(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第２の磁性層と、
前記第２の磁性層に接して設けられた第２の記録再生素子と、
前記第２の磁性層に電気的に接続された第３の電極と、
を備え、
前記第１の磁性層と、前記第２の磁性層と、は、互いに独立して磁区を保持可能である磁気メモリ。
【請求項２】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
前記第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第２の磁性部であって、前記第２の磁性部は、第３の部分と、前記第３の部分から離れた第４の部分と、を含み、前記第１の磁性層は前記第３の部分に接続され、前記第１の電極は前記第４の部分に接続される、前記第２の磁性部と、
を備えた磁気メモリ。
【請求項３】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第２の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた記録素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
前記第２の磁性層に接して設けられた再生素子と、
前記第２の磁性層に電気的に接続された第３の電極と、
を備え、
前記第１の磁性層と、前記第２の磁性層と、は、互いに独立して磁区を保持可能である磁気メモリ。
【請求項４】
前記第１の磁性部の前記中空部に、非磁性材料が設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項５】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
前記第１の磁性部の内側に設けられ、前記第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第２の磁性部であって、第３の部分と、前記第３の部分から離れた第４の部分と、を含む、前記第２の磁性部と、
前記第３の部分に接続された第２の磁性層と、
前記第２の磁性層に接して設けられた第２の記録再生素子と、
前記第２の磁性層に電気的に接続された第３の電極と、
前記第４の部分に接続された第４の電極と、
前記第１の磁性部と前記第２の磁性部との間に設けられた絶縁体と、
を備え、
前記第１の磁性部の中心軸と、前記第２の磁性部の中心軸と、は、同一である磁気メモリ。
【請求項６】
前記第２の磁性部の前記中空部に、非磁性材料が設けられた請求項５記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記第２の電極と前記第４の電極とは、電気的に接続されている請求項５または６に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
を備えた磁気メモリ。
【請求項９】
前記第１の磁性層の磁化容易軸は、面内方向である請求項８記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
前記第１の磁性層の磁化容易軸は、面内方向と垂直な方向である請求項８記載の磁気メモリ。
【請求項１１】
前記第１の磁性層は、前記第１の磁性部に、前記第１の方向と交差する方向において、複数の点で接続されている請求項１０記載の磁気メモリ。
【請求項１２】
前記第１の磁性層は環状であり、前記第１の磁性部に環状に接続されている請求項１１記載の磁気メモリ。
【請求項１３】
前記第１の磁性部は、円筒状である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項１４】
前記第１の磁性部は、前記第１の方向と交差する方向の寸法が小さい部分を、前記第１の方向において周期的に有する請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項１５】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する角筒状の第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部は、前記第１の方向に延びる各々の辺において、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、前記各々の辺は、互いに独立して磁区を保持可能である、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
を備えた磁気メモリ。
【請求項１６】
請求項１記載の複数の磁気メモリと、
ゲートが第１の共通ゲート線に接続され、前記ゲート以外の一方の端子が、対応する前記第２の電極に接続され、前記ゲート以外の他方の端子が、第１の共通配線に接続された、複数の第１のトランジスタと、
ゲートが第２の共通ゲート線に接続されており、前記ゲート以外の一方の端子が、対応する前記第１の記録再生素子に接続されており、前記ゲート以外の他方の端子が、固定電位に接続される、複数の第２のトランジスタと、
ゲートが前記第１の共通ゲート線に接続されており、前記ゲート以外の一方の端子が、対応する前記第１の電極に接続されており、前記ゲート以外の他方の端子が、第２の共通配線に接続された、複数の第３のトランジスタと、
を備えたシフトレジスタメモリ。
【請求項１７】
請求項１記載の複数の磁気メモリと、
ゲートが第１の共通ゲート線に接続され、前記ゲート以外の一方の端子が、対応する前記第２の電極に接続され、前記ゲート以外の他方の端子が、第１の共通配線に接続された、複数の第１のトランジスタと、
ゲートが第２の共通ゲート線に接続され、前記ゲート以外の一方の端子が、対応する前記第１の記録再生素子に接続され、前記ゲート以外の他方の端子が、第２の共通配線に接続された、複数の第２のトランジスタと、
を備え、
複数の前記第１の電極は、固定電位に接続されるシフトレジスタメモリ。
【請求項１８】
前記第１の磁性部と並んで設けられた、前記第１の方向に延びる配線をさらに備え、
前記第２のトランジスタの前記一方の端子は、前記配線を通して対応する前記第１の記録再生素子に接続された請求項１７記載のシフトレジスタメモリ。
【請求項１９】
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとは、前記第１の磁性部に対して、前記第２の電極と同じ側に設けられている請求項１８記載のシフトレジスタメモリ。
【請求項２０】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
回路部と、
を備え、
前記回路部は、前記第１の磁性層の磁区を、前記第２の電極から前記第１の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性部へ移動させる磁気メモリ。
【請求項２１】
前記第１の磁性層の磁区を、前記第１の磁性部へ移動させた後に、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を、前記電流の流れる方向に対応した方向に制御する請求項２０記載の磁気メモリ。
【請求項２２】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
回路部と、
を備え、
前記回路部は、前記第１の磁性部の磁区を、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性層へ移動させる磁気メモリ。
【請求項２３】
前記回路部は、前記第１の磁性層の磁区を、前記第１の磁性部へ移動させた後に、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を検出する請求項２２記載の磁気メモリ。
【請求項２４】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
回路部と、
を備え、
前記回路部は、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を、前記電流の流れる方向に対応した方向に制御する磁気メモリ。
【請求項２５】
前記回路部は、前記電流により前記第１の磁性層に形成された磁区を、前記第２の電極から前記第１の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性部へ移動させる請求項２４記載の磁気メモリ。
【請求項２６】
第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する第１の磁性部であって、前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含み、前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う、前記第１の磁性部と、
前記第１の部分に接続され、第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に接して設けられた第１の記録再生素子と、
前記第１の磁性層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の部分に接続された第２の電極と、
回路部と、
を備え、
前記回路部は、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を検出する磁気メモリ。
【請求項２７】
前記回路部は、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を検出したのち、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性部の磁区を前記第１の磁性層へ移動させる請求項２６記載の磁気メモリ。
【請求項２８】
基材に対して、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧と、を交互に印加して陽極酸化を行うことで、第１の方向に延び、前記第１の方向と交差する方向の寸法が小さい部分を前記第１の方向において周期的に有するホールを前記基材に形成し、
前記ホールの内壁に磁性材料を成層することで、中空部を有する磁性部を形成し、
前記磁性部の一端に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層を形成し、
前記第１の磁性層に接する第１の記録再生素子を形成する磁気メモリの製造方法。
【請求項２９】
前記第１の電圧が印加される時間は、前記第２の電圧が印加される時間よりも長い、請求項２８記載の磁気メモリの製造方法。
【請求項３０】
用意された前記基材に反応起点を形成し、
前記反応起点が形成された前記基材に、前記陽極酸化を行う請求項２８または２９に記載の磁気メモリの製造方法。
【請求項３１】
前記ホールの内壁に下地層を形成し、
