CN102610270B

CN102610270B - 存储元件和存储器装置

Info

Publication number: CN102610270B
Application number: CN201210018100.8A
Authority: CN
Inventors: 内田裕行; 细见政功; 别所和宏; 大森广之; 肥后丰; 浅山彻哉; 山根阳; 山根一阳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: US20120182796A1; CN102610270A; US8559219B2; JP2012151213A

Abstract

本发明涉及存储元件和存储器装置，该存储元件包括：存储层，其具有与膜表面垂直的磁化，并且所述存储层的磁化方向变化；磁化固定层，其具有与所述膜表面垂直的磁化，用作为信息的基准；以及绝缘层；通过沿着层结构的层叠方向注入自旋极化电子来改变所述存储层的磁化方向，以执行信息的记录，所述存储层接收到的有效退磁场的大小配置为小于所述存储层的饱和磁化量，并且构成所述存储层的铁磁性层材料具有作为基材的CoFeB，并且耐腐蚀元素被加到所述基材中。

Description

存储元件和存储器装置

技术领域

本发明涉及存储元件和具有存储元件的存储器装置，存储元件包括存储层和磁化固定层，并通过电流的流动来改变存储层的磁化方向，存储层将铁磁性层的磁化状态存储为信息，磁化固定层的磁化方向是固定的。

背景技术

在例如计算机等的信息设备中，具有高操作速度和高密度的DRAM被广泛用作为随机存取存储器。

然而，由于该DRAM是其中当电力断掉时信息发生损失的易失性存储器，因此需要其中信息不发生损失的非易失存储器。

因此，作为非易失存储器的候选已经关注用磁性物质的磁化记录信息的磁性随机存取存储器(MRAM)，并且其发展正在进行中。

MRAM记录信息，使得电流分别在基本上彼此垂直的两种地址线(包括字线(wordline)和位线)上流动，并且布置在地址线的交叉点中的磁性存储元件的磁性层的磁化通过每个地址线产生的电流磁场而反转。

图12示出一般MRAM的示意图(立体图)。

构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区108、源区107和栅电极101分别形成在由半导体基底110(例如硅基底等)的元件分离层102分开的部分中。

此外，沿附图的前后方向延伸的字线105布置在栅电极101上方。

漏区108公共地形成在在附图的左右侧中的选择晶体管中，并且布线109连接到漏区108。

此外，具有存储层(其中磁化方向反转)的磁性存储元件103布置在字线105和位线106之间，位线106布置在上部并沿图的左-右方向延伸。磁性存储元件103例如包括磁隧道结元件(MTJ元件)。

此外，磁性存储元件103通过沿水平方向的旁路线(by-passline)111和沿竖直方向的接触层104电连接到源区107。

通过使电流流到字线105和位线106以反转磁性存储元件103的存储层的磁化的方向，将电流磁场施加到磁性存储元件103，从而执行信息记录。

然后，为了在磁性存储器(例如MRAM等)中稳定地保持记录的信息，记录信息的磁性层(存储层)需要具有一定程度的矫顽磁力。

另一方面，为了改写记录的信息，一定量的电流需要在地址线中流动。

然而，由于地址线随着构成MRAM的元件变得精细化而变得精密，所以难于使足够的电流流过。

因此，作为能通过较小的电流量使磁化反转的结构，已经关注被配置为使用自旋注入产生的磁化反转的存储器(例如，参见日本未经审查专利公开No.2003-17782、美国专利No.6256223、日本未经审查专利公开No.2008-227388、PHYs.Rev.B，54.9353(1996)和J.Magn.Mat.，159，L1(1996))。

执行自旋注入产生的磁化反转，使得通过磁性物质的自旋极化电子被注入另一磁性物质，以在磁性物质中带来磁性反转。

例如关于巨磁阻效应元件(GMR元件)或磁隧道结元件(MTJ元件)，通过使电流沿元件的膜表面的垂直方向流动，该元件的磁性层的至少部分的磁化方向可以被反转。

此外，自旋注入产生的磁化反转的优点在于：即使当元件变得微小时，可以不用增大电流而实施磁化反转。

图13和14示出配置为使用上述的自旋注入产生的磁化反转的存储器装置的示意图。图13是立体图，图14是截面图。

构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区58、源区57和栅电极51分别形成在由半导体基底60(例如硅基底等)的元件分离层52分开的部分中。其中，栅电极51还作为沿图14的前后方向延伸的字线。

漏区58公共地形成在沿图13的左和右侧的选择晶体管中，并且布线59连接到漏区58。

此外，具有存储层(其中磁化方向通过自旋注入反转)的磁性存储元件57布置在源区57和位线56之间，位线56布置在上部并沿图13的左-右方向延伸。

存储元件53例如包括磁隧道结元件(MTJ元件)。存储元件53具有两个磁性层61和62。在这两个磁性层61和62中，一个磁性层设为磁化固定层，其磁化方向是固定的，另一个磁性层设为磁化自由层，即，其存储层的磁化方向改变。

此外，存储元件53通过上侧和下侧的接触层54分别连接到位线56和源区57。因此，通过使电流流到存储元件53，存储层的磁化方向可以通过自旋注入而反转。

相比图12所示的一般MRAM，配置为使用上述自旋注入产生的磁化反转的存储器装置具有装置结构可以简化的特征，并且由此可以具有高密度。

此外，相比通过外部磁场执行磁化反转的一般MRAM，该存储器装置的优点在于：通过使用由自旋注入产生的磁化反转，即使当发展元件的小型化时也不增加写入电流。

发明内容

然而，MRAM通过电流磁场执行信息的写入(记录)，该电流磁场产生为使得写入布线(字线和位线)与存储元件分开布置并且使电流流过写入布线。鉴于此，可以使用于写入的充足量的电流流过写入布线。

另一方面，在配置为使用通过自旋注入的磁化反转的存储器装置的情况中，需要通过使电流渡过存储元件来执行自旋注入，以使存储层的磁化方向反转。

此外，通过使电流直接流过存储元件，为了从信息的写操作(记录)选择执行写入的存储器单元，通过将存储元件连接到选择晶体管来配置存储器单元。在该情况下，在存储元件中流动的电流的强度被限制到能在选择晶体管中流动的电流的强度(选择晶体管的饱和电流)。

鉴于此，需要以强度等于或低于选择晶体管的饱和电流的强度的电流来执行写入，并通过改善自旋注入的效率来降低存储元件中流动的电流。

此外，为了加强读出信号，需要确保磁阻的高变化率，并且为此构造以下的存储元件是有效的，在该存储元件中与存储层的两侧接触的中间层设为隧道绝缘层(隧道屏障层)。

在将隧道绝缘层用作为中间层的情况下，对通过存储元件流动的电流量进行限制，用于防止隧道绝缘层的介电质击穿。同样由此，需要抑制自旋注入期间的电流。

由于电流值与存储层的膜厚成比例并与存储层的饱和磁化的平方成比例，应理解可以对因子(膜厚或饱和磁化)进行调节以降低电流值(例如参见F.J.Albert等人，Appl.Phy.Lett.，77，3809(2000))。

此外，美国专利申请公开No.2005-0184839A1示出了如果记录材料的磁化量(Ms)降低则可以降低电流值。

然而另一方面，当存储由电流写入的信息时可以获得非易失性存储器。换言之，需要确保存储层的热波动的稳定性(热稳定性)。

在使用自旋注入的磁化反转的存储元件中，由于存储层的体积小于相关技术中的MRAM的体积，简单地考虑，热稳定性趋于降低。

如果不能确保存储层中的热稳定性，磁化的反转方向由热量再次反转，从而引起写入误差。

此外，在使用自旋注入的磁化反转的存储元件的高容量的发展中，存储元件的体积变小，因此确保热稳定性是重要任务。

鉴于此，在使用自旋注入的磁化反转的存储元件中，热稳定性是十分重要的特征。

因此，为了提出配置为通过自旋注入使存储层的磁化方向反转的存储元件作为存储器，需要将通过自旋注入的磁化反转所需的电流的强度降低至等于或小于晶体管的饱和电流，以确保用于稳定地保持写入信息的热稳定性。

由上，考虑降低存储层的饱和磁化量Ms并减薄存储层，来降低通过自旋注入的磁化反转所需的电流。例如，如美国专利申请公开No.2005-0184839A1中，对于存储层的材料使用具有低饱和磁化量Ms的材料是有效的。

然而，当如上简单地使用具有低饱和磁化量Ms的材料时，很难确保有助于稳定地保持信息的热稳定性。

关于ST-MRAM，希望实现可以提高热稳定性而不增加写入电流的存储元件。

这里，研究了作为在ST-MRAM中使用的铁磁性物质的各种材料，但是一般认为具有垂直磁性各向异性的材料比具有面内磁性各向异性的材料更适于低能耗和高容量。这是因为垂直磁化具有低能量屏障(在自旋转矩磁化反转期间应被克服)，并且垂直磁化膜具有的高磁性各向异性有利于维持高容量的精密的存储载体的热稳定性。

作为具有垂直磁性各向异性的磁性材料，采用包括Co和Fe的合金，但是当采用这样的磁性材料时，担心氧化引起的阻抗增加，即，由于成分中包括Fe，所以在热处理或其它处理中促进了腐蚀。

具体地，在需要具有等于或小于100nm的微小元件直径的高密度存储元件中(此外，在高容量存储器中)，存在这样的问题：很难忽略从外围部分到磁性层的腐蚀引起的阻抗增加。

