CN112490355B - 磁性存储装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式提供一种能提高特性的磁性存储装置。实施方式的磁性存储装置具备第1积层体、及所述第1积层体的上方的第2积层体。所述第1积层体及所述第2积层体分别包含：第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方。所述第2积层体的所述第2铁磁性体层厚于所述第1积层体的所述第2铁磁性体层。

Description

磁性存储装置
[相关申请案]
本申请案享有以日本专利申请案2019-166294号(申请日：2019年9月12日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参考该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
技术领域
概略来说，实施方式涉及一种磁性存储装置。
背景技术
已知有能利用磁阻效应存储数据的磁性存储装置。
发明内容
实施方式提供一种能提高特性的磁性存储装置。
实施方式的磁性存储装置具备第1积层体、及所述第1积层体的上方的第2积层体。所述第1积层体及所述第2积层体分别包含：第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方。所述第2积层体的所述第2铁磁性体层厚于所述第1积层体的所述第2铁磁性体层。
附图说明
图1表示第1实施方式的存储装置的功能模块。
图2是第1实施方式的存储单元阵列的电路图。
图3表示第1实施方式的存储单元阵列的一部分的截面的构造。
图4表示第1实施方式的存储单元的详细构造的例子。
图5表示第1实施方式的磁阻效应元件的详细构造的例子。
图6表示第1实施方式的多个存储单元的层各自的电阻变化元件的构造的例子。
图7表示第2实施方式的多个存储单元的层各自的电阻变化元件的构造的例子。
图8表示铱的厚度与交换耦合的强度的关系。
图9表示第2实施方式的变化例的多个存储单元的层各自的电阻变化元件的构造的例子。
具体实施方式
以下参照附图说明实施方式。在以下说明中，具有大致相同的功能及构成的构成要素被标注了相同的符号，从而有时会省略重复的说明。附图是示意性的，厚度与平面尺寸的关系、各层厚度的比例等有可能与实际情况不同。另外，各附图之间也有可能包含彼此的尺寸关系或比例不同的部分。另外，关于某实施方式的说明除非明确指出或不言而喻要排除在外，否则全部适用于其他实施方式的说明。
在本说明书及权利要求书中，所谓某第1要素“连接”于其他第2要素，包括第1要素直接或者经由始终或选择性地具有导电的要素连接于第2要素的情况。
以下，使用xyz正交坐标系统说明实施方式。在以下说明中，所谓“下”及其派生词、关联词表示z轴上较小坐标的位置，所谓“上”及其派生词、关联词表示z轴上较大坐标的位置。
＜1.第1实施方式＞
＜1.1.磁性存储装置整体的构成及构造＞
图1表示第1实施方式的磁性存储装置的功能模块。如图1所示，磁性存储装置1包含存储单元阵列11、输入输出电路12、控制电路13、行选择电路14、列选择电路15、写入电路16及读出电路17。
存储单元阵列11包含多个存储单元MC、多根字线WL及多根位线BL。存储单元MC能非易失地存储数据。各存储单元MC与1根字线WL及1根位线BL连接。字线WL与行(row)建立有关联。位线BL与列(column)建立有关联。通过1行的选择及1列或多列的选择，指定1个或多个存储单元MC。
输入输出电路12例如从存储器控制器接收各种控制信号CNT、各种指令CMD、地址信号ADD、数据(写入数据)DAT，例如向存储器控制器发送数据(读出数据)DAT。
行选择电路14从输入输出电路12接收地址信号ADD，并使与通过所接收到的地址信号ADD而指定的行建立有关联的1根字线WL成为已被选择的状态。
列选择电路15从输入输出电路12接收地址信号ADD，并使与通过所接收到的地址信号ADD而指定的列建立有关联的多根位线BL成为已被选择的状态。
