(57)【要約】      （修正有）【課題】単純な構造を有し、セル単位で、書き込み、消去を行うことができる不揮発性メモリ装置を提供する。【解決手段】絶縁膜上にマトリクス状（格子状）に配置された複数の強磁性体４３を備え、この強磁性体のそれぞれの上面および側面を覆うようにトンネル絶縁膜が設けられ、前記強磁性体の各行に対して、前記トンネル絶縁膜を介して、これを直列接続するように、第一の方向に磁化した複数の第一のハーフメタル強磁性体２３が、強磁性体間、及び、その端部に、設けられ、前記強磁性体の各列の上部に、前記第一の方向に略反平行な方向に磁化した、第二のハーフメタル強磁性体の複数の列８３が、前記トンネル絶縁膜を介して、列方向に延在して設けらる。前記第二のハーフメタル強磁性体列のそれぞれには、前記第一の方向に磁化した磁区１０３が設けられ、前記第二のハーフメタル強磁性体に設けられた磁区を移動させるための電極を設ける。【選択図】図１
2012043887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜上にマトリクス状に配置された複数の強磁性体と、
この強磁性体のそれぞれの上面および側面を覆うように形成されたトンネル絶縁膜と、
前記強磁性体の各行に対して、前記トンネル絶縁膜を介して、これを直列接続するように、前記強磁性体間、及び、その端部に、個別に設けられた、同一の方向に磁化した複数の第一のハーフメタル強磁性体と、
前記強磁性体の各列の上部に、前記トンネル絶縁膜を介して、列方向に延在して設けられた、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略反平行な方向に磁化した、第二のハーフメタル強磁性体の複数の列と、
前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれに設けられた、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した磁区と、
前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれに設けられ、対応する前記第二のハーフメタル強磁性体に設けられた磁区を移動させる電極と、
を具備することを特徴とする不揮発性メモリ装置。
【請求項２】
前記電極は、前記磁区を移動させる電流パルスが注入されることを特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項３】
前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれは、下方に位置する前記強磁性体に隣接する前記第一のハーフメタル強磁性体と、接触するように設けられることを特徴とする請求項１または２記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項４】
前記第二のハーフメタル強磁性体列のそれぞれには、その列方向に沿って、複数の楔状の掘削部が設けられ、前記各掘削部は、前記ハーフメタル強磁性体列のそれぞれの側面の上方に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずかに記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項５】
前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向は、前記第一のハーフメタル強磁性体の膜面に略平行であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項６】
前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向は、前記第一のハーフメタル強磁性体の膜面に略垂直であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項７】
前記絶縁膜の下部に、半導体基板上に形成された論理集積回路を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項８】
絶縁膜上に並行して延在するように設けられ、それぞれが膜面に略垂直な方向に磁化した第一の強磁性体と、
前記第一の強磁性体の延在する方向に略直交する方向に並行して延在するとともに前記第一の強磁性体上に離間して設けられ、それぞれが前記第一の強磁性体の磁化方向に略反平行な方向に磁化した複数の第二の強磁性体と、
前記第二の強磁性体のそれぞれに設けられ前記第一の強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した磁区と、
前記第二の強磁性体の延在する方向に並行して延在するとともに前記第二の強磁性体のそれぞれの上に離間して設けられ、前記第一の強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した第三の強磁性体と、
前記第一の強磁性体と前記第二の強磁性体との交差部分、および前記第二の強磁性体と前記第三の強磁性体との交差部分にそれぞれ設けられた細線状または粒子状の第四の強磁性体と、
前記第二の強磁性体のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記第二の強磁性体に設けられた磁区を移動させる電極と、
を備えていることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項９】
前記電極は、前記磁区を移動させる電流パルスが注入されることを特徴とする請求項８記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記第一の強磁性体と前記第二の強磁性体との交差部分、および前記第二の強磁性体と前記第三の強磁性体との交差部分にそれぞれ流動性物質を備えていることを特徴とする請求項８または９記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記第二の強磁性体のそれぞれには、その延在する方向に沿って、複数の楔状の掘削部が設けられ、前記各掘削部は、前記第二の強磁性体のそれぞれの側面の上方に位置していることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１２】
前記絶縁膜の下部に、半導体基板上に形成された論理集積回路を備えていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、不揮発性メモリ装置及び不揮発性メモリを備えたスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波移動体通信の目覚しい普及に代表されるように、超高速高機能小型電子装置の実現により社会生活の情報化が著しく進行している。これに伴い、安価な不揮発性メモリの需要、及び不揮発メモリ機能を具備する、簡便で再構成可能な論理ＬＳＩ装置の需要も時を追って増大している。
【０００３】
セル単位で消去を行うことのできる不揮発性メモリとしては、ＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory) が知られている。しかしながら、このＭＲＡＭの構造は、基本的には、選択トランジスタとこれに接続されたＭＴＪ(Magnetic Tunneling Junction)素子と呼ばれる磁気抵抗素子から構成され、その構造は、ＮＯＲ型フラッシュメモリと同等かそれ以上に複雑である。
【０００４】
また、ＭＲＡＭとは異なる構造であって、Magnetic Shift Resisterが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、論理ＬＳＩ装置において、情報を一時的に蓄える機構としては、現在、半導体ＣＭＯＳ回路から構成されるＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) を用いた回路が専ら用いられている。これらは揮発性のメモリである。電源を切った場合、情報は失われる。電源を切った後にも情報を保持するためには、別途外部の不揮発性メモリを必要とする。電源を入れ、装置を再起動するためには、外部の不揮発性メモリに蓄えられていた情報を、その都度、読み込む必要が生じてしまう。
【０００６】
さらに、再構成可能な論理ＬＳＩ装置を実現するためには、ＬＳＩを構成する各単位機能回路間を連結する複数の配線を、適宜、切断または再連結するスイッチングマトリクス機構を備える必要がある。通常、これらのスイッチングマトリクス機構はＭＯＳ型トランジスタを、切断または連結すべきすべての配線間の各接点に配置することで実現されている。電源を切った場合、これらの配線の連結は失われる。このため、配線間連結情報は別途格納される必要がある。この場合も、電源を入れ、配線接続を回復するためには、外部の不揮発性メモリに蓄えられていた情報を、その都度、読み込む必要が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許明細書第６，８３４，００５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上、説明した通り、セル単位で書き込み、消去を行うことが可能な不揮発性メモリは構造が複雑であった。また、メモリ機能を具備する、簡便で、再構成可能な論理ＬＳＩ装置の実現には、ＳＲＡＭ(Static Random Access Memory)や、半導体トランジスタから構成されるスイッチングマトリクス機構を用いるが、電源を切った場合、情報は消失し、配線の連結は失われる。電源を切った後にも情報および回路構成を保持するためには、別途外部の不揮発性メモリが必要となっている。
【０００９】
本発明の実施形態は、単純な構造を有し、セル単位で、書き込み、消去を行うことができる不揮発性メモリ装置および不揮発性メモリを備えたスイッチ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態の不揮発性メモリ装置は、絶縁膜上にマトリクス状（格子状）に配置された複数の強磁性体を備えている。
【００１１】
さらに、この強磁性体のそれぞれの上面および側面を覆うようにトンネル絶縁膜が設けられている。
【００１２】
また、前記マトリクス状（格子状）に配置された強磁性体の各行に対して、前記トンネル絶縁膜を介して、これを直列接続するように、同一の方向に磁化した複数の第一のハーフメタル強磁性体が、強磁性体間、及び、その端部に、個別に設けられている。
