(57)【要約】【課題】磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、磁壁移動に要する臨界電流密度を低減すること。【解決手段】本発明に係る磁壁移動型のＭＲＡＭ１は、磁壁が移動する強磁性体層である磁壁移動層２０と、磁壁移動層２０に供給される電流が流れる配線６０と、磁壁移動層２０と配線６０との間に介在するスピン吸収層７０とを備える。スピン吸収層７０のスピン拡散長は、配線６０のスピン拡散長よりも短い。【選択図】図２
2010010485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリであって、
磁壁が移動する強磁性体層である磁壁移動層と、
前記磁壁移動層に供給される電流が流れる配線と、
前記磁壁移動層と前記配線との間に介在し、前記配線よりもスピン拡散長が短いスピン吸収層と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記スピン吸収層の材料は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄのいずれかを含み、
前記配線の材料は、Ｃｕ、Ａｌのいずれかを含む
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記スピン吸収層は、前記配線上に局所的に形成されている
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記配線は、ビアを介してトランジスタに接続されており、
前記電流は、前記トランジスタ及び前記ビアを通して前記配線に流れ込む
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記スピン吸収層は、前記ビアとオーバーラップしていない
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記ビアと前記配線との間に介在する磁性体層であるスピン偏極層を更に備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記スピン偏極層の材料は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも一種類を含む
磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）に関する。特に、本発明は、磁壁移動型のＭＲＡＭに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭは、磁性体の磁化方向に基づいてデータを不揮発的に記憶する不揮発性メモリである。ＭＲＡＭは、高速書き込みや書き込み回数に制限が無い等の特徴を有する。そのため、ＭＲＡＭは、次世代の不揮発性メモリとして期待されており、その開発が精力的に進められている。
【０００３】
近年提案されている有力なＭＲＡＭの書き込み方式の一つは、スピン注入（spin momentum transfer）方式である。スピン注入磁化反転では、スピン偏極電流が書き込み電流として磁化記録層に注入され、それにより磁化記録層の磁化方向が反転する。従来良く知られている電流誘起磁界を印加することによる磁化反転では、メモリセルのサイズが小さくなると共に磁化反転に必要な電流が増大する。それに対し、スピン注入磁化反転では、メモリセルのサイズが小さくなると共に磁化反転に必要な電流が減少する。従って、スピン注入方式は、大容量のＭＲＡＭを実現するための有力な方法であると考えられている。
【０００４】
しかしながら、スピン注入方式を磁気トンネル接合（MTJ: Magnetic Tunnel Junction）素子に適用する場合には、トンネルバリヤ層の破壊の問題を克服する必要がある。スピン注入方式によって磁化反転を行う場合、スピン偏極電流は、トンネルバリヤ層を貫通するように磁気トンネル接合に流される。ここで、現状では、スピン注入磁化反転にはｍＡ級のスピン偏極電流が必要である。このような大きな電流を磁気トンネル接合に流すことは、トンネルバリヤ層の破壊を招く恐れがある。
【０００５】