控制电路13从输入输出电路12接收控制信号CNT及指令CMD。控制电路13基于通过控制信号CNT而指示的控制及指令CMD，控制写入电路16及读出电路17。具体来说，控制电路13在向存储单元阵列11写入数据的期间，将用于数据写入的电压供给到写入电路16。另外，控制电路13在从存储单元阵列11读出数据的期间，将用于数据读出的电压供给到读出电路17。
写入电路16从输入输出电路12接收写入数据DAT，并基于控制电路13的控制及写入数据DAT，将用于数据写入的电压供给到列选择电路15。
读出电路17包含感测放大器，基于控制电路13的控制，使用用于数据读出的电压，调出存储单元MC中保存的数据。将所调出的数据作为读出数据DAT供给到输入输出电路12。
＜1.2.存储单元阵列的电路构成＞
图2是第1实施方式的存储单元阵列11的电路图。如图2所示，存储单元阵列11包含M+1(M为自然数)根字线WLa(WLa＜0＞、WLa＜1＞、…、WLa＜M＞)、及M+1根字线WLb(WLb＜0＞、WLb＜1＞、…、WLb＜M＞)。存储单元阵列11还包含N+1(N为自然数)根位线BL(BL＜0＞、BL＜1＞、…、BL＜N＞)。
各存储单元MC(MCa及MCb)具有2个节点，在第1节点处与1根字线WL连接，在第2节点处与1根位线BL连接。更具体来说，存储单元MCa包含存储单元MCa＜α，β＞，其中＜α，β＞是α为0以上M以下的整数的全部情况与β为0以上N以下的整数的全部情况的全部组合，存储单元MCa＜α，β＞连接在字线WLa＜α＞与位线BL＜β＞之间。同样地，存储单元MCb包含存储单元MCb＜α，β＞，其中＜α，β＞是α为0以上M以下的整数的全部情况与β为0以上N以下的整数的全部情况的全部组合，存储单元MCb＜α，β＞连接在字线WLb＜α＞与位线BL＜β＞之间。
各存储单元MC包含1个磁阻效应元件VR(VRa或VRb)及1个选择器SE(SEa或SEb)。更具体来说，存储单元MCa＜α，β＞包含磁阻效应元件VRa＜α，β＞及选择器SEa＜α，β＞，其中＜α，β＞是α为0以上M以下的整数的全部情况与β为0以上N以下的整数的全部情况的全部组合。进而，存储单元MCb＜α，β＞包含磁阻效应元件VRb＜α，β＞及选择器SEb＜α，β＞，其中＜α，β＞是α为0以上M以下的全部情况与β为0以上N以下的整数的全部情况的全部组合。
在各存储单元MC中，磁阻效应元件VR与选择器SE串联连接。磁阻效应元件VR与1根字线WL连接，选择器SE与1根位线BL连接。
磁阻效应元件VR能在低电阻状态与高电阻状态之间切换。磁阻效应元件VR利用这2种电阻状态的差异，能保存1比特的数据。
选择器SE具有2个端子，在沿着第1方向对2端子间施加小于第1阈值的电压的情况下，该选择器SE为高电阻状态，例如非电导通状态(切断状态)。另一方面，在沿着第1方向对2端子间施加第1阈值以上的电压的情况下，该选择器SE为低电阻状态，例如电导通状态(接通状态)。选择器SE进而在与第1方向相反的第2方向上，也具有与这种基于沿着第1方向施加的电压的大小而在高电阻状态与低电阻状态之间切换的功能相同的功能。通过选择器SE的接通或切断，能控制是否向与该选择器SE连接的磁阻效应元件VR供给电流，也就是选择还是不选择该磁阻效应元件VR。
＜1.3.存储单元阵列的构造＞
图3表示第1实施方式的存储单元阵列11的一部分的截面的构造。如图3所示，存储单元阵列11具有多个单位构造US。单位构造US沿着z轴设置在未图示的半导体衬底的上方。各单位构造US如下文详细所述，除了单位构造中的某层的厚度不同以外，其他具有相同的构造。以下说明单位构造US。
各单位构造US包含4层。4层从下而上包括导电体层21、存储单元MC的层、导电体层22、存储单元MC的层。
各单位构造US在最下层，包含多个导电体层21。导电体层21沿着y轴延伸，沿着x轴排列。各导电体层21作为1根字线WL而发挥功能。
