JP2008159613A - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその書き込み方法 - Google Patents

Abstract

【課題】書き込み電流を低減する。
【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、磁化方向が固定された固定層１１と磁化方向が反転可能な記録層１３と固定層及び記録層の間に設けられた非磁性層１２とを有し、固定層及び記録層の間に流す電流の向きに応じて固定層及び記録層の磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子ＭＴＪと、電流により発生した磁場を集中させ、磁場を記録層の磁化に作用させるヨーク層ＹＫとを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ及びその書き込み方法に関する。

近年、スピン注入磁化反転型の磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）は、微細化、隣接セルへの誤書き込み防止等の観点から有利と考えられている。

しかし、磁化反転に必要な書き込み電流の電流密度が１Ｅ７Ａ／ｃｍ^２と大きい。従って、書き込み配線に流す必要のある電流量が実用に対して大きく、書き込み電流の低減が必要となっている。

尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
特開２００４−１２８０１１号公報 特開２００４−１５３１８１号公報 特開２００４−１２８４３０号公報 特開２００５−２０３５３５号公報

本発明は、書き込み電流を低減することが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及びその書き込み方法を提供する。

本発明の第１の視点による磁気ランダムアクセスメモリは、磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、前記電流により発生した磁場を集中させ、前記磁場を前記記録層の磁化に作用させるヨーク層とを具備する。

本発明の第２の視点による磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法は、磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の側面を囲むヨーク層とを備え、書き込み動作時に前記固定層及び前記記録層の間に前記電流を流すことにより、前記電流により発生した磁場が前記ヨーク層に集中して前記磁場が前記記録層に作用するとともに、前記電流によるスピン偏極電子が前記記録層に作用する。

本発明によれば、書き込み電流を低減することが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及びその書き込み方法を提供できる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

以下に説明する第１乃至第６の実施形態では、ヨーク層を有する磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）について説明する。第７の実施形態では、各実施形態の磁気ランダムアクセスメモリのセルレイアウト例について説明する。第８の実施形態では、各実施形態の磁気ランダムアクセスメモリに用いられる磁気抵抗効果素子であるＭＴＪ素子（Magnetic Tunnel Junction）について説明する。

［１］第１の実施形態
第１の実施形態は、ＭＴＪ素子の周囲にヨーク層を設け、このヨーク層にＭＴＪ素子に流す書き込み電流によって発生した磁場を集中させ、この磁場を記録層の磁化に作用させる例である。

［１−１］構造
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第１の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。

図１に示すように、半導体基板（シリコン基板）１内には、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造の素子分離領域２が形成されている。半導体基板１上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極３が形成され、このゲート電極３の両側の半導体基板１内にソース／ドレイン拡散層４ａ、４ｂが形成され、スイッチング素子として機能するトランジスタ（例えばＭＯＳトランジスタ）Ｔｒが形成されている。

トランジスタＴｒのソース／ドレイン拡散層４ａにはコンタクト５が接続され、このコンタクト５上には下部電極１０を介してＭＴＪ素子ＭＴＪが形成されている。ＭＴＪ素子ＭＴＪは、固定層（ピン層）１１と非磁性層１２と記録層（フリー層）１３が順に積層された積層構造となっている。ＭＴＪ素子ＭＴＪの上面にはコンタクト２１が接続され、このコンタクト２１には配線２２が接続されている。この配線２２には、例えば電源端子及び接地端子に接続されている。

トランジスタＴｒのソース／ドレイン拡散層４ｂにはコンタクト６が接続され、このコンタクト６上には配線７が形成されている。この配線７には、例えば電源端子及び接地端子に接続されている。

ＭＴＪ素子ＭＴＪの近傍には、固定層１１、非磁性層１２及び記録層１３の側面を囲むように筒状のヨーク層ＹＫが形成されている。このヨーク層ＹＫの材料としては、例えば、磁性材料からなる。具体的には、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅＢ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等があげられる。

ヨーク層ＹＫは、ＭＴＪ素子ＭＴＪと空間を設けて形成されていてもよい。ヨーク層ＹＫとＭＴＪ素子ＭＴＪとの間に空間が存在する場合は、ヨーク層ＹＫを高透磁率材料で形成すると、磁場がこの空間を通るため、磁場を横方向に影響させることができる。

ヨーク層ＹＫの縦幅Ｗ１は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜厚より厚くしてもよい。つまり、ヨーク層ＹＫの上面はＭＴＪ素子のＭＴＪの上面より高く、ヨーク層ＹＫの底面はＭＴＪ素子ＭＴＪの底面よりも低くなっている。ヨーク層ＹＫの横幅Ｗ２は、例えば２ｎｍより厚くすることが望ましい。

［１−２］原理
図２は、本発明の第１の実施形態に係るヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図を示す。以下に、第１の実施形態に係る磁場アシストの原理について説明する。

図２に示すように、配線（ＭＴＪ素子）の周りにヨーク層ＹＫが無い場合、配線の発生磁場は、配線の中心をピークにして外側に向かって徐々に弱くなる。しかし、本実施形態のように配線（ＭＴＪ素子）の周りにヨーク層ＹＫを配置した場合、配線の発生磁場はヨーク層ＹＫに集中するため、ヨーク層ＹＫの部分がピークとなり、その両側で徐々に弱くなる分布となる。このように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの近傍にヨーク層ＹＫを配置すると、このヨーク層ＹＫに集中した磁場の影響をＭＴＪ素子ＭＴＪが受けることとなる。

［１−３］書き込み動作
（平行磁化型）
図３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図を示す。以下に、第１の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作について説明する。

図３（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの初期状態では、固定層１１及び記録層１３の磁化は平行状態であり、記録層１３の磁化は紙面の右方向を向いているとする。ここでは、この状態を例えば“１”データが記録されているとする。

