(57)【要約】【課題】固定外部磁場の影響を受け難い構造を有する不揮発性磁気メモリ装置を提供する。【解決手段】不揮発性磁気メモリ装置１０は、複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップ１１から成り、外部磁場の少なくとも一部を相殺するための外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを更に備えており、外部磁場相殺手段は、メモリチップの外部あるいは又内部に備えられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップから成る不揮発性磁気メモリ装置であって、
外部磁場の少なくとも一部を相殺するための外部磁場相殺手段を更に備えていることを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項２】
外部磁場相殺手段は、メモリチップの外部に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項３】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項４】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項５】
外部磁場相殺手段は電磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項６】
外部磁場相殺手段は電磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項７】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項８】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項９】
外部磁場相殺手段は、メモリチップの内部に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項１０】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成ることを特徴とする請求項９に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項１１】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成ることを特徴とする請求項９に記載の不揮発性磁気メモリ装置。
【請求項１２】
複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップから成る不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法であって、
外部磁場の少なくとも一部を相殺しながら、不揮発性磁気メモリ素子へのデータの書き込み、若しくは、データの保持を行うことを特徴とする不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１３】
メモリチップの外部に備えられた外部磁場相殺手段によって、外部磁場の少なくとも一部を相殺することを特徴とする請求項１２に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１４】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１５】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１６】
外部磁場相殺手段は電磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１７】
外部磁場相殺手段は電磁石から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１８】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面上に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項１９】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、
該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項２０】
メモリチップの内部に備えられた外部磁場相殺手段によって、外部磁場の少なくとも一部を相殺することを特徴とする請求項１２に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項２１】
外部磁場相殺手段は永久磁石から成ることを特徴とする請求項２０に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【請求項２２】
外部磁場相殺手段は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成ることを特徴とする請求項２０に記載の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性磁気メモリ装置、及び、不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これらを構成するメモリやロジック等の各種半導体装置には、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要請されている。特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブル、サーバーとネットワークとが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリによって重要な情報を保存、保護することができる。また、最近の携帯機器は不要の回路ブロックをスタンバイ状態とし、出来る限り消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、電源を投入すると瞬時に起動できる「インスタント・オン」機能も、高速、且つ、大容量の不揮発性メモリが実現できれば可能となる。
