特許 7624351 磁壁移動素子及び磁気アレイ

(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】2025-01-22

(45)【発行日】2025-01-30

(54)【発明の名称】磁壁移動素子及び磁気アレイ

(51)【国際特許分類】

   H10B 61/00 20230101AFI20250123BHJP

   H10D 48/40 20250101ALI20250123BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

H10B61/00

H01L29/82 Z

H10N50/10 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021096973

(22)【出願日】2021-06-09

(65)【公開番号】P2022188716

(43)【公開日】2022-12-21

【審査請求日】2024-03-05

(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】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(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】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】山田 章悟

(72)【発明者】

【氏名】柴田 竜雄

【審査官】加藤 俊哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４１１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０８５７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０２１８５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｂ ６１／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、
前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、
前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、
前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、
前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、
前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、
前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが長い第１部分と、前記第３領域よりも前記第３方向の長さが短い第２部分とを有し、
前記第１部分は前記第２方向において前記第２部分よりも前記第３領域側に位置する、磁壁移動素子。

【請求項2】

それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、
前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、
前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、
前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、
前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、
前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、
前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが短い部分を有し、
前記第３領域は、前記第２方向における中央部の膜厚よりも前記第２方向における端部の膜厚が厚く、前記中央部の前記第３方向の長さよりも前記端部の前記第３方向の長さの方が短い、磁壁移動素子。

【請求項3】

それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、
前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、
前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、
前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、
前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、
前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、
前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが短い部分を有し、
前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面の外周が、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方と重畳する、磁壁移動素子。

【請求項4】

それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、
前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、
前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、
前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、
前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、
前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、
前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが短い部分を有し、
前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面が、前記磁壁移動層の全体と重畳する、磁壁移動素子。

【請求項5】

それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、
前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、
前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、
前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、
前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、
前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、
前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、
前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが短い部分を有し、
前記第１磁化固定層の膜厚は前記第２磁化固定層の膜厚よりも厚く、前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面の幾何中心から前記第１磁化固定層までの距離は、前記第１面の幾何中心から前記第２磁化固定層までの距離よりも短い、磁壁移動素子。

【請求項6】

前記第１方向において前記第３電極を基準として前記参照層と反対側に基板を備える、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】

前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第２方向の長さが前記第３方向の長さよりも長い、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領域と前記第２領域のうち少なくとも一方の前記第３方向の長さは、前記第３領域と接する端部から前記第２方向における反対側の端部に向かって徐々に短くなる、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３電極の前記参照層に最も近い面である第１面は、前記第３方向に最も長い部分の長さが前記第２方向に最も長い部分の長さよりも短い、請求項１～８のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項10】

前記第１方向からの平面視で、前記第１領域の全体は前記第１電極と重畳し、前記第１領域から前記第１電極の外周までの距離は、ある一点で最も短い、請求項１～９のいずれか一項に記載の磁壁移動素子。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の磁壁移動素子を複数備える磁気記録アレイ。

【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（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ 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。記録メモリの大容量化を実現するために、メモリを構成する素子の小型化、メモリを構成する素子一つあたりの記録ビットの多値化が検討されている。

【0004】

特許文献１には、磁壁を移動させることで抵抗値を変化させ、多値又はデジタルにデータを記録することができる磁壁移動素子が記載されている。また特許文献１には、データ記録層（磁壁移動層）に、磁壁が移動可能な磁壁移動領域と、磁壁の移動範囲を制限する磁化固定領域を設けることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２１９１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

磁壁移動素子は集積して用いる場合が多い。磁壁移動素子の集積性を高めるために、磁壁移動層の両端に設けられる磁化固定領域は磁壁移動素子の参照層と重畳していることが好ましい。しかしながら、そのような構造においては、磁壁移動素子の抵抗値を読み出す際に磁壁移動領域を経由しない経路に電流が流れることにより、最大抵抗値と最小抵抗値の比であるＭＲ比が低下する。ＭＲ比が低下すると、磁壁位置を細かく制御しても抵抗値の変化を検出できず、多値データ記録のビット数が減少してしまう。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＭＲ比が大きく、多値データ記録のビット数が多い磁壁移動素子及び磁気アレイを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）第１の態様にかかる磁壁移動素子は、それぞれ強磁性体を含む参照層及び磁壁移動層と、前記参照層と前記磁壁移動層の間に位置する非磁性層と、が第１方向に積層された磁気抵抗効果部を備え、前記磁壁移動層は、前記第１方向と直交する第２方向に延在し、磁化方向が固定された第１領域と、前記第１領域の磁化方向とは異なる方向に磁化方向が固定された第２領域と、前記第２方向において前記第１領域と前記第２領域に挟まれる位置にあり磁化方向が可変な第３領域と、を含み、前記第１領域に電気的に接続される第１電極と、前記第２領域に電気的に接続される第２電極と、前記第１方向において前記参照層を基準として前記非磁性層と反対側に位置し前記参照層に電気的に接続される第３電極と、を備え、前記第１領域と前記第１電極の間に位置し前記第１領域の磁化を固定する第１磁化固定層と、前記第２領域と前記第２電極の間に位置し前記第２領域の磁化を固定する第２磁化固定層と、を備え、前記参照層は前記第１方向からの平面視で前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一部と重畳し、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の長さが短い部分を有する。

