(57)【要約】【課題】安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電部材、第１磁性層、第１対向磁性層及び第１非磁性層を含む。前記導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。前記第１対向磁性層は、前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられる。前記第３部分は、第１位置と、前記第１方向において前記第１位置と前記第１対向磁性層との間の第２位置と、を含む。前記第２位置におけるホウ素の第２濃度は、前記第１位置におけるホウ素の第１濃度よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む導電部材と、
第１磁性層と、
前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１対向磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第３部分は、第１位置と、前記第１方向において前記第１位置と前記第１対向磁性層との間の第２位置と、を含み、
前記第２位置におけるホウ素の第２濃度は、前記第１位置におけるホウ素の第１濃度よりも低い、磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第１位置及び前記第２位置を通る方向において、前記第３部分における第２金属の濃度は、前記第２位置においてピークとなる、請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第２金属は、Ｈｆを含む、請求項２記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域をさらに備え、
前記第１非磁性層から前記第１化合物領域への方向は、前記第２方向に沿う、請求項２または３に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記第１位置及び前記第２位置を通る方向において、前記第３部分における第１金属の濃度は、前記第１位置においてピークとなる、請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記第１金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項５記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記第３部分は、第３金属を含む第３位置をさらに含み、
前記第１位置は、前記第１方向において前記第２位置と前記第３位置との間にある、請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第３金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記第１対向磁性層は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素と、ホウ素と、を含み、
前記第１対向磁性層において、前記第１元素の濃度がピークとなる第１元素ピーク位置におけるホウ素の濃度は、前記第２濃度よりも高い、請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む導電部材と、
第１磁性層と、
前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１対向磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第３部分は、第１領域と、前記第１方向において前記第１領域と前記第１対向磁性層との間の第２領域と、を含み、
前記第２領域におけるホウ素の第２濃度は、前記第１領域におけるホウ素の第１濃度以下である、磁気記憶装置。
【請求項１１】
前記第１対向磁性層の少なくとも一部におけるホウ素の濃度は、前記第２濃度よりも高い、請求項１０記載の磁気記憶装置。
【請求項１２】
第１化合物領域をさらに備え、
前記第２領域は、第２金属を含み、
前記第１化合物領域は、前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含み、
前記第１非磁性層から前記第１化合物領域への方向は、前記第２方向に沿う、請求項１０または１１に記載の磁気記憶装置。
【請求項１３】
前記第２金属は、Ｈｆを含む、請求項１２記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記憶装置において、安定した動作が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−９８４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定した動作が可能な磁気記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、磁気記憶装置は、導電部材、第１磁性層、第１対向磁性層及び第１非磁性層を含む。前記導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。前記第１対向磁性層は、前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられる。前記第３部分は、第１位置と、前記第１方向において前記第１位置と前記第１対向磁性層との間の第２位置と、を含む。前記第２位置におけるホウ素の第２濃度は、前記第１位置におけるホウ素の第１濃度よりも低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
【図４】図４は、磁気記憶装置の特性を例示するグラフ図である。
【図５】図５は、磁気記憶装置における電気抵抗の異常の発生を例示するグラフ図である。
【図６】図６は、分析結果を例示するグラフ図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｄ）は、実験結果を例示する写真像である。
【図８】図８は、分析結果を例示するグラフ図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、実験結果を例示する写真像である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１２】図１２は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１に示すように、磁気記憶装置１１０は、導電部材２０、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｃ、及び、第１非磁性層１１ｎを含む。磁気記憶装置１１０は、制御部７０をさらに含んでも良い。
【０００９】
導電部材２０は、第１部分２０ａ、第２部分２０ｂ及び第３部分２０ｃを含む。第３部分２０ｃは、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの間に設けられる。
【００１０】
第１対向磁性層１１ｃは、第１方向において、第３部分２０ｃと第１磁性層１１との間に設けられる。第１方向は、第２方向と交差する。第２方向は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂに向かう方向である。
【００１１】
第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向に対応する。
【００１２】
第１非磁性層１１ｎは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｃとの間に設けられる。第１非磁性層１１ｎは、例えば、ＭｇＯなどを含む。
【００１３】
第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｃ及び第１非磁性層１１ｎは、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第１積層体ＳＢ１は、１つの磁気素子である。
【００１４】
制御部７０は、例えば、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂと電気的に接続される。例えば、制御部７０は、制御回路７５を含む。例えば、第１配線７０ａにより、制御回路７５と第１部分２０ａとが互いに電気的に接続される。例えば、第１配線７０ｂにより、制御回路７５と第２部分２０ｂとが互いに電気的に接続される。例えば、スイッチＳｗＳ１が、制御回路７５と導電部材２０との間の電流経路に設けられても良い。スイッチＳｗＳ１は、制御部７０に含まれても良い。
【００１５】
例えば、制御部は、第１動作及び第２動作を実施する。第１動作において、制御部７０は、第１部分２０ａから第２部分２０ｂへの第１電流Ｉｗ１を導電部材２０に供給する。第２動作において、制御部７０は、第２部分２０ｂから第１部分２０ａへの第２電流Ｉｗ２を導電部材２０に供給する。
【００１６】
