(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリセルを具備し、
前記メモリセルが、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる、アモルファス状に成長された第１下地層と、
前記第１下地層と接触するように前記第１下地層の上に形成された、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層と、
前記第２下地層と接触するように前記第２下地層の上に形成された、形成直後では面内磁気異方性を有する強磁性層として形成され、アニール工程によって前記強磁性層に垂直磁気異方性が付与されることで形成された磁壁移動層
とを備え、
前記磁壁移動層は、ｆｃｃ構造を有すると共に（１１１）面配向を有しており、
前記磁壁移動層は、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有し、
前記磁化自由領域の磁化方向は、書き込み電流を前記磁化自由領域に流すことによって電流誘起磁壁移動によって反転され、
前記第２下地層の膜厚が、０．９ｎｍ以下である
磁気メモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気メモリであって、
前記磁壁移動層は、第１の層と第２の層が交互に積層された積層構造を有し、
前記第１の層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、又はこれらの群から選択される１種類以上の材料からなる合金を含有し、
前記第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか、又はこれらの群から選択される１種類以上の材料からなる合金を含有する
磁気メモリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気メモリであって、
前記磁壁移動層の垂直磁気異方性定数が、３×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上、７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下である
磁気メモリ。
【請求項４】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなり、アモルファス状に成長された第１下地層を形成する工程と、
前記第１下地層の上に、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層を形成する工程と、
前記第２下地層の上に、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有し、且つ、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層を形成する工程と、
前記磁化自由領域の磁化方向を電流誘起磁壁移動によって反転する書き込み電流を前記磁化自由領域に流すための電極を設ける工程
とを具備し、
前記磁壁移動層が、ｆｃｃ構造を有し、且つ、（１１１）面配向を有するように形成され、
前記第２下地層の膜厚が、０．９ｎｍ以下であり、
前記磁壁移動層を形成する工程は、
形成直後では面内磁気異方性を有する強磁性層を形成する工程と、
アニール工程により、前記強磁性層に垂直磁気異方性を付与して前記磁壁移動層を形成する工程
とを備える
磁気メモリの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法であって、
前記アニール工程におけるアニール温度は、２５０℃〜３５０℃の範囲にある
磁気メモリの製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の製造方法において、
前記アニール工程によって垂直磁気異方性が付与された前記磁壁移動層の垂直磁気異方性定数が、３×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上、７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下の範囲にある
磁気メモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ及びその製造方法に関し、特に、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層を有し、該磁壁移動層に電流誘起磁壁移動を利用して書き込みを行うメモリセルを有する磁気メモリ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ、特に磁気ランダムアクセスメモリ（Magnetic Random Access Memory; MRAM）は、高速動作および無限回の書き換えが可能な不揮発性メモリである。このことから、ＭＲＡＭの実用化は一部で始まっており、また、より汎用性を高めるための開発が行われている。ＭＲＡＭは、記憶素子として磁性体を用い、その磁性体の磁化の向きに対応させてデータを記憶する。記憶素子に所望のデータを書き込むためには、磁性体の磁化をそのデータに対応した向きにスイッチさせる。この磁化方向のスイッチング方法としていくつかの方式が提案されているが、いずれも電流（以下、「書き込み電流」と参照される）を使う点では共通している。ＭＲＡＭを実用化する上では、この書き込み電流をどれだけ小さくできるかが非常に重要である。
【０００３】
非特許文献１（N.Sakimura
et al.,“MRAM Cell Technology for Over 500-MHz SoC”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUITS,VOL.42,NO.4,pp.830-838,2007.）によれば、書き込み電流を０．５ｍＡ以下へ低減することでセル面積が既存の混載ＳＲＡＭと同等になることが示されている。
【０００４】
ＭＲＡＭへのデータ書き込み方法のうちで最も一般的なのは、磁性記憶素子の周辺に書き込みのための配線を配置し、この配線に書き込み電流を流すことで磁場を発生させ、その磁場によって磁性記憶素子の磁化方向をスイッチングさせる方法である。この方法によれば、原理的には１ナノ秒以下での書き込みが可能であり、高速ＭＲＡＭを実現する上では好適である。しかしながら、熱安定性及び外乱磁場耐性が確保された磁性体の磁化をスイッチングするための磁場は、一般的には数１０Ｏｅ（エールステッド）程度であり、このような磁場を発生させるためには数ｍＡ程度の書き込み電流が必要となる。この場合、チップ面積が大きくならざるを得ず、また書き込みに要する消費電力も増大するため、他のランダムアクセスメモリと比べて競争力で劣る。これに加えて、素子が微細化されると、書き込み電流はさらに増大してしまい、スケーリング性の点でも好ましくない。
【０００５】
近年、このような問題を解決する手段として、以下の２つの方法が提案されている。
【０００６】
１つ目は、スピン注入磁化反転（Spin Torque Transfer）方式である。スピン注入磁化反転方式によれば、反転可能な磁化を有する第１の磁性層と、それに電気的に接続され、磁化方向が固定された第２の磁性層から構成された積層膜において、第２の磁性層と第１の磁性層の間で書き込み電流が流される。このとき、スピン偏極した伝導電子と第１の磁性層中の局在電子との間の相互作用により、第１の磁性層の磁化を反転させることができる。読み出しの際には、第１の磁性層と第２の磁性層との間で発現する磁気抵抗効果が利用される。従って、スピン注入磁化反転を用いた磁性記憶素子は、２端子の素子となる。スピン注入磁化反転はある電流密度以上のときに起こるため、素子サイズが小さくなれば、書き込みに要する電流は低減される。すなわち、スピン注入磁化反転方式はスケーリング性に優れていると言うことができる。しかしながら、一般的に第１の磁性層と第２の磁性層の間には絶縁層が設けられ、書き込みの際には比較的大きな書き込み電流をこの絶縁層を貫通して流さなければならず、書き換え耐性や信頼性が課題となる。また、書き込み電流経路と読み出し電流経路が同じになることから、読み出しの際の誤書き込みも懸念される。このように、スピン注入磁化反転はスケーリング性には優れているものの、実用化にはいくつかの障壁がある。
