JP2003007985A - オンザフライでピン留めされる軟らかいリファレンス層のためのクラッディングされた読出し−書込み導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒ゜ン留めされた磁化の向きを必要としないリファレン
ス層を有する磁気メモリセルの提供。 【解決手段】オンサ゛フライでヒ゜ン留めされる軟らかい強磁性テ゛
ータ層用の高透磁率の軟らかい磁性材料で完全にクラッテ゛ィンク
゛された読出し−書込み導体を有する磁気メモリセル(10)。磁
気メモリセル(10)は強磁性テ゛ータ層(11)、その強磁性テ゛ータ層(1
1)上に形成された中間層(13)、及び中間層(13)上に形成
されたヒ゜ン留めされない磁化の向き(M1)を有する軟らか
い強磁性リファレンス層(17)を含む。軟らかい強磁性リファレンス層
(17)は、読出し−書込み導体(19)、及びクラッテ゛ィンク゛され
た読出し−書込み導体を形成するために読出し−書込み
導体(19)を完全に包囲する強磁性クラッテ゛ィンク゛(21)を含
む。読出し磁界(Ｈ_R)は強磁性クラッテ゛ィンク゛(21)を飽和せ
ず、クラッテ゛ィンク゛(21)内に概ね閉じこめられ、磁化の向き
(M1)を所望の方向に動的にヒ゜ン留めする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、概してピン留めさ
れない磁化の向きおよび完全にクラッディング（被覆）
された読出し−書込み導体を含む軟らかい強磁性リファ
レンス層（soft ferromagnetic layer）を有する磁気メ
モリセルに関する。より具体的には、本発明は、ピン留
めされない磁化の向きを有し、読出し−書込み導体内を
流れる電流によって生成される読出し磁界が飽和せず、
強磁性クラッディング内に概ね閉じ込められ、メモリセ
ルへの読出し動作中に磁化の向きが動的にオンザフライ
でピン留め（pinned-on-the-fly）されるようにし、か
つ読出し−書込み導体内を流れる電流によって生成され
る書込み磁界が強磁性クラッディングを飽和させ、強磁
性クラッディングの外側に延在し、メモリセルへの書込
み動作中にデータ層と相互作用するように、強磁性クラ
ッディングによって完全に包囲される読出し−書込み導
体を含む軟らかい強磁性リファレンス層を有する磁気メ
モリセルに関する。 【０００２】 【従来の技術】磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡ
Ｍ）のような磁気メモリは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラ
ッシュメモリおよびハードディスクドライブのような従
来のデータ記憶装置が用いられている応用形態におい
て、代替のデータ記憶デバイスと見なされている不揮発
性タイプのメモリである。ＭＲＡＭは典型的には、磁気
メモリセルのアレイを含む。たとえば、従来の磁気メモ
リセルは、データ層（記憶層あるいはビット層とも呼ば
れる）と、リファレンス層と、データ層とリファレンス
層との間の中間層とを含む、トンネリング磁気抵抗メモ
リセル（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗メモリセル（ＧＭ
Ｒ）、あるいは超巨大磁気抵抗メモリセル（colossal m
agnetoresistance：ＣＭＲ）とすることができる。デー
タ層、リファレンス層、および中間層は、材料の１つあ
るいは複数の層から形成されることができる。データ層
は通常、データのビットを、外部磁界を加えるのに応じ
て変更され得る磁化の向きとして格納する、磁性材料か
らなる層あるいは薄膜である。したがって、データ層の
磁化の向き（すなわち、その論理状態）は、論理「０」
を表すことができる第１の磁化の向きから、論理「１」
を表すことができる第２の磁化の向きに、あるいはその
逆に回転する（すなわち、切り替える）ことができる。
一方、リファレンス層は通常、磁化の向きが所定の方向
に「ピン留め」（すなわち、固定）された、磁性材料か
らなる層である。所定の向きは、磁気メモリセルを製造
するために用いられるマイクロエレクトロニクス処理ス
テップによって決定される。 【０００３】典型的には、磁気メモリセルの論理状態
（すなわち、「０」あるいは「１」）は、データ層およ
びリファレンス層内の磁化の相対的な向きに依存する。
たとえば、トンネリング磁気抵抗メモリセル（トンネル
接合メモリセル）では、データ層とリファレンス層との
間に電位バイアスが印加されるとき、電子は、中間層
（通常、トンネル障壁層と呼ばれる薄い誘電体層）を介
して、データ層とリファレンス層との間を移動する。障
壁層を介した電子の移動を生じる現象は、量子学的トン
ネル効果あるいはスピントンネル効果と呼ばれる場合が
ある。論理状態は、メモリセルの抵抗を測定することに
より判定することができる。たとえば、データ記憶層内
の全体的な磁化の向きがリファレンス層のピン留めされ
た磁化の向きに平行である場合には、磁気メモリセルは
低抵抗の状態にある。逆に、データ記憶層内の全体的な
磁化の向きがリファレンス層のピン留めされた磁化の向
きに逆平行である場合には、トンネル接合メモリセルは
高抵抗の状態にある。上記のように、磁気メモリセルに
格納されるビットの論理状態は、データ層の全体的な磁
化の向きを変更する外部磁界をかけることにより書き込
まれる。その外部磁界は、高抵抗状態と低抵抗状態との
間で磁気メモリセルを切り替える、切替え磁界と呼ばれ
る場合がある。 【０００４】図１は、データ層１１０と、リファレンス
層１１２と、データ層１１０とリファレンス層１１２と
の間に配置される絶縁障壁層１１４とを備える従来のト
ンネル接合メモリセル１００を示す。さらに、メモリセ
ル１００は、データ層１１０と接続される第１の導電ノ
ード１１６と、リファレンス層１１２と接続される第２
の導電ノード１１８とを備えることができる。外部から
供給される電流は、第１および第２の導電ノード（１１
６、１１８）を通って流れ、上記の外部磁界を生成する
ことができる。第１および第２の導電ノード（１１６、
１１８）は、図４ａおよび図４ｂに関して以下に説明さ
れるように、複数のメモリセル１００を含むメモリアレ
イ内の行導体および列導体とすることができる。また、
そのノードを用いて、メモリセル１００の抵抗を測定
し、その論理状態を判定することもできる。リファレン
ス層１１２は、左向きの矢印によって示されるような所
定の方向にピン留めされる磁化の向きＭ１を有する。デ
ータ層１１０は、両方向に向いた矢印によって示される
ように、変更可能な磁化の向きＭ２を有する。 【０００５】図２ａでは、データ層１１０の磁化の向き
Ｍ２は、リファレンス層１１２の磁化の向きＭ１に平行
であり（すなわち、矢印が同じ向きを指し）、結果とし
て、メモリセル１００が低抵抗状態になる。一方、図２
ｂでは、データ層１１０の磁化の向きＭ２は、リファレ
ンス層１１２の磁化の向きＭ１に逆平行であり（すなわ
ち、矢印が反対方向を指し）、結果としてメモリセル１
００は高抵抗状態になる。 【０００６】データ層１１０およびリファレンス層１１
２は、互いに非常に接近して配置される強磁性材料から
形成されるので、リファレンス層１１２のピン留めされ
た磁化の向きＭ１は、図２ｃに示されるように、リファ
レンス層１１２のエッジ領域からデータ層１１０まで延
びる消磁界Ｄを生成する。図２ｄは、データ層１１０の
磁化の向きＭ２に対する消磁界Ｄの影響を示す。理想的
には、データ層１１０の磁化の向きは、ピン留めされた
磁化の向きＭ１に対して平行か、または逆平行かのいず
れかである配向を有する。しかしながら、消磁界Ｄのた
め、理想的な磁化の向きＭ２’（破線矢印で示される）
と、実際の磁化の向きＭ２（実線矢印で示される）との
間に小さな角変位θが存在する。角変位θに起因して、
高状態と低状態（すなわち、平行か、あるいは逆平行）
との間の磁気抵抗変化の大きさΔＲ／Ｒの減少となる。
データ層１１０内のビットの状態を容易に検出できるよ
うに、磁気抵抗の変化の大きさΔＲ／Ｒはできる限り大
きいことが望ましい。基本的には、ΔＲ／Ｒは、信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）のようなものである。読出し動作中
に、Ｓ／Ｎがより高ければ、データ層１１０内のビット
の状態を判定するために、より強い信号を検出すること
ができることになる。したがって、従来のトンネル接合
メモリセル１００の１つの短所は、角変位θに起因す
る、磁気抵抗の変化の大きさΔＲ／Ｒの減少（すなわ
ち、読出し動作中の低いＳ／Ｎ）である。 【０００７】従来のトンネル接合メモリセル１００の別
の短所は、リファレンス層１１２の磁化の向きＭ１をピ
ン留めすることが、多くの場合に、そのピン留めを達成
するために材料の２つ以上の層を必要とすることであ
る。たとえば、図３ａでは、従来のトンネル接合メモリ
セル２００が、上記のデータ層２１０と、第１および第
２の導電ノード（２１６、２１８）とを含み、さらに、
異なる材料のサンドイッチ状の構造である複合リファレ
ンス層２１２、２１２ａおよび２１２ｂも含む。層２１
２は、反強磁性体層（ピン留め層）と呼ばれ、層２１２
ａはピン留めされたリファレンス層と呼ばれる。ピン留
め層２１２は、リファレンス層２１２ａの磁化の向きＭ
１を所望の方向に磁化する。層２１２ｂはシード（see
d）層である。ピン留め層２１２、リファレンス層２１
２ａおよびシード層２１２ｂのために用いられる材料の
例には、ピン留め層２１２の場合にはＦｅＭｎ、ＩｒＭ
ｎ、ＮｉＭｎあるいはＰｔＭｎがあり、リファレンス層
２１２ａの場合にはＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏあるいはＣ
ｏＦｅがあり、シード層２１２ｂの場合にはＮｉＦｅあ
るいはＮｉＦｅＣｏがある。 【０００８】代案として、図３ａに示されるものより複
雑なピン留め層３１２を有する従来のトンネル接合メモ
リセル３００が図３ｂに示される。従来のトンネル接合
メモリセル３００は、上記のデータ層３１０と、第１お
よび第２の導電ノード（３１６、３１８）とを含み、さ
らに、異なる材料からなる複雑なサンドイッチ状の構造
