(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子の膜厚を薄くしつつ、トンネル磁気抵抗比を向上させる。【解決手段】一実施形態の磁気記憶装置は、第１積層体と、第１積層体上に設けられた第１非磁性体と、第１非磁性体上に設けられた第２積層体と、第２積層体上に設けられた第２非磁性体と、を含む磁気抵抗効果素子を備える。第２積層体は、第２非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第１磁性体と、第１磁性体に対して第２非磁性体と反対側に設けられ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）から選択される１つの元素を含む第３非磁性体と、第３非磁性体上に設けられて第１非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第２磁性体と、を含む。第２磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、第１磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率よりも小さい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、
第１積層体と、
前記第１積層体上に設けられた第１非磁性体と、
前記第１非磁性体上に設けられた第２積層体と、
前記第２積層体上に設けられた第２非磁性体と、
を含み、
前記第２積層体は、
前記第２非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第１磁性体と、
前記第１磁性体に対して前記第２非磁性体と反対側に設けられ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）から選択される１つの元素を含む第３非磁性体と、
前記第３非磁性体上に設けられて前記第１非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第２磁性体と、
を含み、
前記第２磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、前記第１磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率よりも小さい、
磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第１磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、前記第１磁性体に含まれるコバルト（Ｃｏ）の原子比率より大きく、
前記第２磁性体に含まれるコバルト（Ｃｏ）の原子比率は、前記第２磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率よりも大きい、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第２磁性体は、１５ａｔ％以上２５ａｔ％以下の原子比率で鉄（Ｆｅ）を含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第２磁性体は、アモルファス構造又は微結晶構造を有する、
請求項２記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記第３非磁性体は、アモルファス構造を有する、
請求項４記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記第３非磁性体は、ボロン（Ｂ）を更に含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子は、
第１積層体と、
前記第１積層体上に設けられた第１非磁性体と、
前記第１非磁性体上に設けられた第２積層体と、
前記第２積層体上に設けられた第２非磁性体と、
を含み、
前記第２積層体は、
前記第２非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第１磁性体と、
前記第１磁性体に対して前記第２非磁性体と反対側に設けられ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）から選択される１つの元素を含む第３非磁性体と、
前記第３非磁性体上に設けられて前記第１非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第２磁性体と、
を含み、
前記第１積層体は、
前記第１非磁性体と接する第３磁性体と、
前記第３磁性体に対して前記第１非磁性体と反対側に設けられ、第４非磁性体及び第４磁性体が交互に積層された多層膜と、
を含み、
前記第３磁性体の膜厚は、前記第４磁性体の膜厚よりも大きい、
磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第３磁性体は、前記第４非磁性体に接する、
請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記第３磁性体は、０．５ナノメートル以上１．０ナノメートル以下の膜厚を有する、
請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
前記第２磁性体は、前記第３磁性体と略同一の膜厚を有する、
請求項９記載の磁気記憶装置。
【請求項１１】
前記第３磁性体及び前記第４磁性体は、コバルト（Ｃｏ）を含み、
前記第４非磁性体は、白金（Ｐｔ）を含む、
請求項１０記載の磁気記憶装置。
【請求項１２】
前記第１非磁性体は、イリジウム（Ｉｒ）を含む、
請求項１又は請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項１３】
前記第２積層体は、前記第１積層体よりも上方に設けられた、
請求項１又は請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項１４】
前記磁気抵抗効果素子は、
前記第２非磁性体に対して前記第２積層体と反対方向に設けられた第５磁性体を更に含み、
前記第５磁性体、前記第２非磁性体、及び前記第１磁性体は、磁気トンネル接合を構成する、
請求項１又は請求項７記載の磁気記憶装置。
【請求項１５】
前記第２非磁性体は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む、
請求項１４記載の磁気記憶装置。
【請求項１６】
前記磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に直列に接続されたセレクタと、を含むメモリセルを更に備えた、