【０００７】
２つ目は、電流誘起磁壁移動（Current Driven Domain Wall Motion）方式である。電流誘起磁壁移動を利用したＭＲＡＭは、例えば特許文献１（特開２００５−１９１０３２号公報）に開示されている。一般的な電流誘起磁壁移動型のＭＲＡＭでは、反転可能な磁化を有する磁性層（データを記憶する磁壁移動層）が設けられ、その磁壁移動層の両端部の磁化が互いに略反平行となるように固定される。このような磁化配置により、磁壁移動層内に磁壁が導入される。ここで、非特許文献２（A.Yamaguchi et al.,“Real-Space Observation of Current-Driven Domain
Wall Motion in Submicron Magnetic Wires”,PHYSICAL REVIEW
LETTERS,VOL.92,NO.7,077205,2004.）で報告されているように、磁壁を貫通する方向に電流を流したとき、その磁壁は伝導電子の方向に移動する。従って、磁壁移動層に面内方向の書き込み電流を流すことにより、その電流方向に応じた向きに磁壁を移動させ、所望のデータを書き込むことが可能となる。読み出しの際には、磁壁が移動する領域を含む磁気トンネル接合が用いられ、磁気抵抗効果に基づいて読み出しが行われる。従って、電流誘起磁壁移動を利用した磁性記憶素子は、３端子の素子となる。また、スピン注入磁化反転と同様に、電流誘起磁壁移動もある電流密度以上のときに起こる。従って、電流誘起磁壁移動方式もスケーリング性に優れていると言える。それに加えて、電流誘起磁壁移動方式の場合、書き込み電流が絶縁層を流れることはなく、また、書き込み電流経路と読み出し電流経路とは別となる。従って、スピン注入磁化反転の場合の上述の問題点が解決される。
【０００８】
尚、上述の非特許文献２では、電流誘起磁壁移動に必要な電流密度として１×１０８［Ａ／ｃｍ２］程度が報告されている。
【０００９】
非特許文献３（S.Fukami
et al.,“Micromagnetic analysis of current driven domain wall motion in
nanostrips with perpendicular magnetic anisotropy”,JOURNAL OF APPLIED
PHYSICS,VOL.103,07E718,2008.）には、電流誘起磁壁移動方式における垂直磁気異方性材料の有用性が述べられている。具体的には、磁壁移動が起こる磁壁移動層が垂直磁気異方性を有している場合に書き込み電流を十分小さく低減できることが、マイクロマグネティックシミュレーションを通して判明している。
【００１０】
特許文献２（国際公開ＷＯ／２００９／００１７０６号）には、垂直磁気異方性を有する磁性体を用いた磁気抵抗効果素子、及びそれをメモリセルとして備えたＭＲＡＭが開示されている。図１は、特許文献２に開示された磁気抵抗効果素子を模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果素子１７０は、磁壁移動層１１０と、スペーサ層１２０と、参照層１３０とを具備している。
【００１１】
磁壁移動層１１０は、垂直磁気異方性を有する強磁性体で形成されている。磁壁移動層１１０は、第１磁化固定領域１１１ａ、第２磁化固定領域１１１ｂ、及び磁化自由領域１１３を有している。磁化固定領域１１１ａ、１１１ｂは磁化自由領域１１３の両側に配置されている。磁化固定領域１１１ａ、１１１ｂの磁化は互いに逆方向（反平行）に固定されている。例えば図１に示されるように、第１磁化固定領域１１１ａの磁化方向は＋ｚ方向に固定され、第２磁化固定領域１１１ｂの磁化方向は−ｚ方向に固定されている。一方、磁化自由領域１１３の磁化方向は、磁化固定領域１１１ａ、１１１ｂの一方から他方へ流れる書込み電流により反転可能であり、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向となる。従って、磁化自由領域１１３の磁化方向に応じて、磁壁移動層１１０内には磁壁１１２ａ又は磁壁１１２ｂが形成される。データは、磁化自由領域１１３の磁化の向きとして記憶される。磁壁１１２の位置（１１２ａ又は１１２ｂ）として記憶されると見ることもできる。磁化方向が固定された強磁性体である参照層１３０、非磁性層（絶縁層）のスペーサ層１２０及び磁化自由領域１１３は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を形成している。データは、ＭＴＪの抵抗値の大小として読み出される。
【００１２】
この特許文献２には、磁壁移動層１１０が垂直磁気異方性を有する場合、書き込み電流を低減することが可能であることが開示されている。
【００１３】
同様の技術が、特許文献３（特開２００９−２５２９０９号公報）に開示されている。この公報は、磁壁が移動する強磁性層の材料について言及しており、該強磁性層が、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ，Ｃｏ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ａｕの積層膜であることが開示されている。
【００１４】
垂直磁気異方性を持つ磁性層を形成する場合、下地層を設けることがある。例えば、特許文献４（特開２００８−１３５６７６号公報）は、ＣｏＦｅＳｉＢとＰｔとで構成される積層構造を有し垂直磁気異方性を持つ磁性層の下地層として、Ｔａ層と、その上に形成されたＰｔ層とを用いることを開示している。また、ＧＭＲ素子に２層の下地層を用いる技術が、特許文献５（特開平１１−８７８０２号公報）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１９１０３２号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／００１７０６号パンフレット
【特許文献３】特開２００９−２５２９０９号公報
【特許文献４】特開２００８−１３５６７６号公報
【特許文献５】特開平１１−８７８０２号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】N.Sakimuraet al.,“MRAM Cell Technology for Over 500-MHz SoC”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATECIRCUITS,VOL.42,NO.4,pp.830-838,(2007).
【非特許文献２】A.Yamaguchiet al.,“Real-Space Observation of Current-Driven Domain Wall Motion inSubmicron Magnetic Wires”,PHYSICAL REVIEW LETTERS,VOL.92,NO.7,077205,(2004).
【非特許文献３】S.Fukamiet al.,“Micromagnetic analysis of current driven domain wall motion innanostrips with perpendicular magnetic anisotropy”,JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS,VOL.103,07E718,(2008).
【非特許文献４】A.Thiaville et al., “Domain wall motion by spin-polarized current: amicromagnetic study”, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, VOL. 95, NO. 11,pp.7049-7051, (2004).
【非特許文献５】G.H.O.Daalderopet al.,“Prediction and Confirmation of Perpendicular Magnetic Anisotropy inCo/Ni Multilayers”,PHYSICAL REVIEW LETTERS,VOL.68,NO.5,pp.682-685,(1992).