本发明目的是使ST-MRAM中写电流的减小与热稳定性相兼容，并提供具有低能耗存储元件，其防止在存储层的微制造期间阻抗的增加。

根据本发明的实施例，提供了一种存储元件，包括：存储层，其具有与膜表面垂直的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；磁化固定层，其具有与所述膜表面垂直的磁化，所述磁化固定层用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及作为非磁性体的绝缘层，其布置在所述存储层与所述磁化固定层之间。

此外，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，因而在所述存储层上执行信息的记录，并且，所述存储层接收到的有效退磁场的大小配置为小于所述存储层的饱和磁化量。

此外，构成所述存储层的铁磁性层材料具有作为基材的CoFeB，并且耐腐蚀元素被加到所述基材中。

此外，根据本发明的实施例，提供了一种存储器装置，包括：存储元件，其通过磁性体的磁化状态来保持信息；以及彼此相交的两种线，并且所述存储元件具有上述根据本发明的实施例的存储元件的结构，所述存储元件布置在所述两种线之间，并且通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动，以执行自旋极化电子的注入。

根据上述本发明的实施例的存储元件的结构，包括通过磁体的磁化状态来保持信息的存储层，通过中间层设置用于存储层的磁化固定层，中间层由绝缘体形成，通过沿着层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化方向，以在所述存储层上执行信息的记录，因此通过使电流沿层叠方向流动并注入自旋极化电子可以记录信息。

此外，通过将所述存储层接收到的有效退磁场的大小配置为小于所述存储层的饱和磁化量，使得存储层接收到的有效退磁场较低，用于使存储层的磁化方向反转所需的写电流的量可以减小。

另一方面，由于写电流量可以的量可以减小而不降低存储层的饱和磁化量，可以确保存储层的充分的热稳定性，从而将存储层的饱和磁化量设为充分的量。

此外，根据本发明的实施例的存储元件具有垂直于存储层和磁化固定层的磁化。具有垂直磁性各向异性比具有面内磁性各向异性更适于低能耗和高容量。原因是在自旋转矩磁化反转期间垂直磁化越过低的能量屏障，并且由于垂直磁化膜具有的高磁性各向异性，有利于存储层中用于保持信息的热稳定性。

此外，在根据本发明的实施例的存储元件中，构成所述存储层的铁磁性层材料具有作为基材的CoFeB，并且耐腐蚀元素被加到所述基材中。根据该结构，可以防止存储层的微制造期间阻抗增大，从而可以提供具有低能耗的存储元件。

此外，根据本发明的实施例的存储器装置的上述结构，所述存储元件布置在所述两种线之间，并且通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动并执行自旋注入，电流通过所述两种线沿所述层叠方向在所述存储元件中流动并执行自旋注入，并注入自旋极化电子以执行记录信息。

此外，由于可以减小存储元件的写电流量而不降低存储层的饱和磁化量，可以稳定地保持记录在存储元件上的信息并降低存储器装置的能耗。

此外，在该情况下的存储元件中，耐腐蚀元素被加到构成所述存储层的铁磁性层材料的基材中，因此可以防止微制造期间存储层的阻抗增大，从而实现具有低能耗的存储器装置。此外，通过将耐腐蚀元素被加到构成所述存储层的铁磁性层材料的基材中，还可以实现热稳定性提高。

根据本发明，由于可以减小存储元件的写电流量而不降低存储层的饱和磁化量，可以确保充分的热稳定性(信息保持能力)并构造特性平衡优良的存储元件。因此，可以获得存储元件的充分的操作余量而没有操作误差。

因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器装置。

此外，写电流减小，从而降低存储元件中写入执行期间的能耗。简单说，由此，可以减小整个存储器装置的能耗。

此外，根据本发明，通过将耐腐蚀元素被加到构成所述存储层的铁磁性层材料的基材中，防止微制造期间存储层的阻抗增大，由此，实现具有低能耗的存储器装置。

此外，将耐腐蚀元素被加到构成所述存储层的铁磁性层材料的基材中，还有助于热稳定性的提高。

附图说明

图1是根据先例和实施例的存储器装置的示意性结构的示意图；

图2是根据先例和实施例的存储元件的截面图；

图3是先例1的实验中使用的存储元件的样品的层结构的示意图；

图4是示出尺寸0.09×0.18μm的存储层的反转电流密度和Co量之间的关系的图；

图5是示出尺寸0.09×0.18μm的存储层的热稳定性的指数和Co量之间的关系的图；

图6是示出尺寸50nmφ的存储层的热稳定性的指数和Co量之间的关系的图；

图7是先例2的实验中使用的存储元件的样品的层结构的示意图；

图8是示出对于先例的存储层的CoFeB的每个成分的TMR根据热处理温度的变化的视图；

图9A至9C是示出在关于先例的存储层的CoFeB通过Co/Fe比率改变B的浓度和热处理温度时，TMR特性的测量结果的视图；

图10是示出对于先例的元件尺寸在300℃和350℃的热处理温度时的RA的比率的视图；

图11是示出对于样品1至3的元件尺寸在300℃和350℃的热处理温度时的RA的比率的视图；

图12是示意性示出相关技术中的MRAM的结构的立体图；

图13是通过使用自旋注入的磁化反转的存储器装置的示意性结构的示意图；并且

图14是图13的存储器装置的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述实现本发明的实施例。

<1.作为先例的存储元件>

[1-1.先例的存储元件的概览]

[1-2.先例1的结构]

[1-3.关于先例1的实验]

[1-4.先例2的结构]

[1-5.关于先例2的实验]

<2.实施例的存储元件>

[2-1.先例的相关问题]

[2-2.实施例的存储元件的结构]

[2-3.实施例的存储元件的实验]

<3.改进示例>

<1.作为先例的存储元件>

[1-1.先例的存储元件的概览]

首先，在说明本发明的存储元件之前，将描述作为形成之前的存储元件的基础的先例的存储元件的概览。

作为先例的存储元件(和后述的实施例)通过用上述自旋注入将存储层的磁化方向反转，执行信息记录。

存储层由例如铁磁性层的磁性物质构成，并在磁性物质的磁化状态(磁化的方向)下保持信息。

如下所述，存储元件例如采用图2的示例所示的层结构，包括存储层17和磁化固定层15来作为至少两个磁性层，还包括两个磁性层之间的绝缘层16(隧道绝缘层)，作为中间层。

存储层17的磁化垂直于膜表面，并且磁化方向根据信息而改变。

磁化固定层15的磁化垂直于膜表面，用作为存储在存储层17中的信息的基准。

绝缘层16是非磁性介质，并且设置在存储层17和磁化固定层15之间。

此外，通过沿包括存储层17、绝缘层16和磁化固定层15的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，存储层17的磁化方向改变，以在存储层17上记录信息。

通过自旋注入将磁性层(存储层17)的磁化方向反转的基本操作使得强度等于或大于阈值的电流在巨磁阻效应元件(GMR元件)或磁隧道结元件(MTJ元件)形成的存储元件中沿垂直于膜表面的方向流动。此时，电流的极性(方向)取决于反转磁化的方向。

当绝对值小于阈值的电流流过时，不发生磁化反转。

当磁性层的磁化方向通过自旋注入反转时，所需电流的阈值Ic一般表述如下：

Ic＝A·α·Ms·V·Hd/2η

其中，A是常数，α是自旋制动常数，η是自旋注入率，Ms是饱和磁化量，V是存储层的体积，Hd是有效退磁场。

如公式中所述，通过控制存储层的体积V、磁性层的饱和磁化量Ms、自旋注入率η和自旋制动常数α，可以任意设定电流的阈值。

严格说，当通过自旋转矩磁化反转将磁性层的磁化方向反转时，由于磁性层的易磁化轴是面内方向(in-planedirection)或垂直方向的事实，所需电流的阈值Ic不同。

实施例的先例的存储元件是垂直磁化式，但是如果在相关技术的面内磁化式的存储元件的情况下，用于使磁性层的磁化方向反转的反转电流被设为Ic-para，那么当执行从相同方向到相对方向的反转时(相同方向和相对方向是当磁化固定层的磁化方向被设为基准时存储层的磁化方向)：

Ic_para＝(A·α·Ms·V/g(0)/P)(Hk+2πMs)

当执行从相对方向到相同方向的反转时：

Ic_para＝-(A·α·Ms·V/g(π)/P)(Hk+2πMs)

另一方面，如果示例中的垂直磁化式的存储元件的反转电流被设为Ic_perp，

当执行从相同方向到相对方向的反转时，Ic_perp＝(A·α·Ms·V/g(0)/P)(Hk-4πMs)，

当执行从相对方向到相同方向的反转时，Ic_perp＝-(A·α·Ms·V/g(π)/P)(Hk-4πMs)。

其中，A是常数，α是翻转(dumping)常数，Ms是饱和磁化量，V是元件体积，P是自旋极化率，g(0)和g(π)是与沿相同方向和相对方向分别传递到另一个磁性层的自旋转矩的效率相对应的系数，Hk是磁性各向异性的(参照NatureMaterials.，5，210(2006))。

在以上每个公式中，当垂直磁化式的(Hk-4πMs)和面内磁化式的(Hk+2πMs)彼此比较时，可以理解垂直磁化式更适于降低记录电流。

示例的存储元件通过隧道磁阻效应基于阻抗不同执行信息读取。换言之，当隧道磁阻效应大时，输出变大。隧道磁阻效应TMR利用自旋极化率P由公式(1)表示。

TMR(％)＝P₁P₂/(1-P₁P₂)×100...公式(1)

