JP2003110162A

JP2003110162A - 磁気抵抗素子および該素子を用いた不揮発固体メモリおよびそれらの記録再生方法

Info

Publication number: JP2003110162A
Application number: JP2001306540A
Authority: JP
Inventors: Akio Koganei; 昭雄小金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2003-04-11
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: US20030067800A1; JP3854839B2; US6987652B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非磁性層を介して磁性膜を積層した磁気抵抗
膜において、一方の磁性膜からの漏洩磁界によって、他
方の磁性層の保磁力などがオフセットするという問題点
があった。【解決手段】基板上に保磁力の異なる第１磁性層と第
２磁性層が積層され、前記磁性層間に非磁性層が積層さ
れた磁気抵抗素子において、前記磁気抵抗素子の断面形
状が台形であることを特徴とする磁気抵抗素子によって
解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】磁気抵抗効果素子を用いた不
揮発固体メモリ素子、およびメモリとそれらの記録再生
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今では、携帯電話、ＰＤＡを中心とし
てモバイル端末の開発が盛んになっている。モバイル機
器においては格納用メモリとして、大容量の不揮発性高
速アクセスメモリの必要性が叫ばれている。近年、非磁
性層を強磁性層の間にはさみ込んだ磁気抵抗膜で巨大磁
気抵抗効果（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔＲｅｇｉｓｔａｎ
ｃｅ）が発見され、この現象を利用した磁気センサー、
磁気メモリ素子（以下ＭＲＡＭ）が注目を集めている。
強磁性層／非磁性絶縁層／強磁性層と積層された薄膜の
膜垂直方向に電流を流したときの電気抵抗の変化は、強
磁性層のスピン分極率の差により、非磁性絶縁層をトン
ネルバリア層としたトンネル電流の変化として検知さ
れ、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）と呼ばれてい
る。ＴＭＲ素子では高い磁気抵抗比が得られることか
ら、ＭＲＡＭや磁気ヘッドの実用化に向け開発が加速し
ている。

【０００３】ＭＲＡＭでは２つの強磁性層とその間に挟
んだ薄い非磁性層が情報を記憶する基本構造となる。非
磁性層をはさみ込んだ強磁性層の磁化方向がそろってい
る場合と反平行な場合とで抵抗値が異なる現象を利用し
て、“０”、“１”の状態を記憶する。

【０００４】情報の読み出しは、抵抗の絶対値で判断す
る絶対検出方式と、書き込みの際より弱い磁場を印加し
て、保磁力が低い方の強磁性層だけ磁化反転させて
“０”、“１”の状態を読み出す差動検出方式が知られ
ている。

【０００５】情報の書き込みは、絶対検出方式では、２
つの強磁性層のうち、保磁力が低い一方の磁化方向を外
部磁界で変化させることで行う。差動検出方式では２つ
の強磁性層のうち、保磁力が高い一方の磁化方向を外部
磁界で変化させることで行う。磁気抵抗素子の近傍に配
置した配線に電流を流し、発生する磁界を利用する方法
が知られている。

【０００６】ＭＲＡＭは磁気的に記憶されるため放射線
耐性に優れ、原理的に不揮発であり高速で書き込み回数
の制限がない利点がある。既存の半導体技術を流用する
事で高密度記録が容易に行えるので、将来的にはＤＲＡ
Ｍの置き換えが期待される。

【０００７】ＭＲＡＭに使われる磁性材料を磁化方向で
分類すると、膜面に平行な磁化成分を持つ面内磁化膜型
と、膜面に垂直な磁化成分を持つ垂直磁化膜型とに分け
られる。ＮｉＦｅ，Ｃｏ等の強磁性体は、磁化方向が膜
面に平行な面内磁化膜型であるが、この面内磁化膜では
磁性体の微細化が進むと磁極同士が近づいて反磁界が大
きくなるため、磁化のカーリング現象が起きるという問
題がある。カーリングが発生すると、磁化の方向を判別
することが困難になる。そのため、面内磁化膜を用いた
ＭＲＡＭでは形状異方性をつけるため、メモリセルとな
る強磁性層を平面的に見て長軸を持つ形状（長方形な
ど）とする必要がある。長方形の長軸と短軸の比は、少
なくとも２倍以上必要だと予想される。従って、カーリ
ング現象防止のために、メモリセルのサイズが制約を受
け、集積度向上の阻害要因となる。

【０００８】一方、強磁性層としてＴｂＦｅ，ＴｂＦｅ
Ｃｏ，ＧｄＦｅ等の希土類−遷移金属からなるフェリ磁
性体を用いる場合、これら磁性体の垂直磁気異方性が高
いため、膜厚と組成によっては、磁化を膜面に対し垂直
方向に持つ垂直磁化膜となる。垂直磁化膜の場合には、
磁化の方向は、形状的に最も反磁界が大きい膜面垂直方
向を向いており、垂直磁気異方性を示す時点で既に最大
の反磁界係数に打ち勝っていることになる。つまり、面
内磁化膜のようにメモリセルを長方形とする必要がな
く、メモリセルの幅と長さを等しくすることができる。
さらに、素子を微細化すると、磁化容易軸である膜厚方
向と比べ、平面的な面積が小さくなるので、形状異方性
の観点では、磁化のカーリングがより起きにくい方向に
なる。そのため、垂直磁化膜型は、メモリセル部の集積
度を向上する上では、面内磁化膜型と比べ有利である。
垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜としては、特開平１
１−２１３６５０号公報に詳述されている。

【０００９】このような磁気抵抗効果素子をメモリセル
として用いた磁気メモリセルは、２つの磁性層が薄い非
磁性層を挟んで積層されているため、磁気メモリセル内
の一方の磁性層から発生する漏洩磁界が他方の磁性層に
印加し、外部磁界が無い場合においても磁界が印加され
た状態になる。

【００１０】図２４には、垂直磁化膜の磁気抵抗素子に
ついて、磁化方向の例を示している。低い保磁力を持つ
磁性層２００と高い保磁力を持つ磁性層１００とがトン
ネル絶縁膜３００を挟む形で構成されており、（ａ），
（ｂ）どちらも磁性層１００は下向きに磁化されてお
り、磁性層２００は（ａ）では下向き、（ｂ）では上向
きに磁化しており、抵抗値は（ｂ）が（ａ）より大き
い。

