JP2003298146A - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び磁気メモリInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小面積化した場合においてもフリー強磁性層の
残留磁化が十分に大きく且つ十分に弱い磁場で磁化反転
が可能な磁気抵抗効果素子を提供すること。 【解決手段】本発明の磁気抵抗効果素子では、フリー強
磁性層４の形状が、互いに平行な第１対辺と互いに平行
な第２対辺とからなる四辺形状の第１部分４ａと、第１
部分４ａの一対の対角部から第２対辺に平行な方向にそ
れぞれ延在し且つ第１対辺に平行な方向の最大幅が第１
対辺の長さよりも狭い一対の第２部分４ｂとを含み、且
つ、第１部分４ａの中心を通り且つ第２対辺に平行な直
線に関して非対称であり、フリー強磁性層４の磁化容易
軸９は、第２対辺にほぼ平行な第１方向４１、第２部分
４ｂの一方の輪郭と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も
長いものにほぼ平行な第２方向４２、または第１方向４
１と第２方向４２との間であってこれらの方向が為す鋭
角側の方向に平行である。
残留磁化が十分に大きく且つ十分に弱い磁場で磁化反転
が可能な磁気抵抗効果素子を提供すること。 【解決手段】本発明の磁気抵抗効果素子では、フリー強
磁性層４の形状が、互いに平行な第１対辺と互いに平行
な第２対辺とからなる四辺形状の第１部分４ａと、第１
部分４ａの一対の対角部から第２対辺に平行な方向にそ
れぞれ延在し且つ第１対辺に平行な方向の最大幅が第１
対辺の長さよりも狭い一対の第２部分４ｂとを含み、且
つ、第１部分４ａの中心を通り且つ第２対辺に平行な直
線に関して非対称であり、フリー強磁性層４の磁化容易
軸９は、第２対辺にほぼ平行な第１方向４１、第２部分
４ｂの一方の輪郭と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も
長いものにほぼ平行な第２方向４２、または第１方向４
１と第２方向４２との間であってこれらの方向が為す鋭
角側の方向に平行である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及び磁気メモリに関する。
及び磁気メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、例えば、一対の強
磁性層を非磁性層を介して積層した構造を有している。
この磁気抵抗効果素子の抵抗値は、一方の強磁性層の磁
化に対する他方の強磁性層の磁化の相対的な向きに応じ
て変化する。このような磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効
果素子は様々な用途で利用可能であり、磁気メモリは磁
気抵抗効果素子の主要な用途の１つである。
磁性層を非磁性層を介して積層した構造を有している。
この磁気抵抗効果素子の抵抗値は、一方の強磁性層の磁
化に対する他方の強磁性層の磁化の相対的な向きに応じ
て変化する。このような磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効
果素子は様々な用途で利用可能であり、磁気メモリは磁
気抵抗効果素子の主要な用途の１つである。
【０００３】磁気メモリでは、一方の強磁性層を磁場印
加の際にその磁化の向きが変化しないピン強磁性層と
し、他方の強磁性層を磁気抵抗効果素子に上記磁場印加
の際にその磁化の向きが変化し得るフリー強磁性層とし
て情報の記憶を行う。すなわち、情報を書き込む際に
は、ワード線に電流パルスを流すことにより発生する磁
場とビット線に電流パルスを流すことにより発生する磁
場との合成磁場を作用させる。これにより、フリー強磁
性層の磁化を例えばピン強磁性層の磁化に対して平行な
状態と反平行な状態との間で変化させる。このようにし
て、それら２つの状態に対応して二進情報（“０”、
“１”）が記憶される。また、書き込んだ情報を読み出
す際には、磁気抵抗効果素子に電流を流す。磁気抵抗効
果素子の抵抗値は上記の２つの状態間で互いに異なるた
め、流れた電流（或いは抵抗値）を検出することにより
記憶された情報を読み出すことができる。
加の際にその磁化の向きが変化しないピン強磁性層と
し、他方の強磁性層を磁気抵抗効果素子に上記磁場印加
の際にその磁化の向きが変化し得るフリー強磁性層とし
て情報の記憶を行う。すなわち、情報を書き込む際に
は、ワード線に電流パルスを流すことにより発生する磁
場とビット線に電流パルスを流すことにより発生する磁
場との合成磁場を作用させる。これにより、フリー強磁
性層の磁化を例えばピン強磁性層の磁化に対して平行な
状態と反平行な状態との間で変化させる。このようにし
て、それら２つの状態に対応して二進情報（“０”、
“１”）が記憶される。また、書き込んだ情報を読み出
す際には、磁気抵抗効果素子に電流を流す。磁気抵抗効
果素子の抵抗値は上記の２つの状態間で互いに異なるた
め、流れた電流（或いは抵抗値）を検出することにより
記憶された情報を読み出すことができる。
【０００４】ところで、磁気メモリを高集積化するうえ
では、磁気抵抗効果素子の小面積化が極めて有効であ
る。しかしながら、一般に、フリー強磁性層では、外部
磁場がないか或いは十分に弱いとき、端部付近で複数の
軸からなる複雑な磁区構造をとる。フリー強磁性層を小
面積化すると、全体に対して端部が占める割合が大きく
なり、例えば、長方形状のフリー強磁性層では、その長
手方向両端部では磁化が中央部とは異なる方向に向いて
しまう。すなわち、所謂「エッジドメイン」が生じてし
まう（例えば、J. App. Phys. 81, 5471(1997)を参照の
こと）。この場合、フリー強磁性層の磁化が低下し、そ
の結果、磁気抵抗変化率が低下することとなる。また、
この場合、磁化反転の際の磁気的構造の変化が複雑にな
るため、ノイズが発生するおそれが高くなるのに加え、
保磁力が大きくなり、スイッチングに要する磁場の強さ
（スイッチング磁場）が増大する。
では、磁気抵抗効果素子の小面積化が極めて有効であ
る。しかしながら、一般に、フリー強磁性層では、外部
磁場がないか或いは十分に弱いとき、端部付近で複数の
軸からなる複雑な磁区構造をとる。フリー強磁性層を小
面積化すると、全体に対して端部が占める割合が大きく
なり、例えば、長方形状のフリー強磁性層では、その長
手方向両端部では磁化が中央部とは異なる方向に向いて
しまう。すなわち、所謂「エッジドメイン」が生じてし
まう（例えば、J. App. Phys. 81, 5471(1997)を参照の
こと）。この場合、フリー強磁性層の磁化が低下し、そ
の結果、磁気抵抗変化率が低下することとなる。また、
この場合、磁化反転の際の磁気的構造の変化が複雑にな
るため、ノイズが発生するおそれが高くなるのに加え、
保磁力が大きくなり、スイッチングに要する磁場の強さ
（スイッチング磁場）が増大する。
【０００５】エッジドメインを抑制する技術としては、
フリー強磁性層の形状をその磁化容易軸に関して非対称
とする，特には平行四辺形とする，ことが知られている
（特開平１１−２６３４４号公報）。フリー強磁性層を
そのような形状とした場合、エッジドメインの面積を小
さくすることができ、強磁性層全体をほぼ単一の磁区で
構成することができる。
フリー強磁性層の形状をその磁化容易軸に関して非対称
とする，特には平行四辺形とする，ことが知られている
（特開平１１−２６３４４号公報）。フリー強磁性層を
そのような形状とした場合、エッジドメインの面積を小
さくすることができ、強磁性層全体をほぼ単一の磁区で
構成することができる。
【０００６】また、磁化反転の際の磁気的構造変化の複
雑化を抑制する技術としては、フリー強磁性層の両端部
にハードバイアスが印加される構造を付加することによ
りエッジドメインを固定することが知られている（米国
特許第５，７４８，５２４号、特開２０００−１００１
５３号公報）。
雑化を抑制する技術としては、フリー強磁性層の両端部
にハードバイアスが印加される構造を付加することによ
りエッジドメインを固定することが知られている（米国
特許第５，７４８，５２４号、特開２０００−１００１
５３号公報）。
【０００７】さらに、フリー強磁性層の形状を、単純な
四角形ではなく、その磁化容易軸に垂直な方向に向けて
突出した小部分を設けて“Ｈ”または“Ｉ”型とするこ
とにより、エッジドメインを安定化するとともに、複雑
な磁区が形成されるのを回避する技術も知られている
（米国特許第６，２０５，０５３号）。
四角形ではなく、その磁化容易軸に垂直な方向に向けて
突出した小部分を設けて“Ｈ”または“Ｉ”型とするこ
とにより、エッジドメインを安定化するとともに、複雑
な磁区が形成されるのを回避する技術も知られている
（米国特許第６，２０５，０５３号）。
【０００８】しかしながら、一般に、フリー強磁性層の
形状を平行四辺形とした場合、保磁力が過剰に大きくな
る。保磁力の大きさはスイッチング磁場の大きさの目安
であるので、これはスイッチング磁場の増大を意味す
る。すなわち、この場合、書き込みの際により大きな電
流を書き込み配線に流さなければならなくなり、消費電
力の増加や配線寿命の短命化などの好ましくない結果を
もたらす。
形状を平行四辺形とした場合、保磁力が過剰に大きくな
る。保磁力の大きさはスイッチング磁場の大きさの目安
であるので、これはスイッチング磁場の増大を意味す
る。すなわち、この場合、書き込みの際により大きな電
流を書き込み配線に流さなければならなくなり、消費電
力の増加や配線寿命の短命化などの好ましくない結果を
もたらす。
【０００９】また、フリー強磁性層の両端部にハードバ
イアスが印加される構造を付加した場合、磁気的構造変
化の挙動を制御できるものの、保磁力が増加してしま
う。しかも、この技術では、エッジドメインを固定する
ための構造を付加する必要があるため、大容量メモリな
どに要求される高密度化には適さない。
イアスが印加される構造を付加した場合、磁気的構造変
化の挙動を制御できるものの、保磁力が増加してしま
う。しかも、この技術では、エッジドメインを固定する
ための構造を付加する必要があるため、大容量メモリな
どに要求される高密度化には適さない。
【００１０】さらに、フリー強磁性層の形状を“Ｈ”ま
たは“Ｉ”型とした場合、突出部分により得られる効果
を十分に引き出すためには突出部分を大きくする必要が
ある。この場合、磁気抵抗効果素子が占有する面積が増
加し、大容量メモリに要求される高集積化が困難とな
る。
たは“Ｉ”型とした場合、突出部分により得られる効果
を十分に引き出すためには突出部分を大きくする必要が
ある。この場合、磁気抵抗効果素子が占有する面積が増
加し、大容量メモリに要求される高集積化が困難とな
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、小面積化した場合におい
てもフリー強磁性層の残留磁化が十分に大きく且つ十分
に弱い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させることが
可能な磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリを
提供することを目的とする。
に鑑みてなされたものであり、小面積化した場合におい
てもフリー強磁性層の残留磁化が十分に大きく且つ十分
に弱い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させることが
可能な磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリを
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、磁場印加の際に磁化の向きが維持される
第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁性層に対向し且
つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変化し得るフリー
強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前記フリー強磁性