前記下地層上に前記磁性材料の成層を行う請求項２８〜３０のいずれか１つに記載の磁気メモリの製造方法。
【請求項３２】
前記磁性部は、前記ホールの内壁から中心に向かう方向に磁化容易軸を有する請求項２８〜３１のいずれか１つに記載の磁気メモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気メモリ、シフトレジスタメモリ、および磁気メモリの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁性細線に電流を流すことによって細線上の磁壁が移動するという現象が報告されている。この現象を利用して磁気メモリを構成する試みがなされている。この試みでは、磁性体により形成された細線と、その磁性細線に対して磁壁を書き込む素子および磁化の方向を検出する素子が設けられている。磁性細線の両端には電極が設けられ、磁性細線に電流を流すことで書き込まれた磁壁をシフトさせる。情報は、ハードディスクなど他の磁気記録装置と同じく、磁壁で区切られた磁区の磁化方向で記録される。
磁性細線を用いた磁気メモリにおいては、磁区の書き込みおよび読み出しを高精度に行う技術の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６８３４００５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０００５０５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、磁区の書き込みおよび読み出しを高精度に行うことが可能な磁気メモリ、シフトレジスタメモリ、および磁気メモリの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、第２の磁性層と、第２の記録再生素子と、第３の電極と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記第２の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第２の記録再生素子は、前記第２の磁性層に接して設けられている。前記第３の電極は、前記第２の磁性層に電気的に接続されている。前記第１の磁性層と、前記第２の磁性層と、は、互いに独立して磁区を保持可能である。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、第２の磁性部と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記第２の磁性部は、前記第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第２の磁性部は、第３の部分と、前記第３の部分から離れた第４の部分と、を含む。前記第１の磁性層は、前記第３の部分に接続されている。前記第１の電極は、前記第４の部分に接続されている。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、記録素子と、第１の電極と、第２の電極と、再生素子と、第３の電極と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第２の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記記録素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記再生素子は、前記第２の磁性層に接して設けられている。前記第３の電極は、前記第２の磁性層に電気的に接続されている。前記第１の磁性層と、前記第２の磁性層と、は、互いに独立して磁区を保持可能である。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、第２の磁性部と、第２の磁性層と、第２の記録再生素子と、第３の電極と、第４の電極と、絶縁体と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。  前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記第２の磁性部は、前記第１の磁性部の内側に設けられ、前記第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第２の磁性部は、第３の部分と、前記第３の部分から離れた第４の部分と、を含む。前記第２の磁性層は、前記第３の部分に接続されている。前記第２の記録再生素子は、前記第２の磁性層に接して設けられている。前記第３の電極は、前記第２の磁性層に電気的に接続されている。前記第４の電極は、前記第４の部分に接続されている。前記絶縁体は、前記第１の磁性部と前記第２の磁性部との間に設けられている。前記第１の磁性部の中心軸と、前記第２の磁性部の中心軸と、は、同一である。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部は、前記第１の方向に延びる各々の辺において、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能である。前記各々の辺は、互いに独立して磁区を保持可能である。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、回路部と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記回路部は、前記第１の磁性層の磁区を、前記第２の電極から前記第１の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性部へ移動させる。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、回路部と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記回路部は、前記第１の磁性部の磁区を、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流を流すことにより、前記第１の磁性層へ移動させる。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、回路部と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記回路部は、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を、前記電流の流れる方向に対応した方向に制御する。
別の実施形態の磁気メモリは、第１の磁性部と、第１の磁性層と、第１の記録再生素子と、第１の電極と、第２の電極と、回路部と、を含む。前記第１の磁性部は、第１の方向に延び、前記第１の方向に並んだ複数の磁区を保持可能であり、中空部を有する。前記第１の磁性部は、第１の部分と、前記第１の部分から離れた第２の部分と、を含む。前記第１の磁性部の磁化容易軸は、前記第１の磁性部の外壁から前記中空部に向かう方向に沿う。前記第１の磁性層は、前記第１の部分に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びている。前記第１の記録再生素子は、前記第１の磁性層に接して設けられている。前記第１の電極は、前記第１の磁性層に電気的に接続されている。前記第２の電極は、前記第２の部分に接続されている。前記回路部は、前記第１の磁性層を介して前記第１の電極と前記第１の記録再生素子との間に電流を流すことで、前記第１の磁性層の磁区の磁化方向を検出する。
基材に対して、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧と、を交互に印加して陽極酸化を行うことで、第１の方向に延び、前記第１の方向と交差する方向の寸法が小さい部分を前記第１の方向において周期的に有するホールを前記基材に形成し、前記ホールの内壁に磁性材料を成層することで、中空部を有する磁性部を形成し、前記磁性部の一端に接続され、前記第１の方向と交差する方向に延びる第１の磁性層を形成し、前記第１の磁性層に接する第１の記録再生素子を形成する磁気メモリの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図２】第１実施形態に係る磁気メモリの動作方法を表す模式図。
【図３】第１実施形態に係る磁気メモリの製造工程を表す工程断面図。
【図４】第２実施形態に係るシフトレジスタメモリの模式図。
【図５】第３実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図６】第４実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図７】磁気メモリに係る製造工程を表す工程断面図。
【図８】第５実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図９】第５実施形態に係る磁気メモリの製造工程を表す工程斜視図。
【図１０】第６実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図１１】（ａ）第７実施形態に係る磁気メモリの断面図。（ｂ）第７実施形態に係る磁気メモリの上面図。
【図１２】第８実施形態に係るシフトレジスタメモリの模式図。
【図１３】第８実施形態に係るシフトレジスタメモリの製造工程を表す図。
【図１４】磁性部を作製するためのホールの配列を表す図。
【図１５】第９実施形態に係る磁気メモリの斜視図。
【図１６】（ａ）第１０実施形態に係る磁気メモリの斜視図。（ｂ）第１０実施形態に係る磁気メモリの断面図。
【図１７】第１１実施形態に係る磁気メモリの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面における矢印は、それぞれの磁性体における磁区の磁化方向を例示したものである。
【０００８】
（第１実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ１０について図１を用いて説明する。
図１は、第１実施形態に係る磁気メモリ１０の斜視図である。
各実施形態の磁性層の説明において、面内方向に磁化している層を面内磁化層、面内方向と垂直な方向に磁化している層を垂直磁化層、と称する。
【０００９】
図１に表すように、磁気メモリ１０は、磁性部１０１（第１の磁性部）を含む。磁性部１０１は第１の方向に延び、第１の方向において複数の磁区を保持可能である。また、磁性部１０１は、第１の方向に延びる中空部を有している。磁性部１０１の中空部には、非磁性体１０９が充填されている。本実施形態では、磁性部１０１は円筒状である。
【００１０】
