JP2006066485A

JP2006066485A - 磁気メモリ

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Publication number: JP2006066485A
Application number: JP2004244771A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoda; 田博明與; Hisanori Aikawa; 川尚徳相; Tomomasa Ueda; 田知正上; Tatsuya Kishi; 達也岸; Takeshi Kajiyama; 山健梶; Yoshiaki Asao; 尾吉昭浅
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP4533701B2

Abstract

【課題】大容量化および高速書き込みを可能にする。
【解決手段】磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層４、磁化の向きが固着された磁化固着層８、および磁気記録層と磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層６を有する記憶素子２と、磁気記録層の非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線２０と、書き込み配線の磁気記録層と反対側の面に接するように設けられたヨーク２５と、を備えたメモリセルを含み、記憶素子の対向する一組の側面が書き込み配線およびヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成され、磁気記録層の非透磁率が５以上であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気メモリに関する。

磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ(MagnetoResistive Random Access Memory)ともいう）は、不揮発性、高速性、大容量化、低電圧駆動を併せ持つ究極のメモリとして期待され開発されている。しかしこのＭＲＡＭは、書き込み電流値が大きいこと、書き込みのバラツキが大きいことなどから、大容量・高速・低電圧駆動を実現することが困難であることがわかってきている。

例えば３２Ｍｂｉｔ級のＭＲＡＭを構成するためには、周辺回路の占める面積の割合を小さくしてメモリアレイの占有率を高める必要がある。このためには、単位となるアレイブロックサイズは１Ｍｂｉｔアレイとすることが必要となる。しかし、現状では書き込み電流値が数ｍＡ−１０ｍＡと大きいため、書き込み配線抵抗両端に２Ｖオーダーの電圧が発生し、１Ｖオーダーの低電圧化が不可能となっているだけではなく、書き込み電流波形を高速に立ち上げることが困難となっており、高速メモリを実現することができない。

また、大容量化（高集積化）のために、ＭＲＡＭの各セルに含まれる記憶素子であるトンネル接合素子（以下、ＭＴＪ(Magnetic Tunneling Junction)ともいう））の幅を微細にすると熱擾乱耐性が著しく低下し、不揮発性の確保も困難となっている。

さらに、通常のようにビット線とワード線両方に書き込み電流を流し、その交点に位置するＭＴＪのみ書き込む方式では、交点以外の励起される半選択状態のＭＴＪセルの誤書き込みが発生したり、その不揮発性の確保が困難となっている。すなわち、書き込みのマージンが狭いため、誤書き込みが発生したり、不揮発性の確保が困難となっている。

ＭＴＪを構成する記録層の磁化情報を書きかえるために必要な反転磁界Ｈｓｗは、概略下記で与えられる。

Ｈｓｗ〜４πＭｓ×ｔ／Ｆ（Ｏｅ）（１）
このときの磁気異方性エネルギー密度Ｋｕは概略
Ｋｕ＝Ｈｓｗ・Ｍｓ／２（２）
となる。ここで、Ｍｓは記録層の飽和磁化、ｔは記録層の厚さ、Ｆは記録層の幅を示す。

一方、記録層の熱擾乱耐性は、記録層の体積をＶとすると、磁気エネルギーＫｕ×Ｖで表される。したがって、記録層のアスペクト比（長さ／幅）が２のＭＴＪにおいては、熱擾乱耐性は、
Ｋｕ×Ｖ＝（Ｈｓｗ・Ｍｓ／２）×Ｖ
＝（４πＭｓ×ｔ／Ｆ）×（Ｍｓ／２）×Ｆ×２Ｆ×ｔ＝４πＭｓ^２×ｔ^２×Ｆ
＝Ｈｓｗ^２×Ｆ^３／（４π）
となる。したがって、ＭＴＪを微細化、すなわち記録層の幅Ｆを小さくした場合に、熱擾乱耐性を確保するためには反転磁界Ｈｓｗを大きくしていく必要がある。

記録層の幅Ｆが０．４μｍ程度で８ｍＡ程度の書きこみ電流が必要なので、微細化に伴いさらに書きこみ電流が増大する。また、大容量化に際して１０ｎｓｅｃ程度の高速に書きこむためには、１．５ｍＡ程度以下に書き込み電流値を低減する必要があり、周辺回路を小型化するためには０．５ｍＡ程度以下とすることが好ましい。

