JP2003332537A

JP2003332537A - 磁気メモリ素子及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ

Info

Publication number: JP2003332537A
Application number: JP2002137597A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kamijo; 敦上條; Noriko Takewaki; 紀子武脇; Hisao Matsudera; 久雄松寺; Hisanao Tsuge; 久尚柘植
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】セル選択性を犠牲にすることなく、フリー層の
磁化反転が外部磁場変化に追随し、反転後の磁化の指向
性が高く、かつ高集積化を図ることが可能な磁気メモリ
素子及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリを提
供することにある。【解決手段】少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中間
層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくとも
一方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって情
報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出す
磁気メモリ素子において、該磁気メモリ素子の形状を、
磁化容易軸ならびに磁化困難軸に関し対称であって、少
なくとも形状の一部に、磁化容易軸方向の中心線を基線
とするサイクロイドないしはサイクロイド状の曲線を含
んだものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果を用
いた磁気メモリ素子と、それを用いた磁気ランダムアク
セスメモリに関し、特にスイッチング磁場を低減できる
素子形状を有する磁気メモリ素子、及びそれを用いた磁
気ランダムアクセスメモリに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速書き込みが可能な不揮発性固
体記憶素子として、強磁性トンネル接合（ＭＴＪ）素子
あるいは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子などの磁気抵抗効
果素子をメモリ素子として用いた磁気ランダムアクセス
メモリ（ＭＲＡＭ）が注目されている。このメモリは、
磁性層の磁化の向きを変化させることによって情報を書
き込み、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果あるいは巨大
磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用して、書き込まれた情報
を読み出すものであり、記録情報を半永久的に保持でき
ること、ほとんど無限回の情報書き換えが可能であるこ
と、従来の不揮発メモリに比べ高速の書き込みが可能で
あること、等の特長を有するために、例えば、携帯端末
の情報記録素子等への利用が期待されている。

【０００３】ＭＴＪ素子は、少なくとも２つの強磁性体
電極が絶縁層を介して積層された構成を有する。この絶
縁層の膜厚は、２つの強磁性体電極間に適当な電圧が印
加されたとき、電子がトンネル効果を起こすのに十分な
薄さでなければならない。トンネル電流の大きさは、絶
縁層で隔てられた２つの強磁性体電極の磁化の相対角に
よって変化し、両者の磁化が平行であるときトンネル電
流は最大（抵抗は最小）に、逆に反平行であるときは最
小（抵抗は最大）となる。例えば、両者の磁化が「平
行」である状態を“０”、「反平行」である状態を
“１”とすればメモリ素子として利用することができ
る。２つの強磁性体電極の磁化が平行時の素子抵抗値Ｒ
_Ｐと反平行時のそれＲ_ＡＰの差（＝Ｒ_ＡＰ−Ｒ_Ｐ）をＲ
_Ｐで除した値を磁気抵抗変化率（ＭＲ比）と呼び、この
値が大きいほど大きな出力が得られるので、応用上好ま
しい。ＭＲ比の大きさは、絶縁層を挟む強磁性体電極の
スピン分極率の積に比例することから、スピン分極率の
大きな強磁性体電極材料を用いることが、大きなＭＲ比
の観点から重要になる。一方、ＭＴＪ素子を磁気メモリ
素子として用いるにあたっては、「平行」と「反平行」
の状態は、外乱磁場に対しては安定であるが、（消費電
力の観点から）十分低い外部磁場（反転磁場）により書
き換えられなければならない。このために、強磁性体電
極材料としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの遷移金属合金が
主に用いられている。

【０００４】一方、ＧＭＲ素子はＭＴＪ素子と類似の積
層構造を持つが、トンネル絶縁層のかわりにＣｕなどの
非磁性金属層を用いる。積層面内に電流を流したとき、
抵抗が、非磁性金属層を挟む２つの強磁性体層の磁化が
平行のとき低く、反平行のとき高くなる。磁気抵抗の物
理的起源はＴＭＲとは異なるものの、両者の磁化が「平
行」である状態を“０”、「反平行」である状態を
“１”とすればメモリ素子として利用することができ
る。ＧＭＲにおけるＭＲ比を大きくするには、スピン依
存散乱の大きな磁性体層を用いること、電子の反射を助
ける反射層を設けることが有効である。ＭＴＪ素子と同
様、強磁性体層の材料としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの
遷移金属合金が主に用いられている。

【０００５】さて、ＭＴＪ素子あるいはＧＭＲ素子をＭ
ＲＡＭのような磁気メモリ素子として用いるには、２つ
の強磁性電極の磁化配列が「平行」あるいは「反平行」
の双安定状態がとれるようにＭＴＪ素子あるいはＧＭＲ
素子を設計すると同時に、外部磁場によってこの２つの
状態を可逆的に書き換える「記録」の仕組みと、書き込
まれた状態を抵抗値の違いとして判別して読み出す「再
生」の仕組みが不可欠である。以下では、ＭＴＪ素子も
ＧＭＲ素子も基本となる動作に大きな違いはないので、
特に断らない限り、ＭＴＪ素子を用いた磁気メモリ素子
について説明する。

【０００６】図１９と図２０は、それぞれ、ＭＴＪ素子
を用いた磁気メモリ素子の構造を示す平面図と断面図で
ある。素子形状に加工されたＭＴＪ素子１００は、互い
に直交する上部配線１０１と下部配線１０２の交点位置
に配置される。ＭＴＪ素子を挟む１組の上部配線と下部
配線に、（後述する）ＭＴＪ素子の磁化状態を反転させ
るに十分な電流を流し、このＭＴＪ素子の状態を書き換
えて情報を記録することができるとともに、（素子の状
態に影響を及ぼさない）微弱な電流により素子抵抗を読
み出して素子に記録された状態を再生することができ
る。

【０００７】ＭＴＪ素子１００は、下部配線１０２上
に、下地層１０５、反強磁性体層１０６、下部強磁性電
極層１０７、トンネル絶縁層１０８、上部強磁性電極層
１０９、キャップ保護層１１０、より成る。なお、下地
層１０５は、密着性や反強磁性体層１０６の配向性制御
のために、バッファー層、シード層、結晶制御層という
ような複数の層より構成されるのが一般的である。ま
た、下地層１０５を下部配線１０２として用いても構わ
ない。上部配線１０１、下部配線１０２の間や隣接する
ＭＴＪ素子間は、層間絶縁層１１１によって電気的に分
離される。

【０００８】下部強磁性電極の磁化１０７’は常に一定
方向を向くように固定され、上部配線１０１と下部配線
１０２の作る磁場によって、上部強磁性電極層の磁化１
０９’を下部強磁性電極のそれの向きに対して、（後述
する方法で）「平行」あるいは「反平行」に書き換える
ことができる。下部強磁性電極の磁化を一定方向に固着
するには、下部強磁性電極の保磁力を上部強磁性電極の
それより大きくするという手法もあるが、図２０に示さ
れているように、下部強磁性電極１０７に隣接し、トン
ネル絶縁層１０８と反対側の面に反強磁性体層１０６を
設けた、いわゆる交換バイアス型ＭＴＪ素子がより好ま
しい。磁化の動きに対応させて、上部強磁性電極層をフ
リー層、下部強磁性電極層をピン層と呼んでいる。な
お、上部強磁性体電極層にピン層、下部強磁性体電極層
にフリー層の役割を持たせても磁気メモリ素子としての
動作に何ら問題は生じない。したがって以下では、トン
ネル絶縁層に対する上、下という位置関係で強磁性体電
極層を区別するのではなく、それらの役割を明示して、
フリー層、ピン層と呼ぶことにする。

【０００９】さて、ＭＴＪ素子を磁気メモリ素子として
用いるには、フリー層とピン層の磁化配列が「平行」あ
るいは「反平行」の２つの双安定状態を外部磁場印加に
よって切り替えられなければならない。この２つの双安
定状態は、ＭＴＪ素子に一軸磁気異方性を付与すること
によって実現する。一般的には、強磁性体の外形によっ
て誘導される「形状異方性」すなわち、長軸、短軸を持
つ２回対称性の形状（例えば、長方形、扁平な六角形、
平行四辺形、等）となるように強磁性体層をパターン化
すると、長軸が磁化容易軸、短軸が磁化困難軸となる。
形状異方性によって、フリー層の磁化は磁化容易軸に沿
って正方向あるいは負方向を向いた、いずれかの状態し
か取れなくなる。一方、ピン層の磁化は、成膜時あるい
は熱処理時に、磁化容易軸方向と平行になるように磁場
を印加することによって、一方向（例えば正方向）に固
定される。というのは、ピン層と反強磁性体層との間に
働く交換結合はフリー層磁化が反転するのに必要な磁場
に比べ十分に大きいからである。（図１９では、上部配
線に沿う方向がＭＴＪ素子の長軸方向、すなわち磁化容
易軸方向と平行になっている。このとき、ピン層は、磁
化容易軸の正方向を向き、フリー層は正、あるいは負方
向を向いている。）ピン層の磁化の向きは、常に一方向
に固定されているから、フリー層の向きによって、フリ
ー層の磁化とピン層のそれが、「平行」と「反平行」に
なった２つの状態が双安定に実現でき、２つの状態は、
外部磁場によって可逆的に変化させることができるよう
になる。

