JP4219814B2 - 動的な基準層を有する磁気抵抗メモリーセル - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、半導体装置において、磁気抵抗メモリーセルの相対的な抵抗差（Widerstandsdifferenz）を大きくする構造に関するものである。なお、上記磁気抵抗メモリーセルは、トンネル障壁の両側に、各１つのメモリー層と基準層とを備えている。上記磁気抵抗メモリーセルは、第１磁化状態および第２状態の間の状態にある。第１磁化状態では、メモリー層の磁化が基準層の基準磁化と同じように配向されている（gleichgerichtet）。第２磁化状態では、上記磁化が基準磁化とは逆に配向されている（entgegengerichtet）。

磁気抵抗メモリーセルは、通常、２つの強磁性のシステムを含んでいる。これら２つの強磁性システムの間に、非強磁性の分離層が設けられている。最も簡単な場合、２つのシステムは、１つの強磁性層をそれぞれ含んでいる。

第１強磁性層は、一般的に、硬磁性の材料（例えば、コバルト‐鉄合金）でできている。この強磁性層は、量（Betrag）および方向(Richtung)に関して一定の磁化を有し、基準層として機能する。

軟磁性の（weichmagnetischen）材料（一般的に、自然ニッケル−鉄合金）でできた第２強磁性層は、メモリー層を形成する。メモリーセルの１つのデータ内容に応じて、メモリー層の磁化は、基準層の磁化と同じように、または、逆に配向(Ausrichtung)される。だから、メモリーセルは、そのデータ内容に応じて識別可能な２つの磁化状態（等しい方向、逆の方向）になる。

磁気抵抗メモリーセルがトンネル効果に基づいているならば、分離層（Trennschicht）の材料は、誘電体である。一方の強磁性層から他方の強磁性層への電子の移動度（Haeufigkeit eines Uebergangs）は、２つの強磁性層の磁化が同じように配向されている場合、２つの層の磁化が逆に配向されている場合よりも高い。層システムの伝導率から、基準層の磁化に対して相対的なメモリー層の磁化の向き（Orientierung）、つまり、メモリーセルのデータ内容を推定できる。

磁気抵抗メモリーセルの２つの磁化状態に関して、伝導率または電気抵抗の差がよりはっきりしていると、より簡単に、かつ、より干渉されずに（stoerungssicherer）メモリーセルのデータ内容を読み出せる。２つの強磁性層の有する磁気的なドメイン領域（magnetische Domaenenbereiche）がより少なく、２つの層の内部におけるスピン偏極（Spinpolarisation）がより高いと、抵抗特性（Widerstandsverhalten）の差がより大きくなる。

現代の従来技術では、例えば、トンネル効果に基づく磁気抵抗メモリーセルについて、２つの磁化状態に関する抵抗差は、１５−２０％である。これとは対照的に、磁気抵抗メモリーセルを有する半導体装置では、半導体装置にある同じ磁化状態の隣接する２つのメモリーセルの抵抗が、２０％を著しく上回っていることがある。従って、同じ磁化を持つ２つのメモリーセルの間における伝導率は、１つのメモリーセルにおける２つの磁化状態間と同じ桁で、異なる。その結果、メモリーセルの磁化状態の評価、および、データ内容の評価が著しく困難になる。

磁気抵抗メモリーセルの基準層のための従来の構想では、硬磁性層（magnetisch harte Schicht）として基準層を形成する。磁気抵抗メモリーセルを有する半導体装置の製造プロセスの過程で上記硬磁性層を磁化し、これを、半導体装置の全耐用期間（Gesamtlebensdauer）中、基本的に保持する。磁気抵抗メモリーセルの温度安定性、および、長期データ安定性は、基準層の磁化の安定性に直接依存している。

