(57)【要約】【課題】  記録された情報を読み出す際に充分な出力が得られると共に、スピン注入効率を向上することにより、書き込みに要する電流値を低減することができる記憶素子を提供する。【解決手段】  情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層１３の上下に、それぞれスペーサ層１２，１４を介して磁化固定層１１，１５が設けられ、記憶層１３の上下の磁化固定層１１，１５において、それぞれ記憶層１３に最も近い強磁性層１１，１５の磁化Ｍ１，Ｍ３の向きが互いに反対向きであり、積層方向に電流を流すことにより記憶層１３の磁化Ｍ２の向きが変化して、記憶層１３に対して情報の記録が行われ、記憶層１３の上下の２つのスペーサ層１２，１４の面積が異なっている記憶素子１０を構成する。【選択図】        図１
2006156685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、
前記記憶層の上下に、それぞれスペーサ層を介して、磁化固定層が設けられ、
前記記憶層の上下の前記磁化固定層において、それぞれ前記記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きであり、
積層方向に電流を流すことにより、前記記憶層の磁化の向きが変化して、前記記憶層に対して情報の記録が行われ、
前記記憶層の上下の２つの前記スペーサ層の面積が異なっている
ことを特徴とする記憶素子。
【請求項２】
前記スペーサ層が、非磁性金属もしくは絶縁体から成ることを特徴とする請求項１に記載の記憶素子。
【請求項３】
前記記憶層の上下に設けられた２つの前記磁化固定層のうち、少なくとも一方は、前記スペーサ層とは反対の側で反強磁性層に隣接することによって、その磁化の向きが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の記憶素子。
【請求項４】
前記記憶層の下部と、前記記憶層の下層の前記スペーサ層及び前記磁化固定層とが、前記記憶層の上層の前記スペーサ層及び前記磁化固定層よりも大きい幅に形成され、かつ側面にテーパー状の斜面を有していることを特徴とする請求項１に記載の記憶素子。
【請求項５】
前記記憶層の下部と、前記記憶層の下層の前記スペーサ層及び前記磁化固定層とが、前記記憶層の上層の前記スペーサ層及び前記磁化固定層よりも大きい幅に形成され、かつ前記記憶層が側面に段差を有していることを特徴とする請求項１に記載の記憶素子。
【請求項６】
情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、
前記記憶層の上下に、それぞれスペーサ層を介して、磁化固定層が設けられ、
前記記憶層の上下の前記磁化固定層において、それぞれ前記記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きであり、
積層方向に電流を流すことにより、前記記憶層の磁化の向きが変化して、前記記憶層に対して情報の記録が行われ、
前記記憶層の上下のスペーサ層の面積が異なっている記憶素子と、
前記記憶素子に対して電流を流す電流供給手段とを備え、
前記記憶素子によりメモリセルが構成され、
複数の前記メモリセルが配置されて成る
ことを特徴とするメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性層の磁化状態を情報として記憶する記憶層と、磁化の向きが固定された磁化固定層とを有し、電流を流すことにより記憶層の磁化の向きを変化させる、いわゆるスピントランスファー方式により情報を記録する記憶素子及びこの記憶素子を備えたメモリに係わり、不揮発性メモリに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型情報機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジック等の素子には、高集積化、高速化、低消費電力化等、さらなる高性能化が要請されている。
【０００３】
そして、特に、不揮発性メモリは、機器の高機能化に必要不可欠な部品と考えられている。
電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリは、システムや個人の重要な情報を保護することができる。
また、最近の携帯機器は、使用していない回路ブロックをスタンバイ状態にして、できるだけ消費電力を抑えるよう設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリを実現することができれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。
