JP2004259978A - 磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線電流を低減しかつ書き込み時における磁界の干渉を防ぐとともに、製造工程が簡略化できる磁気記憶装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１の書き込み用配線１６の上に形成され、前記第１の配線１６の長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−３と、前記ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上に夫々に形成され、前記第１の層１６とほぼ直交して配置される第２の書き込み用配線１７とを有する磁気記憶装置において、前記第１の配線１６と前記ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３との間に挿入され、前記ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層１４と磁気的相互作用を有するＳＡＬ層１５から構成される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＭＲＡＭ等の磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ，以下ＭＲＡＭと略記）としては、メモリセルの書込み配線周辺に高透磁率磁性材料によるキーパー層ないしヨーク構造を設けた例が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，９４０，３１９号明細書
【０００４】
【特許文献２】
米国特許第５，９５６，２６７号明細書
【０００５】
【特許文献３】
欧州特許出願公開第ＷＯ００／１０、１７２号明細書
【０００６】
【特許文献４】
特開平８−３０６０１４号公報
ＭＲＡＭとは、記録担体として強磁性体の磁化方向を利用した、記録情報を随時、書き換え、保持、読み出しすることが出来る固体記憶装置の総称である。
【０００７】
ＭＲＡＭメモリセルは、通常複数の強磁性体を積層した構造を有する。情報の記録はメモリセルを構成する複数の強磁性体の磁化（スピン）の相対方向が、平行か反平行であるかを２進の情報“０”、“１”に対応させて行う。記録情報の書き込みは各セルの強磁性体の磁化方向を、クロスストライプ状に配置された書き込み線に電流を流して生じる電流磁界によって反転させることによって行われる。記録保持時の消費電力は原理的にゼロであり、電源を切っても記録保持が行われる不揮発性記憶装置である。記録情報の読み出しは、メモリセルの電気抵抗が、セルを構成する強磁性体の磁化方向とセンス電流との相対角、または複数の強磁性層間の磁化の相対角によって変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果を利用して行う。
【０００８】
ＭＲＡＭと従来の誘電体を用いた半導体記憶装置とをその機能で比較すると、ＭＲＡＭは完全な不揮発性であり１０^１５回以上の書き換え回数が可能であること、非破壊読み出しが可能であり、リフレッシュ動作を必要としないため読み出しサイクルを短くすることが可能であること、電荷蓄積型のメモリセルに比べ放射線に対する耐性が強いこと等、の多くの利点を有している。ＭＲＡＭの単位面積あたりの集積度、書き込み、読み出し時間はおおむねＤＲＡＭと同程度となりうることが予想されている。従って不揮発性という大きな特色を生かし、携帯機器用の外部記録装置、ＬＳＩ混載用途、さらにはパーソナルコンピューターの主記録記憶装置への応用が期待されている。
【０００９】
現在実用化の検討が進められているＭＲＡＭでは、メモリセルに強磁性トンネル効果を示すＭＴＪ素子を用いている。ＭＴＪ素子は、主として強磁性体／絶縁層／強磁性体からなる三層膜で構成され、電流は絶縁膜をトンネルして流れる。トンネル抵抗値は両強磁性金属層の磁化方向の相対角の余弦に比例して変化し、両磁化方向が反平行の場合に極大値をとり、これが“０”となる。反対に両磁化方向が平行の場合には、トンネル抵抗値は極小値をとりこれが“１”となる。
【００１０】
しかし、従来のＭＴＪ素子には以下のような課題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
第１の課題は、書き込み電流の低減である。従来提案されているＭＲＡＭの書き込みは、上述のように配線から発生する磁界によって直接フリー層のスピンの向きを反転させることによって行われる。ここで、配線から発生する磁界の強度Ａは、配線の電流値、及び配線−ＭＴＪ素子間の距離、に依存して変化する。現在知られている報告例ではおよそ数Ｏｅ程度である。さらに、ＭＴＪ素子のフリー層の磁化反転閾値（以下、スイッチング磁界Ｈ_ＳＷと定義する）は、次式（１）のようにＭＴＪ素子の磁化困難軸方向のサイズ（以下セル幅Ｗと定義）に反比例して増大する。
【００１２】
Ｈ_ＳＷ＝Ｈ_ＳＷ ^０＋Ａ／Ｗ …（１）
現在知られているＡの値は１０〜２０Ｏｅ・μｍである。
【００１３】
しかし、配線の信頼性を考慮した場合、エレクトロマイグレーションによって制限を受ける。エレクトロマイグレーションは配線電流の電流密度で加速され、現在のＬＳＩ製造に用いられているＡＬ−Ｃｕ配線、Ｃｕ配線での配線の電流密度の上限はそれぞれおよそ１０ｍＡ／μｍ^２、１００ｍＡ／μｍ^２程度である。ここで、仮にＤＲＡＭと同程度のＧｂ級の集積度で現実に必要な０．１μｍルールでの製造を考えた場合、Ｃｕ配線を用いた場合でも配線に流せる電流値の上限は１ｍＡ程度であり、それにより発生する磁界の値Ａは数Ｏｅ程度である。一方、０．１μｍ程度のサイズのＭＴＪ素子の必要なスイッチング磁界は（１）式に従うと数１０Ｏｅ以上になる。すなわち、現状の技術ではＤＲＡＭと同程度のＧｂ級のＭＲＡＭの実現ははなはだ困難である。
また、第２の課題は、隣接セル間の書き込み時における磁場の干渉である。書き込み時には互いに交叉する２本の書き込み線を選択し、それにより交点に生じる合成磁界によりＭＴＪ素子のフリー層の磁化反転を生じさせる。この場合、選択セル以外に交叉するいずれかの配線からの磁界を受ける、半反転状態の半選択セルが存在する。この半反転状態は僅かの磁界の変動で容易に反転状態に移行する。従って、半選択セルへの誤った書き込みを防ぐために、書き換え動作時には選択セルのみが反転し、半選択セルは反転しないように書き換え電流値を調整する必要がある。即ち、大規模アレイではこの磁場の干渉のためＭＴＪ素子のスイッチング磁界に分布が生じるために、一般に書き込み電流値の許容幅が非常に小さくなってしまうという課題がある。
【００１４】
この第１の課題を解決するために、例えば前記米国特許５９４０３１９号明細書、米国特許５，９５６，２６７号明細書、欧州特許ＷＯ ００／１０１７２号明細書、また特開平８−３０６０１４号明細書に記載があるように、配線周辺に高透磁率磁性材料によるキーパー層ないしヨーク構造を設けた例が提案されている。これらの方法はいずれも、配線周辺に発生した磁束をキーパー層ないしヨーク構造内に収束させることで、ＭＴＪ素子近傍に生じる磁界強度の向上を図り、書き込み電流値の低減を目的としたものである。
【００１５】
第２の課題を解決する手段としては、書き換え電流値の許容幅を高めることを目的とするものが知られている。（例えば特許文献５、特許文献６、特許文献７参照。）。
【００１６】
【特許文献５】
米国特許第６，０８１，４４５号明細書
【００１７】
【特許文献６】
米国特許第６，１３４，１３９号明細書
【００１８】
【特許文献７】
米国特許第６，００５，８００号明細書
しかしながら、これらの公知例では、いずれも書き換え時の電流方向とＭＴＪ素子の磁化容易軸方向の相対角を適宜制御したものに過ぎない。
【００１９】
そこで、本発明は配線電流を低減しかつ書き込み時における磁界の干渉を防ぐとともに、製造工程が簡略化できる磁気記憶装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気記憶装置は、第１の導電層と、前記第１の導電層の上にこれとほぼ直交して配置される第２の導電層と、前記第１、第２の導電層の間に形成され、前記第１の導電層の長手方向に沿って複数配置され、前記第１、第２の導電層から発生される合成磁界によりそのスピンの方向が反転制御されるフリー層を含む磁気抵抗効果素子と、前記第１の導電層と前記磁気抵抗効果素子との間に挿入され、前記磁気抵抗効果素子のフリー層との間で磁気的相互作用を有する磁性層とを具備している。
【００２１】
この構成により、書き込み電流を低減しかつ書き込み時における磁界の干渉による誤動作を防ぐ磁気記憶装置を提供することが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の種々の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気記憶装置の第１の平面図を模式的に示したものである。また図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見た第１の断面構造図である。以下、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて本実施形態の構造を詳説する。
【００２４】
図１（Ａ）は、第１の書き込み用配線１６の長手方向に沿って複数配置された磁気抵抗効果素子としてのＭＴＪ素子１０−１〜１０−３、及びＭＴＪ素子１０−１〜１０−３と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ（Ｓｏｆｔ Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｌａｙｅｒ）層１５を示した第１の平面図である。ここで、ＳＡＬ層１５は軟磁性体を含む強磁性体層である。
【００２５】
またＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上には、図１（Ｂ）に示すように夫々第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して第２の書き込み用配線１７が配置されている。但し、図１（Ａ）では図示されていない。
【００２６】
図１（Ａ）のようにＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の短手方向、即ち第１の書き込み用配線１６及びＳＡＬ層１５の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００２７】
また上述のように図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見た、ＭＴＪ素子１０−２、ＳＡＬ層１５、及び第１の書き込み用配線１６を示した第１の断面構造図である。以下、ＭＴＪ素子１０−２を例にとってその構成を説明する。
【００２８】
図中のＭＴＪ素子１０−２は、第２の書込み用配線１７に近接して設けられる固定層である反強磁性体膜１１と、この反強磁性体膜１１に隣接して設けられ、そのスピンの向きがこの反強磁性体膜１１により固定される強磁性体のピン層１２と、ピン層１２に隣接して設けられたトンネルバリア層１３と、トンネルバリア層１３に隣接して設けられ、第１の書き込み用配線１６と第２の書き込み用配線１７より発生する合成磁界によりそのスピンの向きが制御される強磁性体のフリー層１４とがＳＡＬ層１５上に積層された構造である。その他のＭＴＪ素子１０−１、１０−２も同様の構造を有している。
【００２９】
