JP6581634B2 - 磁気記憶装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。
磁気記憶装置の動作は、より安定であることが望ましい。
本発明の実施形態は、動作の安定性を向上できる磁気記憶装置を提供する。
実施形態に係る磁気記憶装置は、第１導電層と、第１磁性層と、第１非磁性層と、第２磁性層と、第２導電層と、第３磁性層と、第２非磁性層と、第４磁性層と、第１化合物領域と、第１絶縁領域と、制御部と、を含む。前記第１導電層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。前記第１導電層は、第１金属を含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れている。前記第１非磁性層は、前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第２磁性層は、前記第３部分と前記第１非磁性層との間に設けられる。前記第２導電層は、前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向において前記第１導電層から離れている。前記第２導電層は、前記第１金属を含む。前記第３磁性層は、前記第３方向において前記第１磁性層から離れている。前記第２非磁性層は、前記第１方向において前記第２導電層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第４磁性層は、前記第２導電層と前記第２非磁性層との間に設けられる。前記第１化合物領域は、前記第３方向において前記第１導電層の少なくとも一部と前記第２導電層の少なくとも一部との間に設けられる。前記第１化合物領域は、前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。前記第１絶縁領域は、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択された少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。前記第１絶縁領域の少なくとも一部は、前記第１磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記制御部は、前記第１導電層と電気的に接続される。前記制御部は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記第１導電層に供給する第１動作と、前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記第１導電層に供給する第２動作と、を実施する。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１〜図３は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）は、図１のＡ１−Ａ２線断面である。図２（ｂ）は、図１のＡ３−Ａ４線断面である。図３（ａ）は、図１のＢ１−Ｂ２線断面である。図３（ｂ）は、図１のＢ３−Ｂ４線断面である。図１は、図２のＣ１−Ｃ２線断面である。
図２（ａ）は、図１のＡ１−Ａ２線断面である。図２（ｂ）は、図１のＡ３−Ａ４線断面である。図３（ａ）は、図１のＢ１−Ｂ２線断面である。図３（ｂ）は、図１のＢ３−Ｂ４線断面である。図１は、図２のＣ１−Ｃ２線断面である。
図１、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）に表したように、第１実施形態に係る磁気記憶装置１１０は、第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎ、第２磁性層１２、第２非磁性層１２ｎ、第３磁性層１３、第４磁性層１４、第１導電層２１、第２導電層２２、第１化合物領域４１、および制御部７０を含む。
図３（ａ）に表したように、第１導電層２１は、第１部分２１１、第２部分２１２、および第３部分２１３を含む。第３部分２１３は、第１部分２１１と第２部分２１２との間に設けられる。
第１部分２１１から第２部分２１２に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、例えば、図３に表したＸ軸方向に沿う。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。第１方向と交差する方向を第２方向とする。第２方向は、例えばＺ軸方向に沿う。第１方向および第２方向と交差する方向を第３方向とする。第３方向は、例えばＹ軸方向に沿う。
以下では、第１方向、第２方向、および第３方向が、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、およびＹ軸方向に沿う場合について説明する。
以下では、第１方向、第２方向、および第３方向が、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、およびＹ軸方向に沿う場合について説明する。
第１磁性層１１は、Ｚ軸方向において、第３部分２１３から離れる。第１非磁性層１１ｎは、第３部分２１３と第１磁性層１１との間に設けられる。第２磁性層１２は、第３部分２１３と第１非磁性層１１ｎとの間に設けられる。
第１導電層２１は、例えば、複数の第３部分２１３を含む。複数の第３部分２１３は、Ｘ軸方向において、互いに離れている。第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎ、および第２磁性層１２を含む第１積層体ＳＢ１は、Ｘ軸方向において複数設けられる。複数の第１積層体ＳＢ１は、互いに離れている。複数の第３部分２１３から複数の第１積層体ＳＢ１に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
図３（ｂ）に表したように、第２導電層２２は、第４部分２２４、第５部分２２５、および第６部分２２６を含む。第６部分２２６は、Ｘ軸方向において、第１部分２１１と第２部分２１２との間に設けられる。
第３磁性層１３は、Ｚ軸方向において、第６部分２２６から離れる。第２非磁性層１２ｎは、第６部分２２６と第３磁性層１３との間に設けられる。第４磁性層１４は、第６部分２２６と第２非磁性層１２ｎとの間に設けられる。
第２導電層２２は、例えば、複数の第６部分２２６を含む。複数の第６部分２２６は、Ｘ軸方向において、互いに離れている。第３磁性層１３、第２非磁性層１２ｎ、および第４磁性層１４を含む第２積層体ＳＢ２は、Ｘ軸方向において、複数設けられる。複数の第２積層体ＳＢ２は、互いに離れている。複数の第６部分２２６から複数の第２積層体ＳＢ２に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
図２（ａ）に表したように、第２導電層２２は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１から離れる。第１化合物領域４１は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１の少なくとも一部と第２導電層２２の少なくとも一部との間に設けられる。第１化合物領域４１は、例えば、第１導電層２１の少なくとも一部および第２導電層２２の少なくとも一部と連続している。第１化合物領域４１は、例えば、第１導電層２１の少なくとも一部および第２導電層２２の少なくとも一部と物理的に接続されている。第１化合物領域４１は、例えば、第１導電層２１の少なくとも一部および第２導電層２２の少なくとも一部と原子的に接続されている。
第１絶縁領域５１は、Ｙ軸方向において、第１磁性層１１の少なくとも一部と第３磁性層１３の少なくとも一部との間に設けられる。この例では、第１絶縁領域５１は、Ｙ軸方向において、第１非磁性層１１ｎと第２非磁性層１２ｎとの間および第２磁性層１２と第４磁性層１４との間にさらに設けられる。第１化合物領域４１から第１絶縁領域５１に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
第１導電層２１は、第１金属を含む。第２導電層２２は、第１金属を含む。第１化合物領域４１は、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１金属は、例えば非磁性である。第１導電層２１は、例えば非磁性である。第２導電層２２は、例えば非磁性である。