である複合リファレンス層３１２、３１２ａ、３１２ｂ
および３１２ｃも含む。ピン留め層３１２は、図３ａの
反強磁性体層２１２よりさらに複雑な構造を有する人工
反強磁性体３１２ｃの磁化の向きを設定する。人工反強
磁性体３１２ｃは、たとえばＣｏ／Ｒｕ／Ｃｏあるいは
ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅのような材料のサンドイッチ
状の構造とすることができる。図３ｂでは、層３１２ａ
はピン留めされたリファレンス層であり、層３１２ｂは
シード層であり、層３１２は反強磁性体層（ピン留め
層）である。 【０００９】したがって、従来のトンネル接合メモリの
１つの短所は、リファレンス層を形成するために、その
構造内に複数の層を必要とすることである。それらの層
を形成するために必要とされる余分な材料のため、従来
のトンネル接合メモリセル２００および３００を製造す
るために、余分なマイクロエレクトロニクス処理ステッ
プが必要とされる。それらの余分なステップの結果とし
て、メモリが製造時に欠陥を生じる、またはそのメモリ
を組み込んだ製品において後に故障するかもしれない、
欠陥の可能性がトンネル接合メモリに導入されることに
なる。欠陥を低減し、歩留まりを向上させるために、複
雑な構造、それゆえメモリを製造するために必要とされ
る処理ステップの数を最小にすることが望ましい。さら
に、リファレンス層を形成するために必要な材料自体
が、製造の難しい材料である。磁気メモリを量産する場
合、製造プロセスが簡略化され、製造コストが削減され
るように、容易に形成できる材料を用いることが望まし
い。 【００１０】従来のトンネル接合メモリのさらなる短所
は、リファレンス層が、アニーリングステップの高い温
度で加熱されなければならないことである。アニーリン
グには時間がかかり（１時間以上）、一定の磁界の下
で、磁気メモリが２００〜３００℃の範囲の温度にさら
される必要がある。磁化の向きを設定することは、磁界
内でアニーリングすることを必要とするので、磁気メモ
リが後に高温にさらされる場合には、リファレンス層の
ピン留めが「安定しなく」なり、その磁化の向きを保持
できなくなる可能性がある。磁化の向きを再設定するた
めに、別のアニーリングステップが必要とされるであろ
う。 【００１１】従来のトンネル接合メモリセル１００の別
の短所が、図４ａ、図４ｂおよび図４ｃに示される。図
４ａでは、磁気メモリ１５０は、交点のアレイで構成さ
れる複数のメモリセル１００を含む。第１の導電ノード
１１６は、メモリセル１００を横切る行導体（行１およ
び行２）を形成するために複製され（replicated）、第
２の導電ノード１１８は、同様にメモリセル１００を横
切る列導体（列１、列２および列３）を形成するために
複製される（すなわち、メモリセル１００は、行導体と
列導体との交差点に配置される）。行２および列３の交
差点に配置されたメモリセル１００ａは、読出し動作の
ために電源Ｖを行２に接続することにより選択され、行
１は浮動状態のままである。列１および列２はグランド
に接続され、列３は、仮想グランドに接続されるセンス
増幅器Ｓに接続される。結果として、電流経路が形成さ
れ、電流Ｉが行２の導電ノード１１６に流れ込む。電流
Ｉの一部は、Ｉ_Gによって示されるように、グランドに
流れる。しかしながら、電流Ｉの別の部分は、センス増
幅器Ｓによって検出される読出し電流Ｉ_Rを構成する。
Ｉ_Rの大きさは、メモリセル１００ａに格納されるデー
タのビットの磁化の向きを示すが、Ｉ_Rの大きさは、読
出し動作中にデータ層の磁化の向きを回転させるには不
十分である。 【００１２】図４ｂには、選択されたメモリセル１００
ａがさらに詳細に示される。電流Ｉ _Rは、右手の法則に
したがって磁界Ｈ_Rを生成する。各導体から外側に放射
状に延び（すなわち、フリンジ磁界）、アレイ内の隣接
するメモリセル１００と相互作用する磁界Ｈ_Rから不都
合が生じる。メモリセル１００の互いに対する近さ、お
よび電流Ｉ_Rの大きさに応じて、そのフリンジ磁界は、
読出し動作のために選択されていない近くのメモリセル
１００のデータ層１１０に格納されるデータビットを破
損する可能性がある。 【００１３】同様に、行１と列３との交差点に配置され
るメモリセル１００ｂは、列３を介して電流Ｉｘを流
し、行１を介して電流Ｉｙを流すことにより、書込み動
作に対して選択される。電流ＩｘおよびＩｙは、データ
層と協働し、変更可能な磁化の向きを回転させ、それに
よりデータの新しいビットを書き込む磁界を生成する。 【００１４】図４ｃでは、選択されたメモリセル１００
ｂが、より詳細に示される。電流Ｉｙは、右手の法則に
したがって磁界Ｈｘを生成する。同様に、電流Ｉｘは、
右手の法則にしたがって磁界Ｈｙを生成する。それらの
各導体から外側に放射状に延び（すなわち、フリンジ磁
界）、選択されたメモリセル１００ｂへの書込み動作中
にそのアレイ内の隣接するメモリセル１００と相互作用
する、それらの磁界から不都合が生じる。互いに対する
メモリセル１００の近さ、および電流ＩｘおよびＩｙの
大きさに応じて、それらのフリンジ磁界は、書込み動作
のために選択されていない近くのメモリセル１００のデ
ータ層１１０に格納されるデータビットを破損する可能
性がある。電流ＩｘおよびＩｙの大きさが、読出し動作
よりも書込み動作の場合に大きいので、データを破損す
る可能性は、結果として生成される磁界が、磁化の向き
を回転させるためにデータ層まで延びなければならない
書込み動作中にさらに大きくなる。 【００１５】さらに、従来のトンネル接合メモリセル１
００の別の短所は、選択されたメモリセル１００へデー
タを読出す、および／または書込むために必要な読出し
電流Ｉ_Rおよび書込み電流Ｉ_xとＩ_yの大きさがかなり大
きくなる可能性がある（通常、書込み電流は読出し電流
よりも大きい）。これらの電流の結果として、不要な廃
熱が生じ、その廃熱を除去するために、冷却ファン等の
ような熱管理システムが必要になる可能性がある。熱管
理システムは、メモリ１５０を組み込む電子システムの
コスト、サイズ、重量および雑音を増加させる可能性が
ある。電源としてバッテリに依存するポータブル電子シ
ステムの場合、あるいはエネルギーを効率的にするよう
に設計された電子システムの場合、上記の電流は電力消
費を増加させ、それによりバッテリの使用時間を減少さ
せ、あるいは電力負担を増加させ、それによりエネルギ
ー効率を低下させる可能性がある。 【００１６】上記の短所は、トンネル接合メモリセル
（すなわち、ＴＭＲメモリセル）に集中しているが、そ
れらの短所は前述のＧＭＲおよびＣＭＲメモリセルのよ
うな他のタイプの磁気メモリセルにも当てはまる。たと
えば、当業者にはよく理解されているように、ＧＭＲメ
モリアレイ（図示せず）の場合、交差点アレイは、ＧＭ
Ｒメモリセルを電気的に絶縁するゲートトランジスタ
（すなわちＦＥＴ）と置き換えられる。ＦＥＴは、読出
し動作のための特定のＧＭＲセルを選択するために、電
気的にオンあるいはオフに切り替えられる。選択された
メモリセルを流れる読出し電流は、センス増幅器等によ
って検出され得る。 【００１７】 【発明が解決しようとする課題】したがって、データ層
に格納されたデータのビットを読み出すために、ピン留
めされた磁化の向きを必要としないリファレンス層を有
する磁気メモリセルが必要とされている。また、リファ
レンス層を形成するために必要とされる材料の層の数を
低減することも必要とされている。さらに、近くのメモ
リセルとの干渉を十分に低減するように、読出しおよび
書込み動作中に生成されるフリンジ磁界が、リファレン
ス層に概ね閉じ込められる磁気メモリセルが必要とされ
ている。さらに、読出しまたは書込み動作を達成するた
めに必要な電流の大きさを低減し、電力消費および電力
損失を低減する磁気メモリセルが必要とされている。最
後に、読出し動作中の磁気抵抗の変化が大きくなるよう
に、データ層の磁化の向きの角変位が十分に低減または
除去される磁気メモリセルが必要とされている。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明は、トンネリング
磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗メモリセ
ル（ＧＭＲ）、およびそれらのタイプの磁気メモリセル
を組み込むメモリのような磁気メモリセルの設計におけ
る改善である。さらに、本発明は、磁気メモリセルのリ
ファレンス層に用いられる材料、および磁気メモリセル
の読出し−書込み導体に用いられる構造の改善を含む。 【００１９】概して、本発明は、変更可能な磁化の向き
としてデータのビットを格納するための強磁性データ層
と、強磁性データ層と電気的に通じる第１の導体と、強
磁性データ層と接触する中間層と、軟らかい強磁性リフ
ァレンス層とを含む磁気メモリセルにおいて具現化さ
れ、その軟らかい強磁性リファレンス層は、中間層と接
触し、読出し−書込み導体と、クラッディングされた読
出し−書込み導体を形成するために読出し−書込み導体
を完全に包囲する強磁性クラッディング（ferromagneti
c cladding）とを含む。強磁性クラッディングは、中間
層と接触している強磁性クラッディングの部分に沿った
薄い部分と、中間層と接触していない強磁性クラッディ
ングの部分に沿った厚い部分とを含む、調整された厚み
を含む（すなわち、ある領域において厚く、別の領域に
おいて薄い断面厚を有する）。軟らかい強磁性リファレ
ンス層は、ピン留めされない磁化の向きを有する（すな
わち、磁化の向きは、所定の方向に設定されない）。 【００２０】読出し動作中、外部から供給される電流は
読出し−書込み導体を流れ、読出し−書込み導体は、そ
の電流に応じて、読出し磁界を生成する。強磁性クラッ
ディングは、その読出し磁界によって飽和されず、読出
し磁界は強磁性クラッディング（薄い部分を含む）内に
概ね閉じ込められる。読出し磁界の結果として、軟らか
い強磁性リファレンス層の磁化の向きは、所望の方向に
オンザフライでピン留めされる。強磁性データ層に格納
されたデータのビットは、軟らかい強磁性リファレンス
層と第１の導体との間の抵抗を測定することにより読み
出される。 【００２１】逆に、書込み動作中、第１の書込み電流が
