WO2017208576A1 - 磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法 - Google Patents

磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法 Download PDF

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magnetic
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俊輔 深見
超亮 張
綾人 大河原
杏太 渡部
大野　英男
哲郎 遠藤
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国立大学法人東北大学
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic laminated film, a magnetic memory element, a magnetic memory, and a manufacturing method thereof.
  • Magnetic memory Magnetic Random Access Memory; Magnetic Random Access Memory; MRAM
  • MRAM Magnetic Random Access Memory
  • Static random access memory Static Random Access Memory
  • DRAM dynamic random access memory
  • a magnetic memory is generally composed of magnetic memory elements arranged in an array and peripheral circuits formed around the magnetic memory elements.
  • the magnetic memory element includes a magnetic tunnel junction (MTJ) composed of two ferromagnetic layers and one insulating layer (tunnel barrier) formed therebetween.
  • the magnetization direction of one of the two ferromagnetic layers (reference layer; Reference Layer) is fixed, and the magnetization direction of the other (recording layer; Recording Layer) can be reversed.
  • the magnetic memory stores information in the magnetization direction of the recording layer. Therefore, when writing information, it is necessary to reverse the magnetization direction of the recording layer.
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • Magnetic memory elements are roughly classified into two-terminal and three-terminal types according to their structure.
  • the two-terminal magnetic memory element is suitable for increasing the capacity because it has a small cell size, and is mainly expected as an alternative to DRAM.
  • the three-terminal magnetic memory element has different current paths for writing and reading, and since the writing current does not pass through the insulating layer, it can operate at high speed and high reliability, and is expected mainly as an alternative to SRAM. ing.
  • Patent Document 1 discloses a three-terminal type magnetic memory using magnetization reversal by spin-orbit interaction.
  • Magnetization reversal due to spin-orbit interaction is performed by, for example, a layer formed of a nonmagnetic heavy metal material such as Pt (platinum), Ta (tantalum), or W (tungsten), a layer formed of a ferromagnetic material, and an oxide.
  • a nonmagnetic heavy metal material such as Pt (platinum), Ta (tantalum), or W (tungsten)
  • W tungsten
  • This is a phenomenon in which the magnetization direction of the ferromagnetic material layer is reversed by passing a current in the in-plane direction of the heavy metal layer in the laminated film having the inversion symmetry in the laminated film formed by the above-described layers.
  • spin-polarized electrons accumulate in the layer formed of the ferromagnetic material, and this exerts a torque in the direction of magnetization. This torque is called a spin-orbit torque (SOT).
  • SOT spin-orbit torque
  • spin-orbit-torque-induced magnetization switching The reversal of magnetization due to the spin orbit torque is called spin-orbit-torque-induced magnetization switching.
  • the origin of spin orbit torque is thought to be the spin Hall effect in heavy metal materials and the Rashba effect at the interface between heavy metal materials and ferromagnetic materials, but it has not been clarified yet.
  • Patent Document 1 states that the spin orbit torque per unit current increases when Ta or W having a ⁇ -phase crystal structure is used as the heavy metal material.
  • the thickness of the heavy metal layer be set to 6 nm or more in order to ensure a process margin. This is because the heavy metal layer is also etched to some extent in the process of patterning the MTJ on the heavy metal layer by etching. Therefore, a heavy metal layer having a sufficient thickness is formed in advance even if it is etched, that is, a process margin is secured. As described above, a large spin orbit torque can be obtained by using a heavy metal layer formed of Ta or W having a metastable ⁇ -phase crystal structure (see Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 Although the ⁇ -phase crystal structure is dominant when the W film thickness is 5.2 nm, the ⁇ -phase crystal structure and the ⁇ -phase crystal structure are mixed at 6.2 nm. It is shown that at 15 nm, only the ⁇ -phase crystal structure is obtained. In addition, it is reported that the electrical resistivity when the thickness of the heavy metal layer formed of W is 5.2 nm, 6.2 nm, and 15 nm is 260 ⁇ cm, 80 ⁇ cm, and 21 ⁇ cm, respectively.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a magnetic laminated film capable of suppressing a write current of a three-terminal magnetic memory element using magnetization reversal by spin orbit torque and ensuring a process margin, and
  • An object of the present invention is to provide a magnetic memory device, a magnetic memory, and a method of manufacturing the same.
  • the magnetic laminated film according to the first aspect of the present invention comprises: A magnetic laminated film for a magnetic memory element, A conductive layer comprising a heavy metal layer containing a 5d transition metal; A first ferromagnetic layer containing a ferromagnetic layer adjacent to the conductive layer and having reversible magnetization; With The conductive layer has a thickness of 6 nm or more, The crystal structure of the heavy metal layer is amorphous or ⁇ -phase.
  • the magnetic laminated film according to the second aspect of the present invention is A magnetic laminated film for a magnetic memory element, A conductive layer comprising a heavy metal layer containing a 5d transition metal; A first ferromagnetic layer containing a ferromagnetic layer adjacent to the conductive layer and having reversible magnetization; With The conductive layer has a thickness of 6 nm or more, The specific resistance of the heavy metal layer is 100 ⁇ cm or more.
  • the crystal structure of the heavy metal layer may be amorphous or ⁇ -phase.
  • the conductive layer may be configured to further include an adjustment layer made of a conductive material adjacent to the heavy metal layer.
  • the heavy metal layer contains Ta or W.
  • a magnetic memory element is The magnetic laminated film described above; A barrier layer adjacent to the first ferromagnetic layer and made of an insulating material; A reference layer having a fixed ferromagnetic layer adjacent to the barrier layer and having a fixed magnetization direction; A cap layer made of a conductive material adjacent to the reference layer; A first terminal capable of introducing a current at one end in a longitudinal direction of the heavy metal layer; A second terminal capable of introducing a current to the other longitudinal end of the heavy metal layer; A third terminal capable of introducing a current into the cap layer; Is provided.
  • the magnetic memory element may include a fourth terminal connected to the first ferromagnetic layer.
  • the first ferromagnetic layer may have magnetization that can be reversed in a direction perpendicular to the film surface.
  • the first ferromagnetic layer may have magnetization that can be reversed in a direction perpendicular to a line segment connecting the first terminal and the second terminal in the film plane.
  • the first ferromagnetic layer may have magnetization that can be reversed in a direction parallel to a line segment connecting the first terminal and the second terminal in the film plane.
  • the first ferromagnetic layer has a first magnetization region, a second magnetization region and a third magnetization region arranged with the first magnetization region interposed therebetween,
  • the magnetization of the second magnetization region and the magnetization of the third magnetization region are fixed in different directions,
  • the magnetization of the first magnetization region may be reversible, and may be configured to face the same direction as either the magnetization of the second magnetization region or the magnetization of the third magnetization region.
  • a magnetic memory is: The magnetic memory element described above; Writing means for writing data into the magnetic memory element by passing a write current through the magnetic memory element; A reading means for reading data written in the magnetic memory element by obtaining a tunnel resistance by flowing a current in a direction penetrating the barrier layer; Is provided.
  • the heavy metal layer is It is formed by magnetron sputtering method,
  • the partial pressure of the inert gas in the process of film formation is 0.1 Pa or more,
  • the mean free path of sputtered particles in the film formation process is shorter than the T / S distance,
  • the deposition rate of the thin film in the film formation process is 0.02 nm / s or less,
  • the substrate temperature is set to 0 ° C. or lower, A bias voltage may be applied to the substrate during the film formation process.
  • a method for manufacturing a magnetic laminated film or a magnetic memory element according to the fifth aspect of the present invention includes: A heavy metal layer containing a 5d transition metal; A first ferromagnetic layer containing a ferromagnetic layer adjacent to the heavy metal layer and having reversible magnetization; A method of manufacturing a magnetic laminated film or a magnetic memory element comprising the magnetic laminated film, comprising: The heavy metal layer is formed by magnetron sputtering, The partial pressure of the inert gas in the film formation process is set to 0.1 Pa or more.
  • a method for manufacturing a magnetic laminated film or a magnetic memory element according to the sixth aspect of the present invention includes: A heavy metal layer containing a 5d transition metal; A first ferromagnetic layer containing a ferromagnetic layer adjacent to the heavy metal layer and having reversible magnetization; A method of manufacturing a magnetic laminated film or a magnetic memory element comprising the magnetic laminated film, comprising: The heavy metal layer is formed by magnetron sputtering, The mean free path of sputtered particles in the film formation process is shorter than the T / S distance.
  • the deposition rate of the thin film in the process of forming the heavy metal layer is 0.02 nm / s or less.
  • the substrate temperature is set to 0 ° C. or lower in the process of forming the heavy metal layer.
  • a bias voltage may be applied to the substrate side.
  • a magnetic laminated film that can be applied to a magnetic memory element that has a small write current and can secure a process margin, a magnetic memory element using the same, a magnetic memory, and a method for manufacturing the same. can do.
  • FIG. 2B is a front view (XZ plane) of the magnetic memory element of FIG. 2A.
  • FIG. 2B is a side view (YZ plane) of the magnetic memory element of FIG. 2A.
  • FIG. 2B is a plan view (XY plane) of the magnetic memory element in FIG. 2A.
  • A), (b) is a figure which shows the memory state of the magnetic memory element of FIG. 2A, (a) is the state which memorize
  • FIG. 7 is a block diagram of a magnetic memory in which a plurality of memory cell circuits shown in FIG. 6 are arranged.
  • (A), (b) is a figure which shows the deposition rate at the time of the sputtering film-forming of W, (a) is input power dependence, (b) is gas flow rate dependence. (C) is a diagram showing the relationship between the gas flow rate, the degree of vacuum, and the mean free path of sputtered particles.
  • (A) is a graph which shows the relationship between sputtering conditions and sheet resistance of W
  • (b) is a graph which shows the relationship between sputtering conditions of W and specific resistance. It is a figure which shows the measurement result of spin orbit torque magnetization reversal in the produced magnetic memory element.
  • (A)-(c) is a figure which shows the measurement result of the magnetization reversal in the produced magnetic memory element, (a) is sputtering condition dependence of effective anisotropic magnetic field and sputtering condition, (B) is the sputtering condition dependence of the magnetization reversal efficiency, and (c) is the relationship between the magnetization reversal efficiency and the resistance of the heavy metal channel layer. It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of the magnetic laminated film concerning the present Example produced on different conditions.
  • (A) is a front view of the magnetic laminated film which concerns on the modification 1 of this invention
  • (b) is a front view of the magnetic laminated film which concerns on the modification 2 of this invention.
  • FIG. 18B is a front view (XZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 18A.
  • FIG. 18B is a side view (YZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 18A.
  • FIG. 18B is a plan view (XY plane) of the magnetic memory element in FIG. 18A. It is a figure which shows the measurement result of the magnetic memory element of FIG. 18A. It is a perspective view of the magnetic memory element which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 20B is a front view (XZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 20A.
  • FIG. 20B is a side view (YZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 20A.
  • FIG. 20B is a plan view (XY plane) of the magnetic memory element in FIG. 20A.
  • (A) is a view showing the measurement results of the MTJ resistance and current density relationship of the magnetic memory device of FIG. 20A, (b), the plotting threshold current density of a magnetic memory device of FIG. 20A with respect to H Z It is a figure which shows the result. It is a perspective view of the magnetic memory element which concerns on Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 22B is a front view (XZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 22A.
  • FIG. 22B is a side view (YZ plane) of the magnetic memory element in FIG. 22A.
  • FIG. 22B is a plan view (XY plane) of the magnetic memory element in FIG. 22A.
  • FIG. 1 is a front view showing the structure of the magnetic laminated film 0 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the magnetic laminated film 0 has a structure in which the heavy metal layer 10 and the first ferromagnetic layer 20 are laminated adjacent to each other.
  • the term “adjacent” includes not only a directly adjacent structure but also a structure disposed via another layer, space, or the like as long as the functions described below are not impaired. The same applies to the following description.
  • the heavy metal layer 10 contains a 5d transition metal such as tungsten (W) or tantalum (Ta).
  • the heavy metal layer 10 has a metastable ⁇ -phase crystal structure or an amorphous structure.
  • the heavy metal layer 10 has a thickness of 6 nm or more.
  • the film thickness here refers to the thickness of the heavy metal layer 10 in a portion adjacent to the first ferromagnetic layer 20.
  • the specific resistance of the heavy metal layer 10 is 100 ⁇ cm or more.
  • the first ferromagnetic layer 20 is made of a ferromagnetic material and has a characteristic that the direction of magnetization (direction from S to N) that can be reversed can be reversed.
  • the direction of reversible magnetization in the first ferromagnetic layer 20 is indicated by an arrow in FIG. In the embodiment shown in FIG. 1, the direction of magnetization is perpendicular to the film surface and can be reversed between upward and downward.
  • the magnetic laminated film 0 may be capped with an appropriate material such as an insulator or a metal.
  • FIG. 2A shows the structure of the magnetic memory element 100 using the magnetic laminated film 0.
  • a front view (XZ plane) of the magnetic memory element 100 is shown in FIG. 2B
  • a side view (YZ plane) is shown in FIG. 2C
  • a plan view (XY plane) is shown in FIG. 2D.
  • the magnetic memory element 100 is configured by laminating a magnetic multilayer film 0, a barrier layer (insulating layer) 30, a reference layer 40, and a cap layer 50 in this order.
  • 1 terminal T1, 2nd terminal T2, and 3rd terminal T3 are provided.
  • the first terminal T1 is connected to one end of the magnetic laminated film 0, and the second terminal T2 is connected to the other end of the magnetic laminated film 0.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are connected to both ends of the heavy metal layer 10 in the magnetic laminated film 0.
  • an XYZ coordinate system is set in which the major axis direction (stretching direction) of the magnetic multilayer film 0 is the X direction, the minor axis direction is the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is the Z direction. Reference is made as appropriate.
  • the barrier layer 30 is provided adjacent to the first ferromagnetic layer 20 in the magnetic laminated film 0.
  • the barrier layer 30 is made of an insulating material.
  • the reference layer 40 includes at least one ferromagnetic layer.
  • the reference layer 40 has a structure in which a second ferromagnetic layer 41, a coupling layer 42, and a third ferromagnetic layer 43 are stacked in this order.
  • the reference layer 40 may have one ferromagnetic layer or three or more ferromagnetic layers.
  • the direction of magnetization of the ferromagnetic layer constituting the reference layer 40 (more precisely, the second ferromagnetic layer 41 adjacent to the barrier layer 30) is substantially fixed.
  • the magnetization of the second ferromagnetic layer 41 is fixed substantially upward, and the magnetization of the third ferromagnetic layer 43 is substantially fixed downward.
  • the coupling layer 42 has a function of coupling the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 41 and the magnetization direction of the third ferromagnetic layer 43 in an antiparallel direction.
  • RKKY Rivestman Kittel Kasuya Yoshida
  • the coupling layer 42 By coupling the two ferromagnetic layers in the antiparallel direction via the coupling layer 42, the total magnetic field applied to the first ferromagnetic layer 20 is reduced, and two memory states (magnetization upward state and The energy of the downward state) can be made symmetric.
  • a magnetic tunnel junction is formed by the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, and the second ferromagnetic layer 41.
  • the cap layer 50 is made of a conductive material.
  • the cap layer 50 has a function of protecting the above magnetic tunnel junction.
  • the third terminal T3 is connected to the cap layer 50.
  • the magnetic memory element 100 has three terminals.
  • the magnetic memory element according to the present embodiment only needs to have three or more terminals.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are connected to the heavy metal layer 10
  • the third terminal T3 is connected to the cap layer
  • the fourth terminal (not shown) is the fourth ferromagnetic layer (not shown). May not be connected).