層との間に介在した第１非磁性層とを具備し、前記フリ
ー強磁性層のその主面に垂直な方向から観察した形状
は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な第２対辺とか
らなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形状の第１部分
の一対の対角部から前記第２対辺に平行な方向にそれぞ
れ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の最大幅が前記
第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分とを含み、前
記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向から観察した
前記形状は、前記第１部分の中心を通り且つ前記第２対
辺に平行な直線に関して非対称であり、前記フリー強磁
性層の磁化容易軸は、前記第２対辺に実質的に平行な第
１方向、前記一対の第２部分の一方の輪郭と他方の輪郭
とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質的に平行な第２
方向、または前記第１方向と前記第２方向との間であっ
てこれらの方向が為す鋭角側の方向に平行であることを
特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
に、本発明は、磁場印加の際に磁化の向きが維持される
第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁性層に対向し且
つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変化し得るフリー
強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前記フリー強磁性
層との間に介在した第１非磁性層とを具備し、前記フリ
ー強磁性層のその主面に垂直な方向から観察した形状
は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な第２対辺とか
らなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形状の第１部分
の一対の対角部から前記第２対辺に平行な方向にそれぞ
れ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の最大幅が前記
第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分とを含み、前
記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向から観察した
前記形状は、前記第１部分の中心を通り且つ前記第２対
辺に平行な直線に関して非対称であり、前記フリー強磁
性層の磁化容易軸は、前記第２対辺に実質的に平行な第
１方向、前記一対の第２部分の一方の輪郭と他方の輪郭
とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質的に平行な第２
方向、または前記第１方向と前記第２方向との間であっ
てこれらの方向が為す鋭角側の方向に平行であることを
特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【００１３】また、本発明は、磁場印加の際に磁化の向
きが維持される第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁
性層に対向し且つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変
化し得るフリー強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前
記フリー強磁性層との間に介在した第１非磁性層とを具
備し、前記フリー強磁性層のその主面に垂直な方向から
観察した形状は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な
第２対辺とからなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形
状の第１部分の一対の対角部から前記第２対辺に平行な
方向にそれぞれ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の
最大幅が前記第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分
とを含み、前記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向
から観察した前記形状は、前記第１部分の中心を通り且
つ前記第２対辺に平行な直線に関して非対称であり、前
記第１ピン強磁性層の前記磁化は、前記第２対辺に実質
的に平行な第１方向、前記一対の第２部分の一方の輪郭
と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質的
に平行な第２方向、または前記第１方向と前記第２方向
との間であってこれらの方向が為す鋭角側の方向に平行
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
きが維持される第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁
性層に対向し且つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変
化し得るフリー強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前
記フリー強磁性層との間に介在した第１非磁性層とを具
備し、前記フリー強磁性層のその主面に垂直な方向から
観察した形状は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な
第２対辺とからなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形
状の第１部分の一対の対角部から前記第２対辺に平行な
方向にそれぞれ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の
最大幅が前記第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分
とを含み、前記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向
から観察した前記形状は、前記第１部分の中心を通り且
つ前記第２対辺に平行な直線に関して非対称であり、前
記第１ピン強磁性層の前記磁化は、前記第２対辺に実質
的に平行な第１方向、前記一対の第２部分の一方の輪郭
と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質的
に平行な第２方向、または前記第１方向と前記第２方向
との間であってこれらの方向が為す鋭角側の方向に平行
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【００１４】さらに、本発明は、ワード線と、前記ワー
ド線に交差したビット線と、前記ワード線と前記ビット
線との交差部またはその近傍に位置したメモリセルとを
具備し、前記メモリセルは上記の磁気抵抗効果素子を含
んだことを特徴とする磁気メモリを提供する。
ド線に交差したビット線と、前記ワード線と前記ビット
線との交差部またはその近傍に位置したメモリセルとを
具備し、前記メモリセルは上記の磁気抵抗効果素子を含
んだことを特徴とする磁気メモリを提供する。
【００１５】本発明において、第１非磁性層は非磁性金
属層であってもよく或いは絶縁層であってもよい。
属層であってもよく或いは絶縁層であってもよい。
【００１６】本発明に係る磁気抵抗効果素子は、第１非
磁性層及びフリー強磁性層を介して第１ピン強磁性層に
対向し且つ上記磁場の印加の際に磁化の向きが維持され
る第２ピン強磁性層と、フリー強磁性層と第２ピン強磁
性層との間に介在した第２非磁性層とをさらに具備する
ことができる。この場合、第１及び第２非磁性層のそれ
ぞれは非磁性金属層であってもよく或いは絶縁層であっ
てもよい。
磁性層及びフリー強磁性層を介して第１ピン強磁性層に
対向し且つ上記磁場の印加の際に磁化の向きが維持され
る第２ピン強磁性層と、フリー強磁性層と第２ピン強磁
性層との間に介在した第２非磁性層とをさらに具備する
ことができる。この場合、第１及び第２非磁性層のそれ
ぞれは非磁性金属層であってもよく或いは絶縁層であっ
てもよい。
【００１７】このように、本発明に係る磁気抵抗効果素
子は、巨大磁気抵抗効果を示すものであってもよく、或
いは、強磁性１重トンネル接合を形成した強磁性１重ト
ンネル接合素子や強磁性２重トンネル接合を形成した強
磁性２重トンネル接合素子のような強磁性トンネル接合
素子であってもよい。
子は、巨大磁気抵抗効果を示すものであってもよく、或
いは、強磁性１重トンネル接合を形成した強磁性１重ト
ンネル接合素子や強磁性２重トンネル接合を形成した強
磁性２重トンネル接合素子のような強磁性トンネル接合
素子であってもよい。
【００１８】本発明において、第１部分は正方形または
長方形の形状を有していてもよい。また、一対の第２部
分の一方は他方に対して、第１部分の中心を通り且つフ
リー強磁性層の主面に垂直な軸を二回回転軸とした回転
対称の関係にあってもよい。
長方形の形状を有していてもよい。また、一対の第２部
分の一方は他方に対して、第１部分の中心を通り且つフ
リー強磁性層の主面に垂直な軸を二回回転軸とした回転
対称の関係にあってもよい。
【００１９】本発明において、上記一対の第２部分のそ
れぞれは、三角形、半円形、正方形、及び長方形のいず
れかの形状を有していてもよい。本発明において、フリ
ー強磁性層の上記形状は第１部分及び一対の第２部分の
みを含んでいてもよい。なお、本発明において、「実質
的に平行」とは、例えば、平行な状態からのずれが数°
以内にあることを意味している。
れぞれは、三角形、半円形、正方形、及び長方形のいず
れかの形状を有していてもよい。本発明において、フリ
ー強磁性層の上記形状は第１部分及び一対の第２部分の
みを含んでいてもよい。なお、本発明において、「実質
的に平行」とは、例えば、平行な状態からのずれが数°
以内にあることを意味している。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。なお、各図におい
て、同様または類似する機能を有する構成要素には同一
の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
て、図面を参照しながら説明する。なお、各図におい
て、同様または類似する機能を有する構成要素には同一
の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁
気抵抗効果素子の一例を概略的に示す斜視図である。図
１に示す磁気抵抗効果素子１は、ピン強磁性層２と非磁
性層３とフリー強磁性層４とを積層した構造を有してい
る。
気抵抗効果素子の一例を概略的に示す斜視図である。図
１に示す磁気抵抗効果素子１は、ピン強磁性層２と非磁
性層３とフリー強磁性層４とを積層した構造を有してい
る。
【００２２】ピン強磁性層２には矢印８で示す向きに一
方向磁気異方性が付与されている。すなわち、ピン強磁
性層２の磁化は矢印８に示す方向を向いており、その状
態は磁気抵抗効果素子１に書き込み用の磁場を印加した
際にも維持される。
方向磁気異方性が付与されている。すなわち、ピン強磁
性層２の磁化は矢印８に示す方向を向いており、その状
態は磁気抵抗効果素子１に書き込み用の磁場を印加した
際にも維持される。
【００２３】他方、フリー強磁性層４には両矢印９で示
す方向に一軸磁気異方性が付与されている。すなわち、
両矢印９はフリー強磁性層４の磁化容易軸に相当してい
る。フリー強磁性層４では、両矢印９で示すように、そ
の磁化が右に向いた状態と左に向いた状態との２つの状
態が安定であり、それら状態間の切り替えは書き込み用