这里，P₁是固定层的自旋极化率，P₂是记录层的自旋极化率。在公式(1)中，可以理解，当自旋极化率变高时，TMR变大。

此外，基于与关于反转电流的公式的比较，还可以理解，低电流和高输出(高TMR)是一致的关系。

在先例和实施例中，存储元件配置为包括在磁化状态下保持信息的磁性层(存储层17)和磁化方向是固定的磁化固定层15。

为了可以呈现为存储器，元件需要保持写入的信息。保持信息的能力基于热稳定性的指数Δ(KuV/k_BT)的值来确定。该Δ由以下的公式(2)表示。

Δ＝KV/k_BT＝MS·V·H_K·(1/2k_BT)...公式(2)

其中，Hk是有效各向异性磁场，k_B是波尔兹曼常数，T是温度，Ms是饱和磁化量，V是存储层的体积。

有效各向异性磁场Hk综合了例如形状磁性各向异性、感应磁性各向异性、晶体磁性各向异性等的影响，并且当假定单磁域的相干转动模型时等价于矫顽磁力。

热稳定性的指数Δ和电流的阈值Ic通常是平衡关系。鉴于此，许多情况下对于维持存储器特征，要素的兼容性是个问题。

关于改变存储层17的磁化状态的电流的阈值，特别是基本上椭圆形的TMR元件中(其中存储层17的厚度是2nm，平面图案是100nm×150nm)，正侧的阈值是+0.5mA，负侧的阈值是-0.3mA，此时的电流密度是约3.5×10⁶A/cm²。这些要素与关于Ic的上述公式相符。

相比之下，对于由电流磁场执行磁化反转的一般MRAM，需要几个mA或更大的写电流。

因此，当执行自旋注入的磁化反转时，写电流的阈值如上所述充分小，从而理解反转方法有效降低集成电路的能量消耗。

此外，由于一般MRAM中必需的用于产生电流磁场的布线(图12中的布线105)对于反转方法来说不是必需的，该方法相比一般MRAM在集成度方面是有益的。

此外，由于在通过自旋注入执行磁化反转时通过使电流直接在存储元件中流动来执行信息写入(记录)，所以为了选择执行写入的存储器单元，难过将存储元件连接到选择晶体管来构造存储器单元。

在该情况下，从存储元件通过的电流的强度限制到可以在选择晶体管中流动的电流的强度(选择晶体管的饱和电流)。

为了使通过自旋注入的磁化反转的电流阈值Ic比选择晶体管的饱和电流小，发现存储层17的饱和磁化量Ms可以减小。

然而，当简单地减小饱和磁化量Ms时(例如，美国专利申请公开No.2005-0184839A1)，存储层17的热稳定性被严重削弱，从而不能实现作为存储器的功能。

为了构成存储器，需要热稳定性的指数Δ具有等于或大于一定水平的大小。

因此，作为本申请的发明人进行的各种检测的结果，发现通过选取例如CoFeB的成分作为构成存储层17的铁磁性层，存储层17接收的有效退磁场(Meffective)的大小小于存储层17的饱和磁化量Ms。

通过使用上述的铁磁性材料，存储层17接收的有效退磁场的大小被配置为小于存储层17的饱和磁化量Ms。

因此，由于存储层17接收的退磁场的大小可以减小，所以获得以下效果：上述关于Ic的公式表示的电流的阈值Ic降低，而不减小由公式(2)表示的热稳定性Δ。

此外，发明人发现在上述CoFeB的被选择的成分中有限的成分范围内沿膜表面垂直方向使CoFeB磁化，从而同样在可以实现吉比特(Gbit)级容量的亚微观存储元件中确保充分的热稳定性。

从而，可以形成稳定的存储器，其中在吉比特级自旋注入式磁化反转存储器中以保持热稳定性的状态可以用低电流执行信息写入。

在先例和实施例中，存储层17接收的有效磁场的大小配置为小于存储层17的饱和磁化量Ms，换言之，存储层17的有效退磁场和饱和磁化量Ms的比例的值设为小于1。

此外，考虑选择晶体管的饱和电流值，利用由绝缘体形成的隧道绝缘层(绝缘层16)，磁隧道结(MTJ)元件构造为存储层17和磁化固定层15之间的非磁性中间层。

相比利用非磁性传导层构造巨磁阻效应(GMR)元件的情况，利用隧道绝缘层的磁隧道结(MTJ)元件的结构使得可以增加磁致电阻变化率(MR比率)并增加读出信号的强度。

此外，当具体将氧化镁(MgO)用作为隧道绝缘层16的材料时，相比使用目前一般使用的氧化铝的情况，磁致电阻变化率(MR比率)可以增加。

此外，自旋注入效率一般取决于MR比率，并且自旋注入效率随MR比率变大而提高，从而降低磁化反转的电流密度。

因此，如果氧化镁作为同时用作中间层的隧道绝缘层16的材料，使用上述存储层17，可以减小通过自旋注入的阈值写入电流，并且能以低电流执行信息写入(记录)。此外，可以增加读出信号的强度。

因此，可以减小通过自旋注入的阈值写入电流，并且通过确保MR比率(TMR比率)能以低电流执行信息写入(记录)。此外，可以增加读出信号的强度。

当隧道绝缘层16由氧化镁(MgO)膜形成时，希望MgO膜结晶以保持沿(001)方向的结晶定向。

此外，存储层17和磁化固定层15之间的中间层(隧道绝缘层16)可以配置为不仅由氧化镁形成，而且由各种绝缘体、感应体和半导体(例如包括氧化铝、氮化铝、SiO₂、Bi₂O₃、MgF₂、CaF、SrTiO₂、AlLaO₃、AlNO等)形成。

需要将隧道绝缘层16的面积阻抗值控制为等于或小于几个+Ωμm²，以获得通过自旋注入反转存储层17的磁化方向所需的电流密度。

此外，在由MgO膜形成的隧道绝缘层16中，需要将MgO膜的厚度设为等于或小于1.5nm，以使面积阻抗值在上述范围内。

此外，希望使存储元件小，使得存储层17的磁化方向容易通过小电流而反转。

鉴于此，存储元件的面积优选设为等于或小于0.01μm²。

此外，存储层17可以与具有不同成分的另一铁磁性层直接重叠。此外，可以重叠铁磁性层和软磁性层，或通过软磁性层或非磁性层重叠多个铁磁性层。在上述执行重叠的情况下，获得如先例中的效果。

具体地，在通过非磁性层重叠多个铁磁性层的结构中，由于铁磁性层之间相互作用的强度可以调整，所以获得以下效果：磁化反转电流可以得到抑制，从而即使当存储元件的尺寸等于或小于亚微型单元时也不会增大。作为该情况下非磁性层的材料，可以使用Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb或其合金。

希望磁化固定层15和存储层17具有沿一个方向的各向异性。

此外，磁化固定层15和存储层17的膜厚优选是0.5nm到30nm。

存储元件的另一种结构可以与相关技术中通过自旋注入记录信息的存储元件的结构相同。

通过仅使用铁磁性层或使用反铁磁性层和铁磁性层的结合的反铁磁性，磁化固定层15的磁化方向可以配置为固定的。

此外，磁化固定层15可以具有由单个铁磁性层或多层铁销(ferri-pin)结构形成的结构，该铁销结构中多个铁磁性层通过非磁性层重叠。

作为构成多层铁销结构的磁化固定层15的铁磁性层的材料，可以使用Co、CoFe或CoFeB等。此外，作为非磁性层的材料，可以使用Ru、Re、Ir或Os等。

作为反铁磁性层的材料，示例可以是例如FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO或Fe₂O₃的磁性体等。

此外，通过将例如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo或Nb等的非磁性元素加到上述磁性体，可以调节磁性特征或调节其它各种物理特性，例如结晶结构稳定性或结晶材料等。

此外，关于存储元件的膜结构，不难采用将存储层17布置在磁化固定层15下方的结构和将存储层17布置在磁化固定层15上方的结构。此外，磁化固定层15出现在存储层17的上方和下方的所谓的双重结构可以被采用而没有问题。

此外，作为读取记录在存储元件的存储层17中的信息的方法，可以通过以下方式执行读取：通过薄绝缘膜提供作为存储元件的存储层17中的信息的基准的磁性层，使铁磁性隧道电流流过绝缘层16；或通过磁阻效应执行读取。

[1-2.先例1的结构]

对于本发明的先例，有先例1和先例2。

首先，将描述先例1的结构。

图1示出作为先例1的存储器装置的示意性结构图(立体图)。

通过将存储元件3(可以在磁化状态下保持信息)布置在相互垂直的两种地址线(例如字线和位线)的交叉点附近，形成存储器装置。

换言之，构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区8、源区7和栅电极1分别形成在由半导体基底10(例如硅基底等)的元件分离层2分开的部分中。其中，栅电极1还作为沿图的前后方向延伸的一种地址线(例如字线)。

漏区8公共地形成在沿图的左和右侧的选择晶体管中，并且布线9连接到漏区8。

此外，存储元件3布置在源区7和另一个地址线(例如位线)6之间，位线6布置在上侧并沿图的左右方向延伸。存储元件3包括存储层，由磁化方向通过自旋注入反转的铁磁性层形成。

