WO2023112087A1 - 磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ - Google Patents

磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ Download PDF

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WO2023112087A1
WO2023112087A1 PCT/JP2021/045829 JP2021045829W WO2023112087A1 WO 2023112087 A1 WO2023112087 A1 WO 2023112087A1 JP 2021045829 W JP2021045829 W JP 2021045829W WO 2023112087 A1 WO2023112087 A1 WO 2023112087A1
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WO
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layer
spin
orbit torque
region
magnetization
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PCT/JP2021/045829
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智生 佐々木
陽平 塩川
Original Assignee
Tdk株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components

Definitions

  • the present invention relates to magnetization rotation elements, magnetoresistive elements, and magnetic memories.
  • a giant magnetoresistive (GMR) element consisting of a multilayer film of a ferromagnetic layer and a non-magnetic layer, and a tunnel magnetoresistive (TMR) element using an insulating layer (tunnel barrier layer, barrier layer) as a non-magnetic layer are magnetoresistive known as an effect element.
  • GMR giant magnetoresistive
  • TMR tunnel magnetoresistive
  • Magnetoresistive elements can be applied to magnetic sensors, high-frequency components, magnetic heads, and nonvolatile random access memories (MRAM).
  • An MRAM is a memory element in which magnetoresistive elements are integrated.
  • the MRAM reads and writes data by utilizing the characteristic that the resistance of the magnetoresistive element changes when the directions of magnetization of two ferromagnetic layers sandwiching a nonmagnetic layer in the magnetoresistive element change.
  • the magnetization direction of the ferromagnetic layer is controlled using, for example, a magnetic field generated by an electric current. Further, for example, the magnetization direction of the ferromagnetic layer is controlled using spin transfer torque (STT) generated by applying a current in the stacking direction of the magnetoresistive effect element.
  • STT spin transfer torque
  • SOT spin-orbit torque
  • SOT is induced by a spin current caused by spin-orbit interaction or by the Rashba effect at the interface of dissimilar materials.
  • a current for inducing SOT in the magnetoresistive element flows in a direction intersecting the lamination direction of the magnetoresistive element. In other words, there is no need to pass a current in the lamination direction of the magnetoresistive effect element, and a longer life of the magnetoresistive effect element is expected.
  • a magnetoresistive element using SOT needs to break the symmetry of magnetization reversal for stable magnetization reversal.
  • the symmetry of magnetization reversal can be broken, for example, by applying an external magnetic field.
  • a source for generating an external magnetic field is provided separately, the size of the device will increase and the manufacturing process will become complicated. Therefore, a magnetization rotation element, a magnetoresistive effect element, and a magnetic memory capable of stable magnetization reversal even in the absence of a magnetic field are desired.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a rotating magnetization element, a magnetoresistive effect element, and a magnetic memory that are capable of stable magnetization reversal even in the absence of a magnetic field.
  • the present invention provides the following means.
  • a magnetization rotation element includes a spin-orbit torque wire and a first ferromagnetic layer connected to the spin-orbit torque wire.
  • the spin-orbit torque wiring has a length in the first direction that is longer than a length in the second direction when viewed from the stacking direction.
  • the spin-orbit torque wiring has a first region and a second region at different positions in the first direction.
  • the first region and the second region are symmetrical in the first direction with respect to a plane perpendicular to the first direction passing through the geometric center of the first ferromagnetic layer when viewed from the stacking direction. in a good position.
  • the first area and the second area have different components.
  • the magnetization rotation element, the magnetoresistive effect element, and the magnetic memory according to the present invention are capable of magnetization reversal even under no magnetic field.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a magnetic memory according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a characteristic portion of a magnetic memory according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a plan view of a magnetoresistive element according to a first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 1 is a circuit diagram of
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive effect element according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a second embodiment;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a third embodiment; It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the magnetoresistive effect element concerning 3rd Embodiment. It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the magnetoresistive effect element concerning 3rd Embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a fourth embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a fifth embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetization rotating element according to a sixth embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element according to a seventh embodiment;
  • the x direction is, for example, the longitudinal direction of the spin orbit torque wiring 20 .
  • the z-direction is a direction orthogonal to the x-direction and the y-direction.
  • the z-direction is an example of a stacking direction in which each layer is stacked.
  • the +z direction may be expressed as “up” and the ⁇ z direction as “down”. Up and down do not necessarily match the direction in which gravity is applied.
  • connection means, for example, that the dimension in the x-direction is larger than the minimum dimension among the dimensions in the x-direction, y-direction, and z-direction. The same is true when extending in other directions.
  • connection used in this specification is not limited to physical connection. For example, “connection” includes not only the case where two layers are physically in contact with each other, but also the case where two layers are connected to each other with another layer interposed therebetween.
  • connection in this specification also includes electrical connection.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic memory 200 according to the first embodiment.
  • the magnetic memory 200 includes a plurality of magnetoresistive effect elements 100, a plurality of write wirings WL, a plurality of common wirings CL, a plurality of read wirings RL, a plurality of first switching elements Sw1, and a plurality of second switching elements. Sw2 and a plurality of third switching elements Sw3.
  • the magnetoresistive elements 100 are arranged in an array.
  • Each write wiring WL electrically connects a power supply and one or more magnetoresistive elements 100 .
  • Each common line CL is a line that is used both when writing data and when reading data.
  • Each common line CL electrically connects the reference potential and one or more magnetoresistive elements 100 .
  • the reference potential is, for example, ground.
  • the common wiring CL may be provided for each of the plurality of magnetoresistive effect elements 100 or may be provided across the plurality of magnetoresistive effect elements 100 .
  • Each read wiring RL electrically connects the power supply and one or more magnetoresistive elements 100 .
  • a power source is connected to the magnetic memory 200 during use.
  • Each magnetoresistive element 100 is connected to each of the first switching element Sw1, the second switching element Sw2, and the third switching element Sw3.
  • the first switching element Sw1 is connected between the magnetoresistive element 100 and the write wiring WL.
  • the second switching element Sw2 is connected between the magnetoresistive element 100 and the common line CL.
  • the third switching element Sw3 is connected to the read wiring RL extending over the plurality of magnetoresistive elements 100 .
  • a write current flows between the write wiring WL connected to the predetermined magnetoresistive effect element 100 and the common wiring CL. Data is written to the predetermined magnetoresistive element 100 by the flow of the write current.
  • a read current flows between the common line CL connected to the predetermined magnetoresistive effect element 100 and the read line RL. Data is read from a predetermined magnetoresistive element 100 by flowing a read current.
  • the first switching element Sw1, the second switching element Sw2, and the third switching element Sw3 are elements that control the flow of current.
  • the first switching element Sw1, the second switching element Sw2, and the third switching element Sw3 are, for example, a transistor, an element using a phase change of a crystal layer such as an Ovonic Threshold Switch (OTS: Ovonic Threshold Switch), or a metal-insulator transition switch. (MIT) devices that use band structure changes, devices that use breakdown voltages such as Zener diodes and avalanche diodes, and devices that change conductivity with changes in atomic positions.
  • OTS Ovonic Threshold Switch
  • MIT metal-insulator transition switch.
  • the magnetoresistive effect elements 100 connected to the same read wiring RL share the third switching element Sw3.
  • the third switching element Sw3 may be provided in each magnetoresistive element 100 .
  • each magnetoresistance effect element 100 may be provided with a third switching element Sw3, and the magnetoresistance effect elements 100 connected to the same wiring may share the first switching element Sw1 or the second switching element Sw2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a characteristic portion of the magnetic memory 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross section of the magnetoresistive element 100 taken along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wiring 20, which will be described later.
  • the first switching element Sw1 and the second switching element Sw2 shown in FIG. 2 are transistors Tr.
  • the third switching element Sw3 is electrically connected to the readout line RL, and is located at a different position in the x direction in FIG. 2, for example.
  • the transistor Tr is, for example, a field effect transistor, and has a gate electrode G, a gate insulating film GI, and a source S and a drain D formed on a substrate Sub.
  • Source S and drain D are defined by the direction of current flow and are the same region. The positional relationship between the source S and the drain D may be reversed.
  • the substrate Sub is, for example, a semiconductor substrate.
  • the transistor Tr and the magnetoresistive element 100 are electrically connected through a via wiring V.
  • the via wiring V is connected to, for example, the upper or lower surface of the spin orbit torque wiring 20 of the magnetoresistive element 100 .
  • a via wiring V connects the transistor Tr and the write wiring WL or the common wiring CL.
  • the via wiring V extends, for example, in the z direction.
  • the read wiring RL is connected to the laminate 10 via the electrode E. As shown in FIG.
  • the via wiring V and the electrode E contain a conductive material.
  • the periphery of the magnetoresistive element 100 and the transistor Tr is covered with an insulating layer In.
  • the insulating layer In is an insulating layer that insulates between wirings of the multilayer wiring and between elements.
  • the insulating layer In is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), magnesium oxide (MgO), aluminum nitride (AlN), and the like.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element 100.
  • FIG. FIG. 3 is a cross section of the magnetoresistive element 100 taken along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wiring 20 .
  • FIG. 4 is a plan view of the magnetoresistive element 100 as seen from the z direction.
  • the magnetoresistive element 100 includes, for example, a laminate 10, a spin-orbit torque wire 20, and a cap layer 30.
  • the laminate 10 has a first ferromagnetic layer 1 , a second ferromagnetic layer 2 and a nonmagnetic layer 3 .
  • the periphery of the magnetoresistive element 100 is covered with, for example, a first insulating layer 91 and a second insulating layer 92 .
  • the first insulating layer 91 and the second insulating layer 92 are part of the insulating layer In described above.
  • the first insulating layer 91 is on the same layer as the laminate 10 .
  • the first insulating layer 91 surrounds the laminate 10 when viewed from above in the z direction.
  • the second insulating layer 92 is on the same layer as the spin orbit torque wiring 20 .
  • the second insulating layer 92 surrounds the spin-orbit torque wire 20 when viewed in plan from the z-direction, for example.
  • the magnetoresistive element 100 is a magnetic element that utilizes spin-orbit torque (SOT), and is sometimes referred to as a spin-orbit torque-type magnetoresistive element, a spin-injection-type magnetoresistive element, or a spin-current magnetoresistive element. .
  • SOT spin-orbit torque
  • the magnetoresistive element 100 is an element that records and saves data.
  • the magnetoresistive element 100 records data using the z-direction resistance of the laminate 10 .
