【手続補正書】
【提出日】平成17年9月22日(2005.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば磁気センサあるいは磁気メモリ素子として構成することのできる磁気抵抗効果素子、特にこの磁気抵抗効果素子を構成する積層膜の膜面に対して交叉する方向に通電がなされて磁気抵抗変化を得る磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置に関わる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
このＭＲＡＭのビット線およびワード線に使用される導電材は、通常の半導体装置における配線材料のＣｕや、Ａｌ等の導体薄膜が用いられる。このような通常の配線材料を用い、かつ線幅０．２５μｍのビット線およびワード線によって例えば反転磁界Ｈｃが２０〔Ｏｅ〕である磁気メモリ素子に対して、書き込みを行うには、約２ｍＡの電流が必要となる。ビット線およびワード線の厚さが、線幅と同じ０．２５μｍである場合、このときの電流密度は、エレクトロマイグレーションによる断線限界値に近い３．２×１０−６Ａ／ｃｍ２である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ところで、ＭＲＡＭにおいて、記録密度の向上、高集積化を図るためにＴＭＲ素子の微細化が必要となるが、ＴＭＲ素子を微細化すれば、磁化反転が生じにくくなることから、反転磁界Ｈｃが上昇する。したがって、ＭＲＡＭの微細化すなわち高集積化と、書き込み電流の低減化とは現状において相容れないという問題がある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、本発明による磁気メモリ装置は、互いに立体的に交叉するワード線とビット線とを有し、これらワード線とビット線との立体的交叉部間にメモリ素子を構成する磁気抵抗効果素子が配置された構成を有する。
そして、その磁気抵抗効果素子は、上述した本発明による磁気抵抗効果素子によって構成し、選択されたワード線およびビット線への通電によって、その交叉部に位置する磁気抵抗効果素子によるメモリ素子に、所要の磁界を印加して、情報記録層の磁化の向きによる記録を行う。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
更に、本発明においては、少なくともこの情報記録層すなわち強磁性層７の平面パターン、例えば磁気抵抗効果素子１の積層部の平面パターンを、１軸方向に長軸を有する形状で、長軸方向に沿う両側縁が、外側に膨出する形状、あるいは直線形状を有し、その長軸方向の両端が、外側に膨出するパターン形状とする。
このようなパターン形状は、図２および図３の各Ａ1〜Ａ6図にパターン形状の例を模式的に示したように、長軸および短軸の中心軸に対して対称性を有する形状とされる。そして、例えば、図２Ａ1の菱形形状のように、長軸方向に沿う両側縁およびその両端縁が外側に屈曲ないしは屈曲に近似する彎曲形状に膨出するパターン形状とすることができる。あるいは、両側縁が外側に彎曲膨出する形状の、例えば図２Ａ2、図３Ａ4のレモン形状、楕円、ないしは長円、あるいは図示しないが紡錘状等のパターン形状とする。または、両外側が直線的なカプセル形状（図３Ａ5）、長方形状（図３Ａ6)等に形成することができる。
しかしながら、本発明は、この図２および図３の各Ａ1〜Ａ6に示した例に限定されるものではない。
そして、本発明においては、パターン形状の選定のみならず、その短軸と長軸の比を１：１．２〜１：３．５の範囲に選定する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また、Ｂの添加量は、３０原子％以下であることが好ましい。これは、Ｂの添加量が３０原子％を超えると、例えば情報記録層としての強磁性的な特性および磁化固定層としての固定磁界が損なわれてくる。その結果、ＴＭＲ比の低下、Ｒ−Ｈ曲線の角形性の劣化および保磁力の減少を来すおそれが生じる。したがって、Ｂを添加することによる効果を確実に得るためには、Ｆｅ−Ｃｏ合金の組成によって若干変化するが、少なくとも一方の強磁性層の、情報記録層を構成する強磁性層７は、１０原子％以上、３０原子％以下のＢが含有される組成とすることが望ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
