(57)【要約】【課題】信頼性の高い磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置を提供する。【解決手段】本発明の実施形態によれば、磁気記憶素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第３磁性層と、第１非磁性層と、を含む。第３磁性層は、前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられる。第１非磁性層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含む。前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において、前記第３磁性層の少なくとも一部と重なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性層と、
第２磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられた第３磁性層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、  
前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含み、前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において、前記第３磁性層の少なくとも一部と重なる磁気記憶素子。
【請求項２】
前記前記第１磁性層の磁化及び前記第３磁性層の磁化は、実質的に固定され、
前記第２磁性層の磁化の方向は可変である、請求項１記載の磁気記憶素子。
【請求項３】
前記第１方向に沿った前記第１磁性層の磁化成分は、前記第２方向における前記第１磁性層の磁化成分よりも大きく、
前記第１方向に沿った前記第３磁性層の磁化成分は、前記第２方向における前記第３磁性層の磁化成分よりも大きい、請求項１または２に記載の磁気記憶素子。
【請求項４】
前記第１磁性層の前記第２部分は、前記第２方向において、前記第２磁性層と重ならない、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項５】
前記第１磁性層の前記第２部分は、第１領域と第２領域とを含み、
前記第２方向において、前記第１領域と前記第２領域との間に、前記第３磁性層の前記少なくとも一部が設けられた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項６】
前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の前記第１磁性層の長さは、前記第２方向の前記第１磁性層の長さよりも長く、
前記第１領域及び前記第２領域は、前記第３方向に延びる、請求項５記載の磁気記憶素子。
【請求項７】
前記第２部分は、前記第３磁性層に接する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項８】
前記第３方向において前記第２磁性層と離間して設けられた第４磁性層をさらに備え、
前記第４磁性層は、前記第１方向において前記第３磁性層と離間して設けられ、
前記第４磁性層の磁化の方向は可変である、
請求項７記載の磁気記憶素子。
【請求項９】
第１磁性層と、
第２磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられた第３磁性層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含み、
前記第２部分は、前記第１部分から前記前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において前記第３磁性層と対向する面を有する、磁気記憶素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶素子と、
前記磁気記憶素子と電気的に接続された制御部と、
を備えた不揮発性記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ:Magnetic Random Access Memory）において、データ記憶部に、例えば、強磁性トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）素子が用いられる。磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置において、信頼性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、信頼性の高い磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、磁気記憶素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第３磁性層と、第１非磁性層と、を含む。第３磁性層は、前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられる。第１非磁性層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含む。前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において、前記第３磁性層の少なくとも一部と重なる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、磁化を例示する模式図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の動作を例示する模式図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の動作を例示する模式図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の動作を例示する模式図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１７】図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２１】図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２２】図２２（ａ）〜図２２（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２３】図２３（ａ）〜図２３（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【図２４】第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的断面図である。
【図２５】図２５（ａ）〜図２５（ｊ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的断面図である。
【図２６】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【図２７】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
【図２８】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
【図２９】第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的斜視図である。
【図３０】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【図３１】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【図３２】第３の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【図３３】図３３（ａ）〜図３３（ｃ）は、第４の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図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適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【０００９】
図１（ａ）に示すように、磁気記憶素子１１０は、第１磁性層１０と、第２磁性層２０と、第３磁性層３０と、第１非磁性層３１ｎと、を含む。
【００１０】
第３磁性層３０は、第１磁性層１０の第１部分（第１部分１０ａ）と、第２磁性層２０との間に設けられる。第１非磁性層３１ｎは、第２磁性層２０と第３磁性層３０との間に設けられる。第１磁性層１０の第１部分１０ａは、例えば、第３磁性層３０の下に位置する。
【００１１】
第１磁性層１０の上記の第１部分１０ａから第２磁性層２０に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、第２磁性層２０、第３磁性層３０及び第１非磁性層３１ｎの積層方向ＳＤ１に対応する。
【００１２】
本願明細書において、積層されている状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて重ねられる場合も含む。
【００１３】
第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１４】
第１磁性層１０は、上記の第１部分１０ａとは別の第２部分１０ｂをさらに含む。この第２部分１０ｂの少なくとも一部は、第１方向に対して直交する第２方向において、第３磁性層３０の少なくとも一部と重なる。第２方向は、Ｘ−Ｙ平面内の１つの方向（任意の方向）である。上記の第２部分１０ｂは、Ｘ−Ｙ平面内の複数の方向において、第３磁性層３０の少なくとも一部と重なっても良い。この例では、第１磁性層１０の上記の第２部分１０ｂは、第３磁性層３０の周りに設けられている。第２方向は、例えばＸ軸方向である。
【００１５】
例えば、図１（ａ）に示す例では、第３磁性層３０の少なくとも一部は、第１磁性層１０の中に埋め込まれている。図１（ａ）の例では、Ｘ−Ｙ平面内で、第３磁性層３０は、第１磁性層１０の第２部分１０ｂに囲まれている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、第３磁性層３０は、例えば、側面３０ｓｗ（外側面）を有する。側面３０ｓｗは、第１方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ−Ｙ平面内の方向）と交差する。第１磁性層１０の第２部分１０ｂは、内側面（面）１０ｉｗを有する。内側面１０ｉｗは、第１方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ−Ｙ平面内の方向）と交差する。第１磁性層１０の内側面１０ｉｗは、第３磁性層３０の側面３０ｓｗと対向する。ここで、「内側面１０ｉｗが側面３０ｓｗと対向する」とは、内側面１０ｉｗと側面３０ｓｗとの間に部材がなく互いに向き合っている状態及び内側面１０ｉｗと側面３０ｓｗとの間に部材が設けられても、第１磁性層１０と第３磁性層３０との間で磁気的作用が維持される状態を含む。
【００１７】
第２方向において、上記の第２部分１０ｂの内側面１０ｉｗの少なくとも一部は、側面３０ｓｗの少なくとも一部と重なる。例えば、第２方向において、上記の第２部分１０ｂの内側面１０ｉｗは、側面３０ｓｗに対向する。上記の第２部分１０ｂの内側面１０ｉｗは、側面３０ｓｗと接しても良い。上記の第２部分１０ｂは、Ｘ−Ｙ平面内で、第３磁性層３０の上記の少なくとも一部の周りに設けられている。例えば、Ｘ−Ｙ平面内において、第１磁性層１０の一部は、分割されてもよい（後述）。
【００１８】
第３磁性層３０は、例えば、面３０ｓ（例えば主面）を有する。面３０ｓは、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。第１磁性層１０の上記の第１部分１０ａは、例えば、面３０ｓに対向する。上記の第１部分１０ａは、面３０ｓと接しても良い。
【００１９】
第１磁性層１０の磁化１０ｍの第１方向に沿った垂直磁化成分は、第１磁性層１０の磁化１０ｍの第１方向と交差する方向における面内磁化成分よりも大きい。
【００２０】
例えば、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、例えば、第１磁性層１０の面１０ｓ（例えば主面）に対して略垂直である。例えば、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、例えば、第１磁性層１０の面１０ｓに対して垂直な成分を有する。第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、この面１０ｓに対して非平行である。第１磁性層１０は、例えば、参照層である。
【００２１】
第１磁性層１０の上記の第１部分１０ａの材料は、例えば、第１磁性層１０の上記の第２部分１０ｂの材料と同じである。第２部分１０ｂは、例えば、第１部分１０ａと連続的でも良い。これらの第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂの繋ぎ目は、シームレスでもよい。第１磁性層１０の上記の第１部分１０ａの材料は、第１磁性層１０の第２部分１０ｂの材料と異なってもよい。
【００２２】
第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向は、可変である。第１磁性層１０の第２部分１０ｂは、Ｘ−Ｙ平面内の１つの方向（例えば、Ｘ軸方向など）において、第２磁性層２０と重ならない。第２磁性層２０のＸ−Ｙ平面内の１つの方向（例えば、Ｘ軸方向など）の長さＬ２は、その１つの方向の第３磁性層３０の長さＬ３以下である。例えば、長さＬ２は、長さＬ３未満である。長さＬ２は、例えば、第２磁性層２０の直径または幅である。第２磁性層２０のＸ−Ｙ平面内の１つの方向（例えば、Ｘ軸方向など）の長さＬ２は、その１つの方向の第１磁性層１０の長さＬ１未満である。第２磁性層２０は、例えば、合金を含んでもよい。第２磁性層２０は、例えば、記憶層である。
【００２３】
第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向は、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向に比べて、動きやすい。第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向は、記憶される情報に応じて変化する。すなわち、磁化２０ｍの方向が、記憶される情報に対応する。一方、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向と比べて、相対的に動き難い。第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、例えば通常動作時（例えば書き込み時）において、実質的に固定されている。記憶層の磁化の方向に比べて、磁化の方向が動きにくい場合に、「磁化の方向が実質的に固定」であるとする。
【００２４】
第１磁性層１０において、側面１０ｓｗ（外側面）は、例えば、Ｘ軸方向と交差する。Ｘ軸方向における第１磁性層１０の第２部分１０ｂの側面１０ｓｗと、第３磁性層３０の側面３０ｓｗと、の間の距離１０Ｌは、第３磁性層３０の長さ３０Ｌの１／２以下であってもよい。
【００２５】
例えば、Ｘ軸方向において、第１磁性層１０の第２部分１０ｂの側面１０ｓｗと、第３磁性層３０の側面３０ｓｗと、の間の距離は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２６】
第３磁性層３０の磁化３０ｍの第１方向に沿った垂直磁化成分は、第３磁性層３０の磁化３０ｍの第１方向と交差する方向における面内磁化成分よりも大きい。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、例えば、第３磁性層３０の面３０ｓに対して垂直な成分を有する。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、面３０ｓに対して非平行である。第３磁性層３０は、例えば、界面層である。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向に比べて相対的に動き難い。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、例えば、実質的に固定されている。
【００２７】
第１非磁性層３１ｎは、例えば、第３磁性層３０及び第２磁性層２０に接する。第１磁性層１０の第１部分１０ａ、第３磁性層３０、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０は、積層方向ＳＤ１に積層される。
【００２８】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。  
図２（ａ）は、斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、磁気記憶素子１１１Ａは、第４磁性層４０と、第２非磁性層３２ｎと、第７磁性層１７と、第４非磁性層３４ｎと、をさらに含む。第４非磁性層３４ｎは、無くてもよい。
【００３０】
磁気記憶素子１１１Ａにおいて、第１磁性層１０及び第３磁性層３０は、第３方向に延びる。第３方向は、第１方向（例えばＺ軸方向）及び第２方向（例えばＸ軸方向）と交差する。例えば、第３方向は、Ｙ軸方向である。第３方向（Ｙ軸方向）の第１磁性層１０の長さＬｙは、第２方向（Ｘ軸方向）の第１磁性層１０の長さＬｘよりも長い。第１磁性層１０の第１部分１０ａは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。第１磁性層１０の第２部分１０ｂは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。
【００３１】
第４磁性層４０は、第３方向（例えばＹ軸方向）において第２磁性層２０と離間して設けられる。第４磁性層４０は、Ｙ軸方向において第２磁性層２０と並ぶ。第４磁性層４０は、Ｚ軸方向において第３磁性層３０と離間して設けられる。第４磁性層４０は、Ｚ軸方向において第３磁性層３０と重なる。第４磁性層４０の磁化４０ｍの方向は、可変である。第１磁性層１０の第２部分１０ｂは、Ｘ軸方向において、第４磁性層４０と重なっていない。Ｘ軸方向において、第４磁性層４０の長さ４０Ｌは、第１磁性層１０の長さＬｘよりも短い。第４磁性層４０には、例えば、合金が用いられる。
【００３２】
第４磁性層４０は、例えば、記憶層である。第３方向（例えばＹ軸方向）において第２磁性層２０と並ぶ記憶層（磁性層）の数は、図示される数に限らない。
【００３３】
上記の第２部分１０ｂは、Ｘ−Ｙ平面内で、第３磁性層３０の上記の少なくとも一部の周りに設けられている。例えば、第３磁性層３０は、Ｘ−Ｙ平面内で上記の第２部分１０ｂに囲まれる。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０及び第２磁性層２０に重なる。例えば、第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０と第２磁性層２０との間に設けられる。例えば、第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の第１部分１０ａと、第２磁性層２０との間に設けられる。
【００３５】
第３磁性層３０の少なくとも一部は、Ｘ軸方向において、第１磁性層１０と重なる。例えば、Ｘ軸方向において、第３磁性層３０の側面３０ｓｗの少なくとも一部は、第１磁性層１０の内側面１０ｉｗと重なる。Ｘ軸方向において、側面３０ｓｗは、内側面１０ｉｗに接しても良い。
【００３６】
図２（ｃ）に示すように、第３磁性層３０は、第３方向（例えばＹ軸方向）において、第１磁性層１０と重なる。例えば、第３方向（例えばＹ軸方向）において、第３磁性層３０の側面３０ｓｗは、第１磁性層１０の内側面１０ｉｗと重なる。Ｙ軸方向において、側面３０ｓｗは、内側面１０ｉｗに接しても良い。
【００３７】
第３磁性層３０は、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。第３磁性層３０は、第１磁性層１０と第４磁性層４０との間に設けられた領域３０ｃを有する（図２（ａ）及び図２（ｃ））。第１磁性層１０は、Ｘ軸方向において、第３磁性層３０の領域３０ｃの少なくとも一部と重なる（図２（ａ）。第１磁性層１０は、Ｙ軸方向において、第３磁性層３０の領域３０ｃの少なくとも一部と重なる（図２（ｃ））。
【００３８】
図２（ｃ）に示すように、第２非磁性層３２ｎは、Ｚ軸方向において第４磁性層４０と第３磁性層３０との間に設けられる。第２非磁性層３２ｎは、例えば、第３磁性層３０及び第４磁性層４０に接する。
【００３９】
第７磁性層１７は、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０及び第４非磁性層３４ｎと重なる。第７磁性層１７及び第４非磁性層３４ｎは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。第７磁性層１７は、例えば、シフト補正層である。第７磁性層１７の磁化１７ｍのＺ軸方向に沿った垂直磁化成分は、第７磁性層１７の磁化１７ｍのＺ軸方向と交差する方向における面内磁化成分よりも大きい。第７磁性層１７の磁化の向きは、例えば、第１磁性層１０の磁化の向きと逆向きである。これにより、第２磁性層２０（記憶層）の位置では、Ｚ軸方向における第１磁性層１０の磁界がＺ軸方向における第７磁性層１７の磁界によって打ち消される。第４非磁性層３４ｎは、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０と第７磁性層１７との間に設けられる。
【００４０】
第７磁性層１７と第４磁性層４０との間には、第３磁性層３０の領域３０ｃが設けられる。第３磁性層３０の領域３０ｃと第７磁性層１７との間に、第１磁性層１０の第１部分１０ａが設けられる。
【００４１】
第７磁性層１７の磁化１７ｍの方向は、例えば、第７磁性層１７の面１７ｓに対して垂直な成分を有する。第７磁性層１７の磁化１７ｍの方向は、面１７ｓに対して非平行である。第７磁性層１７の磁化１７ｍの方向は、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向に対して相対的に動き難い。第７磁性層１７の磁化１７ｍの方向は、例えば、実質的に固定されている。
【００４２】
第４非磁性層３４ｎは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。第４非磁性層３４ｎは、第７磁性層１７と第１磁性層１０との間に設けられる。第４非磁性層３４ｎは、例えば、第７磁性層１７及び第１磁性層１０に接する。第４非磁性層３４ｎと第４磁性層４０との間には、第３磁性層３０の領域３０ｃが設けられる。第３磁性層３０の領域３０ｃと第４非磁性層３４ｎとの間に、第１磁性層１０の第１部分１０ａが設けられる。
【００４３】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式図である。  
図３（ａ）は、斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。
【００４４】
図３（ａ）に示す磁気記憶素子１１１Ｂにおいて、第１磁性層１０の上記の第２部分１０ｂは、第１領域１０ｂａ及び第２領域１０ｂｂを含む。第１方向と交差する方向（例えば、Ｘ−Ｙ平面内の１つの方向）において、第１領域１０ｂａと第２領域１０ｂｂとの間に、第３磁性層３０の少なくとも一部が設けられる。例えば、Ｘ軸方向において、第３磁性層３０の少なくとも一部は、第１領域１０ｂａと第２領域１０ｂｂとの間に設けられる。
