(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】磁壁移動素子及び磁気記録アレイ
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20241112BHJP
H10N 50/01 20230101ALI20241112BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H10N50/01
H10N50/10 Z
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021048982
(22)【出願日】2021-03-23
(65)【公開番号】P2021190690
(43)【公開日】2021-12-13
【審査請求日】2024-02-08
(31)【優先権主張番号】P 2020091151
(32)【優先日】2020-05-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100163496
【弁理士】
【氏名又は名称】荒 則彦
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100169694
【弁理士】
【氏名又は名称】荻野 彰広
(72)【発明者】
【氏名】芦田 拓也
(72)【発明者】
【氏名】柴田 竜雄
【審査官】脇水 佳弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２２６９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０５７５５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０５３６６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２７８４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／００１７０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０５５６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２３４１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２０１５１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２３０２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／０３６７５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０７３８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１８９９６４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｂ ６１／００
Ｈ１０Ｎ ５０／０１
Ｈ１０Ｎ ５０／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に近い側から第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層の順に積層され、積層方向からの平面視で前記第１強磁性層が延びる第１方向と直交する第２方向に沿って切断した切断面において、
前記第１強磁性層の前記第２方向の最短幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短
く、
前記積層方向及び前記第２方向に沿う切断面において、前記第１強磁性層の側面は、第１傾斜面と第２傾斜面を有し、
第１傾斜面は、前記第１強磁性層の前記基板に近い側の下端から前記第１強磁性層の前記第２方向の中央に向かって傾斜し、
第２傾斜面は、前記第１強磁性層の前記基板から遠い側の上端から前記第１強磁性層の前記第２方向の中央に向かって傾斜する、磁壁移動素子。
【請求項2】
前記第１強磁性層の前記非磁性層側の第１面の前記第２方向の幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短い、請求項１に記載の磁壁移動素子。
【請求項3】
前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置は、前記第１強磁性層の前記積層方向の中央より前記非磁性層側にある、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。
【請求項4】
前記第１強磁性層の前記第２方向の最長幅が、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短い、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項5】
前記第１強磁性層の前記非磁性層から遠い側の第２面の前記第２方向の幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より長い、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項6】
前記非磁性層の厚みは、３０Å以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項7】
前記非磁性層のミリングレートは、前記第１強磁性層のミリングレートより遅い、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項8】
前記第１強磁性層の前記非磁性層と反対側に下地層をさらに備え、前記下地層は、前記第１強磁性層よりもミリングレートが遅い、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項9】
前記第１強磁性層は、前記下地層を構成する元素を含み、前記元素の存在比は、前記積層方向において前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置より前記下地層側にある第１領域が、前記積層方向において前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置より前記非磁性層側にある第２領域より濃い、請求項８に記載の磁壁移動素子。
【請求項10】
前記第１方向に前記非磁性層を挟み、前記下地層を介して前記第１強磁性層と電気的に接続された第１導電部と第２導電部とを有し、前記第１導電部及び前記第２導電部のそれぞれの前記第２方向の幅は、前記第１強磁性層の前記第２方向の幅より広く、
前記下地層のミリングレートは、前記第１導電部及び前記第２導電部のミリングレートより遅い、請求項８又は９に記載の磁壁移動素子。
【請求項11】
前記第２強磁性層の前記第２方向の側方に、前記第２強磁性層と異なる金属層をさらに備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数有する、磁気記録アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁壁移動素子及び磁気記録アレイに関する。
【背景技術】
【0002】
微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリに注目が集まっている。例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｄｏｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等が次世代の不揮発性メモリとして知られている。
【0003】
ＭＲＡＭは、磁化の向きの変化によって生じる抵抗値変化をデータ記録に利用している。データ記録は、ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗変化素子のそれぞれが担っている。例えば、特許文献１には、書き込み電流と読出し電流の経路を分ける３端子型の磁気抵抗効果素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６２７５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