各单位构造US在从下数第2层，包含多个存储单元MC。各存储单元MC设置在最下层中的1个导电体层21的上表面上，沿着xy面具有实质上为圆的形状，例如具有在上表面具有比底面的面积小的面积的圆锥台的形状。存储单元MC在xy面例如呈矩阵状排列。也就是说，存储单元MC中的若干个沿着x轴排列而构成多行，并且存储单元MC中的另外若干个在各导电体层21的上表面上沿着y轴排列而构成多列。从下数第2层中的存储单元MC有时被称为下侧存储单元MCL，以便与最上层中的存储单元MC加以区别。
各单位构造US在从下数第3层，包含多个导电体层22。导电体层22沿着x轴延伸，沿着y轴排列。各导电体层22在底面，与沿着x轴排列的多个下侧存储单元MCL各自的上表面连接。基于形成为这种构造，各下侧存储单元MCL在底面仅与1个导电体层21的上表面连接，并且在上表面仅与1个导电体层22连接。各导电体层22作为1根位线而发挥功能。
各单位构造US在最上层，包含多个存储单元MC。以下，最上层中的存储单元MC有时被称为上侧存储单元MCU，以便与从下数第2层中的存储单元MC加以区别。上侧存储单元MCU与下侧存储单元MCL相同，在xy面呈矩阵状排列。也就是说，多个上侧存储单元MCU沿着导电体层22且沿着x轴排列，在底面与1个导电体层22的上表面连接。另外，多个上侧存储单元MCU沿着y轴排列。
以上所述的单位构造US沿着z轴反复设置。各单位构造US在上表面及(或)底面，与其他单位构造US连接。也就是说，某第1单位构造US的各导电体层21在底面，与其他第2单位构造US中沿着y轴排列的多个上侧存储单元MCU各自的上表面连接。基于形成为这种构造，各上侧存储单元MCU在底面仅与1个导电体层22连接，并且在上表面仅与1个导电体层21连接。
另外，通过如上所述那样设置多个单位构造US，存储单元阵列11包含存储单元MC的多层。以下，存储单元MC的多层从下(z轴上较小坐标的位置)而上(z轴上较大坐标的位置)，依次被称为第1层L1、第2层L2、第3层L3、第4层L4、…。作为一例，存储单元阵列11包含n层，也就是第1层L1至第n层Ln。
存储单元阵列11进而在未设置导电体层21及22、以及存储单元MC的区域，包含层间绝缘层。
＜1.3.1.存储单元的构造＞
图4表示第1实施方式的存储单元MC的详细构造的例子。如图4所示，各存储单元MC包含作为选择器SE而发挥功能的积层体、及作为磁阻效应元件VR而发挥功能的积层体。
选择器SE含有可变电阻材料32。选择器SE可还包含下部电极31及上部电极33。图4及以下说明便基于此例。下部电极31位于选择器SE的包含底面的部分，上部电极33位于选择器SE的包含上表面的部分。可变电阻材料32位于下部电极31与上部电极33之间。作为一例，可变电阻材料32在底面与下部电极31的上表面相接，在上表面与上部电极33的底面相接。
可变电阻材料32(选择器SE)例如为2端子间开关元件，2端子中的第1端子相当于可变电阻材料32的上表面及底面中的一者，2端子中的第2端子为可变电阻材料32的上表面及底面中的另一者。可变电阻材料32例如可含有选自由碲(Te)、硒(Se)及硫(S)所组成的群的至少1种以上硫属元素。或者，例如可变电阻材料32也可含有包含所述硫属元素的化合物也就是硫属化物。同样地，可变电阻材料32也可还含有选自由硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、砷(As)、磷(P)及锑(Sb)所组成的群的至少1种以上元素。
磁阻效应元件VR会表现出穿隧磁阻效应，包含MTJ(magnetic tunnel junction，磁性隧道结)。具体来说，磁阻效应元件VR包含铁磁性体层41、绝缘体层42及铁磁性体层43。绝缘体层42设置在铁磁性体层41与铁磁性体层43之间。作为一例，铁磁性体层41位于磁阻效应元件VR的包含底面的部分，并且位于上部电极33的上表面上，铁磁性体层43位于磁阻效应元件VR的包含上表面的部分。作为一例，绝缘体层42位于铁磁性体层41的上表面上，铁磁性体层43位于绝缘体层42的上表面上。以下说明及附图便基于这些示例。
