(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びるスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線に積層され、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を有する積層体と、
前記積層体の前記スピン軌道トルク配線と反対側に接する導電層と、
前記第１方向において前記積層体と離間し、前記スピン軌道トルク配線と前記導電層とを繋ぐ放熱層と、を備え、
前記放熱層と前記スピン軌道トルク配線との接触面が、前記積層体の積層方向に対して傾斜している、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
第１方向に延びるスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線に積層され、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を有する積層体と、
前記積層体の前記スピン軌道トルク配線と反対側に接する導電層と、
前記第１方向において前記積層体と離間し、前記スピン軌道トルク配線と前記導電層とを繋ぐ放熱層と、を備え、
前記放熱層は、前記導電層の前記積層体と接する面と反対側の面の一部を被覆する、磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
第１方向に延びるスピン軌道トルク配線と、
前記スピン軌道トルク配線に積層され、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を有する積層体と、
前記積層体の前記スピン軌道トルク配線と反対側に接する導電層と、
前記第１方向において前記積層体と離間し、前記スピン軌道トルク配線と前記導電層とを繋ぐ放熱層と、を備え、
前記放熱層は、前記スピン軌道トルク配線の前記積層体と接する面と接している、磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記積層体と前記放熱層との間に、絶縁層をさらに備え、
前記放熱層の熱伝導率は、前記絶縁層の熱伝導率より高い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記積層体の積層方向からの平面視で前記第１方向と交差する第２方向において、前記放熱層と前記積層体とが離間している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記積層体の積層方向からの平面視で、前記積層体を前記第１方向に挟み、前記スピン軌道トルク配線に接続された第１配線と第２配線とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記放熱層は前記第１配線及び前記第２配線と接する、請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１方向における前記第１配線の端部から前記積層体を介して前記導電層へ至る第１経路の距離は、前記端部から前記放熱層を介して前記導電層で至る第２経路の距離より長い、請求項６又は７に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記放熱層は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯからなる群から選択される何れかを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記放熱層は、連続する一つの層である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を複数有する、磁気記録アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子及び磁気記録アレイに関する。
【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）素子は、磁気抵抗効果素子として知られている。磁気抵抗効果素子は、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）への応用が可能である。【０００３】
ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子が集積された記憶素子である。ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子における非磁性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、磁気抵抗効果素子の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。強磁性層の磁化の向きは、例えば、電流が生み出す磁場を利用して制御する。また例えば、強磁性層の磁化の向きは、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すことで生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して制御する。【０００４】
ＳＴＴを利用して強磁性層の磁化の向きを書き換える場合、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す。書き込み電流は、磁気抵抗効果素子の特性劣化の原因となる。【０００５】
近年、書き込み時に磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流さなくてもよい方法に注目が集まっている。その一つの方法が、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を利用した書込み方法である（例えば、特許文献１）。ＳＯＴは、スピン軌道相互作用によって生じたスピン流又は異種材料の界面におけるラシュバ効果により誘起される。磁気抵抗効果素子内にＳＯＴを誘起するための電流は、磁気抵抗効果素子の積層方向と交差する方向に流れる。すなわち、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す必要がなく、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】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−２１６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大きなＳＯＴを得るためには、大きなスピン軌道相互作用を示す材料を配線に用いる必要がある。例えば、ＴａやＷのような重金属は、スピンホール角が大きく、大きなスピン軌道相互作用を示す材料と言われている。しかしながら、これらの重金属は電気抵抗が大きく、発熱源となる。配線で生じた熱は、磁気抵抗効果素子の磁化の安定性を低下させ、記憶されたデータの信頼性を低下させる原因となる。【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、データの信頼性を高めることができる磁気抵抗効果素子及び磁気記録アレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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）第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第１方向に延びるスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線に積層され、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を有する積層体と、前記積層体の前記スピン軌道トルク配線と反対側に接する導電層と、前記第１方向において前記積層体と離間し、前記スピン軌道トルク配線と前記導電層とを繋ぐ放熱層と、を備える。【００１１】
