自旋流磁化反转元件和自旋轨道转矩型磁阻效应元件的制作方法

本发明涉及自旋流磁化反转元件和自旋轨道转矩型磁阻效应元件。

本申请主张享有于2017年9月7日在日本提交的日本专利申请特愿2017-172399号的优先权，并且在这里援引其内容。

背景技术：

由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(GMR)元件、以及将绝缘层(隧道势垒层，势垒层)用于非磁性层的隧道磁阻(TMR)元件被称为磁阻效应元件。通常，与GMR元件相比，TMR元件的元件电阻更高且磁阻(MR)比更大。因此，作为磁传感器、高频元件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)的元件，TMR元件备受关注。

MRAM利用当夹住绝缘层的两个铁磁性层相互的磁化方向改变时TMR元件的元件电阻发生变化这一特性来读取和写入数据。作为MRAM的写入方法，已知：利用由电流产生的磁场来执行写入(磁化反转)的方式；或利用在磁阻效应元件的层叠方向上流通电流而产生的自旋转移转矩(STT)来执行写入(磁化反转)的方式。

从能量效率的观点来看，利用STT的TMR元件的磁化反转是有效的，但是用于磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件的长寿命的观点来看，期望该反转电流密度低。这一点对于GMR元件也是一样的。

近年来，受到关注的是利用由自旋轨道相互作用产生的纯自旋流的磁化反转，其通过与STT不同的机制进行磁化反转(例如，非专利文献1)。虽然这种机制尚未完全阐明，但认为：由于自旋轨道相互作用引起的纯自旋流或不同种类材料界面处的Rashba效应而引起了自旋轨道转矩(SOT)，并且通过SOT而发生磁化反转。纯自旋流是，由向上自旋的电子和向下自旋的电子以相同数量朝相反方向流动而产生，电荷的流动相抵。因此，流过磁阻效应元件的电流为零，有望实现磁阻效应元件的长寿命。

[现有技术文献]

非专利文献：

非专利文献1：

I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.-J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,and P.Gambardella,《自然(Nature)》,476,189(2011).

技术实现要素：

[发明所要解决的技术问题]

如果具有导电性的杂质附着在磁阻效应元件的侧壁上，则构成磁阻效应元件的铁磁性体的磁特性会变差。另外，附着的杂质成为磁阻效应元件中的泄漏电流的原因。通过将离子束施加到磁阻效应元件的侧壁，能够去除该杂质。然而，在利用SOT的磁阻效应元件的情况下，自旋轨道转矩配线在与磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向上延伸。当离子束的一部分照射到自旋轨道转矩配线时，自旋轨道转矩配线的一部分被腐蚀，并且会重新附着到磁阻效应元件的侧壁上。构成导电性自旋轨道转矩配线的物质通过重新附着而成为杂质。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够有效地去除附着在侧壁上的杂质的自旋流磁化反转元件和自旋轨道转矩型磁阻效应元件。

[解决技术问题的手段]

本发明者们发现：相对于层叠铁磁性层的第一区域，通过相对地降低位于外侧的第二区域的位置，能够抑制杂质重新附着到侧壁上。

即，本发明提供以下手段来解决上述技术问题。

(1)本发明的第一方式涉及的自旋流磁化反转元件具备：自旋轨道转矩配线，其沿第一方向延伸；以及第一铁磁性层，其设置在与所述自旋轨道转矩配线的所述第一方向交叉的第二方向上；所述自旋轨道转矩配线具有第一表面和第二表面，第一表面位于设置有第一铁磁性层的一侧，第二表面位于与所述第一表面相反的一侧，所述自旋轨道转矩配线在所述第一表面具有：设置有所述第一铁磁性层的第一区域；和比所述第一区域更向所述第二表面侧凹陷的第二区域。

(2)在上述方式的自旋流磁化反转元件中，可以是：当从所述第一区域观察时，所述第二区域位于所述第一方向的外侧位置。

(3)在上述方式的自旋流磁化反转元件中，可以是：进一步具备通孔配线，该通孔配线从所述自旋轨道转矩配线的表面中的所述第二表面沿与所述第一方向交叉的方向延伸，在从所述第二方向观察的俯视图中，所述第二区域与所述通孔配线重叠。