此外，存储元件3布置在两种地址线1和6的交叉点附近。

存储元件3通过上、下接触层4分别连接到位线6和源区7。

因此，通过使电流通过两种地址线1和6沿上、下方向在存储元件3中流动，存储层的磁化方向可以通过自旋注入而反转。

此外，图2示出本先例1的存储装置的存储元件3的截面图。

如图2所示，存储元件3通过基础层14、磁化固定层15、绝缘层16、存储层17和帽层(caplayer)18以从下层开始的顺序来重叠。

在该情况下，磁化固定层15布置在存储层17的下层侧，存储层17中磁化方向M17通过自旋注入而反转。

在自旋注入式磁化反转存储器中，信息的“0”和“1”由存储层17的磁化M17和磁化固定层15的磁化M15的相对角度来限定。

用作为隧道屏障(tunnelbarrier)层(隧道绝缘层)的绝缘层16布置在存储层17和磁化固定层15之间，MTJ元件由存储层17和磁化固定层15构成。

此外，基础层14形成在磁化固定层15下方，帽层18形成在存储层17上。

存储层17包括具有磁矩的铁磁性体，其磁化方向M17沿层表面垂直方向自由地改变。磁化固定层15包括具有磁矩的铁磁性体，其磁化方向M15沿膜表面垂直方向是固定的。

通过具有单轴各向异性的存储层17的磁化方向来执行信息的存储。通过沿膜表面垂直方向施加电流并随后设定自旋转矩磁化反转来执行写入。如此，磁化固定层15布置在其中磁化方向通过自旋注入而反转的存储层17的下层中，以用作为存储层17中存储的信息(磁化方向)的基准。

在先例1中，CoFeB用作为磁化固定层15。

具体地，CoFeB的成分设为(Co_xFe_y)_100-zB_z，范围是0≤Co_x≤40，60≤Fe_y≤100，0＜B_z≤30。

由于磁化固定层15用作为信息的基准，其磁化方向不应通过记录或读取而改变，然而，该方向不需要固定为具体方向，并且通过比存储层17进一步增加矫顽磁力，通过使膜厚更厚，或通过增加磁翻转常数，使磁化固定层15的运动比存储层17的运动更困难。

当磁化固定时，通过使反铁磁性体(例如PtMn或IrMn等)与磁化固定层15接触，或通过例如Ru等的非磁性体与磁性体(其与该反铁磁性体进行接触)结合，磁化固定层15可以被间接地固定。

具体地，先例1的特征在于存储元件3的存储层17的成分被调节为使得存储层17接收的有效退磁场小于存储层17的饱和磁化量Ms。

换言之，如上所述，使大小小于存储层17的饱和磁化量Ms，使得存储层17的铁磁性材料的成分CoFeB被选择，并且存储层17接收的有效退磁场的大小降低。

此外，在先例1中，当作为中间层的绝缘层16布置有氧化镁层时，磁致电阻变化率(MR比率)可以升高。

通过提高上述MR比率，可以提高自旋注入的效率，并且可以降低用于反转存储层17的磁化方向M17所需的电流密度。

先例1的存储元件3可以制造为使得形成基础层14至帽层18的层在真空装置中连续地形成，然后通过例如刻蚀等过程形成存储元件3的图案。

根据上述先例1，由于配置为存储元件3的存储层17接收的有效退磁场的大小比存储层17的饱和磁化量Ms小，存储层17接收的退磁场降低，并且用于反转存储层17的磁化方向M17所需的写电流量降低。

另一方面，由于可以降低写电流量而不降低存储层17的饱和磁化量Ms，所以可以通过存储层17的充分的饱和磁化量Ms充分确保存储层17的热稳定性。

由此，由于作为信息保持能力的热稳定性可以被充分地确保，所以可以构成特性平衡优良的存储元件3。

因此，可以充分获得存储元件3的操作余量，存储元件3可以稳定地操作，消除了操作误差。

因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器装置。

此外，通过减小写电流，可以降低在存储元件3中执行写入时的能量消耗。

因此，在存储器单元由先例1的存储元件3构造的整个存储器装置中，能量消耗可以降低。

因此，在具有优良信息保持特性、以高可靠性稳定操作的具有存储元件3的存储器装置中，能量消耗可以降低。

此外，包括图2所示的存储元件3和图1所示的结构的存储器装置优势在于在存储器装置的制造过程中可以应用一般的半导体MOS形成过程。

因此，实施例的存储器装置可以用作为一般用途的存储器。

[1-3.关于先例1的实验]

这里，在先例1的存储元件的结构中，通过具体选择构成存储层17的铁磁性层的材料，存储层17接收到的有效退磁场的大小被调节，制备了存储元件的样品，然后检验其特性。

在实际存储器装置中，除图1所示的存储元件3外还有用于切换等的半导体电路，但是为了检测存储层17的磁化反转特征的目的，本文中仅对只形成有存储元件的晶圆进行评论。

实验1

在厚度0.725mm的硅基底上形成厚度300nm的热氧化膜，在其上形成具有图2所示的结构的存储元件3。

具体地，在具有图2所示的结构的存储元件3中，每层的材料和膜厚如选取为如图3所示。

基础层14：具有膜厚10nm的Ta膜和膜厚25nm的Ru膜的层叠层

磁化固定层15：膜厚2.5nm的CoFeB膜

隧道绝缘层16：具有膜厚0.9nm的氧化镁膜

存储层17：具有与磁化固定层相同成分的CoFeB膜

帽层18：具有膜厚3nm的Ta膜、膜厚3nm的Ru膜和膜厚3nm的Ta膜的层叠层

每个层如上选择，并且图中未示出的膜厚100nm的Cu膜(将作为后述的字线)布置在基础层14和硅基底之间。

在上述膜结构中，存储层17的铁磁性层具有CoFeB的三元素基础合金的材料，并且铁磁性层的膜厚固定为2.0nm。

除氧化镁膜形成的绝缘层16外的每个层使用DC磁电管溅射方法形成。

由氧化镁(MgO)膜形成的绝缘层16使用RF磁电管溅射方法形成。

此外，在存储元件3的每个层形成之后，在磁场中的热处理炉中执行热处理。

接下来，字线部分由光刻法掩模后，通过用Ar等离子体对重叠膜的、字线以外的部分执行选择刻蚀形成字线(下电极)。

此时，对字线以外的部分执行的刻蚀达基底的5nm的深度。

之后，通过电子束打印装置形成存储元件3的图案的掩模，并且对层叠膜执行选择刻蚀以形成存储元件3。在字线的Cu层上方的、除存储元件3外的部分中执行刻蚀。

此外，由于需要使足够的电流在存储元件中流动以产生用于特性评估的存储元件的磁化反转所需的自旋转矩，需要抑制隧道绝缘层的阻抗值。因此，存储元件3的图案形成为短轴0.09μm并且长轴0.18μm的椭圆形，从而将存储元件3的面积阻抗值(Ωμm²)设为3至20Ωμm²。

接下来，通过溅射厚度约100nm的Al₂O₃，除存储元件3外的部分被绝缘。

之后，使用光刻法形成用作为上电极的位线和用于测量的垫。

这样，制备了存储元件3的样品。

然后，根据上述制造方法，制备存储元件3的每个样品，其中改变存储层17的铁磁性层的CoFeB合金的成分。

在CoFeB合金的成分中，CoFe和B的成分比(原子％)固定到80∶20，CoFe中Co的成分比例x(原子％)改变到90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％和0％。

对于以上制备的存储元件3的每个样品，执行以下的特征评估。

在测量之前，由于可以将反转电流的正方向和负方向的值控制为对称，存储元件3配置为从外侧接收磁场。

此外，施加到存储元件3的电压设为1V，其在绝缘层16不损坏的范围内。

(饱和磁化量的测量)

使用振荡样品磁力计通过VSM测量饱和磁化量Ms。

(有效退磁场的测量)

作为测量有效退磁场的样品，样品制备为使得形成构成存储元件3的每个层，并且层形成在20mm×20mm见方的平面图案中，与上述存储元件3的样品分离。

然后通过FMR(铁磁性谐振)测量获得有效退磁场Meffective的大小。

通过以下公式(3)获得任意外磁场Hex(通过FMR测量获得)的共振频率f_FMR。

f_{FMR} = γ^{,} \sqrt{4 π M_{effective} (H_{k} + H_{ex})}

...公式(3)

其中，公式(3)中的Meffective可以由4πMeffective＝4πMs-H⊥表示(H⊥是垂直于膜表面的各向异性磁场)。

(反转电流值和热稳定性的测量)

为了评估先例1的存储元件3的写特征而测量反转电流值。

使具有脉冲宽度10μs至100ms的电流在存储元件3中流动，然后测量存储元件3的阻抗值。

此外，通过改变存储元件3中流过的电流量来获得使存储元件3的存储层17的磁化方向M17反转的电流值。将电流值对脉冲宽度的依赖性外推到1ns的脉冲宽度而获得的电流值设为反转电流值。

此外，反转电流值对脉冲宽度依赖性的倾度对应于上述存储元件3的热稳定性的指数(Δ)。这意味着反转电流值变得相对热量的干扰具有柔性，该柔性到达该值不通过脉冲宽度发生变化的程度(倾度小)。

此外，考虑存储元件3中的不均衡，制备了20个相同结构的存储元件3，并且执行上述测量以获得反转电流值和热稳定性指数Δ的平均值。

此外，基于由测量获得的反转电流值的平均值和存储元件3的平面图案的面积来计算反转电流密度Jc0。

表1示出存储层17的CoFeB合金的成分、饱和磁化量Ms的测量结果和有效退磁场Meffective的大小，以及对于存储元件3的每个样品的饱和磁化量和有效退磁场的大小的比率Meffective/Ms。这里，表1公开的存储层17的CoFeB合金的Co量由原子％表示。