ここで、反強磁性体膜１１は、単層の反強磁性体膜を用いる代わりに少なくとも１層の反強磁性体膜を含む多層膜として構成しても、同様にピン層１２のスピンの向きを固定することが出来る。
【００３０】
図１（Ｂ）のように、ＭＴＪ素子１０−２と第１の書き込み用配線１６との間にＳＡＬ層１５が挿入されると、ＳＡＬ層１５とＭＴＪ素子１０−２のフリー層１４とが磁気的相互作用を生じる。この磁気的相互作用については後で詳述する。
【００３１】
次に、図２（Ａ）、（Ｂ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて本実施形態の書き込み、及び読み込み動作を詳説する。
【００３２】
図２（Ａ）、（Ｂ）は第１の書き込み用配線１６に電流を流す前における、ＳＡＬ層１５のスピンおよびＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の夫々のフリー層のスピンの様子を図示している。一方、図３（Ａ）、（Ｂ）は第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態における、ＳＡＬ層１６のスピン、およびＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層のスピンの様子を図示している。
【００３３】
まず、図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前における、各層のスピンの様子を説明する。図２（Ａ）は、図１（Ａ）で示した本実施形態に係る磁気記憶装置における、スピンの向きを矢印で模式的に示した平面図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見たＭＴＪ素子１０−２内のピン層１２及びフリー層１４のスピンの向きを矢印で模式的に示した断面構造図である。
【００３４】
図２（Ａ）のように、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前では、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きはＳＡＬ層１５の長手方向を向く。同様に、電流を流す前では、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３におけるフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きは、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の長手方向を向く。
【００３５】
図２（Ｂ）も同様に、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前においては、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}及びフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１が夫々の長手方向を向く様子が図示されている。このように、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きがフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きに対して直交状態（ｂｉｑｕａｄｒｉｃ）において、両者の間に強磁性カップリングを有する磁気的相互作用が生じている。換言すれば、両者の間に生じている強磁性カップリングは、両スピンの直交状態を保持するように働く磁気的相互作用である。
【００３６】
また、ピン層１２のスピンＳ_ＰＩＮの向きは反強磁性体膜１１によって固定されているので、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前後においてこの向きは不変である。ここでは、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１と平行、且つ同一方向である様子が図２（Ｂ）に示されている。
【００３７】
以下、読み出し動作についてＭＴＪ素子１０−２を例に挙げて詳説する。
【００３８】
一般的にＭＴＪ素子の情報を読み出す場合は、ＭＴＪ素子１０の抵抗値の変化を検出することによって行われる。つまり、ピン層とフリー層のスピンの向きが図２（Ｂ）のように同一方向で平行の場合は、ＭＴＪ素子の比抵抗値は最も小さく、例えば“１”状態となる。同様に、ピン層とフリー層のスピンの向きが反対方向で平行の場合はＭＴＪ素子の比抵抗値は最も大きく、例えば“０”状態となる。従って、図２（Ｂ）で図示するＭＴＪ素子１０−２は“１”状態と読み出される。
【００３９】
具体的には、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、フリー層１４、トンネルバリア層１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、第１の書き込み用配線１６に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。従って、図２（Ｂ）の場合は、ＭＴＪ素子１０−２の比抵抗値（反強磁性体層１１〜フリー層１４の間の比抵抗値）は最も小さくなり、センスアンプによって例えば“１”状態と読み出される。以上の動作は、他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。
【００４０】
さらに、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、書き込み時に第１の書き込み用配線１６にＩの向きに電流を流した状態における、各層のスピンの様子を説明する。図３（Ａ）は、図１（Ａ）で示した本実施形態に係る磁気記憶装置に、スピンの向きを矢印で模式的に示した平面図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見た、スピンの向きを矢印で模式的に示した断面構造図である。以下、書き込み動作についてＭＴＪ素子１０−２について詳説する。
【００４１】
図３（Ａ）、（Ｂ）のように、第１の書き込み用配線１６にＩの向きに電流を流すと、第１の書き込み用配線１６には、磁界がいわゆる右ねじの法則に従い発生する。すると、ＳＡＬ層１５には透磁率が十分に高い（例えば透磁率１０００以上）軟磁性体を用いているので、配線１６から発生するほぼすべての磁界はＳＡＬ層１５に印加され、ＭＴＪ素子１０−２にはほとんど印加されない。そのため、配線１６から発生した磁束はほとんどＳＡＬ層１５を透過し、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−２}の向きはＳＡＬ層１５の短手方向を向く。
【００４２】
ここで、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前においては、前述したように、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きとフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きが直交状態を保持する強磁性カップリングを有する磁気的相互作用が生じている。この強磁性カップリングは、第１の書き込み用配線１６に電流を流した後においても維持され、この関係を保とうとＳＡＬ層１５からフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１に作用する。
【００４３】
つまり、図３（Ａ）、（Ｂ）のようにＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−２}の向きが半反転してＳＡＬ層１５の短手方向を向くと、ＳＡＬ層１５とフリー層１４は強磁性カップリングを有しているために、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きも直交するように作用する。その結果、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きも半反転して、ＭＴＪ素子１０−２の短手方向を向く。また、ピン層１２のスピンＳ_ＰＩＮの向きは反強磁性体膜１１によって固定されているので、第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態においてもこの向きは不変である。従って、第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態では、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２とピン層１１のスピンＳ_ＰＩＮは直交するようになる。この様子が図３（Ａ）、（Ｂ）に示されている。
【００４４】
これらは、その他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。つまり、第１の書き込み用配線１６からの電流により発生した磁界によって、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層１４のすべてのスピンＳ_Ｆ−２の向きが、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３夫々の短手方向となる。即ち、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層１４のスピンの向きが９０°転回（半反転）し、これらの素子がすべて半選択の状態となっている。
【００４５】
また図３（Ａ）には、本来磁気記憶装置を構成すべきである、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上に夫々形成され第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して配置される、第２の書き込み用配線１７が形成されている。従って、例えばＭＴＪ素子１０−２に書き込む場合は、図示した第２の書き込み用配線１７に電流を流して発生した磁界により、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２を更に９０°回転させることによりスピンの反転が達成される。
【００４６】
これにより、図示しないが、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きとピン層１２のスピンの向きＳ_ＰＩＮが反平行となり、例えば“１”状態から“０”状態へと変化することになる。以上により、ＭＴＪ素子１０−２の書き込み動作が全て終了する。
【００４７】
書き込み後の読み出し動作は同様に、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、フリー層１４、トンネルバリア１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、例えば第１の書き込み用配線の先に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。従って書き込み後は、ＭＴＪ素子１０−２の比抵抗値（反強磁性体層１１〜フリー層１４の比抵抗値）は最も大きくなり、センスアンプによって例えば“０”状態と読み出される。
【００４８】
以上の動作は、他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。
【００４９】