一つの書きこみ電流低減対策として、書きこみ配線（Ｃｕ）にＮｉＦｅ等の軟磁性材料を被覆したヨーク付き配線が提案され、２倍の高効率化効果（書きこみ電流値１／２）が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、１／２（４ｍＡ程度）が限界といわれており、目標の１ｍＡ以下には程遠い。
Magnetoresistive RAM, Saied Tehrani,2001 IEDM short course

以上説明したように、従来のＭＲＡＭにおいては、書きこみ電流値を大幅に低減して高速書き込みを実現すること、大容量化すなわちＭＴＪの幅を微細化しても不揮発性を確保すること、および書き込みのマージンを拡大することが必要である。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、大容量化および高速書き込みが可能である磁気メモリを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による磁気メモリは、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、を備えたメモリセルを含み、前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成され、前記磁気記録層の非透磁率が５以上であることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による磁気メモリは、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、を備えたメモリセルを含み、前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度で傾いており、前記磁気記録層の非透磁率が５以上であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様による磁気メモリは、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、を備えたメモリセルを含み、前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度で傾いており、前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、大容量化および高速書き込みが可能となる。

本発明の実施形態を以下、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁気メモリ（以下、ＭＲＡＭ(MagnetoResistive Random Access Memory)ともいう）を図１（ａ）を参照して説明する。この実施形態による磁気メモリは、複数のメモリセルを備えている。図１（ａ）は、本実施形態の磁気メモリのメモリセルの構成を示す断面図である。各メモリセルは、記憶素子としてトンネル接合素子２（以下、ＭＴＪ(Magnetic Tunneling Junction)ともいう）を備えている。このＭＴＪ２は、磁化の向きが外部磁場に応じて可変する磁気記録層４と、トンネルバリア層６と、磁化の向きが固着された磁化固着層８と、磁化固着層８の磁化の向きを固着する反強磁性層１０とを備えている。そして、このＭＴＪ２の磁気記録層４は、書き込み配線２０上に設けられている。書き込み配線２０は書き込み配線２０を流れる電流によって発生する磁束を増大する軟磁性材料からなるヨーク２５上に設けられている。

すなわち、本実施形態においては、ヨーク２５、書き込み配線２０、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０が積層された構造となっている。そして、書き込み配線２０を流れる電流と直交する方向の、書き込み配線２０およびヨーク２５の端面（図１（ａ）上においては、左右の端面）と、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０の端面（図１（ａ）上においては、左右の端面）とは、同一の平面上に配置されるように構成されている。すなわち、ヨーク２５、書き込み配線２０、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０は、同じ幅Ｗを有している。なお、本実施形態においては、ヨーク２５、書き込み配線２０、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０の順に積層したが、積層順序を逆にした構造を用いてもよい。

また、本実施形態においては、ヨーク２５の比透磁率が１００程度の大きさとし、書き込み電流に対して、ヨーク２５の磁化方向が概ね平行もしくは反平行となるようにヨーク２５の材料を選択する。なお、本実施形態においては、磁気記録層４の磁化方向は、書き込み配線２０に流れる書き込み電流とほぼ直交している。

本実施形態において、メモリセルにデータを書き込む場合は、書き込み配線２５と、この書き込み配線２５にほぼ直交する図示しない書き込みビット線に書き込み電流を流し、この電流によって発生する磁界でＭＴＪの磁気記録層４の磁化を反転させることにより行う。また、メモリセルからデータを読み出す場合は、反強磁性層１０に電気的に接続する図示しない読み出し配線と書き込み配線２０との間に電圧を印加し、ＭＴＪ２に流れる電流を測定することにより行うか、または上記読み出し配線と書き込み配線２０との間に一定の電流を流し、上記読み出し配線と書き込み配線２０との間の電圧を測定することにより行う。

通常、書き込み配線にヨークを形成することにより、電流・磁界変換効率は二倍となり、書き込み電流値は半減するといわれているが、これが限界とされている。書き込み配線にヨークを形成しＭＴＪの幅Ｗが２４０ｎｍである場合の書き込み電流値は、おおよそ６ｍＡ程度となると予想される。

