(57)【要約】【課題】書込み時等における磁化特性を均質化して、効率的に書込み作業を実行できるようにする。【解決手段】磁気記憶装置１において、配線１５の一部又は全部を覆うように軟磁性体４１を形成し、この軟磁性体４１の外面に反強磁性層２７を形成する。又、配線１５の近傍には磁気抵抗効果素子４を配置する。軟磁性体４１と反強磁性層２７の境界面の交換結合エネルギーをＪ（ｅｒｇ／ｃｍ２）、軟磁性体４１の飽和磁化をＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）、軟磁性体４１の保磁力をＨｃ（Ｏｅ）とした場合に、軟磁性体４１の厚さｔ（ｃｍ）がｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）となるように設定する。【選択図】図２
2007329222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意方向に形成される配線と、
前記配線の一部又は全部を覆うように形成される軟磁性体と、
前記軟磁性体の外面に形成される反強磁性層と、
前記配線の近傍に配置される磁気抵抗効果素子と、を備え、
前記軟磁性体と前記反強磁性層の境界面の交換結合エネルギーをＪ（ｅｒｇ／ｃｍ２）、前記軟磁性体の飽和磁化をＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）、前記軟磁性体の保磁力をＨｃ（Ｏｅ）とした場合に、前記軟磁性体の厚さｔ（ｃｍ）が、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に設定されていることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
前記軟磁性体が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界をＨｃ２（Ｏｅ）とした場合に、前記軟磁性体の厚さｔ（ｃｍ）が、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）に設定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗効果素子の磁化容易軸方向に対して前記配線の延在方向が略直角となっていることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記反強磁性層の外周側に酸化防止用キャップ層を備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記軟磁性体が、第１軟磁性層及び前記第１軟磁性層と異素材の第２軟磁性層を備えた多層構造であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記軟磁性体が、
前記配線における前記磁気抵抗効果素子側に配置される素子側ヨークと、
前記配線における前記磁気抵抗効果素子の反対側に配置される反素子側ヨークと、を備えて略環状に構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
基板上に磁気抵抗効果素子基材を形成する素子形成ステップと、
前記磁気抵抗効果素子基材の磁化固定層に対して所定方向の素子用磁場を印加した状態でアニール処理を実行し、磁気抵抗効果素子を生成する素子用磁場印加ステップと、
前記磁気抵抗効果素子の近傍において、前記素子用磁場の方向と略直角方向に配線を形成する配線形成ステップと、
前記配線と同方向のピン止め形成用磁場を印加した状態で、前記配線の一部又は全部を覆うように軟磁性体を形成すると共に、前記軟磁性体の外面に反強磁性層を形成する磁性体形成ステップと、を有し、
前記ピン止め形成用磁場の強さが、前記軟磁性体の保磁力より大きく設定されていることを特徴とする磁気記憶装置の製造方法。
【請求項８】
前記軟磁性体が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界と比較して、前記ピン止め形成用磁場の強さが大きく設定されていることを特徴とする請求項７記載の磁気記憶装置の製造方法。
【請求項９】
前記磁性体形成ステップにおいて、前記軟磁性体及び前記反強磁性層を非アニール環境で形成することを特徴とする請求項７又は８記載の磁気記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子に情報を記憶する磁気記憶装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータや通信機器等の情報処理装置に用いられる記憶デバイスとして、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が注目されている。ＭＲＡＭは、磁気によってデータを記憶することから、電気的な手段を用いなくてもその磁化方向が維持することができるので、揮発性メモリであるＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ）のように電源断によって情報が失われるといった不都合がなくなる。また、従来のフラッシュＥＥＰＲＯＭやハードディスク装置のような不揮発性記憶手段と比較して、ＭＲＡＭはアクセス速度、信頼性、消費電力等において優れている。従って、ＭＲＡＭは、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリの機能、及びフラッシュＥＥＰＲＯＭやハードディスク装置などの不揮発性記憶手段の機能をすべて代替できると言われている。
【０００３】
例えば、どこにいても情報処理を可能とするいわゆるユビキタスコンピューティングを目指した情報機器を開発する場合、高速処理に対応可能としながらも消費電力を小さくし、そして、電源断が生じても情報消失を回避できるような記憶装置が求められるが、ＭＲＡＭはこのような要求を同時に満足できる可能性があり、今後、多くの情報機器に採用されることが期待されている。
【０００４】
特に、日常持ち歩くカードや携帯情報端末等については、十分な電源を確保できない場合が多い。従って、厳しい利用環境において大量の情報処理を実行するには、低消費電力とされるＭＲＡＭであっても、情報処理中の電力消費を一層低減させることが求められている。
【０００５】
ＭＲＡＭにおける低消費電力化を進展される技術の一例として、例えば文献１に記載された磁気記憶装置がある。図２１に示されるように、この磁気記憶装置５００は、各記憶領域（メモリセル）毎に、ビット線５０２と、ビット線５０２と直交するように配置されたワード線５０４と、このビット線５０２とワード線５０４の間であって、且つ交差する位置に配置されたトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子５０６を備える。ビット線５０２及びワード線５０４は、それぞれ、ＴＭＲ素子５０６のビット状態を反転させるために必要な磁界のおよそ半分程度を発生するようになっており、選択したビット線５０２及びワード線５０４に電流を流すと、その交差点においてＴＭＲ素子５０６の磁化状態を適宜反転させる。
【０００６】
この磁気記憶装置５００は、ビット線５０２及びワード線５０４の双方が、高透磁率の強磁性薄膜５１０によって被覆されたクラッド構造となっている。従って、ビット線５０２及びワード線５０４から生じる磁束の漏れを低減させることができる。また、ビット線５０２やワード線５０４の通電時に、強磁性薄膜５１０が磁化することによって、この強磁性薄膜５１０から静磁界が発生するので、この静磁界とビット線５０２やワード線５０４の誘導磁界の総和が、ＴＭＲ素子５０６に印加される。この結果、低消費電力の状態でも、ＴＭＲ素子５０６の磁化状態の反転に必要な磁界を得ることが出来る。
【０００７】
また、ビット線５０２及びワード線５０４の３面を強磁性薄膜５１０で被覆し、ＴＭＲ素子５０６側の面を開放することで、磁束をＴＭＲ素子５０６に集中させることができることから、書き込み時間が短縮されるという利点もある。
【０００８】
なお、ＴＭＲ素子とは、外部磁界によって磁化方向が変化する第１磁性層（感磁層）と、磁化方向が固定された第２磁性層と、第１磁性層と第２磁性層との間に挟まれた非磁性絶縁層とを備え、第１磁性層の磁化方向が第２磁性層の磁化方向に対して平行または反平行に制御されることにより二値データを記憶する素子である。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス（２００２年１１月１８日  １３３頁）
【非特許文献２】Ｍ．Ｄｕｒｌａｍ，  ｅｔ  ａｌ，"Ａ  １-Ｍｂｉｔ  ＭＲＡＭ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  １Ｔ１ＭＴＪ  Ｂｉｔ  Ｃｅｌｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，  ＩＥＥＥ  Ｊ  Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ３８，７６９(２００３)
【非特許文献３】Ｈｉｒｏｍｉ  Ｎｉｕ  Ｆｕｋｅ，  ｅｔ  ａｌ，"Ｓｐｉｎ-ｖａｌｖｅ  ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ａｎｔ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｒ-Ｍｎ  ｌａｙｅｒｓ"，  ＪＡＰ  ８１，４００４(１９９７)
