WO2006022197A1 - メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

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magnetic
magnetic layer
magnetic field
memory cell
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Tadahiko Sugibayashi
Takeshi Honda
Noboru Sakimura
Tetsuhiro Suzuki
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
    • Y10S977/933—Spintronics or quantum computing
    • Y10S977/935—Spin dependent tunnel, SDT, junction, e.g. tunneling magnetoresistance, TMR

Definitions

  • the present invention relates to a memory cell and a magnetic random access memory, and more particularly to a memory cell including a tunneling magnetic resistance element and a magnetic random access memory using the same.
  • MRAM magnetic random access memory
  • toggle MRAM is a tunnel magnetoresistive element whose storage element uses a laminated ferri structure for a free layer.
  • This MRAM is characterized in that it has excellent memory cell selectivity during a write operation and almost no multiple write occurs. This will be described in detail below.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional toggle MRAM.
  • an antiferromagnetic layer 104 In the magnetoresistive element 105 of the memory cell 110 of this MRAM, an antiferromagnetic layer 104, a laminated ferrimagnetic pinned layer 103, a tunnel insulating layer 102, and a laminated free layer 101 are laminated in this order.
  • the laminated free pinned layer 103 has a laminated ferrimagnetic structure, and includes a ferromagnetic layer 116, a non-ferromagnetic layer 115, and a ferromagnetic layer 114.
  • the laminated ferrimagnetic free layer 101 has a laminated ferrimagnetic structure, and includes a ferromagnetic layer 113, a non-ferromagnetic layer 112, and a ferromagnetic layer 111.
  • the magnetoresistive element 105 is sandwiched between a write word line 126 and a bit line 127 that intersect each other substantially perpendicularly.
  • the reason why the laminated ferri pinned layer 103 is a laminated ferri structure is that a magnetic field is not emitted from the laminated ferri pinned layer 103.
  • the direction of the magnetic field is fixed by the antiferromagnetic layer 104.
  • the laminated ferri free layer 101 is also formed of a laminated ferri structure, and no magnetic field is generated from the laminated ferri pinned layer 103 or the laminated ferri free layer 101 unless an external magnetic field is applied.
  • FIG. 2 is a top view showing a structure of a conventional toggle MRAM.
  • a plurality of write word lines 126 and a bit line 127 are arranged perpendicularly (only one is shown in the figure).
  • a magnetoresistive element 105 is disposed at each intersection.
  • the direction in which the magnetoresistive element 105 is easy to be magnetized is substantially 45 degrees ( ⁇ ) with respect to the word line 126 and the bit line 127. This is due to considerations for facilitating the toggle operation.
  • toggle MR AM writing can only be done from “1” ⁇ “0” or “0” ⁇ “1”. In other words, “1” cannot be overwritten with “1”, and “0” cannot be overwritten with “0”. For this reason, the toggle memory write operation is performed by reading the selected memory cell in advance, and the first and second free layer magnetic fields are read from the read information and the information to be written. This is done based on whether or not the force changes direction (whether or not toggling). In other words, the read information (“0” or “1”) and the information to be written (“0” or “1”) are equal. If the information you are trying to use is different, toggle it.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (h) are diagrams showing a toggle operation principle in a conventional toggle MRAM.
  • A is a timing chart of the write current IBL flowing through the bit line 127.
  • FIG. (B) is a timing chart of the write current IWL flowing through the word line 126.
  • C shows time changes in the magnetic layer direction 121s of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic layer direction 122s of the ferromagnetic layer 111 in the selected cell as the memory cell 110 to which data is written.
  • D is a time change in the direction of the magnetic field generated by the write current IBL and the write current IWL.
  • (E) shows time variations in the magnetic direction 121a of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic direction 122a of the ferromagnetic layer 111 in the non-selected cell of the same bit line 127 as the selected cell.
  • (F) is the time change in the direction of the magnetic field generated by the write current IBL.
  • (G) is a time change of the magnetic layer direction 121b of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic layer direction 122b of the ferromagnetic layer 111 in the non-selected cell of the same word line 126 as the selected cell.
  • (H) is the time variation of the direction of the magnetic field generated by the write current IWL.
  • the toggle operation supplies the write current IBL to the bit line 127 at time t2.
  • the write current IWL is supplied to the word line 126.
  • the write current IBL is stopped at time t4.
  • Write current IWL is stopped at time t5.
  • a rotating magnetic field such as the magnetic field 123—the magnetic field 1 24—the magnetic field 125 shown in (d) is applied to the selected cell at the intersection of the selected bit lines 127 to which is supplied.
  • data can be written by rotating (changing) the magnetic direction 121s of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic direction 122s of the ferromagnetic layer 111 of the selected cell. That is, if the initial state is “0”, it is rewritten to “1”, and if it is “1”, it is rewritten to “0” (toggled).
  • a non-selected cell of the same bit line 127 as the selected cell is not subjected to a magnetic field force in one direction like the magnetic field 123 shown in (f). Therefore, as shown in (e), the magnetic layer direction 121a of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic layer direction 122a of the ferromagnetic layer 111 of the non-selected cell are slightly changed, but return to the original values. Can not write. Similarly, a non-selected cell on the same lead line 126 as the selected cell does not apply a unidirectional magnetic field force like the magnetic field 125 shown in (h).
  • the magnetic layer direction 121b of the ferromagnetic layer 113 and the magnetic layer direction 122b of the ferromagnetic layer 111 of the non-selected cell return to a certain force with some fluctuations. I can not write the data.
  • FIG. 4 is a diagram showing the state of the magnetic orientation of the upper and lower ferromagnetic layers when subjected to thermal disturbance.
  • the composite magnetic layer of the laminated ferri free layer 101 approaches saturation.
  • the magnetic field of the upper ferromagnetic layer 111 and the magnetic field of the lower ferromagnetic layer 113 are interchanged by thermal disturbance.
  • the flop magnetic field is a magnetic field at the boundary between a region where the magnetic field of the laminated ferrimagnetic free layer 101 changes nonlinearly with respect to the magnetic field and a region where the magnetic field changes linearly.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158766 discloses techniques of a magnetoresistive effect element and a magnetic memory device.
  • the magnetoresistive element includes a first magnetization pinned layer, a first tunnel barrier layer, a magnetization free layer including a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer, and a second A tunnel barrier layer and a second magnetization pinned layer;
  • the magnetic directions of the first and second magnetic pinned layers are opposite to each other.
  • the first ferromagnetic The antiferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are antiferromagnetically coupled via the nonmagnetic layer.
  • One magnetization of the first and second ferromagnetic layers is larger than the other magnetization.
  • One of the first and second magnetic pinned layers is larger than the other magnetic layer.
  • the magnetized pinned layer having a large magnetization is formed on the side close to the ferromagnetic layer having a small magnetic field among the first and second ferromagnetic layers.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-298023 discloses a technique of a magnetic memory and a magnetic memory device.
  • the magnetic memory includes first and second magnetoresistive effect elements facing each other, a common wire interposed between the first and second magnetoresistive effect elements, and the first magnetoresistive effect with respect to the common wire.
  • the first magnetoresistance effect element includes a first pinned layer and a first free layer.
  • the first pinned layer includes a stacked body in which an even number of ferromagnetic layers are stacked via a nonmagnetic layer, and applies a first magnetic field generated by flowing a write current through the common wiring and the first wiring. Maintains the direction of magnetisation when burned.
  • the first free layer includes a laminated body that is interposed between the first pinned layer and the common wiring and is formed by laminating one ferromagnetic layer or a plurality of ferromagnetic layers with a nonmagnetic layer interposed therebetween. When applying a magnetic field, the direction of the magnetic field can be reversed.
  • the second magnetoresistance effect element includes a second pinned layer and a second free layer.
  • the second pinned layer includes a laminated body formed by laminating one ferromagnetic layer or three or more odd-numbered ferromagnetic layers via a nonmagnetic layer and writing current to the common wiring and the second wiring.
  • the direction of the magnetic field is maintained when the second magnetic field generated by flowing is applied.
  • the second free layer includes a laminated body that is interposed between the second pinned layer and the common wiring and is formed by laminating one ferromagnetic layer or a plurality of ferromagnetic layers via a nonmagnetic layer. When the second magnetic field is applied, the direction of the magnetic field can be reversed.
  • the number of the ferromagnetic layers included in the first free layer and the number of the ferromagnetic layers included in the second free layer are both odd or even.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-110164 discloses techniques of a magnetoresistive effect element, a magnetic memory, and a magnetic head.
  • the magnetoresistive effect element includes a magnetic laminated film, a ferromagnetic film, and an insulating film provided between the magnetic laminated film and the ferromagnetic film. Tunneling through the insulating film, electric current is generated between the magnetic laminated film and the ferromagnetic film. This is a tunnel junction type magnetoresistive effect element through which a current flows.
  • the magnetic multilayer film includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer inserted between the first and second ferromagnetic layers. .
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-353535 discloses a technique of a magnetoresistive effect element, a magnetoresistive effect type magnetic sensor, a magnetoresistive effect type magnetic head, and a magnetic memory.
  • the magnetoresistive effect element includes at least a free layer that rotates in response to an external magnetic field, a fixed layer, an antiferromagnetic layer that fixes a magnetic layer of the fixed layer, and the free layer and the fixed layer. And a non-magnetic layer interposed therebetween.
  • It is a giant magnetoresistive effect element in which the stacking direction is substantially the stacking direction of the stacked structure portion.
  • An energization restricting layer that disperses and forms fine energization regions across the sense current path is disposed in the laminated structure portion.
  • JP 2002-151758 A discloses a technique of a ferromagnetic tunnel magnetoresistive element, a magnetic memory, and a magnetoresistive head.
  • a tunnel barrier layer is formed between the first magnetic layer and a multilayer structure in which at least five ferromagnetic layers and intermediate layers are laminated.
  • the first magnetic layer is constrained in the direction of its magnetic field with respect to an external magnetic field that acts.
  • the ferromagnetic layer constituting the multilayer structure rotates in the direction of its magnetic field with respect to an external magnetic field, and its magnetization is arranged antiferromagnetically via the intermediate layer.
  • a ferromagnetic tunnel magnetoresistive film whose resistance varies depending on the relative angle of the magnetic field of the first magnetic layer and the ferromagnetic layer constituting the multilayer structure; and a sense current applied to the ferromagnetic tunnel magnetoresistive film.
  • the lower and upper electrodes are in electrical contact with the lower and upper magnetic layers for supply, and detection means for detecting resistance change.
  • An object of the present invention is to prevent the resultant magnetic field from approaching saturation due to the magnetic field for writing, and the magnetization of the upper ferromagnetic layer of the free layer having the stacked ferrimagnetic structure and the lower ferromagnetic layer. It is an object of the present invention to provide a memory cell and a magnetic random access memory that suppress the possibility that the magnetic field is replaced by a thermal disturbance.
  • Another object of the present invention is a high reliability, high yield, inexpensive memory cell and magnetic run. It is to provide a dumb access memory.
  • the memory cell of the present invention includes a plurality of magnetoresistive elements and a plurality of laminated ferrimagnetic structures.
  • the plurality of magnetoresistive elements respectively correspond to positions where the plurality of first wirings extending in the first direction intersect with the plurality of second wirings extending in the second direction substantially perpendicular to the first direction. It is provided.
  • the plurality of laminated ferrimagnetic structures are provided corresponding to each of the plurality of magnetoresistive elements and separated from the magnetoresistive elements by a predetermined distance, and have a laminated ferrimagnetic structure.
  • the magnetoresistive element includes a free layer having a laminated ferrimagnetic structure, a fixed layer, and a nonmagnetic layer interposed between the free layer and the fixed layer.
  • the laminated ferrimagnetic structure adjusts the magnitude of the magnetic field acting on the free layer, the composite magnetic layer can be prevented from approaching saturation.
