JP2000195250A - Magnetic memory device - Google Patents

Magnetic memory device

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JP2000195250A
JP2000195250A JP10367280A JP36728098A JP2000195250A JP 2000195250 A JP2000195250 A JP 2000195250A JP 10367280 A JP10367280 A JP 10367280A JP 36728098 A JP36728098 A JP 36728098A JP 2000195250 A JP2000195250 A JP 2000195250A
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JP
Japan
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magnetic
magnetization
metal layer
ferromagnetic
layer
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JP10367280A
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Japanese (ja)
Inventor
Kentaro Nakajima
健太郎 中島
Koichiro Inomata
浩一郎 猪俣
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile magnetic memory device, using a ferromagnetic tunnel junction stable operative within the cell area of a submicron size. SOLUTION: A plurality of the memory cells are arranged on fine wire-like ferromagnetic metal layers, constituted integrally with bit lines for supplying current to the respective cells. Each memory cell has a magnetic recording layer 21, a tunnel barrier layer 30 and the ferromagnetic metal layer 12 and has a free magnetization region facing an insulating layer in part of the ferromagnetic metallic layer 12. The area of the free magnetization region is smaller than the area of the ferromagnetic metal layer 12. The reading out of the recording information of the respective cells is executed through magnetic wall transfer in the ferromagnetic metal layer 12. Then, the influence of the nonuniform magnetization distribution induced by the self-degaussing magnetic field at the end face and the interlayer magnetostatic bonding of the ferromagnetic metallic layers 12 is eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は強磁性体を用いた不
揮発性メモリ装置に係わり、特に、強磁性トンネル接合
を用いた磁気メモリ装置に関する。
The present invention relates to a nonvolatile memory device using a ferromagnetic material, and more particularly, to a magnetic memory device using a ferromagnetic tunnel junction.

【0002】[0002]

【従来の技術】巨大磁気抵抗効果(Giant MagnetoResi
stance:以下、GMR 効果と略記する。)は、ある種の強
磁性体と非磁性体との複合体において、強磁性体の磁化
方向に依存して電気抵抗が変化する現象である。このよ
うなGMR 効果を示す具体的構成として、例えば、夫々数
nm厚の強磁性金属層と非磁性金属層とを交互に積層し
た磁性人工格子膜がある。磁性人工格子膜では、強磁性
金属層の磁化方向が同方向を向いた平行の場合と、互い
違いに逆方向を向いた反平行の場合とで、電気抵抗に数
10%以上の差が生じる。磁性人工格子膜におけるGMR
効果は、Fe/Cr 人工格子膜(Phys. Rev. Lett., 61,
2472 (1988 )) 、Co/Cu 人工格子膜(J. Magn. M
agn. Mater., 94, L1 (1991))等で報告されてい
る。
2. Description of the Related Art Giant MagnetoResistance
stance: Abbreviated below as GMR effect. ) Is a phenomenon in which, in a complex of a certain ferromagnetic material and a non-magnetic material, electric resistance changes depending on the magnetization direction of the ferromagnetic material. As a specific configuration showing such a GMR effect, for example, there is a magnetic artificial lattice film in which ferromagnetic metal layers and non-magnetic metal layers each having a thickness of several nm are alternately laminated. In the magnetic artificial lattice film, a difference of several tens% or more occurs in the electric resistance between the case where the magnetization directions of the ferromagnetic metal layers are parallel in the same direction and the case where they are antiparallel in the opposite directions. GMR in magnetic artificial lattice films
The effect is based on Fe / Cr artificial lattice film (Phys. Rev. Lett., 61,
2472 (1988)), Co / Cu artificial lattice film (J. Magn. M.
agn. Mater., 94, L1 (1991)).

【0003】上記の磁性人工格子膜における磁化の反平
行状態の実現は、強磁性層間の反強磁性交換結合を利用
して行われている。しかし、一般にこのような反強磁性
交換結合を用いた膜では層間結合が強いため、飽和磁界
が大きく、また外部磁界に対するヒステリシスも大きい
という問題を有している。
[0003] The realization of the antiparallel state of magnetization in the above-mentioned magnetic artificial lattice film is performed using antiferromagnetic exchange coupling between ferromagnetic layers. However, a film using such antiferromagnetic exchange coupling generally has a problem that the interlayer coupling is strong, so that the saturation magnetic field is large and the hysteresis with respect to an external magnetic field is also large.

【0004】そこで、層間結合を有さない強磁性金属層
1/非磁性金属層/強磁性金属層2からなる三層膜にお
いて、一方の強磁性金属層1に反強磁性体を接触形成さ
せること等により強磁性金属層1の磁化方向を固定した
上で、他方の強磁性金属層2の材料に保磁力の小さな強
磁性体を用いて、低磁界での強磁性金属層2の磁化方向
の反転によりGMR 効果を発現するスピンバルブ膜が報告
されている(Phys. Rev. B43, 1297 (1991).)。
Therefore, in a three-layer film composed of a ferromagnetic metal layer 1 / a non-magnetic metal layer / a ferromagnetic metal layer 2 having no interlayer coupling, an antiferromagnetic material is formed in contact with one of the ferromagnetic metal layers 1. After fixing the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer 1 by using the method, a ferromagnetic material having a small coercive force is used for the material of the other ferromagnetic metal layer 2 so that the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer 2 at a low magnetic field is reduced. There has been reported a spin valve film exhibiting a GMR effect by reversal of physics (Phys. Rev. B43, 1297 (1991)).

【0005】近年、このようなGMR 効果を示す素子(以
下、GMR 素子と略記する。)の応用として、磁界セン
サ、磁気ヘッドの他、磁気ランダムアクセスメモリ(Ma
gneticRandom Access Memory.以下、MRAMと略記す
る。)への利用が提案され注目を集めている。MRAMで
は、メモリアレイ中にGMR 効果を示す素子を多数配置す
る。GMR 素子としては、前述のスピンバルブ膜が用いら
れる。情報は、スピンバルブ膜を構成する強磁性金属層
1 の磁化方向として記録される。記録情報の読み出し
は、ワード線、ビット線に電流を流し、それによって生
じた磁界により強磁性金属層2の磁化方向を反転させた
際の素子抵抗の変化を検出することによって行う。この
際、磁界の大きさを強磁性金属層1の保磁力よりも小さ
く設定することにより、非破壊読み出しを実現すること
が可能である。MRAMは、従来の誘電体キャパシタを用い
た半導体メモリとその機能を比較すると、(1) 不揮発性
であり、(2)非破壊読み出しが可能であり、読み出しサ
イクルを短くすることが可能である。また、(3) 電荷蓄
積型のメモリセルに比べ、放射線に対する耐性が強い、
等の多くの利点を有している。その集積度は、例えば0.
25μm ルールでは64MB程度となる。
In recent years, as an application of such an element exhibiting the GMR effect (hereinafter abbreviated as a GMR element), in addition to a magnetic field sensor and a magnetic head, a magnetic random access memory (Ma
gneticRandom Access Memory. Hereinafter, it is abbreviated as MRAM. ) Has been proposed and is attracting attention. In an MRAM, many elements exhibiting the GMR effect are arranged in a memory array. As the GMR element, the above-described spin valve film is used. Information on the ferromagnetic metal layer that constitutes the spin valve film
Recorded as 1 magnetization direction. Reading of recorded information is performed by passing a current through a word line and a bit line, and detecting a change in element resistance when the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer 2 is reversed by a magnetic field generated thereby. At this time, by setting the magnitude of the magnetic field to be smaller than the coercive force of the ferromagnetic metal layer 1, non-destructive reading can be realized. Compared with a conventional semiconductor memory using a dielectric capacitor, the function of the MRAM is (1) nonvolatile, (2) non-destructive read is possible, and the read cycle can be shortened. In addition, (3) the resistance to radiation is higher than that of charge storage type memory cells,
And many other advantages. The degree of integration is, for example, 0.
With a 25 μm rule, it is about 64 MB.

【0006】しかし、MRAMに用いられるスピンバルブ膜
の抵抗変化率は数%から十数%程度である。さらに、ス
ピンバルブ膜のシート抵抗は数10Ω/□程度であり、数
mAのセンス電流に対するセル読みだし電圧は数mV程度で
ある。これに対し、例えば、セル駆動用のトランジスタ
における電圧降下は、素子サイズの微細化とともに上昇
し、0.25μm ルールでは100mV 程度に達する。すなわ
ち、トランジスタの抵抗値に10%のばらつきが存在する
と、それにより10mV程度のノイズが現れる。これらのノ
イズを低減するための補償回路も幾つか提案されている
が、これらはいずれも集積度を低下させる要因となる。
すなわち、現在得られているGMR 素子の抵抗変化率、及
びシート抵抗値では、セル読み出し電圧が小さいため、
高集積度と安定動作の両立が難しいという問題を有して
いる。
However, the resistance change rate of the spin valve film used in the MRAM is about several percent to about ten and several percent. Further, the sheet resistance of the spin valve film is about several tens Ω / □,
The cell read voltage for a mA sense current is about several mV. On the other hand, for example, the voltage drop in the cell driving transistor increases as the element size becomes smaller, and reaches about 100 mV in the 0.25 μm rule. That is, if there is a variation of 10% in the resistance value of the transistor, a noise of about 10 mV appears. Several compensating circuits for reducing these noises have been proposed, but all of them cause a reduction in the degree of integration.
In other words, with the currently obtained resistance change rate of the GMR element and the sheet resistance, the cell read voltage is small,
There is a problem that it is difficult to achieve both high integration and stable operation.