【００１０】次に、外部磁場によって上記の２つの状態
を可逆的に書き換える「記録」の仕組み、すなわち、磁
気メモリ素子の書き込み動作について説明する。まず単
磁区化した長方形の形状を持つ強磁性体の磁化の反転に
ついて考える。簡単のため強磁性体の結晶磁気異方性を
無視し、形状異方性に由来する一軸異方性磁場をＨ_Ｋと
する。（異方性磁場Ｈ_Ｋとは、一軸磁気異方性定数Ｋu
を磁場の大きさに換算したもので、強磁性体の飽和磁化
をＭ_Ｓとすると、Ｈ_Ｋ＝２Ｋu／Ｍ_Ｓで与えられる。）
長方形の長軸方向をＸ軸、これに直交する短軸方向をＹ
軸とするならば、形状異方性によりＸ軸方向がこの強磁
性体膜の磁化容易軸となって、磁化は＋Ｘ方向、あるい
は−Ｘ方向のいずれかを向いた状態が安定となる。−Ｘ
方向を向いている磁化を反転させるためには、＋Ｘ方向
あるいは＋Ｙ（または−Ｙ）方向に１軸性の磁場を印加
するか、＋Ｘと＋Ｙ（あるいは＋Ｘと−Ｙ）の２方向に
分解できる合成磁場を印加することによって磁化を反転
させることができる。一方、磁化が＋Ｘ方向を向いてい
る場合は、上記と対称的に磁場印加を行えばよい。図２
１は磁化反転を生じさせるのに必要な外部磁場領域を示
したものである。この図の斜線部の外部磁場（Ｈ_Ｘ，Ｈ
_Ｙ）を印加することによって、強磁性体の磁化の向きを
反転させることができる。磁化反転が可能／不可能の磁
場境界を与える曲線はアステロイド曲線と呼ばれ、Ｈ_Ｘ
^2/3＋Ｈ_Ｙ ^2/3＝Ｈ_Ｋ ^2/3で表わされる。強磁性体の磁化
方向を反転させるには、図２１の矢印で示したように、
アステロイド曲線の外側に相当する外部磁場が必要であ
るが、その大きさは、１軸性磁場１１２よりも２軸性磁
場１１３の方が小さい、という特徴がある。これは、磁
気メモリ素子における書き込み動作で重要となる「選択
性」の基本概念となる。以下に、ＭＴＪ素子を集積化し
た磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の書き込み
動作と選択性について説明する。

【００１１】図２２は図１９のＭＴＪ素子を集積化した
ＭＲＡＭの平面図である。ＭＴＪ素子１００は、ワード
線１０１’とビット線１０２’の各交点位置に挟まれて
いる。動作原理は、単一のＭＴＪ素子と変わらないが、
一つ一つのＭＴＪ素子（セル）を選択するために各セル
は、（図示していない）選択用のトランジスタあるいは
ダイオードを有している。図２２を用いて書き込み選択
性を説明する。

【００１２】今、図２２の中心にあるＭＴＪ素子を選択
して、このセルの情報を書き換えること、すなわち、こ
の素子のフリー層磁化の向きを反転させることを考え
る。この素子は、フリー層とピン層の磁化が反平行にな
っている（フリー層の磁化が負方向を向いている）と仮
定して、フリー層磁化の向きを反転させて（正方向に向
けて）フリー層とピン層の磁化を平行にすることを考え
る。もし、ビット線１０２’ｂに流す電流で発生する一
軸性の磁場で、このセルを反転させようとすると、１１
５の矢印方向に、図２１の一軸性磁場１１２を発生させ
るのに必要な電流を流さなければならない。この場合、
ビット線１０２’ｂ上にあるすべてのセルに同じ磁場が
発生してしまうので、ビット線１０２’ｂ上の全セルの
フリー層が正方向を向いてしまうことになる。（ワード
線１０１’ｂに流す電流で発生する１軸性の磁場でセル
を反転させようとする場合も同様であり、１１４の矢印
方向に、図２１の一軸性磁場１１２’を発生させるのに
必要な電流を流さなければならならず、この時もこのワ
ード線上にあるすべてのセルに同じ磁場が発生し、この
ワード線上の全セルのフリー層が正方向に反転してしま
うことになる。）すなわち、１軸性の磁場ではセル選択
性が全く生じないことになる。これに対して、ワード線
１０１’ｂとビット線１０２’ｂの両方にそれぞれ、１
１４、１１５方向に電流を流し、これによって発生する
合成磁場１１６で反転させる場合は、上述したように、
図２１の２軸性磁場１１３を発生させるのに必要な電流
を流せばよい。このとき、ワード線１０１’ｂ、ビット
線１０２’ｂに流す電流１１４、１１５によって発生す
る磁場は、選択されたセル以外では、１軸性磁場であ
り、かつ、図２１のアステロイド曲線の内側に相当する
小さいものであるから、選択されたセルを除く、ワード
線１０１’ｂ、ビット線１０２’ｂ上にあるセルの磁化
を反転させることはできない。すなわち、ワード線とビ
ット線の両方に電流を流すことによってセル選択を行う
と同時に、両者の電流で発生した合成磁場によって書き
込みができることになる。

【００１３】上記では単磁区化した強磁性体パターンを
仮定して理想的な磁化反転プロセスについて説明した。
しかしながら実際のＭＴＪ素子のフリー層は、必ずしも
単磁区しているわけではなく、このためにアステロイド
曲線の形状も変化する。２０００年９月、アイ・イー・
イー・イー・トランザクションズ・オン・マグネティッ
クス、第３６巻、第５号、２７５２〜２７５７ページ
（IEEE Transactions onMagnetics 36, No.5, SEPTEMBE
R (2000) 2752）には、ＭＴＪ素子パターンの端部に発
生するエンドドメイン（end domain）が単磁区化を妨げ
る原因の一つあると記載されている。エンドドメイン
は、困難軸方向の磁場に反応しないので、容易軸方向の
外部磁場を大きくしないと反転できなくなる。この場合
アステロイド曲線は、典型的には、図２３のようになっ
て、セル選択性が低下するという問題が生じる。上記の
文献では、エンドドメインは、長方形などのような角を
持っているようなパターン形状の場合に発生しやすく、
楕円形のような角のないパターン形状では発生しにくい
とされ、このため困難軸方向の磁場に反応しやすくな
り、選択性が増すことが記載されている。（これは、楕
円形素子の方が、より理想に近いアステロイド曲線を示
すということを意味している。）

【００１４】このように磁気メモリ素子の平面形状は、
多磁区構造を防ぎ、選択性を高めるために重要な設計パ
ラメータとなる。これまでに、磁気メモリ素子の平面形
状に関しいくつかの提案が開示されている。米国特許４
７３１７５７には、扁平な六角形あるいは扁平なひし形
のような、端部を徐々に狭くした形状の磁気メモリセル
が、また米国特許６２０５０５３には、アルファベット
のＨ型（あるいはＩ型）形状の磁気メモリ素子が開示さ
れている。これらの平面形状の素子は、長軸方向の長さ
（Ｌ）と短軸方向の長さ（Ｗ）の比（アスペクト比）が
大きくなって、ＭＲＡＭの大容量化の観点からは不利で
ある。また、アスペクト比が大きくなると磁化反転に必
要な磁場が大きくなるために、書き込み時に必要とされ
る消費電流が増大してしまうという問題もある。

【００１５】また、米国特許６１０４６３３号公報、特
開平１１−２７３３３７号公報には、磁気的に非対称な
形状（平行四辺形、磁化容易軸がワード線あるいはビッ
ト線から傾いた長方形など）にした磁気メモリセルが開
示されている。あるいは、米国特許６００５８００号公
報には、互いに鏡像関係にある２つの形状を有するセル
を、チェッカーボード状に交互に配列した磁気メモリア
レイが開示されている。これらも、メモリ素子の集積度
を高める上では不利な平面形状である。

【００１６】一方、米国特許５７５７６９５号公報に
は、滑らかにカーブした端部を持ち、長辺（Ｌ）が幅
（Ｗ）よりも大きな形状を有する磁気メモリ素子におい
て、Ｌは少なくともＷの２倍以上で、端部が長（楕）円
形である磁気メモリ素子が開示されている。この平面形
状は、メモリ集積度を大きく犠牲にすることなく、書き
込み時のセル選択性が保たれている点で、これまでに開
示されている磁気メモリ素子の中では、最も好ましいと
考えられている。

【００１７】しかしながら、上述の滑らかにカーブした
楕円形の端部を持ち、長辺（Ｌ）が幅（Ｗ）より大きな
形状を有する磁気メモリ素子に対し、「平行」状態と
「反平行」状態を交互に反復して書き込む動作を高速で
行ってみると、誤書き込みの確率が大きくなるという問
題が生じることが明らかになった。これは、磁化反転の
速度が大きくなってくると、例えば、「平行」状態に書
き込んだ後、「反平行」に書き込もうとしても、フリー
層の磁化を反転できなくなってしまうということ、すな
わち、情報蓄積層であるフリー層の磁化反転が外部磁場
変化にきちんと追随できなくなってしまうことを意味し
ている。