このような初期状態のＭＴＪ素子ＭＴＪに対して、図３（ｂ）に示すように、固定層１１から記録層１３へ書き込み電流Ｉを流すことで、２つの作用Ａ、Ｂが記録層１３の磁化に影響を与える。

第１の作用Ａは、書き込み電流Ｉの周囲に発生した電流磁場Ｈがヨーク層ＹＫに集中し、このヨーク層ＹＫの磁場Ｈが記録層１３の磁化に作用する。電流磁場Ｈの方向は、ヨーク層ＹＫを上から見た場合、反時計回りとなる。

第２の作用Ｂは、スピン注入効果によりスピン偏極電子が記録層１３の磁化に作用する。スピン注入効果による方向は、紙面の左方向となる。

以上の結果、図３（ｃ）に示すように、スピン注入効果による磁化反転作用Ｂに対して、ヨーク層ＹＫの電流磁場Ｈによる作用Ａが歳差運動を助ける働きを成し、作用Ａ、Ｂの合成力によって記録層１３の磁化が反転して紙面の左方向を向く。これにより、固定層１１及び記録層１３の磁化は反平行状態となり、“０”データが書き込まれる。

（垂直磁化型）
図４（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る垂直磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図を示す。以下に、第１の実施形態に係る垂直磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作について説明する。

図４（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの初期状態では、固定層１１及び記録層１３の磁化は平行状態であり、記録層１３の磁化は紙面の上方向を向いているとする。ここでは、この状態を例えば“１”データが記録されているとする。

このような初期状態のＭＴＪ素子ＭＴＪに対して、図４（ｂ）に示すように、固定層１１から記録層１３へ書き込み電流Ｉを流すことで、２つの作用Ａ、Ｂが記録層１３の磁化に影響を与える。

第１の作用Ａは、書き込み電流Ｉの周囲に発生した電流磁場Ｈがヨーク層ＹＫに集中し、このヨーク層ＹＫの磁場Ｈが記録層１３の磁化に作用する。電流磁場Ｈの方向は、ヨーク層ＹＫを上から見た場合、反時計回りとなる。

第２の作用Ｂは、スピン注入効果によりスピン偏極電子が記録層１３の磁化に作用する。スピン注入効果による方向は、紙面の下方向となる。

以上の結果、図４（ｃ）に示すように、スピン注入効果による磁化反転作用Ｂに対して、ヨーク層ＹＫの電流磁場Ｈによる作用Ａが歳差運動を助ける働きを成し、作用Ａ、Ｂの合成力によって記録層１３の磁化が反転して紙面の下方向を向く。これにより、固定層１１及び記録層１３の磁化は反平行状態となり、“０”データが書き込まれる。

上述するように、ＭＴＪ素子の平行磁化型及び垂直磁化型のどちらの場合も、ヨーク層ＹＫに集中した磁場Ｈが、スピン注入磁化反転効果の歳差運動を助ける働きを成し、記録層１３の磁化が反転し易くなっている。このため、反転電流が低電流化する。

［１−４］読み出し動作
第１の実施形態の読み出し動作では、磁気抵抗（Magneto Resistive）効果を利用する。

選択セルのＭＴＪ素子ＭＴＪにつながるトランジスタＴｒをオン状態とし、読み出し電流を例えば配線２２からＭＴＪ素子ＭＴＪを通ってトランジスタＴｒの方向へ流す。そして、この読み出し電流に基づいて読み出されたＭＴＪ素子ＭＴＪの抵抗値により、“１”、“０”データの判別が行われる。

尚、読み出し動作時は、定電圧を印加して電流値を読み出してもよいし、定電流を印加して電圧値を読み出してもよい。

［１−５］効果
上記第１の実施形態によれば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの周囲に筒状のヨーク層ＹＫを形成している。このような構造において、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜面垂直方向に書き込み電流Ｉを流すと、この書き込み電流Ｉにより発生した電流磁場ＨがＭＴＪ素子ＭＴＪの周囲のヨーク層ＹＫに集中する。これにより、スピン偏極電子による磁化反転作用に加えて、このスピンの歳差運動をアシストする方向にヨーク層ＹＫの磁場Ｈが発生し、記録層１３の磁化が反転し易くなる。従って、書き込み電流を低減することが可能となる。

また、書き込み電流を低減するための方法として、磁場アシスト用の電流を流す別の配線を設ける場合も考えられる。この場合、この配線を作製すると、部品及び製造工程が増える不具合や、この配線用に消費電力が増加する問題がある。これに対し、本実施形態では、磁場アシスト効果を得るために、電流を流す別の配線を設けている訳ではない。本実施形態は、ヨーク層ＹＫ自身には電流が流れず、電流が流れるのはスピン注入用の電流経路のみである。従って、本実施形態では、電流を流す別の配線を設けていないため、上記のような問題は生じないという利点がある。

また、従来の構造において、容易軸方向に書き込み電流による磁場を発生させようとすると、配線−ＭＴＪ間の距離が大きく、また電流経路の折れ曲がり点にＭＴＪ素子が存在するため、効率が悪かった。また、この構造では電流の折れ曲がり部分を作製する必要があり、セル面積を増大させる問題もある。しかし、本実施形態では、電流経路の折れ曲がり部分を形成することなく、ヨーク層ＹＫにより効率よく発生磁場を作用させることができるため、上記の問題が発生する恐れがない。

［２］第２の実施形態
第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態のヨーク層の中間にスリットを形成した例である。尚、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の点については説明を省略する。

［２−１］構造
図５は、本発明の第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第２の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。

図５に示すように、第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２の中間にスリット３０が形成されている点である。

このスリット３０は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３の周囲に位置することが望ましい。つまり、記録層１３の側面がヨーク層で囲まれないようにする。これは、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２の端部からの漏れ磁場作用を記録層１３により与えるためである。スリット３０の幅Ｗ３は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ素子の膜厚程度が望ましい。

