(57)【要約】【課題】トンネル磁気抵抗比、及び磁気異方性を向上させる。【解決手段】一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強磁性体と、第２強磁性体と、上記第１強磁性体及び上記第２強磁性体の間に設けられた第１非磁性体と、上記第１強磁性体に対して、上記第１非磁性体と反対側に設けられた第２非磁性体と、上記第２非磁性体に対して、上記第１強磁性体と反対側に設けられた第３非磁性体と、を含む。上記第２非磁性体は、希土類酸化物を含み、上記第３非磁性体は、ルテニウム（Ｒｕ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む。【選択図】図４
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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強磁性体と、
第２強磁性体と、
前記第１強磁性体及び前記第２強磁性体の間に設けられた第１非磁性体と、
前記第１強磁性体に対して、前記第１非磁性体と反対側に設けられた第２非磁性体と、
前記第２非磁性体に対して、前記第１強磁性体と反対側に設けられた第３非磁性体と、
を含み、
前記第２非磁性体は、希土類酸化物を含み、
前記第３非磁性体は、ルテニウム（Ｒｕ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む、
磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第３非磁性体は、ボロン（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、及び炭素（Ｃ）から選択される少なくとも１つの元素を更に含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第３非磁性体は、アモルファスな構造を有する、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第３非磁性体は、前記第２非磁性体と接する、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記第２非磁性体は、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される少なくとも１つの希土類元素の酸化物を含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記第２非磁性体は、ボロン（Ｂ）を更に含む、
請求項５記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記第２非磁性体は、鉄（Ｆｅ）を更に含む、
請求項６記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第２非磁性体は、前記第１強磁性体に接する、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記第１強磁性体は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも１つの元素を含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
前記第２強磁性体は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも１つの元素を含む、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項１１】
前記第１強磁性体は、前記第２強磁性体よりも小さい磁化を有する、
請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項１２】
前記磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に接続されたセレクタと、を含むメモリセルを備えた、
請求項１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２０１３−１１５４０１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３５０１５号公報
【特許文献３】特開２０１８−６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トンネル磁気抵抗比、及び磁気異方性を向上させる。
【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強磁性体と、第２強磁性体と、上記第１強磁性体及び上記第２強磁性体の間に設けられた第１非磁性体と、上記第１強磁性体に対して、上記第１非磁性体と反対側に設けられた第２非磁性体と、上記第２非磁性体に対して、上記第１強磁性体と反対側に設けられた第３非磁性体と、を含む。上記第２非磁性体は、希土類酸化物を含み、上記第３非磁性体は、ルテニウム（Ｒｕ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む。
【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磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための模式図。
【図６】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を説明するための模式図。
【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製造方法を説明するための模式図。
