(57)【要約】  このスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、前記第１強磁性層が積層されたスピン軌道トルク配線と、を備え、前記スピン軌道トルク配線は前記第１強磁性層の面直方向である第１方向に対して交差する第２の方向に延在し、前記第１強磁性層は、第１積層構造体と界面磁性層とを、前記スピン軌道トルク配線側から順に有し、前記第１積層構造体は、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが、前記スピン軌道トルク配線側から順に配置された構造体であり、前記強磁性導電体層は、強磁性金属元素を含み、前記無機化合物含有層は、炭化物、窒化物、硫化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の無機化合物を含む。
2019230352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性層と、
第２強磁性層と、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、
前記第１強磁性層が積層されたスピン軌道トルク配線と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層の面直方向である第１方向に対して交差する第２の方向に延在し、
前記第１強磁性層は、第１積層構造体と界面磁性層とを、前記スピン軌道トルク配線側から順に有し、
前記第１積層構造体は、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが、前記スピン軌道トルク配線側から順に配置された構造体であり、
前記強磁性導電体層は、強磁性金属元素を含み、
前記無機化合物含有層は、炭化物、窒化物、硫化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の無機化合物を含む、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１積層構造体と前記界面磁性層との間に、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが積層された第２積層構造体が、１つ以上挿入されている、請求項１に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚が、前記第２積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚よりも厚い、請求項２に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記無機化合物含有層の膜厚が１．０ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１強磁性層は、拡散防止層を有し、前記拡散防止層は、前記界面磁性層の前記非磁性層に接する側とは反対側の面に位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記界面磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備える、磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリに関するものである。この出願は、２０１８年５月３１日に日本に出願された特願２０１８−１０５３９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、及び、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）を用いたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が磁気抵抗効果素子として知られている。一般に、ＴＭＲ素子は、ＧＭＲ素子と比較して素子抵抗が高く、磁気抵抗（ＭＲ）比が大きい。そのため、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）用の素子として、ＴＭＲ素子に注目が集まっている。【０００３】
ＭＲＡＭは、絶縁層を挟む二つの強磁性層の互いの磁化の向きが変化するとＴＭＲ素子の素子抵抗が変化するという特性を利用してデータを読み書きする。ＭＲＡＭの書き込み方式としては、電流が作る磁場を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式や磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流して生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して書き込み（磁化反転）を行う方式が知られている。【０００４】
ＳＴＴを用いたＴＭＲ素子の磁化反転はエネルギーの効率の視点から考えると効率的ではあるが、データを書き込む際に磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す必要がある。書き込み電流は、磁気抵抗効果素子の特性を劣化させる場合がある。【０００５】
そこで近年、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流さずに磁化回転を可能とする手段として、スピン軌道相互作用により生成された純スピン流によるスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を利用したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子に注目が集まっている（例えば、非特許文献１）。ＳＯＴは、スピン軌道相互作用によって生じた純スピン流又は異種材料の界面におけるラシュバ効果により誘起される。磁気抵抗効果素子内にＳＯＴを誘起するための電流は、磁気抵抗効果素子の積層方向と交差する方向に流す。すなわち、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す必要がなく、磁気抵抗効果素子の長寿命化が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−２１６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気抵抗効果素子の駆動効率を高めるためには、ＳＯＴを利用して磁化を反転させるために必要な反転電流密度を低減することが求められている。しかしながら、ＳＯＴによる反転電流密度はＳＴＴによる反転電流密度と同程度であると言われている。【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、反転電流密度が低減したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。【００１０】
