JP2007073638A - Memory element and memory - Google Patents

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Takenori Oishi
雄紀 大石
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory element which has a large change in resistance and reduces read-out errors. <P>SOLUTION: The memory element 3 includes a memory layer 17 which holds information by the magnetized state of a magnetic material. With respect to the memory layer 17, a magnetization-fixed layer 31 is formed via an intermediate layer 16. The intermediate layer 16 is formed of a magnesium oxide, and the memory layer 17 or at least one layer out of ferromagnetic layers 17, 13, and 15 which constitute the magnetization-fixed layer 31 is mainly formed of at least one kind selected among Co and Fe, while at the same time containing 5 to 20 atomic% of at least one kind selected among V, Cr, and Nb. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、強磁性層の磁化状態を情報として記憶する記憶層と、磁化の向きが固定された磁化固定層とから成る記憶素子及びこの記憶素子を備えたメモリに係わり、不揮発メモリに適用して好適なものである。   The present invention relates to a storage element comprising a storage layer for storing the magnetization state of a ferromagnetic layer as information, a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, and a memory including the storage element, and is applied to a nonvolatile memory. And suitable.

情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジック等の素子に対して、高集積化、高速化、低電力化等、一層の高性能化が要求されている。
特に、不揮発性メモリは、ハードディスクや光ディスクのように可動部分が存在しないので、本質的に小型化を図る上で有利である特徴を有している。
With the rapid spread of information communication devices, especially small personal devices such as portable terminals, the elements such as memory and logic that compose this device are becoming more highly integrated, faster, lower power, etc. Performance improvement is required.
In particular, the non-volatile memory has a feature that is essentially advantageous for miniaturization because there is no moving part like a hard disk or an optical disk.

そして、不揮発メモリの候補として、磁性体の磁化で情報を記録する磁気ランダム・アクセス・メモリ(MRAM)が注目され、開発が進められている(例えば非特許文献1参照)。   As a candidate for a non-volatile memory, a magnetic random access memory (MRAM) that records information by magnetization of a magnetic material has attracted attention and is under development (for example, see Non-Patent Document 1).

MRAMは、ほぼ直交する2種類のアドレス配線(ワード線、ビット線)にそれぞれ電流を流して、各アドレス配線から発生する電流磁場によって、アドレス配線の交点にある磁気記憶素子の磁性層の磁化を反転して情報の記録を行うものである。
このMRAMは、磁気モーメントの回転により記憶を行うため、書き換え可能回数が大きい。
また、アクセス時間についても非常に高速である。
In the MRAM, current is supplied to two types of address lines (word lines and bit lines) that are substantially orthogonal to each other, and the magnetization of the magnetic layer of the magnetic memory element at the intersection of the address lines is caused by a current magnetic field generated from each address line. Inverted information is recorded.
Since this MRAM stores data by rotating the magnetic moment, the number of rewrites is large.
Also, the access time is very high.

一般的なMRAMの模式図(斜視図)を、図8に示す。
シリコン基板等の半導体基体110の素子分離層102により分離された部分に、各メモリセルを選択するための選択用トランジスタを構成する、ドレイン領域108、ソース領域107、並びにゲート電極101が、それぞれ形成されている。
また、ゲート電極101の上方には、図中前後方向に延びるワード線105が設けられている。
ドレイン領域108は、図中左右の選択用トランジスタに共通して形成されており、このドレイン領域108には、配線109が接続されている。
そして、ワード線105と、上方に配置された、図中左右方向に延びるビット線106との間に、磁化の向きが反転する記憶層を有する磁気記憶素子103が配置されている。この磁気記憶素子103は、例えば磁気トンネル接合素子(MTJ素子)により構成される。
さらに、磁気記憶素子103は、水平方向のバイパス線111及び上下方向のコンタクト層104を介して、ソース領域107に電気的に接続されている。
ワード線105及びビット線106にそれぞれ電流を流すことにより、電流磁界を磁気記憶素子103に印加して、これにより磁気記憶素子103の記憶層の磁化の向きを反転させて、情報の記録を行うことができる。
A schematic diagram (perspective view) of a general MRAM is shown in FIG.
A drain region 108, a source region 107, and a gate electrode 101 constituting a selection transistor for selecting each memory cell are formed in a portion separated by the element isolation layer 102 of the semiconductor substrate 110 such as a silicon substrate. Has been.
A word line 105 extending in the front-rear direction in the figure is provided above the gate electrode 101.
The drain region 108 is formed in common to the left and right selection transistors in the drawing, and a wiring 109 is connected to the drain region 108.
A magnetic storage element 103 having a storage layer whose magnetization direction is reversed is disposed between the word line 105 and the bit line 106 disposed above and extending in the horizontal direction in the drawing. The magnetic memory element 103 is composed of, for example, a magnetic tunnel junction element (MTJ element).
Further, the magnetic memory element 103 is electrically connected to the source region 107 via the horizontal bypass line 111 and the vertical contact layer 104.
By applying current to each of the word line 105 and the bit line 106, a current magnetic field is applied to the magnetic memory element 103, thereby reversing the magnetization direction of the memory layer of the magnetic memory element 103 and recording information. be able to.

そして、MRAM等の磁気メモリにおいて、記録した情報を安定に保持するためには、情報を記録する磁性層(記憶層)が、一定の保磁力を有していることが必要である。
一方、記録された情報を書き換えるためには、アドレス配線にある程度の電流を流す必要がある。
In order to stably hold recorded information in a magnetic memory such as MRAM, it is necessary that a magnetic layer (storage layer) for recording information has a certain coercive force.
On the other hand, in order to rewrite the recorded information, it is necessary to pass a certain amount of current through the address wiring.

また、より少ない電流で磁化反転が可能な構成として、スピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリが注目されている(例えば、特許文献1参照)。
スピン注入による磁化反転とは、磁性体の中を通過してスピン偏極した電子を、他の磁性体に注入することにより、他の磁性体において磁化反転を起こさせるものである。
In addition, a memory that uses magnetization reversal by spin injection has attracted attention as a configuration that allows magnetization reversal with a smaller current (see, for example, Patent Document 1).
Magnetization reversal by spin injection is to cause magnetization reversal in another magnetic material by injecting spin-polarized electrons that have passed through the magnetic material into another magnetic material.

例えば、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)や磁気トンネル接合素子(MTJ素子)に対して、その膜面に垂直な方向に電流を流すことにより、これらの素子の少なくとも一部の磁性層の磁化の向きを反転させることができる。   For example, when a current is passed through a giant magnetoresistive element (GMR element) or a magnetic tunnel junction element (MTJ element) in a direction perpendicular to the film surface, magnetization of at least a part of the magnetic layer of these elements is performed. Can be reversed.

そして、スピン注入による磁化反転は、素子が微細化されても、電流を増やさずに磁化反転を実現することができる利点を有している。   Magnetization reversal by spin injection has an advantage that magnetization reversal can be realized without increasing current even if the element is miniaturized.

上述したスピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリの模式図を図6及び図7に示す。図6は斜視図、図7は断面図である。
シリコン基板等の半導体基体60の素子分離層52により分離された部分に、各メモリセルを選択するための選択用トランジスタを構成する、ドレイン領域58、ソース領域57、並びにゲート電極51が、それぞれ形成されている。このうち、ゲート電極51は、図7中前後方向に延びるワード線を兼ねている。
ドレイン領域58は、図6中左右の選択用トランジスタに共通して形成されており、このドレイン領域58には、配線59が接続されている。
そして、ソース領域57と、上方に配置された、図6中左右方向に延びるビット線56との間に、スピン注入により磁化の向きが反転する記憶層を有する記憶素子53が配置されている。
この記憶素子53は、例えば磁気トンネル接合素子(MTJ素子)により構成される。図中61及び62は磁性層を示しており、2層の磁性層61,62のうち、一方の磁性層を磁化の向きが固定された磁化固定層として、他方の磁性層を磁化の向きが変化する磁化自由層即ち記憶層とする。
また、記憶素子53は、ビット線56と、ソース領域57とに、それぞれ上下のコンタクト層54を介して接続されている。これにより、記憶素子53に電流を流して、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させることができる。
6 and 7 are schematic diagrams of a memory having a configuration using the above-described magnetization reversal by spin injection. 6 is a perspective view, and FIG. 7 is a cross-sectional view.
A drain region 58, a source region 57, and a gate electrode 51 constituting a selection transistor for selecting each memory cell are formed in a portion separated by the element isolation layer 52 of the semiconductor substrate 60 such as a silicon substrate. Has been. Among these, the gate electrode 51 also serves as a word line extending in the front-rear direction in FIG.
The drain region 58 is formed in common to the left and right selection transistors in FIG. 6, and a wiring 59 is connected to the drain region 58.
A storage element 53 having a storage layer whose magnetization direction is reversed by spin injection is disposed between the source region 57 and the bit line 56 disposed above and extending in the left-right direction in FIG.
The storage element 53 is configured by, for example, a magnetic tunnel junction element (MTJ element). In the figure, reference numerals 61 and 62 denote magnetic layers. Of the two magnetic layers 61 and 62, one magnetic layer is a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, and the other magnetic layer is a magnetization direction. A changing magnetization free layer, that is, a storage layer is used.
The storage element 53 is connected to the bit line 56 and the source region 57 via the upper and lower contact layers 54, respectively. As a result, a current can be passed through the memory element 53 to reverse the magnetization direction of the memory layer by spin injection.

このようなスピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリの場合、図8に示した一般的なMRAMと比較して、デバイス構造を単純化することができる、という特徴も有している。
また、スピン注入による磁化反転を利用することにより、外部磁界により磁化反転を行う一般的なMRAMと比較して、素子の微細化が進んでも、書き込みの電流が増大しないという利点がある。
Such a memory using a magnetization reversal by spin injection has a feature that the device structure can be simplified as compared with the general MRAM shown in FIG.
Further, by utilizing magnetization reversal by spin injection, there is an advantage that the write current does not increase even when the element is miniaturized as compared with a general MRAM in which magnetization reversal is performed by an external magnetic field.

ところで、MRAMの場合は、記憶素子とは別に書き込み配線(ワード線やビット線)を設けて、書き込み配線に電流を流して発生する電流磁界により、情報の書き込み(記録)を行っている。そのため、書き込み配線に、書き込みに必要となる電流量を充分に流すことができる。   In the case of an MRAM, a write wiring (word line or bit line) is provided separately from a memory element, and information is written (recorded) by a current magnetic field generated by passing a current through the write wiring. Therefore, a sufficient amount of current required for writing can be passed through the write wiring.

一方、スピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリにおいては、記憶素子に流す電流によりスピン注入を行って、記憶層の磁化の向きを反転させる必要がある。
そして、このように記憶素子に直接電流を流して情報の書き込み(記録)を行うことから、書き込みを行うメモリセルを選択するために、記憶素子を選択トランジスタと接続してメモリセルを構成する。この場合、記憶素子に流れる電流は、選択トランジスタに流すことが可能な電流(選択トランジスタの飽和電流)の大きさに制限される。
このため、選択トランジスタの飽和電流以下の電流で書き込みを行う必要があり、スピン注入の効率を改善して、記憶素子に流す電流を低減する必要がある。
On the other hand, in a memory configured to use magnetization reversal by spin injection, it is necessary to reverse the magnetization direction of the storage layer by performing spin injection with a current flowing through the storage element.
Since the current is directly supplied to the memory element and information is written (recorded) as described above, the memory cell is configured by connecting the memory element to a selection transistor in order to select a memory cell to be written. In this case, the current flowing through the memory element is limited to the magnitude of the current that can flow through the selection transistor (the saturation current of the selection transistor).
Therefore, it is necessary to perform writing with a current lower than the saturation current of the selection transistor, and it is necessary to improve the efficiency of spin injection and reduce the current flowing through the memory element.

また、読み出し信号を大きくするためには、大きな磁気抵抗変化率を確保する必要があり、そのためには記憶層の両側に接している中間層をトンネル絶縁層(トンネルバリア層)とした記憶素子の構成にすることが効果的である。
このように中間層としてトンネル絶縁層を用いた場合には、トンネル絶縁層が絶縁破壊することを防ぐために、記憶素子に流す電流量に制限が生じる。この観点からも、スピン注入時の電流を抑制する必要がある。
Also, in order to increase the read signal, it is necessary to secure a large rate of change in magnetoresistance. To that end, a memory element having a tunnel insulating layer (tunnel barrier layer) as an intermediate layer in contact with both sides of the memory layer is required. The configuration is effective.
When the tunnel insulating layer is used as the intermediate layer as described above, the amount of current flowing through the memory element is limited in order to prevent the tunnel insulating layer from being broken down. From this viewpoint, it is necessary to suppress the current during spin injection.

従って、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させる構成の記憶素子では、スピン注入効率を改善して、必要とする電流を減らす必要がある。   Therefore, in a memory element configured to reverse the magnetization direction of the memory layer by spin injection, it is necessary to improve the spin injection efficiency and reduce the required current.

また、従来のMRAMでは、記憶素子のトンネル絶縁層の材料として、主にアルミニウムを酸化したAlOが広く用いられてきた。しかし、絶縁層に用いる材料をAlOからMgOに変えることにより、高い磁気抵抗変化率(MR比)を得られることが知られている。
例えば、結晶面が(100)方向に配向しているFeの強磁性層と、(100)方向にエピタキシャル成長させたMgOの絶縁層を用いることにより、室温で88%のMR比が得られている(非特許文献2参照)。
Further, in the conventional MRAM, AlO X in which aluminum is mainly oxidized has been widely used as a material for the tunnel insulating layer of the memory element. However, it is known that a high magnetoresistance change rate (MR ratio) can be obtained by changing the material used for the insulating layer from AlO X to MgO.
For example, an MR ratio of 88% is obtained at room temperature by using an Fe ferromagnetic layer whose crystal plane is oriented in the (100) direction and an MgO insulating layer epitaxially grown in the (100) direction. (Refer nonpatent literature 2).

日経エレクトロニクス 2001.2.12号(第164頁−171頁)Nikkei Electronics 2001.1.22 (pages 164-171) Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters April 15, 2004 Volume 43, Issue 4B, p.L588-L590Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters April 15, 2004 Volume 43, Issue 4B, p.L588-L590 特開2003−17782号公報JP 2003-17782 A

MRAMに用いる記憶素子は、抵抗変化率が大きいほど、記録された情報を読み出す際に読み出しエラーが少なくなることから、記憶素子の抵抗変化率をさらに大きくすることが望まれる。   The larger the resistance change rate of the memory element used in the MRAM, the smaller the read error when reading recorded information. Therefore, it is desirable to further increase the resistance change rate of the memory element.

上述した問題の解決のために、本発明においては、抵抗変化率が大きく、読み出しエラーを少なくすることができる記憶素子、並びにこの記憶素子を有するメモリを提供するものである。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a memory element that has a large resistance change rate and can reduce read errors, and a memory having the memory element.

本発明の記憶素子は、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、記憶層に対して、中間層を介して磁化固定層が設けられ、中間層が酸化マグネシウムから成り、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層がCo,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、かつV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下であるものである。   The memory element of the present invention has a memory layer that holds information according to the magnetization state of a magnetic material, and a magnetization pinned layer is provided via the intermediate layer with respect to the memory layer, and the intermediate layer is made of magnesium oxide. At least one of the ferromagnetic layers constituting the layer or the magnetization fixed layer is composed mainly of at least one selected from Co and Fe, and at least one selected from V, Cr and Nb is 5 atom% or more and 20 atoms. % Or less.

本発明のメモリは、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有する記憶素子と、互いに交差する2種類の配線とを備え、記憶素子が上記本発明の記憶素子の構成であり、2種類の配線の交点付近かつ2種類の配線の間に記憶素子が配置されるものである。   The memory according to the present invention includes a memory element having a memory layer that holds information according to the magnetization state of a magnetic material, and two kinds of wirings that intersect each other, and the memory element has the configuration of the memory element according to the present invention. A storage element is arranged near the intersection of the types of wirings and between the two types of wirings.

上述の本発明の記憶素子の構成によれば、中間層が酸化マグネシウムからなり、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層がCo,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下で含有することにより、抵抗変化率を大きくすることが可能になる。   According to the configuration of the memory element of the present invention described above, the intermediate layer is composed of magnesium oxide, and at least one of the ferromagnetic layers constituting the memory layer or the magnetization fixed layer is composed mainly of at least one selected from Co and Fe. The resistance change rate can be increased by containing at least one selected from V, Cr, and Nb in an amount of 5 atomic% to 20 atomic%.

上述の本発明のメモリの構成によれば、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有する記憶素子と、互いに交差する2種類の配線とを備え、記憶素子が上記本発明の記憶素子の構成であることにより、抵抗変化率を大きくすることができる。   According to the configuration of the memory of the present invention described above, a memory element having a memory layer that holds information according to the magnetization state of the magnetic material and two kinds of wirings intersecting each other are provided, and the memory element is the memory element of the present invention. With this configuration, the resistance change rate can be increased.

上述の本発明によれば、高いMR比を得ることができるため、記憶素子の動作マージンが充分に得られ、エラーなく記憶素子を動作させることができる。
従って、安定して動作する、信頼性の高いメモリを実現することができる。
According to the above-described present invention, since a high MR ratio can be obtained, a sufficient operation margin of the memory element can be obtained, and the memory element can be operated without error.
Therefore, a highly reliable memory that operates stably can be realized.

まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
本発明は、電流磁場又は前述したスピン注入により、記憶素子の記憶層の磁化の向きを反転させて、情報の記録を行うものである。記憶層は、強磁性層等の磁性体により構成され、情報を磁性体の磁化状態(磁化の向き)により保持するものである。
First, an outline of the present invention will be described prior to description of specific embodiments of the present invention.
In the present invention, information is recorded by reversing the direction of magnetization of the storage layer of the storage element by means of a current magnetic field or the above-described spin injection. The memory layer is made of a magnetic material such as a ferromagnetic layer, and holds information by the magnetization state (magnetization direction) of the magnetic material.

記憶層と磁化固定層との間の非磁性の中間層として、トンネル絶縁層を用いて磁気トンネル接合(MTJ)素子を構成することにより、非磁性導電層を用いて巨大磁気抵抗効果(GMR)素子を構成した場合と比較して、磁気抵抗変化率(MR比)を大きくすることができ、読み出し信号強度を大きくすることができる。   By constructing a magnetic tunnel junction (MTJ) element using a tunnel insulating layer as a nonmagnetic intermediate layer between the storage layer and the magnetization fixed layer, a giant magnetoresistive effect (GMR) is achieved using the nonmagnetic conductive layer. Compared with the case where the element is configured, the magnetoresistance change rate (MR ratio) can be increased, and the read signal intensity can be increased.

そして、特に、このトンネル絶縁層の材料として、酸化マグネシウム(MgO)を用いることにより、酸化アルミニウムを用いた場合よりも、磁気抵抗変化率(MR比)を大きくする事ができる。従って、中間層であるトンネル絶縁層の材料として酸化マグネシウムを用いることにより、読み出し信号強度を大きくすることができる。   In particular, by using magnesium oxide (MgO) as the material of the tunnel insulating layer, the magnetoresistance change rate (MR ratio) can be made larger than when aluminum oxide is used. Therefore, the read signal intensity can be increased by using magnesium oxide as the material of the tunnel insulating layer which is an intermediate layer.

そこで、本発明では、記憶層と磁化固定層との間の中間層を、酸化マグネシウムから成る構成(トンネル絶縁層)とする。
これにより、MR比(TMR比)を大きくすることができ、読み出し信号強度を大きくすることができる。
Therefore, in the present invention, the intermediate layer between the storage layer and the magnetization fixed layer has a configuration (tunnel insulating layer) made of magnesium oxide.
Thereby, the MR ratio (TMR ratio) can be increased, and the read signal intensity can be increased.

なお、酸化マグネシウム(MgO)膜から成るトンネル絶縁層は、MgO膜が結晶化していて、(100)方向に結晶配向性を維持していることがより望ましい。   It is more desirable for the tunnel insulating layer made of a magnesium oxide (MgO) film to maintain crystal orientation in the (100) direction because the MgO film is crystallized.

また、種々の検討を行った結果、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち、少なくとも一層の材料を限定し、さらにこの層の組成を規定することにより、磁気抵抗変化率が大きくなることを見出した。また、スピン注入により情報を記録する記憶素子において、スピン注入効率が改善され、記憶層の磁化の向きを反転させるために必要となる電流密度が低減されることを見い出した。   In addition, as a result of various studies, it is possible to increase the magnetoresistance change rate by limiting the material of at least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer and further defining the composition of this layer. I found out that In addition, it has been found that in a storage element that records information by spin injection, the spin injection efficiency is improved and the current density required to reverse the magnetization direction of the storage layer is reduced.

そこで、本発明では、さらに、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち、少なくとも一層を、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、かつV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下含有する構成とする。このうち、主成分である、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類としては、Co単独、Fe単独、Co−Fe合金が挙げられる。
これにより、磁気抵抗変化率(MR比)を大きくすることができる。また、スピン注入により情報を記録する記憶素子において、スピン注入効率を向上し、記憶層の磁化の向きを反転させるために必要となる電流密度を低減することができる。
Therefore, in the present invention, at least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer is composed mainly of at least one selected from Co and Fe and selected from V, Cr and Nb. It is set as the structure containing 5 atomic% or more and 20 atomic% or less. Among these, at least one kind selected from Co and Fe as the main components includes Co alone, Fe alone, and Co—Fe alloy.
Thereby, the magnetoresistance change rate (MR ratio) can be increased. Further, in a memory element that records information by spin injection, the spin injection efficiency can be improved and the current density required for reversing the magnetization direction of the memory layer can be reduced.

以下、強磁性層にV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を含有させることによって、高いMR比が得られる理由について述べる。   Hereinafter, the reason why a high MR ratio can be obtained by incorporating at least one selected from V, Cr, and Nb into the ferromagnetic layer will be described.

V,Cr,Nbは、トンネル絶縁層に接する強磁性層に用いられるCo,Fe等の元素とイオン半径が近似しており、結晶格子中のFeやCoをV,Cr,Nbに置き換えても十分に配向した磁性材料が得られる。
また、V,Cr,Nbは、FeやCoに比べてイオン半径が少し大きく、FeやCoによって構成された磁性材料に、V,Cr,Nbを添加することにより結晶の格子定数を大きくすることができる。
V, Cr, and Nb are close in ion radius to elements such as Co and Fe used in the ferromagnetic layer in contact with the tunnel insulating layer, and even if Fe or Co in the crystal lattice is replaced with V, Cr, or Nb. A sufficiently oriented magnetic material is obtained.
V, Cr, and Nb have a slightly larger ionic radius than Fe and Co, and increase the lattice constant of the crystal by adding V, Cr, and Nb to a magnetic material composed of Fe and Co. Can do.

トンネル絶縁層を構成するMgOの格子定数は、FeやCoの格子定数よりも大きく、トンネル絶縁層と接する強磁性層との間には、格子不整合が発生している。
そのため、FeやCoよりも大きなイオン半径を持つV,Cr,Nbを強磁性層に添加することにより、強磁性層の格子定数が大きくなり、トンネル絶縁層を構成するMgOとの格子定数の差が減少して格子不整合を少なくすることができる。
The lattice constant of MgO constituting the tunnel insulating layer is larger than the lattice constant of Fe or Co, and a lattice mismatch occurs between the ferromagnetic layer in contact with the tunnel insulating layer.
Therefore, the addition of V, Cr, Nb having an ionic radius larger than that of Fe or Co to the ferromagnetic layer increases the lattice constant of the ferromagnetic layer, and the difference in lattice constant from MgO constituting the tunnel insulating layer. Can be reduced and lattice mismatch can be reduced.

以下、強磁性層とトンネル絶縁層との格子不整合の低減について、第一原理計算に基づいて具体的に説明する。
なお、第一原理計算とは、各原子の原子番号のみをパラメータとして、格子定数、磁化、電子状態を求めることができる計算手法である。
特に、合金等の各原子がランダムに格子を作るような物質の計算では、コヒーレントポテンシャル近似(Coherent Potential Approximation : CPA)と呼ばれる手法を使用できる。
このCPAを用いた電子状態の計算手法の一つとして、KKR−CPA法(Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation)と呼ばれる計算方法がある。このKKR−CPA法のプログラムの一つとして、大阪大学の赤井久純教授が開発した、「MACHIKANEYAMA2000」と呼ばれるプログラム(H&M.Akai,Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation Package(H.Akai, Osaka University, 2000))がある。
Hereinafter, reduction of lattice mismatch between the ferromagnetic layer and the tunnel insulating layer will be specifically described based on the first principle calculation.
The first-principles calculation is a calculation method that can determine the lattice constant, magnetization, and electronic state using only the atomic number of each atom as a parameter.
In particular, a method called Coherent Potential Approximation (CPA) can be used in the calculation of a material in which each atom such as an alloy forms a lattice at random.
As one of the electronic state calculation methods using this CPA, there is a calculation method called a KKR-CPA method (Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation). As one of the KKR-CPA method programs, a program called “MACHIKANEYAMAMA2000” (H & M.Akai, Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation Package (H.Akai, Osaka University) , 2000)).

