(57)【要約】  磁気抵抗素子は、第１磁性体４と、第２磁性体５と、第１磁性体４と第２磁性体５との間に挟まれた非磁性体６と、第２磁性体５における非磁性体６とは反対の側に接して設けられた反強磁性体７とを具備する。第１磁性体４は、データによって磁化方向が変化する第１領域８と、磁化方向が第１領域８と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域８の一方の端部に結合した第２領域９とを有する。第２磁性体５及び反強磁性体７とは、いずれも第１領域８及び第２領域９に設けられている。第２磁性体５の磁化方向は、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向とは異なる。
2008090696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性体と、
第２磁性体と、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、
前記第２磁性体における前記非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体と
を具備し、
前記第１磁性体は、
データによって磁化方向が変化する第１領域と、
磁化方向が前記第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の一方の端部に結合した第２領域と
を有し、
前記第２磁性体及び前記反強磁性体とは、いずれも前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、
前記第２磁性体の磁化方向は、前記第１磁性体の前記第１領域の磁化方向とは異なる
磁気抵抗素子。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体の膜構成は、前記第２領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体の膜構成と同一である
磁気抵抗素子。
【請求項３】
請求の範囲１又は２に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体は、前記第２領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体と分離している
磁気抵抗素子。
【請求項４】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１磁性体は、前記第１領域と前記第２領域とが略直角に結合したくの字型形状を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも長い
磁気抵抗素子。
【請求項５】
請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１磁性体は、
磁化方向が前記第２領域と同じであり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の他方の端部に結合した第３領域を更に有し、
前記第２磁性体及び前記反強磁性体とは、前記第３領域にも設けられ、
磁気抵抗素子。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体の膜構成は、前記第３領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体の膜構成と同一である
磁気抵抗素子。
【請求項７】
請求の範囲５又は６に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体は、前記第３領域に設けられた前記第２磁性体及び前記反強磁性体と分離している
磁気抵抗素子。
【請求項８】
請求の範囲５乃至７のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子において、
前記第１磁性体は、前記第１領域と前記第２領域とが略直角に結合し、前記第１領域と前記第３領域とが略直角に結合した略Ｕ字型形状を有し、
前記第１領域は、前記第２領域及び前記第３領域よりも長い
磁気抵抗素子。
【請求項９】
請求の範囲１乃至８のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子において、
前記第２磁性体は、磁性体と非磁性体との積層体である
磁気抵抗素子。
【請求項１０】
請求の範囲１乃至９のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子において、
前記第２磁性体は、前記第１磁性体の前記第２領域と磁気的にカップリングし、
前記第１磁性体の前記第２領域の磁化方向を所望の方向に固定している
磁気抵抗素子。
【請求項１１】
第１方向に延在する複数の第１ビット線及び複数の第２ビット線と、
第２方向に延在する複数の第１ワード線及び複数の第２ワード線と、
前記複数の第１ビット線と前記複数の第１ワード線との交点の各々に対応して設けられた複数のメモリセルと
を具備し、
前記複数のメモリセルの各々は、
請求の範囲１乃至１０のいずれか一項に記載された磁気抵抗素子と、
対応する前記第１ワード線にゲートを接続され、前記磁気抵抗素子の第１磁性体の一端を対応する前記第１ビット線に接続する第１トランジスタと、
対応する前記第２ワード線にゲートを接続され、前記第１磁性体の他端を、対応する前記第２ビット線に接続する第２トランジスタと
を備える
磁気記憶装置。
【請求項１２】
磁気抵抗素子の書き込み方法であって、
ここで前記磁気抵抗素子は、
第１磁性体と、
第２磁性体と、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、
前記第２磁性体における前記非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体と
を具備し、
前記第１磁性体は、
データによって磁化方向が変化する第１領域と、
磁化方向が前記第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の一方の端部に結合した第２領域と
を有し、
前記第２磁性体及び前記反強磁性体とは、いずれも前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、
前記第２磁性体の磁化方向は、前記第１磁性体の前記第１領域の磁化方向とは異なり、
前記書き込み方法は、
（ａ）前記第１領域の磁化方向と平行な第１向きを有し予め設定された第１磁場を前記第１領域に印加するステップと、
（ｂ）書き込むデータに基づいて、前記第１向きと反対向きの第２向きを有する第２磁場を前記第１領域に印加すること、及び、前記第１領域に磁場を印加しないこと、のいずれかを実行するステップと
を具備する
磁気抵抗素子の書き込み方法。
【請求項１３】
磁気抵抗素子の書き込み方法であって、
ここで前記磁気抵抗素子は、
第１磁性体と、
第２磁性体と、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、
前記第２磁性体における前記非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体と
を具備し、
前記第１磁性体は、
データによって磁化方向が変化する第１領域と、
磁化方向が前記第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の一方の端部に結合した第２領域と
を有し、
前記第２磁性体及び前記反強磁性体とは、いずれも前記第１領域及び前記第２領域に設けられ、
前記第２磁性体の磁化方向は、前記第１磁性体の前記第１領域の磁化方向とは異なり、
前記書き込み方法は、
（ａ）前記第１領域の磁化方向と平行な第１向きを有し予め設定された第１磁場を前記第１領域に印加するステップと、
（ｂ）書き込むデータに基づいて、前記第１磁性体における前記第１領域及び前記第２領域のいずれか一方から他方へ電流を流すこと、及び、前記第１磁性体に電流を流さないこと、のいずれかを実行するステップと
を具備する
磁気抵抗素子の書き込み方法。
【請求項１４】
磁気抵抗素子の書き込み方法であって、
ここで前記磁気抵抗素子は、
第１磁性体と、
第２磁性体と、
前記第１磁性体と前記第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、
前記第２磁性体における前記非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体と
を具備し、
前記第１磁性体は、
データによって磁化方向が変化する第１領域と、
磁化方向が前記第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の一方の端部に結合した第２領域と、
磁化方向が前記第２領域と同じであり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、前記第１領域の他方の端部に結合した第３領域と
を有し、
前記第２磁性体及び前記反強磁性体とは、いずれも前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に設けられ、
前記第２磁性体の磁化方向は、前記第１磁性体の前記第１領域の磁化方向とは異なり、
前記書き込み方法は、
（ａ）書き込むデータに基づいて、前記第１磁性体における前記第１領域及び前記第３領域のいずれか一方から他方へ電流を流すこと、及び、前記第１磁性体に電流を流さないこと、のいずれかを実行するステップと