磁気抵抗効果素子を微細化する際にスリミングという処理を行う場合がある。スリミングは、磁気抵抗効果素子の側面にイオンビームを照射し、磁気抵抗効果素子の平面視面積を小さくする処理である。しかしながら、イオンビームが露出する金属面に照射されると、金属の一部が飛散し、磁気抵抗効果素子の側壁に再付着する場合がある。磁気抵抗効果素子の側壁に付着した不純物は、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性体の磁気特性を劣化させる。また付着した不純物は、磁気抵抗効果素子のリークの原因にもなる。磁気抵抗効果素子の側壁に付着した不純物は、磁気抵抗効果素子の信頼性を低下させる。
【0006】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い磁気抵抗効果素子及び磁気記録アレイを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）第１の態様にかかる磁壁移動素子は、基板に近い側から第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層の順に積層され、積層方向からの平面視で前記第１強磁性層が延びる第１方向と直交する第２方向に沿って切断した切断面において、前記第１強磁性層の前記第２方向の最短幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短い。
【0008】
（２）上記態様にかかる磁壁移動素子の前記積層方向及び前記第２方向に沿う切断面において、前記第１強磁性層の側面は、前記積層方向に対して傾斜していてもよい。
【0009】
（３）上記態様にかかる磁壁移動素子の前記積層方向及び前記第２方向に沿う切断面において、前記第１強磁性層の側面は、第１傾斜面と第２傾斜面を有し、第１傾斜面は、前記第１強磁性層の前記基板に近い側の下端から前記第１強磁性層の前記第２方向の中央に向かって傾斜し、第２傾斜面は、前記第１強磁性層の前記基板から遠い側の上端から前記第１強磁性層の前記第２方向の中央に向かって傾斜してもよい。
【0010】
（４）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記非磁性層側の第１面の前記第２方向の幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短くてもよい。
【0011】
（５）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置は、前記第１強磁性層の前記積層方向の中央より前記非磁性層側にあってもよい。
【0012】
（６）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記第２方向の最長幅が、前記非磁性層の前記第２方向の幅より短くてもよい。
【0013】
（７）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１強磁性層の前記非磁性層から遠い側の第２面の前記第２方向の幅は、前記非磁性層の前記第２方向の幅より長くてもよい。
【0014】
（８）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記非磁性層の厚みは、３０Å以上でもよい。
【0015】
（９）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記非磁性層のミリングレートは、前記第１強磁性層のミリングレートより遅くてもよい。
【0016】
（１０）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１強磁性層の前記非磁性層と反対側に下地層をさらに備え、前記下地層は、前記第１強磁性層よりもミリングレートが遅くもよい。
【0017】
（１１）上記態様にかかる磁壁移動素子の前記第１強磁性層は、前記下地層を構成する元素を含み、前記元素の存在比は、前記積層方向において前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置より前記下地層側にある第１領域が、前記積層方向において前記第１強磁性層の前記第２方向の幅が最短となる位置より前記非磁性層側にある第２領域より濃くてもよい。
【0018】
（１２）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１方向に前記非磁性層を挟み、前記下地層を介して前記第１強磁性層と電気的に接続された第１導電部と第２導電部とを有し、前記第１導電部及び前記第２導電部のそれぞれの前記第２方向の幅は、前記第１強磁性層の前記第２方向の幅より広く、前記下地層のミリングレートは、前記第１導電部及び前記第２導電部のミリングレートより遅くてもよい。
【0019】
（１３）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第２強磁性層の前記第２方向の側方に、前記第２強磁性層と異なる金属層をさらに備えてもよい。
【0020】
（１４）第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様に係る磁壁移動素子を複数有する。
【発明の効果】
【0021】
上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気記録アレイは、信頼性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１実施形態に係る磁気記録アレイの構成図である。
【図2】第１実施形態に係る磁気記録アレイの特徴部の断面図である。
【図3】第１実施形態に係る磁壁移動素子のｘｚ断面図である。
【図4】第１実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。
【図5】第１実施形態に係る磁壁移動素子のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。
【図6】第１実施形態に係る磁壁移動素子の第１導電部におけるｙｚ断面図である。
【図7】第１実施形態に係る磁壁移動素子を作製する際のスリミングを説明するための模式図である。
【図8】第１変形例に係る磁壁移動素子のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。
【図9】第２変形例に係る磁壁移動素子のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。
【図10】第３変形例に係る磁壁移動素子のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。
【図11】第１実施形態に係る磁壁移動素子のｘｚ断面図である。
【図12】第１実施形態に係る磁壁移動素子のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0024】
まず方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する第１強磁性層１０が延びる方向であり、後述する第１導電部５１から第２導電部５２へ向かう方向である。ｙ方向は、ｘ方向と直交する方向である。ｚ方向は、後述する基板Ｓｕｂから磁壁移動素子１００へ向かう方向である。ｚ方向は積層方向の一例である。また本明細書で「ｘ方向に延びる」とは、例えば、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもｘ方向の寸法が大きいことを意味する。他の方向に延びる場合も同様である。
【0025】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。
図１は、第１実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。磁気記録アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、複数の第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、複数の第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、複数の第１スイッチング素子１１０と、複数の第２スイッチング素子１２０と、複数の第３スイッチング素子１３０とを備える。磁気記録アレイ２００は、例えば、磁気メモリ、積和演算器、ニューロモーフィックデバイスに利用できる。