【0007】この点を解決するため、GMR 素子部分を強
磁性トンネル効果を示す素子(Tunnel MR素子。以下、
TMR 素子と略記する。)に置き換える、という提案がな
されている。TMR 素子は、主として強磁性金属層1/絶
縁障壁/強磁性金属層2からなる三層膜で構成され、電
流は絶縁障壁をトンネルして流れる。トンネルコンダク
タンスは、両強磁性金属層の磁化の相対角の余弦に比例
して変化し、両磁化が反平行の場合に極小値をとる。例
えばFe/Al 2 O 3 /Fe トンネル接合(J. Magn. Magn.
Mater., 139, L231 (1995).)において20%を越え
る抵抗変化率が見いだされている。すなわちTMR 素子
は、同じ三層構造であってもGMR 素子に比べ大きな抵抗
変化率を有するという利点を持つ。
In order to solve this problem, a GMR element is replaced by an element exhibiting a ferromagnetic tunnel effect (Tunnel MR element;
Abbreviated as TMR element. ) Has been proposed. The TMR element is mainly composed of a three-layer film composed of a ferromagnetic metal layer 1 / an insulating barrier / a ferromagnetic metal layer 2, and a current flows through the insulating barrier. The tunnel conductance changes in proportion to the cosine of the relative angle of the magnetization of both ferromagnetic metal layers, and takes a minimum value when both magnetizations are antiparallel. For example, Fe / Al 2 O 3 / Fe tunnel junction (J. Magn. Magn.
Mater., 139, L231 (1995).), A resistance change rate exceeding 20% was found. That is, the TMR element has an advantage that it has a larger rate of resistance change than the GMR element even with the same three-layer structure.

【0008】さらに、TMR 素子においては、電流は絶縁
障壁をトンネルして流れるため、GMR 素子に比べ高いセ
ル抵抗が得られる。したがってGMR 素子を用いた場合に
比べ、同じセンス電流でもより大きなセル読み出し電圧
が得られるという利点を有している。
Further, in the TMR element, a current flows through the insulating barrier by tunneling, so that a higher cell resistance can be obtained as compared with the GMR element. Therefore, as compared with the case where the GMR element is used, there is an advantage that a larger cell read voltage can be obtained even with the same sense current.

【0009】しかしながら、GMR 素子もしくはTMR 素子
をMRAMとして利用するためには、その平面寸法を数mm以
下に微細化する必要があり、そのため微細構造磁性体に
特有の問題が生じる。例えば、素子集積度を高める上で
最適なGMR 素子の大きさは、概ねトランジスタのチャネ
ル長の3 〜5 倍程度であり、前述の0.25μm ルールに従
うと、1 μm 角程度の大きさとなる。このような微小な
強磁性体を膜面内に磁化した場合、その膜面内の磁化状
態が膜の形状に依存して不均一となるという問題が生じ
る。例えば端面に生じる磁極により自己減磁が生じ、膜
端面部分の磁化方向が中心部のそれとは異なる、いわゆ
るエッジドメインが発生することが知られている(J. Ap
pl. Phys. 81, 5471(1997).)。エッジドメインの存在
は、ヒステリシス角形比の低下を招き、実効的な磁気抵
抗変化率の減少を引き起こす要因となる。さらに、エッ
ジドメインの存在により、膜の磁化過程が不安定となる
という問題が生じる。
However, in order to use a GMR element or a TMR element as an MRAM, it is necessary to reduce its plane dimension to several mm or less, which causes a problem peculiar to a microstructured magnetic material. For example, the optimal size of the GMR element for increasing the degree of element integration is about 3 to 5 times the channel length of the transistor, and is about 1 μm square according to the above-mentioned 0.25 μm rule. When such a small ferromagnetic material is magnetized in the film surface, there is a problem that the magnetization state in the film surface becomes non-uniform depending on the shape of the film. For example, it is known that self-demagnetization occurs due to magnetic poles generated on the end face, and a so-called edge domain occurs in which the magnetization direction of the film end face is different from that of the center (J. Ap
pl. Phys. 81, 5471 (1997).). The presence of the edge domain causes a decrease in the hysteresis squareness ratio, and causes a reduction in the effective magnetoresistance change rate. Further, the presence of the edge domain causes a problem that the magnetization process of the film becomes unstable.

【0010】さらに、微少寸法の三層膜では、強磁性金
属層1と強磁性金属層2との層間静磁結合が無視できな
い値となる(IEEE Trans. Mag. MAG-33,3286(1997).) 。
すなわち両金属層の磁化配列が平行な場合と反平行な場
合とで、膜端面における磁力線分布が異なり、静磁エネ
ルギーに差が生じる。従って、強磁性金属層2の磁化を
外部磁界により反転させた場合、ヒステリシスが非対称
となるばかりでなく、磁化反転に要する磁界が増大する
という問題が生じる。さらに、層間静磁結合は前述の自
己減磁と同様の作用を及ぼし、エッジドメインを発生さ
せる要因となる。
Furthermore, in a three-layer film having a minute dimension, the magnetostatic coupling between the ferromagnetic metal layer 1 and the ferromagnetic metal layer 2 has a value that cannot be ignored (IEEE Trans. Mag. MAG-33, 3286 (1997)). .)
That is, the distribution of lines of magnetic force on the film end faces differs between the case where the magnetization arrangement of both metal layers is parallel and the case where the magnetization arrangement is anti-parallel, and a difference occurs in magnetostatic energy. Therefore, when the magnetization of the ferromagnetic metal layer 2 is reversed by an external magnetic field, not only the hysteresis becomes asymmetric, but also the problem that the magnetic field required for the magnetization reversal increases. Further, interlayer magnetostatic coupling has the same effect as the above-described self-demagnetization, and becomes a factor for generating an edge domain.

【0011】上述の微少構造磁性体における不均一な磁
化状態の問題は、GMR 素子、TMR 素子いずれの場合にも
共通な問題である。今後、64MBを越えるような集積度を
得るためには、個々の素子面積を1mm 以下に微細化する
必要があり、素子の磁化状態の制御がより困難になると
いう問題が生じている。
The problem of the non-uniform magnetization state in the microstructured magnetic material described above is a common problem in both the GMR element and the TMR element. In the future, in order to obtain a degree of integration exceeding 64 MB, it is necessary to reduce the area of each element to 1 mm or less, which causes a problem that it becomes more difficult to control the magnetization state of the element.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、TMR 素
子をMRAMに利用することにより、GMR 素子を用いた場合
に比べセル読み出し電圧をより大きくすることができ、
MRAMとして安定な動作を実現させることが可能である。
しかしながら、素子微細化による磁化状態の不均一性の
問題は、未解決なままであり、今後、さらに高い素子集
積度を得ようとして、素子面積をさらに微細化させる
と、素子の磁化状態の制御がより困難になるという問題
を有している。
As described above, by using a TMR element for an MRAM, a cell read voltage can be made higher than when a GMR element is used.
It is possible to realize stable operation as an MRAM.
However, the problem of the non-uniformity of the magnetization state due to the miniaturization of the element remains unsolved. In the future, if the element area is further miniaturized in order to obtain a higher degree of element integration, the magnetization state of the element will be controlled. Has the problem of becoming more difficult.

【0013】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、サブミクロンサイズの素子寸法にお
いても磁化状態の均一性が良く、かつその磁化状態を好
適に制御可能なTMR 素子を利用した磁気メモリ装置を提
供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such a problem, and has provided a TMR element having good uniformity of magnetization state and capable of suitably controlling the magnetization state even in a submicron size element. It is an object to provide a magnetic memory device using the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明は、第一の強磁性層と、第一の強磁性層に絶
縁障壁を介して対向した第二の強磁性層とを有する磁気
メモリセルを備え、第一の強磁性層の磁化状態を、第二
の強磁性層の磁化状態を変化させることにより得られる
トンネルコンダクタンスの変化として検出する磁気メモ
リ装置において、第二の強磁性層は、前記絶縁障壁と接
合する自由磁化領域、及び前記自由磁化領域に隣接する
周辺部を備えることを特徴とする磁気メモリ装置を提供
する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer opposed to the first ferromagnetic layer via an insulating barrier. A magnetic memory device comprising a magnetic memory cell having the following structure, wherein the magnetization state of the first ferromagnetic layer is detected as a change in tunnel conductance obtained by changing the magnetization state of the second ferromagnetic layer. The ferromagnetic layer includes a free magnetic region that is in contact with the insulating barrier and a peripheral portion adjacent to the free magnetic region.

【0015】強磁性トンネル接合の形状及び面積は、両
強磁性層に挟まれた絶縁障壁を構成する絶縁膜の形状及
び面積によって規定される。すなわち、仮に絶縁障壁
と、その平面寸法よりも大きな強磁性電極と伴に強磁性
トンネル接合を構成した場合、実際に強磁性電極として
有効に作用する部分は、強磁性電極のうち、接合面の形
状を、接合面に垂直な方向に投影した部分に限られる。
本発明における自由磁化領域は、このような強磁性トン
ネル接合の強磁性電極として有効に機能する部分であ
り、この自由磁化領域の形状及び面積は、絶縁障壁の形
状をその接合面に垂直な方向に投影することで規定され
る。周辺部はこの自由磁化領域に隣接するものである。
The shape and area of a ferromagnetic tunnel junction are determined by the shape and area of an insulating film constituting an insulating barrier sandwiched between both ferromagnetic layers. In other words, if a ferromagnetic tunnel junction is formed with an insulating barrier and a ferromagnetic electrode larger than its plane dimension, the part that actually acts as a ferromagnetic electrode is the part of the ferromagnetic electrode that is effective at the junction surface. The shape is limited to a portion projected in a direction perpendicular to the bonding surface.
The free magnetization region in the present invention is a portion that effectively functions as a ferromagnetic electrode of such a ferromagnetic tunnel junction. The shape and area of the free magnetization region are determined by changing the shape of the insulating barrier in the direction perpendicular to the junction surface. Is defined by projecting The peripheral portion is adjacent to the free magnetization region.

