(57)【要約】【課題】  参照層の磁化方向が反転してしまうことを防止することが可能な磁気記憶装置を提供する。【解決手段】  実施形態に係る磁気記憶装置は、可変の磁化方向を有する第１の磁性層１０と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層２０と、第１の磁性層と第２の磁性層との間に設けられた非磁性層３０とを備え、第１の磁性層は、第１のサブ磁性層１１と、第２のサブ磁性層１２と、第１のサブ磁性層と第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層１３とを含み、第１のサブ磁性層は、非磁性層と第２のサブ磁性層との間に設けられ、第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する。【選択図】図１
2019161180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記第１の磁性層は、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有する第３のサブ磁性層と、前記第２のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられた第２の中間層とをさらに含み、
前記第２のサブ磁性層は、前記第１のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記第３のサブ磁性層は、前記第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記第１のサブ磁性層の磁化量と前記第３のサブ磁性層の磁化量との和は、前記第２のサブ磁性層の磁化量に等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい厚さを有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項６】
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい飽和磁化を有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項７】
前記第１の中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする請求項１、５又は６のいずれか１項に記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶装置（magnetic memory device）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）及びトランジスタが集積化された磁気記憶装置（半導体集積回路装置）が提案されている。磁気抵抗効果素子は、可変の磁化方向（magnetization direction）を有する記憶層と、固定された磁化方向を有する参照層と、記憶層と参照層との間に設けられたトンネルバリア層とを含んでいる。
【０００３】
磁気抵抗効果素子として、スピン注入効果（スピン注入磁化反転）を利用したＳＴＴ（spin transfer torque）型の磁気抵抗効果素子が提案されている。このＳＴＴ型の磁気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果素子を構成する各層の膜面に対して垂直な電流を流すことにより、記憶層の磁化方向を反転させる。この場合、記憶層の磁化方向は反転しても、参照層の磁化方向は反転しないようにすることが必要である。
【０００４】
上述したように、スピン注入磁化反転を用いて記憶層を磁化反転させる場合、参照層の磁化方向は固定されていなければならない。すなわち、参照層は記憶層に比べて十分に安定である必要がある。ところが、磁気抵抗効果素子に電流を流して記憶層の磁化反転を行うスピン注入磁化反転では、記憶層にスピントルクが印加される。記憶層の磁化方向が反転した後は、その反作用として参照層にもスピントルクが作用する。その結果、参照層の磁化方向が反転してしまう場合がある。特に、磁気抵抗効果素子が微細化されると、参照層の磁化方向が反転する確率が大きくなる傾向がある。そのため、磁気抵抗効果素子が微細化されるにしたがって、磁気抵抗効果素子の正常な動作が困難になる。
【０００５】
したがって、素子が微細化されても、参照層の磁化方向が反転してしまうことを防止することが可能な磁気記憶装置が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
参照層の磁化方向が反転してしまうことを防止することが可能な磁気記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る磁気記憶装置は、可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を備え、前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】ＲＨループを示した図である。