【0026】
＜第１配線、第２配線、第３配線＞
第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
【0027】
第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、共通配線である。共通配線は、データの書き込み時及び読み出し時の両方に用いることができる配線である。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、基準電位と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁壁移動素子１００に亘って設けられてもよい。
【0028】
第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、電源と１つ以上の磁壁移動素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気記録アレイ２００の一端に接続される。
【0029】
＜第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子＞
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。
図１に示す第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０は、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに接続されている。第１スイッチング素子１１０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、磁壁移動素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。
【0030】
第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に書き込み電流が流れる。第１スイッチング素子１１０及び第３スイッチング素子１３０をＯＮにすると、所定の磁壁移動素子１００に接続された第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に読み出し電流が流れる。
【0031】
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０及び第３スイッチング素子１３０は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。
【0032】
第１スイッチング素子１１０、第２スイッチング素子１２０、第３スイッチング素子１３０のいずれかは、同じ配線に接続された磁壁移動素子１００で、共用してもよい。例えば、第１スイッチング素子１１０を共有する場合は、第１配線Ｗｐ１～Ｗｐｎの上流に一つの第１スイッチング素子１１０を設ける。例えば、第２スイッチング素子１２０を共有する場合は、第２配線Ｃｍ１～Ｃｍｎの上流に一つの第２スイッチング素子１２０を設ける。例えば、第３スイッチング素子１３０を共有する場合は、第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎの上流に一つの第３スイッチング素子１３０を設ける。
【0033】
【0034】
図２に示す第１スイッチング素子１１０及び第２スイッチング素子１２０は、トランジスタＴｒである。トランジスタＴｒは、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁膜ＧＩと、基板Ｓｕｂに形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、を有する。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。第３スイッチング素子１３０は、電極Ｅと電気的に接続され、例えば、紙面奥行き方向（＋ｙ方向）に位置する。
【0035】
トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、配線Ｗを介して、電気的に接続されている。配線Ｗは、導電性を有する材料を含む。配線Ｗは、例えば、ｚ方向に延びる。配線Ｗは、例えば、絶縁層Ｉｎの開口部に形成されたビア配線である。
【0036】
磁壁移動素子１００とトランジスタＴｒとは、配線Ｗを除いて、絶縁層Ｉｎによって電気的に分離されている。絶縁層Ｉｎは、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層Ｉｎは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【0037】
「磁壁移動素子」
図３は、磁壁移動素子１００を第１強磁性層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図４は、磁壁移動素子１００をｚ方向から平面視した図である。図５は、磁壁移動素子１００のｘ方向の中央を通るｙｚ平面で切断した断面図である。図５は、図４のＡ－Ａ線に沿って磁壁移動素子１００を切断した断面である。図６は、磁壁移動素子１００の第１導電部５１を通るｙｚ平面で切断した断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ線に沿って磁壁移動素子１００を切断した断面である。
図３は、磁壁移動素子１００を第１強磁性層１０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図４は、磁壁移動素子１００をｚ方向から平面視した図である。図５は、磁壁移動素子１００のｘ方向の中央を通るｙｚ平面で切断した断面図である。図５は、図４のＡ－Ａ線に沿って磁壁移動素子１００を切断した断面である。図６は、磁壁移動素子１００の第１導電部５１を通るｙｚ平面で切断した断面図である。図６は、図４のＢ－Ｂ線に沿って磁壁移動素子１００を切断した断面である。
【0038】
磁壁移動素子１００は、例えば、第１強磁性層１０と第２強磁性層２０と非磁性層３０と下地層４０と第１導電部５１と第２導電部５２とを有する。例えば、基板Ｓｕｂに近い側から第１強磁性層１０、非磁性層３０、第２強磁性層２０の順に積層されている。第１強磁性層１０と非磁性層３０との間及び非磁性層３０と第２強磁性層２０との間に、他の層が挿入されていてもよい。磁壁移動素子１００にデータを書き込む際は、第１導電部５１と第２導電部５２との間の第１強磁性層１０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電部５１又は第２導電部５２と第２強磁性層２０との間に読み出し電流を流す。
【0039】
「第１強磁性層」
第１強磁性層１０は、ｘ方向に延びる。第１強磁性層１０は、書き込み電流が通電される。第１強磁性層１０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、ｘ方向が長軸、ｙ方向が短軸の矩形である。第１強磁性層１０は、例えば、第２強磁性層２０より基板Ｓｕｂ側にある。書き込み電流は、第１強磁性層１０に沿って、第１導電部５１から第２導電部５２に向って、又は、第２導電部５２から第１導電部５１に向って流れる。
第１強磁性層１０は、ｘ方向に延びる。第１強磁性層１０は、書き込み電流が通電される。第１強磁性層１０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、ｘ方向が長軸、ｙ方向が短軸の矩形である。第１強磁性層１０は、例えば、第２強磁性層２０より基板Ｓｕｂ側にある。書き込み電流は、第１強磁性層１０に沿って、第１導電部５１から第２導電部５２に向って、又は、第２導電部５２から第１導電部５１に向って流れる。
【0040】
第１強磁性層１０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。第１強磁性層１０は、磁気記録層、磁壁移動層と呼ばれる場合がある。
【0041】
