(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有することを特徴とする磁気メモリ。
【請求項２】
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向にみた幅が、前記側面に対して平行な面内において、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部で、それ以外の部分における幅よりも狭くなっていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項３】
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部における厚みがそれ以外の部分における厚みよりも薄く、
さらに前記被覆層は、前記第１の方向にみた幅が、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部において、それ以外の部分における幅よりも狭くなっていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項４】
前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有することを特徴とする請求項３記載の磁気メモリ。
【請求項５】
前記被覆層は、前記磁気抵抗効果素子に近づくにつれて前記幅が徐々に狭くなっているテーパ部を有することを特徴とする請求項２または３に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
前記被覆層は、前記磁気抵抗効果素子に向けて前記第１の書き込み配線よりも突出した突出部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項７】
前記突出部は、前記第１の書き込み配線の前記側面から前記磁気抵抗効果素子の方向に向けて傾斜して設けられたことを特徴とする請求項６記載の磁気メモリ。
【請求項８】
前記突出部の少なくとも一部は、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
前記突出部の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子に近づくにつれて前記幅が徐々に狭くなっているテーパ部を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項１０】
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記磁気抵抗効果素子に向けて前記第１の書き込み配線よりも突出した突出部を有し、
前記突出部は、前記第１の書き込み配線の前記側面から前記磁気抵抗効果素子の方向に向けて傾斜して設けられたことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１１】
前記第１の書き込み配線と交差する第２の方向に延在する第２の書き込み配線をさらに備え、
前記第１の書き込み配線と前記第２の書き込み配線との交差部にこれらの配線に挟まれて前記磁気抵抗効果素子が配置され、
前記第１及び第２の書き込み配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項１２】
前記第２の書き込み配線は、その両側面及び前記磁気抵抗効果素子からみて反対側の面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有することを特徴とする請求項１１記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気メモリに関し、より詳細には、小さい書き込み電流により磁気抵抗効果素子の記録層に効率的に磁場を印加することにより消費電力を低減できる磁気メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体磁気メモリとして、巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance effect）を有する磁気素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリが提案され、特に、磁気抵抗効果素子として「強磁性トンネル接合」を用いた磁気メモリに注目が集まっている。
【０００３】
強磁性トンネル接合は、主に、（第１の強磁性層）／（非磁性絶縁層）／（第２の強磁性層）という３層構造を基本とし、非磁性絶縁層をトンネルして電流が流れる。この場合、接合抵抗値は、第１及び第２の強磁性層における磁化の相対角の余弦に比例して変化する。したがって、抵抗値は、第１及び第２の強磁性層の磁化が平行のときに極小値、反平行のときに極大値をとる。これは、「トンネル磁気抵抗（Tunneling MagnetoResistance：ＴＭＲ）効果」と呼ばれている。例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．；ｖｏｌ．７７、（２０００）ｐ．２８３ において、ＴＭＲ効果による抵抗値変化が室温において４９．７％にも達することが報告されている。