【００１３】
さらに、前記マトリクス状（格子状）に配置された強磁性体の各列の上部に、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略反平行な方向に磁化した、複数の第二のハーフメタル強磁性体の列が、前記トンネル絶縁膜を介して、列方向に延在して設けられている。
【００１４】
加えて、前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれには、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した磁区が設けられている。
【００１５】
また、前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれに対応して電極が設けられ、これらの電極は対応する前記第二のハーフメタル強磁性体に設けられた磁区を移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態による不揮発性メモリ装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図２】第１実施形態による不揮発性メモリ装置を示す断面図。
【図３】図３（ａ）、３（ｂ）は磁区の移動を説明する図。
【図４】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の動作を説明する平面図。
【図５】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の動作を説明する断面図。
【図６】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の読み出し機能を説明する断面図。
【図７】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の読み出し機能を説明する断面図。
【図８】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の書き込み機能を説明する断面図。
【図９】第１実施形態による不揮発性メモリ装置の書き込み機能を説明する断面図。
【図１０】第２実施形態によるスイッチ装置の不揮発性スイッチングマトリクス機構を示す平面図。
【図１１】第２実施形態によるスイッチ装置を示す断面図。
【図１２】図１２（ａ）、１２（ｂ）は、スイッチを制御する機構を説明する概念図。
【図１３】第２実施形態における結線を再構成する機構を説明する概念図。
【図１４】第２実施形態における結線を再構成する機構を説明する概念図。
【図１５】第１実施例による不揮発性メモリ装置を示す平面図。
【図１６】第１実施例による不揮発性メモリ装置の製造工程を示す断面図。
【図１７】第１実施例による不揮発性メモリ装置の製造工程を示す断面図。
【図１８】第１実施例による不揮発性メモリ装置の製造工程を示す断面図。
【図１９】第１実施例による不揮発性メモリ装置を示す断面図。
【図２０】第１実施例による不揮発性メモリ装置を示す断面図。
【図２１】第１実施例に係る不揮発性メモリセルアレイの周辺回路を示すブロック図。
【図２２】第１実施例による不揮発性メモリ装置を示す回路図。
【図２３】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構を示す平面図。
【図２４】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の製造工程を示す断面図。
【図２５】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の製造工程を示す断面図。
【図２６】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の製造工程を示す断面図。
【図２７】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の製造工程を示す断面図。
【図２８】第２実施例によるスイッチ装置を示す断面図。
【図２９】第２実施例によるスイッチ装置を示す断面図。
【図３０】第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の周辺回路を示すブロック図。
【図３１】第２実施例によるスイッチ装置を示す回路図。
【図３２】スイッチを制御する機構の一例を説明する断面図。
【図３３】スイッチを制御する機構の一例を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一実施形態による不揮発性メモリ装置は、絶縁膜上にマトリクス状に配置された複数の強磁性体と、この強磁性体のそれぞれの上面および側面を覆うように形成されたトンネル絶縁膜と、前記強磁性体の各行に対して、前記トンネル絶縁膜を介して、これを直列接続するように、前記強磁性体間、及び、その端部に、個別に設けられた、同一の方向に磁化した複数の第一のハーフメタル強磁性体と、前記強磁性体の各列の上部に、前記トンネル絶縁膜を介して、列方向に延在して設けられた、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略反平行な方向に磁化した、第二のハーフメタル強磁性体の複数の列と、前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれに設けられた、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した磁区と、前記第二のハーフメタル強磁性体の列のそれぞれに設けられ、対応する前記第二のハーフメタル強磁性体に設けられた磁区を移動させる電極と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態による不揮発性メモリ装置は複数のメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有し、このメモリセルアレイの平面図を図１に示し、図１に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を図２に示す。
【００２０】
この実施形態の不揮発性メモリ装置は、図示しない絶縁膜上に、ハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５が、磁性体４１，・・・，４４を、第１の方向（図１の横方向）に直列接続して形成された直列接続列を構成している。すなわち、隣接するハーフメタル強磁性体２ｉ、２ｉ＋１（ｉ＝１，・・・，４）間に磁性体４ｉが設けられた構成の直列接続列となっている。
【００２１】
ハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５の磁化方向は全て同一方向となっている。これらの磁化方向は、ハーフメタル強磁性体の膜面に平行な方向であっても、また膜面に垂直な方向であってもよい。ここでは、ハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５の磁化方向を、象徴的に右向きの矢印として図示してある。なお、本明細書では、膜面とは、磁性体の上面を意味する。また、図１では、説明の便宜上、２列の直列接続列を示してあるが、実際、任意の数の直列接続列であってもよい。さらに、図１では、一つの直列接続列は、５個のハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５と、４個の磁性体４１，・・・，４４とから構成されているが、ｎを６以上の整数とするとき、ｎ個のハーフメタル強磁性体２１，・・・，２ｎと、ｎ−１個の磁性体４１，・・・，４ｎ−１とから構成されていてもよい。
【００２２】
各直列接続列の両端には電極２０ａ、２０ｂが接続されている。
【００２３】
さらに、それぞれの磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の上部には、上記直列接続の方向と略直交する方向（図１の縦方向）に延在するハーフメタル強磁性体８ｉが設けられている。ここでは図の煩雑を避けるため、一つを除き、その外形を点線で図示するにとどめる。それぞれのハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）は、ハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５の磁化の方向と略反平行な方向に磁化されており、これを、ここでは、象徴的に左向きの矢印として図示する。
【００２４】
各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）は、その一部に、電流によりその位置を移動可能な磁区１０ｉを含んでおり、この磁区１０ｉの磁化はハーフメタル強磁性体２１，・・・，２５の磁化の方向と略平行となっている。なお、図１ではハーフメタル強磁性体８３のみが実線で示されているので、このハーフメタル強磁性体８３の磁区１０３のみを示している。ここでは、磁区１０３を象徴的に右向きの矢印を付した領域として図示してある。なお、各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の両端には、個別に、電極２５ａ、２５ｂが接続されている。
【００２５】
また、図２からわかるように、各磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）と、ハーフメタル強磁性２ｉ，２ｉ＋１およびハーフ強磁性体８ｉとの間には、トンネル絶縁膜６ｉが設けられている。すなわち、各磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の上面および側面はトンネル絶縁膜６ｉによって覆われている。
【００２６】
したがって、本実施形態においては、各磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）は、絶縁膜上にマトリクス状に配置されている。さらに、各磁性体のそれぞれの上面および側面を覆うようにトンネル絶縁膜６ｉ（ｉ＝１，・・・，４）が設けられている。
【００２７】
また、磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の各行（図１の横方向）に対して、前記トンネル絶縁膜を介して、これを直列接続するように、同一の方向に磁化した第一ハーフメタル強磁性体２ｉ（ｉ＝１，・・・，５）が、強磁性体間、及び、その端部に、個別に設けられている。
