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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024114523
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】磁気メモリ
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20240816BHJP
H10N 50/20 20230101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H10N50/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020341
(22)【出願日】2023-02-13
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】下村 尚治
(72)【発明者】
【氏名】近藤 剛
(72)【発明者】
【氏名】カンサ ミカエル アルノー
(72)【発明者】
【氏名】大寺 泰章
(72)【発明者】
【氏名】門 昌輝
(72)【発明者】
【氏名】上田 善寛
(72)【発明者】
【氏名】中西 務
(72)【発明者】
【氏名】梅津 信之
(72)【発明者】
【氏名】橋本 進
(72)【発明者】
【氏名】中村 志保
【テーマコード（参考）】
4M119
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119BB01
4M119CC05
4M119CC10
4M119DD17
4M119DD24
4M119DD26
4M119DD33
4M119DD52
4M119EE11
4M119EE22
5F092AB06
5F092AC12
5F092AD26
5F092BB23
5F092BB43
5F092BC04
(57)【要約】
【課題】磁気抵抗素子が磁性部材から大きな磁界を受け、隣接セル間干渉を抑制できる磁気メモリの提供。
【解決手段】磁気メモリは、第１方向に第１および第２端部を有し筒形状の第１磁性部材を備える。磁気抵抗素子は、磁化可変層と、磁化固定層と、磁化可変層と磁化固定層との間の非磁性層とを含む。磁気抵抗素子は、第１方向から見た平面視において第１磁性部材の第１端部側の外縁の一部に重複する。第１方向から見た平面視において、磁化可変層の磁化方向は、磁化固定層の磁化方向に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する。
【選択図】図７
【解決手段】磁気メモリは、第１方向に第１および第２端部を有し筒形状の第１磁性部材を備える。磁気抵抗素子は、磁化可変層と、磁化固定層と、磁化可変層と磁化固定層との間の非磁性層とを含む。磁気抵抗素子は、第１方向から見た平面視において第１磁性部材の第１端部側の外縁の一部に重複する。第１方向から見た平面視において、磁化可変層の磁化方向は、磁化固定層の磁化方向に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向に沿って延び第１端部および第２端部を有し、筒形状の複数の第１磁性部材と、
磁化方向が可変な磁化可変層と、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化可変層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子であって、前記第１方向から見た平面視において前記第１磁性部材の前記第１端部側の外縁の一部に重複するように配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化可変層の磁化方向は、前記磁化固定層の磁化方向に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する、磁気メモリ。
磁化方向が可変な磁化可変層と、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化可変層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子であって、前記第１方向から見た平面視において前記第１磁性部材の前記第１端部側の外縁の一部に重複するように配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化可変層の磁化方向は、前記磁化固定層の磁化方向に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する、磁気メモリ。
【請求項2】
前記第１磁性部材の前記第２端部側に設けられかつ前記第１磁性部材から離間して配置され、前記第１方向に交差する第２方向に沿って延び前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に隣り合って配置された第１配線および第２配線であって、前記第１方向から見た平面視において、前記第１配線と前記第２配線との間に少なくとも１つの前記第１磁性部材が位置する第１配線および第２配線と、
前記第１および第２配線の周囲に設けられた第２磁性部材と、をさらに備える、請求項１に記載の磁気メモリ。
前記第１および第２配線の周囲に設けられた第２磁性部材と、をさらに備える、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項3】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化固定層の磁化方向は、前記第１磁性部材の前記外縁のうち前記磁気抵抗素子が重複する第１外縁部分の法線方向、あるいは、前記第１外縁部分における前記第１磁性部材の径方向である、請求項１または請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項4】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化可変層の磁化方向は、前記第１磁性部材の前記第１端部の磁界方向に応じて、前記第１外縁部分の接線方向から傾斜する、請求項３に記載の磁気メモリ。
【請求項5】
前記第1磁性部材の前記第１端部の径をｒＭＭＬとすると、前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の重心は、前記第１外縁部分から該第１外縁部分の法線方向、あるいは、前記第１磁性部材の径方向に、±ｒＭＭＬ／５の範囲内に配置される、請求項１または請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項6】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の長手方向は、前記磁化固定層の磁化方向とは異なる、請求項１または請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項7】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の長手方向は、前記第１外縁部分の接線方向である、請求項３に記載の磁気メモリ。
【請求項8】
前記第１磁性部材の前記第１端部は、前記第１磁性部材の延伸方向に対して該第１磁性部材の内側へ向かって傾斜している、請求項１または請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項9】
前記第１磁性部材の前記第１端部の厚みは、該第１磁性部材の前記第２端部の厚みよりも厚い、請求項８に記載の磁気メモリ。
【請求項10】
第１方向に沿って延び第１端部および第２端部を有し、筒状の複数の第１磁性部材と、
磁化方向が可変な磁化可変層と、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化可変層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子であって、前記第１方向から見た平面視において前記第１磁性部材の前記第１端部側の外縁の一部に重複するように配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の長手方向は、前記磁化固定層の磁化方向とは異なる、磁気メモリ。