【０００３】
不揮発性メモリとして、半導体材料を用いたフラッシュメモリや、強誘電体材料を用いた強誘電体型不揮発性半導体メモリ（ＦＥＲＡＭ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を挙げることができる。しかしながら、フラッシュメモリは、書込み速度がマイクロ秒のオーダーであり、書込み速度が遅いという欠点がある。一方、ＦＥＲＡＭにおいては、書換え可能回数が１０１２〜１０１４であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭをＦＥＲＡＭに置き換えるにはＦＥＲＡＭの書換え可能回数が十分とは云えず、また、強誘電体層の微細加工が難しいという問題が指摘されている。
【０００４】
これらの欠点を有さない不揮発性メモリとして、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と呼ばれる不揮発性磁気メモリが注目されている。初期のＭＲＡＭは、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を用いたスピンバルブをベースにしたものであった。しかし、負荷のメモリセル抵抗が１０〜１００Ωと低いため、読み出し時のビット当たりの消費電力が大きく、大容量化が難しいという欠点があった。
【０００５】
一方、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を用いたＭＲＡＭ（例えば、Ｒ．Ｍｅｓｅｒｖｅｙ  ｅｔ  ａｌ．  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｐｏｒｔｓ，  ｖｏｌ．２３８，  ｐｐ２１４−２１７，１９９４  参照）は、開発初期においては、抵抗変化率が室温で１〜２％程度しかなかったが、近年、２０％近くの抵抗変化率が得られるようになり（例えば、Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ，  Ｊ．Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ＆  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，  ｖｏｌ１３９，（Ｌ２３１），１９９５  参照）、ＴＭＲ効果を用いたＭＲＡＭに注目が集まっている。ＴＭＲタイプのＭＲＡＭは、構造が単純で、スケーリングも容易であり、また、磁気モーメントの回転により記録を行うために、書換え可能回数が大である。更には、アクセス時間についても非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であると云われている。
【０００６】
従来のＴＭＲタイプのＭＲＡＭ（以下、単に、ＭＲＡＭと呼ぶ）の模式的な一部断面図を、図２に示す。このＭＲＡＭ１２は、ＭＯＳ型ＦＥＴから成る選択用トランジスタＴＲと、トンネル磁気抵抗素子７０から構成されている。
【０００７】
トンネル磁気抵抗素子７０は、第１の強磁性体層７１、トンネル絶縁膜７４、第２の強磁性体層の積層構造を有する。第１の強磁性体層７１は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層７２と強磁性体層（固着層、磁化固定層７３とも呼ばれる）との２層構成を有し、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気異方性を有する。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層は、自由層あるいは記録層７５とも呼ばれる。トンネル絶縁膜７４は、記録層７５と磁化固定層７３との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。ＭＲＡＭ１２とＭＲＡＭ１２を接続するビット線ＢＬは、第３の層間絶縁層６６上に形成されている。ビット線ＢＬと記録層７５との間に設けられたトップコート膜７６は、ビット線ＢＬを構成する原子と記録層７５を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、及び、記録層７５の酸化防止を担っている。図中、参照番号７７は、反強磁性体層７２の下面に接続された引き出し電極を示す。
【０００８】
更には、トンネル磁気抵抗素子７０の下方には、第２の層間絶縁層６４を介して書込みワード線ＲＷＬが配置されている。尚、書込みワード線ＲＷＬの延びる方向（第１の方向）とビット線ＢＬの延びる方向（第２の方向）とは、通常、直交している。
【０００９】
一方、選択用トランジスタＴＲは、素子分離領域５１によって囲まれたシリコン半導体基板５０の部分に形成されており、第１の層間絶縁層６１によって覆われている。そして、一方のソース／ドレイン領域５５は、タングステンプラグ６２、ランディングパッド６３、タングステンプラグ６５を介して、トンネル磁気抵抗素子７０の引き出し電極７７に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域５４は、タングステンプラグ５６を介してセンス線５７に接続されている。図中、参照番号５２はゲート電極を示し、参照番号５３はゲート絶縁膜を示す。
【００１０】
ＭＲＡＭアレイにあっては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬから成る格子の交点にＭＲＡＭ１２が配置されている。
【００１１】
このような構成のＭＲＡＭ１２へのデータの書込みにおいては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果形成される合成磁界によって第２の強磁性体層（記録層７５）の磁化の方向を変えることで、第２の強磁性体層（記録層７５）にデータ「１」又はデータ「０」を記録する。
【００１２】
