JP7400502B2 - Domain wall displacement element and magnetic recording array - Google Patents

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Description

本発明は、磁壁移動素子及び磁気記録アレイに関する。 The present invention relates to domain wall displacement elements and magnetic recording arrays.

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。 Attention is now being focused on next-generation non-volatile memory to replace flash memory and other devices that have reached their limits in miniaturization. For example, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), ReRAM (Resistance Random Access Memory), PCRAM (Phase Change Random Access Memory) y) and the like are known as next-generation nonvolatile memories.

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。 MRAM uses changes in resistance value caused by changes in the direction of magnetization for data recording. In order to increase the capacity of recording memory, studies are being conducted to reduce the size of the elements that make up the memory and to increase the number of recording bits per element that makes up the memory.

特許文献１には、磁壁の移動を利用した磁気抵抗効果素子が記載されている。特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子は、磁壁の位置によって情報をアナログに記録する。特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子は、磁化固定部によって磁壁が移動できる範囲を制御している。 Patent Document 1 describes a magnetoresistive element that utilizes movement of domain walls. The magnetoresistive element described in Patent Document 1 records information in analog form based on the position of domain walls. In the magnetoresistive element described in Patent Document 1, the range in which the domain wall can move is controlled by the magnetization fixing section.

特許第５５９８６９７号公報Patent No. 5598697

磁壁移動素子は、非磁性層を挟む２つの強磁性体の磁化の相対角の違いに応じて抵抗値が変化する。磁壁移動素子は、抵抗値に基づいてデータを記憶する。磁壁移動素子は、磁壁の消滅を防ぐために、磁壁が移動する磁気記録層に磁化固定部を設ける場合がある。また複数の磁壁移動素子の集積度を上げるために、磁化固定部を含む磁気記録層の一面に、抵抗変化の基準となる参照層を積層する場合がある。磁化固定部は磁化の方向が固定され、磁化固定部の磁化と参照層の磁化との相対角は変化しない。したがって、磁化固定部は、磁壁移動素子の抵抗値変化を生み出さず、磁化固定層と参照層とが平面視重なる分だけ、抵抗の変化幅が小さくなる。抵抗値の変化幅が大きいと、例えば、磁壁移動素子が記録するデータがノイズにより変動することを抑制できる。 In the domain wall motion element, the resistance value changes depending on the difference in the relative angle of magnetization of two ferromagnetic materials sandwiching a nonmagnetic layer. Domain wall displacement elements store data based on resistance values. In order to prevent the domain wall from disappearing, the domain wall moving element may provide a magnetization fixed portion in the magnetic recording layer in which the domain wall moves. Further, in order to increase the degree of integration of a plurality of domain wall displacement elements, a reference layer serving as a reference for resistance change may be laminated on one surface of the magnetic recording layer including the magnetization fixed portion. The magnetization direction of the magnetization fixed portion is fixed, and the relative angle between the magnetization of the magnetization fixed portion and the magnetization of the reference layer does not change. Therefore, the magnetization fixed portion does not cause a change in the resistance value of the domain wall motion element, and the width of the change in resistance is reduced by the overlap between the magnetization fixed layer and the reference layer in plan view. If the resistance value has a large variation range, it is possible to suppress fluctuations in data recorded by the domain wall motion element due to noise, for example.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、抵抗変化幅の広く安定な磁壁移動型磁気記録素子及び磁気メモリを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a domain wall displacement type magnetic recording element and a magnetic memory that have a wide resistance change range and are stable.

（１）第１の態様にかかる磁壁移動素子は、第１強磁性層と、前記第１強磁性層に対して第１方向に位置し、第２方向に延びる磁気記録層と、前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に位置する非磁性層と、前記磁気記録層の前記非磁性層と反対側に位置し、前記第１方向において前記磁気記録層の一部とそれぞれ重なる第１電極と第２電極と、を備え、前記第１電極は、前記第１強磁性層の磁化の向きと異なる方向に磁化が配向した磁性体を含み、前記磁気記録層は、前記第１電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第１領域と、前記第２電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とに挟まれる第３領域とを有し、前記第１領域の前記第１電極と対向する第１部分の面積は、前記第２領域の前記第２電極と対向する第２部分の面積より広く、前記第１強磁性層は、前記第１方向から見て、前記第１電極及び前記第２電極の一部と重なる。 (1) A domain wall displacement element according to a first aspect includes a first ferromagnetic layer, a magnetic recording layer located in a first direction with respect to the first ferromagnetic layer and extending in a second direction, and a nonmagnetic layer located between the ferromagnetic layer and the magnetic recording layer; and a nonmagnetic layer located on the opposite side of the magnetic recording layer to the nonmagnetic layer, each overlapping a part of the magnetic recording layer in the first direction. a first electrode and a second electrode, the first electrode includes a magnetic material whose magnetization is oriented in a direction different from the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer, and the magnetic recording layer a first region overlapping with the electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction; a second region overlapping with the second electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction; and a second region overlapping with the second electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction; and a third region sandwiched between the two regions, and the area of the first portion facing the first electrode of the first region is the area of the second portion facing the second electrode of the second region. More broadly, the first ferromagnetic layer partially overlaps the first electrode and the second electrode when viewed from the first direction.

（２）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第２電極は、前記第１強磁性層の磁化の向きと同じ方向に磁化が配向した磁性体含んでもよい。 (2) In the domain wall motion element according to the above aspect, the second electrode may include a magnetic material whose magnetization is oriented in the same direction as the magnetization direction of the first ferromagnetic layer.

（３）上記態様にかかる磁壁移動素子は、基板をさらに有し、前記第１強磁性層は、前記磁気記録層より前記基板の近くに位置してもよい。 (3) The domain wall motion element according to the above aspect may further include a substrate, and the first ferromagnetic layer may be located closer to the substrate than the magnetic recording layer.

（４）上記態様にかかる磁壁移動素子は、前記磁気記録層の前記第３領域を覆う絶縁層をさらに有してもよい。 (4) The domain wall motion element according to the above aspect may further include an insulating layer covering the third region of the magnetic recording layer.

（５）上記態様にかかる磁壁移動素子は、基板をさらに有し、前記第１強磁性層は、前記磁気記録層より前記基板から遠い位置にあってもよい。 (5) The domain wall motion element according to the above aspect may further include a substrate, and the first ferromagnetic layer may be located further from the substrate than the magnetic recording layer.

（６）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記磁気記録層の前記第２方向の側面は、前記第１方向に対して傾斜してもよい。 (6) In the domain wall displacement element according to the above aspect, the side surface of the magnetic recording layer in the second direction may be inclined with respect to the first direction.

（７）上記態様にかかる磁壁移動素子において、前記第１電極は、前記第１方向に対して傾斜する第１傾斜部を有してもよい。 (7) In the domain wall displacement element according to the above aspect, the first electrode may have a first inclined portion inclined with respect to the first direction.

（８）上記態様にかかる磁壁移動素子の前記磁気記録層の前記第１方向及び前記第２方向に直交する前記第３方向の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に広がる切断面において、前記第１電極は、第１側面と、前記第１側面より前記第２電極の近くに位置する第２側面と、を有し、前記第１側面は、前記第２側面の前記第１方向に対する傾斜角より大きな傾斜角を有する部分を有してもよい。 (8) A cut surface of the magnetic recording layer of the domain wall displacement element according to the above aspect passing through the center of the third direction perpendicular to the first direction and the second direction and extending in the first direction and the second direction. wherein the first electrode has a first side surface and a second side surface located closer to the second electrode than the first side surface; It may have a portion having a larger inclination angle than the inclination angle with respect to the direction.

（９）上記態様にかかる磁壁移動素子の前記磁気記録層の前記第１方向及び前記第２方向に直交する前記第３方向の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に広がる切断面において、前記第１電極は、第１側面と、前記第１側面より前記第２電極の近くに位置する第２側面と、を有し、前記第１側面は、前記第１方向に対する傾きが不連続に変化する部分を有してもよい。 (9) A cut surface of the magnetic recording layer of the domain wall displacement element according to the above aspect passing through the center of the third direction perpendicular to the first direction and the second direction and extending in the first direction and the second direction. The first electrode has a first side surface and a second side surface located closer to the second electrode than the first side surface, and the first side surface has an inclination with respect to the first direction. It may have a continuously changing portion.

（１０）第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁壁移動素子を複数有してもよい。 (10) The magnetic recording array according to the second aspect may have a plurality of domain wall displacement elements according to the above aspect.

上記態様にかかる磁壁移動素子及び磁気記録アレイによれば、抵抗変化幅を広げることができる。 According to the domain wall displacement element and the magnetic recording array according to the above aspects, the range of resistance change can be widened.

第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第１実施形態に係る記憶素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory element according to the first embodiment. 第１実施形態に係る記憶素子の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a memory element according to a first embodiment. 第１実施形態に係る半導体装置の記憶素子の第１変形例の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a first modified example of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. 第１実施形態に係る半導体装置の記憶素子の第２変形例の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a second modified example of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. 第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第３変形例の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a third modified example of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. 第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第３変形例の平面模式図である。FIG. 7 is a schematic plan view of a third modified example of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. 第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第４変形例の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a fourth modification of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. 第１実施形態にかかる記憶素子の第５変形例の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a fifth modification example of the memory element according to the first embodiment. 第２実施形態にかかる半導体装置の断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 第２実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a memory element of a semiconductor device according to a second embodiment. 第２実施形態にかかる記憶素子の第６変形例の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a sixth modification example of the memory element according to the second embodiment. 第３実施形態にかかる磁気記録アレイの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a magnetic recording array according to a third embodiment.

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。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following explanation, characteristic parts of the present invention may be shown enlarged for convenience in order to make it easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. be. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of achieving the effects of the present invention.

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６０の一面と略平行な方向である。ｘ方向は、後述する磁気記録層２０が延びる方向である。ｘ方向は、第２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、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。ｚ方向は第１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。 First, let's define direction. The x direction and the y direction are directions substantially parallel to one surface of the substrate 60, which will be described later. The x direction is the direction in which the magnetic recording layer 20, which will be described later, extends. The x direction is an example of the second direction. The y direction is a direction perpendicular to the x direction. The z direction is a direction perpendicular to the x direction and the y direction. The z direction is an example of the first direction. Further, in this specification, "extending in the x direction" means, for example, that the dimension in the x direction is larger than the smallest dimension among the dimensions in the x direction, the y direction, and the z direction. The same applies when extending in other directions.

［第１実施形態］
＜半導体装置＞
図１は、第１実施形態にかかる半導体装置の断面図である。図１は、磁気記録層２０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。半導体装置２００は、複数の記憶素子１００と、記憶素子１００に接続された半導体素子（例えばトランジスタ）と、を有する。図１では、便宜上、一つの記憶素子１００にフォーカスし、記憶素子１００に接続された３つのトランジスタを図示している。半導体装置２００は、第１強磁性層１０と磁気記録層２０と非磁性層３０と第１電極４０と第２電極５０と基板６０と第３電極７０と複数の絶縁層８０と複数の導電部９０と第１配線Ｃｍと第２配線Ｗｐと第３配線Ｒｐと複数のゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３と複数のゲート絶縁膜ＧＩ１，ＧＩ２，ＧＩ３とを有する。第１強磁性層１０と磁気記録層２０と非磁性層３０と第１電極４０と第２電極５０とを記憶素子１００と称する。記憶素子１００は、磁壁移動素子の一例である。図１に示す半導体装置２００は、磁気記録層２０が第１強磁性層１０より基板６０の近くに位置するトップピン構造である。 [First embodiment]
<Semiconductor device>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. FIG. 1 is a cross section taken along an xz plane passing through the center of the width of the magnetic recording layer 20 in the y direction. The semiconductor device 200 includes a plurality of memory elements 100 and a semiconductor element (for example, a transistor) connected to the memory elements 100. For convenience, FIG. 1 focuses on one memory element 100 and illustrates three transistors connected to the memory element 100. The semiconductor device 200 includes a first ferromagnetic layer 10, a magnetic recording layer 20, a nonmagnetic layer 30, a first electrode 40, a second electrode 50, a substrate 60, a third electrode 70, a plurality of insulating layers 80, and a plurality of conductive parts. 90, a first wiring Cm, a second wiring Wp, a third wiring Rp, a plurality of gate electrodes G1, G2, G3, and a plurality of gate insulating films GI1, GI2, GI3. The first ferromagnetic layer 10, the magnetic recording layer 20, the nonmagnetic layer 30, the first electrode 40, and the second electrode 50 are referred to as a memory element 100. The memory element 100 is an example of a domain wall motion element. The semiconductor device 200 shown in FIG. 1 has a top pin structure in which the magnetic recording layer 20 is located closer to the substrate 60 than the first ferromagnetic layer 10.

「基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜」
基板６０は、例えば、半導体基板である。基板６０は、複数のソース領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及び複数のドレイン領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を有する。複数のソース領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及び複数のドレイン領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、基板６０に不純物が注入された領域である。ソース領域Ｓ１、ドレイン領域Ｄ１、ゲート電極Ｇ１、ゲート絶縁膜ＧＩ１は、第１トランジスタＴｒ１となる。ソース領域Ｓ２、ドレイン領域Ｄ２、ゲート電極Ｇ２、ゲート絶縁膜ＧＩ２は、第２トランジスタＴｒ２となる。ソース領域Ｓ３、ドレイン領域Ｄ３、ゲート電極Ｇ３、ゲート絶縁膜ＧＩ３は、第３トランジスタＴｒ３となる。 "Substrate, gate electrode, gate insulating film"
The substrate 60 is, for example, a semiconductor substrate. The substrate 60 has a plurality of source regions S1, S2, S3 and a plurality of drain regions D1, D2, D3. The plurality of source regions S1, S2, S3 and the plurality of drain regions D1, D2, D3 are regions into which impurities are implanted into the substrate 60. The source region S1, drain region D1, gate electrode G1, and gate insulating film GI1 constitute the first transistor Tr1. The source region S2, drain region D2, gate electrode G2, and gate insulating film GI2 constitute a second transistor Tr2. The source region S3, drain region D3, gate electrode G3, and gate insulating film GI3 constitute a third transistor Tr3.

