CN107689417B - 磁存储装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够提高存储密度的磁存储装置及其制造方法。根据实施方式，磁存储装置包括含金属层、第1磁性层、第2磁性层以及第1中间层。所述含金属层包含金属元素。所述第2磁性层设置于所述含金属层的一部分与所述第1磁性层之间。所述第1中间层包括设置于所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的部分。所述第1中间层朝向所述含金属层成为凸状。

Description

磁存储装置及其制造方法
本申请以日本专利申请2016-154040(申请日2016年8月4日)为基础，从该申请享受优先的利益。本申请通过参照该申请，包括该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及磁存储装置及其制造方法。
背景技术
在磁存储装置中，期望存储密度的提高。
发明内容
本发明的实施方式提供一种能够提高存储密度的磁存储装置及其制造方法。
根据本发明的实施方式，磁存储装置包括含金属层、第1磁性层、第2磁性层以及第1中间层。所述含金属层包含金属元素。所述第2磁性层设置于所述含金属层的一部分与所述第1磁性层之间。所述第1中间层包括设置于所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的部分。所述第1中间层朝向所述含金属层成为凸状。
根据上述结构的磁存储装置，可提供能够提高存储密度的磁存储装置。
附图说明
图1(a)～图1(c)是例示第1实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
图2是例示第1实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
图3(a)以及图3(b)是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图4是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图5是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图6是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图7是例示第2实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
图8是例示磁存储装置的特性的曲线图。
图9(a)～图9(d)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图10是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图11(a)以及图11(b)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
图12是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图13(a)以及图13(b)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
图14是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图15是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图16(a)～图16(i)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意图。
图17(a)～图17(f)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
图18(a)～图18(i)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意图。
图19是例示第3实施方式的磁存储装置的制造方法的流程图。
(附图标记说明)
11：第1磁性层；11A：反铁磁性层；11C：第3磁性膜；11D：第4磁性膜；11E：第2中间膜；11F：膜；11M：第1磁化；11fa、11fb：面；12：磁性层；12A：第1磁性膜；12B：第2磁性膜；12C：第1中间膜；12F：膜；12FC：化合物膜；12M：第2磁化；12fm：金属膜；12fmc：化合物膜；12s：侧面；13：第3磁性层；14：第4磁性层；15：第1中间层；15X：第2中间层；15A～15C：第1～第3区域；15F：膜；15a、15b：第1、第2端部；15c：内侧部分；15fa、15fb：面；15p：突出部；15r：外缘部分；20s：基体层；21：含金属层；21a、21b：第1、第2部分；21c：一部分；21fa、21fb：面；21fm：金属膜；22、22a：电极；30：化合物层；35：侧壁层；40A、40B：第1、第2绝缘部；40Af：膜；41、42：第1、第2绝缘层；70：控制部；110、110a、111、112、113、119a～119c、120、120a～120c、121、121a、121b、122～125：磁存储装置；F3：应力；Hp：一半间距(half pitch)；IB、IB1、IB2：离子束；IF1、IF2：绝缘膜；Iw1、Iw2：第1、第2写入电流；L1～L4：第1～第4晶格长度；La、Lb：晶格长度；Lf1、Lf2：第1、第2长度；M1：掩模；SB：层叠体；SB0：构造体；SBF：层叠膜；Sw1、Sw2：第1、第2开关；WER：写入差错率；p1～p8：第1～第8部分区域；t1、t2：第1、第2距离；ta1、ta2：距离；tp1、tp2：第1、第2部分区域厚度。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的各实施方式。
附图是示意性或者概念性的图，各部分的厚度与宽度的关系、部分之间的大小的比例等未必与现实相同。即使在表示相同的部分的情况下，还有根据附图而相互的尺寸、比例不同地表示的情况。
在本申请说明书和各图中，对关于既出的图与上述的部分同样的要素，附加同一符号而适宜省略详细的说明。
(第1实施方式)
图1(a)～图1(c)是例示第1实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
图1(b)例示了实施方式的磁存储装置110的制造工序的途中的状态。在图1(c)中，省略了在图1(a)中记载了的要素的一部分。
如图1(a)所示，实施方式的磁存储装置110包括含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15。第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15包含于层叠体SB中。
含金属层21包含金属元素。含金属层21包含例如钽。关于含金属层21的材料的例子，后述。
第2磁性层12设置于含金属层21的一部分21c与第1磁性层11之间。第1中间层15设置于第1磁性层11与第2磁性层12之间。第1中间层15是非磁性。第1中间层15包含例如MgO。关于第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15各自的材料的例子，后述。
将从第2磁性层12朝向第1磁性层11的第1方向设为Z轴方向。将相对Z轴方向垂直的1个方向设为X轴方向。将相对Z轴方向以及X轴方向垂直的方向设为Y轴方向。第1方向与层叠体SB的层叠方向对应。
在该例子中，设置有基体层20s以及电极22。电极22在第1方向上离开基体层20s。在基体层20s的至少一部分、与电极22的至少一部分之间，设置含金属层21。在含金属层21的一部分21c与电极22之间设置层叠体SB。电极22也可以是例如覆盖层(capping layer)。
例如，基体层20s也可以是基板的至少一部分。基体层20s是例如绝缘性的。基体层20s也可以包括例如包含氧化铝的基板等。
电极22与例如第1磁性层11电连接。
层叠体SB作为例如磁阻变化元件发挥功能。在层叠体SB中，产生例如TMR(TunnelMagneto Resistance Effect，隧道磁阻效应)。例如，包括第1磁性层11、第1中间层15以及第2磁性层12的路径中的电阻根据第1磁性层11的第1磁化11M的朝向、与第2磁性层12的第2磁化12M的朝向之间的差异而变化。层叠体SB具有例如磁隧道结(Magnetic TunnelJunction：MTJ)。
例如，第1磁性层11的第1磁化11M实质上固定。另一方面，第2磁性层12的第2磁化12M的方向可变。第1磁性层11是例如参照层。第2磁性层12是例如自由层。第2磁性层12是例如存储层。
第2磁性层12作为例如存储信息的层发挥功能。例如，第2磁化12M朝向1个方向的第1状态(第1写入状态)与所存储的第1信息对应。第2磁化12M朝向其他方向的第2状态(第2写入状态)与所存储的第2信息对应。第1信息与例如“0”以及“1”的一方对应。第2信息与“0”以及“1”的另一方对应。
能够通过例如在含金属层21中流过的电流，控制第2磁性层12的第2磁化12M。在该情况下，在含金属层21中流过电流(写入电流)，能够通过电流的朝向，控制第2磁化12M的朝向。
例如，含金属层21包括第1部分21a以及第2部分21b。将从第1部分21a朝向第2部分21b的方向设为第2方向。第2部分21b在第2方向上与第1部分21a并排。第2方向与第1方向(Z轴方向)交叉。第2方向是例如X轴方向。含金属层21的上述一部分21c位于第1部分21a与第2部分21b之间。在包括第1部分21a、一部分21c以及第2部分21b的路径中流过电流。