現在の構想では、基準層は、天然の反強磁性層と連結する（天然の反強磁性層に留められる）。または、基準層は、人工的な反強磁性体を形成するために、逆に配向されている磁化を持つ、少なくとも１つの他の強磁性層を補足される。このように、ルダーマン−キッテル−糟谷−芳田（Rudermann-Kittel-Kasuya-Yoshida(RKKY)）相互作用によって連結された強磁性および反強磁性のシステムは、個々の硬磁性の層とは対照的に、温度安定性および長期データ安定性が改良されており、干渉磁界（Stoermagnetfelder）の影響を受けにくい。

図３は、磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。トンネル障壁２の両側に、基準システム６とメモリーシステムとがそれぞれ対向するように設けられている。上記メモリーシステムは、この場合、１つの独立した（einzelnen）メモリー層１を含んでいる。基準層３は、トンネル障壁２へ向けられた（orientierte）基準システム６の副層（Teilschicht）である。この場合、基準システム６は、人工的な反強磁性層システム（ＡＡＦ）として形成されている。人工的な反強磁性層システム（ＡＡＦ）は、スペーサ層（スペーサ）４の両側に、基準層３と基準連結層（Referenzkoppelschicht）５とを含んでいる。基準連結層５の磁化９は、基準層３の基準磁化８とは逆に配向されている。

同じように、（ここでは、留められる層としての）基準層３は、天然の反強磁性の材料で作られた別の層（留める層）に、スペーサ４を介して連結することができる。このような構想は、磁気センサー、および、特に、磁気ヘッド書き込み・読み出しヘッド（Schreib-Lesekoepfen）として知られている。

基準層８または基準システム６と、メモリー層７との間に、複数の連結メカニズム（例えば、ネール相互作用（Neel-Wechselwirkung；オレンジピール連結）、ピンホール連結および磁気的な漏洩磁場（magnetische Streufelder）を介した相互作用）が作用する。

相互に強く連結した層は、弱く連結したシステムよりもゆっくりと反転磁化（Ummagnetisierung）に反応する。それゆえ、基準システムについての現代の構想では、磁気抵抗メモリーセルの動的性質（dynamische Eigenschaften）をより良好にするため、これら相互作用の大きさ（Betraege）を低減する試みがなされている。

第２に、相互作用が合わさった結果生じるバイアス磁場(Biasfeld)は、磁気抵抗メモリーセルのメモリー層において、メモリー層の非対称な切り替え特性（Schaltverhalten）となる。従って、現在の構想では、メモリー層の場所で磁気の結合メカニズムを補償する試みがなされている。

要するに、基準層、または、基準層システムに対して、部分的に矛盾する以下の条件が生じる:
−温度安定性、長期データ安定性、および、磁界耐性は、それぞれ、厚い硬磁性の基準層を必要とする。
−低等級のネール結合は、厚いメモリー層を必要とする。
-メモリー層の対称な切り替え特性は、確実に再生できる基準層の粗面性（Oberflaechenrauheit）と調節可能な漏洩磁場とを条件としている。

従って、本発明の目的は、２つの異なる磁化状態に関して、磁気抵抗メモリーセルの抵抗差を大きくする構造を提供することである。さらに、本発明の目的は、このような構造を操作できる方法を提供することである。

冒頭部分で述べたような構造の場合、この目的は、特許請求項１の特徴部分に記載する特性を有する本発明によって到達される。この目的を達成する方法を、特許請求項１０に記載する。本発明の有利な発展形を、各従属請求項に記載する。

すなわち、本発明に基づいた型の構造では、半導体装置に位置する磁気抵抗メモリーセルの基準層を、軟磁性層（magnetisch weiche Schicht）として形成する。これを、例えば軟磁性の材料（例えば、ニッケル−鉄合金）で形成する。さらに、基準層を、薄くしてもよい。この場合、基準層は、ドメインを備えていないか、または、ドメインを少ししか備えておらず、高いスピン偏極が存在している。

メモリーセルに書き込むとき、メモリーセルのアドレス線にある書き込み電流が、磁界を生成する。この磁界は、メモリーセルのメモリー層の磁化を、必要に応じて確実に切り替えるために十分に強いものである。軟磁性の基準層は、メモリー層から数ナノメートルしか離れていないので、基準層の磁化も、書き込み電流が生成する磁界の影響を受けて、偏向され（ausgelenkt）、場合によっては、基準磁化の向きとは逆に配向される。

