JP5099368B2 - 磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

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Description

本発明は、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）に関しており、特に、スピン偏極電流を用いて磁化を反転させてデータを書き込むＭＲＡＭに関する。
近年提案されている有力なＭＲＡＭの書き込み方式の一つが、スピン偏極電流を書き込み電流として磁気記録層に注入することによって磁気記録層の磁化を反転させるスピン注入磁化反転方式（spin momentum transfer）である。電流磁界による磁化反転では、メモリセルのサイズが小さくなると共に必要な電流が増大するのに対し、スピン注入磁化反転方法では、メモリセルのサイズが小さくなると共に必要な電流が減少する。従って、スピン注入磁化反転方法は、大容量のＭＲＡＭを実現する有力な方法であると考えられている。
しかしながら、スピン注入磁化反転方式を磁気トンネル接合素子（magnetic tunnel junction device）に適用する場合には、トンネルバリア層の破壊の問題を克服する必要がある。スピン注入磁化反転方式によって磁化を反転させようとすると、現状では、数ｍＡ以上のスピン偏極電流を磁気記録層に注入する必要がある。しかし、このような大きな電流を磁気トンネル接合に流すことは、トンネルバリア層の破壊を招く恐れがある。
トンネルバリア層の破壊の問題を克服するためのアプローチの一つが、磁気記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すことによって磁化反転を起こす技術である。このような技術は、例えば、特開２００５−１９１０３２号公報、特開２００５−１２３６１７号公報、及び米国特許第６，７８１，８７１号公報に開示されている。磁気記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すことにより、磁気記録層の磁壁を移動させ、及び／又はスピン偏極電流によって磁気記録層の磁化にトルクを作用させ、これにより磁気記録層の磁化を反転させることができる。磁気記録層の面内方向にスピン偏極電流を流す技術は、トンネルバリア層にスピン偏極電流を流すことを不要化し、トンネルバリア層の破壊の問題を有効に回避することができる。
発明者の検討によれば、磁気記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すＭＲＡＭの一つの問題は、磁気記録層における発熱である。強磁性体は、一般に、電気抵抗率が大きいので、磁気記録層の面内方向における抵抗は不可避的に大きい。その一方で、磁気記録層の磁化を反転させるためには、ある程度大きいスピン偏極電流を流さざるを得ない。したがって、データ書き込みのために磁気記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すと、メモリセルの温度が上昇してしまう。メモリセルの温度上昇は、ＭＲＡＭの動作の信頼性を低下させるため好ましくない。磁気記録層を面内方向に流れる書き込み電流による温度上昇を抑制するための技術の提供が望まれる。
従って、本発明の目的は、磁気記録層を面内方向に流れる書き込み電流による温度上昇を抑制する技術を提供することにある。
本発明の一の観点において、磁気ランダムアクセスメモリは、反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向に書き込み電流が流される磁気記録層と、固定された磁化を有する磁化固定層と、磁化反転領域と磁化固定層との間に設けられた非磁性層と、磁気記録層に対向するように設けられ、磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体とを具備する。このような磁気ランダムアクセスメモリは、吸熱構造体によって磁気記録層で発生した熱を放熱し、面内方向に流れる書き込み電流による温度上昇を抑制することができる。
一実施形態では、磁気記録層は、更に、磁化反転領域の第１境界に接続された第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続された第２磁化固定領域とを備えている。この場合、書き込み電流は、前記第１磁化固定領域から第２磁化固定領域に、又は第２磁化固定領域から第１磁化固定領域に流される。
放熱効率を向上させるためには、吸熱構造体は、前記磁気記録層に直接に接合されることが好ましい。
一実施形態では、当該磁気ランダムアクセスメモリは、更に、第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線と、第２磁化固定領域に電気的に接続された第２配線とを具備する。この場合、吸熱構造体は、第１磁化固定領域と第１配線との間に設けられることが好ましい。
当該磁気ランダムアクセスメモリが、更に、第２磁化固定領域と第２配線とを接続するビアコンタクトを備える場合には、吸熱構造体に開口が設けられ、ビアコンタクトは、前記開口を貫通するように設けられることが好ましい。
当該磁気ランダムアクセスメモリは、更に、第２磁化固定領域と第２配線との間に磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する他の吸熱構造体を具備することが好ましい。
この場合、吸熱構造体は、第１磁化固定領域に直接に接合され、他の吸熱構造体は、第２磁化固定領域に直接に接合されることが好ましい。
当該磁気ランダムアクセスメモリが、更に、磁化固定層に電気的に接続されている第３配線を備える場合、吸熱構造体は、第３配線と磁化固定層の間に設けられてもよい。この場合、吸熱構造体は、磁化固定層に直接に接合されることが好ましい。この場合、吸熱構造体は、第３配線が設けられている配線層の直下のビアコンタクト層に設けられることが好ましい。