磁性部１０１の第１の端部１０１ａには、第１の方向と交差する第２の方向に延びる磁性層（第１の磁性層）１０２が接続されている。磁性層１０２に接して、記録再生素子（第１の記録再生素子）１０３が設けられている。磁性層１０２は、電極（第１の電極）１０４と、電気的に接続されている。電極１０４は、磁性層１０２の記録再生素子１０３が接する部分が、電極１０４と磁性部１０１との間の電流経路上に位置するように設けられている。すなわち、電極１０４と、磁性層１０２の磁性部１０１が接続された部分と、の間の電流経路において、磁性層１０２の記録再生素子１０３が設けられた部分が存ればよい。磁性層１０２と電極１０４とは、他の部材を介して電気的に接続されていてもよい。磁性部１０１の、磁性層１０２と接続されている側と反対の側の第２の端部１０１ｂには、電極１０５（第２の電極）が設けられる。
第１の方向は、例えば、図１におけるＤ１である。第２の方向は、例えば、図１におけるＤ２である。本実施形態において、第１の方向と第２の方向は直交している。
以降の各実施形態の説明において、磁性部１０１に対して、磁性層１０２が設けられている側を上（上方）、電極１０５が設けられている側を下（下方）、として説明を行う。
【００１１】
磁性部１０１は、例えばコバルトやニッケルなどを含む多層膜から構成される。磁性部１０１の材料としては、コバルトやニッケル以外にも、鉄、コバルト、白金、および希土類元素から選択される合金を用いることも可能である。
磁性層１０２は、鉄やコバルトなどの磁性材料を含んで構成される。
記録再生素子１０３には、例えば、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔiｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔiｏｎ：磁気トンネル接合）素子が用いられる。
【００１２】
本実施形態に係る磁気メモリは、情報に応じた磁化方向を持つ磁区を磁性部に記録することで情報を記憶する不揮発性磁気メモリである。磁性部に電流を流して磁壁を移動させることで、磁壁に囲まれた磁区を記録再生素子の位置まで移動させて目的の情報を再生する、シフトレジスタ型のメモリとして構成される。高密度記録のためには磁壁の幅を狭められる垂直磁気記録が望ましい。本実施形態に係る磁気メモリも、中空部を有する柱状の磁性部が、径方向に磁化容易軸を持つ垂直磁化層を含んでいる。
【００１３】
しかし、柱状の磁性部に対する磁区の書き込み及び読み出しについては、従来有効な手段が無かった。これに対して、本実施形態は、中空部を有する柱状の磁性部に磁性層を接続して、その磁性層で磁区の記録および再生を行うこととした。
なお、図面においては、磁性層１０２について、単一の磁区による磁化方向を例示している。しかしながら、磁性層１０２には、複数の磁区が存在していてもよい。
【００１４】
本実施形態に係る磁気メモリ１０の動作について図２を用いて説明する。
図２は、第１実施形態に係る磁気メモリ１０の動作を表す模式図である。
磁区の書き込みについては、例えばＭＴＪ素子などの記録再生素子１０３を用いて磁性層１０２に行う（図２（ａ））。この時、電極１０４を書き込み電極として用いても良い。ここで、記録再生素子１０３により、磁性層１０２に、磁区Ｍ１が書き込まれたとする。
【００１５】
次に電極１０５から電極１０４の方向に電流を流して、記録した磁区Ｍ１を磁性層１０２から、垂直磁化層を含む磁性部１０１に移動させる。図２（ｂ）は、記録した磁区を、磁性層１０２から磁性部１０１に移動させる途中の様子を示し、図２（ｃ）は、磁性部１０１に磁区を移動させた後の状態を示している。
【００１６】
この時、面内磁化層と垂直磁化層の間であれば、低い駆動電流で磁壁は相互に移動可能である。そのため磁性層１０２は面内磁化層であることが望ましいが、接続部の曲率が十分に大きいか、駆動電流が大きくとれるのであれば、磁性層１０２は垂直磁化層でも構わない。磁性部１０１に含まれる磁性層は、磁化容易軸の方向が、磁性部１０１の外壁から中空部に向かう方向、すなわち円筒の径方向である。このため、磁化方向が中心方向若しくは外周方向へ向いたリング状の磁区を形成して安定する。このときの様子を図２（ｄ）に表す。このようにして、磁性部１０１に対する磁区の垂直磁気記録が可能となる。
【００１７】
次に磁区の読出しについて説明する。磁区の読み出しについても、同じくＭＴＪ素子などの記録再生素子１０３を用いて磁性層１０２で行う。ここでは、磁性部１０１に記録されている磁区Ｍ１を、記録再生素子１０３により読み出す場合について説明する（図２（ｅ））。
【００１８】
まず、電極１０４から電極１０５の向きに電流を流して、磁性部１０１に含まれる垂直磁化層に記録されている磁区Ｍ１を、磁性層１０２に移動させる（図２（ｆ））。磁性層１０２は面内磁化層が望ましいことは書き込み時と同様である。
【００１９】
次に磁性層１０２の磁区Ｍ１の磁化方向を、記録再生素子１０３により読み出す（図２（ｇ））。このようにして、磁性部に垂直磁気記録された磁区の磁化方向の再生が可能となる。
【００２０】
なお、記録再生をＭＴＪ素子で行う場合は、記録再生素子１０３は、強磁性体によるピン層１０３ｂが、トンネルバリア層１０３ａを介して磁性層１０２に接する形をとる。本実施形態では、磁性部１０１は垂直磁化層を含むため、磁性部１０１は、その外周に下地層１０７を有する。磁性部１０１および下地層１０７は、非磁性の絶縁体１０６により周りを覆われている。磁性部１０１の中空部には非磁性体が設けられていることが好ましい。
【００２１】
シフトレジスタを集積して大容量のメモリとして用いる場合、ビットあたりの専有面積を小さくするためには磁性部を、垂直に立てることが望ましい。この場合、磁性部の両端の電極やそれに付随する配線などを基板上に形成する関係上から、磁性部は基板に対して垂直に立つ構造となる。しかし次世代のメモリが目標とする密度においては磁性部の幅は数十ｎｍで、その長さがμｍオーダーとなるため、例えば磁性部を成長させて垂直に自立させることは難しい。そこでまずホールの配列を作製し、そのホール配列に磁性体を埋め込むことで磁性部を形成する作製方法が提案されている。このようにして高アスペクト比を持つ磁性部が基板上に垂直に立ち並んだ構造を可能にし、三次元方向に大容量化されたシフトレジスタメモリを実現しようとする試みがなされている。
磁性部に高密度で情報すなわち磁区を記録するためには、磁区間の磁壁の幅を狭くすることのできる垂直磁気記録が有効である。磁性層を垂直磁化させるには下地層により磁性層の結晶構造を制御する方法が考えられる。そのためには、磁性部が下地層と磁性層の多層膜で形成されることが望ましい。
【００２２】
第１の参考例として、円筒状の磁性体に磁区を書き込んで情報を記録するメモリであって、磁性層の磁化容易軸が円筒の円周方向となっている磁気メモリが挙げられる。しかしながら、このように磁化容易軸を円筒の円周方向にすることは実際には困難である。
【００２３】
本実施形態では、第１の方向に延びる柱状の磁性部であって、高密度記録が可能でかつ製造が比較的容易な、第１の方向と直交する方向に磁化容易軸を有する磁性部を扱う。
本実施形態によれば、柱状の磁性部１０１への情報の読み書きにおいて、磁性層１０２と、磁性層１０２の上に設けられた記録再生素子１０３と、を用いることで、磁性部１０１への情報の読み書きを容易に行うことが可能となる。
また、本実施形態は、磁性層１０２と、磁性層１０２の上に設けられた記録再生素子１０３と、を用いることで、磁化容易軸が径方向以外の磁性部にも、好適に適用することが可能である。
【００２４】
第１実施形態に係る磁気メモリの製造方法について図３を用いて説明する。
図３は、磁気メモリ１０の製造工程を表す工程断面図である。
レーストラック型の磁気メモリにおいて、面積が１００ｍｍ２のチップに１０Ｔビット程度の情報を記録する場合の寸法の例を以下に記す。
【００２５】
垂直磁気記録を用いれば、１ビットを表す磁区の最小長さは約３０ｎｍ程度が可能である。記録再生素子のピッチは従来の光や電子ビームでのリソグラフィによる電極や配線などの形成を考慮すると、現状では６０ｎｍ程度が望ましいと考えられる。よって、記録再生素子に接続される磁性部のピッチも、同じく６０ｎｍ程度が望ましい。６０ｎｍの間隔で設けられた磁性部の配列に、１０Ｔビット／１００ｍｍ２の密度で情報を記録するためには、一つの磁性部に３００ビット程度の情報を記録する必要がある。１ビットを約３０ｎｍとすると、磁性部の長さは約１０μｍとなり、そのアスペクト比はおよそ３００となる。３０ｎｍあたり１ビットの記録密度を達成するためには、磁化の容易軸方向が、磁性部が延びる方向に対して垂直の方向である、いわゆる垂直磁化層を磁性部に用いることが望ましい。そのためには、例えば、白金などを下地層として、コバルトや鉄、ニッケルなどの単層膜、若しくはこれらの材料を含む合金膜、あるいは複数の単層膜や合金膜を積層させた積層膜、を下地層の上に形成した多層構造であることが望ましい。
【００２６】
前述のように、記録再生素子を形成する際に必要なリソグラフィの回数を極力減らして、かつ面積当たりの記録密度を向上させるには、記録再生素子を平面上に作製して、記録担体である磁性部をそれに垂直に設ける立体構造が有効である。しかし、このような高アスペクトの磁性部を、微細に且つ垂直に自立させて作製するのは困難である。
【００２７】
そのため高アスペクトホールの配列を作製し、そのホールに対して磁性材料を成膜して磁性部の配列を作製することが検討されている。一般的に、半導体製造分野での高アスペクトホールの配列の作製方法としては、ドライエッチングでホールを作製し、その際に発生するリデポ（削りかす）によりホールの側壁を保護しながら、更に掘り進んでいくＢｏｓｃｈプロセスが用いられる。しかしこのような方法を用いても、リアクティブイオンエッチングやミリングなどのドライエッチングによる手段では、現在の所、このような高アスペクト比を有するホールの作製は難しい。
【００２８】
本実施形態に係る製造方法では、陽極酸化法によるウエットエッチングプロセスで高アスペクトホールの配列を作製する。もちろん寸法によっては前述のドライエッチングプロセスを用いても良く、若しくは高アスペクト比を得るために低アスペクトのホールの配列や磁性部の配列を繰り返し積層しても良い。積層する場合は、従来のリソグラフィやエッチング技術、若しくはコポリマーを用いた自己組織化リソグラフィなどを用いることもできる。その他、例えば貴金属触媒を用いてフッ酸と過酸化水素溶液によりシリコン基板を選択的に高アスペクトエッチングするメタルアシストケミカルエッチング法などを用いても良い。
【００２９】
陽極酸化法を用いた磁気メモリ１０の作製方法について以下に説明する。
まず、基材としてのアルミニウムなどの金属の基板４０１を用意する（図３（ａ））。
