(57)【要約】【課題】信頼性の高い書込動作を行なうことができる磁気記憶装置を提供する。【解決手段】ライト線ＷＴは平面形状がライト線中心軸ＣＷＴを中心軸としてライト線中心軸ＣＷＴに沿って延びる部分を有している。ビット線ＢＬは、平面形状がライト線中心軸ＣＷＴと交差するビット線中心軸ＣＢＬを中心軸としてビット線中心軸ＣＢＬに沿って延びる部分を有している。記録層３は平面形状が磁化容易軸に対して非対称である。記録層３の平面形状に外接する矩形の重心ＤＰとライト線中心軸ＣＷＴおよびビット線中心軸ＣＢＬの交点ＡＰとの距離に比して、記録層３の平面形状の重心ＧＰと交点ＡＰとの距離が小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、平面形状が第１の軸を中心軸として前記第１の軸に沿って延びる部分を有する第１配線と、
前記基板上に設けられ、平面形状が前記第１の軸と交差する第２の軸を中心軸として前記第２の軸に沿って延びる部分を有し、前記基板の厚み方向の間隔を空けて前記第１配線と交差する第２配線と、
磁化容易軸を有しかつ平面形状が前記磁化容易軸に対して非対称である記録層と、固定された磁化方向を有する固着層とを含み、前記第１および第２配線が前記間隔を空けて互いに交差する領域において前記第１および第２配線に少なくとも一部が挟まれた磁気記憶素子とを備え、
前記記録層の平面形状に外接する矩形の重心と前記第１および第２の軸の交点との距離に比して、前記記録層の平面形状の重心と前記交点との距離が小さい、磁気記憶装置。
【請求項２】
前記記録層の平面形状の重心と前記交点との距離は、前記記録層の平面形状の重心と前記矩形の重心との距離の半分以下である、請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項３】
前記記録層の平面形状の重心と前記交点とが一致している、請求項１に記載の磁気記憶装置。
【請求項４】
前記記録層の平面形状は、前記磁化容易軸に垂直な軸に対して対称である、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項５】
前記記録層の平面形状は、前記磁化容易軸に垂直な軸に対して非対称である、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項６】
前記記録層の平面形状は、少なくとも前記磁化容易軸に垂直な軸方向に直線状の外形部を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項７】
前記固着層の磁化方向および前記磁化容易軸の方向のそれぞれは、前記記録層の平面形状に外接する矩形形状における短辺方向である、請求項１〜６のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項８】
前記第１および第２の軸の少なくともいずれかが磁化容易軸に対して傾いている、請求項１〜７のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項９】
前記記録層の膜厚方向の断面形状は、前記固着層側に向かって前記記録層の膜厚方向に垂直な方向の面積が大きくなるような形状を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項１０】
前記記録層の膜厚方向の断面形状が台形であり、前記台形の断面形状における底面と側面とで作る角度が４５度以上８０度以下である、請求項９に記載の磁気記憶装置。
【請求項１１】
前記記録層は、前記記録層の主成分となる強磁性体の第１相と、前記第１相に対して飽和磁化が小さい強磁性もしくは常磁性を示す第２相とを有し、前記第２相は前記固着層側から前記記録層表面に向かって連続的に含有割合を増していく構造を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項１２】
前記記録層は、飽和磁化の大きな第１の強磁性層と、飽和磁化の小さな第２の強磁性層との少なくとも２層を有する積層膜構造からなり、前記第１の強磁性層が前記第２の強磁性層よりも前記固着層側に配置されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【請求項１３】
前記記録層は、実効磁化の大きな第１の強磁性層と、実効磁化の小さな第２の強磁性層と、前記第１および第２の強磁性層間に挟まれる非磁性層との少なくとも３層を有する積層膜構造からなり、前記第１の強磁性層が前記第２の強磁性層よりも前記固着層側に配置されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気記憶装置に関し、特に、磁気抵抗効果素子を用いた磁気記憶装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗（ＭＲ：magnetoresistive）効果は、磁性体に磁界を加えることにより電気抵抗が変化する現象であり、磁界センサや磁気ヘッドなどに利用されている。特に、非常に大きな磁気抵抗効果を示す巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：giant magnetoresistance）効果材料として、Ｆｅ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ｃｕなどの人工格子膜などが非特許文献１、２で紹介されている。
【０００３】
また、強磁性層間の交換結合作用がなくなる程度に厚い非磁性金属層を持つ強磁性層／非磁性層／強磁性層／反強磁性層からなる積層構造を用いた磁気抵抗効果素子が提案されている。この素子では、強磁性層と反強磁性層とが交換結合されて、その強磁性層の磁気モーメントが固定され、他方の強磁性層のスピンのみが外部磁場で容易に反転できるようにされている。これが、いわゆるスピンバルブ膜として知られている素子である。この素子では、２つの強磁性層間の交換結合が弱いために小さな磁場でスピンが反転できる。このため、スピンバルブ膜は上記交換結合膜に比べて高感度の磁気抵抗素子を提供することができる。反強磁性体としては、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどが用いられている。このスピンバルブ膜は、高密度磁気記録用再生ヘッドに用いられており、使用の際には膜面内方向に電流が流される。
【０００４】
一方、膜面に対して垂直方向に電流を流す垂直磁気抵抗効果を利用すると、更に大きな磁気抵抗効果が得られることが、非特許文献３に示されている。
【０００５】
さらには、強磁性トンネル接合によるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto-resistive）効果も、非特許文献４に示されている。このトンネル磁気抵抗は、強磁性層／絶縁層／強磁性層からなる３層膜において、外部磁界によって２つの強磁性層のスピンを互いに平行あるいは反平行にすることにより、膜面垂直方向のトンネル電流の大きさが異なることを利用したものである。
【０００６】
近年では、ＧＭＲおよびＴＭＲ素子を、不揮発性磁気記憶半導体装置（ＭＲＡＭ：magnetic random access memory）に利用する研究が、たとえば非特許文献５〜７に示されている。
【０００７】
この場合、保磁力の異なる２つの強磁性層で非磁性金属層を挟んだ擬スピンバルブ素子や強磁性トンネル効果素子が検討されている。ＭＲＡＭへ利用する場合には、これらの素子をマトリックス状に配置し、別に設けられた配線に電流が流されることで磁界が印加され、各素子を構成する２つの磁性層が互いに平行、反平行に制御されることにより、"１"、"０"が記録される。読み出しはＧＭＲやＴＭＲ効果を利用して行なわれる。
【０００８】
ＧＭＲ効果よりもＴＭＲ効果を利用した方が低消費電力であるため、ＭＲＡＭにおいては主としてＴＭＲ素子を用いることが検討されている。ＴＭＲ素子を利用したＭＲＡＭでは、室温でＭＲ変化率が２０％以上と大きく、かつトンネル接合における抵抗が大きいので、より大きな出力電圧が得られる。またＴＭＲ素子を利用したＭＲＡＭでは、読み出し時にスピン反転をする必要がなく、それだけ小さい電流で読み出しが可能である。このためＴＭＲ素子を利用したＭＲＡＭは高速書き込み・読み出し可能な低消費電力型の不揮発性半導体記憶装置として期待されている。
【０００９】
ＭＲＡＭの書き込み動作においては、ＴＭＲ素子における強磁性層の磁気特性が制御されることが望まれる。具体的には、非磁性層を挟む２つの強磁性層の相対的な磁化方向を、平行・反平行に制御する技術、および所望のセルにおける一方の磁性層を確実かつ効率的に磁化反転する技術が望まれる。非磁性層を挟む２つの強磁性層の相対的な磁化方向を、交差する２つの配線を用いて膜面内において均一に平行・反平行に制御する技術は、たとえば特許文献１、３、４に示されている。
【００１０】
特許文献３によれば、ＭＲＡＭのメモリセルには、交差する２つの配線層と、磁気記憶素子と、トランジスタ素子と、磁気記憶素子およびトランジスタ素子を電気的に接続する接続部材とが必要とされる。磁気記憶素子は、強磁性体である記録層と、固着層と、記録層および固着層に挟まれた非磁性層とを有している。
【００１１】
またＭＲＡＭでは、高集積化のためにセルの微細化が実施された場合、磁性層の膜面方向の大きさに依存して反磁界により反転磁界が増大する。これにより書き込み時に大きな磁界が必要となり、消費電力も増大する。このため、特許文献２、５、６に示されるように強磁性層の形状を最適化し、磁化反転を容易にする技術が提案されている。
【００１２】