【００４５】
第１磁性層１０の第１領域１０ｂａは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。第１磁性層１０の第２領域１０ｂｂは、第３方向（例えばＹ軸方向）に延びる。
【００４６】
磁気記憶素子１１１Ｂにおいては、Ｘ−Ｙ平面内において、第１磁性層１０が不連続になっている。例えば、Ｙ軸方向において、第３磁性層３０の側面３０ｓｗの一部が露出する。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、磁気記憶素子１１１Ｂにおいては、第３磁性層３０がＸ軸方向において、第１領域１０ｂａと第２領域１０ｂｂとの間に設けられる。
【００４８】
図３（ｃ）に示すように、磁気記憶素子１１１Ｂにおいては、例えば、Ｙ軸方向において、第３磁性層３０の側面３０ｓｗが露出する。
【００４９】
磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１１Ｂにおいて、第１磁性層１０は、第２方向において第３磁性層３０の少なくとも一部と重なる（図１（ａ）〜図３（ｃ））。第１磁性層１０の第２部分１０ｂが存在せず、第２方向において第１磁性層１０の第２部分１０ｂが第３磁性層３０に重なっていない場合、第１磁性層１０と第３磁性層３０とが重なる面積（第１磁性層１０と第３磁性層３０とが重なる総合の面積）は、第１磁性層１０の第２部分１０ｂが存在する場合よりも小さくなる。
【００５０】
第２方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に重なっていないとき、第２磁性層２０の磁化状態が変わる電流を第３磁性層３０に流すと、電流の大きさによっては第３磁性層３０の磁化が揺らぐ可能性がある。
【００５１】
例えば、磁気記憶素子１１１Ａ及び１１１Ｂ（図２（ａ）〜図３（ｃ））においては、第１磁性層１０、第３磁性層３０及び第７磁性層１７のいずれかが第３方向（例えばＹ軸方向）に延びている。第１磁性層１０、第３磁性層３０及び第７磁性層１７のいずれかは、例えば、配線として用いられる場合がある。第１磁性層１０、第３磁性層３０及び第７磁性層１７のいずれかが配線として用いられる場合、Ｚ軸方向のほか、Ｙ軸方向に書き込み電流が流れる。第２方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に重ならないと、第３磁性層３０の磁化は、揺らぎ易くなる。
【００５２】
本願発明者は、ＬＬＧ（Landau Liftshitz Gilbert）シミュレーションにより、書き込み時に、第１磁性層１０（参照層）が第１磁性層１０の第２部分１０ｂによって囲まれていない場合、第３磁性層３０及び第１磁性層１０の磁化が動かず、第２磁性層２０への書き込み電流が増加しにくい条件を探索した。本願発明者は、第３磁性層３０及び第１磁性層１０の磁化が動きにくい条件を探索すると、第３磁性層３０の材料の選択性の範囲が狭くなることを見いだした。例えば、第３磁性層３０の飽和磁化Ｍｓと、第３磁性層３０の厚さ（積層方向ＳＤ１における長さ）と、の組み合わせの範囲が狭くなった。第３磁性層３０の磁化及び第１磁性層１０の磁化が動く条件では、書き込み電流が上昇する。第３磁性層３０の磁化及び第１磁性層１０の磁化が動く条件では、第１磁性層１０の磁化が反転するなどの動作阻害が起きる。ここで、第３磁性層３０と第１磁性層１０との間の交換結合力を上げると、動作阻害は抑制される。しかし、交換結合力が上がる材料の選択は、材料の選択性の範囲を狭める。
【００５３】
これに対して、磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１１Ｂ（図１（ａ）〜図３（ｃ））においては、第２方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に重なる。これにより、例えば、第１磁性層１０と第３磁性層３０とが重なる面積が増加する。例えば、磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１１Ｂにおいては、第２方向（例えば、Ｘ軸方向またはＹ軸方向など）において第１磁性層１０が第３磁性層３０に接する。これにより、例えば、第１磁性層１０と第３磁性層３０とが接する面積が増加する。これにより、磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１１Ｂにおいては、第１磁性層１０と第３磁性層３０との間の交換結合がより強くなる。
【００５４】
例えば、第２方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に接する部分がある場合、第２方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に接しない場合に比べて、交換結合が約１．５倍、増加する。これにより、磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１１Ｂにおいては、書き込み時には、第３磁性層３０の磁化が揺れにくくなり、書き込み動作が安定化する。
【００５５】
以下、上記の磁気記憶素子（磁気記憶素子１１０、１１１Ａ及び１１Ｂなど）を含む不揮発性記憶装置の例について説明する。
【００５６】
図４は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図４に示すように、不揮発性記憶装置６１０は、磁気記憶素子１１２と、制御部５５０と、を含む。磁気記憶素子１１２は、積層体ＳＢ０を含む。積層体ＳＢ０は、第１積層部ＳＢ１と、第２積層部ＳＢ２と、を含む。制御部５５０は、積層体ＳＢ０と電気的に接続される。制御部５５０は、積層体ＳＢ０に電圧の印加及び電流の供給を行う。これにより、積層体ＳＢ０の動作が制御される。第１積層部ＳＢ１は、磁気記憶素子１１０を含む。第１積層部ＳＢ１は、例えば、第１磁性層１０と、第２磁性層２０と、第３磁性層３０と、及び第１非磁性層３１ｎと、を含む。磁気記憶装置１１２は、既に説明した磁気記憶素子１１０の構成を含む。
【００５７】
第２積層部ＳＢ２は、積層方向ＳＤ１において、第１積層部ＳＢ１と重なる。例えば、第２積層部ＳＢ２は、積層方向ＳＤ１に第１積層部ＳＢ１と積層される。第２積層部ＳＢ２は、第５磁性層５０を含む。第５磁性層５０は、積層方向ＳＤ１において、第１積層部ＳＢ１と重なる。例えば、第５磁性層５０は、積層方向ＳＤ１に第１積層部ＳＢ１と積層される。第５磁性層５０の磁化の方向は、可変である。第５磁性層５０の幅（積層方向ＳＤ１に対して垂直な方向の長さ）は、例えば、３５ナノメートル（ｎｍ）以下である。例えば、Ｘ−Ｙ平面に投影したときの第５磁性層５０の形状が円形である場合、その円の直径は、３５ｎｍ以下である。例えば、第５磁性層５０の面内方向（積層方向ＳＤ１に対して垂直な方向）の最大の長さが、３５ｎｍ以下である。第５磁性層５０の厚さ（積層方向ＳＤ１の長さ）は、例えば、０．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下である。
【００５８】
この例では、第２積層部ＳＢ２が、第６磁性層６０と第３非磁性層３３ｎとをさらに含む。第６磁性層６０は、第５磁性層５０と積層方向ＳＤ１において重なる。例えば、第６磁性層６０は、第５磁性層５０と積層方向ＳＤ１に積層される。第６磁性層６０の磁化６０ｍのＺ軸方向に沿った垂直磁化成分は、第６磁性層６０の磁化６０ｍのＺ軸方向と交差する方向における面内磁化成分よりも大きい。第６磁性層６０の磁化６０ｍの向きは、第１磁性層１０の磁化１０ｍの向きと逆である。第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向に比べて相対的に動き難い。第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、例えば、実質的に固定されている。第３非磁性層３３ｎは、第５磁性層５０と第６磁性層６０との間に設けられる。第３非磁性層３３ｎは、積層方向ＳＤ１において、第５磁性層５０及び第６磁性層６０と重なる。第３非磁性層３３ｎは、例えば、第５磁性層５０及び第６磁性層６０に接する。
【００５９】
この例では、積層体ＳＢ０が、第５非磁性層３５ｎをさらに含む。第５非磁性層３５ｎは、第１積層部ＳＢ１と第２積層部ＳＢ２との間に設けられる。この例では、第１磁性層１０、第３磁性層３０、第１非磁性層３１ｎ、第２磁性層２０、第５非磁性層３５ｎ、第５磁性層５０、第３非磁性層３３ｎ及び第６磁性層６０が、この順に積層される。第５非磁性層３５ｎは、例えば、スピン消失層である。これにより、第５非磁性層３５ｎを流れる電子のスピン偏極度は、消失し易くなる。第５非磁性層３５ｎは、積層方向ＳＤ１において、第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に重なる。第５非磁性層３５ｎは、例えば、第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に接する。この例において、第５非磁性層３５ｎは、第２磁性層２０及び第５磁性層５０に接する。
【００６０】
例えば、第１積層部ＳＢ１は第１導電層８１を含み、第２積層部ＳＢ１は第２導電層８２を含む。第１積層部ＳＢ１は、第１導電層８１と第２導電層８２との間に配置される。第２積層部ＳＢ２は、第１積層部ＳＢ１と第２導電層８２との間に配置される。第１導電層８１は、第１積層部ＳＢ１と電気的に接続される。この例では、第１導電層８１は、第１磁性層１０と電気的に接続される。第２導電層８２は、第２積層部ＳＢ２と電気的に接続される。この例では、第２導電層８２は、第６磁性層６０と電気的に接続される。
【００６１】
第１導電層８１及び第２導電層８２は、制御部５５０と電気的に接続される。積層体ＳＢ０は、第１導電層８１及び第２導電層８２を介して制御部５５０と直接または間接に接続される。第１導電層８１は、第１積層部ＳＢ１とは別と見なしても良い。第２導電層８２は、第２積層体ＳＢ２とは別と見なしても良い。
【００６２】
不揮発性記憶装置６１０は、例えば、第１配線９１及び第２配線９２（図３１参照）をさらに含んでも良い。第１配線９１は、例えば、第１導電層８１と電気的に接続される。第２配線９２は、例えば、第２導電層８２と電気的に接続される。制御部５５０は、例えば、第１配線９１及び第２配線９２を介して積層体ＳＢ０と電気的に接続される。
【００６３】
以下では、積層体ＳＢ０（磁気記憶素子１１２）の構成及び動作の例について説明する。以下の説明は、磁気記憶素子１１２に加え、実施形態に係る、後述する他の磁気記憶素子にも適用できる。
【００６４】
積層体ＳＢ０においては、積層方向ＳＤ１に第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に電流（書き込み電流）を流す。これにより、スピン偏極した電子が第２磁性層２０に作用する。積層体ＳＢ０においては、第５磁性層５０の磁化を歳差運動させることにより発生する回転磁界を第２磁性層２０に作用させる。これにより、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向が、電流の向きに応じた方向に決定される。
【００６５】
第１磁性層１０は、例えば、第１の磁化固定層として機能する。第１磁性層１０においては、例えば、磁化１０ｍが膜面に対して略垂直方向に向いている。磁化１０ｍは、第１磁性層１０と第２磁性層２０とを結ぶ積層方向ＳＤ１の成分を有する第１方向に向いている。第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、例えば、積層方向ＳＤ１に対して略平行である。
【００６６】
第２磁性層２０においては、例えば、磁化容易軸が膜面に対して略垂直方向である。例えば、第２磁性層２０の磁化の方向は、膜面に対して略垂直方向である。第２磁性層２０の磁化は、比較的容易に反転可能であり、積層方向ＳＤ１に可変である。第２磁性層２０は、データを記憶する役割をもつ。第２磁性層２０は、例えば、磁気記憶層として機能する。
【００６７】
第３磁性層３０においては、例えば、磁化３０ｍが膜面に対して略垂直方向に向いている。磁化３０ｍは、第１磁性層１０と第２磁性層２０とを結ぶ積層方向ＳＤ１の成分を有する第１方向に向いている。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、例えば、積層方向ＳＤ１に対して略平行である。
【００６８】
第１非磁性層３１ｎは、第１のスペーサ層として機能する。第１非磁性層３１ｎが絶縁材料に基づくトンネルバリア層である場合に、第１磁性層１０、第１非磁性層３１ｎ、第２磁性層２０及び第３磁性層３０を含む第１積層部ＳＢ１は、例えば、ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）の構造を有する。
【００６９】
第５磁性層５０においては、例えば、積層方向ＳＤ１へ投影した磁化成分が、積層方向ＳＤ１に対して垂直な方向へ投影した磁化成分よりも小さい。第５磁性層５０の磁化容易軸は、膜面に対して略平行である。第５磁性層５０の磁化は、積層方向ＳＤ１に対して垂直な方向に可変である。第５磁性層５０は、書き込み時に高周波磁場を発生させる役割をもつ。第５磁性層５０は、例えば、磁化回転層（発振層）として機能する。
【００７０】
第６磁性層６０は、例えば、第２の磁化固定層として機能する。第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、例えば、膜面に対して略垂直方向に固定されている。第６磁性層６０の磁化６０ｍは、積層方向の成分を有する第１方向に固定されている。第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、膜面に対して略垂直方向である。第３非磁性層３３ｎは、第２のスペーサ層として機能する。
【００７１】
第１磁性層１０、第２磁性層２０、第３磁性層３０及び第６磁性層６０には、例えば、垂直磁化膜が用いられる。第５磁性層５０には、例えば、面内磁化膜が用いられる。
【００７２】
第２磁性層２０の磁気共鳴周波数は、例えば、ダンピング測定法を利用して測定することができる。例えば、第１積層部ＳＢ１の一端と第２積層部ＳＢ２の一端とにプローブをあて、測定する。この場合、複数の磁気共鳴周波数が測定される可能性がある。例えば、質量分析やＸ線回折などを用いて、第２磁性層２０の材料及び組成を求めることができる。その材料から推定できる共鳴周波数帯域と合致する周波数から、第２磁性層２０の共鳴周波数を識別することができる。これにより、第１積層部ＳＢ１の特性Ｉｆ１を測定することができる。
【００７３】
磁気共鳴周波数は、強磁気共鳴（ＦＭＲ：Ferromagnetic Resonance）のスペクトルを測定することによっても求めることができる。  
第５磁性層５０の発振特性は、第１積層部ＳＢ１の一端と第２積層部ＳＢ２の一端とにプローブをあて、測定する。第２積層部ＳＢ２に流れる電流に対して、発生する磁界を測定することで、求めることができる。  
例えば、質量分析やＸ線回折などを用いて、第５磁性層５０の材料及び組成などを求めることができる。これにより、例えば、第５磁性層５０の発振特性を求めることができる。
【００７４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、磁化を例示する模式図である。  
図５（ａ）は、垂直磁化膜における磁化を例示している。図５（ｂ）は、面内磁化膜における磁化を例示している。  
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、積層方向ＳＤ１と交差する（例えば、垂直な）１つの方向を面内方向ＳＤ２とする。面内方向ＳＤ２は、Ｘ−Ｙ平面内の方向である。磁化７２の面内磁化成分７２ｂは、磁化７２をＸ−Ｙ平面に投影した成分である。面内磁化成分７２ｂは、面内方向ＳＤ２に沿っている。面内磁化成分７２ｂは、面内方向ＳＤ２に対して平行である。磁化７２の垂直磁化成分７２ａは、磁化７２をＺ軸方向に投影した成分である。垂直磁化成分７２ａは、積層方向ＳＤ１に対して平行である。
【００７５】
図５（ａ）に示すように、垂直磁化膜においては、垂直磁化成分７２ａが、面内磁化成分７２ｂよりも大きい磁化状態を有する。垂直磁化膜において、磁化の方向が膜面に対して略垂直であることが動作特性上望ましい。
【００７６】
図５（ｂ）に示すように、面内磁化膜においては、面内磁化成分７２ｂが、垂直磁化成分７２ａよりも大きい磁化状態を有する。面内磁化膜において、磁化の方向が膜面に対して略平行であることが動作特性上望ましい。
【００７７】
例えば、第１磁性層１０の磁化１０ｍの積層方向ＳＤ１に沿った垂直磁化成分は、第１磁性層１０の磁化１０ｍの積層方向ＳＤ１と交差する方向（例えば、垂直）面内磁化成分よりも大きい。第２磁性層２０の磁化２０ｍの垂直磁化成分は、第２磁性層２０の面内磁化成分よりも大きい。第５磁性層５０の垂直磁化成分は、第５磁性層５０の面内磁化成分よりも小さい。
【００７８】
説明の便宜上、第１積層部ＳＢ１から第２積層部ＳＢ２に向かう方向を「上」または「上向き」と言う。第２積層部ＳＢ２から第１積層部ＳＢ１に向かう方向を「下」または「下向き」と言う。
【００７９】
既に説明したように、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は、実質的に固定される。第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は、実質的に固定される。第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、実質的に固定されている。
【００８０】
図４に示すように、積層体ＳＢ０において、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向は上向きであり、第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向は上向きであり、第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は下向きである。第１磁性層１０の磁化１０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きは、例えば、第６磁性層６０の磁化６０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きに対して、逆である。第３磁性層３０の磁化３０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きは、例えば、第６磁性層６０の磁化６０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きに対して、逆である。ただし、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向、第３磁性層３０の磁化１０ｍの方向及び第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向は、種々の変形が可能である。例えば、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向及び第６磁性層６０の磁化６０ｍの方向の両方を上向きまたは下向きとしてもよいし、一方を上向きとし、他方を下向きとしてもよい。
【００８１】
積層体ＳＢ０において、例えば、第１導電層８１及び第２導電層８２を介して、第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に電子電流を流すことができる。電子電流は電子の流れである。上向きに電流が流れるときには、電子電流は下向きに流れる。
【００８２】
膜面に対して垂直な方向に電子電流を流すと、磁界発生源の第５磁性層５０における磁化５０ｍが歳差運動する。これにより、回転磁界（高周波磁界）が発生する。高周波磁界の周波数は、例えば、約１ＧＨｚ〜６０ＧＨｚである。高周波磁界は、第２磁性層２０の磁化２０ｍに対して垂直方向の成分（第２磁性層２０の磁化困難軸の方向の成分）を有する。第５磁性層５０から発生した高周波磁界の少なくとも一部は、第２磁性層２０の磁化困難軸の方向に印加される。第５磁性層５０から発生した高周波磁界が、第２磁性層２０の磁化困難軸の方向に印加されると、第２磁性層２０の磁化２０ｍが反転し易くなる。
【００８３】
積層体ＳＢ０においては、電子電流を第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に流すことによって、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向を制御することができる。具体的には、電子電流の流れる向き（極性）を変えることで第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きを反転させることができる。情報を記憶させる場合において、例えば、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向に応じて、「０」と「１」とがそれぞれ割り当てられる。積層体ＳＢ０は、第１状態、または、第１状態とは異なる第２状態、を有する。第１状態及び第２状態のそれぞれは、第２磁性層２０の磁化２０ｍの異なる２つの方向に対応している。
【００８４】
前述のように、第５磁性層５０の幅（直径）は、３５ｎｍ以下であることが好ましい。第５磁性層５０の幅が、３５ｎｍよりも大きくなると、例えば、第５磁性層５０の磁化５０ｍの歳差運動に伴って、ボルテックス（還流磁区）が発生する。第５磁性層５０の断面形状の円相当直径を３５ｎｍ以下とし、第５磁性層５０の厚さを０．５ｎｍ以上３．５ｎｍ以下とすることで、例えば、ボルテックスの発生を抑制することができる。これにより、例えば、第５磁性層５０から発生した高周波磁界を第２磁性層２０の磁化反転により適切に作用させ、第２磁性層２０の磁化反転をアシストすることができる。例えば、第２磁性層２０の位置において、磁化２０ｍが反転する十分な磁界強度を得ることができる。
【００８５】
第５磁性層５０の横断面形状（積層方向ＳＤ１に対して垂直な平面で切断したときの断面形状）の円相当直径をＲ（ｎｍ）、「Ｒ」の半分の値をｒ（＝Ｒ／２）（ｎｍ）、層厚をｔ（ｎｍ）とするとき、ｒ＜０．４１９ｔ２−２．８６ｔ＋１９．８の関係式を満たすサイズとすることが望ましい。
【００８６】
本願明細書において、「円相当直径」とは、対象とする平面形状の面積と同じ面積を有する円を想定し、その円の直径をいうものとする。例えば、第５磁性層５０の横断面形状が円形の場合、「Ｒ」は直径を意味する。第５磁性層５０の横断面形状が楕円の場合、「Ｒ」は、その楕円の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。第５磁性層５０の横断面形状が多角形の場合、「Ｒ」は、その多角形の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。
【００８７】
実施形態に係る磁気記憶素子１１２及び不揮発性記憶装置６１０によれば、誤動作を抑制した磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置が提供できる。例えば、磁気記憶素子１１２の幅（Ｘ軸方向における幅またはＹ軸方向における幅）を３５ｎｍ以下とした場合でも、双方向の書き込みにおいて第２磁性層２０の磁化反転をアシストすることができる。これにより、例えば、書き込み時における誤動作が抑制される。書き込み時の電流（書き込み電流）の大きさを低減させることもできる。
【００８８】
積層体ＳＢ０においては、第２磁性層２０の磁化と第５磁性層５０の磁化とが静磁結合している。これにより、例えば、書き込み時の電流の大きさを低減させることができる。