表1

	Ms(emu/cc)	Meffctive(emu/cc)	Meffective/Ms
				(Co₉₀Fe₁₀)₈₀B₂₀	960	1210	1.26
(Co₈₀Fe₂₀)₈₀B₂₀	960	1010	1.05
				(Co₇₀Fe₃₀)₈₀B₂₀	1040	900	0.87
(Co₆₀Fe₄₀)₈₀B₂₀	1200	830	0.69
				(Co₅₀Fe₅₀)₈₀B₂₀	1300	690	0.53
(Co₄₀Fe₆₀)₈₀B₂₀	1300	500	0.38
				(Co₃₀Fe₇₀)₈₀B₂₀	1260	390	0.31
(Co₂₀Fe₈₀)₈₀B₂₀	1230	360	0.29
				(Co₁₀Fe₉₀)₈₀B₂₀	1200	345	0.29
Fe₈₀B₂₀	1160	325	0.28

在表1中，当(Co_xFe_100-x)₈₀B₂₀的Co量x等于或小于70％时，有效退磁场(Meffective)的大小小于饱和磁化量Ms，换言之，当Co量x等于或小于70％时，比率Meffective/Ms是小于1.0的值。

此外，可以看出，随着Co量x变小，Meffective和Ms之间的差异变大。

反转电流值的测量结果在图4中示出，热稳定性指数的测量结果在图5中示出。

图4示出存储层17的CoFeB合金的Co量x(CoFe中的量，原子％)和从反转电流值获得的反转电流密度Jc0之间的关系。

图5示出存储层17的CoFeB合金的Co量x(CoFe中的量，原子％)和热稳定性(KuV/k_bT)的指数Δ之间的关系。

从图4中，可以发现，随着Co量x变小，反转电流密度Jc0变小。

这是因为，当Co量x变小时，饱和磁化量Ms增加但有效退磁场Meffective减小，因此两个因素的乘积(Ms×Meffective)变小。

从图5中，可以发现，随着Co量x变小，热稳定性(KuV/k_bT)的指数Δ变大，并且如果Co量x小于特定值，热稳定性的指数Δ稳定在大的值处。

这与基于图5所示的饱和磁化量Ms的测量结果所预期的变化以及基于公式(2)的热稳定性的指数Δ与饱和磁化量Ms成比例的事实是一致的。

根据表1的结构以及图4和图5，可以明确Co量x等于或小于70％的成分中(其中，有效退磁场Meffective小于饱和磁化量Ms)，可以在维持高热稳定性的同时减小反转电流值Jc0，而不用降低Ms的牺牲热稳定性的技术。

实验2

在上述实验1中，发现在(Co_xFe_100-x)₈₀B₂₀的情况下，在Co量x等于或小于70％的成分中，可以在维持高热稳定性的同时减小反转电流值Jc0。

因此，在实验2中，利用具有(Co₇₀Fe₃₀)₈₀B_z和(Co₈₀Fe₂₀)₈₀B_z的成分的存储层17，检测B量z对Co和Fe的比率以及Meffective/Ms有何种影响。样品的细节与实验1的相同。

表2示出在(Co₇₀Fe₃₀)_100-zB_z中将B量z(原子％)设定为5至40％的CoFeB合金的成分、饱和磁化量Ms的测量结果和有效退磁场Meffective的大小，以及饱和磁化量和有效退磁场的大小的比率Meffective/Ms。

此外，以相同的方式，表3示出在(Co₈₀Fe₂₀)_100-zB_z中将B量z(原子％)设定为5至40％的CoFeB合金的成分、饱和磁化量Ms和有效退磁场Meffective的大小，以及比率Meffective/Ms。

表2

	Ms(emu/cc)	Meffective(emu/cc)	Meffective/Ms
				(Co₇₀Fe₃₀)₉₅B₅	1310	1090	0.83
(Co₇₀Fe₃₀)₉₀B₁₀	1250	1080	0.89
				(Co₇₀Fe₃₀)₈₀B₂₀	1040	900	0.87
(Co₇₀Fe₃₀)₇₀B₃₀	820	730	0.89
				(Co₇₀Fe₃₀)₆₀B₄₀	450	690	1.53

表3

	Ms(emu/cc)	Meffective(emu/cc)	Meffective/Ms14 -->
				(Co₈₀Fe₂₀)₉₅B₅	1250	1280	1.02
(Co₈₀Fe₂₀)₉₀B₁₀	1100	1140	1.04
				(Co₈₀Fe₂₀)₈₀B₂₀	960	1010	1.05
(Co₈₀Fe₂₀)₇₀B₃₀	750	890	1.19
				(Co₈₀Fe₂₀)₆₀B₄₀	430	690	1.60

从表2中的结果，可以看出当作为(Co₇₀Fe₃₀)_100-zB_z将Co和Fe的比率固定为70比30时，在除B量z＝40原子％外的成分中，有效退磁场Meffective的大小变得小于饱和磁化量Ms。

从表3中的结果，可以看出当作为(Co₈₀Fe₂₀)_100-zB_z将Co和Fe的比率固定为80比20时，在所有成分中，有效退磁场Meffective的大小变得大于饱和磁化量Ms。

从上述表1至3的结构可以明确，如果B量z在等于或小于30原子％的范围中，饱和磁化量Ms和有效退磁场Meffective的大小的关系由Co和Fe的比率确定。

因此，其中有效退磁场Meffective的大小小于饱和存储层17的磁化量Ms的CoFeB合金的成分如下：

(Co_xFe_y)_100-zB_z范围

0≤Co_x≤70，

30≤Fe_y≤100，并且

0＜B_z≤30。

实验3

在吉比特级自旋注入磁化反转存储器中，假定存储元件的尺寸等于或小于100nmφ。因此，在实验3中，使用50nmφ大小的存储元件评价热稳定性。

在CoFeB合金的成分中，CoFe和B之间的成分比率(原子％)固定为80比20，CoFe中Co的成分比率x(原子％)改变为90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％和0％。

除元件尺寸外样品的细节与实验1中的相同。

图6示出当存储元件3的尺寸是50nmφ时，CoFeB合金的Co量(CoFe中的含量，原子％)和热稳定性(KuV/k_bT)的指数Δ之间的关系。

从图6中，发现热稳定性的指数Δ对CoFeB合金的成分的关系从图4所示的元件尺寸为50nmφ的椭圆存储元件(短轴0.09μm×长轴0.18μm)中获得的CoFeB合金的成分关系开始，显著变化。

根据图6，仅在CoFeB合金的成分中存在等于或高于60％的Fe的原子％的情况下维持高热稳定性。

作为许多检验的结果，明确了在亚微观存储元件中通过具有60％或更高的Fe的原子％的CoFeB合金示出高的热稳定性的指数Δ的原因可归于沿膜表面垂直方向的CoFeB合金的磁化。

可认为沿膜表面垂直方向的CoFeB合金的磁化的原因在于这样的成分，其中有效退磁场Meffective的大小显著小于饱和磁化量Ms，

此外，同样在具有垂直磁化膜的亚微观元件中维持热稳定性的原因在于公式(2)中的Hk(有效各向异性场)的关系，垂直磁化膜的Hk一般具有远高于面内磁化膜的值。换言之，通过高Hk的作用，即使在亚微观元件(如果具有面内磁化膜则不能确保充分的热稳定性的指数Δ)中也可以沿垂直磁化方向维持高的热稳定性的指数Δ。

从实验结果看，当Fe_100-x等于或高于60％时，在具有(Co_xFe_100-x)₈₀B₂₀成分的CoFeB合金中，使用自旋注入该成分可以优选地用于吉比特级存储器装置。

实验4

上述实验3示出：当Fe的量等于或高于60％时，在具有(Co_xFe_100-x)₈₀B₂₀成分的CoFeB合金中，该成分可以优选地用于使用自旋注入的吉比特级存储器装置。此外，在实验4中，用具有在5至30原子％范围内的B量的CoFeB合金制造尺寸50nmφ的存储元件，并且评估其热稳定性。

除元件尺寸外的样品的细节与实验1中的相同。

表4示出具有(Co_xFe_100-x)_100-zB_z(Co量x＝50、40、30、20、10、0，并且B量z＝5、10、20、30的范围)成分的CoFeB合金和热稳定性(KuV/k_BT)的指数Δ之间的关系。

表4

	(Co₅₀Fe₅₀)_100- _zB_z	(Co₄₀Fe₆₀)_100- _zB_z	(Co₃₀Fe₇₀)_100- _zB_z	(Co₂₀Fe₈₀)_100- _zB_z	(Co₁₀Fe₉₀)_100- _zB_z	Fe_100-zB_z
							B_z＝5Atom％	19	40	42	42	43	44
B_z＝10Atom％	20	41.5	43	44	44	45
							B_z＝20Atom％	20	43	44	45	46	46
B_z＝30Atom％	21	45	47	48	48	48

从表4得到，在除Co量x＝50且B量z＝5至30情况外的所有成分中，热稳定性的指数Δ维持为高。

换言之，如实验4中的结果，明确了当对应于吉比特级自旋注入式磁化反转存储器的亚微观元件确保高热稳定性时，Co量x＝50和60是边界线。

因此，根据上述结果，证明了当存储层17的CoFeB合金的成分是以下范围中的(Co_xFe_100-x)_100-zB_z时，该成分优选用于制造吉比特级自旋注入式磁化反转存储器：

0≤Co_x≤40，

60≤Fe_y≤100并且

0＜B_z≤30。

此外，在Co和Fe之间具有高Fe比的有成分的CoFeB合金中，有效退磁场Meffective和饱和磁化量Ms之间的间隔大，并且容易实现垂直磁化，因此容易确保热稳定性。