続いてメモリーセルを読み出すと、常に平行な、すなわち、低抵抗のデータ内容が提供される。なぜなら、メモリーセルの読み出しシステムは、メモリー層および基準層（平行／逆平行）の磁化が相対的に配向されていることだけを認識でき、書き込みの後、双方の層は、常に同じ向きに配向されるからである。

すなわち、メモリーセルへの書き込み後、基準層に初期の基準磁化を確実に再現する必要がある。

基準層に初期の基準磁化を確実に再現することを、支持磁場（magnetischen Stuetzfeldes）を用いて行う。基準層とメモリー層との間隔が、現在の構造ではほんの数ナノメートルなので、基準層に作用する支持磁場は、メモリー層にも作用する。しかしながら、メモリー層の向きを、支持磁場とは無関係に、常に維持しておく必要がある。

メモリー層の向きを、支持磁場とは無関係に、常に維持しておくことは、メモリー層の粘着性電界強度に対して相対的な基準層の粘着性電界強度（Koerzitivfeldstaerke）を、適切に選択することによって保証される。

メモリー層の粘着性電界強度を、通常、半導体装置に対して適切な（moeglichen）書き込み電流によって規定する。

メモリー層へ依然として作用する割合が、メモリー層の粘着性電界強度よりもかなり小さいように、支持磁場を設計する。これは、支持磁場を逆平行に配向させ、メモリー層を磁化する場合に、十分な干渉耐性を保証するためである。また、支持磁場は、基準層を確実に配向するため（auszurichten）に十分に大きくなければならない。これは、外部の動的な干渉磁場に対する十分な安定性も含んでいる。

支持磁場によって確実に制御できるように、基準層の粘着性電界強度は、基準層の場所にある支持磁場よりも著しく低くなければならないと言うことが分る。また、読み出し操作の間は存在しない一時的な支持磁場については、安定した読み出し操作が可能となるように、基準層の粘着性電界強度が、依然として十分に大きくなければならない（つまり、外部の動的な干渉磁場に対して十分にゆっくりと応答するために、十分に強くなければならない）。一定の支持磁場、または、読み出し操作の間に作用する一時的な支持磁場を、読み出し操作の間にベクトルとして（vektoriell）基準磁化に加えるならば、外部の磁場に対する安定性は同じままで基準層の粘着性電界強度をより小さく選択できる。

磁気抵抗メモリーセルにおいて、通常の構造では粘着性電界強度の好ましい値は、メモリー層に対して３ｋＡ／ｍであり、基準層に対して０．５ｋＡ／ｍである。また、支持磁場は、例えば０．８ｋＡ／ｍであることが好ましい。

支持磁界(Stuetzmagnetfeld)は、様々な方法で生成できる。好ましい第１実施形態では、基準層の磁化を、基準層の近くにはりめぐらされた（gefuhrten）相互接続部（Leiterbahn）の基準磁化電流を用いて配向させる。この場合、基準磁化電流は、ほんの短期間のみ存在する。電流パルスが有効となっている(in dessen Anschluss er erfolgt)書き込み操作、または、読み出し操作のどちらかにおいて、電流パルスを送る(gebunden)ことができる。電流パルスは、読み出し操作の直前および／または読み出し操作の間に始動する。その結果、読み込み操作は外部の干渉磁場に対してより高い安定性がある。

電流パルスを、常に局所的にのみ、すなわち、現在書き込んでいるメモリーセル、または、ちょうど読み込まれているメモリーセルにもたらすことができる。従って、相互接続部は、いずれにせよ必要な相互接続部であればよく、元来の機能の他に電流パルスを導くように補正されていればよい。しかしながら、それだけを目的とする相互接続部が備えられていてもよい。

どちらの場合にも、電流パルスを個々にアドレス指定する(adressiert)のではなく、メモリーセルのグループを同時にアドレス指定することによって、より高い電力消費の負荷に対する回路構成支出（Schaltungsaufwand）を低減できる。

