(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁化膜からなる記録層と、
垂直磁化膜からなる固定層と、
前記記録層と前記固定層の間に配置された非磁性層と、
前記記録層と前記固定層のそれぞれに接して形成され、前記記録層の磁化の向きを反転させるための電流を素子膜厚方向に流すための一対の電極層とを備え、
前記記録層は第１の領域と第２の領域をそれぞれ少なくとも一つ含み、前記第１の領域における単位面積あたりの磁気モーメントは前記第２の領域における単位面積あたりの磁気モーメントよりも低く、
前記記録層の外周部分に前記第２の領域が占める割合は前記第１の領域が占める割合より大きい
ことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層の前記第２の領域は前記第１の領域を取り囲んで配置されていることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層の前記第１の領域の膜厚は、前記記録層の前記第２の領域の膜厚よりも薄いことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層の前記第１の領域の飽和磁化は、前記記録層の前記第２の領域の飽和磁化よりも低いことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項４記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層の第１の領域は、その結晶構造が前記第２の領域と異なる領域を含むことを特徴とする、トンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層の最小辺長Ｗは、前記記録層の第１の領域の最小辺長をＤ、前記記録層を構成する材料の磁壁の幅をδとするとき、Ｗ＞Ｄ＋２δを満たすことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉのいずれか、もしくはその中から１つ以上の元素と、Ｐｔ，Ｐｄのうち１つ以上の元素とを含む規則合金であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、Ｃｏを含み、Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｎｉの中から１つ以上の元素を含む合金であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれか、もしくはその中の１つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、希土類金属と遷移金属を含んだアモルファス合金であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記記録層及び前記固定層を構成する垂直磁化膜の両方もしくは一方は、ｍ−Ｄ０19型のＣｏＰｔ規則合金、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、もしくはＣｏ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｐｄ，Ｆｅ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ｐｄを主成分とするＬ１0型の規則合金であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する選択手段とを備えたランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気メモリセルは、トンネル磁気抵抗効果素子と、前記トンネル磁気抵抗効果素子に通電するためのトランジスタとを備え、
前記選択手段は、第一の書込みドライバ回路と、第二の書込みドライバ回路と、第三の書込みドライバ回路とを備え、
前記トンネル磁気抵抗効果素子は、垂直磁化膜からなる記録層と、垂直磁化膜からなる固定層と、前記記録層と前記固定層の間に配置された非磁性層と、前記記録層と前記固定層のそれぞれに接して形成され、前記記録層の磁化の向きを反転させるための電流を素子膜厚方向に流すための一対の電極層とを備え、前記記録層は第１の領域と第２の領域をそれぞれ少なくとも一つ含み、前記第１の領域における単位面積あたりの磁気モーメントは前記第２の領域における単位面積あたりの磁気モーメントよりも低く、前記記録層の外周部分に前記第２の領域が占める割合は前記第１の領域が占める割合より大きく、
前記第一及び第二の書込みドライバ回路は、前記トンネル磁気抵抗効果素子の前記トランジスタに接続されていない側の電極層に接続され、
前記トランジスタの抵抗を制御するワード線を備え、該ワード線が前記第三の書込みドライバ回路に接続され、