［２−２］原理
図６は、本発明の第２の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理を説明するための図を示す。以下に、第２の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理について説明する。

図６に示すように、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２にスリット３０を形成した場合、このスリット３０部分において、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２に集められた高密度の磁場Ｈ２が等高線のように分布する。従って、この部分にＭＴＪ素子ＭＴＪの記録層１３が位置するように配置することで、上記第１の実施形態で説明したヨーク層ＹＫの電流磁場Ｈによる作用Ａの効果を高めることができる。

［２−３］書き込み動作
図７（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図を示す。以下に、第２の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作について説明する。

図７（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪの初期状態では、固定層１１及び記録層１３の磁化は平行状態であり、記録層１３の磁化は紙面の右方向を向いているとする。ここでは、この状態を例えば“１”データが記録されているとする。

このような初期状態のＭＴＪ素子ＭＴＪに対して、図７（ｂ）に示すように、固定層１１から記録層１３へ書き込み電流Ｉを流すことで、２つの作用Ａ、Ｂが記録層１３の磁化に影響を与える。

第１の作用Ａは、書き込み電流Ｉの周囲に発生した電流磁場がヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２に集中する。そして、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２を上から見た場合、反時計回りをする磁場Ｈ１が記録層１３の磁化に作用する。さらに、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２のスリット３０に発生した磁場Ｈ２も記録層１３の磁化に作用する。

第２の作用Ｂは、スピン注入効果によりスピン偏極電子が記録層１３の磁化に作用する。スピン注入効果による方向は、紙面の左方向となる。

以上の結果、図７（ｃ）に示すように、スピン注入効果による磁化反転作用Ｂに対して、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２の電流磁場Ｈ１、Ｈ２による作用Ａが歳差運動を助ける働きを成し、作用Ａ、Ｂの合成力によって記録層１３の磁化が反転して紙面の左方向を向く。これにより、固定層１１及び記録層１３の磁化は反平行状態となり、“０”データが書き込まれる。

尚、第２の実施形態は、平行磁化型だけでなく、垂直磁化型にも適用することも勿論可能である。

［２−４］効果
上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態では、ヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２にスリット３０を形成している。このため、スリット３０に発生した高密度磁場Ｈ２により、ＭＴＪ素子ＭＴＪがヨーク層ＹＫ１、ＴＫ２の磁場アシスト効果を受け易くなり、書き込み電流をさらに低減することができる。

［３］第３の実施形態
第３の実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、第２の実施形態の２分されたヨーク層の上側部分のみになっている例である。尚、第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様の点については説明を省略する。

［３−１］構造
図８は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。図９（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのヨーク層の底面の位置を示した模式図である。以下に、第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。

図８に示すように、第３の実施形態では、第２の実施形態のヨーク層ＹＫ１、ＹＫ２のうち上側部分のヨーク層ＹＫ１のみになっている。例えば、ヨーク層ＹＫ１は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ上のコンタクト２１の周囲にのみ形成されている。従って、ＭＴＪ素子ＭＴＪの下部分の側面は、ヨーク層ＹＫ１で囲まれていない。

ここで、ヨーク層ＹＫ１の底面は、記録層１３の周囲に位置することが望ましい。具体的には、図９（ａ）に示すように、ヨーク層ＹＫ１の底面は、記録層１３の上面と底面の間に位置することが望ましい。尚、ヨーク層ＹＫ１の底面は、記録層１３の上面と一致させてもよいし（図９（ｂ））、記録層１３の底面と一致させてもよい（図９（ｃ））。但し、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜厚は加工寸法に対して薄いため、±５０ｎｍ程度のずれは生じるものとする。

また、固定層１１を配線２２側に配置した場合は、ヨーク層ＹＫ１の底面は、固定層１１の周囲に配置させてもよい。具体的には、図９（ｄ）に示すように、ヨーク層ＹＫ１の底面は、固定層１１の上面と底面の間に位置させてもよい。また、ヨーク層ＹＫ１の底面は、固定層１３の上面と一致させてもよいし（図９（ｅ））、固定層１１の底面と一致させてもよい（図９（ｆ））。

このような図９（ａ）乃至（ｆ）の配置であれば、ヨーク層ＹＫ１の底面からの漏れ磁場を記録層１３の磁化に作用させることができ、磁場アシストの効果を得ることができる。このような効果を考慮すると、記録層１３の磁化が漏れ磁場の影響を受け易い図９（ａ）が最も望ましい例であるといえる。

尚、図９（ｄ）乃至（ｆ）の例において、ヨーク層ＹＫ１を延ばしてヨーク層ＹＫ１の底面を記録層１３に近づけてもよい。この場合、固定層１１及び非磁性層１２の側面をヨーク層ＹＫ１が囲み、ヨーク層ＹＫ１の底面は記録層１３の上面と底面の間に位置するか、記録層１３の上面と一致するか、記録層１３の底面と一致している。

［３−２］原理
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図を示す。図１０（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る垂直磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図を示す。以下に、第３の実施形態に係る磁場アシストの原理について説明する。

図１０（ａ）及び図１０（ｃ）は、ヨーク層ＹＫ１の底面が記録層１３の周囲に位置するように、固定層１１よりも記録層１３が上方に位置するように配置している。一方、図１０（ｂ）及び図１０（ｄ）は、ヨーク層ＹＫ１の底面が固定層１１の周囲に位置するように、記録層１３よりも固定層１１が上方に位置するように配置している。

これらの構造では、第２の実施形態と異なり、高密度磁場Ｈ２の等高線は発散する分布になると考えられる。しかし、これらの構造でも、ヨーク層ＹＫ１の端部にＭＴＪ素子ＭＴＪを配置しておけば、強い磁場分布中にＭＴＪ素子ＭＴＪを配置することができ、磁場のアシスト効果を実現することができる。