【0016】このような構成を備えることから、自由磁
化領域の磁化分布は第二の強磁性層の磁化分布の一部で
あるため、第二の強磁性層の周辺部に望ましくない磁化
状態が存在しても、自由磁化領域は周辺部に比して均一
な磁化状態となることができる。従って、従来に比し
て、強磁性トンネル接合における磁化分布をより均一な
ものとできる。
With such a configuration, since the magnetization distribution of the free magnetization region is a part of the magnetization distribution of the second ferromagnetic layer, an undesired magnetization state is formed around the second ferromagnetic layer. Even if it exists, the free magnetization region can be in a uniform magnetization state as compared with the peripheral portion. Therefore, the magnetization distribution in the ferromagnetic tunnel junction can be made more uniform than before.

【0017】本発明の磁気メモリ装置において、自由磁
化領域の磁化状態を、第二の強磁性層内の磁壁移動によ
り反転することが好ましい。すなわち、自由磁化領域を
中心に、その磁化方向とは逆向きの磁界を局所的に印加
することで、第二強磁性層内に逆磁区を形成し、逆磁区
と既存の磁化方向を維持する領域との間の磁壁が自由磁
化領域を通過し、自由磁化領域が逆磁区内に含まれる
と、自由磁化領域の磁化状態を反転させることができ
る。
In the magnetic memory device of the present invention, it is preferable that the magnetization state of the free magnetization region is reversed by domain wall motion in the second ferromagnetic layer. That is, by applying a magnetic field in a direction opposite to the magnetization direction around the free magnetization region, a reverse magnetic domain is formed in the second ferromagnetic layer, and the reverse magnetic domain and the existing magnetization direction are maintained. When the domain wall between the free magnetic region passes through the free magnetic region and the free magnetic region is included in the reverse magnetic domain, the magnetization state of the free magnetic region can be reversed.

【0018】また、本発明の磁気メモリ装置において、
第二の強磁性層を、複数個の前記磁気メモリセルに共通
に設け、自由磁化領域を磁気メモリセルの各々に設け、
かつ、隣接する磁気メモリセルの自由磁化領域を周辺部
を介して互いに隣接させることで、高集積の磁気メモリ
装置を簡便に得ることができる。この際、複数個の自由
磁化領域の磁化状態を、周辺部を介して隣接する自由磁
化領域間の連続した磁壁移動により反転させることがで
きる。このように行うことで、より高速なデータ読み出
しが可能となる。
Further, in the magnetic memory device of the present invention,
A second ferromagnetic layer is provided in common for the plurality of magnetic memory cells, and a free magnetization region is provided in each of the magnetic memory cells;
In addition, by making the free magnetization regions of adjacent magnetic memory cells adjacent to each other via the peripheral portion, a highly integrated magnetic memory device can be easily obtained. At this time, the magnetization states of the plurality of free magnetization regions can be reversed by continuous domain wall movement between the adjacent free magnetization regions via the peripheral portion. By doing so, higher-speed data reading becomes possible.

【0019】さらにまた、本発明の磁気メモリ装置にお
いて、周辺部は、隣接する自由磁化領域の磁壁の移動を
制御するための、突起、括れ、膜厚の変更のような、周
囲とは構造の異なる部分領域を備えることが好ましい。
このように、周辺部の形状を自由磁化領域のそれと変化
させることで、自由磁化領域の磁化分布を好適に制御す
ることができ、そのより安定な磁化分布の制御が可能と
なる。
Still further, in the magnetic memory device of the present invention, the peripheral portion has a structure different from the periphery, such as a protrusion, a constriction, and a change in film thickness, for controlling the movement of the domain wall in the adjacent free magnetization region. It is preferable to have different partial areas.
Thus, by changing the shape of the peripheral portion from that of the free magnetization region, the magnetization distribution of the free magnetization region can be suitably controlled, and the more stable control of the magnetization distribution becomes possible.

【0020】尚、複数のメモリセルを備える集積化され
た磁気メモリ装置では、第二の強磁性層の形状を、細線
状とすることが好ましい。このような細線形状をとるこ
とで、第二の強磁性層には細線長さ方向を容易軸とする
形状磁気異方性が生じ、第二の強磁性層の磁化状態はよ
り均一化、安定化される。
In an integrated magnetic memory device having a plurality of memory cells, it is preferable that the shape of the second ferromagnetic layer be a thin line. By taking such a fine wire shape, the second ferromagnetic layer has a shape magnetic anisotropy whose easy axis is in the length direction of the fine wire, and the magnetization state of the second ferromagnetic layer is made more uniform and stable. Be transformed into

【0021】さらに、集積化された磁気メモリ装置で
は、第二の強磁性層と各セルに電流を供給するための電
流路とを一体に構成することが好ましい。このように一
体なものとすることで、集積度をより向上させることが
可能である。
Further, in the integrated magnetic memory device, it is preferable that the second ferromagnetic layer and a current path for supplying a current to each cell are integrally formed. With such integration, the degree of integration can be further improved.

【0022】また、トンネル障壁層としては、非磁性絶
縁体からなる単一層の他、異なる非磁性絶縁層を用いた
積層膜、絶縁体中に金属微粒子を分散させたグラニュラ
ー構造、及び数nmの金属超薄膜を既述の絶縁膜で挟み込
んだ構造等の複合構造も可能である。これらの複合構造
を障壁層として用いると、構造設計によりセル抵抗値を
容易に制御することができ、実施上好ましい形態といえ
る。
As the tunnel barrier layer, in addition to a single layer made of a non-magnetic insulator, a laminated film using different non-magnetic insulating layers, a granular structure in which metal fine particles are dispersed in the insulator, and a thickness of several nm A composite structure such as a structure in which an ultrathin metal film is sandwiched between the above-described insulating films is also possible. When these composite structures are used as the barrier layer, the cell resistance can be easily controlled by the structure design, and it can be said that this is a preferable embodiment in practical use.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。 (第1の実施の形態)図1及び図2は、本発明の磁気メ
モリ装置の第1の実施形態を説明するための模式図であ
る。図1は、2つのメモリセルにおける断面構造を、図
2は、対応の平面構造を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1 and 2 are schematic views for explaining a first embodiment of a magnetic memory device according to the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of two memory cells, and FIG. 2 shows a corresponding planar structure.

【0024】本実施形態のメモリセルは、Si等の基板
上に形成されるメモリセルの多層構造において、第1金
属層10、第2金属層20、及び絶縁体からなるトンネ
ル障壁層30を主な構成として備える。第1金属層10
は非磁性金属層11と強磁性金属層12とからなり、一
方、第2金属層20は、強磁性体からなる磁気記録層2
1と非磁性金属層22とから構成される。そして、第1
金属層10と第2金属層20とは、層間絶縁層31に開
けられたコンタクトホール50において、トンネル障壁
層30を挟んで対向しており、このトンネル障壁を介し
た両強磁性金属層間にてTMR が得られる。従って、各TM
R メモリセルは、第1金属層10と第2金属層20とが
重なり合う部分に形成され、第1金属層10と第2金属
層20とが対向するトンネル障壁層30の垂直投影像と
自由磁化領域13は重なりあう。図1及び図2では、2
つのメモリセルを表示し、自由磁化領域13は図2に破
線で示す通り、各メモリセルに1つ形成される。図2で
は、実質的なトンネル接合面を規定するコンタクトホー
ル50の形状を反映して、自由磁化領域13は四角形で
ある。
The memory cell of this embodiment mainly includes a first metal layer 10, a second metal layer 20, and a tunnel barrier layer 30 made of an insulator in a multilayer structure of memory cells formed on a substrate such as Si. It is provided as a simple configuration. First metal layer 10
Is composed of a nonmagnetic metal layer 11 and a ferromagnetic metal layer 12, while the second metal layer 20 is a magnetic recording layer 2 made of a ferromagnetic material.
1 and a nonmagnetic metal layer 22. And the first
The metal layer 10 and the second metal layer 20 are opposed to each other with a tunnel barrier layer 30 interposed therebetween in a contact hole 50 formed in the interlayer insulating layer 31, and between the two ferromagnetic metal layers via the tunnel barrier. TMR is obtained. Therefore, each TM
The R memory cell is formed in a portion where the first metal layer 10 and the second metal layer 20 overlap, and the vertical projection image and the free magnetization of the tunnel barrier layer 30 where the first metal layer 10 and the second metal layer 20 face each other. Regions 13 overlap. 1 and 2, 2
One memory cell is displayed, and one free magnetization region 13 is formed in each memory cell as shown by a broken line in FIG. In FIG. 2, the free magnetization region 13 is quadrangular, reflecting the shape of the contact hole 50 that substantially defines the tunnel junction surface.