【００１８】上記の説明と関連して、特開平１１−１２
６９３３号公報には、円形又は楕円形の形状の強磁性層
を有する磁気抵抗効果素子が述べられている。また、特
開平１１−１６３４３９号公報には、矩形形状を有する
強磁性層を有する磁気抵抗効果素子が述べられている。

【００１９】特開２００１−５３３５４号公報には、円
板体の形状の強磁性体を有する巨大磁気抵抗効果素子が
述べられている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セル
選択性を犠牲にすることなく、高速の書き込み動作を行
ったとしても、正しく書き込みを行うことができる、す
なわち、情報蓄積層であるフリー層の磁化反転が外部磁
場変化に追随でき、かつ反転後の磁化の指向性の高い磁
気メモリ素子ならびにそれを用いた磁気ランダムアクセ
スメモリを提供することにある。さらに、より高集積化
を図ることができる磁気メモリ素子ならびにそれを用い
た磁気ランダムアクセスメモリを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】磁気メモリ素子の反転特
性や選択性は、上述したように平面素子形状に強く依存
する。そこで、本発明者らは、ランダウ・リフシッツ・
ギルバート（Landau-Lifshits-Gilbert）方程式に基づ
くマイクロマグネティックスシュミレーション（以下Ｌ
ＬＧシュミレーションと記す）により、強磁性パターン
の磁化反転挙動に及ぼす強磁性パターン形状の影響を調
べると同時に、形状を変えたＭＴＪ素子について高速書
き込み試験を行って、セルの高選択性と、（フリー層の
磁化反転が外部磁場変化に追随できる）高速の書き込み
性を備えた磁気メモリ素子の最適形状を見出し、本発明
をなすに至った。

【００２２】本発明の磁気メモリ素子は、少なくとも２
層の強磁性体層が非磁性中間層を介して積層され、該非
磁性中間層を挟む少なくとも一方の強磁性層の磁化方向
を変化させることによって情報を記録し、磁気抵抗効果
によってその状態を読み出す磁気メモリ素子であって、
少なくとも該磁気メモリ素子の平面形状の一部にサイク
ロイドないしはサイクロイド状の曲線を含むことを特徴
としている。

【００２３】あるいは、該磁気メモリ素子の平面形状
が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であって、
少なくとも形状の一部に、サイクロイドないしはサイク
ロイド状の曲線を含むことを特徴としている。

【００２４】あるいは、該磁気メモリ素子の平面形状
が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であって、
少なくとも形状の一部に、磁化容易軸方向の中心線を基
線とするサイクロイドないしはサイクロイド状の曲線を
含むことを特徴としている。

【００２５】ここで、上記磁気メモリ素子の形状におい
て、磁化容易軸方向の長さと磁化困難軸方向の長さの比
（アスペクト比）が、１より大きく、かつ、１．５７以
下であって、サイクロイドないしはサイクロイド状の曲
線から構成されていること特徴としている。

【００２６】あるいは、磁化容易軸方向の長さと磁化困
難軸方向の長さの比（アスペクト比）が１．５７より大
きく、磁化容易軸方向の端部をサイクロイドないしはサ
イクロイド状の曲線で、磁化困難軸方向の端部を直線で
構成した形状を有することを特徴としている。

【００２７】上述したサイクロイド状の曲線には、厳密
なサイクロイドはもちろんであるが、ひし形とサイクロ
イド、およびサイクロイドと楕円の間を数学的に補間し
てできる曲線も含まれる。図１５に示すように、ある一
定のアスペクト比Ｌ／Ｗが与えられると、面積が小さい
順に、ひし形、サイクロイド、楕円を描くことができる
が、それぞれの曲線は、極座標（ｒ，θ）を使って一意
に記述することができる。方位角θを固定したとき、ひ
し形、サイクロイド、楕円の動径がそれぞれ、ｒ_Ｒ、ｒ
_Ｃ、ｒ_Ｅであるとすると、ｒ_Ｒ＜ｒ＜ｒ_Ｅ、望ましく
は、（ｒ_Ｒ＋ｒ_Ｃ）／２＜ｒ＜ｒ_Ｅ、の範囲内にある曲
線群をサイクロイド状の曲線と称している。なお、本発
明の磁気メモリ素子に用いられる非磁性中間層は、非磁
性金属を用いたＧＭＲ素子においても適用できることは
いうまでもない。

【００２８】さらに、本発明の磁気ランダムアクセスメ
モリは、複数のワード線と複数のビット線の交点位置に
磁気メモリ素子をアレイ状に集積したことを特徴とし、
該磁気メモリ素子が、少なくとも２層の強磁性体層が非
磁性中間層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少
なくとも一方の強磁性層の磁化方向を変化させることに
よって情報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を
読み出す磁気メモリ素子であって、該磁気メモリ素子の
平面形状の一部に、サイクロイドないしはサイクロイド
状の曲線を含んでいることを特徴としている。

【００２９】あるいは、該磁気メモリ素子の平面形状
が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称で、かつ、
少なくとも平面形状の一部に、サイクロイドないしはサ
イクロイド状の曲線を含んでいることを特徴とした磁気
ランダムアクセスメモリである。

【００３０】あるいは、該磁気メモリ素子の平面形状
が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称で、かつ、
少なくとも平面形状の一部に、磁化容易軸方向の中心線
を基線とするサイクロイドないしはサイクロイド状の曲
線を含んでいることを特徴とした磁気ランダムアクセス
メモリである。

【００３１】滑らかにカーブした（楕円形の）端部を持
ち、長辺（Ｌ）が幅（Ｗ）より大きな平面形状を有する
磁気メモリ素子において、高速の反復書き換え操作を行
ったとき、書き込み速度が大きくなるにつれ、きちんと
書き込めなくなるのは、磁化反転後の指向性が低いこと
に由来すると考えられる。ある形状を持つ強磁性体パタ
ーンの磁化反転は、理想的な単磁区構造を持った強磁性
体として扱うことはできず、ミクロなスピンの集合体と
みなして考える必要がある。図１の模式図に示したよう
に、全体としては右向きの磁化を持っている状態であっ
ても、ミクロに見ると、パターンの周辺部分のスピン
は、反磁場の影響を受けて傾いている。周辺部分のスピ
ンがパターンの中心部分に比べ大きく傾くと、その領域
がエンドドメインとなる。周辺部のスピンの傾き具合
は、パターンの形状ならびに大きさによって強く影響を
受けることになる。

【００３２】強磁性体パターンの磁化反転過程における
ミクロなスピンの動きは、ＬＬＧ方程式に基づく計算か
ら予測することができる（これをＬＬＧシミュレーショ
ンと呼んでいる）。フリー層の磁化の向きが、図１のよ
うな「右向き」であるとして、この磁化状態を反転させ
て、「左向き」にする過程を、ＬＬＧシュミレーション
により計算した。強磁性パターンの平面形状としては、
アスペクト比Ｌ／Ｗ＝２で、サイクロイド形、楕円形、
２つの半円と矩形よりなる競技場トラック形について計
算した。材料としては５ｎｍのＮｉＦｅを想定した。な
お、パターンの長軸方向をＸ軸、短軸方向をＹ軸として
おく。図１に示すように、反転外部磁場１は−X軸と４
５°の角度をなす方向に印加した。図２、図３は、それ
ぞれ、サイクロイド形、競技場トラック形について、反
転磁場を切った後、各スピンのＸ軸方向の成分（cosθ
成分）とＹ軸方向の成分（sinθ成分）について、全ス
ピンの平均をとったものを経過時間に対してプロットし
たものである。（ここでいう経過時間は、シミュレーシ
ョンに用いるパラメータによって変化するので厳密な時
間ではないが、相対的な時間としては意味がある。）楕
円形は、図示していないが、競技場トラック形とサイク
ロイド形の中間的な挙動を示した。明らかに、競技場ト
ラック形や楕円形に比べサイクロイド形の方が、反転終
了後の磁化のｘ成分が大きく、ｙ成分が小さい。つま
り、サイクロイド形の方が磁化の指向性が良好で、か
つ、反転が終了するまでの時間（反転緩和時間）が短い
ことが分かる。サイクロイド形磁気メモリ素子は、「反
転後の指向性が高く」、「反転緩和時間が短い」ため
に、高速の反復書き換え操作に対しても安定な書き込み
が行えるものと考えられる。

【００３３】さらに、サイクロイド形状が、任意の滑ら
かなカーブを持つパターンの中で最も磁化の指向性が高
いことが、ＬＬＧシミュレーションから示される。長軸
長Ｌ＝０．４μｍ、短軸長Ｗ＝０．３２μｍ、アスペク
ト比Ｌ／Ｗ＝１．２５の場合について、ひし形、サイク
ロイド、楕円と形状を連続的に変化させた時、磁化反転
の状態をＬＬＧシミュレーションで調べた。（上述した
ＬＬＧシミュレーションより、競技場トラック形は楕円
形よりも反転後の磁化の指向性が低いことが判明してい
たので計算を省いた。）ひし形とサイクロイド、サイク
ロイドと楕円の間の曲線形状については、数学的に補間
して定義した。