本発明の好ましい第２実施形態では、半導体装置に、少なくとも１つの硬磁性の基準支持システムを備える。この基準支持システムは、少なくとも１つの非強磁性層によって、軟磁性の基準層から分離されている。

最も簡単な場合、基準支持システムは、基準支持層を含んでいる。この基準支持層の基準支持磁化は、基準磁化とは逆に配向されている。本発明のこの実施形態では、基準層の磁化を、基準磁化の方向から偏向させた後、そのつど、自動的にこの方向に戻るように配向する。

基準支持システムは、局所的に、すなわち、各メモリーセルのために個別に実現できる。

しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、基準支持システムを、簡単な基準支持層として、基準層に対して平行な半導体装置の断面全体に形成する。その結果、基準層の場所に、広範囲で均一な支持磁場が簡単に生成される。

このような基準支持層は、半導体装置の外部と内部とに備えられている。

基準支持層を半導体装置の内部に形成する場合は、このことを、ウェハーを処理するための、メモリーセルの製作時に使う材料（例えば、コバルト‐鉄合金）を使用した一般的な技術によって、ウェハーレベル（Wafer-Ebene）で行うことが好ましい。このような基準支持層の磁性は、目標とする、基準支持層を構築すること（Strukturieren）による方法に、影響され得る。

半導体装置の内部では、基準支持層を、例えば誘電体層によって続く保護層（Passivierungsschicht）から分離し、メモリーセルの下側に形成してもよい。

半導体装置が複数のメモリーセル平面を備えている場合は、各メモリーセル平面に、それぞれ少なくとも１つの基準支持層を割り当ててもよい。この基準支持層を、各メモリーセル平面の特定の条件に応じて磁化する。この場合、メモリーセル平面と基準支持層とが、半導体装置の層構造において交代する。この場合、基準支持層を、基準支持層にで互いに向かい合う、少なくとも２つのメモリーセル平面に割り当てることもできる。

半導体装置を格納する（Hausen）間または格納した後に、基準支持層を形成するとすれば、この文脈では、この基準支持層は、半導体装置の外部の基準支持層であると考えられる。この場合、このような基準支持層を、全てのメモリーセル平面に共通して割り当てる。

このような解決策は、強磁性材料を含む筐体を使用すること、または、半導体装置を適切なキャリア上に配置すること（Platzieren）である。

本発明に基づいた構造の好ましい実施形態では、半導体装置の外部に形成する基準支持層が、予め磁化された（vormagnetisiertes）小プレート（Plattchen）、または、予め磁化されたフィルム（Folie）であり、この予め磁化されたフィルムを、基準層に対して平行な半導体装置の少なくとも１つの表面に形成することが好ましい。

いずれにせよ、外部の磁場から半導体装置を遮蔽（Abschirmung）するために備えられている構造物を、基準支持層として利用することもできる。または、基準支持層を、半導体装置のシールド（Schirmung）として利用することもできる。

全てのメモリーセルの全体に均一な支持磁場を生成するために、基準支持層を、メモリー層に対して平行な半導体装置の断面全体の領域に形成することが好ましい。

続いて基準支持層を構築することにより、メモリー層にある補償磁場を微調整できる。

基準支持システムの磁気的安定性は、磁気抵抗メモリーセルの温度安定性および長期データ安定性を規定する。従って、本発明のさらに好ましい実施形態では、基準支持システムを、硬磁性の層システムとして実施する。

さらに、基準支持層は、基準支持スペーサ層を介して、基準支持連結層、または、天然の反強磁性である材料で作られた層と連結される。なお、上記基準支持スペーサ層は、伝導性の非磁性材料（一般的には、ルテニウムのような遷移金属、金、銅、パラジウム、プラチナ、オスミウム、水銀またはロジウム）で作られている。また、上記基準支持連結層は、強磁性材料（一般的には、コバルト‐鉄合金）で作られており、基準支持層の磁化と逆平行な磁化（ＡＡＦ）を有している。ルダーマン、キッテル、糟谷、および、芳田によって示された相互作用の結果、スピン偏極は、基準支持スペーサ層の両側の２つの層に接着する（verkleben）。その結果、基準支持層は、磁気的に安定した状態になる。

