(57)【要約】【課題】低消費電力でかつ低電流書き込みで動作するとともに、素子破壊が無く信頼性を高くすることを可能にする。【解決手段】少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第１磁化固着層６と、少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第２磁化固着層１４と、第１磁化固着層と第２磁化固着層との間に設けられ少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が可変の磁気記録層１０と、第１磁化固着層と磁気記録層との間に設けられるトンネルバリア層８と、磁気記録層と第２磁化固着層との間に設けられる中間層１２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第１磁化固着層と、少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第２磁化固着層と、前記第１磁化固着層と前記第２磁化固着層との間に設けられ少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が可変の磁気記録層と、
前記第１磁化固着層と前記磁気記録層との間に設けられるトンネルバリア層と、
前記磁気記録層と前記第２磁化固着層との間に設けられる中間層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１および第２磁化固着層の少なくとも１つが磁性層／非磁性層／磁性層の３層構造からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１および第２磁化固着層の前記磁気記録層に近い方の磁性層のスピンの向きが反対であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記磁気記録層は、少なくとも２層の磁性層と、前記磁性層間に設けられる非磁性層とを有する多層膜であり、前記非磁性層を介した前記磁性層間の相互作用が強磁性的であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記非磁性層を介した前記磁性層間の強磁性的相互作用の強さが２０００Ｏｅ以下であることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記中間層は金属非磁性層またはトンネルバリア層のいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
交換結合力によって前記第１磁化固着層のスピンの向きを固定する第１反強磁性層と、交換結合力によって前記第２磁化固着層のスピンの向きを固定する第２反強磁性層とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の一端が電気的に接続される第１配線と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、
前記磁気抵抗効果素子の他端が電気的に接続される第２配線と、を備えたことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項９】
第１配線と、一端が前記第１配線に接続される請求項１乃至７のいずれかに記載の第１磁気抵抗効果素子と、一端が前記第１配線に接続され前記第１磁気抵抗効果素子と同じ構成の第２磁気抵抗効果素子と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、
前記第１磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第２配線と、
前記第２磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第３配線と、
を備え、前記第１配線から前記第２配線に向かう方向の前記第１磁気抵抗効果素子の層配置は、前記第１配線から前記第３配線に向かう方向の前記第２磁気抵抗効果素子の層配置と逆となっていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１０】
一端が前記第２配線に接続される第１読み出しトランジスタと、一端が前記第３配線に接続される第２読み出しトランジスタと、前記第１読み出しトランジスタの他端と前記第２読み出しトランジスタの他端に接続される差動増幅回路と、を備えていることを特徴とする請求項９記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子および磁気メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体膜を用いた磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッド、磁気センサーなどに用いられているとともに、固体磁気メモリ（磁気抵抗効果メモリ：ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ））に用いることが提案されている。
【０００３】
近年、２つの強磁性層の間に１層の誘電体を挿入したサンドイッチ構造膜において、膜面に対して垂直に電流を流し、トンネル電流を利用した磁気抵抗効果素子として、いわゆる「強磁性トンネル接合素子（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ素子）」が提案されている。強磁性トンネル接合素子においては、２０％以上の磁気抵抗変化率が得られるようになったことから、ＭＲＡＭへの民生化応用技術開発が盛んに行われている。
【０００４】
この強磁性トンネル接合素子は、強磁性層上に０．６ｎｍ〜２．０ｎｍ厚の薄いＡｌ（アルミニウム）層を成膜した後、その表面を酸素グロー放電または酸素ガスに曝すことによって、Ａｌ２Ｏ３からなるトンネルバリア層を形成することにより、実現できる。
【０００５】
また、この強磁性１重トンネル接合の片側一方の強磁性層に反強磁性層を付与して磁化固定層とした構造を有する強磁性１重トンネル接合が提案されている。
【０００６】
また、誘電体中に分散した磁性粒子を介した強磁性トンネル接合や、強磁性２重トンネル接合（連続膜）も提案されている。
【０００７】
これらにおいても、２０％〜５０％の磁気抵抗変化率が得られるようになったこと、及び、所望の出力電圧値を得るため強磁性トンネル接合素子に印加する電圧値を増やしても磁気抵抗変化率の減少が抑えられることから、ＭＲＡＭへの応用の可能性がある。
【０００８】
これら強磁性１重トンネル接合あるいは強磁性２重トンネル接合を用いた磁気記録素子は、不揮発性で、書き込み読み出し時間も１０ナノ秒以下と速く、書き換え回数も１０１５以上というポテンシャルを有する。特に、強磁性２重トンネル接合を用いた磁気記録素子は、上述したように、所望の出力電圧値を得るため強磁性トンネル接合素子に印加する電圧値を増やしても磁気抵抗変化率の減少が抑えられるため、大きな出力電圧が得られ、磁気記録素子として好ましい特性を示す。
【０００９】
しかし、メモリのセルサイズに関しては、セルが１個のトランジスタと、１個のＴＭＲ素子から構成されるアーキテクチャを用いた場合、半導体のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）以下にサイズを小さくできないという問題がある。
【００１０】
この問題を解決するために、ビット線とワード線との間にＴＭＲ素子とダイオードを直列接続したダイオード型アーキテクチャや、ビット線とワード線の間にＴＭＲ素子を有するセルを配置した単純マトリックス型アーキテクチャが提案されている。
【００１１】
しかし、いずれの場合も記憶層への書きこみ時には電流パルスによる電流磁場で反転を行っているため、消費電力が大きく、大容量化したとき配線の許容電流密度限界があり大容量化できない。また、電流を流す絶対値が１ｍＡ以下、ＤＲＡＭとの代替のためには０．２ｍＡ以下でないと電流を流すためのドライバの面積が大きくなり、他の不揮発固体磁気メモリ、例えば、強誘電体キャパシタを用いた強誘電体メモリ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリなどと比較した場合チップサイズが大きくなって競争力が無くなってしまうなどの問題点が有る。
【００１２】
上記の問題に対し、書込配線の周りに高透磁率磁性材料からなる薄膜を設けた固体磁気記憶装置が提案されている。これらの磁気記憶装置によれば、配線の周囲に高透磁率磁性膜が設けられているため、磁気記録層への情報書込に必要な電流値を効率的に低減できる。
【００１３】
しかしながら、これらを用いても、書き込み電流値を１ｍＡ以下にすることは非常に困難であった。
【００１４】
