(57)【要約】【課題】磁性層の磁化反転磁場（保磁力）が大きく、消費電力が大きくなると共に、磁気メモリに適用した場合に集積度の低下を招いていた。【解決手段】磁性層２上に圧電素子４を形成し、磁性層２の回りに圧電素子４への配線をコイル５として巻回する。コイル５は外部磁場により磁化容易軸の方向の磁化エネルギーＥ１を磁性層２内に発生し、圧電素子４は磁性層２に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により磁化容易軸と異なる方向の磁気異方性エネルギーＫ２を発生する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化容易軸方向に第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該磁化容易軸方向に磁化された磁性層（２）に対して、外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記磁性層内に発生すると共に、該磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記磁性層内に発生させることにより前記磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転方法。
【請求項２】
垂直磁化容易軸方向に第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該垂直磁化容易軸方向に磁化された磁性層（２）に対して、外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記垂直磁性層内に発生すると共に、該磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる前記磁性層の面内方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記磁性層内に発生させることにより前記磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転方法。
【請求項３】
固定磁性層（１）と、
自由磁性層（２）と、
該自由磁性層と前記固定磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層（３）とを具備し、前記固定磁性層及び前記自由磁性層は同一の磁化容易軸を有しているトンネル型磁気抵抗素子において、
前記磁化容易軸方向に第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該磁化容易軸方向に磁化された前記自由磁性層に対して、外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記磁性層内に発生すると共に、該自由磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記自由磁性層内に発生させることにより前記自由磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転方法。
【請求項４】
固定磁性層（１）と、
自由磁性層（２）と、
該自由磁性層と前記固定磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層（３）とを具備し、前記固定磁性層及び前記自由磁性層は同一の垂直磁化容易軸を有しているトンネル型磁気抵抗素子において、
垂直磁化容易軸方向に第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該垂直磁化容易軸方向に磁化された前記自由磁性層に対して、外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記垂直磁性層内に発生すると共に、該自由磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる前記自由磁性層の面内方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記自由磁性層内に発生させることにより前記自由磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転方法。
【請求項５】
磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該磁化容易軸方向に磁化された磁性層（２）の磁化方向を反転させる磁化反転装置において、
外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記磁性層内に発生させる外部磁場発生手段（５）と、
前記磁性層上に形成され、該磁性層に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記磁性層内に発生させるための圧電素子（４）と
を具備することを特徴とする磁化反転装置。
【請求項６】