【００１１】この状態は、絶対値検出方式を用いた構
成、すなわち磁性層１００がピン層で、磁性層２００が
メモリ層で、（ａ）が０を記録した状態、（ｂ）が１を
記録した状態と考えても良いし、差動検出方式を用いた
構成、すなわち磁性層１００がメモリ層、磁性層２００
が検出層で、検出時に外部磁界で（ａ）から（ｂ）へ磁
化反転させたと考えても良い。

【００１２】図２５（ａ）には、この素子のＭＲカーブ
（抵抗と印加磁界の関係を示した図）を角型比１で磁性
膜からの漏洩磁界がないと仮定して示した。磁性層１０
０は磁化方向を変えないため、磁性層２００の磁化方向
に対応した抵抗変化が現れている。オフセット磁界がな
ければ、保磁力Ｈｃと同じ大きさの反転磁界Ｈ１もしく
はＨ２を印加するだけで、メモリ層に記録を行うことが
出来る、もしくは、検出層の磁化反転を行うことが出来
る。

【００１３】しかし実際には、磁性層１００からは下向
きの磁界が磁性層２００に印加されているため、ＭＲカ
ーブは図２５（ｂ）に示すようにオフセット磁界Ｈ０分
シフトする。この場合には、反転磁界はＨ２＝Ｈｃ＋Ｈ
０，Ｈ１＝Ｈｃ−Ｈ０となり、図２４（ｂ）から図２４
（ａ）の状態に書き換えに必要な磁界はＨ０分小さくな
り、逆に図２４（ａ）から図２４（ｂ）に書き換える場
合には必要磁界がＨ０分だけ大きくなる。これは、書込
み線に流す電流値が大きくなることを意味し、消費電流
が大きくなるか、書込み配線の許容電流密度を超える場
合には書込みが出来なくなるといった問題を生じてしま
う。また、この場合、メモリセルは、記録された情報に
応じて反転磁界が異なるため、マトリクス状に配置され
たメモリセルを直交する２本の書き込み線で記録する場
合に、例えば、反転磁界Ｈ２を要するメモリセルの情報
を書き換えようとすると、その隣にある反転磁界Ｈ１を
要するメモリセルの情報も書き換えてしまうといった、
誤記録動作が発生する可能性が高くなる。さらに図２５
（ｃ）に示したようにオフセット磁界Ｈ０が保磁力Ｈｃ
よりも大きくなると、磁界が０の状態で一つの抵抗値し
か取り得なくなるため、絶対検出が出来なくなる。

【００１４】さらに角型比が１でない場合については、
図２７に示すように、無磁界の状態での抵抗値Ｒ２が反
平行磁化状態の最大抵抗値Ｒｍａｘよりも小さくなる。
この場合には、読み出しの抵抗値の差Ｒ２−Ｒ１が小さ
くなって、検出感度が悪化してしまう。

【００１５】以上は、主に絶対値検出方式を想定して述
べたが、差動検出方式を用いた場合でも同様である。

【００１６】また以上のような課題は、従来ＭＲＡＭに
用いられている面内磁化膜では特に顕著である。理由は
面内磁化膜を利用したＭＲＡＭに用いられるＮｉＦｅ，
Ｃｏ等の材料の磁化が大きいことと、前述のカーリング
の影響を回避するために細長い形状にして形状異方性を
つける必要があるためである。垂直磁化膜を利用したＭ
ＲＡＭに用いられるＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏ等のフ
ェリ磁性体は組成調整により磁化の大きさを小さく出来
るため、本質的にオフセット磁界は小さく設計できる方
向にある。しかしながら、記録磁化の保存性や耐熱性、
耐食性などの要求事項を満足させる上では完全にオフセ
ットを無くすことは困難である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第１の課題は、このような一方の磁性層からの静磁
界により、もう一方の磁性層の反転磁界がオフセットす
る問題を解決することである。第２の課題は、反転磁界
のオフセットにより記録磁界が増加する問題と誤記録を
発生する問題を解決することである。第３の課題は、第
１の課題を達成する上で生じるコストアップを可能な限
り低減することである。第４の課題は、メモリ素子の記
録再生動作の安定性を高め、高速に記録再生可能な不揮
発固体メモリを実現することである。

【００１８】本発明は上記課題の少なくとも一つを解決
するためのものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意検討の結
果、以下の手段が課題を解決できることを見出した。

【００２０】すなわち、基板上に第１磁性層と第２磁性
層が積層され、前記磁性層間に非磁性層が積層された磁
気抵抗素子において、基板側に配置された第１磁性層の
方が第２磁性層より保磁力が大きく、磁気抵抗素子の断
面形状が台形であることを特徴とする磁気抵抗素子であ
る。また、前記磁気抵抗素子の断面形状が、基板側を底
辺とし、底辺の方が上辺よりも長い台形であることを特
徴とする。

【００２１】また、前記第１磁性層と第２磁性層の磁化
容易軸が膜面垂直方向であることを特徴とする。また、
前記非磁性層が絶縁体であることを特徴とする。また、
前記第１磁性層もしくは第２磁性層が、希土類鉄族合金
からなることを特徴とする。

【００２２】さらには、前記希土類鉄族合金のうち、希
土類元素がＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙの少なくとも１種の元素を
含み、鉄族元素がＦｅ，Ｃｏのうち、少なくとも１種の
元素を含むことを特徴とする。また、前記第１磁性層と
前記非磁性層間と、前記第２磁性層と前記非磁性層間の
少なくとも一方に、Ｆｅ，Ｃｏのうち、少なくとも一つ
の元素を含む磁性層が設けられていることを特徴とす
る。

【００２３】また、前記磁気抵抗素子が絶縁体と接する
外周部の形状において磁気抵抗素子を構成する全膜厚の
７０％の高さの点Ａと、４０％の高さの点Ｂを結ぶ直線
ＡＢと、基板面ＣＤとの交点Ｏを頂点とした∠ＡＯＣの
５点平均が３０度から９０度の範囲にあることを特徴と
する。さらには、前記∠ＡＯＣが３０度から６０度の範
囲にあることを特徴とする。

【００２４】前記磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の
上部に設けられたビット線と、前記第１磁性層または第
２磁性層の磁化方向を電流によって発生する磁界により
変化させる書き込み線と、電界効果トランジスタからな
り、前記電界効果トランジスタのドレイン領域の直上
に、前記磁気抵抗素子が形成されていることを特徴とす
るメモリ素子である。また、前記書き込み線を隣接する
磁気抵抗素子と共用化することを特徴とする。また、前
記電界効果トランジスタのソース領域を隣接する磁気抵
抗素子と共用化することを特徴とする。