請求項１５記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を有する磁気記憶装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３６３０９号公報
【特許文献２】特開２００７−６７０９１号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気抵抗効果素子の膜厚を薄くしつつ、トンネル磁気抵抗比を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の磁気記憶装置は、磁気抵抗効果素子を備える。上記磁気抵抗効果素子は、第１積層体と、上記第１積層体上に設けられた第１非磁性体と、上記第１非磁性体上に設けられた第２積層体と、上記第２積層体上に設けられた第２非磁性体と、を含む。上記第２積層体は、上記第２非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第１磁性体と、上記第１磁性体に対して上記第２非磁性体と反対側に設けられ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）から選択される１つの元素を含む第３非磁性体と、上記第３非磁性体上に設けられて上記第１非磁性体と接し、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む第２磁性体と、を含む。上記第２磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、上記第１磁性体に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る磁気記憶装置の構成を説明するためのブロック図。
【図２】第１実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成を説明するための回路図。
【図３】第１実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成を説明するための断面図。
【図４】第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の全体構成を説明するための断面図。
【図５】第１実施形態に係る磁気記憶装置の参照層及びシフトキャンセル層を含む部分の構成の詳細を説明するための断面図。
【図６】比較例に係る磁気記憶装置の参照層及びシフトキャンセル層を含む部分の構成の詳細を説明するための断面図。
【図７】第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子のトンネル磁気抵抗比を説明するためのダイアグラム。
【図８】変形例に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成を説明するための回路図。
【図９】変形例に係る磁気記憶装置のメモリセルの構成を説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、共通する参照符号を有する複数の構成要素を区別する場合、当該共通する参照符号に添え字を付して区別する。なお、複数の構成要素について特に区別を要さない場合、当該複数の構成要素には、共通する参照符号のみが付され、添え字は付さない。ここで、添え字は、下付き文字や上付き文字に限らず、例えば、参照符号の末尾に付加される小文字のアルファベット、及び配列を意味するインデックス等を含む。
【０００８】
１．第１実施形態
第１実施形態に係る磁気装置について説明する。第１実施形態に係る磁気装置は、例えば、磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）によって磁気抵抗効果（Magnetoresistive effect）を有する素子（ＭＴＪ素子、又はmagnetoresistive effect elementとも言う。）を記憶素子として用いた、垂直磁化方式による磁気記憶装置（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）を含む。
【０００９】
１．１  構成について
まず、第１実施形態に係る磁気記憶装置の構成について説明する。
【００１０】
１．１．１  磁気記憶装置の構成について
図１は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、磁気記憶装置１は、メモリセルアレイ１０、ロウ選択回路１１、カラム選択回路１２、デコード回路１３、書込み回路１４、読出し回路１５、電圧生成回路１６、入出力回路１７、及び制御回路１８を備えている。
【００１１】
メモリセルアレイ１０は、各々が行（row）、及び列（column）の組に対応付けられた複数のメモリセルＭＣを備えている。具体的には、同一行にあるメモリセルＭＣは、同一のワード線ＷＬに接続され、同一列にあるメモリセルＭＣは、同一のビット線ＢＬに接続される。
【００１２】
ロウ選択回路１１は、ワード線ＷＬを介してメモリセルアレイ１０と接続される。ロウ選択回路１１には、デコード回路１３からのアドレスＡＤＤのデコード結果（ロウアドレス）が供給される。ロウ選択回路１１は、アドレスＡＤＤのデコード結果に基づいた行に対応するワード線ＷＬを選択状態に設定する。以下において、選択状態に設定されたワード線ＷＬは、選択ワード線ＷＬと言う。また、選択ワード線ＷＬ以外のワード線ＷＬは、非選択ワード線ＷＬと言う。
【００１３】
カラム選択回路１２は、ビット線ＢＬを介してメモリセルアレイ１０と接続される。カラム選択回路１２には、デコード回路１３からのアドレスＡＤＤのデコード結果（カラムアドレス）が供給される。カラム選択回路１２は、アドレスＡＤＤのデコード結果に基づいた列を選択状態に設定する。以下において、選択状態に設定されたビット線ＢＬは、選択ビット線ＢＬと言う。また、選択ビット線ＢＬ以外のビット線ＢＬは、非選択ビット線ＢＬと言う。
【００１４】
デコード回路１３は、入出力回路１７からのアドレスＡＤＤをデコードする。デコード回路１３は、アドレスＡＤＤのデコード結果を、ロウ選択回路１１、及びカラム選択回路１２に供給する。アドレスＡＤＤは、選択されるカラムアドレス、及びロウアドレスを含む。
【００１５】
書込み回路１４は、メモリセルＭＣへのデータの書込みを行う。書込み回路１４は、例えば、書込みドライバ（図示せず）を含む。
【００１６】
読出し回路１５は、メモリセルＭＣからのデータの読出しを行う。読出し回路１５は、例えば、センスアンプ（図示せず）を含む。
【００１７】
電圧生成回路１６は、磁気記憶装置１の外部（図示せず）から提供された電源電圧を用いて、メモリセルアレイ１０の各種の動作のための電圧を生成する。例えば、電圧生成回路１６は、書込み動作の際に必要な種々の電圧を生成し、書込み回路１４に出力する。また、例えば、電圧生成回路１６は、読出し動作の際に必要な種々の電圧を生成し、読出し回路１５に出力する。
