JP2006310423A - 磁気メモリ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＡＭのディスターブ耐性の向上。
【解決手段】磁気メモリは、磁気抵抗素子を有するメモリセル１０と、そのメモリセル１０に情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する書き込み電流が流れる書き込み配線１００と、その書き込み配線１００のメモリセル１０に対向する対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜１２０と、バイアス磁場印加部１３０とを備える。バイアス磁場印加部１３０は、書き込み配線１００の長手方向（Ｘ）に沿った第１成分を含むバイアス磁場を、強磁性体膜１２０に印加する。その第１成分の正負符号は、強磁性体膜１２０のうち少なくともメモリセル１０とオーバーラップするオーバーラップ領域ＲＯにおいて、一様である。
【選択図】 図７

Description

本発明は磁気メモリ及びその製造方法に関する。特に、本発明は、磁気抵抗素子を有するメモリセルが集積された磁気メモリ及びその製造方法に関する。

磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、高集積・高速動作の観点から有望な不揮発性メモリである。ＭＲＡＭにおいては、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance）効果などの「磁気抵抗効果」を示す磁気抵抗素子が利用される。例えば、この磁気抵抗素子には、トンネル絶縁層が少なくとも２枚の磁性体層で挟まれた「磁気トンネル接合（MTJ; Magnetic Tunnel Junction）」が形成される。

図１は、ＭＴＪを有するＭＴＪセル（メモリセル）を模式的に示している。このＭＴＪセル１０は、表面被覆層１１、自由強磁性体層１２、トンネルバリア層１３、固定強磁性体層１４、反強磁性体層１５、及び下地層１６を有している。トンネルバリア層１３は、絶縁膜を含む非磁性層であり、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４に挟まれている。これら自由強磁性体層１２、トンネルバリア層１３、及び固定強磁性体層１４が、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を構成している。自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４は、自発磁化を有しており、その自発磁化の向き（orientation）は図中の矢印で示されている。固定強磁性体層（ピン層）１４の自発磁化の向きは、反強磁性体層１５によって、所定の方向に固定されている。一方、自由強磁性体層（フリー層）１２の自発磁化の向きは反転可能であり、固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行、又は、反平行になることが許されている。

自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化の向きが“反平行”である場合のＭＴＪの抵抗値（Ｒ＋ΔＲ）は、磁気抵抗効果により、それらが“平行”である場合の抵抗値（Ｒ）よりも大きくなることが知られている。ＭＲＡＭは、このＭＴＪセル１０をメモリセルとして用い、この抵抗値の変化を利用することによってデータを不揮発的に記憶する。ＭＴＪセル１０のデータの書き換えは、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きを反転させることによって行われる。具体的には、ＭＴＪセル１０を挟むように設けられた互いに交差する書き込みワード線及び書き込みビット線に、それぞれ書き込み電流Ｉｗ及びＩｂが供給される。これら書き込み電流Ｉｗ及びＩｂにより、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２には、それぞれ書き込み磁場Ｈｗ及びＨｂが印加される。これら書き込み磁場Ｈｗ及びＨｂが所定の条件を満たす場合、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが反転する。

図２Ａは、その所定の条件（閾値）を示すグラフ図である。図２Ａに示される曲線は、アステロイドカーブと呼ばれており、自由強磁性体層１２の自発磁化の反転に必要な最低限の書き込み磁場Ｈｗ、Ｈｂ（書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂ）を示している。つまり、このアステロイドカーブの外側に対応する書き込み磁場Ｈｗ、Ｈｂが印加された場合、データの書き換えが行われる。一方、印加される書き込み磁場Ｈｗ、Ｈｂが、アステロイドカーブの内側に対応する場合、データの書き換えは行われない。

図２Ｂは、複数のメモリセルに対するアステロイドカーブの分布を示す。各メモリセルの特性にはバラツキが存在する。そのため、複数のメモリセルに対するアステロイドカーブ群（曲線群）は、図２Ｂに示されるように、曲線Ｃｍａｘと曲線Ｃｍｉｎの間に分布することになる。書き込みが行われるためには、書き込み磁場Ｈｗ、Ｈｂは、少なくとも、曲線Ｃｍａｘの外側に存在する必要がある。ここで、その書き込み磁場Ｈｗ、Ｈｂは、対象となるメモリセル以外のメモリセルにも影響を与える（以下、「ディスターブ」と参照される）。書き込み対象のメモリセルに選択的にデータを書き込むためには、書き込み磁場ＨｗとＨｂのいずれか一方によって、対象ではないメモリセルに書き込みが行われないようにする必要がある。そのため、書き込み磁場Ｈｂは、Ｈｘ（ｍｉｎ）より小さく、書き込み磁場Ｈｗは、Ｈｙ（ｍｉｎ）より小さい必要がある。よって、書き込み磁場Ｈｗ及びＨｂは、図２Ｂ中のハッチング領域（書き込みマージン、選択書き込み領域）に対応していなければならない。メモリセルの特性のバラツキが大きくなるにつれ、この書き込みマージンは小さくなる。書き込みマージンを確保するためには、多数のメモリセルの磁化反転特性を精度良く揃えることが必要である。

また、ＭＲＡＭにおいて、書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂが大きくなると、その書き込み電流の制御に必要な周辺回路の占有面積が大きくなってしまう。また、書き込み配線（書き込みワード線、書き込みビット線）に許容される電流密度には制限があるため、書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂが大きくなるにつれて、書き込み配線を太くする必要がでてくる。これらのことは、メモリセルの大規模集積化の妨げとなり、また、ＭＲＡＭ全体の消費電力の増大を招く。従って、書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂを低減することができる技術が望まれている。

書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂを低減するための直接的な方法として、自由強磁性体層１２の自発磁化の反転に必要な磁場（反転磁場：図２Ａにおける原点からアステロイドカーブまでの距離）を小さくすることが考えられる。しかしながら、反転磁場がより小さくなるように設計されると、書き込み磁場が印加されていないにも関わらず、熱エネルギーによって自発磁化が反転してしまう現象（熱擾乱）が発生しやすくなる。つまり、メモリセルに書き込まれた情報の保持特性が悪化する。

ある程度の大きさの反転磁場を確保しながら、書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂを低減することが望まれる。そのためには、同じ配線電流でもより大きな磁場を自由強磁性体層１２に印加することができる配線技術が重要である。そのような配線技術の一つとして、書き込み配線の一部を透磁率の高い磁性薄膜で被覆するという技術が提案されている。そのような技術は、例えば下記特許文献１〜１５に記載されている。

図３は、上記配線技術に係る基本的な配線構造の断面を模式的に示している。具体的には、図３には、書き込み配線２０とその書き込み配線２０に対向するように配置された１つのＭＴＪセル１０が示されている。ここで、書き込み配線２０の長手方向が「Ｘ方向」として定義される。書き込み配線２０の断面は、「ＹＺ面」として定義される。また、書き込み配線２０とＭＴＪセル１０が整列する方向が「Ｚ方向」として定義される。つまり、ＭＴＪセル１０は、書き込み配線２０から見て＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に位置している。書き込み配線２０が有する表面のうち、ＭＴＪセル１０に対向する面は、「対向面ＦＳ」と参照される。

図３に示されるように、書き込み配線２０は、非磁性材料から形成される非磁性導体２１を有している。この非磁性導体２１の表面の一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜２２によって被覆されている。特に、図３に示されるように、非磁性導体２１の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜２２によって覆われている。このような構成により、非磁性導体２１を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜２２の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜２２の端面から、空間に放出される。これにより、強磁性体被膜２２が無い場合よりも強い磁場がＭＴＪセル１０に印加される。つまり、同じ配線電流でも、より大きな磁場を自由強磁性体層１２に印加することが可能となる。

特許文献７には、高透磁率材料として「鉄（Fe）」、「鉄アルミニウム（Fe-Al）」、「鉄シリコン（Fe-Si）」、「鉄シリコンアルミニウム（Fe-Si-Al）合金」、「ニッケル鉄（NiFe）」、「酸化鉄（Fe2O3）を含むソフトフェライト材料」、「鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）とボロン（B）、シリコン（Si）、リン（P）のアモルファス合金」など各種材料が示されている。また、飽和磁束密度は０．０５Ｔ以上、好ましくは０．１Ｔ以上と言及されている。特許文献６において、強磁性体被膜２２の厚さは０．０５μｍ以下が好ましいと言及されている。特許文献４においては、強磁性体被膜２２の厚さは０．０１μｍ以上が好ましいと言及されている。特許文献２においては、強磁性体被膜２２の厚さは、０．０１〜０．０５μｍの範囲が好ましいと言及されている。

米国特許Ｎｏ．５６５９４９９ 米国特許Ｎｏ．５９４０３１９ 特開２００２−１１０９３８号公報 特開２００２−２４６５６６号公報 特開２００３−１９７８７５号公報 特開２００３−２０９２２６号公報 特開２００３−２０９２２７号公報 特開２００３−２４９６３０号公報 特開２００３−２８２８３６号公報 特開２００４−１２８０１１号公報 特開２００４−１２８４３０号公報 特開２００４−２３５５１０号公報 特開２００４−２３５５１２号公報 特開平９−２０４７７０号公報 特開平１１−２３８３７７号公報

高集積度・大記録容量のＭＲＡＭを製造するためには、ＭＴＪセル１０をより微小化し、書き込み配線２０の幅をより狭くする必要がある。図３に示された従来のＭＲＡＭの配線構造によれば、強磁性体被膜２２の厚みの分だけ、書き込み配線２０が占める領域が大きくなる。よって、強磁性体被膜２２を可能な限り薄くすることが必要である。ここで、本願発明者は、強磁性体被膜２２の薄膜化に伴う以下の問題点を発見した。