在该例子中，还设置有控制部70(控制电路、驱动电路)。通过控制部70，提供该电流。
控制部70与例如第1部分21a以及第2部分21b电连接。控制部70在第1写入动作中，将第1写入电流Iw1提供给含金属层21。由此，形成第1状态。第1写入电流Iw1从第1部分21a朝向第2部分21b。控制部70在第2写入动作中，将第2写入电流Iw2提供给含金属层21。由此，形成第2状态。第2写入电流Iw2从第2部分21b朝向第1部分21a。这样，控制部70能够实施写入动作(或者删除动作)。在这些2个状态下，层叠体SB的电阻相互不同。这些写入动作是例如存储动作。
也可以通过控制部70检测电阻的变化。例如，控制部70还与第1磁性层11电连接。在该例子中，控制部70与电极22电连接。例如，控制部70在读出动作中，检测基于第1磁性层11与第1部分21a之间的电阻的变化的特性(电压等)的变化。第1状态下的第1磁性层11与第1部分21a之间的第1电阻和第2状态下的第1磁性层11与第1部分21a之间的第2电阻不同。即，第1写入动作后的第1磁性层11与第1部分21a之间的第1电阻和第2写入动作后的第1磁性层11与第1部分21a之间的第2电阻不同。在上述中，第1部分21a以及第2部分21b可相互调换。例如，上述的电阻也可以是第1磁性层11与第2部分21b之间的电阻。
在该例子中，还设置有第1绝缘层41、第2绝缘层42以及化合物层30。第1绝缘层41的至少一部分在X-Y平面内与第1磁性层11并排。例如，第1绝缘层41的至少一部分在X轴方向上与第1磁性层11并排。第2绝缘层42设置于第1磁性层11与第1绝缘层41之间。第1绝缘层41包含例如氧化硅或者氧化铝等绝缘体。第2绝缘层42包含例如在层叠体SB中包含的金属元素的氧化物等。如后所述，在例如加工层叠体SB时形成第2绝缘层42。
化合物层30设置于含金属层21与第1绝缘层41之间。例如，化合物层30在X轴方向上与第2磁性层12的至少一部分重叠。化合物层30也可以在X轴方向上还与第1中间层15的至少一部分重叠。化合物层30的一部分在Z轴方向上，处于含金属层21、与第1中间层15的一部分之间。例如，化合物层30与第2磁性层12的侧面12s对置。侧面12s与例如X轴方向交叉。
化合物层30是例如包含在含金属层21中包含的金属元素的化合物。如后所述，化合物层30也可以是成为含金属层21的金属膜的表面的一部分通过氧化等变化而形成。例如，在含金属层21包含钽的情况下，化合物层30包含氧化钽。
在实施方式中，第1中间层15朝向含金属层21成为凸状。例如，第1中间层15朝向第2磁性层12成为凸状。例如，在图1(a)中，第1中间层15具有上表面(后述的面15fa，参照图1(c))。上表面的中央部分以上表面的外缘为基准位于下方。第1中间层15具有下表面(后述的面15fb，参照图1(c))。下表面的中央部分以下表面的外缘为基准位于下方。例如，第1中间层15朝向含金属层21成为凸状的状态包括上述上表面的状态、以及上述下表面的状态的至少某一个。
通过这样的结构，在例如信息的写入动作(存储动作)中，能够降低写入差错率(Write Error Rate：WER)。考虑为其原因为，通过这样的结构，易于将第2磁性层12的第2磁化12M控制为期望的状态。
例如，在实施方式的1个例子中，第2磁化12M朝向+Y方向以及-Y方向中的某一方。此时，如果第2磁化12M朝向这些方向以外的方向，则易于错误地记录应存储的信息。例如，在热稳定性不充分的情况下，有第2磁化12M的朝向并非期望的方向的情况。由此，写入差错率WER恶化。
进而，在存储装置中，设置多个层叠体(存储器单元)。如果多个层叠体的间距变小，则有位于着眼的层叠体的旁边的其他层叠体对着眼的层叠体造成影响的情况。例如，有来自旁边的存储器单元的漏泄磁场使第2磁化12M的稳定性降低的情况。其限制存储装置的存储密度的提高。换言之，如果使存储密度上升，则写入差错率WER恶化。
相对于此，在实施方式中，通过上述那样的特殊的构造，能够改善写入差错率WER。
例如，第1中间层15朝向含金属层21成为凸状。通过这样的构造，考虑为例如对第2磁性层12施加应力。通过基于该应力的歪斜，产生例如逆磁歪斜(inversemagnetostrictive)效应(维拉里效应)。
由此，例如，抑制第2磁性层12的顽磁力的变动(例如偏差)。例如，得到高的保留(retention)能量，能够提高保留特性(保留耐性)。
例如，考虑为通过逆磁歪斜效应，易于将第2磁化12M的方向控制为某个范围内。由此，例如，考虑为第2磁化12M的方向易于沿着期望的方向(例如+Y方向以及-Y方向中的某一个)。第2磁化12M的方向较强地朝向期望的方向(例如+Y方向以及-Y方向)。保留能量增大。
其结果，根据实施方式，考虑为能够改善写入差错率WER。由此，能够提高存储密度。
例如，考虑为通过化合物层30，对第1中间层15以及第2磁性层12施加应力。由此，第1中间层15施加朝向含金属层21成为凸状的力。特别地，第1中间层15在外缘部分(后述第1端部15a以及第2端部15b的附近)中，大幅弯曲。另外，考虑为对第2磁性层12施加应力。
以下，说明形成化合物层30的状态的例子。
如图1(b)所示，在基体层20s的上方，设置有成为含金属层21的金属膜21fm，在其上方，形成成为第2磁性层12、第1中间层15以及第1磁性层11的层叠膜。然后，通过例如离子铣削等手法，对该层叠膜进行加工。由此，形成包括金属膜21fm、第2磁性层12、第1中间层15以及第1磁性层11的构造体SB0。
此时，也可以在这些磁性层中包含的元素的反应物附着到这些磁性层以及第1中间层15的侧壁。该附着了的反应物与上述第2绝缘层42对应。
如图1(b)所示，能够使第1中间层15的宽度大于第2磁性层12的至少一部分的宽度。例如，在成为第1中间层15的膜的蚀刻速率(etching rate)低于磁性层的蚀刻速率时，能够形成这样的宽度。宽度是与Z轴方向交叉的方向的长度，是例如沿着X轴方向的长度。在第1中间层15中形成突出部15p。这样，第1中间层15在与从第2磁性层12朝向第1磁性层11的第1方向(Z轴方向)交叉的方向上，以第2磁性层12为基准突出。
之后，处理例如成为含金属层21的金属膜21fm的表面。处理是例如氧等离子体处理。由此，从金属膜21fm的一部分，形成化合物层30。剩下的金属膜21fm成为含金属层21。通过处理，金属膜21fm的表面的一部分变化。在金属膜21fm的厚度是约5nm的情况下，变化的部分的厚度是例如约1nm。在变化的部分的厚度是约1nm的情况下，变化而形成的化合物层30的厚度成为约4nm。在化合物层30的形成过程中，产生膨胀。
因此，化合物层30对位于化合物层30的周围的其他层施加力(应力)。通过该应力，将第1中间层15的突出部15p向上侧压上去。由此，突出部15p针对内侧部分15c相对地位于上侧。由此，第1中间层15作为整体，朝向含金属层21成为凸状。
另一方面，从化合物层30对第2磁性层12施加应力。由此，在第2磁性层12中产生歪斜。通过歪斜，第2磁性层12的第2磁化12M的控制性提高。由此，能够改善写入差错率WER。例如，能够抑制邻接单元的影响，作为结果，能够提高存储密度。
在图1(c)中，省略了第1绝缘层41、第2绝缘层42以及电极22。如图1(c)所示，在实施方式中，设置化合物层30。化合物层30包含从由例如在含金属层21中包含的金属元素的氧化物、该金属元素的氮化物、以及该金属元素的氧氮化物构成的群中选择的至少一种。
第1中间层15包括突出部15p。突出部15p在例如第1方向(从第2磁性层12朝向第1磁性层11的方向)上，不与第2磁性层12重叠。突出部15p在例如第1方向上，不与第1磁性层11重叠。化合物层30的至少一部分在第1方向(Z轴方向)上，处于含金属层21与突出部15p之间。
这样，化合物层30的至少一部分处于含金属层21、与第1中间层15的一部分(突出部15p)之间。由此，对突出部15p施加应力，第1中间层15朝向含金属层21成为凸状。另外，通过位于含金属层21与突出部15p之间的化合物层30，对第2磁性层12施加应力。第2磁化12M的控制性提高。
在实施方式中，例如，化合物层30与第2磁性层12相接。如关于图1(b)的说明，在制造工序的途中，有成为第2绝缘层42的膜附着到第2磁性层12的侧壁的情况。在该情况下，有通过用于形成化合物层30的处理(例如等离子体处理)，该第2绝缘层42的一部分与包含在含金属层21中包含的金属元素的化合物混合的情况。该混合物也可以也包含于化合物层30中。在该情况下，化合物层30也与第2磁性层12相接。
如图1(c)所示，在实施方式中，例如，第1中间层15具有与第1磁性层11对置的面15fa。该对置的面15fa朝向含金属层21后退。
如已说明过的那样，例如第2磁性层12具有与第2方向(X轴方向)交叉的侧面12s。化合物层30在第2方向上与侧面12s对置。由此，通过化合物层30形成的应力有效地施加到第2磁性层12。
如图1(c)所示，第1中间层15包括内侧部分15c、和外缘部分15r。外缘部分15r设置于内侧部分15c的周围。内侧部分15c的至少一部分被设置于第1磁性层11和第2磁性层12之间。
第1磁性层11具有第1面11fa和第2面11fb。第1面11fa与第1中间层15对置。第2面11fb是与第1面11fa相反的一侧的面。第2面11fb是例如第1磁性层11的上表面。第1面11fa是第1磁性层11的下表面。
在第1方向(从第2磁性层12朝向第1磁性层11的方向)上，第2面11fb与外缘部分15r之间的第1距离t1(最短距离)比第2面11fb与内侧部分15c之间的第2距离t2(最短距离)短。例如，第2面11fb的第1方向上的位置、与外缘部分15r的第1方向上的位置之间的第1距离t1(最短距离)比第2面11fb的第1方向上的位置、与内侧部分15c的第1方向上的位置之间的第2距离t2(最短距离)短。