垂直磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギーを有して該垂直磁化容易軸方向に磁化された磁性層（２）の磁化方向を反転させる磁化反転装置において、
外部磁場により前記垂直磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記磁性層内に発生させる外部磁場発生手段（５）と、
前記磁性層上に形成され、該磁性層に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により前記垂直磁化容易軸と異なる前記磁性層の膜内方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記磁性層内に発生させるための圧電素子（４）と
を具備することを特徴とする磁化反転装置。
【請求項７】
固定磁性層（１）と、
自由磁性層（２）と、
該自由磁性層と前記固定磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層（３）とを具備し、前記固定磁性層及び前記自由磁性層は同一の磁化容易軸を有しているトンネル型磁気抵抗素子において、前記磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して該磁化容易軸方向に磁化された前記自由磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転装置であって、
外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記自由磁性層内に発生させる外部磁場発生手段（５）と、
前記自由磁性層上に形成され、該自由磁性層に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記自由磁性層内に発生させるための圧電素子（４）と
を具備する磁化反転装置。
【請求項８】
固定磁性層（１）と、
自由磁性層（２）と、
該自由磁性層と前記固定磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層（３）とを具備し、前記固定磁性層及び前記自由磁性層は同一の垂直磁化容易軸を有しているトンネル型磁気抵抗素子において、前記垂直磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギー（Ｋ１）を有して磁化された前記自由磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転装置であって、
外部磁場により前記垂直磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記自由磁性層内に発生させる外部磁場発生手段（５）と、
前記自由磁性層上に形成され、該自由磁性層に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により前記垂直磁化容易軸と異なる前記自由磁性層の膜内方向の第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を前記自由磁性層内に発生させるための圧電素子（４）と
を具備する磁化反転装置。
【請求項９】
前記外部磁場発生手段（５）が前記圧電素子の配線（４）により構成された請求項５、６、７または８に記載の磁化反転装置。
【請求項１０】
さらに、前記配線を介して前記圧電素子に過渡電流を供給する過渡電流供給手段を具備し、これにより、前記外部磁場及び前記第２の磁気異方性エネルギー（Ｋ２）を同時に発生しめるようにした請求項９に記載の磁化反転装置。
【請求項１１】
複数のワード線（ＷＬ１，ＷＬ２，…）と、
複数のビット線（ＢＬ１，ＢＬ２，…）と、
複数の書込み線（Ｗ１，Ｗ２，…）と、
複数のメモリセル（Ｃ１１，Ｃ１２，…）と
を具備し、
前記各メモリセルは、
圧電素子（４）と、
前記ビット線の１つに接続され、前記圧電素子に接着された磁化容易軸を有する自由磁性層（２）と、
前記書込み線の１つと前記圧電素子との間に接続され、外部磁場により前記磁化容易軸の方向の磁化エネルギー（Ｅ１）を前記自由磁性層内に発生するための外部磁場発生手段（５）と、
前記ビット線の１つに接続され、前記磁化容易軸を有する固定磁性層（１）と、
該固定磁性層と前記自由磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層（３）と、
前記固定磁性層と第１の電源電圧（ＧＮＤ）の第１の電源手段との間に接続され、前記ワード線の１つの電圧によって制御されるスイッチング素子（ＳＷ）と
を具備し、
書込みモード時には、前記ビット線の１つに前記第１の電源電圧を供給すると共に、前記書込み線の１つにデータ信号を供給し、
読出しモード時には、前記ビット線の１つに第２の電源電圧（ＶＤＤ）を供給すると共に前記ワード線の１つの電圧によって前記スイッチング素子をオンとする
磁気メモリ。
【請求項１２】
前記外部磁場発生手段が前記自由磁性層に巻回されたコイルである請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項１３】