【図３】磁気抵抗効果素子のサイズとＨｏｆｆとの関係を示した図である。
【図４】記憶層のＭｓｔとＨｏｆｆとの関係を示した図である。
【図５】磁気抵抗効果素子のサイズと隣接セルの記憶層からの積算漏洩磁界との関係を示した図である。
【図６】記憶層の飽和磁化Ｍｓと隣接セルの記憶層からの積算漏洩磁界との関係を示した図である。
【図７】第２の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図８】磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図であり、主として磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）の構成を示している。なお、磁気抵抗効果素子は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子とも呼ばれる。
【００１２】
図１に示した磁気抵抗効果素子は、記憶層（storage layer、第１の磁性層）１０と、参照層（reference layer、第２の磁性層）２０と、記憶層１０と参照層２０との間に設けられたトンネルバリア層（非磁性層（nonmagnetic layer））３０と、シフトキャンセリング層４０と、参照層２０とシフトキャンセリング層（第３の磁性層）４０との間に設けられた中間層５０とを備えている。記憶層１０は下地層（under layer）６０上に設けられ、シフトキャンセリング層４０上にはキャップ層７０が設けられている。
【００１３】
記憶層（第１の磁性層）１０は、可変の磁化方向を有しており、第１のサブ磁性層１１と、第２のサブ磁性層１２と、第１のサブ磁性層１１と第２のサブ磁性層１２との間に設けられた中間層（第１の中間層）１３とを含んでいる。第１のサブ磁性層１１は、トンネルバリア層３０と第２のサブ磁性層１２との間に設けられ、第２のサブ磁性層１２の磁化方向に対して反平行（antiparallel）の磁化方向を有している。また、第１のサブ磁性層１１は、第２のサブ磁性層１２よりも小さい磁化量Ｍｓｔを有している。第１のサブ磁性層１１は第２のサブ磁性層１２よりも小さい厚さｔを有していてもよいし、第１のサブ磁性層１１は第２のサブ磁性層１２よりも小さい飽和磁化Ｍｓを有していてもよい。なお、磁化量Ｍｓｔは、飽和磁化Ｍｓと厚さｔとの積（Ｍｓ×ｔ）に対応する。
【００１４】
第１のサブ磁性層１１及び第２のサブ磁性層１２はいずれも、少なくともコバルト（Ｃｏ）を含有している。第１のサブ磁性層１１及び第２のサブ磁性層１２は、コバルト（Ｃｏ）に加えてさらに、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有していてもよい。本実施形態では、第１のサブ磁性層１１及び第２のサブ磁性層１２はＣｏＦｅＢで形成されている。
【００１５】
中間層（第１の中間層）１３は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有している。具体的には、中間層１３は、ルテニウム（Ｒｕ）膜、ロジウム（Ｒｈ）膜、オスミウム（Ｏｓ）膜或いはイリジウム（Ｉｒ）膜の単層膜で形成されていてもよいし、ルテニウム（Ｒｕ）膜、ロジウム（Ｒｈ）膜、オスミウム（Ｏｓ）膜及びイリジウム（Ｉｒ）膜の任意の組み合わせの積層膜で形成されていてもよい。また、中間層１３は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）の少なくとも１つを含有する合金膜で形成されていてもよい。中間層１３の厚さは、１ｎｍ以下であることが好ましい。第１のサブ磁性層１１と第２のサブ磁性層１２とは、中間層１３を介して反強磁性結合（antiferromagnetic coupling）している。
【００１６】
参照層（第２の磁性層）２０は、固定された磁化方向を有している。参照層２０は、少なくとも鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１のサブ磁性層と、コバルト（Ｃｏ）とプラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも１つの元素とを含有する第２のサブ磁性層との積層膜で形成されている。本実施形態では、参照層２０は、ＣｏＦｅＢとＣｏ／Ｐｔ（或いは、Ｃｏ／Ｎｉ又はＣｏ／Ｐｄ）の積層膜で形成されている。
【００１７】
トンネルバリア層（非磁性層）３０は、記憶層１０と参照層２０との間に介在し、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有している。本実施形態では、トンネルバリア層３０は、ＭｇＯで形成されている。
【００１８】