【図８】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組成を説明するためのダイアグラム。
【図９】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を説明するための模式図。
【図１０】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磁気異方性を説明するためのダイアグラム。
【図１１】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１２】第１変形例に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の構成を説明するための断面図。
【図１３】第２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１４】第２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、参照符号の末尾に添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記憶装置について説明する。第１実施形態に係る磁気記憶装置は、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。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。
【００３４】
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）として機能する強磁性体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）として機能する強磁性体３７、及びバッファ層ＢＵＦ（Buffer layer）として機能する非磁性体３８を含む。
【００３５】
素子２２は、例えば、ワード線ＷＬｄ側からビット線ＢＬ側に向けて（Ｚ軸方向に）、非磁性体３８、強磁性体３７、非磁性体３６、強磁性体３５、非磁性体３４、強磁性体３３、非磁性体３２、及び非磁性体３１の順に、複数の材料が積層される。素子２５は、例えば、ビット線ＢＬ側からワード線ＷＬｕ側に向けて（Ｚ軸方向に）、非磁性体３８、強磁性体３７、非磁性体３６、強磁性体３５、非磁性体３４、強磁性体３３、非磁性体３２、及び非磁性体３１の順に、複数の材料が積層される。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。
【００３６】
非磁性体３１は、非磁性の導電膜であり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの第１端において、ビット線ＢＬやワード線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。また、非磁性体３１は、特定の結晶構造を有さず（アモルファス構造を有し）、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、及びモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。非磁性体３１にモリブデン（Ｍｏ）が含まれる場合、非磁性体３１には、アモルファス状態が保たれるように、ボロン（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、又は炭素（Ｃ）等のメタロイド（metalloid）が更に含まれていてもよい。非磁性体３１は、例えば、０．５ナノメートル以上３ナノメートル以下の膜厚を有し得る。
【００３７】
非磁性体３２は、非磁性の希土類酸化物（Rare‐earth oxide）であり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの製造の過程において、非磁性体３１内に含まれる材料の強磁性体３３への拡散を抑制すると共に、強磁性体３３から拡散するボロン（Ｂ）等の元素を吸収する機能を有する。非磁性体３２は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される少なくとも１つの希土類元素の酸化物を含む。また、非磁性体３２は、上述したように、強磁性体３３内から吸収した元素として、ボロン（Ｂ）を更に含んでいてもよい。また、非磁性体３２は、強磁性体３３内から吸収した更なる元素として、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）を更に含んでいてもよい。なお、非磁性体３２は、強磁性体３３からの拡散の有無に依らず、成膜時に鉄（Ｆｅ）を予め添加されていてもよい。非磁性体３２は、例えば、０．５ナノメートル以上２ナノメートル以下（より望ましくは、０．７ナノメートル以上１．３ナノメートル以下）の膜厚を有し得る。
【００３８】
以上のように構成することにより、非磁性体３１は、上述の上部電極としての機能に加え、非磁性体３２の元素吸収機能を向上させ得る。すなわち、非磁性体３１は、非磁性体３２と共に、強磁性体３３の結晶化に際して不要となる元素の除去に寄与し得る。
【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方向を有する。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。強磁性体３３は、例えば、１ナノメートル以上３ナノメートル以下（より望ましくは、１ナノメートル以上２ナノメートル以下）の膜厚を有し得る。なお、強磁性体３３は、上述の層の単層構造に限らず、複層構造であってもよい。