【００２８】
さらに、磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の各列の上部に、前記第一のハーフメタル強磁性体２ｉの磁化方向に略反平行な方向に磁化した、第二のハーフメタル強磁性体の複数の列８ｉが、前記トンネル絶縁膜６ｉ（ｉ＝１，・・・，４）を介して、列方向（図１の縦方向）に延在して設けられている。
【００２９】
ここで、各磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の上部に形成されたハーフメタル強磁性体８ｉは、ハーフメタル強磁性体２ｉ、２ｉ＋１の上部の一部をも覆うように設けられており、上記一部を介してハーフメタル強磁性体２ｉ、２ｉ＋１と接続されている。
【００３０】
加えて、第二のハーフメタル強磁性体列８ｉのそれぞれには、前記第一のハーフメタル強磁性体の磁化方向に略平行な方向に磁化した磁区１０ｉが設けられている。
【００３１】
また、第二のハーフメタル強磁性体列８ｉのそれぞれの両端には、個別に、電極２５ａ、２５ｂが接続されている。
【００３２】
次に、本実施形態の不揮発性メモリ装置の動作原理を説明する。
【００３３】
（磁区移動）
各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）に設けられた磁区１０ｉは、米国特許第６，８３４，００５号明細書に開示されているように、ハーフメタル強磁性体８ｉに電子流パルスを印加することにより、電子流パルスの方向（電流パルスの流れる方向と反対の方向）に移動させることが可能である。この様子を図３（ａ）、３（ｂ）に象徴的に図示してある。図３（ａ）、３（ｂ）では、ハーフメタル強磁性体８１についてのみ示している。なお、この電子流パルスは図に示す方向に電極２５ａ、２５ｂを介して各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）に印加する。図３（ａ）は電子流パルスを印加する前の状態を示し、図３（ｂ）は電子流パルスを印加した後の状態を示す。電子流パルスを印加することにより、磁区１０１が図３（ａ）に示す位置から図３（ｂ）に示す位置に移動する。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す破線は磁区１０１の移動を示している。
【００３４】
これは、ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）の各々に、電極２５ａ、２５ｂを介して、独立して、電子流パルスを印加することにより、各磁区１０ｉ（ｉ＝１，・・・，４）に任意の配置を取らせることが出来ることを意味する。例えば、図４に示すような配置を取ることも可能である。すなわち、磁区１０１、１０３、１０４が一つの直列接続列の磁性体４１、４３、４４の上にそれぞれ位置するように配置し、磁区１０２は上記直列接続列の上に位置しないように配置することも可能である。
【００３５】
（機動的配線形成）
ここで、図４に示すように、磁区１０１、１０２、１０３、１０４を配置した場合を考える。反平行に磁化したハーフメタル強磁性間には電流が流れることが出来ず絶縁状態となる。これに対し、平行に磁化したハーフメタル強磁性間は金属接続される。したがって、図４に示す上段の直列接続列に接続されている電極２０ａには、ハーフメタル強磁性体２１、ハーフメタル強磁性体８１の磁区１０１、ハーフメタル強磁性体２２が接続されて一つの金属配線を形成する。一方、２０ｂには、ハーフメタル強磁性体２５、ハーフメタル強磁性体８４の磁区１０４、ハーフメタル強磁性体２４、ハーフメタル強磁性体８３の磁区１０３、ハーフメタル強磁性体２３が接続されて一つの金属配線が形成されことになる。即ち、実効的に、図４に点線で示すような金属配線が、電極２０ａ、２０ｂから延伸することになる。これに対し、下段の直列接続列に接続された電極２０ａ、２０ｂは、下段の直列接続列におけるハーフメタル強磁性体２２、２３、２４から絶縁されることになる。
【００３６】
（メモリ読み出し機能）
図４に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図を図５に示す。この図５からもわかるように、電極２０ａに接続された、ハーフメタル強磁性体２１、ハーフメタル強磁性体８１の磁区１０１、ハーフメタル強磁性体２２からなる配線、及び、電極２０ｂに接続された、ハーフメタル強磁性体２５、ハーフメタル強磁性体８４の磁区１０４、ハーフメタル強磁性体２４、ハーフメタル強磁性体８３の磁区１０３、ハーフメタル強磁性体２３からなる配線により、電極２０ａ、２０ｂ間の電位差は、トンネル絶縁膜６２を介して、専ら磁性体４２に印加されることになる。
【００３７】
図５の断面図において、磁性体４２がハーフメタル強磁性２１〜２５の磁化方向と平行な方向（同じ方向）に磁化している場合を図６に示し、磁性体４２がハーフメタル強磁性２１〜２５の磁化方向と反平行な方向（逆な方向）に磁化している場合を図７に示す。
【００３８】
トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）により、図６に示す場合の電極２０ａ、２０ｂ間の電気抵抗は、図７に示す場合の電極２０ａ、２０ｂ間の電気抵抗より、小さくなる。以上の説明からわかるように、磁区１０１〜１０４の配置を、図４に示すように構成することにより、特定の磁性体４２の磁化方向を選択的に読み取ることが出来る。この場合、読み出すために印加される電流は磁性体４２の磁化が反転しない電流の大きさとする。また、この読み出し電流によって、ハーフメタル強磁性２１〜２５の磁化およびハーフメタル強磁性８１〜８４の磁化も反転しない。
【００３９】
（メモリ書き込み機能）
次に、書き込み機能を説明する。
【００４０】
まず、磁性体４２の磁化がハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と反平行な状態にあるときに、この反平行な状態から平行な状態にする場合を説明する。この場合は、図８に示すように、電子流パルスが、ハーフメタル強磁性体２１およびハーフメタル強磁性体２３からそれぞれ、トンネル絶縁膜６２を介して磁性体４２に流入するように、電極２０ａおよび電極２０ｂと、ハーフメタル強磁性体８２の両端の電極２５ａ、２５ｂとの間に電圧パルスを印加する。すると、ハーフメタル強磁性体２２、２３によってスピン偏極された電子はトンネル絶縁膜６２を介して磁性体４２に流入し、磁性体４２の磁化をハーフメタル強磁性体２２、２３の磁化方向と同じ方向、すなわち平行な状態となるようにスピントルクを磁性体４２に作用させる。また、磁性体４２からトンネル絶縁膜６２を介してハーフメタル強磁性体８２に流入するスピン偏極された電子のうち、ハーフメタル強磁性体８２の磁化方向と同じ方向のスピンを有する電子はそのままハーフメタル強磁性体８２を通過する。しかし、ハーフメタル強磁性体８２の磁化方向と逆の方向のスピンを有する電子は、トンネル絶縁膜６２とハーフメタル強磁性体８２との界面で反射されて、磁性体４２の磁化が反平行な状態から平行な状態となるようにスピントルクを磁性体４２に作用させる。すなわち、磁性体４２はハーフメタル強磁性体２２、２３と、ハーフメタル強磁性体８２とからスピントルクを受け、磁性体４２の磁化が反転する。このように、スピン注入磁化反転効果により、磁性体４２の磁化方向を、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と平行な方向とすることが出来る。例えば、スピン注入磁化反転効果が発現し始める所定の電圧Ｖｆｌｉｐの約半分の正電圧１／２Ｖｆｌｉｐのパルスを、電極２５ａ、２５ｂに、また、約半分の負電圧−１／２Ｖｆｌｉｐのパルスを、電極２０ａ、２０ｂに同時に印加すればよい。
【００４１】
一方、磁性体４２の磁化がハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と平行な状態にあるときに、この平行な状態から反平行な状態にする場合を説明する。この場合は、図９に示すように、電子流パルスが、ハーフメタル強磁性体８２からトンネル絶縁膜６２を介して磁性体４２に流入するように、電極２０ａおよび電極２０ｂと、ハーフメタル強磁性体８２の両端の電極２５ａ、２５ｂとの間に、図８に示す場合とは逆電位の電圧パルスを印加する。すると、ハーフメタル強磁性体８２によってスピン偏極された電子はトンネル絶縁膜６２を介して磁性体４２に流入し、磁性体４２の磁化をハーフメタル強磁性体８２の磁化方向と同じ方向、すなわち、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と反平行な状態となるようにスピントルクを磁性体４２に作用させる。また、磁性体４２からトンネル絶縁膜６２を介してハーフメタル強磁性体２２、２３にそれぞれ流入するスピン偏極された電子のうち、ハーフメタル強磁性体２２、２３の磁化方向と同じ方向のスピンを有する電子はそのままハーフメタル強磁性体２２、２３を通過する。しかし、ハーフメタル強磁性体２２、２３の磁化方向と逆の方向のスピンを有する電子は、トンネル絶縁膜６２とハーフメタル強磁性体２２、２３との界面で反射されて、磁性体４２の磁化が平行な状態から反平行な状態となるようにスピントルクを磁性体４２に作用させる。すなわち、磁性体４２はハーフハーフメタル強磁性体８２と、メタル強磁性体２２、２３とからスピントルクを受け、磁性体４２の磁化が反転する。このように、スピン注入磁化反転効果により、磁性体４２の磁化方向を、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と反平行な方向とすることが出来る。
【００４２】
以上の説明からわかるように、磁区１０１〜１０４の配置を、図４に示すように構成することにより、特定の磁性体４２の磁化方向を選択的に制御、指定すること、すなわち書き込みを行うことが出来る。
【００４３】
（本実施形態の特徴）
以上説明したように、本実施形態によれば、各電極２０ａ、２０ｂから機動的に実効的配線が形成できる。したがって、セルトランジスタがなくても、磁性体４１〜４４の磁化状態を、高精度に読み出すことが出来る。この場合、書き込むために印加される電流は磁性体４２の磁化が反転するが、ハーフメタル強磁性２１〜２５の磁化およびハーフメタル強磁性８１〜８４の磁化は反転しない電流の大きさとする。
【００４４】
また、複数の磁性体４１〜４４上から磁区を外す、すなわち複数の磁性体４１〜４４上に位置しないように磁区１０１〜１０４を配置することによって、これらの磁化状態の和（平行、反平行の数の差）を一度に読み出すなど、機動的、複合的な読み出し操作が可能となる。