【００３４】まず、数学的補間の手続きについて説明す
る。図１５に示すように、ある一定のアスペクト比Ｌ／
Ｗが与えられると、面積が小さい順に、ひし形、サイク
ロイド、楕円競技場トラック形を描くことができるが、
それぞれの曲線は、極座標（ｒ，θ）を使って一意に記
述することができる。方位角θを固定したとき、動径を
任意の割合で補間することによって、ひし形から競技場
トラック形まで、連続的に曲線を変形させることができ
る。例えば、ひし形、サイクロイド、楕円の動径がそれ
ぞれ、ｒ_Ｒ、ｒ_Ｃ、ｒ_Ｅ、ｒ_Ｔであるとすると、ひし形
とサイクロイドを１：１に補間した曲線は、動径ｒ＝
（ｒ_Ｒ＋ｒ_Ｃ）／２で、サイクロイドと楕円を２：１に
補間した曲線は、ｒ＝（ｒ_Ｃ＋２ｒ_Ｅ）／３で、与えら
れる。

【００３５】さて、初期状態として、磁化は図１のよう
に全体としては「右向き」であるとし、これを図１と同
様の−X軸と４５°の角度をなす外部反転磁場を印加
し、磁化を「左向き」にする過程を各平面形状パターン
について計算した。図４には、形状をひし形、サイクロ
イド、楕円と連続的に変化させた時の反転磁場の大きさ
をプロットした。横軸の０、１、２の位置がそれぞれ、
ひし形、サイクロイド、楕円に相当する。ひし形とサイ
クロイド、サイクロイドと楕円の間のプロット点は、上
記の数学的補間操作により定義した曲線形状に対する計
算結果を示している。ひし形では、反転磁場が大きい
が、サイクロイド、楕円ではこれが半減する。図５、図
６には、それぞれ、形状をひし形、サイクロイド、楕円
と連続的に変化させた時の、磁化の向きとその標準偏差
をラジアン単位でプロットした。磁化反転後は、ひし形
とサイクロイドで磁化の指向性が高く、楕円ではそれが
低いことが分かる。

【００３６】磁気メモリ素子のフリー層特性としては、
反転磁場は小さく、反転後の磁化の向きは１８０°（π
ラジアン）に近く、反転後の磁化の向きのばらつき、す
なわち標準偏差は小さい方がよいので、これら３つの指
標を合わせて表現するために次の性能指数Aを次のよう
に定義する。

【００３７】

【数１】（１）ここで、Ｈ_ｍａｘはひし形における反転磁場（＝
６０Ｏｅ）、Ｈ_４５は４５°方向に印加した外部磁場の
大きさ、σは磁化の向きの標準偏差、θは磁化の平均の
向きである。性能指数が大きいほどよいセル形状である
ことを表す。図７に性能指数のセル形状依存性を示す。
性能指数はサイクロイド付近にピークをもつ関数になっ
ており、サイクロイド状セルの方が、ひし形、楕円形セ
ルよりも良い形状であることが分かる。任意の滑らかな
カーブを持つパターンの中でも、サイクロイドないしは
サイクロイド状の形が、磁化反転磁場が小さく、かつ磁
化の指向性が高い形状であるといえる。性能指数のブロ
ードなピーク部分に対応する形状がサイクロイド状の曲
線に相当する。

【００３８】上述のＬＬＧシミュレーションから予測で
きるように、磁気メモリ素子の平面形状を、磁化容易軸
または磁化困難軸に関し対称で、かつ、少なくとも平面
形状の一部を、磁化容易軸方向の中心線を基線とするサ
イクロイド状の曲線によって構成することによって、多
磁区構造が抑制されるとともに、楕円形あるいは円形の
端部を持った形状の磁気メモリ素子に比べ、磁化反転後
の指向性がより高まるために、外部磁場に対する情報蓄
積層であるフリー層の磁化反転の応答性が良好になる。
この結果、本発明の磁気モリ素子では、書き込みを高速
で行った場合においても正常な書き込みを行うことがで
きる。楕円形や円形のみならず、任意の滑らかにカーブ
した曲線の中で、本発明のサイクロイド状の曲線が、最
も磁化反転後の指向性が高い形状である。

【００３９】また、磁化容易軸方向の長さ（L）とこれ
と直交する磁化困難軸方向の長さ（W）の比（アスペク
ト比）を、従来の楕（円）形の端部形状を有する磁気メ
モリ素子のそれより小さくしたとしても、本発明の磁気
モリ素子では、フリー層の磁化反転後の指向性が高いた
めに、従来の磁気メモリ素子よりも大容量化することが
可能となる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。図８は、本発明の磁気メモ
リ素子の実施の形態の構成をあらわす平面図である。図
９は、図８のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図１０〜図１
３は図８のＭＴＪ素子１０の形状例を示した平面図（拡
大図）である。

【００４１】素子形状に加工されたＭＴＪ素子１０は、
図８のように、互いに直交するワード線１１とビット線
１２の交点位置に配置される。ワード線１１とビット線
１２は、書き込み回路（図示してない）に連結され、選
択されたＭＴＪ素子１０の状態を書き換えることができ
る。一方、ＭＴＪ素子１０は、図９のように、（ビアホ
ール１４を介して）ワード線１１とセンス線１３によ
り、（図示してない）読み出し回路に連結される。読み
出し時のセル選択は各セルに接続された選択トランジス
タやダイオードにより行う。

【００４２】ＭＴＪ素子１０は、書き込み回路部、読み
出し回路部、選択トランジスタ部などを含む半導体回路
を作り込んだ基板上に、該半導体回路とＭＴＪ素子１０
の接続配線や、ビット線１２の配線層ならびにこれらの
配線層間の絶縁を取るための層間絶縁層２１を形成し、
平坦化処理を行った後、形成される。ＭＴＪ素子１０
は、まず、層間絶縁層２１上に（下記に詳述する）ＭＴ
Ｊ積層膜をスパッタ装置により成膜する。そして光学露
光プロセスにより、素子形状を規定するレジストパター
ンをＭＴＪ積層膜上に形成し、イオンミリングあるいは
ドライエッチングにより、所望の形状、大きさに微細加
工する。その後、層間絶縁膜２１’によって隣接するＭ
ＴＪ素子間を電気的に分離し、ＭＴＪ素子１０上の層間
絶縁膜２１’にビアホール１４を開口し、最後にワード
線１１を形成する。

【００４３】ＭＴＪ素子１０は、下地層１５、反強磁性
体層１６、下部強磁性電極層（ピン層）１７、トンネル
絶縁層１８、上部強磁性電極層（フリー層）１９、キャ
ップ保護層２０、より成る。なお、下地層１５は、密着
性や反強磁性体層の配向性制御のために、バッファー
層、シード層、結晶制御層というような複数の層より構
成されるのが一般的である。また、下地層１５によりセ
ンス線１３を形成しても構わない。

【００４４】下地層１５を構成するバッファー層として
は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｃｒ等、シード層
としては、Ａｌ、Ｃｕ、あるいはこれらを主成分とする
合金、結晶制御層としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等の強
磁性合金やＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＴａ、Ｃｕ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｒ等、この上に積層される反強磁
性体層１６に合わせて使い分けられる。反強磁性体層１
６には、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ等の不規則系合
金や、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ等の規則合金系合
金を用いる。ピン層１７には、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦ
ｅ等の強磁性体合金、フリー層１９には、軟磁気特性に
優れたＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ
（積層膜）等を用いる。トンネル絶縁膜１８は、Ａｌを
プラズマ酸化あるいはラジカル酸化して形成したＡｌＯ
_ｘや、プラズマ窒化して形成したＡｌＮ等を用いること
によって良好なバリア特性がえられる。ＭＴＪ素子の接
合抵抗は、磁気メモリ素子の設計パラメータであるの
で、半導体回路とのマッチングを図る必要がある。なお
接合抵抗はトンネル絶縁層の膜厚に対して指数関数的に
増大するので、接合抵抗の調整にあたっては、Ａｌ膜厚
ならびに酸化条件の制御が非常に重要である。キャップ
保護層２０は、微細加工プロセス工程で生じうるフリー
層１９の酸化を防止するための保護層であるとともに、
ワード線をＭＴＪ素子と連結するビアホールを形成する
時のエッチングストッパーとしての役割を担っており、
Ｔａ、Ｐｔ等を用いる。層間絶縁膜２１、２１’には、
ＳｉＯ_２やＳｉＮ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁体膜を用い
る。ワード線１１、ビット線１２、センス線１３には、
Ａｌ、あるいはこれを主成分とし少量の添加元素（Ｃ
ｕ、Ｓｉ、Ｍｇ等）を加えたＡｌ合金、またはＣｕが用
いられる。

