(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の前記第１方向と交差する第２方向に配置された第１強磁性層と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層が配置された側に位置する第１面、及び前記第１面と反対側の第２面とを有し、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１面において、前記第１強磁性層が配置された第１領域の外に、前記第１領域より前記第２面側に凹む第２領域を有し、
前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第２面から、前記第１方向と交差する方向に延在するビア配線をさらに備え、
前記第２領域は、前記第２方向からの平面視において前記ビア配線と重なる、スピン流磁化反転素子。
【請求項２】
前記第２領域は、前記第１領域から見て前記第１方向の外側に位置する、請求項１に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項３】
前記第１領域に対する前記第２領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下である、請求項１又は２に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項４】
前記第２領域の凹みは、前記第１領域から離れるにつれて深くなるように、前記第１面の第１領域に対して傾斜した傾斜面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項５】
前記第１強磁性層の厚さをｈ、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たす、請求項４に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項６】
第１方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の前記第１方向と交差する第２方向に配置された第１強磁性層と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層が配置された側に位置する第１面、及び前記第１面と反対側の第２面とを有し、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１面において、前記第１強磁性層が配置された第１領域の外に、前記第１領域より前記第２面側に凹む第２領域を有し、
前記第２領域の凹みは、前記第１領域から離れるにつれて深くなるように、前記第１面の第１領域に対して傾斜した傾斜面を有し、
前記第１強磁性層の厚さをｈ、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たす、スピン流磁化反転素子。
【請求項７】
前記第２領域は、前記第１領域から見て前記第１方向の外側に位置する、請求項６に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項８】
前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第２面から、前記第１方向と交差する方向に延在するビア配線をさらに備え、
前記第２領域は、前記第２方向からの平面視において前記ビア配線と重なる、請求項６又は７に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項９】
前記第１領域に対する前記第２領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下である、請求項６〜８のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子。
【請求項１０】
第１方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の前記第１方向と交差する第２方向に配置された第１強磁性層と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層が配置された側に位置する第１面、及び前記第１面と反対側の第２面とを有し、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１面において、前記第１強磁性層が配置された第１領域の外に、前記第１領域より前記第２面側に凹む第２領域を有するスピン流磁化反転素子と、
前記第１強磁性層の表面のうち、前記スピン軌道トルク配線側に位置する面と反対側の面に配置された非磁性層と、
前記第１強磁性層との間に前記非磁性層を挟む第２強磁性層と、を備える、
前記第１強磁性層と前記非磁性層と前記第２強磁性層とからなる積層体の高さをＨ、前記第２領域において前記第１領域から離れるにつれて深くなるように前記第１面に対して傾斜した傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞Ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たす、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記第２領域は、前記第１領域から見て前記第１方向の外側に位置する、請求項１０に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第２面から、前記第１方向と交差する方向に延在するビア配線をさらに備え、
前記第２領域は、前記第２方向からの平面視において前記ビア配線と重なる、請求項１０又は１１に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
前記第１領域に対する前記第２領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下である、請求項１０〜１２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１４】
前記第２領域の凹みは、前記第１領域から離れるにつれて深くなるように、前記第１面の第１領域に対して傾斜した傾斜面を有する、請求項１０〜１３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１５】
前記第１強磁性層の厚さをｈ、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たす、請求項１４に記載のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