［３−３］効果
上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３の実施形態では、ヨーク層ＹＫ１の底面の周囲にＭＴＪ素子ＭＴＪを形成している。このため、ヨーク層ＹＫ１の底面から発生する高密度磁場Ｈ２により、ＭＴＪ素子ＭＴＪがヨーク層ＹＫ１の磁場アシスト効果を受け易くなり、書き込み電流をさらに低減することができる。

［４］第４の実施形態
第４の実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、第２の実施形態の２分されたヨーク層の下側部分のみになっている例である。尚、第４の実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様の点については説明を省略する。

［４−１］構造
図１１及び図１２は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。

図１１及び図１２に示すように、第４の実施形態では、第２の実施形態のヨーク層ＹＫ１、ＹＫ２のうち下側部分のヨーク層ＹＫ２のみになっている。従って、ヨーク層ＹＫ２は、ＭＴＪ素子ＭＴＪより下方に配置されており、コンタクト５上の配線８の周囲に形成されている。

ここで、図１１の構造は、ＲＩＥ加工と側壁残しエッチングにより実現されている。つまり、コンタクト５、６上に配線８、７をＲＩＥ加工により形成し、この配線８、７上にヨーク層ＹＫ２、ＹＫ３を形成する。その後、エッチングにより、配線８、７上のヨーク層ＹＫ２、ＹＫ３が除去される。従って、図１１の構造では、ヨーク層ＹＫ２、ＹＫ３は、配線８、７の側面にのみ形成されている。

一方、図１２の構造は、配線下にバリアメタル層を形成するのと同様の方法で、ダマシンプロセスにより実現されている。つまり、コンタクト５、６上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜内にコンタクト５、６上を露出する溝が形成される。そして、この溝内にヨーク材が形成され、このヨーク材上に配線材が形成される。その後、ＣＭＰにより平坦化され、溝内にヨーク層ＹＫ２、ＹＫ３及び配線８、７が形成される。従って、図１２の構造では、ヨーク層ＹＫ２、ＹＫ３は、配線８、７の側面及び底面に形成されている。

尚、各図では、ＭＴＪ素子ＭＴＪは固定層１１を記録層１３より下方に位置するように配置しているため、ヨーク層ＹＫ２の上面は固定層１１の付近に位置している。しかし、ＭＴＪ素子ＭＴＪは記録層１３を固定層１１より下方に位置するように配置した構造（トップピン構造）とし、ヨーク層ＹＫ２の上面を記録層１３に近づけてもよい。

図１３（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのヨーク層の上面の位置を示した模式図である。本実施形態では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの上部分の側面は、ヨーク層ＹＫ２で囲まれていない。以下に、ヨーク層ＹＫ２の上面の具体的な位置について説明する。

記録層１３を配線２２側に配置した場合は、ヨーク層ＹＫ２の上面は、固定層１１の周囲に配置させてもよい。具体的には、図１３（ａ）に示すように、ヨーク層ＹＫ２の上面は、固定層１１の上面と底面の間に位置させてもよい。また、ヨーク層ＹＫ２の上面は、固定層１３の底面と一致させてもよいし（図１３（ｂ））、固定層１１の上面と一致させてもよい（図１３（ｃ））。但し、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜厚は加工寸法に対して薄いため、±５０ｎｍ程度のずれは生じるものとする。

また、固定層１１を配線２２側に配置した場合は、ヨーク層ＹＫ２の上面は、記録層１３の周囲に位置することが望ましい。具体的には、図１３（ｄ）に示すように、ヨーク層ＹＫ２の上面は、記録層１３の上面と底面の間に位置することが望ましい。尚、ヨーク層ＹＫ２の上面は、記録層１３の底面と一致させてもよいし（図１３（ｅ））、記録層１３の上面と一致させてもよい（図１３（ｆ））。

このような図１３（ａ）乃至（ｆ）の配置であれば、ヨーク層ＹＫ１の底面からの漏れ磁場を記録層１３の磁化に作用させることができ、磁場アシストの効果を得ることができる。このような効果を考慮すると、記録層１３の磁化が漏れ磁場の影響を受け易い図１３（ｄ）が最も望ましい例であるといえる。

尚、図１３（ａ）乃至（ｃ）の例において、ヨーク層ＹＫ２を延ばしてヨーク層ＹＫ２の上面を記録層１３に近づけてもよい。この場合、固定層１１及び非磁性層１２の側面をヨーク層ＹＫ２が囲み、ヨーク層ＹＫ２の上面は記録層１３の上面と底面の間に位置するか、記録層１３の上面と一致するか、記録層１３の底面と一致している。

［４−２］原理
図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図を示す。図１４（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第４の実施形態に係る垂直磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図を示す。以下に、第４の実施形態に係る磁場アシストの原理について説明する。

図１４（ａ）及び図１４（ｃ）は、ヨーク層ＹＫ２の上面が固定層１１の周囲に位置するように、固定層１１よりも記録層１３が上方に位置するように配置している。一方、図１４（ｂ）及び図１４（ｄ）は、ヨーク層ＹＫ２の上面が記録層１３の周囲に位置するように、記録層１３よりも固定層１１が上方に位置するように配置している。

これらの構造では、第２の実施形態と異なり、高密度磁場Ｈ２の等高線は発散する分布になると考えられる。しかし、これらの構造でも、ヨーク層ＹＫ２の端にＭＴＪ素子ＭＴＪを配置しておけば、強い磁場分布中にＭＴＪ素子ＭＴＪを配置することができ、磁場のアシスト効果を実現することができる。

［４−３］効果
上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４の実施形態では、ヨーク層ＹＫ２の上面の周囲にＭＴＪ素子ＭＴＪを形成している。このため、ヨーク層ＹＫ１の上面から発生する高密度磁場Ｈ２により、ＭＴＪ素子ＭＴＪがヨーク層ＹＫ２の磁場アシスト効果を受け易くなり、書き込み電流をさらに低減することができる。