磁化方向が可変な磁化可変層と、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化可変層と前記磁化固定層との間に設けられた非磁性層とを含む磁気抵抗素子であって、前記第１方向から見た平面視において前記第１磁性部材の前記第１端部側の外縁の一部に重複するように配置された磁気抵抗素子とを備え、
前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の長手方向は、前記磁化固定層の磁化方向とは異なる、磁気メモリ。
【請求項11】
前記第１磁性部材の前記第２端部側に設けられかつ前記第１磁性部材から離間して配置され、前記第１方向に交差する第２方向に沿って延び前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に隣り合って配置された第１配線および第２配線であって、前記第１方向から見た平面視において、前記第１配線と前記第２配線との間に少なくとも１つの前記第１磁性部材が位置する前記第１配線および前記第２配線と、
前記第１および配線の周囲に設けられた第２磁性部材と、をさらに備える、請求項１０に記載の磁気メモリ。
前記第１および配線の周囲に設けられた第２磁性部材と、をさらに備える、請求項１０に記載の磁気メモリ。
【請求項12】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の長手方向は、前記第１磁性部材の前記外縁のうち前記磁気抵抗素子が重複する第１外縁部分の接線方向である、請求項１０または請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項13】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化固定層の磁化方向は、前記第１外縁部分の法線方向、あるいは、前記第１外縁部分における前記第１磁性部材の径方向である、請求項１２に記載の磁気メモリ。
【請求項14】
前記第１方向から見た平面視において、前記磁化可変層の磁化方向は、前記第１外縁部分の接線方向から、該第１磁性部材の前記第１端部の磁界方向に応じて傾斜する、請求項１２に記載の磁気メモリ。
【請求項15】
前記第1磁性部材の前記第１端部の径をｒＭＭＬとすると、前記第１方向から見た平面視において、前記磁気抵抗素子の重心は、前記第１外縁部分から該第１外縁部分の法線方向、あるいは、前記第１磁性部材の径方向に、±ｒＭＭＬ／５の範囲内に配置される、請求項１０または請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項16】
前記第１磁性部材の前記第１端部は、前記第１磁性部材の延伸方向に対して該第１磁性部材の内側へ向かって傾斜している、請求項１０または請求項１１に記載の磁気メモリ。
【請求項17】
前記第１磁性部材の前記第１端部の厚みは、該第１磁性部材の前記第２端部の厚みよりも厚い、請求項１６に記載の磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、磁気メモリに関する。
【背景技術】
【0002】
磁性部材に電流を流すことにより磁性部材の磁壁を移動（シフト）させる磁気メモリが知られている。磁性部材からデータを読み出す際には、磁性部材の端部に設けられた磁気抵抗素子が磁性部材の磁化方向を検知して抵抗状態を変化させ、磁気抵抗素子の抵抗値を検出することによってデータが読み出される。従って、磁気抵抗素子が受ける磁性部材からの磁界は大きい方が好ましい。しかし、磁性部材の磁場を大きくすると、近傍に位置する磁性部材からの磁界の影響によって読出しエラーが生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－００９８０６号公報
【特許文献2】特開２０１９－００３９８９号公報
【特許文献3】特開２０２２－０４５２０４号公報
【特許文献4】特開２０２２－１３８９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
磁気抵抗素子が磁性部材から効率よく磁界を受けることができる磁気メモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本実施形態による磁気メモリは、第１方向に沿って延び第１端部および第２端部を有し、筒形状の複数の第１磁性部材を備える。磁気抵抗素子は、磁化方向が可変な磁化可変層と、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化可変層と磁化固定層との間に設けられた非磁性層とを含む。磁気抵抗素子は、第１方向から見た平面視において第１磁性部材の第１端部側の外縁の一部に重複するように配置されている。第１方向から見た平面視において、磁化可変層の磁化方向は、磁化固定層の磁化方向に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態による磁気メモリの平面図。
【図3】磁性部材の構成例を示す断面図。
【図4】ヨーク、フィールドラインおよび磁性部材の構成例を示す断面図。
【図5】ヨーク、フィールドラインおよび磁性部材の他の構成例を示す断面図。
【図6】第１実施形態に係るＭＴＪ素子の構成例を示す断面図。
【図7】第１実施形態に係るＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す図。
【図8】第１実施形態に係るＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す斜視図。
【図9】磁性部材の第１端部からの漏洩磁界を示すグラフ。
【図10】漏洩磁界とＭＴＪ素子の抵抗値との関係を示すグラフ。
【図11】比較例のＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す図。
【図13】第１実施形態によるＭＴＪ素子側から見たメモリセルアレイの構成例を示す斜視図。
【図14】ＭＴＪ素子側から見たメモリセルアレイの構成例を示す平面図。
【図15】第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す斜視図。
【図16】第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す断面図。
【図17】漏洩磁界の成分と磁性部材の中心軸からの距離を示すグラフ。
【図18】比較例による磁気メモリの磁性部材の構成を示す斜視図。
【図21】第３実施形態による磁気メモリの磁性部材の構成例を示す断面図。
【図22】漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分と磁性部材の中心軸からの距離を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものである。明細書と図面において、同一の要素には同一の符号を付す。
【0008】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による磁気メモリの平面図である。図２は、図１に示す切断線Ａ－Ａで切断した断面図である。この実施形態の磁気メモリは、ｍ、ｎを自然数とするとき、ｍ行ｎ列に配置されたメモリ部１０ｉｊ（ｉ＝１～ｍ、ｊ＝１～ｎ）を備えている。なお、図１では、３行５列に配列されたメモリ部１０１１～１０３５を示している。
図１は、第１実施形態による磁気メモリの平面図である。図２は、図１に示す切断線Ａ－Ａで切断した断面図である。この実施形態の磁気メモリは、ｍ、ｎを自然数とするとき、ｍ行ｎ列に配置されたメモリ部１０ｉｊ（ｉ＝１～ｍ、ｊ＝１～ｎ）を備えている。なお、図１では、３行５列に配列されたメモリ部１０１１～１０３５を示している。
【0009】
第ｉ行のメモリ部１０ｉ１～１０ｉｎは、ｘ方向に延びているビット線ＢＬｉに沿って配置され、一端がビット線ＢＬｉに電気的に接続される。本明細書では、「ＡとＢが電気的に接続される」とは、ＡとＢが直接接続されてもよいし、導電体を介して間接的に接続されてもよいことを意味する。第ｉ行において、奇数列のメモリ部１０ｉ１，１０ｉ３，・・・と、偶数列のメモリ部１０ｉ２，１０ｉ４，・・・は、紙面上で上下方向（ｙ方向）にずれて配置される。例えば、偶数列のメモリ部１０ｉ２は、メモリ部１０ｉ１とメモリ部１０ｉ３との間でかつ紙面上で下側にずれて配置される。このような配置を用いたことにより、複数のメモリ部を稠密に配置することができ、集積化を行うことができる。