【００４５】下部強磁性電極の磁化１７’は、これに隣
接する反強磁性体層１６からの交換結合によって、常に
一定方向を向くように固定される。（下部強磁性体層の
磁化は外部磁場に対してその向きを変えることがないた
め、下部強磁性体層をピン層あるいは固定層と呼ぶ。）
一方、上部強磁性電極層の磁化１９’は、ワード線１１
とビット線１２に流す電流２２、２３によって生ずる磁
場によって、下部強磁性電極のそれの向きに対して、
「平行」あるいは「反平行」に書き換えることができ
る。ピン層と反強磁性層間に十分大きな交換結合を生じ
させるために、磁化容易軸方向に平行に外部磁場を印加
しながら熱処理を行うのが一般的である。用いる反強磁
性体のブロッキング温度以上の温度で数１０分間から数
時間の熱処理を行なう。なお、ピン層の磁化を一定方向
に固着するには、（反強磁性体層を用いずに）ピン層の
保磁力をフリー層のそれより大きくするという手法もあ
るが、図９に示したように、ピン層１７に隣接し、トン
ネル絶縁層１８と反対側の面に反強磁性体層１６を設け
た、いわゆる交換バイアス型ＭＴＪ素子が素子動作上よ
り好ましい。なお、トンネル絶縁層を挟んで上部にピン
層と反強磁性体層を、下部にフリー層を配置した、図９
と逆積層のＭＴＪ素子を用いても磁気メモリ素子として
の動作上、何ら問題は生じない。

【００４６】図１０〜図１３を用いて、本発明の磁気メ
モリ素子の形状について詳細に説明する。フォトリソグ
ラフィー、エッチングの工程を経て出来上がったＭＴＪ
素子パターンの形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により
観察してみると、数学的に厳密に定義されたパターンは
ほとんどない。例えば、長方形や六角形では、角部分が
丸まっている。あるいは、サイクロイド形、楕円形、競
技場トラック形については、確かに形の違いは判別でき
るものの、数学的な厳密性は失われている。特にサイズ
が小さくなってくると、パターンの数学的な意味での厳
密性の低下は避けられない。以下の記述では、説明のた
めに数学的に厳密な取り扱いをして形状を記述するが、
実際にできるパターン形状は、例えばサイクロイド状の
形、楕円状の形であることを強調しておく。（ここで
は、形の違いは判別できるものの、数学的な厳密性は失
われたパターン形状を、「……状」の形と称してい
る。）本発明の磁気メモリ素子の平面形状は、磁化容易
軸（図１０〜図１３の長軸、ないしはＸ軸）または磁化
困難軸（図１０〜図１３の短軸、ないしはＹ軸）に関し
て対称であり、少なくとも平面形状の一部に、磁化容易
軸方向の中心線を基線とするサイクロイドないしはサイ
クロイド状の曲線で構成されていることを特徴としてい
る。サイクロイド曲線とは、基線上を転がる半径ａの円
周上の一点が描く軌跡である。以下、磁化容易軸方向
（長軸）の長さをＬ、磁化困難軸方向（短軸）の長さを
Ｗとする。長軸長の短軸長に対する比Ｌ／Ｗをアスペク
ト比と定義する。アスペクト比、ならびにサイクロイド
曲線の大きさを決めるａ（基線上を転がる円の半径）に
よって、本発明の磁気メモリ素子の形状が変わってく
る。

【００４７】まず、磁化困難軸方向の長さ（短辺長）Ｗ
が４ａに等しい（Ｗ＝４ａ）場合について説明する。こ
のとき、アスペクト比が１．５７（＝π／２）以上の場
合、長辺Ｌ、短辺Ｗの長方形と微分の不連続点を持たず
に内接するサイクロイド形状パターンとなる。（微分の
不連続点を持たないということは、角が全くないという
ことである。）アスペクト比が１．５７（＝π／２）の
場合の形状を図１０に示す。このときの形状パターン
は、４つの等価なサイクロイド曲線より構成され、各サ
イクロイドは、長軸（Ｘ軸）上、短軸（Ｙ軸）上で微分
の不連続点を持たずに交差する。（長辺Ｌ（＝２π
ａ）、短辺Ｗ（＝４ａ）の長方形とも微分の不連続点を
持たずに内接する。）図１０Ａ上部、Ａ下部、Ｂ上部、
Ｂ下部の各領域の形状曲線は、基線ｙ＝０を転がる半径
ａの円周上の一点の軌跡として表されるサイクロイド曲
線であり、局所座標（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ）、（ｘ_Ｂ，ｙ_Ｂ）を
用いると、Ａ上部：

【００４８】

【数２】

【００４９】

【数３】Ａ下部：

【００５０】

【数４】

【００５１】

【数５】Ｂ上部：

【００５２】

【数６】

【００５３】

【数７】Ｂ下部：

【００５４】

【数８】

【００５５】

【数９】で与えられる。ここで、θは助変数で円の回転角を表
し、０＜θ＜πの間の値をとり、サイクロイドのちょう
ど１／２周期分に相当する。

【００５６】図１１は、アスペクト比が１．５７（＝π
／２）より大きい場合の形状パターンであり、図１０の
Ａ部分とＢ部分の間に、長軸方向の長さが、Ｌ−２ａ
π、短軸方向の長さが４ａの矩形Ｃを挿入した形状にな
っている。すなわち、上述した４つのサイクロイド曲線
と長軸（Ｘ軸）に平行な直線より構成されるパターンで
ある。したがってこの場合も、長辺Ｌ、短辺Ｗ（＝４
ａ）の長方形と微分の不連続点を持たずにサイクロイド
が内接する。

【００５７】次に、磁化困難軸方向の長さ（短辺長）Ｗ
が４ａより小さい（Ｗ＜４ａ）場合について説明する。
このときは、アスペクト比によって、不連続点が２つ、
ないしは４つ現れる形状パターンとなる。（Ｗ＜４ａで
あることから、θ＝πになる前にサイクロイドの基線
（長軸）からの距離がＷ／２に達してしまう場合に相当
する。）アスペクト比が、１より大きくかつ１．５７
（＝π／２）より小さい場合の形状パターンを図１２に
示す。図１０で述べた４つのサイクロイド曲線の助変数
θが、０＜θ＜πの間の値をとる（ちょうど１／２周期
分）のに対して、図１２の場合は、０＜θ＜π（１／２
周期に達しない）であるために、短軸に平行な中心線
（Ｙ軸）上で鈍角をなして交わった形状となっている。
なお、アスペクト比が１．０の場合は、Ｙ軸上での交点
が明らかな不連続点となってしまう（すなわち、ここで
角が生じる）ため、Ｘ軸方向で磁化反転が生じにくくな
る。したがって、Ｘ軸を磁化容易軸として磁化反転を生
じさせるには、１より大きなアスペクト比、望ましくは
（短軸に平行な中心線（Ｙ軸）上で鈍角をなして交わっ
た形状となる）１．１以上のアスペクト比が必要であ
る。

【００５８】アスペクト比が１．５７（＝π／２）より
大きい場合の形状パターンを図１３に示す。この場合
は、ちょうど図１２のＡ’部分とＢ’部分の間に、矩形
Ｃ’を挿入した形状になっていて、サイクロイド曲線の
助変数θが、０＜θ＜πである（１／２周期に達しない
部分的な）４つのサイクロイド曲線と長軸（Ｘ軸）に平
行な直線より構成されるパターンである。この部分的な
サイクロイドと直線とは、やはり微分の不連続点で、両
者は鈍角に交差している。

【００５９】図１４は、アスペクト比が２の場合につい
て、本発明の磁気メモリ素子の平面形状である（ａ）サ
イクロイド形状パターンに対し、（ｂ）円形を含む競技
場トラック型パターン（２つの半円と矩形を合わせた
形）や、（ｃ）紡錘状パターン（２つの円弧より成るパ
ターン）、ならびに（ｄ）楕円形パターン、そして
（ｅ）六角形パターンとを並べて比較したものである。
角のない競技場トラック型パターンや楕円形パターンに
比べると、サイクロイド形状パターンは、長軸方向に向
かってパターンが絞られていることが分かる。このため
に磁化反転後の磁化の指向性が高まるという効果が生じ
る。これに対し、紡錘状パターンは、本発明のサイクロ
イドパターンより長軸方向に向かうパターンの細りが顕
著であり、磁化反転後の磁化の指向性は高くなるが、そ
の反面、反転に必要となる反転磁場が大きくなってしま
うという問題が発生する。一方、六角形パターンは、角
のあるパターンであるために、従来の技術で説明したよ
うに、エンドドメインによる多磁区構造が発生しやす
く、選択性に問題がある。アスペクト比が１．５７以上
の場合、本発明のサイクロイド形状パターンは、微分の
不連続点が存在しない（角がない）ため、エンドドメイ
ンのような多磁区構造をとることはない。アスペクト比
が１と１．５７（＝π／２）の間（微分の不連続点を持
つ）にある場合であっても、（図１４に示すように）鈍
角的に緩やかであるために、同じアスペクト比の六角形
パターンに比較すると、エンドドメインによる多磁区構
造の発生確率は著しく低くなる。