【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３４は、強磁性体３３と強磁性体３５との間に設けられて、これら２つの強磁性体と共に磁気トンネル接合を形成する。
【００４１】
強磁性体３５は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸方向を有する。強磁性体３５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３５は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）又はホウ化鉄（ＦｅＢ）を含む。強磁性体３５の磁化方向は、固定されており、図４の例では、強磁性体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。
【００４２】
なお、図４では図示を省略しているが、強磁性体３５は、複数の層からなる積層体であってもよい。具体的には例えば、強磁性体３５を構成する積層体は、上述のコバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）又はホウ化鉄（ＦｅＢ）を含む界面層の強磁性体３７側の面上に、非磁性の導電体を介して、更なる強磁性体が積層される構造であってもよい。強磁性体３５を構成する積層体内の非磁性の導電体は、例えば、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、及びチタン（Ｔｉ）から選択される少なくとも１つの金属を含み得る。強磁性体３５を構成する積層体内の更なる強磁性体は、例えば、コバルト（Ｃｏ）と白金（Ｐｔ）との多層膜（Ｃｏ／Ｐｔ多層膜）、コバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）との多層膜（Ｃｏ／Ｎｉ多層膜）、及びコバルト（Ｃｏ）とパラジウム（Ｐｄ）との多層膜（Ｃｏ／Ｐｄ多層膜）から選択される少なくとも１つの人工格子を含み得る。
【００４３】
非磁性体３６は、非磁性の導電膜であり、例えばルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、バナジウム（Ｖ）、及びクロム（Ｃｒ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００４４】
強磁性体３７は、強磁性を有し、膜面に垂直な方向に磁化容易軸方向を有する。強磁性体３７は、例えばコバルト白金（ＣｏＰｔ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、及びコバルトパラジウム（ＣｏＰｄ）から選択される少なくとも１つの合金を含む。強磁性体３７は、強磁性体３５と同様、複数の層からなる積層体であってもよい。その場合、強磁性体３７は、例えば、コバルト（Ｃｏ）と白金（Ｐｔ）との多層膜（Ｃｏ／Ｐｔ多層膜）、コバルト（Ｃｏ）とニッケル（Ｎｉ）との多層膜（Ｃｏ／Ｎｉ多層膜）、及びコバルト（Ｃｏ）とパラジウム（Ｐｄ）との多層膜（Ｃｏ／Ｐｄ多層膜）から選択される少なくとも１つの人工格子を含み得る。
【００４５】
強磁性体３７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３７の磁化方向は、固定されており、図４の例では、強磁性体３５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。
【００４６】
強磁性体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、強磁性体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、強磁性体３５の磁化方向は、強磁性体３７の方向を向いている。このような強磁性体３５、非磁性体３６、及び強磁性体３７の結合構造を、ＳＡＦ（Synthetic Anti‐Ferromagnetic）構造という。これにより、強磁性体３７は、強磁性体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、強磁性体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。
【００４７】
非磁性体３８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やワード線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。また、非磁性体３８は、例えば、高融点金属を含む。高融点金属とは、例えば、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）より融点が高い材料を示し、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及び白金（Ｐｔ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図５〜図７、及び図９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製造方法を説明するための模式図である。図５〜図７、及び図９では、説明の便宜上、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのうち、トップ層ＴＯＰ、キャップ層ＣＡＰ、記憶層ＳＬ、及びトンネルバリア層ＴＢを構成する各層が示され、その他の層は省略されている。
【００５４】