  • the z-direction resistance of the stack 10 changes by applying a write current along the spin-orbit torque wiring 20 and injecting spins from the spin-orbit torque wiring 20 into the stack 10 .
  • the z-direction resistance value of the laminate 10 can be read by applying a read current to the laminate 10 in the z-direction.
  • the spin-orbit torque wire 20 has, for example, a length in the x-direction that is longer than that in the y-direction when viewed from the z-direction, and extends in the x-direction.
  • a write current flows along the spin-orbit torque wire 20 in the x-direction.
  • the spin-orbit torque wiring 20 generates a spin current by the spin Hall effect when current flows, and injects spins into the first ferromagnetic layer 1 .
  • the spin-orbit torque wiring 20 applies, for example, a spin-orbit torque (SOT) sufficient to reverse the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 to the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 .
  • SOT spin-orbit torque
  • the spin Hall effect is a phenomenon in which a spin current is induced in a direction orthogonal to the direction of current flow based on spin-orbit interaction when an electric current is passed.
  • the spin Hall effect is similar to the normal Hall effect in that a moving (moving) charge (electron) can bend its moving (moving) direction.
  • the direction of motion of charged particles moving in a magnetic field is bent by the Lorentz force.
  • the direction of spin movement can be bent simply by the movement of electrons (just the flow of current) without the presence of a magnetic field.
  • spin currents are generated in both the x and z directions.
  • Spins polarized in the +y direction are unevenly distributed on the first surface of the wiring due to the spin current, and polarized in the direction opposite to the -y direction on the second surface facing the first surface.
  • Spins eg, -spin
  • Spins accumulated in the first or second surface are injected into adjacent layers.
  • the spin-orbit torque wiring 20 has a first region 25 and a second region 26 . Both the first region 25 and the second region 26 are regions surrounding a predetermined range in the spin orbit torque wiring 20 .
  • the first region 25 and the second region 26 are located symmetrically in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the reference plane RP is a plane that passes through the geometric center of the first ferromagnetic layer 1 when viewed from the z direction and is perpendicular to the x direction.
  • the distance between the first region 25 and the reference plane RP is equal to the distance between the second region 26 and the reference plane RP.
  • the first area 25 and the second area 26 have different components.
  • the components of the first region 25 and the second region 26 are asymmetrical in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the constituent elements are, for example, composition, material, layer structure, size (thickness, width, length), shape, density, and the like. If these are different, the magnitude and sign of the spin current that affects the first ferromagnetic layer 1 from each of the first region 25 and the second region 26 are different, and from the viewpoint of the spin current, it can be said that the constituent elements are asymmetric.
  • the spin-orbit torque wiring 20 has a different sign of the spin Hall angle depending on the material selected.
  • the fact that the signs of the spin Hall angles are different means that the polarization directions of the spins injected into the first ferromagnetic layer 1 are different when the same current is passed through the spin-orbit torque wiring 20, and the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is changed. It means that the direction will be different.
  • positive spin Hall angle materials include platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), tin (Sn), tantalum nitride (TiN), vanadium nitride (VN), chromium nitride (CrN), They are titanium oxynitride (TiON), vanadium oxynitride (VON), and chromium oxynitride (CrON).
  • Materials with negative spin Hall angles include tantalum (Ta), tungsten (W), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), niobium nitride (NbN), and molybdenum nitride.
  • MoN tantalum oxynitride
  • TaON tantalum oxynitride
  • WON tungsten oxynitride
  • NbON niobium oxynitride
  • MoON molybdenum oxynitride
  • the spin-orbit torque wiring 20 includes a first layer 21 and a second layer 22 .
  • the first layer 21 is closer to the first ferromagnetic layer 1 than the second layer 22 is.
  • the first layer 21 and the second layer 22 are in direct contact with each other, for example. Between the first layer 21 and the second layer 22 there may be an intermediate layer.
  • the first layer 21 extends in the x direction.
  • the first layer 21 extends over the upper surfaces of the first insulating layer 91 and the laminate 10 sandwiching the laminate 10 .
  • the first layer 21 is, for example, plane-symmetrical with respect to the reference plane RP.
  • the reference plane RP is a plane that passes through the geometric center of the first ferromagnetic layer 1 when viewed from the z direction and is perpendicular to the x direction.
  • the first layer 21 has an overlapping portion overlapping the laminate 10 in the z-direction and a non-overlapping portion not overlapping the laminate 10 in the z-direction. There may be a step between the overlapping portion and the non-overlapping portion.
  • the second layer 22 is in contact with part of the first layer 21, for example.
  • the second layer 22 may be in direct contact with the first layer 21 or may be in contact with a layer interposed therebetween.
  • the second layer 22 overlaps part of the laminate 10 in, for example, the z-direction.
  • the second layer 22 is, for example, asymmetric with respect to the reference plane RP.
  • the spin-orbit torque wire 20 as a whole is asymmetric in the x-direction with respect to the reference plane RP.
  • the second region 26 includes the second layer 22 and is composed of the first layer 21 and the second layer 22 .
  • the first region 25 and the second region 26 have different layer configurations.
  • the first region 25 and the second region 26 differ in the number of laminated layers. Note that the number of layers included in the first region 25 and the second region 26 is not limited to this example. As long as the condition that the components of the first region 25 and the second region 26 are different is satisfied, the number of layers in each region does not matter.
  • the composition or crystal structure of the first layer 21 and the second layer 22 are different.
  • the spin Hall angle of the first layer 21 and the spin Hall angle of the second layer 22 are different because of the difference in composition or crystal structure.
  • the "spin Hall angle” is one index of the strength of the spin Hall effect, and indicates the conversion efficiency of the generated spin current with respect to the current flowing along the wiring.
  • the polarities of the spin Hall angles of the first layer 21 and the second layer 22 may be different.
  • the first layer 21 may have a positive spin Hall angle and the second layer may have a negative spin Hall angle, or vice versa.
  • the polarity of the spin Hall angle changes depending on the material forming the layer, the thickness of the layer, and the like.
  • the polarity of the spin Hall angle is different, it is different whether the spin current is generated from the first surface of the wiring toward the second surface or from the second surface of the wiring toward the first surface.
  • the polarities of the spin Hall angles are different, the polarities of the spins unevenly distributed on the first surface and the second surface are reversed. If the polarity of the spin Hall angle of the first layer 21 and the polarity of the spin Hall angle of the second layer 22 are different, the direction of the spins injected from the first layer 21 into the first ferromagnetic layer 1 and the direction of the spins injected into the first ferromagnetic layer 1 may The direction of the spins injected into the first ferromagnetic layer 1 from .
  • the first layer 21 and the second layer 22 are metals, alloys, intermetallic compounds, metal borides, metal carbides, metal silicides, and metals each having the function of generating a pure spin current by the spin Hall effect when current flows. Contains either phosphide or metal nitride.
  • the first layer 21 contains, for example, a non-magnetic heavy metal.
  • the second layer 22 contains, for example, a non-magnetic heavy metal.
  • heavy metal means a metal having a specific gravity higher than that of yttrium.
  • a non-magnetic heavy metal is, for example, a non-magnetic metal having an atomic number of 39 or higher and having d-electrons or f-electrons in the outermost shell. These non-magnetic metals have a large spin-orbit interaction that causes the spin Hall effect.
  • At least one of the first layer 21 and the second layer 22 may contain oxygen, nitrogen, or carbon. At least one of the first layer 21 and the second layer 22 may contain oxide, nitride, or carbide. The first layer 21 and the second layer 22 may be light metal oxides, nitrides, or carbides.
  • the first layer 21 contains, for example, one selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium, tin, titanium nitride, vanadium nitride, chromium nitride, titanium oxynitride, vanadium oxynitride, and chromium oxynitride.
  • tin with ⁇ structure has a large spin Hall angle, which is comparable to other topological materials.
  • the second layer 22 is selected from the group consisting of tantalum, tungsten, niobium, molybdenum, tantalum nitride, tungsten nitride, niobium nitride, molybdenum nitride, tantalum oxynitride, tungsten oxynitride, niobium oxynitride, and molybdenum oxynitride. including.
  • the thickness of the first layer 21 is, for example, equal to or less than the spin diffusion length of the material forming the first layer 21 . When this configuration is satisfied, spins generated in the second layer 22 can sufficiently reach the first ferromagnetic layer 1 through the first layer 21 .
  • the thickness of the second layer 22 is not particularly limited, it is, for example, 1 nm or more and 20 nm or less.
  • the resistivity of the spin-orbit torque wiring 20 is, for example, 1 m ⁇ cm or more. Moreover, the resistivity of the spin-orbit torque wiring 20 is, for example, 10 m ⁇ cm or less.
  • a high voltage can be applied to the spin-orbit torque wire 20 if the resistivity of the spin-orbit torque wire 20 is high.
  • spins can be efficiently supplied from the spin-orbit torque wiring 20 to the first ferromagnetic layer 1 .
  • the spin-orbit torque wiring 20 since the spin-orbit torque wiring 20 has a certain level of conductivity or more, a current path can be secured along the spin-orbit torque wiring 20, and a spin current associated with the spin Hall effect can be efficiently generated.
  • the spin-orbit torque wiring 20 may also contain a magnetic metal or a topological insulator.
  • a topological insulator is a material whose interior is an insulator or a high resistance material, but whose surface has a spin-polarized metallic state. For example, SnTe, Bi 1.5 Sb 0.5 Te 1.7 Se 1.3 , TlBiSe 2 , Bi 2 Te 3 , Bi 1-x Sb x , (Bi 1-x Sb x ) 2 Te 3 , ⁇ - Sn is an example of a topological insulator. Topological insulators can generate spin currents with high efficiency.
  • the laminate 10 is connected to the spin-orbit torque wiring 20 .
  • a spin-orbit torque wire 20 is laminated on the laminate 10 .
  • the laminate 10 and the spin-orbit torque wiring 20 may be in direct contact with each other, or may be in contact with each other with an intermediate layer interposed therebetween.
  • the z-direction resistance of the laminate 10 changes as spins are injected from the spin-orbit torque wiring 20 to the laminate 10 (first ferromagnetic layer 1).
  • the laminate 10 is sandwiched between the spin-orbit torque wire 20 and the electrode E (see FIG. 2) in the z-direction.
  • the laminate 10 is a columnar body.
  • the planar view shape of the laminate 10 in the z-direction is, for example, circular, elliptical, or quadrangular.
  • the side surface of the laminate 10 is, for example, inclined with respect to the z direction.