【００４５】
さらに、ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）にそれぞれ複数の磁区を設ければ、複数の直列接続列に機動的に実効的配線が形成できるので、複数の磁性体４１〜４４の磁化方向を一度に変化させることも可能となる。
【００４６】
なお、磁化の配置は、電源を切っても変化しないので、本実施形態のメモリ装置は不揮発性である。
【００４７】
以上説明したように、上述した原理、作用を利用して、単純な構造で、セル単位で、書き込み、消去を行うことができる不揮発性メモリが実現される。
【００４８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態によるスイッチ装置は不揮発性スイッチングマトリクス機構を有しており、この不揮発性スイッチングマトリクス機構の平面図を図１０に示し、図１０に示す切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図を図１１に示す。
【００４９】
この実施形態に係るスイッチングマトリクス機構は、図示しない絶縁膜上に、矢印１２０の方向（図の横方向）に並行して延在する強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と、これらの強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と離間して、その上部に、矢印１２０の方向と略直交する矢印１２２の方向（図の縦方向）に並行して延在する強磁性体１０４１、１０４２、１０４３とを備えている。
【００５０】
図１０では、説明の便宜上、３列の強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と、３列の強磁性体１０４１、１０４２、１０４３とを示してあるが、任意複数の強磁性体であってもよい。各強磁性体１０２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、上膜面に略垂直で上記絶縁膜から強磁性体１０２ｉに向かう方向に磁化されている。また、各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、膜面に略垂直で強磁性体１０２ｉの磁化方向とは反平行な方向に磁化されている。
【００５１】
各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、その一部に、電流によりその位置を移動可能な磁区１０６ｉを含んでいる。この磁区１０６ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、強磁性体１０４ｉの磁化方向と反平行な方向に磁化されている。
【００５２】
さらに、各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の上部には、これと離間して、矢印１２２の方向に並行して、強磁性体１０８ｉ（ｉ＝１，・・・，３）が設けられている。ここでは図の煩雑を避けるため、その外形を点線で図示するにとどめる。各強磁性体１０８ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、強磁性体１０２ｉの磁化方向と平行な方向に磁化されている。
【００５３】
また、図１１に示すように、強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）との間には、細線状の強磁性体１１０ｉが設けられている。各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）と強磁性体１０８ｉとの間には、細線状の強磁性体１１２ｉが設けられている。細線状の強磁性体１１０ｉ（ｉ＝１，・・・，３）および強磁性体１１２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）はそれぞれ少なくともその一端は強磁性体に固定されておらず、当該強磁性体と間隙を生じうるように設置されている。
【００５４】
磁化した細線の一端は必ずどちらか一方の強磁性体に誘引され、磁場に沿ってほぼ垂直に配向する、他端は、斥力によって曲げられ、ギャップを形成する。このため、図１１に示すように、細線状の強磁性体１１０ｉ（ｉ＝１，・・・，３）および強磁性体１１２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の先端が曲がるように変形する。曲率は細線の弾性率に依存する。剛性の高いものであれば、殆ど曲がらずに、傾くことも考えられる。
【００５５】
次に、第２実施形態によるスイッチ装置の動作原理を説明する。
【００５６】
（磁化方向によるスイッチ機構）
まず、磁化方向によるスイッチ機構を説明する。
【００５７】
図１２（ａ）、１２（ｂ）は、細線状の強磁性体１１０の上下の強磁性体１０２、１０６の磁化方向によって、スイッチ（上下の強磁性体間の導通）を制御する機構を説明する概念図である。図１２（ａ）、１２（ｂ）は、図１１における、Ｗ１、Ｗ２部分の磁化配置断面図に相当する。
【００５８】
Ｗ１に示す磁化配置の場合、上下の強磁性体を磁石とみなして、Ｓ極、Ｎ極を付すると、図１２（ａ）に示すとおり、磁石１０６の下面はＳ極、磁石１０２の上面はＮ極、となる。磁石１０２の上面（Ｎ極）から放出される磁力線は、磁石１０６の下面（Ｓ極）で支障なく吸収される。このような状況で、この間に、鉄心のような細線状の強磁性体１１０を、移動可能な状態で導入することを考える。恰も、砂鉄が磁力線をかたどるように、細線状の強磁性体１１０は磁界方向に磁化され、細線状の強磁性体１１０のＳ極端が磁石１０２の上面（Ｎ極）に、細線状の強磁性体１１０のＮ極端が、磁石１０６の下面（Ｓ極）に引き寄せられ、磁石とみなされる強磁性体１０２、１０６を連結することになる。よって、強磁性体１０２、１０６間に電気的導通が図られる。
【００５９】
一方、Ｗ２に示す磁化配置の場合、図１２（ｂ）に示すように、磁石１０６の下面も、磁石１０２の上面も、ともにＮ極となる。上下の磁石１０２、１０６から放出される磁力線は、磁石１０２、１０６の対面部で吸収されない。このような状況で、この間に、鉄心のような細線状の強磁性体１１０を、移動可能な状態で導入されたとする。細線状の強磁性体１１０のＳ極端が、磁石１０２の上面（Ｎ極）に引き寄せられた場合、細線状の強磁性体１１０の他方のＮ極端と、磁石１０６の下面（Ｎ極）との間には、斥力が働き、これらの間には空隙が生ずることになる。細線状の強磁性体１１０のＳ極端が、磁石１０６の下面（Ｎ極）に引き寄せられ場合も、細線状の強磁性体１１０のＮ極端と、磁石１０２の上面（Ｎ極）との間には、斥力が働き、これらの間には空隙が生ずることになる。即ち、磁石の同極が対面している場合、すなわち強磁性体１０２、１０６の磁化方向が互いに反平行な場合、細線状の強磁性体１１０が、強磁性体１０２と強磁性体１０６とを連結することはない。よって、上下の強磁性体１０２、１０６間の電気的導通は得られない。このように、強磁性体１０６の磁化方向を調整することにより図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す状態は、一方から他方に移ることができる。
【００６０】
このようにして、細線状の強磁性体１１０ｉ（ｉ＝１，・・・，３）、１１２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の上下の強磁性体の磁化方向によって、スイッチ動作（導通の有無）を制御できる。即ち、上下の強磁性体の磁化方向を互いに平行とすれば電気的導通が確立され、上下の強磁性体の磁化方向を互いに反平行とすれば電気的絶縁が確立され、スイッチ動作を磁化の向きで制御できることになる。
【００６１】
（磁区移動による配線再構成）
図１３および図１４は、強磁性体列 １０４１，・・・，１０４３にそれぞれ独立して電子流パルスを印加し、磁区１０６１、１０６２、１０６３を移動させることにより、強磁性体１０２１〜１０２３と、強磁性体１０８１〜１０８３との結線を再構成する機構を説明する概念図である。
【００６２】
図１３は、図１０における、上面図磁化配置に相当する。このとき、上に説明した機構により、図１３に示すように、強磁性体１０２１〜１０２３及び強磁性体１０８１〜１０８３の磁化と同じ方向に磁化した磁区１０６１〜１０６３に仲立ちされて、強磁性体１０２１と強磁性体１０８１とを結ぶ結線、強磁性体１０２２と強磁性体１０８３とを結ぶ結線、強磁性体１０２３と強磁性体１０８２とを結ぶ結線が確立される。
【００６３】
ここで、強磁性体１０４１〜１０４３にそれぞれ独立して電子流パルスを印加し、磁区１０６１〜１０６３をそれぞれ移動させる。例えば、強磁性体１０４１には図面上で下向きに２度の電子流パルスを、強磁性体１０４２、１０４３には図面上で上向きに１度の電子流パルスを印加する。この結果、図１４に示すとおり、磁区１０６１は、強磁性体１０２３と強磁性体１０８１の立体交差する部分へ、磁区１０６２は、強磁性体１０２２と強磁性体１０８２の立体交差する部分へ、磁区１０６３は、強磁性体１０２１と強磁性体１０８３の立体交差する部分へ、それぞれ移動する。
【００６４】
このとき、上に説明した機構により、図１４に示すように、強磁性体１０２１〜１０２３及び強磁性体１０８１〜１０８３の磁化と同じ方向に磁化した磁区１０６１〜１０６３に仲立ちされて、強磁性体１０２１と強磁性体１０８３とを結ぶ結線、強磁性体１０２２と強磁性体１０８２とを結ぶ結線、強磁性体１０２３と強磁性体１０８１とを結ぶ結線が確立される。
【００６５】
（本実施形態の特徴）
以上、説明した通り、本実施形態によれば、上下の強磁性体の磁化方向に依存した強磁性体１１０ｉ（ｉ＝１，・・・，３）、および強磁性体１１２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の物理的移動に伴い、スイッチ動作、すなわち絶縁状態または導通状態が得られる。
【００６６】
したがって、強磁性体１０２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）、強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）、強磁性体１０８ｉ（ｉ＝１，・・・，３）がそれぞれ、例え完全なハーフメタルではなくても、各強磁性体が完全なハーフメタルである場合と同等のスイッチ動作が得られることになる。よって、本実施形態によれば、必ずしも、十全なハーフメタル性を得られない金属を用いても実現でき、本実施形態の適応範囲が大きく広がることになる。