  • the fourth ferromagnetic layer is provided adjacent to the barrier layer 30 and between the first ferromagnetic layer 20.
  • the fourth ferromagnetic layer has reversible magnetization, and its direction changes to reflect the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20.
  • the fourth terminal may be disposed in the first ferromagnetic layer 20. That is, the fourth terminal may be electrically connected directly or indirectly to the first ferromagnetic layer 20.
  • FIG. 3A is a front view schematically showing the magnetization structure when the magnetic memory element 100 stores information “0”, and FIG. 3A shows the magnetization structure when information “1” is stored.
  • FIG. 3B shows a front view schematically showing the above.
  • the magnetic memory element 100 stores “0”
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 is directed upward.
  • the magnetization directions in the magnetic tunnel junction become parallel.
  • the magnetic memory element 100 stores “1”
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 is directed downward.
  • the magnetization direction in the magnetic tunnel junction becomes antiparallel.
  • the definition of the storage data and the magnetization state of the memory is arbitrary, and for example, it may be the opposite of the relationship shown in FIG.
  • FIG. 4A illustrates an operation when writing “1”
  • FIG. 4B illustrates an operation when writing “0”.
  • the first ferromagnetic layer 20 that controls information storage has a magnetization direction that can be reversed in the vertical direction.
  • a steady magnetic field in the direction parallel to the current is required.
  • a magnetic field is applied H X in the X direction as the steady magnetic field of the current and parallel.
  • a write current IW1 is passed from the first terminal T1 through the heavy metal layer 10 to the second terminal T2.
  • the write current IW0 flows from the second terminal T2 through the heavy metal layer 10 to the first terminal T1.
  • the relationship between the direction of the write current, the direction of the stationary magnetic field in the in-plane direction, and the magnetization reversal direction can vary depending on the combination of materials used for the heavy metal layer 10, the first ferromagnetic layer 20, and the barrier layer 30. More specifically, the working direction of the spin orbit torque is determined by the combination of the materials used for the heavy metal layer 10, the first ferromagnetic layer 20, and the barrier layer 30, whereby “1” writing and “0” writing are performed. The direction of the current is determined.
  • the spin Hall effect, the Rashba effect, etc. are considered as the mechanism of the spin orbit torque.
  • the principle may be whatever, and torque acts on the magnetization of the first ferromagnetic layer 20 through the spin-orbit interaction when a current is introduced into the magnetic multilayer film 0. This only has to induce reversal by rotation of the direction of magnetization.
  • the magnitude of the required write current (density) and the pulse width are determined by the combination of materials used for the heavy metal layer 10, the first ferromagnetic layer 20, and the barrier layer 30.
  • the density of the write current is typically 0.2 to 2 ⁇ 10 12 A / m 2 .
  • the magnitude of the write current is 60 to 600 ⁇ A.
  • the pulse width of the write current is typically 0.2 to 5 ns.
  • the tunnel magnetoresistive effect is used.
  • a read current is passed in a direction penetrating the magnetic tunnel junction composed of the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, and the reference layer 40, and "0" is stored and "1" is stored in the magnetic tunnel. Reading is performed using the difference in the tunnel resistance of the junction.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 41 are parallel, and therefore the resistance is The current flowing by the reference voltage is relatively large.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 41 are antiparallel, so that the resistance is The current flowing through the reference voltage is relatively small.
  • the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 20 and the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 41 are parallel, so the resistance is low.
  • the voltage required to pass the reference current is relatively small.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 and the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 41 are antiparallel, so the resistance is high.
  • the voltage required to pass the reference current is relatively large.
  • the magnetic memory element 100 has a fourth terminal (a fourth ferromagnetic layer provided between the barrier layer 30 and the first ferromagnetic layer 20 or a structure in which a terminal is provided on the first ferromagnetic layer 20). If it has, the reading current may flow between the third terminal T3 and the fourth terminal.
  • the operation for passing the write current is the same as the above-described operation.
  • FIG. 6 shows a configuration of the magnetic memory cell circuit 200 for 1 bit.
  • the magnetic memory cell circuit 200 includes a magnetic memory element 100 constituting a 1-bit memory cell, a pair of write bit lines WBL1, WBL2, a word line WL, a read bit line RBL, a first transistor Tr1, and a first transistor Tr1. 2 transistors Tr2.
  • the third terminal T3 of the magnetic memory element 100 is connected to the read bit line RBL.
  • the first terminal T1 is connected to the drain of the first transistor Tr1, and the second terminal T2 is connected to the drain of the second transistor Tr2.
  • the gate electrodes of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are connected to the word line WL.
  • the source of the first transistor Tr1 is connected to the first write bit line WBL1, and the source of the second transistor Tr2 is connected to the second write bit line WBL2.
  • the transistors Tr1 and Tr2 are formed of N-channel MOS (MetalMetaOxide Semiconductor) transistors.
  • MOS MetalMetaOxide Semiconductor
  • the voltage of the word line WL is set to a high level.
  • the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are turned on.
  • one voltage of the first write bit line WBL1 and the second write bit line WBL2 is set to the High level, and the other voltage is set to the Low level.
  • the voltage of the first write bit line WBL1 is set to a high level, and the voltage of the second write bit line WBL2 is set to a low level.
  • the write current IW1 flows in the heavy metal layer 10 in the forward direction, and data “1” is written in the magnetic memory element 100.
  • the voltage of the first write bit line WBL1 is set to a low level, and the voltage of the second write bit line WBL2 is set to a high level.
  • the write current IW0 flows through the heavy metal layer 10 in the reverse direction, and data “0” is written into the magnetic memory element 100.
  • bit data is written to the magnetic memory element 100.
  • the word line WL is set to the active level, and the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2 are turned on. Further, the voltage of the read bit line RBL is set to a high level. From the read bit line RBL set to the high level voltage, the third terminal T3 ⁇ the cap layer 50 ⁇ the reference layer 40 ⁇ the barrier layer 30 ⁇ the first ferromagnetic layer 20 ⁇ the heavy metal layer 10 ⁇ the first terminal T1 and the second terminal T2. ⁇ First transistor Tr1, second transistor Tr2 ⁇ current flows through first write bit line WBL1 and second write bit line WBL2. By measuring the magnitude of this current, the magnitude of the resistance of the magnetic tunnel junction, that is, the stored data is obtained.
  • the configuration and circuit operation of the magnetic memory cell circuit 200 are merely examples, and can be changed as appropriate.
  • the third terminal T3 is connected to the ground line GND in place of the read bit line RBL, and at the time of reading, both voltages of the first write bit line WBL1 and the second write bit line WBL2 are at a high level or one of them.
  • the current may flow from the heavy metal layer 10 to the cap layer 50 by setting the voltage at High level and the other to Open.
  • the magnetic memory 300 includes a magnetic memory cell array 210, an X driver 120, a Y driver 130, and a controller 140.
  • the magnetic memory cell array 210 has magnetic memory cell circuits 200 arranged in an N-row M-column array.
  • the magnetic memory cell circuit 200 in each column is connected to the first write bit line WBL1, the second write bit line WBL2, and the read bit line RBL in the corresponding column.
  • the magnetic memory cell circuit 200 in each row is connected to the word line WL in the corresponding row.
  • the X driver 120 is connected to the plurality of word lines WL, receives the row address, decodes the row address, and drives the voltage of the word line WL of the row to be accessed to the active level (first and second).
  • the transistors T11 and Tr2 are N-channel MOS transistors, they are set to High level).
  • the Y driver 130 functions as a writing means for writing data to the magnetic memory element 100 and a reading means for reading data from the magnetic memory element 100.
  • the Y driver 130 is connected to a plurality of first write bit lines WBL1 and second write bit lines WBL2.
  • the Y driver 130 receives the column address, decodes the column address, and sets the first write bit line BL1 and the second write bit line BL2 connected to the accessed magnetic memory cell circuit 200 to a desired data write state or Set to read state.
  • the Y driver 130 sets the voltage of the first write bit line WBL1 connected to the write target magnetic memory cell circuit 200 to the high level and sets the voltage of the second write bit line WBL2 to low. Level. Further, when writing data “0”, the Y driver 130 sets the voltage of the first write bit line WBL1 to the low level and sets the voltage of the second write bit line WBL2 to the high level.
  • the Y driver 130 sets the voltage of the read bit line RBL to the high level, and the first write bit line WBL1 and the second write bit line WBL2 Connect to ground.
  • a sense amplifier (not shown) compares the current flowing through the read bit line RBL with a reference value to determine the resistance state of the magnetic memory cell circuit 200 in each column, thereby reading stored data.
  • the controller 140 controls the X driver 120 and the Y driver 130 in accordance with data writing or data reading.
  • the heavy metal layer 10 contains at least a 5d transition metal. Specific examples include hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), and platinum (Pt). More preferably, the heavy metal layer 10 contains Ta or W.
  • the crystal structure of the heavy metal layer 10 is a metastable ⁇ phase or an amorphous structure. More preferably, the heavy metal layer 10 is made of W.
  • the electrical resistivity of the heavy metal layer 10 is 100 ⁇ cm or more.
  • the first ferromagnetic layer 20 contains at least Fe, Co, and Ni and has spontaneous magnetization. Moreover, in order to obtain a desired magnetic characteristic and crystal structure, B, C, N, O, Al, Si, P, S, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ga, Ge, and the like may be contained. . Specific examples include Fe—Co alloys and Fe—Co—B alloys. Further, the first ferromagnetic layer 20 may be a laminated film composed of a plurality of ferromagnetic layers. For example, a laminated film of an Fe—Co alloy and an Fe—Co—B alloy is exemplified.
  • the first ferromagnetic layer 20 may be a laminated film in which at least two ferromagnetic layers and at least one nonmagnetic layer are laminated.
  • a laminated film in which Co and Pt are alternately laminated with a sub-nanometer thickness is exemplified.
  • the barrier layer 30 is made of an insulating material. Examples thereof include Mg—O and Al—O.
  • the materials that can be used for the second ferromagnetic layer 41 and the third ferromagnetic layer 43 constituting the reference layer 40 are the same as those of the first ferromagnetic layer 20. However, the second ferromagnetic layer 41 and the third ferromagnetic layer 43 need to be magnetically harder than the first ferromagnetic layer 20.
  • the coupling layer 42 is preferably a conductive material that can magnetically couple the second ferromagnetic layer 41 and the third ferromagnetic layer 43. Specifically, Ru etc. are illustrated. Examples of the film configuration of the reference layer 40 include Fe—Co—B alloy / Ta / [Co / Pt] laminated film / Ru / [Co / Pt] laminated film in order from the barrier layer 30 side.
  • the cap layer 50 is made of a conductive material. Examples include Ta and Ru.
  • the cap layer 50 may be a laminated film in which a plurality of conductive materials are laminated. Specifically, Ta / Ru / Ta is exemplified.
  • the heavy metal layer 10 has a shape extending in the X direction. Typical sizes when the heavy metal layer 10 is formed in a rectangular shape in the XY plane are as follows. The width in the Y direction is 20 to 150 nm. The length in the X direction is 50 to 800 nm. The heavy metal layer 10 may have a shape other than a rectangle.
  • the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 are formed in the same shape as shown in FIG. 2A. However, these may not be the same shape. For example, only the first ferromagnetic layer 20 may be formed in the same shape as the heavy metal layer 10. Furthermore, the shape is arbitrary. Although FIG. 2A shows an example in which it is formed in a square shape, it may be formed in a circular shape (FIG. 8A), a rectangle (FIG. 8B), or an ellipse (FIG. 8C). In this case, the length (or diameter, minor axis) of one piece is 20 to 150 nm.
  • FIG. 2A shows an example in which the length in the Y direction of the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 is the same as the length in the Y direction of the heavy metal layer 10. As shown in FIG. 8D, these may be different.
  • Thickness t 10 of the heavy metal layer 10 is 6nm or more, it is desirable that the 20nm or less.
  • the thickness t 10 of the heavy metal layer 10 is less than 6 nm, it is impossible to secure a sufficient process margin in the manufacturing process to be described later. Can secure a sufficient process margin by a thickness t 10 is set to more than 6 nm.
  • the thickness t 10 of the heavy metal layer 10 exceeds 20 nm, the write current is increased.
  • the film thickness t 10 of the heavy metal layer 10 here refers to the thickness of the film adjacent to the first ferromagnetic layer 20. In other words, it means the thickness of the region of the heavy metal layer 10 where the first ferromagnetic layer 20 is formed on the upper portion thereof.
  • the first thickness t 20 of the ferromagnetic layer 20 is typically 0.8nm or more and 10nm or less.
  • Thickness t 30 of the barrier layer 30 is typically 0.8nm or more and 3nm or less.
  • the total thickness t 40 of the reference layer 40 is 2nm or more and 15nm or less.
  • Thickness t 50 of the cap layer 50 is 1nm or more and 50nm or less.
  • a method for forming the magnetic laminated film 0 will be described.
  • a physical vapor deposition method can be used.
  • physical vapor deposition methods it is desirable to use a sputtering method, and it is more desirable to use a DC magnetron sputtering method.
  • a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxy method, an electron beam deposition method, a laser ablation method, or the like can also be applied.
  • an RF magnetron sputtering method can also be used.
  • the substrate on which the magnetic laminated film 0 is formed for example, a Si substrate covered with an amorphous material such as silicon oxide is used.
  • a substrate with a circuit on which transistors and wirings are formed is used.
  • the temperature of the substrate during film formation is arbitrary. However, it is desirable to cool the substrate temperature to room temperature or lower, more preferably 0 ° C. or lower.
  • a bias voltage may be applied to the substrate. By applying a bias voltage to the substrate, the effect of this embodiment is enhanced.
  • the process for forming the heavy metal layer 10 will be described more specifically with respect to the case of using the DC sputtering method. It is desirable to exhaust the gas in the film forming apparatus so that the pressure in the film forming apparatus is 10 ⁇ 6 Pa or less.
  • the distance between the substrate and the target (T / S distance) is set to 120 to 480 mm.
  • An inert gas is introduced as a sputtering gas into the film forming apparatus.
  • Ar argon
  • Kr krypton
  • Xe xenon
  • the gas flow rate is adjusted so that the partial pressure of the inert gas in the film forming apparatus is 0.1 Pa or more.
  • a high voltage is applied to the target, and the target is sputtered with a sputtering gas to deposit a thin film on the substrate.
  • the input power is adjusted so that the deposition rate of the thin film is 0.02 nm / s or less.
  • the partial pressure of the inert gas and the deposition rate of the thin film in the deposition process of the heavy metal layer 10 are important control parameters in manufacturing the magnetic multilayer film 0.
  • ⁇ unit: cm
  • P unit: Torr
  • the specific resistance of the heavy metal layer 10 is 100 ⁇ cm or more by setting ⁇ to be shorter than the T / S distance.
  • the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 are deposited in addition to the magnetic laminated film 0.
  • the barrier layer 30 can be deposited by an RF sputtering method or the like.
  • annealing is performed after the laminated film is deposited or patterned.
  • the annealing temperature is set between 200 ° C. and 450 ° C.
  • the annealing time is 15 minutes or more and 5 hours or less.
  • the magnetic memory element 100 When the magnetic memory element 100 is formed, element processing is performed using a microfabrication technique after the stacked film is deposited, or after the stacked film is deposited and annealed.
  • the MTJ portion (the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, and the reference layer 40) is first patterned.
  • a resist is applied to the substrate, and then the resist is patterned using a stepper or an electron beam drawing apparatus, followed by development to form a resist pattern on the substrate.
  • a hard mask is deposited by chemical vapor deposition (CVD) or the like before applying a resist, and then the resist pattern is transferred to the hard mask by reactive ion etching (RIE) or the like. May be.