  • the laminate 10 has, for example, a first ferromagnetic layer 1, a second ferromagnetic layer 2, and a nonmagnetic layer 3.
  • the first ferromagnetic layer 1 is, for example, in contact with the spin-orbit torque wiring 20 and laminated on the spin-orbit torque wiring 20 .
  • Spins are injected into the first ferromagnetic layer 1 from the spin-orbit torque wiring 20 .
  • the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 receives a spin-orbit torque (SOT) due to the injected spins and changes its orientation direction.
  • SOT spin-orbit torque
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 sandwich the nonmagnetic layer 3 in the z direction.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 each have magnetization.
  • the orientation direction of the magnetization of the second ferromagnetic layer 2 is less likely to change than the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 when a predetermined external force is applied.
  • the first ferromagnetic layer 1 is called a magnetization free layer
  • the second ferromagnetic layer 2 is sometimes called a magnetization fixed layer or a magnetization reference layer.
  • the laminated body 10 shown in FIG. 3 has the magnetization fixed layer closer to the substrate Sub than the magnetization free layer, and is called a bottom pin structure.
  • the laminated body 10 changes its resistance value according to the difference in the relative angle of magnetization between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 sandwiching the nonmagnetic layer 3 .
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 contain a ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic material is, 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 or more of these metals and B, C, and N It is an alloy or the like containing the element of Ferromagnets are, for example, Co--Fe, Co--Fe--B, Ni--Fe, Co--Ho alloys, Sm--Fe alloys, Fe--Pt alloys, Co--Pt alloys and CoCrPt alloys.
  • the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 may contain a Heusler alloy.
  • Heusler alloys include intermetallic compounds with chemical compositions of XYZ or X2YZ .
  • X is a Co, Fe, Ni or Cu group transition metal element or noble metal element on the periodic table
  • Y is a Mn, V, Cr or Ti group transition metal or X element species
  • Z is a group III It is a typical element of group V from .
  • Heusler alloys are, for example, 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. Heusler alloys have high spin polarization.
  • the non-magnetic layer 3 contains a non-magnetic material.
  • the non-magnetic layer 3 is an insulator (a tunnel barrier layer)
  • its material can be Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, MgAl 2 O 4 or the like, for example.
  • materials in which part of Al, Si, and Mg are replaced with Zn, Be, etc. can also be used.
  • MgO and MgAl 2 O 4 are materials capable of realizing coherent tunneling, and thus spins can be efficiently injected.
  • the non-magnetic layer 3 is made of metal, its material can be Cu, Au, Ag, or the like.
  • the nonmagnetic layer 3 is a semiconductor, its material can be Si, Ge, CuInSe 2 , CuGaSe 2 , Cu(In, Ga)Se 2 or the like.
  • the laminate 10 may have layers other than the first ferromagnetic layer 1, the second ferromagnetic layer 2, and the nonmagnetic layer 3.
  • an underlayer may be provided between the spin-orbit torque wire 20 and the first ferromagnetic layer 1 .
  • the underlayer enhances the crystallinity of each layer forming the laminate 10 .
  • a ferromagnetic layer may be provided on the surface of the second ferromagnetic layer 2 opposite to the non-magnetic layer 3 via a spacer layer.
  • the second ferromagnetic layer 2, the spacer layer, and the ferromagnetic layer have a synthetic antiferromagnetic structure (SAF structure).
  • a synthetic antiferromagnetic structure consists of two magnetic layers sandwiching a non-magnetic layer. Due to the antiferromagnetic coupling between the second ferromagnetic layer 2 and the ferromagnetic layer, the coercive force of the second ferromagnetic layer 2 becomes larger than when the ferromagnetic layer is not provided.
  • the ferromagnetic layer is, for example, IrMn, PtMn, or the like.
  • the spacer layer contains at least one selected from the group consisting of Ru, Ir and Rh, for example.
  • the cap layer 30 is, for example, between the laminate 10 and the spin-orbit torque wiring 20 . Cap layer 30 may be omitted. The cap layer 30 may be part of a mask when manufacturing the laminate 10 . Cap layer 30 is, for example, tungsten, tantalum, ruthenium, titanium, silicon, copper, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, niobium nitride, or vanadium nitride. The cap layer 30 enhances the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 . The thickness of the cap layer 30 is, for example, equal to or less than the spin diffusion length of the cap layer 30 .
  • the magnetoresistive element 100 is formed by laminating each layer and processing a part of each layer into a predetermined shape.
  • a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an electron beam vapor deposition method (EB vapor deposition method), an atomic laser deposition method, an ion beam deposition (IBD) method, or the like can be used for stacking each layer.
  • CVD chemical vapor deposition
  • EB vapor deposition method electron beam vapor deposition method
  • IBD ion beam deposition
  • a ferromagnetic layer 42, a nonmagnetic layer 43, and a ferromagnetic layer 41 are laminated in order.
  • the ferromagnetic layer 42 is laminated on the substrate Sb or the insulating layer In, for example.
  • a mask 44 is formed at a predetermined position of the ferromagnetic layer 41 .
  • the laminate is then anisotropically etched through the mask 44 .
  • the etching leaves the lower part of the mask, and the ferromagnetic layer 42 becomes the second ferromagnetic layer 2 , the nonmagnetic layer 43 becomes the nonmagnetic layer 3 , and the ferromagnetic layer 41 becomes the first ferromagnetic layer 1 .
  • a first insulating layer 91 is formed so as to cover the laminate 10 . Then, as shown in FIG. 6, one surface of the first insulating layer 91 is removed to expose one surface of the mask 44 .
  • the removal of the first insulating layer 91 is performed, for example, by chemical mechanical polishing (CMP).
  • RIE reactive ion etching
  • the first layer 21 is formed on the first insulating layer 91 and the cap layer 30. Then, as shown in FIG. 8, the first layer 21 is formed on the first insulating layer 91 and the cap layer 30. Then, as shown in FIG. 8, the first layer 21 is formed on the first insulating layer 91 and the cap layer 30. Then, as shown in FIG.
  • a protective layer 45 is formed so as to partially cover the top surface of the first layer 21 .
  • the protective layer 45 is, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or resist.
  • the second layer 22 is formed with the protective layer 45 interposed therebetween.
  • the second layer 22 is formed on the portion of the first layer 21 not covered with the protective layer 45 .
  • the magnetoresistive element 100 has the first region 25 and the second region 26 at positions symmetrical in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the components are different. Therefore, the spin amount injected into the first ferromagnetic layer 1 from the first region 25 is different from the spin amount injected into the first ferromagnetic layer 1 from the second region 26 .
  • the magnetoresistive element 100 shown in FIG. 3 only spins generated in the first layer 21 from the first region 25 are injected into the spin-orbit torque wire 20 .
  • spins obtained by superimposing spins generated in the first layer 21 and spins generated in the second layer 22 from the second region 26 are injected into the spin-orbit torque wiring 20 .
  • the torque applied to the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 varies depending on the position of the first ferromagnetic layer 1 in the x direction. That is, the reversal symmetry of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 collapses in the x direction.
  • the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment the reversal symmetry of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is broken even without applying an external magnetic field. Therefore, the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment can stably reverse the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 even under no magnetic field.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element 101 according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross section of the magnetoresistive element 101 taken along the xz plane passing through the center of the width of the spin-orbit torque wiring 50 in the y direction.
  • a plan view of the magnetoresistive element 101 is the same as FIG.
  • the same components as those in the magnetoresistive element 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the magnetoresistive element 101 includes, for example, a laminate 10, a spin-orbit torque wire 50, and a cap layer 30.
  • the magnetoresistive element 101 differs from the magnetoresistive element 100 in the configuration of the spin-orbit torque wiring 50 .
  • the magnetoresistive element 101 can be replaced with the magnetoresistive element 100 .
  • the spin-orbit torque wiring 50 differs from the spin-orbit torque wiring 20 in layer configuration.
  • the function of the spin-orbit torque wiring 50 is similar to that of the spin-orbit torque wiring 20 .
  • the spin-orbit torque wire 50 has a first region 55 and a second region 56 . Both the first region 55 and the second region 56 are regions surrounding a predetermined range within the spin orbit torque wiring 50 .
  • the first region 55 and the second region 56 are located symmetrically in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the first area 55 and the second area 56 have different components.
  • the first region 55 consists of the first layer 51 and the second region 56 consists of the second layer 52 .
  • the spin-orbit torque wiring 50 includes a first layer 51 and a second layer 52 .
  • the first layer 51 and the second layer 52 are located at different positions in the x direction.
  • the side surfaces of the first layer 51 and the second layer 52 are in direct contact with each other.
  • the first layer 51 and the second layer 52 differ, for example, in composition, crystal structure, layer structure, or constituent materials.
  • the spin orbit torque wire 50 is generally asymmetric in the x-direction with respect to the reference plane RP.
  • a material similar to that of the first layer 21 can be used for the first layer 51 .
  • a material similar to that of the second layer 22 can be used for the second layer 52 .
  • a boundary surface 57 exists between the first layer 51 and the second layer 52 .
  • the boundary surface 57 is located somewhere between the first surface 58 and the second surface 59 .
  • the first surface 58 is positioned outwardly away from the reference plane RP by the spin diffusion length of the second layer 52 from the x-direction first end E1 of the first ferromagnetic layer 1 .
  • the second surface 59 is positioned outwardly away from the reference surface RP by the spin diffusion length of the first layer 51 from the second end E2 of the first ferromagnetic layer 1 in the x direction. If the interface 57 is within this range, the spins generated in each of the first layer 51 and the second layer 52 can be sufficiently injected into the first ferromagnetic layer 1 .
  • the magnetoresistive element 101 according to the second embodiment can be manufactured by the same procedure as the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment up to the procedure of FIG. 6 or FIG.
  • the spin-orbit torque wiring 50 can be produced, for example, by forming the first layer 51 and the second layer 52 only at predetermined positions using a mask.
  • the spin orbit torque wiring 50 may be fabricated by removing unnecessary portions after forming the first layer 51 and forming the second layer 52 on the removed portions.
  • the magnetoresistive element 101 according to the second embodiment has the first region 55 and the second region 56 at positions symmetrical in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the components are different. Therefore, the reversal symmetry of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 collapses in the x direction. Therefore, the magnetoresistive element 101 according to the second embodiment can stably reverse the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 even under no magnetic field.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element 102 according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a cross section of the magnetoresistive element 102 taken along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wiring 60 .