［５］第５の実施形態
第５の実施形態は、第１の実施形態などのＭＴＪ素子上のコンタクトを小さくした例である。尚、第５の実施形態では、第１の実施形態と同様の点については説明を省略する。

［５−１］構造
図１５乃至図１８は、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの構造について説明する。

図１５乃至図１８に示すように、第５の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ上のコンタクト２１を細く形成している点である。このため、コンタクト２１がキャップ層２０を介して記録層１３と接触する部分の面積は、記録層１３の面積よりも小さくなっている。

ここで、図１５の構造は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態のコンタクト２１を細くした例である。この場合、コンタクト２１は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ（記録層１３）の中央に位置しているが、中央からずらして配置してもよい。

図１６の構造は、第３の実施形態の変形例であり、第３の実施形態のコンタクト２１を細くした例である。この場合、ヨーク層ＹＫ１はコンタクト２１を囲み、ヨーク層ＹＫ１の下面からの漏れ磁場によるアシスト効果が得られる。

図１７の構造は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ及びコンタクト２１をリング状にし、コンタクト面積を減少させている。この場合、ＭＴＪ素子ＭＴＪの内側にヨーク層ＹＫ１ａを設け、ＭＴＪ素子ＭＴＪの外側にもヨーク層ＹＫ１ｂを設けている。

図１８の構造は、第４の実施形態のような下側部分のみヨーク層ＹＫ２を形成した構造において、上側のコンタクト２１を細くした例である。この場合、ヨーク層ＹＫ２は下側のコンタクト５の側面部分に配置され、ヨーク層ＹＫ２の上面からの漏れ磁場によるアシスト効果が得られることに加えて、加工し易さの利点がある。

このような図１５乃至図１８の構造において、ＭＴＪ素子ＭＴＪとコンタクト２１の間には、キャップ層２０が形成されている。但し、キャップ層２０は、ＭＴＪ素子ＭＴＪとコンタクト２１の間に必ずしも設けなくてもよい。このキャップ層２０の抵抗値は、記録層１３の抵抗値より例えば一桁程度高いことが望ましい。このキャップ層２０の材料としては、例えば、非磁性層１２の材料、シート抵抗の大きいバリアメタル材料等が挙げられる。ここで、非磁性層１２の材料としては、後述する［８−２］欄を参照されたい。バリアメタル材料としては、例えば、次の（ａ）〜（ｋ）の材料が挙げられる。

（ａ）Ｔｉ
（ｂ）Ｔａ
（ｃ）Ｔｉを含む化合物（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉ_ｘ、ＴｉＢ_２、ＴｉＢ、ＴｉＣ）
（ｄ）Ｔａを含む化合物（例えば、ＴａＢ_２、ＴａＢ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｔａ_４Ｎ_５、Ｔａ_５Ｎ_６、Ｔａ_２Ｎ）
（ｅ）Ｚｒを含む化合物（例えば、ＺｒＢ_２、ＺｒＢ、ＺｒＣ、ＺｒＮ）
（ｆ）Ｈｆを含む化合物（例えば、ＨｆＢ、ＨｆＣ、ＨｆＮ）
（ｇ）Ｖを含む化合物（例えば、ＶＢ_２、ＶＢ、ＶＣ、ＶＮ）
（ｈ）Ｎｂを含む化合物（例えば、ＮｂＢ_２、ＮｂＢ、ＮｂＣ、ＮｂＮ）
（ｉ）Ｃｒを含む化合物（例えば、ＣｒＢ_２、ＣｒＢ、Ｃｒ_２Ｂ、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｃｒ_２Ｎ、ＣｒＮ）
（ｊ）Ｍｏを含む化合物（例えば、Ｍｏ_２Ｂ_３、ＭｏＢ_２、ＭｏＢ、Ｍｏ_２Ｂ、Ｍｏ_ｘＣ_ｙ、Ｍｏ_２Ｃ、ＭｏＮ）
（ｋ）Ｗを含む化合物（例えば、Ｗ_ｘＢ_ｙ、Ｗ_２Ｂ_５、Ｗ_ｘＣ_ｙ、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ、Ｗ_ｘＮ_ｙ、ＷＮ）
キャップ層２０は、プロセスの容易性からＭＴＪ素子ＭＴＪ素子と同一の平面形状が望ましいが、異なる平面形状でもよい。キャップ層２０の上面（コンタクト２１側の面）の面積は、コンタクト２１の底面（キャップ層２０側の面）の面積よりも大きいことが望ましい。

［５−２］製造方法
図１９（ａ）乃至（ｇ）は、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程の断面図を示す。以下に、第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造方法について説明する。ここでは、図１５の構造を例に挙げて説明する。

まず、図１９（ａ）に示すように、絶縁膜４０内にコンタクト５及び下部電極１０が形成される。

次に、図１９（ｂ）に示すように、下部電極１０及び絶縁膜４０上に、固定層１１、非磁性層１２、記録層１３、ハードマスクとなるコンタクト２１が順に堆積される。

次に、図１９（ｃ）に示すように、ハードマスクとなるコンタクト２１がリング状に加工され、このコンタクト２１を用いて固定層１１、非磁性層１２、記録層１３も加工される。これにより、リング状のＭＴＪ素子ＭＴＪが形成される。

次に、図１９（ｄ）に示すように、側壁絶縁膜４１が堆積され、この側壁絶縁膜４１上にヨーク層ＹＫが堆積される。

次に、図１９（ｅ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪ及びコンタクト２１の側面にヨーク層ＹＫが残るようにエッチング除去される。そして、コンタクト２１上の側壁絶縁膜４１がエッチング除去され、コンタクト２１の上面が露出される。