在该例子中，外缘部分15r包括第1端部15a、和第2端部15b。第2端部15b在第2方向上与第1端部15a并排。第2方向是与第1方向交叉的方向，是例如X轴方向。
第1距离t1是例如第1端部15a与第2面11fb之间的沿着第1方向(Z轴方向)的距离。第1距离t1也可以是例如第2端部15b与第2面11fb之间的沿着第1方向(Z轴方向)的距离。
另一方面，含金属层21具有与基体层20s对置的面21fb(例如下表面)。含金属层21具有与第2磁性层12对置的面21fa。面21fb是与面21fa相反的一侧的面。
第1中间层15的外缘部分15r与面21fb(例如下表面)之间的沿着第1方向的距离ta1比第1中间层15的内侧部分15c与面21fb之间的沿着第1方向的距离ta2长。
例如，第1中间层15具有与第2磁性层12对置的面15fb。面15fb朝向例如含金属层21成为凸状。
在实施方式中，例如，第1中间层15并非平面状，而是弯曲的。考虑为这样的形状与对第2磁性层12施加应力相关。
在实施方式的磁存储装置110中，第1中间层15中的晶格长度也可以根据场所而不同。
图2是例示第1实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
图2例示了实施方式的磁存储装置110的第1中间层15中的晶格长度。在图2中，为了易于观察附图，强调示出了场所所致的晶格长度的差异。
晶格长度是例如相邻的2个晶格面之间的距离。例如，晶格长度是沿着X-Y平面的1个方向上的晶格的间隔。该1个方向是例如上述第2方向(例如X轴方向)。例如，外缘部分15r的第2端部15b在第2方向上与外缘部分15r的第1端部15a并排。另外，内侧部分15c在第2方向上，位于第1端部15a与第2端部15b之间。第1中间层15具有结晶性。
在实施方式中，外缘部分15r中的沿着1个方向的第1晶格长度L1与内侧部分15c中的沿着上述1个方向的第2晶格长度L2不同。例如，外缘部分15r中的沿着第2方向(例如X轴方向)的第1晶格长度L1与内侧部分15c中的沿着第2方向的第2晶格长度L2不同。
例如，考虑为在第1晶格长度L1与第2晶格长度L2不同时，在第2磁性层12中产生歪斜。例如，第1中间层15中的晶格长度的场所所致的差异与第2磁性层12中的歪斜有关系。
例如，第2磁性层12中的晶格长度也可以根据第2磁性层12中的位置而不同。有第2磁性层12的组成复杂的情况。有第2磁性层12具有多结晶构造或者非结晶构造的情况。在这样的情况下，有难以评价第2磁性层12中的晶格长度的情况。另一方面，有时第1中间层15的晶格长度的评价比第2磁性层12的晶格长度的评价容易。能够根据第1中间层15的晶格长度的状态的评价结果，推测第2磁性层12中的歪斜的状态。
能够根据例如TEM像等，评价晶格长度。例如，能够根据对从TEM像得到的晶格像进行傅里叶变换而得到的结果，得到与晶格长度的大小关系有关的信息。在例如结晶面(即晶格面)中进行该傅里叶变换。
在实施方式中，例如，第1晶格长度L1和第2晶格长度L2的差的绝对值的、相对第1晶格长度L1的比是1％以上。由此，例如，易于将第2磁性层12的第2磁化12M控制为期望的状态。能够改善写入差错率WER。由此，可提供能够提高存储密度的磁存储装置。
在实施方式中，也可以是外缘部分15r中的沿着第1方向(Z轴方向)的第3晶格长度L3与内侧部分15c中的沿着第1方向(Z轴方向)的第4晶格长度L4不同(参照图2)。
例如，在TEM像中，从第1中间层15的晶格像的傅里叶变换，读取晶格间隔。在外缘部分15r中读取的晶格间隔比在内侧部分15c中读取的晶格间隔大约1％程度。考虑为根据泊松比的观点，该晶格间隔的差与第1中间层15在面内方向上的收缩对应。例如，在MgO(200)面的情况下，在第3晶格间隔L3是0.205nm的情况下，第4晶格间隔L4大于0.207nm。
图3(a)以及图3(b)是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
在图3(b)中，省略了在图3(a)中记载了的要素的一部分。
实施方式的其他磁存储装置110a也包括含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15。在磁存储装置110a中，第1中间层15的突出部15p的外缘部分15r向上方弯曲，第1中间层15的中央部分(内侧部分15c)实质上沿着X-Y平面。其他与磁存储装置110相同。在磁存储装置110a中，也能够改善写入差错率WER，能够提高存储密度。
图4是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
在图4中，省略了第1绝缘层41以及第2绝缘层42。以下，关于磁存储装置111，说明与磁存储装置110不同的部分。
如图4所示，在本实施方式的其他磁存储装置111中，第2磁性层12包括第1磁性膜12A、第2磁性膜12B以及第1中间膜12C。第2磁性膜12B设置于第1磁性膜12A与第1中间层15之间。第1中间膜12C设置于第1磁性膜12A与第2磁性膜12B之间。例如，第2磁性膜12B与第1磁性膜12A是反铁磁性耦合的。
第1中间膜12C包含例如Ru。例如，适合地控制第1中间膜12C的厚度。例如，也可以以与RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)耦合的第二峰值(second peak)或者第一峰值(first peak)对应的方式，控制第1中间膜12C的厚度。通过第1中间膜12C的厚度的适合的控制，在第1磁性膜12A与第2磁性膜12B之间，产生反铁磁性耦合。通过反铁磁性耦合，成为相互相逆的极性而耦合，从而降低例如元件端部中的磁性层的退磁磁场。能够通过反铁磁性耦合，减小从第2磁性层12的漏泄磁场。由此，能够缩短多个存储器单元之间的距离。例如，能够提高存储密度。
如果在第2磁性层12中产生反铁磁性耦合，则在第2磁性层12中难以得到形状磁各向异性。第2磁性层12的第2磁化12M的稳定性易于降低。此时，在实施方式中，能够通过第1中间层15的上述特殊的构造，易于将第2磁化12M控制为期望的状态。由此，即使在第2磁性层12中产生了反铁磁性耦合的情况下，也能够将第2磁化12M的方向易于控制为期望的方向。由此，例如，在提高了存储密度时，也能够进行更稳定的动作。
在实施方式中，根据第1中间膜12C的厚度，在第1磁性膜12A与第2磁性膜12B之间，得到铁磁性耦合。在该情况下，使第2磁性层12的第2磁化12M更稳定化。
如上所述，在第1中间膜12C中，使用例如Ru等重元素的非磁性金属。例如，在第2磁性层12中流过的写入电流的一部分流入到第1中间膜12C。由此，针对在第1中间膜12C的上下设置了的第1磁性膜12A以及第2磁性膜12B，使相互不同的方向的转矩起作用。例如，通过第1中间膜12C，自旋极化了的电子朝向第1磁性膜12A反射。由此，能够降低写入电流。例如，得到通过第1中间膜12C实现的自旋轨道效应。
在写入动作中，控制部70对含金属层21与第1磁性层11之间施加电压。在图4的例子中，通过对含金属层21与电极22之间施加电压，对含金属层21与第1磁性层11之间施加电压。通过电压的施加，在第1中间层15和第2磁性层12的界面感应出磁各向异性，所以例如第2磁性层12的磁化反转能量降低。通过适合地设定第1中间膜12C的厚度，使用反铁磁性耦合或者铁磁性耦合的结构。由此，在具有与第1中间层15的界面的第2磁性膜12B中，相比于无第1中间膜12C的情况，能够降低反转能量。其结果，能够在保持保留能量的同时，进一步降低记录电流。
例如，在第1中间膜12C中使用了Ru的情况下，第1中间膜12C的厚度是0.2nm以上0.5nm以下(所述第一峰值)、或者、0.8nm以上1.1nm以下(所述第二峰值)。此时，得到反铁磁性耦合。在第1中间膜12C中使用了Ru的情况下，第1中间膜12C的厚度是0.6nm以上0.8nm以下、或者1.2nm以上。此时，得到铁磁性耦合。也可以作为第1中间膜12C，使用Rh、或者Ir等。
图5是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
在图5中，省略了基体层20s、电极22、第1绝缘层41、第2绝缘层42以及控制部70。以下，关于磁存储装置112，说明与磁存储装置110不同的部分。
如图5所示，在本实施方式的其他磁存储装置112中，层叠体SB还包括反铁磁性层11A。在反铁磁性层11A与第1中间层15之间设置第1磁性层11。在该情况下，反铁磁性层11A设置于电极22(参照图1(a))与第1磁性层11之间。电极22与反铁磁性层11A电连接。反铁磁性层11A与第1磁性层11电连接。
反铁磁性层11A包含例如IrMn。反铁磁性层11A将例如第1磁性层11的第1磁化11M固定为与Z轴方向交叉的方向。反铁磁性层11A是例如钉扎(pinning)层。
在该例子中，第1磁性层11包括第3磁性膜11C、第4磁性膜11D以及第2中间膜11E。在第4磁性膜11D与第1中间层15之间，设置第3磁性膜11C。在第3磁性膜11C与第4磁性膜11D之间，设置第2中间膜11E。第4磁性膜11D包含例如CoFe。第2中间膜11E包含例如Ru。第3磁性膜11C包含例如CoFeB。第2中间膜11E的厚度被设定为使第4磁性膜11D和第2磁性膜11C磁耦合那样的厚度。如上所述，第3磁性膜11C也可以包含硼。由此，例如，在层叠体SB中，能够得到高的MR比。由此，能够提高信息的写入状态的检测精度。由此，例如，能够缩小1个存储器单元的尺寸。由此，能够易于提高存储密度。
在磁存储装置112中，也能够通过第1中间层15的上述特殊的构造，将第2磁化12M易于控制为期望的状态。可提供能够提高存储密度的磁存储装置。
在磁存储装置112中，第2磁性层12也可以包括第1磁性膜12A、第2磁性膜12B以及第1中间膜12C。
以下，说明含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15的例子。