一方、データの読出しは、選択用トランジスタＴＲをオン状態とし、ビット線ＢＬに電流を流し、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化をセンス線５７にて検出することにより行う。記録層７５と磁化固定層７３の磁化方向が等しい場合、低抵抗となり（この状態を例えばデータ「０」とする）、記録層７５と磁化固定層７３の磁化方向が反平行の場合、高抵抗となる（この状態を例えばデータ「１」とする）。
【００１３】
図６に、ＭＲＡＭ１２のアステロイド曲線を示す。ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流し、その結果発生する合成磁界に基づき、ＭＲＡＭ１２を構成するトンネル磁気抵抗素子７０にデータを書き込む。ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層７５の磁化容易軸方向の磁界（ＨＥＡ）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層７５の磁化困難軸方向の磁界（ＨＨＡ）が形成される。尚、ＭＲＡＭ１２の構成にも依るが、ビット線ＢＬを流れる書込み電流によって記録層７５の磁化困難軸方向の磁界（ＨＨＡ）が形成され、書込みワード線ＲＷＬを流れる電流によって記録層７５の磁化容易軸方向の磁界（ＨＥＡ）が形成される場合もある。
【００１４】
アステロイド曲線は、合成磁界（記録層７５に加わる磁界ＨＨＡと磁界ＨＥＡの磁界ベクトルの合成）による記録層７５の磁化方向の反転閾値を示しており、アステロイド曲線の外側（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層７５の磁化方向の反転が起こり、データの書込みが行われる。一方、アステロイド曲線の内部（ＩＮ）に相当する合成磁界が発生した場合、記録層７５の磁化方向の反転は生じない。また、電流を流している書込みワード線ＲＷＬ及びビット線ＢＬの交点以外のＭＲＡＭ１２においても、書込みワード線ＲＷＬ若しくはビット線ＢＬ単独で発生する磁界が加わるため、この磁界の大きさが保磁力（一方向反転磁界）ＨＣ以上の場合［図６における点線の外側の領域（ＯＵＴ２）］、交点以外のＭＲＡＭ１２を構成する記録層７５の磁化方向も反転してしまう。それ故、合成磁界がアステロイド曲線の外側であって図６の点線の内側の領域（ＯＵＴ１）内にある場合のみに、選択されたＭＲＡＭ１２に対する選択書込みが可能となる。
【００１５】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍｅｓｅｒｖｅｙ  ｅｔ  ａｌ．  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｐｏｒｔｓ，  ｖｏｌ．２３８，  ｐｐ２１４−２１７，１９９４
【非特許文献２】Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ，  Ｊ．Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ＆  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，  ｖｏｌ１３９，（Ｌ２３１），１９９５
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、高速・高集積化が容易であるという長所を有するＴＭＲタイプのＭＲＡＭ１２ではあるが、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬに電流を流すことによって発生する電流磁場によって記録層７５の磁化を回転させることによりデータの書き込みを行っているが故に、外部磁場の影響を受け易いという問題がある。即ち、ＭＲＡＭが、モーターやスピーカー等を構成する永久磁石によって形成される固定外部磁場中に置かれる可能性がある。あるいは又、ＭＲＡＭを搭載した電子機器等にモーターやスピーカーが組み込まれ、ＭＲＡＭが、このようなモーターやスピーカー等を構成する永久磁石によって形成される固定外部磁場中に位置する可能性がある。そして、このような場合、固定外部磁場の大きさや向きにも依るが、データを書き込むべき選択された不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１２に所望のデータが書き込まれない場合があり、あるいは又、データを書き込むべきでない不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１２にデータが書き込まれる場合があり、更には、不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１２において保持状態にあるデータが破壊される場合もある。
【００１７】
上述したとおり、合成磁界をアステロイド曲線の外側であって図６の点線の内側の領域（ＯＵＴ１）内とすることで、選択されたＭＲＡＭ１２に対するデータの選択書込みを行うが、このような合成磁界とアステロイド曲線上の閾値磁場との差は、不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１２の製造時のばらつきを考慮すると、保磁力ＨＣの１／４以下であり、データ書き込み時、固定外部磁場の影響を最も受け易い。また、データ保持状態にあっても、不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ）１２に保磁力Ｈｃ以上の磁界が加わると、データ破壊が生じる。
【００１８】
保磁力Ｈｃの値を大きくすることで固定外部磁場の影響を受け難くする方法もあるが、このような方法ではＭＲＡＭへのデータ書き込みのための消費電力が大きくなるといった問題があり、ＭＲＡＭを携帯機器において使用する場合に、特に大きな問題となる。
【００１９】
従って、本発明の目的は、固定外部磁場の影響を受け難い構造を有する不揮発性磁気メモリ装置、及び、係る不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の不揮発性磁気メモリ装置は、複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップから成り、外部磁場の少なくとも一部を相殺するための外部磁場相殺手段を更に備えていることを特徴とする。
【００２１】