図４は、配線を流れる配線電流と、ＭＴＪセル１０に印加される磁場との関係を示すグラフである。この関係は、本願発明者によって行われたシミュレーションを通して得られた。具体的には、図３に示された従来の強磁性体被膜２２で覆われた書き込み配線２０に電流を流した場合に印加される磁場が計算された。また、比較例として、強磁性体被膜２２を有しない通常配線の場合の磁場が計算された。このシミュレーションにおいて、非磁性導体２１の幅は０．５μｍに設定され、その厚さ０．２５μｍに設定された。また、強磁性体被膜２２の透磁率は２５００に、その飽和磁束密度は１Ｔに、その厚さは０．０５μｍにそれぞれ設定された。図３に示されたように、この強磁性体被膜２２は、非磁性導体２１の対向面ＦＳを除く三面を覆うように形成されている。磁場の測定点は、自由強磁性体層１２に対応する点であり、配線中心線上で配線上面から０．１μｍ離れた点に設定された。

図４から、強磁性体被膜２２を有する配線の場合、通常配線の場合と比較して、より強い磁場が自由強磁性体層１２に印加されることが分かる。また、印加磁場は、配線電流に比例して増加している。ただし、強磁性体被膜２２を有する配線の場合、印加磁場の増加の割合（線の傾き）は、配線電流が約６０ｍＡの点で変化している。つまり、配線電流がその点に達するまでは、印加磁場の増加の割合は通常配線の場合よりも大きい。しかしながら、配線電流がその点を超えると、増加割合は通常配線の場合と同じになる。これは、強磁性体被膜２２の自発磁化が、配線電流により生成される磁場の方向（配線の長手方向に直交する方向）に完全に向いてしまい、磁場増強効果が飽和したためである。

強磁性体被膜２２の自発磁化の配線電流による方向変化を、図５を参照しながら説明する。電流が流れていない第１状態（初期状態）において、強磁性体被膜２２の自発磁化３０は、形状異方性により、書き込み配線２０の長手方向（−Ｘ方向）を向いている。書き込み配線２０に電流Ｉａが流れると、強磁性体被膜２２において、Ｘ方向に直交する方向（Ｙ方向、Ｚ方向：以下「直交方向」と参照される）に沿った磁場が発生する。その発生磁場により、強磁性体被膜２２の自発磁化３０は直交方向に傾く（第２状態）。配線電流の増加に伴い、自発磁化３０は更に直交方向に傾いていく。そして、書き込み配線２０に電流Ｉｂが流れた場合、強磁性体被膜２２の自発磁化３０の向きは、Ｘ方向と完全に直交する（第３状態）。この第３状態が「飽和状態」である。飽和状態において、自発磁化３０は直交方向に飽和しており、直交方向の自発磁化はそれ以上大きくならない。強磁性体被膜２２が飽和状態になると、それによる磁場の増強効果は飽和する。

強磁性体被膜２２が薄くなればなるほど、その強磁性体被膜２２の磁化は飽和しやすくなる。すなわち、強磁性体被膜２２の膜厚が小さくなるほど、その強磁性体被膜２２は図５に示された第３状態になりやすくなる。例えば、強磁性体被膜２２の厚さが５ｎｍ程度の場合、数ｍＡの配線電流で飽和状態が発生する。この飽和状態の発生により、以下に示される状況が引き起こされる。

書き込み動作の後書き込み電流の供給が停止すると、強磁性体被膜２２の自発磁化３０は、形状異方性により、書き込み配線２０の長手方向に沿った方向に戻る。ここで、その長手方向に沿った方向として、＋Ｘ方向と−Ｘ方向の２通りがある。飽和状態の後、自発磁化３０が＋Ｘ方向と−Ｘ方向のいずれを向くかは、一概には定まらない。また、場所によって自発磁化３０が戻る方向が異なる。そのため、飽和状態の後に書き込み電流の供給が停止すると、自発磁化は、例えば図６に示されるように分布する可能性がある。図６において、強磁性体被膜２２には、複数のドメイン４０ａ〜４０ｃが形成されている。各ドメインにおいて自発磁化３０の方向は一様であるが、隣接するドメイン間ではその方向が逆である。例えば、ドメイン４０ａ、４０ｃにおいて、自発磁化３０の方向は−Ｘ方向であり、ドメイン４０ｂ、４０ｄにおいて、その方向は＋Ｘ方向である。隣接するドメイン間には、磁壁４１が形成されている。

強磁性体被膜２２が図６に示される状態になると、磁壁４１から磁場が漏洩する。この漏洩磁場は、バイアス磁場として付近のＭＴＪセル１０に影響を与える。このバイアス磁場の分布は磁壁４１の分布状況に依存し、それぞれのＭＴＪセル１０に影響するバイアス磁場の大きさは位置によって異なる。よって、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが発生する。ＭＴＪセル１０の磁化反転特性がばらつくと、図２Ｂに示された書き込みマージン（選択書き込み領域）が小さくなる。また、バイアス磁場は、ＭＴＪセル１０の熱擾乱に対する耐性を低下させ、情報の保持特性を劣化させる。

以上に説明されたように、書き込み電流Ｉｗ、Ｉｂを低減するためには強磁性体被膜２２が必要である。また、メモリセルの集積度を向上させるためには、その強磁性体被膜２２を可能な限り薄くすることが望まれる。しかしながら、強磁性体被膜２２が薄くなればなるほど、その強磁性体被膜２２の磁化は飽和しやすくなる、すなわち、図５に示された第３状態になりやすくなる。強磁性体被膜２２の直交方向の磁化が飽和した場合、書き込み電流が停止した後に、図６に示された状況が発生する。これにより、書き込みマージンが小さくなり、ディスターブに対する耐性が劣化する。また、情報の保持特性が劣化する。このような問題点は、本願発明者によって初めて認識された。

従って、本発明の目的は、ＭＲＡＭにおいて、強磁性体被膜を有する配線からの不要なバイアス磁場の発生を防止することができる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、書き込みマージンの縮小を防止し、ＭＲＡＭのディスターブ耐性を向上させることができる技術を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ＭＲＡＭにおけるメモリセルの集積度を向上させることができる技術を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の第１の観点において、磁気メモリは、磁気抵抗素子を有するメモリセル（１０）と、そのメモリセル（１０）に情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する書き込み電流が流れる書き込み配線（１００，２００）と、その書き込み配線（１００，２００）のメモリセル（１０）に対向する対向面（ＦＳ）を除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜（１２０，２２０）と、バイアス磁場印加部（１３０，２３０）とを備える。バイアス磁場印加部（１３０，２３０）は、少なくとも書き込み電流が停止する際に、書き込み配線（１００，２００）の長手方向（Ｘ）に沿った第１成分を含むバイアス磁場を、強磁性体膜（１２０，２２０）に印加する。ここで、その第１成分の正負符号は、強磁性体膜（１２０，２２０）のうち少なくともメモリセル（１０）とオーバーラップするオーバーラップ領域（ＲＯ）において、一様である。

このような構成によれば、強磁性体膜（１２０，２２０）の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、バイアス磁場印加部（１３０，２３０）により生成される一様な第１成分を有するバイアス磁場が、自発磁化の戻る方向を一方向に規定するからである。従って、図６に示されたような磁壁から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、メモリセル（１０）の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、バイアス磁場印加部（１３０，２３０）によるバイアス磁場が、ドメインや磁壁の発生を抑止するため、強磁性体膜（１２０，２２０）の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線（１００，２００）を微細化することが可能となる。その結果、メモリセル（１０）の集積度が向上する。また、書き込み配線（１００，２００）を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

バイアス磁場印加部は、自発磁化（１４０）の向きが長手方向（Ｘ）と平行な第１の強磁性体（１３０）を有してもよい。その第１の強磁性体（１３０）は、オーバーラップ領域（ＲＯ）以外の領域に設けられると好ましい。例えば、第１の強磁性体（１３０）は、書き込み配線（１００）の長手方向（Ｘ）の端部に設けられる。また、バイアス磁場印加部（１３０）は、自発磁化（１４０）の向きが第１の強磁性体（１３０）の自発磁化の向きと同じである第２の強磁性体（１３０）を更に有してもよい。この時、第１の強磁性体（１３０）と第２の強磁性体（１３０）は、オーバーラップ領域（ＲＯ）を挟むように設けられる。例えば、第１の強磁性体（１３０）は、書き込み配線（１００）の長手方向の一端に設けられ、第２の強磁性体（１３０）は、書き込み配線（１００）の長手方向の他端に設けられる。

また、バイアス磁場印加部は、バイアス磁場（２４０）を生成する電流が流れる磁場発生用配線（２３０）を有してもよい。この磁場発生用配線（２３０）は、書き込み配線（２００）と交差するように設けられる。好適には、磁場発生用配線（２３０）は、長手方向（Ｘ）と直交する方向（Ｙ，Ｚ）に沿って設けられる。

本発明の第２の観点において、磁気メモリは、磁気抵抗素子を有するメモリセル（１０）と、そのメモリセル（１０）に情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する書き込み電流が流れる書き込み配線（３００，４００，５００）と、その書き込み配線（３００，４００，５００）のメモリセル（１０）に対向する対向面（ＦＳ）を除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）とを備える。強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）は、第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）と第２部分（３２０ｂ，４２０ｂ，５２０ｂ）とを有する。書き込み電流が流れる際、第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）における自発磁化の方向と、書き込み配線（３００，４００，５００）の長手方向（Ｘ）との間の角度は９０度未満である。言い換えれば、第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）は、書き込み配線（３００，４００，５００）の長手方向（Ｘ）に直交する直交方向（Ｙ，Ｚ）の自発磁化が、書き込み電流により印加される磁場により飽和しないように形成される。

このような構成によれば、強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）の自発磁化が直交方向（Ｙ，Ｚ）に飽和せず、長手方向（Ｘ）に沿った成分を有しているからである。その長手方向（Ｘ）に沿った成分が、強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）の自発磁化の戻る方向を一方向に規定している。従って、図６に示されたような磁壁から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、メモリセル（１０）の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、不要な漏洩磁場の発生が防止されるため、強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線（３００，４００，５００）を微細化することが可能となる。その結果、メモリセル（１０）の集積度が向上する。また、書き込み配線（３００，４００，５００）を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）は、書き込み配線（３００，４００，５００）の表面のうち対向面（ＦＳ）に対向する面（ＲＳ）の少なくとも一部を覆うように形成されると好ましい。また、第１部分（３２０ａ，４２０ａ，５２０ａ）は、強磁性体膜（３２０，４２０，５２０）のうちメモリセル（１０）とオーバーラップする領域（ＲＯ）以外の領域に設けられると好ましい。

