(57)【要約】【課題】下層のハード層の面内ばらつきに影響されず初期化可能なＭＲＡＭを提供する。【解決手段】ＭＲＡＭは、強磁性の磁気記録層１０と、磁化が固定された強磁性の磁化固定層３０と、磁気記録層１０と磁化固定層３０との間に設けられた非磁性のスペーサ層２０と磁気記録層１０の両端部の上部又は下部に設けられた導電層１４ａ、１４ｂとを具備する。磁気記録層１０は、磁化が反転可能であり、スペーサ層２０を介して磁化固定層３０に接合される磁化反転領域１３と、第１方向の磁化を有し、磁化反転領域１３と平行に設けられた第１磁化領域１１ａと、第２方向の磁化を有し、磁化反転領域１３と平行に設けられた第２磁化領域１１ｂと、磁化反転領域１３及び第１磁化領域１１ａと所定の傾斜角度φを成して結合する第１傾斜領域１２ａと、磁化反転領域１３及び第２磁化領域１１ｂと傾斜角度φを成して結合する第２傾斜領域１２ｂとを備える。【選択図】図４Ａ
2011249356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法であって、
前記磁気ランダムアクセスメモリは、
強磁性の磁気記録層と、
磁化が固定された強磁性の磁化固定層と、
前記磁気記録層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と
を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化が反転可能であり、前記スペーサ層を介して前記磁化固定層に接合される磁化反転領域と、
第１方向の磁化を有し、前記磁化反転領域と平行に設けられた第１磁化領域と、
第２方向の磁化を有し、前記磁化反転領域と平行に設けられた第２磁化領域と、
前記磁化反転領域及び前記第１磁化領域と所定の傾斜角度を成して結合する第１傾斜領域と、
前記磁化反転領域及び前記第２磁化領域と前記傾斜角度を成して結合する第２傾斜領域と
を備え、
前記磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法は、
前記磁化反転領域、前記第１磁化領域、前記第２磁化領域、前記第１傾斜領域、及び前記第２傾斜領域の磁化方向を揃えるステップと、
前記第１傾斜領域の磁化方向を反転させるように前記第１傾斜領域の表面に対して第１角度で第１磁場を印加するステップと、
前記第１磁化領域及び前記磁化反転領域の磁化方向を反転させるように前記第２傾斜領域の表面に対して平行な方向に第２磁場を印加するステップと
を具備する
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法において、
前記傾斜角度は、前記磁気記録層における反転核生成磁界の値が磁壁移動磁界の値よりも大きくなるような前記磁気記録層に対する前記第２磁場の傾斜角度の範囲に基づいて設定される
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法において、
前記第１角度は、前記第１傾斜領域の磁化の向きに対して前側、かつ、前記磁化反転領域、前記第１磁化領域、前記第２磁化領域、及び前記第２傾斜領域の磁化の向きに対して後側から前記第１磁場が印加されるような角度の範囲内で設定され、
前記第１磁場は、前記第１角度の範囲での前記第１傾斜領域の反転核生成磁界以上の範囲内で設定され、
前記第２磁場は、前記第２磁化領域における反転核生成磁界の値よりも小さく、磁壁移動磁界の値よりも大きい範囲内で設定される
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法において、
前記第１角度は、前記第１傾斜領域の表面に対して前記第１磁場の垂直成分が前記第１傾斜領域の磁化の向きと逆向きであり、かつ前記磁化反転領域、前記第１磁化領域、前記第２磁化領域、及び前記第２傾斜領域の表面に対して前記第１磁場の垂直成分がそれぞれの領域の磁化の向きと同じになる角度に設定され、
前記第１磁場は、前記第１角度の範囲での前記第１傾斜領域の反転核生成磁界以上の範囲内で設定され、
前記第２磁場は、前記第２磁化領域における反転核生成磁界の値よりも小さく、磁壁移動磁界の値よりも大きい範囲内で設定される
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法において、
前記揃えるステップでは、前記磁気記録層に、前記磁化領域の第１の表面側から該第１の表面に垂直な方向の磁場を印加するステップを備え、
前記第１磁場は、前記第１の表面と反対側にある前記磁化領域の第２の表面側から前記第１傾斜領域の表面に対して前記第１角度で印加され、
前記第２磁場は、前記第１の表面側から前記第２傾斜領域の表面に対して平行な方向に印加される
磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法。
【請求項６】
強磁性の磁気記録層と、
磁化が固定された強磁性の磁化固定層と、
前記磁気記録層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性のスペーサ層と
を具備し、
前記磁気記録層は、
磁化が反転可能であり、前記スペーサ層を介して前記磁化固定層に接合される磁化反転領域と、
第１方向の磁化を有し、前記磁化反転領域と平行に設けられた第１磁化領域と、
第２方向の磁化を有し、前記磁化反転領域と平行に設けられた第２磁化領域と、
前記磁化反転領域及び前記第１磁化領域と所定の傾斜角度を成して結合する第１傾斜領域と、
前記磁化反転領域及び前記第２磁化領域と前記傾斜角度を成して結合する第２傾斜領域と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記傾斜角度は、前記磁気記録層における反転核生成磁界の値が磁壁移動磁界の値よりも大きくなるような前記磁気記録層に対する外部磁場の傾斜角度の範囲に基づいて設定される
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気記録層の両端部の上部又は下部に設けられた導電層を更に具備し、
前記導電層は、
前記第１磁化領域の近傍に設けられ、前記第１磁化領域の磁化を前記第１方向に固定する第１ハード層と、
