JP2005142299A - 磁気メモリ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気記憶素子への記録の選択性を向上して、目的の素子に確実に記録を行うことができ、信頼性の高い磁気メモリを提供する。
【解決手段】 情報を磁性体の磁化状態によって保持する記憶層が、複数層の磁性層から成る磁気記憶素子１と、互いに交差する第１の配線５と第２の配線６とを備え、第１の配線５と第２の配線６とが交差する交点付近に、それぞれ磁気記憶素子１が配置されて成り、磁気記憶素子１の磁化容易軸６０の方向及び第１の配線５がなす角度θと、磁気記憶素子１の磁化容易軸６０の方向及び第２の配線６がなす角度（α−θ）とが、異なる角度である磁気メモリを構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気メモリに関するものであり、特に不揮発性メモリに用いて好適なものである。

コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のＤＲＡＭが広く使用されている。
しかし、ＤＲＡＭは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発のメモリが望まれている。

情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジック等の素子に対して、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要請されている。
特に、不揮発性メモリは、機器の高機能化に必要不可欠な部品と考えられている。
例えば、電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリはシステムや個人の重要な情報を保護することができる。
また、最近の携帯機器は、不要の回路ブロックをスタンバイ状態にしてできるだけ消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリを実現することができれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。
さらに、高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば、電源を入れると瞬時に起動できる“インスタント・オン”機能も可能になってくる。

不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ（Ferro electric Random Access Memory ）等が挙げられる。
しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒のオーダーと遅いため、高速なアクセスに向かないという欠点がある。
一方、ＦＲＡＭにおいては、書き換え可能回数が１０^１２〜１０^１４と有限であるため、完全にＳＲＡＭやＤＲＡＭを置き換えるには耐久性が小さく、また強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという問題が指摘されている。

これらの欠点がない不揮発性メモリとして注目されているのが、磁性体の磁化で情報を記録する磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ；Magnetic Random Access Memory ）である（例えば、非特許文献１参照）。

初期のＭＲＡＭは、ＡＭＲ（anisotropic magnetoresistive）効果や、ＧＭＲ（Giant magnetoresistance）効果等を利用した、スピンバルブをベースにした構成であった（非特許文献２及び非特許文献３参照）。
しかし、これらの構成では、負荷のメモリセル抵抗が１０〜１００Ωと低いため、読み出し時のビット当たりの消費電力が大きく大容量化が難しいという欠点があった。

そこで、ＴＭＲ(Tunnel Magnetoresistance)効果を利用した構成のＭＲＡＭが提案されている。
当初は、室温における抵抗変化率が１〜２％しかなかったが（非特許文献４参照）、近年では２０％近くの抵抗変化率が得られるようになり（非特許文献５参照）、ＴＭＲ効果を利用したＭＲＡＭに注目が集まるようになってきている。

ＭＲＡＭでは、マトリクス状に配列されたＴＭＲ効果型の記憶素子を有するとともに、その素子群のうち特定の素子に情報を記録するために、素子群を縦横に横切るワード書き込み線とビット書き込み線を有しており、その交差領域に位置する記憶素子のみに、選択的に情報の記録（書き込み）を行うように構成されている。

そして、記憶素子に情報の記録を行う方法には、アステロイド特性を利用した方法（例えば、特許文献１参照）とスイッチング特性を利用した方法（例えば、特許文献２参照）がある。
アステロイド特性を利用した方法は、選択性が各記憶素子の保磁力特性に依存するために、素子の寸法や磁気特性のばらつきに弱いという欠点があった。
これに対して、スイッチング特性を利用した方法は、素子選択に使える磁界範囲が広いので、素子ごとの特性ばらつきが多少あっても、大規模なメモリを実現しやすい、という利点がある。

ここで、スイッチング特性を利用したＭＲＡＭの模式的断面図を図６に示す。
メモリセルに記録された情報を読み出すために、メモリセルを電気的に選択するためには、ダイオード又はＭＯＳトランジスタ等を用いることができるが、図６に示す構成はＭＯＳトランジスタを用いている。

まず、ＭＲＡＭのメモリセルを構成する磁気記憶素子１０１の構成を説明する。
第１の磁化固定層１１２及び第２の磁化固定層１１４の２層の磁性層は、非磁性層１１３を介して配置されていることにより、反強磁性結合している。さらに、第１の磁化固定層１１２は、反強磁性層１１１と接して配置されており、これらの層間に働く交換相互作用によって、強い一方向の磁気異方性を有する。そして、これら４層１１１，１１２，１１３，１１４により固定層１０２が構成される。
第１の記憶層１１６及び第２の記憶層１１８の２層の磁性層は、非磁性層１１７を介して配置されていることにより、反強磁性結合している。これら第１の記憶層１１６及び第２の記憶層１１８は、それぞれの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが比較的容易に回転するように構成される。そして、これら３層１１６，１１７，１１８により記憶層（自由層）１０３が構成される。
第２の磁化固定層１１４と第１の記憶層１１６との間、即ち固定層１０２と記憶層（自由層）１０３との間には、トンネル絶縁層１１５が形成されている。このトンネル絶縁層１１５は、上下の磁性層１１６及び１１４の磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流す役割を担う。これにより、磁性層の磁化の向きが固定された固定層１０２と、トンネル絶縁層１１５と、磁化の向きを変化させることが可能な記憶層（自由層）１０３とにより、ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistance ）素子が構成されている。
そして、上述の各層１１１〜１１８と、下地膜１１０及びトップコート膜１１９により、ＴＭＲ素子から成る磁気記憶素子１０１が構成されている。