図５では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪとして機能する予定の各種材料が積層された後、アニーリング処理がなされる前における状態が示される。図６では、図５の状態の後、アニーリング処理中の状態が示される。図７では、図６の後、アニーリング処理が終了した後の状態が示される。図９では、図７の後、着磁処理がなされることにより記憶層ＳＬとしての機能が備わる状態が示される。
【００５５】
また、図８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組成を説明するためのダイアグラムである。図８では、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron energy loss spectroscopy）によって計測した結果の一例が、横軸をＺ方向の距離、縦軸を強度として示され、アニーリング処理が終了した後における磁気抵抗効果素子の組成の一部が示される。より具体的には、図８では、組成の一部として、ボロン（Ｂ）が太い実線として示され、マグネシウム（Ｍｇ）が細い一点鎖線として示され、酸素（Ｏ）が細い実線として示される。また、図８では、非磁性体３２内に含まれる希土類元素（図８ではRare Earthと表記）が細い破線で示され、非磁性体３１内に含まれる金属の一例としてルテニウム（Ｒｕ）が太い破線で示される。
【００５６】
以下、図５〜図７、及び図９の各状態に沿って順に説明する。
【００５７】
図５に示すように、非磁性体３４、強磁性体３３、非磁性体３２、及び非磁性体３１が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、強磁性体３３は、アモルファス状態で積層される。
【００５８】
次に、図６に示すように、図５において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（例えば、４００℃以下の範囲）が所定の期間で加えられることにより、強磁性体３３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３３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３３は、非磁性体３４をシードとして結晶構造を成長させ得る。これにより、強磁性体３３は、非磁性体３４の結晶面と同じ結晶面に配向され、ｂｃｃ系の結晶構造となる。
【００５９】
なお、以下の説明では、４００℃以下の熱が加えられるアニーリング処理は、４００℃より大きい熱が加えられる「比較的高温のアニーリング処理」に対して、「比較的低温のアニーリング処理」とも言う。
【００６０】
上述のようなアニーリング処理の間、各層内に含まれる元素は、周囲の他の層に拡散し得る。具体的には、例えば、アニーリング処理において、非磁性体３１内に含まれるルテニウム（Ｒｕ）等の金属は、周囲の層に拡散し得る。非磁性体３２は、このような非磁性体３１内の元素が拡散し、強磁性体３３内に入り込むことを抑制する。これにより、強磁性体３３内の不純物が増加することを抑制することができ、強磁性体３３の良質な結晶化を促進させることができる。
【００６１】
また、アニーリング処理において、強磁性体３３内に含まれるボロン（Ｂ）は、周囲の層に拡散し得る。ここで、成膜時に強磁性体３３に含まれるボロン（Ｂ）は、強磁性体３３の結晶化に際して過剰となり得る。このため、強磁性体３３が良質な結晶構造となるためには、強磁性体３３は、アニーリング処理によってボロン（Ｂ）が十分に拡散されることが望ましい。上述の通り、非磁性体３２は、強磁性体３３内のボロン（Ｂ）を吸収しやすい性質を有するため、強磁性体３３の良質な結晶化に寄与することができる。なお、当該アニーリング処理の際、強磁性体３３内に含まれる鉄（Ｆｅ）もまた、非磁性体３２内に拡散し得る。
【００６２】
また、非磁性体３１は、非磁性体３２上のうち、強磁性体３３と反対側に設けられることにより、比較的低温のアニーリング処理における非磁性体３２のボロン（Ｂ）の吸収能力を向上させることができる。これにより、アニーリング処理の際の温度を４００℃よりも大きな温度まで上昇させることなく、強磁性体３３の結晶化を促進させることができる。
【００６３】
次に、図７に示すように、図６におけるアニーリング処理が終了する。上述の通り、強磁性体３３は、非磁性体３１及び３２によって比較的低温のアニーリングによってもｂｃｃ系の結晶構造に良質に結晶化する。
【００６４】
より具体的には、図８に示すように、比較的低温のアニーリング処理が終了した後、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに含まれるボロン（Ｂ）に対応する強度のプロファイルは、強磁性体３３が設けられる領域においてピークを有していない。また、ボロン（Ｂ）に対応する強度は、強磁性体３３が設けられる領域よりも、非磁性体３２が設けられる領域の方が大きい。このように、成膜時に強磁性体３３内に多量に含まれていたボロン（Ｂ）が、上述の比較的低温なアニーリング処理によって、非磁性体３２内に吸収されたことが分かる。
【００６５】
次に、図９に示すように、図７においてアニーリング処理が終了した各層に対して、着磁処理が行われる。具体的には、各層に対して外部から、強磁性体３３を着磁し得る程度の大きさの磁場が所定の方向（図示せず）に加えられることにより、強磁性体３３が着磁される。これにより、強磁性体３３は、記憶層ＳＬとしての機能し得る状態となる。
【００６６】
以上で、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの製造が終了する。
【００６７】
