【手続補正書】
【提出日】平成17年10月19日(2005.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記第１および第２の積層体における一対の感磁層は、それぞれ、互いに磁気的に交換結合するように構成された第１および第２の感磁部分を含み、
前記第１の感磁部分が、前記環状磁性層のうちの一部分を構成している
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の磁気記憶セル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】  
前記第１および第２の書込線は、前記環状磁性層を貫く領域において前記第１の積層体と前記第２の積層体とを通る直線の方向において互いに隣り合うように配列されている
ことを特徴とする請求項２１ないし請求項２４のいずれか１項に記載の磁気メモリデバイス。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
前記第１および第２の書込線は、前記環状磁性層を貫く領域において前記第１の積層体と前記第２の積層体とを通る直線と直交する方向において互いに隣り合うように配列されている
ことを特徴とする請求項２１ないし請求項２４のいずれか１項に記載の磁気メモリデバイス。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２９】
前記第１および第２の積層体にそれぞれ接続され、各積層体に読出電流を供給する一対の第１の読出線を備え、  
前記各積層体に流れる電流に基づいて前記磁気記憶セルから情報が読み出される
ことを特徴とする請求項２１ないし請求項２８のいずれか１項に記載の磁気メモリデバイス。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３１】
前記第１および第２の積層体における一対の感磁層は、それぞれ互いに磁気的に交換結合するように構成された第１および第２の感磁部分を含み、
前記第１の感磁部分が、前記環状磁性層のうちの一部分を構成している
ことを特徴とする請求項２１ないし請求項３０のいずれか１項に記載の磁気メモリデバイス。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３９】
前記第１および第２の積層体における一対の感磁層が、前記環状磁性層のうちの一部分を構成している
ことを特徴とする請求項２１ないし請求項３０のいずれか１項に記載の磁気メモリデバイス。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータや通信機器等の情報処理装置に用いられる汎用メモリとして、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（StaticＲＡＭ）などの揮発性メモリが使用されている。これらの揮発性メモリにおいては、記憶を保持するために絶えず電流を供給し、リフレッシュを行う必要がある。また、電源を切るとすべての情報が失われるので、これら揮発性メモリの他に情報を記録するための手段として不揮発性のメモリを設ける必要があり、例えば、フラッシュＥＥＰＲＯＭや磁気ハードディスク装置などが用いられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
これら不揮発性メモリにおいては、情報処理の高速化に伴って、アクセスの高速化が重要な課題となっている。さらに、携帯情報機器の急速な普及および高性能化に伴い、いつでもどこでも情報処理が行える、いわゆる、ユビキタスコンピューティングを目指した情報機器開発が急速に進められている。このような情報機器開発の中心となるキーデバイスとして、高速処理に対応した不揮発性メモリの開発が強く求められている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図４８は、従来のＴＭＲ効果を利用した磁気メモリデバイスにおける構成を説明する平面図であり、図４９は、図４８に対応する従来の磁気メモリデバイスの要部断面構成を示すものである。互いに平行に延びる読出ワード線１１２および書込ワード線１０６に対し、書込ビット線１０５が直交しており、その直交部分のＺ方向に挟まれる領域に第１磁性層１０２、トンネルバリア層１０３および第２磁性層１０４からなるＴＭＲ素子１２０が配設されている。このような、書込ビット線１０５と書込ワード線１０６とが直交するタイプのＭＲＡＭでは、フリー層として機能する第２磁性層１０４における磁化方向を全体に亘って十分に揃えることができず、十分に安定した書込をおこなうことは困難であった。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
