(57)【要約】【課題】ＭＲＡＭメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にする技術を提供する。【解決手段】本発明によるＭＲＡＭメモリセルは，基板（１）と，基板（１）の主面（１ａ）の側に設けられ，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層（９）と，基板（１）と実質的に平行な第１方向（ｙ軸方向）に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第１書き込み電流が流される第１配線（１２）とを備えている。自由強磁性層（９）は，第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な第１対称面（９ｃ）に対して鏡面対称である。第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）は，積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置されている。【選択図】　図２
2004104027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，
前記基板の主面側に設けられ，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層と，
前記基板と実質的に平行な第１方向に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第１書き込み電流が流される第１配線
とを備え，
前記自由強磁性層は，前記第１方向に実質的に平行で，且つ，前記基板に実質的に垂直な第１対称面に対して実質的に鏡面対称であり，
前記第１配線の第１中心線は，積極的に，前記第１対称面の上に位置しないように配置されている
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
前記第１配線は，前記基板に垂直な方向からみたとき，前記第１対称面に垂直な第２方向における前記自由強磁性層の端から前記第２方向にはみ出して前記自由強磁性層に重ならない部分を有している
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
前記第１配線の前記第１中心線と前記第１対称面との距離をｄ，前記第１対称面に垂直な第２方向における前記自由強磁性層の長さをＬとし，オフセット量ｐを
ｐ＝ｄ／Ｌ，
で定義したとき，
前記ｐは，０．１以上０．５以下である
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項４】
請求項１に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
前記第１対称面に垂直な第２方向における前記第１配線の幅は，前記自由強磁性層の前記第２方向における長さよりも狭い
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項５】
請求項４に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
前記第１配線の前記幅は，前記自由強磁性層の前記長さの０．３倍以上０．７倍以下である
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
前記自発磁化の方向は，前記第２方向に平行である
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
更に，前記第１配線に接合され，磁性体で形成された磁性体層
とを備えた
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
更に，
前記第２方向に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第２書き込み電流が流される第２配線
を備え，
前記自由強磁性層は，前記第２方向に実質的に平行で，且つ，前記基板に実質的に垂直な第２対称面に対して実質的に鏡面対称であり，
前記第２配線の第２中心線は，積極的に，前記第２対称面の上に位置しないように配置されている
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項９】
反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層を含み，且つ，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子と，
第１方向に延設され，前記磁気抵抗素子に電気的に接続される第１配線と，
前記第１方向に延設され，前記磁気抵抗素子から電気的に絶縁され，且つ，前記自発磁化を反転させる書き込み電流が流される第２配線
とを備え，