読出し−書込み導体に流され、薄い部分に沿って強磁性
クラッディングを飽和させ、強磁性データ層に向かう方
向に強磁性クラッディングの外側に延在する第１の書込
み磁界が生成され、かつ第２の書込み電流が第１の導体
に流され、強磁性データ層まで延在する第２の書込み磁
界も生成される。第１および第２の書込み磁界は、強磁
性データ層と協働し、変更可能な磁化の向きを回転さ
せ、それにより強磁性データ層にデータの新しいビット
を書き込む。書込み動作中、第１の書込み磁界は、強磁
性クラッディングの厚い部分を飽和させることはない。 【００２２】本発明のクラッディングされた読出し−書
込み導体のさらなる利点は、読出し−書込み導体からの
読出し磁界が、読出し動作中に強磁性クラッディング内
に概ね閉じ込められ、書込み動作中に、第１の書込み磁
界が強磁性クラッディングに概ね向かう方向に導かれる
ことができ、近くのメモリセルと相互作用できるフリン
ジ磁界が書込み動作中に十分に低減されるように、強磁
性クラッディングの厚みが調整され得るので、フリンジ
磁界が十分に低減されることである。 【００２３】読出し動作中、本発明の強磁性クラッデイ
ンングは、読出し磁界のための閉じた磁束通路（磁束閉
じこめ構造（flux closure））を提供する。結果とし
て、従来の磁気メモリセルの消磁界が十分に低減され
る、または除去され、読出し動作中の角変位が最小にさ
れ、磁気抵抗の変化の大きさがより大きくなる。 【００２４】従来のピン留めされるリファレンス層の短
所は、本発明の軟らかい強磁性リファレンス層によって
解決される。なぜなら、読出し動作が、軟らかい強磁性
リファレンス層の磁化の向きがピン留めされることを必
要としないためである。代わりに、読出し動作を達成す
るために、本発明の軟らかい強磁性リファレンス層の磁
化の向きは、読出し−書込み導体に所定の大きさおよび
方向の電流を流すことにより、所望の方向に動的にピン
留めされる（すなわち、オンザフライでピン留めされ
る）。結果として、前述の付加的な材料層、それらの材
料層の複雑性、およびそれらの材料層を形成するために
必要なマイクロエレクトロニクス処理ステップが低減さ
れる。本発明の軟らかい強磁性リファレンス層によっ
て、磁界内でリファレンス層をアニールする必要はなく
なる。さらに、メモリが熱にさらされる場合に、リファ
レンス層の磁化の向きを「再設定」しなければならない
可能性は、その磁化の向きが動的にオンザフライでピン
留めされるので、本発明の軟らかい強磁性リファレンス
層によって実際的な意味を失う。 【００２５】本発明の磁気メモリセルの別の利点は、読
出しまたは書込み動作を達成するために必要な電流の大
きさが低減され、そのため電力損失（廃熱）および電力
消費が低減されることである。読出しまたは書込み動作
のための電流は、静的なＤＣ電流、あるいは動的な電流
パルスとすることができる。先に言及したように、特に
ポータブルバッテリ駆動式のシステムおよびエネルギー
効率のよいシステムでは、電力消費および廃熱の発生を
最小にすることが望ましい。 【００２６】本発明の一実施形態では、磁気メモリセル
は、強磁性クラッディングと中間層との間に配置され、
強磁性クラッディングと磁気的に結合される強磁性キャ
ップ層を含む。読出し動作中、読出し磁界は強磁性キャ
ップ層および強磁性クラッディングを飽和させることは
なく、強磁性キャップ層および強磁性クラッディング内
に概ね閉じ込められる。書込み動作中、第１の書込み磁
界は強磁性クラッディングの薄い部分と、強磁性キャッ
プ層とを飽和させ、強磁性データ層に向かう方向に外側
に延びる。しかしながら、第１の書込み磁界は、強磁性
クラッディングの厚い部分を飽和させることはない。 【００２７】本発明の別の実施形態では、強磁性データ
層、強磁性キャップ層および強磁性クラッディングは、
高透磁率の軟らかい磁性材料から形成することができ
る。本発明のさらに別の実施形態では、強磁性データ
層、強磁性キャップ層および強磁性クラッディングは、
同じ高透磁率の軟らかい磁性材料から形成される。 【００２８】本発明の一実施形態では、強磁性データ
層、強磁性キャップ層および強磁性クラッディングは、
低い飽和保磁力の材料から形成されることができる。 【００２９】本発明の代替の実施形態では、磁気メモリ
セルは、トンネリング磁気抵抗メモリセルまたは巨大磁
気抵抗メモリセルとすることができる。 【００３０】本発明の他の態様および利点は、本発明の
原理を一例として示す、添付の図面に関連してなされ
る、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。 【００３１】 【発明の実施の形態】以下の詳細な説明、および図面の
うちのいくつかにおいて、同様の要素は、同様の参照番
号で識別される。 【００３２】例示の目的で図面に示されるように、本発
明は、変更可能な磁化の向きとしてデータのビットを格
納するための強磁性データ層と、強磁性データ層と電気
的に通じる第一の導体と、強磁性データ層と接触する中
間層と、軟らかい強磁性リファレンス層とを備える磁気
メモリセルにおいて具現化され、その軟らかい強磁性リ
ファレンス層は、中間層と接触し、読出し−書込み導体
と、クラッディングされた読出し−書込み導体を形成す
るために読出し−書込み導体を完全に包囲する強磁性ク
ラッディングとを含む。軟らかい強磁性リファレンス層
は、所定の向きにピン留めされない磁化の向きを有す
る。これ以降、軟らかい強磁性リファレンス層のその特
徴を、「ピン留めされない磁化の向き」と呼ぶことにす
る。 【００３３】読出し−書込み導体は、外部から供給され
る読出し電流に応答して、読出し磁界を生成し、強磁性
クラッディングは、強磁性クラッディング内に読出し磁
界を概ね閉じ込める。基本的に、強磁性クラッディング
は、読出し−書込み導体の周囲に、閉じた磁気通路（磁
束閉じこめ構造）を提供する。読出し−書込み導体に所
定の大きさおよび方向の電流を流すことにより、結果と
して生成される読出し磁界は、軟らかい強磁性リファレ
ンス層において既知の方向に磁化の向きを確立し、磁化
の向きが動的にピン留めされる（すなわち、磁化の向き
がオンザフライでピン留めされる）ようにするだけの十
分な強さである。しかしながら、読出し磁界は、軟らか
い強磁性リファレンス層の強磁性クラッディングを飽和
させ、読出し磁界が強磁性クラッディングの概ね外側に
延在し、強磁性データ層に格納されたデータのビットと
潜在的に干渉するか、またはそのビットを上書きするほ
ど強くはない。また、強磁性クラッディングは、近くの
メモリセルの強磁性データ層に格納されたデータと干渉
するか、またはそのデータを破損する可能性があるフリ
ンジ磁界を十分に減衰させる。データのビットは、軟ら
かい強磁性リファレンス層と第１の導体との間の抵抗を
測定することにより読み出すことができる。強磁性クラ
ッディングおよび強磁性データ層は、高透磁率の軟らか
い磁性材料から形成されることができる。強磁性クラッ
ディングは、読出し磁界が強磁性クラッディング内に概
ね閉じ込められることを確実にするように設計される、
調整された厚みを有する。しかしながら、調整された厚
みは、中間層と接触している強磁性クラッディングの部
分に沿った薄い部分を含み、書込み動作中に、第１の書
込み電流が読出し−書込み導体に流され、強磁性データ
層にデータの新しいビットを書き込むために、その薄い
部分に沿った強磁性クラッディングを飽和させ、強磁性
データ層に向かう方向に強磁性クラッディングの外側に
延びる第１の書込み磁界が生成される。さらに、強磁性
クラッディングの先に言及した調整された厚みは、中間
層と接触していない強磁性クラッディングの部分に沿っ
た厚い部分も含む。 【００３４】必要に応じて、本発明の磁気メモリセル
は、中間層と強磁性クラッディングとの間に配置される
強磁性キャップ層を含むことができる。強磁性キャップ
層は、読出し動作中に、読出し磁界が強磁性クラッディ
ングおよび強磁性キャップ層内に概ね閉じ込められるよ
うに、強磁性クラッディングと磁気的に結合される。基
本的に、強磁性クラッディングおよび強磁性キャップ層
は、磁気的に１つのものとしてなり、強磁性クラッディ
ングおよび強磁性キャップ層はともに、読出し−書込み
導体の周囲に閉じた磁気通路（磁束閉じこめ構造）を提
供する。 【００３５】一方、第１の書込み磁界は、強磁性キャッ
プ層と接触している強磁性クラッディングの薄い部分を
飽和させる。その飽和の結果として、第１の書込み磁界
は、書込み動作中に強磁性データ層にデータの新しいビ
ットを書き込むために、強磁性クラッディングの薄い部
分およびキャップ層の外側に、かつ強磁性データ層に向
かう方向に延びる。先に言及したように、強磁性クラッ
ディングは、強磁性キャップ層と接触していない厚い部
分を有する。 【００３６】本発明の軟らかい強磁性リファレンス層
は、磁化の向きの方向が、外部から供給される電流によ
って既知の方向に動的に設定される（すなわち、動的に
ピン留めされる）ことができるので、「リファレンス
層」と呼ばれる。用いられる磁性材料は磁気的に軟らか
く、通常の硬いピン留めされる材料（たとえば、ＮｉＦ
ｅ／ＩｒＭｎ等のような反強磁性系）ではないので、
「軟らかい」と呼ばれる。 【００３７】本発明の磁気メモリセルの利点は、読出し
動作中に、軟らかい強磁性リファレンス層の強磁性クラ
ッディング内の読出し−書込み導体によって生成される
読出し磁界を概ね閉じ込めることにより、フリンジ磁界
の問題を解決するクラッディングされた読出し−書込み
導体を含み、それにより、近くの磁気メモリセルに格納
されたデータが浮遊磁界によって破損されないように
し、歩留まりを低下させ、製造コストを上昇させること
になる付随する複雑な材料の層と、付加的な製造ステッ
プとを用いてピン留めされたリファレンス層を形成する
必要性が、軟らかい強磁性リファレンス層によって排除
され、磁気メモリセルをアニールする必要性が排除さ
れ、さらに、データのビットの読出しまたは書込みのた
めに必要な電流（すなわち、ＤＣ電流、またはパルス電
流）の大きさが低減され、それに伴って電力損失および
電力消費も低減されることである。 【００３８】本発明の磁気メモリセルのさらに別の利点
は、強磁性クラッディングが読出し動作中に磁束閉じこ
め構造を提供し、それにより、強磁性データ層において