シフトキャンセリング層（第３の磁性層）４０は、参照層２０の磁化方向に対して反平行の固定された磁化方向を有している。シフトキャンセリング層４０からの磁界により、参照層２０から記憶層１０に印加される磁界をキャンセルすることが可能である。シフトキャンセリング層４０は、コバルト（Ｃｏ）とプラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも１つの元素とを含有している。本実施形態では、シフトキャンセリング層４０は、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｎｉ或いはＣｏ／Ｐｄで形成されている。
【００１９】
中間層５０は、参照層２０とシフトキャンセリング層４０との間に介在し、ルテニウム（Ｒｕ）で形成されている。
【００２０】
下地層６０及びキャップ層７０は、いずれも導電材料で形成されている。下地層６０には図示しない下部電極（bottom electrode）が接続され、キャップ層７０には図示しない上部電極（top electrode）が接続されている。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、第１のサブ磁性層１１が第２のサブ磁性層１２よりも小さい磁化量Ｍｓｔを有している。このような構成により、本実施形態では、記憶層１０から参照層２０へのトータルの漏洩磁場（stray magnetic field）を低減することができ、参照層２０の磁化方向が反転することを効果的に防止することができる。すなわち、安定な参照層２０を得ることができる。このとき、参照層２０は十分に大きなＨｏｆｆを得ることになる。以下、説明を加える。
【００２２】
図２は、一般的なＲ−Ｈ（抵抗−磁界）ループを示した図である。横軸は磁界Ｈであり、縦軸は抵抗Ｒである。記憶層及び参照層はいずれも、ヒステリシスループを描く。記憶層及び参照層のヒステリシスループの開き量を保持力Ｈｃという。記憶層だけが安定に磁化反転するためには、記憶層のＨｃを超える磁界或いはそれに相応するスピントルクを印加することになる。また、参照層のヒステリシスループは、磁界Ｈｏｆｆ分だけシフトした状態になっている。このＨｏｆｆは、基本的にはシフトキャンセリング層と参照層との反強磁性結合磁界によるが、記憶層及びシフトキャンセリング層からの漏洩磁界で弱められる。磁界Ｈが小さい範囲では参照層の磁化方向は反転しないが、磁界Ｈが（Ｈｏｆｆ＋参照層のＨｃ）よりも大きくなると参照層の磁化方向が反転する。したがって、磁気抵抗効果素子を正常に動作させるためには、十分に大きなＨｏｆｆが必要であり、参照層に印加されるスピントルクにより参照層の磁化が反転しないようにする必要がある。しかしながら、磁気抵抗効果素子が微細化されてくると、記憶層及びシフトキャンセリング層からの漏洩磁界が大きくなり、Ｈｏｆｆが小さくなる。
【００２３】
一般に、Ｈｏｆｆは、
Ｈｏｆｆ＝Ｈｅｘ−Ｈｓ１−Ｈｓ２
Ｈｓ１＞０
Ｈｓ２＞０
と表される。
【００２４】
ただし、Ｈｅｘは、交換結合磁界（exchange coupling field）であり、
Ｈｅｘ＝２Ｊｅｘ／Ｍｓｔ＞０
である。
【００２５】
Ｈｓ１は、シフトキャンセリング層からの漏洩磁界であり、シフトキャンセリング層の飽和磁化Ｍｓとシフトキャンセリング層の厚さｔに比例する。Ｈｓ２は、記憶層からの漏洩磁界であり、記憶層の飽和磁化Ｍｓと記憶層の厚さｔに比例する。
【００２６】
交換結合磁界Ｈｅｘは、材料特性Ｊｅｘに依存する。また、シフトキャンセリング層からの漏洩磁界Ｈｓ１は、シフトキャンセリング層のＭｓｔ及び磁気抵抗効果素子のサイズによって自動的に決まる。したがって、Ｈｏｆｆを改善するためには、記憶層からの漏洩磁界Ｈｓ２を小さくしなければならない。
【００２７】
十分に安定な参照層特性を得て、記憶層が十分に安定にスピン注入磁化反転をするためには、十分に大きなＨｏｆｆが必要である。Ｈｏｆｆを最大化するには、記憶層およびシフトキャンセリング層からの漏洩磁界を小さくすることが必要である。特に、記憶層はシフトキャンセリング層に比べて膜厚が薄く、磁化量の重心がシフトキャンセリング層に比べて参照層に近いため、記憶層の漏洩磁界を低減することは参照層の安定には効果的である。
【００２８】
図３及び図４は、上述した問題点について示した図であり、記憶層を単層で形成した場合のシミュレーション結果を示している。
【００２９】
図３は、磁気抵抗効果素子のサイズとＨｏｆｆとの関係を示した図である。磁気抵抗効果素子のサイズが減少すると、Ｈｏｆｆの値も減少している。飽和磁化Ｍｓの値が１７００ｅｍｕ／ｃｃの場合、磁気抵抗効果素子のサイズが減少すると、Ｈｏｆｆの値はターゲットラインＴを大きく下回っている。
【００３０】
図４は、記憶層のＭｓｔとＨｏｆｆとの関係を示した図である。記憶層のＭｓｔが増加するにしたがって、Ｈｏｆｆの値がターゲットラインＴを大きく下回るようになる。
【００３１】
本実施形態では、図１に示したような構成により、Ｈｏｆｆの値が小さくならないようにしている。すなわち、本実施形態では、記憶層１０を、第１のサブ磁性層１１と、第２のサブ磁性層１２と、第１のサブ磁性層１１と第２のサブ磁性層１２との間の中間層１３で形成しており、第１のサブ磁性層１１の磁化方向と第２のサブ磁性層１２の磁化方向とは互いに反平行である。そのため、記憶層１０のトータルの漏洩磁界を小さくすること（理想的にはゼロ）が可能である。