【0025】第1金属層10は、図1及び図2に示すよ
うに長手方向を有する細線形状を備えて複数のメモリセ
ルに接続しており、各メモリセルに電流を供給するビッ
ト線として機能する。第2金属層20を構成する磁気記
録層21は、強磁性金属層12に比べ高い保磁力を有し
ており、メモリセルにおける記録情報は該記録層21の
磁化方向として記録される。非磁性金属層22は、膜厚
100nmのCuAu膜からなり、メモリセルのトンネル接合
とセルトランジスタを接続するために設けられている。
尚、セルトランジスタは、代表的にはMOSFET等の電界効
果型トランジスタのような公知の技術を用いることがで
き、その詳細な説明と図示は省略する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first metal layer 10 has a thin line shape having a longitudinal direction and is connected to a plurality of memory cells, and functions as a bit line for supplying a current to each memory cell. I do. The magnetic recording layer 21 constituting the second metal layer 20 has a higher coercive force than the ferromagnetic metal layer 12, and information recorded in the memory cell is recorded as the magnetization direction of the recording layer 21. The nonmagnetic metal layer 22 is made of a CuAu film having a thickness of 100 nm, and is provided for connecting a tunnel junction of a memory cell and a cell transistor.
A well-known technique such as a field-effect transistor such as a MOSFET can be typically used for the cell transistor, and a detailed description and illustration thereof are omitted.

【0026】尚、図1及び図2の40はワード線を示
す。ワード線40は、その長手方向及び電流方向が、第
1金属層10の長手方向に対し、垂直となるように形成
されている。つまり、図1及び図2では、ワード線40
は紙面垂直方向に長手方向を有し、第1金属層10は紙
面内に長手方向を有する。尚、磁気メモリ装置は、ワー
ド線以外の書き込み/読み出し回路等の周辺回路を備え
るが、この周辺回路は従来の半導体技術、例えば、ダイ
ナミックランダムアクセスメモリ、強誘電体をキャパシ
タ誘電体として用いたランダムアクセスメモリー、及び
不揮発性記憶装置等に用いられる種々の半導体回路につ
いて採用することができ、その回路構成等の詳細な説明
は省略する。尚、読み出し/書き込み回路等の周辺回路
と多数のメモリセルが集められ形成されたセル領域と
は、SiO 2 等の層間絶縁膜により分離される。
Incidentally, reference numeral 40 in FIGS. 1 and 2 denotes a word line. The word line 40 is formed so that its longitudinal direction and current direction are perpendicular to the longitudinal direction of the first metal layer 10. That is, in FIG. 1 and FIG.
Has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the paper surface, and the first metal layer 10 has a longitudinal direction in the paper surface. The magnetic memory device includes peripheral circuits such as a write / read circuit other than a word line. The peripheral circuits include conventional semiconductor technologies, for example, a dynamic random access memory, a random access memory using a ferroelectric as a capacitor dielectric. Various semiconductor circuits used for an access memory, a nonvolatile memory device, and the like can be adopted, and detailed description of the circuit configuration and the like is omitted. A peripheral circuit such as a read / write circuit and a cell region where a large number of memory cells are collected and formed are separated by an interlayer insulating film such as SiO 2 .

【0027】記録情報の書き込み動作は、ワード線40
及びビット線として機能する第1金属層10に電流を流
して行う。すなわち、ワード線40および第1金属層1
0から生じる電流磁界の和が磁気記録層21の磁化方向
を反転させるに十分な値となるように、それぞれの電流
値が設定される。磁気記録層21の磁化方向は、ワード
線40及び第1金属層10を流れる電流の方向によって
決定される。本実施形態では、ワード線40および第1
金属層10とは互いに垂直な位置関係にあるので、どち
らか一方の電流方向を変えることで上記目的は達成され
る。
The write operation of the recording information is performed by the word line 40.
In addition, current is supplied to the first metal layer 10 functioning as a bit line. That is, the word line 40 and the first metal layer 1
Each current value is set such that the sum of the current magnetic fields generated from 0 is a value sufficient to reverse the magnetization direction of the magnetic recording layer 21. The magnetization direction of the magnetic recording layer 21 is determined by the direction of the current flowing through the word line 40 and the first metal layer 10. In the present embodiment, the word line 40 and the first
Since the metal layer 10 and the metal layer 10 are perpendicular to each other, the above object can be achieved by changing one of the current directions.

【0028】次に、本発明の磁気メモリセルにおける記
録情報の読み出し動作を、図3(a)乃至図3(d)に
示す平面模式図を用いて説明する。図3(a)乃至図3
(d)において、51は強磁性金属層12の磁化、52
は記録層21の磁化について模式的に示したものであ
り、矢印の方向が夫々の磁化方向を示している。
Next, an operation of reading recorded information in the magnetic memory cell of the present invention will be described with reference to schematic plan views shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d). 3 (a) to 3
In (d), 51 is the magnetization of the ferromagnetic metal layer 12, 52
Indicates schematically the magnetization of the recording layer 21, and the directions of the arrows indicate the respective magnetization directions.

【0029】まず、初期状態において、図3(a)に示
すように、すべての領域の磁化51、52が同一方向を
向いている状態を記録状態“1”と定義する。次に、図
3 (b)に示すように、ワード線40に紙面上向きの電
流iを流すと、ワード線40と強磁性金属層12との上
下関係から、強磁性金属層12には、その磁化方向と逆
向きの電流磁界が局所的に印加される。尚、ワード線4
0と強磁性金属層12との上下関係が図示の場合と逆で
あれば、ワード線の電流方向を反転すれば、同方向の電
流磁界を強磁性金属層12に与えることができる。ここ
で、ワード線からの電流磁界により、強磁性金属層12
には図3(b)に二重線で示す磁壁53で囲まれた、逆
方向磁化51´を備える逆磁区が発生し、磁壁53が強
磁性金属層12内部を伝搬することで、逆磁区が広が
る。
First, in the initial state, as shown in FIG. 3A, a state in which the magnetizations 51 and 52 of all the regions are in the same direction is defined as a recording state "1". Then figure
As shown in FIG. 3 (b), when an upward current i flows through the word line 40, the ferromagnetic metal layer 12 has an opposite direction of magnetization due to the vertical relationship between the word line 40 and the ferromagnetic metal layer 12. The direction current magnetic field is applied locally. Note that word line 4
If the vertical relationship between 0 and the ferromagnetic metal layer 12 is opposite to that shown in the figure, a current magnetic field in the same direction can be applied to the ferromagnetic metal layer 12 by reversing the current direction of the word line. Here, the current magnetic field from the word line causes the ferromagnetic metal layer 12
In FIG. 3B, a reverse domain having a reverse magnetization 51 ′ surrounded by a domain wall 53 indicated by a double line in FIG. 3B is generated, and the domain wall 53 propagates inside the ferromagnetic metal layer 12, whereby the reverse domain is formed. Spreads.

【0030】さらに、一定時間経過後には、図3(c)
に示すように、磁壁53は自由磁化領域13の領域を通
過し、自由磁化領域13の磁化反転が完了する。これに
より、磁気記録層21と自由磁化領域13との磁化の相
対関係は平行から反平行へと変化し、これに伴い、トン
ネル障壁を介した両金属層10、20間の抵抗値は増加
する。従って、第1金属層10より第2金属層20へ一
定電流を流しておけば、素子両端には上向きの電圧パル
スが生じる。
Further, after a lapse of a predetermined time, FIG.
As shown in (1), the domain wall 53 passes through the region of the free magnetization region 13, and the magnetization reversal of the free magnetization region 13 is completed. Thereby, the relative relationship of magnetization between the magnetic recording layer 21 and the free magnetization region 13 changes from parallel to antiparallel, and accordingly, the resistance value between the two metal layers 10 and 20 via the tunnel barrier increases. . Therefore, if a constant current is passed from the first metal layer 10 to the second metal layer 20, an upward voltage pulse is generated at both ends of the element.

【0031】一方、初期状態として、磁気記録層21の
磁化が、強磁性金属層12、自由磁化領域13の磁化方
向と反平行である場合、すなわち記録状態“0”では、
図3(a)乃至図3(c)に示す読み出し動作を行う
と、磁気記録層21と自由磁化領域13との磁化の相対
関係は反平行から平行へと変化する。そして、これに伴
い、第1及び第2金属層10、20間の抵抗値は低減
し、従って、第1及び第2金属層10、20間に一定電
流を流しておけば、下向きの電圧パルスが生じる。この
ようにして、電圧パルスの立ち上がり、立ち下がりを区
別して検出することによって、磁気記録層21の記録状
態を読み出すことが可能である。
On the other hand, as an initial state, when the magnetization of the magnetic recording layer 21 is antiparallel to the magnetization directions of the ferromagnetic metal layer 12 and the free magnetization region 13, that is, in the recording state "0",
When the read operation shown in FIGS. 3A to 3C is performed, the relative relationship of magnetization between the magnetic recording layer 21 and the free magnetization region 13 changes from antiparallel to parallel. Accordingly, the resistance value between the first and second metal layers 10 and 20 is reduced. Therefore, if a constant current is passed between the first and second metal layers 10 and 20, a downward voltage pulse is generated. Occurs. In this manner, the recording state of the magnetic recording layer 21 can be read by detecting the rising and falling of the voltage pulse separately.

【0032】尚、図3(b)に示した、ワード線40に
流す電流iの値を、発生する電流磁界が磁気記録層21
の保磁力以下となるように設定すれば、記憶情報を消去
しない、非破壊読み出し動作が可能である。逆に、電流
磁界が磁気記録層21の保磁力以上となるように電流i
の値を設定すれば、破壊読み出しとなる。
The value of the current i flowing through the word line 40 shown in FIG.
By setting the coercive force to be equal to or less than the non-destructive readout operation, the stored information is not erased. Conversely, the current i is set so that the current magnetic field is equal to or greater than the coercive force of the magnetic recording layer 21.
If the value of is set, destructive reading is performed.