【0009】

（２）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１方向において前記第３電極を基準として前記参照層と反対側に基板を備えてもよい。

【0010】

（３）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第２方向の長さが前記第３方向の長さよりも長くてもよい。

【0011】

（４）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方は、前記第３領域よりも前記第３方向の長さが長い第１部分と、前記第３領域よりも前記第３方向の長さが短い第２部分とを有し、前記第１部分は前記第２方向において前記第２部分よりも前記第３領域側に位置してもよい。

【0012】

（５）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方の前記第３方向の長さは、前記第３領域と接する端部から前記第２方向における反対側の端部に向かって徐々に短くなってもよい。

【0013】

（６）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第３領域は、前記第２方向における中央部の膜厚よりも前記第２方向における端部の膜厚が厚く、前記中央部の前記第３方向の長さよりも前記端部の前記第３方向の長さの方が短くてもよい。

【0014】

（７）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面の外周が、前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方と重畳してもよい。

【0015】

（８）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面が、前記磁壁移動層の全体と重畳してもよい。

【0016】

（９）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面は、前記第３方向に最も長い部分の長さが前記第２方向に最も長い部分の長さよりも短くてもよい。

【0017】

（１０）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１磁化固定層の膜厚は前記第２磁化固定層の膜厚よりも厚く、前記第１方向からの平面視で、前記第３電極の前記参照層に最も近い面である第１面の幾何中心から前記第１磁化固定層までの距離は、前記第１面の幾何中心から前記第２磁化固定層までの距離よりも短くてもよい。

【0018】

（１１）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１方向からの平面視で、前記第１領域の全体は前記第１電極と重畳し、前記第１領域から前記第１電極の外周までの距離は、ある一点で最も短くてもよい。

【0019】

（１２）第２の態様にかかる磁気アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有する。

【発明の効果】

【0020】

上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気アレイは、ＭＲ比が大きく、多値データ記録のビット数を多くできる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る磁気アレイの構成図である。

【図2】第１実施形態に係る磁気アレイの磁壁移動素子の近傍の断面図である。

【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２実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図6】第３実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図7】第４実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図8】第４実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図9】第５実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図10】第６実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図11】第７実施形態に係る磁壁移動素子の断面図である。

【図12】第７実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図13】第８実施形態に係る磁壁移動素子の平面図である。

【図14】変形例１に係る磁壁移動素子の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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、後述する磁壁移動層１が延びる方向である。ｘ方向は、第１方向の一例である。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から磁壁移動素子へ向かう方向である。本明細書において、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」として表す場合があるが、これら表現は便宜上のものであり、重力方向を規定するものではない。

【0024】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる磁気アレイの構成図である。磁気アレイ２００は、複数の磁壁移動素子１００と、複数の第１配線ＷＬと、複数の第２配線ＣＬと、複数の第３配線ＲＬと、複数の第１スイッチング素子ＳＷ１と、複数の第２スイッチング素子ＳＷ２と、複数の第３スイッチング素子ＳＷ３と、を備える。磁気アレイ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、スピンメモリスタ、磁気光学素子に利用できる。

【0025】

第１配線ＷＬのそれぞれは、書き込み配線である。第１配線ＷＬはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。

【0026】

第２配線ＣＬのそれぞれは、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ＣＬのそれぞれは、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ＣＬ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。

【0027】

第３配線ＲＬのそれぞれは、読み出し配線である。第３配線ＲＬはそれぞれ、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、使用時に磁気アレイ２００の一端に接続される。

【0028】

図１において、複数の磁壁移動素子１００のそれぞれに、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３が接続されている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、磁壁移動素子１００と第１配線ＷＬとの間に接続されている。第２スイッチング素子ＳＷ２は、磁壁移動素子１００と第２配線ＣＬとの間に接続されている。第３スイッチング素子ＳＷ３は、磁壁移動素子１００と第３配線ＲＬとの間に接続されている。

【0029】

第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２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ＷＬと第２配線ＣＬとの間に書き込み電流が流れる。第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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ＣＬと第３配線ＲＬとの間に読み出し電流が流れる。

【0030】

第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３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。