【００２５】さらには、請求項１に記載されているメモ
リ素子を用いて、前記第１の磁性層の磁化方向をあらか
じめ所定の方向に初期化し、前記書き込み線に電流を流
すことによって、前記磁気抵抗素子の第２の磁性層の磁
化方向を決定して情報を記録し、前記磁気抵抗素子の抵
抗の絶対値を検出して、記録された情報を再生すること
を特徴とするメモリ素子の記録再生方法である。

【００２６】また、請求項１に記載されているメモリ素
子を用いて、前記書き込み線に電流を流すことによっ
て、前記磁気抵抗素子の第１の磁性層の磁化方向を決定
して情報を記録し、前記第２の磁性層の磁化方向を反転
させて、そのときに生じる抵抗変化を検出して、記録さ
れた情報を再生することを特徴とするメモリ素子の記録
再生方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明は、垂直磁化膜からの漏洩
磁界が膜の周辺端部で強く、中央部では比較的小さいこ
とに着目し、膜の周辺端部を避ける形で積層すれば、一
方の磁性層からの漏洩磁界の影響が軽減出来ること、ひ
いては磁気抵抗素子の反転磁界のオフセットを少なく出
来ることを見出して発案したものである。

【００２８】本発明の実施形態を、図面を用いて説明す
る。

【００２９】図１に本発明の磁気抵抗素子の断面構造を
示す。低い保磁力を持つ第２磁性層２００と高い保磁力
を持つ第１磁性層１００とがトンネル絶縁膜３００を挟
む形で構成されており、第１磁性層１００が基板に近い
側になっている。

【００３０】本発明の磁気抵抗素子は断面形状が台形と
なっている。従って、保磁力が大きい第１磁性層１００
の方が、保磁力が小さい第２磁性層２００と比べサイズ
が大きくなっている。すなわち底面積が保磁力の大きい
第１磁性層のほうが大きくなっている。従って、第２磁
性層２００が第１磁性層１００から受ける漏洩磁界の影
響は軽微である。このため、第２磁性層２００の反転磁
界にオフセットが生じないことになる。

【００３１】図２は垂直磁化膜からの漏洩磁界の強さを
示す模式図である。本発明の基礎検討として計算した。
垂直磁化膜はＭｓが１００ｅｍｕ／ｃｃ、長さ１μｍ、
幅１μｍ、厚さ３０ｎｍで、膜表面から７５ｎｍ離れた
地点の値を計算した。横軸が面内方向の距離Ｘで、縦軸
が漏洩する垂直磁界の垂直（Ｚ）成分を表している。図
２から明らかなように、垂直磁界の強さは膜辺の端部
（ｘ＝±０．５μｍ）で強いのに対し、中央部（ｘ＝０
μｍ）は端部の約６５％と非常に小さい。膜面からの距
離がより近くなると、この差はより顕著になり、膜表面
から２ｎｍ離れた地点では端部と比べて約１９％程度ま
で小さくなる。（図３）

【００３２】磁気抵抗素子の非磁性層の厚さは数ｎｍの
オーダーなので、図３のケースに相当する。すなわち、
膜辺の周辺端部の強い漏洩磁界を避けることが非常に有
効である。

【００３３】従って、図１のような構成にすると、第２
磁性層２００は第１磁性層１００からの漏洩磁界の強い
部分を避けることになるため、第１磁性層１００からの
漏洩磁界による第２磁性層２００の反転磁界のオフセッ
トを非常に小さくすることが可能になる。

【００３４】上記の効果は、本質的に磁性層のサイズ差
に依存するため、例えば図４に示すように、各磁性層を
独立してパターニングして磁性層１００を大きくしても
よいが、しかしながら、非磁性層３００が非常に薄いこ
とやプロセスが煩雑になることを考えると得策ではな
い。図１のように断面形状を台形とすることで、一度の
プロセスで加工が可能になるためにプロセスが煩雑にな
ることなく再現性良く加工することが可能になる。

【００３５】第１磁性層１００からの漏洩磁界を極力さ
ける観点では、第２磁性層２００と第１磁性層１００の
サイズ差は大きいことが望ましく、換言すれば台形の底
面と側面のなす角度は低斜度であることが望ましい。し
かしながら、側壁角度が小さすぎるとメモリセルの実効
的な面積が増大するためメモリ集積度を上げる観点では
好ましくない。また、加工プロセス上も極端な低斜度を
実現することは困難であるから、３０度から９０度の範
囲が好ましく、３０度から６０度がより望ましい。

【００３６】ここで、側壁角度とは、磁気抵抗素子の全
膜厚の７０％の高さの点Ａと、４０％の高さの点Ｂを結
ぶ直線ＡＢと、基板面ＣＤとの交点Ｏを頂点とした∠Ａ
ＯＣと便宜上定義する。（図５）また、局所的な分布を
持つことから測定個所の５点平均とし、誤差として±５
度を見積もることとする。

【００３７】なお、実際の磁気抵抗素子の断面形状は幾
何学的な台形にはならず直線と曲線が混在している。ま
た局所的に不規則な形態が含まれる。

【００３８】例えばエッチング加工によって台形状とす
る際、第１磁性層と第２磁性層のエッチングレートが異
なる場合には図６（ａ）や（ｂ）に示すように側壁の傾
斜が異なる形状が得られる。このような形状において
も、第１磁性層の底面積に比べて第２磁性層の底面積の
方が小さくなっており、漏洩磁界の大きな領域を避ける
ことが可能となる。

【００３９】また図１は磁気抵抗素子のみを表記してい
るが、実施形態においては周囲を絶縁性の材料で囲ま
れ、信号の取り出しに必要な電極膜が形成され、保持す
るための基板が設けられていることは言うまでもない。

【００４０】断面形状を台形とする構造を作成するプロ
セスは各種微細加工技術で可能である。

【００４１】エッチングによって台形とする場合には、
ウエットエッチングのような等方的な加工プロセスが容
易である。非平衡プラズマを利用した異方性エッチング
を実施する場合においても、あらかじめ作成したレジス
トマスクに傾斜角を設けておけば、レジスト形状をトレ
ースして膜形状が形成されるため、台形状とすることが
可能である。レジストマスクの作成条件やエッチングパ
ラメータの調整は当該業者であれば容易に実行可能であ
る。