【0010】
第ｊ列に配置されたメモリ部１０１ｊ、・・・１０ｍｊのそれぞれに対して、２つのフィールドラインＦＬｊ，ＦＬｊ＋１が設けられている。フィールドラインＦＬｊ＋１（ｊ＝１，・・・，ｎ－１）は、第ｊ列のメモリ部１０ｉｊと第ｊ＋１列のメモリ部１０ｉｊ＋１との間の領域の上方に配置される。またフィールドラインＦＬｊ＋１は、第ｊ列のメモリ部１０ｉｊのそれぞれの一部に重なるとともに第ｊ＋１列のメモリ部１０ｉｊ＋１のそれぞれの一部に重なるように配置しても良い。
【0011】
フィールドラインＦＬｊは、磁性部材ＭＬｉｊ-1、ＭＬｉｊの第２端部１１ｂ（図３）側に設けられかつ磁性部材ＭＬｉｊ-1、ＭＬｉｊから離間して配置されている。フィールドラインＦＬｊは、ｚ方向に対して交差するｙ方向に沿って延び、ｚ方向およびｙ方向に交差するｘ方向に配列されている。ｚ方向から見た平面視において、フィールドラインＦＬｊとＦＬｊ＋１との間には、１つの磁性部材ＭＬｉｊが位置する。
【0012】
例えば、第２列に配置されたメモリ部１０ｉ２に対してフィールドラインＦＬ２とフィールドラインＦＬ３が設けられている。フィールドラインＦＬ２は、第１列のメモリ部１０ｉ１と第２列のメモリ部１０ｉ２との間の領域の上方に配置される。またフィールドラインＦＬ２は、第１列のメモリ部１０ｉ１のそれぞれの一部に重なるとともに第２列のメモリ部１０ｉ２のそれぞれの一部に重なるように配置してもよい。各フィールドラインＦＬｊは、ｙ方向に沿って延び、各ビット線ＢＬｉと交差する。各フィールドラインＦＬｊは、制御回路１００に電気的に接続されて制御される。制御回路１００は、フィールドラインＦＬｊに選択的に電流を流すことができ、またすべてのフィールドラインＦＬｊに電流を流すこともできる。また、各ビット線ＢＬｉおよびプレート電極ＰＬは、制御回路１０１に接続されて制御される。
【0013】
図２に示すように、メモリ部１０ｉｊの上方にヨーク２５ａが配置されている。ヨーク２５ａは、全てのフィールドラインＦＬ１～ＦＬｎ＋１のそれぞれの上方に配置される。また、ヨーク２５ａに電気的に接続したプレート電極ＰＬがヨーク２５ａの上面に接するとともに上面を覆うように配置される。ヨーク２５ｂは、隣り合う２つのフィールドラインＦＬｊ間に設けられ、ヨーク２５ａとヨーク２５ｄとの間を接続している。ヨーク２５ｃは、各フィールドラインＦＬｊの下に設けられており、隣り合う２つの磁性部材ＭＬｉｊ間に設けられている。ヨーク２５ｄは、各磁性部材ＭＬｉｊ上に設けられており、対応する磁性部材ＭＬｉｊに電気的に接続されている。
【0014】
また、プレート電極ＰＬは制御回路１０１に接続され、制御される。ヨーク２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄの材料としては、例えば導電性の軟磁性体（例えば、パーマロイ）あるいは導電性の軟磁性体を含む材料を用いることができる。また、ヨーク２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄの材料として、絶縁体マトリクス中に磁性粒子が密に分散したグラニュラー構造を有する材料を用いてもよい。ヨーク２５ａはプレート電極ＰＬを兼ねても良い。
【0015】
各メモリ部１０ｉｊは、図２に示すように、導電性の磁性体からなる磁気メモリ線（磁性部材）ＭＬｉｊと、非磁性導電層１２ｉｊと、磁気抵抗素子１４ｉｊと、非磁性導電層１６ｉｊと、縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊと、非磁性導電層１９ｉｊと、を備えている。
【0016】
各磁性部材ＭＬｉｊは、図２において上下方向（ｚ方向）に沿って延びた垂直磁性材料から構成され、筒形状を有している。磁性部材ＭＬｉｊは、例えば、略円筒形を有する。
【0017】
図３は、磁性部材の構成例を示す断面図である。各磁性部材ＭＬｉｊは、図３に示すように筒内に非磁性絶縁体５０が設けられていてもよい。すなわち、各磁性部材ＭＬｉｊは、非磁性絶縁体５０を取り囲むように設けられていてもよい。磁性部材ＭＬｉｊにおいては、図３に示すように、領域１１ｃ１、縊れ部１１ｄ１、領域１１ｃ２、縊れ部１１ｄ２がｚ方向に沿って配置されている。領域１１ｃ１のｚ方向に平行な平面で切断した断面におけるｘ方向における領域１１ｃ１の端部１１ｃ１ａと端部１１ｃ１ｂとの間の長さ（直径）をｄ１とする。縊れ部１１ｄ１のｚ方向に平行な平面で切断した断面におけるｘ方向における縊れ部１１ｄ１の端部１１ｄ１ａと端部１１ｄ１ｂとの間の長さ（直径）をｄ２とする。領域１１ｃ２のｚ方向に平行な平面で切断した断面におけるｘ方向における領域１１ｃ２の端部１１ｃ２ａと端部１１ｃ２ｂとの間の長さ（直径）をｄ３とする。縊れ部１１ｄ２のｚ方向に平行な平面で切断した断面におけるｘ方向における縊れ部１１ｄ２の端部１１ｄ２ａと端部１１ｄ２ｂとの間の長さ（直径）をｄ４とする。この場合に、以下の条件
ｄ１＞ｄ２
ｄ１＞ｄ４
ｄ３＞ｄ２
ｄ３＞ｄ４
を満たしている。
ｄ１＞ｄ２
ｄ１＞ｄ４
ｄ３＞ｄ２
ｄ３＞ｄ４
を満たしている。
【0018】
また、磁性部材ＭＬｉｊは、第１端部１１ａが非磁性導電層１２ｉｊを介して磁気抵抗素子１４ｉｊに電気的に接続される。なお、非磁性導電層１２ｉｊは、省略してもよい。この場合、磁性部材ＭＬｉｊの第１端部１１ａは磁気抵抗素子１４ｉｊに直接接続される。
【0019】
また、各磁性部材ＭＬｉｊは、第２端部１１ｂがヨーク２５ｄに電気的に接続される。ヨーク２５ｄとヨーク２５ｃは、磁気的に接続される。ここで、「ＡがＢに磁気的に接続される」とは、ＡとＢが磁気回路を構成することを意味し、磁性体同士が直接接触していない場合も含む。ヨーク２５ｃは、ヨーク２５ａに対向して設けられ、ヨーク２５ａとヨーク２５ｃとの間にフィールドラインＦＬ１，・・・，ＦＬｎ＋１が配置される。ヨーク２５ｄは、各磁性部材ＭＬｉｊの筒内の中央部に配置され、ヨーク２５ｃと同じ階層に位置し、ヨーク２５ｃと磁気的に接続される。ヨーク２５ｂは、ヨーク２５ａとヨーク２５ｄとの間に配置され、ヨーク２５ａおよびヨーク２５ｄと電気的に接続されるとともに、磁気的に接続される。したがって、プレート電極ＰＬは、各メモリ部１０ｉｊに対して共通に電気的に接続される。
【0020】
図４に示すように、ヨーク２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび２５ｄは、フィールドラインＦＬ１，・・・，ＦＬｎ＋１のそれぞれの周囲に設けられており、磁気回路２５を構成する。第１部分に含まれるヨーク２５ｂは、図４に示すように、フィールドラインＦＬｊ＋１の一方の側面に対向して設けられ、該側面側にある磁性部材ＭＬｉｊに電気的に接続されている。ヨーク２５ｂは、フィールドラインＦＬｊ＋１の反対側の側面に対向して設けられ、該側面側にある磁性部材ＭＬｉｊ＋１に電気的に接続されている。
【0021】
この磁気回路２５には、磁気ギャップが設けられる。例えば、図４は、ヨーク、フィールドラインおよび磁性部材の構成例を示す断面図である。ヨーク２５ｂは、一端がヨーク２５ａに接続され、他端がヨーク２５ｄに接続される。ヨーク２５ｄは、対応する磁性部材ＭＬｉｊの上端部の内表面に電気的に接続される。各磁性部材ＭＬｉｊの外表面に非磁性の絶縁層２８が配置され、この絶縁層２８を介してヨーク２５ｄはヨーク２５ｃと磁気的に接続される。すなわち、各磁性部材ＭＬｉｊのｘ方向の厚さと絶縁層２８のｘ方向の厚さとの和が磁気ギャップＧとなる。
【0022】
また、フィールドラインＦＬｊ～ＦＬｊ＋３は、磁性部材ＭＬｉｊ～ＭＬｉｊ＋２のそれぞれの第２端部１１ｂ側に設けられかつ磁性部材ＭＬｉｊ～ＭＬｉｊ＋２から離間して配置されている。フィールドラインＦＬｊ～ＦＬｊ＋３は、ｙ方向に沿って延び、ｘ方向に隣り合って配置されている。ｚ方向から見た平面視において、フィールドラインＦＬｊ～ＦＬｊ＋３間には、１つずつ磁性部材ＭＬｉｊ～ＭＬｉｊ＋２が位置する。図４では図示しないが、ヨーク２５ａ上には、プレート電極ＰＬが設けられている。尚、ヨーク２５ａ～２５ｄは、導電性磁性材料を用いることによってプレート電極としての機能も兼ね備えてもよい。