前記第２磁化領域の近傍に設けられ、前記第２磁化領域の磁化を前記第２方向に固定する第２ハード層と
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項９】
請求項７に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記磁気記録層の両端部の上部又は下部に設けられた導電層を更に具備し、
前記導電層は、
前記第１磁化領域に結合した第１書き込み電流端子と、
前記第２磁化領域に結合した第２書き込み電流端子と
を備える
磁気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、磁気ランダムアクセスメモリ及びその初期化方法に関し、特に磁壁移動型の磁気ランダムアクセスメモリ及びその初期化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；ＭＲＡＭ）の一つとして、磁壁移動型のメモリセルで構成されるＭＲＡＭが知られている。例えば、特開２００９−９９６２５号公報に、磁壁移動型のメモリセルで構成されるＭＲＡＭが開示されている。図１Ａは、特開２００９−９９６２５号公報の磁壁移動型のメモリセルの構成を示す模式図である。この磁壁移動型のメモリセル１０１は、磁気記録層（自由層とも呼ぶ）１１０、トンネルバリア層１２０、ピン層１３０、配線２０１、２０２、２０３を備えている。磁気記録層１１０は、垂直磁気異方性をもつ強磁性層である。ピン層１３０は、磁化の向きが固定された強磁性層である。トンネルバリア層１２０は、磁気記録層１１０とピン層１３０との間に設けられ非磁性である。磁気記録層１１０は、磁化が反転可能であり、トンネルバリア層１２０を介してピン層１３０に接合される磁化反転領域１１３と、第１境界において磁化反転領域１１３に接続され、磁化の向きが固定される第１磁化固定領域１１１ａと、第２境界において磁化反転領域１１３に接続され、磁化の向きが固定される第２磁化固定領域１１１ｂとを有している。磁化反転領域１１３、トンネルバリア層１２０、及びピン層１３０は、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を構成している。この磁壁移動型のメモリセル１０１では、駆動に際して初期化が必要となる。メモリセル１０１の初期化は、磁気記録層１１０に磁壁を一つだけ導入することによって成立する。
【０００３】
一般に、磁性体の磁化が反転するモードは、反転核生成と磁壁移動の二つが有る。反転核生成は、第１方向と逆方向の第２方向の磁界が印加されることで、第１方向の磁化を有する第１磁性体内に、第２方向の磁化を有する核（第２磁性体）が生成され、それが成長することで第１磁性体の磁化が第２方向に反転するするモードである。磁壁移動は、第２方向の磁界が印加されることで、第１方向の磁化を有する第１磁性体と第２方向の磁化を有する第２磁性体との境界に存在する磁壁が、第１磁性体内を移動することにより、第１磁性体の磁化が第２方向に反転するモードである。ここで、印加する磁界をＨ、反転核が生成される磁界（以下、反転核生成磁界とも呼ぶ）をＨｎ、磁壁移動が起こる磁界（以下、磁壁移動磁界とも呼ぶ）をＨｄとそれぞれ定義する。そのとき、磁性体の磁化が反転する条件は、以下に示される（１）又は（２）を満足する必要がある。
（１）その領域において、Ｈ＞Ｈｎである（反転核生成による磁化反転）。
（２）その領域において、Ｈ＞Ｈｄである。かつ、その領域が磁壁に接している（磁壁移動による磁化反転）。
【０００４】
上述のように、磁壁移動型のメモリセル１０１を初期化するためには、磁気記録層１１０に磁壁を一つだけ導入する必要がある。そのためには、後述されるように、磁気記録層１１０の各領域を順々に磁化反転させる必要がある。そのとき、各領域は、磁化反転される領域である反転磁界が小さな領域（上記（１）又は（２）を満たす領域）と磁化反転されない領域である反転磁界が大きな領域とに分かれている必要がある。
【０００５】
図１Ｂは、特開２００９−９９６２５号公報のＭＲＡＭの初期化方法を示す磁気記録層の断面図である。
最初に、磁気記録層１１０の各領域の磁化が全て同じ方向を向くように、＋Ｚ方向の磁場（Ｈｚ１）を印加する（ステップ１）。次に、磁化反転領域１１３においてＨｚ２＞Ｈｎとなるように、−Ｚ方向の磁場Ｈｚ２（＜Ｈｚ１）を印加する（ステップ２）。すると、磁化反転領域１１３は条件（１）を満たすので、磁化反転領域１１３において反転核が形成される。−Ｚ方向の磁場を大きくしていくと（Ｈｚ３）、磁化反転領域１１３の磁化が反転し、第１磁化固定領域１１１ａ／磁化反転領域１１３間、磁化反転領域１１３／第２磁化固定領域１１１ｂ間にそれぞれ磁壁１１２ｃ、１１２ｄが導入される（ステップ３）。更に−Ｚ方向の磁場を大きくしていき（Ｈｚ４）、第１磁化固定領域１１１ａにおいてＨｚ４＞Ｈｄとなると、第１磁化固定領域１１１ａは条件（２）を満たすので、第１磁化固定領域１１１ａの磁化は反転する（ステップ４）。この状態で印加磁場をゼロに戻せば、ＤＷ層に磁壁１１２ｂが一つだけ入った反平行初期状態が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９９６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００９−９９６２５号公報のＭＲＡＭの初期化方法において、重要なポイントは、第２磁化固定領域１１１ｂを反転させないことにある。そのために、第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄは第１磁化固定領域１１１ａのＨｄに比べて十分に大きい必要がある。このようにするために、図２Ｅに示すように、第１磁化固定領域１１１ａ、第２磁化固定領域１１１ｂにハード層１４０ａ、１４０ｂ（反転磁界の大きな磁性体）を接合させる方法が考えられる。この場合、第１磁化固定領域１１１ａ、第２磁化固定領域１１１ｂの磁化がハード層１４０ａ、１４０ｂに固定される。それぞれの磁化固定の程度を変えることにより、第１磁化固定領域１１１ａのＨｄに比べ、第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄを充分に大きくすることができる。ここで、第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄは、第２磁化固定領域１１１ｂとハード層１４０ｂとの磁気的結合の強さで決まり、磁気的結合の強さは第２磁化固定領域１１１ｂとハード層１４０ｂとの接合の度合いに支配されることになる。ここで、ハード層１４０ａ、１４０ｂは層間膜に埋め込まれた状態からＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）やドライエッチングによるエッチバック等でその上面を出してから磁気記録層１１０と接合させると、次に示すような課題が発生することを見出した。