(4)在上述方式的自旋流磁化反转元件中，可以是：所述第二区域相对于所述第一区域的凹陷的深度为所述自旋轨道转矩配线的厚度以下。

(5)在上述方式的自旋流磁化反转元件中，可以是：所述第二区域的凹陷具有倾斜面，该倾斜面以随着远离所述第一区域而变深的方式相对于所述第一表面的第一区域倾斜。

(6)在上述方式的自旋流磁化反转元件中，可以是：在将所述第一铁磁性层的厚度设为h、将所述倾斜面的倾斜角设为φ、将所述第一区域与所述第二区域的最短距离设为G、将入射于所述第一铁磁性层的离子束与平行于所述第一区域中的所述第一表面的面所形成的入射角设为θ时，满足G>h/tan(θ+2φ)。

(7)第二方式涉及的自旋轨道转矩型磁阻效应元件，具备：上述方式涉及的自旋流磁化反转元件；非磁性层，其设置在所述第一铁磁性层的表面中的与位于所述自旋轨道转矩配线侧的表面相反的一侧的表面；和第二铁磁性层，其将所述非磁性层夹在所述第一铁磁性层和该第二铁磁性层之间。

(8)在根据上述方式的自旋轨道转矩型磁阻元件中，可以是：在将由所述第一铁磁性层、所述非磁性层和所述第二铁磁性层构成的层叠体的高度设为H，将所述第二区域中以随着离开所述第一区域而加深的方式相对于所述第一表面倾斜的倾斜面的倾斜角设为φ，将所述第一区域与所述第二区域的最短距离设为G，将入射于所述第一铁磁性层的离子束与平行于所述第一区域中的所述第一表面的面所形成的入射角设为θ时，满足G>h/tan(θ+2φ)。

(9)第三种方式涉及的自旋流磁化反转元件的制造方法，其是制造第一种方式涉及的自旋流磁化反转元件的方法，该方法具有：准备基板，该基板在一个主表面上具有沿一个方向排列的多个凹部，在所述基板的一个主表面上形成由自旋轨道转矩配线用的部件构成的层的工序；对所述自旋轨道转矩配线用的部件的层以覆盖多个所述凹部并沿所述一个方向延伸的方式进行加工，以形成自旋轨道转矩配线的工序；在所述自旋轨道转矩配线上形成由第一铁磁性层用的部件构成的层的工序；和，通过加工来除去所述第一铁磁性层用的部件的层中的在从层叠方向观察的俯视图中与所述凹部重叠的部分，以形成第一铁磁性层的工序。

[发明效果]

根据本发明能够提供一种能够有效地去除附着在其侧壁上的杂质的自旋流磁化反转元件和自旋轨道转矩型磁阻效应元件。

附图说明

图1是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的立体图。

图2是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的截面图。

图3A是第一实施方式的自旋流磁化反转元件的制造过程中被处理体的截面图。

图3B是第一实施方式的自旋流磁化反转元件的制造过程中被处理体的截面图。

图3C是第一实施方式的自旋流磁化反转元件的制造过程中被处理体的截面图。

图3D是第一实施方式的自旋流磁化反转元件的制造过程中被处理体的截面图。

图4A是示意性地表示因入射于平坦表面的离子束而飞散的杂质的飞散方向的图。

图4B是示意性地表示因入射于第一倾斜面的离子束而飞散的杂质的飞散方向的图。

图5A是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的其他示例的立体图。

图5B是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的其他示例的立体图。

图6是第二实施方式的自旋流磁化反转元件的示意性立体图。

图7A是具备通孔配线的自旋流磁化反转元件的制造过程中的被处理物体的截面图。

图7B是具备通孔配线的自旋流磁化反转元件的制造过程中的被处理物体的截面图。

图7C是具备通孔配线的自旋流磁化反转元件的制造过程中的被处理物体的截面图。

图7D是具备通孔配线的自旋流磁化反转元件的制造过程中的被处理物体的截面图。

图8是第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的截面示意图。

图9是具备多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件的磁存储器的俯视图。

图10是第五实施方式的高频磁元件的截面示意图。

符号说明

1 第一铁磁性层

2、22、32 自旋轨道转矩配线

2A、22A、32A 第一区域

2B、22B、32B 第二区域

2B1 第一倾斜面

2B2 第二倾斜面

2a 第一表面

2b 第二表面

3 通孔配线

5 非磁性层

6 第二铁磁性层

7 掩模层

10、20、30、40 自旋流磁化反转元件

11 基板

12 成为第一铁磁性层的基底的层

13 保护层

24 第一部

26 第二部

41 直流电源

42 输入端

43 输出端

44 电极

50 层间绝缘膜

50a 开口部

60 功能部

100 自旋轨道转矩型磁阻效应元件

200 磁存储器

300 高频磁性元件

M1、M6 磁化

I 离子束

S 飞散物

具体实施方式

在下文中，一边适当地参考附图，一边详细说明本实施方式。关于在以下说明中使用的附图，为了容易理解本发明的特征，方便起见，有时将特征部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中举例说明的材料、尺寸等仅是示例，本发明不限于这些，可以在实现本发明效果的范围内适当变更并实施。