これら課題を解決するために、スピン注入法による書き込み方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）。スピン偏極した電流をスピン注入することによってスピン反転することが観測されている。しかし、スピン注入法をスピントンネル素子に応用した場合、トンネル絶縁膜がブレークダウンする等の素子破壊の問題があり、素子の信頼性に問題があった。スピン注入法を用いて書き込みを行っても、素子破壊の無い程度の書き込み時の電流密度を小さくし、かつ読み出し時のスピードが速い新しい素子構造、メモリ構造、アーキテクチャを提供することが必要であった。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第６，２５６，２２３号明細書
【非特許文献１】
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ５４．９３５３（１９９６）
【非特許文献２】
Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔ．１５９，Ｌ１（１９９６）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、低消費電力、低電流書き込みで動作し、素子破壊の無い信頼性が高くかつ読み出しスピードが速い磁気メモリを実現するためには新しい素子構造、アーキテクチャが必要とされる。
【００１７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、低消費電力、低電流書き込みで動作し、素子破壊の無い信頼性の高い磁気抵抗効果素子およびこれを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第１磁化固着層と、少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第２磁化固着層と、前記第１磁化固着層と前記第２磁化固着層との間に設けられ少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が可変の磁気記録層と、前記第１磁化固着層と前記磁気記録層との間に設けられるトンネルバリア層と、前記磁気記録層と前記第２磁化固着層との間に設けられる中間層と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
なお、前記第１および第２磁化固着層の少なくとも１つが磁性層／非磁性層／磁性層の３層構造からなるように構成しても良い。
【００２０】
なお、前記第１および第２磁化固着層の前記磁気記録層に近い方の磁性層のスピンの向きが反対であることが好ましい。
【００２１】
なお、前記磁気記録層は、少なくとも２層の磁性層と、前記磁性層間に設けられる非磁性層とを有する多層膜であり、前記非磁性層を介した前記磁性層間の相互作用が強磁性的であっても良い。
【００２２】
なお、前記非磁性層を介した前記磁性層間の強磁性的相互作用の強さが２０００Ｏｅ以下であることが好ましい。
【００２３】
なお、前記中間層は金属非磁性層またはトンネルバリア層のいずれか一方であっても良い。
【００２４】
なお、交換結合力によって前記第１磁化固着層のスピンの向きを固定する第１反強磁性層と、交換結合力によって前記第２磁化固着層のスピンの向きを固定する第２反強磁性層とを備えていても良い。
【００２５】
また、本発明の第２の態様による磁気メモリは、上記記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の一端が電気的に接続される第１配線と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、前記磁気抵抗効果素子の他端が電気的に接続される第２配線と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第３の態様による磁気メモリは、第１配線と、一端が前記第１配線に接続される請求項１乃至７のいずれかに記載の第１磁気抵抗効果素子と、一端が前記第１配線に接続され前記第１磁気抵抗効果素子と同じ構成の第２磁気抵抗効果素子と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、前記第１磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第２配線と、前記第２磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第３配線と、を備え、前記第１配線から前記第２配線に向かう方向の前記第１磁気抵抗効果素子の層配置は、前記第１配線から前記第３配線に向かう方向の前記第２磁気抵抗効果素子の層配置と逆となっていることを特徴とする。
【００２７】
なお、一端が前記第２配線に接続される第１読み出しトランジスタと、一端が前記第３配線に接続される第２読み出しトランジスタと、前記第１読み出しトランジスタの他端と前記第２読み出しトランジスタの他端に接続される差動増幅回路と、を備えていても良い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図１に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１は、下地層２上に形成された反強磁性層４と、この反強磁性層４上に形成され磁化（スピン）の方向が固着される磁性層からなる磁化固着層６と、トンネルバリア層８と、トンネルバリア層８上に形成され磁化の方向が可変の磁性層からなる磁気記録層１０と、磁気記録層１０上に形成された金属非磁性層１２と、金属非磁性層１２上に形成され磁化の方向が固着される磁性層からなる磁化固着層１４と、磁化固着層１４上に形成された反強磁性層１６と、反強磁性層１６上に形成された金属ハードマスク１８とを備えている。
【００３０】
磁化固着層６は反強磁性層４との交換結合力によって磁化の方向が固定され、磁化固着層１４は反強磁性層１６との交換結合力によって磁化の方向が固定され、磁化固着層６と磁化固着層１４の磁化の方向が略１８０度異なっている。
【００３１】
このような構成の磁気抵抗効果素子１に、スピン注入を行うことにより“１”“０”の書き込みを行うことが可能となり、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできることを本発明者は見出した。
【００３２】
一般的に、磁化固着層／非磁性層／磁気記録層が積層された通常のＧＭＲ素子、および磁化固着層／トンネルバリア層／磁気記録層が積層された通常のトンネル接合素子のスピン注入書き込み原理は、以下に示す通りである。
【００３３】
ａ）磁化固着層、磁気記録層のスピンモーメントを反平行→平行へスピン反転させる場合；
磁化固着層側から電子を注入し、磁化固着層でスピン偏極した電子がトンネルバリア層（または非磁性層）をトンネルし、磁気記録層へスピントルクを及ぼし、磁気記録層のスピンが反平行→平行へ反転する。
【００３４】
ｂ）磁化固着層、磁気記録層のスピンモーメントを平行→反平行へスピン反転させる場合；
磁気記録層側から電子を注入し、磁気記録層でスピン偏極した電子がトンネルバリア層をトンネルする。その際、磁化固着層のスピンの方向と同じスピンの方向を持つ電子はトンネル確率が高く容易にトンネルするが、反平行のスピンは反射される。磁気記録層へ反射してきた電子は、磁気記録層へスピントルクを及ぼし、磁気記録層のスピンが平行→反平行へ反転する。
【００３５】
この時に必要な電流は以下の式で書き表すことができる。
反平行→平行の場合；
ＩｃＰ＝ｅαＭＡｔ［Ｈ−Ｈｋ−２πＭ］／ｈｇ（π）
平行→反平行の場合；
ＩｃＡＰ＝ｅαＭＡｔ［Ｈ＋Ｈｋ＋２πＭ］／ｈｇ（０）
【００３６】
ここで、ｅは電気素量、αはＧｉｌｂｅｒｔ  ｄａｍｐｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ、Ｍは磁化、Ａｔは磁気記録層の体積、Ｈは磁場、Ｈｋは異方性定数、ｈはＰｌａｎｋ定数である。ｇ（π）、ｇ（π）は、磁化固着層／非磁性層界面でのスピン依存で、次式で与えられる。
ｇ（θ）＝［−４＋（１＋ｐ）３（３＋ｃｏｓθ）／４ｐ３／２］−１
【００３７】
ここで、ｐはスピン偏極率である。この式より、ｇ（π）＞ｇ（０）であるため、一般に、反平行→平行にスピン反転させる場合の電流ＩｃＰの方が、平行→反平行にスピン反転させる場合の電流ＩｃＡＰに比べて小さい。
【００３８】
これに対して、本実施形態による磁気抵抗効果素子１は、磁気記録層１０を挟むように、磁気記録層１０の一方の側にトンネルバリア層８を介して磁化固着層６が、他方の側に金属非磁性層１２を介して磁化固着層１４が設けられた構成となっている。
【００３９】
このため、本実施形態においては、磁化固着層６、トンネルバリア層８、磁気記録層１０間の抵抗は、磁気記録層１０、非磁性金属層１２、磁化固着層１４間の抵抗値に比べ大きくなり、磁化固着層６、トンネルバリア層８、磁気記録層１０間のスピンの相対的な向きで抵抗値の変化が決まることになる。
【００４０】