を具備する
磁気抵抗素子の書き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子及び磁気記憶装置に関する。
この出願は、２００７年１月２２日に出願された特許出願番号２００７−０１１１３０号の日本特許出願に基づいており、その出願による優先権の利益を主張し、その出願の開示は、引用することにより、そっくりそのままここに組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
状態によって抵抗値が変化する抵抗記憶素子を用いた記憶装置が知られている。抵抗記憶素子としては、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果、及びＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果のような磁気抵抗効果を示す磁気抵抗素子や、冷却速度による結晶性の相違を利用した相変化抵抗素子が利用される。【０００３】
まず、磁気抵抗素子の例として、トンネル絶縁膜を２つの磁性体間に挟んだＴＭＲ構造について説明する。図１は、Ｒｏｙ  Ｓｃｈｅｕｅｒｌｅｉｎ，  ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  １０ｎｓ  Ｒｅａｄ  ａｎｄ  Ｗｒｉｔｅ  Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｒｒａｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＦＥＴ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｉｎ  ｅａｃｈ  Ｃｅｌｌ”，２０００  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＤＩＧＥＳＴ  ＯＦ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＰＥＲＳ  （ｐ．１２８）で報告されたＴＭＲ素子の例を示す断面図である。このＴＭＲ素子は、積層された反強磁性体層２０１、強磁性体ピン層２０２、トンネル絶縁層２０３及び強磁性体フリー層２０４を備える。反強磁性体層２０１は、ＦｅＭｎ（１０ｎｍ）で形成されている。強磁性体のピン層２０２は、ＣｏＦｅ（２．４ｎｍ）で形成されている。トンネル絶縁層２０３は、Ａｌ２Ｏ３で形成されている。強磁性体のフリー層２０４は、ＮｉＦｅ（５ｎｍ）で形成されている。反強磁性体層２０１とフリー層２０４には電圧が印加できるよう、導体配線が接続されている。ピン層２０２の磁化方向は反強磁性体層２０１によりある方向に固定されている。フリー層２０４はある方向に磁化しやすいように形成されており、その磁化方向は外部から磁場を印加することにより変化させることができる。フリー層２０４の膜の水平方向のうち、磁化しやすい方向を容易軸、容易軸に垂直で磁化しにくい方向を困難軸と呼ぶ。フリー層２０４とピン層２０２との間に電圧を印加するとトンネル絶縁膜２０３を通して電流が流れるが、フリー層２０４とピン層２０２の磁化方向の関係により抵抗値が変化する。すなわち磁化方向が同じ場合は抵抗が低く、反対向きの場合は抵抗が高くなる。【０００４】
次に、ＴＭＲ素子を記憶素子に用いた不揮発性メモリ（磁気磁気記憶装置）について説明する。図２は、Ｍ．Ｄｕｒｌａｍ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ”，２０００  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＤＩＧＥＳＴ  ＯＦ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＰＥＲＳ  （ｐ．１３０）で報告された不揮発性メモリの例を示す斜視図である。この不揮発性メモリは、アレイ状に配置されたＴＭＲ素子２０５の上下に、交差する１対の配線が設置される。上部配線２０６はＴＭＲ素子２０５のフリー層と接続されている。ＴＭＲ素子２０５の反強磁性体層は第３の配線２０７を介して下層に形成されたトランジスタ２０８のドレインに接続されている。２つの配線Ｂ（Ｂ１〜Ｂ４のいずれか）、配線Ｄ（Ｄ１〜Ｄ４のいずれか）に電流を流すことで交点近傍に合成磁場を発生させ、電流の方向によりフリー層の磁化方向を設定する。これによりＴＭＲ素子２０５の抵抗値を変化させることができる。データの読み出しは、以下のようにして行う。まず、読み出すＴＭＲ素子２０５に接続されたトランジスタ２０８を配線Ｗによりオン状態にする。次に、配線ＢよりＴＭＲ２０５素子に電圧を印加する。それにより、ＴＭＲ素子２０５を介して電流が流れる。読み出しは、その流れる電流でＴＭＲ素子２０５の抵抗値を評価することで行う。このような記憶装置では、ほぼ一方向に向いた磁化を、外部から印加する磁場により反転させてデータを書き込む。そのため、比較的大きな磁場が必要である。従って、その磁場を発生させるための大きな電流が必要という問題があった。【０００５】
関連する技術として特開２００５−１９１０３２号公報に磁気記憶装置及び磁気情報の書込み方法が開示されている。この磁気記憶装置は、導電性の磁化固定層と、トンネル絶縁層と、導電性の磁化自由層と、一対の磁気情報書込み用端子とを備える。導電性の磁化固定層は、固定磁化が付与されている。トンネル絶縁層は、前記磁化固定層に積層形成されている。導電性の磁化自由層は、前記トンネル絶縁層を介して前記磁化固定層と積層形成された接合部、前記接合部の一対の端部に隣接形成された磁壁ピン止め部、及び、前記磁壁ピン止め部に隣接する互いに反対向きの固定磁化が付与された一対の磁化固定部を具備する。一対の磁気情報書込み用端子は、前記一対の磁化固定部に電気接続し、前記磁化自由層の前記接合部、前記一対の磁壁ピン止め部及び前記一対の磁化固定部を貫通する電流を磁化自由層に流すためのものである。【０００６】
特開２００６−１２８３９４号公報に磁気抵抗効果素子が開示されている。この磁気抵抗効果素子は、第１及び第２強磁性層とこれらの間に配置される非磁性層とからなる積層構造を有する。この磁気抵抗効果素子において、前記第１及び第２強磁性層のうちの少なくとも１つは、第３強磁性層と、第４強磁性層とを備える。第３強磁性層は、第１方向に磁気異方性を有する。第４強磁性層は、前記第３強磁性層上に積層され、前記第１方向及びこれと逆向きの第２方向とは異なる第３方向に磁気異方性を有する。【０００７】
特開２００６−１８５９６１号公報に磁気ランダムアクセスメモリが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と第２強磁性層とを具備する。第１強磁性層は、磁化方向が固定される。第２強磁性層は、磁化方向が印加される磁場に応じて変化する。前記第２強磁性層は、本体部と、１つの突出部とから構成される。本体部は、長軸方向を持つ。１つの突出部は、前記本体部から前記長軸方向とは異なる方向に突出する。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、小さな電流で書き込みを実現することが可能な磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気記憶装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第１の磁気抵抗素子は、第１磁性体と、第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、第２磁性体における非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体とを具備する。第１磁性体は、データによって磁化方向が変化する第１領域と、磁化方向が第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の一方の端部に結合した第２領域とを有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、いずれも第１領域及び第２領域に設けられている。第２磁性体の磁化方向は、第１磁性体の第１領域の磁化方向とは異なる。
【００１０】
本発明の第２の磁気記憶装置は、第１方向に延在する複数の第１ビット線及び複数の第２ビット線と、第２方向に延在する複数の第１ワード線及び複数の第２ワード線と、複数の第１ビット線と複数の第１ワード線との交点の各々に対応して設けられた複数のメモリセルとを具備する。複数のメモリセルの各々は、上記各項のいずれかに記載された磁気抵抗素子と、対応する第１ワード線にゲートを接続され、磁気抵抗素子の第１磁性体の一端を対応する第１ビット線に接続する第１トランジスタと、対応する第２ワード線にゲートを接続され、第１磁性体の他端を、対応する第２ビット線に接続する第２トランジスタとを備える。
【００１１】
本発明の第１の磁気抵抗素子の書き込み方法は、（ａ）第１領域の磁化方向と平行な第１向きを有し予め設定された第１磁場を第１領域に印加するステップと、（ｂ）書き込むデータに基づいて、第１向きと反対向きの第２向きを有する第２磁場を第１領域に印加すること、及び、第１領域に磁場を印加しないこと、のいずれかを実行するステップとを具備する。ここで、磁気抵抗素子は、第１磁性体と、第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、第２磁性体における非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体とを具備する。第１磁性体は、データによって磁化方向が変化する第１領域と、磁化方向が第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の一方の端部に結合した第２領域とを有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、いずれも第１領域及び第２領域に設けられている。第２磁性体の磁化方向は、第１磁性体の第１領域の磁化方向とは異なっている。