（１）第１の態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、前記第１強磁性層が積層されたスピン軌道トルク配線と、を備え、前記スピン軌道トルク配線は前記第１強磁性層の面直方向である第１方向に対して交差する第２の方向に延在し、前記第１強磁性層は、第１積層構造体と界面磁性層とを、前記スピン軌道トルク配線側から順に有し、前記第１積層構造体は、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが、前記スピン軌道トルク配線側から順に配置された構造体であり、前記強磁性導電体層は、強磁性金属元素を含み、前記無機化合物含有層は、炭化物、窒化物、硫化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の無機化合物を含む。【００１１】
（２）上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記第１積層構造体と前記界面磁性層との間に、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが積層された第２積層構造体が、１つ以上挿入されていてもよい。【００１２】
（３）上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記第１積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚が、前記第２積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚よりも厚くなっていてもよい。【００１３】
（４）上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記無機化合物含有層の膜厚が１．０ｎｍ以下の膜厚であってもよい。【００１４】
（５）上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層は、拡散防止層を有し、前記拡散防止層は、前記界面磁性層の前記非磁性層に接する側とは反対側の面に位置していてもよい。【００１５】
（６）上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子において、前記界面磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含んでいてもよい。【００１６】
（７）第２の態様に係る磁気メモリは、上記態様に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、反転電流密度が低減したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子及び磁気メモリを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例の断面模式図である。
【図２】変形例１に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。
【図３】変形例２に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。
【図４】変形例３に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。
【図５】変形例３に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を別の面で切断した断面模式図である。
【図６】変形例４に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。
【図７】変形例４に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の別の例の断面模式図である。
【図８】変形例５に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。
【図９】第２実施形態に係る磁気メモリを模式的に示した図である。
【図１０】第２実施形態に係る磁気メモリの要部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態の好ましい例について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２０】
＜第１実施形態（スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子）＞
図１は、第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の一例の断面模式図である。図１は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子をスピン軌道トルク配線５のy方向中心を通るｘｚ平面で切断した断面を示す。図１に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１は、機能部４及びスピン軌道トルク配線５を備える。機能部４は、第１強磁性層１と、第２強磁性層２と、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に位置する非磁性層３と、を有する。スピン軌道トルク配線５は、第１強磁性層１の面直方向である第１方向に対して交差する第２の方向に延びる。スピン軌道トルク配線５は、第１強磁性層１を積層している。
【００２１】
本明細書において、第１強磁性層１の面直方向である第１方向をｚ方向、第１方向に対して直交し、かつスピン軌道トルク配線５が延びる第２方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向のいずれにも直交する方向をｙ方向とする。
【００２２】
［機能部］
機能部４は、通常の磁気抵抗効果素子と同様に機能する。機能部４は、非磁性層３が絶縁体からなる場合は、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling Magnetoresistance）素子となる。また、非磁性層３が金属からなる場合は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistance）素子と同様の構成である。第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２の相対角の違いに応じて、機能部４はｚ方向の抵抗値が変化する。第２強磁性層２の磁化Ｍ２は、所定の外力が印加された際に第１強磁性層１の磁化よりも配向方向が変化しにくい。第２強磁性層２は固定層や参照層、第１強磁性層１は自由層や記憶層などと呼ばれる。
【００２３】
機能部４は、第２強磁性層２の磁化が一方向（ｚ方向）に固定され、第１強磁性層１の磁化の向きが相対的に変化することで機能する。保磁力差型（擬似スピンバルブ型；Pseudo spin valve 型）のＭＲＡＭに適用する場合には、第２強磁性層２の保磁力を第１強磁性層１の保磁力よりも大きくする。交換バイアス型（スピンバルブ；spin valve型）のＭＲＡＭに適用する場合には、第２強磁性層２の磁化を反強磁性層との交換結合によって固定する。
【００２４】
機能部４は、第１強磁性層１、第２強磁性層２及び非磁性層３以外の層を有してもよい。その他の層は、例えば、第２強磁性層２の磁化方向を固定するための反強磁性層、機能部４の結晶性を高める下地層等である。