  • the distance within a predetermined range does not cause magnetic coupling between the laminated ferrimagnetic structure and the free layer (coupling constant is approximately 0), and the magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure magnetized during the write operation This is the working distance.
  • Such a memory cell can reliably write data.
  • the flop magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure is equal to that of the free layer. It is preferably greater than the flop magnetic field.
  • the flop magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure is preferably smaller than the saturation magnetic field of the free layer.
  • Such a memory cell can suppress the magnetic field applied before the magnetic field applied to the memory cell reaches the saturation magnetic field. Thereby, the magnitude of the magnetic field acting on the free layer can be adjusted more appropriately.
  • the free layer includes a first magnetic layer formed of a ferromagnetic material, a second magnetic layer formed of a ferromagnetic material, a first magnetic layer, and a second magnetic layer. And a first nonmagnetic layer having a thickness such that the first magnetic layer and the second magnetic layer are antiferromagnetically coupled to each other.
  • the laminated ferrimagnetic structure includes a third magnetic layer formed of a ferromagnetic material, a fourth magnetic layer formed of a ferromagnetic material, and a third magnetic layer interposed between the third magnetic layer and the fourth magnetic layer. And a second nonmagnetic layer having a thickness such that the third magnetic layer and the fourth magnetic layer are antiferromagnetically coupled. It is preferable that the first magnetic layer and the third magnetic layer, the second magnetic layer and the fourth magnetic layer, and the first nonmagnetic layer and the second nonmagnetic layer are made of the same material, respectively. ,.
  • Such a memory cell can be stably manufactured because the manufacturing process of the free layer can be used for the manufacture of the laminated free magnetic structure.
  • the film thickness of the first nonmagnetic layer is larger than the film thickness of the second nonmagnetic layer.
  • the flop magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure can be made larger than the flop magnetic field of the free layer.
  • the magnetic saturation magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure is It is preferable that the magnetic field of the free layer is smaller than the saturation magnetic field.
  • the free layer includes a first magnetic layer formed of a ferromagnetic material, a second magnetic layer formed of a ferromagnetic material, a first magnetic layer, and a second magnetic layer. And a first nonmagnetic layer having a thickness such that the first magnetic layer and the second magnetic layer are antiferromagnetically coupled to each other.
  • a laminated ferrimagnetic structure consists of a third magnetic layer made of a ferromagnetic material and a ferromagnetic material. The second magnetic layer, and the second nonmagnetic layer having a film thickness interposed between the third magnetic layer and the fourth magnetic layer so that the third magnetic layer and the fourth magnetic layer are antiferromagnetically coupled. Including layers. It is preferable that the first magnetic layer and the third magnetic layer, the second magnetic layer and the fourth magnetic layer, and the first nonmagnetic layer and the second nonmagnetic layer are made of the same material, respectively. ,.
  • Such a memory cell can be manufactured stably because the process for manufacturing the free layer can be used for manufacturing a laminated free magnetic structure.
  • the thickness of the second nonmagnetic layer is preferably larger than the thickness of the first nonmagnetic layer.
  • the saturation magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure can be set sufficiently smaller than the saturation magnetic field of the free layer.
  • the magnetic random access memory includes a plurality of first wirings, a plurality of second wirings, and a plurality of memory cells.
  • the plurality of first wirings extend in the first direction.
  • the plurality of second wirings extend in a second direction substantially perpendicular to the first direction.
  • the plurality of memory cells are provided in correspondence with the positions where the plurality of first wirings and the plurality of second wirings cross each other. / This is described in one item.
  • the easy axis direction is different from the first direction and the second direction.
  • Such a magnetic random access memory adjusts the magnitude of the magnetic field applied to the free layer by the laminated ferrimagnetic structure, so that the synthesized magnetic field can be prevented from approaching saturation. As a result, it is possible to suppress the possibility that the magnetic layer of the upper ferromagnetic layer of the free layer and the magnetic layer of the lower ferromagnetic layer are exchanged by thermal disturbance.
  • the angle formed between the magnetic easy axis direction and the first direction is substantially 45 degrees.
  • Such a magnetic random access memory can perform the toggle operation more appropriately.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional toggle MRAM.
  • FIG. 2 is a top view showing a structure of a conventional toggle MRAM.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (h) are diagrams showing the principle of toggle operation in the conventional toggle MRAM.
  • FIG. 4 is a diagram showing the direction of the magnetic field of the upper and lower ferromagnetic layers when subjected to thermal disturbance.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the MRAM according to the first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the memory cell of the MRAM in FIG.
  • FIG. 7 is a top view showing the structure of the MRAM of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state of a magnetic field acting on the magnetoresistive element 5.
  • FIG. 9 is a graph showing the magnetic field characteristics with respect to the external magnetic field Hhard in the direction of the hard axis.
  • FIG. 10 is a graph showing magnetization characteristics with respect to an external magnetic field Heasy in the easy axis direction.
  • FIG. 11 is a graph showing magnetic field characteristics with respect to an external magnetic field Hmid in a direction between the hard axis direction and the easy axis direction.
  • FIG. 12 is a diagram showing the influence of the laminated ferrimagnetic structure (shielder) on the magnetic body of the memory cell.
  • FIG. 13 is a diagram showing the influence of a laminated ferrimagnetic structure (shielder) on the magnetic body of a memory cell.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the vicinity of the memory cell of the MRAM in FIG.
  • FIG. 15 is a top view showing the structure of the MRAM of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state of a magnetic field acting on the magnetoresistive element 5.
  • FIG. 17 is a diagram showing an influence of a laminated ferrimagnetic structure (a magnetic material of a keno memory cell).
  • FIG. 18 is a diagram showing an influence of a laminated ferrimagnetic structure (a magnetic material of a keno memory cell).
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer and the coupling coefficient between the ferromagnetic layers in the laminated ferrimagnetic structure.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the MRAM to which the memory cell of the present invention is applied.
  • MRAM consists of memory cell array 31, multiple write word lines 26, multiple read word lines 25, multiple bit lines 27, X-side selector 38, X-side current source circuit 39, X-side termination circuit 40, Y-side selector 41, A Y-side current source circuit 42, a read-out current load circuit 43, a Y-side current termination circuit 44, and a sense amplifier 45 are provided.
  • the memory cells 10 are arranged in a matrix.
  • the X-side selector 38 selects a desired selected read word line 25s during a read operation from a plurality of read word lines 25 and a plurality of write word lines 26 extending in the X-axis direction, and a desired selected write word during a write operation. Select line 26s.
  • the X-side current source circuit 39 supplies a constant current during a write operation.
  • the X-side current source termination circuit 40 terminates the plurality of write word lines 26.
  • the Y-side selector 41 selects a desired selected bit line 27s from a plurality of bit lines 27 extending in the Y-axis direction.
  • the read current load circuit 43 supplies a predetermined current to the selected memory cell 10 (selected cell 10s) and the reference cell memory cell 10r (reference cell) during a read operation.
  • the Y side current termination circuit 44 terminates the plurality of bit lines 27.
  • the sense amplifier 45 outputs the data of the selected cell 10s based on the difference between the voltage of the reference bit line 27r connected to the reference cell 10r and the voltage of the bit line 27 connected to the selected cell 10s.
  • the memory cell 10 is provided corresponding to the intersection of the read word line 25, the write word line 26, and the bit line 27.
  • the MOS transistor 36 which becomes N and the magnetoresistive element 5 are included, and they are connected in series.
  • the effective resistance value of the magnetoresistive element 5 changes depending on the data “1” and “0” (R and R + AR), and is shown as a variable resistor, but in FIG.
  • the illustration of the ferrimagnetic structure 8 is omitted.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the memory cell of the MRAM in FIG.
  • the magnetoresistive element 5 of the memory cell 10 has a structure in which an antiferromagnetic layer 4, a laminated ferri pinned layer 3, a tunnel insulating layer 2, and a laminated ferri free layer 1 are laminated in this order.
  • the laminated ferri pinned layer 3 has a laminated ferri structure. It includes a structure in which a ferromagnetic layer 16, a non-ferromagnetic layer 15, and a ferromagnetic layer 14 are stacked in this order.
  • the laminated ferri-free layer 1 has a laminated ferri structure.
  • the magnetoresistive element 5 is provided between a write word line 26 and a bit line 27 that are substantially orthogonal to each other via an interlayer insulating layer (not shown).
  • a nonmagnetic layer 9 and a laminated ferrimagnetic structure 8 are laminated in this order on the laminated ferrimagnetic free layer 1. Yes.
  • the film thickness of the nonmagnetic layer 9 is set so that the laminated ferrimagnetic free layer 1 and the laminated ferrimagnetic structure 8 do not cause magnetic coupling.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 has a laminated ferrimagnetic structure (laminated ferrimagnetic structure). It includes a structure in which a ferromagnetic layer 19, a nonmagnetic layer 18, and a ferromagnetic layer 17 are stacked in this order.
  • FIG. 7 is a top view showing the structure of the MRAM of the present invention.
  • the easy axis of magnetization is oriented in the direction of approximately 45 degrees (0) with respect to the word line 26 and the bit line 27. This is due to considerations to facilitate toggle operation.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 on the magnetoresistive element 5 has substantially the same cross-sectional structure as the magnetoresistive element 5 in view of the upper surface force. This is preferable for enhancing the magnetic effect on the magnetoresistive element 5.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the state of the magnetic field acting on the magnetoresistive element.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 is in the same direction (on the same side) as the magnetoresistive element 5 with respect to the bit line 27 and the word line 26 (see FIG. 6).
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 has an action of weakening the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 when a current IBL flowing through the bit line 27 or a current IWL flowing through the word line 26 is passed during a write operation. As shown in FIG. 8, the current IBL flowing in the + Y direction on the bit line 27 applies a magnetic field HBX 1 in the + X direction to the magnetoresistive element 5.
  • the current IBL applies a magnetic field HBX2 in the + X direction to the laminated free magnetic structure 8 provided corresponding to the magnetoresistive element 5.
  • Application of the magnetic field HBX2 induces a magnetic field MX in the + X direction in the laminated ferrimagnetic structure 8.
  • the magnetic layer MX induced in the laminated ferrimagnetic structure 8 applies a magnetic field HFX to the magnetoresistive element 5.
  • the magnetic field HFX is in the —X direction opposite to the magnetic field HBX1.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 has the effect of weakening the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 when the current IBL is passed through the bit line 27. From the same consideration, it is understood that when the current IWL is passed through the word line 26, the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 is weakened.
  • FIGS 9 to 11 are graphs showing the magnetic properties of the laminated ferrimagnetic structure.
  • Figure 9 shows the magnetic properties for the external magnetic field Hhard in the direction of the hard axis.
  • the vertical axis is the magnet M
  • the horizontal axis is the external magnetic field Hhard in the direction of the hard axis.
  • the curve A in the laminated ferrimagnetic structure 8, when the applied external magnetic field Hhard is 0 to Hs (saturated magnetic field), the magnetization M changes linearly with respect to the external magnetic field.
  • the applied external magnetic field Hhard is higher than Hs, the magnetic field M is saturated and becomes constant.
  • FIG. 10 shows magnetization characteristics with respect to the external magnetic field Heasy in the easy axis direction.
  • the vertical axis is magnetized M
  • the horizontal axis is the external magnetic field Heasy in the direction of the easy axis.
  • curve B in the laminated ferrimagnetic structure 8, when the applied external magnetic field Heasy is between 0 and Hf (flop magnetic field), the internal antiferromagnetic coupling is not broken, so The magnetic flux M that is difficult to be induced is substantially zero.
  • the applied external magnetic field Heasy becomes Hf
  • the magnetization M increases discontinuously.
  • the magnetization M changes linearly with respect to the external magnetic field.
