(57)【要約】      （修正有）【課題】低電力かつ大容量化可能な書き込みが可能となる磁壁移動型メモリを提供する。【解決手段】磁気メモリ細線１０と、前記磁気メモリ細線に交差して設けられた書き込み磁性線３０と、前記書き込み磁性線と前記磁気メモリ細線との間の交差領域に設けられる中間結合部２０と、前記磁気メモリ細線の延在する方向と交差する方向における前記磁気メモリ細線の寸法以上の間隔を有して離れて配置される隣接する固着部３５と、前記磁気メモリ細線に設けられた読み出し部６０と、前記書き込み磁性線に書き込み電流を流す一対の第１電極４０、前記磁気メモリ細線に設けられ、前記磁気メモリ細線に磁壁を移動させるための電流を流す一対の第２電極５０と、を備え、前記隣接する固着部に接した前記書き込み磁性線の接触面は互いに反平行の磁化配置を有する。【選択図】図１
2015060971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気メモリ細線と、
前記磁気メモリ細線に交差して設けられた書き込み磁性線と、
前記書き込み磁性線と前記磁気メモリ細線との間の交差領域に設けられ、前記交差領域における前記書き込み磁性線の磁化情報を前記磁気メモリ細線に伝達する中間結合部と、
前記書き込み磁性線に対して前記磁気メモリ細線と同じ側および反対側のうちの一方の側に配置されるとともに前記書き込み磁性線に接して設けられ、前記書き込み磁性線へ投影した場合に、前記磁気メモリ細線を間に挟むように設けられた隣接する固着部であって、前記隣接する固着部は、前記磁気メモリ細線の延在する方向と交差する方向における前記磁気メモリ細線の寸法以上の間隔を有して離れて配置される、隣接する固着部と、
前記磁気メモリ細線に設けられた読み出し部と、
前記書き込み磁性線へ投影した場合に、前記磁気メモリ細線および前記隣接する固着部を間に挟むように前記書き込み磁性線に設けられ、前記書き込み磁性線に書き込み電流を流す一対の第１電極、
前記磁気メモリ細線に設けられ、前記磁気メモリ細線に磁壁を移動させるための電流を流す一対の第２電極と、
を備え、
前記隣接する固着部に接した前記書き込み磁性線の接触面は互いに反平行の磁化配置を有する磁壁移動型メモリ。
【請求項２】
互いに平行に配置されたＮ本（Ｎ≧２）の磁気メモリ細線と、
前記Ｎ本の磁気メモリ細線と交差する書き込み磁性線と、
前記書き込み磁性線と各磁気メモリ細線との間の交差領域に設けられ、前記交差領域における前記書き込み磁性線の磁化情報を前記磁気メモリ細線に伝達させる中間結合部と、
前記書き込み磁性線に対して前記磁気メモリ細線と同じ側および反対側のうちの一方の側に配置されるとともに前記書き込み磁性線に接して設けられ、前記書き込み磁性線へ投影した場合に、前記各磁気メモリ細線を挟むように前記書き込み磁性線の延在する方向に前記書き込み磁性線に接して設けられたＮ＋１個の固着部であって、隣接した固着部は互いに接することなく、前記磁気メモリ細線の延在する方向と交差する方向における前記磁気メモリ細線の寸法以上の間隔を有して離れて配置される、Ｎ＋１個の固着部と、
前記各磁気メモリ細線に設けられた読出し部と、
前記Ｎ本の磁気メモリ細線および前記Ｎ＋１個の固着部を間に挟むように前記書き込み磁性線に設けられ、前記書き込み磁性線に書き込み電流を流す一対の第１電極と、
前記各磁気メモリ細線に設けられ、前記磁気メモリ細線に磁壁を移動させるための電流を流す一対の第２電極と、
を備え、
隣接した固着部に接した前記書き込み磁性線の接触面は互いに反平行の磁化配置を有する磁壁移動型メモリ。
【請求項３】
前記中間結合部は絶縁性磁性材料からなる請求項１または２記載磁壁移動型メモリ。
【請求項４】
前記中間結合部は層間交換結合を示す材料からなる請求項１または２記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項５】
隣接する前記固着部は、前記書き込み磁性線と接触する領域において互いに反平行の磁化配置を有する磁性層である請求項１乃至４のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項６】
隣接する前記固着部は、それらの保磁力が互いに異なる請求項５記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項７】
隣接する前記固着部は、互いに異なる磁性材料である請求項５記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項８】
隣接する前記固着部は、互いに異なる反強磁性体である請求項１乃至４のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項９】
前記固着部のそれぞれは、前記書き込み磁性線に接する磁性層と、前記磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた反強磁性層とを備え、隣接する前記固着部の反強磁性層は、互いに異なる反強磁性体である請求項１乃至４のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項１０】