前記データ信号は正または負のパルス信号にあり、これにより、前記コイルに過渡電流を発生させる請求項１２に記載の磁気メモリ。
【請求項１４】
前記圧電素子により前記自由磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸の方向と異なる方向の磁気異方性エネルギーを発生する請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項１５】
前記圧電素子により前記自由磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により前記磁化容易軸の方向と異なる前記自由磁性層の膜内方向の磁気異方性エネルギーを発生する請求項１４に記載の磁気メモリ。
【請求項１６】
前記磁化容易軸が前記自由磁性層及び前記固定磁性層に対して垂直である請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項１７】
半導体基板（１０１）にスイッチング素子（ＳＷ）としてのトランジスタを形成する工程と、
該トランジスタの不純物拡散領域（１０５Ｄ）上に固定磁性層（１）を形成する工程と、
該固定磁性層上に非磁性絶縁層（３）を形成する工程と、
前記非磁性絶縁層上に自由磁性層（２）を形成する工程と、
該自由磁性層上に圧電素子（４）を形成する工程と、
該圧電素子に接続され、前記非磁性絶縁層上に前記自由磁性層の回りに渦巻状にコイル（５）を形成する工程と、
前記自由磁性層に接続された導電層（ＢＬｊ）を形成する工程と
を具備する磁気メモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性層の磁化反転方法、磁化反転装置、これらを用いた磁気メモリ及び磁気メモリの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、不揮発性、書込み／読出し速度、書込み回数、集積度、α線耐性等に優れたメモリとして磁気メモリ（ＭＲＡＭ）が注目されている。
【０００３】
磁気メモリとしては、２つの磁性層によって挟まれた非磁性導電層を構成とするスピンバルブ構造の磁気メモリと、２つの磁性層によって挟まれた非磁性絶縁層を構成とするトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）構造の磁気メモリとがある。ＴＭＲ構造の非磁性絶縁層の磁気抵抗効果はスピンバルブ構造の非磁性導電層の磁気抵抗効果より大きいので、ＴＭＲ構造の磁気メモリがスピンバルブ構造の磁気メモリより優れている。
【０００４】
他方、水平磁化容易軸を有する磁性層を用いた水平磁化方式の磁気メモリと、垂直磁化容易軸を有する磁性層を用いた垂直磁化方式の磁気メモリとがある。垂直磁化方式の磁気メモリが水平磁化方式の磁気メモリより集積度の点で優れている。
【０００５】
従って、磁気メモリとしては、垂直磁化方式のＴＭＲ構造の磁気メモリが有力である。
【０００６】
垂直磁化方式のＴＭＲ構造の磁気メモリの動作原理は、図１（Ａ）に示すごとく、垂直磁化容易軸を有する固定磁性層１、自由磁性層２のスピンが同一方向のときには、固定磁性層１と固定磁性層２の間の抵抗値は小さく（“０”状態とする）、他方、図１（Ｂ）に示すごとく、固定磁性層１、自由磁性層２のスピンが逆方向の時には、固定磁性層１と固定磁性層２の間の抵抗値は大きくなる（“１”状態とする）。従って、ＴＭＲ構造に流れる電流の大小を判別することにより状態“０”、“１”を判別できる。
【０００７】
ところで、垂直磁化方式のＴＭＲ構造の磁気メモリにおいては、自由磁性層の磁化を反転させるための外部磁場によって印加する磁化エネルギーが磁気異方性エネルギーよりも大きくしなければならないため、この磁気異方性エネルギーを小さくする磁化反転方法が知られている（参照：特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５３
【０００９】
上述の特許文献１によれば、垂直磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギーＫ１を有して磁化された自由磁性層に対して、第１の外部磁場により垂直磁化容易軸の方向の第１の磁化エネルギーＥ１を自由磁性層内に発生させると共に、第２の外部磁場により垂直磁化容易軸と異なる方向たとえば面内方向の第２の磁化エネルギーＥ２を自由磁性層に発生させることにより自由磁性層の磁化方向を反転させるようにしている。すなわち、磁化反転のためのエネルギーは第１の磁気異方性エネルギーＫ１と第２の磁化エネルギーＥ２との差Ｋ１−Ｅ２によって決定され、第１の磁化エネルギーＥ１のみの場合に比較して（Ｋ１−Ｅ２）／Ｋ１倍程度低減できる。従って、磁化エネルギーを発生させる電流を低減でき、この結果、消費電力を低減できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された磁化反転方法を磁気メモリに適用すると、第１の磁化エネルギーＥ１を発生させる書込み線及び第２の磁化エネルギーＥ２を発生させる書込み線を必要とし、しかも、これら２種類の書込み線を交差させている（参照：特許文献１の図１５、図１７）。この結果、磁気メモリの集積度が低下するという課題がある。