第１方向に延在するスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線の前記第１方向と交差する第２方向に配置された第１強磁性層と、を備え、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層が配置された側に位置する第１面、及び前記第１面と反対側の第２面とを有し、
前記スピン軌道トルク配線は、前記第１面において、前記第１強磁性層が配置された第１領域の外に、前記第１領域より前記第２面側に凹む第２領域を有するスピン流磁化反転素子の製造方法であって、
前記第２方向からの平面視において前記第２領域と重なる位置に設けられ、一方向に並ぶ複数の凹部を一方の主面に有する基板を準備し、前記基板の一方の主面にスピン軌道トルク配線用の部材からなる層を形成する工程と、
前記スピン軌道トルク配線用の部材の層を、複数の前記凹部を覆いつつ、前記一方向に沿って延在するように加工し、スピン軌道トルク配線を形成する工程と、
前記スピン軌道トルク配線上に、第１強磁性層用の部材からなる層を形成する工程と、
前記第１強磁性層用の部材の層のうち、積層方向からの平面視において、前記凹部と重なる部分が除去されるように加工し、第１強磁性層を形成する工程と、を有することを特徴とするスピン流磁化反転素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第２領域は、前記第１領域から見て前記第１方向の外側に位置する、請求項１６に記載のスピン流磁化反転素子の製造方法。
【請求項１８】
前記スピン軌道トルク配線用の部材からなる層を形成する工程の前に、
前記基板として層間絶縁膜を用い、前記層間絶縁膜のうち、前記第２方向からの平面視において前記第２領域と重なる位置に、前記第２方向に延在する開口部を設ける工程と、
前記開口部内に金属を埋め込み、前記金属からなり、前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第２面から、前記第２方向に延在するビア配線を作製する工程とを、さらに備え、
前記ビア配線を作製する工程において、前記ビア配線を、前記スピン軌道トルク配線用の部材からなる層を形成する側が、前記層間絶縁膜の厚み方向に凹むように作製する、請求項１６又は１７に記載のスピン流磁化反転素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１領域に対する前記第２領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下である、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２領域の凹みは、前記第１領域から離れるにつれて深くなるように、前記第１面の第１領域に対して傾斜した傾斜面を有する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載のスピン流磁化反転素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１強磁性層の厚さをｈ、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たす、請求項２０に記載のスピン流磁化反転素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、及びスピン流磁化反転素子の製造方法に関する。
本願は、２０１７年９月７日に、日本に出願された特願２０１７−１７２３９９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、磁化反転をさせるための反転電流密度が高い。 ＴＭＲ素子の長寿命の観点からはこの反転電流密度は低いことが望ましい。この点は、ＧＭＲ素子についても同様である。【０００５】  そこで近年、ＳＴＴとは異なったメカニズムで磁化反転を行う、スピン軌道相互作用により生成された純スピン流を利用した磁化反転に注目が集まっている（例えば、非特許文献１）。このメカニズムはまだ十分には明らかになっていないが、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が、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を誘起し、ＳＯＴにより磁化反転が生じると考えられている。純スピン流は上向きスピンの電子と下向きスピン電子が同数で互いに逆向きに流れることで生み出されるものであり、電荷の流れは相殺されている。そのため磁気抵抗効果素子に流れる電流はゼロであり、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】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.-J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,and P.Gambardella,Nature,476,189(2011).
【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側壁に導電性を有する不純物が付着すると、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体の磁気特性が劣化する。また付着した不純物は、磁気抵抗効果素子における電流リークの原因になる。この不純物は、磁気抵抗効果素子の側壁にイオンビームを当てて、除去できる。しかしながら、ＳＯＴを用いた磁気抵抗効果素子の場合、磁気抵抗効果素子の積層方向と交差する方向にスピン軌道トルク配線が延在する。イオンビームの一部がスピン軌道トルク配線に照射されると、スピン軌道トルク配線の一部がエッチングされ、磁気抵抗効果素子の側壁に再付着する。導電性を有するスピン軌道トルク配線を構成する物質は、再付着により不純物となる。【０００８】  本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、側壁に付着した不純物を効率的に除去することが可能な、スピン流磁化反転素子及びスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明者らは、強磁性層が積層される第１領域に対して外側の第２領域の位置を相対的に下げることで、側壁に不純物が再付着することを抑制できることを見出した。  すなわち本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。