第１金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択された少なくとも１つを含む。より好ましくは、第１金属は、Ｈｆ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１化合物領域４１が、Ｔａ以外の上記元素の少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む場合、第１化合物領域４１が、Ｔａと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む場合よりも、第１化合物領域４１の電気抵抗が大きくなる。例えば、第１導電層２１と第２導電層２２との間の電気抵抗を大きくできる。第１導電層２１および第２導電層２２は、非磁性であることが好ましい。
第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３、および第４磁性層１４は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。第１磁性層１１、第２磁性層１２、第３磁性層１３、および第４磁性層１４は、例えば、ＣｏＦｅＢを含む。
第１非磁性層１１ｎおよび第２非磁性層１２ｎは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択された少なくとも１つを含む。
第１絶縁領域５１は、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択された少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。第１絶縁領域５１は、例えば、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンを含む。
この例では、磁気記憶装置１１０は、基体２０ｓ、化合物領域４６、第１絶縁領域５１、絶縁領域５２〜５５、および複数の絶縁領域５６をさらに含む。
第１導電層２１は、Ｚ軸方向において、基体２０ｓと第２磁性層１２との間に設けられる。第２導電層２２は、Ｚ軸方向において、基体２０ｓと第４磁性層１４との間に設けられる。
複数の化合物領域４６は、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第１導電層２１の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、複数の化合物領域４６の１つと、第１化合物領域４１と、の間に設けられる。第２導電層２２の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、複数の化合物領域４６の別の１つと、第１化合物領域４１と、の間に設けられる。
複数の絶縁領域５６は、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第１磁性層１１の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、複数の絶縁領域５６の１つと、第１絶縁領域５１と、の間に設けられる。第３磁性層１３の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、複数の絶縁領域５６の別の１つと、絶縁領域５１と、の間に設けられる。
図３（ａ）および図２（ｂ）に表したように、絶縁領域５２は、Ｘ軸方向において、複数の第２磁性層１２の１つと複数の第２磁性層１２の別の１つとの間に設けられる。絶縁領域５３は、複数の第１磁性層１１の１つと複数の第１磁性層１１の別の１つとの間に設けられる。絶縁領域５２に代えて、絶縁領域５３の一部が設けられていても良い。
図３（ｂ）および図２（ｂ）に表したように、絶縁領域５４は、Ｘ軸方向において、複数の第４磁性層１４の１つと複数の第４磁性層１４の別の１つとの間に設けられる。絶縁領域５５は、複数の第４磁性層１４の１つと複数の第４磁性層１４の別の１つとの間に設けられる。絶縁領域５４に代えて、絶縁領域５５の一部が設けられていても良い。
絶縁領域５２および５４は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。絶縁領域５３および５５は、例えば、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択された少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。
第１磁性層１１および第３磁性層１３は、例えば、磁化固定層である。第２磁性層１２および第４磁性層１４は、例えば、磁化自由層である。第１磁性層１１の第１磁化１１Ｍは、第２磁性層１２の第２磁化１２Ｍに比べて変化し難い。第３磁性層１３の第３磁化１３Ｍは、第４磁性層１４の第４磁化１４Ｍに比べて変化し難い。第１非磁性層１１ｎおよび第２非磁性層１２ｎは、例えば、トンネル層として機能する。
積層体（第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２など）は、例えば、磁気抵抗変化素子として機能する。積層体において、例えばＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance Effect）が生じる。例えば、第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎおよび第２磁性層１２を含む経路における電気抵抗は、第１磁化１１Ｍの向きと、第２磁化１２Ｍの向きと、の間の差異に応じて変化する。例えば、第３磁性層１３、第２非磁性層１２ｎおよび第４磁性層１４を含む経路における電気抵抗は、第３磁化１３Ｍの向きと、第４磁化１４Ｍの向きと、の間の差異に応じて変化する。積層体は、例えば、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction：ＭＴＪ）を有する。
この例では、第１磁化１１Ｍおよび第３磁化１３Ｍは、Ｙ軸方向に沿っている。第２磁化１２Ｍおよび第４磁化１４Ｍは、Ｙ軸方向に沿っている。第１磁性層１１および第３磁性層１３は、例えば、参照層として機能する。第２磁性層１２および第４磁性層１４は、例えば、記憶層として機能する。
第２磁性層１２および第４磁性層１４は、例えば、情報を記憶する層として機能する。例えば、第２磁化１２Ｍが１つの方向に向く第１状態が、記憶される第１情報に対応する。第２磁化１２Ｍが別の方向に向く第２状態が、記憶される第２情報に対応する。第１情報は、例えば「０」および「１」の一方に対応する。第２情報は、「０」および「１」の他方に対応する。同様に、第４磁化１４Ｍの向きが、これらの情報に対応する。
第２磁化１２Ｍは、例えば、第１導電層２１に流れる電流（書き込み電流）により制御することができる。例えば、第１導電層２１の電流（書き込み電流）の向きにより、第２磁化１２Ｍの向きを制御することができる。例えば、第１導電層２１は、Spin Orbit Layer（ＳＯＬ）として機能する。例えば、第１導電層２１と第２磁性層１２との間において生じるスピン軌道トルクによって、第２磁化１２Ｍの向きを変えることができる。例えば、第１導電層２１と第４磁性層１４との間において生じるスピン軌道トルクによって、第４磁化１４Ｍの向きを変えることができる。スピン軌道トルクは、第１導電層２１に流れる電流（書き込み電流）に基づく。
この電流（書き込み電流）は、制御部７０により供給される。制御部は、例えば駆動回路７５を含む。制御部７０は、図３（ａ）に表したように、第１部分２１１、第２部分２１２、および複数の第１磁性層１１と電気的に接続される。
例えば、駆動回路７５と第１部分２１１とが、配線７０ａにより電気的に接続される。駆動回路７５と第２部分２１２とが、配線７０ｂにより電気的に接続される。駆動回路７５と複数の第１磁性層１１とが、それぞれ、複数の配線７０ｃにより電気的に接続される。例えば、駆動回路７５と、第１磁性層１１と、の間の電流経路（配線７０ｃ）上には、第１スイッチ素子Ｓｗ１（例えばトランジスタ）が設けられる。
制御部７０は、第１書き込み動作において、第１電流Ｉｗ１（第１書き込み電流）を第１導電層２１に供給する。これにより、第１状態が形成される。第１電流Ｉｗ１は、第１部分２１１から第２部分２１２に向かう電流である。制御部７０は、第２書き込み動作において、第２電流Ｉｗ２（第２書き込み電流）を第１導電層２１に供給する。これにより、第２状態が形成される。第２電流Ｉｗ２は、第２部分２１２から第１部分２１１に向かう電流である。
第１書き込み動作後（第１状態）における第１磁性層１１と第１部分２１１との間の第１電気抵抗は、第２書き込み動作後（第２状態）における第１磁性層１１と第１部分２１１との間の第２電気抵抗とは異なる。この電気抵抗の差は、例えば、第１状態と第２状態との間における、第２磁化１２Ｍの状態の差に基づく。
複数の第１スイッチ素子Ｓｗ１の動作により、複数の第１積層体ＳＢ１の１つが選択される。選択された第１積層体ＳＢ１について、書き込み動作および読み出し動作を行うことができる。複数の第１積層体ＳＢ１の１つを選択するときには、その第１積層体ＳＢ１に所定の選択電圧が印加される。このとき、他の第１積層体ＳＢ１には、非選択電圧が印加される。選択電圧の電位は、非選択電圧の電位とは異なる。選択電圧の電位が非選択電圧の電位と異なっていれば、選択電圧は０ボルトであっても良い。