「絶縁層」
絶縁層８０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８０は、基板６０、第１配線Ｃｍ、第２配線Ｗｐ、第３配線Ｒｐ及び記憶素子１００のそれぞれを、導電部９０を除いて、電気的に分離する。 "Insulating layer"
The insulating layer 80 is an insulating layer that insulates between wires of multilayer wiring and between elements. The insulating layer 80 electrically isolates the substrate 60, the first wiring Cm, the second wiring Wp, the third wiring Rp, and the memory element 100, except for the conductive portion 90.

絶縁層８０には、半導体デバイス等で用いられているものと同様の材料を用いることができる。絶縁層８０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。 For the insulating layer 80, a material similar to that used in semiconductor devices and the like can be used. The insulating layer 80 is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), or aluminum oxide (Al 2 O). 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), etc.

「配線」
第１配線Ｃｍ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で用いられる配線である。第２配線Ｗｐは、書き込み配線である。書き込み配線は、データの書き込み時に用いられる配線である。第３配線Ｒｐは、読み出し配線である。読み出し配線は、データの読み出し時に用いられる配線である。第１トランジスタＴｒ１及び第３トランジスタＴｒ３がオンになると、第２配線Ｗｐと第１配線Ｃｍとが電気的に繋がり、記憶素子１００に書き込み電流が流れる。第２トランジスタＴｒ１及び第３トランジスタＴｒ３がオンになると、第３配線Ｗｐと第１配線Ｃｍとが電気的に繋がり、記憶素子１００に読み出し電流が流れる。 "wiring"
The first wiring Cm is a common wiring. The common wiring is a wiring used both when writing and reading data. The second wiring Wp is a write wiring. The write wiring is a wiring used when writing data. The third wiring Rp is a read wiring. The read wiring is a wiring used when reading data. When the first transistor Tr1 and the third transistor Tr3 are turned on, the second wiring Wp and the first wiring Cm are electrically connected, and a write current flows into the memory element 100. When the second transistor Tr1 and the third transistor Tr3 are turned on, the third wiring Wp and the first wiring Cm are electrically connected, and a read current flows through the storage element 100.

「導電部」
導電部９０は、第１配線Ｃｍ、第２配線Ｗｐ、第３配線Ｒｐ、記憶素子１００のそれぞれと基板６０とを電気的に接続する。導電部９０は、導電性を有する材料を含む。導電部９１は、第２配線Ｗｐと第１トランジスタＴｒ１のソース領域Ｓ１とを電気的に繋ぐ。導電部９２は、第２電極５０と第１トランジスタＴｒ１のドレイン領域Ｄ１とを電気的に繋ぐ。導電部９３は、第３配線Ｒｐと第２トランジスタＴｒ２のソース領域Ｓ２とを電気的に繋ぐ。導電部９４は、配線７１と第２トランジスタＴｒ２のドレイン領域Ｄ２とを電気的に繋ぐ。導電部９５は、第１配線Ｃｍと第３トランジスタＴｒ３のソース領域Ｓ３とを電気的に繋ぐ。導電部９６は、第１電極４０と第３トランジスタＴｒ３のドレイン領域Ｄ３とを電気的に繋ぐ。導電部９１，９２，９３，９４，９５，９６は、ｚ方向に延びる。 "Conductive part"
The conductive portion 90 electrically connects each of the first wiring Cm, the second wiring Wp, the third wiring Rp, and the memory element 100 to the substrate 60. The conductive part 90 includes a material having conductivity. The conductive portion 91 electrically connects the second wiring Wp and the source region S1 of the first transistor Tr1. The conductive portion 92 electrically connects the second electrode 50 and the drain region D1 of the first transistor Tr1. The conductive portion 93 electrically connects the third wiring Rp and the source region S2 of the second transistor Tr2. The conductive portion 94 electrically connects the wiring 71 and the drain region D2 of the second transistor Tr2. The conductive portion 95 electrically connects the first wiring Cm and the source region S3 of the third transistor Tr3. The conductive portion 96 electrically connects the first electrode 40 and the drain region D3 of the third transistor Tr3. The conductive parts 91, 92, 93, 94, 95, and 96 extend in the z direction.

「第３電極」
第３電極７０は、記憶素子１００に読み出し電流を流すための電極である。第３電極７０は、導電性を有する材料を含む。第３電極７０と導電部９４との間は、配線７１で接続されている。 "Third electrode"
The third electrode 70 is an electrode for passing a read current through the memory element 100. The third electrode 70 includes a conductive material. The third electrode 70 and the conductive part 94 are connected by a wiring 71.

「記憶素子」
図２は、第１実施形態に係る半導体装置の記憶素子１００の近傍を拡大した断面図である。図３は、第１実施形態に係る半導体装置の記憶素子１００の平面図である。記憶素子１００は、第１強磁性層１０と磁気記録層２０と非磁性層３０と第１電極４０と第２電極５０とを有する。図２は、記憶素子１００を磁気記録層のｙ方向の中心を通るｘｚ平面（図３におけるＡ－Ａ面）で切断した断面図である。図２では、簡単のため、磁気記録層２０、非磁性層３０及び第１強磁性層１０の周囲の絶縁層８０を省略している。 "Memory element"
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the memory element 100 of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a plan view of the memory element 100 of the semiconductor device according to the first embodiment. The memory element 100 includes a first ferromagnetic layer 10, a magnetic recording layer 20, a nonmagnetic layer 30, a first electrode 40, and a second electrode 50. FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory element 100 taken along the xz plane (the AA plane in FIG. 3) passing through the center of the magnetic recording layer in the y direction. In FIG. 2, for simplicity, the insulating layer 80 around the magnetic recording layer 20, nonmagnetic layer 30, and first ferromagnetic layer 10 is omitted.

「第１電極、第２電極」
第１電極４０及び第２電極５０は、磁気記録層２０を基準に非磁性層３０と反対側に位置する。第１電極４０及び第２電極５０は、絶縁層８０の内部にある。第１電極４０は磁気記録層２０と導電部９６との間に位置し、第２電極５０は磁気記録層２０と導電部９２との間に位置する。第１電極４０の少なくとも一部は、ｚ方向において磁気記録層２０と重なる。第２電極５０の少なくとも一部は、ｚ方向において磁気記録層２０と重なる。 "First electrode, second electrode"
The first electrode 40 and the second electrode 50 are located on the opposite side of the nonmagnetic layer 30 with respect to the magnetic recording layer 20. The first electrode 40 and the second electrode 50 are inside the insulating layer 80. The first electrode 40 is located between the magnetic recording layer 20 and the conductive part 96, and the second electrode 50 is located between the magnetic recording layer 20 and the conductive part 92. At least a portion of the first electrode 40 overlaps the magnetic recording layer 20 in the z direction. At least a portion of the second electrode 50 overlaps the magnetic recording layer 20 in the z direction.

ｚ方向からの第１電極４０及び第２電極５０の平面視形状は、特に問わない。例えば、図３に示す第１電極４０及び第２電極５０は、ｚ方向からの平面視で矩形である。 The planar shapes of the first electrode 40 and the second electrode 50 from the z direction are not particularly limited. For example, the first electrode 40 and the second electrode 50 shown in FIG. 3 are rectangular in plan view from the z direction.

第１電極４０は、磁性体を含む。第１電極４０は、例えば、一方向に配向した磁化Ｍ４０を有する。第１電極４０の磁化Ｍ４０の向きは、第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０の向きと異なる。図２に示す磁化Ｍ４０は、例えば、－ｚ方向に配向する。第１電極４０の保磁力は、後述する磁気記録層２０の第３領域Ｒ３の保磁力より大きい。第３領域Ｒ３の保磁力は、第１電極４０及び第２電極５０を有さない絶縁層８０上に磁気記録層２０を形成した場合の磁気記録層２０の保磁力と略一致する。 The first electrode 40 includes a magnetic material. The first electrode 40 has, for example, a magnetization M 40 oriented in one direction. The direction of the magnetization M 40 of the first electrode 40 is different from the direction of the magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 . The magnetization M 40 shown in FIG. 2 is, for example, oriented in the -z direction. The coercive force of the first electrode 40 is larger than the coercive force of the third region R3 of the magnetic recording layer 20, which will be described later. The coercive force of the third region R3 substantially matches the coercive force of the magnetic recording layer 20 when the magnetic recording layer 20 is formed on the insulating layer 80 without the first electrode 40 and the second electrode 50.

第１電極４０と第３領域Ｒ３との間の保磁力差は、第１電極４０を構成する材料と磁気記録層２０を構成する材料とを選択して調整できる。また第１電極４０をシンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）としてもよい。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。例えば、図１に示す第１電極４０の下方に、非磁性層と強磁性層とを設ける。第１電極４０と強磁性層とがカップリングすることで、第１電極４０の保磁力が高まる。 The coercive force difference between the first electrode 40 and the third region R3 can be adjusted by selecting the material constituting the first electrode 40 and the material constituting the magnetic recording layer 20. Further, the first electrode 40 may have a synthetic antiferromagnetic structure (SAF structure). A synthetic antiferromagnetic structure consists of two magnetic layers sandwiching a nonmagnetic layer. The magnetization of the two magnetic layers is fixed, and the directions of the fixed magnetization are opposite to each other. For example, a nonmagnetic layer and a ferromagnetic layer are provided below the first electrode 40 shown in FIG. Coupling between the first electrode 40 and the ferromagnetic layer increases the coercive force of the first electrode 40.

第１電極４０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電極４０は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ等である。 The first electrode 40 is made of, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe, and Ni, an alloy containing one or more of these metals, and at least one of these metals and B, C, and N. This includes alloys containing the above elements. The first electrode 40 is made of, for example, Co-Fe, Co-Fe-B, Ni-Fe, or the like.

第２電極５０は、導体である。第２電極は、例えば、導電性に優れるＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ等である。 The second electrode 50 is a conductor. The second electrode is made of, for example, Al, Cu, Ag, etc., which have excellent conductivity.

「磁気記録層」
磁気記録層２０は、第１電極４０、第２電極５０のｚ方向に位置する。磁気記録層２０は、第１面４０ａ、５０ａに跨って形成されている。磁気記録層２０は、第１面４０ａ、５０ａに直接接続されていてもよいし、間に層を介して接続されていてもよい。 "Magnetic recording layer"
The magnetic recording layer 20 is located in the z direction of the first electrode 40 and the second electrode 50. The magnetic recording layer 20 is formed spanning the first surfaces 40a and 50a. The magnetic recording layer 20 may be directly connected to the first surfaces 40a, 50a, or may be connected via a layer therebetween.

磁気記録層２０は、内部の磁気的な状態の変化により情報を記録できる層である。磁気記録層２０は、非磁性層３０より第１電極４０及び第２電極５０側に位置する磁性層である。磁気記録層２０は、ｘ方向に延びる。図２に示す磁気記録層２０は、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。 The magnetic recording layer 20 is a layer in which information can be recorded by changing the internal magnetic state. The magnetic recording layer 20 is a magnetic layer located closer to the first electrode 40 and the second electrode 50 than the nonmagnetic layer 30 is. The magnetic recording layer 20 extends in the x direction. The magnetic recording layer 20 shown in FIG. 2 has a rectangular shape with a long axis in the x direction and a short axis in the y direction when viewed from the z direction.

磁気記録層２０は、内部に第１磁区２８と第２磁区２９とを有する。第１磁区２８の磁化Ｍ２８と第２磁区２９の磁化Ｍ２９とは、反対方向に配向する。第１磁区２８と第２磁区２９との境界が磁壁２７である。磁気記録層２０は、磁壁２７を内部に有することができる。図２に示す記憶素子１００は、第１磁区２８の磁化Ｍ２８が＋ｚ方向に配向し、第２磁区２９の磁化Ｍ２９が－ｚ方向に配向する。以下、磁化がｚ軸方向に沿って配向した例を用いて説明するが、磁気記録層２０及び第１強磁性層１０の磁化はｘ軸方向に沿って配向してもよいし、ｘｙ面内のいずれかの方向に配向していてもよい。 The magnetic recording layer 20 has a first magnetic domain 28 and a second magnetic domain 29 inside. The magnetization M 28 of the first magnetic domain 28 and the magnetization M 29 of the second magnetic domain 29 are oriented in opposite directions. The boundary between the first magnetic domain 28 and the second magnetic domain 29 is the domain wall 27. The magnetic recording layer 20 can have a domain wall 27 inside. In the memory element 100 shown in FIG. 2, the magnetization M 28 of the first magnetic domain 28 is oriented in the +z direction, and the magnetization M 29 of the second magnetic domain 29 is oriented in the −z direction. The following explanation will be given using an example in which the magnetization is oriented along the z-axis direction, but the magnetization of the magnetic recording layer 20 and the first ferromagnetic layer 10 may be oriented along the x-axis direction or in the xy plane. It may be oriented in either direction.