【００１０】（１）本発明の第１の態様にかかるスピン流磁化反転素子は、第１方向に延在するスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線の前記第１方向と交差する第２方向に配置された第１強磁性層と、を備え、前記スピン軌道トルク配線は、前記第１強磁性層が配置された側に位置する第１面、及び前記第１面と反対側の第２面とを有し、前記スピン軌道トルク配線は、前記第１面において、前記第１強磁性層が配置された第１領域の外に、前記第１領域より前記第２面側に凹む第２領域を有する。【００１１】（２）上記態様にかかるスピン流磁化反転素子において、前記第２領域は、前記第１領域から見て前記第１方向の外側に位置してもよい。【００１２】（３）上記態様にかかるスピン流磁化反転素子において、前記スピン軌道トルク配線の表面のうち、前記第２面から、前記第１方向と交差する方向に延在するビア配線をさらに備え、前記第２領域は、前記第２方向からの平面視において前記ビア配線と重なっていてもよい。【００１３】（４）上記態様にかかるスピン流磁化反転素子において、前記第１領域に対する前記第２領域の凹みの深さは、前記スピン軌道トルク配線の厚み以下であってもよい。【００１４】（５）上記態様にかかるスピン流磁化反転素子において、前記第２領域の凹みは、前記第１領域から離れるにつれて深くなるように、前記第１面の第１領域に対して傾斜した傾斜面を有してもよい。【００１５】（６）上記態様にかかるスピン流磁化反転素子において、前記第１強磁性層の厚さをｈ、前記傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たしてもよい。【００１６】（７）第２の態様にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、上記態様にかかるスピン流磁化反転素子と、前記第１強磁性層の表面のうち、前記スピン軌道トルク配線側に位置する面と反対側の面に配置された非磁性層と、前記第１強磁性層との間に前記非磁性層を挟む第２強磁性層と、を備える。【００１７】（８）上記態様にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗化素子は、前記第１強磁性層と前記非磁性層と前記第２強磁性層とからなる積層体の高さをＨ、前記第２領域において前記第１領域から離れるにつれて深くなるように前記第１面に対して傾斜した傾斜面の傾斜角をφ、前記第１領域と前記第２領域の最短距離をＧ、前記第１強磁性層に対して入射させたイオンビームが前記第１領域における前記第１面と平行な面となす入射角をθとした際に、Ｇ＞Ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）を満たしてもよい。【００１８】（９）第３の態様にかかるスピン流磁化反転素子の製造方法は、第１の態様に係るスピン流磁化反転素子の製造方法であって、一方向に並ぶ複数の凹部を一方の主面に有する基板を準備し、前記基板の一方の主面にスピン軌道トルク配線用の部材から���る層を形成する工程と、前記スピン軌道トルク配線用の部材の層を、複数の前記凹部を覆いつつ、前記一方向に沿って延在するように加工し、スピン軌道トルク配線を形成する工程と、前記スピン軌道トルク配線上に、第１強磁性層用の部材からなる層を形成する工程と、前記第１強磁性層用の部材の層のうち、積層方向からの平面視において、前記凹部と重なる部分が除去されるように加工し、第１強磁性層を形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１９】  側壁に付着した不純物を効率的に除去することが可能な、スピン流磁化反転素子及びスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。
【図２】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した断面図である。
【図３Ａ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の製造過程における被処理体の断面図である。
【図３Ｂ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の製造過程における被処理体の断面図である。
【図３Ｃ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の製造過程における被処理体の断面図である。
【図３Ｄ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の製造過程における被処理体の断面図である。
【図４Ａ】平坦面に入射したイオンビームにより飛散した不純物の飛散方向を模式的に示した図である。
【図４Ｂ】第１傾斜面に入射したイオンビームにより、飛散した不純物の飛散方向を模式的に示した図である。
【図５Ａ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の別の例を模式的に示した斜視図である。
【図５Ｂ】第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の別の例を模式的に示した斜視図である。
【図６】第２実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の斜視模式図である。
【図７Ａ】ビア配線を有するスピン流磁化反転素子の製造過程における、被処理体の断面図である。
【図７Ｂ】ビア配線を有するスピン流磁化反転素子の製造過程における、被処理体の断面図である。
【図７Ｃ】ビア配線を有するスピン流磁化反転素子の製造過程における、被処理体の断面図である。
【図７Ｄ】ビア配線を有するスピン流磁化反転素子の製造過程における、被処理体の断面図である。
【図８】第３実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の断面模式図である。
【図９】複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子を備える磁気メモリの平面図である。
【図１０】第５実施形態にかかる高周波磁気素子の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  以下、本実施形態について、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。