次に、図１９（ｆ）に示すように、層間絶縁膜４２が堆積され、コンタクト２１の上面が露出するまでＣＭＰで平坦化される。

次に、図１９（ｇ）に示すように、コンタクト２１に接続する配線２２が形成される。これにより、図１７の構造が完成する。

［５−３］効果
上記第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第５の実施形態では、ＭＴＪ素子ＭＴＪ上のコンタクト２１を細くすることで、このコンタクト２１の記録層１３に接触する面積を記録層１３の面積よりも小さくしている。このため、書き込み動作時に、コンタクト２１とＭＴＪ素子ＭＴＪとの局所的な接触部分から磁化反転が生じ、磁壁移動効果により磁化反転が伝播することで、素子全体の磁化が反転する。このため、書き込み動作時、ヨーク層ＹＫの磁場アシスト効果に加えて、小コンタクトの効果により、書き込み電流をさらに低減することができる。さらに、記録層１３よりも高抵抗のキャップ層２０を設けることで、電流拡散による効果の減少を防ぐことができる。

［６］第６の実施形態
第６の実施形態は、第２の実施形態と同様、ヨーク層にスリットを形成した例である。但し、第２の実施形態では、スリットがＭＴＪ素子の膜面に対して平行方向に形成されていたのに対し、第６の実施形態では、スリットがＭＴＪ素子の膜面に対して垂直方向に形成されている。尚、第６の実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様の点については説明を省略する。

［６−１］構造
図２０乃至図２２は、本発明の第６の実施形態に係るヨーク層の縦方向のスリットの模式図を示す。以下に、第６の実施形態に係るヨーク層の縦方向のスリットについて説明する。

図２０乃至図２２に示すように、第６の実施形態では、第２の実施形態と異なり、ヨーク層ＹＫにＭＴＪ素子ＭＴＪの膜面に対して垂直方向（縦方向）のスリット５０が形成されている。つまり、これまでの実施形態では、ヨーク層ＹＫの近くの高磁界分布を利用したものであったが、本実施形態では、磁界のベクトルの向きも考慮し、高磁界中にＭＴＪ素子ＭＴＪを存在させるものである。

ここで、図２０の構造では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化容易軸方向の両端部のヨーク層において、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜面に対して垂直方向にスリット５０が形成されている。このスリット５０により、ヨーク層ＹＫ１、ＹＫ２は２つに分断されている。

図２１の構造では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化容易軸方向の両端部のヨーク層において、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜面に対して垂直方向に延びた楕円状のスリット５０が形成されている。

図２２の構造では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化容易軸方向の両端部のヨーク層において、ＭＴＪ素子ＭＴＪの膜面に対して斜め方向にスリット５０が形成されている。このスリット５０により、ヨーク層ＹＫ１、ＹＫ２は２つに分断されている。

尚、スリット５０の位置は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化容易軸方向の両端部に形成することに限定されない。例えば、スリット５０は、ＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化困難軸方向の端部に形成してもよく、この場合はＭＴＪ素子ＭＴＪの磁化困難軸方向の一端部のみに形成することが望ましい。さらに、ＭＴＪ素子が垂直磁化型の場合、スリット５０はどの位置にいくつでも形成することが可能である。

［６−２］原理
図２３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理を説明するための図を示す。以下に、第６の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理について説明する。

図２３（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子ＭＴＪに書き込み電流を流すと、この書き込み電流による磁場Ｈがヨーク層ＹＫに集中する。この磁場Ｈの磁場ベクトルは、ヨーク層ＹＫを上から見た場合、ＭＴＪ素子ＭＴＪの周りを回る方向に発生する。

よって、図２３（ｂ）に示すように、この磁場ベクトルを遮断する方向にスリット５０を形成すると、このスリット５０を横切るように磁場ベクトルが発生する。これにより、スリット５０の周辺では、ヨーク層ＹＫ１、ＹＫ２に集められた磁場Ｈが分布する。このため、この付近にＭＴＪ素子ＭＴＪを配置すると磁場のアシスト効果が期待できる。

［６−３］効果
上記第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第６の実施形態では、ヨーク層ＹＫにスリット５０を形成している。このため、スリット５０の領域に発生した磁場ベクトルにより、ＭＴＪ素子ＭＴＪがヨーク層ＹＫの磁場アシスト効果を受け易くなり、書き込み電流をさらに低減することができる。

［７］第７の実施形態
第７の実施形態では、各実施形態の６Ｆ^２（２Ｆ×３Ｆ）のセルレイアウトについて説明する。尚、本実施形態の説明図ではヨーク層は省略する。

［７−１］レイアウト例１
図２４（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例１の概略的な平面図を示す。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶＢ線に沿った断面図を示す。以下に、第７の実施形態に係るレイアウト例１について説明する。

図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、レイアウト例１では、ソース線ｂＢＬの一部が斜めに配置されている。従って、ソース線ｂＢＬは、斜めに延在する第１の部分と、ビット線ＢＬと平行に延在する第２の部分とを有する。ソース線ｂＢＬの第１の部分は、隣接するＭＴＪ素子ＭＴＪ１とＭＴＪ素子ＭＴＪ２との間に配置され、ソースコンタクトＣＳに接続されている。ソース線ｂＢＬの第２の部分は、第１の部分の両端からビット線ＢＬと平行にそれぞれ延在している。このため、図２４（ｂ）に示すように、ソース線ｂＢＬの第２の部分は、ＭＴＪ素子ＭＴＪ１の付近ではＭＴＪ素子ＭＴＪ１に接続するコンタクトＣ１より奥に延在し、ＭＴＪ素子ＭＴＪ２の付近ではＭＴＪ素子ＭＴＪ２に接続するコンタクトＣ２の手前に延在している。

以上のようなレイアウト例１によれば、ソース線ｂＢＬの一部を斜めに配置してビット線ＢＬと同一方向に延在させることで、メモリセルＭＣの面積を６Ｆ^２にすることができる。