磁化の向きの角変位を生じる消磁界が十分に低減され、
または排除されるようになることである。結果として、
読出し動作中、磁気抵抗の変化が大きくなり、それによ
り論理状態（すなわち、論理「０」または論理「１」）
との間の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が高くなり、それらの
論理状態が検出しやすくなる。 【００３９】本発明の磁気メモリセルのために本明細書
に記載される構造は、限定しないが、ＴＭＲまたはＧＭ
Ｒを用いる磁気メモリセルを含むいくつかの形態の磁気
メモリに有効である。それらの形態の磁気メモリに用い
られる材料および構造は異なり、かつリファレンス層お
よび強磁性データ層の種々の状態（すなわち、平行また
は逆平行）を検出するために用いられる物理的な作用も
異なるが、それらの形態の磁気メモリの磁気設計は同じ
である。強磁性データ層の磁化の向きを回転させるため
に、少なくとも１対の導体が必要とされ、強磁性データ
層とリファレンス層との間の抵抗を測定するために読出
し−書込み導体が必要とされる限り、本発明の磁気メモ
リセルは、先に列挙されたものを含む種々の磁気メモリ
に関して、まさに同じように動作するであろう。本発明
の磁気メモリセルが、ＭＲＡＭのようなデータ記憶デバ
イス（すなわち、メモリ）を形成するために、磁気メモ
リセルのアレイで実施できることは磁気メモリ技術の当
業者によって明らかに理解されるであろう。そのメモリ
アレイの構造は、メモリセルのタイプに依存する。たと
えば、交差点メモリ構造は、ＴＭＲメモリセルのアレイ
に非常に適している。 【００４０】図５では、磁気メモリセル１０は、変更可
能な磁化の向きＭ２としてデータのビットを格納するた
めの強磁性データ層１１（磁気メモリセル技術では、強
磁性データ層１１は記憶層またはビット層とも呼ばれ
る）と、強磁性データ層１１と電気的に通じる第１の導
体２９と、強磁性データ層１１と接触する中間層１３
と、中間層１３と接触する強磁性キャップ層１５と、軟
らかい強磁性リファレンス層１７とを含み、その軟らか
い強磁性リファレンス層１７は、強磁性キャップ層１５
と接触し、ピン留めされない磁化の向きを有し、クラッ
ディングされた読出し−書込み導体を形成するために、
読出し−書込み導体１９と、読出し−書込み導体１９を
完全に包囲する強磁性クラッディング２１（すなわち、
読出し−書込み導体１９は、強磁性クラッディング２１
によってその側面の全てに対して完全にクラッディング
される）とを含む。軟らかい強磁性リファレンス層１７
は、破線矢印１６によって示されるように、強磁性クラ
ッディング２１の一部に沿って強磁性キャップ層１５と
接触している（これ以降、強磁性クラッディング２１
を、クラッディング２１と呼び、強磁性キャップ層１５
をキャップ層１５と呼ぶことにする）。クラッディング
２１およびキャップ層１５は、図５に示されるように、
それらのエッジが互いに同一平面にある必要はない。た
とえば、一方のエッジが他方のエッジと重なり合う場合
や、他方のエッジから差し込まれる場合がある。 【００４１】さらに、クラッディング２１は、キャップ
層１５と接触しているクラッディング２１の部分に沿っ
た薄い部分（矢印１６を参照）と、キャップ層１５と接
触していないクラッディング２１の部分に沿った厚い部
分とを含む調整された厚みを有する。さらに、軟らかい
強磁性リファレンス層１７の磁化の向きはピン留めされ
ない、すなわち、軟らかい強磁性リファレンス層１７
は、たとえば、磁界内でアニーリングするような従来の
プロセスを用いて、磁気メモリセル１０の製造中に設定
される所定の磁化の向きを持たない。 【００４２】代わりに、図６では、所定の大きさおよび
方向の、外部から供給される読出し電流Ｉ_Rが読出し−
書込み導体１９に流れ、その結果、読出し磁界Ｈ_Rが生
成される。図６では、読出し電流Ｉ_Rは、「＋」記号に
よって示されるように紙面の中に流れ込んでおり、読出
し磁界Ｈ_Rは、右手の法則にしたがって時計方向のベク
トルを有する。読出し磁界Ｈ_Rはクラッディング２１内
に概ね閉じ込められる。読出し磁界Ｈ_Rの結果として、
軟らかい強磁性リファレンス層１７は、動的にピン留め
され（すなわち、オンザフライでピン留めされ）、左側
を指す磁化の向きＭ１を有する。磁化の向きＭ１は、電
流Ｉ_Rが読出し−書込み導体１９を流れ続ける限り、動
的にピン留めされたままである。読出し電流Ｉ_Rが流れ
ている間に、中間層１３を介して、強磁性データ層１１
と軟らかい強磁性リファレンス層１７との間を流れる電
子に起因して、強磁性データ層１１と軟らかい強磁性リ
ファレンス層１７との間に抵抗が存在する。強磁性デー
タ層１１に格納されるデータのビットの状態は、その抵
抗の大きさ、および／または変化を測定することにより
判定することができる。たとえば、その抵抗は、軟らか
い強磁性リファレンス層１７と第１の導体２９との間で
測定され得る。 【００４３】図６では、磁気メモリセル１０は、キャッ
プ層１５を含まない（図５を参照）。しかしながら、図
８ａ〜図９ｂに関連して説明されるように、本発明の軟
らかい強磁性リファレンス層１７に関して図６において
上述された原理は、磁気メモリセル１０がキャップ層１
５を含むか、含まないかにかかわらず当てはまる。キャ
ップ層１５は任意である。キャップ層１５が存在すると
き（図８ａ〜図９ｂ参照）、読出し磁界Ｈ_Rは、クラッ
ディング２１およびキャップ層１５内に概ね閉じ込めら
れる。なぜなら、クラッディング２１およびキャップ層
１５は、いずれも強磁性材料から形成されており、互い
に接触する際に、磁気的に１つものとしてなるためであ
る。 【００４４】抵抗を生じる現象は、磁気メモリの分野に
おいてよく理解されており、ＴＭＲ、ＧＭＲおよびＣＭ
Ｒメモリセルに関してもよく理解されている。たとえ
ば、ＴＭＲを用いるメモリセルでは、その現象は、量子
力学トンネル効果またはスピン依存トンネル効果と呼ば
れる。ＴＭＲメモリセルでは、中間層１３は、強磁性デ
ータ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７との間
で電子が量子力学的に突き抜ける（すなわち、移動す
る）、誘電体材料からなる薄いトンネル障壁層である。
一方、ＧＭＲを用いるメモリセルでは、その現象は、電
子のスピン依存散乱であり、中間層１３は、非磁性材料
からなる薄いスペーサ層である。どちらにしても、強磁
性データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７と
の間の抵抗は、Ｍ１およびＭ２の相対的な向きに応じて
変化し、それは、強磁性データ層１１に格納されるデー
タのビットが論理「０」であるか、または論理「１」で
あるかを判定するために検出され得る、抵抗の変化であ
る。 【００４５】したがって、強磁性データ層１１に格納さ
れるデータのビットは、上述のように読出し−書込み導
体１９に読出し電流Ｉ_Rを流し、その後、強磁性データ
層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７との間の抵
抗を測定することにより、磁気メモリセル１０に対する
読出し動作中に読み出され得る。そのビットの論理状態
（すなわち、論理「０」または論理「１」）は、抵抗の
大きさを検出することにより判定され得る。ここで、ビ
ットの論理状態をＭ１およびＭ２の相対的な向きから如
何にして判定できるかという一例が、図８ａ〜図８ｂお
よび図９ａ〜図９ｂに関して説明される。 【００４６】図８ａでは、読出し磁界Ｈ_Rが時計方向の
ベクトルを有し、かつ軟らかい強磁性リファレンス層１
７のオンザフライでピン留めされる磁化の向きＭ１が、
強磁性データ層１１の変更可能な磁化の向きＭ２に平行
である、すなわちＭ１およびＭ２が同じ方向を指すよう
に、読出し電流Ｉ_Rが、「＋」記号によって示されるよ
うに紙面に流れ込んでいる。Ｍ１およびＭ２のその構成
は、論理「０」を表すために予め決定され得る、強磁性
データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７との
間の抵抗という結果になる。 【００４７】一方、図８ｂでは、強磁性データ層１１の
変更可能な磁化の向きＭ２は、軟らかい強磁性リファレ
ンス層１７のオンザフライでピン留めされる磁化の向き
Ｍ１に逆平行である、すなわちＭ１およびＭ２が反対方
向を指している。したがって、Ｍ１およびＭ２のその構
成は、論理「１」を表すために予め決定され得る、強磁
性データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７と
の間の抵抗という結果になる。 【００４８】さらなる例として、図９ａでは、読出し電
流Ｉ_Rが「●」記号によって示されるように紙面から流
れ出しており、軟らかい強磁性リファレンス層１７のオ
ンザフライでピン留めされる磁化の向きＭ１は、強磁性
データ層１１の変更可能な磁化の向きＭ２に逆平行であ
る。さらに、読出し磁界Ｈ_Rは、Ｍ１が右側を指すよう
に、反時計方向のベクトルを有する。Ｍ１およびＭ２の
その構成は、論理「１」を表すために予め決定され得
る、強磁性データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス
層１７との間の抵抗という結果となる。 【００４９】逆に、図９ｂでは、強磁性データ層１１の
変更可能な磁化の向きＭ２は、軟らかい強磁性リファレ
ンス層１７のオンザフライでピン留めされる磁化の向き
Ｍ１に平行である。したがって、Ｍ１およびＭ２のその
構成は、論理「０」を表すために予め決定され得る、強
磁性データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７
との間の抵抗という結果となる。 【００５０】先に言及したように、図８ａ〜図８ｂおよ
び図９ａ〜図９ｂに示される読出し動作の原理は、キャ
ップ層１５が存在するか否かにかかわらず当てはまる。
キャップ層１５を含むこと、または含まないことは、本
発明のメモリセル１０を形成するための方法に関連し
て、以下に説明される。さらに、キャップ層１５が存在
するとき、キャップ層１５は、図８ａ〜図９ｂに示され
