JP2007266301A - 磁気記憶装置及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記憶装置及びその動作方法に関し、スピン注入磁化反転方式ＭＲＡＭ（ＳＴＳ−ＭＲＡＭ）で大容量（Ｇｂｉｔ超）ＭＲＡＭを得る為、臨界電流密度Ｊ_C の低減、出力電圧の向上及び誤動作防止の両立を実現しようとする。
【解決手段】１層以上の強磁性層と非磁性層で構成された磁化自由層４Ｃ及び積層フェリピン構造の磁化固定層４Ａの間にＧＭＲ型の場合は非磁性金属層４Ｂが介在し且つ磁化自由層４Ｃ近傍に発熱層４Ｅが設けられてなる磁気抵抗効果素子を備えて動作させることが基本になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、書き込み時には臨界電流密度Ｊｃが低く、従って、書き込みが容易であり、また、読み出し時には低電流で読み出しを行なう磁気ランダムアクセスメモリ装置（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）として動作する磁気記憶装置及びその動作方法に関する。

ＭＲＡＭは、磁性体のスピンの方向によって抵抗値が変化することを利用したメモリ装置であり、メモリ素子としてはＧＭＲ（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）やＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）などの磁気抵抗素子を使用するが、大きな抵抗変化が要求される為、主にＴＭＲが用いられている。

図１１は従来のＭＲＡＭを表す要部斜面図、また、図１２は従来のＭＲＡＭを表す要部切断側面図であり、図に於いて、１は基板、２は書き込みワード線、３はビット線、４は磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ型、又は、ＴＭＲ型）、４Ａは固定磁化層（ピンド層）、４Ｂは非磁性金属膜（或いは、トンネル酸化膜）、４Ｃは自由磁化層（フリー層）、５は読み出しワード線、６はソース／ドレイン領域、７は層間絶縁膜、８Ａはコンタクトプラグ、１０は下部電極、１１は層間絶縁膜、１３はキャップ層をそれぞれ示し、また、矢印２１及び２２は電流の方向を、矢印２３及び２４は磁界の方向をそれぞれ示している。

図１１及び図１２に見られるように、ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子４、及び、磁気抵抗効果素子４の上下に配置されて直交するビット線３及び書き込みワード線２を備えた構成になっている（例えば、特許文献１を参照）。

データ読み出しに於いては、磁気抵抗効果素子４の抵抗変化を読み取ることで“１”、“０”の判定を行なっている。そして、データ書き込みに於いては、ビット線３と書込みワード線２によって生じる電流磁界により、フリー層４Ａの磁化方向を反転することで行われる。

ＭＲＡＭでは、電流磁界に依る書込み方式が主流であるが、ギガビットを越えるような大容量化に対処する為、磁気抵抗効果素子４を２００ｎｍ以下に縮小した場合には、フリー層４Ｃの磁化反転磁界Ｈｃが増加するため、書込み不良が発生したり、書込み電流が増加して消費電力が増大する旨の問題を生じる。そして、このように、書き込み電流が著しく増加することで、書き込みが困難になる旨を予測する向きもある（例えば、非特許文献１を参照）。

また、図１２に見られるように、トランジスタを接続した構造のＭＲＡＭでは、ビット線３、読み出しワード線５の他に書き込みワード線２が必要であり、デバイス構造が複雑になる旨の問題もある。

前記したような背景から、大容量ＭＲＡＭでは、スピン注入磁化反転素子（ＳＴＳ：ｓｐｉｎｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）が有利であることが知られている。

ＳＴＳは、ＧＭＲ型磁気抵抗効果素子やＴＭＲ型磁気抵抗効果素子と同様に２つの強磁性層（ＦＭ１、ＦＭ２）間に絶縁層又は非磁性金属層（Ｎ）を挟んだ構造の素子であり、注入スピン電子のトルク伝達に依って磁化方向が反転する効果を利用するものであり（例えば、非特許文献１を参照。）、電流制御（印加方向、印加電流値）に依ってフリー層の磁化反転を誘発し、記憶状態を書き換えることができるのである。