  • the applied external magnetic field Heasy is equal to or higher than Hs, the magnetic field M is saturated and becomes constant.
  • FIG. 11 shows the magnetic field characteristics with respect to the external magnetic field Hmid in the direction (intermediate direction) between the magnetic field difficult axis direction and the magnetic field easy axis direction.
  • the vertical axis represents the magnetic field M
  • the horizontal axis represents the intermediate external magnetic field Hmid.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 shows a magnetic property obtained by combining the magnetic properties shown by the curve A in FIG. 9 and the curve B in FIG. Multilayer ferrimagnetic structure In the structure 8, when the applied external magnetic field Hmid is small, the magnetization M is induced minutely and monotonously with respect to the external magnetic field Hmid.
  • the low magnetic field region until the magnetization exhibits a linear property is referred to as a nonlinear magnetization region.
  • FIG. 10 shows each of these areas by way of example.
  • the external magnetic field from 0 to Hf is the nonlinear magnetic domain.
  • the non-linear magnetic domain is from 0 to the threshold value HT.
  • the magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure 8 is small. Therefore, the laminated ferrimagnetic structure 8 does not apply a magnetic field to the magnetoresistive element 5. Therefore, the magnetic field generated by the word line 26 and the bit line 27 should not be canceled by the magnetoresistive element 5! / ⁇ (Do not shield the generated magnetic field! /,).
  • the magnetic field generated by the laminated ferrimagnetic structure 8 cancels the magnetic field generated by the word line 26 and the bit line 27 in the magnetoresistive element 5 (shields the generated magnetic field).
  • the magnetic field HBX2 to the laminated ferrimagnetic structure 8 becomes more than that, the magnetic field MX of the laminated ferrimagnetic structure 8 becomes large. Therefore, the magnetic field HFX by the laminated ferrimagnetic structure 8 cancels (shields) the magnetic field HBX1 generated by the bit line 27 in the magnetoresistive element 5.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams showing the influence of the laminated ferrimagnetic structure (shielder) on the magnetic body of the memory cell.
  • the magnetoresistive element 5 is tilted by ⁇ with respect to the Y axis. So as a result, the magnetic fields HX (magnetic material) and HY (magnetic material) of the magnetoresistive element 5 (laminated ferri-free layer 1) in the hard axis direction and the easy axis direction are connected to the wiring (word line 26 and bit line 27). It is tilted by ⁇ relative to the magnetic field HX (wiring) and HY (wiring) in the X-axis and Y-axis directions. Dashed arrows are paths of the magnetic field applied to the selected cell. The solid arrow is the effective magnetic field path applied to the selected cell.
  • the flop magnetic field Hf of the laminated ferrimagnetic structure 8 is set smaller than the (magnetization) saturation magnetic field of the cell magnetic material, which is larger than the flop magnetic field of the cell magnetic material (laminated ferrimagnetic free layer 1).
  • the material of the magnetic material (ferromagnetic layer 17 and ferromagnetic layer 19) and the material of the non-magnetic material (nonmagnetic layer 18) forming the laminated ferrimagnetic structure in the laminated ferrimagnetic structure 8 are: Each shall be the same as the laminated ferri-free layer 1.
  • the film thicknesses of the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19 and the film thicknesses of the ferromagnetic layer 11 and the ferromagnetic layer 13 of the laminated ferri-free layer 1 are set to the same value.
  • the thickness of the nonmagnetic layer 18 and the nonmagnetic layer 12 of the laminated ferrimagnetic free layer 1 are set to different values.
  • the antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic layers is strengthened.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer (nonmagnetic layer) and the coupling coefficient between the ferromagnetic layers in the laminated free magnetic structure.
  • the vertical axis is the coupling coefficient, which is defined to be positive when the ferromagnetic layers are antiferromagnetically coupled.
  • the horizontal axis is the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer.
  • the coupling coefficient oscillates while attenuating between ferromagnetic and antiferromagnetic depending on the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer (nonmagnetic layer 18, nonmagnetic layer 12). In the case of FIG. 12 and FIG.
  • the film thickness of the nonmagnetic layer 18 of the laminated ferrimagnetic structure 8 is tl, and the film thickness of the nonmagnetic layer 12 of the laminated ferrimagnetic free layer 1 Is t2.
  • the flop magnetic field Hf of 8 shield
  • the flop magnetic field Hf of the laminated ferrimagnetic structure 8 is more reliably set than the flop magnetic field of the cell magnetic body (laminated ferrifree layer 1).
  • the laminated ferri-free layer 1 and the shield need only be designed so as to increase the size.
  • laminated ferrimagnetic structure 8 when a magnetic field outside the nonlinear magnetization region of laminated ferrimagnetic structure 8 (shielder) is applied, laminated ferrimagnetic structure 8 is magnetized. As a result, as shown in FIG. 8, the magnetic field applied to the memory cell is weakened (shielded), so the effective magnetic field applied to the memory cell is reduced. On the other hand, referring to FIG. 13, when the flop magnetic field H of the laminated ferrimagnetic structure 8 (the cylinder) is small and the magnetic field is applied, the laminated ferrimagnetic structure 8 is hardly magnetized. Thereby, the effective magnetic field applied to the memory cell is not shielded.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 is completely magnetized, so the “magnetic field path of the selected cell” and the “effective magnetic field of the selected cell” The “path” matches.
  • shielding is performed at the same rate as in FIG. Inside the nonlinear magnetization region, it is shielded about halfway between magnetization 0 and normal magnetization.
  • the “effective magnetic field path of the selected cell” is the saturation magnetic field of the cell magnetic material.
  • the “effective magnetic field path of the selected cell” can be designed to pass outside the flop magnetic field Hf of the laminated ferrimagnetic free layer 1.
  • Data is read from the memory cell 10 as follows.
  • the subscript s indicates that it has been selected.
  • Selected read word line 25s selected by X side selector 38 and selected by Y side selector A constant current is supplied from the read current load circuit 43 to the magnetoresistive element 5 of the selected cell 10s corresponding to the intersection with the selected bit line 27s.
  • the selected bit line 27s has a voltage corresponding to the state of the laminated ferri-free layer 111 of the magnetoresistive element 5.
  • a constant current is similarly supplied to the reference cell 10r selected by the bit line 27r and the selective read word line 25s.
  • the bit line 27r becomes a predetermined reference voltage.
  • the sense amplifier 115 compares the magnitudes of both voltages and determines the data of the selected cell 10s. For example, if the voltage force of the selected bit line 27s is greater than the reference voltage, the data is determined as “1”, and if it is smaller, the data is determined as “0”. Data writing to the memory cell 10 will be described later.
  • Read operation is performed on the magnetoresistive element 5 of the selected cell 10s corresponding to the intersection of the selective write word line 26s selected by the X-side selector 38 and the selected bit line 27s selected by the Y-side selector. . If the read data is data to be written, the write operation is completed. If the read data is not the data to be written, either the write current IBL or the write current IWL is flowed first and the other for a predetermined time according to the data to be written (either “1” or “0”). Send it to flow. Then, the current that flowed first is stopped first, and the current that flowed later is stopped later. Thereby, the direction of the magnetic field of the magnetoresistive element 5 is rotated so as to correspond to the data to be written (either “1” or “0”), and the data is written.
  • the present invention it is possible to prevent the combined magnetic field in the stacked ferrimagnetic free layer 1 of the memory cell from approaching the saturated magnetic field by the magnetic field for writing due to the current of the word line 26 and the bit line 27. .
  • the reliability and yield of the memory cell and the magnetic random access memory can be further increased, and the cost of magnetic random access can be reduced.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the MRAM to which the memory cell of the present invention is applied. Since these are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the vicinity of the memory cell of the MRAM in FIG. Since the magnetic resistance element 5 of the memory cell 10 is the same as that of the first embodiment, its description is omitted.
  • the magnetoresistive element 5 is provided on one side of the write word line 26 and the bit line 27 substantially orthogonal to each other via an interlayer insulating layer (not shown).
  • a laminated ferrimagnetic structure 8 a (hereinafter also referred to as “Keno”) is provided on the other side of the write word line 26 and the bit line 27 via an interlayer insulating layer (not shown).
  • the ferrimagnetic structure 8a includes a laminated ferrimagnetic structure (laminated ferrimagnetic structure) in which a ferromagnetic layer 19, a nonmagnetic layer 18, and a ferromagnetic layer 17 are laminated in this order.
  • FIG. 15 is a top view showing the structure of the MRAM of the present invention.
  • the easy axis of magnetization is oriented in the direction of approximately 45 degrees (0) with respect to the word line 26 and the bit line 27. This is due to considerations to facilitate toggle operation.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8 on the magnetoresistive element 5 has substantially the same cross-sectional structure as the magnetoresistive element 5 in view of the upper surface force. This is preferable for enhancing the magnetic effect on the magnetoresistive element 5.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the state of the magnetic field acting on the magnetoresistive element 5.
  • the laminated ferrimagnetic structure 8a is in the opposite direction (opposite side) to the magnetoresistive element 5 with respect to the bit line 27 and the word line 26 (see FIG. 14).
  • the laminated ferrimagnetic structure 8a has an action of strengthening the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 when the current IBL flowing through the bit line 27 and the current IWL flowing through the word line 26 are passed during the write operation.
  • the current IBL flowing in the + Y direction on the bit line 27 applies a magnetic field HBX 1 in the + X direction to the magnetoresistive element 5. Further, the current IBL applies a magnetic field HBX2 in the ⁇ X direction to the laminated free magnetic structure 8a provided corresponding to the magnetoresistive element 5. Application of the magnetic field HBX2 induces a magnetic field MX in the ⁇ X direction in the laminated ferrimagnetic structure 8a. The magnetic field MX induced in the laminated ferrimagnetic structure 8 a applies a magnetic field HFX to the magnetoresistive element 5.
  • the magnetoresistive element 5 and the laminated ferrimagnetic structure 8a When located on the opposite side, the magnetic field HFX is in the same + X direction as the magnetic field HBX1. Therefore, the laminated ferrimagnetic structure 8 a has an effect of strengthening the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 when the current IBL is passed through the bit line 27. From the same consideration, it is understood that when the current IWL is passed through the word line 26, the magnetic field applied to the magnetoresistive element 5 is strengthened.
  • the magnetic field characteristics of the laminated ferrimagnetic structure 8a are the same as those described with reference to FIGS. 9 to 11 of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • FIGS. 17 and 18 are diagrams showing the influence of the laminated ferrimagnetic structure (the magnetic material of the keno memory cell).
  • the magnetoresistive element 5 is tilted by ⁇ with respect to the Y axis.
  • the magnetic fields HX (magnetic material) and HY (magnetic material) of the magnetoresistive element 5 (laminated ferri-free layer 1) in the hard axis direction and the easy axis direction are wired (word line 26 and bit line 27).
  • HX magnetic material
  • HY magnetic material
  • the dashed arrow is the path of the magnetic field applied to the selected cell. This is the path of the effective magnetic field applied to the selected cell.
  • the (magnetization) saturation magnetic field of the laminated ferrimagnetic structure 8a (keeper) is larger than the (magnetization) saturation magnetic field of the cell magnetic body (lamination free layer 1).
  • the material of the magnetic material (ferromagnetic layer 17 and ferromagnetic layer 19) and the material of the non-magnetic material (non-magnetic layer 18) forming the laminated ferrimagnetic structure in the laminated ferrimagnetic structure 8a are respectively laminated. Same as ferri free layer 1.
  • the film thicknesses of the ferromagnetic layer 17 and the ferromagnetic layer 19 and the film thicknesses of the ferromagnetic layer 11 and the ferromagnetic layer 13 of the laminated ferrimagnetic free layer 1 are set to the same value.