铁磁性体层41具有SAF(synthetic antiferromagnetic，合成反铁磁)构造，因此具备积层有多个磁性体层及导电体层的构造。关于铁磁性体层41的详细构造，将在下文加以说明。铁磁性体层41具有沿着贯穿铁磁性体层41、绝缘体层42及铁磁性体层43的界面的方向的易磁化轴(通过箭头表示)，例如具有沿着与界面正交的方向的易磁化轴。意欲使铁磁性体层41的磁化方向不会随着磁性存储装置1中的数据的读出及写入而改变。铁磁性体层41能作为所谓的参考层而发挥功能。铁磁性体层41包含位于与绝缘体层42相接的位置的铁磁性体层414(未图示)、及与铁磁性体层411相接的铁磁性体层413(未图示)，所述铁磁性体层41的磁化是指铁磁性体层414及铁磁性体层413的磁化。
绝缘体层42包含绝缘体，或由绝缘体构成，例如含有氧化镁(MgO)，或由MgO构成。
铁磁性体层43例如含有钴铁硼(CoFeB)或硼化铁(FeB)，或者由CoFeB或FeB构成。铁磁性体层43具有沿着贯穿铁磁性体层41、绝缘体层42及铁磁性体层43的界面的方向的易磁化轴(通过箭头表示)，例如具有沿着与界面正交的方向的易磁化轴。铁磁性体层43的磁化方向可因数据写入而改变，铁磁性体层43能作为所谓的存储层而发挥功能。
如果铁磁性体层43的磁化方向与铁磁性体层41的磁化方向平行，那么磁阻效应元件VR处在2种具有不同电阻值的状态中具有较低电阻的状态下。如果铁磁性体层43的磁化方向与铁磁性体层41的磁化方向反平行，那么磁阻效应元件VR处在2种具有不同电阻值的状态中具有较高电阻的状态下。
为了读出数据，例如使用于数据读出对象的存储单元MC中流通的读出电流，对读出对象的存储单元MC的磁阻效应元件VR处在2种电阻状态中的哪一者进行判断。
如果写入电流IWP从铁磁性体层43流向铁磁性体层41，难么铁磁性体层43的磁化方向与铁磁性体层41的磁化方向平行。另一方面，如果写入电流IWAP从铁磁性体层41流向铁磁性体层43，那么铁磁性体层43的磁化方向与铁磁性体层41的磁化方向反平行。以下，写入电流IWP及IWAP在无需相互区别的情况下，都被称为写入电流IW，关于写入电流IW的说明适用于写入电流IWP及IWAP两者。
存储单元MC也可还包含其他材料的层。这种层包括上覆层。上覆层位于磁阻效应元件VR的上表面上。
＜1.3.2.铁磁性体层41的详细构造＞
图5表示第1实施方式的磁阻效应元件VR的详细构造的例子，尤其表示铁磁性体层41的详细构造的例子。
铁磁性体层41包含铁磁性体层411、导电体层412、铁磁性体层413及铁磁性体层414。铁磁性体层411、导电体层412、铁磁性体层413及铁磁性体层414依次在z轴上向上积层。
铁磁性体层411例如含有钴铂(CoPt)、钴镍(CoNi)或钴钯(CoPd)，或者由CoPt、CoNi、或CoPd构成。铁磁性体层411具有沿着贯穿铁磁性体层411、413及414、以及导电体层412的界面的方向的易磁化轴(通过箭头表示)，例如具有沿着与界面正交的方向的易磁化轴。铁磁性体层411抑制通过铁磁性体层413及414而产生并且对铁磁性体层43施加的磁场(漏磁场)。
导电体层412为非磁性，例如含有钌(Ru)或铱(Ir)，或者由Ru或Ir构成。导电体层412使铁磁性体层411与铁磁性体层413反铁磁性地交换耦合。Ru及Ir基于Ru或Ir的厚度，使隔着Ru或Ir的层的2个磁性体层磁性耦合或反铁磁性耦合。导电体层412具有使铁磁性体层411与铁磁性体层413反铁磁性耦合的厚度。导电体层412也可还包含Pt及(或)Pd的层。导电体层412具有基于该导电体层412包含在第1层L1至第n层Ln哪一层中而决定的厚度。第1层L1至第n层Ln各层中的导电体层412如下文详细所述，具有不同的厚度。导电体层412例如具有0.2nm以上0.8nm以下的厚度。
铁磁性体层413例如含有CoFeB或FeB，或者由CoFeB或FeB构成。具有沿着贯穿铁磁性体层411、413及414、以及导电体层412的界面的方向的易磁化轴(通过箭头表示)，例如具有沿着与界面正交的方向的易磁化轴。如上所述，铁磁性体层411与铁磁性体层413反铁磁性耦合，由此铁磁性体层413具有朝向与铁磁性体层411的磁化方向相反的方向的磁化。