この磁化反転は、選択された交差する２つの配線層の双方に電流が流されることで生じる合成磁界によって、特定の磁気記憶素子の記録層について選択的に行なわれる。この際、磁気記憶素子における記録層の形状が、磁化困難軸に対して対称とされ、かつ磁化容易軸に関して非対称とされていれば、書き換えに用いることができる磁界範囲を拡大することができることが特許文献５、６に開示されている。
【非特許文献１】D. H. Mosca et al., "Oscillatory interlayer coupling and giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 94 (1991) pp.L1-L5
【非特許文献２】S. S. P. Parkin et al., "Oscillatory Magnetic Exchange Coupling through Thin Copper Layers", Physical Review Letters, vol.66, No.16, 22 April 1991, pp.2152-2155
【非特許文献３】W. P. Pratt et al., "Perpendicular Giant Magnetoresistances of Ag/Co Multilayers", Physical Review Letters, vol.66, No.23, 10 June 1991, pp.3060-3063
【非特許文献４】T. Miyazaki et al., "Giant magnetic tunneling effect in Fe/Al2O3/Fe junction", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 139 (1995), pp.L231-L234
【非特許文献５】S. Tehrani et al., "High density submicron magnetoresistive random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5822-5827
【非特許文献６】S. S. P. Parkin et al., "Exchange-biased magnetic tunnel junctions and application to nonvolatile magnetic random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5828-5833
【非特許文献７】ISSCC 2001 Dig of Tech. Papers, p.122
【特許文献１】特開平１１−２７３３３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０６３７号公報
【特許文献３】特開２０００−３５３７９１号公報
【特許文献４】米国特許第６，００５，８００号明細書
【特許文献５】特開２００４−２９６８５８号公報
【特許文献６】米国特許第６，５７０，７８３号明細書
【特許文献７】特開２００５−３１０９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで磁気記憶素子がマトリクス状に多数並べられた場合を考える。このとき、上記従来のＭＲＡＭでは、通常、交差する２つの配線層の交差部中心近傍と、磁気記憶素子の記録層の平面形状に外接する矩形形状の重心位置とが平面視上でほぼ一致するように配置されている。
【００１４】
このように記録層が配置されると、製造工程ばらつきなどに起因して記録層の位置ずれが生じた場合に、磁化反転に必要な配線電流が大きく変動するという問題があった。この結果、特定の磁気記憶素子に対して選択的な書込動作を確実に行なうことができる磁界範囲が狭められてしまうので、書込動作の信頼性が低下してしまうという問題があった。
【００１５】
それゆえ、本発明の目的は、信頼性の高い書込動作を行なうことができる磁気記憶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本実施の形態における磁気記憶装置は、基板と、第１および第２配線と、磁気記憶素子とを有している。第１配線は、基板上に設けられ、平面形状が第１の軸を中心軸として第１の軸に沿って延びる部分を有している。第２配線は、基板上に設けられ、平面形状が第１の軸と交差する第２の軸を中心軸として第２の軸に沿って延びる部分を有し、基板の厚み方向の間隔を空けて第１配線と交差している。磁気記憶素子は、記録層と固着層とを含み、第１および第２配線が間隔を空けて互いに交差する領域において第１および第２配線に少なくとも一部が挟まれている。記録層は、磁化容易軸を有し、かつ平面形状が磁化容易軸に対して非対称である。固着層は、固定された磁化方向を有している。記録層の平面形状に外接する矩形の重心と第１および第２の軸の交点との距離に比して、記録層の平面形状の重心と交点との距離が小さい。
【発明の効果】
【００１７】
本実施の形態の磁気記憶装置によれば、記録層と配線層との相対位置のずれに起因して磁化反転電流がばらつくことが抑制されることにより、書込みされる磁気記憶素子の選択がより確実に行なわれるので、信頼性の高い書込動作を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（メモリセルの回路と構造）
まず、本発明の実施の形態における磁気記憶装置に関し、磁気記憶装置のメモリセルの回路について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態における磁気記憶装置のメモリセルの回路図である。図１を参照して、磁気記憶装置では、１つのメモリセルＭＣ（点線枠内）は、素子選択用トランジスタＴＲと磁気記憶素子（強磁性トンネル接合素子）ＭＭとから構成されている。メモリセルＭＣはマトリクス状に複数形成されている。
【００２０】
その磁気記憶素子ＭＭに対して、情報の書き換えと読み取りを行なうためのライト線ＷＴとビット線ＢＬとが交差する。ライト線ＷＴは、一方向（たとえば列）に並んで配置された磁気記憶素子ＭＭに沿って延びているが、磁気記憶素子ＭＭとは電気的には接続されていない。ビット線ＢＬは、他方向（たとえば行）に並んで配置された磁気記憶素子ＭＭのそれぞれの一端の側に電気的に接続されている。
【００２１】
磁気記憶素子ＭＭの他端の側は、素子選択用トランジスタＴＲのドレイン側と電気的に接続されている。一方向に並んで配置された複数の素子選択用トランジスタＴＲのそれぞれのゲートが、ワード線ＷＤによって互いに電気的に接続されている。また、他方向に並んで配置された複数の素子選択用トランジスタＴＲのそれぞれのソース側が、ソース線ＳＬによって電気的に接続されている。
【００２２】
次に、本実施の形態における磁気記憶装置の構造について説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、半導体基板１１におけるメモリセル領域ＭＲでは、素子分離絶縁膜１２によって区切られた素子形成領域の表面（半導体基板１１の表面）に素子選択用トランジスタＴＲが形成されている。素子選択用トランジスタＴＲは、ドレイン領域Ｄと、ソース領域Ｓと、ゲート電極本体Ｇとを主に有している。ドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓは、互いに所定の距離を開けて半導体基板１１の表面に形成されている。ドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓは、互いに所定導電型の不純物領域から形成されている。ゲート電極本体Ｇは、ドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓに挟まれる領域上にゲート絶縁膜ＧＩを介在して形成されている。ゲート電極本体Ｇの側壁は、サイドウォール状の側壁絶縁膜ＳＩによって覆われている。
【００２３】
素子選択用トランジスタＴＲを覆うように層間絶縁膜１３が形成されている。この層間絶縁膜１３にはその上面からドレイン領域Ｄに達する孔が設けられている。この孔内には接続部材１４が形成されている。層間絶縁膜１３上には、層間絶縁膜１５が形成されている。この層間絶縁膜１５にはその上面から接続部材１４に達する孔と層間絶縁膜１３に達する孔とが形成されている。これらの孔の各々にはライト線ＷＴと接続部材１６とが形成されている。その接続部材１６は、接続部材１４によってドレイン領域Ｄと電気的に接続されている。
【００２４】
ライト線ＷＴと接続部材１６とを覆うように、層間絶縁膜１３上に層間絶縁膜１７が形成されている。この層間絶縁膜１７にはその上面から接続部材１６に達する孔が設けられている。この孔内には接続部材１８が形成されている。層間絶縁膜１７上には、導電層１９と、磁気記憶素子ＭＭとが形成されている。その導電層１９は、接続部材１８、１６、１４によってドレイン領域Ｄと電気的に接続されている。
【００２５】
磁気記憶素子ＭＭは磁気抵抗効果素子であり、下から順に積層された、固着層１と、非磁性層であるトンネル絶縁層２と、記録層３とを有している。固着層１は、導電層１９に接するように形成されている。
【００２６】
磁気記憶素子ＭＭを覆うように保護膜２０が形成されており、その保護膜２０上に層間絶縁膜２１が形成されている。この保護膜２０および層間絶縁膜２１には、これらの膜２０、２１を貫通して記録層３に達する孔が設けられている。この孔内には、接続部材２３が形成されている。層間絶縁膜２１上には、ビット線ＢＬが形成されている。このビット線ＢＬは、接続部材２３によって磁気記憶素子ＭＭに電気的に接続されている。