前記自由強磁性層は，前記第１方向に実質的に平行で，且つ，前記基板に実質的に垂直な第１対称面に対して実質的に鏡面対称であり，
前記第２配線の中心線は，積極的に，前記第１対称面の上に位置しないように配置されている
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項１０】
請求項９に記載のＭＲＡＭメモリセルにおいて，
更に，前記磁気抵抗素子を被覆する層間絶縁膜を備え，
前記第１配線と前記第２配線とは，前記層間絶縁膜の上に形成されている
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項１１】
基板と，
前記基板の主面側に設けられ，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層と，
前記基板と実質的に平行な第１方向に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第１書き込み電流が流される第１配線
とを備え，
前記自由強磁性層は，前記第１方向に実質的に平行で，且つ，前記基板に実質的に垂直な第１対称面に対して実質的に鏡面対称であり，
前記第１書き込み電流が発生する磁場が最も強くなる位置は，積極的に，前記第１対称面の上に位置しないように配置されている
ＭＲＡＭメモリセル。
【請求項１２】
基板の主面に実質的に垂直な第１対称面に対して実質的に鏡面対称であるように，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層を設けることと，
前記自発磁化の反転に使用される書き込み電流が流される配線を，前記基板と前記第１対称面とに実質的に平行な方向に延伸するように設けることと，
前記配線の中心線を，積極的に，前記第１対称面の上に位置しないように配置すること
とを備えた
自発磁化反転促進方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ：以下、「ＭＲＡＭ」という。）のメモリセルに関する。本発明は，特に，ＭＲＡＭのメモリセルにデータを書き込むのに必要な書き込み電流の大きさを低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＡＭは，高速書き込みが可能であり，且つ，大きな書き換え回数を有する不揮発性メモリとして注目を集めている。典型的なＭＲＡＭのメモリセルは，図９に示されているように，固定された自発磁化を有する固定強磁性層１０１と，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層１０２と，固定強磁性層１０１と自由強磁性層１０２との間に介設された非磁性のスペーサ層１０３とにより構成される磁気抵抗素子１０４を含む。自由強磁性層１０２は，その自発磁化の向きが，固定強磁性層層１０１の自発磁化の向きと平行，又は反平行に向くことが許されるように，反転可能に形成される。
【０００３】
メモリセルは，１ビットのデータを，自由強磁性層１０２の自発磁化の方向として記憶する。メモリセルは，自由強磁性層１０２の自発磁化と固定強磁性層１０１の自発磁化とが平行である”平行”状態と，自由強磁性層１０２の自発磁化と固定強磁性層１０１の自発磁化とが反平行である”反平行”状態の２つの状態を取り得る。メモリセルは，”平行”状態と，”反平行”状態とのうちの一方を”０”に，他方を”１”に対応付けることにより，１ビットのデータを記憶する。
【０００４】
メモリセルからのデータの読み出しは，磁気抵抗効果によるメモリセルの抵抗の変化を検知することによって行われる。固定強磁性層１０１及び自由強磁性層１０２の自発磁化の方向は，メモリセルの抵抗に影響を及ぼす。固定強磁性層１０１と自由強磁性層１０２との自発磁化の向きが平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第１値Ｒとなり，反平行である場合には，メモリセルの抵抗は，第２値Ｒ＋ΔＲになる。固定強磁性層１０１及び自由強磁性層１０２の自発磁化の方向，即ち，メモリセルに記憶されているデータは，メモリセルの抵抗を検知することにより判別することができる。
【０００５】
メモリセルへのデータの書き込みは，メモリセルアレイに配設されるワード線及びビット線に書き込み電流を流し，該書き込み電流により生じる磁場によって自由強磁性層１０２の自発磁化の方向を反転させることによって行われる。
【０００６】
データの書き込みに必要な書き込み電流の低減は，ＭＲＡＭの消費電力の低減の観点から重要である。書き込み電流を低減するための構造を有するＭＲＡＭが，特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される信号線に高飽和磁化ソフト磁性材料，又は金属−非金属ナノグラニュラ膜が接合されている。高飽和磁化ソフト磁性材料，及び金属−非金属ナノグラニュラ膜は，磁場を磁気抵抗素子に集中させる。このため，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【０００７】