【００１２】
本発明の第２の磁気抵抗素子の書き込み方法は、（ａ）第１領域の磁化方向と平行な第１向きを有し予め設定された第１磁場を第１領域に印加するステップと、（ｂ）書き込むデータに基づいて、第１磁性体における第１領域及び第２領域のいずれか一方から他方へ電流を流すこと、及び、第１磁性体に電流を流さないこと、のいずれかを実行するステップとを具備する。ここで磁気抵抗素子は、第１磁性体と、第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、第２磁性体における非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体とを具備する。第１磁性体は、データによって磁化方向が変化する第１領域と、磁化方向が第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の一方の端部に結合した第２領域とを有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、いずれも第１領域及び第２領域に設けられている。第２磁性体の磁化方向は、第１磁性体の第１領域の磁化方向とは異なっている。
【００１３】
本発明の第３の磁気抵抗素子の書き込み方法は、（ａ）書き込むデータに基づいて、第１磁性体における第１領域及び第３領域のいずれか一方から他方へ電流を流すこと、及び、第１磁性体に電流を流さないこと、のいずれかを実行するステップとを具備する。ここで磁気抵抗素子は、第１磁性体と、第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、第２磁性体における非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体とを具備する。第１磁性体は、データによって磁化方向が変化する第１領域と、磁化方向が第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の一方の端部に結合した第２領域と、磁化方向が第２領域と同じであり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の他方の端部に結合した第３領域とを有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、いずれも第１領域、第２領域及び第３領域に設けられている。第２磁性体の磁化方向は、第１磁性体の第１領域の磁化方向とは異なっている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の前記及びその他の目的、長所及び特徴は、添付の図面を考慮して次の実施例の記載によって、より詳細に分かるであろう。
【図１】図１は、関連技術のＴＭＲ素子の例を示す断面図である。
【図２】図２は、関連技術の不揮発性メモリの例を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の磁気抵抗素子の第１の実施例の主要部の構成の一例を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の磁気抵抗素子の第１の実施例の主要部の構成の一例を示す上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の磁気抵抗素子の第１の実施例の主要部の構成の別の一例を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の磁気抵抗素子の第１の実施例の主要部の構成の別の一例を示す上面図である。
【図４】図４は、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第２磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第２磁性体の磁化方向の変化の他の例を示す概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の他の例を示す概略図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の他の例を示す概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の磁気抵抗素子の第２の実施例の主要部の構成の例を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の磁気抵抗素子の第２の実施例の主要部の構成の例を示す上面図である。
【図８】図８は、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第２磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第２磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の磁気記憶装置の第１実施例としての磁気ランダムアクセスメモリの構成を示すブロック図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の他の構成を示す平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の磁気抵抗素子及び磁気記憶装置の実施例に関して、添付図面を参照して説明する。【００１６】
（第１の実施例）
本発明の磁気抵抗素子及び磁気記憶装置の第１の実施例について添付図面を参照して説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の磁気抵抗素子の第１の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。ただし、図３Ａは一例の断面図（図３ＢのＡＡ’断面）、図３Ｂはその一例の上面図、図３Ｃは別の一例の断面図（図３ＤのＢＢ’断面）、図３Ｄはその別の一例の上面図である。磁気抵抗素子１は、第１磁性体４と、第２磁性体５（５ａ、５ｂ）と、非磁性体６と、反強磁性体７（７ａ、７ｂ）とを具備する。第１磁性体４は、フリー層として機能する。第２磁性体５は、第１磁性体４に対向して配置され、ピン層として機能する。非磁性体６は、第１磁性体４と第２磁性体５とに挟まれ、バリア層として機能する。反強磁性体７は、第２磁性体５と接して配置され、ピン層の磁化方向を固定する。【００１７】
第１磁性体４は、少なくとも一つの曲がり部１０を有する略くの字型形状である。ここで略くの字とは、厳密にくの字である必要はないという意味である。第１磁性体４は、曲がり部１０を挟んで接する第１領域８と第２領域９とを備える。第１領域８は、データ書き込み時にデータに応じて磁化方向が変化する。第２領域９は、データに依らず磁化方向がほぼ変わらない。第１領域８の磁化方向と第２領域９の磁化方向とは異なる。【００１８】
第１領域８及び第２領域９は、いずれも第２磁性体５及び反強磁性体７を更に備えている。二つの領域の第２磁性体５と反強磁性体７はそれぞれ連続していても良いし（図３Ａ、図３Ｂの場合）、分離していても良い（図３Ｃ、図３Ｄの場合）。分離している場合、同じ膜構成とする。例えば図３Ｃの場合、第２磁性体５ａ及び反強磁性体７ａの膜構成は、第２磁性体５ｂ及び反強磁性体７ｂの膜構成と同じである。【００１９】
第２磁性体５は、反強磁性体７と反強磁性結合している。それらの磁化方向は、高温下で磁場を印加することで所望の方向に設定される。その方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。第１領域８でも第２領域９でも同じ方向である。また、第２磁性体５ａは反強磁性体７ａと、第２磁性体５ｂは反強磁性体７ｂとそれぞれ反強磁性結合している。これらも同じ所望の方向に磁化方向が設定されている。【００２０】
第２領域９の第２磁性体５は、第１磁性体４と磁気的にカップリングしている。それにより、第２領域９の第１磁性体４の磁化方向を曲がり部１０へ向かう方向、もしくは逆方向に固定する。カップリング要因としては第２磁性体５の端部から発生する磁場によるカップリングや、非磁性体６を挟んではたらくネールカップリングが例としてあげられる。【００２１】
第１領域８において、曲がり部１０側の端部（ＡＡ’線の屈曲点）から、その反対側（Ａ’側）の端部までの距離をｄ１とする。一方、第２領域９において、曲がり部１０側の端部（ＡＡ’線の屈曲点）から、その反対側（Ａ側）の端部までの距離をｄ２とする。この場合、ｄ２＜ｄ１とする。また、第１領域８と第２領域９とは略直角に結合していることが好ましい。これらの条件は、第２磁性体５の磁化方向を、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずらして固定するために好ましい。これにより、第２磁性体５全体として一定の磁化方向を取らせると共に、第１磁性体４において第１領域８の磁化方向と第２領域９の磁化方向とを別々に制御できる。ただし、略直角とは製造誤差を含むという意味である。【００２２】