【００２７】
ビット線ＢＬを覆うように層間絶縁膜２６が形成されている。その層間絶縁膜２１上には、所定の配線層２９および絶縁層２８が形成されている。
【００２８】
一方、半導体基板１１における周辺（論理）回路領域ＲＲでは、論理回路を構成するトランジスタＴＲＡが形成されている。このトランジスタＴＲＡは、半導体基板１１の表面に互いに所定の距離を置いて形成された１対のソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄと、その１対のソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄに挟まれる領域上にゲート絶縁膜ＧＩを介して形成されたゲート電極Ｇとを有している。ゲート電極Ｇの側壁は、サイドウォール状の側壁絶縁膜ＳＩによって覆われている。
【００２９】
このトランジスタＴＲＡの上には、所定の配線層１６、２５、２９と、その各配線層１６、２５、２９を電気的に接続する為の接続部材１４、２３、２７と、層間絶縁膜１３、１５、１７、２１、２４、２６、２８とが形成されている。
【００３０】
次に、メモリセルの構造についてさらに詳しく説明する。
図３は磁気記憶素子ＭＭの付近の構成を概略的に示す斜視図である。図３を参照して、情報としての磁化が行われる磁気記憶素子ＭＭは、ライト線ＷＴとビット線ＢＬとが交差する領域において、ライト線ＷＴとビット線ＢＬとに上下方向から挟み込まれるように配置されている。磁気記憶素子ＭＭは、たとえば固着層１、トンネル絶縁層２および記録層３の積層構造とされる。固着層１では、磁化の方向が固定されている。また、記録層３では、所定の配線（たとえばビット線ＢＬ）に流れる電流によって生じる磁界やスピン偏極した電子の注入によって磁化方向が変化する。
【００３１】
その磁気記憶素子ＭＭの固着層１が、図２に示すように導電層１９および接続部材１８、１６、１４を介して素子選択用トランジスタＴＲのドレイン領域Ｄに電気的に接続されている。一方、磁気記憶素子ＭＭの記録層３側は、接続部材２３を介してビット線ＢＬに電気的に接続されている。
【００３２】
図４は、本発明の一実施の形態における磁気記憶素子の構成を概略的に示す断面図である。図４を参照して、本実施の形態では、記録層３は、その平面視上の面積が固着層１側に向かって面積が大きくなるように構成されている。つまり、記録層３の膜厚方向の断面形状は、固着層１側に向かって記録層３の膜厚方向に垂直な方向の面積が大きくなるような形状を有している。このため、記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置は、記録層３の膜厚方向において固着層１に近い側、具体的には、記録層３の膜厚の１／２の位置（図中一点鎖線Ａ−Ａで示す位置）よりも固着層１側に存在している。なお「膜厚方向における磁化の重心」とは、膜厚方向に垂直であり、かつ記録層３の磁気モーメントを等しい値に二分する面に含まれる位置のことである。
【００３３】
図４における記録層３の膜厚方向の断面形状は、たとえば台形で近似することができる。その台形の断面形状における底面（トンネル絶縁層２側の面）と側面とのなす角度θは、９０度未満が好ましく、８０度以下がより好ましい。また、記録層３の磁気モーメントを維持しつつ角度θが小さくされると、記録層３の平面形状、すなわち記録層３の底面の平面形状が拡がってしまう。この結果、磁気記憶素子ＭＭ部の平面視上の面積の増大、ひいてはチップサイズの増大が生じる。このため角度θは４５度以上が好ましい。
【００３４】
外部から与えられる磁界によって磁化の向きが変化する記録層３については、一般に、結晶構造や形状などによって磁化しやすい方向がある。この方向はエネルギが低い状態であり、磁化しやすい方向は磁化容易軸（Ｅａ：Easy-axis）と呼ばれる。これに対して、磁化されにくい方向は、磁化困難軸（Ｈａ：Hard-axis）と呼ばれる。
【００３５】
図５は、本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の記録層の平面形状と、磁化容易軸および磁化困難軸の方向とを説明するための概略平面図である。図５を参照して、本実施の形態においては、矢印９１に示す方向と平行な方向が、磁化容易軸６３の方向である。また、磁化容易軸６３に垂直な方向が磁化困難軸６４の方向である。
【００３６】
矩形ＲＣは、記録層３の平面形状に外接する形状を有しており、２つの辺が磁化容易軸６３と平行な図形である。記録層３の形状は、矩形ＲＣの４つの垂直な角部のうち２つの角部が曲線に置き換えられた形状を有している。以下にこの記録層３の形状について詳しく説明する。
【００３７】
記録層３の平面形状は、磁化容易軸６３方向に平行な直線部７０２、７０３と、磁化困難軸６４方向（磁化容易軸６３に垂直な軸方向）に平行な直線部７０４ａ、７０４ｂとを有している。直線部７０３は、直線部７０４ａおよび７０４ｂのそれぞれと直接接続されることで垂直な角部を形成している。一方、直線部７０２は、直線部７０４ａおよび７０４ｂのそれぞれと、曲線部７０１ａおよび７０１ｂの各々を介して接続されている。本実施の形態においては、曲線部７０１ａおよび曲線部７０１ｂは、それぞれ円弧になるように形成されている。これにより、記録層３の平面形状が、磁化容易軸６３に対して非対称かつ磁化困難軸６４（磁化容易軸６３に垂直な軸）に対して線対称になるように形成されている。
【００３８】
上記のように記録層３の平面形状が磁化容易軸６３に対して非対称であるため、一般に、記録層３の平面形状の重心ＧＰは、矩形ＲＣの重心ＤＰとは異なる位置である。なお矩形ＲＣの重心ＤＰは、矩形ＲＣの１対の対角線ＤＧ、ＤＧの交点である。
【００３９】
また、記録層３の平面形状は、磁化容易軸６３の方向の長さが磁化困難軸６４の方向の長さよりも長くなるように形成されている。すなわち矩形ＲＣは磁化容易軸６３の方向に沿った長辺を有している。矩形ＲＣの長辺と短辺との比は、たとえば１．２である。
【００４０】
なお本実施の形態においては固着層１およびトンネル絶縁層２も図５に示した記録層３の平面形状とほぼ同様の形状を有しているが、本発明はこの形態に限られず、たとえば、記録層３のみが曲線部を有するように形成され、固着層１およびトンネル絶縁層２は、平面形状が矩形になるように形成され、かつ平面視されたときに記録層３よりも大きくなるように形成されていても構わない。すなわちトンネル絶縁層２および固着層１は、平面形状が記録層３と同じ形状であってもよいし、記録層３の平面形状を含み、かつ記録層３よりも大きい面積を有する任意の平面形状であってもよい。
【００４１】
図６は、本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の、記録層、ライト線およびビット線の相対的な位置関係を示す説明図である。図５および図６を参照して、ライト線ＷＴおよびビット線ＢＬ（第１および第２配線）のそれぞれの平面形状は、ライト線中心軸ＣＷＴおよびビット線中心軸ＣＢＬ（第１および第２の軸）の各々を中心軸としている。またライト線ＷＴおよびビット線ＢＬのそれぞれの平面形状は、ライト線中心軸ＣＷＴおよびビット線中心軸ＣＢＬの各々に沿って延びている。ライト線中心軸ＣＷＴおよびビット線中心軸ＣＢＬのそれぞれは、磁化容易軸６３および磁化困難軸６４の各々と同じ方向を有している。ライト線中心軸ＣＷＴおよびビット線中心軸ＣＢＬは互いに垂直に交差することで交点ＡＰを形成している。
【００４２】
なお本実施の形態においては交点ＡＰと記録層３の重心ＧＰとが一致しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、重心ＧＰと交点ＡＰとの距離が、矩形ＲＣの重心ＤＰと交点ＡＰとの距離よりも小さければよい。好ましくは、重心ＧＰと交点ＡＰとの距離は、重心ＧＰと重心ＤＰとの距離の半分以下である。さらに好ましくは本実施の形態のように重心ＧＰが交点ＡＰと一致している。
【００４３】
（メモリセルの動作）
次に、メモリセルの動作について説明する。
【００４４】
図２を参照して、読み出し動作は、特定のメモリセルの磁気記憶素子ＭＭに所定の電流を流し、磁化の向きによる抵抗値の違いを検知することによって行われる。まず、特定のメモリセルの選択用トランジスタＴＲがＯＮ状態とされて、所定のセンス信号がビット線ＢＬから特定の磁気記憶素子ＭＭを経て、接続部材１８、１６、１４および選択用トランジスタＴＲを介してソース線ＳＬに伝わる。
【００４５】
このとき、磁気記憶素子ＭＭにおける記録層３と固着層１の磁化の向きが同じ向き（平行）の場合では抵抗値が相対的に低く、記録層３と固着層１の磁化の向きが互いに反対向き（反平行）の場合では抵抗値が相対的に高くなる。トンネル磁気抵抗効果素子は、記録層３と固着層１との各磁化方向が平行の場合には抵抗値が小さくなり、かつ記録層３と固着層１との各磁化方向が反平行の場合には抵抗値が大きくなる特性を有している。
【００４６】
これにより、磁気記憶素子ＭＭの磁化の向きが平行の場合では、ソース線ＳＬに流れるセンス信号の強度は所定の参照メモリセルの信号強度より大きくなる。一方、磁気記憶素子ＭＭの磁化の向きが反平行の場合では、センス信号の強度は所定の参照メモリセルの信号強度より小さくなる。こうして、センス信号の強度が所定の参照メモリセルの信号強度よりも大きいか小さいかによって、特定のメモリセルに書き込まれた情報が「０」であるか「１」であるかが判定されることになる。
【００４７】