次に、基板４０１を陽極として、電解質溶液（硫酸、シュウ酸、リン酸など）の中で通電する（図３（ｂ））。このとき、陽極金属が酸化されて金属イオンとなり融解する。この金属イオンは液中の酸素と結合して金属酸化物となり、陽極金属表面に残り成長していく。つまりこの場合は、基板４０１上に、酸化物（アルミナ）４０２が成長していくことになる。この際、溶解と成長が同時に進むことで、陽極のアルミニウム表面には、アルミナの微細なホールが並ぶことになる。このホールの寸法は、アルミニウム純度や電圧や電界質溶液や処理時間によって決定される。例えば、９９．９９５％以上の純度のアルミニウム基板に対して、硫酸を用いて数十Ｖで数十分処理した場合には、径２０ｎｍ、ピッチが６０ｎｍ、深さ１０μｍのホールの配列が枝分かれなく形成される。
【００３０】
陽極酸化を行った際に、基板には、バリア層４０３が存在する。このため、陽極酸化によるホールは、貫通孔とはなり難い。しかし、磁気メモリ１０では、磁性部１０１の両端に電極や素子が設けられるため、貫通孔が形成されることが望ましい。そのため陽極酸化された基板に対して、例えばヨウ素メタノール溶液で未反応の基板４０１ａを溶解剥離してから、強酸を用いてバリア層４０３を溶かして貫通孔化するメンブレン化処理を行う（図３（ｃ））。切り離された陽極酸化アルミナ部は、貫通ホールの配列を有するアルミナメンブレン４０４となる。なおメンブレン表面の平坦化のために平坦化処理、例えばＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）処理、などを行っても良い。あるいは、この平坦化処理は後述の磁性材料成膜の後に行っても良い。
【００３１】
この陽極酸化による貫通ホールの配列に対して、例えばＣＶＤ法などによる方法を用いて磁性材料を成膜し、磁性部１０１を作成する。高アスペクトホールに対して成膜を行うため、ＣＶＤ法やめっきなどの成膜方法が望ましいが、スパッタ法や蒸着法などの成膜手段でも良い。
【００３２】
垂直磁化層を形成するためには、磁性材料の成膜に先立って、下地層１０７を成膜することが望ましい。ホールが円柱状であるため、形成された磁性部１０１および下地層１０７は、その断面を観察した際に同心円状となっている。このとき磁性部１０１は、ホールの外壁から中心に向かう方向（すなわち径方向）に磁化容易軸を有する。下地層１０７は、例えば、ホール内壁にＰｔをＣＶＤ法で成膜することで形成される。磁性部１０１は、下地層１０７上に、例えば、ＣＶＤ法を用いてＣｏを含む膜とＮｉを含む膜とを順次積層していくことで形成される。この後に、中空部に非磁性の絶縁体１０９（例えばアルミナや酸化シリコン）を充填する（図３（ｄ））。
【００３３】
作製された磁性部の配列は互いに電気的に絶縁されていることが必要であり、この点でアルミナは絶縁体であるため好ましい。陽極酸化法は、フッ酸を電解質溶液としてシリコン基板を基材として処理を行うことも可能である。この場合、酸化シリコン中にホールの配列が作製される。シリコン基板を用いた場合、トランジスタ等の半導体素子が設けられたシリコン基板に対して直接ホールを形成できる。
【００３４】
こうして、アルミナメンブレン４０４の貫通孔の内壁に磁性材料を成膜することで、磁性部１０１の配列を有するアルミナ基板が作製される。本実施形態では、この磁性部の端に磁性層１０２を接続する。磁性層１０２上には記録再生素子１０３を設ける。磁性層１０２の、磁性部１０１と接続された端部と反対側の端部には電極１０４を設ける。これらは例えば、アルミナメンブレン４０４上にリソグラフィプロセスを用いて作製される。
【００３５】
磁性層１０２以降の作製工程について説明する。まず、磁性層１０２をアルミナメンブレン４０４上に成膜し、リソグラフィを行い、ミリングなどのエッチング加工やリフトオフ加工などによって不要な部分を除去する。次に、電極１０４についても同様にして設ける。更に記録再生素子１０３として、例えば、ＭＴＪ素子のトンネルバリア層と、強磁性体によるピン層と、を設ける（図３（ｅ））。その後は、配線やトランジスタなどを、アルミナメンブレン４０４上に設けても良いし、配線やトランジスタを設けた基板４１１をアルミナメンブレン４０４に貼り合せて接合しても良い。アルミナメンブレン４０４の裏側についても同様に電極４１２を形成して、同じく配線やトランジスタなどを設ける（図３（ｆ））。
【００３６】
このようにして、図３（ｇ）に表すような、本実施形態における磁性部１０１に磁性層１０２が接続された磁気メモリ１０が得られる。記録密度を上げるためには、磁性部１０１を、磁性部１０１の延びる方向に対して垂直に磁化させる、垂直磁気記録が有効である。第１の方向に延びる柱状の下地層１０７上に、柱状の磁性部１０１を形成することで、磁性部１０１に対して好適に垂直磁気記録を行うことが可能となる。また磁性層１０２を、磁性部１０１に接続することで、磁性部１０１に対する磁区の記録再生を容易に行うことができる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るシフトレジスタメモリ１について図４を用いて説明する。
図４は、第２実施形態に係るシフトレジスタメモリの模式図である。
図４に表すように、シフトレジスタメモリ１は、第１実施形態に係る磁気メモリ１０を構成する、磁性部１０１、磁性層１０２、記録再生素子１０３、電極１０４、および電極１０５を一単位として、それらが行方向および列方向に、アレイ状に並んだ三次元メモリである。
なお、本実施形態において、磁気メモリ１０は、行方向および列方向において、複数並んで設けられているが、行方向あるいは列方向において、一列のみ設けられていてもよい。
行方向は、例えば、図４に表すＤ２である。列方向は、例えば、図４に表すＤ３である。
【００３８】
シフトレジスタメモリ２は、基板上に、磁性部１０１が垂直方向に延び、各磁性部１０１が面内方向に複数設けられた構造を有している。例えば記憶容量が１０Ｔｂ／ｃｈiｐ級の場合は、隣り合う磁性部同士の間隔が６０ｎｍ、磁性部の長さが１０μｍ程度となる。
【００３９】
シフトレジスタメモリ１は、第１の共通ゲート線セレクタ１２０、下電極セレクタ１２２、上電極セレクタ１２４、ビット線セレクタ１２６、ワード線セレクタ１２８、および第２の共通ゲート線セレクタ１３０を含む。
【００４０】
第１の共通ゲート線セレクタ１２０は、第２の方向に延びる複数の第１の共通ゲート線１２１と接続されている。下電極セレクタ１２２は、第３の方向に延びる複数の第１の共通配線１２３と接続されている。上電極セレクタ１２４は、第３の方向に延びる複数の第２の共通配線１２５と接続されている。ビット線セレクタ１２６は、第３の方向に延びる複数のビット線１２７と接続されている。ワード線セレクタ１２８は、第２の方向に延びる複数のワード線１２９と接続されている。第２の共通ゲート線セレクタ１３０は、第２の方向に延びる複数の第２の共通ゲート線１３１と接続されている。
【００４１】
シフトレジスタメモリ１は、複数の第１のトランジスタ１３２と、複数の第２のトランジスタ１３４と、複数の第３のトランジスタ１３６と、を含む。
第１のトランジスタ１３２と、第３のトランジスタ１３６と、は、磁性部１０１の下方に設けられ、第２のトランジスタ１３４は、磁性部１０１の上方に設けられている。
【００４２】
第１のトランジスタ１３２は、ゲートが第１の共通ゲート線１２１に接続されている。第１のトランジスタ１３２の、ゲート以外の端子の一方は第１の共通配線１２３に接続され、他方は、対応する電極１０５に接続されている。
第２のトランジスタ１３４は、ゲートが第２の共通ゲート線１３１に接続されている。第２のトランジスタ１３４の、ゲート以外の端子の一方は、対応する記録再生素子１０３に接続され、他方は固定電位（例えば、グランド電位）に接続されている。第２のトランジスタ１３４の端子は、記録再生素子１０３の、磁性層１０２が設けられた側とは反対の側に接続されている。
第３トランジスタ１３６は、ゲートが第１の共通ゲート線１２１に接続されている。第３トランジスタ１３６の、ゲート以外の端子の一方は第２の共通配線１２５に接続され、他方は電極１０４に接続されている。
【００４３】
まず、磁性部１０１の磁区を移動させる際の動作について説明する。
第１の共通ゲート線セレクタ１２０により、所定の第１の共通ゲート線１２１を選択する。そして、下電極セレクタ１２２により、所定の第１の共通配線１２３を選択し、上電極セレクタ１２４により、所定の第２の共通配線１２５を選択する。この動作により、目標のアドレス位置が在る磁性部１０１の両端に接続された電極１０４および電極１０５が選択され、電極１０４と電極１０５との間に、磁壁を移動させるためのシフト電流が流れる。目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に来るまで、各々の磁区の磁化方向を１ビットずつ読み出しながら、磁壁のシフト動作を行う。読み出したビットは、一時的に図示しないレジスタに退避するか、別の磁性部１０１に記録する。これは本実施形態に係るシフトレジスタメモリが破壊読出し（再生素子方向へ磁区が移動した際に一番端の磁区情報が失われる）であるための措置である。
【００４４】
次に、磁性部１０１に情報を書き込む場合について説明する。
情報を書き込む場合は、目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に移動するように、第１の共通ゲート線セレクタ１２０、下電極セレクタ１２２、および上電極セレクタ１２４を用いて、磁性部１０１の磁壁を移動させる。目標のアドレス位置の磁区が、磁性層１０２の位置に移動した後は、ビット線セレクタ１２６により、所定のビット線１２７を選択し、ワード線セレクタ１２８により、所定のワード線１２９を選択する。複数の記録再生素子１０３から、情報を書き込む磁性層１０２に隣接する記録再生素子１０３が選択され、磁性層１０２に情報の書き込みが行われる。このとき、ワード線１２９には記録する情報（０／１）に応じた方向に電流が流れる。ワード線１２９に流れる電流の方向に応じて、磁性層１０２に所定の磁化方向の磁区が形成され、情報が記録される。
【００４５】
記録はこのように、ビット線１２７とワード線１２９とを用いたスピン注入方式でも良く、あるいは、第１実施形態において説明した、ワード線１２９と電極１０５を用いたスピン注入方式でも良い。または、ビット線１２７およびワード線１２９を記録再生素子１０３と絶縁し、電流磁場方式を用いて磁性層１０２に書き込みを行っても良い。
【００４６】
次に、磁性部１０１から情報を読み出す場合について説明する。
情報を読み出す場合は、目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に移動するように、第１の共通ゲート線セレクタ１２０、下電極セレクタ１２２、および上電極セレクタ１２４を用いて、磁性部１０１の磁壁を移動させる。そして、ビット線セレクタ１２６により、所定のビット線１２７を選択し、第２の共通ゲート線セレクタ１３０により、所定の第２の共通ゲート線１３１を選択することで、複数の磁性層１０２から、情報を読み出す磁性層１０２を選択して読み出しを行う。
【００４７】