【００２２】（スピン流磁化反転素子）「第１実施形態」  図１は、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した斜視図である。また図２は、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子を模式的に示した断面図である。第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０は、第１強磁性層１と、スピン軌道トルク配線２とを有する。  以下、スピン軌道トルク配線２が延在する第１方向をｘ方向、第１強磁性層１の積層方向（第２方向）をｚ方向、ｘ方向及びｚ方向のいずれにも直交する方向をｙ方向と規定して説明する。
【００２３】＜第１強磁性層＞  第１強磁性層１は、スピン軌道トルク配線２の第１方向（ｘ方向）と交差する第２方向（ｚ方向）に、立設されるように配置（載置）されている。第１強磁性層１の厚み方向が、ｚ方向と略平行であることが好ましい。第１強磁性層１はその磁化Ｍ１の向きが変化することで機能する。図１では、第１強磁性層１を、磁化Ｍ１がｘ方向に配向した面内磁化膜としたが、ｘｙ面内の異なる方向に配向した面内磁化膜としてもよいし、ｚ方向に配向した垂直磁化膜としてもよい。
【００２４】  第１強磁性層１には、強磁性材料、特に軟磁性材料を適用できる。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用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅを例示できる。
【００２５】  また、より高い出力を得るためにはＣｏ２ＦｅＳｉ等のホイスラー合金を第１強磁性層１に用いることが好ましい。ホイスラー合金は、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。例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１−ｃＧａｃ等が挙げられる。
【００２６】＜スピン軌道トルク配線＞  スピン軌道トルク配線２は、ｘ方向に延在する。スピン軌道トルク配線２は、第１強磁性層１のｚ方向の一面に接続されている。スピン軌道トルク配線２は、第１強磁性層１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。
【００２７】  スピン軌道トルク配線２は、電流が流れるとスピンホール効果によって純スピン流が生成される材料からなる。かかる材料としては、スピン軌道トルク配線２中に純スピン流が生成される構成のものであればよい。従って、スピン軌道トルク配線２は、単体の元素で構成されている必要はなく、複数の材料、例えば、純スピン流を生成しやすい材料と純スピン流を生成しにくい材料とで構成されていてもよい。
【００２８】  スピンホール効果とは、材料に電流を流した場合に、電流を担う電子の軌道角運動量とスピン角運動量との間に働く相互作用（スピン軌道相互作用）によって、電流の向きと直交する方向に純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、純スピン流が誘起されるメカニズムについて説明する。
【００２９】  図１に示すように、スピン軌道トルク配線２のｘ方向の両端に電位差を与えるとｘ方向に沿って電流が流れる。電流が流れると、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、通常のホール効果では、磁場中で運動する荷電粒子がローレンツ力を受けて、その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くても、電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）でスピンの移動方向が曲げられる点が大きく異なる。
【００３０】  非磁性体（強磁性体ではない材料）では第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。
【００３１】  強磁性体中に電流を流した場合は、第１スピンＳ１と第２スピンＳ２が互いに反対方向に曲げられる点は同じである。ただし、強磁性体中では第１スピンＳ１と第２スピンＳ２のいずれかが多い状態であり、結果として電荷の正味の流れが生じてしまう（電圧が発生してしまう）点が異なる。従って、スピン軌道トルク配線２の材料としては、強磁性体だけからなる材料は含まれない。
【００３２】  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。純スピン流ＪＳは、図中のｚ方向に流れる。ここで、ＪＳは分極率が１００％の電子の流れである。  図１において、スピン軌道トルク配線２の上面に強磁性体を接触させると、純スピン流は強磁性体中に拡散して流れ込む。すなわち、第１強磁性層１にスピンが注入される。
【００３３】  スピン軌道トルク配線２は、電流が流れる際のスピンホール効果によって純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。
【００３４】  スピン軌道トルク配線２の主な構成材料は、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、原子番号が大きい非磁性金属、すなわち、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の非磁性金属であることが好ましい。これらの非磁性金属においては、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。
【００３５】  原子番号が小さい金属に電流を流すと、すべての電子が、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に電流を流すと、スピン軌道相互作用が大きく、スピンホール効果が電子に強く作用するため、電子の動く方向が電子のスピンの向きに依存する。その結果、これらの非磁性金属は、純スピン流Ｊｓが発生しやすい。
【００３６】  また、スピン軌道トルク配線２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。スピン軌道トルク配線２の主構成は、反強磁性金属だけからなってもよい。
【００３７】  ただし、磁性金属の添加量が増大し過ぎると、発生した純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。目安として、添加される磁性金属のモル比は３％以下であることが好ましい。