【００３２】
ただし、第２のサブ磁性層１２の方が第１のサブ磁性層１１よりも参照層２０から離れているため、第１のサブ磁性層１１のＭｓｔと第２のサブ磁性層１２のＭｓｔとが等しいと、参照層２０に対する記憶層１０からのトータルの漏洩磁界をゼロにすることはできない。本実施形態では、第１のサブ磁性層１１が第２のサブ磁性層１２よりも小さい磁化量Ｍｓｔを有しているため、参照層２０に対する記憶層１０からのトータルの漏洩磁界をゼロにすることが可能である。同じＭｓｔを有している場合でも、膜厚ｔが同じで、且つ、第１のサブ磁性層１１の飽和磁化Ｍｓが第２のサブ磁性層１２の飽和磁化Ｍｓよりも大きい方がより好ましい。これは、第１のサブ磁性層１１と第２のサブ磁性層１２の磁化量の重心が近くなり、それらから発する漏洩磁界を制御し易くなるからである。第１のサブ磁性層１１と第２のサブ磁性層１２の飽和磁化は、例えば、スレーターポーリング則を利用すれば、ＣｏとＦｅを主成分に用いた合金を使うことで操作できる。したがって、本実施形態によれば、磁気抵抗効果素子が微細化されても、参照層の磁化方向が反転してしまうことを効果的に抑制することが可能である。
【００３３】
また、本実施形態によれば、隣接セル（周囲のセル）からの漏洩磁界の影響を低減することも可能である。以下、説明を加える。
【００３４】
図５及び図６は、隣接セルからの漏洩磁界の影響について、記憶層を単層で形成した場合のシミュレーション結果を示している。
【００３５】
図５は、磁気抵抗効果素子のサイズと隣接セルの記憶層からの積算漏洩磁界との関係を示した図である。磁気抵抗効果素子のサイズが１０ｎｍ世代になると、隣接セルからの積算漏洩磁界の影響が大きくなり、限界値Ｌを大きく上回ってしまう。
【００３６】
図６は、記憶層の飽和磁化Ｍｓと隣接セルの記憶層からの積算漏洩磁界との関係を示した図である。記憶層の飽和磁化Ｍｓが大きくなると、隣接セルからの積算漏洩磁界の影響が大きくなり、限界値Ｌを大きく上回ってしまう。
【００３７】
本実施形態では、上述したように、記憶層からの漏洩磁界を低減することができるため、隣接セルからの積算漏洩磁界の影響を低減することができ、優れた磁気記憶装置を得ることが可能となる。
【００３８】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【００３９】
図７は、本実施形態に係る磁気記憶装置の構成を模式的に示した断面図であり、主として磁気抵抗効果素子の構成を示している。
【００４０】
図７に示すように、本実施形態では、記憶層（第１の磁性層）１０が、第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２及び第１の中間層１３に加えて、第３のサブ磁性層１４及び第２の第２の中間層１５を含んでいる。具体的には、第２のサブ磁性層１２と第３のサブ磁性層１４との間に第２の中間層１５が設けられ、第１のサブ磁性層１１と第３のサブ磁性層１４との間に第２のサブ磁性層１２が設けられている。第３のサブ磁性層１４は、第２のサブ磁性層１２の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有している。第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２、第１の中間層１３、第３のサブ磁性層１４及び第２の中間層１５は記憶層全体１００を構成し、記憶層全体１００は一体として磁化反転する。
【００４１】
第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２及び第３のサブ磁性層１４はいずれも、少なくともコバルト（Ｃｏ）を含有している。第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２及び第３のサブ磁性層１４は、コバルト（Ｃｏ）に加えてさらに、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有していてもよい。本実施形態では、第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２及び第３のサブ磁性層１４はＣｏＦｅＢで形成されている。
【００４２】
第２の中間層１５は、第１の中間層１３と同様に、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有している。第２の中間層１５の具体的な構成は、第１の実施形態で述べた第１の中間層１３と同様である。第２のサブ磁性層１１と第３のサブ磁性層１２とは、第２の中間層１５を介して反強磁性結合している。