【非特許文献６】T.Suzukiet al.,“Evaluation of Scalability for Current-Driven Domain Wall Motion in aCo/Ni Multilayer Strip for Memory Applications”,IEEE TRANS ACTIONS ONMAGNETICS,VOL.45,NO.10,pp.3776-3779,(2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述の非特許文献３や特許文献２、３などに開示されているように、磁壁移動層（磁壁移動層）が垂直磁気異方性を有している場合、その磁壁移動層において、他の方法と比較してより小さな書き込み電流により磁壁移動を起こすことが可能である。
【００１８】
ここで、発明者は、今回次の点を検討した。垂直磁気異方性を有する強磁性体で磁壁移動層を形成した場合、磁壁移動層のスピン分極率を更に大きくすることができれば、書き込み電流を更に小さくすることが可能であると考えた。強磁性体におけるスピン分極率と垂直磁気異方性（異方性磁界）との関係を明らかにして、磁壁移動層に最適な垂直磁気異方性（異方性磁界）を持たせることによりスピン分極率を更に大きくすることで、書き込み電流を更により小さくすることができると考えられる。
【００１９】
本発明の１つの目的は、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層を有し、該磁壁移動層に電流誘起磁壁移動を利用して書き込みを行うメモリセルを有する磁気メモリを、より低い書き込み電流で書き込み可能にするための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一の観点では、磁気メモリがメモリセルを具備する。メモリセルは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第１下地層と、第１下地層と接触するように第１下地層上に形成された、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層と、第２下地層と接触するように第２下地層の上に形成された、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層とを備えている。磁壁移動層は、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有しており、磁化自由領域の磁化方向は、書き込み電流を磁化自由領域に流すことによって電流誘起磁壁移動によって反転される。第２下地層の膜厚は、０．９ｎｍ以下である。
【００２１】
本発明の他の観点では、磁気メモリの製造方法が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第１下地層を形成する工程と、第１下地層の上に、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層を形成する工程と、第２下地層の上に、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有し、且つ、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層を形成する工程と、磁化自由領域の磁化方向を電流誘起磁壁移動によって反転する書き込み電流を磁化自由領域に流すための電極を設ける工程とを具備する。第２下地層の膜厚は、０．９ｎｍ以下である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電流誘起磁壁移動を利用して書き込みを行うメモリセルを有する磁気メモリにおいて、より低い書き込み電流で書き込み可能にするための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、従来の磁気抵抗効果素子を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図２の磁気抵抗効果素子の構成を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る１ビット分のメモリセルの構成例を示す模式回路図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る磁気メモリの構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１における、書き込みに必要な書き込み電流とＰｔ膜厚の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施例２における、書き込みに必要な書き込み電流とＰｔ膜厚の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施例３における、必要な書き込み電流と第２下地層の膜厚の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施例３における、垂直磁気異方性定数と第２下地層の膜厚の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例４における、垂直磁気異方性定数とアニール温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付図面を参照して、本発明の一実施形態の磁気メモリについて説明する。
図２は、本発明の一実施形態の磁気メモリのメモリセルに使用される磁気抵抗効果素子７０の構成を示す概略断面図である。各メモリセルは、磁気抵抗効果素子７０を備えている。その磁気抵抗効果素子７０は、磁壁移動層１０と、スペーサ層２０と、参照層３０とを具備している。
【００２５】
磁壁移動層１０は、垂直磁気異方性を有する強磁性体で形成されている。磁壁移動層１０は、磁化方向が反転可能な領域を含んでおり、その磁化状態に応じてデータを記憶する。より詳細には、磁壁移動層１０は、第１磁化固定領域１１ａ、第２磁化固定領域１１ｂ、及び磁化自由領域１３を有している。
【００２６】
磁化固定領域１１ａ、１１ｂは磁化自由領域１３にそれぞれ隣接して設けられている。
磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化は互いに逆方向（反平行）に固定されている。図２の例では、第１磁化固定領域１１ａの磁化方向は＋ｚ方向に固定され、第２磁化固定領域１１ｂの磁化方向は−ｚ方向に固定されている。磁化固定方法としては、例えば、磁化固定領域１１ａ、１１ｂのそれぞれに隣接して＋ｚ／−ｚ方向に磁化が固定されたハード層（図示されず）を設ける方法が考えられる。
【００２７】
磁化自由領域１３の磁化方向は反転可能であり、＋ｚ方向及び−ｚ方向のいずれかになり得る。従って、磁化自由領域１３の磁化方向に応じて、磁壁移動層１０内には磁壁１２（１２ａ又は１２ｂ）が形成される。図２の例では、磁化自由領域１３の磁化方向が＋ｚ方向の場合、磁化自由領域１３と第２磁化固定領域１１ｂとの間に磁壁１２ｂが形成される。一方、磁化自由領域１３の磁化方向が−ｚ方向の場合、磁化自由領域１３と第１磁化固定領域１１ａとの間に磁壁１２ａが形成される。すなわち、磁壁移動層１０は少なくとも一つの磁壁１２（１２ａ又は１２ｂ）を有し、その磁壁１２の位置は磁化自由領域１３の磁化方向に対応している。
【００２８】