上記の目的を達成するための本発明の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法は、複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップから成る不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法であって、
外部磁場の少なくとも一部を相殺しながら、不揮発性磁気メモリ素子へのデータの書き込み、若しくは、データの保持を行うことを特徴とする。
【００２２】
本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、外部磁場相殺手段はメモリチップの外部に備えられている構成とすることができる。また、本発明の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法にあっては、メモリチップの外部に備えられた外部磁場相殺手段によって、外部磁場の少なくとも一部を相殺する構成とすることができる。そして、これらの場合、
▲１▼  外部磁場相殺手段は、永久磁石、又は、電磁石、又は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、あるいは又、永久磁石と電磁石との組合せ、永久磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せ、電磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せ、永久磁石と電磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せから成り、該外部磁場相殺手段はメモリチップの外側表面上に配置されている構成
▲２▼  外部磁場相殺手段は、永久磁石、又は、電磁石、又は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成り、あるいは又、永久磁石と電磁石との組合せ、永久磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せ、電磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せ、永久磁石と電磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せから成り、該外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面から離れた位置に配置されている構成を挙げることができる。更には、上記▲１▼と▲２▼の組合せとすることもできる。
【００２３】
あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、外部磁場相殺手段はメモリチップの内部に備えられている構成とすることができる。また、本発明の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法にあっては、メモリチップの内部に備えられた外部磁場相殺手段によって、外部磁場の少なくとも一部を相殺する構成とすることができる。そして、これらの場合、
▲３▼  外部磁場相殺手段は、永久磁石、又は、強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造から成る構成、あるいは又、永久磁石と強磁性材料層及び反強磁性材料層の積層構造との組合せから成る構成、あるいは又、電磁石から成る構成を挙げることができる。
【００２４】
あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置にあっては、外部磁場相殺手段はメモリチップの外部及び内部に備えられている構成とすることができる。また、本発明の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法にあっては、メモリチップの外部及び内部に備えられた外部磁場相殺手段によって、外部磁場の少なくとも一部を相殺する構成とすることができる。そして、これらの場合、上記▲１▼と▲３▼の組合せ、上記▲２▼と▲３▼の組合せ、上記▲１▼と▲２▼と▲３▼の組合せとすることができる。
【００２５】
外部磁場の少なくとも一部を相殺するために外部磁場相殺手段によって形成すべき磁場の強度や向きは、メモリチップが配置される領域における外部磁場の強度や向きを実際に測定し、あるいは又、シミュレーションにて求めることで、決定することができる。外部磁場として、例えば、電子機器や電気機器の内部に配置されたモーターやスピーカー等を構成する永久磁石によって形成される固定外部磁場を例示することができる。外部磁場が発生する箇所は１カ所に限定されず、複数箇所の場合もあり、この場合には合成磁場として扱えばよい。
【００２６】
永久磁石を構成する材料として、例えば、フェライト系磁石、ネオジウムやサマリウムコバルト等の希土類磁石、アルニコ系磁石、ボンド磁石に代表される磁石材料に有機材料粉末を加えたもの、有機ポリマー磁石等を挙げることができる。希土類磁石として、より具体的には、希土類金属をＲとした場合、通常のＲＣｏ５系、Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）５系、Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）７系、Ｒ２Ｃｏ１７系、Ｒ２（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ）１７系、Ｒ２（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍ）１７（但し、Ｍ＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）系等の種々の組成の希土類磁石を挙げることができる。ＲＣｏ５系の希土類磁石として、例えば、ＳｍＣｏ５、ＰｒＣｏ５、（Ｐｒ，Ｓｍ）Ｃｏ５、（Ｌａ，Ｓｍ）Ｃｏ５、（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｃｏ５等を使用することができる。