図３に示すように第１強磁性層１０は、例えば、磁化固定領域１１、１２と磁壁移動領域１３とを有する。磁壁移動領域１３は、例えば、ｘ方向に、二つの磁化固定領域１１、１２に挟まれる。
【0042】
磁化固定領域１１は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１０の第１導電部５１と重なる領域である。磁化固定領域１２は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１０の第２導電部５２と重なる領域である。磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ１１、Ｍ１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂより磁化反転しにくく、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂが反転する閾値の外力を印加しても磁化反転しない。そのため、磁化固定領域１１、１２の磁化Ｍ１１、Ｍ１２は、磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂに対して固定されていると言われる。
【0043】
磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは異なる方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは、例えば、反対方向に配向している。磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１は例えば＋ｚ方向に配向し、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２は例えば－ｚ方向に配向している。
【0044】
磁壁移動領域１３は、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとからなる。第１磁区１３Ａは、磁化固定領域１１に隣接する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａは、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１と同じ方向に配向する。第２磁区１３Ｂは、磁化固定領域１２に隣接する。第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂは、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２の影響を受けて、例えば、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２と同じ方向に配向する。そのため、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂとは、異なる方向に配向する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａと第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂとは、例えば、反対方向に配向する。
【0045】
第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの境界が磁壁ＤＷである。磁壁ＤＷは、磁壁移動領域１３内を移動する。磁壁ＤＷは、原則、磁化固定領域１１、１２には侵入しない。
【0046】
磁壁移動領域１３において磁壁ＤＷは、磁壁移動領域１３のｘ方向に書き込み電流を流すことによって移動する。例えば、磁壁移動領域１３に＋ｘ方向の書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－ｘ方向に流れるため、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。第１磁区１３Ａから第２磁区１３Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区１３Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａを磁化反転させる。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａが磁化反転することで、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。磁壁移動領域１３において磁壁が移動すると、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率が変化する。
【0047】
磁壁移動領域１３において、磁壁ＤＷが移動し、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率が変化すると、第１磁区１３Ａと第２磁区１３Ｂとの比率に応じて磁壁移動素子１００の抵抗が変化する。また磁壁移動素子１００の抵抗値は、磁壁ＤＷの位置を段階的に移動させると段階的に変化し、磁壁ＤＷの位置を連続的に移動させると連続的に変化する。抵抗値が段階的に変化する磁壁移動素子１００は、多値のデータを扱うのに適している。抵抗値が連続的に変化する磁壁移動素子１００は、アナログなデータを扱うのに適している。
【0048】
図５及び図６に示すように、第１強磁性層１０のｙ方向の最短幅Ｌ１０ｍｉｎは、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短い。非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０は、ｙ方向の幅の平均値であり、例えばｚ方向の位置によってｙ方向の幅が変化する場合は、これらの平均値を意味する。
【0049】
図５及び図６に示す第１強磁性層１０のｙ方向の幅は、ｚ方向の位置によって異なる。例えば、第１強磁性層１０の第１面１０ａと第２面１０ｂとはｙ方向の幅が異なる。第１面１０ａは、第１強磁性層１０の非磁性層３０側の面である。第２面１０ｂは、第１強磁性層１０の第１面１０ａと反対側の面である。
【0050】
図５及び図６に示す第１面１０ａのｙ方向の幅は、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０と同じである。図５及び図６に示す第１強磁性層１０のｙ方向の幅は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かうに従い狭くなり、最短幅Ｌ１０ｍｉｎに至ったのち、広くなっていく。最短幅Ｌ１０ｍｉｎとなる位置は、例えば、第１強磁性層１０のｚ方向の中央より非磁性層３０側である。図５及び図６に示す第１強磁性層１０のｙ方向の幅は、第２面１０ｂにおいて最長となる。図５及び図６に示す第２面１０ｂのｙ方向の幅は、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より長い。第１強磁性層１０のｙ方向の最長幅Ｌ１０ｍａｘは、例えば、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より長い。
【0051】
図５及び図６に示す第１強磁性層１０のｙ方向の側面は、ｚ方向に対してｙ方向に傾斜している。第１強磁性層１０のｙ方向の側面は、第１傾斜面ｓ１と第２傾斜面ｓ２とに区分できる。第１傾斜面ｓ１は、第１強磁性層１０の側面の基板Ｓｕｂ側の下端を基準に、第１強磁性層１０のｙ方向中央に向かって傾斜する傾斜面である。第２傾斜面ｓ２は、第１強磁性層１０の側面の非磁性層３０側の上端を基準に、第１強磁性層１０のｙ方向中央に向かって傾斜する傾斜面である。第２傾斜面ｓ２は、第１傾斜面ｓ１に対してオーバハングしている。
【0052】
第１傾斜面ｓ１と第２傾斜面ｓ２とは、第１強磁性層１０の側面の接線のｚ方向に対する傾きがゼロとなる変曲点ｐ１を挟む。変曲点ｐ１は、非磁性層３０のｙ方向の端部より内側にある。第１強磁性層１０のｙ方向の側面は、例えば、非磁性層３０のｙ方向の端部からｚ方向に下した仮想面に対して窪んでいる。
【0053】