図３は、磁壁移動層１０の構造を示す平面図である。図３に図示されているように、磁化固定領域１１ａ、１１ｂは、磁化自由領域１３よりもその幅が大きくなるように形成されている。ここで、磁化固定領域１１ａ、１１ｂ、磁化自由領域１３の「幅」とは、第１磁化固定領域１１ａ、磁化自由領域１３、第２磁化固定領域１１ｂが並ぶ方向（図３では、ｘ軸方向）に垂直な方向（ｙ軸方向）において定義されることに留意されたい。後述のように、磁化固定領域１１ａ、１１ｂの幅が、磁化自由領域１３の幅よりも大きいことは、磁壁の移動を磁化自由領域１３と磁化固定領域１１ａ又は１１ｂの境界付近で停止させるという意味を持つ。
【００２９】
図２に戻り、スペーサ層２０は、磁壁移動層１０に隣接して設けられている。特に、スペーサ層２０は、少なくとも磁壁移動層１０の磁化自由領域１３に隣接するように設けられている。このスペーサ層２０は非磁性体で形成されている。より好適には絶縁体で形成される。
【００３０】
参照層３０は、スペーサ層２０に隣接して、磁壁移動層１０とは反対側に設けられている。つまり、参照層３０は、スペーサ層２０を介して磁壁移動層１０（磁化自由領域１３）に接続されている。この参照層３０は強磁性体で形成され、その磁化方向は一方向に固定されている。好適には、磁壁移動層１０と同様に、参照層３０も垂直磁気異方性を有する強磁性体で形成される。この場合、参照層３０の磁化方向は、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向に固定される。図２の例では、参照層３０の磁化方向は、＋ｚ方向に固定されている。
【００３１】
以上に説明された磁壁移動層１０（磁化自由領域１３）、スペーサ層２０、及び参照層３０は、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction: MTJ）を形成している。すなわち、磁壁移動層１０（磁化自由領域１３）、スペーサ層２０、及び参照層３０は、ＭＴＪにおけるフリー層、バリア層、及びピン層に相当する。
【００３２】
なお、電極層（図示されず）が磁壁移動層１０の両端にそれぞれ電気的に接続されている。特に、磁化固定領域１１ａ、１１ｂのそれぞれに接続されるように、２つの電極層（図示されず）が設けられている。これらの電極層は、磁壁移動層１０に書き込み電流を導入するために用いられる。これら電極層は、上述したハード層を介して磁壁移動層１０の両端に接続することができる。また、他の電極層（図示されず）が参照層３０に電気的に接続されている。
【００３３】
加えて、下地層４０が、磁壁移動層１０の基板側に設けられている。磁壁移動層１０は、下地層４０を下地として用いることによって、下地層４０の上に形成される。本実施形態の磁気メモリの一つの特徴は、下地層４０が、良好なｆｃｃ（１１１）配向で磁壁移動層１０を成長させ、所望の垂直磁気異方性が実現されるように構成される点にある。下地層４０の構造及び機能については、後に詳細に説明する。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子のデータの記憶状態について説明する。
【００３５】
ここでは、図２の例を用いて説明する。ただし、磁壁移動層１０の磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化方向はそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向に固定され、参照層３０の磁化方向は＋ｚ方向に固定されているとする。
【００３６】
図２の例において、磁壁移動層１０の磁化自由領域１３の磁化方向が＋ｚ方向の場合、磁化自由領域１３と第２磁化自由領域１１ｂとの境界に、磁壁１２ｂが形成される。また、磁化自由領域１３の磁化方向と参照層３０の磁化方向は、互いに平行である。従って、ＭＴＪの抵抗値は比較的小さくなる。このような磁化状態は、例えばデータ“０”の記憶状態に対応付けられる。
【００３７】
一方、図２において、磁壁移動層１０の磁化自由領域１３の磁化方向が−ｚ方向の場合、磁化自由領域１３と第１磁化自由領域１１ａとの境界に、磁壁１２ａが形成される。また、磁化自由領域１３の磁化方向と参照層３０の磁化方向は、互いに反平行である。従って、ＭＴＪの抵抗値は比較的大きくなる。このような磁化状態は、例えばデータ“１”の記憶状態に対応付けられる。
【００３８】
このように、磁壁移動層１０の磁化状態、すなわち、第１磁壁移動層１０中の磁壁位置に対応して、２つの記憶状態が実現される。但し、上記の説明で定義された磁化状態と２つの記憶状態との間の対応関係は任意である。すなわち、磁壁移動層１０は少なくとも一つの磁壁１２（１２ａ又は１２ｂ）を有し、その磁壁１２の位置は磁化自由領域１３の磁化方向に対応している。従って、磁壁移動層１０は、その磁壁１２の位置に対応してデータを記憶している。
【００３９】
更に続いて、本実施形態におけるメモリセルへのデータ書き込み方法について図２Ａを参照して説明する。
【００４０】
磁壁移動層１０がデータ“０”の状態（磁化自由領域１３の磁化方向と参照層３０の磁化方向が互いに平行な状態）にある場合において、データ“１”を書き込む場合について説明する。この場合、第１磁化自由領域１１ａから磁化自由領域１３を経由して第２磁化自由領域１１ｂへ書き込み電流を流す。伝導電子は、第２磁化固定領域１１ｂから磁化自由領域１３を経由して第１磁化固定領域１１ａへと流れる。このとき、第２磁化固定領域１１ｂと磁化自由領域１３の境界近傍に位置している磁壁１２ｂにはスピントランスファートルク（Spin Transfer Torque; STT）が働き、磁壁１２ｂは、第１磁化固定領域１１ａに向けて移動する。すなわち、電流誘起磁壁移動が起こる。ここで、第１磁化固定領域１１ａの幅が磁化自由領域１３の幅より大きいため、書き込み電流（密度）は、第１磁化固定領域１１ａと磁化自由領域１３との境界よりも第１磁化固定領域１１ａ側で減少し、従って、磁壁１２の移動はその境界近傍で停止する。このようにして、磁壁１２ｂが第１磁化固定領域１１ａと磁化自由領域１３の境界近傍に移動し、データ“１”の書き込みが実現される。
【００４１】
次に、磁壁移動層１０がデータ“１”の状態（磁化自由領域１３の磁化方向と参照層３０の磁化方向が互いに反平行の状態）にある場合において、データ“０”を書き込む場合について説明する。その場合、第２磁化固定領域１１ｂから磁化自由領域１３を経由して第１磁化固定領域１１ａへ書き込み電流を流す。伝導電子は、第１磁化固定領域１１ａから磁化自由領域１３を経由して第２磁化固定領域１１ｂへと流れる。このとき、第１磁化固定領域１１ａと磁化自由領域１３の境界近傍に位置している磁壁１２ａにはスピントランスファートルクが働き、磁壁１２ａは、第２磁化固定領域１１ｂに向けて移動する。すなわち、電流誘起磁壁移動が起こる。ここで、第２磁化固定領域１１ｂの幅が磁化自由領域１３の幅より大きいため、書き込み電流（密度）は、第２磁化固定領域１１ｂと磁化自由領域１３との境界よりも第２磁化固定領域１１ｂ側で減少し、従って、磁壁１２の移動はその境界近傍で停止する。このようにして、磁壁１２ａが第２磁化固定領域１１ｂと磁化自由領域１３の境界近傍に移動し、データ“０”の書き込みが実現される。
【００４２】
なお、データ“０”状態におけるデータ“０”書き込み、及びデータ“１”状態におけるデータ“１”書き込みを行った場合には状態変化は起こらない。すなわちオーバーライトが可能である。
【００４３】
一方、本実施形態のメモリセルでは、下記の手順によってデータ読み出しが行われる。
【００４４】