  • the film thickness of the nonmagnetic layer 18 and the film thickness of the nonmagnetic layer 12 of the laminated ferrimagnetic free layer 1 are different from each other. And the antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic layers is weakened.
  • the antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic layers is weakened by the following method. Referring to FIG. 19, in the case of FIGS. 17 and 18, the laminated ferrimagnetic structure 8a (the thickness of the nonmagnetic layer 18 ofconso is t3, and the thickness of the nonmagnetic layer 12 of the laminated ferrimagnetic free layer 1 is t2. By rubbing in this way, the antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic layers of the laminated ferrimagnetic structure 8a can be made weaker than that of the laminated ferrimagnetic free layer 1.
  • the material and thickness of the ferromagnetic layer are the same, the material of the nonmagnetic layer is the same, and the nonmagnetic
  • the laminated ferrimagnetic structure 8a Kino's flop magnetic field Hf
  • the laminated ferrimagnetic structure 8a can be reliably made smaller than the flop magnetic field of the cell magnetic material (laminated ferrimagnetic free layer 1). If you repeat the existing process without changing a new condition without using a new process, stable production can be performed.
  • the present invention is not limited to this case, and the laminated ferrimagnetic structure 8a (Keno's flop magnetic field Hf) is definitely smaller than the flop magnetic field of the cell magnetic material (laminated ferrimagnetic free layer 1). Thus, it is only necessary that the laminated ferri-free layer 1 and the keeper are designed.
  • laminated ferrimagnetic structure 8a when a magnetic field equal to or lower than the saturation magnetic field is applied to laminated ferrimagnetic structure 8a (keeper), laminated ferrimagnetic structure 8a is magnetized. As a result, as shown in FIG. 16, the magnetic field applied to the memory cell is strengthened, so that the effective magnetic field applied to the memory cell is increased. On the other hand, referring to FIG. 18, the laminated ferrimagnetic structure 8a (when a magnetic field larger than the saturation magnetic field of Keno is applied, the laminated ferrimagnetic structure 8a is not magnetized more than the state in the saturated magnetic field. As a result, the effective magnetic field applied to the memory cell does not become stronger than the magnetic field at the saturation magnetic field.In the example of Fig.
  • the magnetic field path of the selected cell and “the effective cell of the selected cell”
  • the difference in the “magnetic path” is due to the presence of the keeper, but if the magnetic field is not saturated, the keeper's influence is proportional to the “magnetic path of the selected cell”, so the “effective magnetic path of the selected cell” is It should pass further outside (where there is no operating margin), but since the keeper's magnetic field is saturated, this effect is also saturated, which is almost the same as in FIG. .
  • the margin of the magnetic field that can be applied to the cell magnetic body without approaching the saturation magnetic field in the cell magnetic body is expanded. It is possible to widen the margin of the current that flows to the word line 26 and the bit line 27.
  • the present invention it is possible to prevent the synthesized magnetic field in the stacked ferrimagnetic free layer 1 of the memory cell from approaching the saturated magnetic field due to the magnetic field for writing due to the current of the word line 26 and the bit line 27. .
  • the synthesized magnetic field in the stacked ferrimagnetic free layer 1 of the memory cell is approaching the saturated magnetic field due to the magnetic field for writing due to the current of the word line 26 and the bit line 27.
  • the reliability and yield of the memory cell and the magnetic random access memory can be further increased, and the cost of magnetic random access can be reduced.

Landscapes

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Abstract

　複数の磁気抵抗素子５と、複数の積層フェリ磁性構造体８とを具備するメモリセルを用いる。複数の磁気抵抗素子５は、第１方向Ｙに延伸する複数の第１配線２７と、第１方向Ｙに実質的に垂直な第２方向Ｘに延伸する複数の第２配線２６とが交差する位置のそれぞれに対応して設けらている。複数の積層フェリ磁性構造体８は、複数の磁気抵抗素子５の各々に対応して、磁気抵抗素子５から所定の範囲の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性構造を有している。磁気抵抗素子５は、積層フェリ磁性構造を有する自由層１と、固定層３と、自由層１と固定層３との間に介設された非磁性層２とを備える。

Description

明 細 書
メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ
技術分野
[0001] 本発明は、メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリに関し、特にトンネル磁気抵 抗素子を含むメモリセル及びそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリに関する。 背景技術
[0002] 記憶素子の磁化の方向を制御することで、データを記憶する磁気ランダムアクセス メモリ（以下、「MRAM」と記す）が知られている。磁化方向の記録方法により、いくつ かの種類の MRAMがある。
[0003] 引用文献 (米国特許 6, 545, 906号公報）には、トグル型磁気ランダムアクセスメモ リ（以下、「トグル MRAM」と記す）の技術が開示されている。このトグル MRAMは、 その記憶素子が、積層フェリ構造体を自由層に用いたトンネル磁気抵抗素子である 。この MRAMでは、書き込み動作時におけるメモリセルの選択性が優れていて、多 重書込みがほとんど起こらないという点に特徴がある。以下詳細に説明する。
[0004] 図 1は、従来のトグル MRAMの構造を示す断面図である。この MRAMのメモリセ ル 110の磁気抵抗素子 105は、反強磁性層 104、積層フェリ固定層 103、トンネル絶 縁層 102、積層フヱリ自由層 101がこの順に積層されている。積層フヱリ固定層 103 は、積層フェリ構造を有し、強磁性層 116、非強磁性層 115、強磁性層 114を備える 。積層フェリ自由層 101は、積層フェリ構造を有し、強磁性層 113、非強磁性層 112 、強磁性層 111を備える。磁気抵抗素子 105は、互いに概ね垂直に交差する書込み 用のワード線 126とビット線 127とに挟まれている。
[0005] 積層フェリ固定層 103が積層フェリ構造体であるのは、積層フェリ固定層 103から 磁場を出さないためである。その磁ィ匕の方向は反強磁性層 104によって固定されて いる。積層フェリ自由層 101も積層フェリ構造体でできており、外部磁場を印加しない 限りは積層フェリ固定層 103や積層フェリ自由層 101からは磁場は出ない。
[0006] 図 2は、従来のトグル MRAMの構造を示す上面図である。書込み用のワード線 12 6とビット線 127が直行して複数本（図では、それぞれ 1本のみ表示)配置され、それ ぞれの交点に磁気抵抗素子 105が配置される。磁気抵抗素子 105は磁化されやす い方向（磁化容易軸）がワード線 126とビット線 127とに対して概ね 45度（ Θ )の方向 を向いている。これは、トグル動作を容易にするための配慮によるものである。
[0007] 次に、従来のトグル MRAMの書き込み動作の原理について説明する。トグル MR AMの場合、書込みは「1」→「0」か「0」→「1」しか行えない。すなわち、「1」に「1」を 上書きすることや、「0」に「0」を上書きすることは出来ない。そのため、そのトグル MR AMの書き込み動作は、予め選択メモリセルの読み出しを実行しておき、その読み出 した情報と書き込みをしょうとする情報に対して第 1及び第 2のフリー層磁ィ匕の方向を 変化させる力否か (トグル動作させるか否か)で行われる。すなわち、読み出した情報 (「0」又は「1」）と書き込みをしょうとする情報（「0」又は「1」）とが等 U、場合にはトグ ル動作を行わず、読み出した情報と書き込みをしょうとする情報とが異なる場合には トグル動作を行う。