【0023】
ｚ方向から見た平面視において、フィールドラインＦＬｊ～ＦＬｊ＋３のうち、互いに隣り合う２つのフィールドラインＦＬ間には、１つの磁性部材ＭＬが位置する。互いに隣り合う２つのフィールドラインＦＬは、ヨーク２５ａ、２５ｂを共有している。ヨーク２５ａは、１行のフィールドラインＦＬｊ～ＦＬｊ＋３に共有されている。
【0024】
本実施形態において、図１の制御回路１００は、磁性部材ＭＬｉｊ～ＭＬｉｊ＋２へのデータ書込み時に、一例として、書き込み対象の磁性部材ＭＬに最も近い左右２つのフィールドラインＦＬの一方のみに電流を流すことができる。換言すると、制御回路１００は、１つのフィールドラインＦＬに電流を流すことによって、ｚ方向から見た平面視において、該フィールドラインＦＬの両側に位置する２つの磁性部材ＭＬの第２端部１１ｂにデータを書き込むことができる。この書き込みにより、磁性部材ＭＬの第２端部１１ｂには、書き込まれたデータに対応する磁化方向を有する磁区が形成される。
【0025】
図５は、ヨーク、フィールドラインおよび磁性部材の他の構成例を示す断面図である。図５に示す構成でも磁気回路２５の磁気ギャップを得ることができる。図５に示す場合は、図４において、各磁性部材ＭＬｉｊと、ヨーク２５ｄとの間に、非磁性導電層２９が設けられていることを示す。この非磁性導電層２９は、各磁性部材ＭＬｉｊの内表面にｚ方向に沿って配置される。この場合、磁気ギャップＧは、非磁性導電層２９のｘ方向の厚さ、各磁性部材ＭＬｉｊのｘ方向の厚さ、および絶縁層２８のｘ方向の厚さの和となる。なお、図４および図５において、絶縁層２８の代わりに非磁性導電層を用いてもよい。また、各磁性部材ＭＬｉｊは、磁性層（例えば、ＣｏＦｅＢ）と絶縁層（例えばＭｇＯ）との積層構造を備えていてもよい。この場合、ヨーク２５ｄとの接続部分において絶縁層を取り除き、ヨーク２５ｄと磁性層とを接触させて電気的に接続させることが好ましい。なお、ＭｇＯ層は極薄い層なのでこの層にリーク電流が流れる可能性もある。よって、ＭｇＯ層は必ずしも除去しなくてもよい。
【0026】
また、本実施形態では、図４に示すように、各磁性部材ＭＬｉｊは、ヨーク２５ｂ、２５ｄと電気的に接続されたが、代わりにヨーク２５ｃと電気的に接続されてもよい。この場合、ヨーク２５ｃはヨーク２５ａと他の場所で電気的に接続されることが好ましい。各磁性部材ＭＬｉｊと、ヨーク２５ｄおよびヨーク２５ｃの少なくとも一方との間に非磁性層を設けてもよい。さらにまた、各磁性部材ＭＬｉｊと、ヨーク２５ｄおよびヨーク２５ｃの両方とが電気的に接続されてもよい。この場合、各磁性部材ＭＬｉｊと、ヨーク２５ｄおよびヨーク２５ｃの少なくとも一方との間に非磁性導電層を設けてもよい。
【0027】
再び図２に戻り、本実施形態の磁気メモリについて説明する。磁気抵抗素子１４ｉｊは、磁性部材ＭＬｉｊに書き込まれた情報を読み出すものであって、例えばＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子が用いられる。以下、磁気抵抗素子１４ｉｊは、一例としてＭＴＪ素子であるとして説明する。ＭＴＪ素子１４ｉｊは、磁化方向が可変のフリー層（磁化可変層）１４ａと、磁化方向が固定された固定層（磁化固定層）１４ｃと、フリー層１４ａと固定層１４ｃとの間に配置された非磁性絶縁層１４ｂと、を備えている。ＭＴＪ素子１４ｉｊにおいては、フリー層１４ａは、対応する非磁性導電層１２ｉｊを介して磁性部材ＭＬｉｊの第１端部１１ａに電気的に接続される。固定層１４ｃは、対応する非磁性導電層１６ｉｊを介して対応する縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊに電気的に接続される。ここで、「磁化方向が可変である」とは、後述する読み出し動作において、対応する磁性部材ＭＬｉｊからの漏れ磁場によって磁化方向が変化可能であることを意味する。「磁化方向が固定である」とは、対応する磁性部材ＭＬｉｊからの漏れ磁場によって磁化方向が変化しないことを意味する。尚、フリー層１４ａと固定層１４ｃとは配置が逆であってもよい。この場合、フリー層１４ａが縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊに電気的に接続され、固定層１４ｃが磁性部材ＭＬｉｊの第１端部１１ａに電気的に接続される。ＭＴＪ素子１４ｉｊの構成については後述する。
【0028】
縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊは、チャネル層１８ａと、ゲート電極部ＳＧｊとを備える。チャネル層１８ａの一端は、非磁性導電層１６ｉｊを介してＭＴＪ素子１４ｉｊの固定層１４ｃに電気的に接続され、他端が非磁性導電層１９ｉｊを介してビット線ＢＬｉに電気的に接続される。チャネル層１８ａは、ｚ方向に延びている。ゲート電極部ＳＧｊは、チャネル層１８ａを囲む、或いは挟むように配置されている。すなわち、ゲート電極部ＳＧｊはチャネル層の少なくとも一部を覆っている。チャネル層１８ａは例えば結晶シリコンから構成される。ゲート電極部ＳＧｊ（ｊ＝１～ｎ）は、ｙ方向に沿って延び、図１の制御回路１００に接続されて制御される。
【0029】
縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊをオンにすることにより、プレート電極ＰＬとビット線ＢＬとの間に磁性部材ＭＬｉｊを介して電流を流す。これにより、磁性部材ＭＬｉｊの第２端部１１ｂに書き込みデータとして形成された磁区を、磁性部材ＭＬｉｊ内でｚ方向にシフトさせて、磁性部材ＭＬｉｊ内へのデータの書き込みが行われる。また、読み出し時には、縦型薄膜トランジスタ１８ｉｊをオンにすることにより、プレート電極ＰＬとビット線ＢＬとの間に磁性部材ＭＬｉｊを介して電流を流す。これにより、書き込まれたデータに対応する磁区をｚ方向に第１端部１１ａまでシフトさせて、ＭＴＪ素子１４ｉｊのフリー層１４ａの磁化を書き込みデータに対応した方向とし、読み出しが行われる。
【0030】
ヨーク２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、図２に示すように、フィールドラインＦＬ１～ＦＬｎ＋１それぞれの一部分を囲むように、配置されている。例えば、ヨーク２５ａは、各フィールドラインの上面に対向して配置されこの上面を覆う。ヨーク（リターンヨークともいう）２５ｃは各フィールドラインＦＬ１～ＦＬｎ＋１の下面に対向して配置されている。ヨーク２５ｂは、ヨーク２５ａとヨーク２５ｄとの間に接続され各フィールドラインの側部に配置される。ヨーク２５ａは各フィールドラインＦＬ１～ＦＬｎ＋１の上面から離れて配置され、ヨーク２５ｂは各フィールドラインの側面から離れて配置され、ヨーク２５ｃは各フィールドラインＦＬ１～ＦＬｎ＋１の下面から離れて配置される。
【0031】
（書き込み動作）
次に、本実施形態の磁気メモリの書き込み動作について説明する。
次に、本実施形態の磁気メモリの書き込み動作について説明する。
【0032】
例えば、メモリセル１０ｉｊへの書き込みは、制御回路１００を用いて、２つのフィールドラインＦＬｊとフィールドラインＦＬｊ＋１に互いに逆方向の書き込み電流を流す。例えば、メモリセル１０１１に書き込みを行う場合は、まず、フィールドラインＦＬ１と、フィールドラインＦＬ２に互いに逆向きの書き込み電流を流す。このとき、フィールドラインＦＬ１に図２において、手前から奥行き方向に書き込み電流を流し、フィールドラインＦＬ２に図２において、奥から手前方向に書き込み電流を流す。フィールドラインＦＬ１の周りには時計方向の電流磁場が発生し、フィールドラインＦＬ２の周りには反時計方向の電流磁場が発生する。これらの電流磁場により、それぞれのフィールドラインを取り囲んでいるヨーク２５にも磁場が誘導される。この書き込み電流により、隣り合うフィールドライン、例えばフィールドラインＦＬ１とフィールドラインＦＬ２との間の下方に位置するメモリセル１０１１の磁性部材ＭＬ１１の上部（第２端部１１ｂ）にはそれぞれ書き込み電流に対応した情報（磁化方向）が書き込まれる。このときの書き込まれる情報（磁化方向）は、ｘ－ｙ平面に沿った方向でかつ磁性部材ＭＬ１１の内周から外周に向かう方向の磁化方向となる。
【0033】