制御部７０は、読み出し動作において、第１磁性層１１と第１部分２１１との間の電気抵抗に応じた特性（電圧または電流などでも良い）を検出しても良い。制御部７０は、読み出し動作において、第３磁性層１３と第１部分２１１との間の電気抵抗に応じた特性（電圧または電流などでも良い）を検出しても良い。
同様に、制御部７０は、図３（ｂ）に表したように、第４部分２２４、第５部分２２５、および複数の第３磁性層１３と電気的に接続される。この例では、駆動回路７５と第４部分２２４とが、配線７０ｄにより電気的に接続される。駆動回路７５と第５部分２２５とが、配線７０ｅにより電気的に接続される。駆動回路７５と複数の第３磁性層１３とが、それぞれ、複数の配線７０ｆにより電気的に接続される。例えば、駆動回路７５と、第３磁性層１３と、の間の電流経路（配線７０ｆ）上には、第２スイッチ素子Ｓｗ２（例えばトランジスタ）が設けられる。
制御部７０は、第３書き込み動作において、第３電流Ｉｗ３（第３書き込み電流）を第２導電層２２に供給する。これにより、第３状態が形成される。第３電流Ｉｗ３は、第４部分２２４から第５部分２２５に向かう電流である。制御部７０は、第４書き込み動作において、第４電流Ｉｗ４（第４書き込み電流）を第２導電層２２に供給する。これにより、第２状態が形成される。第４電流Ｉｗ４は、第５部分２２５から第４部分２２４に向かう電流である。
第３書き込み動作後（第３状態）における第３磁性層１３と第４部分２２４との間の第３電気抵抗は、第４書き込み動作後（第４状態）における第３磁性層１３と第４部分２２４との間の第４電気抵抗とは異なる。この電気抵抗の差は、例えば、第３状態と第４状態との間における、第４磁化１４Ｍの状態の差に基づく。
複数の第２スイッチ素子Ｓｗ２の動作により、複数の第２積層体ＳＢ２の１つが選択される。選択された第２積層体ＳＢ２について、書き込み動作および読み出し動作を行うことができる。複数の第２積層体ＳＢ２の１つを選択するときには、その第２積層体ＳＢ２に所定の選択電圧が印加される。このとき、他の第２積層体ＳＢ２には、非選択電圧が印加される。選択電圧の電位は、非選択電圧の電位とは異なる。選択電圧の電位が非選択電圧の電位と異なっていれば、選択電圧は０ボルトであっても良い。
制御部７０は、読み出し動作において、第３磁性層１３と第４部分２２４との間の電気抵抗に応じた特性（電圧または電流などでも良い）を検出しても良い。制御部７０は、読み出し動作において、第３磁性層１３と第４部分２２４との間の電気抵抗に応じた特性（電圧または電流などでも良い）を検出しても良い。
第１導電層２１は、第１金属を含む。第１化合物領域４１は、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。これにより、例えば、磁気記憶装置１１０の動作の安定性が向上する。これは、第１導電層２１と第１化合物領域４１との境界付近における、第１導電層２１のＹ軸方向における端部へのグレインバウンダリの減少に基づく。グレインバウンダリの減少は、例えば、第１導電層２１への電流供給時に、第１導電層２１におけるマイグレーションを低減させる。特に、第１導電層２１のＺ軸方向における長さが１５ｎｍ以下であり、第１導電層２１が遷移金属を含む場合、第１導電層２１におけるマイグレーションが効果的に低減される。
同様に、第２導電層２２は、第１金属を含む。これにより、例えば、磁気記憶装置１１０の動作の安定性が向上する。これは、第２導電層２２と第１化合物領域４１との境界付近における、第２導電層２２のグレインバウンダリの減少に基づく。
磁気記憶装置１１０は、第１化合物領域４１および第１絶縁領域５１を含む。これにより、例えば、複数の積層体の１つに選択電圧を印加して書き込み動作および読み出し動作を行う磁気記憶装置１１０の信頼性を向上できる。磁気記憶装置１１０における電圧効果を向上できる。例えば、磁気記憶装置１１０における書き込み動作および読み出し動作の速度を向上できる。
第１化合物領域４１は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択された少なくとも１つの第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。これにより、例えば、磁気記憶装置１１０の動作の安定性が向上する。これは、以下に基づく。
第１積層体ＳＢ１に選択電圧を印加した際、例えば、第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度は、第１積層体ＳＢ１の中心部における電界強度よりも小さい。第１化合物領域４１は、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。これにより、第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度を向上させることができる。第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度と、第１積層体ＳＢ１の中心部における電界強度と、の差を小さくすることができる。同様に、第２積層体ＳＢ２について、第２積層体ＳＢ２の外周部における電界強度と、第２積層体ＳＢ２の中心部における電界強度と、の差を小さくすることができる。
第１積層体ＳＢ１に選択電圧を印加した際、例えば、第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度は、第１積層体ＳＢ１の中心部における電界強度よりも小さい。第１化合物領域４１は、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。これにより、第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度を向上させることができる。第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度と、第１積層体ＳＢ１の中心部における電界強度と、の差を小さくすることができる。同様に、第２積層体ＳＢ２について、第２積層体ＳＢ２の外周部における電界強度と、第２積層体ＳＢ２の中心部における電界強度と、の差を小さくすることができる。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の別の動作を例示する模式的斜視図である。
図４（ａ）に表したように、複数の積層体（積層体ＳＢ１ａ及び積層体ＳＢ１ｂ）が設けられる。積層体ＳＢ１ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、複数の第３部分２１３の１つと重なる。積層体ＳＢ１ｂは、第１方向において、複数の第３部分２１３の別の１つと重なる。導電層２０は、第１中間部分２１１ｉを含む。第１中間部分２１１ｉは、積層体ＳＢ１ａと積層体ＳＢ１ｂとの間の部分に対応する。
図４（ａ）に表したように、複数の積層体（積層体ＳＢ１ａ及び積層体ＳＢ１ｂ）が設けられる。積層体ＳＢ１ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、複数の第３部分２１３の１つと重なる。積層体ＳＢ１ｂは、第１方向において、複数の第３部分２１３の別の１つと重なる。導電層２０は、第１中間部分２１１ｉを含む。第１中間部分２１１ｉは、積層体ＳＢ１ａと積層体ＳＢ１ｂとの間の部分に対応する。
例えば、第１端子Ｔ１が、第１導電層２１の第１部分２１１と電気的に接続される。第２端子Ｔ２が、第２部分２１２と電気的に接続される。第３端子Ｔ３が、第１中間部分２１１ｉと電気的に接続される。第４端子Ｔ４が、積層体ＳＢ１ａの第１磁性層１１と電気的に接続される。第５端子Ｔ５が、積層体ＳＢ１ｂの第１磁性層１１と電気的に接続される。
図４（ａ）に示すように、１つの動作ＯＰ１において、第１電流Ｉｗ１が、第１端子Ｔ１から第３端子Ｔ３に向けて流れ、第３電流Ｉｗ３が第２端子Ｔ２から第３端子Ｔ３に向けて流れる。積層体ＳＢ１ａの位置における電流（第１電流Ｉｗ１）の向きは、積層体ＳＢ１ｂの位置における電流（第３電流Ｉｗ３）の向きと逆である。このような動作ＯＰ１において、積層体ＳＢ１ａの第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、積層体ＳＢ１ｂの第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