【００６７】
勿論、磁化の配置は、電源を切っても変化しないので、配線の連結は損なわれない。したがって、本実施形態のスイッチは不揮発である。
【００６８】
このように、第２実施形態によれば、上述した原理、作用を利用して、単純な構造で、ＬＳＩを構成する機能装置間を連結する複数の配線を、自由に切断、連結する、不揮発性スイッチングマトリクス機構が実現される。
【実施例】
【００６９】
＜第１実施例＞
以下、第１実施例を、図面を参照して説明する。
【００７０】
本実施例は、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩの上部に形成された、図１、図２、および図４に示す第１実施形態による不揮発性メモリ装置を提供する。メモリセルアレイの上面図を図１５に示す。
【００７１】
本実施例においては、第１実施形態と同様に、絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）の上に、ビット線を構成するハーフメタル強磁性体２１〜２５が、磁性体４１〜４４を直列接続して形成されている。図１５においては、直列接続の個数は２列となっているが、３列以上の直列接続を設けても良い。ハーフメタル強磁性体２１〜２５は、所定の方向（図１５では左から右に向かう方向）に磁化されている。
【００７２】
ハーフメタル強磁性体２１〜２５を形成するハーフメタル強磁性体金属としては、例えば、Ｃｏ２ＭｎＸ（ここで、ＸはＧａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂなどのグループから選択された一つの元素を表す）、Ｃｏ２（ＣｒｙＦｅ１−ｙ）Ａｌ系、Ｃｏ２ＦｅＡｌｙＳｉ１−ｙ系のホイスラー合金、ＣａＢｉ、ＣｒまたはＭｎを（数ａｔｏｍｉｃ％以上）導入したＳｉＣ、ＫＣｒＳｅ２、ＣｒＯ２、ＣｒＡｓ、ＣｒＳｂ、Ｆｅ３Ｏ４、またはＦｅｘＣｏ１−ｘＳ２等を用いることが出来る。加えて、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の上部に、それぞれの磁化を強固に且つ安定的に固着するために、例えば、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３などのような反強磁性層（図示せず）を設けても良い。
【００７３】
強磁性体４１〜４４としては、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０、Ｃｏ２ＭｎＸ（ここで、ＸはＧａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂなどのグループから選択された一つの元素を表す）、Ｃｏ２（ＣｒｙＦｅ１−ｙ）Ａｌ系、Ｃｏ２ＦｅＡｌｙＳｉ１−ｙ系のホイスラー合金（ハーフメタル）、ＮｉＦｅ合金、またはＣｏＦｅ合金などを用いることが出来る。なお、ハーフメタル強磁性体２１〜２５と必ずしも同材質である必要はない。また、磁性体４１〜４４とハーフメタル強磁性体２１〜２５の間には、例えば、ＭｇＯのようなトンネルバリア膜６（図２参照）を設けておく。
【００７４】
さらに、各磁性体４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の上部には、ワード線を構成する、上記直列接続の方向と略直交する方向に延在するハーフメタル強磁性体８１〜８４が設けられている。各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）は、上記ハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と略反平行な方向に磁化されている。ただし、各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）には、その一部に、電流によりその位置を移動可能な磁区１０ｉを含んでいる。各磁区１０ｉ（ｉ＝１，・・・，４）は、ハーフメタル強磁性体８ｉの磁化方向と略反平行な方向に磁化されている。
【００７５】
ハーフメタル強磁性体８１〜８４を形成するハーフメタル強磁性体金属としては、例えば、Ｃｏ２ＭｎＸ（ここで、ＸはＧａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂなどのグループから選択された一つの元素を表す）、Ｃｏ２（ＣｒｙＦｅ１−ｙ）Ａｌ系、Ｃｏ２ＦｅＡｌｙＳｉ１−ｙ系のホイスラー合金、ＣａＢｉ、ＣｒまたはＭｎを（数ａｔｏｍｉｃ％以上）導入したＳｉＣ、ＫＣｒＳｅ２、ＣｒＯ２、ＣｒＡｓ、ＣｒＳｂ、Ｆｅ３Ｏ４、またはＦｅｘＣｏ１−ｘＳ２等を用いることが出来る。
【００７６】
製造時に、所定の位置に磁区を形成するためには、磁区を形成したい部分に、その他のハーフメタル強磁性体とは異なる反強磁性層を積層し、基板の温度を、反強磁性体のＮｅｅｌ温度程度に昇温して、磁場中で冷却を行うことが効果的である。異なるＮｅｅｌ温度を持つ反強磁性層を各強磁性体の金属電極として用いることで、適切な温度で磁化付与を行えば、各強磁性体への個別的な磁化付与が可能となる。磁化を付与した後は、ハーフメタル強磁性体の上部の反強磁性層は除去しても良い。
【００７７】
また、初期磁区を形成したい部分のみハーフメタル強磁性体の膜厚を特に薄くすることも有効である。ハーフメタル強磁性体の膜厚が異なると磁気異方性エネルギーが実効的に異なるため、ウエハー全体を磁場中で３００℃程度でアニールし、磁場中で室温まで冷却すると、磁気異方性エネルギーが実効的に大きくなる、膜厚が厚い層のみが磁場の方向に向くことになる。
【００７８】
また、図１５に示すように、ワード線となる各ハーフメタル強磁性体８ｉ（ｉ＝１，・・・，４）には、楔状の掘削部３０を、ビット線を構成するハーフメタル磁性体２１〜２５の側面の上方にそれぞれ形成する。このことは、非磁性体の食い込みを入れることと同等である。磁区の境界である磁壁は、強磁性体中に存在する非磁性体領域に束縛されやすい性質があるので、これにより、磁壁を掘削部３０に誘導することができる。したがって、このような掘削部を図示したように所望の位置に配置することで、電子流パルスによる磁区の移動を、掘削部３０の配置に整合して離散的に行うことが可能となる。この結果、磁区を、制御性よく所望の磁性体４１〜４４上に移動させることができるとともに、磁性体４１〜４４上から離間させることもできる。
【００７９】
加えて、ビット線を構成する、ハーフメタル強磁性体２１、２５には、それぞれ、下方に形成されたＬＳＩ素子からの電極２０ａ、２０ｂが設けられている。同様にワード線を構成する、ハーフメタル強磁性体８１、８２、８３、８４のそれぞれの両端部には、下方に形成されたＬＳＩ素子からの電極２５ａ、２５ｂが設けられている。
【００８０】
次に、第１実施例の不揮発性メモリ装置の製造工程を、図１６乃至図１８を参照して説明する。図１６乃至図１８は、図１５に示す切断線Ａ−Ａで切断した場合の製造工程を示す断面図である。
【００８１】
まず、図１６に示すように、絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）４０に、金属（例えばＡｌ）が充填形成された配線金属電極２０ａ、２０ｂを形成する。
【００８２】
続いて、スパッタ法、リソグラフィー法、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などの、公知の方法を用いて、磁性体４１、４２、４３、４４を、形成加工する。
【００８３】
引き続き、ＭｇＯからなるトンネルバリア膜６を、スパッタ法などの、公知の方法を用いて、磁性体４１、４２、４３、４４を覆うように、全面に形成する。
【００８４】
次いで、図１７に示すように、ビット線を構成するハーフメタル強磁性体２１〜２５を、スパッタ法、リソグラフィー法、ＲＩＥ法などの、公知の方法を用いて、磁性体４１〜４４を、直列接続するように形成加工する。このとき、図１７に示すように、これらの一部は、磁性体４１〜４４  とオーバラップしていても良い。また、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の形成に先立ち、配線金属電極２０ａ、２０ｂ構造の上の絶縁膜６は除去しておく。このことによって、ハーフメタル強磁性体２１〜２５と電極２０ａ、２０ｂの接続を確保する。
【００８５】
引き続き、図１８に示すように、ワード線を構成するハーフメタル強磁性体８１〜８４を、スパッタ法、リソグラフィー法、ＲＩＥ法などの、公知の方法を用いて、上記直列接続の方向と略直交する方向に延在するように形成加工する。このとき、図１８に示すように、これらの一部は、ハーフメタル強磁性体２１〜２５とオーバラップ（接触）させる。
【００８６】
図１９には、上記製造工程を経て完成したメモリセルを、下部に形成された、ＬＳＩを構成する電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とともに模式的に示す。なお、図１９は、図１５に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【００８７】
シリコン半導体基板７０には、目途の極性の導電性不純物を導入したウェル領域７２が形成される。なお、図１９においては、ウェル領域７２は説明を簡単にするため極性を区別せず同一の符号で図示されている。
【００８８】
また、素子分離の為、その表面には浅い溝が形成され、この浅い溝を絶縁物質、例えばシリコン酸化膜７４が満たしている。
【００８９】
さらに、基板７０上のウェル領域７２にはゲート絶縁膜として例えば熱酸化膜７６が形成され、このゲート絶縁膜７６上に、ゲート電極として例えばポリシリコン膜７８が形成される。
【００９０】
加えて、ゲート電極７８の左右のウェル領域７２に、ソース領域およびドレイン領域となる拡散層８０が形成される。この拡散層８０はウェル領域７２と逆の導電性を有している。なお、拡散層８０は説明を簡単にするため極性を区別せず同一の符号で図示されている。このようにしてＭＯＳＦＥＴを有するＬＳＩが形成される。
【００９１】
このＬＳＩ上を、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜４０が被覆するように形成される。この絶縁膜４０を穿ち、ＭＯＳＦＥＴのソース領域およびドレイン領域８０等に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに、配線金属、例えばＡｌが充填されて、電極２０ａ、２０ｂ、２７形成される。
【００９２】
