JP2006066485A - 磁気メモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層4、磁化の向きが固着された磁化固着層8、および磁気記録層と磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層6を有する記憶素子2と、磁気記録層の非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線20と、書き込み配線の磁気記録層と反対側の面に接するように設けられたヨーク25と、を備えたメモリセルを含み、記憶素子の対向する一組の側面が書き込み配線およびヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成され、磁気記録層の非透磁率が5以上であることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
このときの磁気異方性エネルギー密度Kuは概略
Ku=Hsw・Ms/2 (2)
となる。ここで、Msは記録層の飽和磁化、tは記録層の厚さ、Fは記録層の幅を示す。
Ku×V=(Hsw・Ms/2)×V
=(4πMs×t/F)×(Ms/2)×F×2F×t=4πMs2×t2×F
=Hsw2×F3/(4π)
となる。したがって、MTJを微細化、すなわち記録層の幅Fを小さくした場合に、熱擾乱耐性を確保するためには反転磁界Hswを大きくしていく必要がある。
Magnetoresistive RAM, Saied Tehrani,2001 IEDM short course
本発明の第1実施形態による磁気メモリ(以下、MRAM(MagnetoResistive Random Access Memory)ともいう)を図1(a)を参照して説明する。この実施形態による磁気メモリは、複数のメモリセルを備えている。図1(a)は、本実施形態の磁気メモリのメモリセルの構成を示す断面図である。各メモリセルは、記憶素子としてトンネル接合素子2(以下、MTJ(Magnetic Tunneling Junction)ともいう)を備えている。このMTJ2は、磁化の向きが外部磁場に応じて可変する磁気記録層4と、トンネルバリア層6と、磁化の向きが固着された磁化固着層8と、磁化固着層8の磁化の向きを固着する反強磁性層10とを備えている。そして、このMTJ2の磁気記録層4は、書き込み配線20上に設けられている。書き込み配線20は書き込み配線20を流れる電流によって発生する磁束を増大する軟磁性材料からなるヨーク25上に設けられている。
Leff = 2×T2 + W/μ1 + W/μ3
となる。ここで、W=240nm、T2=20nmとし、μ1=5およびμ3=100とすると、ヨーク側の磁路長(W/μ3)はほぼ無視できるので、本実施形態においては、磁気閉回路30の実効磁路長Leffは88nm程度となる。
次に、本発明の第2実施形態による磁気メモリを説明する。この実施形態の磁気メモリは、第1実施形態の磁気メモリにおいて、書き込み配線20のエレクトロマイグレーション耐性を向上させた構成となっている。
次に、本発明の第3実施形態による磁気メモリを説明する。この実施形態の磁気メモリは、第1または第2実施形態の磁気メモリにおいて、メモリセル毎に書き込み選択トランジスタを配置した構成となっている。この書き込み選択トランジスタはソースおよびドレインの一方が図1(a)に示す書き込み配線20に電気的に接続され、ゲートがメモリセルを選択するためのワード線となっている。
次に、本発明の第1実施例による磁気メモリを、図7を参照して説明する。図7は、本実施例による磁気メモリのメモリセルの構成を示す図である。この実施例の磁気メモリは、複数のメモリセルを有し、各メモリセルはMTJ2と、書き込み配線20と、ヨーク25と、書き込み選択トランジスタ60とを備えている。
次に、本発明の第2実施例を図8(a)、(b)、(c)を参照して説明する。この実施例は図7に示す第1実施例の磁気メモリに係るメモリセルの製造方法であって、図8(a)、(b)、(c)にその製造工程を示す。
4 磁気記録層
6 トンネルバリア層
8 磁化固着層
10 反強磁性層
20 書き込み配線
25 ヨーク
30 磁気閉回路
Claims (10)
- 磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成され、
前記磁気記録層の非透磁率が5以上であることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して0度より大きく90度より小さい角度で傾いており、
前記磁気記録層の非透磁率が5以上であることを特徴とする磁気メモリ。 - 前記磁気記録層の長軸は前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して45度傾いていることを特徴とする請求項1または2記載の磁気メモリ。
- 前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成されたことを特徴とする請求項2または3記載の磁気メモリ。
- 前記磁気記録層の平面形状が、前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して非対称であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記磁気記録層の平面形状が、前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向の中央部分で最大幅となっていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記ヨークの比透磁率が80以上120以下の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記ヨークは高融点材料からなっていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 磁化の向きが外部磁界に応じて変化する磁気記録層、磁化の向きが固着された磁化固着層、および前記磁気記録層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層を有する記憶素子と、
前記磁気記録層の前記非磁性中間層と反対側に設けられ書き込み電流が流れる書き込み配線と、
前記書き込み配線の前記磁気記録層と反対側に設けられたヨークと、
を備えたメモリセルを含み、
前記磁気記録層の長軸が前記書き込み配線の延びる向きと直交する方向に対して0度より大きく90度より小さい角度で傾いており、
前記記憶素子の対向する一組の側面が前記書き込み配線および前記ヨークのそれぞれの対向する一組の側面とそれぞれ同一平面となるように構成されたことを特徴とする磁気メモリ。 - 前記メモリセルは、前記メモリセルを選択する選択トランジスタを備えていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気メモリ。
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