第１部分（３２０ａ）の膜厚（Ｔ１）は、第２部分（３２０ｂ）の膜厚（Ｔ２）より大きくてもよい。

第１部分（４２０ａ）は、第１飽和磁束密度（Ｍｓ１）を有する第１材料により形成され、第２部分（４２０ｂ）は、第２飽和磁束密度（Ｍｓ２）を有する第２材料により形成されてもよい。その場合、第１飽和磁束密度（Ｍｓ１）は、第２飽和磁束密度（Ｍｓ２）より大きい。例えば、第１材料はＣｏＦｅであり、第２材料はＮｉＦｅである。

長手方向（Ｘ）と直交する面（ＹＺ）において、書き込み配線（５００）の周囲に沿った第１部分（５２０ａ）の長さ（ＴＬ１）は、書き込み配線（５００）の周囲に沿った第２部分（５２０ｂ）の長さ（ＴＬ２）より短くてもよい。

本発明の第３の観点において、磁気メモリの製造方法は、（Ａ）磁気抵抗素子を有するメモリセル（１０）を形成する工程と、（Ｂ）メモリセル（１０）にオーバーラップする非磁性導体（３１０）を、メモリセル（１０）の上方に形成する工程と、（Ｃ）非磁性導体（３１０）の上面の上に第１の強磁性体膜（３３２）を形成する工程と、（Ｄ）第１の強磁性体膜（３３２）より薄い第２の強磁性体膜（３３４）を全面に形成する工程とを有する。

本発明の第４の観点において、磁気メモリの製造方法は、（Ａ）磁気抵抗素子を有するメモリセル（１０）を形成する工程と、（Ｂ）メモリセル（１０）を覆う絶縁膜を形成する工程と、（Ｃ）絶縁膜に、メモリセル（１０）に対向する溝を形成する工程と、（Ｄ）全面に第１強磁性体膜（３４２）を形成する工程と、（Ｅ）溝の底面の第１の強磁性体膜（３４２）を除去する工程と、（Ｆ）溝に非磁性導体（３１０）を埋め込む工程と、（Ｇ）非磁性導体（３１０）上に、第１の強磁性体膜（３４２）より厚い第２の強磁性体膜（３４６）を形成する工程とを有する。

本発明に係るＭＲＡＭ及びその製造方法によれば、強磁性体被膜を有する配線からの不要なバイアス磁場の発生を防止することが可能となる。

また、本発明に係るＭＲＡＭ及びその製造方法によれば、書き込みマージンの縮小を防止し、ＭＲＡＭのディスターブ耐性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係るＭＲＡＭ及びその製造方法によれば、メモリセルの集積度が向上し、また、消費電力が低減される。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気メモリ(ＭＲＡＭ)及びその製造方法が説明される。以下に示される実施の形態においては、簡単のため、二軸の書き込み配線（書き込みワード線、書き込みビット線）を用いた二軸書き込みではなく、１本の書き込み配線を用いた書き込みが検討される。その際の書き込み電流は、図２Ｂに示された書き込みマージンに対応する電流よりも大きく設定されている。後述されるように、本発明による効果は、その１本の書き込み配線を用いた書き込みにおいて確認されている。つまり、二軸書き込み時よりも大きい電流で書き込みが行われても、不要なバイアス磁場の発生が防止されることが確認されている。従って、二軸書き込みが行われても本発明による効果が得られることは明らかである。

１．第１の実施の形態
（構造）
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の構造を示す模式図である。磁気メモリは、少なくともＭＴＪセル（メモリセル）１０と、書き込み配線１００を備えている。ＭＴＪセル１０は、図１に示された構造と同様の構造を有しており、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含んでいる。また、ＭＴＪセル１０は、絶縁膜を介して、書き込み配線１００に対向するように配置されている。尚、図７において１つのＭＴＪセル１０のみが示されているが、実際のＭＲＡＭでは、１本の書き込み配線１００に対して複数のＭＴＪセル１０が配置されている。後の実施の形態に関しても同様である。ＭＴＪセル１０に情報を書き込む際、この書き込み配線１００には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により生成される書き込み磁場が、ＭＴＪセル１０に印加される。その書き込み磁場の方向は、書き込み配線１００の長手方向に直交する。

本明細書において、書き込み配線の長手方向に平行な方向が「Ｘ方向（＋Ｘ，−Ｘ）」として定義される。上述の書き込み電流はＸ方向に沿って流れる。また、書き込み配線の断面は、「ＹＺ面」として定義される。上述の書き込み磁場は、ＹＺ面上に生成され、Ｙ成分及びＺ成分を有する。また、書き込み配線とＭＴＪセルが整列する方向が「Ｚ方向（＋Ｚ，−Ｚ）」として定義される。つまり、ＭＴＪセルは、書き込み配線から見て＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に位置している。このＺ方向は、鉛直方向に対応している。Ｚ方向及びＸ方向と右手系をなす方向が、Ｙ方向である。書き込み配線が有する表面のうち、ＭＴＪセルに対向する面は、「対向面ＦＳ」と参照される。また、書き込み配線が有する表面のうち、Ｙ方向に直角な面は「側面」と参照される場合がある。

書き込み配線１００は、非磁性材料から形成される非磁性導体１１０を有している。この非磁性導体１１０の表面のうち対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜１２０によって被覆されている。特に、図７に示されるように、非磁性導体１１０の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜１２０によって覆われていると好ましい。このような構成により、非磁性導体１１０を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜１２０の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜１２０の端面から、空間に放出される。このような構成により、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２に印加される磁場が増強され、書き込み電流を低減することが可能となる。

また、図７に示されるように、本実施の形態に係る磁気メモリは２つの強磁性体１３０を更に備えている。各々の強磁性体１３０は、書き込み配線１００の長手方向（Ｘ方向）に平行な向きの自発磁化１４０を有している。２つの強磁性体１３０の自発磁化１４０の向きは同じであり、例えば−Ｘ方向である。ここで、強磁性体被膜１２０のうちＭＴＪセル１０とオーバーラップする領域ＲＯが、「オーバーラップ領域ＲＯ」と参照されるとする。このとき、図７に示されるように、２つの強磁性体１３０は、少なくともそのオーバーラップ領域ＲＯを挟むように配置されている。それら強磁性体１３０は、書き込み配線１００に接触していても、書き込み配線１００から離れていてもよい。

強磁性体１３０の自発磁化１４０により、強磁性体被膜１２０には「バイアス磁場」が印加される。自発磁化１４０の向きが−Ｘ方向であるため、そのバイアス磁場は、少なくともＸ方向に沿った成分（Ｘ成分）を含んでいる。また、そのバイアス磁場のＸ成分の値は、少なくともオーバーラップ領域ＲＯにおいて、一様に“負”である。言い換えれば、バイアス磁場のＸ成分の正負符号（＋、−）は、少なくともオーバーラップ領域において一様であり、マイナスである。

上述の通り、書き込み電流の供給が停止すると、強磁性体被膜１２０の自発磁化は、形状異方性により、書き込み配線１００の長手方向に沿った方向に戻る。本実施の形態によれば、バイアス磁場のＸ成分の極性が一様にマイナスであるため、書き込み電流の供給が停止した後、強磁性体被膜１２０の自発磁化は、同じ方向（−Ｘ方向）に戻る。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。強磁性体１３０によるバイアス磁場がドメイン４０や磁壁４１の発生を抑止するため、強磁性体被膜１２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線１００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線１００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

図７において、２つの強磁性体１３０は、ＭＴＪセル１０の特性に影響を与えない範囲で、書き込み配線１００の途中に設けられている。しかしながら、強磁性体１３０の配置は、図７に示された配置に限られない。上記効果を得るためには、バイアス磁場のＸ成分の極性が少なくともオーバーラップ領域ＲＯにおいて一様になるように、強磁性体１３０が配置されればよい。つまり、所望のバイアス磁場が得られる範囲内で、強磁性体１３０の数や配置位置を変更することが可能である。例えば、強磁性体１３０は、１つだけ設けられても構わない。その場合、その１つの強磁性体１３０は、オーバーラップ領域ＲＯ以外の領域に設けられる。

また、図８Ａに示されるように、強磁性体１３０は、書き込み配線１００のＸ方向の端部に接触するように設けられてもよい。２つの強磁性体１３０がある場合、一方の強磁性体１３０は書き込み配線１００の一端に設けられ、他方の強磁性体１３０は書き込み配線１００の他端に設けられる。また、図８Ｂに示されるように、強磁性体１３０のＺ方向の位置が変更されてもよい。強磁性体１３０は、書き込み配線１００に直接接触していなくてもよい。また、強磁性体１３０は、オーバーラップ領域ＲＯからＹ方向に離れた位置に配置されてもよい。

（製造方法）
本実施の形態に係る構造は、以下の手順により形成することができる。まず、絶縁膜に配線形状の溝が形成され、第１のバリアメタル膜、被覆用の強磁性体膜、第二のバリアメタル膜、銅薄膜が順に成膜される。次に、溝に銅メッキが埋め込まれ、表面が化学機械研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing）により平面化される。これにより、溝内部に強磁性体膜で被覆された銅配線（書き込み配線１００）が形成される。銅配線部分は、メッキ法の代わりに真空成膜プロセスで形成することも可能である。次に、バイアス磁場を生成するための強磁性体膜が形成される。その強磁性体膜を所望の形状に加工することによって、本実施の形態に係る強磁性体１３０が得られる。

（検証）
本実施の形態の効果を実証するために、次に示される実験及びシミュレーションが行われた。まず、比較例として、強磁性体１３０を有さない従来のＭＲＡＭが用意された。書き込み配線１００を形成するための溝の深さ及び幅は、それぞれ４００ｎｍ及び５００ｎｍである。また、被膜用の強磁性体膜は、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ合金膜である。ここで、ＮｉＦｅ合金の飽和磁束密度は１Ｔである。