書き込み（書き換え）動作については、ビット線ＢＬとライト線ＷＴに所定の電流を流し、磁気記憶素子ＭＭを磁化（磁化反転）することによって行われる。まず、選択されたビット線ＢＬとライト線ＷＴのそれぞれに所定の電流を流すことによってビット線ＢＬとライト線ＷＴのまわりにはそれぞれ電流の流れの方向に対応した磁界（図６の矢印５３ａおよび５４ａ）が生じる。選択されたビット線ＢＬとライト線ＷＴとが交差する領域に位置する磁気記憶素子ＭＭには、ビット線ＢＬを流れる電流によって生じた磁界とライト線ＷＴを流れる電流によって生じた磁界との合成磁界（図６の矢印５５ａ）が作用することになる。
【００４８】
このとき、その合成磁界によって、磁気記憶素子ＭＭの記録層３が固着層１の磁化の方向と同じ向きに磁化される態様と、記録層３が固着層１の磁化の方向とは反対の向きに磁化される態様とがある。こうして、記録層３と固着層１の磁化の向きが同じ向き（平行）の場合と互いに反対向き（反平行）の場合とが実現されて、この磁化の向きが「０」または「１」に対応する情報として記録されることになる。
【００４９】
（磁気記憶装置の製造方法）
次に、上述した磁気記憶素子および磁気記憶装置の製造方法の一例について説明する。
【００５０】
図７〜図１１は、本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。まず、図７を参照して、半導体基板１１の主表面における所定の領域に素子分離絶縁膜１２を形成することによって、メモリセル領域ＭＲおよび周辺回路領域ＲＲが形成される。そのメモリセル領域ＭＲおよび周辺回路領域ＲＲに位置する半導体基板１１の表面にゲート絶縁膜ＧＩを介してゲート電極本体Ｇが形成される。そのゲート電極本体Ｇなどをマスクとして半導体基板１１の表面に所定導電型の不純物を導入することにより、不純物領域からなるドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓと、１対のソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄが形成される。こうして、メモリセル領域ＭＲでは、ゲート電極Ｇ、ドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓを含む素子選択用トランジスタＴＲが形成され、周辺回路領域ＲＲでは、論理回路を構成するトランジスタＴＲＡが形成される。
【００５１】
その素子選択用トランジスタＴＲおよびトランジスタＴＲＡを覆うように、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により層間絶縁膜１３が形成される。その層間絶縁膜１３に対して所定の写真製版およびエッチングを施すことによって、半導体基板１１の表面を露出するコンタクトホール１３ａ、１３ｂが形成される。そのコンタクトホール１３ａ、１３ｂを充填するように層間絶縁膜１３上にたとえばタングステン層（図示せず）が形成される。そのタングステン層に対してＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を施すことによって、層間絶縁膜１３の上面上に位置するタングステン層の部分が除去される。
【００５２】
図８を参照して、上記のタングステン層の除去により、コンタクトホール１３ａ、１３ｂ内の各々にタングステン層が残存されて接続部材１４が形成される。
【００５３】
図９を参照して、たとえばＣＶＤ法により層間絶縁膜１３上にさらに層間絶縁膜１５が形成される。その層間絶縁膜１５に所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、メモリセル領域ＭＲでは、ライト線および所定の配線層を形成するための開口部１５ａ、１５ｂが形成される。また、周辺回路領域ＲＲでは、所定の配線層を形成するための開口部１５ｃが層間絶縁膜１５に形成される。その開口部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを充填するように、層間絶縁膜１５上にたとえば銅層（図示せず）が形成される。その銅層にＣＭＰ処理を施すことによって、層間絶縁膜１５の上面上に位置する銅層が除去されて、開口部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ内に銅層が残存される。これにより、メモリセル領域ＭＲでは開口部１５ａ内にライト線ＷＴ、開口部１５ｂ内に配線層１６が形成される。また周辺回路領域ＲＲでは開口部１５ｃ内に配線層１６が形成される。
【００５４】
なお、開口部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを充填する銅層の形成においては、銅層と層間絶縁膜との反応を防止するための反応防止層が積層される場合がある。さらに、ライト線ＷＴの形成時には、配線電流磁界を所定の磁気記憶素子へ集中させるため、銅層は高透磁率膜と積層される場合がある。
【００５５】
図１０を参照して、層間絶縁膜１５上にたとえばＣＶＤ法によりさらに層間絶縁膜１７が形成される。その層間絶縁膜１７に所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、配線層１６の表面を露出するコンタクトホール１７ａが形成される。そのコンタクトホール１７ａ内を充填するように層間絶縁膜１７上にたとえば銅層（図示せず）が形成される。その銅層にたとえばＣＭＰ処理等を施すことによって層間絶縁膜１７の上面上に位置する銅層が除去され、コンタクトホール１７ａ内に銅層が残存されて接続部材１８が形成される。
【００５６】
次に、メモリセル領域ＭＲにおける層間絶縁膜１７の上に、導電層１９と磁気記憶素子ＭＭとが形成される。その磁気記憶素子ＭＭは、固着層１と、トンネル絶縁層２と、記録層３との積層膜から構成される。まず、固着層１となる膜として、たとえば膜厚約２０ｎｍの白金マンガン膜（反強磁性層）と膜厚約３ｎｍのコバルト合金膜（強磁性層）が順次形成される。次に、トンネル絶縁層２となる膜として、たとえば膜厚約１ｎｍのアルミニウム酸化膜が形成される。そして、記録層３としては、たとえば膜厚約３ｎｍのニッケル合金膜が形成される（いずれも図示せず）。なお、白金マンガン膜、コバルト合金膜、アルミニウム酸化膜、ニッケル合金膜は、たとえばスパッタ法によって形成される。
【００５７】
その後、そのニッケル合金膜、アルミニウム酸化膜、コバルト合金膜および白金マンガン膜に所定の写真製版およびエッチングを施すことによって、固着層１、トンネル絶縁層２および記録層３を備えた所定形状の磁気記憶素子ＭＭが形成されることになる。一般的に、エッチング後のレジストパターン除去においてドライプロセス（アッシング）を用いる場合には酸素を主成分とするガスが使用される。好ましくは、固着層１、記録層３の構成材料に対して酸化性でないガス、たとえば水素、窒素、アンモニア、およびそれらの混合ガスを用い、固着層１、記録層３の酸化が抑制される。
【００５８】
なお記録層３の断面形状を台形形状などのテーパ状の形状とする方法としては、たとえば記録層３のパターニングをドライエッチングを用いて行なえばよい。さらに具体的には、たとえばイオンビームエッチングを用いる方法がある。この方法では、半導体基板１１の基板面の法線に対して傾斜した角度でＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスのイオンビームが入射される。この際、半導体基板１１が基板面の法線方向を保持しつつ回転される。また別の方法としては、Ｃｌ（塩素）系あるいはＣＯ（一酸化炭素）系ガスを含む反応性ガスを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Etching)による方法がある。この方法の場合は、エッチングのためのマスク（たとえばレジストマスクもしくは金属／酸化物からなるハードマスク）が、あらかじめテーパ形状とされるか、あるいはエッチング中に後退させられる。
【００５９】
また、固着層１は、反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層の積層構造とする場合がある。また、記録層３は、磁気特性の異なる強磁性膜の積層や強磁性層／非磁性層／強磁性層の積層構造としても問題ない。
【００６０】
図１１を参照して、磁気記憶素子ＭＭがその後のプロセスによってダメージを受けないように、磁気記憶素子ＭＭを覆うように保護膜２０が形成される。その保護膜２０を覆うように層間絶縁膜１７上にたとえばＣＶＤ法によりさらに層間絶縁膜２１が形成される。メモリセル領域ＭＲでは、その層間絶縁膜２１および保護膜２０に所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、記録層３の表面を露出するコンタクトホール２１ａが形成される。また周辺回路領域ＲＲでは、その層間絶縁膜２１および層間絶縁膜１７に所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、配線層１６の表面に達するコンタクトホール２１ｂが形成される。これらのコンタクトホール２１ａ、２１ｂ内を充填するように層間絶縁膜２１上にたとえば銅層（図示せず）が形成される。その銅層にたとえばＣＭＰ処理等を施すことによって層間絶縁膜２１の上面上に位置する銅層が除去され、コンタクトホール２１ａ、２１ｂ内の各々に銅層が残存されて接続部材２３が形成される。
【００６１】
その層間絶縁膜２１を覆うように層間絶縁膜２１上にたとえばＣＶＤ法によりさらに層間絶縁膜２４が形成される。その層間絶縁膜２４に所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、メモリセル領域ＭＲでは層間絶縁膜２４にビット線を形成するための開口部が形成され、周辺回路領域ＲＲでは層間絶縁膜２４に開口部２４ａが形成される。これらの開口部内を充填するように層間絶縁膜２４上にたとえば銅層（図示せず）が形成される。その銅層にたとえばＣＭＰ処理等を施すことによって層間絶縁膜２４の上面上に位置する銅層が除去され、ビット線用の開口部内に銅層が残存されてビット線ＢＬが形成され、開口部２４ａ内には銅層が残存されて配線層２５が形成される。