また、シリコン基板１３０中に選択用ＭＯＳトランジスタ１３１が形成され、この選択用ＭＯＳトランジスタ１３１の一方の拡散層１３３上に接続プラグ１０８を介して、引き出し電極１０９が形成されている。この引き出し電極１０９上に、磁気記憶素子１０１の下地膜１１０が接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタ１３１のもう一方の拡散層１３２は、図示しないが、接続プラグを介してセンス線に接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタのゲート１３０は、選択信号線と接続されている。
磁気記憶素子１０１のトップコート膜１１９は、その上のビット線（ＢＬ）１０６に接続されている。また、磁気記憶素子１０１の下方には絶縁膜を介して、書き込みワード線（ＷＬ）１０５が配置されている。

定常状態において、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２とは、概ね反平行状態（向きが正反対の状態）にある。同様に、非磁性層１１３を介した強い反強磁性結合により、第１の磁化固定層１１２の磁化Ｍ１１と第２の磁化固定層１１４の磁化Ｍ１２とは、ほぼ完全な反平行状態にある。
通常、第１の磁化固定層１１２と第２の磁化固定層１１４とは、飽和磁化膜厚積が等しい構成とされるため、磁極磁界の漏洩成分は無視できるくらい小さい。

また、図６のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図を図７に示す。
磁気記憶素子１０１は、平面形状が楕円形状であり、楕円の長軸方向に磁化容易軸６０があり、楕円の短軸方向に磁化困難軸６１があり、これら磁化容易軸６０と磁化困難軸６１とが直交している。
また、ビット線１０６及びワード線１０５は、格子状に配置され、両者のなす角度αは一定（図７ではほぼ直交している）である。磁気記憶素子１０１は、その磁化容易軸６０がワード線１０５に対して傾斜角度θ（０＜θ＜９０°）を有するように、ワード線１０５及びビット線１０６の交点に配置されている。

この構成のメモリセルにおいて、磁気記憶素子１０１の記憶層１０３に情報を記録する際には、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きを反転させるために、ビット線１０６及びワード線１０５に、それぞれ、ビット電流Ｉｂ及びワード線電流Ｉｗを流す。ビット線電流Ｉｂ及びワード線電流Ｉｗは、それぞれ、ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗを誘起する。ワード線電流磁界Ｈｗとビット線電流磁界Ｈｂの合成磁界は、後述するように、時計回りまたは反時計回りに回る回転磁界を形成する。
そして、電流磁界Ｈｂ，Ｈｗの印加によって、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１の向き及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きを変えることにより、記憶層１０３に情報（例えば、情報”１”又は情報”０”）を記録することができる。
また、記録された情報の読み出しは、磁気抵抗効果によるトンネル電流の変化を検出して行うことができる。

ここで、図６に示した構成の磁気記憶素子１０１の磁化容易軸方向に外部磁界Ｈが印加されたときの磁化曲線の例を図８に示す。
第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の合成磁化Ｍの大きさは、外部磁界の大きさによって顕著に変化する。
最初のしきい値はスピンフロッピング磁界Ｈｓｆである。外部磁界Ｈがこのスピンフロッピング磁界Ｈｓｆ以下ならば、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２が、常に反平行状態（↑↓）を保つ。
外部磁界ＨがＨｓｆを超えると、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２が、交差磁化状態をとって外部磁界Ｈに拮抗する。ただし、二つの磁化Ｍ１，Ｍ２がなす角度は１８０度以下である。この状態から外部磁界Ｈを取り去れば、最初の反平行状態に戻ることが多い。
次のしきい値は飽和磁界Ｈｓａｔである。外部磁界Ｈが飽和磁界Ｈｓａｔを超えると、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２は平行状態（↑↑）となる。一旦、飽和磁界Ｈｓａｔ以上の外部磁界Ｈを印加してしまうと、記憶層１０３は最初の反平行状態の記憶を忘却するので、外部磁界を取り去っても最初の磁化状態に戻るとは限らない。

続いて、図６のＭＲＡＭの磁気記憶素子１０１において、外部磁界Ｈとしてワード線電流磁界Ｈｗとビット線電流磁界Ｈｂを印加したとき、記憶層１０３の第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きの変化を説明する。
外部磁界Ｈを印加することにより、図８に示したように、記憶層１０３の第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きが変化するが、外部磁界Ｈを印加する前の状態と、外部磁界Ｈを取り去った後の状態との関係により、３種類の動作に大別することができる。

まず、外部磁界Ｈの印加の前の状態と、外部磁界Ｈを取り去った後の状態とで、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きが反転する（２つの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが入れ替わり、交番的に変化する）動作がある。以下、このような動作を、Ｔｏｇｇｌｅ動作と呼ぶ。
また、外部磁界Ｈの印加の前の状態と、外部磁界Ｈを取り去った後の状態とで、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きが同じ向きになる（２つの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが入れ替わらない）動作がある。以下、このような動作を、Ｎｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作と呼ぶ。
さらにまた、外部磁界Ｈの印加の前の状態に係わらず、外部磁界Ｈを取り去った後の状態では、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２が、それぞれ決まった向きに変化する動作がある。この動作では、外部磁界Ｈを印加している間に、２層の磁化Ｍ１，Ｍ２が同じ向き（平行）になってしまい、外部磁界Ｈを印加する前の反平行状態の記憶が失われるため、外部磁界Ｈを除去した後の状態では、２層の磁化Ｍ１，Ｍ２が一方通行な磁化回転をして、ある決まった向きに変化する。以下、このような動作を、Ｄｉｒｅｃｔ動作と呼ぶ。

次に、３種類の動作のそれぞれにおいて、ワード線電流Ｉｗ及びビット線電流Ｉｂの電流パルスと、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きの時間変化と、磁化Ｍ１，Ｍ２の変化に伴う磁気記憶素子１０１のＴＭＲ素子の電気抵抗Ｒの時間変化を示す。

まず、Ｔｏｇｇｌｅ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を、図９に示す。
図９では、１ビットの記録を行うサイクルにおいて、時間原点を時刻Ｔ０として、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と時刻が経過して、最後に定常状態に戻るまでの磁化Ｍ１，Ｍ２の向き及びＴＭＲ素子の電気抵抗Ｒの変化を示している。以下、他の動作の場合の図でも同様である。