【０００４】
強磁性トンネル接合をメモリセルとして備えた磁気メモリにおいては、一方の強磁性層の磁化を固定して「基準層」とし、他方の強磁性層を「記憶層」として用いる。このセルにおいて、基準層と記憶層の磁化の方向が平行または反平行に対して、２値情報すなわち「０」、「１」を対応づけることにより、情報を記憶させることができる。
【０００５】
記録情報の書き込みは、書き込み配線に電流を流すことにより発生する磁場をセルに印加することにより、記憶層の磁化を反転させて行う。この際、互いに交差し且つ接触していない２本の書き込み配線に同時に書き込み電流を流し、記憶層の磁化容易軸に対してゼロでないある角度をもつ方向に合成磁場を印加することにより、磁化反転を行うことが多い。また、この書き込み動作の際には、印加磁場方向と反転磁場の関係を表す「アステロイド曲線」を考慮する。
【０００６】
一方、読み出しは、強磁性トンネル接合に電流を流し、ＴＭＲ効果による抵抗変化を検出することで行われる。磁気メモリは、このようなメモリセルを多数配置することで大容量のメモリとして構成される。
【０００７】
このようなメモリセルをマトリクス状に設けて実際の磁気メモリを構成する際には、任意のひとつのメモリセルを選択できるように、例えば半導体ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）同様に各セルに対しスイッチングトランジスタなどを配置し、周辺回路を組み込んで構成する。また一方、ワード線とビット線が交差する位置にダイオードと強磁性トンネル接合素子とを組み合わせて設ける構造も提案されている（米国特許第５、６４０、３４３号、第５、６５０、９５８号）。
【０００８】
さて、磁気抵抗効果素子をメモリセルとして用いる磁気メモリの集積密度を上げるためには、それぞれのメモリセルのサイズを小さくし、セルを構成する強磁性体のサイズも必然的に小さくする必要がある。しかし一般に、強磁性体が小さくなると、その保磁力は大きくなる。保磁力の大きさは磁化を反転するために必要なスイッチング磁場の大きさの目安となるので、これはスイッチング磁場の増大を意味する。よって、ビット情報を書き込む際にはより大きな電流を書き込み配線に流さなければならなくなり、消費電力の増加、配線寿命の短命化など、好ましくない結果をもたらす。従って、より小さな書込み電流によるビット情報の書き込みは、高集積化磁気メモリの実用化において重要な課題である。
【０００９】
この課題を解決するために、書き込み配線の周囲に高透磁率材料からなる薄膜を備えた磁気メモリ素子が提案されている（米国特許第５、６５９、４９９号、米国特許第５、９５６、２６７号、米国特許第５、９４０、３１９号および国際特許出願ＷＯ００／１０１７２号）。これらの素子においては、書き込み配線の周囲にある高透磁率薄膜によって、書き込み電流により発生する磁束を収束することができる。このため、書き込み時において発生する磁場を強くすることができ、その結果として、より小さな電流でビット情報を書き込むことができるようになる。同時に、高透磁率薄膜の外部にもれる磁束を大きく低減することができるため、クロストークを抑制できる効果も得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、米国特許第５、６５９、４９９号に開示されている構造の場合、磁気記録層の全体にわたって均一に磁場を印加することができない。また、米国特許第５、９５６２６７号、および米国特許第５、９４０、３１９号に開示された構造においては、高透磁率薄膜と磁気記録層との距離が遠く、特に高出力を得られる複数の磁化固着層をもつ磁気メモリ素子の場合に距離が遠くなり、磁気記録層に効率的に磁場を印加することができない。
【００１１】
一方、国際特許出願ＷＯ００／１０１７２に開示されている構造の場合、高透磁率薄膜と磁気記録層との距離が近くなるような構造を備えているが、磁気記録層に十分な磁束を集中させることは困難である。
【００１２】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、より小さな書込み電流により磁気記録層に効率的に磁場を印加することにより、高集積度で消費電力を低減し且つ信頼性も高い磁気メモリ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の磁気メモリは、
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークを防止し、磁気記録層に対して磁場を効果的に集中できる。
【００１４】
また、本発明の第２の磁気メモリは、
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向にみた幅が、前記側面に対して平行な面内において、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部で、それ以外の部分における幅よりも狭くなっていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によっても、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークを防止し、磁気記録層に対して磁場を効果的に集中できる。