鉴于此，当磁性存储器的容量增大并且存储元件3的尺寸更小时，Fe含量大的CoFeB合金容易确保热稳定性。

因此，例如，当考虑可以通过具有60原子％的Fe_y和70nmφ的尺寸的存储层17来实现吉比特级自旋注入式磁化反转存储器的状态时，希望CoFeB合金中的Fe量y在存储元件3的直径每次增加5nmφ时增大5。

例如，在上述(Co_xFe_y)_100-zB_z的情况中，根据存储元件尺寸的减小，具有65％、70％、75％、80％……的Fe量y的成分作为CoFe(在Co量x的情况下35％、30％、25％、20％……)中的含量的优选示例。

[1-4.先例2的结构]

接着，将描述先例2。由于先例2的存储器装置和存储元件3的结构示例与图1和图2中的相同，将不重复重叠的描述。

该先例2使用CoFeB作为存储层17和磁化固定层15，与先例1相同，但是CoFeB成分是范围为0≤Co_x≤40、60≤Fe_y≤100且20＜B_z≤40的(Co_xFe_y)_100-zB_z。

当考虑制造自旋注入式磁化反转存储器作为半导体装置时，希望构成存储元件3的磁性材料在半导体过程可以接受的温度范围内呈现优良特性。

例如，由于施加到半导体过程(对于硅基底进行，到其通过所有过程之后成为芯片)的热载荷等于或大于350℃，考虑这个事实，构成存储元件3的磁性材料需要即使在经历过等于或大于350℃的热处理后也呈现优良特性。

另一方面，操作存储器装置所需的晶体管特性一般在暴露到高温(例如等于或大于450℃)时劣化。鉴于此，在被加热到450℃或500℃等的高温的状态中显示特性的磁性材料也不适当。

因此，当考虑制造自旋注入式磁化反转存储器时，需要构成存储元件3的磁性材料在等于或大于350℃并小于450℃的温度范围内展现良好的特征。

当要考虑关于半导体过程和热量之间的亲和性时，由于一般垂直磁化材料的磁力和TMR特性在等于或高于250℃的温度时劣化，或者磁性在等于或高于500℃的高温时基本上消失，很难处理垂直磁化膜。

然而，如上所述垂直磁化膜适于大容量和低能耗。因此，为在与半导体过程具有高亲和性的热处理条件下自旋注入式磁化反转存储器(显示低反转电流和高输出的特性)开发垂直磁化膜是重要的。

因此，先例2基于以下认识：在使用上述适于大容量和低能耗的具有垂直磁化各向异性的存储元件3的存储器装置中，需要在等于或大于350℃并小于450℃的温度范围的热处理中确保高的磁致电阻变化率。

如上述，希望采用垂直磁化式以降低用于存储的电流。此外，由于垂直磁化膜一般可以比面内磁化膜保持高的磁性各向异性，如上述在维持高的热稳定性的指数Δ的方面垂直磁化膜是优选的。

有几种具有垂直各向异性的磁性材料，包括稀土过渡金属合金(TbCoFe等)、金属多层膜(Co/Pd多层膜等)、常规合金(FePt等)、使用氧化物和磁性金属之间的界面各向异性的材料(Co/MgO等)。然而，由于稀土过渡金属合金在合金通过加热扩散或结晶时损失垂直磁化各向异性，该合金不优选作为用于自旋注入式磁化反转存储器的材料。此外，由于公开了磁性多层膜也通过加热而扩散，从而削弱垂直磁性各向异性，并且面心立方体的(111)方向用于展现垂直磁性各向异性，很难实现布置在附近的高极化率层(例如MgO或Fe、CoFe或CoFeB等)所需的(001)方向。

L10常规合金在高温时稳定，并显示沿(001)方向的垂直磁性各向异性，从而不发生上述问题，但是该合金在制造过程中需要通过加热到足够高的温度(等于或大于500℃)，或通过在制造后以等于或大于500℃的高温执行热处理，来规则地布置原子，并且该合金与半导体过程具有低亲和性。此外，可能发生对层叠层的其它部分(例如隧道屏障)不是优选的扩散或界面粗糙的增加。

另一方面，利用界面磁性各向异性的材料(即，在作为隧道屏障的MgO上重叠Co基或Fe基的材料)不容易具有任何上述问题，并且鉴于此，该材料有望成为用于自旋注入式磁化反转存储器的存储层的材料。

因此，作为本申请的发明人进行的检测的结果，发现在由具有范围在0≤Co_x≤40、60≤Fe_y≤100且20＜B_z≤40的(Co_xFe_y)_100-zB_z的成分的CoFeB构成的磁性材料的情况下，即使在热处理温度等于或大于350℃的情况下，也可以高度维持表示反转电流的公式中的自旋极化率P。

高输出元件具有高自旋极化率P，因此根据上述先例2低反转电流也是可能的。

此外，通过使用具有高磁性各向异性的垂直磁化材料，能以高输出和低能耗提供自旋注入式磁化反转元件(存储元件3)，而不牺牲热稳定性。

先例2中存储装置和存储元件3的结构与图1和图2中的相同，但是存储元件3的存储层17采用上述成分。

换言之，根据先例2的存储元件，包括在磁性体的磁化状态下保持信息的存储层17，通过作为中间层的绝缘层16为存储层17提供磁化固定层15。此外，通过沿层叠方向注入自旋极化的电子，沿膜表面垂直方向磁化的存储层17的磁化方向发生改变，从而执行在存储层17上的信息记录。这里，通过使用该成分的CoFeB作为构成存储层17的铁磁性层材料，即使在高温热处理时也可以获得高隧道磁致电阻效应和低反转电流的特性。

因此，即使在高温热处理时也可以得到具有高输出和低电流的磁化反转。

此外，使用存储元件3的存储器装置可以执行信息记录，使电流通过两种线(图1中的线1和6)沿层叠方向在存储元件3中流动以引起自旋迁移，并且使电流通过两种线沿层叠方向在存储元件3中流动以引起自旋转矩磁化反转。

由于如上所述在先例2中即使在高温热处理下也可以获得高输出和低电流的操作特性，可以配置特性均衡方面优良的存储元件3。

此外，由于使用具有高磁性各向异性的垂直磁化膜，信息的热稳定性不劣化。

因此，可以获得存储元件3的充足的操作余量并稳定地操作存储元件3，消除操作误差。

此外，由于材料在等于或大于350℃并低于450℃的范围的高温热处理中展现良好的特性，所以与半导体过程的亲和性很高。

此外，由于减小了用于存储元件3的写电流，所以可以减小存储元件的能量消耗。

因此，可以减小整个存储器的能量消耗，该存储器的存储器单元由先例2的存储元件3构成。

因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器。

此外，具有图2所示的存储元件3和图1所示的结构的存储器具有以下优势：在制造存储器时可以应用一般的半导体MOS形成过程。

因此，该示例的存储器可以用作为一般用途的存储器。

此外，磁化固定层15可以采用CoFeB的上述成分。

此外，即使在先例2中，当氧化镁用于作为中间层的绝缘层16时，可以提高磁致电阻变化率(MR比率)。

通过以高MR比率提高自旋注入效率，可以进一步降低用于使存储层17的磁化方向M17反转的电流密度。

此外，存储元件3可以制造为使得基础层14到帽层18的层在真空装置中相继形成，然后通过刻蚀等过程形成存储元件3的图案。

[1-5.关于先例2的实验]

这里，在先例的存储元件的结构中，具体地，选择构成存储层17的铁磁性层的材料，检验存储元件3的特性。

以与上述实验1至实验4相同的方式，仅对只形成有存储元件3的晶圆进行评论，用于检测存储层17的磁化反转特征。

实验5

在厚度0.725mm的硅基底上形成厚度300nm的热氧化膜，如图7所示在其上形成具有图2所示的结构的存储元件3。

基础层14：具有膜厚10nm的Ta膜、膜厚10nm的Ru膜和膜厚10nm的Ta膜的层叠层

磁化固定层15：膜厚1.2nm的CoFeB膜

绝缘层16：具有膜厚0.9nm的氧化镁膜

存储层17：具有与磁化固定层相同成分的CoFeB膜

每个层如上选择，并且图中未示出的膜厚100nm的Cu膜(将作为后述的字线)布置在基础层14和硅基底之间，以完成各层的形成。

在上述膜结构中，存储层17的铁磁性层具有CoFeB的三元素基础合金的材料，并且铁磁性层的膜厚固定为1.5nm。

除氧化镁膜形成的绝缘层16外的每个层使用DC磁控溅射方法形成。

氧化镁(MgO)膜形成的绝缘层16使用RF磁电管溅射方法形成。

此外，在存储元件3的每个层形成之后，在磁场中的热处理炉中、在不同温度下执行一个小时的热处理。

接下来，在字线部分由光刻法掩模后，通过用Ar等离子体对字线以外的重叠膜的部分执行选择刻蚀形成字线(下电极)。此时，对字线以外的部分执行的刻蚀达基底的5nm的深度。

此外，由于需要使足够的电流在存储元件中流动以产生用于特性评估的存储元件的磁化反转所需的自旋转矩，所以需要抑制隧道绝缘层的阻抗值。因此，存储元件3的图案形成为短轴0.09μm并且长轴0.09μm的椭圆形，从而将存储元件3的面积阻抗值(Ωμm²)设为3至20Ωμm²。

这样，制备了存储元件3的样品。

在CoFeB合金的成分中，CoFe和B的成分比(原子％)固定到80∶20，B的成分比例z(原子％)改变到10％、20％、30％、35％、40％以及50％。

如上所述，对存储元件3的每个样品执行以下的特征评估。

(TMR的测量)