図４は、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。磁気記憶装置は、複数の磁気抵抗素子１と、素子抵抗評価部２と、書き込み部３とを具備する。素子抵抗評価部２は、複数の磁気抵抗素子１から所望の磁気抵抗素子１を選択し、その抵抗値を評価する。書き込み部３は、複数の磁気抵抗素子１から所望の磁気抵抗素子１を選択し、その磁気抵抗素子１の磁化状態を変化させその抵抗値を変える。【００２３】
次に、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における読み出し動作について説明する。素子抵抗評価部２は、複数の磁気抵抗素子１から所望の磁気抵抗素子１を選択する。次に、素子抵抗評価部２は、選択された磁気抵抗素子１の抵抗値を評価する。そして、素子抵抗評価部２は、抵抗値の大きさにより磁気抵抗素子１に記憶されて（書き込まれて）いたデータを判断する。【００２４】
より具体的な例としては、まず、第１磁性体４に接続された電極と、第１領域８の反強磁性体７に接続された電極とに、それぞれ配線を接続する。次に、両配線間に電圧を印加して、両電極間に流れる電流の値又は電流を流して発生する電圧の値を取得する。そして、取得された電流値又は電圧値を、予め設定された標準値と比較する。その比較結果に基づいて、磁気抵抗記憶素子１の抵抗状態を判別し、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向、すなわち書き込まれていたデータを判定する。【００２５】
次に、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作について説明する。まず、書き込み部３は、複数の磁気抵抗素子１から所望の磁気抵抗素子１を選択する。次に、書き込み部３は、選択された磁気抵抗素子１の磁化状態を変化させ、その抵抗値を変える。それにより、磁気抵抗素子１へデータが書き込まれる。【００２６】
より具体的な例としては、まず、第１磁性体４の第１領域８の磁化軸とほぼ直角の方向に延在する配線を用意し、磁気抵抗素子１の近傍に配置する。この配線に流す電流方向により、第１領域８の磁化方向を、配線と直角の第１向き又は第１向きと反対の第２向きに設定することで、書き込みを行う。【００２７】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体４及び第２磁性体５の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。ここで、図５Ａは、第２磁性体５の磁化方向を矢印により示している。この磁化方向は、反強磁性層７により固定されている。その状態において、図５Ｂ及び図５Ｃは、第１磁性体４における第１領域８及び第２領域９の磁化方向を矢印により示している。【００２８】
図５Ａを参照して、第２磁性体５の磁化方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸（図５Ｂの第１磁性体４における第１領域８の矢印の方向）に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。この方向は、反強磁性体７で固定されているため変化しない。【００２９】
図５Ｂを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０に向いているので、曲がり部１０に磁壁１１が存在する。この場合、第１領域８の磁化方向と反対向きの磁界を加えることで、第１領域８の磁化方向を反対向きにする（データを書き込む）ことができる。書き込み後の状態が図５Ｃである。このとき、磁化方向の変化は、磁壁１１の移動により進行するので、磁化方向を高速に変化させることができる。【００３０】
一方、図５Ｃを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向が曲がり部１０に向き、第１領域８の磁化方向が曲がり部１０から遠ざかる向きであるので、磁区が存在せず、よって磁壁が存在しない。この場合、第１領域８の磁化方向と反対向きの磁界を加えることで、第１領域８の磁化方向を反対向きにする（データを書き込む）ことができる。書き込み後の状態が図５Ｂである。このとき、磁化方向の変化は、磁化反転によりなされるため、磁化方向の変化の速度が遅くなる。【００３１】
以上のことから、書き込み処理前に、磁壁１１が存在する向きになるように第１磁性体４の第１領域８の磁化方向を前もって初期化しておくことにより高速性を実現することができる。すなわち、書き込み処理前に、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向に関わらず、図５Ｂの第１領域８の磁化方向を有する磁場を印加して、図５Ｂの状態に初期化する。この状態をデータ“０”とする。書き込むデータが“０”のときは初期化処理のまま何もしない。書き込むデータが“１”のときは、逆向きの電流を前述の配線に流し、逆向きの磁界を発生させる。それにより、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向が変化し、データ“１”が書き込まれる。これが図５Ｃの状態である。そのとき、磁壁１１が移動することにより磁化方向が変化するため高速に書き込みができる。【００３２】
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第１の実施例における書き込み動作での第１磁性体４及び第２磁性体５の磁化方向の変化の他の例を示す概略図である。ここで、図６Ａは、第２磁性体５の磁化方向を矢印により示している。この磁化方向は図５Ａの場合と逆であり、反強磁性層７により固定されている。その状態において、図６Ｂ及び図６Ｃは、第１磁性体４における第１領域及び第２領域９の磁化方向を矢印により示している。【００３３】
図６Ａを参照して、第２磁性体５の磁化方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸（図６Ｂの第１磁性体４における第１領域８の矢印の方向）に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。この方向は、反強磁性体７で固定されているため変化しない。【００３４】
図６Ｂを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０から遠ざかる方向に向いているので、曲がり部１０に磁壁１１が存在する。この場合、第１領域８の磁化方向と反対向きの磁界を加えることで、第１領域８の磁化方向を反対向きにする（データを書き込む）ことができる。書き込み後の状態が図６Ｃである。このとき、磁化方向の変化は、磁壁１１の移動により進行するので、磁化方向を高速に変化させることができる。【００３５】
一方、図６Ｃを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向が曲がり部１０から遠ざかる向き、第１領域８の磁化方向が曲がり部１０の向きであるので、磁区が存在せず、よって磁壁が存在しない。この場合、第１領域８の磁化方向と反対向きの磁界を加えることで、第１領域８の磁化方向を反対向きにする（データを書き込む）ことができる。書き込み後の状態が図６Ｂである。このとき、磁化方向の変化は、磁化反転によりなされるため、磁化方向の変化の速度が遅くなる。【００３６】
それに対処するために、書き込み処理前に、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向に関わらず、図６Ｂの第１領域８の磁化方向を有する磁場を印加して、図６Ｂの状態に初期化する。この状態をデータ“０”とする。書き込むデータが“０”のときは初期化処理のまま何もしない。書き込むデータが“１”のときは、逆向きの電流を前述の配線に流し、逆向きの磁界を発生させる。それにより、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向が変化し、データ“１”が書き込まれる。これが図６Ｃの状態である。そのとき、磁壁１１が移動することにより磁化方向が変化するため高速に書き込みができる。【００３７】
別の書き込み方法として、第１磁性体４の第１領域８と第２領域９とのあいだに電流を流す方法もある。まず、第１領域８から第２領域９に向かって電子を流す（電流は逆向きに流す）ことで、図５Ｂのように曲がり部１０に磁壁１１ができるよう初期化する。このとき、既に、曲がり部１０に磁壁１１がある場合、第２領域９の磁化方向は固定されているので、そのまま変化しない。その後、書き込むデータが“１”の場合のみ第２領域９から第１領域８に向かって電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより書き込みを行う。又は、第２領域９から第１領域８に向かって電子を流す（電流は逆向きに流す）ことで、図６Ｂのように曲がり部１０に磁壁１１ができるよう初期化する。このとき、既に、曲がり部１０に磁壁１１がある場合、第２領域９の磁化方向は固定されているので、そのまま変化しない。その後、書き込むデータが“１”の場合のみ第１領域８から第２領域９に向かって電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより書き込みを行う。【００３８】
本発明の磁気記憶装置に依れば、高速な書き込みが可能となる。さらに第２領域９に第２磁性体５と反強磁性体７が存在し、第１磁性体４との磁気的カップリングにより、第２領域９の第１磁性体４の磁化方向を一方向に固定できる。このため第２領域９を長い形状として形状異方性により第１磁性体４の磁化方向を固定する方法に比べ、第２領域９を短くしても安定した磁化方向が得られる。そして、第２領域９を短くできるので、高集積化、大容量化を図ることが可能となる。【００３９】