このとき、記録再生素子１０３のピン層１０３ｂの磁化方向と、読み出す磁性層１０２の磁区の磁化方向と、が同方向か否かで、ビット線１２７に流れる電流が変化する。これにより、記録された磁区の磁化方向を検出し、情報（０／１）を読み出すことが可能である。読み出しはこのように、磁性層１０２に接続されたビット線１２７と、記録再生素子１０３に接続された第２の共通ゲート線１３１と、を用いても良く、あるいは第１実施形態で述べたようにビット線１２７の代わりに電極１０５を用いても良い。
【００４８】
場合により次のビットにアクセスする前に、そのときアクセスしたビットを含む磁性部１０１の磁区を逆方向に移動させつつ、それより前に、別のレジスタ上に退避したデータを、元の磁性部１０１上に書き戻していく作業が必要となる。
本実施形態のシフトレジスタメモリは、このように磁壁の移動及び記録再生を行うことで、三次元配列された磁性部上に大容量の情報を不揮発記録することが出来る。
【００４９】
（第３実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ２０について図５を用いて説明する。
図５は、第３実施形態に係る磁気メモリの斜視図である。
本実施形態に係る磁気メモリ５０は、第１実施形態および第２実施形態に係る磁気メモリと比較して、磁性部に複数の磁性層が接続されている点で異なる。
【００５０】
図５に表すように、磁気メモリ２０は、磁性部１０１を含み、磁性部１０１の第１の端部１０１ａに、複数の磁性層１０２１と１０２２が接続されている。第１の磁性層１０２１の上には、第１の記録再生素子１０３１が設けられている。第２の磁性層１０２２の上には、第２の記録再生素子１０３２が設けられている。磁性層１０２１および１０２２の磁区を、同時に磁性部１０１に移動させる場合、磁性層１０２１および１０２２の磁区の向きを所定の関係に揃えておけば、磁性部１０１に磁区を移動させた際に、磁区をより安定させることができる。また、磁性部１０１への磁区の移動を、より正確に、より速やかに、より低いシフト電流にて行うことが可能となる。磁性部１０１へ情報を書き込む際は、磁区をシフトするための電流を電極１０５（第３の電極）から電極１０４１（第１の電極）へ、及び電極１０５から電極１０４２（第２の電極）へ同時に流す。
【００５１】
磁性層１０２１および１０２２は、磁性部１０１に接する磁性膜を形成した後に、磁性膜をリソグラフィプロセスを用いて加工することで作製される。磁性層１０２１と１０２２は、互いに分離されていることが望ましいが、互いに独立して磁区を保持可能であれば、磁性層１０２１と１０２２との一部が互いに接続されていてもよい。
【００５２】
（第４実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ３０について図６を用いて説明する。
図６は、第４実施形態に係る磁気メモリの斜視図である。
図６に表すように、磁気メモリ３０は、磁性部１０１を含み、磁性部１０１の第１の端部１０１ａには、２つの磁性層１０２１と１０２２とが接続されている。第１の磁性層１０２１の上には記録専用素子１０３１が、第２の磁性層１０２２の上には再生専用素子１０３２が設けられている。第１の磁性層１０２１には、電極１０４１（第１の電極）が接続されている。第２の磁性層１０２２には、電極１０４２（第３の電極）が接続されている。磁性部１０１の、磁性層１０２が設けられている側とは反対の側の第２の端部１０１ｂには、電極１０５（第２の電極）が接続されている。
【００５３】
磁性部１０１へ情報を書き込む際は、シフト電流を電極１０５から電極１０４１に向けて流しつつ、第１の磁性層１０２１に情報を書き込んでいく。磁性部１０１の情報を読み出す際は、シフト電流を電極１０４２から電極１０５に向けて流し、目標のアドレス位置の磁区を第２の磁性層１０２２に移動させて、読み出す。
【００５４】
磁性部１０１へ情報を書き込む際のシフト電流は、電極１０５から電極１０４１に向けてのみ流してもよいし、電極１０５から電極１０４１および電極１０４２に向けて同時に流しても良い。
同様に、磁性部１０１の情報を読み出す際のシフト電流は、電極１０４２から電極１０５に向けてのみ流してもよいし、電極１０４１および電極１０４２から電極１０５に向けて同時に流しても良い。
磁性層１０２１および１０２２は、磁性部１０１に接する磁性膜を形成した後に、磁性膜をリソグラフィプロセスを用いて加工することで作製される。磁性層１０２１と１０２２は、互いに分離されていることが望ましいが、互いに独立して磁区を保持可能であれば、磁性層１０２１と１０２２との一部が互いに接続されていてもよい。
【００５５】
本実施形態のように、記録素子と再生素子とを分けることで、記録再生の精度向上を図ることや、ＭＴＪ素子以外の素子、例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）素子や異常ホール効果を用いたホール素子などの手段での記録再生が容易となる。
【００５６】
ここで、上述した各実施形態における磁性部１０１において、磁性部１０１の、第２の方向における寸法は、一方の端部から他方の端部まで、一定であった。しかしながら、磁性部１０１は、第２の方向の寸法が小さい（狭い）部分、すなわち柱の断面積が小さいもしくは柱の外周が短い部分を、第１の方向において、周期的に有していることが望ましい。
【００５７】
柱状の磁性部１０１の寸法（径）が小さい部分では、外周が短いため、磁壁が、外周が長い部分に比べて、より低いエネルギーで存在することが出来る。そのため、磁壁のシフト量にばらつきが在る場合でも、寸法が小さい部分に磁壁は安定してとどまることになる。
磁性部１０１が、第１の方向において、第２の方向の寸法が第１の値である部分の間に、寸法が第１の値よりも小さい第２の値である部分を周期的に有することで、磁壁は、寸法が第２の値である部分に安定して存在することができる。磁壁が、磁性部１０１の寸法の小さい部分に安定して存在することで、磁区を保持している領域も安定するため、磁壁のシフトエラーによる動作不良を抑制することが出来る。
【００５８】
ここで、第２の方向の寸法が小さい部分が周期的に形成された磁性部１０１を作製する方法を図７を用いて説明する。
図７は、磁性部１０１の製造工程を表す工程断面図である。
まず、例えば基材としてのアルミニウムの基板４０１を用意する（図７（ａ））。
次に、基板４０１に対して陽極酸化を施し、ホールの配列が形成された酸化物（アルミナ）４０２を作製する（図７（ｂ））。
【００５９】
基板４０１がアルミニウムである場合は、硫酸、シュウ酸、リン酸のいずれか若しくはこれらの混合物を電解液として用いることができる。特に、硫酸は、ホールのピッチをより狭くすることが可能であり、トランジスタへの影響が少ない低電圧での処理が可能であるため、電解液として望ましい。ホールのピッチは、電解液の種類と反応起点の形成位置でおおよその値が決まる。ホールの径は、陽極酸化時に基板４０１に印加される電圧でおおよその値が決まる。ホールの長さは、陽極酸化の処理時間でおおよその値が決まる。例えば、電解液として硫酸０．３ｍｏｌ／Ｌを使用し、３５℃で２５Ｖの電圧（第１の電圧値）を２２５分印加して陽極酸化処理を行うと、ホールの径が３０ｎｍ、ホールの長さが１５μｍのホールの配列が形成される。
【００６０】
ここで、２５Ｖより高い、３０Ｖ程度の電圧（第２の電圧値）を周期的に印加すると、高い電圧が印加されている間は、陽極酸化が深さ方向に速く進むため、第２の方向における寸法が小さい部分が形成される（この際低温の方が望ましい）。つまり３０Ｖ程度の電圧を周期的に導入すると、約３０Ｖの電圧が印加されていた部分では、第２の方向における寸法が小さくなるため、周期的にくびれた構造を有するホールが作製される。
【００６１】
一例として、陽極酸化において、電圧２５Ｖの電圧を基板４０１に印加している際に、２４秒周期で０．１秒間３０Ｖの電圧パルスを導入すると、１ビットの磁区の長さに対応した約３０ｎｍピッチのくびれが作製できる。なお、高い電圧を印加することは、ホール成長の直進性を阻害するため、第２の電圧値の電圧を印加する時間は、２秒以内であることが望ましい。
【００６２】
このあと、ホールの底部に存在するバリア層４０３と、未反応の基板４０１ａを溶解して剥離し、ホールの配列を有するメンブレン４０４を形成する（図７（ｃ））。
メンブレン４０４に対して、ホールの内部に下地層１０７と、磁性部１０１と、を順次ＣＶＤ法により成膜することで、周期的に径が小さい部分を有する磁性部１０１が得られる（図７（ｄ））。
【００６３】
第２の方向の寸法が小さい部分が周期的に形成された磁性部１０１は、ドライエッチングにより作成してもよい。ドライエッチングにより作成する手段として、主に次の２つがある。
一つ目の方法は、まず、エッチングレートの異なる膜を２種（もしくはそれ以上）交互に積層し、ホールを作製するための基材を形成する。そして、その積層膜へドライエッチングを行うことで、エッチングレートの差に応じて、第２の方向の寸法が周期的に変化したホールが形成される。
二つ目の方法は、基材に対してドライエッチングでホールを作製し、その際に発生するリデポ（削りかす）によりホールの内壁を保護しながら、更に掘り進んでいくＢｏｓｃｈプロセスである。Ｂｏｓｃｈプロセスでは、リデポを発生させて側壁を保護しながら加工する第１のガス（例えばＣ４Ｆ８）と、リデポを除去しながら加工する第２のガス（例えばＳＦ６）と、を交互に使用してドライエッチングを行う。このとき、第１のガスと、第２のガスと、では、基材に対するエッチングレートの異方性が異なる。このため、第１のガスによってエッチングを行った部分と、第２のガスによってエッチングを行った部分では、ホールの第２の方向の寸法が異なる。このとき、第１のガスと第２のガスのそれぞれのガスにおけるエッチング時間やレートを調整することで、第２の方向の寸法が小さい部分が周期的に形成されたホールが作製される。
【００６４】
（第５実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ４０について図８および９を用いて説明する。
図８は、第４実施形態に係る磁気メモリの斜視図である。
図９は、第４実施形態に係る磁気メモリの製造工程を表す図である。
図８に表すように、磁気メモリ４０は、断面が多角形である磁性部１０１を含む。磁性部１０１の断面を多角形にすることで、それぞれの壁面に独立して磁区を書き込むことが可能となる。これは、磁壁が屈曲部を超えて移動しにくいという特性を利用したもので、ある面に書き込まれた磁区は、屈曲部を越えて隣の面に移動できずにその面上だけを移動する。
【００６５】
例えば、第１実施形態に係る磁気メモリの製造方法で述べた陽極酸化法を用いて、このような多角形のホールを作製して磁性部を作製する場合、複数のホール高密度に配列して成長するためには、磁性部の断面が三角形、四角形、あるいは六角形であることが望ましい。
【００６６】
ここで、断面が四角形である、角筒の磁性部１０１について説明する。