書き込み電流を低減するための構造を有する他のＭＲＡＭが，特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される配線としてコイルが使用され，磁気抵抗素子は，該コイルの中に挿入されている。磁気抵抗素子に印加される磁場は，該コイルのターン数に比例するため，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【０００８】
書き込み電流を低減するための構造を有する更に他のＭＲＡＭが，米国特許公報である特許文献３と，その日本出願である特許文献４とに開示されている。特許文献３に開示されたＭＲＡＭでは，書き込み電流が流される導体の幅が，データ記憶層の幅よりも狭くされている。書き込み電流が流される導体の幅を小さくすることで，導体とデータ記憶層との間のミスアライメントが排除され，書き込み電流によって生成される磁場の漏れが低減され，従って，より小さな書き込み電流でデータの書き込みを行うことが可能になる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１１０９３８号公報（図４）
【特許文献２】
米国特許第５，７４２，０１６号公報
【特許文献３】
米国特許第６，２３６，５９０号公報
【特許文献４】
特開２００２−１１８２３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，ＭＲＡＭメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にするための他の技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて，目的を達成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［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し，付加された番号・符号は，［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】
本発明によるＭＲＡＭメモリセルは，基板（１）と，基板（１）の主面（１ａ）側に設けられ，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層（９）と，基板（１）と実質的に平行な第１方向（ｙ軸方向）に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第１書き込み電流が流される第１配線（１２）とを備えている。自由強磁性層（９）は，第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な第１対称面（９ｃ）に対して実質的に鏡面対称である。第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）は，積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置されている。
【００１３】
第１書き込み電流が流される第１配線（１２）は，中心線（１２ａ）の近傍において最も大きな書き込み磁場を発生する。第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）を，自由強磁性層（９）の第１対称面（９ｃ）からずらして配置することにより，最も大きな書き込み磁場が発生される位置である第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）が，自由強磁性層（９）の外縁部に近づく。第１中心線（１２ａ）が，自由強磁性層（９）の外縁部に近づくと，自由強磁性層（９）の外縁部のドメインを反転させるために必要な書き込み電流が小さくなる。自由強磁性層（９）の外縁部のドメインを反転させると，ドメインの反転が自由強磁性層（９）の外縁部から中心部に伝搬し，自由強磁性層（９）の自発磁化は完全に反転する。ゆえに，第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）を，自由強磁性層（９）の第１対称面（９ｃ）からずらして配置することにより，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を小さくすることができる。
【００１４】
第１配線（１２）の第１中心線（１２ａ）と第１対称面（９ｃ）との距離をｄ，第１対称面（９ｃ）に垂直な第２方向における自由強磁性層（９）の長さをＬとし，オフセット量ｐを
ｐ＝ｄ／Ｌ，
で定義したとき，オフセット量ｐは，０．１以上０．５以下であることが好適である。このような条件を満足する配線（１２）の配置は，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を小さくする。