このような動作により、第１積層体ＳＢ１において、異なる電気抵抗が得られる。電気抵抗の変化は、例えば、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｃとの間の抵抗の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂの一方と、第１磁性層１１との間の抵抗の変化に対応しても良い。電気抵抗の変化は、例えば、第１磁性層１１と、導電部材２０、との間の電気抵抗に対応しても良い。
【００１７】
例えば、第１電流Ｉｗ１が流れたときの第１電気抵抗は、第２電流Ｉｗ２が流れたときの第２電気抵抗とは異なる。
【００１８】
１つの例において、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭの向きは、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きよりも変化し易い。例えば、第１対向磁性層１１ｃは、磁化自由層であり、第１磁性層１１は参照層である。例えば、第１電流Ｉｗ１により、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭは、１つの向きに制御される。例えば、第２電流Ｉｗ２により、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭは、別の向きに制御される。このように、磁化１１ｃＭの向きが、異なる複数の向きに制御される。これにより、互いに異なる複数の電気抵抗が得られる。複数の電気抵抗は、磁気記憶装置１１０において記憶される複数の記憶状態に対応する。
【００１９】
第１積層体ＳＢ１は、例えば、１つのメモリセルＭＣに対応しても良い。
【００２０】
例えば、制御部７０の制御回路７５は、第１磁性層１１と電気的に接続されても良い。制御回路７５と第１磁性層１１との間の経路（例えば配線７０ｃ）にスイッチＳｗ１が設けられても良い。例えば、制御部７０により、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗が検出されても良い。例えば、制御部７０により、第１磁性層１１の電位が制御され、第１積層体ＳＢ１の選択または非選択が制御されても良い。
【００２１】
図１に示すように、導電部材２０は、第１領域２１及び第２領域２２などの複数の領域を含んでも良い。第２領域２２は、Ｚ軸方向において、第１領域２１と第１対向磁性層１１ｃとの間に設けられる。例えば、第２領域２２は、第１対向磁性層１１ｃと物理的に接しても良い。
【００２２】
例えば、第１領域２１は、第１金属を含む。第１金属は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１領域２１は、例えば、第１対向磁性層１１ｃに磁気的な作用を与える。磁気的な作用は、例えば、スピンホール効果を含む。
【００２３】
第２領域２２は、例えば、第２金属を含む。第２金属は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２領域２２は、例えば、第１対向磁性層１１ｃの特性（例えば結晶性など）を制御する。第２金属は、第１金属と同じでも良い。第２領域２２が、第１対向磁性層１１ｃに磁気的な作用を与えても良い。
【００２４】
図２は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。  
図２に示すように、導電部材２０は、第１領域２１及び第２領域２２に加えて、第３領域２３をさらに含んでも良い。Ｚ軸方向において、第１対向磁性層１１ｃと第３領域２３との間に第２領域２２が設けられる。Ｚ軸方向において、第２領域２２と第３領域２３との間に第１領域２１が設けられる。
【００２５】
第３領域２３は、例えば、第３金属を含む。第３金属は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３金属は、第１金属や第２金属と同じでも良い。第３領域２３により、例えば、導電部材２０の電気抵抗が低くなる。第３領域２３により、例えば、第１領域２１の平坦性が向上する。第３領域２３により、例えば、第２領域２２の平坦性が向上する。例えば、安定した導電部材２０が得られる。
【００２６】
図２に示すように、第１磁性層１１は、第１磁性膜１１ａ、第２磁性膜１１ｂ及び中間膜１１ｍを含んでも良い。第１磁性膜１１ａは、第２磁性膜１１ｂと第１非磁性層１１ｎとの間に設けられる。中間膜１１ｍは、第１磁性膜１１ａと第２磁性膜１１ｂとの間に設けられる。中間膜１１ｍは、例えば、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１磁性層１１は、反強磁性結合構造を有しても良い。
【００２７】
図２に示すように、電極１１ｅ及び磁性部１１ｐが設けられても良い。電極１１ｅと第１非磁性層１１ｎとの間に第１磁性層１１が設けられる。第１磁性層１１と電極１１ｅとの間に磁性部１１ｐが設けられる。磁性部１１ｐは、例えば、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、磁性部１１ｐは、第１磁性層１１の磁化１１Ｍを制御する。
【００２８】
第１対向磁性層１１ｃの厚さｔｍ２は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第１領域２１の厚さｔ１は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２領域２２の厚さｔ２は、例えば、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である。第３領域２３の厚さｔ３は、例えば、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００２９】
図３は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。  
図３に示すように、導電部材２０は、基体２０ｓに設けられても良い。例えば、基体２０ｓの上に、導電部材２０の第１領域２１が設けられても良い。第１領域２１の上に、第２領域２２が設けられても良い。第３領域２３（図２参照）が設けられる場合、第３領域２３は、基体２０ｓと第１領域２１との間に設けられる。
【００３０】
図３に示すように、磁気記憶装置１１０は、第１化合物領域４１ａをさらに含んでも良い。第１化合物領域４１ａは、例えば、第２領域２２に含まれる第２金属（例えばＨｆなど）と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む。第１化合物領域４１ａは、例えば、Ｈｆ及び酸素を含む。第１化合物領域４１ａは、第２金属及び酸素を含む化合物を含む。第１化合物領域４１ａは、さらにホウ素（Ｂ）を含んでも良い。第１化合物領域４１ａは、さらに、第１金属を含んでも良い。第１化合物領域４１ａは、さらに、第１金属及びホウ素（Ｂ）を含んでも良い。
【００３１】
第１非磁性層１１ｎから第１化合物領域４１ａへの方向は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う。この例では、第１対向磁性層１１ｃから第１化合物領域４１ａへの方向は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う。第１磁性層１１から第１化合物領域４１ａへの方向は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う。
【００３２】
磁気記憶装置１１０は、第２化合物領域４１ｂをさらに含んでも良い。第２化合物領域４１ｂは、第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む。第２化合物領域４１ｂは、例えば、Ｈｆ及び酸素を含む。第２化合物領域４１ｂは、第２金属及び酸素を含む化合物を含む。第２化合物領域４１ｂは、さらに第１金属を含んでも良い。第２化合物領域４１ｂは、さらに、第１金属及びホウ素（Ｂ）を含んでも良い。
【００３３】
第１非磁性層１１ｎは、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１化合物領域４１ａと第２化合物領域４１ｂとの間に設けられる。第１対向磁性層１１ｃは、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１化合物領域４１ａと第２化合物領域４１ｂとの間に設けられても良い。第１磁性層１１は、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１化合物領域４１ａと第２化合物領域４１ｂとの間に設けられてもよい。
【００３４】
実施形態において、導電部材２０の第３領域２３（図２参照）が設けられ、さらに、第１化合物領域４１ａ及び第２化合物領域４１ｂが設けられても良い。
【００３５】
磁気記憶装置１１０は、例えば、以下のようにして形成される。例えば、基体２０ｓの上に、導電部材２０が設けられる。導電部材２０の上に、第１対向磁性層１１ｃとなる膜、第１非磁性層１１ｎとなる膜、及び、第１磁性層１１となる膜が形成される。この後、これらの膜が加工される。この加工により、第１積層体ＳＢ１が得られる。