【0031】

第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３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ＳＷ１を共有する場合は、第１配線ＷＬの上流（一端）に一つの第１スイッチング素子ＳＷ１を設ける。例えば、第２スイッチング素子ＳＷ２を共有する場合は、第２配線ＣＬの上流（一端）に一つの第２スイッチング素子ＳＷ２を設ける。例えば、第３スイッチング素子ＳＷ３を共有する場合は、第３配線ＲＬの上流（一端）に一つの第３スイッチング素子ＳＷ３を設ける。

【0032】

図２は、第１実施形態に係る磁気アレイ２００の磁壁移動素子１００の近傍の断面図である。図２は、図１における一つの磁壁移動素子１００を磁壁移動層１のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で切断した断面である。

【0033】

図２に示す第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２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Ｓ及びドレインＤと、を有する。ソースＳとドレインＤは、電流の流れ方向によって既定されるものであり、いずれも活性領域である。図２は一例を示しただけであり、ソースＳとドレインＤの位置関係は反転していてもよい。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ＳＷ３は、第３配線ＲＬと電気的に接続され、例えば、図２においてｙ方向にずれた位置にある。

【0034】

トランジスタＴｒのそれぞれと磁壁移動素子１００とは、配線ｗ１、ｗ２を介して、電気的に接続されている。配線ｗ１、ｗ２は、導電性を有する材料を含む。配線ｗ１は、ｚ方向に延びるビア配線である。配線ｗ２は、ｘｙ面内のいずれかの方向に延びる面内配線である。配線ｗ１、ｗ２は、絶縁層９０の開口内に形成される。

【0035】

絶縁層９０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９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等である。

【0036】

図２では、磁壁移動素子１００が絶縁層９０を挟んで基板Ｓｕｂの上方にある例を示したが、磁壁移動素子１００は基板Ｓｕｂ上にあってもよい。

【0037】

「磁壁移動素子」
図３は、磁壁移動素子１００を磁壁移動層１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３は、図４のＡ－Ａ線に沿った断面である。図４は、磁壁移動素子１００をｚ方向から平面視した平面図である。図４は第１電極４１及び第２電極４２と、第３電極４０の磁気抵抗効果部１０と重なる部分を破線で示している。図に示す矢印は、強磁性体の磁化の配向方向の一例である。

【0038】

磁壁移動素子１００は、例えば、磁気抵抗効果部１０と第１磁化固定層２０と第２磁化固定層３０と第１電極４１と第２電極４２と第３電極４０とを有する３端子型の素子である。磁壁移動素子１００の周囲は、絶縁層９０で覆われている。

【0039】

磁気抵抗効果部１０は、磁壁移動層１と非磁性層２と参照層３とを備える。磁壁移動素子１００は、例えば、基板Ｓｕｂに近い側から第３電極４０、参照層３、非磁性層２、磁壁移動層１、第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０、第１電極４１及び第２電極４２の順に備える。磁気抵抗効果部１０にデータを書き込む際は、磁壁移動層１に沿って書き込み電流を流す。磁気抵抗効果素子１０からデータを読み出す際は、第３電極４０と第１電極４１又は第２電極４２との間に読み出し電流を流し、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向に電流を印加する。

【0040】

磁壁移動層１は、ｘ方向に延びる。磁壁移動層１は、内部に複数の磁区を有し、複数の磁区の境界に磁壁ＤＷを有する。磁壁移動層１は、例えば、磁気的な状態の変化により多値データを磁気記録可能な層である。磁壁移動層１は、アナログ層、磁気記録層と呼ばれる場合がある。

【0041】

磁壁移動層１は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２と第３領域Ａ３を有する。第１領域Ａ１は、例えば、x方向における磁壁移動層１の第１端から第１磁化固定層２０の素子内側端部と重なる位置までの領域である。第２領域Ａ２は、例えば、x方向における磁壁移動層１の第１端とは反対側の第２端から第２磁化固定層３０の素子内側端部と重なる位置までの領域である。第３領域Ａ３は、ｘ方向に第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに挟まれる領域である。

【0042】

第１領域Ａ１の磁化Ｍ_Ａ１は、例えば、第１磁化固定層２０の磁化Ｍ_２０と同方向に固定されている。第２領域Ａ２の磁化Ｍ_Ａ２は、例えば、第２磁化固定層３０の磁化Ｍ_３０と同方向に固定されている。磁化が固定されているとは、磁壁移動素子１００の通常の動作（想定を超える外力が印加されていない）において、磁化が反転しないことをいう。第１領域Ａ１の磁化Ｍ_Ａ１と第２領域Ａ２の磁化Ｍ_Ａ２とは、例えば、配向方向が反対である。