これに対して、フィールドラインＦＬ１とフィールドラインＦＬ２に流す書き込み電流の向きを上述の説明とは逆方向にすると、メモリセル１０１１の磁性部材ＭＬ１１に書き込まれる情報（磁化方向）は、ｘ－ｙ平面に沿った方向でかつ磁性部材ＭＬ１１の外周から内周に向かう方向の磁化方向となる。
【0034】
このような書き込み動作を行うことにより、磁性部材ＭＬ１１の上部（第２端部１１ｂ）に情報が書き込まれる。続いて、ビット線ＢＬと、プレート電極ＰＬの間に磁性部材ＭＬ１１の磁壁を移動させるシフト電流を制御回路１０１によって流し、書き込まれた情報を下方に移動させて記憶領域に格納する（シフト動作）。なお、シフト電流の極性は、磁性部材ＭＬ１１の材料等に応じて決まる。
【0035】
（読み出し動作）
次に読み出し動作について説明する。メモリセル１０１１から情報を読み出す場合、読み出したい情報がメモリセル１０１１の磁性部材ＭＬ１１の最下部、すなわちＭＴＪ素子１４１１に近い領域１１ｃ（第１端部１１ａ）に位置しているときは、磁性部材ＭＬ１１の最下部に記憶された情報に対応してＭＴＪ素子１４１１のフリー層１４ａの磁化方向も変化する。これにより、制御回路１０１は、ビット線ＢＬとプレート電極ＰＬとの間に読み出し電流を流して、ＭＴＪ素子１４１１からの情報を読み出すことができる。この読み出し情報は、ＭＴＪ素子１４１１の抵抗状態に対応する。ＭＴＪ素子１４１１の抵抗状態が高い場合及び低い場合については後述する。
次に読み出し動作について説明する。メモリセル１０１１から情報を読み出す場合、読み出したい情報がメモリセル１０１１の磁性部材ＭＬ１１の最下部、すなわちＭＴＪ素子１４１１に近い領域１１ｃ（第１端部１１ａ）に位置しているときは、磁性部材ＭＬ１１の最下部に記憶された情報に対応してＭＴＪ素子１４１１のフリー層１４ａの磁化方向も変化する。これにより、制御回路１０１は、ビット線ＢＬとプレート電極ＰＬとの間に読み出し電流を流して、ＭＴＪ素子１４１１からの情報を読み出すことができる。この読み出し情報は、ＭＴＪ素子１４１１の抵抗状態に対応する。ＭＴＪ素子１４１１の抵抗状態が高い場合及び低い場合については後述する。
【0036】
読み出したい情報がメモリセル１０１１の磁性部材ＭＬ１１の最下部に存在しない場合は、制御回路１０１を用いてビット線ＢＬとプレート電極ＰＬとの間にシフト電流を流し、読み出したい情報を磁性部材ＭＬ１１の最下部に位置するように移動させる（シフト動作）。その後、上述した読み出し動作を行うことにより情報を読み出すことができる。
【0037】
【0038】
ＭＴＪ素子１４ｉｊ（以下、ＭＴＪ素子１４ともいう）のフリー層１４ａは、強磁性材料で構成されている。フリー層１４ａは、ｘ－ｙ面に略平行な方向に磁化容易軸方向を有する。フリー層１４ａの磁化容易軸方向は、ＭＴＪ素子１４の長手方向になる。強磁性体４１は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）又はホウ化鉄（ＦｅＢ）を含み、体心立方系の結晶構造を有し得る。フリー層１４ａは、磁化方向が可変な磁化可変層の一例である。
【0039】
非磁性絶縁層１４ｂは、非磁性絶縁膜であり、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む。非磁性絶縁層１４ｂは、フリー層１４ａと固定層１４ｃとの間に設けられて、トンネルバリア膜として機能する。即ち、非磁性絶縁層１４ｂは、フリー層１４ａと固定層１４ｃとの間で磁気トンネル接合を構成する。
【0040】
固定層１４ｃは、強磁性層４３、非磁性層４４、強磁性層４５および反強磁性層４６の積層膜で構成されている。固定層１４ｃは、磁化方向が固定された磁化固定層の一例である。
【0041】
強磁性層４３は、強磁性材料で構成されている。フリー層１４ａの磁化容易軸方向が－ｙ方向の場合、強磁性層４３の磁化方向は、例えば、＋ｘ方向となる。強磁性層４３は、例えば、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）又はホウ化鉄（ＦｅＢ）を含む。強磁性層４３の磁化方向は、固定されており、＋ｘ方向を向いている。なお、「磁化方向が固定されている」とは、フリー層１４ａの磁化方向を回転させ得る大きさの磁界によって、磁化方向が変化しないことを意味する。
【0042】
非磁性層４４は、非磁性導電材料であり、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、バナジウム（Ｖ）、及びクロム（Ｃｒ）から選択される少なくとも１つの元素を含む。非磁性層４４の膜厚は、固定層１４ｃ内において、強磁性層４３と強磁性層４５との間で反強磁性交換結合が働くように調整される。即ち、強磁性層４３および４５は、互いに反平行な磁化方向を有するように結合される。
【0043】
強磁性層４５の磁化容易軸方向は、強磁性層４３のそれとは逆方向であり、例えば、－ｘ方向となる。強磁性層４５は、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、コバルト白金（ＣｏＰｔ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、及びコバルトパラジウム（ＣｏＰｄ）から選択される少なくとも１つの合金を含む。強磁性層４５の磁化方向は、固定されており、－ｘ方向を向いている。
【0044】
反強磁性層４６は、例えば、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）等の合金を含む。反強磁性層４６は、強磁性層４５に積層される。例えば、反強磁性層４６を強磁性層４５に接触させて約１０ｋＯｅの磁場を印加した状態で、約３００度の温度でアニールし、その後、室温に冷却する。これにより、反強磁性層４６と強磁性層４５の界面において、交換磁気異方性を誘起し、強磁性層４５に対して印加磁場の方向に一方向磁気異方性を発生させることにより、磁化方向の固着を行う。
【0045】
（ＭＴＪ素子の配置）
図７は、第１実施形態に係るＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す図である。図７は、図２においてｚ方向から見た場合の平面図である。図７では、磁性部材ＭＬｉｊ（以下、磁性部材ＭＬともいう）の第１端部１１ａ側が表示されている。
図７は、第１実施形態に係るＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す図である。図７は、図２においてｚ方向から見た場合の平面図である。図７では、磁性部材ＭＬｉｊ（以下、磁性部材ＭＬともいう）の第１端部１１ａ側が表示されている。
【0046】
ｚ方向から見た平面視において、磁性部材ＭＬは、略円筒形を有し、その径方向に漏洩磁界のｘｙ面内成分が径方向に発生する。
【0047】
ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４は、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａ側の外縁の一部に重複するように配置されている。以下、ＭＴＪ素子１４と重複する磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの外縁部分を、重複部分ともいう。また、ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４は、長手方向と幅方向を有し、例えば、略楕円形、略長方形等の形状を有する。本実施形態において、ＭＴＪ素子１４の長手方向は、磁性部材ＭＬの外縁の重複部分における接線方向にほぼ一致している。
【0048】
固定層１４ｃの磁化方向Ｄ１４ｃは、磁性部材ＭＬの径方向（＋ｘ方向）を向いている。従って、ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４の長手方向は、固定層１４ｃの磁化方向とは異なる。固定層１４ｃの磁化方向Ｄ１４ｃは、ｚ方向から見た平面視において、重複部分の法線方向、あるいは、重複部分における磁性部材ＭＬの径方向（＋ｘ方向）である。
【0049】