［７−２］レイアウト例２
図２５（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例２の概略的な平面図を示す。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）のＸＸＶＢ−ＸＸＶＢ線に沿った断面図を示す。以下に、第７の実施形態に係るレイアウト例２について説明する。

図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レイアウト例２では、レイアウト例１と同様、ソース線ｂＢＬの一部が斜めに配置されている。しかし、レイアウト例２では、次のような点がレイアウト例１と異なる。

レイアウト例２のソース線ｂＢＬは、第１の斜め方向に延在する第１の部分と、第２の斜め方向に延在する第２の部分と、ビット線ＢＬと平行に延在する第３の部分とを有する。ソース線ｂＢＬの第１の部分は、ソースコンタクトＣＳからＭＴＪ素子ＭＴＪ１に第１の斜め方向（上面から見ると左上方向）に配置されている。ソース線ｂＢＬの第２の部分は、ソースコンタクトＣＳからＭＴＪ素子ＭＴＪ２に第２の斜め方向（上面から見ると右上方向）に配置されている。これら第１及び第２の部分の交点がソースコンタクトＣＳに接続されており、第１及び第２の部分はＶ字型となっている。ソース線ｂＢＬの第２の部分は、第１の部分又は第２の部分の端部からビット線ＢＬと平行に延在している。

以上のようなレイアウト例２によれば、上記レイアウト例１と同様の効果を得るだけでなく、各セルがビット線ＢＬに対して同じ向きで動作できるという効果も得られる。

［７−３］レイアウト例３
図２６は、本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例３の概略的な平面図を示す。以下に、第７の実施形態に係るレイアウト例３について説明する。

図２６に示すように、レイアウト例３では、ソース線とビット線を同一方向に延在させ、ゲート電極（活性領域）を斜め方向に延在させている。

以上のようなレイアウト例３によれば、ゲート電極（活性領域）を斜めに配置し、ソース線とビット線とを同一方向に延在させることで、メモリセルＭＣの面積を６Ｆ^２にすることができる。

［８］第８の実施形態
第８の実施形態では、各実施形態で用いられるＭＴＪ素子について説明する。

［８−１］磁化配置
ＭＴＪ素子ＭＴＪの固定層１１及び記録層１３の磁化方向は、膜面に対して垂直方向を向いていてもよいし（垂直磁化型）、膜面に対して平行方向に向いていてもよい（平行磁化型）。

尚、垂直磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪであれば、従来のように素子形状の長手方向で磁化方向が決定されることがなくなるという利点がある。

［８−２］材料
ＭＴＪ素子ＭＴＪは、例えば以下のような材料からなる。

固定層１１及び記録層１３の材料には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金、スピン分極率の大きいマグネタイト、ＣｒＯ_２、ＲＸＭｎＯ_３ーｙ（Ｒ；希土類、Ｘ；Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ）などの酸化物の他、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂなどのホイスラー合金などを用いることが好ましい。また、これら磁性体には、強磁性を失わないかぎり、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂなどの非磁性元素が多少含まれていてもよい。

非磁性層１２の材料には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＴｉＯ_２、ＡｌＬａＯ_３などの様々な誘電体を使用することができる。これらの誘電体には、酸素、窒素、フッ素欠損が存在していてもよい。

固定層１１の非磁性層１２と反対側の面には、固定層１１の磁化方向を固着させるための反強磁性層を設けてもよい。この反強磁性層の材料としては、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、ＮｉＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３などを用いることが好ましい。

尚、垂直磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪを実現するための垂直磁気材料の例としては、例えば次のようなものがある。

まず、固定層１１及び記録層１３の垂直磁気材料に使用されるような高い保磁力を持つ磁性材料は、１×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ以上の高い磁気異方性エネルギー密度を持つ材料により構成される。以下、その材料例について説明する。

（例１)
「Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうちの少なくとも１つと、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）のうちの少なくとも１つとを含む合金からなるもの」
例えば、規則合金としては、Ｆｅ（５０）Ｐｔ（５０）、Ｆｅ（５０）Ｐｄ（５０）、Ｃｏ（５０）Ｐｔ（５０）などがある。例えば、不規則合金としては、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、ＣｏＣｒＮｂ合金などがある。

（例２)
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金とが、交互に積層された構造を持つもの」
例えば、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子、ＣｏＣｒ／Ｐｔ人工格子などがある。Ｃｏ／Ｐｔ人工格子を使用した場合及びＣｏ／Ｐｄ人工格子を使用した場合においては、抵抗変化率（ＭＲ比）は、約４０％、という大きな値を実現できる。

（例３)
「希土類金属のうちの少なくとも１つ、例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、又は、Ｇｄ（ガドリニウム）と、遷移金属のうちの少なくとも１つとからなるアモルファス合金」
例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏなどがある。

次に、記録層１３は、上述のような高い保磁力を持つ磁性材料から構成することもできるし、組成比の調整、不純物の添加、厚さの調整などを行って、上述のような高い保磁力を持つ磁性材料よりも磁気異方性エネルギー密度が小さい磁性材料から構成してもよい。以下、その材料例について説明する。

（例１）
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つと、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つとを含む合金に、不純物を添加したもの」
例えば、規則合金としては、Ｆｅ（５０）Ｐｔ（５０）、Ｆｅ（５０）Ｐｄ（５０）、又は、Ｃｏ（５０）Ｐｔ（５０）に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇなどの不純物を加えて磁気異方性エネルギー密度を低下させたものなどがある。例えば、不規則合金としては、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＴａ合金、又は、ＣｏＣｒＮｂ合金について、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度を低下させたものなどがある。

（例２）
「Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金とが、交互に積層された構造を持つものであって、前者の元素若しくは合金からなる層の厚さ、又は、後者の元素若しくは合金からなる層の厚さを調整したもの」
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ又はこれらのうちの１つを含む合金についての厚さの最適値と、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１つ又はこれらのうちの１つを含む合金についての厚さの最適値とが存在し、厚さがこれら最適値から離れるに従い、磁気異方性エネルギー密度は、次第に低下する。