第一原理計算により計算を行った結果、Feからなる強磁性材料と、酸素欠陥のないMgOからなる中間層との格子不整合は、約3%であった。
そこで、Feにイオン半径の少し大きなVを20%添加した強磁性材料と、酸素欠陥のないMgOからなる中間層との格子不整合を第一原理計算に基づき計算すると、格子不整合を2.3%に減らすことができた。
また、MgOに1%程度の格子欠陥があり、格子定数が縮まっていると、FeにVを20%添加した場合の強磁性材料と中間層との格子不整合は、1.5%に減少する。
この格子不整合が減少することにより、MgOの結晶性が向上し、耐圧も上昇する。
FeやCoよりもイオン半径が大きいCr、Nbについても同様に、Co,Feからなる強磁性層にCr,Nbを添加する構成により、MgOからなる中間層との格子不整合が減少する結果が得られた。各元素のイオン半径の大きさを表1に表す。
As a result of the calculation based on the first principle calculation, the lattice mismatch between the ferromagnetic material made of Fe and the intermediate layer made of MgO having no oxygen defects was about 3%.
Therefore, when the lattice mismatch between the ferromagnetic material in which 20% of V having a slightly larger ion radius is added to Fe and the intermediate layer made of MgO without oxygen defects is calculated based on the first principle calculation, the lattice mismatch is calculated as 2. It was reduced to 3%.
If MgO has about 1% lattice defects and the lattice constant is reduced, the lattice mismatch between the ferromagnetic material and the intermediate layer when Fe is added to 20% is reduced to 1.5%. To do.
By reducing this lattice mismatch, the crystallinity of MgO is improved and the breakdown voltage is also increased.
Similarly, Cr and Nb having an ionic radius larger than that of Fe and Co can also reduce the lattice mismatch with the intermediate layer made of MgO by adding Cr and Nb to the ferromagnetic layer made of Co and Fe. Obtained. Table 1 shows the ionic radius of each element.

Figure 2007073638
Figure 2007073638

また、Cr,V,Nb等の遷移金属元素は、CoやFeよりも3d軌道の電子の数が少ないため、飽和磁化を下げることができ、これらの遷移金属の濃度や混合割合を調整することにより、所望の磁化反転効率を有する結晶配向した磁性材料が得られる。   In addition, since transition metal elements such as Cr, V, and Nb have fewer electrons in 3d orbitals than Co and Fe, saturation magnetization can be lowered, and the concentration and mixing ratio of these transition metals can be adjusted. Thus, a crystal-oriented magnetic material having a desired magnetization reversal efficiency can be obtained.

Cr,V,Nb等の遷移金属元素が、FeやCoに添加されることにより、その金属元素のフェルミレベルにおけるp軌道電子やs軌道電子等の電気伝導に寄与する電子の状態が変わることから、直接的にMR比等の電気伝導特性を調整することができる。   When transition metal elements such as Cr, V, and Nb are added to Fe and Co, the state of electrons contributing to electrical conduction such as p-orbital electrons and s-orbital electrons at the Fermi level of the metal elements changes. The electric conduction characteristics such as the MR ratio can be directly adjusted.

次に、強磁性層にV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を含有させた構成を、スピン注入により情報を記録する記憶素子に適用した場合について説明する。   Next, a case where a configuration in which at least one selected from V, Cr, and Nb is contained in a ferromagnetic layer is applied to a memory element that records information by spin injection will be described.

スピン注入により磁性層の磁化の向きを反転させる基本的な動作は、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)もしくはトンネル磁気抵抗効果素子(MTJ素子)から成る記憶素子に対して、その膜面に垂直な方向に、ある閾値以上の電流を流すものである。このとき、電流の極性(向き)は、反転させる磁化の向きに依存する。
この閾値よりも絶対値が小さい電流を流した場合には、磁化反転を生じない。
The basic operation of reversing the magnetization direction of the magnetic layer by spin injection is perpendicular to the film surface of a memory element composed of a giant magnetoresistive element (GMR element) or a tunnel magnetoresistive element (MTJ element). In such a direction, a current exceeding a certain threshold is passed. At this time, the polarity (direction) of the current depends on the direction of magnetization to be reversed.
When a current having an absolute value smaller than this threshold is passed, magnetization reversal does not occur.

スピン注入によって、磁性層の磁化の向きを反転させるときに、必要となる電流の閾値Icは、現象論的に、下記数1により表される(例えば、Applied Physics Letter Volume 78, Number 23 4 June 2001、等を参照)。   When the magnetization direction of the magnetic layer is reversed by spin injection, the threshold value Ic of the necessary current is phenomenologically expressed by the following formula 1 (for example, Applied Physics Letter Volume 78, Number 23 4 June). 2001, etc.).

Figure 2007073638
Figure 2007073638

本発明では、式(1)で表されるように、電流の閾値が、磁性層の飽和磁化Mを下げるように、制御することにより、任意に設定することが可能であることを利用する。
そして、磁化状態により情報を保持することができる磁性層(記憶層)と、磁化の向きが固定された磁化固定層とを有する記憶素子を構成する。
The present invention utilizes the fact that the threshold value of the current can be arbitrarily set by controlling so as to lower the saturation magnetization M s of the magnetic layer, as represented by the expression (1). .
Then, a storage element having a magnetic layer (storage layer) capable of holding information depending on the magnetization state and a magnetization fixed layer in which the magnetization direction is fixed is configured.

記憶層の磁化状態を変化させる電流の閾値は、実際には、例えば記憶層の厚さが2nmであり、平面パターンが120〜130nm×100nmの略楕円形の巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)において、+側の閾値+Ic=+0.6mAであり、−側の閾値−Ic=−0.2mAであり、その際の電流密度は約6×10A・cmである。これらは、上記の式(1)にほぼ一致する(屋上他著,日本応用磁気学会誌,Vol.28,No.2,p.149,2004年参照)。 The threshold value of the current that changes the magnetization state of the storage layer is actually a substantially elliptical giant magnetoresistive element (GMR element) having a storage layer thickness of 2 nm and a planar pattern of 120 to 130 nm × 100 nm, for example. , The positive threshold value + Ic = + 0.6 mA, the negative threshold value −Ic = −0.2 mA, and the current density at that time is about 6 × 10 6 A · cm 2 . These almost agree with the above formula (1) (see Rooftop et al., Journal of Japan Society of Applied Magnetics, Vol.28, No.2, p.149, 2004).

一方、電流磁場により磁化反転を行う通常のMRAMでは、書き込み電流が数mA以上必要となる。
これに対して、スピン注入により磁化反転を行う場合には、上述のように、書き込み電流の閾値が充分に小さくなるため、集積回路の消費電力を低減させるために有効であることがわかる。
また、通常のMRAMで必要とされる、電流磁界発生用の配線(図8の105)が不要となるため、集積度においても通常のMRAMに比較して有利である。
On the other hand, a normal MRAM that performs magnetization reversal by a current magnetic field requires a write current of several mA or more.
On the other hand, when the magnetization reversal is performed by spin injection, the threshold value of the write current becomes sufficiently small as described above, which is effective for reducing the power consumption of the integrated circuit.
Further, since the wiring for generating a magnetic field (105 in FIG. 8) required for a normal MRAM is not necessary, the degree of integration is also advantageous compared to a normal MRAM.

しかしながら、前述したように、スピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリにおいては、記憶素子に流す電流によりスピン注入を行って、記憶層の磁化の向きを反転させる必要がある。
そして、このように記憶素子に直接電流を流して情報の書き込み(記録)を行うことから、書き込みを行うメモリセルを選択するために、記憶素子を選択トランジスタと接続してメモリセルを構成する。この場合、記憶素子に流れる電流は、選択トランジスタに流すことが可能な電流(選択トランジスタの飽和電流)の大きさに制限される。
このため、選択トランジスタの飽和電流以下の電流で書き込みを行う必要があり、スピン注入の効率を改善して、記憶素子に流す電流を低減する必要がある。
However, as described above, in a memory configured to use magnetization reversal by spin injection, it is necessary to reverse the magnetization direction of the storage layer by performing spin injection with a current flowing through the storage element.
Since the current is directly supplied to the memory element and information is written (recorded) as described above, the memory cell is configured by connecting the memory element to a selection transistor in order to select a memory cell to be written. In this case, the current flowing through the memory element is limited to the magnitude of the current that can flow through the selection transistor (the saturation current of the selection transistor).
Therefore, it is necessary to perform writing with a current lower than the saturation current of the selection transistor, and it is necessary to improve the efficiency of spin injection and reduce the current flowing through the memory element.

また、MgOやAlO等を用いたトンネル絶縁層は、酸化物の組成や形成条件にもよるが、記憶素子として用いられる範囲である、面積抵抗値が10〜1kΩμmの範囲においては、一般的に、1.0〜1.5Vのバイアス電圧で絶縁破壊する。
従って、スピン注入による磁化反転に必要となる電流(反転電流)が大き過ぎると、スピン注入による磁化反転が起こるバイアス電圧よりも低いバイアス電圧で、トンネルバリアが絶縁破壊してしまう。
このため、トンネルバリアが絶縁破壊しないように、記憶素子のスピン注入効率を向上して、反転電流を低減する必要がある。
In addition, a tunnel insulating layer using MgO, AlO X, or the like is generally used in a range of 10 to 1 kΩμm 2 , which is a range used as a memory element, although it depends on an oxide composition and formation conditions. Therefore, dielectric breakdown occurs at a bias voltage of 1.0 to 1.5V.
Therefore, if the current (reversal current) required for magnetization reversal by spin injection is too large, the tunnel barrier will break down at a bias voltage lower than the bias voltage at which magnetization reversal by spin injection occurs.
Therefore, it is necessary to improve the spin injection efficiency of the memory element and reduce the inversion current so that the tunnel barrier does not break down.