【００８９】
積層体ＳＢ０における動作の具体例として、まず「書き込み」動作の例について説明する。
【００９０】
図６（ａ）〜図６（ｄ）及び図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の動作を例示する模式図である。  
これらの図は、積層体ＳＢ０における「書き込み」動作の際の第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２の状態を例示している。第２磁性層２０の書き込み動作においては、第１磁性層１０の膜面、第３磁性層３０及び第２磁性層２０の膜面を横切るように電子電流ｅ１またはｅ２（書き込み電流）を流す。ここでは、第１非磁性層３１ｎを介した磁気抵抗効果が、ノーマルタイプである場合について説明する。
【００９１】
「ノーマルタイプ」の磁気抵抗効果においては、非磁性層の両側の磁性層の磁化どうしが互いに平行である時の電気抵抗が、反平行である時の電気抵抗よりも低い。ノーマルタイプの場合、第１非磁性層３１ｎを介した第１磁性層１０と第２磁性層２０との間の電気抵抗は、第１磁性層１０の磁化１０ｍが第２磁性層２０の磁化２０ｍに対して平行である時には、反平行である時よりも低い。
【００９２】
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きを上向きから下向きに反転させる場合を例示している。  
図６（ａ）は、電子電流ｅ１を流し始めた状態を例示している。図６（ｄ）は、電子電流ｅ１を流し終えた状態（磁化２０ｍが反転した状態）を例示している。図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、その途中の状態を例示している。
【００９３】
図６（ａ）に示すように、磁化２０ｍの向きを上向きから下向きに反転させる場合には、第２積層部ＳＢ２から第１積層部ＳＢ１に向けて電子電流ｅ１を流す。例えば、下向きに電子電流ｅ１を流す。
【００９４】
電子電流ｅ１を下向きに流すと、第１非磁性層３１ｎを通過した電子のうちで、第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第３磁性層３０の磁化３０ｍと同じ向き（この例において上向き）のスピンをもった電子は、第１磁性層１０及び第３磁性層３０を通過する。一方、第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第３磁性層３０の磁化３０ｍに対して、逆向き（この例において下向き）のスピンをもった電子は、第３磁性層３０と第１非磁性層３１ｎとの界面において反射される。この反射された電子のスピンの角運動量は、第２磁性層２０へ伝達され、第２磁性層２０の磁化２０ｍに作用する。
【００９５】
図６（ｂ）に示すように、第２積層部ＳＢ２に電子電流ｅ１を流すと、第５磁性層５０の磁化５０ｍが歳差運動し、回転磁界が発生する。膜面に対して略垂直方向の磁化６０ｍを有する第６磁性層６０を通過した電子は、第６磁性層６０の磁化６０ｍと同じ方向のスピンを持つようになる。この電子が、第５磁性層５０へ流れると、このスピンのもつ角運動量が第５磁性層５０へ伝達される。これにより、第５磁性層５０の磁化５０ｍに作用する。第５磁性層５０には、いわゆるスピントランスファトルクが働く。電子電流ｅ１の供給によって、磁化５０ｍが歳差運動する。第５磁性層５０を通過した電子のスピン偏極度は、第５非磁性層３５ｎの通過によって消失される。
【００９６】
図６（ｃ）に示すように、第５磁性層５０の磁化５０ｍが歳差運動すると、磁化２０ｍの向きが、上向きから下向きに反転する。この動作では、第５磁性層５０からの回転磁界の作用と第１磁性層１０との界面で反射するスピン偏極した電子が利用される。第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第３磁性層３０の磁化３０ｍは反転しない。
【００９７】
図６（ｄ）に示すように、電子電流ｅ１の供給を停止すると、磁化５０ｍの歳差運動が停止する。これにより、磁化２０ｍの向きが、上向きから下向きに反転した状態で保持される。この向きの磁化２０ｍを有する第２磁性層２０の状態に、例えば「０」を割り当てる。積層体ＳＢ０において、例えば、第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きが下向きである状態が、第１状態に対応する。
【００９８】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、磁化２０ｍの向きを下向きから上向きに反転させる場合を例示している。  
図７（ａ）は、電子電流ｅ２を流し始めた状態を例示している。図７（ｄ）は、電子電流ｅ２を流し終えた状態（磁化２０ｍが反転した状態）を例示している。図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、その途中の状態を例示している。
【００９９】
図７（ａ）に示すように、磁化２０ｍの向きを下向きから上向きに反転させる場合には、第１積層部ＳＢ１から第２積層部ＳＢ２に向けて電子電流ｅ２を流す。例えば、上向きに電子電流ｅ２を流す。
【０１００】
図７（ｂ）に示すように、電子電流ｅ２を流すと、第５磁性層５０の磁化５０ｍが歳差運動し、回転磁界が発生する。電子のスピンの角運動量は、第５磁性層５０へ伝達され、第５磁性層５０の磁化５０ｍに作用する。これにより、磁化５０ｍが歳差運動する。
【０１０１】
電子電流ｅ２を上向きに流すと、第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第３磁性層３０の磁化３０ｍと同じ向き（この例において上向き）のスピンをもった電子は、第１磁性層１０及び第３磁性層３０を通過し、第２磁性層２０へ伝達される。これにより、上向きのスピンをもった電子の作用、及び、第５磁性層５０からの回転磁界の作用が、磁化２０ｍに働く。
【０１０２】
図７（ｃ）に示すように、第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きが、下向きから上向きに反転する。この動作では、スピン偏極した電子の作用、第５磁性層５０からの回転磁界が利用される。第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第３磁性層３０の磁化３０ｍは反転しない。
【０１０３】
図７（ｄ）に示すように、電子電流ｅ２の供給を停止すると、磁化５０ｍの歳差運動が停止する。これにより、磁化２０ｍの向きが、下向きから上向きに反転した状態で保持される。この向きの磁化２０ｍを有する第２磁性層２０の状態に、例えば「１」を割り当てる。積層体ＳＢ０においては、例えば、第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きが上向きである状態が、第２状態に対応する。
【０１０４】
このような作用に基づいて、第２磁性層２０の異なる複数の状態のそれぞれに、「０」または「１」が適宜割り当てられる。これにより、積層体ＳＢ０における「書き込み」が実施される。
【０１０５】
磁気抵抗効果が「リバースタイプ」の場合は、第１非磁性層３１ｎを介した第１磁性層１０と第２磁性層２０との間の電気抵抗は、第１磁性層１０の磁化１０ｍが第２磁性層２０の磁化２０ｍに対して平行である時には、反平行である時よりも高い。リバースタイプにおける「書き込み」動作は、ノーマルタイプの場合と同様である。
【０１０６】
この例においては、例えば、第１状態が「０」であり、第２状態が「１」である。第１状態を「１」とし、第２状態を「０」としてもよい。第１状態及び第２状態は、「０」または「１」に限ることなく、他の状態でもよい。積層体ＳＢ０に設けられる状態の数は、３つ以上でもよい。積層体ＳＢ０は、マルチビットの記憶素子でもよい。
【０１０７】
第１状態または第２状態の設定は、制御部５５０によって実施される。例えば、第１状態の設定が「書き込み」に対応し、第２状態の設定が「消去」に対応する。第２状態の設定が「書き込み」に対応し、第１状態の設定が「消去」に対応しても良い。
【０１０８】
電子電流ｅ１及びｅ２の供給は、例えば、制御部５５０によって行われる。制御部５５０は、書き込み動作のときに、例えば、１０ナノ秒以上の電子電流ｅ１及びｅ２を積層体ＳＢ０に供給する。これにより、例えば、電子電流ｅ１及びｅ２の供給によって、磁化２０ｍの向きを適切に反転させることができる。高速に動作するメモリ用途の場合、１ナノ秒以上である。これにより、例えば、適切に磁化を反転させつつ、書き込み動作にかかる時間を抑えることができる。
【０１０９】
次に、「読み出し」動作の例について説明する。  
積層体ＳＢ０における第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向の検出は、例えば、磁気抵抗効果を利用して実施される。磁気抵抗効果においては、各層の磁化の相対的な向きにより電気抵抗が変わる。磁気抵抗効果を利用する場合、例えば、第１磁性層１０と第２磁性層２０との間にセンス電流を流し、磁気抵抗が測定される。センス電流の電流値は、書き込み時（記憶時）に流す電子電流ｅ１及びｅ２に対応する電流値よりも小さい。
【０１１０】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の動作を例示する模式図である。  
これらの図は、積層体ＳＢ０における「読み出し」動作の際の第１積層部ＳＢ１の状態を例示している。これらの図では、第２積層部ＳＢ２、第１導電層８１、第２導電層８２及び第５非磁性層３５ｎは省略されている。
【０１１１】
図８（ａ）は、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向及び第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向が、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向と同じ場合を例示している。図８（ｂ）は、第１磁性層１０の磁化１０ｍの方向及び第３磁性層３０の磁化３０ｍの方向が、第２磁性層２０の磁化２０ｍの方向と反平行（逆向き）である場合を例示している。
【０１１２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第１積層部ＳＢ１にセンス電流ｅ３を流し、電気抵抗を検出する。  
ノーマルタイプの磁気抵抗効果においては、図８（ａ）の状態の抵抗は、図８（ｂ）の状態の抵抗よりも低い。リバースタイプの磁気抵抗効果においては、図８（ａ）の状態の抵抗は、図８（ｂ）の状態の抵抗よりも高い。
【０１１３】
これらの抵抗が互いに異なる複数の状態のそれぞれに、それぞれ「０」と「１」とを対応づけることにより、２値データの記憶の読み出しが可能となる。センス電流ｅ３の向きは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に例示した方向に対して逆向きでも良い。
【０１１４】
センス電流ｅ３の供給は、例えば、制御部５５０によって行われる。制御部５５０は、読み出し動作のときに、例えば、１０ナノ秒未満のセンス電流ｅ３を積層体ＳＢ０に供給する。これにより、例えば、センス電流ｅ３の供給による磁化２０ｍの向きの反転を抑えることができる。より好ましくは、５ナノ秒以下である。これにより、センス電流ｅ３の供給による磁化の反転をより適切に抑えることができる。
【０１１５】
このように、制御部５５０は、「書き込み」のときに積層体ＳＢ０に電流を供給する時間を、「読み出し」のときに積層体ＳＢ０に電流を供給する時間よりも長くする。制御部５５０は、例えば、「書き込み」のときに第１時間の電流を積層体ＳＢ０に供給し、「読み出し」のときに第２時間の電流を積層体ＳＢ０に供給する。このとき、第１時間は、第２時間よりも長い。これにより、例えば、安定した「書き込み」の動作と、安定した「読み出し」の動作と、を得ることができる。
【０１１６】
ＤＲＡＭ相当のメモリ動作としては、１０ナノ秒〜３０ナノ秒での書き込み電流が想定される。一方、キャッシュメモリ相当の用途としては、１ナノ秒〜３ナノ秒での書き込み電流が想定される。
【０１１７】
書き込み時間（第１時間）は、例えば、１０ナノ秒以上であり、読み出し時間（第２時間）は、それ未満である。３ナノ秒以下の磁化反転では、磁化が熱の影響（熱によるアシスト効果）を受け難くなるため、反転のための電流が上昇し始める。１ナノ秒の近傍は、ｄｙｎａｍｉｃ領域といい、磁化が熱の影響を受けないため、反転に要する電流がさらに大きくなる。
【０１１８】
例えば、１０ナノ秒以上で書き込みをし、３ナノ秒以下で読み出しをする。１ナノ秒以上３ナノ秒以下で書き込みをする場合には、書き込みより小さい電流値で、３ナノ秒以下で読み出しをすることで、誤書き込み率をさらに低くすることができる。
【０１１９】
上記のように、積層体ＳＢ０において、第２積層部ＳＢ２は、磁界発生源として機能する。第１積層部ＳＢ１は、磁気記憶部として機能する。以下、第２積層部ＳＢ２を、磁界発生源、または、ＳＴＯ(Spin Torque Oscillator）と言う場合がある。一方、第１積層部ＳＢ１を、磁気記憶部、または、ＭＴＪと言う場合がある。
【０１２０】
上記のように、ＭＴＪ素子の記憶層である第２磁性層２０への書き込みが、例えば、スピントルク書き込み方式により行われる。このような積層体ＳＢ０において、例えば、高記憶密度化の要請から積層体ＳＢ０の幅を３５ｎｍ以下とすることが望まれている。積層体ＳＢ０の幅とは、例えば、積層体ＳＢ０のＸ軸方向またはＹ軸方向の長さである。磁気記憶素子１１０のＸ−Ｙ平面に投影した形状が、円形または楕円形である場合、積層体ＳＢ０の幅とは、積層体ＳＢ０の直径（長径）である。
【０１２１】
積層体ＳＢ０においては、積層方向ＳＤ１と交差する方向において第１磁性層１０が第３磁性層３０に重なる。これにより、第１磁性層１０と第３磁性層３０とが重なる面積が増加する。これにより、積層体ＳＢ０においては、第１磁性層１０と第３磁性層３０との間の交換結合がより強くなる。これにより、積層体ＳＢ０においては、書き込み時には、第３磁性層３０の磁化が揺れにくくなり、書き込み動作が安定化する。
【０１２２】
以下、磁気記憶素子１１０、１１１Ａ、１１１Ｂ及び１１２に含まれる層の構成の例について説明する。以下の説明は、実施形態に係る任意の磁気記憶素子に適用できる。
【０１２３】
第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む金属材料を用いることが好ましい。さらに、上記の群から選択された少なくともいずれかと、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属を含む合金を用いることができる。
【０１２４】
第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７において、含まれる磁性材料の組成や熱処理の条件などを調整する。これにより、例えば、磁化量や磁気異方性などの特性を調整することができる。第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、例えば、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏなどの希土類−遷移金属のアモルファス合金を用いることができる。第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ及びＣｏ／Ｎｉなどの積層構造を用いてもよい。第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、Ｆｅ／ＰｔやＦｅ／Ｐｄなどの合金や積層構造を用いても良い。Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、及びＮｉ／Ｃｕ等は、下地層との組み合わせで垂直磁化膜となる。第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７においては、膜の結晶配向方向を制御することで、Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、または、Ｎｉ／Ｃｕ等を用いることができる。また、第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、及びシリコン（Ｓｉ）などの添加物を含んでもよい。例えば、第１磁性層１０、第６磁性層６０及び第７磁性層１７には、ＭｎｘＧａｙ、ＭｎｘＧｅｙなどを用いても良い。ｘとyとは、組成比を変えても良い。
【０１２５】
第３磁性層３０には、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む金属材料を用いることができる。第３磁性層３０には、上記の群から選択された少なくともいずれかと、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属を含む合金を用いることができる。
【０１２６】
第３磁性層３０において、含まれる磁性材料の組成や熱処理の条件などを調整する。例えば、磁化量や磁気異方性などの特性を調整することができる。例えば、第３磁性層３０には、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏなどの希土類−遷移金属のアモルファス合金を用いることができる。例えば、第３磁性層３０には、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ及びＣｏ／Ｎｉなどの積層構造を用いてもよい。第３磁性層３０には、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｄなどの合金や積層構造を用いても良い。Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、及び、Ｎｉ／Ｃｕ等は、下地層との組み合わせで垂直磁化膜となる。第３磁性層３０においては、膜の結晶配向方向を制御することで、Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、または、Ｎｉ／Ｃｕ等を用いることができる。また、第３磁性層３０においては、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、及び、
シリコン（Ｓｉ）などの添加物を含んでもよい。例えば、第３磁性層３０には、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＭｎＧａ、ＭｎＧｅなどを用いても良い。各種の組成比は、適宜変えても良い。
【０１２７】
第３磁性層３０には、例えば、ホイスラー合金を用いてもよい。ホイスラー合金は、例えば、Ｌ２１構造を有し、Ｘ２ＹＺの様な組成を有する合金である。例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＰｄの少なくともいずれか１つを含むホイスラー合金を含む。
【０１２８】
例えば、第３磁性層３０は、第１ホイスラー合金を含む。第１ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＧａ、Ｎｉ２ＭｎＩｎ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｎｉ２ＭｎＳｎ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、Ｎｉ２ＦｅＧａ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｒｈ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＭｎＰｂ、Ｒｈ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＦｅＳｎ、Ｒｕ２ＦｅＳｎ、及びＲｈ２ＦｅＳｂの少なくともいずれか１つを含む。
【０１２９】
第３磁性層３０に上記の第１ホイスラー合金を用いることで、例えば、第３磁性層３０の飽和磁化Ｍｓを大きくすることができる。
【０１３０】
例えば、第３磁性層３０は、第２ホイスラー合金を含んでもよい。第２ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＨｆＳｎ、Ｃｏ２ＺｒＳｎ、Ｃｏ２ＨｆＡｌ、Ｃｏ２ＺｒＡｌ、Ｃｏ２ＨｆＧａ、Ｃｏ２ＴｉＳｉ、Ｃｏ２ＴｉＧｅ、Ｃｏ２ＴｉＳｎ、Ｃｏ２ＴｉＧａ、Ｃｏ２ＴｉＡｌ、Ｃｏ２ＶＧａ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＴａＡｌ、Ｃｏ２ＮｂＧａ、Ｃｏ２ＮｂＡｌ、Ｃｏ２ＶＳｎ、Ｃｏ２ＮｂＳｎ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｒｈ２ＮｉＳｎ、Ｒｈ２ＮｉＧｅ、Ｍｎ２ＷＳｎ、Ｆｅ２ＭｎＳｉ、及びＦｅ２ＭｎＡｌの少なくともいずれか１つを含む。
【０１３１】
上記の第２ホイスラー合金は、比較的に飽和磁化Ｍｓが小さい。例えば、第２ホイスラー合金において、Ｍｓ＜４００（ｅｍｕ／ｃｃ）とすることができる。これにより、例えば、隣接する磁気記憶素子への漏洩磁界を低減することができる。
【０１３２】
第５磁性層５０においては、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む金属材料を用いることができる。第５磁性層５０においては、上記の群から選択された少なくともいずれかと、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属を含む合金を用いることができる。第５磁性層５０においては、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、及びシリコン（Ｓｉ）などの添加物を含んでもよい。例えば、第５磁性層５０においては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅ、ＭｎＧａ、ＭｎＧｅ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＦｅＳｎ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｎなどを用いても良い。各種の組成比は、適宜変えて良い。
【０１３３】
例えば、第５磁性層５０は、ホイスラー合金を含む。例えば、第５磁性層５０には、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＰｄの少なくともいずれかを含むホイスラー合金が用いられる。ホイスラー合金においては、例えば、スピン注入効率ｇ（θ）が高い。これにより、例えば、後述する（１）式における傾きｆ／Ｊを大きくすることができる。すなわち、電流に対して、発振周波数を高くすることができる。
【０１３４】
例えば、ホイスラー合金には、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｎｉ２ＭｎＩｎ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｎｉ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｒｈ２ＭｎＧｅ及びＲｈ２ＭｎＰｂの少なくともいずれかが用いられる。  
これらのホイスラー合金においては、磁化Ｍｓは比較的小さい。例えば、磁化Ｍｓは、８００（ｅｍｕ／ｃｃ）以下である。このようなホイスラー合金を用いることで、例えば後述する（１）式における傾きｆ／Ｊをさらに大きくすることができる。
【０１３５】
例えば、ホイスラー合金には、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ及びＣｏ２ＭｎＳｉの少なくともいずれかを用いてもよい。
【０１３６】