図４（ｂ）に示す別の動作ＯＰ２において、第２電流Ｉｗ２が、第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１に向けて流れ、第４電流Ｉｗ４が第３端子Ｔ３から第２端子Ｔ２に向けて流れる。積層体ＳＢ１ａの位置における電流（第２電流Ｉｗ２）の向きは、積層体ＳＢ１ｂの位置における電流（第４電流Ｉｗ４）の向きと逆である。このような動作ＯＰ２において、積層体ＳＢ１ａの第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きは、積層体ＳＢ１ｂの第２磁性層１２に作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、積層体ＳＢ１ｂの第２磁性層１２の磁化１２Ｍｂの向きは、積層体ＳＢ１ａの第２磁性層１２の磁化１２Ｍａの向きと逆である。一方、積層体ＳＢ１ｂの第１磁性層１１の磁化１１Ｍｂの向きは、積層体ＳＢ１ａの第１磁性層１１の磁化１１Ｍａの向きと同じである。このように、積層体ＳＢ１ａと積層体ＳＢ１ｂとの間で、反対の向きの磁化情報が記憶される。例えば、動作ＯＰ１の場合の情報（データ）が、”１”に対応する。例えば、動作ＯＰ２の場合の情報（データ）が、”０”に対応する。このような動作により、例えば、後述するように、読み出しが高速化できる。
動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、磁化１２Ｍａと、導電層２０を流れる電子（偏極電子）のスピン電流と、が相互作用する。磁化１２Ｍａの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。磁化１２Ｍａは、歳差運動して、反転する。動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、磁化１２Ｍｂの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。磁化１２Ｍｂは、歳差運動して、反転する。
図４（ｃ）は、磁気記憶装置１１０における読み出し動作を例示している。
読み出し動作ＯＰ３において、第４端子Ｔ４の電位を第４電位Ｖ４とする。そして、第５端子Ｔ５の電位を第５電位Ｖ５とする。第４電位Ｖ４は、例えば、接地電位である。第４電位Ｖ４と第５電位Ｖ５との間の電位差をΔＶとする。複数の積層体のそれぞれにおける２つの電気抵抗を、高抵抗Ｒｈ及び低抵抗Ｒｌとする。高抵抗Ｒｈは、低抵抗Ｒｌよりも高い。例えば、磁化１１Ｍａと磁化１２Ｍａとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、磁化１１Ｍａと磁化１２Ｍａとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。例えば、磁化１１Ｍｂと磁化１２Ｍｂとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、磁化１１Ｍｂと磁化１２Ｍｂとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。
読み出し動作ＯＰ３において、第４端子Ｔ４の電位を第４電位Ｖ４とする。そして、第５端子Ｔ５の電位を第５電位Ｖ５とする。第４電位Ｖ４は、例えば、接地電位である。第４電位Ｖ４と第５電位Ｖ５との間の電位差をΔＶとする。複数の積層体のそれぞれにおける２つの電気抵抗を、高抵抗Ｒｈ及び低抵抗Ｒｌとする。高抵抗Ｒｈは、低抵抗Ｒｌよりも高い。例えば、磁化１１Ｍａと磁化１２Ｍａとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、磁化１１Ｍａと磁化１２Ｍａとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。例えば、磁化１１Ｍｂと磁化１２Ｍｂとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Ｒｈに対応する。例えば、磁化１１Ｍｂと磁化１２Ｍｂとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Ｒｌに対応する。
例えば、図４（ａ）に例示する動作ＯＰ１（”１”状態）において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ１は、（１）式で表される。
Ｖｒ１＝｛Ｒｌ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（１）
一方、図１５（ｂ）に例示する動作ＯＰ２（”０”状態）の状態において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ２は、（２）式で表される。
Ｖｒ２＝｛Ｒｈ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（２）
従って、”１”状態と”０”状態との間における、電位変化ΔＶｒは、（３）式で表される。
ΔＶｒ＝Ｖｒ２−Ｖｒ１＝｛（Ｒｈ−Ｒｌ）／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（３）
電位変化ΔＶｒは、第３端子Ｔ３の電位を測定することによって得られる。
Ｖｒ１＝｛Ｒｌ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（１）
一方、図１５（ｂ）に例示する動作ＯＰ２（”０”状態）の状態において、第３端子Ｔ３の電位Ｖｒ２は、（２）式で表される。
Ｖｒ２＝｛Ｒｈ／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（２）
従って、”１”状態と”０”状態との間における、電位変化ΔＶｒは、（３）式で表される。
ΔＶｒ＝Ｖｒ２−Ｖｒ１＝｛（Ｒｈ−Ｒｌ）／（Ｒｌ＋Ｒｈ）｝×ΔＶ …（３）
電位変化ΔＶｒは、第３端子Ｔ３の電位を測定することによって得られる。
定電流を積層体（磁気抵抗素子）に供給して磁気抵抗素子の２つの磁性層の間の電圧（電位差）を測定する場合に比べて、上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、読み取り時の消費エネルギーを低減できる。上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、高速読み出しを行なうことができる。
上記の動作ＯＰ１及び動作ＯＰ２において、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いて、複数の第２磁性層１２のそれぞれの垂直磁気異方性を制御することができる。これにより、書込み電流を低減できる。例えば、書込み電流は、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を用いないで書き込みを行う場合の書き込み電流の約１／２にできる。例えば、書込み電荷を低減できる。第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５に加える電圧の極性と、垂直磁気異方性の増減と、の関係は、磁性層及び導電層の材料に依存する。
上記の図４（ｃ）において、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を同じ電位に設定し、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間の電位差を読み取っても良い。第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２のいずれか一方に電圧を印加し、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の他方をフローティングにしても良い。または、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２に同じ電流を流して、第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５とにおける電流差を読み出しても良い。さらに、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を同じ電位に設定し、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間の電位差を読み取っても良い。さらに、第４端子Ｔ４及び第５端子Ｔ５を同じ電位に設定し、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２をセンスアンプの入力端子に接続して、センスアンプにより第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電位差を読み取っても良い。
図５〜図７は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を例示する模式的斜視図である。
