(57)【要約】【課題】スピン軌道トルク配線における熱の放熱を向上させたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を提供することである。【解決手段】本発明のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００は、磁化方向が固定された第１強磁性層１と、磁化方向が変化する第２強磁性層２と、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に位置する非磁性層３とが積層された機能部１０と、機能部１０の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、第２強磁性層２に接合されたスピン軌道トルク配線２０と、第１方向に延在すると共に、積層方向からの平面視においてスピン軌道トルク配線２０と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに積層方向において、スピン軌道トルク配線２０から、機能部１０の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層３０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された第１強磁性層と、磁化方向が変化する第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層とが積層された機能部と、
前記機能部の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、前記第２強磁性層に接合されたスピン軌道トルク配線と、
前記第１方向に延在すると共に、前記積層方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに前記積層方向において、スピン軌道トルク配線から、前記機能部の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層と、
を備えたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離をＴとし、前記スピン軌道トルク配線に接続するビアと前記機能部との前記積層方向に直交する面内の距離をＬV-Mとしたときに、前記距離Ｔと前記距離ＬV-Mの間に、T<ＬV-M／２、の関係を有する、請求項１に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記ヒートシンク層が、前記第１強磁性層の、前記非磁性層との接合面の反対側の面に接合されている、請求項１又は２のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記ヒートシンク層が、前記スピン軌道トルク配線を挟んで前記機能部が配置する側の反対側に配置する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記積層方向に延在すると共に、前記ヒートシンク層と接続し、さらに前記積層方向に直交する面に平行な方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との前記積層方向に直交する面に平行な方向の距離が、前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離よりも小さい、請求項５に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記サイドヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項５又は６のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク層との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記ヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記ヒートシンク層と前記スピン軌道トルク層との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備えていることを特徴とする磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、及び、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）を用いたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が磁気抵抗効果素子として知られている。一般に、ＴＭＲ素子は、ＧＭＲ素子と比較して素子抵抗が高く、磁気抵抗（ＭＲ）比が大きい。そのため、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）用の素子として、ＴＭＲ素子に注目が集まっている。
【０００３】
ＭＲＡＭは、絶縁層を挟む二つの強磁性層の互いの磁化の向きが変化するとＴＭＲ素子の素子抵抗が変化するという特性を利用してデータを読み書きする。ＭＲＡＭの書き込み方式としては、電流が作る磁場を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式や磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流して生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式が知られている。ＳＴＴを用いたＴＭＲ素子の磁化反転は、エネルギーの効率の視点から考えると効率的ではあるが、磁化反転をさせるための反転電流密度が高い。ＴＭＲ素子の耐久性を向上させるためには、この反転電流密度は低いことが好ましい。この点は、ＧＭＲ素子についても同様である。
【０００４】
そこで近年、ＳＴＴとは異なったメカニズムで、反転電流を低減する手段としてスピンホール効果により生成された純スピン流を利用した磁化反転に注目が集まっている（例えば、非特許文献１）。スピンホール効果によって生じた純スピン流は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を誘起し、ＳＯＴにより磁化反転を起こす。あるいは、異種材料の界面における界面ラシュバ効果によって生じた純スピン流でも同様のＳＯＴにより磁化反転を起こす。純スピン流は上向きスピンの電子と下向きスピン電子が同数で互いに逆向きに流れることで生み出されるものであり、電荷の流れは相殺されている。そのため磁気抵抗効果素子に流れる電流はゼロであり、反転電流密度の小さな磁気抵抗効果素子の実現が期待されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. Fukami, T. Anekawa, C. Zhang and H. Ohno, Nature Nano Tech (2016). DOI: 10.1038/NNANO.2016.29