本実施形態は、ＳＡＬ層１５とＭＴＪ素子１０−１〜１０−３が、互いに直交状態の強磁性カップリングを保持しようとする磁気的相互作用を利用していることが特徴である。即ち、書き込み時に、第１の書き込み用配線１６から発生する磁界により、まずＳＡＬ層１５のスピンの向きを半反転させる。次に、ＳＡＬ層１５とフリー層１４との磁気的カップリングによって所望のＭＴＪ素子のフリー層１４のスピンの向きを半反転することが特徴である。この書き込みは、第２の書き込み用配線１７に所定方向の電流を流して、さらに半反転させて完全に反転するか、または反転させずに元に戻すかすることで“１”、“０”の書き込みが完結する。以下、本実施形態の効果を詳説する。
【００５０】
第１の効果は、書き込み用に用いる電流の低減である。ＳＡＬ層１５を挿入した方が、フリー層１４のスピンの向きを反転させる磁界は低減され、これに比例して書き込み用の電流も低減されるからである。
【００５１】
望ましくは、ＳＡＬ層１５は十分に透磁率の高い（例えば透磁率１０００以上）の軟磁性体で構成され、あるいは軟磁性体を含んで形成される。
【００５２】
上述のように、軟磁性体は十分に透磁率が高いので、書き込み時に第１の書き込み用配線１６から発生した磁界はほとんどＳＡＬ層１５内に印加される。これに対して、ＳＡＬ層１５がなく直接ＭＴＪ素子１０に発生した磁界を印加する従来の場合では、第１の書き込み用配線１６から発生する磁界の磁力線は四方八方に広がり、ＭＴＪ素子のフリー層に印加される割合が低い。
【００５３】
これに対して本実施形態では、第１の書き込み用配線１６から発生した磁界のほとんどはＳＡＬ層１５内部に印加されるので、磁力線が四方八方に広がることはない。さらに、図１（Ｂ）に示すように、ＳＡＬ層１５とフリー層１４は直に接触しており、磁気的相互作用が最大に発揮される。これによって、従来よりも第１の書き込み用配線１６からのフリー層１４を半反転するための磁界強度を低減することができ、第１の書き込み用配線１６に用いる電流を低減することが出来る。
【００５４】
第２には、図１（Ａ）に示したように、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３は第１の書き込み用配線１６に沿って、複数形成される配置を有している。その結果、１個のフリー層１４の体積に比べて、そのフリー層１４の書き込みに寄与するＳＡＬ層１５の体積は十分に大きくなる。また、ＳＡＬ層１５とＭＴＪ素子１０のフリー層１４は、それぞれのスピンの向きが互いに９０°の角度差を維持しようとする強い磁気的相互作用、即ち強磁性カップリングを有している。つまり、体積の大きなＳＡＬ層１５と体積な小さなフリー層１４がカップリングを形成し、互いに支えあう形となっている。
【００５５】
一方、磁性体の磁気モーメントはその体積の関数であり、体積に比例して磁気モーメントも大きくなる。さらに、磁気モーメントの大きさとスピンの大きさは比例するため、磁気モーメントの大きさが大きいほどスピンに寄与するファクターも大きくなる。
【００５６】
つまり、まず第１の書き込み用配線１６から発生した磁束を体積の大きなＳＡＬ層１５がそのほとんどを貰い受け、ＳＡＬ層１５のスピンが半反転する。その次に、磁気的カップリングによって、体積の小さなフリー層１４のスピンが半反転される。この時、フリー層１４のみでスピンの半反転を行っていた場合よりも、ＳＡＬ層１５を介している分だけ磁気反転に寄与する磁性体の体積が増加する。即ち、それは磁気モーメントの増加を意味し、スピンに寄与するファクターの増加の意味と等しい。そのため、フリー層１４のスピンを半反転するに要する磁界強度が低減され、書き込み電流を低減することが出来る。
【００５７】
第２に、書き込み時において隣接ＭＴＪ素子の誤書き込みを防ぎ、書き込み電流値の許容幅を高めるという効果である。図３（Ａ）に示すように、第１の書き込み用配線１６に発生した磁界によって、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２が半反転して短手方向を向く。この結果、半選択された複数のＭＴＪ素子が発生する（ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３）。
【００５８】
さらに、スピンを完全に反転させるため、即ち特定のメモリセルに書き込むためには、第１の書き込み用配線１６とほぼ直交するように配置され、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上方に夫々存在する第２の書き込み用配線１７から発生する磁界との合成磁界を利用する。従って、図３（Ａ）に示すような状態から、さらに第２の書き込み用配線１７から発生した磁界により書き込む場合には、選択していないＭＴＪ素子１０が書き込まれないようにする必要がある。
【００５９】
例えば、図３（Ａ）の状態から、第２の書き込み用配線１７によってさらに半反転させ、ＭＴＪ素子１０−２のフリー層１４のスピンの向きを完全に反転させ、完全に書き込む場合を想定する。この時、ＭＴＪ素子１０−２の上方に存在する第２の書き込み用配線１７から発生する磁界は、隣接するＭＴＪ素子１０−１、１０−３にも作用する。
【００６０】
ここで、図３（Ａ）の状態ではＭＴＪ素子１０−１、１０−３は半選択された状態にある。そのため、第１、第２の書き込み用配線１６，１７から発生した合成磁界が、何らかの理由により反転磁界強度を越えてＭＴＪ素子１０−１、１０−３に作用すると、本来所望しないＭＴＪ素子１０−１、１０−３に書き込み動作が生じる可能性がある。
【００６１】
しかも、これが大規模アレイになると、これら複数の第１、第２の書き込み用配線から発生した磁界が互いに干渉する。そのため、アレイ配置されたＭＴＪ素子のスイッチング磁界に強弱の分布が生じ、これを考慮に入れると従来の書き込み電流値の許容値はますます小さくなる。
【００６２】
しかし、この実施形態では、上述のようにＳＡＬ層１５は透磁率の大きい軟磁性体あるいは少なくとも軟磁性体を含むように形成されている。従って、第１の書き込み用配線１６から発生した磁力線はほとんどＳＡＬ層１５の内部のみを通過する。このように、発生した磁力線がＳＡＬ層１５を通過せずに四方八方に広がることはなく、所望のＭＴＪ素子のみに発生磁界の影響を及ぼすことができる。そのため、大規模アレイとなっても発生した磁界が互いに干渉することがなく、ＭＴＪ素子のスピンのスイッチング磁界に強弱の分布が生じにくくなる。そのため、書き込み時において、選択されたＭＴＪ素子に隣接するＭＴＪ素子の誤書き込みを防ぐことが出来る。
【００６３】
さらに、上記の第１の効果および第２の効果によって、磁気記憶装置全体を集積化することが出来る。従来は上述のように、書き込み電流を低減することが出来ないために、書き込み電流値を多くするほかなかった。しかし、書き込み用配線に発生するエレクトロマイグレーションの問題から、書き込み用配線をその限度までしか微細化することが出来なかった。
【００６４】
しかし、本実施形態では上述のように書き込み電流を低減することが出来る。そのため、第１の書き込み用配線１６の断面積は従来のそれよりも小さくすることが可能である。従って、その書き込み用配線の微細化に伴って、各ＭＴＪ素子を微細化することができ磁気記憶装置全体を高集積化することが出来る。
【００６５】
また、図１（Ａ）に示すレイアウトにより、第１の書き込み用配線１６の長手方向のレイアウト面積を縮小することが出来る。即ち、図１（Ａ）に示すように、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の短手方向と、第１の書き込み用配線１６及びＳＡＬ層１５の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。そのため、このようなレイアウトにより配線１６の長手方向のレイアウト面積を縮小することが出来る。
【００６６】
また、一般的にＳＡＬ層としてはＮｉ含有量が多い軟磁性合金が望ましいが、そのほか軟磁性体としての物性をもつ物質であればＳＡＬ層として用いることが出来る。
【００６７】
さらに、本実施形態では上述のように、ＳＡＬ層１５を用いてＭＴＪ素子の磁化困難軸方向のスピンを反転させたが、ＳＡＬ層１５を磁化容易軸方向の反転に用いることも可能である。磁化容易軸方向の反転にＳＡＬ層１５を用いた場合であっても、書き込み電流を低減できる等の同様の効果を得ることが出来るからである。
【００６８】
また、上述のように本実施形態では、体積の大きなＳＡＬ層１５が体積の小さなフリー層１４との間に磁気的な相互作用を持ち、互いに支えあう形になっている。従って、図２、図３で示した書き込み動作時において、フリー層１４の熱擾乱を軽減できるという効果も有する。
【００６９】
尚、磁気的相互作用のうち本実施形態では、ＳＡＬ層１５とフリー層１４とが直接カップリングを有する直接交換相互作用のみを説明したが、磁気的相互作用としては、ネ−ルカップリング、静磁相互作用等も考えられる。
【００７０】
ここで、ネ−ルカップリングとは、例えば図１（Ｂ）のＭＴＪ素子１０−２のトンネルバリア層１３の表面に荒れ、即ちラフネスがあった場合にトンネルバリア層１３とフリー層１４の間に発生する相互作用である。
【００７１】
また、静磁相互作用とは、ＭＴＪ素子１０−２のピン層１２の端から漏れた磁場がフリー層１４に影響を及ぼす相互作用である。
【００７２】
しかし、これらの磁気的相互作用は直接交換相互作用に比べ、無視できるほど小さいためその影響を考慮する必要はない。従って、例えばネ−ルカップリングを大きく発生させるために、意図的にトンネルバリア層１３やフリー層１４表面にラフネスを造る必要もない。つまり、本実施形態のような場合は、上述のようにＳＡＬ層１５とフリー層１４とが磁気的カップリングを有する直接交換相互作用のみを考え、この作用を専ら利用することが出来る。
【００７３】
（第２の実施形態）
図４に本発明の第２の実施形態を示す。図４はこの第２の実施形態の磁気記憶装置の構成を模式的に示した平面図である。図４のように、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数（ここでは６個）配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−６、及びＭＴＪ素子１０−１〜１０−６と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５を示した磁気記憶装置の平面図である。また図４のように、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の短手方向と、第１の書き込み用配線１６の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００７４】
以下の第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と重複する部分は同一の参照符号を付して説明を省略し、特に相違する構成等について説明する。
【００７５】
本実施形態では、ＳＡＬ層１５は、その磁気的性質が全体に亘ってほぼ均一になるように第１の書き込み用配線１６上に堆積されたことが特徴である。
【００７６】
一般的に、軟磁性体のＳＡＬ層１５を、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に所望の磁気的相互作用を生じるように堆積することは困難である。しかし本実施形態では、そのＳＡＬ層１５の膜厚等を均一に制御することにより、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に所望の磁気的相互作用を生じるように堆積することが出来る。そのため、ＳＡＬ層１５に図５以下の実施形態に示すような構造を付加する必要がなく、製造工程を簡素化し製造コストを低減することが出来る。