書込ビット線５および書込ワード線６には、それぞれＸ方向カレントドライブ回路５８Ｃ，Ｙ方向カレントドライブ回路５８Ｃ，Ｘ方向カレントドライブ回路５６Ｃからの電流が流れるようになっている。ここで、書込ビット線５を流れる電流が、例えば、図２に矢印で示したように−Ｙ方向（紙面上から下）となるようにした場合には、書込ワード線６を流れる電流の方向を全体として＋Ｘ方向（紙面左から右）とすることが望ましい。こうすることにより、ＴＭＲ素子１ａ，１ｂを通過する書込ビット線５および書込ワード線６の電流方向が、互いに平行（同一方向）となるからである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図６に示したように、各記憶セル１は、ＸＹ平面における複数の読出ワード線３２と複数の読出ビット線３３との各交差点に１つずつ配設されている。具体的には、読出ビット線３３は一対の読出ビット線３３ａ，３３ｂからなり、この読出ビット線３３ａと読出ビット線３３ｂとの間の領域のうち、読出ワード線３２と交差する領域に記憶セル１が設けられている。ここで、一対の読出ビット線３３ａ，３３ｂは、一対のショットキーダイオード７５ａ，７５ｂ（後出）を介して一対の積層部分２０ａ，２０ｂと電気的に接続している。一方の読出ワード線３２は、接続層などを介して記憶セル１の環状磁性層４と電気的に接続している。一対の読出ビット線３３ａ，３３ｂは、各記憶セル１における一対のＴＭＲ素子１ａ，１ｂの各々に読出電流を供給するものであり、一方の読出ワード線３２は、ＴＭＲ素子１ａ，１ｂの各々に流れた読出電流を接地へと導くものである。各読出ビット線３３ａ，３３ｂの両端には、それぞれ読出ビット線引出電極４４ａ，４４ｂが設けられている。一方、各読出ワード線３２の両端には、それぞれ読出ワード線引出電極４３が設けられている。ここで、読出ビット線３３が本発明の「第１の読出線」に対応する一具体例であり、読出ワード線３２が本発明の「第２の読出線」に対応する一具体例である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、記憶セル１の周辺部を回路図で表したものである。積層体Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂのそれぞれの第１磁性層２ａ，２ｂの磁化方向を白矢印で示し、第２磁性層８ａ，８ｂの磁化方向を黒矢印で示している。第１磁性層２ａ，２ｂの磁化方向は、いずれも左方向に固定されている。図１０（Ａ）は、図９（Ａ）に対応する状態であり、積層体Ｓ２０ａにおいて第１磁性層２ａと第２磁性層８ａとが平行な磁化方向となり、一方の積層体Ｓ２０ｂにおいて第１磁性層２ｂと第２磁性層８ｂとが反平行な磁化方向となっている。この場合、積層体Ｓ２０ａが低抵抗状態となり、積層体Ｓ２０ｂが高抵抗状態となり、例えば、「０」に対応している。一方、図９（Ｂ）に対応する状態である図１０（Ｂ）の場合には、図１０（Ａ）の場合とは反対に積層体Ｓ２０ａが高抵抗状態となり、積層体Ｓ２０ｂが低抵抗状態となっており、例えば、「１」に対応している。このような２値情報は、積層体Ｓ２０ａと積層体Ｓ２０ｂとの抵抗値の大小を利用し、それぞれに流れる電流値の差分を検出することによって読み出すことができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
ここで、読出スイッチ８３m を選択し記憶セル５０１m に記憶された情報を読み出そうとした場合、図４６および図４７の比較例では、例えば記憶セル５０１m+1 を通過する経路Ｌを辿るような読出電流の回り込みが生じる。なお、実線で示した経路Ｒが正規の電流経路である。具体的には、例えば、センスアンプ回路５６Ｂから読出ビット線３３ａへ流入した読出電流が、本来、読出対象として選択されていない記憶セル５０１m+1 の積層体Ｓ２０ａに流入し、さらに共有する環状磁性層４を介して積層体Ｓ２０ｂを通過する。こののち、読出ビット線３３ｂをセンスアンプ回路５６Ｂへ向かって逆流することによって５０１m の積層体Ｓ２０ｂに向かう読出電流と合流してしまうのである。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