【００４２】また、ＦＩＢ（集束イオンビーム）やイオ
ンミリングのようなイオンビームを利用した加工プロセ
スの場合には、基板面を傾けてビーム方向を所望の角度
に傾斜させることで台形状とすることが可能である。

【００４３】図７に磁気抵抗素子を用いたメモリ素子の
断面構造を示す。なお、記号の記載のない部分は基本的
に絶縁体を示す。図７ではメモリ素子２つ分を表示して
おり、機能が同一でそれぞれに固有な部分については
ａ，ｂと分けて表示している。半導体基板１には、ドレ
イン領域２、ソース領域３が形成され、さらに絶縁膜を
介してゲート電極４が形成され、これらでＭＯＳＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）が構成されている。各電界
効果トランジスタ間はＬＯＣＯＳフィールド酸化膜２１
によって絶縁されている。

【００４４】電界効果トランジスタのドレイン領域２に
は、プラグ電極５を介して、ドレイン領域２の直上の位
置に、膜面垂直方向に磁化した磁気抵抗素子９が接続さ
れ、さらにビット線６に接続されている。ソース電極２
２には、図示していないが接地配線が設けられている。
また、磁気抵抗素子９ａ（９ｂ）の側部下方には、絶縁
体を介して書き込み線１０、１１が磁気抵抗膜９ａ（９
ｂ）の脇に設けられている。書き込み線１０、１１、ゲ
ート線４、ソース電極に接続された接地配線は、紙面の
垂直方向に伸びている。ビット線６は紙面平行方向に伸
びている。

【００４５】基板には、Ｓｉウエハ、石英、ＳＯＩ等平
坦性の高い非磁性材料基板が用いられる。ＳＯＩ基板の
作製方法はＥＬＴＲＡＮ法、ＳＩＭＯＸ法など各種方式
が適用できる。その際、基板表面のＳｉの結晶方位は
（１００）が好ましい。

【００４６】前記基板上に磁気抵抗膜を形成する際、バ
ッファ層は、第１磁性膜より下面の表面自由エネルギー
を調整し、より平坦性の高い界面構造を実現する目的で
挿入される。Ｔａ，Ｃｕ，Ｃｒ等の各種金属やＳｉＮ，
ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁体が用いられるが、基板
材料と磁気抵抗膜の材料の選び方によっては、挿入しな
くてもよい。バッファ層の膜厚は、２〜１０ｎｍの範囲
が好適である。これは、成膜方法によっては２ｎｍより
薄いと島状成長による膜質不均一の問題があり、一方、
１０ｎｍより厚いと生産性低下の問題があるためであ
る。

【００４７】スピン散乱膜の場合、非磁性層としては導
体が用いられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ等が用
いられるが、より好適にはＣｕが用いられる。非磁性層
の膜厚は、１〜１０ｎｍの範囲が好適である。これは、
成膜方法によって１ｎｍ未満では、島状成長によるピン
ホール発生の恐れがあり、両磁性層の相互作用により磁
気抵抗が発現しない場合があり、一方、１０ｎｍを超え
る場合には、両磁性層間の間隔が電子の平均自由行程に
対し広すぎてスピン依存性散乱が減るため磁気抵抗が小
さくなるためである。

【００４８】スピントンネル膜の場合、非磁性層として
は絶縁体が用いられる。絶縁体としては、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｃｕ、Ｍｇ等の酸化物や窒化物が用いられるが、フェル
ミ準位が他の磁性層に近いＡｌ酸化物がより好適に用い
られる。非磁性層の膜厚は、０．５〜５ｎｍの範囲が好
適である。これは、成膜方法によって０．５ｎｍ未満で
は、島状成長によるピンホール発生の恐れがあり、両磁
性層の相互作用により磁気抵抗が発現しない場合があ
り、一方、５ｎｍを超える場合には、両磁性層間の間隔
が電子の平均自由行程に対し広すぎてトンネリング確率
が減るため磁気抵抗が小さくなるためである。

【００４９】磁気抵抗膜の構成要素である第１磁性層と
第２磁性層の組み合わせは軟磁性材料と硬磁性材料から
なり、第１磁性層が硬磁性層、第２磁性層が軟磁性層と
する組み合わせとする。差動検出方式においては、軟磁
性材料は容易に磁化が反転するため再生層として機能す
る。硬磁性材料は軟磁性材料と比べ、磁化が反転しにく
いためメモリ層として機能する。なお、本発明におい
て、軟磁性材料と硬磁性材料の区別は２つの強磁性層間
における保磁力の大小関係で定義されるもので、相対的
に保磁力が大きいものを硬磁性材料とする。

【００５０】また、第１磁性層、第２磁性層とは機能を
示すもので、各磁性層自体は単一元素から成る単層の場
合もあるが各種合金の多層構造でも良い。例えば、硬磁
性材料として機能させるために第１（あるいは第２）磁
性層として、厚さ５ｎｍのＣｏと厚さ３０ｎｍのＦｅＭ
ｎの二層構造としてピン止めしたものを用いることがで
きる。第１磁性層および第２磁性層としては、ＴｂＦ
ｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ等のフェリ磁性体が用いら
れる。これら二磁性層の組成は、その保磁力が異なるよ
う適宜調整される。第１磁性層、第２磁性層の膜厚は、
２〜１００ｎｍの範囲に選択するのが好適である。

【００５１】上述したように磁気抵抗膜の積層方向の抵
抗は、第１磁性層と第２磁性層の磁化の相対角度によっ
て決まる。両者が平行な場合には抵抗が低くなり、反平
行な場合には抵抗は高くなる。アップスピンとダウンス
ピンの状態密度の差が大きい方が磁気抵抗が大きくな
り、再生信号が大きくなるため、第１磁性層と第２磁性
層の間の絶縁層の界面近傍にはスピン分極率の高い磁性
材料を用いることが望ましい。具体的には、ＦｅやＣｏ
等でこれらを主成分とする磁性材料を界面近傍にはさむ
ことで理論上は５０％に到達する抵抗変化が得られる。

【００５２】ＦｅとＣｏを含むこれらの磁性材料は面内
磁化膜であるものが多いが、膜厚を数ｎｍ程度以下と薄
くすることで垂直磁化膜からなる第１磁性層及び第２磁
性層と交換結合して垂直磁化膜として機能する。従っ
て、磁化の方向は膜面垂直方向で統一されることにな
り、信号が小さくなることはない。