【0033】ここで、図3(b)及び図3(c)の動作
で生じた磁壁53は、強磁性金属層12が磁気的に均一
であれば、強磁性金属層12の細線長手方向に減衰する
ことなく進行を続ける。しかし、一般的には、強磁性金
属層12には、微細加工時に生じる端面のラフネスもし
くは成膜時に生じる欠陥が存在するため、図3(d)に
ピン止め位置54で示した箇所に磁壁53は束縛され、
その進行が停止する。
Here, the domain wall 53 generated by the operation shown in FIGS. 3B and 3C is formed in the fine wire longitudinal direction of the ferromagnetic metal layer 12 if the ferromagnetic metal layer 12 is magnetically uniform. Keep going without decay. However, in general, since the ferromagnetic metal layer 12 has roughness of an end face generated at the time of microfabrication or a defect generated at the time of film formation, the domain wall 53 is formed at the position indicated by the pinning position 54 in FIG. Is bound,
Its progress stops.

【0034】このように、読み出しには磁壁53の移動
を伴うため、読み出し後に、自由磁化領域13の磁化状
態を初期状態に戻すためのリフレッシュ動作が必要とな
る。リフレッシュ動作は、ワード線に読み出し時とは逆
方向の電流を流すことによって容易に実現できる。
As described above, since the reading involves movement of the domain wall 53, a refresh operation for returning the magnetization state of the free magnetization region 13 to the initial state is required after the reading. The refresh operation can be easily realized by applying a current to the word line in a direction opposite to that in the read operation.

【0035】図4は、図1(a)及び図1(b)に示し
た各磁気メモリセルの、セル読み出し電圧(Output Vo
ltage )の磁界(Magnetic Field )応答を示してい
る。この測定には、SiO 2 で主表面を被覆したSi基板に
直接上述の磁気メモリセルを形成した試料であり、半導
体回路部及びワード線の作製を省略した試料を用いた。
測定時に与えた磁界は、ワード線からの電流磁界に相当
する。この試料の強磁性金属層12の幅は1mm、長さは
100mm 、コンタクトホール50は0.5mm 角の矩形であ
る。コンタクトホール50は強磁性金属層12の長手方
向に互いに3.5mm の間隔で25個形成した。磁界は試料
全体に均一に印加し、測定電流は10mAの一定値とし、単
一セルの出力電圧の磁界応答を測定した。尚、測定は、
一旦、試料に500Oe の外部磁界を印加して強磁性金属層
12及び磁気記録層21の磁化方向を平行にそろえた後
に行った。本試料において磁気記録層21の保磁力は23
0Oe であり、図4に示す磁界範囲にわたって磁気記録層
21の磁化方向は初期状態に保たれる。
FIG. 4 shows a cell read voltage (Output Vo) of each magnetic memory cell shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
ltage) of the magnetic field (Magnetic Field) response. For this measurement, a sample in which the above-described magnetic memory cell was directly formed on a Si substrate whose main surface was coated with SiO 2 , and in which the semiconductor circuit portion and the word line were not formed, was used.
The magnetic field applied at the time of measurement corresponds to a current magnetic field from a word line. The width of the ferromagnetic metal layer 12 of this sample is 1 mm, and the length is
The contact hole 50 is a rectangle of 0.5 mm square. Twenty-five contact holes 50 were formed in the longitudinal direction of the ferromagnetic metal layer 12 at intervals of 3.5 mm. The magnetic field was applied uniformly to the whole sample, the measured current was a constant value of 10 mA, and the magnetic field response of the output voltage of a single cell was measured. The measurement is
The test was performed after an external magnetic field of 500 Oe was applied to the sample to align the magnetization directions of the ferromagnetic metal layer 12 and the magnetic recording layer 21 in parallel. In this sample, the coercive force of the magnetic recording layer 21 is 23
0 Oe, and the magnetization direction of the magnetic recording layer 21 is kept in the initial state over the magnetic field range shown in FIG.

【0036】図4に示す磁界応答には、二つの電圧状態
が存在することがわかる。この二つの電圧状態は、自由
磁化領域13の磁化が外部磁界により反転することによ
って生じ、自由磁化領域13と磁気記録層21との磁化
の相対関係、すなわち両磁化が平行(出力電圧大)か反
平行(出力電圧小)かを反映している。磁界応答にはヒ
ステリシスが存在するが、これは自由磁化領域13の磁
化過程を反映している。
It can be seen that there are two voltage states in the magnetic field response shown in FIG. These two voltage states are generated when the magnetization of the free magnetization region 13 is reversed by an external magnetic field, and the relative relationship between the magnetizations of the free magnetization region 13 and the magnetic recording layer 21, that is, whether both magnetizations are parallel (large output voltage) or not. It reflects whether it is antiparallel (small output voltage). There is a hysteresis in the magnetic field response, which reflects the magnetization process of the free magnetization region 13.

【0037】次に、図5に示す、従来技術の磁気メモリ
セルの試料について簡単に説明した後、そのセル読み出
し電圧の磁界応答を図6を用いて説明する。この試料
は、図5にその断面を示すように、強磁性金属層12が
各セルに分断されて配置されていること以外、基本的構
造は第一の実施形態の磁気メモリセルと同様である。強
磁性金属層12の形状は0.5mm 角の矩形である。
Next, after briefly describing the sample of the conventional magnetic memory cell shown in FIG. 5, the magnetic field response of the cell read voltage will be described with reference to FIG. The basic structure of this sample is the same as that of the magnetic memory cell of the first embodiment except that the ferromagnetic metal layer 12 is divided and arranged in each cell as shown in the cross section in FIG. . The shape of the ferromagnetic metal layer 12 is a rectangle of 0.5 mm square.

【0038】図6に示す従来メモリセルの磁気応答は、
第一の実施形態と同様なヒステリシスを示すが、明らか
に正磁界と負磁界の出力電圧は非対称である。さらに、
ヒステリシスの角形比は1より小さい。ヒステリシスの
角形比の低下は、セル出力電圧の低下を引き起こし、実
用上好ましくない。このようなヒステリシスの非対称
性、角形比の低下は、前述したように強磁性金属層12
のエッジに生じる自己減磁磁界や、強磁性金属層12と
磁気記録層21との静磁結合によって生じる。従って、
図4と図6とを比較すると、第一の実施形態のヒステリ
シスは、対称的であり、より小さな磁界で強磁性金属層
12の磁化反転が生じていることがわかる。
The magnetic response of the conventional memory cell shown in FIG.
Although the same hysteresis as in the first embodiment is shown, the output voltages of the positive magnetic field and the negative magnetic field are obviously asymmetric. further,
The squareness ratio of the hysteresis is smaller than 1. A decrease in the squareness of the hysteresis causes a decrease in the cell output voltage, which is not preferable in practical use. Such asymmetry of hysteresis and reduction of the squareness ratio are caused by the ferromagnetic metal layer 12 as described above.
Of the ferromagnetic metal layer 12 and the magnetic recording layer 21 due to a self-demagnetizing magnetic field generated at the edge of the magnetic recording layer 21. Therefore,
4 and FIG. 6, it can be seen that the hysteresis of the first embodiment is symmetric, and the magnetization reversal of the ferromagnetic metal layer 12 occurs with a smaller magnetic field.

【0039】本実施形態では、ヒステリシスの角形比は
ほぼ1となる。このように、対称的な出力信号波形が得
られ、かつ、磁化反転に必要な磁界が充分小さい点が、
本発明の大きな利点である。
In this embodiment, the squareness ratio of the hysteresis is substantially 1. Thus, the point that a symmetrical output signal waveform is obtained and the magnetic field required for magnetization reversal is sufficiently small
This is a great advantage of the present invention.

【0040】本実施形態における高角形比のヒステリシ
スは、強磁性金属層12が細線形状を有しているため、
細線長手方向を容易軸とする強い形状磁気異方性を示す
こと、及び、磁化反転機構が一斉の回転ではなく、磁壁
移動によって行われることに起因している。ここで、本
実施形態と同様の角形比1のヒステリシスを得るために
は、細線の長さと幅の比、すなわちアスペクト比を少な
くとも10:1以上とし、より細い形状とすることが好
ましい。図5の従来構造にて、このようなアスペクト比
を有する強磁性金属層12とすれば、接合面積ひいては
素子面積の増加は避けられないが、本実施形態では、素
子面積を一定に保ったまま、あるいは縮小しても、強磁
性金属層12に強い形状磁気異方性を付与し、実効的な
セル出力信号の増大を図れることができる。
The hysteresis of the high squareness ratio in the present embodiment is because the ferromagnetic metal layer 12 has a fine line shape.
This is due to exhibiting strong shape magnetic anisotropy whose easy axis is in the longitudinal direction of the thin wire, and that the magnetization reversal mechanism is performed not by simultaneous rotation but by domain wall motion. Here, in order to obtain the same hysteresis of the squareness ratio 1 as in the present embodiment, it is preferable that the ratio between the length and the width of the thin line, that is, the aspect ratio is at least 10: 1 or more, and the shape is thinner. In the conventional structure of FIG. 5, if the ferromagnetic metal layer 12 having such an aspect ratio is used, an increase in the junction area and thus the element area cannot be avoided, but in the present embodiment, the element area is kept constant. Even if the size is reduced, the ferromagnetic metal layer 12 can be provided with strong shape magnetic anisotropy, and the effective cell output signal can be increased.