るように、読出し磁界Ｈ _Rがキャップ層１５内に延在す
るように、クラッディング２１と磁気的に１つのようで
ある（すなわち、磁気的に結合される）。したがって、
図８ａ〜図９ｂに示されるようなキャップ層１５は任意
である。キャップ層１５を含まないことができるが、そ
の場合でも図８ａ〜図９ｂに関して説明された読出し動
作の原理は依然として当てはまる。 【００５１】論理状態が、Ｍ１とＭ２との間で平行な関
係および逆平行な関係のどちらに割り当てられるかの決
定は、応用例に依存することができ、またはその決定は
所定の規約を介して行われることができる。たとえば、
その規約として、図８ａおよび図８ｂに示される構成が
採用され、それにより、読出し電流Ｉ_Rは紙面の「＋」
内に流れ込み、Ｍ１は、所望の向きにオンザフライでピ
ン留めされ（すなわち、左側を指し）、論理「０」のた
めの規約はＭ１およびＭ２が平行であり、論理「１」の
ための規約はＭ１およびＭ２が逆平行であるようにする
ことができる。 【００５２】本明細書に記載される本発明の実施形態で
は、強磁性データ層１１、キャップ層１５およびクラッ
ディング２１は、高い透磁率の軟らかい磁性材料から形
成されることができる。「軟らかい磁性材料」は、約１
０００以上の高い比透磁率μ _R（すなわち、透磁率μは
μ＝μ₀＊μ_Rであり、ここでμ₀＝４π＊１０^-7Ｈ／
ｍ、μ＝（４π＊１０^-7）＊１０００＝１．２５７＊１
０^-3Ｈ／ｍ以上）と、約１０００Ａ／ｍ以下の低い保磁
力（飽和保磁力）とを有し、ヒステリシス損失が小さい
材料を意味する。 【００５３】クラッディング２１のための高透磁率の軟
らかい磁性材料によって、Ｍ１の磁化の向きは、読出し
磁界Ｈ_Rがクラッディング２１内に概ね閉じ込められる
ように、クラッディング２１を飽和させない読出し磁界
Ｈ_Rの大きさでオンザフライでピン留めされることが可
能になる。さらに、クラッディング２１から外側に延在
する読出し磁界Ｈ_Rの全ての（すなわち、クラッディン
グ２１に閉じ込められない）部分は、強磁性データ層１
１内の変更可能な磁化の向きＭ２を回転させることはな
い（すなわち、読み出し磁界Ｈ_Rは、Ｍ２をその現在の
向きから切り替えない）。結果として、読出し磁界Ｈ_R
を生成するために必要とされる読出し電流Ｉ_Rの大きさ
は、従来の磁気メモリセルに比べて低減される。同様
に、軟らかい強磁性リファレンス層１７がキャップ層１
５を含む場合、クラッディング２１およびキャップ層１
５の両方のための高透磁率の軟らかい磁性材料によっ
て、磁化の向きＭ１は、読出し磁界Ｈ_Rがクラッディン
グ２１およびキャップ層１５内に概ね閉じ込められ、ク
ラッディング２１およびキャップ層１５から外側に延在
する読出し磁界Ｈ_Rの任意の部分が強磁性データ層１１
内の変更可能な磁化の向きＭ２を回転させないように、
クラッディング２１およびキャップ層１５を飽和させな
い読出し磁界Ｈ_Rの大きさでオンザフライでピン留めさ
れることが可能になる。 【００５４】対照的に、クラッディング２１のための高
透磁率の軟らかい磁性材料によって、読出し−書込み導
体１９を流れる第１の書込み電流Ｉ_W1によって生成され
る第１の書込み磁界Ｈ_W1が、クラッディング２１を飽和
させることが可能となり、そのため第１の書込み磁界Ｈ
_W1がクラッディング２１の外側に強磁性データ層１１ま
で延びる。キャップ層１５が存在する場合、第１の書込
み磁界Ｈ_W1は、クラッディング２１およびキャップ層１
５の両方を飽和させ、強磁性データ層１１まで外側に延
びる。どちらにしても、クラッディング２１の薄い部分
は、第１の書込み電流Ｉ_W1の大きさが飽和する磁界、す
なわち第１の書込み磁界Ｈ_W1を生成するほど十分である
書込み動作中に、クラッディングの飽和を支援するよう
に機能する。 【００５５】本発明の一実施形態では、強磁性データ層
１１、キャップ層１５およびクラッディング２１のうち
の任意の選択される１つあるいは複数の層のための高透
磁率の軟らかい磁性材料は、限定はしないが、以下の表
１に列挙される材料を含む材料から形成されることがで
きる。 【００５６】 【表１】 【００５７】本発明の別の実施形態では、強磁性データ
層１１、キャップ層１５およびクラッディング２１は、
同じ高透磁率の軟らかい磁性材料から形成されることが
できる。同じ高透磁率の軟らかい磁性材料は、限定はし
ないが、上記の表１に記載される材料を含む。たとえ
ば、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）またはパーマロイ（PERMAL
LOY）（登録商標）を用いて、強磁性データ層１１、キ
ャップ層１５およびクラッディング２１を形成すること
ができる。 【００５８】本発明の一実施形態では、強磁性データ層
１１、キャップ層１５およびクラッディング２１のうち
の任意の選択される１つあるいは複数の層は、約１００
０より大きい比透磁率を有する。 【００５９】本発明のさらに別の実施形態では、強磁性
データ層１１、キャップ層１５およびクラッディング２
１のうちの任意の選択される１つあるいは複数の層は、
約１０００Ａ／ｍ以下の飽和保磁力を有する。 【００６０】読出し−書込み導体１９は、導電性材料か
ら形成されることができる。読出し−書込み導体１９に
適した材料は、限定はしないが、以下の表２に列挙され
る材料を含む。 【００６１】 【表２】 【００６２】本発明の一実施形態では、中間層１３は、
軟らかい強磁性リファレンス層１７から強磁性データ層
１１を分離し、かつ電気的に絶縁する絶縁材料（すなわ
ち、導電性ではない）材料から形成されるトンネル障壁
層である。限定はしないが、以下の表３に列挙される材
料を含む誘電体材料を、トンネル障壁層に用いることが
できる。トンネル障壁層は、約０．５ｎｍ〜約５．０ｎ
ｍの厚み（図１３のＴ ₃参照）を有することができる。 【００６３】 【表３】 【００６４】本発明の別の実施形態では、中間層１３は
非磁性材料から形成されるスペーサ層である。スペーサ
層のための非磁性材料は、３ｄ、４ｄまたは５ｄの遷移
金属（元素の周期表から）とすることができる。限定は
しないが、以下の表４に列挙される材料を含む非磁性材
料を、スペーサ層に用いることができる。スペーサ層
は、約０．５ｎｍ〜約５．０ｎｍの厚み（図１３のＴ₃
参照）を有することができる。 【００６５】 【表４】 【００６６】図１１では、本発明の磁気メモリセル１０
は、強磁性データ層１１を横切り、強磁性データ層１１
と電気的に通じる第１の導体２９を含むことができる。
強磁性データ層１１と第１の導体２９との間の導通は、
第１の導体２９と強磁性データ層１１とが、互いに接触
することにより、またはバイア、導電性プラグ等（図示
せず）のような相互接続構造体によって達成され得る。
好適には、構成がコンパクトであり、相互接続構造体よ
りも複雑ではないため、第１の導体２９は強磁性データ
層１１と接触する。データのビットは、第１の導体２９
と軟らかい強磁性リファレンス層１７との間の抵抗を測
定することにより、上述のように読み出され得る。第１
の導体２９は、概ね直交する方向に強磁性データ層１１
を横切ることができ、または直交しない方向に強磁性デ
ータ層１１を横切ることができる。マイクロエレクトロ
ニクスのレイアウトおよび配線ツールは、マイクロエレ
クトロニクスデバイスの直交レイアウトに対して修正で
き、ツールによっては直交しないレイアウトを許容しな
いため、典型的には、第１の導体２９は強磁性データ層
１１を直交する方向に横切る。第１の導体２９は、限定
はしないが、上記の表２に記載された材料を含む導電性
材料から形成されることができる。 【００６７】図７において、本発明の複数（ここでは３
つが示される）の磁気メモリセル１０によってメモリ５
０が形成される。各磁気メモリセル１０は、共通の軟ら
かい強磁性リファレンス層１７と接触する、その各キャ
ップ層１５（キャップ層１５は任意である）を有し、各
磁気メモリセル１０は、その各強磁性データ層１１にデ
ータのビットを格納する。そのデータのビットは、強磁
性データ層１１と軟らかい強磁性リファレンス層１７と
の間の抵抗を測定することにより読み出され得る。さら
に、図１１に関して先に説明されたように、各磁気メモ
リセル１０は、その各強磁性データ層１１と電気的に通
じる第１の導体２９を含むことができる。同様に、デー
タのビットは、第１の導体２９と軟らかい強磁性リファ
レンス層１７との間の抵抗を測定することにより読み出
され得る。したがって、軟らかい強磁性リファレンス層
１７および第１の導体２９は、それぞれ行導体および列
導体、または列導体および行導体のような１対の導体と
することができる。その１対の導体は互いに交差し、磁
気メモリセル１０は、図７に示されるように、その１対
の導体間の交差領域に配置され得る。その１対の導体
は、互いに直交する方向に交差する必要はない。 【００６８】当分野においてよく理解されているよう
に、強磁性データ層１１にデータのビットが書き込まれ
る書込み動作は、読出し−書込み導体１９に第１の外部
供給電流Ｉ_W1を流して、第１の書込み磁界Ｈ_W1を生成
し、かつ第１の導体２９に第２の外部供給電流Ｉ_W2を流
して、第２の書込み磁界Ｈ_W2を生成することにより達成
され得る。第１および第２の書込み磁界（Ｈ_W1、Ｈ_W2）
は、変更可能な磁化の向きＭ２を所望の向きに回転させ
るために、強磁性データ層１１と協働する。たとえば、
強磁性データ層１１が現時点で論理「０」を格納し、Ｍ
２が「左」を指している場合、第１および第２の書込み
磁界（Ｈ_W1、Ｈ_W2）は、強磁性データ層１１と協働し
て、Ｍ２を「右」に回転させ（すなわち、反転させ）、
強磁性データ層１１に論理「１」が書き込まれるように
することができる。 【００６９】図１２において、本発明の複数（ここでは
３つが示される）の磁気メモリセル１０によってメモリ
７０が形成される。各磁気メモリセル１０は、共通の軟
らかい強磁性リファレンス層１７と接触する、その各キ
ャップ層１５（キャップ層１５は任意である）を有し、
その各強磁性データ層１１は、強磁性データ層１１を横
切る第１の導体２９と電気的に通じる。 【００７０】磁気メモリセル１０のうちの選択された磁
気メモリセルに対する書込み動作は、以下のように達成
され得る。１１ａとして示される強磁性データ層を有す