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８に、ＳＯＴによる磁化反転を利用する磁気抵抗効果素子の一例について、スピン軌道トルク配線の長手方向に沿って切った断面模式図を示す。
図８に示す磁気抵抗効果素子１００Ａは、磁化固定層１と磁化自由層２とそれらの層に挟まる非磁性層３とを備える機能部１０と、スピン軌道トルク配線（ＳＯＴ配線）２０とを備える。符号５はビア、符号６は層間絶縁層である。機能部は非磁性層がトンネルバリアの場合、ＭＴＪに相当する。
【０００７】
図８に示すようなＳＯＴによる磁化反転を利用する磁気抵抗効果素子において、ＳＯＴ配線に電流を流すと、ジュール熱が発生するが、ＳＯＴ配線は薄く（目安を例示すると３〜５ｎｍ程度），周りを誘電体で囲まれているため、機能部やビアから遠いところは発生した熱がこもってしまう。
【０００８】
ＳＯＴによる磁化反転を利用する磁気抵抗効果素子において、現状では磁化反転のためにＳＯＴ配線に大きな電流を流す必要があるため、ジュール熱によるＳＯＴ配線の熔解やエレクトロマイグレーションによる断線が問題となる。
【０００９】
本発明は、スピン軌道トルク配線で発生した熱の放熱を向上させたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及びそれを複数備えた磁気メモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１１】
（１）本発明の第１の態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された第１強磁性層と、磁化方向が変化する第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層とが積層された機能部と、前記機能部の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、前記第２強磁性層に接合されたスピン軌道トルク配線と、前記第１方向に延在すると共に、前記積層方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに前記積層方向において、スピン軌道トルク配線から、前記機能部の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層と、を備えている。
【００１２】
（２）上記（１）に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離をＴとし、前記スピン軌道トルク配線に接続するビアと前記機能部との前記積層方向に直交する面内の距離をＬV-Mとしたときに、前記距離Ｔと前記距離ＬV-Mの間に、T<ＬV-M／２、の関係を有してもよい。
【００１３】
（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記ヒートシンク層が、前記第１強磁性層の、前記非磁性層との接合面の反対側の面に接合されたものでもよい。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記ヒートシンク層が、前記スピン軌道トルク配線を挟んで前記機能部が配置する側の反対側に配置してもよい。
【００１５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記積層方向に延在すると共に、前記ヒートシンク層と接続し、さらに前記積層方向に直交する面に平行な方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層を備えてもよい。
【００１６】
（６）上記（５）に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との前記積層方向に直交する面に平行な方向の距離が、前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離よりも小さくてもよい。
【００１７】
（７）上記（５）又は（６）のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記サイドヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、及び、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含んでもよい。
【００１８】
（８）上記（５）〜（７）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク層との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物であってもよい。
【００１９】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記ヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、及び、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含んでもよい。
【００２０】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク層との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物であってもよい。
【００２１】
（１１）本発明の第２の態様に係る磁気メモリは、上記（１）〜（１０）のいずれか一つに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子によれば、スピン軌道トルク配線で発生した熱の放熱を向上させたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のスピン軌道トルクの延在方向に沿って切った断面模式図である。
【図２】図１に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、スピン軌道トルクの延在方向に直交する面で切った断面模式図である。
【図３】スピンホール効果について説明するための模式図である。
【図４】第２実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例についてｙｚ面に平行な面で切った断面模式図である。
【図５】第３実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のｙｚ面で切った断面模式図である。
【図６】第６実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のｙｚ面で切った断面模式図である。
【図７】本発明の磁気メモリを模式的に示した図である。
【図８】ＳＯＴによる磁化反転を利用する磁気抵抗効果素子の一例について、スピン軌道トルク配線の長手方向に沿って切った断面模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。本発明の素子において、本発明の効果を奏する範囲で他の層を備えてもよい。