基準支持スペーサ層と対向している基準支持システムの強磁性の副層が、非対称になる、すなわち、上記の強磁性副層の層厚（Schichtstaerke）が異なる場合は、基準支持システムは、ネットモーメント（Nettomoment；以下、漏洩磁場）を有している。漏洩磁場は、基準層の支持磁場になる。

適切に寸法決定（Dimensionierung）すると、支持磁場によって、バイアス磁場も補償できる。なお、このバイアス磁場は、結合メカニズムが異なっているので、メモリー層に作用するものである。

すなわち、軟磁性の基準層を有する磁気抵抗メモリーセルでは、硬磁性の基準層を有する従来の構成と比べて、基準層におけるスピン偏極が著しく増加している。メモリーセルの２つの状態、すなわち、メモリーセルの２値データ内容に応じて、メモリー層および基準層の磁化が、平行または逆平行に配向されていることを、より簡単に区別できる。メモリーセルの電気的な抵抗を測定し、評価する回路のために半導体装置にかける経費はより少なくなり、干渉耐性があがる。

本発明に係る構造では、メモリー層の磁化を制御する書き込み電流の磁界が、基準層に影響を及ぼす。書き込み操作時に、基準磁化とは逆にメモリー層を磁化するならば、書き込み電流が生成する磁界は、基準磁化とは逆に作用する。この場合、基準層の磁化が逆転する。データ内容は、メモリー層および基準層の磁化の相対的な向きに従って評価されるが、メモリー層の磁化の向きとして格納されるので、基準磁化を再現する処置を施す。

すなわち、本発明の方法では、磁気抵抗メモリーセルを読み出す前に、基準支持磁場によって基準層に基準磁化を再現する。これにより、書き込み操作が基準磁化へ及ぼす影響が受け入れられる（hingenommen）。

データ読み出しとは無関係に、書き込み操作に続いて、または、各読み出し操作の前に基準層の基準磁化を再現するメカニズム（基準−リセット）を実施する。このメカニズムは、既知の効果（例えば、静磁磁場の、ネール連結またはピンホール連結）に基づいている。

本発明に基づいた方法の好ましい実施形態では、各読み出し操作の前に基準−リセットを行う。読み出し操作の時に、基準磁化を書き込み操作時と同じように破壊（zerstoert）してもよいような方法を選択する。このような方法は、メモリーセルの２つの状態のより好適な識別性を提供する。

本発明の好ましい第１実施形態では、基準支持磁場を、半導体装置の外部または内部にある硬磁性の基準支持システムにおける、静特性の基準支持磁場（statisches Referenzstuetzfeld）として生成する。

好ましい第２実施形態では、基準磁化電流を用いて基準支持磁場を生成する。基準層に境を接する保護層に、基準磁化電流のための相互接続部を備えるか、あるいは、既存の相互接続部の回路構成（Beschaltung）を基準磁化電流に適応させる。

本発明のこの実施形態では、基準磁化が磁化されたメモリー層の漏洩磁場に関して安定しているように、基準層の粘着性電界強度を設計する。

以下に、図を参考にして本発明を詳しく説明する。以下の図では、相互に対応する部材には同じ部材番号を付けた。
図１は、本発明の第１およびの第２実施例に基づいた磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。図２は、本発明の第３実施例に基づいた磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。図３は、従来の磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。

図３については、冒頭部分で既に説明した。

図１の２つの図は、磁気抵抗メモリーセル１７を有する半導体装置の２つの断面図を示す。これらの図は、簡易化されており、縮尺通りではなく、本発明の重要な特徴のみを示している。