【非特許文献４】Ｋ  Ｈｏｓｈｉｎｏ，  ｅｔ  ａｌ，"Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｎ-Ｉｒ  ａｎｄ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｎｉ-Ｆｅ  Ｌａｙｅｒｓ"，  ＪＪＡＰ  ３５，６０７(１９９６)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者の更なる研究によると、このようにビット線５０２やワード線５０４を強磁性薄膜５１０で被覆した場合、書き込み時の電流値が低下する反面、得られる磁界にばらつきが生じ易いという問題が明らかとなった。具体的には、ビット線５０２やワード線５０４に対して、その長手方向に沿って強磁性薄膜５１０を均一に被覆することが困難であり、且つ、強磁性薄膜５１０内には、自然に複数の磁区が形成されて様々な磁化方向を有することになり、これらの要因から、書き込み時において、各ＴＭＲ素子５０６に提供する磁化特性にばらつきが生じる可能性があった。
【００１０】
また、ビット線５０２やワード線５０４の通電方向を切り替えて、磁界を反転させる場合、強磁性薄膜５１０の存在により、その正方向電流と逆方向電流の間で磁界の変化速度や強さが不均一になるという問題があった。この結果、個々のＴＭＲ素子５０６についても、一方向の書き込み速度と他方向の書き込み速度にばらつきが生じるので、書き込み時の電流制御やタイミング制御が複雑になることが懸念された。
【００１１】
また、強磁性薄膜５０１において多数の磁区が形成されると、ビット線５０２やワード線５０４の磁化状態を変化させる際にバルクハウゼンノイズが発生し、これも書き込み性能を悪化させる要因になると考えられた。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、磁気記憶装置における書き込み磁界のばらつきを抑制し、書き込み性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らの鋭意研究によって、上記目的は以下の手段によって達成される。
【００１４】
本発明の磁気記憶装置は、任意方向に形成される配線と、前記配線の一部又は全部を覆うように形成される軟磁性体と、前記軟磁性体の外面に形成される反強磁性層と、前記配線の近傍に配置される磁気抵抗効果素子と、を備え、前記軟磁性体と前記反強磁性層の境界面の交換結合エネルギーをＪ（ｅｒｇ／ｃｍ２）、前記軟磁性体の飽和磁化をＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）、前記軟磁性体の保磁力をＨｃ（Ｏｅ）とした場合に、前記軟磁性体の厚さｔ（ｃｍ）が、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
このように、軟磁性体の外面に反強磁性層を形成すると共に、軟磁性体の厚さｔを所定の範囲内に設定することで、軟磁性体を確実にピン止めすることができる。
【００１６】
なお、ピン止めの確実性を更に高めるには、上記発明において、前記軟磁性体が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界をＨｃ２（Ｏｅ）とした場合に、前記軟磁性体の厚さｔ（ｃｍ）が、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）に設定されていることが好ましい。保磁力Ｈｃは、反対方向の飽和磁化Ｍｓを零にするために必要な印加磁界といえるが、本発明のように、零を超えて飽和磁化Ｍｓの８０％まで達成するのに必要な印加磁界Ｈｃ２に基づいて、厚さｔを設定することで、より確実にピン止めすることが出来るようになる。
【００１７】
更に上記発明では、前記磁気抵抗効果素子の磁化容易軸方向に対して前記配線の延在方向が略直角となっていることが好ましい。磁気抵抗効果素子の磁化容易軸に対してピン止め方向が略直角となる場合、軟磁性体をピン止めする際にアニール処理が困難となる。しかし、本発明のように軟磁性体の厚さｔを所定範囲に設定することで、磁場の印加のみでピン止めを行うことが可能となっている。
【００１８】
又上記発明では、前記反強磁性層の外周側に酸化防止用キャップ層を備えることが好ましく、反強磁性層の酸化を防ぐことが可能となる。
【００１９】
更に上記発明では、前記軟磁性体が、第１軟磁性層及び前記第１軟磁性層と異素材の第２軟磁性層を備えた多層構造であることが好ましく、材料を適宜選択することによって、反強磁性層によって得られるピン止め磁界を制御することができる。
【００２０】
又更に、上記発明では、前記軟磁性体が、前記配線における前記磁気抵抗効果素子側に配置される素子側ヨークと、前記配線における前記磁気抵抗効果素子の反対側に配置される反素子側ヨークと、を備えて略環状に構成されることが好ましい。
【００２１】
本発明の磁気記憶装置の製造方法は、基板上に磁気抵抗効果素子基材を形成する素子形成ステップと、前記磁気抵抗効果素子基材の磁化固定層に対して所定方向の素子用磁場を印加した状態でアニール処理を実行し、磁気抵抗効果素子を生成する素子用磁場印加ステップと、前記磁気抵抗効果素子の近傍において、前記素子用磁場の方向と略直角方向に配線を形成する配線形成ステップと、前記配線と同方向のピン止め形成用磁場を印加した状態で、前記配線の一部又は全部を覆うように軟磁性体を形成すると共に、前記軟磁性体の外面に反強磁性層を形成する磁性体形成ステップと、を有し、前記ピン止め形成用磁場の強さが、前記軟磁性体の保磁力より大きく設定されていることを特徴とする。このようにすることで、軟磁性体の磁化状態をこのピン止め形成用磁場の方向に配向しておくことが出来、その上から反強磁性層を成膜することで、確実にピン止めすることができる。
【００２２】
特に上記発明において、軟磁性体における配向の確実性を高めるには、前記軟磁性体が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界と比較して、前記ピン止め形成用磁場の強さが大きく設定されていることが好ましい。
【００２３】
また上記発明においては、前記磁性体形成ステップにおいて、前記軟磁性体及び前記反強磁性層を非アニール環境で形成することも可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、配線から得られる磁界を安定化させると共に、その磁界の変化を円滑にして、書込み性能を向上させる効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら本発明による磁気記憶装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、各図面の説明において同一の要素には同一の符号を付することで重複する説明を省略する。
【００２６】
図１には本発明の第１実施形態に係る磁気記憶装置１の全体構成が示されている。この磁気記憶装置１は、記憶部２、ビット選択回路１１、ワード選択回路１２、センスアンプ１６、第１の配線に相当する複数のビット配線１３、第２の配線に相当する複数のワード配線１５を備える。記憶部２には、複数の記憶領域３がｍ行ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数）の二次元状（アレイ状）に配列されている。ビット配線１３は、平面内で互いに平行となるように配置されており、又、ワード配線５も同様に、ビット配線３と所定間隔をあけた平面内において互いに平行に配置されている。なお、ビット配線１３とワード配線１５の延在方向は垂直となっているので、全体視すると、これらの配線１３、１５によって格子が構成されることになる。ビット配線１３及びワード配線１５は、自身に流れる電流によってＴＭＲ素子４に対する書き込み用の磁界を生じさせる。なお、ＴＭＲ（磁気抵抗効果）素子４は磁化方向を変化させると、それに基づいて自身の抵抗値が変化する機能を有する。この抵抗値の変化状態によってＴＭＲ素子４に二値データが書き込まれる。
【００２７】
ビット選択回路１１は、各記憶領域３のビット配線１３に正または負の書き込み電流及び読み出し電流を提供する機能を備える。具体的にビット選択回路１１は、内部または外部から指示されたアドレスに応じて、アレイ状に配置される記憶領域３から所定列を選択するアドレスデコーダ回路と、この選択した所定列に対応するビット配線１３に正または負の電位差を付与して電流を流し、この所定列のビット配線１３に設置されるＴＭＲ素子４に書き込み用磁界印加するカレントドライブ回路を含んでいる。
【００２８】
ワード選択回路１２は、内部または外部から指示されたアドレスに応じて、アレイ状に配置される記憶領域３から所定行を選択するアドレスデコーダ回路と、この所定行に対応するワード配線１５に所定の電圧を供給するカレントドライブ回路を含んでいる。従って、上記ビット選択回路１１によって選択されたアドレスのビット配線１３と、ワード選択回路１２によって選択されたワード配線１５の双方に電流を流すことで、クロスポイントに位置するＴＭＲ素子４に磁界を印加して書込み作業を行うことができる。更にビット選択回路１１及びワード選択回路１２は、ビット線１３及びワード配線１５間に、書込みを行わない程度の小さい電圧を印加する事で、読み出し電流の制御も可能となっている。具体的には、ビット選択回路１１において、内部または外部から指示されたアドレスに対応する列をアドレスデコーダ回路によって選択し、そのビット配線１３に所定電圧を印加する。これと同時に、ワード選択回路１２では、アドレスデコーダ回路によってアドレスに対応する行を選択して、その行に対応するワード配線１５に所定電圧を印加する事で、このビット配線１３とワード配線１５の間に位置するＴＭＲ素子４に読み出し電流を供給する。この電流に基づいて、ＴＭＲ素子４の抵抗値変化をワード配線１５に接続されたセンスアンプ１６で検出する。