ワード線電流Ｉｗのパルスは、時間原点Ｔ０からある時間経過した時刻Ｔ１に立ち上がり、時刻Ｔ３に立ち下がる。ビット線電流Ｉｂのパルスは、ワード線電流Ｉｗのパルスより遅れて、時刻Ｔ２に立ち上がり、時刻Ｔ４に立ち下がる。
このように電流パルスに時間差を設けることにより、各電流磁界Ｈｗ，Ｈｂの合成磁界を回転磁界として、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きを回転させることができる。
ＴＭＲ素子の電気抵抗Ｒは、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の磁化固定層１１４の磁化Ｍ１２の向きが等しい場合に、低抵抗(これを例えば情報”０”とする)となり、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の磁化固定層１１４の磁化Ｍ１２の向きが反平行である場合に、高抵抗(これを例えば情報”１”とする)となる。

まず、時刻Ｔ０において、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１４の磁化Ｍ２は、反平行状態をとっており、二つの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きがなす角度は１８０度となっている。
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２とがなす角度が１８０度以下になる。
時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間には、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２とがなす角度が鋭角（９０度以下）になる。
時刻Ｔ３以降で第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２とがスピンフロップし、時刻Ｔ４を過ぎて再び反平行状態に戻る。このとき、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２は、それぞれ初期状態に対して向きが逆転している。

次に、Ｎｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を、図１０に示す。
この例では、ワード線電流Ｉｗのパルスを図９とは逆の向きにしている。ビット線電流Ｉｂのパルスは図９と同じである。

ワード線電流Ｉｗのパルスは、時間原点の時刻Ｔ０からある時間経過した時刻Ｔ１に立ち上がり、時刻Ｔ３に立ち下がる。ビット線電流Ｉｂのパルスは、ワード線電流Ｉｗのパルスより遅れて、時刻Ｔ２に立ち上がり、時刻Ｔ４に立ち下がる。
このように電流パルスに時間差を設けることにより、各電流磁界Ｈｗ，Ｈｂの合成磁界を回転磁界として、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きを回転させることができる。

まず、時刻Ｔ０において、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１４の磁化Ｍ２は、反平行状態をとっており、二つの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きがなす角度は１８０度となっている。
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２とがなす角度が１８０度以下になる。
この場合は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間で、ワード線電流磁界Ｈｗ及びビット線電流磁界Ｈｂにより形成される回転磁界の向きが、磁気記憶素子１０１の磁化容易軸の方向（正方向または負方向のいずれか）を向かないので、スピンフロッピングが起こらない。 その結果、時刻Ｔ４以降では、磁化状態は初期状態に対して変化しない。

次に、Ｄｉｒｅｃｔ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の例を、図１１及び図１２にそれぞれ示す。
図１１に示す例では、電流パルスをいずれも図９と同じ向きにしている。一方、図１２に示す例では、電流パルスをいずれも図９とは逆の向きにしている。

図１１及び図１２において、ワード線電流Ｉｗのパルスは、時間原点の時刻Ｔ０からある時間経過した時刻Ｔ１に立ち上がり、時刻Ｔ３に立ち下がる。ビット線電流Ｉｂのパルスは、ワード線電流Ｉｗのパルスより遅れて、時刻Ｔ２に立ち上がり、時刻Ｔ４に立ち下がる。
このように電流パルスに時間差を設けることにより、各電流磁界Ｈｗ，Ｈｂの合成磁界を回転磁界として、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きを回転させることができる。

まず、時刻Ｔ０において、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１４の磁化Ｍ２は、反平行状態をとっており、二つの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きがなす角度は１８０度となっている。
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、スピンフロッピングが起こり、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２がなす角度は９０度以下になる。
時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２の向きが、ほぼ同じ向きに揃ってしまい、ワード線電流磁界Ｈｗ及びビット線電流磁界Ｈｂにより形成される回転磁界の向きとほぼ等しくなる。
時刻Ｔ３以降では、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２が、スピンフロップして再び反平行状態に戻るが、その磁化状態は初期状態に依存しない。

続いて、ワード線電流磁界Ｈｗ及びビット線電流磁界Ｈｂの各振幅・向きを変化させたときに、３種類の磁化回転動作のそれぞれの発生状況を表す磁化回転モード図を、図１３に示す。

図１３に示すように、ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗの合成磁界がスピンフロッピング磁界Ｈｓｆ以下ならば、その領域は全てＮｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作の領域８１である。ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗの合成磁界が磁化容易軸方向以外になる、第二象限及び第四象限も、概ねＮｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作の領域８１である。
一方、ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗの合成磁界が飽和磁界Ｈｓａｔを超えたところは、Ｄｉｒｅｃｔ動作の領域８２となることが多い。
そして、ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗの合成磁界がスピンフロッピング磁界Ｈｓｆ以上飽和磁界Ｈｓａｔ未満であり、かつ、第一象限及び第三象限に属する範囲は、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０となることが期待できる。

なお、第１の記憶層１１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１１８の磁化Ｍ２のなす２つの安定状態（↑↓及び↓↑）に非対称性がある場合は、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０とＮｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作の領域８１の境界に、Ｄｉｒｅｃｔ動作の領域が現れることがある。

マトリクス状に配列されたメモリセル群において、ワード線とビット線の交点に配置された特定のメモリセルのみを選択的に磁化反転させるには、選択されたメモリセルが所属するワード線及びビット線に電流を流す。

このとき、選択されたメモリセルに印加される合成磁界が、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０又はＤｉｒｅｃｔ動作の領域８２の範囲内に含まれている必要がある。
一方、ワード線またはビット線を共有する選択されていないメモリセルが磁化反転するのを避けるには、非選択メモリセルへ印加される合成磁界が、Ｎｏ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ動作の領域８１の範囲に含まれていることが必要である。