以下、本実施形態の書き込み電流の大きさについて説明する。上述したように本実施形態においては、ヨーク２５および書き込み配線２０の端面と、ＭＴＪ２の端面が同一平面上に配置されるように構成されている。磁気記録層４、書き込み配線２０、およびヨーク２５の膜厚をそれぞれＴ_１、Ｔ_２、およびＴ_３とし、磁気記録層４、書き込み配線２０、およびヨーク２５の比透磁率をそれぞれ、μ_１、μ_２（＝１）、およびμ_３とすると、図１において波線で示す磁気閉回路３０の磁路の実効長Ｌeffは、
Ｌeff ＝２×Ｔ２＋Ｗ／μ_１＋Ｗ／μ_３
となる。ここで、Ｗ＝２４０ｎｍ、Ｔ２＝２０ｎｍとし、μ_１＝５およびμ_３＝１００とすると、ヨーク側の磁路長（Ｗ／μ_３）はほぼ無視できるので、本実施形態においては、磁気閉回路３０の実効磁路長Ｌeffは８８ｎｍ程度となる。

これに対して、通常のヨーク付き書き込み配線では、本実施形態と異なり、ヨークおよび書き込み配線の端面と、ＭＴＪの端面が同一平面上に配置されてはいないので、５０ｎｍアライメント誤差を許容するためのマージンが両側面に必要となる。また、書き込み配線とＭＴＪの磁気記録層とは絶縁層などで５０ｎｍ以上隔離されているので、実効磁路長はおおよそ３６０ｎｍ以上となる。

これに対して、本実施形態では上記アライメントマージンが必要でなく、またヨーク側の磁路長を無視できるので、磁気閉回路３０の実効磁路長Ｌeffは８８ｎｍ程度である。そして、本実施形態のメモリセルと、通常のヨーク付き書き込み配線を有するメモリセルに、それぞれ同じ電流を流した場合、この書き込み電流によってそれぞれのメモリセルに発生する磁界は磁路長に反比例する。

このため、本実施形態のメモリセルに発生する磁界の大きさは、通常のヨーク付き書き込み配線を有するメモリセルに発生する磁界の大きさに比べて、４．０９（＝３６０／８８）倍となる。すなわち、電流・磁界変換効率は４．０９倍に増加することになる。このことは、書き込み電流値を１／４．０９＝０．２４に低減できることを意味する。この結果、通常のヨーク付き書き込み配線を有するメモリセルに比べて本実施形態のメモリセルの書き込み電流値は、６ｍＡ→１．５ｍＡと低減することができる。

さらに、書き込み配線６の膜厚Ｔ_２を１０ｎｍとすると、実効磁路長ＬeffはＷ／５＋２×Ｔ_２〜６８ｎｍとなり、低減することができる。通常のヨーク付き書き込み配線を有するメモリセルに比べると、電流・磁界変換効率は３６０／６８倍に増加し、書き込み電流値を６８／３６０＝０．１９倍に低減できる。すなわち、書き込み電流値は１．１ｍＡとなる。

さらに、ＭＴＪ２の磁気記録層４の比透磁率μ_１を１０とすると、実効磁路長をおおよそＷ／１０＋２×Ｔ_２〜４４ｎｍと低減でき、書き込み電流値は０．７３ｍＡとなる。この値は、磁気メモリの周辺回路を小型するために望ましい書き込み電流の目標値０．５ｍＡに肉薄する。

Ｗ＝２４０ｎｍ、Ｔ_２＝１０ｎｍ、μ_１＝１０、μ_３＝１００となるように本実施形態に係るメモリセルを実際に試作して、検証したところ、書き込み電流値は約１ｍＡ程度であった。この値は、磁気メモリを大容量化した場合に１０ｎｓｅｃ程度の高速な書き込み速度を実現するのに望ましい目標値（１ｍＡ）にほぼ近かった。

また、試作したメモリセルの不揮発性について実験したところ、予想を超えて不揮発性が大きいことがわかった。これは、ＭＴＪ２の磁気記録層４と、積層されたヨーク２５との磁化が直交していてもカップリングしているためであると推測している。この結果、従来のＭＲＡＭに比べて遙かに熱擾乱耐性が向上していることがわかった。このことは、これまでまったく知られていないことであり、本実験にて初めて明確となった。

上記熱擾乱耐性の向上を考慮すると、ＭＴＪ２の磁気記録層４の反転磁界を１／５に低減しても不揮発性が確保できることが判明した。この結果、本実施形態に係るメモリセルの書き込み電流値は、実効磁路長がおおよそ４４ｎｍの場合に計算された書き込み電流値０．７３ｍＡの１／５程度、すなわち０．１４ｍＡとなる。したがって、通常のヨーク付き書き込み配線を有するメモリセルの書き込み電流６ｍＡから０．１４ｍＡと大幅に低減することができた。磁気メモリの周辺回路を小型化するために望ましい目標値０．５ｍＡ以下とすることができた。

