(57)【要約】【課題】磁性細線を利用した磁気記憶層の特性を高めることを可能にした磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態の磁気記憶装置１は、第１方向Ｘに延在し、第１方向において第１端部４ａと第２端部４ｂとを有する第１磁性体部４と、第１磁性体部に対して第１方向Ｘと交差する第２方向に積層された積層部５と、第１端部４ａと電気的に接続された第１電極８Ａと、第２端部４ｂと電気的に接続された第２電極８Ｂとを具備する。積層部５は、第１層６と第１層６及び第１磁性体部４間に配置された第２層７とを含み、第２層７は金属酸化物を含み、第１層６は金属窒化物及び金属炭化物から選ばれる少なくとも１つを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延在し、前記第１方向において第１端部と第２端部とを有する第１磁性体部と、
前記第１磁性体部に対して前記第１方向と交差する第２方向に積層された積層部と、
前記第１端部と電気的に接続された第１電極と、
前記第２端部と電気的に接続された第２電極とを具備し、
前記積層部は、第１層と前記第１層と前記第１磁性体部との間に配置された第２層とを含み、第２層は金属酸化物を含み、前記第１層は金属窒化物及び金属炭化物から選ばれる少なくとも１つを含む、磁気記憶装置。
【請求項２】
前記金属窒化物及び前記金属炭化物から選ばれる少なくとも１つの生成自由エネルギーの絶対値は、前記金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値より小さい、請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第２層は、酸化マグネシウム及びマグネシウム・アルミニウム複合酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、
前記第１層は、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ホウ素、窒化ホウ素、窒化マグネシウム、炭化タンタル、炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化クロム、炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、及び炭化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１又は請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第１方向と交差する第３方向に延在し、前記第１磁性体部の前記第１端部に接続された第２磁性体部をさらに備え、前記第１電極は前記第２磁性体部を介して前記第１端部に電気的に接続される、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記第２磁性体部の少なくとも一部分に対向して配置された第３磁性体部と、前記第２磁性体部の前記少なくとも一部分と前記第３磁性体部との間に配置された非磁性層と、をさらに備える、請求項４に記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記第１電極は、前記第３磁性体部、前記非磁性層、前記第２磁性体部を介して前記第１端部に電気的に接続される、請求項５に記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記第１方向に交差する第４方向に延在し、前記第２磁性体部に情報を書き込むフィールド配線をさらに備える、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第１磁性体部は筒状の形状を有し、前記積層部は前記第１磁性体部の周囲を取り囲む、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記第１方向に延在する非磁性絶縁体部をさらに備え、前記第１磁性体部は前記非磁性絶縁体部の周囲を取り囲み、前記積層部は前記第１磁性体部の周囲を取り囲む、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
前記第１磁性体部は、前記第１磁性体部の前記第１方向に交差する断面の外周が長い部分と短い部分とを交互に含む、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に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】