本実施形態において、磁化固着層６、トンネルバリア層８、磁気記録層１０間のスピンモーメントを反平行→平行へスピン反転させる場合、磁化固着層６側から磁気記録層１０へ電子を注入すると磁化固着層６でスピン偏極した電子がトンネルバリア層８をトンネルし、磁気記録層１０へスピントルクを及ぼす。このとき、スピン偏極した電子は磁気記録層１０から金属非磁性層１２を介して磁化固着層１４に流れるので、磁気記録層１０のスピンが磁化固着層６のスピンに対して反平行の間は、磁化固着層１４と磁気記録層１０とのスピンモーメントが平行のため、磁化固着層１４によって反射された反射スピン電子も磁気記録層１０へスピントルクを及ぼし、磁気記録層１０のスピンが磁化固着層６のスピンに対して反平行→平行へ反転する。この２つのスピントルクにより、通常のトンネル接合素子に比べてスピン注入の電流値は著しく低下する。
【００４１】
また、本実施形態において、磁化固着層６、トンネルバリア層８、磁気記録層１０間のスピンモーメントを平行→反平行へスピン反転させる場合、磁化固着層１４から磁気記録層１０へ電子を注入すると、磁化固着層１４でスピン偏極した電子が金属非磁性層１２を通過して磁気記録層１０へ流れスピントルクを及ぼす。このとき、スピン偏極した電子はトンネルバリア層８をトンネルして磁化固着層６へ流れようとするが、トンネルバリア層８をトンネルする際、磁化固着層６のスピンの方向と同じスピンの方向を持つ電子はトンネル確率が高く容易にトンネルするが、反平行のスピンは反射される。磁気記録層１０へ反射してきた電子は、磁気記録層１０へスピントルクを及ぼし、この２つのスピントルクにより、磁気記録層のスピンが磁化固着層６のスピンに対して平行→反平行へ反転する。
【００４２】
したがって、本実施形態による磁気抵抗効果素子にスピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００４３】
なお、第１実施形態において、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。この場合、２つのトンネルバリア層の抵抗値を互いに異なるように構成すると良く、これらの層の材料および／または膜厚を適宜選択して抵抗値を調整する。
【００４４】
また、本実施形態においては、磁化固着層６と磁化固着層１４のスピンの向きは略１８０度異なっていたが、これを実現するためには、異なるネール温度を持つ反強磁性層を用いる必要がある。このため、本実施形態においては、反強磁性層４、１６は異なるネール温度を持つように構成されている。
【００４５】
また、磁化固着層６と磁化固着層１４のスピンの向きを略１８０度異ならせるためには、２つの磁化固着層６、１４のうちの１つを磁性層／非磁性層／磁性層からなる３層積層構造にすることによっても容易に行うことができる。磁化固着層１４を磁性層／非磁性層／磁性層からなる３層積層構造とした磁気抵抗効果素子を第２実施形態として説明する。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図２に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１Ａは、図１に示す第１実施形態による磁気抵抗効果素子１において、磁化固着層１４を、磁性層１４ａ、非磁性層１４ｂ、および磁性層１４ｃからなる３層積層構造とした構成となっている。そして、この場合、図２に示すように、磁気記録層１０に近い磁性層１４ａのスピンの向きが磁化固着層６のスピンの向きと反対方向となるように固着されている。
【００４７】
この第２実施形態の磁気抵抗効果素子１Ａは、磁気記録層１０に近い磁性層１４ａのスピンの向きが磁化固着層６とは反対方向に固着されているので、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１と同じ構成を備えていることになり、第１実施形態の場合と同様に、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。
【００４９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図３に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｂは、第１実施形態による磁気抵抗効果素子１において、磁気固着層６を、磁性層６ａ、非磁性層６ｂ、および磁性層６ｃからなる３層積層構造とした構成となっている。そして、この場合、図３に示すように、磁気記録層１０に近い磁性層６ｃのスピンの向きが磁化固着層１４のスピンの向きと反対方向となるように固着されている。
【００５０】
この第３実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｂは、磁気記録層１０に近い磁性層６ｃのスピンの向きが磁化固着層１４とは反対方向に固着されているので、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１と同じ構成を備えていることになり、第１実施形態の場合と同様に、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００５１】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。
【００５２】
また、本実施形態において、磁化固着層１４は単層の磁性層からなっていたが第２実施形態と同様に、磁性層、非磁性層、磁性層からなる３層構造であっても良いし、磁性層の間に非磁性層が挿入される５層以上の多層構造であっても良い。同様に磁化固着層６は磁性層の間に非磁性層が挿入される５層以上の多層構造であっても良い。
【００５３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図４に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｃは、第１実施形態による磁気抵抗効果素子１において、磁気記録層１０が磁性層１０ａ、非磁性層１０ｂ、および磁性層１０ｃからなる３層積層構造とした構成となっている。そして、この場合、非磁性層１０ｂを介した磁性層１０ａ、１０ｃ間の相互作用が強磁性的であるように構成されている。
【００５４】
一般に、磁気記録層の膜厚は、熱擾乱耐性をたもつため、素子サイズによりある程度の厚さに保つ必要があるが、単純に膜厚を厚くすると反磁界が大きくなりスピン反転する電流値が大きくなってしまう。
【００５５】
しかし、本実施形態の構成の磁気記録層１０として、すなわち非磁性層１０ｂを磁性層１０ａ、１０ｃで挟んだ積層構造膜を用いると、強磁性相互作用が小さいときに、スピン注入を行うと、スピン偏極した電子が注入される側の磁性層のスピンが時間的に先に反転し、強磁性相互作用のため、他の磁性層の反転をアシストする（逆に、他の磁性層は先に反転した磁性層のスピン反転をアシストする（作用反作用））ため、互いに反転磁界を低減し、反転に必要なスピン電流値を、第１実施形態に比べて低減することができる。また、スピン注入書き込みを行わないと強磁性的結合のため熱擾乱耐性が良好になる、角型比が良くなり、読み出し時の実効的ＭＲ比が上昇するなどのメリットがある。
【００５６】
なお、非磁性層１０ｂを介した磁性層１０ａ、１０ｃ間の強磁性的相互作用の強さは２０００Ｏｅ以下であることが好ましい。
【００５７】
また、本実施形態においては、磁気記録層１０は、非磁性層１０ｂを２つの磁性層１０ａ、１０ｃで挟んだ構成となっていたが、磁性層間に非磁性層が設けられる、少なくとも３層の磁性層と少なくとも２層の非磁性層からなる５層以上の多層積層構造膜であっても良い。この場合、磁性層間の相互作用が強磁性的であるように構成される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様に、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、第１実施形態の磁気抵抗効果素子に比べて、スピン反転に必要な電流値を更に低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。
【００６１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図５に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｄは、図２に示す第２実施形態による磁気抵抗効果素子１Ａにおいて、磁気記録層１０を磁性層１０ａ、非磁性層１０ｂ、磁性層１０ｃの積層構造とした構成となっている。そして、この場合、非磁性層１０ｂを介した磁性層１０ａ、１０ｃ間の相互作用が強磁性的であるように構成されるとともに、図５に示すように、磁気記録層１０に近い磁性層１４ａのスピンの向きが磁化固着層６のスピンの向きと反対方向となるように固着されている。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、第２実施形態の場合と同様に、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００６３】
また、本実施形態も、第２実施形態の磁気抵抗効果素子に比べて、第４実施形態と同様にスピン反転に必要な電流値を更に低減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。