第１強磁性層１０は、磁性体により構成される。第１強磁性層１０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。第１強磁性層１０に用いられる材料として、例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁ＤＷを移動するために必要な閾値電流が小さくなる。またＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁ＤＷの移動速度が遅くなる。
【0054】
第１強磁性層１０は、下地層４０を構成する元素を含んでもよい。元素の存在比は、例えば、ｚ方向において第１強磁性層１０が最短幅Ｌ１０ｍｉｎとなる位置より下地層４０側にある第１領域Ｒ１が、ｚ方向において第１強磁性層１０が最短幅Ｌ１０ｍｉｎとなる位置より非磁性層３０側にある第２領域Ｒ２より濃い。
【0055】
「非磁性層」
非磁性層３０は、例えば、第１強磁性層１０に接する。非磁性層３０は、第１強磁性層１０上にある。非磁性層３０は、第１強磁性層１０と第２強磁性層２０との間にある。
非磁性層３０は、例えば、第１強磁性層１０に接する。非磁性層３０は、第１強磁性層１０上にある。非磁性層３０は、第１強磁性層１０と第２強磁性層２０との間にある。
【0056】
非磁性層３０は、例えば、非磁性の絶縁体、半導体又は金属からなる。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層３０が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層３０はトンネルバリア層である。非磁性の金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
【0057】
非磁性層３０のミリングレートは、例えば、第１強磁性層１０のミリングレートより遅い。ミリングレートは、ドライエッチングに対するミリングレートである。ドライエッチングには、例えばイオンビームエッチングを使用する。イオンビームエッチングには、数百～数ｋＶの電圧で加速された、ミリングには、例えばＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガス元素、またはそのイオンを使用できる。非磁性層３０が酸化物の場合、金属である第１強磁性層１０よりミリングレートが遅くなる場合が多い。
【0058】
非磁性層３０の厚みは、２０Å以上であることが好ましく、３０Å以上であることがより好ましい。非磁性層３０の厚みが厚いと、磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０４Ωμｍ２以上であることが好ましく、１×１０５Ωμｍ２以上であることがより好ましい。磁壁移動素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、一つの磁壁移動素子１００の素子抵抗と磁壁移動素子１００の素子断面積（非磁性層３０をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。
【0059】
また非磁性層３０の厚みが厚い場合と、スリミング時における他の層とのミリングレートの違いにより非磁性層３０の側壁に不純物が再付着しやすい傾向にある。非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０と第１強磁性層１０のｙ方向の最短幅Ｌ１０ｍｉｎとの関係を制御すると、非磁性層３０の厚みが厚い場合でも、非磁性層３０の側壁への不純物の再付着を抑制できる。
【0060】
「第２強磁性層」
第２強磁性層２０は、非磁性層３０上にある。第２強磁性層２０は、一方向に配向した磁化Ｍ２０を有する。第２強磁性層２０の磁化Ｍ２０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。第２強磁性層２０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。
第２強磁性層２０は、非磁性層３０上にある。第２強磁性層２０は、一方向に配向した磁化Ｍ２０を有する。第２強磁性層２０の磁化Ｍ２０は、所定の外力が印加された際に磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂよりも磁化反転しにくい。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。第２強磁性層２０は、磁化固定層、磁化参照層と呼ばれることがある。
【0061】
第２強磁性層２０の磁化と磁壁移動領域１３の磁化Ｍ１３Ａ、Ｍ１３Ｂとの相対角の違いにより、磁壁移動素子１００の抵抗値は変化する。第１磁区１３Ａの磁化Ｍ１３Ａは、例えば第２強磁性層２０の磁化Ｍ２０と同じ方向（平行）であり、第２磁区１３Ｂの磁化Ｍ１３Ｂは、例えば第２強磁性層２０の磁化Ｍ２０と反対方向（反平行）である。ｚ方向からの平面視で第２強磁性層２０と重畳する部分における第１磁区１３Ａの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は低くなる。反対に、ｚ方向からの平面視で第２強磁性層２０と重畳する部分における第２磁区１３Ｂの面積が広くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は高くなる。
【0062】
第２強磁性層２０は、強磁性体を含む。第２強磁性層２０は、例えば、第１強磁性層１０との間で、コヒーレントトンネル効果を得やすい材料を含む。第２強磁性層２０は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。第２強磁性層２０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。
【0063】
第２強磁性層２０は、例えば、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、ＸＹＺ又はＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１－ｃＧａｃ等が挙げられる。
【0064】
第２強磁性層２０の膜厚は、第２強磁性層２０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、１．５ｎｍ以下とすることが好ましく、１．０ｎｍ以下とすることがより好ましい。第２強磁性層２０の膜厚を薄くすると、第２強磁性層２０と他の層（非磁性層３０）との界面で、第２強磁性層２０に垂直磁気異方性（界面垂直磁気異方性）が付加され、第２強磁性層２０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。
【0065】
第２強磁性層２０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、第２強磁性層２０をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択された強磁性体とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈからなる群から選択された非磁性体との積層体とすることが好ましく、Ｉｒ、Ｒｕからなる群から選択された中間層を積層体のいずれかの位置に挿入することがより好ましい。強磁性体と非磁性体を積層すると垂直磁気異方性を付加することができ、中間層を挿入することによって第２強磁性層２０の磁化がｚ方向に配向しやすくなる。
【0066】
第２強磁性層２０の非磁性層３０と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設けてもよい。第２強磁性層２０、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。第２強磁性層２０と反強磁性層とが反強磁性カップリングするとことで、反強磁性層を有さない場合より第２強磁性層２０の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群から選択される少なくとも一つを含む。
【0067】
下地層４０は、第１強磁性層１０の非磁性層３０と反対側にある。下地層４０は、ｚ方向に磁壁移動領域１３と重なる位置にのみあってもよい。
【0068】
下地層４０は非磁性体からなる。下地層４０は、例えば、第１強磁性層１０の結晶構造を規定する。下地層４０の結晶構造により第１強磁性層１０の結晶性が高まり、第１強磁性層１０の磁化の配向性が高まる。下地層４０の結晶構造は、例えば、アモルファス、（００１）配向したＮａＣｌ構造、ＡＢＯ３の組成式で表される（００２）配向したペロブスカイト構造、（００１）配向した正方晶構造または立方晶構造である。