【００１５】
第１配線（１２）は，基板（１）に垂直な方向からみたとき，第１対称面（９ｃ）に垂直な第２方向（ｘ軸方向）における自由強磁性層（９）の端から第２方向（ｘ軸方向）にはみ出して自由強磁性層（９）に重ならない部分を有していることが好ましい。このような構造は，第１配線（１２）の中心線（１２ａ）を自由強磁性層（９）の外縁部に一層に近づけ，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を一層に小さくする。
【００１６】
第１対称面（９ｃ）に垂直な第２方向（ｘ軸方向）における第１配線（１２）の幅（Ｗ）は，自由強磁性層（９）の第２方向（ｘ軸方向）における長さ（Ｌ）よりも狭いことが好ましい。このような構造は，第１配線（１２）が発生する磁場を，自由強磁性層（９）の外縁部に集中させ，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を一層に小さくする。
【００１７】
第１配線（１２）の幅（Ｗ）は，自由強磁性層（９）の長さ（Ｌ）の０．３倍以上０．７倍以下であることが好適である。
【００１８】
自由強磁性層（９）の自発磁化の方向は，第２方向（ｘ軸方向）に平行であることがある。
【００１９】
当該ＭＲＡＭメモリセルは，第１配線（１２）に接合され，磁性体で形成された磁性体層（１３）を備えることが好適である。
【００２０】
当該ＭＲＡＭメモリセルが，更に，第２方向（ｘ軸方向）に延設され，前記自発磁化の反転に使用される第２書き込み電流が流される第２配線（３）を備え，且つ，自由強磁性層（９）が，第２方向（ｘ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な第２対称面（９ｄ）に対して実質的に鏡面対称である場合，第２配線（３）の第２中心線（３ａ）は，積極的に，第２対称面（９ｄ）の上に位置しないように配置されていることが好適である。このような構造は，第２配線（３）が発生する磁場を，自由強磁性層（９）の外縁部に集中させ，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を一層に小さくする。
【００２１】
本発明によるＭＲＡＭメモリセルは，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層（９）を含み，前記自発磁化の方向に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子（６）と，第１方向（ｙ軸方向）に延設され，磁気抵抗素子（６）に電気的に接続される第１配線（１５）と，第１方向（ｙ軸方向）に延設され，磁気抵抗素子（６）から電気的に絶縁され，且つ，前記自発磁化を反転させる書き込み電流が流される第２配線（１６）とを備えている。自由強磁性層（９）は，第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な第１対称面（９ｃ）に対して実質的に鏡面対称である。第２配線（１６）の中心線（１６ａ）は，積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置されている。第２配線（１６）の中心線（１６ａ）が積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置することにより，データの書き込みに必要な書き込み電流の大きさを小さくすることができる。更に，第２配線（１６）の中心線（１６ａ）を第１対称面（９ｃ）からずらして配置することにより，磁気抵抗素子（６）の上方（又は下方）には，第１配線（１５）を形成するための空間が生まれ，第１配線（１５）と第２配線（１６）とを一の配線層により形成することが可能になる。即ち，かかる配置により，第１配線（１２）と第２配線（１６）との両方を磁気抵抗素子（６）を被覆する一の層間絶縁膜（１０）の上に形成することが可能になる。
【００２２】
本発明によるＭＲＡＭメモリセルは，基板（１）と，基板（１）の主面（１ａ）側に設けられ，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層（９）と，基板（１）と実質的に平行な第１方向（ｙ軸方向）に延設され，自発磁化の反転に使用される第１書き込み電流が流される第１配線（１２）とを備えている。自由強磁性層（９）は，第１方向（ｙ軸方向）に実質的に平行で，且つ，基板（１）に実質的に垂直な第１対称面（９ｃ）に対して実質的に鏡面対称である。第１書き込み電流が発生する磁場が最も強くなる位置は，積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置されている。このような構造は，最も大きな書き込み磁場が発生される位置を，自由強磁性層（９）の外縁部に近づけ，自由強磁性層（９）の自発磁化を反転するのに必要な書き込み電流を小さくする。
【００２３】