隣接する前記固着部の一方は、前記前記書き込み磁性線に接する第１磁性層と、前記第１磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた第１反強磁性層とを有し、隣接する前記固着部の他方は、前記前記書き込み磁性線に接する第２磁性層と、前記第２磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた非磁性層と、前記非磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた第３磁性層と、前記第３磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた第２反強磁性層とを有し、前記第２および第３磁性層は前記非磁性層を介して反強磁性結合する請求項１乃至４のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項１１】
隣接する前記固着部の一方は、前記前記書き込み磁性線に接する第１反強磁性層を有し、隣接する前記固着部の他方は、前記前記書き込み磁性線に接する第１磁性層と、前記第１磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた非磁性層と、前記非磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた第２磁性層と、前記第２磁性層に対して前記書き込み磁性線と反対側に設けられた第２反強磁性層とを有し、前記第１および第２磁性層は前記非磁性層を介して反強磁性結合する請求項１乃至４のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項１２】
前記磁気メモリ細線は、延在する方向に周期的なくびれを有する外形形状を有する請求項１乃至１１のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項１３】
前記書き込み磁性線は、延在する方向に周期的なくびれを有する外形形状を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の磁壁移動型メモリ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の磁壁移動型メモリの書き込み方法であって、前記書き込み磁性線にパルス電流を流すことで前記磁性メモリ細線にビットを書き込むステップを備えた書き込み方法。
【請求項１５】
請求項２記載の磁壁移動型メモリの書き込み方法であって、
前記書き込み磁性線に電流を流す前に、非選択の磁気メモリ細線へ既に書き込まれた記録ビットを書込み磁性線と重ならない領域へシフトさせるステップと、
その後、前記書き込み磁性線に電流を流すことで選択された磁気メモリ細線にビットを書き込むステップと、
を備えた書き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁壁移動型メモリおよびその書き込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サブミクロン幅の磁性細線において、磁壁の電流駆動を観察したという報告がある。この効果を活用して磁壁の移動が可能な磁壁移動型メモリが提案されている。この磁壁移動型メモリでは、複数の磁区に分割された磁性細線（磁気メモリ細線）を用い、磁区の磁化の向きに「０」または「１」の情報（データ）を対応させて情報を記憶する。電流を流すことで磁壁の移動により磁区が移動するので、この磁区に記憶された情報（データ）も移動し、固定されたセンサで読み出し、固定された書込み部で書き込むことができる。すなわち、磁区がメモリセルに対応する。
【０００３】
一般に、磁気メモリでは、セルの高密度化等による磁気メモリの大容量化、そして同時に消費電力低減への要求が高まりつつある。
【０００４】
上記磁壁移動型メモリへの書込み方法の具体例として、磁気メモリ細線とは別の配線に電流を流すことで配線の周囲に生じる磁界を用いて書き込む方法、磁気メモリ細線の一部に設けられた磁気トンネル接合を用いてスピントルクで書き込む方法、磁気メモリ細線毎に１対の互いに逆方向の磁化をもつ固着部を磁気メモリ細線と同一面内に設け、その固着部に夫々設けた配線へ電流を流すことで磁壁移動を行う書き込む方法が提案されている。しかし、低電力化あるいは大容量化が難しいなどの課題があり、低電力かつ大容量化可能な書き込みを実現することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８３４，００５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８９８，１３２号明細書
【特許文献３】米国特許第７，９５２，９０５号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A.Yamaguchi et al., Phys Rev.Lett92, 077205(2004)