【００７７】
その他の動作及び効果等は、第１の実施形態と同様である。
【００７８】
（第３の実施形態）
図５に本発明の第３の実施形態を示す。図５に示すように、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−６と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５−１〜１５−６を示した磁気記憶装置の平面図である。また、ここでは、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の短手方向と、第１の書き込み用配線１６の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００７９】
本実施形態では、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６が夫々ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６ごとに区切られて形成されていることが特徴である。
【００８０】
図４に示した第２の実施形態のようにＳＡＬ層１５を複数のＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に対して共通に且つ均一な厚さに堆積し、その磁気的相互作用を所望のように作用させるべく制御できれば、書き込み動作上問題はない。しかし上述のように、軟磁性体を有するＳＡＬ層を各ＭＴＪ素子に共通に形成し、夫々のＭＴＪ素子との間に夫々所望の磁気的相互作用を生じるように堆積することは困難である。
【００８１】
そこで、本実施形態では、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６をＭＴＪ素子１０−１〜１０−６ごとに区切って形成することにより、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６内の磁区及びカーリングを夫々制御することが出来る。つまり、このようにＭＴＪ素子１０−１〜１０−６ごとにＳＡＬ層１５−１〜１５−６が区切られていることにより、共通に形成された第１の書き込み用配線１６の電流により発生した磁界は確実に例えばＳＡＬ層１５−１から対応するＭＴＪ素子１０−１に印加させることが出来る。
【００８２】
なぜなら、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６は各々透磁率が高い軟磁性体を含むため、第１の書き込み用配線１６に比べて、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６は磁気抵抗が非常に低くなる。そのため、発生した磁界のほぼ全てがＳＡＬ層１５−１〜１５−６内に印加される。つまりは、ＳＡＬ層１５−１〜１５−６の上方に夫々直接接続したＭＴＪ素子１０−１〜１０−６には必ずその磁界が印加される。
【００８３】
従って、各ＳＡＬ層１５−１〜１５−６を均一な厚さに堆積することが出来ない場合であっても、本実施形態のようなＳＡＬ層１５−１〜１５−６のレイアウトをとることにより、発生した磁界を確実に対応するＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に印加することが出来る。
【００８４】
その他の動作及び効果等は第１の実施形態と同様である。
【００８５】
（第４の実施形態）
図６に本発明の第４の実施形態を示す。図６に示すように、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−３、１０−４〜１０−６とそれぞれ磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５−１、１５−２を示した磁気記憶装置の第４の平面図である。また、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の短手方向と、第１の書き込み用配線１６の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００８６】
本実施形態は、ＳＡＬ層１５−１が３個のＭＴＪ素子１０−１〜１０−３に対応し、ＳＡＬ層１５−２が３個のＭＴＪ素子１０−４〜１０−６に対応するように２つに区切られて形成されたことが特徴である。このようなＳＡＬ層１５−１〜１５−６のレイアウトをとることにより、図５の第３の実施形態と同様の作用から、ＳＡＬ層１５−１、１５−２内の磁区等を制御し、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の確実な書き込み動作を実現することが出来る。
【００８７】
さらに、図５に示した第３の実施形態に比べて、ＳＡＬ層１５−１，１５−２が１個のＭＴＪ素子１０ではなく複数、ここでは３個のＭＴＪ素子１０−１〜１０−３、１０−４〜１０−６ごとに区切られて形成されているため、製造工程を簡素化し、製造コストを削減し、さらに製造速度を早くすることが出来る。
【００８８】
尚、本実施形態では図６において３つのＭＴＪ素子ごとにＳＡＬ層１５−１、１５−２を形成した例を示したが、ＭＴＪ素子を区切る個数は３個に限らず、複数であればその数は任意である。
【００８９】
その他の動作及び効果等は第１の実施形態と同様である。
【００９０】
（第５の実施形態）
図７に本発明の第５の実施形態を示す。図７に示すように、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−６及びＭＴＪ素子１０−１〜１０−６と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５を示した磁気記憶装置の第５の平面図である。また、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の短手方向と、第１の書き込み用配線１６の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００９１】
本実施形態では、ＳＡＬ層１５の長手方向の両端部に、隣接するＭＴＪ素子ごとに一部欠損して形成されたことが特徴である。即ち、図７に示すように、ＳＡＬ層１５の両側には、隣接するＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の相互の間で欠損部１８が形成され、その欠損部１８からその下に形成された第１の書き込み用配線１６が露出する構成を有する。
【００９２】
本実施形態においてもＳＡＬ層１５内の磁区等を制御し、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の確実な書き込み動作を実現することができる。
【００９３】
図７に示すように、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６が形成されたＳＡＬ層１５の部分に比べて、ＳＡＬ層１５の両側に形成された欠損部１８は、図５の実施形態と同様の作用から、磁気抵抗が非常に高くなる。そのため、第１の書き込み用配線１６から発生した磁界は、その欠損部１８にはほとんど印加されずに、ほぼＭＴＪ素子１０−１〜１０−６回りのＳＡＬ層１５内のみに印加される。そのため、第１の書き込み用配線１６に発生した磁界は必然的に所望のＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に印加され、確実な書き込み動作を実現することが出来る。
【００９４】
その他の動作及び効果等は第１の実施形態と同様である。
【００９５】
（第６の実施形態）
図８に本発明の第６の実施形態を示す。図８に示すように、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−６及びこれらのＭＴＪ素子１０−１〜１０−６と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５を示した磁気記憶装置の平面図である。また、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−６の短手方向と、第１の書き込み用配線１６の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されている。
【００９６】
図８に示すように本実施形態は、ＳＡＬ層１５の長手方向の両端部に、隣接するＭＴＪ素子の間ごとに突起２０を有して形成されたことが特徴である。このようにＳＡＬ層１５に突起２０を有することにより、図７に示した第５の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。即ち、ＳＡＬ層１５において突起２０はその他のＳＡＬ層１５の部分よりも、磁気抵抗が高くなる。そのため、第１の書き込み用配線１６から発生した磁界のほとんどは突起２０を避けてＳＡＬ層１５内に印加される。
【００９７】
そのため、発生した磁界は必然的に所望のＭＴＪ素子１０−１〜１０−６に印加され、確実な書き込み動作を実現することが出来る。
【００９８】
その他の動作及び効果等は第１の実施形態と同様である。
【００９９】
このように、以上の第２の実施形態〜第６の実施形態は、種々の方法によってＳＡＬ層１５に一部磁壁のトラップ機構を付加し、ＳＡＬ層１５内の磁区及びカーリングを制御することが出来る。そのため、発生した磁界は必然的にのＭＴＪ素子に印加され、確実な書き込み動作を実現することが出来る。
【０１００】
（第７の実施形態）
図９（Ａ）に第７の実施形態に係る磁気記憶素子の断面構造図を示す。図９（Ａ）は図１（Ａ）と同様にＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見た、磁気記憶装置のＭＴＪ素子部分の断面構造図である。つまり、平面図においては図１（Ａ）と同様であるが、断面構造において、ＳＡＬ層１５が本実施形態では図９（Ａ）に示すように、更に第１の書き込み用配線１６の両側面にも形成されていることが特徴である。
【０１０１】
以下、第１の実施形態と重複する部分は同一の参照符号を付して説明を省略し、特に相違する構成等について説明する。
【０１０２】
図１（Ｂ）で示した、第１の断面構造図ではＳＡＬ層１５が第１の書き込み用配線１６の上面にのみ形成されていた。これに対して本実施形態では、ＳＡＬ層１５が第１の書き込み用配線１６の両側面にも形成されている。
【０１０３】
そのため、第１の書き込み用配線１６から発生する磁界のうちで、配線１６の両側面から発生する磁界もすべてＳＡＬ層１５に印加することが出来る。このように、ＳＡＬ層１５が第１の書き込み用配線１６を被覆する面積を増やすことで、配線１６から発生する磁界を他に発散させることなくＳＡＬ層１５により多く確実に印加させることが出来る。
【０１０４】
その結果、更に書き込み電流を低減し、書き込み時において隣接ＭＴＪ素子の誤書き込みを防ぎ、書き込み電流値の許容幅を高めるという効果を有する。
【０１０５】
尚、本実施形態は磁気記憶装置のＭＴＪ素子部分のＳＡＬ層の断面構造であるので、隣接するＭＴＪ素子間のＳＡＬ層の構造は上述の第２〜第６の実施形態のものと組み合わせて実施可能である。即ち、実施形態の類型として（断面構造，平面構造）と表記すれば、例えば、（図９（Ａ），図４）、（図９（Ａ），図５）、（図９（Ａ），図６）、（図９（Ａ），図７）、（図９（Ａ），図８）の５通りが考えられる。
【０１０６】