【００６０】図１５はアスペクト比が１．２５の場合に
ついて、ひし形、サイクロイド、楕円を兼ね合わせて示
したものである。３つの形状の違いは明らかで、サイク
ロイドがひし形の持つ高指向性と、楕円の持つ低反転磁
場性を兼ね備えた形であることが分かる。

【００６１】以上本発明の実施の形態をＭＴＪ素子につ
いて説明したが、本発明はＧＭＲ素子についても適用で
きることはいうまでもない。

【００６２】次に、具体的な実施例を用いて本実施の形
態の動作を説明する。

【００６３】（実施例１）図１６に示すように、ＭＴＪ
積層膜の微小パターンをアレイ状に多数個（約１０
^６個）並べた試料を作製し、集団状態での反転特性がＭ
ＴＪ積層膜の微小パターン形状によってどう変化するか
を調べた実施例について説明する。まず本実施例に用い
た試料の作製方法について説明する。本実施例に用いる
試料は、半導体回路部を必要としないために、６インチ
φの熱酸化膜付シリコン基板上にＭＴＪ積層膜を成膜し
た後、これを一定の形状を有する微小パターンアレイを
作るためのフォトリソグラフィー工程と、イオンミリン
グ工程を経て作製した。ＭＴＪ積層膜は、ＤＣマグネト
ロンスパッタ源を備えた成膜チャンバーと、トンネルバ
リア形成を行う酸化チャンバー、ウェハーの出し入れを
行うロードロックチャンバーの３室より構成されるスパ
ッタ装置を用いて成膜した。各チャンバー間はゲートバ
ルブを介して接続されており、ウェハーは、搬送機構に
よって真空を破ることなくチャンバー間を移動できる。
成膜手順は以下のとおりである。ウェハーをスパッタ成
膜室に搬送し、３ｎｍのＴａバッファー層、３ｎｍのＮ
ｉＦｅ結晶制御層、１０ｎｍのＩｒＭｎ反強磁性体層、
２ｎｍのＣｏ_９０Ｆｅ_１０ピン層、２ｎｍのＡｌ層を成
膜後、ウェハーを酸化チャンバーに搬送し、プラズマ酸
化源によりＡｌを酸化し、トンネル絶縁膜を形成する。
再度、ウェハーをスパッタ成膜チャンバーに戻し、３ｎ
ｍのＮｉ_８０Ｆｅ_２０フリー層、１０ｎｍのＴａキャッ
プ保護層を積層し、ＭＴＪ積層膜の成膜を完了する。こ
こで、ＭＴＪを構成する各金属層は、アルゴンガス圧
０．５〜４×１０^−１Ｐａ、成膜速度０．０６〜０．５
ｎｍ／ｓの条件で成膜した。なお、成膜時にはウェハー
面内の一定方向に５０Oeの磁場を印加した。トンネル絶
縁膜の形成に用いたプラズマ酸化条件は、酸素ガス圧１
×１０^−２Ｐａ、５０Wであり、３分間の酸化処理を行
なった。最後に、成膜時の磁場印加方向と平行に３ｋＯ
ｅの磁場を印加しながら、２５０℃で３０分間の磁場中
熱処理を行い、ＭＴＪ積層膜に交換バイアスを付与し
た。ちなみに、本実施例とは別に作製したＭＴＪ素子に
よれば、上記の酸化条件では、１０ｋΩ・μｍ^２の規格
化接合抵抗を示し、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は４３％
であった。

【００６４】次に、ＭＴＪ積層膜上に５０ｎｍのＳｉＯ
_２膜をスパッタ成膜した後、ｉ線ステッパーを用い、後
述する形状のドット（点状パターン）が格子状に配列し
たレジストマスクを作る。ＣＦ_４ガスによるドライエッ
チングにより、レジストパターンが転写されたＳｉＯ_２
のハードマスクを作製する。最後に、このハードマスク
をマスクとして、ＭＴＪ積層膜をイオンミリング加工す
る。この際、最下層のＴａバッファー層まで切り込ん
で、一つ一つの形状を独立させる。作製した形状は、磁
化容易軸方向（長軸）の長さをL、磁化困難軸方向（短
軸）の長さをＷとしたとき、Ｌ＝０．５μｍ、Ｗ＝０．
２５μｍ、アスペクト比Ｌ／Ｗ＝２で、サイクロイド
形、楕円形、競技場トラック形、紡錘形、長方形、六角
形の６種類である。各形状とも、１ｃｍ^２の区画内に同
一形状の約１０^６個のドットパターンが含まれている。
なお、一つ一つのドットパターンはお互いに静磁結合し
ないよう、２μｍの間隔をとってある。

【００６５】出来上がったパターンの形状を原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ）により観察してみると、数学的に厳密に
定義されたパターンは多くない。直線で囲まれるべき長
方形や六角形あるいは鋭角的な角のある紡錘形において
は、角部分が丸まっているし、滑らかな曲線で囲まれて
いるサイクロイド形、楕円形、競技場トラック形につい
ては、確かに形の違いは判別できるものの、数学的な厳
密性は失われている。これは、露光マスクが厳密にでき
ていたとしても、フォトリソグラフィーやパターン加工
のプロセスを経ることによって、パターンの数学的な意
味での厳密性は低下することは避けられないことによ
る。したがって、実際にできる形状は、サイクロイド
状、楕円状、競技場トラック状、紡錘形状、長方形状、
六角形状、のパターンである。以下の記述では、特に断
ることなく、サイクロイド形、楕円形、競技場トラック
形、等と記すが、これらは厳密な図形を示すわけではな
く、実際にできた、サイクロイド状の形、楕円状の形、
競技場トラック状の形、等をさすものとする。

【００６６】上記のプロセスを経て作製したウェハーよ
り試料を切り出し、振動試料型磁力計により磁化測定を
行なった。磁化困難軸方向に２０Ｏｅの一定磁場を印加
しながら、磁化容易軸方向に磁場を掃引した。シャープ
な磁化曲線（Ｍ−Ｈ曲線）を示す素子を集団で評価する
ため、図１７（ａ）に示すように、反転磁場には分布が
生じる。そこで、磁化反転部分について、磁化曲線の微
分（ｄＭ／ｄＨ）を磁場Ｈに対してプロットすると、図
１７（ｂ）に示すように、ガウス分布曲線がえられる。
このガウス分布曲線より、素子形状に対して、平均反転
磁場Ｈ_０および反転磁場の分散σを求めると表1に示す
ようになった。明瞭な角のない形状である、サイクロイ
ド形、楕円形、競技場トラック形では、明瞭な角のある
紡錘形、長方形、六角形に比べ、平均反転磁場Ｈ_０が小
さい。一方、反転磁場のバラツキの指標となる分散σ
は、サイクロイド形、紡錘形、六角形のように、磁化の
指向性が高い形状で小さく、楕円形、競技場トラック
形、長方形のように、磁化の指向性の低い形状で大き
い。サイクロイド形状は、反転磁場が小さく、かつ磁化
指向性が高いために、磁気メモリ素子の形状として、楕
円形や競技場トラック形よりも優れている。

【００６７】

【表１】

【００６８】（実施例２）ＭＴＪ素子部の形状を変えた
磁気メモリ素子を作製し、反転特性に及ぼす素子形状の
効果を調べた実施例について説明する。まず本実施例に
用いた試料の作製方法について説明する。本実施例に用
いる試料は、半導体回路部を必要としないために、６イ
ンチφの熱酸化膜付シリコン基板上に作製した。本実施
例で用いたＭＴＪ積層膜の成膜手順は、以下のとおりで
ある。実施例１で用いた成膜装置を用いて、熱酸化膜付
きシリコン基板上に、３ｎｍのＴａバッファー層、３０
０ｎｍのＣｕ下地層、１．５ｎｍのＴａバッファー層、
３ｎｍのＮｉＦｅ結晶制御層、３０ｎｍのＰｔＭｎ反強
磁性体層、２ｎｍのＣｏ_９０Ｆｅ_１０ピン層、２ｎｍの
Ａｌ層を成膜し、プラズマ酸化源によりＡｌを酸化し、
トンネル絶縁膜を形成する。この上に、３ｎｍのＮｉ
_８０Ｆｅ_２０フリー層、１０ｎｍのＴａキャップ保護層
をつけ、ＭＴＪ積層膜の成膜を完了する。

【００６９】ＭＴＪ積層膜を構成する各金属層は、アル
ゴンガス圧０．５〜４×１０^−１Ｐａ、成膜速度０．０
６〜０．５ｎｍ／ｓの条件で成膜した。なお、成膜時に
はウェハー面内の一定方向に５０Oeの磁場を印加した。
トンネル絶縁膜の形成に用いたプラズマ酸化条件は、酸
素ガス圧２×１０^−２Ｐａ、６０Wであり、５分間の酸
化処理を行なった。最後に、成膜時の磁場印加方向と平
行に３ｋＯｅの磁場を印加しながら、２７０℃で５時間
の磁場中熱処理を行い、ＭＴＪ積層膜に交換バイアスを
付与した。磁化容易軸方向をＸ軸、磁化困難軸方向をＹ
軸とする。