【００１８】
入出力回路１７は、磁気記憶装置１の外部からのアドレスＡＤＤを、デコード回路１３に転送する。入出力回路１７は、磁気記憶装置１の外部からのコマンドＣＭＤを、制御回路１８に転送する。入出力回路１７は、種々の制御信号ＣＮＴを、磁気記憶装置１の外部と、制御回路１８と、の間で送受信する。入出力回路１７は、磁気記憶装置１の外部からのデータＤＡＴを書込み回路１４に転送し、読出し回路１５から転送されたデータＤＡＴを磁気記憶装置１の外部に出力する。
【００１９】
制御回路１８は、制御信号ＣＮＴ及びコマンドＣＭＤに基づいて、磁気記憶装置１内のロウ選択回路１１、カラム選択回路１２、デコード回路１３、書込み回路１４、読出し回路１５、電圧生成回路１６、及び入出力回路１７の動作を制御する。
【００２０】
１．１．２  メモリセルアレイの構成について
次に、第１実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成について図２を用いて説明する。図２は、第１実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成を示す回路図である。図２では、ワード線ＷＬが２つの小文字のアルファベット（“ｕ”及び“ｄ”）と、インデックス（“＜＞”）と、を含む添え字によって分類されて示されている。
【００２１】
図２に示すように、メモリセルＭＣ（ＭＣｕ及びＭＣｄ）は、メモリセルアレイ１０内でマトリクス状に配置され、複数のビット線ＢＬ（ＢＬ＜０＞、ＢＬ＜１＞、…、ＢＬ＜Ｎ＞））のうちの１本と、複数のワード線ＷＬｄ（ＷＬｄ＜０＞、ＷＬｄ＜１＞、…、ＷＬｄ＜Ｍ＞）及びＷＬｕ（ＷＬｕ＜０＞、ＷＬｕ＜１＞、…、ＷＬｕ＜Ｍ＞）のうちの１本と、の組に対応付けられる（Ｍ及びＮは、任意の整数）。すなわち、メモリセルＭＣｄ＜ｉ、ｊ＞（０≦ｉ≦Ｍ、０≦ｊ≦Ｎ）は、ワード線ＷＬｄ＜ｉ＞とビット線ＢＬ＜ｊ＞との間に接続され、メモリセルＭＣｕ＜ｉ、ｊ＞は、ワード線ＷＬｕ＜ｉ＞とビット線ＢＬ＜ｊ＞との間に接続される。
【００２２】
なお、添え字の“ｄ”及び“ｕ”はそれぞれ、例えば、ビット線ＢＬに対して下方に設けられたもの、及び上方に設けられたもの、を便宜的に識別するものである。メモリセルアレイ１０の立体的な構造の例については、後述する。
【００２３】
メモリセルＭＣｄ＜ｉ、ｊ＞は、直列に接続されたセレクタＳＥＬｄ＜ｉ、ｊ＞及び磁気抵抗効果素子ＭＴＪｄ＜ｉ、ｊ＞を含む。メモリセルＭＣｕ＜ｉ、ｊ＞は、直列に接続されたセレクタＳＥＬｕ＜ｉ、ｊ＞及び磁気抵抗効果素子ＭＴＪｕ＜ｉ、ｊ＞を含む。
【００２４】
セレクタＳＥＬは、対応する磁気抵抗効果素子ＭＴＪへのデータ書込み及び読出し時において、磁気抵抗効果素子ＭＴＪへの電流の供給を制御するスイッチとしての機能を有する。より具体的には、例えば、或るメモリセルＭＣ内のセレクタＳＥＬは、当該メモリセルＭＣに印加される電圧が閾値電圧Ｖｔｈを下回る場合、抵抗値の大きい絶縁体として電流を遮断し（オフ状態となり）、閾値電圧Ｖｔｈを上回る場合、抵抗値の小さい導電体として電流を流す（オン状態となる）。すなわち、セレクタＳＥＬは、流れる電流の方向に依らず、メモリセルＭＣに印加される電圧の大きさに応じて、電流を流すか遮断するかを切替え可能な機能を有する。
【００２５】
セレクタＳＥＬは、例えば２端子間スイッチ素子であってもよい。２端子間に印加する電圧が閾値以下の場合、そのスイッチ素子は”高抵抗”状態、例えば電気的に非導通状態である。２端子間に印加する電圧が閾値以上の場合、スイッチ素子は”低抵抗”状態、例えば電気的に導通状態に変わる。スイッチ素子は、電圧がどちらの極性でもこの機能を有していてもよい。このスイッチ素子には、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）及び硫黄（Ｓ）からなる群より選択された少なくとも１種以上のカルコゲン元素を含む。または、上記カルコゲン元素を含む化合物であるカルコゲナイドを含んでいてもよい。このスイッチ素子は他にも、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、及びアンチモン（Ｓｂ）からなる群より選択された少なくとも１種以上の元素を含んでもよい。
【００２６】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、セレクタＳＥＬによって供給を制御された電流により、抵抗値を低抵抗状態と高抵抗状態とに切替わることができる。磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、その抵抗状態の変化によってデータを書込み可能であり、書込まれたデータを不揮発に保持し、読出し可能である記憶素子として機能する。
【００２７】
次に、メモリセルアレイ１０の断面構造について図３を用いて説明する。図３は、第１実施形態に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイについての、ワード線に沿う断面構造の一例を示している。
【００２８】
図３に示すように、磁気記憶装置１は、半導体基板２０上に設けられている。以下の説明では、半導体基板２０の表面と平行な面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。また、ワード線ＷＬに沿う方向をＸ方向とし、ビット線ＢＬに沿う方向をＹ方向とする。
【００２９】
半導体基板２０の上面上には、例えば、ワード線ＷＬｄとして機能する複数の導電体２１が設けられる。複数の導電体２１は、例えば、Ｙ方向に沿って並んで設けられ、各々がＸ方向に沿って延びる。図３では、複数の導電体２１のうちの１つが示されている。１つの導電体２１の上面上には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪｄとして機能する複数の素子２２が、例えばＸ方向に沿って並んで設けられる。すなわち、１つの導電体２１には、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の素子２２が共通して接続される。複数の素子２２の各々の上面上には、セレクタＳＥＬｄとして機能する素子２３が設けられる。複数の素子２３の各々の上面上には、ビット線ＢＬとして機能する導電体２４が設けられる。複数の導電体２４は、例えば、Ｘ方向に沿って並んで設けられ、各々がＹ方向に沿って延びる。すなわち、１つの導電体２４には、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の素子２３が共通して接続される。
【００３０】