前記選択手段によって選択した磁気メモリセルが備えるトンネル磁気抵抗効果素子の膜厚方向に電流を流し、当該トンネル磁気抵抗効果素子の記録層をスピントランスファートルクにより磁化反転させることにより情報を書き込むことを特徴とする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、垂直磁化材料を用いたトンネル磁気抵抗効果素子及びそれを用いたランダムアクセスメモリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁性体を用いたメモリとしてＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）が開発されている。ＭＲＡＭは、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive：ＴＭＲ）効果を利用するＭＴＪ（Magnetic Tunneling Junction）を要素素子とし、ＭＴＪ素子に含まれる磁性体の磁化方向を制御することによって、情報を記録する。電源を切っても磁性体の磁化方向は変化しないため、記録した情報は保持される不揮発動作が実現できる。ＭＴＪ素子の磁化方向を変化させる（情報を書き換える）には外部から磁場を印加する方式の他、近年、ＭＴＪ素子に直接直流電流を流して磁化を反転させる、スピントランスファートルク磁化反転（スピン注入磁化反転）方式が見出されている。例えば、特許文献１には面内磁化材料を記録層として用い、スピン注入磁化反転を利用するＭＴＪ素子及びそれを集積したメモリ：ＳＰＲＡＭ（SPin-transfer torque Magnetic Random Access Memory）が開示されている。【０００３】
ＳＰＲＡＭの集積度向上にはＭＴＪ素子の微細化が必要となるが、その際、ＭＴＪ素子における磁気情報の熱的安定性が課題となる。ＭＴＪ素子の記録層の磁化方向を反転させるために必要な磁気エネルギーに対し、環境温度による熱エネルギーが高くなる場合、外部磁場もしくは電流を印加しなくとも磁化の反転が起こる。サイズの縮小とともにＭＴＪ素子の磁気エネルギーは減少するため、素子の微細化に伴いこの熱的安定性は低下する。微細な領域でも熱的安定性を維持し信頼性の高い動作を実現するためには、ＭＴＪ素子の記録層材料の結晶磁気異方性を高めるのが有効である。これまでに、面内磁化材料と比べ結晶磁気異方性の高い垂直磁化材料を用いたＭＴＪ素子が開示されている（特許文献２）。さらに垂直磁化材料を適用したＭＴＪ素子では、記録層内にかかる反磁界の影響が面内磁化ＭＴＪ素子とは異なり、磁化の反転に要する電流密度（書き込み電流密度）を低減する方向にはたらく。そのため、面内磁化ＭＴＪ素子と比べ、書き込み電流密度を低減でき消費電力を抑制できる利点がある。【０００４】
垂直磁化ＭＴＪ素子を適用したＳＰＲＡＭのさらなる低消費電力化には、書き込み電流密度の一層の低減が必要である。垂直磁化薄膜が多磁区構造を形成する場合、電流注入によってはじめに一部の磁区の磁化が反転し、その周囲の磁壁が伝播することで磁性薄膜全体の磁化が反転する現象が一般的に知られている。この磁化反転機構では、強磁性薄膜の磁化が全領域で一斉に回転する磁化反転機構に比べて、磁化反転に要する電流密度が少ない。しかしながら、ＭＴＪ素子の微細化を進めていくと記録層に用いる垂直磁化薄膜は磁壁を含まない単一磁区構造をとり、磁化の反転は一斉磁化反転機構となるため書き込み電流密度が増大する。【０００５】
一方、電流注入ではなく外部磁場によってＭＴＪ素子の記録層の磁化を反転させる方式に関しては、書き込み磁場を低下させる構成が開示されている。例えば、特許文献３には、記録層の外周部に中央部と比べて保持力が小さい領域を設け、外部磁場印加時にまず外周部の磁化を反転させ、その漏洩磁場で中央部の磁化反転をアシストする方式が示されている。
【特許文献１】特開２００２−３０５３３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２３６４号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述した課題に鑑み、従来技術に比べてより書き込み電流を低減できる垂直磁化ＭＴＪ素子を提供するものである。さらには、記録層が単一磁区構造となるような極微細領域であっても書き込み電流を低減できる垂直磁化ＭＴＪ素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
スピン注入磁化反転方式を利用する場合には、記録層の外周部よりも先に中央部の磁化を反転させる方が、上述した磁壁の伝播が容易に進行するため、磁化反転の効率が良い。さらに、特許文献３のように外周部の磁化を最初に反転させるには外周部の抵抗を中央部より下げる必要があるが、通常、ＭＴＪ素子形状加工の際に外周部はイオンビームにさらされ高抵抗となる。そのため電流注入によって中央部より先に外周部の磁化を反転させるのは難しい。【０００８】
本発明では、ＭＴＪ素子の記録層として用いる磁性体薄膜の一部を、その周囲よりも薄くした構造を適用する。もしくは、記録層として用いる磁性体薄膜の一部領域の単位面積あたりの磁気モーメントをその周囲よりも低減させた構造を適用する。【０００９】