[0008] 図 3 (a)〜（h)は、従来技術のトグル MRAMにおけるトグル動作原理を示す図であ る。（a)は、ビット線 127に流れる書き込み電流 IBLのタイミングチャートである。（b)は 、ワード線 126に流れる書き込み電流 IWLのタイミングチャートである。（c)は、書き 込みを行うメモリセル 110としての選択セルにおける強磁性層 113の磁ィ匕方向 121s 及び強磁性層 111の磁ィ匕方向 122sの時間変化である。（d)は、書き込み電流 IBLと 書き込み電流 IWLとにより発生する磁場の方向の時間変化である。（e)は、選択セル と同一ビット線 127の非選択セルにおける強磁性層 113の磁ィ匕方向 121a及び強磁 性層 111の磁ィ匕方向 122aの時間変化である。（f)は、書き込み電流 IBLにより発生 する磁場の方向の時間変化である。（g)は、選択セルと同一ワード線 126の非選択 セルにおける強磁性層 113の磁ィ匕方向 121b及び強磁性層 111の磁ィ匕方向 122b の時間変化である。（h)は、書き込み電流 IWLにより発生する磁場の方向の時間変 化である。
[0009] 図 3 (a)を参照して、トグル動作は、時刻 t2でビット線 127に書き込み電流 IBLを供 給する。時刻 t3でワード線 126に書き込み電流 IWLを供給する。時刻 t4で書き込み 電流 IBLを停止させる。時刻 t5で書き込み電流 IWLを停止させる。以上の一連の電 流制御により、書き込み電流 IWLが供給される選択ワード線 126と書き込み電流 IBL が供給される選択ビット線 127の交点の選択セルには、 (d)に示す磁場 123—磁場 1 24—磁場 125のような回転磁場が加わる。それにより、（c)に示すように、選択セル の強磁性層 113の磁ィ匕方向 121s及び強磁性層 111の磁ィ匕方向 122sを回転 (変更 )させ、データを書き込むことができる。すなわち、初期状態が「0」の状態である場合 は「1」の状態に、「1」の状態である場合は「0」の状態に書き換えられる（トグルされる
) o
[0010] このとき、選択セルと同一ビット線 127の非選択セルには、（f)に示す磁場 123のよ うな一方向の磁場し力加わらない。そのため、（e)に示すように、その非選択セルの 強磁性層 113の磁ィ匕方向 121a及び強磁性層 111の磁ィ匕方向 122aは多少の変動 はあるが、元に戻るので、データを書き込むまれない。同様に、選択セルと同一ヮー ド線 126の非選択セルには、（h)に示す磁場 125のような一方向の磁場し力カ卩わら ない。そのため、（g)に示すように、その非選択セルの強磁性層 113の磁ィ匕方向 121 b及び強磁性層 111の磁ィ匕方向 122bは多少の変動はある力 元に戻るので、デー タを書き込むまれない。
[0011] 図 4は、熱擾乱を受けたときの上層と下層の強磁性層の磁ィ匕の向きの様子を示す 図である。トグル MRAMの場合、フロップ磁場が大きくなり印加する磁場が大きくな ると、積層フェリ自由層 101の合成磁ィ匕が飽和に近づく。その場合、積層フェリ自由 層 101の上層の強磁性層 111の磁ィ匕と下層の強磁性層 113の磁ィ匕が熱擾乱で入れ 替わる可能性がある。書き込み用の磁場により、合成磁ィ匕が飽和に近づくのを防ぎ、 上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性層の磁化とが熱擾乱で入れ替わる可能性を 抑制する技術が求められる。ただし、フロップ磁場は、積層フェリ自由層 101の磁ィ匕 が磁場に対して非線形に変化する領域と線形に変化する領域との境界の磁場であ る。
[0012] 関連する技術として特開 2004— 158766号公報に、磁気抵抗効果素子および磁 気メモリ装置の技術が開示されている。この磁気抵抗効果素子は、第 1の磁化固着 層と、第 1のトンネルバリア層と、第 1の強磁性層、非磁性層および第 2の強磁性層を 含む磁化自由層と、第 2のトンネルバリア層と、第 2の磁化固着層とを有する。前記第 1および第 2の磁ィ匕固着層の磁ィ匕の向きが互いに反対向きである。前記第 1の強磁 性層と前記第 2の強磁性層とが前記非磁性層を介して反強磁性結合して!/ヽる。前記 第 1および第 2の強磁性層のうち一方の磁化が他方の磁化よりも大きい。前記第 1お よび第 2の磁ィ匕固着層のうち一方の磁ィ匕が他方の磁ィ匕よりも大きい。磁化の大きい磁 化固着層は前記第 1および第 2の強磁性層のうち磁ィ匕の小さい強磁性層に近い側に 形成されている。
[0013] 関連する技術として特開 2003— 298023号公報に、磁気メモリ及び磁気メモリ装 置の技術が開示されている。この磁気メモリは、互いに対向した第 1及び第 2磁気抵 抗効果素子と、前記第 1及び第 2磁気抵抗効果素子間に介在した共通配線と、前記 共通配線に対して前記第 1磁気抵抗効果素子を挟んで交差した第 1配線と、前記共 通配線に対して前記第 2磁気抵抗効果素子を挟んで交差した第 2配線とを具備する 。第 1磁気抵抗効果素子は、第 1ピン層と、第 1フリー層とを備える。第 1ピン層は、偶 数の強磁性層を非磁性層を介して積層してなる積層体を含むとともに前記共通配線 と前記第 1配線とに書き込み電流を流すことにより生じる第 1磁界を印カロした際に磁 化の向きを維持する。第 1フリー層は、前記第 1ピン層及び前記共通配線間に介在し 且つ 1つの強磁性層または複数の強磁性層を非磁性層を介して積層してなる積層 体を含むとともに前記第 1磁界を印カロした際に磁ィ匕の向きが反転し得る。前記第 2磁 気抵抗効果素子は、第 2ピン層と、第 2フリー層とを備える。第 2ピン層は、 1つの強磁 性層または3つ以上の奇数の強磁性層を非磁性層を介して積層してなる積層体を含 むとともに前記共通配線と前記第 2配線とに書き込み電流を流すことにより生じる第 2 磁界を印カロした際に磁ィ匕の向きを維持する。第 2フリー層は、前記第 2ピン層及び前 記共通配線間に介在し且つ 1つの強磁性層または複数の強磁性層を非磁性層を介 して積層してなる積層体を含むとともに前記第 2磁界を印カロした際に磁ィ匕の向きが反 転し得る。前記第 1フリー層が含む前記強磁性層の数及び前記第 2フリー層が含む 前記強磁性層の数は何れも奇数であるか或いは何れも偶数である。
[0014] 関連する技術として特開 2003— 110164号公報に、磁気抵抗効果素子、磁気メモ リ及び磁気ヘッドの技術が開示されている。この磁気抵抗効果素子は、磁性積層膜 と、強磁性体膜と、前記磁性積層膜と前記強磁性体膜との間に設けられた絶縁膜と を備える。前記絶縁膜をトンネルして前記磁性積層膜と前記強磁性体膜との間に電 流が流れるトンネル接合型の磁気抵抗効果素子である。前記磁性積層膜は、第 1の 強磁性体層と、第 2の強磁性体層と、これら第 1及び第 2の強磁性体層の間に挿入さ れた反強磁性体層とを有する。
[0015] 関連する技術として特開 2002— 353535号公報に、磁気抵抗効果素子、磁気抵 抗効果型磁気センサ、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、および磁気メモリの技術が開示 されている。この磁気抵抗効果素子は、少なくとも、外部磁界に応じて磁化回転する 自由層と、固定層と、該固定層の磁ィ匕を固定する反強磁性層と、上記自由層と固定 層との間に介在される非磁性層とが積層された積層構造部を有する。該積層構造部 に対し、そのほぼ積層方向をセンス電流の通電方向とする巨大磁気抵抗効果素子 である。上記積層構造部に、上記センス電流の通路を横切って微細通電領域を分散 形成する通電規制層が配置されて成る。
[0016] 関連する技術として特開 2002— 151758号公報に、強磁性トンネル磁気抵抗効 果素子、磁気メモリ及び磁気抵抗効果型ヘッドの技術が開示されている。この強磁 性トンネル磁気抵抗効果素子は、第 1磁性層と、強磁性層と中間層とが少なくとも 5層 以上積層されている多層構造との間にトンネル障壁層が形成されている。前記第 1磁 性層は作用する外部磁界に対してその磁ィ匕の方向が拘束されている。前記多層構 造を構成する強磁性層は外部磁界に対してその磁ィ匕の方向が回転し、その磁化が 前記中間層を介して反強磁性的に配列して!/、る。前記第 1磁性層と前記多層構造を 構成する強磁性層の磁ィ匕の相対的な角度によって抵抗が変化する強磁性トンネル 磁気抵抗効果膜と、 前記強磁性トンネル磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する ための下部および上部磁性層に電気的に接して 、る下部及び上部電極と、抵抗変 化を検出するための検出手段を有する。
発明の開示
[0017] 本発明の目的は、書き込み用の磁場により、合成磁ィ匕が飽和に近づくのを防ぎ、積 層フェリ磁性構造を有する自由層の上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性層の磁 化とが熱擾乱で入れ替わる可能性を抑制するメモリセル及び磁気ランダムアクセスメ モリを提供することにある。
[0018] 本発明の他の目的は、高信頼性、高歩留りであり、安価なメモリセル及び磁気ラン ダムアクセスメモリを提供することにある。
[0019] この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによ つて容易に確認することができる。
[0020] 従って、上記課題を解決するために、本発明のメモリセルは、複数の磁気抵抗素子 と、複数の積層フェリ磁性構造体とを具備する。複数の磁気抵抗素子は、第 1方向に 延伸する複数の第 1配線と、第 1方向に実質的に垂直な第 2方向に延伸する複数の 第 2配線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けらて 、る。複数の積層フェリ磁 性構造体は、複数の磁気抵抗素子の各々に対応して、磁気抵抗素子から所定の範 囲の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性構造を有している。磁気抵抗素子は、 積層フェリ磁性構造を有する自由層と、固定層と、自由層と固定層との間に介設され た非磁性層とを備える。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体が自由層に作用する磁場の大きさを 調整するので、合成磁ィ匕が飽和に近づくのを防ぐことができる。それにより、 自由層 の上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性層の磁化とが熱擾乱で入れ替わる可能性 を抑制することができる。ただし、所定の範囲の距離は、積層フェリ磁性構造体と自 由層とが磁性結合を起こさず (結合定数が概ね 0)、且つ、書き込み動作時に磁化さ れた積層フェリ磁性構造体の磁界が作用する距離である。
[0021] 上記のメモリセルにおいて、磁気抵抗素子は、自由層のフロップ磁界より大きな磁 場でデータを書き込まれる。
このようなメモリセルは、データを確実に書き込むことができる。
[0022] 上記のメモリセルにおいて、積層フェリ磁性構造体は、第 1配線及び第 2配線に対 して、 自由層と同じ方向にある場合、積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、 自由 層のフロップ磁場より大きいことが好ましい。
このようなメモリセルは、メモリセルに印加される磁場が積層フェリ磁性構造体のフロ ップ磁場を超える場合、それを抑制して実行磁場を低減することができる。それにより 、 自由層に作用する磁場の大きさを調整できる。
[0023] 上記のメモリセルにおいて、積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、自由層の飽 和磁場よりも小さ 、ことが好ま 、。 このようなメモリセルは、メモリセルに印加される磁場が飽和磁場に達する前に、印 カロされる磁場を抑制することができる。それにより、自由層に作用する磁場の大きさを より適切に調整できる。
[0024] 上記のメモリセルにおいて、自由層は、強磁性体で形成される第 1磁性層と、強磁 性体で形成される第 2磁性層と、第 1磁性層と第 2磁性層との間に介設され第 1磁性 層と第 2磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層とを含む。 積層フェリ磁性構造体は、強磁性体で形成される第 3磁性層と、強磁性体で形成さ れる第 4磁性層と、第 3磁性層と第 4磁性層との間に介設され第 3磁性層と第 4磁性 層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層とを含む。第 1磁性層と 第 3磁性層、第 2磁性層と第 4磁性層、及び、第 1非磁性層と第 2非磁性層は、それ ぞれ同じ材料で構成されて 、ることが好ま U、。
このようなメモリセルは、自由層の製造プロセスを積層フヱリ磁性構造体の製造に利 用できるので、安定的に製造を行うことができる。
[0025] 上記のメモリセルにおいて、第 1非磁性層の膜厚は、第 2非磁性層の膜厚よりも大 きい。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場を自由層のフロップ 磁場より大きくすることができる。
[0026] 上記のメモリセルにおいて、積層フェリ磁性構造体は、第 1配線又は第 2配線に対 して、自由層と逆の方向にある場合、積層フェリ磁性構造体の磁ィ匕飽和磁場は、自 由層の磁ィ匕飽和磁場より小さ 、ことが好ま 、。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体によりメモリセルに印加される磁場を 強くする場合、積層フェリ磁性構造体の磁ィ匕飽和磁場を超える磁場については、強く する作用を抑制することができる。それにより、自由層に作用する磁場の大きさをより 適切に調整できる。