(自旋流磁化反转元件)

[第一实施方式]

图1是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的立体图。图2是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的截面图。第一实施方式的自旋流磁化反转元件10具备第一铁磁性层1和自旋轨道转矩配线2。

在下文的说明中，将自旋轨道转矩配线2延伸的第一方向设为x方向，将第一铁磁性层1的层叠方向(第二方向)设为z方向，将与x方向和z方向两者正交的方向设为y方向。

<第一铁磁性层>

第一铁磁性层1被设置(安装)为，在与自旋轨道转矩配线2的第一方向(x方向)交叉的第二方向(z方向)上竖立。第一铁磁性层1的厚度方向优选基本平行于z方向。第一铁磁性层1通过改变其磁化M1起作用。在图1中，第一铁磁性层1是磁化M1沿x方向取向的面内磁化膜，但是它也可以是在xy平面内在不同方向上取向的面内磁化膜，或者也可以是沿z方向取向的垂直磁化膜。

对于第一铁磁性层1，可以应用铁磁性材料，特别是软磁性材料。例如，可以使用选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni中的金属，含有这些金属中的至少一种的合金，以及包含这些金属和选自B、C和N中的至少一种元素的合金等。具体而言，可以例举Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。

此外，为了获得更高的输出，对于第一铁磁性层1优选使用Co2FeSi等的哈斯勒合金(Heusler alloy)。哈斯勒合金含有化学组成为X2YZ的金属间化合物，其中，X为周期表上的Co、Fe、Ni或Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y为Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属或X的元素种类，Z是III族至V族的典型元素。例如，可以例举Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。

<自旋轨道转矩配线>

自旋轨道转矩配线2沿x方向延伸。自旋轨道转矩配线2连接于第一铁磁性层1的z方向上的一个表面。自旋轨道转矩配线2可以直接连接于第一铁磁性层1，或者可以经由其他的层而连接于第一铁磁性层1。

自旋轨道转矩配线2由在电流流动时通过自旋霍尔效应而产生纯自旋流的材料制成。作为这样的材料，只要在自旋轨道转矩配线2中产生纯自旋流即可。因此，自旋轨道转矩配线2不一定由单个元素构成，而可以由多种材料构成，例如，可以由易于产生纯自旋流的材料和难以产生纯自旋流的材料来构成。

自旋霍尔效应是当电流通过材料时，通过负责电流的电子的轨道角动量和自旋角动量之间起作用的相互作用(自旋轨道相互作用)，在垂直于电流方向的方向上诱导出纯自旋流的现象。下面，解释通过自旋霍尔效应而引起纯自旋流的机制。

如图1所示，当向自旋轨道转矩配线2的x方向的两端施加电势差时，电流沿x方向流动。当电流流动时，沿y方向取向的第一自旋S1和沿-y方向取向的第二自旋S2各自朝向与电流正交的方向弯曲。通常的霍尔效应和自旋霍尔效应的共同点在于，运动(移动)的电荷(电子)使运动方向(运动)弯曲。另一方面，上述两个效应的不同点在于：在通常的霍尔效应下，在磁场中移动的带电粒子受洛伦兹力来弯曲其运动方向，与此相对地，在自旋霍尔效应中，即使没有磁场，仅通过电子运动(仅通过电流流动)也能够弯曲自旋的运动方向。

在非磁性体(不是铁磁性体的材料)中，第一自旋S1的电子数等于第二自旋S2的电子数，因此，图中向上方向的第一自旋S1的电子数和向下方向的第二自旋S2的电子数相等。因此，作为电荷的净流量的电流为零。将该不伴随电流的自旋流特别地称作纯自旋流。

当电流流过铁磁性体中时，第一自旋S1和第二自旋S2互相沿相反方向弯曲，两者在这一点上是相同的。然而，在铁磁性体中，第一自旋S1和第二自旋S2中的任意一个较多的状态下，其结果，会产生电荷的净流动(产生电压)，这一点上两者互不相同。因此，作为自旋轨道转矩配线2的材料，不包括仅由铁磁性体构成的材料。

在此，将第一自旋S1的电子的流动表示为J↑，将第二自旋S2的流动表示为J↓，将自旋流表示为JS时，以JS＝J↑-J↓定义。纯自旋流JS在图中的z方向上流动。在此，JS是极化率为100％的电子的流动。