その書き込み配線１００の上に、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜を介して、ＭＴＪセル１０が配置される。このＭＴＪセル１０は、図１に示された基本構造を有する。具体的には、下地層１６は、ＴａとＮｉＦｅの積層膜である。反強磁性体層１５は、厚さ２５ｎｍのＰｔＭｎ合金膜である。固定強磁性体層１４は、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅ合金膜である。トンネルバリア層１３は、厚さ１ｎｍのＡｌ膜をプラズマ酸化することにより形成される。自由強磁性体層１２は、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ膜である。また、自由強磁性体層１２は、短辺長２５０ｎｍ、長辺長５００ｎｍの長方形に加工される。このようなＭＴＪセル１０が、その長手方向がＸ方向と直交するように配置される。また、このＭＴＪセル１０には、表面被覆層１１と下地層１６を介して、接合抵抗測定用の配線が接続される。

この比較例に係るＭＲＡＭの特性は、実際の実験を通して調べられた。その実験結果に基づいて、本実施の形態に係るＭＲＡＭの特性がシミュレータによって調べられた。本実施の形態に係るＭＲＡＭは、図７に示された基本構造を有する。具体的には、強磁性体１３０は、Ｘ方向に着磁されたＣｏＦｅ膜であり、書き込み配線１００のＸ方向の端部に配置される。このＣｏＦｅ膜の厚さ（Ｚ方向）は５０ｎｍであり、その幅（Ｙ方向）は１μｍであり、その長さ（Ｘ方向）は５μｍである。このような構造を有するＭＲＡＭは、以下、実施例１と参照される。

検証の手順は、次の通りである。まず、上述の実施例１と比較例の両方に、８０００Ａ／ｍの外部磁場が印加される。この外部磁場の方向は、自由強磁性体層１２の長辺と平行であり、且つ、固定強磁性体層１４の磁化方向と同じである。これにより、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きは、固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行になる。この時、ＭＴＪの接合抵抗は最小であり、実施例１及び比較例の両方において“４５ｋΩ”となる。この状態は、以下「初期状態」と参照される。

次に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが、初期状態の向きと逆になるように、書き込み配線１００に書き込み電流が流される。具体的には、１２ｍＡの書き込み電流を書き込み配線１００に一定時間流し、その後、電流の供給を停止する。この書き込み電流により発生する書き込み磁場によって、自由強磁性体層１２の自発磁化は反転する。その結果、ＭＴＪの接合抵抗は、初期状態と比較して増加する。電流の供給が停止した後の接合抵抗は、比較例において５８ｋΩ、実施例１において６１ｋΩである。すなわち、比較例においては、接合抵抗が実施例１よりも小さくなる。この状態は、以下「反転状態」と参照される。

次に、８０００Ａ／ｍの外部磁場であって、その方向が固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと逆である外部磁場を印加しながら、接合抵抗が測定される。その場合、比較例１における接合抵抗は、実施例１と同じ６１ｋΩとなる。この状態は、以下「矯正状態」と参照される。

以上に示された実験・シミュレーション結果の考察は次の通りである。反転状態における接合抵抗が実施例１よりも比較例において小さくなるのは、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化の向きが、完全な反平行状態からずれているためである。反平行状態からのずれは、書き込み動作後にＭＴＪセル１０の短辺方向に加わる不要なバイアス磁場（図６参照）のせいである。矯正状態における接合抵抗が実施例１と比較例とで等しくなるのは、自由強磁性体層１２の自発磁化の傾きが外部磁場によって矯正され、完全な反平行状態が実現されるためである。一方、実施例１によれば、不要なバイアス磁場がＭＴＪセル１０に加わらないため、矯正しなくても完全な反平行状態が実現される。

また、上記例における自由強磁性体層１２の自発磁化の反転に必要な電流は、９ｍＡである。磁化反転が起こらない８ｍＡの書き込み電流が流された場合、比較例では接合抵抗の増加が見られるが、実施例１では見られない。これは、比較例では、電流を流した後に残留バイアス磁場が存在することを示している。

（効果）
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、強磁性体被膜１２０の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、本実施の形態に係る強磁性体１３０が、強磁性体被膜１２０の自発磁化の戻る方向を一方向（例えば−Ｘ方向）に規定しているからである。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場（バイアス磁場）の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、強磁性体１３０によるバイアス磁場がドメイン４０や磁壁４１の発生を抑止するため、強磁性体被膜１２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線１００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線１００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

２．第２の実施の形態
（構造）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の構造を示す模式図である。磁気メモリは、少なくともＭＴＪセル（メモリセル）１０と、書き込み配線２００を備えている。ＭＴＪセル１０は、図１に示された構造と同様の構造を有しており、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含んでいる。また、ＭＴＪセル１０は、絶縁膜を介して、書き込み配線２００に対向するように配置されている。ＭＴＪセル１０に情報を書き込む際、この書き込み配線２００には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により生成される書き込み磁場が、ＭＴＪセル１０に印加される。その書き込み磁場の方向は、書き込み配線２００の長手方向に直交する。

書き込み配線２００は、非磁性材料から形成される非磁性導体２１０を有している。この非磁性導体２１０の表面のうち対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜２２０によって被覆されている。特に、図９に示されるように、非磁性導体２１０の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜２２０によって覆われていると好ましい。このような構成により、非磁性導体２１０を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜２２０の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜２２０の端面から、空間に放出される。このような構成により、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２に印加される磁場が増強され、書き込み電流を低減することが可能となる。尚、書き込み配線２００の製造方法は、第１の実施の形態と同様である。

また、本実施の形態に係る磁気メモリは磁場発生用配線２３０を更に備えている。この磁場発生用配線２３０は、書き込み配線２００と交差するように設けられている。好適には、磁場発生用配線２３０は、書き込み配線２００の長手方向（Ｘ方向）と直交する方向に沿って設けられる。例えば、図９において、磁場発生用配線２３０は、Ｙ方向に沿って設けられている。また、図１０において、磁場発生用配線２３０は、Ｚ方向に沿って設けられている。

この磁場発生用配線２３０に電流が流れると、図９及び図１０に示されるようにバイアス磁場２４０が発生する。このバイアス磁場２４０は、強磁性体被膜２２０において、少なくともＸ方向に沿った成分（Ｘ成分）を含んでいる。また、そのバイアス磁場２４０のＸ成分の値は、強磁性体被膜２２０において、一様に“正”又は“負”である。言い換えれば、バイアス磁場２４０のＸ成分の正負符号（＋、−）は、強磁性体被膜２２０において一様である。

上述の通り、書き込み電流の供給が停止すると、強磁性体被膜２２０の自発磁化は、形状異方性により、書き込み配線２００の長手方向に沿った方向に戻る。本実施の形態によれば、バイアス磁場のＸ成分の極性が一様であるため、書き込み電流の供給が停止した後、強磁性体被膜２２０の自発磁化は、同じ方向に戻る。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。磁場発生用配線２３０によるバイアス磁場がドメイン４０や磁壁４１の発生を抑止するため、強磁性体被膜２２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線２００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線２００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

尚、強磁性体被膜２２０の自発磁化の方向を揃えるためには、磁場発生用配線２３０をＸ方向と直交するように設けることが最も効率的である。また、強磁性体被膜２２０の自発磁化の方向を揃えるためには、少なくとも書き込み電流が停止する瞬間に、電流が磁場発生用配線２３０に流されればよい。その他の期間、磁場発生用配線２３０への電流の供給は停止する。これにより、消費電力が低減される。また、磁場発生用配線２３０は、ＭＴＪセル１０と書き込み配線２００がオーバーラップする領域以外に設けられると好ましい。

（検証）
本実施の形態の効果を実証するために、第１の実施の形態と同様の実験及びシミュレーションが行われた。本実施の形態に係るＭＲＡＭは、図９に示された基本構造を有する。書き込み配線２００及びＭＴＪセル１０は、上述の比較例と同様であり、書き込み配線２００の上方に、Ｙ方向に沿った磁場発生用配線２３０が配置される。このような構造を有するＭＲＡＭは、以下、実施例２と参照される。

その実施例２に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行になるように、８０００Ａ／ｍの外部磁場が印加される。この時、接合抵抗は“４５ｋΩ”となる（初期状態）。次に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが反転するように、書き込み配線２００に１２ｍＡの書き込み電流が流される。また、磁場発生用配線２３０に２ｍＡの電流が流される。磁場発生用配線２３０に電流が流れている間に、書き込み電流の供給を停止し、その後、磁場発生用配線２３０に対する電流の供給を停止する。これにより、接合抵抗は“６１ｋΩ”となる（反転状態）。

次に、８０００Ａ／ｍの外部磁場であって、その方向が固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと逆である外部磁場を印加しながら、接合抵抗が測定される（矯正状態）。この場合においても、接合抵抗は“６１ｋΩ”のままであり、外部磁場による抵抗の変化は生じない。このことは、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化は、矯正されなくても完全に反平行になっていることを意味する。すなわち、本実施の形態によれば、不要なバイアス磁場がＭＴＪセル１０に加わることが防止されている。

尚、磁場発生用電流の供給が書き込み電流の供給よりも先に停止する場合、矯正状態における接合抵抗は、反転状態における接合抵抗よりも大きくなる。これは、不要なバイアス磁場が存在するためである。従って、本実施の形態においては、書き込み電流の供給が終わった後に、磁場発生用電流の供給を停止することが必要である。

（効果）
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、強磁性体被膜１２０の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、本実施の形態に係る磁場発生用配線２３０が生成するバイアス磁場が、強磁性体被膜１２０の自発磁化の戻る方向を一方向に規定しているからである。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場（バイアス磁場）の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、磁場発生用配線２３０によるバイアス磁場がドメイン４０や磁壁４１の発生を抑止するため、強磁性体被膜１２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線２００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線２００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

３．第３の実施の形態
（構造）
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の構造を示す模式図である。磁気メモリは、少なくともＭＴＪセル（メモリセル）１０と、書き込み配線３００を備えている。ＭＴＪセル１０は、図１に示された構造と同様の構造を有しており、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含んでいる。また、ＭＴＪセル１０は、絶縁膜を介して、書き込み配線３００に対向するように配置されている。ＭＴＪセル１０に情報を書き込む際、この書き込み配線３００には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により生成される書き込み磁場が、ＭＴＪセル１０に印加される。その書き込み磁場の方向は、書き込み配線３００の長手方向に直交する。