【００２５】
（第１強磁性層）
第１強磁性層１は、第１積層構造体１０ａと、界面磁性層２０とを有する。第１強磁性層１は、界面磁性層２０の磁化方向が変化可能とされている。第１積層構造体１０ａは、強磁性導電体層１１ａと無機化合物含有層１２ａとが積層した構造体である。界面磁性層２０は、非磁性層３と無機化合物含有層１２ａとの間に位置する。界面磁性層２０は、例えば、非磁性層３に接している。強磁性導電体層１１ａは、スピン軌道トルク配線５と無機化学化合物含有層１２ａとの間に位置する。強磁性誘電体層１１ａは、例えば、スピン軌道トルク配線５に接している。
【００２６】
「強磁性導電体層」
強磁性導電体層１１ａは、強磁性金属元素を含む。強磁性導電体層１１ａは、スピン軌道トルク配線５よりも導電性が高いことが好ましい。強磁性導電体層１１ａの導電性がスピン軌道トルク配線５の導電性より高いと、スピン軌道トルク配線５を流れる電子が強磁性導電体層１１ａに侵入しやすい。また、強磁性導電体層１１ａは、無機化合物含有層１２ａによって、結晶構造の対象性が崩れている。結晶構造の対称性の崩れは、強磁性導電体層１１ａの内場（電子が存在する分布）の対称性を崩す。強磁性導電体層１ａの内場は、強磁性導電体層１１ａが単体で存在する状態から変化している。そのため、強磁性導電体層１１ａに電子が侵入すると強磁性導電体層１１ａで発生するスピン流が、内場の対称性が崩れていない場合と比較して、増加する。強磁性導電体層１１ａ内で発生するスピン流が増加すると、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１の反転電流密度が低減する。また、強磁性導電体層１１ａの垂直磁気異方性（ＰＭＡ）は無機化合物含有層１２ａのアニオン成分と強磁性元素とが結合すると大きくなる。そして、強磁性導電体層１１ａの垂直磁気異方性（ＰＭＡ）が大きくなると、強磁性導電体層１１ａの熱安定性が向上する。
【００２７】
強磁性導電体層１１ａは、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇａあるいはこれらの金属の合金から形成されていることが好ましい。強磁性導電体層１１ａの膜厚は、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００２８】
「無機化合物含有層」
無機化合物含有層１２ａは、炭化物、窒化物、硫化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の無機化合物を含む。無機化合物含有層１２ａは、強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対象性を崩すように形成されていれば、その構成は特に制限はない。強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対象性は、例えば、無機化合物含有層１２ａにおけるアニオン成分欠損量が面内方向（ｘｙ面内）の場所によって不均一であることにより崩れる。また無機化合物含有層１２ａにおけるアニオン成分欠損量を面内方向（ｘｙ面内）と直交する面直方向（ｘｚ方向又はｙｚ方向）に不均一にすることでも、強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対象性を崩すことができる。さらに、無機化合物含有層１２ａの一部を過剰アニオン成分の状態とし、面内方向又は面直方向のアニオン成分量を不均一にすることで、結晶構造の対称性を崩してもよい無機化合物含有層１２ａは、無機化合物のみからなる層であってもよいし、強磁性金属元素と無機化合物とを含む層であってもよい。強磁性金属元素と無機化合物とを含む層は、強磁性金属元素に無機化合物が島状に点在する構造であってもよいし、強磁性金属元素に無機化合物の粒子が分散した構造であってもよい。
【００２９】
無機化合物含有層１２ａの無機化合物に含まれるカチオン成分は、強磁性金属であることが好ましく、強磁性導電体層１１ａに含まれる強磁性金属元素と同じであることが特に好ましい。この場合、無機化合物含有層１２ａと強磁性導電体層１１ａとの密着性が向上し、強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対象性の崩れが起こりやすくなる。強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対称性が崩れると、強磁性導電体層１１ａ内でのスピン流の発生効率が向上する。カチオン成分は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｇａである。
【００３０】
無機化合物含有層１２ａに含まれる無機化合物は、化学量論組成に対してアニオン成分（Ｃ４−、Ｎ３−、Ｓ２−）が欠損していることが好ましい。この場合、強磁性導電体層１１ａから供給されるスピン流が無機化合物含有層１２ａを通りやすくなり、界面磁性層２０へのスピン流の伝達効率が向上する。無機化合物は、化学量論組成に対して、アニオン成分が５原子％以上３０原子％以下の範囲内で欠損していることが好ましい。
【００３１】
無機化合物含有層１２ａの膜厚は、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、強磁性導電体層１１ａと界面磁性層２０とがより強く強磁性結合するので、熱擾乱等に対する磁化の安定性が高まる。また、無機化合物含有層１２ａの膜厚が薄いとアニオン成分が点在することになり、強磁性導電体層１１ａの結晶構造の対象性を崩しやすくなる。このため、無機化合物含有層１２ａの膜厚は、原子一層分以上であることが好ましい。なお、原子一層分の場合は、連続した一様な層にはならず、無機化合物が点在することになるが、この場合も無機化合物含有層として扱う。
【００３２】
「界面磁性層」
界面磁性層２０は、強磁性材料、特に軟磁性材料を適用できる。
界面磁性層２０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。界面磁性層２０は例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅを例示できる。また界面磁性層２０が面内磁化膜の場合、界面磁性層２０は、例えば、Ｃｏ−Ｈｏ合金（ＣｏＨｏ２）、Ｓｍ−Ｆｅ合金（ＳｍＦｅ１２）等である。
【００３３】
界面磁性層２０は、Ｃｏ２ＦｅＳｉ等のホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含み、Ｘは、周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、Ｙは、Ｍｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、Ｚは、ＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１−ｃＧａｃ等である。ホイスラー合金は高いスピン分極率を有し、機能部４のＭＲ比を高めることができる。
【００３４】