さらに、この絶縁膜４０の上部には、図１５に示した不揮発性メモリセルが形成される。
【００９３】
この図１９では、上記構成要素間の垂直方向の相対的位置関係を明らかにするとともに、磁性体４１〜４４とハーフメタル強磁性体２１〜２５との間、および磁性体４１〜４４とハーフメタル強磁性体８１〜８４との間に形成された、例えばＭｇＯであるトンネル絶縁膜６と、配線金属２０ａ、２０ｂとハーフメタル強磁性体２１、２５との接続とを明示的に示す。
【００９４】
更に、層間絶縁膜を堆積し、必要ならば、この上にコンタクトホールを接続する金属配線を加工形成し、多層の配線を構築し、また実装工程などを経て、Ｓｉ基板７０上に形成されたＬＳＩ上部に構成された、単純な構造で、セル単位で、書き込み、消去を行うことができる不揮発性メモリの基本構造が実現する。
【００９５】
図２０は、図１５に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。図２０は、下部に形成された、ＬＳＩを構成する電界効果形トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とともに模式的に示す。説明を簡単にするために、ＭＯＳＦＥＴは、図１９と同方向の断面図として示してある。実際は、図１９に示す断面と直交する断面図が含まれている。
【００９６】
この図２０では、不揮発性メモリ構造の垂直方向の相対的位置関係を明らかにするとともに、磁性体４２と、ハーフメタル強磁性体８２、磁区１０２、例えばＭｇＯであるトンネルバリア膜６、及び配線金属２５ａ、２５ｂとハーフメタル強磁性体８２との接続を明示的に示す。
【００９７】
ハーフメタル強磁性体８２を、磁性体４２の上部に乗り上げる形で形成してあるので、磁性体４２の両端部上のハーフメタル強磁性体８２の膜厚は、その他の水平部分の膜厚と異なるようにすることが出来る。これは、実効的に、楔状の掘削部を、ビット線を形成する磁性体４２の側面の上方にそれぞれ形成したことと同等の効果がある。
【００９８】
図２１には、上記不揮発性メモリセルアレイの周辺回路構成を、回路ブロック図として、平面的に展開した様子を示す。特定のビット線、ワード線を選択するために、セルアレイの端部にはデマルチプレクサが接続されている。なお、各ワード線と各ビット線との交点領域にメモリセルが形成されている。
【００９９】
特定のワード線に、電流パルスを印加するためには、図２１に示すとおり、パルス発生器と、これをワード線への入力とするためのマルチプレクサを加えるだけで良い。この図では、これらの周辺回路は、平面的に展開されているが、実際は、セルアレイの下部に、ＬＳＩとして形成できる。セルアレイの下部にこれらの周辺回路を形成すれば、不揮発性メモリ構成に必要な平面領域は、セルアレイの面積と同等となる。また、周辺回路を下部ＬＳＩとして形成するので、上記セルアレイ構造を多層に積層して、集積度を高めることが出来る。
【０１００】
図２２には、回路ブロック図として不揮発性メモリの回路構成を示す。従来と同様に、アドレスピンから適切な信号を入力すると、アドレスバッファ、行デコーダ、列デコーダ、マルチプレクサ、デマルチプレクサを経て特定のビット線、ワード線に選択的に特定の信号を伝達できる。これにより、書き込み、消去を行うことができる。また特定のセルの応答を出力ピンから検出することで、メモリセルに蓄積された情報を読み出すことができる。
【０１０１】
このようにして、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩ上部に、単純な構造で、セル単位で、書き込み・消去を行うことができる不揮発性メモリの基本構造を備えた記憶装置が実現される。
【０１０２】
次に、本実施例の不揮発性メモリ装置と、磁区の移動を利用したMagnetic Shift Resisterとの差異について、説明しておく。このMagnetic Shift Resisterは、長い強磁性体中の磁区の配置そのものに情報を蓄えるものである。Magnetic Shift Resisterでは、情報の蓄積に利用できる領域は、基本的に、強磁性体細線のうち半分しかない。これは、情報の蓄積された磁区の配置パターンを変えずに、読み取り装置のある特定位置に移動させるためには、情報の蓄積された磁区の配置パターンと同一の長さの、情報蓄積に利用しえないバッファ領域を設けなければならないからであり、非効率的である。
【０１０３】
一方、本実施例においては、情報は、各磁性体４１〜４４に蓄えられており、基本的に、各ワード線８ｉ（ｉ＝１．２，３）に１個の磁区を設け、これを移動させるだけで良い。不必要な強磁性体細線を形成しなくてもよいので、集積化が容易となる。
【０１０４】
以上、詳述してきた様に、第１実施例によれば、所定の方向に磁化したハーフメタル強磁性体２１〜２５と、これにより直列接続された磁性体４１〜４４と、この磁性体４１〜４４のそれぞれの上に設けられ、上記直列接続の方向と略直交する方向に延在するハーフメタル強磁性体８１〜８４とを備え、ハーフメタル強磁性体８１〜８４は、ハーフメタル強磁性体２１〜２５と略反平行な方向に磁化しており、且つ、その一部に、電流によりその位置を移動可能な、ハーフメタル強磁性体２１〜２５の磁化方向と略平行に磁化した磁区１０１〜１０４を備えているので、ハーフメタル強磁性体８１〜８４の各々に、独立して、電子流パルスを印加することにより、各磁区１０１〜１０４に任意の配置を取らせることが出来る。
【０１０５】
よって、各電極２０ａ、２０ｂ、２５ａ、２５ｂから機動的に実効的配線が形成できる。この結果、セルトランジスタがなくても、磁性体４１〜４４の磁化状態を、高精度に読み出すことが出来る。
【０１０６】
また、複数の磁性体４１〜４４上から、磁区をはずすことによって、これらの磁化状態の和（平行、反平行の数の差）を一度に読み出すなど、機動的、複合的な読み出し操作が可能となる。
【０１０７】
さらに、ハーフメタル強磁性体８１〜８４のそれぞれに複数の磁区を設ければ、複数の磁性体４１〜４４の磁化方向を一度に変化させることも可能となる。
【０１０８】
勿論、本実施例においては、磁化の配置は、電源を切っても変化しないので、不揮発性である。
【０１０９】
加えて、ハーフメタル強磁性体８１〜８４に、楔状の掘削部３０を、磁性体４１〜４４のそれぞれの側面の上方にそれぞれ形成することで、電子流パルスによる磁区の移動を、掘削部３０の配置に整合して離散的に行うことが可能となる。この結果、磁区を、制御性よく所望の磁性体４１〜４４上に移動させることが可能となり、また磁性体４１〜４４上から離間させることができる。
【０１１０】
また、上記構造を、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩ上部に形成することで、不揮発性メモリ構成に必要な平面領域は、セルアレイの面積と同等となる。また、周辺回路を下部ＬＳＩとして形成するので、上記セルアレイ構造を多層に積層して、集積度を高めることが出来る。
【０１１１】
その上、Magnetic Shift Resisterと異なり、本実施例では、情報は、磁性体４１〜４４のそれぞれに蓄えられており、不必要な強磁性体細線を形成しなくてもよいので、集積化が容易となる。
【０１１２】
このようにして、単純な構造で、セル単位で、書き込み、消去を行うことができる不揮発性メモリが実現される。
【０１１３】
＜第２実施例＞
以下、第２実施例を、図面を参照して説明する。
【０１１４】
本実施例は、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩ上部に形成された、図１０、図１１に示す第２実施形態によるスイッチ装置を提供する。このスイッチ装置は、単純な構造で、ＬＳＩを構成する機能装置間を連結する複数の配線を、自由に切断、連結する。スイッチングマトリクス機構の上面図を図２３に示す。
【０１１５】
この実施例のスイッチングマトリクス機構は、図示しない絶縁膜上に、矢印１２０の方向（図の横方向）に並行して延在する強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と、これらの強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と離間して、その上部に、矢印１２０の方向と略直交する矢印１２２の方向（図の縦方向）に並行して延在する強磁性体１０４１、１０４２、１０４３とを備えている。図２３では、説明の便宜上、３列の強磁性体１０２１、１０２２、１０２３と、３列の強磁性体１０４１、１０４２、１０４３とを示してあるが、任意複数の強磁性体であってもよい。各強磁性体１０２ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、上膜面に略垂直で上記絶縁膜から強磁性体１０２ｉに向かう方向に磁化されている。また、各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、膜面に略垂直で強磁性体１０２ｉの磁化方向とは反平行な方向に磁化されている。なお、強磁性体１０２１、１０２２、１０２３は、論理機能回路間配線の一部となる。
【０１１６】
各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、その一部に、電流によりその位置を移動可能な磁区１０６ｉを含んでいる。この磁区１０６ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、強磁性体１０４ｉの磁化方向と反平行な方向に磁化されている。
【０１１７】
さらに、各強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，・・・，３）の上部には、これと離間して、矢印１２２の方向に並行して、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０８ｉが設けられている。ここでは図の煩雑を避けるため、その外形を点線で図示するにとどめる。各強磁性体１０８ｉ（ｉ＝１，・・・，３）は、強磁性体１０２ｉの磁化方向と平行な方向に磁化されている。
【０１１８】
垂直磁化を有する、強磁性体１０２１〜１０２３、１０４１〜１０４３、１０８１〜１０８３を形成する強磁性体金属としては、例えば、ＴｂＣｏＦｅ層、ＧａＦｅＣｏ層、ＤｙＦｅＣｏ層とＣｏＦｅＢ層の積層構造、ＤｙＦｅＣｏ層とＣｏＦｅ層の積層構造、Ｆｅ原子層とＰｔ原子層を交互に規則正しく積層した構造、Ｆｅ原子層とＰｄ原子層を交互に規則正しく積層した構造、Ｃｏ原子層とＰｔ原子層を交互に規則正しく積層した構造、Ｃｏ原子層とＰｄ原子層を交互に規則正しく積層した構造、ＣｏＦｅ合金層とＰｔ原子層を交互に規則正しく積層した構造、或いは、ＣｏＦｅ合金層とＰｄ原子層を交互に規則正しく積層した構造、もしくは、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＣｏＦｅＰｔなどの合金を用いることが出来る。