より具体的には、本発明のトンネル磁気抵抗効果素子は、垂直磁化膜からなる記録層と、垂直磁化膜からなる固定層と、記録層と固定層の間に配置された非磁性層と、記録層と固定層のそれぞれに接して形成され、記録層の磁化の向きを反転させるための電流を素子膜厚方向に流すための一対の電極層とを備える。記録層は第１の領域と第２の領域をそれぞれ少なくとも一つ含み、第１の領域における単位面積あたりの磁気モーメントは第２の領域における単位面積あたりの磁気モーメントよりも低く、記録層の外周部分に第２の領域が占める割合は第１の領域が占める割合より大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の素子構造を適用することで、垂直磁化ＭＴＪ素子における書き込み電流密度を従来技術に比べより低減できる。さらに、記録層の磁性体薄膜が単一磁区構造となる極微細素子であっても書き込み電流密度の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１のＭＴＪ素子の模式図であり、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は上面模式図である。
【図２】実施例１のＭＴＪ素子の作製工程を示した図である。
【図３】実施例１のＭＴＪ素子の磁化反転の機構を模式的に示した図である。
【図４】実施例２のＭＴＪ素子の模式図であり、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は上面模式図である。
【図５】実施例３のＭＴＪ素子の模式図であり、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は上面模式図である。
【図６】実施例４のＭＴＪ素子の模式図であり、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は上面模式図である。
【図７】実施例５のＭＴＪ素子の断面模式図である。
【図８】実施例５のＭＴＪ素子の作製工程を示した図である。
【図９】実施例６のＭＴＪ素子の断面模式図である。
【図１０】磁気メモリセルの構成例を示す断面模式図である。
【図１１】ランダムアクセスメモリの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の実施例で述べるＭＴＪ素子では、スピン注入磁化反転の機構を利用して記録層の磁化を反転させる。すなわち、素子中に電流を流し、スピン偏極した電流のスピンが磁性体記録層の磁気モーメントにトルクを与えることにより、記録層の磁化を反転させる。
【００１３】
＜実施例１＞
図１に、実施例１におけるＭＴＪ素子の模式図を示す。図１（Ａ）は断面模式図、図１（Ｂ）は上面模式図である。素子は、基板２０上に、下部電極層２１、強磁性体の固定層１１、非磁性層２３、強磁性体の記録層１０、上部電極層２２を積層して構成される。素子は上面から見た場合、直径Ｗの円形である。記録層１０及び固定層１１の磁化は、膜面に対して垂直方向に向いている。スピン偏極した電流を流した際、記録層１０の磁化が固定層１１の磁化よりも先に磁化反転するよう、記録層１０と固定層１１の材料と膜厚が設定される。本実施例では、記録層１０と固定層１１の材料は同じ強磁性体を用い、記録層１０の膜厚を固定層１１よりも薄くした。さらに、記録層１０の中央部には、周辺と比べて膜厚が薄い凹型の領域（領域１）を形成した。すなわち凹型形状の領域１は、それ以外の領域２と比べて単位面積あたりの磁気モーメントｍ０が小さい（ｍ０＝ＭS・ｔ、ＭS：飽和磁化、ｔ：膜厚）。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００１４】
実施例１では、固定層１１と記録層１０の材料にＬ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を用いた。また、下部電極層２１には、Ｔａ，Ｒｕ，Ｐｔからなる積層膜を用い、上部電極層２２にはＴａ，Ｒｕからなる積層膜を用いた。また、非磁性層２３には酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた。記録層１０の膜厚ｔ0は３ｎｍ、固定層１１の膜厚ｔ1は１０ｎｍとし、非磁性層２３の膜厚は１ｎｍとした。素子の直径Ｗは３０ｎｍ、記録層１０中央に設けた凹型部の直径Ｄを１０ｎｍとした。
【００１５】
実施例１のＭＴＪ素子の作製方法を説明する。図２に、素子の作製工程を示す。以下図２（Ａ）〜図２（Ｈ）に示した工程順に従って説明する。まず、基板２０の上に下部電極層２１、固定層１１、非磁性層２３、記録層１０、上部電極層２２の順に積層した積層膜２５を形成した（図２（Ａ））。薄膜の形成にはスパッタリング法を用い、全ての層をin-situで形成した。その後、電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィとイオンビームエッチングを用いて積層膜２５をピラー形状に加工した（図２（Ｂ））。次に、ピラーの表面にレジストパターン５１が残った状態で層間絶縁層５２としてＡｌ2Ｏ3を成膜した（図２（Ｃ））。その後、リフトオフによりピラー表面のレジストを除去し、ピラーの表面を露出させた（図２（Ｄ））。
【００１６】
続いて、露出したピラーの上からレジストを塗布し、ＥＢリソグラフィによってピラー中央上部が開口したレジストパターンを形成した（図２（Ｅ））。その状態でイオンビームにより上部電極層２１と、記録層１０の途中までをエッチングで除去した（図２（Ｆ））。記録層１０の中央部をエッチングする深さｈは、１ｎｍとした。エッチング後、in-situにおいて追加の上部電極層２６となるＲｕとＴａをスパッタリング法で堆積し、ピラーの上部を被覆した（図２（Ｇ））。その後、ＥＢリソグラフィとイオンビームエッチングを用いて上部電極層２１をピラー上部だけ残してパターニングし、ＭＴＪ素子を完成した（図２（Ｈ））。最後に、素子を３００℃の温度でアニールした。なお、レジストパターン５１の形成にはＥＢリソグラフィ以外の技術として、例えばナノインプリント技術を用いてもよい。