の磁場を印加することにより行うことができる。
す方向に一軸磁気異方性が付与されている。すなわち、
両矢印９はフリー強磁性層４の磁化容易軸に相当してい
る。フリー強磁性層４では、両矢印９で示すように、そ
の磁化が右に向いた状態と左に向いた状態との２つの状
態が安定であり、それら状態間の切り替えは書き込み用
の磁場を印加することにより行うことができる。
【００２４】フリー強磁性層４は、その主面に垂直な方
向から観察した場合、第１部分４ａと一対の第２部分４
ｂとを含んだ形状を有している。なお、図１では、第１
部分４ａと第２部分４ｂとの境界を破線で示している。
向から観察した場合、第１部分４ａと一対の第２部分４
ｂとを含んだ形状を有している。なお、図１では、第１
部分４ａと第２部分４ｂとの境界を破線で示している。
【００２５】第１部分４ａは、フリー強磁性層４として
の主要な役割を果たす部分であり、互いに平行な一対の
辺或いは端面を有している。第１部分４ａの上記一対の
辺或いは端面に平行な方向の幅Ｗ1は、それら辺或いは
端面の間で一定である。このような形状は、磁気抵抗効
果素子１を磁気メモリなどで利用する場合、磁気メモリ
を高集積化する観点で有利である。
の主要な役割を果たす部分であり、互いに平行な一対の
辺或いは端面を有している。第１部分４ａの上記一対の
辺或いは端面に平行な方向の幅Ｗ1は、それら辺或いは
端面の間で一定である。このような形状は、磁気抵抗効
果素子１を磁気メモリなどで利用する場合、磁気メモリ
を高集積化する観点で有利である。
【００２６】一対の第２部分４ｂは、フリー強磁性層４
のエッジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転の際の
磁気的構造変化などを制御する補助的な役割を果たす部
分である。これら第２部分４ｂは、第１部分４ａの左右
の辺或いは端面４ａ1，４ａ2からそれらに垂直な方向に
それぞれ延在している。また、それら第２部分４ｂのそ
れぞれの幅Ｗ2は第１部分４ａの幅Ｗ1よりも狭く、第２
部分４ｂの各々の面積は第１部分４ａの面積よりも小さ
い。
のエッジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転の際の
磁気的構造変化などを制御する補助的な役割を果たす部
分である。これら第２部分４ｂは、第１部分４ａの左右
の辺或いは端面４ａ1，４ａ2からそれらに垂直な方向に
それぞれ延在している。また、それら第２部分４ｂのそ
れぞれの幅Ｗ2は第１部分４ａの幅Ｗ1よりも狭く、第２
部分４ｂの各々の面積は第１部分４ａの面積よりも小さ
い。
【００２７】本実施形態では、フリー強磁性層４のその
主面に垂直な方向から観察した形状は、第１部分４ａの
中心を通り且つ第１部分４ａの左右の辺或いは端面に垂
直な直線に関して非対称である。また、本実施形態で
は、フリー強磁性層４の磁化容易軸とフリー強磁性層４
の形状とは所定の関係を満足している。これについて
は、図１１を参照しながら説明する。
主面に垂直な方向から観察した形状は、第１部分４ａの
中心を通り且つ第１部分４ａの左右の辺或いは端面に垂
直な直線に関して非対称である。また、本実施形態で
は、フリー強磁性層４の磁化容易軸とフリー強磁性層４
の形状とは所定の関係を満足している。これについて
は、図１１を参照しながら説明する。
【００２８】図１１は、本発明の第１の実施形態に係る
磁気抵抗効果素子の他の例を概略的に示す平面図であ
る。図１１において、縦方向に延びた一点鎖線４１は第
１部分４の縦の辺に平行な直線であり、斜め方向に延び
た一点鎖線４２は一対の第２部分４ｂの一方の輪郭と他
方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いもの或いはそれに
平行な直線である。また、角度θはフリー強磁性層４の
磁化容易軸９が直線４１に対して為す角度を示してお
り、角度θ1は直線４２が第１部分の縦の辺（または直
線４１）に対して為す角度を示している。
磁気抵抗効果素子の他の例を概略的に示す平面図であ
る。図１１において、縦方向に延びた一点鎖線４１は第
１部分４の縦の辺に平行な直線であり、斜め方向に延び
た一点鎖線４２は一対の第２部分４ｂの一方の輪郭と他
方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いもの或いはそれに
平行な直線である。また、角度θはフリー強磁性層４の
磁化容易軸９が直線４１に対して為す角度を示してお
り、角度θ1は直線４２が第１部分の縦の辺（または直
線４１）に対して為す角度を示している。
【００２９】本実施形態では、角度θを０°以上とし且
つθ1以下とする。このような構造によると、フリー強
磁性層４を小面積化した場合においても、十分に大きな
残留磁化を得ること及び比較的弱い磁場で磁化反転を生
じさせることの双方を同時に実現することが可能であ
る。これについては、図１２（ａ），（ｂ）を参照しな
がら説明する。
つθ1以下とする。このような構造によると、フリー強
磁性層４を小面積化した場合においても、十分に大きな
残留磁化を得ること及び比較的弱い磁場で磁化反転を生
じさせることの双方を同時に実現することが可能であ
る。これについては、図１２（ａ），（ｂ）を参照しな
がら説明する。
【００３０】図１２（ａ）は、図１１の磁気抵抗効果素
子における角度θと保磁力Ｈcとの関係の一例を示すグ
ラフである。また、図１２（ｂ）は、図１１の磁気抵抗
効果素子における角度θと角型比Ｍr／Ｍs（物質定数に
対する残留磁化の比）との関係の一例を示すグラフであ
る。図１２（ａ），（ｂ）において、横軸は角度θを示
している。また、図１２（ａ）において縦軸は保磁力Ｈ
cを示し、図１２（ｂ）において縦軸は角型比Ｍr／Ｍs
を示している。
子における角度θと保磁力Ｈcとの関係の一例を示すグ
ラフである。また、図１２（ｂ）は、図１１の磁気抵抗
効果素子における角度θと角型比Ｍr／Ｍs（物質定数に
対する残留磁化の比）との関係の一例を示すグラフであ
る。図１２（ａ），（ｂ）において、横軸は角度θを示
している。また、図１２（ａ）において縦軸は保磁力Ｈ
cを示し、図１２（ｂ）において縦軸は角型比Ｍr／Ｍs
を示している。
【００３１】なお、図１２（ａ），（ｂ）に示すデータ
は、以下の条件でシミュレーションを行うことにより得
られたものである。すなわち、第２部分４ｂを直角二等
辺三角形とし、第１部分４ａの幅Ｗ1に対する第２部分
４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1を０．２５とした。ま
た、フリー強磁性層４の材料としてＮｉＦｅを使用し、
その厚さは２ｎｍとした。
は、以下の条件でシミュレーションを行うことにより得
られたものである。すなわち、第２部分４ｂを直角二等
辺三角形とし、第１部分４ａの幅Ｗ1に対する第２部分
４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1を０．２５とした。ま
た、フリー強磁性層４の材料としてＮｉＦｅを使用し、
その厚さは２ｎｍとした。
【００３２】図１２（ａ），（ｂ）に示すように、角度
θが０°以上であり且つθ1以下である場合、保磁力Ｈc
及び角型比Ｍr／Ｍsの双方が高い値を示している。すな
わち、角度θをそのような範囲内とすることにより、十
分に大きな残留磁化を得ること及び比較的弱い磁場で磁
化反転を生じさせることの双方を同時に実現することが
可能である。
θが０°以上であり且つθ1以下である場合、保磁力Ｈc
及び角型比Ｍr／Ｍsの双方が高い値を示している。すな
わち、角度θをそのような範囲内とすることにより、十
分に大きな残留磁化を得ること及び比較的弱い磁場で磁
化反転を生じさせることの双方を同時に実現することが
可能である。
【００３３】また、このような構造によると、第２部分
４ｂの形状のばらつきに起因してフリー強磁性層４の角
型比Ｍr／Ｍsや保磁力Ｈcが大きくばらつくことがな
い。しかも、図１に示す構造において、フリー強磁性層
４の磁化容易軸９及び／またはピン強磁性層２の磁化の
向き８を第１部分４ａの左右の辺或いは端面に対してほ
ぼ垂直とした場合、ほぼ平行とした場合に比べて、以下
の点で有利である。
４ｂの形状のばらつきに起因してフリー強磁性層４の角
型比Ｍr／Ｍsや保磁力Ｈcが大きくばらつくことがな
い。しかも、図１に示す構造において、フリー強磁性層
４の磁化容易軸９及び／またはピン強磁性層２の磁化の
向き８を第１部分４ａの左右の辺或いは端面に対してほ
ぼ垂直とした場合、ほぼ平行とした場合に比べて、以下
の点で有利である。
【００３４】すなわち、例えば、フリー強磁性層４の磁
化容易軸９やピン強磁性層２の磁化の向き８を図１に示
す状態から９０°回転させた構造では、フリー強磁性層
４の幅（Ｗ1方向）に対する長さ（Ｌ1方向）の比である
アスペクト比を小さくした場合に、角型比Ｍr／Ｍsの低
下が大きい。これに対し、フリー強磁性層４の磁化容易
軸９やピン強磁性層２の磁化の向き８を、例えば、図１
に示す状態とした構造では、フリー強磁性層４のアスペ
クト比を小さくした場合であっても高い角型比Ｍr／Ｍs
を得ることができる。したがって、磁気メモリを高集積
化する観点でより有利である。
化容易軸９やピン強磁性層２の磁化の向き８を図１に示
す状態から９０°回転させた構造では、フリー強磁性層
４の幅（Ｗ1方向）に対する長さ（Ｌ1方向）の比である
アスペクト比を小さくした場合に、角型比Ｍr／Ｍsの低
下が大きい。これに対し、フリー強磁性層４の磁化容易
軸９やピン強磁性層２の磁化の向き８を、例えば、図１
に示す状態とした構造では、フリー強磁性層４のアスペ
クト比を小さくした場合であっても高い角型比Ｍr／Ｍs
を得ることができる。したがって、磁気メモリを高集積
化する観点でより有利である。
【００３５】本実施形態において、第１部分４ａは、互
いに平行な一対の辺或いは端面を有し且つそれらに平行
な方向の幅Ｗ1がそれら辺或いは端面の間で一定であれ
ば、その形状に特に制限はない。但し、第１部分４ａを
その主面に垂直な方向から見た形状が正方形または長方
形状である場合、磁気メモリを高集積化する観点でより
有利である。
いに平行な一対の辺或いは端面を有し且つそれらに平行
な方向の幅Ｗ1がそれら辺或いは端面の間で一定であれ
ば、その形状に特に制限はない。但し、第１部分４ａを
その主面に垂直な方向から見た形状が正方形または長方
形状である場合、磁気メモリを高集積化する観点でより
有利である。
【００３６】本実施形態において、フリー強磁性層４の
幅に対する長さの比であるアスペクト比は、１乃至３の
範囲内にあることが好ましく、１乃至２の範囲内にある
ことがより好ましく、１乃至１．５の範囲内にあること
が最も好ましい。上記の通り、一般に、角型比Ｍr／Ｍs
の低下はアスペクト比を小さくした場合に特に問題とな
る。したがって、上述した効果は、フリー強磁性層４の
アスペクト比が上記範囲内にある場合に特に重要であ
る。
幅に対する長さの比であるアスペクト比は、１乃至３の
範囲内にあることが好ましく、１乃至２の範囲内にある
ことがより好ましく、１乃至１．５の範囲内にあること
が最も好ましい。上記の通り、一般に、角型比Ｍr／Ｍs
の低下はアスペクト比を小さくした場合に特に問題とな
る。したがって、上述した効果は、フリー強磁性層４の
アスペクト比が上記範囲内にある場合に特に重要であ
る。
【００３７】本実施形態において、一対の第２部分４ｂ
の一方は他方に対して、第１部分４ａの中心を通り且つ
フリー強磁性層４の主面に垂直な軸を二回回転軸とした
回転対称の関係にあることが好ましい。この場合、磁気
抵抗効果素子１を磁気メモリに利用した際に、情報
“０”から情報“１”への書き換え時と情報“１”から
情報“０”への書き換え時とで互いに等しい効果を得る
ことができる。
の一方は他方に対して、第１部分４ａの中心を通り且つ
フリー強磁性層４の主面に垂直な軸を二回回転軸とした
回転対称の関係にあることが好ましい。この場合、磁気
抵抗効果素子１を磁気メモリに利用した際に、情報
“０”から情報“１”への書き換え時と情報“１”から
情報“０”への書き換え時とで互いに等しい効果を得る
ことができる。
【００３８】第２部分４ｂのそれぞれの形状に特に制限
はなく、例えば、三角形、半円形、半楕円形、正方形、
或いは長方形などであってもよい。但し、通常、第２部