磁性部１０１は、磁化容易軸が、第１の方向に延びる壁面に対して垂直方向である。磁性部１０１は、不図示の下地層上に形成されている。磁性部１０１は、垂直磁化層１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，および１０１Ｄを含んでいる。このうち垂直磁化層１０１Ａと１０１Ｂを情報の記録に用いることとする。なお、図８では、説明のために、垂直磁化層１０１Ａと１０１Ｂより手前に位置する垂直磁化層１０１Ｄを省略している。垂直磁化層１０１Ａは磁性層１０２１に接続され、垂直磁化層１０１Ｂは、磁性層１０２２に接続されている。磁性層１０２１上には、記録再生素子１０３１が設けられる。磁性層１０２１は、電極１０４１と接続されている。磁性層１０２２上には、記録再生素子１０３２が設けられる。磁性層１０２２は、電極１０４２と接続されている。更に四角柱の磁性部１０１の下端には、電極１０５が接続されている。ここでは、磁性部１０１に含まれる磁性層を垂直磁化層とし、それに接続する各磁性層を面内磁化層とするが、磁性部１０１の側壁の磁性層を面内磁化層とし、それに接続する各磁性層を垂直磁化層あるいは面内磁化層としてもよい。
【００６７】
記録再生素子１０３１で磁性層１０２１に磁区を書き込み、電極１０４１と電極１０５との間に電流を流すことで、垂直磁化層１０１Ａに記録した磁区を移動させる。この時、磁性部１０１を構成する垂直磁化層１０１Ａ〜１０１Ｄは、それぞれ磁気的に独立しているため、例えば垂直磁化層１０１Ａに記録した磁区が、他の垂直磁化層１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄに及ぼす影響は小さい。そのため、この柱状の磁性部には最大４面に情報の記憶が可能である。本実施形態では、このうちの２面（１０１Ａと１０１Ｂ）を用いた場合について示している。
【００６８】
電気的に各垂直磁化層は接続されているので、磁壁の移動は各垂直磁化層において同時に行うことが望ましい。従って、記録再生素子１０３１で磁性層１０２１に磁区を書き込み、電極１０４１と１０５との間に電流を流すことで垂直磁化層１０１Ａに記録した磁区を移動させる際は、記録再生素子１０３２で磁性層１０２２に磁区を書き込み、電極１０４２と１０５間に電流を流すことで垂直磁化層１０１Ｂ上に記録した磁区を移動させる動作も一緒に行うこととなる。各垂直磁化層に記録された情報を読み取る際も同様である。電極１０４１と１０５との間及び電極１０４２と１０５との間に、書き込み時とは逆方向に電流を流すことで、垂直磁化層１０１Ａおよび１０１Ｂの磁区を、磁性層１０２１および１０２２にそれぞれ移動させ、記録再生素子１０３１および１０３２でそれぞれの磁区の磁化方向を読み出す。
【００６９】
ここでは、磁性部１０１のうち、１０１Ａと１０１Ｂの２面を用いる場合について説明したが、１０１Ａ〜１０１Ｄの各々に対応する磁性層、記録再生素子、および電極を設けることで、１０１Ａ〜１０１Ｄのすべての面を用いることが可能となる。
【００７０】
断面が四角である角筒の磁性部１０１の、陽極酸化法による作製方法の一例を図９に表す。
まず、基板４０１の表面に、ナノインプリントモールド８０２を高圧で押し付けて、例えば傷などの、反応起点８０３を付ける（図９（ａ））。ナノインプリント以外の方法として、電子ビーム描画などでマスク加工をしたのちに、エッチングで反応起点となる傷をつけても良い。反応起点８０３は、格子状に付ける。
【００７１】
この基板４０１に対して陽極酸化処理を行うと、各反応起点８０３より酸化反応が始まる。このとき、面内方向については、互いに最も近接する反応起点８０３同士の中間点で陽極酸化反応（アルミナ及びホールの成長）が停止する。その結果、図９（ｂ）に表すように、ホールの断面は四角形となる。その断面を保ったまま垂直方向に陽極酸化反応が進むため、ホールは四角柱となる。こうして陽極酸化により四角柱のホールの配列が作られる。この四角柱のホールの内壁に成膜を行うことで四角柱の磁性部１０１が完成する。なお本製造方法はあくまで一例で有り、ドライエッチングなどの他の方法を用いてもよい。
【００７２】
本実施形態によれば、断面が四角形の磁性部において、複数の壁面を独立した記録領域として用いてことで磁気メモリを構成することが出来る。磁性部１０１の断面形状は、上述した四角形以外にも、三角形や六角形でも良く、または十分に扁平率の高い楕円形でも良い。
【００７３】
（第６実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ５０について図１０を用いて説明する。
図１０は、第６実施形態に係る磁気メモリの斜視図である。
図１０に表すように、磁気メモリ５０は、２本の柱状の磁性部が磁性層により接続された構造を有する。このため、第１実施形態の磁気メモリに比べて、よりシフトレジスタメモリに適した構造を有する。磁気メモリ５０は、磁性部１０１１と磁性部１０１２とを含む。磁性部１０１１の第１の端部１０１１ａと、磁性部１０１２の第１の端部１０１２ａと、は、磁性層１０２により接続されている。磁性部１０１１の、磁性層１０２と接続された側と反対の側の第２の端部１０１１ｂには、電極（第１の電極）１０５１が接続されている。磁性部１０１２の、磁性層１０２と接続された側と反対の側の第２の端部１０１２ｂには、電極（第２の電極）１０５２が接続されている。
【００７４】
例えば、電極１０５１と電極１０５２の間に、電極１０５２から電極１０５１に向かって電流を流すことで、磁性部１０１１の磁区は、磁性層１０２に移動し、同時に磁性層１０２の磁区は、磁性部１０１２に移動する。電流の方向を変えることにより、磁性層１０２を介して、２本の磁性部１０１１と１０１２との間で磁区を相互に移動することが出来る。
【００７５】
目的の磁区を磁性層１０２まで移動させた後、磁性層１０２の記録再生素子１０３により、磁性層１０２の磁区の磁化方向を検出して情報の再生を行うか、若しくは磁性層１０２に磁区を形成することで情報の記録を行う。
【００７６】
図９では、２本の磁性部を接続した形態を示したが、更に多数の磁性部を接続してもよい。その際は、各磁性部の間に設けられたすべての磁性層上に記録再生素子が設けられなくともよい。
【００７７】
本実施形態に係る磁気メモリ５０を複数並べて設けることで、記録再生を行う磁性層部を介して複数の磁性部が接続された、シフトレジスタメモリを構成することが出来る。
【００７８】
（第７実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリ６０について図１１を用いて説明する。
図１１（ａ）は第７実施形態に係る磁気メモリの断面図であり、図１１（ｂ）は平面図である。
図１１に表すように、磁気メモリ６０は、同軸上に形成された複数の磁性部を含む。複数の磁性部が同軸上に設けられることで、さらに高密度の磁気メモリが作製可能となる。
【００７９】
図１１（ａ）に表すように、磁気メモリ６０は、第１の磁性部１０１１と、第２の磁性部１０１２と、を含む。第１の磁性部１０１１は、第１の下地層１０７１上に形成されている。第２の磁性部１０１２は、第２の下地層１０７２上に形成されている。
第１の磁性部１０１１と第２の磁性部１０１２とは、絶縁層１１１により、互いに絶縁されている。第２の磁性部１０１２の中心には、非磁性体１０９が設けられている。
【００８０】
第１の磁性部１０１１は、絶縁体１１４上に設けられた第１の磁性層１０２１に接続されている。第２の磁性部１０１２は、絶縁体１１４上に設けられた第２の磁性層１０２２に接続されている。第１の磁性層１０２１と第２の磁性層１０２２とは、互いに独立して磁区を保持可能に設けられている。第１の磁性層１０２１の上には第１の記録再生素子１０３１が設けられ、第２の磁性層１０２２の上には第２の記録再生素子１０３２が設けられている。第１の磁性層１０２１には、第１の電極１０４１が電気的に接続されている。第２の磁性層１０２２には、第２の電極１０４２が電気的に接続されている。第１の電極１０４１は、磁性層１０２１の記録再生素子１０３１が接する部分が、第１の電極１０４１と磁性部１０１１との間の電流経路上に位置するように設けられている。第２の電極１０４２は、磁性層１０２２の記録再生素子１０３２が接する部分が、第２の電極１０４２と磁性部１０１２との間の電流経路上に位置するように設けられている。第１の磁性部１１２０および第２の磁性部１１２１は、第１の磁性層１０２１あるいは第２の磁性層１０２２に接続されていない側の端部が、第３の電極１０５に接続されている。
【００８１】
第１の磁性部１０１１および第２の磁性部１０１２には、独立して別々の磁区、つまり情報、が記録可能である。本実施形態では、第１の磁性部１０１１および第２の磁性部１０１２に対して、電極１０５が共通であるため、各磁性部における磁壁のシフト動作は同時となる。ただし、電極１０５に代えて、第１の磁性部１０１１および第２の磁性部１０１２に対して、別々に電極を設ければ、各磁性部において、独立にシフト動作が可能となる。
作製を容易にするため、第１の磁性層１０２１および第２の磁性層１０２２は、第１の磁性部１０１１および第２の磁性部１０１２に対して、同じ側に設けられていることが好ましい。
【００８２】
次に、磁気メモリ６０の作製方法の一例を説明する。
まず、陽極酸化法などでホールを作製する。
次に、ホールの内壁に、第１の下地層１０７１、第１の磁性部１０１１、絶縁層１１１、第２の下地層１０７２、および第２の磁性部１０１２をこの順に成膜し、最後に非磁性体を第２の磁性部１０１２の中空部に充填して非磁性体１０９を形成する。
こうすると、各下地層により、各磁性部の磁化容易軸を径方向に制御できる。このため、垂直磁化を有する、同一の中心軸を持つ、２つの磁性部１０１１および１０１２が作製可能である。
【００８３】
２つの磁性部の中心軸は一致していなくてもよいが、より高密度に磁性部を設けるためには、２つの磁性部の中心軸は一致していることが好ましい。磁性部を形成するためのホールの形成方法は、陽極酸化法に代えてドライエッチングなどを用いても良い。あるいは、非磁性対のピラーを形成し、第２の下地層１０７２、第２の磁性部１０１２、絶縁層１１１、第１の下地層１０７１、第１の磁性部１０１１をこの順に成膜することで、磁気メモリ６０を作製してもよい。
【００８４】
本実施形態によれば、一つのホールまたはピラーを用いて複数の磁性部が作製可能であるため、低密度のホールの配列またはピラーの配列でも多くの磁性部を作製可能である。
本実施形態によれば、同一の中心軸を有する複数の磁性部において、互いに独立した情報の記録再生が可能であるため、低密度のホールの配列でも大きな記憶容量を達成することができる。
【００８５】
（第８実施形態）
本実施形態に係るシフトレジスタメモリについて図１２を用いて説明する。
図１２は、第８実施形態に係るシフトレジスタメモリ２の模式図である。
図１２に表すように、シフトレジスタメモリ２は、第１実施形態に係る磁気メモリ１０を構成する、磁性部１０１、それに接続された磁性層１０２、記録再生素子１０３、第１の電極１０４、および第２の電極１０５を一単位として、それらが行方向および列方向に、アレイ状に並んだ三次元メモリである。
なお、本実施形態において、磁気メモリ１０は、行方向および列方向において、複数並んで設けられているが、行方向あるいは列方向において、一列のみ設けられていてもよい。