基体２０ｓの上に、導電膜２０Ｆを形成する。導電膜２０Ｆの上に、磁性膜ＭＦ１を形成する。磁性膜ＭＦ１の上に、非磁性膜ＮＦを形成する。非磁性膜ＮＦの上に、磁性膜ＭＦ２を形成する。これにより、図５（ａ）に表した積層膜ＳＦが形成される。
導電膜２０Ｆは、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＰｔＲｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択された少なくとも１つの第１金属を含む。磁性膜ＭＦ１およびＭＦ２は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。非磁性膜ＮＦは、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択された少なくとも１つを含む。
積層膜ＳＦの上に、複数のマスクＭ１を形成する。複数のマスクＭ１は、互いに離れている。それぞれのマスクＭ１は、帯状であり、Ｙ方向に延びる。マスクＭ１の開口部において、積層膜ＳＦが露出する。
磁性膜ＭＦ２の一部および非磁性膜ＮＦの一部を除去し、図５（ｂ）に表したように、溝Ｔｒ１を形成する。この除去工程は、例えば、Ａｒを含むイオンビームの照射により行われる。溝Ｔｒ１は、例えば、磁性膜ＭＦ１を貫通していない。溝Ｔｒ１の形成により、非磁性膜ＮＦは、非磁性膜ＮＦａと非磁性膜ＮＦｂとに分離される。磁性膜ＭＦ２は、磁性膜ＭＦ２ａと磁性膜ＭＦ２ｂとに分離される。
磁性膜ＭＦ１の一部は、溝Ｔｒ１を通して露出する。露出した磁性膜ＭＦ１の一部を酸化する。これにより、図６（ａ）に表したように、絶縁膜５０Ｆが形成される。絶縁膜５０Ｆは、例えば、磁性膜ＭＦ１の上記一部を酸素プラズマに暴露する、または磁性膜ＭＦ１の上記一部に酸素ビームを照射することで形成される。絶縁膜５０Ｆの形成により、磁性膜ＭＦ１は、磁性膜ＭＦ１ａと磁性膜ＭＦ１ｂとに分離される。
図６（ｂ）に表したように、複数のマスクＭ２を形成する。複数のマスクＭ２は、互いに離れている。それぞれのマスクＭ２は、帯状であり、Ｘ方向に延びる。マスクＭ２の開口部を通して、磁性膜ＭＦ２ａ、磁性膜ＭＦ２ｂ、および絶縁膜５０Ｆのそれぞれの一部が露出する。
複数のマスクＭ２の開口部を通して、磁性膜ＭＦ２ａ、磁性膜ＭＦ２ｂ、非磁性膜ＮＦａ、非磁性膜ＮＦｂ、磁性膜ＭＦ１ａ、磁性膜ＭＦ１ｂ、および絶縁膜５０Ｆのそれぞれの一部を除去する。これにより、図７（ａ）に表したように、複数の溝Ｔｒ２を形成する。この除去工程は、例えば、Ａｒを含むイオンビームの照射により行われる。導電膜２０Ｆの一部が、溝Ｔｒ２を通して露出する。溝Ｔｒ２は、導電膜２０Ｆを貫通していない。
この工程により、磁性膜ＭＦ２ａおよび磁性膜ＭＦ２ｂは、複数の第１磁性層１１と複数の第３磁性層１３とに分離される。非磁性膜ＮＦａおよび非磁性膜ＮＦｂは、複数の第１非磁性層１１ｎと複数の第２非磁性層１２ｎとに分離される。磁性膜ＭＦ１ａおよび磁性膜ＭＦ１ｂは、複数の第２磁性層１２と複数の第４磁性層１４とに分離される。絶縁膜５０Ｆは、絶縁領域５２と絶縁領域５４とに分離される。
露出した導電膜２０Ｆの一部を酸化し、図７（ｂ）に表したように、第１金属と酸素とを含む第１化合物領域４１を形成する。第１化合物領域４１の形成は、導電膜２０Ｆの一部に対する酸素プラズマの暴露または酸素ビームの照射により行われる。第１化合物領域４１の形成により、導電膜２０Ｆは、第１導電層２１と第２導電層２２とに分離される。
例えば、導電膜２０Ｆの一部が第１化合物領域４１に変化する際、体積が増加する。これにより、例えば、第１化合物領域４１の一部は、Ｙ軸方向において、第２磁性層１２と第４磁性層１４との間、第１非磁性層１１ｎと第２非磁性層１２ｎとの間、および第１磁性層１１の一部と第３磁性層１３の一部との間に位置する。
複数の第１積層体ＳＢ１、複数の第２積層体ＳＢ２、第１化合物領域４１、絶縁領域５２、および絶縁領域５４の上に絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、例えば、ＡｌおよびＳｉからなる群より選択された少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。この絶縁膜の一部は、第１絶縁領域５１に対応する。この絶縁膜の別の一部は、絶縁領域５３および絶縁領域５５に対応する。
図８〜図１１は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図８（ａ）に表した磁気記憶装置１２０では、第１化合物領域４１は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１と第２導電層２２との間、及び、第２磁性層１２と第４磁性層１４との間に設けられる。この例では、第１化合物領域４１の別の一部が、Ｙ軸方向において、第１非磁性層１１ｎと第２非磁性層１２ｎとの間に設けられる。例えば、第１化合物領域４１は、第１導電層２１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ、第２導電層２２、第４磁性層１４、および第２非磁性層１２ｎと、物理的に接触している。
図８（ｂ）に表した磁気記憶装置１２１では、第１化合物領域４１の一部は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１と第２導電層２２との間、第２磁性層１２と第４磁性層１４との間、および第１非磁性層１１ｎと第２非磁性層１２ｎとの間に設けられる。第１化合物領域４１の別の一部は、Ｙ軸方向において、第１磁性層１１の一部と第３磁性層１３の一部との間に設けられる。これにより、第１非磁性層１１ｎおよび第２非磁性層１２ｎの第１化合物領域４１近傍における電界強度をより向上できる。例えば、磁気記憶装置１２２の動作の安定性がより向上する。例えば、第１化合物領域４１は、第１導電層２１、第２磁性層１２、第１非磁性層１１ｎ、第１磁性層１１、第２導電層２２、第４磁性層１４、第２非磁性層１２ｎ、および第３磁性層１３と、物理的に接触している。
図８（ｃ）に表した磁気記憶装置１２２では、第１化合物領域４１は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１の一部と、第２導電層２２の一部と、の間に設けられる。第１絶縁領域５１の一部は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１の別の一部と、第２導電層２２の別の一部と、の間に設けられる。
図９に表した磁気記憶装置１３０は、複数の第３化合物領域４３および複数の化合物領域４３ｂをさらに含む。
複数の第３化合物領域４３は、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第１積層体ＳＢ１の一部は、Ｙ軸方向において、第３化合物領域４３同士の間に設けられる。複数の第３化合物領域４３の１つは、Ｙ軸方向において、第１積層体ＳＢ１の一部と第１絶縁領域５１との間に設けられる。
この例では、複数の第３化合物領域４３の１つは、Ｙ軸方向において、第１導電層２１の一部と第１絶縁領域５１との間、第２磁性層１２と第１絶縁領域５１との間、第１非磁性層１１ｎと第１絶縁領域５１との間、および第１磁性層１１と第１絶縁領域５１との間に設けられる。
複数の化合物領域４３ｂは、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第２積層体ＳＢ２の一部は、Ｙ軸方向において、化合物領域４３ｂ同士の間に設けられる。複数の化合物領域４３ｂの１つは、Ｙ軸方向において、第２積層体ＳＢ２の一部と第１絶縁領域５１との間に設けられる。
この例では、複数の化合物領域４３ｂの１つは、Ｙ軸方向において、第２導電層２２の一部と第１絶縁領域５１との間、第４磁性層１４と第１絶縁領域５１との間、第２非磁性層１２ｎと第１絶縁領域５１との間、および第３磁性層１３と第１絶縁領域５１との間に設けられる。
複数の第３化合物領域４３および複数の化合物領域４３ｂは、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。
図１０に表した磁気記憶装置１４０は、第１化合物層３０をさらに含む。
第１化合物層３０は、例えば、Ｚ軸方向において、第１導電層２１、第２導電層２２、第１化合物領域４１、および複数の化合物領域４６と重なる。第１導電層２１は、Ｚ軸方向において、第１化合物層３０の一部と第２磁性層１２との間に設けられる。第２導電層２２は、Ｚ軸方向において、第１化合物層３０の別の一部と第４磁性層１４との間に設けられる。
第１化合物層３０は、例えば、Ｚ軸方向において、第１導電層２１、第２導電層２２、第１化合物領域４１、および複数の化合物領域４６と重なる。第１導電層２１は、Ｚ軸方向において、第１化合物層３０の一部と第２磁性層１２との間に設けられる。第２導電層２２は、Ｚ軸方向において、第１化合物層３０の別の一部と第４磁性層１４との間に設けられる。
