(57)【要約】【課題】熱揺らぎ耐性を有する低消費電力、低電流書き込み及び高信頼性のスピンメモリを提供する。【解決手段】本発明の例に関わるスピンメモリは、第１及び第２導電線１３、ＢＬｕと、第１導電線１３の一端と第２導電線ＢＬｕとの間に配置される磁気抵抗効果素子ＭＴＪと、第１導電線１３の他端に接続されるスイッチ素子ＳＷと、第１及び第２導電線１３，ＢＬｕを介して磁気抵抗効果素子ＭＴＪにスピントルクによる磁化反転のためのスピン注入電流Ｉｓを流すドライバ／シンカーとを備え、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、磁化方向が可変の磁気記録層と、磁化方向が固着される磁気固着層とを有し、磁気記録層の磁化容易軸と第１導電線１３の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２導電線と、前記第１導電線の一端と前記第２導電線との間に配置される第１磁気抵抗効果素子と、前記第１導電線の他端に接続されるスイッチ素子と、前記第１及び第２導電線を介して前記第１磁気抵抗効果素子にスピントルクによる磁化反転のためのスピン注入電流を流すドライバ／シンカーとを具備し、前記第１磁気抵抗効果素子は、磁化方向が可変の磁気記録層と、磁化方向が固着される第１磁気固着層とを有し、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１導電線の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°であることを特徴とするスピンメモリ。
【請求項２】
前記第１磁気抵抗効果素子は、前記磁気記録層及び前記第１磁気固着層の間のトンネルバリア層を有し、前記磁気記録層は、２つの磁性体と、これらの間の非磁性体とを有し、かつ、これら２つの磁性体が反強磁性結合することを特徴とする請求項１に記載のスピンメモリ。
【請求項３】
前記第１磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固着される第２磁気固着層をさらに有し、前記磁気記録層は、前記第１及び第２磁気固着層の間に配置されることを特徴とする請求項２に記載のスピンメモリ。
【請求項４】
前記第１及び第２磁気固着層の少なくとも１つは、２つの磁性体と、これらの間の非磁性体とを有し、かつ、これら２つの磁性体が反強磁性結合することを特徴とする請求項３に記載のスピンメモリ。
【請求項５】
前記第１及び第２磁気固着層の磁化方向は、それぞれ、反強磁性層により固着されることを特徴とする請求項３又は４に記載のスピンメモリ。
【請求項６】
前記第１及び第２磁気固着層において、前記磁気記録層側の磁性体の磁化は、互いに反対方向を向き、前記非磁性体は、Ruであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項７】
前記第１及び第２磁気固着層において、前記磁気記録層側の磁性体の磁化は、互いに同じ方向を向き、前記非磁性体は、Cu, Ag, Auのグループから選択される１つであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項８】
前記磁気記録層を構成する前記２つの磁性体の反強磁性結合の強さは、0.52 erg/cm2 以上であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項９】
前記磁気記録層を構成する前記２つの磁性体の厚さは、互いに異なることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１０】
前記第１磁気固着層が前記磁気記録層よりも前記第１導電線側にあり、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１磁気固着層の磁化容易軸とが実質的に同じ方向を向き、前記第１磁気固着層の前記磁気記録層側の磁性体の磁化が前記第１導電線の他端側よりも一端側に近い方向を向いている場合、前記磁気記録層及び前記第１磁気固着層の磁化容易軸は、前記第２導電線側から前記第１導電線側を見て、前記長軸と一致している状態から左回転で前記角度θだけ回転していることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１１】
前記第１磁気固着層が前記磁気記録層よりも前記第１導電線側にあり、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１磁気固着層の磁化容易軸とが実質的に同じ方向を向き、前記第１磁気固着層の前記磁気記録層側の磁性体の磁化が前記第１導電線の一端側よりも他端側に近い方向を向いている場合、前記磁気記録層及び前記第１磁気固着層の磁化容易軸は、前記第２導電線側から前記第１導電線側を見て、前記長軸と一致している状態から右回転で前記角度θだけ回転していることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１２】
前記第１磁気抵抗効果素子の磁化状態を平行にするときは、前記スピン注入電流を前記第１導電線の一端から他端に向かって流し、反平行にするときは、前記スピン注入電流を前記第１導電線の他端から一端に向かって流すことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のスピンメモリ。
【請求項１３】
前記磁気記録層が前記第１磁気固着層よりも前記第１導電線側にあり、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１磁気固着層の磁化容易軸とが実質的に同じ方向を向き、前記第１磁気固着層の前記磁気記録層側の磁性体の磁化が前記第１導電線の他端側よりも一端側に近い方向を向いている場合、前記磁気記録層及び前記第１磁気固着層の磁化容易軸は、前記第２導電線側から前記第１導電線側を見て、前記長軸と一致している状態から右回転で前記角度θだけ回転していることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１４】
前記磁気記録層が前記第１磁気固着層よりも前記第１導電線側にあり、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１磁気固着層の磁化容易軸とが実質的に同じ方向を向き、前記第１磁気固着層の前記磁気記録層側の磁性体の磁化が前記第１導電線の一端側よりも他端側に近い方向を向いている場合、前記磁気記録層及び前記第１磁気固着層の磁化容易軸は、前記第２導電線側から前記第１導電線側を見て、前記長軸と一致している状態から左回転で前記角度θだけ回転していることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１５】
前記第１磁気抵抗効果素子の磁化状態を平行にするときは、前記スピン注入電流を前記第１導電線の他端から一端に向かって流し、反平行にするときは、前記スピン注入電流を前記第１導電線の一端から他端に向かって流すことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のスピンメモリ。
【請求項１６】
前記第１導電線を流れる前記スピン注入電流の向きと前記第２導電線を流れる前記スピン注入電流の向きとは、互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１７】
前記スイッチ素子は、ＭＩＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１８】
前記第１及び第２導電線の少なくとも１つは、ヨーク構造を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項１９】
前記第２導電線は、ビット線として機能し、センスアンプに接続されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２０】
前記第１及び第２導電線は、同じ方向に延びることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２１】
前記第１及び第２導電線は、異なる方向に延びることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２２】
前記スピン注入電流により発生する磁場により前記スピントルクによる磁化反転がアシストされることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２３】
第３導電線と、前記第１導電線の一端と前記第３導電線との間に配置される第２磁気抵抗効果素子とをさらに具備し、前記第１導電線は、前記第２及び第３導電線の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２４】
前記第１及び第２磁気抵抗効果素子の構造は、同じタイプであることを特徴とする請求項２３に記載のスピンメモリ。
【請求項２５】
前記第１及び第２磁気抵抗効果素子には、それぞれ独立にデータが書き込まれることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のスピンメモリ。
【請求項２６】
前記第１及び第２磁気抵抗効果素子には、相補データが書き込まれることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のスピンメモリ。
【請求項２７】
前記磁性体は、Ni-Fe， Co-Fe, Co-Fe-Niのグループから選択される合金、(Co, Fe, Ni)-(B), (Co, Fe, Ni)-(B)-(P, Al, Mo, Nb, Mn), Co-(Zr, Hf, Nb, Ta, Ti)のグループから選択されるアモルファス材料、及び、Co-Cr-Fe-Al， Co-Cr-Fe-Si, Co-Mn-Si, Co-Mn-Alのグループから選択されるホイスラー材料のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のスピンメモリ。
【請求項２８】
第１及び第２導電線と、前記第１導電線の一端と前記第２導電線との間に配置される磁気抵抗効果素子と、前記第１導電線の他端に接続されるスイッチ素子と、前記第１及び第２導電線を介して前記磁気抵抗効果素子にスピントルクによる磁化反転のためのスピン注入電流を流すドライバ／シンカーと、前記スピントルクによる磁化反転をアシストする磁場を発生させるアシスト電流が流れる第３導電線とを具備し、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が可変の磁気記録層と、磁化方向が固着される磁気固着層とを有し、前記磁気記録層の磁化容易軸と前記第１導電線の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°であることを特徴とするスピンメモリ。
【請求項２９】
前記アシスト電流は、前記スピン注入電流を流している期間の中間点よりも前に遮断することを特徴とする請求項２８に記載のスピンメモリ。
【請求項３０】
前記第２及び第３導電線は、同じ方向に延びることを特徴とする請求項２８又は２９に記載のスピンメモリ。
【請求項３１】
前記第２及び第３導電線は、異なる方向に延びることを特徴とする請求項２８又は２９に記載のスピンメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果(magneto-resistive effect)を利用するスピンメモリに係わる。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果は、磁気ヘッドや磁気センサなどで利用される一方、磁気ランダムアクセスメモリ(magnetic random access memory)に代表されるスピンメモリへの適用が検討されている。
【０００３】
例えば、磁気ランダムアクセスメモリでは、データを磁性層の磁化状態により記憶し、磁気抵抗効果によりデータの読み出しを行う磁気抵抗効果素子をメモリセルとする。磁気ランダムアクセスメモリは、高速、不揮発のＲＡＭとして注目されるが、実用化のために解決しなければならない課題も多い。
【０００４】
その一つに書き込み電流の低減がある。書き込み電流により発生する磁場を用いて磁化反転を行う書き込み方式では、メモリセルが縮小(shrink)されるに従い、磁化反転に必要な書き込み電流の値が大きくなる問題がある。
【０００５】
そこで考案された技術がスピン注入磁化反転による書き込み方式である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
この方式は、スピン偏極された電子を磁性層に注入し、スピン偏極された電子と磁性層内の電子との間に生じるトルクにより磁化反転を行うもので、メモリセルが縮小されるに従い、磁化反転に必要なスピン注入電流の値が小さくなる特長を有する。
【０００７】
しかし、スピン注入磁化反転による書き込み方式では、スピン注入電流による磁気抵抗効果素子のトンネル絶縁膜の破壊が問題となる。即ち、磁気抵抗効果素子の信頼性を維持するためには、磁化反転に必要なスピン注入電流の電流密度の低減が必須である。
【０００８】
最終的な目標としては、スケーラビリティ(scalability)を確保するために、メモリセルが微細化されても、熱揺らぎなく、また、低消費電力及び高信頼性を維持しつつ、低電流密度での磁化反転が可能な技術の開発が望まれる。
【特許文献１】米国特許第６，２５６，２２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の例では、メモリセルが微細化されても、熱揺らぎ耐性を有し、低消費電力及び高信頼性を維持しつつ、低電流密度での磁化反転が可能なスピンメモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の例に関わるスピンメモリは、第１及び第２導電線と、第１導電線の一端と第２導電線との間に配置される第１磁気抵抗効果素子と、第１導電線の他端に接続されるスイッチ素子と、第１及び第２導電線を介して第１磁気抵抗効果素子にスピントルクによる磁化反転のためのスピン注入電流を流すドライバ／シンカーとを備え、第１磁気抵抗効果素子は、磁化方向が可変の磁気記録層と、磁化方向が固着される第１磁気固着層とを有し、磁気記録層の磁化容易軸と第１導電線の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°である。
【００１１】
本発明の例に関わるスピンメモリは、第１及び第２導電線と、第１導電線の一端と第２導電線との間に配置される磁気抵抗効果素子と、第１導電線の他端に接続されるスイッチ素子と、第１及び第２導電線を介して磁気抵抗効果素子にスピントルクによる磁化反転のためのスピン注入電流を流すドライバ／シンカーと、スピントルクによる磁化反転をアシストする磁場を発生させるアシスト電流が流れる第３導電線とを備え、磁気抵抗効果素子は、磁化方向が可変の磁気記録層と、磁化方向が固着される磁気固着層とを有し、磁気記録層の磁化容易軸と第１導電線の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の例によれば、メモリセルが微細化されても、熱揺らぎ耐性を有し、低消費電力及び高信頼性を維持しつつ、低電流密度での磁化反転が可能なスピンメモリを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
