(57)【要約】【課題】  高い熱安定性Δを有する磁気抵抗効果素子を有する磁気記憶装置及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】  実施形態に係る磁気記憶装置は、固定された磁化方向を有する第１の磁性層１３と、第１の磁性層上に設けられた非磁性層１４と、非磁性層上に設けられ且つ可変の磁化方向を有する第２の磁性層１５とを含む積層構造３４と、積層構造の側面に沿って設けられ、その上端が積層構造の側面の上端よりも低く位置する第１の絶縁層４１と、第１の絶縁層を覆い、その上端が第１の絶縁層の上端よりも高く位置する第２の絶縁層４２と、を備える。【選択図】図１６
2020155459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された磁化方向を有する第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層上に設けられ且つ可変の磁化方向を有する第２の磁性層とを含む積層構造と、
前記積層構造の側面に沿って設けられ、その上端が前記積層構造の側面の上端よりも低く位置する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層を覆い、その上端が前記第１の絶縁層の上端よりも高く位置する第２の絶縁層と、
を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第２の磁性層は、磁性材料で形成された第１の磁性材料部分と、前記第１の磁性材料部分上に設けられ且つ非磁性材料で形成された非磁性材料部分と、前記非磁性材料部分上に設けられ且つ磁性材料で形成された第２の磁性材料部分とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第２の磁性材料部分は、前記第１の磁性材料部分よりも厚い
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第２の磁性材料部分の厚さは、前記第１の磁性材料部分の厚さの１０倍以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
固定された磁化方向を有する第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層上に設けられ且つ可変の磁化方向を有する第２の磁性層とを含む積層構造を備え、
前記第２の磁性層は、磁性材料で形成された第１の磁性材料部分と、前記第１の磁性材料部分上に設けられ且つ非磁性材料で形成された非磁性材料部分と、前記非磁性材料部分上に設けられ且つ磁性材料で形成された第２の磁性材料部分とを含み、
前記第２の磁性材料部分の厚さは、前記第１の磁性材料部分の厚さの１０倍以上である
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項６】
固定された磁化方向を有する第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層上に設けられ且つ可変の磁化方向を有する第２の磁性層とを含む積層構造を備えた磁気記憶装置の製造方法であって、
前記第１の磁性層と、前記非磁性層と、前記第２の磁性層の下層部分とを含む第１の積層部分と、前記第１の積層部分上に設けられた第２の積層部分とを含む予備的な積層構造と、前記予備的な積層構造を囲む絶縁構造とを形成する工程と、
前記第２の積層部分を除去して穴を形成する工程と、
前記穴内に前記第２の磁性層の上層部分を形成する工程と、
を備えることを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項７】
前記予備的な積層構造及び前記絶縁構造を形成する工程は、
前記予備的な積層構造を形成する工程と、
前記予備的な積層構造を形成する工程の後に、前記予備的な積層構造を囲む前記絶縁構造を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項８】
前記予備的な積層構造の上面と前記絶縁構造の上面とは実質的に同じ高さである
ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁構造は、前記予備的な積層構造の側面に沿って設けられた第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層の側面を覆う第２の絶縁層とを含む
ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１０】
前記予備的な積層構造及び前記絶縁構造を形成する工程は、
前記第１の積層部分と前記第２の積層部分の下部分とを含む前記予備的な積層構造の下部分を形成する工程と、
前記予備的な積層構造の下部分を囲む前記絶縁構造の下部分を形成する工程と、
前記絶縁構造の下部分に囲まれた前記予備的な積層構造の下部分上に選択的に前記予備的な積層構造の上部分を形成する工程と、
前記絶縁構造の下部分上に前記予備的な積層構造の上部分を囲む前記絶縁構造の上部分を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の磁性層の下層部分は、磁性材料で形成された第１の磁性材料部分であり、