【0043】

第３領域Ａ３は、磁化の向きが変化し、磁壁ＤＷが移動できる領域である。第３領域Ａ３は、例えば、y方向の長さが略一定である。第３領域Ａ３は、例えば、x方向における中央部の膜厚ｔ_Cよりも、x方向における端部の膜厚ｔ_Eの方が厚い。第３領域Ａ３の膜厚は、例えば、x方向における中央部からx方向における端部に向かって連続的に増大する。第３領域Ａ３は、第１磁区Ａ３ａと第２磁区Ａ３ｂとを有する。第１磁区Ａ３ａの磁化Ｍ_Ａ３ａと第２磁区Ａ３ｂの磁化Ｍ_Ａ３ｂとは、例えば、配向方向が反対である。第１磁区Ａ３ａと第２磁区Ａ３ｂとの境界が磁壁ＤＷである。第１磁区Ａ３ａの磁化Ｍ_Ａ３ａは、例えば、第１領域Ａ１の磁化Ｍ_Ａ１と同じ方向に配向する。第２磁区Ａ３ｂの磁化Ｍ_Ａ３ｂは、例えば、第２領域Ａ２の磁化Ｍ_Ａ２と同じ方向に配向する。磁壁ＤＷは、原則、第３領域Ａ３内を移動し、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２には侵入しない。

【0044】

図４に示すように、第１領域Ａ１のy方向の長さＷ_Ａ1は、第３領域Ａ３のy方向の長さＷ_Ａ3よりも短い。ここで、各領域のy方向の長さとは、各領域の下面におけるy方向の長さと各領域の上面におけるy方向の長さの平均である。第１領域Ａ１は、例えば、x方向の長さがy方向の長さよりも長い。第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の境界及び第２領域Ａ２と第３領域Ａ３の境界は、例えば、磁壁移動層１の延在方向であるｘ方向とそれぞれ略直交する。

【0045】

第３領域Ａ３内における第１磁区Ａ３ａと第２磁区Ａ３ｂとの体積の比率が変化すると、磁壁ＤＷが移動する。磁壁ＤＷは、第３領域Ａ３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、第３領域Ａ３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Ａ３ａから第２磁区Ａ３ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区Ａ３ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区Ａ３ａの磁化を磁化反転させる。第１磁区Ａ３ａの磁化が反転することで、磁壁ＤＷは－ｘ方向に移動する。

【0046】

磁壁移動層１における第１磁区Ａ３ａと第２磁区Ａ３ｂとの体積の比率が変化すると、磁壁移動素子１００の抵抗値が変化する。磁壁移動素子１００の抵抗値は、非磁性層２を挟む強磁性層の磁化の相対角に応じて変化する。図３に示す磁壁移動素子１００の場合、磁壁移動層１の磁化Ｍ_Ａ１、Ｍ_Ａ３ａ、Ｍ_Ａ３ｂ、Ｍ_Ａ２と参照層３の磁化Ｍ_３との相対角に応じて変化する。第１磁区Ａ３ａの比率が高くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は小さくなり、第２磁区Ａ３ｂの比率が高くなると、磁壁移動素子１００の抵抗値は大きくなる。磁壁ＤＷの位置を細かく制御することで抵抗値を細かく制御することができ、アナログ的な多値データ記録ができる。

【0047】

磁壁移動素子１００は、参照層３が非磁性層２を挟んで第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２と重畳している。磁化が固定されている第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、磁壁移動素子１００の抵抗値変化に寄与しない。すなわち、磁壁移動層１において第１領域Ａ１と第２領域Ａ２が占める比率が高くなると、磁壁移動素子１００は最大抵抗値と最小抵抗値の比であるＭＲ比が低下する。

【0048】

磁壁移動層１は、磁性体を含む。磁壁移動層１は、強磁性体、フェリ磁性体、又はこれらと電流により磁気状態を変化させることが可能な反強磁性体との組み合わせでもよい。磁壁移動層１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。磁壁移動層１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、ＣｏＦｅ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。反強磁性体は、例えば、Ｍｎ_３Ｘ（ＸはＳｎ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｐｔ、Ｉｒ等）、ＣｕＭｎＡｓ、Ｍｎ_２Ａｕ等である。磁壁移動層１は、複数の層からなってもよい。磁壁移動層１は、後述する参照層３と同様の材料を適用することもできる。

【0049】

非磁性層２は、磁壁移動層１と参照層３との間に位置する。非磁性層２は、例えば、参照層３の一面に積層される。

【0050】

非磁性層２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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、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２が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層２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、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２等である。

【0051】

非磁性層２の厚みは、例えば、２０Å以上であり、２５Å以上でもよい。非磁性層２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、１×１０^４Ωμｍ^２以上であることが好ましく、５×１０^４Ωμｍ^２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２をｘｙ平面で切断した切断面の面積）の積で表される。