近年、磁性細線に電流を流すことによって、磁性細線上の磁壁が移動するという現象が報告され、この現象を利用して磁気メモリを構成することが試みられている。この試みでは、磁性体により形成された細線（磁性細線）と、磁性細線に対して磁区を書き込む素子及び磁区の磁化方向を検出する素子が設けられる。磁性細線の両端には電極が設けられ、磁性細線に電流を流すことで書き込まれた磁区の磁壁を移動させる。情報は、ハードディスク等の他の磁気記憶装置と同じく、磁壁で区切られた磁区の磁化方向で記録される。磁性細線を用いた磁気記憶装置（磁気メモリ）においては、磁区の読み出し精度の向上、記憶情報の安定化等のために、磁気記憶層の磁気特性を高めることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９２９３６９６号明細書
【特許文献２】米国特許第１００３２４９９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１８／０２５４０７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、磁性細線を利用した磁気記憶層の特性を高めることを可能にした磁気記憶装置を提供することにある。
【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、第１方向に延在し、前記第１方向において第１端部と第２端部とを有する第１磁性体部と、前記第１磁性体部に対して前記第１方向と交差する第２方向に積層された積層部と、前記第１端部と電気的に接続された第１電極と、前記第２端部と電気的に接続された第２電極とを具備し、前記積層部は、第１層と前記第１層と前記第１磁性体部との間に配置された第２層とを含み、第２層は金属酸化物を含み、前記第１層は金属窒化物及び金属炭化物から選ばれる少なくとも１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の磁気記憶装置の基本構成を示す断面図である。
【図２】ＴａＮ膜のＸ線回折結果を示す図である。
【図３】実施例による試料の磁化曲線とそのＫｅｆｆを示す図である。
【図４】比較例による試料の磁化曲線とそのＫｅｆｆを示す図である。
【図５】実施例及び比較例による試料の断面ＴＥＭ像と極微電子線回折像を示す図である。
【図６】第２の実施形態の磁気記憶装置を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態の磁気記憶装置の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の磁気記憶装置について、図面を参照して説明する。各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の磁気記憶装置１の構成を示す図である。図１は第１の実施形態の磁気記憶装置１（後述する第２の実施形態の磁気記憶装置１１）の基本構成を示している。実施形態の磁気記憶装置１は、支持体として機能する基材２と、基材２上に必要に応じて配置される下地層３と、下地層３上に配置され、第１方向に延在する第１磁性体部としての磁気記憶層４と、磁気記憶層４に対して第１方向と交差する第２方向に積層された積層部５と、磁気記憶層４の第１方向における第１端部４ａに電気的に接続された第１電極８Ａと、磁気記憶層４の第１方向における第２端部４ｂに電気的に接続された第２電極８Ｂとを具備する。積層部５は第１層６と第１層６及び磁気記憶層４間に配置された第２層７とを有する。電極８Ａ、８Ｂは、磁気記憶層４の第１端部４ａ及び第２端部４ｂに電気的に接続されていればよく、必ずしも磁気記憶層４上に配置されていなくてもよい。
【０００９】
磁気記憶層４は、第１方向（図中、Ｘ方向）に延在しており、例えば第１方向（Ｘ方向）に対して垂直方向（図中、Ｚ方向）に磁化された複数の磁区ＭＤを有する。図中、矢印Ａは磁区ＭＤの磁化方向を示している。複数の磁区ＭＤは、第１方向Ｘに沿って並設されている。隣り合う磁区ＭＤの間には、磁壁ＤＷが存在している。磁壁ＤＷでは、隣り合う２つの磁区ＭＤの磁化方向が連続的に変化しており、各磁区ＭＤに記憶情報に応じた磁化を書き込むことが可能とされている。磁気細線としての磁気記憶層４に形成された磁壁ＤＷは、一対の電極８Ａ、８Ｂから磁気記憶層４にシフト電流を流すことにより移動する。磁気記憶層４は、磁壁移動型の記録層（磁壁移動層）として機能するものである。