【００５３】次に記録再生方法を図８を用いて説明す
る。図８はメモリ素子１つ分に相当する回路図で、実際
にはマトリクス上に多数のメモリ素子を基板上に配置し
て使用する形態となる。

【００５４】磁気抵抗膜Ｒ１の一端には電界効果型トラ
ンジスタＴｃが接続されており、もう一端はビット線に
接続している。ビット線は一端を接地電位、もう一端を
電源電圧Ｖｄｄに負荷Ｒ０と選択トランジスタＴｒを介
して接続されている。選択トランジスタと負荷Ｒ０の間
のノードＮ１はセンスアンプＳ．Ａ．に接続されてお
り、センスアンプのもう一端はレファレンスとなる参照
抵抗（不図示）に接続されている。また、磁気抵抗膜Ｒ
１の近傍には書き込み線がトランジスタＴ１を介して接
続されている。

【００５５】まずはじめに再生動作について説明する。
電界効果型トランジスタＴｃを選択し、併せてビット線
の選択トランジスタＴｒをオン状態にすると電源電圧Ｖ
ｄｄが負荷Ｒ０を介して磁気抵抗膜Ｒ１に流れる。この
とき磁気抵抗膜Ｒ１の抵抗が高抵抗状態か低抵抗状態か
を、ノードＮ１の電位を参照抵抗と比較することで判定
する。参照抵抗の大きさは磁気抵抗膜Ｒ１の高低２種類
の抵抗値の中間値となるように設定しておく。

【００５６】次に記録動作について説明する。情報を記
録する磁気抵抗膜Ｒ１を選択するために電界効果型トラ
ンジスタＴｃと選択トランジスタＴｒ、さらには書き込
み線の選択トランジスタＴ１をオン状態とした上でビッ
ト線及び書き込み線に電流を流して、それらの合成磁界
により磁気抵抗膜の記録層の磁化方向を変化させること
で記録を行う。電流方向を逆転させれば磁化方向を反転
させることが出来るため、“０”、“１”に対応する信
号を任意に記録することが出来る。

【００５７】次に本発明の記録再生方法を図９のメモリ
セルをマトリクス状に配置したメモリアレイ回路を例に
説明する。中央にある電界効果トランジスタ（Ｔ２２）
と磁気抵抗膜（Ｒ２２）から構成されたメモリセルに注
目すると、ビット線Ｂ２は、書き込み線を兼ね、セル中
央の磁気抵抗素子（Ｒ２２）の一方の端子に結合され、
センスアンプ（ＳＡ）の一方の端子に接続される。磁気
抵抗素子（Ｒ２２）のもう一方の端子は電界効果型トラ
ンジスタ（Ｔ２２）のドレイン端子に結合され、該電界
効果型トランジスタ（Ｔ２２）のソース端子は接地され
る。ワード線（Ｇ２）は該電界効果型トランジスタ（Ｔ
２２）のゲート端子に接続される。また、書き込み線
（Ｗ２）は、ビット線と直交するように、磁気抵抗素子
Ｒ２２の近傍に配置される。

【００５８】初めに読み出し動作について説明する。ま
ずビット線Ｂ２の左端に電源電圧Ｖｄｄを印加し、ワー
ド線Ｇ２に電圧を印加し、トランジスタＴ２２をオン状
態とすることで、磁気抵抗素子Ｒ２２に定常電流が流
れ、ビット線Ｂ２の右端のセンスアンプ（ＳＡ）の端子
に磁気抵抗素子Ｒ２２の抵抗に応じた電位が生じる。セ
ンスアンプＳＡのもう一方の端子には、磁気抵抗素子Ｒ
２２の２つの抵抗値の中間の電位を入れる。これによ
り、ｒｅｆとＲ２２のどちらが高抵抗かによってセンス
アンプの出力がＶｄｄまたは０Ｖのどちらかが選択され
ることになる。

【００５９】次に書き込み動作について説明する。磁気
抵抗素子Ｒ２２に情報を書き込む場合には、ビット線Ｂ
２とＷ２に電流を流すことによって、配線が交差する場
所での磁場が強めあい、Ｒ２２の磁化が書き換えられ
る。Ｂ２とＷ２の電流方向を逆転させれば逆方向の磁界
を印加することが可能になる。このような操作によっ
て、情報の書き込みを行う。

【００６０】書き込み線は磁気抵抗膜に垂直に磁界がか
かるように配置する。書き込み線と磁気抵抗膜の間には
絶縁膜が設けられる。絶縁膜を設けるのは、書き込み線
と磁気抵抗膜が短絡するのを防ぐためである。これは、
再生時に書き込み線の電流が再生信号に混入して信号が
劣化するのを防ぐため必要である。

【００６１】書き込み線と磁気抵抗膜の間隔は長い場合
は十分な磁界を印加することが出来ず、短い場合は書き
込み線と磁気抵抗膜の間で絶縁破壊が生じたり漏洩電流
が流れたりするため、少なくとも１ｎｍ以上５００ｎｍ
以下で、望ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするの
が良い。

【００６２】ここで記録方法に関して更に詳細に説明す
る。記録時には書き込み線に電流を流して、そこから発
生する磁界を用いて磁気抵抗膜の磁性層の磁化を情報に
応じて適宜配向させることで行う。書き込み線には紙面
垂直方向に電流が流れる。例えば、紙面に向かって電流
を流すと書き込み線に対して右回りに磁界が発生する。
図７の構成では、書き込み線１０に紙面に向かう電流を
流し、書き込み線１１に紙面から飛び出す方向に電流を
流すと磁気抵抗素子９ｂに対し下向きの垂直磁界が印加
される。この書き込み線と同時にビット線６に電流を流
す。ビット線電流によって、磁気抵抗膜の面内方向に磁
界が印加される。書き込み線とビット線各々からの磁界
は複数のメモリセルに印加されるが、これら書き込み線
とビット線からの合成磁界は電流を流した導体線の密集
点に位置する磁気抵抗膜にしか磁化反転を引き起こすよ
うな磁界が印加されない。これにより、所定のメモリセ
ルのみに対し記録が出来る。電流の向きに応じて書き込
む情報を調整できることは言うまでもない。