【０００８】
図２Ａ〜図２Ｄは、層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセスを示す断面図である。各図において、左側はウェハ面内中央部分を示し、右側はウェハ面内外周部分を示す。層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセス（以下、頭出しプロセスとも呼ぶ）は、以下のようになる。まず、図２Ａに示すように、基板（素子や配線や他の層間膜を含む）上にハード層１４０を形成する。次に、図２Ｂに示すように、ハード層１４０を含む基板全面に層間膜１６０を形成する。続いて、図２Ｃに示すように、ＣＭＰにより層間膜１６０の平坦化を行う。更に、図２Ｄに示すように、ＣＭＰにより層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出す（頭出しを行う）。
【０００９】
このプロセスにおいて、ＣＭＰの研磨量はウェハ面内で１０ｎｍ程度の分布を持つ（図２Ｃ）。このＣＭＰの面内ばらつきが、ハード層１４０の削られる量のばらつきに反映される（図２Ｄ）。例えば、ハード層１４０の膜厚が２０〜３０ｎｍのオーダーの場合、ＣＭＰの面内分布が１０ｎｍ程度あると、ウェハ面内でハード層１４０の膜厚が３０％〜５０％程度ばらつくことになる。そうなると、例えば、図３Ａに示すように、ハード層１４０の膜厚がウェハ面内中央部分とウェハ面内外周部分とで大きく異なってしまう。その結果、磁気記録層１１０とハード層１４０との磁気的結合が、ウェハ面内中央部分とウェハ面内外周部分とで大きく異なってしまうことになる。そうならないように、ハード層１４０の膜厚がウェハ面内中央部分とウェハ面内外周部分とで等しくなるようにすると、図３Ｂに示すように、ウェハ面内外周部分において、ハード層１４０と磁気記録層１１０との間に層間膜が残ってしまう。その結果、この場合にも、磁気記録層１１０とハード層１４０との磁気的結合が、ウェハ面内中央部分とウェハ面内外周部分とで大きく異なってしまうことになる。従って、図３Ａ及び図３Ｂのいずれの場合にも、ハード層１４０の特性がウェハ面内で大きくばらつくことになり、初期化を面内均一に行うことができない。
【００１０】
このように、ハード層１４０の頭出しプロセスは、ウェハ面内ばらつきが大きい。その結果、第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄも大きくばらつくことになる。第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄが大きくばらつくと、そのばらつきを吸収できるだけのマージンを第２磁化固定領域１１１ｂのＨｄと第１磁化固定領域１１１ａのＨｄとの間に取る必要がある。しかし、これらパラメータを制御するのは磁性設計上限界がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明の磁気ランダムアクセスメモリの初期化方法において、磁気ラインダムアクセスメモリ（９０）は、強磁性の磁気記録層（１０）と、磁化が固定された強磁性の磁化固定層（３０）と、磁気記録層（１０）と磁化固定層（３０）との間に設けられた非磁性のスペーサ層（２０）と磁気記録層（１０）の両端部の上部又は下部に設けられた導電層（１４ａ、１４ｂ）とを具備する。磁気記録層（１０）は、磁化が反転可能であり、スペーサ層（２０）を介して磁化固定層（３０）に接合される磁化反転領域（１３）と、第１方向の磁化を有し、磁化反転領域（１３）と平行に設けられた第１磁化領域（１１ａ）と、第２方向の磁化を有し、磁化反転領域（１３）と平行に設けられた第２磁化領域（１１ｂ）と、磁化反転領域（１３）及び第１磁化領域（１１ａ）と所定の傾斜角度（φ）を成して結合する第１傾斜領域（１２ａ）と、磁化反転領域（１３）及び第２磁化領域（１１ｂ）と傾斜角度（φ）を成して結合する第２傾斜領域（１２ｂ）とを備える。磁気ランダムアクセスメモリ（９０）の初期化方法は、磁化反転領域（１３）、第１磁化領域（１１ａ）、第２磁化領域（１１ｂ）、第１傾斜領域（１２ａ）、及び第２傾斜領域（１２ｂ）の磁化方向を揃えるステップと、第１傾斜領域（１２ａ）の磁化方向を反転させるように第１傾斜領域（１２ａ）の表面に対して第１角度（β１）で第１磁場（Ｈ１）を印加するステップと、第１磁化領域（１１ａ）及び磁化反転領域（１３）の磁化方向を反転させるように第２傾斜領域（１２ｂ）の表面に対して平行な方向に第２磁場（Ｈ２）を印加するステップとを具備する。
【００１３】
本発明では、磁気記録層（１０）において、傾斜構造（第１傾斜領域（１２ａ）と第２傾斜領域（１２ｂ））を備えている。初期化において、第１磁場（Ｈ１）により、第１傾斜領域（１２ａ）の磁化方向を反転させて、第１磁化領域（１１ａ）との境界及び磁化反転領域（１３）との境界の二箇所に磁壁（ＤＷ）を形成する。続いて、第２磁場（Ｈ２）により、第１磁化領域（１１ａ）及び磁化反転領域（１３）の磁化方向を反転させて、第１磁化領域（１１ａ）側の磁壁（ＤＷ）を抜き、一方、磁化反転領域（１３）側の磁壁（ＤＷ）を第２傾斜領域（１２ａ）にまで移動させる。このとき、第２磁場（Ｈ２）は、第２傾斜領域（１２ａ）の表面に平行なため、第２傾斜領域（１２ａ）にまで移動した磁壁（ＤＷ）は動けず、それ以上の磁壁移動は起こらない。その結果、磁気記録層（１０）に一つの磁壁（ＤＷ）を導入させるという、初期化を完成させることができる。この場合、頭出しプロセスを実施した導電層（例示：ハード層１４ａ、１４ｂ）上に磁気記録層（１０）を設けていたとしても、導電層（１４ａ、１４ｂ）を用いた初期化方法を実施する必要が無い。そのため、導電層（１４ａ、１４ｂ）にウェハ面内で膜厚の不均一が発生していたとしても、それに影響されずに初期化を実施することが可能となる。すなわち、第１磁化領域（１１ａ）及び第２磁化領域（１１ｂ）とハード層（１４ａ、１４ｂ）との間の磁気的結合のプロセスばらつきに関係なく、均一性良い初期化が可能になる。言い換えれば、ハード層のあるなしに関係なく、初期化を行うことができる。