本発明による自発磁化反転促進方法は，基板（１）の主面（１ａ）に実質的に垂直な第１対称面（９ｃ）に対して実質的に鏡面対称であるように，反転可能な自発磁化を有する自由強磁性層（９）を設けることと，
前記自発磁化の反転に使用される書き込み電流が流される配線（１２）を，前記基板（１）と実質的に平行な第１方向（ｙ軸方向）に延伸するように設けることと，
配線（１２）の中心線（１２ａ）を，積極的に，第１対称面（９ｃ）の上に位置しないように配置すること
とを備えている。当該自発磁化反転促進方法は，最も大きな書き込み磁場が発生される位置である配線（１２）の中心線（１２ａ）を，自由強磁性層（９）の外縁部に近づける。これにより，自由強磁性層（９）の外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流の大きさは小さくなる。自由強磁性層（９）の外縁部のドメインが反転すると，ドメインの反転は，自由強磁性層（９）の中心部に伝搬するから，自由強磁性層（９）の自発磁化が完全に反転する。ゆえに，配線（１２）の中心線（１２ａ）を，自由強磁性層（９）の外縁部に近づけることにより，自由強磁性層（９）の自発磁化の反転に必要な電流の大きさを低減できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明による磁気メモリ用メモリセルの実施の形態を説明する。
【００２５】
（実施の第１形態）
図１は，本発明による磁気メモリ用メモリセルの実施の第１形態を示す。実施の第１形態では，基板１の主面１ａ側に層間絶縁膜２が形成されている。ワード線３が，層間絶縁膜２の上に形成されている。ワード線３は，基板１の主面１ａに実質的に平行なｘ軸方向に延伸するように設けられている。ワード線３は，層間絶縁膜４で被覆されている。層間絶縁膜４には，層間絶縁膜４を貫通してワード線３に到達する導電性のコンタクト５が形成されている。層間絶縁膜４の上には，磁気抵抗素子６が形成されている。
【００２６】
磁気抵抗素子６は，固定強磁性層７とトンネル絶縁層８と自由強磁性層９とを含む。固定強磁性層７は，コンタクト５を介してワード線３に電気的に接続されている。固定強磁性層７は，ｘ軸方向に固定された自発磁化を有し，自由強磁性層９は，ｘ軸方向に平行に自在に反転可能な自発磁化を有している。自由強磁性層９の自発磁化は，固定強磁性層７の自発磁化と同一の向きを向く”平行”状態と，逆の向きを向く”反平行”状態とをとることを許されている。実施の第１形態のメモリセルは，自由強磁性層９の自発磁化の向きとしてデータを記憶する。トンネル絶縁層８は，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のような絶縁体で形成され，トンネル絶縁層８の厚さは，厚さ方向にトンネル電流が流れる程度に薄い。トンネル絶縁層８の厚さ方向の抵抗（即ち，磁気抵抗素子６の抵抗）は，自由強磁性層９の自発磁化の向きに応じて変化し，磁気抵抗素子６の抵抗の変化によって，磁気抵抗素子６に記憶されているデータは判別可能である。
【００２７】
図２に示されているように，磁気抵抗素子６の自由強磁性層９は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたとき，実質的に楕円形を有している。楕円形を有する自由強磁性層９は，ｘ軸方向に長軸９ａを有し，基板１の主面１ａに実質的に平行で，且つ，ｘ軸方向に実質的に垂直なｙ軸方向に短軸９ｂを有する。自由強磁性層９の自発磁化は，長軸９ａに平行な方向を向いている。このような形状を有する自由強磁性層９は，基板１の主面１ａに垂直で，且つ，短軸９ｂがその上にある対称面９ｃに対して実質的に鏡面対称である。「実質的に」とは，製造バラツキなどによって発生する微細な非対称性は考慮しないということを意味している。
【００２８】
図１に示されているように，磁気抵抗素子６は，層間絶縁膜１０によって被覆されている。層間絶縁膜１０には，自由強磁性層９に到達する導電性のコンタクト１１が形成されている。層間絶縁膜１０の上には，ビット線１２が形成されている。ビット線１２は，ｙ軸方向に延設されている。
【００２９】
図２に示されているように，ビット線１２の中心線１２ａは，自由強磁性層９の対称面９ｃからｘ軸方向にずれて配置されている。更にビット線１２は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたとき，自由強磁性層９の長軸９ａの一端からｘ軸方向にはみ出し，自由強磁性層９に重ならない部分を有している。更に，ｘ軸方向のビット線１２の幅Ｗは，自由強磁性層９の長軸９ａの長さ（即ち，ｘ軸方向における自由強磁性層９の長さ）よりも狭い。
【００３０】
当該メモリセルに対してデータの書き込みが行われる場合，ワード線３には，ｘ軸方向に書き込み電流が流され，ビット線１２には，書き込まれるべきデータに応じてｙ軸方向に書き込み電流が流される。ワード線３に流された書き込み電流は，自由強磁性層９にｙ軸方向に磁場を印加する。ｙ軸方向に磁場が印加されることにより，自由強磁性層９の抗磁場は小さくなり，自由強磁性層９の反転が容易化される。この状態でビット線１２に書き込み電流が流されると，該書き込み電流は，ｘ軸方向に磁場を発生し，自由強磁性層９の自発磁化を，書き込まれるべきデータに応じた方向に反転する。