[0027] 上記のメモリセルにおいて、自由層は、強磁性体で形成される第 1磁性層と、強磁 性体で形成される第 2磁性層と、第 1磁性層と第 2磁性層との間に介設され第 1磁性 層と第 2磁性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層とを含む。 積層フェリ磁性構造体は、強磁性体で形成される第 3磁性層と、強磁性体で形成さ れる第 4磁性層と、第 3磁性層と第 4磁性層との間に介設され第 3磁性層と第 4磁性 層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層とを含む。第 1磁性層と 第 3磁性層、第 2磁性層と第 4磁性層、及び、第 1非磁性層と第 2非磁性層は、それ ぞれ同じ材料で構成されて 、ることが好ま U、。
このようなメモリセルは、 自由層の製造プロセスを積層フヱリ磁性構造体の製造に利 用できるので、安定的に製造を行うことができる。
[0028] 上記のメモリセルにおいて、第 2非磁性層の膜厚は、第 1非磁性層の膜厚よりも大 きいことが好ましい。
このようなメモリセルは、積層フェリ磁性構造体の飽和磁場を、自由層の飽和磁場よ りも十分に小さく設定できる。
[0029] 従って、上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数 の第 1配線と、複数の第 2配線と、複数のメモリセルとを具備している。複数の第 1配 線は、第 1方向に延伸している。複数の第 2配線は、第 1方向に実質的に垂直な第 2 方向に延伸している。複数のメモリセルは、複数の第 1配線と複数の第 2配線とが交 差する位置のそれぞれに対応して設けられ、上記段落の！/ヽずれか一項に記載され ている。メモリセルの磁気抵抗素子は、磁化容易軸方向が第 1方向及び第 2方向とは 異なっている。
このような磁気ランダムアクセスメモリは、積層フェリ磁性構造体が自由層に作用す る磁場の大きさを調整するので、合成磁ィ匕が飽和に近づくのを防ぐことができる。そ れにより、 自由層の上層の強磁性層の磁ィ匕と下層の強磁性層の磁ィ匕とが熱擾乱で 入れ替わる可能性を抑制することができる。
[0030] 上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、その磁ィ匕容易軸方向はと第 1方向とが 成す角は、実質的に 45度であることが好ましい。
このような磁気ランダムアクセスメモリは、トグル動作をより適切に行わせることができ る。
[0031] 本発明により、書き込み用の磁場により、積層フェリ磁性構造を有する合成磁化が 飽和に近づくのを防ぐことができ、自由層の上層の強磁性層の磁化と下層の強磁性 層の磁化とが熱擾乱で入れ替わる可能性を抑制できる。 図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、従来のトグル MRAMの構造を示す断面図である。
[図 2]図 2は、従来のトグル MRAMの構造を示す上面図である。
[図 3]図 3 (a)〜（h)は、従来技術のトグル MRAMにおけるトグル動作原理を示す図 である。
[図 4]図 4は、熱擾乱を受けたときの上層と下層の強磁性層の磁ィ匕の向きの様子を示 す図である。
[図 5]図 5は、本発明の MRAMの第 1の実施の形態の構成を示すブロック図である。
[図 6]図 6は、図 5の MRAMのメモリセル近傍の断面図である。
[図 7]図 7は、本発明の MRAMの構造を示す上面図である。
[図 8]図 8は、磁気抵抗素子 5に作用する磁場の様子を例示する図である。
[図 9]図 9は、磁ィ匕困難軸方向の外部磁場 Hhardに対する磁ィ匕特性を示すグラフで ある。
[図 10]図 10は、磁化容易軸方向の外部磁場 Heasyに対する磁化特性を示すグラフ である。
[図 11]図 11は、磁化困難軸方向と磁化容易軸方向との間の方向の外部磁場 Hmid に対する磁ィ匕特性を示すグラフである。
[図 12]図 12は、積層フェリ磁性構造体 (シールダ）のメモリセルの磁性体に与える影 響を示す図である。
[図 13]図 13は、積層フェリ磁性構造体 (シールダ）のメモリセルの磁性体に与える影 響を示す図である。
[図 14]図 14は、図 5の MRAMのメモリセル近傍の断面図である。
[図 15]図 15は、本発明の MRAMの構造を示す上面図である。
[図 16]図 16は、磁気抵抗素子 5に作用する磁場の様子を例示する図である。
[図 17]図 17は、積層フェリ磁性構造体 (キーノ のメモリセルの磁性体に与える影響 を示す図である。
[図 18]図 18は、積層フェリ磁性構造体 (キーノ のメモリセルの磁性体に与える影響 を示す図である。 [図 19]図 19は、積層フェリ磁性構造における非磁性中間層の膜厚と強磁性層間の 結合係数との関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態に関して、 添付図面を参照して説明する。
[0034] (第 1の実施の形態）
本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM)の第 1の実施の形態 に関して、添付図面を参照して説明する。
[0035] まず、本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 1の実施の形態の構成について 説明する。図 5は、本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 1の実施の形態の構 成を示すブロック図である。 MRAMは、メモリセルアレイ 31、複数の書き込みワード 線 26、複数の読み出しワード線 25、複数のビット線 27、 X側セレクタ 38、 X側電流源 回路 39、 X側終端回路 40、 Y側セレクタ 41、 Y側電流源回路 42、読み出し電流負 荷回路 43、 Y側電流終端回路 44及びセンスアンプ 45を具備する。
[0036] メモリセルアレイ 31は、メモリセル 10が行列に配列されている。 X側セレクタ 38は、 X軸方向に延設された複数の読み出しワード線 25及び複数の書き込みワード線 26 から、読み出し動作時には所望の選択読み出しワード線 25sを、書き込み動作時に は所望の選択書き込みワード線 26sを選択する。 X側電流源回路 39は、書き込み動 作時に、定電流を供給する。 X側電流源終端回路 40は、複数の書き込みワード線 2 6を終端する。 Y側セレクタ 41は、 Y軸方向に延設された複数のビット線 27から、所 望の選択ビット線 27sを選択する。読み出し電流負荷回路 43は、読み出し動作時に 、選択されたメモリセル 10 (選択セル 10s)とリファレンスセル用のメモリセル 10r (リフ アレンスセル）とに所定の電流を供給する。 Y側電流終端回路 44は、複数のビット線 27を終端する。センスアンプ 45は、リファレンスセル 10rにつながるリファレンス用の ビット線 27rの電圧と、選択セル 10sにつながるビット線 27の電圧との差に基づいて、 選択セル 10sのデータを出力する。
[0037] メモリセル 10は、読み出しワード線 25及び書き込みワード線 26と、ビット線 27との 交点に対応して設けられている。メモリセル 10は、メモリセル 10の選択時に同時に O Nとなる MOSトランジスタ 36と、磁気抵抗素子 5とを含み、それらが直列に接続され ている。磁気抵抗素子 5は、データが "1 "ど' 0"とで実効的な抵抗値が変わる (Rと R + AR)ので、可変抵抗器で示している。ただし、図 5において、後述の積層フェリ磁 性構造体 8の図示を省略して ヽる。
[0038] 図 6は、図 5の MRAMのメモリセル近傍の断面図である。メモリセル 10の磁気抵抗 素子 5は、反強磁性層 4、積層フェリ固定層 3、トンネル絶縁層 2及び積層フェリ自由 層 1がこの順に積層された構造を備えている。積層フェリ固定層 3は、積層フェリ構造 を有する。強磁性層 16、非強磁性層 15及び強磁性層 14がこの順に積層された構造 を含む。積層フェリ自由層 1は、積層フェリ構造を有する。強磁性層 13、非磁性層 22 、強磁性層 12、非磁性層 21及び強磁性層 11がこの順に積層された構造を含む。磁 気抵抗素子 5は、互いに概ね直交する書込みワード線 26とビット線 27との間に層間 絶縁層（図示されず)を介して設けられている。
[0039] 磁気抵抗素子 5とビット線 27との間には、積層フェリ自由層 1上に非磁性層 9、積層 フェリ磁性構造体 8 (以下、「シールダ」とも記す)がこの順に積層されている。非磁性 層 9の膜厚は、積層フェリ自由層 1と積層フェリ磁性構造体 8とが磁性結合を起こさな いように設定されている。積層フェリ磁性構造体 8は、積層フェリ構造 (積層フェリ磁性 構造)を有する。強磁性層 19、非磁性層 18及び強磁性層 17がこの順に積層された 構造を含む。
[0040] 図 7は、本発明の MRAMの構造を示す上面図である。磁気抵抗素子 5は磁化容 易軸がワード線 26とビット線 27とに対して概ね 45度（ 0 )の方向を向いている。これ は、トグル動作を容易にするための配慮によるものである。磁気抵抗素子 5上の積層 フェリ磁性構造体 8は、上面力も見た断面構造が磁気抵抗素子 5と概ね同じである。 これは、磁気抵抗素子 5に対する磁気的な効果を高める上で好ましい。
[0041] 図 8は、磁気抵抗素子に作用する磁場の様子を例示する図である。積層フェリ磁性 構造体 8は、ビット線 27及びワード線 26に対して、磁気抵抗素子 5と同じ方向（同じ 側）にある（図 6を参照)。積層フェリ磁性構造体 8は、書き込み動作時にビット線 27を 流れる電流 IBLやワード線 26を流れる電流 IWLが流されたときに磁気抵抗素子 5に 印加される磁場を弱める作用を有する。 [0042] 図 8に示されるように、ビット線 27に +Y方向に流れる電流 IBLは、磁気抵抗素子 5 に +X方向の磁場 HBX1を印加する。更に、電流 IBLは、その磁気抵抗素子 5に対 応して設けられた積層フヱリ磁性構造体 8に +X方向の磁場 HBX2を印加する。磁 場 HBX2の印加により、積層フェリ磁性構造体 8には、 +X方向に磁ィ匕 MXが誘起さ れる。積層フェリ磁性構造体 8に誘起される磁ィ匕 MXは、その磁気抵抗素子 5に磁場 HFXを印加する。磁気抵抗素子 5と積層フェリ磁性構造体 8とが、ビット線 27の同じ 側に位置する場合、磁場 HFXは磁場 HBX1と反対の— X方向である。従って、積層 フェリ磁性構造体 8は、ビット線 27に電流 IBLが流されたとき、磁気抵抗素子 5に印加 される磁場を弱める作用がある。同様の考察により、ワード線 26に電流 IWLが流され たとき、磁気抵抗素子 5に印加される磁場を弱める作用を有することが理解される。
[0043] 図 9〜図 11は、積層フェリ磁性構造体の磁ィ匕特性を示すグラフである。図 9は、磁 化困難軸方向の外部磁場 Hhardに対する磁ィヒ特性を示す。縦軸は磁ィヒ M、横軸は 磁ィ匕困難軸方向の外部磁場 Hhardである。曲線 Aに示されているように、積層フェリ 磁性構造体 8では、印加される外部磁場 Hhardが 0から Hs (飽和磁場)までの場合、 外部磁場に対して磁化 Mは線形的に変化する。印加される外部磁場 Hhardが Hs以 上の場合、磁ィ匕 Mは飽和して一定となる。
[0044] 図 10は、磁化容易軸方向の外部磁場 Heasyに対する磁化特性を示す。縦軸は磁 化 M、横軸は磁ィ匕容易軸方向の外部磁場 Heasyである。曲線 Bに示されるように、 積層フェリ磁性構造体 8では、印加される外部磁場 Heasyが 0から Hf (フロップ磁場） までの場合、内部の反強磁性的な結合が壊れないために磁ィ匕が誘起され難ぐ磁ィ匕 Mは実質的に 0になる。印加される外部磁場 Heasyが Hfになると、磁化 Mは不連続 に増大する。その後の Hfから Hsまでの場合、外部磁場に対して磁化 Mは線形的に 変化する。印加される外部磁場 Heasyが Hs以上の場合、磁ィ匕 Mは飽和して一定と なる。
[0045] 図 11は、磁ィ匕困難軸方向と磁ィ匕容易軸方向との間の方向（中間方向）の外部磁場 Hmidに対する磁ィ匕特性を示す。縦軸は磁ィ匕 M、横軸は中間方向の外部磁場 Hmi dである。曲線 Cに示されるように、積層フェリ磁性構造体 8は、図 9の曲線 Aと図 10の 曲線 Bとに示されて ヽる磁ィ匕特性とが折衷された磁ィ匕特性を示す。積層フェリ磁性構 造体 8では、印加される外部磁場 Hmidが Hはり小さい場合、微小、且つ、外部磁場 Hmidに対して単調増加的に磁化 Mが誘起される。ある閾値 HT (く Hf)になると、磁 化 Mは、不連続的に増大した後、そのまま Hfを超えて Hsまで外部磁場に対して磁 化 Mは線形的に変化する。印加される外部磁場 Hmidが Hs以上の場合、磁化 Mは 飽和して一定となる。
[0046] ここで、磁化が線形的な性質を示すまでの低磁場領域を非線形磁化領域と呼ぶ。
磁化が線形的な性質を示す磁場領域を線形磁化領域と呼ぶ。磁化が飽和する高磁 場領域を飽和磁化領域と呼ぶ。図 10において、それらの各領域を例示して示す。図 10では、外部磁場が 0から Hfまでが非線形磁ィ匕領域となる。図 11では、外部磁場が 0から閾値 HTまでが非線形磁ィ匕領域となる。