その他、高速で大容量の不揮発性メモリが実現できれば、電源を入れると瞬時に起動できる「インスタント・オン」機能も可能になってくる。
【０００４】
不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ、強磁性体を利用したＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）等が挙げられる。
【０００５】
ＭＲＡＭでは、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）から成る記憶素子をマトリクス状に配列するとともに、その素子配列のうちの特定素子に情報を記録するために素子配列を縦横に横切るワード書き込み線とビット書き込み線を有しており、ワード書き込み線と及びビット書き込み線の交差領域に位置する記憶素子のみに、選択的に情報の書き込みを行うように構成されている。
【０００６】
ＭＲＡＭにおいて、記憶素子に記録されている情報を書き換えるための方法としては、アステロイド特性を利用したアステロイド方式（例えば、特許文献１参照）とスイッチング特性を利用したトグル方式（特許文献２参照）がある。
【０００７】
アステロイド方式は、選択度が素子毎の保磁力特性に依存するために、素子の寸法や磁気特性のばらつきに弱いという欠点があった。
これに対して、トグル方式は、素子選択に使える磁界範囲が広いので、素子毎の特性のばらつきが多少あっても、大規模なメモリを実現しやすい利点がある。
【０００８】
しかしながら、アステロイド方式及びトグル方式においては、いずれも、情報を書き込む際に、数ｍＡ〜数十ｍＡの書き込み電流を記憶素子に流す必要があり、書き込み電流ドライバの巨大化に伴うセル占有率の低下や、消費電力が増加する等の問題があった。
【０００９】
アステロイド方式及びトグル方式以外には、スピン偏極した電流を記憶素子に注入した際に生じるスピントランスファー効果により磁化の向きのスイッチングが起こる現象を利用した、いわゆるスピントランスファー方式（例えば、特許文献３参照）がある。
このスピントランスファー方式においては、アステロイド方式及びトグル方式と比較して、書き込み電流を減少させることができる点、書き込み時にいわゆる半選択状態が生じないために誤書き込みが起こらない点、デバイス構造を単純化することができる点、等の利点により、新たな書き込み方式として注目を集めている。
【００１０】
このスピントランスファー方式を利用する構成のメモリにおいて、消費電力をさらに抑制するためには、スピン注入効率を改善して、入力する電流を減らす必要がある。
また、読み出し信号を大きくするためには、大きな磁気抵抗変化率を確保する必要があり、そのためには記憶層の両側に接している中間層をトンネルバリア層にすることが効果的である。
この場合、トンネルバリア層の耐電圧の制限が生じるため、この点からも、書き込み時の電流を抑制する必要がある。
【００１１】
そこで、書き込み電流を抑制するための解決策として、記憶素子を磁化固定層／中間層／記憶層／中間層／磁化固定層の積層構造として、記憶層の上下に設けた磁化固定層の磁化の向きを反対向きにした構成、いわゆるダブルスピンフィルター構造が提案されている（特許文献４及び特許文献５参照）。
この構造においては、上下の磁化固定層の磁化の向きを互いに反対向きにすることにより、スピントランスファーの効率を倍増させることが可能であることが示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１１６４９０号公報
【特許文献２】米国特許公開２００３／００７２１７４明細書
【特許文献３】特開２００３−１７７８２号公報
【特許文献４】米国特許公開２００４／００２７８５３明細書
【特許文献５】特開２００４−１９３５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、従来のスピントランスファー方式により書き込みを行う記憶素子の概略構成図を、図４に示す。
この記憶素子１００は、下層から、磁化固定層１０１、スペーサ層（非磁性層）１０２、記憶層１０３の各層が積層されて構成されている。なお、図示した各層以外にも、必要に応じて下地層や反強磁性層、キャップ層等が設けられる。
記憶層１０３は、一軸磁気異方性を有する強磁性体から成り、この記憶層１０３の磁化状態、即ち記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きによって、記憶素子１００に情報を記憶させることができる。
また、記憶層１０３に対して、スペーサ層（非磁性層）１０２を介して、強磁性体から成り磁化Ｍ１１１の向きが固定されている磁化固定層１０１が設けられている。
【００１４】