【００１４】
本発明の磁気ラインダムアクセスメモリ（９０）は、強磁性の磁気記録層（１０）と、磁化が固定された強磁性の磁化固定層（３０）と、磁気記録層（１０）と磁化固定層（３０）との間に設けられた非磁性のスペーサ層（２０）と磁気記録層（１０）の両端部の上部又は下部に設けられた導電層（１４ａ、１４ｂ）とを具備する。磁気記録層（１０）は、磁化が反転可能であり、スペーサ層（２０）を介して磁化固定層（３０）に接合される磁化反転領域（１３）と、第１方向の磁化を有し、磁化反転領域（１３）と平行に設けられた第１磁化領域（１１ａ）と、第２方向の磁化を有し、磁化反転領域（１３）と平行に設けられた第２磁化領域（１１ｂ）と、磁化反転領域（１３）及び第１磁化領域（１１ａ）と所定の傾斜角度（φ）を成して結合する第１傾斜領域（１２ａ）と、磁化反転領域（１３）及び第２磁化領域（１１ｂ）と傾斜角度（φ）を成して結合する第２傾斜領域（１２ｂ）とを備える。
【００１５】
本発明では、磁気記録層（１０）において、傾斜構造（第１傾斜領域（１２ａ）と第２傾斜領域（１２ｂ））を備えているので、上記のＭＲＡＭの初期化方法を実施することができる。それにより、上記のＭＲＡＭの初期化方法と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、ＭＲＡＭにおいて、下層のハード層の面内ばらつきに影響されず自由層（磁気記録層）を初期化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、特開２００９−９９６２５号公報の磁壁移動型のメモリセルの構成を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、特開２００９−９９６２５号公報のＭＲＡＭの初期化方法を示す磁気記録層の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセスを示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセスを示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセスを示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、層間膜に埋め込まれたハード層の上面を出すプロセスを示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、第１磁化固定領域と第２磁化固定領域とに接するハード層が設けられた磁壁移動型のメモリセルの構成を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、層間膜に埋め込まれたハード層と磁気記録層との関係を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、層間膜に埋め込まれたハード層と磁気記録層との関係を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの磁気抵抗素子の構成を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの磁気抵抗素子の構成を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、磁性膜における反転核生成磁界Ｈｎ及び磁壁移動磁界Ｈｄの磁界傾斜角度依存性を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおける磁界の傾斜角度θの定義を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭのメモリセルの回路構成の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの構成の一例を示すブロック図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本実施の形態の効果を説明する模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本実施の形態の効果を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）及びその初期化方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
まず、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの構成について、添付図面を参照して説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの磁気抵抗素子の構成を示す斜視図及び断面図である。ただし、図４Ｂは図４Ａにおける磁気記録層１０（後述）のみを示している。各矢印は、各領域における磁化の向きを示している。磁気抵抗素子１は、磁気記録層１０、スペーサ層２０、リファレンス層（磁化固定層）３０、及びハード層１４ａ、１４ｂを備えている。ただし、ハード層ではなく、電流端子１４ａ、１４ｂを備えていても良い。磁気記録層１０は、垂直磁気異方性をもつ強磁性層である。リファレンス層３０は、磁化の向きが固定された強磁性層である。スペーサ層２０は、磁気記録層１０とリファレンス層３０との間に設けられ非磁性である。ハード層１４ａ、１４ｂは、反転磁界の大きな磁性体であり、磁気記録層１０の両端部（第１磁化領域１１ａ、第２磁化領域１１ｂ：後述）に接合し、磁気的に結合している。導電体の電流端子として機能する場合もある。
【００２０】