【００６５】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を図６に示す。この実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｅは、図３に示す第３実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｂにおいて、磁気記録層１０を磁性層１０ａ、非磁性層１０ｂ、磁性層１０ｃの積層構造とした構成となっている。そして、この場合、非磁性層１０ｂを介した磁性層１０ａ、１０ｃ間の相互作用が強磁性的であるように構成されるとともに、図６に示すように、磁気記録層１０に近い磁性層６ｃのスピンの向きが磁化固着層１４のスピンの向きと反対方向となるように固着されている。
【００６６】
本実施形態も、第３実施形態の磁気抵抗効果素子に比べて、第４実施形態と同様にスピン反転に必要な電流値を低減することができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、第３実施形態の場合と同様に、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００６８】
なお、第６実施形態において、第１実施形態と同様に、金属非磁性層１２をトンネルバリア層で置き換えても良い。
【００６９】
なお、第６実施形態において、磁化固着層１４は単層の磁性層からなっていたが第５実施形態と同様に、磁性層、非磁性層、磁性層からなる３層構造であっても良いし、磁性層の間に非磁性層が挿入される５層以上の多層構造であっても良い。同様に磁化固着層６は磁性層の間に非磁性層が挿入される５層以上の多層構造であっても良い。
【００７０】
上記第１乃至第６実施形態において、
磁気抵抗効果素子の磁性層の磁性材料は、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金または、（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ）−（Ｓｉ、  Ｂ）合金、（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ）−（Ｓｉ、Ｂ）−（Ｐ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｍｎ）系合金、またはＣｏ−（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ）膜などのアモルファス材料，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ａｌ系などのホイスラー材料からなる群より選ばれる少なくとも１種の薄膜またはそれら多層膜で構成される。なお、“−”は合金を示し、“（，）”は、括弧内の少なくとも１つの元素が選択されることを意味している。
【００７１】
磁化固着層６、１４としては、一方向異方性を、磁気記録層１０としては、一軸異方性を有することが望ましい。またその厚さは０．１ｎｍから１００ｎｍが好ましい。さらに、これらの磁化固着層６、１４および磁気記録層１０に含まれる磁性層（強磁性層）の膜厚は、超常磁性にならない程度の厚さが必要であり、０．４ｎｍ以上であることがより望ましい。
【００７２】
また、磁化固着層として用いる強磁性層には、反強磁性膜を付加して磁化を固着することが望ましい。そのような反強磁性膜としては、Ｆｅ（鉄）−Ｍｎ（マンガン）合金、Ｐｔ（白金）−Ｍｎ（マンガン）合金、Ｐｔ（白金）−Ｃｒ（クロム）−Ｍｎ（マンガン）合金、Ｎｉ（ニッケル）−Ｍｎ（マンガン）合金、Ｉｒ（イリジウム）−Ｍｎ（マンガン）合金、ＮｉＯ（酸化ニッケル）、Ｆｅ２Ｏ３（酸化鉄）などの磁性体を挙げることができる。
【００７３】
また、これら磁性体には、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｂ（ボロン）、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｂ（ボロン）などの非磁性元素を添加して、磁気特性を調節したり、その他、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節することができる。
【００７４】
より具体的には、磁性層を一方向に固着する方法として、Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）／Ｒｕ（ルテニウム）／Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）の３層構造の積層膜、Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）／Ｉｒ（イリジウム）／Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）の３層構造の積層膜、Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）／Ｏｓ（オスニウム）／Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）の３層構造の積層膜、Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）／Ｒｅ（レニウム）／Ｃｏ（Ｃｏ−Ｆｅ）の３層構造の積層膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂのアモルファス材料層／Ｒｕ（ルテニウム）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂのアモルファス料層からなる３層構造の積層膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層／Ｉｒ（イリジウム）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層からなる３層構造の積層膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層／Ｏｓ（オスニウム）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層からなる３層構造の積層膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層／Ｒｅ（レニウム）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂなどのアモルファス材料層からなる３層構造の積層膜を用いる。これら積層膜を磁化固着層として用いる場合は、さらに、これに隣接して反強磁性膜を設けることが望ましい。この場合の反強磁性膜としても、前述したものと同様に、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３などを用いることかできる。この構造を用いると、磁化固着層の磁化がビット線やワード線からの電流磁界の影響をより受け難く、しっかりと磁化が固着される。また、磁化固着層からの漏洩磁界（ｓｔｒａｙ  ｆｉｅｌｄ）を減少（あるいは調節）でき、磁化固着層を形成する２層の強磁性層の膜厚を変えることにより，磁気記録層（磁気記録層）の磁化シフトを調整することができる。
【００７５】
また、磁気記録層として、軟磁性層／強磁性層という２層構造、または、強磁性層／軟磁性層／強磁性層という３層構造を用いても良い。磁気記録層として、強磁性層／非磁性層／強磁性層という３層構造、強磁性層／非磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層という５層構造を用いて、強磁性層の層間の相互作用の強さを制御することにより、メモリセルである磁気記録層のセル幅がサブミクロン以下になっても、電流磁界の消費電力を増大させずに済むというより好ましい効果が得られる。この際、強磁性層の種類、膜厚を変えてもかまわない。
【００７６】
特に、絶縁障壁に近い強磁性層にはＭＲが大きくなるＣｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、ＦｅリッチＮｉ−Ｆｅを用い絶縁膜と接していない強磁性体にはＮｉリッチＮｉ−Ｆｅ，ＮｉリッチＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏなどを用いると、ＭＲを大きく保ったまま、スイッチング磁界を低減でき、より好ましい。
【００７７】
非磁性材料としては、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスニウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｂ（ボロン）、Ｃ（炭素）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、またはそれら合金を用いることができる。
【００７８】