そして、記憶層の磁性体の体積Vと、記憶層の磁気異方性とから決まる、KuV/kT(Kuは異方性エネルギー、kはボルツマン定数、Tは温度)の値の大きさが小さいほど、記憶層の磁化が反転しやすくなるため、反転電流が少なくてすむ。
しかしながら、KuV/kTの値が小さすぎる場合には、熱揺らぎの影響によって、磁化が熱擾乱することにより、磁化の向きを規定することが困難となってくる。
即ち、記憶素子のサイズが小さいほど、記憶層の磁性体の体積Vが小さくなるため、反転電流が少なくてすむが、記憶素子のサイズが小さくなりすぎると、熱揺らぎの影響によって記憶素子に記録を保持することが困難になる。
また、記憶素子を小さくしていくと、リソグラフィによる記憶素子のパターニングが、難しくなっていく。
従って、反転電流を小さくするために、記憶素子のサイズを小さくしていくことには、限界があり、この観点からも、記憶素子のスピン注入効率を向上する必要がある。
The value of KuV / k B T (Ku is the anisotropy energy, k B is the Boltzmann constant, and T is the temperature) determined from the volume V of the magnetic material of the memory layer and the magnetic anisotropy of the memory layer. The smaller the thickness is, the more easily the magnetization of the storage layer is reversed, so that the reversal current is small.
However, when the value of KuV / k B T is too small, the magnetization is thermally disturbed due to the influence of thermal fluctuation, and it becomes difficult to define the magnetization direction.
In other words, the smaller the size of the memory element, the smaller the volume V of the magnetic material in the memory layer, so that the reversal current can be reduced. However, if the size of the memory element becomes too small, recording on the memory element is caused by the influence of thermal fluctuation. It becomes difficult to hold.
Further, as the memory element is made smaller, patterning of the memory element by lithography becomes more difficult.
Therefore, there is a limit to reducing the size of the memory element in order to reduce the inversion current. From this viewpoint, it is necessary to improve the spin injection efficiency of the memory element.

スピン注入の効率は、一般的に、MR比に依存するので、MR比が大きいほど、スピン注入効率が向上し、磁化反転電流密度を低減することができる。
従って、記憶層と磁化固定層との間の中間層を、酸化マグネシウムから成る構成とすることにより、MR比(TMR比)を大きくして、スピン注入による書き込み閾値電流を低減することができ、少ない電流で情報の書き込み(記録)を行なうことができる。
Since the efficiency of spin injection generally depends on the MR ratio, the larger the MR ratio, the higher the spin injection efficiency and the lower the magnetization reversal current density.
Therefore, by configuring the intermediate layer between the storage layer and the magnetization fixed layer of magnesium oxide, the MR ratio (TMR ratio) can be increased, and the write threshold current due to spin injection can be reduced. Information can be written (recorded) with a small current.

さらに、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層に、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を含有させることにより、MR比を大きくすることができるため、スピン注入効率をさらに向上させることができる。
これにより、スピン注入による書き込み閾値電流を低減して、より少ない電流で情報の書き込み(記録)を行なうことができる。
また、強磁性層にV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を含有させることにより、強磁性層の飽和磁化を低減することができるため、この作用によっても、スピン注入による書き込み閾値電流を低減することができる。
Furthermore, the MR ratio can be increased by containing at least one selected from V, Cr, and Nb in the ferromagnetic layer constituting the storage layer or the magnetization fixed layer, so that the spin injection efficiency is further improved. be able to.
As a result, the write threshold current due to spin injection can be reduced, and information can be written (recorded) with a smaller current.
In addition, the saturation magnetization of the ferromagnetic layer can be reduced by containing at least one selected from V, Cr, and Nb in the ferromagnetic layer, and this action also reduces the write threshold current due to spin injection. can do.

ここで、Fe又はCoFeに対して、V又はCrを添加した強磁性体について、「MACHIKANEYAMA2000」を用いて、KKR−CPA法により、第一原理計算を行った。
まず、添加したV又はCrの含有量(強磁性体に対する割合)を、5原子%、10原子%、20原子%として、第一原理計算により飽和磁化量を求めた。また、添加していないFe,CoFe(含有量0%)と飽和磁化量との関係を、図4に示す。
Here, the first-principles calculation was performed by the KKR-CPA method using "MACHIKANEYAMAMA2000" about the ferromagnetic material which added V or Cr with respect to Fe or CoFe.
First, the content of added V or Cr (ratio to the ferromagnetic material) was set to 5 atom%, 10 atom%, and 20 atom%, and the saturation magnetization was obtained by first principle calculation. FIG. 4 shows the relationship between Fe, CoFe (content 0%) not added and the saturation magnetization.

図4より、V又はCrの添加量が増えるに従って、飽和磁気モーメントが大きく減少していることがわかる。
これにより、式(1)から飽和磁化Msの減少によって磁化反転電流Icを減少させることができるため、スピン注入による磁化反転効率を向上させることができる。
FIG. 4 shows that the saturation magnetic moment is greatly reduced as the amount of V or Cr added is increased.
Thereby, the magnetization reversal current Ic can be reduced by the decrease of the saturation magnetization Ms from the equation (1), and thus the magnetization reversal efficiency by spin injection can be improved.

フェルミレベルにおいて、アップスピンのs軌道電子及びp軌道電子は、比較的透過確率が高い(Physical Review B, volume 63, 054416, 8 January 2001、を参照)。
ここでCoFe、並びにCoFeにV又はCrを添加した強磁性体に対して、それぞれ、第一原理計算に基づく電子状態密度(electronic density of state : DOS)を求めた。
計算結果を、図5A〜図5Cに示す。それぞれ、図5AはCo70Fe30(添え字は原子%)、図5BはCo63Fe27V10(添え字は原子%)、図5CはCo63Fe27Cr10(添え字は原子%)の計算結果である。また、第一原理計算により算出した、アップスピンまたはダウンスピンのs軌道電子、p軌道電子、d軌道電子の各電子状態密度を表2に示す。
At the Fermi level, up-spin s-orbital electrons and p-orbital electrons have a relatively high transmission probability (see Physical Review B, volume 63, 054416, 8 January 2001).
Here, electronic density of state (DOS) based on first-principles calculation was determined for CoFe and ferromagnetic materials obtained by adding V or Cr to CoFe.
The calculation results are shown in FIGS. 5A to 5C. FIG. 5A shows the calculation results for Co70Fe30 (subscript is atomic%), FIG. 5B is the calculation result for Co63Fe27V10 (subscript is atomic%), and FIG. 5C is the calculation result for Co63Fe27Cr10 (subscript is atomic%). Table 2 shows the density of electronic states of up-spin or down-spin s-orbital electrons, p-orbital electrons, and d-orbital electrons calculated by the first principle calculation.

Figure 2007073638
Figure 2007073638

図5Aと、図5B及び図5Cとの比較、並びに表2からわかるように、VやCrを添加した場合には、上述したように比較的透過確率の高い、アップスピンのs軌道電子及びp軌道電子の電子状態密度が大きくなる。これにより、抵抗変化率が増加する。   As can be seen from the comparison between FIG. 5A and FIG. 5B and FIG. 5C and Table 2, when V or Cr is added, the up-spin s-orbital electrons and p having a relatively high transmission probability as described above. The electronic state density of orbital electrons increases. As a result, the resistance change rate increases.

図4及び図5は、Co,Feに対してV又はCrを添加した場合を示したが、Co,Feに対してNbを添加した場合も、同様の結果が得られる。   4 and 5 show the case where V or Cr is added to Co and Fe, but the same result can be obtained when Nb is added to Co and Fe.

Co,Feに対するV,Cr,Nbの添加量は、添加したこれらの元素の強磁性体全体に対する含有量が5原子%以上20原子%以下となるように設定する。
含有量を5原子%以上とすることにより、図4に示したように、飽和磁化が減少するので、磁化反転電流を低減することができる。また、図5に示したように、アップスピンのs軌道電子及びp軌道電子の電子状態密度を大きくして、抵抗変化率を増加させることができる。
一方、含有量をあまり大きくし過ぎると、磁性層としては存在しえるが、記憶素子を構成するために必要となる飽和磁化量が得られなくなる。そこで、含有量を20原子%以下とする。
The addition amount of V, Cr, and Nb to Co and Fe is set so that the content of these added elements in the entire ferromagnetic material is 5 atomic percent or more and 20 atomic percent or less.
By setting the content to 5 atomic% or more, as shown in FIG. 4, the saturation magnetization is reduced, so that the magnetization reversal current can be reduced. Further, as shown in FIG. 5, the rate of resistance change can be increased by increasing the electronic density of states of up-spin s orbital electrons and p orbital electrons.
On the other hand, if the content is too large, it may exist as a magnetic layer, but the saturation magnetization necessary for constituting the memory element cannot be obtained. Therefore, the content is set to 20 atomic% or less.