【００２５】
（スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子）
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のスピン軌道トルクの延在方向に沿って切った断面模式図である。図２は、図１に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、スピン軌道トルクの延在方向に直交する面で切った断面模式図である。なお、図２においては、層間絶縁層６は図示を省略した。
図１に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００は、磁化方向が固定された第１強磁性層１と、磁化方向が変化する第２強磁性層２と、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に位置する非磁性層３とが積層された機能部１０と、機能部１０の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、第２強磁性層２に接合されたスピン軌道トルク配線２０と、第１方向に延在すると共に、積層方向からの平面視においてスピン軌道トルク配線２０と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに積層方向において、スピン軌道トルク配線２０から、機能部１０の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層３０と、を備えている。
【００２６】
ヒートシンク層３０は、スピン軌道トルク配線２０で発生した熱を逃がすために設けたものである。従って、ヒートシンク層３０はスピン軌道トルク配線２０に近接した方がよい。機能部１０の積層方向の厚さは２０ｎｍ〜６０ｎｍとされることが多く、ヒートシンク層３０がこの厚さの２倍を超えると、放熱効果も十分ではない。
ヒートシンク層３０はスピン軌道トルク配線２０に近接した方がよいとはいえ、以下の通り、放熱以外の観点で近接に限界もある。すなわち、スピン軌道トルク配線２０に対して機能部１０側に配置する場合は、第２強磁性層の上面に接合された状態が最も近接した配置となる。この場合、ヒートシンク層３０とスピン軌道トルク配線２０との離間距離は、機能部１０の積層方向の厚さと同じになる。一方、ヒートシンク層３０をスピン軌道トルク配線２０よりも先に形成するような場合（図５参照）、平坦性を確保するために近接するにも限度があり、用いる材料にもよるが、２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度が下限と考えられる。
【００２７】
図１において、符号７はデータを読み書きするための電極である。電極７は、スピン軌道トルク配線２０とは反対側で機能部１０と電気的に接続する。また、符号８Ａ、８Ｂは、スピン軌道トルク配線２０に電流を流すための電極である。
【００２８】
以下、第１強磁性層１の面直方向である第１方向をｚ方向、第１方向に対して直交し、かつスピン軌道トルク配線２０が延びる第２方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向のいずれにも直交する方向をｙ方向とする。
【００２９】
［機能部］
機能部１０は、通常の磁気抵抗効果素子と同様に機能する。第１強磁性層１は磁化固定層や参照層、第２強磁性層２は磁化自由層や記憶層などと呼ばれる。
【００３０】
機能部１０において、第１強磁性層１の磁化は第２強磁性層２の磁化より動きにくく、所定の磁場環境下では一方向に固定される。第１強磁性層１の磁化の向きに対して第２強磁性層２の磁化の向きが相対的に変化することで、機能部１０として機能する。保磁力差型（擬似スピンバルブ型；Pseudo spin valve 型）のＭＲＡＭに適用する場合には、第１強磁性層１の保磁力を第２強磁性層２の保磁力よりも大きくする。交換バイアス型（スピンバルブ；spin valve型）のＭＲＡＭに適用する場合には、第１強磁性層１の磁化を反強磁性層との交換結合によって固定する。
【００３１】
機能部１０は、第１強磁性層１、第２強磁性層２及び非磁性層３以外の層を有してもよい。例えば、第１強磁性層１の磁化方向を固定するための反強磁性層、機能部１０の結晶性を高める下地層等が挙げられる。
【００３２】
第１強磁性層１は、強磁性体材料で構成されている。第１強磁性層１は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これらの材料を用いることで、機能部１０の磁気抵抗変化率が大きくなる。また第１強磁性層１は、ホイスラー合金で構成されても良い。第１強磁性層１の膜厚は、１〜２０ｎｍとすることが好ましい。
【００３３】
第１強磁性層１の磁化固定方法は、特に問わない。例えば、第１強磁性層１の磁化を固定するために第１強磁性層１に接するように反強磁性層を付加してもよい。また、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して第１強磁性層１の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることができる。
【００３４】
第２強磁性層２は、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によってその磁化の方向が変化可能な強磁性体材料で構成されている。
【００３５】
第２強磁性層２の材料として、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、ＦｅＢ、Ｃｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などを用いることができる。また、第２強磁性層２は、ホイスラー合金で構成されても良い。
【００３６】
第２強磁性層２の厚さは、０．５〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。また第２強磁性層２と非磁性層３との間には、高スピン分極率材料を挿入しても良い。高スピン分極率材料を挿入することによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。
【００３７】
高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。
ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３８】
非磁性層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２の間に配置される層である。非磁性層３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。非磁性層３は、非磁性層であることが好ましい。
【００３９】