（例３）
「希土類金属のうちの少なくとも１つ、例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、又は、Ｇｄ（ガドリニウム）と、遷移金属のうちの少なくとも１つとからなるアモルファス合金の組成比を調整したもの」
例えば、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏなどのアモルファス合金の組成比を調整し、磁気異方性エネルギー密度を小さくしたものがある。

［８−３］平面形状
上記各実施形態では、ＭＴＪ素子ＭＴＪの平面形状を楕円にしていたが、これに限定されない。ＭＴＪ素子ＭＴＪの平面形状は、例えば、長方形、正方形、円、六角形、菱型、平行四辺形、十字型、ビーンズ型（凹型）等、種々に変更することが可能である。

平行磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪの場合、形状磁気異方性を利用するときは、例えば、ＭＴＪ素子ＭＴＪの短辺方向（磁化困難軸方向）をＦ（最小加工寸法）とすると、長手方向（磁化容易軸方向）は２Ｆ程度にした形状が望ましい。

垂直磁化型のＭＴＪ素子ＭＴＪの場合、磁化方向は形状に依存しないため、上述するいずれの形状を用いてもよい。

［８−４］トンネル接合構造
ＭＴＪ素子ＭＴＪは、１重トンネル接合（シングルジャンクション）構造でもよいし、２重トンネル接合（ダブルジャンクション）構造でもよい。

１重トンネル接合構造のＭＴＪ素子ＭＴＪは、図１などに示すように、固定層１１と、記録層１３と、固定層１１及び記録層１３間に設けられた非磁性層１２とを有する。つまり、ＭＴＪ素子ＭＴＪが非磁性層を１層有する。

２重トンネル接合構造のＭＴＪ素子ＭＴＪは、第１の固定層と、第２の固定層と、第１及び第２の固定層間に設けられた記録層と、第１の固定層及び記録層間に設けられた第１の非磁性層と、第２の固定層及び記録層間に設けられた第２の非磁性層とを有する。つまり、ＭＴＪ素子ＭＴＪが非磁性層を２層有する。

２重トンネル接合構造の場合、１重トンネル接合構造の場合よりも、同じ外部バイアスを印加したときのＭＲ（Magneto Resistive）比（“１”状態、“０”状態の抵抗の変化率）の劣化が少なく、より高いバイアスで動作できる。すなわち、２重トンネル接合構造は、セル内の情報を読み出す際に有利となる。

その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第１の実施形態に係るヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図。 図３（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図。 図４（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る垂直磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図。 本発明の第２の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理を説明するための図。 図７（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子を用いた場合の書き込み動作を説明するための図。 本発明の第３の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 図９（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのヨーク層の底面の位置を示した模式図。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図、図１０（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る垂直行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図。 本発明の第４の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第４の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 図１３（ａ）乃至（ｆ）は、本発明の第４の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのヨーク層の上面の位置を示した模式図。 図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る平行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図、図１４（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第４の実施形態に係る垂直行磁化型のＭＴＪ素子において、ヨーク層の磁場アシストの原理を説明するための図。 本発明の第５の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリを示す断面図。 図１９（ａ）乃至（ｇ）は、本発明の第５の実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリの製造工程の断面図。 本発明の第６の実施形態に係るヨーク層の縦方向のスリットの模式図。 本発明の第６の実施形態に係るヨーク層の縦方向のスリットの模式図。 本発明の第６の実施形態に係るヨーク層の縦方向のスリットの模式図。 図２３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係るヨーク層のスリットからの磁場分布の原理を説明するための図。 図２４（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例１の概略的な平面図、図２４（ｂ）は、図２４のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿った断面図。 図２５（ａ）は、本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例２の概略的な平面図、図２５（ｂ）は、図２５のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った断面図。 本発明の第７の実施形態に係るメモリセルのレイアウト例３の概略的な平面図。

符号の説明

１…半導体基板、２…素子分離領域、３…ゲート電極、４ａ、４ｂ…ソース／ドレイン拡散層、５、６、２１…コンタクト、７、８、２２…配線、１０…下部電極、１１…固定層、１２…非磁性層、１３…記録層、２０…キャップ層、３０、５０…スリット、４０、４１、４２…絶縁膜、ＭＴＪ…ＭＴＪ素子、ＹＫ、ＹＫ１、ＹＫ１ａ、ＹＫ１ｂ、ＹＫ２、ＹＫ３…ヨーク層、Ｔｒ…トランジスタ。

Claims (5)

1. 磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、
   前記電流により発生した磁場を集中させ、前記磁場を前記記録層の磁化に作用させるヨーク層と
   を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
2. 前記ヨーク層は、前記磁気抵抗効果素子の側面を囲むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
3. 前記ヨーク層の端部は、前記記録層の上面と底面の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
4. 磁化方向が固定された固定層と磁化方向が反転可能な記録層と前記固定層及び前記記録層の間に設けられた非磁性層とを有し、前記固定層及び前記記録層の間に流す電流の向きに応じて前記固定層及び前記記録層の前記磁化方向が平行状態又は反平行状態となる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の側面を囲むヨーク層と
   を備え、
   書き込み動作時に前記固定層及び前記記録層の間に前記電流を流すことにより、前記電流により発生した磁場が前記ヨーク層に集中して前記磁場が前記記録層に作用するとともに、前記電流によるスピン偏極電子が前記記録層に作用することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。
5. 前記磁気ランダムアクセスメモリは、前記記録層に接続され、前記記録層との接触面積が前記記録層の面積よりも小さいコンタクトをさらに備え、
   前記書き込み動作時、前記コンタクトと前記記録層との接触した部分から前記記録層の磁化が反転し、磁化反転の伝播により前記記録層の全体の磁化が反転することを特徴とする請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリの書き込み方法。

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