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、記憶層ＳＬとして機能する強磁性体３３上には、トンネルバリア層ＴＢとして機能する非磁性体３４と反対側にキャップ層ＣＡＰとして機能する非磁性体３２が設けられる。非磁性体３２は、希土類酸化物を含む。これにより、アニーリング処理の際、強磁性体３３に含まれるボロン（Ｂ）を引き抜くことができ、非磁性体３４との界面からのエピタキシャル配向によって強磁性体３３を良質に結晶化させることができる。このため、強磁性体３３の垂直磁気異方性、及びトンネル磁気抵抗比（ＴＭＲ比：Tunnel magnetoresistive ratio）を向上させることができる。
【００６８】
また、非磁性体３２上には、強磁性体３３と反対側にトップ層ＴＯＰとして機能する非磁性体３１が設けられる。非磁性体３１は、ルテニウム（Ｒｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。これにより、上述の非磁性体３２による強磁性体３３からのボロン（Ｂ）の引き抜き効果を、比較的低温のアニーリング処理によっても十分に得ることができる。このため、強磁性体３３の垂直磁気異方性、及びトンネル磁気抵抗比（ＴＭＲ比：Tunnel magnetoresistive ratio）を、比較的低温のアニーリング処理によって向上させることができる。
【００６９】
以下に、非磁性体３１に上述の元素が適用されることによる効果について具体的に説明する。
【００７０】
図１０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磁気異方性を説明するためのダイアグラムである。図１０では、比較的低温（すなわち、４００℃以下）のアニーリング処理が行われた磁気抵抗効果素子ＭＴＪについて、記憶層ＳＬの垂直磁気異方性が、トップ層ＴＯＰに含まれる元素に応じてどのように変化するか、が示される。
【００７１】
図１０の例では、垂直磁気異方性は、横軸に記憶層ＳＬの磁化Ｍｓｔ（記憶層ＳＬの飽和磁化Ｍｓと、膜厚ｔとの積）をとり、縦軸に異方性磁界Ｈｋをとることにより、評価される。垂直磁気異方性の大きさは、例えば、磁化Ｍｓｔと、異方性磁界Ｈｋとの積に相関し得る。すなわち、図１０において、左上から右下に延びる線は、異方性磁界の等高線（contour）を意味し得る。より具体的には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）がトップ層ＴＯＰに適用されたケースにおける記憶層ＳＬの垂直磁気異方性の膜厚依存性が線Ｌとして示される。そして、当該線Ｌに対して右上に位置する点に対応するケースは、モリブデン（Ｍｏ）が選択されたケースより大きな垂直磁気異方性を有しているケースであることを意味し、当該線Ｌに対して左下に位置する点に対応するケースは、モリブデン（Ｍｏ）が選択されたケースより小さな垂直磁気異方性を有しているケースであることを意味している。
【００７２】
図１０に示すように、トップ層ＴＯＰに適用される材料として、ハフニウム（Ｈｆ）、テルビウム（Ｔｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔａ）が選択されたケースは、モリブデン（Ｍｏ）が選択されたケースより垂直磁気異方性が有意に小さい。また、トップ層ＴＯＰに適用される材料として、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及び白金（Ｐｔ）が選択されたケースは、モリブデン（Ｍｏ）が選択されたケースと同等の又は大きい垂直磁気異方性を有する。すなわち、トップ層ＴＯＰにイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、又はモリブデン（Ｍｏ）が含まれる場合、比較的低温のアニーリング処理が実行された場合においても、記憶層ＳＬは高い垂直磁気異方性を得ることができる。
【００７３】
図１１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１１では、図１０において高い垂直磁気異方性が得られることが示された４つの元素がトップ層ＴＯＰに含まれる場合の各々について、比較的低温（すなわち、４００℃以下）のアニーリング処理が行われた磁気抵抗効果素子ＭＴＪのＴＭＲ比が示される。
【００７４】
図１１に示すように、トップ層ＴＯＰにモリブデン（Ｍｏ）、又はルテニウム（Ｒｕ）が含まれる場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのＴＭＲ比は、トップ層ＴＯＰに白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）が含まれる場合よりも有意に大きい。すなわち、トップ層ＴＯＰにルテニウム（Ｒｕ）、又はモリブデン（Ｍｏ）が含まれる場合、比較的低温のアニーリング処理が実行された場合においても、記憶層ＳＬは、より高いＴＭＲ比を得ることができる。
【００７５】
したがって、非磁性体３１は、ルテニウム（Ｒｕ）及びモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも１つの元素を含むことにより、４００℃以下のアニーリング処理によっても、高い垂直磁気異方性とＴＭＲ比を得ることができる。
【００７６】
なお、比較的高温のアニーリング処理を行った結果、参照層ＲＬ及びシフトキャンセル層ＳＣＬが高温環境下に曝された場合、参照層ＲＬ及びシフトキャンセル層ＳＣＬ間の反強磁性的な結合が劣化し得る。また、比較的高温のアニーリング処理を行った結果、セレクタＳＥＬが高温環境下に曝された場合、セレクタＳＥＬの性能が劣化し得る。第１実施形態では、４００℃以下の比較的低温の範囲でアニーリング処理することで記憶層ＳＬの諸特性を向上させることができるため、上述のような参照層ＲＬ及びシフトキャンセル層ＳＣＬ間の結合や、セレクタＳＥＬの性能劣化を抑制することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