含金属层21也可以包含例如具有高的自旋霍尔效应的材料。例如，含金属层21与第2磁性层12相接。例如，含金属层21对第2磁性层12赋予自旋轨道转矩。含金属层21也可以作为例如自旋轨道层(Spin Orbit Layer，SOL)发挥功能。例如，能够通过在含金属层21与第2磁性层12之间产生的自旋轨道转矩，改变第2磁性层12的第2磁化12M的朝向。例如，能够根据在含金属层21中流过的电流的朝向(第1写入电流Iw1的朝向或者第2写入电流Iw2的朝向)，控制第2磁化12M的方向。
含金属层21包含从由例如钽以及钨构成的群中选择了的至少一种。含金属层21包含从由例如β-钽以及β-钨构成的群中选择了的至少一种。这些材料中的自旋霍尔角是负。这些材料中的自旋霍尔角的绝对值大。由此，能够通过写入电流，高效地控制第2磁化12M。
含金属层21也可以包含从由铂以及金构成的群中选择了的至少一种。这些材料中的自旋霍尔角是正。这些材料中的自旋霍尔角的绝对值大。由此，能够通过写入电流，高效地控制第2磁化12M。
根据自旋霍尔角的极性，对第2磁性层12施加的自旋轨道转矩的方向(朝向)不同。例如，含金属层21对第2磁性层12提供自旋轨道相互作用转矩。由此，例如，稳定的写入变得容易。
利用自旋霍尔效应的磁存储装置是例如自旋轨道转矩随机访问存储器(spin-orbit torque magnetic random access memory：SOT-MRAM)。在SOT-MRAM中，例如，能够分离写入电流端子、和读入电流端子。例如，考虑为易于降低写入差错率WER。
在实施方式中，也可以利用自旋传递转矩效应(spin-transfer torque effect)。在该情况下，通过在层叠体SB中流过沿着层叠方向的电流，控制磁化的朝向。这样的磁存储装置是例如自旋传递转矩随机访问存储器(spin transfer torque magnetic randomaccess memory：STT-MRAM)。在STT-MRAM中，使用同一端子，以大的电流进行写入，以小的电流进行读出。在STT-MRAM中，含金属层21也可以在例如写入动作中，用作一方的电极。也可以通过在含金属层21与电极22之间流过电流，进行写入以及读出。
根据实施方式，不论在SOT-MRAM以及STT-MRAM中的哪一个中，都能够提高第2磁性层12的第2磁化12M的控制性。
第2磁性层12是例如磁化自由层。第2磁性层12包含例如铁磁性材料以及软磁性材料的至少某一个。第2磁性层12也可以包括例如人工晶格。
上述铁磁性材料也可以具有例如L10构造、或者、L11构造。第2磁性层12包含从由例如FePd(铁-钯)、FePt(铁-铂)、CoPd(钴-钯)以及CoPt(钴-铂)构成的群中选择了的至少一种。上述软磁性材料包含例如CoFeB(钴-铁-硼)。上述人工晶格包括例如包括第1膜和第2膜的层叠膜。第1膜包含例如NiFe(镍-铁)、Fe(铁)以及Co(钴)的至少某一个。第2膜包含例如Cu(铜)、Pd(钯)以及Pt(铂)的至少某一个。第1膜是例如磁性材料，第2膜是非磁性材料。
第2磁性层12也可以包含例如铁氧体磁性材料。
在实施方式中，在使用利用自旋轨道转矩的磁化反转的情况下，例如，第2磁性层12具有面内磁各向异性。由此，例如，能够从含金属层21得到与磁化方向反平行的极化自旋。例如，第2磁性层12也可以具有面内的形状磁各向异性、以及面内的结晶磁各向异性。
在实施方式中，第2磁性层12也可以具有垂直磁各向异性。在该情况下，能够通过例如外部磁场等，使用从含金属层21的极化自旋来进行磁化反转。
第2磁性层12中的热扰乱(thermal agitation)耐性优选高。热扰乱指数Δ通过下式表示。
Δ＝KuV/(KBT)＝(Kshape+Kfilm)V/(KBT)
在上述中，“Ku”是单轴磁各向异性。“V”是体积。“Kshape”是形状磁各向异性。“Kfilm”是膜的单轴磁各向异性。
例如，如果使第2磁性层12的厚度变厚，则体积V变大。此时，通过厚度，单轴磁各向异性的大小变化。
第2磁性层12也可以具有例如合成(synthetic)构造。在合成构造中，例如，第2磁性层12包括第1磁性膜12A、第2磁性膜12B以及第1中间膜12C(参照图4)。根据第1中间膜12C(例如Ru膜)的厚度，有在第2磁性层12中得到铁磁性耦合的情况、或者得到反铁磁性耦合的情况。
在使用了铁磁性耦合时，能够得到例如高的热扰乱耐性。
另一方面，在使用了反铁磁性耦合的情况下，第2磁性层12成为例如人工反铁磁性(Synthetic Anti-Ferromagnetic：SAF)构造。在该构造中，产生相互逆向的泄漏磁场。因此，能够减小向接近的其他存储器单元的泄漏磁场的影响。例如，能够减小顽磁力的偏差。在SAF构造中，消除形状磁各向异性。因此，有难以充分地提高热扰乱耐性的情况。
在实施方式中，能够通过第1中间层15的上述特殊的构造，提高热扰乱耐性。实施方式能够应用于使用铁磁性耦合的结构、以及使用反铁磁性耦合的结构中的任一个。
第1中间层15包含从由例如MgO(氧化镁)、CaO(氧化钙)、SrO(氧化锶)、TiO(氧化钛)、VO(氧化钒)、NbO(氧化铌)以及Al2O3(氧化铝)构成的群中选择了的至少一种。第1中间层15是例如隧道势垒(tunneling barrier)层。在第1中间层15包含MgO的情况下，第1中间层15的厚度是例如约1nm。
第1中间层15也可以包括氧化物的1个膜。第1中间层15也可以包括氮化物的1个膜。第1中间层15也可以包括包含多个膜的层叠膜。
例如，MgO具有NaCl(氯化钠)构造的结晶构造。第1中间层15也可以包含例如具有尖晶石型结晶构造的材料(MgAl2O4等)等。
第1磁性层11是例如参照层。第1磁性层11是例如磁固定层。第1磁性层11包含例如Co(钴)、CoFeB(钴-铁-硼)。此时，也可以设置反铁磁性层11A(参照图5)。由此，在第1磁性层11中，赋予面内方向的各向异性。由此，第1磁性层11的第1磁化11M被固定为面内的实质上1个方向(与Z轴方向交叉的方向)。第1磁性层11成为例如面内磁化膜。
例如，第1磁性层11的饱和磁化Ms优选小。由此，能够抑制对第2磁性层12不均匀地施加第1磁性层11的漏泄磁场。
例如，第1磁性层11(参照层)的厚度比第2磁性层12(自由层)的厚度厚。由此，第1磁性层11的第1磁化11M被稳定地固定为预定的方向。
在第1磁性层11厚时，从第1磁性层11发生的磁场分布变大，有对第2磁性层12不均匀地施加来自第1磁性层11的泄漏磁场(漏泄磁场)的情况。例如，来自第1磁性层11的泄漏磁场以使第2磁化12M的朝向相对第1磁化11M的朝向平行的方式发挥作用。来自第1磁性层11的泄漏磁场使第2磁性层12的磁化反转磁场变化，使第1磁性层11中的热扰乱耐性劣化。例如，通过来自第1磁性层11的泄漏磁场的影响，第2磁性层12的反向对称性成为非对称。由此，例如，产生在第1磁化11M和第2磁化12M平行的状态和反平行的状态下，这些状态的热稳定性相互不同的情况。有层叠体SB中的动作变得不稳定的可能性。
通过第1磁性层11的饱和磁化Ms小，能够抑制第1磁性层11的泄漏磁场所引起的动作的不稳定。
在实施方式中，第1磁性层11也可以是垂直磁化膜。在该情况下，第1磁性层11包含例如稀土类金属-过渡金属磁性层。第1磁性层11包含例如铁氧体磁性层。在稀土类金属-过渡金属磁性层中，饱和磁化Ms小，各向异性磁场大。例如，第1磁性层11包含TbCoFe(铽-钴-铁)。第1磁性层11也可以包括人工晶格。该人工晶格包括包含例如Co膜、和Pt膜的层叠膜。第1磁性层11也可以包括包含Fe以及Pt的结晶膜。该结晶膜具有例如L10构造。
在实施方式中，例如，第1磁性层11具有沿着第1方向(Z轴方向)的第1厚度、以及第1顽磁力。此时，例如，第2磁性层12也可以具有比第1厚度薄的沿着第1方向的第2厚度、以及比第1顽磁力小的第2顽磁力中的至少某一个。例如，第1磁性层11的第1磁化11M相比于第2磁性层12的第2磁化12M，相对地难以变化。
在实施方式中，例如，在第1磁化11M和第2磁化12M相互“平行”的第1磁化状态下，第1磁性层11与第2磁性层12之间的电阻低。在第1磁化11M和第2磁化12M相互“反平行”的第2磁化状态下，第1磁性层11与第2磁性层12之间的电阻比第1磁化状态下的电阻高。也可以第1磁化11M和第2磁化12M不相互严密地“平行”或者“反平行”。根据这些磁化的朝向的相对的变化，得到不同的电阻。即使电源成为OFF，也保存该磁化的朝向的状态。实施方式的磁存储装置是例如非易失性存储器。
根据实施方式，抑制例如顽磁力的偏差。能够提供有保留耐性的MTJ元件。
图6是例示第1实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
如图6所示，本实施方式的其他磁存储装置113也包括含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15。第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15包含于层叠体SB中。关于层叠体SB，与磁存储装置110相同。在磁存储装置113中，还包括第3磁性层13、第4磁性层14以及第2中间层15X。
从第1磁性层11朝向第3磁性层13的方向沿着第2方向(例如X轴方向)。第4磁性层14设置于含金属层21的另一部分与第3磁性层13之间。第2中间层15X设置于第3磁性层13与第4磁性层14之间。能够在第3磁性层13、第4磁性层14以及第2中间层15X中，应用关于第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15说明了的结构以及材料。
第3磁性层13、第4磁性层14以及第2中间层15X包含于层叠体SBa中。像这样，也可以设置多个层叠体SB。