本実施形態では、トンネル磁気抵抗効果（Tunneling Magnetoresistive effect; TMR effect）を利用することにより、データ読み出しが行われる。そのために、ＭＴＪ（磁壁移動層１０の磁化自由領域１３、スペーサ層２０、参照層３０）を貫通する方向に、読み出し電流が流される。なお、読み出し電流の方向は任意である。このとき、磁気抵抗効果素子７０がデータ“０”状態の場合、ＭＴＪの抵抗値は比較的小さくなる。データ”１”状態の場合、ＭＴＪの抵抗値は比較的大きくなる。従って、この抵抗値の値を検出することで、データを読み出すことができる。
【００４５】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子７０を有する磁気メモリセルについて説明する。
【００４６】
図４は、本発明の実施形態に係る１ビット分の磁気メモリセル８０の構成例を示す模式回路図である。磁気メモリセル８０は、磁気メモリ素子７０と２つのトランジスタＴＲａ、ＴＲｂを含む２Ｔ−１ＭＴＪ（2 Transistors-1 Magnetic Tunnel Junction）構成を有している。磁気抵抗効果素子７０は、３端子の素子であり、ワード線ＷＬ、グラウンド線ＧＬ、及びビット線対ＢＬａ、ＢＬｂに接続されている。例えば、参照層３０につながる端子は、グラウンド線ＧＬに接続されている。磁壁移動層１０の第１磁化固定領域１１ａにつながる端子は、トランジスタＴＲａを介してビット線ＢＬａに接続されている。磁壁移動層１０の第２磁化固定領域１１ｂにつながる端子は、トランジスタＴＲｂを介してビット線ＢＬｂに接続されている。トランジスタＴＲａ、ＴＲｂのゲートは、共通のワード線ＷＬに接続されている。
【００４７】
書き込み動作時、ワード線ＷＬはＨｉｇｈレベルに設定され、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂがＯＮされる。また、ビット線対ＢＬａ、ＢＬｂのいずれか一方がＨｉｇｈレベルに設定され、他方がＬｏｗレベル（グラウンドレベル）に設定される。その結果、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂ、磁壁移動層１０を経由して、ビット線ＢＬａとビット線ＢＬｂとの間で書き込み電流が流れる。
【００４８】
読み出し動作時、ワード線ＷＬはＨｉｇｈレベルに設定され、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂがＯＮされる。また、ビット線ＢＬａはオープン状態に設定され、ビット線ＢＬｂはＨｉｇｈレベルに設定される。その結果、読み出し電流Ｉｒｅａｄが、ビット線ＢＬｂから磁気抵抗効果素子７０のＭＴＪを貫通してグラウンド線ＧＬへ流れる。
【００４９】
次に、本発実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリ９０の回路構成について説明する。図５は、本実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリ９０の構成例を示すブロック図である。磁気ランダムアクセスメモリ９０は、メモリセルアレイ９１、Ｘドライバ９２、Ｙドライバ９３、及びコントローラ９４を備えている。メモリセルアレイ９１は、アレイ状に配置された複数の磁気メモリセル８０から構成されている。既出の図３で示されたように、各磁気メモリセル８０は、ワード線ＷＬ、グラウンド線ＧＬ、及びビット線対ＢＬａ、ＢＬｂに接続されている。Ｘドライバ９２は、複数のワード線ＷＬに接続されており、それら複数のワード線ＷＬのうちアクセス対象の磁気メモリセル８０につながる選択ワード線を駆動する。Ｙドライバ９３は、複数のビット線対ＢＬａ、ＢＬｂに接続されており、各ビット線を書き込み動作あるいは読み出し動作に応じた状態に設定する。コントローラ９４は、書き込み動作あるいは読み出し動作に応じて、Ｘドライバ９２とＹドライバ９３のそれぞれを制御する。
【００５０】
次に、本実施形態における磁気抵抗効果素子７０の磁壁移動層１０の材料及び構成について説明する。上述の非特許文献３や特許文献３などに開示されているように、磁壁移動層が垂直磁気異方性を有している場合、その磁壁移動層において、他の方法と比較してより小さな書き込み電流により磁壁移動を起こすことが可能である。非特許文献４（A.Thiaville et al.,“Domain wall motion by spin-polarized current: a
micromagnetic study”,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,VOL.95,NO.11,pp.7049-7051,2004.）によれば、電流誘起磁壁移動は、パラメータ：ｇμＢＰ／２ｅＭｓが大きいほど起こり易い。ここで、ｇはランデのｇ因子、μＢはボーア磁子、Ｐはスピン分極率、ｅは電子の素電荷、Ｍｓは飽和磁化である。ｇ、μＢ、ｅは物理定数であるので、書き込み電流を低減するためには、磁壁移動層１０のスピン分極率Ｐを大きく、飽和磁化Ｍｓを小さくすることが有効であることが分かる。
【００５１】
飽和磁化の観点からは、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｎｉ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、ＣｏＦｅ／Ｐｄなどの遷移金属系の交互積層膜が、磁壁移動層１０として有望である。これらの材料の飽和磁化は比較的小さいことが知られている。このような遷移金属系の積層膜をより一般化すると、第１磁壁移動層１０は、第１の層と第２の層が積層された積層構造を有する。第１の層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、又はこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する。第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか、又はこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を
含有する。
【００５２】
また、上記積層膜の中でも特にＣｏ／Ｎｉはスピン分極率が高い。従って、磁壁移動層１０としてはＣｏ／Ｎｉ積層膜が特に好適であると言える。実際に、発明者は、Ｃｏ／Ｎｉを用いることにより制御性の高い磁壁移動が実現されることを、実験を通して確認した。
【００５３】
ところで、上述のような磁壁移動層１０の磁性材料は、ｆｃｃ構造を有し、且つ、（１１１）面配向を有する。即ち、磁壁移動層１０の（１１１）面は、基板垂直方向に向けられている。また、非特許文献５（G.H.O.Daalderop et al., “Prediction and Confirmation of
Perpendicular Magnetic Anisotropy in Co/Ni Multilayers”,PHYSICAL REVIEW
LETTERS, VOL.68, NO.5, pp.682-685,1992.）によれば、上述のような積層膜の垂直磁気異方性は、それら膜の界面における界面磁気異方性によって発現する。従って、磁壁移動層１０において良好な垂直磁気異方性を実現するためには、上述の磁性材料が良好なｆｃｃ（１１１）配向で成長できるような「下地層」を設けることが好ましい。
【００５４】
本実施形態においては、下地層４０が、磁壁移動層１０が良好なｆｃｃ（１１１）配向で成長でき、良好な垂直磁気異方性が実現されるように構成される。以下では、下地層４０について詳細に説明する。
【００５５】