さらに第２領域９の第２磁性体５と反強磁性体７は第１領域８と同じ膜構成で同じ方向に磁化されているため、製造工程が容易である。本構造により、高速動作が可能となるとともに、高集積化、大容量化を図ることが可能となる。【００４０】
（第２の実施例）
本発明の磁気抵抗素子及び磁気記憶装置の第２の実施例について添付図面を参照して説明する。図７Ａ〜図７Ｂは、本発明の磁気抵抗素子の第２の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。ただし、図７Ａは一例の断面図（図７ＢのＣＣ’断面）、図７Ｂはその一例の上面図である。磁気抵抗素子７６は、第１磁性体４と、第２磁性体５ａ、５ｂ、５ｃと、非磁性体６と、反強磁性体７ａ、７ｂ、７ｃとを具備する。第１磁性体４は、フリー層として機能する。第２磁性体５ａ、５ｂ、５ｃは、第１磁性体４に対向して配置され、ピン層として機能する。非磁性体６は、第１磁性体４と第２磁性体５ａ、５ｂ、５ｃとに挟まれ、バリア層として機能する。反強磁性体７ａ、７ｂ、７ｃは、第２磁性体５ａ、５ｂ、５ｃと接して配置され、ピン層の磁化方向を固定する。【００４１】
第１磁性体４は、少なくとも二つの曲がり部１０ａ、１０ｂを有する略Ｕ字型形状を有する。ただし、略Ｕ字型とは、厳密にＵ字ではなくても良いという意味である。第１磁性体４は、第１領域８と、第１曲がり部１０ａを挟んで第１領域８と接する第２領域９と、第２曲がり部１０ｂを挟んで第１領域８と接する第３領域１２とを備える。第１領域８は、データ書き込み時に磁化方向が変化する。第２領域９及び第３領域１２は、データに依らず磁化方向がほぼ変わらない。第１領域８の磁化方向と第２領域９の磁化方向とは異なる。また、第１領域８の磁化方向と第３領域１２の磁化方向とは異なる。【００４２】
第１領域８と第２領域９と第３領域１２とは、いずれも第２磁性体５と反強磁性体７とを更に備えている。三つの領域の第２磁性体５と反強磁性体７はそれぞれ分離していても良いし（図７Ａ、図７Ｂの場合）、連続していても良い（図示されず）。分離している場合、同じ膜構成とする。例えば図７Ａの場合、第２磁性体５ａ及び反強磁性体７ａの膜構成と、第２磁性体５ｂ及び反強磁性体７ｂの膜構成と、第２磁性体５ｃ及び反強磁性体７ｃの膜構成とは、同じである。【００４３】
第２磁性体５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ反強磁性体７ａ、７ｂ、７ｃと反強磁性結合している。それらの磁化方向は高温下で磁場を印加することで所望の方向に設定される。その方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。第１領域８も第２領域９も第３領域１２も同じ方向である。【００４４】
第２領域９の第２磁性体５ｂ及び第３領域１２の第２磁性体５ａは、いずれも第１磁性体４と磁気的にカップリングしている。それにより、第２領域９及び第３領域１２の第１磁性体４の磁化方向をほぼ同じ方向、すなわちそれぞれ曲がり部１０ａ、１０ｂへ向かう方向、もしくは逆方向に固定する。カップリング要因としては第２磁性体５ａ、５ｂの端部から発生する磁場によるカップリングや非磁性体６を挟んではたらくネールカップリングが例としてあげられる。【００４５】
第１領域８において、曲がり部１０ａ側の端部（ＣＣ’線のＣ側の屈曲点）から曲がり部１０ｂ側の端部（ＣＣ’線のＣ’側の屈曲点）までの距離をｄ１とする。第２領域９において、曲がり部１０ａ側の端部（ＣＣ’線のＣ側の屈曲点）から、その反対側（Ｃ側）の端部までの距離をｄ２とする。第３領域１２において、曲がり部１０ｂ側の端部（ＣＣ’線のＣ’側の屈曲点）から、その反対側（Ｃ’側）の端部までの距離をｄ３とする。この場合、ｄ２、ｄ３＜ｄ１とする。さらに、ｄ２＝ｄ３がより好ましい。また、第１領域８と第２領域９とが略直角に結合し、第１領域８と第３領域１２とが略直角に結合していることが好ましい。これらの条件は、第２磁性体５の磁化方向を、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずらして固定するために好ましい。これにより、第２磁性体５全体として一定の磁化方向を取らせると共に、第１磁性体４において第１領域８の磁化方向と第２領域９の磁化方向とを別々に制御できる。ただし、略直角とは製造誤差を含むという意味である。【００４６】
図８は、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例の主要部の構成の例を示す概略図である。磁気記憶装置は、複数の磁気抵抗素子７６と、素子抵抗評価部２と、書き込み部３とを具備する。素子抵抗評価部２は、複数の磁気抵抗素子７６から所望の磁気抵抗素子７６を選択し、その抵抗値を評価する。書き込み部３は、複数の磁気抵抗素子７６から所望の磁気抵抗素子７６を選択し、その磁気抵抗素子７６の磁化状態を変化させその抵抗値を変える。【００４７】
次に、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における読み出し動作について説明する。素子抵抗評価部２は、複数の磁気抵抗素子７６から所望の磁気抵抗素子７６を選択する。次に、素子抵抗評価部２は、選択された磁気抵抗素子７６の抵抗値を評価する。そして、素子抵抗評価部２は、抵抗値の大きさにより磁気抵抗素子７６に記憶されて（書き込まれて）いたデータを判断する。【００４８】
より具体的な例としては、まず、第１磁性体４に接続された電極と、第１領域８の反強磁性体７ａに接続された電極とに、それぞれ配線を接続する。次に、両配線間に電圧を印加して、両電極間に流れる電流の値又は電流を流して発生する電圧の値を取得する。そして、取得された電流値又は電圧値を、予め設定された標準値と比較する。その比較結果に基づいて、磁気抵抗記憶素子７６の抵抗状態を判別し、第１磁性体４の第１領域８の磁化方向、すなわち書き込まれていたデータを判定する。【００４９】
次に、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作について説明する。まず、書き込み部３は、複数の磁気抵抗素子７６から所望の磁気抵抗記憶素子７６を選択する。次に、書き込み部３は、選択された磁気抵抗素子７６の磁化状態を変化させ、その抵抗値を変える。それにより、磁気抵抗素子７６へデータが書き込まれる。【００５０】
より具体的な例としては、まず、第２領域９の第１磁性体４と第３領域１２の第１磁性体４との間にデータに相当する方向に電流を流す。このとき、第１領域８の第１磁性体４における第２領域９側端部及び第３領域１２側端部のいずれか一方に、磁壁が形成されている。そのため、書き込むデータに対応した方向の電流を流すことにより、書き込むデータに依らず磁壁が移動して、磁化方向の変化が起こる。すなわち、高速な書き込みが可能である。【００５１】
図９Ａ〜図９Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体４及び第２磁性体５の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。ここで、図９Ａは、第２磁性体５の磁化方向を矢印により示している。この磁化方向は、反強磁性層７により固定されている。その状態において、図９Ｂ及び図９Ｃは、第１磁性体４における第１領域８、第２領域９及び第３領域１２の磁化方向を矢印により示している。【００５２】
図９Ａを参照して、第２磁性体５の磁化方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸（図９Ｂの第１磁性体４における第１領域８の矢印の方向）に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。この方向は、反強磁性体７で固定されているため変化しない。【００５３】
図９Ｂを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０ａに向いているので、曲がり部１０ａに磁壁１１が存在する。第３領域１２と第１領域８との間には磁壁は存在しない。この状態をデータ“０”とする。このとき、データ“１”を書き込む場合、第２領域９から第３領域１２に向って電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより、データ“１”が書き込まれる。書き込み後の状態が図９Ｃである。なお、最初の状態がデータ“１”のとき、データ“１”を書き込む場合、同様の動作でデータ“１”を上書きできる。【００５４】
図９Ｃを参照して、第１磁性体４において、第３領域１２の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０ｂに向いているので、曲がり部１０ｂに磁壁１１が存在する。第２領域９と第１領域８との間には磁壁は存在しない。この状態をデータ“１”とする。このとき、データ“０”を書き込む場合、第３領域１２から第２領域９に向って電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより、データ“０”が書き込まれる。書き込み後の状態が図９Ｂである。なお、最初の状態がデータ“０”のとき、データ“０”を書き込む場合、同様の動作でデータ“０”を上書きできる。【００５５】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明の磁気記憶装置の第２の実施例における書き込み動作での第１磁性体４及び第２磁性体５の磁化方向の変化の一例を示す概略図である。ここで、図１０Ａは、第２磁性体５の磁化方向を矢印により示している。この磁化方向は図９Ａの場合と逆であり、反強磁性層７により固定されている。その状態において、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、第１磁性体４における第１領域８、第２領域９及び第３領域１２の磁化方向を矢印により示している。【００５６】