磁化固定層１０１及び記憶層１０３は、単層の磁性層又は複数の磁性層を積層して構成される。特に、磁化固定層１０１では、反強磁性体との交換結合や非磁性層を介したシンセティック反強磁性結合により、磁化の固定特性を向上させる手段がとられる。
また、スペーサ層１０２には、Ｃｕ等の非磁性金属層を用いても、酸化アルミニウム等のトンネル絶縁層を用いてもよい。前者の場合は、記憶素子１００がＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）となり、後者の場合は、記憶素子１００がＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）となる。
【００１５】
磁化固定層１０１の磁化Ｍ１１１の向きと記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きとが反平行状態（以下この状態を情報「０」とする）であるとき、電流を記憶層１０３側から磁化固定層１０１側に注入する、即ち電子を磁化固定層１０１側から記憶層１０３側に注入すると、いわゆるスピントランスファー効果が生じることにより、記憶層１０３の磁化Ｍ１１２が反転して、磁化固定層１０１の磁化Ｍ１１１の向きと記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きとが平行状態（以下この状態を情報「１」とする）に変化する。この変化は、情報「１」の書き込みに相当する。
一方、情報「１」から情報「０」に変化させる、情報「０」の書き込みは、電流を磁化固定層１０１側から記憶層１０３側に注入する、即ち電子を記憶層１０３側から磁化固定層１０１側に注入する、即ち電子を磁化固定層１０１側から記憶層１０３側に注入することによって行われる。
このように、情報「０」の書き込みと情報「１」の書き込みにおいて、注入する電流の向きが反対になる。
【００１６】
そして、記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きと磁化固定層１０１の磁化Ｍ１１１の向きが反平行状態（情報「０」）においては、その間のスペーサ層１０２を介した電気抵抗は相対的に高くなり、逆に平行状態（情報「１」）においては、電気抵抗は相対的に低くなる。相対的に低い電気抵抗を示す場合は低抵抗状態、相対的に低い電気抵抗を示す場合は低抵抗状態と呼ばれる。
このように磁気抵抗効果素子の電気抵抗が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を利用して、スペーサ層１０２を介した電気抵抗の大小により、記憶層１０３の磁化状態即ち記録された情報の内容を知ることができる。
また、高抵抗状態の抵抗値と低抵抗状態の抵抗値との差を、低抵抗状態の抵抗値で割った値は、磁気抵抗比（ＭＲ比）と呼ばれ、磁気抵抗効果素子の能力を測るひとつの指標として使われる。
【００１７】
次に、上述したダブルスピンフィルター構造を有する記憶素子の概略構成図を図５に示す。
この記憶素子１２０は、記憶層１０３に対して、下層及び上層にそれぞれスペーサ層（非磁性層）１０２，１０４を介して磁化固定層１０１，１０５が設けられている。
これにより、記憶層１０３の下層側及び上層側に、それぞれ磁気抵抗効果素子（例えば、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子）が構成され、これら２つの磁気抵抗効果素子が直列に接続された構造を有している。
【００１８】
そして、下層の磁化固定層１０１の磁化Ｍ１１１は右向き、上層の磁化固定層１０５の磁化Ｍ１１３は左向きとなっており、互いに逆向きになっている。
このように２つの磁化固定層１０１，１０５の磁化Ｍ１１１，Ｍ１１３の向きが互いに逆向きになっていることにより、スピントランスファーの効率を倍増させることが可能である。
【００１９】
即ち、２つの磁化固定層１０１，１０５の間を電子が通過する際、一方の磁化固定層から記憶層１０３への電子の注入と、記憶層１０３から他方の磁化固定層への電子の注入が同時に起こる。このとき、どちらの電子の注入も記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きを同一方向に向けるようなトルクが発生することから、図４に示したような１つの磁気抵抗効果素子のみから成る場合と比較して、２倍の効率をもって記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きを変化させることができる。
その結果、記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きを変化させる書き込み電流の量を低減することができるため、書き込み時の消費電力を低減することができる。
【００２０】