【００３６】
この加工により、導電部材２０の表面が露出する。この際、導電部材２０の第２領域２２に含まれる元素の一部が、第１積層体ＳＢ１の側面に付着する場合がある。この付着物は、第２領域２２に含まれる第２金属（例えばＨｆ）の化合物を含む。化合物は、酸化物、窒化物、または酸窒化物を含む。この化合物は、第２金属を含む。このような付着物が、第１化合物領域４１ａ及び第２化合物領域４１ｂなどに対応する。
【００３７】
この付着物が安定した絶縁物である場合は、第１積層体ＳＢ１において、適切な動作が維持される。しかし、付着物において絶縁性が不十分な場合、第１積層体ＳＢ１において、適切な動作が得難い場合がある。例えば、付着物は、第１積層体ＳＢ１における電気抵抗の異常（例えばショート）などの原因となる。付着物は、製造工程において、歩留まりに影響を与える場合がある。
【００３８】
本願発明者は、このような加工工程において、導電部材２０の材料が、電気抵抗の異常に影響を与えることを見いだした。
【００３９】
以下、磁気記憶装置に関しての実験結果の例について説明する。  
以下に説明する試料のそれぞれにおいて、基板の上に、導電部材２０、第１対向磁性層１１ｃ、第１非磁性層１１ｎ及び第１磁性層１１がこの順で設けられる。第１非磁性層１１ｎは、ＭｇＯ膜（厚さは、１．６ｎｍ）である。第１磁性層１１は、第１磁性膜１１ａ、中間膜１１ｍ、及び、第２磁性膜１１ｂを含む。第１磁性膜１１ａは、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜（厚さは、１．８ｎｍ）である。中間膜１１ｍは、Ｒｕ膜（厚さは、０．８ｎｍ）である。第２磁性膜１１ｂは、Ｃｏ５０Ｆｅ５０膜（厚さは、１．８ｎｍ）である。
【００４０】
以下、第１〜第４試料に関して、第１対向磁性層１１ｃ及び導電部材２０の構成について説明する。
【００４１】
第１試料においては、導電部材２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第１試料においては、第１対向磁性層１１ｃとなる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜（厚さは１．７ｎｍ）である。第２領域２２となる膜は、Ｈｆ５０Ｂ５０膜（厚さは１ｎｍ）である。第１領域２１となる膜は、Ｔａ５０Ｂ５０膜（厚さは３ｎｍ）である。このように、第１試料となる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｈｆ５０Ｂ５０／Ｔａ５０Ｂ５０の構成を有する。
【００４２】
第２〜第４試料においては、導電部材２０は、第１領域２１、第２領域２２及び第３領域２３を含む。
【００４３】
第２試料においては、第１対向磁性層１１ｃとなる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜（厚さは１．７ｎｍ）である。第２領域２２となる膜は、Ｈｆ５０Ｂ５０膜（厚さは１ｎｍ）である。第１領域２１となる膜は、Ｔａ５０Ｂ５０膜（厚さは３ｎｍ）である。第３領域２３となる膜は、Ｔａ膜（厚さは５ｎｍ）である。このように、第２試料となる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｈｆ５０Ｂ５０／Ｔａ５０Ｂ５０／Ｔａの構成を有する。
【００４４】
第３試料においては、導電部材２０は、第１領域２１及び第２領域２２を含む。第１対向磁性層１１ｃとなる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜（厚さは１．５ｎｍ）である。第３試料においては、第２領域２２となる膜は、Ｔａ５０Ｂ５０膜（厚さは３ｎｍ）である。第１領域２１となる膜は、Ｔａ膜（厚さは１ｎｍ）である。このように、第３試料となる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｔａ５０Ｂ５０／Ｔａの構成を有する。第３試料においては、第２領域２２となる膜におけるホウ素の濃度は、第１領域２１となる膜におけるホウ素の濃度よりも高い。
【００４５】
第４試料においては、第１対向磁性層１１ｃとなる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜（厚さは１．２５ｎｍ）である。第４試料においては、導電部材２０となる膜は、Ｔａ膜（厚さは、５ｎｍ）である。このように、第４試料となる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｔａの構成を有する。導電部材２０となる膜は、Ｂを含まない。
【００４６】
上記の各種の膜が、室温（約２５℃）において、スパッタリングにより形成され、その後、熱処理が行われる。熱処理の条件は、例えば、３００℃の温度で１時間である。その後、イオンミリングにより、上記の膜を含む積層膜が加工され、第１積層体ＳＢ１が得られる。
【００４７】
これらの試料について、第１対向磁性層１１ｃの反転特性が評価される。
【００４８】
図４は、磁気記憶装置の特性を例示するグラフ図である。  
図４は、磁気記憶装置における書き込み効率を例示している。図４の横軸は、第１パラメータＰ１（×１０−４、任意単位）である。第１パラメータＰ１は、第１対向磁性層１１ｃの飽和磁化と厚さとの積（Ｍｓｔ）と、第１対向磁性層１１ｃにおける実効的な垂直異方性磁界Ｈｋ＿ｅｆｆと、の積の１／２である。第１パラメータＰ１は、第１対向磁性層１１ｃにおける磁化反転エネルギーに相当する。図４の縦軸は、書き込み効率に関する第２パラメータＰ２（×１０−６、任意単位）である。第２パラメータＰ２は、「Ｉｓｗ／Δ」と表記される。第２パラメータＰ２は、単位リテンションエネルギーΔ当たりの第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭの向きの変化のための反転電流Ｉｓｗに対応する。図４において、同じ第１パラメータＰ１（横軸）の値について、第２パラメータＰ２（縦軸）の値が小さいときに、書き込み効率は、高い。第１パラメータＰ１と第２パラメータＰ２との関係は、図４のグラフの原点を通る。図４において、第１パラメータＰ１に対する第２パラメータＰ２の傾きが低いときに、書き込み効率は、高い。
【００４９】
図４に示すように、第４試料ＳＰ４においては、書き込み効率が低い。第３試料ＳＰ３においては、第２パラメータＰ２が高い。第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２においては、第２パラメータＰ２は、第３試料ＳＰ３と第４試料ＳＰ４との間である。
【００５０】
図４から分かるように、導電部材２０がホウ素を含む試料（第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３）において、高い書き込み効率が得られる。例えば、導電部材２０がホウ素を含まない第４試料ＳＰ４においては、第１対向磁性層１１ｃからホウ素が導電部材２０に向けて移動し、第１対向磁性層１１ｃにおけるホウ素の濃度が過度に低くなると考えられる。第１対向磁性層１１ｃにおいてホウ素の濃度が過度に低くなると、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭが反転し難くなる。一方、例えば、導電部材２０がホウ素を含まない場合、ホウ素を含む場合に比べて、スピンホール効果が小さい。導電部材２０のスピンホール効果が小さいと、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭが反転するために必要な電流量が大きくなる。これらのことが、第４試料ＳＰ４において、書き込み効率が低い原因であると、考えられる。
【００５１】
これに対して、第１〜第３試料ＳＰ１〜ＳＰ３においては、導電部材２０がホウ素を含む。これにより、例えば、第１対向磁性層１１ｃから導電部材２０へのホウ素の移動が抑制され、これにより、第１対向磁性層１１ｃにおいて高いホウ素の濃度が維持されると考えられる。これにより、第１非磁性層の磁化１１ｃＭの向きの反転のし易さが維持され、高い書き込み効率が得られると、考えられる。例えば、導電部材２０がホウ素を含むため、スピンホール効果が大きい。導電部材２０のスピンホール効果が大きいと、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭが反転するために必要な電流量が小さくなる。これにより、高い書き込み効率が得られる。
【００５２】
第３試料ＳＰ３においては、第２領域２２となる膜（Ｔａ５０Ｂ５０膜）におけるホウ素の濃度は、第１領域２１となる膜（Ｔａ膜）におけるホウ素の濃度よりも高い。このような第３試料ＳＰ３において、特に高い書き込み効率が得られると考えられる。
【００５３】
さらに、これらの試料について、複数の素子が作製され、第１磁性層１１と導電部材２０との間の電気抵抗が評価される。測定された電気抵抗が、基準値よりも低く、異常である場合、ショートの発生と判断される。複数の素子における電気抵抗の異常の発生率が求められる。
【００５４】
図５は、磁気記憶装置における電気抵抗の異常の発生を例示するグラフ図である。  