磁気記録層１０は、磁化反転領域１３、第１磁化領域１１ａ、第２磁化領域１１ｂ、第１傾斜領域１２ａ、及び第２傾斜領域１２ｂを備えている。磁化反転領域１３は、磁化が反転可能であり、スペーサ層２０を介してリファレンス層３０に接合される。すなわち、磁化反転領域１３、スペーサ層２０、及びリファレンス層３０は、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を構成している。第１磁化領域１１ａは、第１方向の固定された磁化を有し、磁化反転領域１３と平行に設けられている。第２磁化領域１１ｂは、第２方向の固定された磁化を有し、磁化反転領域１３と平行に設けられている。第１方向と第２方向とは互いに反平行となる向き、すなわち互いに平行かつ反対方向である。第１傾斜領域１２ａは、磁化反転領域１３及び第１磁化領域１１ａと所定の傾斜角度φを成して結合する。第２傾斜領域１２ｂは、磁化反転領域１３及び第２磁化領域１１ｂと傾斜角度φを成して結合する。傾斜角度φの詳細については、後述される。
【００２１】
第１磁化領域１１ａ、第１傾斜領域１２ａ、磁化反転領域１３、第２傾斜領域１２ｂ、及び第２磁化領域１１ｂはＸ方向（基板面に対して平行な方向）にこの順に並んで接合している。第１傾斜領域１２ａ、磁化反転領域１３及び第２傾斜領域１２ｂの部分が、第１磁化領域１１ａ及び第２磁化領域１１ｂの上面（＋Ｚ側の面）から＋Ｚ方向（基板面に対して垂直上向きな方向）に膨らんだ（凸となる）ような形状を形成している。ただし、−Ｚ方向（基板面に対して垂直下向きな方向）に膨らんだ（凸となる）形状を有していても良い。磁化反転領域１３の上面は、第１磁化領域１１ａ及び第２磁化領域１１ｂの上面と概ね平行である。
【００２２】
磁気記録層１０は、その膜面に垂直な方向に磁気異方性を持つ。磁気記録層１０の材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）のうちから選択される少なくとも一つ以上の材料を含むことが望ましい。さらに、磁気記録層１０が白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）を含むことで垂直磁気異方性を安定化することができる。これらに加え、磁気記録層１０の材料にＢ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｓｍを添加することによって所望の磁気特性が発現されるように調整することができる。具体的には、磁気記録層１０は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｂ、Ｃｏ−Ｖ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｔｉ、Ｃｏ−Ｒｕ、Ｃｏ−Ｒｈ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｄ、Ｓｍ−Ｃｏで構成され得る。この他、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選択される少なくとも一つの材料を含む層と、異なる層とが積層されることにより磁気記録層１０に垂直方向の磁気異方性を発現させることもできる。具体的には、磁気記録層１０として、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ａｕの積層体が使用され得る。リファレンス層３０も磁気記録層１０と同様な材料を用い、垂直磁気異方性を持つことが望ましい。ハード層１４ａ、１４ｂも磁気記録層１０と同様な材料を用い、反転磁界が大きく（保磁力が大きく）、垂直磁気異方性を持つことが望ましい。スペーサ層２０は、Ａｌ２Ｏ３膜やＭｇＯ膜のような絶縁体で形成される。スペーサ層２０は、トンネル電流が流れる程度に膜厚が薄い。磁気記録層１０及びリファレンス層３０の一部、特にスペーサ層２０と接する部分に、ＣｏＦｅやＣｏＦｅＢなどの大きなＴＭＲ効果を発現させる材料を用いても良い。電流端子１４ａ、１４ｂの場合には、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗなどが用いられる。
【００２３】
第１磁化領域１１ａの磁化と第２磁化領域１１ｂの磁化は、互いに反平行な方向に固定される。図４Ａ及び図４Ｂの例では、第１磁化領域１１ａの磁化は、−Ｚ方向（基板面に対して垂直下向き）に固定され、磁化固定領域１１ｂの磁化は、＋Ｚ方向（基板面に対して垂直上向き）に固定されている。なお、「磁化が固定されている」とは、書き込み動作の前後で磁化の方向が変わらないことを意味する。書き込み動作中に、磁化固定領域１１ａ、磁化固定領域１１ｂの一部の磁化の方向が変化しても、書き込み動作終了後には元に戻る。
【００２４】
一方、磁化反転領域１３の磁化の向きは、＋Ｚ方向と−Ｚ方向との間で反転可能である。つまり、磁化反転領域１３の磁化はリファレンス層３０の磁化と平行あるいは反平行になる。図４Ａのように磁化反転領域１３の磁化の向きが−Ｚ方向の場合、第２傾斜領域１２ｂと磁化反転領域１３と第１傾斜領域１２ａと第１磁化領域１１ａとが１つの磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｏｍａｉｎ）を形成し、磁化固定領域１１ｂが別の磁区を形成する。つまり、第２傾斜領域１２ｂと第２磁化領域１１ｂとの間の境界に磁壁（ＤＷ：ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ）が形成される。一方、磁化反転領域１３の磁化の向きが＋Ｚ方向の場合、第１磁化領域１１ａが１つの磁区を形成し、第１傾斜領域１２ａと磁化反転領域１３と磁第２傾斜領域１２ｂと第２磁化領域１１ｂとが別の磁区を形成する。つまり、第１傾斜領域１２ａと第１磁化領域１１ａとの間の境界に磁壁ＤＷが形成される。
【００２５】
書き込み動作時に、これらの位置で磁壁ＤＷが保持されるのは、以下の理由による。
ハード層１４ａ、１４ｂを用いず、電流の端子として電流端子１４ａ、１４ｂを用いる場合には、電流端子１４ａ、１４ｂに書き込み電流が流れ込み、第１磁化領域１１ａや第２磁化領域１１ｂでの書き込み電流の電流密度が低下するため、それらの位置から先に磁壁が移動できなくなるからである。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法について説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の製造方法を示す断面図である。