在图1中，当铁磁性体与自旋轨道转矩配线2的上表面接触时，纯自旋流扩散并流入到铁磁性体中。也就是说，将自旋注入第一铁磁性层1中。

自旋轨道转矩配线2由选自金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任一种来制成，其中，上述选自金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任一种均具有当电流流动时通过自旋霍尔效应而产生纯自旋流的功能。

自旋轨道转矩配线2的主要组成材料优选为非磁性重金属。这里，重金属是指比重高于钇的金属。非磁性重金属优选为原子序数大的非磁性金属，即，在最外壳中具备d电子或f电子的原子序数为39以上的非磁性金属。在这些非磁性金属中，引起自旋霍尔效应的自旋轨道相互作用较大。

当电流流过原子序数小的金属时，无论自旋方向如何，所有电子都朝向与电流相反的方向移动。另一方面，当电流流过在最外壳具备d电子或f电子的原子序数大的非磁性金属时，由于自旋轨道相互作用较大，所以自旋霍尔效应强烈地作用于电子，因此电子的移动方向取决于电子的自旋方向。其结果，这些非磁性金属容易发生纯自旋流Js。

另外，自旋轨道转矩配线2也可以包含磁性金属。磁性金属是指铁磁性金属或反铁磁性金属。如果非磁性金属中含有微量的磁性金属，则该磁性金属成为自旋的散射因子。如果发生自旋散射，则自旋轨道相互作用增强，并且相对于电流的自旋流的产生效率增加。自旋轨道转矩配线2的主要组成也可以仅由反铁磁性金属组成。

然而，如果磁性金属的添加量过度增加，则所产生的纯自旋流被添加的磁性金属散射，其结果，有时会出现自旋流减少的作用增强的情况。因此，添加的磁性金属的摩尔比优选为充分小于构成自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比。作为目标而言，添加的磁性金属的摩尔比优选为3％以下。

另外，自旋轨道转矩配线2也可以包含拓扑绝缘体。自旋轨道转矩配线2的主要组成也可以是拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是物质内部为绝缘体或高电阻体，但是在其表面产生自旋极化的金属状态的物质。通过自旋轨道的相互作用在该材料中产生内部磁场。结果，即使没有外部磁场，由于自旋轨道相互作用的效应，也会呈现新的拓扑相。这就是拓扑绝缘体，由于强自旋轨道相互作用和边缘处的反转对称性的破坏，能够高效地产生纯自旋流。

作为拓扑绝缘体的材料，优选例如SnTe、Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3、TlBiSe2、Bi2Te3、Bi1-xSbx、(Bi1-xSbx)2Te3等。这些拓扑绝缘体能够高效地产生自旋流。

自旋轨道转矩配线2具有：位于设置(层叠)有第一铁磁性层1一侧的第一表面2a；和位于与第一表面2a相反的一侧的第二表面2b。第一表面2a具有第一区域2A和第二区域2B，在第一区域2A设置有第一铁磁性层1，第二区域2A位于第一区域2A的外侧并且比第一区域2A更向-z方向(第二表面2b侧)凹陷。在图1中，当从第一区域2A观察时，第二区域2B位于+x方向的外侧区域和-x方向的外侧区域。即，第一区域2A在x方向上夹在多个第二区域2B之间。

当在自旋轨道转矩配线2上形成第二区域2B时，在自旋流磁化反转元件10的制造过程中，能够有效地去除附着在第一铁磁性层1上的杂质，能够提高第一铁磁性层1的磁特性。

图3A～3D是用于说明自旋流磁化反转元件10的制造方法的一个示例的示意图。

首先，准备在一个主表面上具有沿一个方向(x方向)排列的多个(这里是两个)凹部的基板11，在该基板11的一个主表面上形成(层叠)成为自旋轨道转矩配线的基底的层(由自旋轨道转矩配线用的构成材料组成的层)。作为层叠方法，可以使用溅射方法、化学气相沉积(CVD)方法等已知方法。接下来，通过利用如光刻等的技术，对成为自旋轨道转矩配线的基底的层进行加工，使其覆盖多个凹部2B并且沿x方向延伸，从而形成自旋轨道转矩配线2。由于成膜自旋轨道转矩配线2时使其追随基板11的表面的形状，因此，可以通过在基板11上设置相应的凹部来制造第二区域2B(图3A)。

