴＭＲ素子２はｐ型Ｓｉ基
板８上に形成されたＭＯＳＦＥＴのドレイン電極７に接
続され、さらに、書込み線３と交差する方向に延びてい
るビット線４に接続されている。ＴＭＲ素子２の側面に
は、紙面垂直方向に延びている２本の書込み線３ａ，３
ｂが配置され、さらに、２本の書込み線３ａ，３ｂのそ
れぞれの上部及び下部には磁界集中層１が設けられてい
る。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極７の他にゲート電極
６及びソース電極５を備えている。

【００５８】マトリックス状に配置された多数のメモリ
セルのうち特定のメモリセルから情報を読み出す場合に
は、その特定のメモリセル内のソース電極５をアースと
し、ビット線４の一端に高電位を印加し、ＭＯＳＦＥＴ
でメモリセルを選択すれば、ＴＭＲ素子２の抵抗値に応
じた電位がビット線４の他端に現れるため、特定のメモ
リセル内のＴＭＲ素子２に記録された情報を読み出すこ
とができる。

【００５９】書込み時には、磁束が効果的にＴＭＲ素子
２に集中して高い磁界が印加される。磁界集中層１は、
書込み線３ａ，３ｂと不図示の絶縁膜を介して配置され
ているため、書込み線３ａ，３ｂに電流を流しても、Ｔ
ＭＲ素子２及びビット線４に電流が流れることはない。
すなわち、磁界集中層１とドレイン電極７が電気的に接
触していても、動作上の問題は無いため、磁界集中層１
をＴＭＲ素子２の横方向の位置に近づけることが可能で
ある。

【００６０】また、マトリックス状に配置された多数の
メモリセルのうち特定のメモリセルを選択して書込みを
行う場合には、書込み線３ａ，３ｂに互いに逆方向の電
流を紙面垂直方向に流すと同時に、ビット線４に紙面水
平方向に電流を流す。すると、ＴＭＲ素子２には、膜面
垂直方向の磁界が印加されると同時に膜面内方向の磁界
が印加されることになる。ＴＭＲ素子２は、膜面内方向
の磁界を受けた場合に膜面垂直方向の反転磁界が低減さ
れるように設定できるので、特定のメモリセル内のＴＭ
Ｒ素子２のみの磁化方向を反転させることができる。

【００６１】なお、ＴＭＲ素子２の磁化方向を反転させ
る場合、ＴＭＲ素子２の上部の磁界集中層１は、ビット
線４の影響を受けて紙面垂直方向にやや傾くが、この紙
面垂直方向の磁化成分が大きくなると、ＴＭＲ素子２に
印加される磁界がやや減少する可能性がある。このた
め、ＴＭＲ素子２の上下の磁界集中層１、特にＴＭＲ素
子２の上部の磁界集中層１は、ビット線４に沿う方向
（磁化容易軸方向）に磁気異方性が大きくなるように設
定する。これは、磁界集中層１におけるビット線４に沿
う方向の長さと書込み線３に沿う方向の幅との比を２以
上、好ましくは３以上とすることで実現可能である。こ
のように磁界集中層１の長さと幅との比を設定すること
は、ＴＭＲ素子２の上部の磁界集中層１だけでなく、Ｔ
ＭＲ素子２の上下の磁界集中層１に適用するとさらに望
ましい。

【００６２】（第４の実施形態）図７は、本発明の磁気
メモリ素子の第４の実施の形態を示す断面図である。

【００６３】図７に示すように本実施形態は、図１に示
した第１の実施形態と比較して、磁界集中層１を書込み
線３の上部及び下部だけでなく、書込み線３の側面のう
ちＴＭＲ素子２とは反対側の側面に設けている点が異な
る。

【００６４】本実施形態では、書込み線３から発生する
磁界を磁界集中層１に集中させ易くなるため、より効果
的に磁界をＴＭＲ素子２に印加することができる。ただ
し、書込み線３の側面の片側に磁界集中層１を設けてい
るため、上述した第１〜第３の実施形態と比較して、製
造プロセスは若干複雑になる。なお、図７に示した構成
は、上述した第１〜第３の実施形態にも適用することが
できる。