例えば、非磁性層３が絶縁体からなる場合は、機能部１０はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となり、非磁性層３が金属からなる場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となる。
【００４０】
非磁性層３として絶縁材料を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＭｇＡｌ２Ｏ４等の絶縁材料を用いることができる。第１強磁性層１と第２強磁性層２との間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、非磁性層３の膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、非磁性層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度が好ましい。
【００４１】
非磁性層３を導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、非磁性層３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度が好ましい。
【００４２】
非磁性層３を半導体材料で構成する場合、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＧａＯｘ又はＧａ２Ｏｘ等の材料を用いることができる。この場合、非磁性層３の膜厚は１．０〜４．０ｎｍ程度が好ましい。
【００４３】
非磁性層３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ等によって構成される非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、非磁性層３の膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ程度が好ましい。
【００４４】
［スピン軌道トルク配線］
スピン軌道トルク配線２０は、ｘ方向に延在する。スピン軌道トルク配線２０は、第２強磁性層２の一面に位置する。スピン軌道トルク配線２０は、第２強磁性層２に直接接続されていてもよいし、他の層を介して接続されていてもよい。
【００４５】
スピン軌道トルク配線２０は、電流が流れるとスピンホール効果によってスピン流を生成する。スピンホール効果とは、配線に電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の向きに直交する方向にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果によりスピン流が生み出されるメカニズムについて説明する。
【００４６】
図３に示すように、スピン軌道トルク配線２０のｘ方向の両端に電位差を与えるとｘ方向に沿って電流Ｉが流れる。電流Ｉが流れると、ｙ方向に配向した第１スピンＳ１と−ｙ方向に配向した第２スピンＳ２はそれぞれ電流と直交する方向に曲げられる。通常のホール効果とスピンホール効果とは運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられる点で共通する。一方で、通常のホール効果は磁場中で運動する荷電粒子がローレンツ力を受けて運動方向を曲げられるのに対して、スピンホール効果では磁場が存在しないのに電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）で移動方向が曲げられる点で大きく異なる。
【００４７】
非磁性体（強磁性体ではない材料）では第１スピンＳ１の電子数と第２スピンＳ２の電子数とが等しいので、図中で上方向に向かう第１スピンＳ１の電子数と下方向に向かう第２スピンＳ２の電子数が等しい。そのため、電荷の正味の流れとしての電流はゼロである。この電流を伴わないスピン流は特に純スピン流と呼ばれる。
【００４８】
ここで、第１スピンＳ１の電子の流れをＪ↑、第２スピンＳ２の電子の流れをＪ↓、スピン流をＪＳと表すと、ＪＳ＝Ｊ↑−Ｊ↓で定義される。スピン流ＪＳは、図中のｚ方向に流れる。図１において、スピン軌道トルク配線２０の上面には第２強磁性層２が存在する。そのため、第２強磁性層２にスピンが注入される。
【００４９】
スピン軌道トルク配線２０は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかによって構成される。
【００５０】
スピン軌道トルク配線２０の主構成は、非磁性の重金属であることが好ましい。ここで、重金属とは、イットリウム以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属であることが好ましい。これらの非磁性金属は、スピンホール効果を生じさせるスピン軌道相互作用が大きい。
【００５１】
電子は、一般にそのスピンの向きに関わりなく、電流とは逆向きに動く。これに対し、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号が大きい非磁性金属はスピン軌道相互作用が大きく、スピンホール効果が強く作用する。そのため、電子の動く方向は、電子のスピンの向きに依存する。従って、これらの非磁性の重金属中ではスピン流ＪＳが発生しやすい。
【００５２】
またスピン軌道トルク配線２０は、磁性金属を含んでもよい。磁性金属とは、強磁性金属、あるいは、反強磁性金属を指す。非磁性金属に微量な磁性金属が含まれるとスピンの散乱因子となる。スピンが散乱するとスピン軌道相互作用が増強され、電流に対するスピン流の生成効率が高くなる。
【００５３】
一方で、磁性金属の添加量が増大し過ぎると、発生したスピン流が添加された磁性金属によって散乱され、結果としてスピン流が減少する作用が強くなる場合がある。そのため、添加される磁性金属のモル比はスピン軌道トルク配線を構成する元素の総モル比よりも十分小さい方が好ましい。添加される磁性金属のモル比は、全体の３％以下であることが好ましい。
【００５４】
スピン軌道トルク配線２０は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体とは、物質内部が絶縁体、あるいは、高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。この物質にはスピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。そこで外部磁場が無くてもスピン軌道相互作用の効果で新たなトポロジカル相が発現する。これがトポロジカル絶縁体であり、強いスピン軌道相互作用とエッジにおける反転対称性の破れにより純スピン流を高効率に生成できる。
【００５５】
トポロジカル絶縁体としては例えば、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１−ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１−ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３などが好ましい。これらのトポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