他の実施形態では、第３配線が、読み出し電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、配線本体部分から、第１方向に垂直な第２方向に突出する突出部とを備えることにより、吸熱構造体として機能することが好ましい。
他の実施形態では、更に、第１磁化固定領域に電気的に接続され、書き込み電流が流される第１配線は、書き込み電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、配線本体部分から、第１方向に垂直な第２方向に突出する突出部とを備えることによって吸熱構造体として機能することが好ましい。
吸熱構造体は、第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線と、第２磁化固定領域に電気的に接続された第２配線と同一の配線層に位置してもよい。
また、吸熱構造体は、磁化固定層に電気的に接続されている第３配線と同一の配線層に位置していてもよい。
本発明の他の観点において、磁気ランダムアクセスメモリは、反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、磁化反転領域の第１境界に接続された第１磁化固定領域と、磁化反転領域の第２境界に接続された第２磁化固定領域とを備え、面内方向に書き込み電流が流される磁気記録層と、固定された磁化を有する磁化固定層と、磁化反転領域と磁化固定層との間に設けられた非磁性層と、第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線とを具備する。書き込み電流は、第１磁化固定領域から第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流される。第１配線は、書き込み電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、配線本体部分から、前記第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、磁気記録層に対向する突出部とを備えている。
このような構成の磁気ランダムアクセスメモリでは、突出部を備えた第１配線が磁気記録層で発生した熱を放熱する吸熱構造体として機能し、面内方向に流れる書き込み電流による温度上昇を抑制することができる。
本発明の更に他の観点において、磁気ランダムアクセスメモリは、反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向に書き込み電流が流される磁気記録層と、固定された磁化を有する磁化固定層と、磁化反転領域と磁化固定層との間に設けられた非磁性層と、磁化固定層に電気的に接続された第３配線とを具備する。第３配線は、読み出し電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、配線本体部分から、第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、磁気記録層に対向する突出部とを備えている。
このような構成の磁気ランダムアクセスメモリでは、突出部を備えた第３配線が磁気記録層で発生した熱を放熱する吸熱構造体として機能し、面内方向に流れる書き込み電流による温度上昇を抑制することができる。
図１Ａは、本発明の一実施形態のＭＲＡＭの構成を示す断面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＭＲＡＭの機能を説明する概念図である。 図２は、本発明の一実施形態のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図３は、本発明の他の実施形態のＭＲＡＭの構成を示す断面図である。 図４は、本発明の更に他の実施形態のＭＲＡＭの構成を示す断面図である。 図５Ａは、実施例１のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図５Ｂは、実施例１のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図６Ａは、実施例２のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図６Ｂは、実施例２のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図７Ａは、実施例３のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図７Ｂは、実施例３のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図８Ａは、実施例４のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図８Ｂは、実施例４のＭＲＡＭの他の構成を示す斜投影図である。 図９Ａは、実施例５のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図９Ｂは、実施例５のＭＲＡＭの他の構成を示す斜投影図である。 図９Ｃは、実施例５のＭＲＡＭの更に他の構成を示す斜投影図である。 図１０Ａは、実施例６のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図１０Ｂは、実施例６のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図１１Ａは、実施例７のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図１１Ｂは、実施例７のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図１２Ａは、実施例８のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図１２Ｂは、実施例８のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。 図１３Ａは、実施例９のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。 図１３Ｂは、実施例９のＭＲＡＭの構成を示す平面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の様々な実施形態を説明する。図において、同一又は類似する構成要素は、同一又は対応する符号によって参照されていることに留意されたい。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係るＭＲＡＭの概略的な構成を示す断面図である。本発明の一実施形態のＭＲＡＭでは、絶縁層１０にメモリセル１が形成されている。メモリセル１は、磁気記録層２と、トンネルバリア層３と、磁化固定層４とを備えている。