記憶素子１００は、磁気記録層２０の磁壁２７の位置によって、データを多値又は連続的に記録する。磁気記録層２０に記録されたデータは、読み出し電流を印加した際に、記憶素子１００の抵抗値変化として読み出される。 The storage element 100 records data multi-valued or continuously depending on the position of the domain wall 27 of the magnetic recording layer 20. Data recorded in the magnetic recording layer 20 is read out as a change in resistance value of the storage element 100 when a read current is applied.

磁気記録層２０における第１磁区２８と第２磁区２９との比率は、磁壁２７が移動すると変化する。第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０は、第１磁区２８の磁化Ｍ２８と同じ方向（平行）であり、第２磁区２９の磁化Ｍ２９と反対方向（反平行）である。磁壁２７が＋ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１０と重畳する部分における第１磁区２８の面積が広くなると、記憶素子１００の抵抗値は低くなる。反対に、磁壁２７が－ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１０と重畳する部分における第２磁区２９の面積が広くなると、記憶素子１００の抵抗値は高くなる。 The ratio of the first magnetic domain 28 and the second magnetic domain 29 in the magnetic recording layer 20 changes as the domain wall 27 moves. The magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 is in the same direction (parallel) as the magnetization M 28 of the first magnetic domain 28 and in the opposite direction (antiparallel) to the magnetization M 29 of the second magnetic domain 29 . When the domain wall 27 moves in the +x direction and the area of the first magnetic domain 28 in the portion overlapping with the first ferromagnetic layer 10 increases in plan view from the z direction, the resistance value of the memory element 100 decreases. On the other hand, when the domain wall 27 moves in the −x direction and the area of the second magnetic domain 29 in the portion overlapping with the first ferromagnetic layer 10 increases in plan view from the z direction, the resistance value of the memory element 100 increases. .

磁壁２７は、磁気記録層２０のｘ方向に書き込み電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、磁気記録層２０の＋ｘ方向に書き込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、磁壁２７が移動する。この時、電子は、電流と逆の－ｘ方向に流れる。第１磁区２８から第２磁区２９に向って電流が流れる場合、第２磁区２９でスピン偏極した電子は、第１磁区２８の磁化Ｍ２８を磁化反転させる。第１磁区２８の磁化Ｍ２８が磁化反転することで、磁壁２７が移動する。 The domain wall 27 is moved by passing a write current in the x direction of the magnetic recording layer 20 or by applying an external magnetic field. For example, when a write current (for example, a current pulse) is applied in the +x direction of the magnetic recording layer 20, the domain wall 27 moves. At this time, electrons flow in the -x direction opposite to the current. When a current flows from the first magnetic domain 28 to the second magnetic domain 29, the spin-polarized electrons in the second magnetic domain 29 reverse the magnetization M28 of the first magnetic domain 28. When the magnetization M 28 of the first magnetic domain 28 is reversed, the domain wall 27 moves.

磁気記録層２０は、異なる複数の領域に区分できる。以下、複数の領域を便宜上、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３と称する。磁気記録層２０は、ｚ方向からの平面視で、その一部が第１電極４０及び第２電極５０と重なる。ｚ方向から見て第１電極４０及び第１強磁性層１０と重なる領域を第１領域Ｒ１と称する。第１領域Ｒ１は、例えば、磁気記録層２０のうち第１電極４０の上面及び第１強磁性層１０の下面と重なる領域であり、例えば磁気記録層２０と第１電極４０とが接する領域のうちz方向に第１強磁性層１０と重なる領域である。ｚ方向から見て第２電極５０及び第１強磁性層１０と重なる領域を第２領域Ｒ２と称する。第２領域Ｒ２は、例えば、磁気記録層２０のうち第２電極５０の上面及び第１強磁性層１０の下面と重なる領域であり、例えば磁気記録層２０と第２電極５０とが接する領域のうちz方向に第１強磁性層１０と重なる領域である。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に挟まれた領域を第３領域Ｒ３と称する。第３領域Ｒ３は、例えば、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を除く領域である。第１領域Ｒ１は、第１電極４０の磁化Ｍ４０により磁化の向きが固定されている。第２領域Ｒ２は磁化が固定されていない。しかしながら、第２領域Ｒ２は第２電極５０と接しているため、第２領域Ｒ２の電流密度は第３領域Ｒ３の電流密度より小さく、第３領域Ｒ３から第２領域Ｒ２に至る際の電流密度の変化量は、第３領域内を流れる電流の電流密度の変化量に対して大きい。そのため、磁壁２７は、第３領域Ｒ３から第２領域Ｒ２に侵入しにくくなり、磁壁２７の移動範囲が制限される。 The magnetic recording layer 20 can be divided into a plurality of different regions. Hereinafter, for convenience, the plurality of regions will be referred to as a first region R1, a second region R2, and a third region R3. The magnetic recording layer 20 partially overlaps the first electrode 40 and the second electrode 50 when viewed in plan from the z direction. The region that overlaps the first electrode 40 and the first ferromagnetic layer 10 when viewed from the z direction is referred to as a first region R1. The first region R1 is, for example, a region of the magnetic recording layer 20 that overlaps with the upper surface of the first electrode 40 and the lower surface of the first ferromagnetic layer 10, and is, for example, a region where the magnetic recording layer 20 and the first electrode 40 are in contact with each other. This is a region that overlaps with the first ferromagnetic layer 10 in the z direction. The region that overlaps the second electrode 50 and the first ferromagnetic layer 10 when viewed from the z direction is referred to as a second region R2. The second region R2 is, for example, a region of the magnetic recording layer 20 that overlaps with the upper surface of the second electrode 50 and the lower surface of the first ferromagnetic layer 10, and is, for example, a region where the magnetic recording layer 20 and the second electrode 50 are in contact with each other. This is a region that overlaps with the first ferromagnetic layer 10 in the z direction. The area sandwiched between the first area R1 and the second area R2 is referred to as a third area R3. The third region R3 is, for example, a region excluding the first region R1 and the second region R2. The direction of magnetization of the first region R1 is fixed by the magnetization M40 of the first electrode 40. The magnetization of the second region R2 is not fixed. However, since the second region R2 is in contact with the second electrode 50, the current density in the second region R2 is smaller than the current density in the third region R3, and the current density when reaching from the third region R3 to the second region R2 is The amount of change is larger than the amount of change in the current density of the current flowing in the third region. Therefore, the domain wall 27 becomes difficult to invade from the third region R3 to the second region R2, and the movement range of the domain wall 27 is limited.

第１領域Ｒ１は、第１部分Ｒ１ａを有する。第１部分Ｒ１ａは、第１領域Ｒ１において第１電極４０と対向する面である。第１部分Ｒ１ａは、例えば、第１領域Ｒ１において第１電極４０と接する面である。第２領域Ｒ２は、第２部分Ｒ２ａを有する。第２部分Ｒ２ａは、第２領域Ｒ２において、第２電極５０と対向する面である。第２部分Ｒ２ａは、例えば、第２領域Ｒ２において第２電極５０と接する面である。第１部分Ｒ１ａの面積は、第２部分Ｒ２ａの面積より広い。図３に示す例では、第１部分Ｒ１ａと第２部分Ｒ２ａのｙ方向の幅ｗｙは同じであり、第１部分Ｒ１ａのｘ方向の幅ｗｘ１は、第２部分Ｒ２ａのｘ方向の幅ｗｘ２より広い。 The first region R1 has a first portion R1a. The first portion R1a is a surface facing the first electrode 40 in the first region R1. The first portion R1a is, for example, a surface in contact with the first electrode 40 in the first region R1. The second region R2 has a second portion R2a. The second portion R2a is a surface facing the second electrode 50 in the second region R2. The second portion R2a is, for example, a surface in contact with the second electrode 50 in the second region R2. The area of the first portion R1a is larger than the area of the second portion R2a. In the example shown in FIG. 3, the width w in the y direction of the first portion R1a and the second portion R2a is the same, and the width w x1 in the x direction of the first portion R1a is the width in the x direction of the second portion R2a. Wider than w x2 .

磁気記録層２０は、磁性体により構成される。磁気記録層２０を構成する磁性体は、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用いることができる。具体的には、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅが挙げられる。 The magnetic recording layer 20 is made of a magnetic material. The magnetic material constituting the magnetic recording layer 20 may be a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe, and Ni, an alloy containing one or more of these metals, or a combination of these metals with B, C, and N. An alloy containing at least one or more elements can be used. Specific examples include Co--Fe, Co--Fe-B, and Ni--Fe.

磁気記録層２０は、Ｃｏ、Ｎｉ、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。磁気記録層２０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、磁壁の移動速度が遅くなる。 The magnetic recording layer 20 preferably contains at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Pt, Pd, Gd, Tb, Mn, Ge, and Ga. Materials used for the magnetic recording layer 20 include, for example, a laminated film of Co and Ni, a laminated film of Co and Pt, a laminated film of Co and Pd, a MnGa-based material, a GdCo-based material, and a TbCo-based material. Ferrimagnetic materials such as MnGa-based materials, GdCo-based materials, and TbCo-based materials have small saturation magnetization, and the threshold current required to move domain walls becomes small. Further, a laminated film of Co and Ni, a laminated film of Co and Pt, and a laminated film of Co and Pd have a large coercive force, and the moving speed of the domain wall is slow.

「非磁性層」
非磁性層３０は、第１強磁性層１０と磁気記録層２０との間に位置する。非磁性層３０は、磁気記録層２０の第２面２０ｂに積層される。第２面２０ｂは、第１面２０ａと対向する面である。 "Nonmagnetic layer"
The nonmagnetic layer 30 is located between the first ferromagnetic layer 10 and the magnetic recording layer 20. The nonmagnetic layer 30 is laminated on the second surface 20b of the magnetic recording layer 20. The second surface 20b is a surface facing the first surface 20a.

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。さらに、非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。 The nonmagnetic layer 30 is made of, for example, a nonmagnetic insulator, semiconductor, or metal. Nonmagnetic insulators are, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, MgAl 2 O 4 , and materials in which a portion of Al, Si, and Mg is replaced with Zn, Be, or the like. These materials have a large band gap and excellent insulating properties. When the nonmagnetic layer 30 is made of a nonmagnetic insulator, the nonmagnetic layer 30 is a tunnel barrier layer. Examples of the nonmagnetic metal include Cu, Au, and Ag. Further, nonmagnetic semiconductors include, for example, Si, Ge, CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu(In, Ga) Se 2 and the like.

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、記録素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）が大きくなる。記録素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、１×１０５Ωμｍ２以上であることが好ましく、１×１０６Ωμｍ２以上であることがより好ましい。記録素子１００の抵抗面積積（ＲＡ）は、一つの記録素子１００の素子抵抗と記録素子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。 The thickness of the nonmagnetic layer 30 is preferably 20 Å or more, more preferably 30 Å or more. When the nonmagnetic layer 30 is thick, the resistance area product (RA) of the recording element 100 becomes large. The resistance area product (RA) of the recording element 100 is preferably 1×10 5 Ωμm 2 or more, more preferably 1×10 6 Ωμm 2 or more. The resistance area product (RA) of the recording element 100 is expressed as the product of the element resistance of one recording element 100 and the element cross-sectional area of the recording element 100 (the area of the cross section of the nonmagnetic layer 30 cut along the xy plane). .

「第１強磁性層」
第１強磁性層１０は、非磁性層３０の＋ｚ方向に位置する。第１強磁性層１０は、非磁性層３０に面する。第１強磁性層１０は、ｚ方向から見て、第１電極４０及び第２電極５０の一部と重なる部分を有する。第１強磁性層１０は、ｚ方向から見て、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と一部で重なる。 "First ferromagnetic layer"
The first ferromagnetic layer 10 is located in the +z direction of the nonmagnetic layer 30. The first ferromagnetic layer 10 faces the nonmagnetic layer 30 . The first ferromagnetic layer 10 has a portion that partially overlaps the first electrode 40 and the second electrode 50 when viewed from the z direction. The first ferromagnetic layer 10 partially overlaps the first region R1 and the second region R2 when viewed from the z direction.

第１強磁性層１０は、一方向に配向した磁化Ｍ１０を有する磁化固定層である。磁化Ｍ１０の配向方向は、第１電極４０の磁化Ｍ４０の配向方向と反対である。磁化固定層は、所定の外力が印加された際に磁化の向きが磁気記録層２０よりも変化しにくい。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。 The first ferromagnetic layer 10 is a magnetization fixed layer with magnetization M 10 oriented in one direction. The orientation direction of the magnetization M 10 is opposite to the orientation direction of the magnetization M 40 of the first electrode 40 . The magnetization fixed layer is less likely to change its magnetization direction than the magnetic recording layer 20 when a predetermined external force is applied. The predetermined external force is, for example, an external force applied to the magnetization by an external magnetic field or an external force applied to the magnetization by a spin-polarized current.

第１強磁性層１０は、強磁性体を含む。第１強磁性層１０を構成する強磁性材料としては、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用いることができる。具体的には、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅが挙げられる。 The first ferromagnetic layer 10 includes a ferromagnetic material. Examples of the ferromagnetic material constituting the first ferromagnetic layer 10 include metals selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe, and Ni, alloys containing one or more of these metals, and alloys containing these metals and B. An alloy containing at least one element of , C, and N can be used. Specific examples include Co--Fe, Co--Fe-B, and Ni--Fe.