（第８の実施形態）
図９（Ｂ）に第８の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図を示す。図９（Ｂ）に示す断面構造も図１（Ａ）と同様にＡ−Ａ´線で切り矢印の方向から見た断面構造図である。即ち、本実施形態は図９（Ｂ）の断面構造図に示すように、ＳＡＬ層１５が第１の書き込み用配線１６の全表面を囲んで形成されていることが特徴である。
【０１０７】
以下、図９（Ａ）に示した第７の実施形態と重複する部分は同一の参照符号を付して説明を省略し、特に相違する構成等について説明する。
【０１０８】
本実施形態の構成により、第１の書き込み用配線１６から発生する磁界のうちで、配線１６の表面と側面からの磁界に加えて裏面から発生する磁界もＳＡＬ層１５に印加することが出来る。このように、ＳＡＬ層１５が第１の書き込み用配線１６を被覆する面積をさらに増やすことで、配線１６から発生する磁界を他に発散させることなくＳＡＬ層１５にすべて印加させることが出来る。
【０１０９】
その結果、更に書き込み電流を低減し、書き込み時において隣接ＭＴＪ素子の誤書き込みを防ぎ書き込み電流値の許容幅を高めるという効果を有する。
【０１１０】
尚、本実施形態は磁気記憶装置のＭＴＪ素子部分の断面構造であるので、図９（Ａ）と同様に上述の第２〜第６の実施形態のＳＡＬ層の構造と組み合わせて実施可能である。即ち、実施形態の類型として（断面構造，平面構造）と表記すれば、例えば、（図９（Ｂ），図４）、（図９（Ｂ），図５）、（図９（Ｂ），図６）、（図９（Ｂ），図７）、（図９（Ｂ），図８）の５通りが考えられる。
【０１１１】
（第９の実施形態）
図９（Ｃ）に第９の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図を示す。図９（Ｃ）は図１（Ａ）と同様の位置での磁気記憶装置の断面構造図である。即ち、本実施形態は図９（Ｃ）に示すように、ＳＡＬ層１５自体が第１の書き込み用配線１６と兼用となっていることが特徴である。
【０１１２】
以下、図９（Ａ）に示した第７の実施形態と重複する部分は同一の参照符号を付して説明を省略し、相違する構成等についてのみ説明する。
【０１１３】
本実施形態の構成により、ＳＡＬ層１５が書き込み用配線としても機能する構成となっているので、ＳＡＬ層１５に書き込み電流を流した時に発生した磁界の殆どがＳＡＬ層１５内に止まり、外部に発散することは少ない。
【０１１４】
その結果、これまでの各実施形態と同様に、書き込み電流を低減し、書き込み時において隣接ＭＴＪ素子の誤書き込みを防ぎ書き込み電流値の許容幅を高めるという効果を有する。
【０１１５】
さらに、ＳＡＬ層１５が書き込み用配線の役目を兼ねているので、第１の書き込み用配線１６を形成する製造工程を省略することが出来る。そのため、製造工程を簡素化し、断面で見た場合の第１の書き込み用配線１６に相当する面積も省略できるため、装置の垂直方向の集積度を増大することが出来る。
【０１１６】
尚、本実施形態は磁気記憶装置のＭＴＪ素子部分の断面構造であるので、上述の第２〜第６の実施形態におけるＳＡＬ層の構造と組み合わせて実施可能である。即ち、実施の類型として（断面構造，平面構造）と表記すれば、例えば（図９（Ｃ），図４）、（図９（Ｃ），図５）、（図９（Ｃ），図６）、（図９（Ｃ），図７）、（図９（Ｃ），図８）の５通りが考えられる。
【０１１７】
尚、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）の実施形態でも例えば図１（Ｂ）の実施形態とどうように第２の書き込み用配線が必要であるが、図面の簡素化のために省略してある。同様に、以下に説明する図１０、図１１、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）の各実施形態においても第２の書き込み用配線が省略されて図示されている。
【０１１８】
（第１０の実施形態）
図１０は、図１（Ａ）の実施形態と同様の位置で切断して示された他の実施形態のＭＴＪ素子部分の断面構造図である。即ち、平面構造は図１（Ａ）の第１の実施形態と同様であり、断面構造のみが第１の実施形態と異なっているので平面図はここでは省略した。以下、図１０を用いて本実施形態を詳説する。
【０１１９】
本実施形態は、ＭＴＪ素子１０と第１の書き込み用配線１６の上部に堆積されたＳＡＬ層１５とフリー層１４との間に、ＭＴＪ素子１０とほぼ同一面積を有した層間膜２５が挿入された断面構造を有することが特徴である。ここで、層間膜２５は非磁性導電体で形成され、且つフリー層１４とＳＡＬ層１５との間に磁気的相互作用が生じるように形成された膜である。以下、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、特に第１の実施形態との相違する部分を詳説する。
【０１２０】
尚、第１の層間膜２５としては、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｃｒのいずれか１つを含み、フリー層１４とＳＡＬ層１５が磁気的相互作用を奏し得るように、その膜厚を適宜制御されたものが望ましい。
【０１２１】
本実施形態は、ＭＴＪ素子１０のフリー層１４とＳＡＬ層１６が、ＭＴＪ素子１０とほぼ同一面積を有した第１の層間膜２５を介して磁気的相互作用を有していることが特徴である。
【０１２２】
尚、前述したように、第１の実施形態と同様に、ＭＴＪ素子１０の上方に配置され、第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して配置されるべき、第２の書き込み用配線の図示をここでは省略してある。
【０１２３】
さらに、書き込み動作についても、第１の実施形態に係る図２（Ａ）（Ｂ）、図３（Ａ）（Ｂ）で示したように、第１の層間膜２５が挿入されても、その書き込み動作は同様である。即ち、第１の書き込み用配線１６に電流を流すと、第１の層間膜２５を介して、フリー層１４とＳＡＬ層１５が互いに直交関係を有する強磁性カップリングを維持して、フリー層１４及びＳＡＬ層１５のスピンの向きが半反転位置に変化する。
【０１２４】
さらに、ＭＴＪ素子１０の上方に位置する図示しない第２の書き込み用配線に発生する磁界によって更に半反転させ、フリー層１５のスピンの向きを完全に平行若しくは反平行に変化させることによって、ＭＴＪ素子１０の書き込み動作が終了する。
【０１２５】
次に、読み出し動作についても同様に、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、非磁性導電層２５、フリー層１４、トンネルバリア層１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、直列に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。
【０１２６】
このように、導電性の層間膜２５を挟むことによっても、上述のようにフリー層１４とＳＡＬ層１５が互いに直交関係にある強磁性カップリングを形成しているので、書き込み電流を低減することが出来る。
【０１２７】
また、隣接ＭＴＪ素子間の書き込み時に発生する磁界の干渉を防ぎ、書き込み電流値の許容幅を拡大することが出来る。
【０１２８】
さらに、本実施形態においては、導電性の層間膜２５を挿入していることによって、書き込み動作終了時における隣接ＭＴＪ素子１０間に生じる残留磁界の影響を速やかに除去することが出来る。そのため、書き込み電流を低減し、隣接ＭＴＪ素子間に発生する磁界の干渉を防ぎ、書き込み時間を短縮することが出来る。
【０１２９】
つまり、層間膜２５は導電体であるから当然に電流を通すため、読み出し動作を妨害することはなく実行することが出来る。しかも、非磁性体であるため、第１の書き込み用配線１６から発生する余分な磁界の影響を、隣接する他のＭＴＪ素子へ及ぶことを防ぐ、磁気的障壁としての役割も有する。即ち、第１の書き込み用配線１６から発生する磁界によって所望のフリー層１４のスピンの向きを半反転させた後、ＳＡＬ層１５内に残る残留磁界の影響がフリー層１４へ及ぶことを、第１の層間膜２５があるために、除去することが出来るからである。
【０１３０】
そのため、書き込み時の余分な磁界の影響を除去することが出来る。
【０１３１】
その他の効果については第１の実施形態と同様である。
【０１３２】
また、本実施形態は磁気記憶装置のＭＴＪ素子部分に関するものであるから、上述の実施形態におけるＳＡＬ層１５の種々の構造と組み合わせることによって更に種々の実施形態が考えられる。つまり、ＭＴＪ素子１０とほぼ同一の面積を持った導電性の層間膜２５がＭＴＪ素子１０とＳＡＬ層１５との間に挿入されたこと以外は図４〜図８で示す第２〜第６の実施形態と同様のＳＡＬ層の平面形態の変形実施が可能である。一方、ＳＡＬ層の断面構造としては、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）で示す第２〜第４の断面構造が考えられる。
【０１３３】
従って、層間膜２５を本実施形態のように挿入した場合のＳＡＬ層の平面構造と断面構造の実施形態の組み合わせ類型として、（断面構造、平面構造）と表記すれば、例えば以下の類型が考えられる。即ち、（図１０、図４〜図８）、（図１０＋図９（Ａ）、図４〜図８）、（図１０＋図９（Ｂ）、図４〜図８）、（図１０＋図９（Ｃ），図４〜図８）、の計２０通りが考えられる。
【０１３４】
ここで、図１０＋図９（Ａ）の表わす断面構造は、本実施形態のような層間膜２５を持ち、さらにＳＡＬ層１５が図９（Ａ）で示すように第１の書き込み用配線１６の両側面にも形成された断面構造をいう。図１０＋図９（Ｂ）、図１０＋図９（Ｃ）についても同様の断面構造を示す。
【０１３５】
（第１１の実施形態）
図１１は、図１（Ａ）と同様にＭＴＪ素子部分で切断して示す他の実施形態の断面構造図である。本実施形態も平面構造は第１の実施形態とほぼ同様である。以下、図１１を用いて本実施形態を詳説する。
【０１３６】
本実施形態は、ＭＴＪ素子１０のフリー層１４と第１の書き込み用配線１６の上部に堆積されたＳＡＬ層１５との間に、ＳＡＬ層１５とほぼ同一面積を有した層間膜２６が挿入された断面構造を有することが特徴である。以下、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、特に第１０の実施形態と相違する部分を詳説する。
【０１３７】
本実施形態は、上述のようにＳＡＬ層１５とほぼ同一の面積を有する層間膜２６が挿入されたことが特徴である。また、層間膜２６は図１０の層間膜５と同様に、非磁性導電体で形成され、この層間膜２６を介してフリー層１４とＳＡＬ層１５が磁気的相互作用を有するように形成されたものである。その他、第１０の実施形態と同一の構造についてはその説明を省略する。
【０１３８】
書き込み動作は第１０の実施形態と同様に、第１の書き込み用配線１６に電流を流した後では、層間膜２６を介して、フリー層１４とＳＡＬ層１５が互いに直交関係を持って強磁性カップリングを維持し、フリー層１４及びＳＡＬ層１５のスピンの向きが半反転状態に変化する。さらに、図示しないＭＴＪ素子１０の上方に位置する第２の書き込み用配線に発生する磁界によって、フリー層１５のスピン向きを更に半反転させ、所望の反転又は非反転状態に変化させることによって、ＭＴＪ素子１０の書き込み動作が終了する。
【０１３９】
また、読み出し動作についても第１０の実施形態と同様に、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、層間膜２６、フリー層１４、トンネルバリア層１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、直列に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。