Ｒ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）５系及びＲ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）７系の希土類磁石として、例えば、Ｓｍ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）５、Ｃｅ（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）５、（Ｓｍ−Ｃｅ）（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ）５等を挙げることができる。あるいは又、ネオジム・鉄・ホウ素系希土類磁石（例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を挙げることもできる。
【００２７】
永久磁石の形状は、立方形、直方形、棒状、円柱状、角柱状、Ｕ字形状、針金状、円板状、円筒状、球形、板状、シート状、リボン状、異形形状等、外部磁場相殺手段としての使用に適した形状とすればよい。永久磁石は、焼結法、プラスチック成形法、ゴム形成法、蒸着法、スパッタリング法等、従来の方法にて作製することができる。
【００２８】
電磁石として、例えば、ソレノイド・コイルを挙げることができる。
【００２９】
外部磁場相殺手段を構成する反強磁性材料層は、例えば、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物等から構成することができる。また、外部磁場相殺手段を構成する強磁性材料層は、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等の合金材料から構成することができる。このような構成の外部磁場相殺手段は、例えば、シート状あるいはフィルム状の基材上に反強磁性材料層及び強磁性材料層を順次形成することで、あるいは又、シート状あるいはフィルム状の基材上に強磁性材料層及び反強磁性材料層を順次形成することで、あるいは又、シート状あるいはフィルム状の強磁性材料層上に反強磁性材料層を形成することで、あるいは又、シート状あるいはフィルム状の反強磁性材料層上に強磁性材料層上を形成することで、得ることができる。
【００３０】
上記▲１▼あるいは▲２▼の場合、外部磁場相殺手段は、メモリチップの外部に少なくとも１個、配置されていればよく、例えば、メモリチップの外部の四隅にそれぞれ１個、合計４個を配置する構成とすることができる。上記▲１▼の場合、外部磁場相殺手段はメモリチップの外側表面上に配置されているが、より具体的には、外部磁場相殺手段は、メモリチップの外側表面に、例えば、接着剤を用いて固定され、あるいは又、メモリチップの外側表面に嵌合している構成とすることができる。尚、メモリチップの外側表面の複数箇所（例えば、表面［おもてめん］と裏面、あるいは又、側面）に外部磁場相殺手段を配置してもよい。上記▲２▼の場合、外部磁場相殺手段はメモリチップの外側表面から離れた位置に配置されているが、より具体的には、外部磁場相殺手段は、メモリチップが取り付けられた部材（例えばプリント配線板）に、例えば、接着剤を用いて固定された構成を例示することができる。また、上記▲３▼の場合、不揮発性磁気メモリ素子の製造前、製造中、あるいは、製造後に、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）やＣＶＤ法に基づき、外部磁場相殺手段を形成した後、メモリチップへと加工すればよい。外部磁場相殺手段は、不揮発性磁気メモリ素子と一体的に形成してもよい。
【００３１】
場合によっては、メモリチップの外側表面、あるいはメモリチップの内部に高透磁性材料層を形成してもよい。高透磁性材料層を構成する材料として、コバルト−鉄合金、ニッケル−鉄合金、アモルファス磁性体材料等の軟磁性材料を挙げることができ、高透磁性材料層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示されるＰＶＤ法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に代表されるＣＶＤ法、メッキ法にて形成することができる。
【００３２】
本発明の不揮発性磁気メモリ装置、あるいは又、本発明の不揮発性磁気メモリ装置へのデータ書込・保存方法（以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある）における不揮発性磁気メモリ素子は、限定するものではないが、
（Ａ）第１の方向に延びる書込みワード線、
（Ｂ）該第１の方向とは異なる（例えば直交する）第２の方向に延びるビット線、及び、
（Ｃ）該書込みワード線と該ビット線との重複領域に設けられ、第１の強磁性体層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性体層の積層構造を有し、第１の強磁性体層は該書込みワード線と電気的に絶縁され、第２の強磁性体層は該ビット線に電気的に接続されたトンネル磁気抵抗素子、
から構成されていることが好ましい。
【００３３】
ビット線は第２の強磁性体層と電気的に接続されているが、このような構成には、ビット線が、第２の強磁性体層と間接的に接続されている形態が包含される。
【００３４】
本発明において、第１の強磁性体層は、より具体的には、例えば、下から反強磁性体層と強磁性体層（固着層あるいは磁化固定層とも呼ばれる）との２層構成を有していることが好ましく、これによって、これらの２層の間に働く交換相互作用によって強い一方向の磁気異方性を有することができる。磁化固定層がトンネル絶縁膜と接する。磁化方向が比較的容易に回転する第２の強磁性体層は、自由層あるいは記録層とも呼ばれる。トンネル絶縁膜は、第２の強磁性体層（記録層）と磁化固定層との間の磁気的結合を切ると共に、トンネル電流を流すための役割を担う。
【００３５】