【0041】次に、本実施形態の磁気メモリ装置の製造
方法について詳述する。図1(a)の非磁性金属層11
は、膜厚100nm のCuAu膜と膜厚20nmのPtが積層された
二層構造からなる。ここで、前者のCuAu膜はビット線と
して形成されたものであり、他にCu、Al等の低抵抗配線
材料で代替することができる。Pt層は非磁性金属層1
1上に成長する強磁性金属層12の結晶配向を助けるた
めのテンプレートとして機能する。図1(a)の強磁性
金属層12は膜厚10nmのNi82Fe18合金を用い、電極長手
方向に平行な磁界の存在下で成膜し、強磁性金属層12
に電極長手方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性を付
与する。尚、このような誘導磁気異方性の付与手段とし
ては、上記磁界中成膜の他、成膜後の磁界中熱処理も有
効である。図1の絶縁膜30にはAl酸化膜を用い、強磁
性金属層12上に2nm 以下のAl膜を形成後、次いで該Al
膜を酸素プラズマを用いて酸化して形成する。トンネル
障壁層30に用いられる材料としては、2nm 以下の極め
て薄い膜厚で良好な絶縁特性を有することが求められ、
その材料としては、上記Alのプラズマ酸化膜の他、例え
ばAlの自然酸化膜、または直接成膜されたAl2 O 3 膜、
AlN 膜が利用可能である。また、既に説明したように、
異なる非磁性絶縁体からなる積層膜や、絶縁体中に金属
微粒子を分散させたグラニュラー構造、また数nmの金属
超薄膜を既述の絶縁膜で挟み込んだ構造等の複合構造も
可能である。図1の絶縁膜30上には磁気記録層21と
して膜厚10nmのCoを強磁性金属層12と同様にする。
Next, a method of manufacturing the magnetic memory device according to the present embodiment will be described in detail. Non-magnetic metal layer 11 of FIG.
Has a two-layer structure in which a 100 nm thick CuAu film and a 20 nm thick Pt are stacked. Here, the former CuAu film is formed as a bit line, and can be replaced with a low-resistance wiring material such as Cu or Al. Pt layer is nonmagnetic metal layer 1
The ferromagnetic metal layer 12 functions as a template for assisting the crystal orientation of the ferromagnetic metal layer 12 grown thereon. The ferromagnetic metal layer 12 shown in FIG. 1A is formed using a Ni 82 Fe 18 alloy having a thickness of 10 nm in the presence of a magnetic field parallel to the longitudinal direction of the electrode.
Is given uniaxial magnetic anisotropy with the longitudinal direction of the electrode as the axis of easy magnetization. As means for imparting such induced magnetic anisotropy, heat treatment in a magnetic field after film formation is effective in addition to the film formation in a magnetic field. An Al oxide film is used as the insulating film 30 in FIG. 1, and after forming an Al film of 2 nm or less on the ferromagnetic metal layer 12, the Al film is then formed.
The film is formed by oxidation using oxygen plasma. The material used for the tunnel barrier layer 30 is required to have a very thin film thickness of 2 nm or less and to have good insulating properties.
As the material, in addition to the plasma oxide film of Al, for example, a natural oxide film of Al, or an Al 2 O 3 film directly formed,
AlN films are available. Also, as already explained,
A composite structure such as a laminated film made of different non-magnetic insulators, a granular structure in which metal fine particles are dispersed in an insulator, or a structure in which an ultrathin metal film of several nm is sandwiched between the above-mentioned insulating films is also possible. On the insulating film 30 of FIG. 1, a 10 nm-thick Co is used as the magnetic recording layer 21 in the same manner as the ferromagnetic metal layer 12.

【0042】磁気記録層21の成膜後、図2のコンタク
トホール50を形成するためのポジ型レジストパターン
を作製し、コンタクトホール部以外の磁気記録層21
を、絶縁膜30に達するまで反応性イオンエッチングに
より除去する。エッチング後、膜厚50nmのSiO 2 からな
る層間絶縁膜31を全面に成膜し、リフトオフ処理を行
う。以上の工程によって、図1及び図2のコンタクトホ
ール50によってトンネル接合面積が規定された、自由
磁化領域13、絶縁膜30、磁気記録層21からなる磁
気メモリセルが形成される。なお、ここでは磁気記録層
21とコンタクトホール50との位置合わせが自己整合
した、いわゆるセルフアラインメント法について説明し
たが、これ以外の素子形成プロセスも可能である。非磁
性金属層22は、膜厚100nmのCuAu膜等を用いた。
After the formation of the magnetic recording layer 21, a positive resist pattern for forming the contact hole 50 shown in FIG.
Is removed by reactive ion etching until the insulating film 30 is reached. After the etching, an interlayer insulating film 31 made of SiO 2 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface, and a lift-off process is performed. Through the above steps, a magnetic memory cell including the free magnetization region 13, the insulating film 30, and the magnetic recording layer 21, in which the tunnel junction area is defined by the contact holes 50 in FIGS. 1 and 2, is formed. Here, the so-called self-alignment method in which the alignment between the magnetic recording layer 21 and the contact hole 50 is self-aligned has been described, but other element forming processes are also possible. As the nonmagnetic metal layer 22, a 100 nm-thick CuAu film or the like was used.

【0043】以上の各金属膜、層間絶縁膜の形成は、従
来のスパッタリング技術、CVD 技術を用いて行うことが
可能である。また、素子特性を向上させるために、各金
属膜、絶縁膜の膜厚、組成は変更することが可能であ
る。
The formation of each of the metal films and the interlayer insulating films described above can be performed using a conventional sputtering technique or CVD technique. Further, the thickness and composition of each metal film and insulating film can be changed in order to improve device characteristics.

【0044】図1及び図2のワード線40は、非磁性金
属層22の成膜と、セル読みだしトランジスタへのコン
タクト23を形成した後、膜厚100nm のSiO 2 からなる
層間絶縁膜41により、磁気メモリセルとの層間分離を
行った後、形成する。この際に、層間絶縁膜41表面を
化学的機械研磨等の方法で平坦化することが好ましい。
その後、図1及び図2のワ−ド線として、膜厚200nm の
CuAu膜を形成し、磁気メモリ装置のメモリセル部が完成
する。磁気メモリ装置の製造は、このメモリセル部の製
造の前後、あるいは、メモリセル部の一部の工程と併合
した工程にて周辺回路部とその接続を行うことで完了す
る。
After forming the nonmagnetic metal layer 22 and forming the contact 23 to the cell readout transistor, the word line 40 shown in FIGS. 1 and 2 is formed by an interlayer insulating film 41 made of SiO 2 having a thickness of 100 nm. , After the interlayer separation from the magnetic memory cell is performed. At this time, it is preferable to flatten the surface of the interlayer insulating film 41 by a method such as chemical mechanical polishing.
Thereafter, as a word line in FIGS.
A CuAu film is formed, and a memory cell portion of the magnetic memory device is completed. The manufacture of the magnetic memory device is completed by connecting the peripheral circuit unit with the peripheral circuit unit before and after the manufacture of the memory cell unit, or in a process that is combined with a part of the process of the memory cell unit.

【0045】次に、第一実施形態の磁気メモリセル構造
の変形例について、図7の断面模式図を用いて説明す
る。この変形例は、図7に示すように、第1金属層10
と第2金属層20との上下関係が入れ替わった構造を有
する。また、強磁性金属層12の自由磁化領域は、各メ
モリセルのトンネル接合部である、コンタクトホール5
0に対応して厚膜化している。但し、本発明の効果を最
大限に利用するためには、強磁性金属層12は、極力そ
の膜厚を一定とすることが望ましい。これは、自由磁化
領域において、膜厚の変化が生じると、その矩形部分に
磁極が生じ、それによる自己減磁が生じてしまうためで
ある。
Next, a modification of the magnetic memory cell structure of the first embodiment will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. This modification is, as shown in FIG.
And the second metal layer 20 have a structure in which the vertical relationship is reversed. The free magnetization region of the ferromagnetic metal layer 12 is a contact hole 5 which is a tunnel junction of each memory cell.
The thickness is increased corresponding to 0. However, in order to maximize the effects of the present invention, it is desirable that the ferromagnetic metal layer 12 be as uniform as possible. This is because when the film thickness changes in the free magnetization region, a magnetic pole is generated in the rectangular portion, which causes self-demagnetization.

【0046】磁壁のピン止め位置を積極的に制御する目
的で、図8の平面模式図に示すように、強磁性金属層1
2の適当な箇所にピン止め構造として、括れ55を形成
しても良い。括れ55では、局所的に磁壁53の断面積
が減少するため、磁壁のエネルギーが減少し、磁壁53
はその位置でピン止めされる。尚、磁壁のピン止めを行
う構造例としては、括れの他、ピン止め位置の強磁性金
属層12の膜厚を他の領域に比して薄膜化したり、ピン
ホールを挿入する等の構造も可能である。尚、図8で
は、説明の便宜上、ワード線40と、電流方向、両強磁
性層12、21の磁化方向の図示を省略した。
For the purpose of positively controlling the pinning position of the domain wall, as shown in the schematic plan view of FIG.
The constriction 55 may be formed as a pinning structure at an appropriate location of the second. At the constriction 55, the cross-sectional area of the domain wall 53 is locally reduced, so that the energy of the domain wall is reduced and the domain wall 53 is reduced.
Is pinned at that position. Examples of the structure for pinning the domain wall include, besides constriction, a structure in which the thickness of the ferromagnetic metal layer 12 at the pinning position is made thinner than other regions, or a structure in which a pinhole is inserted. It is possible. In FIG. 8, illustration of the word line 40, the current direction, and the magnetization directions of the ferromagnetic layers 12 and 21 is omitted for convenience of description.