【０１４０】
このように、層間膜２６を挟むことによっても、上述のようにフリー層１４とＳＡＬ層１５が互いに直交状態の強磁性カップリングを維持することによって、書き込み電流を低減することが出来る。
【０１４１】
上述のように、ＳＡＬ層１５とほぼ同一の面積を有する層間膜２６が、ＭＴＪ素子のフリー層１４とＳＡＬ層１５との間に挿入されたことが特徴である。本実施形態では図１１に示すように、層間膜２６がＳＡＬ層１５の面積とほぼ同一の面積を有するよう堆積されている。従って、図１０に示す第１０の実施形態に係る層間膜２５に比べ、ＳＡＬ層１５を覆う面積及び体積が増加している。
【０１４２】
そのため、第１の書き込み用配線１６から発生する余分な磁界の影響を、隣接する他のＭＴＪ素子へ及ぶことを防ぐ、磁気的障壁としての役割をより果たすことが出来る。そのため、余分な書き込み磁界の影響を速やかに除去することが出来る。
【０１４３】
その他の効果については第１の実施形態と同様である。
【０１４４】
また、第１０の実施形態と同様にＳＡＬ層１６の断面構造と平面構造との組み合わせによって種々の実施形態が考えられる。つまり、ＳＡＬ層１５とほぼ同一の面積を持った層間膜２６がＭＴＪ素子１０とＳＡＬ層１５との間に挿入されたこと以外は図１０の実施形態と同様の変形実施形態が可能である。
【０１４５】
例えば、図１１＋図９（Ａ）の表わす断面構造は、本実施形態のような層間膜２６を持ち、さらにＳＡＬ層１５が図９（Ａ）で示すように第１の書き込み用配線１６の両側面にも堆積された断面構造をいう。図１１＋図９（Ｂ）、図１１＋図９（Ｃ）についても同様の断面構造を示す。
【０１４６】
尚、層間膜２６としては、層間膜２５と同様に、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｃｒのいずれか１つを含み、フリー層１４とＳＡＬ層１５が磁気的相互作用を有するようにその膜厚を適宜制御されたものが望ましい。
【０１４７】
（第１２の実施形態）
図１２（Ａ）は、本発明の第１２の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図を模式的に示したものである。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）中のＢ−Ｂ´線で切り矢印の方向から見た断面構造図である。以下、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）を用いて本実施形態の構造を詳説する。
【０１４８】
図１２（Ａ）は、第１の書き込み用配線１６の配線長手方向に沿って複数配置されたＭＴＪ素子１０−１〜１０−３、及びＭＴＪ素子１０−１〜１０−３と磁気的相互作用を有し、第１の書き込み用配線１６の上に重なって形成されるＳＡＬ層１５を示している。ここで、ＳＡＬ（Ｓｏｆｔ Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｌａｙｅｒ）層１５は軟磁性体を含む強磁性体層である。
【０１４９】
また、本来磁気記憶装置を構成すべきである、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上に夫々形成され第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して配置される、第２の書き込み用配線は省略してある。
【０１５０】
図１２（Ａ）のようにＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の長手方向と、第１の書き込み用配線１６及びＳＡＬ層１５の長手方向がほぼ同一方向となるように配置されていていることが本実施形態の特徴である。
【０１５１】
以下、第１の実施形態と同一の部分は同一の参照符号を付してその説明を省略し、特に第１の実施形態の相違点を詳説する。
【０１５２】
ＭＴＪ素子１０は例えば図１２（Ｂ）に示すように、ＭＴＪ素子１０−２を例に取って示すと、ピン層１２のスピンの向きを固定する反強磁性体膜１１と、反強磁性体膜１１によりスピンの向きを固定され強磁性体を有するピン層１２と、トンネルバリア層１３と、第１の書き込み用配線１６と図示しない第２の書き込み用配線より発生する磁界によりスピンの向きが変化し強磁性体を有するフリー層１４とがこの順で積層された構造である。その他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３も、同様の構造を有している。
【０１５３】
図１２（Ｂ）のように、ＭＴＪ素子１０−２と第１の書き込み用配線１６との間にＳＡＬ層１５が挿入され、ＳＡＬ層１５とＭＴＪ素子１０−２が磁気的相互作用を有している。
【０１５４】
次に、図１３（Ａ）、（Ｂ）及び図１４（Ａ）、（Ｂ）を用いて本実施形態の書き込み、読み出し動作を詳説する。
【０１５５】
図１３（Ａ）、（Ｂ）は第１の書き込み用配線１６に電流を流す前における、ＳＡＬ層１５、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のスピンの様子を図示している。一方、図１４（Ａ）、（Ｂ）は第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態における、ＳＡＬ層１６、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のスピンの様子を図示している。
【０１５６】
まず、図１３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前における、各層のスピンの様子を説明する。図１３（Ａ）は、図１２（Ａ）で示した本実施形態に係る磁気記憶装置に、スピンの向きを矢印で模式的に示した平面図である。また、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）中のＢ−Ｂ´線で切り矢印の方向から見たスピンの向きを矢印で模式的に示した断面構造図である。
【０１５７】
図１３（Ａ）のように、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前では、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きはＳＡＬ層１５の長手方向を向く。同様に、電流を流す前では、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３におけるフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きも、各ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の長手方向を向く。
【０１５８】
図１３（Ｂ）においても同様に、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前においては、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}及びフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１が夫々長手方向を向く様子が図示されている。ここで、本実施形態では、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きがフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きに対して反平行（ｂｉｌｉｎｅａｒ）な強磁性カップリングを有する磁気的相互作用が生じることが特徴である。
【０１５９】
また、ピン層１２のスピンＳ_ＰＩＮの向きは反強磁性体膜１１によって固定されているので、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前後においてこの向きは不変である。従って、ここではフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１と平行である様子が図１３（Ｂ）に示されている。
【０１６０】
以下、読み出し動作についてＭＴＪ素子１０−２を例に挙げて詳説する。
【０１６１】
一般的にＭＴＪ素子の情報を読み出す場合は、ＭＴＪ素子１０の抵抗値の変化を検出することによって行われる。つまり、ピン層とフリー層のスピンの向きが平行の場合はＭＴＪ素子の比抵抗値は最も小さく、例えば“１”状態となる。同様に、ピン層とフリー層のスピンの向きが反平行の場合はＭＴＪ素子の比抵抗値は最も大きく、例えば“０”状態となる。従って、図１３（Ｂ）で図示するＭＴＪ素子１０−２は例えば“１”状態と読み出される。
【０１６２】
具体的には、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、フリー層１４、トンネルバリア層１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、直列に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。従って、図１３（Ｂ）の場合は、ＭＴＪ素子１０−２の比抵抗値（反強磁性体層１１〜フリー層１４の間の比抵抗値）は最も小さくなり、センスアンプによって例えば“１”状態と読み出される。以上の動作は、他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。
【０１６３】
さらに、図１４（Ａ）、（Ｂ）を用いて、第１の書き込み用配線１６に矢印Ｉの向きに電流を流した状態における、書き込み動作を説明する。図１４（Ａ）は、図１２（Ａ）で示した本実施形態に係る磁気記憶装置に、スピンの向きを矢印で模式的に示した平面図である。また、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）中のＢ−Ｂ´線で切り矢印の方向から見た、スピンの向きを矢印で模式的に示した断面構造図である。以下、書き込み動作についてＭＴＪ素子１０−２について詳説する。
【０１６４】
図１４（Ａ）、（Ｂ）のように、第１の書き込み用配線１６に矢印Ｉの向きに電流を流すと、第１の書き込み用配線１６には、磁界がいわゆる右ねじの法則に従い発生する。すると、ＳＡＬ層１５は透磁率が十分に高い（例えば透磁率１０００以上）軟磁性体で形成しているので、配線１６から発生する磁界はほぼ全部がＳＡＬ層１５に印加され、ＭＴＪ素子１０−２にはほとんど印加されない。そのため、配線１６から発生した磁界はほとんどＳＡＬ層１５を透過し、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−２}の向きはＳＡＬ層１５の短手方向を向く。
【０１６５】
ここで、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前においては、ＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−１}の向きとフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１の向きが反平行（ｂｉｌｉｎｅａｒ）な強磁性カップリングを有する磁気的相互作用が生じている。この強磁性カップリングは、第１の書き込み用配線１６に電流を流す前後において維持され、この反平行の関係を保持するようにフリー層１４のスピンＳ_Ｆ−１に作用する。
【０１６６】