（２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記積層体と前記放熱層との間に、絶縁層をさらに備え、前記放熱層の熱伝導率は、前記絶縁層の熱伝導率より高くてもよい。【００１２】
（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記積層体の積層方向からの平面視で前記第１方向と交差する第２方向において、前記放熱層と前記積層体とが離間していてもよい。【００１３】
（４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記積層体の積層方向からの平面視で、前記積層体を前記第１方向に挟み、前記スピン軌道トルク配線に接続された第１配線と第２配線とをさらに備えてもよい。【００１４】
（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層は前記第１配線及び前記第２配線と接してもよい。【００１５】
（６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１方向における前記第１配線の端部から前記積層体を介して前記導電層へ至る第１経路の距離は、前記端部から前記放熱層を介して前記導電層で至る第２経路の距離より長くてもよい。【００１６】
（７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層は、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯからなる群から選択される何れかを含んでもよい。【００１７】
（８）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層と前記スピン軌道トルク配線との接触面が、前記積層体の積層方向に対して傾斜していてもよい。【００１８】
（９）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層は、前記導電層の前記積層体と接する面と反対側の面の一部を被覆してもよい。【００１９】
（１０）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層は、前記スピン軌道トルク配線の前記積層体と接する面と接していてもよい。【００２０】
（１１）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記放熱層は、連続する一つの層であってもよい。【００２１】
（１２）第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁気抵抗効果素子を複数有する。
【発明の効果】
【００２２】
本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子及び磁気記録アレイは、データの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態にかかる磁気記録アレイの模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる磁気記録アレイの要部の断面図である。
【図３】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図４】第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【図５】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図６】第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【図７】第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図８】第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【図９】第４実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図１０】第４実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【図１１】第５実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図１２】第５実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【図１３】第６実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図１４】第６実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
まず方向について定義する。後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面の一方向をｘ方向、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、後述するスピン軌道トルク配線２０が延びる方向であり、スピン軌道トルク配線２０の長さ方向である。ｘ方向は、第２方向の一例である。ｙ方向は、第２方向の一例である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。ｚ方向は、積層方向の一例である。以下、＋ｚ方向を「上」、−ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。
【００２６】
本明細書で「ｘ方向に延びる」とは、例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもｘ方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。また本明細書で「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されない。例えば、二つの層が物理的に接している場合に限られず、二つの層の間が他の層を間に挟んで接続している場合も「接続」に含まれる。また２つの部材が電気的に接続されている場合も「接続」に含まれる。