下地層４０は、二層構造を有する、即ち、第１下地層４１と第２下地層４２とを備えている。第１下地層４１の上に第２下地層４２が形成され、その第２下地層４２の上に磁壁移動層１０が形成される。第１下地層４１は、第４〜第６族元素を含有する。つまり、第１下地層４１は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の第４〜第６族金属のいずれか、又はこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する。一方、第２下地層４２は、第９〜第１１族元素を含有する。つまり、第２下地層４２は、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ等のｆｃｃ構造を有する第９〜第１１族金属のいずれか、又はこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する。尚、第１下地層４１及び第２下地層４２は、上に例示された材料の単体金属から構成される必要はなく、これらの間で形成される合金でも構わない。さらには、上記の材料、合金を主材料とし、適当な範囲でこれ以外の材料が含まれていても、本発明を実施することが可能である。適当な材料を添加することによって、より所望の特性が得られるように調整することも可能である。
【００５６】
このような第１下地層４１と第２下地層４２の組み合わせが好ましい理由は、次の通りである。まず、第１下地層４１として用いられる第４〜第６族金属は、膜厚が薄い領域ではアモルファス状に成長し、その表面エネルギーが大きくなる。従って、そのような第１下地層４１は、その上に成長する結晶の最稠密面（最低表面エネルギー面）配向を生み出すことができる。すなわち、第１下地層４１の上に第２下地層４２としてｆｃｃ構造を有する第９〜第１１族金属が成長するとき、最稠密面である（１１１）面配向が実現される。そのような第２下地層が、磁壁移動層１０の結晶配向のテンプレートとして働く。結果として、磁壁移動層１０においても良好なｆｃｃ（１１１）配向が実現される。
【００５７】
特に、飽和磁化が小さくスピン分極率が高いＣｏ／Ｎｉ積層膜に着目した場合、好適な下地層４０が、上記の材料で形成された第１下地層４１と第２下地層４２の積層構造を有するとき、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜に関して好適な特性が得られることが見出された。
【００５８】
ここで、発明者は、今回次の点を更に検討した。すなわち、発明者は、垂直磁気異方性を有する強磁性体で磁壁移動層を形成した場合、磁壁移動層のスピン分極率を更に大きくすることができれば、書き込み電流を更に小さくすることが可能である。強磁性体におけるスピン分極率と垂直磁気異方性（ここでは以下、磁気異方性定数；Ｋｕをパラメータとする）との関係を明らかにして、磁壁移動層に最適な垂直磁気異方性を持たせることによりスピン分極率を更に大きくすることで、書き込み電流を更により小さくすることができると考えられる。
【００５９】
その検討の結果、磁壁移動を起こすための書き込み電流（磁壁移動電流）をより低くするためには、垂直磁気異方性を少なくともある範囲にすることが好ましいことが判明した。垂直磁気異方性を磁壁移動層１０の磁気異方性定数で表した場合、その範囲の上限及び下限は次のようになる：上限は、磁壁移動層１０の強磁性体本来の磁気異方性定数より小さく、下限は、磁壁移動層１０が垂直磁気異方性を保つために最低限必要な磁気異方性定数である。
【００６０】
上限としての、磁壁移動層１０の磁気異方性定数は、磁壁移動層の強磁性体の材料本来の値より小さい。ここで、材料本来の磁気異方性定数とは、材料の固有の物理的な性質（物性値）から理論的に予測される値である。例えば、遷移金属系税量の交互積層膜を磁壁移動層１０として用いる場合、遷移金属系材料に固有の物理的な性質や積層構造の構成や理想的な垂直磁気異方性などを考慮して行う理論計算（シミュレーション）により理論的に予測される値である。磁壁移動層１０の磁気異方性定数が材料本来の値より小さい値となると、スピン分極率が相対的に高くなると考えられる。それは、以下の理由による。
【００６１】
垂直磁気異方性の起源としては、結晶磁気異方性や界面磁気異方性などがある。界面磁気異方性では、異方的な電子軌道を持つｄ電子のスピン起動相互作用が重要な役割を果たしている場合がある。ここで、垂直磁気異方性を強くすることは、このｄ電子のエネルギー準位を下げることに相当する。一方、磁壁移動電流（書き込み電流）は、伝導に寄与するフェルミエネルギー付近のｄ電子の正負スピンの数の差、すなわち、スピン分極率に支配される。従って、垂直磁気異方性が強い材料においては、ｄ電子の軌道エネルギーが低下して、フェルミエネルギーを下回り、伝導に寄与するｄ電子が減少する。そのため、正負スピンの数の差が小さくなり、結果としてスピン分極率が低減してしまうと考えられる
。以上のことから、このような場合には垂直磁気異方性を適度に弱くして、ｄ電子のエネルギー準位を上げて、フェルミエネルギー付近のｄ電子を増加させることにより、より高いスピン分極率を実現することができると考えられる。
【００６２】
一方、下限としての磁壁移動層１０の磁気異方性定数は、磁壁移動層１０が垂直磁気異方性を保ち得る最小の値より大きい。すなわち、磁壁移動層１０の異方性磁界は反磁界に打ち勝って、磁化を垂直方向に向けるのに十分大きい必要がある。ここで、垂直磁気異方性を保ち得る最小の磁気異方性定数の値とは、磁壁移動層１０が垂直磁気異方性を有している状態と有していない状態との境界近傍における、垂直磁気異方性を有している状態側にいるときの磁気異方性定数の値である。また、垂直磁気異方性を有する状態とは、磁壁移動層１０の磁化方向が概ね±ｚ方向に向いていることである。具体的には、磁壁移動層１０の磁化方向の±ｚ方向成分が、少なくとも±ｘ方向成分及び±ｙ方向成分（いずれも基板表面に平行な方向の成分）よりも大きいことである。磁壁移動層１０の磁気異方性定数がそのような値を取ることは、電流誘起磁壁移動型の磁壁移動層１０が垂直磁気異方性を有することを意味していると考えられる。その場合、特許文献３や非特許文献３に記載されているように、書き込み電流を小さくすることができる。
【００６３】
また発明者は、上述した磁壁移動層１０の垂直磁気異方性は、真空成膜装置などを用いて下地層及び磁壁移動層を順次この順に成膜しただけの状態（成膜直後）と、成膜後に適度な温度でアニール（加熱処理）した場合で、垂直磁気異方性の大きさが異なることを実験において確認した。成膜直後にすでに磁壁移動層１０の異方性磁界が反磁界に打ち勝って、磁化を垂直方向に揃えた垂直磁気異方性の強い磁壁移動層は、上述したアニール処理によって、より垂直磁気異方性を強め、材料の固有の物理的な性質（物性値）から理論的に予測される垂直磁気異方性に近づこうとする。一方、成膜直後には磁壁移動層１０の異方性磁界が反磁界より小さく、面内に磁化が向いているような磁壁移動層１０は、アニール処理により異方性磁界が増大し、反磁界に打ち勝つことで、垂直磁気異方性が付与される。このように、成膜直後の垂直磁気異方性がアニール処理により増大する現象を、ここでは実験的に磁壁移動層１０の垂直磁気異方性定数を観測することで確認した。以下に、上述したアニール処理により、磁壁移動層１０の垂直磁気異方性が強まる現象の要因を推定する。成膜直後の下地層及びその影響を受けて成長した磁壁移動層１０は、膜面内全てが本来のｆｃｃ（１１１）配向になっておらず、部分的には異なる方位に配向して膜が成長している。ここで、成膜後に適度な温度で熱処理を行うことで、個々の構成元素がエネルギー的に安定な格子位置に再配置することで、より理想的なｆｃｃ（１１１）配向に近い状態に近づくため、より垂直磁気異方性が増すため、結果として垂直磁気異方性定数が増加するものと考えられる。