【0052】

参照層３は、磁壁移動層１と共に、非磁性層２を挟む。参照層３は、例えば、第３電極４０上に積層される。参照層３は、磁壁移動層１とｚ方向に重なる位置にある。参照層３は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３のそれぞれと少なくとも一部がｚ方向に重なる位置にある。参照層３の磁化Ｍ_３は、磁壁移動層１の第３領域Ａ３の磁化Ｍ_Ａ３ａ、Ｍ_Ａ３ｂより反転しにくい。参照層３の磁化Ｍ_３は、第３領域Ａ３の磁化Ｍ_Ａ３ａ、Ｍ_Ａ３ｂが反転する程度の外力が印加された際に向きが変化せず、固定されている。参照層３は、磁化固定層と言われる場合がある。参照層３は、複数の層からなってもよい。例えば、複数の強磁性層と、複数の強磁性層に挟まれる中間層とを有してもよい。中間層を挟む２つの強磁性層は磁気的に結合し、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ）となっていてもよい。

【0053】

参照層３は、強磁性体を含む。参照層３は、例えば、磁壁移動層１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。参照層３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。参照層３は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅである。

【0054】

参照層３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Ｘ_２ＹＺ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、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧａ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２Ｍｎ_１－ａＦｅ_ａＡｌ_ｂＳｉ_１－ｂ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ_１－ｃＧａ_ｃ等が挙げられる。

【0055】

第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０は、磁壁移動層１に直接的又は間接的に接続される。間接的に接続されるとは、第１磁化固定層２０と磁壁移動層１との間、第２磁化固定層３０と磁壁移動層１との間に他の層を挟むことを意味する。第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０は、例えば、磁壁移動層１上にある。第１磁化固定層２０と第２磁化固定層３０とは、ｘ方向に離間している。第１磁化固定層２０は、第１領域Ａ１の磁化Ｍ_Ａ１を固定する。第２磁化固定層３０は、第２領域Ａ２の磁化Ｍ_Ａ２を固定する。第１磁化固定層２０と第２磁化固定層３０は、例えば、非磁性層２及び参照層３とｚ方向に重なる位置にある。

【0056】

第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０は、例えば、強磁性層を含む。第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０は、例えば、磁壁移動層１とは異なる材料を含み膜構成が異なる。また、第１磁化固定層２０及び第２磁化固定層３０は、例えば、複数の層からなってもよい。例えば、複数の強磁性層と、複数の強磁性層に挟まれる中間層とを有してもよい。中間層を挟む２つの強磁性層は磁気的に結合し、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ）となっていてもよい。また、第１磁化固定層２０と第２磁化固定層３０は、互いに膜構成が異なっていてもよい。

【0057】

第３電極４０は、参照層３に電気的に接続されている。第３電極４０は、例えば、参照層３よりも基板Ｓｕｂ側に位置する。第１電極４１は、例えば、第１磁化固定層２０を介して第１領域Ａ１と電気的に接続されている。第２電極４２は、例えば、第２磁化固定層３０を介して第２領域Ａ２と電気的に接続されている。第３電極４０、第１電極４１、第２電極４２は、例えば、非磁性の導電性材料を含み、磁壁移動層１及び参照層３よりも熱伝導率が高い材料を含む。また、第３電極４０、第１電極４１、第２電極４２は、例えば、互いに異なる材料から形成されていてもよい。第３電極４０、第１電極４１、第２電極４２は、例えば、z方向に延びるビア配線である。

【0058】

第１実施形態に係る磁壁移動素子１００はＭＲ比が大きく、多値データ記録のビット数を多くできる。

【0059】

磁壁移動素子１００は、上述したように、集積性を高めるため第１領域Ａ１と第２領域Ａ２が非磁性層２を挟んで参照層３とｚ方向に重なる位置にある。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、第３領域Ａ３よりもy方向の長さが短い。このような構造にすることで、磁壁移動層１において、抵抗値の変化に寄与しない第１領域Ａ１と第２領域Ａ２が占める比率を低くできる。つまり、磁壁移動素子１００の最大抵抗値と最小抵抗値の比であるＭＲ比を大きくし、多値データ記録のビット数を多くできる。なお、本実施形態に係る磁壁移動素子のような、多値データ記録のビット数を多くとるために磁化固定領域の幅を磁壁移動領域の幅よりも細く形成するという発想は、磁化固定機能の安定化を図るために磁化固定領域の幅を磁壁移動領域の幅よりも太く形成する従来の技術常識とは逆行するものである。

【0060】

また、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００の第１領域Ａ１と第２領域Ａ２は、x方向の長さがy方向の長さよりも長い。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２のy方向の長さを第３領域Ａ３よりも短くすると、データ書き込み時の電流密度は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２において第３領域Ａ３よりも高くなる。磁壁ＤＷは電流密度が高まると高速に動いてしまう。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２のx方向の長さをy方向の長さよりも長くすることで、磁壁移動層１における第１領域Ａ１と第２領域Ａ２が占める比率を低くしつつ、磁壁ＤＷが第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の素子外側端部まで到達して磁壁移動層１全体が単磁区化することを防ぐことができる。