【００３８】  また、スピン軌道トルク配線２は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。スピン軌道トルク配線２の主構成は、トポロジカル絶縁体でもよい。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。この物質にはスピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。これにより、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。これがトポロジカル絶縁体であり、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で生成できる。
【００３９】  トポロジカル絶縁体の材料としては、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、高効率でスピン流を生成することが可能である。
【００４０】  スピン軌道トルク配線２は、第１強磁性層１が配置（積層）された側に位置する第１面２ａ、及び第１面２ａと反対側の第２面２ｂとを有する。第１面２ａは、第１強磁性層１が配置された第１領域２Ａと、第１領域２Ａの外に位置し、第１領域２Ａより−ｚ方向（第２面２ｂ側）に凹む第２領域２Ｂと、を有する。図１において、第２領域２Ｂは、第１領域２Ａから見て、＋ｘ方向の外側の領域と−ｘ方向の外側の領域とに位置する。すなわち、第１領域２Ａは、ｘ方向において複数の第２領域２Ｂに挟まれている。
【００４１】  スピン軌道トルク配線２に第２領域２Ｂを形成すると、スピン流磁化反転素子１０の製造過程において、第１強磁性層１に付着する不純物を効率的に除去することができ、第１強磁性層１の磁気特性を高めることができる。
【００４２】  図３Ａ〜３Ｄは、スピン流磁化反転素子１０の製造方法の一例を説明するための模式図である。  まず、一方向（ｘ方向）に並ぶ複数（ここでは２つ）の凹部２Ｂを一方の主面に有する基板１１を準備し、この基板１１の一方の主面にスピン軌道トルク配線の基となる層（スピン軌道トルク配線用の部材からなる層）を形成（積層）する。積層方法としては、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等の公知の方法を用いることができる。次いで、スピン軌道トルク配線の基となる層を、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、複数の凹部２Ｂを覆いつつ、ｘ方向に沿って延在するように加工し、スピン軌道トルク配線２を形成する。スピン軌道トルク配線２は基板１１の表面の形状に追従するように成膜されるため、第２領域２Ｂは対応する凹部を基板１１に設けることで作製できる（図３Ａ）。  そして、スピン軌道トルク配線の周囲を囲むように、絶縁層を被覆する。絶縁層には、酸化膜、窒化膜等を用いることができる。
【００４３】  次いで、絶縁層とスピン軌道トルク配線２の表面を、ＣＭＰ研磨（chemical mechanical polishing）により平坦化する。平坦化された表面上に、第１強磁性層の基となる層（第１強磁性層用の部材からなる層）１２を形成し、第１強磁性層の基となる層１２上にレジスト等からなる保護層１３を形成する（図３Ｂ）。
【００４４】  次いで、保護層１３を介して、第１強磁性層の基となる層１２のうち、積層方向（ｚ方向）からの平面視において、前記凹部と重なる部分が除去されるように加工し、第１強磁性層１を形成する。加工には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）等の方法を用いることができる（図３Ｃ）。
【００４５】  第１強磁性層１の側壁には、加工時に不純物が付着する場合がある。この不純物は、第１強磁性層１の磁気特性を劣化させる。付着した不純物は、側方からイオンビームを照射することで除去できる（図３Ｄ）。イオンビームの入射角度（イオンビームの進行方向とｘｙ平面とのなす角度）は、ｘｙ平面に平行に近いことが好ましい。入射ビームの進行方向とｘｙ平面とのなす角は、１０°程度まで傾けることができる。
【００４６】  第１領域２Ａの側方に位置する第２領域２Ｂのｚ方向の位置が第１領域２Ａより高いと、第１強磁性層１の側壁は第２領域２Ｂの影となり、イオンビームを効率的に第１強磁性層１の側壁に照射することができない。これに対し、第１面２ａにおいて、第２領域２Ｂが第１領域２Ａより凹んでいると、第２領域２Ｂが第１強磁性層１に入射するイオンビームを阻害することはない。すなわち、第１強磁性層１の側壁に直接、イオンビームを照射することができ、不純物を効率的に除去することができる。
【００４７】  また図２に示す第２領域２Ｂの凹みは、第１傾斜面２Ｂ１と第２傾斜面２Ｂ２とからなる。第１傾斜面２Ｂ１は、第１領域２Ａから離れるにつれて深くなるように第１面２ａの第１領域２Ａに対して傾斜した傾斜面である。第２傾斜面２Ｂ２は、第１領域２Ａに近づくにつれて深くなるように第１面２ａの第１領域２Ａに対して傾斜した傾斜面である。図２に示すように第２領域２Ｂが、第１傾斜面２Ｂ１を備えることにより、スピン軌道トルク配線２からの不純物の再付着を抑制できる。加工上の都合から、第１面２ａの反対側には、凹みの形状に追従した突出部が形成されている場合について示しているが、この突出部は必須ではない。
【００４８】  上述のようにイオンビームは、ｘｙ平面に対して傾いて入射する。そのため、イオンビームの一部は、スピン軌道トルク配線２に入射する。イオンビームが照射されると、スピン軌道トルク配線２の一部が飛散する。飛散物は、第１強磁性層１の側壁に再付着する。スピン軌道トルク配線２は導線性を有するため、飛散し再付着した飛散物は第１強磁性層１の磁気特性を劣化させる不純物となる。
【００４９】  図４Ａ、４Ｂは、平坦面に入射したイオンビームによって発生した不純物の飛散方向と、第１傾斜面に入射したイオンビームによって発生した不純物の飛散方向とを模式的に示した図である。図４Ａに示すように、スピン軌道トルク配線２の平坦面Ｆ１に入射角θでイオンビームＩが入射すると、飛散物Ｓの飛散方向は平坦面Ｆ１に対して角度θとなる。一方で、図４Ｂに示すように、スピン軌道トルク配線２の第１傾斜面２Ｂ１にイオンビームＩが入射すると、飛散物Ｓの飛散方向は面Ｆ２に対して角度θ＋２φとなる。ここで、φは第１傾斜面２Ｂ１の傾斜角であり、面Ｆ２は第１領域２Ａの第２領域２Ｂ側の端部から延在する水平面と平行な面であり、平坦面Ｆ１とも平行な面である。
【００５０】  つまり第１傾斜面２Ｂ１は、飛散物Ｓの飛散方向を＋ｚ方向（上方）に傾けることができる。図２に示すように、第１強磁性層１の高さ（厚さ）ｈは有限である。そのため飛散物Ｓの飛散方向が＋ｚ方向（上方）に傾くことで、第１強磁性層１に付着する飛散物Ｓの量を低減することができる。