図１０Ａを参照して、第２磁性体５の磁化方向は、第１領域８の第１磁性体４の磁化容易軸（図１０Ｂの第１磁性体４における第１領域８の矢印の方向）に対し０度より大きく９０度より小さい角度だけずれている。この方向は、反強磁性体７で固定されているため変化しない。【００５７】
図１０Ｂを参照して、第１磁性体４において、第２領域９の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０ａと反対に向いているので、曲がり部１０ａに磁壁１１が存在する。第３領域１２と第１領域８との間には磁壁は存在しない。この状態をデータ“０”とする。このとき、データ“１”を書き込む場合、第２領域９から第３領域１２に向って電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより、データ“１”が書き込まれる。書き込み後の状態が図１０Ｃである。【００５８】
図１０Ｃを参照して、第１磁性体４において、第３領域１２の磁化方向及び第１領域８の磁化方向のいずれも曲がり部１０ｂと反対に向いているので、曲がり部１０ｂに磁壁１１が存在する。第２領域９と第１領域８との間には磁壁は存在しない。この状態をデータ“１”とする。このとき、データ“０”を書き込む場合、第３領域１２から第２領域９に向って電子を流す（電流は逆向きに流す）。これにより磁壁１１が移動し、第１領域８の磁化方向を反転させることができる。これにより、データ“０”が書き込まれる。書き込み後の状態が図９Ｂである。【００５９】
なお、データ“０”の状態で、データ“０”を書き込む電流を流しても、データは変化せずそのまま上書きが可能である。同様に、データ“１”の状態で、データ“１”を書き込む電流を流しても、データは変化せずそのまま上書きが可能である。【００６０】
また、第１磁性体４の磁化軸とはほぼ直角の方向に延在する配線を用意し、磁気抵抗記憶素子７６の近傍に配置する。この配線に流す電流方向により、第１領域８の磁化方向を、配線と直角の第１向き又は第１向きと反対の第２向きに設定することで、書き込みを行ってもよい。【００６１】
本発明の磁気記憶装置に依れば、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、書き込みを行うとき、初期化をする必要が無く、書き込むデータに対応した向きの電流を流せばよい。従って、書込み制御が簡単になり、動作速度をより高速にすることができる。【００６２】
（具体例１）
次に、本発明の磁気記憶装置の第１具体例の構成及び動作を説明する。
図１１は、本発明の磁気記憶装置の第１具体例としての磁気ランダムアクセスメモリの構成を示すブロック図である。【００６３】
磁気記憶装置は、複数の第１ワード線５０と、複数の第２ワード線５１と、複数の第１ビット線５２と、複数の第２ビット線５３と、複数のデータ線５４と、複数のメモリセル６６を具備する。複数の第１ワード線５０は、Ｘ方向に延在している。複数の第２ワード線５１は、第１ワード線５０と同一のＸ方向に延在している。データ線５４は、第１ワード線５０と同一のＸ方向に延在している。第１ワード線５０と第２ワード線５１とデータ線５４とは組を成している。複数の第１ビット線５２は、第１ワード線５０とは異なるＹ方向に延在している。複数の第２ビット線５３は、第１ビット線５２と同一のＹ方向に延在している。第１ビット線５２と第２ビット線５３とは組を成している。複数のメモリセル６６は、複数のデータ線５４と複数の第１ビット線５２の交点の各々に対応して、その近傍にアレイ状に配置されている。【００６４】
複数のメモリセル６６の各々は、ＴＭＲ素子５５と第１トランジスタ５６と第２トランジスタ５７とを備える。磁気抵抗素子としてのＴＭＲ素子５５において、フリー層は２つの端子を有する。一方の端子は、第１トランジスタ５６を介して第１ビット線５２に接続されている。他方の端子は、第２トランジスタ５７を介して、その第１ビット線５２と組を成す第２ビット線５３に接続されている。ＴＭＲ素子５５のピン層はデータ線５４に接続されている。第１トランジスタ５６のゲートは、そのデータ線５４と組を成す第１ワード線５０に接続されている。第２トランジスタ５７のゲートは、そのデータ線５４と組を成す第２ワード線５１に接続されている。【００６５】
第１ワード線５０と第２ワード線５１の一方の端はワード線制御回路５８に接続され、他方の端はオープンとする。第１ビット線５２と第２ビット線５３の一方の端は、ビット線制御回路５９に接続される。第１ビット線５２の他方の端は、第３トランジスタ６０を介して差動センスアンプ６３の一方の入力に接続されている。第２ビット線５３の他方の端は、オープンとする。データ線５４の一方の端はデータ線制御回路６１に接続され、他方の端はデータ線終端回路６２に接続されている。差動センスアンプ６３の他方の入力には参照電位が参照電位印加回路６４により与えられる。第３トランジスタ６０のゲートはワード線制御回路５８に接続されている。【００６６】
図１２Ａは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す断面図、図１２Ｂは、そのＴＭＲ素子の構成を示す平面図である。ただし、図１２Ａは、図１２ＢにおけるＤＤ’断面図である。【００６７】
図１２Ａを参照して、トランジスタ、配線等が形成された半導体基板（図示されず）上に設けられた層間絶縁膜７１ａ中に配線７０ａ（、７０ｂ）が形成されている。層間絶縁膜７１ａ及び配線７０ａ（、７０ｂ）上の層間絶縁膜７１ｂにプラグ７８ａ（、７８ｂ）が形成されている。プラグ７８ａ（、７８ｂ）は、シード及びバリアとなるＴａ膜７２とプラグ本体のＣｕ膜７３との二重構造である。プラグ７８ａ（、７８ｂ）上に、下部電極としてのＴａ膜７９、フリー層としてのＮｉＦｅ膜７４、トンネル絶縁膜としてのＭｇＯ膜７６、ピン層としてのＣｏＦｅ膜７５、反強磁性体層としてのＰｔＭｎ膜７７、及び、上部電極としてのＴａ膜８０がこの順にＴＭＲ素子の形状で積層されている。これらの積層膜は、ＴＭＲ素子５５を形成している。ＴＭＲ素子５５は、酸化防止用のカバー膜としてのＳｉＮｘ膜８１及び層間絶縁膜としてのＳｉＯ２膜８２で覆われている。ＴＭＲ素子５５上のＳｉＮｘ膜８１及びＳｉＯ２膜８２にＣｕプラグ８３が形成されている。Ｃｕプラグ８３上には、データ線５４が形成されている。【００６８】
図１２Ｂを参照して、略Ｌ字型のＴＭＲ素子５５において、一方の端部（データ記憶領域（第１領域８））の下部にＣｕプラグ７８ａ及び配線７０ａが、他方の端部（磁化方向固定領域（第２領域９））の下部にＣｕプラグ７８ｂ及び配線７０ｂがそれぞれ接続されている。配線５４は、データ記憶領域（第１領域８）の上部に接続されている。この例では、ピン層（ＣｏＦｅ膜７５）、反強磁性体層（ＰｔＭｎ膜７７）及び上部電極（Ｔａ膜８０）は、データ記憶領域（第１領域８）と磁化方向固定領域（第２領域９）とで一体である。また、例えば、配線７０ａは第１トランジスタ５６に、配線７０ｂは第２トランジスタ５７にそれぞれ接続されている。【００６９】
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、ＴＭＲ素子５５の製造方法について説明する。半導体基板上に、トランジスタ（第１トランジスタ５６、第２トランジスタ５７を含む）、配線（配線７０ａ、７０ｂを含む）等を形成する。その半導体基板の配線７０ａ、７１ｂ上の層間絶縁膜７１ｂにビアを形成する。その後、シードとなるＴａ膜７２を２０ｎｍスパッタリングにより成膜し、Ｃｕ膜７３を陽極酸化により１μｍ程度形成する。そして、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰと記す）によりＣｕ膜７３及びＴａ膜７２を研磨し、ビア内にＣｕプラグ７８ａ、７８ｂを形成する。【００７０】
続いて、半導体基板の全面に下部電極となるＴａ膜７９を２０ｎｍ、フリー層となるＮｉＦｅ膜７４を２０ｎｍ、トンネル絶縁膜となるＭｇＯ膜７６を１ｎｍ、ピン層となるＣｏＦｅ膜７５を５ｎｍ、反強磁性体層となるＰｔＭｎ膜７７を２０ｎｍ、上部電極となるＴａ膜８０を２０ｎｍ、それぞれ成膜し、積層膜を形成する。その後、２７５℃−３０分間、１Ｔ程度の磁場中でアニールし、ピン層の磁化方向を設定する。このとき、その磁場の方向は、フリー層の磁化容易軸方向から例えば５度〜４５度ずらす。これにより、ＴＭＲ素子５５用のパターニング後、ピン層の端部磁場に、フリー層の磁化方向固定領域（第２領域８に相当）の容易軸方向に対応する成分を発生させることができる。続いて、ホトリソグラフィ技術によりパターニングしたレジストをマスクとして、この積層膜をミリング法と反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥと記す）によりＴＭＲ素子５５の形状に加工し、ＴＭＲ素子５５を形成する。【００７１】
その後、半導体基板の全体に酸化防止のためのカバー膜となるＳｉＮｘ膜８１を２０ｎｍ、及び層間絶縁膜となるＳｉＯ２膜８２を４００ｎｍ、それぞれＣＶＤ法により成膜する。ＴＭＲ素子５５上のＳｉＮｘ膜８１及びＳｉＯ２膜８２をＲＩＥにより除去してビアを形成し、前述と同様にしてＣｕプラグ８３（Ｔａ膜及びＣｕ膜）を形成する。続いて、Ｃｕプラグ８３上にデータ線５４層を形成する。これによりＴＭＲ素子５５及びその周辺の構造が形成される。【００７２】