第１強磁性層１０を構成する材料は、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。 The material constituting the first ferromagnetic layer 10 may be a Heusler alloy. Heusler alloys are half metals and have high spin polarizability. Heusler alloy is an intermetallic compound with a chemical composition of XYZ or , Cr or Ti group transition metal, or X element species, and Z is a typical element from Group III to Group V. Examples of the Heusler alloy include Co 2 FeSi, Co 2 FeGe, Co 2 FeGa, Co 2 MnSi, Co 2 Mn 1-a Fe a Al b Si 1-b , Co 2 FeGe 1-c Ga c , and the like.

第１強磁性層１０の膜厚は、第１強磁性層１０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１強磁性層１０の膜厚を薄くすると、第１強磁性層１０と他の層（非磁性層３０）との界面で、第１強磁性層１０に垂直磁気異方性（界面垂直磁気異方性）を付加できる。第１強磁性層１０の磁化が、ｚ方向に配向しやすくなる。 The thickness of the first ferromagnetic layer 10 is preferably 1.5 nm or less, and 1.0 nm or less when the easy axis of magnetization of the first ferromagnetic layer 10 is in the z direction (perpendicular magnetization film). It is more preferable that When the thickness of the first ferromagnetic layer 10 is made thinner, the first ferromagnetic layer 10 exhibits perpendicular magnetic anisotropy (interfacial perpendicular magnetic Anisotropy) can be added. The magnetization of the first ferromagnetic layer 10 is easily oriented in the z direction.

第１強磁性層１０の磁化は、一例としてｚ方向に固定される。ｚ方向に磁化を固定する際には、第１強磁性層１０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積層体とすることが好ましく、中間層としてＩｒ、Ｒｕからなる群から選択された非磁性体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１強磁性層１０の磁化はより強く垂直方向に固定することができる。 The magnetization of the first ferromagnetic layer 10 is fixed in the z direction, for example. When fixing the magnetization in the z direction, the first ferromagnetic layer 10 is made of a ferromagnetic material selected from the group consisting of Co, Fe, and Ni and a nonmagnetic material selected from the group consisting of Pt, Pd, Ru, and Rh. It is preferable to form a laminate with a body, and it is more preferable to insert a non-magnetic material selected from the group consisting of Ir and Ru as an intermediate layer at any position of the laminate. By laminating a ferromagnetic material and a nonmagnetic material, perpendicular magnetic anisotropy can be added, and by inserting an intermediate layer, the magnetization of the first ferromagnetic layer 10 can be more strongly fixed in the perpendicular direction.

第１強磁性層１０は、ＳＡＦ構造でもよい。第１強磁性層１０の非磁性層３０と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を有してもよい。第１強磁性層１０と反強磁性層とが反強磁性カップリングすると、第１強磁性層１０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。 The first ferromagnetic layer 10 may have an SAF structure. An antiferromagnetic layer may be provided on the surface of the first ferromagnetic layer 10 opposite to the nonmagnetic layer 30 with a spacer layer interposed therebetween. Antiferromagnetic coupling between the first ferromagnetic layer 10 and the antiferromagnetic layer increases the coercive force of the first ferromagnetic layer 10. The antiferromagnetic layer is, for example, IrMn, PtMn, or the like. The spacer layer includes, for example, at least one selected from the group consisting of Ru, Ir, and Rh.

第１実施形態にかかる半導体装置は、各層を積層し、各層を所定の形状に加工して得られる。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。 The semiconductor device according to the first embodiment is obtained by stacking each layer and processing each layer into a predetermined shape. The lamination of each layer can be performed using a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an electron beam evaporation method (EB evaporation method), an atomic laser deposition method, or the like. Each layer can be processed using photolithography or the like.

第１実施形態にかかる記憶素子１００において、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広くなると、記憶素子１００の抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）が広がる。 In the memory element 100 according to the first embodiment, when the area of the first portion R1a of the first region R1 becomes larger than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) of the memory element 100 spreads.

記憶素子１００は、非磁性層３０を挟む２つの強磁性体（第１強磁性層１０及び磁気記録層２０）の磁化の相対角の違いに基づき、抵抗値が変化する。第１強磁性層１０は、ｚ方向からの平面視で、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２まで至る。したがって、記憶素子１００の抵抗値は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３の磁化の向きによって決まる。一方で、上述のように、磁壁２７は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２には侵入しにくい。つまり、磁化の方向が固定された第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、記憶素子１００において“０”及び“１”のデータの基準抵抗には大きな影響を及ぼすが、記憶素子１００の抵抗変化に与える影響は第３領域Ｒ３と比較して小さい。 The resistance value of the memory element 100 changes based on the difference in the relative angle of magnetization of two ferromagnetic materials (the first ferromagnetic layer 10 and the magnetic recording layer 20) sandwiching the nonmagnetic layer 30 therebetween. The first ferromagnetic layer 10 extends to the first region R1 and the second region R2 in plan view from the z direction. Therefore, the resistance value of the memory element 100 is determined by the magnetization directions of the first region R1, the second region R2, and the third region R3. On the other hand, as described above, the domain wall 27 does not easily invade the first region R1 and the second region R2. In other words, the first region R1 and the second region R2 in which the direction of magnetization is fixed have a large influence on the reference resistance of "0" and "1" data in the memory element 100, but the resistance change of the memory element 100 The influence on the third region R3 is small compared to the third region R3.

記憶素子１００は、磁壁２７が第１領域Ｒ１に近づくほど抵抗値は小さくなり、磁壁２７が第２領域Ｒ２に近づくほど抵抗値は大きくなる。磁気記録層２０における第１領域Ｒ１が占める面積が大きくなると、記憶素子１００の最小の抵抗値が大きくなる。また、磁気記録層２０における第２領域Ｒ２が占める面積が大きくなると、記憶素子１００の最大の抵抗値が小さくなる。記憶素子１００は、最大の抵抗値が小さくなる場合より、最小の抵抗値が大きくなる場合の方が、抵抗変化幅を大きくできる。 In the memory element 100, the closer the domain wall 27 is to the first region R1, the smaller the resistance value is, and the closer the domain wall 27 is to the second region R2, the greater the resistance value is. As the area occupied by the first region R1 in the magnetic recording layer 20 increases, the minimum resistance value of the storage element 100 increases. Furthermore, as the area occupied by the second region R2 in the magnetic recording layer 20 increases, the maximum resistance value of the memory element 100 decreases. In the memory element 100, the range of resistance change can be made larger when the minimum resistance value becomes larger than when the maximum resistance value becomes smaller.

以下、具体的な一例を示し、説明する。まず仮定条件として、磁壁２７が無く、第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と磁気記録層２０の磁化Ｍ２８とが全領域において完全平行な場合に記憶素子１００が示す抵抗値を１００Ω、磁壁２７が無く、第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と磁気記録層２０の磁化Ｍ２９とが全領域において完全反平行な場合に記憶素子１００が示す抵抗値を２００Ωとする。この場合、記憶素子１００は、最大で１００Ωの抵抗変化幅を有する。一方で、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が存在する場合、磁壁２７の移動範囲は第３領域Ｒ３に限定されているため、第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と磁気記録層２０の磁化Ｍ２８、Ｍ２９とが、完全平行及び完全反平行の状態は取り得ない。すなわち、記憶素子１００の抵抗変化幅は、１００Ωを下回る。 A specific example will be shown and explained below. First, as an assumed condition, when there is no domain wall 27 and the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10 and the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 are completely parallel in the entire region, the resistance value exhibited by the storage element 100 is 100Ω, and the domain wall 27, and the magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 and the magnetization M 29 of the magnetic recording layer 20 are completely antiparallel in the entire region, the resistance value of the storage element 100 is 200Ω. In this case, the memory element 100 has a maximum resistance change width of 100Ω. On the other hand, when the first region R1 and the second region R2 exist, the movement range of the domain wall 27 is limited to the third region R3, so the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10 and the magnetic recording layer 20 The magnetizations M 28 and M 29 cannot be completely parallel or completely antiparallel. That is, the resistance change width of the memory element 100 is less than 100Ω.

まず比較例１として、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２がそれぞれ磁気記録層２０の１０％ずつの領域を占める場合における記憶素子１００の抵抗変化幅を求める。記憶素子１００は、磁壁２７が第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との境界にある場合に最小の抵抗値を示し、磁壁２７が第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界にある場合に最大の抵抗値を示す。記憶素子１００が最小の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の９０％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の１０％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最小抵抗値は、１０５．３Ωである。一方で、記憶素子１００が最大の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の１０％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の９０％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最大抵抗値は、１８１．８Ωである。記憶素子１００の抵抗変化幅は７６．６Ωであり、記憶素子１００のＭＲ比は７２．７である。 First, as Comparative Example 1, the resistance change width of the memory element 100 is determined when the first region R1 and the second region R2 each occupy 10% of the magnetic recording layer 20. The memory element 100 exhibits the lowest resistance value when the domain wall 27 is at the boundary between the first region R1 and the third region R3, and exhibits the lowest resistance value when the domain wall 27 is at the boundary between the second region R2 and the third region R3. Indicates maximum resistance value. When the storage element 100 exhibits the minimum resistance value, 90% of the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 is parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and 10% of the magnetization M29 of the magnetic recording layer 20 is The magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 is antiparallel. The minimum resistance value exhibited by the memory element 100 is 105.3Ω. On the other hand, when the storage element 100 exhibits the maximum resistance value, 10% of the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and 90% of the magnetization of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M28 of the first ferromagnetic layer 10. M 29 is antiparallel to the magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 . The maximum resistance value exhibited by the memory element 100 is 181.8Ω. The resistance change width of the memory element 100 is 76.6Ω, and the MR ratio of the memory element 100 is 72.7.

次いで、比較例２として、第１領域Ｒ１が磁気記録層２０の５％の領域を占め、第２領域Ｒ２が磁気記録層２０の１５％の領域を占める場合における記憶素子１００の抵抗変化幅を求める。記憶素子１００が最小の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の９５％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の５％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最小抵抗値は、１０２．６Ωである。一方で、記憶素子１００が最大の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の１５％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の８５％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最大抵抗値は、１７３．９Ωである。記憶素子１００の抵抗変化幅は７１．３Ωであり、記憶素子１００のＭＲ比は６９．６である。 Next, as Comparative Example 2, the resistance change width of the memory element 100 in the case where the first region R1 occupies 5% of the magnetic recording layer 20 and the second region R2 occupies 15% of the magnetic recording layer 20 is determined. demand. When the storage element 100 exhibits the minimum resistance value, 95% of the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 is parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and 5% of the magnetization M29 of the magnetic recording layer 20 is The magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 is antiparallel. The minimum resistance value exhibited by the memory element 100 is 102.6Ω. On the other hand, when the storage element 100 exhibits the maximum resistance value, 15% of the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and 85% of the magnetization of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10. M 29 is antiparallel to the magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 . The maximum resistance value exhibited by the memory element 100 is 173.9Ω. The resistance change width of the memory element 100 is 71.3Ω, and the MR ratio of the memory element 100 is 69.6.

最後に、実施例１として、第１領域Ｒ１が磁気記録層２０の１５％の領域を占め、第２領域Ｒ２が磁気記録層２０の５％の領域を占める場合における記憶素子１００の抵抗変化幅を求める。記憶素子１００が最小の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の８５％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の１５％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最小抵抗値は、１０５．３Ωである。一方で、記憶素子１００が最大の抵抗値を示す際、磁気記録層２０の５％の磁化Ｍ２８は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と平行となり、磁気記録層２０の９５％の磁化Ｍ２９は第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０と反平行となる。記憶素子１００が示す最大抵抗値は、１９０．５Ωである。記憶素子１００の抵抗変化幅は８２．４Ωであり、記憶素子１００のＭＲ比は７６．２である。 Finally, as Example 1, the resistance change width of the memory element 100 when the first region R1 occupies 15% of the magnetic recording layer 20 and the second region R2 occupies 5% of the magnetic recording layer 20. seek. When the storage element 100 exhibits the minimum resistance value, 85% of the magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 is parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and 15% of the magnetization M29 of the magnetic recording layer 20 is The magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 is antiparallel. The minimum resistance value exhibited by the memory element 100 is 105.3Ω. On the other hand, when the storage element 100 exhibits the maximum resistance value, the 5% magnetization M28 of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M10 of the first ferromagnetic layer 10, and the 95% magnetization of the magnetic recording layer 20 becomes parallel to the magnetization M28 of the first ferromagnetic layer 10. M 29 is antiparallel to the magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 . The maximum resistance value exhibited by the memory element 100 is 190.5Ω. The resistance change width of the memory element 100 is 82.4Ω, and the MR ratio of the memory element 100 is 76.2.

実施例１、比較例１及び比較例２に示すように、磁気記録層２０における第１領域Ｒ１が占める割合と第２領域Ｒ２が占める割合とを変動させると、記憶素子１００の抵抗変化幅及びＭＲ比が変動する。実施例１は、磁気記録層２０における第１領域Ｒ１が占める割合が、第２領域Ｒ２が占める割合より大きいため、比較例１及び比較例２より記憶素子１００の抵抗変化幅及びＭＲ比が大きい。この関係は、この例に限られるものではなく、磁気記録層２０における第１領域Ｒ１の占める割合が第２領域Ｒ２の占める割合より多いという前提の上で、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が占めるパーセンテージを変動させた場合、及び、仮定条件として設定した抵抗値の値を変動しても変わらない。 As shown in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, when the ratio occupied by the first region R1 and the ratio occupied by the second region R2 in the magnetic recording layer 20 are varied, the width of resistance change and the width of the resistance change of the storage element 100 are changed. MR ratio fluctuates. In Example 1, the ratio occupied by the first region R1 in the magnetic recording layer 20 is larger than the ratio occupied by the second region R2, so the resistance change width and MR ratio of the memory element 100 are larger than those in Comparative Examples 1 and 2. . This relationship is not limited to this example, and on the premise that the ratio occupied by the first region R1 in the magnetic recording layer 20 is larger than the ratio occupied by the second region R2, the first region R1 and the second region R2 There is no change even if the percentage occupied by the resistance value is changed, or even if the resistance value set as an assumed condition is changed.