  • CVD chemical vapor deposition
  • RIE reactive ion etching
  • the laminated film to be the magnetic memory element 100 is etched.
  • an RIE method or an ion beam etching (IBE) method can be used.
  • Etching is preferably stopped on the surface of the heavy metal layer 10 or in the middle thereof.
  • an insulating protective film is formed by a CVD method or the like.
  • the heavy metal layer 10 is patterned. Since this process can be the same as the MTJ patterning process, it is omitted. After the heavy metal layer 10 is patterned, vias, upper wirings and the like are formed.
  • the magnetic memory element 100 is formed, as described above, the magnetic memory element 100 is formed on a circuit board on which transistors and wirings are formed.
  • the magnetic memory element 100 has, for example, a three-terminal structure, and the heavy metal layer 10 is electrically connected to the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • a plug 60 may be formed as the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • this embodiment also has an effect that the electrical connection between the first terminal T1, the second terminal T2, and the magnetic memory element 100 can be improved.
  • the above-described method for forming the heavy metal layer 10 may be applied to the step of forming the material for the first terminal T1 and the second terminal T2.
  • FIG. 11A shows the measurement result of the relationship between the thin film deposition rate and the input power when W is used for the heavy metal layer 10 and Ar is used for the sputtering gas. It can be seen that there is a proportional relationship (more precisely, a linear relationship) between the input power and the deposition rate.
  • FIG. 11B shows the measurement result of the relationship between the deposition rate of the thin film and the flow rate of Ar gas. It can be seen that there is no correlation between the deposition rate and the flow rate.
  • FIG. 11C shows the relationship between the partial pressure of Ar gas and the flow rate of Ar gas.
  • the right axis of FIG. 11C shows the value of the mean free path calculated using the above formula.
  • the T / S distance is set to 150 mm. It can be seen that when the gas flow rate is 50 sccm, the partial pressure is 0.1 Pa and the mean free path is 150 mm.
  • a Si substrate with a natural oxide film was used as the substrate.
  • the film configuration of the magnetic laminated film 0 is W (tw) / CoFeB (1) / MgO (2) / Ta (1) from the substrate side (the numbers in parentheses are the film thickness and the unit is nm). Sheet resistance was measured by the 4-probe method.
  • FIG. 12A the reciprocal of the measured sheet resistance R sheet is plotted against the film thickness tw of W.
  • the specific resistance is obtained from the slope of this graph.
  • the W film thickness is around 5 nm.
  • the slope is changing. This is because a structure with high specific resistance (amorphous structure or ⁇ -phase crystal structure) is formed at 5 nm or less, whereas a structure with low specific resistance ( ⁇ -phase crystal structure) is formed at 5 nm or more.
  • FIG. 12B shows the specific resistance value obtained from the slope of the graph of FIG. 12A in the region where the film thickness tw of the heavy metal layer 10 is 8 nm or more with respect to the film formation conditions. It can be seen that the specific resistance varies greatly depending on the film forming conditions in the range of 10 ⁇ cm to 325 ⁇ cm.
  • the magnetic memory element 100 is formed using the magnetic laminated film 0 formed under such conditions, and the result of evaluating the reversal characteristics of the magnetization direction is shown.
  • a measurement method using the anomalous Hall effect as described in the document “Applied Physics Letters, vol. 107, 012401 (2015)” is used here. Is used.
  • the first ferromagnetic layer 20 is patterned in a dot shape having a diameter of 120 nm.
  • an external magnetic field H X of +20 mT or ⁇ 20 mT is applied in the X direction.
  • FIG. 13 shows the measurement results of the Hall resistance when a current is passed through the heavy metal layer 10.
  • FIG. 14A shows the anisotropy magnetic field H K eff and the reversal threshold current I th measured separately for the sputtering condition of W. Although there are a plurality of plots for each condition, this is a measurement result obtained with a plurality of elements manufactured under each condition. Also, the inversion threshold current I th, the pulse width is a value when the time of 100ms and 10 ns. FIG. 14 (b) plots the value obtained by dividing the anisotropic magnetic field inversion threshold current I th for each sputtering condition.
  • the value obtained by dividing the anisotropic magnetic field inversion threshold current I th reflects the magnitude of the efficiency of inverting the direction of magnetization due to spin-orbit torque, when the spin-orbit torque from the spin Hall effect This value reflects the magnitude of the spin Hall angle. It can be seen that the value obtained by dividing the anisotropic magnetic field H K eff by the reversal threshold current I th varies depending on the sputtering conditions. In FIG. 14C, the value obtained by dividing the anisotropic magnetic field H K eff by the inversion threshold current I th is plotted against the resistance of the channel layer made of the heavy metal layer 10. Here, the resistance of the channel layer is proportional to the specific resistance of the heavy metal layer 10.
  • the thickness of the heavy metal layer 10 is preferably set to 6 nm or more from the viewpoint of process margin and the like.
  • the specific resistance of the heavy metal layer 10 becomes small, which is caused by a good spin orbit torque.
  • the characteristics to reverse the direction of magnetization could not be obtained (generally, when depositing with a thin film by sputtering method, the input power (deposition rate) is high and the gas flow rate (gas partial pressure) is low. Set).
  • the heavy metal layer 10 having a specific resistance of 100 ⁇ cm or more even in a region having a film thickness of 6 nm or more can be obtained by setting the deposition rate low and the gas partial pressure high when depositing the thin film. It has been clarified that there is a correlation between the magnitude of the specific resistance and the efficiency of reversing the direction of magnetization by the spin orbit torque.
  • FIG. 15 shows the results of analyzing the crystal structure of the magnetic laminated film 0 deposited under various sputtering conditions by the X-ray diffraction method.
  • the substrate a Si substrate with a natural oxide film was used.
  • the film structure of the magnetic laminated film 0 is W (20) / CoFeB (1) / MgO (2) / Ta (1) from the substrate side (the numbers in parentheses are the film thicknesses and the unit is nm).
  • the input power and gas flow rate during W film formation were set to (30 W, 100 sccm), high efficiency was obtained to reverse the direction of magnetization due to high spin orbital torque. In this case, diffraction from the ⁇ -phase crystal plane was achieved.
  • a ⁇ -phase crystal structure is formed even at 20 nm.
  • high efficiency for reversing the direction of magnetization due to high spin orbital torque was not obtained, only a peak representing diffraction from the ⁇ phase crystal plane was confirmed. That is, by depositing the heavy metal layer 10 using the manufacturing method according to the present embodiment, a ⁇ -phase crystal structure can be formed even when the film thickness is 20 nm, thereby reversing the direction of magnetization due to high spin orbit torque. It can be seen that high efficiency is obtained.
  • a magnetic multilayer film that can be applied to a magnetic memory element, a write current is small, a wide manufacturing process margin can be secured, and a magnetic memory element, a magnetic memory using the same, And it was confirmed that the manufacturing method can be provided.
  • the base layer 11 may be added to the conductive layer as shown in FIG.
  • the underlayer 11 is provided below the heavy metal layer 10, that is, on the opposite side of the first ferromagnetic layer 20.
  • the underlayer 11 can adjust the crystal structure of the heavy metal layer 10 such that the efficiency of reversing the direction of magnetization due to the spin orbit torque is higher.
  • the magnetic memory element 100 can be easily formed as will be described later.
  • the base layer 11 can be made of any conductive material. For example, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, etc., and alloys thereof can be used. Further, the underlayer 11 may have a structure in which a plurality of layers are laminated, and the configuration can be adjusted as appropriate. As a specific combination of the base layer 11 and the heavy metal layer 10, Ta (7 nm) / W (3 nm) is exemplified.
  • FIG. 16B shows a front view of the magnetic laminated film 2 according to the second modification.
  • the base layer 11 is provided as an adjustment layer below the heavy metal layer 10, but as shown in the figure, between the heavy metal layer 10 and the first ferromagnetic layer 20.
  • the interface insertion layer 12 may be provided as the adjustment layer.
  • the interface insertion layer 12 increases the spin mixing conductance between the first ferromagnetic layer 20 and the heavy metal layer 10 or applies a spin orbit torque derived from the spin orbit interaction at the interface to the first ferromagnetic layer 20. can do. Any conductive material can be used for the interface insertion layer 12.
  • the sum of the film thicknesses of the conductive layers is preferably set to 6 nm or more. This ensures a sufficient process margin.
  • the magnetic memory element 101 according to the modified example 3 is related to the magnetic laminated film 1 shown in FIG.
  • the magnetic multilayer film 1 constituting the magnetic memory element 101 includes an underlayer 11, a heavy metal layer 10, and a first ferromagnetic layer 20.
  • the heavy metal layer 10 is formed in the same shape as the first ferromagnetic layer 20, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 formed thereon.
  • the etching is stopped on the surface of the underlayer 11 or in the middle thereof.
  • the surface of the material used for the heavy metal layer 10 can be prevented from being exposed to the atmosphere, and there is an advantage that the choice of materials that can be used for the heavy metal layer 10 is widened.
  • a W is exposed to the atmosphere and a treatment with an organic solvent or the like is performed, a resistance failure of the element frequently occurs.
  • a configuration like the magnetic memory element 101 (Ta for the underlayer 11) was used.
  • the magnetic memory element 102 according to the modified example 4 is related to the magnetic laminated film 2 shown in FIG.
  • the magnetic laminated film 2 constituting the magnetic memory element 102 includes a heavy metal layer 10, an interface insertion layer 12, and a first ferromagnetic layer 20.
  • the interface insertion layer 12 is formed in the same shape as the heavy metal layer 10. In this case, the etching is stopped on the surface of the interface insertion layer 12 or in the middle thereof. By adopting a structure such as the magnetic memory element 102, the etching end point can be easily detected.
  • the surface of the material used for the heavy metal layer 10 can be prevented from being exposed to the atmosphere, and the choice of the material that can be used for the heavy metal layer 10 is widened.
  • the interface insertion layer 12 needs to be thin enough so that the spin orbit torque expressed by the heavy metal layer 10 reaches the first ferromagnetic layer 20.
  • FIG. 18A schematically shows the structure of the magnetic memory element 103 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a front view (XZ plane) of the magnetic memory element 103 is shown in FIG. 18B
  • a side view (YZ plane) is shown in FIG. 18C
  • a plan view (XY plane) is shown in FIG. 18D.
  • the magnetic memory element 103 is also configured by laminating the magnetic multilayer film 0, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 in this order, and further includes a first terminal T1, a second terminal T2, and a third terminal T3.
  • the magnetic laminated film 0 is formed by extending in the X direction.
  • the first terminal T1 is connected to one end of the magnetic laminated film 0, and the second terminal T2 is connected to the other end of the magnetic laminated film 0.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are connected to the heavy metal layer 10 in the magnetic laminated film 0.
  • the difference between the magnetic memory element 103 and the magnetic memory element 100 is the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 20.
  • the first ferromagnetic layer 20 of the magnetic memory element 103 has reversible magnetization.
  • the direction is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heavy metal layer 10 and can be reversed between + Y and ⁇ Y directions in the illustrated XYZ orthogonal coordinate system.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 can be reversed in the direction perpendicular to the line segment connecting the first terminal and the second terminal in the film plane.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic layer constituting the reference layer 40 is also fixed to either the + Y direction or the ⁇ Y direction.
  • barrier layer 30, the heavy metal layer 10, the cap layer 50, and the terminal are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • the direction of magnetization in the state where “0” is stored, the state where “1” is stored is different from the magnetic memory element 100, the state where “0” is stored, the state where “0” is stored, and the ⁇ Y direction
  • the state facing “1” is set as a state storing “1”.
  • the information writing method is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the magnetic memory element 103 does not require an external magnetic field in the + X direction or ⁇ X direction, which is necessary for the magnetic memory element 100.
  • the method of reading information is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the cell circuit and the circuit block diagram are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • FIG. 19 shows the relationship between the MTJ resistance and the current density obtained by measuring the magnetic memory element 103 produced by the inventors.
  • the film structure used was Ta (7) / W (3) / CoFeB (1.46) / MgO (1.8) / CoFeB (1.5) / Co (0.92) / Ru (0. 9) / Co (2.6) / Ru (5).
  • W (3 nm) corresponds to the heavy metal layer 10
  • CoFeB (1.46 nm) corresponds to the first ferromagnetic layer 20
  • MgO (1.8 nm) corresponds to the barrier layer
  • CoFeB (1.5) / Co (0.92) /Ru(0.9)/Co(2.6) corresponds to the reference layer 40
  • Ru (5nm) corresponds to the cap layer.
  • Ta (7) corresponds to the underlayer 11. That is, in this embodiment, the variation shown by the magnetic memory element 103 is applied.
  • FIG. 20A schematically shows the structure of the magnetic memory element 104 according to the third exemplary embodiment of the present invention.
  • a front view (XZ plane) of the magnetic memory element 104 is shown in FIG. 20B
  • a side view (YZ plane) is shown in FIG. 20C
  • a plan view (XY plane) is shown in FIG. 20D.
  • the magnetic memory element 104 is also configured by laminating the magnetic multilayer film 0, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 in this order, and further includes a first terminal T1, a second terminal T2, and a third terminal T3. .
  • the magnetic laminated film 0 is formed by extending in the X direction.
  • the first terminal T1 is connected to one end of the magnetic laminated film 0, and the second terminal T2 is connected to the other end of the magnetic laminated film 0.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are connected to the heavy metal layer 10 in the magnetic laminated film 0.
  • the difference between the magnetic memory element 104 and the magnetic memory element 100 is also the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20.
  • the first ferromagnetic layer 20 of the magnetic memory element 104 has reversible magnetization.
  • the magnetization direction is parallel to the longitudinal direction of the heavy metal layer 10 and can be reversed between + X and ⁇ X directions in the illustrated XYZ orthogonal coordinate system.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 can be reversed in the direction parallel to the line segment connecting the first terminal and the second terminal within the film plane.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic layer constituting the reference layer 40 is also fixed to either the + X direction or the ⁇ X direction.
  • barrier layer 30, the heavy metal layer 10, the cap layer 50, and the terminal are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • the state of magnetization in the state of storing “0”, the direction of magnetization in the state of storing “1” is different from that of the magnetic memory element 100, the state facing the + X direction is the state storing “0”, the direction in the ⁇ X direction The facing state is set as a state storing “1”.
  • the information writing method is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the magnetic memory element 100 requires an external magnetic field in the + X direction or the ⁇ X direction
  • the magnetic memory element 104 requires an external magnetic field in the + Z direction or the ⁇ Z direction.
  • the method of reading information is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the cell circuit and the circuit block diagram are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • FIG. 21A shows the relationship between the MTJ resistance and the current density obtained by measuring the magnetic memory element 104 manufactured by the inventors. The measurement results in a state of applying a magnetic field H Z in the Z direction of various sizes.
  • the film structure used was Ta (7) / W (3) / CoFeB (1.46) / MgO (1.8) / CoFeB (1.5) / Co (0.92) / Ru (0. 9) / Co (2.6) / Ru (5).
  • W (3 nm) corresponds to the heavy metal layer 10
  • CoFeB (1.46 nm) corresponds to the first ferromagnetic layer 20
  • MgO (1.8 nm) corresponds to the barrier layer 30
  • CoFeB (1.5) / Co (0.92) /Ru(0.9)/Co(2.6) corresponds to the reference layer 40
  • Ru (5nm) corresponds to the cap layer.
  • H Z has changed the direction of reversal of the magnetization direction, which means that the inversion of magnetization is induced by spin-orbit torque.
  • FIG. 21 (b) shows the results of plotting the threshold current density with respect to H Z.
  • the measurement result was fitted with a linear function for each of cases where HZ was positive and negative, and the value J C 0 of J C at the intersection was evaluated for a plurality of elements.