ところで、ダブルスピンフィルター構造においては、図５に示すように、２つの磁化固定層１０１，１０５がお互い反対向きの磁化Ｍ１１１，Ｍ１１３を有し、それぞれスペーサ層１０２，１０４を介して１つの記憶層１０３に接していることから、記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きがどうであれ、一方の磁化固定層と記憶層１０３が反平行状態にあれば、他方の磁化固定層と記憶層１０３は平行状態にあることになる。即ち、２つの磁気抵抗効果素子において、一方が高抵抗状態であり、他方が低抵抗状態である。
【００２１】
このため、記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きによる抵抗変化が、上下の磁気抵抗効果素子で互いに打ち消す方向になる。
従って、上下の磁気抵抗素子の構造を対称にすると、抵抗値と磁気抵抗比（ＭＲ比）も同じになることから、記憶素子１２０全体の電気抵抗は記憶層１０３の磁化Ｍ１１２の向きによらず同一の値になるため、抵抗変化が相殺して、記憶素子１２０全体ではＭＲ比が消失してしまうことになる。
このように、ＭＲ比が消失してしまうと、記憶層１０３に記録された情報を読み出す際に、充分な出力が得られなくなる。
【００２２】
上述した問題の解決のために、本発明においては、記録された情報を読み出す際に充分な出力が得られると共に、スピン注入効率を向上することにより、書き込みに要する電流値を低減することができる記憶素子、並びにこの記憶素子を有するメモリを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の記憶素子は、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、この記憶層の上下に、それぞれスペーサ層を介して、磁化固定層が設けられ、記憶層の上下の磁化固定層において、それぞれ記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きであり、積層方向に電流を流すことにより記憶層の磁化の向きが変化して、記憶層に対して情報の記録が行われ、記憶層の上下の２つのスペーサ層の面積が異なっているものである。
【００２４】
本発明のメモリは、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、この記憶層の上下に、それぞれスペーサ層を介して、磁化固定層が設けられ、記憶層の上下の磁化固定層において、それぞれ記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きであり、積層方向に電流を流すことにより記憶層の磁化の向きが変化して、記憶層に対して情報の記録が行われ、記憶層の上下の２つのスペーサ層の面積が異なっている記憶素子と、記憶素子に対して電流を流す電流供給手段とを備え、記憶素子によりメモリセルが構成され、複数のメモリセルが配置されて成るものである。
【００２５】
上述の本発明の記憶素子の構成によれば、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、この記憶層の上下にそれぞれスペーサ層を介して磁化固定層が設けられており、積層方向に電流を流すことにより、記憶層の磁化の向きが変化して、記憶層に対して情報の記録が行われるので、積層方向に電流を流して、スピントランスファー方式による情報の記録を行うことができる。
また、記憶層の上下の磁化固定層において、それぞれ記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きであることによって、スピン注入効率を大幅に増大させることが可能になる。これにより、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させるために必要な電流量（閾値電流）を低減することができる。
さらに、記憶層の上下の２つのスペーサ層の面積が異なるため、それぞれのスペーサ層を含む上下２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値が異なる。これにより、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗変化が互いに打ち消しあっても、記憶素子全体の抵抗変化が消失しないため、記憶素子の磁気抵抗比（ＭＲ比）を充分な大きさで確保することが可能になる。
【００２６】
上述の本発明のメモリの構成によれば、上記本発明の記憶素子と、この記憶素子に対して電流を流す電流供給手段とを備え、記憶素子によりメモリセルが構成され、複数のメモリセルが配置されて成ることにより、電流供給手段を通じて記憶素子に積層方向の電流を流して、スピントランスファー方式による情報の記録を行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述の本発明によれば、スピン注入の効率を改善することにより、情報の記録に必要な電流量を低減することができる。