【非特許文献２】Data in the Fast Lanes of Racetrack Memory (Scientific American June 2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、低電力かつ大容量化可能な書き込みが可能となる磁壁移動型メモリおよびその書き込み方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による磁壁移動型メモリは、磁気メモリ細線と、前記磁気メモリ細線に交差して設けられた書き込み磁性線と、前記書き込み磁性線と前記磁気メモリ細線との間の交差領域に設けられ、前記交差領域における前記書き込み磁性線の磁化情報を前記磁気メモリ細線に伝達する中間結合部と、前記書き込み磁性線に対して前記磁気メモリ細線と同じ側および反対側のうちの一方の側に配置されるとともに前記書き込み磁性線に接して設けられ、前記書き込み磁性線へ投影した場合に、前記磁気メモリ細線を間に挟むように設けられた隣接する固着部であって、前記隣接する固着部は、前記磁気メモリ細線の延在する方向と交差する方向における前記磁気メモリ細線の寸法以上の間隔を有して離れて配置される、隣接する固着部と、前記磁気メモリ細線に設けられた読み出し部と、前記書き込み磁性線へ投影した場合に、前記磁気メモリ細線および前記隣接する固着部を間に挟むように前記書き込み磁性線に設けられ、前記書き込み磁性線に書き込み電流を流す一対の第１電極、前記磁気メモリ細線に設けられ、前記磁気メモリ細線に磁壁を移動させるための電流を流す一対の第２電極と、を備え、前記隣接する固着部に接した前記書き込み磁性線の接触面は互いに反平行の磁化配置を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による磁壁移動型メモリを示す斜視図。
【図２】一実施形態の磁壁移動型メモリを図１に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図。
【図３】一実施形態の磁壁移動型メモリの書き込み動作を説明する図。
【図４】磁気メモリ細線および書き込み磁性線の形状を説明する図。
【図５】磁気メモリ細線および書き込み磁性線の形状を説明する図。
【図６】一実施形態の変形例による磁壁移動型メモリを示す斜視図。
【図７】図７（ａ）、７（ｂ）は、固着部の構成を説明する断面図。
【図８】固着部の構成を説明する断面図。
【図９】固着部の構成を説明する断面図。
【図１０】図１０（ａ）乃至１０（ｄ）は、読み出し部の構成を説明する断面図。
【図１１】図１１（ａ）乃至１１（ｃ）は、一実施形態の磁壁移動型メモリの製造方法を説明する工程断面図。
【図１２】図１２（ａ）乃至１２（ｃ）は、一実施形態の磁壁移動型メモリの製造方法を説明する工程断面図。
【図１３】磁気メモリ細線の記録方法を説明する図。
【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について詳細に説明する。
【００１１】
一実施形態による磁壁移動型メモリを図１および図２を参照して説明する。図１は本実施形態の磁壁移動型メモリ１を示す斜視図。図２は、本実施形態の磁壁移動型メモリを図１に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【００１２】
本実施形態の磁壁移動型メモリ１は、集積回路が搭載された基板１００の上方に設けられた記憶素子として機能する互いに平行に配置されたＮ（Ｎ≧１）本の磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３と、これらの磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３に直交するように設けられた書き込み磁性線３０と、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３のそれぞれと書き込み磁性線３０との間に設けられた中間結合部２０１、２０２，２０３と、書き込み磁性線３０に接して設けられたＮ＋１個の固着部３５１、３５２、３５３、３５４と、を備えている。なお、図１および図２では、Ｎは３となっているが３より大きくてもよい。集積回路が搭載された基板１００は絶縁膜１１０で覆われ、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３は、絶縁膜１１０上に設けられる。各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）は、一方向に延在している。ここで、一方向に延在しているとは、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）の局所的一方向に延在していることを意味し、必ずしも各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）の大域的に一方向に延在していることを意味するものではない。このため、後述する図６に示す変形例の磁壁移動型メモリのように、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）が基板上に設けられ、下方から上方に延在する第１部分と、この第１部分に接続し上記基板に平行な第２部分と、この第２部分に接続し上方から下方に延在する第３部分とを備えた場合について考察する。この場合、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）は各部分において、すなわち局所的に一方向に延在する。しかし、全ての部分が同じ方向に延在していない、すなわち大域的に一方向に延在していない。この場合も、本明細書では、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）は一方向に延在しているという。