複数の導電体２４の各々の上面上には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪｕとして機能する複数の素子２５が設けられる。すなわち、１つの導電体２４には、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の素子２５が共通して接続される。素子２５は、例えば、素子２２と同等の機能構成を有する。複数の素子２５の各々の上面上には、セレクタＳＥＬｕとして機能する素子２６が設けられる。素子２６は、例えば、素子２３と同等の機能構成を有する。Ｘ方向に沿って並ぶ複数の素子２６の各々の上面上には、ワード線ＷＬｕとして機能する１本の導電体２７が共通して接続される。そしてこのような導電体２７がＹ方向に沿って複数本並んで設けられる。複数の導電体２７の各々は、例えば、Ｘ方向に沿って延びる。
【００３１】
以上のように構成されることにより、メモリセルアレイ１０は、１本のビット線ＢＬに対して、２本のワード線ＷＬｄ及びＷＬｕの組が対応する構造となる。そして、メモリセルアレイ１０は、ワード線ＷＬｄとビット線ＢＬとの間にメモリセルＭＣｄが設けられ、ビット線ＢＬとワード線ＷＬｕとの間にメモリセルＭＣｕが設けられる積層型のクロスポイント構造を有する。図３において示された積層型のクロスポイント構造においては、メモリセルＭＣｄが下層に対応付けられ、メモリセルＭＣｕが上層に対応付けられる。すなわち、１つのビット線ＢＬに共通に接続される２つのメモリセルＭＣのうち、ビット線ＢＬの上層に設けられるメモリセルＭＣは添え字“ｕ”が付されたメモリセルＭＣｕに対応し、下層に設けられるメモリセルＭＣは添え字“ｄ”が付されたメモリセルＭＣｄに対応する。
【００３２】
なお、図３の例では、導電体２１、素子２２及び２３、導電体２４、素子２５及び２６、並びに導電体２７は、互いに接するように示されているが、これに限らず、各要素間には、その他の要素が介在して設けられていてもよい。
【００３３】
１．１．３  磁気抵抗効果素子の構成について
次に、第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の構成について図４を用いて説明する。
【００３４】
１．１．３．１  磁気抵抗効果素子の全体構成について
図４は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の全体構成を示す断面図である。図４では、例えば、図３に示された磁気抵抗効果素子ＭＴＪ（すなわち、素子２２又は２５）をＺ方向に垂直な平面（例えば、ＸＺ平面）に沿って切った断面の一例が示される。
【００３５】
図４に示すように、素子２２及び２５の各々は、トップ層ＴＯＰ（Top layer）として機能する非磁性体３１、キャップ層ＣＡＰ（Cap layer）として機能する非磁性体３２、記憶層ＳＬ（Storage layer）として機能する強磁性体３３、トンネルバリア層ＴＢ（Tunnel barrier layer）として機能する非磁性体３４、参照層ＲＬ（Reference layer）として機能する積層体３５、スペーサ層ＳＰ（Spacer layer）として機能する非磁性体３６、シフトキャンセル層ＳＣＬ（Shift cancelling layer）として機能する積層体３７、下地層（Underlayer）として機能する非磁性体３８、及びバッファ層ＢＵＦ（Buffer layer）として機能する非磁性体３９を含む。
【００３６】
素子２２及び２５はそれぞれ、ワード線ＷＬｄ側からビット線ＢＬ側に向けて、及びビット線ＢＬからワード線ＷＬｕに向けて（Ｚ軸方向に）、複数の材料（半導体基板２０側から順に、非磁性体３９、非磁性体３８、積層体３７、非磁性体３６、積層体３５、非磁性体３４、強磁性体３３、非磁性体３２、及び非磁性体３１）が積層される。素子２２及び２５は、例えば、素子２２及び２５を構成する強磁性体の磁化方向がそれぞれ膜面に対して垂直方向を向く、垂直磁化型のＭＴＪ素子として機能する。
【００３７】
非磁性体３１は、非磁性の導電体であり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上端とビット線ＢＬ又はワード線ＷＬとの電気的な接続性を向上させる上部電極（top electrode）としての機能を有する。非磁性体３１は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）から選択される少なくとも１つの元素又は化合物を含む。
【００３８】
非磁性体３２は、非磁性体であり、強磁性体３３のダンピング定数の上昇を抑制し、書込み電流を低減させる機能を有する。非磁性体３２は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）から選択される少なくとも１つの窒化物又は酸化物を含む。また、非磁性体３２は、これら窒化物又は酸化物の混合物でもよい。すなわち、非磁性体３２は、２種類の元素からなる二元化合物に限らず、３種類の元素からなる三元化合物、例えば、窒化チタンアルミニウム（ＡｌＴｉＮ）等を含み得る。
【００３９】
強磁性体３３は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。強磁性体３３は、ビット線ＢＬ側、ワード線ＷＬ側のいずれかの方向に向かう磁化方向を有する。強磁性体３３は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）又はホウ化鉄（ＦｅＢ）を含み、体心立方（ｂｃｃ：Body − centered cubic）系の結晶構造を有し得る。
【００４０】
非磁性体３４は、非磁性の絶縁膜であり、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む。非磁性体３２は、強磁性体３３と積層体３５との間に設けられて、これら２つの強磁性体の間に磁気トンネル接合を形成する。
【００４１】
積層体３５は、複数の強磁性体を有する多層膜であり、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。積層体３５は、全体として、ビット線ＢＬ側、ワード線ＷＬ側のいずれかの方向に向かう１つの磁化方向を有する。積層体３５の磁化方向は、固定されており、図４の例では、積層体３７の方向を向いている。なお、「磁化方向が固定されている」とは、強磁性体３３の磁化方向を反転させ得る大きさの電流（スピントルク）によって、磁化方向が変化しないことを意味する。積層体３５の積層構造の詳細については、後述する。
【００４２】
非磁性体３６は、非磁性の導電膜であり、例えば、イリジウム（Ｉｒ）を含む。
【００４３】
積層体３７は、複数の強磁性体を有する多層膜であり、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。積層体３７は、全体として、ビット線ＢＬ側、ワード線ＷＬ側のいずれかの方向に向かう１つの磁化方向を有する。積層体３７の磁化方向は、固定されており、図４の例では、積層体３５の方向を向いている。積層体３７の積層構造の詳細については、後述する。