【００６２】
なお上記においてはシングルダマシン法について説明したが、層間絶縁膜２１の形成後に、さらに層間絶縁膜２４を形成し、それらの層間絶縁膜２１、２４に対して、デュアルダマシン法により所定の接続部材と配線層が形成されてもよい。この場合、まず層間絶縁膜２４に対して所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、メモリセル領域ＭＲでは、ビット線を形成するための開口部（図示せず）が形成される。周辺回路領域ＲＲでは、配線層を形成するための開口部２４ａが形成される。次に、層間絶縁膜２１に対して所定の写真製版およびエッチングを施すことにより、メモリセル領域ＭＲでは、磁気記憶素子ＭＭの記録層３の表面に達するコンタクトホール２１ａが形成される。周辺回路領域ＲＲでは、配線層１６の表面に達するコンタクトホール２１ｂが形成される。なお、層間絶縁膜２１、２４にコンタクトホールを形成した後に、層間絶縁膜２４に開口部２４ａなどが形成されてもよい。
【００６３】
次に、コンタクトホール２１ａ、２１ｂおよび開口部２４ａなどの内部を充填するように層間絶縁膜２４上にたとえば銅層（図示せず）が形成される。その銅層にたとえばＣＭＰ処理等を施すことによって層間絶縁膜２４の上面上に位置する銅層の部分が除去される。これにより、メモリセル領域ＭＲでは、コンタクトホール２１ａ内を埋め込んで記録層３に電気的に接続される接続部材２３が形成されると共に、開口部内にはその接続部材２３に電気的に接続されるビット線ＢＬが形成される。なお、接続部材２３を用いなくても、ビット線ＢＬと記録層３とが電気的に接続できれば問題はない。一方、周辺回路領域ＲＲでは、コンタクトホール２１ｂ内に配線層１６に電気的に接続される接続部材２３が形成されるとともに、開口部２４ａ内には接続部材２３に電気的に接続される配線層２５が形成される。
【００６４】
図２を参照して、上記で形成されたビット線ＢＬおよび配線層２５を覆うように、層間絶縁膜２４上に、さらに層間絶縁膜２６が形成される。周辺回路領域ＲＲにおいては層間絶縁膜２６に孔が形成され、その孔に接続部材２７が形成される。この層間絶縁膜２６上にさらに層間絶縁膜２８が形成される。その層間絶縁膜２８に開口部が形成され、その開口部に配線層２９が形成される。
【００６５】
なお上記においてはシングルダマシン法について説明したが、層間絶縁膜２６の形成後に、さらに層間絶縁膜２８を形成し、それらの層間絶縁膜２６、２８に対して、上記と同様にデュアルダマシン法により接続部材２７と配線層２９が形成されてもよい。
【００６６】
以上により、本実施の形態の磁気記憶装置が製造される。
なお、上述した磁気記憶装置の製造方法では、接続部材１４などとして、タングステン層を例に挙げて説明したが、たとえばシリコンが適用されてもよい。また、銅、チタンあるいはタンタルなどの金属が適用されてもよい。さらに、このような金属の合金やこのような金属の窒化物なども適用することができる。また、接続部材１４などの形成方法としてＣＭＰ法あるいはＲＩＥ法を例に挙げて説明したが、たとえばメッキ法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などが適用されてもよい。金属として銅を適用する場合には、いわゆるダマシン法を適用することができ、接続部材１４と並行して配線層を形成することもできる。
【００６７】
また、ライト線ＷＴの形成方法としてシングルダマシン法を例に挙げて説明したが、ライト線ＷＴを接続部材１４と同時に形成する場合には、デュアルダマシン法を適用することもできる。さらに、配線材料としてシリコン、タングステン、アルミニウム、チタンなどの金属、そのような金属の合金あるいはそのような金属の化合物を適用することによって、ドライエッチングによる配線の形成も可能になる。
【００６８】
また配線層と配線層との間に介在する層間絶縁膜の膜厚は適用デバイスによって異なることになるが、この磁気記憶装置では、当該膜厚はたとえば約４０ｎｍである。
【００６９】
また磁気記憶素子ＭＭのトンネル絶縁層２としてアルミニウム酸化物を例に挙げて説明したが、トンネル絶縁層２としては非磁性材料が好ましい。たとえばアルミニウム、シリコン、タンタル、マグネシウムなどの金属の酸化物、その金属の窒化物、シリケートなどに代表されるその金属の合金酸化物、あるいはその合金の窒化物などがトンネル絶縁層２として好ましい。また、そのトンネル絶縁層２は、膜厚約０．３〜５ｎｍ程度の比較的薄い膜として形成されることが好ましい。なお、トンネル絶縁層２に換えて非磁性金属材料を用いる場合には、いわゆる膜面に対して垂直方向の巨大磁気抵抗効果を利用することもできる。
【００７０】
さらに、磁気記憶素子ＭＭの固着層１として白金マンガン合金膜とコバルト鉄合金膜との積層構造を例に挙げ、記録層３としてニッケル鉄合金膜を例に挙げたが、固着層１および記録層３については、たとえばニッケル、鉄および／またはコバルトを主成分とする強磁性材料が好ましい。さらに、その強磁性材料の磁気特性向上と熱的安定性のため、それら強磁性材料にホウ素、窒素、シリコン、モリブデンなどの添加物が導入されてもよい。特に、記録層３に対しては、記録層３上に記録層３の磁気特性を改善する体心立方型、ルチル型、塩化ナトリウム型、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する結晶性材料薄膜を積層する、および／またはタンタル、ルテニウムなどの酸化防止膜を積層するなどして、磁気特性の向上・安定化を図ることも可能である。さらに、ハーフメタルと呼ばれるＮｉＭｎＳｂ、Ｃｏ2Ｍｎ（Ｇｅ,Ｓｉ）、Ｃｏ2Ｆｅ（Ａｌ,Ｓｉ）、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｆｅ2Ｏ4などを適用することも可能である。ハーフメタルでは一方のスピンバンドにエネルギギャップが存在するので、非常に大きな磁気効果を得ることができ、その結果、大きな信号出力を得ることができる。
【００７１】
固着層１では、反強磁性層と強磁性層との積層構造とすることで、磁化方向をより固定することができる。つまり、反強磁性層が強磁性層のスピンの向きを固定することで、強磁性層の磁化の方向が一定に保たれる。反強磁性層としては、鉄などの強磁性材料または貴金属の少なくとも１つと、マンガンとの化合物が好ましい。
【００７２】
なお、上述した製造方法では、この磁気記憶素子を構成する固着層１、トンネル絶縁層２および記録層３をそれぞれスパッタリング法によって形成する場合を例に挙げた。しかし、固着層１、トンネル絶縁層２および記録層３のそれぞれは、スパッタリング法の他にも、たとえばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、化学気相成長法あるいは蒸着法などにより形成することも可能である。
【００７３】
また、上述した磁気記憶装置の製造方法では、磁気記憶素子ＭＭの固着層１と接続部材１８との間に導電層１９がある場合について説明したが、固着層１と接続部材１８とが直接接続されていてもよい。また、接続部材１８を介さずに配線層１６とその導電層１９とを直接接続させた構造としてもよい。この場合、その導電層１９は、固着層１と平面視において重なるように固着層１の平面形状と同じ形状に形成されてもよい。その導電層１９の材料として、低抵抗の金属、たとえば白金、ルテニウム、銅、アルミニウム、タンタル等を適用することが好ましい。また、導電層１９の膜厚としては、その導電層の上に形成される固着層１、トンネル絶縁層２および記録層３の平坦性が損なわれないように、たとえば３００ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００７４】
なお、固着層１を記録層３と平面視において同じ大きさに形成する場合には、導電層１９が接続部材１４と接続されるように導電層１９を固着層１よりも平面視において大きく形成する必要がある。このように導電層１９が固着層１よりも平面的に大きく形成されたとしても、磁気記憶素子として何ら問題はない。
【００７５】
このように層間絶縁膜１５と磁気記憶素子ＭＭとの間に所定の導電層１９を介在させることによって、接続部材１８をたとえば銅により形成した場合には、磁気記憶素子ＭＭをエッチングによってパターニングする際に、銅の接続部材１８が腐食するのを阻止することもできる。また、その導電層１９に磁気記憶素子ＭＭの固着層１の抵抗よりも低い抵抗からなる材料を適用することで、読み出しの際の電流の経路の抵抗を下げることができ、読み出し速度の向上を図ることもできる。
【００７６】
また、さらに、上述した本実施の形態の磁気記憶装置では、磁気記憶素子ＭＭが形成された後の工程において磁気記憶素子ＭＭがダメージを受けるのを防止するために、磁気記憶素子ＭＭを覆うように保護膜２０を形成する場合を例に挙げて説明した。製造工程において磁気記憶素子ＭＭが被る可能性のあるダメージとしては、たとえば層間絶縁膜を形成する際の熱処理がある。層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する場合、約４００℃程度の酸化雰囲気のもとでシリコン酸化膜が形成されることになる。
【００７７】