慎重に解析した結果、書き込み電流が大幅に低減できるという効果は積層ヨークに固有のものではなく、書き込み電流に対してヨーク２５の磁化方向を概ね平行もしくは反平行（ヨーク２５の比透磁率を１００程度の値）とし、ＭＴＪ２の磁気記録層４の比透磁率μ_１を５以上とすることにより、実現できることがわかった。

本実施形態に係るメモリセルにおいて、ＭＴＪ２の磁気記録層４の比透磁率μ_１が１、５、１０となる３種類のメモリセルを用意し、それぞれのメモリセルに対してヨーク２５の非透磁率μ_３を変えたときの、図１（ａ）に示す磁気閉回路３０に発生する平均発生磁界Ｈeff（Ｏｅ）を図２に示す。グラフｇ_１は磁気記録層４の比透磁率μ_１が１０、グラフｇ_２は磁気記録層４の比透磁率μ_１が５、グラフｇ_３は磁気記録層４の比透磁率μ_１が１である場合の特性図である。

この特性図からわかるように、ヨークの比透磁率μ_３が１００の付近、例えばμ_３が８０〜１２０の範囲では、平均発生磁界Ｈeffはほぼ一定であり、この場合に磁気記録層４の比透磁率μ_１が５以上とすれば、平均発生磁界Ｈeffは３５Ｏｅ以上となる。

一般に、磁気記録層４の不揮発性を保つために平均発生磁界Ｈeffは３０Ｏｅ以上であることが好ましい。図２からわかるように、磁気記録層４の比透磁率μ_１が５以上の場合にヨーク２５の比透磁率μ_３が３０以上であれば、平均発生磁界Ｈeffは３０Ｏｅ以上となり、磁気記録層４の不揮発性を保つことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、書き込み電流を小さくすることが可能となるので高速書き込みを実現することができ、また熱擾乱耐性が高いので微細化しても不揮発性を確保することができる。これにより、大容量化および高速書き込みが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気メモリを説明する。この実施形態の磁気メモリは、第１実施形態の磁気メモリにおいて、書き込み配線２０のエレクトロマイグレーション耐性を向上させた構成となっている。

磁気メモリにおいては、書き込み配線２０のエレクトロマイグレーションが懸案事項である。書き込み電流が１ｍＡの場合、書き込み配線２０の幅を２４０ｎｍ、厚さを２０ｎｍとした場合、電流密度は２×１０^７Ａ／ｃｍ^２となる。この値は、書き込み配線２０の材料にＣｕを用いた場合の許容値の４〜１０倍と大きい。仮に、書き込み電流値を０．１４ｍＡとできたとしても電流密度は０．３×１０^７Ａ／ｃｍ^２となり、懸案はぬぐいきれない。実験を行って調べたところ、これも予想に反して、２×１０^７Ａ／ｃｍ^２でもエレクトロマイグレーションが発生しない場合があることがわかった。これは、Ｃｕからなる書き込み配線２０を３０ｎｍ程度以下に薄くしたとき、書き込み配線２０の下地となるヨーク２５に高融点材料であるヨーク材（ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ）を用いた場合や、図１（ｂ）に示すように、書き込み配線２０とヨーク２５との間の界面にＴａ、Ｔｉなどの金属層２３を配置している場合、さらにＣｕからなる書き込み配線２０の上面にＭＴＪ層を直接配置した場合に特有であることがわかった。

したがって、本実施形態においては、書き込み配線２０の膜厚は３０ｎｍ以下に薄くし、かつヨーク２５の材料に高融点材料を用いることによって、エレクトロマイグレーションが発生するのを防止することができる。この場合、図１（ｂ）に示すように書き込み配線２０とヨーク２５との界面にはＴａ、Ｔｉなどの金属層２３を設けることが好ましい。

また、本実施形態も第１実施形態と同様に、大容量化および高速書き込みが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気メモリを説明する。この実施形態の磁気メモリは、第１または第２実施形態の磁気メモリにおいて、メモリセル毎に書き込み選択トランジスタを配置した構成となっている。この書き込み選択トランジスタはソースおよびドレインの一方が図１（ａ）に示す書き込み配線２０に電気的に接続され、ゲートがメモリセルを選択するためのワード線となっている。