以上のように、本発明によれば、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち、少なくとも一層を、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を添加することにより、MR比、スピン注入効率を向上し、記憶層の磁化の向きを反転させるために必要となる電流密度を低減することができる。   As described above, according to the present invention, at least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer is composed mainly of at least one selected from Co and Fe, and V, Cr, Nb. By adding at least one selected from the above, the MR ratio and the spin injection efficiency can be improved, and the current density required to reverse the magnetization direction of the storage layer can be reduced.

また、記憶素子に充分な書き込み電流を流すためには、トンネル絶縁層(トンネルバリア層)の面積抵抗値を小さくする必要がある。
トンネル絶縁層の面積抵抗値は、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させるために必要な電流密度を得る観点から、数十Ωμm程度以下に制御する必要がある。
そして、MgO膜から成るトンネル絶縁層では、面積抵抗値を上述の範囲とするために、MgO膜の膜厚を1nm以下に設定する必要がある。
In order to pass a sufficient write current to the memory element, it is necessary to reduce the area resistance value of the tunnel insulating layer (tunnel barrier layer).
The sheet resistance value of the tunnel insulating layer needs to be controlled to about several tens of Ωμm 2 or less from the viewpoint of obtaining a current density necessary for reversing the magnetization direction of the storage layer by spin injection.
In the tunnel insulating layer made of the MgO film, it is necessary to set the film thickness of the MgO film to 1 nm or less in order to make the sheet resistance value in the above range.

また、記憶層の磁化の向きを、小さい電流で容易に反転できるように、記憶素子を小さくすることが望ましい。
従って、好ましくは、記憶素子の面積を0.04μm以下とする。
In addition, it is desirable to make the memory element small so that the magnetization direction of the memory layer can be easily reversed with a small current.
Accordingly, the area of the memory element is preferably 0.04 μm 2 or less.

本発明は、記憶層又は磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層を、上述した組成範囲を有するCo,Feから成る主成分にV,Cr,Nbを添加してなる構成とする。
即ち、記憶層を構成する強磁性層のうちの一層或いは全ての層を、上述した組成範囲を有する構成、磁化固定層を構成する強磁性層のうちの一層或いは全ての層を、上述した組成範囲を有する構成、記憶層を構成する強磁性層のうちの一層或いは全ての層及び磁化固定層を構成する強磁性層のうちの一層或いは全ての層を、上述した組成範囲を有する構成が挙げられる。
In the present invention, at least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer is configured by adding V, Cr, Nb to the main component composed of Co, Fe having the composition range described above.
That is, one or all of the ferromagnetic layers constituting the storage layer have the composition having the above-described composition range, and one or all of the ferromagnetic layers constituting the magnetization fixed layer have the above-described composition. A configuration having a composition range described above includes one or all of the ferromagnetic layers constituting the storage layer and one or all of the ferromagnetic layers constituting the magnetization fixed layer. It is done.

なお、上述した組成範囲を有する構成の強磁性層と、材料又は組成範囲の異なる他の強磁性層とを直接積層させることも可能であり、このように積層させた場合でも、本発明の効果が得られる。   It is also possible to directly laminate a ferromagnetic layer having the composition range described above and another ferromagnetic layer having a different material or composition range, and even when laminated in this way, the effect of the present invention is achieved. Is obtained.

また、記憶素子の膜構成は、記憶層が磁化固定層の上側に配置される構成でも、下側に配置される構成でも全く問題はない。   In addition, the film configuration of the storage element has no problem whether the storage layer is disposed above the magnetization fixed layer or the lower layer.

なお、記憶素子の記憶層に記録された情報を読み出す方法としては、記憶素子の記憶層に薄い絶縁膜を介して、情報の基準となる磁性層を設けて、絶縁層を介して流れる強磁性トンネル電流によって読み出してもよいし、磁気抵抗効果により読み出してもよい。   As a method for reading information recorded in the memory layer of the memory element, a ferromagnetic layer that flows through the insulating layer is provided by providing a magnetic layer serving as a reference of information via a thin insulating film in the memory layer of the memory element. Reading may be performed by a tunnel current or may be performed by a magnetoresistive effect.

続いて、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態として、メモリの概略構成図(斜視図)を図1に示す。
このメモリは、互いに直交する2種類のアドレス配線(例えばワード線とビット線)の交点付近に、磁化状態で情報を保持することができる記憶素子が配置されて成る。
即ち、シリコン基板等の半導体基体10の素子分離層2により分離された部分に、各メモリセルを選択するための選択用トランジスタを構成する、ドレイン領域8、ソース領域7、並びにゲート電極1が、それぞれ形成されている。このうち、ゲート電極1は、図中前後方向に延びる一方のアドレス配線(例えばワード線)を兼ねている。
ドレイン領域8は、図中左右の選択用トランジスタに共通して形成されており、このドレイン領域8には、配線9が接続されている。
Next, embodiments of the present invention will be described.
As an embodiment of the present invention, a schematic configuration diagram (perspective view) of a memory is shown in FIG.
In this memory, a storage element capable of holding information in a magnetized state is arranged near the intersection of two types of address lines (for example, a word line and a bit line) orthogonal to each other.
That is, the drain region 8, the source region 7, and the gate electrode 1 that constitute a selection transistor for selecting each memory cell in a portion separated by the element isolation layer 2 of the semiconductor substrate 10 such as a silicon substrate, Each is formed. Of these, the gate electrode 1 also serves as one address wiring (for example, a word line) extending in the front-rear direction in the figure.
The drain region 8 is formed in common to the left and right selection transistors in the figure, and a wiring 9 is connected to the drain region 8.

そして、ソース領域7と、上方に配置された、図中左右方向に延びる他方のアドレス配線(例えばビット線)6との間に、記憶素子3が配置されている。この記憶素子3は、スピン注入により磁化の向きが反転する強磁性層から成る記憶層を有する。
また、この記憶素子3は、2種類のアドレス配線1,6の交点付近に配置されている。
この記憶素子3は、ビット線6と、ソース領域7とに、それぞれ上下のコンタクト層4を介して接続されている。
これにより、2種類のアドレス配線1,6を通じて、記憶素子3に上下方向の電流を流して、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させることができる。
The storage element 3 is disposed between the source region 7 and the other address wiring (for example, bit line) 6 disposed above and extending in the left-right direction in the drawing. The storage element 3 has a storage layer composed of a ferromagnetic layer whose magnetization direction is reversed by spin injection.
The storage element 3 is arranged near the intersection of the two types of address lines 1 and 6.
The storage element 3 is connected to the bit line 6 and the source region 7 through upper and lower contact layers 4, respectively.
As a result, a current in the vertical direction can be passed through the storage element 3 through the two types of address lines 1 and 6, and the magnetization direction of the storage layer can be reversed by spin injection.

また、本実施の形態のメモリの記憶素子3の断面図を図2に示す。
図2に示すように、この記憶素子3は、スピン注入により磁化M1の向きが反転する記憶層17に対して、下層に磁化固定層31を設けている。磁化固定層31の下に反強磁性層12が設けられ、この反強磁性層12により、磁化固定層31の磁化の向きが固定される。
記憶層17と磁化固定層31との間には、トンネルバリア層(トンネル絶縁層)となる絶縁層16が設けられ、記憶層17と磁化固定層31とにより、MTJ素子が構成されている。
A cross-sectional view of the memory element 3 of the memory according to the present embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the storage element 3 is provided with a fixed magnetization layer 31 in the lower layer with respect to the storage layer 17 in which the direction of the magnetization M1 is reversed by spin injection. The antiferromagnetic layer 12 is provided under the magnetization fixed layer 31, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer 31 is fixed by the antiferromagnetic layer 12.
An insulating layer 16 serving as a tunnel barrier layer (tunnel insulating layer) is provided between the storage layer 17 and the magnetization fixed layer 31, and the storage layer 17 and the magnetization fixed layer 31 constitute an MTJ element.

また、反強磁性層12の下には下地層11が形成され、記憶層17の上にはキャップ層18が形成されている。   A base layer 11 is formed below the antiferromagnetic layer 12, and a cap layer 18 is formed on the storage layer 17.

磁化固定層31は、積層フェリ構造となっている。
具体的には、磁化固定層31は、2層の強磁性層13,15が、非磁性層14を介して積層されて反強磁性結合した構成である。
The magnetization fixed layer 31 has a laminated ferrimagnetic structure.
Specifically, the magnetization fixed layer 31 has a configuration in which two ferromagnetic layers 13 and 15 are stacked via a nonmagnetic layer 14 and antiferromagnetically coupled.