[0047] 積層フェリ磁性構造体 8への磁場が低 ヽ非線形磁化領域では、積層フェリ磁性構 造体 8の磁ィ匕は小さい。そのため、積層フェリ磁性構造体 8は、磁気抵抗素子 5へ磁 場を印加しない。従って、ワード線 26及びビット線 27が発生する磁場を磁気抵抗素 子 5にお 、て打ち消さな!/ヽ (発生する磁場をシールドしな!/、)。
一方、積層フェリ磁性構造体 8への磁場がそれ以上となる線形磁ィ匕領域では、積 層フェリ磁性構造体 8の磁ィ匕が大きくなる。そのため、積層フェリ磁性構造体 8による 磁場は、ワード線 26及びビット線 27が発生する磁場を磁気抵抗素子 5において打ち 消す (発生する磁場をシールドする)。
[0048] 図 8の場合を例にとれば、積層フェリ磁性構造体 8への磁場 HBX2が低い場合、積 層フェリ磁性構造体 8の磁ィ匕 MXは小さい。そのため、積層フェリ磁性構造体 8は、磁 気抵抗素子 5へ磁場 HFXを印加しない。従って、ビット線 27が発生する磁場 HBX1 を磁気抵抗素子 5にお 、て打ち消さな!/ヽ（シールドしな!/、)。
一方、積層フェリ磁性構造体 8への磁場 HBX2がそれ以上となる場合、積層フェリ 磁性構造体 8の磁ィ匕 MXが大きくなる。そのため、積層フェリ磁性構造体 8による磁場 HFXは、ビット線 27が発生する磁場 HBX1を磁気抵抗素子 5において打ち消す (シ 一ルドする)。
[0049] 図 12及び図 13は、積層フェリ磁性構造体 (シールダ)のメモリセルの磁性体に与え る影響を示す図である。磁気抵抗素子 5は、 Y軸に対して Θだけ傾けられている。そ れにより、磁気抵抗素子 5 (積層フェリ自由層 1)の磁化困難軸方向及び磁化容易軸 方向の磁場 HX (磁性体)及び HY (磁性体）は、配線 (ワード線 26及びビット線 27)の X軸方向及び Y軸方向の磁場 HX (配線)及び HY (配線）に対して Θだけ傾けられて いる。破線の矢印は、選択セルに印加される磁場の経路である。実線の矢印は、選 択セルに印加される実効的な磁場の経路である。
[0050] 積層フェリ磁性構造体 8 (シールダ)のフロップ磁場 Hfは、セル磁性体 (積層フェリ 自由層 1)のフロップ磁場よりは大きぐセル磁性体の (磁化)飽和磁場よりは小さく設 定される。具体的には、例えば、積層フェリ磁性構造体 8における積層フェリ磁性構 造をなす磁性体 (強磁性層 17及び強磁性層 19)の材料及び非磁性体 (非磁性層 18 )の材料は、それぞれ積層フェリ自由層 1と同じものとする。ただし、強磁性層 17及び 強磁性層 19の膜厚と、積層フェリ自由層 1の強磁性層 11及び強磁性層 13の膜厚と を同じ値にする。同時に、非磁性層 18の膜厚と積層フェリ自由層 1の非磁性層 12と は異なる値にする。そして、強磁性層間の反強磁性結合を強くする。
[0051] 強磁性層間の反強磁性結合が強くするには、以下の方法による。図 19は、積層フ リ磁性構造における非磁性中間層（非磁性層）の膜厚と強磁性層間の結合係数と の関係を示すグラフである。縦軸は、結合係数であり、強磁性層同士が反強磁性的 に結合する場合に正であるように定義されている。横軸は、非磁性中間層の膜厚で ある。結合係数は、非磁性中間層（非磁性層 18、非磁性層 12)の膜厚により、強磁 性的と反強磁性的との間を減衰しながら振動する。図 12及び図 13の場合では、図 1 9に示すように、積層フェリ磁性構造体 8 (シールダ)の非磁性層 18の膜厚を tl、積層 フェリ自由層 1の非磁性層 12の膜厚を t2とする。このようにすることで、積層フェリ磁 性構造体 8の強磁性層間の反強磁性結合を、積層フェリ自由層 1のそれよりも強くす ることがでさる。
[0052] このように、強磁性層の材料及び膜厚を同じとし、非磁性層の材料を同じとし、非磁 性層の膜厚だけ図 19のようにすることで、積層フェリ磁性構造体 8 (シールダ）のフロ ップ磁場 Hfをセル磁性体 (積層フェリ自由層 1)のフロップ磁場よりも確実に大きくす ることができる。カロえて、新規のプロセスを用いず既存のプロセスを一部条件を変え て繰り返せばょ 、ので、安定した製造を行うことができる。 [0053] ただし、本発明はこの場合に限定されるものではなぐ積層フェリ磁性構造体 8 (シ 一ルダ）のフロップ磁場 Hfをセル磁性体 (積層フェリ自由層 1)のフロップ磁場よりも 確実に大きくするように、積層フェリ自由層 1及びシールダが設計されいればよい。
[0054] 図 12を参照して、積層フェリ磁性構造体 8 (シールダ)の非線形磁化領域の外にあ る磁場が印加された場合、積層フェリ磁性構造体 8が磁化する。それにより、図 8に示 すように、メモリセルに印加される磁場が弱まる（シールドされる）ので、メモリセルに印 カロされる実効磁場は小さくなる。一方、図 13を参照して、積層フェリ磁性構造体 8 (シ 一ルダ)のフロップ磁場 Hはり小さ 、磁場が印加された場合、積層フェリ磁性構造体 8はほとんど磁ィ匕されない。それにより、メモリセルに印加される実効的な磁場はシー ルドされない。例えば、 Hy (磁性体)軸上、すなわち、磁性体の磁化容易軸上では、 積層フェリ磁性構造体 8は完全に磁化 0なので、「選択セルの磁場経路」と「選択セル の実効的な磁場経路」は一致する。一方、非線形磁化領域の外側では、図 12の場 合と同じような割合でシールドされる。非線形磁化領域の内側では、磁化 0と通常の 磁化との中間ぐらいにシールドされる。
[0055] 本発明は、磁気抵抗素子 5に積層フェリ磁性構造体 8 (シールダ)のフロップ磁場 H はり大きな磁場を与えても、「選択セルの実効的な磁場経路」がセル磁性体の飽和 磁場に近づくことがない。一方、積層フェリ磁性構造体 8のフロップ磁場 Hはり小さい 磁場を与えても、積層フェリ自由層 1のフロップ磁場 Hfの外側を「選択セルの実効的 な磁場経路」が通るように設計できる。これらの作用により、セル磁性体 (積層フェリ自 由層 1の磁性体）における飽和磁場に近づくことなぐセル磁性体に印加できる磁場 のマージンが広がる。それにより、ワード線 26やビット線 27に流す電流のマージンを 広げることができる。カロえて、熱擾乱による誤動作を防止することができる。その結果 として、 MRAMの製造歩留りや信頼性の向上が実現できる。
[0056] 次に、本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 1の実施の形態の動作 (読み出 し動作及び書き込み動作）について説明する。
[0057] メモリセル 10からのデータの読み出しは、以下のようにして行う。なお、添え字の sは 、選択されたことを示す。
X側セレクタ 38で選択された選択読み出しワード線 25sと、 Y側セレクタで選択され た選択ビット線 27sとの交点に対応する選択セル 10sの磁気抵抗素子 5へ、読み出し 電流負荷回路 43から定電流が供給される。選択ビット線 27sが、磁気抵抗素子 5の 積層フェリ自由層 111の状態に対応した電圧となる。一方、ビット線 27rと選択読み出 しワード線 25sとで選択されるリファレンスセル 10rへも、同様に定電流が供給される 。ビット線 27rが、所定のリファレンス電圧となる。センスアンプ 115は、両電圧の大き さを比較して選択セル 10sのデータを判定する。例えば、選択ビット線 27sの電圧力 リファレンス電圧よりも大きければデータは" 1"、小さければデータは" 0"と判定する。 メモリセル 10へのデータの書き込みは後述される。
[0058] メモリセル 10へのデータの書き込みは、以下のようにして行う。なお、添え字の sは 選択されたことを示す。
X側セレクタ 38で選択された選択書き込みワード線 26sと、 Y側セレクタで選択され た選択ビット線 27sとの交点に対応する選択セル 10sの磁気抵抗素子 5に対して、読 み出し動作を行う。読み出したデータが書き込むべきデータの場合、書き込み動作 は終了する。読み出したデータが書き込むべきデータでない場合、書き込むデータ（ 「1」及び「0」のいずれ力）に応じて、書き込み電流 IBL及び書き込み電流 IWLのい ずれか一方を先に流し、他方を所定の時間送れて流す。そして、先に流した電流を 先に停止し、後に流した電流を後に停止する。それにより、書き込むデータ（「1」及び 「0」のいずれか）に対応するように、磁気抵抗素子 5の磁ィ匕の向きが回転して、デー タが書き込まれる。
[0059] 本発明により、ワード線 26やビット線 27の電流による書き込み用の磁場により、メモ リセルの積層フェリ自由層 1における合成磁ィ匕が飽和磁ィ匕に近づくのを防ぐことがで きる。それにより、上層の強磁性層 11の磁化と下層の強磁性層 13の磁化とが熱擾乱 で入れ替わる可能性を抑制することが可能となる。そして、メモリセル及び磁気ランダ ムアクセスメモリの信頼性及歩留りを、より高くすることができ、磁気ランダムアクセス のコストを低減することが可能となる。
[0060] (第 2の実施の形態）
本発明のメモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM)の第 2の実施の形態 に関して、添付図面を参照して説明する。 [0061] まず、本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 2の実施の形態の構成について 説明する。図 5は、本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 2の実施の形態の構 成を示すブロック図である。これらについては、第 1の実施の形態と同じであるのでそ の説明を省略する。
[0062] 図 14は、図 5の MRAMのメモリセル近傍の断面図である。メモリセル 10の磁気抵 抗素子 5は、第 1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。磁気抵抗素 子 5は、互いに概ね直交する書込みワード線 26及びビット線 27の一方の側に層間 絶縁層（図示されず)を介して設けられている。
[0063] 一方、書込みワード線 26及びビット線 27の他方の側に層間絶縁層（図示されず)を 介して、積層フェリ磁性構造体 8a (以下「キーノ とも記す)が設けられている。積層フ エリ磁性構造体 8aは、強磁性層 19、非磁性層 18及び強磁性層 17がこの順に積層さ れた積層フェリ構造 (積層フェリ磁性構造)を含む。
[0064] 図 15は、本発明の MRAMの構造を示す上面図である。磁気抵抗素子 5は磁化容 易軸がワード線 26とビット線 27とに対して概ね 45度（ 0 )の方向を向いている。これ は、トグル動作を容易にするための配慮によるものである。磁気抵抗素子 5上の積層 フェリ磁性構造体 8は、上面力も見た断面構造が磁気抵抗素子 5と概ね同じである。 これは、磁気抵抗素子 5に対する磁気的な効果を高める上で好ましい。
[0065] 図 16は、磁気抵抗素子 5に作用する磁場の様子を例示する図である。積層フェリ 磁性構造体 8aは、ビット線 27及びワード線 26に対して、磁気抵抗素子 5と逆の方向 (反対側）にある（図 14を参照)。積層フェリ磁性構造体 8aは、書き込み動作時にビッ ト線 27を流れる電流 IBLやワード線 26を流れる電流 IWLが流されたときに磁気抵抗 素子 5に印加される磁場を強める作用を有する。
[0066] 図 16に示されるように、ビット線 27に +Y方向に流れる電流 IBLは、磁気抵抗素子 5に +X方向の磁場 HBX1を印加する。更に、電流 IBLは、その磁気抵抗素子 5に対 応して設けられた積層フヱリ磁性構造体 8aに—X方向の磁場 HBX2を印加する。磁 場 HBX2の印加により、積層フェリ磁性構造体 8aには、—X方向に磁ィ匕 MXが誘起 される。積層フェリ磁性構造体 8aに誘起される磁ィ匕 MXは、その磁気抵抗素子 5に磁 場 HFXを印加する。磁気抵抗素子 5と積層フェリ磁性構造体 8aとが、ビット線 27の 反対側に位置する場合、磁場 HFXは磁場 HBX1と同じ +X方向である。従って、積 層フェリ磁性構造体 8aは、ビット線 27に電流 IBLが流されたとき、磁気抵抗素子 5に 印加される磁場を強める作用がある。同様の考察により、ワード線 26に電流 IWLが 流されたとき、磁気抵抗素子 5に印加される磁場を強める作用を有することが理解さ れる。
[0067] 積層フェリ磁性構造体 8aの磁ィ匕特性については、第 1の実施の形態の図 9〜図 11 で説明したとおりであるのでその説明を省略する。
[0068] 図 17及び図 18は、積層フェリ磁性構造体 (キーノ のメモリセルの磁性体に与える 影響を示す図である。磁気抵抗素子 5は、 Y軸に対して Θだけ傾けられている。それ により、磁気抵抗素子 5 (積層フェリ自由層 1)の磁化困難軸方向及び磁化容易軸方 向の磁場 HX (磁性体)及び HY (磁性体）は、配線 (ワード線 26及びビット線 27)の X 軸方向及び Y軸方向の磁場 HX (配線)及び HY (配線）に対して Θだけ傾けられてい る。破線の矢印は、選択セルに印加される磁場の経路である。実線の矢印は、選択 セルに印加される実効的な磁場の経路である。
[0069] この場合、図に示されるように、積層フェリ磁性構造体 8a (キーパ)の (磁化)飽和磁 場は、セル磁性体 (積層フ リ自由層 1)の (磁化)飽和磁場よりも十分に小さく設定さ れる。具体的には、積層フェリ磁性構造体 8aにおける積層フェリ磁性構造をなす磁 性体 (強磁性層 17及び強磁性層 19)の材料及び非磁性体 (非磁性層 18)の材料は 、それぞれ積層フェリ自由層 1と同じものとする。ただし、強磁性層 17及び強磁性層 1 9の膜厚と、積層フェリ自由層 1の強磁性層 11及び強磁性層 13の膜厚とを同じ値に する。同時に、非磁性層 18の膜厚と積層フェリ自由層 1の非磁性層 12の膜厚とを異 なる値〖こする。そして、強磁性層間の反強磁性結合を弱くする。