【００７０】次に、フォトリソグラフィ、エッチングプ
ロセスによりＭＴＪ素子加工を行う。まず、ＭＴＪ素子
形状を規定するレジストパターンを形成し、イオンミリ
ングによりトンネルバリアまでエッチングする。ミリン
グ装置にとりつけた質量分析器により、ミリングされた
２次イオンを分析してエッチングの終点検出を行った。
次に、ＭＴＪ積層膜を、以下のフォトリソグラフィ工程
で用いられる現像液から保護するため、全面に５０ｎｍ
のＳｉＯ_２保護層を形成する。次に、下部電極（本実施
例では、３ｎｍのＴａバッファー層、３００ｎｍのＣｕ
下地層、１．５ｎｍのＴａバッファー層、３ｎｍのＮｉ
Ｆｅ結晶制御層、３０ｎｍのＰｔＭｎ反強磁性体層、２
ｎｍのＣｏ_９０Ｆｅ_１０ピン層より成る）を規定するレ
ジストパターンを形成し、イオンミリングによりＴａバ
ッファー層までエッチングする。この後、３００ｎｍの
ＳｉＯ_２を前面にスパッタ成膜し、ＭＴＪ素子間を電気
的に絶縁する層間絶縁膜を形成する。次に、ＣＦ_４ガス
を用いたドライエッチングによりＭＴＪ素子上にビアホ
ールを開口し、５００ｎｍのＡｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ）をスパッタ成膜し、上部電極パターンを形成する。
なお、下部電極は磁化困難軸（Ｙ軸）に平行、上部電極
は磁化容易軸（Ｘ軸）に平行となるようにした。

【００７１】実施例１によれば、紡錘形、長方形、六角
形は、サイクロイド形、楕円形、競技場トラック形に比
べ、反転磁場が２倍程度大きいために、磁気メモリ素子
への応用を念頭に置くならば、消費電力の観点から不利
な形状であるといえる。そこで本実施例では、後者の３
つの形状のみを作製した。大きさは、磁化容易軸方向
（Ｘ軸方向）の長さをL、磁化困難軸方向（Ｙ軸方向）
の長さをＷとしたとき、Ｌ＝０．２５〜１μｍ、Ｗ＝
０．２５μｍ、アスペクト比Ｌ／Ｗ＝１〜４である。

【００７２】ＭＴＪ素子形状を規定するエッチングが終
わったウェハーを抜き取り、素子形状を原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）により観察した。サイクロイド形、楕円形、
競技場トラック形の違いは判別できるものの、数学的な
厳密性は失われている。これは、露光マスクが厳密にで
きていたとしても、フォトリソグラフィーやパターン加
工のプロセスを経ることによって、パターンの数学的な
意味での厳密性は低下することは避けられないことによ
る。したがって、実際にできる形状は、サイクロイド
状、楕円状、競技場トラック状のパターンである。以下
の記述では、特に断ることなく、サイクロイド形、楕円
形、競技場トラック形、と記すが、これらは厳密な図形
を示すわけではなく、実際にできた、サイクロイド状の
形、楕円状の形、競技場トラック状の形、をさすものと
する。

【００７３】本実施例では、互いに直交する下部電極な
らびに上部電極に流す電流によって生じる合成磁場によ
って間に挟まれるＭＴＪ素子の磁化方向を反転させる、
いわゆる書き込み動作を行なった後、ＭＴＪ素子の磁化
状態に影響を及ぼさない十分小さな電流で電気抵抗を測
定する、いわゆる読み出し動作を行ない、一つ一つのＭ
ＴＪ素子の反転特性を調べた。なお、作製された磁気メ
モリ素子は、素子の形状やサイズにほとんど依存せず、
規格化接合抵抗が０．８〜１．１ＭΩ・μｍ^２、磁気抵
抗変化率（ＭＲ比）が３６〜４２％の範囲に入る特性を
示した。

【００７４】本実施例では、多数個のＭＴＪ素子につい
て、パルス状の反転磁場を印加して書き込み、その抵抗
を読み出すという操作を行い、書き込みがきちんと行わ
れたかを調べた。測定の手順は以下のとおりである。ま
ず、十分大きな磁場を印加して、初期状態を低抵抗状態
（フリー層の磁化が＋Ｘ方向を向いているとする）にす
る。その後、磁化困難軸方向に磁場Ｈ_Ｙ、磁化容易軸方
向に磁場−Ｈ_Ｘのパルス磁場を同時に印加してフリー層
の磁化を反転させる。もちろん、この合成磁場の大きさ
は、図２１の２軸性外部磁場１１３に相当するものであ
る。実際には、上部電極と下部電極にピーク電流値が５
ｍＡ、パルス幅５ｎｓのパルス電流を流した。この後、
素子の抵抗を測定した。以上の書き込み、読み出し操作
を１００個のＭＴＪ素子について行い、抵抗値の分布状
態を調べた。えられた抵抗値の分布には、ＭＴＪ素子間
の抵抗分布も含むことになるが、この素子抵抗間の分布
は、同一形状、同一サイズの素子においては±５％以内
であった。図１８は、アスペクト比Ｌ／Ｗ＝１．２５に
おける、（ａ）サイクロイド形、（ｂ）楕円形、（ｃ）
競技場トラック形の各素子についての抵抗値の分布曲線
である。サイクロイド形では、高抵抗状態のみが安定に
書き込まれているのに対し、楕円、競技場トラック形と
なるにつれ、高抵抗状態に書き込まれる確率が減り、高
抵抗でもなく、低抵抗でもないという中間の状態になる
確率が増えていることが分かる。本実施例の結果は、サ
イクロイド形が、楕円形、競技場トラック形に比べ、磁
化の指向性が高いために、磁化反転磁場に追随して書き
込み動作が行なえる形状であることを示している。

【００７５】（実施例３）１ｋビットの磁気ランダムア
クセスメモリを作製し、反転特性に及ぼすＭＴＪ素子部
の形状の効果を調べた実施例について説明する。まず本
実施例に用いた試料の作製方法について説明する。

【００７６】まずＭＴＪ素子より下層の半導体回路なら
びに下層配線層を形成する。具体的には、書き込み回路
部、読み出し回路部、選択トランジスタ部などを含む半
導体回路が作り込まれたシリコン基板上に、該半導体回
路とＭＴＪ素子の接続配線や、ビット線等の配線層なら
びにこれらの配線層間の絶縁を取るための層間絶縁層を
形成する。この層間絶縁膜上に、センス線、ＭＴＪ積層
膜を順じ積層してゆき、書き込み時の電流を小さくする
ために、ＭＴＪ素子とビット線の距離はできる限り近い
方が望ましいことから、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法に
より層間絶縁膜の平坦化処理を行ない、ＭＴＪ素子とビ
ット線の距離を２００ｎｍにした。

【００７７】次に、実施例１あるいは実施例２で用いた
スパッタ装置によりＭＴＪ積層膜を成膜する。本実施例
のＭＴＪ積層膜の成膜手順は、以下のとおりである。３
ｎｍのＴａバッファー層、３００ｎｍのＡｌ下地層（本
実施例ではセンス線を兼ねる）、１．５ｎｍのＴａバッ
ファー層、３ｎｍのＮｉＦｅ結晶制御層、１０ｎｍのＩ
ｒＭｎ反強磁性体層、２ｎｍのＣｏ_９０Ｆｅ_１０ピン
層、２ｎｍのＡｌ層を成膜後、プラズマ酸化源によりＡ
ｌを酸化し、トンネル絶縁膜を形成する。この上に、３
ｎｍのＮｉ_８０Ｆｅ_２０フリー層、１０ｎｍのＴａキャ
ップ保護層を積層し、ＭＴＪ積層膜の成膜を完了する。

【００７８】ＭＴＪを構成する各金属層は、アルゴンガ
ス圧０．５〜４×１０^−１Ｐａ、成膜速度０．０６〜
０．５ｎｍ／ｓの条件で成膜した。なお、成膜時にはウ
ェハー面内の一定方向に５０Oeの磁場を印加した。トン
ネル絶縁膜の形成に用いたプラズマ酸化条件は、酸素ガ
ス圧２×１０^−２Ｐａ、５０Wであり、３分間の酸化処
理で規格化接合抵抗は３０ｋΩ・μｍ^２であった。

【００７９】次に、フォトリソグラフィ、エッチングプ
ロセスによりＭＴＪ素子加工を行う。まず、ＭＴＪ素子
形状を規定するレジストパターンを形成し、イオンミリ
ングによりＩｒＭｎまでエッチングする。ミリング装置
にとりつけた質量分析器により、ミリングされた２次イ
オンを分析してエッチングの終点検出を行った。