磁気記録層２は、図２に示されているように、磁化反転領域５と、磁化固定領域６、７とを備えている。磁化反転領域５は、その磁化の方向として１ビットのデータを記憶する領域である。磁化反転領域５は、ｘ軸方向に長い形状を有しており、磁化反転領域５の磁化は、ｘ軸方向に平行に向けられている。磁化反転領域５は、磁気的にソフトな強磁性体で形成されており磁化反転領域５の磁化は反転可能である。本実施形態では、磁化反転領域５の磁化の方向が＋ｘ方向である状態がデータ「１」に対応付けられ、磁化反転領域５の磁化の方向が−ｘ方向である状態が、データ「０」に対応付けられている。
磁化固定領域６、７は、スピン偏極電流を磁化反転領域５に面内方向に注入するために使用される領域であり、いずれも強磁性体で構成されている。磁化固定領域６は、磁化反転領域５の一端に位置する境界８において磁化反転領域５に接合され、磁化固定領域７は、磁化反転領域５の他端に位置する境界９において磁化反転領域５に接合されている。磁化固定領域６、７は、磁化反転領域５にｘ軸方向において隣接しており、ｘ軸方向に長い形状を有している。磁化固定領域６、７の磁化の方向は、いずれも、磁化反転領域５に向かう方向に向けて固定されている。具体的には、磁化固定領域６の磁化は、＋ｘ方向に向けて固定されており、磁化固定領域７の磁化は、−ｘ方向に向けて固定されている。その代わりに、磁化固定領域６、７の磁化の方向は、いずれも、磁化反転領域５から離れる方向に向けて固定されてもよい。この場合、磁化固定領域６の磁化は、−ｘ方向に向けて固定され、磁化固定領域７の磁化は、＋ｘ方向に向けて固定される。
図１Ａを再度に参照して、トンネルバリア層３は、磁化固定層４と磁化反転領域５との間でトンネル電流を流すための薄い非磁性の絶縁層である。トンネルバリア層３は、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成される。
磁化固定層４は、磁化が固定されている強磁性層である。磁化固定層４は、磁気的にハードな強磁性体で、例えば、ＣｏＦｅで形成されている。図２に示されているように、磁化固定層４は、ｘ軸方向に長い形状を有しており、磁化固定層４の磁化は、−ｘ方向に向けられている。磁気記録層２の磁化反転領域５、トンネルバリア層３、及び磁化固定層４は、ＴＭＲ効果を発現する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を構成しており、その磁気トンネル接合の抵抗は、磁化固定層４と磁化反転領域５との磁化の相対方向に依存している。
磁化反転領域５に記憶されているデータの読み出しには、磁気トンネル接合のＴＭＲ効果が利用される。トンネルバリア層３、及び磁化固定層４で構成される磁気トンネル接合の抵抗は、ＴＭＲ効果により、磁化固定層４と磁化反転領域５と磁化の相対方向に依存している。磁化固定層４と磁化反転領域５との磁化が反平行（anti-parallel）である場合は、当該磁気トンネル接合は相対的に高い抵抗を示し、磁化固定層４と磁化反転領域５との磁化が平行である場合は、当該磁気トンネル接合は相対的に低い抵抗を示す。磁気トンネル接合の抵抗の変化を検出することにより、磁気記録層２に記憶されているデータが識別される。磁気トンネル接合の抵抗の変化は、磁気トンネル接合に所定の電圧を印加して磁気トンネル接合に流れる電流を測定することにより、又は、磁気トンネル接合に所定の電流を流して磁気トンネル接合に発生する電圧を測定することにより識別可能である。
磁化反転領域５へのデータの書き込みは、磁化固定領域６又は磁化固定領域７から磁化反転領域５にスピン偏極電流を注入することによって行われる。データ「１」を書き込む場合、磁気記録層２を＋ｘ方向に電流が流される。これにより、（磁化が＋ｘ方向に固定されている）磁化固定領域６から磁化反転領域５にスピン偏極電流が注入される。注入されたスピン偏極電流によって磁化反転領域５の磁壁が＋ｘ方向に押され、又は、磁化にトルクが作用され、磁化反転領域５の磁化が＋ｘ方向に向けられる。これにより、データ「１」が磁気記録層に書き込まれる。一方、データ「０」を書き込む場合、（磁化が−ｘ方向に固定されている）磁化固定領域７から磁化反転領域５にスピン偏極電流が注入される。これにより、磁化反転領域５の磁化が−ｘ方向に向けられる。
本発明の一実施形態のＭＲＡＭには、更に、吸熱構造体１１、１２が設けられている。吸熱構造体１１は、磁気記録層２の下面と対向するように設けられ、吸熱構造体１２は、磁気記録層２の上面に対向するように設けられている。この吸熱構造体１１、１２は、熱伝導性が高い材料、具体的には、銅、アルミ、タングステンのような金属で形成され、磁気記録層２の発生した熱を受け取って放熱する役割を果たす。図１Ｂに示されているように、強磁性体で形成されている磁気記録層２は、その抵抗が不可避的に大きいため、書き込み動作時にスピン偏極電流を流すと磁気記録層２の発熱が問題になる。図１Ｂに示されているように、吸熱構造体１１、１２は、磁気記録層２で発生した熱を放熱するヒートシンクとして機能し、磁気記録層２の温度上昇を有効に抑制する。図１ＡのＭＲＡＭでは、磁気記録層２の上面と下面にそれぞれに対向する吸熱構造体１１、１２が設けられているが、吸熱構造体１１、１２のうちの一方のみが設けられることも可能である。
図３に示されているように、吸熱構造体１１は、磁気記録層２の下面に直接に接合されることも可能である。吸熱構造体１１が磁気記録層２に直接に接合されていることは、放熱効率を向上させるために好適である。同様に、吸熱構造体１２は、磁化固定層４に直接に接合されていることも可能である。