【００１０】
磁気記憶層４の各磁区ＭＤへの磁気情報の記録は、以下のようにして行われる。まず、１つの磁区ＭＤ（セル）に磁気情報を書き込み、磁気記憶層４にシフト電流を流して磁壁ＤＷを移動させ、次の磁区ＭＤ（セル）に磁気情報を書き込む。このような磁壁ＤＷの移動と磁気情報の書き込みとを繰り返すことによって、磁気記憶層４に必要な磁気情報が記録される。磁気情報は、磁区ＭＤの磁化方向Ａとして記録される。各磁区ＭＤに記憶された磁化情報の再生は、磁気記憶層４に流すシフト電流を逆にして同様にして行われる。１つの磁区ＭＤ（セル）に書き込まれた磁気情報を読み出し、磁気記憶層４にシフト電流を流して磁壁ＤＷを移動させ、次の磁区ＭＤ（セル）の磁気情報を読み出す。このような磁壁ＤＷの移動と磁気情報の読み出しとを繰り返すことによって、磁気記憶層４に記録された磁気情報が再生される。すなわち、磁気記憶装置１は磁気記憶層４の磁壁ＤＷの移動により磁気情報の書き込み及び読み出しが行われるシフトレジスタメモリである。磁気情報の書き込み及び読み出しは、図示を省略した記録再生素子、もしくは記録素子及び再生素子により実施され、例えば磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｏｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＴＭＪ）素子が用いられる。
【００１１】
磁気記憶層４には、垂直方向Ｚに磁化が生じやすく、かつ磁気異方性を大きくするために、一軸磁気異方性が大きい材料を適用することが好ましい。このような磁性材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）等の少なくとも１つの第１元素（遷移金属元素）と白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の少なくとも１つの第２元素（貴金属元素）との積層膜や合金、第１元素（遷移金属元素）とホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）等の第３元素（半金属元素）とのアモルファス合金、第１元素とガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）等の第４元素（希土類元素）とのアモルファス合金等が挙げられる。なお、上記した磁性材料には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、タンタル（Ｔａ）、炭素（Ｃ）等の非磁性元素を添加して、磁気特性や結晶性、機械特性、化学的特性等の各種物性を調整してもよい。
【００１２】
積層膜５は、第１層６と第１層６及び磁気記憶層４間に配置された第２層７とを有する。第２層７は、磁気記憶層４に垂直磁化を誘起する垂直磁化誘起層として機能する金属酸化物層７である。垂直磁化誘起層として機能する金属酸化物としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ等）やマグネシウム・アルミニウム複合酸化物（ＭｇｘＡｌｙＯｚ）等が例示される。マグネシウム・アルミニウム複合酸化物は、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）に代表される複合酸化物である。複合酸化物の組成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）とが１：１に複合したものに限らない。ＭｇＯとＡｌ２Ｏ３との比率は任意であり、例えばＭｇｘＡｌ２−ｘＯ４−ｙで表される組成を有するものであってもよい。
【００１３】
積層膜５における第１層６は、金属酸化物層７や磁気記憶層４の耐プロセス性や耐酸化性等を高める保護層６として機能するものである。保護層６は、後に詳述するように、金属窒化物及び金属炭化物からなる群より選ばれる少なくとも１つ含む。このような保護層６を金属酸化物層７上に設けることによって、金属酸化物層７や磁気記憶層４の耐プロセス性や耐酸化性等を高めることができるだけでなく、後述するように磁気記憶層４の磁気特性、例えば垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｅｆｆ）で表される磁気異方性を向上させることができる。従って、磁気記憶装置１の磁気記憶層４に記録された磁化情報の読み出し精度を向上させることができると共に、磁化情報の安定化等を図ることが可能になる。