然后，涂覆绝缘层以包围自旋轨道转矩配线的周边。作为绝缘层，可以使用氧化膜，氮化膜等。

接下来，通过化学机械抛光(CMP：Chemical mechanical polishing)平坦化绝缘层和自旋轨道转矩配线2的表面。在平坦化的表面上，形成成为第一铁磁性层的基底的层(由第一铁磁性层用的构成材料形成的层)12，并且在成为第一铁磁性层的基底的层12上形成由抗蚀剂等制成的保护层13(图3B)。

随后，通过保护层13，从成为第一铁磁性层的基底的层12中，通过加工而除去在层叠方向(z方向)上的俯视图中与所述凹部重叠的部分，以形成第一铁磁性层1。在加工时，可以利用如反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻(IBE)等的方法(图3C)。

在进行加工时，有时杂质会附着到第一铁磁性层1的侧壁上。该杂质会使第一铁磁性层1的磁特性劣化。通过从侧面照射离子束而能够去除附着的杂质(图3D)。离子束的入射角(由离子束的行进方向和xy平面所形成的角度)优选接近平行于xy平面。由入射光束的行进方向和xy平面所形成的角度可以倾斜至大约10°。

当位于第一区域2A侧的第二区域2B的z方向上的位置高于第一区域2A时，第一铁磁性层1的侧壁成为第二区域2B的阴影，不能有效地将离子束照射在第一铁磁性层1的侧壁上。与此相对地，在第一表面2a中，如果第二区域2B比第一区域2A更凹陷，则第二区域2B将不会阻挡入射在第一铁磁性层1上的离子束。即，能够直接向第一铁磁性层1的侧壁照射离子束，从而能够有效地去除杂质。

此外，图2中所示的第二区域2B的凹陷由第一倾斜面2B1和第二倾斜面2B2组成。第一倾斜面2B1是以随着远离第一区域2A而变深的方式相对于第一表面2a的第一区域2A倾斜的倾斜面。第二倾斜面2B2是以随着接近第一区域2A而变深的方式相对于第一表面2a的第一区域2A倾斜的倾斜面。如图2所示，通过使第二区域2B具备第一倾斜面2B1，能够抑制来自旋转轨道转矩配线2的杂质的再附着。为了便于加工，表示的是在与第一表面2a相反的一侧上形成有追随凹部的形状的突出部的情况，但是该突出部分不是必不可少的。

如上所述，离子束相对于xy平面倾斜地入射。因此，离子束的一部分入射到自旋轨道转矩配线2上。当照射离子束时，自旋轨道转矩配线2的一部分发生飞散。飞散物会重新附着到第一铁磁性层1的侧壁上。由于自旋轨道转矩配线2具备导电性，所以飞散后重新附着的飞散物成为使第一铁磁性层1的磁特性劣化的杂质。

图4A和图4B是示意性地表示由入射在平坦表面上的离子束产生的杂质的飞散方向和由入射在第一倾斜面上的离子束产生的杂质的飞散方向的示意图。如图4A所示，当离子束I以入射角θ入射在自旋轨道转矩配线2的平坦面F1上时，飞散物S的飞散方向相对于平坦面F1成角度θ。另一方面，如图4B所示，当离子束I入射到自旋轨道转矩配线2的第一倾斜面2B1上时，飞散物S的飞散方向相对于面F2的角度为θ+2φ。这里，φ是第一倾斜面2B1的倾斜角度，面F2是与从第一区域2A的第二区域2B侧的端部延伸的水平面平行的面，并且面F2也是与平坦面F1平行的面。

也就是说，第一倾斜面2B1能够使飞散物S的飞散方向朝向+z方向(上方)倾斜。如图2所示，第一铁磁性层1的高度(厚度)h是有限的。因此，通过使飞散物S的飞散方向朝向+z方向(上方)倾斜，从而能够减少附着到第一铁磁性层1的飞散物S的量。

此外，为了尽可能地抑制附着在第一铁磁性层1上的飞散物S的量，优选满足关系式G>h/tan(θ+2φ)。这里，G对应于第一区域2A与第二区域2B之间的最短距离。当满足该关系时，在第一倾斜面2B1发生飞散的飞散物S越过第一铁磁性层1的+z方向(上方)的端部(顶部)，由此，能够减少再附着到第一铁磁性层1的杂质的量。

从降低飞散物S的附着量的观点出发，优选第一倾斜面2B1的倾斜角度φ大。然而，如果倾斜角φ过大的话，第一区域2A和第二区域2B之间在z方向上的位置关系发生较大地变动，从而难以均匀地制造自旋轨道转矩配线2。例如，成膜于第二区域2B的自旋轨道转矩配线2的厚度会变薄，并且自旋轨道转矩配线2可能会断裂。因此，第二区域2B相对于第一区域2A的凹陷的深度优选为自旋轨道转矩配线2的厚度以下。