【００６３】次に再生方法に関して詳細に説明する。既
に述べた通り、絶対検出法と差動検出法に大別されるが
まず、絶対検出法について述べる。絶対検出における磁
気抵抗膜の構成は、一方の磁性層を磁化情報が保存され
るメモリ層、もう一方の磁性層を常に決められた一定の
方向に磁化が配向したピン層とする。例えば”０”，”
１”のデータをメモリ層の磁化の上向き、下向きに対応
させる。記録時は書き込み線に流す電流の発生する磁界
によってメモリ層の磁化を情報に合わせて配向させる。
再生時は磁性層の磁化反転は行わずに抵抗値の絶対値で
情報の検出を行う。このため、再生時に抵抗値の変化を
検出するための磁化反転を行う必要がないため高速かつ
低消費電力で再生を行うことが出来る。

【００６４】次に差動検出法について説明する。差動検
出における磁気抵抗膜の構成は、一方の磁性層を磁化反
転が容易な検出層、もう一方の磁性層を磁化情報が保存
されるメモリ層とする。記録時は書き込み線に流す電流
の発生する磁界によってメモリ層の磁化を情報に合わせ
て配向させる。再生時は書き込み線により発生する磁界
を記録時より弱めて印加して検出層のみの磁化方向を反
転させる。こうすることで、弱い磁界の印加に伴って小
→大、もしくは大→小の抵抗値変化により記録情報を検
出することが出来る。この方法では絶対検出ほど高速で
の読み出しは出来ないが、微分検出法などを用いて小さ
な信号でも感度良く再生を行うことが出来る。

【００６５】

【実施例】（実施例１）本発明の効果を確認する目的
で、ＦＩＢ（集束イオンビーム加工装置）を用いて側壁
の傾斜角度が異なるハードマスクを作成し、このハード
マスクを用いてトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子を
作成してＭＲカーブのオフセット磁界の量を調べた。

【００６６】素子の作成手順は図１０〜１４に示す通り
である。図１０〜１４では、前工程から変化した注目す
べき個所を随時、斜線表示している。まず、Ｓｉウエハ
上にＴＭＲ構成の膜とハードマスク材料を成膜する。成
膜にはマグネトロンスパッタ装置を用いた。また、トン
ネル膜はスパッタ膜を形成後に、プラズマ酸化処理を行
っている。膜構成は表１に示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】図１０は、ベタ膜の成膜が終了した状態を
模式的に表したもので、基板１、第１磁性層１００、非
磁性層３００、第２磁性層２００、ハードマスク４００
以外は省略している。次にフォトリソグラフィを使って
レジストパターンをベタ膜上に形成する（図１１）。図
１１において、中央部のレジストマスク５００がトンネ
ル接合部を形成するための場所で、両脇は電極パッド用
である。次にＦＩＢ装置にレジスト付ウエハを投入し、
レジストマスクとハードマスク材料を加工する。メモリ
セルに相当するトンネル接合部を加工する際はサンプル
をビームに対して傾けて設置し、所望の側壁角度を持つ
形状にする（図１２）。次にイオンミリング装置に投入
し、素子加工を行う。加工後にレジストマスクがついた
ままマグネトロンスパッタ装置に再投入し、絶縁膜６０
０を形成する。絶縁膜とレジストマスクを同時にリフト
オフする。図１３は、絶縁膜６００を形成後にリフトオ
フまで終えた状態を示している。トンネル接合部の絶縁
膜をＦＩＢで穴あけ後、新たに上部電極パターンのレジ
ストマスクを形成し、上部電極７００を成膜後、リフト
オフで磁気抵抗素子を完成させた（図１４）。

【００６９】ＦＩＢを用いて側壁角度の異なる素子を作
成した理由は、他の条件が揃う形で角度のみ異なる素子
を作成するのが容易であるためである。また、ハードマ
スク４００はＦＩＢで使用するＧａイオンビームの磁性
層に対する注入ダメージを防止する役割も果たしてい
る。

【００７０】完成した素子は着磁後にＭＲ測定装置を用
いて膜面垂直方向の磁界を印加しながら四端子測定で評
価を行った。作成した素子サイズは１μｍ角で接合部の
側壁形状はハードマスクにおいて３０度から１５度刻み
に９０度まで作成した。ウエハ間のばらつきを考慮し、
同一ウエハ上に同じ角度の素子を複数個作成した。側壁
角度の特定にはＡＦＭを用いた。

【００７１】作成した素子はいずれも角型比１のＭＲカ
ーブを示しＭＲが約２５％、規格化抵抗値が０．５ＭΩ
μｍ^２であった。

【００７２】図１５は磁気抵抗素子の側壁角度とＭＲカ
ーブのオフセット磁界の関係を示す測定結果である。オ
フセット磁界とは、図２５（ｂ）におけるＨ０に相当す
る。縦軸Ｈｘ／Ｈ９０は側壁が９０度の時のオフセット
磁界の大きさで規格化した無次元量である。図１５から
側壁角度が低斜度なほど、オフセット磁界が少なくなる
ことがわかった。すなわち、本発明の効果により、磁気
抵抗素子において一方の磁性層からの静磁界の影響を低
減できることが明らかになった。

【００７３】（実施例２）図１６は本実施例の断面構造
を示す。隣接するメモリセルと書き込み線を共用化して
いる。なお、記号の記載のない部分は基本的に絶縁体を
示す。図ではメモリ素子２つ分を表示しており、機能が
同一でそれぞれに固有な部分についてはａ，ｂと分けて
表示している。半導体基板１には、ドレイン領域２、ソ
ース領域３が形成され、さらに絶縁膜を介してゲート電
極４が形成され、これらでＭＯＳＦＥＴ（電界効果型ト
ランジスタ）が構成されている。各電界効果トランジス
タ間はＬＯＣＯＳフィールド酸化膜２１によって絶縁さ
れている。

【００７４】電界効果トランジスタのドレイン領域２に
は、プラグ電極５を介して、ドレイン領域２の直上の位
置に、膜面垂直方向に磁化した磁気抵抗素子９が接続さ
れ、さらにビット線６に接続されている。ソース電極２
２には、図示していないが接地配線が設けられている。
また、磁気抵抗素子９ａ（９ｂ）の側部下方には、絶縁
体を介して書き込み線１０，１１（１０，１５）が磁気
抵抗素子９ａ（９ｂ）の両脇に設けられている。書き込
み線１０，１１，１５、ゲート線４、ソース電極に接続
された接地配線は、紙面の垂直方向に伸びている。ビッ
ト線６は紙面平行方向に伸びている。