多个层叠体SB与多个存储器单元分别对应。能够在多个存储器单元中，存储相互不同的信息。在多个存储器单元中存储信息时，例如，也可以在多个存储器单元中存储了“1”以及“0”的一方之后，在多个存储器单元中的期望的几个中存储“1”以及“0”的另一方。或者，也可以在例如多个存储器单元的1个中存储了“1”以及“0”的一方之后，在多个存储器单元的另1个中存储“1”以及“0”的另一方。
在该例子中，设置有与第1磁性层11电连接的电极22。设置有与第3磁性层13电连接的电极22a。在电极22与控制部70之间，设置有第1开关Sw1。在电极22a与控制部70之间，设置有第2开关Sw2。通过这些开关的动作，选择层叠体SB以及层叠体SBa。
例如，在选择层叠体SB的情况下，对第1磁性层11施加选择电位，对第3磁性层13施加非选择电位。例如，在选择层叠体SBa的情况下，对第1磁性层11施加非选择电位，对第3磁性层13施加选择电位。选择电位与非选择电位不同。
这样，在磁存储装置113中，控制部70与第1磁性层11以及第3磁性层13电连接。控制部70在第1以及第2写入动作中，将第1磁性层11的电位设定为与第3磁性层的电位不同的电位。例如，这些电位的一方是选择电位，另一方是非选择电位。0伏特的电压的施加也包含于“电压的施加”中。选择电压的电位与非选择电压的电位不同。
(第2实施方式)
图7是例示第2实施方式的磁存储装置的示意性的剖面图。
如图7所示，第2实施方式的磁存储装置120也包括含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15。第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15包含于层叠体SB中。
即使在该情况下，含金属层21也包含金属元素。第2磁性层12设置于含金属层21的一部分21c与第1磁性层11之间。第1中间层15包括在第1磁性层11与第2磁性层12之间设置了的部分。
第1中间层15包括第1区域15A、第2区域15B以及第3区域15C。第2区域15B在与从第2磁性层12朝向第1磁性层11的第1方向(例如Z轴方向)交叉的第2方向(例如X轴方向)上，与第1区域15A并排。第3区域15C设置于第1区域15A与第2区域15B之间。在该例子中，第1区域15A以及第2区域15B设置于外缘部分15r(参照图1(c))中。例如，第1区域15A也可以与第1端部15a对应。第2区域15B也可以与第2端部15b对应。第1中间层15具有结晶性。
在实施方式中，第1区域15A中的第1晶格长度L1与第3区域15C中的第2晶格长度L2不同。第1晶格长度L1是第1区域15A中的沿着1个方向的晶格长度。第2晶格长度L2是第2区域15B中的沿着上述1个方向的晶格长度。
例如，将从第2磁性层12朝向第1磁性层11的方向设为第1方向(例如Z轴方向)。将与第1方向交叉的1个方向设为第2方向(例如X轴方向)。
例如，第1晶格长度L1是第1区域15A中的沿着第2方向的晶格长度。在该情况下，第2晶格长度L2是第2区域15B中的沿着第2方向的晶格长度。第1晶格长度L1也可以是第1区域15A中的沿着第1方向的晶格长度La(参照图7)。在该情况下，第2晶格长度L2是第2区域15B中的沿着第1方向的晶格长度Lb(参照图7)。
例如，第1中间层15的端中的第1晶格长度L1小于第1中间层15的中央部中的第2晶格长度L2。
例如，第1晶格长度L1和第2晶格长度L2的差的绝对值的、相对第1晶格长度L1的比是1％以上。例如，如果施加大于5％的歪斜，则有第1中间层15的结晶性降低的情况。在这样的情况下，有时结晶被破坏，而成为例如非结晶。在该情况下，外缘部分15r被观测为非结晶。
例如，第2磁性层12的杨氏模量是约200GPa。在第1中间层15中的晶格长度的差异是1％程度时，对第2磁性层12施加的应力成为约2GPa。在第2磁性层12包含CoFeB，磁歪斜常数(magnetostriction constant)是15ppm，第2磁性层12的尺寸(例如X轴方向的长度)是20nm的情况下，基于该应力的热扰乱指数被估计为约40kBT。该热扰乱指数成为与例如存储保持能量相同的程度。
因此，即使在例如第2磁性层12具有SAF构造的情况下，也通过应力确保存储保持能量。因此，即使在第2磁性层12具有SAF构造的情况下，也能够进行适当的动作。通过SAF构造，降低例如漏泄磁场，能够降低顽磁力的偏差。由此，能够减小多个存储器单元(层叠体SB)的间距。可提供能够提高存储密度的磁存储装置。
在实施方式中，第1中间层15中的晶格长度根据第1中间层15的内部的位置而不同。由此，例如，第2磁性层12(例如自由层)的第2磁化12M的控制性提高。由此，例如，能够降低写入差错率WER。由此，例如，能够不易受到来自旁边的存储器单元的影响。根据实施方式，可提供能够提高存储密度的磁存储装置。
在第2实施方式中，能够适宜应用关于第1实施方式的说明。例如，在磁存储装置120中，控制部70也可以实施关于第1实施方式说明了的动作。关于含金属层21、第1磁性层11、第2磁性层12、第1中间层15、基体层20s、电极22、第1绝缘层41以及第2绝缘层42，能够应用关于第1实施方式的说明。
例如，含金属层21包括第1部分21a以及第2部分21b。第2部分21b在第2方向(例如X轴方向、与从第2磁性层12朝向第1磁性层11的第1方向交叉的方向)上，与第1部分21a并排。含金属层21的一部分21c位于第1部分21a与第2部分21b之间。控制部70与第1部分21a、第2部分21b以及第1磁性层11电连接。控制部70在例如第1写入动作中，将从第1部分21a朝向第2部分21b的第1写入电流Iw1提供给含金属层21。由此，形成第1状态。控制部70在第2写入动作中，将从第2部分21b朝向第1部分21a的第2写入电流Iw2提供给含金属层21。由此，形成第2状态。控制部70也可以在读出动作中，检测基于第1磁性层11与第1部分21a之间的电阻的特性(电压或者电流等)的变化。第1写入动作后(第1状态)的第1磁性层11与第1部分21a之间的第1电阻和第2写入动作后(第2状态)的第1磁性层11与第1部分21a之间的第2电阻不同。
例如，第1磁性层11的厚度(第1方向、例如沿着Z轴方向的厚度)比第2磁性层12的厚度(第1方向、例如沿着Z轴方向的厚度)厚。第1磁性层11的第1磁化11M实质上固定。第2磁性层12的第2磁化12M可变。第2磁性层12的第2磁化12M沿着第3方向(例如Y轴方向、与第1方向以及第2方向交叉的方向)。
即使在磁存储装置120中，第2磁性层12也可以包括第1磁性膜12A、第2磁性膜12B以及第1中间膜12C(参照图4)。第2磁性膜12B与第1磁性膜12A反铁磁性耦合。
即使在磁存储装置120中，例如含金属层21也包含从由钽以及钨构成的群中选择了的至少一种。例如，含金属层21也可以包含从由β-钽以及β-钨构成的群中选择了的至少一种。含金属层21也可以包含从由铂以及金构成的群中选择了的至少一种。例如，含金属层21对第2磁性层12提供自旋轨道相互作用转矩。例如，含金属层21与第2磁性层12相接。
以下，说明磁存储装置120的特性的例子。
图8是例示磁存储装置的特性的曲线图。
图8的横轴是在设置多个存储器单元(层叠体SB)时，多个存储器单元的间距的1/2(一半间距：Hp)。纵轴是写入差错率WER。
在图8中，记载了以下的6种磁存储装置特性的仿真结果。在磁存储装置120a、120b以及120c中，在第1中间层15中，第1晶格长度L1和第2晶格长度L2的差的绝对值的、相对第1晶格长度L1的比是1％。在磁存储装置119a、119b以及119c中，在第1中间层15中，第1晶格长度L1与第2晶格长度L2相同。即，比是0％。在磁存储装置120a以及119a中，第2磁性层12是单层。在磁存储装置120b以及119b中，第2磁性层12具有铁磁性耦合合成构造。在磁存储装置120c以及119c中，第2磁性层12具有反铁磁性耦合合成构造。在该仿真中，第2磁性层12的厚度(Z轴方向的长度)是2nm。Y轴方向的长度是20nm。X轴方向的长度是60nm。纵横比是3。
如从图8可知，在磁存储装置120a、120b以及120c中，得到比磁存储装置119a、119b以及119c低的写入差错率WER。如果一半间距Hp变小，则写入差错率WER恶化。考虑为其原因为，如果间距变小，则接近元件的影响变大。例如，通过在第1中间层15中使晶格长度变化(例如晶格长度的1％以上)，即使减小间距也能够维持低的写入差错率WER。
在实用性的存储装置中，写入差错率WER成为例如10-10以下。例如，在反铁磁性耦合合成构造(磁存储装置120c)中，在一半间距Hp是50nm以下时，得到充分实用性的写入差错率WER。
图9(a)～图9(d)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图9(a)是图9(b)的B1-B2线剖面图。图9(b)是图9(a)的A1-A2线剖面图。图9(c)以及图9(d)是关于其他磁存储装置的、与A1-A2线对应的剖面图。
如图9(a)所示，即使在磁存储装置121中，也设置含金属层21以及层叠体SB。层叠体SB包括第1磁性层11、第2磁性层12以及第1中间层15。在图9(a)中，省略了基体层20s、电极22、第1绝缘层41、第2绝缘层42以及控制部70。
即使在磁存储装置121中，第1区域15A中的第1晶格长度L1也与第3区域15C中的第2晶格长度L2不同。通过例如来自化合物层30的应力F3，产生这样的晶格长度的差异。即使在磁存储装置121中，也能够提高存储密度。
例如，化合物层30覆盖第2磁性层12的侧面。化合物层30包含例如含金属层21的氧化物或者氮化物。例如，成为含金属层21的金属膜21fm(参照图1(b))被等离子体处理(氧等离子体以及氮等离子体处理的至少某一个)。在金属膜21fm的表面上形成包含氧化物以及氮化物的至少某一个的化合物。由此，形成化合物层30。此时，产生体积膨胀。通过化合物的体积膨胀，在第2磁性层12的侧面(侧壁)上形成化合物层30。对第2磁性层12提供压缩应力。