【００２９】
図２に拡大して示されるように、ＴＭＲ素子４は、ビット配線１３とワード配線１５が交差する場所（いわゆるクロスポイントＫ）に隣接配置されており、詳細には、このクロスポイントＫにおいて、ビット配線１３とワード配線１５の間に挟持されるように設置される。従って、ＴＭＲ素子４の一方の面はビット配線１３と当接し、他方の面はワード配線１５と当接している。なお、このように格子の交点となるクロスポイントＫにＴＭＲ素子４が配置される事は、言い換えると、各ビット配線１３又はワード配線１５に対して、複数のＴＭＲ素子４が連続的に配設されていることになる。なお、ビット配線１３、ワード配線１５、ＴＭＲ素子４等以外の領域は、すべて絶縁領域によって占められる。この絶縁領域の材料としては、半導体層の絶縁領域と同様にＳｉＯ２といった絶縁性材料を用いる。また、配線の材料としては例えばＷ、ＣｕやＡｌを用いることができる。
【００３０】
更に、ビット配線１３の一部は、長手方向に沿ってビット配線用軟磁性体４０によって覆われることで、いわゆるクラッド構造となっている。ビット配線用軟磁性体４０は、ビット配線１３におけるＴＭＲ素子４の反対側面（反素子側面）とその両側面を直接的に被覆するように配設されており、断面コ字状となっている。この結果、このビット配線用軟磁性体４０がビット配線１３から生じる磁束の漏れを抑制する。
【００３１】
同様に、ワード配線１５の一部は、長手方向に沿ってワード配線用軟磁性体４１によって覆われることで、いわゆるクラッド構造となっている。ワード配線用軟磁性体４１は、ワード配線１５におけるＴＭＲ素子４の反対側面（反素子側面）及びその両側面を直接的に被覆するように配設されており、断面コ字状となっている。この結果、このワード配線用軟磁性体４１がワード配線１５から生じる磁束の漏れを抑制する。以上の構造により、ビット配線１３、ワード配線１５から発生する磁束がＴＭＲ素子４に集中する。なお、ビット配線用軟磁性体４０、ワード配線用軟磁性体４１の素材としては、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等を用いることが好ましい。
【００３２】
このビット配線用軟磁性体４０の外側面（ビット配線１３の反対側面）には、ビット配線用反強磁性層２６が付加されている。ビット配線用反強磁性層２６とビット配線用軟磁性体４０の接合面における交換結合によって、ビット配線用軟磁性体４０の磁化方向が安定化されている。特に、ビット配線用反強磁性層２６によるビット配線用軟磁性体４０の磁化状態のピン止め方向Ｘは、自身が被覆しているビット配線１３延在方向と略一致するように設定されている。また、ビット配線用反強磁性層２６の素材には、反強磁性規則合金が用いられており、例えばＣｕＡｕ−Ｉ構造となる素材が利用される。反強磁性規則合金は、ブロッキング温度が高く、耐食性に優れている特徴があるが、その反面、成膜後に規則合金化するにはアニール処理が必要となる。具体的に反強磁性規則合金素材としては、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ等があり、アニール環境において磁場を印加することで、上記Ｘ方向（即ちビット配線１３の延在方向）に規則合金化している。
【００３３】
ワード配線用軟磁性体４１の外側面（ワード配線１５の反対側面）には、ワード配線用反強磁性層２７が付加されている。ワード配線用反強磁性層２７とワード配線用軟磁性体４１の接合面における交換結合によって、ワード配線用軟磁性体４１の磁化方向が安定化されている。特に、ワード配線用反強磁性層２７によるワード配線用軟磁性体４１の磁化状態のピン止め方向Ｙは、自身が被覆しているワード配線１５の延在方向と略一致するように設定されている。また、ワード配線用反強磁性層２７の素材には、反強磁性不規則合金が用いられており、例えばｆｃｃ構造の素材が利用される。反強磁性不規則合金はブロッキング温度が低いが、熱処理無しで一方向の異方性が得られるという特徴がある。具体的に反強磁性不規則合金素材としては、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＦｅＭｎ等があり、非アニール環境において、目的としているピン止め方向Ｙ（即ちワード配線１５の延在方向）に沿って磁場を印加することで規則合金化する。以上の結果、電流が流れていない場合における、ビット配線用軟磁性体４０及びワード配線用軟磁性体４１の磁化状態は、被覆する配線方向と平行となって単磁区化されれている。
【００３４】
次に、このワード配線用軟磁性体４１の厚さｔ（ｃｍ）の設定方法について説明する。このワード配線用軟磁性体４１とワード配線用反強磁性層２７の境界面の交換結合エネルギーをＪ（ｅｒｇ／ｃｍ２）、ワード配線用軟磁性体４１の飽和磁化をＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）、ワード配線用軟磁性体４１の保磁力をＨｃ（Ｏｅ）とした場合に、このワード配線用軟磁性体４１の厚さｔは、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に設定されている。
【００３５】
特に、本実施形態の場合、ワード配線用軟磁性体４１が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な外部印加磁界をＨｃ２（Ｏｅ）とした場合、ワード配線用軟磁性体４１の厚さｔが、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）となるように設定されている。
【００３６】
これらの範囲設定は次のような理由に基づく。ワード配線用反強磁性層２７がワード配線用軟磁性体４１を十分にピン止めするには、ワード配線用反強磁性層２７によるワード配線用軟磁性体４１のピン止め磁界Ｈｕａ（Ｏｅ）（ピン止め効果としてワード配線用反強磁性層２７がワード配線用軟磁性体４１に作用させることができるオフセット磁界）が、ワード配線用軟磁性体４１の保磁力Ｈｃより大きくなることが重要となる。つまり、Ｈｕａ＞Ｈｃの関係を満たすことで、外部から別途磁界が作用しない限り、ワード配線用軟磁性体４１の磁化状態を、上記ピン止め磁界によって少なくとも相殺することが可能となる。一方、Ｈｕａ＞Ｈｃを満たさない場合は、ピン止め磁界Ｈｕａによってワード配線用軟磁性体４１を十分にピン止めすることが出来なくなり、所望の効果を得ることが難しくなる。ピン止め磁界の磁力Ｈｕａは、Ｈｕａ＝Ｊ／（Ｍｓ・ｔ）で表現することが出来るので、これをＨｕａ＞Ｈｃに当てはめると、Ｊ／（Ｍｓ・ｔ）＞Ｈｃという関係が導かれる。この式をワード配線用軟磁性体４１の厚さｔで展開するとｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）となり、この厚さｔを満たすことで、ワード配線用反強磁性層２７がワード配線用軟磁性体４１を効果的にピン止めすることが可能になる。ワード配線用軟磁性体４１の厚さが上記範囲を超えてしまうと、ピン止め磁界の磁力Ｈｕａが小さくなってしまい、十分なピン止め作用が得られないことになる。
【００３７】
例えば、ワード配線用軟磁性体４１の素材をＮｉＦｅとし、ワード配線用反強磁性層２７の素材をＩｒＭｎとした場合、ワード配線用軟磁性体４１のＮｉＦｅの飽和磁化Ｍｓが７８０（ｅｍｕ／ｃｃ）、同ＮｉＦｅの保磁力Ｈｃが６（Ｏｅ）、ワード配線用軟磁性体４１とワード配線用反強磁性層２７の境界面となるＮｉＦｅ／ＩｒＭｎの交換結合エネルギーＪが０．０６１（ｅｒｇ／ｃｍ２）となる。従って、ワード配線用軟磁性体４１の厚さｔは、上記数値をｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に当てはめると、１３０ｎｍよりも小さくする必要がある。
【００３８】
図３（Ａ）には、ＮｉＦｅのワード配線用軟磁性体４１を１００ｎｍの厚さで製膜した際の、このワード配線用軟磁性体４１の磁化曲線が示されている。この図から分かるように、外部磁界Ｈを作用させた際の磁化の強さの変化はヒステリシス曲線となり、双方向の磁化の最大値が飽和磁化Ｍｓとなる。従って、飽和磁化Ｍｓを基準に考えると、保磁力Ｈｃとは、一方向で飽和状態Ｍｓにある磁化を、零に戻すために必要な外部磁界の強さとなり、ここでは約６（Ｏｅ）となる。つまり、このワード配線用軟磁性体４１に対して保磁力Ｈｃを外部から印加すれば、少なくとも反対方向の磁化状態を相殺する（零にする）ことができる。
【００３９】
図３（Ｂ）には、ＮｉＦｅのワード配線用軟磁性体４１を、ワード配線用反強磁性層２７によりピン止めした場合の磁化曲線が示されている。なお、ワード配線用反強磁性層２７にはＩｒＭｎを採用し、膜厚を１０ｎｍに設定している。この図からも分かるように、ピン止め作用によって磁化曲線がオフセット状態となる。このオフセット量が、ワード配線用反強磁性層２７によるピン止め磁界Ｈｕａ（Ｏｅ）に相当するが、ここではワード配線用軟磁性体４１の厚さを１００ｎｍに設定すると共に、ワード配線用反強磁性層２７の素材をＩｒＭｎにしたことで、Ｈｕａ＝６．５（Ｏｅ）となっている。この結果、Ｈｃ（＝６（Ｏｅ））よりもＨｕａが大きく設定されているので、ワード配線用軟磁性体４１の略全体の磁化状態をピン止め磁界Ｈｕａ側に配向させることができる。
【００４０】
更に、本実施形態では、ワード配線用反強磁性層２７によるピン止め磁界の磁力Ｈｕａ（Ｏｅ）は、ワード配線用軟磁性体４１における外部印加磁界Ｈｃ２（Ｏｅ）よりも大きいことが望ましい。なお、この外部印加磁界Ｈｃ２は、ワード配線用軟磁性体４１において飽和磁化Ｍｓの８０％程度まで誘導できる外部磁界と定義できる。この外部印加磁界Ｈｃ２よりもピン止め磁界の磁力が上回れば、より確実に、ピン止め磁界の方向に沿ってワード配線用軟磁性体４１の磁化状態を単磁区化することができるからである。