これらのホイスラー合金においては、磁化Ｍｓが比較的大きい。例えば、磁化Ｍｓは、８００（ｅｍｕ／ｃｃ）以上１０００（ｅｍｕ／ｃｃ）以下である。これにより、例えば、第５磁性層５０の磁化の発振により発生する磁界を大きくすることができる。第５磁性層５０の磁化によって、第５磁性層５０の磁化が反転しやすくなる。すなわち、反転電流を低減させることができる。
【０１３７】
第５磁性層５０は、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＧａ、Ｎｉ２ＭｎＩｎ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｎｉ２ＭｎＳｎ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、Ｎｉ２ＦｅＧａ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｒｈ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＭｎＰｂ、Ｒｈ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＦｅＳｎ、Ｒｕ２ＦｅＳｎ、及びＲｈ２ＦｅＳｂの少なくともいずれか１つを含む。
【０１３８】
第５磁性層５０に上記のホイスラー合金を用いることで、例えば、第５磁性層５０の飽和磁化Ｍｓを大きくすることができる。これにより、第２磁性層２０と第５磁性層５０とが強磁性結合、反強磁性結合、または静磁結合すると、磁気共鳴効果が生じやすくなる。第４磁性層４０と第５磁性層５０とが強磁性結合、反強磁性結合、または静磁結合すると、磁気共鳴効果が生じやすくなる。
【０１３９】
第５磁性層５０が上記ホイスラー合金、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢのいずれかの場合、あるいはＣｏＦｅと他の金属の合金の場合、Ｍｓが大きくなる。これにより、第２磁性層２０と第５磁性層５０との強磁性結合、反強磁性結合、または静磁結合の結合力を強くすることができる。第４磁性層４０と第５磁性層５０との強磁性結合、反強磁性結合、または静磁結合の結合力を強くすることができる。第５磁性層５０の磁化の強さは、１０００〜１６００（ｅｍｕ／ｃｃ）が好ましい。ＬＬＧ計算をして得た知見によると、１０００〜１４００（ｅｍｕ／ｃｃ）がより好ましい。
【０１４０】
例えば、第５磁性層５０に、ホイスラー合金を用いることで、例えば、スピン注入効率ｇ（θ）が高くなる。
【０１４１】
例えば、第５磁性層５０（発振層）において、発振周波数ｆと電流密度Ｊとの間には以下の（１）式の関係がある。  
ｆ＝γ／（２πα）（ｈ（ｂａｒ）／２ｅ）（ｇ（θ）／Ｍｓｔ）Ｊ…（１）
γは、ジャイロ時定数を表わす。αはダンピング定数を表わす。ｈ（ｂａｒ）は、プランク定数を２πで割った値である。ｇ（θ）は、スピン注入効率を表わす。Ｍｓは、発振層（第５磁性層５０）の磁化である。ｔは、発振層の厚さ（積層方向Ｄ１に沿った長さ）である。第５磁性層５０の発振特性の傾きは、上記の式において、ｆ／Ｊで表わされる。
【０１４２】
第５磁性層５０にホイスラー合金を用いることにより、例えば、上述の式における傾きｆ／Ｊを大きくすることができる。電流密度（Ｊ）に対しての、発振周波数（ｆ）の値がより高くなる。
【０１４３】
実施形態においては、第５磁性層５０において、このようなホイスラー合金を用いることが望ましい。これにより、発振層において、電流に対する発振周波数を大きくすることができる。このような発振層と、記憶層とを静磁結合させることによって、反転電流を低減させることができる。
【０１４４】
例えば、第５磁性層５０にホイスラー合金を用いる場合、第５磁性層５０の磁化によって周囲に漏洩磁界が生じる場合がある。この漏洩磁界は、例えば、隣接するメモリセル（図３０参照）に影響を与えてしまう場合がある。実施形態においては、後述する磁気シールド５１（図２８参照）を用いることが望ましい。これにより、漏洩磁界を抑制することができる。
【０１４５】
第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む金属材料を用いることができる。さらに、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、上記の群から選択された少なくともいずれかと、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属を含む合金を用いることができる。
【０１４６】
第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、含まれる磁性材料の組成や熱処理の条件などを調整する。例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、磁化量や磁気異方性などの特性を調整することができる。例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏなどの希土類−遷移金属のアモルファス合金を用いることができる。例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ及びＣｏ／Ｎｉなどの積層構造を用いてもよい。第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｄなどの合金や積層構造を用いても良い。Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、及び、Ｎｉ／Ｃｕ等は、下地層との組み合わせで垂直磁化膜となる。第２磁性層２０及び第４磁性層４０において、膜の結晶配向方向を制御することで、Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、または、Ｎｉ／Ｃｕ等を用いることができる。また、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、及びシリコン（Ｓｉ）などの添加物を含んでもよい。例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０においては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＭｎＧａ、ＭｎＧｅなどを用いても良い。各種の組成比は適宜変えても良い。
【０１４７】
第２磁性層２０及び第４磁性層４０には、例えば、ホイスラー合金を用いてもよい。ホイスラー合金は、例えば、Ｌ２１構造を有し、Ｘ２ＹＺの様な組成を有する合金である。例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＰｄの少なくともいずれか１つを含むホイスラー合金を含む。
【０１４８】
例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０は、第１ホイスラー合金を含む。第１ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＧａ、Ｎｉ２ＭｎＩｎ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｎｉ２ＭｎＳｎ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、Ｎｉ２ＦｅＧａ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｒｈ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＭｎＰｂ、Ｒｈ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＦｅＳｎ、Ｒｕ２ＦｅＳｎ、及びＲｈ２ＦｅＳｂの少なくともいずれか１つを含む。
【０１４９】
第２磁性層２０及び第４磁性層４０に上記の第１ホイスラー合金を用いることで、例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層の飽和磁化Ｍｓを大きくすることができる。これにより、例えば、第２磁性層２０と第３磁性層３０における磁気共鳴周波数を低減することができ、磁気共鳴効果を生じやすくすることができる。
【０１５０】
例えば、第２磁性層２０及び第４磁性層４０は、第２ホイスラー合金を含んでもよい。第２ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＨｆＳｎ、Ｃｏ２ＺｒＳｎ、Ｃｏ２ＨｆＡｌ、Ｃｏ２ＺｒＡｌ、Ｃｏ２ＨｆＧａ、Ｃｏ２ＴｉＳｉ、Ｃｏ２ＴｉＧｅ、Ｃｏ２ＴｉＳｎ、Ｃｏ２ＴｉＧａ、Ｃｏ２ＴｉＡｌ、Ｃｏ２ＶＧａ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＴａＡｌ、Ｃｏ２ＮｂＧａ、Ｃｏ２ＮｂＡｌ、Ｃｏ２ＶＳｎ、Ｃｏ２ＮｂＳｎ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｒｈ２ＮｉＳｎ、Ｒｈ２ＮｉＧｅ、Ｍｎ２ＷＳｎ、Ｆｅ２ＭｎＳｉ、及びＦｅ２ＭｎＡｌの少なくともいずれか１つを含む。
【０１５１】
上記の第２ホイスラー合金は、比較的飽和磁化Ｍｓが小さい。例えばＭｓ＜４００（ｅｍｕ／ｃｃ）とすることができる。これにより、例えば、隣接する磁気記憶素子への漏洩磁界を低減することができる。
【０１５２】
第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎにおいては、例えば、非磁性トンネルバリア層として機能する絶縁材料を用いることができる。例えば、第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎには、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）及び鉄（Ｆｅ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む、酸化物、窒化物又は弗化物を用いることができる。非磁性トンネルバリア層は、例えば、絶縁体を含み、電圧を印加したときに、トンネル効果による電流（トンネル電流）の流れる非磁性の層である。非磁性トンネルバリア層の厚さは、例えば、２ｎｍ以下である。これにより、電圧を印加したときに、非磁性トンネルバリア層にトンネル電流が流れる。
【０１５３】
例えば、第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎにおいては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｔａ−Ｏ、Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＴｉＯ３、ＡｌＬａＯ３、Ａｌ−Ｎ−Ｏ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＺｎＯ、ＭｇＧａＯ、ＭｇＧａＯ、ＺｎＧａＯ、ＺｎＡｌＯ、ＳｉＺｎＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｖｏ、ＴｉＯ、Ｍｇ−Ｌｉ−Ｏ、Ｍｇ−Ｖ−Ｏ、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ、Ｍｇ−Ｆｅ−Ｏ、Ｍｇ−Ｃｏ−Ｏ、Ｍｇ−Ｍｎ−Ｏ、ＣａＯ、ＣａＳ、ＢａＳ、ＳｒＳ、ＭｇＳ、または、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ等を用いることができる。
【０１５４】
第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎには、例えば、非磁性半導体（ＺｎＯｘ、ＩｎＭｎ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＴｉＯｘ、Ｚｎ、Ｔｅ、または、これらに遷移金属がドープされたもの）などを用いることができる。各種の組成比は、適宜変えても良い。
【０１５５】
第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎの厚さは、約０．２ナノメートル（ｎｍ）以上２．０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。これにより、例えば、絶縁膜の均一性を確保しつつ、抵抗が過度に高くなることが抑制される。
【０１５６】
第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎにおいては、例えば、非磁性トンネルバリア層及び非磁性金属層のうちのいずれかを用いることができる。
【０１５７】
非磁性トンネルバリア層を用いる場合、その厚さは、約０．２ｎｍ以上２．０ｎｍ程度とすることが望ましい。
【０１５８】
非磁性金属層には、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）及びビスマス（Ｂｉ）よりなる群から選択されたいずれかの非磁性金属、または、上記の群から選択された少なくともいずれか２つ以上の元素を含む合金を用いることができる。第１非磁性層３１ｎ、第２非磁性層３２ｎ及び第３非磁性層３３ｎとして非磁性金属層を用いる場合、その厚さは、１．５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下とすることが望ましい。これにより、磁性層間で層間結合せず、かつ、伝導電子のスピン偏極状態が非磁性金属層を通過する際に失われることを抑制することができる。
【０１５９】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎには、例えば、非磁性金属層が用いられる。第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎに用いられる非磁性金属層には、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ビスマス（Ｂｉ）、イリジウム（Ｉｒ）及びオスミウム（Ｏｓ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの非磁性金属、または、上記の群から選択された２つ以上の非磁性金属を含む合金を含むことができる。
【０１６０】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎに用いられる非磁性金属層は、例えば、上記の群から選択された少なくともいずれかの元素を含む、導電性窒化物、導電性酸化物及び導電性弗化物の少なくともいずれかでもよい。例えば、第５非磁性層３５ｎには、例えば、ＴｉＮ及びＴａＮなどを用いることができる。さらに、第５非磁性層３５ｎには、これらの材料の膜を積層させた積層膜を用いても良い。第５非磁性層３５ｎには、例えば、Ｔｉ膜／Ｒｕ膜／Ｔｉ膜の積層膜などを用いることができる。
【０１６１】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎには、銅（Ｃｕ）などのスピン拡散長が長い材料を用いることができる。第５非磁性層３５ｎには、ルテニウム（Ｒｕ）などのようなスピン拡散長の短い膜（スピン消失の機能を持つ材料）、または、スピン拡散長の短い構造を有する層を用いることが望ましい。
【０１６２】
これにより、第５磁性層５０の磁化回転の制御性の低下を抑制できる。すなわち、第５磁性層５０の磁化が歳差運動をするためのスピントランスファトルクの大きさは、第６磁性層６０でのスピン偏極で決まる。この構成においては、他の電子のスピンの影響（スピントランスファトルク）を受けることなく、第５磁性層５０の磁化を独立に制御することが可能となる。
【０１６３】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎのための、このようなスピン消失効果が得られる材料としては、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）よりなる群から選択された金属、または、これらの群から選択された２つ以上を含む合金である。
【０１６４】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎの厚さは、１．４ｎｍ以上に設定することが望ましい。
【０１６５】
第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎの厚さが１．４ｎｍ以上であると、第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎにおいて、伝導電子が第４非磁性層３４ｎの内部及び界面及び第５非磁性層３５ｎの内部及び界面を通過する際にスピン偏極度を消失させることができる。第２磁性層２０の磁化の向きにより第５磁性層５０の歳差運動が変化することを、第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎにおいて、抑制することができる。
【０１６６】
一方、第４非磁性層３４ｎ及び第５非磁性層３５ｎの厚さが２０ｎｍを超えると、多層膜のピラー形成が困難となる。さらに、第５磁性層５０から発生する回転磁界の強度が、第２磁性層２０の位置で減衰する。そのため、第４非磁性層３４ｎの厚さ及び第５非磁性層３５ｎの厚さは、２０ｎｍ以下に設定されることが望ましい。
【０１６７】
第１導電層８１及び第２導電層８２には、例えば、導電性の磁性材料または導電性の非磁性材料が用いられる。導電性の磁性材料としては、例えば、第５磁性層５０及び第６磁性層６０に用いられる材料と実質的に同じ材料を挙げることができる。
【０１６８】
第１導電層８１及び第２導電層８２に用いられる導電性の非磁性材料には、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ビスマス（Ｂｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択されたいずれかの金属、または、上記の群から選択された２つ以上の金属を含む合金を用いることができる。
【０１６９】
さらに、第１導電層８１及び第２導電層８２に用いられる導電性の非磁性材料は、上記の群から選択された少なくともいずれかの元素を含む、導電性窒化物、導電性酸化物及び導電性弗化物の少なくともいずれかでもよい。第１導電層８１及び第２導電層８２に用いられる導電性の非磁性材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤ及びグラフェンなどでもよい。
【０１７０】
第１導電層８１及び第２導電層８２に導電性の保護膜を設けてもよい。この場合、保護膜には、例えば、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、または、グラフェンなどの材料を用いることができる。エレクトロマグレーション耐性及び低抵抗であることを考慮すると、保護膜には、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）よりなる群から選択されたいずれかの元素、または、これらを含む合金を用いることが望ましい。
【０１７１】
第１導電層８１及び第２導電層８２の少なくともいずれかに、トランジスタが直接または間接に接続される場合がある。このときには、第１導電層８１及び第２導電層８２の上記の少なくともいずれかには、例えば、そのトランジスタのソース部またはドレイン部が用いられても良い。このときには、第１導電層８１及び第２導電層８２の上記の少なくともいずれかには、例えば、そのトランジスタのソース部またはドレイン部と接続されるコンタクト部が用いられても良い。
【０１７２】
Ｘ−Ｙ平面に投影したときの第１積層部ＳＢ１の形状及び第２積層部ＳＢ２の形状は任意である。Ｘ−Ｙ平面に投影したときの第１積層部ＳＢ１の形状及び第２積層部ＳＢ２の形状は、例えば、円形、楕円形、扁平円、及び、多角形などである。多角形とする場合には、四角形や六角形などの３つ以上の角を有することが好ましい。多角形は、角丸状でもよい。
【０１７３】
Ｚ軸方向に対して平行な平面（例えばＺ−Ｘ平面やＺ−Ｙ平面）に投影したときの第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２の形状は任意である。Ｚ軸方向に対して平行な平面に投影したときの第１積層部ＳＢ１の形状及び第２積層部ＳＢ２の形状（膜面に対して垂直な面で切断した形状）は、例えば、テーパ形状または逆テーパ形状を有することができる。
【０１７４】
次に、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の製造方法の例について説明する。以下の製造方法は、層の作製順を適宜変更することにより、実施形態に係る、後述する他の磁気記憶素子にも適用できる。以下の説明において、「材料Ａ／材料Ｂ」は、材料Ａの上に材料Ｂが積層されていることを指す。
【０１７５】
図９（ａ）〜図９（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０１７６】
図９（ａ）に示すように、基板９５Ａを用意する。基板９５Ａは、例えば、シリコン（Ｓｉ）を含む。基板９５ＡのＸ−Ｙ平面における直径は、例えば、３００ｍｍである。基板９５Ａ上には、トランジスタ９７ｔが設けられる。トランジスタ９７ｔは、第１半導体領域９７ａ、第２半導体領域９７ｂ及びゲート電極９７ｃを含む。
【０１７７】
基板９５Ａは、Ｚ軸方向において、第１半導体領域９７ａ、第２半導体領域９７ｂ、ゲート電極９７ｃ、配線９８ａ、配線９８ｂ及び配線９８ｃと重なる。Ｚ軸方向において、第１半導体領域９７ａの一部は、ゲート電極９７ｃに重なる。Ｚ軸方向において、第２半導体領域９７ｂの一部は、ゲート電極９７ｃに重なる。ゲート電極９７ｃと基板９５Ａとの間には絶縁膜（不図示）が設けられる。
【０１７８】
Ｚ軸方向において、第２半導体領域９７ｂの一部は、配線９８ａに重なる。第２半導体領域９７ｂは、配線９８ａと電気的に接続される。Ｚ軸方向において、配線９８ａは、配線９８ｂの一部に重なる。配線９８ａは、配線９８ｂと電気的に接続される。Ｚ軸方向において、配線９８ｂの一部は、配線９８ｃに重なる。配線９８ｂは、配線９８ｃと電気的に接続される。Ｚ軸方向において、配線９８ｃは、第７磁性層１７に重なる。配線９８ｃは、第７磁性層１７と電気的に接続される。
【０１７９】
基板９５Ａと第７磁性層１７との間には、絶縁膜９６が設けられている。絶縁膜９６は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）の少なくともいずれかを含む。Ｚ軸方向において、第１半導体領域９７ａの一部は、絶縁膜９６に重なる。Ｚ軸方向において、ゲート電極９７ｃは、絶縁膜９６に重なる。第２半導体領域９７ｂは、配線９８ａ、配線９８ｂ及び配線９８ｃによって、第７磁性層１７と電気的に接続される。第７磁性層１７は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法により、絶縁膜９６上に形成される。
【０１８０】
第７磁性層１７上には、第１磁性層１０の一部となる磁性膜１０Ｆ１を形成する。磁性膜１０Ｆ１は、真空中でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。磁性膜１０Ｆ１上には、第３磁性膜３０Ｆを形成する。第３磁性膜３０Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０１８１】
図９（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ上には、マスク８５Ａを形成する。マスク８５Ａは、Ｚ軸方向において、第３磁性膜３０Ｆの一部と重なる。マスク８５Ａは、レジストを含む。マスク８５Ａは、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）液浸スキャナ法またはＥＢ（Electron Beam）描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向におけるマスク８５Ａの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１８２】