ＳＴＳ−ＭＲＡＭは、素子サイズが減少しフリー層の磁化反転磁界Ｈｃが増加しても、体積減少効果により反転電流が減少する為、大容量化には有利である（例えば、非特許文献１を参照）。

更にまた、書き込みワード線２が不要になるから、ＤＲＡＭと同様なデバイス構造（要すれば、本発明の実施例である図２を参照。）となり、製造工程は単純化され、製造コストの削減が可能になる。

前掲の非特許文献１が開示するところに依れば、スピン注入磁化反転方式ＭＲＡＭ（ＳＴＳ−ＭＲＡＭ）に於いて、大容量（Ｇｂｉｔ超）ＭＲＡＭを実現する為の目標値は、セル面積：０．１μｍ² 、ＲＡ（接合抵抗×面積）：５０〜６０Ωμｍ² 、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）＞３０％、書込み電流Ｉ_C ＜０．１ｍＡと試算されている。

Ｉ_C ＜０．１ｍＡとなる臨界電流密度Ｊ_C は約１×１０⁶ Ａ／ｃｍ² 以下となるが、研究レベルでの臨界電流密度Ｊ_C は、０．５〜４×１０⁷ Ａ／ｃｍ² （例えば、非特許文献１及び２を参照。）であり、より低電流化することが必要である。

ＳＴＳ−ＭＲＡＭに於けるメモリ動作を説明すると、データ書込み時には、書込み電流パルスＩ_W ＞書き込み電流Ｉ_C の状態でフリー層の磁化方向を制御し、データ読み出し時には、読み出し電流パルスＩ_r ＜書き込み電流Ｉ_C の状態で、磁気抵抗素子抵抗の出力電圧変化（抵抗変化）を読み出している。

このため、読み出し時の書込み誤動作を防止するには、書き込み電流パルスＩ_W に対して、読み出し電流パルスＩ_r が小さいことが望ましい（Ｉ_r ＜１／２Ｉ_W ）。読み出し電流パルスＩ_r が小さいと、出力電圧変化も減少するため、読み出し出力電圧と誤動作とはトレードオフの関係となる。また、読み出し電流パルスＩ_r の幅が長い場合には、ジュール熱による発熱で磁化反転が生じやすくなる。言い換えると、高速のメモリ動作を想定して、パルス幅を短くすると臨界電流密度Ｊ_C が増加（本来の臨界電流密度Ｊ_C となる）することで、スイッチングが困難となる課題もある（例えば、非特許文献３を参照。）。

前記説明した種々な従来の技術の他、磁化自由層の磁化反転を容易にするべく、複数の磁気抵抗効果素子アレイに、シート状の抵抗加熱層を設けることも検討されている。例えば、書込み動作時に抵抗加熱で磁気抵抗効果素子全体を加熱し、磁化自由層の保磁力Ｈｃを低下させ、電流磁界書込みを容易にする方法が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。

特許文献３に見られる発明に於いては、シート状の抵抗加熱層を磁気抵抗効果素子とは別に配置することが必要であり、従って、製造工程が複雑になる旨の問題、また、磁気抵抗効果素子全体を加熱するため、磁化固定層の磁化方向が反転してしまう誤動作、配線も加熱されるため、配線寿命が早まるといった問題、消費電力が大きくなるといった問題が生じるので、種々な面で効率の良い方法とは言えない。
特開平１１−３１７０７１号公報 特開平１５−１５８７６６号公報 特開２０００−２８５６６８号公報 屋上公二郎、鈴木義茂"スピン注入磁化反転の研究動向"日本応用磁気学会Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．９，２００４ Ｇ．Ｄ．Ｆｕｃｈｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８５ Ｎｏ．７，２００４ 屋上公二郎、Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８５ Ｎｏ．２３，５６３４，２００４

本発明では、スピン注入磁化反転方式ＭＲＡＭ（ＳＴＳ−ＭＲＡＭ）で大容量（Ｇｂｉｔ超）ＭＲＡＭを得る為、臨界電流密度Ｊ_C の低減、出力電圧の向上及び誤動作防止の両立を実現しようとする。