このとき、酸化雰囲気のもとで磁性膜が酸化するおそれがあり、これによって、磁気記憶素子ＭＭの磁気特性が劣化してしまうことがある。磁気記憶素子ＭＭを、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜等の保護膜２０により被覆することで、保護膜２０はこの酸化のバリアとして機能して磁気記憶素子ＭＭを保護することができる。
【００７８】
また、このような酸化を防ぐために、層間絶縁膜が、シリコン窒化膜などの非酸化性雰囲気のもとで成膜可能な薄膜と、酸化性絶縁膜との２層構造とされてもよい。この場合、２層構造の層間絶縁膜のうち、シリコン窒化膜が磁気記憶素子ＭＭの保護膜となる。
【００７９】
さらに、保護膜２０としては、絶縁性金属窒化物、絶縁性金属炭化物およびＦｅよりも酸化物生成自由エネルギが低い金属の酸化処理によって形成した金属酸化物のうち少なくとも１つの材料を含む膜が好ましい。このような材料を用いることにより、少なくとも、Ｆｅを含む磁性材料薄膜を用いた磁気記憶装置の製造工程における酸化工程中に磁気記憶素子ＭＭが酸化するのを抑制することができる。その結果、製造が容易でかつ動作特性が安定した磁気記憶装置を得ることができる。
【００８０】
（作用効果）
本実施の形態の磁気記憶装置の主な作用効果について、以下に説明する。
【００８１】
図１２は、本発明の一実施の形態における記録層の重心の位置とアステロイド曲線との相関を説明するためのグラフである。図６および図１２を参照して、図６に示すように交点ＡＰと記録層３の重心ＧＰとが一致している場合、図１２の点を実測値して含むアステロイド曲線３５が得られた。またアステロイド曲線３６および３７のそれぞれは、交点ＡＰと記録層３の重心ＧＰとが距離Ｘ＞０だけずれた場合および距離２Ｘだけずれた場合の計算上のアステロイド曲線を示している。なお、この計算に際して、記録層３の強磁性材料と、この強磁性材料からなる部分の厚みとは同じとされた。図１２のグラフの横軸は磁化困難軸方向の磁界Ｈｘを生じさせるためにライト線ＷＴに流す電流ＩＷＴを示し、縦軸は磁化容易軸方向の磁界Ｈｙを生じさせるためにビット線ＢＬに流す電流ＩＢＬを示す。図中の点は、記録層３の磁化の向きが磁界Ｈｙの負の向きの状態で一定のライト線電流ＩＷＴが印加された際に磁化の向きを反転させるのに必要なビット線電流ＩＢＬが計測された結果を示す。
【００８２】
図５に示す形状を有する記録層３が採用された場合、後に図１７を用いて説明するように、アステロイド曲線３５においてライト線電流ＩＷＴが一定の値（以下、「磁化困難軸方向しきい値」という）より小さくなると、磁化容易軸方向の反転に必要なビット線電流ＩＢＬは急激に大きくなる。すなわち、ライト線電流ＩＷＴが磁化困難軸方向しきい値よりも小さい領域においてのみ、磁化反転に大きなビット線電流ＩＢＬが必要になる。
【００８３】
交点ＡＰと記録層３の重心ＡＰとの位置がずれると、磁化反転に必要な電流値が変動し、アステロイド曲線はアステロイド曲線３５からアステロイド曲線３６、３７に変化する。この結果、記録層の磁化反転を行なうことができる領域（図中ハッチング領域）４６が狭くなったり、あるいは情報の書き込みができなくなったりする。
【００８４】
従来例では、交点ＡＰ近傍と、矩形ＲＣの重心ＤＰとがほぼ一致するように配置されていた。記録層３の平面形状が磁化容易軸方向に対して非対称であれば、交点ＡＰと重心ＧＰとは一致せずに平面視上でたとえば距離Ｘだけ離れることになる。この場合の記録層のアステロイド曲線はアステロイド曲線３６と等価になる。
【００８５】
ＭＲＡＭのような高集積化デバイスでは、ライト線ＷＴ、ビット線ＢＬおよび記録層３の相対的な配置を、多数の磁気記憶素子ＭＭのすべてにおいて均一に形成することは困難である。したがって従来例において、ライト線ＷＴ、ビット線ＢＬおよび記録層３の相対的な位置がさらに距離Ｘだけずれると、重心ＧＰは交点ＡＰからＸ＋Ｘ＝２Ｘだけずれる。この結果、記録層のアステロイド曲線はアステロイド曲線３７で表され、記録層の磁化反転を行なうことができる領域４６が大幅に狭くなったり、あるいは情報の書き込みができなくなったりする。
【００８６】
本実施の形態によれば、図６に示すように、マトリクス状に並んだ磁気記憶素子ＭＭの記録層３の重心ＧＰを交点ＡＰとほぼ一致させることにより、磁化反転に必要な配線電流のばらつきを抑制することができる。よって重心ＧＰと交点ＡＰとのずれ量（距離）は、より小さくされることが好ましく、特に、重心ＧＰと重心ＤＰとの距離の半分以下とされると、上記のばらつきの抑制効果が大きく得られる。
【００８７】
次に、本実施の形態の他の作用効果について、以下に説明する。
固着層１を構成する強磁性層からの漏れ磁界が外部磁界に重畳することにより、漏れ磁界成分だけ磁化反転磁界が変化する。本実施の形態では固着層１を構成する強磁性層からの漏れ磁界は磁化困難軸方向しきい値をシフトさせることになるため、磁化困難軸方向しきい値が高磁界側にシフトした場合では、情報の書き込みができなくなることが考えられ、磁化困難軸方向しきい値が低磁界側にシフトした場合は、ビット線ＢＬおよび／またはライト線ＷＴに電流を流して形成された磁界によって非選択の磁気記憶素子が誤って磁化反転することが考えられる。すなわち、磁化困難軸方向しきい値が素子毎にばらつくと書き込みエラーが起こる可能性がある。
【００８８】
磁化困難軸方向しきい値ばらつきを低減するためには、漏れ磁界成分を全ての磁気記憶素子ＭＭでゼロにする、または、外部磁界が印加されていない場合における固着層１からの漏れ磁界を全ての磁気記憶素子ＭＭで同じにし、外部磁界が印加されている場合における固着層１の磁化の傾きを全ての磁気記憶素子ＭＭで同じにすればよい。しかしながら、ＭＲＡＭのような高集積化デバイスでは、全ての磁気記憶素子ＭＭに対して固着層１からの漏れ磁界を同じに設定することは事実上困難である。
【００８９】
本実施の形態では、固着層１からの距離が近く固着層１からの漏れ磁界の影響を受けやすい記録層３の部分の磁化を増大させる構成が採用されている。
【００９０】
図４を参照して、本実施の形態では、記録層３は、その平面視における面積が固着層１側に向かって面積が大きくなるように構成されている。このため、記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置は、記録層３の膜厚方向（図中上下方向）において固着層１に近い側、具体的には記録層３の膜厚の１／２の位置（一点鎖線Ａ−Ａ）よりも固着層１側の位置に存在する。このため、固着層１からの距離が近く漏れ磁界の影響が大きい部分での記録層３の磁化が大きくなるので、漏れ磁界成分による記録層３の磁化反転磁界のシフトが抑制される。この結果、磁化困難軸方向しきい値が漏れ磁界に対して安定になる。換言すれば、固着層１からの漏れ磁界に起因する磁化困難軸方向しきい値ばらつきを低減することができる。
【００９１】
一般に、記録層３の総磁化が大きくなると磁化反転磁界が増大することが知られている。本実施の形態では、記録層３の平面視における面積が記録層３の上面（固着層１と反対側の面）に向かって小さくなっている分だけ記録層３全体の総磁化の大きさが抑制される。このため磁化反転磁界の増大が抑制されるので、外部磁界により効率よく磁化反転を行なうことができる。
【００９２】
上記効果については、記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置が記録層３膜厚の１／２よりも固着層１側に存在すればよい。このため、記録層３の断面形状について、たとえば台形で近似すると、底面部と側面部のなす角度θが９０度より小さければ良く、８０度以下であることがより好ましい。また、底面部と側面部のなす角度θが小さい場合、磁気記憶素子ＭＭ部の平面視における面積の増大、ひいてはチップサイズの増大に繋がるため、底面部と側面部のなす角度θについては、４５度以上８０度以下であることがさらに好ましい。
【００９３】
また、底面部と側面部のなす角度θが８０度より大きい場合でも、図１３および図１４に示す構成でも上記と同様の効果が得られる。図１３は本発明の一実施の形態における磁気記憶素子の構成を概略的に示す断面図であり、図１４は図１３の記録層中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う相の含有割合の変化を示す図である。図１３を参照して、記録層３は、記録層３の主成分となる強磁性体の第１相と、その第１相の飽和磁化よりも小さな飽和磁化を持つ強磁性体の第２相もしくは常磁性を示す第２相とを有している。図１４を参照して、その第２相が固着層１側から記録層３表面に向かって連続的に含有割合を増している。記録層３がこの構造を有する場合でも記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置が記録層３の膜厚の１／２よりも固着層１側に存在することになるため、上記と同様の効果が得られる。
【００９４】
また、固着層１からの距離が近く固着層１からの漏れ磁界の影響を受けやすい記録層３の一部分の磁化を増大させるためには、記録層３を積層膜構造とすることも有効である。図１５および図１６のそれぞれは、本発明の一実施の形態の第２および第３の変形例の各々における磁気記憶素子の記録層を積層膜構造とした場合の構成を示す概略断面図である。図１５を参照して、記録層３は、たとえば相対的に飽和磁化の大きな第１の強磁性層３ａと、相対的に飽和磁化の小さな第２の強磁性層３ｂとの少なくとも２層を有する積層膜構造からなっている。また図１６を参照して、記録層３は、相対的に飽和磁化の大きな第１の強磁性層３ａと、相対的に飽和磁化の小さな第２の強磁性層３ｂと、その第１および第２の強磁性層３ａ、３ｂ間に挟まれた非磁性層３ｃとの少なくとも３層を有する積層構造であってもよい。図１５および図１６に示すように記録層３中において相対的に飽和磁化の大きな第１の強磁性層３ａが固着層１側に位置し、かつ相対的に飽和磁化の小さな第２の強磁性層３ｂが記録層３表面側に位置することで、記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置が記録層３の膜厚の１／２よりも固着層１側に存在することになる。