【００１１】
なお、スピンバルブ構造の磁気メモリにおいて、水平磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギーを有して磁化された自由磁性層に対して、外部磁場を発生せずに、自由磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により磁化容易軸の方向の第２の磁気異方性エネルギーを発生することのみによって自由磁性層の磁化方向を反転させるものがあるが（参照：特許文献２）、この場合には、磁歪を発生させるエネルギーが大きくなるという課題がある。
【００１２】
【特許文献２】特開２００１−２８４６６
【００１３】
従って、本発明の目的は、磁気メモリに最適な磁化反転方法及び磁化反転装置を提供することにある。
【００１４】
他の目的は高集積度可能な磁気メモリ及び磁気メモリの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するために本発明に係る磁化反転方法は、磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギーを有して磁化された磁性層に対して、外部磁場により磁化容易軸の方向の磁化エネルギーを磁性層内に発生させると共に、磁性層の磁歪に起因する逆磁歪効果により磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギーを磁性層内に発生させることにより磁性層の磁化方向を反転させるものである。これにより、磁化反転のための外部磁場を小さくできる。
【００１６】
また、本発明においては、磁化容易軸の方向の第１の磁気異方性エネルギーを有して磁化された磁性層の磁化方向を反転させる磁化反転装置において、外部磁場により磁化容易軸の方向の磁化エネルギーを磁性層内に発生させる外部磁場発生手段と、磁性層上に形成され、磁性層に歪みを発生させて磁歪に起因する逆磁歪効果により磁化容易軸と異なる方向の第２の磁気異方性エネルギーを磁性層内に発生させるための圧電素子とを備えている。
【００１７】
さらに、本発明に係る磁気メモリは、複数のワード線と、複数のビット線と、複数の書込み線と、複数のメモリセルとを具備し、各メモリセルは、圧電素子と、ビット線の１つに接続され、圧電素子に接着された磁化容易軸を有する自由磁性層と、書込み線の１つと圧電素子との間に接続され、自由磁性層内に磁化容易軸の方向の磁化エネルギーを発生するための外部磁場発生手段と、ビット線の１つに接続され、磁化容易軸を有する固定磁性層と、固定磁性層と自由磁性層とによって挟まれた非磁性絶縁層と、固定磁性層と第１の電源電圧の第１の電源手段との間に接続され、ワード線の１つの電圧によって制御されるスイッチング素子とを具備し、書込みモード時には、ビット線の１つに第１の電源電圧を供給すると共に、書込み線の１つにデータ信号を供給し、他方、読出しモード時には、ビット線の１つに第２の電源電圧を供給すると共にワード線の１つの電圧によって前記スイッチング素子をオンとする。これにより、書込み線の種類は１つとなる。
【００１８】
本発明に係る磁気メモリの製造方法は、半導体基板にスイッチング素子としてのトランジスタを形成する工程と、トランジスタの不純物拡散領域上に固定磁性層を形成する工程と、固定磁性層上に非磁性絶縁層を形成する工程と、非磁性絶縁層上に自由磁性層を形成する工程と、自由磁性層上に圧電素子を形成する工程と、圧電素子に接続され、非磁性絶縁層上に自由磁性層の回りに渦巻状にコイルを形成する工程と、自由磁性層に接続された導電層を形成する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、消費電力を低減できると共に高集積度も達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は本発明に係る磁化反転方法を説明するための図であって、（Ａ）は磁化反転装置の斜視図、（Ｂ）はその等価回路図である。
【００２１】
図２の（Ａ）において、垂直磁化容易軸を有する自由磁性層２に対してキャパシタンスＣの圧電素子４を形成せしめ、圧電素子４へ信号電圧Ｖ（ｔ）を供給するための配線を自由磁性層２に巻回せしめてインダクタンスＬのコイル５を形成する。従って、配線の抵抗値をＲとすれば図２の（Ａ）の磁化反転装置の等価回路は図２の（Ｂ）のごとくなる。
【００２２】
入力電圧Ｖｉｎ（ｔ）が供給されてコイル５が励磁されると、垂直磁化容易軸の方向に磁化エネルギーＥ１が自由磁性層２内に発生する。また、同時に、入力電圧Ｖｉｎ（ｔ）が供給された圧電素子４が図３の（Ａ）に示すごとく伸長し、従って、自由磁性層２も図３の（Ｂ）に示すごとく伸長する。この結果、図２の（Ａ）に示すごとく、自由磁性層２の面内方向に、自由磁性層２の磁歪に起因する逆磁歪効果により磁気異方性エネルギーＫ２が自由磁性層２内に発生する。この磁気異方性エネルギーＫ２は
Ｋ２＝（３／２）λσ
ただし、λは自由磁性層２の磁歪定数、
σは自由磁性層２の歪みによる応力
である。
【００２３】