  • a plan view of the magnetoresistive element 102 is the same as FIG.
  • Components of the magnetoresistive element 102 that are the same as those of the magnetoresistive element 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the magnetoresistive element 102 includes, for example, a laminate 10, a spin-orbit torque wire 60, and a cap layer 30.
  • the magnetoresistive element 102 differs from the magnetoresistive element 100 in the configuration of the spin-orbit torque wiring 60 .
  • the magnetoresistive element 102 can be replaced with the magnetoresistive element 100 .
  • the spin-orbit torque wiring 60 differs from the spin-orbit torque wiring 20 in layer configuration.
  • the function of the spin-orbit torque wiring 60 is similar to that of the spin-orbit torque wiring 20 .
  • the spin-orbit torque wiring 60 has a first region 65 and a second region 66 . Both the first region 65 and the second region 66 are regions surrounding a predetermined range within the spin orbit torque wiring 50 .
  • the first region 65 and the second region 66 are located symmetrically in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the first area 65 and the second area 66 have different components.
  • Both the first region 65 and the second region 66 are composed of the first layer 61 and the second layer 62 .
  • the proportion of the first layer 61 in the first region 65 differs from the proportion of the first layer 61 in the second region 66 .
  • the spin-orbit torque wiring 60 includes a first layer 61 and a second layer 62 .
  • the second layer 62 is on the first layer 61, for example.
  • the side surfaces of the first layer 61 and the second layer 62 are in direct contact with each other.
  • the first layer 61 and the second layer 62 differ, for example, in composition, crystal structure, layer structure, or constituent material.
  • the spin-orbit torque wire 60 is generally asymmetric in the x-direction with respect to the reference plane RP.
  • a material similar to that of the first layer 21 can be used for the first layer 61 .
  • a material similar to that of the second layer 22 can be used for the second layer 62 .
  • a boundary surface 67 exists between the first layer 61 and the second layer 62 .
  • Boundary surface 67 is preferably between first surface 68 and second surface 69 .
  • the first surface 68 corresponds to the first surface 58 and the second surface 69 corresponds to the second surface 59 . It is more preferable that the boundary surface 67 on the first surface S1 overlaps with the first ferromagnetic layer 1 in the z-direction.
  • the boundary surface 67 is, for example, inclined in the x direction with respect to the z direction.
  • a first boundary surface 61s of the first layer 61 facing the second layer 62 in the x direction is inclined in the x direction with respect to the z direction.
  • a second boundary surface 62s of the second layer 62 facing the first layer 61 in the x direction is inclined in the x direction with respect to the z direction.
  • the magnetoresistive element 102 according to the third embodiment can be manufactured by the same procedure as the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment up to the procedure of FIG.
  • the spin-orbit torque wiring 60 can be produced by the following procedure.
  • the first layer 61 is formed on the first insulating layer 91 and the cap layer 30 using an ion beam deposition (IBD) method.
  • IBD ion beam deposition
  • the ion beam IB1 for forming the first layer 61 is applied from a direction inclined from the z direction to the +x direction.
  • the ion beam IB1 is irradiated from an oblique direction, one side of the recess Dp (the front side in the beam irradiation direction) is shadowed by the first insulating layer 91 forming the side wall of the recess Dp, and a layer is formed by the shadowing effect. Hateful.
  • the first boundary surface 61s of the first layer 61 is inclined in the x direction.
  • a second layer 62 is formed on the first layer 61 using an ion beam deposition (IBD) method.
  • IBD ion beam deposition
  • the ion beam IB2 for forming the second layer 62 is applied from a direction inclined from the z direction to the ⁇ x direction.
  • the irradiation direction of the ion beam IB2 is opposite to the irradiation direction of the ion beam IB1 in the x direction.
  • the second layer 62 is formed only in the film-forming portion of the concave portion Dp, and the spin-orbit torque wiring 60 is obtained.
  • the magnetoresistive element 102 according to the third embodiment has the first region 65 and the second region 66 at positions symmetrical in the x direction with respect to the reference plane RP, and the first region 65 and the second region 66 are The components are different. Therefore, the reversal symmetry of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 collapses in the x direction. Therefore, the magnetoresistive element 102 according to the third embodiment can stably reverse the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 even under no magnetic field.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element 103 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a cross section of the magnetoresistive element 103 taken along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wire 60A.
  • a plan view of the magnetoresistive element 103 is the same as FIG.
  • the same components as those of the magnetoresistive element 102 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the magnetoresistive element 103 differs from the magnetoresistive element 102 in the configuration of the spin-orbit torque wiring 60A.
  • the spin-orbit torque wiring 60A differs from the spin-orbit torque wiring 60 in that it has an intermediate layer 63 .
  • the magnetoresistive element 103 can be replaced with the magnetoresistive element 100 .
  • the intermediate layer 63 is between the first layer 61 and the second layer 62 .
  • Intermediate layer 63 contains any one of ruthenium, iridium, copper, aluminum, silver, and silicon.
  • the intermediate layer 63 suppresses spin interference between the first layer 61 and the second layer 62 .
  • the thickness of the intermediate layer 63 is preferably equal to or less than the spin diffusion length of the intermediate layer 63 .
  • the spin-orbit torque wire 60A having the intermediate layer 63 has many lamination interfaces and can be injected more efficiently into the first ferromagnetic layer 1 by the Rashba effect.
  • the magnetoresistive element 103 according to the fourth embodiment can be manufactured in the same procedure as the magnetoresistive element 102 according to the third embodiment by forming the intermediate layer 63 before forming the second layer 62 .
  • the magnetoresistive element 103 according to the fourth embodiment has the first region 65 and the second region 66 at positions symmetrical in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the components are different. Therefore, the reversal symmetry of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 collapses in the x direction. Therefore, the magnetoresistive element 103 according to the fourth embodiment can stably reverse the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 even under no magnetic field.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element 104 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a cross section of the magnetoresistive element 104 taken along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wire 60B.
  • a plan view of the magnetoresistive element 104 is the same as FIG.
  • the same components as those of the magnetoresistive element 103 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the magnetoresistive element 104 differs from the magnetoresistive element 103 in the configuration of the spin-orbit torque wiring 60B.
  • the magnetoresistive element 104 can be replaced with the magnetoresistive element 100 .
  • a spin-orbit torque wire 60B is obtained by removing an upper portion of the spin-orbit torque wire 60A.
  • the first layer 61, the second layer 62 and the intermediate layer 63 are exposed on the second surface S2 of the spin-orbit torque wiring 60B on the far side from the first ferromagnetic layer 1. As shown in FIG.
  • the magnetoresistive element 104 according to the fifth embodiment can obtain the same effect as the magnetoresistive element 103 according to the fourth embodiment. Further, since the thickness of the spin orbit torque wiring 60B is thin, the current density of the spin orbit torque wiring 60B can be increased.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element 105 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a cross section of the magnetoresistive element 105 cut along the xz plane passing through the center of the y-direction width of the spin-orbit torque wiring 70 .
  • a plan view of the magnetoresistive element 105 is the same as FIG.
  • Components of the magnetoresistive element 105 that are the same as those of the magnetoresistive element 100 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the magnetoresistive element 105 includes, for example, a laminate 10 and a spin-orbit torque wire 70 .
  • the magnetoresistive element 105 differs from the magnetoresistive element 100 in the stacking order of the laminate 10 and the spin orbit torque wiring 70 .
  • the magnetoresistive element 105 can be replaced with the magnetoresistive element 100 .
  • the spin-orbit torque wiring 70 has a first layer 71 and a second layer 72 .
  • the first layer 71 is similar to the first layer 21 and the second layer 72 is similar to the second layer 22 .
  • the first layer 71 overlies the second layer 72 .
  • the second layer 72 is partially in contact with the first layer 71 .
  • Spin-orbit torque wire 70 has a first region 75 and a second region 76 .
  • the first region 75 and the second region 76 are located symmetrically in the x direction with respect to the reference plane RP.
  • the first area 75 and the second area 76 have different components.
  • a laminate 10 shown in FIG. 16 has a top-pin structure in which the magnetization fixed layer (second ferromagnetic layer 2) is located farther from the substrate Sub than the magnetization free layer (first ferromagnetic layer 1).
  • the magnetoresistance effect element 105 according to the sixth embodiment differs only in the positional relationship of each component, and the same effect as the magnetoresistance effect element 100 according to the first embodiment can be obtained.
  • the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment has the top-pin structure here, the magnetoresistive elements according to the second to fifth embodiments may have the top-pin structure.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the magnetization rotating element 106 according to the seventh embodiment.
  • the magnetization rotating element 106 is replaced with the magnetoresistive effect element 100 according to the first embodiment.
  • the magnetization rotation element 106 makes light incident on the first ferromagnetic layer 1 and evaluates the light reflected by the first ferromagnetic layer 1 .
  • the magnetization rotating element 106 can be used, for example, as an optical element such as an image display device that utilizes the difference in the polarization state of light.
  • the magnetization rotation element 106 can be used alone as an anisotropic magnetic sensor, an optical element using the magnetic Faraday effect, or the like.
  • the spin-orbit torque wiring 20 of the magnetization rotating element 106 has a first layer 21 and a second layer 22 .
  • the magnetization rotation element 106 according to the seventh embodiment is obtained by removing the nonmagnetic layer 3 and the second ferromagnetic layer 2 from the magnetoresistive element 100, and is different from the magnetoresistive element 100 according to the first embodiment. A similar effect can be obtained.
  • the non-magnetic layer 3 and the second ferromagnetic layer 2 may be removed from each of the second to sixth embodiments to form a magnetization rotating element.