【００４１】
例えば、ＮｉＦｅによるワード配線用軟磁性体４１が、飽和磁化Ｍｓの８０％である約６２５（ｅｍｕ／ｃｃ）に達する為に必要な外部印加磁界Ｈｃ２は、８（Ｏｅ）であるので、この数値をｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に当てはめると、ワード配線用軟磁性体４１の厚さｔが９３ｎｍよりも小さく設定することが好ましいことになる。
【００４２】
図４（Ａ）には、ＮｉＦｅのワード配線用軟磁性体４１を５０ｎｍの厚さで製膜した際の、このワード配線用軟磁性体４１の磁化曲線が示されている。この図から分かるように、外部磁界Ｈを作用させた際の磁化の強さの変化はヒステリシス曲線となり、双方向の磁化の最大値が飽和磁化Ｍｓとなる。従って、上記外部印加磁界Ｈｃ２は、一方向の飽和磁化Ｍｓを反対方向の飽和磁化Ｍｓの８０％程度まで誘導できる磁界ということができる。従って、上記の外部印加磁界Ｈｃ２よりも、ワード配線用反強磁性層２７によるピン止め磁界の磁力Ｈｕａが上回れば、ワード配線用軟磁性体４１の磁化状態がピン止め磁界の方向に完全に配向することになる。つまり、このワード配線用軟磁性体４１に対して外部印加磁界Ｈｃ２を上回るピン止め磁界を作用させることで、確実に磁化状態を配向させることができる。
【００４３】
図４（Ｂ）には、ＮｉＦｅのワード配線用軟磁性体４１を、ワード配線用反強磁性層２７によりピン止めした場合の磁化曲線が示されている。なお、ワード配線用反強磁性層２７にはＩｒＭｎを採用し、膜厚を１０ｎｍに設定している。この図からも分かるように、ピン止め作用によって磁化曲線がオフセット状態となるが、このオフセット量がワード配線用反強磁性層２７によるピン止め磁界Ｈｕａ（Ｏｅ）に相当する。ここではワード配線用軟磁性体４１の厚さを５０ｎｍに設定すると共に、ワード配線用反強磁性層２７の素材をＩｒＭｎにしたことで、ピン止め磁界Ｍｕａ＝１６．２（Ｏｅ）となっている。この結果、ＨｃよりもＨｕａが遥かに大きく設定されているので、ワード配線用軟磁性体４１の略全体の磁化状態が、上記図３と比較してより確実に、ピン止め磁界Ｈｕａに沿って配向することが分かる。
【００４４】
図５にはＴＭＲ素子４が拡大して示されている。このＴＭＲ素子４は、外部磁界によって磁化方向が変化する第１磁性層（フリー層／感磁層）４Ａと、磁化方向が固定された第２磁性層（ピンド層）４Ｂと、第１磁性層４Ａ及び第２磁性層４Ｂに挟まれた非磁性絶縁層（絶縁体層）４Ｃと、第２磁性層の磁化方向を固定（ピン止め）する反強磁性層４Ｄとを備える。このＴＭＲ素子４は、外部磁界を受けて第１磁性層４Ａの磁化方向が変化すると、第１磁性層４Ａと第２磁性層４Ｂとの間の抵抗値が変化するようになっている。この抵抗値の差によって、二値データを記録することができる。なお、第１磁性層４１の材料としては、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＰｔなどの強磁性材料を用いることができる。
【００４５】
第２磁性層４Ｂは、反強磁性層４Ｄによって磁化方向が固定されている。すなわち、反強磁性層４Ｄと第２磁性層４Ｂとの接合面における交換結合によって、第２磁性層４Ｂの磁化方向が一方向に配向された状態で安定化されている。第２磁性層４Ｂの磁化容易軸方向は、第１磁性層４Ａの磁化容易軸方向に沿うように設定される。第２磁性層４Ｂの材料としては、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＰｔなどの強磁性材料を用いることができる。また、反強磁性層４Ｄの材料としては、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＮｉＯ、またはこれらを任意の組み合わせた材料を用いることができる。
【００４６】
非磁性絶縁層４Ｃは、非磁性且つ絶縁性の材料からなる層であり、第１磁性層４Ａと第２磁性層４Ｂとの間に介在して、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）が生じるようにしている。詳細には、第１磁性層４Ａと第２磁性層４Ｂの磁化方向との相対関係（即ち、平行または反平行）によって、電気抵抗値が異なる特性を有している。非磁性絶縁層４Ｃの材料としては、例えばＡｌ、Ｚｎ、Ｍｇといった金属の酸化物または窒化物が好適である。
【００４７】
なお、ここでは第２磁性層４Ｂを単層構造として、この磁化方向を、反強磁性層４Ｄで固定する構造にしているが、本発明はそれに限定されない。例えば、特に図示しないが、この第２磁性層に代えて、３層構造のシンセティック構造を採用し、このシンセティック構造の磁化方向を、反強磁性層４Ｄを利用して固定しても良い。このシンセティック構造は、１つの非磁性層が、２つの磁性層（第１磁性層側磁性層，反強磁性層側磁性層）で挟み込まれた状態になっている。また、２つの磁性層の磁化方向は、常に反平行状態となるように設定されている。従って、反強磁性層４Ｄを利用して、反強磁性層側磁性層の磁化方向を固定することで、第１磁性層側磁性層の磁化方向が、反平行の状態で間接的に固定されることになる。なお、シンセティック構造の反強磁性層側磁性層の材料に特に制限はないが、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＰｔなどの強磁性材料を単独で、或いは複合させて用いることが好ましい。また、シンセティック構造内に設けられる非磁性金属層の材料としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇなどが好適である。なお、非磁性金属層の厚さは、挟まれる磁性層の間に強い交換結合を得ることを目的として、２ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
ＴＭＲ素子４の反強磁性層４Ｄは、ワード配線１５と電気的に接続されている。ＴＭＲ素子４の第１磁性層４Ａは、ビット配線１３に電気的に接続される。この構成により、読み出し電流をビット配線１３からＴＭＲ素子４を介してワード配線１５へ流すことが可能となり、ＴＭＲ素子４の抵抗値の変化をセンスアンプ１６によって検出する事が出来る。なお、ＴＭＲ素子４の第１磁性層４Ａの磁化容易軸は、ビット配線１３の長手方向（延在方向）と平行するように設定される。
【００４９】
図２に戻って、クロスポイントＫに配置されるＴＭＲ素子４では、反強磁性層４Ｄによる第２磁性層４Ｂの磁化固定方向Ｍが、ＴＭＲ素子４よりも前に予め形成されるビット配線１３の延在方向Ｘと平行となっている。すなわち、反強磁性層４Ｄと第２磁性層４Ｂの接合面における交換結合によって、第２磁性層４Ｂの磁化方向Ｍがビット配線１３の延在方向Ｘに配向された状態で安定化されている。第１磁性層４Ａの磁化容易軸方向も、ビット配線１３の延在方向に沿うように設定される。この結果、ＴＭＲ素子４の第２磁性層４Ｂのピン止め方向Ｍと、ビット配線用軟磁性体４０のピン止め方向Ｘは平行となり、一方、第２磁性層４Ｂのピン止め方向Ｍとワード配線用軟磁性体４１のピン止め方向Ｙは直角となる。
【００５０】
本磁気記憶装置１における書込み作業は、先ず、要求アドレスに基づいて、複数のビット配線１３の中から１つの配線を選択すると共に、同要求アドレスに基づいて複数のワード配線１５の中から１つの配線を選択する。そして、二値情報（０、１）の何れを書き込むのかを判断し、二値情報に基づいた電流を流す。その結果、ビット配線１３及びワード配線１５には周方向の磁界が発生するので、この磁界に誘導されるように、ビット配線用軟磁性体４０及びワード配線用軟磁性体４１の磁化状態Ｘ、Ｙの方向が滑らかに回転して、各配線１３、１５の周方向磁界と一致する。このビット配線１３とワード配線１５の双方の磁界の相互作用によって、ＴＭＲ素子４の第１磁性層（図示省略）の磁化状態が所定の方向に設定され、二値情報の書込み作業が完了する。
【００５１】
この磁気記憶装置１では、磁束の漏れを防止するビット配線用軟磁性体４０の磁化状態Ｘ及びワード配線用軟磁性体４１の磁化状態Ｙが、配線の延在方向にピン止めされて単磁区化が図られている。従って、電流が流れていない時の磁化状態が中立化されており、また、通電により生じる誘導磁界の変化も滑らかとなり、書込みノイズが低減される。特に、ワード配線１３又はビット配線１５にクラッド構造を採用した際に、各配線１３、１５近傍に配置される複数のＴＭＲ素子４（クロスポイントＫ）で特性が異なってしまうと、書込み時のタイミング制御や、電流／電圧制御が複雑となる。しかし、本磁気記憶装置１では、各配線１３、１５をクラッド構造としながらも、ビット配線用反強磁性層２６、ワード配線用反強磁性層２７によって、ビット配線用軟磁性体４０及びワード配線用軟磁性体４１の長手方向全域において磁化状態が均質化されるので、ばらつきが低減して書込み精度を高める事が可能になる。
【００５２】
本磁気記憶装置１では、ビット配線用反強磁性層２６の素材として反強磁性規則合金が用いられているので、磁場印加とアニール処理によってピン止め作用を得ることができる。一方、ワード配線用反強磁性層２７の素材として反強磁性不規則合金が用いられているので、非アニール環境の磁場印加によりピン止め作用を得ることができる。ビット配線１３の後に形成されるＴＭＲ素子４の磁化容易軸は、ビット配線用反強磁性層２６のピン止め方向と一致させているので、ＴＭＲ素子４に対して磁場印加とアニール処理を行った際に、ビット配線用反強磁性層２６のピン止め状態が変化する事を回避できる。
【００５３】