図５の縦軸は、試料のそれぞれにおける電気抵抗の異常の発生率Ｐ３である。
【００５５】
図５に示すように、第４試料ＳＰ４においては、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３が高い。第４試料ＳＰ４においては、導電部材２０は、Ｔａである。第１積層体ＳＢ１の側面への付着物は、タンタル及び酸素を含むと考えられる。第４試料ＳＰ４における付着物が不安定で、絶縁性が比較的低いことが、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３が高いことの原因ではないかと考えられる。
【００５６】
図５に示すように、第３試料ＳＰ３においては、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３は、第４試料ＳＰ４よりも低い。第３試料ＳＰ３においては、導電部材２０の第２領域２２は、Ｔａ及びホウ素を含む。導電部材２０の第２領域２２がホウ素を含むことで、第１積層体ＳＢ１の側面への付着物において、酸化の程度が高いと考えられる。このため、付着物の絶縁性が、ホウ素を含まない場合（第４試料ＳＰ４）よりも高くなると考えられる。このことが、第３試料ＳＰ３において第４試料ＳＰ４と比べて電気抵抗の異常の発生率Ｐ３が低くなることの原因ではないかと考えられる。
【００５７】
図５に示すように、第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２においては、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３が非常に低い。これらの試料において、導電部材２０の第２領域２２は、Ｈｆを含む。第１積層体ＳＢ１の側面への付着物は、Ｈｆ及び酸素を含むと考えられる。これらの試料においては、Ｈｆ及び酸素を含む化合物が安定して生成されると考えられる。このような化合物を含む付着物が安定であり、絶縁性が高いことが、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３が非常に低いことの原因ではないかと考えられる。
【００５８】
以下、上記の試料についてのＥＥＬＳ（Electron Energy Loss Spectroscopy）分析の結果の例について説明する。以下のグラフにおいて、横軸は、深さ方向（Ｚ軸方向）の位置ｐＺである。図６の縦軸は、検出強度Ｉｎｔ（任意単位）である。
【００５９】
図６は、分析結果を例示するグラフ図である。  
図６は、上記の第１試料ＳＰ１のＥＥＬＳ分析の結果を例示している。図６には、Ｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｈｆ及びＴａの検出強度が示されている。
【００６０】
図６中の右側において、Ｔａの検出強度Ｉｎｔが高い領域がある。この領域は、第１領域２１に対応する。その左に、Ｈｆの検出強度Ｉｎｔが高い領域がある。この領域は、第２領域２２に対応する。その左に、Ｆｅ及びＣｏの強度が高い領域がある。この領域は、第１対向磁性層１１ｃに対応する。
【００６１】
図６に示すように、第１試料ＳＰ１におけるホウ素（Ｂ）の濃度のプロファイルは、特殊な特性を示すことが分かった。すなわち、膜の形成時には、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜におけるホウ素の組成比は、２０％であり、比較的低く、Ｈｆ５０Ｂ５０膜におけるホウ素の組成比は、５０％と比較的高い。そして、Ｔａ５０Ｂ５０膜におけるホウ素の組成比は、５０％と比較的高い。
【００６２】
これに対して、図６に示すように、ホウ素の検出強度Ｉｎｔは、第２領域２２に対応する位置（Ｈｆ５０Ｂ５０膜に対応する位置）で、低い。
【００６３】
例えば、図６に示すように、導電部材２０の第３部分２０ｃは、第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を含む。第２位置ｐ２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１位置ｐ１と第１対向磁性層１１ｃとの間にある。
【００６４】
第２位置ｐ２におけるホウ素の第２濃度は、第１位置ｐ１におけるホウ素の第１濃度よりも低い。
【００６５】
第２位置ｐ２は、第２金属を含む。この例では、第２金属は、Ｈｆを含む。第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を通る方向（分析方向であり、Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃにおける第２金属（Ｈｆ）の濃度は、第２位置ｐ２においてピークとなる。
【００６６】
一方、第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を通るこの方向（分析方向であり、Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃにおける第１金属の濃度は、第１位置ｐ１においてピークとなる。
【００６７】
第１位置ｐ１は、第１金属を含む。この例では、第１金属は、Ｔａを含む。第１位置ｐ１におけるホウ素の濃度（第１濃度）は、第２濃度よりも高い。
【００６８】
このように、例えば、第２金属（例えばＨｆ）がピークとなる第２位置ｐ２におけるホウ素の濃度（第２濃度）は、第１金属（例えばＴａ）がピークとなる第１位置ｐ１におけるホウ素の濃度（第１濃度）よりも低い。
【００６９】
一方、第１対向磁性層１１ｃは、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素と、ホウ素と、を含む。この例では、第１元素は、Ｆｅ及びＣｏである。
【００７０】
図６に示すように、第１対向磁性層１１ｃは、第１元素ピーク位置ｅｐ１を含む。第１対向磁性層１１ｃにおいて、第１元素（Ｆｅ及びＣｏ）の濃度は、第１元素ピーク位置ｅｐ１でピークとなる。この第１元素ピーク位置ｅｐ１におけるホウ素の濃度は、第２位置ｐ２における第２濃度よりも高い。
【００７１】
第１試料ＳＰ１におけるホウ素の濃度のプロファイルにおいて、第１元素ピーク位置ｅｐ１におけるホウ素の濃度が第２位置ｐ２における第２濃度よりも高い。このことから、第２位置ｐ２（第２領域２２）に含まれるホウ素が、第１対向磁性層１１ｃに移動したと考えられる。
【００７２】
第１対向磁性層１１ｃにおけるホウ素の濃度が高くなることで、第１対向磁性層１１ｃにおいて非結晶性が高まると考えられる。これにより、第１対向磁性層１１ｃの磁化１１ｃＭが変化し易くなると考えられる。第１対向磁性層１１ｃにおける非結晶性が高まると、その上の第１非磁性層１１ｎ（例えばＭｇＯ膜）において、結晶性が向上する。その結果、例えば、安定した磁気抵抗比が得られる。例えば、第１磁性層１１の結晶性が向上し、第１磁性層１１における磁気的特性が向上すると考えられる。
【００７３】
第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素は、第１対向磁性層１１ｃを非結晶化させるために必要な低い組成比で良いと考えられる。または、第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素は、第２領域２２を非結晶化させるために必要な低い組成比で良いと考えられる。第２位置ｐ２に対応する第２領域２２のための膜（この例ではＨｆ５０Ｂ５０膜）におけるホウ素の組成比を高くしても、熱処理により、ホウ素は第１対向磁性層１１ｃに向けて移動し、結果として、第２位置ｐ２におけるホウ素の濃度（第２濃度）は、低くなり易い。例えば、第２濃度は、第１対向磁性層１１ｃから第１領域２１までの間で、局所的な最低値となる。
【００７４】
第２位置ｐ２（第２領域２２）のホウ素は、第１位置ｐ１（第１領域２１）にさらに移動しても良い。例えば、第２位置ｐ２に含まれる第２金属（この例では、Ｈｆ）とホウ素との親和性が、第１位置ｐ１に含まれる第１金属（この例ではＴａ）とホウ素との親和性よりも低い場合に、第２位置ｐ２（第２領域２２）のホウ素は、第１位置ｐ１（第１領域２１）に移動し易い。
【００７５】
第２位置ｐ２（第２領域２２）において、ホウ素の濃度が過度に高いと、上記の付着物の絶縁性が不十分になりやすいと考えられる。第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）を適度に低くすることで、付着物において安定した絶縁性が得られると考えられる。図５に例示した第１試料ＳＰ１及び第２試料ＳＰ２においては、第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）が、適度に低く制御されている。メモリセルＭＣ（第１積層体ＳＢ１）を小さくしても、安定した動作が得やすくなる。
【００７６】
一方、第２領域２２としてホウ素を含まない膜を形成した場合は、ホウ素の拡散などにより、第１対向磁性層１１ｃにおけるホウ素の濃度が過度に低くなる。このため、第１対向磁性層１１ｃにおいて結晶性が高くなり、所望の特性（例えば、高い書き込み効率）が得にくくなる。このため、第２領域２２としてホウ素を含む膜を用いることが好ましい。