本実施の形態の磁気メモリデバイスの製造方法は、ダイオード７５ａ，７５ｂが設けられた基体３１の上に、積層体Ｓ２０ｂの一部をなす積層部分２０ｂを形成する工程と、少なくとも積層部分２０ｂを覆うように下部磁性層４Ｂを形成し、積層体Ｓ２０ｂの形成を完了する工程と、下部磁性層４Ｂの上に、絶縁膜７Ａを介して書込ワード線６を形成する工程と、この書込ワード線６の上に、絶縁膜７Ｃを介して書込ビット線５を、書込ワード線６と書込ビット線５とが互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、書込ビット線５と、絶縁膜７Ｃと、書込ワード線６とを順次エッチングしてパターニングすることにより、書込ワード線６と書込ビット線５とが互いに平行に延在する部分を含む積層パターン１９を形成する積層パターン形成工程と、積層パターン１９を絶縁膜７Ｄ，７Ｅを介して取り囲むように上部磁性層を設けることにより、環状磁性層４を形成する工程と、環状磁性層４の上の、積層体Ｓ２０ｂに対応する位置に積層部分２０ａを設けることにより積層体Ｓ２０ａを形成し、積層体Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂを有する記憶セル１を形成する工程と積層体Ｓ２０ａとダイオード７５ａとを電気的に接続する工程とを含むものである。以下、具体的に説明する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
接続層３６Ｔを形成したのち、図２８に示したように、例えばＴＥＯＳを用いて、ＣＶＤ装置により、例えばＳｉＯ2 からなる絶縁膜１７Ｄを全面に亘って形成する。こののち、図２９に示したように、上側磁性層４Ｕ（環状磁性層４）と読出ワード線３２とを電気的に接続する接続層３２Ｔを形成するため、上側磁性層４Ｕに対応する領域の一部にビアホール３０Ｈ２を形成する。具体的には、ｉ線ステッパ等により、ビアホール３０Ｈ２を形成する領域以外の領域を覆うように選択的にフォトレジスト層３０Ｅを形成したのち、Ｃ4 Ｈ8 等の反応ガスを用いたＲＩＥにより、積層方向に上側磁性層４Ｕに達するまでエッチングを行う。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
このように、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
但し、この場合には、第１磁性層２ａ，２ｂおよび接続部分８４ａ，８４ｂの磁化容易軸が、互いに平行であることが望ましい。第１磁性層２ａ，２ｂと接続部分８４ａ，８４ｂとの磁化方向が、互いに平行または反平行の状態で安定となるようにするためである。環状磁性層４は、例えば、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）からなり、接続部分８４ａ，８４ｂにおける断面方向の厚みが例えば２０ｎｍである。さらに接続部分８４ａ，８４ｂの保磁力は、（５０／４π）×１０3 Ａ／ｍ以上（１００／４π）×１０3 Ａ／ｍ以下の範囲であり、かつ、第１磁性層２の保磁力よりも小さくなるように構成されていることが望ましい。（５０／４π）×１０3 Ａ／ｍ未満の保磁力では、接続部分８４ａ，８４ｂにおける磁化方向が外部憂乱磁界等の不要な磁界により乱されることがあるからである。一方、（１００／４π）×１０3 Ａ／ｍを越えるような保磁力では、書込電流の増大に起因する発熱により、ＴＭＲ素子１２１ａ，１２１ｂ自体の劣化が生じてしまう可能性があるからである。さらに、接続部分８４ａ，８４ｂの保磁力が、第１磁性層２ａ，２ｂの保磁力と同等以上となると、書込電流が増大して磁化固定層としての第１磁性層２ａ，２ｂの磁化方向を変化させてしまい、記憶素子としてのＴＭＲ素子１２１ａ，１２１ｂにおける機能の劣化を招くからである。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４８】