【００７５】図１６に示す実施例では、書き込み線１０
が、左側の磁気抵抗素子９ａと右側の磁気抵抗素子９ｂ
の両者に対して使える構造となっている。従って、磁気
抵抗素子９ａに対し情報を記録する場合には書き込み線
１０，１１を使用し、磁気抵抗素子９ｂに対し情報を記
録する場合には書き込み線１０，１５を使用する。書き
込み線をそれぞれ独立に２本づつ設ける場合と比べ、書
き込み線本数が減るため、集積度が向上可能である。

【００７６】図１７は図１６のメモリセルをマトリクス
状に配置したメモリアレイ回路を示している。中央にあ
る電界効果トランジスタ（Ｔ２２）と磁気抵抗膜（Ｒ２
２）から構成されたメモリセルに注目すると、ビット線
Ｂ２は、書き込み線を兼ね、セル中央の磁気抵抗素子
（Ｒ２２）の一方の端子に結合され、センスアンプ（Ｓ
Ａ）の一方の端子に接続される。磁気抵抗素子（Ｒ２
２）のもう一方の端子は電界効果型トランジスタ（Ｔ２
２）のドレイン端子に結合され、該電界効果型トランジ
スタ（Ｔ２２）のソース端子は接地される。ワード線
（Ｇ２）は該電界効果型トランジスタ（Ｔ２２）のゲー
ト端子に接続される。また、書き込み線（Ｗ２，Ｗ３）
は、ビット線と直交するように、磁気抵抗素子Ｒ２２の
近傍に配置される。

【００７７】２本の書き込み線Ｗ２，Ｗ３は磁気抵抗素
子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３に対して作用する。このう
ち、書き込み線Ｗ２は書き込み線Ｗ１と共に磁気抵抗素
子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３に対して作用する。書き込み
線Ｗ３は書き込み線Ｗ４と共に磁気抵抗素子Ｒ３１，Ｒ
３２，Ｒ３３に対して作用する。

【００７８】初めに読み出し動作について説明する。ま
ずビット線Ｂ２の左端に電源電圧Ｖｄｄを印加し、ワー
ド線Ｇ２に電圧を印加し、トランジスタＴ２２をオン状
態とすることで、磁気抵抗素子Ｒ２２に定常電流が流
れ、ビット線Ｂ２の右端のセンスアンプ（ＳＡ）の端子
に磁気抵抗素子Ｒ２２の抵抗に応じた電位が生じる。セ
ンスアンプＳＡのもう一方の端子には、磁気抵抗素子Ｒ
２２の２つの抵抗値の中間の電位を入れる。これによ
り、ｒｅｆとＲ２２のどちらが高抵抗かによってセンス
アンプの出力がＶｄｄまたは０Ｖのどちらかが選択され
ることになる。

【００７９】次に書き込み動作について説明する。磁気
抵抗素子Ｒ２２に情報を書き込む場合には、ビット線Ｂ
２とＷ２，Ｗ３に電流を流すことによって、配線が交差
する場所での磁場が強めあい、Ｒ２２の磁化が書き換え
られる。Ｂ２とＷ２，Ｗ３の電流方向を逆転させれば逆
方向の磁界を印加することが可能になる。このような操
作によって、情報の書き込みを行う。

【００８０】図１８〜２０は図１６に示す本実施例のメ
モリを作成するプロセス工程図である。

【００８１】まず始めに図１８に示すＭＯＳＦＥＴを半
導体プロセスを用いて作成する。半導体基板１には、ド
レイン領域２、ソース領域３が形成され、さらに絶縁膜
を介してゲート電極４が形成され、これらでＭＯＳＦＥ
Ｔ（電界効果型トランジスタ）が構成されている。各電
界効果トランジスタ間はＬＯＣＯＳフィールド酸化膜２
１によって絶縁されている。

【００８２】電界効果トランジスタのドレイン領域２に
は、プラグ電極５が形成され、また、その側部下方に
は、絶縁体を介して書き込み線１０，１１，１５がプラ
グ電極５ａ（５ｂ）の両脇に設けられている。

【００８３】次にマグネトロンスパッタを用いて磁気抵
抗膜９を成膜する（図１９）。途中、非磁性層であるＡ
ｌ_２Ｏ_３はプラズマ酸化を行って調質する。

【００８４】さらに、プラグ電極と接続するメモリセル
となる領域を規定する加工を行い、周囲を絶縁層で電気
的に隔離する（図２０）。磁気抵抗素子の加工にあたっ
ては使用するレジストの形状をプロセス的に低斜度のテ
ーパーが形成できるように調整した。側壁斜度はおよそ
４５度である。加工は、従来通りイオンミリングを用い
ている。磁気抵抗素子９ａ，９ｂと接続するように紙面
平行方向にビット線６を形成し、絶縁層で埋め込む（図
１６）とプロセス完了である。

【００８５】本実施例の構成とすることで、書き込み線
の電流密度を大幅に下げながら、一方で高集積化を実現
することが出来た。また磁気抵抗素子の形状は断面構造
が台形となることから、反転磁界のオフセットが生じず
消費電力を抑制することができた。さらには、従来プロ
セスにほとんど手を加えずに反転磁界のオフセットを抑
制出来たことから、非常に低コストであることが明らか
になった。

【００８６】（実施例３）図２１は本発明の実施例を示
すもので断面構造を示す。図７と比べ、各メモリセルに
対し書き込み線を２本づつ配している。上記の構成によ
り、メモリセル９ａ，９ｂに対して同時に書き込み線に
電流を流して記録することが可能なため高速化すること
が可能になる。また磁気抵抗素子の形状は本発明の断面
が台形となる構造であることから、反転磁界のオフセッ
トが生じず消費電力を抑制することができた。

【００８７】（実施例４）図２２は本発明の実施例を示
すもので断面構造を示す。隣接するメモリセルと書き込
み線を共用化している。また、ソース領域３が磁気抵抗
膜９ａと９ｂで共有化される構造となっている。本実施
例の構成により、ソース領域を共有化することによって
配線本数が減り、デバイス構造が簡略化されるために、
メモリ素子を小型化できる。また磁気抵抗素子の形状は
本発明の断面が台形となる構造であることから、反転磁
界のオフセットが生じず消費電力を抑制することができ
た。