【００１６】
また、本発明の第３の磁気メモリは、
磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上または下において第１の方向に延在する第１の書き込み配線と、
を備え、
前記第１の書き込み配線に電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされ、
前記第１の書き込み配線は、その両側面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有し、
前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部における厚みがそれ以外の部分における厚みよりも薄く、
さらに前記被覆層は、前記第１の方向にみた幅が、前記磁気抵抗効果素子にもっとも近い先端部において、それ以外の部分における幅よりも狭くなっていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークを防止し、磁気記録層に対して磁場をさらに効果的に集中できる。
【００１８】
ここで、前記被覆層は、前記第１の方向に対して垂直な断面において、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有するものとすることができる。
【００１９】
また、前記被覆層は、前記磁気抵抗効果素子に近づくにつれて前記幅が徐々に狭くなっているテーパ部を有するものとすることができる。
【００２０】
また、前記被覆層は、前記磁気抵抗効果素子に向けて前記第１の書き込み配線よりも突出した突出部を有するものとすれば、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークを防止し、磁気記録層に対してさらに磁場を効率的に集中させることができる。
【００２１】
またここで、前記突出部は、前記第１の書き込み配線の前記側面から前記磁気抵抗効果素子の方向に向けて傾斜して設けられたものとすれば、磁気ヨークとして作用する被覆層の突出部をさらに磁気記録層に接近させ、効率的な書き込みが可能となる。
【００２２】
また、前記突出部の少なくとも一部は、前記磁気抵抗素子に近づくにつれてその厚みが徐々に薄くなっているテーパ部を有するものすることができる。
【００２３】
また、前記突出部の少なくとも一部は、前記磁気抵抗効果素子に近づくにつれて前記幅が徐々に狭くなっているテーパ部を有するものとすることができる。
【００２４】
また、  前記第１の書き込み配線と交差する第２の方向に延在する第２の書き込み配線をさらに備え、
前記第１の書き込み配線と前記第２の書き込み配線との交差部にこれらの配線に挟まれて前記磁気抵抗効果素子が配置され、
前記第１及び第２の書き込み配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気記録層の磁化の方向が可変とされたものとすれば、それぞれの書き込み配線に流す電流を下げて配線の疲労やエレクトロマイグレーションなどの問題を解消できる。
【００２５】
なおここで、「交差する」とは、空間において交わることなく互いに平行でない配置を含むものとする。
【００２６】
また、前記第２の書き込み配線は、その両側面及び前記磁気抵抗効果素子からみて反対側の面の少なくともいずれかに磁性体からなる被覆層を有するものとすれば、第２の書き込み配線においても、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークを抑制し、効率的な書き込みが可能となる。
【００２７】
また、本発明の第１乃至第３の磁気メモリにおいて、前記第１の書き込み配線は、前記磁気抵抗効果素子からみて反対側の面にも磁性体からなる被覆層を有していても良いし、有していなくても良いが、被覆層を有する場合には、隣接するメモリセルへの書き込みクロストークをさらに抑制し、より効率的な書き込みが可能となる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００２９】
また、図２は、この磁気メモリの要部斜視図である。
【００３０】
すなわち、これらの図面に表した構造は、はランダムアクセスメモリとして動作する磁気メモリの１ビット部分のメモリセルに対応する。このメモリセルは、記憶素子部分１１とアドレス選択用トランジスタ部分１２とからなる。
【００３１】
記憶素子部分１１は、磁気抵抗効果素子２１と、これに接続された一対の配線２２、２４とを有する。磁気抵抗効果素子２１は、例えば、磁性層／非磁性層／磁性層、あるいは磁性層／絶縁トンネル層／磁性層という積層構造をもち、ＧＭＲ効果やＴＭＲ効果などを有するものであればよい。
【００３２】
ＧＭＲ効果を有する場合は、ビット情報読み出しの際には磁気抵抗効果素子２１にセンス電流を流してその抵抗変化を検出すればよい。
【００３３】
また、特に、磁性層／非磁性トンネル層／磁性層／非磁性トンネル層／磁性層という構造をもつ強磁性２重トンネル接合などを含むものであると、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果による抵抗変化により高い磁気抵抗効果が得られる点で有利である。