  • J C 0 the magnetization direction of J C 0 was reversed at a very low current density of (2.1 ⁇ 0.5) ⁇ 10 11 A / m 2 .
  • W of the heavy metal layer 10 at this time has a structure having a high specific resistance.
  • FIG. 22A is a perspective view of the magnetic memory element 105 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a front view (XZ plane) of the magnetic memory element 105 is shown in FIG. 22B
  • a side view (YZ plane) is shown in FIG. 22C
  • a plan view (XY plane) is shown in FIG. 22D.
  • the magnetic memory element 105 is also configured by laminating the magnetic multilayer film 0, the barrier layer 30, the reference layer 40, and the cap layer 50 in this order, and further includes a first terminal T1, a second terminal T2, and a third terminal T3. .
  • the magnetic laminated film 0 is formed by extending in the X direction.
  • the first terminal T1 is connected to one end of the magnetic laminated film 0, and the second terminal T2 is connected to the other end of the magnetic laminated film 0.
  • the first terminal T1 and the second terminal T2 are connected to the heavy metal layer 10 in the magnetic laminated film 0.
  • the difference between the magnetic memory element 105 and the magnetic memory element 100 is the configuration of the magnetization region in the first ferromagnetic layer 20.
  • the magnetization direction in the first ferromagnetic layer 20 is substantially the same direction.
  • the magnetization direction is divided into at least three magnetization regions, and the magnetization direction can be reversed.
  • the magnetization direction of the second magnetization region M2 and the magnetization direction of the third magnetization region M3 are fixed to different directions, and the magnetization direction of the first magnetization region M1 can be reversed.
  • the magnetization direction of the second magnetization region M2 is fixed in the + Z direction
  • the magnetization direction of the third magnetization region M3 is fixed in the ⁇ Z direction
  • the magnetization direction of the first magnetization region M1 is + Z. Or, it can face either of the ⁇ Z directions.
  • barrier layer 30, the reference layer 40, the heavy metal layer 10, the cap layer 50, and the terminals are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 20 in the magnetic memory element 100 corresponds to the state storing “0” and the state storing “1”. This is read as the magnetization direction of the first magnetization region M1 in FIG.
  • the information writing method is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the magnetic memory elements 100, 103, and 104 used the principle of reversal of the direction of magnetization in which the magnetization is rotated and reversed by the spin orbit torque, whereas in the magnetic memory element 105, The difference is that current-induced domain wall motion is used in which the domain wall is moved by current.
  • the driving force for domain wall motion induced by current is spin orbit torque.
  • the magnetic memory element 100 requires an external magnetic field in the + X direction or the ⁇ X direction, whereas the magnetic memory element 105 does not require an external magnetic field.
  • the method of reading information is the same as that of the magnetic memory element 100.
  • the cell circuit and the circuit block diagram are the same as those of the magnetic memory element 100.
  • a magnetic laminated film, a magnetic memory element, a magnetic memory, and a manufacturing method thereof can be provided.

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Abstract

磁気メモリ素子（１００）は、５ｄ遷移金属を含有する重金属層（１０）を含む導電層と、導電層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層（２０）と、第１強磁性層（２０）と隣接し、絶縁性の材料から構成されるバリア層（３０）と、バリア層（３０）と隣接し、少なくとも一層の磁化の方向の固定された第２強磁性層（４１）を有する参照層（４０）と、参照層（４０）と隣接し、導電性の材料から構成されるキャップ層（５０）と、重金属層（１０）の長手方向の一端に、電流の導入が可能な第１端子（Ｔ１）と、重金属層（１０）の長手方向の他端に、電流の導入が可能な第２端子（Ｔ２）と、キャップ層（５０）に、電流の導入が可能な第３端子（Ｔ３）と、を備える。

Description

磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法
　本発明は、磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法に関する。
　磁気メモリ（磁気ランダムアクセスメモリ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ；ＭＲＡＭ）は、書き換え回数に制限がなく、高速動作が可能な不揮発性メモリであり、静的ランダムアクセスメモリ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ；ＳＲＡＭ）や動的ランダムアクセスメモリ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ；ＤＲＡＭ）の代替に期待されている。
　磁気メモリは、一般的にはアレイ状に配置された磁気メモリ素子と、その周りに形成された周辺回路から構成される。磁気メモリ素子は２枚の強磁性層とその間に形成される１枚の絶縁層（トンネルバリア）からなる磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ；ＭＴＪ）を具備する。２枚の強磁性層のうちの１枚（参照層；Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｌａｙｅｒ）は、その磁化の方向が固定されており、もう一枚（記録層；Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ　Ｌａｙｅｒ）は磁化の方向が反転可能である。磁気メモリは、この記録層の磁化の方向で情報を記憶する。従って、情報の書き込みの際には、記録層の磁化の方向を反転させる必要がある。情報を読み出す際には、記録層の磁化の方向と参照層の磁化の方向との相対角によって当該磁気トンネル接合のトンネル抵抗が変化するトンネル磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ＴＭＲ）効果を利用する。
　磁気メモリ素子は、その構造から２端子型と３端子型に大別される。２端子型の磁気メモリ素子は、小さなセルサイズを有することから大容量化に適しており、主にＤＲＡＭの代替として期待される。３端子型の磁気メモリ素子は、書き込みと読み出しで異なる電流の経路を有し、また書き込み電流が絶縁層を通らないことから、高速高信頼動作が可能であり、主にＳＲＡＭの代替として期待されている。
　磁気メモリ素子に情報を書き込む手法、すなわち記録層の磁化の方向を反転する方法として様々な方式が検討されている。初期に研究開発が行われた磁気メモリは、配線に電流を流したときにその周りに生じるエルステッド磁場（Ｏｅｒｓｔｅｄ磁場）を利用していた。その後、より微細化特性に優れた方式として、スピン偏極した電子と磁化との間で移行される角運動量により磁化の方向を反転するスピントランスファートルク（Ｓｐｉｎ－Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｔｏｒｑｕｅ；ＳＴＴ）による磁化の反転が実証され、盛んに研究開発が行われている。ＳＴＴによる磁化の反転は主に２端子型の磁気メモリ素子に用いることができる。３端子型磁気メモリ素子に情報を書き込む手法としては、エルステッド磁場を用いる方法に加えて、電流により誘起される磁壁移動を用いる方法も提案されている。電流により誘起される磁壁移動とは磁壁を有する強磁性体により形成された細線に電流を流したときに、磁壁が電流によって細線の長手方向に移動する現象であり、上述のスピントランスファートルクが介在している。また最近、電流により誘起される磁壁移動に加えて、スピン・軌道相互作用を介した磁化の反転を用いる方法が提案され、注目を集めている。特許文献１には、スピン・軌道相互作用による磁化の反転を用いた３端子型の磁気メモリが開示されている。
　スピン・軌道相互作用による磁化の反転は、例えばＰｔ（白金）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）などの非磁性の重金属材料で形成された層と強磁性材料で形成された層と酸化物で形成された層が積層され、反転対称性を有さない積層膜において、重金属層の面内の方向に電流を流すことで強磁性材料の層の磁化の向きが反転する現象である。この際、強磁性材料で形成された層には、スピン偏極した電子が蓄積し、これが磁化の方向にトルクを及ぼす。このトルクはスピン軌道トルク（Ｓｐｉｎ－Ｏｒｂｉｔ　Ｔｏｒｑｕｅ；ＳＯＴ）と呼ばれる。スピン軌道トルクによる磁化の反転は、スピン軌道トルク磁化反転（Ｓｐｉｎ－ｏｒｂｉｔ－ｔｏｒｑｕｅ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）などと呼ばれる。スピン軌道トルクの起源として、重金属材料中でのスピンホール効果や、重金属材料と強磁性材料の界面でのラシュバ効果などが考えられているが、まだ明らかにはなっていない。
　単位電流により発現するスピン軌道トルクが大きい材料を用いれば、磁気メモリの高集積化を可能にし、少ない電力で磁性メモリを駆動することができ、応用上好ましい。特許文献１には、重金属材料にβ相の結晶構造を有するＴａやＷを用いると、単位電流当たりのスピン軌道トルクが大きくなることが述べられている。
国際公開第２０１３／０２５９９４号
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１０１，１２２４０４（２０１２）
　スピン軌道トルクによる磁化の反転を起こす３端子型の磁気メモリ素子を形成する場合、プロセスマージンを確保するために重金属層の膜厚は６ｎｍ以上に設定されることが望ましい。これは、重金属層の上のＭＴＪをエッチングによりパターニングする工程において、重金属層もある程度エッチングされてしまう。そのため、エッチングされても十分な厚さの重金属層を予め形成しておく、即ち、プロセスマージンを確保しておくためである。
　前述のように、準安定構造のβ相の結晶構造を有するＴａやＷで形成された重金属層を用いることで大きなスピン軌道トルクが得られる（特許文献１参照）。しかしながら、プロセスマージンを確保するために重金属層を厚くすると、最も安定な構造であるα相の結晶構造が支配的に形成され、β相の結晶構造が得られなくなってしまう。例えば、非特許文献１には、Ｗの膜厚が５．２ｎｍではβ相の結晶構造が支配的であるものの、６．２ｎｍではα相の結晶構造とβ相の結晶構造とが混在し、１５ｎｍでは完全にα相の結晶構造のみになることが示されている。なお、Ｗで形成された重金属層の厚さが５．２ｎｍ、６．２ｎｍ、１５ｎｍのときの電気抵抗率はそれぞれ２６０μΩｃｍ、８０μΩｃｍ、２１μΩｃｍと報告されている。
　このように、相対的に小さな電流で大きなスピン軌道トルクを得るためにβ相の結晶構造を有する重金属層を得ることと、プロセスマージンを確保することとを両立させることは困難である。従って、３端子型の磁気メモリ素子の書き込み電流を低減しつつ、かつ十分なプロセスマージンを確保することは容易ではない。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スピン軌道トルクによる磁化の反転を用いた３端子型の磁気メモリ素子の書き込み電流を抑え、かつプロセスマージンを確保できる磁性積層膜、またそれを用いた磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る磁性積層膜は、
　磁気メモリ素子用の磁性積層膜であって、
　５ｄ遷移金属を含有する重金属層を含む導電層と、
　前記導電層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
　を備え、
　前記導電層の膜厚は６ｎｍ以上であり、
　前記重金属層の結晶構造はアモルファスまたはβ相である。
　また、本発明の第２の観点に係る磁性積層膜は、
　磁気メモリ素子用の磁性積層膜であって、
　５ｄ遷移金属を含有する重金属層を含む導電層と、
　前記導電層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
　を備え、
　前記導電層の膜厚は６ｎｍ以上であり、
　前記重金属層の比抵抗は１００μΩｃｍ以上である。
　例えば、前記重金属層の結晶構造はアモルファスまたはβ相であってもよい。
　例えば、前記導電層は、前記重金属層に隣接し、導電性の材料から構成される調整層を更に含む、ように構成してもよい。
　例えば、前記重金属層がＴａまたはＷを含有することが望ましい。
　また、本発明の第３の観点に係る磁気メモリ素子は、
　上述の磁性積層膜と、
　前記第１強磁性層に隣接し、絶縁性の材料から構成されるバリア層と、
　前記バリア層と隣接し、少なくとも一層の磁化の方向の固定された強磁性層を有する参照層と、
　前記参照層に隣接し、導電性の材料から構成されるキャップ層と、
　前記重金属層の長手方向の一端に、電流の導入が可能な第１端子と、
　前記重金属層の長手方向の他端に、電流の導入が可能な第２端子と、
　前記キャップ層に、電流の導入が可能な第３端子と、
　を備える。
　前記磁気メモリ素子は、前記第１強磁性層に接続された第４端子を備えてもよい。
　前記第１強磁性層は膜面に垂直な方向で反転可能な磁化を有してもよい。
　前記第１強磁性層は膜面内で前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ線分と直交する方向に反転可能な磁化を有してもよい。
　前記第１強磁性層は膜面内で前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ線分と平行な方向に反転可能な磁化を有してもよい。
　前記第１強磁性層は、第１磁化領域と、前記第１磁化領域を挟んで配置された第２磁化領域と第３磁化領域とを有し、
　前記第２磁化領域の磁化と前記第３磁化領域の磁化とは互いに異なる方向に固定されており、
　前記第１磁化領域の磁化は反転可能であり、前記第２磁化領域の磁化または前記第３磁化領域の磁化のいずれか一方と同一方向を向くことができる、ように構成してもよい。
　本発明の第４の観点に係る磁気メモリは、
　上述の磁気メモリ素子と、
　前記磁気メモリ素子に書き込み電流を流すことにより、前記磁気メモリ素子にデータを書き込む書き込み手段と、
　前記バリア層を貫通する方向に電流を流してトンネル抵抗を求めることにより、前記磁気メモリ素子に書き込まれているデータを読み出す読み出し手段と、
　を備える。
　前記重金属層は、
　マグネトロンスパッタリング法により成膜され、
　成膜の過程における不活性ガスの分圧が０．１Ｐａ以上であり、
　成膜の過程におけるスパッタ粒子の平均自由行程がＴ／Ｓ距離よりも短く、
　成膜の過程における薄膜の堆積レートが０．０２ｎｍ／ｓ以下であり、