【００１４】
基材２は、上述した各層３、４、６、７の支持体として機能するものであり、例えば酸化アルミニウムが用いられるが、これに限定されるものではない。基材２は、その全体が酸化アルミニウムからなる基板等に限定されるものではなく、例えばアルミニウム基板の表面に酸化アルミニウム層を形成したものであってもよい。基材２の構成材料は、磁気記憶層４の構成材料等に応じて適宜に選択される。下地層３は、磁気記憶層４の磁気特性が熱履歴やプロセス等で劣化しないように設けられる。下地層３としては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の少なくとも１つの金属を含む金属膜（単体金属膜、合金膜、これらの積層膜）、上記金属の酸化物や窒化物等を含む化合物膜、さらにこれらの膜の積層膜等が挙げられる。
【００１５】
ところで、磁気記憶層を有する磁気記憶装置において、磁気記憶層の保護層として機能するキャップ層には、タンタル（Ｔａ）等の金属層を用いることが一般的である。しかしながら、垂直磁化誘起層に酸化マグネシウムやスピネル等の金属酸化物を含む金属酸化物層７を適用した場合、Ｔａ等の金属層では、保護層の形成後の熱処理や加工プロセスによって、金属酸化物層７（例えば、ＭｇＯ層）中の金属（例えばＭｇ）と結合している酸素の一部がキャップ層中のＴａと結合し、ＭｇＯ層中でＭｇＯとＭｇに分離することによって、ＭｇＯの結晶性が悪くなることがある。その結果として、磁壁移動層としての磁気記憶層４の垂直磁気異方性が劣化し、磁気特性が低下することが考えられる。
【００１６】
そこで、実施形態の磁気記憶装置１においては、金属窒化物及び金属炭化物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む保護層６を適用している。保護層６を構成する金属窒化物としては、窒化タンタル（ＴａＮ等）、窒化ニオブ（ＮｂＮ等）、窒化タングステン（Ｗ２Ｎ等）、窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ等）、窒化クロム（ＣｒＮ等）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ等）、窒化チタン（ＴｉＮ等）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ等）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ等）、窒化ホウ素（ＢＮ等）、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）等が例示される。保護層６を構成する金属炭化物としては、炭化タンタル（ＴａＣ等）、炭化タングステン（ＷＣ等）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ等）、炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ３等）、炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３等）、炭化チタン（ＴｉＣ等）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ等）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ等）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ等）、炭化ケイ素（ＳｉＣ等）、炭化マグネシウム（Ｍｇ３Ｃ２）等が例示される。
【００１７】
実施形態の金属窒化物や金属炭化物を含む保護層６と、上述したタンタル（Ｔａ）等の金属膜からなる保護層との差について、以下に詳述する。まず、実施形態における保護層６の構成材料の１つであるＴａＮ膜の組成を確認するために、熱酸化シリコン上にＤＣマグネトロンスパッタ法によりＡｒと窒素の混合ガス中で反応性スパッタし、約１００ｎｍのＴａＮ膜を作製した。ＩＣＰ発光分析でＴａとＮの組成比（Ｎ／Ｔａ）を調べたところ、Ｎ／Ｔａ比は１．５以下程度であり、若干Ｎリッチであることが分かった。図２にＴａＮ膜のＸ線回折結果を示す。図２のＸ線回折結果によると、若干シフトしているが概ねＴａＮのピークのみが確認され、Ｔａメタルの回折ピークは確認されていない。このことから、保護層６としてのＴａＮ膜は、Ｔａメタルの少ない窒化膜であると考えられる。