【００５１】  また第１強磁性層１に付着する飛散物Ｓの量を可能な限り抑制するためには、Ｇ＞ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）の関係式を満たすことが好ましい。ここで、Ｇは第１領域２Ａと第２領域２Ｂとの最短距離に対応する。この関係を満たすと、第１傾斜面２Ｂ１で飛散した飛散物Ｓは、第１強磁性層１の＋ｚ方向（上方）の端部（頂部）を飛び越えて通過し、第１強磁性層１に再付着する不純物の量を低減できる。
【００５２】  飛散物Ｓの付着量を低減するという観点からは、第１傾斜面２Ｂ１の傾斜角φは大きいことが好ましい。ただし、傾斜角φが大き過ぎると、第１領域２Ａと第２領域２Ｂのｚ方向の位置関係が大きく変動し、スピン軌道トルク配線２を均一に作製することが難しくなる。例えば、第２領域２Ｂに成膜されるスピン軌道トルク配線２の厚みが薄くなり、スピン軌道トルク配線２が断線する場合もある。そのため、第１領域２Ａに対する第２領域２Ｂの凹みの深さは、スピン軌道トルク配線２の厚み以下であることが好ましい。
【００５３】  上述のように、本実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０によれば、第１強磁性層１の側壁に付着した不純物を効率的に除去できる。不純物を除去することで、第１強磁性層１の磁気特性が安定化する。また第２領域２Ｂに第１傾斜面２Ｂ１を設けることで、スピン軌道トルク配線２からの不純物の再付着を抑制できる。
【００５４】  なお、スピン流磁化反転素子１０は、図１に示す例に限られない。図５Ａ、５Ｂは、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子の別の例を模式的に示した斜視図である。
【００５５】  図５Ａに示すスピン流磁化反転素子２０は、スピン軌道トルク配線２２の形状が第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０にかかるスピン軌道トルク配線２と異なる。図５Ａに示すスピン軌道トルク配線２２は、第１領域２２Ａを含む第１部２４と、第２領域２２Ｂを含む第２部２６と、を備える。第２部２６が第１部２４に対して−ｚ方向（下方）に位置することで、第２領域２２Ｂが第１領域２２Ａに対して−ｚ方向に凹んでいる。
【００５６】  図５Ｂに示すスピン流磁化反転素子３０は、スピン軌道トルク配線３２の形状が第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０にかかるスピン軌道トルク配線２と異なる。図５Ｂに示すスピン軌道トルク配線３２は、第２領域３２Ｂが第１領域３２Ａから離れるにつれて−ｚ方向に深くなるように傾斜した傾斜面のみからなる。第２領域３２Ｂは、第１領域３２Ａに対してｚ方向に凹んでいる。
【００５７】  また上述に提示した第２領域２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂは、いずれも第１領域２Ａ、２２Ａ、３２Ａに対してｘ方向に位置する。第２領域は、第１領域に対してｘ方向の位置に限られず、ｙ方向の位置でもよい。ただし、スピン軌道トルク配線２はｘ方向に延在する。つまり、第１強磁性層１のｙ方向の側方には絶縁層が広がっている。イオンビームによって発生する飛散物が絶縁体である場合、その飛散物が第１強磁性層１の磁気特性に与える影響は少ない。そのため、不純物の第１強磁性層１の磁気特性への影響を抑制するという観点からは、第２領域は第１領域のｘ方向側方に位置することが好ましい。また、第１強磁性層１とスピン軌道トルク配線２のｙ方向の幅は等しいことが好ましい。スピン軌道トルク配線２の一部がｙ方向に露出している場合には、ｙ方向からのイオンビームにより金属が飛散する問題が発生するが、第１強磁性層１とスピン軌道トルク配線２の幅を揃えることにより、この問題の発生を抑制できる。
【００５８】「第２実施形態」  図６は、第２実施形態にかかるスピン流磁化反転素子４０の斜視模式図である。スピン流磁化反転素子４０は、ビア配線３を有する点が、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０と異なる。その他の構成は、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０と同様であり、対応する構成には同一の符号を付す。
【００５９】  図６において、ビア配線３は、スピン軌道トルク配線２の表面のうち、第１面２ａとの反対側の第２面２ｂから、第１方向（ｘ方向）と交差する第２方向（ｚ方向）に沿って延在している。ビア配線３は、スピン軌道トルク配線２が延在するｘ方向に電流を流すための接続配線である。ビア配線３をｚ方向に延在させ、３次元空間を利用した配線を設けることで、一つのスピン流磁化反転素子４０に必要な素子面積を小さくし、スピン流磁化反転素子４０の集積性を高めることができる。
【００６０】  また、図６に示すスピン流磁化反転素子４０において、第２領域２Ｂは、ｚ方向から見て（第２方向からの平面視において）、ビア配線３と重なる位置にある。第２領域２Ｂをビア配線３が接続される位置に設けると、第１面２ａのうち、第２領域２Ｂを第１領域２Ａに対して容易に凹ませることができる。
【００６１】  図７Ａ〜７Ｄは、ビア配線３を有するスピン流磁化反転素子４０の製造方法の一例を、模式的に示した図である。まず、スピン軌道トルク配線２の第２面２ｂに形成する層間絶縁膜５０に、ｚ方向に延在する開口部５０ａを設ける（図７Ａ）。次いで、開口部５０ａ内に金属を積層し（埋め込み）、ビア配線３を作製する（図７Ｂ）。この際、ビア配線３の長さを、層間絶縁膜５０の厚みより短くなるように調整する。
【００６２】  そして、層間絶縁膜５０及びビア配線３上に、スピン軌道トルク配線の基となる層（スピン軌道トルク配線用の部材）を積層（配置）し、その層をスピン軌道トルク配線２に加工する（図７Ｃ）。ビア配線３は層間絶縁膜５０の厚み方向に凹んでいるため、スピン軌道トルク配線２もその形状を追従する。その結果、スピン軌道トルク配線２の第２領域２Ｂのｘｙ面内における位置と、ビア配線３のｘｙ面内における位置とが一致し、ｚ方向から見て第２領域２Ｂとビア配線３とが重畳する。第１面２ａにおいて第１領域２Ａより凹む第２領域２Ｂを作製した後は、図３と同様の手順でスピン流磁化反転素子４０を作製することができる（図７Ｄ）。
【００６３】  上述のように、本実施形態にかかるスピン流磁化反転素子４０によれば、ビア配線３を作製する過程で、第２領域２Ｂを、第１領域２Ａに対して容易に凹ませることができる。また第２領域２Ｂが第１領域２Ａに対して凹むことで、第１強磁性層１の側壁に付着した不純物を効率的に除去できる。