界面磁性層２０は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが好ましい。界面磁性層２０は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂであることが特に好ましい。この場合、機能部４のＭＲ比を高めることができる。
界面磁性層２０の膜厚は、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００３５】
（非磁性層）
非磁性層３には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層３が絶縁体からなる場合（トンネルバリア層である場合）、非磁性層３は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、及び、ＭｇＡｌ２Ｏ４等である。また、非磁性層３は、これらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換されたものも用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯやＭｇＡｌ２Ｏ４は機能部４のＭＲ比を高くできる。非磁性層３が金属からなる場合、非磁性層３は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。さらに、非磁性層３が半導体からなる場合、非磁性層３は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
非磁性層３の膜厚は、０．３ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００３６】
（第２強磁性層）
第２強磁性層２の材料には公知の強磁性材料を用いることができる。強磁性材料の例は、界面磁性層２０の場合と同じである。第２強磁性層２は、界面磁性層２０と同じ強磁性材料を用いてもよいし、界面磁性層２０と異なる強磁性材料を用いてもよい。
第２強磁性層２の膜厚は、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００３７】
［スピン軌道トルク配線］
スピン軌道トルク配線５は、ｘ方向に延在する。スピン軌道トルク配線５は、強磁性導電体層１１ａの一面に位置する。スピン軌道トルク配線５は、強磁性導電体層１１ａに直接接続されていてもよいし、他の層を介して接続されていてもよい。
【００３８】
スピン軌道トルク配線５は、電流が流れるとスピンホール効果によってスピン流を生成する。スピンホール効果とは、配線に電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の向きに直交する方向にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果によりスピン流が生み出されるメカニズムについて説明する。
【００３９】
図１に示すように、スピン軌道トルク配線５のｘ方向の両端に電位差を与えるとｘ方向に沿って電流Ｉが流れる。電流Ｉが流れると、＋ｙ方向に配向した第１スピンＳ１と−ｙ方向に配向した第２スピンＳ２はそれぞれ電流と直交する方向に曲げられる。通常のホール効果とスピンホール効果とは運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられる点で共通する。一方で、通常のホール効果とスピンホール効果とは運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられるのに必要な条件が異なる。通常のホール効果は磁場中で運動する荷電粒子がローレンツ力を受けて運動方向を曲げられるのに対して、スピンホール効果では磁場が存在しないのに電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）で移動方向が曲げられる点で大きく異なる。スピンホール効果によって生じる第１スピンＳ１及び第２スピンＳ２の偏在状態を解消するために、ｚ方向にスピン流が生じる。
【００４０】
非磁性体（強磁性体ではない材料）は、第１スピンＳ１の電子数と第２スピンＳ２の電子数とが等しいので、図中で上方向に向かう第１スピンＳ１の電子数と下方向に向かう第２スピンＳ２の電子数が等しい。そのため、電荷の正味の流れとしての電流はゼロである。この電流を伴わないスピン流は特に純スピン流と呼ばれる。
【００４１】
ここで、第１スピンＳ１の電子の流れをＪ↑、第２スピンＳ２の電子の流れをＪ↓、スピン流をＪＳと表すと、ＪＳ＝Ｊ↑−Ｊ↓で定義される。スピン流ＪＳは、図中のｚ方向に流れる。図１において、スピン軌道トルク配線５の上面には第１強磁性層１が存在する。そのため、第１強磁性層１にスピンが注入される。
【００４２】
スピン軌道トルク配線５は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかによって構成される。
【００４３】
スピン軌道トルク配線５の主構成は、非磁性の重金属であることが好ましい。ここで、重金属とは、イットリウム以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属であることが好ましい。これらの非磁性金属は、スピンホール効果を生じさせるスピン軌道相互作用が大きい。
【００４４】
電子は、一般にそのスピンの向きに関わりなく、電流とは逆向きに動く。これに対し、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号が大きい非磁性金属はスピン軌道相互作用が大きく、スピンホール効果が強く作用する。そのため、電子の動く方向は、電子のスピンの向きに依存する。従って、これらの非磁性の重金属中ではスピン流ＪＳが発生しやすい。
【００４５】
またスピン軌道トルク配線５は、磁性金属を含んでもよい。磁性金属とは、強磁性金属、あるいは、反強磁性金属を指す。非磁性金属に微量な磁性金属が含まれるとスピンの散乱因子となる。スピンが散乱するとスピン軌道相互作用が増強され、電流に対するスピン流の生成効率が高くなる。
【００４６】
一方で、磁性金属の添加量が増大し過ぎると、発生したスピン流が添加された磁性金属によって散乱され、結果としてスピン流が減少する作用が強くなる場合がある。そのため、添加される磁性金属のモル比はスピン軌道トルク配線を構成する元素の総モル比よりも十分小さい方が好ましい。添加される磁性金属のモル比は、全体の３％以下であることが好ましい。
【００４７】
スピン軌道トルク配線５は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体とは、物質内部が絶縁体、あるいは、高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。トポロジカル絶縁体にはスピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。そこでトポロジカル絶縁体は、外部磁場が無くてもスピン軌道相互作用の効果で新たなトポロジカル相が発現する。すなわち、トポロジカル絶縁体は、外部磁場が無くても内部から表面への方向の電子状態の対称性が乱される。トポロジカル絶縁体は、強いスピン軌道相互作用とエッジにおける反転対称性の破れにより純スピン流を高効率に生成できる。
【００４８】