【００７７】
さらに、第１位置ｐ１（第１領域２１）におけるホウ素の濃度（第１濃度）が、第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも高いことが好ましい。これにより、第１領域２１が均質化し、平坦性が向上する。これにより、高いスピンホール効果が得られ、書き込み効率が向上する。第１位置ｐ１（第１領域２１）におけるホウ素の濃度（第１濃度）は、第２位置ｐ２（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）以上でも良い。
【００７８】
このように、実施形態においては、第２位置ｐ２におけるホウ素の第２濃度は、第１位置ｐ１におけるホウ素の第１濃度よりも低い。これにより、電気抵抗の異常の発生率Ｐ３を低くできる（図５参照）。第２位置ｐ２におけるホウ素の第２濃度は、第１位置ｐ１におけるホウ素の第１濃度以下でも良い。
【００７９】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、実験結果を例示する写真像である。  
これらの図は、第１試料ＳＰ１に関するＥＥＬＳ像である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、ホウ素（Ｂ）、Ｆｅ、Ｈｆ及びＴａに対応する。これらの図のそれぞれにおいて、明るい領域は、これらの元素のそれぞれの濃度が高い領域に対応する。これらの図から分かるように、Ｆｅを含む領域（第１対向磁性層１１ｃ）の一部において、ホウ素の濃度が高い。Ｈｆを含む領域（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）は、Ｔａを含む領域（第１領域２１）におけるホウ素の濃度（第１濃度）よりも低い。
【００８０】
図８は、分析結果を例示するグラフ図である。  
図８は、第２試料ＳＰ２のＥＥＬＳ分析の結果を例示している。図８には、Ｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｈｆ及びＴａの検出強度が示されている。
【００８１】
図８に示すように、第３部分２０ｃは、第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を含む。第２位置ｐ２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１位置ｐ１と第１対向磁性層１１ｃとの間にある。第２試料ＳＰ２においても、第２位置ｐ２におけるホウ素の第２濃度は、第１位置ｐ１におけるホウ素の第１濃度よりも低い。
【００８２】
第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２を通る方向（Ｚ軸方向）において、第３部分２０ｃにおける第２金属（この例では、Ｈｆ）の濃度は、第２位置ｐ２においてピークとなる。
【００８３】
この場合も、第１対向磁性層１１ｃは、第１元素（Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つ）と、ホウ素と、を含む。第１対向磁性層１１ｃにおいて、第１元素の濃度は、第１元素ピーク位置ｅｐ１においてピークとなる。この第１元素ピーク位置ｅｐ１におけるホウ素の濃度は、第２位置ｐ２におけるホウ素の濃度（第２濃度）よりも高い。
【００８４】
これにより、例えば、第１対向磁性層１１ｃの非結晶性が高まる。例えば、加工において生じる付着部の絶縁性を高めることができる。例えば、第１領域２１における均一性が向上し、平坦性が向上する。
【００８５】
第３部分２０ｃは、第１位置ｐ１及び第２位置ｐ２に加えて、第３金属を含む第３位置ｐ３をさらに含む。第１位置ｐ１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２位置ｐ２と第３位置ｐ３との間にある。既に説明したように、第３金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００８６】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、実験結果を例示する写真像である。  
これらの図は、第２試料ＳＰ２に関するＥＥＬＳ像である。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、それぞれ、ホウ素（Ｂ）、Ｆｅ、Ｈｆ及びＴａに対応する。これらの図から分かるように、Ｆｅを含む領域（第１対向磁性層１１ｃ）の一部において、ホウ素の濃度が高い。Ｈｆを含む領域（第２領域２２）におけるホウ素の濃度（第２濃度）は、Ｔａを含む領域（第１領域２１）におけるホウ素の濃度（第１濃度）よりも低い。
【００８７】
既に説明したように、第２試料ＳＰ２となる膜は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０／Ｈｆ５０Ｂ５０／Ｔａ５０Ｂ５０／Ｔａの構成を有する。この場合、第２領域２２となる膜は、Ｈｆ５０Ｂ５０膜であり、第１領域２１となる膜は、Ｔａ５０Ｂ５０膜であり、第３領域２３となる膜は、Ｔａ膜である。実施形態において、このような３つの膜が設けられる場合、第１領域２１となる膜におけるＢの濃度は、第２領域２２となる膜におけるＢの濃度よりも高くても良い。例えば、第２領域２２におけるホウ素の第２濃度は、第１領域２１におけるホウ素の第１濃度以下でも良い。例えば、第１対向磁性層１１ｃの少なくとも一部におけるホウ素の濃度は、第２濃度（第２領域２２におけるホウ素の濃度）よりも高くても良い。
【００８８】
例えば、第２領域２２におけるホウ素の第２濃度が、第１領域２１におけるホウ素の第１濃度と同じ場合において、ホウ素の移動などにより、第２位置ｐ２におけるホウ素の第２濃度は、第１位置ｐ１におけるホウ素の第１濃度よりも低くなっても良い。
【００８９】
本実施形態において、第１磁性層１１のＹ軸方向の長さＬｙ（図１参照）は、第１磁性層１１のＸ軸方向の長さＬｘ（図１参照）よりも長くても良い。例えば、形状異方性により、第１磁性層１１の磁化１１Ｍが所望の向きに固定されやすくなる。
【００９０】
実施形態に係る１つの例において、第２領域２２は、ＨｆＢ、ＨｆＴａＢ及びＨｆＷＢよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。実施形態に係る１つの例において、第１領域２１は、ＨｆＢ、ＴａＢ、ＷＢ、ＨｆＴａＢ、ＨｆＷＢ及びＴａＷＢよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００９１】
本実施形態において、制御部７０は、以下の第１動作及び及び第２動作を少なくとも実施しても良い。既に説明したように、制御部７０は、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂと電気的に接続される（図１参照）。制御部７０は、第１動作において、第１部分２０ａから第２部分２０ｂへの第１電流Ｉｗ１を導電部材２０に供給する。制御部７０は、第２動作において、第２部分２０ｂから第１部分２０ａへの第２電流Ｉｗ２を導電部材２０に供給する。
【００９２】
既に説明したように、制御部７０は、第１磁性層１１とさらに電気的に接続されても良い。制御部７０は、後述する第３動作及び第４動作をさらに実施しても良い。制御部７０は、上記の第１動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第１電圧Ｖ１（図１参照）とする。制御部７０は、上記の第２動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第１電圧Ｖ１とする。電圧は、例えば、第１部分２０ａの電位Ｖ０を規準にした電圧である。
【００９３】
制御部７０は、第３動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２（図１参照）とし、第１電流Ｉｗ１を導電部材２０に供給する。制御部７０は、第４動作において、第１部分２０ａと第１磁性層１１との間の電位差を第２電圧Ｖ２とし、第２電流Ｉｗ２を導電部材２０に供給する。
【００９４】
第１電圧Ｖ１は、第２電圧Ｖ２とは異なる。第１動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第１電気抵抗は、第２動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第２電気抵抗とは異なる。第１電圧Ｖ１は、例えば、選択電位である。
【００９５】
例えば、第３動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第３電気抵抗は、第３動作の前の電気抵抗と実質的に同じである。例えば、第４動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第４電気抵抗は、第４動作の前の電気抵抗と実質的に同じである。第２電圧Ｖ２は、例えば、非選択電位である。
【００９６】