又この磁気記憶装置１では、ワード配線用軟磁性体４１の厚さｔがｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）、好ましくはｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）の範囲内に設定されているので、ワード配線用反強磁性層２７によるピン止めを確実に行うことが可能となっている。後述するように、ワード配線用軟磁性体４１及びワード配線用反強磁性層２７がＴＭＲ素子４よりも後工程で形成され、更にワード配線用反強磁性層２７によるピン止め方向が、ＴＭＲ素子４のピン止め方向と直角となる場合、ワード配線用反強磁性層２７の製膜工程でアニール処理を行うことが困難となる。しかし、ワード配線用軟磁性体４１を上記厚さに設定すれば、非アニール状態であっても磁場を印加すれば、確実にピン止めを行うことが可能になる。
【００５４】
以上の結果、本磁気記憶装置１では、ＴＭＲ素子４の磁化状態の安定性を確保しながらも、ビット配線用軟磁性体４０とワード配線用軟磁性体４１の双方を配線方向にピン止めすることができる。
【００５５】
次に、この磁気記憶装置１の製造方法について説明する。
【００５６】
図６（Ａ）に示されるように、先ず、ＳｉＯ２素材の絶縁体層７１が形成された基台７０に対して、ビット配線１３と一致するようにパターンニングを行い、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって絶縁体層７１内にビット配線用の溝部７１Ａを形成する。次に、図６（Ｂ）に示されるように、溝部７１Ａを含む領域に、ビット配線用反強磁性層２６、ビット配線用軟磁性体４０、ビット配線１３の基材をこの順に成膜する。なお、ビット配線用反強磁性層２６の素材には、ブロッキング温度の高い反強磁性規則合金を用いる。この状態で、図６（Ｃ）に示されるように、磁場中でアニール処理を行う。この磁場の方向Ｘは、溝部７１Ａの延在方向、即ち、将来のビット配線１３の延在方向と一致させる。この結果、ビット配線用反強磁性層２６によってビット配線用軟磁性体４０がピン止めされることになる。その後、図６（Ｄ）に示されるように、ケミカル−メカニカルポリシング（ＣＭＰ）によって、溝部７１Ａ以外を覆っている配線用反強磁性層２６、ビット配線用軟磁性体４０、ビット配線１３の各基材を排除して表面を平滑化する。これにより、溝部７１Ａ内に、ピン止めされたクラッド（ビット配線用軟磁性体４０）を有するビット配線１３が形成される。なお、この際、ビット配線用軟磁性体４０の膜厚ｔを、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）、更にはｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）の範囲内に収まるようしておくことも好ましい。
【００５７】
次に、図６（Ａ）に示されるように、ＴＭＲ素子４の基材を成膜する。具体的には、第１磁性層４Ａ、非磁性絶縁層（絶縁体層）４Ｃ、第２磁性層（ピンド層）４Ｂ、反強磁性層４Ｄの基材をこの順に積層する。なお、この反強磁性層４Ｄについても、ブロッキング温度の高い反強磁性規則合金を用いている。積層後、図６（Ｂ）に示されるように、磁場中でアニール処理を行って反強磁性層４Ｄの磁化状態を一方向異方性に安定化する。印加する磁場の方向Ｍは、ビット配線１３の延在方向Ｘ、即ち図６（Ｃ）で示した磁場方向Ｘと平行となっており、この工程によって、第２磁性層４Ｂの磁化方向Ｍがビット配線１３の延在方向に沿ってピン止めされる。
【００５８】
その後、ＴＭＲ素子４に相当する領域をパターニングして不要な部分を排除し、リフィル処理を経てＴＭＲ素子４が生成される。既に述べたように、このＴＭＲ素子４の磁化容易軸方向及び第２磁性層４Ｂのピン止め方向は、ビット配線１３の延在方向と一致する。
【００５９】
その後、図８（Ａ）に示されるように、ワード配線１５をリフトオフ工程又はメッキ工程によって形成し、その後、ワード配線１５を覆うようにワード配線用軟磁性体４１及びワード配線用反強磁性層２７をこの順に一括して成膜する（図８（Ｂ）参照）。この際、ワード配線用軟磁性体４１の膜厚ｔは、既に述べたように、ｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）、好ましくはｔ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）の範囲内に収まるようにする。
【００６０】
更にこのワード配線用軟磁性体４１及び反強磁性層２７の成膜工程では、非アニール環境でピン止め形成用磁場を印加しておく。このピン止め形成用磁場の方向Ｙは、ワード配線１５の延在方向と平行となるようにし、更にその強さを、ワード配線用軟磁性体４１の保磁力Ｈｃよりも大きく設定する。より好ましくは、ワード配線用軟磁性体４１が飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界Ｈｃ２と比較して、ピン止め形成用磁場の強さが大きくなるようにする。
【００６１】
この結果、ワード配線用軟磁性体４１を製膜した段階において、ピン止め形成用磁場がワード配線用軟磁性体４１の保磁力Ｈｃを上回ることになるので、ワード配線用軟磁性体４１の磁化状態がピン止め形成用磁場に沿って配向して単磁区状態となる。特に、ピン止め形成用磁場の強さを、上記印加磁界Ｈｃ２よりも大きくする事で、ワード配線用軟磁性体４１をより確実に配向できることになる。配向状態のワード配線用軟磁性体４１に対してワード配線用反強磁性層２７を製膜できるので、確実にピン止めすることが可能になる。例えば、ワード配線用軟磁性体４１にＮｉＦｅを採用した場合、ピン止め形成用磁場の強さは、保磁力Ｈｃの６（Ｏｅ）よりも大きく、より好ましくは上記印加磁界Ｈｃ２の８（Ｏｅ）よりも大きくなるように設定する。
【００６２】
この結果、ワード配線用軟磁性体４１の磁化状態が同方向Ｙに確実にピン止めされる。その後、余分なワード配線用軟磁性体４１及びワード配線用反強磁性層２７を除去することで、図２で示した磁気記憶装置１が得られる。
【００６３】
本製造方法によれば、ビット配線用軟磁性体４０の磁化ピン止め方向と、ＴＭＲ素子４の磁化ピン止め方向を一致させているので、ＴＭＲ素子４のアニール処理が、ビット配線用軟磁性体４０のピン止め作用を一層強める方向に作用する。つまり、ＴＭＲ素子４をアニールする際に、ビット配線用反強磁性層２６も同時にアニールされてしまうが、ピン止め方向が同じであるので、ビット配線用反強磁性層２６のピン止め状況を維持することが可能となる。また、ワード配線用軟磁性体４１の厚さｔや、ピン止め形成用磁場の強さが所定の範囲内に設定されているので、非アニール環境で磁場を印加すればワード配線用軟磁性体４１をピン止めする事ができるので、ブロッキング温度の高い反強磁性層４Ｄやビット配線用反強磁性層４０の磁化状態に影響を与えてしまうことを回避できる。従って、ビット配線用軟磁性体４０、ワード配線用軟磁性体４１、ＴＭＲ素子４の全てにおいて安定した磁化状態を有する磁気記憶装置１を製造することが可能となる。
【００６４】
次に、図９を参照して、本発明の本第２実施形態の磁気記憶装置１０１について説明する。なお、第１実施形態の磁気記憶装置１と同一又は類似する部材等については、図中の符号の下二桁を一致させる事で説明を省略し、相違する点を中心に説明する。
【００６５】
この磁気記憶装置１０１では、ビット配線１１３とワード配線１１５の周囲に、断面コ字形状のビット配線用軟磁性体１４０及びワード配線用軟磁性体１４１が積層されており、更にこれらの反素子側面のみを、ビット配線用反強磁性層１２６及びワード配線用反強磁性層１２７が覆うようになっている。ワード配線用軟磁性体１４１の厚さｔは、第１実施形態と同様にｔ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）を満たしている。この磁気記憶装置１０１によれば、ビット配線用軟磁性体１４０に加えて、ワード配線用軟磁性体１4１の磁化状態を確実に配線長手方向にピン止めすることが可能である。結局、本磁気記憶装置１０１においても、ビット配線１１３、ワード配線１１５から生じる書込み磁界の変動が滑らかとなり、書込み時の磁界のばらつきを低減することができる。
【００６６】
なお、この磁気記憶装置１０１では、ビット配線用軟磁性体１４０、ワード配線用軟磁性体１４１が断面コ字形状となっている場合を示したが、本発明はそれに限定されず、例えば図１０に示されるように、ビット配線１１３、ワード配線１１５の反素子側面のみを強磁性層１２６、１２７が覆うようにしてもよい。このようにしても、配線１１３、１１５からの磁界の漏れを防止することが可能となる。
【００６７】
以上、本実施形態では、ビット配線、ワード配線がその長手方向全域に亘ってクラッドを備えている場合を示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、長手方向に対して部分的にクラッドを備えるようにしても良い。詳細は後述するが、ＴＭＲ素子に対する磁界の強さを向上させる観点では、ビット配線とワード配線の少なくともクロスポイントＫを含む領域を部分的に被覆することで、いわゆるヨーク構造にすることも可能である。
【００６８】
また、上記実施形態では、ビット配線とワード配線にＴＭＲ素子が当接する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、ビット配線とワード配線に対してＴＭＲ素子は隙間をあけて配置されるようにし、その隙間において、ＴＭＲ素子と当接する電極（読み出し専用電極）を別途積層するようにしてもよい。
【００６９】