【００９５】
図１６に示す強磁性層３ａ／非磁性層３ｃ／強磁性層３ｂの３層構造では、２つの強磁性層３ａ、３ｂが強磁性的に結合する場合と、スピン交換相互作用あるいは静磁結合作用によって反強磁性的に結合する場合とがある。いずれの場合においても、飽和磁化の大きな第１の強磁性層３ａが固着層１側に配置されるような構造とすれば、固着層１からの漏れ磁界に起因する磁化困難軸方向しきい値ばらつきを低減することができる。
【００９６】
また強磁性層３ａ／非磁性層３ｃ／強磁性層３ｂの３層構造において、２つの強磁性層３ａ、３ｂが、たとえば同じ強磁性材料から構成されるなど、２つの強磁性層３ａ、３ｂの飽和磁化が同じである場合であっても、強磁性層３ａ、３ｂに実効的な膜厚の差が与えられることで、２層の磁化量に差が与えられる。これにより磁化量の大きな第１の強磁性層３ａが固着層１側に配置されるような構造が設けられるので、上記と同様に固着層１からの漏れ磁界に起因する磁化困難軸方向しきい値ばらつきを低減することができる。
【００９７】
次に記録層の平面形状を図５に示す形状とすることによる作用効果について説明する。
上記作用効果を説明するうえで、まず書き換え動作についてさらに詳しく説明する。
【００９８】
図１７は、本発明の一実施の形態におけるアステロイド曲線と、矩形形状の記録層を有する比較例におけるアステロイド曲線との相違を説明するためのグラフである。図１７を参照して、本実施の形態のアステロイド曲線３５と、矩形形状の記録層を有する比較例におけるアステロイド曲線３１との相違が、記録層３の強磁性材料とその強磁性材料からなる部分の厚さとが一定とされた条件の下で比較されている。グラフの横軸は、磁化困難軸方向の磁界Ｈｘを生じさせるためにライト線ＷＴに流す電流ＩＷＴを示し、縦軸は、磁化容易軸方向の磁界Ｈｙを生じさせるためにビット線ＢＬに流す電流ＩＢＬを示す。アステロイド曲線３５上にプロットされている点は、記録層３の磁化の向きが磁界Ｈｙの負の向きの状態で一定のライト線電流ＩＷＴが印加された場合に、磁化の向きが反転されるのに必要なビット線電流ＩＢＬが計測された結果を示している。
【００９９】
図５に示す形状を有する記録層３が採用されると、アステロイド曲線３５に示すように、ライト線電流ＩＷＴが磁化困難軸方向しきい値より小さくなれば、磁化容易軸方向の磁化反転に必要なビット線電流ＩＢＬは急激に大きくなる。すなわち、ライト線電流ＩＷＴが磁化困難軸方向しきい値よりも小さい領域においてのみ、磁化容易軸方向に対して大きな磁化反転電流が必要になる。また、磁化困難軸方向しきい値よりもライト線電流ＩＷＴが大きければ、逆に、反転に必要なビット線電流ＩＢＬは小さくなる。
【０１００】
記録層３の磁化反転を行なうことができる領域（図中右下がりハッチング領域）４５については、記録層３の平面形状が矩形形状である場合の磁化反転を行なうことができる領域（図中左下がりハッチング領域）４１よりも大きくなっており、特に磁界Ｈｙで示される磁化容易軸方向に領域が大きくなっている。したがって磁化容易軸方向のみに磁界が印加された場合に磁化反転が生じてしまうことを抑制することができる。すなわち、当該書込みビット線ＢＬに沿って配列された複数の磁気記憶素子ＭＭのそれぞれの記録層３のうちの磁化反転されることが意図されていない記録層３の磁化反転を抑制することができる。よって書込みエラーを低減することができる。
【０１０１】
このように、図５に示した平面形状を有する記録層３を備える磁気記憶素子ＭＭにおいては、非選択の磁気記憶素子ＭＭにおいて磁化反転に必要な電流を従来の記録層よりも大きくして、選択された磁気記憶素子ＭＭにおいては、磁化反転に必要な電流を従来よりも小さくすることができる。したがって、磁気記憶素子ＭＭの選択についての信頼性が向上する。
【０１０２】
図１７に示すように、磁化反転に必要なビット線電流ＩＢＬの大きさがライト線電流ＩＷＴの大きさに依存して顕著に異なる現象は、磁化状態の差異に起因する。図１８および図１９は、磁化容易軸方向の磁界と磁化困難軸方向の磁界との合成磁界が、反転磁界よりも小さい場合と大きい場合との磁化分布を示す図であり、本発明の一実施の形態における磁気記憶素子の記録層の平面図である。図１８および図１９中のそれぞれの矢印は、それぞれの位置における磁化の向きを示している。図１８および図１９は、それぞれの磁界Ｈｙが同じ大きさで、磁界Ｈｘの大きさが異なるように磁界が印加されている。図１８にて印加されている磁界Ｈｘは磁化困難軸方向しきい値よりも小さく、図１９にて印加されている磁界Ｈｘは磁化困難軸方向しきい値よりも大きい。
【０１０３】
図１８に示されるような磁化分布の形態はＣ型（第１の磁化分布）と呼ばれ、安定な磁化状態であるため磁化容易軸方向の磁化反転磁界は大きくなる。これに対し、図１９に示されるような磁化分布の形態はＳ型（第２の磁化分布）と呼ばれ、外部磁界によるトルクを受けやすく磁化反転磁界が急激に小さくなる。このＳ型とＣ型との磁化分布状態の概念図を図２０（ａ）（ｂ）に示す。本実施の形態の記録層３は、このＳ型とＣ型との磁化分布状態を外部磁界によって制御できる平面形状を有している。
【０１０４】
このように、記録層３の平面形状を磁化容易軸に対して非対称にして、かつ磁化容易軸に垂直な軸に対して対称の形状にすることによって、上記のようなＳ型とＣ型の磁化分布状態を得ることができる。Ｓ型とＣ型の磁化分布状態を得ることにより、図１７に示すように記録層３の磁化反転を行なうことができる領域４５が大きくなり、磁化容易軸方向のみに磁界が印加されて生じる磁化反転を抑制することができる。
【０１０５】
（変形例）
上記においてはＳ型とＣ型の磁化分布状態を得ることのできる記録層３の平面形状として図５に示す形状について説明したが、記録層３の平面形状はこれ以外の形状であってもよい。たとえば、記録層３の平面形状は、図２１、図２２に示すような磁化容易軸６３に対して非対称かつ磁化困難軸６４に対して対称な形状であってもよい。図２１は異なる曲率の曲線が結ばれてできる形状の例であり、図２２は複数の直線が結ばれてできる形状の例である。
【０１０６】
また磁化容易軸６３に対して非対称かつ磁化困難軸６４に対して対称な形状であって、その形状の一部に図２３に示すような凸部、図２４に示すような凹部を有する場合であってもビット線電流ＩＢＬ、およびライト線電流ＩＷＴによって生じる磁界で記録層３の磁化分布をＣ型とＳ型に遷移できれば問題ない。
【０１０７】
また図２５および図２６に示すように、記録層３の磁化容易軸方向および固着層１の磁化方向が記録層３の平面形状と内部で接する矩形形状における短辺方向にあってもビット線電流ＩＢＬ、およびライト線電流ＩＷＴによって生じる磁界で記録層３の磁化分布をＣ型とＳ型に遷移できればよい。
【０１０８】
さらに図２７に示すように記録層３の平面形状が磁化容易軸６３および磁化困難軸６４に対してそれぞれ非対称になる場合であってもよい。また図２８に示すように記録層３の磁化容易軸６３が磁化容易軸６３と同じ方向に磁界を与える配線方向（ライト線ＷＴの延在方向）６３ａに対して傾いて配置されている場合であってもよい。図２７に示す形状の場合には図２９に示すＳ型および図３０に示すＣ型のように、図２８に示す形状の場合には図３１に示すＳ型および図３２に示すＣ型のように磁化分布が変化する。
【０１０９】
なお、上述した記録層３の平面形状に限らず、記録層３が固着層１の強磁性層に起因する漏れ磁界を与えられた場合において、記録層３の面内方向における重心ＧＰが記録層３の形状中心より磁化困難軸方向に移動した位置になる場合でも同様の効果を得ることが可能である。
【０１１０】
図２１から図２６に示したいずれの形状においても、磁気記憶素子ＭＭの記録層３の膜面方向形状に関する重心ＧＰをライト線ＷＴ、ビット線ＢＬの交差部中心近傍と平面視上でほぼ一致させることにより、ライト線ＷＴ、ビット線ＢＬ、および記録層３の相対位置関係のずれに起因した磁化反転時の配線電流ばらつきを抑制できる。
【０１１１】
また、記録層３が固着層１の強磁性層に起因する漏れ磁界を与えられた場合において、記録層３の磁化分布の膜厚方向における磁化の重心Ｇａの位置が記録層３膜厚の１／２よりも固着層１側にあるようにすることで固着層１からの漏れ磁界に起因する磁化困難軸方向しきい値ばらつきを低減することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態で示したように磁化容易軸６３に対して非対称かつ磁化困難軸６４に対して対称な記録層３の形状をもつ磁気記憶素子ＭＭがマトリックス状に多数並べられる場合、接続部材１８と磁気記憶素子ＭＭとの配置としては、たとえば図３３または図３４に示される配置がある。いずれの配置であっても、接続部材１８の配置によらずビット線電流ＩＢＬ、およびライト線電流ＩＷＴによって生じる磁界で記録層３の磁化分布をＣ型とＳ型に遷移できる。また、ライト線ＷＴ毎に磁気記憶素子ＭＭの配置が異なる場合には、記録層３の形状ばらつきに起因する磁化反転挙動の変動を抑制できるように、ライト線電流ＩＷＴの向きを制御することが好ましい。たとえば、図３５または図３６の配置の場合、隣り合うライト線ＷＴについて逆方向のライト線電流ＩＷＴを用いることが好ましい。
【０１１３】