すなわち、第１実施形態にかかる記憶素子１００は、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１００の抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）が広い。 That is, in the memory element 100 according to the first embodiment, since the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) is wide.

記憶素子１００は、“１”と“０”のデジタル信号ではなく、アナログにデータを記録できる。そのため、半導体装置２００は、脳を模倣したニューロモロフィックデバイスとして機能する。 The memory element 100 can record data in analog form instead of digital signals of "1" and "0". Therefore, the semiconductor device 200 functions as a neuromorphic device that imitates the brain.

記憶素子１００の第１強磁性層１０、磁気記録層２０、第１電極４０のそれぞれの磁化の向きは、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。 The direction of magnetization of each of the first ferromagnetic layer 10, magnetic recording layer 20, and first electrode 40 of the storage element 100 can be confirmed, for example, by measuring the magnetization curve. The magnetization curve can be measured using, for example, MOKE (Magneto Optical Kerr Effect). Measurement by MOKE is a measurement method performed by making linearly polarized light incident on an object to be measured and using a magneto-optical effect (magnetic Kerr effect) that causes rotation of the polarization direction.

例えば、磁気記録層２０の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３のそれぞれの磁化の配向方向を測定する場合を例に、具体的に説明する。まず記憶素子１００をｚ方向から研削し、第１強磁性層１０を除去する。非磁性層３０は、磁気記録層２０の磁化の配向方向に与える影響が大きいため、非磁性層３０の一部を残す。次いで、磁気記録層２０の磁化Ｍ２８，Ｍ２９が一方向に配向するのに十分な磁場を所定の方向に印加する。そして、印加磁場を少しずつ小さくしながら、磁化曲線を測定する。測定箇所は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３のそれぞれのｘｙ平面における中心位置とする。測定した磁化曲線において、最初に印加磁場がゼロとなった時点における磁化の正負によって磁化の向きを特定できる。第１強磁性層１０及び第１電極４０の磁化の向きも、同様に行うことで測定できる。 For example, a case will be specifically described in which the orientation direction of magnetization of each of the first region R1, second region R2, and third region R3 of the magnetic recording layer 20 is measured. First, the memory element 100 is ground in the z direction to remove the first ferromagnetic layer 10. Since the nonmagnetic layer 30 has a large influence on the magnetization orientation direction of the magnetic recording layer 20, a portion of the nonmagnetic layer 30 is left. Next, a magnetic field sufficient to orient the magnetizations M 28 and M 29 of the magnetic recording layer 20 in one direction is applied in a predetermined direction. Then, the magnetization curve is measured while decreasing the applied magnetic field little by little. The measurement locations are the center positions of each of the first region R1, second region R2, and third region R3 in the xy plane. In the measured magnetization curve, the direction of magnetization can be determined by the sign of magnetization at the time when the applied magnetic field first becomes zero. The magnetization directions of the first ferromagnetic layer 10 and the first electrode 40 can also be measured in the same manner.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of the claims. It is possible to transform and change.

（第１変形例）
図４は、第１実施形態にかかる半導体装置の第１変形例の平面模式図である。図４に示す記憶素子１００Ａは、第１電極４１及び第２電極５１のｚ方向からの平面視形状が円形である点が、図３に示す記憶素子１００と異なる。その他の構成は、図３に示す記憶素子１００と同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (First modification)
FIG. 4 is a schematic plan view of a first modification of the semiconductor device according to the first embodiment. The memory element 100A shown in FIG. 4 differs from the memory element 100 shown in FIG. 3 in that the first electrode 41 and the second electrode 51 have a circular shape in plan view from the z direction. The other configurations are similar to the memory element 100 shown in FIG. 3, and similar configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

磁気記録層２０は、ｚ方向からの平面視で、第１電極４１及び第２電極５１と重なる。図４に示す第１部分Ｒ１ａの面積は、第２部分Ｒ２ａの面積より広い。図４に示す例では、第１部分Ｒ１ａと磁気記録層２０とが重なる部分のｘ方向の最大の幅ｗｘ１が、第２部分Ｒ２ａと磁気記録層２０とが重なる部分のｘ方向の最大の幅ｗｘ２より広い。第１変形例にかかる記憶素子１００Ａにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１００Ａの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。また第１電極４１及び第２電極５１のｚ方向からの平面視形状は、図３に示す矩形、図４に示す円形に限られず、種々の形状を選択できる。 The magnetic recording layer 20 overlaps with the first electrode 41 and the second electrode 51 when viewed in plan from the z direction. The area of the first portion R1a shown in FIG. 4 is larger than the area of the second portion R2a. In the example shown in FIG. 4, the maximum width w x1 in the x direction of the portion where the first portion R1a and the magnetic recording layer 20 overlap is the same as the maximum width w x1 in the x direction of the portion where the second portion R2a and the magnetic recording layer 20 overlap. Width w Wider than x2 . Also in the memory element 100A according to the first modification, the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2. ) is wide. Further, the planar shape of the first electrode 41 and the second electrode 51 in the z direction is not limited to the rectangular shape shown in FIG. 3 or the circular shape shown in FIG. 4, and various shapes can be selected.

（第２変形例）
図５は、第１実施形態にかかる半導体装置の第２変形例の断面模式図である。図５に示す記憶素子１００Ｂは、第２電極５２が磁性体である点が、図２に示す記憶素子１００と異なる。その他の構成は、図１に示す記憶素子１００と同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (Second modification)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a second modified example of the semiconductor device according to the first embodiment. The memory element 100B shown in FIG. 5 differs from the memory element 100 shown in FIG. 2 in that the second electrode 52 is a magnetic material. The other configurations are similar to the memory element 100 shown in FIG. 1, and similar configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

第２電極５２は、磁性体を含む。第２電極５２は、例えば、一方向に配向した磁化Ｍ５２を有する。第２電極５２の磁化Ｍ５２の向きは、第１強磁性層１０の磁化Ｍ１０の向きと同一であり、第１電極４０の磁化Ｍ４０の向きと反対である。図５に示す磁化Ｍ５２は、＋ｚ方向に配向する。第２電極５２の保磁力は、磁気記録層２０の第３領域Ｒ３の保磁力より大きい。 The second electrode 52 includes a magnetic material. The second electrode 52 has, for example, a magnetization M 52 oriented in one direction. The direction of magnetization M 52 of the second electrode 52 is the same as the direction of magnetization M 10 of the first ferromagnetic layer 10 and opposite to the direction of magnetization M 40 of the first electrode 40 . The magnetization M 52 shown in FIG. 5 is oriented in the +z direction. The coercive force of the second electrode 52 is larger than the coercive force of the third region R3 of the magnetic recording layer 20.

第２電極５２は、第１電極４０と同様の構成、材料を用いることができる。例えば、第２電極は、シンセティック反強磁性構造でもよい。 The second electrode 52 can use the same configuration and material as the first electrode 40. For example, the second electrode may be a synthetic antiferromagnetic structure.

第２変形例にかかる記憶素子１００Ｂにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、半導体装置１００Ｂの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。第２電極５２の磁化Ｍ５２は、磁気記録層２０の第２領域Ｒ２の磁化を固定する。第２領域Ｒ２の磁化が固定されることで、磁壁２７が第２領域Ｒ２に侵入することをより抑制できる。 Also in the memory element 100B according to the second modification, since the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) of the semiconductor device 100B is ) is wide. The magnetization M 52 of the second electrode 52 fixes the magnetization of the second region R2 of the magnetic recording layer 20. By fixing the magnetization of the second region R2, it is possible to further suppress the domain wall 27 from entering the second region R2.

（第３変形例）
図６は、第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第３変形例の断面模式図である。図７は、第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第３変形例の平面模式図である。図６は、図７のＡ－Ａ面で記憶素子をｘｚ平面で切断した断面図である。記憶素子１００Ｃは、記憶素子のｘ方向の側面の形状が異なる点が、図１に示す記憶素子１００と異なる。その他の構成は、図１に示す記憶素子１００と同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (Third modification)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a third modification of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 7 is a schematic plan view of a third modification of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of the memory element taken along the xz plane along the line AA in FIG. The memory element 100C differs from the memory element 100 shown in FIG. 1 in that the shape of the side surface of the memory element in the x direction is different. The other configurations are similar to the memory element 100 shown in FIG. 1, and similar configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

第１強磁性層１１は、磁化Ｍ１１を有し、ｘ方向に第１側面１１Ｓ１と第２側面１１Ｓ２とを有する。非磁性層３１は、ｘ方向に第１側面３１Ｓ１と第２側面３１Ｓ２とを有する。磁気記録層２１は、ｘ方向に第１側面２１Ｓ１と第２側面２１Ｓ２とを有する。第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１は、第１強磁性層１１、非磁性層３１、磁気記録層２１のそれぞれのｘ方向の二つの側面のうち第１電極４３に近い側面である。第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２は、第１強磁性層１１、非磁性層３１、磁気記録層２１のそれぞれのｘ方向の二つの側面のうち第２電極５３に近い側面である。第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１及び第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２は、ｚ方向に対して傾斜している。第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角θ１を有する。第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角θ２を有する。また傾斜角θ１及びθ２は、接線を引く接点の位置によらず一定でも、接線を引く接点の位置によって変化してもよい。図６に示す傾斜角θ１、θ２は、接線を引く位置によって変化する。 The first ferromagnetic layer 11 has magnetization M 11 and has a first side surface 11S1 and a second side surface 11S2 in the x direction. The nonmagnetic layer 31 has a first side surface 31S1 and a second side surface 31S2 in the x direction. The magnetic recording layer 21 has a first side surface 21S1 and a second side surface 21S2 in the x direction. The first side surfaces 11S1, 31S1, and 21S1 are the side surfaces closer to the first electrode 43 among the two side surfaces in the x direction of each of the first ferromagnetic layer 11, the nonmagnetic layer 31, and the magnetic recording layer 21. The second side surfaces 11S2, 31S2, and 21S2 are the side surfaces closer to the second electrode 53 among the two side surfaces in the x direction of each of the first ferromagnetic layer 11, the nonmagnetic layer 31, and the magnetic recording layer 21. The first side surface 11S1, 31S1, 21S1 and the second side surface 11S2, 31S2, 21S2 are inclined with respect to the z direction. For example, the tangents of the first side surfaces 11S1, 31S1, and 21S1 have an inclination angle θ1 with respect to the z direction. The tangents of the second side surfaces 11S2, 31S2, and 21S2 have, for example, an inclination angle θ2 with respect to the z direction. Further, the inclination angles θ1 and θ2 may be constant regardless of the position of the contact point that draws the tangent, or may vary depending on the position of the contact point that draws the tangent. The inclination angles θ1 and θ2 shown in FIG. 6 change depending on the position where the tangent line is drawn.

第１電極４３は、磁化Ｍ４３を有する。第１電極４３は、磁気記録層２０のｙ方向の中心を通りｘｚ平面で切断した切断面において、ｘ方向に第１側面４３Ｓ１と第２側面４３Ｓ２とを有する。第２側面４３Ｓ２は、第１側面４３Ｓ１より第２電極５３に近い位置にある。第１側面４３Ｓ１は、第１傾斜部４３ｐ１と第２部４３ｐ２とを有する。第１傾斜部４３ｐ１は、ｚ方向に対して傾斜する。第１傾斜部４３ｐ１の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ１を有する。第１傾斜部４３ｐ１は、第２側面４３Ｓ２よりｚ方向に対する傾斜角が大きい。第１側面４３Ｓ１は、第１傾斜部４３ｐ１と第２部４３ｐ２との境界で不連続に変化する。 The first electrode 43 has a magnetization M 43 . The first electrode 43 has a first side surface 43S1 and a second side surface 43S2 in the x direction in a cross section cut along the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 20 in the y direction. The second side surface 43S2 is located closer to the second electrode 53 than the first side surface 43S1. The first side surface 43S1 has a first slope portion 43p1 and a second portion 43p2. The first inclined portion 43p1 is inclined with respect to the z direction. For example, a tangent to the first inclined portion 43p1 has an inclination angle φ1 with respect to the z direction. The first inclined portion 43p1 has a larger inclination angle with respect to the z direction than the second side surface 43S2. The first side surface 43S1 changes discontinuously at the boundary between the first inclined portion 43p1 and the second portion 43p2.

第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１及び第１傾斜部４３ｐ１は、連続する。例えば、ＸＺ平面において、第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１及び第１傾斜部４３ｐ１を、連続する直線又は曲線で漸近線を描ける場合は、連続的に変化しているとみなせる。 The first side surface 11S1, 31S1, 21S1 and the first slope portion 43p1 are continuous. For example, in the XZ plane, if the asymptote of the first side surface 11S1, 31S1, 21S1 and the first slope portion 43p1 can be drawn as a continuous straight line or curved line, it can be considered that they are continuously changing.