次に、図１１以降を参照して、第３実施形態に係る磁気記憶装置２０１を説明する。図１１は磁気記憶装置２０１の全体構成を示す概念図である。この磁気記憶装置２０１は、記憶部２０２、ビット選択回路２１１、ワード選択回路２１２、ビット配線２１３、２１４、並びにワード配線２１５、２１６を備える。記憶部２０２には、複数の記憶領域２０３がｍ行ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数）の二次元状（アレイ状）に配列されている。図１２に拡大して示されるように、各記憶領域２０３は、ＴＭＲ素子２０４、書込み専用配線２０５Ａ、読み出し専用配線２０５Ｂ、書込み専用トランジスタ２０６Ａ、読み出し専用トランジスタ２０６Ｂ、読み出し専用配線２０５Ｂ、軟磁性体を構成する軟磁性ヨーク２２０等を有する。書込み専用配線２０５Ａ、読み出し専用配線２０５Ｂは、ビット配線２１３から引き込まれるように配設されていることから、記憶領域２０３毎に、書込み専用配線２０５Ａ、読み出し専用配線２０５Ｂ、軟磁性ヨーク２２０、及びこの軟磁性ヨーク２２０をピン止めする反強磁性層（詳細は後述）が独立して配設されるようになっている。
【００７０】
なお、この磁気記憶装置２０１では、書込み専用配線２０５Ａと読み出し専用配線２０５Ｂを別々に配置することで、回り込み電流等のノイズ要因を低減できるようになっている。
【００７１】
書込み専用配線２０５Ａの両端は、２本のビット配線２１３、２１４に接続されており、更にこの両端の間に書込み専用トランジスタ２０６Ａが配置されている。従って、ビット配線２１３、２１４間に電圧を印加して、書込み専用トランジスタ２０６ＡをＯＮにすることで、書込み専用配線２０５Ａに電流を流す事が可能となり、近接配置されるＴＭＲ素子２０４の周囲に磁界を発生させる事ができる。また、読み出し専用配線２０５Ｂの両端も２本のビット配線２１３、２１４に接続されており、更に、この両端間に読み出し専用トランジスタ２０６Ｂ及びＴＭＲ素子２０４が配置されている。従って、ビット配線２１３、２１４間に電圧を印加して、読み出し専用トランジスタ２０６ＢをＯＮにすることで、読み出し専用配線２０５Ｂに電流を流す事が可能となり、ＴＭＲ素子２０４の抵抗値の変化を検出する事ができる。なお、書込み専用トランジスタ２０６Ａはワード配線２１５に接続されており、読み出し専用トランジスタ２０６Ｂはワード配線２１６に接続されている。従って、このワード配線２１５、２１６に印加する電圧を利用して、各トランジスタ２０６Ａ、２０６Ｂの導通状態を個別に切り替えるようになっている。この結果、必要に応じてビット配線２１３、２１４からワード配線２１５に対して電流を流すこともできる。なお、ＴＭＲ素子４に隣接する書込み専用配線２０５Ａは、記憶領域２０３のアレイ面（平面）方向に延在しながらも、この平面内でＬ字上に屈曲した形状となっている。
【００７２】
図１３に拡大して示されるように、ＴＭＲ素子２０４は、外部磁界によって磁化方向が変化する第１磁性層（フリー層／感磁層）２０４Ａと、磁化方向が固定された第２磁性層（ピンド層）２０４Ｂと、第１磁性層２０４Ａ及び第２磁性層２０４Ｂに挟まれた非磁性絶縁層（絶縁体層）２０４Ｃと、第２磁性層の磁化方向を固定（ピン止め）する反強磁性層２０４Ｄとを備える。また、ＴＭＲ素子２０４の反強磁性層２０４Ｂは、一方の読み出し専用配線２０５Ｂと電気的に接続されている。また、ＴＭＲ素子２０４の第１磁性層２０４Ａは、他方の読み出し専用配線２０５Ｂに電気的に接続される。この構成により、読み出し専用配線２０５Ｂに読み出し電流を流すことで、ＴＭＲ素子２０４の抵抗値の変化を検出する事が出来る。なお、ＴＭＲ素子２０４の第１磁性層２０４Ａの磁化容易軸は、書込み専用配線２０５Ａの長手方向と交差する方向（すなわち、書き込み電流の方向と交差する方向）に沿うように設定される。
【００７３】
図１４に示されるように、軟磁性ヨーク２２０は、延在する書込み専用配線２０５ＡにおけるＴＭＲ素子４側に近接配置される素子側ヨーク２２０Ａと、書込み専用配線２０５ＡにおけるＴＭＲ素子２０４の反対側に近接配置される反素子側ヨーク２２０Ｂを備える。又、素子側ヨーク２２０Ａの両端と反素子側ヨーク２２０Ｂの両端には、両者を連結して略環状とする一対のヨーク接合部２２０Ｃ、２２０Ｃが構成されている。従って、ＴＭＲ素子２０４を基準に考えると、素子側ヨーク２２０ＡがＴＭＲ素子２０４に近接しており、反素子側ヨーク２２０ＢはＴＭＲ素子２０４から離れている。又、この軟磁性ヨーク２２０自体は書込み専用配線２０５Ａの外周の一部を覆って略環状に構成されている。反素子側ヨーク２２０Ｂは、書込み専用配線２０５Ａの上方に位置するトップ領域２２０Ｔと、このトップ領域２２０Ｔの両端側、即ちヨーク接合部２２０Ｃ、２２０Ｃの近傍に位置するする傾斜領域２２０Ｓ、２２０Ｓとを備えて構成される。
【００７４】
素子側ヨーク２２０Ａは、環状方向の中間に空隙２２０Ｅが形成されており、その空隙２２０ＥにＴＭＲ素子２０４が介在配置されている。従って、軟磁性ヨーク２２０を軸視した場合、周方向の一部に開放端２２０Ｅａ、２２０Ｅｂを備えた略Ｃ字形状となっている。この開放端２２０Ｅａ、２２０Ｅｂは、素子側ヨーク２２０Ａの突端としてＴＭＲ素子２０４の側面近傍に配置される。
【００７５】
さらに、軟磁性ヨーク２２０の外周側には、ヨーク用反強磁性層２２６が形成されている。従って、軟磁性ヨーク２２０は、このヨーク用反強磁性層２２６との接合面における交換結合によって磁化方向が安定化されている。軟磁性ヨーク２２０における磁化状態のピン止め方向は、書き込み専用配線２０５Ａの延在方向、即ちこの書込み専用配線２０５Ａが生じる誘導磁界に対する垂直方向と略一致するように設定されている。
【００７６】
次に反素子側ヨーク２２０Ｂのトップ領域２２０Ｔの厚みＴＺについて説明する。反素子側ヨーク２２０Ｂとヨーク用反強磁性層２２６の境界面の交換結合エネルギーをＪ（ｅｒｇ／ｃｍ２）、反素子側ヨーク２２０Ｂの飽和磁化をＭｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）、反素子側ヨーク２２０Ｂの保磁力をＨｃ（Ｏｅ）とした場合に、この反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺ（ｃｍ）は、ＴＺ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に設定されている。特に、本実施形態の場合、反素子側ヨーク２２０Ｂが飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な外部印加磁界をＨｃ２（Ｏｅ）とした場合に、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺ（ｃｍ）が、ＴＺ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）となるように設定されている。
【００７７】
例えば、反素子側ヨーク２２０Ｂの素材をＮｉＦｅとし、ヨーク用反強磁性層２２６の素材をＩｒＭｎとした場合、反素子側ヨーク２２０ＢのＮｉＦｅの飽和磁化Ｍｓが７８０（ｅｍｕ／ｃｃ）、同ＮｉＦｅの保磁力Ｈｃ（Ｏｅ）、反素子側ヨーク２２０Ｂとヨーク用反強磁性層２２６の境界面となるＮｉＦｅ／ＩｒＭｎの交換結合エネルギーＪが０．０６１（ｅｒｇ／ｃｍ２）となる。従って、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さｔは、上記数値をＴＺ＜Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）に当てはめると、１３０ｎｍよりも小さく設定される。
【００７８】
更に、ヨーク用反強磁性層２２６によるピン止め磁界の磁力Ｈｕａ（Ｏｅ）は、反素子側ヨーク２２０Ｂにおける外部印加磁界Ｈｃ２（Ｏｅ）よりも大きいことが望ましい。つまり、反素子側ヨーク２２０Ｂにおいて飽和磁化Ｍｓの８０％程度まで誘導できる外部印加磁界よりもピン止め磁界Ｈｕａの磁力が上回れば、より確実に、ピン止め磁界の方向に沿って反素子側ヨーク２２０Ｂの磁化状態を単磁区化することができるからである。
【００７９】
例えば、ＮｉＦｅによる反素子側ヨーク２２０Ｂが飽和磁化Ｍｓの８０％（７８０（ｅｍｕ／ｃｃ））に達する為に必要な外部印加磁界Ｈｃ２は、８（Ｏｅ）であるので、この数値をＴＺ＜Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）に当てはめると、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さｔが９３ｎｍよりも小さく設定する必要がある。
【００８０】
また更に、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺは、素子側ヨーク２２０Ａの厚みＢＺと比較して大きく設定されている。例えば厚さＴＺは、５０ｎｍ以上に設定される。また、反素子側ヨーク２２０Ｂよりも薄い素子側ヨーク２０Ａの厚さＢＺは１０ｎｍより大きく且つ３０ｎｍより小さい範囲内に設定されている。また、傾斜領域２２０Ｓの厚さＳＺは、平均すると２０ｎｍより大きく且つ１００ｎｍより小さい範囲内に設定されている。ＴＭＲ素子平面２０４を基準とした反素子側ヨーク２２０Ｂの最大高さは、例えば３００ｎｍ以下に設定される。
【００８１】
なお、この軟磁性ヨーク２２０における反素子側ヨーク２２０Ｂを形成する際には、非アニール環境においてピン止め形成用磁場を印加しておく。このピン止め形成用磁場の方向Ｙは、書込み専用配線２０５Ａの延在方向と平行とし、更にピン止め形成用磁場の強さは、反素子側ヨーク２２０Ｂの保磁力Ｈｃよりも大きく設定されている。より好ましくは、反素子側ヨーク２２０Ｂが飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な印加磁界Ｈｃ２と比較して、ピン止め形成用磁場の強さが大きくなるようにする。また、非アニール環境においてピン止め形成用磁場を印加した状態で、反素子側ヨーク２２０Ｂ（傾斜領域２２０Ｓとトップ領域２２０Ｔ）とヨーク用反強磁性層２２６を一連のプロセスとして連続製膜する。これにより、反素子側ヨーク２２０Ｂの磁化状態がピン止め形成用磁場の方向Ｙに沿って配向された状態のまま、ヨーク用反強磁性層２２６を製膜できる。なお、軟磁性ヨーク２２０を構成する強磁性材料としては、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうち少なくとも一つの元素を含む金属が好適であるが、ここではＮｉＦｅを採用している。