例えば、第１電気抵抗と第２電気抵抗との差の絶対値は、第３動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第３電気抵抗と、第４動作後における第１磁性層１１と第１部分２０ａとの間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
【００９７】
第１動作及び第２動作により、情報の書き換え（例えば書き込み）が行われる。第３動作及び第４動作により、情報の書き換え（例えば書き込み）が行われない。
【００９８】
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１０に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２１０においては、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられる。そして、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）が設けられる。磁気記憶装置２１０におけるこれ以外の構成は、磁気記憶装置１１０と同様である。
【００９９】
複数の積層体は、導電部材２０に沿って並ぶ。例えば、第２積層体ＳＢ２は、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｃ及び第２非磁性層１２ｎを含む。第２磁性層１２は、導電部材２０の一部と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。第２対向磁性層１２ｃは、導電部材２０のその一部と、第２磁性層１２と、の間に設けられる。第２非磁性層１２ｎは、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｃとの間に設けられる。
【０１００】
例えば、第２磁性層１２は、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１磁性層１１から離れる。第２対向磁性層１２ｃは、第２方向において、第１対向磁性層１１ｃから離れる。第２非磁性層１２ｎは、第２方向において、第１非磁性層１１ｎから離れる。
【０１０１】
例えば、積層体ＳＢｘは、磁性層１１ｘ、対向磁性層１１ｃｘ及び非磁性層１１ｎｘを含む。磁性層１１ｘは、導電部材２０の別の一部と、第１方向（Ｚ軸方向）において離れる。対向磁性層１１ｃｘは、導電部材２０のその別の一部と、磁性層１１ｘと、の間に設けられる。非磁性層１１ｎｘは、磁性層１１ｘと対向磁性層１１ｃｘとの間に設けられる。
【０１０２】
例えば、第２磁性層１２の材料及び構成は、第１磁性層１１の材料及び構成と同じである。例えば、第２対向磁性層１２ｃの材料及び構成は、第１対向磁性層１１ｃの材料及び構成と同じである。例えば、第２非磁性層１２ｎの材料及び構成は、第１非磁性層１１ｎの材料及び構成と同じである。
【０１０３】
複数の積層体は、複数のメモリセルＭＣとして機能する。
【０１０４】
スイッチＳｗ１は、第１磁性層１１と電気的に接続される。スイッチＳｗ２は、第２磁性層１２と電気的に接続される。スイッチＳｗｘは、磁性層１１ｘと電気的に接続される。これらのスイッチは、制御部７０の制御回路７５と電気的に接続される。これらのスイッチにより、複数の積層体のいずれかが選択される。
【０１０５】
磁気記憶装置２１０の例においては、第２領域２２は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って延びる。複数の積層体の間に対応する領域において、第２領域２２が設けられなくても良い。
【０１０６】
（第３実施形態）  
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２２０は、導電部材２０、第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２を含む。既に説明したように、第１積層体ＳＢ１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｃ及び第１非磁性層１１ｎを含む。
【０１０７】
第２積層体ＳＢ２は、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｃ及び第２非磁性層１２ｎを含む。
【０１０８】
導電部材２０は、第１部分２０ａ、第２部分２０ｂ及び第３部分２０ｃに加えて、第４部分２０ｄ及び第５部分２０ｅをさらに含む。第２部分２０ｂは、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第３部分２０ｃと第４部分２０ｄとの間にある。第５部分２０ｅは、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）において、第２部分２０ｂと第４部分２０ｄとの間にある。第２対向磁性層１２ｃは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第５部分２０ｅと第２磁性層１２との間に設けられる。
【０１０９】
第２積層体ＳＢ２においても、導電部材２０を流れる電流により、第２対向磁性層１２ｃの磁化１２ｃＭの向きが制御される。一方、第２磁性層１２の磁化１２Ｍの向きは、実質的に固定される。第２積層体ＳＢ２の構成は、第１積層体ＳＢ１の構成と同様で良い。
【０１１０】
この例では、第１部分２０ａに第１端子Ｔ１が電気的に接続される。第２部分２０ｂに第３端子Ｔ３が電気的に接続される。第４部分２０ｄに第２端子Ｔ２が電気的に接続される。第１磁性層１１に第４端子Ｔ４が電気的に接続される。第２磁性層１２に第５端子Ｔ５が電気的に接続される。
【０１１１】
制御部７０（図１参照）は、第１〜第５端子Ｔ１〜Ｔ５と電気的に接続される。
【０１１２】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、制御部７０は、例えば、第１動作ＯＰ１及び第２動作ＯＰ２を実施する。
【０１１３】
図１１（ａ）に示すように、第１動作ＯＰ１において、制御部７０は、第１端子Ｔ１から第３端子Ｔ３に向けた第１電流Ｉ１、及び、第２端子Ｔ２から第３端子Ｔ３に向けた第２電流Ｉ２を供給する。
【０１１４】
図１１（ｂ）に示すように、第２動作ＯＰ２において、制御部７０は、第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１に向けた第３電流Ｉ３、及び、第３端子Ｔ３から第２端子Ｔ２に向けた第４電流Ｉ４を供給する。
【０１１５】
第１動作ＯＰ１により、２つの磁性素子（２つの積層体）の組みにおいて、１つの抵抗状態が得られる。第２動作ＯＰ２により、２つの磁性素子の組みにおいて、別の１つの抵抗状態が得られる。第１動作ＯＰ１は、例えば、「１」及び「０」の一方の書き込み動作に対応する。第２動作ＯＰ２は、例えば、「１」及び「０」の他方の書き込み動作に対応する。
【０１１６】
図１１（ｃ）に示すように、第３動作ＯＰ３において、制御部７０は、第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間（第１磁性層１１と第２磁性層１２との間）に電圧を印加し、第３端子Ｔ３（第２部分２０ｂ）の電位を検出する。複数の抵抗状態において、第３端子Ｔ３（第２部分２０ｂ）の電位が異なる。第３端子Ｔ３（第２部分２０ｂ）の電位を検出することで、複数の抵抗状態（複数の記憶状態）が検出できる。
【０１１７】
定電流を積層体（磁気抵抗素子）に供給して磁気抵抗素子の２つの磁性層の間の電圧（電位差）を測定する場合に比べて、上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、読み取り時の消費エネルギーを低減できる。上記の読み出し動作ＯＰ３においては、例えば、高速読み出しを行なうことができる。
【０１１８】
（第４実施形態）  
図１２は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。  
図１２に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置３１０においては、メモリセルアレイＭＣＡ、複数の第１配線（例えば、ワード線ＷＬ１及びＷＬ２など）、複数の第２配線（例えば、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２及びＢＬ３など）、及び、制御部７０が設けられる。複数の第１配線は、１つの方向に延びる。複数の第２配線は、別の１つの方向に延びる。制御部７０は、ワード線選択回路７０ＷＳ、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ、第２ビット線選択回路７０ＢＳｂと、第１書込み回路７０Ｗａ、第２書き込み回路７０Ｗｂ、第１読出し回路７０Ｒａ、及び、第２読出し回路７０Ｒｂを含む。メモリセルアレイＭＣＡにおいて、複数のメモリセルＭＣが、アレイ状に並ぶ。
【０１１９】
例えば、複数のメモリセルＭＣの１つに対応して、スイッチＳｗ１及びスイッチＳｗＳ１が設けられる。これらのスイッチは、複数のメモリセルＭＣの１つに含まれる、と見なしても良い。これらのスイッチは、制御部７０に含まれる、と見なしても良い。これらのスイッチは、例えば、トランジスタである。複数のメモリセルＭＣの１つは、例えば、積層体（例えば第１積層体ＳＢ１）を含む。