【0069】
下地層４０は、導体又は絶縁体である。下地層４０は、導体であることが好ましい。下地層４０が導体の場合、下地層４０の厚みは、第１強磁性層１０の厚みより薄いことが好ましい。下地層４０は、例えば、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｕを含む。下地層４０は、例えば、Ｔａ層、Ｐｔ層、Ｔａ層とＰｔ層との積層体である。
【0070】
下地層４０は、例えば、第１強磁性層１０よりもミリングレートが遅い。また下地層４０は、例えば、第１導電部５１、第２導電部５２よりもミリングレートが遅い。例えば、下地層４０がＡｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗから選択される１以上の元素を含み、第１強磁性層１０がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈから選択される１以上の元素を含み、第１導電部５１及び第２導電部５２がＡｕ、Ｃｕ、Ｒｕから選択される１以上の元素を含む合金又は積層体の場合に上記関係を満たす。具体的には、例えば、下地層がＴａ又はＴａとＰｔとの積層膜、第１強磁性層１０がＣｏとＰｔとの積層膜、第１導電部５１及び第２導電部５２がＡｕの場合があげられる。
【0071】
下地層４０の厚みは、例えば、ｘｙ面内において略一定である。下地層４０の平均厚みは、例えば、５０Å以下である。平均厚みは、下地層４０をｘ方向に等間隔に１０分割するそれぞれのｘ方向の位置で測定した下地層４０の厚みの平均値である。
【0072】
「第１導電部及び第２強磁性部」
第１導電部５１及び第２導電部５２は、第１強磁性層１０と電気的に接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、図６に示すように下地層４０を介して接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、第１強磁性層１０に直接接続されてもよい。第１導電部５１は、例えば第１強磁性層１０の第１端部に接続され、第２導電部５２は、例えば第１強磁性層１０の第２端部に接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、配線Ｗと第１強磁性層１０との接続部である。
第１導電部５１及び第２導電部５２は、第１強磁性層１０と電気的に接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、図６に示すように下地層４０を介して接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、第１強磁性層１０に直接接続されてもよい。第１導電部５１は、例えば第１強磁性層１０の第１端部に接続され、第２導電部５２は、例えば第１強磁性層１０の第２端部に接続される。第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、配線Ｗと第１強磁性層１０との接続部である。
【0073】
第１導電部５１及び第２導電部５２は、柱状体である。図４に示す第１導電部５１及び第２導電部５２は、ｚ方向からの平面視形状が矩形である。第１導電部５１及び第２導電部５２のｚ方向からの平面視形状は問わず、円形、楕円形、不定形でもよい。第１導電部５１及び第２導電部５２のｙ方向の幅は、例えば、第１強磁性層１０、非磁性層３０のｙ方向の幅より広い。第１導電部５１及び第２導電部５２の上面は、例えば、エッチングされ、ｘｙ平面に対して窪んでいる。
【0074】
第１導電部５１及び第２導電部５２は、導電性を有する材料からなる。第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、磁性体を含む。第１導電部５１及び第２導電部５２は、は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を含む。第１導電部５１及び第２導電部５２は、は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ等である。また第１導電部５１及び第２導電部５２は、の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、第１導電部５１及び第２導電部５２は、をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択された強磁性体とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈからなる群から選択された非磁性体との積層体とすることが好ましい。また第１導電部５１及び第２導電部５２は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）でもよい。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。二つの磁性層はそれぞれ磁化が固定されており、固定された磁化の向きは反対である。
【0075】
第１導電部５１が磁性体を含む場合、第１導電部５１の磁化Ｍ５１は、一方向に配向する。磁化Ｍ５１は、例えば、＋ｚ方向に配向する。第１導電部５１は、磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１を固定する。第１導電部５１の磁化Ｍ５１と磁化固定領域１１の磁化Ｍ１１とは、例えば、同じ方向に配向する。
【0076】
第２導電部５２が磁性体を含む場合、第２導電部５２の磁化Ｍ５２は、第１導電部５１の磁化Ｍ５１と異なる方向に配向する。磁化Ｍ５２は、例えば、－ｚ方向に配向する。この場合、第２導電部５２は、磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２を固定し、第２導電部５２の磁化Ｍ５２と磁化固定領域１２の磁化Ｍ１２とは、例えば、同じ方向に配向する。
【0077】
磁壁移動素子１００の各層の磁化の向きは、例えば磁化曲線を測定することにより確認できる。磁化曲線は、例えば、ＭＯＫＥ（Magneto Optical Kerr Effect）を用いて測定できる。ＭＯＫＥによる測定は、直線偏光を測定対象物に入射させ、その偏光方向の回転等が起こる磁気光学効果(磁気Kerr効果)を用いることにより行う測定方法である。
【0078】
次いで、磁気記録アレイ２００の製造方法について説明する。磁気記録アレイ２００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工は、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。
【0079】
まず基板Ｓｕｂの所定の位置に、不純物をドープしソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄを形成する。次いで、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間に、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極Ｇを形成する。ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧがトランジスタＴｒとなる。
【0080】
次いで、トランジスタＴｒを覆うように絶縁層Ｉｎを形成する。また絶縁層Ｉｎに開口部を形成し、開口部内に導電体を充填することで配線Ｗが形成される。第１配線Ｗｐ、第２配線Ｃｍは、絶縁層Ｉｎを所定の厚みまで積層した後、絶縁層Ｉｎに溝を形成し、溝に導電体を充填することで形成される。
【0081】
第１導電部５１及び第２導電部５２は、例えば、絶縁層Ｉｎ及び配線Ｗの一面に、強磁性層を積層し、第１導電部５１及び第２導電部５２となる部分以外を除去することで形成できる。除去された部分は、例えば、絶縁層Ｉｎで埋める。
【0082】
次いで、第１導電部５１、第２導電部５２及び絶縁層Ｉｎ上に、下地層４０、第１強磁性層１０、非磁性層３０を順に積層する。そして、非磁性層３０の上の一部にレジストを形成する。次いで、レジストを介して、ｚ方向からドライエッチングを行うことで、下地層４０、第１強磁性層１０、非磁性層３０を加工する。加工後の積層体のｙｚ断面形状は、矩形又は台形となる。