１．  概要  
本発明の例に関わるスピンメモリは、スピントルクにより磁化反転を行うと共に、磁場を磁化反転のアシストとして用いる書き込み方式を前提とし、その特徴は、磁場によるアシスト効果が最も大きくなる磁気抵抗効果素子のレイアウトにある。具体的には、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸(axis of easy magnetization)と導電線の長軸とのなす角度θを0°＜θ≦45°にする。
【００１５】
この導電線は、その一端に磁気抵抗効果素子が配置され、他端にスイッチ素子が接続される導電線のことであり、例えば、磁気抵抗効果素子が直接接触する下部電極がこれに相当する。スイッチ素子は、リード／ライト時に磁気抵抗効果素子を選択する機能を有し、例えば、磁気抵抗効果素子の下部に配置される。
【００１６】
このようなレイアウトによれば、スピントルクにより磁化反転を行う際に、磁場による磁化反転のアシスト効果を最大にすることが可能となるため、スピン注入電流の電流密度を飛躍的に小さくできる。
【００１７】
尚、磁気抵抗効果素子は、ＳＡＦ(synthetic anti-ferromagnetic)−フリー層構造とするのが好ましい。また、磁場については、スピン偏極された電子を発生させるためのスピン注入電流を利用して発生させてもよいし、スピン注入電流とは異なるアシスト電流により発生させてもよい。
【００１８】
具体的な書き込みシーケンスと最大のアシスト効果を発揮するために必要な磁気抵抗効果素子の向きについては、実施の形態のなかで詳細に説明する。
【００１９】
２．  参考例  
(1)   磁気抵抗効果素子
図１は、スピンメモリのメモリセルとして用いられる磁気抵抗効果素子の構造例を示している。
【００２０】
同図（ａ）は、磁気抵抗効果素子の基本構造である。
【００２１】
電極Ｍ１上には、下地層(Ru)が配置され、下地層上には、磁気抵抗効果素子が配置される。磁気抵抗効果素子は、磁気記録層としてのフリー層(Co90Fe10)、磁気固着層としてのピンド(pinned)層(Co90Fe10)、及び、これらの間のトンネルバリア層(MgO)から構成される。ピンド層の磁化方向は、反強磁性層(IrMn)により固着される。反強磁性層上には、保護層としてのキャップ層(Ru/Ta)が配置される。
【００２２】
同図（ｂ）は、ＳＡＦ−フリー層構造の磁気抵抗効果素子である。
【００２３】
電極Ｍ１上には、下地層(Ru)が配置され、下地層上には、磁気抵抗効果素子が配置される。磁気抵抗効果素子は、磁気記録層としてのフリー層(Co90Fe10/Ru/ Co90Fe10)、磁気固着層としてのピンド(pinned)層(Co90Fe10)、及び、これらの間のトンネルバリア層(MgO)から構成される。
【００２４】
フリー層は、２つの磁性体(Co90Fe10)とこれらの間の非磁性体(Ru)とから構成され、２つの磁性体は、非磁性体を介して互いに反強磁性結合している。
【００２５】
ピンド層の磁化方向は、反強磁性層(IrMn)により固着される。反強磁性層上には、保護層としてのキャップ層(Ru/Ta)が配置される。
【００２６】
ＳＡＦ−フリー層構造を採用すると、図２に示すように、特に、２つの磁性体の間に生じる磁気相互作用（反強磁性結合の強さ）ＪEXが  
JEX ≧ 0.52 erg/cm2 
のときの熱擾乱耐性が良くなり、スケーラビリティが確保される。
【００２７】
(2)   メモリセル構造
図３及び図４は、メモリセル構造の例を示している。
【００２８】
半導体基板１１内には、ＳＴＩ(shallow trench isolation)構造の素子分離絶縁層１２が配置される。素子分離絶縁層１２により囲まれた素子領域内には、スイッチ素子ＳＷとして、例えば、ＭＩＳＦＥＴ(ＭＯＳＦＥＴを含む)が配置される。スイッチ素子ＳＷの一端は、コンタクトパーツＡを介して、導電線としての下部ビット線ＢＬｄに接続される。下部ビット線ＢＬｄは、例えば、カラム方向に延びる。
【００２９】
導電線１３は、ヨーク構造を有し、導電体１３ａと、導電体１３ａの下面と側面とを覆う軟磁性体１３ｂとから構成される。磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、導電線１３の一端に配置される。導電線１３の他端は、コンタクトパーツＢを介して、スイッチ素子ＳＷの他端に接続される。
【００３０】
導電線１３に関して、図３の例では、カラム方向に延び、図４の例では、カラム方向とこれに垂直なロウ方向との間の斜め方向に延びる。
【００３１】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には、ビアプラグ(via plug)、金属ハードマスクなどのコンタクトパーツ１４を介して、導電線としての上部ビット線ＢＬｕが配置される。上部ビット線ＢＬｕは、例えば、カラム方向に延びる。
【００３２】
ここで、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、以下のようにレイアウトされる。  
磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化容易軸(axis of easy magnetization)は、導電線１３の長軸(longitudinal direction)に合わせる。磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化困難軸(axis of hard magnetization)は、磁化容易軸に垂直となる。
【００３３】
また、スピン注入電流Ｉｓは、導電線１３、上部ビット線ＢＬｕ及び下部ビット線ＢＬｄを介して、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに与える。本例では、導電線１３に流れるスピン注入電流Ｉｓの向きと上部ビット線ＢＬｕに流れるスピン注入電流Ｉｓの向きとが90°以上（図３の例では180°）異なっているが、上部ビット線ＢＬｕに流れるスピン注入電流Ｉｓの方向を変えて、これを90°以下（図３の例では同じ向き）にしてもよい。
【００３４】
上述の磁気抵抗効果素子ＭＴＪのレイアウトによれば、図３及び図４の例のいずれにおいても、導電線１３に流れるスピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場（アシスト磁場）の磁力線は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化困難軸方向に延びる形となる。また、導電線１３は、磁力線を収束し易いようにヨーク構造を有する。
【００３５】
従って、スピン注入書き込み時に、磁化困難軸方向の磁場が磁気抵抗効果素子ＭＴＪに効率的に作用し、磁化反転がアシストされる。
【００３６】
図５は、アシスト磁場によるスピン反転エネルギーバリアの低減について示している。同図からは、磁化困難軸方向のアシスト磁場Ｈｙの値が大きいほど、スピン反転エネルギーバリアが低くなることが分かる。
【００３７】
図６のアストロイド曲線(astroid curve)を持つ磁気抵抗効果素子に対してスピン注入書き込みを実行する場合、磁化反転に必要なスピン注入電流の電流密度は、図７に示すようになる。
【００３８】
図８は、スピン注入電流の電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示している。
【００３９】
試料は、フリー層が単層(CoFeB:2nm)である磁気抵抗効果素子、IrMn:10nm/ CoFe:3nm/ Ru:0.9nm/ CoFeB:4nm/ MgO:1nm/ CoFeB:2nmとする。この試料に対して、磁化困難軸方向の磁場（アシスト磁場）の強さをパラメータに、スピン注入電流の電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係をプロットすると、同図に示すようになる。
【００４０】
同図から明らかなように、アシスト磁場 Hhardが、0→20→25[Oe]と大きくなるに従い、磁化反転に必要なスピン注入電流の電流密度が低減される。
【００４１】
そこで、このようなことがＳＡＦ−フリー層構造を有する磁気抵抗効果素子に対しても言えるか否かを検討する。
【００４２】
図９及び図１０は、ＳＡＦ−フリー層構造の磁気抵抗効果素子から構成されるメモリセル構造の例を示している。  
図９及び図１０は、図３及び図４に対応する。
【００４３】
ＳＡＦ−フリー層構造を採用すると、図１１に示すように、アストロイド曲線は、磁化困難軸から離れた形となる。
【００４４】
この場合、磁化反転に必要なスピン注入電流の電流密度は、磁化困難軸方向の磁場（アシスト磁場）Hhardによっては、ほとんど低減されなくなる。
【００４５】
その原因は、スピン注入による書き込み原理と磁場による書き込み原理との違いにあると考えられる。スピン注入による書き込みでは、ＳＡＦ−フリー層を構成する２つの磁性体の厚さの差は、小さいか、若しくは、零（２つの磁性体の厚さが同じ）であることが好ましい。
【００４６】
しかし、磁場による書き込みでは、ＳＡＦ−フリー層を構成する２つの磁性体の厚さの差が小さいと、磁化反転が行い難くなる。特に、磁化困難軸方向の磁場Hhardのみが存在し、２つの磁性体の厚さが同じ場合には、２つの磁性体間に生じる磁気相互作用ＪEXにより、磁性スピンのモーメントの方向はより傾き難くなる。
【００４７】
スピン注入磁化反転による書き込み方式を前提とする場合、ＳＡＦ−フリー層を構成する２つの磁性体の厚さの差Δｔは、0nm ≦Δｔ≦ 2nmの範囲内に設定することが好ましい。２つの磁性体の厚さの差Δｔが2nmを越えると、スピン注入効率が下がるためである。
【００４８】
この場合、図１２に示すように、アシスト磁場 Hhardを、0→20→25[Oe]次第に大きくしていっても、磁化反転に必要なスピン注入電流の電流密度は、ほとんど低減されない。
【００４９】
従って、ＳＡＦ−フリー層構造を有する磁気抵抗効果素子に対しては、単に、磁化困難軸方向のアシスト磁場を与えるだけでは、スピン注入電流の電流密度の低減という目的を達成できない。
【００５０】
３．  実施の形態  
以下の実施の形態では、特に、ＳＡＦ−フリー層構造を有する磁気抵抗効果素子に対して、アシスト磁場による磁化反転のアシスト効果を最大に発揮させるための技術の例について説明する。
【００５１】
尚、最大のアシスト効果を発揮する、という効果は、ＳＡＦ−フリー層構造に限られず、フリー層が単層からなる構造（単層フリー）にも生じるため、これについても、後半において説明する。
【００５２】
(1)   第１実施の形態  
第１実施の形態は、磁気抵抗効果素子のレイアウトに関する。
【００５３】
図１３及び図１４は、第１実施の形態に関わるレイアウトを示している。  
図１３は、図９に対応し、図１４は、図１０に対応する。
【００５４】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、ＳＡＦ−フリー層構造を有し、導電線（下部電極）１３の一端上に配置される。導電線１３に関して、図１３の例では、カラム方向に延び、図１４の例では、互いに直交するロウ方向とカラム方向との間の斜め方向に延びる。
【００５５】
導電線１３の他端は、図９及び図１０に示すように、スイッチ素子ＳＷに接続される。上部ビット線ＢＬｕは、カラム方向に延びる。
【００５６】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化容易軸と導電線１３の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°に設定される。
【００５７】
このようなレイアウトによれば、スピントルクにより磁化反転を行う際に、磁場による磁化反転のアシスト効果を最大にすることが可能となるため、スピン注入電流の電流密度を飛躍的に小さくできる。
【００５８】
図１５は、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線の長軸とのなす角度θが45°のときのアストロイド曲線を示している。  
最も単純な場合、即ち、他の条件を考慮しない場合には、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線の長軸とのなす角度θを45°にしたとき、アストロイド曲線の形状が最も窪むため、この時、アシスト磁場Hhardによる磁化反転のアシスト効果が最大となる。
【００５９】
ところで、スピントルクの強さ(効率)は、図１６に示すように、MR比(magneto- resistive ratio)に依存する。
【００６０】
MR比が約50％以上のとき、スピントルクの強さは、ピンド層とフリー層とのスピン相対角度φの関数となり、一定範囲内で最大値をとる。そこで、ＳＡＦ−フリー層構造を用いる場合には、角度θは、MR比に基づいて、スピントルクの強さが最大になる値に設定される。
【００６１】
また、MR比が約50％未満のときには、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線の長軸とのなす角度θは、アストロイド曲線の形状に基づいて、上述のように、45°にする。
【００６２】
従って、磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°の範囲内の値にする。
【００６３】
(2)   第２実施の形態  
第２実施の形態は、磁気抵抗効果素子の構造に関する。
【００６４】
図１７（ａ），（ｂ）は、磁気抵抗効果素子の第１例を示している。
【００６５】
同図（ａ）は、ボトムピン型である。
【００６６】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、トンネルバリア層を介して、ＳＡＦ−フリー層が形成される。
【００６７】
ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００６８】
この磁気相互作用の強さJEXの値が大きいと、磁気抵抗効果素子の熱安定性が向上すると共に、磁化反転をコヒーレント(coherent)に行うことができる。
【００６９】
ＳＡＦ−フリー層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００７０】
同図（ｂ）は、トップピン型である。
【００７１】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ＳＡＦ−フリー層が形成される。ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００７２】
ＳＡＦ−フリー層上には、トンネルバリア層を介して、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００７３】