本発明に依る磁気記憶装置及びその動作方法では、１層以上の強磁性層と非磁性層で構成された磁化自由層及び積層フェリピン構造の磁化固定層の間に絶縁層（ＴＭＲ型）或いは非磁性層（ＧＭＲ型）が介在し且つ磁化自由層近傍に発熱層が設けられてなる磁気抵抗効果素子を備えてなることが基本になっている。

前記手段を採ることに依り、書込み時（ｗｒｉｔｅ−ｍｏｄｅ）に於いては、発熱層を発熱させる為のパルス（ｓｔｒｅｓｓ−ｐｕｌｓｅ）、或いは、書き込みパルス（ｗｒｉｔｅ−ｐｕｌｓｅ）の何れか一方、或いは、その両方を印加することで磁気抵抗効果素子の臨界電流密度Ｊ_C を低下させることができるので、書き込みが容易になると共に書き込み電流は低減される。また、読み出し時（ｒｅａｄ−ｍｏｄｅ）に於いては、発熱が少ない低電流で読み出しを行なうことで、高い臨界電流密度Ｊ_C が維持され、読み出し電流印加時に磁化反転が生じることはなくなり、読み出しエラー発生が抑止されて信頼性は向上する。

（１）
本発明の磁気記憶装置及びその動作方法に於いては、磁気抵抗効果素子が１層以上の強磁性層と、非磁性層で構成される磁化自由層と、積層フェリピン構造（ＳＡＦ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉ ｆｅｒｒｏ ｍａｇｎｅｔ）の磁化固定層とを備え、また、磁化固定層と磁化自由層の間には、ＴＭＲ型では絶縁層を、そして、ＧＭＲ型では非磁性層をそれぞれ介在させてあり、そして、磁化自由層近傍に発熱層を配設し、磁化自由層と発熱層は、非磁性の熱伝導率の高い金属層で接続し、印加電流によって生じた熱を効率良く磁化自由層に伝導する構成を採っている。

また、発熱層とビット線とを低熱伝導率の金属層で接続することで、発熱を配線部に伝導しない構成にすることで、配線の耐久性を確保するようにしている。

この構成に於いては、磁化自由層のみを加熱するようにしているから、ＴＭＲ素子全体を加熱する構成と比較し、磁化固定層の磁化方向が反転する誤動作は発生し難くなり、配線寿命が短縮されることはなく、消費電力の増加もない。

（２）
臨界電流密度Ｊ_C は下記の式１（例えば、非特許文献３を参照。）に従うので、パルス幅が短くなるにつれて臨界電流密度Ｊｃは増加するが、温度Ｔを増加させることで、臨界電流密度Ｊｃを低く設定することができる（例えば、以下に説明する図４を参照。）。

そこで、データ書込み、読み出しにおいて、上記現象を利用する。その概要を、図３をもって説明する。図３には、図３−ａ書き込み時（ｗｒｉｔｅ−ｍｏｄｅ）及び、図３−ｃ読み出し時（ｒｅａｄ−ｍｏｄｅ）における電流パルスシーケンスと、Ｒ−Ｉ特性、図３−ｂ、図３−ｄを示している。

書き込み時（ｗｒｉｔｅ−ｍｏｄｅ）には、発熱層に於ける発熱を促す為のストレス電流パルス印加後に、書込み電流パルスを印加する書き込み方式を行なう。すなわち、ストレス電流パルスによって磁化自由層近傍の温度を上昇させ、磁化自由層に於ける磁化反転磁界Ｈ_C 、及び書き込み電流Ｉ_C （＝Ｊ_C ＊Ａ）を低下させて書込みを容易にする（図３−ｂ）。尚、書込み電流パルスで十分発熱が行われる設定では、ストレス電流パルスを使用しなくても良い（書き込みパルス単独）。