【０１１９】
また、図２３に示すように、強磁性体１０８１〜１０８３には、楔状の掘削部３０を、強磁性体列１０２１、１０２２、１０２３との交差点上側部にそれぞれ形成する。即ち、このことは、非磁性体の食い込みを入れることと同等である。磁区の境界である磁壁は、強磁性体中に存在する非磁性体領域に束縛されやすい性質があるので、これにより、磁壁を掘削部に誘導することができる。したがって、このような掘削部３０を図示したように所望の位置に配置することで、電子流パルスによる磁区の移動を、掘削部３０の配置に整合して離散的に行うことが可能となる。この結果、磁区を、制御性よく所望の強磁性体１０２１、１０２２、１０２３との交差点上部に移動させることができる。
【０１２０】
加えて、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２１、１０２２、１０２３にはそれぞれ、下部に構成されたＬＳＩ素子からの電極１３０が設けられている。同様に、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０８１、１０８２、１０８３にはそれぞれ、下部に構成されたＬＳＩ素子からの電極１３７が設けられている。さらに、強磁性体１０４１、１０４２、１０４３のそれぞれの両端部には、下部に構成されたＬＳＩ素子からの電極１３５ａ、１３５ｂが設けられている。
【０１２１】
次に、第２実施例に係るスイッチングマトリクス機構の製造方法を図２４乃至図２９を参照して説明する。図２４乃至図２９は、第２実施例のスイッチングマトリクス機構の製造方法の製造工程断面図であって、図２３に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【０１２２】
図２４に示すように、例えばシリコン酸化膜である絶縁膜４０に、下部の回路（図示せず）に接続する開口を設け、この開口に例えばＡｌからなる金属を充填することによって配線金属電極１３０を形成する。
【０１２３】
続いて、スパッタ法、リソグラフィー法、ＲＩＥ法などの、公知の方法を用いて、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２３を形成する。
【０１２４】
引き続き、シリコン酸化膜と選択的に除去可能な犠牲層１４０を全面に堆積形成する。この犠牲層１４０は、例えば、Ｂ（ボロン）含有シリコン酸化膜、またはＢＳＧ（Boro-Silicate Glass）等を用いて形成することができる。この膜は、ＨＦ含有蒸気にさらすことにより、選択的に除去できる。また、図示はしないが、犠牲層１４０を貫き下部の回路と接続する電極も適宜必要に合わせて形成する。
【０１２５】
しかる後、この上に、図面において垂直方向に並行して延在する強磁性体１０４１、１０４２、１０４３を同様に形成する。強磁性体１０４１、１０４２、１０４３の加工の際に、犠牲層１４０も合わせて除去してしまうと都合が良い。犠牲層１４０は強磁性体１０４１、１０４２、１０４３の下部に残存するようになる。さらに、図２４に示すように、この側部を、例えば、ＨＦ含有蒸気にさらすことにより、一部選択的に後退させておく。  また、図示はしないが、強磁性体１０４１、１０４２、１０４３には、リソグラフィー法、ＲＩＥ法などの、公知の手法のうち効果的な方法を用いて、図２３に示す楔状の掘削部３０も形成しておく。
【０１２６】
次いで、これらの構造上に、例えばシリコン酸化膜である絶縁膜１４５ａを堆積形成し、ＣＭＰ法などの公知の方法を用いて、平坦化する（図２５参照）。その後、上述したと同じようにして犠牲層１４７の堆積形成し、続いて、強磁性体１０８１、１０８２、１０８３を加工形成する。さらに、これらの構造上に、例えばシリコン酸化膜である絶縁膜１４５ｂを堆積形成する。以下、絶縁膜１４５ａ、１４５ｂをまとめて絶縁膜１４５として表示する。
【０１２７】
次に、図示しないが、絶縁膜１４５を貫き、犠牲層１４０、１４７に至る開口を形成し、ここから、ＨＦ含有蒸気等を供給することにより、犠牲層１４０、１４７のみを選択的に除去し、図２６に示すように、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２３と強磁性体１０４１、１０４２、１０４３との間に間隙１５０を形成するとともに、強磁性体１０４１、１０４２、１０４３と論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０８１、１０８２、１０８３との間に間隙１５２を形成する。
【０１２８】
次に、これらの構造を抜気した後、細線状の強磁性体１１０、１１２を懸濁させた流動性物質、例えばグリセロール１５７をこれらの間隙に注入する。この結果、図２７に示すように、細線状の強磁性体１１０、１１２が、上記強磁性体間に充満することになる。強磁性体を懸濁させた液１５７を注入した後は、上記開口部は、紫外線硬化性を有する有機樹脂（図示せず）などで封止する。
【０１２９】
図２８に、上記工程を経て完成した不揮発性スイッチングマトリクス機構を示す。この図２８には、不揮発性スイッチングマトリクス機構を示すとともに、その下部に形成された、ＬＳＩを構成するＭＯＳＦＥＴを模式的に示す。図２８に示すように、シリコン半導体基板７０上に、図１９で説明したＬＳＩの構成要素が形成されている。
【０１３０】
この図２８では、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２３、強磁性体１０４１、１０４３、強磁性体１０４２中の磁区１０６２、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体列１０８１、１０８２、１０８３の各構成要素間の垂直方向の相対的位置関係を明らかにするとともに、離間して設置された、強磁性体１０２３と強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）の間、及び、強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）と強磁性体１０８ｉの間に、細線状の強磁性体１１０、１１２をそれぞれ備えていることを明示的に示す。加えて、下部ＬＳＩ配線金属と論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２３との接続電極１３０を明示的に示す。
【０１３１】
細線状の強磁性体１１０、１１２としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＦｅから選択された元素の単体金属、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０、Ｃｏ２ＭｎＸ（ここでＸはＧａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂのグループから選択された一つの元素を表す）、Ｃｏ２（ＣｒｙＦｅ１−ｙ）Ａｌ系のホイスラー合金、Ｃｏ２ＦｅＡｌｙＳｉ１−ｙ系のホイスラー合金（ハーフメタル）、ＮｉＦｅ合金、またはＣｏＦｅ合金などを用いることが出来る。
【０１３２】
また、これらの強磁性体１１０、１１２が、中空状の細線、例えばカーボンナノチューブの中に充填されていても良い。実際、このような強磁性体充填カーボンナノチューブ構造の作成は、N.Grobert et. al., Appl. Phys. Lett. Vol.75, 3363 (1999)に報告されている。
【０１３３】
細線状の強磁性体１１０、１１２は少なくともその一端は、例えば強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）固定されておらず、当該強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）と間隙を生じうるように設置されている。具体的には、流動性物質１５７、例えばグリセロール（Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３）の中に細線状の強磁性体１１０、１１２を分散させたものを、強磁性体間に充満させればよい。
【０１３４】
強磁性体懸濁液としては、グリセロール（Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３）以外に、ディオドメタン（ＣＨ２Ｉ２）、トリエチレングリコール（Ｃ６Ｈ１４Ｏ４）、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）などを用いても良い。これらは比較的比重の重い有機系液体であり、強磁性体懸濁液として使用することが出来る。また、トルエン、ヘキサン、アセトンのような有機溶剤に、超音波振動を与えて強磁性体を懸濁させたものを用いてもよい。有機溶剤は、強磁性体１１０、１１２を強磁性体間隙に搬送した後に揮発させて除去してしまっても良い。この場合でも、強磁性体１１０、１１２は間隙中で、磁化に応じたスイッチとして機能することはいうまでもない。さらに、強磁性体懸濁液として液晶材料を利用することも可能である。
【０１３５】
図２９に、図２３に示す切断線Ｂ−Ｂによって切断した断面図を示す。この図２９には、下部に形成された、ＬＳＩを構成するＭＯＳＦＥＴも模式的に示す。説明を簡単にするために、ＭＯＳＦＥＴは、図２８と同方向の断面図として示してある。実際は、図２８と直交する断面図が含まれている。
【０１３６】
この図２９では、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２１、１０２２、１０２３、強磁性体１０４３と磁区１０６３、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体列１０８３の各構成要素間の垂直方向の相対的位置関係を明らかにするとともに、離間して設置された、強磁性体１０２ｉ（ｉ＝１，２，３）と強磁性体１０４３の間に細線上の強磁性体１１０、及び強磁性体列１０４３と強磁性体１０８３の間に細線状の強磁性体１１２を具備していることを明示的に示す。
【０１３７】
加えて、下部のＬＳＩ配線金属と論理機能回路間配線の一部となる強磁性体列１０８３との接続電極１３７、及び磁区駆動用の強磁性体１０４３との接続電極１３５ａ、１３５ｂを明示的に示す。
【０１３８】