【００１７】
次に、実施例１のＭＴＪ素子における記録層の書き換え動作について説明する。固定層１１の磁化が素子の上部方向に固定されていることを前提とする。記録層１０の磁化が固定層１１の磁化と逆方向を向いた反平行配列となっている場合、ＭＴＪ素子の上部から下部へ向けて電流を流すと、スピン偏極した電子が固定層１１から記録層１０に流れこみ、スピン注入磁化反転により、記録層１０の磁化が反転する。すなわち、固定層１１の磁化と記録層１０の磁化が平行配列となり、ＭＴＪ素子の抵抗は高抵抗状態から低抵抗状態にスイッチする。一方、記録層１０の磁化が固定層１１の磁化と同方向を向いた平行配列となっている場合、ＭＴＪ素子の下部から上部へ向けて電流を流すと、スピン偏極した電子が記録層１０を通り、固定層１１に流れる。その際、固定層１１のスピンと同方向のスピンを持った電子のみが、固定層１１に流れ込み、逆方向のスピンを持った電子は絶縁体２３の表面で反射される。反射された電子は記録層１０の磁化に作用し、スピン注入磁化反転により、記録層１０の磁化が反転する。すなわち固定層１１の磁化と記録層１０の磁化が反平行配列となりＭＴＪ素子の抵抗は低抵抗状態から高抵抗状態にスイッチする。
【００１８】
実施例１では、記録層１０の中央部の膜厚を薄くしている。そのため、記録層１０の磁化反転は以下のように進む。はじめに、記録層の磁化が膜面上側を向いている状態を考える（図３（Ａ））。スピン偏極した電子を素子の上側から下側へ流すと、まず膜厚が薄い中央部の領域で磁化反転が起こる（図３（Ｂ））。すなわち磁化反転の核が形成される。そのとき、記録層１０内では磁化が反転した中央部の周囲に磁壁３５が形成される。形成された磁壁３５は素子の外周部に向かって伝播し（図３（Ｃ））、最終的に記録層全体の磁化が反転する（図３（Ｄ））。従来のＭＴＪ素子では記録層１０の膜厚は一様であり、実施例１と同程度のサイズの場合は単一磁区構造となるので、磁化は記録層１０の全領域で一斉に回転する。このような一斉回転機構に対し、実施例１のＭＴＪ素子では、磁化が反転しやすい領域を中央部に設け、そこが磁化反転すれば磁壁の伝播により全体の磁化が反転する。すなわち、実施例１のＭＴＪ素子では、磁化反転が始まる電流密度（ＪC0）を記録層に凹型領域を設けない従来構造よりも低減でき、消費電力低減を実現できる。試作した実施例１のＭＴＪ素子を評価した結果、書き込み電流を、記録層に凹型領域を設けない従来構造の垂直磁化ＭＴＪ素子に比べ約５０％に低減できた。
【００１９】
磁壁の幅δは磁性体の結晶異方性エネルギーＫｕに依存し、１／√Ｋｕに比例する。１０7ｅｒｇ／ｃｍ2程度の高い結晶異方性エネルギーＫｕをもつＣｏＰｔ規則合金などの場合、磁壁の幅δは５〜１０ｎｍ程度となる。電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、凹型領域の直径Ｄ（１０ｎｍ）は磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例１では記録層の凹型領域の直径Ｄを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。さらに、磁化反転の核形成と磁壁の伝播を利用した書き換えを行うには、記録層の直径Ｗは、凹型領域の直径Ｄと強磁性材料の磁壁の幅δを用いて、Ｗ＞Ｄ＋２δであることが望ましい。本実施例では、記録層の直径Ｗを３０ｎｍ、凹型領域の直径Ｄを１０ｎｍとし、磁壁の幅δは５〜１０ｎｍ程度であるのでこの関係を満足する。
【００２０】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例１では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の凹型領域の膜厚を２ｎｍとしたが、それ以外の寸法としても同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０における凹型領域の膜厚を少なくとも周囲の８割以下程度にするのが望ましい。
【００２１】
実施例１では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例１と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００２２】
また、実施例１では、円形の記録層に円形の凹型領域を形成したが、凹型領域の形状は円形以外の例えば四角形状などでもかまわない。
【００２３】
また実施例１では、記録層１０が単磁区構造となる領域の極微細寸法の素子を提案したが、より大きい寸法の素子に対しても本発明が適用できる。例えば、上部からみて直径が１００ｎｍのＭＴＪ素子では、記録層に凹型領域を設けない従来構造であっても電流注入による磁化反転の際、記録層中には磁区が形成され磁壁の伝播によって記録層全体の磁化が反転する。このような素子寸法でも、本発明を適用した記録層中央部の膜厚が薄いＭＴＪ素子では、磁化反転核の生成を誘起でき、書き込み電流密度を記録層に凹型領域を設けない従来の素子よりもさらに低減できるのは言うまでもない。
【００２４】
＜実施例２＞