【００８２】
次に、図１５〜図１７を参照して、本実施形態の磁気記憶装置１におけるＴＭＲ素子４への情報書き込み動作について説明する。
【００８３】
図１５に示されるように、書込み専用配線２０５Ａに電流が流れていない場合、この書込み専用配線２０５Ａによる磁界が生じないので、軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘは、ヨーク用反強磁性層２２６によるピン止め作用の影響を受け、書込み専用配線２０５Ａの延在方向と略一致した状態となっている。従って、軟磁性ヨーク２２０は、全体の磁化方向が一方向に統一された単磁区状態である。ＴＭＲ素子２０４における第２磁性層２０４Ｂの磁化方向Ｂと第１磁性層２０４Ａの磁化方向Ａは互いに一致している。ここでは磁化方向Ａ、Ｂが一致している場合、二値データの０が書き込まれていると定義する。
【００８４】
図１６に示されるように、書込み専用配線２０５Ａに書き込み電流Ｉ１が流れると、書込み専用配線２０５Ａの周囲に、周方向磁界Ｆ１が発生する。磁界Ｆ１は、その周囲に設けられた軟磁性ヨーク２２０の内部を周回して閉じた経路を形成する。軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘは、この磁界Ｆ１に誘導されるようにして、ヨーク用反強磁性層２２６のピン止め作用（点線矢印参照）の影響力に抗しながら、滑らかに磁化方向を９０度回転させて磁界Ｆ１の方向に近づける。
【００８５】
この結果、書込み専用配線２０５Ａから生じる磁界Ｆ１と、軟磁性ヨーク２２０に生じる磁化状態Ｘが合成された強い磁界が、ＴＭＲ素子２０４における第１磁性層２０４Ａに作用し、その磁化方向Ａが反転することになる。この状態で書込み専用配線２０５Ａの電流Ｉ１を止めると、軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘは、ヨーク用反強磁性層２２６のピン止めの影響を受けて図１５の状態に滑らかに戻るが、ＴＭＲ素子２０４の磁化方向Ａは、図１６のように反転したまま維持される。磁化方向Ａ、Ｂが反対となったまま維持されることから、ここでは二値データの１が書き込まれた事になる。
【００８６】
次に、図１７に示されるように、書込み専用配線２０５Ａにおいて、Ｉ１と反対方向となる書き込み電流Ｉ２が流れると、書込み専用配線２０５Ａの周囲に周方向の磁界Ｆ２が発生する。磁界Ｆ２は、その周囲に設けられた軟磁性ヨーク２０５の内部を周回する閉じた経路を形成する。軟磁性ヨーク２０５の磁化状態Ｘは、この磁界Ｆ２に誘導されるようにして、ヨーク用反強磁性層２２６のピン止め作用（点線矢印参照）の影響力に抗しながら、滑らかに磁化方向を９０度回転させて磁界Ｆ２の方向に近づける。
【００８７】
この結果、書込み専用配線２０５Ａから生じる磁界Ｆ２と、軟磁性ヨーク２２０に生じる磁化状態Ｘが合成され、その強い磁界がＴＭＲ素子２０４における第１磁性層２０４Ａに作用し、磁化方向Ａが反転して再び第２磁性層２０４Ｂの磁化方向Ｂと一致する。この状態で書込み専用配線２０５Ａの電流Ｉ２を止めると、軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘは、ヨーク用反強磁性層２２６のピン止めの影響を受けて図１５の状態に戻る。ＴＭＲ素子２０４は、磁化方向Ａ、Ｂが一致しているので、ここでは二値データの０が再び書き込まれた事になる。
【００８８】
なお、ＴＭＲ素子２０４に書き込まれた二値データを読み出す際には、読み出し専用配線２０５Ｂに読み出し電流を流し、その電流値の変化または両配線間の電位差の変化を検出する。これによりＴＭＲ素子２０４の抵抗値が明らかとなり、二値データのいずれかを記録しているか（すなわち、第１磁性層２０４Ａの磁化方向Ａが第２磁性層２０４Ｂの磁化方向Ｂと平行か反平行か）を判別する。例えば、第１磁性層２０４Ａの磁化方向Ａが第２磁性層２０４Ｂの磁化方向Ｂと同方向である場合、非磁性絶縁層２０４Ｃにおけるトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）によって、第１磁性層２０４Ａと第２磁性層２０４Ｂとの間の抵抗値が比較的小さくなる。反対に、磁化方向Ａと磁化方向Ｂが対向方向となる場合、トンネル磁気抵抗効果によって、第１磁性層２０４Ａと第２磁性層２０４Ｂとの間の抵抗値が比較的大きくなる。
【００８９】
以上説明した磁気記憶装置２０１によれば、軟磁性ヨーク２２０の厚さＴＺを所定の範囲内に設定していることから、軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘが、常に単磁区状態となり、複数の磁区が不規則に自然形成されている場合と比較して、滑らかな磁界変化を得ることが出来る。従って、磁化状態Ｘの変化時のバルクハウゼンノイズを低減する事が出来る。また、図１１で示したように、複数の記憶領域２０３がアレイ状に配置される場合において、それらの間で、書込み専用配線２０５Ａ及び軟磁性ヨーク２２０によって得られる磁界特性を均質化することができ、書き込み制御が容易化される。
【００９０】
また、書込み専用配線２０５Ａが、記憶領域２０３毎にビット配線２１３から引き込まれ、各書込み専用配線２０５Ａに軟磁性ヨーク２２０が形成されるような独立構造の場合、通常、複数の軟磁性ヨーク２２０の間における磁化特性が異なるので、各記憶領域２０３の磁化特性にばらつきが発生し易い。しかしながら、本磁気記憶装置２０１のように、軟磁性ヨーク２２０を単磁区化しておけば、磁界特性のばらつきを低減する事が出来、複数の記憶領域３の間で書込み速度等を均質化できる。
【００９１】
また、書込み専用配線２０５Ａに軟磁性ヨーク２２０を設ける場合、軟磁性ヨーク２２０の環状方向が軟磁性ヨーク２２０にとっては長手方向となることから、ピン止めを行わないと、複数の磁区が主にその長手方向に形成されてしまい、環状方向の一方に偏った磁化状態となってしまう。つまり、二値書込みにおいて、一方の書込み速度と他方の書込み速度が異なってしまったり、一方で要求される電流・電圧値と他方で要求される電流・電圧値が異なってしまったりする事態が生じ得る。そこで本第３実施形態によれば、軟磁性ヨーク２２０の磁化状態Ｘが強制的に配線方向に固定していることから、常に中立的な磁化状態Ｘに維持されるので、書込み作業を行う際には、書込み専用配線２０５Ａにおける電流方向に依存すること無く、「０」、「１」双方の書込みにおいて、その電流・電圧値や、磁界生成速度（立ち上がり速度／書込み速度）を均質化する事が可能になる。
【００９２】
また、この磁気記憶装置２０１によれば、製造工程において、軟磁性ヨーク２２０を形成した後に、その上方からヨーク用反強磁性層２２６を積層するようにしているので、容易に軟磁性ヨーク２２０をピン止めする事が可能となっている。更に、この磁気記憶装置２０１のように、書込み専用配線２０５Ａが軟磁性ヨーク２２０の前後で屈曲するような複雑な構造の場合、それらの配線からノイズとなる磁界が生じ易い。軟磁性ヨーク２２０は、それらの様々なノイズ磁界の影響を受け易いが、ヨーク用反強磁性層２２６によって軟磁性ヨーク２２０をピン止めしておくことで、その磁化状態Ｘに中立方向のバイアスが作用するので、ノイズの影響を低減する事が可能となる。
【００９３】
この磁気記憶装置２０１では、書込み専用配線２０５Ａと読み出し専用配線２０５Ｂが独立しているので、書込み動作時には、書込み専用配線２０５Ａのみに電流を流すことができる。一方、読み出し動作時には、読み出し専用配線２０５Ｂのみに電流を流すことができる。この結果、ダイオード等を配置しなくても回り込み電流等を回避することが可能になるので、書き込み及び読み出し動作を更に安定させることができる。
【００９４】
また、この磁気記憶装置２０１では、素子側ヨーク２２０Ａを分断してその間にＴＭＲ素子２０４を介在配置し、素子側ヨーク２２０Ａの分断面とＴＭＲ素子２０４の端面に隙間を確保している。この結果、軟磁性ヨーク２２０による磁界を、ＴＭＲ素子２０４の端面に印加することが可能になり、書き込み動作の応答性を向上させることが可能になる。なお、本実施形態でいう「素子側ヨークの分断」は、完成後された軟磁性ヨーク２２０の形状状態を意味しており、連続的な素子側ヨーク２２０Ａを形成した後に、分断加工を行う場合に限定されるものではない。例えば、（分断されたような状態となり得る）一対の素子側ヨーク２２０Ａを個別に形成するようにして、その間にＴＭＲ素子２０４を介在させてもよい。
【００９５】
次に、図１８を参照して、第４実施形態に係る磁気記憶装置３０１について説明する。なお、この磁気記憶装置３０１について、第３実施形態に係る磁気記憶装置２０１と同一又は類似する部材等については、図中の符号の下２桁を一致させることで個々の説明は省略する。
【００９６】
この磁気記憶装置３０１では、軟磁性体によって構成される反素子側ヨーク３２０Ｂが、第１軟磁性層２２０Ｂａと第２軟磁性層３２０Ｂｂの２層構造となっている。又、第１軟磁性層３２０Ｂａの素材と、第２軟磁性層３２０Ｂｂの素材は異なっている。従って、ヨーク用反強磁性層３２６は、第２軟磁性層３２０Ｂｂに当接していることになる。更に、本磁気記憶装置３０１では、ヨーク用反強磁性層３２６の外周側に、酸化防止用キャップ層３５０が形成されている。この酸化防止用キャップ層３５０の素材としては、例えばＴａ等が好適であり、ヨーク用反強磁性層３２６の酸化を抑制することができる。