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Abstract

この磁化回転素子は、スピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線に接続された第１強磁性層と、を備え、前記スピン軌道トルク配線は、積層方向から見て第１方向の長さが第２方向の長さより長く、前記スピン軌道トルク配線は、前記積層方向から見た際の前記第１強磁性層の幾何中心を通り前記第１方向と直交する面を基準面に対して対称な位置関係にある第１領域と第２領域との構成要素が異なり、前記第１方向に非対称である。

Description

磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
　本発明は、磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリに関する。
　強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、及び、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）を用いたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子は、磁気抵抗効果素子として知られている。磁気抵抗効果素子は、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）への応用が可能である。
　ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子が集積された記憶素子である。ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子における非磁性層を挟む二つの強磁性層の互いの磁化の向きが変化すると、磁気抵抗効果素子の抵抗が変化するという特性を利用してデータを読み書きする。強磁性層の磁化の向きは、例えば、電流が生み出す磁場を利用して制御する。また例えば、強磁性層の磁化の向きは、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すことで生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して制御する。
　ＳＴＴを利用して強磁性層の磁化の向きを書き換える場合、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す。書き込み電流は、磁気抵抗効果素子の特性劣化の原因となる。
　近年、書き込み時に磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流さなくてもよい方法に注目が集まっている（例えば、特許文献１）。その一つの方法が、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を利用した書込み方法である。ＳＯＴは、スピン軌道相互作用によって生じたスピン流又は異種材料の界面におけるラシュバ効果により誘起される。磁気抵抗効果素子内にＳＯＴを誘起するための電流は、磁気抵抗効果素子の積層方向と交差する方向に流れる。すなわち、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流す必要がなく、磁気抵抗効果素子の長寿命化が期待されている。
特開２０１７－２１６２８６号公報
　ＳＯＴを利用した磁気抵抗効果素子は、安定した磁化反転のために、磁化反転の対称性を崩すことが必要であると言われている。磁化反転の対称性は、例えば、外部磁場を印加することで崩すことができる。一方で、微細な素子のそれぞれに対して適切な外部磁場を印加することは難しい。また外部磁場の発生源を別途設けると、素子サイズの大型化や製造プロセスの複雑化を招く。そのため、無磁場でも安定した磁化反転が可能な磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリが求められている。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、無磁場化でも安定した磁化反転が可能な磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリを提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
　本実施形態にかかる磁化回転素子は、スピン軌道トルク配線と、前記スピン軌道トルク配線に接続された第１強磁性層と、を備える。前記スピン軌道トルク配線は、積層方向から見て第１方向の長さが第２方向の長さより長い。前記スピン軌道トルク配線は、前記第１方向の異なる位置に第１領域と第２領域とを有する。前記第１領域と前記第２領域とは、前記積層方向から見た際の前記第１強磁性層の幾何中心を通り前記第１方向と直交する面を基準面に、前記第１方向に対称な位置にある。前記第１領域と前記第２領域とは、構成要素が異なる。
　本発明にかかる磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリは、無磁場下でも磁化反転が可能である。
第１実施形態にかかる磁気メモリの回路図である。 第１実施形態にかかる磁気メモリの特徴部分の断面図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の平面図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 第４実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第５実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第６実施形態にかかる磁化回転素子の断面図である。 第７実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。
　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、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。
　まず方向について定義する。後述する基板Ｓｕｂ（図２参照）の一面の一方向をｘ方向、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、例えば、スピン軌道トルク配線２０の長手方向である。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、各層が積層される積層方向の一例である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。
　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。また本明細書で「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されない。例えば、二つの層が物理的に接している場合に限られず、二つの層の間が他の層を間に挟んで接続している場合も「接続」に含まれる。また本明細書での「接続」は電気的な接続も含む。
「第１実施形態」
　図１は、第１実施形態にかかる磁気メモリ２００の構成図である。磁気メモリ２００は、複数の磁気抵抗効果素子１００と、複数の書き込み配線ＷＬと、複数の共通配線ＣＬと、複数の読出し配線ＲＬと、複数の第１スイッチング素子Ｓｗ１と、複数の第２スイッチング素子Ｓｗ２と、複数の第３スイッチング素子Ｓｗ３と、を備える。磁気メモリ２００は、例えば、磁気抵抗効果素子１００がアレイ状に配列されている。
　それぞれの書き込み配線ＷＬは、電源と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。それぞれの共通配線ＣＬ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。それぞれの共通配線ＣＬは、基準電位と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。基準電位は、例えば、グラウンドである。共通配線ＣＬは、複数の磁気抵抗効果素子１００のそれぞれに設けられてもよいし、複数の磁気抵抗効果素子１００に亘って設けられてもよい。それぞれの読出し配線ＲＬは、電源と１つ以上の磁気抵抗効果素子１００とを電気的に接続する。電源は、使用時に磁気メモリ２００に接続される。
　それぞれの磁気抵抗効果素子１００は、第１スイッチング素子Ｓｗ１、第２スイッチング素子Ｓｗ２、第３スイッチング素子Ｓｗ３のそれぞれに接続されている。第１スイッチング素子Ｓｗ１は、磁気抵抗効果素子１００と書き込み配線ＷＬとの間に接続されている。第２スイッチング素子Ｓｗ２は、磁気抵抗効果素子１００と共通配線ＣＬとの間に接続されている。第３スイッチング素子Ｓｗ３は、複数の磁気抵抗効果素子１００に亘る読出し配線ＲＬに接続されている。
　所定の第１スイッチング素子Ｓｗ１及び第２スイッチング素子Ｓｗ２をＯＮにすると、所定の磁気抵抗効果素子１００に接続された書き込み配線ＷＬと共通配線ＣＬとの間に書き込み電流が流れる。書き込み電流が流れることで、所定の磁気抵抗効果素子１００にデータが書き込まれる。所定の第２スイッチング素子Ｓｗ２及び第３スイッチング素子Ｓｗ３をＯＮにすると、所定の磁気抵抗効果素子１００に接続された共通配線ＣＬと読出し配線ＲＬとの間に読み出し電流が流れる。読出し電流が流れることで、所定の磁気抵抗効果素子１００からデータが読み出される。
　第１スイッチング素子Ｓｗ１、第２スイッチング素子Ｓｗ２及び第３スイッチング素子Ｓｗ３は、電流の流れを制御する素子である。第１スイッチング素子Ｓｗ１、第２スイッチング素子Ｓｗ２及び第３スイッチング素子Ｓｗ３は、例えば、トランジスタ、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ：Ovonic Threshold Switch）のように結晶層の相変化を利用した素子、金属絶縁体転移（ＭＩＴ）スイッチのようにバンド構造の変化を利用した素子、ツェナーダイオード及びアバランシェダイオードのように降伏電圧を利用した素子、原子位置の変化に伴い伝導性が変化する素子である。
　図１に示す磁気メモリ２００は、同じ読出し配線ＲＬに接続された磁気抵抗効果素子１００が第３スイッチング素子Ｓｗ３を共用している。第３スイッチング素子Ｓｗ３は、それぞれの磁気抵抗効果素子１００に設けられていてもよい。またそれぞれの磁気抵抗効果素子１００に第３スイッチング素子Ｓｗ３を設け、第１スイッチング素子Ｓｗ１又は第２スイッチング素子Ｓｗ２を同じ配線に接続された磁気抵抗効果素子１００で共用してもよい。
　図２は、第１実施形態に係る磁気メモリ２００の特徴部分の断面図である。図２は、磁気抵抗効果素子１００を後述するスピン軌道トルク配線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。
　図２に示す第１スイッチング素子Ｓｗ１及び第２スイッチング素子Ｓｗ２は、トランジスタＴｒである。第３スイッチング素子Ｓｗ３は、読出し配線ＲＬと電気的に接続され、例えば、図２のｘ方向の異なる位置にある。トランジスタＴｒは、例えば電界効果型のトランジスタであり、ゲート電極Ｇとゲート絶縁膜ＧＩと基板Ｓｕｂに形成されたソースＳ及びドレインＤとを有する。ソースＳとドレインＤは、電流の流れ方向によって既定されるものであり、これらは同一の領域である。ソースＳとドレインＤの位置関係は、反転していてもよい。基板Ｓｕｂは、例えば、半導体基板である。
　トランジスタＴｒと磁気抵抗効果素子１００とは、ビア配線Ｖを介して、電気的に接続されている。ビア配線Ｖは、例えば、磁気抵抗効果素子１００のスピン軌道トルク配線２０の上面又は下面に接続される。またトランジスタＴｒと書き込み配線ＷＬ又は共通配線ＣＬとは、ビア配線Ｖで接続されている。ビア配線Ｖは、例えば、ｚ方向に延びる。読出し配線ＲＬは、電極Ｅを介して積層体１０に接続されている。ビア配線Ｖ、電極Ｅは、導電性を有する材料を含む。
　磁気抵抗効果素子１００及びトランジスタＴｒの周囲は、絶縁層Ｉｎで覆われている。絶縁層Ｉｎは、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁層である。絶縁層Ｉｎは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等である。
　図３は、磁気抵抗効果素子１００の断面図である。図３は、スピン軌道トルク配線２０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１００を切断した断面である。図４は、磁気抵抗効果素子１００をｚ方向から見た平面図である。
　磁気抵抗効果素子１００は、例えば、積層体１０とスピン軌道トルク配線２０とキャップ層３０とを備える。積層体１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と非磁性層３とを有する。磁気抵抗効果素子１００の周囲は、例えば、第１絶縁層９１及び第２絶縁層９２で覆われている。第１絶縁層９１及び第２絶縁層９２は、上述の絶縁層Ｉｎの一部である。
　第１絶縁層９１は、積層体１０と同じ階層にある。第１絶縁層９１は、ｚ方向から平面視した際に、積層体１０の周囲を囲む。第２絶縁層９２は、スピン軌道トルク配線２０と同じ階層にある。第２絶縁層９２は、例えば、ｚ方向から平面視した際に、スピン軌道トルク配線２０の周囲を囲む。