第１化合物層３０は、例えば、絶縁性の化合物を含む。この場合、第１化合物層３０は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、タンタル、ホウ素、カルシウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、タングステン、チタン、銅、およびパラジウムからなる群より選択される少なくとも１つの元素と、酸素と、を含む。この元素は、例えば、第１金属と異なる。この元素は、第１金属と同じでも良い。
図１１（ａ）に表した磁気記憶装置１５０は、第２化合物領域４２をさらに含む。第１化合物領域４１の少なくとも一部および第２化合物領域４２の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、第１導電層２１の少なくとも一部と、第２導電層２２の少なくとも一部と、の間に設けられる。
第１化合物領域４１と第２化合物領域４２は、Ｙ軸方向において、互いに離れている。例えば、第１絶縁領域５１の一部は、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１と第２化合物領域４２との間に設けられる。
第１化合物領域４１は、第１部分領域４１ａおよび第２部分領域４１ｂを含む。第２化合物領域４２は、第３部分領域４２ｃおよび第４部分領域４２ｄを含む。第２部分領域４１ｂは、Ｙ軸方向において、第１部分領域４１ａと第４部分領域４２ｄとの間に設けられる。第４部分領域４２ｄは、第２部分領域４１ｂと第３部分領域４２ｃとの間に設けられる。
第２部分領域４１ｂの厚さ（Ｚ軸方向における長さ）は、第１部分領域４１ａの厚さよりも薄く、第３部分領域４２ｃの厚さよりも薄い。第４部分領域４２ｄの厚さは、第１部分領域４１ａの厚さよりも薄く、第３部分領域４２ｃの厚さよりも薄い。
図１１（ｂ）に表した磁気記憶装置１５１では、第１化合物領域４１と第２化合物領域４２が繋がっている。例えば、第１絶縁領域５１の一部は、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１の一部と第２化合物領域４２の一部との間に設けられる。
第２部分領域４１ｂの厚さは、例えば、第１部分領域４１ａの厚さの、０．１倍以下である。第４部分領域４２ｄの厚さは、例えば、第３部分領域４２ｃの厚さの、０．１倍以下である。
図１２は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置の製造工程を例示する模式的断面図である。
図１２（ａ）に表した状態は、図７（ａ）に表した状態の後、導電膜２０Ｆの一部を酸化させた後の状態に対応する。
図１２（ａ）に表した状態は、図７（ａ）に表した状態の後、導電膜２０Ｆの一部を酸化させた後の状態に対応する。
導電膜２０Ｆの一部を酸化させて、化合物膜４１Ｆが形成される。化合物膜４１Ｆの一部を除去する。この除去工程は、例えば、Ａｒを含むイオンビームＩＢを化合物膜４１Ｆに照射させて行われる。この工程において、イオンビームＩＢは、Ｚ軸方向から傾斜させて、化合物膜４１Ｆに照射される。イオンビームＩＢの一部は、第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２、および複数のマスクＭ２により遮られる。これにより、図１２（ｂ）に表したように、第１部分領域４１ａおよび第２部分領域４１ｂを含む第１化合物領域４１と、第３部分領域４２ｃおよび第４部分領域４２ｄを含む第２化合物領域と、が形成される。化合物膜４１Ｆの一部を除去することで、化合物膜４１Ｆを分離させても良い。この場合、互いに離れた第１化合物領域４１および第２化合物領域４２が形成される。
図１３は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
第２実施形態に係る磁気記憶装置２１０では、第１導電層２１の第３部分２１３は、第１導電領域２１３ａおよび第２導電領域２１３ｂを含む。第１導電領域２１３ａは、Ｚ軸方向において、第２磁性層１２と第２導電領域２１３ｂとの間に設けられる。
第２実施形態に係る磁気記憶装置２１０では、第１導電層２１の第３部分２１３は、第１導電領域２１３ａおよび第２導電領域２１３ｂを含む。第１導電領域２１３ａは、Ｚ軸方向において、第２磁性層１２と第２導電領域２１３ｂとの間に設けられる。
第１導電領域２１３ａは、第１金属を含む。第２導電領域２１３ｂは、第２金属を含む。第１金属は、第２金属と異なる。
第２導電層２２の第６部分２２６は、第４導電領域２２６ｄおよび第５導電領域２２６ｅを含む。第４導電領域２２６ｄは、Ｚ軸方向において、第４磁性層１４と第５導電領域２２６ｅとの間に設けられる。第４導電領域２２６ｄは、第１金属を含む。第５導電領域２２６ｅは、第２金属を含む。
第１化合物領域４１は、第２金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。第１化合物領域４１は、Ｙ軸方向において、第２導電領域２１３ｂと第５導電領域２２６ｅとの間に設けられる。この例では、第１化合物領域４１は、さらに、第１導電領域２１３ａと第４導電領域２２６ｄとの間、第２磁性層１２と第４磁性層１４との間、および第１非磁性層１１ｎと第２非磁性層１２ｎとの間に設けられる。
第１金属は、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｈｆ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つである。第２金属は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、およびＡｌからなる群より選択された少なくとも１つである。これにより、例えば、基体２０ｓと第１導電層２１との間の密着性および基体２０ｓと第２導電層２２との間の密着性を向上させることができる。例えば、第１導電層２１および第２導電層２２におけるスピン散乱を大きくすることができる。
図１４は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図１４に表した磁気記憶装置２２０は、複数の第３化合物領域４３および複数の化合物領域４３ｂをさらに含む。
図１４に表した磁気記憶装置２２０は、複数の第３化合物領域４３および複数の化合物領域４３ｂをさらに含む。
複数の第３化合物領域４３は、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第１導電領域２１３ａの少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、第３化合物領域４３同士の間に設けられる。
複数の化合物領域４３ｂは、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第４導電領域２２６ｄの少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、化合物領域４３ｂ同士の間に設けられる。
複数の第３化合物領域４３の１つは、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１と第１導電領域２１３ａとの間に設けられる。この例では、複数の第３化合物領域４３の上記１つの一部が、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１と第２磁性層１２との間および第１化合物領域４１と第１非磁性層１１ｎとの間に設けられる。
複数の化合物領域４３ｂの１つは、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１と第４導電領域２２６ｄとの間に設けられる。この例では、複数の化合物領域４３ｂの上記１つの一部が、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１と第４磁性層１４との間および第１化合物領域４１と第２非磁性層１２ｎとの間に設けられる。
例えば、第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、複数の第３化合物領域４３の上記１つと、複数の化合物領域４３ｂの上記１つと、の間に設けられる。
複数の第３化合物領域４３および複数の化合物領域４３ｂは、第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。これにより、磁気記憶装置１１０の動作の安定性が向上する。これは、例えば、第１積層体ＳＢ１の外周部における電界強度と、第１積層体ＳＢ１の中心部における電界強度と、の差が減少することに基づく。これは、例えば、第２積層体ＳＢ２の外周部における電界強度と、第２積層体ＳＢ２の中心部における電界強度と、の差が減少することに基づく。