【００３４】
これらの構造において、いずれかの磁性層は、磁化固着層として作用し、他のいずれかの磁性層が磁気記録層として作用するものとすることができる。
【００３５】
磁化固着層と磁気記録層は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらいずれかを含む合金などからなる強磁性体層を含むものとしたり、または、ニッケル・マンガン・アンチモン（ＮｉＭｎＳｂ）、白金マンガン・アンチモン（ＰｔＭｎＳｂ）、コバルト・マンガン・ゲルマニウム（Ｃｏ２ＭｎＧｅ）などのハーフメタル磁性体層を含むものとすることが望ましい。
【００３６】
また、磁化固着層としては，これらの磁性層の膜厚を厚くして保磁力を高めたものを用いることができ，または、反強磁性層を隣接して積層させた構造とすることにより、磁性層と反強磁性層の間に働く交換相互作用により磁化を固着することができる。
【００３７】
なお、本発明において用いる磁気抵抗効果素子２１は、配線２２（あるいは２３、またはこれらの両方）に電流を流したときに発生する磁場の方向と磁気記録層の磁化容易軸とがほぼ一致していることが望ましい。これは、磁気抵抗効果素子２１の成膜後に磁場を印加した状態でアニールを行うことにより簡単に実現できる。また、配線２２に電流を流したときに発生する磁場の方向に長軸をもつ長方形、ひし形、楕円などの扁平な形状に加工することにより形状異方性をもたせてもよい。
【００３８】
一方、選択用トランジスタ部分１２には、ビア２６及び埋め込み配線２８を介して接続されたトランジスタ３０が設けられている。このトランジスタ３０は、ゲート３２に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子２１と配線３４との電流経路の開閉を制御する。゜
また、磁気抵抗効果素子の下方には、書き込み配線２３が、配線２２と略直交する方向に設けられている。これら書き込み配線２２、２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
【００３９】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子２１に書き込むときは、配線２２、２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【００４０】
また、ビット情報を読み出すときは、配線２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子２１と、下部電極２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子２１の抵抗値または抵抗値の変化を測定することにより行われる。
【００４１】
さて、本実施形態においては、書き込み用配線２２、２３の側面および磁気記録層と対向する裏面側に磁性体からなる被覆層ＳＭが設けられている。そしてさらに、配線２２の側壁に設けられた被覆層ＳＭは、磁気抵抗効果素子２１に向かって、その先端部の厚さが徐々に薄くされたテーパ部Ｔを有する。
【００４２】
磁性体からなる被覆層ＳＭは、書き込み用配線２２、２３において生ずる電流磁界が周囲に漏洩することを防止する。すなわち、書き込み用配線２２、２３に書き込み電流を流すことにより生ずる書き込み磁界は、被覆層ＳＭの内部を磁路として配線２２、２３の周囲に磁気回路を形成する。その結果として、左右方向あるいは裏面側に隣接する他のメモリセルの磁気抵抗効果素子に対する「書き込みクロストーク」を効果的に防止することができる。
【００４３】
そしてさらに、配線２２の被覆層ＳＭの先端にテーパ部Ｔを設けることにより、被覆層ＳＭを通る磁束Ｍを収束させて磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層に集中させることができる。つまり、「磁気ヨーク」として作用する被覆層ＳＭの先端にテーパ部Ｔを設けることにより、書き込み用配線２２の周囲に生ずる書き込み磁界を磁気記録層に集中させて、高い効率の書き込みが可能となる。
【００４４】
本実施形態によれば、このように被覆層ＳＭに独特の特徴を与えることにより、書き込みに伴う磁気メモリの消費電力を低減することができる。また、磁気メモリの集積度を上げるために磁気抵抗効果素子２１を微細化し、その記録層の保磁力が増大しても、安定した書き込みが可能となる。
【００４５】
さらにまた、書き込み配線に流す書き込み電流を低減することにより、配線のエレクトロマイグレーションなどの発生を抑制し、磁気メモリの信頼性を向上させて寿命も延ばすことができる。
【００４６】
このような作用を得るために、被覆層ＳＭの材料としては、一般に比透磁率が大きい高透磁率材料を用いることが望ましい。特に、比透磁率が５以上であることが好ましく、１００以上がより好ましい。また、飽和磁化が大きいほうが好ましく、５００以上であることが好ましく、１０００以上であることがより好ましい。
【００４７】