行方向は、例えば、図１２に表すＤ２である。列方向は、例えば、図１２に表すＤ３である。
【００８６】
図４に示される第２実施形態に係るシフトレジスタメモリ１では、磁性部１０１の上方および下方の両方にトランジスタが設けられていた。
これに対して本実施形態では、図１２に表す様に、トランジスタを、磁性部１０１の下方に集めた構成を有する。本実施形態で用いられているトランジスタは大きく分けて、磁性部選択用（第１のトランジスタ）と記録再生素子選択用（第２のトランジスタ）の２種類である。
【００８７】
シフトレジスタメモリ２では、基板上に、まずこれら２種類のトランジスタが設けられている。その上に、複数の磁性部１０１が設けられ、もしくは複数の磁性部１０１を形成した基板が接合されている。磁性部１０１の上方の端部に磁性層１０２が接続され、磁性層１０２には電極１０４が接続されている。磁性層１０２の上には記録再生素子（例えばＭＴＪ素子）１０３が設けられている。記録再生素子１０３の、磁性層１０２が設けられた側とは反対の側に、配線１４０が接続されている。配線１４０は、磁性部１０１の下側に設けられたトランジスタに接続されている。磁性部１０１の下方の端部には、電極１０５が接続されている。
【００８８】
シフトレジスタメモリ２は、第１の共通ゲート線セレクタ１２０、下電極セレクタ１２２、第２の共通ゲート線セレクタ１３０、および記録再生素子セレクタ１５０を含む。
【００８９】
第１の共通ゲート線セレクタ１２０は、第２の方向に延びる複数の第１の共通ゲート線１２１と接続されている。下電極セレクタ１２２は、第３の方向に延びる複数の第１の共通配線１２３と接続されている。第２の共通ゲート線セレクタ１３０は、第２の方向に延びる複数の第２の共通ゲート線１３１と接続されている。記録再生素子セレクタ１５０は、第３の方向に延びる複数の第３共通配線１５１と接続されている。
【００９０】
シフトレジスタメモリ２は、複数の第１のトランジスタ１３２と、複数の第２のトランジスタ１３４と、を含む。
第１のトランジスタ１３２は、ゲートが第１の共通ゲート線１２１に接続されている。第１のトランジスタ１３２の、ゲート以外の端子の一方は第１の共通配線１２３に接続され、他方は対応する第２の電極１０５に接続されている。
第２のトランジスタ１３４は、ゲートが第２の共通ゲート線１３１に接続されている。第２のトランジスタ１３４のゲート以外の端子の一方は、対応する配線１４０を通して記録再生素子１０３に接続され、他方は、第３共通配線１５１に接続されている。第２のトランジスタ１３４の端子は、対応する記録再生素子１０３の、磁性層１０２が設けられた側とは反対の側に接続されている。
【００９１】
第１のトランジスタ１３２および第２のトランジスタ１３４は、磁性部１０１に対して、第２の電極１０５が設けられている側に集めて設けられている。このため、記録再生素子１０３に接続された配線１４０は、磁性部１０１の下側まで延びている必要がある。本実施形態では、柱状の部材の一部を、この配線１４０に充てている。具体的には、柱状の部材の一部は、内部に磁性体が形成されたものではなく、例えば銅やタングステンなどの導体が内部に形成されたものであり、この柱状の導電体を配線１４０として用いている。
【００９２】
磁性部１０１の上方には、共通電極１４２が設けられている。本実施形態では、記録再生素子１０３を駆動する際に、第２実施形態のようにワード線およびビット線を使わずに、記録再生素子１０３に接続された配線１４０と磁性層１０２の端部に設けられた第１の電極１０４との間に流す電流により、書き込み及び読み出しを行っている。こうすることで、第１のトランジスタ１３２および第２のトランジスタ１３４を、磁性部１０１の一方の側に集めることが容易となる。
【００９３】
本実施形態に係るシフトレジスタメモリ２における、磁性部１０１の磁区を移動させる際の動作について説明する。
第１の共通ゲート線セレクタ１２０により、所定の第１の共通ゲート線１２１を選択し、下電極セレクタ１２２により、所定の第１の共通配線１２３を選択することで、目標のアドレス位置が在る磁性部１０１に接続された第２の電極１０５が選択される。第１の電極１０４は、固定電位である共通電極１４２に接続されており、第１の電極１０４と、選択された第２の電極１０５と、の間で磁壁を移動させるためのシフト電流が流れる。目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に来るまで、磁区の磁化方向を１ビットずつ読み出しながら、磁壁のシフト動作を行う。読み出したビットは、一時的に図示しないレジスタに退避するか、別の磁性部１０１に記録する。これは本実施形態に係るシフトレジスタメモリ２が破壊読出し（再生素子方向へ磁区が移動した際に一番端の磁区情報が失われる）であるための措置である。
【００９４】
情報を書き込む場合は、目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に移動するように、第１の共通ゲート線セレクタ１２０および下電極セレクタ１２２を用いて、選択された磁性部１０１の磁壁を移動させる。目標のアドレス位置の磁区が、磁性層１０２の位置に移動したのち、第２の共通ゲート線セレクタ１３０により、所定の第２の共通ゲート線１３１を選択し、記録再生素子セレクタ１５０により、所定の第２の共通配線１５１を選択することで、複数の記録再生素子１０３の中から、情報を書き込む磁性層１０２に接する記録再生素子１０３が選択される。第１の電極１０４は、共通電極１４２に接続されており、第１の電極１０４と、選択された記録再生素子１０３と、の間に電流が流れる。この時、第２の共通配線１５１には記録する情報（０／１）に応じた方向に電流が流れる。第２の共通配線１５１に流れる電流の方向に応じて、磁性層１０２に所定の磁化方向の磁区が形成され、情報が記録される。
【００９５】
情報を読み出す場合は、目標のアドレス位置の磁区が、記録再生素子１０３に接する磁性層１０２の位置に移動するように、第１の共通ゲート線セレクタ１２０および下電極セレクタ１２２を用いて、選択された磁性部１０１の磁壁を移動させる。目標のアドレス位置の磁区が、磁性層１０２の位置に移動したのち、第２の共通ゲート線セレクタ１３０により、所定の第２の共通ゲート線１３１を選択し、記録再生素子セレクタ１５０により、所定の第２の共通配線１５１を選択することで、複数の記録再生素子１０３の中から、情報を読み出す磁性層１０２に接する記録再生素子１０３が選択される。このとき、記録再生素子１０３のピン層１０３ｂの磁化方向と、読み出す磁性層１０２の磁区の磁化方向と、が同方向か否かで、第２の共通配線１５１に流れる電流が変化する。これにより、記録された磁区の磁化方向を検出し、情報（０／１）を読み出すことが可能である。
【００９６】
磁性部１０１に接続されている磁性層１０２および記録再生素子１０３については、磁性部１０１に対して、第１のトランジスタ１３２および第２のトランジスタ１３４が設けられた側と、反対の側に形成することが望ましい。また、磁性層１０２および記録再生素子１０３は、磁性部１０１の形成後に形成することが望ましい。こうすることで、磁性層１０２および記録再生素子１０３の上に、磁性部１０１を形成した場合に比べて、例えば貫通処理時の磁性層１０２や記録再生素子１０３へのダメージ低減でき、磁性部１０１と磁性層１０２との間の磁気的な接合が容易となるためである。
【００９７】
本実施形態に係るシフトレジスタメモリ２の製造方法の一例を図１３に表す。
まず、シリコンの基板５００上にトランジスタ５０２および電極５０３を形成する。
それらの上に、陽極酸化が行われる基材として、アルミニウム層５０８を成膜、若しくは貼り付ける。この際、アルミニウムの純度は高い方（好ましくは９９．９９％以上）が、欠陥を回避するために望ましい。基板５００とアルミニウム層５０８との間には、陽極酸化時の電圧からトランジスタ５０２を保護するための絶縁層５０４や、陽極酸化の最後に残るバリア層を除去するための犠牲層５１０があっても良い。アルミニウム層５０８の表面は、例えば、塩酸、硝酸やフッ酸、あるいはそれらの混酸、若しくは有機溶剤などで洗浄や研磨されることが望ましい。
【００９８】
このアルミニウム層５０８を陽極酸化することでホールの配列を作製する（図１３（ｂ））。その際に、マスクを用いたドライエッチングや、インプリント法などで反応起点、例えば、深さ数ｎｍオーダーの傷、を作製してホールの配列精度を上げてもよい。
図１３では、図７で説明したように、陽極酸化時の電圧を制御することで、径が第１の方向において周期的に変化しているホールの作製を行っているが、径が第１の方向において変化していないホールを作製してもよい。
【００９９】
陽極酸化の際には、ホール底部にバリア層と呼ばれる領域が残り、ホールが基材を貫通する孔とならない事がある。この場合、バリア層を除去して、アルミニウム層５０８の下部に設けられた電極まで、ホールを貫通させる処理が行われる。基材にアルミニウムを用いている場合、このバリア層はアルミナであるため強酸で除去可能であるが、アルミナで形成された高アスペクトホールの底部のバリア層だけを選択的に除去するのは困難である。また、ホールの径が強酸エッチングにより一回り大きくなってしまう場合がある。そのため、あらかじめ、アルミニウム層５０８と、トランジスタ５０２上の絶縁層５０４と、の間に犠牲層５１０を設けることが好ましい。犠牲層５１０に、例えばタングステンを用いると、陽極酸化の最終段階でタングステンが酸化反応で変形し、その部分は強酸などでアルミナより容易に除去可能となる。このため、貫通処理を行う際にホールの径の増大を抑制可能である。その他、犠牲層５１０にシリコンを用いることも可能であり、この場合は陽極酸化で酸化シリコンとなった部分をフッ酸などで除去する。犠牲層５１０にシリコンを用いた場合、犠牲層５１０をトランジスタ保護用の絶縁層５０４と兼ねることが出来る。
【０１００】
本実施形態では、ホールの配列の作成方法として、基材にアルミニウムを用いて、陽極酸化を行う方法を示した。しかし、これに代えて、シリコン層にフッ酸を用いた陽極酸化でも良いし、あるいはシリコン層に対してＢｏｓｃｈプロセスなどのドライエッチングでホールの配列を形成しても良い。
【０１０１】
次に、このホールの一部に対して導電体を充填することで、配線１４０を形成する（図１３（ｃ））。材料としては、例えば銅やタングステンを用いることができる。充填方法としては、めっき法やＣＶＤ法を用いることができる。充填するホールを選択するために、選択的にホールの上部にマスクを形成しても良いし、基板５００上に設けられた電極を用いて、電解めっき法により、目標のホールに選択的に成膜を行っても良い。
【０１０２】
残りのホールに、下地層１０７および磁性部１０１をＣＶＤ法により成膜する。磁性部１０１は、例えばコバルトやニッケルなどの多層膜から構成される。磁性部１０１は、磁化容易軸が壁面から中空部に向かう方向である、垂直磁化を有することが、記録密度向上のために望ましい。磁性部１０１の材料としては、コバルトやニッケル以外にも、鉄、コバルト、白金、および希土類元素から選択される合金を用いることも可能である。