【0061】

また、第１実施形態に係る磁壁移動素子１００において、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の境界及び第２領域Ａ２と第３領域Ａ３の境界は、磁壁移動層１の延在方向であるｘ方向とそれぞれ略直交する。第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の境界及び第２領域Ａ２と第３領域Ａ３の境界が直交することにより、磁壁ＤＷを常にy方向に平行に近い状態で移動させることができる。磁壁ＤＷが常にy方向に平行に近い状態で移動すると、磁壁ＤＷの位置を細かく制御して抵抗値をアナログ的に変化させる際にも、抵抗値の変化量を常に一定にできる。

【0062】

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。

【0063】

磁壁移動素子１００は、公知の方法で作製できる。磁壁移動素子１００の各層を成膜し、所定の形状に加工する。各層の成膜は、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及びエッチング（例えば、Ａｒエッチング）等の技術を用いて行うことができる。

【0064】

「第２実施形態」
図５は、第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０１をｚ方向から平面視した平面図である。図５は第１電極４１及び第２電極４２と、第３電極４０の磁気抵抗効果部１０と重なる部分を破線で示している。第２実施形態にかかる磁壁移動素子１０１は、第１領域Ａ１の構成が第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0065】

図５に示すように、第１領域Ａ１Ａは、第１部分Ａ１Ａａと第２部分Ａ１Ａｂからなる。第１部分Ａ１Ａａのy方向の長さＷ_Ａ1Ａaは、第３領域Ａ３のy方向の長さＷ_Ａ３よりも長い。第２部分Ａ１Ａｂのy方向の長さＷ_Ａ1Ａｂは、第３領域Ａ３のy方向の長さＷ_Ａ３よりも短い。第１部分Ａ１Ａａはx方向において第２部分Ａ１Ａｂよりも第３領域Ａ３側に位置する。

【0066】

第２実施形態に係る磁壁移動素子１０１は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また、第１領域Ａ１Ａにおいて、第３領域Ａ３側にy方向の長さが第３領域Ａ３よりも長い第１部分Ａ１Ａａを設けてデータ書き込み時の電流密度を下げることで、磁壁ＤＷが第１領域Ａ１Ａの内部に侵入することを防ぐことができる。

【0067】

「第３実施形態」
図６は、第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０２をｚ方向から平面視した平面図である。図６は第１電極４１及び第２電極４２と、第３電極４０の磁気抵抗効果部１０と重なる部分を破線で示している。第３実施形態にかかる磁壁移動素子１０２は、第１領域Ａ１の構成と第３領域Ａ３の構成が第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0068】

図６に示すように、第１領域Ａ１Ｂのy方向の長さは、第３領域Ａ３Ａと接する端部からｘ方向における反対側の端部に向かって徐々に短くなる。第１領域Ａ１Ｂのy方向の長さは、例えば、第３領域Ａ３Ａと接する端部からｘ方向における反対側の端部に向かって連続的に変化する。また第３領域Ａ３Ａは、x方向における中央部のy方向の長さＷ_Ａ３ＡＣよりも、x方向における端部のy方向の長さＷ_Ａ３ＡＥの方が短い。また、第３領域Ａ３Ａは、例えば、図３に示した第３領域Ａ３と同様にx方向における中央部の膜厚ｔ_Cよりも、x方向における端部の膜厚ｔ_Eの方が厚く、x方向における中央部からx方向における端部に向かって膜厚が連続的に増大する。

【0069】

第３実施形態に係る磁壁移動素子１０２は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また第１領域Ａ１Ｂのy方向の長さを第３領域Ａ３Ａと接する端部からｘ方向における反対側の端部に向かって徐々に短くすることで、データ書き込み時の電流密度が第１領域Ａ１Ｂ内で急激に増大することを抑制し、磁壁ＤＷが素子外側端部まで到達して磁壁移動層１全体が単磁区化することを防ぐことができる。また、第３領域Ａ３のx方向における中央部から端部に向かって膜厚を連続的に増大させることで、角部へ電流が集中することによる発熱を抑制できる。また、第３領域Ａ３のx方向における中央部のy方向の長さＷ_Ａ３ＡＣよりもx方向における端部のy方向の長さＷ_Ａ３ＡEを短くすることで、膜厚を増大させたことによる第３領域Ａ３の端部におけるデータ書き込み時の電流密度の低下を抑制できる。第３領域Ａ３の端部におけるデータ書き込み時の電流密度が中央部と比べて低い場合、端部で磁壁ＤＷがトラップされる恐れがある。