【００２７】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイ２００の構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁気抵抗効果素子１００と、複数の書き込み配線Ｗｐ１〜Ｗｐｎと、複数の共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎと、複数の読み出し配線Ｒｐ１〜Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ等に利用できる。
【００２８】
書き込み配線Ｗｐ１〜Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎは、データの書き込み時及び読み出し時の両方で用いられる配線である。共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎは、基準電位と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎは、複数の磁気抵抗効果素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁気抵抗効果素子１００に亘って設けられてもよい。読み出し配線Ｒｐ１〜Ｒｐｎは、電源と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００に接続される。
【００２９】
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、それぞれの磁気抵抗効果素子１００に接続されている。第１スイッチング素子１１０は、磁気抵抗効果素子１００と書き込み配線Ｗｐ１〜Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁気抵抗効果素子１００のと共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁気抵抗効果素子１００と読み出し配線Ｒｐ１〜Ｒｐｎとの間に接続されている。
【００３０】
第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、所定の磁気抵抗効果素子１００に接続された書き込み配線Ｗｐ１〜Ｗｐｎと共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎとの間に書き込み電流が流れる。第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０をＯＮにすると、所定の磁気抵抗効果素子１００に接続された共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎと読み出し配線Ｒｐ１〜Ｒｐｎとの間に読み出し電流が流れる。
【００３１】
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。
【００３２】
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０のいずれかは、同じ配線に接続された磁気抵抗効果素子１００で、共用してもよい。例えば、第１スイッチング素子１１０を共有する場合は、書き込み配線Ｗｐ１〜Ｗｐｎの上流に一つの第１スイッチング素子１１０を設ける。例えば、第２スイッチング素子１２０を共有する場合は、共通配線Ｃｍ１〜Ｃｍｎの上流に一つの第２スイッチング素子１２０を設ける。例えば、第３スイッチング素子１３０を共有する場合は、読み出し配線Ｒｐ１〜Ｒｐｎの上流に一つの第３スイッチング素子１３０を設ける。
【００３３】
図２は、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００の要部の断面図である。図２は、磁気抵抗効果素子１００を後述するスピン軌道トルク配線２０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。
【００３４】
図２に示す第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０は、トランジスタＴｒである。第３スイッチング素子１３０は、導電層３０と電気的に接続され、例えば、図２のｙ方向に位置する。トランジスタＴｒは、例えば電界効果型のトランジスタであり、ゲート電極Ｇとゲート絶縁膜ＧＩと基板Ｓｕｂに形成されたソースＳ及びドレインＤとを有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。
【００３５】
トランジスタＴｒと磁気抵抗効果素子１００とは、第１配線６０又は第２配線７０を介して、電気的に接続されている。またトランジスタＴｒと書き込み配線Ｗｐ又は共通配線Ｃｍとは、導電部Ｃｗで接続されている。第１配線６０、第２配線７０及び導電部Ｃｗは、例えば、接続配線、ビア配線と言われることがある。第１配線６０、第２配線７０及び導電部Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。第１配線６０、第２配線７０及び導電部Ｃｗは、例えば、ｚ方向に延びる。
【００３６】
磁気抵抗効果素子１００及びトランジスタＴｒの周囲は、絶縁層９０で覆われている。絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【００３７】
図３は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の断面図である。図４は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の別の断面図である。図３は、スピン軌道トルク配線２０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１００を切断した断面である。図４は、スピン軌道トルク配線２０のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１００を切断した断面である。
【００３８】
磁気抵抗効果素子１００は、積層体１０とスピン軌道トルク配線２０と導電層３０と放熱層４０と絶縁層５０と第１配線６０と第２配線７０とを備える。積層体１０のｚ方向の抵抗値は、スピン軌道トルク配線２０から積層体１０にスピンが注入されることで変化する。磁気抵抗効果素子１００は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を利用した磁性素子であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、スピン注入型磁気抵抗効果素子、スピン流磁気抵抗効果素子と言われる場合がある。
【００３９】