本実施形態のように、メモリセル毎に書き込み選択トランジスタを設けることにより、選択されないメモリセルが半選択状態となるのを防止することができる。このため、反転磁界を、熱擾乱耐性の向上を考慮したときの反転磁界の１／２以下に低減することが可能となる。これにより、書き込み電流値は、熱擾乱耐性の向上を考慮したときの書き込み電流値０．１４ｍＡの１／２、すなわち０．１ｍＡ程度とすることができる。また、書き込みの誤動作がなくなり、書き込み回路設計にとって、非常に広いマージンを確保できる。

第１乃至第３実施形態の構成をすべて組み合わせることで、書き込み回路のマージンが大きくなり、周辺回路を簡素化かつ小型化でき、メモリアレイの占有率を６５％と通常のメモリなみにすることができた。また、ＭＴＪの幅をさらに１００ｎｍ程度に微細化しても書き込み電流値を０．５ｍＡにすることができ、書き込みトランジスタを追加してもセル面積を０．５μｍ^２以下とすることが可能となった。これにより、６４Ｍｂｉｔを超える高速、大容量ＭＲＡＭが提供できるようになった。

なお、試作したＭＲＡＭのなかには書き込み電流値が若干大きめになるメモリセルが発生することがわかった。そのメモリセルの磁気記録層の磁化過程を実験により、推測した結果を図３に示す。書き込み電流値が小さい良好なメモリセルはどの印加磁界Ｈでも磁化が単調に増加するが（グラフｇ_１参照）、不良となるメモリセルは磁気記録層の磁化Ｍが反応せず、停滞している領域がある（グラフｇ_２参照）ことが判明した。

印加磁界Ｈに対して磁気記録層の磁化Ｍが停滞するのを回避するには、図４に示すように、ＭＴＪの磁気記録層４の磁化方向（磁化容易軸）５が印加磁界Ｈに対して直角ではなく傾いていれば、効果があることがわかった。具体的には、図５に示すように、磁気記録層４の長辺方向（磁化容易軸５）を、書き込み配線２０を流れる書き込み電流の方向（すなわち、書き込み配線２０の延びる方向）に対して垂直ではなく傾けるように配置することが効果がある。この傾き角θは約４５度であることが好ましい。なお、図５は、磁気記録層４および書き込み配線２０の平面図である。

また、ＭＴＪ２の形状を図６（ａ）に示すように略十字にするか、あるいは図６（ｂ）に示すように、書き込み配線の幅方向の軸に対して非対称形状（例えば、凸部が両端に設けられた逆Ｓ字形状やＳ字形状）としても同様の効果があった。また、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、磁気記録層４の長手方向の中央部部分が最も幅広い形状であっても同様の効果があった。なお、図６（ｃ）は、ラグビーボールや楕円等の両端をカットした形状であり、図６（ｄ）は８角形形状である。

（第１実施例）
次に、本発明の第１実施例による磁気メモリを、図７を参照して説明する。図７は、本実施例による磁気メモリのメモリセルの構成を示す図である。この実施例の磁気メモリは、複数のメモリセルを有し、各メモリセルはＭＴＪ２と、書き込み配線２０と、ヨーク２５と、書き込み選択トランジスタ６０とを備えている。

ＭＴＪ２は、書き込み配線２０上に設けられた磁気記録層４と、磁気記録層４上に設けられたトンネルバリア層６と、トンネルバリア層６上に設けられた磁化固着層８と、磁化固着層８上に設けられた反強磁性層１０とを備えている。ヨーク２５は、書き込み配線２０の磁気記録層４と反対側の面に接するように設けられている。書き込み選択トランジスタ６０は、ワード線を兼ねたゲート６２と、ソース６４と、ドレイン６６とを備えている。書き込み配線２０はヨーク２５および接続部５０を介して書き込み選択トランジスタ６０のソース６４に電気的に接続される。

また、ヨーク２５の書き込み配線２０と反対側には、書き込み配線２０とほぼ直交するように書き込みビット線４０が図示しない絶縁膜を介して設けられている。なお、この書き込みビット線４０はＭＴＪ２の直下に設けられる。また、ＭＴＪ２の反強磁性層１０は接続部４２を介して読み出しビット線４５に電気的に接続される。

なお、本実施例においては、第１実施形態と同様に、書き込み配線２０を流れる電流と直交する方向の、書き込み配線２０およびヨーク２５の端面と、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０の端面とは、同一の平面上に配置されるように構成されている。また、ＭＴＪ２の磁気記録層４の平面形状は、図５で説明したと同様に、磁気記録層４の長辺方向が、書き込み配線２０を流れる書き込み電流の方向に対して垂直ではなく傾けるように配置されている。