　成膜の過程において基板温度が０℃以下に設定され、
　成膜の過程において基板にバイアス電圧が印加される、ように構成してもよい。
　また、本発明の第５の観点に係る磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法は、
　５ｄ遷移金属を含有する重金属層と、
　前記重金属層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
　を備える
　ことを特徴とする磁性積層膜又は該磁性積層膜を備える磁気メモリ素子の製造方法であって、
　前記重金属層をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、
　成膜の過程における不活性ガスの分圧が０．１Ｐａ以上とする。
　また、本発明の第６の観点に係る磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法は、
　５ｄ遷移金属を含有する重金属層と、
　前記重金属層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
　を備える
　ことを特徴とする磁性積層膜又は該磁性積層膜を備える磁気メモリ素子の製造方法であって、
　前記重金属層をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、
　成膜の過程におけるスパッタ粒子の平均自由行程がＴ／Ｓ距離よりも短い。
　望ましくは、前記重金属層の成膜の過程における薄膜の堆積レートが０．０２ｎｍ／ｓ以下である。
　望ましくは、前記重金属層の成膜の過程において基板温度が０℃以下に設定される。
　前記重金属層の成膜の過程において基板側にバイアス電圧を印加してもよい。
　本発明によれば、書き込み電流が小さく、かつプロセスマージンの確保が可能な磁気メモリ素子への適用が可能な磁性積層膜、またそれを用いた磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る磁性積層膜の構造を示す正面図である。 図１の磁性積層膜を使用した磁気メモリ素子の斜視図である。 図２Ａの磁気メモリ素子の正面図（Ｘ－Ｚ面）である。 図２Ａの磁気メモリ素子の側面図（Ｙ－Ｚ面）である。 図２Ａの磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 （ａ）、（ｂ）は、図２Ａの磁気メモリ素子のメモリ状態を示す図であり、（ａ）は「０」を記憶した状態、（ｂ）は「１」を記憶した状態における磁化状態である。 （ａ）、（ｂ）は、図２Ａの磁気メモリ素子への情報の書き込み方法を示す図であり、（ａ）は「１」の書き込み、（ｂ）は「０」の書き込みの方法である。 （ａ）、（ｂ）は、図２Ａの磁気メモリ素子からの情報の読み出し方法を示す図であり、（ａ）は「０」を記憶した状態、（ｂ）は「１」を記憶した状態での読み出しの方法である。 図２Ａの磁気メモリ素子を使用した１ビット分のメモリセル回路の回路構成の例を示す図である。 図６に示すメモリセル回路を複数個配置した磁気メモリのブロック図である。 本発明の変形例に係る磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 本発明の変形例に係る磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 本発明の変形例に係る磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 本発明の変形例に係る磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 図２Ａの磁気メモリ素子の膜厚を説明するための図である。 本発明の変形例に係る磁気メモリ素子の正面図（Ｘ－Ｚ面）である。 （ａ）、（ｂ）は、Ｗのスパッタリング成膜時の堆積レートを示す図であり、（ａ）は投入パワー依存性、（ｂ）はガス流量依存性である。（ｃ）はガス流量と真空度、及びスパッタ粒子の平均自由行程の関係を示す図である。 （ａ）は、Ｗのスパッタリング条件とシート抵抗の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、Ｗのスパッタリング条件と比抵抗の関係を示すグラフである。 作製した磁気メモリ素子におけるスピン軌道トルク磁化反転の測定結果を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、作製した磁気メモリ素子における磁化の反転の測定結果を示す図であり、（ａ）は実効異方性磁場のスパッタリング条件依存性と閾電流のスパッタリング条件依存性、（ｂ）は磁化の反転効率のスパッタリング条件依存性、（ｃ）は磁化の反転効率と重金属チャネル層の抵抗の関係である。 異なる条件で作製した本実施例に関わる磁性積層膜のＸ線回折パターンを示す図である。 （ａ）は本発明の変形例１に係る磁性積層膜の正面図であり、（ｂ）は本発明の変形例２に係る磁性積層膜の正面図である。 （ａ）は本発明の変形例３に係る磁気メモリ素子の正面図であり、（ｂ）は本発明の変形例４に係る磁気メモリ素子の正面図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気メモリ素子の斜視図である。 図１８Ａの磁気メモリ素子の正面図（Ｘ－Ｚ面）である。 図１８Ａの磁気メモリ素子の側面図（Ｙ－Ｚ面）である。 図１８Ａの磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 図１８Ａの磁気メモリ素子の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気メモリ素子の斜視図である。 図２０Ａの磁気メモリ素子の正面図（Ｘ－Ｚ面）である。 図２０Ａの磁気メモリ素子の側面図（Ｙ－Ｚ面）である。 図２０Ａの磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。 （ａ）は、図２０Ａの磁気メモリ素子のＭＴＪ抵抗と電流密度の関係の測定結果を示す図であり、（ｂ）は、図２０Ａの磁気メモリ素子の閾電流密度をＨＺに対してプロットした結果を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る磁気メモリ素子の斜視図である。 図２２Ａの磁気メモリ素子の正面図（Ｘ－Ｚ面）である。 図２２Ａの磁気メモリ素子の側面図（Ｙ－Ｚ面）である。 図２２Ａの磁気メモリ素子の平面図（Ｘ－Ｙ面）である。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る磁性積層膜０の構造を示す正面図である。磁性積層膜０は、重金属層１０と第１強磁性層２０が隣接して積層された構造を有する。ここで、「隣接」には、直接隣接する構造に限らず、以下で説明する機能を害さない範囲で、他の層、空間等を介して、配置されている構造も含む。以下の説明においても、同様とする。
　重金属層１０は、５ｄ遷移金属、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）を含む。重金属層１０は、準安定なβ相の結晶構造、またはアモルファス構造を有する。好適には重金属層１０の膜厚は、６ｎｍ以上である。ここでいう膜厚とは、第１強磁性層２０と隣接している部分の重金属層１０の厚さをいう。例えば、図２Ａに示す磁気メモリ素子１００において、重金属層１０のうち、その上部に第１強磁性層２０が形成されている領域の厚さを意味する。また、重金属層１０の比抵抗は、１００μΩｃｍ以上である。
　第１強磁性層２０は、強磁性体から構成され、保持している磁化の向き（ＳからＮに向かう方向）が反転可能な特性を有する。第１強磁性層２０における反転可能な磁化の方向は、図１に矢印で示される。図１に示す実施の形態においては、その磁化の方向は、膜面に垂直方向で、上向きと下向きの間で反転可能である。
　また、磁性積層膜０は、絶縁体や金属などの適当な材料によってキャップされていても良い。
　図２Ａは、磁性積層膜０を使用した磁気メモリ素子１００の構造を示している。磁気メモリ素子１００の正面図（Ｘ－Ｚ面）は図２Ｂに、側面図（Ｙ－Ｚ面）は図２Ｃに、平面図（Ｘ－Ｙ面）は図２Ｄに示される。
　図２Ａ～図２Ｃに示すように、磁気メモリ素子１００は、磁性積層膜０と、バリア層（絶縁層）３０と、参照層４０と、キャップ層５０がこの順に積層されて構成され、さらに第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、第３端子Ｔ３とを備える。第１端子Ｔ１は磁性積層膜０の一端に、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０の他端に接続されている。詳細には、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０のうちの重金属層１０の両端部に接続されている。
　なお、以下の説明において、磁性積層膜０の長軸方向（延伸方向）をＸ方向、短軸方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向に直交する方向をＺ方向とするＸＹＺ座標系を設定し、適宜参照する。
　バリア層３０は、磁性積層膜０のうちの第１強磁性層２０に隣接して設けられている。バリア層３０は絶縁性の材料から構成されている。
　参照層４０は、少なくとも一層の強磁性層を具備する。参照層４０は、この実施の形態では、第２強磁性層４１、結合層４２、第３強磁性層４３がこの順に積層された構造を有している。参照層４０は、１枚の強磁性層、あるいは３層以上の強磁性層を有していても構わない。参照層４０を構成する強磁性層（より厳密には、バリア層３０と隣接する第２強磁性層４１）の磁化の方向は、実質的に固定されている。第２強磁性層４１の磁化は、実質的に上向きに、第３強磁性層４３の磁化は実質的に下向きに固定されている。結合層４２は、第２強磁性層４１の磁化の方向と第３強磁性層４３の磁化の方向とを反平行方向に結合させる働きを有している。この場合の結合メカニズムとしては、ＲＫＫＹ（Ruderman Kittel Kasuya Yoshida）相互作用などを用いることができる。結合層４２を介して２層の強磁性層を反平行方向に結合させることによって、第１強磁性層２０に印加される合計の磁場を低減し、二つのメモリ状態（磁化が上向きの状態と下向きの状態）のエネルギーを対称にすることができる。
　第１強磁性層２０、バリア層３０、第２強磁性層４１により磁気トンネル接合が形成されている。
　キャップ層５０は、導電性の材料から構成されている。キャップ層５０は、上述の磁気トンネル接合を保護する働きを有している。キャップ層５０に第３端子Ｔ３が接続されている。
　図２Ｂに示すように、磁気メモリ素子１００は３つの端子を有している。ただし、本実施の形態に係る磁気メモリ素子は、３つ以上の端子を有していればよい。例えば、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２は重金属層１０に接続されており、第３端子Ｔ３はキャップ層に接続され、第４の端子（図示されていない）は第４強磁性層（図示されていない）に接続されていても良い。これらの構造の場合、第４強磁性層は、バリア層３０に隣接し、第１強磁性層２０との間に設けられている。また、第４強磁性層は反転可能な磁化を有し、その方向は第１強磁性層２０の磁化の方向を反映して変化する。また、第４の端子は第１強磁性層２０に配置されてもよい。即ち、また、第４の端子は第１強磁性層２０に直接又は間接的に電気的に接続されていればよい。
　次に、図３を用いて、磁気メモリ素子１００が「０」、「１」の情報を記憶した状態における磁化の構造を説明する。
　磁気メモリ素子１００が、「０」の情報を記憶した状態での磁化の構造を模式的に示した正面図を図３（ａ）に、「１」の情報を記憶した状態での磁化の構造を模式的に示した正面図を図３（ｂ）に示す。磁気メモリ素子１００が、「０」を記憶した状態においては、第１強磁性層２０の磁化は上方向を向いている。これによって磁気トンネル接合における磁化の方向は平行状態になる。磁気メモリ素子１００が、「１」を記憶した状態においては、第１強磁性層２０の磁化は下方向を向いている。これによって磁気トンネル接合における磁化の方向は反平行状態になる。なお、メモリの記憶データと磁化状態の定義は任意であり、例えば、図３に示した関係と真逆であっても構わない。
　次に、図４を用いて、磁気メモリ素子１００に「０」、「１」の情報を書き込む方法を説明する。図４（ａ）は「１」を書き込む際の動作、図４（ｂ）は「０」を書き込む際の動作を説明する図である。
　磁気メモリ素子１００に情報を書き込む際には、スピン軌道トルクによる磁化の反転を用いる。このため、書き込み電流は、重金属層１０の面内の方向に、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２を介して流れる。
　磁気メモリ素子１００では、情報の記憶をつかさどる第１強磁性層２０は、垂直方向に反転可能な磁化の方向を有している。垂直方向の磁化の方向をスピン軌道トルクによって反転させる場合には、電流と平行方向の定常磁場が必要である。図４に示すように、電流と平行方向の定常磁場としてＸ方向の磁場ＨＸを印加する。
　「１」を磁気メモリ素子１００に書き込む際には、書き込み電流ＩＷ１を第１端子Ｔ１から重金属層１０を通って第２端子Ｔ２に流す。一方、「０」を磁気メモリ素子１００に書き込む際には、書き込み電流ＩＷ０を第２端子Ｔ２から重金属層１０を通って第１端子Ｔ１に流す。
　これによって、図３（ａ）で定義した「０」を記憶した状態と図３（ｂ）で定義した「１」を記憶した状態との間を行き来させることができる。なお、書き込み電流の方向、面内方向の定常磁場の方向、磁化の反転方向の関係は、重金属層１０、第１強磁性層２０、バリア層３０に用いる材料の組み合わせによって変わり得る。より具体的には、重金属層１０、第１強磁性層２０、バリア層３０に用いる材料の組み合わせによってスピン軌道トルクの働く方向が決まり、それによって「１」の書き込みと「０」の書き込みとにおける電流の方向が決定される。
　なお、スピン軌道トルクの発現メカニズムとしては、スピンホール効果やラシュバ効果などが考えられている。ただし、本発明では、その原理はいかようであっても構わず、電流が磁性積層膜０に導入されたときにスピン・軌道相互作用を介して第１強磁性層２０の磁化にトルクが働き、これが磁化の方向の回転による反転を誘起しさえすればよい。
　必要な書き込み電流（密度）の大きさ、及びパルス幅は、重金属層１０、第１強磁性層２０、バリア層３０に用いる材料の組み合わせによって決まる。書き込み電流の密度の大きさは典型的には０．２～２×１０１２Ａ／ｍ２である。この場合、電流が重金属層１０を流れるものとして、重金属層１０のＹ方向の幅が５０ｎｍ、Ｚ方向の膜厚が６ｎｍとすると、書き込み電流の大きさは６０～６００μＡである。また書き込み電流のパルス幅は典型的には０．２～５ｎｓである。
　次に、図５を用いて、磁気メモリ素子１００から「０」、「１」の情報を読み出す方法を説明する。
　磁気メモリ素子１００から情報を読み出す際には、トンネル磁気抵抗効果が用いられる。
　このために読み出し電流を第１強磁性層２０、バリア層３０、参照層４０からなる磁気トンネル接合を貫通する方向に流し、「０」を記憶した状態、「１」を記憶した状態における磁気トンネル接合のトンネル抵抗の違いを利用して読み出しを行う。読み出し時には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、読み出し電流ＩＲを第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２に流す。このとき、図５（ａ）に示した「０」を記憶した状態においては、第１強磁性層２０の磁化の方向と第２強磁性層４１の磁化の方向は平行であるため、抵抗は低く、基準電圧によって流れる電流は相対的に大きい。一方、図５（ｂ）に示した「１」を記憶した状態においては、第１強磁性層２０の磁化の方向と第２強磁性層４１の磁化の方向は反平行であるため、抵抗は高く、基準電圧によって流れる電流は相対的に小さい。言い換えると、図５（ａ）に示した「０」を記憶した状態においては第１強磁性層２０の磁化の方向と第２強磁性層４１の磁化の方向は平行であるために抵抗は低く、基準電流を流すのに必要な電圧は相対的に小さい。一方、図５（ｂ）に示した「１」を記憶した状態においては、第１強磁性層２０の磁化の方向と第２強磁性層４１の磁化の方向は反平行であるため抵抗は高く、基準電流を流すのに必要な電圧は相対的に大きい。
　なお、磁気メモリ素子１００が第４の端子を有する構造（バリア層３０と第１強磁性層２０との間に設けた第４強磁性層或いは第１強磁性層２０に端子を設けた構造）を有する場合には、読み出し電流を第３端子Ｔ３と第４端子の間に流せばよい。書き込み電流を流す動作は上述の動作と同一である。
（メモリセル回路）
　次に、図６を用いて、上記構成を有する磁気メモリ素子１００を記憶素子として使用するメモリセル回路の構成例を説明する。
　図６は、１ビット分の磁気メモリセル回路２００の構成を示している。この磁気メモリセル回路２００は、１ビット分のメモリセルを構成する磁気メモリ素子１００と、一対の書き込みビット線ＷＢＬ１、ＷＢＬ２と、ワード線ＷＬと、読み出しビット線ＲＢＬと、第１トランジスタＴｒ１および第２トランジスタＴｒ２と、を備える。
　磁気メモリ素子１００の第３端子Ｔ３は、読み出しビット線ＲＢＬに接続されている。第１端子Ｔ１は第１トランジスタＴｒ１のドレインに接続され、第２端子Ｔ２は第２トランジスタＴｒ２のドレインに接続されている。第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２のゲート電極はワード線ＷＬに接続されている。また、第１トランジスタＴｒ１のソースは第１書き込みビット線ＷＢＬ１に接続され、第２トランジスタＴｒ２のソースは第２書き込みビット線ＷＢＬ２に接続されている。
　磁気メモリ素子１００に情報を書き込む際には、まず、磁気メモリ素子１００を選択するため、ワード線ＷＬにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をオンさせるアクティブレベルの信号を印加する。ここでは、トランジスタＴｒ１とＴｒ２がＮチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタから構成することとする。この場合、ワード線ＷＬの電圧はＨｉｇｈレベルに設定される。これによって第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２はオン状態になる。一方、書き込み対象のデータに応じて、第１書き込みビット線ＷＢＬ１と第２書き込みビット線ＷＢＬ２の一方の電圧はＨｉｇｈレベルに設定され、他方の電圧はＬｏｗレベルに設定される。
　具体的には、データ“１”を書き込む場合は、第１書き込みビット線ＷＢＬ１の電圧はＨｉｇｈレベルに設定され、第２書き込みビット線ＷＢＬ２の電圧はＬｏｗレベルに設定される。これにより、図４（ａ）に示すように、重金属層１０に順方向に書き込み電流ＩＷ１が流れ、磁気メモリ素子１００にデータ“１”が書き込まれる。
　一方、データ“０”を書き込む場合は、第１書き込みビット線ＷＢＬ１の電圧はＬｏｗレベルに設定され、第２書き込みビット線ＷＢＬ２の電圧はＨｉｇｈレベルに設定される。これにより、図４（ｂ）に示すように、重金属層１０に逆方向に書き込み電流ＩＷ０が流れ、磁気メモリ素子１００にデータ“０”が書き込まれる。
　このようにして、磁気メモリ素子１００へのビットデータの書き込みが行われる。