【００１３】
隣り合う固着部３５ｉ、３５ｉ＋１（ｉ＝１，２，３）は、磁気メモリ細線１０ｉと書き込み磁性線３０が積層される方向に垂直な面へ固着部３５ｉ、３５ｉ＋１と磁気メモリ細線１０ｉを投影した場合に、磁気メモリ細線１０ｉを挟むように配置され、磁気メモリ細線１０ｉの幅以上の間隔を有して離れて書き込み磁性線３０に接している。固着部３５２は隣接する２つの磁気メモリ細線１０１、１０２の間に設けられ、固着部３５３は隣接する２つの磁気メモリ細線１０２、１０３の間に設けられている。固着部３５ｉ、３５ｉ＋１（ｉ＝１，２，３）は、固着部３５ｉ、３５ｉ＋１に接した書き込み磁性線３０の領域における磁化方向を互いに反平行に規定するためのものある。隣り合う固着部３５ｉ、３５ｉ＋１（ｉ＝１，２，３）はそれぞれ、書き込み磁性線３０に接する層を有し、これらの層は、これらの層における磁化が互いに反平行の磁化配置を有する強磁性体、もしくは、反強磁性体から構成される。図２では、各固着部３５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）は強磁性層からなっている。
【００１４】
さらに、Ｎ本の磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３、１０４およびＮ＋１個の固着部を挟んだ位置に書き込み磁性線に書き込み電流を流すための1対の電極４０ａ、４０ｂが設けられ、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３，４）にはビットシフトのための１対の電極５０ａ、５０ｂが設けられている。また、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３，４）には読出し部６０が設けられている。
【００１５】
本実施形態の磁壁移動型メモリ１の書き込み動作について図３（ａ）、３（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）、３（ｂ）は各磁気メモリ細線１０ｉの磁化をそれぞれ上向き、下向きに書き込んだ時の終状態である。上向きの磁化を書込む場合には、書き込み電流Ｉｗを図面上で右方向、すなわち電極４０ａから書き込み磁性線３０を介して電極４０ｂに流す。すると、電子流が図面上で左方向に流れ、書き込み磁性線３０の中に形成された磁壁３２がスピントルクにより左方向へ移動する。これにより、書き込み磁性線３０において各固着部３５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）と同じ磁化方向をもつ領域が左へ拡大する（図３（ａ））。すると、書き込み磁性線３０に隣接した磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）への磁化方向が、それぞれ図３（ａ）にて右隣の固着部３５ｉ＋１の磁化方向に向き、この結果、中間結合部２０ｉを介して接する磁気メモリ細線１０ｉの領域の磁化が同じ方向となる（図３（ａ））。
【００１６】
これに対して、下向きの磁化を書込む場合には、書込み電流Ｉｗを逆方向の左方向に流すと、同様にして書き込み磁性線３０において各固着部３５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）と同じ磁化方向をもつ領域が右へ拡大する。その結果、磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）の磁化は、図３（ｂ）において左隣の固着部３５ｉの磁化方向となる。よって、書き込み電流Ｉｗの向きにより、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３の、書き込み磁性線３０に中間結合部２０ｉを介して隣接した領域の磁化を反転、すなわち記録させることができる。
【００１７】
なお、固着部３５１、３５２、３５３、３５４の位置は、図２においては書き込み磁性線３０に対して磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３とは反対側に設けられているが、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３と同一側の書き込み磁性線３０の面もしくは側面に設けてもよい。同様に、図２においては、書き込み電極４０ａ、４０ｂは書き込み磁性線３０の下面に設けられていたが、上面に設けてもよいし、側面に設けてもよい。また、図２では書き込み磁性線３０が磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３の上側に設けられているが、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３の下側に設けてもよい。
【００１８】
磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３および書き込み磁性線３０はそれぞれ、延在する方向に直交する方向の断面は例えば長方形状、正方形状、楕円形状、円形状、台形状である。それらの幅、すなわち断面における横方向の長さは概ね５ｎｍから数１００ｎｍであり、厚み、すなわち断面における縦方向の長さは数ｎｍから１００ｎｍであることが望ましい。書き込み磁性線３０の幅は、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３における１ビットに対応したサイズから数ビットに対応したサイズまでをとることができる。
【００１９】
磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３と書き込み磁性線３０の外形形状は、図４、図５に示すように、延在する方向に周期的なくびれを有してもよい。延在する方向に周期的くびれを設けることで、磁壁の位置制御がより容易になる。磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３にくびれを設けた場合には、書き込み磁性線３０の中心線３０ａを磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３の最も太い部分に重なるようにすることで、書き込みが確実なものとなるほか、書き込み磁性線３０の幅をくびれの周期よりも細く設定することができ、書込み電流を低減することができる。
【００２０】
磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３および書き込み磁性線３０には、希土類―遷移金属アモルファス合金膜、多層膜、または遷移金属とＰｔまたはＰｄとの規則合金などの垂直磁化膜を用いることができる。
【００２１】
希土類―遷移金属アモルファス合金膜は希土類遷移金属と３ｄ遷移金属との合金からなるフェリ磁性体で、例えば、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、およびＧｄ（ガドリニウム）の群から選択された少なくとも一つの元素と、遷移金属の群から選択された少なくとも１つの元素とで構成される。具体例として、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ等が挙げられる。また、希土類―遷移金属アモルファス合金膜にＢ(ボロン)などの添加元素を含んでも良い。
【００２２】
多層膜としては、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜などを用いることができる。
【００２３】
規則合金としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選択された少なくとも１つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄから選択された少なくとも一つの元素とからなる合金が適している。例えば、合金の結晶構造がＬ１０型の規則合金として、Ｃｏ５０Ｐｄ５０、Ｃｏ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｔ５０、Ｆｅ５０Ｐｄ５０、Ｆｅ３０Ｎｉ２０Ｐｄ５０、Ｃｏ３０Ｆｅ１０Ｎｉ１０Ｐｔ５０、Ｃｏ３０Ｎｉ２０Ｐｔ５０等が挙げられる。これらの規則合金は上記組成比に限定されない。これらの規則合金に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇ等の不純物元素を添加し加えて磁気異方性エネルギーや飽和磁化を調整することが可能となり、容易に大きな磁気異方性エネルギーを得ることができる。さらに、規則合金として、ホイスラー合金を用いると、シフト電流を低減することができる。
【００２４】
なお、磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３および書き込み磁性線３０として、上述の材料を少なくとも１層含み、例えばＴｂＦｅＣｏ／ＣｏＦｅＢや、ＧｄＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＴｂＦｅＣｏ、あるいはＴｂＦｅＣｏ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢのように組み合わせて用いることで、磁壁特性を調整することが可能となる。磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３および書き込み磁性線３０は特性に応じて異なる材料および構造であってもよい。
【００２５】