る磁気メモリセル１０は、読出し−書込み導体１９に第
１の書込み電流Ｉ_W1を流し、第１の導体２９に第２の書
込み電流Ｉ_W2を流すことにより、書込み動作に対して選
択される。他の磁気メモリセル１０は書込み動作に対し
て選択されない。なぜなら、それらの各第１の導体２９
に書込み電流が流れないためである。第１の書込み電流
Ｉ_W1は第１の書込み磁界Ｈ_W1を生成し、第２の書込み電
流Ｉ_W2は第２の書込み磁界Ｈ_W2を生成する。第１および
第２の書込み磁界（Ｈ_W1、Ｈ_W2）は協働して、強磁性デ
ータ層１１ａの変更可能な磁化の向きＭ２を所望の向き
に回転させる。 【００７１】さらに別の例として、同じ強磁性データ層
１１ａに対する読出し動作は、軟らかい強磁性リファレ
ンス層１７の読出し−書込み導体１９に、所定の大きさ
および方向の読出し電流Ｉ_Rを流すことにより達成され
得る。読出し電流Ｉ_Rは、クラッディング２１内に概ね
閉じ込められる読出し磁界Ｈ_Rを生成し、読出し磁界Ｈ_R
は、磁化の向きＭ１をオンザフライでピン留めするよう
に作用する。強磁性データ層１１ａに格納されるデータ
のビットは、軟らかい強磁性リファレンス層１７と、強
磁性データ層１１ａの第１の導体２９との間の抵抗を測
定することにより読み出され得る（図７を参照）。 【００７２】図１４ａおよび図１４ｂには、書込み動作
が、より詳細に示される。図１４ａでは、変更可能な磁
化の向きＭ２は、書込み動作の開始時に左側を指してい
る。第１および第２の書込み磁界（Ｈ_W1、Ｈ_W2）は、強
磁性データ層１１まで延び、互いに作用しあって、Ｍ２
を回転させ始める。第１の書込み電流Ｉ_W1の大きさ（破
線矢印を参照）は、第１の書込み磁界Ｈ_W1がクラッディ
ング２１およびキャップ層１５（薄い部分に沿って）を
飽和させ、第１の書込み磁界Ｈ_W1が強磁性データ層１１
内に延びるようにする。次に、図１４ｂでは、変更可能
な磁化の向きＭ２は回転し、第１および第２の書込み磁
界（Ｈ_W1、Ｈ_W2）の合成された磁力がＭ２に作用する結
果として右側を指している。Ｍ２が左側を指していると
きに、論理「０」を表していた場合、右側を指している
Ｍ２は論理「１」を表す。 【００７３】本発明のクラッディングされた読出し−書
込み導体を形成するためのプロセスが、図１０ａ〜図１
０ｆに示される。以下に記載される処理ステップの順序
は例示にすぎず、処理ステップの実際の順序は、以下に
記載されるのと同じ順序である必要はない。さらに、マ
イクロエレクトロニクスの分野の当業者によく知られて
いる他のプロセスを、ここに記載される処理ステップの
代わりに用いることができる。 【００７４】最初に、図１０ａでは、誘電体層３１が形
成され、たとえば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）のよう
なプロセスによって平坦化される。クラッディング２１
の一部を形成することになる高透磁率の軟らかい磁性材
料を堆積させる前に、誘電体層３１においてトレンチ３
３がエッチングされる。誘電体層３１の一部のみが図１
０ａに示されているが、誘電体層３１は、その中に形成
された複数のトレンチ３３を有する誘電体層とすること
ができ、破線矢印ｅによって示されるように、図示され
る範囲を越えて延びることができる。 【００７５】第２に、図１０ｂでは、等方性プロセスを
用いて、クラッディング２１ａの一部がトレンチ３３内
に堆積される（結果として、トレンチ３３の側壁Ｓが、
トレンチ３３の底面ｂと概ね同じ厚みにコーティングさ
れる）。クラッディング２１ａに用いられる材料は、磁
気的に軟らかい材料であり、すなわちその材料は、磁気
コアとして作用するだけの十分な透磁性を有し、とぎれ
ることなく、またはあまりに多くの空隙を生じることな
く、その断面を通して連続している。クラッディング２
１ａの等方性堆積の結果として、トレンチ３５が形成さ
れる。 【００７６】第３に、図１０ｃでは、電気めっき、また
は他の適切な堆積プロセスを用いて読出し−書込み導体
１９を形成するために、トレンチ３５は銅（Ｃｕ）のよ
うな導電性材料を充填される。その後、図１０ｃに示さ
れる構造体を得るために、（たとえば、ＣＭＰを用い
て）全構造体が平坦化される。図１０ｃでは、読出し−
書込み導体１９は、未だ完全にクラッディングされてい
ないことに留意されたい。 【００７７】第４に、図１０ｄでは、磁束通路を閉じる
ために、別の高透磁率の軟らかい磁性材料２１ｂが堆積
され、それにより完全にクラッディングされた読出し−
書込み導体１９が形成される（すなわち、部分２１ａお
よび２１ｂをクラッディングすることにより完全に包囲
される）。高透磁率の軟らかい磁性材料２１ｂの厚み
は、クラッディング２１ａの底面ｂまたは側壁Ｓの厚み
とは異なるように形成され得る。２１ｂの材料は、クラ
ッディング２１ａの材料と同じ材料、または異なる材料
とすることができる。その後、クラッディング２１ｂは
パターン形成およびエッチングされ、次いで、磁気メモ
リセル１０の残りの部分が図１０ｄの構造体の上側に形
成される。さらに、図１０ｄは、クラッディング２１ａ
の最も外側のエッジを越えて延びる高透磁率の軟らかい
磁性材料２１ｂを示すが、高透磁率の軟らかい磁性材料
２１ｂはそれらのエッジと同一平面に存在し得る、また
は破線ｉによって示されるようにそれらのエッジから挿
入され得ることに留意されたい。高透磁率の軟らかい磁
性材料２１ｂは、もはやクラッディング２１ａとの閉じ
た磁束通路を形成しなくなるほどまでｉを挿入させるべ
きではない。 【００７８】必要に応じて、図１０ｅでは、キャップ層
１５を形成するために、別の高透磁率の軟らかい磁性材
料がクラッディング２１（先に２１ａおよび２１ｂとし
て示された）上に堆積され得る。その後、中間層１３が
キャップ層１５上に堆積される。キャップ層１５の包含
は、製造上の選択の問題である。たとえば、先に言及し
たように、その処理ステップは、ここに記載される順序
に従う必要はない。そのため、磁気メモリセル１０は、
強磁性データ層１１で開始して、その後中間層１３が形
成されるなどにより製造されてもよい。中間層１３に用
いられる材料によっては、中間層が堆積された後に、中
間層がさらされる環境と化学的に反応するのを防ぐよう
に、中間層１３を仕上げる（すなわち、不動態化する）
ことが必要な場合がある。たとえば、中間層１３が誘電
体トンネル障壁層である場合、クラッディング２１の高
透磁率の軟らかい磁性材料と磁気的に適合することにな
る高透磁率の軟らかい磁性材料から形成されるキャップ
層１５を堆積させることが望ましいかもしれない。キャ
ップ層１５は、誘電体トンネル障壁層のための保護キャ
ップとして機能する。キャップ層１５は、クラッディン
グ２１と同じ材料から、またはクラッディング２１と異
なる材料から形成され得る。 【００７９】最後に、図１０ｆでは、中間層１３上に強
磁性データ層１１が形成される。さらに、第１の導体２
９を形成するために、強磁性データ層１１上に導電性材
料を堆積させることができる。 【００８０】上記のプロセスは、本発明の完全にクラッ
ディングされた読出し−書込み導体（すなわち、１９、
２１ａおよび２１ｂ）を形成するために用いられるＣｕ
のダマクス象眼加工（Cu-damascene）プロセスの中のプ
ロセスを真似ている。そのようなプロセスによって製造
される平坦な構造体は、図１０ｄの構造体を製造する際
に有用である（ただし、絶対的に不可欠ではない）。し
かしながら、マイクロエレクトロニクスの分野において
理解されている他のプロセスを用いて、図１０ｄの構造
体を製造することもできる。さらに、図１０ａ〜図１０
ｆは、本発明の完全にクラッディングされた読出し−書
込み導体を製造するための１つの実現可能な方法を示し
ている。たとえば、図１０ａ〜図１０ｆに示されるもの
と逆の順序で製造することができる。製造は、強磁性デ
ータ層１１から開始し、中間層１３、必要に応じてキャ
ップ層１５と続けられ、その後、クラッディングされた
読出し−書込み導体を形成することができる。 【００８１】上述のプロセスでは、クラッディング２
１、キャップ層１５、強磁性データ層１１、読出し−書
込み導体１９および中間層１３の材料は、限定しない
が、表１、表２、表３および表４において先に記載され
た材料を含むことができる。 【００８２】図１３ａでは、クラッディング２１、中間
層１３および強磁性データ層１１の間の寸法の関係が示
される。先に言及したように、クラッディング２１の軟
らかい磁性材料は、読出し−書込み導体１９を流れる読
出し電流Ｉ_Rによって生成される読出し磁界Ｈ_Rが、軟ら
かい強磁性リファレンス層１７の磁化の向きＭ１をオン
ザフライでピン留めするように選択される。さらに、結
果として生じる読出し磁界Ｈ_Rはクラッディング２１を
飽和させず、読出し動作中に読出し磁界Ｈ_Rがクラッデ
ィング２１内に概ね閉じ込められるようにする。クラッ
ディング２１を越えて延びる読出し磁界Ｈ_Rの任意の部
分が、強磁性データ層１１の変更可能な磁化の向きＭ２
を回転させることはない。対照的に、書込み動作中、第
１の書込み磁界Ｈ_W1はクラッディング２１を飽和させ、
強磁性データ層１１に向かって延びる。したがって、ク
ラッディング２１の相対的な厚みは、読出し動作中に読
出し磁界Ｈ_Rがクラッディング２１に概ね閉じ込めら
れ、書込み動作中に第１の書込み磁界Ｈ_W1がクラッディ
ング２１を飽和させるように調整されなければならな
い。 【００８３】図１３ａにおいて、中間層１３に隣接する
クラッディング２１の部分（すなわち、破線矢印１８に
より示される薄い部分）は、クラッディング２１内に読
出し磁界Ｈ_Rを概ね閉じ込めるのに十分な最小厚Ｄ₁を有
するべきである（すなわち、磁束閉じこめ構造を提供す
るのに十分な厚さ）。クラッディング２１の残りの部分
は、最小厚Ｄ₁以上の厚みＤ₂、Ｄ₃およびＤ₄を有するこ
とができる。それゆえ、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄≧Ｄ₁であ
る。Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄は、Ｄ₁より厚いことが好まし
い。 【００８４】書込み動作中、第１の書込み磁界Ｈ_W1はク
ラッディング２１を飽和させる。しかしながら、Ｄ₂、