メモリーセル１７は、トンネル障壁２の両側にそれぞれメモリー層１および基準層３を備えている。基準層３は、基準磁化８を有している。メモリー層１の磁化７は、メモリーセル１７のデータ内容に応じて、基準磁化８に関して平行または逆平行である。

保護層（相互接続部層）１２は、通常、トンネル障壁２の反対側にある基準層３と接続している。保護層１２自体は、誘電体層１３に形成されている。

図１aでは、基準支持システムが、分布する基準支持層１６として規定されている。

硬磁性の基準支持層１６は、基準磁化８とは逆に配向されている基準支持磁化１５を有している。

基準支持層１６と基準層３との間で作用する漏洩磁場結合は、磁化の逆平行な配向の方向に作用し、基準磁化８の方向から偏向した磁化を基準磁化８の方向へ戻すように方向転換させる（dreht）。

図１bでは、基準層３の誘電体層１３に対向して局部的な基準支持システム１４が配置されている。この場合、局部的な基準支持システム１４は、各々メモリーセル１７に割り当てられる領域に広がっている。

この場合、基準支持システム１４は、非磁性の基準支持スペーサ層１８の両側に形成された局部的な強磁性の基準支持層２０と磁化２１を有する強磁性基準支持層１９とを含んでいる。磁化１５、２１は、ＲＫＫＹ相互作用によって相互にしっかりと連結される。磁化１５、２１の等級が相互に異なる場合、局部的な基準支持システム１４は、１つの漏洩磁場（ネットモーメント）を形成する。この漏洩磁場は、基準磁化８に対する支持磁場になり、この漏洩磁場を用いて、メモリー層１と基準層３との間のネール相互作用を補償できる。

書き込み電流が生成する書き込み磁界（Schreibmagnetfeld）は、メモリー層１の磁化７を、基準磁化８に平行な状態から逆平行な状態に切り替えるものであり、同じように基準層３の磁化に作用する。

基準層３と書き込み磁界の源（Quelle）との間隔がより大きいので、有効な磁界はより小さい。しかし、それでもなお、軟磁性の基準層３の粘着性電界強度は、著しく低い。

基準層３の磁化を、基準支持磁化１５に対して逆平行な向きから平行な向きへ方向転換できる。

書き込み磁界が減衰（Abklingen）した後は、メモリー層１と基準支持層１６または基準支持システム１４との漏洩磁場結合のみが、基準層３に作用する。基準支持層１６または基準支持システム１４の漏洩磁場結合（支持磁場）が優勢である。

基準層３において活動的である支持磁場が軟磁性の基準層３の粘着性電界強度より強いので、基準層３の磁化は、基準磁化８の方向へ戻るように方向転換する。

図２に、本発明の第２実施形態である磁気抵抗メモリーセル１７の簡易化した断面図を示す。

メモリーセル１７は、トンネル障壁２の両側にそれぞれ１つのメモリー層１および基準層３を備えている。基準層３は、基準磁化を８有している。メモリー層１の磁化７は、メモリーセル１７のデータ内容に応じて、基準磁化８に関して平行または逆平行である。

この例では、トンネル障壁２とは反対側の基準層３の表面に配置されている相互接続部１０へ、メモリーセル１７の読み出し操作の前および／または間に、矢印の方向へ基準磁化電流１１が流れる。基準磁化電流１１が生成する磁界は、基準磁化の方向へ作用する。

この場合、基準層３の粘着性電界強度は、メモリー層１の漏洩磁場に関して十分に大きい。

本発明の第１およびの第２実施例に基づいた磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。 本発明の第３実施例に基づいた磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。 従来の磁気抵抗メモリーセルの概略的な断面図である。

符号の説明

１ メモリー層
２ トンネル障壁
３ 基準層
４ スペーサ層(スペーサ)
５ 基準連結層
６ 基準システム
７ メモリー層の磁化
８ 基準磁化
９ 基準連結層の磁化
１０ 相互接続部
１１ 基準磁化電流
１２ 保護層
１３ 誘電体層
１４ 局部的な基準支持システム
１５ 基準支持磁化
１６ 分布する基準支持磁化
１７ 磁気抵抗メモリーセル
１８ 基準支持スペーサ層
１９ 基準支持連結層
２０ 局部的な基準支持層
２１ 基準支持連結層の磁化