磁気記録層２における磁化反転領域５と磁化固定領域６、７の幾何学的な配置は、図１に示されているような、磁化反転領域５と磁化固定領域６、７が一直線上に並んでいる配置に限定されない。例えば、図４に示されているように、磁化反転領域５がｘ軸方向に長く形成される一方で、磁化固定領域６、７がｙ軸方向に長く形成されることも可能である。この場合、磁化固定領域６、７の磁化は、いずれも、＋ｙ方向に固定される。その代わりに、磁化固定領域６、７の磁化が、いずれも−ｙ方向に固定されることも可能である。
以下では、本発明のより具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
図５Ａは、実施例１のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。図１ＡのＭＲＡＭと同様に、メモリセル１は、磁気記録層２と、トンネルバリア層３と、磁化固定層４とを備えている。磁化固定層４は、ビアコンタクト１９を介して読み出し電流ＩＲを流すための上部配線２１に接続されている。上部配線２１は、ｙ軸方向に延伸するように設けられている。読み出し電流ＩＲは、ｙ軸方向に流れることになる。
実施例１では、吸熱構造体１１が、メモリセル１の磁気記録層２と、書き込み電流ＩＷ１、ＩＷ２を流すための下部配線１５、１８の間に設けられる。下部配線１５、１８は、いずれも、ｙ軸方向に延伸するように設けられている。吸熱構造体１１は、ビアコンタクト１４を介して下部配線１５に接続されるともに、ビアコンタクト１３を介して磁気記録層２の磁化固定領域６に接続されている。下部配線１８は、ビアコンタクト１６を介して磁気記録層２の磁化固定領域７に接続されている。ビアコンタクト１６は、吸熱構造体１１に設けられた開口１１ａを貫通するように設けられており、吸熱構造体１１とは電気的に分離されている。
このような構成のＭＲＡＭでは、読み出し動作時には、上部配線２１と下部配線１５との間（又は上部配線２１と下部配線１８との間に）電圧が印加され、読み出し電流ＩＲが上部配線２１からメモリセル１を介して下部配線１５に流される。読み出し電流ＩＲの大きさから、磁気記録層２の磁化反転領域５に記憶されているデータが判別される。一方、書き込み動作時には、書き込むべきデータに応じて、下部配線１５から下部配線１８に書き込み電流ＩＷ１が流され、又は、下部配線１８から下部配線１５に書き込み電流ＩＷ２が流される。書き込み電流ＩＷ１が下部配線１５から下部配線１８に流されると、磁化固定領域６から磁化反転領域５にスピン偏極電流が注入され、磁化反転領域５の磁化が＋ｘ方向に向けられる。即ち、データ「１」が磁気記録層に書き込まれる。逆に、書き込み電流ＩＷ２が下部配線１８から下部配線１５に流されると、磁化固定領域７から磁化反転領域５にスピン偏極電流が注入され、磁化反転領域５の磁化が−ｘ方向に向けられる。即ち、データ「０」が磁気記録層に書き込まれる。
吸熱構造体１１は、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。図５Ｂは、吸熱構造体１１の好適な形状及び配置を示す平面図である。吸熱構造体１１は、少なくとも、磁気記録層２の磁化反転領域５と磁化固定領域６の全体に対向するように設けられることが好適である。このような配置は、磁気記録層２と対向する面積を増大させ、吸熱構造体１１の放熱効率を有効に向上させる。吸熱構造体１１が磁気記録層２と対向する面積を一層に増大させるためには、吸熱構造体１１に設けられた開口１１ａに対向する部分を除いて、吸熱構造体１１が磁気記録層２の全体に対向するように設けられることが好適である。図５Ｂには、吸熱構造体１１に設けられた開口１１ａに対向する部分を除いて、吸熱構造体１１が磁気記録層２の全体に対向するように設けられている吸熱構造体１１の配置が図示されている。
（実施例２）
図６Ａは、実施例２のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例２では、２つの吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが、磁気記録層２と下部配線１５、１８の間に設けられる。吸熱構造体１１Ａは、ビアコンタクト１３を介して磁気記録層２の磁化固定領域６に接続されると共に、ビアコンタクト１４を介して下部配線１５に接続されている。一方、吸熱構造体１１Ｂは、ビアコンタクト１６を介して磁気記録層２の磁化固定領域７に接続されると共に、ビアコンタクト１７を介して下部配線１８に接続されている。このような構成の実施例２のＭＲＡＭでは、読み出し動作及び書き込み動作が、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂは、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。図６Ｂは、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂの好適な構造及び配置を示す平面図である。吸熱構造体１１Ａは、少なくとも磁気記録層２の磁化固定領域６の全体に対向するように設けられることが好適であり、吸熱構造体１１Ｂは、少なくとも磁気記録層２の磁化固定領域７の全体に対向するように設けられることが好適である。このような配置は、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが磁気記録層２と対向する面積を増大させ、放熱効率を有効に向上させる。
磁気記録層２と対向する面積を一層に増大させるためには、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂは、磁気記録層２の磁化反転領域５の少なくとも一部に対向するように配置されることが一層に好適であり、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが磁化固定層４の下面（トンネルバリア層３に接合する面）の少なくとも一部に対向するように配置されることが更に好適である。図６Ｂには、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂのそれぞれが、磁化固定層４の下面の一部に対向する配置が図示されている。吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂは、その間隔が狭いことが好適であり、最も好適には、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。