このような材料としては、鉄（Ｆｅ）、鉄アルミニウム（Ｆｅ−Ａｌ）合金、鉄シリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）合金、センダストなどの鉄シリコン・アルミニウム（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）合金、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を主成分とするソフトフェライト、あるいは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）とボロン（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、りん（Ｐ）などとのアモルファス合金など、各種の高透磁率材料を用いることができる。
【００４８】
なお、図１及び図２に表した具体例の場合、書き込み配線２２、２３の側壁と磁気抵抗効果素子２１からみて裏面側の両方に被覆層ＳＭが設けられているが、このような被覆層ＳＭは、配線２２、２３の側壁のみに設けても、ある程度の効果は得られる。
【００４９】
また、図１及び図２においては、被覆層ＳＭを配線２２、２３に密着させて設けた場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、被覆層ＳＭをこれら書き込み用配線２２、２３からある程度離間させた状態で配置しても磁界の漏洩防止及び磁気記録層への磁束の収束の効果は得られる。
【００５０】
また、図１及び図２においては、書き込み用配線２２、２３の周囲に設けられる被覆層ＳＭは、これら配線の交差領域、すなわち磁気抵抗効果素子２１が設けられた領域の付近にのみ、形成されている。この場合、被覆層ＳＭの配線２２、２３のそれぞれの長手方向にみた長さは、磁気抵抗効果素子２１のそれぞれの配線長手方向の長さに対して１．２倍以上であることが望ましく、２倍以上の長さであることがより望ましく、さらに長くして、複数個の磁気抵抗効果素子を含むように設けてもよい。さらに、マトリクス状に形成されたメモリ領域の全体に亘ってこのような被覆層ＳＭを設けてもよい。
【００５１】
またさらに、配線２２、２３の両側の側面に設けられる被覆層ＳＭは、それらの厚さが同一でなくてもよい。つまり、配線２２、２３の左側側面と右側側面とにおいて、これら被覆層ＳＭの厚みが異なるようにしてもよい。
【００５２】
また、図１では配線２２に設けられた被覆層ＳＭのみにテーパ部Ｔが形成されているが、同様のテーパ部Ｔを配線２３に設けられた被覆層ＳＭに形成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。またさらに、上下の配線２２、２３の被覆層ＳＭの両方にテーパ部Ｔを形成すれば、さらに大きな効果が得られることはいうまでもない。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５４】
図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００５５】
また、図４は、この磁気メモリの要部斜視図である。
【００５６】
これらの図面については、図１及び図２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態においても、書き込み用配線２２、２３の両側面及び磁気抵抗効果素子２１からみた裏面側に磁性体からなる被覆層ＳＭが設けられている。
【００５７】
そしてさらに、配線２２の両側面に設けられた被覆層ＳＭは、磁気抵抗効果素子２１の方向に向かって突き出した突出部Ｐを有する。この突出部Ｐは、磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層の近傍にまで延出して設けることが可能である。つまり、「磁気ヨーク」として作用する被覆層ＳＭの先端に突出部Ｐを設ける。このようにすれば、配線２２に電流を流して発生する磁束が磁気抵抗効果素子２１のごく近傍まで誘導され、磁気記録層における書き込み磁場をさらに高くすることができる。
【００５８】
また本実施形態において、図４に表したように、突出部Ｐの幅Ｗがその先端に向けて徐々に狭くなるようなテーパ部ＴＷを設けてもよい。このようなテーパ部ＴＷを設けると、磁気ヨークとして作用する被覆層ＳＭを誘導された書き込み磁束を、さらに効率的に磁気抵抗効果素子２１に集中させることができる。
【００５９】
また一方、このような幅方向のテーパ部ＴＷは、突出部Ｐに設けるのではなく、被覆層ＳＭのうちの配線２２、２３に隣接した部分に設けてもよい。
【００６０】
図５は、このように配線に隣接した被覆層の部分にテーパ部ＴＷを設けた磁気メモリの要部を表す斜視図である。同図についても、図１乃至図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
図５に表した具体例の場合、被覆層ＳＭのうちの配線２２に隣接した部分に幅方向のテーパ部ＴＷが設けられている。このようにしても、配線２２に電流を流して発生する磁束が磁気抵抗効果素子２１のごく近傍まで誘導され、磁気記録層における書き込み磁場をさらに高くすることができる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６３】
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００６４】
また、図７は、この磁気メモリの要部斜視図である。