図１５は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置の製造工程を例示する模式的断面図である。
図１５（ａ）に表した状態は、図６（ｂ）に表した状態に対応する。この例では、導電膜２０Ｆは、第１導電膜２０Ｆ１および第２導電膜２０Ｆ２を含む。第１導電膜２０Ｆ１は、第１金属を含む。第２導電膜２０Ｆ２は、第２金属を含む。
図１５（ａ）に表した状態は、図６（ｂ）に表した状態に対応する。この例では、導電膜２０Ｆは、第１導電膜２０Ｆ１および第２導電膜２０Ｆ２を含む。第１導電膜２０Ｆ１は、第１金属を含む。第２導電膜２０Ｆ２は、第２金属を含む。
磁性膜ＭＦ２ａ、非磁性膜ＮＦａ、磁性膜ＭＦ１ａ、および第１導電膜２０Ｆ１のそれぞれの一部を除去する。この除去工程は、例えば、Ａｒを含むイオンビームの照射により行われる。これにより、第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２が形成される。第１導電膜２０Ｆ１は、導電膜２０Ｆ１ａと導電膜２０Ｆ１ｂとに分離される。
第１導電膜２０Ｆ１の一部を除去する際、図１５（ｂ）に表したように、除去された材料の一部が第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２の側壁に付着する。この状態で、第２導電膜２０Ｆ２の一部と、第１積層体ＳＢ１の側壁および第２積層体ＳＢ２の側壁に付着した金属材料と、を酸化する。これにより、図１４に表した、複数の第３化合物領域４３、複数の化合物領域４３ｂ、および第１化合物領域４１が形成される。
図１６は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図１６に表した磁気記憶装置２３０では、第１導電層２１の第３部分２１３は、第３導電領域２１３ｃをさらに含む。第２導電層２２の第６部分２２６は、第６導電領域２２６ｆをさらに含む。
図１６に表した磁気記憶装置２３０では、第１導電層２１の第３部分２１３は、第３導電領域２１３ｃをさらに含む。第２導電層２２の第６部分２２６は、第６導電領域２２６ｆをさらに含む。
第１導電領域２１３ａおよび第２導電領域２１３ｂは、Ｚ軸方向において、第３導電領域２１３ｃと第２磁性層１２との間に設けられる。第１導電領域２１３ａは、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｈｆ、およびＰｄからなる群より選択された第１金属を含む。第２導電領域２１３ｂは、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、およびＡｌからなる群より選択された第２金属を含む。第３導電領域２１３ｃは、Ａｌ、Ｃｕ、およびＳｃからなる群より選択された第３金属を含む。第１金属と第２金属と第３金属とは、互いに異なる。
第４導電領域２２６ｄおよび第５導電領域２２６ｅは、Ｚ軸方向において、第６導電領域２２６ｆと第４磁性層１４との間に設けられる。第４導電領域２２６ｄは、第１金属を含む。第５導電領域２２６ｅは、第２金属を含む。第６導電領域２２６ｆは、第３金属を含む。
第１化合物領域４１は、第３金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む。第１化合物領域４１の少なくとも一部は、Ｙ軸方向において、第３導電領域２１３ｃと第６導電領域２２６ｆとの間に設けられる。この例では、第１化合物領域４１は、Ｙ軸方向において、第２導電領域２１３ｂと第５導電領域２２６ｅとの間、第１導電領域２１３ａと第４導電領域２２６ｄとの間、および第２磁性層１２と第４磁性層１４との間にさらに設けられる。
図１７に表した磁気記憶装置２４０は、複数の第３化合物領域４３、複数の化合物領域４３ｂ、複数の化合物領域４３ｃ、および複数の化合物領域４３ｄをさらに含む。
複数の化合物領域４３ｃは、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第２導電領域２１３ｂの少なくとも一部および複数の第３化合物領域４３は、Ｙ軸方向において、化合物領域４３ｃ同士の間に設けられる。複数の化合物領域４３ｃの１つは、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１の一部と第２導電領域２１３ｂとの間に設けられる。複数の化合物領域４３ｃの１つの一部が、Ｙ軸方向において、複数の第３化合物領域４３の１つの少なくとも一部と第１化合物領域４１の一部との間に設けられていても良い。
複数の化合物領域４３ｄは、Ｙ軸方向において、互いに離れている。第５導電領域２２６ｅの少なくとも一部および複数の化合物領域４３ｂは、Ｙ軸方向において、化合物領域４３ｄ同士の間に設けられる。複数の化合物領域４３ｄの１つは、Ｙ軸方向において、第１化合物領域４１の一部と第５導電領域２２６ｅとの間に設けられる。複数の化合物領域４３ｄの１つの一部が、Ｙ軸方向において、複数の化合物領域４３ｂの１つの少なくとも一部と第１化合物領域４１の一部との間に設けられていても良い。
以上の実施形態によれば、磁気記憶装置の動作の安定性を向上させることができる。
なお、本願明細書において、「垂直」および「平行」は、厳密な垂直および厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直および実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる磁性層、非磁性層、導電層、化合物領域、金属化合物領域、絶縁領域、制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１１ 第１磁性層、 １１Ｍ 第１磁化、 １１Ｍａ、１１Ｍｂ 磁化、 １１ｎ 第１非磁性層、 １２ 第２磁性層、 １２Ｍ 第２磁化、 １２ｎ 第２非磁性層、 １３ 第３磁性層、 １３Ｍ 第３磁化、 １３Ｍａ、１３Ｍｂ 磁化、 １４ 第４磁性層、 １４Ｍ 第４磁化、 ２０Ｆ 導電膜、 ２０Ｆ１ 第１導電膜、 ２０Ｆ２ 第二導電膜、 ２０ｓ 基体、 ２１ 第１導電層、 ２２ 第２導電層、 ３０ 第１化合物層、 ４１ 第１化合物領域、 ４１Ｆ 化合物膜、 ４１ａ 第１部分領域、 ４１ｂ 第２部分領域、 ４２ 第２化合物領域、 ４２ｃ 第３部分領域、 ４２ｄ 第４部分領域、 ４３ 第３化合物領域、 ４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ 化合物領域、 ４６ 化合物領域、 ５０Ｆ 絶縁膜、 ５１ 第１絶縁領域、 ５２〜５６ 絶縁領域、 ７０ 制御部、 ７０ａ〜７０ｆ 配線、 ７５ 駆動回路、 １１０、１２０、１２１、１２２、１３０、１４０、１５０、２１０、２２０、２３０、２４０ 磁気記憶装置、 ２１１ 第１部分、 ２１１ｉ 第１中間部分、 ２１２ 第２部分、 ２１３ 第３部分、 ２１３ａ 第１導電領域、 ２１３ｂ 第２導電領域、 ２１３ｃ 第３導電領域、 ２２４ 第４部分、 ２２５ 第５部分、 ２２６ 第６部分、 ２２６ｄ 第４導電領域、 ２２６ｅ 第５導電領域、 ２２６ｆ 第６導電領域、 ＩＢ イオンビーム、 Ｉｗ１ 第１電流、 Ｉｗ２ 第２電流、 Ｉｗ３ 第３電流、 Ｉｗ４ 第４電流、 Ｍ１、Ｍ２ マスク、 ＭＦ１、ＭＦ１ａ、ＭＦ１ｂ、ＭＦ２、ＭＦ２ａ、ＭＦ２ｂ 磁性膜、 ＮＦ、ＮＦａ、ＮＦｂ 非磁性膜、 ＳＢ１ 第１積層体、 ＳＢ２ 第２積層体、 ＳＦ 積層膜、 Ｓｗ１ 第１スイッチ素子、 Ｓｗ２ 第２スイッチ素子、 Ｔｒ１、Ｔｒ２ 溝、 Ｔ１ 第１端子、 Ｔ２ 第２端子、 Ｔ３ 第３端子、 Ｔ４ 第４端子、 Ｔ５ 第５端子
Claims (11)
- 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、第１金属を含む第１導電層と、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第３部分と前記第１非磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向において前記第１導電層から離れ、前記第１金属を含む第２導電層と、
前記第１方向において前記第２導電層から離れた第３磁性層と、
前記第２導電層と前記第３磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第２導電層と前記第２非磁性層との間に設けられた第４磁性層と、
前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域であって、前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた、前記第１化合物領域と、