まず、図５Ａに示すように、基板（素子や配線や他の層間膜を含む）上に層間膜５１及び層間膜５１に埋め込まれたハード層１４を形成する。ハード層１４の上面は層間膜５１表面に露出している（頭出しされている）。次に、基板全面を覆うように層間膜５２を形成する。その後、磁化反転領域１３となる位置にレジストパターン４１を形成する。そして、そのレジストパターン４１をマスクとして、層間膜５２をエッチバックする。そのエッチバック条件を制御することで、図５Ｂに示すように、レジストパターン４１下に基板側に末広がりの台形状の層間膜５２を形成することができる。その後、図５Ｃに示すように、レジストパターン４１を除去し、基板全面を覆うように、磁気記録層１０用の膜を形成する。その後については、従来と同様のプロセスで、図４Ａ及び図４Ｂの磁気抵抗素子１を得ることができる。例えば、磁気記録層１０用の膜上に、更に、スペーサ層２０用の膜、リファレンス層３０用の膜の三層を積層する。次に、磁気記録層１０の形状でその三層をパターニングする。その後、リファレンス層３０の形状で、リファレンス層３０用の膜をパターニングする。それにより、実質的に図４Ａ及び図４Ｂの磁気抵抗素子１を得ることができる。
なお、ハード層１４や層間膜５１へのダメージを抑制するために、図５Ａの工程におけるエッチバックにおいて、層間層５１及びハード層１４上に層間膜５２を少しだけ残してエッチバックを終了させ、次に、レジスト４１を剥離し、引き続き少しだけ残した層間膜５２を弱いＲＦパワーでＲＦスパッタ等することとしてもよい。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る初期化方法について説明する。
まず、磁性膜における反転核生成磁界Ｈｎ及び磁壁移動磁界Ｈｄの磁界傾斜角度依存性について説明する。図６Ａは、磁性膜における反転核生成磁界Ｈｎ及び磁壁移動磁界Ｈｄの磁界傾斜角度依存性を示すグラフである。縦軸は、磁化が反転する閾値の磁界の相対値、すなわち反転核生成磁界Ｈｎ及び磁壁移動磁界Ｈｄの相対値を示す。横軸は、磁界の傾斜角度θを示している。図６Ｂは、図６Ａにおける磁界の傾斜角度θの定義を示すグラフである。磁界の傾斜角度θは、磁性膜（磁化方向は表面に垂直で上向き）の表面に垂直な方向Ｃに対する磁場Ｈの角度（入射角）として定義される。
【００２８】
図６Ａに示されるように、反転核生成磁界Ｈｎは、傾斜角度θ＝０°、９０°付近において、その値が極大となる。また、反転核生成磁界Ｈｎは、傾斜角度θ＝４５°付近において、その値が極小となる。一方、磁壁移動磁界Ｈｄは、傾斜角度θ＝９０°付近において、その値が最大であり、発散する（Ｈｄ＝∞；磁壁は動かない）。反転核生成磁界Ｈｎと磁壁移動磁界Ｈｄとは、傾斜角度θ＝θ０（約７５°）で上下が逆転する。すなわち、θ＝θ０では磁壁移動磁界Ｈｄ＝反転核生成磁界Ｈｎであり、θ＜θ０では磁壁移動磁界Ｈｄ＜反転核生成磁界Ｈｎであり、θ＞θ０では磁壁移動磁界Ｈｄ＞反転核生成磁界Ｈｎである。従って、磁性膜に対して平行方向（傾斜角度θ＝９０°付近）に磁場Ｈを加えれば、反転核生成磁界Ｈｎを超える磁場Ｈを与えない限り、磁化が反転することはない。また、磁性膜に対して反転核生成磁界Ｈｎ＞磁壁移動磁界Ｈｄとなる傾斜角度θ範囲で、Ｈｎ＞Ｈ＞Ｈｄとなる磁場を与えると、磁壁に隣接する領域は磁壁移動により磁化反転するが、磁壁に隣接していない領域では磁化反転しない。本実施の形態に係る初期化方法は、これらの原理を用いて実施される。
【００２９】
次に、具体的に本実施の形態に係る初期化方法について説明する。図７Ａ〜図７Ｅは、本発明の実施の形態に係る初期化方法を示す断面図である。ただし、図７Ａ〜図７Ｅは、図４Ａにおける磁気記録層１０のみを示している。
【００３０】
まず、図７Ａに示すように、第１磁化領域１１ａ、第１傾斜領域１２ａ、磁化反転領域１３、第２傾斜領域１２ｂ、及び第２磁化領域１１ｂの磁化が、磁気記録層１０の上面（＋Ｚ側の面）方向に垂直に向いた状態からスタートする。このような状態は、例えば、磁気記録層１０の保磁力よりも十分大きな磁界Ｈ０を＋Ｚ方向に印加した後、それを取り除くことにより得ることができる。
【００３１】
図７Ａの状態の磁気記録層１０に対して、図７Ｂに示すように、磁気記録層１０の下面（−Ｚ側の面）側から、第１磁化領域１１ａ、磁化反転領域１３、及び第２磁化領域１１ｂの下面に対して傾斜角度α１で、磁界Ｈ１を印加する（磁場印加ステップ１）。傾斜角度α１は、まず、磁気記録層１０の下面側、すなわち第１磁化領域１１ａ、磁化反転領域１３、第２傾斜領域１２ｂ、及び第２磁化領域の磁化の向きの後側から磁界Ｈ１が印加されるように選択される。すなわち、
９０°＞α１  …（Ｆ１）
である。このとき、第１傾斜領域１２ａでの傾斜角度β１は、第１傾斜領域１２ａの磁化の向きの前側から磁界Ｈ１が印加されるような角度になる必要がある。すなわち、
０＜β１＜９０°  …（Ｆ２）
である。ここで、
β１＝１８０°−α１−φ  …（Ｆ３）
である。以上の式（Ｆ１）〜（Ｆ３）より、傾斜角度α１は、以下の式（Ｆ４）が満足されるような角度が選択される。
９０°−φ＜β１＜９０°  …（Ｆ４）
【００３２】
また、磁界Ｈ１は、第１傾斜領域１２ａにおいて、傾斜角度β１において、図６Ａに示される磁界Ｈ１＞反転核生成磁界Ｈｎとなるような磁界が選択される。このようにすると、第１傾斜領域１２ａは、前述の磁化反転条件（１）を満たす。その結果、第１傾斜領域１２ａで第１傾斜領域１２ａの内部に反転核が生成されて、第１傾斜領域１２ａの磁化が反転する。ところが、磁化が反転する方向に磁場をかけられているのは第１傾斜領域１２ａのみで、第１磁化領域１１ａ、磁化反転領域１３、第２傾斜領域１２ｂ、及び第２磁化領域１１ｂは、各領域の磁化の向きに対して後側から磁界Ｈ１を印加される。すなわち、他の領域では磁化の反転は起こらない。それにより、第１磁化領域１１ａ／第１傾斜領域１２ａ間、第１傾斜領域１２ａ／磁化反転領域１３間にそれぞれ磁壁ＤＷが導入される。その状態が図７Ｃに示されている。
【００３３】