図１８及び図１９は、磁気抵抗効果素子の第２例を示している。
【００７４】
これら磁気抵抗効果素子の特徴は、フリー層の上下にピンド層を形成し、フリー層の上下に電子スピンの反射機能を付加することで磁化反転効率を向上させる点にある。
【００７５】
図１８は、ボトムピン型である。
【００７６】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、トンネルバリア層を介して、ＳＡＦ−フリー層が形成される。
【００７７】
ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００７８】
ＳＡＦ−フリー層上には、非磁性層を介して、ピンド層が形成される。非磁性層は、トンネルバリア層よりも薄い誘電体層とルテニウム(Ru)とから構成される。ピンド層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成される。ピンド層を構成する２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用は、反強磁性結合であってもよいし、また、強磁性結合であってもよい。
【００７９】
ピンド層上には、ピン層としての反強磁性層が形成され、反強磁性層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００８０】
図１９は、トップピン型である。
【００８１】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、非磁性層を介して、ＳＡＦ−フリー層が形成される。非磁性層は、ルテニウム(Ru)とトンネルバリア層よりも薄い誘電体層とから構成される。
【００８２】
ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００８３】
ＳＡＦ−フリー層上には、トンネルバリア層を介して、ピンド層が形成される。ピンド層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成される。ピンド層を構成する２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用は、反強磁性結合であってもよいし、また、強磁性結合であってもよい。
【００８４】
ピンド層上には、ピン層としての反強磁性層が形成され、反強磁性層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００８５】
第２例の磁気抵抗効果素子によれば、スピン反射層により、スピントルクがフリー層の上下でそれぞれ生じるため、磁化反転効率が向上し、スピン注入電流の電流密度の低減に貢献できる。
【００８６】
尚、スピン反射層としての非磁性層がRuから構成される場合には、２つのピン層の磁化方向(ＳＡＦ結合している場合には、トンネルバリア層側の磁性層の磁化方向)を逆向きにするのが好ましい。
【００８７】
また、スピン反射層としての非磁性層がCu, Ag, Auのうちの１つから構成される場合には、２つのピン層の磁化方向(ＳＡＦ結合している場合には、トンネルバリア層側の磁性層の磁化方向)を同じ向きにするのが好ましい。
【００８８】
図２０及び図２１は、磁気抵抗効果素子の第３例を示している。
【００８９】
これら磁気抵抗効果素子の特徴も、第２例と同様に、フリー層の上下にピンド層を形成する点にある。
【００９０】
図２０は、ボトムピン型である。
【００９１】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、トンネルバリア層を介して、ＳＡＦ−フリー層が形成される。
【００９２】
ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００９３】
ＳＡＦ−フリー層上には、非磁性層を介して、ピンド層が形成される。非磁性層は、トンネルバリア層よりも薄い誘電体層と、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)のグループから選択される１つの材料とから構成される。
【００９４】
ピンド層上には、ピン層としての反強磁性層が形成され、反強磁性層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００９５】
図２１は、トップピン型である。
【００９６】
導電線（下部電極）Ｍ１上には、下地層が形成され、下地層上には、ピン層としての反強磁性層が形成される。反強磁性層上には、ピンド層としての強磁性層が形成され、ピンド層上には、非磁性層を介して、ＳＡＦ−フリー層が形成される。非磁性層は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)のグループから選択される１つの材料と、トンネルバリア層よりも薄い誘電体層とから構成される。
【００９７】
ＳＡＦ−フリー層は、２つの強磁性層と、これらの間の非磁性層とから構成され、２つの強磁性層の間に生じる磁気相互作用(反強磁性結合)の強さJEXは、0.52 erg/cm2 以上の値に設定される。
【００９８】
ＳＡＦ−フリー層上には、トンネルバリア層を介して、ピンド層が形成される。ピンド層上には、ピン層としての反強磁性層が形成され、反強磁性層上には、保護層としてのキャップ(cap)層が形成される。
【００９９】
第３例の磁気抵抗効果素子においても、スピン反射層により、スピントルクがフリー層の上下でそれぞれ生じるため、磁化反転効率が向上し、スピン注入電流の電流密度の低減に貢献できる。
【０１００】
尚、スピン反射層としての非磁性層がCu, Ag, Auのうちの１つから構成される場合には、２つのピン層の磁化方向(ＳＡＦ結合している場合には、トンネルバリア層側の磁性層の磁化方向)を同じ向きにするのが好ましい。
【０１０１】
また、スピン反射層としての非磁性層がRuから構成される場合には、２つのピン層の磁化方向(ＳＡＦ結合している場合には、トンネルバリア層側の磁性層の磁化方向)を逆向きにするのが好ましい。
【０１０２】
(3)   第３実施の形態  
第３実施の形態は、メモリセルアレイ構造に関する。
【０１０３】
図２２は、第３実施の形態に関わるメモリセルアレイを示している。
【０１０４】
メモリセルは、直列接続される磁気抵抗効果素子ＭＴＪとスイッチ素子（例えば、ＭＩＳＦＥＴ）ＳＷとから構成される。
【０１０５】
ワード線ＷＬは、ロウ方向に延び、スイッチ素子ＳＷの制御端子に接続される。ワード線ＷＬの一端は、ワード線ドライバ・デコーダ１５に接続される。
【０１０６】
上部ビット線ＢＬｕは、カラム方向に延び、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに接続される。上部ビット線ＢＬｕの一端は、スイッチ素子（例えば、ＭＩＳＦＥＴ）ＳＴ１を経由して、ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１６に接続される。スイッチ素子ＳＴ１のオン／オフは、例えば、書き込み制御信号Ｗにより制御される。
【０１０７】
上部ビット線ＢＬｕの他端は、スイッチ素子（例えば、ＭＩＳＦＥＴ）ＳＴ２を経由して、センスアンプＳ／Ａに接続される。スイッチ素子ＳＴ２のオン／オフは、例えば、カラム選択信号ＣＳＬ１，・・・ＣＳＬｎにより制御される。センスアンプＳ／Ａは、例えば、差動アンプから構成される。
【０１０８】
下部ビット線ＢＬｄは、カラム方向に延び、スイッチ素子ＳＷに接続される。下部ビット線ＢＬｄの一端は、スイッチ素子（例えば、ＭＩＳＦＥＴ）ＳＴ３を経由して、ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１７に接続される。スイッチ素子ＳＴ３のオン／オフは、例えば、書き込み制御信号Ｗにより制御される。
【０１０９】
下部ビット線ＢＬｄの他端は、スイッチ素子（例えば、ＭＩＳＦＥＴ）ＳＴ４を経由して、接地点に接続される。スイッチ素子ＳＴ４のオン／オフは、例えば、読み出し制御信号Ｒにより制御される。
【０１１０】
図２３は、図２２のメモリセルアレイを具体化したものである。
【０１１１】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、導電線（下部電極）１３と上部ビット線ＢＬｕとの間に配置される。磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化容易軸と導電線１３の長軸とのなす角度θは、0°＜θ≦45°の範囲内の値に設定される。
【０１１２】
ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１６は、電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓの間に直列接続されるＰチャネルＭＩＳＦＥＴ  Ｐ１及びＮチャネルＭＩＳＦＥＴ  Ｎ１から構成される。
【０１１３】
ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１７は、電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓの間に直列接続されるＰチャネルＭＩＳＦＥＴ  Ｐ２及びＮチャネルＭＩＳＦＥＴ  Ｎ２から構成される。
【０１１４】
書き込み時には、書き込み制御信号Ｗが“Ｈ”になり、読み出し制御信号Ｒ及び全てのカラム選択信号ＣＳＬｉが“Ｌ”になる。また、選択されたロウに対応するワード線ＷＬのレベルが“Ｈ”になり、その他のワード線のレベルは、“Ｌ”を維持する。
【０１１５】
制御信号Ａ，Ｃが“Ｌ”、制御信号Ｂ，Ｄが“Ｈ”のとき、スピン注入電流は、ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１６からビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１７に向かって流れる。
【０１１６】
制御信号Ａ，Ｃが“Ｈ”、制御信号Ｂ，Ｄが“Ｌ”のとき、スピン注入電流は、ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１７からビット線ドライバ／シンカー・デコーダ１６に向かって流れる。
【０１１７】
読み出し時には、読み出し制御信号Ｒが“Ｈ”になり、書き込み制御信号Ｗが“Ｌ”になる。また、選択されたロウに対応するワード線ＷＬのレベル及び選択されたカラムに対応するカラム選択信号ＣＳＬｉがそれぞれ“Ｈ”になり、その他のワード線のレベル及びカラム選択信号は、“Ｌ”を維持する。
【０１１８】
読み出し電流は、例えば、センスアンプＳ／Ａからスイッチ素子ＳＴ４を経由して接地点に向かって流れる。読み出し電位Ｖｒの値は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態に応じて変化するため、これを参照電位Ｖｒｅｆと比較することにより、データ値を判定する。
【０１１９】
(4)   第４実施の形態  
第４実施の形態は、磁化反転メカニズムに関する。
【０１２０】
図２４は、メモリセル構造の例を示している。  
磁化反転メカニズムは、様々なファクターによって変わるので、ここでは、特に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの構造(ボトムピン型又はトップピン型)と、ピンド層の磁化方向とに着目し、磁化反転メカニズムを説明する。
【０１２１】
A.  ボトムピン型(ピンド層右向き)  
図２５及び図２６は、ボトムピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０１２２】
ここで、説明を簡単にするため、フリー層の磁化容易軸とピンド層の磁化容易軸とは実質的に同じ方向を向いていると仮定する。
【０１２３】
ピンド層右向きとは、ピンド層の磁化が導電線１３の他端側(スイッチ素子ＳＷが接続される側)よりも一端側(磁気抵抗効果素子ＭＴＪが配置される側)に近い方向を向いている状態をいう。また、ピンド層がＳＡＦ構造を有している場合には、ピンド層の磁化とは、ピンド層のフリー層側の磁性体の磁化のことをいう。
【０１２４】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがボトムピン型(ピンド層右向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(上部ビット線側から導電線１３側をみて)、導電線(下部電極)１３の長軸と一致した状態から左回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０１２５】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図２５に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。ここで、上述のように、導電線１３の一端とは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪが配置される側の端部であり、他端とは、スイッチ素子ＳＷが接続される側の端部である。
【０１２６】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１２７】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１２８】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０１２９】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図２６に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。ここで、導電線１３の一端及び他端については、図２５で定義した通りである。
【０１３０】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１３１】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１３２】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０１３３】
B.  ボトムピン型(ピンド層左向き)  
図２７及び図２８は、ボトムピン型(ピンド層左向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０１３４】
ここで、説明を簡単にするため、フリー層の磁化容易軸とピンド層の磁化容易軸とは実質的に同じ方向を向いていると仮定する。
【０１３５】
ピンド層左向きとは、ピンド層の磁化が導電線１３の一端側(磁気抵抗効果素子ＭＴＪが配置される側)よりも他端側(スイッチ素子ＳＷが接続される側)に近い方向を向いている状態をいう。また、ピンド層がＳＡＦ構造を有している場合には、ピンド層の磁化とは、ピンド層のフリー層側の磁性体の磁化のことをいう。