ＡｌおよびＳｉからなる群より選択された少なくとも１つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第１絶縁領域であって、前記第１絶縁領域の少なくとも一部は前記第１磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた、前記第１絶縁領域と、
前記第１導電層と電気的に接続された制御部であって、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記第１導電層に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記第１導電層に供給する第２動作と、
を実施する前記制御部と、
を備えた磁気記憶装置。 - 前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第２化合物領域をさらに備え、
前記第２化合物領域は、前記第３方向において、前記第１化合物領域と前記第２導電層との間に設けられ、
前記第１化合物領域は、第１部分領域と、前記第３方向において前記第１部分領域と前記第２化合物領域との間に位置する第２部分領域と、を含み、
前記第２部分領域の前記第１方向における長さは、前記第１部分領域の前記第１方向における長さよりも短い請求項１に記載の磁気記憶装置。 - 前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第３化合物領域をさらに備え、
前記第３化合物領域の一部は、前記第３方向において、前記第２磁性層と前記第１絶縁領域との間に設けられた請求項１または２に記載の磁気記憶装置。 - 前記第１化合物領域の一部は、前記第３方向において、前記第２磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
- 前記第１化合物領域の別の一部は、前記第３方向において、前記第１磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた請求項４記載の磁気記憶装置。
- 前記第１金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、およびＡｕからなる群より選択された少なくとも１つを含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
- 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、Ｈｆ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、およびＡｕからなる第１群より選択された少なくとも１つの第１金属を含む第１導電層と、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層と、
前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第３部分と前記第１非磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向において前記第１導電層から離れ、前記第１金属を含む第２導電層と、
前記第１方向において前記第２導電層から離れた第３磁性層と、
前記第２導電層と前記第３磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第２導電層と前記第２非磁性層との間に設けられた第４磁性層と、
前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域であって、前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた、前記第１化合物領域と、
前記第１導電層と電気的に接続された制御部であって、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記第１導電層に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記第１導電層に供給する第２動作と、
を実施する前記制御部と、
を備えた磁気記憶装置。 - 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む第１導電層であって、前記第３部分は、第１金属を含む第１導電領域と、第２金属を含む第２導電領域と、を含み、前記第２導電領域から前記第１導電領域に向かう方向は前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向に沿う、前記第１導電層と、
前記第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層であって、前記第１導電領域は前記第２導電領域と前記第１磁性層との間に位置する、前記第１磁性層と、
前記第１導電領域と前記第１磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１導電領域と前記第１非磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向において前記第１導電層から離れた第２導電層と、
前記第１方向において前記第２導電層から離れた第３磁性層と、
前記第２導電層と前記第３磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第２導電層と前記第２非磁性層との間に設けられた第４磁性層と、
前記第２金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域であって、前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた、前記第１化合物領域と、
前記第１導電層と電気的に接続された制御部であって、
前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記第１導電層に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記第１導電層に供給する第２動作と、
を実施する前記制御部と、
を備えた磁気記憶装置。 - 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む第１導電層であって、前記第３部分は、第１金属を含む第１導電領域と、第２金属を含む第２導電領域と、を含み、前記第２導電領域から前記第１導電領域に向かう方向は前記第１部分から前記第２部分に向かう第２方向と交差する第１方向に沿う、前記第１導電層と、
前記第１方向において前記第３部分から離れた第１磁性層であって、前記第１導電領域は前記第２導電領域と前記第１磁性層との間に位置する、前記第１磁性層と、
前記第１導電領域と前記第１磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１導電領域と前記第１非磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向において前記第１導電層から離れた第２導電層と、
前記第１方向において前記第２導電層から離れた第３磁性層と、
前記第２導電層と前記第３磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、
前記第２導電層と前記第２非磁性層との間に設けられた第４磁性層と、
前記第２金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域であって、前記第１化合物領域の少なくとも一部は、前記第３方向において、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた、前記第１化合物領域と、
前記第１金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも１つと、を含む第３化合物領域であって、前記第３化合物領域の一部は、前記第２磁性層と前記第１化合物領域との間に設けられた、前記第３化合物領域と、
前記第１導電層と電気的に接続された制御部と、
を備えた磁気記憶装置。 - 前記第１金属は、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｈｆ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つを含む請求項８または９に記載の磁気記憶装置。
- 前記第２金属は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、およびＡｌからなる群より選択された少なくとも１つを含む請求項８〜１０のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
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