铁磁性体层414例如含有CoFeB或FeB，或者由CoFeB或FeB构成。铁磁性体层414具有沿着贯穿铁磁性体层411、413及414、以及导电体层412的界面的方向的易磁化轴(通过箭头表示)，例如具有沿着与界面正交的方向的易磁化轴。铁磁性体层414的磁化是通过铁磁性体层413的磁化而维持，因此具有与铁磁性体层413的磁化方向相同的方向。铁磁性体层414例如含有与铁磁性体层413相同的元素，具有与铁磁性体层413不同的结晶构造。铁磁性体层414例如具有0.8nm以上1.4nm以下的厚度。
＜1.3.3.铁磁性体层414的层的厚度的详细＞
图6表示第1实施方式的多个存储单元的层各自的磁阻效应元件VR的构造的例子。
如上所述，存储单元阵列11包含存储单元MC的第1层L1至第n层Ln。第1层L1的存储单元MC各自的磁阻效应元件VR有时被称为磁阻效应元件VR_1。同样地，第γ层Lγ的存储单元MC各自的磁阻效应元件VR有时被称为磁阻效应元件VR_γ，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。
磁阻效应元件VR_1至VR_n各自的铁磁性体层414有时被称为铁磁性体层414_1至414_n。铁磁性体层414_γ具有厚度Tγ，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。
铁磁性体层414_1至414_n依照铁磁性体层414_γ的γ的大小的升序而变厚。也就是说，满足厚度Tγ＞厚度T(γ－1)，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。T2为T1+Δ2，同样地，Tγ为T(γ－1)+Δγ，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。Δ2至Δn可互不相同，也可为Δ2至Δn中的2个以上具有相同的大小。以下，Δ2至Δn在无需相互区别的情况下，都被简称为差Δ，关于差Δ的说明适用于Δ2至Δn全体。
其次说明差Δ。存储单元阵列11是从下层向上层依次形成。另外，磁性存储装置1的制造在磁性存储装置1完成之前包含对制造过程中的构造进行的热处理。因此，某热处理是加热在该热处理的时点已经形成的要素。具体来说，例如在形成第2层L2的过程中进行的热处理是加热第1层L1中的要素。热处理尽管在各步骤中必须存在，但却有可能使在该热处理的时点已经形成的要素的某特性劣化。尤其是某热处理对已经形成的磁阻效应元件VR的加热有可能使该磁阻效应元件VR的磁特性劣化。位于较下层的磁阻效应元件VR会受到较多热处理，从而有可能具有遭到较大程度劣化的磁特性。
随着热处理的累积而劣化的磁特性包括通过磁阻效应元件VR写入数据的特性。如上所述，意欲使铁磁性体层41的磁化方向不会随着数据的读出及写入而改变，要求其不会随着写入电流IW的流通而改变。然而，如果随着磁阻效应元件VR的热处理的累积，磁特性劣化，那么写入电流IW在该磁阻效应元件VR中流通易于引起铁磁性体层414的磁化方向进而铁磁性体层413的磁化方向意外反转。这种磁阻效应元件VR无法作为存储单元MC使用。
考虑到以上现象，因此选择差Δ。铁磁性体层414的磁化方向是通过铁磁性体层413的磁化而维持，关于铁磁性体层413的磁化方向，意欲利用经由导电体层412与铁磁性体层411的交换耦合而保持不变(固定)。据此，铁磁性体层414越薄，铁磁性体层414的磁化方向越易维持，铁磁性体层414的磁化方向进而铁磁性体层413的磁化方向越难反转。利用这一点，较下层中的铁磁性体层414受到较多热处理，从而在其磁特性方面易于较大程度地劣化，因此考虑到预定的劣化，其要较薄。例如，厚度T1至厚度Tn可基于实验或存储单元MC的层L的数量，以使其具有对所完成的磁性存储装置1的各磁阻效应元件VR要求的特性，例如通过写入电流的供给避免铁磁性体层413及414的磁化方向反转的磁特性的方式加以决定。
另外，随着热处理的累积而劣化的磁特性也包括磁阻效应元件VR的MR(magnetoresistance，磁阻)比。
＜1.4.优点(效果)＞
根据第1实施方式，如下所述，能提供一种包含具有优异的磁特性的磁阻效应元件VR的磁性存储装置1。