フリー層１４ａの磁化方向Ｄ１４ａ＿０～Ｄ１４ａ＿２は、ｚ方向から見た平面視において、磁性部材ＭＬの重複部分における接線方向から、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａにおける漏洩磁界に依存して傾斜する。例えば、フリー層１４ａが磁性部材ＭＬからの磁場の影響を受けていないときの磁化方向をＤ１４ａ＿０とする。フリー層１４ａが磁性部材ＭＬから受ける漏洩磁界が磁性部材ＭＬの径方向の外向き（＋ｘ方向）に向いている場合、フリー層１４ａの磁化方向は、Ｄ１４ａ＿１となる。フリー層１４ａが磁性部材ＭＬから受ける漏洩磁界が磁性部材ＭＬの径方向の内向き（－ｘ方向）に向いている場合、フリー層１４ａの磁化方向は、Ｄ１４ａ＿２となる。フリー層１４ａの磁化方向Ｄ１４ａ＿１，Ｄ１４ａ＿２の傾斜角は、フリー層１４ａが受ける磁性部材ＭＬからの漏洩磁界の大きさに依存する。
【0050】
このように、ｚ方向から見た平面視において、フリー層１４ａの磁化方向は、固定層１４ｃの磁化方向（＋ｘ方向）に対して０度より大きく、かつ、１８０度よりも小さな角度で交差する。即ち、フリー層１４ａの磁化方向と固定層１４ｃの磁化方向は、平行（０度）または反平行（１８０度）のいずれかではなく、０度および１８０度以外の傾斜角で交差する。
【0051】
図８は、第１実施形態に係るＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す斜視図である。尚、図８では、図２に対して、ｚ方向において上下を逆に表示している。従って、図８では、磁性部材ＭＬ（磁性部材ＭＬｉｊ）の第１端部１１ａ側が表示されている。ＭＴＪ素子１４は、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａからＺｍｔｊだけ－ｚ方向に離間して配置されている。図８では図示しないが、ＭＴＪ素子１４と磁性部材ＭＬとの間には、図２の非磁性導電層１２が設けられている。
【0052】
磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの半径をｒＭＭＬとする。この場合、ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４の重心の位置は、重複部分の第１端部１１ａを中心として、磁性部材ＭＬの法線方向、あるいは、磁性部材ＭＬの径方向（ｘ方向）に、±ｒＭＭＬ／５の範囲内に配置される。磁性部材ＭＬの第１端部１１ａからの漏洩磁界Ｈ１１ａは、図８に示すように、－ｚ方向に対して斜め方向（例えば、４５度の傾斜方向）に発生している。ＭＴＪ素子１４がより多くの漏洩磁界Ｈ１１ａを受けるためには、ＭＴＪ素子１４の重心は、重複部分の第１端部１１ａを中心としてｘ方向に±ｒＭＭＬ／５の範囲内に配置されることが好ましい。
【0053】
図９は、磁性部材の第１端部からの漏洩磁界のシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの横軸は、磁性部材ＭＬの中心軸からの距離ｒを示す。縦軸は、漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分Ｈｒおよびｚ方向の成分Ｈｚの大きさを示す。成分Ｈｒは、重複部分から磁性部材ＭＬの法線方向、あるいは、磁性部材ＭＬの径方向の成分と言ってもよい。成分Ｈｚは、磁性部材ＭＬの延伸方向の成分と言ってもよい。また、成分Ｈｒと成分Ｈｚとは互いに直交しており、（Ｈｒ２＋Ｈｚ２）１／２が漏洩磁界の全体の大きさとなる。尚、このシミュレーションでは、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａからＭＴＪ素子１４までの距離Ｚｍｔｊは、約３０ｎｍとしている。また、磁性部材ＭＬは、半径３０ｎｍの円筒形であるとしている。磁性部材ＭＬの膜厚は、１ｎｍとしている。磁性部材ＭＬは飽和磁化（Ｍｓ）１０００ｅｍｕ／ｃｃの垂直磁化膜であるとしてシミュレーションを行った。
【0054】
ラインＬ＿Ｈｒは、成分Ｈｒの大きさを示すラインである。ラインＬ＿Ｈｚは、成分Ｈｚの大きさを示すラインである。
【0055】
ラインＬ＿Ｈｚで示すように、成分Ｈｚは、磁性部材ＭＬの中心軸に近いほど大きく、その中心軸から離れるに従って小さくなっていく。
【0056】
一方、ラインＬ＿Ｈｒで示すように、成分Ｈｒは、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａに近いほど大きく、第１端部１１ａから離れるに従って小さくなっていく。即ち、成分Ｈｒは、第１端部１１ａで最大となっており、ピークを有する。
【0057】
ここで、漏洩磁界のｘｙ面内成分Ｈｒは、第１端部１１ａの近傍が最も大きい。ＭＴＪ素子１４は、磁界のｘ－ｙ面内成分を検出する。従って、ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４は、成分Ｈｒのピークに合わせて、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａに重複する位置（上記重複部分）において大きな漏洩磁界を受けることができる。ＭＴＪ素子１４は、磁界のｘ－ｙ面内成分を検出するので、成分Ｈｒが大きいほど、ＭＴＪ素子１４は、信号を確実に検出することができる。
【0058】
例えば、成分Ｈｒがそのピークの９０％以上になるように、ＭＴＪ素子１４のｘ方向（磁性部材ＭＬの径方向）の位置を設定する場合、ＭＴＪ素子１４の重心の位置は、ｚ方向から見た平面視において、重複部分の第１端部１１ａを中心として、磁性部材ＭＬの法線方向、あるいは、磁性部材ＭＬの径方向（ｘ方向）に、±ｒＭＭＬ／５の範囲内に配置されることが好ましい。これにより、ＭＴＪ素子１４は、磁性部材ＭＬから大きな漏洩磁界を効率的に検出することができる。
【0059】
図１０は、漏洩磁界とＭＴＪ素子の抵抗値との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、ＭＴＪ素子１４が受ける漏洩磁界Ｈの大きさを示す。縦軸は、ＭＴＪ素子１４の抵抗値Ｒｍｔｊを示す。
【0060】
漏洩磁界Ｈは、磁性部材ＭＬの径方向の外向き（＋ｘ方向）を正とし、その逆方向を負とする。この場合、ＭＴＪ素子１４は、漏洩磁界Ｈが負値の場合に高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈとなり、正値の場合に低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌとなる。漏洩磁界Ｈが０に近い場合、抵抗値Ｒｍｔｊは、高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈと低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌとの間の抵抗値となる。抵抗値Ｒｍｔｊは、漏洩磁界Ｈに依存して変化する。
【0061】
本実施形態では、ＭＴＪ素子１４のフリー層１４ａの磁化方向と固定層１４ｃの磁化方向は、平行（０度）または反平行（１８０度）のいずれかではなく、０度および１８０度以外の傾斜角で交差する。漏洩磁界Ｈが０に近い場合であっても、漏洩磁界Ｈに依存してフリー層１４ａの磁化方向と固定層１４ｃの磁化方向との交差角が変化する。よって、漏洩磁界Ｈが０に近い場合であっても、抵抗値Ｒｍｔｊは、漏洩磁界Ｈに依存して変化する。これにより、磁性部材ＭＬからの漏洩磁界Ｈが比較的小さくても（微弱な信号であっても）、ＭＴＪ素子１４は、漏洩磁界Ｈを検出することができる。よって、本実施形態によるＭＴＪ素子１４は、漏洩磁界Ｈの検出ウィンドウを広くとることができ、かつ、高感度で漏洩磁界Ｈを検出することができる。
【0062】
図１１は、比較例のＭＴＪ素子および磁性部材の配置例を示す図である。比較例では、ｚ方向から見た平面視において、ＭＴＪ素子１４の長手方向は、磁性部材ＭＬの外縁の重複部分において法線方向である。また、固定層１４ｃの磁化方向Ｄ１４ｃは、磁性部材ＭＬの径方向（ｘ方向）である。さらに、フリー層１４ａの磁化方向Ｄ１４ａは、ｚ方向から見た平面視において、磁性部材ＭＬの重複部分における法線方向であり、固定層１４ｃの磁化方向Ｄ１４ｃと平行または反平行となっている。この場合、フリー層１４ａの磁化方向Ｄ１４ａは、磁性部材ＭＬからの漏洩磁界Ｈによって、平行または反平行に切り替わる。
【0063】