トポロジカル絶縁体としては例えば、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１−ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１−ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３などが好ましい。これらのトポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
【００４９】
（スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の製造方法）
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１は、例えば、スピン軌道トルク配線５側から、強磁性導電体層１１ａ、無機化合物含有層１２ａ、界面磁性層２０、非磁性層３、第２強磁性層２をこの順に積層することによって製造することができる。以下、本明細書においてスピン軌道トルク配線５上に積層された層を総称して積層体という場合がある。強磁性導電体層１１ａ、界面磁性層２０、非磁性層３、第２強磁性層２を積層する方法としては、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などの公知の方法を用いることができる。無機化合物含有層１２ａを積層する方法としては、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法により、強磁性金属膜を形成し、次いで得られた強磁性金属膜を炭化、窒化または硫化させる方法、強磁性金属と無機化合物とをコスパッタリングする方法を用いることができる。
【００５０】
得られた積層体は、アニール処理を行うことが好ましい。アニール処理を行うことによって、各層の結晶性が向上し、機能部４のＭＲ比を高めることができる。
【００５１】
アニール処理としては、Ａｒなどの不活性雰囲気中で、３００℃以上５００℃以下の温度で、５分以上１００分以下の時間加熱した後、２ｋＯｅ以上１０ｋＯｅ以下の磁場を印加した状態で、１００℃以上５００℃以下の温度で、１時間以上１０時間以下の時間加熱することが好ましい。
【００５２】
以上のような構成とされた本実施形態のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１は、強磁性導電体層１１ａ内でスピン流が発生するので、反転電流密度を低減させることができる。
【００５３】
図２は、変形例１に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。図２は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子をスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。図２に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２は、第１積層構造体１０ａと界面磁性層２０との間に第２積層構造体１０ｂが挿入されていること以外は、図１に示したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１と同様である。このため、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５４】
第２積層構造体１０ｂは、強磁性導電体層１１ｂと無機化合物含有層１２ｂとが積層した構造体である。強磁性導電体層１１ｂは、無機化合物含有層１２ａと無機化合物含有層１２ｂとの間に位置する。強磁性導電体層１１ｂは、例えば、第１積層構造体１０ａの無機化合物含有層１２ａと接している。無機化合物含有層１２ｂは、界面磁性層２０に接している。
【００５５】
第２積層構造体１０ｂの強磁性導電体層１１ｂの膜厚は、第１積層構造体１０ａの強磁性導電体層１１ａの膜厚よりも薄いことが好ましい。スピン軌道トルク配線５に接する第１積層構造体１０ａの強磁性導電体層１１ａの膜厚を、強磁性導電体層１１ｂに対して相対的に厚くすることによって、強磁性導電体層１１ａを面内磁化膜とすることができる。また、一方でスピン軌道トルク配線５から離れた第２積層構造体１０ｂの強磁性導電体層１１ｂの膜厚を、強磁性導電体層１１ａに対して相対的に薄くすることによって、強磁性導電体層１１ｂの磁化を垂直磁化とすることができる。このように磁化の配向方向の異なる強磁性導電体層１１ａと強磁性導電体層１１ｂとを近接させることにより、第１強磁性層１の全体の磁化状態をｚ方向に対して傾けることができる。第１強磁性層１の磁化方向がｚ方向に対して傾くと、磁化の対称性が崩れ、無磁場磁化反転が可能となる。第２積層構造体１０ｂの強磁性導電体層１１ｂの膜厚は、第１積層構造体１０ａの強磁性導電体層１１ａの膜厚に対して５０％以上９０％以下の範囲内にあることが好ましい。
【００５６】
第２積層構造体１０ｂの無機化合物含有層１２ｂの膜厚は、第１積層構造体１０ａの場合と同様に、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５７】
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２は、無機化合物含有層１２ａと界面磁性層２０との間に、強磁性導電体層１１ｂ及び無機化合物含有層１２ｂを積層すること以外は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１の場合と同様にして製造することができる。第２積層構造体１０ｂの強磁性導電体層１１ｂ及び無機化合物含有層１２ｂは、第１積層構造体１０ａの強磁性導電体層１１ａ及び無機化合物含有層１２ａの場合と同様にして積層することができる。
【００５８】
以上のような構成とされたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２は、第１積層構造体１０ａの強磁性導電体層１１ａに加えて、第２積層構造体１０ｂの強磁性導電体層１１ｂ内にてスピン流が発生するので、反転電流密度をより低減させることができる。なお、図２に示したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２においては、第１積層構造体１０ａと界面磁性層２０との間に１つの第２積層構造体１０ｂが挿入されているが、第２積層構造体１０ｂの数は特には制限なく、２つ以上としてもよい。第２積層構造体１０ｂを２つ以上挿入する場合は、スピン軌道トルク配線５に近い側の強磁性導電体層１１ｂの膜厚を厚くすることが好ましい。
【００５９】
図３は、変形例２に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の断面模式図である。図３は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子をスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。図３に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３は、第１強磁性層１が拡散防止層３０を有していること以外は、図２に示したスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２と同様である。このため、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