トンネル磁気抵抗素子を構成する強磁性体層（固着層、磁化固定層）及び第２の強磁性体層（記録層、自由層）は、例えば、遷移金属磁性元素、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）又はコバルト（Ｃｏ）から構成された強磁性体、あるいはこれらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ等）を主成分とする強磁性体から構成することができる。また、所謂ハーフメタリック強磁性体材料や、ＣｏＦｅ−Ｂといったアモルファス強磁性体材料を用いることもできる。トンネル磁気抵抗素子を構成する反強磁性体層は、例えば、鉄−マンガン合金、ニッケル−マンガン合金、白金−マンガン合金、イリジウム−マンガン合金、ロジウム−マンガン合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物から構成することができる。これらの層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ法に代表されるＣＶＤ法にて形成することができる。
【００３６】
トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料として、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、シリコン窒化物を挙げることができ、更には、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯＸ、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＢＮ、ＺｎＳを挙げることができる。
トンネル絶縁膜は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、トンネル絶縁膜を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯＸ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、酸化アルミニウムをスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。あるいは又、トンネル絶縁膜をＡＬＤ法に代表されるＣＶＤ法によって形成することができる。
【００３７】
ビット線あるいは書込みワード線は、例えば、アルミニウム、Ａｌ−Ｃｕ等のアルミニウム系合金、銅（Ｃｕ）から成り、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法や、ＣＶＤ法、電解メッキ法に代表されるメッキ法にて形成することができる。
【００３８】
積層構造やビット線、書込みワード線等のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法やイオンミリング法にて行うことができる。また、場合によっては、所謂リフトオフ法にてパターニングを行うこともできる。
【００３９】
本発明において、限定するものではないが、不揮発性磁気メモリ素子は、
（ａ）半導体基板に形成された選択用トランジスタ、
（ｂ）選択用トランジスタを覆う第１の層間絶縁層、
（ｃ）第２の層間絶縁層、並びに、
（ｄ）第３の層間絶縁層、
を更に備え、
書込みワード線は、第１の層間絶縁層上に形成されており、
第２の層間絶縁層は、書込みワード線及び第１の層間絶縁層上を覆い、
第１の強磁性体層は、第２の層間絶縁層上に形成されており、
第３の層間絶縁層は、トンネル磁気抵抗素子及び第２の層間絶縁層を覆い、
第１の強磁性体層の延在部、あるいは、第１の強磁性体層から第２の層間絶縁層上を延びる引き出し電極が、第２の層間絶縁層及び第１の層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド）を介して選択用トランジスタに電気的に接続されており、
ビット線が第３の層間絶縁層上に形成されている構成とすることができる。
【００４０】
接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。
【００４１】
選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタから構成することができる。
【００４２】
第１の層間絶縁層や第２の層間絶縁層、第３の層間絶縁層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＦＳＧ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、有機膜（所謂Ｌｏｗ−ｋ材料）、あるいは、ＬＴＯを例示することができる。
【００４３】
本発明においては、外部磁場の少なくとも一部を相殺するための外部磁場相殺手段を備えているが故に、データを書き込むべき選択された不揮発性磁気メモリ素子にデータを確実に書き込むことが可能となるし、不揮発性磁気メモリ素子に保持されたデータの外部磁場による破壊を確実に抑制することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発明を説明する。
【００４５】
（実施の形態１）
図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に概念図を示すように、複数の不揮発性磁気メモリ素子を備えたメモリチップ１１から成る不揮発性磁気メモリ装置１０は、外部磁場（矢印２０で示す）の少なくとも一部を相殺するための外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを更に備えている。ここで、実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置１０にあっては、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはメモリチップ１１の外部に備えられており、また、不揮発性磁気メモリ装置１０へのデータ書込・保存方法にあっては、メモリチップ１１の外部に備えられた外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによって、外部磁場の少なくとも一部を相殺する。尚、外部磁場は、例えば、電子機器や電気機器の内部に配置されたモーターやスピーカー等を構成する永久磁石（図示せず）によって形成される固定外部磁場である。
【００４６】