　一方、磁気メモリ素子１００に記憶されている情報を読み出す際には、ワード線ＷＬをアクティブレベルに設定し、第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２とをオン状態とする。また、読み出しビット線ＲＢＬの電圧をＨｉｇｈレベルに設定する。Ｈｉｇｈレベルの電圧に設定された読み出しビット線ＲＢＬより第３端子Ｔ３→キャップ層５０→参照層４０→バリア層３０→第１強磁性層２０→重金属層１０→第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２→第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２→第１書き込みビット線ＷＢＬ１、第２書き込みビット線ＷＢＬ２と電流が流れる。この電流の大きさを測定することにより、磁気トンネル接合の抵抗の大きさ、即ち、記憶データが求められる。
　なお、磁気メモリセル回路２００の構成や回路動作は、一例であって、適宜変更されうる。例えば、第３端子Ｔ３を読み出しビット線ＲＢＬに代えて、グラウンド線ＧＮＤに接続し、読み出しの際は、第１書き込みビット線ＷＢＬ１、第２書き込みビット線ＷＢＬ２の両方の電圧をＨｉｇｈレベル、或いは一方の電圧をＨｉｇｈレベル、他方をＯｐｅｎにすることで、電流が重金属層１０からキャップ層５０に流れるように構成されてもよい。
　次に、図７を参照して、磁気メモリセル回路２００を複数備える磁気メモリ３００の構成を説明する。
　磁気メモリ３００は、図７に示すように、磁気メモリセルアレイ２１０、Ｘドライバ１２０、Ｙドライバ１３０、コントローラー１４０を備える。
　磁気メモリセルアレイ２１０は、Ｎ行Ｍ列のアレイ状に配置された磁気メモリセル回路２００を有している。各列の磁気メモリセル回路２００は、対応する列の第１書き込みビット線ＷＢＬ１と第２書き込みビット線ＷＢＬ２、及び読み出しビット線ＲＢＬに接続されている。また、各行の磁気メモリセル回路２００は、対応する行のワード線ＷＬに接続されている。
　Ｘドライバ１２０は、複数のワード線ＷＬに接続されており、ローアドレスを受け、ローアドレスをデコードして、アクセス対象の行のワード線ＷＬの電圧をアクティブレベルに駆動する（第１、第２トランジスタＴ１１、Ｔｒ２がＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合、Ｈｉｇｈレベルとする）。
　Ｙドライバ１３０は、磁気メモリ素子１００にデータを書き込む書き込み手段及び磁気メモリ素子１００からデータを読み出す読み出し手段として機能するものである。Ｙドライバ１３０は、複数の第１書き込みビット線ＷＢＬ１と第２書き込みビット線ＷＢＬ２に接続されている。Ｙドライバ１３０は、カラムアドレスを受け、カラムアドレスをデコードして、アクセス対象の磁気メモリセル回路２００に接続されている第１書き込みビット線ＢＬ１と第２書き込みビット線ＢＬ２を所望のデータ書き込み状態或いは読み出し状態に設定する。
　即ち、Ｙドライバ１３０は、データ「１」を書き込む場合、書き込み対象の磁気メモリセル回路２００に接続された第１書き込みビット線ＷＢＬ１の電圧をＨｉｇｈレベルとし、第２書き込みビット線ＷＢＬ２の電圧をＬｏｗレベルとする。また、Ｙドライバ１３０は、データ「０」を書き込む場合は、第１書き込みビット線ＷＢＬ１の電圧をＬｏｗレベルとし、第２書き込みビット線ＷＢＬ２の電圧をＨｉｇｈレベルとする。
　さらに、磁気メモリセル回路２００に記憶されている情報を読み出す際には、Ｙドライバ１３０は、読み出しビット線ＲＢＬの電圧をＨｉｇｈレベルに設定し、第１書き込みビット線ＷＢＬ１、第２書き込みビット線ＷＢＬ２をグラウンドに接続する。図示せぬセンスアンプが、読み出しビット線ＲＢＬを流れる電流と基準値とを比較して、各列の磁気メモリセル回路２００の抵抗状態を判別し、これにより、記憶データを読み出す。
　コントローラー１４０は、データ書き込み、あるいはデータ読み出しに応じて、Ｘドライバ１２０とＹドライバ１３０をそれぞれ制御する。
　（磁性積層膜と磁気メモリ素子の材料とサイズ）
　次に、磁性積層膜０、及び磁気メモリ素子１００に用いることのできる材料について説明する。
　重金属層１０は、少なくとも５ｄ遷移金属を含有する。具体的にはハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）などが例示される。より好適には重金属層１０は、Ｔａ、またはＷを含有する。また、重金属層１０の結晶構造は、準安定なβ相、またはアモルファス構造である。より好適には重金属層１０はＷから構成される。また、重金属層１０の電気抵抗率は１００μΩｃｍ以上である。
　第１強磁性層２０は、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含有し、自発磁化を有している。また、所望の磁気特性や結晶構造を得るために、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅなどを含有してもよい。具体的には、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ合金などが例示される。また、第１強磁性層２０は複数の強磁性層からなる積層膜であってもよい。例えば、Ｆｅ－Ｃｏ合金とＦｅ－Ｃｏ－Ｂ合金の積層膜などが例示される。また、第１強磁性層２０は少なくとも２層の強磁性層と少なくとも１層の非磁性層が積層された積層膜であってもよい。例えば、ＣｏとＰｔをサブナノメートルの膜厚で交互に積層させた積層膜などが例示される。
　バリア層３０は絶縁性の材料から構成される。Ｍｇ－Ｏ、Ａｌ－Ｏなどが例示される。
　参照層４０を構成する第２強磁性層４１、第３強磁性層４３に用いることのできる材料は第１強磁性層２０と同様である。ただし、第２強磁性層４１と第３強磁性層４３とは、第１強磁性層２０よりも磁気的にハードである必要がある。結合層４２は、第２強磁性層４１と第３強磁性層４３を磁気的に結合させることのできる導電性の材料であることが望ましい。具体的にはＲｕなどが例示される。参照層４０の膜構成は、バリア層３０側から順に、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ合金／Ｔａ／［Ｃｏ／Ｐｔ］積層膜／Ｒｕ／［Ｃｏ／Ｐｔ］積層膜などが例示される。
　キャップ層５０は導電性の材料から構成される。Ｔａ、Ｒｕなどが例示される。また、キャップ層５０は複数の導電性の材料が積層された積層膜であってもよい。具体的にはＴａ／Ｒｕ／Ｔａなどが例示される。
　次に、図２Ａを用いて磁気メモリ素子１００のサイズと膜厚について説明する。
　重金属層１０はＸ方向に延在する形状を有する。重金属層１０がＸ－Ｙ面内において長方形状に形成される場合の典型的なサイズは以下の通りである。Ｙ方向の幅は２０～１５０ｎｍである。Ｘ方向の長さは５０～８００ｎｍである。なお、重金属層１０は長方形以外の形状を有していても構わない。
　第１強磁性層２０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０は、図２Ａに示すように、同一形状で形成されている。ただし、これらは同一形状でなくても構わない。例えば、第１強磁性層２０のみは重金属層１０と同一の形状で形成されていても構わない。さらに、その形状には任意性がある。図２Ａでは正方形状に形成された例を示したが、円形状（図８Ａ）に形成されていてもよく、また長方形（図８Ｂ）や楕円形（図８Ｃ）であってもよい。この場合の一片の長さ（あるいは直径、短径）は２０～１５０ｎｍである。なお、図２Ａでは、第１強磁性層２０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０のＹ方向の長さと、重金属層１０のＹ方向の長さが同一である例を示したが、図８Ｄに示すように、これらは異なっていても構わない。
　次に各層の膜厚について図９を用いて説明する。
　重金属層１０の膜厚ｔ１０は６ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが望ましい。重金属層１０の膜厚ｔ１０が６ｎｍ未満であると、後述する製造プロセスにおいて十分なプロセスマージンを確保することができない。膜厚ｔ１０が６ｎｍ以上に設定されることによって十分なプロセスマージンを確保することができる。また、重金属層１０の膜厚ｔ１０が２０ｎｍを超えると、書き込み電流が大きくなってしまう。ここでいう重金属層１０の膜厚ｔ１０は、第１強磁性層２０と隣接している部分の膜の厚さをいう。言い換えると、重金属層１０のうち、その上部に第１強磁性層２０が形成されている領域の厚さを意味する。
　第１強磁性層２０の膜厚ｔ２０は典型的には０．８ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である。
　バリア層３０の膜厚ｔ３０は典型的には０．８ｎｍ以上、３ｎｍ以下である。
　参照層４０の合計膜厚ｔ４０は２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下である。
　キャップ層５０の膜厚ｔ５０は１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。
（製造方法）
　次に、磁性積層膜０及び磁気メモリ素子１００の製造方法について説明する。磁性積層膜０を製造する際には、基板上に積層膜を堆積する成膜プロセスと成膜した積層膜を熱処理するアニールプロセスの２つのプロセスを行う。ただし、アニールプロセスは必須ではない。
　磁性積層膜０の成膜方法について説明する。磁性積層膜０を成膜する際には、物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。物理気相成長法の中で、スパッタリング法を用いることが望ましく、特にＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いることがより望ましい。ただし、スパッタリング法以外でも、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、電子線ビーム蒸着法、レーザーアブレーション法なども適用できる。また、スパッタリング法に関しては、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いることもできる。
　磁性積層膜０が成形される基板には、例えば、酸化シリコンなどのアモルファス性の材料で被覆されたＳｉ基板が用いられる。なお、磁性積層膜０を有する磁気メモリ素子１００を用いて磁気メモリ３００やその他の集積回路を形成する場合には、トランジスタや配線が形成された回路付きの基板が用いられる。成膜時の基板の温度は任意である。ただし、基板温度を室温以下、より好適には０℃以下、に冷却することが望ましい。また、基板にバイアス電圧を印加してもよい。基板にバイアス電圧を印加することによって、本実施の形態の効果は大きくなる。
　以下、ＤＣスパッタリング法を用いる場合に関して、重金属層１０を成膜する際のプロセスをより具体的に説明する。成膜装置内の圧力が１０－６Ｐａ以下になるように、成膜装置内の気体を排気することが望ましい。基板とターゲットの距離（Ｔ／Ｓ距離）を１２０～４８０ｍｍに設定する。成膜装置内にスパッタガスとして不活性ガスを導入する。スパッタガスとして、例えば、アルゴン（Ａｒ）が用いられる。Ａｒの代わりに、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）を用いても良い。成膜装置内の不活性ガスの分圧が０．１Ｐａ以上になるようにガス流量を調整する。ガス流量が安定した後、高電圧をターゲットに印加し、ターゲットをスパッタガスでスパッタして薄膜を基板に堆積する。薄膜の堆積レートは０．０２ｎｍ／ｓ以下になるように投入電力を調整する。
　なお、重金属層１０の堆積工程における不活性ガスの分圧と薄膜の堆積レートは、磁性積層膜０を製造する上で重要な制御パラメータである。一般に真空中でのスパッタ粒子の平均自由行程λ（単位：ｃｍ）と圧力Ｐ（単位：Ｔｏｒｒ）の間に
　λ＝０．０１／Ｐ
なる関係が成り立つ。発明者らの行った実験によればλがＴ／Ｓ距離よりも短くなるように設定することによって、重金属層１０の比抵抗は、１００μΩｃｍ以上となる。これによって低い電流の密度でスピン軌道トルクによる磁化の反転を実現できる。
　磁気メモリ素子１００を製造する場合、磁性積層膜０に加えてバリア層３０、参照層４０、キャップ層５０を堆積させる。バリア層３０はＲＦスパッタリング法などによって堆積させることができる。
　磁性積層膜０、及び磁気メモリ素子１００の形成過程において、積層膜の堆積後、またはパターニング後にアニールを行う。アニール温度は２００℃～４５０℃の間に設定される。アニール時間は１５分以上、５時間以下である。
　磁気メモリ素子１００を形成する場合、積層膜の堆積後、または積層膜の堆積、及びアニール後に微細加工技術を用いて素子加工を行う。素子加工の際には、初めにＭＴＪ部分（第１強磁性層２０、バリア層３０、参照層４０）のパターニングを行う。レジストを基板に塗布し、次にステッパーまたは電子線描画装置を用いてレジストをパターニングし、続いて現像してレジストパターンを基板上に形成する。なお、必要に応じてレジストを塗布する前にハードマスクを化学気相成長法（ＣＶＤ法）などにより堆積し、続いて反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）などによりレジストパターンをハードマスクに転写しても良い。その後、磁気メモリ素子１００となる積層膜のエッチングを行う。エッチングにはＲＩＥ法、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）法を用いることができる。エッチングは、重金属層１０の表面、または途中で止めることが望ましい。続いてＣＶＤ法などにより絶縁保護膜を成膜する。次に重金属層１０のパターニングを行う。その過程はＭＴＪのパターニング工程と同じものを用いることができるため、省略する。重金属層１０のパターニング後、ビア、上部配線等を形成する。
　また、磁気メモリ素子１００を形成する場合、前述の通り、トランジスタや配線が形成された回路基板上に成膜する。磁気メモリ素子１００は、例えば３端子型の構造を有し、重金属層１０は第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２に電気的に接続される。ここで、図１０に示すように、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２としてプラグ６０が形成されていてもよい。このプラグ６０の最上面がＷから構成され、あるいはＷを含有し、かつ磁気メモリ素子１００の重金属層１０がＷから構成され、あるいはＷを含有する場合、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２と磁気メモリ素子１００との間の電気的な接続を良好にすることができる。すなわち、本実施の形態は第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２と磁気メモリ素子１００との電気的な接続を良好にできるという効果も有する。なお、上述の重金属層１０の成膜方法は、第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２の材料を成膜する工程に適用しても良い。
（実施例）
　次に、磁性積層膜０及び磁気メモリ素子１００に関して発明者らが行った実験結果を示す。図１１（ａ）は、重金属層１０にＷを用い、スパッタガスにＡｒを用いた際の薄膜堆積レートと投入パワーの関係の測定結果を示す。投入パワーと堆積レートには比例関係（正確には、ほぼ線形関係）があることが分かる。図１１（ｂ）は薄膜の堆積レートとＡｒガスの流量の関係の測定結果を示す。堆積レートと流量には相関がないことが分かる。図１１（ｃ）はＡｒガスの分圧とＡｒガスの流量の関係を示す。分圧と流量の間には比例関係があることが分かる。また、図１１（ｃ）の右側の軸には上記の式を用いて計算した平均自由行程の値を示す。成膜装置においてはＴ／Ｓ距離は１５０ｍｍに設定されている。ガス流量が５０ｓｃｃｍのとき、分圧は０．１Ｐａとなり、平均自由行程は１５０ｍｍになっていることが分かる。
　続いて、６つの投入パワーとガス流量でスパッタ成膜した磁性積層膜０のシート抵抗、及び比抵抗の測定結果を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。基板は自然酸化膜付きのＳｉ基板を用いた。磁性積層膜０の膜構成は、基板側からＷ（ｔｗ）／ＣｏＦｅＢ（１）／ＭｇＯ（２）／Ｔａ（１）である（カッコ内の数字は膜厚で単位はｎｍ）。シート抵抗は、４探針法により測定された。
　図１２（ａ）には、測定されたシート抵抗Ｒｓｈｅｅｔの逆数がＷの膜厚ｔｗに対してプロットされている。比抵抗はこのグラフの傾きから求められる。図に示すように、投入パワーとガス流量が（３０Ｗ、２０ｓｃｃｍ）のとき、（３０Ｗ、５０ｓｃｃｍ）のとき、（１００Ｗ、１００ｓｃｃｍ）のとき、（５０Ｗ、１００ｓｃｃｍ）のときはＷ膜厚５ｎｍ付近を境として、傾きが変化している。これは５ｎｍ以下では比抵抗の高い構造（アモルファス構造、またはβ相の結晶構造）が形成されているのに対して、５ｎｍ以上では比抵抗の低い構造（α相の結晶構造）が形成されていることを意味している。一方で投入パワーとガス流量が（３０Ｗ、１００ｓｃｃｍ）のとき、（１０Ｗ、１００ｓｃｃｍ）のときは、膜厚が２０ｎｍの場合でも小さな傾きを維持しており、これは比抵抗の高い構造が厚膜領域でも実現されていることを意味している。
　図１２（ｂ）は、重金属層１０の膜厚ｔｗが８ｎｍ以上の領域において図１２（ａ）のグラフの傾きから求めた比抵抗の値を成膜条件に対して示している。比抵抗が１０μΩｃｍから３２５μΩｃｍの範囲で成膜条件に依存して大きく変化していることが分かる。
　次にこのような条件で成膜した磁性積層膜０を用いて磁気メモリ素子１００を形成し、その磁化の方向の反転特性を評価した結果を示す。なお、スピン軌道トルクによる磁化の反転を簡易的に評価するために、ここでは文献「Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１０７，０１２４０１（２０１５）」に示されているような異常ホール効果を用いた測定方法を用いている。第１強磁性層２０は直径１２０ｎｍのドット状にパターニングされている。また、測定の際はＸ方向に＋２０ｍＴまたは－２０ｍＴの外部磁場ＨＸを印加している。図１３は重金属層１０に電流を流した際のホール抵抗の測定結果を示している。電流によって磁化が反転しホール抵抗が変化していることがわかる。また、ＨＸの符号によって磁化の反転方向が反転していることから、スピン軌道トルクが磁化の方向の反転の駆動力となっていることがわかる。
　図１４（ａ）は別途測定した異方性磁界ＨＫ ｅｆｆと反転閾電流ＩｔｈをＷのスパッタ条件に対して示している。各条件について複数のプロットがあるが、これは各条件で作製した複数の素子で得られた測定結果である。また、反転閾電流Ｉｔｈについては、パルス幅が１００ｍｓのときと１０ｎｓのときの値である。図１４（ｂ）は異方性磁界を反転閾電流Ｉｔｈで割った値を各スパッタ条件に対してプロットしている。ここで、異方性磁界を反転閾電流Ｉｔｈで割った値はスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる効率の大きさを反映しており、スピン軌道トルクがスピンホール効果に由来する場合には、この値はスピンホール角の大きさを反映する。スパッタ条件に依存して異方性磁界ＨＫ ｅｆｆを反転閾電流Ｉｔｈで割った値が変化していることが分かる。図１４（ｃ）には、異方性磁界ＨＫ ｅｆｆを反転閾電流Ｉｔｈで割った値を重金属層１０からなるチャネル層の抵抗に対してプロットしている。ここでチャネル層の抵抗は重金属層１０の比抵抗と比例関係にある。チャネル層の抵抗が高くなると、すなわち重金属層１０の比抵抗が大きくなると、異方性磁界ＨＫ ｅｆｆを反転閾電流Ｉｔｈで割った値が単調に大きくなっている、すなわちスピン軌道トルクが大きくなっていることが分かる。ここで示した結果は、スパッタ条件によってスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる効率が大きく変化することを意味している。なお、図１４（ａ）のＨＫ ｅｆｆとＩｔｈを比較すると、最も小さなＩｔｈが得られている（３０Ｗ、１００ｓｃｃｍ）の条件において最も大きなＨＫ ｅｆｆが得られていることが分かる。すなわち、小さな電流でのスピン軌道トルクによる磁化の方向の反転が実現できているのに加え、副次的な効果として高い異方性磁界ＨＫ ｅｆｆ、すなわち高い熱安定性も得られていることが分かる。