データ読み出し時（ｒｅａｄ−ｍｏｄｅ）には、発熱が生じない低電流の読み出し電流パルス（Ｉｒ＜Ｉｃ）にて読み出しを行なう（図３−ｃ）が、素子部が加熱されていないため、書込み時に対してＩｃが大きくなっており、読み出しエラーを防止できることになる（図３−ｄ）。

（３）
上記の本発明に依るＳＴＳ−ＭＲＡＭによれば、ジュール熱を積極的に利用することで臨界電流密度Ｊ_C を低下させて書き込みを容易にし、かつ、読み出し時には、素子部が加熱されない低電流動作により、読み出し時の書換えエラー防止が実現され、信頼性が向上する。

図４は式１により算出された磁気抵抗効果素子に於ける臨界電流密度Ｊ_C が加熱に依って低減されることを明らかにするデータを表す線図であり、縦軸にはＪ_C を、横軸には規格化された電流パルス幅１_n （τ／τ₀ ）をそれぞれ採ってある。図からすると、臨界電流密度Ｊ_C は、温度が３００Ｋから７００Ｋに上昇した場合、破線矢印で示してあるように低減されることが看取される。

図１は本発明の磁気記憶装置に於けるＧＭＲ型磁気抵抗効果素子の一例を表す為の要部説明図であり、図に於いて、４Ａは磁化固定層（ピンド層）、４Ｂは非磁性金属層、４Ｃは磁化自由層（フリー層）、４Ｄは高熱伝導層、４Ｅは発熱層、４Ｆは上部電極、１０は下部電極、ＷＬはワード線、ＢＬはビット線をそれぞれ示している。

ここで、下部電極１０は厚さ５０ｎｍのＣｕ膜で構成され、その上に形成された磁化固定層４ＡはＰｔＭｎ１５ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ／Ｒｕ０．８ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍを積層して成り、非磁性金属層４ＢはＣｕ６ｎｍ、自由磁化層３４はＣｏＦｅＢ２ｎｍ、高熱伝導層４Ｄは熱伝導良好なＣｕ２ｎｍ、発熱層４ＥはＮｉＣｒ１０ｎｍ、上部電極４Ｆは低熱伝導金属であるＴａ１０ｎｍを積層した。

図１に見られる下部電極１０から上部電極１３に至る各層は、全面に積層された段階で通常のリソグラフィ技術に於けるレジストプロセス及びドライエッチング法を適用することに依り、磁気抵抗効果素子パターンの寸法、即ち、１００×２００ｎｍに加工し、その後、例えばＣＶＤ法を適用することに依り、例えばＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜で埋め込み、通常のリソグラフィ技術に於けるレジストプロセス及びドライエッチング法を適用することに依り、前記層間絶縁膜に電極コンタクトホールを形成してから第２の配線ＢＬを形成し、大容量メモリに対応する磁気抵抗効果素子が得られる。

図２は図１に見られるＧＭＲ型磁気抵抗効果素子とＭＯＳトランジスタとを組み合わせた磁気記憶装置を表す要部切断側面図であり、図１１及び図１２に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。

図に於いて、１はシリコン基板、３はビット線、４は磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ型）、５はワード線（ゲート電極）、６はソース／ドレイン領域、７Ａ及び７Ｂは層間絶縁膜、８Ａ及び８Ｂはコンタクトプラグ、９は接地線、１０は下部電極、１１は層間絶縁膜、１２は素子分離領域、１３はキャップ層、１４は層間絶縁膜をそれぞれ示している。

図示のゲート電極５は、紙面垂直方向に延在する構成になっていて、ワード線としても機能するものであり、そして、複数のワード線５と複数のビット線３とがマトリクス状に配設され、アクティブマトリクス型の磁気記憶装置が構成される。このように、実施例１に見られる磁気抵抗効果素子４を記憶素子として用いることで、消費電力が低く、且つ、信頼性の高い大容量の磁気記憶装置が実現される。

図２に見られる磁気記憶装置を作製するには、通常のトランジスタ形成工程、層間配線形成工程を適用し、トタンジスタ部、及び、コンタクトプラグなどを含む層間配線部を形成してから、図３について説明した磁気抵抗素子を形成することで、ＤＲＡＭと同様な構造の磁気記憶装置が実現される。