Ｄ₃およびＤ₄がＤ₁より著しく厚くなるようにクラッデ
ィング２１の厚みを調整し、第１の書込み磁界Ｈ_W1が、
薄い部分に沿って、概ね強磁性データ層１１に向かう方
向にクラッディング２１を飽和させるようにすることが
望ましい場合がある。この結果、第１の書込み磁界Ｈ_W1
は、強磁性データ層１１に向かう方向に導かれ、厚みＤ
₂、Ｄ₃およびＤ₄（すなわち、厚い部分）の方向のフリ
ンジ磁界は、クラッディング２１を飽和させない、また
は少なくとも、Ｄ ₂、Ｄ₃およびＤ₄においてクラッディ
ング２１の厚みによって著しく減衰される。Ｄ₂、Ｄ₃お
よびＤ₄は、クラッディング２１が飽和するのを防ぐよ
うに選択される厚みを有することが好ましい。 【００８５】同様に、図１３ｂでは、クラッディング２
１、キャップ層１５、中間層１３および強磁性データ層
１１の間の寸法の関係が示される。先に言及したよう
に、クラッディング２１およびキャップ層１５のための
軟らかい磁性材料は、読出し−書込み導体１９を流れる
読出し電流Ｉ_Rによって生成される読出し磁界Ｈ_Rが、軟
らかい強磁性リファレンス層１７の磁化の向きＭ１をオ
ンザフライでピン留めするように選択される。さらに、
結果として生じる読出し磁界Ｈ_Rはクラッディング２１
およびキャップ層１５を飽和させず、読出し動作中に読
出し磁界Ｈ_Rがクラッディング２１およびキャップ層１
５内に概ね閉じ込められるようにする（すなわち、クラ
ッディング２１およびキャップ層１５は、磁束閉じ込め
構造を提供する）。クラッディング２１およびキャップ
層１５を越えて延びる読出し磁界Ｈ _Rの任意の部分が、
強磁性データ層１１の変更可能な磁化の向きＭ２を回転
させることはない。逆に、書込み動作中、第１の書込み
磁界Ｈ_W1はクラッディング２１およびキャップ層１５を
飽和させ、強磁性データ層１１に向かって延びる。した
がって、クラッディング２１の相対的な厚みは、読出し
動作中に読出し磁界Ｈ _Rがクラッディング２１に概ね閉
じ込められ、書込み動作中に第１の書込み磁界Ｈ_W1がク
ラッディング２１およびキャップ層１５を飽和させるよ
うに調整されなければならない。 【００８６】図１３ｂでは、キャップ層１５に隣接する
クラッディング２１の部分（破線矢印１９を参照）は、
クラッディング２１およびキャップ層１５内に読出し磁
界Ｈを概ね閉じ込めるのに十分な最小の組み合わせた厚
み（Ｄ₁＋Ｔ₁）を有するべきである。クラッディング２
１の残りの部分は、最小の組み合わせた厚み（Ｄ₁＋
Ｔ₁）以上の厚みＤ₂、Ｄ₃およびＤ₄を有することができ
る。それゆえ、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄≧（Ｄ₁＋Ｔ₁）であ
る。Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄は、（Ｄ₁＋Ｔ₁）より厚いこと
が好ましい。先に言及したように、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄
は、（Ｄ₁＋Ｔ₁）より著しく厚く形成されることがで
き、書込み動作中に、第１の書込み磁界Ｈ_W1が、概ね強
磁性データ層１１に向かう方向に、クラッディング２１
およびキャップ層１５を飽和させるようにすることがで
きる。 【００８７】クラッディング２１、キャップ層１５、中
間層１３および強磁性データ層１１の厚みとその範囲
は、限定しないが、以下に記載される寸法を含む。 【００８８】クラッディング２１は、約３．０ｎｍ〜約
１００．０ｎｍの厚みＤ₁を有し、キャップ層１５は、
約１．０ｎｍより大きい厚みＴ₁を有することができ
る。Ｄ₁およびＴ₁の実際の厚みは、クラッディング２１
およびキャップ層１５のために選択される材料に依存す
るであろう。 【００８９】中間層１３は、約０．５ｎｍ〜約５．０ｎ
ｍの厚みＴ₃を有することができる。Ｔ₃の実際の厚み
は、中間層１３のために選択される材料、およびたとえ
ば、ＴＭＲメモリセルまたはＧＭＲメモリセルのような
メモリセルのタイプに部分的に依存するであろう。 【００９０】強磁性データ層１１は、約１．０ｎｍより
大きい厚みＴ₅を有することができる。Ｔ₅の実際の厚み
は、メモリセルのタイプおよび応用形態に依存するであ
ろう。 【００９１】軟らかい強磁性リファレンス層１７は、読
出し−書込み導体１９のために選択される寸法、および
クラッディング２１の厚みＤ₁、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄に部
分的に依存する幅Ｗおよび高さＨを有することができ
る。したがって、ＷおよびＨは、その最終的な寸法が、
クラッディング２１および読出し−書込み導体１９の寸
法を含む多くの変数に基づくことになるので、応用形態
の依存性が高い。 【００９２】本発明のいくつかの実施形態が開示され、
説明されてきたが、本発明は、そのように記載および図
示される特定の形態または部品の構成に限定されない。
本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。 【００９３】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。 １．磁気メモリセル（10）であって、変更可能な磁化の
向き（Ｍ２）としてデータのビットを格納するための強
磁性データ層（11）と、前記強磁性データ層（11）と電
気的に通じる第１の導体（29）と、前記強磁性データ層
（11）と接触する中間層（13）と、及びピン留めされな
い磁化の向き（Ｍ１）を有し、読出し−書込み導体（1
9）、及びその読出し−書込み導体（19）を完全に包囲
する強磁性クラッディング（21）を含む軟らかい強磁性
リファレンス層（17）であって、前記強磁性クラッディ
ング（21）が、前記中間層（13）に接触している前記強
磁性クラッディング（21）の部分に沿った薄い部分（Ｄ
₁）、及び前記中間層（13）と接触していない前記強磁
性クラッディング（21）の部分に沿った厚い部分を含む
調整された厚みを有する、軟らかい強磁性リファレンス
層（17）とからなり、読出し動作中、前記軟らかい強磁
性リファレンス層（17）が、前記読出し−書込み導体
（19）を流れる読出し電流（Ｉ_R）によって生成される
読出し磁界（Ｈ_R）によって所望の向きにオンザフライ
でピン留めされ、前記読出し磁界（Ｈ_R）が前記強磁性
クラッディング（21）を飽和させず、前記強磁性クラッ
ディング（21）内に概ね閉じ込められ、書込み動作中、
前記第１の導体（29）が、前記第１の導体（29）を流れ
る第１の書込み電流（Ｉ_W1）に応答して第１の書込み磁
界（Ｈ_W1）を生成するように機能し、前記第１の書込み
磁界（Ｈ_W1）が前記強磁性クラッディング（21）の前記
薄い部分（Ｄ₁）を飽和させ、前記強磁性データ層（1
1）まで外側に延びる、磁気メモリセル（10）。 ２．前記強磁性データ層（11）および前記強磁性クラッ
ディング（21）のうちの任意の選択された１つあるいは
複数の層が、高透磁率の軟らかい磁性材料からなる、上
記１に記載の磁気メモリセル（10）。 ３．前記高透磁率の軟らかい磁性材料が、ニッケル鉄、
ニッケル鉄の合金、ニッケル鉄コバルト、ニッケル鉄コ
バルトの合金、コバルト鉄、コバルト鉄の合金およびパ
ーマロイ（Ｒ）からなるグループから選択された材料で
ある、上記２に記載の磁気メモリセル（10）。 ４．前記強磁性データ層（11）および前記強磁性クラッ
ディング（21）が、同じ高透磁率の軟らかい磁性材料か
ら形成される、上記１に記載の磁気メモリセル（10）。 ５．前記強磁性データ層（11）および前記強磁性クラッ
ディング（21）のうちの任意の選択された１つあるいは
複数の層が、約１０００より大きい比透磁率を有する、
上記１に記載の磁気メモリセル（10）。 ６．前記強磁性データ層（11）および前記強磁性クラッ
ディング（21）のうちの任意の選択された１つあるいは
複数の層が、約１０００Ａ／ｍ以下の飽和保磁力を有す
る、上記１に記載の磁気メモリセル（10）。 ７．前記読出し−書込み導体（19）が、銅、銅の合金、
アルミニウム、アルミニウムの合金、アルミニウム銅、
アルミニウム銅の合金、タンタル、タンタルの合金、
金、金の合金、銀および銀の合金からなるグループから
選択された導電性材料である、上記１に記載の磁気メモ
リセル（10）。 ８．前記強磁性クラッディング（21）の前記調整された
厚みが、前記中間層と接触していない前記強磁性クラッ
ディング（21）の部分に沿って、約３．０ｎｍ〜約１０
０．０ｎｍである、上記１に記載の磁気メモリセル（1
0）。 ９．前記強磁性クラッディング（21）と前記中間層（1
3）との間に配置され、前記強磁性クラッディング（2
1）と磁気的に結合される強磁性キャップ層（15）をさ
らに備え、前記強磁性クラッディング（21）が、前記強
磁性キャップ層（15）と接触している前記強磁性クラッ
ディング（21）の部分に沿った薄い部分（Ｄ₁）、及び
前記強磁性キャップ層（15）と接触していない前記強磁
性クラッディング（21）の部分に沿った厚い部分を含む
調整された厚みを有し、前記読出し動作中に、前記生成
された読出し磁界（Ｈ_R）は、前記強磁性クラッディン
グ（21）および前記強磁性キャップ層（15）を飽和させ
ず、前記強磁性クラッディング（21）および前記強磁性
キャップ層（15）内に概ね閉じ込められ、書込み動作
中、前記第１の書込み磁界（Ｈ_W1）は、前記強磁性クラ
ッディング（21）の前記薄い部分（Ｄ₁）および前記強
磁性キャップ層（15）を飽和させ、前記強磁性データ層
（11）まで外側に延びる、上記１に記載の磁気メモリセ
ル（10）。 １０．変更可能な磁化の向きとしてデータのビットを格
納するための強磁性データ層と、前記強磁性データ層と
電気的に通じている第１の導体と、既知の方向にピン留
めされる磁化の向きを有する強磁性リファレンス層と、
前記強磁性リファレンス層と電気的に通じている第２の
導体と、前記強磁性データ層と前記強磁性リファレンス
層との間の中間層とを含み、前記ビットが、前記第１の
導体と前記第２の導体との間の抵抗を測定することによ
り読み出され、前記第１および前記第２の導体に第１お
よび第２の電流を流し、前記強磁性データ層と協働する