在如图3所示那样设置有沿着z轴排列的多个存储单元MC的层的情况下，可考虑多个存储单元MC的层各自的铁磁性体层414全部具有相同厚度的构造。要想形成这种构造，必须在形成的过程中进行多次热处理。因此，如参照图6所述，在形成的过程中，位于较下层的磁阻效应元件VR会受到较多热处理，从而在磁特性方面有可能较大程度地劣化。因此，在铁磁性体层414全部具有某一相同厚度的情况下，存在如下情况：虽然某层中的磁阻效应元件VR在磁性存储装置完成后维持了所被要求的磁特性，但比该层靠下的层的磁阻效应元件VR不会具有所被要求的磁特性。其有可能妨碍为了提高磁性存储装置1的存储容量而设置较多存储单元MC的层的实现。
根据第1实施方式，较上层中的磁阻效应元件VR的铁磁性体层414较厚。如果铁磁性体层414较薄，那么易于较强地维持磁化，由此铁磁性体层414的磁化方向较难反转。因此，铁磁性体层414越薄，即便其会因形成该铁磁性体层414后的热处理而在磁特性方面有所劣化，依然越易维持所被要求的磁特性。也就是说，具有较薄铁磁性体层414的磁阻效应元件VR对于磁特性的劣化具有较大容许量。因此，能形成磁特性的劣化得到抑制的磁阻效应元件VR。其还能实现较多存储单元MC的层，能实现具有较大容量的磁性存储装置1。
＜2.第2实施方式＞
第2实施方式在根据不同位置而具有不同厚度的要素的方面，与第1实施方式不同。
＜2.1.构造＞
在第1实施方式中，为了提高磁特性随着热处理的累积而劣化的容许量，不同存储单元MC的层L中的铁磁性体层414具有不同厚度。而与此相对地，在第2实施方式中，不同存储单元MC的层L中的导电体层412具有不同厚度。第2实施方式的磁性存储装置1的其他特征与第1实施方式的磁性存储装置1相同。
图7表示第2实施方式的多个存储单元的层各自的磁阻效应元件VR的构造的例子。第2实施方式的磁阻效应元件VR有时被称为磁阻效应元件VR2，以便与第1实施方式加以区别。第γ层Lγ的存储单元MC各自的磁阻效应元件VR2有时被称为磁阻效应元件VR2_γ。
磁阻效应元件VR2_1至VR2_n各自的导电体层412有时被称为导电体层412_1至412_n。导电体层412_γ具有厚度tγ，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。厚度tγ处在0.2nm以上0.8nm以下的范围内。
如上所述，导电体层412意欲使铁磁性体层411与铁磁性体层413反铁磁性地交换耦合，其含有能达成该意图的材料。这种材料例如含有所述Ru或Ir。表示各交换耦合强度相对于含有Ru及Ir而用于铁磁性体层411的材料的不同厚度的曲线如图8所示，具有1个或多个极大点。在比带有交换耦合强度的各极大点的铁磁性体层411的厚度薄的区域及比其厚的区域，交换耦合强度单纯减少。利用该特征，选择导电体层412_1至412_n的厚度。具体如下所述。
如图7所示，导电体层412_1至412_n在交换耦合强度相对于导电体层412的厚度的增加而单纯减少的区域，依照导电体层412_γ的γ的大小的升序而变厚。也就是说，满足tγ＞t(γ－1)，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。t2为t1+δ2，同样地，tγ为t(γ－1)+δγ，其中γ分别为2以上n以下的自然数的情况。δ2至δγ全部具有正值。δ2至δn可互不相同，也可为δ2至δn中的2个以上具有相同的大小。
作为一例，导电体层412_1具备带有极大点的交换耦合强度的厚度，导电体层412_1至412_n依次变厚。
＜2.2.效果＞
根据第2实施方式，较上层中的磁阻效应元件VR的导电体层412在相对于导电体层412的厚度的增加而单纯减少的区域较厚。隔着较薄导电体层412的铁磁性体层411及413具有较强的交换耦合。由此，能获得与第1实施方式相同的优点。
＜2.3.变化例＞
导电体层412_1至412_n也可在相对于导电体层412的厚度的减少而单纯减少的区域，依照铁磁性体层414_γ的γ的大小的升序而变薄。也就是说，如图9所示，δ2至δn全部具有负值。图9表示第2实施方式的变化例的多个存储单元的层各自的电阻变化元件的构造的例子。作为一例，导电体层412_1具备带有极大点的交换耦合强度的厚度，导电体层412_1至412_n依次变薄。