【００６５】
これらの図面についても、図１乃至図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態においても、書き込み用配線２２、２３の両側面及び磁気抵抗効果素子２１からみた裏面側に磁性体からなる被覆層ＳＭが設けられている。
【００６６】
そしてさらに、配線２２の両側面に設けられた被覆層ＳＭは、第２実施形態と同様に磁気抵抗効果素子２１に向けて突出した突出部Ｐを有する。さらに、この突出部Ｐは、その先端に向けて厚みが徐々に薄くなるようなテーパ部ＴＴを有する。このようなテーパ部ＴＴは、第１実施形態において説明したテーパ部Ｔと同様の作用を有する。つまり、配線２２に電流を流して発生する磁束をより効率よく磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層の近傍に集めることができ、発生磁場を強くすることができる。
【００６７】
またこの効果は、図７に例示したように、幅Ｗの方向のテーパＴＷと組み合わせることにより、さらに顕著となる。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００６９】
図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００７０】
また、図９は、この磁気メモリの要部斜視図である。
【００７１】
これらの図面についても、図１乃至図７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態においても、書き込み用配線２２、２３の両側面及び磁気抵抗効果素子２１からみた裏面側に磁性体からなる被覆層ＳＭが設けられている。
【００７２】
そしてさらに、配線２２の両側面に設けられた被覆層ＳＭは、第２及び第３実施形態と同様に磁気抵抗効果素子２１に向けて突出した突出部Ｐを有する。但し、本実施形態においては、この突出部Ｐは、配線２２に隣接した根本部分あるいはこの根本から離れた途中の部分から屈曲して方向を変え、所定の角度で磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層に向けて接近するように設けられている。このようにすれば、突出部Ｐの先端を、磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層に対してさらに接近させることが可能となり、書き込み磁束を効率的に磁気記録層に集中させることができる。
【００７３】
また、本実施形態においても、第２実施形態に関して前述した幅方向のテーパ部ＴＷや、第３実施形態に関して前述した厚み方向のテーパ部ＴＴと組み合わせることにより、さらに書き込み磁束を効率的に収束させることができる。
【００７４】
以上、本発明の第１乃至第４実施形態として、本発明の磁気メモリのメモリセルの構造について説明した。
【００７５】
これらのメモリセルは、マトリクス状に配列することにより磁気メモリを形成することができる。
【００７６】
図１０は、本発明の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【００７７】
すなわち、同図は、図１乃至図９に関して前述したメモリセルをアレイ状に配置した場合の実施形態の回路構成を示す。アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ５０、行デコーダ５１が備えられており、ビット線３４とワード線３２によりスイッチングトランジスタ３０がオンになり一意に選択され、センスアンプ５２で検出することにより磁気抵抗効果素子２１を構成する磁気記録層に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【００７８】
ビット情報を書き込むときは、特定の書込みワード線２３とビット線２２に書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【００７９】
この構成においては、ビット線２２とワード線２３にそれぞれ被覆層ＳＭが設けられ、さらにこの被覆層ＳＭが、図１乃至図９のいずれかに例示した如く独特の特徴を有し、磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層に対する書き込みを効率的に行うことできる。
【００８０】
図１１は、本発明の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。すなわち、本具体例の場合、マトリクス状に配線されたビット線２２とワード線３４とが、それぞれデコーダ６０、６１により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子２１とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子２１以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。
【００８１】
書き込みは、特定のビット線２２と書き込みワード線２３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【００８２】