【００５６】
［ヒートシンク層］
ヒートシンク層３０は、スピン軌道トルク配線２０の延在方向と同じくｘ方向に延在すると共に、機能部１０の積層方向であるｚ方向からの平面視においてスピン軌道トルク配線２０と少なくとも一部が重なるように配置し、さらにｚ方向において、スピン軌道トルク配線２０の上面２０ａから、機能部１０の積層方向の厚さと同じ距離で離間して設けられている。図１に示す例では、ヒートシンク層３０を機能部１０の第１強磁性層の上面に接合する構成としており、ヒートシンク層３０とスピン軌道トルク配線２０との間の離間距離Ｔは機能部１０の厚みに等しい。
ここで、スピン軌道トルク配線２０とヒートシンク層３０との距離Ｔとは、機能部１０の積層方向であるｚ方向において、スピン軌道トルク配線２０及びヒートシンク層３０の対向する面間の距離をいう。図１に示す例では、スピン軌道トルク配線２０の上面２０ａとヒートシンク層３０の下面３０ａとの距離である。
【００５７】
ヒートシンク層３０はスピン軌道トルク配線２０と同じ方向に延在しているので、スピン軌道トルク配線２０で発生した熱をヒートシンク層３０に逃がしやすい。
【００５８】
ｚ方向からの平面視におけるヒートシンク層３０とスピン軌道トルク配線２０との重なり方は、延在方向に直交するｙ方向（幅方向）では、ヒートシンク層３０がスピン軌道トルク配線２０を覆うように重なる態様が放熱性の観点で好ましい。
【００５９】
図１に示す例では、スピン軌道トルク配線２０に接続するビア５と機能部１０との積層方向（ｚ方向）に直交する面内の距離をＬV-Mとしたときに、距離ＬV-Mと距離Ｔの間に、T<ＬV-M／２、の関係を有することが好ましい。
ここで、ビア５と機能部１０との積層方向（ｚ方向）に直交する面内の距離ＬV-Mとは、ビアの側面及び機能部の側面がスピン軌道トルク配線２０の上面２０ａに対して垂直に立設する場合、図１を参照して説明すると、ビア５Ａの側面５Ａａと機能部１０の側面１０Ａとの間の距離をいう。ビア５Ａの側面５Ａａ及び機能部１０の側面１０Ａの一方、又は両方がスピン軌道トルク配線２０の上面２０ａに対して垂直ではない場合（例えば、下側の断面積が大きくなっているような形状（末広がりの形状）の場合）には、ビアの側面と機能部の側面の距離のうち、最短の距離を距離ＬV-Mとする。
【００６０】
スピン軌道トルク配線２０において、ＬV-M／２の位置はビア５及び機能部１０のいずれからも最も遠い位置にあたり、この位置のあたりで発生した熱は最もこもりやすい。そこで、ヒートシンク層３０を、スピン軌道トルク配線２０からのｚ方向の距離Ｔをビア５及び機能部１０のいずれよりも近くに配置することで、最もこもりやすい場所の熱をヒートシンク層３０へ直接逃がしやすくする。
【００６１】
ヒートシンク層３０が機能部１０の側面１０Ａからｙ方向に突き出た長さＬ（すなわち、ｚ方向から平面視してヒートシンク層３０の端面３０ｂと機能部１０の側面１０Ａとの間の距離）は、機能部１０の厚みＴよりも大きいことが好ましい。
スピン軌道トルク配線２０で発生した熱をヒートシンク層３０に直接逃がすのに効果的な長さだからである。
【００６２】
ヒートシンク層３０の材料は、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含むことが好ましい。放熱性及び素子構造構築の観点からである。
【００６３】
ヒートシンク層３０の材料として軟磁性材料であるフェライトやパーマロイを用いた場合には、機能部１０の第１強磁性層１及び第２強磁性層２に影響を与える外部の磁場を遮断する効果（磁気シールド効果）も奏する。
【００６４】
ヒートシンク層３０とスピン軌道トルク配線２０との間に配置する層（図１の場合、層間絶縁層６）の材料としては、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物であることが好ましい。
スピン軌道トルク配線２０で発生した熱がヒートシンク層３０に伝達しやすくなるからである。
【００６５】
ヒートシンク層３０に流れ込んだ熱は主には、電極８、電極８に接続された配線に逃げていく。
【００６６】
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例についてｙｚ面に平行な面で切った断面模式図である。
図４に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子２００は、第１実施形態におけるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と比べると、第１方向であるｘ方向に交差する方向（図４の例では、ｚ方向）に延在すると共に、ヒートシンク層と接続し、さらに積層方向に直交する面（ｘｙ面）に平行な方向であるｙ方向からの平面視においてスピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層を備える点が異なる。
第２実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子では、スピン軌道トルク配線の側面側にもヒートシンク層（サイドヒートシンク層）を備えることにより、排熱効果が向上する。
以下では、第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と共通する構成については説明を省略する場合がある。
【００６７】
図４に示す例では、サイドヒートシンク層４０は、ｙ方向においてスピン軌道トルク配線２０を挟んでその両側に備える（サイドヒートシンク層４０Ａ、４０Ｂ）が、一方のみに備える構成でもよい。
両側に備える構成において、それらのサイドヒートシンク層は同じ構成（材料、各種寸法）であってもよいし、異なる構成であってもよい。
【００６８】
サイドヒートシンク層４０とスピン軌道トルク配線２０との積層方向（ｚ方向）に直交する面（ｘｙ面）に平行な方向の距離Ｄが、スピン軌道トルク配線２０とヒートシンク層３０の積層方向（ｚ方向）の距離Ｔよりも小さいことが好ましい。
この構成とすることにより、スピン軌道トルク配線２０で発生した熱が、機能部１０を介さずに、サイドヒートシンク層４０を経由して逃げやすくなる。
ここで、サイドヒートシンク層４０とスピン軌道トルク配線２０との積層方向（ｚ方向）に直交する面内の距離Ｄとは、サイドヒートシンク層４０の内側面４０ａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂａとの距離をいう。なお、サイドヒートシンク層４０Ａの内側面４０Ａａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂａとの距離と、サイドヒートシンク層４０Ｂの内側面４０Ｂａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂｂとの距離とが異なる場合には、いずれの距離も距離Ｔよりも小さいことが好ましい。
【００６９】
上述の通り、スピン軌道トルク配線２０において、ＬV-M／２の位置はビア５及び機能部１０のいずれからも最も遠い位置にあたり、この位置のあたりで発生した熱は最もこもりやすい（図１参照）。