第２電極５３は、磁気記録層２０のｙ方向の中心を通りｘｚ平面で切断した切断面において、ｘ方向に第１側面５３Ｓ１と第２側面５３Ｓ２とを有する。第２側面５３Ｓ２は、第１側面５３Ｓ１より第１電極４３に近い位置にある。第１側面５３Ｓ１は、第１傾斜部５３ｐ１と第２部５３ｐ２とを有する。第１傾斜部５３ｐ１は、ｚ方向に対して傾斜する。第１傾斜部５３ｐ１の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ２を有する。第１傾斜部５３ｐ１は、第２側面５３Ｓ２よりｚ方向に対する傾斜角が大きい。第１側面５３Ｓ１は、第１傾斜部５３ｐ１と第２部５３ｐ２との境界で不連続に変化する。第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２及び第１傾斜部５３ｐ１は、連続する。 The second electrode 53 has a first side surface 53S1 and a second side surface 53S2 in the x direction in a cross section cut along the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 20 in the y direction. The second side surface 53S2 is located closer to the first electrode 43 than the first side surface 53S1. The first side surface 53S1 has a first inclined portion 53p1 and a second portion 53p2. The first inclined portion 53p1 is inclined with respect to the z direction. For example, a tangent to the first inclined portion 53p1 has an inclination angle φ2 with respect to the z direction. The first inclined portion 53p1 has a larger inclination angle with respect to the z direction than the second side surface 53S2. The first side surface 53S1 changes discontinuously at the boundary between the first inclined portion 53p1 and the second portion 53p2. The second side surface 11S2, 31S2, 21S2 and the first inclined portion 53p1 are continuous.

第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１、第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２及び第１傾斜部４３ｐ１、５３ｐ１は、磁気記録層２０、非磁性層３０及び第１強磁性層１０を順に積層したのち、これらのｘ方向の端部の一部を除去して形成される。端部の加工は、イオンミリング、フォトリソグラフィー等で行う。磁化は、一般に結晶粒、表面状態、段差、エッチングダメージ等により状態が異なる領域では値が異なり、相互に影響を及ぼし合う。ｘ方向の端部の除去された後に露出する部分は、ダメージを受ける。ダメージを受けた部分は、表面状態等が変化するため、ピニングサイトとなる場合がある。ピニングサイトは、磁化が動きにくくなる部分である。ダメージにより磁化が動きにくくなるピニングサイトは、隣接する領域に影響を及ぼし磁化をより強く固定する効果を持つ。磁気記録層２０の第１側面２１Ｓ１は、ピニングサイトとなり、第１領域Ｒ１の磁化をより固定する。第１電極４３の第１傾斜部４３ｐ１は、ピニングサイトとなり、第１電極４３の磁化Ｍ４３をより固定する。磁気記録層２０の第１側面２１Ｓ１は、ピニングサイトとなり、第１領域Ｒ１の磁化をより固定する。磁気記録層２０の第２側面２１Ｓ２は、ピニングサイトとなり、第２領域Ｒ２の磁化をより固定する。すなわち、第１電極４３、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の磁化は、第１傾斜部４３ｐ１、第１側面２１Ｓ及び第２側面２１Ｓ２を有さない場合と比較して、反転しにくくなる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の磁化の固定がより強くなる（磁化が反転しにくくなる）ことで、磁壁２７は第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２へ侵入しづらくなる。 The first side surfaces 11S1, 31S1, 21S1, the second side surfaces 11S2, 31S2, 21S2, and the first slope portions 43p1, 53p1 are formed by laminating the magnetic recording layer 20, the nonmagnetic layer 30, and the first ferromagnetic layer 10 in this order. It is formed by removing a part of the end in the x direction. The edges are processed by ion milling, photolithography, etc. Magnetization generally has different values in regions where the state is different due to crystal grains, surface conditions, steps, etching damage, etc., and they influence each other. The portion of the end in the x direction that is exposed after being removed is damaged. Damaged areas may become pinning sites due to changes in surface conditions. A pinning site is an area where magnetization becomes difficult to move. Pinning sites, where magnetization becomes difficult to move due to damage, have the effect of affecting adjacent regions and fixing magnetization more strongly. The first side surface 21S1 of the magnetic recording layer 20 serves as a pinning site and further fixes the magnetization of the first region R1. The first inclined portion 43p1 of the first electrode 43 serves as a pinning site, and further fixes the magnetization M 43 of the first electrode 43. The first side surface 21S1 of the magnetic recording layer 20 serves as a pinning site and further fixes the magnetization of the first region R1. The second side surface 21S2 of the magnetic recording layer 20 serves as a pinning site and further fixes the magnetization of the second region R2. That is, the magnetization of the first electrode 43, the first region R1, and the second region R2 is difficult to reverse compared to the case where the first slope portion 43p1, the first side surface 21S, and the second side surface 21S2 are not included. As the magnetization of the first region R1 and the second region R2 becomes more firmly fixed (the magnetization becomes difficult to reverse), it becomes difficult for the domain wall 27 to invade the first region R1 and the second region R2.

第３変形例にかかる記憶素子１００Ｃにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１００Ｃの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。 Also in the memory element 100C according to the third modification, since the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) of the memory element 100C is ) is wide.

なお、第３変形例では、記憶素子１００Ｃのｘ方向の両方の側面が傾斜している場合を示したが、いずれか一方の側面のみが傾斜していてもよい。また第２電極５３は、磁性体を含んでもよい。 Note that although the third modification shows a case where both side surfaces of the memory element 100C in the x direction are inclined, only one side surface may be inclined. Further, the second electrode 53 may include a magnetic material.

（第４変形例）
図８は、第１実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の第４変形例の断面模式図である。図８に示す記憶素子１００Ｄは、第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１と第１傾斜部４３ｐ１とが不連続であり、第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２と第１傾斜部５３ｐ１とが不連続である点が、図８に示す第３変形例にかかる記憶素子１００Ｃと異なる。その他の構成は、図８に示す第３変形例にかかる記憶素子１００Ｃと同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (Fourth modification)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a fourth modification of the memory element of the semiconductor device according to the first embodiment. In the memory element 100D shown in FIG. 8, the first side surfaces 11S1, 31S1, 21S1 and the first slope portion 43p1 are discontinuous, and the second side surfaces 11S2, 31S2, 21S2 and the first slope portion 53p1 are discontinuous. This differs from the memory element 100C according to the third modification shown in FIG. 8 in this point. The other configurations are the same as the memory element 100C according to the third modification shown in FIG. 8, and the same configurations are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

エッチングレートの違いにより第１側面１１Ｓ１、３１Ｓ１、２１Ｓ１と第１傾斜部４３ｐ１とは、不連続になる場合がある。同様に第２側面１１Ｓ２、３１Ｓ２、２１Ｓ２と第１傾斜部５３ｐ１とは、不連続になる場合がある。 The first side surface 11S1, 31S1, 21S1 and the first slope portion 43p1 may become discontinuous due to a difference in etching rate. Similarly, the second side surface 11S2, 31S2, 21S2 and the first slope portion 53p1 may be discontinuous.

第４変形例にかかる記憶素子１００Ｄにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１００Ｄの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。 Also in the memory element 100D according to the fourth modification, since the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) of the memory element 100D is ) is wide.

また磁気記録層２０の第１側面２１Ｓ１、第２側面２１Ｓ２及び第１傾斜部４３ｐ１は、ピニングサイトとなる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の磁化の固定がより強くなる（磁化が反転しにくくなる）ことで、磁壁２７は第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２へ侵入しづらくなる。 Further, the first side surface 21S1, the second side surface 21S2, and the first slope portion 43p1 of the magnetic recording layer 20 serve as pinning sites. As the magnetization of the first region R1 and the second region R2 becomes more firmly fixed (the magnetization becomes difficult to reverse), it becomes difficult for the domain wall 27 to invade the first region R1 and the second region R2.

また第４変形例では、記憶素子１００Ｄのｘ方向の両方の側面が傾斜している場合を示したが、いずれか一方の側面のみが傾斜していてもよい。また第２電極５３は、磁性体を含んでもよい。 Further, in the fourth modification, a case is shown in which both side surfaces of the memory element 100D in the x direction are inclined, but only one side surface may be inclined. Further, the second electrode 53 may include a magnetic material.

（第５変形例）
図９は、第１実施形態にかかる記憶素子の第５変形例の断面模式図である。図９に示す記憶素子１００Ｅは、第１電極４４及び第２電極５４の形状が、図６に示す第３変形例にかかる記憶素子１００Ｃと異なる。その他の構成は、図６に示す第３変形例にかかる記憶素子１００Ｃと同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (Fifth modification)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a fifth modification of the memory element according to the first embodiment. The memory element 100E shown in FIG. 9 is different from the memory element 100C according to the third modification example shown in FIG. 6 in the shapes of the first electrode 44 and the second electrode 54. The other configurations are the same as the memory element 100C according to the third modification shown in FIG. 6, and the same configurations are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第１電極４４は、磁化Ｍ４４を有する。第１電極４４は、磁気記録層２０のｙ方向の中心を通りｘｚ平面で切断した切断面において、ｘ方向に第１側面４４Ｓ１と第２側面４４Ｓ２とを有する。第２側面４４Ｓ２は、第１側面４４Ｓ１より第２電極５４に近い位置にある。第１側面４４Ｓ１は、第１傾斜部４４ｐ１と第２傾斜部４４ｐ２とを有する。第１傾斜部４４ｐ１及び第２傾斜部４４ｐ２は、ｚ方向に対して傾斜する。第１傾斜部４４ｐ１の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ３を有する。第２傾斜部４４ｐ２の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ４を有する。第１傾斜部４４ｐ１は、第２側面４４Ｓ２よりｚ方向に対する傾斜角が大きい。第１側面４４Ｓ１は、第１傾斜部４４ｐ１と第２傾斜部４４ｐ２との境界で不連続に変化する。 The first electrode 44 has a magnetization M 44 . The first electrode 44 has a first side surface 44S1 and a second side surface 44S2 in the x direction in a cross section cut along the xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 20 in the y direction. The second side surface 44S2 is located closer to the second electrode 54 than the first side surface 44S1. The first side surface 44S1 has a first slope portion 44p1 and a second slope portion 44p2. The first inclined portion 44p1 and the second inclined portion 44p2 are inclined with respect to the z direction. For example, the tangent to the first inclined portion 44p1 has an inclination angle φ3 with respect to the z direction. For example, the tangent to the second inclined portion 44p2 has an inclined angle φ4 with respect to the z direction. The first inclined portion 44p1 has a larger inclination angle with respect to the z direction than the second side surface 44S2. The first side surface 44S1 changes discontinuously at the boundary between the first slope portion 44p1 and the second slope portion 44p2.

第２電極５４は、ｘｚ平面で切断した切断面において、ｘ方向に第１側面５４Ｓ１と第２側面５４Ｓ２とを有する。第２側面５４Ｓ２は、第１側面５４Ｓ１より第１電極４４に近い位置にある。第１側面５４Ｓ１は、第１傾斜部５４ｐ１と第２傾斜部５４ｐ２とを有する。第１傾斜部５４ｐ１及び第２傾斜部５４ｐ２は、ｚ方向に対して傾斜する。第１傾斜部５４ｐ１の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ５を有する。第２傾斜部５４ｐ２の接線は、例えば、ｚ方向に対して傾斜角φ６を有する。第１傾斜部５４ｐ１は、第２側面５４Ｓ２よりｚ方向に対する傾斜角が大きい。第１側面５４Ｓ１は、第１傾斜部５４ｐ１と第２傾斜部５４ｐ２との境界で不連続に変化する。 The second electrode 54 has a first side surface 54S1 and a second side surface 54S2 in the x direction on a cut surface taken along the xz plane. The second side surface 54S2 is located closer to the first electrode 44 than the first side surface 54S1. The first side surface 54S1 has a first slope portion 54p1 and a second slope portion 54p2. The first inclined portion 54p1 and the second inclined portion 54p2 are inclined with respect to the z direction. For example, a tangent to the first inclined portion 54p1 has an inclination angle φ5 with respect to the z direction. For example, the tangent to the second inclined portion 54p2 has an inclined angle φ6 with respect to the z direction. The first inclined portion 54p1 has a larger inclination angle with respect to the z direction than the second side surface 54S2. The first side surface 54S1 changes discontinuously at the boundary between the first slope portion 54p1 and the second slope portion 54p2.

第５変形例にかかる記憶素子１００Ｅにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１００Ｅの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。 Also in the memory element 100E according to the fifth modification, since the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2, the width of resistance change (dynamic range) of the memory element 100E is ) is wide.

また磁気記録層２０の第１側面２１Ｓ１、第２側面２１Ｓ２及び第１傾斜部４４ｐ１は、ピニングサイトとなる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の磁化の固定がより強くなる（磁化が反転しにくくなる）ことで、磁壁２７の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２への侵入しづらくなる。 Further, the first side surface 21S1, the second side surface 21S2, and the first slope portion 44p1 of the magnetic recording layer 20 serve as pinning sites. As the magnetization of the first region R1 and the second region R2 becomes more firmly fixed (the magnetization becomes difficult to reverse), it becomes difficult for the domain wall 27 to invade the first region R1 and the second region R2.

また第５変形例では、記憶素子１００Ｅのｘ方向の両方の側面が傾斜している場合を示したが、いずれか一方の側面のみが傾斜していてもよい。また第１電極４４及び第２電極５４のｘｚ切断面における形状は、＋ｚ方向の上底の長さが－ｚ方向の下底の長さより短い台形に限られず、＋ｚ方向の上底の長さが－ｚ方向の下底の長さより長い台形でもよい。また第２電極５４は、磁性体を含んでもよい。 Further, in the fifth modification, a case is shown in which both side surfaces of the memory element 100E in the x direction are inclined, but only one side surface may be inclined. Further, the shape of the first electrode 44 and the second electrode 54 in the xz section is not limited to a trapezoid in which the length of the upper base in the +z direction is shorter than the length of the lower base in the -z direction, but the shape of the upper base in the +z direction It may be a trapezoid where the length is longer than the length of the lower base in the -z direction. Further, the second electrode 54 may include a magnetic material.