磁気記録層においても、これら磁性体に、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスニウム），Ｒｅ（レニウム），Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｔａ（タンタル）、Ｂ（ボロン）、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの非磁性元素を添加して、磁気特性を調節したり、その他、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節することができる。
【００７９】
一方、磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を用いる場合に、磁化固着層と磁気記録層との間に設けられるトンネルバリア層（あるいは誘電体層）としては、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｂｉ２Ｏ３（酸化ビスマス）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＳｒＴｉＯ２（酸化チタン・ストロンチウム）、ＡｌＬａＯ３（酸化ランタン・アルミニウム）、Ａｌ−Ｎ−Ｏ（酸化窒化アルニウム）などの各種の絶縁体（誘電体）を用いることができる。
【００８０】
これらの化合物は、化学量論的にみて完全に正確な組成である必要はなく、酸素、窒素、フッ素などの欠損、あるいは過不足が存在していてもよい。また、この絶縁層（誘電体層）の厚さは、トンネル電流が流れる程度に薄い方が望ましく、実際上は、１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００８１】
このような磁気抵抗効果素子は、各種スパッタ法、蒸着法、分子線エピタキシャル法などの通常の薄膜形成手段を用いて、所定の基板上に形成することができる。この場合の基板としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、スピネル、ＡｌＮ（窒化アルニウム）など各種の基板を用いることができる。
【００８２】
また、基板の上に、下地層や保護層、ハードマスクなどとして、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕ（金）、Ｔｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）、Ｔａ（タンタル）／Ｐｔ（白金）、Ｔｉ（チタン）／Ｐｄ（パラジウム）、Ｔａ（タンタル）／Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）‐Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｏｓ（オスミウム）などからなる層を設けてもよい。
【００８３】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態による磁気メモリを、図７乃至図１１を参照して説明する。図７は、本実施形態による磁気メモリのメモリセルの構成を示す断面図である。本実施形態による磁気メモリは、アレイ状に配置された複数のメモリセル３０を備え、各メモリセル３０は、図３に示す第３実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｂと、ビット線３５と、引き出し電極（引き出し配線）４０と、接続部５０と、選択トランジスタ６０とを備えている。磁気抵抗効果素子１Ｂの金属ハードマスク１８がビット線３５に接続され、下地層２が引き出し電極４０に接続されている。接続部５０は、接続プラグ５２、５４、５６を備えている。選択トランジスタ６０は、ゲート６２と、ドレイン６４と、ソース６６とを備えている。接続部５０の一端は、引き出し電極４０に接続され、他端は選択トランジスタ６０のドレイン６４に接続されている。選択トランジスタ６０のソース６６はセル選択線７０に接続されている。なお、選択トランジスタ６０のゲート６２は、例えば、図示しないワード線に接続されて、セル選択線７０とともに、メモリセルを選択するように構成しても良い。また、セル選択線７０は、例えば、図７に示す配置と異なるがビット線３５と平行に配置されてデータを読み出すためのドライバやシンカー等に接続されるように構成しても良い。
【００８４】
次に、本実施形態による磁気メモリの動作を、図８乃至図１１を参照して説明する。
【００８５】
まず、“０”書き込みを行う場合を説明する。図８は、本実施形態の磁気メモリにおいて、“０”書き込みを行った場合の電流の方向を示すメモリセルの断面図であり、図９は、データ“１”からデータ  “０”に書き換えたときの磁気抵抗効果素子１Ｂのスピンの向きを示す断面図である。なお、本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１Ｂにデータ“１”が記録されているとは、図９（ａ）に示すように、磁気記録層１０のスピンの向きが磁化固着層６の磁性層６ｃのスピンの向きと反平行であることを意味する。また、磁気抵抗効果素子１Ｂにデータ“０”が記録されているとは、図９（ｂ）に示すように、磁気記録層１０のスピンの向きが磁化固着層６の磁性層６ｃのスピンの向きと平行であることを意味する。
【００８６】
磁気抵抗効果素子１Ｂにデータ“１”が記録されているときに、データ“０”の書き込みを行う場合は、図８に示すように、選択トランジスタ６０のゲートを所定の電圧を印加して選択トランジスタ６０をオンさせ、ビット線３５、磁気抵抗効果素子１Ｂ、引き出し電極４０、接続部５０、ドレイン６４、ソース６６、セル選択線７０の順に電流を流す。この場合、電流の向きと電子の流れる向きは逆であるから、電子が磁化固着層６からトンネルバリア層８を介して磁気記録層１０に流れる。このため、磁化固着層６の磁性層６ｃでスピン偏極した電子がトンネルバリア層８をトンネルし、磁気記録層１０へスピントルクを及ぼす。このとき、スピン偏極した電子は磁気記録層１０から金属非磁性層１２を介して磁化固着層１４に流れるので、磁気記録層１０のスピンが磁性層６ｃのスピンに対して反平行の間は、磁化固着層１４と磁気記録層１０とのスピンモーメントが平行のため、磁化固着層１４によって反射された反射スピン電子も磁気記録層１０へスピントルクを及ぼし、磁気記録層１０のスピンが磁性層６ｃのスピンに対して反平行→平行へ反転する（図９（ａ）、（ｂ）参照）。
【００８７】
次に、“１”書き込みを行う場合を説明する。図１０は、本実施形態の磁気メモリにおいて、“１”書き込みを行った場合の電流の方向を示すメモリセルの断面図であり、図１１は、データ“０”からデータ  “１”に書き換えたときの磁気抵抗効果素子１Ｂのスピンの向きを示す断面図である。
【００８８】
磁気抵抗効果素子１Ｂにデータ“０”が記録されているときに、データ“１”の書き込みを行う場合は、図１０に示すように、選択トランジスタ６０のゲートを所定の電圧を印加して選択トランジスタ６０をオンさせ、セル選択線７０、ソース６６、ドレイン６４、接続部５０、引き出し電極４０、磁気抵抗効果素子１Ｂ、ビット線３５の順に電流を流す。この場合、電流の向きと電子の流れる向きは逆であるから、電子が磁化固着層１４から磁気記録層１０の方に流れる。したがって、磁化固着層１４でスピン偏極した電子が金属非磁性層１２を通過して磁気記録層１０へ流れスピントルクを及ぼす。このとき、スピン偏極した電子はトンネルバリア層８をトンネルして磁化固着層６の磁性層６ｃへ流れようとするが、トンネルバリア層８をトンネルする際、磁性層６ｃのスピンの方向と同じスピンの方向を持つ電子はトンネル確率が高く容易にトンネルするが、反平行のスピンは反射される。磁気記録層１０へ反射してきた電子は、磁気記録層１０へスピントルクを及ぼし、この２つのスピントルクにより、磁気記録層１０のスピンが磁性層６ｃのスピンに対して平行→反平行へ反転する（図１１（ａ）、（ｂ）参照）。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気メモリを得ることができる。
【００９０】
なお、本実施形態においては、読み出しの場合は、ビット線３５とセル選択線７０との間に電圧を印加し、磁気抵抗効果素子１Ｂを流れる電流を検出することによって行うことができる。したがって、書き込み電流の方が読み出し電流より大きく設定されることは云うまでもない。
【００９１】
また、本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１Ｂは、引き出し電極４０側に下地層２が配置されかつビット線３５側にハードマスク１８が配置されていたが、引き出し電極４０側にハードマスク１８が配置されかつビット線３５側に下地層２が配置されるように構成しても良い。
【００９２】
なお、本実施形態にいては、メモリセルの磁気抵抗効果素子としては第３実施形態による磁気抵抗効果素子を用いたが、第１、第２、第４乃至第６実施形態のいずれかの実施形態の磁気抵抗効果素子を用いても良い。