実施の形態１においては、外部磁場相殺手段２１Ａは永久磁石２２から成り（図１の（Ａ）参照）、又は、外部磁場相殺手段２１Ｂは電磁石２３から成り（図１の（Ｂ）参照）、又は、外部磁場相殺手段２１Ｃは強磁性材料層２４及び反強磁性材料層２５の積層構造から成る（図１の（Ｃ）参照）。そして、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、メモリチップ１１の外側表面上に配置されている。具体的には、シート状の永久磁石２２から成る外部磁場相殺手段２１Ａは、メモリチップ１１の外側表面上に接着剤（図示せず）によって固定されている。あるいは又、所望の形状を有する永久磁石２２から成る外部磁場相殺手段２１Ａは、メモリチップ１１の外側表面に嵌合している。あるいは又、ソレノイド・コイルから構成された電磁石２３から成る外部磁場相殺手段２１Ｂは、メモリチップ１１の外側表面上に接着剤（図示せず）によって固定されている。あるいは又、シート状の強磁性材料層２４（上層）及び反強磁性材料層２５（下層）の積層構造から成る外部磁場相殺手段２１Ｃは、メモリチップ１１の外側表面上に接着剤（図示せず）によって固定されている。
【００４７】
外部磁場の少なくとも一部を相殺するために外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによって形成すべき磁場の強度や向きは、メモリチップ１１が配置される領域における外部磁場の強度や向きを実際に測定し、あるいは又、シミュレーションにて求めることで、決定すればよい。外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃをメモリチップ１１に取り付けた後、メモリチップ１１を所定の部位に配置してもよいし（取り付けてもよいし）、メモリチップ１１を所定の部位に配置した後（取り付けた後）、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃをメモリチップ１１に取り付けてもよい。また、外部磁場相殺手段２１Ａと外部磁場相殺手段２１Ｂとの組合せ、外部磁場相殺手段２１Ａと外部磁場相殺手段２１Ｃとの組合せ、外部磁場相殺手段２１Ｂと外部磁場相殺手段２１Ｃとの組合せ、外部磁場相殺手段２１Ａと外部磁場相殺手段２１Ｂと外部磁場相殺手段２１Ｃとの組合せとすることもできる。更には、図示した例においては、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを１つとしたが、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを複数としてもよい。
【００４８】
不揮発性磁気メモリ素子１２は、図２を参照して説明した不揮発性磁気メモリ素子と同じ構造を有している。従って、不揮発性磁気メモリ素子１２の構造の詳細な説明は省略する。メモリチップ１１内における不揮発性磁気メモリアレイにあっては、ビット線ＢＬ及び書込みワード線ＲＷＬから成る格子の交点に不揮発性磁気メモリ素子１２が配置されている。
【００４９】
このような構成の不揮発性磁気メモリ素子１２へのデータの書込みにおいては、ビット線ＢＬに電流ＩＢＬあるいは電流−ＩＢＬを流し、同時に、書込みワード線ＲＷＬに電流ＩＲＷＬを流し、その結果形成される合成磁界によって第２の強磁性体層（記録層７５）の磁化の方向を変えることで、第２の強磁性体層（記録層７５）にデータ「１」又はデータ「０」を記録する。
【００５０】
一方、データの読出しは、選択用トランジスタＴＲをオン状態とし、ビット線ＢＬに電流を流し、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化をセンス線５７にて検出することにより行う。記録層７５と磁化固定層７３の磁化方向が等しい場合、低抵抗となり（この状態を例えばデータ「０」とする）、ビット線ＢＬに出現する電位は低く、記録層７５と磁化固定層７３の磁化方向が反平行の場合、高抵抗となり（この状態を例えばデータ「１」とする）、ビット線ＢＬに出現する電位は高くなる。このビット線ＢＬの電位の高低を調べることで、不揮発性磁気メモリ素子１２に記憶されたデータを知ることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の変形である。実施の形態２においては、図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に概念図を示すように、外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、永久磁石３２、又は、電磁石３３、又は、強磁性材料層３４及び反強磁性材料層３５の積層構造から成り、外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、メモリチップ１１の外側表面から離れた位置に配置されている。具体的には、外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、メモリチップ１１が取り付けられた部材（例えばプリント配線板３６）に、例えば、接着剤（図示せず）を用いて固定されている。尚、外部磁場相殺手段３１Ａと外部磁場相殺手段３１Ｂとの組合せ、外部磁場相殺手段３１Ａと外部磁場相殺手段３１Ｃとの組合せ、外部磁場相殺手段３１Ｂと外部磁場相殺手段３１Ｃとの組合せ、外部磁場相殺手段３１Ａと外部磁場相殺手段３１Ｂと外部磁場相殺手段３１Ｃとの組合せとすることもできる。更には、図示した例においては、外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを２つとしたが、外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの数は、これに限定するものではない。
【００５２】
（実施の形態３）