【００４３】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、第１のサブ磁性層１１が第２のサブ磁性層１２よりも小さい磁化量Ｍｓｔを有している。また、本実施形態では、第３のサブ磁性層１４は、第２のサブ磁性層１２よりも小さい磁化量Ｍｓｔを有している。このような構成により、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、参照層２０に対する記憶層１０からのトータルの漏洩磁界をゼロにすることが可能であり、且つ、記憶層全体１００（第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２、第１の中間層１３、第３のサブ磁性層１４及び第２の中間層１５）自身の隣接ビットに対する漏洩磁界をゼロにすることが可能となる。したがって、磁気抵抗効果素子が微細化されても、参照層２０の磁化方向が反転してしまうことを効果的に抑制することが可能である。また、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、記憶層１０からの漏洩磁界を低減することができるため、隣接セルからの積算漏洩磁界の影響を低減することができ、優れた磁気記憶装置を得ることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態では、第１のサブ磁性層１１の磁化量Ｍｓｔと第３のサブ磁性層１４の磁化量Ｍｓｔとの和は、第２のサブ磁性層１２の磁化量Ｍｓｔに等しいことが好ましい。第１のサブ磁性層１１、第２のサブ磁性層１２及び第３のサブ磁性層１４の飽和磁化Ｍｓが互いに等しい場合には、第１のサブ磁性層１１の厚さｔと第３のサブ磁性層１４の厚さｔとの和が第２のサブ磁性層１２の厚さｔに等しいことが好ましい。このような構成により、記憶層１０から生じるトータルの漏洩磁場をゼロにすることが可能である。したがって、本実施形態では、記憶層１０からの漏洩磁場の影響をより効果的に抑制することが可能である。
【００４５】
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、記憶層１０が参照層２０よりも下層側に位置する所謂ボトムフリー型の磁気抵抗効果素子について説明したが、上述した第１及び第２の実施形態の記憶層１０の構成は、記憶層１０が参照層２０よりも上層側に位置する所謂トップフリー型の磁気抵抗効果素子についても適用可能である。
【００４６】
図８は、上述した磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【００４７】
半導体基板ＳＵＢ内に、埋め込みゲート（buried gate）型のＭＯＳトランジスタＴＲが形成されている。ＭＯＳトランジスタＴＲのゲート電極は、ワード線ＷＬとして用いられる。ＭＯＳトランジスタＴＲのソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの一方には下部電極（bottom electrode）ＢＥＣが接続され、ソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの他方にはソース線コンタクトＳＣが接続されている。
【００４８】
下部電極ＢＥＣ上には磁気抵抗効果素子ＭＴＪが形成され、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には上部電極（top electrode）ＴＥＣが形成されている。上部電極ＴＥＣにはビット線ＢＬが接続されている。ソース線コンタクトＳＣにはソース線ＳＬが接続されている。
【００４９】
上述した磁気抵抗効果素子を図８に示したような磁気記憶装置に適用することで、優れた磁気記憶装置を得ることが可能である。
【００５０】
以下、上述した実施形態の内容を付記する。
[付記１]
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
[付記２]
前記第１の磁性層は、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有する第３のサブ磁性層と、前記第２のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられた第２の中間層とをさらに含み、
前記第２のサブ磁性層は、前記第１のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記３]
前記第３のサブ磁性層は、前記第２のサブ磁性層よりも小さい磁化量を有する
ことを特徴とする付記２に記載の磁気記憶装置。
[付記４]
前記第１のサブ磁性層の磁化量と前記第３のサブ磁性層の磁化量との和は、前記第２のサブ磁性層の磁化量に等しい
ことを特徴とする付記２に記載の磁気記憶装置。
[付記５]
前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行の固定された磁化方向を有し、前記第２の磁性層から前記第１の磁性層に印加される磁界をキャンセルする第３の磁性層をさらに備える
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記６]