積層体１０は、スピン軌道トルク配線２０上に積層されている。積層体１０とスピン軌道トルク配線２０との間には、他の層を有してもよい。積層体１０は、ｚ方向に、スピン軌道トルク配線２０と導電層３０とに挟まれる。積層体１０は、柱状体である。積層体１０のｚ方向からの平面視形状は、例えば、円形、楕円形、四角形である。
【００４０】
積層体１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と非磁性層３とを有する。第１強磁性層１は、例えば、スピン軌道トルク配線２０と接し、スピン軌道トルク配線２０上に積層されている。第１強磁性層１にはスピン軌道トルク配線２０からスピンが注入される。第１強磁性層１の磁化は、注入されたスピンによりスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受け、配向方向が変化する。第２強磁性層２は、第１強磁性層１のｚ方向にある。第１強磁性層１と第２強磁性層２は、ｚ方向に非磁性層３を挟む。
【００４１】
第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、それぞれ磁化を有する。第２強磁性層２の磁化は、所定の外力が印加された際に第１強磁性層１の磁化よりも配向方向が変化しにくい。第１強磁性層１は磁化自由層と言われ、第２強磁性層２は磁化固定層、磁化参照層と言われることがある。積層体１０は、非磁性層３を挟む第１強磁性層１と第２強磁性層２との磁化の相対角の違いに応じて抵抗値が変化する。
【００４２】
第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、強磁性体を含む。強磁性体は、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である。強磁性体は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｈｏ合金、Ｓｍ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金である。
【００４３】
第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、ホイスラー合金を含んでもよい。ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含む。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。ホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１−ｃＧａｃ等である。ホイスラー合金は高いスピン分極率を有する。
【００４４】
積層体１０は、第２強磁性層２の非磁性層３と反対側の面に、スペーサ層を介して反強磁性層を有してもよい。第２強磁性層２、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。第２強磁性層２と反強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、反強磁性層を有さない場合より第２強磁性層２の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。
【００４５】
積層体１０は、第１強磁性層１、第２強磁性層２及び非磁性層３以外の層を有してもよい。例えば、スピン軌道トルク配線２０と積層体１０との間に下地層を有してもよい。下地層は、積層体１０を構成する各層の結晶性を高める。
【００４６】
スピン軌道トルク配線２０は、例えば、積層体１０の一面に接する。スピン軌道トルク配線２０は配線の一例であり、磁気抵抗効果素子１００にデータを書き込むための書き込み配線である。スピン軌道トルク配線２０は、例えば、ｚ方向から見てｘ方向の長さがｙ方向より長く、ｘ方向に延びる。スピン軌道トルク配線２０の少なくとも一部は、ｚ方向において、非磁性層３と共に第１強磁性層１を挟む。
【００４７】
スピン軌道トルク配線２０は、電流Ｉが流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させ、第１強磁性層１にスピンを注入する。スピン軌道トルク配線２０は、例えば、第１強磁性層１の磁化を反転できるだけのスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を第１強磁性層１の磁化に与える。スピンホール効果は、電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の流れる方向と直交する方向にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果は、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、通常のホール効果と共通する。通常のホール効果は、磁場中で運動する荷電粒子の運動方向がローレンツ力によって曲げられる。これに対し、スピンホール効果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。
【００４８】
例えば、スピン軌道トルク配線２０に電流が流れると、一方向に配向した第１スピンと、第１スピンと反対方向に配向した第２スピンとが、それぞれ電流Ｉの流れる方向と直交する方向にスピンホール効果によって曲げられる。例えば、−ｙ方向に配向した第１スピンが＋ｚ方向に曲げられ、＋ｙ方向に配向した第２スピンが−ｚ方向に曲げられる。
【００４９】
非磁性体（強磁性体ではない材料）は、スピンホール効果により生じる第１スピンの電子数と第２スピンの電子数とが等しい。すなわち、＋ｚ方向に向かう第１スピンの電子数と−ｚ方向に向かう第２スピンの電子数とは等しい。第１スピンと第２スピンは、スピンの偏在を解消する方向に流れる。第１スピン及び第２スピンのｚ方向への移動において、電荷の流れは互いに相殺されるため、電流量はゼロとなる。電流を伴わないスピン流は特に純スピン流と呼ばれる。
【００５０】
第１スピンの電子の流れをＪ↑、第２スピンの電子の流れをＪ↓、スピン流をＪＳと表すと、ＪＳ＝Ｊ↑−Ｊ↓で定義される。スピン流ＪＳは、ｚ方向に生じる。第１スピンは、スピン軌道トルク配線２０から第１強磁性層１に注入される。
【００５１】
スピン軌道トルク配線２０は、電流Ｉが流れる際のスピンホール効果によって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を含む。
【００５２】
スピン軌道トルク配線２０は、例えば、主成分として非磁性の重金属を含む。重金属は、イットリウム（Ｙ）以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は、例えば、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属である。スピン軌道トルク配線２０は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗからなる。非磁性の重金属は、その他の金属よりスピン軌道相互作用が強く生じる。スピンホール効果はスピン軌道相互作用により生じ、スピン軌道トルク配線２０内にスピンが偏在しやすく、スピン流ＪＳが発生しやすくなる。