【０１３６】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがボトムピン型(ピンド層左向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(上部ビット線側から導電線１３側をみて)、導電線(下部電極)１３の長軸と一致した状態から右回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０１３７】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図２７に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０１３８】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１３９】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１４０】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０１４１】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図２８に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０１４２】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１４３】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１４４】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０１４５】
C.  トップピン型(ピンド層右向き)  
図２９及び図３０は、トップピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０１４６】
フリー層の磁化容易軸とピンド層の磁化容易軸とは実質的に同じ方向を向いていると仮定する。また、ピンド層右向きの定義は、上述と同じとする。
【０１４７】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがトップピン型(ピンド層右向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(上部ビット線側から導電線１３側をみて)、導電線(下部電極）１３の長軸と一致した状態から右回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０１４８】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図２９に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。ここで、導電線１３の一端及び他端については、図２５で定義した通りである。
【０１４９】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１５０】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１５１】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０１５２】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図３０に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０１５３】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１５４】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１５５】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０１５６】
C.  トップピン型(ピンド層左向き)  
図３１及び図３２は、トップピン型(ピンド層左向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０１５７】
フリー層の磁化容易軸とピンド層の磁化容易軸とは実質的に同じ方向を向いていると仮定する。また、ピンド層左向きの定義は、上述と同じとする。
【０１５８】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがトップピン型(ピンド層左向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(上部ビット線側から導電線１３側をみて)、導電線(下部電極）１３の長軸と一致した状態から左回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０１５９】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図３１に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０１６０】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１６１】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１６２】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０１６３】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図３２に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０１６４】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０１６５】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪに対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０１６６】
従って、小さな電流密度でＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０１６７】
E.  まとめ  
このように、磁化反転のスタート時において、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈの方向と、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘを、90°＜相対角ｘ≦135°にすることで、アシスト効果を最大に発揮することができる。
【０１６８】
尚、本実施の形態では、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体は、トンネルバリア層に接触する磁性体としているが、これに限定されることはない。
【０１６９】
ＳＡＦ−フリー層を構成する２つの磁性体の体積の差は、その上部からみた場合の面積が等しい場合には、２つの磁性体の厚さの差と考えてもよい。
【０１７０】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、ＳＡＦ−フリー層構造を有するものの他、単層から構成されるフリー層(単層フリー)を有するものでもよい。
【０１７１】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、アシスト磁場を発生させるための導電線（下部電極）の上部に配置されることを前提としたが、その導電線の下部に配置してもよい。
【０１７２】
ボトムピン型及びトップピン型には、当然に、図１８乃至図２１に示したようなスピン反射層を持つものを含む。
【０１７３】
(5)   第５実施の形態  
第５実施の形態では、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)とアシスト効果との関係について考察する。
【０１７４】
A.  ボトムピン型(ピンド層右向き)  
図３３及び図３４は、ボトムピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０１７５】
図３３のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図３４のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０１７６】
CASE 1は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ左回転させた場合であり、CASE 2は、右回転させた場合である。
【０１７７】
磁化反転期間におけるその他の条件は、第４実施の形態と同じとする。
【０１７８】
CASE 1とCASE 2で異なる点は、スピン注入電流により発生する磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時におけるＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積（厚さ大）を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)との関係にある。磁場Ｈの向き自体は、CASE 1とCASE 2で同じであるが、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの回転方向が異なるため、両者の関係が異なる。
【０１７９】
即ち、CASE 1では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、90°＜相対角ｘ≦135°であるのに対し、CASE 2では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、45°≦相対角ｘ＜90°である。
【０１８０】
この場合、CASE 1では、スピン注入電流を流し続けている磁化反転期間(A〜B)のほぼ全てにおいて磁場Ｈによる磁化反転のアシストがあるが、CASE 2では、磁化反転期間の初期、即ち、スピン注入電流（磁場アシスト）の発生初期(A)においてのみ磁場Ｈによる磁化反転のアシストがある。
【０１８１】
具体的には、CASE 2の場合、磁場Ｈの発生時から、大きな体積を持つ磁性層の磁化方向が磁場Ｈの方向と同じになるまでの初期においては、磁場Ｈは、磁化反転をアシストするが、それ以降は、磁場Ｈは、磁化反転をディスターブするものとなる。即ち、磁場Ｈの方向と、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層の磁化方向との相対角が小さいため、アシスト期間も短くなる。
【０１８２】
これに対し、CASE 1の場合には、磁場Ｈの方向と、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層の磁化方向との相対角が大きいため、スピン注入電流により発生する磁場Ｈは、磁化反転期間の終盤までスピン注入による磁化反転をアシストする。
【０１８３】
このように、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)により、アシスト磁場によるスピン注入磁化反転のアシスト効果が異なる。
【０１８４】
本例より、ボトムピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θだけ左回転させればよいことが分かる。
【０１８５】
B.  ボトムピン型(ピンド層左向き)  
図３５及び図３６は、ボトムピン型(ピンド層左向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０１８６】
図３５のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図３６のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０１８７】
CASE 1は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ右回転させた場合であり、CASE 2は、左回転させた場合である。
【０１８８】
磁化反転期間におけるその他の条件は、第４実施の形態と同じとする。
【０１８９】
CASE 1では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、90°＜相対角ｘ≦135°であるのに対し、CASE 2では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、45°≦相対角ｘ＜90°である。
【０１９０】
この場合、ボトムピン型(ピンド層右向き)と同様に、CASE 1では、スピン注入電流を流し続けている磁化反転期間(A〜B)のほぼ全てにおいて磁場Ｈによる磁化反転のアシストがあるが、CASE 2では、磁化反転期間の初期、即ち、スピン注入電流（磁場アシスト）の発生初期(A)においてのみ磁場Ｈによる磁化反転のアシストがある。
【０１９１】
尚、ボトムピン型(ピンド層右向き)とボトムピン型(ピンド層左向き)とで異なる点は、前者については、ＳＡＦフリー層の磁化が右回りで反転するのに対し、後者については、ＳＡＦフリー層の磁化が左回りで反転することである。
【０１９２】
このように、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)により、アシスト磁場によるスピン注入磁化反転のアシスト効果が異なる。
【０１９３】
本例より、ボトムピン型(ピンド層左向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θだけ右回転させればよいことが分かる。
【０１９４】
C.  トップピン型(ピンド層右向き)  
図３７及び図３８は、トップピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０１９５】
図３７のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図３８のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０１９６】
CASE 1は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ右回転させた場合であり、CASE 2は、左回転させた場合である。
【０１９７】
磁化反転期間におけるその他の条件は、第４実施の形態と同じとする。
【０１９８】
CASE 1とCASE 2で異なる点は、スピン注入電流により発生する磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時におけるＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積（厚さ大）を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)との関係にある。磁場Ｈの向き自体は、CASE 1とCASE 2で同じであるが、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの回転方向が異なるため、両者の関係が異なる。