【0070】

「第４実施形態」
図７は、第４実施形態にかかる磁壁移動素子１０３を磁壁移動層１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７は、図８のＡ’－Ａ’線に沿った断面である。図８は、磁壁移動素子１０３をｚ方向から平面視した平面図である。図８は、第１電極４１及び第２電極４２と、第３電極４０Ａの磁気抵抗効果部１０と重なる部分を破線で示している。図に示す矢印は、強磁性体の磁化の配向方向の一例である。第４実施形態にかかる磁壁移動素子１０３は、第３電極４０の構成が第１実施形態と異なる。第４実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0071】

図７、図８に示すように、第３電極４０Ａのうち参照層３に最も近い面である第１面４０ａは、ｚ方向からの平面視で、第３領域Ａ３の全体と重なり、外周部分が第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２と重なる。

【0072】

第４実施形態に係る磁壁移動素子１０３は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また、第３電極４０Ａの第１面４０ａを、ｚ方向からの平面視で第３領域Ａ３の全体と重なるように配置することで、第３領域Ａ３の平坦性が向上し、磁壁ＤＷがスムーズに移動する。

【0073】

ビア径の寸法は製造プロセスによって固定されている場合が多い。つまり、ビア径の選択には制約があり、大きくできない場合がある。第３領域Ａ３は、多値データ記録のビット数を多くとるため、できるだけ長いことが好ましい。第３電極４０Ａの第１面４０ａの外周部分が、ｚ方向からの平面視で第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２と重なるように配置することで、上述した第３領域Ａ３の平坦性を高める効果を得つつ、ビア径の制約の中で第３領域Ａ３を最も長くすることができる。

【0074】

「第５実施形態」
図９は、第５実施形態にかかる磁壁移動素子１０４をｚ方向から平面視した平面図である。図９は、第１電極４１及び第２電極４２を破線で示している。第５実施形態にかかる磁壁移動素子１０４は、第３電極４０の構成が第１実施形態と異なる。第５実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0075】

図９に示すように、第３電極４０Ｂのうち参照層３に最も近い面である第１面４０ｂは、ｚ方向からの平面視で磁壁移動層１の全体と重なる。

【0076】

第５実施形態に係る磁壁移動素子１０４は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。また導電性材料を含む第３電極４０Ｂの第１面４０ｂがｚ方向からの平面視で磁壁移動層１の全体と重なるように配置することで、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を含めた磁壁移動層１全体の放熱性が向上する。磁壁移動層１全体の放熱性が向上すると第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２の磁化固定機能が安定し、データ記録の信頼性が向上する。

【0077】

「第６実施形態」
図１０は、第６実施形態にかかる磁壁移動素子１０５をｚ方向から平面視した平面図である。図１０は、第１電極４１及び第２電極４２を破線で示している。第６実施形態にかかる磁壁移動素子１０５は、第３電極４０の構成が第１実施形態と異なる。第６実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0078】

図１０に示すように、第３電極４０Ｃのうち参照層３に最も近い面である第１面４０ｃは、ｚ方向からの平面視で磁壁移動層１の全体と重なり、ｙ方向の最大の長さＬ_Ｙがｘ方向の最大の長さＬ_Ｘよりも短い。

【0079】

第６実施形態に係る磁壁移動素子１０５は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。多値データ記録のビット数を多くとるために、磁壁移動素子は一方向に長い形状であることが好ましい。第３電極４０Ｃの第１面４０ｃをｚ方向からの平面視で磁壁移動層１の全体と重なるように配置し、ｙ方向の最大の長さＬ_Ｙが、磁壁移動層１が延びる方向であるｘ方向の最大の長さＬ_Ｘよりも短い形状とすることで、磁壁移動層１全体の放熱性を向上しつつ、第１面４０ｃが磁壁移動層１に沿う形状となり、磁壁移動素子の集積性が向上する。

【0080】

「第７実施形態」
図１１は、第７実施形態にかかる磁壁移動素子１０６を磁壁移動層１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１１は、図１２のＡ’’－Ａ’’線に沿った断面である。図１２は、磁壁移動素子１０６をｚ方向から平面視した平面図である。図１２は、第１電極４１及び第２電極４２と、第３電極４０Ｄの磁気抵抗効果部１０と重なる部分を破線で示している。図に示す矢印は、強磁性体の磁化の配向方向の一例である。第７実施形態にかかる磁壁移動素子１０６は、第１磁化固定層２０と第３電極４０の構成が第１実施形態と異なる。第７実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0081】

図１１に示すように、第１磁化固定層２０Ａの膜厚ｔ_２０Ａは第２磁化固定層３０の膜厚ｔ_３０よりも厚い。第１磁化固定層２０Ａの膜厚ｔ_２０Ａと第２磁化固定層３０の膜厚ｔ_３０が異なると、保磁力差を利用して互いに異なる向きの磁化を固定しやすくなる。