そのため、サイドヒートシンク層４０は、ｘ方向においてはＬV-M／２の位置を含むように配置すると排熱効果が向上する。
【００７０】
サイドヒートシンク層４０の材料としては、ヒートシンク層３０と同じ材料が適用可能である。
サイドヒートシンク層４０の材料としてフェライトを用いた場合には、機能部１０の第１強磁性層１及び第２強磁性層２に影響を与える外部の磁場を遮断する効果も奏する。
【００７１】
＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のｙｚ面で切った断面模式図である。
図５に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子３００は、第１実施形態におけるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と比べると、ヒートシンク層がスピン軌道トルク配線を挟んで機能部が配置する側の反対側に配置する構成である点が異なる。
ヒートシンク層を機能部１０がない側に配置する構成とすることにより、第１実施形態におけるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と比べると、ヒートシンク層の配置位置に自由度が増し、ヒートシンク層を、許容範囲の平坦性を確保できる限りにおいて、スピン軌道トルク配線に近接した配置することができる。この近接できる距離について目安を例示すると、３０ｎｍ程度である。
以下では、第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と共通する構成については説明を省略する場合がある。
【００７２】
第３実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の場合、上述のスピン軌道トルク配線とヒートシンク層との距離Ｔは、スピン軌道トルク配線２０の下面２０ｃとヒートシンク層１３０の上面１３０ａとの距離である。
【００７３】
図５には、ビアは図示していないが、スピン軌道トルク配線２０に接続するビアと機能部１０との積層方向（ｚ方向）に直交する面内の距離をＬV-Mとしたときに、距離ＬV-Mと距離Ｔの間に、T<ＬV-M／２、の関係を有することが好ましいことは第１実施形態におけるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と同様である。
【００７４】
図５には図示を省略しているが、スピン軌道トルク配線２０とヒートシンク層１３０との間には層間絶縁層を備えており、この層間絶縁層の材料がＳｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物であることが好ましいことは、上述の層間絶縁層６（図１参照）と同様である。
【００７５】
＜第４実施形態＞
図６は、第６実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例のｙｚ面で切った断面模式図である。
図６に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子４００は、第３実施形態におけるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と比べると、第１方向であるｘ方向に交差する方向（図６の例では、ｚ方向）に延在すると共に、ヒートシンク層１３０と接続し、さらに積層方向に直交する面に平行な方向であるｙ方向からの平面視においてスピン軌道トルク配線２０と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ）を備える点が異なる。
第４実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子では、スピン軌道トルク配線の側面側にもヒートシンク層（サイドヒートシンク層）を備えることにより、排熱効果が向上する。
以下では、第１〜第３実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子と共通する構成については説明を省略する場合がある。
【００７６】
図６に示す例では、サイドヒートシンク層１４０は、ｙ方向においてスピン軌道トルク配線２０を挟んでその両側に備える（サイドヒートシンク層１４０Ａ、１４０Ｂ）が、一方のみに備える構成でもよい。
両側に備える構成において、それらのサイドヒートシンク層は同じ構成（材料、各種寸法）であってもよいし、異なる構成であってもよい。
【００７７】
サイドヒートシンク層１４０とスピン軌道トルク配線２０との積層方向（ｚ方向）に直交する面（ｘｙ面）に平行な方向の距離Ｄが、スピン軌道トルク配線２０とヒートシンク層１３０の積層方向（ｚ方向）の距離Ｔよりも小さいことが好ましい。
この構成とすることにより、スピン軌道トルク配線２０で発生した熱が、機能部１０を介さずに、サイドヒートシンク層４０から逃げやすくなる。
ここで、サイドヒートシンク層４０とスピン軌道トルク配線２０との積層方向（ｚ方向）に直交する面（ｘｙ面）に平行な方向の距離Ｄは、サイドヒートシンク層１４０の内側面１４０ａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂａとの距離をいう。なお、サイドヒートシンク層１４０Ａの内側面１４０Ａａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂａとの距離と、サイドヒートシンク層１４０Ｂの内側面１４０Ｂａとスピン軌道トルク配線２０の側面２０ｂｂとの距離とが異なる場合には、いずれの距離も距離Ｔよりも小さいことが好ましい。
【００７８】
サイドヒートシンク層１４０の材料としては、ヒートシンク層３０と同じ材料が適用可能である。
サイドヒートシンク層１４０の材料としてフェライトを用いた場合には、機能部１０の第１強磁性層１及び第２強磁性層２に影響を与える外部の磁場を遮断する効果も奏する。外部磁場の遮断効果を高めるためには、機能部１０の側面１０Ａを覆うように配置することが好ましい。特に磁化自由層である第２強磁性層２は磁化固定層である第１強磁性層１よりも敏感に外部磁場の影響を受けるので、サイドヒートシンク層１４０は少なくともる第２強磁性層２の側面を覆うように配置することが好ましい。すなわち、サイドヒートシンク層１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ）の上面１４０ｂ（１４０Ａｂ、１４０Ｂｂ）が、機能部１０の積層方向（ｚ方向）において、第２強磁性層２と非磁性層３の界面よりも上側に配置する構成であることが好ましい。
【００７９】
上述の例では、ヒートシンク層としては、スピン軌道トルク配線２０との位置関係で、スピン軌道トルク配線２０の機能部側に配置するもの（ヒートシンク層３０）、及び、スピン軌道トルク配線２０の機能部と反対側に配置するもの（ヒートシンク層１３０）のうちの一方を有する構成を示した。
また、サイドヒートシンク層としては、スピン軌道トルク配線２０との位置関係で、スピン軌道トルク配線２０の側面の両側に配置するもの（サイドヒートシンク層１４０Ａ、１４０Ｂ）を示した。