【００９３】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態による磁気メモリを、図１２乃至図１９を参照して説明する。図１２は、本実施形態による磁気メモリのメモリセルの構成を示す断面図である。本実施形態による磁気メモリは、アレイ状に配置された複数のメモリセル３２を備え、各メモリセル３２は、図３に示す第３実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２と、引き出し電極（引き出し配線）４０と、ビット線４５１、４５２と、接続部５０と、選択トランジスタ６０とを備えている。
【００９４】
磁気抵抗効果素子１Ｂ１の金属ハードマスク１８が接続プラグ３８１を介してビット線４５１に接続され、下地層２が引き出し電極４０に接続されている。磁気抵抗効果素子１Ｂ２の金属ハードマスク１８が引き出し電極４０に接続され、下地層２が接続プラグ３８２を介してビット線４５２に接続されている。すなわち、引き出し電極４０からビット線４５１に向かう方向の磁気抵抗効果素子１Ｂ１の層配置は、引き出し電極４０からビット線４５２に向かう方向の磁気抵抗効果素子１Ｂ２の層配置と逆となっている。
【００９５】
接続部５０は、接続プラグ５１、５２、５４、５６を備えている。接続プラグ５１は、磁気抵抗効果素子１Ｂ２と同一層に形成されるため、磁気抵抗効果素子１Ｂ２と同一の層構成を有している。選択トランジスタ６０は、ゲート６２と、ドレイン６４と、ソース６６とを備えている。接続部５０の一端は、引き出し電極４０に接続され、他端は選択トランジスタ６０のドレイン６４に接続されている。選択トランジスタ６０のソース６６はセル選択線７０に接続されている。なお、選択トランジスタ６０のゲート６２は、例えば、図示しないワード線に接続されて、セル選択線７０とともに、メモリセルを選択するように構成しても良い。
【００９６】
このように構成された本実施形態による磁気メモリにおいては、図１２に示すように、各メモリセル３２において、磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２の磁気記録層１０のスピンの向きが略１８０度異なるように構成されている。すなわち、磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２の磁気記録層１０には異なるデータが記録されることになる。
【００９７】
次に、本実施形態による磁気メモリの動作を説明する。まず、本実施形態による磁気メモリの読み出し動作について、図１３を参照して説明する。図１３は本実施形態による磁気メモリの読み出し動作を説明する断面図である。磁気メモリに記録されているデータを読み出す場合は、選択トランジスタ６０をオンさせ、セル選択線７０から選択トランジスタ６０、接続部５０、および引き出し電極４０に電流を流す。すると引き出し電極４０に流れた電流は磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２に分岐され、それぞれビット線４５１、４５２に流れる。このとき、ビット線４５１、４５２に流れる電流をトランジスタ８２１、８２２を介して差動増幅器８４で読み出すことにより、高速に読み出しが可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態において、メモリセル３２にデータ“０”が記録されているとは、図１４に示すように、磁気抵抗効果素子１Ｂ１の磁気記録層１０のスピンの向きが磁化固着層６の磁気記録層１０に近い側の磁性層のスピンの向きと平行であることを意味し、データ“１”が記録されているとは、図１５に示すように、磁気抵抗効果素子１Ｂ１の磁気記録層１０のスピンの向きが磁化固着層６の磁気記録層１０に近い側の磁性層のスピンの向きと反平行であることを意味する。
【００９９】
次に、本実施形態による磁気メモリのメモリセルに“１”書き込みを行う場合を図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、本実施形態の磁気メモリにおいて、“１”書き込みを行う場合の電流の方向を示すメモリセルの断面図であり、図１７は、データ“０”からデータ  “１”に書き換えたときの磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２のスピンの向きを示す断面図である。“１”書き込みを行う場合は、まず、選択トランジスタ６０をオンさせ、セル選択線７０から選択トランジスタ６０、接続部５０を介して引き出し電極４０に書き込み電流を流す。すると、引き出し電極４０に流れた電流は磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２に分岐され、それぞれビット線４５１、４５２に流れる。引き出し電極４０からビット線４５１に電流が流れることにより、磁気抵抗効果素子１Ｂ１の磁化固着層１４から磁気記録層１０にスピンが注入され、第３実施形態の場合と同様に磁気記録層１０のスピンが反転される。また、引き出し電極４０からビット線４５２に電流が流れることにより、磁気抵抗効果素子１Ｂ２の磁化固着層６の磁気記録層１０に近い側の磁性層から磁気記録層１０にスピンが注入され、第３実施形態の場合と同様に磁気記録層１０のスピンが反転される。これにより、図１７に示すように、データ“０”からデータ“１”への書き換えが行われる。
【０１００】
次に、本実施形態による磁気メモリのメモリセルに“０”書き込みを行う場合を図１８および図１９を参照して説明する。図１８は、本実施形態の磁気メモリにおいて、“０”書き込みを行う場合の電流の方向を示すメモリセルの断面図であり、図１９は、データ“１”からデータ  “０”に書き換えたときの磁気抵抗効果素子１Ｂ１、１Ｂ２のスピンの向きを示す断面図である。“０”書き込みを行う場合は、まず、選択トランジスタ６０をオンさせ、ビット線４５１および４５２から磁気抵抗効果素子１Ｂ１および１Ｂ２を介して引き出し電極４０にそれぞれ電流を流す。すると、それぞれの電流は引き出し電極４０で合流し、接続部５０、選択トランジスタ６０を介してセル選択線７０に流れる。ビット線４５１および４５２から磁気抵抗効果素子１Ｂ１および１Ｂ２を介して引き出し電極４０にそれぞれ電流が流れることにより、磁気抵抗効果素子１Ｂ１および１Ｂ２の磁気記録層１０のスピンが反転し、データ“０”の書き込みが行われる（図１９（ａ）、（ｂ）参照）。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態によれば、スピン注入を行うことにより低消費電力で“１”、“０”の書き込みを行うことが可能となるとともに、通常のトンネル接合素子にスピン注入書き込みを行う場合に比べて書き込み電流を小さくできる。このため、書き込みする際にトンネルバリア層が絶縁破壊するのを防止することが可能となり、信頼性の高い磁気メモリを得ることができる。
【０１０２】
なお、本実施形態においては、書き込み電流の方が読み出し電流より大きく設定されることは云うまでもない。
【０１０３】
また、本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１Ｂ１は、引き出し電極４０側に下地層２が配置されかつビット線４５１側にハードマスク１８が配置され、磁気抵抗効果素子１Ｂ２は、引き出し電極４０側にハードマスク１８が配置されかつビット線４５２側に下地層２が配置されていたが、磁気抵抗効果素子１Ｂ１は、引き出し電極４０側にハードマスク１８が配置されかつビット線４５１側に下地層２が配置され、磁気抵抗効果素子１Ｂ２は、引き出し電極４０側に下地層２が配置されかつビット線４５２側にハードマスク１８が配置されるように構成しても良い。
【０１０４】
また、本実施形態においては、メモリセルの磁気抵抗効果素子としては第３実施形態による磁気抵抗効果素子を用いたが、第３実施形態を除く第１乃至第６実施形態のうちいずれかの磁気抵抗効果素子を用いても良い。
【０１０５】
また、第７および第８実施形態においては、磁気抵抗効果素子が記憶する情報を読み出すために磁気抵抗効果素子に流すセンス電流を制御するセンス電流制御素子回路、ドライバおよびシンカーをさらに具備していることは云うまでもない。
【０１０６】
以下、本発明の実施形態の実施例をさらに詳細に説明する。
【０１０７】
（第１実施例）
まず、本発明の第１実施例として、図３に示す第３実施形態による磁気抵抗効果素子１Ｂを作成した。また、比較例として図２０に示す構造を別に作製し、スピン反転電流を比較した。
【０１０８】
第１実施例の磁気メモリの構造について、その製造手順に沿って説明すれば、以下の如くである。
【０１０９】
基板上に、まず、図３に示すように、下部電極（図示せず）上にＴＭＲ膜、すなわち、下地層２／反強磁性層４／磁性層６ａ／非磁性層６ｂ／磁性層６ｃ／トンネルバリア層８／磁性層１０／非磁性金属層１２／磁性層１４／反強磁性層１６／Ｒｕからなるキャップ層（図示せず）／ハードマスク１８からなる積層膜を形成する。このような構成のＴＭＲ素子を第１実施例とする。
【０１１０】
また、図２０に示すように、下部電極（図示せず）上にＴＭＲ膜、すなわち反強磁性層４／磁性層６ａ／非磁性層６ｂ／磁性層６ｃ／トンネルバリア層８／磁性層１０／非磁性層１１／Ｒｕからなるキャップ層（図示せず）／ハードマスク１８からなる積層膜を順次形成する。このような構成のＴＭＲ素子を比較例とする。
【０１１１】