【0082】

第７実施形態に係る磁壁移動素子１０６は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。図１２に示すように、ｚ方向からの平面視において、第３電極４０Ｄと磁壁移動層１の重心はずれている。図１２に示すように、ｚ方向からの平面視で、第３電極４０Ｄのうち参照層３に最も近い面である第１面４０ｄの幾何中心Оと第１磁化固定層２０Ａとの距離Ｌ_１は、第１面４０ｄの幾何中心Оと第３磁化固定層３０との距離Ｌ_２よりも短い。第２磁化固定層３０よりも膜厚が厚い第１磁化固定層２０Ａは、第２磁化固定層３０よりも抵抗値が高くなり、データ書き込み時に発熱しやすくなる。導電性材料を含む第３電極４０Ｄの第１面４０ｄを第１磁化固定層２０Ａ側に寄せることで、磁壁移動層１の第１領域Ａ１側と第２領域Ａ２側との間に生じる熱分布を抑制でき、データ記録の信頼性が向上する。図１１、図１２では、ｚ方向からの平面視で、第１面４０ｄが第１領域Ａ１と重畳する例を示したが、第１面４０ｄは第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２と重畳してもよく、第１面４０ｄは第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２のどちらとも重畳しなくてもよい。

【0083】

「第８実施形態」
図１３は、第８実施形態にかかる磁壁移動素子１０７の第１領域Ａ１Ｃ近傍をｚ方向から平面視した平面図である。図１３は、第１電極４１を破線で示している。第８実施形態にかかる磁壁移動素子１０７は、第１領域Ａ１の構成が第１実施形態と異なる。第８実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0084】

図１３に示すように、第１電極４１はｚ方向からの平面視で、第１領域Ａ１Ｃの全体と重畳する。ｚ方向からの平面視で、第１電極４１の外周と第１領域Ａ１Ｃの外周との距離は、例えば、第１領域Ａ１Ｃのうち第３領域Ａ３と接する端部とｘ方向における反対側の端部において最も短い（Ｌ_min）。第１領域Ａ１Ｃは、例えば、ｚ方向からの平面視で第３領域Ａ３と接する辺以外の外周部分が曲線状である。

【0085】

第８実施形態に係る磁壁移動素子１０７は、第１実施形態にかかる磁壁移動素子１００と同様の効果が得られる。第１領域Ａ１Ｃは第１電極４１と重畳させることにより、放熱性が向上する。しかし、第１電極４１の外周部は絶縁層９０に接するため第１電極４１の中央部に比べて放熱性が悪い。第１領域Ａ１Ｃのうち、第１電極４１の外周部との距離が短くなる箇所を最小限にすることで、発熱による第１領域Ａ１Ｃの磁化の揺らぎを抑制することができ、データ記録の信頼性が向上する。図１３では、第１電極４１の外周と第１領域Ａ１Ｃの外周との距離は、第１領域Ａ１Ｃのうち第３領域Ａ３と接する端部とｘ方向における反対側の端部において最も短くなる例を示したが、第１電極４１の外周と第１領域Ａ１Ｃの外周との距離が最も短くなる箇所は他の任意の箇所でもよい。

【0086】

ここまでいくつかの実施形態を提示して、磁壁移動素子の一例を提示した。しかしながら、本発明は当該実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

【0087】

例えば、ここまで参照層３が磁壁移動層１より基板Ｓｕｂに近い側にある例を示したが、図１４に示す変形例１のように、参照層３が磁壁移動層１より基板Ｓｕｂから離れた位置にあってもよい。図１４は、変形例１にかかる磁壁移動素子１０８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１４の参照層３が磁壁移動層１より基板から離れた側にある構造は、トップピン構造と称される。

【0088】

またこの他、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１…磁壁移動層
２…非磁性層
３…参照層
１０…磁気抵抗効果部
２０，２０Ａ…第１磁化固定層
３０…第２磁化固定層
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…第３電極
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ…第１面
４１…第１電極
４２…第２電極
９０…絶縁層
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８…磁壁移動素子
２００…磁気アレイ
Ａ１，Ａ１Ａ，Ａ１Ｂ，Ａ１Ｃ…第１領域
Ａ１Ａａ…第１部分
Ａ１Ａｂ…第２部分
Ａ２…第２領域
Ａ３，Ａ３Ａ…第３領域
ＣＬ…第２配線
ＤＷ…磁壁
ＲＬ…第３配線
Ｓｕｂ…基板
ＳＷ１…第１スイッチング素子
ＳＷ２…第２スイッチング素子
ＳＷ３…第３スイッチング素子
ｗ１，ｗ２…配線
ＷＬ…第１配線

【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】