Wang et al.,IEEE Trans.Magn.,1997,Vol.33,p.4498 J.M.Daughton,Thin Solid Films,1992,vol.216,p.162-168 D.D.Tang et al.,IEDMTechnical Digest,1997,p.995-997 R.Meservey et al.,PysicsReports,1994,vol.238,p.214-217 T.Miyazaki et al.,J.Magnetism& Magnetic Material,1995,vol.139,L231 特開平１０−１１６４９０号公報 米国特許出願公開第２００３／００７２１７４号明細書

上述したように、スイッチング特性を利用したＭＲＡＭの従来の構成においては、記憶層１０３として２層以上の強磁性層を用いて、ビット情報の記録を行っている。

上述したスイッチング特性を利用したＭＲＡＭの従来の構成では、ワード線１０５とビット線１０６のなす角度αはおおむね９０°であり、磁化容易軸６０の傾斜角度θは４５°方向を向くように配置される。即ち、磁化容易軸６０方向が、ワード線１０５となす角度と、ビット線１０６となす角度とが共に４５°で等しくなるように配置される。

これは、ワード線１０５が誘起する電流磁界Ｈｗ及びビット線１０６が誘起する電流磁界Ｈｂはベクトル量であるため、これら電流磁界Ｈｗ及びＨｂの磁化困難軸６１方向の成分と磁化容易軸６０方向の成分とが等しくなるようにするためである。

しかしながら、ワード線電流のパルスとビット線電流のパルスがそれぞれ磁気記憶素子に印加されるタイミングが同じでないとき（例えば、図９に示したＴｏｇｇｌｅ動作の場合）には、反平行磁化状態から交差磁化状態に遷移するのに必要なスピンフロッピング磁界Ｈｓｆの大きさと、交差磁化状態からＴｏｇｇｌｅ動作（最初の反平行磁化状態↑↓とは逆の反平行磁化状態↓↑）するのに必要な磁界の大きさとが異なる。

このため、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０が、ワード線電流磁界Ｈｗの軸或いはビット線電流磁界Ｈｂの軸のどちらか一方の軸に、より接近するという問題点があった。

マトリクス状に配置された多数の磁気記憶素子から、特定のメモリセルの磁気記憶素子を選択して記録するためには、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域がワード線電流磁界軸及びビット線電流磁界軸の両方からそれぞれ適切な距離だけ離れていることが望ましい。
そして、ワード線電流磁界の軸或いはビット線電流磁界の軸のどちらか一方の軸に、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域が接近し過ぎていると、選択していないメモリセルの記憶層の磁化が反転する問題を生じる。

上述した問題の解決のために、本発明においては、磁気記憶素子への記録の選択性を向上して、目的の素子に確実に記録を行うことができ、信頼性の高い磁気メモリを提供するものである。

本発明の磁気メモリは、情報を磁性体の磁化状態によって保持する記憶層が、複数層の磁性層から成る磁気記憶素子と、互いに交差する第１の配線と第２の配線とを備え、第１の配線と第２の配線とが交差する交点付近に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成り、磁気記憶素子の磁化容易軸の方向及び第１の配線がなす第１の角度と、この磁化容易軸の方向及び第２の配線がなす第２の角度とが、異なる角度であるものである。

上述の本発明の磁気メモリの構成によれば、情報を磁性体の磁化状態によって保持する記憶層が、複数層の磁性層から成る磁気記憶素子と、互いに交差する第１の配線と第２の配線とを備え、第１の配線と第２の配線とが交差する交点付近に、それぞれ磁気記憶素子が配置されて成ることにより、第１の配線や第２の配線に電流を流すことにより磁気記憶素子に磁場（電流磁場）を印加することが可能であり、この磁場により記憶層の各磁性層の磁化の向きを変化させて情報を記録することが可能である。
そして、特に、磁気記憶素子の磁化容易軸の方向及び第１の配線がなす第１の角度と、この磁化容易軸の方向及び第２の配線がなす第２の角度とが、異なる角度であることにより、第１の配線からの電流磁界と第２の配線からの電流磁界について、磁気記憶素子の磁化容易軸方向の成分と磁気記憶素子の磁化困難軸方向の成分との割合を、第１の角度及び第２の角度が等しい構成であった従来の構成から変更することが可能になる。
これにより、第１の配線の電流パルスと第２の配線の電流パルスのタイミングが異なる場合でも、磁気記憶素子の記憶層を構成する各磁性層の磁化を反転する動作（前述のＴｏｇｇｌｅ動作）の領域を、磁化回転モード図の各電流磁界軸からある程度離す、即ち第１の配線からの電流磁界及び第２の配線からの電流磁界が共にある程度以上の磁界である領域とすることが可能になる。
このため、小さい電流磁界で記憶層の各磁性層の磁化の向きが反転することによって選択していないメモリセルでも記憶層の各磁性層の磁化の向きが反転してしまうことを回避することが可能になり、メモリセルの選択性を向上することができる。

上述の本発明によれば、磁気記憶素子の記憶層を構成する各磁性層の磁化を反転する動作（前述のＴｏｇｇｌｅ動作）の領域を、磁化回転モード図の各電流磁界軸からある程度離す、即ち第１の配線からの電流磁界及び第２の配線からの電流磁界が共にある程度以上の磁界である領域とすることが可能になる。
このため、情報を記録する際のメモリセルの選択性を向上することができる。
これにより、磁気メモリの製造歩留まりを向上することができると共に、高い信頼性でビット情報の記録（書き込み）及び読み出しを行うことができる。

そして、メモリセルを構成する磁気記憶素子が微細化されるに従って、保磁力が大きくなる等の要因により、アステロイド特性を利用した磁気メモリやスイッチング特性を利用した磁気メモリにおいて、情報を記録する際のメモリセルの選択性を確保することが難しくなる傾向がある。
これに対して、本発明によれば、情報を記録する際のメモリセルの選択性を向上することができるため、磁気記憶素子を微細化してもメモリセルの選択性を確保することが可能になり、磁気記憶素子を微細化することによって磁気メモリの小型化や記憶容量の増大を図ることが容易に可能になる。