［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態にかかる半導体装置の断面模式図である。図１０に示す半導体装置２０１は、第１強磁性層１０が磁気記録層２０より基板６０の近くに位置するボトムピン構造である点が、第１実施形態にかかる半導体装置２００と異なる。その他の構成は、図１に示す半導体装置２００と同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 [Second embodiment]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment. A semiconductor device 201 shown in FIG. 10 differs from the semiconductor device 200 according to the first embodiment in that it has a bottom pin structure in which the first ferromagnetic layer 10 is located closer to the substrate 60 than the magnetic recording layer 20. The other configurations are similar to the semiconductor device 200 shown in FIG. 1, and similar configurations are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

図１１は、第２実施形態にかかる半導体装置の記憶素子の断面模式図である。半導体装置１０１は、第１強磁性層１０と磁気記録層２０と非磁性層３０と第１電極４０と第２電極５０とを有する。第１電極４０と第２電極５０の間には、絶縁層８１が設けられている。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a memory element of a semiconductor device according to a second embodiment. The semiconductor device 101 includes a first ferromagnetic layer 10 , a magnetic recording layer 20 , a nonmagnetic layer 30 , a first electrode 40 , and a second electrode 50 . An insulating layer 81 is provided between the first electrode 40 and the second electrode 50.

絶縁層８１は、第１実施形態における絶縁層８０と同様のものが用いられる。絶縁層８１は、磁気記録層２０の非磁性層３０側の面と反対側の面に形成されている。絶縁層８１は、磁気記録層２０の第３領域Ｒ３を覆う。絶縁層８１は、キャップ層としても機能する。キャップ層は、磁気記録層２０の磁化の配向性を高め、磁気記録層２０を保護するための層である。キャップ層が絶縁体であることで、磁壁２７を駆動するための電流が絶縁層８１側に分流することが避けられる。 The insulating layer 81 is the same as the insulating layer 80 in the first embodiment. The insulating layer 81 is formed on the surface of the magnetic recording layer 20 opposite to the surface on the nonmagnetic layer 30 side. The insulating layer 81 covers the third region R3 of the magnetic recording layer 20. Insulating layer 81 also functions as a cap layer. The cap layer is a layer for increasing the magnetization orientation of the magnetic recording layer 20 and protecting the magnetic recording layer 20. Since the cap layer is an insulator, current for driving the domain wall 27 can be prevented from being shunted to the insulating layer 81 side.

ボトムピン構造の半導体装置１０１は、以下の手順で作製される。まず基板６０上に第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２、第３トランジスタＴｒ３、第１配線Ｃｍ、第２配線Ｗｐ及び第３配線Ｒｐを絶縁層８０を介して形成する。そして、絶縁層８０の一面に、第１強磁性層１０、非磁性層３０及び磁気記録層２０を順に積層し、それぞれの層を所定の形状に加工する。そして第１強磁性層１０、非磁性層３０及び磁気記録層２０の周囲を更に絶縁層８０で覆う。磁気記録層２０及び絶縁層８０の表面を平坦化した後、第１電極４０及び第２電極５０を形成する。そして第１電極４０及び第２電極５０の間を絶縁層８１で埋めることで、半導体装置２０１が得られる。 The semiconductor device 101 having a bottom pin structure is manufactured by the following procedure. First, a first transistor Tr1, a second transistor Tr2, a third transistor Tr3, a first wiring Cm, a second wiring Wp, and a third wiring Rp are formed on the substrate 60 with an insulating layer 80 interposed therebetween. Then, the first ferromagnetic layer 10, the nonmagnetic layer 30, and the magnetic recording layer 20 are sequentially laminated on one surface of the insulating layer 80, and each layer is processed into a predetermined shape. Then, the first ferromagnetic layer 10, the nonmagnetic layer 30, and the magnetic recording layer 20 are further covered with an insulating layer 80. After the surfaces of the magnetic recording layer 20 and the insulating layer 80 are planarized, the first electrode 40 and the second electrode 50 are formed. Then, by filling the space between the first electrode 40 and the second electrode 50 with the insulating layer 81, the semiconductor device 201 is obtained.

第２実施形態にかかる記憶素子１０１においても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａの面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａの面積より広いため、記憶素子１０１の抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。 Also in the memory element 101 according to the second embodiment, the area of the first portion R1a of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a of the second region R2. ) is wide.

第２実施形態にかかる記憶素子１０１は、第１実施形態にかかる記憶素子１００と同様の変形例を選択できる。 For the memory element 101 according to the second embodiment, the same modification as the memory element 100 according to the first embodiment can be selected.

（第６変形例）
図１２は、第２実施形態にかかる記憶素子の第６変形例の断面模式図である。図１２に示す記憶素子１０１Ｂは、第１電極４５及び第２電極５５の形状、磁壁移動層２０の第１部分Ｒ１ａ’及び第２部分Ｒ２ａ’の形状、及び、第１電極４５及び第２電極５５と絶縁層８１との関係が、図１１に示す第２実施形態にかかる記憶素子１０１と異なる。その他の構成は、図１１に示す第２実施形態にかかる記憶素子１０１と同様であり、同様の構成については同一の符号を付し、説明を省く。 (Sixth variation)
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a sixth modification example of the memory element according to the second embodiment. The memory element 101B shown in FIG. 12 has the shapes of the first electrode 45 and the second electrode 55, the shapes of the first portion R1a' and the second portion R2a' of the domain wall displacement layer 20, and the shapes of the first electrode 45 and the second electrode The relationship between the memory element 55 and the insulating layer 81 is different from that of the memory element 101 according to the second embodiment shown in FIG. The other configurations are similar to the memory element 101 according to the second embodiment shown in FIG. 11, and similar configurations are denoted by the same reference numerals and explanations are omitted.

磁壁移動層２０の第１領域Ｒ１は、第１部分Ｒ１ａ’を有する。第１部分Ｒ１ａ’は、第１領域Ｒ１において第１電極４５と対向する面である。第１部分Ｒ１ａ’は、例えば、第１領域Ｒ１において第１電極４５と接する面である。磁壁移動層２０の第２領域Ｒ２は、第２部分Ｒ２ａ’を有する。第２部分Ｒ２ａ’は、第２領域Ｒ２において、第２電極５０と対向する面である。第２部分Ｒ２ａ’は、例えば、第２領域Ｒ２において第２電極５５と接する面である。第１部分Ｒ１ａ’の面積は、第２部分Ｒ２ａ’の面積より広い。第１部分Ｒ１ａ’及び第２部分Ｒ２ａ’は、ｚ方向に対してｘ方向に傾斜している。磁壁移動層２０のｚ方向の表面である第１面２０ａと第１部分Ｒ１ａ’及び第２部分Ｒ２ａ’は、不連続である。第１部分Ｒ１ａ’及び第２部分Ｒ２ａ’は、絶縁層８１の一部を除去する際に磁壁移動層２０の一部がミリングされ、形成される。 The first region R1 of the domain wall displacement layer 20 has a first portion R1a'. The first portion R1a' is a surface facing the first electrode 45 in the first region R1. The first portion R1a' is, for example, a surface in contact with the first electrode 45 in the first region R1. The second region R2 of the domain wall displacement layer 20 has a second portion R2a'. The second portion R2a' is a surface facing the second electrode 50 in the second region R2. The second portion R2a' is, for example, a surface in contact with the second electrode 55 in the second region R2. The area of the first portion R1a' is larger than the area of the second portion R2a'. The first portion R1a' and the second portion R2a' are inclined in the x direction with respect to the z direction. The first surface 20a, which is the surface of the domain wall displacement layer 20 in the z direction, and the first portion R1a' and the second portion R2a' are discontinuous. The first portion R1a' and the second portion R2a' are formed by milling a portion of the domain wall displacement layer 20 when removing a portion of the insulating layer 81.

また磁気記録層２０の第１部分Ｒ１ａ’及び第２部分Ｒ２ａ’は、ピニングサイトとなる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の磁化の固定がより強くなる（磁化が反転しにくくなる）ことで、磁壁２７の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２への侵入しづらくなる。 Further, the first portion R1a' and the second portion R2a' of the magnetic recording layer 20 serve as pinning sites. As the magnetization of the first region R1 and the second region R2 becomes more firmly fixed (the magnetization becomes difficult to reverse), it becomes difficult for the domain wall 27 to invade the first region R1 and the second region R2.

第１電極４５及び第２電極５５は、磁気記録層２０のｙ方向の中心を通るｘｚ平面で切断した切断面において、表面４５ａ、５５ａが円弧状の凸形状である。第１電極４５及び第２電極５５は、表面張力により表面が円弧状に形成される場合がある。 The surfaces 45a and 55a of the first electrode 45 and the second electrode 55 have an arcuate convex shape in a cross section cut along an xz plane passing through the center of the magnetic recording layer 20 in the y direction. The surfaces of the first electrode 45 and the second electrode 55 may be formed into an arc shape due to surface tension.

絶縁層８１の表面８１ａは、第１電極４５及び第２電極５５の表面４５ａ、５５ａの少なくとも一部より－ｚ方向に位置する。絶縁層８１のｘ方向の２つの側面８１Ｓ１、８１Ｓ２は、ｚ方向に対してｘ方向に傾斜している。側面８１Ｓ１、８１Ｓ２は、ミリングにより形成される。 The surface 81a of the insulating layer 81 is located in the −z direction from at least a portion of the surfaces 45a and 55a of the first electrode 45 and the second electrode 55. Two side surfaces 81S1 and 81S2 of the insulating layer 81 in the x direction are inclined in the x direction with respect to the z direction. The side surfaces 81S1 and 81S2 are formed by milling.

第６変形例にかかる記憶素子１０１Ｂにおいても、第１領域Ｒ１の第１部分Ｒ１ａ’の面積が第２領域Ｒ２の第２部分Ｒ２ａ’の面積より広いため、記憶素子１０１Ｂの抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。 Also in the memory element 101B according to the sixth modification, since the area of the first portion R1a' of the first region R1 is wider than the area of the second portion R2a' of the second region R2, the width of the resistance change of the memory element 101B ( dynamic range) is wide.

［第３実施形態］
図１３は、第３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３００は、記憶素子１００と、第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと、第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎと、第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎと、第１スイッチング素子１１０と、第２スイッチング素子１２０と、第３スイッチング素子１３０とを備える。図１に示す第１配線Ｃｍは、図１２に示す第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎのうちの一つである。図１に示す第２配線Ｗｐは、図１２に示す第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎのうちの一つである。図１に示す第３配線Ｒｐは、図１２に示す第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎのうちの一つである。第１スイッチング素子１１０は、例えば、図１に示す第３トランジスタＴｒ３である。第２スイッチング素子１２０は、例えば、図１に示す第１トランジスタＴｒ１である。第３スイッチング素子１３０は、例えば、図１に示す第２トランジスタＴｒ２である。また記憶素子１００は、図１に示すものに限られず、その他の変形例、その他の実施形態の構成でもよい。 [Third embodiment]
FIG. 13 is a configuration diagram of a magnetic recording array according to the third embodiment. The magnetic recording array 300 includes a memory element 100, first wirings Cm1 to Cmn, second wirings Wp1 to Wpn, third wirings Rp1 to Rpn, a first switching element 110, a second switching element 120, and a second wiring Cm1 to Cmn. 3 switching elements 130. The first wiring Cm shown in FIG. 1 is one of the first wirings Cm1 to Cmn shown in FIG. The second wiring Wp shown in FIG. 1 is one of the second wirings Wp1 to Wpn shown in FIG. 12. The third wiring Rp shown in FIG. 1 is one of the third wirings Rp1 to Rpn shown in FIG. 12. The first switching element 110 is, for example, the third transistor Tr3 shown in FIG. 1. The second switching element 120 is, for example, the first transistor Tr1 shown in FIG. 1. The third switching element 130 is, for example, the second transistor Tr2 shown in FIG. 1. Further, the memory element 100 is not limited to that shown in FIG. 1, and may have a configuration of other modifications or other embodiments.

＜第１配線、第２配線、第３配線＞
第１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で用いられる配線である。第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、基準電位と電気的に接続されている。例えば、第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎが接地されている場合、基準電位はグラウンドとなる。また第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の記憶素子１００のうち少なくとも一つの記憶素子１００に接続されている。第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎは、複数の記憶素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の記憶素子１００に亘って設けられてもよい。 <First wiring, second wiring, third wiring>
The first wirings Cm1 to Cmn are common wirings. The common wiring is a wiring used both when writing and reading data. The first wirings Cm1 to Cmn are electrically connected to a reference potential. For example, when the first wirings Cm1 to Cmn are grounded, the reference potential becomes ground. Further, the first wirings Cm1 to Cmn are connected to at least one memory element 100 among the plurality of memory elements 100. The first wirings Cm1 to Cmn may be provided in each of the plurality of memory elements 100, or may be provided across the plurality of memory elements 100.

第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、書き込み配線である。第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、複数の記憶素子１００のうち少なくとも２つ以上の記憶素子１００と電気的に接続されている。第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎは、磁気記録アレイ３００の使用時に、電源と接続される。 The second wirings Wp1 to Wpn are write wirings. The second wirings Wp1 to Wpn are electrically connected to at least two or more memory elements 100 among the plurality of memory elements 100. The second wirings Wp1 to Wpn are connected to a power source when the magnetic recording array 300 is used.