【００３１】
上述されたビット線１２の配置は，より小さな書き込み電流で，データの書き込みを行うことを可能にする。図３及び図４は，書き込み電流の抑制の効果を示している。図３は，データを書き込むためにビット線１２に流すことが要求される書き込み電流の大きさの，ビット線１２の中心線１２ａと自由強磁性層９の対称面９ｃとのオフセット量ｐに対する依存性を示している。オフセット量ｐは，ビット線１２の中心線１２ａと，対称面９ｃとの距離をｄとして，
ｐ＝ｄ／Ｌ，
と定義されている。ｐ＝０は，ビット線１２の中心線１２ａと，自由強磁性層９の対称面９ｃとが重なっている場合であり，相対位置ｐが大きいほど，ビット線１２の中心線１２ａは，自由強磁性層９の対称面９ｃから大きくオフセットしている。図３のグラフは，ビット線１２の幅Ｗは，自由強磁性層９の長さＬの半分であるという条件で行われたシミュレーションによって得られている。
【００３２】
図３に示されているように，ビット線１２の中心線１２ａが自由強磁性層９の対称面９ｃに位置的に整合する（即ち，ｐが０である）よりも，ビット線１２の中心線１２ａが自由強磁性層９の対称面９ｃからオフセットしている方が，より小さい書き込み電流でデータを書き込むことが可能である。オフセット量ｐが０．３７５の近傍であるとき，必要な書き込み電流の大きさは最小になる。この理由は，以下のように推定される。
【００３３】
自由強磁性層９に含まれるドメインには，隣接するドメインの磁化方向を揃えようとする交換相互作用が働いている。この交換相互作用に起因して，自由強磁性層９の自発磁化の反転は，自由強磁性層９の外縁部のドメインから開始され，その後中心部のドメインに伝搬する振る舞いを示す。自由強磁性層９の中心部のドメインは，その周囲に存在する全てのドメインから交換相互作用をうけ，その反転を妨げられる。一方，自由強磁性層９の外縁部のドメインは，ドメインに隣接していない領域を有しているため，周囲のドメインから受ける交換相互作用が小さく，比較的に小さな磁場によって反転する。外縁部のドメインが反転すると，そのドメインに隣接するドメインの反転も容易化されて反転する。このように，ドメインの反転は自由強磁性層９の外縁部から開始され，中心部に伝搬する。
【００３４】
ビット線１２の中心線１２ａを自由強磁性層９の対称面９ｃからオフセットさせることにより，ビット線１２が発生する磁場が最大となる位置は，自由強磁性層９の外縁部に近づき，より小さな書き込み電流で自由強磁性層９の外縁部にあるドメインの反転を発生させることが可能になる。自由強磁性層９の外縁部にあるドメインを反転させれば，ドメインの反転は外縁部から中心部に伝搬し，自由強磁性層９の自発磁化が完全に反転する。ゆえに，ビット線１２の中心線１２ａを自由強磁性層９の対称面９ｃからオフセットさせ，ビット線１２の中心線１２ａを自由強磁性層９の外縁部に近づけることにより，自由強磁性層９の自発磁化をより少ない書き込み電流で反転することができる。
【００３５】
但し，オフセット量ｐがあまりにも大きくなると，自由強磁性層９に鎖交する磁場が小さくなり，逆に書き込み電流が増大する。このため，オフセット量ｐは，０．１以上０．５以下であることが好ましい。
【００３６】
基板１の主面１ａに垂直な方向からみたときに自由強磁性層９の長軸９ａの一端からｘ軸方向にはみ出し，自由強磁性層９に重ならない部分を有するようなビット線１２の配置は，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層９の自発磁化を反転可能にする点で好適である。ビット線１２が自由強磁性層９に対してｘ軸方向にはみ出すビット線１２の配置は，ビット線１２が発生する磁場が最大となる位置を，一層に自由強磁性層９の外縁部に近づける。従って，自由強磁性層９の外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなり，結果として自由強磁性層９の自発磁化の反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなる。
【００３７】
従来の技術に記載された特許文献３（米国特許第６，２３６，５９０号公報）及び特許文献４（特開２００２−１１８２３９号公報）には，データの書き込み電流が流される配線と，データ記憶層（本実施の形態の自由強磁性層９に相当）との間のミスアラインメントは，磁場の漏れを発生させ，書き込み電流を増大させると開示されている。しかし，この考察は，強磁性体の自発磁化の反転のメカニズムの詳細な検討を欠いており，該考察は誤りである。
【００３８】