拡散防止層３０は、界面磁性層２０の非磁性層３に接する側とは反対側の面（図３では下面）に接している。拡散防止層３０は、例えば、界面磁性層２０と第２積層構造体１０ｂとの間に位置する。拡散防止層３０は、例えば、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３の製造時においてアニール処理を行ったときなどの高温環境下において、界面磁性層２０に含まれる元素が無機化合物含有層１２ｂの方向に元素拡散することを抑制する。
【００６１】
拡散防止層３０は、非磁性元素を含むことが好ましい。非磁性元素は、例えばＭｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕである。拡散防止層３０は、これらの元素の１種を単独で含んでいてもよいし、２種以上を組合せて含んでいてもよい。また、拡散防止層３０の厚さは、拡散防止層３０を構成する元素の直径の２倍以上であることが好ましい。重金属元素をこの程度の厚さで成膜しようとすると重金属元素は、厳密には島状に点在する。従って、拡散防止層３０は、上層又は下層の一部と非磁性元素との混合層となる。
拡散防止層３０の膜厚は、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００６２】
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３は、無機化合物含有層１２ｂと界面磁性層２０との間に、拡散防止層３０を積層すること以外は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０２の場合と同様にして製造することができる。拡散防止層３０を積層する方法としては、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などの公知の方法を用いることができる。
【００６３】
以上のような構成とされたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３は、強磁性導電体層１１ａ内でスピン流が発生するので、反転電流密度を低減させることができる。またスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３は、拡散防止層３０を有するので、高温環境下においても界面磁性層２０に含まれる元素が無機化合物含有層１２ｂに元素拡散することが起こりにくい。このため、無機化合物含有層１２ｂが長期間にわたって安定するので、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０３は、長期間にわたって安定して反転電流密度を低減させることができる。
【００６４】
図４及び図５は、変形例３に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４の断面模式図である。図４は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４をスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。図５は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４を機能部４のｘ方向の中心を通るｙｚ平面で切断した断面である。図４及び図５に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４は、機能部４の側面の形状及びスピン軌道トルク配線５の第１面５ａの形状が異なること以外は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１と同様である。このため、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
図４及び図５に示す機能部４は、ｚ方向から見て、スピン軌道トルク配線５に近づくに従い、ｘｙ面内に広がっている。ｚ方向から見て、機能部４の外周長または外径は、スピン軌道トルク配線５に近づくに従い、大きくなる。またｘ方向又はｙ方向から見て、機能部４の側面４ｓは、ｘｙ平面に対して傾斜している。側面４ｓのｘｙ平面に対する傾斜角θは、ｚ方向の高さ位置によって異なっていても、一定でもよい。側面４ｓのｘｙ平面に対する傾斜角θは、例えば、スピン軌道トルク配線５に近づくにつれて小さくなる。
【００６６】
機能部４の側面４ｓは、第２強磁性層２、非磁性層３、界面磁性層２０、無機化合物含有層１２ａ、強磁性導電体層１１ａのそれぞれの側面２ｓ、３ｓ、２０ｓ、１２ａｓ、１１ａｓによって構成される。側面２ｓ、３ｓ、２０ｓ、１２ａｓ、１１ａｓは、それぞれｘｙ平面に対して傾斜する。側面２ｓ、３ｓ、２０ｓ、１２ａｓ、１１ａｓは、それぞれ連続し、一つの側面４ｓを形成する。ここで「連続」とは、ｘｚ平面又はｙｚ平面で切断した切断面において、側面４ｓに沿って引いた接線の傾きが一定である、又は、連続的に変化することをいう。
【００６７】
またスピン軌道トルク配線５の第１面５ａは、場所によってｚ方向の高さ位置が異なる。第１面５ａは、スピン軌道トルク配線５の機能部４に近い側の面である。以下、第１面５ａのうち、ｚ方向において機能部４と重なる部分を第１面５ａＡと称し、重ならない部分を第１面５ａＢと称する。第１面５ａＡは、第１面５ａＢより＋ｚ方向に位置する。すなわち、第１面５ａＡは、第１面５ａＢより後述する基板Ｓｕｂから離れた位置にある。第１面５ａＢは、機能部４を所定の形状に加工する際のイオンミリング等により、第１面５ａＡより−ｚ方向の位置に形成される場合がある。
【００６８】
また図５に示すように、スピン軌道トルク配線５の側面５ｓは、ｘｙ平面に対して傾斜する。側面５ｓと側面４ｓとは、例えば、不連続である。「不連続」とは、ｘｚ平面又はｙｚ平面で切断した切断面において、側面５ｓ、４ｓに沿って引いた接線の傾きが連続的に変化しないことを言う。スピン軌道トルク配線５を所定の形状に加工した後に、機能部４を所定の形状に加工する場合、側面５ｓと側面４ｓとは不連続になる場合がある。
【００６９】
また図４及び図５では、機能部４及びスピン軌道トルク配線５の周囲を囲む絶縁層９０、９１を同時に図示した。絶縁層９０、９１は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層９０、９１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【００７０】
以上のような構成とされたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４は、強磁性導電体層１１ａ内でスピン流が発生するので、反転電流密度を低減させることができる。また強磁性導電体層１１ａの側面１１ａｓがｘｙ平面に対して傾斜していることで、スピン軌道トルク配線５から強磁性導電体層１１ａへの電流の流れがスムーズになる。すなわち、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４は、急激な電流密度の変化に伴う電流のロスを抑制できる。