【００５３】
スピン軌道トルク配線２０は、この他に、磁性金属を含んでもよい。磁性金属は、強磁性金属又は反強磁性金属である。非磁性体に含まれる微量な磁性金属は、スピンの散乱因子となる。微量とは、例えば、スピン軌道トルク配線２０を構成する元素の総モル比の３％以下である。スピンが磁性金属により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。
【００５４】
スピン軌道トルク配線２０は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体は、物質内部が絶縁体又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。トポロジカル絶縁体は、スピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。トポロジカル絶縁体は、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。トポロジカル絶縁体は、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に生成できる。
【００５５】
トポロジカル絶縁体は、例えば、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１−ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１−ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３などである。トポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
【００５６】
導電層３０は、積層体１０のスピン軌道トルク配線２０と反対側にある。導電層３０は、例えば、積層体１０の第２強磁性層２に接する。導電層３０は、導電性を有する材料からなる。導電層３０は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｉＣｒ、窒化物（例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ）からなる群から選択される何れかを含む。導電層３０は、例えば、ＮｉＣｒとＴａとの積層体である。導電層３０は、積層体１０のキャップ層として機能してもよい。また導電層３０は、磁気抵抗効果素子１００の製造過程に用いられるハードマスクとして機能してもよい。
【００５７】
導電層３０は、例えば、透明電極材料からなってもよい。導電層３０は、例えば、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化アンチモン−酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等でもよい。導電層３０が透明であると、第１強磁性層１又は第２強磁性層２の磁化の配向方向を外部から読み取りやすくなる。
【００５８】
放熱層４０は、例えば、ｘ方向及びｙ方向において積層体１０と離間している。放熱層４０と積層体１０との間には、例えば、絶縁層５０がある。放熱層４０は、スピン軌道トルク配線２０と導電層３０とを繋ぐ。放熱層４０は、例えば、積層体１０の周囲を囲む連続する一つの層である。放熱層４０は、スピン軌道トルク配線２０で生じた熱を逃がす経路である。
【００５９】
放熱層４０は、熱伝導性と絶縁性を有する。放熱層４０は、例えば、絶縁層５０より熱伝導性に優れる。放熱層４０は、絶縁性を有し、絶縁層５０を構成する材料より熱伝導性に優れる材料を含む。放熱層４０は、例えば、絶縁性を有し、絶縁層５０を構成する材料より熱伝導性に優れる材料からなる。放熱層４０は、例えば、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、からなる群から選択される何れかを含む。例えば、絶縁層５０がＳｉＯ２の場合、放熱層４０はＳｉＮでもよい。
【００６０】
絶縁層５０は、積層体１０と放熱層４０との間にある。絶縁層５０は、例えば、積層体１０の周囲を囲む。絶縁層５０は、例えば、上述の絶縁層９０と同様の材料からなる。
【００６１】
第１配線６０及び第２配線７０は、ｚ方向からの平面視で、積層体１０をｘ方向に挟む。第１配線６０及び第２配線７０は、ｚ方向に延びる配線である。第１配線６０、第２配線７０及び導電部Ｃｗは、導電性を有する材料を含む。
【００６２】
次いで、磁気抵抗効果素子１００の製造方法について説明する。磁気抵抗効果素子１００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。
【００６３】
まず基板Ｓｕｂの所定の位置に、不純物をドープしソースＳ、ドレインＤを形成する。次いで、ソースＳとドレインＤとの間に、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極Ｇを形成する。ソースＳ、ドレインＤ、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧがトランジスタＴｒとなる。
【００６４】
次いで、トランジスタＴｒを覆うように絶縁層９０を形成する。また絶縁層９０に開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで第１配線６０、第２配線７０及び導電部Ｃｗが形成される。書き込み配線Ｗｐ、共通配線Ｃｍは、絶縁層９０を所定の厚みまで積層した後、絶縁層９０に溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。
【００６５】
次いで、絶縁層９０、第１配線６０及び第２配線７０の一面に、配線層、強磁性層、非磁性層、強磁性層を順に積層する。次いで、配線層を所定の形状に加工する。配線層は所定の形状に加工されることで、スピン軌道トルク配線２０となる。次いで、配線層上に形成された積層体を所定の形状に加工し、積層体１０を得る。次いで、スピン軌道トルク配線２０及び積層体１０の上に、絶縁層を積層する。積層された絶縁層のうちスピン軌道トルク配線２０上に積層された部分（積層体１０の上面に積層された部分を含む）以外を取り除くことで、絶縁層５０が得られる。次いで、積層体１０及び絶縁層５０上に、導電層３０を形成する。最後に、放熱層４０を積層することで、スピン軌道トルク配線２０と導電層３０とが放熱層４０で接続される。その後、その他の部分を絶縁層９０で埋め、磁気抵抗効果素子１００が得られる。
【００６６】
次いで、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の動作について説明する。磁気抵抗効果素子１００は、データの書き込み動作とデータの読み出し動作がある。
【００６７】