【００９７】
この磁気記憶装置３０１では、第１軟磁性層３２０Ｂａの厚さをＴ１、第１軟磁性層３２０Ｂａとヨーク用反強磁性層３２６の間の交換結合エネルギーをＪ１、第１軟磁性層３２０Ｂａの飽和磁化をＭｓ１、第２軟磁性層３２０Ｂｂの厚さをＴ２、第２軟磁性層３２０Ｂｂとヨーク用反強磁性層３２６の間の交換結合エネルギーをＪ２、第２軟磁性層３２０Ｂｂの飽和磁化をＭｓ２とした場合、ヨーク用反強磁性層３２６によって得られるピン止め磁界Ｈｕａが、Ｈｕａ＝Ｊ１／（Ｍｓ１・Ｔ１）＋Ｊ２／（Ｍｓ２・Ｔ２）で表すことが出来る。例えば、第１軟磁性層３２０ＢａをＮｉＦｅとした場合、ＮｉＦｅの飽和磁化Ｍｓ１が７８０（ｅｍｕ／ｃｃ）、ＮｉＦｅ／ＩｒＭｎの交換結合エネルギーＪ１が０．０６１（ｅｒｇ／ｃｍ２）となる。また、第２軟磁性層３２０ＢｂをＣｏＦｅとした場合、ＣｏＦｅの飽和磁化Ｍｓ２は１５００（ｅｍｕ／ｃｃ）、ＣｏＦｅ／ＩｒＭｎの交換結合エネルギーＪ２が０．１９２（ｅｒｇ／ｃｍ２）となる。ＣｏＦｅは交換結合エネルギーＪ２がＮｉＦｅと比較して３倍以上となることから、ピン止め磁界Ｈｕａを強める方向に作用する。従って、ＮｉＦｅの第１軟磁性層３２０Ｂａの外周側に、例えば２ｎｍ程度の薄膜状態のＣｏＦｅの第２軟磁性層３２０Ｂｂを製膜しておくことで、ピン止め磁界Ｈｕａを強めることが可能となる。なお、ピン止め磁界Ｈｕａを強められる分、反素子側ヨーク３２０の厚さ（Ｔ１＋Ｔ２）を大きくすることができ、シールド効果を高めて書込み専用配線３０５Ａの磁界の漏洩を低減することが可能になる。
【００９８】
（実施例１）
【００９９】
第３実施形態のヨーク構造の磁気記憶装置２０１における記憶領域２０３を複数製造し、それぞれで必要となった書込み電流を統計的に分析した。この磁気記憶装置２０１では、軟磁性ヨーク２２０をＮｉＦｅ、ヨーク用反強磁性層２２６をＩｒＭｎとし、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺを１００ｎｍに設定することで、ＴＺ  ＜  Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）＝１３０ｎｍを満たすようにした。なお、比較例として、ヨーク用反強磁性層２２６が形成されていない磁気記憶装置２０１を製造して、同様に書込み電流を計測した。この結果を図１９に示す。比較例となるグラフＢでは、書込み電流の平均値が１．１３（ｍＡ）であるのに対し、実施例のグラフＡでは、書込み電流の平均値が０．９０となり、書込み電流を低減できることが明らかとなった。即ち、軟磁性ヨーク２２０に対してピン止めを行う事で、各記憶領域２０３の磁気特性が均質化されて平均電流値を低減できる。
【０１００】
（実施例２）
【０１０１】
次に、第３実施形態の磁気記憶装置２０１における記憶領域２０３を複数製造し、それぞれで必要となった書込み電流を統計的に分析した。ここでは、サンプルＡとして、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺが１００ｎｍとなる磁気記憶装置２０１を複数用意し、又サンプルＢとして、同厚さＴＺが５０ｎｍとなる磁気記憶装置２０１を用意した。なお、軟磁性ヨーク２２０をＮｉＦｅ、ヨーク用反強磁性層２２６をＩｒＭｎとしているので、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺを１００ｎｍに設定したサンプルＡの磁気記憶装置２０１は、ＴＺ  ＜  Ｊ／（Ｈｃ・Ｍｓ）＝１３０ｎｍを満たしている。一方、反素子側ヨーク２２０Ｂの厚さＴＺを５０ｎｍに設定したサンプルＢの磁気記憶装置２０１は、ＴＺ  ＜  Ｊ／（Ｈｃ２・Ｍｓ）＝９３ｎｍも満たしていることになる。この結果を図２０に示す。サンプルＡでは、書込み電流の平均値が０．９８（ｍＡ）、ばらつき（分散値）が０．５４（ｍＡ）であるのに対して、サンプルＢでは、書込み電流の平均値が０．５４（ｍＡ）、ばらつき（分散値）が０．２７（ｍＡ）となっている。従って、サンプルＡよりもサンプルＢの方が書込み電流値を一層低減できると共に、そのばらつきを大幅に低減できることが明らかとなった。即ち、反素子側ヨーク２２０Ｂが飽和磁化Ｍｓの８０％に達する為に必要な外部印加磁界をＨｃ２よりも、ヨーク用反強磁性層２２５のピン止め磁界の磁力を大きく設定する事で、軟磁性ヨーク２２０に対して一層確実にピン止めを行う事ができ、各記憶領域２０３の磁気特性が均質化されることが明らかとなった。
【０１０２】
なお、本発明による磁気記憶装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を用いているが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果を利用したＧＭＲ素子を用いてもよい。ＧＭＲ効果とは、非磁性層を挟んだ２つの強磁性層の磁化方向のなす角度により、積層方向と直交する方向における強磁性層の抵抗値が変化する現象である。すなわち、ＧＭＲ素子においては、２つの強磁性層の磁化方向が互いに平行である場合に強磁性層の抵抗値が最小となり、２つの強磁性層の磁化方向が互いに反平行である場合に強磁性層の抵抗値が最大となる。なお、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子には、２つの強磁性層の保磁力の差を利用して書き込み／読み出しを行う疑似スピンバルブ型と、一方の強磁性層の磁化方向を反強磁性層との交換結合により固定するスピンバルブ型とがある。また、ＧＭＲ素子におけるデータ読み出しは、積層方向と直交する方向における強磁性層の抵抗値の変化を検出することにより行われる。また、ＧＭＲ素子におけるデータ書き込みは、書き込み電流により生じる磁界によって一方の強磁性層の磁化方向を反転させることにより行われる。
【０１０３】
なお、本発明の磁気記憶装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、磁気抵抗効果素子によって各種情報を記録・保持するような分野において広く利用する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気記憶装置の全体構成を示す概念図。
【図２】同磁気記憶装置の記憶領域を拡大して示す概念図。
【図３】同磁気記憶装置の軟磁性体（厚さ１００ｎｍ）の磁化曲線を示すグラフ図。
【図４】同磁気記憶装置の軟磁性体（厚さ５０ｎｍ）の磁化曲線を示すグラフ図。
【図５】同磁気記憶装置に配置される磁気抵抗効果素子の積層構造を拡大して示す側面図。
【図６】同磁気記憶装置を製造する工程を説明する手順図。
【図７】同磁気記憶装置を製造する工程を説明する手順図。
【図８】同磁気記憶装置を製造する工程を説明する手順図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る磁気記憶装置の構造を拡大して示す斜視図。
【図１０】本発明の第２実施形態の他の例に係る磁気記憶装置の構造を拡大して示す斜視図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る磁気記憶装置の全体構成を示す概念図。
【図１２】同磁気記憶装置の記憶領域を拡大して示す概念図。
【図１３】同磁気記憶装置に配置される磁気抵抗効果素子の積層構造を拡大して示す側面図。
【図１４】同磁気記憶装置に配置される軟磁性ヨークの構造を拡大して示す側面図。
【図１５】同磁気記憶装置に配置される軟磁性ヨークの磁化状態を模式的に示す部分断面斜視図。
【図１６】同磁気記憶装置に配置される軟磁性ヨークの磁化状態を模式的に示す部分断面斜視図。
【図１７】同磁気記憶装置に配置される軟磁性ヨークの磁化状態を模式的に示す部分断面斜視図。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る磁気記憶装置の軟磁性ヨークを拡大して示す側面図。
【図１９】実施例１及び比較例に係る磁気記憶装置の書込み電流のばらつきを統計的に示したグラフ図。
【図２０】実施例２に係る磁気記憶装置の書込み電流のばらつきを統計的に示したグラフ図。
【図２１】従来の磁気記憶装置の構成例を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１０１、２０１、３０１・・・          磁気記憶装置
４、１０４、２０４、３０４・・・          磁気抵抗効果素子
１３、１１３、２１３、２１４・・・        ビット配線
１５、１１５、２１５、２１６・・・        ワード配線
２６、１２６・・・                        ビット配線用反強磁性層
２７、１２７・・・                        ワード配線用反強磁性層
４０、１４０・・・                        ビット配線用軟磁性体
４１、１４１・・・                        ワード配線用軟磁性体
２２０、３２０・・・                      軟磁性ヨーク
２２０Ａ、３２０Ａ・・・                  素子側ヨーク
２２０Ｂ、３２０Ｂ・・・                  反素子側ヨーク
【図１】
2007329222.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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