【００６４】
以上のような検討内容は、以下に示す実施例の実験結果により確認された。以下に、各々の実施例について説明する。
【実施例１】
【００６５】
実施例１では、図２に図示された、下地層が適用された磁気抵抗効果素子７０の構成において、下地層４０として、第１下地層４１と第２下地層４２が、順次、この順に形成され、第１下地層４１として膜厚３ｎｍのＴａ膜、第２下地層４２としてＰｔ膜を用いた。また磁壁移動層１０としては、膜厚０．３ｎｍのＣｏ膜と膜厚０．６ｎｍのＮｉ膜を交互に５回積層したＣｏ／Ｎｉ積層膜を用いた。上述した構成において、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚を０ｎｍ〜２ｎｍの範囲で変化させて磁気抵抗効果素子７０を作製した。なお、磁気抵抗効果素子７０の幅は１００ｎｍである。また、この素子は、下地層４０及び磁壁移動層１０を形成後に、真空中で３００℃、２時間のアニール処理を行っている。
【００６６】
この磁気抵抗効果素子を用いて、磁壁移動が起きる電流値を計測した。この電流値は、磁壁移動層１０で磁壁移動を起こすために必要な書き込み電流の最小値を示している。なお、実験方法の詳細については、非特許文献６（T.Suzuki et al.,“Evaluation of Scalability for Current-Driven Domain
Wall Motion in a Co/Ni Multilayer Strip for Memory Applications”,IEEE
TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.45, No.10, pp.3776-3779,(2009).）に記載されている。
【００６７】
図６は、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚を変化させた場合の磁壁移動を起こす電流値及び垂直磁気異方性定数のＰｔ膜厚依存性を示す。図６より、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚の増加に伴い、垂直磁気異方性定数Ｋｕは増加し、書き込みに必要な電流値も増加していることが判る。書き込み電流値が０．５ｍＡ以下で動作させるためには、第２下地層Ｐｔ膜厚は１ｎｍ以下が望ましく、このときの垂直磁気異方性定数Ｋｕの値は、３．７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上６．４３×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下の範囲にある。
【００６８】
以上に示した結果より、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚が厚くなると書き込み電流値が増加し、磁壁移動層１０の磁気特性としては、垂直磁気異方性定数Ｋｕが比較的大きくなっていることがわかる。これは、Ｐｔ膜厚が厚くなるとＰｔ膜の（１１１）配向性が高まり、その結果、磁壁移動層１０の（１１１）配向性が良好となり、その結果磁壁移動層１０の垂直磁気異方性が高まった結果、垂直磁気異方性定数Ｋｕが大きくなっているものと考えられる。
【００６９】
従って、書き込み電流値を０．５ｍＡ程度と比較的低く抑えるためには、第２下地層４２の膜厚を調整し、磁壁移動層１０の垂直磁気異方性をある値以下に制御することが好ましいことが判る。
【実施例２】
【００７０】
実施例２では、図２に示した、下地層が適用された磁気抵抗効果素子７０の構成において、下地層４０として、第１下地層４１と第２下地層４２が順次この順に形成され、第１下地層４１として膜厚５ｎｍのＴａ膜、第２下地層４２としてＰｔ膜を用いた。また磁壁移動層１０としては、膜厚０．３ｎｍのＣｏ膜と膜厚０．６ｎｍのＮｉ膜を交互に５回積層したＣｏ／Ｎｉ積層膜を用いた。上述した構成において、第２下地層４２として用いたＰｔ膜の膜厚を０ｎｍ〜２ｎｍの範囲で変化させて磁気抵抗効果素子７０を作製した。なお、磁気抵抗効果素子７０の幅は１００ｎｍである。また、この素子は、下地層４０及び磁壁移動層１０を形成後に、真空中で３００℃２時間のアニール処理を行っている。
この磁気抵抗効果素子を用いて、磁壁移動が起きる電流値を計測した。
【００７１】
図７に、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚を変化させた場合の磁壁移動を起こす電流値及び垂直磁気異方性定数のＰｔ膜厚依存性を示す。図７に図示されているように、Ｐｔ膜厚の増加に伴い、垂直磁気異方性定数Ｋｕは増加し、書き込みに必要な電流値も増加していることが判る。書き込み電流値が０．５ｍＡ以下で動作させるためには、第２下地層４２として用いられるＰｔ膜の膜厚は０．９ｎｍ以下が望ましく、このときの垂直磁気異方性定数Ｋｕの値は、３．８×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上５．６×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下の範囲にある。
【実施例３】
【００７２】
実施例３では、図２に示した、下地層４０が適用された磁気抵抗効果素子７０の構成において、基板の上に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料の合金で構成された第１下地層４１を用い、その上に、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料の合金からなる第２下地層４２を形成し、さらに磁壁移動層１０を積層した磁気抵抗効果素子７０を作製した。ここで、第２下地層４２の膜厚は、０ｎｍ〜２ｎｍの範囲で変化させた。上述した磁気抵抗効果素子を用いて、磁壁移動が起きる電流値を計測し、第２下地層の膜厚と電流値の関係を図８に示す。図中には、各々の第１下地層４１及び第２下地層４２の組み合わせで得られた下地層４０が適用されたを用いた磁気抵抗効果素子７０の書き込み電流の最大値、最小値及びそれらの平均値をあわせてプロットした。
【００７３】
図８において、第２下地層の膜厚が０．９ｎｍ以下の場合では、上述したいずれの第１下地層４１及び第２下地層４２を用いた場合でも、書き込み電流値の最大値が０．５ｍＡを超えることなく、磁壁移動動作が行うことができることが判る。
【００７４】
図９には、図８で電流値を測定した素子の垂直磁気異方性定数と第２下地層４２の膜厚の関係をプロットした図を示す。図９より、第２下地層４２の膜厚が０．９ｎｍ以下の場合には、垂直磁気異方性定数は、３×１０６（ｅｒｇ/ｃｃ）≦Ｋｕ≦７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）の範囲にあることが判る。従って、上述した範囲にある垂直磁気異方性定数を有する磁壁移動層１０を用いることによって、磁壁移動のための書き込み電流値が０．５ｍＡを超えない範囲で磁壁移動動作を行うことができる。
【００７５】
以上に述べた各々の実施例では、下地層４０及び磁壁移動層１０を形成したあとで、真空中で３００℃のアニールを行った場合の結果である。前述したように、アニールを施すことで、第２下地層４２及びその上に積層された、例えばＣｏ／Ｎｉ積層膜の配向性が高まり、垂直磁気異方性を付与される。アニールを施す前のＣｏ／Ｎｉ積層膜を成膜しただけの状態では、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜は垂直磁気異方性を有さず、面内磁気異方性を有している。