【０１０３】
その後、磁性部１０１の中心に、絶縁性の非磁性体１０９（例えば酸化シリコン）を充填する（図１３（ｄ））。
次に、表面をＣＭＰ研磨やエッチングなどで平坦化する。その上に、磁性部１０１に接続される磁性層１０２を成膜し、磁性層１０２上に記録再生素子１０３を形成する。そして、配線１４０と記録再生素子１０３を接続する配線および共通電極１４２を形成する（図１３（ｅ））。このとき、記録再生素子１０３は配線１４０により、基板５００上に設けられた制御用トランジスタと接続される。
【０１０４】
ここで、図４に表したように、磁性部１０１の両端にトランジスタを設ける場合、陽極酸化などで作製した磁性部の配列を、トランジスタが設けられた２枚の基板で上下から挟み込むように貼り合せる方法が用いられる。そのため、上下の基板間で高精度の位置合わせ技術が必要となる。
【０１０５】
基板間での位置合わせ工程を回避するための方策の一つとして、配列されたトランジスタの上に、配列された柱状の磁性体を作製し、その上面にトランジスタを積層していく方法が考えられる。しかしながら、単結晶を有するシリコン基板上ではなく、陽極酸化されたアルミナの上に成膜された、多結晶のシリコン層上へトランジスタを形成しなければならず、トランジスタの特性等の観点において課題を有する。
【０１０６】
しかしながら、本実施形態のように、磁性部１０１の片側にのみトランジスタを設ける構成によれば、磁性部の配列に対してその上下に基板を貼り合わせる際に、高精度の位置合わせ技術が不要となる。あるいは、トランジスタが形成されたシリコン基板上に磁性部配列を形成した場合において、磁性部の配列の上にトランジスタを形成する必要がないため、トランジスタの特性が低下することを抑制できる。
【０１０７】
ホールの配列は、図１４（ａ）に表すように、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの交点にホールが位置するように、格子状に形成される方が、半導体プロセスとの整合性が高い。  しかし、図１４（ｂ）に表すような、面内においてホールを最も高密度に充填できる、三角格子（六方晶）の方がホールの成長が安定する。そのため、図１４（ｂ）のように、より安定な三角格子状に配列させたのち、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの交点に位置する、一部のホールｈ１だけを用いて疑似的な格子配列を形成してもよい。
【０１０８】
（第９実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリについて図１５を用いて説明する。
図１５は、第９実施形態に係る磁気メモリ７０の斜視図である。
第１実施形態に係る磁気メモリ１０では、磁性部１０１に接続される磁性層１０２は、その磁化容易軸が面内方向であった。これに対して、本実施形態に係る磁気メモリ７０は、磁性層１０２の磁化容易軸が垂直方向（面直方向）である。
【０１０９】
図１５に表す様に、磁性部１０１に対して、磁性層１０２が十分に緩やかな曲率を持って接続されており、かつ磁性部１０１と磁性層１０２の磁化容易軸が垂直方向である場合は、シフト電流により、磁区が垂直方向の磁化情報を保ったまま、磁性部１０１と磁性層１０２との間を移動できる。
この場合、記録再生素子１０３に含まれるピン層１０３２も、垂直方向の磁化容易軸を有する。ピン層１０３２と第１の電極１０４との間で電流を流すことで、磁性層１０２に、垂直方向の磁化情報の書き込みや読出しが行われる。
【０１１０】
磁性部１０１と磁性層１０２との接続部がなす角度が急峻な場合は、急峻な接続部を磁壁が通過できないため、垂直方向の磁化情報を有する磁区を移動させることが出来ない。この場合は、磁性層１０２の長さを磁区と同等か、それよりも小さくすることで、接続部が急峻であっても、磁性層１０２と磁性部１０１との間で磁区が移動可能となる。
【０１１１】
（第１０実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリについて図１６を用いて説明する。
図１６（ａ）は、第１０実施形態に係る磁気メモリ８０の斜視図である。図１６（ｂ）は、第１０実施形態に係る磁気メモリ８０の断面図である。
第９実施形態に係る磁気メモリ７０では、磁性部１０１の第１の端部１０１ａの一部にのみ、磁性層１０２が接続されていた。これに対して、本実施形態に係る磁気メモリ８０では、磁性層１０２は、磁性部１０１に、第１の方向と交差する方向において、複数の点で接続されている。特に、図１６で例示する磁気メモリにおいては、磁性層１０２は環状であり、磁性部１０１に環状に接続されている。
【０１１２】
磁性層１０２は、環状である。第１の方向と交差する方向において、磁性層１０２の径は、第１の端部１０１ａの寸法よりも大きい。磁性層１０２は、磁性部１０１の第１の端部１０１ａの外周に接して設けられている。記録再生素子１０３は、環状の磁性層１０２の開口部を覆うように設けられている。第１の端部１０１ａの側から見た場合において、磁性部１０１は記録再生素子１０３に覆われている。電極１０４は環状であり、環状の磁性層１０２の外周に設けられている。
【０１１３】
磁性層１０２への磁区の書き込みについては、記録再生素子１０３により、磁性層１０２に対して、環状の磁区の書き込みが行われる。
磁性層１０２と磁性部１０１との間の磁区の移動は、環状の電極１０４と、電極１０５と、の間に流れる電流により行われる。
磁性層１０２の磁区の読み込みについては、磁性部１０１から磁性層１０２に磁区を移動し、記録再生素子１０３との間で電流を流すことで、磁性層１０２の環状の磁区の磁化方向を読み取る。
【０１１４】
本実施形態によれば、磁性層１０２における磁区が、環状に形成されるため、第９実施形態に係る磁気メモリに比べて、より磁区の磁化方向を安定させることが可能となる。
【０１１５】
（第１１実施形態）
本実施形態に係る磁気メモリについて図１７を用いて説明する。
図１７は、第１１実施形態に係る磁気メモリ９０の断面図である。
第１実施形態に係る磁気メモリ１０では、電極１０４を、磁性層１０２の記録再生素子１０３が接する部分が、電極１０４と磁性部１０１との間の電流経路上に位置するように設けていた。すなわち、電極１０４と、磁性層１０２の磁性部１０１が接続された部分と、の間の電流経路において、磁性層１０２の記録再生素子１０３が設けられた部分が位置するように、電極１０４を設けていた。
これに対して、本実施形態に係る磁気メモリ９０では、磁性層１０２の記録再生素子１０３が設けられた部分は、電極１０４と、磁性層１０２の磁性部１０１が接続された部分と、の間の電流経路上に位置していない。
【０１１６】
磁性層１０２は、磁性部１０１の第１の端部１０１ａに接続されている。電極１０４は、磁性部１０１のほぼ直上に設けられている。すなわち、第１の方向から見た場合に、電極１０４の少なくとも一部は、磁性部１０１に重なっている。
磁性層１０２の磁化容易軸が面内方向であり、かつその長さが２００ｎｍ以下である場合は、磁性層１０２において、磁壁は安定して存在することが難しい。このため、磁性層１０２は単磁区となる。磁性層１０２が単磁区であれば、磁性層１０２のどの位置において記録再生を行うことが可能となる。従って、記録再生素子１０３は、磁性層１０２上であれば、どの位置に設けられていてもよい。
【０１１７】
一般に、記録再生素子（例えばＭＴＪ）は、電極に比べて、サイズの自由度が低く、加工時のダメージにも注意しなければならない。このため、磁気メモリの製造方法によっては、ホール（磁性部）や電極と離れた位置に設けることが望ましい場合がある。例えば、先に基板上に記録再生素子１０３を形成し、その後に、基板上にホールを作製する場合、記録再生素子１０３とホールの作製位置が近いと、記録再生素子１０３にダメージが生じてしまう可能性がある。あるいは、記録再生素子１０３を形成した後に、金属膜を堆積させ、金属膜を加工して電極を形成する場合に、記録再生素子１０３と電極の位置が近いと、記録再生素子１０３にダメージが生じてしまう可能性がある。本実施形態のように、磁性部１０１と電極１０４を近接させて設け、記録再生素子１０３を、磁性部１０１や電極１０４から離れた位置に設けることで、磁気メモリを製造する際の、記録再生素子１０３へのダメージを抑制することが可能となる。
【０１１８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁性部、磁性層、記録再生素子、電極、下地層、セレクタなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１９】
その他、本発明の実施形態として上述した磁気メモリ、シフトレジスタメモリ、磁気メモリの動作方法及び磁気メモリの製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１２０】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１２１】
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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【０１２２】
１０１、１０１１、１０１２…磁性部  １０１ａ、１０１１ａ…第１の端部  １０１ｂ、１０１１ｂ…第２の端部  １０２、１０２１、１０２２…磁性層  １０３、１０３１、１０３２…記録再生素子  １０３ａ…トンネルバリア層  １０３ｂ…ピン層  １０４、１０４１、１０４２、１０５、１０５１、１０５２…電極  １０６…絶縁体  １０７、１０７１、１０７２…下地層  １０９…非磁性体  １１１…絶縁層  １１４…絶縁体  １２０…第１の共通ゲート線セレクタ  １２１…第１の共通ゲート線  １２２…下電極セレクタ  １２３…第１の共通配線  １２４…上電極セレクタ  １２５…第２の共通配線  １２６…ビット線セレクタ  １２７…ビット線  １２８…ワード線セレクタ  １２９…ワード線    １３０…第２の共通ゲート線セレクタ  １３１…第２の共通ゲート線  １３２…第１のトランジスタ  １３４…第２のトランジスタ  １３６…第３のトランジスタ  １４０…配線  １４２…共通電極  １５０…記録再生素子セレクタ  １５１…第２の共通配線  ４０１、４０１ａ…基板  ４０２…酸化物  ４０３…バリア層  ４０４…メンブレン  ４１１…基板  ４１２…電極  ５００…基板  ５０２…トランジスタ  ５０３…電極  ５０４…絶縁層  ５０８…アルミニウム層  ５１０…犠牲層  ８０２…ナノインプリントモールド  ８０３…反応起点
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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