分４ｂのそれぞれは第１部分４ａ側で最も幅が広い形状
とする。
はなく、例えば、三角形、半円形、半楕円形、正方形、
或いは長方形などであってもよい。但し、通常、第２部
分４ｂのそれぞれは第１部分４ａ側で最も幅が広い形状
とする。
【００３９】上述のように、第１部分４ａはフリー強磁
性層４としての主要な役割を果たし、第２部分４ｂはフ
リー強磁性層４のエッジドメインの位置や大きさ並びに
磁化反転の際の磁気的構造変化などを制御する補助的な
役割を果たす。そのため、第２部分４ｂは第１部分４ａ
に対してより小さいことが望ましい。例えば、第１部分
４ａの長さＬ1に対する第２部分４ｂの長さＬ2の比Ｌ2
／Ｌ1は、１以下であることが好ましく、０．７５以下
であることがより好ましい。また、第１部分４ａの幅Ｗ
1に対する第２部分４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1は、
０．５以下であることが好ましく、０．３以下であるこ
とがより好ましい。
性層４としての主要な役割を果たし、第２部分４ｂはフ
リー強磁性層４のエッジドメインの位置や大きさ並びに
磁化反転の際の磁気的構造変化などを制御する補助的な
役割を果たす。そのため、第２部分４ｂは第１部分４ａ
に対してより小さいことが望ましい。例えば、第１部分
４ａの長さＬ1に対する第２部分４ｂの長さＬ2の比Ｌ2
／Ｌ1は、１以下であることが好ましく、０．７５以下
であることがより好ましい。また、第１部分４ａの幅Ｗ
1に対する第２部分４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1は、
０．５以下であることが好ましく、０．３以下であるこ
とがより好ましい。
【００４０】しかしながら、第２部分４ｂが第１部分４
ａに対して過剰に小さい場合、第２部分４ｂが十分な効
果を発揮できないことがある。したがって、比Ｌ2／Ｌ1
は、０．０５以上であることが好ましく、０．１以上で
あることがより好ましい。また、第１部分４ａの幅Ｗ1
に対する第２部分４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1は、
０．０５以上であることが好ましく、０．１以上である
ことがより好ましい。
ａに対して過剰に小さい場合、第２部分４ｂが十分な効
果を発揮できないことがある。したがって、比Ｌ2／Ｌ1
は、０．０５以上であることが好ましく、０．１以上で
あることがより好ましい。また、第１部分４ａの幅Ｗ1
に対する第２部分４ｂの最大幅Ｗ2の比Ｗ2／Ｗ1は、
０．０５以上であることが好ましく、０．１以上である
ことがより好ましい。
【００４１】第２部分４ｂは第１部分４ａの対角位置に
設けることが好ましい。この場合、第２部分４ｂが小さ
くても、エッジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転
の際の磁気的構造変化などを十分に制御することができ
る。
設けることが好ましい。この場合、第２部分４ｂが小さ
くても、エッジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転
の際の磁気的構造変化などを十分に制御することができ
る。
【００４２】本実施形態において、フリー強磁性層４の
厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ
以下であることがより好ましく、５ｎｍ以下であること
が最も好ましい。フリー強磁性層４の厚さの下限値は、
それが強磁性層としての機能を失わない程度の厚さであ
る。フリー強磁性層４がより薄い場合、その保磁力が小
さくなる。そのため、磁気抵抗効果素子１を磁気メモリ
に利用した際に、書き込み時の消費電力を低減すること
ができる。
厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ
以下であることがより好ましく、５ｎｍ以下であること
が最も好ましい。フリー強磁性層４の厚さの下限値は、
それが強磁性層としての機能を失わない程度の厚さであ
る。フリー強磁性層４がより薄い場合、その保磁力が小
さくなる。そのため、磁気抵抗効果素子１を磁気メモリ
に利用した際に、書き込み時の消費電力を低減すること
ができる。
【００４３】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵
抗効果素子を概略的に示す斜視図である。図２に示す磁
気抵抗効果素子１は、フリー強磁性層４の形状が異なっ
ていることを除いて図１に示す磁気抵抗効果素子１とほ
ぼ同様の構造を有している。すなわち、本実施形態で
は、フリー強磁性層４は、第１部分４ａと一対の第２部
分４ｂと一対の第３部分４ｃとで構成されている。
明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵
抗効果素子を概略的に示す斜視図である。図２に示す磁
気抵抗効果素子１は、フリー強磁性層４の形状が異なっ
ていることを除いて図１に示す磁気抵抗効果素子１とほ
ぼ同様の構造を有している。すなわち、本実施形態で
は、フリー強磁性層４は、第１部分４ａと一対の第２部
分４ｂと一対の第３部分４ｃとで構成されている。
【００４４】第３部分４ｃは、第２部分４ｂから離間し
ており、第１部分４ａの左右の辺或いは端面からそれら
に垂直な方向にそれぞれ延在している。第３部分４ｃは
第２部分４ｂよりも小面積であり、第２部分４ｂを設け
ることにより得られる各種効果を増大及び／またはバラ
ンスさせる役割を果たす。
ており、第１部分４ａの左右の辺或いは端面からそれら
に垂直な方向にそれぞれ延在している。第３部分４ｃは
第２部分４ｂよりも小面積であり、第２部分４ｂを設け
ることにより得られる各種効果を増大及び／またはバラ
ンスさせる役割を果たす。
【００４５】第２部分４ｂの長さＬ2に対する第３部分
４ｃの長さＬ3の比Ｌ3／Ｌ2は、１以下であることが好
ましく、０．７以下であることがより好ましい。また、
第２部分４ｂの最大幅Ｗ2に対する第３部分４ｃの最大
幅Ｗ3の比Ｗ3／Ｗ2は、１以下であることが好ましく、
０．７以下であることがより好ましい。この場合、エッ
ジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転の際の磁気的
構造変化などを制御する効果が低減するのを抑制するこ
とができる。なお、比Ｌ3／Ｌ2や比Ｗ3／Ｗ2の下限値に
特に制限はないが、通常、第３部分４ｃを設けることに
より生じる効果は、比Ｌ3／Ｌ2が０．６以上である場合
や、比Ｗ3／Ｗ2が０．５以上である場合に顕著である。
４ｃの長さＬ3の比Ｌ3／Ｌ2は、１以下であることが好
ましく、０．７以下であることがより好ましい。また、
第２部分４ｂの最大幅Ｗ2に対する第３部分４ｃの最大
幅Ｗ3の比Ｗ3／Ｗ2は、１以下であることが好ましく、
０．７以下であることがより好ましい。この場合、エッ
ジドメインの位置や大きさ並びに磁化反転の際の磁気的
構造変化などを制御する効果が低減するのを抑制するこ
とができる。なお、比Ｌ3／Ｌ2や比Ｗ3／Ｗ2の下限値に
特に制限はないが、通常、第３部分４ｃを設けることに
より生じる効果は、比Ｌ3／Ｌ2が０．６以上である場合
や、比Ｗ3／Ｗ2が０．５以上である場合に顕著である。
【００４６】以上説明した第１及び第２の実施形態に係
る磁気抵抗効果素子１には様々な変形が可能である。図
３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る
磁気抵抗効果素子の変形例を概略的に示す斜視図であ
る。
る磁気抵抗効果素子１には様々な変形が可能である。図
３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る
磁気抵抗効果素子の変形例を概略的に示す斜視図であ
る。
【００４７】図３（ａ）に示す磁気抵抗効果素子１で
は、ピン強磁性層２のフリー強磁性層４に対向した面の
裏面に反強磁性層５が設けられている。このようにピン
強磁性層２に隣接して反強磁性層５を設けた場合、ピン
強磁性層２の磁化の向きをより強固に固着させることが
できる。また、図３（ａ）に示す磁気抵抗効果素子１で
は、ピン強磁性層２、非磁性層３、反強磁性層５の全て
がフリー強磁性層４と等しい形状を有している。このよ
うな構造を採用した場合、ピン強磁性層２、非磁性層
３、フリー強磁性層４、反強磁性層５のパターニングを
単一のプロセスで実施することができる。
は、ピン強磁性層２のフリー強磁性層４に対向した面の
裏面に反強磁性層５が設けられている。このようにピン
強磁性層２に隣接して反強磁性層５を設けた場合、ピン
強磁性層２の磁化の向きをより強固に固着させることが
できる。また、図３（ａ）に示す磁気抵抗効果素子１で
は、ピン強磁性層２、非磁性層３、反強磁性層５の全て
がフリー強磁性層４と等しい形状を有している。このよ
うな構造を採用した場合、ピン強磁性層２、非磁性層
３、フリー強磁性層４、反強磁性層５のパターニングを
単一のプロセスで実施することができる。
【００４８】図３（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１で
は、フリー強磁性層４のピン強磁性層２に対向した面の
裏面に非磁性層６及びピン強磁性層７が順次設けられて
いる。すなわち、図３（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１
は、例えば、非磁性層３，６がトンネル絶縁膜である強
磁性２重トンネル接合素子である。このような構造は、
より大きな出力電圧を得るうえで有利である。また、図
３（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１では、非磁性層３と
フリー強磁性層４とが互いに等しい形状を有し、非磁性
層６とピン強磁性層７とが互いに等しい形状を有してい
る。このような磁気抵抗効果素子１は、例えば、ピン強
磁性層２のパターニング後、非磁性層３及びフリー強磁
性層４のパターニングを単一のプロセスで実施し、さら
にその後、非磁性層６及びピン強磁性層７のパターニン
グを単一のプロセスで実施することにより得られる。
は、フリー強磁性層４のピン強磁性層２に対向した面の
裏面に非磁性層６及びピン強磁性層７が順次設けられて
いる。すなわち、図３（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１
は、例えば、非磁性層３，６がトンネル絶縁膜である強
磁性２重トンネル接合素子である。このような構造は、
より大きな出力電圧を得るうえで有利である。また、図
３（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子１では、非磁性層３と
フリー強磁性層４とが互いに等しい形状を有し、非磁性
層６とピン強磁性層７とが互いに等しい形状を有してい
る。このような磁気抵抗効果素子１は、例えば、ピン強
磁性層２のパターニング後、非磁性層３及びフリー強磁
性層４のパターニングを単一のプロセスで実施し、さら
にその後、非磁性層６及びピン強磁性層７のパターニン
グを単一のプロセスで実施することにより得られる。
【００４９】図３（ｃ）に示す磁気抵抗効果素子１は、
ピン強磁性層２，７、非磁性層３，６、及びフリー強磁
性層４の形状が互いに等しいこと以外は図３（ｂ）に示
す磁気抵抗効果素子１と同様の構造を有している。この
ような磁気抵抗効果素子１は、例えば、ピン強磁性層
２、非磁性層３、フリー強磁性層４、非磁性層６、及び
ピン強磁性層７のパターニングを単一のプロセスで実施
することにより得られる。なお、図３（ｂ），（ｃ）に
示す磁気抵抗効果素子１には、ピン強磁性層２，７のい
ずれか一方の上に反強磁性層を設けてもよく、或いは、
ピン強磁性層２，７の双方の上に反強磁性層を設けても
よい。
ピン強磁性層２，７、非磁性層３，６、及びフリー強磁
性層４の形状が互いに等しいこと以外は図３（ｂ）に示
す磁気抵抗効果素子１と同様の構造を有している。この
ような磁気抵抗効果素子１は、例えば、ピン強磁性層
２、非磁性層３、フリー強磁性層４、非磁性層６、及び
ピン強磁性層７のパターニングを単一のプロセスで実施
することにより得られる。なお、図３（ｂ），（ｃ）に
示す磁気抵抗効果素子１には、ピン強磁性層２，７のい