これにより、メモリ全体の消費電力を低減することが可能になる。
【００２８】
また、本発明によれば、記憶素子の磁気抵抗比（ＭＲ比）を充分な大きさで確保することが可能になることから、記録された情報を読み出す際に、高い出力を得て、容易に情報の読み出しを行うことが可能になる。
これにより、記憶素子を備えたメモリにおいて、例えば、情報の読み出しを行う際に記憶素子に流す電流を小さくして、読み出し時の消費電力を低減したり、出力を検出するための回路等の構成を簡略化したりすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の一実施の形態として、記憶素子の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この記憶素子１０は、スピン注入により磁化Ｍ２の向きが反転する記憶層１３に対して、下層に第１のスペーサ層（非磁性層）１２を介して第１の磁化固定層１１を設け、上層に第２のスペーサ層（非磁性層）１４を介して第２の磁化固定層１５を設けている。即ち、前述した、ダブルスピンフィルター構造を有している。
なお、図示した各層以外にも、必要に応じて下地層や反強磁性層、キャップ層等が設けられる。
記憶層１３は、一軸磁気異方性を有する強磁性体から成り、この記憶層１３の磁化状態、即ち記憶層１３の磁化Ｍ２の向きによって、記憶素子１０に情報を記憶させることができる。
【００３０】
また、第１の磁化固定層１１及び第２の磁化固定層１５は、強磁性体から成り、それぞれの磁化Ｍ１，Ｍ３の向きが固定されている。
図１の記憶素子１０では、第１の磁化固定層１１の磁化Ｍ１の向きが右向きに固定され、第２の磁化固定層１５の磁化Ｍ３の向きが左向きに固定され、これら２つの磁化固定層１１，１５の磁化Ｍ１，Ｍ３が互いに逆向きに固定されている。
これにより、前述したように、１つの磁気抵抗効果素子のみで記憶素子を構成した場合と比較して、スピン注入の効率を２倍に高めることができる。
【００３１】
本実施の形態の記憶素子１０においては、特に、記憶層１３の下部と、下層の第１のスペーサ層１２と、第１の磁化固定層１１とが、幅の大きいパターンに形成されており、一方、記憶層１３の上部と、上層の第２のスペーサ層１４と、第２の磁化固定層１５とが、幅の小さいパターンに形成されている。
即ち、ダブルスピンフィルター構造の記憶素子１０を構成する２つの磁気抵抗効果素子のうち、下側の磁気抵抗効果素子が幅の大きいパターンに形成され、上側の磁気抵抗効果素子が幅の小さいパターンに形成されている。
これにより、記憶層１３の下層の第１のスペーサ層１２の面積が、記憶層１３の上層の第２のスペーサ層１４の面積よりも大きくなっており、これら２層のスペーサ層１２，１４の面積が異なっている。
【００３２】
このように２層のスペーサ層１２，１４の面積が異なっていることから、２層のスペーサ層１２，１４を同じ材料により形成しても、それぞれのスペーサ層１２，１４を含む磁気抵抗効果素子の抵抗値を異ならせることができる。
【００３３】
また、下側の磁気抵抗効果素子（記憶層１３の下部と、下層の第１のスペーサ層１２と、第１の磁化固定層１１）の側面は、下層側が広いテーパー状の斜面１６となっている。
【００３４】
記憶層１３、磁化固定層１１，１５は、複数層の強磁性層から構成されていてもよく、いずれも少なくとも１層の強磁性層からなる構成とする。
特に、磁化固定層１１，１５は、反強磁性体との交換結合や非磁性層を介した反強磁性結合により、磁化の固定特性を向上させてもよい。
【００３５】
また、スペーサ層１２，１４には、非磁性金属層を用いても、薄い絶縁体から成るトンネル絶縁層を用いてもよい。
非磁性金属層の材料としては、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｔａから選ばれる１つ以上の非磁性金属元素やこれらの元素の合金等が挙げられる。
トンネル絶縁層の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
なお、トンネル絶縁層の方が、非磁性金属層よりも大きい磁気抵抗効果が得られる。
【００３６】
本実施の形態の記憶素子１０は、基板例えばシリコン基板等の上に、スパッタ法等により、各層を順次成膜・堆積させることによって、製造することができる。
なお、スペーサ層１２，１４を酸化物等の絶縁体で構成する場合には、非酸化物を成膜した後に、プラズマ酸化や自然酸化等の工程を行うことによって、目的とする酸化物を形成することができる。