如上所述，根据本实施方式的自旋流磁化反转元件10，能够有效地去除附着在第一铁磁性层1的侧壁上的杂质。通过去除杂质，使第一铁磁性层1的磁特性稳定。此外，通过在第二区域2B设置第一倾斜面2B1，能够抑制来自旋转轨道转矩配线2的杂质的再附着。

此外，自旋流磁化反转元件10不限于图1中所示的示例。图5A、图5B是示意性地表示第一实施方式的自旋流磁化反转元件的其他示例的立体图。

在图5A所示的自旋流磁化反转元件20中，自旋轨道转矩配线22的形状与第一实施方式中的自旋流磁化反转元件10的自旋轨道转矩配线2的形状不同。图5A所示的自旋轨道转矩配线22具备包含第一区域22A的第一部24和包含第二区域22B的第二部26。由于第二部26相对于第一部24位于-z方向(下方)，所以第二区域22B相对于第一区域22A在-z方向上凹陷。

在图5B所示的自旋流磁化反转元件30中，自旋轨道转矩配线32的形状与第一实施方式中的自旋流磁化反转元件10的自旋轨道转矩配线2的形状不同。图5B所示的自旋轨道转矩配线32中，第二区域32B仅由以随着远离第一区域32A而在-z方向上变深的方式倾斜的倾斜面构成。第二区域32B相对于第一区域32A在z方向上凹陷。

此外，上述说明中提及的第二区域2B、22B、32B相对于第一区域2A、22A、32A都位于x方向上。关于第二区域的位置，不限于相对于第一区域的x方向上的位置，也可以是在y方向上的位置。然而，自旋轨道转矩配线2是沿x方向延伸的。也就是说，绝缘层扩展到第一铁磁性层1的y方向的一侧。当由离子束产生的飞散物是绝缘体时，该飞散物对第一铁磁性层1的磁特性产生的影响较少。因此，从抑制杂质对第一铁磁性层1的磁特性的影响的观点来看，优选第二区域位于第一区域的x方向的一侧。此外，优选第一铁磁性层1和自旋轨道转矩配线2在y方向上具备相同的宽度。当自旋轨道转矩配线2的一部分在y方向上暴露时，产生由于从y方向来的离子束而发生金属飞散的问题，通过对齐第一铁磁性层1和自旋轨道转矩配线2的宽度，能够避免产生该问题。

[第二实施方式]

图6是第二实施方式的自旋流磁化反转元件40的示意性立体图。自旋流磁化反转元件40与第一实施方式的自旋流磁化反转元件10的不同之处在于，自旋流磁化反转元件40具有通孔配线3。自旋流磁化反转元件40的其他构成与第一实施方式的自旋流磁化反转元件10相同，并且对相应的构成标注相同的符号。

在图6中，通孔配线3从自旋轨道转矩配线2的表面中的与第一表面2a相反的一侧的第二表面2b沿着与第一方向(x方向)交叉的第二方向(z方向)延伸。通孔配线3是用于使电流在自旋轨道转矩配线2延伸的x方向上流动的连接配线。通过沿z方向延伸通孔配线3并利用三维空间设置配线，能够减小一个自旋流磁化反转元件40所需的元件面积，并能够提高自旋流磁化反转元件40的集成度。

此外，在图6所示的自旋流磁化反转元件40中，当从z方向观察时(从第二方向观察的俯视图中)，第二区域2B位于与通孔配线3重叠的位置。当将第二区域2B设置在连接通孔配线3的位置时，在第一表面2a中，能够容易地实现第二区域2B相对于第一区域2A的凹陷。

图7A～7D是示意性地表示具备通孔配线3的自旋流磁化反转元件40的制造方法的示例的图。首先，在自旋轨道转矩配线2的第二表面2b上形成的层间绝缘膜50上，设置沿z方向延伸的开口部50a(图7A)。接下来，将金属层叠(嵌入)在开口部50a内，制备通孔配线3(图7B)。此时，调整通孔配线3的长度以使其短于层间绝缘膜50的厚度。

然后，在层间绝缘膜50和通孔配线3上层叠(设置)成为自旋轨道转矩配线的基底的层(自旋轨道转矩配线用的构成材料)，将该层加工成自旋轨道转矩配线2(图7C)。由于通孔配线3在层间绝缘膜50的厚度方向上凹陷，所以，自旋轨道转矩配线2也追随其形状。其结果是，自旋轨道转矩配线2的第二区域2B的xy平面中的位置与通孔配线3的xy平面中的位置一致，并且从z方向观察时第二区域2B和通孔配线3重叠。在第一表面2a制造比第一区域2A更凹陷的第二区域2B之后，可以通过与图3所示相同的顺序制造自旋流磁化反转元件40(图7D)。