書き込み配線３００は、非磁性材料から形成される非磁性導体３１０を有している。この非磁性導体３１０の表面のうち対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜３２０によって被覆されている。特に、図１１に示されるように、非磁性導体３１０の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜３２０によって覆われていると好ましい。このような構成により、非磁性導体３１０を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜３２０の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜３２０の端面から、空間に放出される。このような構成により、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２に印加される磁場が増強され、書き込み電流を低減することが可能となる。尚、図１１に示されるように、強磁性体被膜３２０は、バリアメタル３２１によって覆われていてもよく、また、非磁性導体３１０と強磁性体被膜３２０の間には、バリアメタル３２２が介在していてもよい。

本実施の形態に係る強磁性体被膜３２０は、第１部分３２０ａと第２部分３２０ｂを有している。この第１部分３２０ａは、第２部分３２０ｂよりも厚くなるように形成されている。すなわち、第１部分３２０ａの膜厚Ｔ１は、第２部分３２０ｂの膜厚Ｔ２よりも大きい。また、図１１に示されるように、その第１部分３２０ａは、非磁性導体３１０の表面のうち対向面ＦＳに対向する面ＲＳを覆うように形成されている。第２部分３２０ｂは、非磁性導体３１０の側面を覆うように形成されている。

強磁性体膜の磁化の飽和に必要な磁場の大きさは、膜厚に比例することが知られている。よって、第１部分３２０ａにおける磁化の飽和に必要な磁場は、第２部分３２０ｂにおけるそれよりも大きい。本実施の形態によれば、書き込み電流が生成する書き込み磁場によって第１部分３２０ａにおける磁化が飽和しない程度に、第１部分３２０ａの膜厚Ｔ１が設計される。

例えば、書き込み電流が流れていない時、強磁性体被膜３２０の自発磁化の向きは、形状異方性により−Ｘ方向であるとする。書き込み配線３００（非磁性導体３１０）に、＋Ｘ方向の書き込み電流が流れる場合、図１１に示された第１部分３２０ａには＋Ｙ方向の書き込み磁場が印加される。この時、第１部分３２０ａのＹ方向の自発磁化は飽和しないので、その自発磁化の向きは−Ｘ方向と＋Ｙ方向の間の方向となる。言い換えれば、書き込み電流が流れる際、第１部分３２０ａにおける自発磁化の方向と−Ｘ方向との間の角度は、９０度未満である。このことは、書き込み電流が流れていても、第１部分３２０ａにおける自発磁化は、書き込み配線３００の長手方向に沿った成分を有することを意味する。この長手方向に沿った成分は、書き込み電流の供給が停止した後、強磁性体被膜３２０の自発磁化の方向を再び一方向（−Ｘ方向）に戻す役割を果たす。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。

尚、二軸書き込み方式のＭＲＡＭの場合、書き込み磁場の上限は、図２Ｂに示された書き込みマージンの右上角に対応している。二軸書き込み方式の場合、その書き込み磁場の上限値によって自発磁化が飽和しないように、第１部分３２０ａの膜厚Ｔ１が設計されればよい。これにより、書き込みマージン内のいかなる書き込み磁場が印加されても、本実施の形態による効果が得られる。第１部分３２０ａの膜厚及び幅が、それぞれＴ１及びＷ１で表され、第２部分３２０ｂの膜厚がＴ２で表されるとする。また、強磁性体被膜３２０の総幅（ＹＺ面における非磁性導体３１０の周囲に沿った長さ）が、Ｗで表されるとする。また、書き込み電流がＩｗで与えられ、上限の書き込み磁場に対応する電流がＩｕで与えられるとする。この時、発明者によるシミュレーションによれば、第１部分３２０ａの膜厚Ｔ１は、次の式を満たすように設定されればよいことが判明した。
Ｔ１ ＞ ［（Ｉｕ・Ｗ１）／（Ｉｗ・Ｗ）］×Ｔ２
幅Ｗ１及びＷの比に依存して、膜厚Ｔ１及びＴ２の比は変わる。

また、他の部分より膜厚の大きい第１部分３２０ａは、強磁性体被膜３２０のどの部分であってもよい。例えば、第１部分３２０ａは、非磁性導体３１０の二側面のいずれか、あるいは両方を覆うように形成されてもよい。この場合でも、同様の効果が期待される。書き込み配線３００の幅（Ｙ方向）が増大することを防ぐためには、第１部分３２０ａは、非磁性導体３１０の下方に形成されることが好ましい。つまり、第１部分３２０ａが、非磁性導体３１０の面のうち対向面ＦＳに対向する面ＲＳを覆うように形成されると好適である。これにより、書き込み配線３００の配線面積の増加が防止される。また、第１部分３２０ａが面ＲＳ側に設けられることは、製造プロセスが容易である点において好ましい。

（製造方法）
図１１に示された構造を得るためには、例えば次のような製造方法が考えられる。まず、絶縁膜に溝が形成され、その溝の内部にバリアメタル３２１が形成される。次に、粒子の直進性が高い成膜方法により、その溝の底部に強磁性体層が形成される。この段階では、溝の側壁部に強磁性体はほとんど形成されない。次に、等方的な成膜手法により、溝の内部に強磁性体層が追加的に形成される。これにより、底部が側壁部よりも厚い強磁性体被膜３２０が得られる。例えば、スパッタ成膜プロセスが用いられる。具体的には、初期段階においては、再スパッタが生じないバイアスを基板に加えながら、溝の底部に強磁性体膜を成膜する。次に、基板バイアスを強めて、底部における再スパッタ効果を併用することにより、底部と側壁部に同時に膜を形成する。このような方法により、本実施の形態に係る強磁性体被膜３２０を形成することが可能である。その後、強磁性体被膜３２０表面に、バリアメタル３２２が形成される。続いて、溝内部に非磁性導体３１０としての銅が埋め込まれ、ＣＭＰが実施される。これにより、図１１に示された構造が得られる。

また、ＭＴＪセル１０が、書き込み配線３００の下方（−Ｚ方向）に位置する場合、以下のような製造方法が例として考えられる。まず、図１２Ａに示されるように、ＭＴＪセル１０にオーバーラップする非磁性導体３１０が、絶縁膜を介してＭＴＪセル１０の上方に形成される。その非磁性導体３１０の上面ＲＳの上に、バリアメタル３３１を介して第１の強磁性体３３２が形成される。次に、図１２Ｂに示されるように、全面にバリアメタル３３３が形成された後、全面に第２の強磁性体３３４が形成される。ここで、バリアメタル３３３の側面に位置する第２の強磁性体３３４の厚さは、第１の強磁性体の厚さより小さくなるように制御される。その後、全面にバリアメタル３３５が形成され、エッチバックが実施される。これにより、図１２Ｃに示されるように、上部が側部よりも厚い強磁性体被膜３２０が得られる。尚、強磁性体被膜３２０がバリアメタルによって分断されているが、磁気的な結合が維持される限り問題はない。実験によれば、バリアメタルが２０ｎｍよりも薄ければ、分離した強磁性体間の磁気的結合が維持される。

また、図１３Ａ〜図１３Ｄに、他の製造方法が示されている。まず、ＭＴＪセル１０を覆うように絶縁膜が形成され、その絶縁膜に、ＭＴＪセル１０に対向する溝が形成される。次に、図１３Ａに示されるように、全面にバリアメタル３４１が形成され、その上に第１の強磁性体３４２が形成され、更にバリアメタル３４３が形成される。次に、エッチバックが行われ、溝の底面におけるバリアメタル３４３、第１の強磁性体３４２、及び張り雨たる３４１が除去される。これにより、図１３Ｂに示されるように、第１の強磁性体３４２は、溝の側壁部にのみ残る。次に、図１３Ｃに示されるように、溝の底部にバリアメタル３４４が形成された後、非磁性導体３１０が溝に埋め込まれ、ＣＭＰが行われる。次に、図１３Ｄに示されるように、第２の強磁性体３４６が、バリアメタル３４５を介して非磁性導体３１０上に形成され、バリアメタル３４７が第２の強磁性体３４６上に形成される。この第２の強磁性体３４６は、第１の強磁性体３４２よりも厚くなるように形成される。これにより、上部が側部よりも厚い強磁性体被膜３２０が得られる。

（検証）
本実施の形態の効果を実証するために、第１の実施の形態と同様の実験及びシミュレーションが行われた。本実施の形態に係るＭＲＡＭは、図１１に示された基本構造を有する。ＭＴＪセル１０は上述の比較例と同様であり、そのＭＴＪセル１０の上方に、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜を介して書き込み配線３００が配置される。書き込み配線３００の非磁性導体３１０は、厚さ４００ｎｍ、幅５００ｎｍのＡｌ膜である。また、強磁性体被膜３２０の第１部分３２０ａは、厚さ２０ｎｍのＮｉＦｅ膜であり、その第２部分３２０ｂは、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ膜である。このような構造を有するＭＲＡＭは、以下、実施例３と参照される。

その実施例３に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行になるように、８０００Ａ／ｍの外部磁場が印加される。この時、接合抵抗は“４５ｋΩ”となる（初期状態）。次に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが反転するように、書き込み配線３００に１２ｍＡの書き込み電流が流される。書き込み電流の供給が停止した後の接合抵抗は“６１ｋΩ”となる（反転状態）。

次に、８０００Ａ／ｍの外部磁場であって、その方向が固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと逆である外部磁場を印加しながら、接合抵抗が測定される（矯正状態）。この場合においても、接合抵抗は“６１ｋΩ”のままであり、外部磁場による抵抗の変化は生じない。このことは、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化は、矯正されなくても完全に反平行になっていたことを意味する。すなわち、本実施の形態によれば、不要なバイアス磁場がＭＴＪセル１０に加わることが防止されている。