【０１２０】
図１０に関して説明したように、１つの導電部材２０に、複数の積層体（第１積層体ＳＢ１、第２積層体ＳＢ２及び積層体ＳＢｘなど）が設けられても良い。そして、複数の積層体に、複数のスイッチ（スイッチＳｗ１、スイッチＳｗ２及びスイッチＳｗｘなど）がそれぞれ設けられても良い。図１２においては、図を見やすくするために、１つの導電部材２０に１つに対応して、１つの積層体（積層体ＳＢ１など）と、１つのスイッチ（スイッチＳｗ１など）と、が描かれている。
【０１２１】
図１２に示すように、第１積層体ＳＢ１の一端は、導電部材２０に接続される。第１積層体ＳＢ１の他端は、スイッチＳｗ１のソース及びドレインの一方に接続される。スイッチＳｗ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ１に接続される。スイッチＳｗ１のゲートは、ワード線ＷＬ１に接続される。導電部材２０の一端（例えば第１部分２０ａ）は、スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの一方に接続される。導電部材２０の他端（例えば第２部分２０ｂ）は、ビット線ＢＬ３に接続される。スイッチＳｗＳ１のソース及びドレインの他方は、ビット線ＢＬ２に接続される。スイッチＳｗＳ１のゲートは、ワード線ＷＬ２に接続される。
【０１２２】
複数のメモリセルＭＣの他の１つにおいて、積層体ＳＢｎ、スイッチＳｗｎ及びスイッチＳｗＳｎが設けられる。
【０１２３】
メモリセルＭＣへの情報の書込み動作の例について説明する。  
書込みを行なう１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）のスイッチＳｗＳ１がオン状態とされる。例えば、オン状態は、この１つのスイッチＳｗＳ１のゲートが接続されたワード線ＷＬ２が、ハイレベルの電位に設定されて形成される。電位の設定は、ワード線選択回路７０ＷＳにより行われる。上記の１つのメモリセルＭＣ（選択メモリセル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択メモリセル）におけるスイッチＳｗＳ１もオン状態となる。メモリセルＭＣ（選択メモリセル）内のスイッチＳｗＳ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ１、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
【０１２４】
書込みを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ２及びＢＬ３に、書込み電流が供給される。書き込み電流の供給は、第１書込み回路７０Ｗａ及び第２書き込み回路７０Ｗｂによって行われる。書き込み電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。書込み電流によって、ＭＴＪ素子（第１積層体ＳＢ１など）の記憶層（第２磁性層１２など）の磁化方向が変化可能になる。第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方に向けて書込み電流が流れると、ＭＴＪ素子の記憶層の磁化方向が、上記とは反対方向に変化可能となる。このようにして、書込みが行われる。
【０１２５】
以下、メモリセルＭＣからの情報の読出し動作の例について説明する。  
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたワード線ＷＬ１がハイレベルの電位に設定される。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗ１がオン状態にされる。このとき、上記のメモリセルＭＣ（選択セル）を含む列の他のメモリセルＭＣ（非選択セル）におけるスイッチＳｗ１もオン状態となる。上記のメモリセルＭＣ（選択セル）内のスイッチＳｗＳ１のゲートに接続されるワード線ＷＬ２、及び、他の列に対応するワード線ＷＬ１及びＷＬ２は、ロウレベルの電位に設定される。
【０１２６】
読出しを行なうメモリセルＭＣ（選択セル）に接続されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３が、選択される。選択は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂにより行われる。この選択されたビット線ＢＬ１及びビット線ＢＬ３に、読出し電流が供給される。読み出し電流の供給は、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂにより行われる。読み出し電流は、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの一方から、第１ビット線選択回路７０ＢＳａ及び第２ビット線選択回路７０ＢＳｂの他方に向けて流れる。例えば、上記の選択されたビット線ＢＬ１及びＢＬ３の間の電圧が、第１読出し回路７０Ｒａ及び第２読み出し回路７０Ｒｂによって、検出される。例えば、ＭＴＪ素子の、記憶層（第２磁性層１２）の磁化と、参照層（第１磁性層１１）の磁化と、の間の差が検出される。差は、磁化の向きが互いに平行状態（同じ向き）か、または、互いに反平行状態（逆向き）か、を含む。このようにして、読出し動作が行われる。
【０１２７】
実施形態は、例えば、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。  
（構成１）  
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む導電部材と、
第１磁性層と、
前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１対向磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第３部分は、第１位置と、前記第１方向において前記第１位置と前記第１対向磁性層との間の第２位置と、を含み、
前記第２位置におけるホウ素の第２濃度は、前記第１位置におけるホウ素の第１濃度よりも低い、磁気記憶装置。
【０１２８】
（構成２）  
前記第１位置及び前記第２位置を通る方向において、前記第３部分における第２金属の濃度は、前記第２位置においてピークとなる、構成１記載の磁気記憶装置。
【０１２９】
（構成３）  
前記第２金属は、Ｈｆを含む、構成２記載の磁気記憶装置。
【０１３０】
（構成４）  
前記第２金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄを含む、構成２記載の磁気記憶装置。
【０１３１】
（構成５）  
前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む第１化合物領域をさらに備え、
前記第１非磁性層から前記第１化合物領域への方向は、前記第２方向に沿う、構成２〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【０１３２】
（構成６）  
前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む第２化合物領域をさらに備え、
前記第１非磁性層は、前記第２方向において、前記第１化合物領域と前記第２化合物領域との間に設けられた、構成５記載の磁気記憶装置。
【０１３３】
（構成７）  
前記第１位置及び前記第２位置を通る方向において、前記第３部分における第１金属の濃度は、前記第１位置においてピークとなる、構成１記載の磁気記憶装置。
【０１３４】
（構成８）  
前記第１金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成７記載の磁気記憶装置。
【０１３５】
（構成９）  
前記第３部分は、第３金属を含む第３位置をさらに含み、
前記第１位置は、前記第１方向において前記第２位置と前記第３位置との間にある、構成１〜８のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【０１３６】
（構成１０）  
前記第３金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む構成９記載の磁気記憶装置。
【０１３７】
（構成１１）  
前記第１対向磁性層は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素と、ホウ素と、を含み、
前記第１対向磁性層において、前記第１元素の濃度がピークとなる第１元素ピーク位置におけるホウ素の濃度は、前記第２濃度よりも高い、構成１〜１０のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【０１３８】
（構成１２）  
第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む導電部材と、
第１磁性層と、
前記第１部分から前記第２部分への第２方向と交差する第１方向において前記第３部分と前記第１磁性層との間に設けられた第１対向磁性層と、