ｘ軸方向におけるビット線１２の幅Ｗが，ｘ軸方向における自由強磁性層９の長さＬよりも狭いことは，一層に少ない書き込み電流で自由強磁性層９の自発磁化を反転可能にする点で好適である。図４は，データを書き込むためにビット線１２に流すことが要求される書き込み電流の大きさの，Ｗ／Ｌに対する依存性を示している。図４の曲線Ａに示されているように，ビット線１２の中心線１２ａが自由強磁性層９の短軸９ｂに対してオフセットしていない場合には，ビット線１２の幅Ｗが狭くなることによる書き込み電流の減少の効果は大きくない。一方，図４の曲線Ｂに示されているように，ビット線１２の中心線１２ａが自由強磁性層９の対称面９ｃに対してオフセットしている場合には，ビット線１２の幅Ｗが減少すると，書き込み電流を顕著に減少することが可能である。
【００３９】
この効果は，ビット線１２の幅Ｗが狭くなると，ビット線１２が発生する磁場が自由強磁性層９の外縁部のドメインに集中することに起因すると考えられる。ビット線１２が発生する磁場が自由強磁性層９の外縁部のドメインに集中することにより，自由強磁性層９の外縁部のドメインの反転に必要な書き込み電流が小さくなる。その結果，自由強磁性層９の自発磁化の反転に必要な書き込み電流の大きさも小さくなると考えられる。
【００４０】
但し，ビット線１２の幅Ｗがあまりにも小さいことは，エレクトロマイグレーションに対する耐性を劣化させるため好ましくない。このような観点から，ビット線１２の幅Ｗは，自由強磁性層９の長さＬの０．３倍以上，０．７倍以下であることが好適である。
【００４１】
以上に説明されているように，本実施の形態のＭＲＡＭメモリセルでは，ビット線１２の中心線１２ａは，自由強磁性層９の対称面９ｃに対してｘ軸方向にずれて配置されている。更に，ビット線１２は，自由強磁性層９の長軸９ａの一端からｘ軸方向にはみ出し，自由強磁性層９に重ならない部分を有している。更に，ｘ軸方向のビット線１２の幅Ｗは，自由強磁性層９の長軸９ａの長さ（即ち，ｘ軸方向における自由強磁性層９の長さ）よりも狭い。このようなビット線１２の配置により，データの書き込みの時にビット線１２に流すことが必要な書き込み電流の大きさが抑制されている。
【００４２】
本実施の形態において，ビット線１２と同様の手法を採用することにより，ワード線３の書き込み電流の抑制が可能である。図５に示されているように，自由強磁性層９は，基板１の主面１ａに垂直で，且つ，長軸９ａがその上にある対称面９ｄに対して実質的に鏡面対称であるが，ワード線３の中心線３ａを，自由強磁性層９の対称面９ｄからｙ軸方向にオフセットして配置することにより，ワード線３の書き込み電流を抑制することが可能である。このようなワード線３の配置は，上述のビット線１２による書き込み電流の抑制と同様のメカニズムにより，データの書き込みの時にワード線３に流すことが必要な書き込み電流の大きさを小さくする。このとき，ワード線３が，自由強磁性層９の短軸９ｂの一端からｙ軸方向にはみ出し，自由強磁性層９に重ならない部分を有していることは，データの書き込みのためにワード線３に流すことが必要な書き込み電流の大きさを一層に小さくする点で好適である。更に，ｙ軸方向のワード線３の幅Ｗ’が，自由強磁性層９の短軸９ｂの長さ（即ち，ｙ軸方向における自由強磁性層９の幅）Ｌ’よりも狭いことは，データの書き込みのためにワード線３に流すことが必要な書き込み電流の大きさを一層に小さくする点で好適である。
【００４３】
更に図６に示されているように，ビット線１２の上面及び側面に透磁率が高い磁性体層１３が形成されることが好適である。磁性体層１３は，典型的には，パーマロイで形成される。このような構造は，ビット線１２によって発生される磁場を自由強磁性層９に集中し，データの書き込みの時にワード線３に流すことが必要な書き込み電流の大きさを一層に小さくする。
【００４４】
（実施の第２形態）
図７は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第２形態を示す。実施の第２形態では，データの読み出しに使用される読み出しビット線１５とは別に，データの書き込みに使用される書き込みビット線１６がメモリセルに設けられる。読み出しビット線１５と書き込みビット線１６とは，いずれも，層間絶縁膜１０の上に形成される。読み出しビット線１５は，層間絶縁膜１０を貫通して自由強磁性層９に到達するコンタクト１４によって，磁気抵抗素子６の自由強磁性層９に電気的に接続されている。書き込みビット線１６は，磁気抵抗素子６から電気的に絶縁されている。
【００４５】
更に，実施の第２形態では，コンタクト５が除去され，ワード線３と固定強磁性層７とは，電気的に絶縁される。固定強磁性層７は，ｘ軸方向に延設され，固定強磁性層７が読み出しワード線に兼用される。ワード線３は，データの書き込みに専用に使用される。
【００４６】
当該メモリセルからデータが読み出される場合，読み出しワード線として使用される固定強磁性層７と，読み出しビット線１５との間に所定の電圧が印加される。磁気抵抗素子６の抵抗値は，自由強磁性層９の自発磁化の向き，即ち，当該メモリセルに記憶されているデータに応じて変化するから，磁気抵抗素子６を流れる電流は，当該メモリセルに記憶されているデータに応じて変化する。磁気抵抗素子６を流れる電流から，当該メモリセルに記憶されているデータが判別される。