通过变化例，也能获得与第1实施方式相同的优点。
另外，第2实施方式(包括变化例)也可与第1实施方式组合。
对本发明的若干个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅作为示例而提出，并非意欲限定发明的范围。这些实施方式能以其他各种方式加以实施，能在不脱离发明主旨的范围内，进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变化包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书中记载的发明及其同等的范围内。
[符号的说明]
1 存储装置
11 存储单元阵列
12 输入输出电路
13 控制电路
14 行选择电路
15 列选择电路
16 写入电路
17 读出电路
MC 存储单元
VR 磁阻效应元件
SE 选择器
WL 字线
BL 位线
21、22、412 导电体层
31、33 电极
32 可变电阻材料
41、43、411、413、414 铁磁性体层
42 绝缘体层

Claims (15)

1.一种磁性存储装置，其特征在于具备第1积层体、及所述第1积层体的上方的第2积层体，
所述第1积层体及所述第2积层体分别包含：
第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；
第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；
第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；
第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及
第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方；且
所述第2积层体的所述第2铁磁性体层厚于所述第1积层体的所述第2铁磁性体层。
2.根据权利要求1所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第2铁磁性体层具有：
第4铁磁性体层，配置在所述第1绝缘体层与所述第1导电体层之间，与所述第1绝缘体层相接；及
第5铁磁性体层，配置在所述第4铁磁性体层与所述第1导电体层之间，结晶构造与所述第4铁磁性体层不同。
3.根据权利要求2所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第1积层体的所述第4铁磁性体层、及所述第2积层体的所述第4铁磁性体层分别具有0.8nm以上1.4nm以下的厚度。
4.一种磁性存储装置，其特征在于具备第1积层体至第n积层体，其中n为2以上的自然数，
X为2至n的自然数，第X积层体位于第X－1积层体的上方，
所述第1积层体至所述第n积层体分别包含：
第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；
第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；
第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；
第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及
第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方；且
所述第X积层体的所述第2铁磁性体层厚于所述第X－1积层体的所述第2铁磁性体层。
5.根据权利要求4所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第2铁磁性体层具有：
第4铁磁性体层，配置在所述第1绝缘体层与所述第1导电体层之间，与所述第1绝缘体层相接；及