【００１８】
そこで、図１に示した磁性部７の各層３、４、５、６を、サファイア基板上にべた膜（パターンなし）としてＤＣマグネトロンスパッタ法で形成し、熱処理後の垂直磁気異方性エネルギー（Ｋｅｆｆ）を試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）の磁化曲線（膜面内方向と膜面垂直方向）から算出した。実施例の磁性部７の膜構成として、サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３）上に、下地層３として膜厚が１ｎｍのＴａ膜、磁気記憶層４として膜厚が１．２ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜、金属酸化物層７として膜厚が約２ｎｍのＭｇＯ膜、及び保護層６として膜厚が約１ｎｍのＴａＮ膜を順に形成して試料を作製した。また、比較例として、保護層の形成材料としてタンタル（Ｔａ）を使用し、ＴａＮ膜に代えて膜厚が１ｎｍのＴａ膜を形成した試料を作製した。熱処理条件は、無磁場中で２５０℃×１時間とした。図３に実施例による試料（積層膜）の磁化曲線とそのＫｅｆｆを示す。また、図４に比較例による試料（積層膜）の磁化曲線とそのＫｅｆｆを示す。図３に示すように、実施例の積層膜のＫｅｆｆが１．４Ｍｅｒｇ／ｃｍ３であるのに対し、図４に示すように、比較例の積層膜のＫｅｆｆは０．６Ｍｅｒｇ／ｃｍ３と小さく、実施形態の保護層材料を用いることで、垂直磁化膜のＫｅｆｆの劣化が少ないことが分かる。
【００１９】
上記したＫｅｆｆの差異の原因としては、垂直磁気誘起層としての金属酸化物層（ＭｇＯ膜）７上に、保護層６としてＴａ膜を形成した場合、保護層６の形成後、大気に暴露した段階で大気中の酸素とタンタルが結合して「ＴａＯｘ＋Ｔａ＋吸着酸素」の状態になっている。これに熱処理すると、未酸化のＴａがＭｇＯの酸素の一部と結合することによって、ＭｇＯの結晶性が劣化するものと考えられる。一方、実施例に示す保護層６のＴａＮ膜は、大気に暴露した段階で「ＴａＯｘ＋ＴａＮ＋吸着酸素」の状態になっており、熱処理により先の吸着酸素とＴａＯｘが結合するため、ＭｇＯ膜の結晶性がほとんど劣化しないと考えられる。これがＫｅｆｆの違いになるものと考えられる。
【００２０】
このことは、各元素の窒化物及び酸化物の生成自由エネルギーの観点で考えると、ＭｇＯの生成自由エネルギーは「−１３６ｋｃａｌ／ｍｏｌ」であるのに対し、保護層６の生成自由エネルギーはそれぞれＴａ２Ｏ３が「−４５７ｋｃａｌ／ｍｏｌ」、ＴａＮが「−５４ｋｃａｌ／ｍｏｌ」である。このことから、ＭｇＯの生成自由エネルギーの絶対値より、生成自由エネルギーの絶対値が小さいＴａＮを適用することで、保護層６中の未酸化Ｔａ量を減らすことができ、その結果として未酸化ＴａがＴａ２Ｏ３へなるための酸素量が少なくなり、ＭｇＯの酸素を欠損させる量が相対的に少なくなる。
【００２１】
上記した保護層６の構成材料に関する条件は、ＭｇＯの生成自由エネルギーとＴａＮの生成自由エネルギーとの関係に限られるものではない。すなわち、保護層６を構成する金属窒化物の生成自由エネルギーの絶対値が、金属酸化物層７を構成する金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値より相対的に小さければ、金属酸化物層７を構成する金属酸化物から酸素を奪うことを抑制することができる。このような効果は金属窒化物に限らず、保護層６を金属炭化物により構成し、その金属炭化物の生成自由エネルギーの絶対値が、金属酸化物層７を構成する金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値より相対的に小さければ、同様な効果を得ることができる。
【００２２】
表１に各種金属元素の酸化物、窒化物、及び炭化物の生成自由エネルギーを示す。表１から明らかなように、金属窒化物及び金属炭化物の生成自由エネルギーの絶対値は、金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値よりおおよそ小さい値を有している。それらのうち、金属酸化物層７を構成する金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値を基準とし、その絶対値より金属酸化物の生成自由エネルギーの絶対値が小さい金属窒化物や金属炭化物で保護層６を構成することによって、金属酸化物層７の酸素欠損量を減らして、Ｋｅｆｆの劣化を抑制することができる。表１に各種金属元素の酸化物、窒化物、及び炭化物の生成自由エネルギーから、前述した保護層６の構成材料としての金属窒化物や金属炭化物の具体例が有効であることが分かる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