図９（ｃ）に示すように、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法が用いられる。これにより、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆが除去される。マスク８５Ａと磁性膜１０Ｆ１との間に、第３磁性層３０が形成される。
【０１８３】
図９（ｄ）に示すように、マスク８５Ａは、有機溶剤または酸素アッシング法により除去される。
【０１８４】
図９（ｅ）に示すように、第３磁性層３０上及び磁性膜１０Ｆ１上に、第１磁性層１０の別のとなる磁性膜１０Ｆ２を形成する。磁性膜１０Ｆ２は、Ｚ軸方向において、第３磁性層３０及び磁性膜１０Ｆ１と重なる。磁性膜１０Ｆ２は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０１８５】
図９（ｆ）に示すように、磁性膜１０Ｆ２をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨する。これにより、第７磁性層１７上に第１磁性層１０が形成される。磁性膜１０Ｆ２の研磨では、シリカ系スラリが用いられる。磁性膜１０Ｆ２の研磨では、第３磁性層３０がストッパ層として機能する。磁性膜１０Ｆ２の表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．１ｎｍに制御される。第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０の一部の上に設けられる。
【０１８６】
図１０（ａ）に示すように、第１磁性層１０上及び第３磁性層３０上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において第１磁性層１０及び第３磁性層３０と重なる。第１非磁性膜３１ｎｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。第１非磁性膜３１ｎｆの厚さは、例えば、０．１ｎｍである。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において、第１非磁性膜３１ｎｆと重なる。第２磁性膜２０Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０１８７】
図１０（ｂ）に示すように、第２磁性膜２０Ｆ上には、マスク８５Ｂを形成する。マスク８５Ｂは、Ｚ軸方向において第２磁性膜２０Ｆの一部と重なる。マスク８５Ｂは、レジストを含む。マスク８５Ｂは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。マスク８５Ｂは、第３磁性層３０上に位置する。Ｘ軸方向において、マスク８５Ｂの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１８８】
図１０（ｃ）に示すように、マスク８５Ｂから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。次に、マスク８５Ｂから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、第３磁性層３０及び第１非磁性層３１ｎが形成される。マスク８５Ｂと第３磁性層３０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。Ｚ軸方向において、第２磁性層２０は、マスク８５Ｂと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。
【０１８９】
マスク８５Ｂ上及び第１磁性層１０上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）を含む。絶縁膜２００ａの厚さ（Ｘ軸方向における長さ）は、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）を含む。絶縁膜２００ｂの厚さ（Ｘ軸方向における長さ）は、例えば、１０ｎｍである。
【０１９０】
図１０（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、第２磁性層２０と絶縁膜２００ｂとの間及び第１非磁性層３１ｎと絶縁膜２００ｂとの間に設けられる。
【０１９１】
図１０（ｅ）に示すように、層間絶縁膜２００上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２００及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０１９２】
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０１９３】
図１１（ａ）に示すように、第７磁性層１７上には、第１磁性膜１０Ｆ３を形成する。第１磁性膜１０Ｆ３は、Ｚ軸方向において第７磁性層１７と重なる。
【０１９４】
図１１（ｂ）に示すように、第１磁性膜１０Ｆ３上には、マスク８６Ａを形成する。マスク８６Ａは、Ｚ軸方向において、第１磁性膜１０Ｆ３の一部と重なる。マスク８６Ａは、レジストを含む。マスク８６Ａは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。マスク８６Ａは、開口部８６ｈを有する。開口部８６ｈにおいて、第１磁性膜１０Ｆ３は露出する。Ｘ軸方向における開口部８６ｈの幅は、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０１９５】
図１１（ｃ）に示すように、マスク８６Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３をエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、マスク８６Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３が除去される。第１磁性膜１０Ｆ３には、凹部１０ｈが形成される。これにより、第７磁性層１７上には、第１磁性層１０が形成される。
【０１９６】
次に、凹部１０ｈ内には、第３磁性層３０を形成する。第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０の一部と重なる。第３磁性層３０は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０１９７】
図１１（ｄ）に示すように、マスク８６Ａは、有機溶剤または酸素アッシング法により除去される。
【０１９８】
図１１（ｅ）に示すように、第１磁性層１０上及び第３磁性層３０上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において第１磁性層１０及び第３磁性層３０と重なる。第１非磁性膜３１ｎｆの厚さは、例えば、０．１ｎｍである。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において第１非磁性膜３１ｎｆと重なる。第１非磁性膜３１ｎｆ及び第２磁性膜２０Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０１９９】
図１１（ｆ）に示すように、第２磁性膜２０Ｆ上に、マスク８６Ｂを形成する。マスク８６Ｂは、Ｚ軸方向において、第２磁性膜２０Ｆの一部と重なる。マスク８６Ｂは、レジストを含む。マスク８６Ｂは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。マスク８６Ｂは、第３磁性層３０上に位置する。Ｘ軸方向において、マスク８６Ｂの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２００】
図１２（ａ）に示すように、マスク８６Ｂから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。次に、マスク８６Ｂから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、第３磁性層３０及び第１非磁性層３１ｎが形成される。マスク８６Ｂと第３磁性層３０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。Ｚ軸方向において、第２磁性層２０は、マスク８６Ｂと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。
【０２０１】
マスク８６Ｂ上及び第１磁性層１０上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２０２】
図１２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、第２磁性層２０と絶縁膜２００ｂとの間及び第１非磁性層３１ｎと絶縁膜２００ｂとの間に設けられる。
【０２０３】
図１２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜２００上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２００及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０２０４】
図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０２０５】
図１３（ａ）に示すように、第７磁性層１７上には、第１磁性層１０の一部となる磁性膜１０Ｆ１を形成する。磁性膜１０Ｆ１は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。磁性膜１０Ｆ１上には、第３磁性膜３０Ｆ１を形成する。第３磁性膜３０Ｆ１は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２０６】
図１３（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ１上には、マスク８５Ａを形成する。マスク８５Ａは、Ｚ軸方向において、第３磁性膜３０Ｆ１の一部と重なる。マスク８５Ａは、レジストを含む。マスク８５Ａは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向におけるマスク８５Ａの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２０７】
図１３（ｃ）に示すように、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１をエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１が除去される。マスク８５Ａと磁性膜１０Ｆ１との間に、第３磁性層３０ａが形成される。
【０２０８】
図１３（ｄ）に示すように、マスク８５Ａは、有機溶剤または酸素アッシング法により除去される。
【０２０９】
図１３（ｅ）に示すように、第３磁性層３０ａ上及び第１磁性層１０の一部となる磁性膜１０Ｆ１上には、第１磁性層１０の別の一部となる磁性膜１０Ｆ２を形成する。磁性膜１０Ｆ２は、Ｚ軸方向において、第３磁性層３０ａ及び磁性膜１０Ｆ１と重なる。磁性膜１０Ｆ２は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２１０】
図１３（ｆ）に示すように、磁性膜１０Ｆ２をＣＭＰ法により研磨する。これにより、第７磁性層１７上に第１磁性層１０が形成される。磁性膜１０Ｆ２の研磨では、シリカ系スラリが用いられる。磁性膜１０Ｆ２の研磨では、第３磁性層３０ａがストッパ層として機能する。磁性膜１０Ｆ２の表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．１ｎｍに制御される。第３磁性層３０ａは、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０の一部の上に設けられる。
【０２１１】
図１４（ａ）に示すように、基板９５Ｂを用意する。基板９５Ｂは、シリコンを含む。基板９５ＢのＸ−Ｙ面内における直径は、例えば、３００ｍｍである。基板９５Ｂ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において基板９５Ｂと重なる。第２磁性膜２０Ｆ上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において第２磁性膜２０Ｆと重なる。第１非磁性膜３１ｎｆの厚さは、例えば、１ｎｍである。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第３磁性膜３０Ｆ２を形成する。第３磁性膜３０Ｆ２は、Ｚ軸方向において第１非磁性膜３１ｎｆと重なる。第２磁性膜２０Ｆ、第１非磁性膜３１ｎｆ及び第３磁性膜３０Ｆ２は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２１２】
図１４（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ２上には、マスク８５Ｃを形成する。マスク８５Ｃは、Ｚ軸方向において第３磁性膜３０Ｆ２の一部と重なる。マスク８５Ｃは、レジストを含む。マスク８５Ｃは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向において、マスク８５Ｃの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２１３】
図１４（ｃ）に示すように、マスク８５Ｃから露出された第３磁性膜３０Ｆ２をエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。
【０２１４】
これにより、基板９５Ｂ上には、第３磁性層３０ｂ、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。マスク８５Ｃと第２磁性層２０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第３磁性層３０ｂが形成される。Ｚ軸方向において、第３磁性層３０ｂは、マスク８５Ｃと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。Ｚ軸方向において、第１非磁性層３１ｎは、第３磁性層３０ｂと第２磁性層２０との間に設けられる。
【０２１５】
図１４（ｄ）に示すように、有機溶剤または酸素アッシング法によりマスク８５Ｃを除去する。
【０２１６】
図１４（ｅ）に示すように、基板９５Ｂ上及び第３磁性層３０ｂ上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２１７】
図１４（ｆ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第３磁性層３０ｂがストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。第３磁性層３０ｂの表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．１ｎｍに制御される。
【０２１８】
層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第３磁性層３０ｂ、第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において基板９５Ｂの一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、第３磁性層３０ｂと絶縁膜２００ｂとの間、第２磁性層２０と絶縁膜２００ｂとの間及び第１非磁性層３１ｎと絶縁膜２００ｂとの間に設けられる。
【０２１９】
図１５（ａ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを対向させる。この例では、層間絶縁膜２００と第１磁性層１０とが対向する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で、第３磁性層３０ａ及び第３磁性層３０ｂに付着している酸化物または吸着層を、ＡｒイオンビームまたはＡｒ中性原子ビームにより予め除去する。
【０２２０】
図１５（ｂ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを表面活性化常温接合法により接合する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとに荷重を印加し、接合する。これにより、第３磁性層３０が形成される。第３磁性層３０は、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを含む。
【０２２１】
接合するときの圧接荷重は、例えば、０．１ｔｏｎ以上１０ｔｏｎ以下である。接合は、室温で行われる。第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度は、例えば、１０ＭＰａである。これにより、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度としては、十分な強度が得られる。
【０２２２】
接合するとき、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度に加熱してもよい。室温で接合後に、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度で加熱してもよい。これにより、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度が増加する。
【０２２３】
図１５（ｃ）に示すように、基板９５Ｂを研削及びＣＭＰ法により、除去する。研削する前の基板９５Ｂの厚さは、例えば、７７５μｍである。基板９５Ｂの厚さが、例えば３０μｍになるまで基板９５Ｂを予め研削する。この後、仕上げとして、基板９５Ｂの厚さが、例えば４μｍになるまで基板９５Ｂを研削する。この後、ＣＭＰ処理により、基板９５Ｂを完全に除去する。ＣＭＰ法では、シリカ系スラリが用いられる。ＣＭＰ処理では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。また、基板９５Ｂを研削する代わりに、ＫＯＨ水溶液により、基板９５Ｂをエッチングしてもよい。
【０２２４】
図１５（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２００上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２００及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０２２５】
図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図１８（ａ）〜図１８（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０２２６】
図１６（ａ）に示すように、第７磁性層１７上には、第１磁性膜１０Ｆ３を形成する。第１磁性膜１０Ｆ３は、Ｚ軸方向において第７磁性層１７と重なる。
【０２２７】
図１６（ｂ）に示すように、第１磁性膜１０Ｆ３上には、マスク８６Ａを形成する。マスク８６Ａは、Ｚ軸方向において、第１磁性膜１０Ｆ３の一部と重なる。マスク８６Ａは、レジストを含む。マスク８６Ａは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。マスク８６Ａは、開口部８６ｈを有する。開口部８６ｈにおいて、第１磁性膜１０Ｆ３は露出する。Ｘ軸方向における開口部８６ｈの幅は、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２２８】
図１６（ｃ）に示すように、マスク８６Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３をエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、マスク８６Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３が除去される。第１磁性膜１０Ｆ３には、凹部１０ｈが形成される。これにより、第７磁性層１７上には、第１磁性層１０が形成される。
【０２２９】
次に、凹部１０ｈ内には、第３磁性層３０を形成する。第３磁性層３０は、Ｚ軸方向において、第１磁性層１０の一部と重なる。第３磁性層３０は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２３０】
図１６（ｄ）に示すように、マスク８６Ａは、有機溶剤または酸素アッシング法により除去される。
【０２３１】
図１７（ａ）に示すように、基板９５Ｂを用意する。基板９５Ｂは、シリコンを含む。基板９５ＢのＸ−Ｙ面内における直径は、例えば、３００ｍｍである。基板９５Ｂ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において基板９５Ｂと重なる。第２磁性膜２０Ｆ上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において第２磁性膜２０Ｆと重なる。第１非磁性膜３１ｎｆの厚さは、例えば、１ｎｍである。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第３磁性膜３０Ｆ２を形成する。第３磁性膜３０Ｆ２は、Ｚ軸方向において第１非磁性膜３１ｎｆと重なる。第２磁性膜２０Ｆ、第１非磁性膜３１ｎｆ及び第３磁性膜３０Ｆ２は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２３２】
図１７（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ２上には、マスク８５Ｃを形成する。マスク８５Ｃは、Ｚ軸方向において第３磁性膜３０Ｆ２の一部と重なる。マスク８５Ｃは、レジストを含む。マスク８５Ｃは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向において、マスク８５Ｃの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２３３】
図１７（ｃ）に示すように、マスク８５Ｃから露出された第３磁性膜３０Ｆ２をエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。
【０２３４】
これにより、基板９５Ｂ上には、第３磁性層３０ｂ、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。マスク８５Ｃと第２磁性層２０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第３磁性層３０ｂが形成される。Ｚ軸方向において、第３磁性層３０ｂは、マスク８５Ｃと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。Ｚ軸方向において、第１非磁性層３１ｎは、第３磁性層３０ｂと第２磁性層２０との間に設けられる。
【０２３５】
図１７（ｄ）に示すように、有機溶剤または酸素アッシング法によりマスク８５Ｃを除去する。
【０２３６】
図１７（ｅ）に示すように、基板９５Ｂ上及び第３磁性層３０ｂ上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２３７】