　前述の通り、スピン軌道トルクにより磁化の方向を反転させる３端子素子を形成する場合、プロセスマージンなどの観点から重金属層１０の膜厚は６ｎｍ以上に設定されることが望ましい。しかし、図１２から分かるように、このような膜厚領域では一般的なスパッタリング条件で重金属層１０を堆積した場合には、重金属層１０の比抵抗が小さくなってしまい、良好なスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる特性が得られないという問題点があった（一般的に、スパッタリング法で薄膜と堆積する場合には投入パワー（堆積レート）は高く、ガス流量（ガス分圧）は低く設定される）。発明者らが行った検討によれば、薄膜の堆積時に堆積レートを低く、またガス分圧を高く設定することによって膜厚が６ｎｍ以上の領域においても１００μΩｃｍ以上の比抵抗を有する重金属層１０を形成することができ、また比抵抗の大きさとスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる効率の間に相関があることが明らかになった。
　図１５は、各種スパッタリング条件で堆積した磁性積層膜０の結晶構造をＸ線回折法で分析した結果を示している。基板は自然酸化膜付きのＳｉ基板を用いた。磁性積層膜０の膜構成は基板側からＷ（２０）／ＣｏＦｅＢ（１）／ＭｇＯ（２）／Ｔａ（１）である（カッコ内の数字は膜厚で単位はｎｍ）。Ｗ成膜時の投入パワーとガス流量を（３０Ｗ、１００ｓｃｃｍ）としたときには高いスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる高い効率が得られたが、この際にはβ相の結晶面からの回折に由来するピークを確認でき、２０ｎｍにおいてもβ相の結晶構造が形成されていることが分かる。一方で、高いスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる高い効率が得られなかった条件においては、α相の結晶面からの回折を意味するピークしか確認されなかった。すなわち本実施の形態に係る製造方法を用いて重金属層１０を堆積することによって、膜厚が２０ｎｍのときにもβ相の結晶構造を形成でき、それによって高いスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる高い効率が得られることがわかる。
　以上説明した実施例から、本発明によって、書き込み電流が小さく、かつ広い製造プロセスマージンを確保でき、磁気メモリ素子への適用が可能な磁性積層膜、またそれを用いた磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法を提供できることが、確認された。
（変形例）
　次に、磁性積層膜０及び磁気メモリ素子１００の変形例について説明する。
　磁性積層膜０の導電層が重金属層１０からなる構成を例示したが、図１６（ａ）に示すように、導電層に下地層１１を加えてもよい。下地層１１は重金属層１０の下側に、つまり、第１強磁性層２０の反対側に設けられている。下地層１１は重金属層１０の結晶構造をよりスピン軌道トルクによる磁化の方向を反転させる効率が高くなるように調整することができる。またそれに加えて、後述するように磁気メモリ素子１００の形成を容易にすることもできる。
　下地層１１は導電性のあらゆる材料を用いることができる。例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなど、及びそれらの合金を用いることができる。また、下地層１１は複数の層が積層された構造を有していても良く、その構成は適宜調整できる。具体的な下地層１１と重金属層１０の組み合わせとして、Ｔａ（７ｎｍ）／Ｗ（３ｎｍ）が例示される。
　また、図１６（ｂ）に変形例２に係る磁性積層膜２の正面図を示す。図１６（ａ）に示した磁性積層膜１では重金属層１０の下側に調整層として下地層１１を設けたが、図に示すように、重金属層１０と第１強磁性層２０の間に調整層として界面挿入層１２を設けてもよい。界面挿入層１２は第１強磁性層２０と重金属層１０の間でのスピンミキシングコンダクタンスを高めたり、界面でのスピン軌道相互作用に由来したスピン軌道トルクを第１強磁性層２０に印加したりすることができる。界面挿入層１２にもあらゆる導電性材料を用いることができる。
　なお、磁性積層膜１、２においては、導電層（重金属層１０と下地層１１、または界面挿入層１２）の膜厚の和が６ｎｍ以上に設定されることが望ましい。これによって十分なプロセスマージンが確保される。
　図１７（ａ）に示すように、変形例３に係る磁気メモリ素子１０１は、図１６（ａ）に示した磁性積層膜１と関連する。磁気メモリ素子１０１を構成する磁性積層膜１は下地層１１と重金属層１０と第１強磁性層２０を備える。また、重金属層１０はその上に形成される第１強磁性層２０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０と同一形状に形成されている。この場合にはエッチングは下地層１１の表面、またはその途中で止めることになる。磁気メモリ素子１０１のような構造を採用することによって、エッチングのエンドポイントの検出が容易になる。また、重金属層１０に用いる材料の表面が大気中に露出されることを防ぐことができ、重金属層１０に用いることのできる材料の選択肢が広がるという利点がある。例えば発明者らが行った実験によると、Ｗを大気中に露出し、有機溶剤等による処理を行うことによって素子の抵抗不良が頻発することがわかった。ここで、磁気メモリ素子１０１のような構成（下地層１１にＴａ）を用いた場合にはこのような問題が解決された。
　図１７（ｂ）に示すように、変形例４に係る磁気メモリ素子１０２は、図１６（ｂ）に示した磁性積層膜２と関連する。磁気メモリ素子１０２を構成する磁性積層膜２は重金属層１０と界面挿入層１２と第１強磁性層２０を備える。また、界面挿入層１２は重金属層１０と同形状に形成されている。この場合には、エッチングは界面挿入層１２の表面、またはその途中で止めることになる。磁気メモリ素子１０２のような構造を採用することによってもエッチングのエンドポイントの検出が容易になる。また、この場合も重金属層１０に用いる材料の表面が大気中に露出されることを防ぐことができ、重金属層１０に用いることのできる材料の選択肢が広がるという利点がある。なお、界面挿入層１２は、重金属層１０が発現するスピン軌道トルクが第１強磁性層２０に及ぶように十分に薄い必要がある。
（実施の形態２）
　図１８Ａは、本発明の実施の形態２に係る磁気メモリ素子１０３の構造を模式的に示している。磁気メモリ素子１０３の正面図（Ｘ－Ｚ面）を図１８Ｂに、側面図（Ｙ－Ｚ面）を図１８Ｃに、平面図（Ｘ－Ｙ面）を図１８Ｄに示す。
　磁気メモリ素子１０３も磁性積層膜０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０がこの順に積層されて構成され、さらに第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２、第３端子Ｔ３を備える。好適には磁性積層膜０はＸ方向に延伸して形成されている。第１端子Ｔ１は磁性積層膜０の一端に、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０の他端に接続されている。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０のうちの重金属層１０に接続されている。
　磁気メモリ素子１０３と磁気メモリ素子１００との違いは、第１強磁性層２０の磁化の方向である。磁気メモリ素子１０３の第１強磁性層２０は反転可能な磁化を有する。その方向は重金属層１０の長手方向と直交する方向を向き、図示されたＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系では＋Ｙ、－Ｙ方向の間で反転可能である。言い換えると、第１強磁性層２０の磁化の方向は膜面内で第１端子と第２端子を結ぶ線分と直交する方向において反転可能である。
　これに伴い、参照層４０を構成する強磁性層の磁化の方向も＋Ｙ方向、または－Ｙ方向のどちらか一方に固定されている。
　その他のバリア層３０、重金属層１０、キャップ層５０、及び端子の配置に関する要件は、磁気メモリ素子１００と同様である。
　メモリ状態については、「０」を記憶した状態、「１」を記憶した状態における磁化の方向は磁気メモリ素子１００と異なり、＋Ｙ方向を向いた状態を「０」を記憶した状態、－Ｙ方向に向いた状態を「１」を記憶した状態と設定される。
　情報の書き込み方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。ただし、磁気メモリ素子１０３においては、磁気メモリ素子１００で必要であった＋Ｘ方向、または－Ｘ方向の外部磁場は不要である。
　情報の読み出し方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。
　セル回路、回路ブロック図についても磁気メモリ素子１００と同じである。
　図１９は、発明者らが作製した磁気メモリ素子１０３を測定して得られたＭＴＪ抵抗と電流密度の関係である。用いた膜構成は基板側からＴａ（７）／ Ｗ（３）／ＣｏＦｅＢ（１．４６）／ＭｇＯ（１．８）／ＣｏＦｅＢ（１．５）／Ｃｏ（０．９２）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ（２．６）／Ｒｕ（５）である。Ｗ（３ｎｍ）が重金属層１０、ＣｏＦｅＢ（１．４６ｎｍ）が第１強磁性層２０に相当し、ＭｇＯ（１．８ｎｍ）はバリア層３０、ＣｏＦｅＢ（１．５）／Ｃｏ（０．９２）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ（２．６）は参照層４０、Ｒｕ（５ｎｍ）はキャップ層に相当する。また、Ｔａ（７）は下地層１１に相当する。すなわち、本実施例では磁気メモリ素子１０３で示されたバリエーションが適用されている。
　複数の素子を測定した結果、（３．２±１．３）×１０１０Ａ／ｍ２という極めて低い電流密度で磁化が反転することがわかった。なお、このときの重金属層１０のＷは高い比抵抗を有する構造となっていることが確認されている。
（実施の形態３）
　図２０Ａは、本発明の実施の形態３に係る磁気メモリ素子１０４の構造を模式的に示している。磁気メモリ素子１０４の正面図（Ｘ－Ｚ面）を図２０Ｂに、側面図（Ｙ－Ｚ面）を図２０Ｃに、平面図（Ｘ－Ｙ面）を図２０Ｄに示す。
　磁気メモリ素子１０４も磁性積層膜０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０がこの順に積層されて構成され、さらに第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、第３端子Ｔ３とを備える。好適には磁性積層膜０はＸ方向に延伸して形成されている。第１端子Ｔ１は磁性積層膜０の一端に、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０の他端に接続される。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０のうちの重金属層１０に接続されている。
　磁気メモリ素子１０４と磁気メモリ素子１００との違いも、第１強磁性層２０の磁化の方向である。磁気メモリ素子１０４の第１強磁性層２０は反転可能な磁化を有する。その磁化の方向は重金属層１０の長手方向と平行な方向を向き、図示されたＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系では＋Ｘ、－Ｘ方向の間で反転可能である。言い換えると、第１強磁性層２０の磁化の方向は膜面内で第１端子と第２端子を結ぶ線分と平行な方向において反転可能である。
　これに伴い、参照層４０を構成する強磁性層の磁化の方向も＋Ｘ方向、または－Ｘ方向のどちらか一方に固定されている。
　その他のバリア層３０、重金属層１０、キャップ層５０、及び端子の配置に関する要件は、磁気メモリ素子１００と同様である。
　メモリ状態については「０」を記憶した状態、「１」を記憶した状態における磁化の方向が磁気メモリ素子１００と異なり、＋Ｘ方向に向いた状態を「０」を記憶した状態、－Ｘ方向に向いた状態を「１」を記憶した状態と設定される。
　情報の書き込み方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。ただし、磁気メモリ素子１００では＋Ｘ方向または－Ｘ方向の外部磁場が必要であったが、磁気メモリ素子１０４においては＋Ｚ方向または－Ｚ方向の外部磁場が必要である。
　情報の読み出し方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。
　セル回路、回路ブロック図についても磁気メモリ素子１００と同じである。
　図２１（ａ）は、発明者らが作製した磁気メモリ素子１０４を測定して得られたＭＴＪ抵抗と電流密度の関係である。様々な大きさのＺ方向の磁場ＨＺを印加した状態での測定結果を示す。用いた膜構成は基板側からＴａ（７）／Ｗ（３）／ＣｏＦｅＢ（１．４６）／ＭｇＯ（１．８）／ＣｏＦｅＢ（１．５）／Ｃｏ（０．９２）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ（２．６）／Ｒｕ（５）である。Ｗ（３ｎｍ）が重金属層１０、ＣｏＦｅＢ（１．４６ｎｍ）が第１強磁性層２０に相当し、ＭｇＯ（１．８ｎｍ）はバリア層３０、ＣｏＦｅＢ（１．５）／Ｃｏ（０．９２）／Ｒｕ（０．９）／Ｃｏ（２．６）は参照層４０、Ｒｕ（５ｎｍ）はキャップ層に相当する。ＨＺの符号に応じて磁化の向きの反転の方向が変わっており、これは磁化の反転がスピン軌道トルクによって誘起されていることを意味している。
　図２１（ｂ）に、閾電流密度をＨＺに対してプロットした結果を示す。ＨＺが正の場合と負の場合のそれぞれについて測定結果を一次関数でフィットし、その交点におけるＪＣの値ＪＣ ０を複数の素子について評価した。その結果、ＪＣ ０は（２．１±０．５）×１０１１Ａ／ｍ２という極めて低い電流密度で磁化の向きが反転することがわかった。なお、このときの重金属層１０のＷは高い比抵抗を有する構造となっていることが確認されている。
（実施の形態４）
　図２２Ａは、本発明の実施の形態４に係る磁気メモリ素子１０５の斜視図である。磁気メモリ素子１０５の正面図（Ｘ－Ｚ面）を図２２Ｂに、側面図（Ｙ－Ｚ面）を図２２Ｃに、平面図（Ｘ－Ｙ面）を図２２Ｄに示す。
　磁気メモリ素子１０５も磁性積層膜０、バリア層３０、参照層４０、キャップ層５０がこの順に積層されて構成され、さらに第１端子Ｔ１と、第２端子Ｔ２と、第３端子Ｔ３とを備える。好適には磁性積層膜０はＸ方向に延伸して形成されている。第１端子Ｔ１は磁性積層膜０の一端に、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０の他端に接続される。第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２は磁性積層膜０のうちの重金属層１０に接続されている。
　磁気メモリ素子１０５と磁気メモリ素子１００との違いは、第１強磁性層２０内の磁化領域の構成である。磁気メモリ素子１００においては、第１強磁性層２０内の磁化の向きは略同一方向を向いていたが、磁気メモリ素子１０５においては、少なくとも３つの磁化領域に分割され、磁化の方向が反転可能な第１磁化領域Ｍ１と、第１磁化領域Ｍ１を挟んで配置された第２磁化領域Ｍ２と第３磁化領域Ｍ３とを有する。また第２磁化領域Ｍ２の磁化の向きと第３磁化領域Ｍ３の磁化の向きは互いに異なる方向に固定されており、第１磁化領域Ｍ１の磁化の向きは反転可能であり第２磁化領域Ｍ２の磁化の向きまたは第３磁化領域Ｍ３の磁化の向きのいずれか一方と同一方向を向くことができるように設計されている。これにより第１強磁性層２０内には単一の磁壁が形成される。磁気メモリ素子１０５においては、第２磁化領域Ｍ２の磁化の向きは＋Ｚ方向、第３磁化領域Ｍ３の磁化の向きは－Ｚ方向に固定されており、第１磁化領域Ｍ１の磁化の向きは＋Ｚまたは－Ｚ方向のいずれか一方を向くことができる。
　その他のバリア層３０、参照層４０、重金属層１０、キャップ層５０、及び端子の配置に関する要件は、磁気メモリ素子１００と同様である。
　メモリ状態については、磁気メモリ素子１００における第１強磁性層２０の磁化の向きを「０」を記憶した状態、「１」を記憶した状態に対応させていたが、ここを第１強磁性層２０中の第１磁化領域Ｍ１の磁化の方向と読み替える。
　情報の書き込み方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。ただし、磁気メモリ素子１００、１０３、１０４においては、スピン軌道トルクによって磁化が回転して反転するタイプの磁化の方向の反転がその原理として用いられていたのに対して、磁気メモリ素子１０５においては磁壁が電流によって移動する電流誘起による磁壁移動を用いることが異なっている。なお、電流誘起による磁壁移動の駆動力はスピン軌道トルクである。また磁気メモリ素子１００では＋Ｘ方向または－Ｘ方向の外部磁場が必要であったが、磁気メモリ素子１０５においては、外部磁場は不要である。
　情報の読み出し方法については、磁気メモリ素子１００と同じである。
　セル回路、回路ブロック図についても磁気メモリ素子１００と同じである。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
　本出願は、２０１６年６月３日に出願された、日本国特許出願２０１６－１１２２４２号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１６－１１２２４２号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照して取り込むものとする。
　以上説明したように、本発明によれば、磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ、及びその製造方法を提供できる。
　０～２　磁性積層膜
　１０　重金属層
　１１　下地層
　１２　界面挿入層
　２０　第１強磁性層
　３０　バリア層
　４０　参照層
　４１　第２強磁性層
　４２　結合層
　４３　第３強磁性層
　５０　キャップ層
　６０　プラグ
　１００～１０５　磁気メモリ素子
　１２０　Ｘドライバ
　１３０　Ｙドライバ
　１４０　コントローラー
　２００　磁気メモリセル回路
　２１０　磁気メモリセルアレイ
　３００　磁気メモリ

Claims (18)

  1. 　磁気メモリ素子用の磁性積層膜であって、
    　５ｄ遷移金属を含有する重金属層を含む導電層と、
    　前記導電層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
    　を備え、
    　前記導電層の膜厚は６ｎｍ以上であり、
    　前記重金属層の結晶構造はアモルファスまたはβ相である、
    　ことを特徴とする磁性積層膜。
  2. 　磁気メモリ素子用の磁性積層膜であって、