第１および第２の書込み磁界を生成し、前記変更可能な
磁化の向きを回転させることにより、前記ビットが書き
込まれる磁気メモリセルにおいて、ピン留めされない磁
化の向き（Ｍ１）を有し、読出し−書込み導体（19）、
及びその読出し−書込み導体（19）を完全に包囲する強
磁性クラッディング（21）を含む軟らかい強磁性リファ
レンス層（17）を含み、前記強磁性クラッディング（2
1）が、前記中間層（13）に接触している前記強磁性ク
ラッディング（21）の部分に沿った薄い部分（Ｄ₁）、
及び前記中間層（13）と接触していない前記強磁性クラ
ッディング（21）の部分に沿った厚い部分を含む調整さ
れた厚みを有し、読出し動作中、前記軟らかい強磁性リ
ファレンス層（17）が、前記読出し−書込み導体（19）
を流れる読出し電流（Ｉ_R）によって生成される読出し
磁界（Ｈ_R）によって所望の向きにオンザフライでピン
留めされ、前記読出し磁界（Ｈ_R）が前記強磁性クラッ
ディング（21）を飽和させず、前記強磁性クラッディン
グ（21）内に概ね閉じ込められ、書込み動作中、前記第
１の導体（29）が、前記第１の導体（29）を流れる第１
の書込み電流（Ｉ_W1）に応答して第１の書込み磁界（Ｈ
_W1）を生成するように機能し、前記第１の書込み磁界
（Ｈ_W1）が前記強磁性クラッディング（21）の前記薄い
部分（Ｄ₁）を飽和させ、前記強磁性データ層（11）ま
で外側に延びる、磁気メモリセル。 １１．前記強磁性クラッディング（21）と前記中間層
（13）との間に配置され、前記強磁性クラッディング
（21）と磁気的に結合される強磁性キャップ層（15）を
さらに備え、前記強磁性クラッディング（21）が、前記
強磁性キャップ層（15）と接触している前記強磁性クラ
ッディング（21）の部分に沿った薄い部分（Ｄ ₁）、及
び前記強磁性キャップ層（15）と接触していない前記強
磁性クラッディング（21）の部分に沿った厚い部分を含
む調整された厚みを有し、前記読出し動作中、前記生成
された読出し磁界（Ｈ_R）が、前記強磁性クラッディン
グ（21）および前記強磁性キャップ層（15）を飽和させ
ず、前記強磁性クラッディング（21）および前記強磁性
キャップ層（15）内に概ね閉じ込められ、前記書込み動
作中、前記第１の書込み磁界（Ｈ_W1）が、前記強磁性ク
ラッディング（21）の前記薄い部分（Ｄ₁）および前記
強磁性キャップ層（15）を飽和させ、前記強磁性データ
層（11）まで外側に延びる、上記１０に記載の磁気メモ
リセル。 【００９４】 【発明の効果】上記のように、本発明によれば、データ
層に格納されたデータのビットを読み出すために、ピン
留めされた磁化の向きを必要としないリファレンス層を
有する磁気メモリセルを実現することができる。また、
リファレンス層を形成するために必要とされる材料の層
の数を低減することもできる。さらに、近くのメモリセ
ルとの干渉を十分に低減するように、読出しおよび書込
み動作中に生成されるフリンジ磁界が、リファレンス層
に概ね閉じ込められる磁気メモリセルを実現することが
できる。さらに、読出しまたは書込み動作を達成するた
めに必要な電流の大きさを低減し、電力消費および電力
損失を低減する磁気メモリセルを実現することができ
る。さらに、読出し動作中の磁気抵抗の変化が大きくな
るように、データ層の磁化の向きの角変位が十分に低減
または除去される磁気メモリセルを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】ピン留めされた磁化の向きを有するリファレン
ス層を用いる従来の磁気メモリセルを示す図である。 【図２ａ】図１の従来の磁気メモリセルのリファレンス
層とデータ層との間の全体的に平行な磁化の向きを示す
図である。 【図２ｂ】図１の従来の磁気メモリのリファレンス層と
データ層との間の全体的に逆平行の磁化の向きを示す図
である。 【図２ｃ】従来の磁気メモリセルにおけるデータ層の磁
化の向きに対する消磁界の作用を示す図である。 【図２ｄ】従来の磁気メモリセルにおけるデータ層の磁
化の向きに対する消磁界の作用を示す図である。 【図３ａ】ピン留め層とピン留めされる層とを含む多層
リファレンス層を用いる従来の磁気メモリセルを示す図
である。 【図３ｂ】ピン留め層とピン留めされる層とを含む多層
リファレンス層を用いる従来の磁気メモリセルを示す図
である。 【図４ａ】従来の磁気メモリセルのアレイと、行および
列導体とを含む従来の磁気メモリセルの読出し動作およ
び書込み動作を示す図である。 【図４ｂ】選択された従来の磁気メモリセルに対する読
出し動作と、行および列導体に流れる読出し電流によっ
て生成される磁界とを示す図である。 【図４ｃ】選択された従来の磁気メモリセルに対する書
込み動作と、行および列導体に流れる電流によって生成
されるフリンジ磁界とを示す図である。 【図５】本発明による、軟らかい強磁性リファレンス層
と、全体的にクラッディングされた読出し−書込み導体
とを有する磁気メモリセルの図である。 【図６】本発明による、読出し動作中に強磁性クラッデ
ィング内に概ね閉じ込められる磁界の図である。 【図７】本発明による、軟らかい強磁性リファレンス層
および全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体を有する磁気メモリセルのアレイを含むメモリの図で
ある。 【図８ａ】本発明による、読出し動作中にオンザフライ
でピン留めされる軟らかい強磁性リファレンス層の図で
ある。 【図８ｂ】本発明による、読出し動作中にオンザフライ
でピン留めされる軟らかい強磁性リファレンス層の図で
ある。 【図９ａ】本発明による、読出し動作中にオンザフライ
でピン留めされる軟らかい強磁性リファレンス層の図で
ある。 【図９ｂ】本発明による、読出し動作中にオンザフライ
でピン留めされる軟らかい強磁性リファレンス層の図で
ある。 【図１０ａ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１０ｂ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１０ｃ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１０ｄ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１０ｅ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１０ｆ】本発明による、軟らかい強磁性リファレン
ス層と全体的にクラッディングされた読出し−書込み導
体とを有する磁気メモリセルを形成する方法を示す図で
ある。 【図１１】本発明による、軟らかい強磁性リファレンス
層を有し、強磁性データ層にデータのビットを書き込む
ための第１の導体を含む磁気メモリセルの図である。 【図１２】本発明による、軟らかい強磁性リファレンス
層、および選択された磁気メモリセルの強磁性データ層
にデータのビットを書き込むための第１の導体を有する
磁気メモリセルのアレイを含むメモリの図である。 【図１３ａ】本発明による、強磁性クラッディングを有
する軟らかい強磁性リファレンス層の相対的寸法を示す
図である。 【図１３ｂ】本発明による、強磁性クラッディングと強
磁性キャップ層とを有する軟らかい強磁性リファレンス
層の相対的寸法を示す図である。 【図１４ａ】本発明による、書込み動作、および強磁性
データ層の変更可能な磁化の向きを回転させる切替え磁
界を示す図である。 【図１４ｂ】本発明による、書込み動作、および強磁性
データ層の変更可能な磁化の向きを回転させる切替え磁
界を示す図である。 【符号の説明】 10 磁気メモリセル 11 強磁性データ層 13 中間層 15 強磁性キャップ層 17 軟らかい強磁性リファレンス層 19 読出し−書込み導体 21 強磁性クラッディング 29 第１の導体 Ｈ_W1 第１の書込み磁界 Ｈ_R 読出し磁界 Ｉ_W1 第１の書込み電流 Ｉ_R 読出し電流

フロントページの続き (72)発明者 マニシュ・シャーマ アメリカ合衆国カリフォルニア州94087, サニーベイル，ロックスナート・ウェイ・ 160，アパートメント・16 Ｆターム(参考） 5F083 FZ10 GA05 JA02 JA06 JA19 JA36 JA37 JA38 JA39 JA60 KA01 KA05

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 磁気メモリセル（10）であって、 変更可能な磁化の向き（Ｍ２）としてデータのビットを
   格納するための強磁性データ層（11）と、 前記強磁性データ層（11）と電気的に通じる第１の導体
   （29）と、 前記強磁性データ層（11）と接触する中間層（13）と、
   及びピン留めされない磁化の向き（Ｍ１）を有し、読出
   し−書込み導体（19）、及びその読出し−書込み導体
   （19）を完全に包囲する強磁性クラッディング（21）を
   含む軟らかい強磁性リファレンス層（17）であって、前
   記強磁性クラッディング（21）が、前記中間層（13）に
   接触している前記強磁性クラッディング（21）の部分に
   沿った薄い部分（Ｄ₁）、及び前記中間層（13）と接触
   していない前記強磁性クラッディング（21）の部分に沿
   った厚い部分を含む調整された厚みを有する、軟らかい
   強磁性リファレンス層（17）とからなり、 読出し動作中、前記軟らかい強磁性リファレンス層（1
   7）が、前記読出し−書込み導体（19）を流れる読出し
   電流（Ｉ_R）によって生成される読出し磁界（Ｈ_R）によ
   って所望の向きにオンザフライでピン留めされ、前記読
   出し磁界（Ｈ_R）が前記強磁性クラッディング（21）を
   飽和させず、前記強磁性クラッディング（21）内に概ね
   閉じ込められ、 書込み動作中、前記第１の導体（29）が、前記第１の導
   体（29）を流れる第１の書込み電流（Ｉ_W1）に応答して
   第１の書込み磁界（Ｈ_W1）を生成するように機能し、前
   記第１の書込み磁界（Ｈ_W1）が前記強磁性クラッディン
   グ（21）の前記薄い部分（Ｄ₁）を飽和させ、前記強磁
   性データ層（11）まで外側に延びる、磁気メモリセル
   （10）。