ずれか一方の上に反強磁性層を設けてもよく、或いは、
ピン強磁性層２，７の双方の上に反強磁性層を設けても
よい。
【００５０】なお、図３（ａ）乃至（ｃ）を参照して説
明した構造は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子
だけでなく、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子で
も利用可能である。
明した構造は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子
だけでなく、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子で
も利用可能である。
【００５１】図１乃至図３を参照して説明した磁気抵抗
効果素子１は、半導体プロセスを利用して形成すること
ができる。その際、図中、下方に描かれている層が基板
に対向していてもよく、或いは、上方に描かれている層
が基板に対向していてもよい。
効果素子１は、半導体プロセスを利用して形成すること
ができる。その際、図中、下方に描かれている層が基板
に対向していてもよく、或いは、上方に描かれている層
が基板に対向していてもよい。
【００５２】フリー強磁性層４は、例えば、スパッタリ
ング法などを利用して磁性膜または磁性積層膜を成膜
し、その後、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてパ
ターニングすることにより形成することができる。この
方法では、パターニングの際に、フリー強磁性層４の平
面形状に対応したパターンを有するフォトマスクを使用
することにより、上述した形状のフリー強磁性層４を得
ることができる。なお、上記の通り、本実施形態によれ
ば、第２部分４ｂの形状が多少ばらついたとしても、フ
リー強磁性層４の保磁力が大きくばらつくことはない。
したがって、加工精度誤差によりフリー強磁性層４の形
状がばらついたとしても、その保磁力のばらつきは十分
小さくでき、特に比Ｗ2／Ｗ1が０．５以下である場合に
は保磁力のばらつきを極めて小さくすることができる。
ング法などを利用して磁性膜または磁性積層膜を成膜
し、その後、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてパ
ターニングすることにより形成することができる。この
方法では、パターニングの際に、フリー強磁性層４の平
面形状に対応したパターンを有するフォトマスクを使用
することにより、上述した形状のフリー強磁性層４を得
ることができる。なお、上記の通り、本実施形態によれ
ば、第２部分４ｂの形状が多少ばらついたとしても、フ
リー強磁性層４の保磁力が大きくばらつくことはない。
したがって、加工精度誤差によりフリー強磁性層４の形
状がばらついたとしても、その保磁力のばらつきは十分
小さくでき、特に比Ｗ2／Ｗ1が０．５以下である場合に
は保磁力のばらつきを極めて小さくすることができる。
【００５３】また、フリー強磁性層４は、以下の方法で
形成してもよい。すなわち、まず、第１ステップとし
て、磁性膜または磁性積層膜をラインアンドスペースパ
ターンへと加工する。このようなパターニングは、ライ
ン及びスペースの幅のそれぞれを例えば０．１μｍとし
た場合でも数％以下の誤差で行うことができる。なお、
ライン及びスペースの長手方向を磁化容易軸の方向とす
る。次いで、第２ステップとして、ラインアンドスペー
スパターンに対し、磁化容易軸方向に垂直な方向に加工
を行う。以上のようにして、上述した形状のフリー強磁
性層４を得る。なお、第２ステップの加工は、第１ステ
ップの加工と同様の直線加工であってもよく、或いは、
通常のマスクを用いた加工であってもよい。マスクを用
いることにより生じる誤差が磁気的性質，特には保磁
力，に与える影響は上記の通り小さい。
形成してもよい。すなわち、まず、第１ステップとし
て、磁性膜または磁性積層膜をラインアンドスペースパ
ターンへと加工する。このようなパターニングは、ライ
ン及びスペースの幅のそれぞれを例えば０．１μｍとし
た場合でも数％以下の誤差で行うことができる。なお、
ライン及びスペースの長手方向を磁化容易軸の方向とす
る。次いで、第２ステップとして、ラインアンドスペー
スパターンに対し、磁化容易軸方向に垂直な方向に加工
を行う。以上のようにして、上述した形状のフリー強磁
性層４を得る。なお、第２ステップの加工は、第１ステ
ップの加工と同様の直線加工であってもよく、或いは、
通常のマスクを用いた加工であってもよい。マスクを用
いることにより生じる誤差が磁気的性質，特には保磁
力，に与える影響は上記の通り小さい。
【００５４】また、フリー強磁性層４は、電子ビーム描
画法を利用して形成することもできる。この場合、所望
の形状の第２部分４ｂを形成するために、第２部分４ｂ
の近傍で電子ビームのドーズ量を増やしたり、或いは、
電子ビームをドット状に照射することで高精度な形状制
御が可能である。
画法を利用して形成することもできる。この場合、所望
の形状の第２部分４ｂを形成するために、第２部分４ｂ
の近傍で電子ビームのドーズ量を増やしたり、或いは、
電子ビームをドット状に照射することで高精度な形状制
御が可能である。
【００５５】上述した磁気抵抗効果素子１は、例えば、
磁気メモリ、磁気センサ、及び磁気再生装置の磁気ヘッ
ドなどの様々な用途で利用することができる。以下、磁
気抵抗効果素子１を利用した磁気メモリについて説明す
る。図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１及び第２の
実施形態に係る磁気抵抗効果素子を利用した磁気ランダ
ムアクセスメモリの例を概略的に示す等価回路図であ
る。
磁気メモリ、磁気センサ、及び磁気再生装置の磁気ヘッ
ドなどの様々な用途で利用することができる。以下、磁
気抵抗効果素子１を利用した磁気メモリについて説明す
る。図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１及び第２の
実施形態に係る磁気抵抗効果素子を利用した磁気ランダ
ムアクセスメモリの例を概略的に示す等価回路図であ
る。
【００５６】図４（ａ）に示す磁気ランダムアクセスメ
モリ（以下、ＭＲＡＭという）では、ローデコーダ１１
に接続された読み出し用のワードライン（ＷＬ１）１３
及び書き込み用のワードライン（ＷＬ２）１４と、カラ
ムデコーダ１２に接続されたビットライン１５とが交差
している。ワードライン１３，１４とビットライン１５
との各交差部またはその近傍には、磁気抵抗効果素子１
及びＭＯＳＦＥＴのようなトランジスタ２０を含むメモ
リセルが配置されている。
モリ（以下、ＭＲＡＭという）では、ローデコーダ１１
に接続された読み出し用のワードライン（ＷＬ１）１３
及び書き込み用のワードライン（ＷＬ２）１４と、カラ
ムデコーダ１２に接続されたビットライン１５とが交差
している。ワードライン１３，１４とビットライン１５
との各交差部またはその近傍には、磁気抵抗効果素子１
及びＭＯＳＦＥＴのようなトランジスタ２０を含むメモ
リセルが配置されている。
【００５７】このＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素子１に
情報を書き込むに当り、ワードライン１４に電流パルス
を流すことにより発生する磁界とビットライン１５に電
流パルスを流すことにより発生する磁界との合成磁界に
より、磁気抵抗効果素子１のフリー強磁性層４の磁化を
反転させる。また、このＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素
子１に書き込んだ情報を読み出すに当り、トランジスタ
２０によって選択した磁気抵抗効果素子１に電流を流
し、磁気抵抗効果素子１の抵抗に応じて書き込まれてい
る情報が“１”及び“０”のいずれであるかを判断す
る。
情報を書き込むに当り、ワードライン１４に電流パルス
を流すことにより発生する磁界とビットライン１５に電
流パルスを流すことにより発生する磁界との合成磁界に
より、磁気抵抗効果素子１のフリー強磁性層４の磁化を
反転させる。また、このＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素
子１に書き込んだ情報を読み出すに当り、トランジスタ
２０によって選択した磁気抵抗効果素子１に電流を流
し、磁気抵抗効果素子１の抵抗に応じて書き込まれてい
る情報が“１”及び“０”のいずれであるかを判断す
る。
【００５８】図４（ｂ）に示すＭＲＡＭでは、図示しな
いローデコーダに接続されたワードライン（ＷＬ）１６
と、図示しないカラムデコーダに接続されたビットライ
ン（ＢＬ）１７とが交差している。ワードライン１６と
ビットライン１７との各交差部近傍では、磁気抵抗効果
素子１及びダイオード２１を含むメモリセルがそれらに
直列接続されている。このような回路構成を採用するこ
とも可能である。
いローデコーダに接続されたワードライン（ＷＬ）１６
と、図示しないカラムデコーダに接続されたビットライ
ン（ＢＬ）１７とが交差している。ワードライン１６と
ビットライン１７との各交差部近傍では、磁気抵抗効果
素子１及びダイオード２１を含むメモリセルがそれらに
直列接続されている。このような回路構成を採用するこ
とも可能である。
【００５９】図４（ａ），（ｂ）に示すＭＲＡＭでは、
上述した磁気抵抗効果素子１を使用している。そのた
め、高集積化した場合でも、書き込み時の消費電力が著
しく増大することがなく、また、ノイズの少ない大きな
信号を得ることができる。
上述した磁気抵抗効果素子１を使用している。そのた
め、高集積化した場合でも、書き込み時の消費電力が著
しく増大することがなく、また、ノイズの少ない大きな
信号を得ることができる。
【００６０】なお、上述した磁気抵抗効果素子１は、図
４（ａ），（ｂ）に示すＭＲＡＭに限られず、様々なＭ
ＲＡＭで利用可能である。例えば、図４（ａ），（ｂ）
に示すＭＲＡＭでは、メモリセルを磁気抵抗効果素子１
とトランジスタやダイオードなどのスイッチング素子と
で構成して非破壊読み出し可能としたが、破壊読み出し
を行う場合はメモリセルにスイッチング素子を使用しな
くてもよい。また、図４（ａ），（ｂ）に示すＭＲＡＭ
では、１つのメモリセルを１つの磁気抵抗効果素子と１
つのスイッチング素子とで構成したが、１つのメモリセ
ルを複数の磁気抵抗効果素子と複数のスイッチング素子
とで構成して差動増幅読み出しや多値記憶を行ってもよ
い。
４（ａ），（ｂ）に示すＭＲＡＭに限られず、様々なＭ
ＲＡＭで利用可能である。例えば、図４（ａ），（ｂ）
に示すＭＲＡＭでは、メモリセルを磁気抵抗効果素子１
とトランジスタやダイオードなどのスイッチング素子と
で構成して非破壊読み出し可能としたが、破壊読み出し
を行う場合はメモリセルにスイッチング素子を使用しな
くてもよい。また、図４（ａ），（ｂ）に示すＭＲＡＭ
では、１つのメモリセルを１つの磁気抵抗効果素子と１
つのスイッチング素子とで構成したが、１つのメモリセ
ルを複数の磁気抵抗効果素子と複数のスイッチング素子
とで構成して差動増幅読み出しや多値記憶を行ってもよ
い。
【００６１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
（例１）本例では、フリー強磁性層４に関して計算機を
用いてシミュレーションを行い、その平面形状と特性と
の関係を調べた。なお、本例では、フリー強磁性層４の
材料としてＮｉＦｅを使用し、その厚さは２ｎｍとし
た。
用いてシミュレーションを行い、その平面形状と特性と
の関係を調べた。なお、本例では、フリー強磁性層４の
材料としてＮｉＦｅを使用し、その厚さは２ｎｍとし
た。
【００６２】図５（ａ）乃至（ｈ）は、例１でシミュレ
ーションに利用したフリー強磁性層の平面形状を示す図
である。図５（ａ）乃至（ｈ）に示すフリー強磁性層４
はいずれもｙ方向に平行な磁化容易軸を有している。ま
た、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す形状のフリー強磁性層
４を有する磁気抵抗効果素子１は本発明の例に相当し、
図５（ｅ）乃至（ｈ）に示す形状のフリー強磁性層４を
有する磁気抵抗効果素子１は比較例に相当している。な
お、図５（ａ）乃至（ｄ）の斜めの一点鎖線は、図１１