【００８８】

【発明の効果】本発明の適用により、磁気抵抗素子にお
いて、一方の磁性層からの静磁界により、もう一方の磁
性層の反転磁界がオフセットする問題を解消することが
出来た。また、このような磁気抵抗素子を不揮発固体メ
モリ、ＭＲＡＭに用いることによって記録電流を低減で
きることから、書き込み線の電流密度を大幅に下げなが
ら、一方で高集積化を実現し、コストの上昇を抑制する
ことが可能になる。また、メモリ素子の記録再生動作の
安定性を高め、高速に記録再生可能な不揮発固体メモリ
を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気抵抗素子の断面構造の一例を示す
図である。

【図２】膜表面から７５ｎｍ離れた地点における垂直磁
化膜からの漏洩磁界を説明する図である。

【図３】膜表面から２ｎｍ離れた地点における垂直磁化
膜からの漏洩磁界を説明する図である。

【図４】本発明の磁気抵抗素子の一例を示すための概略
的断面図である。

【図５】側壁角度を定義するための模式図である。

【図６】磁気抵抗素子の断面形状に対するエッチングレ
ートの影響を説明する模式図である。

【図７】本発明の磁気抵抗素子を用いたメモリ素子を示
す断面図である。

【図８】本発明のメモリの一実施形態を示すための等価
回路図である。

【図９】メモリ素子をマトリックス状に配したメモリの
等価回路図である。

【図１０】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１１】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１２】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１３】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１４】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１５】傾斜角度とオフセット磁界の大きさの関係を
示すための図である。

【図１６】実施例１のメモリ素子を作成するプロセスを
説明する図である。

【図１７】実施例１のメモリ素子を基板上にマトリック
ス配置したメモリの等価回路図である。

【図１８】実施例２のメモリを作製するプロセスを説明
するための図である。

【図１９】実施例２のメモリを作製するプロセスを説明
するための図である。

【図２０】実施例２のメモリを作製するプロセスを説明
するための図である。

【図２１】実施例３のメモリの概略的な断面図である。

【図２２】実施例４のメモリの概略的な断面図である。

【図２３】磁気抵抗素子の磁化状態を説明するための模
式図である。

【図２４】角型比１のＭＲカーブにおいてオフセット磁
界Ｈ０を説明するためのＲ−Ｈカーブである。

【図２５】角型比１以下のＭＲカーブにおいてオフセッ
ト磁界Ｈ０を説明するためのＲ−Ｈカーブである。

【符号の説明】

１基板２ドレイン領域３ソース領域４ゲート電極５プラグ６ビット線９磁気抵抗膜１０書き込み線１１書き込み線１５書き込み線２１ＬＯＣＯＳ領域２２ソース電極１００第１磁性層２００第２磁性層３００非磁性層４００ハードマスク材５００レジストマスク６００絶縁膜７００上部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に保磁力の異なる第１磁性層と第
２磁性層が積層され、前記磁性層間に非磁性層が積層さ
れた磁気抵抗素子において、前記磁気抵抗素子の断面形
状が台形であることを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】前記磁気抵抗素子の断面形状が、基板側
を底辺とし、底辺の方が上辺よりも長い台形であること
を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】基板上に第１磁性層と第２磁性層とが積
層され、前記磁性層間に非磁性層が積層された磁気抵抗
素子において、前記第１磁性層の保磁力は前記第２の磁性層の保磁力よ
りも大きく、前記第１磁性層の底面積Ｓ_１と、前記第２
磁性層の底面積Ｓ_２とが、Ｓ_１＞Ｓ_２であることを特徴
とする磁気抵抗素子。
【請求項４】前記第１磁性層と第２磁性層の磁化容易
軸が膜面垂直方向であることを特徴とする請求項１また
は３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】前記非磁性層が絶縁体であることを特徴
とする請求項１または３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】前記第１磁性層もしくは第２磁性層が、
希土類鉄族合金からなることを特徴とする請求項１また
は３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】前記希土類鉄族合金のうち、希土類元素
がＧｄ，Ｔｂ，Ｄｙの少なくとも１種の元素を含み、鉄
族元素がＦｅ，Ｃｏのうち、少なくとも１種の元素を含
むことを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】前記第１磁性層と前記非磁性層間と、前
記第２磁性層と前記非磁性層間の少なくとも一方に、Ｆ
ｅ，Ｃｏのうち、少なくとも一つの元素を含む磁性層が
設けられていることを特徴とする請求項１または３に記
載の磁気抵抗素子。
【請求項９】前記磁気抵抗素子が絶縁体と接する外周
部の形状において磁気抵抗素子を構成する全膜厚の７０
％の高さの点Ａと、４０％の高さの点Ｂを結ぶ直線ＡＢ
と、基板面ＣＤとの交点Ｏを頂点とした∠ＡＯＣの５点
平均が３０度から９０度の範囲にあることを特徴とする
請求項１または３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１０】前記∠ＡＯＣが３０度から６０度の範
囲にあることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗素
子。
【請求項１１】基板上に、請求項１または３に記載さ
れた磁気抵抗素子がメモリ素子としてマトリックス状に
形成され、前記磁気抵抗素子の上部に設けられたビット
線と、前記第１磁性層または第２磁性層の磁化方向を電
流によって発生する磁界により変化させる書き込み線
と、電界効果トランジスタからなり、前記電界効果トラ
ンジスタのドレイン領域の直上に、前記磁気抵抗素子が
形成されていることを特徴とする不揮発固体メモリ。
【請求項１２】前記書き込み線を隣接する磁気抵抗素
子と共用化することを特徴とする請求項１１記載の不揮
発固体メモリ。
【請求項１３】前記電界効果トランジスタのソース領
域を隣接する磁気抵抗素子と共用化することを特徴とす
る請求項１０記載の不揮発固体メモリ。
【請求項１４】請求項１１に記載の不揮発固体メモリ
の記録再生方法において、前記第１磁性層の磁化方向を
あらかじめ所定の方向に初期化し、前記書き込み線に電
流を流すことによって、前記磁気抵抗素子の第２磁性層
の磁化方向を決定して情報を記録し、前記磁気抵抗素子
の抵抗の絶対値を検出して、記録された情報を再生する
ことを特徴とする記録再生方法。
【請求項１５】請求項１１に記載の不揮発固体メモリ
の記録再生方法において、前記書き込み線に電流を流す
ことによって、前記磁気抵抗素子の第１磁性層の磁化方
向を決定して情報を記録し、前記第２磁性層の磁化方向
を反転させて、そのときに生じる抵抗変化を検出して、
記録された情報を再生することを特徴とするメモリ素子
の記録再生方法。