次に、メモリアレイの書き込み動作について説明する。図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃを参照して、略くの字型の第１磁性体４（フリー層）は曲がり部１０を境に、第１領域８と第２領域９とに分けられる。第１領域８は、データにより磁化方向が変化するデータ記憶領域である。第２領域９は、データに依らず磁化方向が変わらない磁化方向固定領域である。両領域の磁化容易軸方向はほぼ直角である。磁化方向固定領域の長辺の長さはデータ記憶領域の長辺の長さより短くすることで異方性を弱くしてある。これにより第２磁性体５（ピン層）端部からの磁場を、磁化方向固定領域（第２領域９）に対しては磁化方向を磁化容易軸の一方向に向いた状態から戻りにくくなるように働かせ、データ記憶領域（第１領域８）では磁化方向を変化させる磁場に対して十分小さくなるように設定できる。データ記憶領域（第１領域８）の磁化方向により第１磁性体４（フリー層）内に磁区が発生する場合と発生しない場合がある。これは第２磁性体５（ピン層）の着磁方向により、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ｂ、図６Ｃのように４通りの状態がある。【００７３】
図１１も参照して、書き込みにおいて、まず、データ線制御回路６１とデータ線終端回路６２は、複数のデータ線５４から、書き込むワードアドレスに相当するデータ線５４を選択する。そして、当該データ線５４に消去電流、たとえば２ｍＡを流す。電流の向きはＴＭＲ素子５５の曲がり部１０に磁壁を形成する方向とし、第１磁性体４（フリー層）のデータ記憶領域（第１領域８）の磁化方向を設定可能なだけの電流値とする。消去電流停止後、ワード線制御回路５８は、複数の第１ワード線５０及び複数の第２ワード線５２から、書き込むワードアドレスに相当する第１ワード線５０及び第２ワード線５２を選択する。そして、当該第１ワード線５０及び第２ワード線５２に接続したすべての第１トランジスタ５６と第２トランジスタ５７をオン状態にする。他の第１トランジスタ５６と第２トランジスタ５７は、オフ状態である。ビット線制御回路５９は、複数の第１ビット線５２及び複数の第２ビット線５３から、消去状態とは異なるデータを書き込むビットアドレスに相当する第１ビット線５２及び第２ビット線５３を選択する。そして、当該第１ビット線５２と第２ビット線５３との間に電位差を与え、書き込むＴＭＲ素子５５の第１磁性体４（フリー層）に書き込み電流、たとえば１ｍＡを流す。第１磁性体４（フリー層）の磁化方向固定領域（第２領域９）から電子を流し込むことにより消去状態から磁壁を移動させ、第１磁性体４（フリー層）のデータ記憶領域（第１領域８）の磁化方向を変化させる。これによりデータの書き込みができる。【００７４】
次に、データの読み出しについて説明する。まず、ワード線制御回路５８は、複数の第１ワード線５０から、読み出すワードアドレスに相当する第１ワード線５０を選択する。そして、当該第１ワード線５０に接続したすべての第１トランジスタ５６をオン状態にする。それと共に、ワード線制御回路５８は、第３トランジスタ６０もオン状態にする。次に、データ線制御回路６１は、複数のデータ線５４から、読み出すワードアドレスに相当するデータ線５４を選択する。そして、当該データ線５４を０Ｖにする。更に、ビット線制御回路５９は、複数の第１ビット線５２から、読み出すビットアドレスに相当する第１ビット線５２を選択する。そして、第１ビット線５２に読み出し電流２０μＡを印加する。ＴＭＲ素子５５がデータにより１０ｋΩと２０ｋΩの抵抗値となり、各トランジスタのオン抵抗が１ｋΩとすると、第１ビット線５２の電位は０．２１Ｖと０．４１Ｖを示す。従って、参照電位発生回路６４により０．３Ｖを与えることで差動センスアンプ６３によりデータを判別することができる。【００７５】
本具体例においては、第２磁性体５（ピン層）として強磁性体と非磁性体と強磁性体を積層し、反強磁性カップリングした構造を用いても良い。このとき端部より磁場が発生するように上下の強磁性体の磁化量を異ならせる必要がある。また、第２磁性体５（ピン層）を第１磁性体４（フリー層）とは異なるパターンに加工しても良い。また第１磁性体４（フリー層）の磁化方向固定領域（第２領域９）の磁化方向設定を確実にするため、書き込み前の初期化時に磁場をあたえてもよい。磁化方向固定領域（第２領域９）の容易軸方向とほぼ直角に延在する配線を用意して電流を流したり、図１３のようにデータ線５４に傾きを持たせることで初期化電流を流したときに磁化方向固定領域（第２領域９）の容易軸方向の磁場成分をもたせることで、磁場を発生させる。また、書き込みに於いて第１磁性体４（フリー層）に電流を流す方法ではなく、データ線５４に電流を流して磁場を発生させることで磁化方向を設定しても良い。この場合も、磁壁が移動することで磁化方向が変化するため高速な動作が可能となる。【００７６】
本第１の具体例では、第１磁性体４（フリー層）の磁化方向固定領域（第２領域９）に第２磁性体５（ピン層）から磁場を印加することができるため、磁化方向固定領域（第２領域９）の形状異方性が弱くても磁化方向を固定することができ、磁化方向固定領域（第２領域９）の長辺の長さを短くでき、セルサイズを小さくすることが可能となる。このため大容量化を図ることができる。また、信号を読み出すための第２磁性体５（ピン層）と同時に形成できるため、プロセスが容易であるという利点もある。【００７７】
次に、本発明の磁気記憶装置の第２具体例の構成及び動作を説明する。
（具体例２）
図１１は、本発明の磁気記憶装置の第２具体例としての磁気ランダムアクセスメモリの構成を示すブロック図である。これは、第１具体例と同じなのでその説明を省略する。【００７８】
図１４Ａは、図１１の磁気ランダムアクセスメモリにおけるＴＭＲ素子の構成を示す平面図、図１４Ｂ及び図１４Ｃは、そのＴＭＲ素子の構成を示す断面図である。ただし、図１４Ｂは図１４ＡにおけるＥＥ’断面図、図１４Ｃは図１４ＡにおけるＦＦ’断面図である。【００７９】
図１４Ｂ及び図１４Ｃを参照して、トランジスタ、配線等が形成された半導体基板（図示されず）上に設けられた層間絶縁膜７１ａ中に配線７０ａ（、７０ｂ）が形成されている。層間絶縁膜７１ａ及び配線７０ａ（、７０ｂ）上の層間絶縁膜７１ｂにプラグ７８ａ（、７８ｂ）が形成されている。プラグ７８ａ（、７８ｂ）は、シード及びバリアとなるＴａ膜７２とプラグ本体のＣｕ膜７３との二重構造である。プラグ７８ａ（、７８ｂ）上に、下部電極としてのＴａ膜７９、フリー層としてのＮｉＦｅ膜７４、トンネル絶縁膜としてのＭｇＯ膜７６、ピン層としてのＣｏＦｅ膜７５、反強磁性体層としてのＰｔＭｎ膜７７、及び、上部電極としてのＴａ膜８０がこの順にＴＭＲ素子の形状で積層されている。これらの積層膜は、ＴＭＲ素子５５を形成している。ＴＭＲ素子５５は、酸化防止用のカバー膜としてのＳｉＮｘ膜８１及び層間絶縁膜としてのＳｉＯ２膜８２で覆われている。ＴＭＲ素子５５上のＳｉＮｘ膜８１及びＳｉＯ２膜８２にＣｕプラグ８３が形成されている。Ｃｕプラグ８３上には、データ線５４が形成されている。【００８０】
図１４Ａを参照して、略Ｕ字型のＴＭＲ素子５５において、一方の端部（磁化方向固定領域（第３領域１２））の下部にＣｕプラグ７８ａ及び配線７０ａが、他方の端部（磁化方向固定領域（第２領域９））の下部にＣｕプラグ７８ｂ及び配線７０ｂがそれぞれ接続されている。配線５４は、データ記憶領域（第１領域８）の上部に接続されている。この例では、ピン層（ＣｏＦｅ膜７５）、反強磁性体層（ＰｔＭｎ膜７７）及び上部電極（Ｔａ膜８０）は、データ記憶領域（第１領域８）、磁化方向固定領域（第２領域９）及び磁化方向固定領域（第３領域１２）で分割されている。また、例えば、配線７０ａは第１トランジスタ５６に、配線７０ｂは第２トランジスタ５７にそれぞれ接続されている。【００８１】
次に、図１４Ａ〜図１４Ｃを参照して、ＴＭＲ素子５５の製造方法について説明する。半導体基板上に、トランジスタ（第１トランジスタ５６、第２トランジスタ５７を含む）、配線（配線７０ａ、７０ｂを含む）等を形成する。その半導体基板の配線７０ａ、７１ｂ上の層間絶縁膜７１ｂにビアを形成する。その後、シードとなるＴａ膜７２を２０ｎｍスパッタリングにより成膜し、Ｃｕ膜７３を陽極酸化により１μｍ程度形成する。そして、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰと記す）によりＣｕ膜７３及びＴａ膜７２を研磨し、ビア内にＣｕプラグ７８ａ、７８ｂを形成する。【００８２】
続いて、半導体基板の全面に下部電極となるＴａ膜７９を５０ｎｍ、フリー層となるＮｉＦｅ膜７４を２０ｎｍ、トンネル絶縁膜となるＭｇＯ膜７６を１ｎｍ、ピン層となるＣｏＦｅ膜７５を５ｎｍ、反強磁性体層となるＰｔＭｎ膜７７を２０ｎｍ、上部電極となるＴａ膜８０を２０ｎｍ、それぞれ成膜し、積層膜を形成する。その後、２７５℃−３０分管、１Ｔ程度の磁場中でアニールし、ピン層の磁化方向を設定する。このとき、磁場の方向は、フリー層の磁化容易軸方向からたとえば１０度〜４０度ずらす。これにより、ピン層表面からオレンジピール効果によりピン方向とは逆向きのネールカップリングがフリー層に生じる。そのため、フリー層の磁化方向固定領域（第２領域９、第３領域１２）の容易軸方向成分を発生させることができる。続いて、ホトリソグラフィ技術によりパターニングしたレジストをマスクとして、まずＴａ膜８０、ＰｔＭｎ膜７７、ＣｏＦｅ膜７５をミリング法とＲＩＥ技術によりパターニングする。レジスト除去後、さらにレジストをＴＭＲ形状にパターニングし、ＭｇＯ膜７６、ＮｉＦｅ膜７４、Ｔａ膜７９をＴＭＲ形状に加工し、ＴＭＲ素子５５を形成する。【００８３】