（実施例３）
図７Ａは、実施例３のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例３では、吸熱構造体１２が、メモリセル１の磁化固定層４と上部配線２１の間に設けられる。吸熱構造体１２は、ビアコンタクト１９を介して磁化固定層４に接続されると共に、ビアコンタクト２０を介して上部配線２１に接続されている。このような構成の実施例３のＭＲＡＭでは、読み出し動作及び書き込み動作が、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
吸熱構造体１２は、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。図７Ｂは、吸熱構造体１２の好適な構造及び配置を示す平面図である。吸熱構造体１２は、少なくとも磁気記録層２のうちのビアコンタクト１３、１６の間の部分の全体に対向するように設けられることが好適である。このような配置は、磁気記録層２の発熱する部分（即ち、スピン偏極電流が流れる部分）の全体の放熱を可能にする。一層に放熱効率を向上させるためには、吸熱構造体１２が、磁気記録層２の全体に対向するように設けられることが一層に好適である。このような配置は、磁気記録層２と対向する面積を増大させ、吸熱構造体１２の放熱効率を有効に向上させる。
（実施例４）
図８Ａは、実施例４のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例４のＭＲＡＭでは、吸熱構造体１１が、磁気記録層２の下面の全面に直接に接合される。吸熱構造体１１は、ビアコンタクト１４を介して下部配線１５に接続され、更に、ビアコンタクト１７を介して下部配線１８に接続される。吸熱構造体１１は、磁気記録層２よりも高い抵抗率を有する材料で形成される。これは、書き込み電流を磁気記録層２により多く流すために重要である。図８ＡのＭＲＡＭでは、吸熱構造体１１に書き込み電流が分流されるが、吸熱構造体１１は、磁気記録層２よりも高い抵抗率を有する材料で形成されることにより、吸熱構造体１１に流れる電流を小さくすることができる。一方で、吸熱構造体１１が、磁気記録層２の下面の全面に直接に接合されることは、磁気記録層２から吸熱構造体１１に熱を伝わりやすくし、放熱効率を有効に向上させる。このような構成の実施例４のＭＲＡＭでは、読み出し動作及び書き込み動作が、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
図８Ｂは、実施例４のＭＲＡＭの他の構成を示す斜投影図である。実施例４のＭＲＡＭでは、２つの吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが、磁気記録層２の下面に直接に接合される。吸熱構造体１１Ａは、磁気記録層２の磁化固定領域６に直接に接合されると共に、ビアコンタクト１４を介して下部配線１５に接続される。一方、吸熱構造体１１Ｂは、磁気記録層２の磁化固定領域７に直接に接合されると共に、ビアコンタクト１７を介して下部配線１８に接続される。２つの吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが、磁気記録層２の下面に直接に接合されることは、磁気記録層２から吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂに熱を伝わりやすくし、放熱効率を有効に向上させる。その一方で、吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂが電気的に分離されているため、（磁気記録層２を流れずに）吸熱構造体１１に流れる電流を小さくすることができる。このような構成の実施例４のＭＲＡＭでは、読み出し動作及び書き込み動作が、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
吸熱構造体１１Ａは、書き込み電流ＩＷ１が流れる下部配線１５よりも、ｘ軸方向の幅（即ち、下部配線１５が延伸する方向と垂直方向の幅）が、大きいことが好適である。このような構造は、磁気記録層２から吸熱構造体１１Ａ、１１Ｂに熱を伝わりやすくし、放熱効率を有効に向上させる。同様に、吸熱構造体１１Ｂは、書き込み電流ＩＷ２が流れる下部配線１８よりも、ｘ軸方向の幅（即ち、下部配線１８が延伸する方向と垂直方向の幅）が、大きいことが好適である。
（実施例５）
図９Ａは、実施例５のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例５のＭＲＡＭでは、吸熱構造体１２が磁化固定層４に直接に接合される。吸熱構造体１２は、上部配線２１が設けられている配線層の直下に位置するビアコンタクト層に設けられており、吸熱構造体１２は、上部配線２１に直接に接合されている。吸熱構造体１２は、主として、銅（Ｃｕ）又はタングステン（Ｗ）で形成される。上部配線２１が設けられている配線層の直下に位置するビアコンタクト層に吸熱構造体１２が設けられる構造は、吸熱構造体１２を形成するための工程を追加的に必要としないため好適である。このような構成の実施例５のＭＲＡＭの読み出し動作及び書き込み動作は、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
吸熱構造体１２は、読み出し電流ＩＲが流れる下部配線１５よりも、ｘ軸方向の幅（即ち、下部配線１５が延伸する方向と垂直方向の幅）が、大きいことが好適である。このような構造は、磁気記録層２から吸熱構造体１２に熱を伝わりやすくし、放熱効率を有効に向上させる。
また、吸熱構造体１２の膜厚ｄ２は、磁気記録層２の膜厚ｄ１よりも厚いことが好適である。このような構造は、放熱効率を有効に向上させる。