上記第１の実施の形態の磁気メモリデバイスにおける記憶セル１（１Ｐ）は、感磁層が環状磁性層４のうちの一部分を構成する接続部分１４ａ，１４ｂと、第２磁性層８ａ，８ｂとからなり、接続部分１４ａ，１４ｂと第２磁性層８ａ，８ｂとがそれぞれ互いに磁気的に交換結合するように構成したものである。これに対し、本変形例の記憶セル１２２Ｐは、図３７（Ａ）に示したように、記憶セル１（１Ｐ）の構成に加えて、感磁層が、さらに接続部分１４ａ，１４ｂと第２磁性層８ａ，８ｂとの間に、これら接続部分１４ａ，１４ｂと第２磁性層８ａ，８ｂとをそれぞれ反強磁性結合させるための非磁性導電層９を有するようにしたものである。具体的には、記憶セル１２２Ｐは一対のＴＭＲ素子１２２ａ，１２２ｂからなり、ＴＭＲ素子１２２ａは積層体Ｓ２２ａを、ＴＭＲ素子１２２ｂは積層体Ｓ２２ｂをそれぞれ有している。一対の積層体Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂは積層部分２２ａ，２２ｂと接続部分１４ａ，１４ｂとからなり、積層部分２２ａ，２２ｂは、環状磁性層４の側から順に非磁性導電層９ａ，９ｂと、第２磁性層８ａ，８ｂと、トンネルバリア層３ａ，３ｂと、第１磁性層２ａ，２ｂとを有している。この非磁性導電層９ａ，９ｂは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）や銅（Ｃｕ）などにより構成される。ここで、非磁性導電層９ａ，９ｂが、本発明の「第１の非磁性導電層」に対応する一具体例である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６９】
本実施例では、上記第１の実施の形態において説明した製造方法に基づき、以下の磁気メモリデバイスのサンプルを２つ作成した。具体的には、いずれも図５に示した断面構造を有する記憶セル１をマトリクス状に複数個、設けた磁気メモリデバイスであり、これらを試料１，２とする。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
さらに、本発明の磁気記憶セルおよび磁気メモリデバイスによれば、特に、複数の線（第１および第２の書込線）が、環状磁性層を貫く領域において互いに平行に延びるようにした場合には、複数の導線（第１および第２の書込線）に電流を流すことによって感磁層に生じる合成磁界を、これらの導線が互いに交差する場合よりも大きくすることができ、感磁層における磁化反転をより効率的に行うことができる。その結果、磁化反転に必要とされる書込電流をより小さくすることができる。さらに、感磁層における複数の磁区の磁化方向を全体に亘って良好に揃えることができるので、より高い信頼性が得られる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８５】
本発明の磁気メモリデバイスの製造方法によれば、第１および第２の整流素子が設けられた基体の上に、第２の積層体の一部をなす第２の積層部分を形成し、第２の整流素子と第２の積層体とを電気的に接続する工程と、少なくとも積層部分を覆うように下部磁性層を形成し、第２の積層体の形成を完了する工程と、下部磁性層の上に、第１の絶縁膜を介して第１の書込線を形成する工程と、第１の書込線の上に、第２の絶縁膜を介して第２の書込線を、第１および第２の書込線が互いに平行に延在する部分を含むように形成する工程と、第２の書込線と、第２の絶縁膜と、第１の書込線とを順次エッチングしてパターニングすることにより、第１および第２の書込線が第２の絶縁膜を挟んで互いに平行に延在する部分を含む積層パターンを形成する積層パターン形成工程と、積層パターンを第３の絶縁膜を介して取り囲むように上部磁性層を設けることにより、環状磁性層を形成する工程と、環状磁性層の上の、第２の積層体に対応する位置に第１の積層部分を設けることにより第１の積層体を形成し、第１および第２の積層体を有する磁気記憶セルを形成する工程と、第１の積層体と第１の整流素子とを電気的に接続する工程とを含むようにしたので、互いの積層面が対向した第１および第２の積層体のそれぞれにおける一方の面側に、積層面に沿った方向を軸方向とするように共通に環状磁性層を配設した構造を得ることができる。また、一対の読出電流が第１および第２の整流素子と第１および第２の積層体とをそれぞれ流れたのち、環状磁性層において合流するような電流経路を構成することができる。このため、読出電流の不要な回り込みを回避することができ、安定した磁気情報の読み出しが可能となる。