実施例２は、四角形状の垂直磁化ＭＴＪ素子を提案するものである。図４に、実施例２のＭＴＪ素子の断面模式図、及び上面図を示す。素子の基本構造、積層膜の構成及び材料、各層の膜厚については実施例１と同様である。実施例２の素子は、上からみて正方形となっており、図４に示すように、記録層１０（膜厚ｔ0：３ｎｍ）の中央に周囲よりも膜厚が薄い領域を設ける。素子の一辺Ａは３０ｎｍとし、記録層１０中央に設けた凹型部の一辺Ｂは１０ｎｍ、凹型部の溝の深さｈは１ｎｍとした。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００２５】
実施例２のＭＴＪ素子の書き換え動作及び磁化反転の機構については、実施例１と同様である。記録層１０で膜厚の薄い中央部から磁化反転が生じ、磁壁移動によって記録層１０全体の磁化が反転する。これにより、記録層に凹型領域を設けない従来構造の垂直磁化ＭＴＪ素子と比べ、書き込み電流密度を低減できる。
【００２６】
電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、凹型領域の一辺Ｂは磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例２では記録層の凹型領域の一辺Ｂを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。さらに、磁化反転の核形成と磁壁の伝播を利用した書き換えを行うには、記録層の一辺Ａは、凹型領域の一辺Ｂと強磁性材料の磁壁の幅δを用いて、Ａ＞Ｂ＋２δであることが望ましい。本実施例では、記録層の一辺Ａを３０ｎｍ、凹型領域の一辺Ｂを１０ｎｍとし、磁壁の幅δは５〜１０ｎｍ程度であるのでこの関係を満足する。
【００２７】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例２では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の凹型領域の膜厚を２ｎｍとしたが、それ以外の寸法でも同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０における凹型領域の膜厚を少なくとも周囲の８割以下程度にするのが望ましい。
【００２８】
実施例２では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例２と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００２９】
また、実施例２では、四角形状の記録層に四角形状の凹型領域を形成したが、凹型領域の形状は四角形以外の例えば円形などでもかまわない。
【００３０】
＜実施例３＞
実施例３は、実施例２と同様、四角形状の垂直磁化ＭＴＪ素子を提案するものである。図５に、実施例３のＭＴＪ素子の断面模式図、及び上面図を示す。素子の基本構造、積層膜の構成及び材料、各層の膜厚については実施例１及び実施例２と同様である。実施例３の素子は、上からみて四角形状を有する。図５に示すように、記録層１０の中央に周囲よりも膜厚が薄い領域を設ける。凹型部の領域は図５（Ｂ）の上面図に示したように、素子外周の一辺から対向する一辺までつながっている。素子の一辺Ａは３０ｎｍ、記録層１０中央に設けた凹型部の幅Ｂを１０ｎｍとした。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００３１】
実施例３のＭＴＪ素子の書き換え動作及び磁化反転の機構については、実施例１と同様である。記録層１０で膜厚の薄い中央部から磁化反転が生じ、磁壁移動によって記録層１０全体の磁化が反転する。これにより記録層に凹型領域を設けない従来の垂直磁化ＭＴＪ素子と比べ書き込み電流密度を低減できる。
【００３２】
電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、凹型領域の幅Ｂは磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例３では記録層の凹型領域の幅Ｂを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。さらに、磁化反転の核形成と磁壁の伝播を利用した書き換えを行うには、記録層の一辺Ａは、凹型領域の一辺Ｂと強磁性材料の磁壁の幅δを用いて、Ａ＞Ｂ＋２δであることが望ましい。本実施例では、記録層の一辺Ａを３０ｎｍ、凹型領域の一辺Ｂを１０ｎｍとし、磁壁の幅δは５〜１０ｎｍ程度であるのでこの関係を満足する。
【００３３】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例３では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の凹型領域の膜厚を２ｎｍとしたが、それ以外の寸法でも同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０における凹型領域の膜厚を少なくとも周囲の８割以下程度にするのが望ましい。
【００３４】
実施例３では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例３と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００３５】
＜実施例４＞