　磁気抵抗効果素子１００は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を利用した磁性素子であり、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、スピン注入型磁気抵抗効果素子、スピン流磁気抵抗効果素子と言われる場合がある。
　磁気抵抗効果素子１００は、データを記録、保存する素子である。磁気抵抗効果素子１００は、積層体１０のｚ方向の抵抗値でデータを記録する。積層体１０のｚ方向の抵抗値は、スピン軌道トルク配線２０に沿って書き込み電流を印加し、スピン軌道トルク配線２０から積層体１０にスピンが注入されることで変化する。積層体１０のｚ方向の抵抗値は、積層体１０のｚ方向に読出し電流を印加することで読み出すことができる。
　スピン軌道トルク配線２０は、例えば、ｚ方向から見てｘ方向の長さがｙ方向より長く、ｘ方向に延びる。書き込み電流は、スピン軌道トルク配線２０に沿ってｘ方向に流れる。
　スピン軌道トルク配線２０は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させ、第１強磁性層１にスピンを注入する。スピン軌道トルク配線２０は、例えば、第１強磁性層１の磁化を反転できるだけのスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を第１強磁性層１の磁化に与える。
　スピンホール効果は、電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の流れる方向と直交する方向にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果は、運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられる点で、通常のホール効果と共通する。通常のホール効果は、磁場中で運動する荷電粒子の運動方向がローレンツ力によって曲げられる。これに対し、スピンホール効果は磁場が存在しなくても、電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）でスピンの移動方向が曲げられる。
　例えば、ｘ方向に配線に電流が流れると、ｘ方向とｚ方向のそれぞれにスピン流が生じる。スピン流により配線の第１面には、＋ｙ方向に偏極したスピン（例えば、＋スピン）が偏在し、第１面と対向する第２面には、－ｙ方向と反対方向に偏極したスピン（例えば、－スピン）が偏在する。第１面又は第２面に蓄積されたスピンは、近接する層に注入される。
　スピン軌道トルク配線２０は、第１領域２５と第２領域２６とを有する。第１領域２５及び第２領域２６は、いずれもスピン軌道トルク配線２０内において所定の範囲を囲む領域である。
　第１領域２５と第２領域２６とは、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置にある。基準面ＲＰは、ｚ方向から見た際の第１強磁性層１の幾何中心を通りｘ方向と直交する面である。第１領域２５と基準面ＲＰとの距離は、第２領域２６と基準面ＲＰとの距離と等しい。第１領域２５と第２領域２６とは、構成要素が異なる。第１領域２５と第２領域２６とは、基準面ＲＰに対してｘ方向に構成要素が非対称である。ここで、構成要素とは、例えば、組成、材料、層構成、大きさ（厚さ、幅、長さ）、形状、密度等である。これらが異なると第１領域２５と第２領域２６のそれぞれから第１強磁性層１に影響するスピン流の大きさや符号が異なり、スピン流の視点から見ると構成要素が非対称になると言える。
　スピン軌道トルク配線２０は、選択する材料によってスピンホール角の符号が異なる。スピンホール角の符号が異なるということは、同じ電流をスピン軌道トルク配線２０に流した場合に第１強磁性層１に注入されるスピンの偏極方向が異なり、第１強磁性層１の磁化方向が異なる状態になることを意味する。正のスピンホール角の材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、窒化タンタル（ＴｉＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）、酸窒化バナジウム（ＶＯＮ）、酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）である。負のスピンホール角の材料としては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、酸窒化タンタル（ＴａＯＮ）、酸窒化タングステン（ＷＯＮ）、酸窒化ニオブ（ＮｂＯＮ）、酸窒化モリブデン（ＭｏＯＮ）である。
　スピン軌道トルク配線２０は、第１層２１と第２層２２とを備える。第１層２１は、第２層２２より第１強磁性層１の近くにある。第１層２１と第２層２２とは、例えば、直接接する。第１層２１と第２層２２との間には、中間層があってもよい。
　第１層２１は、ｘ方向に延びる。第１層２１は、積層体１０を挟む第１絶縁層９１及び積層体１０の上面に広がる。第１層２１は、例えば、基準面ＲＰに対して面対称である。基準面ＲＰは、ｚ方向から見た際の第１強磁性層１の幾何中心を通りｘ方向と直交する面である。
　第１層２１は、積層体１０とｚ方向に重なる重畳部と、積層体１０とｚ方向に重ならない非重畳部と、を有する。重畳部と非重畳部との間に段差があってもよい。
　第２層２２は、例えば、第１層２１の一部と接する。第２層２２は、第１層２１と直接接してもよいし、層を挟んで接してもよい。第２層２２は、例えば、ｚ方向において積層体１０の一部と重なる。第２層２２は、例えば、基準面ＲＰに対して非対称である。スピン軌道トルク配線２０は、全体として、基準面ＲＰに対してｘ方向に非対称である。
　図３に示す磁気抵抗効果素子１００において、第１領域２５は、第２層２２を含まず、第１層２１からなる。図３に示す磁気抵抗効果素子１００において、第２領域２６は、第２層２２を含み、第１層２１と第２層２２とからなる。第１領域２５と第２領域２６とは、層構成が異なる。第１領域２５と第２領域２６とは、層の積層数が異なる。なお、第１領域２５及び第２領域２６に含まれる層の数はこの例に限られない。第１領域２５と第２領域２６との構成要素が異なるという条件を満たせば、それぞれの領域内の層数は問わない。
　第１層２１と第２層２２とは、組成又は結晶構造が異なる。組成又は結晶構造が異なるため、第１層２１のスピンホール角と第２層２２のスピンホール角とは異なる。「スピンホール角」は、スピンホール効果の強さの指標の一つであり、配線に沿って流す電流に対する発生するスピン流の変換効率を示す。
　第１層２１と第２層２２とは、スピンホール角の極性が異なってもよい。例えば、第１層２１が正のスピンホール角を有し、第２層が負のスピンホール角を有してもよいし、この関係が逆でもよい。スピンホール角の極性は、層を構成する材料、層の厚み等で変化する。
　スピンホール角の極性が異なると、スピン流が配線の第１面から第２面に向かって生じるか、配線の第２面から第１面に向かって生じるかが異なる。スピンホール角の極性が異なると、第１面と第２面のそれぞれに偏在するスピンの正負が反転する。第１層２１のスピンホール角の極性と第２層２２のスピンホール角の極性とが異なると、第１層２１から第１強磁性層１に注入されるスピンの向きと、第２層２２から第１強磁性層１に注入されるスピンの向きと、が反対になる。
　第１層２１及び第２層２２はそれぞれ、電流が流れる際のスピンホール効果によって純スピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物、金属窒化物のいずれかを含む。
　第１層２１は、例えば、非磁性の重金属を含む。第２層２２は、例えば、非磁性の重金属を含む。ここで、重金属とは、イットリウム以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は、例えば、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属である。これらの非磁性金属は、スピンホール効果を生じさせるスピン軌道相互作用が大きい。
　また第１層２１と第２層２２とのうち少なくとも一方は、酸素、窒素、炭素のいずれかを含んでもよい。第１層２１と第２層２２とのうち少なくとも一方は、酸化物、窒化物、炭化物のいずれかを含んでもよい。第１層２１及び第２層２２は、軽金属の酸化物、窒化物、炭化物のいずれかでもよい。
　第１層２１は、例えば、白金、ロジウム、パラジウム、スズ、窒化チタン、窒化バナジウム、窒化クロム、酸窒化チタン、酸窒化バナジウム、酸窒化クロムからなる群から選択される何れかを含む。特にα構造を持つスズはスピンホール角が大きく、他のトポロジカル材料と同等のスピンホール角を持つ。
　第２層２２は、タンタル、タングステン、ニオブ、モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、酸窒化タンタル、酸窒化タングステン、酸窒化ニオブ、酸窒化モリブデンからなる群から選択される何れかを含む。
　第１層２１の厚みは、例えば、第１層２１を構成する材料のスピン拡散長以下である。当該構成を満たすと、第２層２２で生じたスピンが、第１層２１を介して第１強磁性層１に十分至ることができる。第２層２２の厚みは特に問わないが、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
　スピン軌道トルク配線２０の抵抗率は、例えば、１ｍΩ・ｃｍ以上である。またスピン軌道トルク配線２０の抵抗率は、例えば、１０ｍΩ・ｃｍ以下である。スピン軌道トルク配線２０の抵抗率が高いと、スピン軌道トルク配線２０に高電圧を印加できる。スピン軌道トルク配線２０の電位が高くなると、スピン軌道トルク配線２０から第１強磁性層１に効率的にスピンを供給できる。またスピン軌道トルク配線２０が一定以上の導電性を有することで、スピン軌道トルク配線２０に沿って流れる電流経路を確保でき、スピンホール効果に伴うスピン流を効率的に生み出すことができる。
　スピン軌道トルク配線２０は、この他に、磁性金属を含んでもよく、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体は、物質内部が絶縁体又は高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。例えば、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１－ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３、α－Ｓｎは、トポロジカル絶縁体の一例である。トポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
　積層体１０は、スピン軌道トルク配線２０に接続されている。スピン軌道トルク配線２０は、積層体１０に積層されている。積層体１０とスピン軌道トルク配線２０とは直接接してもよいし、中間層を挟んで接してもよい。
　積層体１０のｚ方向の抵抗値は、スピン軌道トルク配線２０から積層体１０（第１強磁性層１）にスピンが注入されることで変化する。
　積層体１０は、ｚ方向に、スピン軌道トルク配線２０と電極Ｅ（図２参照）とに挟まれる。積層体１０は、柱状体である。積層体１０のｚ方向からの平面視形状は、例えば、円形、楕円形、四角形である。積層体１０の側面は、例えば、ｚ方向に対して傾斜する。
　積層体１０は、例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２と非磁性層３とを有する。第１強磁性層１は、例えば、スピン軌道トルク配線２０と接し、スピン軌道トルク配線２０上に積層されている。第１強磁性層１にはスピン軌道トルク配線２０からスピンが注入される。第１強磁性層１の磁化は、注入されたスピンによりスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受け、配向方向が変化する。第１強磁性層１と第２強磁性層２は、ｚ方向に非磁性層３を挟む。
　第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、それぞれ磁化を有する。第２強磁性層２の磁化は、所定の外力が印加された際に第１強磁性層１の磁化よりも配向方向が変化しにくい。第１強磁性層１は磁化自由層と言われ、第２強磁性層２は磁化固定層、磁化参照層と言われることがある。図３に示す積層体１０は、磁化固定層が磁化自由層より基板Ｓｕｂの近くにあり、ボトムピン構造と呼ばれる。積層体１０は、非磁性層３を挟む第１強磁性層１と第２強磁性層２との磁化の相対角の違いに応じて抵抗値が変化する。
　第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、強磁性体を含む。強磁性体は、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である。強磁性体は、例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｎｉ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｈｏ合金、Ｓｍ－Ｆｅ合金、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金である。
　第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、ホイスラー合金を含んでもよい。ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含む。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。ホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ１－ｃＧａｃ等である。ホイスラー合金は高いスピン分極率を有する。