如上所述，根据本实施方式的自旋流磁化反转元件40，在制造通孔配线3的过程中，能够容易地实现第二区域2B相对于第一区域2A的凹陷。此外，通过实现第二区域2B相对于第一区域2A的凹陷，能够有效地去除附着于第一铁磁性层1的侧壁的杂质。

(自旋轨道转矩型磁阻效应元件)

[第三实施方式]

图8是第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的示意性截面图。图8所示的自旋轨道转矩型磁阻元件100具备第一铁磁性层1、自旋轨道转矩配线2、通孔配线3、非磁性层5、第二铁磁性层6和掩模层7。由第一铁磁性层1、自旋轨道转矩配线2以及通孔配线3构成的层叠体对应于图6所示的第二实施方式的自旋流磁化反转元件40。非磁性层5设置在第一铁磁性层1的表面中的与位于自旋轨道转矩配线2一侧的表面相反的一侧上。第二铁磁性层6设置在非磁性层5上，并且将非磁性层5夹在第二铁磁性层6和第一铁磁性层1之间。作为第二实施方式的自旋流磁化反转元件40的替代，也可以使用第一实施方式的自旋流磁化反转元件10、20、30。对于与第二实施方式的自旋流磁化反转元件40相同的构成，省略其具体说明。

由第一铁磁性层1、非磁性层5和第二铁磁性层6层叠形成的层叠体(功能部60)起到与普通的磁阻效应元件相同的的作用。功能部60通过第二铁磁性层6的磁化M6在一个方向(z方向)上被固定，并且通过相对地改变第一铁磁性层1的磁化M1的取向来起作用。当将该功能部60应用于矫顽力差型(伪自旋阀型：Pseudo spin valve型)MRAM时，将第二铁磁性层6的矫顽力设定为大于第一铁磁性层1的矫顽力。在将功能部件60应用于交换偏置型(自旋阀：spin valve型)MRAM的情况下，通过与反铁磁性层的交换耦合而固定第二铁磁性层6的磁化M6。

此外，在由绝缘体构成非磁性层5的情况下，功能部60具备与隧道磁阻(TMR)元件相同的构成；在由金属构成非磁性层5的情况下，功能部60具有与巨磁阻(GMR)元件相同的构成。

作为功能部60的层叠结构，可以采用已知的磁阻效应元件的层叠结构。例如，每个层可以由多个层组成，或者可以具备用于固定第二铁磁性层6的磁化方向的诸如反铁磁性层等的其他层。第二铁磁性层6被称为固定层或参考层，第一铁磁性层1被称为自由层或存储层等。

作为第二铁磁性层6的材料，可以使用已知的材料。例如，可以使用选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni中的金属，以及含有这些金属中的至少一种的表现出铁磁性的合金。还可以使用含有这些金属和B、C和N中的至少一种元素的合金。具体地说，可以列举Co-Fe或Co-Fe-B。

此外，为了获得更高的输出，优选使用如Co2FeSi等的哈斯勒合金作为第二铁磁性层6的材料。哈斯勒合金包含化学组成为X2YZ的金属间化合物，其中，X为周期表中Co、Fe、Ni或Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y为Mn、V、Cr或Ti族的过渡金属或X的元素种类，Z是III族至V族的典型元素。例如，可以是Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。

为了使第二铁磁性层6的矫顽力大于第一铁磁性层1的矫顽力，可以使用如IrMn、PtMn等的反铁磁性材料作为与第二铁磁性层6接触的材料。进一步，为了防止第二铁磁性层6的漏磁场影响第一铁磁性层1，也可以采用合成铁磁性耦合结构。

作为非磁性层5，可以使用已知材料。例如，非磁性层5由绝缘体制成时(作为隧道势垒层时)，作为其材料，可以使用Al2O3，SiO2、MgO以及MgAl2O4等。另外，除了这些材料之外，还可以使用Al、Si、Mg的一部分被Zn、Be等取代的材料。其中，由于MgO和MgAl2O4是能够实现相干隧道效应的材料，因此能够有效地注入自旋。当非磁性层5由金属制成时，可以使用Cu、Au、Ag等作为其材料。进一步，当非磁性层5由半导体制成时，可以使用Si、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In，Ga)Se2等作为其材料。