第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、読み出し配線である。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、複数の記憶素子１００のうち少なくとも１つ以上の記憶素子１００と電気的に接続されている。第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎは、磁気記録アレイ３００の使用時に、電源と接続される。 The third wirings Rp1 to Rpn are read wirings. The third wirings Rp1 to Rpn are electrically connected to at least one memory element 100 among the plurality of memory elements 100. The third wirings Rp1 to Rpn are connected to a power source when the magnetic recording array 300 is used.

＜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＞
第１スイッチング素子１１０は、記憶素子１００のそれぞれと第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎとの間に接続されている。第２スイッチング素子１２０は、記憶素子１００のそれぞれと第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎとの間に接続されている。第３スイッチング素子１３０は、記憶素子１００のそれぞれと第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎとの間に接続されている。 <First switching element, second switching element, third switching element>
The first switching element 110 is connected between each of the memory elements 100 and the first wirings Cm1 to Cmn. The second switching element 120 is connected between each of the memory elements 100 and the second wirings Wp1 to Wpn. The third switching element 130 is connected between each of the memory elements 100 and the third wirings Rp1 to Rpn.

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、所定の記憶素子１００に接続された第１配線Ｃｍ１～Ｃｍｎと第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎ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、所定の記憶素子１００に接続された第１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。 When the first switching element 110 and the second switching element 120 are turned on, a write current flows between the first wirings Cm1 to Cmn and the second wirings Wp1 to Wpn connected to a predetermined memory element 100. When the first switching element 110 and the third switching element 130 are turned on, a read current flows between the first wirings Cm1 to Cmn and the third wirings Rp1 to Rpn connected to a predetermined memory element 100.

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。例えば、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として、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もの、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もの、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もの、原子位置の変化に伴い伝導性が変化するもの等を用いることができる。 The first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130 are elements that control the flow of current. For example, as the first switching element 110, the second switching element 120, and the third switching element 130, a transistor, an Ovonic Threshold Switch (OTS) that utilizes a phase change in a crystal layer, a metal-insulator transition (MIT) switches that utilize changes in band structure, such as Zener diodes and avalanche diodes that utilize breakdown voltage, and those that change conductivity as the atomic position changes can be used.

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、一つの第２配線Ｗｐ１～Ｗｐｎ又は一つの第３配線Ｒｐ１～Ｒｐｎに接続された記憶素子１００で、共用してもよい。例えば、いずれかの第２配線Ｗｐｎの上流側に一つの第２スイッチング素子１２０を設けてもよい。また例えば、いずれかの第３配線Ｒｐｎの上流側に一つの第３スイッチング素子１３０を設けてもよい。各記憶素子１００に接続された第１スイッチング素子１１０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、特定の記憶素子１００を選択できる。 The second switching element 120 and the third switching element 130 may be shared by the memory element 100 connected to one second wiring Wp1 to Wpn or one third wiring Rp1 to Rpn. For example, one second switching element 120 may be provided upstream of any second wiring Wpn. Further, for example, one third switching element 130 may be provided on the upstream side of any third wiring Rpn. By switching ON/OFF of the first switching element 110 connected to each memory element 100, a specific memory element 100 can be selected.

磁気記録アレイ３００は、記憶素子１００が複数集積されている。それぞれの記憶素子１００の抵抗変化の幅（ダイナミックレンジ）は広い。したがって、それぞれの記憶素子１００が記録するデータのノイズによる影響が抑制され、磁気記録アレイ３００のデータの信頼性がより高まる。 The magnetic recording array 300 has a plurality of memory elements 100 integrated therein. The width of resistance change (dynamic range) of each memory element 100 is wide. Therefore, the influence of noise on the data recorded by each memory element 100 is suppressed, and the reliability of the data in the magnetic recording array 300 is further increased.

１０、１１ 第１強磁性層
２０、２１ 磁気記録層
２７ 磁壁
２８ 第１磁区
２９ 第２磁区
３０、３１ 非磁性層
４０、４１、４３、４４、４５ 第１電極
５０、５１、５２、５３、５４、５５ 第２電極
６０ 基板
７０ 層間絶縁膜
８０ 絶縁層
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１０１ 半導体装置
１１０ 第１スイッチング素子
１２０ 第２スイッチング素子
１３０ 第３スイッチング素子
２００ 磁気記録アレイ
２０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
１１Ｓ１、２１Ｓ１、３１Ｓ１、４３Ｓ１、４４Ｓ１、５３Ｓ１、５４Ｓ１ 第１側面
１１Ｓ２、２１Ｓ２、３１Ｓ２、４３Ｓ２、４４Ｓ２、５３Ｓ２、５４Ｓ２ 第２側面
４３ｐ１、４４ｐ１、５３ｐ１、５４ｐ１ 第１傾斜部
４３ｐ２、５３ｐ２ 第２部
４４ｐ２、５４ｐ２ 第２傾斜部
Ｒ１ 第１領域
Ｒ１ａ、Ｒ１ａ’ 第１部分
Ｒ２ａ、Ｒ２ａ’ 第２部分
Ｒ２ 第２領域
Ｒ３ 第３領域
Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ２８、Ｍ２９、Ｍ４０、Ｍ４３、Ｍ４４、Ｍ５２ 磁化
Ｃｍ１～Ｃｍｎ 第１配線
Ｗｐ１～Ｗｐｎ 第２配線
Ｒｐ１～Ｒｐｎ 第３配線 10, 11 First ferromagnetic layer 20, 21 Magnetic recording layer 27 Domain wall 28 First magnetic domain 29 Second magnetic domain 30, 31 Nonmagnetic layer 40, 41, 43, 44, 45 First electrode 50, 51, 52, 53, 54, 55 Second electrode 60 Substrate 70 Interlayer insulating film 80 Insulating layer 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 101 Semiconductor device 110 First switching element 120 Second switching element 130 Third switching element 200 Magnetic recording array 20a , 40a, 50a, 60a First side 20b Second side 11S1, 21S1, 31S1, 43S1, 44S1, 53S1, 54S1 First side 11S2, 21S2, 31S2, 43S2, 44S2, 53S2, 54S2 Second side 43p1, 44p1, 53p1 , 54p1 First slope portion 43p2, 53p2 Second portion 44p2, 54p2 Second slope portion R1 First region R1a, R1a' First portion R2a, R2a' Second portion R2 Second region R3 Third region M 10 , M 11 , M 28 , M 29 , M 40 , M 43 , M 44 , M 52 Magnetization Cm1 to Cmn First wiring Wp1 to Wpn Second wiring Rp1 to Rpn Third wiring

Claims (7)

第１強磁性層と、
前記第１強磁性層に対して第１方向に位置し、第２方向に延びる磁気記録層と、
前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に位置する非磁性層と、
前記磁気記録層の前記非磁性層と反対側に位置し、前記第１方向において前記磁気記録層の一部とそれぞれ重なる第１電極と第２電極と、を備え、
前記第１電極は、前記第１強磁性層の磁化の向きと異なる方向に磁化が配向した磁性体を含み、
前記磁気記録層は、前記第１電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第１領域と、前記第２電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とに挟まれる第３領域とを有し、
前記第１領域の前記第１電極と対向する第１部分の面積は、前記第２領域の前記第２電極と対向する第２部分の面積より広く、
前記第１強磁性層は、前記第１方向において前記第１電極及び前記第２電極の一部と重なり、
前記磁気記録層の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に広がる切断面において、
前記第１電極は、第１側面と、前記第１側面より前記第２電極の近くに位置する第２側面と、を有し、
前記第１側面は、前記第２側面の前記第１方向に対する傾斜角より大きな傾斜角を有する部分を有する、磁壁移動素子。 a first ferromagnetic layer;
a magnetic recording layer located in a first direction with respect to the first ferromagnetic layer and extending in a second direction;
a nonmagnetic layer located between the first ferromagnetic layer and the magnetic recording layer;
a first electrode and a second electrode located on the opposite side of the magnetic recording layer to the non-magnetic layer and respectively overlapping a part of the magnetic recording layer in the first direction;
The first electrode includes a magnetic material whose magnetization is oriented in a direction different from the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer,
The magnetic recording layer includes a first region that overlaps with the first electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction, and a second region that overlaps with the second electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction. and a third region sandwiched between the first region and the second region,
The area of the first portion of the first region facing the first electrode is larger than the area of the second portion of the second region facing the second electrode,
The first ferromagnetic layer partially overlaps the first electrode and the second electrode in the first direction,
In a cut plane passing through the center of the magnetic recording layer in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction and extending in the first direction and the second direction,
The first electrode has a first side surface and a second side surface located closer to the second electrode than the first side surface,
The first side surface has a portion having an inclination angle larger than the inclination angle of the second side surface with respect to the first direction . 第１強磁性層と、
前記第１強磁性層に対して第１方向に位置し、第２方向に延びる磁気記録層と、
前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に位置する非磁性層と、
前記磁気記録層の前記非磁性層と反対側に位置し、前記第１方向において前記磁気記録層の一部とそれぞれ重なる第１電極と第２電極と、を備え、
前記第１電極は、前記第１強磁性層の磁化の向きと異なる方向に磁化が配向した磁性体を含み、
前記磁気記録層は、前記第１電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第１領域と、前記第２電極及び前記第１強磁性層と前記第１方向において重なる第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とに挟まれる第３領域とを有し、
前記第１領域の前記第１電極と対向する第１部分の面積は、前記第２領域の前記第２電極と対向する第２部分の面積より広く、
前記第１強磁性層は、前記第１方向において前記第１電極及び前記第２電極の一部と重なり、
前記磁気記録層の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の中心を通り、前記第１方向及び前記第２方向に広がる切断面において、
前記第１電極は、第１側面と、前記第１側面より前記第２電極の近くに位置する第２側面と、を有し、
前記第１側面は、前記第１方向に対する傾きが不連続に変化する部分を有する、磁壁移動素子。 a first ferromagnetic layer;
a magnetic recording layer located in a first direction with respect to the first ferromagnetic layer and extending in a second direction;
a nonmagnetic layer located between the first ferromagnetic layer and the magnetic recording layer;
a first electrode and a second electrode located on the opposite side of the magnetic recording layer to the non-magnetic layer and respectively overlapping a part of the magnetic recording layer in the first direction;
The first electrode includes a magnetic material whose magnetization is oriented in a direction different from the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer,
The magnetic recording layer includes a first region that overlaps with the first electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction, and a second region that overlaps with the second electrode and the first ferromagnetic layer in the first direction. and a third region sandwiched between the first region and the second region,
The area of the first portion of the first region facing the first electrode is larger than the area of the second portion of the second region facing the second electrode,
The first ferromagnetic layer partially overlaps the first electrode and the second electrode in the first direction,
In a cut plane passing through the center of the magnetic recording layer in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction and extending in the first direction and the second direction,
The first electrode has a first side surface and a second side surface located closer to the second electrode than the first side surface,
The first side surface is a domain wall moving element having a portion in which an inclination with respect to the first direction changes discontinuously . 前記第２電極は、前記第１強磁性層の磁化の向きと同じ方向に磁化が配向した磁性体を含む、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。 3. The domain wall motion element according to claim 1 , wherein the second electrode includes a magnetic material whose magnetization is oriented in the same direction as the magnetization direction of the first ferromagnetic layer. 基板をさらに有し、
前記第１強磁性層は、前記磁気記録層より前記基板の近くに位置する、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。 further comprising a substrate;
3. The domain wall displacement element according to claim 1, wherein the first ferromagnetic layer is located closer to the substrate than the magnetic recording layer. 前記磁気記録層の前記第３領域を覆う絶縁層をさらに有する、請求項４に記載の磁壁移動素子。 The domain wall displacement element according to claim 4 , further comprising an insulating layer covering the third region of the magnetic recording layer. 基板をさらに有し、
前記第１強磁性層は、前記磁気記録層より前記基板から遠い位置にある、請求項１又は２に記載の磁壁移動素子。 further comprising a substrate;
3. The domain wall displacement element according to claim 1 , wherein the first ferromagnetic layer is located further from the substrate than the magnetic recording layer. 請求項１～６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。 A magnetic recording array comprising a plurality of domain wall displacement elements according to any one of claims 1 to 6 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220359817A1 (en) * 2019-07-05 2022-11-10 Tdk Corporation Magnetic element and magnetic memory array
WO2022070378A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-07 Tdk株式会社 Domain wall displacement element and magnetic array
WO2023067770A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Tdk株式会社 Magnetic domain wall movement element, magnetic recording array, and magnetic memory

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009057504A1 (en) 2007-11-02 2009-05-07 Nec Corporation Magnetoresistive element, magnetic random access memory, and initialization method thereof
WO2010113748A1 (en) 2009-03-31 2010-10-07 日本電気株式会社 Ferromagnetic random access memory
WO2010125941A1 (en) 2009-04-28 2010-11-04 日本電気株式会社 Screening method for magnetoresistive storage device
JP2013175598A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Renesas Electronics Corp Domain wall motion element manufacturing method
JP2013239520A (en) 2012-05-14 2013-11-28 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method for manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009057504A1 (en) 2007-11-02 2009-05-07 Nec Corporation Magnetoresistive element, magnetic random access memory, and initialization method thereof
WO2010113748A1 (en) 2009-03-31 2010-10-07 日本電気株式会社 Ferromagnetic random access memory
WO2010125941A1 (en) 2009-04-28 2010-11-04 日本電気株式会社 Screening method for magnetoresistive storage device
JP2013175598A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Renesas Electronics Corp Domain wall motion element manufacturing method
JP2013239520A (en) 2012-05-14 2013-11-28 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method for manufacturing the same

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