以上の問題を克服するためのアプローチの一つが、磁化記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すことによって磁化反転を起こす技術である。このような技術は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。磁化記録層の面内方向にスピン偏極電流を流すことにより、磁化記録層中の磁壁を移動させ、これにより磁化記録層中の磁化方向を反転させることができる。その意味で、本技術は「磁壁移動（Domain Wall Motion）方式」と呼ばれている。磁壁移動型のＭＲＡＭによれば、トンネルバリヤ層を貫通するようにスピン偏極電流を流す必要がなく、トンネルバリヤ層の破壊を有効に回避することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９１０３２号公報
【特許文献２】特開２００６−７３９３０号公報
【特許文献３】特開２００６−２７００６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者は、次の点に着目した。磁壁移動型のＭＲＡＭの磁化記録層には、スピン方向が揃うように磁化方向が固定された磁化固定領域が形成される。この磁化固定領域に書き込み電流が流れると、伝導電子のスピン方向が磁化固定領域のスピンにより影響を受け、結果として、所望のスピン方向を有するスピン電子が生成される。すなわち、磁化固定領域は、スピン偏極電流を生成するためのスピンフィルターの役割を果たす。磁化固定領域において生成されたスピン電子が磁壁に供給され、それにより磁壁移動が実現される。
【０００８】
通常、磁化固定領域にはトランジスタ等からビアを通して電子が注入される。しかしながら、そのような注入電子のスピン方向は、一方向に揃っておらず、ランダム（不均一）である。磁化固定領域への注入電子のスピン方向が不均一である場合、スピンフィルター機能の平均的な効率は低下し、磁壁移動に有効に寄与するスピン電子は必ずしも十分に生成されない。つまり、実効的なスピン偏極が低下し、磁壁移動が効率的に達成されない。このことは、磁壁移動に要する臨界電流密度（閾値電流密度）を低減できない要因となると考えられる。
【０００９】
本発明の１つの目的は、磁壁移動型のＭＲＡＭにおいて、磁壁移動に要する臨界電流密度を低減することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施の形態において、磁壁移動型のＭＲＡＭが提供される。そのＭＲＡＭは、磁壁が移動する強磁性体層である磁壁移動層と、磁壁移動層に供給される電流が流れる配線と、磁壁移動層と配線との間に介在するスピン吸収層とを備える。スピン吸収層のスピン拡散長は、配線のスピン拡散長よりも短い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る磁壁移動型のＭＲＡＭによれば、磁壁移動に要する臨界電流密度を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭを説明する。本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭは、磁壁移動型のＭＲＡＭである。
【００１３】
１．第１の実施の形態
１−１．磁壁移動型のＭＲＡＭ及びメモリセル
図１は、磁壁移動型のＭＲＡＭ１の構成の一例を示すブロック図である。ＭＲＡＭ１は、アレイ状に配置された複数のメモリセルＭＣを備えている。各メモリセルＭＣは、磁気抵抗素子１０とトランジスタＴＲ１、ＴＲ２を有している。トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のゲートは、ワード線ＷＬに接続されている。トランジスタＴＲ１のソース／ドレインの一方は第１ビット線ＢＬ１に接続されており、その他方は磁気抵抗素子１０に接続されている。トランジスタＴＲ２のソース／ドレインの一方は第２ビット線ＢＬ２に接続されており、その他方は磁気抵抗素子１０に接続されている。
【００１４】