【００３７】
そして、記憶素子１０を構成する多層膜を形成した後、イオンミリング等のエッチング法を用いて、多層膜を必要とする大きさに加工する。
このとき、イオンミリングのシャドー効果等により、記憶素子１０の断面形状を、図１に示すように、下部の各層１１，１２，１３の側面にテーパー状の斜面１６を有する形状とすることが可能である。
これにより、第１のスペーサ層１２を含む上側の磁気抵抗効果素子が、第２のスペーサ層１４を含む下側の磁気抵抗効果素子よりも小さい幅になるため、第１のスペーサ層１２と比較して、第２のスペーサ層１４の面積を小さくすることができる。
このとき、テーパー状の斜面１６の傾斜角度は、イオンミリングの角度により決まるものである。
【００３８】
なお、必要に応じて、さらに磁場を印加しながら高温の炉内で熱処理することによって、磁化固定層１１，１５の磁化固定特性を向上したり、ＭＲ比を増加させたりする工程を追加してもよい。
【００３９】
上述の本実施の形態の記憶素子１０の構成によれば、記憶素子１０の記憶層１３を挟む磁化固定層１１，１２の磁化Ｍ１，Ｍ３が互いに反対の向きになっていることにより、スピン注入効率を増大させることができる。これにより、スピン注入によって記憶層１３の磁化Ｍ２の向きを反転させるために必要な電流量を低減することができる。
即ち、記憶素子１０に情報の記録を行うために必要な電流量を低減することができ、記憶素子１０を備えたメモリにおいて、消費電力を低減することができる。
従って、従来にない低消費電力のメモリを実現することが可能になる。
【００４０】
また、本実施の形態の記憶素子１０によれば、２つのスペーサ層１２，１４の面積が異なっていることにより、２つのスペーサ層１２，１４の材料・膜厚が同じであっても、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値が異なることになる。これにより、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗変化が互いに打ち消しあっても、記憶素子全体の抵抗変化が消失しないため、記憶素子１０の磁気抵抗比（ＭＲ比）を充分な大きさで確保することが可能になる。
従って、記録された情報を読み出す際に、高い出力を得て、容易に情報の読み出しを行うことが可能になる。このため、出力を検出するための回路等の構成を簡略化したりすることも可能になる。
【００４１】
なお、記憶素子１０の磁気抵抗比（ＭＲ比）の消失を防ぐために、２つのスペーサ層１２，１４の材料・膜厚等を変化させて、２つの磁気抵抗効果素子の抵抗値やＭＲ比を異なるようにした場合であっても、２つのスペーサ層の面積を異ならせることによって、磁気抵抗比（ＭＲ比）の減少を抑制することができる。
【００４２】
図１に示した本実施の形態の記憶素子１０を用いてメモリセルを構成し、このメモリセルを多数配置する（例えばマトリクス状にメモリセルを配置する）ことにより、メモリ（記憶装置）を構成することができる。
【００４３】
例えば、図２に示すように、記憶素子１０に対して、下層の第１の磁化固定層１１側に下部配線３１を接続して、上層の第２の磁化固定層１５側に上部配線３２を接続し、さらに、下部配線３１を縦方向の配線３３に接続すると共に、上部配線３２を横方向の配線３４に接続して、この構成を１つのメモリセルとする。
そして、複数本の縦横の配線（例えばワード線やビット線）３３，３４の各交点付近に、記憶素子１０から成るメモリセルを配置して、多数のメモリセルから成るメモリを構成することができる。
なお、必要に応じて、例えば、図示しない選択トランジスタ等の能動素子を設けて、メモリセルを構成してもよい。
【００４４】
そして、メモリセルを構成する記憶素子１０が、電流供給手段である配線３１，３２，３３，３４を通じて記憶素子１０に電流を流すことにより、スピントランスファー方式により情報の記録が行われる構成であるため、記憶素子１０が微細化されても、電流を増やさずに情報の記録を行うことができる利点を有している。これにより、メモリセルを高密度に集積してメモリを構成することが可能になる。即ち、メモリを小型化したり、高密度化して記憶容量を大きくしたりすることが容易に可能になる。
また、小さい電流で記憶素子１０に情報の記録を行うことができるため、メモリの消費電力を低減することができる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施の形態として、記憶素子の概略構成図（断面図）を図３に示す。
本実施の形態の記憶素子２０では、特に、ダブルスピンフィルター構造の記憶素子２０を構成する２つの磁気抵抗効果素子のうち、下側の磁気抵抗効果素子（記憶層１３の下部と、第１のスペーサ層１２と、第１の磁化固定層１１）を、大きい幅に形成し、かつ各層１１，１２，１３を同じ幅に形成している。