【0083】
次いで、積層体の第１強磁性層１０を狙って、斜め方向からイオンビームを照射する。イオンビームの照射により第１強磁性層１０が積層体のｙ方向の中央に向かって窪む。その後、第１強磁性層１０と重なる位置に第２強磁性層２０を積層する。
【0084】
最後に、イオンビームのｘｙ平面に対する照射角をより小さくし、積層体の横方向からイオンビームを照射することで、積層体全体をスリミングする。スリミングにより積層体は微細化される。最後に積層体の周囲を絶縁層Ｉｎで埋めることで、磁壁移動素子１００が得られる。
【0085】
第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、スリミング時に非磁性層３０の側面に不純物が再付着しにくい。この理由について、図７を用いて説明する。図７は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００を作製する際のスリミングを説明するための模式図である。
【0086】
上述のように、スリミング時には、下地層４０、第１強磁性層１０、非磁性層３０及び第２強磁性層２０からなる積層体に対してｙ方向からイオンビームＩＢが照射される。イオンビームＩＢをｙ方向と平行に照射することは難しく、イオンビームＩＢはｘｙ平面に対してｚ方向にわずかに傾いた方向から照射される。例えば、第１強磁性層１０にイオンビームＩＢが照射されると、第１強磁性層１０に含まれる金属粒子がパーティクルｐｔとして飛散する。
【0087】
第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、第１強磁性層１０のｙ方向の最短幅Ｌ１０ｍｉｎが非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短いため、非磁性層３０がカバーとなり、パーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に再付着することが抑制される。
【0088】
また第１強磁性層１０が第２傾斜面ｓ２を有すると、第２傾斜面ｓ２が第１傾斜面ｓ１に対してオーバーハングしているため、パーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に至ることをより抑制できる。また第１強磁性層１０のｙ方向の幅が最短となる位置が、第１強磁性層１０のｚ方向の中央より非磁性層３０側にあると、非磁性層３０に近い部分が内側に向かって窪むことになり、パーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に至ることをより抑制できる。
【0089】
また非磁性層３０及び下地層４０のミリングレートを第１強磁性層１０より遅くすると、スリミングが進むほど、第１強磁性層１０の側面が非磁性層３０及び下地層４０の側面に対して内側に入っていく。そのため、非磁性層３０がカバーとなり、パーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に再付着することがより抑制される。また下地層４０のミリングレートを第１導電部５１及び第２導電部５２のミリングレートより遅くすると、下地層４０がカバーとなり、第１導電部５１又は第２導電部５２から飛散したパーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に至ることをより抑制できる。
【0090】
また第１強磁性層１０が下地層４０を構成する元素を含むと、第１強磁性層１０から飛散するパーティクルｐｔの量を少なくできる。また第１領域Ｒ１における下地層４０を構成する元素の存在比を第２領域Ｒ２より濃くすることで、パーティクルｐｔが非磁性層３０まで至る経路を確保しやすい第１領域Ｒ１からのパーティクルｐｔの発生を抑制できる。
【0091】
パーティクルが付着して形成される不純物は、磁壁移動素子１００のＭＲ比を低下させ、場合によっては第１強磁性層１０と第２強磁性層２０とを短絡させる。第１実施形態に係る磁壁移動素子１００は、非磁性層３０の側壁への不純物付着を低減できるため、信頼性が高い。
【0092】
以上、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００の一例について詳述したが、第１実施形態に係る磁気記録アレイ２００及び磁壁移動素子１００は、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0093】
（第１変形例）
図８は、第１変形例に係る磁壁移動素子１０１のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０１は、第１強磁性層１０の側面の形状が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図８は、第１変形例に係る磁壁移動素子１０１のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０１は、第１強磁性層１０の側面の形状が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０１において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
【0094】
図８に示す第１強磁性層１０のｙ方向の側面は、ｚ方向に対してｙ方向に傾斜する傾斜面ｓ３である。傾斜面ｓ３は、第１強磁性層１０の側面の非磁性層３０側の上端を基準に、第１強磁性層１０のｙ方向中央から離れるように傾斜する傾斜面である。
【0095】
図８に示す第１面１０ａのｙ方向の幅は、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短い。図８に示す第１強磁性層１０のｙ方向の幅は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かうに従い広がる。図８に示す第１強磁性層１０のｙ方向の幅は、第１面１０ａにおいて最短となり、第２面１０ｂにおいて最長となる。
【0096】
第１変形例に係る磁壁移動素子１０１は、第１強磁性層１０のｙ方向の側面の一部が、非磁性層３０より内側にある。そのため、非磁性層３０が庇となり、第１強磁性層１０から飛散したパーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に再付着することを抑制できる。
【0097】
（第２変形例）
図９は、第２変形例に係る磁壁移動素子１０２のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０２は、第１強磁性層１０の側面の形状が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０２において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図９は、第２変形例に係る磁壁移動素子１０２のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０２は、第１強磁性層１０の側面の形状が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０２において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
【0098】
第２変形例に係る磁壁移動素子１０２は、第１強磁性層１０のｙ方向の幅が第２面１０ｂにおいて最長となる点において磁壁移動素子１００と同じだが、第２面１０ｂのｙ方向の幅が、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短い点で相違する。第２変形例に係る磁壁移動素子１０２は、例えば、第１強磁性層１０のｙ方向の最長幅Ｌ１０ｍａｘが非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短い。
【0099】
第２変形例に係る磁壁移動素子１０２は、第１強磁性層１０のｙ方向の側面が、非磁性層３０より内側にある。そのため、非磁性層３０が庇となり、第１強磁性層１０から飛散したパーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に再付着することを抑制できる。