ＭＲＡＭ１は、更に、ワード線ＷＬに接続されたワード制御回路２と、ビット線対ＢＬ１、ＢＬ２に接続されたビット制御回路３を備えている。ワード制御回路２は、アクセス対象のメモリセルＭＣにつながるワード線ＷＬを選択し、選択されたワード線ＷＬに所定の電位を印加する。これにより、アクセス対象のメモリセルＭＣのトランジスタＴＲ１、ＴＲ２がオンする。一方、ビット制御回路３は、アクセス対象のメモリセルＭＣにつながるビット線対ＢＬ１、ＢＬ２を選択し、選択されたビット線ＢＬ１、ＢＬ２のそれぞれに所定の電位を印加する。ビット線ＢＬ１、ＢＬ２の電位差に応じて、第１ビット線ＢＬ１から第２ビット線ＢＬ２へ、あるいは、第２ビット線ＢＬ２から第１ビット線ＢＬ１へ電流が流れる。このように、アクセス対象のメモリセルＭＣの磁気抵抗素子１０に、所望の方向の電流（例えば書き込み電流）を導入することが可能である。
【００１５】
図２は、第１の実施の形態に係るメモリセルＭＣの構造例を示す断面図である。メモリセルＭＣは、磁壁移動型の磁気抵抗素子１０と、その磁気抵抗素子１０に接続されたトランジスタＴＲ１、ＴＲ２を有している。トランジスタＴＲ１のソース／ドレインの一方は、ビアを介して第１ビット線ＢＬ１に接続されており、その他方はビア５０−１を介して磁気抵抗素子１０に接続されている。トランジスタＴＲ２のソース／ドレインの一方は、ビアを介して第２ビット線ＢＬ２に接続されており、その他方はビア５０−２を介して磁気抵抗素子１０に接続されている。
【００１６】
磁気抵抗素子１０は、強磁性体層である磁壁移動層（磁化記録層）２０、非磁性体層であるトンネルバリヤ層３０、及び強磁性体層であるピン層（磁化固定層）４０を含んでいる。トンネルバリヤ層３０は、磁壁移動層２０とピン層４０との間に挟まれており、ピン層４０はトンネルバリヤ層３０を介して磁壁移動層２０に接続されている。尚、ピン層４０の磁化方向は、実質的に一方向に固定されている。
【００１７】
強磁性体層（磁壁移動層２０、ピン層４０）の材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＦｅＰｔ、ＣｏＦｅＰｄ、ＧｄＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＦｅＣｏが例示される。一方、トンネルバリヤ層３０は、例えばＡｌＯ、ＭｇＯ等の絶縁体層である。このような強磁性体層（磁壁移動層２０、ピン層４０）及びトンネルバリヤ層３０によって、ＭＴＪが形成される。
【００１８】
磁壁移動層２０は、第１磁化固定領域２１、第２磁化固定領域２２、及び磁化反転領域２３を有している。磁化反転領域２３は、第１境界Ｂ１において第１磁化固定領域２１と接触し、第２境界Ｂ２において第２磁化固定領域２２と接触している。磁化反転領域２３の磁化方向は反転可能であり、ピン層４０の固定磁化方向と平行あるいは反平行となることが許される。一方、第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２のそれぞれの磁化方向は、形状磁気異方性、静磁結合、交換結合などを利用することにより、所定の方向に固定される。ここで、磁壁移動層２０内に磁壁が形成されるように、第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２のそれぞれの磁化方向は固定される。
【００１９】
例えば図２に示されるように、第１磁化固定領域２１の磁化方向は、第１境界Ｂ１に向かう方向に固定され、第２磁化固定領域２２の磁化方向は、第２境界Ｂ２に向かう方向に固定されている。磁化反転領域２３の磁化方向は、反転可能であり、第１境界Ｂ１あるいは第２境界Ｂ２に向くことが許される。磁化反転領域２３の磁化方向が第１境界Ｂ１へ向いている場合、磁化反転領域２３と第２磁化固定領域２２が単一の磁区を形成し、第１磁化固定領域２１が他の磁区を形成する。この場合、磁壁は、第１磁化固定領域２１と磁化反転領域２３との間の第１境界Ｂ１に形成される。一方、磁化反転領域２３の磁化方向が第２境界Ｂ２へ向いている場合、磁化反転領域２３と第１磁化固定領域２１が単一の磁区を形成し、第２磁化固定領域２２が他の磁区を形成する。この場合、磁壁は、第２磁化固定領域２２と磁化反転領域２３との間の第２境界Ｂ２に形成される。このように、磁壁移動層２０には磁壁が形成される。
【００２０】