まずデータを磁気抵抗効果素子１００に記録する動作について説明する。まず、データを記録したい磁気抵抗効果素子１００に繋がる第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにする。第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、スピン軌道トルク配線２０に書き込み電流が流れる。スピン軌道トルク配線２０に書き込み電流が流れるとスピンホール効果が生じ、スピンが第１強磁性層１に注入される。第１強磁性層１に注入されたスピンは、第１強磁性層１の磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を加え、第１強磁性層１の磁化の配向方向を変える。電流の流れ方向を反対にすると、第１強磁性層１に注入されるスピンの向きが反対になるため、磁化の配向方向は自由に制御できる。
【００６８】
積層体１０の積層方向の抵抗値は、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化とが平行の場合に小さく、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化とが反平行の場合に大きくなる。積層体１０の積層方向の抵抗値として、磁気抵抗効果素子１００にデータが記録される。
【００６９】
次いで、データを磁気抵抗効果素子１００から読み出す動作について説明する。まず、データを記録したい磁気抵抗効果素子１００に繋がる第１スイッチング素子１１０又は第２スイッチング素子１２０と、第３スイッチング素子１３０をＯＮにする。各スイッチング素子をこのように設定すると、積層体１０の積層方向に読み出し電流が流れる。オームの法則により積層体１０の積層方向の抵抗値が異なると、出力される電圧が異なる。そのため、例えば積層体１０の積層方向の電圧を読み出すことで、磁気抵抗効果素子１００に記録されたデータを読み出すことができる。
【００７０】
第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００は、書き込み動作時にスピン軌道トルク配線２０で生じる熱を効率的に除去でき、データの安定性に優れる。以下、この理由について具体的に説明する。
【００７１】
スピン軌道トルク配線２０は、重金属を含む場合が多い。重金属は、電気抵抗が大きく、発熱源となる。スピン軌道トルク配線２０で生じた熱は、磁気抵抗効果素子１００の磁化の安定性を低下させ、記憶されたデータの信頼性を低下させる原因となる。発生した熱の多くは、熱伝導性に優れる第１配線６０、第２配線７０及び導電層３０を伝って、外部に排出される。スピン軌道トルク配線２０から第１配線６０、第２配線７０又は導電層３０に至る熱の経路が増えると、磁気抵抗効果素子１００の排熱性が向上する。
【００７２】
排熱性を向上させる一つの手段として、積層体１０の周囲を囲む絶縁層５０の熱伝導性を高めることが考えられる。しかしながら、この場合、スピン軌道トルク配線２０で生じた熱は絶縁層５０を伝って導電層３０へ至ることになり、積層体１０の近傍を熱が通過することになる。積層体１０の近傍を熱が通過すると、その熱により第１強磁性層１及び第２強磁性層２の磁化の安定性が低下し、磁化の向きが変化する恐れがある。第１強磁性層１と第２強磁性層２との磁化の相対角が変化すると、積層体１０の抵抗値が変化し、読み出されるデータが書き換わる。
【００７３】
これに対し、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子１００は、積層体１０から離間した位置に放熱層４０が配置されている。そのため、スピン軌道トルク配線２０で生じた熱は、積層体１０から離れた放熱層４０を伝わることになり、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の磁化の向きが変化することが抑制される。つまり、磁気抵抗効果素子１００は、データを安定的に保持でき、信頼性が高い。
【００７４】
ここで、スピン軌道トルク配線２０で生じた熱が導電層３０へ至る経路として、積層体１０を通過する第１経路Ｒ１と放熱層４０を通過する第２経路Ｒ２とがある。例えば、第１配線６０とスピン軌道トルク配線２０との接続面のうち、ｘ方向において、積層体１０に最も近い部分を第１端部６０Ｅとした際に、第１端部６０Ｅから積層体１０を介して導電層３０へ至る第１経路Ｒ１の距離は、第１端部６０Ｅから放熱層４０を介して導電層３０へ至る第２経路Ｒ２の距離より長いことが好ましい。第１経路Ｒ１より第２経路Ｒ２が短いと、生じた熱の多くが第２経路Ｒ２を伝わり、積層体１０への熱の影響をより抑えることができる。第１端部６０Ｅは、第１配線６０からスピン軌道トルク配線２０に電流が流れる際に電流密度が急激に高まる部分であり、発熱しやすい。
【００７５】
また同様に、例えば、第２配線７０とスピン軌道トルク配線２０との接続面のうち、ｘ方向において、積層体１０に最も近い部分を第１端部７０Ｅとした際に、第１端部７０Ｅから積層体１０を介して導電層３０へ至る経路の距離は、第１端部７０Ｅから放熱層４０を介して導電層３０へ至る経路の距離より長いことが好ましい。
【００７６】
「第２実施形態」
図５は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１の断面図である。図６は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１の別の断面図である。図５は、スピン軌道トルク配線２１のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面である。図６は、スピン軌道トルク配線２１のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面である。
【００７７】
第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１は、積層体１１とスピン軌道トルク配線２１と導電層３１と放熱層４１と絶縁層５１と第１配線６１と第２配線７１とを備える。
【００７８】
積層体１１は、第１実施形態に係る積層体１０と同様である。スピン軌道トルク配線２１、導電層３１、放熱層４１、絶縁層５１、第１配線６１及び第２配線７１のそれぞれは、形状を除いて、第１実施形態に係るスピン軌道トルク配線２０、導電層３０、放熱層４０、絶縁層５０、第１配線６０及び第２配線７０と同様である。そのため、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の効果を奏する。
【００７９】
放熱層４１は、ｚ方向に対して傾斜している。放熱層４１とスピン軌道トルク配線２１との接触面２１ｓ、２１ｔは、ｚ方向に対して傾斜している。また放熱層４１と導電層３１との接触面３１ｓ、３１ｔは、ｚ方向に対して傾斜している。接触面２１ｓ，２１ｔ，３１ｓ，３１ｔがｚ方向に対して傾斜すると、傾斜していない場合と比較して接触面積が増大する。放熱層４１との接触面積が大きくなると、放熱効率が向上する。
【００８０】
また放熱層４１は、第１配線６１及び第２配線７１と接する。スピン軌道トルク配線２０を作製する際のｘ方向の加工の際に、スピン軌道トルク配線２０をオーバーエッチングすると、第１配線６１及び第２配線７１が露出し、放熱層４１と第１配線６１及び第２配線７１とが接する。第１配線６１及び第２配線７１も熱伝導性に優れるため、放熱層４１から第１配線６１及び第２配線７１に直接至る熱の経路があることで、より放熱効率を向上させることができる。