実施例４は、凹型部を複数備えた垂直磁化ＭＴＪ素子を提案するものである。図６に、実施例４のＭＴＪ素子の断面模式図、及び上面図を示す。素子の基本構造、積層膜の構成及び材料、各層の膜厚については実施例３と同様であるが、実施例４の場合、凹型部が複数形成される。素子の一辺Ａは１００ｎｍ、記録層１０に設けた凹型領域の幅Ｂを１０ｎｍとした。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００３６】
実施例４のＭＴＪ素子の書き換え動作及び磁化反転の機構については、基本的に実施例１と同様である。記録層１０に設けた２箇所の膜厚が薄い部分から磁化反転が生じ、磁壁移動によって記録層１０全体の磁化が反転する。これにより記録層に凹型領域を設けない従来の垂直磁化ＭＴＪ素子と比べ書き込み電流密度を低減できる。
【００３７】
電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、凹型領域の幅Ｂは磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例４では記録層の凹型領域の幅Ｂを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００３８】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例４では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の凹型領域の膜厚を２ｎｍとしたが、それ以外の寸法でも同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０における凹型領域の膜厚を少なくとも周囲の８割以下程度にするのが望ましい。
【００３９】
実施例４では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例４と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００４０】
＜実施例５＞
実施例５は、記録層における磁化反転の核形成を、記録層の形状ではなく物性の制御によって実現するＭＴＪ素子を提案するものである。図７に、実施例５におけるＭＴＪ素子の断面模式図を示す。素子の基本構造は実施例１と同様である。記録層１０及び固定層１１には垂直磁化の強磁性体であるＣｏ50Ｐｔ50合金を用い、非磁性層２３にはＭｇＯを用いた。実施例５では、図７に示すように、上部電極層２２は、第１のキャップ層４１と第２のキャップ層４２とで構成される。第１のキャップ層４１は、記録層１０のほぼ中央上に配置され、その周囲に第２のキャップ層４２が配置される。第１のキャップ層４１はＴｉであり、第２のキャップ層４２にはＰｔを用いた。記録層１０内には、第１のキャップ層４１との反応により反応領域４３が形成される。
【００４１】
記録層１０の膜厚ｔ0は３ｎｍ、固定層１１の膜厚ｔ1は１０ｎｍとし、非磁性層２３の膜厚は１ｎｍとした。素子の直径Ｗは３０ｎｍ、第１のキャップ層４１の直径Ｄを１０ｎｍとした。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００４２】
実施例５の素子作製方法を説明する。図８に、素子の作製工程を示す。以下図８（Ａ）〜図８（Ｉ）に示した工程順に従って説明する。まず、基板２０の上に下部電極層２１、固定層１１、非磁性層２３、記録層１０、第１のキャップ層４１の順に積層した積層膜２５を形成した（図８（Ａ））。薄膜の形成にはスパッタリング法を用い、全ての層をin-situで形成した。その後、電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィとイオンビームエッチングを用いて積層膜２５をピラー形状に加工した（図８（Ｂ））。次に、ピラーの表面にレジスト５１が残った状態で層間絶縁層５２としてＡｌ2Ｏ3を成膜した（図８（Ｃ））。その後、リフトオフによりピラー表面のレジストを除去し、ピラーの表面を露出させた（図８（Ｄ））。続いて、露出したピラーの上からレジストを塗布し、ＥＢリソグラフィによってピラー中央の一部にレジストパターン５１を形成した（図８（Ｅ））。その状態でイオンビーム５３を用いて第１のキャップ層４１をエッチングした（図８（Ｆ））。その後、レジストパターンを除去し（図８（Ｇ））、積層膜２５のピラー上に第２のキャップ層４２であるＰｔを積層した状態とした（図８（Ｈ））。続いて、ＥＢリソグラフィとイオンビームエッチングを用いて第２のキャップ層４２を上部電極層の形状に加工した（図８（Ｉ））。最後に、素子を４００℃の温度でアニールし、反応領域４３を形成しＭＴＪ素子を完成した（図８（Ｊ））。なお、本実施例ではレジストパターンの形成にＥＢリソグラフィを用いたが、それ以外のパターン技術として例えばナノインプリント技術を用いても良い。
【００４３】
記録層１０内の反応領域４３は、強磁性体として振舞わないため、記録層１０は実質的には実施例１と同様、中央部の膜厚が薄くなっているのと等価である。したがって、素子に電流を流して磁化を反転させる場合、実施例１の素子と同様の機構がはたらく。すなわち、まず中央部の磁化が反転し、その周囲に形成される磁壁が外周に向かって伝播し記録層１０全体の磁化が反転する。この磁化反転機構により、実施例１と同様、記録層に凹型領域を設けない従来のＭＴＪ素子に比べて磁気情報の書き換えに必要な電流密度を低減できる。