　非磁性層３は、非磁性体を含む。非磁性層３が絶縁体の場合（トンネルバリア層である場合）、その材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、及び、ＭｇＡｌ２Ｏ４等を用いることができる。また、これらの他にも、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯやＭｇＡｌ２Ｏ４はコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。非磁性層３が金属の場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。さらに、非磁性層３が半導体の場合、その材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等を用いることができる。
　積層体１０は、第１強磁性層１、第２強磁性層２及び非磁性層３以外の層を有してもよい。例えば、スピン軌道トルク配線２０と第１強磁性層１との間に下地層を有してもよい。下地層は、積層体１０を構成する各層の結晶性を高める。
　また積層体１０は、第２強磁性層２の非磁性層３と反対側の面に、スペーサ層を介して強磁性層を設けてもよい。第２強磁性層２、スペーサ層、強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、非磁性層を挟む二つの磁性層からなる。第２強磁性層２と強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、強磁性層を有さない場合より第２強磁性層２の保磁力が大きくなる。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。
　キャップ層３０は、例えば、積層体１０とスピン軌道トルク配線２０との間にある。キャップ層３０は、無くてもよい。キャップ層３０は、積層体１０を作製する際のマスクの一部でもよい。キャップ層３０は、例えば、タングステン、タンタル、ルテニウム、チタン、シリコン、銅、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステン、窒化ニオブ、窒化バナジウムのいずれかである。キャップ層３０は、第１強磁性層１の磁気異方性を高める。キャップ層３０の厚さは、例えば、キャップ層３０のスピン拡散長以下である。
　次いで、磁気抵抗効果素子１００の製造方法について説明する。磁気抵抗効果素子１００は、各層の積層工程と、各層の一部を所定の形状に加工する加工工程により形成される。各層の積層は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法、イオンビームデポジッション（ＩＢＤ）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。
　まず図５に示すように、強磁性層４２、非磁性層４３、強磁性層４１を順に積層する。強磁性層４２は、例えば、基板Ｓｂまたは絶縁層Ｉｎ上に積層される。そして、強磁性層４１の所定の位置にマスク４４を形成する。
　次いで、積層体を、マスク４４を介して異方性エッチングする。エッチングによりマスク下部が残り、強磁性層４２は第２強磁性層２、非磁性層４３は非磁性層３、強磁性層４１は第１強磁性層１となる。
　次いで、積層体１０を覆うように、第１絶縁層９１を形成する。そして図６に示すように、第１絶縁層９１の一面を除去し、マスク４４の一面を露出させる。第１絶縁層９１の除去は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）で行う。
　次いで、マスク４４及び第１絶縁層９１の一面に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。図７に示すように、ＲＩＥによりマスク４４の一部が除去され、キャップ層３０となる。ＲＩＥによりマスク４４をすべて除去してもよい。マスク４４と第１絶縁層９１とは硬度が異なるため、例えば、キャップ層３０の表面は、第１絶縁層９１の表面より下方に位置する。
　次いで、図８に示すように、第１絶縁層９１及びキャップ層３０上に、第１層２１を形成する。
　次いで、図９に示すように、第１層２１の上面の一部を覆うように、保護層４５を形成する。保護層４５は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、レジストである。
　次いで、保護層４５を介して、第２層２２を形成する。その結果、第１層２１の保護層４５に被覆されていない部分の上に、第２層２２が形成される。このような手順で、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００を作製することができる。
　第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００は、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置に第１領域２５と第２領域２６とを有し、第１領域２５と第２領域２６の構成要素が異なる。そのため、第１領域２５から第１強磁性層１に注入されるスピン量は、第２領域２６から第１強磁性層１に注入されるスピン量と、異なる。例えば、図３に示す磁気抵抗効果素子１００は、第１領域２５から第１層２１で生じるスピンのみがスピン軌道トルク配線２０に注入される。これに対し、図３に示す磁気抵抗効果素子１００は、第２領域２６から第１層２１で生じるスピンと第２層２２で生じるスピンを重畳したスピンがスピン軌道トルク配線２０に注入される。
　第１強磁性層１の磁化に加わるトルクは、第１強磁性層１のｘ方向の位置によって異なる。すなわち、第１強磁性層１の磁化の反転対称性は、ｘ方向に崩れている。第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００は、外部磁場を印加しなくても第１強磁性層１の磁化の反転対称性が崩れている。したがって、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１の磁化を、無磁場下でも安定的に磁化反転できる。
「第２実施形態」
　図１０は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１の断面図である。図１０は、スピン軌道トルク配線５０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面である。磁気抵抗効果素子１０１の平面図は、図４と同様である。磁気抵抗効果素子１０１において磁気抵抗効果素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　磁気抵抗効果素子１０１は、例えば、積層体１０とスピン軌道トルク配線５０とキャップ層３０を備える。磁気抵抗効果素子１０１は、スピン軌道トルク配線５０の構成が磁気抵抗効果素子１００と異なる。磁気抵抗効果素子１０１は、磁気抵抗効果素子１００と置換可能である。
　スピン軌道トルク配線５０は、層構成がスピン軌道トルク配線２０と異なる。スピン軌道トルク配線５０の機能は、スピン軌道トルク配線２０と同様である。
　スピン軌道トルク配線５０は、第１領域５５と第２領域５６とを有する。第１領域５５及び第２領域５６は、いずれもスピン軌道トルク配線５０内において所定の範囲を囲む領域である。
　第１領域５５と第２領域５６とは、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置にある。第１領域５５と第２領域５６とは、構成要素が異なる。第１領域５５は第１層５１からなり、第２領域５６は第２層５２からなる。
　スピン軌道トルク配線５０は、第１層５１と第２層５２とを備える。第１層５１と第２層５２とは、ｘ方向の異なる位置にある。第１層５１と第２層５２とは、例えば、それぞれの側面が直接接する。第１層５１と第２層５２との間には、中間層があってもよい。
　第１層５１と第２層５２とは、例えば、組成、結晶構造、層構成、構成する材料のいずれかが異なる。スピン軌道トルク配線５０は、全体として、基準面ＲＰに対してｘ方向に非対称である。第１層５１には、第１層２１と同様の材料を用いることができる。第２層５２には、第２層２２と同様の材料を用いることができる。
　第１層５１と第２層５２との間には、境界面５７がある。スピン軌道トルク配線５０の第１強磁性層１に近い側の第１面Ｓ１において、境界面５７は、第１面５８と第２面５９との間のいずれかの位置にある。第１面５８は、第１強磁性層１のｘ方向の第１端Ｅ１から第２層５２のスピン拡散長分だけ基準面ＲＰから外側に向かって離れた位置にある。第２面５９は、第１強磁性層１のｘ方向の第２端Ｅ２から第１層５１のスピン拡散長分だけ基準面ＲＰから外側に向かって離れた位置にある。境界面５７がこの範囲内にあれば、第１層５１と第２層５２のそれぞれで発生したスピンを第１強磁性層１に十分注入できる。
　第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１は、図６又は図７の手順までは第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の手順で作製できる。スピン軌道トルク配線５０は、例えば、マスクを用いて第１層５１と第２層５２とを所定の位置のみに形成することで作製できる。またスピン軌道トルク配線５０は、第１層５１を成膜後に不要部を除去し、除去した部分に第２層５２を形成することで作製してもよい。
　第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１は、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置に第１領域５５と第２領域５６とを有し、第１領域５５と第２領域５６の構成要素が異なる。そのため、第１強磁性層１の磁化の反転対称性は、ｘ方向に崩れている。したがって、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層１の磁化を無磁場下でも安定的に磁化反転できる。
「第３実施形態」
　図１１は、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２の断面図である。図１１は、スピン軌道トルク配線６０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０２を切断した断面である。磁気抵抗効果素子１０２の平面図は、図４と同様である。磁気抵抗効果素子１０２において磁気抵抗効果素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　磁気抵抗効果素子１０２は、例えば、積層体１０とスピン軌道トルク配線６０とキャップ層３０を備える。磁気抵抗効果素子１０２は、スピン軌道トルク配線６０の構成が磁気抵抗効果素子１００と異なる。磁気抵抗効果素子１０２は、磁気抵抗効果素子１００と置換可能である。
　スピン軌道トルク配線６０は、層構成がスピン軌道トルク配線２０と異なる。スピン軌道トルク配線６０の機能は、スピン軌道トルク配線２０と同様である。
　スピン軌道トルク配線６０は、第１領域６５と第２領域６６とを有する。第１領域６５及び第２領域６６は、いずれもスピン軌道トルク配線５０内において所定の範囲を囲む領域である。
　第１領域６５と第２領域６６とは、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置にある。第１領域６５と第２領域６６とは、構成要素が異なる。第１領域６５と第２領域６６は、いずれも第１層６１と第２層６２とからなる。第１領域６５に占める第１層６１の割合は、第２領域６６に占める第１層６１の割合と異なる。
　スピン軌道トルク配線６０は、第１層６１と第２層６２とを備える。第２層６２は、例えば、第１層６１上にある。第１層６１と第２層６２とは、例えば、それぞれの側面が直接接する。第１層６１と第２層６２との間には、中間層があってもよい。
　第１層６１と第２層６２とは、例えば、組成、結晶構造、層構成、構成する材料のいずれかが異なる。スピン軌道トルク配線６０は、全体として、基準面ＲＰに対してｘ方向に非対称である。第１層６１には、第１層２１と同様の材料を用いることができる。第２層６２には、第２層２２と同様の材料を用いることができる。
　第１層６１と第２層６２との間には、境界面６７がある。境界面６７は、第１面６８と第２面６９との間にあることが好ましい。第１面６８は、第１面５８に対応し、第２面６９は、第２面５９に対応する。第１面Ｓ１における境界面６７は、第１強磁性層１とｚ方向に重なる位置にあることがより好ましい。
　境界面６７は、例えば、ｚ方向に対してｘ方向に傾斜している。ｘ方向に第２層６２と対向する第１層６１の第１境界面６１ｓは、ｚ方向に対してｘ方向に傾斜している。ｘ方向に第１層６１と対向する第２層６２の第２境界面６２ｓは、ｚ方向に対してｘ方向に傾斜している。
　第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２は、図７の手順までは第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と同様の手順で作製できる。
　スピン軌道トルク配線６０は、以下の手順で作製できる。まず、イオンビームデポジッション（ＩＢＤ）法を用いて第１層６１を第１絶縁層９１及びキャップ層３０上に形成する。図１２に示すように、第１層６１を成膜時のイオンビームＩＢ１は、ｚ方向から＋ｘ方向に傾いた方向から照射する。イオンビームＩＢ１を斜め方向から照射すると、凹部Ｄｐ内の片側（ビーム照射方向における手前側）は、凹部Ｄｐの側壁を構成する第１絶縁層９１の影になり、シャドーイング効果により層が形成されにくい。その結果、第１層６１の第１境界面６１ｓはｘ方向に傾斜する。