つまり、図１４（Ａ）、（Ｂ）のようにＳＡＬ層１５のスピンＳ_{ＳＡＬ−２}の向きがＳＡＬ層１５の短手方向を向くと、ＳＡＬ層１５とフリー層１４の強磁性カップリングのために、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きも反平行な向きを保とうとするように作用する。その結果、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きは、ＭＴＪ素子１０−２の短手方向を向く。また、ピン層１２のスピンＳ_ＰＩＮの向きは反強磁性体膜１１によって固定されているので、第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態においてもこの向きは不変である。従って、第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態では、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２とピン層１１のスピンＳ_ＰＩＮは半平行な向きを向く。この様子が図１４（Ｂ）に示されている。
【０１６７】
これらは、その他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。つまり、第１の書き込み用配線１６からの電流により発生した磁界によって、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層１４のすべてのスピンＳ_Ｆ−２の向きが、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３夫々の短手方向となる。即ち、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３のフリー層１４のスピンの向きが半反転し、これらの素子がすべて半選択された状態となっている。
【０１６８】
また図１４（Ａ）、（Ｂ）には、本来磁気記憶装置を構成すべきである、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上に夫々形成され第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して配置される、第２の書き込み用配線は省略してある。従って、ＭＴＪ素子１０−２を完全に書き込む場合は、図示しない第２の書き込み用配線に電流を流し、発生した磁界により、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２を更に半反転させることにより達成される。これにより、フリー層１４のスピンＳ_Ｆ−２の向きとピン層１２のスピンの向きＳ_ＰＩＮが反平行となり、例えば“１”状態から“０”状態へと変化することになる。以上により、ＭＴＪ素子１０−２の書き込み動作が全て終了する。
【０１６９】
書き込み後の読み出し動作は同様に、第１の書き込み用配線１６から、ＳＡＬ層１５、フリー層１４、トンネルバリア層１３、ピン層１２、反強磁性体層１１、と順次電流を流し、直列に接続された図示しないセンスアンプによって抵抗値を検出することによって行われる。従って書き込み後は、ＭＴＪ素子１０−２の比抵抗値（反強磁性体層１１〜フリー層１４の比抵抗値）は最も大きくなり、センスアンプによって例えば“０”状態と読み出される。
【０１７０】
以上の動作は、他のＭＴＪ素子１０−１、１０−３についても同様である。
【０１７１】
本実施形態はＳＡＬ層１５とフリー層１４とが互いに反平行（ｂｉｌｉｎｅａｒ）な関係を維持する強磁性カップリングを有していることが特徴である。従って、上述のような作用から第１の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
【０１７２】
但し、図１２（Ａ）に示すように、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の長手方向が第１の書き込み用配線１６の長手方向とほぼ同一方向を有するように形成されている。そのため本実施形態のようなレイアウトをとることにより、第１の書き込み用配線１６の短手方向の寸法が小さくなり、この方向のレイアウト面積を低減することが出来る。
【０１７３】
尚、本実施形態は図１（Ａ）、（Ｂ）で示す第１の実施形態に比べ、ちょうどＭＴＪ素子１０のみが９０°回転したレイアウトを有している。そのため、上述の実施形態のように、ＳＡＬ層１５の断面構造と平面構造との組み合わせによって種々の実施形態が考えられる。つまり、平面構造については図４〜図８で示す第２〜第６の平面構造が考えられる。一方、断面構造としては、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）で示す第２〜第４の断面構造の他にも、層間膜２５を有した場合の断面構造を表わす図１０の構造、層間膜２６を有した場合の断面構造を表わす図１１の構造が考えられる。
【０１７４】
従って、以上の類型を全て考慮し、平面構造と断面構造の実施形態の類型として、（断面構造、平面構造）と表記すれば、例えば以下のような実施の類型が考えられる。即ち、（図１２（Ｂ）、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｂ）、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｃ），図４〜図８）、の計２０通りが考えられる。ここで、断面構造において図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）とは、図１２（Ｂ）で示すレイアウトに図９（Ａ）で示すＳＡＬ層１５の断面構造を有する類型である。従って、そのほか図１２（Ｂ）＋図９（Ｂ）、図１２＋図９（Ｃ）も同様である。
【０１７５】
その他にもさらに、（図１２（Ｂ）＋図１０、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）＋図１０、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｂ）＋図１０、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｃ）＋図１０，図４〜図８）の他にも、（図１２（Ｂ）＋図１１、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）＋図１１、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｂ）＋図１１、図４〜図８）、（図１２（Ｂ）＋図９（Ｃ）＋図１１，図４〜図８）の計４０通りが考えられる。ここで、図１２（Ｂ）＋図１０とは、図１２（Ｂ）で示すレイアウトに図１０で示す層間膜２５を挿入した場合における断面構造を有する類型である。図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）＋図１０とは、上述の断面構造にさらに図９（Ａ）で示すＳＡＬ層１５の断面構造を有する類型である。また、図１２（Ｂ）＋図１１、図１２（Ｂ）＋図９（Ａ）＋図１１の断面構造についても同様である。以上により、例えば計６０通りの実施の類型が考えられる。
【０１７６】
（第１３の実施形態）
図１５（Ａ）は、本発明の第１３の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図を模式的に示したものである。また、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）中のＣ−Ｃ´線で切り矢印の方向から見た断面構造図である。以下、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を用いて本実施形態の構造を詳説する。また本第１３の実施形態において、上記第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【０１７７】
図１５（Ａ）は図１（Ａ）において図示しなかった、ＭＴＪ素子１０−１〜１０−３の上で第１の書き込み用配線１６とほぼ直交して形成される第２の書き込み用配線１７をさらに図示している。本実施形態は、この第２の書き込み用配線１７にヨーク部３０を形成した例である。
【０１７８】
図１５（Ｂ）に示すように、第２の書き込み用配線１７の上面及び両側面を覆うようにヨーク部３０が形成されている。このヨーク部３０は、例えばＮｉＦｅ等の透磁率が高い軟磁性材料を含む強磁性体から形成される。
【０１７９】
尚、書き込み／読み出し動作については第１の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【０１８０】
このヨーク部３０が第２の書き込み用配線１７に形成されることにより、第２の書き込み用配線１７に流される書き込み用電流を低減することが出来る。具体的にはヨーク部３０が形成されると、例えば２倍程度の高効率化効果（書き込み電流値が１／２程度）を得ることが出来る。
【０１８１】
即ち、ヨーク部３０は透磁率が高い軟磁性体を含んで形成されるからである。ヨーク部３０に軟磁性体が含まれていると、書き込み動作時において第２の書き込み用配線１７から発生する磁束のうち、第２の書き込み用配線１７の上面及び両側面から発生する磁束のほとんどはヨーク部３０に導かれる。そのため、発生した磁束がアレイの四方八方に広がることを防ぎ、発生した磁束が互いに干渉して誤書き込みを防止することが出来る。例えば、ＭＴＪ素子１０−２の上の第２の書き込み用配線１７から発生した磁束が、隣接するＭＴＪ素子１０−１又はＭＴＪ素子１０−３のフリー層１４へ干渉し誤って書き込まれることを防ぐことが出来る。このような磁束の相互の干渉は、第１の実施形態と同様の理由より大規模アレイになるほど顕著である。しかし本実施形態では大規模アレイであっても、第２の書き込み用配線１７から発生する磁束の干渉も防ぐことにより、さらに誤書き込みを防止することが出来る。
【０１８２】
一方で、第２の書き込み用配線１７の下面はヨーク構造が形成されていないため、発生した磁束のほとんどを第２の書き込み用配線の下面からＭＴＪ素子１０のフリー層１４に印加することが出来る。そのため、第２の書き込み用配線１７に流される書き込み用電流を低減することが出来る。
【０１８３】
また上記第１の実施形態と同様に、第１の書き込み用配線１６の上に重なってＳＡＬ層１５が形成されている。従って、第１の書き込み用配線１６の書き込み用電流も低減することが出来る。また、第１の書き込み用配線１６から発生する磁束の干渉もない。
【０１８４】
以上により、本実施形態によれば磁束の相互干渉による誤書き込みを大幅に防ぎながら、さらに第２の書き込み用配線１７の書き込み用電流も大幅に低減することが出来る。
【０１８５】
またこのヨーク部３０の構造は、第２の書き込み用配線１７の上面のみ、又は第２の書き込み用配線１７の両側面のみを覆うようにして形成することも可能である。このような形状では第２の書き込み用配線１７の上面、又は両側面にヨーク部３０を形成する工程を省くことが出来るため、プロセス数を減少することが出来る。
【０１８６】
さらに、ヨーク部３０はＮｉ含有量が多い軟磁性合金のほか、軟磁性体としての物性をもつ物質によって形成することも出来る。
【０１８７】
即ち、ヨーク部３０はＳＡＬ層１５と同一の材料及び同一の製造方法によって形成することが出来る。従って、ＳＡＬ層１５の他、更にヨーク部３０を形成することは非常に簡便であるが、その効果は上記のように非常に大きい。これは本実施形態の大きな利点である。
【０１８８】