すなわち、面内方向の磁気異方性エネルギーＫ２がない場合には（Ｋ２＝０）、図４の（Ａ）のＨ−Ｍ特性に示すごとく、自由磁性層２の反転磁場（保磁力）ＨＣは大きい。これに対し、本発明のごとく、面内方向に誘起する磁気異方性エネルギーＫ２が大きく、垂直方向の磁気異方性エネルギーＫ１にある程度対応する場合には（Ｋ２≒Ｋ１）、図４の（Ｂ）のＨ−Ｍ特性に示すごとく、自由磁性層２の反転磁場（保磁力）ＨＣは（Ｋ１−Ｋ２）／Ｋ１倍程度に減少する。なお、さらに、面内方向の磁気異方性エネルギーＫ２が垂直方向の磁気異方性エネルギーＫ１より大きい場合には（Ｋ２＞Ｋ１）、図４の（Ｃ）のＨ−Ｍ特性に示すごとく、ヒステリシス特性は著しく減少し、この場合、垂直方向は一時的に磁化困難軸方向となる。この場合、垂直方向の磁化エネルギーＥ１が比較的弱くても、その磁場印加方向に垂直磁化成分を持つように磁化を傾けることができる。従って、圧電素子４への印加電圧を取除き始めるときに、垂直方向の磁化エネルギーＥ１が自由磁性層２の磁化方向を決定することになり、上述の特許文献２の場合に相当する。
【００２４】
本発明においては、図４の（Ｂ）に示すＨ−Ｍ特性を期待し、圧電素子４及びコイル５を同時に動作させる。すなわち、図５の（Ａ）に示す正パルスの入力電圧Ｖｉｎ（ｔ）を供給すると、コイル５を流れる電流Ｉ（ｔ）は図５の（Ｂ）のごとくなり、また、圧電素子４の印加電圧Ｖ（ｔ）は図５の（Ｃ）のごとくなる。ここで、電流Ｉ（ｔ）は垂直磁化エネルギーＥ１に相当し、電圧Ｖ（ｔ）は面内方向磁気異方性エネルギーＫ２に相当し、これらエネルギーＥ１、Ｋ２は同一傾向にある。同様に、図６の（Ａ）に示す正パルスの入力電圧Ｖｉｎ（ｔ）を供給すると、コイル５を流れる電流Ｉ（ｔ）は図６の（Ｂ）のごとくなり、また、圧電素子４の印加電圧Ｖ（ｔ）は図６の（Ｃ）のごとくなる。ここで、電流Ｉ（ｔ）は垂直磁化エネルギーＥ１に相当し、電圧Ｖ（ｔ）は面内方向磁気異方性エネルギーＫ２に相当し、これらエネルギーＥ１、Ｋ２はやはり同一傾向にある。
【００２５】
図７は図２の磁化反転方法を適用した磁気メモリを示す回路図である。図７において、ワード線ＷＬ１，ＷＬ２，…，ＷＬｍ、及び書込み線Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｍが平行に設けられ、これらに交差してビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｍが交差して設けられている。また、ワード線ＷＬ１，ＷＬ２，…，ＷＬｍ（書込み線Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｍ）とビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｎとの交差する点にメモリセルＣ１１，Ｃ１２，…，Ｃｍｎが設けられている。
【００２６】
ワード線デコーダＤＥＣＲはワード線ＷＬ１，ＷＬ２，…，ＷＬｍの１つを選択して電源電圧ＶＤＤを供給する。また、書込み線デコーダＤＥＣＷは書込み線Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｍの１つを選択してデータ信号Ｄに応じた正パルスまたは負パルスを供給する。なお、この正パルスまたは負パルスは書込みパルス発生回路ＷＰによって発生される。
【００２７】
ビット線デコーダＤＥＣＢはビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｎの１つを選択して電源電圧ＶＤＤを供給する。また、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２，…，Ｔｎは書込みモード時に（Ｒ／Ｗ＝“１”（ハイ））、ビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｎの電圧を接地電圧にするためのものである。
【００２８】
センスアンプＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡｎはビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｎに接続され、読出しモード時（Ｒ／Ｗ＝“０”（ロー））に、ビット線ＢＬ１，ＢＬ２，…，ＢＬｎ上のデータを読出すものである。なお、センスアンプＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡｎには基準電圧ＲＥＦが供給される。
【００２９】
図８は図７のメモリセルＣｉｊの斜視図である。図８において、ＴＭＲ構造が垂直磁化容易軸を有する固定磁性層１、自由磁性層２及びこれらの磁性層１、２によって挟まれた非磁性絶縁層３で構成されている。
【００３０】
自由磁性層２には圧電素子４が形成されている。また、書込み線Ｗｉが自由磁性層２に巻回されてコイル５を構成し、圧電素子４に接続されている。
【００３１】
固定磁性層１はスイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタＳＷを介して接地端子ＧＮＤに接続されている。このＭＯＳトランジスタＳＷはワード線ＷＬｉの電圧によって制御される。
【００３２】
自由磁性層２はビット線ＢＬｊに接続されている。
【００３３】