例如，也可以使金属膜21fm加热氧化或者加热氮化。例如，金属膜21fm的化合物(氧化物或者氮化物)的热膨胀率是金属膜21fm(含金属层21)的热膨胀率的例如约1/10以下。金属膜21fm的化合物(氧化物或者氮化物)的热膨胀率是第2磁性层12的热膨胀率的例如约1/10以下。因此，在温度从高温状态降低了时，在金属膜21fm的化合物中，产生应力F3(例如压缩应力)。由此，考虑为产生第1中间层15中的晶格长度的差异。然后，对第2磁性层12施加应力F3。由此，考虑为第2磁性层12的第2磁化12M易于维持期望的状态。
如图9(b)所示，在本实施方式的其他磁存储装置121中，设置多个第2磁性层12(层叠体SB)。多个第2磁性层12(多个层叠体SB)沿着X轴方向(第2方向)并排。在该例子中，在第2磁性层12(层叠体SB)中，设置形状各向异性。
例如，第2磁性层12具有第1长度Lf1以及第2长度Lf2。第2长度Lf2是沿着第2方向(例如X轴方向)的第2磁性层12的长度。第1长度Lf1是沿着第3方向(例如Y轴方向)的第2磁性层12的长度。第3方向与第1方向(Z轴方向)交叉。第3方向相对第2方向(X轴方向)垂直。第1长度Lf1比第2长度Lf2长。例如，第1长度Lf1是第2长度Lf2的1.5倍以上10倍以下。
第1长度Lf1与第2长度Lf2不同，从而在第2磁性层12(层叠体SB)中设置形状各向异性。磁性层的磁化通过形状各向异性，沿着期望的方向。
考虑为在磁存储装置121中，相比于第2磁性层12的沿着X轴方向的侧壁，对第2磁性层12的沿着Y轴方向的侧壁，施加更大的应力F3。由此，第2磁性层12的第2磁化12M易于沿着Y轴方向。在第2磁性层12中，设置单轴性。例如，第2磁性层12的第2磁化12M沿着与第1方向(Z轴方向)以及第2方向(Y轴方向)交叉的第3方向(例如Y轴方向)。
如图9(c)所示，在磁存储装置121a中，化合物层30在X轴方向上与第2磁性层12对置。化合物层30在X轴方向上与第2磁性层12重叠。另一方面，化合物层30在Y轴方向上，不与第2磁性层12重叠。在该例子中，对第2磁性层12施加的应力F3根据方向大幅不同。由此，在第2磁性层12中，设置单轴性。
如图9(d)所示，在磁存储装置121b中，还设置侧壁层35。侧壁层35在Y轴方向上，与第2磁性层12重叠。侧壁层35的材料与化合物层30的材料不同。化合物层30包含从由例如氧化硅、氧化钽、氧化钛、氧化铪、氮化硅、氮化钽、氮化钛、氮化铪、氧氮化硅、氧氮化钽、氧氮化钛以及氧氮化铪构成的群中选择了的至少一种。另一方面，化合物层30在X轴方向上与第2磁性层12重叠。例如，在化合物层30包含氧化钛时，侧壁层35包含氧化硅。
通过设置化合物层30以及侧壁层35，在例如对第2磁性层12施加的应力中，根据方向而产生差。由此，在第2磁性层12中设置单轴性。例如，侧壁层35对例如第2磁性层12施加拉伸应力。
这样，化合物层30以及侧壁层35对第2磁性层12施加应力。化合物层30以及侧壁层35也可以提高例如层叠体SB的侧面中的绝缘性。
例如，在层叠体SB的形成的加工时，有在层叠体SB的侧壁形成导电性的附着物的情况。例如，有在侧壁中得不到充分的绝缘性的情况。通过化合物层30，第1中间层15朝向上方向弯曲(参照图1(c))，从而能够提高层叠体SB的侧壁中的电绝缘性。由此，能够有效地得到基于TMR的电阻的变化。
即使在磁存储装置121、121a以及121b中，也产生例如第1中间层15中的晶格长度的差异。
图10是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
图10是与图9(a)的A1-A2线剖面对应的剖面图。
即使在图10所示的磁存储装置122中，也与磁存储装置121同样地，包括含金属层21以及层叠体SB。另外，也可以设置基体层20s、电极22、第1绝缘层41、第2绝缘层42以及控制部70。在图10中，省略了这些要素。在磁存储装置122中，设置第1绝缘部40A以及第2绝缘部40B。其以外与例如磁存储装置120相同。以下，说明这些绝缘部。
第1绝缘部40A包括第1部分区域p1以及第2部分区域p2。在该例子中，第1绝缘部40A还包括第5部分区域p5以及第6部分区域p6。这些部分区域既可以是连续的，也可以是不连续的。
在第2方向(例如X轴方向)上，在第1部分区域p1与第5部分区域p5之间设置第2磁性层12。在第3方向(例如Y轴方向)上，在第2部分区域p2与第6部分区域p6之间设置第2磁性层12。第3方向与第1方向(Z轴方向)交叉，相对第2方向垂直。
第2绝缘部40B包括第3部分区域p3以及第4部分区域p4。在该例子中，第2绝缘部40B还包括第7部分区域p7以及第8部分区域p8。这些部分区域既可以是连续的，也可以是不连续的。
第1部分区域p1在第2方向(X轴方向)上，设置于第2磁性层12与第3部分区域p3之间。第2部分区域p2在第3方向(Y轴方向)上，设置于第2磁性层12与第4部分区域p4之间。第5部分区域p5在第2方向(X轴方向)上，设置于第2磁性层12与第7部分区域p7之间。第6部分区域p6在第3方向(Y轴方向)上，设置于第2磁性层12与第8部分区域p8之间。
第1绝缘部40A的厚度(沿着X-Y平面的长度)根据方向而不同。例如，第1部分区域p1具有沿着第2方向的第1部分区域厚度tp1。第2部分区域p2具有沿着第3方向的第2部分区域厚度tp2。第2部分区域厚度tp2与第1部分区域厚度tp1不同。在该例子中，第1部分区域厚度tp1比第2部分区域厚度tp2厚。由此，对第2磁性层12施加的应力在X轴方向和Y轴方向上不同。
例如，沿着Y轴方向的应力小于沿着X轴方向的应力。对第2磁性层12施加各向异性的应力。第2磁性层12的第2磁化12M的方向能够易于稳定为期望的方向。即使在磁存储装置122中，也产生例如第1中间层15中的晶格长度的差异。即使在磁存储装置122中，也能够提高存储密度。
在磁存储装置122中，第5部分区域p5具有沿着第2方向的厚度(例如与第1部分区域厚度tp1相同)。第6部分区域p6具有沿着第3方向的厚度(例如与第2部分区域厚度tp2相同)。它们的厚度相互不同。
图11(a)以及图11(b)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
如图11(a)所示，在金属膜21fm(参照图1(b))的上方，形成成为层叠体SB的层叠膜，加工层叠膜而形成层叠体SB。通过例如离子束蚀刻，进行该加工。离子束蚀刻在金属膜21fm的上表面结束。在图11(a)中，例示了第2磁性层12。之后，形成成为第1绝缘部40A的膜40Af。膜40Af是例如SiN膜。
如图11(b)所示，沿着Y轴方向，照射离子束IB。由此，去除膜40Af的一部分。由此，膜40Af的一部分(在Y轴方向上与第2磁性层12对置的部分)的厚度局部地变薄。由此，形成第1绝缘部40A。
图12是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
如图12所示，在磁存储装置123中，第2磁性层12(层叠体SB)的平面形状(沿着X-Y平面的平面形状)是扁平圆状(包括椭圆)。除此以外，与磁存储装置122相同。即使在磁存储装置123中，第1部分区域厚度tp1也比第2部分区域厚度tp2厚。第2磁性层12的第2磁化12M的方向能够易于稳定为期望的方向。即使在磁存储装置123中，也产生例如第1中间层15中的晶格长度的差异。即使在磁存储装置123中，也能够提高存储密度。
图13(a)以及图13(b)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
如图13(a)所示，在金属膜21fm(参照图1(b))的上方，形成成为层叠体SB的层叠膜，加工层叠膜而形成层叠体SB。层叠体SB的平面形状是扁平圆状。加工是在金属膜21fm的上表面结束。之后，形成成为第1绝缘部40A的膜40Af。膜40Af是例如SiN膜。
如图13(b)所示，在使基板(基体层20s)以Z轴方向为轴而旋转的同时，照射离子束IB。由此，去除膜40Af的一部分。此时，在膜40Af中在Y轴方向上与第2磁性层12重叠的部分的曲率高于在膜40Af中在X轴方向上与第2磁性层12重叠的部分的曲率。由此，在这些部分中，通过照射离子束IB去除膜40Af的速度不同。由此，在膜40Af中的在Y轴方向上与第2磁性层12对置的部分的厚度局部地变薄。由此，形成第1绝缘部40A。
在磁存储装置123的形成中，也可以进行关于图11(b)说明了的离子束IB的各向异性的照射。
图14是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
如图14所示，即使在磁存储装置124中，也设置第1绝缘部40A以及第2绝缘部40B。在磁存储装置124中，第1绝缘部40A的材料根据场所而不同。除此以外，与磁存储装置122相同，所以省略说明。
在第1绝缘部40A中，第1部分区域p1的材料与第2部分区域p2的材料不同。进而，第5部分区域p5的材料也可以与第6部分区域p6的材料不同。例如，第1部分区域p1以及第5部分区域p5包含氧化硅。第2部分区域p2以及第6部分区域p6包含氮化硅。通过不同的材料，在对第2磁性层12施加的应力中产生各向异性。由此，第2磁性层12的第2磁化12M的方向能够易于稳定为期望的方向。即使在磁存储装置124中，也产生例如第1中间层15中的晶格长度的差异。即使在磁存储装置124中，也能够提高存储密度。
在磁存储装置124中，第2绝缘部40B的材料也可以均匀。在磁存储装置124中，也可以如磁存储装置122那样，第1绝缘部40A的厚度根据场所而不同。
例如，第1部分区域p1具有沿着第2方向(X轴方向)的第1部分区域厚度tp1、以及第1材料。此时，第2部分区域p2也可以具有与第1部分区域厚度tp1不同的沿着第3方向(Y轴方向)的第2部分区域厚度tp2、以及与第1材料不同的第2材料中的至少某一个。