尚、本実施形態に係る第２の書き込み用配線１７にヨーク部３０を有する構造と、上記第２の実施形態乃至第１２の実施形態で表わされる構造とは適宜に組み合わせることが可能である。例えば、ＳＡＬ層１５の平面構造と断面構造の実施形態の一例として（断面構造、平面構造）と表記すれば、（図９（Ａ）、図５）等の実施の類型が考えられる。
【０１８９】
以上、第１乃至第１３の実施の形態を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１９０】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、書き込み用配線電流を低減しかつ書き込み時における磁界の干渉を防ぐ磁気記憶装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構造図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気記憶装置において、第１の書き込み用配線に電流を流す前における、フリー層及びＳＡＬ層のスピンの様子を模式的に表わす図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図３】第１の実施形態に係る磁気記憶装置において、第１の書き込み用配線に電流を流した状態における、フリー層及びＳＡＬ層のスピンの様子及び電流の向きを模式的に表わす図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図４】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図である。
【図５】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図である。
【図６】第４の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図である。
【図７】第５の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図である。
【図８】第６の実施形態に係る磁気記憶装置の平面図である。
【図９】（Ａ）は第７の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図、（Ｂ）は第８の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図、（Ｃ）は第９の実施形態に係る第４の断面構造図である。
【図１０】第１０の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図である。
【図１１】第１１の実施形態に係る磁気記憶装置の断面構造図である。
【図１２】第１２の実施形態に係る磁気記憶装置の構造図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図１３】第１２の実施形態に係る第１の書き込み用配線１６に電流を流す前における、フリー層１４及びＳＡＬ層１５のスピンの様子を模式的に表わす図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図１４】第１２の実施形態に係る第１の書き込み用配線１６に電流を流した状態における、フリー層及びＳＡＬ層のスピンの様子及び電流の向きを模式的に表わす図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は図１４（Ａ）のＡ−Ａ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【図１５】第１３の実施形態に係る磁気記憶装置の構造図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）のＣ−Ｃ´線で切り矢印の方向からみた断面構造図である。
【符号の説明】
１０…ＭＴＪ素子、１０−１、１０−２、１０−３…ＭＴＪ素子、１１…反強磁性体膜、１２…ピン層、１３…トンネルバリア、１４…フリー層、１５…ＳＡＬ層、１６…第１の書き込み用配線。

Claims (26)

1. 第１の導電層と、
   前記第１の導電層の上にこれとほぼ直交して配置される第２の導電層と、
   前記第１、第２の導電層の間に形成され、前記第１の導電層の長手方向に沿って複数配置され、前記第１、第２の導電層から発生される合成磁界によりそのスピンの方向が反転制御されるフリー層を含む磁気抵抗効果素子と、
   前記第１の導電層と前記磁気抵抗効果素子との間に挿入され、前記磁気抵抗効果素子のフリー層との間で磁気的相互作用を有する磁性層とを具備すること、
   を特徴とする磁気記憶装置。
2. 前記磁気抵抗効果素子は、前記磁性層に隣接して配置されるフリー層と、このフリー層に隣接して設けられたトンネルバリア層と、このトンネルバリア層に隣接して設けられたピン層と、このピン層に隣接して設けられ前記ピン層のスピンの向きを固定する固定層と、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の磁気記憶装置。
3. 前記固定層は、少なくとも反強磁性体を含むこと
   を特徴とする、請求項２に記載の磁気記憶装置。
4. 前記磁性層は軟磁性体を含むこと、
   を特徴とする、請求項１に記載の磁気記憶装置。
5. 前記軟磁性体は少なくともＮｉを含む軟磁性合金を含むこと、
   を特徴とする、請求項４に記載の磁気記憶装置。
6. 前記磁気抵抗効果素子の長手方向と、前記第１の導電層の長手方向がほぼ直交方向となるように配置され、
   前記磁気抵抗効果素子のフリー層と前記磁性層とは、
   前記第１の導電層に書き込み用電流を流す前には、前記フリー層のスピンは前記磁気抵抗効果素子の長手方向を向き、前記磁性層のスピンは磁性層の長手方向を向き、
   前記第１の導電層に書き込み電流を流した状態では、前記フリー層のスピンは前記磁気抵抗効果素子の短手方向を向き、前記磁性層のスピンは磁性層の短手方向を向く磁気的相互作用を有すること、
   を特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
7. 前記磁気抵抗効果素子の長手方向と、前記第１の導電層の長手方向がほぼ同一方向になるように配置され、
   前記磁気抵抗効果素子のフリー層と前記磁性層とは、
   前記第１の導電層に書き込み電流を流す前には、前記フリー層のスピンは磁気抵抗効果素子の長手方向を向き、前記磁性層のスピンは磁性層の長手方向を向き、
   前記第１の導電層に書き込み電流を流した状態では、前記フリー層のスピンは磁気抵抗効果素子の短手方向を向き、前記磁性層のスピンは磁性層の短手方向を向く磁気的相互作用を有すること、
   を特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
8. 前記磁性層は、その全体に亘ってほぼ均一な磁気的性質を持つこと、
   を特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の磁気記憶装置。
9. 前記磁性層は、所定の隣接する２個の磁気抵抗効果素子間に、各磁気抵抗効果素子内部より大きい値を持つ磁気抵抗部を有すること、
   を特徴とする請求項６又は請求項７に記載の磁気記憶装置。
10. 前記磁気抵抗部は、前記磁性層の前記各磁気抵抗効果素子間に形成された間隙であること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
11. 前記磁気抵抗部は、前記磁性層の前記複数の磁気抵抗効果素子間ごとに形成された間隙であること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
12. 前記磁気抵抗部は、前記磁性層の長手方向の端部に、所定の隣接する２個の磁気抵抗効果素子の間に形成された欠損部であること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
13. 前記磁気抵抗部は、前記磁性層の長手方向の端部に、所定の隣接する２個の磁気抵抗効果素子の間に形成された突起を有すること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
14. 前記磁性層は更に、前記フリー層に面する表面に加えて前記第１の導電層の両側面にも形成されていること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
15. 前記磁性層は、前記第１の導電層の全表面を囲んで形成されていること、
    を特徴とする、請求項９に記載の磁気記憶装置。
16. 第１の導電層と、
    前記第１の導電層の上に形成され、前記第１の導電層とほぼ直交して配置される第２の導電層と、
    前記第１、第２の導電層の間に形成され、前記第１の導電層の長手方向に沿って複数配置され、前記第１、第２の導電層から発生された合成磁界によりそのスピンの反転が制御されるフリー層を含む磁気抵抗効果素子とを具備し、
    前記第１の導電層は、前記磁気抵抗効果素子のフリー層との間で磁気的相互作用を有する軟磁性体により形成されていること、
    を特徴とする磁気記憶装置。
17. 更に、前記磁気抵抗効果素子と前記磁性層との間に挿入される中間層を有し、
    前記磁性層と前記フリー層とは前記中間層を介して磁気的相互作用を有すること、
    を特徴とする請求項１６に記載の磁気記憶装置。
18. 前記中間層は、前記磁性層とほぼ同一の面積を有すること、
    を特徴とする請求項１７に記載の磁気記憶装置。
19. 前記中間層は非磁性導電体を含むこと、
    を特徴とする請求項１８に記載の磁気記憶装置。
20. 前記中間層は、少なくともＣｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｃｒのいずれか１つを含むこと、
    を特徴とする請求項１９に記載の磁気記憶装置。
21. 更に、少なくとも前記第２の導電層の上面及び両側面のいずれかの面を覆うヨーク部を有すること、
    を特徴とする、請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
22. 前記ヨーク部は前記磁性層と同一の材料により形成されること、
    を特徴とする請求項２１に記載の磁気記憶装置。
23. 前記ヨーク部は軟磁性体を含むこと、
    を特徴とする請求項２１に記載の磁気記憶装置。
24. 前記軟磁性体は少なくともＮｉを含む軟磁性合金を含むこと、
    を特徴とする、請求項２３に記載の磁気記憶装置。
25. 前記第１の導電層に書き込み用電流を流す前には、前記フリー層の磁化容易軸と、前記磁性層の磁化容易軸とがほぼ直交し、
    前記第１の導電層に書き込み電流を流した後には、前記フリー層の磁化困難軸と、前記磁性層の磁化困難軸とがほぼ直交すること、
    を特徴とする、請求項１乃至請求項２４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
26. 前記第１の導電層に書き込み用電流を流す前には、前記フリー層の磁化容易軸と、前記磁性層の磁化容易軸とがほぼ反対方向を向き、
    前記第１の導電層に書き込み電流を流した後には、前記フリー層の磁化困難軸と、前記磁性層の磁化困難軸とがほぼ反対方向を向くこと、
    を特徴とする、請求項１乃至請求項２４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。

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