従って、本発明により、容易に高い信頼性を有する磁気メモリを実現することが可能になり、また、容易に磁気メモリの小型化や大容量化を図ることができる。

本発明の一実施の形態として、スイッチング特性を利用したＭＲＡＭの概略構成図（模式的断面図）を図１に示す。
本実施の形態においても、図６に示した従来の構成と同様に、メモリセルの読み出しのために選択用ＭＯＳトランジスタを用いている。

まず、ＭＲＡＭのメモリセルを構成する磁気記憶素子１の構成を説明する。
第１の磁化固定層１２及び第２の磁化固定層１４の２層の磁性層は、非磁性層１３を介して配置されていることにより、反強磁性結合している。さらに、第１の磁化固定層１２は、反強磁性層１１と接して配置されており、これらの層間に働く交換相互作用によって、強い一方向の磁気異方性を有する。そして、これら４層１１，１２，１３，１４により固定層２が構成される。
第１の記憶層１６及び第２の記憶層１８の２層の磁性層は、非磁性層１７を介して配置されていることにより、反強磁性結合している。これら第１の記憶層１６及び第２の記憶層１８は、それぞれの磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが比較的容易に回転するように構成される。そして、これら３層１６，１７，１８により記憶層（自由層）３が構成される。
第２の磁化固定層１４と第１の記憶層１６との間、即ち固定層２と記憶層（自由層）３との間には、トンネル絶縁層１５が形成されている。このトンネル絶縁層１５は、上下の磁性層１６及び１４の磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流す役割を担う。これにより、磁性層の磁化の向きが固定された固定層２と、トンネル絶縁層１５と、磁化の向きを変化させることが可能な記憶層（自由層）３とにより、ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistance ）素子が構成されている。

第２の記憶層１８の上には、トップコート膜１９が形成されている。このトップコート膜１９は、磁気記憶素子１と接続された配線（ビット線）６との相互拡散防止、接触抵抗の低減及び第２の記憶層１８の酸化防止という役割がある。
反強磁性層１１の下には、下地膜１０が形成されている。この下地膜１０は、上方に積層される層の結晶性を高める作用がある。

第１及び第２の磁化固定層１２及び１４と、第１及び第２の記憶層１６及び１８とには、例えば、ニッケルまたは鉄またはコバルト、或いはこれらの合金を主成分とする強磁性体が用いられる。
非磁性層１３，１７の材料としては、例えば、タンタル、クロム、ルテニウム等が使用できる。
反強磁性層１１の材料としては、例えば、鉄、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウム等のマンガン合金、コバルトやニッケル酸化物等が使用できる。
下地膜１０には、例えば、クロム、タンタル等を使用できる。
トップコート膜１９には、例えば、銅、タンタル、ＴｉＮ等の材料が使用できる。

これらの磁性層１２，１４，１６，１８及び導体膜１０，１３，１７，１９は、主にスパッタリング法により形成される。
トンネル絶縁層１５は、スパッタリングで形成された金属膜を酸化、もしくは窒化させることにより得ることができる。

そして、上述の各層１１〜１８と、下地膜１０及びトップコート膜１９により、ＴＭＲ素子から成る磁気記憶素子１が構成されている。

また、シリコン基板３０中に選択用ＭＯＳトランジスタ３１が形成され、この選択用ＭＯＳトランジスタ３１の一方の拡散層３３上に接続プラグ８を介して、引き出し電極９が形成されている。この引き出し電極９上に、磁気記憶素子１の下地膜１０が接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタ３１のもう一方の拡散層３２は、図示しないが、接続プラグを介してセンス線に接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタのゲート７は、選択信号線と接続されている。
磁気記憶素子１のトップコート膜１９は、その上のビット線（ＢＬ）６に接続されている。また、磁気記憶素子１の下方には絶縁膜を介して、書き込みワード線（ＷＬ）５が配置されている。

定常状態において、第１の記憶層１６の磁化Ｍ１と第２の記憶層１８の磁化Ｍ２とは、概ね反平行状態（向きが正反対の状態）にある。同様に、非磁性層１３を介した強い反強磁性結合により、第１の磁化固定層１２の磁化Ｍ１１と第２の磁化固定層１４の磁化Ｍ１２は、ほぼ完全な反平行状態にある。

また、図１のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図を図２に示す。
磁気記憶素子１は、図７の磁気記憶素子１０１と同様に、平面形状が楕円形状になっている。
楕円の長軸方向に磁化容易軸６０があり、楕円の短軸方向に磁化困難軸６１があり、これら磁化容易軸６０と磁化困難軸６１とが直交している。
また、ビット線（ＢＬ）６及びワード線（ＷＬ）５は、そのなす角度αが一定（ほぼ直交する）となっている。磁気記憶素子１は、その磁化容易軸６０がワード線５に対して傾斜角度θ１（０＜θ１＜９０°）を有するように、ワード線５及びビット線６の交点に配置されている。

この構成のメモリセルにおいて、磁気記憶素子１の記憶層３に情報を記録する際には、第１の記憶層１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１８の磁化Ｍ２の向きを反転させるために、ビット線６及びワード線５に、それぞれ、ビット電流Ｉｂ及びワード線電流Ｉｗを流す。ビット線電流Ｉｂ及びワード線電流Ｉｗは、それぞれ、ビット線電流磁界Ｈｂ及びワード線電流磁界Ｈｗを誘起する。ワード線電流磁界Ｈｗとビット線電流磁界Ｈｂの合成磁界は、後述するように、時計回りまたは反時計回りに回る回転磁界を形成する。