图15是例示第2实施方式的其他磁存储装置的示意性的剖面图。
如图15所示，即使在磁存储装置125中，也设置第1绝缘部40A。即使在磁存储装置125中，第1绝缘部40A的材料也根据场所而不同。除此以外，与磁存储装置124相同，所以省略说明。以下，关于磁存储装置125，说明第1绝缘部40A。
第1绝缘部40A包括第1部分区域p1以及第2部分区域p2。第1部分区域p1在第2方向(例如X轴方向)上，与第2磁性层12重叠。第2部分区域p2在第3方向(与第1方向交叉且相对第2方向垂直的方向、例如Y轴方向)上，与第2磁性层12重叠。第1部分区域p1的材料与第2部分区域p2的材料不同。例如，第1部分区域p1包含氧化硅，第2部分区域p2包含氮化硅。第2磁性层12的第2磁化12M的方向能够易于稳定为期望的方向。即使在磁存储装置125中，也产生例如第1中间层15中的晶格长度的差异。即使在磁存储装置125中，也能够提高存储密度。
以下，说明磁存储装置125的制造方法的例子。
图16(a)～图16(i)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意图。
图16(a)、图16(c)、图16(e)、图16(g)以及图16(i)是剖面图。图16(b)、图16(d)、图16(f)以及图16(h)是平面图。
如图16(a)以及图16(b)所示，在基板(基体层20s)的上方，设置有成为含金属层21的金属膜21fm。在金属膜21fm的上方，设置有成为层叠体SB的层叠膜SBF。层叠膜SBF包括成为第2磁性层12的膜12F、成为第1中间层15的膜15F、以及成为第1磁性层11的膜11F。在层叠膜SBF的上方，设置掩模M1。在该例子中，掩模M1是沿着Y轴方向的带状。
如图16(c)以及图16(d)所示，对在掩模M1的开口部中露出的层叠膜SBF照射离子束IB1。由此，去除层叠膜SBF的一部分。由此，形成层叠体SB(第2磁性层12、第1中间层15以及第1磁性层11)。在掩模M1的开口部中，金属膜21fm露出。
如图16(e)以及图16(f)所示，在露出了的金属膜21fm的上方，形成绝缘膜IF1。绝缘膜IF1是例如氮化硅。使上表面平坦化。
如图16(g)～图16(i)所示，形成其他掩模(未图示)，去除在该其他掩模的开口部中露出的层叠膜SBF以及绝缘膜IF1。该其他掩模是沿着与掩模M1延伸的方向交叉的方向(例如X轴方向)延伸的带状。在去除了的部分中，形成绝缘膜IF2并平坦化。绝缘膜IF2的材料与绝缘膜IF1的材料不同。例如，在绝缘膜IF1包含氧化硅的情况下，绝缘膜IF2包含氮化硅。
这样形成磁存储装置125。
例如，在得到压缩应力以及拉伸应力的一方的条件下形成绝缘膜IF1。例如，在得到压缩应力以及拉伸应力的另一方的条件下形成绝缘膜IF2。在第2磁性层12中，导入单轴的应力。
以下，说明磁存储装置125的其他制造方法。
图17(a)～图17(f)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意性的剖面图。
如图17(a)所示，在基板(基体层20s)的上方设置了的金属膜21fm的上方，设置成为层叠体SB的层叠膜SBF(成为第2磁性层12的膜12F、成为第1中间层15的膜15F、以及成为第1磁性层11的膜11F)。在层叠膜SBF的上方，设置掩模M1。在该例子中，掩模M1是沿着Y轴方向的带状。
如图17(b)所示，去除在掩模M1的开口部中露出的层叠膜SBF的一部分。通过例如RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)等，进行该去除。在该处理中，成为第2磁性层12的膜12F留下。
如图17(c)所示，对在掩模M1的开口部中露出的膜12F照射离子束IB2。离子束IB2是例如氧离子束以及氮离子束的至少某一个。由此，从膜12F形成化合物膜12FC。
如图17(d)所示，在化合物膜12FC的上方，形成绝缘膜IF1。绝缘膜IF1是例如氮化硅。使上表面平坦化。
之后，进行例如关于图16(g)～图16(i)说明了的处理。由此，形成磁存储装置125。
在该例子中，在成为第2磁性层12的膜12F中，不进行物理性的加工。例如，实质上不产生RIE等处理中的活性气体接触到第2磁性层12的侧壁的情况。例如，由此，层叠体SB(MTJ元件)中的动作稳定。得到高的成品率。
在该例子中，也可以如图17(e)所示，在关于上述图17(c)说明了的处理中，通过离子束IB2的照射，除了化合物膜12FC的形成以外，还从金属膜21fm形成化合物膜12fmc。也可以在化合物膜12fmc中产生体积膨胀。
之后，如图17(f)所示，在化合物膜12FC的上方，形成绝缘膜IF1，使上表面平坦化。之后，进行例如关于图16(g)～图16(i)说明了的处理。由此，形成磁存储装置125。通过形成化合物膜12fmc，能够对第2磁性层12施加例如更大的应力。
图18(a)～图18(i)是例示第2实施方式的其他磁存储装置的制造方法的示意图。
图18(a)、图18(c)、图18(e)、图18(g)以及图18(i)是剖面图。图18(b)、图18(d)、图18(f)以及图18(h)是平面图。
如图18(a)以及图18(b)所示，在基板(基体层20s)的上方，形成金属膜21fm。在金属膜21fm的上方，形成成为层叠体SB的层叠膜SBF。层叠膜SBF包括成为第2磁性层12的膜12F、成为第1中间层15的膜15F、以及成为第1磁性层11的膜11F。
在该例子中，在施加应力(例如压缩应力)的条件下，形成金属膜21fm。例如，通过低压气氛中的溅射，形成金属膜21fm。由此，例如，难以在膜中取入Ar气体。以致密的状态，形成金属膜21fm。由此，在金属膜21fm中，产生压缩应力。例如，通过使用了Kr气体的溅射，形成金属膜21fm。由此，例如，难以在金属膜21fm中取入气体。金属膜21fm成为致密的状态。由此，在金属膜21fm中，产生压缩应力。例如，以无歪斜的状态为基准，能够使金属膜21fm的晶格常数改变1％以上。
例如，作为金属膜21fm，使用Ta膜，作为成为第2磁性层12的膜12F，使用CoFeB膜。在形成这些膜之后，在例如高温(约230℃以上270℃以下的温度)下进行处理。由此，例如，膜12F中的B(硼)移动(例如扩散)到金属膜21fm，在金属膜21fm中产生压缩应力。
如图18(a)以及图18(b)所示，在层叠膜SBF的上方，设置掩模M1。掩模M1是沿着Y轴方向的带状。
如图18(c)以及图18(d)所示，对在掩模M1的开口部中露出的层叠膜SBF照射离子束IB1。由此，去除层叠膜SBF的一部分。由此，形成层叠体SB(第2磁性层12、第1中间层15以及第1磁性层11)。在掩模M1的开口部中，金属膜21fm露出。
如上所述，在金属膜21fm中设置压缩应力的情况下，通过层叠膜SBF的加工，产生应力的释放。由此，例如，在第2磁性层12中产生拉伸应力。
如图18(e)以及图18(f)所示，在露出了的金属膜21fm的上方，形成绝缘膜IF1。绝缘膜IF1是例如氮化硅。使上表面平坦化。
如图18(g)～图18(i)所示，形成其他掩模(未图示)，去除在该其他掩模的开口部中露出的层叠膜SBF以及绝缘膜IF1。该其他掩模是沿着与掩模M1延伸的方向交叉的方向(例如X轴方向)延伸的带状。在去除了的部分中，形成绝缘膜IF2并平坦化。绝缘膜IF2的材料与绝缘膜IF1的材料不同。例如，在绝缘膜IF1包含氧化硅的情况下，绝缘膜IF2包含氮化硅。
这样形成磁存储装置125。
在磁存储装置120、120a～120c、121、121a、121b、122～125中，第1中间层15也可以朝向含金属层21成为凸状。也可以在磁存储装置120、120a～120c、121、121a、121b、122～125中，在第1方向(从第2磁性层12朝向第1磁性层11的方向)上，第2面11fb与外缘部分15r之间的第1距离t1(最短距离)比第2面11fb与内侧部分15c之间的第2距离t2(最短距离)短(参照图1(c))。
(第3实施方式)
图19是例示第3实施方式的磁存储装置的制造方法的流程图。
如图19所示，在本实施方式的磁存储装置的制造方法中，形成构造体SB0(参照图1(b))(步骤S110)。构造体SB0包括金属膜21fm、第2磁性层12、第1中间层15以及第1磁性层11。第2磁性层12设置于金属膜21fm的一部分、与第1磁性层11之间。第1中间层15包括在第1磁性层11与第2磁性层12之间设置了的部分。第1中间层15是非磁性。第1中间层15在与从第2磁性层12朝向第1磁性层11的第1方向(Z轴方向)交叉的方向上，以第2磁性层12为基准而突出。
在本制造方法中，处理金属膜21fm的另外一部分的表面(步骤S120)。由此，形成包含在金属膜21fm中包含的金属元素的化合物层30(参照图1(c))。化合物层30的一部分处于金属膜21fm(含金属层21)与第1中间层15之间。
根据本制造方法，可提供能够提高存储密度的磁存储装置的制造方法。
在磁存储装置中，如果通过存储密度的上升而微细化得到进展，则来自存储层的漏泄磁场对邻近元件产生的影响变大，写入差错率WER上升。在磁存储装置中，兼顾通过元件微细化进行的高记录密度化、和热扰乱耐性是重要的。根据实施方式，即使元件间隔窄也能够降低写入差错率WER。能够提供热扰乱耐性高的磁存储装置。能够抑制来自接近元件的漏泄磁场所致的磁化反转能量的偏差。能够抑制热扰乱耐性的降低。
根据实施方式，可提供能够提高存储密度的磁存储装置及其制造方法。
在本申请说明书中，“电连接的状态”包括多个导电体在物理上相接而在这些多个导电体之间流过电流的状态。“电连接的状态”包括在多个导电体之间插入其他导电体而在这些多个导电体之间流过电流的状态。“电连接的状态”包括在多个导电体之间插入电气元件(晶体管等开关元件等)，而能够形成在这些多个导电体之间流过电流的状态的状态。