为了评估先例的存储元件的输出特性而执行TMR的测量。

在扫描3kOe范围内的磁场的同时将100mV的电压施加到存储元件3，以测量存储元件3的电阻值。

然后，考虑存储元件3之间的不均匀，制备约20个具有相同结构的存储元件3，然后执行上述测量以获得特性的平均值。

图8对于存储元件3的每个样品的存储层17的CoFeB合金的每个成分，示出了TMR根据热处理温度的变化。

从图8中可以发现，当B的浓度是10％时(图中的10B)，TMR在300℃的热处理温度附近形成峰值。

另一方面，当B的浓度在20％至40％的成分范围中时(图中的20B至40B)，TMR的峰值从350℃附近的热处理温度移动到400℃。

此外，发现当B的浓度是50％时(图中的50B)，如果在等于或大于200℃的温度处执行热处理，观察到TMR，但是TMR的绝对值相比其它成分的CoFeB合金变得很小。

当B的浓度是40％时，TMR相比B的浓度是10％至35％的样品的最大TMR(约110％)仍然在微小的水平，但是TMR的约80％固定在350℃至400℃的热处理温度附近，其等价于自旋注入式磁化反转存储器可采用的输出。

此外，在B的浓度是20％至30％的样品的情况下，即使在450℃附近也确保足够的TMR。

总之，可以确定当B的浓度在20％至40％的成分范围中时，在对于半导体过程最优的热处理范围中获得最优选的TMR特性。

一般地，当使用CoFeB合金形成隧道磁结点时，公开了受到热处理的B扩散到MgO屏障(绝缘层16)或帽层18侧。B的浓度在350℃至400℃的热处理温度范围中优选的是20％至40％的原因与B的扩散相关，通过将一定量B放入作为CoFeB合金的原始成分的合金膜中，假定实现B的分布，通过该分布在理想的热处理温度范围中获得良好的垂直磁性特性和TMR特性，因此加强MgO屏障和CoFeB合金的界面磁性各向异性。

根据该假设，即使在温度等于或大于450℃的高温热处理中也存在能通过其获得良好TMR特性的B的浓度，但是在该实验中使用的样品的情况下，基础层14的粗糙度被加强，并且在高于450℃的热处理中带来基础层14和帽层18的过多的扩散，因此考虑具有所有B浓度等级的CoFeB中TMR特性劣化。

当B的浓度是10％时在等于或大于350℃的高温时TMR特性劣化是由于以下事实：由于当在高温下执行热处理时B的浓度过度的小，很难加强MgO屏障和CoFeB合金之间的界面磁性各向异性。

此外，当B的浓度是50％时没有获得满意的TMR特性是原因可以是饱和磁化由于过高的B的浓度而被极度地降低。

由以上结果，当CoFeB合金中Co和Fe的成分比率(原子％)被固定为20∶80时，证实通过20％至40％的B的浓度和范围从350℃至450℃的热处理温度可以形成具有高输出的存储元件3。

实验6

上述实验5示出在具体的Co/Fe比率处改变B的浓度时的具体实验结果。接下来，在实验6中，Co/Fe比率设为40/60、30/70和10/90，并且B的浓度改变到20％、30％和40％，以形成存储元件3，并且评价TMR特性。

图9A至9C示出在每个Co/Fe比率处改变B的浓度和热处理温度时的TMR特性。

从结果中可以理解，在所有成分中，实验5所示的20％至40％的B的浓度和350℃至400℃范围的热处理温度中获得高输出(高TMR)特性。

此外，即使在450℃附近也观察到具有高输出(高TMR)特性的成分。例如，是具有范围从20％至30％的B的浓度的成分。

此外，对于Co/Fe比率，没有观察到其对于TMR值的依存性。

上述实验5和实验6的结果示出：在0≤Co_x≤40、60≤Fe_y≤100、20＜B_z≤40的成分范围中，通过将可以获得的(Co_xFe_y)_100-zB_z用作垂直磁化铁磁性材料CoFeB，可以提供具有高输出的存储元件，其具有与范围从350℃至400℃的热处理温度的半导体过程的高亲和性。

此外，通过实现高输出还实现了高自旋极化率P，从而也可以降低能耗。

由此，通过利用具有高垂直磁化的磁性各向异性，可以提供具有高输出和低反转电流的自旋注入式磁化反转元件，而不使用牺牲热稳定性的技术。

此外，在上述先例1中，描述了在0＜B_z≤30的B的浓度范围中有效退磁场Meffective小于饱和磁化量Ms，从而对于垂直磁化是优选的(例如参照以上表2)。关于此，先例2中B的浓度设为20＜B_z≤40，那么30％至40％的范围似乎不适合垂直磁化。

然而，应理解，当以相对高的温度执行热处理时，30％至40％的B的浓度范围中同样地有效退磁场Meffective小于饱和磁化量Ms，从而适合垂直磁化。

表5示出CoFeB的成分是(Co₇₀Fe₃₀)₆₅B₃₅和(Co₇₀Fe₃₀)₆₀B₄₀的存储元件的饱和磁化量Ms和有效退磁场Meffective，存储元件在400℃受到热处理。

表5

	Ms(emu/cc)	Meffective(emu/cc)	Meffective/Ms
				(Co₇₀Fe₃₀)₆₅B₃₅	740	650	0.88
(Co₇₀Fe₃₀)₆₀B₄₀	720	550	0.89

在B的浓度是35％和40％的两种情况下，有效退磁场Meffective小于饱和磁化量Ms(Meffective/Ms＜1)。

换言之，满足以下情况：当热处理温度高时，即使在30％至40％的B的浓度范围中，存储层17接收的有效退磁场的大小小于存储层17的饱和磁化量。

<2.实施例的存储元件>

[2-1.先例的相关问题]

先例通过使用CoFeB合金作为存储层17的铁磁性材料并将其成分设定为预定比率，已经实现了在写电流量减小和热稳定性方面的优选的存储元件。

然而，当使用上述CoFeB合金时，在存储层17的铁磁性材料的成分中包括相对大量的Fe。

由于上述情况，由于过程损坏中的氧化、腐蚀和/或磁性存储器的制造过程期间的高温加热，促使阻抗增加。

具体地，在需要具有等于或小于100nm的精密元件直径的高密度存储元件中，很难忽略由从外围部分到磁性层的腐蚀引起的阻抗增大。根据处理方法，存在一种在MgO隧道屏障膜正上方停止刻蚀，以保护下部中的磁化固定层的方法，但是磁性体仍然不变地被暴露用于上部中的存储层。

本发明的实施例希望提出一种相对容易的方法，该方法加强存储层的耐腐蚀并防止制造期间其阻抗增大，并提供能以低电流进行稳定记录的ST-MRAM元件。

这里，为了检验根据以上描述的先例的问题，图10示出为存储元件的面积绘出阻抗面积(RA)的视图。

具体地，图10示出当存储层17具有[CoFe]∶B＝80∶20时，改变Co和Fe之间的比率的对比。

此外，水平轴表示元件面积(μm²)，竖直轴表示在350℃时执行热处理的RA与在300℃时执行热处理的RA的比率(RA_350/RA_300)。

如图10所示，在包括更多Fe的CoFeB成分中，当热处理温度升高时，观察到伴随元件尺寸减小的阻抗值增大，具体地，在需要具有等于或小于100nm的精密元件直径的高密度存储元件中(对应于图中从右侧的第三个图示)，很难忽略从外围部分到磁性层的腐蚀引起的阻抗增大。

鉴于以上情况，可以想到寻找这样的方法：提前估计腐蚀引起的腐蚀量，并且在存储元件的制造过程中扩大元件面积。

然而，测量减小了垂直磁化式ST-MRAM(其用来制造精密元件)的益处。

[2-2.实施例的存储元件的结构]

在本实施例中，如下构造存储元件3的结构。

首先，在实施例中也调节存储元件3的存储层17的成分，具体地，使得存储层17接收的有效退磁场的大小小于存储层的饱和磁化量Ms。换言之，以上述先例1和2相同的方式，选择作为存储层的铁磁性材料的CoFeB合金的成分以使存储层接收的有效退磁场小于存储层17的饱和磁化量Ms。相应的，存储层17的磁化面对膜表面垂直方向。

然后，在实施例中，耐腐蚀材料被加入到包括于存储层17中的铁磁性层的基材(即，上述CoFeB合金)中。

作为耐腐蚀材料，可以是阀金属(valvemetal)，例如Cr、Ti或Ta等。

这里，作为在实施例中为了获得耐腐蚀而加入的元素，可以是能够获得CoFeB层的氧化抑制效果并能够维持先例中存储层的特性的元素。具体举例，从上述Cr、Ti和Ta开始，例如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo或Nb等可以作为示例。当加入非磁性元素时，根据加入量来调节铁磁性层的磁性。

此外，作为磁性元素，Ni也满足上述条件。

此外，为了以确认为目的的说明，除实施例的存储元件1的存储层17以外的结构与先例1和2的相同。此外，存储器装置的结构与先例1和2的相同。

根据按照上述实施例的存储元件的结构，可以有效地抑制存储层17中包括的铁磁性层的热处理导致的氧化以及RA的增大。此外，并列地，同样可以抑制在温度等于或大于350℃的高温热处理中的RA的增大(参照以下实验结果)。