（変形例）
図１４Ａは、本実施の形態に係る書き込み配線の構造の他の例を示す側面図である。図１４Ａにおいて、周期的に配置されたＭＴＪセル１０が示されている。それらＭＴＪセル１０に対向するように、書き込み配線３００’がＸ方向に沿って配置されている。この書き込み配線３００’は、強磁性体被膜３５０を有している。この強磁性体被膜３５０は、第１領域３５０ａ及び第２領域３５０ｂに区分けされる。第２領域３５０ｂは、ＭＴＪセル１０に対向する領域に対応している。すなわち、第２領域３５０ｂは、強磁性体被膜３５０のうち、ＭＴＪセル１０とオーバーラップするオーバーラップ領域ＲＯに対応している。一方、第１領域３５０ａは、隣接するＭＴＪセル１０間の領域、すなわち、オーバーラップ領域ＲＯ以外の領域に対応している。

図１４Ｂは、図１４Ａにおける線Ｂ−Ｂ’に沿った断面構造を示し、図１４Ｃは、図１４Ａにおける線Ｃ−Ｃ’に沿った断面構造を示している。図１４Ｂに示されるように、第２領域３５０ｂに関しては、強磁性体被膜３５０の上部の膜厚は、その側部（３５０ｃ）の膜厚と同程度である。また、図１４Ｂに示されたＹＺ面には、ＭＴＪセル１０が存在している。一方、第１領域３５０ａに関しては、図１４Ｃに示されるように、強磁性体被膜３５０の上部の膜厚が、その側部（３５０ｃ）の膜厚より大きい。また、図１４Ｃに示されたＹＺ面には、ＭＴＪセル１０が存在していない。すなわち、強磁性体被膜３５０のうち膜厚が他の部分よりも大きい部分は、オーバーラップ領域ＲＯ以外の領域に設けられている。

この変形例による効果は、次の通りである。強磁性体被膜３５０による書き込み磁場の増強効果は、膜厚が大きい部分において減少する可能性がある。上記変形例によれば、ＭＴＪセル１０に対する書き込み磁場の増強効果を維持するため、オーバーラップ領域ＲＯは、図１４Ｂに示されたように形成される。一方、ドメイン４０や磁壁４１の発生を防止するための構造（図１４Ｃ参照）は、オーバーラップ領域ＲＯ以外の領域に設けられる。これにより、書き込み磁場の増強効果を維持しながら、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきを抑えることが可能となる。

（効果）
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、強磁性体被膜３２０の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、膜厚の大きい第１部分３２０ａの自発磁化は、Ｘ方向に直交する方向に飽和せず、書き込み動作時においても、Ｘ方向に沿った成分を有しているからである。そのＸ方向に沿った成分が、強磁性体被膜３２０の自発磁化の戻る方向を一方向に規定している。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場（バイアス磁場）の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、不要な漏洩磁場の発生が防止されるため、強磁性体被膜３２０の第２部分３２０ｂの厚さを薄くすることが可能となる。膜厚の大きい第１部分３２０ａは、強磁性体被膜３２０の上部あるいは底部として形成されると好適である。これにより、書き込み配線３００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線３００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

４．第４の実施の形態
（構造）
図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の構造を示す模式図である。磁気メモリは、少なくともＭＴＪセル（メモリセル）１０と、書き込み配線４００を備えている。ＭＴＪセル１０は、図１に示された構造と同様の構造を有しており、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含んでいる。また、ＭＴＪセル１０は、絶縁膜を介して、書き込み配線４００に対向するように配置されている。ＭＴＪセル１０に情報を書き込む際、この書き込み配線４００には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により生成される書き込み磁場が、ＭＴＪセル１０に印加される。その書き込み磁場の方向は、書き込み配線４００の長手方向に直交する。

書き込み配線４００は、非磁性材料から形成される非磁性導体４１０を有している。この非磁性導体４１０の表面のうち対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜４２０によって被覆されている。特に、図１５に示されるように、非磁性導体４１０の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜４２０によって覆われていると好ましい。このような構成により、非磁性導体４１０を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜４２０の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜４２０の端面から、空間に放出される。このような構成により、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２に印加される磁場が増強され、書き込み電流を低減することが可能となる。

本実施の形態に係る強磁性体被膜４２０は、第１強磁性体被膜４２０ａと第２強磁性体被膜４２０ｂを有しており、第１強磁性体被膜４２０ａの飽和磁束密度Ｍｓ１は、第２強磁性体被膜４２０ｂの飽和磁束密度Ｍｓ２より大きい。例えば、第１強磁性被膜４２０ａの材料としてＣｏＦｅが用いられ、第２強磁性体被膜４２０ｂの材料としてＮｉＦｅが用いられる。ＣｏＦｅの飽和磁束密度は、ＮｉＦｅの飽和磁束密度の約２倍である。強磁性体膜の磁化の飽和に必要な磁場の大きさは、材料の飽和磁束密度に比例する。よって、第１強磁性体被膜４２０ａにおける磁化の飽和に必要な磁場は、第２強磁性体被膜４２０ｂにおけるそれよりも大きい。本実施の形態によれば、第１強磁性体被膜４２０ａは、その自発磁化が書き込み磁場によって飽和しないように設計される。

例えば、書き込み電流が流れていない時、強磁性体被膜４２０の自発磁化の向きは、形状異方性により−Ｘ方向であるとする。書き込み配線４００（非磁性導体４１０）に、−Ｘ方向の書き込み電流が流れる場合、図１５に示された第１強磁性体被膜４２０ａには＋Ｙ方向の書き込み磁場が印加される。この時、第１強磁性体被膜４２０ａのＹ方向の自発磁化は飽和しないので、その自発磁化の向きは−Ｘ方向と＋Ｙ方向の間の方向となる。言い換えれば、書き込み電流が流れる際、第１強磁性体被膜４２０ａにおける自発磁化の方向と−Ｘ方向との間の角度は、９０度未満である。このことは、書き込み電流が流れていても、第１強磁性体被膜４２０ａにおける自発磁化は、書き込み配線４００の長手方向に沿った成分を有することを意味する。この長手方向に沿った成分は、書き込み電流の供給が停止した後、強磁性体被膜４２０の自発磁化の方向を再び一方向（−Ｘ方向）に戻す役割を果たす。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。

第１強磁性体被膜４２０ａは、強磁性体被膜４２０のどの部分であってもよい。例えば、第１強磁性体被膜４２０ａは、非磁性導体４１０の表面のうち対向面ＦＳに対向する面ＲＳを覆うように形成される。その場合、第２強磁性体被膜４２０ｂは、非磁性導体４１０の側面を覆うように形成される。また、第１強磁性体被膜４２０ａは、非磁性導体４１０の二側面のいずれか、あるいは両方を覆うように形成されてもよい。いずれの場合であっても、第１強磁性体被膜４２０ａの膜厚を大きくする必要がないので、本実施の形態に係る工夫が書き込み配線４００のサイズに影響を与えることはない。よって、本実施の形態は、書き込み配線４００の幅や厚さの規定が重視される場合に有効である。

また、第３の実施の形態における変形例と同様に、第２強磁性体被膜４２０ｂが、ＭＴＪセル１０とオーバーラップする領域に形成され、第１強磁性体被膜４２０ａが、その領域以外の領域に形成されてもよい。これにより、書き込み磁場の増強効果を維持しながら、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきを抑えることが可能となる。

尚、二軸書き込み方式のＭＲＡＭの場合、書き込み磁場の上限は、図２Ｂに示された書き込みマージンの右上角に対応している。二軸書き込み方式の場合、その書き込み磁場の上限値によって自発磁化が飽和しないように、第１強磁性体被膜４２０ａが形成される。これにより、書き込みマージン内のいかなる書き込み磁場が印加されても、本実施の形態による効果が得られる。第１強磁性体被膜４２０ａの幅及び飽和磁束密度（飽和磁化と等価）が、それぞれＨ１及びＭｓ１で表され、第２強磁性体被膜４２０ｂの飽和磁束密度がＭｓ２で表されるとする。また、強磁性体被膜４２０の総幅（ＹＺ面における非磁性導体４１０の周囲に沿った長さ）が、Ｈで表されるとする。また、書き込み電流がＩｗで与えられ、上限の書き込み磁場に対応する電流がＩｕで与えられるとする。この時、発明者によるシミュレーションによれば、第１強磁性体被膜４２０ａの飽和磁束密度Ｍｓ１は、次の式を満たすように設定されればよいことが判明した。
Ｍｓ１ ＞ ［（Ｉｕ・Ｈ１）／（Ｉｗ・Ｈ）］×Ｍｓ２
幅Ｈ１及びＨの比に依存して、飽和磁束密度Ｍｓ１及びＭｓ２の比は変わる。

強磁性体被膜４２０全体が飽和磁束密度の高い材料で形成されても、自発磁化の飽和を避けることができる。しかしながらその場合、磁性体の保磁力に起因する書き込み後の残留磁場が大きくなり、その残留磁場がＭＴＪ素子１０の書き込み特性にばらつきを生じさせる恐れがある。よって、本実施の形態で示されたように、第１強磁性体被膜４２０ａと第２強磁性体被膜４２０ｂが設けられることが好適である。

（製造方法）
図１５に示された構造は、第１強磁性体被膜４２０ａと第２強磁性体被膜４２０ｂを別工程で形成する方法により得ることができる。そのような製造方法は、既出の図１２Ａ〜図１２Ｃ、あるいは図１３Ａ〜図１３Ｄに示された方法と同様である。

（検証）
本実施の形態の効果を実証するために、第１の実施の形態と同様の実験及びシミュレーションが行われた。本実施の形態に係るＭＲＡＭは、図１５に示された基本構造を有する。ＭＴＪセル１０は上述の比較例と同様であり、そのＭＴＪセル１０の上方に、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜を介して書き込み配線４００が配置される。書き込み配線４００の非磁性導体４１０は、厚さ４００ｎｍ、幅５００ｎｍのＡｌ膜である。また、第１強磁性体被膜４２０ａは、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅ膜であり、第２強磁性体被膜４２０ｂは、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ膜である。このような構造を有するＭＲＡＭは、以下、実施例４と参照される。

その実施例４に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行になるように、８０００Ａ／ｍの外部磁場が印加される。この時、接合抵抗は“４５ｋΩ”となる（初期状態）。次に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが反転するように、書き込み配線４００に１２ｍＡの書き込み電流が流される。書き込み電流の供給が停止した後の接合抵抗は“６１ｋΩ”となる（反転状態）。