上述のピン層４０は、トンネルバリヤ層３０を介して磁化反転領域２３上に形成されている。つまり、磁壁移動層２０の磁化反転領域２３は、トンネルバリヤ層３０を介してピン層４０に接続されており、ＭＴＪの一部を担っている。上述の通り、磁化反転領域２３の磁化方向は、ピン層４０の固定磁化方向と平行あるいは反平行となることが許される。磁化反転領域２３の磁化方向がピン層４０の磁化方向と“平行”の場合、ＭＴＪの抵抗値は比較的小さくなる。一方、磁化反転領域２３の磁化方向がピン層４０の磁化方向と“反平行”の場合、ＭＴＪの抵抗値は比較的大きくなる。このような抵抗値の変化を利用することによって、メモリセルＭＣは、データ“０”あるいは“１”を不揮発的に記憶することが可能である。例えば、平行状態はデータ“０”に対応付けられ、反平行状態はデータ“１”に対応付けられる。
【００２１】
メモリセルＭＣにデータを書き込むためには、所望のデータに応じて平行状態あるいは反平行状態を実現すればよい。つまり、磁化反転領域２３の磁化方向を所望のデータに応じた方向に向ければよい。本実施の形態によれば、磁化反転領域２３における磁化反転は、「磁壁移動方式」により実現される。具体的には、磁壁移動層２０内に書き込み電流が平面的に流される。このとき、第１磁化固定領域２１は、第１状態のスピン電子を磁化反転領域２３に供給するスピンフィルターの役割を果たす。一方、第２磁化固定領域２２は、第１状態と逆の第２状態のスピン電子を磁化反転領域２３に供給するスピンフィルターの役割を果たす。このような磁化反転領域２３へのスピン注入により、磁壁は、第１境界Ｂ１から第２境界Ｂ２へ、あるいは、第２境界Ｂ２から第１境界Ｂ１へ移動する。この磁壁移動により、磁化反転領域２３の磁化方向が反転する。
【００２２】
以上に説明されたように、磁壁移動層２０は磁壁を有しており、その磁壁は磁壁移動層２０内を移動する。但し、磁壁移動層２０の形状や磁化固定領域２１、２２の磁化方向は図２で示された例に限られない。後に説明されるように、様々な形態が可能である（第３節参照）。重要なことは、磁壁移動層２０が磁壁を有しており、その磁壁が磁壁移動層２０の面内方向に流れる書き込み電流（スピン偏極電流）によって移動することである。以下、磁壁移動層２０に対して書き込み電流を供給するための構成を説明する。
【００２３】
１−２．スピン吸収層
図２に示されるように、本実施の形態に係るメモリセルＭＣは、配線６０及びスピン吸収層７０を備えている。磁壁移動層２０には、これら配線６０及びスピン吸収層７０を通して書き込み電流が供給される。
【００２４】
具体的には、トランジスタＴＲ１上に形成されたビア５０−１は、配線６０−１に接続されている。配線６０−１上にはスピン吸収層７０−１が局所的に形成されており、そのスピン吸収層７０−１が磁壁移動層２０の第１磁化固定領域２１に接触している。すなわち、スピン吸収層７０−１は、配線６０−１と磁壁移動層２０の第１磁化固定領域２１との間に介在しており、配線６０−１は、スピン吸収層７０−１を介して第１磁化固定領域２１に接続されている。また、トランジスタＴＲ２上に形成されたビア５０−２は、配線６０−２に接続されている。配線６０−２上にはスピン吸収層７０−２が局所的に形成されており、そのスピン吸収層７０−２が磁壁移動層２０の第２磁化固定領域２２に接触している。すなわち、スピン吸収層７０−２は、配線６０−２と磁壁移動層２０の第２磁化固定領域２２との間に介在しており、配線６０−２は、スピン吸収層７０−２を介して第２磁化固定領域２２に接続されている。
【００２５】
上述の通り、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２をオンし、ビット線ＢＬ１、ＢＬ２の間に所定の電位差を印加することによって、第１ビット線ＢＬ１と第２ビット線ＢＬ２の間に書き込み電流を流すことができる。書き込み電流が第１ビット線ＢＬ１からトランジスタＴＲ１を通してビア５０−１に流れ込む場合、その書き込み電流は更に配線６０−１を流れ、スピン吸収層７０−１を通して磁壁移動層２０に供給される。この場合、書き込み電流は、磁壁移動層２０において、第１磁化固定領域２１から磁化反転領域２３を通って第２磁化反転領域２２へ平面的に流れる。一方、書き込み電流が第２ビット線ＢＬ２からトランジスタＴＲ２を通してビア５０−２に流れ込む場合、その書き込み電流は更に配線６０−２を流れ、スピン吸収層７０−２を通して磁壁移動層２０に供給される。この場合、書き込み電流は、磁壁移動層２０において、第２磁化固定領域２２から磁化反転領域２３を通って第１磁化反転領域２１へ平面的に流れる。