【０１９９】
即ち、CASE 1では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、90°＜相対角ｘ≦135°であるのに対し、CASE 2では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、45°≦相対角ｘ＜90°である。
【０２００】
この場合、CASE 1では、スピン注入電流を流し続けている磁化反転期間(A〜B)のほぼ全てにおいて磁場Ｈによる磁化反転のアシストがあるが、CASE 2では、磁化反転期間の初期、即ち、スピン注入電流（磁場アシスト）の発生初期(A)においてのみ磁場Ｈによる磁化反転のアシストがある。
【０２０１】
具体的には、CASE 2の場合、磁場Ｈの発生時から、大きな体積を持つ磁性層の磁化方向が磁場Ｈの方向と同じになるまでの初期においては、磁場Ｈは、磁化反転をアシストするが、それ以降は、磁場Ｈは、磁化反転をディスターブするものとなる。即ち、磁場Ｈの方向と、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層の磁化方向との相対角が小さいため、アシスト期間も短くなる。
【０２０２】
これに対し、CASE 1の場合には、磁場Ｈの方向と、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層の磁化方向との相対角が大きいため、スピン注入電流により発生する磁場Ｈは、磁化反転期間の終盤までスピン注入による磁化反転をアシストする。
【０２０３】
このように、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)により、アシスト磁場によるスピン注入磁化反転のアシスト効果が異なる。
【０２０４】
本例より、トップピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θだけ右回転させればよいことが分かる。
【０２０５】
D.  トップピン型(ピンド層左向き)  
図３９及び図４０は、トップピン型(ピンド層左向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０２０６】
図３９のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図４０のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０２０７】
CASE 1は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ左回転させた場合であり、CASE 2は、右回転させた場合である。
【０２０８】
磁化反転期間におけるその他の条件は、第４実施の形態と同じとする。
【０２０９】
CASE 1では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、90°＜相対角ｘ≦135°であるのに対し、CASE 2では、磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時における大きな体積を持つ磁性層（厚さ大）内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、45°≦相対角ｘ＜90°である。
【０２１０】
この場合、トップピン型(ピンド層右向き)と同様に、CASE 1では、スピン注入電流を流し続けている磁化反転期間(A〜B)のほぼ全てにおいて磁場Ｈによる磁化反転のアシストがあるが、CASE 2では、磁化反転期間の初期、即ち、スピン注入電流（磁場アシスト）の発生初期(A)においてのみ磁場Ｈによる磁化反転のアシストがある。
【０２１１】
尚、トップピン型(ピンド層右向き)とトップピン型(ピンド層左向き)とで異なる点は、前者については、ＳＡＦフリー層の磁化が左回りで反転するのに対し、後者については、ＳＡＦフリー層の磁化が右回りで反転することである。
【０２１２】
このように、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)により、アシスト磁場によるスピン注入磁化反転のアシスト効果が異なる。
【０２１３】
本例より、トップピン型(ピンド層左向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θだけ左回転させればよいことが分かる。
【０２１４】
E.  まとめ  
このように、アシスト効果は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向によって異なるが、その傾ける方向は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ構造(ボトムピン型又はトップピン型)や、ピンド層の磁化方向などのファクターによって異なる。
【０２１５】
重要な点は、第４実施の形態で説明したように、磁化反転のスタート時において、スピン注入電流により発生する磁場の方向と、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘが90°＜相対角ｘ≦135°となるようにすることである。
【０２１６】
(6)   第６実施の形態  
第６実施の形態は、アシスト磁場をスピン注入電流とは異なるアシスト電流により発生する技術に関する。
【０２１７】
即ち、スピン注入電流の経路とアシスト電流の経路とを分離し、アシスト電流を流す導電線（書き込み線）を新たに設ける。
【０２１８】
A.  構造  
図４１及び図４２は、第６実施の形態のメモリセル構造を示している。
【０２１９】
半導体基板１１内には、ＳＴＩ構造の素子分離絶縁層１２が配置される。素子分離絶縁層１２により囲まれた素子領域内には、スイッチ素子ＳＷとして、例えば、ＭＩＳＦＥＴが配置される。スイッチ素子ＳＷの一端は、コンタクトパーツＡを介して、導電線としての下部ビット線ＢＬｄに接続される。下部ビット線ＢＬｄは、例えば、カラム方向に延びる。
【０２２０】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、導電線１３の一端に配置される。導電線１３の他端は、コンタクトパーツＢを介して、スイッチ素子ＳＷの他端に接続される。導電線１３に関して、図４１の例では、カラム方向とこれに垂直なロウ方向との間の斜め方向に延び、図４２の例では、カラム方向に延びる。
【０２２１】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には、ビアプラグ(via plug)、金属ハードマスクなどのコンタクトパーツ１４を介して、導電線としての上部ビット線ＢＬｕが配置される。上部ビット線ＢＬｕは、例えば、カラム方向に延びる。
【０２２２】
導電線（書き込み線）１８は、ヨーク構造を有し、導電体１８ａと、導電体１８ａの下面と側面とを覆う軟磁性体１８ｂとから構成される。導電線１８に関して、図４１の例では、カラム方向に延び、図４２の例では、ロウ方向に延びる。
【０２２３】
ここで、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、その磁化容易軸と導電線１３の長軸とのなす角度θが0°＜θ≦45°の範囲内の値になるようにレイアウトされる。
【０２２４】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向については、原則として、第５実施の形態に従うものとする。
【０２２５】
但し、第６実施の形態では、アシスト磁場を発生させるための導電線１８を独立に設けたことにより、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向によらず、角度θの条件を満たしてれば、最大のアシスト効果を常に得ることができる。
【０２２６】
B.  磁化反転メカニズム  
以下では、磁場による磁化反転のアシスト期間を制御することで、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向によらず、常に最大のアシスト効果を得るための磁化反転メカニズムについて説明する。
【０２２７】
図４３及び図４４は、ボトムピン／トップピン型磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０２２８】
図４３のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図４４のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０２２９】
既に、第５実施の形態において、ボトムピン型(ピンド層右向き)及びトップピン型(ピンド層左向き)の場合には、左回転、トップピン型(ピンド層右向き)及びボトムピン型(ピンド層左向き)の場合には、右回転で、最大のアシスト効果を得ることができることを説明したので、本実施の形態では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向として、以下の場合を検討する。
【０２３０】
ボトムピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ右回転させる。
【０２３１】
トップピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上面からみて、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸を、導電線(下部電極)の長軸と一致した状態から角度θ(0＜θ≦45°)だけ左回転させる。
【０２３２】
まず、スピン注入電流とアシスト電流を発生させる。
【０２３３】
両者の発生時期は、同じであってもよいし、互いにずらしてもよい。両者の発生時期をずらす場合には、スピン注入電流が先であっても、また、アシスト電流が先であっても、いずれでもよい。
【０２３４】
第５実施の形態で説明したように、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを上記条件で傾けた場合、磁化反転期間の初期、即ち、スピン注入電流（磁場アシスト）の発生初期(A)においてのみ磁場Ｈによる磁化反転のアシストがある。
【０２３５】
そこで、アシスト電流は、ＳＡＦ−フリー層の大きな体積を持つ磁性層の磁化方向が磁場Ｈの方向と同じになるまで流し、その後は、アシスト電流を遮断し、スピン注入電流のみによる磁化反転を行う。
【０２３６】
ＳＡＦ−フリー層の大きな体積を持つ磁性層の磁化方向が磁場Ｈの方向と同じになる時点は、スピン注入電流を流している期間の中間点よりも前になる。
【０２３７】
尚、ボトムピン型(ピンド層左向き)の場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを角度θ(0＜θ≦45°)だけ左回転させた場合、及び、トップピン型(ピンド層左向き)の場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを角度θ(0＜θ≦45°)だけ右回転させた場合のそれぞれについても、本実施の形態は有効である。
【０２３８】
C.  まとめ  
このように、スピン注入電流による磁化反転期間(A〜B)のうち、初期(A)のみにおいて磁場によるアシストを行えば、磁気抵抗効果素子を傾ける方向(左回転又は右回転)によらず、最大のアシスト効果を得ることができる。
【０２３９】
第６実施の形態では、導電線１３，１８、ＢＬｕ，ＢＬｄの間のクロストークを防止するため、アシスト磁場Ｈの強さは、〜数10 Oeの範囲内に設定することが好ましい。
【０２４０】
(7)   第７実施の形態  
第７実施の形態は、単層からなるフリー層(単層フリー)を持つ磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムに関する。
【０２４１】
単層フリーを使用した場合にも、磁化反転メカニズムは、ＳＡＦ−フリー層を使用した場合(第４及び第５実施の形態)と同じである。
【０２４２】
ピンド層右向き及びピンド層左向きの場合のいずれにおいても、基本的な考え方は、ＳＡＦ−フリー層を使用した場合と同じであるので、ここでは、ピンド層右向きの場合のみについて説明する。
【０２４３】
図４５及び図４６は、ボトムピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０２４４】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがボトムピン型(ピンド層右向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層の磁化容易軸は、その上面からみて、導電線(下部電極)１３の長軸と一致した状態から左回転で角度θ(0°＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２４５】
図４７及び図４８は、トップピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０２４６】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪがトップピン型(ピンド層右向き)の場合、磁気抵抗効果素子ＭＴＪのフリー層の磁化容易軸は、その上面からみて、導電線(下部電極)１３の長軸と一致した状態から右回転で角度θ(0°＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２４７】
図４９及び図５０は、ボトムピン／トップピン型(ピンド層右向き)磁気抵抗効果素子に対する磁化反転シーケンスを示している。
【０２４８】
図４９のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを反平行状態から平行状態にするときのものであり、図５０のシーケンスは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを平行状態から反平行状態にするときのものである。
【０２４９】
上述のように、ボトムピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを角度θだけ左回転させ、トップピン型(ピンド層右向き)の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを角度θだけ右回転させる。
【０２５０】
ここで、アシスト磁場Ｈの向きと、磁化反転のスタート時におけるフリー層内の電子スピンの向き(磁化方向)との相対角ｘは、90°＜相対角ｘ≦135°に設定される。この場合、ＳＡＦ−フリー層構造の場合と同様に、スピン注入電流を流し続けている磁化反転期間のほぼ全てにおいて、アシスト磁場Ｈによる磁化反転のアシストを行うことができる。
【０２５１】