複数の磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３は書き込み磁性線３０の近傍で互いに平行に配置される。そして、書き込み磁性線３０は磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３に対して直交して設けられると、メモリとしての記録密度を向上することができ、大容量化の観点から望ましい。磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３は図１に示すように基板面内に設けてもよいが、図６に示す変形例のように立体構造としてもよい。これにより、更なる大容量化に対応することができる。図６においては、固着部および中間結合部は省略している。また、図６においては、書き込み磁性線３０を磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の上部に設けている。この場合においても、書き込み磁性線３０は磁気メモリ細線１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６に交差する部分においては直交していることが望ましい。
【００２６】
固着部３５１，３５２，３５３，３５４は、隣接する書込み磁性線３０の磁化を局所的に固着する機能をもつ。固着部３５１，３５２，３５３，３５４には、磁気メモリ細線１０１，１０２，１０３あるいは書き込み磁性線３０と同様の磁性材料を用いることができる。また、固着部として反強磁性材料を用いることができる。逆方向の磁化を有する強磁性層を有する固着部を形成する方法としては、それぞれ異なる２通りの保磁力をもつ強磁性層を形成する方法がある。その例として、強磁性層の材料を変える、あるいはイオン照射して磁気異方性を変える、などの方法がある。
【００２７】
また、固着部のスピン偏極方向と磁化方向との組み合わせを変えることにより、固着部に接した書き込み細線３０の磁化を変えることができる。例えば、隣り合う固着部の材料として、それぞれ希土類リッチ側と遷移金属リッチ側の希土類-遷移金属を用いて固着部を形成し、大きな外部磁界を引加して初期化することで、固着部に接した書込み磁性線の磁化方向を逆にすることができる。
【００２８】
また、隣接する固着部にネール温度が異なる反強磁性体を用いることで、固着部に接した書き込み磁性線の磁化方向を逆にすることができる。例えば図７（ａ）に示すように、書き込み磁性線３０を介して、磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）を挟むように設けられた固着部３５ｉおよび固着部３５ｉ＋１として、ネール温度が異なる反強磁性体を用いる。これにより、隣接する固着部３５ｉおよび固着部３５ｉ＋１にそれぞれ接した書き込み磁性線３０の領域の磁化方向が互いに逆方向とすることができる。この場合、図７（ｂ）に示すように、これらの固着部３５ｉ、３５ｉ＋１のそれぞれと書き込み磁性線３０との間に強磁性層３２ｉ、３２ｉ＋１を設けてもよい。これにより、作製が容易となる。
【００２９】
また、図８に示すように、一方の固着部３５２、３５４にはＲｕ等の反強磁性結合する非磁性層を有する人工反強磁性結合した多層膜を用い、もう一方の固着部３５１、３５３には磁性層３５ａ１、３５ａ３を有するとともに、それぞれの磁性層３５ａ１、３５ａ３の上部に反強磁性層３５ｂ１、３５ｂ３を設けることで、逆方向に磁化固着をする方法がある。なお、固着部３５ｊ（ｊ＝２、４）は、磁性層３５ａｊ、非磁性層３５ｂｊ、磁性層３５ｃｊ、および反強磁性層３５ｄｊがこの順序で積層された積層構造を有し、磁性層３５ａｊおよび磁性層３５ｃｊが非磁性層３５ｂｊを介して反強磁性結合している。なお、図８に示した磁化方向は、全ての関係が上下逆であっても同じ効果が得られる。
【００３０】
さらに、図９に示すように、一方の固着部３５Ａ１、３５Ａ３は反強磁性層とし、もう一方の固着部３５Ａ２、３５Ａ４はそれぞれ、Ｒｕ等の反強磁性結合非磁性層３５Ａａ２、３５Ａａ４と、強磁性層３５Ａｂ２、３５Ａｂ４と、反強磁性層３５Ａｃ２、３５Ａｃ４がこの順序で積層された構造とすることもできる。このような構造とすることで、隣接する固着部３５Ａｉ、３５Ａｉ＋１に接した書き込み磁性線３０の領域の磁化を局所的に互いに反平行とすることができる。なお、図９に示した磁化方向は、全ての関係が上下逆であっても同じ効果が得られる。
【００３１】
各固着部３５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）の、書き込み磁性線３０が延在する方向における寸法は、図２に示すように、固着部３５ｉおよびこの固着部３５ｉに最近接の磁気メモリ細線１０ｉ、１０ｉ＋１を書き込み磁性線３０に投影したとき、固着部３５ｉと最近接の磁気メモリ細線１０ｉ、１０ｉ＋１とが部分的に重ならない範囲に設定する。より詳細には、固着部３５ｉと最近接の磁気メモリ細線１０ｉ、１０ｉ＋１の書き込み磁性線３０との接触面を書き込み磁性線３０を含む面に投影したときに重ならないように設定する。また、各固着部３５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）の、書き込み磁性線３０が延在する方向と直交する方向（書き込み磁性線３０の幅方向）の寸法は、各固着部３５ｉの書き込み磁性線３０との接触面において書き込み磁性線３０の幅と同じか、もしくは図４あるいは図５に示すように書き込み磁性線３０の幅以上とすることが書き込み磁性線３０の磁化を十分に制御する上で望ましい。各固着部３５ｉの断面は例えば長方形状、正方形状、台形状である。
【００３２】