【００８１】
また放熱層４１は、導電層３１の第２面３１ｂの一部を被覆している。第２面３１ｂは第１面３１ａと反対側の面であり、第１面３１ａは積層体１０と接する面である。放熱層４１が導電層３１の第２面３１ｂと接することで、放熱層４１と導電層３１との接触面積が大きくなり、放熱効率がより向上する。
【００８２】
「第３実施形態」
図７は、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２の断面図である。図８は、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２の別の断面図である。図７は、スピン軌道トルク配線２２のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０２を切断した断面である。図８は、スピン軌道トルク配線２２のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１０２を切断した断面である。
【００８３】
第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２は、積層体１２とスピン軌道トルク配線２２と導電層３２と放熱層４２と絶縁層５２と第１配線６２と第２配線７２とを備える。
【００８４】
積層体１２、スピン軌道トルク配線２２、導電層３２、放熱層４２、絶縁層５２、第１配線６２及び第２配線７２のそれぞれは、形状を除いて、第１実施形態に係るスピン軌道トルク配線２０、導電層３０、放熱層４０、絶縁層５０、第１配線６０及び第２配線７０と同様である。そのため、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の効果を奏する。
【００８５】
放熱層４２は、ｚ方向に対して傾斜している。放熱層４２とスピン軌道トルク配線２２との接触面２２ｓ、２２ｔは、ｚ方向に対して傾斜している。
【００８６】
積層体１２は、ｙ方向において、放熱層４２と接している。この場合、放熱層４２を介して導電層３２に至る熱は、ｙ方向においては積層体１２の近傍を通過することになる。しかしながら、積層体１２から離れた位置で発生した熱が積層体１２の近傍を通過せずに、放熱層４２を通過することが重要である。積層体１０の近傍で生じた熱は、もともと熱伝導性に優れる積層体１０の内部を通過し、放熱層４２にはほとんど至らないため、ｙ方向において放熱層４２が積層体１２と接していてもよい。積層体１２と放熱層４２とがｘ方向に離間されていれば、磁気抵抗効果素子１０２の熱安定性を高めるという効果は得られる。
【００８７】
また導電層３２は、放熱層４２、絶縁層５２及び積層体１２上に形成されている。導電層３２を積層する前に放熱層４２を形成することで、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２が得られる。
【００８８】
「第４実施形態」
図９は、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３の断面図である。図１０は、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３の別の断面図である。図９は、スピン軌道トルク配線２３のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０３を切断した断面である。図１０は、スピン軌道トルク配線２３のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１０３を切断した断面である。
【００８９】
第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３は、積層体１３とスピン軌道トルク配線２３と導電層３３と放熱層４３と絶縁層５３と第１配線６３と第２配線７３とを備える。
【００９０】
積層体１３、スピン軌道トルク配線２３、導電層３３、放熱層４３、絶縁層５３、第１配線６３及び第２配線７３のそれぞれは、形状を除いて、第１実施形態に係るスピン軌道トルク配線２０、導電層３０、放熱層４０、絶縁層５０、第１配線６０及び第２配線７０と同様である。そのため、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の効果を奏する。
【００９１】
放熱層４３の一部は、ｚ方向に対して傾斜している。放熱層４３とスピン軌道トルク配線２３との接触面２３ｓ、２３ｔは、ｚ方向に対して傾斜している。放熱層４３と導電層３３との接触面３３ｓ、３３ｔは、ｚ方向に対して傾斜している。
【００９２】
また放熱層４３は、ｘｙ平面に沿うテラスと、ｘｙ平面に対して起立するステップとを有する階段状である。放熱層４３は、スピン軌道トルク配線２３の第１面２３ａと接する。第１面２３ａは、スピン軌道トルク配線２３の積層体１３と接する面である。放熱層４３がスピン軌道トルク配線２３の第１面２３ａと接することで、放熱層４３とスピン軌道トルク配線２３との接触面積が大きくなり、放熱効率がより向上する。
【００９３】
「第５実施形態」
図１１は、第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４の断面図である。図１２は、第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４の別の断面図である。図１１は、スピン軌道トルク配線２４のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０４を切断した断面である。図１２は、スピン軌道トルク配線２４のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１０４を切断した断面である。
【００９４】
第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４は、積層体１４とスピン軌道トルク配線２４と導電層３４と放熱層４４と絶縁層５４と第１配線６４と第２配線７４とを備える。また図１１及び図１２では、磁気抵抗効果素子１０４の周囲を囲む絶縁層９０を同時に図示している。絶縁層９０は、絶縁層９１、絶縁層９２及び絶縁層９３からなる。
【００９５】
積層体１４、スピン軌道トルク配線２４、導電層３４、放熱層４４、絶縁層５４、第１配線６４及び第２配線７４のそれぞれは、形状を除いて、第１実施形態に係るスピン軌道トルク配線２０、導電層３０、放熱層４０、絶縁層５０、第１配線６０及び第２配線７０と同様である。放熱層４４は、スピン軌道トルク配線２４の第１面２４ａ及び導電層３４の第２面３４ｂと接している。
【００９６】
第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４は、以下の手順で作製される。まず絶縁層９１に開口を設け、導電体で充填することで、第１配線６４及び第２配線７４が形成される。次いで、絶縁層９１、第１配線６４及び第２配線７４上に配線層を積層する。次いで、配線層をｘ方向及びｙ方向に加工し、スピン軌道トルク配線２４を形成する。配線層をｘ方向に加工する際に、オーバーエッチングすることで、第１配線６４及び第２配線７４の端部が除去される。