このマトリクス構成においても、ビット線２２とワード線２３のそれぞれに被覆層ＳＭが設けられ、さらにこれらの被覆層ＳＭが、図１乃至図９のいずれかに例示した如く独特の特徴を有し、磁気抵抗効果素子２１の磁気記録層に対する書き込みを効率的に行うことできる。
【００８３】
【実施例】
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
すなわち、ここでは、本発明の磁気メモリの書き込み配線２２、２３に設ける被覆層ＳＭの効果について、具体例を挙げつつその配線が発生する磁場を定量的に調べた結果について説明する。
【００８４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、図１及び図２に表した構造のメモリセルについて説明する。
【００８５】
このメモリセルのトランジスタ部分１１は、通常のシリコンプロセスと同様にしてシリコンウエハ上に作製できる。さらに、磁気記録部分１２を作製するために、その表面をエッチングまたは化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化した上で、磁気抵抗効果素子２１を作製した。その作製にはスパッタ法、蒸着法など、通常用いられる薄膜堆積法を用いることができる。また、ＴＭＲ構造を得るための酸化トンネル膜の作製は、プラズマ酸化法を用いた。
【００８６】
さらに、この磁気抵抗効果素子をフォトリソフラフィーとイオンミリング法により微細加工した。上側の配線２２も同様に微細加工により形成できる。ただし、本発明で用いられる配線２３、２２の周りに付加される被覆層ＳＭについては、ダマシン法を用いて作製した。
【００８７】
図１２は、本実施例における書き込み配線２２からの発生磁場の分布を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は、配線２２の下方に設けられた磁気抵抗効果素子２１の中心軸上での配線２２からの距離を表し、同図の縦軸は磁場強度を表す。
【００８８】
ここでは、配線２２の幅を２００ｎｍ、高さを１００ｎｍとして、この配線２２の長手方向に２ｍＡの電流を流したときの発生する磁場をプロットした。
【００８９】
また、配線２２の周囲に形成した被覆層ＳＭは、比透磁率１０００、飽和磁化１００００のニッケル鉄（ＮｉＦｅ）により形成し、その厚みは約１０ｎｍとした。さらに、図１及び図２に表したように、その先端にテーパ部Ｔを設けた。テーパ部Ｔは、配線２２の高さ方向の半分すなわち５０ｎｍ付近からその先端に向けて被覆層ＳＭの厚みが徐々に薄くなり、先端において厚みがほぼ半分になるように形成した。
【００９０】
図１２には、このようなテーパ部Ｔを設けた場合（菱形のプロット）と設けない場合（三角形のプロット）のそれぞれを表した。
【００９１】
同図から分かるように、配線２２から約１００ｎｍの距離までの範囲内においては、テーパ部Ｔを設けた場合の方が、設けない場合よりも高い発生磁場が得られている。
【００９２】
このように、本発明の効果は、磁気メモリの集積度を高くした場合に特に顕著となる。
【００９３】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、図３に表したように突出部Ｐを設けた磁気メモリの具体例について説明する。
【００９４】
本実施例においても、第１実施例に関して前述した手順とほぼ同様の手順により磁気メモリを形成した。
【００９５】
ここで、配線２２の幅を２００ｎｍ、高さを１００ｎｍとし、この配線の長手方向に２ｍＡの電流を流したときの発生する磁場を求めた。
【００９６】
図１３は、本実施例における書き込み配線２２からの発生磁場の分布を表すグラフ図である。すなわち、同図（ａ）は、配線２２から磁気抵抗効果素子２１の中心に向けた垂直方向をｚ軸としたときに、ｚ軸方向の磁場分布を表す。また、同図（ｂ）は、配線２２のｚ軸方向に向けて１１０ｎｍだけ離れた位置において、配線２２の長手方向に対して垂直な方向の磁場分布を表す。
また、これらいずれのグラフにおいても、突出部Ｐを設けない場合（菱形のプロット）と、突出量が１００ｎｍの突出部Ｐを設けた場合（クロスのプロット）を表した。
【００９７】
図１３（ａ）から、突出部Ｐを設けることによりｚ軸上での発生磁場が大きくなってたことがわかる。また、図１３（ｂ）から、一対の突出部Ｐの間においては、磁場が収束されて高い発生磁場が得られ、一方、一対の突出部Ｐの外側においては、磁場の漏洩が顕著に抑止されて発生磁場が大幅に下がっていることがわかる。つまり、このような突出部Ｐを設けることにより、磁気抵抗効果素子２１に向けて発生磁場を極めて効率的に収束させ、周囲への発散を大幅に低減できることがわかる。
【００９８】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、図８乃至図９に表した磁気メモリの具体例について説明する。
【００９９】
本実施例においても、第１及び第２実施例に関して前述した手順とほぼ同様の手順により磁気メモリを形成した。
【０１００】
ここで、配線２２の幅を２００ｎｍ、高さを１００ｎｍとし、この配線の長手方向に２ｍＡの電流を流したときの発生する磁場を求めた。また、突出部Ｐは、配線２２の側面の位置から約１０ｎｍほど内側に入り込むように根本から屈曲させて形成した。