単層フリーを使用した場合においても、アシスト電流を流すための導電線を独立に設け、アシスト電流の経路とスピン注入電流の経路とを別々にすれば、第６実施の形態と同様に、アシスト期間を制御することにより、磁気抵抗効果素子を傾ける方向によらず、最大のアシスト効果を得ることができる。
【０２５２】
(8)   第８実施の形態  
第８実施の形態は、メモリセル構造に関し、１つのスイッチ素子に複数の磁気抵抗効果素子を並列に接続した点に特徴を有する。
【０２５３】
A.  構造  
図５１及び図５２は、第８実施の形態のメモリセル構造を示している。
【０２５４】
半導体基板１１内には、ＳＴＩ構造の素子分離絶縁層１２が配置される。素子分離絶縁層１２により囲まれた素子領域内には、スイッチ素子ＳＷとして、例えば、ＭＩＳＦＥＴが配置される。スイッチ素子ＳＷの一端は、コンタクトパーツＡを介して、導電線としての下部ビット線ＢＬｄに接続される。下部ビット線ＢＬｄは、例えば、カラム方向に延びる。
【０２５５】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２は、それぞれ導電線１３の一端に配置される。磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１は、導電線１３の一端の上部に配置され、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２は、導電線１３の一端の下部に配置される。
【０２５６】
導電線１３は、ヨーク構造を有し、導電体１３ａと、導電体１３ａの内部と側面とに形成される軟磁性体１３ｂとから構成される。導電線１３の他端は、コンタクトパーツＢを介して、スイッチ素子ＳＷの他端に接続される。
【０２５７】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の上部には、ビアプラグ、金属ハードマスクなどのコンタクトパーツ１４を介して、導電線としての上部ビット線ＢＬｕ１が配置される。上部ビット線ＢＬｕ１は、例えば、カラム方向に延びる。
【０２５８】
同様に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の下部には、ビアプラグ、金属ハードマスクなどのコンタクトパーツ１４を介して、導電線としての上部ビット線ＢＬｕ２が配置される。図５１の例では、上部ビット線ＢＬｕ２は、カラム方向に延び、図５２の例では、上部ビット線ＢＬｕ２は、ロウ方向に延びる。
【０２５９】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２の構造は、同じタイプ(ボトムピン型／トップピン型)である。磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２には、それぞれ独立にデータを書き込むこともできるし、また、同時に、相補データを書き込むこともできる。
【０２６０】
ここで、磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、その磁化容易軸と導電線１３の長軸とのなす角度θが0°＜θ≦45°の範囲内の値になるようにレイアウトされる。また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪを傾ける方向（左回転又は右回転）については、第５実施の形態に従うものとする。
【０２６１】
このような構造によれば、高速読み出し／書き込みのアーキテクチャを実現できる。例えば、２つの磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２に相補データを記憶させることで、読み出しに関しては、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２のデータを同時に読み出す差動読み出しを実現できる。
【０２６２】
また、書き込みに関しても、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２に相補データを同時に書き込むことができる。
【０２６３】
B.  磁化反転メカニズム  
a.  ボトムピン型(ピンド層右向き)  
図５３乃至図５６は、ボトムピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０２６４】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１は、導電線１３の上部に配置される。つまり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のピンド層は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層よりも導電線１３側にある。
【０２６５】
この場合、図５３及び図５５に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(図５１及び図５２の上部ビット線ＢＬｕ１側から導電線１３側をみて)、導電線１３の長軸と一致した状態から左回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２６６】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２は、導電線１３の下部に配置される。つまり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のピン層よりも導電線１３側にある。
【０２６７】
この場合、図５４及び図５６に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その下面からみて(図５１及び図５２の上部ビット線ＢＬｕ２側から導電線１３側をみて)、導電線１３の長軸と一致した状態から右回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２６８】
尚、図５４及び図５６では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２をその上面からみている(図５１及び図５２の導電線１３側から上部ビット線ＢＬｕ２側をみている)ため、左回転となっているが、これは、図５３及び図５５と対応をとるためであり、当然に、その下面からみれば、右回転となる。
【０２６９】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図５３に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。ここで、導電線１３の一端とは、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１が配置される側の端部であり、他端とは、スイッチ素子ＳＷが接続される側の端部である。
【０２７０】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２７１】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１に対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２７２】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０２７３】
同様に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図５４に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０２７４】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２７５】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２に対して左向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２７６】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０２７７】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図５５に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０２７８】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２７９】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１に対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２８０】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０２８１】
同様に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図５６に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０２８２】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２８３】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２に対して左向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２８４】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０２８５】
尚、ボトムピン型(ピンド層左向き)の磁化反転メカニズムについては、ボトムピン型(ピンド層右向き)と同様に考えることができるため、ここでは、その説明を省略する。
【０２８６】
b.  トップピン型(ピンド層右向き)  
図５７乃至図６０は、トップピン型(ピンド層右向き)の磁気抵抗効果素子に対する磁化反転メカニズムを示している。
【０２８７】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１は、導電線１３の上部に配置される。つまり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のピンド層よりも導電線１３側にある。
【０２８８】
この場合、図５７及び図５９に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その上面からみて(図５１及び図５２の上部ビット線ＢＬｕ１側から導電線１３側をみて)、導電線１３の長軸と一致した状態から右回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２８９】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２は、導電線１３の下部に配置される。つまり、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のピンド層は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層よりも導電線１３側にある。
【０２９０】
この場合、図５８及び図６０に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層のピンド層側の磁性体の磁化容易軸は、その下面からみて(図５１及び図５２の上部ビット線ＢＬｕ２側から導電線１３側をみて)、導電線１３の長軸と一致した状態から左回転で角度θ(0＜θ≦45°)だけ傾ける。
【０２９１】
尚、図５８及び図６０では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２をその上面からみている(図５１及び図５２の導電線１３側から上部ビット線ＢＬｕ２側をみている)ため、右回転となっているが、これは、図５７及び図５９と対応をとるためであり、当然に、その下面からみれば、左回転となる。
【０２９２】
そして、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図５７に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０２９３】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２９４】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１に対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２９５】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０２９６】
同様に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図５８に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の他端から一端に向かって流す。
【０２９７】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０２９８】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の他端から一端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２に対して左向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０２９９】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０３００】
また、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態を平行状態から反平行状態にするときは、図５９に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０３０１】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１のフリー層からピンド層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと逆向きに偏極された電子スピンは、ピンド層で反射され、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０３０２】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１に対して右向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０３０３】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１の磁化状態が平行状態から反平行状態になる。
【０３０４】
同様に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態を反平行状態から平行状態にするときは、図６０に示すように、スピン注入電流Ｉｓを導電線１３の一端から他端に向かって流す。