第5铁磁性体层，配置在所述第4铁磁性体层与所述第1导电体层之间，结晶构造与所述第4铁磁性体层不同。
6.根据权利要求5所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第1积层体至所述第n积层体各自的所述第4铁磁性体层具有0.8nm以上1.4nm以下的厚度。
7.根据权利要求2或5所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第4铁磁性体层的膜厚薄于所述第5铁磁性体层的膜厚。
8.一种磁性存储装置，其特征在于具备第1积层体、及所述第1积层体的上方的第2积层体，
所述第1积层体及所述第2积层体分别包含：
第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；
第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；
第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；
第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及
第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方；且
所述第2积层体的所述第1导电体层具有与所述第1积层体的所述第1导电体层的厚度不同的厚度。
9.根据权利要求8所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第2铁磁性体层具有：
第4铁磁性体层，配置在所述第1绝缘体层与所述第1导电体层之间，与所述第1绝缘体层相接；及
第5铁磁性体层，配置在所述第4铁磁性体层与所述第1导电体层之间，结晶构造与所述第4铁磁性体层不同。
10.根据权利要求8或9所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第1积层体的所述第1导电体层、及所述第2积层体的所述第1导电体层分别具有0.2nm以上0.8nm以下的厚度。
11.根据权利要求2或9所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第1积层体的所述第1铁磁性体层与所述第1积层体的所述第5铁磁性体层反铁磁性耦合。
12.一种磁性存储装置，其特征在于具备第1积层体至第n积层体，其中n为2以上的自然数，
X为2至n的自然数，第X积层体位于第X－1积层体的上方，
所述第1积层体至所述第n积层体分别包含：
第1铁磁性体层，具有朝向第1方向的磁化；
第1导电体层，位于所述第1铁磁性体层的上方，为非磁性；
第2铁磁性体层，设置在所述第1导电体层的上方，具有朝向与所述第1方向不同的第2方向的磁化；
第1绝缘体层，与所述第2铁磁性体层的上表面相接；及
第3铁磁性体层，位于所述第1绝缘体层的上方；且
所述第X积层体的所述第1导电体层厚于所述第X－1积层体的所述第1导电体层，或所述第X积层体的所述第1导电体层薄于所述第X－1积层体的所述第1导电体层。
13.根据权利要求12所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第2铁磁性体层具有：
第4铁磁性体层，配置在所述第1绝缘体层与所述第1导电体层之间，与所述第1绝缘体层相接；及
第5铁磁性体层，配置在所述第4铁磁性体层与所述第1导电体层之间，结晶构造与所述第4铁磁性体层不同。
14.根据权利要求12或13所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第1导电体层具有0.2nm以上0.8nm以下的厚度。
15.根据权利要求5或13所述的磁性存储装置，其特征在于：所述第X积层体的所述第1铁磁性体层与所述第X积层体的所述第5铁磁性体层反铁磁性耦合。
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