前記第２の磁性層の上層部分は、非磁性材料で形成された非磁性材料部分と、前記非磁性材料部分上に設けられ且つ磁性材料で形成された第２の磁性材料部分とを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いた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２０００−１９５２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高い熱安定性Δを有する磁気抵抗効果素子を有する磁気記憶装置及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る磁気記憶装置は、固定された磁化方向を有する第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層上に設けられ且つ可変の磁化方向を有する第２の磁性層とを含む積層構造と、前記積層構造の側面に沿って設けられ、その上端が前記積層構造の側面の上端よりも低く位置する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層を覆い、その上端が前記第１の絶縁層の上端よりも高く位置する第２の絶縁層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構成の一例を模式的に示した鳥観図である。
【図１Ｂ】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構成の他の例を模式的に示した鳥観図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気記憶装置に用いる磁気抵抗効果素子の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図１７】第３の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【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を説明する。
（実施形態１）
図１Ａは、第１の実施形態に係る磁気記憶装置（半導体集積回路装置）の構成を模式的に示した鳥観図である。
図１Ａに示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置は、複数の下部配線２００と複数の上部配線３００との間に複数のメモリセル１００が設けられた磁気記憶装置である。メモリセル１００は、磁気抵抗効果素子１０１とスイッチング機能を有する２端子型の選択素子１０２とが直列接続された構成を有している。具体的には、メモリセル１００は、磁気抵抗効果素子１０１と選択素子１０２とが積層された構造を有している。下部配線２００及び上部配線３００の一方はワード線に対応し、下部配線２００及び上部配線３００の他方はビット線に対応する。なお、選択素子の一例として、スイッチング機能を有する２端子型のスイッチング素子として説明しているが、例えば、３端子型の選択トランジスタをスイッチング素子として用いてもよい。
【０００８】
なお、図１Ａに示した磁気記憶装置は、磁気抵抗効果素子１０１上に選択素子１０２が積層された構成であるが、図１Ｂに示すように、選択素子１０２上に磁気抵抗効果素子１０１が積層された構成であってもよい。
図２は、図１Ａ及び図１Ｂに示した磁気記憶装置に用いる磁気抵抗効果素子１０１の構成を模式的に示した断面図である。なお、磁気抵抗効果素子は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子とも呼ばれる。
【０００９】
図２に示した磁気抵抗効果素子１０１は、下地層１１と、下地層１１上に設けられたシフトキャンセリング層１２と、シフトキャンセリング層１２上に設けられた参照層（第１の磁性層）１３と、参照層１３上に設けられたトンネルバリア層（非磁性層）１４と、トンネルバリア層１４上に設けられた記憶層（第２の磁性層）１５とを含んでいる。
【００１０】
記憶層（第２の磁性層）１５は、可変の磁化方向を有している。可変の磁化方向とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わることを意味する。記憶層１５は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びボロン（Ｂ）を含有している。また、本実施形態の記憶層１５は、垂直磁化を有し、強磁性材料で形成された下層部分１５ａと、下層部分１５ａ上に設けられ且つ強磁性材料で形成された上層部分１５ｂとを含んでいる。
【００１１】
参照層（第１の磁性層）１３は、固定された磁化方向を有している。固定された磁化方向とは、所定の書き込み電流に対して磁化方向が変わらないことを意味する。参照層１３は、垂直磁化を有し、強磁性材料で形成された下層部分１３ａと、下層部分１３ａ上に設けられ且つ強磁性材料で形成された上層部分１３ｂとを含んでいる。下層部分１３ａは、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有している。上層部分１３ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びボロン（Ｂ）を含有している。
【００１２】
トンネルバリア層（非磁性層）１４は、参照層１３と記憶層１５との間に設けられた絶縁層である。トンネルバリア層１４は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有している。