【００７１】
図６は、変形例４に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５の断面模式図である。図６は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５をスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。図６に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５は、機能部４の側面の形状が異なること以外は、変形例３にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４と同様である。このため、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０４と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
図６に示す機能部４は、ｚ方向から見て、スピン軌道トルク配線５に近づくに従い、段階的にｘｙ面内に広がっている。図６に示す機能部４のうち金属により構成される第２強磁性層２、界面磁性層２０、強磁性導電体層１１ａは、スピン軌道トルク配線５に近づくに従い、外周長又は外径が大きくなる。図６に示す機能部４のうち金属以外により構成される非磁性層３、無機化合物含有層１２ａ、スピン軌道トルク配線５に近づくに従い、外周長又は外径が小さくなる。
【００７３】
第２強磁性層２、界面磁性層２０、強磁性導電体層１１ａの側面２ｓ、２０ｓ、１１ａｓは、例えば、ｘｙ平面に対して傾斜角θ１で傾斜する。非磁性層３、無機化合物含有層１２ａの側面３ｓ、１２ａｓは、例えば、ｘｙ平面に対して傾斜角θ２で傾斜する。傾斜角θ１、θ２は、ｚ方向の高さ位置によって異なっていても、一定でもよい。傾斜角θ１と傾斜角θ２とは、異なる。傾斜角θ１は、例えば９０°未満であり、傾斜角θ２は例えば９０°以上である。
【００７４】
機能部４の側面４ｓは、不連続である。各層の側面２ｓ、３ｓ、２０ｓ、１２ａｓ、１１ａｓの境界において、側面４ｓは不連続である。側面４ｓは、例えば、第２強磁性層２と非磁性層３との境界、非磁性層３と界面磁性層２０との境界、界面磁性層２０と無機化合物含有層１２ａとの境界、無機化合物含有層１２ａと強磁性導電体層１１ａとの境界において、段差を有する。
【００７５】
機能部４を形成する場合に、マスクを介してｚ方向から加工の後に、ｘ方向またはｙ方向からイオンミリング（サイドミリング）等を行う場合がある。サイドミリングを行うと、機能部４のｘ方向及びｙ方向の幅を小さくでき、機能部４のサイズを微細化できる。サイドミリングの進行度は、層を構成する材料によって異なる。金属は非金属より柔らかい場合が多く、金属の方が非金属よりサイドミリングが進行する場合がある。各層のサイドミリングの進行度の違いにより、機能部４の側面４ｓは、不連続になる。
【００７６】
以上のような構成とされたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５は、強磁性導電体層１１ａ内でスピン流が発生するので、反転電流密度を低減させることができる。また強磁性導電体層１１ａの側面１１ａｓがｘｙ平面に対して傾斜していることで、スピン軌道トルク配線５から強磁性導電体層１１ａへの電流の流れがスムーズになる。さらに、側面４ｓが不連続であることで、絶縁層９０との密着性を高めることができる。
【００７７】
また図７は、変形例４に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子の別の例の断面模式図である。図７は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５Ａをスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５Ａは、傾斜角θ２が９０°の場合の例である。
【００７８】
図８は、変形例５に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０６の断面模式図である。図８は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０６をスピン軌道トルク配線５のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。図８に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０６は、機能部４とスピン軌道トルク配線５との位置関係が異なること以外は、図６に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５と同様である。このため、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０５と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０６は、スピン軌道トルク配線５が機能部４に対して＋ｚ方向の位置にある。すなわち、スピン軌道トルク配線５は、機能部４より後述する基板Ｓｕｂから離れた位置にある。
【００８０】
機能部４は、第２強磁性層２、非磁性層３、界面磁性層２０、無機化合物含有層１２ａ、強磁性導電体層１１ａを＋ｚ方向に順に有する。第２強磁性層２は、第１強磁性層１より後述する基板Ｓｕｂに近い位置にある。機能部４は、ボトムピン構造と言われる場合がある。
【００８１】
スピン軌道トルク配線５は、機能部４及び絶縁層９０の＋ｚ方向の位置に積層されている。スピン軌道トルク配線５の第１面５ａ及び第２面５ｂは、場所によってｚ方向の高さ位置が異なる。第１面５ａは、スピン軌道トルク配線５の機能部４に近い側の面であり、第２面５ｂは第１面５ａと反対側の面である。以下、第１面５ａのうち、ｚ方向において機能部４と重なる部分を第１面５ａＡと称し、重ならない部分を第１面５ａＢと称する。以下、第２面５ｂのうち、ｚ方向において機能部４と重なる部分を第２面５ｂＡと称し、重ならない部分を第２面５ｂＢと称する。第１面５ａＢは、第１面５ａＡより＋ｚ方向に位置する。第１面５ａを例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）する際の研磨スピードの違いにより、第１面５ａＡは第１面５ａＢに対して−ｚ方向に凹む。第２面５ａＢは、第２面５ａＡより＋ｚ方向に位置する。第２面５ｂは、第１面５ａの形状を反映する。
【００８２】
以上のような構成とされたスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０６は、ボトムピン構造であっても、強磁性導電体層１１ａ内でスピン流が発生するので、反転電流密度を低減させることができる。
【００８３】
＜第２実施形態＞
（磁気メモリ）