に示す直線４２に相当している。
ーションに利用したフリー強磁性層の平面形状を示す図
である。図５（ａ）乃至（ｈ）に示すフリー強磁性層４
はいずれもｙ方向に平行な磁化容易軸を有している。ま
た、図５（ａ）乃至（ｄ）に示す形状のフリー強磁性層
４を有する磁気抵抗効果素子１は本発明の例に相当し、
図５（ｅ）乃至（ｈ）に示す形状のフリー強磁性層４を
有する磁気抵抗効果素子１は比較例に相当している。な
お、図５（ａ）乃至（ｄ）の斜めの一点鎖線は、図１１
に示す直線４２に相当している。
【００６３】以下、シミュレーションに利用したフリー
強磁性層４の寸法などについて説明する。図５（ａ）乃
至（ｃ）に示すフリー強磁性層４に関しては、第１部分
４ａを一辺の長さが０．１μｍの正方形とし、第２部分
４ｂはそれぞれ三角形、半円形、及び正方形とした。図
５（ａ）に示すフリー強磁性層４に関しては、第２部分
４ｂを直角二等辺三角形とし、先に説明した比Ｗ2／Ｗ1
が０．０５、０．１、０．２５、０．５、０．７５であ
る場合について計算を行った。なお、第２部分４ｂを三
角形とする場合、直角二等辺三角形に限られる訳ではな
い。図５（ｂ）に示すフリー強磁性層４に関しては、比
Ｗ2／Ｗ1が、０．２５、０．５、０．７５である場合に
ついて計算を行った。図５（ｃ）に示すフリー強磁性層
４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1が、０．２５、０．５、０．
７５である場合について計算を行った。
強磁性層４の寸法などについて説明する。図５（ａ）乃
至（ｃ）に示すフリー強磁性層４に関しては、第１部分
４ａを一辺の長さが０．１μｍの正方形とし、第２部分
４ｂはそれぞれ三角形、半円形、及び正方形とした。図
５（ａ）に示すフリー強磁性層４に関しては、第２部分
４ｂを直角二等辺三角形とし、先に説明した比Ｗ2／Ｗ1
が０．０５、０．１、０．２５、０．５、０．７５であ
る場合について計算を行った。なお、第２部分４ｂを三
角形とする場合、直角二等辺三角形に限られる訳ではな
い。図５（ｂ）に示すフリー強磁性層４に関しては、比
Ｗ2／Ｗ1が、０．２５、０．５、０．７５である場合に
ついて計算を行った。図５（ｃ）に示すフリー強磁性層
４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1が、０．２５、０．５、０．
７５である場合について計算を行った。
【００６４】図５（ｄ）に示すフリー強磁性層４に関し
ては、第１部分４ａを一辺の長さが０．１μｍの正方形
とし、第２部分４ｂ及び第３部分４ｃの双方を半円形と
した。このフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1が
０．５であり且つ比Ｗ3／Ｗ1が０．２５である場合につ
いて計算を行った。
ては、第１部分４ａを一辺の長さが０．１μｍの正方形
とし、第２部分４ｂ及び第３部分４ｃの双方を半円形と
した。このフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1が
０．５であり且つ比Ｗ3／Ｗ1が０．２５である場合につ
いて計算を行った。
【００６５】図５（ｅ）乃至（ｇ）に示すフリー強磁性
層４に関しては、第１部分４ａを一辺の長さが０．１μ
ｍの正方形とし、第２部分４ｂ及び第３部分４ｃはそれ
ぞれ三角形、半円形、及び正方形とした。図５（ｅ）に
示すフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1及び比Ｗ
3／Ｗ1の双方が０．２５及び０．５である場合について
計算を行った。図５（ｆ）に示すフリー強磁性層４に関
しては、比Ｗ2／Ｗ1及び比Ｗ3／Ｗ1の双方が０．０５、
０．２５、０．５である場合について計算を行った。図
５（ｇ）に示すフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／
Ｗ1及び比Ｗ3／Ｗ1の双方が０．２５である場合につい
て計算を行った。
層４に関しては、第１部分４ａを一辺の長さが０．１μ
ｍの正方形とし、第２部分４ｂ及び第３部分４ｃはそれ
ぞれ三角形、半円形、及び正方形とした。図５（ｅ）に
示すフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／Ｗ1及び比Ｗ
3／Ｗ1の双方が０．２５及び０．５である場合について
計算を行った。図５（ｆ）に示すフリー強磁性層４に関
しては、比Ｗ2／Ｗ1及び比Ｗ3／Ｗ1の双方が０．０５、
０．２５、０．５である場合について計算を行った。図
５（ｇ）に示すフリー強磁性層４に関しては、比Ｗ2／
Ｗ1及び比Ｗ3／Ｗ1の双方が０．２５である場合につい
て計算を行った。
【００６６】図５（ｈ）に示すフリー強磁性層４は平行
四辺形である。このフリー強磁性層４に関しては、底辺
が０．１μｍであり且つ高さが０．１μｍであり、４５
°の鋭角をもつ平行四辺形として計算を行った。
四辺形である。このフリー強磁性層４に関しては、底辺
が０．１μｍであり且つ高さが０．１μｍであり、４５
°の鋭角をもつ平行四辺形として計算を行った。
【００６７】図６は、図５（ａ）に示す形状のフリー強
磁性層に関して得られたデータを示すグラフである。図
中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示してお
り、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍsを示している。また、図
６に示すヒステリシス曲線のうち、曲線３１乃至３５
は、それぞれ、比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．１、０．２
５、０．５、０．７５である場合に得られたデータを示
している。図６から明らかなように、角型比Ｍr／Ｍs及
び保磁力Ｈcの双方が第２部分４ｂの大きさに依存して
いる。
磁性層に関して得られたデータを示すグラフである。図
中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示してお
り、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍsを示している。また、図
６に示すヒステリシス曲線のうち、曲線３１乃至３５
は、それぞれ、比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．１、０．２
５、０．５、０．７５である場合に得られたデータを示
している。図６から明らかなように、角型比Ｍr／Ｍs及
び保磁力Ｈcの双方が第２部分４ｂの大きさに依存して
いる。
【００６８】図７は、図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形状
のフリー強磁性層に関して得られたデータを示すグラフ
である。図中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを
示しており、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍsを示している。
また、図中、“Ｎｏｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の
平面形状が正方形である場合に得られたデータを示して
いる。なお、図７に対応したデータを以下の表１に示
す。
のフリー強磁性層に関して得られたデータを示すグラフ
である。図中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを
示しており、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍsを示している。
また、図中、“Ｎｏｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の
平面形状が正方形である場合に得られたデータを示して
いる。なお、図７に対応したデータを以下の表１に示
す。
【００６９】
【表１】
【００７０】図７及び表１から明らかなように、図５
（ａ）に示す形状のフリー強磁性層４に関して得られた
傾向は、他の形状のフリー強磁性層４でも同様であっ
た。また、第２部分４ｂを設けた場合、その形状に依存
することなく、角型比Ｍr／Ｍsを改善することができ
た。実際、平面形状が正方形であるフリー強磁性層４で
は角型比Ｍr／Ｍsは０．７であったのに対し、平面形状
が図５（ａ）に示す形状であり且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０
５であるフリー強磁性層４では角型比Ｍr／Ｍsは０．７
３であった。すなわち、角型比Ｍr／Ｍsは４％増加し
た。また、平面形状が図５（ａ）乃至（ｄ）に示す形状
である他のフリー強磁性層４では、さらに高い角型比Ｍ
r／Ｍsが得られた。
（ａ）に示す形状のフリー強磁性層４に関して得られた
傾向は、他の形状のフリー強磁性層４でも同様であっ
た。また、第２部分４ｂを設けた場合、その形状に依存
することなく、角型比Ｍr／Ｍsを改善することができ
た。実際、平面形状が正方形であるフリー強磁性層４で
は角型比Ｍr／Ｍsは０．７であったのに対し、平面形状
が図５（ａ）に示す形状であり且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０
５であるフリー強磁性層４では角型比Ｍr／Ｍsは０．７
３であった。すなわち、角型比Ｍr／Ｍsは４％増加し
た。また、平面形状が図５（ａ）乃至（ｄ）に示す形状
である他のフリー強磁性層４では、さらに高い角型比Ｍ
r／Ｍsが得られた。
【００７１】また、先に説明したように、保磁力が過剰
に大きいことは実用上好ましくはない。表１を参照する
と、第２部分４ｂを設けた場合、フリー強磁性層４の平
面形状が正方形である場合（Ｎｏｒｍａｌ）に比べて、
フリー強磁性層４の保磁力が大きくなっている。しかし
ながら、図５（ｈ）に示す平面形状を有するフリー強磁
性層４に比べれば、保磁力の増大は遥かに抑制されてい
る。特に、フリー強磁性層４に図５（ａ）に示す平面形
状を採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．１、０．２
５である場合、フリー強磁性層４に図５（ｂ）に示す平
面形状を採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．２５である場合、
及び、フリー強磁性層４に図５（ｃ）に示す平面形状を
採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．２５である場合
には、第２部分４ｂを設けることに伴う保磁力の増大は
極めて僅かである。このように、フリー強磁性層４に図
５（ａ）乃至（ｄ）に示す構造を採用した場合、保磁力
の大幅な増大を伴うことなく、角型比Ｍr／Ｍsを著しく
向上させることができる。
に大きいことは実用上好ましくはない。表１を参照する
と、第２部分４ｂを設けた場合、フリー強磁性層４の平
面形状が正方形である場合（Ｎｏｒｍａｌ）に比べて、
フリー強磁性層４の保磁力が大きくなっている。しかし
ながら、図５（ｈ）に示す平面形状を有するフリー強磁
性層４に比べれば、保磁力の増大は遥かに抑制されてい
る。特に、フリー強磁性層４に図５（ａ）に示す平面形
状を採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．１、０．２
５である場合、フリー強磁性層４に図５（ｂ）に示す平
面形状を採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．２５である場合、
及び、フリー強磁性層４に図５（ｃ）に示す平面形状を
採用し且つ比Ｗ2／Ｗ1が０．０５、０．２５である場合
には、第２部分４ｂを設けることに伴う保磁力の増大は
極めて僅かである。このように、フリー強磁性層４に図
５（ａ）乃至（ｄ）に示す構造を採用した場合、保磁力
の大幅な増大を伴うことなく、角型比Ｍr／Ｍsを著しく
向上させることができる。
【００７２】また、フリー強磁性層４に図５（ａ）乃至
（ｄ）に示す構造を採用した場合、保磁力のばらつきを
抑制することが可能である。これについては、図８