磁化固定層31の各強磁性層13,15が積層フェリ構造となっているため、強磁性層13の磁化M13が右向き、強磁性層15の磁化M15が左向きとなっており、互いに反対向きになっている。
これにより、磁化固定層31の各強磁性層13,15から漏れる磁束が、互いに打ち消し合う。
Since each of the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31 has a laminated ferrimagnetic structure, the magnetization M13 of the ferromagnetic layer 13 is directed to the right, and the magnetization M15 of the ferromagnetic layer 15 is directed to the left. It has become.
Thereby, the magnetic fluxes leaking from the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31 cancel each other.

本実施の形態においては、特に、記憶層17及び磁化固定層31を構成する強磁性層、即ち、記憶層17と、磁化固定層31の強磁性層13,15とのうち、少なくとも一層を、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも1種類を5原子%以上20原子%以下含有する構成とする。   In the present embodiment, in particular, at least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer 17 and the magnetization fixed layer 31, that is, the storage layer 17 and the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31, At least one selected from Co and Fe is used as a main component, and at least one selected from V, Cr and Nb is contained in an amount of 5 atomic% to 20 atomic%.

上述した組成範囲のCo,Feを主成分とする強磁性層には、その他の元素として、Gd,Mo,Mn,Cu,Zr等の遷移金属、ホウ素、炭素等の軽元素を含有させてもよい。
例えば、Co−Fe合金にホウ素(B)を含有させて、CoFeBを主成分とすると共に、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下含有する構成とすることも可能である。
The ferromagnetic layer mainly composed of Co and Fe having the composition range described above may contain other elements such as transition metals such as Gd, Mo, Mn, Cu and Zr, and light elements such as boron and carbon. Good.
For example, boron (B) is contained in a Co—Fe alloy, and CoFeB is the main component, and at least one selected from V, Cr, and Nb is contained in an amount of 5 atomic% to 20 atomic%. Is also possible.

記憶層17を上述したCo,Feを主成分とする構成としない場合には、記憶層17の構成材料は特に限定されない。
この場合、例えば、Co,Fe,Ni,Gdの1種もしくは2種以上からなる合金材料を用いることができる。さらに、Mo,Mn,Cu,Zr等の遷移金属元素やB等の軽元素を含有させることもできる。
また、例えばCoFe/NiFe/CoFeの積層膜といったように、材料が異なる複数の膜を直接(非磁性層を介さずに)積層して、記憶層17を構成してもよい。
In the case where the memory layer 17 is not composed of the above-described Co and Fe as main components, the constituent material of the memory layer 17 is not particularly limited.
In this case, for example, an alloy material composed of one or more of Co, Fe, Ni, and Gd can be used. Further, transition metal elements such as Mo, Mn, Cu, and Zr, and light elements such as B can be included.
In addition, the storage layer 17 may be configured by directly stacking a plurality of films made of different materials, such as a CoFe / NiFe / CoFe stacked film, without using a nonmagnetic layer.

磁化固定層31の強磁性層13,15の構成材料は、強磁性層13,15を上述したCo,Feを主成分とする構成としない場合には、特に限定されない。
この場合例えば、Fe,Ni,Co,Gdの1種もしくは2種以上からなる合金材料を用いることができる。さらに、Nb,Zr等の遷移金属元素やB,C等の軽元素を含有させることもできる。
The constituent materials of the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31 are not particularly limited when the ferromagnetic layers 13 and 15 are not composed of the above-described Co and Fe as main components.
In this case, for example, an alloy material composed of one or more of Fe, Ni, Co, and Gd can be used. Furthermore, transition metal elements such as Nb and Zr, and light elements such as B and C can also be included.

磁化固定層31の積層フェリを構成する非磁性層14の材料としては、Ru,Cu,Cr,Au,Ag等が使用できる。非磁性層14の膜厚は、材料によって変動するが、好ましくは、ほぼ0.5nmから2.5nmの範囲で使用する。
反強磁性層12の材料としては、Fe,Ni,Pt,Ir,Rh等の金属元素とMnとの合金、CoやNiの酸化物等が使用できる。
Ru, Cu, Cr, Au, Ag, or the like can be used as the material of the nonmagnetic layer 14 constituting the laminated ferrimagnetic pinned layer 31. Although the film thickness of the nonmagnetic layer 14 varies depending on the material, it is preferably used in the range of approximately 0.5 nm to 2.5 nm.
As a material of the antiferromagnetic layer 12, an alloy of a metal element such as Fe, Ni, Pt, Ir, Rh, and Mn, an oxide of Co or Ni, or the like can be used.

磁化固定層31の強磁性層13,15の膜厚は、1nm以上4nm以下が適当である。   The film thickness of the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31 is suitably 1 nm or more and 4 nm or less.

本実施の形態の記憶素子3は、下地層11からキャップ層18までを真空装置内で連続的に形成して、その後エッチング等の加工により記憶素子3のパターンを形成することにより、製造することができる。   The memory element 3 of the present embodiment is manufactured by continuously forming the base layer 11 to the cap layer 18 in a vacuum apparatus and then forming the pattern of the memory element 3 by processing such as etching. Can do.

そして、上述した成膜方法により、記憶素子3の各層を成膜した後に、例えば、磁場中熱処理炉で、10kOe・270℃・4時間の熱処理等を行うことにより、例えばPtMn層から成る反強磁性層12の規則化熱処理を行う。
その後、例えば電子ビーム描画装置を使用して、記憶素子3のパターンのマスクを形成し、記憶素子3の各層の積層膜に対して選択エッチングを行うことにより、記憶素子3を所定のパターンにパターニングする。
なお、記憶素子3部分以外は、絶縁層によって絶縁する。例えば、厚さ100nm程度のAlを、スパッタリングによって形成する。
このようにして、記憶素子3を製造することができる。
Then, after each layer of the memory element 3 is formed by the above-described film forming method, for example, heat treatment is performed at 10 kOe · 270 ° C. · 4 hours in a heat treatment furnace in a magnetic field. A regularized heat treatment of the magnetic layer 12 is performed.
Thereafter, a mask of the pattern of the memory element 3 is formed using, for example, an electron beam drawing apparatus, and the memory element 3 is patterned into a predetermined pattern by performing selective etching on the laminated film of each layer of the memory element 3. To do.
It should be noted that portions other than the memory element 3 are insulated by an insulating layer. For example, Al 2 O 3 having a thickness of about 100 nm is formed by sputtering.
In this way, the memory element 3 can be manufactured.

上述の本実施の形態によれば、記憶素子3の記憶層17又は磁化固定層31を構成する強磁性層17,13,15のうち、少なくとも一層を、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類の含有量が5原子%以上20原子%以下である構成としたことにより、高いMR比を確保することができると共に、スピン注入効率を向上させて、スピン注入により記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要な電流密度を著しく低減することが可能となる。   According to the above-described embodiment, at least one of the ferromagnetic layers 17, 13, and 15 constituting the storage layer 17 or the magnetization fixed layer 31 of the storage element 3 is made of at least one selected from Co and Fe. As a main component, at least one content selected from V, Cr, and Nb is 5 atomic% or more and 20 atomic% or less, so that a high MR ratio can be ensured and spin injection efficiency is achieved. Thus, the current density required for reversing the direction of the magnetization M1 of the storage layer 17 by spin injection can be significantly reduced.

さらに、本実施の形態によれば、中間層である絶縁層16を、酸化マグネシウム層としたことにより、磁気抵抗変化率(MR比)を高くすることができる。
このようにMR比を高くすることによっても、スピン注入の効率を向上して、記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要な電流密度を低減することができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the magnetoresistive change rate (MR ratio) can be increased by using the insulating layer 16 as the intermediate layer as the magnesium oxide layer.
By increasing the MR ratio in this way, it is possible to improve the efficiency of spin injection and reduce the current density required to reverse the direction of the magnetization M1 of the storage layer 17.

従って、安定して動作する信頼性の高いメモリを実現することができ、記憶素子3を備えたメモリにおいて、消費電力を低減することができる。   Accordingly, a highly reliable memory that operates stably can be realized, and power consumption can be reduced in the memory including the memory element 3.

次に、本発明の他の実施の形態として、メモリを構成する記憶素子の断面図を図3に示す。
この記憶素子30は、スピン注入により磁化M1の向きが反転する記憶層17に対して、下層に磁化固定層31を設け、上層に磁化固定層32を設けている。即ち、記憶層17に対して、上下2つの磁化固定層31,32を設けた構成である。
Next, as another embodiment of the present invention, a cross-sectional view of a memory element constituting a memory is shown in FIG.
In this storage element 30, a magnetization fixed layer 31 is provided in the lower layer and a magnetization fixed layer 32 is provided in the upper layer with respect to the storage layer 17 in which the direction of the magnetization M1 is reversed by spin injection. In other words, the upper and lower two magnetization fixed layers 31 and 32 are provided for the storage layer 17.