図９は、磁気メモリ２００の模式図である。磁気メモリ２００は、第１実施形態のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１（図１参照）を複数備える。図１は、図９におけるＡ−Ａ面に沿ってスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面図の一部に対応する。図９に示す磁気メモリ２００は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１が３×３のマトリックス配置をしている。図９は、磁気メモリの一例であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１の構成、数及び配置は任意である。
【００８４】
スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１には、それぞれ１本のワードラインＷＬ１〜ＷＬ３と、１本のビットラインＢＬ１〜ＢＬ３、１本のリードラインＲＬ１〜ＲＬ３が接続されている。
【００８５】
ワードラインＷＬ１〜ＷＬ３とビットラインＢＬ１〜ＢＬ３との間に所定値以上の電圧差を与えることで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１のスピン軌道トルク配線５に電流が流れ、書き込み動作が行われる。またリードラインＲＬ１〜ＲＬ３とビットラインＢＬ１〜ＢＬ３との間に所定値以上の電圧差を与えることで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１の機能部４の積層方向に電流が流れ、読み出し動作を行う。これらの複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１から任意の素子のデータを読み出すことで磁気メモリとしての活用ができる。
【００８６】
また図１０は、図９に示す磁気メモリ２００の要部をＡ−Ａ面に沿って切断した断面図である。磁気メモリ２００は、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１と、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１に接続された複数のスイッチング素子とを有する。
【００８７】
図１０に示すスイッチング素子は、トランジスタＴｒである。トランジスタＴｒは、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁膜ＧＩと、基板Ｓｕｂに形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、を有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。
【００８８】
トランジスタＴｒのそれぞれとスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１、ワードラインＷＬ及びビットラインＢＬとは、導電部Ｃｗを介して、電気的に接続されている。導電部Ｃｗは、例えば、接続配線、ビア配線と言われることがある。導電部Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。導電部Ｃｗは、ｚ方向に延びる。
【００８９】
またスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１の機能部４には電極８０が形成されている。電極８０は、導電性を有する材料を含む。電極８０は、リードラインＲＬに接続される。リードラインＲＬと電極８０との間に、スイッチング素子（例えば、トランジスタ）を有してもよい。リードラインＲＬと電極８０との間のスイッチング素子は、図１０における紙面奥行き方向（−ｙ方向）に例えば位置する。
【００９０】
記憶素子１００とトランジスタＴｒとは、導電部Ｃｗを除いて、絶縁層９０によって電気的に分離されている。
【００９１】
第２実施形態に係る磁気メモリ２００は、第１実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１を複数有する。上述のように、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１０１は、それぞれ反転電流密度が小さい。したがって、磁気メモリ２００は、低消費電力で駆動できる。
【符号の説明】
【００９２】
１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…非磁性層、４…機能部、５…スピン軌道トルク配線、１０ａ…第１積層構造体、１０ｂ…第２積層構造体、１１ａ、１１ｂ…強磁性導電体層、１２ａ、１２ｂ…無機化合物含有層、２０…界面磁性層、３０…拡散防止層、１０１、１０２、１０３，１０４，１０５，１０６…スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、２００…磁気メモリ
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月21日(2020.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性層と、
第２強磁性層と、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、
前記第１強磁性層が積層されたスピン軌道トルク配線と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層の面直方向である第１方向に対して交差する第２の方向に延在し、
前記第１強磁性層は、第１積層構造体と界面磁性層とを、前記スピン軌道トルク配線側から順に有し、
前記第１積層構造体は、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが、前記スピン軌道トルク配線側から順に配置された構造体であり、
前記第１積層構造体と前記界面磁性層との間に、強磁性導電体層と無機化合物含有層とが積層された第２積層構造体が、１つ以上挿入されており、
前記強磁性導電体層は、強磁性金属元素を含み、
前記無機化合物含有層は、炭化物、窒化物、硫化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の無機化合物を含み、
前記第１積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚が、前記第２積層構造体の前記強磁性導電体層の膜厚よりも厚い、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記無機化合物含有層の膜厚が１．０ｎｍ以下である、請求項１に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１強磁性層は、拡散防止層を有し、前記拡散防止層は、前記界面磁性層の前記非磁性層に接する側とは反対側の面に位置する、請求項１または２に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記界面磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を複数備える、磁気メモリ。
【国際調査報告】
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