図９Ｂ、図９Ｃに示されているように、吸熱構造体１２は、磁化固定層４と完全に位置整合されている（aligned）必要はない。図９Ｂに示されているように、吸熱構造体１２は、磁化固定層４の一部分だけに接合するように設けられることが可能である。また、図９Ｃに示されているように、吸熱構造体１２は、磁化固定層４の上面の全体に接合され、且つ、磁化固定層４からはみ出すように配置されることが可能である。
（実施例６）
図１０Ａは、実施例６のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例６のＭＲＡＭでは、上部配線２１が吸熱構造体として機能するような形状に形成される。即ち、上部配線２１に、その延伸方向（実施例６ではｙ軸方向）と垂直な方向（実施例６ではｘ軸方向）に突出する突出部２１ａが設けられる。突出部２１ａは、磁気記録層２の上面に対向するような形状に形成される。このような形状を有する上部配線２１は、吸熱構造体として有効に機能し、磁気記録層２で発生した熱を効果的に放熱する。上部配線２１を吸熱構造体として機能させる構造では、吸熱構造体を形成するための配線層を必要としないため、少ない配線層でＭＲＡＭを構成することを可能にする。このような構成の実施例６のＭＲＡＭの読み出し動作及び書き込み動作は、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
上部配線２１は、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。図１０Ｂは、好適な上部配線２１の形状を示す平面図である。上部配線２１の配線本体部分２１ｂは、ｙ軸方向（読み出し電流ＩＲが流される方向）に延伸するように設けられており、突出部２１ａは、配線本体部分２１ｂからｘ軸方向に突出するように設けられている。突出部２１ａは、上部配線２１が少なくとも磁気記録層２のうちのビアコンタクト１３、１６の間の部分の全体に対向するような形状を有するように設けられることが好適である。このような配置は、磁気記録層２の発熱する部分（即ち、スピン偏極電流が流れる部分）の全体の放熱を可能にする。一層に放熱効率を向上させるためには、上部配線２１が、磁気記録層２の全体に対向するように設けられることが一層に好適である。このような配置は、磁気記録層２と対向する面積を増大させ、上部配線２１の放熱効率を有効に向上させる。
（実施例７）
図１１Ａは、実施例７のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例６のＭＲＡＭでは、下部配線１５、１８が吸熱構造体として機能するような形状に形成される。即ち、下部配線１５に、その延伸方向（実施例７ではｙ軸方向）と垂直な方向（実施例７ではｘ軸方向）に突出する突出部１５ａが設けられ、下部配線１８に、その延伸方向と垂直な方向に突出する突出部１８ａが設けられる。突出部１５ａ、１８ａは、磁気記録層２の上面に対向するような形状に形成される。このような形状を有する下部配線１５、１８は、吸熱構造体として有効に機能し、磁気記録層２で発生した熱を効果的に放熱する。下部配線１５、１８を吸熱構造体として機能させる構造では、吸熱構造体を形成するための配線層を必要としないため、少ない配線層でＭＲＡＭを構成することを可能にする。このような構成の実施例７のＭＲＡＭの読み出し動作及び書き込み動作は、実施例１のＭＲＡＭと同様にして行われる。
下部配線１５、１８は、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。図１１Ｂは、好適な下部配線１５、１８の形状を示す平面図である。下部配線１５の配線本体部分１５ｂは、ｙ軸方向（書き込み電流ＩＷ１が流される方向）に延伸するように設けられており、突出部１５ａは、配線本体部分２１ｂからｘ軸方向に突出するように設けられている。同様に、下部配線１８の配線本体部分１８ｂは、ｙ軸方向（書き込み電流ＩＷ２が流される方向）に延伸するように設けられており、突出部１８ａは、配線本体部分１８ｂからｘ軸方向に突出するように設けられている。
突出部１５ａは、下部配線１５が少なくとも磁気記録層２の磁化固定領域６の全体に対向するように設けられることが好適であり、突出部１８ａは、下部配線１８が少なくとも磁気記録層２の磁化固定領域７の全体に対向するように設けられることが好適である。このような配置は、下部配線１５、１８が磁気記録層２と対向する面積を増大させ、放熱効率を有効に向上させる。
突出部１５ａ、１８ａは、下部配線１５、１８が磁気記録層２の磁化反転領域５の少なくとも一部に対向するように配置されることが好適であり、下部配線１５、１８が磁化固定層４の下面（トンネルバリア層３に接合する面）の少なくとも一部に対向するように配置されることが更に好適である。図１１Ｂには、下部配線１５、１８のそれぞれが、磁化固定層４の下面の一部に対向する配置が図示されている。突出部１５ａ、１８ａは、その間隔が狭いことが好適であり、最も好適には、突出部１５ａ、１８ａは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。
（実施例８）
図１２Ａは、実施例８のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例８のＭＲＡＭでは、磁気記録層２の下面に対向する吸熱構造体１１が、下部配線１５、１８が形成される配線層と同一の配線層に設けられる。吸熱構造体１１は、下部配線１５、１８の間に設けられており、下部配線１５、１８から電気的に絶縁されている。吸熱構造体１１が、下部配線１５、１８が形成される配線層と同一の配線層に設けられる構成は、吸熱構造体を形成するための工程を追加的に必要としないため好適である。
吸熱構造体１１は、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。このためには、図１２Ｂに示されているように、吸熱構造体１１が磁気記録層２を横断するように設けられていることが好適である。
加えて、磁気記録層２と対向する面積をなるべく大きくするためには、下部配線１５と吸熱構造体１１とは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。同様に、下部配線１８と吸熱構造体１１とは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。