Claims (12)

1. 半導体装置における、トンネル障壁（２）の両側に各１つのメモリー層（１）と基準層（３）とを有する磁気抵抗メモリーセル ( １７ ) の第１磁化状態と第２磁化状態との抵抗差を大きくする構造であって、
   上記第１磁化状態はメモリー層（１）の磁化（７）が基準層（３）の基準磁化（８）と同じように配向されている状態であり、上記第２磁化状態は磁化（７）が基準磁化（８）とは逆に配向されている状態であり、
   基準層（３）は、軟磁性層として形成されているとともに、高スピン偏極を有しており、
   メモリー層（１）の磁化（７）を切り替える時に、基準層（３）の磁化の偏向または切り替えが許容され、
   メモリー層（１）の磁化（７）の向きを変更せずに、遅くとも次の磁気抵抗メモリーセル（１７）に対する読み出し操作の前に、基準層（３）の磁化の向きを基準磁化（８）の方向へ戻すように設定できることを特徴とする構造。
2. 読み出し操作の前に、基準磁化電流（１１）が流れ、基準層（３）に基準磁化（８）を生成できる相互接続部（１０）により特徴付けられる、請求項１に記載の構造。
3. トンネル障壁（２）とは反対側の基準層（３）側に、硬磁性基準支持システム（１４/１６）を配しているとともに、
   少なくとも１つの非磁性層（１３）によって基準層（３）から分離されており、基準層（３）に基準磁化（８）を生成できる基準支持磁化（１５）を有していることを特徴とする請求項１に記載の構造。
4. 上記半導体装置において、基準支持システム（１４）は、磁気抵抗メモリーセルごとに備えられていることを特徴とする請求項３に記載の構造。
5. 上記基準支持システムが、基準層（３）に対して平行な面であって、半導体装置の断面全体に延びて分布している基準支持層（１６）として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の構造。
6. 上記の分布する基準支持層（１６）は、半導体装置の筐体の外部に位置する、あるいは、強磁性材料からなる筐体として、または、半導体装置が配置されるキャリアとして実現されることを特徴とする請求項５に記載の構造。
7. 上記基準支持層（１６）は、メモリー層（１）における漏洩磁場を微調整するように構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の構造。
8. 上記基準支持システム（１４）は、
   非磁性体層（１３）に接する基準支持層（２０）と、基準支持スペーサ層（１８）によって基準支持層（２０）から分離され、基準支持層（２０）の磁化（１５）を固定する基準支持連結層（１９）とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の構造。
9. 上記基準支持連結層（１９）は、磁化（２１）を有し、基準支持層（２０）は、基準支持連結層（１９）が有する磁化（２１）とは値の異なる磁化（１５）を有し、その結果として生じる上記基準支持システム（１４ )の漏洩磁場を用いて、メモリー層（１）と基準層（３)の間のネール相互作用を補償し、メモリー層(１)の切り替え特性を対称にすることを特徴とする請求項８に記載の構造。
10. トンネル障壁（２）の両側に各１つのメモリー層（１）と軟磁性基準層（３）とを有し、半導体装置における磁気抵抗メモリーセル（１７）の作動方法において、
    磁気抵抗メモリーセル（１７）のメモリー層（１）の磁化（７）を、格納されるデータに応じて方向付け、基準層（３）の基準磁化（８）を偏向させることができる工程と、
    基準層（３）の基準磁化（８）を再現する工程と、
    磁気抵抗メモリーセル(１７)のデータを読み出す工程とを含む方法。
11. 上記磁気抵抗メモリーセル（１７）を読み出すときに、基準層（３）の基準磁化（８）を偏向させることができることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 上記基準層（３）の基準磁化（８）が再現されるように、基準層（３）の近くの相互接続部（１０）の基準磁化電流（１１）を制御することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。

Images