（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
（ｄ）に示す構造を採用した場合、保磁力のばらつきを
抑制することが可能である。これについては、図８
（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００７３】図８（ａ）及び（ｂ）は、外部磁場を印加
していないときのフリー強磁性層の磁区の様子を概略的
に示す図である。図８（ａ）は、図５（ａ）に示すフリ
ー強磁性層４の磁区をマイクロマグネティクスに基づい
て計算した結果を示している。また、図８（ｂ）は、図
５（ｆ）に示すフリー強磁性層４の磁区をマイクロマグ
ネティクスに基づいて計算した結果を示している。な
お、図８（ａ），（ｂ）において、矢印は磁化の向きを
示している。
していないときのフリー強磁性層の磁区の様子を概略的
に示す図である。図８（ａ）は、図５（ａ）に示すフリ
ー強磁性層４の磁区をマイクロマグネティクスに基づい
て計算した結果を示している。また、図８（ｂ）は、図
５（ｆ）に示すフリー強磁性層４の磁区をマイクロマグ
ネティクスに基づいて計算した結果を示している。な
お、図８（ａ），（ｂ）において、矢印は磁化の向きを
示している。
【００７４】図８（ａ）では、磁化の向きはフリー強磁
性層４の輪郭に沿って緩やかに変化しており、平均的に
はほぼ正方形の対角線方向を向いている。また、図８
（ｂ）では、磁化の平均的な向きはわずかにｙ軸方向
（図中、縦方向）から傾いているが、それぞれほぼ同一
の方向に向いている。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に
示すいずれの状態においても、フリー強磁性層４はほぼ
単一の磁区で構成されていると考えられる。
性層４の輪郭に沿って緩やかに変化しており、平均的に
はほぼ正方形の対角線方向を向いている。また、図８
（ｂ）では、磁化の平均的な向きはわずかにｙ軸方向
（図中、縦方向）から傾いているが、それぞれほぼ同一
の方向に向いている。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に
示すいずれの状態においても、フリー強磁性層４はほぼ
単一の磁区で構成されていると考えられる。
【００７５】表１を参照すると、比Ｗ2／Ｗ1及び比Ｗ3
／Ｗ1の双方が一定（＝０．２５）の条件下では、フリ
ー強磁性層４に図５（ｅ）乃至（ｇ）に示す構造を採用
した場合、保磁力は４８．７乃至１１６．０Ｏｅの範囲
内でばらついている。これに対し、フリー強磁性層４に
図５（ａ）乃至（ｃ）に示す構造を採用した場合、比Ｗ
2／Ｗ1が一定（＝０．２５）の条件下における保磁力の
ばらつきは４７．０乃至７９．２Ｏｅの範囲内に抑えら
れている。したがって、フリー強磁性層４に図５（ａ）
乃至（ｄ）に示す構造を採用した場合、パターニングの
際にフリー強磁性層４の形状にばらつきが生じたとして
も、保磁力がばらつくのを抑制することができる。
／Ｗ1の双方が一定（＝０．２５）の条件下では、フリ
ー強磁性層４に図５（ｅ）乃至（ｇ）に示す構造を採用
した場合、保磁力は４８．７乃至１１６．０Ｏｅの範囲
内でばらついている。これに対し、フリー強磁性層４に
図５（ａ）乃至（ｃ）に示す構造を採用した場合、比Ｗ
2／Ｗ1が一定（＝０．２５）の条件下における保磁力の
ばらつきは４７．０乃至７９．２Ｏｅの範囲内に抑えら
れている。したがって、フリー強磁性層４に図５（ａ）
乃至（ｄ）に示す構造を採用した場合、パターニングの
際にフリー強磁性層４の形状にばらつきが生じたとして
も、保磁力がばらつくのを抑制することができる。
【００７６】（例２）本例では、図５（ａ）乃至（ｈ）
に示す平面形状のフリー強磁性層４の磁化容易軸をｘ方
向としたこと以外は例１で説明したのと同様の条件でシ
ミュレーションを行った。なお、そのようなフリー強磁
性層４を有する磁気抵抗効果素子１は比較例に相当して
いる。
に示す平面形状のフリー強磁性層４の磁化容易軸をｘ方
向としたこと以外は例１で説明したのと同様の条件でシ
ミュレーションを行った。なお、そのようなフリー強磁
性層４を有する磁気抵抗効果素子１は比較例に相当して
いる。
【００７７】図９は、図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形状
を有し且つ磁化容易軸をｘ方向としたフリー強磁性層に
関して得られたデータを示すグラフである。図中、横軸
はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示しており、縦軸は
その角型比Ｍr／Ｍsを示している。また、図中、“Ｎｏ
ｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の平面形状が正方形で
ある場合に得られたデータを示している。なお、図９に
対応したデータを以下の表２に示す。
を有し且つ磁化容易軸をｘ方向としたフリー強磁性層に
関して得られたデータを示すグラフである。図中、横軸
はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示しており、縦軸は
その角型比Ｍr／Ｍsを示している。また、図中、“Ｎｏ
ｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の平面形状が正方形で
ある場合に得られたデータを示している。なお、図９に
対応したデータを以下の表２に示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】図９及び表２から明らかなように、磁化容
易軸をｘ方向とすると、第２部分４ｂを設けた場合、フ
リー強磁性層４の平面形状が正方形である場合に比べ
て、角型比Ｍr／Ｍsは低下する傾向にある。しかも、角
型比Ｍr／Ｍsは第２部分４ｂの大きさや形状に依存して
大きくばらついている。すなわち、磁化容易軸をｘ方向
とした場合、高い角型比Ｍr／Ｍsを安定して得ることは
困難である。
易軸をｘ方向とすると、第２部分４ｂを設けた場合、フ
リー強磁性層４の平面形状が正方形である場合に比べ
て、角型比Ｍr／Ｍsは低下する傾向にある。しかも、角
型比Ｍr／Ｍsは第２部分４ｂの大きさや形状に依存して
大きくばらついている。すなわち、磁化容易軸をｘ方向
とした場合、高い角型比Ｍr／Ｍsを安定して得ることは
困難である。
【００８０】（例３）本例では、フリー強磁性層４の材
料にＣｏＦｅを使用したこと以外は例１で説明したのと
同様の条件でシミュレーションを行った。
料にＣｏＦｅを使用したこと以外は例１で説明したのと
同様の条件でシミュレーションを行った。
【００８１】図１０は、図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形
状を有し且つＣｏＦｅを磁性材料として使用したフリー
強磁性層に関して得られたデータを示すグラフである。
図中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示してお
り、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍ sを示している。また、図
中、“Ｎｏｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の平面形状
が正方形である場合に得られたデータを示している。な
お、図１０に対応したデータを以下の表３に示す。
状を有し且つＣｏＦｅを磁性材料として使用したフリー
強磁性層に関して得られたデータを示すグラフである。
図中、横軸はフリー強磁性層４の保磁力Ｈcを示してお
り、縦軸はその角型比Ｍr／Ｍ sを示している。また、図
中、“Ｎｏｒｍａｌ”は、フリー強磁性層４の平面形状
が正方形である場合に得られたデータを示している。な
お、図１０に対応したデータを以下の表３に示す。
【００８２】
【表３】
【００８３】図１０及び表３から明らかなように、フリ
ー強磁性層４の材料としてＣｏＦｅを使用した場合で
も、ＮｉＦｅを使用した場合と同様の結果が得られた。
すなわち、フリー強磁性層４に図５（ａ）乃至（ｄ）に
示す平面形状を採用した場合、保磁力Ｈcの大幅な増大
を伴うことなく角型比Ｍr／Ｍsを向上させることがで
き、また、第２部分４ｂの形状のばらつきに起因して保
磁力Ｈcや角型比Ｍr／Ｍsが大きくばらつくことはなか
った。
ー強磁性層４の材料としてＣｏＦｅを使用した場合で
も、ＮｉＦｅを使用した場合と同様の結果が得られた。
すなわち、フリー強磁性層４に図５（ａ）乃至（ｄ）に
示す平面形状を採用した場合、保磁力Ｈcの大幅な増大
を伴うことなく角型比Ｍr／Ｍsを向上させることがで
き、また、第２部分４ｂの形状のばらつきに起因して保
磁力Ｈcや角型比Ｍr／Ｍsが大きくばらつくことはなか
った。
【００８４】上記の例１乃至例３では、フリー強磁性層
４の材料としてＮｉＦｅ及びＣｏＦｅを使用した場合に
ついて説明したが、フリー強磁性層４の材料はそれらに
限られるものではない。例えば、フリー強磁性層４の材
料として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属やそれらの合金
並びにＦｅ2Ｏ3やＬａＭｎＯ3などの酸化物磁性体など
を使用することができる。また、フリー強磁性層４は単
層構造を有していてもよく、積層構造を有していてもよ
い。フリー強磁性層４に積層構造を採用する場合、複数
種の磁性層を積層してもよく、或いは、非磁性金属層や
誘電体層或いは絶縁層と磁性層とを交互に積層してもよ
い。
４の材料としてＮｉＦｅ及びＣｏＦｅを使用した場合に
ついて説明したが、フリー強磁性層４の材料はそれらに
限られるものではない。例えば、フリー強磁性層４の材
料として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属やそれらの合金
並びにＦｅ2Ｏ3やＬａＭｎＯ3などの酸化物磁性体など
を使用することができる。また、フリー強磁性層４は単
層構造を有していてもよく、積層構造を有していてもよ
い。フリー強磁性層４に積層構造を採用する場合、複数
種の磁性層を積層してもよく、或いは、非磁性金属層や
誘電体層或いは絶縁層と磁性層とを交互に積層してもよ
い。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、フリ
ー強磁性層が所定の平面形状を有し且つその平面形状と
フリー強磁性層の磁化容易軸或いはピン強磁性層の磁化
の向きとが所定の関係を満足するように磁気抵抗効果素
子を構成する。そのため、フリー強磁性層を小面積化し
ても、十分に大きな残留磁化が得られ、また、十分に弱
い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させることができ
る。すなわち、本発明によると、小面積化した場合にお
いてもフリー強磁性層の残留磁化が十分に大きく且つ十
分に弱い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させること
が可能な磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリ
が提供される。
ー強磁性層が所定の平面形状を有し且つその平面形状と
フリー強磁性層の磁化容易軸或いはピン強磁性層の磁化
の向きとが所定の関係を満足するように磁気抵抗効果素
子を構成する。そのため、フリー強磁性層を小面積化し
ても、十分に大きな残留磁化が得られ、また、十分に弱
い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させることができ
る。すなわち、本発明によると、小面積化した場合にお
いてもフリー強磁性層の残留磁化が十分に大きく且つ十
分に弱い磁場でフリー強磁性層の磁化を反転させること
が可能な磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリ
が提供される。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子を概略的に示す斜視図。
子を概略的に示す斜視図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子を概略的に示す斜視図。