図５乃至図１０は本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、図１及び図２に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。また、ここで説明する磁気記憶装置はＴＭＲ型磁気抵抗効果素子をもつものである。

図５参照
（１）
ＳＴＩ（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法を適用することに依り、シリコン基板１に素子分離領域１２を形成する。

（２）
通常のＭＯＳトランジスタを形成する技法と同様にして素子分離領域１２に囲まれた活性領域にゲート電極５、及び、その両側にソース／ドレイン領域６を形成する。

（３）
ＣＶＤ法を適用することに依り、全面にＳｉＯ₂ を堆積してからＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を適用して表面を平坦に研磨することで層間絶縁膜７Ａを形成する。

図６参照
（４）
リソグラフィ技術を適用することに依り、層間絶縁膜７Ａのエッチングを行なってソース領域、或いは、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。

（５）
ＣＶＤ法を適用することに依って窒化チタン膜（バリアメタル膜）及びタングステン膜を堆積し、次いで、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を適用してタングステン膜及び窒化チタン膜の研磨を行なって前記コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグ８Ａを形成する。

（６）
コンタクトプラグ８Ａの頂面が表出している層間絶縁膜７Ａ上に導電膜を堆積してパターニングを行い、コンタクトプラグ８Ａとコンタクトする接地線９を形成する。

図７参照
（６）
ＣＶＤ法を適用することに依って全面にＳｉＯ₂ 膜を堆積してから、ＣＭＰ法を適用することに依って表面を研磨し平坦化を行なって層間絶縁膜７Ｂを形成する。
（７）
リソグラフィ技術、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、層間絶縁膜７Ｂ及び７Ａのエッチングを行なってソース領域、或いは、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。

（８）
ＣＶＤ法を適用することに依り、窒化チタン膜（バリアメタル膜）及びタングステン膜を堆積し、次いで、ＣＭＰ法、或いは、エッチング法を適用して前記タングステン膜及び窒化チタン膜を平坦化して前記コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグ８Ｂを形成する。

図８参照
（９）
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセス、スパッタリング法、リフトオフ法を適用することに依り、層間絶縁膜７Ｂ上にコンタクトプラグ８Ｂを介してソース領域或いはドレイン領域と導電接続された厚さ５０ｎｍのＣｕからなる下部電極１０を形成する。

（１０）
スパッタリング法を適用することに依り、下部電極１０上に厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎ層（反強磁性層）、厚さ４ｎｍのＣｏＦｅ層（強磁性層）、厚さ０．８ｎｍのＲｕ層（非磁性層）、厚さ４ｎｍのＣｏＦｅ（強磁性層）を積層することで、積層フェリ構造をもつ固定磁化層４Ａを形成する。尚、これ以後の説明で用いる記号４Ａ乃至４Ｆについては図１を参照されると良い。

（１１）
スパッタリング法を適用することに依り、固定磁化層４Ａ上に膜厚０．８ｎｍのアルミ酸化（ＡｌＯ_x ）膜を堆積してトンネル酸化膜４Ｂを形成する。尚、図１はＧＭＲ型を説明する図であった為、非磁性金属膜が存在し、それを指示する記号に４Ｂを用いた。然しながら、ここでは、ＴＭＲ型について説明するので、非磁性金属膜はトンネル酸化膜に変更しているのであるが、便宜上、トンネル酸化膜も記号４Ｂで指示する。

（１２）
スパッタリング法を適用することに依り、トンネル酸化膜４Ｂ上に膜厚２ｎｍのＣｏＦｅＢ膜を堆積して自由磁化層４Ｃとする。

（１３）
次いで、スパッタリング法を適用することに依り、自由磁化層４Ｃ上に膜厚２ｎｍのＣｕからなる高熱伝導層４Ｄ、膜厚１０ｎｍのＮｉＣｒからなる発熱層４Ｅ、低熱伝導金属である膜厚１０ｎｍのＴａからなる上部電極４Ｆを形成し、更に、膜厚１０ｎｍのＲｕからなるキャップ層１３を形成する。