次に、８０００Ａ／ｍの外部磁場であって、その方向が固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと逆である外部磁場を印加しながら、接合抵抗が測定される（矯正状態）。この場合においても、接合抵抗は“６１ｋΩ”のままであり、外部磁場による抵抗の変化は生じない。このことは、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化は、矯正されなくても完全に反平行になっていたことを意味する。すなわち、本実施の形態によれば、不要なバイアス磁場がＭＴＪセル１０に加わることが防止されている。

（効果）
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、強磁性体被膜４２０の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、飽和磁束密度の大きい第１強磁性体被膜４２０ａの自発磁化は、Ｘ方向に直交する方向に飽和せず、書き込み動作時においても、Ｘ方向に沿った成分を有しているからである。そのＸ方向に沿った成分が、強磁性体被膜４２０の自発磁化の戻る方向を一方向に規定している。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場（バイアス磁場）の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、不要な漏洩磁場の発生が防止されるため、強磁性体被膜４２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線４００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線４００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

５．第５の実施の形態
（構造）
図１６Ａ及び図１６Ｂのそれぞれは、本発明の第５の実施の形態に係る磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の構造を示す上面図及び側面図である。磁気メモリは、少なくともＭＴＪセル（メモリセル）１０と、書き込み配線５００を備えている。ＭＴＪセル１０は、図１に示された構造と同様の構造を有しており、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含んでいる。また、ＭＴＪセル１０は、絶縁膜を介して、書き込み配線５００に対向するように配置されている。ＭＴＪセル１０に情報を書き込む際、この書き込み配線５００には書き込み電流が流れ、その書き込み電流により生成される書き込み磁場が、ＭＴＪセル１０に印加される。その書き込み磁場の方向は、書き込み配線５００の長手方向に直交する。

書き込み配線５００は、非磁性材料から形成される非磁性導体を有している。この非磁性導体の表面のうち対向面ＦＳを除く面の少なくとも一部は、強磁性体材料から形成される強磁性体被膜５２０によって被覆されている。特に、非磁性導体の表面のうち対向面ＦＳを除く三面が強磁性体被膜５２０によって覆われていると好ましい。このような構成により、非磁性導体を流れる配線電流により生成される磁場（磁束）は、強磁性体被膜５２０の内部に収束される。その収束された磁場は、対向面ＦＳと一致する強磁性体被膜５２０の端面から、空間に放出される。このような構成により、ＭＴＪセル１０の自由強磁性体層１２に印加される磁場が増強され、書き込み電流を低減することが可能となる。

本実施の形態に係る強磁性体被膜５２０には、切り欠き５３０が設けられている。例えば、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、切り欠き５３０は、強磁性体被膜５２０のうち非磁性導体の上に形成された部分（上部強磁性体被膜）に設けられている。つまり、上部強磁性体被膜は、切り欠き５３０が設けられた第１領域５２０ａと、切り欠き５３０が設けられていない第２領域５２０ｂとに区分けされ得る。強磁性体被膜５２０のうち非磁性導体の側面を覆う部分５２０ｃには、切り欠き５３０は設けられていない。

図１６Ａに示されるように、第１領域５２０ａのＹ方向に沿った幅Ｌ１は、第２領域５２０ｂのＹ方向に沿った幅Ｌ２より小さい。強磁性体膜の磁化の飽和に必要な磁場の大きさは、その幅に反比例することが知られている。よって、第１領域５２０ａにおける磁化の飽和に必要な磁場は、第１領域５２０ｂにおけるそれよりも大きい。本実施の形態によれば、第１領域５２０ａは、その自発磁化が書き込み磁場によって飽和しないように設計される。

例えば、書き込み電流が流れていない時、強磁性体被膜５２０の自発磁化の向きは、形状異方性により−Ｘ方向であるとする。書き込み配線５００（非磁性導体）に、−Ｘ方向の書き込み電流が流れる場合、図１６Ａ及び図１６Ｂに示された第１領域５２０ａには＋Ｙ方向の書き込み磁場が印加される。この時、第１領域５２０ａのＹ方向の自発磁化は飽和しないので、その自発磁化の向きは−Ｘ方向と＋Ｙ方向の間の方向となる。言い換えれば、書き込み電流が流れる際、第１領域５２０ａにおける自発磁化の方向と−Ｘ方向との間の角度は、９０度未満である。このことは、書き込み電流が流れていても、第１領域５２０ａにおける自発磁化は、書き込み配線５００の長手方向に沿った成分を有することを意味する。この長手方向に沿った成分は、書き込み電流の供給が停止した後、強磁性体被膜５２０の自発磁化の方向を再び一方向（−Ｘ方向）に戻す役割を果たす。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。

切り欠き５３０（第１領域５２０ａ）は、強磁性体被膜５２０のどの部分に設けられていてもよい。例えば、図１７に示される書き込み配線５００’の場合、切り欠き５３０は、強磁性体被膜５２０のうち非磁性導体の側面を覆う部分（側部強磁性体被膜）に設けられている。つまり、側部強磁性体被膜は、切り欠き５３０が設けられた第１領域５２０ａと、切り欠き５３０が設けられていない第２領域５２０ｂとに区分けされ得る。強磁性体被膜５２０のうち非磁性導体の上に形成された部分５２０ｃには、切り欠き５３０は設けられていない。より一般化すると、本実施の形態に係る強磁性体被膜５２０は、第１領域５２０ａを含む第１部分と、第２領域５２０ｂを含む第２部分とに分けられる。ＹＺ面において、書き込み配線５００の周囲に沿った第１部分の長さは、書き込み配線５００の周囲に沿った第２部分の長さより短い。

また、図１６Ｂ及び図１７に示されるように、第２領域５２０ｂは、ＭＴＪセル１０に対向する領域に対応している。すなわち、第２領域５２０ｂは、強磁性体被膜５２０のうち、ＭＴＪセル１０とオーバーラップするオーバーラップ領域ＲＯに設けられている。一方、第１領域５２０ａ及び切り欠き５３０は、隣接するＭＴＪセル１０間の領域、すなわち、オーバーラップ領域ＲＯ以外の領域に設けられている。これにより、書き込み磁場の増強効果を維持しながら、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきを抑えることが可能となる。

尚、二軸書き込み方式のＭＲＡＭの場合、書き込み磁場の上限は、図２Ｂに示された書き込みマージンの右上角に対応している。二軸書き込み方式の場合、その書き込み磁場の上限値によって自発磁化が飽和しないように、第１領域５２０ａが形成される。これにより、書き込みマージン内のいかなる書き込み磁場が印加されても、本実施の形態による効果が得られる。強磁性体被膜５２０のうち第１領域５２０ａを含む第１部分の総幅（ＹＺ面における非磁性導体の周囲に沿った長さ）が、ＴＬ１で表されるとする。強磁性体被膜５２０のうち第２領域５２０ｂを含む第２部分の総幅（ＹＺ面における非磁性導体の周囲に沿った長さ）が、ＴＬ２で表されるとする。また、書き込み電流がＩｗで与えられ、上限の書き込み磁場に対応する電流がＩｕで与えられるとする。この時、発明者によるシミュレーションによれば、第１部分の総幅ＴＬ１は、次の式を満たすように設定されればよいことが判明した。
ＴＬ１ ＜ （Ｉｗ／Ｉｕ）×ＴＬ２
図１６Ａ及び図１６Ｂに示されたように、ＹＺ面における強磁性体被膜５２０が不連続を有する場合、分断された各領域の幅のうち最も短いものがＴＬ１とされる。

（検証）
本実施の形態の効果を実証するために、第１の実施の形態と同様の実験及びシミュレーションが行われた。本実施の形態に係るＭＲＡＭは、図１６Ａ及び図１６Ｂに示された基本構造を有する。ＭＴＪセル１０は上述の比較例と同様であり、そのＭＴＪセル１０の上方に、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜を介して書き込み配線５００が配置される。書き込み配線５００の非磁性導体は、厚さ４００ｎｍ、幅５００ｎｍのＡｌ膜である。上部強磁性体被膜は、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ膜であり、切り欠き５３０を有している。側部強磁性体被膜は、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ膜である。第１領域５２０ａの幅Ｌ１は、非磁性導体部分の半分である２５０ｎｍである。このような構造を有するＭＲＡＭは、以下、実施例５と参照される。

その実施例５に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと平行になるように、８０００Ａ／ｍの外部磁場が印加される。この時、接合抵抗は“４５ｋΩ”となる（初期状態）。次に、自由強磁性体層１２の自発磁化の向きが反転するように、書き込み配線５００に１２ｍＡの書き込み電流が流される。書き込み電流の供給が停止した後の接合抵抗は“６１ｋΩ”となる（反転状態）。

次に、８０００Ａ／ｍの外部磁場であって、その方向が固定強磁性体層１４の自発磁化の向きと逆である外部磁場を印加しながら、接合抵抗が測定される（矯正状態）。この場合においても、接合抵抗は“６１ｋΩ”のままであり、外部磁場による抵抗の変化は生じない。このことは、自由強磁性体層１２と固定強磁性体層１４の自発磁化は、矯正されなくても完全に反平行になっていたことを意味する。すなわち、本実施の形態によれば、不要なバイアス磁場がＭＴＪセル１０に加わることが防止されている。

（効果）
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、強磁性体被膜５２０の自発磁化は、書き込み電流の供給が停止した後、一方向に戻る。それは、総幅の小さい第１領域５２０ａの自発磁化は、Ｘ方向に直交する方向に飽和せず、書き込み動作時においても、Ｘ方向に沿った成分を有しているからである。そのＸ方向に沿った成分が、強磁性体被膜５２０の自発磁化の戻る方向を一方向に規定している。従って、図６に示されたようなドメイン４０や磁壁４１の発生が防止される。よって、磁壁４１から漏洩する不要な漏洩磁場（バイアス磁場）の発生が防止され、ＭＴＪセル１０の磁化反転特性のばらつきが抑えられる。その結果、書き込みマージンの縮小が防止され、ＭＲＡＭのディスターブ耐性が向上する。また、不要な漏洩磁場の発生が防止されるため、強磁性体被膜５２０の厚さを薄くすることが可能となる。つまり、書き込み配線５００を微細化することが可能となる。その結果、ＭＴＪセル１０の集積度が向上する。また、書き込み配線５００を流れる電流量が減少するので、消費電力が低減される。