図１７（ｆ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第３磁性層３０ｂがストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。第３磁性層３０ｂの表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．１ｎｍに制御される。
【０２３８】
層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第３磁性層３０ｂ、第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において基板９５Ｂの一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、第３磁性層３０ｂと絶縁膜２００ｂとの間、第２磁性層２０と絶縁膜２００ｂとの間及び第１非磁性層３１ｎと絶縁膜２００ｂとの間に設けられる。
【０２３９】
図１８（ａ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを対向させる。この例では、層間絶縁膜２００と第１磁性層１０とが対向する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で、第３磁性層３０ａ及び第３磁性層３０ｂに付着している酸化物または吸着層を、ＡｒイオンビームまたはＡｒ中性原子ビームにより予め除去する。
【０２４０】
図１８（ｂ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを表面活性化常温接合法により接合する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で荷重を印加し、接合する。これにより、第３磁性層３０が形成される。第３磁性層３０は、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを含む。
【０２４１】
接合するときの圧接荷重は、例えば、０．１ｔｏｎ以上１０ｔｏｎ以下である。接合は、室温で行われる。第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度は、例えば、１０ＭＰａである。第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度としては、十分な強度が得られる。
【０２４２】
接合するとき、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度に加熱してもよい。室温で接合後に、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度で加熱してもよい。これにより、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度が増加する。
【０２４３】
図１８（ｃ）に示すように、基板９５Ｂを研削及びＣＭＰ法により、除去する。研削する前の基板９５Ｂの厚さは、例えば、７７５μｍである。基板９５Ｂの厚さが、例えば３０μｍになるまで基板９５Ｂを予め研削する。この後、仕上げとして、基板９５Ｂの厚さが、例えば４μｍになるまで基板９５Ｂを研削する。この後、ＣＭＰ処理により、基板９５Ｂを完全に除去する。ＣＭＰ法では、シリカ系スラリが用いられる。ＣＭＰ処理では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。また、基板９５Ｂを研削する代わりにＫＯＨ水溶液により基板９５Ｂをエッチングしてもよい。
【０２４４】
図１８（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２００上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２００及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０２４５】
図１９（ａ）〜図１９（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０２４６】
図１９（ａ）に示すように、第７磁性層１７上には、第１磁性膜１０Ｆ３を形成する。第１磁性膜１０Ｆ３は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。第１磁性膜１０Ｆ３上には、第３磁性膜３０Ｆ１を形成する。第３磁性膜３０Ｆ１は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２４７】
図１９（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ１上には、マスク８５Ａを形成する。マスク８５Ａは、Ｚ軸方向において、第３磁性膜３０Ｆ１の一部と重なる。マスク８５Ａは、レジストを含む。マスク８５Ａは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向におけるマスク８５Ａの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２４８】
図１９（ｃ）に示すように、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１をエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１が除去される。マスク８５Ａと第１磁性膜１０Ｆ３との間には、第３磁性層３０が形成される。
【０２４９】
この例では、マスク８５Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３の一部をイオンミリング法またはＲＩＥ法によりエッチングする。これにより、第１磁性膜１０Ｆ３の一部がマスク８５Ａの側面８５ｗ及び第３磁性層３０の側面３０ｗに再堆積する。これにより、例えば、Ｘ軸方向において第３磁性層３０と重なる磁性膜１０ｄが形成される。磁性膜１０ｄのＸ軸方向における厚さは、例えば、２ｎｍ以上３ｎｍ以下である。この例では、磁性膜１０ｄと磁性膜１０Ｆ３とを含む層を、第１磁性層１０とする。
【０２５０】
図１９（ｄ）に示すように、マスク８５Ａ上及び第１磁性層１０上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２５１】
図１９（ｅ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第３磁性層３０がストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第１磁性層１０の一部を介して第３磁性層３０と重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。マスク８５Ａについては、有機溶剤または酸素アッシング法で除去してもよい。
【０２５２】
図１９（ｆ）に示すように、層間絶縁膜２００上、第１磁性層１０上及び第３磁性層３０上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２００、第１磁性層１０及び第３磁性層３０に重なる。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において第１非磁性膜３１ｎｆに重なる。第１非磁性膜３１ｎｆ及び第２磁性膜２０Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２５３】
図２０（ａ）に示すように、第２磁性膜２０Ｆ上には、マスク８５Ｂを形成する。マスク８５Ｂは、Ｚ軸方向において第２磁性膜２０Ｆの一部と重なる。マスク８５Ｂは、レジストを含む。マスク８５Ｂは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。マスク８５Ｂは、第３磁性層３０上に位置する。Ｘ軸方向において、マスク８５Ｂの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２５４】
図２０（ｂ）に示すように、マスク８５Ｂから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。次に、マスク８５Ｂから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、第３磁性層３０及び第１非磁性層３１ｎが形成される。マスク８５Ｂと第３磁性層３０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。Ｚ軸方向において、第２磁性層２０は、マスク８５Ｂと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。マスク８５Ｂは、有機溶剤または酸素アッシング法により除去される。
【０２５５】
図２０（ｃ）に示すように、第２磁性層２０の側面２０ｗ及び第１非磁性層３１ｎの側面３１ｗに、層間絶縁膜２０１を形成する。層間絶縁膜２０１は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２０１は、絶縁膜２０１ａと絶縁膜２０１ｂとを含む。絶縁膜２０１ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２０１ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２０１ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２０１ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２５６】
層間絶縁膜２０１は、ＣＭＰ法により研磨される。層間絶縁膜２０１の研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２０１の研磨では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。層間絶縁膜２０１は、Ｘ軸方向において第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２０１は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の一部及び層間絶縁膜２００と重なる。
【０２５７】
図２０（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２０１上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２０１及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０２５８】
図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図２２（ａ）〜図２２（ｆ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。  
図２３（ａ）〜図２３（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子の別の製造方法を例示する模式的断面図である。
【０２５９】
図２１（ａ）に示すように、第７磁性層１７上には、第１磁性膜１０Ｆ３を形成する。第１磁性膜１０Ｆ３上には、第３磁性膜３０Ｆ１を形成する。第１磁性膜１０Ｆ３及び第３磁性膜３０Ｆ１は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２６０】
図２１（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ１上には、マスク８５Ａを形成する。マスク８５Ａは、Ｚ軸方向において、第３磁性膜３０Ｆ１の一部と重なる。マスク８５Ａは、レジストを含む。マスク８５Ａは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向におけるマスク８５Ａの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２６１】
図２１（ｃ）に示すように、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１をエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。これにより、マスク８５Ａから露出された第３磁性膜３０Ｆ１が除去される。マスク８５Ａと第１磁性膜１０Ｆ３との間には、第３磁性層３０ａが形成される。
【０２６２】
この例では、マスク８５Ａから露出された第１磁性膜１０Ｆ３の一部をイオンミリング法またはＲＩＥ法によりエッチングする。これにより、第１磁性膜１０Ｆ３の一部がマスク８５Ａの側面８５ｗ及び第３磁性層３０ａの側面３０ｗに再堆積する。例えば、Ｘ軸方向において、第３磁性層３０ａに重なる磁性膜１０ｄが形成される。磁性膜１０ｄのＸ軸方向における厚さは、例えば、２ｎｍ以上３ｎｍ以下である。この例では、磁性膜１０ｄと第１磁性膜１０Ｆ３とを含む層を、第１磁性層１０とする。
【０２６３】
図２１（ｄ）に示すように、マスク８５Ａ上及び第１磁性層１０上には、層間絶縁膜２００Ｆを形成する。層間絶縁膜２００Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２００Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２６４】
図２１（ｅ）に示すように、層間絶縁膜２００ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２００Ｆの研磨では、第３磁性層３０ａがストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２００が形成される。層間絶縁膜２００は、Ｘ軸方向において第１磁性層１０の一部を介して第３磁性層３０ａと重なる。層間絶縁膜２００は、Ｚ軸方向において第１磁性層１０の一部と重なる。層間絶縁膜２００は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。マスク８５Ａについては、有機溶剤または酸素アッシング法で除去してもよい。
【０２６５】
図２２（ａ）に示すように、基板９５Ｂを用意する。基板９５Ｂは、シリコンを含む。基板９５ＢのＸ−Ｙ面内における直径は、例えば、３００ｍｍである。基板９５Ｂ上には、第２磁性膜２０Ｆを形成する。第２磁性膜２０Ｆは、Ｚ軸方向において基板９５Ｂと重なる。第２磁性膜２０Ｆ上には、第１非磁性膜３１ｎｆを形成する。第１非磁性膜３１ｎｆは、Ｚ軸方向において第２磁性膜２０Ｆと重なる。第１非磁性膜３１ｎｆの厚さは、例えば、１ｎｍである。第１非磁性膜３１ｎｆ上には、第３磁性膜３０Ｆ２を形成する。第３磁性膜３０Ｆ２は、Ｚ軸方向において第１非磁性膜３１ｎｆと重なる。第２磁性膜２０Ｆ、第１非磁性膜３１ｎｆ及び第３磁性膜３０Ｆ２は、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＭＢＥ法により形成される。
【０２６６】
図２２（ｂ）に示すように、第３磁性膜３０Ｆ２上には、マスク８５Ｃを形成する。マスク８５Ｃは、Ｚ軸方向において第３磁性膜３０Ｆ２の一部と重なる。マスク８５Ｃは、レジストを含む。マスク８５Ｃは、ＡｒＦ液浸スキャナ法またはＥＢ描画法により、パターニングされる。Ｘ軸方向において、マスク８５Ｃの長さは、例えば、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【０２６７】
図２２（ｃ）に示すように、マスク８５Ｃから露出された第３磁性膜３０Ｆ２をエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第１非磁性膜３１ｎｆをエッチングする。次に、マスク８５Ｃから露出された第２磁性膜２０Ｆをエッチングする。エッチングでは、イオンミリング法またはＲＩＥ法が用いられる。
【０２６８】
これにより、基板９５Ｂ上には、第３磁性層３０ｂ、第１非磁性層３１ｎ及び第２磁性層２０が形成される。マスク８５Ｃと第２磁性層２０との間には、第１非磁性層３１ｎ及び第３磁性層３０ｂが形成される。Ｚ軸方向において、第３磁性層３０ｂは、マスク８５Ｃと第１非磁性層３１ｎとの間に設けられる。Ｚ軸方向において、第１非磁性層３１ｎは、第３磁性層３０ｂと第２磁性層２０との間に設けられる。
【０２６９】
図２２（ｄ）に示すように、有機溶剤または酸素アッシング法によりマスク８５Ｃを除去する。
【０２７０】
図２２（ｅ）に示すように、基板９５Ｂ上及び第３磁性層３０ｂ上には、層間絶縁膜２０１Ｆを形成する。層間絶縁膜２０１Ｆは、減圧雰囲気でスパッタリング法またはＡＬＤ法により形成される。層間絶縁膜２０１Ｆは、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、シリコン窒化物を含む。絶縁膜２００ａの厚さは、例えば、２０ｎｍである。絶縁膜２００ｂは、シリコン酸化物を含む。絶縁膜２００ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍである。
【０２７１】
図２２（ｆ）に示すように、層間絶縁膜２０１ＦをＣＭＰ法により研磨する。層間絶縁膜２０１Ｆの研磨では、シリカ系スラリが用いられる。層間絶縁膜２０１Ｆの研磨では、第３磁性層３０ｂがストッパ層として機能する。これにより、層間絶縁膜２０１が形成される。第３磁性層３０ｂの表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、０．１ｎｍに制御される。
【０２７２】
層間絶縁膜２０１は、Ｘ軸方向において第３磁性層３０ｂ、第２磁性層２０及び第１非磁性層３１ｎと重なる。層間絶縁膜２０１は、Ｚ軸方向において基板９５Ｂの一部と重なる。層間絶縁膜２０１は、絶縁膜２００ａと絶縁膜２００ｂとを含む。絶縁膜２００ａは、第３磁性層３０ｂと絶縁膜２００ｂとの間、第２磁性層２０と絶縁膜２００ｂとの間及び第１非磁性層３１ｎと絶縁膜２００ｂとの間に設けられる。
【０２７３】
図２３（ａ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを対向させる。この例では、層間絶縁膜２００と層間絶縁膜２０１とが対向する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で、第３磁性層３０ａ及び第３磁性層３０ｂに付着している酸化物または吸着層を、ＡｒイオンビームまたはＡｒ中性原子ビームにより予め除去する。
【０２７４】
図２３（ｂ）に示すように、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを表面活性化常温接合法により接合する。例えば、１×１０−６Ｐａ以下の減圧雰囲気で荷重を印加し、接合する。これにより、第３磁性層３０が形成される。第３磁性層３０は、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを含む。
【０２７５】
接合するときの圧接荷重は、例えば、０．１ｔｏｎ以上１０ｔｏｎ以下である。接合は、室温で行われる。第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度は、例えば、１０ＭＰａである。第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度としては、十分な強度が得られる。
【０２７６】
接合するとき、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度に加熱してもよい。室温で接合後に、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとを例えば、２００℃程度で加熱してもよい。これにより、第３磁性層３０ａと第３磁性層３０ｂとの接合強度が増加する。
【０２７７】
図２３（ｃ）に示すように、基板９５Ｂを研削及びＣＭＰ法により、除去する。研削する前の基板９５Ｂの厚さは、例えば、７７５μｍである。基板９５Ｂの厚さが、例えば３０μｍになるまで基板９５Ｂを予め研削する。この後、仕上げとして、基板９５Ｂの厚さが、例えば４μｍになるまで基板９５Ｂを研削する。この後、ＣＭＰ処理により、基板９５Ｂを完全に除去する。ＣＭＰ法では、シリカ系スラリが用いられる。ＣＭＰ処理では、第２磁性層２０がストッパ層として機能する。また、基板９５Ｂを研削する代わりにＫＯＨ水溶液により基板９５Ｂをエッチングしてもよい。
【０２７８】
図２３（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２０１上及び第２磁性層２０上には、第３導電層８３を形成する。第３導電層８３は、Ｚ軸方向において層間絶縁膜２０１及び第２磁性層２０と重なる。この例では、第３導電層８３は、第２磁性層２０と接続される。第３導電層８３は、減圧雰囲気でスパッタリング法により形成される。
【０２７９】
図２４は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的断面図である。  
図２４に示すように、磁気記憶素子１１３では、第１磁性層１０の磁化１０ｍの向きが下向きであり、第３磁性層３０の磁化３０ｍの向きが下向きであり、第６磁性層６０の磁化６０ｍの向きが上向きである。このように、磁化１０ｍの向き、磁化３０ｍの向き及び磁化６０ｍの向きは、磁気記憶素子１１２における、磁化１０ｍの向き、磁化３０ｍの向き及び磁化６０ｍの向きに対して、それぞれ逆向きでもよい。
【０２８０】
磁気記憶素子１１２及び１１３において、第５非磁性層３５ｎにおいてスピン情報が保たれると、第５磁性層５０は、第２磁性層２０からのスピントランスファトルクの影響を受ける。これにより、第５磁性層５０の磁化回転の制御性が低下する場合がある。
【０２８１】
このとき、第５非磁性層３５ｎとして、例えばルテニウム（Ｒｕ）などのスピン拡散長の短い膜（スピン消失の機能を持つ材料）を用いることが望ましい。第５非磁性層３５ｎとして、例えばルテニウム（Ｒｕ）などのスピン拡散長の短い構造を有する層を用いることが望ましい。これにより、第５磁性層５０の磁化回転の制御性の低下を抑制できる。
【０２８２】
第５磁性層５０の磁化５０ｍが歳差運動をするためのスピントランスファトルクの大きさは、第６磁性層６０でのスピン偏極で決まる。この構成においては、他の電子のスピンの影響（スピントランスファトルク）を受けることなく、第５磁性層５０の磁化５０ｍを独立に制御することが可能となる。
【０２８３】
第５非磁性層３５ｎのための、このようなスピン消失効果が得られる材料としては、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）よりなる群から選択された金属、または、これらの群から選択された２つ以上を含む合金を挙げることができる。
【０２８４】
第５非磁性層３５ｎの厚さは、１．４ｎｍ以上に設定することが望ましい。
【０２８５】
第５非磁性層３５ｎの厚さが１．４ｎｍ以上であると、第５非磁性層３５ｎにおいて、伝導電子が第５非磁性層３５ｎの内部及び界面を通過する際にスピン偏極度を消失させることができる。さらに、第２磁性層２０の磁化２０ｍの向きにより第５磁性層５０の歳差運動が変化することを、第５非磁性層３５ｎにより防ぐことができる。
【０２８６】
一方、第５非磁性層３５ｎの厚さが２０ｎｍを超えると、多層膜のピラー形成が困難となる。さらに、第５磁性層５０から発生する回転磁界の強度が、第２磁性層２０の位置で減衰する。そのため、第５非磁性層３５ｎの厚さは、２０ｎｍ以下に設定されることが望ましい。
【０２８７】