（１４）
フォトリソグラフィ法、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、キャップ層１３、上部電極４Ｆ、発熱層４Ｅ、高熱伝導層４Ｄ、磁化自由層４Ｃ、トンネル酸化膜４Ｂ、磁化固定層４Ａを異方性エッチングする。これにより、例えば１２７ｎｍ×２６０ｎｍのサイズをもつ磁気抵抗効果素子４及びキャップ層１３が形成される。

図９参照
（１５）
フォトリソグラフィ法、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、下部電極１０を所定の形状にパターニングする。

（１６）
ＣＶＤ法を適用することに依り、全面にＳｉＯ₂ を堆積して層間絶縁膜１１を形成してから、ＣＭＰ法を適用することに依り、Ｒｕからなるキャップ層１３の頂面が表出されるまで、平坦化の研磨を行う。

図１０参照
（１７）
Ｃｕ等の導電膜を堆積してパターニングし、磁気抵抗効果素子４のキャップ層１３に電気的に接続されたビット線３を形成し、その後、ＣＶＤ法を適用して全面にシリコン酸化膜を堆積して層間絶縁膜１４を形成する。この後、必要に応じて更に上層に絶縁層や配線層等を形成し、磁気記憶装置を完成する。

本発明に於いては、前記説明した製造工程に於いて、種々の改変が可能であり、以下にその若干を例示する。

上記実施の形態では、磁化固定層に於ける反強磁性層の材料をＰｔＭｎとする場合について説明したが、反強磁性層の材料には、ＩｒＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等を用いることができる。

磁化固定層、或いは、磁化自由層の強磁性材料としてＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＢを用いる場合について説明したが、これらの強磁性層は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢのほか、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＮｉＦｅ等の強磁性材料、或いは、これらの合金であるＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢなどからなる強磁性材料に代替することができる。

磁化固定層に於ける非磁性層をＲｕで構成する場合について説明したが、この非磁性層には、Ｒｕのほか、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ等の非磁性材料を用いて構成してもよい。

磁気抵抗効果素子がＴＭＲ型である場合に於けるトンネル酸化膜としては、ＡｌＯｘの他、ＭｇＯ、ＨｆＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ等の絶縁材料で構成することができ、また、磁気抵抗効果素子がＧＭＲ型である場合に於ける非磁性金属層には、Ｃｕの他、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ等の非磁性材料で構成することができる。

磁化自由層近傍に配置した発熱層として、抵抗加熱材料であるＭｏ、Ｗ、Ｔａ等の高融点金属を用いることができ、また、非磁性の高熱伝導層を構成する金属としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどを用いて良い。発熱層と配線で接続される低熱伝導層を構成する金属としては、Ｉｎ、Ｒｕ等を用いて良い。

本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができるので、以下、それを付記として例示する。

（付記１）
１層以上の強磁性層と非磁性層で構成された磁化自由層及び積層フェリピン構造の磁化固定層の間に絶縁層が介在し且つ磁化自由層近傍に発熱層が設けられてなる磁気抵抗効果素子
を備えてなることを特徴とする磁気記憶装置。

（付記２）
１層以上の強磁性層と非磁性層で構成された磁化自由層及び積層フェリピン構造の磁化固定層の間に非磁性層が介在し且つ磁化自由層近傍に発熱層が設けられてなる磁気抵抗効果素子
を備えてなることを特徴とする磁気記憶装置。

（付記３）
電流によって発熱層に生じた熱を磁化自由層に伝播させる為に磁化自由層と発熱層とを非磁性で且つ熱伝導率が高い金属層で接続してなること
を特徴とする（付記１）或いは（付記２）記載の磁気記憶装置。

（付記４）
発熱層の熱が配線に伝播するのを阻止する為に発熱層と配線との間に低熱伝導率の金属層を介在させてなること
を特徴とする（付記１）或いは（付記２）記載の磁気記憶装置。