【００６５】（比較例）図８に示す磁気メモリ素子は、
磁気素子として、膜面内方向に磁化容易軸を持つ第１磁
性層８４と、非磁性層８６と、膜面内方向に磁化容易軸
を持つ第２磁性層８５とが積層されてなる面内磁化ＴＭ
Ｒ素子であるＴＭＲ素子８２を用い、磁界集中層８１を
書込み線８３の近傍に設けている。

【００６６】面内磁化ＴＭＲ素子を用いた磁気メモリ素
子では、面内磁化ＴＭＲ素子の上部及び／または下部に
書込み線が設けられる。図８では、ＴＭＲ素子８２の下
部に書込み線８３が設けられている。

【００６７】このため、図８に示すように、磁界集中層
８１を書込み線８３の側面に設ける必要がある。例え
ば、図９に示すように、磁界集中層８１を書込み線８３
の下部のみに設けて、書込み線８３の側面に設けない場
合には、磁界集中層８１に集中する磁界を実質的にＴＭ
Ｒ素子８２に印加することができない。

【００６８】しかしながら、面内磁化ＴＭＲ素子を用い
た磁気メモリ素子では、より効果的に磁界を面内磁化Ｔ
ＭＲ素子に集中させるには、図８に示すように、磁界集
中層８１を書込み線８３の両側に設ける必要があるた
め、図７に示した磁気メモリ素子（磁界集中層１を書込
み線３の片側にのみ配置）と比較して製造プロセスが更
に複雑になってしまうという欠点がある。

【００６９】また、面内磁化ＴＭＲ素子を用いた磁気メ
モリ素子では、ＴＭＲ素子の上部及び／または下部に書
込み線を設けることからも、製造プロセスが複雑になっ
てしまう。これらの欠点は、膜面内方向に磁化される面
内磁化膜を用いる限り、回避不可能な問題である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
書込み線の上部及び／または下部に磁性膜からなる磁界
集中層を設けた構成としたため、書込み線から発生する
磁界を磁界集中層に集中させてから磁気素子に印加する
ことになる。

【００７１】これにより、より効果的に磁界を磁気素子
に印加することができ、小さな電流値で磁気メモリ素子
を駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気メモリ素子の第１の実施の形態を
示す断面図である。

【図２】本発明の磁気メモリ素子の第２の実施の形態を
示す断面図である。

【図３】本発明の磁気メモリ素子の第３の実施の形態を
示す断面図である。

【図４】磁気メモリ素子の構造を模式的に示す図であ
り、（ａ）は図３に示した磁気メモリ素子の構造を模式
的に示す図、（ｂ）は図２に示した磁気メモリ素子の構
造を模式的に示す図、（ｃ）はＴＭＲ素子の両側に２本
の書込み線が配置され、磁界集中層が設けられていない
磁気メモリ素子の構造を模式的に示す図、（ｄ）はＴＭ
Ｒ素子の片側に１本の書込み線が配置され、磁界集中層
が設けられていない磁気メモリ素子の構造を模式的に示
す図である。

【図５】図４（ａ）〜（ｄ）に示した各構造の磁気メモ
リ素子において、書込み線から発生する磁界の磁界分布
を示す図である。

【図６】図３に示した磁気メモリ素子を用いたＭＲＡＭ
のメモリセルの一構造例を示す断面図である。

【図７】本発明の磁気メモリ素子の第４の実施の形態を
示す断面図である。

【図８】磁気メモリ素子の一比較例を示す断面図であ
る。

【図９】磁気メモリ素子の他の比較例を示す断面図であ
る。

【図１０】書込み線から発生する磁束の分布を表した模
式図である。

【符号の説明】

１ 磁界集中層 ２ ＴＭＲ素子 ２１ 第１磁性層 ２２ 第２磁性層 ２３ 非磁性層 ３，３ａ，３ｂ 書込み線 ４ ビット線 ５ ソース電極 ６ ゲート電極 ７ ドレイン電極 ８ ｐ型Ｓｉ基板