シフトキャンセリング層１２は、参照層１３の磁化方向に対して反平行の固定された磁化方向を有しており、参照層１３から記憶層１５に印加される磁界をキャンセルする機能を有している。シフトキャンセリング層１２は、コバルト（Ｃｏ）と、プラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）から選択された少なくとも１つの元素とを含有している。
【００１３】
上述した磁気抵抗効果素子は、ＳＴＴ（spin transfer torque）型の磁気抵抗効果素子であり、垂直磁化を有している。すなわち、記憶層１５の磁化方向はその主面に対して垂直な方向であり、参照層１３の磁化方向はその主面に対して垂直な方向であり、シフトキャンセリング層１２の磁化方向はその主面に対して垂直な方向である。
【００１４】
上述した磁気抵抗効果素子は、記憶層１５の磁化方向が参照層１３の磁化方向に対して平行である低抵抗状態と、記憶層１５の磁化方向が参照層１３の磁化方向に対して反平行である高抵抗状態とを有している。したがって、磁気抵抗効果素子は、抵抗状態（低抵抗状態及び高抵抗状態）に応じて２値データ（０又は１）を記憶することが可能である。また、磁気抵抗効果素子に流れる電流の方向に応じて、低抵抗状態又は高抵抗状態が磁気抵抗効果素子に設定される。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂに示した選択素子１０２には、非線形な電圧−電流特性を有し、スイッチング機能を有する２端子型のスイッチング素子が用いられる。例えば、選択素子１０２には、一例として、ダイオード或いはカルコゲン元素を含んだ２端子型スイッチング素子を用いることができる。
【００１６】
カルコゲン元素を含んだ２端子型スイッチ素子では、２端子間に印加される電圧が閾電圧よりも小さい場合には、２端子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端子間に印加される電圧が閾電圧よりも大きい場合には、２端子型スイッチング素子は低抵抗状態（例えば、電気的に導通状態）である。２端子型スイッチング素子は、双方向において、上述した機能を有していてもよい。上述したスイッチング素子は、Ｔｅ、Ｓｅ及びＳからなる群から選択された少なくとも１つのカルコゲン元素を含んでもよい。或いは、これらのカルコゲン元素を含有する化合物であるカルコゲナイドを含んでいてもよい。また、上述したスイッチ素子は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｐ及びＳｂからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含んでいてもよい。なお、一例として、スイッチング機能を有する２端子型のスイッチング素子以外にも、スイッチング素子として、３端子型の選択トランジスタを用いてもよい。
【００１７】
次に、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法について説明する。図３〜図９は、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を模式的に示した断面図である。
まず、図３に示すように、下部領域２０上に積層膜を形成する。下部領域２０には、半導体基板、周辺回路用のＭＯＳトランジスタ、ワード線等の配線、層間絶縁膜等が含まれる。積層膜には、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層（第１の磁性層）１３、トンネルバリア層（非磁性層）１４、記憶層（第２の磁性層）の下層部分１５ａ、及びキャップ層１６が含まれる。下地層１１、シフトキャンセリング層１２及び参照層１３の総厚は１０ｎｍ程度、トンネルバリア層１４の厚さは１ｎｍ程度、記憶層の下層部分１５ａの厚さは５ｎｍ程度である。キャップ層１６は、２ｎｍ程度の厚さを有するタンタル（Ｔａ）層で形成されている。さらに、キャップ層１６上にハードマスクパターン１７を形成する。ハードマスクパターン１７には、３０ｎｍ程度の厚さを有するルテニウム（Ｒｕ）層が用いられる。
【００１８】
次に、図４に示すように、ハードマスクパターン１７をマスクとして用いて、上述した積層膜をＩＢＥ（ion beam etching）によってエッチングする。このとき、ハードマスクパターン１７もエッチングされ、ハードマスクパターン１７の厚さは１２ｎｍ程度になる。このようにして、第１の積層部分３１と、第１の積層部分３１上に設けられた第２の積層部分３２とを含む予備的な積層構造３３が得られる。第１の積層部分３１には、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層１３、トンネルバリア層１４及び記憶層の下層部分１５ａが含まれる。第２の積層部分３２には、キャップ層１６及びハードマスクパターン１７が含まれる。
【００１９】
次に、図５に示すように、予備的な積層構造３３を囲む絶縁構造４３を形成する。具体的には、まず、予備的な積層構造３３を覆うように、第１の絶縁層４１及び第２の絶縁層４２を順次堆積する。第１の絶縁層４１にはシリコン窒化膜が用いられ、第２の絶縁層４２にはシリコン酸化膜が用いられる。続いて、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によって平坦化処理を行う。この平坦化処理により、積層構造の側面に沿って設けられた第１の絶縁層４１と、第１の絶縁層４１の側面を覆う第２の絶縁層４２とを含む絶縁構造４３が得られる。予備的な積層構造３３の上面と絶縁構造４３の上面とは実質的に同じ高さである。