子を概略的に示す斜視図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態
に係る磁気抵抗効果素子の変形例を概略的に示す斜視
図。
に係る磁気抵抗効果素子の変形例を概略的に示す斜視
図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１及び第２の
実施形態に係る磁気抵抗効果素子を利用した磁気ランダ
ムアクセスメモリの例を概略的に示す等価回路図。
実施形態に係る磁気抵抗効果素子を利用した磁気ランダ
ムアクセスメモリの例を概略的に示す等価回路図。
【図５】（ａ）乃至（ｈ）は、例１でシミュレーション
に利用したフリー強磁性層の平面形状を示す図。
に利用したフリー強磁性層の平面形状を示す図。
【図６】図５（ａ）に示す形状のフリー強磁性層に関し
て得られたデータを示すグラフ。
て得られたデータを示すグラフ。
【図７】図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形状のフリー強磁
性層に関して得られたデータを示すグラフ。
性層に関して得られたデータを示すグラフ。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、外部磁場を印加していな
いときのフリー強磁性層の磁区の様子を概略的に示す
図。
いときのフリー強磁性層の磁区の様子を概略的に示す
図。
【図９】図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形状を有し且つ磁
化容易軸をｘ方向としたフリー強磁性層に関して得られ
たデータを示すグラフ。
化容易軸をｘ方向としたフリー強磁性層に関して得られ
たデータを示すグラフ。
【図１０】図５（ａ）乃至（ｈ）に示す形状を有し且つ
ＣｏＦｅを磁性材料として使用したフリー強磁性層に関
して得られたデータを示すグラフ。
ＣｏＦｅを磁性材料として使用したフリー強磁性層に関
して得られたデータを示すグラフ。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果
素子の他の例を概略的に示す平面図。
素子の他の例を概略的に示す平面図。
【図１２】（ａ）は図１１の磁気抵抗効果素子における
角度θと保磁力Ｈcとの関係の一例を示すグラフ、
（ｂ）は図１１の磁気抵抗効果素子における角度θと角
型比Ｍ r／Ｍsとの関係の一例を示すグラフ。
角度θと保磁力Ｈcとの関係の一例を示すグラフ、
（ｂ）は図１１の磁気抵抗効果素子における角度θと角
型比Ｍ r／Ｍsとの関係の一例を示すグラフ。
１…磁気抵抗効果素子
２…ピン強磁性層
３…非磁性層
４…フリー強磁性層
４ａ…第１部分
４ｂ…第２部分
４ｃ…第３部分
４ａ1，４ａ2…端面
５…反強磁性層
６…非磁性層
７…ピン強磁性層
８…磁化の向き
９…磁化容易軸
１１…ローデコーダ
１２…カラムデコーダ
１３…ワードライン
１４…ワードライン
１５…ビットライン
１６…ワードライン
１７…ビットライン
２０…トランジスタ
２１…ダイオード
３１〜３５…曲線
４１，４２…直線
フロントページの続き
(72)発明者 天野 実
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 高橋 茂樹
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 西山 勝哉
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 上田 知正
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
Claims (11)
- 【請求項１】 磁場印加の際に磁化の向きが維持される
第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁性層に対向し且
つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変化し得るフリー
強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前記フリー強磁性
層との間に介在した第１非磁性層とを具備し、 前記フリー強磁性層のその主面に垂直な方向から観察し
た形状は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な第２対
辺とからなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形状の第
１部分の一対の対角部から前記第２対辺に平行な方向に
それぞれ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の最大幅
が前記第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分とを含
み、 前記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向から観察し
た前記形状は、前記第１部分の中心を通り且つ前記第２
対辺に平行な直線に関して非対称であり、 前記フリー強磁性層の磁化容易軸は、前記第２対辺に実
質的に平行な第１方向、前記一対の第２部分の一方の輪
郭と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質
的に平行な第２方向、または前記第１方向と前記第２方
向との間であってこれらの方向が為す鋭角側の方向に平
行であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 磁場印加の際に磁化の向きが維持される
第１ピン強磁性層と、前記第１ピン強磁性層に対向し且
つ前記磁場の印加の際に磁化の向きが変化し得るフリー
強磁性層と、前記第１ピン強磁性層と前記フリー強磁性
層との間に介在した第１非磁性層とを具備し、 前記フリー強磁性層のその主面に垂直な方向から観察し
た形状は、互いに平行な第１対辺と互いに平行な第２対
辺とからなる四辺形状の第１部分と、前記四辺形状の第
１部分の一対の対角部から前記第２対辺に平行な方向に
それぞれ延在し且つ前記第１対辺に平行な方向の最大幅
が前記第１対辺の長さよりも狭い一対の第２部分とを含
み、 前記フリー強磁性層の前記主面に垂直な方向から観察し
た前記形状は、前記第１部分の中心を通り且つ前記第２
対辺に平行な直線に関して非対称であり、 前記第１ピン強磁性層の前記磁化は、前記第２対辺に実
質的に平行な第１方向、前記一対の第２部分の一方の輪
郭と他方の輪郭とを結ぶ線分のうち最も長いものに実質
的に平行な第２方向、または前記第１方向と前記第２方
向との間であってこれらの方向が為す鋭角側の方向に平
行であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記第１非磁性層は絶縁層であることを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項４】 前記第１非磁性層及び前記フリー強磁性
層を介して前記第１ピン強磁性層に対向し且つ前記磁場
の印加の際に磁化の向きが維持される第２ピン強磁性層
と、前記フリー強磁性層と前記第２ピン強磁性層との間
に介在した第２非磁性層とをさらに具備したことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項５】 前記第１及び第２非磁性層のそれぞれは
絶縁層であることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項６】 前記第１部分は正方形または長方形の形
状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
ずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 前記一対の第２部分の一方は他方に対し
て、前記第１部分の中心を通り且つ前記フリー強磁性層
の主面に垂直な軸を二回回転軸とした回転対称の関係に
あることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか
１項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 前記一対の第２部分のそれぞれは、三角
形、半円形、正方形、及び長方形のいずれかの形状を有
していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいず
れか１項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 前記フリー強磁性層の前記形状は前記第
１部分及び前記一対の第２部分のみを含んだことを特徴
とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 前記フリー強磁性層の磁化容易軸また
は前記第１ピン強磁性層の前記磁化の向きは前記第２対
辺に対して実質的に平行であることを特徴とする請求項
１乃至請求項９のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項１１】 ワード線と、前記ワード線に交差した
ビット線と、前記ワード線と前記ビット線との交差部ま
たはその近傍に位置したメモリセルとを具備し、前記メ
モリセルは請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記
載の磁気抵抗効果素子を含んだことを特徴とする磁気メ
モリ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002097759A JP3769241B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ |
| US10/391,423 US6765824B2 (en) | 2002-03-29 | 2003-03-19 | Magneto-resistance element capable of controlling the position and size of edge domain and the coercivity and magnetic memory |
| KR1020030019634A KR100780130B1 (ko) | 2002-03-29 | 2003-03-28 | 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리 |
| TW092107163A TWI221677B (en) | 2002-03-29 | 2003-03-28 | Magnetoresistance element and magnetic memory |
| CNB03108379XA CN100351945C (zh) | 2002-03-29 | 2003-03-28 | 磁阻效应元件和磁存储器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002097759A JP3769241B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003298146A true JP2003298146A (ja) | 2003-10-17 |
| JP3769241B2 JP3769241B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=28449796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002097759A Expired - Fee Related JP3769241B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3769241B2 (ja) |
| KR (1) | KR100780130B1 (ja) |
| CN (1) | CN100351945C (ja) |
| TW (1) | TWI221677B (ja) |
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