[0070] 強磁性層間の反強磁性結合が弱くするには、以下の方法による。図 19を参照して 、図 17及び図 18の場合では、積層フェリ磁性構造体 8a (キーノ の非磁性層 18の 膜厚を t3、積層フェリ自由層 1の非磁性層 12の膜厚を t2とする。このよう〖こすることで 、積層フェリ磁性構造体 8aの強磁性層間の反強磁性結合を、積層フェリ自由層 1の それよりち弱くすることができる。
[0071] このように、強磁性層の材料及び膜厚を同じとし、非磁性層の材料を同じとし、非磁 性層の膜厚だけ図 19のようにすることで、積層フェリ磁性構造体 8a (キーノ のフロッ プ磁場 Hfをセル磁性体 (積層フェリ自由層 1)のフロップ磁場よりも確実に小さくする ことができる。カロえて、新規のプロセスを用いず既存のプロセスを一部条件を変えて 繰り返せばょ 、ので、安定した製造を行うことができる。
[0072] ただし、本発明はこの場合に限定されるものではなぐ積層フェリ磁性構造体 8a (キ ーノ のフロップ磁場 Hfをセル磁性体 (積層フェリ自由層 1)のフロップ磁場よりも確 実に小さくするように、積層フェリ自由層 1及びキーパが設計されいればよい。
[0073] 図 17を参照して、積層フェリ磁性構造体 8a (キーパ）に飽和磁場以下の磁場が印 加された場合、積層フェリ磁性構造体 8aが磁化する。それにより、図 16に示すよう〖こ 、メモリセルに印加される磁場が強まるので、メモリセルに印加される実効磁場は大き くなる。一方、図 18を参照して、積層フェリ磁性構造体 8a (キーノ の飽和磁場より大 きい磁場が印加された場合、積層フェリ磁性構造体 8aは、飽和磁場での状態以上に は磁ィ匕されない。それにより、メモリセルに印加される実効的な磁場は、飽和磁場で の磁場以上に強くならない。図 18の例でいえば、「選択セルの磁場経路」と「選択セ ルの実効的な磁場経路」の差がキーパの存在による影響であるが、磁場が飽和しな ければ、キーパの影響は「選択セルの磁場経路」に比例するので、「選択セルの実効 的な磁場経路」は更に外側（動作マージンがな 、ところ）を通るはずである。しかし、 キーパの磁ィ匕が飽和しているため、この影響も飽和してしまい、図 17の場合と概ね同 様となっている。
[0074] 本発明は、磁気抵抗素子 5に積層フェリ磁性構造体 8a (キーノ の飽和磁場より小 さな磁場を与えても、積層フェリ自由層 1のフロップ磁場 Hfの外側を「選択セルの実 効的な磁場経路」が通るように設計できる。一方、積層フェリ磁性構造体 8a (キーパ） の飽和磁場より大き!、磁場を与えても、選択セルの「実効的な磁場経路」がセル磁性 体の飽和磁場に近づくことがない。これらの作用により、セル磁性体 (積層フェリ自由 層 1の磁性体）における飽和磁場に近づくことなぐセル磁性体に印加できる磁場の マージンが広がる。それにより、ワード線 26やビット線 27に流す電流のマージンを広 げることができる。カロえて、熱擾乱による誤動作を防止することができる。その結果とし て、 MRAMの製造歩留りや信頼性の向上が実現できる。 [0075] 本発明のメモリセルを適用した MRAMの第 1の実施の形態の動作 (読み出し動作 及び書き込み動作）については、第 1の実施の形態と同様であるのでその説明を省 略する。
[0076] 本発明により、ワード線 26やビット線 27の電流による書き込み用の磁場により、メモ リセルの積層フェリ自由層 1における合成磁ィ匕が飽和磁ィ匕に近づくのを防ぐことがで きる。それにより、上層の強磁性層 11の磁化と下層の強磁性層 13の磁化とが熱擾乱 で入れ替わる可能性を抑制することが可能となる。そして、メモリセル及び磁気ランダ ムアクセスメモリの信頼性及歩留りを、より高くすることができ、磁気ランダムアクセス のコストを低減することが可能となる。
[0077] 本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各 実施例は適宜変更され得ることは明らかである。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1方向に延伸する複数の第 1配線と、前記第 1方向に実質的に垂直な第 2方向に 延伸する複数の第 2配線とが交差する位置のそれぞれに対応して設けられた複数の 磁気抵抗素子と、
前記複数の磁気抵抗素子の各々に対応して、前記磁気抵抗素子から所定の範囲 の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性構造を有する複数の積層フェリ磁性構 造体と
を具備し、
前記磁気抵抗素子は、
積層フェリ磁性構造を有する自由層と、
固定層と、
前記自由層と前記固定層との間に介設された非磁性層と
を備える
メモリセル。
[2] 請求項 1に記載のメモリセルにおいて、
前記磁気抵抗素子は、前記自由層のフロップ磁界より大きな磁場でデータを書き 込まれる
メモリセル。
[3] 請求項 1に記載のメモリセルにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第 1配線及び前記第 2配線に対して、前記自 由層と同じ方向にあり、前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層の フロップ磁場より大きい
メモリセル。
[4] 請求項 3に記載のメモリセルにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層の飽和磁場よりも小さい メモリセル。
[5] 請求項 3に記載のメモリセルにおいて、
前記自由層は、 強磁性体で形成される第 1磁性層と、
強磁性体で形成される第 2磁性層と、
前記第 1磁性層と前記第 2磁性層との間に介設され、前記第 1磁性層と前記第 2磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層と
を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第 3磁性層と、
強磁性体で形成される第 4磁性層と、
前記第 3磁性層と前記第 4磁性層との間に介設され、前記第 3磁性層と前記第 4磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層と
を含み、
前記第 1磁性層と前記第 3磁性層、前記第 2磁性層と前記第 4磁性層、及び、前記 第 1非磁性層と前記第 2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
メモリセル。
[6] 請求項 5に記載のメモリセルにおいて、
前記第 1非磁性層の膜厚は、前記第 2非磁性層の膜厚よりも大きい
メモリセル。
[7] 請求項 1に記載のメモリセルにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第 1配線又は前記第 2配線に対して、前記自 由層と逆の方向にあり、前記積層フ リ磁性構造体の磁ィ匕飽和磁場は、前記自由層 の磁化飽和磁場より小さい
メモリセル。
[8] 請求項 7に記載のメモリセルにおいて、
前記自由層は、
強磁性体で形成される第 1磁性層と、
強磁性体で形成される第 2磁性層と、
前記第 1磁性層と前記第 2磁性層との間に介設され、前記第 1磁性層と前記第 2磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層と を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第 3磁性層と、
強磁性体で形成される第 4磁性層と、
前記第 3磁性層と前記第 4磁性層との間に介設され、前記第 3磁性層と前記第 4磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層と
を含み、
前記第 1磁性層と前記第 3磁性層、前記第 2磁性層と前記第 4磁性層、及び、前記 第 1非磁性層と前記第 2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
メモリセル。
[9] 請求項 8に記載のメモリセルにおいて、
前記第 2非磁性層の膜厚は、前記第 1非磁性層の膜厚よりも大きい
メモリセル。
[10] 第 1方向に延伸する複数の第 1配線と、
前記第 1方向に実質的に垂直な第 2方向に延伸する複数の第 2配線と、 前記複数の第 1配線と前記複数の第 2配線とが交差する位置のそれぞれに対応し て設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子から所定の範囲の距離だけ離れて設けられ、積層フェリ磁性 構造を有する積層フェリ磁性構造体と
を備え、
前記磁気抵抗素子は、
積層フヱリ磁性構造を有する自由層と、
固定層と、
前記自由層と前記固定層との間に介設された非磁性層と
を含み、 前記磁気抵抗素子は、磁化容易軸方向が前記第 1方向及び前記第 2方向とは異 なる
磁気ランダムアクセスメモリ。
[11] 請求項 10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにお ヽて、
前記磁気抵抗素子は、前記自由層のフロップ磁界より大きな磁場でデータを書き 込まれる
磁気ランダムアクセスメモリ。
[12] 請求項 10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第 1配線及び前記第 2配線に対して、前記自 由層と同じ方向にあり、前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層の フロップ磁場より大きい
磁気ランダムアクセスメモリ。
[13] 請求項 12に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体のフロップ磁場は、前記自由層の飽和磁場よりも小さい 磁気ランダムアクセスメモリ。
[14] 請求項 12に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記自由層は、
強磁性体で形成される第 1磁性層と、
強磁性体で形成される第 2磁性層と、
前記第 1磁性層と前記第 2磁性層との間に介設され、前記第 1磁性層と前記第 2磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層と
を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第 3磁性層と、
強磁性体で形成される第 4磁性層と、
前記第 3磁性層と前記第 4磁性層との間に介設され、前記第 3磁性層と前記第 4磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層と
を含み、 前記第 1磁性層と前記第 3磁性層、前記第 2磁性層と前記第 4磁性層、及び、前記 第 1非磁性層と前記第 2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
[15] 請求項 14に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記第 1非磁性層の膜厚は、前記第 2非磁性層の膜厚よりも大きい
磁気ランダムアクセスメモリ。
[16] 請求項 10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記積層フェリ磁性構造体は、前記第 1配線又は前記第 2配線に対して、前記自 由層と逆の方向にあり、前記積層フ リ磁性構造体の磁ィ匕飽和磁場は、前記自由層 の磁化飽和磁場より小さい
磁気ランダムアクセスメモリ。
[17] 請求項 16に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記自由層は、
強磁性体で形成される第 1磁性層と、
強磁性体で形成される第 2磁性層と、
前記第 1磁性層と前記第 2磁性層との間に介設され、前記第 1磁性層と前記第 2磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 1非磁性層と
を含み、
前記積層フェリ磁性構造体は、
強磁性体で形成される第 3磁性層と、
強磁性体で形成される第 4磁性層と、
前記第 3磁性層と前記第 4磁性層との間に介設され、前記第 3磁性層と前記第 4磁 性層とが反強磁性的結合するような膜厚を有する第 2非磁性層と
を含み、
前記第 1磁性層と前記第 3磁性層、前記第 2磁性層と前記第 4磁性層、及び、前記 第 1非磁性層と前記第 2非磁性層は、それぞれ同じ材料で構成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
[18] 請求項 17に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、 前記第 2非磁性層の膜厚は、前記第 1非磁性層の膜厚よりも大きい 磁気ランダムアクセスメモリ。
請求項 10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁化容易軸方向と前記第 1方向とが成す角は、実質的に 45度である 磁気ランダムアクセスメモリ。
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