次に、図７Ｃの状態の磁気記録層１０に対して、図７Ｄに示すように、磁気記録層１０の上面（＋Ｚ側の面）側から、第１磁化領域１１ａ、磁化反転領域１３、及び第２磁化領域１１ｂの上面に対して傾斜角度α２で、磁界Ｈ２を印加する（磁場印加ステップ２）。傾斜角度α２（＝９０−φ）は、第２傾斜領域１２ｂの膜に平行な方向（第２傾斜領域１２ｂに対して傾斜角度β２＝９０°）となるような角度が選択される。また、磁界Ｈ２は、第１磁化領域１１ａ及び磁化反転領域１３において、傾斜角度α２（＝９０−φ）において、図６Ａに示される磁界Ｈ２＞磁壁移動磁界Ｈｄとなるような磁界が選択される。このようにすると、第１磁化領域１１ａ及び磁化反転領域１３は、前述の磁化反転条件（２）を満たす。その結果、第１磁化領域１１ａ及び磁化反転領域１３の磁化が磁壁ＤＷの移動によって反転する。第１磁化領域１１ａと第１傾斜領域１２ａとの間にあった磁壁ＤＷは第１磁化領域１１ａを抜けてなくなる。一方、第１傾斜領域１２ａと磁化反転領域１３との間にあった磁壁ＤＷは磁化反転領域１３を抜けて、磁化反転領域１３と第２傾斜領域１２ｂとの境界に達する。ここで、磁界Ｈ２は、第２傾斜領域１２ｂに対して、傾斜角度β２＝９０°であり、磁壁移動できない磁界の範囲である（図６Ａ）。そのため、磁化反転領域１３と第２傾斜領域１２ｂとの境界に達した磁壁ＤＷは、第２傾斜領域１２ｂを通過することはできず、停止する。よって、その磁壁ＤＷは磁化反転領域１３と第２傾斜領域１２ｂとの境界に一つだけ留まる。その状態が図７Ｅに示されている。このとき、注意点としては、第２磁化領域１１ｂを反転させてはいけないので、印加磁場Ｈは第２磁化領域１１ｂにおいて反転核生成磁界Ｈｎを超えてはならない。従って、傾斜角度α２において、図６Ａに示される反転核生成磁界Ｈｎ＞磁界Ｈ２＞磁壁移動磁界Ｈｄとする。
【００３４】
以上の原理から、磁壁層に磁壁ＤＷが一つだけ導入された状態になり、本実施の形態に係る磁気抵抗素子（ＭＲＡＭ）の初期化が完了する。
【００３５】
本実施の形態では、初期化において、ハード層１４ａ、１４ｂを用いることなく、磁気記録層１０を初期化することができる。
【００３６】
ここで、第１傾斜領域１２ａ及び第２傾斜領域１２ｂの傾斜角度φについて説明する。
上記初期化において、図７Ｂでは、傾斜角度β１ついて、９０°−φ＜β１＜９０°（Ｆ４）となる必要がある。ここで、０＜β１＜９０°（Ｆ２）である。これらより、傾斜角度φは、以下のような範囲になる。
０°＜φ＜９０°  …（Ｆ５）
一方、図７Ｄでは、傾斜角度α２（＝９０−φ）において、図６Ａに示される反転核生成磁界Ｈｎ＞磁界Ｈ２＞磁壁移動磁界Ｈｄとする必要がある。従って、図６Ａより、傾斜角度α２（＝９０−φ）＜θ０（約７５°）となる。よって、傾斜角度φは、以下のような範囲になる。
φ＞９０−θ０  …（Ｆ６）
以上の式（Ｆ５）及び（Ｆ６）から、傾斜角度φは、結局以下のような範囲になる。
９０−θ０＜φ＜９０°  …（Ｆ７）
ここで、図５Ａ〜図５Ｃに示す製造方法において、図５Ｃの磁気記録層１０用の膜の成膜のとき、傾斜角度φが大きすぎると、第１傾斜領域１２ａや第２傾斜領域１２ｂと他の各領域との間で膜厚の均一性を保つことが困難になる。従って、膜厚の均一性の面から、傾斜角度φの上限は６０°程度とすることが好ましい。すなわち、傾斜角度φは、９０°−θ０（＝約１５°）＜φ＜６０°とすることが好ましい。より好ましくは、２０°＜φ＜５０°である。
【００３７】
次に、磁気抵抗素子１に対するデータの書き込み方法を図４Ａを参照して説明する。
データ書き込みは、スピン注入を利用した磁壁移動方式で行われる。書き込み電流は、磁気記録層１０の面内方向に流される。その書き込み電流は、電流端子からハード層１４ａ、１４ｂを経由して、又は、電流端子１４ａ、１４ｂを経由して磁気記録層１０に供給される。磁化反転領域１３とリファレンス層３０の磁化の向きが平行である状態が、データ“０”に対応付けられている。データ“０”状態において、磁化反転領域１３の磁化の向きは＋Ｚ方向であり、磁壁ＤＷは第１磁化領域１１ａと第１傾斜領域１２ａとの境界に存在する。一方、磁化反転領域１３とリファレンス層３０の磁化の向きが反平行である状態が、データ“１”に対応付けられている（図４Ａの場合）。データ“１”状態において、磁化反転領域１３の磁化の向きは−Ｚ方向であり、磁壁ＤＷは第２磁化領域１１ｂと第２傾斜領域１２ｂとの境界に存在する。
【００３８】
データ“１”の書き込み時、書き込み電流が、第２磁化領域１１ｂから第１磁化領域１１ａに流される。この場合、第１磁化領域１１ａからスピン偏極電子が第１傾斜領域１２ａ、磁化反転領域１３、及び第２傾斜領域１２ｂに注入される。注入された電子のスピンは、第１磁化領域１１ａと第１傾斜領域１２ａとの境界にある磁壁ＤＷを第２磁化領域１１ｂの方向に駆動する。その結果、磁化反転領域１３の磁化の向きは、−Ｚ方向へスイッチする。つまり、スピントランスファー効果により、磁化反転領域１３の磁化が反転し、その磁化の向きが−Ｚ方向に変わる。
【００３９】
一方、データ“０”の書き込み時、第１磁化領域１１ａから第２磁化領域１１ｂに流される。この場合、第２磁化領域１１ｂからスピン偏極電子が第２傾斜領域１２ｂ、磁化反転領域１３、及び第１傾斜領域１２ａに注入される。注入された電子のスピンは、第２磁化領域１１ｂと第２傾斜領域１２ｂとの境界にある磁壁ＤＷを第１磁化領域１１ａの方向に駆動する。その結果、磁化反転領域１３の磁化の向きは、＋Ｚ方向へスイッチする。つまり、スピントランスファー効果により、磁化反転領域１３の磁化が反転し、その磁化の向きが＋Ｚ方向に変わる。
【００４０】