実施の形態３も、実施の形態１の変形である。図４の（Ａ）及び（Ｂ）に概念図を示すように、実施の形態３にあっては、外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂはメモリチップ１１の内部に備えられており、メモリチップ１１の内部に備えられた外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂによって、外部磁場の少なくとも一部を相殺する。ここで、外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂは、永久磁石４２、又は、強磁性材料層４４及び反強磁性材料層４５の積層構造から成る。具体的には、永久磁石４２から成る外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂは、図５に模式的な一部断面図を示すように、ビット線ＢＬ及び第３の層間絶縁層６６上に形成されたパッシベーション膜６７の上に、例えば、スパッタリング法にて形成されている。尚、外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂを、シリコン半導体基板５０の裏面側（選択用トランジスタＴＲやトンネル磁気抵抗素子７０が形成されていないシリコン半導体基板５０の側）に形成してもよい。また、外部磁場相殺手段４１Ａと外部磁場相殺手段４１Ｂとの組合せとすることもできる。更には、図示した例においては、外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂを１つとしたが、外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂを複数としてもよい。
【００５３】
以上、本発明を、発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。発明の実施の形態にて説明した不揮発性磁気メモリ装置の構造、構成等は例示であり、適宜変更することができる。実施の形態１にて説明した外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、実施の形態２にて説明した外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとを組み合わせてもよいし、実施の形態１にて説明した外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、実施の形態３にて説明した外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂとを組み合わせてもよいし、実施の形態２にて説明した外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、実施の形態３にて説明した外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂとを組み合わせてもよいし、実施の形態１にて説明した外部磁場相殺手段２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、実施の形態２にて説明した外部磁場相殺手段３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、実施の形態３にて説明した外部磁場相殺手段４１Ａ，４１Ｂとを組み合わせてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明においては、電子機器や電気機器の内部において発生する固定外部磁場の少なくとも一部を相殺するように、不揮発性磁気メモリ装置には外部磁場相殺手段が備えられているので、メモリチップの内部（不揮発性磁気メモリ素子の近傍）における固定外部磁場の影響を無くすることができ、不揮発性磁気メモリ素子へのデータ書き込みの際の誤動作の発生、不揮発性磁気メモリ素子におけるデータ保持時のデータ破壊の発生を確実に抑制することができる。更には、保磁力Ｈｃの値を大きくする必要がなくなり、不揮発性磁気メモリ素子へのデータ書き込みのための消費電力が大きくなるといった問題の発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、発明の実施の形態１の不揮発性磁気メモリ装置の概念図である。
【図２】図２は、不揮発性磁気メモリ素子の模式的な一部断面図である。
【図３】図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、発明の実施の形態２の不揮発性磁気メモリ装置の概念図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置の概念図である。
【図５】図５は、発明の実施の形態３の不揮発性磁気メモリ装置を構成する不揮発性磁気メモリ素子の模式的な一部断面図である。
【図６】図６は、不揮発性磁気メモリ素子のアステロイド曲線を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０・・・不揮発性磁気メモリ装置、１１・・・メモリチップ、１２・・・不揮発性磁気メモリ素子、２０・・・外部磁場を示す矢印、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ・・・外部磁場相殺手段、２２，３２，４２・・・永久磁石、２３・・・電磁石、２４，３４，４４・・・強磁性材料層、２５，３５，４５・・・反強磁性材料層、３６・・・プリント配線板、５０・・・シリコン半導体基板、５１・・・素子分離領域、５２・・・ゲート電極、５３・・・ゲート絶縁膜、５４，５５・・・ソース／ドレイン領域、５６・・・タングステンプラグ、５７・・・センス線、６１・・・第１の層間絶縁層、６２，６５・・・タングステンプラグ、６３・・・ランディングパッド、６４・・・第２の層間絶縁層、６６・・・第３の層間絶縁層、６７・・・パッシベーション膜、７０・・・トンネル磁気抵抗素子、７１・・・第１の強磁性体層、７２・・・反強磁性体層、７３・・・磁化固定層、７４・・・トンネル絶縁膜、７５・・・第２の強磁性体層（記録層）、７６・・・トップコート膜、７７・・・引き出し電極、ＢＬ・・・ビット線、ＲＷＬ・・・書込みワード線、ＴＲ・・・選択用トランジスタ
【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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