（実施例９）
図１３Ａは、実施例８のＭＲＡＭの構成を示す斜投影図である。実施例８のＭＲＡＭでは、磁気記録層２の上面に対向する吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂが、上部配線２１が形成される配線層と同一の配線層に設けられる。吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂは、上部配線２１から電気的に絶縁されている。吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂが、上部配線２１が形成される配線層と同一の配線層に設けられる構成は、吸熱構造体を形成するための工程を追加的に必要としないため好適である。
吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂは、磁気記録層２と対向する面積がなるべく大きくなるような形状及び配置で配置されることが好ましい。磁気記録層２と対向する面積をなるべく大きくするためには、図１３Ｂに示されているように、吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂは、磁気記録層２の磁化反転領域５の少なくとも一部に対向するように配置されることが好適であり、吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂが磁化固定層４の上面（トンネルバリア層３に接合する面）の少なくとも一部に対向するように配置されることが更に好適である。図１３Ｂには、吸熱構造体１２Ａ、１２Ｂのそれぞれが、磁化固定層４の上面の一部に対向する配置が図示されている。上部配線２１と吸熱構造体１２Ａとの間隔は狭いことが好適であり、最も好適には、上部配線２１と吸熱構造体１２Ａとは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。同様に、上部配線２１と吸熱構造体１２Ｂとは、当該ＭＲＡＭのデザインルールの最小ピッチと同一の間隔で分離されていることが好適である。
実施例１〜９では、磁気記録層２の上面に対向する吸熱構造体と、下面に対向する吸熱構造体の一方のみが含まれるＭＲＡＭが提示されているが、放熱効率を一層に向上させるためには、磁気記録層２の上面に対向する吸熱構造体と、下面に対向する吸熱構造体の両方がＭＲＡＭに含まれることが好適である。詳細には、図５Ａ、図６、図８、図１１Ａ、図１２Ａのうちの一の図に示されている吸熱構造体の配置と、図７Ａ、図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ、図１３Ａのうちの一の図に示されている吸熱構造体の配置との両方がＭＲＡＭに採用されることが好適である。

Claims (11)

  1. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、前記磁化反転領域の第１境界に接続され、固定された磁化を有する第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続され、固定された磁化を有する第２磁化固定領域とを備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体と、
    前記第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線と、
    前記第２磁化固定領域に電気的に接続された第２配線
    とを具備し、
    前記スピン偏極電流は、前記第１磁化固定領域から前記第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流され、
    前記吸熱構造体は、前記第１磁化固定領域と前記第１配線との間に設けられた
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  2. 請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
    更に、
    前記第２磁化固定領域と前記第２配線とを接続するビアコンタクトを備え、
    前記吸熱構造体には開口が設けられ、
    前記ビアコンタクトは、前記開口を貫通するように設けられている
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  3. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、前記磁化反転領域の第１境界に接続され、固定された磁化を有する第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続され、固定された磁化を有する第２磁化固定領域とを備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体と、
    前記第２磁化固定領域と前記第２配線との間に前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する他の吸熱構造体
    とを具備し、
    前記スピン偏極電流は、前記第１磁化固定領域から前記第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流される
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  4. 請求項３に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
    前記吸熱構造体は、前記第１磁化固定領域に直接に接合され、
    前記他の吸熱構造体は、前記第２磁化固定領域に直接に接合された
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  5. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体と、