【００２６】
このように、配線６０を流れる書き込み電流は、スピン吸収層７０を通して磁壁移動層２０に供給される。本実施の形態に係るスピン吸収層７０は、次のような特徴を有し、次のような役割を果たす。
【００２７】
まず、本実施の形態に係るスピン吸収層７０は、「スピン拡散長」が比較的短い（１０〜２０ｎｍ程度）非磁性金属材料で形成される。スピン拡散長とは、伝導電子のスピン状態が保持される特性長である。例えば、スピン拡散長が１０ｎｍと短いＰｔが、スピン吸収層７０の材料として用いられる。また、Ｐｔの他に、スピン拡散長が約１０ｎｍであるＲｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄといった非磁性金属を、スピン吸収層７０の材料として用いることもできる。一方、書き込み電流が流れる配線６０の材料は、Ｃｕ，Ａｌ等の導電体である。このような配線６０のスピン拡散長は比較的長い（１００ｎｍ以上）。例えば、Ｃｕ配線の場合、スピン拡散長は５００ｎｍ程度であり、Ａｌ配線の場合、スピン拡散長は１００ｎｍ程度である。いずれの場合も、スピン吸収層７０のスピン拡散長は、配線６０のスピン拡散長よりも短いことに留意されたい。
【００２８】
このように、比較的長いスピン拡散長の配線６０の上に比較的短いスピン拡散長のスピン吸収層７０が積層された場合、それら配線６０とスピン吸収層７０との界面に、スピンに対する大きな化学ポテンシャル差が形成される。その結果、スピン吸収層７０において、特定方向のスピンが吸収され、蓄積される（スピン蓄積効果）。結果として、スピン方向の揃った伝導電子が磁壁移動層２０の直下に集まり、その伝導電子が磁壁移動層２０に注入されることになる。すなわち、本実施の形態に係るスピン吸収層７０は、特定方向のスピンを選択的に吸収し、磁壁移動層２０に注入される伝導電子のスピン方向を揃える役割を果たす。
【００２９】
トランジスタ（ＴＲ１あるいはＴＲ２）からビア５０を通して配線６０に流れ込む伝導電子のスピン方向は、一方向に揃っておらず、ランダム（不均一）である。しかしながら、本実施の形態によれば、配線６０と磁壁移動層２０との間にスピン吸収層７０が介在しており、そのスピン吸収層７０が伝導電子のスピン方向を“積極的”に揃える。従って、スピン方向の揃った伝導電子が磁壁移動層２０の直下に集まり、磁壁移動層２０に注入されることになる。その結果、磁化固定領域（２１あるいは２２）におけるスピンフィルター機能の平均的な効率が向上し、磁壁移動に有効に寄与するスピン方向の揃ったスピン電子が十分に生成される。よって、磁壁に作用する実効的なスピン偏極度が向上し、磁化反転のトルクを効率的に与えることが可能となる。すなわち、磁壁移動がより効率的に達成され、磁壁移動に要する臨界電流密度（閾値電流密度）が低減される。従って、書き込み電流を低減することが可能となる。
【００３０】
また、揃った電子スピンから実効的な磁場が磁壁移動層２０の近傍に発生する。その磁場も磁壁移動層２０における磁化反転を促進する。つまり、磁場及びスピントルクの両面から書き込み電流を低減することが可能となる。
【００３１】
図３及び図４は、図２で示されたメモリセルＭＣのレイアウトの例を示す平面図である。トランジスタにつながるビア５０は、磁壁移動層２０から少し離れた位置に形成されている。ビア５０につながる配線６０は、ビア５０の位置から磁壁移動層２０の直下まで延在するように形成されている。そして、配線６０と磁壁移動層２０の間にスピン吸収層７０が形成されている。つまり、スピン吸収層７０は、磁壁移動層２０の直下の位置において配線６０上に局所的に形成されており、ビア５０とオーバーラップしていない。
【００３２】
このようにレイアウトされた配線６０及びスピン吸収層７０によって、スピン方向の揃った伝導電子を磁壁移動層２０に効率的に注入することが可能となる。伝導電子は、ビア５０から配線６０に引き込まれ、磁壁移動層２０の直前でスピン吸収層７０を通る。そして、上述の通り、スピン方向の揃った伝導電子が磁壁移動層２０の直下に集まり、その伝導電子が磁壁移動層２０に注入される。その結果、磁壁移動が効率的に実現され、磁壁移動に要する臨界電流密度が低減される。