【００４４】
なお、積層体３５及び３７は、非磁性体３６によって反強磁性的に結合される。すなわち、積層体３５及び３７は、互いに反平行な磁化方向を有するように結合される。このため、図４の例では、積層体３５の磁化方向は、積層体３７の方向を向いている。このような積層体３５、非磁性体３６、及び積層体３７の結合構造を、ＳＡＦ（Synthetic Anti-Ferromagnetic）構造という。これにより、積層体３７は、積層体３５の漏れ磁場が強磁性体３３の磁化方向に与える影響を相殺することができる。このため、強磁性体３３は、積層体３５の漏れ磁場等に起因する外的要因によって、磁化の反転し易さに非対称性が発生すること（すなわち、磁化の方向の反転する際の反転し易さが、一方から他方に反転する場合と、その逆方向に反転する場合とで異なること）が抑制される。
【００４５】
非磁性体３８は、非磁性の導電膜であり、積層体３７の結晶配向性を高めるための下地層として機能する。非磁性体３８は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）を含む。
【００４６】
非磁性体３９は、非磁性の導電膜であり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの第２端において、ビット線ＢＬ又はワード線ＷＬとの電気的な接続性を向上させる下部電極（bottom electrode）としての機能を有する。非磁性体３９は、耐熱性の観点から、例えば、高融点金属を含み、例えば、タンタル（Ｔａ）を含む。
【００４７】
第１実施形態では、このような磁気抵抗効果素子ＭＴＪに直接書込み電流を流し、この書込み電流によって記憶層ＳＬ及び参照層ＲＬにスピントルクを注入し、記憶層ＳＬの磁化方向及び参照層ＲＬの磁化方向を制御するスピン注入書込み方式を採用する。磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、記憶層ＳＬ及び参照層ＲＬの磁化方向の相対関係が平行か反平行かによって、低抵抗状態及び高抵抗状態のいずれかを取ることが出来る。
【００４８】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪに、図４における矢印Ａ１の方向、即ち記憶層ＳＬから参照層ＲＬに向かう方向に、或る大きさの書込み電流Ｉｗ０を流すと、記憶層ＳＬ及び参照層ＲＬの磁化方向の相対関係は、平行になる。この平行状態の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの抵抗値は最も低くなり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは低抵抗状態に設定される。この低抵抗状態は、「Ｐ（Parallel）状態」と呼ばれ、例えばデータ“０”の状態と規定される。
【００４９】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに、図４における矢印Ａ２の方向、即ち記憶層ＳＬから参照層ＲＬに向かう方向（矢印Ａ１と同じ方向）に、書込み電流Ｉｗ０より大きい書込み電流Ｉｗ１を流すと、記憶層ＳＬ及び参照層ＲＬの磁化方向の相対関係は、反平行になる。この反平行状態の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの抵抗値は最も高くなり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは高抵抗状態に設定される。この高抵抗状態は、「ＡＰ（Anti-Parallel）状態」と呼ばれ、例えばデータ“１”の状態と規定される。
【００５０】
なお、以下の説明では、上述したデータの規定方法に従って説明するが、データ“１”及びデータ“０”の規定の仕方は、上述した例に限られない。例えば、Ｐ状態をデータ“１”と規定し、ＡＰ状態をデータ“０”と規定してもよい。
【００５１】
１．１．３．２  参照層及びシフトキャンセル層の構成について
図５は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子のうち、参照層及びシフトキャンセル層を含む部分の構成の詳細を示す断面図である。
【００５２】
図５に示すように、積層体３５は、界面参照層ＩＲＬ（Interface reference layer）として機能する強磁性体３５１と、機能層ＦＬ（Function layer）として機能する非磁性体３５２と、主参照層ＭＲＬ（Main reference layer）として機能する強磁性体３５３と、を含む。強磁性体３５３、非磁性体３５２、及び強磁性体３５１は、例えば、非磁性体３６と非磁性体３４の間において、半導体基板２０側からこの順に設けられる。
【００５３】
強磁性体３５１は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。強磁性体３５１は、特に非磁性体３４側において非磁性体３４と同一の（００１）結晶配向を有することにより、非磁性体３４との界面において高い界面磁気異方性を有する。強磁性体３５１は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）を含み、特に鉄（Ｆｅ）を多く含む（Ｆｅリッチである）。言い換えると、強磁性体３５１に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、コバルト（Ｃｏ）の原子比率より大きい。
【００５４】
非磁性体３５２は、非磁性の材料であり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）を含む。また、非磁性体３５２は、ボロン（Ｂ）を更に含み得る。非磁性体３５２は、アモルファス構造であり、明瞭な結晶構造を有していない。これにより、強磁性体３５１と異なるｆｃｃ（１１１）、及び／又はｈｃｐ（０００２）結晶配向を有する積層体３７によって、強磁性体３５１の（００１）結晶配向が阻害されることを抑制する機能を有する。すなわち、非磁性体３５２は、強磁性体３５１の結晶化に際し、強磁性体３５１が積層体３７側から結晶化することを抑制する機能を有する。
【００５５】