また、磁気記憶素子１の記憶層３に記録された情報を読み出す際には、ビット線６と、選択用ＭＯＳトランジスタ３１の拡散層３２に接続されたセンス線との間に電圧をかけて、選択用ＭＯＳトランジスタ３１のゲート７をオン状態にすることにより、磁気記憶素子１の膜厚方向に電流を流す。これにより、トンネル絶縁層１５を挟む磁性層（第２の磁化固定層１４及び第１の記憶層１６）におけるトンネル磁気抵抗効果を利用して、記憶層３の磁性層の磁化の向きを検出することにより、記憶層３に記録された情報を読み出すことができる。

そして、図１に示した構成のメモリセルを用いて、それぞれ多数のワード線（ＷＬ）５及びビット線（ＢＬ）６に対して、各交点に磁気記憶素子１を配置することにより、多数のメモリセルを有し、記憶容量の大きい磁気メモリ（磁気記憶装置）を構成することができる。
このように磁気メモリを構成した場合に、あるメモリセルの磁気記憶素子１の記憶層３に情報を記録するためには、多数あるワード線５及びビット線６から、記録を行うメモリセルに対応するそれぞれ１本のワード線５及びビット線６を選択し、ワード線５及びビット線６に電流を流して、記録を行うメモリセルの磁気記憶素子１に対して電流磁場Ｈｗ，Ｈｂを印加する。これにより、そのメモリセルの磁気記憶素子１の記憶層３に回転磁界が印加され、その記憶層３において、第１の記憶層１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１８の磁化Ｍ２が反転（Ｔｏｇｇｌｅ動作）して、情報の書き込み（記録）が行われる。
一方、情報の記録を行わないメモリセルでは、ワード線５或いはビット線６の少なくとも一方は選択されていないため、第１の記憶層１６の磁化Ｍ１及び第２の記憶層１８の磁化Ｍ２が反転（Ｔｏｇｇｌｅ動作）するために充分な回転磁界が印加されず、情報の書き込み（記録）が行われないことから、記憶層３に既に記録されている情報が保持される。

本実施の形態では、特に、図２の模式的平面図に示すように、磁気記憶素子１の磁化容易軸６０の方向を、ワード線（ＷＬ）５の方向に偏らせて配置する。
即ち、磁化容易軸６０のワード線５に対する傾斜角度θ１を、ワード線５及びビット線６のなす角度α（９０°）の半分の４５°よりも小さくする。

そして、より好ましくは、磁化容易軸６０のワード線５に対する傾斜角度θ１が、ワード線５とビット線６がなす角度αの半分よりも５°以上小さくなるように磁気記憶素子１を配置する。

このように構成することにより、ワード線５が誘起する電流磁界Ｈｗがより多く磁化困難軸６１方向に偏り、ビット線６が誘起する電流磁界Ｈｂがより多く磁化容易軸６０方向に偏る。
このとき、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域を、ワード線電流磁界Ｈｗ軸からある程度離れた領域に移動させることが可能になる。

例えば、ワード線５の電流パルスがビット線６の電流パルスに先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合には、ワード線電流磁界Ｈｗが供給する反平行磁化状態から交差磁化状態に遷移するために必要なスピンフロッピング磁界Ｈｓｆの大きさに比べて、ビット線電流磁界Ｈｂが供給する交差磁化状態からＴｏｇｇｌｅ動作（最初の反平行磁化状態↑↓とは逆の反平行磁化状態↓↑）するために必要な磁界の大きさが小さくなる。
このため、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域がワード線電流磁界Ｈｗ軸の近傍に偏って現れることが多い。
メモリセルを選択して磁気記憶素子の磁化反転によって情報の記録を行う磁気メモリでは、このようにＴｏｇｇｌｅ動作の領域が分布することは好ましくない。

これに対して、本実施の形態の構成とすることにより、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域を、ワード線電流磁界Ｈｗ軸からある程度離れた領域に移動させることが可能になる。
これにより、ワード線５の電流パルスがビット線６の電流パルスに先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合でも、磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域をワード線電流磁界Ｈｗ軸からある程度離して、メモリセルの選択性を向上することができる。

上述の本実施の形態の構成によれば、ＭＲＡＭのメモリセルを構成する磁気記憶素子１の磁化容易軸６０の方向をワード線（ＷＬ）５の方向に偏らせて配置していることにより、磁化容易軸方向がワード線及びビット線に対して等しい角度になるように構成した従来の構成と比較して、ワード線電流磁界Ｈｗとビット線電流磁界Ｈｂについて、磁化容易軸６０方向の成分と磁化困難軸６１方向の成分との割合を変更することが可能になる。
これにより、ワード線電流Ｉｗのパルスがビット線電流Ｉｂのパルスよりも先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合でも、磁化回転モード図におけるＴｏｇｇｌｅ動作の領域８０を、ワード線電流磁界Ｈｗ軸からある程度離すことが可能になる。
このため、選択していないメモリセルでも記憶層３の各磁性層１６，１８の磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが反転してしまうことを回避することが可能になり、メモリセルの選択性を向上することができる。
これにより、磁気メモリの製造歩留まりを向上することができると共に、高い信頼性でビット情報の記録（書き込み）及び読み出しを行うことができる。

そして、メモリセルを構成する磁気記憶素子が微細化されるに従って、保磁力が大きくなる等の要因により、アステロイド特性を利用した磁気メモリやスイッチング特性を利用した磁気メモリにおいて、情報を記録する際のメモリセルの選択性を確保することが難しくなる傾向がある。
これに対して、本実施の形態の構成によれば、情報を記録する際のメモリセルの選択性を向上することができるため、磁気記憶素子１を微細化してもメモリセルの選択性を確保することが可能になり、磁気記憶素子１を微細化することによって磁気メモリの小型化や記憶容量の増大を図ることが容易に可能になる。
従って、容易に高い信頼性を有する磁気メモリを実現することが可能になり、また、容易に磁気メモリの小型化や大容量化を図ることができる。

次に、本発明の他の実施の形態として、スイッチング特性を利用したＭＲＡＭの概略構成図（断面模式図）を図３に示す。
本実施の形態においても、図６に示した従来の構成と同様に、メモリセルの読み出しのために選択用ＭＯＳトランジスタを用いている。
図３に示すように、本実施の形態のＭＲＡＭは、断面構造が図１に示した先の実施の形態のＭＲＡＭと同様の構造となっている。