【００９７】
次いで、スピン軌道トルク配線２４の周囲を絶縁層９２で被覆する。その後、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うことで、絶縁層９２の上面とスピン軌道トルク配線２４の上面とが平坦になる。次いで、絶縁層９２及びスピン軌道トルク配線２４の上に、強磁性層、非磁性層、強磁性層を積層する。そして、強磁性層の上の所定の位置に、ハードマスク層を形成する。ハードマスク層をマスクとして、積層した強磁性層、非磁性層、強磁性層を加工し、積層体１４を得る。ハードマスク層は、導電層３４となる。
【００９８】
次いで、導電層３４、スピン軌道トルク配線２４及び絶縁層９２を覆うように、絶縁層５４、放熱層４４、絶縁層９３を順に積層する。最後に、導電層３４と電気的に接続される電極を形成するための開口を、ｚ方向から見て導電層３４と重なる位置に形成する。
【００９９】
第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４も、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の効果を奏する。
【０１００】
「第６実施形態」
図１３は、第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５の断面図である。図１４は、第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５の別の断面図である。図１３は、スピン軌道トルク配線２５のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０５を切断した断面である。図１４は、スピン軌道トルク配線２５のｘ方向の長さの中心を通るｙｚ平面で磁気抵抗効果素子１０５を切断した断面である。
【０１０１】
第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５は、積層体１５とスピン軌道トルク配線２５と導電層３５と放熱層４５と絶縁層５５と第１配線６５と第２配線７５とを備える。また図１３及び図１４では、磁気抵抗効果素子１０４の周囲を囲む絶縁層９０を同時に図示している。絶縁層９０は、絶縁層９１及び絶縁層９４からなる。
【０１０２】
積層体１５、スピン軌道トルク配線２５、導電層３５、放熱層４５、絶縁層５５、第１配線６５及び第２配線７５のそれぞれは、形状を除いて、第１実施形態に係るスピン軌道トルク配線２０、導電層３０、放熱層４０、絶縁層５０、第１配線６０及び第２配線７０と同様である。放熱層４５は、スピン軌道トルク配線２５の第１面２５ａ及び導電層３５の第２面３５ｂと接している。
【０１０３】
第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５は、以下の手順で作製される。まず絶縁層９１に開口を設け、導電体で充填することで、第１配線６４及び第２配線７４が形成される。次いで、絶縁層９１、第１配線６４及び第２配線７４上に配線層、強磁性層、非磁性層、強磁性層を積層する。次いで、強磁性層の上面に、作製するスピン軌道トルク配線２５と同様の形状のハードマスク層を形成し、配線層、強磁性層、非磁性層、強磁性層を一度に加工する。第１配線６５及び第２配線７５の端部は、オーバーエッチングにより除去される。
【０１０４】
次いで、ハードマスク層のｘ方向の一部を除去する。次いで、形状が加工されたハードマスク層をマスクとして、積層した強磁性層、非磁性層、強磁性層のｘ方向の形状を加工し、積層体１５を得る。加工後のハードマスク層は、導電層３５となる。
【０１０５】
次いで、導電層３５及びスピン軌道トルク配線２５を覆うように、絶縁層５５、放熱層４５、絶縁層９４を順に積層する。最後に、導電層３５と電気的に接続される電極を形成するための開口を、ｚ方向から見て導電層３５と重なる位置に形成する。
【０１０６】
第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５も、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の効果を奏する。
【０１０７】
ここまで、第１実施形態から第６実施形態を基に、本発明の好ましい態様を例示したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。例えば、それぞれの実施形態における特徴的な構成を他の実施形態に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１  第１強磁性層
２  第２強磁性層
３  非磁性層
１０，１１，１２，１３，１４，１５  積層体
２０，２１，２２，２３，２４，２５  スピン軌道トルク配線
３０，３１，３２，３３，３４，３５  導電層
４０，４１，４２，４３，４４，４５  放熱層
５０，５１，５２，５３，５４，５５，９０，９１，９２，９３，９４  絶縁層
６０，６１，６２，６３，６４，６５  第１配線
７０，７１，７２，７３，７４，７５  第２配線
２１ｓ，２１ｔ，２２ｓ，２２ｔ，２３ｓ,２３ｔ，３１ｓ，３１ｔ，３３ｓ,３３ｔ  接触面
２３ａ，２４ａ，２５ａ，３１ａ  第１面
３１ｂ，３４ｂ，３５ｂ  第２面
６０Ｅ，７０Ｅ  第１端部
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  磁気抵抗効果素子
１１０  第１スイッチング素子
１２０  第２スイッチング素子
１３０  第３スイッチング素子
２００  磁気記録アレイ
Ｃｍ１〜Ｃｍｎ  共通配線
Ｃｗ  導電部
Ｄ  ドレイン
Ｇ  ゲート電極
ＧＩ  ゲート絶縁膜
Ｒｐ１〜Ｒｐｎ  読み出し配線
Ｒ１  第１経路
Ｒ２  第２経路
Ｓ  ソース
Ｓｕｂ  基板
Ｔｒ  トランジスタ
Ｗｐ１〜Ｗｐｎ  書き込み配線
【要約】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、第１方向に延びるスピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線に積層され、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を有する積層体と、前記積層体の前記スピン軌道トルク配線と反対側に接する導電層と、前記第１方向において前記積層体と離間し、前記スピン軌道トルク配線と前記導電層とを繋ぐ放熱層と、を備える。【図１】
0006777271.tif 000002
【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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【図１４】
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