【実施例４】
【００７６】
実施例４として、磁壁移動層１０の垂直磁気異方性定数Ｋｕとアニール温度の関係について述べる。図１０に、第１下地層４１として膜厚５ｎｍのＴａ膜、第２下地層４２としてＰｔ膜を用い、Ｐｔ膜厚が０．９ｎｍと０ｎｍ（Ｐｔ膜がない場合）とした場合の磁壁移動層１０の垂直磁気異方性定数Ｋｕのアニール温度依存性を示す。ここでは、磁壁移動層１０としては、膜厚０．３ｎｍのＣｏ膜と膜厚０．６ｎｍのＮｉ膜を交互に５回積層したＣｏ／Ｎｉ積層膜を用いた。ここで、垂直磁気異方性定数Ｋｕは、上述した磁壁移動層１０の磁化を考慮すると、２．８×１０６（ｅｒｇ/ｃｃ）以上で、磁壁移動層１０が垂直磁化膜となる。図１０より、Ｐｔ膜厚が０．９ｎｍの場合には、アニール温度が２００℃〜３５０℃の範囲で垂直磁化膜となることが判る。従って、アニール温度としては、２５０℃〜３５０℃の範囲がより好適である。
【００７７】
以上に述べた各々の実施例では、第１下地層４１としてＴａ膜、第２下地層４２としてＰｔ膜、磁壁移動層としてＣｏ／Ｎｉ積層膜を主に引用して記述したが、なんらこれらの材料に限定されることはない。第１下地層４１としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上から構成された合金を薄膜材料として用いることで同様の効果が得られることを確認している。また、第２下地層４２としては、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上から構成された合金を薄膜材料として用いることで同様の効果が得られることを確認している。また、磁壁移動層１０としては、第１の層と第２の層が交互に積層された積層構造を有し、前記第１の層は、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる合金を含有し、前記第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｃｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる合金を含有した積層膜を用いて、同様の効果を確認している。
【００７８】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態や実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【００７９】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００８０】
（付記１）
メモリセルを具備し、
前記メモリセルが、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第１下地層と、
前記第１下地層と接触するように前記第１下地層の上に形成された、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層と、
前記第２下地層と接触するように前記第２下地層の上に形成された、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層
とを備え、
前記磁壁移動層は、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有し、
前記磁化自由領域の磁化方向は、書き込み電流を前記磁化自由領域に流すことによって電流誘起磁壁移動によって反転され、
前記第２下地層の膜厚が、０．９ｎｍ以下である
磁気メモリ。
（付記２）
付記１に記載の磁気メモリであって、
前記磁壁移動層が、ｆｃｃ構造を有し、且つ、（１１１）面配向を有する
磁気メモリ。
（付記３）
付記１又は２記載の磁気メモリであって、
前記磁壁移動層は、第１の層と第２の層が交互に積層された積層構造を有し、
前記第１の層は、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、又はこれらの群から選択される１種類以上の材料からなる合金を含有し、
前記第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ，Ｃｕのいずれか、又はこれらの群から選択される１種類以上の材料からなる合金を含有する
磁気メモリ。
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の磁気メモリであって、
前記磁壁移動層の垂直磁気異方性定数が、３×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上、７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下である
磁気メモリ。
（付記５）
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第１下地層を形成する工程と、
前記第１下地層の上に、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか、又はこれらの群から選択される２以上の材料からなる第２下地層を形成する工程と、
前記第２下地層の上に、磁化方向が反転可能な磁化自由領域を有し、且つ、垂直磁気異方性を有する磁壁移動層を形成する工程と、
前記磁化自由領域の磁化方向を電流誘起磁壁移動によって反転する書き込み電流を前記磁化自由領域に流すための電極を設ける工程
とを具備し、
前記第２下地層の膜厚が、０．９ｎｍ以下である
磁気メモリの製造方法。
（付記６）
付記５に記載の製造方法であって、
前記磁壁移動層が、ｆｃｃ構造を有し、且つ、（１１１）面配向を有するように形成される
磁気メモリの製造方法。
（付記７）
付記５又は６記載の製造方法であって、
前記磁壁移動層を形成する工程は、
形成直後では面内磁気異方性を有する強磁性層を形成する工程と、
アニール工程により、前記強磁性層に垂直磁気異方性を付与する工程
とを備える
磁気メモリの製造方法。
（付記８）
付記７に記載の製造方法であって、
前記アニール工程におけるアニール温度は、２５０℃〜３５０℃の範囲にある
磁気メモリの製造方法。
（付記９）
付記５乃至８のいずれか１項に記載の製造方法であって、
前記アニール工程によって垂直磁気異方性が付与された前記磁壁移動層の垂直磁気異方性定数が、３×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以上、７×１０６（ｅｒｇ／ｃｃ）以下の範囲にある
磁気メモリの製造方法。
【符号の説明】
【００８１】
１０、１１０：磁壁移動層
１１ａ、１１１ａ：第１磁化固定領域
１１ｂ、１１１ｂ：第２磁化固定領域
１２、１２ａ、１２ｂ、１１２、１１２ａ、１１２ｂ：磁壁
１３、１１３：磁化自由領域
２０、１２０：スペーサ層
３０、１３０：参照層
４０：下地層
４１：第１下地層
４２：第２下地層
７０：磁気抵抗効果素子
８０：磁気メモリセル
９０：磁気ランダムアクセスメモリ
９１：メモリセルアレイ
９２：Ｘドライバ
９３：Ｙドライバ
９４：コントローラ
【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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