在本申请说明书中，“垂直”以及“平行”不仅包括严密的垂直以及严密的平行，而且还包括例如制造工序中的偏差等，是实质上垂直以及实质上平行即可。
以上，参照具体例，说明了本发明的实施方式。但是，本发明不限定于这些具体例。例如，关于在磁存储装置中包含的含金属层、磁性层、中间层、绝缘层、绝缘部、基体层以及控制部等各要素的具体的结构，只要本领域技术人员通过从公知的范围适宜选择来能够同样地实施本发明并得到同样的效果，就包含于本发明的范围内。
另外，将各具体例的任意2个以上的要素在技术上可能的范围内组合而得到的方案只要包含本发明的要旨就包含于本发明的范围内。
另外，以作为本发明的实施方式而上述的磁存储装置及其制造方法为基础，本领域技术人员能够适宜设计变更而实施的所有磁存储装置及其制造方法也只要包含本发明的要旨就属于本发明的范围。
另外，在本发明的思想的范畴中，只要是本领域技术人员，就能够想到各种变更例以及修正例，这些变更例以及修正例也应被理解为属于本发明的范围。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅提示为例子，未限定发明的范围。这些新的实施方式能够通过其他各种方式实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨内，并且包含于权利要求书记载的发明和其均等的范围内。

Claims (16)

1.一种磁存储装置，其特征在于，具备：
含金属层，包含金属元素；
第1磁性层；
第2磁性层，设置于所述含金属层的一部分与所述第1磁性层之间；
非磁性的第1中间层，包括设置于所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的内侧部分和在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的方向上以所述第2磁性层为基准而突出的突出部；以及
化合物层，包含从由所述金属元素的氧化物、所述金属元素的氮化物、以及所述金属元素的氧氮化物构成的群选择的至少一种，
所述第1中间层是朝向所述含金属层的凸状，
所述化合物层的一部分处于所述含金属层与所述突出部之间。
2.根据权利要求1所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第1中间层具有结晶性，
所述突出部中的沿着1个方向的第1晶格长度与所述内侧部分中的沿着所述1个方向的第2晶格长度不同。
3.根据权利要求2所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第1晶格长度和所述第2晶格长度的差的绝对值相对所述第1晶格长度的比是1％以上。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第1磁性层具有与所述第1中间层对置的第1面、和与所述第1面相反的一侧的第2面，
在从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的方向上，所述第2面与所述突出部之间的第1距离比所述第2面与所述内侧部分之间的第2距离短。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，还具备：
第1绝缘部，包括第1部分区域及第2部分区域；以及
第2绝缘部，包括第3部分区域及第4部分区域，
所述第1部分区域在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的第2方向上设置于所述第2磁性层与所述第3部分区域之间，
所述第2部分区域在与所述第1方向交叉且相对所述第2方向垂直的第3方向上设置于所述第2磁性层与所述第4部分区域之间，
所述第1部分区域的沿着所述第2方向的厚度与所述第2部分区域的沿着所述第3方向的厚度不同。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，
还具备包括第1部分区域以及第2部分区域的第1绝缘部，
所述第1部分区域在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的第2方向上与所述第2磁性层重叠，
所述第2部分区域在与所述第1方向交叉且相对所述第2方向垂直的第3方向上与所述第2磁性层重叠，
所述第1部分区域的材料与所述第2部分区域的材料不同。
7.一种磁存储装置，其特征在于，具备：
含金属层，包含金属元素；
第1磁性层；
第2磁性层，设置于所述含金属层的一部分与所述第1磁性层之间；
非磁性的第1中间层，包括内侧部分和所述内侧部分的周围的外缘部分，所述内侧部分的至少一部分被设置于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间；
第1绝缘部，包括第1部分区域及第2部分区域；以及
第2绝缘部，包括第3部分区域及第4部分区域，
所述第1中间层具有结晶性，
所述外缘部分中的沿着1个方向的第1晶格长度与所述内侧部分中的沿着所述1个方向的第2晶格长度不同，
所述第1部分区域在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的第2方向上设置于所述第2磁性层与所述第3部分区域之间，
所述第2部分区域在与所述第1方向交叉且相对所述第2方向垂直的第3方向上设置于所述第2磁性层与所述第4部分区域之间，
所述第1部分区域的沿着所述第2方向的厚度与所述第2部分区域的沿着所述第3方向的厚度不同。
8.一种磁存储装置，其特征在于，具备：
含金属层，包含金属元素；
第1磁性层；
第2磁性层，设置于所述含金属层的一部分与所述第1磁性层之间；
非磁性的第1中间层，包括内侧部分和所述内侧部分的周围的外缘部分，所述内侧部分的至少一部分被设置于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间；以及
第1绝缘部，包括第1部分区域以及第2部分区域，
所述第1中间层具有结晶性，
所述外缘部分中的沿着1个方向的第1晶格长度与所述内侧部分中的沿着所述1个方向的第2晶格长度不同，
所述第1部分区域在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的第2方向上与所述第2磁性层重叠，
所述第2部分区域在与所述第1方向交叉且相对所述第2方向垂直的第3方向上与所述第2磁性层重叠，
所述第1部分区域的材料与所述第2部分区域的材料不同。
9.根据权利要求7或者8所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第2磁性层的第2磁化沿着所述第3方向。
10.根据权利要求7或者8所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第2磁性层具有沿着所述第3方向的第1长度和沿着所述第2方向的第2长度，
所述第1长度比所述第2长度长。
11.根据权利要求1～3、7、8中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第1磁性层具有沿着所述第1方向的第1厚度以及第1顽磁力，
所述第2磁性层具有沿着所述第1方向的第2厚度和第2顽磁力中的至少某一个，
所述第2厚度比所述第1厚度薄，
所述第2顽磁力比所述第1顽磁力小。
12.根据权利要求1～3、7、8中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，
还具备控制部，
所述含金属层包括第1部分和第2部分，从所述第1部分朝向所述第2部分的第2方向与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉，所述含金属层的所述一部分位于所述第1部分与所述第2部分之间，
所述控制部与所述第1部分、第2部分以及所述第1磁性层电连接，
所述控制部实施：
第1写入动作，将从所述第1部分朝向所述第2部分的第1写入电流提供给所述含金属层；以及
第2写入动作，将从所述第2部分朝向所述第1部分的第2写入电流提供给所述含金属层，
所述第1写入动作后的所述第1磁性层与所述第1部分之间的第1电阻和所述第2写入动作后的所述第1磁性层与所述第1部分之间的第2电阻不同。
13.根据权利要求12所述的磁存储装置，其特征在于，
还具备第3磁性层、第4磁性层以及第2中间层，
所述第4磁性层设置于所述含金属层的另一部分与所述第3磁性层之间，
所述第2中间层设置于所述第3磁性层与所述第4磁性层之间，
所述控制部与所述第1磁性层以及所述第3磁性层电连接，
所述控制部在所述第1写入动作中将所述第1磁性层的电位设定为与所述第3磁性层的电位不同的电位。
14.根据权利要求1～3、7、8中的任意一项所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第2磁性层包括：
第1磁性膜；以及
第2磁性膜，设置于所述第1磁性膜与所述第1中间层之间。
15.根据权利要求14所述的磁存储装置，其特征在于，
所述第1磁性膜以及所述第2磁性膜是反铁磁性耦合的。
16.一种磁存储装置的制造方法，其特征在于，
形成构造体，该构造体包括金属膜、第1磁性层、设置于所述金属膜的一部分与所述第1磁性层之间的第2磁性层、以及包括设置于所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的部分的非磁性的第1中间层，其中，所述第1中间层包括在与从所述第2磁性层朝向所述第1磁性层的第1方向交叉的方向上以所述第2磁性层为基准而突出的突出部，
处理所述金属膜的另外一部分的表面，形成包含在所述金属膜中包含的金属元素的化合物层，所述化合物层的一部分处于所述金属膜与所述突出部之间。
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