中間結合部２０ｉ（ｉ＝１，２，３）には、書き込み磁性線３０の磁化情報を磁気メモリ細線へ伝達するために、層間交換結合を示す材料、もしくは、絶縁性磁性材料、磁性半導体材料を用いることができる。層間交換結合を示す材料として、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕなどが挙げられる。中間結合部として絶縁性磁性材料を用いると、特に書き込み電流の磁気メモリ細線への回りこみを防ぐことができ、回路構成上望ましい。絶縁性磁性材料としては、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物、Ｍｎ系酸化物、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素が添加された酸化物、またはＣｒＯ２を用いることができる。これらの絶縁性磁性材料は、酸素欠損により絶縁特性が若干劣り、半導体的であっても抵抗が大きければよい。磁性半導体材料としては、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選択された少なくとも１つの元素が添加されたＳｉ、化合物半導体、酸化物半導体を用いることができる。
【００３３】
図１に示したように、各磁気メモリ細線１０ｉ（ｉ＝１，２，３）には、読み出し部６０が設けられている。この読み出し部６０において、磁気メモリ細線の対応する位置（ターゲットセル）に移動してきたビットの磁化方向を読み出す。この読み出し部６０には、例えば、図１０（ａ）に示すように、磁気メモリ細線１０に接するようにトンネルバリア層６１ａを介して磁性電極６１ｂを設けることで、トンネル磁気抵抗効果(ＴＭＲ)として信号を読み出す構造を用いることができる。トンネルバリア層６１ａには、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、シリコン窒化物（Ｓｉ−Ｎ）、シリコン酸窒化物（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、グラファイトなどの材料を用いることができる。磁性電極６１ｂには、磁気メモリ細線に挙げた材料を用いることができる。
【００３４】
また、読み出し部６０には、例えば図１０（ｂ）に示すように、磁気メモリ細線１０とは電気的に独立した位置に設けられたＴＭＲ素子６２をセンサとして用いることができる。このＴＭＲ素子６２は、トンネルバリア層６２ｂを磁性層６２ａと、磁性電極６２ｃで挟んだ構造を有し、磁性層６２ａが磁気メモリ細線１０側に設けられる。そのＴＭＲ素子６２が設けられる位置を、磁気メモリ細線１０を断面とする断面図においては、磁気メモリ細線１０の斜め上方あるいは斜め下方に設けることで、ＴＭＲ素子６２に因襲的な面内磁化膜を用いることができる。また、ＴＭＲ素子６２は磁気メモリ細線１０と距離を置いた側面に設けてもよい。その場合は、垂直磁化とすることが望ましい。
【００３５】
また、読み出し部６０には、例えば図１０（ｃ）に示すように、磁気メモリ細線１０に対して離間して検出線６３を設けることで、磁壁が移動するときに検出線６３に生じる誘導起電力を用いてのターゲットセル１３の磁化方向を読み出すことができる。また、図１０（ｄ）に示すように、磁気メモリ細線１０に対して、離間してもしくは接してスピン波伝送線６４を設けることで、ターゲットセル１３の磁化方向をスピン波信号として検出することができる。その他、非局所法等の方法で読み出しを行うことができる。
【００３６】
（実施例１）
次に、本実施形態の実施例１として、本実施形態による磁壁移動型メモリの製造方法について図１１（ａ）乃至図１２（ｃ）を参照して説明する。本実施例１の製造方法では、例えば、図１または図８に示す磁壁移動型メモリを製造する。図１１（ａ）乃至図１２（ｃ）は、磁気メモリ細線１０が直線状の形状を有している場合の製造工程断面図である。これらの断面図は、図１に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。
【００３７】
まず、読み出しおよび書き込みのための電極用配線（図示せず）を予め形成した熱酸化膜１１０付きのＳｉ基板１００を超高真空スパッタ装置内に配置する。続いて、基板上にバッファ層（図示せず）を介して磁気メモリ細線となる厚さが１０ｎｍのＴｂＦｅＣｏ膜１０、中間結合部となる厚さが４ｎｍの（ＮｉＺｎ）Ｆｅ２Ｏ４膜２０を順次形成する（図１１（ａ））。
【００３８】
次に、中間結合部となる膜２０上にレジスト（図示せず）を塗布し、ＥＢ描画装置を用いてレジストを露光して現像することで、レジストからなるマスク（図示せず）を形成する。このマスクを用いてイオンミリングを行うことにより、磁気メモリ細線となるＴｂＦｅＣｏ膜１０をおよそ２００００ｎｍ×２０ｎｍの細線形状に加工する。続いて、周辺を絶縁体、例えばＳｉＯ２層２５で埋め込み、その後、上記マスクを除去する。これにより磁気メモリ細線１０が形成される（図１１（ｂ））。
【００３９】
次に、基板１００を超高真空スパッタ装置内に再度配置し、書き込み磁性線となる、厚さが１５ｎｍのＴｂＦｅＣｏ膜および厚さが１ｎｍのＰｔ膜を順次堆積した積層膜３０を形成する（図１１（ｃ））。ここで、Ｐｔ膜はＴｂＦｅＣｏ膜の保護のために設けている。続いて、上記積層膜３０上にレジスト（図示せず）を塗布し、ＥＢ描画装置を用いてレジストを細線状に露光して現像することでレジストからなる細線状のマスク（図示せず）を形成する。このマスクを用いて上記積層膜に対してイオンミリングを行うことにより、上記積層膜を細線状に加工する。更に、周囲を絶縁体、例えばＳｉＯ２層（図示せず）で埋め込む。そして、上記マスクを除去して書き込み磁性線３０を形成する。これにより図１１（ｃ）の左右に延在した書き込み磁性線３０が形成される。