【０３０５】
この場合、スピン注入電流Ｉｓにより発生するスピン偏極された電子の流れ(スピン流)は、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２のピンド層からフリー層に向かう。この時、ピンド層内の電子スピンと同じ向きに偏極された電子スピンは、ＳＡＦ−フリー層のトンネルバリア層側の磁性体内の電子スピンにトルクを与える。
【０３０６】
これと同時に、スピン注入電流Ｉｓにより発生する磁場Ｈは、導電線１３の一端から他端をみた場合に、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１に対して左向きに作用する。この磁場Ｈの方向は、磁化反転のスタート時において、ＳＡＦ−フリー層の２つの磁性体のうち大きな体積を持つ磁性体内の電子スピンの向き(磁化方向)に対して90°＜相対角ｘ≦135°となる方向である。
【０３０７】
従って、ＳＡＦ−フリー層の磁化が反転し、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ２の磁化状態が反平行状態から平行状態になる。
【０３０８】
尚、トップピン型(ピンド層左向き)の磁化反転メカニズムについては、トップピン型(ピンド層右向き)と同様に考えることができるため、ここでは、その説明を省略する。
【０３０９】
C.  まとめ  
このように、第８実施の形態によれば、導電線１３の上下に配置された２つの磁気抵抗効果素子ＭＴＪ１，ＭＴＪ２に対して、独立にデータを書き込むことができるし、また、相補データを同時に書き込むこともできる。
【０３１０】
(9)   第９実施の形態  
第９実施の形態は、材料及びサイズに関する。
【０３１１】
まず、磁化固着層としてのピンド層は、一方向異方性を有し、磁気記録層としてのフリー層は、一軸異方性を有することが好ましい。また、ピンド層及びフリー層の厚さは、それぞれ0.1nm 〜 100nmの範囲内の値とするのが好ましい。
【０３１２】
ピンド層又はフリー層を構成する強磁性体は、超常磁性にならないことが必要であり、そのためには、両者ともに、その厚さを0.4nm以上にすることが好ましい。
【０３１３】
ピンド層の磁化方向を反強磁性層により固着する場合、反強磁性層は、Fe(鉄)-Mn(マンガン), Pt(白金)-Mn(マンガン), Pt(白金)-Cr(クロム)-Mn(マンガン), Ni(ニッケル)-Mn(マンガン), Ir(イリジウム)-Mn(マンガン), NiO(酸化ニッケル), Fe2O3 のグループから選択される１つにより構成する。
【０３１４】
反強磁性層を構成する磁性体内には、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、その磁気特性、結晶性、機械特性、化学特性などを含む物性を制御してもよい。
【０３１５】
ピンド層の磁化方向を反強磁性層により固着すると、ピンド層の磁化がビット線やワード線からの磁界に影響され難くなり、しっかりと磁化が固着される。また、ピンド層からの漏洩磁界(stray field)を減少でき、さらに、ピンド層を構成する強磁性体の厚さを変えて、フリー層の磁化のシフトを調整できる。
【０３１６】
ピンド層は、３層構造、例えば、Co(Co-Fe)/ Ru/ Co(Co-Fe), Co(Co-Fe)/ Ir/ Co(Co-Fe), Co(Co-Fe)/ Os(オスニウム)/ Co-(Co-Fe), Co(Co-Fe)/ Re(レニウム)/ Co-(Co-Fe), Co-Fe-B などのアモルファス材料/ Ru/ Co-Fe-Bなどのアモルファス材料, Co-Fe-B などのアモルファス材料/ Ir/ Co-Fe-Bなどのアモルファス材料, Co-Fe-B などのアモルファス材料/ Os/ Co-Fe-Bなどのアモルファス材料, Co-Fe-B などのアモルファス材料/ Re/ Co-Fe-Bなどのアモルファス材料などから構成する。
【０３１７】
フリー層は、軟磁性体／強磁性体からなる２層構造、又は、強磁性体／軟磁性体／強磁性体からなる３層構造としてもよい。フリー層は、強磁性体／非磁性体／強磁性体という３層構造、さらには、強磁性体／非磁性体／強磁性体／非磁性体／強磁性体からなる５層構造とし、強磁性体同士の磁気相互作用の強さを制御すれば、フリー層のサイズがサブミクロン以下になっても、消費電力の増大は抑えることができる。
【０３１８】
このようなフリー層を構成する強磁性体の種類や厚さなどについては、磁気抵抗効果素子の特性を考慮して決定する。
【０３１９】
特に、トンネルバリア層に接触する強磁性体は、MR比に与える影響が大きいため、磁気抵抗効果素子のMR比を大きくするような材料、例えば、Co-Fe, Co-Fe-Ni, FeリッチNi-Fe などから構成する。また、トンネルバリア層に接触しない強磁性体は、NiリッチNi-Fe, NiリッチNi-Fe-Co などから構成し、大きなMR比を確保しつつ、スイッチング磁場の低減を図る。
【０３２０】
また、フリー層の構造を、２つの強磁性体とこれらの間の非磁性体とからなる多層構造とし、２つの強磁性体の間の磁気相互作用を反強磁性結合又は強磁性結合させれば、さらなるスイッチング磁場の低減に貢献できる。
【０３２１】
フリー層を構成する磁性体内には、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、その磁気特性、結晶性、機械特性、化学特性などを含む物性を制御してもよい。
【０３２２】
非磁性材料は、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)、又は、これらの少なくとも１つを含む合金から構成する。
【０３２３】
トンネルバリア層は、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)などの絶縁体（誘電体）から構成する。
【０３２４】
トンネルバリア層の厚さは、トンネル電流が流れる程度に薄い方が好ましいため、例えば、10nm以下の値に設定する。
【０３２５】
尚、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。
【０３２６】
磁気抵抗効果素子を構成する各層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、分子線エピタキシャル法などの一般的な薄膜の形成方法を用いて基板の上部に形成する。ここで、基板としては、例えば、Si(シリコン)などの半導体基板の他、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)などからなる基板を使用できる。
【０３２７】
また、基板と磁気抵抗効果素子との間に、下地層、保護層、又は、ハードマスクを配置してもよい。
【０３２８】
これらの層は、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)などから構成する。
【０３２９】
尚、磁気抵抗効果素子を構成する磁性体は、一般には、Ni-Fe， Co-Fe, Co-Fe-Niのグループから選択される合金、(Co, Fe, Ni)-B, (Co, Fe, Ni)-B-(P, Al, Mo, Nb, Mn), Co-(Zr, Hf, Nb, Ta, Ti)のグループから選択されるアモルファス材料、及び、Co-Cr-Fe-Al， Co-Cr-Fe-Si, Co-Mn-Si, Co-Mn-Al のグループから選択されるホイスラー材料のうちの少なくとも１つから選択される。
【０３３０】
但し、括弧内に含まれる複数の元素は、それらのうちの少なくとも１つが選択されることを意味する。
【０３３１】
(10)   第１０実施の形態  
第１０実施の形態は、ヨーク構造により、アシスト磁場を効率よく磁気抵抗効果素子に与える技術に関する。
【０３３２】
図６１及び図６２は、メモリセル構造の例を示している。
【０３３３】
半導体基板１１内には、ＳＴＩ構造の素子分離絶縁層１２が配置される。素子分離絶縁層１２により囲まれた素子領域内には、スイッチ素子ＳＷとして、例えば、ＭＩＳＦＥＴ(ＭＯＳＦＥＴを含む)が配置される。スイッチ素子ＳＷの一端は、コンタクトパーツＡを介して、導電線としての下部ビット線ＢＬｄに接続される。下部ビット線ＢＬｄは、例えば、カラム方向に延びる。
【０３３４】
図６１の例では、導電線１３は、ヨーク構造を有し、導電体１３ａと、導電体１３ａの下面と側面とを覆う軟磁性体１３ｂとから構成される。磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、導電線１３の一端に配置される。導電線１３の他端は、コンタクトパーツＢを介して、スイッチ素子ＳＷの他端に接続される。
【０３３５】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には、ビアプラグ、金属ハードマスクなどのコンタクトパーツ１４を介して、導電線としての上部ビット線ＢＬｕが配置される。上部ビット線ＢＬｕは、例えば、カラム方向に延びる。上部ビット線ＢＬｕは、ヨーク構造を有し、導電体１３ｃと、導電体１３ｃの上面と側面とを覆う軟磁性体１３ｄとから構成される。
【０３３６】
図６１の例では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上部及び下部に配置される導電線の各々がヨーク構造を有し、図６２の例では、磁気抵抗効果素子ＭＴＪの上部に配置される導電線がヨーク構造を有する。
【０３３７】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪのレイアウトについては、第４及び第５実施の形態に従うものとする。
【０３３８】
このような構造によれば、導電線１３のみをヨーク構造にする場合と同様に、アシスト磁場の磁力線を収束して、アシスト磁場を効率よく磁気抵抗効果素子に与えることができる。
【０３３９】
４．  実施例  
以下、本発明の実施例を説明する。
【０３４０】
(1)   第１実施例  
第１実施例では、ボトムピン型の２つのサンプルに基づき、スピン注入電流の低減に関する効果を検証する。
【０３４１】
一つは、図１７（ａ）のボトムピン型磁気抵抗効果素子と図２４のメモリセル構造を有するサンプル(Sample 1)で、他の一つは、図１８のボトムピン型磁気抵抗効果素子と図２４のメモリセル構造を有するサンプル(Sample 2)である。
【０３４２】
図１７（ａ）の場合、導電線（下部電極）は、Ta/Cu/Taの積層構造とし、下地層は、Ruとする。反強磁性層は、Ir-Mn(10nm)とし、ピンド層としての強磁性層は、ここでは、CoFe(2nm)/Ru(1.5nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。トンネルバリア層は、MgO(1nm)とし、ＳＡＦ−フリー層は、CoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。キャップ層は、Ruから構成する。
【０３４３】
図１８の場合、導電線（下部電極）は、Ta/Cu/Taの積層構造とし、下地層は、Ruとする。反強磁性層は、Ir-Mn(10nm)とし、ピンド層としての強磁性層は、ここでは、CoFe(2nm)/Ru(1.5nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。トンネルバリア層は、MgO(1nm)とし、ＳＡＦ−フリー層は、CoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。非磁性層は、AlOx(0.6nm)/Ru(3nm)の２層構造とし、非磁性層上にCoFe(3nm)/Ru(0.9nm)/CoFe(3nm)の３層からなるピンド層及びIr-Mn(10nm)からなる反強磁性層を配置する。キャップ層は、Ruから構成する。
【０３４４】
磁気抵抗効果素子は、このような構造を形成した後、一定強度の磁場を与えた状態で温度約360°のアニールを行い、さらに、微細加工技術により、サイズを、例えば、0.1×0.2 μｍ2とし、この後、再び、一定強度の磁場を与えた状態で温度約300°のアニールを行うことで完成する。
【０３４５】
ここで、Sample 1及びSample 2に関し、温度約300°のアニール後のＳＡＦ−フリー層としてのCoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の２つの強磁性層の間の磁気相互作用の強さJEXは、1.24 erg/cm2である。また、Sample 1及びSample 2に関し、ピンド層の２つの強磁性層の磁気相互作用は、強磁性結合である。
【０３４６】
磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線（下部電極）の長軸とのなす角度θについては、0°, 5°, 10°, 20°, 30°, 40°, 45°の７種類を用意したが、Sample 1及びSample 2共に、角度θが40°の場合に、最も小さなスピン注入電流密度で磁化反転が可能となる。
【０３４７】
但し、磁化反転メカニズムとしては、図２５及び図２６に示す磁化反転メカニズムを採用する。
【０３４８】
図６３及び図６４は、角度θが40°の場合におけるスピン注入電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示している。
【０３４９】
図６３は、図１７（ａ）の構造に対応し、図６４は、図１８の構造に対応する。それぞれの図においては、スピン注入電流によるアシスト磁場Hhardの強さをパラメータとして３つの場合を示している。
【０３５０】
Hhard=20 Oe 及びHhard=20 Oeの場合には、Hhard=0 Oeの場合に比べて、磁化反転に必要なスピン注入電流密度が大幅に低減されていることが分かる。
【０３５１】
第１実施例により得られるスピン注入電流密度の低減効果が顕著であることは、図１２と比較すれば、明白である。
【０３５２】
図６５は、角度θとスピン注入電流密度との関係を示している。
【０３５３】
磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線（下部電極）の長軸とのなす角度θが0°＜θ≦45°の範囲内において、角度θが0°の場合よりもスピン注入電流密度が低減されていることが分かる。
【０３５４】
(2)   第２実施例  
第２実施例では、トップピン型の２つのサンプルに基づき、スピン注入電流の低減に関する効果を検証する。
【０３５５】
一つは、図１７（ｂ）のトップピン型磁気抵抗効果素子と図２４のメモリセル構造を有するサンプル(Sample 3)で、他の一つは、図１９のトップピン型磁気抵抗効果素子と図２４のメモリセル構造を有するサンプル(Sample 4)である。
【０３５６】