また、強磁性層としては、上述したように、Ｆｅ、Ｃｏ、ＢのほかにＮｉを含有する組成とすることができる。このＮｉを含有する場合でも、保磁力の増大を抑えつつ良好なＴＭＲ比を維持し、Ｒ−Ｈ曲線の角形性の改善効果を得ることができる。この場合、Ｎｉ含有量の好ましい範囲が存在する。すなわちＮｉは、３５原子％以下であることが好ましい。これは、Ｎｉの含有量が、３５原子％を超えると保磁力が小さくなり過ぎて、ＴＭＲ素子の動作の制御が困難となるおそれがあることに因る。すなわち、ＦｅＣｏＮｉＢの強磁性層においては、不可避な不純物元素を除いて、組成式ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｄ（組成式中、ａ〜ｄは原子％を表す）から構成され、５≦ａ≦４５、３５≦ｂ≦８５、０＜ｃ≦３５、１０≦ｄ≦３０であることが好ましい。そして、このとき、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
すなわち、本発明においては、情報記録層の材料構成のみならず、その形状、すなわちアスペクト比も、所要のアステロイド曲線を得る上で、重要なパラメータであることを見出したことに基いてなされた発明であり、そのアスペクト比（短軸長：長軸長）は、前述したように、１：１．２〜１：３．５の範囲とする。これは、このアスペクト比が、１：１．２未満である場合、補助磁界方向の感度は、充分得られるものの、情報記録層の磁気的な形状異方性が小さくなり、磁化が不安定となり、反転磁界が著しく不安定となることが見出され、また、アスペクト比が、１：３．５を超えると反転磁界の増大傾向が著しくなることが見出された。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
この構成による磁気メモリ装置は、ビット線ＢＬと書き込み用ワード線ＷＬ（ＷＬ2）とに所要の電流を通電することによって、選択された交叉部のメモリセル１１の磁気抵抗効果素子例えばＴＭＲ素子１の磁化自由層に、両ビット線ＢＬと書き込み用ワード線ＷＬによる発生磁界の合成による所要の書き込み磁界を印加して、前述したように、磁化自由層の磁化を反転させて、情報の記録を行う。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
そして、この記録情報の読み出しは、選択された読み出しを行うメモリセルに関わるトランジスタ１３のゲート電極１５すなわち読み出し用ワード線ＷＬ1に所要のオン電圧を印加してトランジスタ１３をオン状態とし、ビット線ＢＬとトランジスタ１３のソース領域１６の配線層２０との間に、読み出し電流を通電することによってその読み出しを行う。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
ワード線ＷＬおよびビット線ＢＬは、それぞれ金属膜を形成し、これをフォトリソグラフィを用いたＡｒプラズマエッチングによってパターン化して形成した。
ワード線ＷＬおよびビット線ＢＬの両端には、図８に示すように、それぞれ端子パッド２３および２４を延長形成した。
このＴＥＧは、共通の基板２上に、多数個配列形成した。
【手続補正１２】
【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】
上述した各サンプルについて、アステロイド曲線を求めた。これらアステロイド曲線において、ばらつきの幅を（ΔＨｃ／Ｈｃ）×１００〔％〕として求めた。図１０において、そのばらつきを、アステロイド曲線Ａの外側および内側に破線Ａｓ１およびＡｓ２の広がりをもって示す。
１０，０００個の素子に対するアステロイド曲線を重ねたとき、そのばらつきを考慮しつつ、エラーをゼロにするためには、その書き込み可能領域ａにおける反転磁界方向および補助磁界方向の両方に対して許容する破線図示の円の領域が直径φ３ｍＡ以上得られることが必要であり、このためには、（ΔＨｃ／Ｈｃ）×１００〔％〕が、１０％未満であることが必要条件である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
このように、安定して、書き込みおよび読み出し特性に優れた磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置を構成することができることから、その工業的利益および実用上の利益は甚大である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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