前記第１のサブ磁性層及び前記第２のサブ磁性層は、少なくともコバルト（Ｃｏ）を含有する
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記７]
前記第１の中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１に記載の磁気記憶装置。
[付記８]
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい厚さを有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
[付記９]
前記第１の磁性層は、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有する第３のサブ磁性層と、前記第２のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられた第２の中間層とをさらに含み、
前記第２のサブ磁性層は、前記第１のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする付記８に記載の磁気記憶装置。
[付記１０]
前記第３のサブ磁性層は、前記第２のサブ磁性層よりも小さい厚さを有する
ことを特徴とする付記９に記載の磁気記憶装置。
[付記１１]
前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行の固定された磁化方向を有し、前記第２の磁性層から前記第１の磁性層に印加される磁界をキャンセルする第３の磁性層をさらに備える
ことを特徴とする付記８に記載の磁気記憶装置。
[付記１２]
前記第１のサブ磁性層及び前記第２のサブ磁性層は、少なくともコバルト（Ｃｏ）を含有する
ことを特徴とする付記８に記載の磁気記憶装置。
[付記１３]
前記第１の中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記８に記載の磁気記憶装置。
[付記１４]
可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、
固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記第１の磁性層は、第１のサブ磁性層と、第２のサブ磁性層と、前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられた第１の中間層とを含み、
前記第１のサブ磁性層は、前記非磁性層と前記第２のサブ磁性層との間に設けられ、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有し、前記第２のサブ磁性層よりも小さい飽和磁化を有する
ことを特徴とする磁気記憶装置。
[付記１５]
前記第１の磁性層は、前記第２のサブ磁性層の磁化方向に対して反平行の磁化方向を有する第３のサブ磁性層と、前記第２のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられた第２の中間層とをさらに含み、
前記第２のサブ磁性層は、前記第１のサブ磁性層と前記第３のサブ磁性層との間に設けられている
ことを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
[付記１６]
前記第３のサブ磁性層は、前記第２のサブ磁性層よりも小さい飽和磁化を有する
ことを特徴とする付記１５に記載の磁気記憶装置。
[付記１７]
前記第２の磁性層の磁化方向に対して反平行の固定された磁化方向を有し、前記第２の磁性層から前記第１の磁性層に印加される磁界をキャンセルする第３の磁性層をさらに備える
ことを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
[付記１８]
前記第１のサブ磁性層及び前記第２のサブ磁性層は、少なくともコバルト（Ｃｏ）を含有する
ことを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
[付記１９]
前記第１の中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択された少なくとも１つの元素を含有する
ことを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…記憶層（第１の磁性層）
１１…第１のサブ磁性層      １２…第２のサブ磁性層      １３…第１の中間層
１４…第３のサブ磁性層      １５…第２の中間層
２０…参照層（第２の磁性層）      ３０…トンネルバリア層（非磁性層）
４０…シフトキャンセリング層（第３の磁性層）
５０…中間層      ６０…下地層      ７０…キャップ層
【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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