【００２０】
次に、図６に示すように、ＲＩＥ（reactive ion etching）によってハードマスクパターン１７を除去する。このとき、Ｃｌ2 及びＯ2 の混合ガスを用いることで、キャップ層（Ｔａ層）１６に対して選択的にハードマスクパターン（Ｒｕ層パターン）１７をエッチングすることが可能である。
【００２１】
次に、図７に示すように、キャップ層１６をスパッタエッチングによって除去する。このとき、記憶層の下層部分１５ａの一部も除去され、記憶層の下層部分１５ａの厚さは２ｎｍ程度に減少する。以上のようにして、第２の積層部分３２が除去され、絶縁構造４３内に穴４４が形成される。
【００２２】
次に、図８に示すように、記憶層の上層部分１５ｂを形成するために、スパッタリング或いはメッキによって記憶層用の材料を全面に堆積する。
次に、図９に示すように、ＣＭＰ或いはＩＢＥによって平坦化処理を行う。これにより、穴４４内に記憶層の上層部分１５ｂが形成される。このようにして、絶縁構造４３内に磁気抵抗効果素子１０１の積層構造３４が形成される。すなわち、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層１３、トンネルバリア層１４及び記憶層１５を含む積層構造３４が得られる。
【００２３】
その後の工程は図示しないが、絶縁構造４３上及び積層構造３４上にビット線等を形成する。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示した選択素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０１の下側に形成してもよいし、磁気抵抗効果素子１０１の上側に形成してもよい。
以上のように、本実施形態によれば、予備的な積層構造３３及び予備的な積層構造３３を囲む絶縁構造４３を形成し、予備的な積層構造３３の第２の積層部分３２を除去することで得られた穴４４内に記憶層１５の上層部分１５ｂを形成する。このような方法により、記憶層１５の厚さを厚くすることができる。その結果、厚い記憶層１５を有する磁気抵抗効果素子を得ることができ、形状異方性による高い熱安定性Δを有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。
【００２４】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
図１０〜図１６は、本実施形態に係る磁気記憶装置の製造方法を模式的に示した断面図である。
【００２５】
まず、図１０に示すように、第１の実施形態の図３の工程と同様にして、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層（第１の磁性層）１３、トンネルバリア層（非磁性層）１４、記憶層（第２の磁性層）の下層部分１５ａ及びキャップ層１６を含む積層膜を形成し、キャップ層１６上にハードマスクパターン１７を形成する。
【００２６】
次に、図１１に示すように、第１の実施形態の図４の工程と同様にして、ハードマスクパターン１７をマスクとして用いて、上述した積層膜をエッチングする。これにより、予備的な積層構造の下部分３３ａが形成される。予備的な積層構造の下部分３３ａには、第１の積層部分３１と第２の積層部分の下部分３２ａとが含まれる。第１の積層部分３１には、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層１３、トンネルバリア層１４及び記憶層の下層部分１５ａが含まれる。第２の積層部分３２の下部分３２ａには、キャップ層１６及びハードマスクパターン１７が含まれる。
【００２７】
次に、図１２に示すように、第１の実施形態の図５の工程と同様にして、予備的な積層構造の下部分３３ａを囲む絶縁構造の下部分４３ａを形成する。絶縁構造の下部分４３ａには、第１の絶縁層４１及び第２の絶縁層の下部分４２ａが含まれる。予備的な積層構造の下部分３３ａの上面と絶縁構造の下部分４３ａの上面とは実質的に同じ高さである。
【００２８】
次に、図１３に示すように、絶縁構造の下部分４３ａに囲まれた予備的な積層構造の下部分３３ａ上に選択的に予備的な積層構造の上部分３３ｂ（犠牲層１８）を形成する。具体的には、犠牲層１８としてカーボンナノチューブ層を形成する。犠牲層１８にカーボンナノチューブを用いることで、ハードマスクパターン１７上に選択的に犠牲層１８を形成することができる。これにより、予備的な積層構造の下部分３３ａ上に自己整合的に予備的な積層構造の上部分３３ｂを形成することができる。
【００２９】
次に、図１４に示すように、絶縁構造の下部分４３ａ上に、予備的な積層構造の上部分３３ｂを囲む絶縁構造の上部分４３ｂを形成する。すなわち、第２の絶縁層の上部分４２ｂを形成する。具体的には、第２の絶縁層の上部分４２ｂとしてシリコン酸化膜を全面に堆積し、さらに平坦化処理を行うことで、図１４に示すような構造が得られる。これにより、絶縁構造４３に囲まれた予備的な積層構造３３が得られる。すなわち、第１の積層部分３１及び第２の積層部分３２を含む予備的な積層構造３３が得られる。
【００３０】