強磁性体３５３は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。強磁性体３５３は、非磁性体３５２を介して強磁性体３５１と磁気的に結合することにより、強磁性体３５１と同一の磁化方向となることができ、積層体３５の全体としての磁化を強める機能を有する。強磁性体３５３は、例えば、０．７ナノメートル近傍（望ましくは、０．５ナノメートル以上１ナノメートル以下）の膜厚を有し、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）を含み、特にコバルト（Ｃｏ）を多く含む（Ｃｏリッチである）。言い換えると、強磁性体３５３に含まれるコバルト（Ｃｏ）の原子比率は、鉄（Ｆｅ）の原子比率より大きい。より具体的には、強磁性体３５３における鉄（Ｆｅ）の原子比率は、例えば、２０ａｔ％近傍（１５ａｔ％以上２５ａｔ％以下）であることが望ましい。このように、積層体３５内における鉄（Ｆｅ）の原子比率は、強磁性体３５１の方が強磁性体３５３よりも大きい。また、強磁性体３５３は、ボロン（Ｂ）を更に含み得る。これにより、強磁性体３５３は、アモルファス状態又は微結晶状態を保つことができ、膜の平坦性を確保することができる。
【００５６】
積層体３７は、強磁性体３７１と、例えば、ｎ周期の非磁性体３７２（３７２＿１〜３７２＿ｎ）及び強磁性体３７３（３７３＿１〜３７３＿ｎ）の周期構造と、を含む（ｎは、任意の自然数）。周期数については、強磁性体３３への漏れ磁場を調整するために、適宜、任意の数に変更可能である。
【００５７】
強磁性体３７１及び３７３は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有する。強磁性体３７１及び３７３は例えばコバルト（Ｃｏ）を含み、非磁性体３７２は例えば白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む。すなわち、強磁性体３７１、非磁性体３７２、及び強磁性体３７３は、コバルト（Ｃｏ）と白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）とが交互に積層された多層膜であり、ｆｃｃ（１１１）及び／又はｈｃｐ（０００２）に結晶配向を有する人工格子を構成する。１周期あたりの非磁性体３７２及び強磁性体３７３の厚さは、例えば、０．２ナノメートル以上０．６ナノメートル以下に設定される。これに対し、例えば、強磁性体３７１の厚さは、０．７ナノメートル近傍（望ましくは、０．５ナノメートル以上１ナノメートル以下）に設定される。なお、強磁性体３７１の厚さは、強磁性体３７３よりも厚くなるように設定される。すなわち、強磁性体３７３の厚さが０．５ナノメートル以上０．６ナノメートル以下に設定される場合、強磁性体３７１の厚さは、少なくとも０．６ナノメートルより厚く設定される。これにより、参照層ＲＬの漏れ磁場を相殺するためのシフトキャンセル層ＳＣＬの能力を高めることができる。
【００５８】
１．２  製造方法について
次に、第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。
【００５９】
以下では、説明の便宜上、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのうち、トンネルバリア層ＴＢ、参照層ＲＬ、スペーサ層ＳＰ、及びシフトキャンセル層ＳＣＬを構成する各層について主に説明する。
【００６０】
まず、積層体３７、非磁性体３６、強磁性体３５３、非磁性体３５２、強磁性体３５１、及び非磁性体３４が半導体基板２０側からこの順に積層される。非磁性体３４は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の場合、膜面が（００１）面に配向した塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）結晶構造を有する状態で積層され、非磁性体３６は、ｆｃｃ系の結晶構造を有する状態で積層される。また、強磁性体３５１及び３５３、並びに非磁性体３５２は、アモルファス状態で積層される。なお、強磁性体３５３は、当該積層時点では、例えば、コバルト（Ｃｏ）単体（すなわち、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含まない状態）で積層されてもよい。積層された各層は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪとして機能する予定の部分を除き、例えばイオンビームを用いたエッチングによって除去される。
【００６１】
次に、積層された各層に対して、アニーリング処理が行われる。具体的には、各層に対して外部から熱が所定の期間で加えられることにより、強磁性体３５１がアモルファス状態から結晶質へ変換される。ここで、非磁性体３４は、強磁性体３５１の結晶構造の配向を制御する役割を果たし得る。すなわち、強磁性体３５１は、非磁性体３４をシードとして結晶化する。これにより、強磁性体３５１は、非磁性体３４の結晶面を反映して、結晶化する。例えば、非磁性体３４として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、強磁性体３５１としてコバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）を積層した場合、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の（００１）面を反映して、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）はｂｃｃ（００１）面が配向する。
【００６２】
上述のようなアニーリング処理の間、アモルファス状態の非磁性体３５２及び強磁性体３５３は、強磁性体３５１が積層体３７側から結晶化することを抑制する。このように、非磁性体３５２及び強磁性体３５３は、強磁性体３５１と、非磁性体３６とを結晶的に分断することができる。なお、強磁性体３５１の結晶化に伴い、強磁性体３５１内に含まれるボロン（Ｂ）が周囲の層（例えば、非磁性体３５２及び強磁性体３５３）に拡散する。非磁性体３５２及び強磁性体３５３は、ボロン（Ｂ）が存在することによって、よりアモルファス状態を維持し易くなり得る。
【００６３】
また、当該アニーリング処理の際、強磁性体３５１内に含まれる鉄（Ｆｅ）もまた、非磁性体３５２及び強磁性体３５３内に拡散し得る。当該拡散の結果として、積層体３５内に含まれる鉄（Ｆｅ）は、非磁性体３５２を挟んで強磁性体３５１側にピークを有するものの、強磁性体３５３側にまで連続的に分布を有することができる。具体的には、強磁性体３５３内に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、１５ａｔ％以上２５ａｔ％以下となる。これにより、強磁性体３５３は、アモルファス状態又は微結晶状態を維持し易くなり得る。
【００６４】