上述の第１実施形態で述べた磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、記憶層ＳＬが参照層ＲＬの上方に設けられるトップフリー型である場合について説明したが、記憶層ＳＬが参照層ＲＬの下方に設けられるボトムフリー型であってもよい。
【００７９】
図１２は、第１変形例に係る磁気記憶装置の磁気抵抗効果素子の構成を説明するための断面図である。図１２は、第１実施形態の図４において説明したトップフリー型の磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して、ボトムフリー型の磁気抵抗効果素子ＭＴＪの構成が示される。
【００８０】
図１２に示すように、ボトムフリー型として構成される場合、素子２２は、例えば、ワード線ＷＬｄ側からビット線ＢＬ側に向けて（Ｚ軸方向に）、バッファ層ＢＵＦとして機能する非磁性体３１Ａ、下地層（Under layer）ＵＬとして機能する非磁性体３２Ａ、記憶層ＳＬとして機能する強磁性体３３、トンネルバリア層ＴＢとして機能する非磁性体３４、参照層ＲＬとして機能する強磁性体３５、スペーサ層ＳＰとして機能する非磁性体３６、シフトキャンセル層ＳＣＬとして機能する強磁性体３７、及びキャップ層ＣＡＰとして機能する非磁性体３８Ａの順に、複数の材料が積層される。素子２５は、例えば、ビット線ＢＬ側からワード線ＷＬｕ側に向けて（Ｚ軸方向に）、非磁性体３１Ａ、非磁性体３２Ａ、強磁性体３３、非磁性体３４、強磁性体３５、非磁性体３６、強磁性体３７、及び非磁性体３８Ａの順に、複数の材料が積層される。
【００８１】
非磁性体３１Ａは、第１実施形態における図４において説明した非磁性体３１に対応し、非磁性の導電体を含む。具体的には、非磁性体３１Ａは、ルテニウム（Ｒｕ）、及びモリブデン（Ｍｏ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００８２】
非磁性体３２Ａは、第１実施形態における図４において説明した非磁性体３２に対応し、非磁性の導電体を含む。具体的には、非磁性体３２Ａは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びジスプロシウム（Ｄｙ）から選択される少なくとも１つの希土類元素の酸化物を含む。また、非磁性体３２Ａは、ボロン（Ｂ）及び／又は鉄（Ｆｅ）を更に含んでいてもよい。
【００８３】
非磁性体３８Ａは、非磁性の導電体であり、例えば、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、及びルテニウム（Ｒｕ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００８４】
その他の各層には、例えば、第１実施形態と同等の材料が適用される。以上のように構成することにより、ボトムフリー型の場合においても、第１実施形態の場合と同等の効果を奏することができる。
【００８５】
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。
【００８６】
図１３は、第２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１３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。
【００８７】
図１３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。
【００８８】
図１４は、その他の第２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１４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１４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。
【００８９】
図１４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又は第１変形例の図１２と同等である。
【００９０】
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１５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。
【００９１】
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。
【００９２】
また、上述の実施形態及び変形例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。
【００９３】
更に、上述の第１実施形態及び各変形例では、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。
【００９４】
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】
【００９５】
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、３１，３１Ａ，３２，３２Ａ，３４，３６，３８，３８Ａ…非磁性体、３３，３５，３７…強磁性体、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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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