【0047】(第2の実施形態)第1の実施形態におい
て、自由磁化領域12に用いたNiFe合金の場合、磁壁の
直径は概ね数10nm程度である。従って、細線長さ方向
にミクロンサイズ以上の寸法を有する強磁性金属層12
を形成した場合に、その強磁性金属層12が単磁区とし
て振る舞うことはほとんどない。しかしながら、強磁性
金属層12の細線幅方向の寸法をサブミクロンサイズと
すると、逆磁区発生時に180°磁壁の形成が阻害され
るため、磁化反転過程初期に渦磁区が形成される可能性
がある。渦磁区の存在は、反転磁界が増大する要因とな
り、好ましくない。
(Second Embodiment) In the first embodiment, in the case of the NiFe alloy used for the free magnetization region 12, the diameter of the domain wall is about several tens nm. Therefore, the ferromagnetic metal layer 12 having a size of a micron size or more in the length direction of the fine wire.
Is formed, the ferromagnetic metal layer 12 hardly behaves as a single magnetic domain. However, if the dimension in the fine line width direction of the ferromagnetic metal layer 12 is set to the submicron size, the formation of the 180 ° domain wall when the reverse magnetic domain is generated is hindered, so that the vortex magnetic domain may be formed early in the magnetization reversal process. . The presence of eddy magnetic domains is a factor that causes the reversal magnetic field to increase, which is not preferable.

【0048】第二の実施形態では、図9(a)及び図9
(b)の平面模式図に示したように、強磁性金属層12
の括れ55と自由磁化領域13との間に逆磁区を形成
し、これにより、渦磁区の発生を防止することが可能で
ある。逆磁区の導入は、図9(a)に示すように、強磁
性金属層12の一部に突起部分56を設けても良いし、
図9(b)のように、強磁性金属層12の一部にCoPtな
どの硬質磁性体、MnPt等の反強磁性体、または強磁性結
合や反強磁性結合のような層間結合を有する磁性人工格
子からなるピン止め層57を強磁性金属層12に密接さ
せることで、交換バイアスにより逆磁区を導入すること
ができる。図9(b)に示す構造では、図示のごとく磁
壁53は括れ55に束縛される。
In the second embodiment, FIGS. 9A and 9
As shown in the schematic plan view of FIG.
A reverse magnetic domain is formed between the constriction 55 and the free magnetization region 13, whereby it is possible to prevent the occurrence of a vortex magnetic domain. As shown in FIG. 9A, the introduction of the reverse magnetic domain may be achieved by providing a projection 56 on a part of the ferromagnetic metal layer 12.
As shown in FIG. 9B, a hard magnetic material such as CoPt, an antiferromagnetic material such as MnPt, or a magnetic material having an interlayer coupling such as ferromagnetic coupling or antiferromagnetic coupling is formed in a part of the ferromagnetic metal layer 12. By bringing the pinned layer 57 made of an artificial lattice into close contact with the ferromagnetic metal layer 12, a reverse magnetic domain can be introduced by an exchange bias. In the structure shown in FIG. 9B, the domain wall 53 is bound by a constriction 55 as shown.

【0049】図9(b)のように、強磁性金属層12に
あらかじめ逆磁区が導入され磁壁53がピン止めされる
と、磁壁53を一つのピン止め位置から次のピン止め位
置に移動させるために必要な限界磁界Hoは近似的に次
のような式1で表される。
As shown in FIG. 9B, when a reverse magnetic domain is previously introduced into the ferromagnetic metal layer 12 and the domain wall 53 is pinned, the domain wall 53 is moved from one pinning position to the next pinning position. The critical magnetic field Ho required for this is approximately expressed by the following equation 1.

【0050】[0050]

【数1】Ho=(r/Is)×(R/L2 ) この式でRは単位面積あたりの磁壁のエネルギー、Is
は飽和磁化、Lは強磁性細線の幅、rはピン止めサイト
の大きさ(半径rの空孔とする。)である。この式にFe
におけるγ、Isを用い、r=0.2 LとL=1mmを代入
すると、Hoは10Oe 程度の値になる。一方、図5に示
す構造を有する従来のメモリセルでは、強磁性電極12
の形状は0.5mm 角の矩形である。このような矩形の強磁
性電極12では磁化反転は一斉回転により行われ、その
保磁力Hcは膜の平面寸法に依存する。膜厚10nm、幅0.
5mm 、アスペクト比1.5:1 のNiFe合金膜では、Hc=15
0Oeとなる。すなわち、本実施形態の磁気メモリ装置
によれば、記録情報の読み出し動作に必要な磁界の大き
さは、従来に比べて数分の一以下でよい。従って、磁界
発生に必要なワード線電流を低減することが可能であ
る。
[Number 1] Ho = (r / Is) × (R / L 2) energy of the domain wall per unit area R in this formula, Is
Is the saturation magnetization, L is the width of the ferromagnetic thin wire, and r is the size of the pinning site (it is a hole having a radius r). Fe
Substituting r = 0.2 L and L = 1 mm using γ and Is in the above, Ho becomes a value of about 10 Oe. On the other hand, in the conventional memory cell having the structure shown in FIG.
Is a rectangle of 0.5mm square. In such a rectangular ferromagnetic electrode 12, magnetization reversal is performed by simultaneous rotation, and the coercive force Hc depends on the planar dimensions of the film. Film thickness 10nm, width 0.
For a 5 mm NiFe alloy film with an aspect ratio of 1.5: 1, Hc = 15
It becomes 0 Oe. That is, according to the magnetic memory device of the present embodiment, the magnitude of the magnetic field required for the read operation of the recorded information may be several times smaller than that of the related art. Therefore, it is possible to reduce the word line current required for generating a magnetic field.

【0051】(第3の実施の形態)第3の実施の形態
は、第2の実施形態において説明したような磁壁のピン
止め制御構造を備えるメモリセルを複数個接続したメモ
リセルアレイにおいて、磁壁移動を積極的に利用した記
録情報の読み出し方法について、説明する。図10
(a)乃至図10(c)は、この読み出し方法を説明す
るための、平面模式図である。図10(a)は、図3
(a)乃至図3(d)に示す読み出し動作によりメモリ
セル101の記録情報が読み出された後の状態を示して
いる。読み出し動作は、メモリセル101に対応するワ
ード線401に図示の上向きの電流パルスiを印加する
ことで行っている。読み出し動作終了後、磁壁53は図
10(a)に示すピン止め用括れ55に束縛されてお
り、磁壁53からメモリセル101側の強磁性金属層1
2は紙面左方向の磁化を有し、磁壁53からメモリセル
101とは反対側の強磁性金属層12は、紙面右方向の
磁化を備える。この状態で、図10(b)に示すよう
に、メモリセル102に対応するワード線402に、メ
モリセル101の読み出し動作と同様に上向きの電流パ
ルスiを印加する。この動作により、図10(b)に示
すごとく、ピン止め用括れ55に束縛された磁壁53は
右向き磁界によって圧力を受け、括れ55から離れ、そ
の右側にある次の括れ55に移動する。従って、この磁
壁53移動により、セル102の記録情報が読み出され
る。次に図10(c)に示すように、メモリセル103
に対応するワード線403に同様の電流パルスiを印加
することによって、磁壁53は、図示せぬ、さらに右側
に位置する括れに移動し、セル103の読み出し動作が
完了する。
(Third Embodiment) In a third embodiment, a domain wall movement is performed in a memory cell array in which a plurality of memory cells having a domain wall pinning control structure as described in the second embodiment are connected. A method of reading recorded information by positively utilizing is described. FIG.
FIGS. 10A to 10C are schematic plan views for explaining this reading method. FIG.
3A to 3D show a state after the recorded information of the memory cell 101 has been read by the read operation shown in FIG. The read operation is performed by applying an upward current pulse i to the word line 401 corresponding to the memory cell 101. After the end of the read operation, the domain wall 53 is bound by a pinning constriction 55 shown in FIG.
Numeral 2 has magnetization in the left direction on the paper, and the ferromagnetic metal layer 12 on the side opposite to the memory cell 101 from the domain wall 53 has magnetization in the right direction on the paper. In this state, as shown in FIG. 10B, an upward current pulse i is applied to the word line 402 corresponding to the memory cell 102 in the same manner as in the read operation of the memory cell 101. By this operation, as shown in FIG. 10B, the domain wall 53 bound to the pinning neck 55 receives pressure by the rightward magnetic field, moves away from the neck 55, and moves to the next neck 55 on the right side thereof. Therefore, the recorded information of the cell 102 is read by the movement of the domain wall 53. Next, as shown in FIG.
By applying the same current pulse i to the word line 403 corresponding to, the domain wall 53 moves to a notch, which is located on the further right side, and the read operation of the cell 103 is completed.

【0052】磁壁の移動速度は、印加磁界の強さに比例
し、また強磁性体の磁化状態、膜厚にも依存する。膜厚
10nmのNiFe合金細線においては、100m/Oe ・s 程度の速
度が観測される。従って、上述の構造を持つメモリセル
アレイにおいて10Oeの磁界を印加し、セル間の間隔が3.
5mm では、読み出し速度は3.5ns となる。この値は、周
辺半導体回路、配線のRC定数から決まるアクセス速度に
比べ一桁以上小さな値であり、実用上問題とならない。
The moving speed of the domain wall is proportional to the strength of the applied magnetic field, and also depends on the magnetization state and the film thickness of the ferromagnetic material. Film thickness
In the case of a 10-nm NiFe alloy fine wire, a speed of about 100 m / Oe · s is observed. Therefore, in the memory cell array having the above-described structure, a magnetic field of 10 Oe is applied, and the distance between the cells is 3.
At 5mm, the read speed is 3.5ns. This value is at least one digit smaller than the access speed determined by the RC constants of the peripheral semiconductor circuit and wiring, and does not pose a practical problem.