　次いで、イオンビームデポジッション（ＩＢＤ）法を用いて第２層６２を第１層６１上に形成する。図１３に示すように、第２層６２を成膜時のイオンビームＩＢ２は、ｚ方向から－ｘ方向に傾いた方向から照射する。イオンビームＩＢ２の照射方向は、イオンビームＩＢ１の照射方向とｘ方向において反対である。
　イオンビームＩＢ２の照射により、凹部Ｄｐのみ成膜部分に第２層６２が形成され、スピン軌道トルク配線６０が得られる。
　第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２は、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置に第１領域６５と第２領域６６とを有し、第１領域６５と第２領域６６の構成要素が異なる。そのため、第１強磁性層１の磁化の反転対称性は、ｘ方向に崩れている。したがって、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２は、第１強磁性層１の磁化を無磁場下でも安定的に磁化反転できる。
「第４実施形態」
　図１４は、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３の断面図である。図１４は、スピン軌道トルク配線６０Ａのｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０３を切断した断面である。磁気抵抗効果素子１０３の平面図は、図４と同様である。磁気抵抗効果素子１０３において磁気抵抗効果素子１０２と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　磁気抵抗効果素子１０３は、スピン軌道トルク配線６０Ａの構成が磁気抵抗効果素子１０２と異なる。スピン軌道トルク配線６０Ａは、中間層６３を有する点が、スピン軌道トルク配線６０と異なる。磁気抵抗効果素子１０３は、磁気抵抗効果素子１００と置換可能である。
　中間層６３は、第１層６１と第２層６２との間にある。中間層６３は、ルテニウム、イリジウム、銅、アルミニウム、銀、シリコンのいずれかを含む。中間層６３は、第１層６１と第２層６２とのスピンの干渉を抑制する。中間層６３の厚さは、中間層６３のスピン拡散長以下であることが好ましい。中間層６３を有するスピン軌道トルク配線６０Ａは、積層界面が多く、ラシュバ効果により第１強磁性層１により効率的に注入できる。
　第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３は、第２層６２を形成前に中間層６３を成膜すれば、第３実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０２と同様の手順で作製できる。
　第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３は、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置に第１領域６５と第２領域６６とを有し、第１領域６５と第２領域６６の構成要素が異なる。そのため、第１強磁性層１の磁化の反転対称性は、ｘ方向に崩れている。したがって、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３は、第１強磁性層１の磁化を無磁場下でも安定的に磁化反転できる。
「第５実施形態」
　図１５は、第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４の断面図である。図１５は、スピン軌道トルク配線６０Ｂのｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０４を切断した断面である。磁気抵抗効果素子１０４の平面図は、図４と同様である。磁気抵抗効果素子１０４において磁気抵抗効果素子１０３と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　磁気抵抗効果素子１０４は、スピン軌道トルク配線６０Ｂの構成が磁気抵抗効果素子１０３と異なる。磁気抵抗効果素子１０４は、磁気抵抗効果素子１００と置換可能である。スピン軌道トルク配線６０Ｂは、スピン軌道トルク配線６０Ａの上部が除去されたものである。スピン軌道トルク配線６０Ｂの第１強磁性層１から遠い側の第２面Ｓ２には、第１層６１、第２層６２及び中間層６３が露出している。
　第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０４は、第４実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０３と同様の効果が得られる。またスピン軌道トルク配線６０Ｂの厚みが薄いことで、スピン軌道トルク配線６０Ｂの電流密度を高めることができる。
「第６実施形態」
　図１６は、第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５の断面図である。図１６は、スピン軌道トルク配線７０のｙ方向の幅の中心を通るｘｚ平面で磁気抵抗効果素子１０５を切断した断面である。磁気抵抗効果素子１０５の平面図は、図４と同様である。磁気抵抗効果素子１０５において磁気抵抗効果素子１００と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
　磁気抵抗効果素子１０５は、例えば、積層体１０とスピン軌道トルク配線７０とを備える。磁気抵抗効果素子１０５は、積層体１０とスピン軌道トルク配線７０の積層順が磁気抵抗効果素子１００と異なる。磁気抵抗効果素子１０５は、磁気抵抗効果素子１００と置換可能である。
　スピン軌道トルク配線７０は、第１層７１と第２層７２とを有する。第１層７１は第１層２１と同様であり、第２層７２は第２層２２と同様である。第１層７１は、第２層７２上にある。第２層７２は、第１層７１と一部で接する。スピン軌道トルク配線７０は、第１領域７５と第２領域７６とを有する。第１領域７５と第２領域７６とは、基準面ＲＰに対してｘ方向に対称な位置にある。第１領域７５と第２領域７６とは、構成要素が異なる。
　図１６に示す積層体１０は、磁化固定層（第２強磁性層２）が磁化自由層（第１強磁性層１）より基板Ｓｕｂから離れた位置にあるトップピン構造である。
　第６実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０５は、各構成の位置関係が異なるだけであり、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子１００と同様の効果が得られる。またここでは第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００がトップピン構造の場合を示したが、第２実施形態から第５実施形態に係る磁気抵抗効果素子をトップピン構造としてもよい。
「第７実施形態」
　図１７は、第７実施形態に係る磁化回転素子１０６の断面図である。図１７において、磁化回転素子１０６は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００と置き換えられる。
　磁化回転素子１０６は、例えば、第１強磁性層１に対して光を入射し、第１強磁性層１で反射した光を評価する。磁気カー効果により磁化の配向方向が変化すると、反射した光の偏向状態が変わる。磁化回転素子１０６は、例えば、光の偏向状態の違いを利用した例えば映像表示装置等の光学素子として用いることができる。
　この他、磁化回転素子１０６は、単独で、異方性磁気センサ、磁気ファラデー効果を利用した光学素子等としても利用できる。
　磁化回転素子１０６のスピン軌道トルク配線２０は、第１層２１と第２層２２とを有する。
　第７実施形態に係る磁化回転素子１０６は、磁気抵抗効果素子１００から非磁性層３及び第２強磁性層２が除かれているだけであり、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子１００と同様の効果が得られる。また第２実施形態から第６実施形態のそれぞれから非磁性層３及び第２強磁性層２を除き、磁化回転素子としてもよい。
　ここまで、いくつかの実施形態を基に、本発明の好ましい態様を例示したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。例えば、それぞれの実施形態及び変形例における特徴的な構成を他の実施形態に適用してもよい。
１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…非磁性層、１０…積層体、２０，５０，６０，６０Ａ，６０Ｂ，７０…スピン軌道トルク配線、２１，５１，６１，７１…第１層、２２，５２，６２，７２…第２層、２５，５５，６５，７５…第１領域、２６，５６，６６，７６…第２領域、３０…キャップ層、５７，６７…境界面、６１ｓ…第１境界面、６２ｓ…第２境界面、６３…中間層、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…磁気抵抗効果素子、１０６…磁化回転素子、２００…磁気メモリ、Ｅ１…第１端、Ｅ２…第２端、ＲＰ…基準面

Claims (15)

  1. 　スピン軌道トルク配線と、
    　前記スピン軌道トルク配線に接続された第１強磁性層と、を備え、
    　前記スピン軌道トルク配線は、積層方向から見て第１方向の長さが第２方向の長さより長く、
    　前記スピン軌道トルク配線は、前記積層方向から見た際の前記第１強磁性層の幾何中心を通り前記第１方向と直交する面を基準面に対して対称な位置関係にある第１領域と第２領域との構成要素が異なり、前記第１方向に非対称である、磁化回転素子。
  2. 　前記スピン軌道トルク配線は、第１層と第２層とを備え、
    　前記第２層は、前記第１層の一部と接し、
    　前記第１領域は、前記第２層を含まず、
    　前記第２領域は、前記第２層を含む、請求項１に記載の磁化回転素子。
  3. 　前記スピン軌道トルク配線は、第１層と第２層とを備え、
    　前記第１層と前記第２層とは、前記第１方向の異なる位置にあり、
    　前記第１領域は、前記第１層からなり、
    　前記第２領域は、前記第２層からなる、請求項１に記載の磁化回転素子。
  4. 　前記スピン軌道トルク配線は、第１層と第２層とを備え、
    　前記第２層は、前記第１層と接し、
    　前記第１領域に占める前記第１層の割合は、前記第２領域に占める前記第１層の割合と異なる、請求項１に記載の磁化回転素子。
  5. 　前記第１方向に前記第２層と対向する前記第１層の第１境界面は、前記積層方向に対して傾斜している、請求項３又は４に記載の磁化回転素子。
  6. 　前記第１方向に前記第１層と対向する前記第２層の第２境界面は、前記積層方向に対して傾斜している、請求項５に記載の磁化回転素子。
  7. 　前記スピン軌道トルク配線の前記第１強磁性層に近い側の第１面における前記第１層と前記第２層との境界は、前記第１強磁性層の前記第１方向の第１端から前記第２層のスピン拡散長分、前記基準面から外側に向かった位置と、前記第１方向において前記第１端と反対の第２端から前記第１層のスピン拡散長分、前記基準面から外側に向かった位置と、の間にある、請求項３～６のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
  8. 　前記第１層と前記第２層とは、スピンホール角の極性が異なる、請求項２～７のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
  9. 　前記第１層は、白金、ロジウム、パラジウム、スズ、窒化チタン、窒化バナジウム、窒化クロム、酸窒化チタン、酸窒化バナジウム、酸窒化クロムからなる群から選択される何れかを含む、請求項２～８のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
  10. 　前記第２層は、タンタル、タングステン、ニオブ、モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、酸窒化タンタル、酸窒化タングステン、酸窒化ニオブ、酸窒化モリブデンからなる群から選択される何れかを含む、請求項２～９のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
  11. 　前記第１層と前記第２層との間に、中間層をさらに備える、請求項２～１０のいずれか一項に記載の磁化回転素子。
  12. 　前記中間層は、ルテニウム、イリジウム、銅、アルミニウム、銀、シリコンのいずれかを含む、請求項１１に記載の磁化回転素子。
  13. 　前記スピン軌道トルク配線の前記第１強磁性層から遠い側の第２面には、前記第１層、前記第２層及び前記中間層が露出している、請求項１１又は１２に記載の磁化回転素子。
  14. 　請求項１～１３のいずれか一項に記載の磁化回転素子と、非磁性層と、第２強磁性層と、を備え、
    　前記非磁性層は、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれ、
    　前記第１強磁性層は、前記第２強磁性層より前記スピン軌道トルク配線の近くにある、磁気抵抗効果素子。
  15. 　請求項１４に記載の磁気抵抗効果素子を複数備える、磁気メモリ。
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