【0100】
（第３変形例）
図１０は、第３変形例に係る磁壁移動素子１０３のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０３は、第２強磁性層２０の側面に金属層６０を有する点が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０３において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
図１０は、第３変形例に係る磁壁移動素子１０３のｘ方向の中央におけるｙｚ断面図である。磁壁移動素子１０３は、第２強磁性層２０の側面に金属層６０を有する点が磁壁移動素子１００と異なる。磁壁移動素子１０３において磁壁移動素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
【0101】
金属層６０は、例えば、第２強磁性層２０のｙ方向の側方にある。金属層６０は、例えば、第２強磁性層２０のｙ方向の側面に接している。第２強磁性層２０と金属層６０との間には別の層があってもよい。別の層は、例えば、酸化膜である。
【0102】
金属層６０は、第２強磁性層２０と連続していない。連続していないとは、透過型電子顕微鏡により界面が確認できることを意味する。金属層６０は、第２強磁性層２０と異なる。第２強磁性層２０と異なるとは、材質又は組成が異なることを意味する。金属層６０は、非磁性体でも磁性体でもよい。
【0103】
第３変形例に係る磁壁移動素子１０３は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また金属層６０が第１強磁性層１０より外側に向かって突出することで、磁壁移動素子１０３の放熱性が向上する。
【0104】
「第２実施形態」
図１１は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０を第１強磁性層７０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図１２は、磁壁移動素子１１０のｘ方向の中央を通るｙｚ平面で切断した断面図である。第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０のｚ方向からの平面図は、図４と同等である。
図１１は、第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０を第１強磁性層７０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した断面図である。図１２は、磁壁移動素子１１０のｘ方向の中央を通るｙｚ平面で切断した断面図である。第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０のｚ方向からの平面図は、図４と同等である。
【0105】
磁壁移動素子１１０は、例えば、第１強磁性層７０と第２強磁性層８０と非磁性層３０と下地層４０と第１導電部５１と第２導電部５２とを有する。磁壁移動素子１１０において第１実施形態と同様の構成は、同様の符号を付す。第１強磁性層７０は、第２強磁性層０より基板Ｓｕｂ側にある。
【0106】
磁壁移動素子１１０にデータを書き込む際は、第１導電部５１と第２導電部５２との間の第２強磁性層８０に書き込み電流を流す。磁壁移動素子１００からデータを読み出す際は、第１導電部５１又は第２導電部５２と第１強磁性層７０との間に読み出し電流を流す。
【0107】
第１強磁性層７０は、一方向に配向した磁化Ｍ７０を有する。第１強磁性層７０は、磁化固定層、磁化参照層である。第１強磁性層７０は、機能的には第１実施形態に係る第２強磁性層２０と同等である。磁壁移動素子１１０は、磁化固定層が基板Ｓｕｂ側にあるボトムピン構造である。第１強磁性層７０は、第２強磁性層２０と同様の材料を用いることができる。第１強磁性層７０は、下地層４０を構成する元素を含んでもよい。
【0108】
第２強磁性層８０には、書き込み電流が通電される。第２強磁性層８０は、機能的には第１実施形態に係る第１強磁性層１０と同様である。第２強磁性層８０は、第１強磁性層１０と同様の材料を用いることができる。
【0109】
第２強磁性層８０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。第２強磁性層８０は、磁気記録層、磁壁移動層と呼ばれる場合がある。第２強磁性層８０は、磁化固定領域８１、８２と磁壁移動領域８３とを有する。磁化固定領域８１の磁化Ｍ８１と磁化固定領域８２の磁化Ｍ８２とは、反対方向に配向する。磁壁移動領域８３は、第１磁区８３Ａと第２磁区８３Ｂとを有する。第１磁区８３Ａと第２磁区８３Ｂとの境界が磁壁ＤＷである。磁壁ＤＷを挟んで、磁化Ｍ８３Ａと磁化Ｍ８４Ａとは反対方向に配向する。
【0110】
図１２に示すように、第１強磁性層７０のｙ方向の最短幅Ｌ７０ｍｉｎは、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短い。第１強磁性層７０のｙ方向の幅は、ｚ方向の位置によって異なる。例えば、第１強磁性層７０の第１面７０ａと第２面７０ｂとはｙ方向の幅が異なる。第１強磁性層７０のｙ方向の幅は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かうに従い狭くなり、最短幅Ｌ７０ｍｉｎに至ったのち、広くなっていく。最短幅Ｌ７０ｍｉｎとなる位置は、例えば、第１強磁性層１０のｚ方向の中央より非磁性層３０側である。第１強磁性層７０のｙ方向の最長幅Ｌ７０ｍａｘは、例えば、非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より長い。
【0111】
第１強磁性層７０のｙ方向の側面は、例えば、ｚ方向に対してｙ方向に傾斜している。第１強磁性層７０のｙ方向の側面は、第１傾斜面ｓ１と第２傾斜面ｓ２とに区分できる。第１強磁性層７０のｙ方向の側面は、例えば、非磁性層３０のｙ方向の端部からｚ方向に下した仮想面に対して窪んでいる。
【0112】
非磁性層３０のミリングレートは、例えば、第１強磁性層７０のミリングレートより遅い。下地層４０は、例えば、第１強磁性層７０よりもミリングレートが遅い。
【0113】
第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０は、第１強磁性層７０のｙ方向の最短幅Ｌ７０ｍｉｎが非磁性層３０のｙ方向の幅Ｌ３０より短いため、非磁性層３０がカバーとなり、パーティクルｐｔが非磁性層３０の側壁に再付着することが抑制される。第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０は、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００と同様の効果を奏する。また第２実施形態に係る磁壁移動素子１１０は、第１実施形態と同様の変形例を選択し得る。
【0114】
以上、本発明の好ましい実施の形態についてそれぞれ詳述した。それぞれの実施形態及び変形例における特徴的な構成は、それぞれ組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0115】
１０、７０ 第１強磁性層
１０ａ、７０ａ 第１面
１０ｂ、７０ｂ 第２面
２０、８０ 第２強磁性層
３０ 非磁性層
４０ 下地層
５１ 第１導電部
５２ 第２導電部
６０ 金属層
１００、１０１、１０２、１０３，１１０ 磁壁移動素子
２００ 磁気記録アレイ
Ｌ１０ｍａｘ 最長幅
Ｌ１０ｍｉｎ 最短幅
Ｌ３０ 幅
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
ｓ１ 第１傾斜面
ｓ２ 第２傾斜面
ｓ３ 傾斜面
１０ａ、７０ａ 第１面
１０ｂ、７０ｂ 第２面
２０、８０ 第２強磁性層
３０ 非磁性層
４０ 下地層
５１ 第１導電部
５２ 第２導電部
６０ 金属層
１００、１０１、１０２、１０３，１１０ 磁壁移動素子
２００ 磁気記録アレイ
Ｌ１０ｍａｘ 最長幅
Ｌ１０ｍｉｎ 最短幅
Ｌ３０ 幅
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
ｓ１ 第１傾斜面
ｓ２ 第２傾斜面
ｓ３ 傾斜面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】