このように構成された本実施例の磁気メモリにおいて、メモリセルにデータを書き込む場合は、まず書き込み選択トランジスタ６０をＯＮし、その後、書き込み配線２０および書き込みビット線４０に書き込み電流を流すことにより、書き込み磁界を発生させ、この書き込み磁界によって磁気記録層４の磁界を反転させることにより行う。

またメモリセルからデータを読み出す場合は、まず書き込み選択トランジスタ６０をＯＮし、その後、読み出しビット線４５と書き込み選択トランジスタ６０のドレイン６６との間に電圧を印加し、ＭＴＪ２に流れる電流を測定することにより行うか、または読み出しビット線４５および書き込み選択トランジスタ６０のドレイン６６の一方からＭＴＪ２に一定の電流を供給し、読み出しビット線４５と書き込み選択トランジスタ６０のドレイン６６との間の電圧を測定することにより行う。

本実施例による磁気メモリも、大容量化および高速書き込みが可能となることは云うまでもない。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例を図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。この実施例は図７に示す第１実施例の磁気メモリに係るメモリセルの製造方法であって、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にその製造工程を示す。

まず、図８（ａ）に示すように、ヨーク２５、書き込み配線２０、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０を図示しない基板上に順次積層する。ヨーク２５はＮｉＦｅまたはアモルファス状態のＣｏＺｒＮｂからなっており、書き込み配線２０はＲｕ、Ｃｕ、またはＣｕＮｘからなっており、磁気記録層４はＮｉＦｅからなっており、トンネルバリア層６はＡｌＯｘからなっており、磁化固着層８はＣｏＦｅからなっており、反強磁性層１０はＰｔＭｎからなっている。

次に、ヨーク２５、書き込み配線２０、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０からなる積層膜を書き込み配線の形状となるように、リソグラフィ技術を用いてパターニングする（図８（ｂ）参照）。

次に、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０を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、書き込み配線２０上にＭＴＪ２を形成する（図８（ｃ）参照）。

本実施例の製造方法によって製造される磁気メモリは、第１実施形態と同様に、書き込み配線２０を流れる電流と直交する方向の、書き込み配線２０およびヨーク２５の端面と、磁気記録層４、トンネルバリア層６、磁化固着層８、および反強磁性層１０の端面とは、同一の平面上に配置されるように構成されている。また、ＭＴＪ２の磁気記録層４の平面形状は、図５で説明したと同様に、磁気記録層４の長辺方向が、書き込み配線２０を流れる書き込み電流の方向に対して垂直ではなく傾けるように配置される。

このため、本実施例の製造方法によって製造される磁気メモリも、大容量化および高速書き込みが可能となる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、大容量化および高速書き込みが可能となる。

本発明の第１および第２実施形態による磁気メモリに係るメモリセルの構成を示す断面図。第１実施形態において、磁気記録層の比透磁率をパラメータとした場合の、ヨークの非透磁率に対する磁気閉回路に発生される平均発生磁界を示す特性図。印加磁界に対する磁気記録層の磁化の変化を示す図。本発明の一実施形態に係る磁気記録層の磁化容易軸と印加磁界との関係を示す図。本発明の一実施形態に係る磁気記録層と書き込み配線との配置を示す平面図。本発明の一実施形態に係る磁気記録層の平面形状を示す図。本発明の第１実施例による磁気メモリの構成を示す図。本発明の第２実施例による磁気メモリの製造方法の製造工程を示す斜視図。

符号の説明

２ＭＴＪ
４磁気記録層
６トンネルバリア層
８磁化固着層
１０反強磁性層
２０書き込み配線
２５ヨーク
３０磁気閉回路

Claims

磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成され、
前記磁気記録層の非透磁率が５以上であることを特徴とする磁気メモリ。
磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度で傾いており、
前記磁気記録層の非透磁率が５以上であることを特徴とする磁気メモリ。
前記磁気記録層の長軸は前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して４５度傾いていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気メモリ。
前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成されたことを特徴とする請求項２または３記載の磁気メモリ。
前記磁気記録層の平面形状が、前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して非対称であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気メモリ。
前記磁気記録層の平面形状が、前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向の中央部分で最大幅となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気メモリ。
前記ヨークの比透磁率が８０以上１２０以下の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気メモリ。
前記ヨークは高融点材料からなっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気メモリ。
磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度で傾いており、
前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成されたことを特徴とする磁気メモリ。
前記メモリセルは、前記メモリセルを選択する選択トランジスタを備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気メモリ。