【００４０】
次に、基板１００上にレジスト（図示せず）を塗布し、ＥＢ描画装置を用いてレジストを露光し現像することで、マスク（図示せず）を形成する。そして基板１００を超高真空スパッタ装置内に再度配置し、表面をプレスパッタしたのち、厚さが１．４ｎｍのＦｅＣｏ膜３５ａ、厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ膜３５ｂ、および厚さが５ｎｍのＴａ膜３５ｃを順次形成する。そして、上記レジストをリフトオフすることで半分の固着部３５１、３５３、３５５、３５７を形成する（図１２（ａ））。
【００４１】
次に、再びこの基板１００上にレジスト（図示せず）を塗布し、ＥＢ描画装置を用いてレジストを露光し現像することで、レジストからなるマスク（図示せず）を形成する。ここに、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅＢ膜３６ａ、厚さが０．９ｎｍのＲｕ膜３６ｂ、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ膜３６ｃ、厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ膜３６ｄ、厚さが５ｎｍのＴａ膜３６ｅを順次形成し、上記レジストをリフトオフすることで残りの固着部３５２、３５４、３５６を形成する（図１２（ｂ））。
【００４２】
最後に、図１２（ｃ）に示すように、書き込み磁性線３０への書き込みのための一対の電極４０ａ、４０ｂおよび、磁気メモリ細線１０へのシフト動作のための１対の電極（図示せず）を形成する。これらの電極の形成は、以下のように形成される。図１２（ｂ）の表面にレジスト（図示せず）を塗布し、このレジストをＥＢ描画装置を用いて露光し現像することで、電極が形成されるべき位置に開口を有する、レジストからなるマスクを形成する。このマスクを用いて図１２（ｂ）の表面の電極が形成されるべき位置に対してイオンミリングとリアクティブイオンエッチングを行うことで、開口を形成する。その後、このようにして形成された開口に電極材料を埋め込むことで、電極を形成する。そして、固着部３５１〜３５７を保護するために、これらの固着部３５１〜３５７を覆うように、ＳｉＯ２膜１２０を形成する。
【００４３】
以上により、書き込み磁性線３０を備えた磁壁移動型メモリを作製することができる。
【００４４】
なお、上記で用いたＳｉＯ２のほかに、絶縁体としては、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物を用いることができる。
【００４５】
（実施例２）
次に、本実施形態の実施例２として、複数の磁気メモリ細線へ１つの書き込み磁性線で書き込む際の記録方法について図１３を参照して説明する。図１３は例えば３本の磁気メモリ細線１０１〜１０３をもつ場合を例である。この例では、各磁気メモリ細線１０ｉの一端に選択トランジスタ７０ｉが接続されている。本記録方法では、書き込み磁性線３０と交差し、対応した固着部が存在する全ての磁気メモリ細線１０１〜１０３へ同時に書込みを行うことになる。そこで、非選択の磁気メモリ細線、例えば磁気メモリ細線１０１、１０３では、既に書き込まれたビットに上書きがなされないように、書き込みされたビットを書き込み磁性線３０と交差する位置から予め外しておく。一方、選択される磁気メモリ細線１０２においては、書き込み磁性線３０に電流パルスを流した後、選択トランジスタ７０２を介して磁気メモリ細線１０２にシフト電流を流し、書き込まれたビットを送る。そして再度書き込みとシフト動作を繰り返す。シフト動作は電流をパルス状として印加する場合と、連続的に電流を流す場合とがある。前者は特に、磁気メモリ細線にくびれを設けた場合に適しており、磁壁位置の制御性に優れている。一方、書き込み動作をしつつ連続したシフト電流を流すと、高速動作が可能となり、高い転送速度をもつ磁壁移動型メモリを実現することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、低電力かつ大容量化可能な書き込みが可能となる磁壁移動型メモリおよびその書き込み方法を提供することができる。
【００４７】
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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４８】
１  磁壁移動型メモリ
１０１〜１０３  磁気メモリ細線（磁性細線）
２０１〜２０３  中間結合部
３０  書き込み磁性線
３５１〜３５４  固着部
４０ａ、４０ｂ  書き込み用電極
５０ａ、５０ｂ  シフト用電極
６０  読み出し部
１００  基板
１１０  絶縁膜
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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