【００４４】
電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、第１のキャップ層４１の直径Ｄは磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例５では第１のキャップ層４１の直径Ｄを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００４５】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例５では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の反応領域４３の深さｈを約１ｎｍとしたが、それ以外の寸法でも同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０の中央部において反応領域４３を含まない膜厚（ｔ0−ｈ）を少なくとも周囲の膜厚（ｔ0）の８割以下程度にするのが望ましい。
【００４６】
実施例５では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例５と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００４７】
また、実施例５では、第１のキャップ層４１と第２のキャップ層４２の材料の組み合わせとして、ＴｉとＰｔを用いたが、その他の材料を用いても良い。例えば、第２のキャップ層４２としてＴａやＲｕなどを用いても良い。
【００４８】
また、実施例５では、四角形状の記録層に四角形状の反応領域４３を形成したが、反応領域４３の形状は四角形以外の例えば円形などでもかまわない。
【００４９】
＜実施例６＞
実施例６は、記録層における磁化反転の核形成を、記録層の形状ではなく結晶性の制御によって実現するＭＴＪ素子を提案するものである。図９に、実施例６におけるＭＴＪ素子の断面模式図を示す。素子の基本構造は実施例１と同様である。記録層１０及び固定層１１には垂直磁化の強磁性体であるＣｏ50Ｐｔ50合金を用い、非磁性層２３にはＭｇＯを用いた。実施例６では、図９に示すように記録層１０内に改質領域４４を含む。改質領域４４は非晶質化させた領域である。なお、記録層１０の膜厚ｔ0は３ｎｍ、固定層１１の膜厚ｔ1は１０ｎｍとし、非磁性層２３の膜厚は１ｎｍとした。素子の直径Ｗは３０ｎｍ、改質領域４４の直径Ｄを１０ｎｍとした。なお、図示していないが上部電極層２２と下部電極層２１にはそれぞれ、素子に電流を流すための配線が接続される。
【００５０】
実施例６の素子作製方法を説明する。作製方法は、基本的に図２に示した実施例１の素子と同様である。ただし、積層膜２５のピラーを形成しリフトオフによりピラー表面のレジストパターン５１を除去した後が異なる。実施例６では、ピラーの表面を露出させた状態（図２（Ｄ））で、記録層１０中央の上部から収束イオンビームを照射し、記録層１０中央部の結晶構造を改質する。その後、上部電極層２２をＥＢリソグラフィとイオンビームエッチングで形成・加工し、ＭＴＪ素子を完成した。最後に温度３００℃で熱処理を行った。
【００５１】
記録層１０内の改質領域４４は、それ以外の領域と結晶構造が異なり、結晶構造が非晶質になっている。非晶質の領域は垂直磁化を生じないため、実質的には実施例１と同様、記録層１０の中央部の膜厚が薄くなっているのと等価である。したがって、素子に電流を流して磁化を反転させる場合、実施例１の素子と同様の機構がはたらく。すなわち、まず中央部の磁化が反転し、その周囲に形成される磁壁が外周に向かって伝播し記録層１０全体の磁化が反転する。この磁化反転機構により、実施例１と同様、記録層に凹型領域を設けない従来のＭＴＪ素子に比べて磁気情報の書き換えに必要な電流密度を低減できる。
【００５２】
電流注入によって記録層１０中に磁壁が形成されるためには、改質領域４４の直径Ｄは磁壁の幅δと同等以上の大きさであることが望ましい。実施例６では改質領域４４の直径Ｄを１０ｎｍとしたが、本実施例と同様の効果を得るためには最小でも５ｎｍ以上であることが望ましい。
【００５３】
また、垂直磁化ＭＴＪ素子の書き込み電流密度は、ＪC0∝（ＭSＨk−４πＭS2）・ｔで表される（ＭS：記録層材料の飽和磁化、Ｈk：記録層材料の異方性磁界、ｔ：記録層の膜厚）。すなわち、磁化反転に要する電流密度は記録層の厚さに比例する。実施例６では、記録層１０の膜厚ｔ0＝３ｎｍに対して、中央の改質領域４４の厚さｈを約１ｎｍとしたが、それ以外の寸法でも同様の効果を得ることができる。ただし、書き込み電流密度の素子ごとによるばらつき分布を考慮して、記録層に凹型領域を設けない従来構成のＭＴＪ素子に対する優位なＪC0低減効果を得るためには、記録層１０の中央部において改質領域４４を含まない膜厚（ｔ0−ｈ）を少なくとも周囲の膜厚（ｔ0）の８割以下程度にするのが望ましい。
【００５４】