次に、上記したＫｅｆｆの違いを検証するために、実施例と比較例の膜の断面ＴＥＭ像と極微電子線回折像を観察した。その結果を図５に示す。まず、垂直磁化誘起層であるＭｇＯ膜の断面ＴＥＭ像（中央付近の白い部分）を見ると、実施例の保護層を用いた試料の場合、ＭｇＯの格子像が見られるが、比較例の断面ＴＥＭ像ではＭｇＯの格子が不明確であることが分かる。さらに、この部分の極微電子線回折像を見ると、実施例の方はＭｇＯ膜の格子が膜面断面方向で揃っていること示す回折スポットが明確であるのに対し、比較例では回折スポットが不明確であることが分かる。このことから、保護層としてＴａＮ膜を用いることで、垂直磁化誘起層であるＭｇＯ膜の結晶性の劣化が少なく、これによりＫｅｆｆの劣化が少なくなったものと考えられる。これは、保護層６としてＴａＮ膜を用いた場合に限らず、上記した条件を満たす金属窒化物や金属炭化物にも当てはまるものである。なお、金属窒化物や金属炭化物を含む保護層６は、前述したように熱処理後に金属酸化物や単体金属を含むことを許容するものである。
【００２５】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態の磁気記憶装置１１の構成を示す図である。図６に示す磁気記憶装置１１において、図中Ｘ方向が磁気記憶層４の延在方向（第１方向）となる。第２の実施形態の磁気記憶装置１１は、基板（図示せず）上に形成された酸化アルミニウム層１２を有する。酸化アルミニウム層１２には、メモリホール１３が形成されている。メモリホール１３は、アルミニウム層の起点となる箇所にナノインプリント等で起点を形成した後、陽極酸化法等により形成される。このようなメモリホール１３内に、第１磁性体部４及び積層部５が形成されている。第１磁性体部４及び積層部５の構成は、第１の実施形態と同様であり、必要に応じて下地層３が形成され、これら各層３、４、５の具体的な構成は第１の実施形態に示した通りである。第１磁性体部４は筒状の形状を有し、その外周を取り囲むように積層部５が設けられている。さらに、メモリホール１３内には第１方向Ｘに延在する酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の非磁性絶縁体部１７が設けられており、筒状の第１磁性体部４はその周囲を取り囲むように設けられている。
【００２６】
メモリホール１３からはみ出した第１磁性体部４の上側端部４ａには第２磁性体部４ｃが接続され、ＭＴＪ素子等の磁気再生素子１４が設けられている。磁気再生素子１４は、記録の機能を備えていてもよい。磁気再生素子１４等としてのＭＴＪ素子は、図７に示すように、第２磁性体部４ｃと、この第２磁性体部４ｃの少なくとも一部分と対向して配置された第３磁性体部１４２と、第２磁性体部４ｃの少なくとも一部分と第３磁性体部１４２との間に配置された非磁性体部１４１とを備える。第１電極８Ａは第３磁性体部１４２上に配置され、第３磁性体部１４２、非磁性体部１４１、第２磁性体部４ｃを介して、第１磁性体部４の第１端部４ａと電気的に接続されている。メモリホール１３内に設けられた第１磁性体部４の下側端部４ｂは、電極８Ｂと電気的に接続されている。図中１５はフィールド配線であり、Ｘ方向と交差する方向に延在している。このフィールド配線１５に電流が流れることにより電流磁場が発生し、この電流磁場により磁気記憶層４に磁気情報が書き込まれる。
【００２７】
メモリホール１３の内壁は、周期的に設けられた凹面１６を有している。このような曲面状の凹面１６上に第１磁性体部として磁気記憶層４を形成することによって、磁気記憶層４の磁区を形成しやすくなると共に、隣接する磁区間に存在する磁壁の移動位置を規定しやすくなる。すなわち、磁気記憶層４は第１方向に交差する断面の外周が長い部分と短い部分とを交互に含む。磁気記憶層４内の磁壁を移動させる際に、磁壁が凹面１６間の境界を乗り越えるのに必要なエネルギーを設定しやすくなるため、磁区の大きさを一定の範囲に設定しやすくなると共に、磁区の安定性を高めることができ、さらに磁壁の移動範囲を設定しやすくなる。これらによって、磁気記憶装置１１の記録再生特性等を高めることができる。ここでは、メモリホール１３の内壁に周期的な曲面状の凹面１６を形成した例について説明したが、曲面状の凹面１６に代えて、断面三角形状等の直線状の凹面、曲面状の凸部、直線状の凸部、さらに凹部と凸部との組み合わせ等を適用してもよい。