次に、図１５に示すように、予備的な積層構造３３の第２の積層部分３２を除去して穴４４を形成する。具体的には、まず、Ｏ2 アッシング処理により犠牲層１８（予備的な積層構造の上部分３３ｂ）を除去する。続いて、第１の実施形態の図６の工程と同様にして、ハードマスクパターン１７を除去する。さらに、第１の実施形態の図７の工程と同様にして、キャップ層１６を除去する。このとき、記憶層の下層部分１５ａの一部も除去され、記憶層の下層部分１５ａの厚さが減少する。
【００３１】
次に、図１６に示すように、第１の実施形態の図８及び図９の工程と同様にして、穴４４内に記憶層の上層部分１５ｂを形成する。
このようにして、絶縁構造４３内に磁気抵抗効果素子１０１の積層構造３４が形成される。絶縁構造４３は、積層構造３４の側面に沿って設けられ且つその上端が積層構造３４の側面の上端よりも低く位置する第１の絶縁層４１と、第１の絶縁層４１を覆い且つその上端が第１の絶縁層４１の上端よりも高く位置する第２の絶縁層４２とを含んでいる。積層構造３４は、下地層１１、シフトキャンセリング層１２、参照層１３、トンネルバリア層１４及び記憶層１５を含んでいる。
【００３２】
その後の工程は図示しないが、絶縁構造４３上及び積層構造３４上にビット線等を形成する。
以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、厚い記憶層１５を有する磁気抵抗効果素子を得ることができ、形状異方性による高い熱安定性Δを有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。また、本実施形態では、予備的な積層構造３３の下部分３３ａ上に予備的な積層構造の上部分３３ｂを形成するため、穴４４の深さをより深くすることができ、記憶層１５の厚さをより厚くすることが可能となる。
【００３３】
（実施形態３）
次に、第３の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１及び第２の実施形態と同様であるため、第１及び第２の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
図１７は、本実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【００３４】
本実施形態の磁気記憶装置の基本的な構造及び基本的な製造方法は、第２の実施形態と同様である。本実施形態では、記憶層１５の上層部分１５ｂが、非磁性材料で形成された部分１５ｂ１及び磁性材料（強磁性材料）で形成された部分１５ｂ２を含んでいる。言い換えると、記憶層１５が、磁性材料（強磁性材料）で形成された第１の磁性材料部分（下層部分）１５ａと、第１の磁性材料部分１５ａ上に設けられ且つ非磁性材料で形成された非磁性材料部分１５ｂ１と、非磁性材料部分１５ｂ１上に設けられ且つ磁性材料（強磁性材料）で形成された第２の磁性材料部分１５ｂ２とを含んでいる。
【００３５】
本実施形態の基本的な製造方法は第２の実施形態の製造方法と同様であるため、第２の磁性材料部分１５ｂ２を第１の磁性材料部分１５ａよりも厚くすることができる。具体的には、第２の磁性材料部分１５ｂ２の厚さは、第１の磁性材料部分１５ａの厚さの１０倍以上である。
【００３６】
以上のように、本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、厚い記憶層１５を有する磁気抵抗効果素子を得ることができ、形状異方性による高い熱安定性Δを有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、第２の磁性材料部分１５ｂ２の厚さが第１の磁性材料部分１５ａの厚さの１０倍以上であるため、第１の磁性材料部分１５ａのΔの値を３０程度にし、第２の磁性材料部分１５ｂ２のΔの値を８０程度にすることができる。そして、本実施形態では、非磁性材料部分１５ｂ１を介して第１の磁性材料部分１５ａと第２の磁性材料部分１５ｂ２とが磁気結合している。本実施形態では、記憶層１５がこのような構成を有しているため、飽和磁化（Ｍｓ）を小さくすることができ、書き込み電流を低減することが可能である。
【００３７】
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】
【００３８】
１１…下地層      １２…シフトキャンセリング層
１３…参照層（第１の磁性層）      １４…トンネルバリア層（非磁性層）
１５…記憶層（第２の磁性層）
１５ａ…記憶層の下層部分（第１の磁性材料部分）      １５ｂ…記憶層の上層部分
１５ｂ１…非磁性材料部分      １５ｂ２…第２の磁性材料部分
１６…キャップ層      １７…ハードマスクパターン      １８…犠牲層
２０…下部領域
３１…第１の積層部分      ３２…第２の積層部分
３２ａ…第２の積層部分の下部分      ３３…予備的な積層構造
３３ａ…予備的な積層構造の下部分      ３３ｂ…予備的な積層構造の上部分
３４…積層構造
４１…第１の絶縁層      ４２…第２の絶縁層
４２ａ…第２の絶縁層の下部分      ４２ｂ…第２の絶縁層の上部分
４３…絶縁構造      ４３ａ…絶縁構造の下部分      ４３ｂ…絶縁構造の上部分
４４…穴
１００…メモリセル      １０１…磁気抵抗効果素子      １０２…選択素子
２００…下部配線      ３００…上部配線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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