第５非磁性層３５ｎとして、前述した単層膜の他に、積層膜を用いることができる。この積層膜は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）よりなる群から選択された金属、または、その群から選択された２つ以上を含む合金を含む層と、その層の少なくとも片側に積層された銅（Ｃｕ）層と、の積層構成を有することができる。
【０２８８】
さらに、第５非磁性層３５ｎに用いられる積層膜は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）よりなる群から選択された金属、または、その群から選択された２つ以上を含む合金を含む第１層と、第１層の少なくとも片側に積層され、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）及びルテニウム（Ｒｕ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む第２層と、を含む積層構成を有することができる。
【０２８９】
図２５（ａ）〜図２５（ｊ）は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的断面図である。  
図２５（ａ）〜図２５（ｆ）に示すように、磁気記憶素子１２１〜磁気記憶素子１２６では、第２磁性層２０、第１非磁性層３１ｎ、第３磁性層３０、第１磁性層１０、第５非磁性層３５ｎ、第６磁性層６０、第３非磁性層３３ｎ及び第５磁性層５０が、この順に積層されている。このように、積層体ＳＢ０の積層順は、図２５（ａ）〜図２５（ｆ）に示す順序でもよい。
【０２９０】
磁気記憶素子１２１及び磁気記憶素子１２２では、第１磁性層１０の磁化１０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きが、第６磁性層６０の磁化６０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きに対して、逆である。これにより、例えば、第２磁性層２０の位置において、第１磁性層１０の磁化１０ｍ及び第６磁性層６０の磁化６０ｍに起因する漏洩磁界の影響を抑えることができる。
【０２９１】
磁気記憶素子１２１及び磁気記憶素子１２２において、第１磁性層１０と第６磁性層６０とは、第５非磁性層３５ｎを介して反強磁性結合していても良い。このように、非磁性層を介して互いの磁化の方向が反強磁性結合し反平行となる構造は、シンセティックアンチフェロ（ＳＡＦ：Synthetic Anti-Ferromagnetic）構造と呼ばれる。この例では、「第１の磁性層（例えば第１磁性層１０）／非磁性層（例えば、第５非磁性層３５ｎ）／第２の磁性層（例えば、第６磁性層６０）」の積層構造が、ＳＡＦ構造に対応する。
【０２９２】
ＳＡＦ構造を用いることにより、互いの磁化固定力が増強され、外部磁界に対する耐性、及び、熱的な安定性を向上させることができる。この構造においては、磁気記憶層（例えば第２磁性層２０）の位置において膜面に対して垂直な方向にかかる漏洩磁界を実質的にゼロにすることができる。
【０２９３】
ＳＡＦ構造における非磁性層（中間層）には、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）またはオスミウム（Ｏｓ）などの金属材料が用いられる。非磁性層の厚さは、例えば、３ｎｍ以下に設定される。これにより、非磁性層を介して十分強い反強磁性結合が得られる。
【０２９４】
第５非磁性層３５ｎは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、及び、イリジウム（Ｉｒ）よりなる群から選択されたいずれかの金属、または、前記群から選択された少なくとも２つ以上の金属を含む合金を含む。第５非磁性層３５ｎの厚さは、例えば、３ｎｍ以下である。
【０２９５】
磁気記憶素子１２３及び磁気記憶素子１２４では、第１磁性層１０の磁化１０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きが、第６磁性層６０の磁化６０ｍの積層方向ＳＤ１の成分の向きに対して、同じである。このように、磁化１０ｍの向きは、磁化６０ｍの向きに対して平行でもよい。
【０２９６】
磁気記憶素子１２５及び磁気記憶素子１２６では、磁化１０ｍの向き及び磁化６０ｍの向きが、積層方向ＳＤ１に対して傾いている。磁化１０ｍの向き及び磁化６０ｍの向きは、積層方向ＳＤ１に対して平行でなくてもよい。磁化１０ｍの向き及び磁化６０ｍの向きは、少なくとも積層方向ＳＤ１の成分を有している。
【０２９７】
図２５（ｇ）及び図２５（ｈ）に表したように、磁気記憶素子１２７及び磁気記憶素子１２８では、第１磁性層１０、第３磁性層３０、第１非磁性層３１ｎ、第２磁性層２０、第５非磁性層３５ｎ、第６磁性層６０、第３非磁性層３３ｎ及び第５磁性層５０が、この順に積層されている。このように、積層体ＳＢ０の積層順は、図２５（ｇ）及び図２５（ｈ）に示す順序でもよい。
【０２９８】
図２５（ｉ）及び図２５（ｊ）に表したように、磁気記憶素子１２９及び磁気記憶素子１３０では、第２磁性層２０、第１非磁性層３１ｎ、第３磁性層３０、第１磁性層１０、第５非磁性層３５ｎ、第５磁性層５０、第３非磁性層３３ｎ及び第６磁性層６０が、この順に積層されている。このように、積層体ＳＢ０の積層順は、図２５（ｉ）及び図２５（ｊ）に示す順序でもよい。
【０２９９】
磁気記憶素子１２３、１２４、１２７、１２８、１２９、または１３０において、第１導電層８１と第２導電層８２とを介して積層体ＳＢ０に書き込み電流ＩＷを流す。書き込み電流ＩＷの向きは任意である。第６磁性層６０の磁化６０ｍの向きとは逆向きの磁界を印加することにより、第５磁性層５０において発生する回転磁界の向きと、第２磁性層２０磁化２０ｍが歳差運動する向きと、を互いに一致させることができる。
【０３００】
磁気記憶素子１１２の積層順では、例えば、第２磁性層２０と第５磁性層５０との間に第６磁性層６０を配置する構成などに比べて、第２磁性層２０と第５磁性層５０との間の距離が近い。これにより、第５磁性層５０で発生した回転磁界を、より適切に第２磁性層２０に作用させることができる。第２磁性層２０における磁化反転をより効率的にアシストすることができる。
【０３０１】
図２６は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図２６に示すように、不揮発性記憶装置６１１は、磁気記憶素子１３１と制御部５５０とを含む。磁気記憶素子１３１においては、第２磁性層２０は、第１部分２１と第２部分２２とを含む。これ以外は、磁気記憶素子１３１には、磁気記憶素子１１２について説明した構成を適用することができる。
【０３０２】
第１部分２１の磁化２１ｍの方向は、可変である。第２部分２２は、第１磁性層１０と第２磁性層２０との積層方向ＳＤ１において、第１部分２１と重なる。例えば、第２部分２２は、積層方向ＳＤ１に第１部分２１に積層される。この例では、第１磁性層１０と第１部分２１との間に第２部分２２が設けられる。第１磁性層１０と第２部分２２との間に第１部分２１を設けてもよい。第２部分２２の磁化２２ｍの方向は、可変である。第１部分２１の磁化２１ｍは、第２部分２２の磁化２２ｍと強磁性結合、反強磁性結合、あるいは静磁結合している。第２部分２２の磁気共鳴周波数は、第１部分２１の磁気共鳴周波数よりも低い。第１部分２１の磁気共鳴周波数は、例えば、２０ＧＨｚ以上である。第２部分２２の磁気共鳴周波数は、例えば、２０ＧＨｚ未満である。
【０３０３】
第１部分２１及び第２部分２２には、例えば、合金が用いられる。第２部分２２に含まれる少なくとも１つの元素の濃度は、第１部分２１に含まれる同じ元素の濃度と異なる。第２部分２２に含まれる合金の組成比は、第１部分２１に含まれる合金の組成比と異なる。第２部分２２は、例えば、第２磁性層２０において、第１部分２１と合金の組成比を変えた部分である。
【０３０４】
第２部分２２の材料は、第１部分２１の材料と異なってもよい。この場合、第１部分２１及び第２部分２２は、それぞれ第２磁性層２０に含まれる１つの層と見なすことができる。第２磁性層２０は、第１層と第２層とを含む積層体でもよい。
【０３０５】
磁気記憶素子１３１においては、第１部分２１の磁化２１ｍと第２部分２２の磁化２２ｍとが、強磁性結合、反強磁性結合、あるいは静磁結合している。これにより、例えば、静磁状態における第２磁性層２０のΔ値を大きくすることができる。例えば、熱擾乱耐性を高めることができる。磁気記憶素子１３１の誤動作を抑制することができる。例えば、磁気記憶素子１３１の記憶保持時間を長時間化できる。
【０３０６】
Δ値とは、例えば、第２磁性層２０の磁気異方性エネルギーと熱エネルギーとの比である。Δ値は、例えば、次の式で表すことができる。  
Δ＝Ｋｕ・Ｖ／ＫＢ・Ｔ  
上記の式において、Ｋｕは有効磁気異方性定数であり、Ｖは第２磁性層２０の体積であり、ＫＢはボルツマン定数であり、Ｔは磁気記憶素子１３１の絶対温度である。
【０３０７】
磁気記憶素子１３１においては、積層方向ＳＤ１に第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２に電流を流すことによりスピン偏極した電子を第２磁性層２０に作用させる。磁気記憶素子１３１においては、第５磁性層５０の磁化を歳差運動させることにより発生する回転磁界を第２磁性層２０に作用させる。これにより、第２磁性層２０の第１部分２１の磁化２１ｍの方向及び第２部分２２の磁化２２ｍの方向が、電流の向きに応じた方向に決定される。
【０３０８】
第２磁性層２０の第１部分２１においては、例えば、第１部分２１の磁化２１ｍの方向は、膜面に対して略垂直方向で、積層方向ＳＤ１に対して略平行である。第１部分２１の磁化２１ｍは、反転可能である。第１部分２１は、データを記憶する役割をもつ。第１部分２１は、例えば、磁気記憶層として機能する。
【０３０９】
第２磁性層２０の第２部分２２においては、例えば、第２部分２２の磁化２２ｍの方向は、膜面に対して略垂直方向で、積層方向ＳＤ１に対して略平行である。第２部分２２の磁化２２ｍは、反転可能である。第２部分２２の磁化２２ｍは、例えば、積層方向ＳＤ１に電流が積層体ＳＢ０に流れた際に、第１部分２１の磁化２１ｍよりも早く磁化反転して、第１部分２１の磁化２１ｍの磁化反転をアシストする。第２部分２２は、例えば、第１部分２１の磁化反転のトリガとして機能する。第２部分２２は、例えば、トリガ層と呼ぶ。
【０３１０】
第２部分２２もデータの記憶保持に寄与する。第２磁性層２０を磁気記憶層とし、第１部分２１を記憶保持の本体部分、第２部分２２を磁化反転のトリガ部分と考えてもよい。
【０３１１】
例えば、磁気記憶素子１３１の幅（直径）を３０ｎｍ以下とする。これにより、ＭＲＡＭにおいて集積度を上げることができる。このとき、上述のΔ値（熱安定性定数）が小さいと、磁気記憶素子１３１が書き込まれたデータを保持し続けることができない場合がある。Δ値を大きくするために、例えば、有効磁気異方性定数Ｋｕを大きくする。有効磁気異方性定数Ｋｕが大きくなると、例えば有効磁気異方性磁界Ｈｋも大きくなる。これにより、書き込み電流が大きくなり、共鳴周波数が高くなってしまう場合がある。
【０３１２】
これに対して、磁気記憶素子１３１では、第２部分２２によって第２磁性層２０の磁気共鳴周波数が低減する。これにより、低減した第２磁性層２０の磁気共鳴周波数に応じた周波数の磁界を印加することで、第１部分２１の磁化２１ｍ及び第２部分２２の磁化２２ｍを反転させることができる。この場合、第１部分２１単独の場合又は磁気共鳴周波数に応じた磁界を印加しない場合よりも、小さい電流で反転させることができる。第２部分２２の磁気共鳴周波数は、例えば、２０ＧＨｚ未満であり、より好ましくは、１５ＧＨｚ以下である。第５磁性層５０の発生させる回転磁界の周波数を、例えば、２０ＧＨｚ未満とすることができる。これにより、例えば、第５磁性層５０の発生させる回転磁界の周波数と、磁化２１ｍ及び磁化２２ｍの磁気共鳴周波数と、のマッチングが容易になる。例えば、磁気記憶素子１３１において、第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２の設計の自由度を高めることができる。
【０３１３】
第２部分２２には、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む金属材料を用いることができる。さらに、上記の群から選択された少なくともいずれかと、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属を含む合金を用いることができる。
【０３１４】
第２部分２２において、含まれる磁性材料の組成や熱処理の条件などを調整する。例えば、磁化量や磁気異方性などの特性を調整することができる。第２部分２２において、例えば、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏなどの希土類−遷移金属のアモルファス合金を用いることができる。例えば、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ及びＣｏ／Ｎｉなどの積層構造を用いてもよい。第２部分２２において、Ｆｅ／ＰｔやＦｅ／Ｐｄなどの合金や積層構造を用いてもよい。Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ及びＮｉ／Ｃｕ等は、下地層との組み合わせで垂直磁化膜となる。第２部分２２において、膜の結晶配向方向を制御することで、Ｃｏ／Ｒｕ、Ｆｅ／Ａｕ、または、Ｎｉ／Ｃｕ等を用いることができる。また、第２部分２２において、ガリウム（Ga）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、及び、シリコン（Ｓｉ）などの添加物を含んでもよい。たとえば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＭｎＧａやＭｎＧｅなどを用いても良い。各種の組成比を変えても良い。
【０３１５】
第２部分２２に上記のいずれかを用いると、第２部分２２の飽和磁化Ｍｓを大きくすることができる。ＬＬＧ計算をしたところ、１０００〜１６００（ｅｍｕ／ｃｃ）である場合に、第２部分２２と第２磁性層２０、第２部分２２と第４磁性層４０とがそれぞれ強磁性結合、反強磁性結合、静磁結合すると、磁気共鳴周波数を低減することができ、磁気共鳴効果が生じやすくなることがわかった。
【０３１６】
第２部分２２には、例えば、ホイスラー合金を用いてもよい。ホイスラー合金は、例えば、Ｌ２１構造を有し、Ｘ２ＹＺの様な組成を有する合金である。第２部分２２は、例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＰｄの少なくともいずれか１つを含むホイスラー合金を含む。
【０３１７】
例えば、第２部分２２は、第１ホイスラー合金を含む。第１ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｂ、Ｃｏ２ＣｒＧａ、Ｎｉ２ＭｎＩｎ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、Ｎｉ２ＭｎＳｎ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、Ｎｉ２ＦｅＧａ、Ｐｄ２ＭｎＳｂ、Ｐｄ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＡｌ、Ｃｕ２ＭｎＳｎ、Ｃｕ２ＭｎＩｎ、Ｒｈ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＭｎＰｂ、Ｒｈ２ＭｎＳｎ、Ｐｄ２ＭｎＧｅ、Ｒｈ２ＦｅＳｎ、Ｒｕ２ＦｅＳｎ、及びＲｈ２ＦｅＳｂの少なくともいずれか１つを含む。
【０３１８】
第２部分２２に上記の第１ホイスラー合金を用いることで、例えば、第２部分２２の飽和磁化Ｍｓを大きくすることができる。これにより、第２部分２２と第２磁性層２０、第２部分２２と第４磁性層４０とがそれぞれ強磁性結合、反強磁性結合、静磁結合すると、磁気共鳴周波数が低減し、磁気共鳴効果が生じやすくなる。
【０３１９】
例えば、第２部分２２は、第２ホイスラー合金を含んでもよい。第２ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＨｆＳｎ、Ｃｏ２ＺｒＳｎ、Ｃｏ２ＨｆＡｌ、Ｃｏ２ＺｒＡｌ、Ｃｏ２ＨｆＧａ、Ｃｏ２ＴｉＳｉ、Ｃｏ２ＴｉＧｅ、Ｃｏ２ＴｉＳｎ、Ｃｏ２ＴｉＧａ、Ｃｏ２ＴｉＡｌ、Ｃｏ２ＶＧａ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＴａＡｌ、Ｃｏ２ＮｂＧａ、Ｃｏ２ＮｂＡｌ、Ｃｏ２ＶＳｎ、Ｃｏ２ＮｂＳｎ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｒｈ２ＮｉＳｎ、Ｒｈ２ＮｉＧｅ、Ｍｎ２ＷＳｎ、Ｆｅ２ＭｎＳｉ及びＦｅ２ＭｎＡｌの少なくともいずれか１つを含む。
【０３２０】
上記の第２ホイスラー合金は、比較的飽和磁化Ｍｓが小さい。上記の第２ホイスラー合金は、例えばＭｓ＜４００（ｅｍｕ／ｃｃ）とすることができる。これにより、例えば、隣接する磁気記憶素子への漏洩磁界を低減することができる。
【０３２１】
図２７は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。  
図２７に示すように、不揮発性記憶装置６１２は、磁気記憶素子１３４を含む。不揮発性記憶装置６１２は、制御部５５０（図２７では図示しない）を含んでも良い。磁気記憶素子１３４においては、第１積層部ＳＢ１の幅（積層方向ＳＤ１に対して垂直な平面に沿った方向に切断したときの断面形状）と、第２積層部ＳＢ２の幅と、は異なる。これ以外は、磁気記憶素子１３４には、例えば、磁気記憶素子１１２と同様の構成を適用することができる。
【０３２２】
例えば、積層方向ＳＤ１と交差する（例えば、垂直な）平面に沿った方向で切断したときの第１積層部ＳＢ１の断面積（第１面積Ｓ１）は、積層方向ＳＤ１と交差する（例えば、垂直な）平面に沿った方向で切断したときの第２積層部ＳＢ２の断面積（第２面積Ｓ２）よりも大きい。
【０３２３】
これにより、例えば、第１導電層８１及び第２導電層８２を介して積層体ＳＢ０に電流を流すときに、第２積層部ＳＢ２における電流密度を、第１積層部ＳＢ１における電流密度よりも大きくすることができる。発振層（第５磁性層５０）における電流密度を大きくすることができる。
【０３２４】
発振層における電流密度を大きくすることにより、例えば、より小さい電流で第５磁性層５０の磁化５０ｍを発振させる（歳差運動させる）ことができる。より小さい電流によって、磁化５０ｍを発振させることができる。これにより、例えば、書き込み動作においてＭＴＪに流す電流を小さくすることができる。
【０３２５】
例えば、第２積層部ＳＢ２の幅（Ｘ軸方向に沿った長さ）は、２５ｎｍ以下であることが望ましい。例えば、第１積層部ＳＢ１の第１面積Ｓ１は、第２積層部ＳＢ２の第２面積Ｓ２の２．０倍以上であることが望ましい。
【０３２６】
図２８は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。  
図２８に示すように、不揮発性記憶装置６１３は、磁気記憶素子１３５を含む。不揮発性記憶装置６１３は、制御部５５０（図２８では図示しない）を含んでも良い。磁気記憶素子１３５は、磁気シールド５１を含む。積層体ＳＢ０は、積層方向ＳＤ１に延びる側面ＳＳ０を有する。第１積層部ＳＢ１は、積層方向ＳＤ１に延びる側面ＳＳ１（第１側面）を有する。第２積層部ＳＢ２は、積層方向ＳＤ１に延びる側面ＳＳ２（第２側面）を有する。第５非磁性層３５ｎは、積層方向ＳＤ１に延びる側面ＳＳｎを有する。ここで、「積層方向ＳＤ１に延びる」には、積層方向ＳＤ１に対して非平行な状態も含むものとする。「積層方向ＳＤ１に延びる」は、少なくとも積層方向ＳＤ１に延びる成分を有している。「積層方向ＳＤ１に延びる面」は、積層方向ＳＤ１に対して直交しない。
【０３２７】
磁気シールド５１は、積層体ＳＢ０（第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２）は、積層方向ＳＤ１に延びる側面ＳＳ１（第１側面）を有する。第２積層部ＳＢ２の側面ＳＳ０の少なくとも一部と重なる。換言すれば、磁気シールド５１は、積層体ＳＢ０の側面ＳＳ０の少なくとも一部と対向する。例えば、磁気シールド５１は、積層体ＳＢ０の側面ＳＳ０の少なくとも一部に接する。積層体ＳＢ０の側面ＳＳ０は、例えば、第１積層部ＳＢ１の側面ＳＳ１（第１側面）と、第２積層部ＳＢ２の側面ＳＳ２（第２側面）と、第５非磁性層３５ｎの側面ＳＳｎと、を含む。この例において、磁気シールド５１は、側面ＳＳ１と側面ＳＳ２と側面ＳＳｎとを覆う。Ｘ−Ｙ平面に投影した磁気シールド５１の形状は、例えば、積層体ＳＢ０を囲む環状である。
【０３２８】
磁気記憶素子１３５は、保護層５２をさらに含む。保護層５２は、積層体ＳＢ０の側面ＳＳ０と磁気シールド５１との間に設けられる。保護層５２の厚さは、第２磁性層２０のＺ軸方向の中心から第５磁性層５０のＺ軸方向の中心までのＺ軸方向の距離と実質的に同じ長さか、それよりも長いことが望ましい。第２磁性層２０のＺ軸方向の中心と第５磁性層５０のＺ軸方向の中心との間のＺ軸方向の距離は、例えば、磁気記憶素子１３５の構成において短く、磁気記憶素子１２１〜磁気記憶素子１２６の構成において、長い。保護層５２の厚さは、例えば、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが望ましい。磁気シールド５１及び保護層５２は、実施形態に係る任意の磁気記憶素子に設けてもよい。
【０３２９】
例えば、第１積層部ＳＢ１の側面ＳＳ１及び第２積層部ＳＢ２の側面ＳＳ２が、ＳｉＮやＡｌ２Ｏ３などの保護層５２を介して、パーマロイ（Ｐｙ）などの磁気シールド５１により覆われる。これにより、例えば、複数の磁気記憶素子１３５が並べられた場合において、隣の磁気記憶素子１３５からの漏洩磁界が、第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２の動作に悪影響を与えることが抑制される。例えば、各記憶セル（積層体ＳＢ０）において、第１積層部ＳＢ１に作用する有効磁界が実質的に同じであるため、ビット間の反転電流のばらつきが抑制される。第２積層部ＳＢ２についても発振電流のばらつきが同様に抑えられる。第１積層部ＳＢ１及び第２積層部ＳＢ２からの漏洩磁界が、隣の磁気記憶素子に作用することを抑制することができる。その結果、複数の磁気記憶素子どうしを近接して配置することができ、集積度を向上することができる。例えば、不揮発性記憶装置の記憶密度を向上させることができる。
【０３３０】
磁気シールド５１には、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択されたいずれかの金属、または、この群から選択された２つ以上の金属を含む合金が用いられる。磁気シールド５１は、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属と、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの金属と、を含む合金でもよい。
【０３３１】
磁気シールド５１に含まれる磁性材料の組成や熱処理の条件を調整することにより、磁気シールド５１の特性を調整することができる。磁気シールド５１は、例えば、ＴｂＦｅＣｏ及びＧｄＦｅＣｏなどの希土類−遷移金属のアモルファス合金でもよい。磁気シールド５１には、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ及びＣｏ／Ｎｉなどの積層構造を用いてもよい。
【０３３２】
保護層５２には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）及び鉄（Ｆｅ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む、酸化物、窒化物または弗化物を用いることができる。保護層５２には、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【０３３３】