通过在热处理之后抑制RA，可以实现低消耗的ST-MRAM。

此外，从以下实验结果清楚看出，相比先例，可以期望改善实施例的存储层中的热稳定性。

此外，根据实施例，不需要预先进行测量来估计腐蚀引起的腐蚀量并扩大元件面积，这样，也在元件尺寸小型化方面有利。

[2-3.实施例的存储元件的实验]

实验7

实验7是对将耐腐蚀元素加到先例的存储层时的特性的研究。通过由VSM测量获得的磁化曲线，存储层的饱和磁化量Ms示出相同值。制备了三种样品1至3。样品1用于比较。

每个样品的存储层的结构如下。

样品1：膜厚1.7nm的[Co₁₀Fe₉₀]₈₀B₂₀膜

样品2：膜厚0.9nm的[Co₁₀Fe₉₀]₈₀B₂₀膜、膜厚0.2nm的Cr层和膜厚0.9nm的[Co₁₀Fe₉₀]₈₀B₂₀膜的层叠膜

样品3：膜厚0.8nm的[Co₁₀Fe₉₀]₈₀B₂₀膜、膜厚0.1nm的Ni层和膜厚0.8nm的[Co₁₀Fe₉₀]₈₀B₂₀膜的层叠膜

此外，所有样品中除存储层以外的各层的结构如下。

基础层：具有膜厚10nm的Ta膜、膜厚10nm的Ru膜和膜厚5nm的Ta膜的层叠层

磁化固定层：膜厚1nm的[Co₂₀Fe₈₀]₈₀B₂₀膜

隧道绝缘层：具有膜厚1nm的氧化镁膜

帽层：具有膜厚1nm的Ta膜、膜厚5nm的Ru膜和膜厚3nm的Ta膜的层叠层

这里，对于每个样品，在厚度0.725mm的硅基底上形成厚度300nm的热氧化膜，并且在其上形成具有上述结构的存储元件。此外，膜厚100nm的Cu膜(将作为后述的字线)布置在基础层和硅基底之间。

使用DC磁控溅射方法形成除由氧化镁膜形成的绝缘层外的每个层。由氧化镁(MgO)膜形成的绝缘层使用RF磁控溅射方法形成。此外，在存储元件的每个层形成之后，在磁场中的热处理炉中执行300℃至350℃温度的热处理一个小时。

接下来，在字线部分由光刻法掩模后，通过用Ar等离子体对重叠膜的、字线以外的部分执行选择刻蚀形成字线(下电极)。此时，对字线以外的部分执行的刻蚀达基底的5nm的深度。之后，通过电子束打印装置形成存储元件的图案的掩模，并且对层叠膜执行选择刻蚀以形成存储元件。刻蚀在中字线的Cu层上方的、除存储元件外的部分中执行。此外，由于需要使足够的电流在存储元件中流动以产生用于特性评估的存储元件的磁化反转所需的自旋转矩，需要抑制隧道绝缘层的阻抗值。因此，存储元件的图案形成为圆形，直径从70至140nm，并且调节隧道绝缘层以将存储元件的面积阻抗值(Ωμm²)设为20Ωμm²。

接下来，通过溅射厚度约100nm的Al₂O₃，将除存储元件外的部分绝缘。之后，使用光刻法形成用作为上电极的位线和用于测量的垫。这样，制备了存储元件的样品。

对如上所述制备的存储元件的每个样品执行以下的特征评估。在测量之前，存储元件配置为从外侧接收磁场，从而可以将反转电流的正方向和负方向的值控制为对称。此外，施加到存储元件的电压设为1V，在绝缘层不损坏的范围内。

(磁化曲线的测量)

通过VSM测量来测量每个样品的磁化曲线。此时，经历了微制造的元件没有用于测量，并且使用专用于晶圆上的磁化曲线评估的约8mm×8mm的体膜部分。此外，用于测量的磁场施加到膜表面垂直方向。

(磁致电阻曲线的测量)

通过在将磁场施加到存储元件的同时测量元件阻抗来执行评估。

(反转电流和热稳定性的测量)

测量反转电流值，用于评估实施例的存储元件的写特性。使具有10μs至100ms的脉冲宽度的电流在存储元件中流动，然后测量存储元件的阻抗值。

此外，通过改变在存储元件中流动的电流量，获得使存储元件的存储层的磁化方向反转的电流值。将电流值对脉冲宽度的依赖性外推到1ns的脉冲宽度而获得的值被设为反转电流值。此外，反转电流值对脉冲宽度的依赖性的倾度对应于上述存储元件的热稳定性的指数(Δ)。在反转电流值不通过脉冲宽度而发生变化(倾度小)的方面来说，这意味着反转电流值对热量扰动的抵抗性变强。

此外，考虑存储元件中的不均衡，制备了约20个相同结构的存储元件，并且执行上述测量以获得反转电流值和热稳定性指数Δ的平均值。

图11是示出样品1至3的每个的元件尺寸的300℃和350℃的热处理温度的RA比率。

此外，同样在图11中，水平轴表示元件面积(μm²)，垂直轴表示在350℃时执行热处理的RA与在300℃时执行热处理的RA的比率(RA_350/RA_300)，如图10。

根据图11，发现与比较示例(样品1)相反，在加入了实施例的元素的存储元件(样品2和3)中抑制了对于元件尺寸扩大热处理温度升高且RA值升高。这表明加入的元素Cr和Ni具有良好的耐腐蚀性，并且反应了将该元素与CoFeB层进行合金带来的效果。

在接下来的表6中，总结了样品1至3的存储元件的存储层的饱和磁化、MR比率和热稳定性的比率。

表6

根据表6，发现加了耐腐蚀元素的样品2和3在示出相同水平的饱和磁化的同时示出高MR比率。这是因为：即使饱和磁化(即面内方向的退磁场)被抑制到相同程度，仍然通过实施例的存储层的更厚的膜厚改善作为旋滤波的样品的特性。

存储层的体积的扩大有利于热稳定性的提高。

此外，在实验中，与先例1对应的成分被用作CoFeB层(具体地，对于B，0＜B_z≤30)，但是在作为基材的具有先例2的CoFeB层(具体地，对于B，20＜B_z≤40)的铁磁性层中同样获得相同的结果。

<3.改进示例>

以上描述了实施例，但是本发明不限于上述实施例所示的存储元件的膜结构，可以采用各种膜结构。

例如，在本公开的实施例中，存储层17和磁化固定层15的CoFeB的成分设为相同的，但是不限于上述实施例，在不背离本发明的要点的范围内可以采取其它不同的成分。

此外，在本发明的实施例中，仅示出单个基础层14、帽材料和存储元件的形状，但不限于此，在不背离本发明的要点的范围内可以采取其它不同的结构。

此外，在本发明的实施例中，磁化固定层15是一个层，但是也可以采用由铁磁性层和非磁性层两层形成的层叠铁销结构。此外，也可以使用将抗铁磁性膜施加到层叠的铁销结构膜的结构。

此外，存储元件的膜结构是否具有存储层17布置在磁化固定层15上方或布置在该层下方的结构是根本没有关系的。此外，膜结构是否为所谓的双重结构(其中磁化固定层15和存储层17出现在上方及下方)是根本没有关系的。

本申请包含了与2011年1月18日向日本专利局递交的日本在先专利申请JP2011-007666中公开的主题相关的主题，这里通过引用引入其全部内容。

本领域技术人员应理解，只要在所附权利要求或与其相当的范围内，根据设计要求和其它因素可以进行各种改变、结合、附属结合和替代。

Claims

1.一种存储元件，包括：

存储层，其具有与膜表面垂直的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；

磁化固定层，其具有与所述膜表面垂直的磁化，所述磁化固定层用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及

作为非磁性体的绝缘层，其布置在所述存储层与所述磁化固定层之间，

其中，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，因而在所述存储层上执行信息的记录，

其中，所述存储层接收到的有效退磁场的大小被配置为小于所述存储层的饱和磁化量，并且

其中，构成所述存储层的铁磁性层材料具有作为基材的CoFeB，并且耐腐蚀元素被加到所述基材中。

2.根据权利要求1所述的存储元件，其中，所述耐腐蚀元素是阀金属。

3.根据权利要求2所述的存储元件，其中，所述耐腐蚀元素是铬(Cr)或镍(Ni)。

4.根据权利要求1所述的存储元件，其中，所述耐腐蚀元素是从以下组合中选择的一者：Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、Ti、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo和Nb。

5.根据权利要求1所述的存储元件，其中，所述CoFeB的成分被设置为在以下范围内的(Co_xFe_y)_100-zB_z：

0≤Co_x≤40；

60≤Fe_y≤100；并且

0＜B_z≤30。

6.根据权利要求1所述的存储元件，其中，所述CoFeB的成分被设置为在以下范围内的(Co_xFe_y)_100-zB_z：

0≤Co_x≤40；

60≤Fe_y≤100；并且

20＜B_z≤40。

7.一种存储器装置，包括：

存储元件，其通过磁性体的磁化状态来保持信息；以及

彼此相交的两种线，

其中，所述存储元件包括：存储层，其具有与膜表面垂直的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；磁化固定层，其具有与膜表面垂直的磁化，所述磁化固定层用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及作为非磁性体的绝缘层，其布置在所述存储层与所述磁化固定层之间，其中，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，因而在所述存储层上执行信息的记录，所述存储层接收到的有效退磁场的大小被配置为小于所述存储层的饱和磁化量，并且构成所述存储层的铁磁性层材料具有作为基材的CoFeB，并且耐腐蚀元素被加到所述基材中，

其中，所述存储元件被布置在所述两种线之间，并且

其中，通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动，以执行自旋极化电子的注入。