功能部60也可以具备其他层。在第一铁磁性层1的表面中的与非磁性层5相反的一侧的表面上，可以设置基底层。设置在自旋轨道转矩配线2和第一铁磁性层1之间的层，优选不会使从自旋轨道转矩配线2传播的自旋消散。例如，已知银、铜、镁以及铝等具备100nm以上的较长的自旋扩散长度，并且不容易消散自旋。

此外，该层的厚度优选为构成该层的物质的自旋扩散长度以下。如果层的厚度为自旋扩散长度以下，则从自旋轨道转矩配线2传播的自旋能够充分地传递到第一铁磁性层1。

此外，在图8所示的功能部60上层叠有掩模层7。掩模层7对应于图3(a)中所示的保护层13。在对功能部60的形状进行加工时使用掩模层7。此外，掩模层7还用作覆盖层。覆盖层调节功能部60的结晶度，并使第二铁磁性层6的磁化M6沿预定方向较强地取向。

此外，如图4所示，为了抑制飞散物的再附着，优选满足G>H/tan(θ+2φ)的关系式，更优选满足G>(H+h7)/tan(θ+2φ)的关系式。在此，G是第一区域2A与第二区域2B之间的最短距离，H是功能部60的高度(厚度)，h7是掩模层7的高度(厚度)。此外，θ是离子束相对于xy平面的入射角，φ是倾斜面的倾斜角。

如果满足G>H/tan(θ+2φ)的关系式，则能够抑制飞散物重新附着到功能部60，另外，如果满足G>(H+h7)/tan(θ+2φ)的关系式，则能够抑制飞散物重新附着到包括掩模层7的层叠结构体。当具有导电性的飞散物附着到功能部60时，会成为引起电流泄漏的原因，并且会导致MR比的降低。

第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件能够抑制飞散物附着到功能部60。因此，能够提高功能部60的MR比。此外，能够利用由第一铁磁性层1的磁化M1与第二铁磁性层6的磁化M6之间的相对角度的差异引起的功能部60的电阻值的变化来进行数据的记录和读取。

[第四实施方式]

<磁存储器>

图9是具备多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件100(参见图8)的磁存储器200的俯视图。图8对应于图9中沿A-A平面切割自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的截面图。在图9所示的磁存储器200中，自旋轨道转矩型磁阻效应元件100以3×3矩阵方式排列。图9是磁存储器的一个示例，自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的数量和设置方式是任意的。

一条字线WL1～WL3，一条源极线SL1～SL3和一条引线RL1～RL3分别连接于自旋轨道转矩型磁阻效应元件100。

通过选择施加电流的字线WL1～WL3和源极线SL1～SL3，向任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的自旋轨道转矩配线2流通电流，执行写入操作。此外，通过选择施加电流的引线RL1～RL3和源极线SL1～SL3，使电流在任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的功能部60的层叠方向上流动，执行读取操作。能够通过晶体管等选择要施加电流的字线WL1～WL3，源极线SL1～SL3以及读取线RL1～RL3。即，通过从这些多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件100读取任意元件的数据，它可以用作磁存储器。

[第五实施方式]

<高频磁性元件>

图10是第五实施方式的高频磁性元件的截面示意图。图6所示的高频磁性元件300具备图8所示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件100和连接于自旋轨道转矩型磁阻效应元件100的直流电源41。

从高频磁性元件300的输入端42输入高频电流。高频电流产生高频磁场。此外，当高频电流流过自旋轨道转矩配线2时，诱发纯自旋流，将自旋注入于第一铁磁性层1。由于高频磁场和注入的自旋，第一铁磁性层1的磁化M1发生振动。

当从输入端42输入的高频电流的频率是铁磁共振频率时，第一铁磁性层1的磁化M1发生铁磁共振。当第一铁磁性层1的磁化M1发生铁磁共振时，磁阻效应的功能部的电阻值的变化变大。通过直流电源41经由电极44施加直流电流或直流电压，从输出端43读出这种电阻值的变化。

即，当从输入端42输入的信号的频率为第一铁磁性层1的磁化M1的铁磁共振频率时，从输出端43输出的电阻值的变化增加，而当从输入端42输入的信号的频率不是第一铁磁性层1的磁化M1的铁磁共振频率时，从输出端43输出的电阻值的变化变小。通过利用这种电阻值变化的大小，高频磁性元件起到作为高频滤波器的功能。

以上虽然已经详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于特定实施方式，可以在权利要求中描述的本发明的主旨范围内进行各种变形和变更。