図１７（ｂ）の場合、導電線（下部電極）は、Ta/Cu/Taの積層構造とし、下地層は、Ruとする。ＳＡＦ−フリー層は、CoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とし、トンネルバリア層は、MgO(1nm)とする。ピンド層としての強磁性層は、ここでは、CoFe(2nm)/Ru(1.5nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とし、反強磁性層は、Pt-Mn(14nm)とする。キャップ層は、Ruから構成する。
【０３５７】
図１９の場合、導電線（下部電極）は、Ta/Cu/Taの積層構造とし、下地層は、Ruとする。反強磁性層は、Pt-Mn(14nm)とし、ピンド層としての強磁性層は、ここでは、CoFe(4nm)/Ru(0.9nm)/CoFe(3nm)の３層構造とする。非磁性層は、Cu(2nm)/AlOx(0.6nm)の２層構造とし、ＳＡＦ−フリー層は、CoFeB(2nm)/ Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。トンネルバリア層は、MgO(1nm)とし、トンネルバリア層上にCoFe(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFe(3nm)の３層からなるピンド層及びPt-Mn(14nm)からなる反強磁性層を配置する。キャップ層は、Ruから構成する。
【０３５８】
磁気抵抗効果素子は、このような構造を形成した後、一定強度の磁場を与えた状態で温度約360°のアニールを行い、さらに、微細加工技術により、サイズを、例えば、0.1×0.2 μｍ2とし、この後、再び、一定強度の磁場を与えた状態で温度約300°のアニールを行うことで完成する。
【０３５９】
ここで、Sample 3及びSample 4に関し、温度約300°のアニール後のＳＡＦ−フリー層としてのCoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の２つの強磁性層の間の磁気相互作用の強さJEXは、1.24 erg/cm2である。また、Sample 3及びSample 4に関し、ピンド層の２つの強磁性層の磁気相互作用は、強磁性結合である。
【０３６０】
磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線（下部電極）の長軸とのなす角度θについては、0°, 5°, 10°, 20°, 30°, 40°, 45°の７種類を用意したが、Sample 3及びSample 4共に、角度θが40°の場合に、最も小さなスピン注入電流密度で磁化反転が可能となる。
【０３６１】
但し、磁化反転メカニズムとしては、図２９及び図３０に示す磁化反転メカニズムを採用する。
【０３６２】
図６６及び図６７は、角度θが40°の場合におけるスピン注入電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示している。
【０３６３】
図６６は、図１７（ｂ）の構造に対応し、図６７は、図１９の構造に対応する。それぞれの図においては、スピン注入電流によるアシスト磁場Hhardの強さをパラメータとして３つの場合を示している。
【０３６４】
Hhard=20 Oe 及びHhard=20 Oeの場合には、Hhard=0 Oeの場合に比べて、磁化反転に必要なスピン注入電流密度が大幅に低減されていることが分かる。
【０３６５】
第２実施例により得られるスピン注入電流密度の低減効果が顕著であることは、第１実施例と同様に、図１２と比較すれば、明白である。
【０３６６】
図６８は、角度θとスピン注入電流密度との関係を示している。
【０３６７】
磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線（下部電極）の長軸とのなす角度θが0°＜θ≦45°の範囲内において、角度θが0°の場合よりもスピン注入電流密度が低減されていることが分かる。
【０３６８】
尚、第２実施例では、非磁性層のCu(2nm)をAu又はAgに置き換えても、同様の効果を得ることができる。
【０３６９】
非磁性層にCuを用いると、Au又はAgを用いる場合に比べてMR比を向上できるが、絶縁層としてのMgOとAlOxとの抵抗値が異なれば、非磁性層としてCuを用いなくても、本発明の効果を得ることができる。
【０３７０】
(3)   第３実施例  
第３実施例では、図２２乃至図２４に示す磁気ランダムアクセスメモリ(Sample 5)について、スピン注入電流の低減に関する効果を検証する。
【０３７１】
メモリセルアレイとしては、図２４に示すように、導電線（下部電極）１３として、ヨーク構造を採用する。
【０３７２】
導電線１３上には、下地層としてのRuを介して磁気抵抗効果素子ＭＴＪを配置する。磁気抵抗効果素子ＭＴＪは、例えば、図１７（ａ）に示すボトムピン型とする。
【０３７３】
反強磁性層は、Pt-Mn(14nm)とし、ピンド層は、CoFe(2nm)/Ru(1.5nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。トンネルバリア層は、MgO(1nm)とし、ＳＡＦ−フリー層は、CoFeB(2nm)/Ru(0.9nm)/CoFeB(2nm)の３層構造とする。キャップ層は、Ruから構成する。
【０３７４】
磁気抵抗効果素子ＭＴＪに関しては、一定強度の磁場を与えた状態で温度約360°のアニールを行い、さらに、微細加工技術により、サイズを、例えば、0.1×0.18 μｍ2とし、この後、再び、一定強度の磁場を与えた状態で温度約300°のアニールを行う。後半のアニール後のＳＡＦ−フリー層の２つの強磁性層の間の磁気相互作用の強さJEXは、1.24 erg/cm2である。また、ピンド層の２つの強磁性層は、強磁性結合する。
【０３７５】
磁気抵抗効果素子の磁化容易軸と導電線（下部電極）の長軸とのなす角度θについては、30°とする。
【０３７６】
そして、図２５及び図２６に示す磁化反転メカニズムに基づき、電流密度約4×106 A/cm2の電流パルス（スピン注入電流）を発生させたところ、100μsec幅パルスで8000回以上の書き込み（磁化反転）を行っても、図６９に示すように、安定動作が確保され、さらに、トンネルバリア層の破壊も発生しなかった。
【０３７７】
５．  その他  
本発明の例によれば、熱揺らぎ耐性を有する低消費電力、低電流書き込み及び高信頼性のスピンメモリを実現できる。
【０３７８】
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０３７９】
例えば、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体、絶縁体、反強磁性体、及び、非磁性体、また、導電線、並びに、電極に関して、これらを構成する材料、厚さ、形状、サイズなどは、当業者が適宜選択し得るものは、当然に、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【０３８０】
【図１】磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図２】ＳＡＦ−フリー層の反強磁性結合の強さと熱擾乱耐性との関係を示す図。
【図３】メモリセルの構造例を示す断面図。
【図４】メモリセルの構造例を示す断面図。
【図５】アシスト磁場とスピン反転エネルギーバリアとの関係を示す図。
【図６】単層−フリー層のアストロイド曲線を示す図。
【図７】スピン注入電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示す図。
【図８】スピン注入電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示す図。
【図９】メモリセルの構造例を示す断面図。
【図１０】メモリセルの構造例を示す断面図。
【図１１】ＳＡＦ−フリー層のアストロイド曲線を示す図。
【図１２】スピン注入電流密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値との関係を示す図。
【図１３】第１実施の形態に関わるレイアウトを示す平面図。
【図１４】第１実施の形態に関わるレイアウトを示す平面図。
【図１５】θ＝45°のときのアストロイド曲線を示す図。
【図１６】スピン相対角度φとスピントルクの強さとの関係を示す図。
【図１７】第２実施の形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図１８】第２実施の形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図１９】第２実施の形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２０】第２実施の形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２１】第２実施の形態の磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２２】第３実施の形態のメモリセルアレイ構造を示す図。
【図２３】第３実施の形態のメモリセルアレイ構造を示す図。
【図２４】第４実施の形態のメモリセル構造を示す断面図。
【図２５】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図２６】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図２７】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図２８】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図２９】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図３０】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図３１】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図３２】第４実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図３３】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３４】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３５】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３６】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３７】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３８】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図３９】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図４０】第５実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図４１】第６実施の形態のメモリセル構造を示す断面図。
【図４２】第６実施の形態のメモリセル構造を示す断面図。
【図４３】第６実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図４４】第６実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図４５】第７実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図４６】第７実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図４７】第７実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図４８】第７実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図４９】第７実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図５０】第７実施の形態の磁化反転シーケンスを示す図。
【図５１】第８実施の形態のメモリセル構造を示す断面図。
【図５２】第８実施の形態のメモリセル構造を示す断面図。
【図５３】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５４】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５５】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５６】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５７】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５８】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図５９】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図６０】第８実施の形態の磁化反転メカニズムを示す図。
【図６１】第１０実施の形態のメモリセル構造を示す図。
【図６２】第１０実施の形態のメモリセル構造を示す図。
【図６３】第１実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６４】第１実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６５】第１実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６６】第２実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６７】第２実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６８】第２実施例によるスピン注入電流密度の低減効果を示す図。
【図６９】第３実施例による安定動作に関する効果を示す図。
【符号の説明】
【０３８１】
１１：  半導体基板、  １２：  素子分離絶縁層、  １３，１８：  導電線、  １３ａ，１８ａ：  導電体、  １３ｂ，１８ｂ：  軟磁性体、  １４：  コンタクトパーツ、  １５：  ワード線ドライバ・デコーダ、  １６，１７：  ビット線ドライバ／シンカー・デコーダ、  ＳＷ：  スイッチ素子、  ＷＬ：  ワード線、  ＢＬｕ，ＢＬｕ１，ＢＬｕ２：  上部ビット線、  ＢＬｄ：  下部ビット線、  Ｓ／Ａ：  センスアンプ。
【図１】
2007281247.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007281247.tif 000007
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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