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ第１磁
   性層と、非磁性層と、膜面垂直方向に磁化容易軸を持つ
   第２磁性層とが積層された磁気素子を用いた磁気メモリ
   素子において、 前記磁気素子の側面近傍に書込み線が設けられ、該書込
   み線の上部もしくは下部の少なくとも一方に前記書込み
   線よりも透磁率の大きい層が設けられていることを特徴
   とする磁気メモリ素子。
2. 【請求項２】 前記書込み線よりも透磁率の大きい層が
   前記書込み線の上部及び下部の両方に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ素子。
3. 【請求項３】 前記書込み線よりも透磁率の大きい層
   は、前記磁気素子よりも上部及び下部に位置することを
   特徴とする請求項１記載の磁気メモリ素子。
4. 【請求項４】 前記書込み線よりも透磁率の大きい層
   は、膜面内方向に磁化容易軸を持つことを特徴とする請
   求項１から３のいずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
5. 【請求項５】 前記書込み線よりも透磁率の大きい層は
   ＮｉＦｅを主成分とすることを特徴とする請求項１から
   ４のいずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
6. 【請求項６】 前記第１の磁性層及び第２の磁性層がフ
   ェリ磁性膜からなることを特徴とする請求項１から５の
   いずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
7. 【請求項７】 前記フェリ磁性膜が、希土類元素と遷移
   金属元素との合金からなることを特徴とする請求項６記
   載の磁気メモリ素子。
8. 【請求項８】 前記書込み線よりも透磁率の大きい層と
   前記書込み線との間に絶縁膜が設けられていることを特
   徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気メ
   モリ素子。
9. 【請求項９】 前記書込み線がアルミニウム合金からな
   ることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に磁
   気メモリ素子。
10. 【請求項１０】 前記書込み線が銅もしくは銅の合金か
    らなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項
    に磁気メモリ素子。
11. 【請求項１１】 前記書込み線よりも透磁率の大きな層
    は、前記書込み線と交差する方向の長さが前記書込み線
    の長さよりも長く、前記磁気素子の近傍まで延びている
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記
    載の磁気メモリ素子。
12. 【請求項１２】 前記書込み線が前記磁気素子の両側に
    設けられていることを特徴とする請求項１から１１のい
    ずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
13. 【請求項１３】 前記磁気素子の両側に設けられた前記
    ２つの書込み線がその端部で互いに電気的に接続されて
    いることを特徴とする請求項１２に記載の磁気メモリ素
    子。
14. 【請求項１４】 請求項１から１１のいずれか１項に記
    載の磁気メモリ素子の記録方法であって、 前記書込み線に電流を流すことで膜面垂直方向の磁界を
    前記磁気素子に印加し、前記書込み線に流れる電流方向
    に応じて前記第１磁性層もしくは第２磁性層のいずれか
    の磁化方向を変化させて、情報を記録することを特徴と
    する磁気メモリの記録方法。
15. 【請求項１５】 請求項１２または請求項１３に記載の
    磁気メモリ素子の記録方法であって、 前記磁気素子の両側に設けられた前記２つの書込み線に
    互いに逆向きの電流を流すことで膜面垂直方向の磁界を
    前記磁気素子に印加し、前記書込み線に流す電流方向に
    応じて前記第１磁性層もしくは第２磁性層のいずれかの
    磁化方向を変化させて、情報を記録することを特徴とす
    る磁気メモリの記録方法。
16. 【請求項１６】 請求項１から１３のいずれか１項に記
    載の磁気メモリ素子を用いたメモリであって、 前記磁気メモリ素子を電界効果トランジスタと接続して
    メモリセルを形成し、該メモリセルをマトリックス状に
    配置したことを特徴とするメモリ。
17. 【請求項１７】 請求項２に記載の磁気メモリ素子を用
    いたメモリであって、 前記磁気素子の一端を電界効果トランジスタのドレイン
    電極に接続し、前記磁気素子の他端を前記書込み線と交
    差するビット線に接続し、前記書込み線の下部に設けら
    れた前記磁性膜を前記磁気素子の下部に配置し、前記書
    込み線の上部に設けられた前記磁性膜を前記磁気素子の
    上部にかつ前記ビット線の下部に配置したことを特徴と
    するメモリ。
18. 【請求項１８】 前記磁性膜は、前記ビット線に沿う方
    向の長さと前記書込み線に沿う方向の幅との比が２以上
    であることを特徴とする請求項１７に記載のメモリ。