本実施例では、下部配線はＴａ、下地層２はＲｕで、第１実施例のＴＭＲ膜は、下側から順に、Ｉｒ−Ｍｎ（１０ｎｍ）からなる反強磁性層４、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（４ｎｍ）からなる磁化固着層６、ＡｌＯｘ（１．４ｎｍ）からなるトンネルバリア層８、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁気記録層１０、Ｃｕ（６ｎｍ）からなる金属非磁性層１２、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層１４、Ｉｒ−Ｍｎ（１０ｎｍ）からなるは反強磁性層１６とし、比較例のＴＭＲ膜は、Ｉｒ−Ｍｎ（１０ｎｍ）からなる反強磁性層４、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（４ｎｍ）からなる磁化固着層６、ＡｌＯｘ（１．４ｎｍ）からなるトンネルバリア層８、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁気記録層１０とした。
【０１１２】
その後、第１実施例、比較例はともに２７０℃で磁場中アニール後、レジスト塗布し、エッチングを行った後、１４０℃でオゾンフローによりレジストをスリミングし、スリミングしたレジストをマスクとして塩素系ガスでＴａをＲＩＥ法を用いてエッチングした。このエッチングは、Ｒｕからなるキャップ層でストップさせた。その後、レジストを剥離し、Ｔａをハードマスクとして、トンネルバリア層までミリングまたは、ＲＩＥ法を用いて強磁性トンネル接合を接合分離した。
【０１１３】
上記第１実施例、比較例の接合サイズはともに、０．１×０．１８μｍ２であった。その後、ＳｉＯｘ保護膜を成膜した後、レジスト塗布し、レジストをパターニングしてレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして下部電極をＲＩＥ法を用いてパターニングした。その後、レジストパターンを除去し、ＳｉＯｘ層間絶縁膜を成膜した後、エッチバックを行い、平坦化を行うとともに、ＴＭＲ膜上部のＴａハードマスク層の頭出しを行った。その後、スパッタエッチングした後に配線をスパッタし、ＲＩＥ法を用いてエッチバックすることにより、上部配線を形成した。その後、磁場中アニールを磁性層の長軸方向に磁場を印加した。
【０１１４】
第１実施例、比較例に電流を印加して何ｍＡでスピンが反転するか調べたところ、図２１に示すように、第１実施例では０．５２ｍＡ、比較例では１．２ｍＡで反転した。本実施例の構造は大容量メモリとして適し、低電流でスピン注入書き込みができることが分かった。
【０１１５】
（第２の実施例）
本発明による実施形態の第２実施例として、図１２に示す磁気メモリのアーキテクチャを作製した。ＴＭＲ素子の微細加工方法は、基本的には第１実施例と同様である。ＴＭＲ素子１Ｂ２を作成後、図１２に示す引き出し電極４０を加工せず、引き出し電極４０の成膜後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行い、平坦化処理を行ってからＴＭＲ素子１Ｂ１のＴＭＲ膜を成膜した。
【０１１６】
基板としてはトランジスタ付き基板を用いた。本実施例では、引き出し電極４０にＴａ／Ｃｕ／Ｔａの積層膜、下地層２にＲｕ、キャップ層にＲｕ、ハードマスク層１８はＴａを用い、ＴＭＲ膜部は下側から順に、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層４、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層６、ＡｌＯｘ（１．４ｎｍ）からなるトンネルバリア層８、ＣｏＮｉＦｅ（４ｎｍ）からなる磁気記録層１０、Ｃｕ（６ｎｍ）からなる金属非磁性層１２、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層１４、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層１６とした。ＴＭＲ素子１Ｂ２、ＴＭＲ素子１Ｂ１とも同様の構造とした。ＴＭＲ素子１Ｂ１、１Ｂ２の接合面積は、それぞれ０．１×０．１８μｍ２とした。加工後、磁場中アニールを磁化固着層の磁性層の長軸方向に磁場を印加した。
【０１１７】
第２実施例において、電流を流し、何ｍＡでスピンが反転するか調べたところ、ＴＭＲ素子１Ｂ２では０．４９ｍＡ，ＴＭＲ素子１Ｂ１では０．５１ｍＡで反転し、本実施例の構造は大容量メモリとしての優位性を確認できた。また、０．５１ｍＡ未満の電流パルスＴＭＲ素子に印加し、書き込みを行った後の読み出しスピードを調べたところ、差動読み出し時間は１６ｎｓｅｃと高速であることが確認でき、大容量、高速の読み出し／書き込みが実証できた。
【０１１８】
（第３実施例）
本発明による実施形態の第３実施例として、図２２に示す構造のアーキテクチャを作製した。本実施例による磁気メモリのメモリセル３３は、図７に示す構造のメモリセル３０に、ヨーク９２付き配線９０を設け、この配線９０で電流磁場によるアシストが可能なアーキテクチャとなっている。磁場の印加方向は磁化容易軸方向であり、スピン反転したい方向に電流磁界をアシストした。ＴＭＲ素子１Ｂの微細加工方法は基本的には第１実施例と同様である。
【０１１９】
基板としてはトランジスタ６０の付いた基板を用いた。本実施例では、下地層２にＲｕ、キャップ層にＲｕ、ハードマスク層１８にＴａを用い，ＴＭＲ素子のＴＭＲ膜は実施例２と同様下側から順に、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層４、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層６、ＡｌＯｘ（１．４ｎｍ）からなるトンネルバリア層８、ＣｏＮｉＦｅ（４ｎｍ）からなる磁気記録層１０、Ｃｕ（６ｎｍ）からなる金属非磁性層１２、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層１４、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層１６とした。また、ＴＭＲ素子１Ｂの接合面積は、０．１×０．１８μｍ２とした。加工後、磁場中アニールを磁化固着層１４の磁性層の長軸方向に磁場を印加した。
【０１２０】
ヨーク９２付き配線９０に０．２ｍＡの電流パルスを流し電流磁界をアシストし、スピン注入電流を流し、何ｍＡでスピンが反転するか調べたところ、図２３に示すように０．３８ｍＡで反転し、本実施例による構造は、大容量メモリとしての優位性を確認できた。
【０１２１】
（第４実施例）
本発明の第４実施例として、図６に示す磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）１Ｅを用いた磁気メモリを作成した。ＴＭＲ素子の微細加工方法は基本的には第１実施例と同様である。
【０１２２】
基板上の引き出し電極はＴａ／Ｃｕ／Ｔａの積層膜、下地層はＲｕ、キャップ層はＲｕ、ハードマスク層はＴａを用い、ＴＭＲ素子１ＥのＴＭＲ膜は下側から順に、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層４、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（４ｎｍ）の積層膜からなる磁化固着層６、ＡｌＯｘ（１．４ｎｍ）からなるトンネルバリア層８、ＣｏＮｉＦｅ（４ｎｍ）／Ｃｕ（１．６ｎｍ）／ＣｏＮｉＦｅ（４ｎｍ）からなる磁気記録層１０、Ｃｕ（６ｎｍ）からなる金属磁性層１２、ＣｏＦｅ（３ｎｍ）からなる磁化固着層１４、Ｐｔ−Ｍｎ（１４ｎｍ）からなる反強磁性層１６とした。磁気記録層１０のＣｏＮｉＦｅ（４ｎｍ）層間にはＣｕ（１．６ｎｍ）からなる非磁性層を介して強磁性的な結合が存在している。ＴＭＲ素子１Ｅの接合面積は、０．１×０．１８μｍ２とした。加工後、磁場中アニールを磁化固着層６、１４の磁性層の長軸方向に磁場を印加した。
【０１２３】
電流を流し、何ｍＡで磁気記録層１０のスピンが反転するか調べたところ、０．３ｍＡで反転し、本実施例の磁気メモリは大容量メモリとしての優位性を確認できた。
【０１２４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の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、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体層、絶縁膜、反強磁性体層、非磁性金属層、電極などの具体的な材料や、膜厚、形状、寸法などに関しては、当業者が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ものも本発明の範囲に包含される。
【０１２５】
同様に、本発明の磁気メモリを構成する各要素の構造、材質、形状、寸法についても、当業者が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ものも本発明の範囲に包含される。