メモリセルＣｉｊの書込みモード時には、ビット線ＢＬｊは接地電圧となるので、メモリセルＣｉｊは図２の磁化反転装置と同一となる。
【００３４】
メモリセルＣｉｊの読出しモード時には、ＭＯＳトランジスタＳＷはオンとなるので、メモリセルＣｉｊの等価回路は図９に示すごとくなる。従って、図１のＴＭＲ構造の“０”、“１”状態として判別できる。
【００３５】
なお、本発明は図７の磁気メモリに限定されるものでない。たとえば、ワード線デコーダＤＥＣＲ及び書込み線デコーダＤＥＣＷを１つに構成して電源電圧ＶＤＤと書込みパルス発生回路ＷＰを切り分けてもよく、また、センスアンプＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡｎは１つのセンスアンプとしてもよい。
【００３６】
次に、図８の磁気メモリのメモリセルＣｉｊの製造方法を図１０を参照して説明する。なお、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はコイルの平面図である。
【００３７】
始めに、ｐ−型シリコン基板１０１にフィールド酸化層１０２を形成する。次に、ゲート絶縁層１０３及びゲート電極１０４を形成して、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。次に、ｎ＋型不純物拡散層１０５Ｓ、１０５Ｄをｐ−型シリコン基板１０１内に形成し、ＭＯＳトランジスタＳＷを完成する。なお、ゲート電極１０４はワード線ＷＬｉの作用をし、また、ｎ＋型不純物拡散層１０５Ｓは接地される。
【００３８】
次に、比較的小さい磁歪定数及び比較的大きい磁化反転磁場（保磁力）を有する垂直磁化層材料たとえばＴｂＦｅＣｏ合金、ＧｄＦｅＣｏ合金をスパッタリング法またはゾルゲル法を用いて約０．０５μｍ厚みで形成し、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。これにより、固定磁性層１をｐ−型不純物拡散層１０５Ｄ上に形成する。
【００３９】
次に、スパッタリング法により約０．００１μｍ厚さのＡｌ２Ｏ３を形成し、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。これにより、非磁性絶縁層３を形成する。
【００４０】
次に、大きい磁歪定数及び比較的小さい磁化反転磁場（保磁力）を有する垂直磁化層材料たとえばＤｙＦｅＣｏ合金をスパッタリング法またはゾルゲル法を用いて約０．０５μｍ厚みで形成し、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。これにより、自由磁性層２を形成する。
【００４１】
次に、スパッタリング法またはゾルゲル法を用いて厚さ約０．１μｍのＬｉＮｂＯ３を形成し、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。
【００４２】
次に、スパッタリング法を用いてアルミニウム層を形成し、フォトリソグラフィ・エッチング法によりパターニングする。これにより、コイル５（書込み線Ｗｉ）が図１０の（Ｂ）に示すごとく渦巻状に形成される。
【００４３】
最後に、層間絶縁層を形成した後に、ビット線ＢＬｊを自由磁性層２に接続するように形成する。
【００４４】
上述の最良の形態においては、磁性層１、２は垂直磁化容易軸を有していたが、本発明は水平磁化容易軸を有する磁性層にも適用し得る。この場合、外部磁場により水平磁化容易軸の方向の磁気異方性エネルギー及び磁歪に起因する逆磁歪効果により水平磁化容易軸と異なる方向の磁気異方性エネルギーを磁性体内に発生させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＴＭＲ構造の状態“０”、“１”を示す図である。
【図２】本発明に係る磁化反転方法を説明する図であって、（Ａ）は磁化反転装置の斜視図、（Ｂ）は等価回路図である。
【図３】図２の面内方向磁気異方性エネルギーの発生原理を説明する図である。
【図４】図２の磁化反転装置の反転磁場（保磁力）を説明するＨ−Ｍ特性図である。
【図５】図２の磁化反転装置の動作を説明するタイミング図である。
【図６】図２の磁化反転装置の動作を説明するタイミング図である。
【図７】図２の磁化反転方法を適用した磁気メモリを示す回路図である。
【図８】図７のメモリセルの詳細を示す斜視図である。
【図９】図８のメモリセルの読出しモード時の等価回路図である。
【図１０】図８のメモリセルの製造方法を説明する図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：固定磁性層
２：自由磁性層
３：非磁性絶縁層
４：圧電素子
５：コイル
ＷＬ１，ＷＬ２，…：ワード線
Ｗ１，Ｗ２，…：書込み線
ＢＬ１，ＢＬ２，…：ビット線
ＤＥＣＲ：ワード線デコーダ
ＤＥＣＷ：書込み線デコーダ
ＤＥＣＢ：ビット線デコーダ
Ｃｉｊ：メモリセル
ＳＡ１，ＳＡ２，…：センスアンプ
【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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