さらに、図３のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図を図４に示す。
磁気記憶素子４１は、図７の磁気記憶素子１０１や図２の磁気記憶素子１と同様に、平面形状が楕円形状になっている。
楕円の長軸方向に磁化容易軸６０があり、楕円の短軸方向に磁化困難軸６１があり、これら磁化容易軸６０と磁化困難軸６１とが直交している。
また、ビット線（ＢＬ）６及びワード線（ＷＬ）５は、そのなす角度αが一定（ほぼ直交する）となっている。磁気記憶素子４１は、その磁化容易軸６０がワード線５に対して傾斜角度θ２（０＜θ２＜９０°）を有するように、ワード線５及びビット線６の交点に配置されている。

本実施の形態では、特に、図４の模式的平面図に示すように、磁気記憶素子４１の磁化容易軸６０の方向を、ビット線（ＢＬ）６の方向に偏らせて配置する。
即ち、磁化容易軸６０のワード線５に対する傾斜角度θ２を、ワード線５及びビット線６のなす角度α（９０°）の半分の４５°よりも大きくする。

そして、より好ましくは、磁化容易軸６０のワード線５に対する傾斜角度θ２が、ワード線５とビット線６がなす角度αの半分よりも５°以上大きくなるように磁気記憶素子４１を配置する。

このように構成することにより、ワード線５が誘起する電流磁界Ｈｗがより多く磁化容易軸６０方向に偏り、ビット線６が誘起する電流磁界Ｈｂがより多く磁化困難軸６１方向に偏る。
このとき、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域を、ビット線電流磁界Ｈｂ軸からある程度離れた領域に移動させることが可能になる。

その他の構成は、図１及び図２に示した先の実施の形態のＭＲＡＭと同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。

例えば、ビット線６の電流パルスがワード線５の電流パルスに先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合には、ビット線電流磁界Ｈｂが供給する反平行磁化状態から交差磁化状態に遷移するために必要なスピンフロッピング磁界Ｈｓｆの大きさに比べて、ワード線電流磁界Ｈｗが供給する交差磁化状態からＴｏｇｇｌｅ動作（最初の反平行磁化状態↑↓とは逆の反平行磁化状態↓↑）するために必要な磁界の大きさが小さくなる。
このため、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域がビット線電流磁界Ｈｂ軸の近傍に偏って現れることが多い。
メモリセルを選択して磁気記憶素子の磁化反転によって情報の記録を行う磁気メモリでは、このようにＴｏｇｇｌｅ動作の領域が分布することは好ましくない。

これに対して、本実施の形態の構成とすることにより、図１３に示したと同様の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域を、ビット線電流磁界Ｈｂ軸からある程度離れた領域に移動させることが可能になる。
これにより、ビット線６の電流パルスがワード線５の電流パルスに先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合でも、磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域をビット線電流磁界Ｈｂ軸からある程度離して、メモリセルの選択性を向上することができる。

上述の本実施の形態によれば、ＭＲＡＭのメモリセルを構成する磁気記憶素子４１の磁化容易軸６０の方向をビット線（ＢＬ）６の方向に偏らせて配置していることにより、磁化容易軸方向がワード線及びビット線に対して等しい角度になるように構成した従来の構成と比較して、ワード線電流磁界Ｈｗとビット線電流磁界Ｈｂについて、磁化容易軸６０方向の成分と磁化困難軸６１方向の成分との割合を変更することが可能になる。
これにより、ビット線電流Ｉｂのパルスがワード線電流Ｉｗのパルスよりも先行して印加されるように電流駆動回路を構成した場合でも、磁化回転モード図におけるＴｏｇｇｌｅ動作の領域８０を、ビット線電流磁界Ｈｂ軸からある程度離すことが可能になる。
このため、選択していないメモリセルでも記憶層３の各磁性層１６，１８の磁化Ｍ１，Ｍ２の向きが反転してしまうことを回避することが可能になり、メモリセルの選択性を向上することができる。
これにより、磁気メモリの製造歩留まりを向上することができると共に、高い信頼性でビット情報の記録（書き込み）及び読み出しを行うことができる。

そして、メモリセルを構成する磁気記憶素子が微細化されるに従って、保磁力が大きくなる等の要因により、アステロイド特性を利用した磁気メモリやスイッチング特性を利用した磁気メモリにおいて、情報を記録する際のメモリセルの選択性を確保することが難しくなる傾向がある。
これに対して、本実施の形態の構成によれば、情報を記録する際のメモリセルの選択性を向上することができるため、磁気記憶素子４１を微細化してもメモリセルの選択性を確保することが可能になり、磁気記憶素子４１を微細化することによって磁気メモリの小型化や記憶容量の増大を図ることが容易に可能になる。
従って、容易に高い信頼性を有する磁気メモリを実現することが可能になり、また、容易に磁気メモリの小型化や大容量化を図ることができる。

ところで、本発明の構成において、さらに好ましくは、前述したように、磁気記憶素子の磁化容易軸方向のワード線に対する傾斜角度を、従来の条件（ワード線とビット線とのなす角度の半分）よりも±５°以上傾けて配置する。
即ち、ワード線とビット線とのなす角度をαとし、磁気記憶素子の磁化容易軸方向とワード線とのなす角度（第１の角度）をθとすると、
｜θ−（α／２）｜≧５° （１）
が成り立つことが望ましい。
そして、磁気記憶素子の磁化容易軸方向とビット線とのなす角度（第２の角度）をｘとすると、θ＋ｘ＝αであるから、式（１）を変形して次の式（２）が得られる。
｜θ−ｘ｜≧１０° （２）
従って、第１の角度θと第２の角度ｘとの差が１０°以上であることが望ましいことになる。