    　５ｄ遷移金属を含有する重金属層を含む導電層と、
    　前記導電層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
    　を備え、
    　前記導電層の膜厚は６ｎｍ以上であり、
    　前記重金属層の比抵抗は１００μΩｃｍ以上である、
    　ことを特徴とする磁性積層膜。
  3. 　前記重金属層の結晶構造はアモルファスまたはβ相である、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の磁性積層膜。
  4. 　前記導電層は、前記重金属層に隣接し、導電性の材料から構成される調整層を更に含む、
    　ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁性積層膜。
  5. 　前記重金属層がＴａまたはＷを含有する、
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性積層膜。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁性積層膜と、
    　前記第１強磁性層に隣接し、絶縁性の材料から構成されるバリア層と、
    　前記バリア層と隣接し、少なくとも一層の磁化の方向の固定された強磁性層を有する参照層と、
    　前記参照層に隣接し、導電性の材料から構成されるキャップ層と、
    　前記重金属層の長手方向の一端に、電流の導入が可能な第１端子と、
    　前記重金属層の長手方向の他端に、電流の導入が可能な第２端子と、
    　前記キャップ層に、電流の導入が可能な第３端子と、
    　を備えることを特徴とする磁気メモリ素子。
  7. 　前記第１強磁性層に接続された第４端子を備える。
    　ことを特徴とする請求項６に記載の磁気メモリ素子。
  8. 　前記第１強磁性層は膜面に垂直な方向で反転可能な磁化を有する
    　ことを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気メモリ素子。
  9. 　前記第１強磁性層は膜面内で前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ線分と直交する方向に反転可能な磁化を有する、
    　ことを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気メモリ素子。
  10. 　前記第１強磁性層は膜面内で前記第１端子と前記第２端子とを結ぶ線分と平行な方向に反転可能な磁化を有する、
    　ことを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気メモリ素子。
  11. 　前記第１強磁性層は、第１磁化領域と、前記第１磁化領域を挟んで配置された第２磁化領域と第３磁化領域とを有し、
    　前記第２磁化領域の磁化と前記第３磁化領域の磁化とは互いに異なる方向に固定されており、
    　前記第１磁化領域の磁化は反転可能であり、前記第２磁化領域の磁化または前記第３磁化領域の磁化のいずれか一方と同一方向を向くことができる、
    　ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の磁気メモリ素子。
  12. 　請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の磁気メモリ素子と、
    　前記磁気メモリ素子に書き込み電流を流すことにより、前記磁気メモリ素子にデータを書き込む書き込み手段と、
    　前記バリア層を貫通する方向に電流を流してトンネル抵抗を求めることにより、前記磁気メモリ素子に書き込まれているデータを読み出す読み出し手段と、
    　を備えることを特徴とする磁気メモリ。
  13. 　前記重金属層は、
    　マグネトロンスパッタリング法により成膜され、
    　成膜の過程における不活性ガスの分圧が０．１Ｐａ以上であり、
    　成膜の過程におけるスパッタ粒子の平均自由行程がＴ／Ｓ距離よりも短く、
    　成膜の過程における薄膜の堆積レートが０．０２ｎｍ／ｓ以下であり、
    　成膜の過程において基板温度が０℃以下に設定され、
    　成膜の過程において基板にバイアス電圧が印加される、
    　ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁性積層膜、請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の磁気メモリ素子又は請求項１２に記載の磁気メモリ。
  14. 　５ｄ遷移金属を含有する重金属層と、
    　前記重金属層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
    　を備える
    　ことを特徴とする磁性積層膜又は該磁性積層膜を備える磁気メモリ素子の製造方法であって、
    　前記重金属層をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、
    　成膜の過程における不活性ガスの分圧が０．１Ｐａ以上である、
    　ことを特徴とする磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法。
  15. 　５ｄ遷移金属を含有する重金属層と、
    　前記重金属層と隣接し、反転可能な磁化を有する強磁性層を含有する第１強磁性層と、
    　を備える
    　ことを特徴とする磁性積層膜又は該磁性積層膜を備える磁気メモリ素子の製造方法であって、
    　前記重金属層をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、
    　成膜の過程におけるスパッタ粒子の平均自由行程がＴ／Ｓ距離よりも短い、
    　ことを特徴とする磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法。
  16. 　前記重金属層の成膜の過程における薄膜の堆積レートが０．０２ｎｍ／ｓ以下である
    　ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法。
  17. 　前記重金属層の成膜の過程において基板温度が０℃以下に設定される
    　ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法。
  18. 　前記重金属層の成膜の過程において基板側にバイアス電圧が印加される
    　ことを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の磁性積層膜又は磁気メモリ素子の製造方法。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6462191B1 (ja) * 2018-02-01 2019-01-30 Tdk株式会社 データの書き込み方法、検査方法、スピン素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子
JP2020021857A (ja) * 2018-08-02 2020-02-06 Tdk株式会社 磁壁移動型磁気記録素子及び磁気記録アレイ
WO2020166141A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 国立大学法人東北大学 磁性積層膜、磁気メモリ素子及び磁気メモリ
CN112242484A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 财团法人工业技术研究院 磁性存储器结构
JP2021064791A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 高麗大学校産学協力団Ｋｏｒｅａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ スピン軌道トルクベースのスイッチング素子及びその製造方法
WO2021085642A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 国立大学法人東北大学 トンネル接合積層膜、磁気メモリ素子及び磁気メモリ
WO2021140934A1 (ja) * 2020-01-10 2021-07-15 国立大学法人東北大学 磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ及び人工知能システム
WO2022070588A1 (ja) * 2020-10-02 2022-04-07 Tdk株式会社 磁気素子及び集積装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11605670B2 (en) * 2018-10-30 2023-03-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Magnetic tunnel junction structures and related methods
JP7514240B2 (ja) * 2019-07-12 2024-07-10 株式会社半導体エネルギー研究所 記憶装置、半導体装置、及び電子機器
TWI751728B (zh) * 2020-10-07 2022-01-01 財團法人工業技術研究院 平面式磁化自旋軌道磁性元件
US11706999B2 (en) 2021-01-13 2023-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US11569444B2 (en) * 2021-03-30 2023-01-31 International Business Machines Corporation Three-dimensional confined memory cell with decoupled read-write
US11568927B2 (en) * 2021-03-30 2023-01-31 International Business Machines Corporation Two-terminal non-volatile memory cell for decoupled read and write operations
JP2023042173A (ja) * 2021-09-14 2023-03-27 キオクシア株式会社 磁気メモリデバイス
JP2024034303A (ja) * 2022-08-31 2024-03-13 キオクシア株式会社 磁気メモリデバイス

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014045196A (ja) * 2012-08-26 2014-03-13 Samsung Electronics Co Ltd スイッチングに基づいたスピン軌道相互作用を使用する磁気トンネルリング接合と、磁気トンネルリング接合を利用するメモリを提供するための方法及びシステム
US9218864B1 (en) * 2014-10-04 2015-12-22 Ge Yi Magnetoresistive random access memory cell and 3D memory cell array
WO2016011435A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
WO2016021468A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、及び磁気メモリ装置
JP2016046492A (ja) * 2014-08-26 2016-04-04 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2017059594A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 株式会社東芝 磁気メモリ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69219936T3 (de) * 1991-03-29 2008-03-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetowiderstandseffekt-Element
KR101457511B1 (ko) 2011-08-18 2014-11-04 코넬 유니버시티 스핀 홀 효과 자기 장치, 방법, 및 적용
JP6244617B2 (ja) * 2012-09-28 2017-12-13 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド
JP6416180B2 (ja) * 2016-12-16 2018-10-31 株式会社東芝 磁気記憶装置
EP3646324B1 (en) * 2017-06-28 2024-09-11 Wisconsin Alumni Research Foundation Magnetic memory devices based on 4d and 5d transition metal perovskites
US10586579B2 (en) * 2018-03-20 2020-03-10 Regents Of The University Of Minnesota Electric field switchable magnetic devices
US10686123B2 (en) * 2018-08-16 2020-06-16 International Business Machines Corporation Multilayered magnetic free layer structure for spin-transfer torque (STT) MRAM
JP2020155488A (ja) * 2019-03-18 2020-09-24 キオクシア株式会社 磁気記憶装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014045196A (ja) * 2012-08-26 2014-03-13 Samsung Electronics Co Ltd スイッチングに基づいたスピン軌道相互作用を使用する磁気トンネルリング接合と、磁気トンネルリング接合を利用するメモリを提供するための方法及びシステム
WO2016011435A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
WO2016021468A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子、及び磁気メモリ装置
JP2016046492A (ja) * 2014-08-26 2016-04-04 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US9218864B1 (en) * 2014-10-04 2015-12-22 Ge Yi Magnetoresistive random access memory cell and 3D memory cell array
JP2017059594A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 株式会社東芝 磁気メモリ

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019150532A1 (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 Tdk株式会社 データの書き込み方法、検査方法、スピン素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子
US10490249B2 (en) 2018-02-01 2019-11-26 Tdk Corporation Data writing method, inspection method, spin device manufacturing method, and magnetoresistance effect element
JP6462191B1 (ja) * 2018-02-01 2019-01-30 Tdk株式会社 データの書き込み方法、検査方法、スピン素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子
JP2020021857A (ja) * 2018-08-02 2020-02-06 Tdk株式会社 磁壁移動型磁気記録素子及び磁気記録アレイ
US11532667B2 (en) 2019-02-13 2022-12-20 Tohoku University Magnetic laminated film, magnetic memory element, and magnetic memory
WO2020166141A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 国立大学法人東北大学 磁性積層膜、磁気メモリ素子及び磁気メモリ
JPWO2020166141A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20
JP7475057B2 (ja) 2019-02-13 2024-04-26 国立大学法人東北大学 磁性積層膜、磁気メモリ素子及び磁気メモリ
CN112242484A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 财团法人工业技术研究院 磁性存储器结构
JP7081842B2 (ja) 2019-10-16 2022-06-07 高麗大学校産学協力団 スピン起動トルクベースのスイッチング素子の製造方法
US11641782B2 (en) 2019-10-16 2023-05-02 Korea University Research And Business Foundation Spin-orbit torque-based switching device and method of fabricating the same
JP2021064791A (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 高麗大学校産学協力団Ｋｏｒｅａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ スピン軌道トルクベースのスイッチング素子及びその製造方法
WO2021085642A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 国立大学法人東北大学 トンネル接合積層膜、磁気メモリ素子及び磁気メモリ
WO2021140934A1 (ja) * 2020-01-10 2021-07-15 国立大学法人東北大学 磁性積層膜、磁気メモリ素子、磁気メモリ及び人工知能システム
WO2022070588A1 (ja) * 2020-10-02 2022-04-07 Tdk株式会社 磁気素子及び集積装置

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US20200286536A1 (en) 2020-09-10
US11200933B2 (en) 2021-12-14
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