【００３３】
以上に説明された通り、本実施の形態によれば、磁壁移動に要する臨界電流密度が低減される。従って、書き込み電流を低減し、低電流動作が可能なＭＲＡＭを実現することが可能となる。また、磁壁移動が効率的に行われるため、データ書き込みが高速化される。更に、書き込み電流が低減されるため、回路規模を縮小することが可能となる。このように、低消費電力、高速動作、高密度のＭＲＡＭが実現される。
【００３４】
２．第２の実施の形態
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るメモリセルＭＣの構造例を示す断面図である。図６及び図７は、図５で示されるメモリセルＭＣのレイアウトの例を示す平面図である。第１の実施の形態と同じ構成には同一の符号が付され、重複する説明は適宜省略される。
【００３５】
本実施の形態に係るメモリセルＭＣは、上述のスピン吸収層７０に加えて、スピン偏極層８０を更に備えている。このスピン偏極層８０は、ビア５０と配線６０との間に介在しており、配線６０は、スピン偏極層８０を介してビア５０に接続されている。より詳細には、ビア５０−１上にスピン偏極層８０−１が形成され、そのスピン偏極層８０−１上に配線６０−１が形成されている。同様に、ビア５０−２上にスピン偏極層８０−２が形成され、そのスピン偏極層８０−２上に配線６０−２が形成されている。
【００３６】
スピン偏極層８０は、スピン分極率の高い材料で形成された磁性体層であり、スピン偏極層８０の磁気モーメントは一方向に揃っている。例えば、スピン偏極層８０の材料は、スピン分極率が０．４５であるＮｉＦｅである。本実施の形態によれば、ランダムなスピン方向を持つトランジスタからの伝導電子は、スピン分極率の高いスピン偏極層８０を通って、配線６０に供給される。このとき、伝導電子のスピン方向がある程度揃う。つまり、配線６０を流れる伝導電子のスピン偏極度が向上する。従って、第１の実施の形態と比較して、更に効率良く所望のスピンの流れを形成することが可能となる。その結果、磁壁移動がより効率的に実現され、磁壁移動に要する臨界電流密度が低減される。
【００３７】
スピン偏極層８０の材料は、ＮｉＦｅ（スピン分極率：０．４５）に限られない。例えば、Ｆｅ（０．４５）、Ｃｏ（０．４２）、Ｎｉ（０．４３）、ＣｏＦｅ（０．５３）、ＣｏＦｅＢ（０．６０）等の強磁性金属合金を用いることもできる。あるいは、ハーフメタル材料をスピン偏極層８０の材料として用いることもできる。例えば、Ｃｏ２ＭｎＡｌ（０．７６）、Ｃｏ２ＭｎＳｉ（１．００）、Ｃｏ２ＣｒＦｅＡｌ（０．９７）等に代表される分極率の大きい室温で強磁性を示すホイスラー合金を用いることができる。更には、ＮｄＦｅＢに代表される強力磁石材料を用いることもできる。いずれの場合でも同様の効果が得られる。
【００３８】
３．磁壁移動層
本発明は、いかなる磁壁移動型ＭＲＡＭにも適用され得る。このとき、磁壁が移動する磁壁移動層２０の形状としては様々なものが考えられる。
【００３９】
図８は、磁壁移動層２０の平面形状が矩形である場合を示している。第１磁化固定領域２１、磁化反転領域２３、及び第２磁化固定領域２２は、直線状に形成されている。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２の磁化方向は共に、磁化反転領域２３に向かう方向、あるいは、磁化反転領域２３から離れる方向に固定されている。つまり、第１磁化固定領域２１と第２磁化固定領域２２の磁化方向は、互いに逆向きである。
【００４０】
図９は、磁壁移動層２０の平面形状が菱形である場合を示している。磁化状態は、図８の例の場合と同様である。
【００４１】
図１０は、磁壁移動層２０の平面形状がＵ字形である場合を示している。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２は、磁化反転領域２３の両端に接続されており、互いに平行である。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２の磁化方向は共に、磁化反転領域２３に向かう方向、あるいは、磁化反転領域２３から離れる方向に固定されている。つまり、第１磁化固定領域２１と第２磁化固定領域２２の磁化方向は、同じ向きである。