なお、非磁性体３５２に含まれるモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）は、機能層ＦＬに用いられ得るタンタル（Ｔａ）等の他の元素よりも、上下の層に含まれるコバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金と混ざりにくい。このため、非磁性体３５２から強磁性体３５１へのモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）の拡散が抑制される。同様に、非磁性体３６に含まれるイリジウム（Ｉｒ）は、一般的にスペーサ層ＳＰに用いられるルテニウム（Ｒｕ）等の他の元素よりも融点が高く、拡散しにくい。このため、非磁性体３６から強磁性体３５１へのイリジウム（Ｉｒ）の拡散が抑制される。したがって、強磁性体３５１は良質に結晶化することができる。
【００６５】
アニーリング処理により、強磁性体３５１は、非磁性体３４の結晶配向を反映して結晶化する。また、非磁性体３５２及び強磁性体３５３は、積層体３７側からｆｃｃ系の結晶構造に結晶化することなく、アモルファス状態を維持する。より具体的には、アニーリング処理が終了した後、強磁性体３５１は、強磁性体３５３よりも鉄（Ｆｅ）を多く含有する。このため、Ｆｅリッチである強磁性体３５１はｂｃｃ系に結晶化することができ、Ｃｏリッチである強磁性体３５３はアモルファス状態又は微結晶状態を維持することができる。
【００６６】
次に、アニーリング処理が終了した各層に対して、必要に応じて着磁処理が行われる。具体的には、各層に対して外部から、積層体３７を着磁し得る程度の大きさの磁場が所定の方向に加えられることにより、積層体３７が着磁される。これに伴い、積層体３５は、積層体３７と反対方向に着磁される。これにより、積層体３５及び３７はそれぞれ、参照層ＲＬ及びシフトキャンセル層ＳＣＬとしての機能し得る状態となる。
【００６７】
以上で、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの製造が終了する。
【００６８】
１．３  本実施形態に係る効果について
第１実施形態によれば、磁気抵抗効果素子の膜厚を薄くしつつ、トンネル磁気抵抗比を向上させることができる。以下、本実施形態の効果について説明する。
【００６９】
第１実施形態に係る参照層ＲＬとして機能する積層体３５は、界面参照層ＩＲＬとしての強磁性体３５１と、機能層ＦＬとしての非磁性体３５２と、主参照層ＭＲＬとしての強磁性体３５３と、を含む。強磁性体３５１は、トンネルバリア層ＴＢとしての非磁性体３４の下面上に設けられ、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む。非磁性体３５２は、強磁性体３５１上及び強磁性体３５３上に挟まれて設けられ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）を含む。強磁性体３５３は、スペーサ層ＳＰとしての非磁性体３６の上面上に設けられ、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）を含む。これにより、積層体３５は、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）と、コバルト（Ｃｏ）と、を複数層積層した人工格子を用いることなく構成されることができる。このため、積層体３５は、積層数を減らすことができ、膜厚を薄くすることができる。したがって、磁気抵抗効果素子ＭＴＪをイオンビームでエッチングする際の膜厚に関する制約を緩和することができ、ひいては、製造負荷を低減することができる。加えて、積層体３５は、その内部に白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む構成よりも、トンネル磁気抵抗比（ＴＭＲ比：Tunnel magnetoresistive ratio）を大きくできる。本効果について、図６及び図７を用いて以下に説明する。
【００７０】
図６は、比較例に係る磁気抵抗効果素子の参照層の構成を説明するための断面図である。図６では、比較例に係る磁気抵抗効果素子ＭＴＪについて、スペーサ層ＳＰとしての非磁性体３６’、参照層ＲＬとしての積層体３５’、及びトンネルバリア層ＴＢとしての非磁性体３４が示され、残りの部分が省略されている。図７は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子のトンネル磁気抵抗比を説明するためのダイアグラムである。図７では、横軸にトンネルバリア層ＴＢの面積抵抗を取り、縦軸にＴＭＲ比を取ることにより、実線Ｌ１で示された第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子のＴＭＲ比と、一点鎖線Ｌ２で示された比較例に係る磁気抵抗効果素子のＴＭＲ比との比較が示される。
【００７１】
図６に示すように、積層体３５’は、半導体基板２０側からこの順に設けられた強磁性体３５３’、非磁性体３５２’、及び強磁性体３５１’を含む。強磁性体３５１’及び３５３’は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）を含み、非磁性体３５２’は、例えば、タンタル（Ｔａ）を含む。加えて、積層体３５’は、強磁性体３５３’の下面上に、例えば、ｍ周期にわたる非磁性体３５４（３５４＿１、…、３５４＿ｍ）、並びに強磁性体３５５（３５５＿１、…、３５５＿ｍ）の周期構造を有する（ｍは、任意の自然数）。非磁性体３５４は白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含み、強磁性体３５５はコバルト（Ｃｏ）を含む。このような構成の場合、積層体３５’は、強磁性体３５１’に対して非磁性体３５４＿１等の白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む層が近くに存在する構成となる。これにより、非磁性体３５４及び強磁性体３５５の人工格子の結晶配向が、強磁性体３５１’の（００１）結晶配向への結晶化を阻害し得る。
【００７２】
第１実施形態によれば、非磁性体３５２と非磁性体３６との間には、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む人工格子を含まない。このため、強磁性体３５３は、強磁性体３５３’よりもｂｃｃ系への結晶化の際に、人工格子から受ける影響を低減することができる。したがって、強磁性体３５１を良質に結晶化させることができ、ひいては、図７に示すように、比較例よりも大きなＴＭＲ比を得ることができる。
【００７３】
また、強磁性体３５３に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率は、強磁性体３５１に含まれる鉄（Ｆｅ）の原子比率より小さい。加えて、強磁性体３５１は、１５ａｔ％以上２５ａｔ％以下の範囲の原子比率で鉄（Ｆｅ）を含む。これにより、強磁性体３５１をコバルト（Ｃｏ）に対して鉄（Ｆｅ）リッチな組成にしつつ、強磁性体３５３を鉄（Ｆｅ）に対してコバルト（Ｃｏ）リッチな組成にすることができる。このため、強磁性体３５１をｂｃｃ系に結晶化させやすい状態に保ちつつ、強磁性体３５３が積層体３７側から結晶化しにくいアモルファス状態又は微結晶状態に保つことができる。加えて、強磁性体３５３をアモルファスの状態に保つことにより、強磁性体３５３が結晶化してしまう場合よりも膜の平坦性を保つことができる。