【0053】すなわち上述の方法によれば、強磁性金属
層12に接続された複数個のメモリセルの記録情報を、
各セルに対応したワード線に電流パルスを逐次印加する
ことにより読み出すことが可能である。これは、従来の
メモリ技術におけるニブルモードに対応したものとな
り、リード・ライトモードに比べ高速読み出しが可能と
なる利点を有する。
That is, according to the above method, the recorded information of the plurality of memory cells connected to the ferromagnetic metal layer 12 is
Reading can be performed by sequentially applying a current pulse to a word line corresponding to each cell. This corresponds to the nibble mode in the conventional memory technology, and has an advantage that high-speed reading is possible as compared with the read / write mode.

【0054】尚、図10(a)乃至図10(c)に示す
構造では、各セルに対応したピン止め用括れ55間を磁
壁53を移動させるため、各ワード線からの印加磁界を
必要としたが、強磁性金属層12が磁気的に均一性良く
作成され、磁壁移動が強磁性金属層12中を人為的に作
成したピン止め以外でスムーズに行われるのであれば、
別の方式の読み出し方法が可能である。すなわち図11
(a)に示すように、メモリセル401の読み出し動作
を行った後、図11(b)に示すように、磁壁53をそ
のまま伝搬させ、ワード線402に電流を流すことな
く、磁壁53がセル102を通過し、メモリセル102
の自由磁化領域13の磁化反転が完了する。最終的に、
磁壁53はピン止め用括れ55に束縛され、一連の読み
出し動作が完了する。
In the structure shown in FIGS. 10A to 10C, the magnetic field applied from each word line is required to move the domain wall 53 between the pinning constrictions 55 corresponding to each cell. However, if the ferromagnetic metal layer 12 is magnetically formed with good uniformity, and the domain wall motion is smoothly performed by means other than artificial pinning in the ferromagnetic metal layer 12,
Other types of reading methods are possible. That is, FIG.
As shown in FIG. 11A, after the read operation of the memory cell 401 is performed, as shown in FIG. 11B, the domain wall 53 is propagated as it is, and the current is not applied to the word line 402. Through memory cell 102
Of the free magnetization region 13 is completed. Finally,
The domain wall 53 is bound by the pinning constriction 55, and a series of read operations is completed.

【0055】この方法は、従来スタティックコラムモー
ドとして知られている読み出し方法に対応したもので、
ニブルモードと同様、リード・ライトモードに比べ高速
読み出しが可能となる利点を有する。さらにニブルモー
ドに比べ、ワード線の動作回数が少なく済み、消費電力
の大幅な低減を実現できる。
This method corresponds to a reading method conventionally known as a static column mode.
As in the nibble mode, there is an advantage that high-speed reading is possible as compared with the read / write mode. Furthermore, compared to the nibble mode, the number of word line operations can be reduced, and power consumption can be significantly reduced.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明の磁気メモリ装置によれば、端面
における自己減磁効果、及び強磁性電極間の層間静磁結
合による不均一な磁化分布の発生を避けることが可能と
なり、従って、セル寸法を微細化した場合においても、
反転磁界の増大を防ぐことができるだけでなく、対称的
な磁化応答、高いヒステリシス角形比を維持することが
でき、安定なメモリ動作を実現することが可能となる。
According to the magnetic memory device of the present invention, it is possible to avoid the self-demagnetizing effect on the end face and the occurrence of non-uniform magnetization distribution due to interlayer magnetostatic coupling between the ferromagnetic electrodes. Even when the dimensions are miniaturized,
Not only can the switching field be prevented from increasing, but also a symmetric magnetization response and a high hysteresis squareness ratio can be maintained, and a stable memory operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に関わる、磁気メモ
リ装置の断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施形態に関わる、磁気メモ
リ装置の平面模式図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of the magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施形態に関わる、磁気メモ
リ装置の読み出し動作を説明するための平面模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic plan view illustrating a read operation of the magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施形態に関わる、磁気メモ
リ装置の出力信号の磁界応答を示した図(磁界―出力電
圧特性)である。
FIG. 4 is a diagram (magnetic field-output voltage characteristic) showing a magnetic field response of an output signal of the magnetic memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施形態との比較例である従
来の磁気メモリ装置の断面模式図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a conventional magnetic memory device which is a comparative example with the first embodiment of the present invention.

【図6】 図5に示した従来の磁気メモリ装置の磁界―
出力電圧特性である。
FIG. 6 shows the magnetic field of the conventional magnetic memory device shown in FIG.
It is an output voltage characteristic.

【図7】 本発明の第1の実施形態の変形例を示す、平
面模式図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第2の実施形態に関わる、逆磁区制
御構造を備える磁気メモリ装置の平面模式図である。
FIG. 8 is a schematic plan view of a magnetic memory device having a reverse magnetic domain control structure according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第2の実施形態に関わる、磁気メモ
リ装置の平面模式図である。
FIG. 9 is a schematic plan view of a magnetic memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第3の実施形態に関わる、磁気メ
モリ装置における読み出し動作を説明するための平面模
式図である。
FIG. 10 is a schematic plan view illustrating a read operation in a magnetic memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第3の実施形態に関わる、磁気メ
モリ装置の読み出し動作の他の例を説明するための平面
模式図である。
FIG. 11 is a schematic plan view for explaining another example of the read operation of the magnetic memory device according to the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…第一金属層 11、22…非磁性金属層 12…強磁性金属層 13…自由磁化領域 20…第二金属層 21…磁気記録層 23・・・セルトランジスタへのコンタクト 30…トンネル障壁層 31、41…層間絶縁層 40、401、402、403…ワード線 50…コンタクトホール 51、51´、52…磁化 53…磁壁 55…括れ 56…突起 57…ピン止め層 101、102、103…メモリセル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st metal layer 11, 22 ... Non-magnetic metal layer 12 ... Ferromagnetic metal layer 13 ... Free magnetization area 20 ... Second metal layer 21 ... Magnetic recording layer 23 ... Contact to a cell transistor 30 ... Tunnel barrier layer 31, 41 ... interlayer insulating layers 40, 401, 402, 403 ... word lines 50 ... contact holes 51, 51 ', 52 ... magnetization 53 ... domain walls 55 ... constrictions 56 ... protrusions 57 ... pinning layers 101, 102, 103 ... memories cell

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一の強磁性層と、 前記第一の強磁性層に絶縁障壁を介して対向した第二の
強磁性層とを有する磁気メモリセルを備え、 前記第一の強磁性層の磁化状態を、前記第二の強磁性層
の磁化状態を変化させることにより得られるトンネルコ
ンダクタンスの変化として検出する磁気メモリ装置にお
いて、 前記第二の強磁性層は、前記絶縁障壁と接合する自由磁
化領域、及び前記自由磁化領域に隣接する周辺部を備え
ることを特徴とする磁気メモリ装置。
1. A magnetic memory cell comprising: a first ferromagnetic layer; and a second ferromagnetic layer facing the first ferromagnetic layer via an insulating barrier, wherein the first ferromagnetic layer A magnetic state detected as a change in tunnel conductance obtained by changing the magnetization state of the second ferromagnetic layer, wherein the second ferromagnetic layer is free to join with the insulating barrier. A magnetic memory device comprising: a magnetization region; and a peripheral portion adjacent to the free magnetization region.
【請求項2】前記第二の強磁性層内の磁壁移動により、
前記自由磁化領域の磁化状態を変化させることを特徴と
する請求項1記載の磁気メモリ装置。
2. The method according to claim 2, wherein the domain wall motion in said second ferromagnetic layer causes
2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein a magnetization state of the free magnetization region is changed.
【請求項3】前記第二の強磁性層は、複数個の前記磁気
メモリセルに共通に設けられてなり、前記自由磁化領域
は前記不揮発性磁気メモリセルの各々に設けられ、隣接
する前記磁気メモリセルの前記自由磁化領域は前記周辺
部を介して互いに隣接していることを特徴とする請求項
1記載の磁気メモリ装置。
3. The second ferromagnetic layer is provided in common to a plurality of the magnetic memory cells, and the free magnetization region is provided in each of the non-volatile magnetic memory cells, and the free magnetic region is provided in the adjacent magnetic memory cell. 2. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the free magnetization regions of the memory cell are adjacent to each other via the peripheral portion.
【請求項4】前記周辺部を介して隣接する前記自由磁化
領域間の連続した磁壁移動により、前記複数個の自由磁
化領域の磁化状態を変化させることを特徴とする請求項
3記載の磁気メモリ装置。
4. The magnetic memory according to claim 3, wherein the magnetization states of said plurality of free magnetization regions are changed by continuous domain wall movement between said free magnetization regions adjacent via said peripheral portion. apparatus.
【請求項5】前記周辺部に、互いに隣接する前記自由磁
化領域間の磁壁の移動を抑制するために、周囲とは構造
の異なる部分領域を備えることを特徴とする請求項4記
載の磁気メモリ装置。
5. The magnetic memory according to claim 4, wherein the peripheral portion has a partial region having a structure different from that of the surrounding region in order to suppress the movement of the domain wall between the free magnetization regions adjacent to each other. apparatus.
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