以下、図２８に例示した磁気記憶素子１３５の製造方法の例について説明する。  
ウェーハ上に下部電極（図示せず）を形成した後、そのウェーハを超高真空スパッタ装置内に配置する。下部電極上に、Ｒｕ／Ｔａ（下部電極とのコンタクト層、兼ストッパー層）、ＦｅＰｔ層（第１磁性層１０）、ＣｏＦｅＢ（第３磁性層３０）、ＭｇＯ（第１非磁性層３１ｎ）、ＣｏＦｅＢ層（記憶層）、及び、その上にＲｕ層（第５非磁性層３５ｎ）を、この順に積層させる。ここで、磁界中でアニールすることによって、ＣｏＦｅＢとＦｅＰｔ層／ＣｏＦｅＢの膜面垂直方向の磁気異方性の強さを調節することもできる。続いて、Ｐｙ層／Ｃｕ／ＣｏＦｅＢ／ＦｅＰｔ層（磁界発生部）、及び、Ｒｕ／Ｔａ層（上部コンタクト層）をこの順に積層する。これにより、加工体が形成される。
【０３３４】
次に、ＥＢレジストを塗布してＥＢ露光を行い、直径３０ｎｍのレジストマスクを形成する。イオンミリングによってレジストで被覆されていない部分を、ストッパー層を兼ねた下部電極上のＴａ層が露出するまで削る。
【０３３５】
続いて、保護層５２としてＳｉＮ層を形成した後、磁気シールド５１として機能するＰｙ層を形成する。エッチバックにより、Ｐｙ層が磁気記憶素子の側壁に残るようにする。
【０３３６】
次に、磁気記憶素子を絶縁埋め込みすべくＳｉＯ２膜を成膜する。これにより、磁気記憶素子が絶縁で埋め込まれる。この後、ＣＭＰ等で平坦化した後、ＲＩＥ等で全面をエッチングすることで電極とのコンタクト層を露出させる。
【０３３７】
さらに全面にレジストを塗布し、このレジストを上部電極の位置にレジストが被覆されない部分ができるように、ステッパ露光装置を用いてパターニングする。上部電極に対応した開口をＣｕで埋め込み成膜し、レジストを除去する。上部電極には、図示しない配線を設けて電気的入出力ができるようにする。  
以上により、磁気記憶素子１３５が形成される。
【０３３８】
図２９は、第１の実施形態に係る磁気記憶素子を例示する模式的斜視図である。  
図２９に示すように、磁気記憶素子１４１においては、第１非磁性層３１ｎが第４磁性層４０と第３磁性層３０との間に設けられた領域を含む。第１非磁性層３１ｎは、Ｚ軸方向において第３磁性層３０と重なる領域を含む。第１非磁性層３１ｎは、Ｚ軸方向において、第３磁性層３０及び第１磁性層１０に重なる。例えば、第１非磁性層３１ｎは、Ｚ軸方向において、第３磁性層３０及び第１磁性層１０と積層される。
【０３３９】
（第２の実施形態）  
図３０は、第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図３０に示すように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置６２０は、メモリセルアレイＭＣＡを備える。メモリセルアレイＭＣＡは、マトリクス状に配列された複数のメモリセルＭＣを有する。メモリセルＭＣのそれぞれは、第１の実施形態に係る磁気記憶素子のいずれかを、ＭＴＪ素子（積層体ＳＢ０）として有する。
【０３４０】
メモリセルアレイＭＣＡには、複数のビット線対（ビット線ＢＬ及びビット線／ＢＬ）及び、複数のワード線ＷＬが配置されている。複数のビット線対のそれぞれは、列（カラム）方向に延在する。複数のワード線ＷＬのそれぞれは、行（ロウ）方向に延在する。
【０３４１】
ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの交差部分に、メモリセルＭＣが配置される。メモリセルＭＣのそれぞれは、ＭＴＪ素子と選択トランジスタＴＲとを有する。ＭＴＪ素子の一端は、ビット線ＢＬと接続されている。ＭＴＪ素子の他端は、選択トランジスタＴＲのドレイン端子と接続されている。選択トランジスタＴＲのゲート端子は、ワード線ＷＬと接続されている。選択トランジスタＴＲのソース端子は、ビット線／ＢＬと接続されている。
【０３４２】
ワード線ＷＬには、ロウデコーダ６２１が接続されている。ビット線対（ビット線ＢＬ及びビット線／ＢＬ）には、書き込み回路６２２ａ及び読み出し回路６２２ｂが接続されている。書き込み回路６２２ａ及び読み出し回路６２２ｂには、カラムデコーダ６２３が接続されている。
【０３４３】
メモリセルＭＣのそれぞれは、ロウデコーダ６２１及びカラムデコーダ６２３により選択される。メモリセルＭＣへのデータ書き込みの例は、以下である。まず、データ書き込みを行うメモリセルＭＣを選択するために、このメモリセルＭＣと接続されたワード線ＷＬが活性化される。これにより、選択トランジスタＴＲがオンする。
【０３４４】
この例では、例えば、ロウデコーダ６２１、書き込み回路６２２ａ、読み出し回路６２２ｂ、及び、カラムデコーダ６２３によって、制御部５５０が構成される。制御部５５０は、ビット線ＢＬ、ワード線ＷＬ及び選択トランジスタＴＲなどを介して、複数のメモリセルＭＣ（複数の磁気記憶素子）のそれぞれと電気的と接続される。制御部５５０は、複数のメモリセルＭＣのそれぞれにおいて、データの書き込み及びデータの読み出しを実施する。
【０３４５】
ＭＴＪ素子には、例えば、双方向の書き込み電流が供給される。具体的には、ＭＴＪ素子に左から右へ書き込み電流を供給する場合、書き込み回路６２２ａは、ビット線ＢＬに正の電位を印加し、ビット線／ＢＬに接地電位を印加する。ＭＴＪ素子に右から左へ書き込み電流を供給する場合、書き込み回路６２２ａは、ビット線／ＢＬに正の電位を印加し、ビット線ＢＬに接地電位を印加する。このようにして、メモリセルＭＣに、データ「０」、または、データ「１」を書き込むことができる。
【０３４６】
メモリセルＭＣからのデータ読み出しの例は、以下である。まず、メモリセルＭＣが選択される。読み出し回路６２２ｂは、ＭＴＪ素子に、例えば、選択トランジスタＴＲからＭＴＪ素子に向かう方向に流れる読み出し電流を供給する。そして、読み出し回路６２２ｂは、この読み出し電流に基づいて、ＭＴＪ素子の抵抗値を検出する。このようにして、ＭＴＪ素子に記憶された情報を読み出すことができる。
【０３４７】
図３１は、第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図３１は、１つのメモリセルＭＣの部分を例示している。この例では、磁気記憶素子１１０及び磁気記憶素子１１２が用いられているが、実施形態に係る任意の磁気記憶素子を用いることができる。
【０３４８】
図３１に示すように、不揮発性記憶装置６２０は、実施形態に係る磁気記憶素子（例えば磁気記憶素子１１０及び磁気記憶素子１１２）と、第１配線９１と、第２配線９２と、を備える。第１配線９１は、磁気記憶素子１１０の一端（例えば第１積層部ＳＢ１の端）に、直接または間接に接続される。第２配線９２は、磁気記憶素子１１２の一端（例えば第２積層部ＳＢ２の端）に直接または間接に接続される。
【０３４９】
不揮発性記憶装置６２０に含まれる磁気記憶素子は、磁気記憶素子１１０及び磁気記憶素子１１２に限らず、第１の実施形態に記載された磁気記憶素子のいずれかを含む。
【０３５０】
ここで、「直接に接続される」は、間に他の導電性の部材（例えばビア電極や配線など）が挿入されないで電気的に接続される状態を含む。「間接に接続される」は、間に他の導電性の部材（例えばビア電極や配線など）が挿入されて電気的に接続される状態、及び、間にスイッチ（例えばトランジスタなど）が挿入されて、導通と非導通とが可変の状態で接続される状態を含む。
【０３５１】
第１配線９１及び第２配線９２のいずれか一方は、例えば、ビット線ＢＬに対応する。第１配線９１及び第２配線９２のいずれか他方は、例えば、ビット線／ＢＬに対応する。
【０３５２】
図３１に示すように、不揮発性記憶装置６２０は、選択トランジスタＴＲをさらに備えることができる。選択トランジスタＴＲは、磁気記憶素子１１０と第１配線９１との間（第１の位置）、及び、磁気記憶素子１１０と第２配線９２の間（第２の位置）の少なくともいずれかに設けられる。
【０３５３】
このような構成により、メモリセルアレイＭＣＡの任意のメモリセルＭＣ（例えば磁気記憶素子１１０）にデータを書き込み、磁気記憶素子１１０に書き込まれたデータを読み出すことができる。このように構成された不揮発性記憶装置６２０においても、第２磁性層２０と第５磁性層５０とを静磁結合させることで、書き込み電流を小さくすることができる。これにより、絶縁破壊による故障を抑制することができ、信頼性が向上する。
【０３５４】
（第３の実施形態）  
図３２は、第３の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図３２に示す不揮発性半導体装置６３０は、実施形態に係る磁気記憶素子（例えば磁気記憶素子１１０）と、基板３００と、素子分離領域３０１と、第３半導体領域３０３と、第４半導体領域３０４と、ゲート電極３０５と、ゲート絶縁膜３０６と、第４導電層３４０と、第５導電層３５０と、配線３０７と、コンタクト３０８と、コンタクト３０９と、層間絶縁膜３１０と、を含む。
【０３５５】
基板３００は、ｐ形シリコンを含む。基板３００の一部３００ａと層間絶縁膜３１０との間には、素子分離領域３０１が設けられる。層間絶縁膜３１０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物の少なくともいずれかを含む。層間絶縁膜３１０は、第４導電層３４０と基板３００との間に設けられる。
【０３５６】
基板３００の別の一部３００ｂと層間絶縁膜３１０との間には、第３半導体領域３０３と、第４半導体領域３０４と、が設けられている。第３半導体領域３０３は、Ｘ軸方向において第４半導体領域３０４と離れる。第３半導体領域３０３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のドレイン領域である。第４半導体領域３０４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのソース領域である。第３半導体領域３０３及び第４半導体領域３０４は、ｎ形不純物を含む。第３半導体領域３０３及び第４半導体領域３０４は、ｎ＋形の半導体領域である。
【０３５７】
ゲート電極３０５は、第３半導体領域３０３と第４半導体領域３０４との間の基板３００と、Ｚ軸方向において離れる。ゲート電極３０５は、例えば、不揮発性記憶装置のワード線である。ゲート絶縁膜３０６は、ゲート電極３０５と第３半導体領域３０３との間、ゲート電極３０５と基板３００との間及びゲート電極３０５と第４半導体領域３０４との間に設けられる。
【０３５８】
不揮発性半導体装置６３０においては、選択トランジスタＴＲが設けられている。選択トランジスタＴＲは、基板３００と、第３半導体領域３０３と、第４半導体領域３０４と、ゲート電極３０５と、ゲート絶縁膜３０６と、を含む。
【０３５９】
第４半導体領域３０４は、コンタクト３０９と電気的に接続されている。コンタクト３０９は、第５導電層３５０と電気的に接続されている。第４半導体領域３０４は、コンタクト３０９を介して第５導電層３５０と電気的に接続されている。第５導電層３５０は、不揮発性半導体装置６３０のビット線である。
【０３６０】
第３半導体領域３０３は、コンタクト３０８と電気的に接続されている。コンタクト３０８は、配線３０７と電気的に接続されている。第３半導体領域３０３は、コンタクト３０８を介して配線３０７と電気的に接続されている。
【０３６１】
配線３０７と第４導電層３４０との間には、磁気記憶素子（例えば磁気記憶素子１１０）が設けられる。第４導電層３４０は、不揮発性半導体装置６３０のビット線である。
【０３６２】
（第４の実施形態）  
図３３（ａ）〜図３３（ｃ）は、第４の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。  
図３３（ａ）は、斜視図である。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）の側面図である。図３３（ｃ）は、図３３（ａ）の上面図である。
【０３６３】
不揮発性半導体装置６４０は、選択トランジスタＴＲと、ビット線／ＢＬと、ビット線ＢＬと、ＭＴＪ素子１５０と、を含む。
【０３６４】
図３３（ａ）〜図３３（ｃ）に示すように、選択トランジスタＴＲは、ワード線ＷＬの一部と、ソース領域Ｓｃと、ドレイン領域Ｄｎと、を含む。ワード線ＷＬは、例えば、Ｘ軸方向に延びる。
【０３６５】
ビット線／ＢＬは、ワード線ＷＬと交差する。ビット線／ＢＬは、例えば、Ｙ軸方向に延びる。ビット線／ＢＬの一部は、コンタクト４００と電気的に接続される。コンタクト４００は、Ｚ軸方向に延びる。コンタクト４００は、配線４０１の一部と電気的に接続される。配線４０１は、Ｘ軸方向に延びる。配線４０１の一部は、コンタクト４０２と電気的に接続される。コンタクト４０２は、Ｚ軸方向に延びる。コンタクト４０２は、ソース領域Ｓｃと電気的に接続される。
【０３６６】
ビット線ＢＬは、ワード線ＷＬと交差する。ビット線ＢＬは、例えば、Ｙ軸方向に延びる。ビット線ＢＬは、Ｘ軸方向において、ビット線／ＢＬに並ぶ。
【０３６７】
第１の実施形態に係る磁気記憶素子のいずれかを、ＭＴＪ素子１５０とする。例えば、ＭＴＪ素子１５０は、第２磁性層２０と、配線４５０と、を含む。配線４５０は、上記の第１磁性層１０、第３磁性層３０、第３非磁性層３４ｎ及び第７磁性層１７を含む。配線４５０は、例えば、Ｙ軸方向に延びる。配線４５０は、ビット線ＢＬと電気的に接続される。配線４５０は、例えば、Ｚ軸方向においてビット線ＢＬの一部と重なる。配線４５０は、例えば、コンタクト４５１を介してビット線ＢＬと電気的に接続されてもよい。コンタクト４５１は、Ｚ軸方向に延びる。
【０３６８】
第２磁性層２０は、Ｚ軸方向において、配線４５０の一部と、配線４６０の一部との間に設けられる。第２磁性層２０は、例えば、第１非磁性層３１ｎ（不図示）を介して、配線４５０と接続される。第２磁性層２０は、例えば、配線４６０と電気的に接続される。
【０３６９】
配線４６０は、ビット線／ＢＬ及びビット線ＢＬと交差する。配線４６０は、Ｘ軸方向に延びる。配線４６０は、Ｚ軸方向において、ワード線ＷＬに並ぶ。 配線４６０の一部は、コンタクト４６１と電気的に接続される。コンタクト４６１は、Ｚ軸方向に延びる。コンタクト４６１は、例えば、Ｙ軸方向において、コンタクト４０２に並ぶ。コンタクト４６１は、ドレイン領域Ｄｎの一部と電気的に接続される。
【０３７０】
実施形態によれば、信頼性の高い磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置が提供される。
【０３７１】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０３７２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、不揮発性記憶装置に含まれる記憶部、磁気記憶素子、制御部、積層体、磁化回転層、第１〜第４磁性層及び第１〜第３非磁性層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から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限り、本発明の範囲に包含される。
【０３７３】
各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０３７４】
その他、本発明の実施形態として上述した磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０３７５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０３７６】
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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【０３７７】
１０…第１磁性層、  １０Ｆ１、１０Ｆ２…磁性膜、  １０Ｆ３…第１磁性膜、  １０Ｌ…距離、  １０ａ…第１部分、  １０ｂ…第２部分、  １０ｂａ…第１領域、  １０ｂｂ…第２領域、  １０ｄ…磁性膜、  １０ｈ…凹部、  １０ｉｗ…内側面、  １０ｍ…磁化、  １０ｓ…面、  １０ｓｗ…側面、  １７…第７磁性層、  １７ｍ…磁化、  １７ｓ…面、  ２０…第２磁性層、  ２０Ｆ…第２磁性膜、  ２０ｍ…磁化、  ２０ｗ…側面、  ２１、２２…第１、第２部分、  ２１ｍ、２２ｍ…磁化、  ３０、３０ａ、３０ｂ…第３磁性層、  ３０Ｆ…第３磁性膜、  ３０Ｌ…長さ、  ３０ｃ…領域、  ３０ｍ…磁化、  ３０ｓ…面、  ３０ｓｗ、ｗ…側面、  ３１ｎ…第１非磁性層、  ３１ｎｆ…第１非磁性膜、  ３１ｗ…側面、  ３２ｎ〜３５ｎ…第２〜第５非磁性層、  ４０…第４磁性層、  ４０Ｌ…長さ、  ４０ｍ…磁化、  ５０…第５磁性層、  ５０ｍ…磁化、  ５１…磁気シールド、  ５２…保護層、  ６０…第６磁性層、  ６０ｍ…磁化、  ７２…磁化、  ７２ａ…垂直磁化成分、  ７２ｂ…面内磁化成分、  ８１〜８３…第１〜第３導電層、  ８５Ａ〜８５Ｃ…マスク、  ８５ｗ…側面、  ８６Ａ、８６Ｂ…マスク、  ８６ｈ…開口部、  ９１…第１配線、  ９２…第２配線、  ９５Ａ、９５Ｂ…基板、  ９６…絶縁膜、  ９７ａ、９７ｂ…第１、第２半導体領域、  ９７ｃ…ゲート電極、  ９７ｔ…トランジスタ、  ９８ａ〜９８ｃ…配線、  １１０、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２、１１３、１２１〜１３１、１３４、１３５、１４１…磁気記憶素子、  １５０…ＭＴＪ素子、  ２００、２００Ｆ、２０１、２０１Ｆ…層間絶縁膜、  ２００ａ、２００ｂ、２０１ａ、２０１ｂ…絶縁膜、  ３００…基板、  ３００ａ、３００ｂ…一部、  ３０１…素子分離領域、  ３０３…第３半導体領域、  ３０４…第４半導体領域、  ３０５…ゲート電極、  ３０６…ゲート絶縁膜、  ３０７…配線、  ３０８、３０９…コンタクト、  ３１０…層間絶縁膜、  ３４０、３５０…第５導電層、  ４００、４０２、４５１、４６１…コンタクト、  ４０１、４５０、４６０…配線、  ５５０…制御部、  ６１１〜６１３、６２０…不揮発性記憶装置、  ６２１…ロウデコーダ、  ６２２ａ…書き込み回路、  ６２２ｂ…読み出し回路、  ６２３…カラムデコーダ、  ／ＢＬ、ＢＬ…ビット線、  Ｄｎ…ドレイン領域、  Ｌ１〜Ｌ３…長さ、  Ｌｘ、Ｌｙ…長さ、  ＭＣ…メモリセル、  ＭＣＡ…メモリセルアレイ、  ＳＢ０…積層体、  ＳＢ１、ＳＢ２…第１、第２積層部、  ＳＤ１…積層方向、  ＳＤ２…面内方向、  ＳＳ０、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳｎ…側面、  Ｓｃ…ソース領域、  ＴＲ…選択トランジスタ、  ＷＬ…ワード線、  ｅ１、ｅ２…電子電流、  ｅ３…センス電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月14日(2017.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性層と、
第２磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられた第３磁性層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、  
前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含み、前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において、前記第３磁性層の少なくとも一部と重なる磁気記憶素子。
【請求項２】
前記第１磁性層の磁化及び前記第３磁性層の磁化は、実質的に固定され、
前記第２磁性層の磁化の方向は可変である、請求項１記載の磁気記憶素子。
【請求項３】
前記第１方向に沿った前記第１磁性層の磁化成分は、前記第２方向における前記第１磁性層の磁化成分よりも大きく、
前記第１方向に沿った前記第３磁性層の磁化成分は、前記第２方向における前記第３磁性層の磁化成分よりも大きい、請求項１または２に記載の磁気記憶素子。
【請求項４】
前記第１磁性層の前記第２部分は、前記第２方向において、前記第２磁性層と重ならない、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項５】
前記第１磁性層の前記第２部分は、第１領域と第２領域とを含み、
前記第２方向において、前記第１領域と前記第２領域との間に、前記第３磁性層の前記少なくとも一部が設けられた、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項６】
前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向の前記第１磁性層の長さは、前記第２方向の前記第１磁性層の長さよりも長く、
前記第１領域及び前記第２領域は、前記第３方向に延びる、請求項５記載の磁気記憶素子。
【請求項７】
前記第３方向において前記第２磁性層と離間して設けられた第４磁性層をさらに備え、
前記第４磁性層は、前記第１方向において前記第３磁性層と離間して設けられ、
前記第４磁性層の磁化の方向は可変である、
請求項６記載の磁気記憶素子。
【請求項８】
前記第２部分は、前記第３磁性層に接する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気記憶素子。
【請求項９】
第１磁性層と、
第２磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられた第３磁性層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
を備え、
前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含み、
前記第２部分は、前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において前記第３磁性層と対向する面を有する、磁気記憶素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶素子と、
前記磁気記憶素子と電気的に接続された制御部と、
を備えた不揮発性記憶装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、磁気記憶素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第３磁性層と、第１非磁性層と、を含む。第３磁性層は、前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられる。第１非磁性層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含む。前記第２部分の少なくとも一部は、前記第１磁性層の前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において、前記第３磁性層の少なくとも一部と重なる。
本発明の別の実施形態によれば、磁気記憶素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第３磁性層と、第１非磁性層と、を含む。第３磁性層は、前記第１磁性層の第１部分と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第１非磁性層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層は、前記第１磁性層の前記第１部分とは異なる第２部分をさらに含む。前記第２部分は、前記第１部分から前記第２磁性層に向かう第１方向に対して直交する第２方向において前記第３磁性層と対向する面を有する。