そして、記憶層１３は、下側の大きい幅の部分と、上側の小さい幅の部分とを有し、これらの境界で段差１７が形成されている。
その他の構成は、図１に示した先の実施の形態の記憶素子１０と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態の記憶素子２０の構成によれば、下層の第１のスペーサ層１２が上層の第２のスペーサ層１４よりもパターンの幅が大きく形成されているため、面積が広くなる。これにより、先の実施の形態の記憶素子１０と同様に、記憶素子２０の磁気抵抗比（ＭＲ比）を充分な大きさで確保することが可能になることから、記録された情報を読み出す際に、高い出力を得て、容易に情報の読み出しを行うことが可能になる。
また、記憶素子１０の記憶層１３を挟む磁化固定層１１，１２の磁化Ｍ１，Ｍ３が互いに反対の向きになっていることにより、スピン注入効率を増大させることができる。これにより、情報の記録を行うために必要な電流量を低減することができ、記憶素子２０を備えたメモリにおいて、消費電力を低減することができる。
【００４７】
本実施の形態の記憶素子２０は、例えば、全体を大きい幅にパターニングした後に、記憶層１３の上部から上の各層１３，１４，１５を小さい幅にパターニングすることにより、製造することができる。
【００４８】
図１に示した記憶素子１０は、イオンミリングを利用して、１回のパターニングで済むため、工程数を削減して製造工程を簡略化することができる。また、パターニングに要する時間も短くできる。
一方、本実施の形態の記憶素子２０は、２回のパターニング工程を要するが、パターン幅の制御が容易になるため、２つの磁気抵抗効果素子の磁気抵抗比（ＭＲ比）の比率を比較的正確に制御しやすい利点を有する。
【００４９】
上述の各実施の形態の記憶素子１０，２０では、２つの磁気抵抗効果素子を構成する各層の幅を異ならせることにより、第１のスペーサ層１２と第２のスペーサ層１４の面積を異ならせたが、各層の幅を異ならせる方向は、特に限定されるものではない。
例えば、一方向（例えばＸ方向）だけが異なる構成であっても、二方向（例えばＸ方向及びＹ方向）が異なる構成であってもよい。
【００５０】
また、上述の各実施の形態の記憶素子１０，２０では、２つの磁化固定層１１，１５がいずれも磁気的に単層構造になっており、それぞれ磁化Ｍ１，Ｍ３の向きが一定となっている。
本発明では、その他の構成として、記憶素子の記憶層を挟む２つの磁化固定層のうち少なくとも一方を、非磁性層を介して複数の強磁性層を積層して、いわゆる積層フェリ構造とすることも可能である。この構造とした場合には、磁化固定層を構成する複数の強磁性層のそれぞれの磁化の向きが上下で逆向きになり、全体として互い違いの向きになる。
従って、２つの磁化固定層のうち少なくとも一方を積層フェリ構造とした場合でも、それぞれの磁化固定層において、記憶層に最も近い強磁性層の磁化の向きが互いに反対向きになるように構成すれば、スピン注入の効率を良くすることができる。これは、２つの磁化固定層がいずれも磁気的に単層構造になっている場合にも当てはまる構成である。
【００５１】
さらに、上述の各実施の形態の記憶素子１０，２０では、磁性層１１，１３，１５の磁化Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が、各磁性層１１，１３，１５の面内方向（主面に略平行な方向）になっているが、本発明の記憶素子においては、磁化の向きは面内方向に限定されるものではなく、例えば、積層方向（主面に垂直な方向）であってもよい。
【００５２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態の記憶素子の概略構成図（断面図）である。
【図２】図１の記憶素子に配線を接続して、メモリのメモリセルを構成した状態を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の記憶素子の概略構成図（断面図）である。
【図４】従来のスピントランスファー方式を用いた記憶素子の概略構成図（断面図）である。
【図５】ダブルスピンフィルター構造を有する記憶素子の概略構成図（断面図）である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０  記憶素子、１１  第１の磁化固定層、１２  第１のスペーサ層、１３  記憶層、１４  第２のスペーサ層、１５  第２の磁化固定層、１６  （テーパー状の）斜面、１７  段差
【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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