図１２は、図１１の比較例における漏洩磁界とＭＴＪ素子の抵抗値との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、ＭＴＪ素子１４が受ける漏洩磁界Ｈの大きさを示す。縦軸は、ＭＴＪ素子１４の抵抗値Ｒｍｔｊを示す。
【0064】
この場合、ＭＴＪ素子１４の抵抗値Ｒｍｔｊは、ヒステリシスを有する。よって、漏洩磁界Ｈが正の所定値を超えないと、ＭＴＪ素子１４の抵抗値Ｒｍｔｊは、高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈから低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌに切り替わらない。漏洩磁界Ｈが負の所定値を下回らないと、ＭＴＪ素子１４の抵抗値Ｒｍｔｊは、低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌから高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈに切り替わらない。即ち、抵抗値Ｒｍｔｊは、漏洩磁界Ｈが絶対値として所定値（例えば、Ｈｃ）を超えないと、高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈと低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌとの間で切り替わらない。漏洩磁界Ｈが所定値Ｈｃよりも小さく、０に近い場合、抵抗値Ｒｍｔｊは、既存の抵抗状態（高抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｈまたは低抵抗Ｒｍｔｊ＿Ｌ）を維持する。よって、磁性部材ＭＬからの漏洩磁界Ｈが比較的小さいと、ＭＴＪ素子１４は、漏洩磁界Ｈを検出することができない。
【0065】
これに対し、上述の通り、本実施形態によれば、漏洩磁界Ｈの絶対値が所定値Ｈｃ以下であっても、抵抗値Ｒｍｔｊは、漏洩磁界Ｈに依存して変化する。これにより、磁性部材ＭＬからの漏洩磁界Ｈが比較的小さくても（微弱な信号であっても）、ＭＴＪ素子１４は、漏洩磁界Ｈを検出することができる。
【0066】
図１３は、第１実施形態によるＭＴＪ素子側から見たメモリセルアレイの構成例を示す斜視図である。図１４は、ＭＴＪ素子側から見たメモリセルアレイの構成例を示す平面図である。図１３に示すように、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａ上には、非磁性導電層１２が設けられ、非磁性導電層１２上に、ＭＴＪ素子１４が設けられている。
【0067】
図１４に示すように、ＭＴＪ素子１４の長手方向は、磁性部材ＭＬの外縁の重複部分における接線方向にほぼ一致している。ＭＴＪ素子１４は、各磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの同一方向に偏在している。或る磁性部材ＭＬの漏洩磁界は、直上にあるＭＴＪ素子１４だけでなく、隣り合う磁性部材ＭＬ上にあるＭＴＪ素子１４にも影響する。隣り合う磁性部材ＭＬからの漏洩磁界による影響を、以下、隣接セル間干渉ともいう。図１４に示すように、ＭＴＪ素子１４を各磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの同一方向に偏在させることによって、隣接セル間干渉を、複数のＭＴＪ素子１４において略均一にすることができる。
【0068】
（第２実施形態）
図１５は、第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す斜視図である。図１６は、第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す断面図である。第２実施形態によれば、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａが、磁性部材ＭＬの延伸方向（ｚ方向）に対して磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している。よって、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの開口は、第１端部１１ａの端面に近づくに従って小さくなっている。また、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの開口は、第２端部１１ｂの開口よりも小さい。
図１５は、第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す斜視図である。図１６は、第２実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す断面図である。第２実施形態によれば、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａが、磁性部材ＭＬの延伸方向（ｚ方向）に対して磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している。よって、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの開口は、第１端部１１ａの端面に近づくに従って小さくなっている。また、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの開口は、第２端部１１ｂの開口よりも小さい。
【0069】
例えば、図１６に示すように、第１端部１１ａは、磁性部材ＭＬの端面から５０ｎｍの位置から傾斜している。第１端部１１ａの傾斜は、磁性部材ＭＬの延伸方向（ｚ方向）に対して磁性部材ＭＬの内側へ向かって約１０度の角度で傾斜している。第１端部１１ａよりも第２端部１１ｂ側の磁性部材ＭＬの直径は約６０ｎｍとし、第１端部１１ａの端面の開口径は約４２ｎｍとしている。
【0070】
図１７は、漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分Ｈｒと磁性部材の中心軸からの距離ｒのシミュレーション結果を示すグラフである。このグラフの横軸は、磁性部材ＭＬの中心軸からの距離ｒを示す。縦軸は、漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分Ｈｒの大きさを示す。尚、このシミュレーションでは、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａからＭＴＪ素子１４までの距離Ｚｍｔｊは、約３０ｎｍとしている。磁性部材ＭＬの膜厚は、１ｎｍとしている。縦軸は、正規化されている。
【0071】
ラインＬ＿Ｈｒ０は、比較例として図１８に示すように、第１端部１１ａが傾斜していない磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒを示すラインである。ラインＬ＿Ｈｒ１は、図１５に示すように、第２実施形態による第１端部１１ａが傾斜している磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒを示すラインである。
【0072】
ラインＬ＿Ｈｒ０、Ｌ＿Ｈｒ１は、距離ｒが大きくなると、最大値（ピーク）を有し、その後、減衰している。また、距離ｒの増大に伴い、ラインＬ＿Ｈｒ１は、ラインＬ＿Ｈｒ０よりも早く減衰している。即ち、距離ｒの増大に伴い第２実施形態の磁性部材ＭＬは、比較例のそれよりも、漏洩磁界の成分Ｈｒが早く減衰する。
【0073】
例えば、隣り合う複数の磁性部材ＭＬ間の距離ｒが９０ｎｍであるとする。この場合、ｒが９０ｎｍ以上のときの漏洩磁界を比較すると、ラインＬ＿Ｈｒ１は、ラインＬ＿Ｈｒ０よりも小さい。即ち、隣接セル間干渉は、ラインＬ＿Ｈｒ０で示す比較例よりもラインＬ＿Ｈｒ１で示す第２実施形態の方が小さくなる。
【0074】
図１８は、比較例による磁性部材の構成を示す斜視図である。図１９は、図１８に示す磁性部材ＭＬの第１端部１１ａから生じる漏洩磁界の磁力線を示す図である。図２０は、図１５に示す第２実施形態による磁性部材ＭＬの第１端部１１ａから生じる漏洩磁界の磁力線を示す概念図である。
【0075】