上述の実施の形態のうち、ある実施の形態と他の実施の形態が組み合わされてもよい。

１つのＭＴＪセル１０へのデータの書き込みに、互いに交差する書き込みワード線と書き込みビット線の２本が用いられる場合、その２本の書き込み配線の両方に本発明に係る構成・機構が適用されることが好ましい。その一方にのみ本発明にかかる構成・機構が適用される場合には、２本の書き込み配線のうち、書き込み電流の供給が後に停止する方に本発明が適用されることが好ましい。それは、先に書き込み電流が切られる配線を被覆する強磁性体に対しては、後に切られる書き込み電流により生成される磁場の効果が期待できるためである。

また、米国特許Ｎｏ．６５４５９０６等の文献には、いわゆる「トグル書き込み方式」のＭＲＡＭが提案されている。トグル書き込み方式のＭＲＡＭにおいても、不要なバイアス磁場の存在は、トグル動作に必要な書き込み電流のばらつきの原因となる。本発明に係る構成・機構は、このようなトグル書き込み方式のＭＲＡＭに対しても効果を発揮する。

図１は、ＭＴＪセル（メモリセル）の構造を示す模式図である。 図２Ａは、あるメモリセルに対する閾値特性（アステロイドカーブ）を示すグラフである。 図２Ｂは、複数のメモリセルに対する閾値特性の分布を示すグラフである。 図３は、従来の磁気メモリの構造を示す模式図である。 図４は、配線電流とメモリセルに印加される磁場との関係を示すグラフである。 図５は、本願発明者らによって発見された課題を説明するための図である。 図６は、本願発明者らによって発見された課題を説明するための図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気メモリの構造の一例を示す模式図である。 図８Ａは、第１の実施の形態に係る磁気メモリの構造の他の例を示す模式図である。 図８Ｂは、第１の実施の形態に係る磁気メモリの構造の更に他の例を示す模式図である。 図９は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気メモリの構造の一例を示す模式図である。 図１０は、第２の実施の形態に係る磁気メモリの構造の他の例を示す模式図である。 図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る磁気メモリの構造の一例を示す模式図である。 図１２Ａは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の製造方法を示す断面図である。 図１２Ｂは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の製造方法を示す断面図である。 図１２Ｃは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の製造方法を示す断面図である。 図１３Ａは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の他の製造方法を示す断面図である。 図１３Ｂは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の他の製造方法を示す断面図である。 図１３Ｃは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の他の製造方法を示す断面図である。 図１３Ｄは、第３の実施の形態に係る書き込み配線の他の製造方法を示す断面図である。 図１４Ａは、第３の実施の形態に係る磁気メモリの構造の他の例を示す側面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａにおける線Ｂ−Ｂ’に沿った構造を示す断面図である。 図１４Ｃは、図１４Ａにおける線Ｃ−Ｃ’に沿った構造を示す断面図である。 図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る磁気メモリの構造の一例を示す模式図である。 図１６Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る磁気メモリの構造の一例を示す上面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａにおける磁気メモリの側面図である。 図１７は、第５の実施の形態に係る磁気メモリの構造の他の例を示す側面図である。

符号の説明

１０ ＭＴＪセル
１１ 表面被覆層
１２ 自由強磁性体層
１３ トンネルバリア層
１４ 固定強磁性体層
１５ 反強磁性体層
１６ 下地層
２０ 書き込み配線
２１ 非磁性導体
２２ 強磁性体被膜
３０ 自発磁化
４０ ドメイン
４１ 磁壁
１００、２００、３００、４００、５００ 書き込み配線
１１０、２１０、３１０、４１０ 非磁性導体
１２０ 強磁性体被膜
１３０ 強磁性体
１４０ 自発磁化
２２０ 強磁性体被膜
２３０ 磁場発生用配線
２４０ バイアス磁場
３２０ａ 第１強磁性体被膜
３２０ｂ 第２強磁性体被膜
３２１、３２２ バリアメタル
３５０ａ〜３５０ｃ 強磁性体被膜
４２０ａ 第１強磁性体被膜
４２０ｂ 第２強磁性体被膜
５２０ａ 第１強磁性体被膜
５２０ｂ 第２強磁性体被膜
５２０ｃ 第３強磁性体被膜
５３０ 切り欠き

Claims (20)

1. 磁気抵抗素子を有するメモリセルと、
   前記メモリセルに情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する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メモリセルに対向する対向面を除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜と、
   前記書き込み配線の長手方向に沿った第１成分を含むバイアス磁場を、前記強磁性体膜に印加するバイアス磁場印加部と
   を具備し、
   前記第１成分の正負符号は、前記強磁性体膜のうち少なくとも前記メモリセルとオーバーラップするオーバーラップ領域において、一様である
   磁気メモリ。
2. 請求項１に記載の磁気メモリであって、
   前記バイアス磁場印加部は、少なくとも前記書き込み電流が停止する際に、前記バイアス磁場を印加する
   磁気メモリ。
3. 請求項１又は２に記載の磁気メモリであって、
   前記バイアス磁場印加部は、自発磁化の向きが前記長手方向と平行な第１の強磁性体を有する
   磁気メモリ。
4. 請求項３に記載の磁気メモリであって、
   前記第１の強磁性体は、前記オーバーラップ領域以外の領域に設けられた
   磁気メモリ。
5. 請求項４に記載の磁気メモリであって、
   前記第１の強磁性体は、前記書き込み配線の前記長手方向の端部に設けられた
   磁気メモリ。
6. 請求項４又は５に記載の磁気メモリであって、
   前記バイアス磁場印加部は、自発磁化の向きが前記第１の強磁性体の自発磁化の向きと同じである第２の強磁性体を更に有し、
   前記第１の強磁性体と前記第２の強磁性体は、前記オーバーラップ領域を挟むように設けられた
   磁気メモリ。
7. 請求項６に記載の磁気メモリであって、
   前記第１の強磁性体は、前記書き込み配線の前記長手方向の一端に設けられ、
   前記第２の強磁性体は、前記書き込み配線の前記長手方向の他端に設けられた
   磁気メモリ。
8. 請求項１又は２に記載の磁気メモリであって、
   前記バイアス磁場印加部は、前記バイアス磁場を生成する電流が流れる磁場発生用配線を有する
   磁気メモリ。
9. 請求項８に記載の磁気メモリであって、
   前記磁場発生用配線は、前記書き込み配線と交差するように設けられた
   磁気メモリ。
10. 請求項９に記載の磁気メモリであって、
    前記磁場発生用配線は、前記長手方向と直交する方向に沿って設けられた
    磁気メモリ。
11. 磁気抵抗素子を有するメモリセルと、
    前記メモリセルに情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する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メモリセルに対向する対向面を除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜と
    を具備し、
    前記強磁性体膜は、第１部分と第２部分とを有し、
    前記書き込み電流が流れる際、前記第１部分における自発磁化の方向と前記書き込み配線の長手方向との間の角度は９０度未満である
    磁気メモリ。
12. 磁気抵抗素子を有するメモリセルと、
    前記メモリセルに情報を書き込む際の書き込み磁場を生成する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メモリセルに対向する対向面を除く面の少なくとも一部を覆う強磁性体膜と
    を具備し、
    前記強磁性体膜は、第１部分と第２部分とを有し、
    前記第１部分は、前記書き込み配線の前記長手方向に直交する直交方向の自発磁化が、前記書き込み電流により印加される磁場により飽和しないように形成された
    磁気メモリ。
13. 請求項１１又は１２に記載の磁気メモリであって、
    前記第１部分は、前記書き込み配線の表面のうち前記対向面に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成された
    磁気メモリ。
14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載の磁気メモリであって、
    前記第１部分は、前記強磁性体膜のうち前記メモリセルとオーバーラップする領域以外の領域に設けられた
    磁気メモリ。
15. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の磁気メモリであって、
    前記第１部分の膜厚は、前記第２部分の膜厚よりも大きい
    磁気メモリ。
16. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の磁気メモリであって、
    前記第１部分は、第１飽和磁束密度を有する第１材料により形成され、
    前記第２部分は、第２飽和磁束密度を有する第２材料により形成され、
    前記第１飽和磁束密度は、前記第２飽和磁束密度より大きい
    磁気メモリ。
17. 請求項１６に記載の磁気メモリであって、
    前記第１材料はＣｏＦｅであり、前記第２材料はＮｉＦｅである
    磁気メモリ。
18. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の磁気メモリであって、
    前記長手方向と直交する面において、前記書き込み配線の周囲に沿った前記第１部分の長さは、前記書き込み配線の周囲に沿った前記第２部分の長さより短い
    磁気メモリ。
19. （Ａ）磁気抵抗素子を有するメモリセルを形成する工程と、
    （Ｂ）前記メモリセルにオーバーラップする非磁性導体を、前記メモリセルの上方に形成する工程と、
    （Ｃ）前記非磁性導体の上面の上に第１の強磁性体膜を形成する工程と、
    （Ｄ）前記第１の強磁性体膜より薄い第２の強磁性体膜を全面に形成する工程と
    を有する
    磁気メモリの製造方法。
20. （Ａ）磁気抵抗素子を有するメモリセルを形成する工程と、
    （Ｂ）前記メモリセルを覆う絶縁膜を形成する工程と、
    （Ｃ）前記絶縁膜に、前記メモリセルに対向する溝を形成する工程と、
    （Ｄ）全面に第１強磁性体膜を形成する工程と、
    （Ｅ）前記溝の底面の前記第１の強磁性体膜を除去する工程と、
    （Ｆ）前記溝に非磁性導体を埋め込む工程と、
    （Ｇ）前記非磁性導体上に、前記第１の強磁性体膜より厚い第２の強磁性体膜を形成する工程と
    を有する
    磁気メモリの製造方法。

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