データの読み出し時、読み出し電流は、リファレンス層３０と磁化反転領域１３との間を流れるように供給される。例えば、読み出し電流は、第１磁化領域１１ａから、磁化反転領域１３及びスペーサ層２０を経由して、リファレンス層３０へ向かう経路を流れる。そのときの読み出し電流あるいは読み出し電位に基づいて、磁気抵抗素子１の抵抗値が検出され、磁化反転領域１３の磁化の向きがセンスされる。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭのメモリセルの回路構成について説明する。図８は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭのメモリセルの回路構成の一例を示す模式図である。この例では、メモリセル８０は、図４Ａ〜図７Ｅで説明された磁気抵抗素子１を含み、ワード線ＷＬ、接地線ＧＬ、及びビット線対ＢＬａ、ＢＬｂのそれぞれに接続されている。例えば、リファレンス層３０につながる端子は、読み出しのための接地線ＧＬに接続されている。第１磁化領域１１ａにつながる端子は、トランジスタＴＲａのソース／ドレインの一方に接続され、ソース／ドレインの他方は、ビット線ＢＬａに接続されている。第２磁化領域１１ｂにつながる端子は、トランジスタＴＲｂのソース／ドレインの一方に接続され、ソース／ドレインの他方は、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。
【００４２】
データ書き込み時、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、磁気抵抗素子１の磁気記録層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。磁気記録層１０の第１磁化領域１１ａと第２磁化領域１１ｂとの間を書き込み電流が流れることにより、磁壁が移動して、磁気記録層１０にデータが書き込まれる。
【００４３】
データ読み出し時、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、読み出し電流が、ビット線ＢＬｂからトランジスタＴＲｂ及び磁気抵抗素子１のＭＴＪを貫通して接地線ＧＬへ流れる。これによって磁気抵抗効果を利用した読み出しが可能となる。
【００４４】
図９は、本発明の実施の形態に係るＭＲＡＭの構成の一例を示すブロック図である。ＭＲＡＭ９０は、メモリセルアレイ９１、Ｘドライバ９２、Ｙドライバ９３、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メモリセル８０を有している。複数のメモリセル８０の各々は、図８で説明された通りである。図８で示されたように、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、各ビット線をデータ書き込みあるいはデータ読み出しに応じた状態に設定する。コントローラ９４は、データ書き込みあるいはデータ読み出しに応じて、Ｘドライバ９２とＹドライバ９３のそれぞれを制御する。
【００４５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施の形態の効果を説明する模式図である。
図１０Ａに示される従来技術では、平坦な磁気記録層１１０の下にハード層１４０を接合させている。そして、第１、第２磁化領域磁化とハード層との間の磁気的結合を利用して、反転磁界を制御しながら、初期化を行っている。そのため、図２Ａ〜図３Ｂにおいて説明した課題が有る。
【００４６】
それに対して、図１０Ｂに示される本実施の形態では、磁気記録層１０の構造において傾斜構造（傾斜領域）を有している。そして、第１、第２傾斜領域の傾斜角度を利用して、反転磁界を制御しながら、初期化を行っている。そのため、図７Ａ〜図７Ｅにおいて説明した初期化方法を実行することができる。この場合、頭出しプロセスを実施したハード層１４ａ、１４ｂ上に磁気記録層１０を設けているが、ハード層１４ａ、１４ｂを用いた初期化方法を実施する必要が無い。そのため、ハード層１４ａ、１４ｂにウェハ面内で膜厚の不均一が発生していたとしても、それに影響されずに初期化を実施することが可能となる。すなわち、第１、第２磁化領域磁化とハード層との間の磁気的結合のプロセスばらつきに関係なく、均一性良い初期化が可能になる。言い換えれば、本構造においては、ハード層のあるなしに関係なく、初期化を行うことができる。そのため、ハード層の特性のプロセスばらつきに関係なく、均一性の良い初期化が可能となる。
【００４７】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１    磁気抵抗素子
１０    磁気記録層
１１ａ    第１磁化領域
１１ｂ    第２磁化領域
１２ａ    第１傾斜領域
１２ｂ    第２傾斜領域
１３    磁化反転領域
１４ａ、１４ｂ    ハード層
２０    スペーサ層
３０    リファレンス層
４１    レジストパターン
５１、５２    層間膜
８０    メモリセル
９０    ＭＲＡＭ
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
ＷＬ    ワード線
ＧＬ    グラウンド線
ＢＬａ、ＢＬｂ    ビット線対
【図１Ａ】
2011249356.tif 000003
【図１Ｂ】
2011249356.tif 000004
【図２Ａ】
2011249356.tif 000005
【図２Ｂ】
2011249356.tif 000006
【図２Ｃ】
2011249356.tif 000007
【図２Ｄ】
2011249356.tif 000008
【図２Ｅ】
2011249356.tif 000009
【図３Ａ】
2011249356.tif 000010
【図３Ｂ】
2011249356.tif 000011
【図４Ａ】
2011249356.tif 000012
【図４Ｂ】
2011249356.tif 000013
【図５Ａ】
2011249356.tif 000014
【図５Ｂ】
2011249356.tif 000015
【図５Ｃ】
2011249356.tif 000016
【図６Ａ】
2011249356.tif 000017
【図６Ｂ】
2011249356.tif 000018
【図７Ａ】
2011249356.tif 000019
【図７Ｂ】
2011249356.tif 000020
【図７Ｃ】
2011249356.tif 000021
【図７Ｄ】
2011249356.tif 000022
【図７Ｅ】
2011249356.tif 000023
【図８】
2011249356.tif 000024
【図９】
2011249356.tif 000025
【図１０Ａ】
2011249356.tif 000026
【図１０Ｂ】
2011249356.tif 000027