【００４２】
図１１は、磁壁移動層２０の平面形状がＨ字形である場合を示している。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２は、磁化反転領域２３の両端に接続されており、互いに平行である。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２の磁化方向は、互いに平行であり、磁化反転領域２３の磁化方向と交差している。
【００４３】
図１２は、磁壁移動層２０の平面形状がＹ字形である場合を示している。第１磁化固定領域２１及び第２磁化固定領域２２は、磁化反転領域２３の同じ端部に接続されている。第１磁化固定領域２１と第２磁化固定領域２２の一方の磁化方向は、磁化反転領域２３に向かう方向に固定されており、他方の磁化方向は、磁化反転領域２３から離れる方向に固定されている。
【００４４】
また、ピン層４０や磁壁移動層２０は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成されてもよい。その場合、ピン層４０及び磁壁移動層２０の磁化方向は、膜面に垂直な方向となる。第１磁化固定領域２１の磁化方向は、膜面に垂直な第１の方向に固定され、第２磁化固定領域２２の磁化方向は、第１の方向と逆の第２の方向に固定される。磁化反転領域２３の磁化は反転可能であり、第１の方向あるいは第２の方向を向く。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る磁壁移動型メモリセルの構造例を示す断面図である。
【図３】図３は、図２で示されたメモリセルのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図４】図４は、図２で示されたメモリセルのレイアウトの他の例を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る磁壁移動型メモリセルの構造例を示す断面図である。
【図６】図６は、図５で示されたメモリセルのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図７】図７は、図５で示されたメモリセルのレイアウトの他の例を示す平面図である。
【図８】図８は、本実施の形態における磁壁移動層の平面形状の一例を示す平面図である。
【図９】図９は、本実施の形態における磁壁移動層の平面形状の他の例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態における磁壁移動層の平面形状の更に他の例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態における磁壁移動層の平面形状の更に他の例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態における磁壁移動層の平面形状の更に他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    ＭＲＡＭ
２    ワード制御回路
３    ビット制御回路
１０    磁気抵抗素子
２０    磁壁移動層
２１    第１磁化固定領域
２２    第２磁化固定領域
２３    磁化反転領域
３０    トンネルバリヤ層
４０    ピン層
５０    ビア
６０    配線
７０    スピン注入層
８０    スピン偏極層
ＭＣ    メモリセル
ＴＲ１、ＴＲ２    トランジスタ
ＷＬ    ワード線
ＢＬ１  第１ビット線
ＢＬ２  第２ビット線
【図１】
2010010485.tif 000003
【図２】
2010010485.tif 000004
【図３】
2010010485.tif 000005
【図４】
2010010485.tif 000006
【図５】
2010010485.tif 000007
【図６】
2010010485.tif 000008
【図７】
2010010485.tif 000009
【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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