【０１２６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気メモリを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。
【０１２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、消費電力でかつ低電流書き込みで動作することができるとともに、素子破壊が無く信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第５実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図６】本発明の第６実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第７実施形態による磁気メモリに係るメモリセルの構成を示す断面図。
【図８】本発明の第７実施形態による磁気メモリの“０”書き込み動作を説明するメモリセルの断面図。
【図９】第７実施形態による磁気メモリの“１”から“０”への書き換える場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図１０】本発明の第７実施形態による磁気メモリの“１”書き込み動作を説明するメモリセルの断面図。
【図１１】第７実施形態による磁気メモリの“０”から“１”への書き換える場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図１２】本発明の第８実施形態による磁気メモリに係るメモリセルの構成を示す断面図。
【図１３】本発明の第８実施形態による磁気メモリの読み出し動作を説明するメモリセルの断面図。
【図１４】本発明の第８実施形態による磁気メモリに係るメモリセルが“０”を記憶している場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図１５】本発明の第８実施形態による磁気メモリに係るメモリセルが“１”を記憶している場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図１６】本発明の第８実施形態による磁気メモリの“１”書き込み動作を説明するメモリセルの断面図。
【図１７】第８実施形態による磁気メモリの“０”から“１”への書き換える場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図１８】本発明の第８実施形態による磁気メモリの“０”書き込み動作を説明するメモリセルの断面図。
【図１９】第８実施形態による磁気メモリの“１”から“０”への書き換える場合の磁気抵抗効果素子のスピンの向きを示す断面図。
【図２０】本発明による第１実施例の比較例の磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図２１】第１実施例と比較例の書き込み特性（ｄＶ／ｄＩ−Ｉ曲線）を示す図。
【図２２】本発明の第３実施例による磁気メモリに係るメモリセルの構成を示す断面図。
【図２３】第３実施例の書き込み特性（ｄＶ／ｄＩ−Ｉ曲線）を示す図。
【符号の説明】
１  磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）
１Ａ〜１Ｅ  磁気抵抗効果素子
２  下地層
４  反強磁性層
６  磁化固着層
６ａ  磁性層
６ｂ  非磁性層
８  トンネルバリア層
１０  磁気記録層
１０ａ  磁性層
１０ｂ  非磁性層
１０ｃ  磁性層
１２  金属非磁性層
１４  磁化固着層
１４ａ  磁性層
１４ｂ  非磁性層
１４ｃ  磁性層
１６  反強磁性層
１８  金属ハードマスク
３０  メモリセル
３２  メモリセル
３３  メモリセル
３５  ビット線
４０  引き出し電極（引き出し配線）
５０  接続部
５２  接続プラグ
５４  接続プラグ
５６  接続プラグ
６０  選択トランジスタ
６２  ゲート
６４  ドレイン
６６  ソース
７０  セル選択線
【図１】
2005050907.tif 000003
【図２】
2005050907.tif 000004
【図３】
2005050907.tif 000005
【図４】
2005050907.tif 000006
【図５】
2005050907.tif 000007
【図６】
2005050907.tif 000008
【図７】
2005050907.tif 000009
【図８】
2005050907.tif 000010
【図９】
2005050907.tif 000011
【図１０】
2005050907.tif 000012
【図１１】
2005050907.tif 000013
【図１２】
2005050907.tif 000014
【図１３】
2005050907.tif 000015
【図１４】
2005050907.tif 000016
【図１５】
2005050907.tif 000017
【図１６】
2005050907.tif 000018
【図１７】
2005050907.tif 000019
【図１８】
2005050907.tif 000020
【図１９】
2005050907.tif 000021
【図２０】
2005050907.tif 000022
【図２１】
2005050907.tif 000023
【図２２】
2005050907.tif 000024
【図２３】
2005050907.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月6日(2004.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第１磁化固着層と、
少なくとも１層の磁性層を有しスピンの方向が固定された第２磁化固着層と、
前記第１磁化固着層と前記第２磁化固着層との間に設けられ少なくとも１層の磁性層を有しスピン偏極した電子の注入によりスピンの方向が可変の磁気記録層と、
前記第１磁化固着層と前記磁気記録層との間に設けられたトンネルバリア層と、
前記磁気記録層と前記第２磁化固着層との間に設けられた中間層と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１および第２磁化固着層の少なくとも１つが磁性層／非磁性層／磁性層の３層構造からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１および第２磁化固着層の前記磁気記録層に近い方の磁性層のスピンの向きが反対であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記磁気記録層は、少なくとも２層の磁性層と、前記磁性層間に設けられる非磁性層とを有する多層膜であり、前記非磁性層を介した前記磁性層間の相互作用が強磁性的であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記非磁性層を介した前記磁性層間の強磁性的相互作用の強さが２０００Ｏｅ以下であることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記中間層は金属非磁性層またはトンネルバリア層のいずれか一方であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
交換結合力によって前記第１磁化固着層のスピンの向きを固定する第１反強磁性層と、交換結合力によって前記第２磁化固着層のスピンの向きを固定する第２反強磁性層とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の一端が電気的に接続される第１配線と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、
前記磁気抵抗効果素子の他端が電気的に接続される第２配線と、
を備えたことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項９】
第１配線と、一端が前記第１配線に接続される請求項１乃至７のいずれかに記載の第１磁気抵抗効果素子と、一端が前記第１配線に接続され前記第１磁気抵抗効果素子と同じ構成の第２磁気抵抗効果素子と、前記第１配線にソース・ドレインのうちの一方が接続される選択トランジスタとを有するメモリセルと、
前記第１磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第２配線と、
前記第２磁気抵抗効果素子の他端と電気的に接続される第３配線と、
を備え、前記第１配線から前記第２配線に向かう方向の前記第１磁気抵抗効果素子の層配置は、前記第１配線から前記第３配線に向かう方向の前記第２磁気抵抗効果素子の層配置と逆となっていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１０】
一端が前記第２配線に接続される第１読み出しトランジスタと、一端が前記第３配線に接続される第２読み出しトランジスタと、前記第１読み出しトランジスタの他端と前記第２読み出しトランジスタの他端に接続される差動増幅回路と、を備えていることを特徴とする請求項９記載の磁気メモリ。