【００４７】
当該メモリセルに対してデータの書き込みが行われる場合，ワード線３には，ｘ軸方向に書き込み電流が流され，書き込みビット線１６には，書き込まれるべきデータに応じてｙ軸方向に書き込み電流が流される。ワード線３に流された書き込み電流は，自由強磁性層９にｙ軸方向に磁場を印加する。ｙ軸方向に磁場が印加されることにより，自由強磁性層９の抗磁場は小さくなり，自由強磁性層９の反転が容易化される。書き込みビット線１６に流される書き込み電流は，ｘ軸方向に磁場を発生し，自由強磁性層９の自発磁化を，書き込まれるべきデータに応じた方向に反転する。
【００４８】
書き込みビット線１６が読み出しビット線１５と電気的に絶縁されて設けられ，ワード線３が読み出しワード線として機能する固定強磁性層７と電気的に絶縁されて設けられていることは，データの読み出しと書き込みとを同時的に行うことが可能である点で好適である。更に，かかる構成は，読み出しビット線１５を選択するセレクタ（図示されない）と書き込みビット線１６を選択するセレクタとを別に設けることが可能であり，書き込みワード線を選択するセレクタと，読み出しワード線を選択するセレクタとを別に設けることができ，これらのセレクタに含まれる回路を簡略化できる点でも好適である。
【００４９】
実施の第１形態のビット線１２と同様に，書き込みビット線１６の中心線１６ａは，自由強磁性層９の対称面９ｃに対してｘ軸方向にオフセットして配置されている。書き込みビット線１６は，基板１の主面１ａに垂直な方向からみたとき，自由強磁性層９の長軸９ａの一端からｘ軸方向にはみ出し，自由強磁性層９に重ならない部分を有している。更に，ｘ軸方向の書き込みビット線１６の幅Ｗは，自由強磁性層９の長軸９ａの長さ（即ち，ｘ軸方向における自由実施の第１形態のビット線１２と同様に，強磁性層９の長さ）よりも狭い。このような書き込みビット線１６の配置は，実施の第１形態のビット線１１と同様に，一層に少ない書き込み電流でデータの書き込みを行うことを可能にする。
【００５０】
書き込みビット線１６の中心線１６ａが，自由強磁性層９の対称面９ｃに対してｘ軸方向にオフセットして配置されていることは，読み出しビット線１５と書き込みビット線１６との両方を層間絶縁膜１０の上に形成する，即ち，一の配線層によって読み出しビット線１５と書き込みビット線１６とを形成可能にする点で好適である。書き込みビット線１６の中心線１６ａが，自由強磁性層９の対称面９ｃに対してｘ軸方向にオフセットして配置されていることにより，層間絶縁膜１０の上には，磁気抵抗素子６の上方に書き込みビット線１５を配置する空間が生まれる。この空間に書き込みビット線１５を配置することにより，読み出しビット線１５と書き込みビット線１６とは，一の配線層によって形成可能である。読み出しビット線１５と書き込みビット線１６とが，一の配線層によって形成されることは，工数の削減の点で好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明により，ＭＲＡＭメモリセルへのデータの書き込みを，より小さな書き込み電流で行うことを可能にする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第１形態を示す断面図である。
【図２】図２は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第１形態を示す平面図である。
【図３】図３は，ビット線１２に流す必要がある書き込み電流の大きさの，オフセット量ｐに対する依存性を示している。
【図４】図４は，ビット線１２に流す必要がある書き込み電流の大きさの，ビット線１２の幅Ｗに対する依存性を示している。
【図５】図５は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第１形態の変形例を示す平面図である。
【図６】図６は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第１形態の他の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第２形態を示す断面図である。
【図８】図８は，本発明によるＭＲＡＭメモリセルの実施の第２形態を示す平面図である。
【図９】図９は，従来のＭＲＡＭを示す。
【符号の説明】
１：基板
２：層間絶縁膜
３：ワード線
４：層間絶縁膜
５：コンタクト
６：磁気抵抗素子
７：固定強磁性層
８：トンネル絶縁層
９：自由強磁性層
１０：層間絶縁膜
１１：コンタクト
１２：ビット線
１３：磁性体層
１４：コンタクト
１５：読み出しビット線
１６：書き込みビット線
【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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