    前記磁化固定層に電気的に接続されている第３配線
    とを具備し、
    前記吸熱構造体は、前記第３配線と前記磁化固定層の間に設けられ、前記磁化固定層に直接に接合され、且つ、前記第３配線が設けられている配線層の直下のビアコンタクト層に設けられた
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  6. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁化固定層に電気的に接続された第３配線
    とを具備し、
    前記第３配線が、読み出し電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、前記配線本体部分から前記第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、前記磁気記録層に対向する突出部とを備えることにより、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体として機能する
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  7. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、前記磁化反転領域の第１境界に接続され、固定された磁化を有する第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続され、固定された磁化を有する第２磁化固定領域とを備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記第１磁化固定領域に電気的に接続され、前記スピン偏極電流が流される第１配線
    とを具備し、
    前記スピン偏極電流は、前記第１磁化固定領域から前記第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流され、
    前記第１配線は、前記スピン偏極電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、前記配線本体部分から前記第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、前記磁気記録層に対向する突出部とを備えることにより、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体として機能する
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  8. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、前記磁化反転領域の第１境界に接続され、固定された磁化を有する第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続され、固定された磁化を有する第２磁化固定領域とを備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体と、
    前記第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線と、
    前記第２磁化固定領域に電気的に接続された第２配線
    とを具備し、
    前記スピン偏極電流は、前記第１磁化固定領域から前記第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流され、
    前記吸熱構造体は、前記第１配線及び前記第２配線と同一の配線層に位置する
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  9. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁気記録層に対向するように設けられ、前記磁気記録層で発生した熱を受け取って放熱する機能を有する吸熱構造体と、
    前記磁化固定層に電気的に接続されている第３配線
    とを具備し、
    前記吸熱構造体は、前記第３配線と同一の配線層に位置する
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  10. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域と、前記磁化反転領域の第１境界に接続された第１磁化固定領域と、前記磁化反転領域の第２境界に接続された第２磁化固定領域とを備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記第１磁化固定領域に電気的に接続された第１配線
    とを具備し、
    前記スピン偏極電流は、前記第１磁化固定領域から前記第２磁化固定領域に、又は前記第２磁化固定領域から前記第１磁化固定領域に流され、
    前記第１配線は、
    前記スピン偏極電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、
    前記配線本体部分から、前記第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、前記磁気記録層に対向する突出部
    とを備える
    磁気ランダムアクセスメモリ。
  11. 反転可能な磁化を有する磁化反転領域を備え、面内方向にスピン偏極電流が流される磁気記録層と、
    固定された磁化を有する磁化固定層と、
    前記磁化反転領域と前記磁化固定層との間に設けられたトンネルバリア層と、
    前記磁化固定層に電気的に接続された第３配線
    とを具備し、
    前記第３配線は、
    読み出し電流が流される第１方向に延伸する配線本体部分と、
    前記配線本体部分から、前記第１方向に垂直な第２方向に突出し、且つ、前記磁気記録層に対向する突出部
    とを備える
    磁気ランダムアクセスメモリ。
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