実施例６では、記録層１０及び固定層１１の垂直磁化材料として、Ｌ１0型のＣｏ50Ｐｔ50規則合金を適用したが、それ以外の垂直磁化材料を適用しても実施例６と同様の効果が得られるのは言うまでもない。具体的な材料として、例えば、Ｌ１1型のＣｏＰｔ規則合金、ｍ−Ｄ０19型のＣｏ75Ｐｔ35規則合金、Ｆｅ50Ｐｔ50などのＬ１0型規則合金、もしくは、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2，ＦｅＰｔ−ＳｉＯ2など粒状の磁性体が非磁性体の母相中に分散したグラニュラー構造の材料、もしくは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのいずれかもしくは一つ以上を含む合金と、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｒなどの非磁性金属を交互に積層した積層膜、もしくは、ＴｂＦｅＣｏ，ＧｄＦｅＣｏなど、Ｇｄ，Ｄｙ，Ｔｂ等の希土類金属に遷移金属を含んだアモルファス合金を用いてもよい。
【００５５】
また、実施例６では、四角形状の記録層に四角形状の改質領域４４を形成したが、改質領域４４の形状は四角形以外の例えば円形などでもかまわない。
【００５６】
＜実施例７＞
実施例７は、本発明によるＭＴＪ素子を適用したランダムアクセスメモリを提案するものである。図１０は、本発明による磁気メモリセルの構成例を示す断面模式図である。この磁気メモリセル１００は、実施例１〜６に示したＭＴＪ素子１１０を搭載している。
【００５７】
Ｃ−ＭＯＳ１１１は、２つのｎ型半導体１１２，１１３と一つのｐ型半導体１１４からなる。ｎ型半導体１１２にドレインとなる電極１２１が電気的に接続され、電極１４１及び電極１４７を介してグラウンドに接続されている。ｎ型半導体１１３には、ソースとなる電極１２２が電気的に接続されている。さらに１２３はゲート電極であり、このゲート電極１２３のＯＮ／ＯＦＦによりソース電極１２２とドレイン電極１２１の間の電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。上記ソース電極１２２に電極１４５、電極１４４、電極１４３、電極１４２、電極１４６が積層され、電極１４６を介してＭＴＪ素子１１０の下部電極１１が接続されている。
【００５８】
ビット線２２２はＭＴＪ素子１１０の上部電極２２に接続されている。本実施例の磁気メモリセルでは、ＭＴＪ素子１１０に流れる電流、すなわちスピントランスファートルクによりＭＴＪ素子１１０の記録層の磁化方向を回転し磁気的情報を記録する。スピントランスファートルクは空間的な外部磁界ではなく主として、ＭＴＪ素子中を流れるスピン偏極した電流のスピンがＭＴＪ素子の強磁性自由層の磁気モーメントにトルクを与える原理である。したがってＭＴＪ素子に外部から電流を供給する手段を備え、その手段を用いて電流を流すことによりスピントランスファートルク磁化反転は実現される。本実施例では、ビット線２２２と電極１４６の間に電流を流すことにより１１０中の記録層の磁化の方向を制御する。
【００５９】
図１１は、上記磁気メモリセル１００を配置した磁気ランダムアクセスメモリの構成例を示す図である。ゲート電極１２３に接続されたワード線２２３、及びビット線２２２がメモリセル１００に電気的に接続されている。実施例１〜６に記載のＭＴＪ素子を備えた磁気メモリセル１００を配置することにより、磁気メモリは面内磁化ＭＴＪ素子や、記録層に凹型領域を設けない垂直磁化ＭＴＪ素子を用いた従来のメモリよりも低消電力で動作が可能であり、ギガビット級の高密度磁気メモリを実現可能である。
【００６０】
本構成の場合の書込みは、まず、電流を流したいビット線２２２に接続された書き込みドライバにライトイネーブル信号を送って昇圧し、ビット線２２２に所定の電流を流す。電流の向きに応じ、書き込みドライバ２３０ないし書き込みドライバ２３１のいずれかをグランドに落として、電位差を調節して電流方向を制御する。次に所定時間経過後、ワード線２２３に接続された書き込みドライバ２３２にライトイネーブル信号を送り、書き込みドライバ２３２を昇圧して、書き込みたいＭＴＪ素子に接続されたトランジスタをオンにする。これによりＭＴＪ素子に電流が流れ、スピントルク磁化反転が行われる。所定の時間、トランジスタをオンにしたのち、書込みドライバ２３２への信号を切断し、トランジスタをオフにする。読出しの際は、読出したいＭＴＪ素子につながったビット線２２２のみを読出し電圧Ｖに昇圧し、選択トランジスタのみをオンにして電流を流し、読出しを行う。この構造は最も単純な１トランジスタ＋１メモリセルの配置なので、単位セルの占める面積は２Ｆ×４Ｆ＝８Ｆ2と高集積なものにすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０…記録層、１１…固定層、２０…基板、２１…下部電極層、２２…上部電極層、２３…非磁性層、２５…積層膜、２６…追加の上部電極層、３５…磁壁、４１…第１のキャップ層、４２…第２のキャップ層、４３…反応領域、４４…改質領域、５１…レジストパターン、５２…層間絶縁層、５３…イオンビーム、１００…メモリセル、１１０…ＭＴＪ素子、１１１…Ｃ−ＭＯＳ、１１２，１１３…ｎ型半導体、１１４…ｐ型半導体、１２１…ソース電極、１２２…ドレイン電極、１２３…ゲート電極、１４１〜１４７…電極、１５０…書き込み線、２２２…ビット線、２２３…ワード線、２３０，２３１，２３２…書き込みドライバ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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