その後、全体に酸化防止のためのカバー膜となるＳｉＮｘ膜８１を２０ｎｍ、及び層間絶縁膜となるＳｉＯ２膜８２を４００ｎｍ、それぞれＣＶＤ法により成膜する。ＴＭＲ素子５５上のＳｉＮｘ膜８１とＳｉＯ２膜８２をＲＩＥにより除去してビアを形成し、前述と同様にＣｕプラグ８３（Ｔａ膜及びＣｕ膜）を形成する。その後、Ｃｕプラグ８３上にデータ線５４層を形成する。これによりＴＭＲ素子５５及びその周辺の構造が形成される。【００８４】
次に、メモリアレイの書き込み動作について説明する。図９Ａ〜図９Ｃ及び図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、略Ｕ字型の第１磁性体４（フリー層）は曲がり部１０ａ、１０ｂを境に、第１領域８、第２領域９及び第３領域１２とに分けられる。第１領域８は、データにより磁化方向が変化するデータ記憶領域である。第２領域９及び第３領域１２は、データに依らず磁化方向が変わらない磁化方向固定領域である。両領域の磁化容易軸方向はほぼ直角であり、磁化方向固定領域の長辺の長さはデータ記憶領域の長辺の長さより短くすることで異方性を弱くしてある。これにより第２磁性体５（ピン層）からのオレンジピール効果を、磁化方向固定領域（第２領域９及び第３領域１２）に対しては磁化方向を磁化容易軸の一方向に向いた状態から戻りにくくなるように働かせ、データ記憶領域（第１領域８）では磁化方向を変化させる磁場に対して十分小さくなるように設定できる。データ記憶領域（第１領域８）の磁化方向により第１磁性体４（フリー層）内に発生する磁区は、第２磁性体５（ピン層）の着磁方向により、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ｂ、図１０Ｃのように４通りの状態がある。【００８５】
図１１も参照して、書き込みにおいて、ワード線制御回路５８は、複数の第１ワード線５０及び複数の第２ワード線５２から、書き込むワードアドレスに相当する第１ワード線５０及び第２ワード線５２を選択する。そして、当該第１ワード線５０及び第２ワード線５２に接続したすべての第１トランジスタ５６と第２トランジスタ５７をオン状態にする。他の第１トランジスタ５６と第２トランジスタ５７は、オフ状態である。ビット線制御回路５９は、複数の第１ビット線５２及び複数の第２ビット線５３から、データを書き込むビットアドレスに相当する第１ビット線５２及び第２ビット線５３を選択する。そして、当該第１ビット線５２と第２ビット線５３との間に電位差を与え、書き込むＴＭＲ素子５５の第１磁性体４（フリー層）に書き込み電流、たとえば１ｍＡを流す。第１磁性体４（フリー層）の２つ磁化方向固定領域（第２領域９及び第３領域１２）の電子を流し込む側から磁壁を移動させ、第１磁性体４（フリー層）のデータ記憶領域（第１領域８）の磁化方向を変化させる。これによりデータの書き込みができる。【００８６】
次に、データの読み出しについて説明する。まず、ワード線制御回路５８は、複数の第１ワード線５０から、読み出すワードアドレスに相当する第１ワード線５０を選択する。そして、当該第１ワード線５０に接続したすべての第１トランジスタ５６をオン状態にする。それと共に、ワード線制御回路５８は、第３トランジスタ６０もオン状態にする。次に、データ線制御回路６１は、複数のデータ線５４から、読み出すワードアドレスに相当するデータ線５４を選択する。そして、当該データ線５４を０Ｖにする。更に、ビット線制御回路５９は、複数の第１ビット線５２から、読み出すビットアドレスに相当する第１ビット線５２を選択する。そして、第１ビット線５２に読み出し電流２０μＡを印加する。ＴＭＲ素子５５がデータにより１０ｋΩと２０ｋΩの抵抗値となり、各トランジスタのオン抵抗が１ｋΩとすると、第１ビット線５２の電位は０．２１Ｖと０．４１Ｖを示す。従って、参照電位発生回路６４により０．３Ｖを与えることで差動センスアンプ６３によりデータを判別することができる。【００８７】
本具体例においては、第２磁性体５（ピン層）として強磁性体と非磁性体と強磁性体を積層し、反強磁性カップリングした構造を用いても良い。また、第２磁性体５（ピン層）を第１磁性体４（フリー層）と同じパターンに加工しても良い。また、書き込みにおいて第１磁性体４（フリー層）に電流を流す方法ではなく、データ線５４にデータに相当する向きの電流を流して磁場を発生させることで磁化方向を設定しても良い。この場合も、磁壁が移動することで磁化方向が変化するため高速な動作が可能となる。【００８８】
本第２具体例では、第１具体例のような初期化手順が必要ないため動作回路が簡単にできる。【００８９】
なお、本発明は、より小さな面積を有する磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気記憶装置を提供するという他の目的や、及び、高集積化に優れた大容量の磁気記憶装置を提供するとおいう更に他の目的も有している。【００９０】
また、本発明の磁気抵抗素子は、上記のように例えば、第１磁性体と、第２磁性体と、第１磁性体と第２磁性体との間に挟まれた非磁性体と、第２磁性体における非磁性体とは反対の側に接して設けられた反強磁性体とを具備する。第１磁性体は、データによって磁化方向が変化する第１領域と、磁化方向が第１領域と異なり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の一方の端部に結合した第２領域とを有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、いずれも第１領域及び第２領域に設けられている。第２磁性体の磁化方向は、第１磁性体の第１領域の磁化方向とは異なる。ただし、以下の特徴を有していても良い。
すなわち、上記の磁気抵抗素子において、第１領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体の膜構成は、第２領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体の膜構成と同一であっても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第１領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体は、第２領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体と分離していても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第１磁性体は、第１領域と第２領域とが略直角に結合したくの字型形状を有していても良い。その場合、第１領域は、第２領域よりも長い。
上記の磁気抵抗素子において、第１磁性体は、磁化方向が第２領域と同じであり、データに依らず磁化方向が概ね変わらず、第１領域の他方の端部に結合した第３領域を更に有する。第２磁性体及び反強磁性体とは、第３領域にも設けられていても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第１領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体の膜構成は、第３領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体の膜構成と同一であっても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第１領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体は、第３領域に設けられた第２磁性体及び反強磁性体と分離していても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第１磁性体は、第１領域と第２領域とが略直角に結合し、第１領域と第３領域とが略直角に結合した略Ｕ字型形状を有していても良い。その場合、第１領域は、第２領域及び第３領域よりも長い。
上記の磁気抵抗素子において、第２磁性体は、磁性体と非磁性体との積層体であっても良い。
上記の磁気抵抗素子において、第２磁性体は、第１磁性体の第２領域と磁気的にカップリングしている。第１磁性体の第２領域の磁化方向を所望の方向に固定していても良い。【００９１】
以上説明したように、本発明によれば、磁壁を移動させることで磁化状態を変化させデータ書き込みを行うため小さい電流での動作が可能となると共に、フリー層の磁化方向固定領域の長さを短くすることができるためセル面積を小さくすることが可能となり、大容量化を実現できる。また、磁化を固定する機構をピン層の形成と同時に行うため、プロセスが容易である。【００９２】
このように、本発明の磁気抵抗素子及び磁気記憶装置は、小さい電流で高速に書き込みができるため、省電力化、高速化という効果が得られる。さらに、磁化方向固定領域を短くすることが可能なため、セルサイズを小さくすることができる。それにより、高集積化に優れた大容量の磁気記憶装置が実現できる。【００９３】
なお、本発明は上記各実施例や具体例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例や具体例は適宜変更され得ることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【国際調査報告】
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2008090696.tif 000033