ここで、本発明による磁化回転モードの分布の改善効果を調べた。
磁気記憶素子の断面形状を楕円形状にして、磁気記憶素子の磁化容易軸方向のワード線に対する傾斜角度を変化させて、それぞれの場合の磁化回転モードの分布を調べた。
いずれの場合も、ワード線とビット線とが直交する構成であり、またワード線の電流パルスがビット線の電流パルスに先行して印加されるようにしている。

まず、磁気記憶素子の磁化容易軸方向がワード線及びビット線から等しい角度にあり、傾斜角度が４５°である場合、即ち図７に示した従来の構成に相当する場合の磁化回転モードを図５Ａに示す。
図５Ａに示すように、傾斜角度が４５°である場合には、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０が、ワード線電流磁界軸に近づき過ぎている。

次に、磁気記憶素子の磁化容易軸方向がワード線に偏り、傾斜角度が２２．５°である場合、即ち図２に示した実施の形態の構成に相当する場合の磁化回転モードを図５Ｂに示す。
図５Ｂに示すように、傾斜角度が２２．５°である場合には、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０が、ワード線電流磁界Ｈｗ軸から必要充分な程度離すことが可能になる。

次に、磁気記憶素子の磁化容易軸方向がビット線に偏り、傾斜角度が６７．５°である場合、即ち図４に示した実施の形態の構成に相当する場合の磁化回転モードを図５Ｃに示す。
図５Ｃに示すように、傾斜角度が６７．５°である場合には、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０が、ビット線電流磁界Ｈｂ軸から必要充分な程度離すことが可能になる。

従って、磁気記憶素子の磁化容易軸方向をワード線及びビット線から等しい角度にした場合の磁化回転モード図において、Ｔｏｇｇｌｅ動作の領域８０が、ワード線電流磁界Ｈｗ軸とビット線電流磁界Ｈｂ軸のいずれに近いかという状況に対応して、磁気記憶素子の磁化容易軸方向を偏らせる一方の線（ワード線或いはビット線）を選択すればよいことがわかる。

なお、本発明の磁気メモリにおいて、メモリセルを構成する磁気記憶素子は、磁化容易軸６０を主として結晶磁気異方性又は誘導磁気異方性の方向によって定義できる構成や、磁化容易軸６０を主として形状異方性の方向によって定義できる構成が考えられる。

また、磁気記憶素子の形状は、図２に示した磁気記憶素子１のように磁化容易軸６０に対して回転対称である構成だけでなく、磁化容易軸６０に対して回転非対称である構成も可能である。

さらに、上述の各実施の形態では、磁気記憶素子を図１や図３に断面図を示した積層構造としたが、その他の構成にも本発明を適用することができる。
上述の実施の形態では、図１や図３に示したように、記憶層３と固定層２との間にトンネル絶縁層１５を設けてＴＭＲ素子から成る磁気記憶素子を構成した場合に本発明を適用していたが、トンネル絶縁層の代わりに非磁性導電層を設けてＧＭＲ素子から成る磁気記憶素子を構成した場合にも、本発明を適用することができ、上述の実施の形態と同様に本発明の効果を得ることができる。

また、記憶層に対して、トンネル絶縁層或いは非磁性導電層即ち非磁性層を介して固定層を設けた構成（ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子等）に限らず、本発明は、固定層を設けずに他の検出手段によって記憶層の磁性層の磁化の向きを検出して、磁気記憶素子の記憶層に記録された情報の読み出しを行う構成にも適用することが可能である。
固定層を設けた構成以外の他の検出手段としては、例えば、ホール素子を利用した構成や、光学的手段により検出を行う構成が考えられる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明の一実施の形態のスイッチング特性を利用したＭＲＡＭの模式的断面図である。 図１のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図である。 本発明の他の実施の形態のスイッチング特性を利用したＭＲＡＭの模式的断面図である。 図３のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図である。 磁気記憶素子の磁化容易軸方向のワード線に対する傾斜角度による磁化回転モードの分布を比較する図である。 Ａ 傾斜角度が４５°の場合である。 Ｂ 傾斜角度が２２．５°の場合である。 Ｃ 傾斜角度が６７．５°の場合である。 スイッチング特性を利用したＭＲＡＭの模式的断面図である。 図６のＭＲＡＭを直上より見た模式的平面図である。 図６の磁気記憶素子の磁化容易軸方向に外部磁界が印加されたときの磁化曲線の一例である。 Ｔｏｇｇｌｅ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を示す図である。 Ｎｏ ｓｗｉｃｈｉｎｇ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を示す図である。 Ｄｉｒｅｃｔ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を示す図である。 Ｄｉｒｅｃｔ動作における、電流パルス、各記憶層の磁化の向きの時間変化、ＴＭＲ素子の電気抵抗の時間変化の一例を示す図である。 図６の磁気記憶素子の磁化回転モードの分布を示す図である。

符号の説明

１，４１ 磁気記憶素子、２ 固定層、３ 記憶層（自由層）、５ ワード線、６ ビット線、１１ 反強磁性層、１２ 第１の磁化固定層、１３，１７ 非磁性層、１４ 第２の磁化固定層、１５ トンネル絶縁層、１６ 第１の記憶層、１８ 第２の記憶層、３０ シリコン基板、３１ 選択用ＭＯＳトランジスタ

Claims (2)

1. 情報を磁性体の磁化状態によって保持する記憶層が、複数層の磁性層から成る磁気記憶素子と、
   互いに交差する第１の配線と第２の配線とを備え、
   前記第１の配線と前記第２の配線とが交差する交点付近に、それぞれ前記磁気記憶素子が配置されて成り、
   前記磁気記憶素子の磁化容易軸の方向及び前記第１の配線がなす第１の角度と、前記磁化容易軸の方向及び前記第２の配線がなす第２の角度とが、異なる角度である
   ことを特徴とする磁気メモリ。
2. 前記第１の角度と前記第２の角度との差が１０°以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。

Images