【００７４】
また、非磁性体３６を挟む強磁性体３５３及び強磁性体３７１は、同等の（０．５ナノメートル以上１．０ナノメートル以下の）膜厚を有する。非磁性体３６を挟む強磁性体３５３及び３７１を、他の強磁性体３７３よりも比較的厚くすることにより、非磁性体３６の反強磁性的な結合の力をより強めることができる。加えて、より大きな磁化を持つ強磁性体３７１を参照層ＲＬの近くに配置することにより、参照層ＲＬの漏れ磁場の影響を抑制するシフトキャンセル層ＳＣＬの機能を高めることができる。
【００７５】
２．変形例等
なお、上述の第１実施形態に限らず、種々の変形が適用可能である。以下では、上述の第１実施形態に適用可能ないくつかの変形例について説明する。なお、説明の便宜上、第１実施形態との差異点について主に説明する。
【００７６】
上述の第１実施形態で述べたメモリセルＭＣは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪがセレクタＳＥＬの下方に設けられる場合について説明したが、磁気抵抗効果素子ＭＴＪがセレクタＳＥＬの上方に設けられてもよい。
【００７７】
また、上述の第１実施形態で述べたメモリセルＭＣは、セレクタＳＥＬとして、２端子間スイッチ素子が適用される場合について説明したが、セレクタＳＥＬとして、ＭＯＳ（Metal oxide semiconductor）トランジスタが適用されてもよい。すなわち、メモリセルアレイは、クロスポイント構造に限らず、任意のアレイ構造が適用可能である。
【００７８】
図８は、変形例に係る磁気記憶装置のメモリセルアレイの構成を説明するための回路図である。図８は、第１実施形態の図１において説明した磁気記憶装置１のうちのメモリセルアレイ１０に対応する。
【００７９】
図８に示すように、メモリセルアレイ１０Ａは、各々が行及び列に対応付けられた複数のメモリセルＭＣを備えている。そして、同一行にあるメモリセルＭＣは、同一のワード線ＷＬに接続され、同一列にあるメモリセルＭＣの両端は、同一のビット線ＢＬ及び同一のソース線／ＢＬに接続される。
【００８０】
図９は、変形例に係る磁気記憶装置のメモリセルの構成を説明するための断面図である。図９は、第１実施形態の図３において説明したメモリセルＭＣに対応する。なお、図９の例では、メモリセルＭＣは、半導体基板に対して積層されないため、“ｕ”及び“ｄ”等の添え字は付されない。
【００８１】
図９に示すように、メモリセルＭＣは、半導体基板４０上に設けられ、選択トランジスタ４１（Ｔｒ）及び磁気抵抗効果素子４２（ＭＴＪ）を含む。選択トランジスタ４１は、磁気抵抗効果素子４２へのデータ書込み及び読出し時において、電流の供給及び停止を制御するスイッチとして設けられる。磁気抵抗効果素子４２の構成は、第１実施形態の図４と同等である。
【００８２】
選択トランジスタ４１は、ワード線ＷＬとして機能するゲート（導電体４３）と、当該ゲートのｘ方向に沿う両端において半導体基板４０上に設けられた１対のソース領域又はドレイン領域（拡散領域４４）と、を備えている。導電体４３は、半導体基板４０上に設けられたゲート絶縁膜として機能する絶縁体４５上に設けられる。導電体４３は、例えば、ｙ方向に沿って延び、ｙ方向に沿って並ぶ他のメモリセルＭＣの選択トランジスタ（図示せず）のゲートに共通接続される。導電体４３は、例えばｘ方向に並ぶ。選択トランジスタ４１の第１端に設けられた拡散領域４４上には、コンタクト４６が設けられる。コンタクト４６は、磁気抵抗効果素子４２の下面（第１端）上に接続される。磁気抵抗効果素子４２の上面（第２端）上にはコンタクト４７が設けられ、コンタクト４７の上面上には、ビット線ＢＬとして機能する導電体４８に接続される。導電体４８は、例えば、ｘ方向に延び、ｘ方向に並ぶ他のメモリセルの磁気抵抗効果素子（図示せず）の第２端に共通接続される。選択トランジスタ４１の第２端に設けられた拡散領域４４上には、コンタクト４９が設けられる。コンタクト４９は、ソース線／ＢＬとして機能する導電体５０の下面上に接続される。導電体５０は、例えば、ｘ方向に延び、例えばｘ方向に並ぶ他のメモリセルの選択トランジスタ（図示せず）の第２端に共通接続される。導電体４８及び５０は、例えばｙ方向に並ぶ。導電体４８は、例えば導電体５０の上方に位置する。なお、図９では省略されているが、導電体４８及び５０は、互いに物理的及び電気的な干渉を避けて配置される。選択トランジスタ４１、磁気抵抗効果素子４２、導電体４３、４８、及び５０、並びに及びコンタクト４６、４７、及び４９は、層間絶縁膜５１によって被覆される。なお、磁気抵抗効果素子４２に対してｘ方向又はｙ方向に沿って並ぶ他の磁気抵抗効果素子（図示せず）は、例えば同一の階層上に設けられる。すなわち、メモリセルアレイ１０Ａ内において、複数の磁気抵抗効果素子４２は、例えばＸＹ平面上に配置される。
【００８３】
以上のように構成することにより、セレクタＳＥＬに２端子間スイッチではなく、３端子間スイッチであるＭＯＳトランジスタが適用される場合についても、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。
【００８４】
更に、上述の第１実施形態及び変形例では、磁気抵抗効果素子を備える磁気記憶装置の一例として、ＭＴＪ素子を備える磁気記憶装置について説明したが、これに限られない。例えば、磁気記憶装置は、センサやメディア等の垂直磁気異方性を有する磁気素子を必要とする他のデバイスを含む。
【００８５】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００８６】
１…磁気記憶装置、１０，１０Ａ…メモリセルアレイ、１１…ロウ選択回路、１２…カラム選択回路、１３…デコード回路、１４…書込み回路、１５…読出し回路、１６…電圧生成回路、１７…入出力回路、１８制御回路、２０…半導体基板、２１，２４，２７，４３，４８，５０…導電体、２２，２３，２５，２６，４２…素子、３１，３２，３４，３６，３６’，３８，３９，３５２，３５２’，３５４＿１，３５４＿ｍ，３７２＿１，３７２＿ｎ…非磁性体、３３，３５１，３５１’，３５３，３５３’，３５５＿１，３５５＿ｍ，３７１，３７３＿１，３７３＿ｎ…強磁性体、３５，３５’，３７…積層体、４１…選択トランジスタ、４４…拡散領域、４５…絶縁体、４６，４７，４９…コンタクト、５１…層間絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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