【実施例】
【００２８】
（実施例１、比較例１）
２μｍの幅と約１０００μｍの長さを有する磁性細線（磁性部）と、この磁性細線の両端に形成した電極とを備える磁気記憶素子を作製した。磁性細線の膜構成は、以下の通りとした。サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３）上に下地層３として膜厚が１ｎｍのＴａ膜を形成し、その上に磁気記憶層４として膜厚が１．２ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜を形成し、その上に金属酸化物層７として膜厚が約２ｎｍのＭｇＯ膜を形成し、さらにその上に保護層６として膜厚が約１ｎｍのＴａＮ膜を形成した。なお、成膜後に無磁場中で２５０℃×１時間の条件で熱処理を施した。このような素子の片方の端面に電磁石により膜面垂直に磁界を印加して情報を記録した。次いで、各電流密度で磁気記録情報を移動させ、その磁気情報の移動状態をカー効果観察装置で確認して、そのときに磁気情報が移動したときの臨界電流密度（Ｊｃ［μＡ／ｃｍ２］）を調べた。また、ＴａＮ膜に代えて膜厚が約１ｎｍのＴａ膜を形成した素子（比較例１）についても、同様に臨界電流密度（Ｊｃ）を調べた。その結果、実施例１の素子のＪｃは約１０４μＡ／ｃｍ２であったのに対し、比較例１の素子のＪｃは約１４０μＡ／ｃｍ２であり、約３５％程度大きな電流密度が必要であった。このことから、実施例１の保護層（ＴａＮ膜）を用いることで、Ｊｃをかなり低減できることが分かり、その効果の有効性が確認された。
【００２９】
（実施例２〜４、比較例２）
実施例１と同様にして、磁性細線（磁性部）と、この磁性細線の両端に形成した電極とを備える磁気記憶素子を作製した。磁性細線の膜構成は、以下の通りとした。サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３）に下地層３として膜厚が１ｎｍのＷ膜を形成し、その上に磁気記憶層４として膜厚が１．２ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０膜を形成し、その上に金属酸化物層７として膜厚が約２ｎｍのＭｇＡｌ２Ｏ４膜を形成し、さらにその上に膜厚が約１ｎｍの保護層６を形成した。保護層６構成材料は、実施例２ではＴａＮ、実施例３ではＷＮ、実施例４ではＨｆＮとした。なお、成膜後に無磁場中で３００℃×１時間の条件で熱処理を施した。このような各素子の臨界電流密度（Ｊｃ）を、実施例１と同様にして調べた。また、保護層を膜厚が約１ｎｍのＴａ膜とした素子（比較例２）についても、同様に臨界電流密度（Ｊｃ）を調べた。その結果、実施例２の素子のＪｃは約３７μＡ／ｃｍ２、実施例３の素子のＪｃは約５０μＡ／ｃｍ２、実施例４の素子のＪｃは約４５μＡ／ｃｍ２、比較例２の素子のＪｃは約１５０μＡ／ｃｍ２であった。これらのことから、実施例２〜４の膜構成（下地層を実施例１のＴａからＷに変更）を用いることで、Ｊｃをかなり低減できることが分かり、その効果の有効性が確認できた。
【００３０】
（実施例５）
図６に素子構造を示した磁気記憶素子に、実施例１〜４と同様な膜構成を有する素子を適用することができ、実施例１〜４と同様な効果を得ることができる。
【００３１】
なお、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し得るものであり、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共に、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】
【００３２】
１，１１…磁気記憶装置、２…基材、３…下地層、４…磁気記憶層、５…積層部、６…第１層（保護層）、７…第２層（金属酸化物層）、８，８Ａ，８Ｂ…電極、１３…メモリホール、１４…磁気再生素子、１５…フィールド配線、１６…凹面。
【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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