【０１０１】
その結果、配線２２からｚ軸方向に１１０ｎｍ離れた位置では、直線状の突出部Ｐ（第２実施例）の場合に約９０エルステッドの磁場を発生しているのに対して、本実施例により突出部Ｐに角度をつけて内側に曲げた場合には、約９８エルステッドの発生磁場が得られ、約１０％の磁場増加の効果が確認できた。
【０１０２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気メモリを構成する磁気抵抗素子やスイッチング素子の構造や配置関係、あるいは各配線の配線関係や材料などに関しては、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
【０１０３】
また、以上説明したような被覆層の厚み方向あるいは幅方向のテーパ部Ｔ、ＴＷ、ＴＴに関しては、配線２２あるいは２３の両側に対称に設ける構成には限定されない。すなわち、磁気抵抗効果素子の磁気記録層のヒステリシスが、通常はヒステリシス特性曲線の中央においてゼロ磁場が対応するようにする場合が多く、このようにすればデバイスとして使いやすい。
【０１０４】
しかし、磁性積層膜やその微細加工の影響により磁気記録層のヒステリシスが特性グラフ上の左右のいずれかにシフトするような場合もよくある。このような場合に対処して、配線のいずれか片側のみにテーパ部を設けたり、あるいは配線の左右のテーパ部の厚み分布やテーパ角度などを異なるようにしてもよい。
【０１０５】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気メモリを基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気メモリの書き込み用配線の周囲に被覆層を設け、さらに、その形態に独特の特徴を与えることにより、書き込み磁界の漏洩を阻止し、隣接する他の磁気抵抗効果素子への書き込みクロストークを抑制できる。
【０１０７】
またさらに、被覆層を磁気ヨークとして作用させることにより、書き込み磁界を磁気抵抗効果素子の磁気記録層に集中させ、高い効率で書き込みを行うことができる。
【０１０８】
その結果として、ビット情報を記録するために必要な書き込み電流を大きく低減することができ、消費電力の少ない磁気メモリを提供できる。
【０１０９】
さらにまた、磁気メモリの集積度を上げるために磁気抵抗効果素子を微細化し、その記録層の保磁力が増大しても、安定した書き込みが可能となる。
【０１１０】
また、書き込み配線に流す書き込み電流を低減することにより、配線のエレクトロマイグレーションなどの発生を抑制し、磁気メモリの信頼性を向上させて寿命も延ばすことができる。
【０１１１】
すなわち、本発明によれば、低消費電力で高集積度の磁気メモリを実現することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の磁気メモリの要部斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の磁気メモリの要部斜視図である。
【図５】配線に隣接した被覆層の部分にテーパ部ＴＷを設けた磁気メモリの要部を表す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の磁気メモリの要部斜視図である。
【図８】、本発明の第４の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態の磁気メモリの要部斜視図である。
【図１０】本発明の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【図１１】本発明の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。
【図１２】本発明の実施例における書き込み配線２２からの発生磁場の分布を表すグラフ図である。
【図１３】本発明の実施例における書き込み配線２２からの発生磁場の分布を表すグラフ図である。
【符号の説明】
１１ 記憶素子部分
１２ 選択用トランジスタ部分
２１ 磁気抵抗効果素子
２２ ビット線
２３ ワード線
２４ 下部電極
２６ ビア
３０ トランジスタ
３２ ゲート（ワード線）
３４ ビット線
３４ ワード線
５０ 列デコーダ
５１ 行デコーダ
５２ センスアンプ
６０ デコーダ
Ｄ ダイオード
Ｍ 磁界
Ｐ 突出部
ＳＭ 被覆層
Ｔ、ＴＷ、ＴＴ  テーパ部
【図１】
0003866110.tif 000002
【図２】
0003866110.tif 000003
【図３】
0003866110.tif 000004
【図４】
0003866110.tif 000005
【図５】
0003866110.tif 000006
【図６】
0003866110.tif 000007
【図７】
0003866110.tif 000008
【図８】
0003866110.tif 000009
【図９】
0003866110.tif 000010
【図１０】
0003866110.tif 000011
【図１１】
0003866110.tif 000012
【図１２】
0003866110.tif 000013
【図１３】
0003866110.tif 000014