さらに、情報の読み出し動作時において、常に選択セルの読み出し経路とリファレンスセルの読み出し経路との差を小さくし、寄生抵抗や寄生容量に起因した読み出し電流ばらつきを小さくするセルアーキテクチャに本実施の形態を用いる場合、たとえば図３５の配置に対応づけるとすると、図３７のようなセル配置も考えられる。図３７に準じる配置では、ビット線ＢＬ方向に対し１つおきに同じ対称性のセルが並ぶことになるため、たとえば、図３８または図３９のようなセル配置も可能である。なお、この例では、ビット線ＢＬの幅は磁気記憶素子ＭＭの大きさとほぼ同じであるが、ビット線ＢＬ幅が磁気記憶素子ＭＭの大きさに対して大きいあるいは小さい場合であっても、ビット線電流ＩＢＬ、およびライト線電流ＩＷＴによって生じる磁界で記録層３の磁化を反転できれば問題ない。
【０１１４】
なお、磁気記憶素子を含むメモリセルと論理回路とを搭載した混載デバイスに対して、保護膜としてシリコン窒化膜のように比較的誘電率の高い材料を酸化バリアとして用いる場合には、次のことに留意しなければならない。すなわち、たとえば論理回路からなるデバイスでは、デバイスの動作速度やアクセスタイミングをも考慮して、金属配線層間の容量や配線抵抗が設定されている。そのため、誘電率の高い材料が論理回路部に配置されると、論理回路部における金属配線層間の容量などが所定の設計パラメータの範囲から外れてしまい、デバイスが所望の動作を行わなくなるおそれがある。これを回避するには、保護膜は磁気記憶素子ＭＭだけを被覆するように形成して、論理回路が形成される周辺回路領域ＲＲには保護膜を形成させない構造とすることもできる。
【０１１５】
上述した磁気記憶素子を利用した磁気記憶装置では、記憶情報の読み出しを記憶状態を破壊することなく行なうことが可能である。そのため、再書き込みをする動作が不要であり、読み出し速度が高速になる。また、磁化反転速度は１ナノ秒以下であるので、情報の書き込みも非常に高速で行なうことができる。さらに、磁化反転動作に関しては、一般に反転を繰り返すことにより特性が劣化する疲労現象は生じないといわれている。すなわち、ＭＲＡＭと称される当該磁気記憶装置により、事実上、動作回数に制限がない不揮発性メモリデバイスを提供できることになる。
【０１１６】
上述した特徴は、記憶装置単体としても有用であるが、上記メモリセルを論理回路と混載した混載デバイスの場合において、より一層有用に作用する。すなわち、混載デバイスの場合、高速動作に基づいて、ネットワーク環境や移動体通信における情報のインタラクティブな取り扱い環境が改善される。さらに、コンピュータや携帯端末等へ当該磁気記憶装置を適用することによって消費電力の低減や動作環境の改善などを大幅に図ることができることになる。
【０１１７】
また、上述した磁気記憶素子および磁気記憶装置では、半導体基板を利用した磁気記憶装置について説明したが、磁気抵抗効果素子とライト線およびビット線に係る配線層との関係は、情報の記憶に限定されるものではなく、たとえば磁気センサ、磁気記録ヘッド、磁気記録媒体などのパターン化された磁気素子等に広く適用することが可能である。
【０１１８】
また、さらに、上述した磁気記憶素子および磁気記憶装置では、１つのメモリセルに１つの磁気記憶素子を設けたメモリセルを例に挙げて説明したが、１つのメモリセルに２つ以上の磁気記憶素子を設けてもよく、また、それらのメモリセルが互いに積層されていてもよい。
【０１１９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示にすぎず、これに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示されるもので、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた磁気記憶装置に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置のメモリセルの回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】磁気記憶素子ＭＭの付近の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の磁気記憶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の記録層の平面形状と、磁化容易軸および磁化困難軸の方向とを説明するための概略平面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の、記録層、ライト線およびビット線の相対的な位置関係を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における磁気記憶装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における記録層の重心の位置とアステロイド曲線との相関を説明するためのグラフである。
【図１３】本発明の一実施の形態の第１の変形例における磁気記憶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図１４】図１３の記録層中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う相の含有割合の変化を示す図である。
【図１５】本発明の一実施の形態の第２の変形例における磁気記憶素子の記録層を２層の積層膜構造とした場合の構成を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の一実施の形態の第３の変形例における磁気記憶素子の記録層を３層の積層膜構造とした場合の構成を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の一実施の形態におけるアステロイド曲線と、矩形形状の記録層を有する比較例におけるアステロイド曲線との相違を説明するためのグラフである。
【図１８】磁化容易軸方向の磁界と磁化困難軸方向の磁界との合成磁界が、反転磁界よりも小さい場合の磁化分布を示す図であり、本発明の一実施の形態における磁気記憶素子の記録層の平面図である。
【図１９】磁化容易軸方向の磁界と磁化困難軸方向の磁界との合成磁界が、反転磁界よりも大きい場合の磁化分布を示す図であり、本発明の一実施の形態における磁気記憶素子の記録層の平面図である。
【図２０】Ｓ型の磁化分布状態の概念図（ａ）、およびＣ型の磁化分布状態の概念図（ｂ）である。
【図２１】記録層の平面形状の一つの例を示す図である。
【図２２】記録層の平面形状の他の例を示す図である。
【図２３】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２４】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２５】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２６】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２７】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２８】記録層の平面形状のさらに他の例を示す図である。
【図２９】図２７に示す記録層の平面形状においてＳ型の磁化分布を示す図である。
【図３０】図２７に示す記録層の平面形状においてＣ型の磁化分布を示す図である。
【図３１】図２８に示す記録層の平面形状においてＳ型の磁化分布を示す図である。
【図３２】図２８に示す記録層の平面形状においてＣ型の磁化分布を示す図である。
【図３３】メモリセルのマトリックス状の配置の一の例を示す図である。
【図３４】メモリセルのマトリックス状の配置の他の例を示す図である。
【図３５】メモリセルのマトリックス状の配置のさらに他の例を示す図である。
【図３６】メモリセルのマトリックス状の配置のさらに他の例を示す図である。
【図３７】メモリセルのマトリックス状の配置のさらに他の例を示す図である。
【図３８】メモリセルのマトリックス状の配置のさらに他の例を示す図である。
【図３９】メモリセルのマトリックス状の配置のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  固着層、２  トンネル絶縁層、３  記録層、３ａ，３ｂ  強磁性層、３ｃ  非磁性層、１１  半導体基板、１２  素子分離絶縁膜、１３，１５，１７，２１，２４，２６，２８  層間絶縁膜、１３ａ，１７ａ，２１ａ，２１ｂ  コンタクトホール、１４，１６，１８，２３，２７  接続部材、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２４ａ  開口部、１６，２５，２９  配線層、１９  導電層、２０  保護膜、２８  絶縁層、ＡＰ  交点、ＢＬ  ビット線、Ｄ  ドレイン領域、ＤＰ  矩形の重心、Ｇ  ゲート電極、ＧＩ  ゲート絶縁膜、ＭＣ  メモリセル、ＭＭ  磁気記憶素子、ＭＲ  メモリセル領域、ＲＲ  周辺回路領域、Ｓ  ソース領域、Ｓ／Ｄ  ソース／ドレイン領域、ＳＬ  ソース線、ＴＲ  素子選択用トランジスタ、ＴＲＡ  トランジスタ、ＷＤ  ワード線、ＷＴ  ライト線、ＧＰ  記録層の平面形状の重心。
【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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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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