【００６４】（スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子）「第３実施形態」図８は、第３実施形態にかかるスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の断面模式図である。図８に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１と、スピン軌道トルク配線２と、ビア配線３と、非磁性層５と、第２強磁性層６と、マスク層7とを備える。第１強磁性層１、スピン軌道トルク配線２及びビア配線３によって構成される積層体は、図６に示す第２実施形態にかかるスピン流磁化反転素子４０に対応する。非磁性層５は、第１強磁性層１の表面のうち、スピン軌道トルク配線２側に位置する面と反対側に配置されている。第２強磁性層６は、第１強磁性１との間に非磁性層５を挟むように、非磁性層５上に配置されている。第２実施形態にかかるスピン流磁化反転素子４０に変えて、第１実施形態にかかるスピン流磁化反転素子１０、２０、３０としてもよい。第２実施形態のスピン流磁化反転素子４０と同様の構成については、説明を省く。
【００６５】  第１強磁性層１と非磁性層５と第２強磁性層６とが積層された積層体（機能部６０）は、通常の磁気抵抗効果素子と同様に機能する。機能部６０は、第２強磁性層６の磁化Ｍ６が一方向（ｚ方向）に固定され、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の向きが相対的に変化することで機能する。この機能部６０を、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６の保磁力を、第１強磁性層１の保磁力よりも大きくする。機能部６０を交換バイアス型（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６の磁化Ｍ６を反強磁性層との交換結合によって固定する。
【００６６】また機能部６０は、非磁性層５が絶縁体からなる場合は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magnetoresistance）素子と同様の構成であり、金属からなる場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistance）素子と同様の構成である。
【００６７】  機能部６０の積層構成としては、公知の磁気抵抗効果素子の積層構成を採用できる。例えば、各層は複数の層からなるものでもよいし、第２強磁性層６の磁化方向を固定するための反強磁性層等の他の層を備えてもよい。第２強磁性層６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。
【００６８】  第２強磁性層６の材料には、公知の材料を用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、及びこれらの金属を１種以上含み強磁性を示す合金を用いることができる。これらの金属と、Ｂ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とを含む合金を用いることもできる。具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂが挙げられる。
【００６９】  また、より高い出力を得るためには第２強磁性層６の材料として、Ｃｏ２ＦｅＳｉなどのホイスラー合金を用いることが好ましい。ホイスラー合金は、Ｘ２ＹＺの化学組成を有する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族の遷移金属またはＸの元素種であり、Ｚは、ＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１−ｃＧａｃ等が挙げられる。
【００７０】  第２強磁性層６の保磁力を第１強磁性層１の保磁力より大きくするために、第２強磁性層６と接する材料として、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの反強磁性材料を用いてもよい。さらに、第２強磁性層６の漏れ磁場を第１強磁性層１に影響させないようにするため、シンセティック強磁性結合の構造としてもよい。
【００７１】  非磁性層５としては、公知の材料を用いることができる。例えば、非磁性層５が絶縁体からなる場合（トンネルバリア層である場合）、その材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、及び、ＭｇＡｌ２Ｏ４等を用いることができる。また、これらの他にも、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯやＭｇＡｌ２Ｏ４はコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。非磁性層５が金属からなる場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。さらに、非磁性層５が半導体からなる場合、その材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等を用いることができる。
【００７２】  機能部６０は、その他の層を有していてもよい。第１強磁性層１の表面のうち、非磁性層５と反対側に位置する面に下地層を有していてもよい。スピン軌道トルク配線２と第１強磁性層１との間に配設される層は、スピン軌道トルク配線２から伝播するスピンを散逸しないことが好ましい。例えば、銀、銅、マグネシウム、及び、アルミニウム等は、スピン拡散長が１００ｎｍ以上と長く、スピンが散逸しにくいことが知られている。  また、この層の厚みは、層を構成する物質のスピン拡散長以下であることが好ましい。層の厚みがスピン拡散長以下であれば、スピン軌道トルク配線２から伝播するスピンを第１強磁性層１に十分伝えることができる。
【００７３】  また、図８に示す機能部６０には、マスク層７が積層されている。マスク層７は、図３（ａ）で示す保護層１３に対応する。マスク層７は、機能部６０の形状を加工する際に用いられる。また、マスク層７は、キャップ層としても機能する。キャップ層は、機能部６０の結晶性を整え、第２強磁性層６の磁化Ｍ６を所定の方向に強く配向させる。
【００７４】  また図４と同様に、飛散物の再付着を抑制するためには、Ｇ＞Ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）の関係式を満たすことが好ましく、Ｇ＞（Ｈ＋ｈ７）／ｔａｎ（θ＋２φ）の関係式を満たすことがより好ましい。ここで、Ｇは第１領域２Ａと第２領域２Ｂとの最短距離であり、Ｈは機能部６０の高さ（厚さ）であり、ｈ７はマスク層７の高さ（厚さ）である。またθはイオンビームのｘｙ平面に対する入射角であり、φは傾斜面の傾斜角である。