（付記５）
（付記１）或いは（付記２）記載の磁気記憶装置に於いて、データを書込む際、発熱層に発熱を促すための電流パルス、或いは、書き込みパルス、或いは、その両方を印加することで磁化自由層近傍の温度を上昇し、磁化自由層に於ける磁化反転磁界Ｈ_C 及び書き込み電流Ｉ_C を低下させてデータの書き込みを容易にすること
を特徴とする磁気記憶装置の動作方法。

（付記６）
（付記１）或いは（付記２）記載の磁気記憶装置に於いて、データを読み出す際、発熱が生じない低電流に依って読み出しを行うことで臨界電流密度Ｊ_C を高く維持して読み出しエラーを防止すること
を特徴とする磁気記憶装置の動作方法。

（付記７）
互いに交差する方向に配置されたワード線及びビット線の交差領域に（付記１）記載の構成をもつ磁気抵抗記憶素子が設置されてなること
を特徴とする（付記１）記載の磁気記憶装置。

（付記８）
互いに交差する方向に配置されたワード線及びビット線の交差領域に（付記２）記載の構成をもつ磁気抵抗記憶素子が設置されてなること
を特徴とする（付記２）記載の磁気記憶装置。

本発明の磁気記憶装置に於けるＧＭＲ型磁気抵抗効果素子の一例を表す為の要部説明図である。 図１に見られるＧＭＲ型磁気抵抗効果素子とＭＯＳトランジスタとを組み合わせた磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 書き込み動作、及び、読み出し動作の説明図である。 加熱に依る臨界電流密度Ｊ_C の低減効果を説明する線図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 本発明を実施した磁気記憶装置の一例を製造する工程を説明する為の工程要所に於ける磁気記憶装置を表す要部切断側面図である。 従来のＭＲＡＭを表す要部斜面図である。 従来のＭＲＡＭを表す要部切断側面図である。

符号の説明

１ シリコン基板
３ ビット線
４ 磁気抵抗効果素子
４Ａ 磁化固定層（ピンド層）
４Ｂ 非磁性金属膜（又は、トンネル酸化膜）
４Ｃ 磁化自由層（フリー層）
４Ｄ 高熱伝導層
４Ｅ 発熱層
５ ワード線（ゲート電極）
６ ソース・ドレイン領域
７Ａ及び７Ｂ 層間絶縁膜
８Ａ及び８Ｂはコンタクトプラグ
９ 接地線
１０ 下部電極
１１ 層間絶縁膜
１２ 素子分離領域
１３ キャップ層
１４ 層間絶縁膜
ＷＬ ワード線
ＢＬ ビット線

Claims (5)

1. １層以上の強磁性層と非磁性層で構成された磁化自由層及び積層フェリピン構造の磁化固定層の間に絶縁層が介在し且つ磁化自由層近傍に発熱層が設けられてなる磁気抵抗効果素子
   を備えてなることを特徴とする磁気記憶装置。
2. 電流によって発熱層に生じた熱を磁化自由層に伝播させる為に磁化自由層と発熱層とを非磁性で且つ熱伝導率が高い金属層で接続してなること
   を特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
3. 発熱層の熱が配線に伝播するのを阻止する為に発熱層と配線との間に低熱伝導率の金属層を介在させてなること
   を特徴とする請求項１或いは請求項２記載の磁気記憶装置。
4. 請求項１或いは請求項２記載の磁気記憶装置に於いて、データを書込む際、発熱層に発熱を促すための電流パルス、或いは、書き込みパルス、或いは、その両方を印加することで磁化自由層近傍の温度を上昇し、磁化自由層に於ける磁化反転磁界Ｈ_C 及び書き込み電流Ｉ_C を低下させてデータの書き込みを容易にすること
   を特徴とする磁気記憶装置の動作方法。
5. 請求項１或いは請求項２記載の磁気記憶装置に於いて、データを読み出す際、発熱が生じない低電流に依って読み出しを行うことで臨界電流密度Ｊ_C を高く維持して読み出しエラーを防止すること
   を特徴とする磁気記憶装置の動作方法。
   

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