【００８０】ＭＴＪ素子形状を規定するエッチングが終
わったウェハーを抜き取り、素子形状を原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）により観察した。サイクロイド形、楕円形、
競技場トラック形の違いは判別できるものの、数学的な
厳密性は失われている。これは、露光マスクが厳密にで
きていたとしても、フォトリソグラフィーやパターン加
工のプロセスを経ることによって、パターンの数学的な
意味での厳密性は低下することは避けられないことによ
る。したがって、実際にできる形状は、サイクロイド
状、楕円状、競技場トラック状のパターンである。以下
の記述では、特に断ることなく、サイクロイド形、楕円
形、競技場トラック形、と記すが、これらは厳密な図形
を示すわけではなく、実際にできた、サイクロイド状の
形、楕円状の形、競技場トラック状の形、をさすものと
する。

【００８１】次に、ＭＴＪ積層膜を、以下のフォトリソ
グラフィ工程で用いられる現像液から保護するため、全
面に５０ｎｍのＳｉＯ_２保護層を形成する。次に、下部
電極（本実施例では、これがセンス線を兼ね、３ｎｍの
Ｔａバッファー層、３００ｎｍのＡｌ下地層、１．５ｎ
ｍのＴａバッファー層、３ｎｍのＮｉＦｅ結晶制御層よ
り成る）を規定するレジストパターンを形成し、イオン
ミリングによりＴａバッファー層までエッチングする。
この後、５００ｎｍのＳｉＯ_２を前面にスパッタ成膜
し、ＭＴＪ素子間を電気的に絶縁する層間絶縁膜を形成
する。次に、ＣＦ _４ガスを用いたドライエッチングによ
りＭＴＪ素子上にビアホールを開口し、５００ｎｍのＡ
ｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）をスパッタ成膜し、ワード
線パターンを形成する。最後に、成膜時の磁場印加方向
と平行に３ｋＯｅの磁場を印加しながら、２５０℃で３
０分間の磁場中熱処理を行い、ＭＴＪ素子に交換バイア
スを付与した。（ワード線に平行に一軸異方性（磁化容
易軸）をつける。）本実施例におけるＭＴＪ素子の形状
は、サイクロイド、楕円、競技場トラック形の３種類、
大きさは、磁化容易軸方向（Ｘ軸方向）の長さをＬ、磁
化困難軸方向（Ｙ軸方向）の長さをＷとしたとき、Ｌ＝
０．５μｍ、Ｗ＝０．４μｍ、アスペクト比Ｌ／Ｗ＝
１．２５、ならびにＬ＝０．８μｍ、Ｗ＝０．４μｍ、
アスペクト比Ｌ／Ｗ＝２．０、の２種類である。

【００８２】本実施例においては、すべてのビット（1
ｋビット）に対して“０”あるいは“１”書き込みを行
った後、各ビットの情報を読み出し、誤書き込みの確率
を調べた。表２から分かるように誤書きこみ確率は、サ
イクロイド形では０％であるのに対し、楕円形、競技場
トラック形となるにしたがって増大する。楕円形、競技
場トラック形における誤書き込み確率は、アスペクト比
が小さい場合の方が大きく、アスペクト比が小さいとこ
ろでのサイクロイドの優位性が顕著であることが分か
る。

【００８３】

【表２】なお、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技
術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得る
ことは明らかである。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくともＭＴＪ素子あるいはＧＭＲ素子の形状の一部
にサイクロイドないしはサイクロイド状の曲線を含んだ
形状とすることで、選択性を犠牲にすることなく、フリ
ー層の磁化反転が外部磁場に追随し、かつ反転後の磁化
の指向性の高い磁気メモリ素子及びそれを用いた磁気ラ
ンダムアクセスメモリを提供することができる。さら
に、本発明の形状は、従来の楕円形や競技場トラック形
に比べ、アスペクト比が小さいところにおいても、フリ
ー層の反転に必要な反転磁場が小さく、かつ反転後の磁
化の指向性が高いために、より集積度の高い磁気メモリ
素子及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリを提
供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図２】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図３】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図４】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図５】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図６】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図７】本発明の作用を説明するための模式図である。

【図８】本発明の実施の形態の構造を示す平面図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態の構造を示す断面図であ
る。

【図１０】本発明の実施の形態の構造を示す平面図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態の構造を示す平面図であ
る。

【図１２】本発明の実施の形態の構造を示す平面図であ
る。

【図１３】本発明の実施の形態の構造を示す平面図であ
る。

【図１４】本発明の実施の形態の構造と従来のそれを比
較した平面図

【図１５】本発明の実施の形態の構造と従来のそれを比
較した平面図

【図１６】本発明の第１の実施例に用いた試料の模式図
である。

【図１７】本発明の第１の実施例を説明するための模式
図である。

【図１８】本発明の第２の実施例の結果を示す図であ
る。

【図１９】従来の磁気メモリ素子の構造を示す平面図で
ある。

【図２０】従来の磁気メモリ素子の構造を示す断面図で
ある。

【図２１】磁気メモリ素子の動作原理を説明するための
図である。

【図２２】磁気メモリ素子の動作原理を説明するための
図である。

【図２３】従来の磁気メモリ素子の特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１反転外部磁場１０磁気メモリ素子１１ワード線１２ビット線１３センス線１４ビアホール１５下地層１６反強磁性層１７下部強磁性電極層（ピン層）１８トンネル絶縁層１９上部強磁性電極層（フリー層）２０キャップ保護層２１，２１’ 層間絶縁層１１２一軸性磁場１１３２軸性磁場

フロントページの続き (72)発明者松寺久雄東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者柘植久尚東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F083 FZ10 GA09 GA11 JA02 JA36 JA37 JA38 JA39 JA40 PR04 PR40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中
間層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくと
も一方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって
情報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出
す磁気メモリ素子において、少なくとも該磁気メモリ素
子の平面形状の一部に、サイクロイドないしはサイクロ
イド状の曲線を含むことを特徴とする磁気メモリ素子。
【請求項２】少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中
間層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくと
も一方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって
情報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出
す磁気メモリ素子において、該磁気メモリ素子の平面形
状が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であっ
て、少なくとも形状の一部に、サイクロイドないしはサ
イクロイド状の曲線を含むことを特徴とする磁気メモリ
素子。
【請求項３】少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中
間層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくと
も一方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって
情報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出
す磁気メモリ素子において、該磁気メモリ素子の平面形
状が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であっ
て、少なくとも平面形状の一部に、磁化容易軸方向の中
心線を基線とするサイクロイドないしはサイクロイド状
の曲線を含むことを特徴とする磁気メモリ素子。
【請求項４】少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中
間層を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくと
も一方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって
情報を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出
す磁気メモリ素子において、一部にサイクロイドないし
はサイクロイド状の曲線を含むマスクパターンを用いて
該磁気メモリ素子の平面形状が形成されたことを特徴と
する磁気メモリ素子。
【請求項５】磁化容易軸方向の長さと磁化困難軸方向
の長さの比（アスペクト比）が、１より大きく、かつ、
１．５７以下であることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれか一項に記載の磁気メモリ素子。
【請求項６】磁化容易軸方向の長さと磁化困難軸方向
の長さの比（アスペクト比）が１．５７より大きく、磁
化容易軸方向の端部を磁化容易軸方向の中心線を基線と
するサイクロイドないしはサイクロイド状の曲線で、磁
化困難軸方向の端部を直線で構成した形状を有すること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁
気メモリ素子。
【請求項７】前記非磁性中間層が、トンネル絶縁層あ
るいは、非磁性金属層である、請求項１乃至６のいずれ
か一項に記載の磁気メモリ素子。
【請求項８】複数のワード線と複数のビット線の交点
位置に、少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中間層を
介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくとも一方
の強磁性層の磁化方向を変化させることによって情報を
記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出す磁気
メモリ素子を介在させた構成を有する磁気ランダムアク
セスメモリにおいて、少なくとも該磁気メモリ素子の平
面形状の一部にサイクロイドないしはサイクロイド状の
曲線を含むことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモ
リ。
【請求項９】複数のワード線と複数のビット線の交点
位置に、少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中間層を
介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくとも一方
の強磁性層の磁化方向を変化させることによって情報を
記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出す磁気
メモリ素子を介在させた構成を有する磁気ランダムアク
セスメモリにおいて、該磁気メモリ素子の平面形状が、
磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であって、少な
くとも平面形状の一部に、サイクロイドないしはサイク
ロイド状の曲線を含むことを特徴とする磁気ランダムア
クセスメモリ。
【請求項１０】複数のワード線と複数のビット線の交
点位置に、少なくとも２層の強磁性体層が非磁性中間層
を介して積層され、該非磁性中間層を挟む少なくとも一
方の強磁性層の磁化方向を変化させることによって情報
を記録し、磁気抵抗効果によってその状態を読み出す磁
気メモリ素子を介在させた構成を有する磁気ランダムア
クセスメモリにおいて、該磁気メモリ素子の平面形状
が、磁化容易軸または磁化困難軸に関し対称であって、
少なくとも平面形状の一部に、磁化容易軸方向の中心線
を基線とするサイクロイドないしはサイクロイド状の曲
線を含むことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモ
リ。