【００７５】  Ｇ＞Ｈ／ｔａｎ（θ＋２φ）の関係式を満たせば、機能部６０に飛散物が再付着することを抑制でき、Ｇ＞（Ｈ＋ｈ７）／ｔａｎ（θ＋２φ）の関係式を満たせばマスク層７を含めた積層構造体に飛散物が再付着することを抑制できる。導電性を有する飛散物が機能部６０に付着すると、電流リークの原因となり、ＭＲ比が低下する。
【００７６】  第３実施形態に係るスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子は、機能部６０に飛散物が付着することを抑制できる。そのため、機能部６０のＭＲ比を高めることができる。また第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層６の磁化Ｍ６の相対角の違いにより生じる機能部６０の抵抗値変化を用いてデータの記録、読出しを行うことができる。
【００７７】「第４実施形態」  ＜磁気メモリ＞  図９は、複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００（図８参照）を備える磁気メモリ２００の平面図である。図８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１００を切断した断面図に対応する。図９に示す磁気メモリ２００では、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００が３×３のマトリックス配置されている。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１００の数及び配置は任意である。
【００７８】  スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００には、それぞれ１本のワードラインＷＬ１〜３と、１本のソースラインＳＬ１〜３、１本のリードラインＲＬ１〜３が接続されている。
【００７９】電流を印加するワードラインＷＬ１〜３及びソースラインＳＬ１〜３を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００のスピン軌道トルク配線２に電流を流し、書き込み動作を行う。また電流を印加するリードラインＲＬ１〜３及びソースラインＳＬ１〜３を選択することで、任意のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００の機能部６０の積層方向に電流を流し、読み込み動作を行う。電流を印加するワードラインＷＬ１〜３、ソースラインＳＬ１〜３、及びリードラインＲＬ１〜３はトランジスタ等により選択できる。すなわち、これらの複数のスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００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。
【００８０】「第５実施形態」  ＜高周波磁気素子＞  図１０は、第５実施形態にかかる高周波磁気素子の断面模式図である。図６に示す高周波磁気素子３００は、図８に示すスピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００と、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子１００に接続された直流電源４１とを備える。
【００８１】  高周波磁気素子３００の入力端子４２から高周波電流が入力される。高周波電流は、高周波磁場を生み出す。またスピン軌道トルク配線２に高周波電流が流れると、純スピン流が誘起され、第１強磁性層１にスピンが注入される。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、高周波磁場及び注入されるスピンにより振動する。
【００８２】  第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、入力端子４２から入力される高周波電流の周波数が強磁性共鳴周波数の場合に、強磁性共鳴する。第１強磁性層１の磁化Ｍ１が強磁性共鳴すると、磁気抵抗効果の機能部の抵抗値変化は大きくなる。この抵抗値変化は、直流電源４１により直流電流又は直流電圧を電極４４を介して印加することで、出力端子４３から読み出される。
【００８３】  つまり、入力端子４２から入力される信号の周波数が第１強磁性層１の磁化Ｍ１の強磁性共鳴周波数となった際には、出力端子４３から出力される抵抗値変化は大きくなり、それ以外の周波数となった際には、出力端子４３から出力される抵抗値変化は小さくなる。この抵抗値変化の大小を利用すると、高周波磁気素子は高周波フィルタとして機能する。
【００８４】  以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８５】１  第１強磁性層２、２２、３２  スピン軌道トルク配線２Ａ、２２Ａ、３２Ａ  第１領域２Ｂ、２２Ｂ、３２Ｂ  第２領域２Ｂ１  第１傾斜面２Ｂ２  第２傾斜面２ａ  第１面２ｂ  第２面３  ビア配線５  非磁性層６  第２強磁性層７  マスク層１０、２０、３０、４０  スピン流磁化反転素子１１  基板１２  第１強磁性層の基となる層１３  保護層２４  第１部２６  第２部４１：直流電源４２：入力端子４３：出力端子４４：電極５０  層間絶縁膜５０ａ  開口部６０  機能部１００  スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子２００  磁気メモリ３００  高周波磁気素子Ｍ１、Ｍ６  磁化Ｉ  イオンビームＳ  飛散物
【図１】
0006642773.tif 000002
【図２】
0006642773.tif 000003
【図３Ａ】
0006642773.tif 000004
【図３Ｂ】
0006642773.tif 000005
【図３Ｃ】
0006642773.tif 000006
【図３Ｄ】
0006642773.tif 000007
【図４Ａ】
0006642773.tif 000008
【図４Ｂ】
0006642773.tif 000009
【図５Ａ】
0006642773.tif 000010
【図５Ｂ】
0006642773.tif 000011
【図６】
0006642773.tif 000012
【図７Ａ】
0006642773.tif 000013
【図７Ｂ】
0006642773.tif 000014
【図７Ｃ】
0006642773.tif 000015
【図７Ｄ】
0006642773.tif 000016
【図８】
0006642773.tif 000017
【図９】
0006642773.tif 000018
【図１０】
0006642773.tif 000019