図１９および図２０を比較すると、矢印Ａで示すように、第２実施形態の磁性部材ＭＬの磁力線は、比較例のそれよりも上方（-ｚ方向）へ向かっている。磁性部材ＭＬの磁力線が比較例のそれよりも上方へ向いているため、漏洩磁界の成分Ｈｒは、比較例のそれよりも距離ｒの増大によって早く減衰する。これにより、隣り合う磁性部材ＭＬに与える漏洩磁界の影響は、比較例よりも第２実施形態において小さくなる。その結果、第２実施形態では、隣接セル間干渉を低く抑制することができる。
【0076】
（第３実施形態）
図２１は、第３実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す断面図である。第３実施形態は、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａが、磁性部材ＭＬの延伸方向（-ｚ方向）に対して磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している点で第２実施形態と同様である。しかし、第３実施形態によれば、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの膜厚が、磁性部材ＭＬの第２端部１１ｂ側の他の部分よりも厚くなっている。また、磁性部材ＭＬの厚みは、磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している傾斜部分において第１端部１１ａの端面に近づくに従って厚くなっている。例えば、磁性部材ＭＬの膜厚は、第１端部１１ａ以外の部分において１ｎｍであり、第１端部１１ａの端面に近づくに従って厚くなり、第１端部１１ａの端面において２ｎｍとなっている。第３実施形態のその他の構成は、第２実施形態の対応する構成と同様でよい。
図２１は、第３実施形態による磁気メモリの磁性部材ＭＬの構成例を示す断面図である。第３実施形態は、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａが、磁性部材ＭＬの延伸方向（-ｚ方向）に対して磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している点で第２実施形態と同様である。しかし、第３実施形態によれば、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの膜厚が、磁性部材ＭＬの第２端部１１ｂ側の他の部分よりも厚くなっている。また、磁性部材ＭＬの厚みは、磁性部材ＭＬの内側へ向かって傾斜している傾斜部分において第１端部１１ａの端面に近づくに従って厚くなっている。例えば、磁性部材ＭＬの膜厚は、第１端部１１ａ以外の部分において１ｎｍであり、第１端部１１ａの端面に近づくに従って厚くなり、第１端部１１ａの端面において２ｎｍとなっている。第３実施形態のその他の構成は、第２実施形態の対応する構成と同様でよい。
【0077】
図２２は、漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分Ｈｒと磁性部材の中心軸からの距離ｒのシミュレーション結果を示すグラフである。このグラフの横軸は、磁性部材ＭＬの中心軸からの距離ｒを示す。縦軸は、漏洩磁界のｘ－ｙ面内の成分Ｈｒの大きさを示す。尚、このシミュレーションでは、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａからＭＴＪ素子１４までの距離Ｚｍｔｊは、約３０ｎｍとしている。また、縦軸は、正規化されておらず、各ラインＬ＿Ｈｒ０～Ｌ＿Ｈｒ２の磁界の大きさを表している。磁性部材ＭＬは飽和磁化（Ｍｓ）１０００ｅｍｕ／ｃｃの垂直磁化膜であるとしてシミュレーションを行った。
【0078】
ラインＬ＿Ｈｒ０は、比較例として、第１端部１１ａが傾斜していない磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒを示す（図１８）。ラインＬ＿Ｈｒ１は、第２実施形態による第１端部１１ａが傾斜している磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒを示す（図１５）。即ち、ラインＬ＿Ｈｒ０、Ｌ＿Ｈｒ１は、それぞれ図１７に示すラインＬ＿Ｈｒ０、Ｌ＿Ｈｒ１に対応している。ラインＬ＿Ｈｒ２は、第３実施形態による第１端部１１ａが傾斜しかつ厚くなっている磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒを示す（図２１）。
【0079】
ラインＬ＿Ｈｒ０～Ｌ＿Ｈｒ２は、いずれも距離ｒが大きくなると、最大値（ピーク）を有し、その後、減衰している。しかし、距離ｒの増大に伴い、ラインＬ＿Ｈｒ１、Ｌ＿Ｈｒ２は、ラインＬ＿Ｈｒ０よりも早く減衰している。
【0080】
ラインＬ＿Ｈｒ１は、ラインＬ＿Ｈｒ０よりも最大値（ピーク）が小さい。即ち、ラインＬ＿Ｈｒ１に対応する漏洩磁界の成分Ｈｒは、ラインＬ＿Ｈｒ０に対応する漏洩磁界の成分Ｈｒよりも小さい。一方、ラインＬ＿Ｈｒ２は、ラインＬ＿Ｈｒ０、Ｌ＿Ｈｒ１よりも最大値（ピーク）が大きい。即ち、ラインＬ＿Ｈｒ２に対応する漏洩磁界の成分Ｈｒは、ラインＬ＿Ｈｒ０、Ｌ＿Ｈｒ１に対応する漏洩磁界の成分Ｈｒよりも大きくなっているが、距離ｒの増大に伴い早く減衰する。
【0081】
このように、第３実施形態では、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａの膜厚を厚くすることによって、漏洩磁界の成分Ｈｒを増大させることができる。なおかつ、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａを傾斜させることによって、磁性部材ＭＬの中心軸からの距離ｒに従って漏洩磁界の成分Ｈｒを早く減衰させることができる。即ち、第３実施形態によれば、第１端部１１ａを傾斜させてかつその膜厚を厚くすると、磁性部材ＭＬの漏洩磁界の成分Ｈｒは、大きなピークを有し、かつ、距離ｒが大きくなるにしたがって早く減衰する。これにより、第３実施形態による磁性部材ＭＬは、ＭＴＪ素子１４に大きな漏洩磁界を印加することができるとともに、隣接セル間干渉を低く抑えることができる。
【0082】
第３実施形態による磁性部材ＭＬは、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて形成することができる。例えば、磁性部材ＭＬの成膜工程において、第１端部１１ａ側からプロセスガスを流す場合、プラズマを第１端部１１ａ近傍に照射することによって、成膜反応が第１端部１１ａにおいてエンハンスされる。これにより、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａを他の部分よりも厚く形成することができる。
【0083】
また、磁性部材ＭＬの成膜工程において、第２端部１１ｂ側からプロセスガスを流す場合、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａ側の開口を狭くすることによって、第１端部１１ａの近傍において、プロセスガスの濃度が高くなる。これにより、磁性部材ＭＬの第１端部１１ａを他の部分よりも厚く形成することができる。このように、第３実施形態による磁性部材ＭＬは形成され得る。
【0084】
以上のように、第３実施形態によれば、第１端部１１ａを傾斜させてかつその膜厚を厚くすることにより、磁性部材ＭＬは、ＭＴＪ素子１４に大きな漏洩磁界を印加することができるとともに、隣接セル間干渉を低く抑えることができる。その結果、隣接セル間干渉の抑制は、データの読出しエラーの抑制につながる。
【0085】
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同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0086】
１０ メモリ部
２５ 磁気回路
２５ａ～２５ｄ ヨーク
ＦＬ フィールドライン
ＰＬ プレート電極
ＭＬ 磁性部材
１１ａ 第１端部
１１ｂ 第２端部
１４ ＭＴＪ素子
１４ａ フリー層
１４ｂ 非磁性絶縁層
１４ｃ 固定層
２５ 磁気回路
２５ａ～２５ｄ ヨーク
ＦＬ フィールドライン
ＰＬ プレート電極
ＭＬ 磁性部材
１１ａ 第１端部
１１ｂ 第２端部
１４ ＭＴＪ素子
１４ａ フリー層
１４ｂ 非磁性絶縁層
１４ｃ 固定層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