【００８０】
他の実施形態として、スピン軌道トルク配線２０の機能部側に配置するもの（ヒートシンク層３０）、及び、スピン軌道トルク配線２０の機能部と反対側に配置するもの（ヒートシンク層１３０）の両方を有する構成でもよい。この構成において、サイドヒートシンク層を備えない構成や、サイドヒートシンク層として、スピン軌道トルク配線２０の側面の一方の側にのみ配置する構成や、サイドヒートシンク層として、スピン軌道トルク配線２０の側面の両側に配置する構成でもよい。
【００８１】
スピン軌道トルク配線２０の機能部側に配置するもの（ヒートシンク層３０）、及び、スピン軌道トルク配線２０の機能部と反対側に配置するもの（ヒートシンク層１３０）の両方を有する構成において、それらのヒートシンク層は同じ構成（材料、各種寸法）であってもよいし、異なる構成であってもよい。
【００８２】
本発明のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を用いる際には、例えば、支持体として基板等を用いてもよい。基板は、平坦性に優れることが好ましく、材料として例えば、Ｓｉ、ＡｌＴｉＣ等を用いることができる。
【００８３】
（磁気メモリ）
本発明の磁気メモリは、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子を複数備えている。
本発明の磁気メモリは、磁気抵抗効果素子以外の構成としては公知のものを用いることができる。
【００８４】
図８は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００（図１参照）を備える磁気メモリ１０００の平面図である。図９に示す磁気メモリ１０００は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００が３×３のマトリックス配置をしている。図８は、磁気メモリの一例であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の数及び配置は任意である。
【００８５】
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００には、それぞれ１本のワードラインＷＬ１〜ＷＬ３と、１本のビットラインＢＬ１〜ＢＬ３、１本のリードラインＲＬ１〜ＲＬ３が接続されている。
【００８６】
電流を印加するワードラインＷＬ１〜ＷＬ３及びビットラインＢＬ１〜ＢＬ３を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００のスピン軌道トルク配線２０に電流を流し、書き込み動作を行う。また電流を印加するリードラインＲＬ１〜ＲＬ３及びビットラインＢＬ１〜ＢＬ３を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の積層方向に電流を流し、読み込み動作を行う。電流を印加するワードラインＷＬ１〜ＷＬ３、ビットラインＢＬ１〜ＢＬ３、及びリードラインＲＬ１〜ＲＬ３はトランジスタ等により選択できる。即ち、これらの複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００から任意の素子のデータを読み出すことで磁気メモリとしての活用ができる。
【００８７】
（スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の製造方法）  
上述のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子はいずれも公知の技術を用いて製造することができるが、以下にその製造例を示す。
【００８８】
＜製造例１＞
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の製造方法の一例について、図２を参照して説明する。
まず、スピン軌道トルク配線２０側から順に、スピン軌道トルク配線２０を形成することになる膜、第２強磁性層２を形成することになる膜、及び、非磁性層３を形成することになる膜、第１強磁性層１を形成することになる膜を積層して積層膜を形成する。各層の積層方法としては、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等の公知の方法を用いることができる。
【００８９】
次いで、フォトリソグラフィー等の技術を用いて積層膜の不要部分を除去し、スピン軌道トルク配線２０、第２強磁性層２、非磁性層３、第１強磁性層１に加工する。
次いで、ＣＭＰ研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化し、第１強磁性層１を露出させることで、機能部１０を形成する。
その後、加工された積層体を覆うように層間絶縁層６を形成することになる膜を積層する。
次いで、フォトリソグラフィー等の技術を用いてヒートシンク層３０を形成するための穴をあけ、ヒートシンク層３０を埋めて、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００を製造することができる。
図２に示す例では、その後、電極７を形成する。電極７は、任意の公知な技術を用いて作製することができる。
【００９０】
＜製造例２＞
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子４００の製造方法の一例について、図６を参照して説明する。
まず、ヒートシンク層１３０側から順に、ヒートシンク層１３０を形成することになる膜、層間絶縁膜（図示せず）を形成することになる膜、スピン軌道トルク配線２０を形成することになる膜、第２強磁性層２を形成することになる膜、及び、非磁性層３を形成することになる膜、第１強磁性層１を形成することになる膜を積層して積層膜を形成する。各層の積層方法としては、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等の公知の方法を用いることができる。
【００９１】
次いで、フォトリソグラフィー等の技術を用いて積層膜の不要部分を除去し、ヒートシンク層１３０、層間絶縁膜（図示せず）、スピン軌道トルク配線２０、第２強磁性層２、非磁性層３、第１強磁性層１に加工する。
その後、加工された積層体を覆うように層間絶縁層（図示せず）を形成することになる膜を積層する。
次いで、フォトリソグラフィー等の技術を用いてサイドヒートシンク層１４０を形成するための穴をあけ、サイドヒートシンク層１４０を埋める。
次いで、ＣＭＰ研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化し、第１強磁性層１を露出させることで機能部１０を形成すると共に、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子４００を製造することができる。
図６に示す例では、その後、電極７を形成する。電極７は、任意の公知な技術を用いて作製することができる。
【００９２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  第１強磁性層