さらに、説明の為、この図２９では、絶縁膜１４７を貫き、犠牲層の選択的除去を行った開口１６０から、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体１０２１、１０２２、１０２３、強磁性体１０４３と磁区１０６３、論理機能回路間配線の一部となる強磁性体列１０８３間に形成された間隙１５０、１５２に、細線状の第七の強磁性体１１０、１１２を懸濁させた流動性物質、例えばグリセロール１５７をこれらの間隙１５０、１５２に注入する過程を模式的に示してある。
【０１３９】
勿論、強磁性体１１０、１１２の注入のための開口１６０は一つである必要はなく、適宜、所望の配置で複数個形成しても良いことはいうまでもない。また、一方の開口から、脱気しながら、他方の開口から強磁性体１１０、１１２を懸濁させた流動性物質を注入できるように形成しても良い。
【０１４０】
図３０には、上記不揮発性スイッチングマトリクス機構の周辺回路構成を、回路ブロック図として、平面的に展開した様子を示す。特定の強磁性体（点線で表示）中の磁区を、電流パルスで駆動して、目途の配線（実線で表示）間の接続を確立するために、これらの端部はデマルチプレクサを経由してパルス発生器に接続されている。
【０１４１】
この図３０では、これらの周辺回路は、平面的に展開されているが、実際は、スイッチングマトリクス機構の下部に、ＬＳＩとして形成できることを注意しておく。スイッチングマトリクス機構の下部にこれらの周辺回路を形成すれば、不揮発性メモリ構成に必要な平面領域は、スイッチングマトリクス機構の面積と同等となる。
【０１４２】
また、周辺回路を下部ＬＳＩとして形成するので、スイッチングマトリクス機構を多層に積層して、自由度を高めることが出来る。
【０１４３】
図３１には、回路ブロック図として再構成可能な論理ＬＳＩ（ＦＰＧＡ）の回路構成を示す。目途の論理機能を実現する論理回路ブロックが格子状に配列され、その間に、縦横に配線が設けられている。各論理回路ブロックは、これらの配線とスイッチングマトリクス機構を経て、動的再構成可能なように接続されている。また、縦横に設けられた配線同士も、スイッチングマトリクス機構を経て動的再構成可能なように接続されている。これらの配線はまた、出入力制御回路（出入力ブロック）を経て、外部端子に接続されている。各論理回路ブロック上には、実施例１で示した不揮発性メモリの構造が具備されていても良い。ここに蓄えられた不揮発情報を基に、各論理回路ブロック自体も動的且つ不揮発に再構成可能となる。さらに、各論理回路ブロック間接続が、動的且つ不揮発に再構成されことにより、不揮発性動的再構成可能なＬＳＩ回路が構成される。
【０１４４】
このようにして、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩ上部に、単純な構造で、ＬＳＩを構成する機能装置間を連結する複数の配線を、自由に切断、連結する、不揮発性スイッチングマトリクス機構を備えた、再構成可能論理ＬＳＩが実現される。
【０１４５】
（複数磁区）
上記の第２実施例では、強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）にただ一つの磁区が形成されているが、磁区を複数とすることで、単一の配線を複数の配線に接続することも出来る。また、強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）に局所的にスピン注入を行える機構を備えることで、強磁性体１０４ｉ（ｉ＝１，２，３）中の磁区の数、配置を任意に変更することも出来る。この場合、スイッチ制御動作により汎用性が確保できる。
【０１４６】
（その他のスイッチ形成例）
また、スイッチ（上下の強磁性体間の導通）を制御する機構の実現には、細線状以外の強磁性体を用いることも出来る。これを以下に図３２（ａ）乃至図３３（ｂ）を参照して説明する。
【０１４７】
図３２（ａ）、３２（ｂ）は、粒子状の強磁性体を用いた場合の、図１２（ａ）、１２（ｂ）における、Ｗ１、Ｗ２部分の磁化配置断面図に相当する。
【０１４８】
細線状の強磁性体１１０、１１２の代わりに、粒子状の強磁性体１８０が間隙に、移動可能な状態で導入されている。粒子状の強磁性体１８０は、磁場中で、それ自体が小さな磁石として振舞う。
【０１４９】
したがって、Ｗ１に示す磁化配置の場合（図３２（ａ））、同方向に磁化した粒子状の強磁性体１８０は、連なって、上下の強磁性体磁石を連結することになる。よって、上下の強磁性体金属１０２、１０６間に電気的導通が図られる。
【０１５０】
一方、Ｗ２に示す磁化配置の場合（図３２（ｂ））、反対方向に磁化した粒子状の強磁性体１８０の間には、斥力が働き、これらの間には空隙が生ずることになる。よって、上下の強磁性体金属１０２、１０４間の電気的導通は得られない。
【０１５１】
粒子状の強磁性体１８０の移動は速やかに起こるので、細線状の強磁性体１１０、１１２を用いた場合よりも高速なスイッチ動作が期待される。
【０１５２】
粒子状の強磁性体１８０としては、例えば、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＦｅから選択された元素の単体金属、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０、Ｃｏ２ＭｎＸ（ここでＸはＧａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂのグループから選択された一つの元素を表す）、Ｃｏ２（ＣｒｙＦｅ１−ｙ）Ａｌ系のホイスラー合金、Ｃｏ２ＦｅＡｌｙＳｉ１−ｙ系のホイスラー合金（ハーフメタル）、ＮｉＦｅ合金、またはＣｏＦｅ合金などを用いることが出来る。これらの物質が、安定して小さな磁石として振舞うためには、粒子の直径が１０ｎｍ程度以上であればよい。実際、このような、粒子状の強磁性体の作成は、例えばS.Singamaneni et. al., Appl. Phys. Lett. Vol.87, 162511 (2005)に報告されている。
【０１５３】
図３３（ａ）、３３（ｂ）は、粒子状、及び、細線状の強磁性体を併用した場合の、図１２（ａ）、１２（ｂ）における、Ｗ１、Ｗ２部分の磁化配置断面図に相当する。
【０１５４】
このような構成をとることで、細線状の強磁性体１１０により、各強磁性体１０２、１０４間の電導の確保がより確実になる一方、粒子状の強磁性体１８０により、高速なスイッチ動作も期待できる。
【０１５５】
以上、詳述してきた様に、第２実施例によれば、所定の方向に磁化し、並行して延在する強磁性体１０２１〜１０２３と、強磁性体１０２１〜１０２３と略直交する方向に並行して延在する強磁性体１０４１〜１０４３と、を備え、強磁性体１０４１〜１０４３は、強磁性体１０２１〜１０２３の磁化方向と略反平行な方向に磁化しており、且つ、その一部に、電流によりその位置を移動可能でかつ強磁性体１０２１〜１０２３の磁化方向に略平行に磁化した磁区を含んでいる。
【０１５６】
更に、強磁性体１０２１〜１０２３のそれぞれと、強磁性１０４１〜１０４３のそれぞれとの間に、移動可能な、細線状、或いは、粒子状の強磁性体１１０、１８０を具備することにより、上下の強磁性体の磁化方向に依存した強磁性体１１０、１８０の物理的移動に伴い、スイッチ動作（絶縁、導通）が得られる。
【０１５７】
強磁性体１０４１〜１０４３にそれぞれ独立して電子流パルスを印加することにより、各磁区に任意の配置を取らせることが出来るので、強磁性体１０２１〜１０２３と強磁性体１０４１〜１０４３とを、自由に切断または連結することができ、その結果は不揮発性となる。
【０１５８】
よって、強磁性体１０２１〜１０２３と強磁性体１０４１〜１０４３とが、例え完全なハーフメタルではなくても、強磁性体１０２１〜１０２３と強磁性体１０４１〜１０４３とが完全はハーフメタルである場合と同等のスイッチ動作（絶縁、導通）が得られることになる。
【０１５９】
この結果、本実施例に係る構成は、必ずしも、十全なハーフメタル性を得られない金属を用いても実現でき、本願の適応範囲が大きく広がることになる。
【０１６０】
勿論、磁化の配置は、電源を切っても変化しないので、配線の連結は損なわれない。したがって、本実施例のスイッチ装置は不揮発性である。
【０１６１】
また、強磁性体１０４１〜１０４３との上部に、これらの強磁性体１０４１〜１０４３と平行に離間して、強磁性体１０４１〜１０４３の磁化方向と略反平行に磁化した強磁性体１０８１〜１０８３をさらに設けることで、強磁性体１０２１〜１０２３と強磁性体１０８１〜１０８３との間で、確実に、自由に、且つ、不揮発に電気的接続を確立または切断することが出来る。
【０１６２】
さらに、磁区を複数とすることで、単一の配線を複数の配線に接続することも出来る。
【０１６３】
また、強磁性体１０４１〜１０４３に局所的にスピン注入を行える機構を備えることで、強磁性体１０４１〜１０４３中の磁区の数、配置を任意に変更することも出来る。この場合、スイッチ制御動作により汎用性が確保できる。
【０１６４】
さらに、第２実施例の構造を、Ｓｉ基板上に形成されたＬＳＩ上部に形成することで、図２３に示すスイッチングマトリクス機構を多層に積層して、自由度を高めることが出来る。
【０１６５】
このようにして、単純な構造で、ＬＳＩを構成する機能装置間を連結する複数の配線を、自由に切断、連結する、不揮発性スイッチングマトリクス機構が実現される。
【０１６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１６７】
２１〜２５  ハーフメタル強磁性体
４１〜４４  強磁性体
６１〜６４  トンネル絶縁膜
８１〜８４  ハーフメタル強磁性体
１０１〜１０４  磁区
２０ａ、２０ｂ  電極
２５ａ、２５ｂ  電極
３０  掘削部
１０２１〜１０２３  強磁性体
１０４１〜１０４３  強磁性体
１０６１〜１０６３  磁区
１０８１〜１０８３  強磁性体
１１０  強磁性体
１１２  強磁性体
１３０  電極
１３５ａ、１３５ｂ  電極
１３７  電極
１４０、１４７  犠牲層
１４５  絶縁膜
１５０  間隙
１５２  間隙
【図１】
2012043887.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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【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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