前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第３部分は、第１領域と、前記第１方向において前記第１領域と前記第１対向磁性層との間の第２領域と、を含み、
前記第２領域におけるホウ素の第２濃度は、前記第１領域におけるホウ素の第１濃度以下である、磁気記憶装置。
【０１３９】
（構成１３）
前記第１対向磁性層の少なくとも一部におけるホウ素の濃度は、前記第２濃度よりも高い、構成１２記載の磁気記憶装置。
【０１４０】
（構成１４）  
第１化合物領域をさらに備え、
前記第２領域は、第２金属を含み、
前記第１化合物領域は、前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含み、
前記第１非磁性層から前記第１化合物領域への方向は、前記第２方向に沿う、構成１２または１３に記載の磁気記憶装置。
【０１４１】
（構成１５）  
前記第２金属と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む第２化合物領域をさらに備え、
前記第１非磁性層は、前記第２方向において、前記第１化合物領域と前記第２化合物領域との間に設けられた、構成１４記載の磁気記憶装置。
【０１４２】
（構成１６）  
前記第２金属は、Ｈｆを含む、構成１４または１５に記載の磁気記憶装置。
【０１４３】
（構成１７）  
前記第２金属は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＰｄを含む、構成１４または１５に記載の磁気記憶装置。
【０１４４】
（構成１８）  
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１部分及び前記第２部分と電気的に接続され、
前記制御部は、
前記第１部分から前記第２部分への第１電流を前記導電部材に供給する第１動作と、
前記第２部分から前記第１部分への第２電流を前記導電部材に供給する第２動作と、
を少なくとも実施する、構成１〜１７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【０１４５】
（構成１９）  
前記制御部は、
前記第１磁性層とさらに電気的に接続され、
前記制御部は、少なくとも第３動作及び第４動作をさらに実施し、
前記制御部は、
前記第１動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第１電圧とし、
前記第２動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第１電圧とし、
前記第３動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を第２電圧とし、前記第１電流を前記導電部材に供給し、
前記第４動作において、前記第１部分と前記第１磁性層との間の電位差を前記第２電圧とし、前記第２電流を前記導電部材に供給し、
前記第１電圧は、前記第２電圧とは異なり、
前記第１動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第１電気抵抗は、前記第２動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第２電気抵抗とは異なり、
前記第１電気抵抗と前記第２電気抵抗との差の絶対値は、前記第３動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第３電気抵抗と、前記第４動作後における前記第１磁性層と前記第１部分との間の第４電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい、構成１８記載の磁気記憶装置。
【０１４６】
（構成２０）  
第２磁性層と、
第２対向磁性層と、
第２非磁性層と、
制御部と、
をさらに備え、
前記導電部材は、第４部分及び第５部分をさらに含み、前記第２部分は、前記第２方向において前記第３部分と前記第４部分との間にあり、前記第５部分は、前記第２方向において前記第２部分と前記第４部分との間にあり、
前記第２対向磁性層は、前記第１方向において前記第５部分と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記第２非磁性層は、前記第２磁性層と前記第２対向磁性層との間に設けられ、
前記制御部は、前記第１部分、前記第２部分、前記第４部分、前記第１磁性層、及び、前記第２磁性層とさらに電気的に接続され、
第１動作において、前記制御部は、前記第１部分から前記第２部分に向けた第１電流、及び、前記第４部分から前記第２部分に向けた第２電流を供給し、
第２動作において、前記制御部は、前記第２部分から前記第１部分に向けた第３電流、及び、前記第２部分から前記第４部分に向けた第４電流を供給する、構成１〜１７のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
【０１４７】
（構成２１）  
第３動作において、前記制御部は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に電圧を印
加し、前記第２部分の電位を検出する、構成２０記載の磁気記憶装置。
【０１４８】
実施形態によれば、安定した動作が可能な磁気記憶装置が提供できる。
【０１４９】
本願明細書において、「第１材料／第２材料」の記載は、第２材料の上に第１材料が位置することを意味する。例えば、第２材料の層の上に第１材料の層が形成される。
【０１５０】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１５１】
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる磁性層、非磁性層、導電部材及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１５２】
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１５３】
本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１５４】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５６】
１１…第１磁性層、  １１Ｍ…磁化、  １１ａ…第１磁性膜、  １１ｂ…第２磁性膜、  １１ｃ…対向磁性層、  １１ｃＭ…磁化、  １１ｃｘ…対向磁性層、  １１ｅ…電極、  １１ｍ…中間膜、  １１ｎ…第１非磁性層、  １１ｎｘ…非磁性層、  １１ｐ…磁性部、  １１ｘ…磁性層、  １２…第２磁性層、  １２Ｍ…磁化、  １２ｃ…第２対向磁性層、  １２ｃＭ…磁化、  １２ｎ…第２非磁性層、  ２０…導電部材、  ２０ａ〜２０ｅ…第１〜第５部分、  ２０ｓ…基体、  ２１〜２３…第１〜第３領域、  ４１ａ、４１ｂ…第１、第２化合物領域、  ７０…制御部、  ７０ＢＳａ、７０ＢＳｂ…第１、第２ビット線選択回路、  ７０Ｒａ、７０Ｒｂ…第１、第２読出し回路、  ７０ＷＳ…ワード線選択回路、  ７０Ｗａ、７０Ｗｂ…第１、第２書き込み回路、  ７０ａ〜７０ｃ…配線、  ７５…制御回路、  １１０、２１０、２２０、３１０…磁気記憶装置、  ＢＬ１〜ＢＬ３…第１〜第３ビット線、  Ｉ１〜Ｉ４…第１〜第４電流、  Ｉｎｔ…検出強度、  Ｉｗ１、Ｉｗ２…第１、第２電流、  Ｌｘ、Ｌｙ…長さ、  ＭＣ…メモリセル、  ＭＣＡ…メモリセルアレイ、  ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３動作、  ＳＢ１、ＳＢ２…第１、第２積層体、  ＳＢｎ、ＳＢｘ…積層体、  Ｐ１…第１パラメータ、  Ｐ２…第２パラメータ、  Ｐ３…発生率、  ＳＰ１〜ＳＰ４…第１〜第４試料、  Ｓｗ１、Ｓｗ２、ＳｗＳ１、ＳｗＳｎ、Ｓｗｎ、Ｓｗｘ…スイッチ、  Ｔ１〜Ｔ５…第１〜第５端子、  Ｖ０…電位、  Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電圧、  ＷＬ１、ＷＬ２…第１、第２ワード線、  ｅｐ１…第１元素ピーク位置、  ｐ１、ｐ２…第１、第２位置、  ｐＺ…位置、  ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔｍ２…厚さ
【図１】
2020088223.tif 000003
【図２】
2020088223.tif 000004
【図３】
2020088223.tif 000005
【図４】
2020088223.tif 000006
【図５】
2020088223.tif 000007
【図６】
2020088223.tif 000008
【図７】
2020088223.tif 000009
【図８】
2020088223.tif 000010
【図９】
2020088223.tif 000011
【図１０】
2020088223.tif 000012
【図１１】
2020088223.tif 000013
【図１２】
2020088223.tif 000014