２  第２強磁性層
３  非磁性層
５、５Ａ、５Ｂ  ビア
１０  機能部
２０  スピン軌道トルク配線
３０、３０Ａ、３０Ｂ、１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ  ヒートシンク層
４０、４０Ａ、４０Ｂ、１４０、１４０Ａ、１３０４  サイドヒートシンク層
【図１】
2020053647.tif 000003
【図２】
2020053647.tif 000004
【図３】
2020053647.tif 000005
【図４】
2020053647.tif 000006
【図５】
2020053647.tif 000007
【図６】
2020053647.tif 000008
【図７】
2020053647.tif 000009
【図８】
2020053647.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月8日(2019.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された第１強磁性層と、磁化方向が変化する第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層とが積層された機能部と、
前記機能部の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、前記第２強磁性層に接合されたスピン軌道トルク配線と、
前記第１方向に延在すると共に、前記積層方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに前記積層方向において、スピン軌道トルク配線から、前記機能部の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層と、
を備えたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離をＴとし、前記スピン軌道トルク配線に接続するビアと前記機能部との前記積層方向に直交する面内の距離をＬV-Mとしたときに、前記距離Ｔと前記距離ＬV-Mの間に、Ｔ<ＬV-M／２、の関係を有する、請求項１に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記ヒートシンク層が、前記第１強磁性層の、前記非磁性層との接合面の反対側の面に接合されている、請求項１又は２のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記ヒートシンク層が、前記スピン軌道トルク配線を挟んで前記機能部が配置する側の反対側に配置する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記積層方向に延在すると共に、前記ヒートシンク層と接続し、さらに前記積層方向に直交する面に平行な方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との前記積層方向に直交する面に平行な方向の距離が、前記スピン軌道トルク配線と前記ヒートシンク層の前記積層方向の距離よりも小さい、請求項５に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記サイドヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項５又は６のいずれかに記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記ヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記ヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記積層方向からの平面視において、前記ヒートシンクの前記第１方向の幅がスピン軌道トルク配線に接続された互いに対向するビア間の距離よりも小さい、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備えていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１３】
磁化方向が固定された第１強磁性層と、磁化方向が変化する第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層とが積層された機能部と、
前記機能部の積層方向に対して交差する第１方向に延在し、前記第２強磁性層に接合されたスピン軌道トルク配線と、
前記第１方向に延在すると共に、前記積層方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置し、さらに前記積層方向において、スピン軌道トルク配線から、前記機能部の積層方向の厚さの２倍以下の距離で離間して設けられたヒートシンク層と、
前記積層方向に延在すると共に、前記ヒートシンク層と接続し、さらに前記積層方向に直交する面に平行な方向からの平面視において前記スピン軌道トルク配線と少なくとも一部が重なるように配置するサイドヒートシンク層と、を備える、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記サイドヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１３に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
前記サイドヒートシンク層と前記スピン軌道トルク配線との間に介在する層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、及び、Ｔｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物・窒化物である、請求項１３または１４に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
第１強磁性層と、
第２強磁性層と、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれた非磁性層と、を備えた記憶部と、
前記非磁性層とともに前記第２強磁性層を挟み、且つ電流が流れた場合に前記第２強磁性層にスピン流を供給可能な材料を含んで構成された第１配線と、
前記第１配線とともに前記記憶部を挟み且つ前記記憶部よりも熱伝導性の高い材料を含んで構成されたヒートシンク層と、
前記記憶部とともに前記ヒートシンク層を挟む第１電極と、
を備え、
所定の方向から平面視して、前記第１電極の幅は、前記記憶部の幅よりも大きく、前記ヒートシンク層の幅よりも小さい、記憶素子。
【請求項１７】
前記ヒートシンク層の材料が、Ｔａ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、フェライト、Ｎｉ、及び、Ｆｅからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の記憶素子。