上層の磁化固定層32は、単層の強磁性層20のみを有する構成である。
記憶層17と上層の磁化固定層32との間には、トンネルバリア層(トンネル絶縁層)となる絶縁層19が設けられ、記憶層17と磁化固定層32とにより、MTJ素子が構成されている。
そして、磁化固定層32の上に反強磁性層21が設けられ、この反強磁性層21により磁化固定層32の強磁性層20の磁化M20の向きが固定される。
また、反強磁性層21の上にキャップ層18が形成されている。
The upper magnetization pinned layer 32 has only a single ferromagnetic layer 20.
An insulating layer 19 serving as a tunnel barrier layer (tunnel insulating layer) is provided between the storage layer 17 and the upper magnetization fixed layer 32. The storage layer 17 and the magnetization fixed layer 32 constitute an MTJ element. Yes.
The antiferromagnetic layer 21 is provided on the magnetization fixed layer 32, and the direction of the magnetization M <b> 20 of the ferromagnetic layer 20 of the magnetization fixed layer 32 is fixed by the antiferromagnetic layer 21.
A cap layer 18 is formed on the antiferromagnetic layer 21.

本実施の形態においては、特に、記憶層17及び磁化固定層31,32を構成する強磁性層、即ち、記憶層17と、磁化固定層31の強磁性層13,15と、磁化固定層32の強磁性層20のうち、少なくとも一層を、Co,Feの少なくとも一種を主成分として、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類の含有量が5原子%以上20原子%以下である構成とする。
さらに、中間層である絶縁層16,19を、MgO層とする。
In the present embodiment, in particular, the ferromagnetic layers constituting the storage layer 17 and the magnetization fixed layers 31 and 32, that is, the storage layer 17, the ferromagnetic layers 13 and 15 of the magnetization fixed layer 31, and the magnetization fixed layer 32. And at least one layer of the ferromagnetic layer 20 having at least one of Co and Fe as a main component and at least one content selected from V, Cr, and Nb is 5 atomic% or more and 20 atomic% or less. To do.
Furthermore, the insulating layers 16 and 19 that are intermediate layers are MgO layers.

上述した組成範囲のCo,Feの少なくとも一種を主成分として、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類の含有量が5原子%以上20原子%以下である強磁性層には、その他の元素として、鉄、コバルト、ガドリウムのほか、モリブデン、マンガン、銅、ニオブ、ジルコニウム等の遷移金属、ホウ素、炭素等の軽元素を含有させてもよい。   In the ferromagnetic layer having at least one of Co and Fe in the above composition range as a main component and at least one content selected from V, Cr, and Nb being 5 atomic% to 20 atomic%, other elements In addition to iron, cobalt, and gadolin, transition elements such as molybdenum, manganese, copper, niobium, and zirconium, and light elements such as boron and carbon may be included.

その他の構成は、図2に示した記憶素子3と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。   Other configurations are the same as those of the memory element 3 shown in FIG.

また、本実施の形態の記憶素子30を用いて、図1に示したメモリと同様の構成のメモリを構成することができる。
即ち、記憶素子30を2種類のアドレス配線の交点付近に配置してメモリを構成し、2種類のアドレス配線を通じて記憶素子30に上下方向(積層方向)の電流を流して、スピン注入により記憶層17の磁化M1の向きを反転させて、記憶素子30に情報の記録を行うことができる。
Further, a memory having a structure similar to that of the memory illustrated in FIG. 1 can be formed using the memory element 30 of this embodiment.
That is, the memory element 30 is arranged near the intersection of two types of address wirings to form a memory, and a current in the vertical direction (stacking direction) is passed through the memory element 30 through the two types of address wirings, and the memory layer is formed by spin injection. Information can be recorded in the storage element 30 by reversing the direction of the magnetization M <b> 1 of 17.

上述の本実施の形態によれば、記憶素子30の記憶層17又は磁化固定層31を構成する強磁性層17,13,15,20のうち、少なくとも一層を、Co,Feの少なくとも一種を主成分として、V,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類の含有量が5原子%以上20原子%以下である構成としたことにより、高いMR比を確保することができると共に、スピン注入効率を向上させて、スピン注入により記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要な電流密度を著しく低減することが可能となる。   According to the above-described embodiment, at least one of the ferromagnetic layers 17, 13, 15, and 20 constituting the storage layer 17 or the magnetization fixed layer 31 of the storage element 30 is mainly made of at least one of Co and Fe. The composition is such that at least one content selected from V, Cr, and Nb is 5 atomic% or more and 20 atomic% or less, so that a high MR ratio can be secured and the spin injection efficiency is improved. Thus, the current density required to reverse the direction of the magnetization M1 of the storage layer 17 by spin injection can be significantly reduced.

さらに、本実施の形態によれば、中間層である絶縁層16,19を、酸化マグネシウム層としたことにより、磁気抵抗変化率(MR比)を高くすることができる。
このようにMR比を高くすることによっても、スピン注入の効率を向上して、記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要な電流密度を低減することができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the magnetoresistive change rate (MR ratio) can be increased by using the insulating layers 16 and 19 as intermediate layers as magnesium oxide layers.
By increasing the MR ratio in this way, it is possible to improve the efficiency of spin injection and reduce the current density required to reverse the direction of the magnetization M1 of the storage layer 17.

さらにまた、本実施の形態では、記憶層17に対して、下層側と上層側に絶縁層16,19を介して、それぞれ磁化固定層31,32が設けられているため、この構成の作用によっても、記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要となる電流を低減することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the magnetization fixed layers 31 and 32 are provided on the lower layer side and the upper layer side via the insulating layers 16 and 19 with respect to the memory layer 17, respectively. However, the current required to reverse the direction of the magnetization M1 of the storage layer 17 can be reduced.

従って、安定して動作する信頼性の高いメモリを実現することができ、記憶素子30を備えたメモリにおいて、消費電力を低減することができる。   Therefore, a highly reliable memory that operates stably can be realized, and power consumption can be reduced in the memory including the memory element 30.

上述の各実施の形態では、いずれも、本発明をスピン注入により情報を記録する記憶素子に適用した場合であったが、本発明は、磁場(電流磁場等)を印加することにより記憶層の磁化の向きを反転させる、通常のMRAMにも適用することできる。
本発明を通常のMRAMに適用した場合でも、磁気抵抗変化率(MR比)を大きくすることができるため、読み出し信号強度を大きくして、記憶素子の動作マージンを大きく、読み出しエラーを少なくする効果が得られる。
In each of the above embodiments, the present invention is applied to a memory element that records information by spin injection. However, the present invention can be applied to a memory layer by applying a magnetic field (such as a current magnetic field). The present invention can also be applied to a normal MRAM that reverses the direction of magnetization.
Even when the present invention is applied to a normal MRAM, the magnetoresistance change rate (MR ratio) can be increased, so that the read signal intensity is increased, the operation margin of the memory element is increased, and read errors are reduced. Is obtained.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態のメモリの概略構成図(斜視図)である。1 is a schematic configuration diagram (perspective view) of a memory according to an embodiment of the present invention. 図1の記憶素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory element in FIG. 1. 本発明の他の実施の形態の記憶素子の断面図である。It is sectional drawing of the memory element of other embodiment of this invention. V又はCrの添加量(原子%)と飽和磁化量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the addition amount (atomic%) of V or Cr, and a saturation magnetization amount. A CoFeの電子状態密度を示す図である。 B CoFeにVを添加したときの電子状態密度を示す図である。 C CoFeにCrを添加したときの電子状態密度を示す図である。It is a figure which shows the electronic state density of ACoFe. It is a figure which shows an electronic state density when adding V to BCoFe. It is a figure which shows an electronic state density when adding Cr to CCoFe. スピン注入による磁化反転を利用したメモリの概略構成図(斜視図)である。It is a schematic block diagram (perspective view) of the memory using the magnetization reversal by spin injection. 図6のメモリの断面図である。It is sectional drawing of the memory of FIG. 従来のMRAMの構成を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure of the conventional MRAM typically.

符号の説明Explanation of symbols

3,30 記憶素子、11 下地層、12,21 反強磁性層、13,15,20 強磁性層、14 非磁性層、16,19 絶縁層、17 記憶層、18 キャップ層、31,32 磁化固定層   3,30 Memory element, 11 Underlayer, 12, 21 Antiferromagnetic layer, 13, 15, 20 Ferromagnetic layer, 14 Nonmagnetic layer, 16, 19 Insulating layer, 17 Memory layer, 18 Cap layer, 31, 32 Magnetization Fixed layer

Claims (5)

情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、
前記記憶層に対して、中間層を介して磁化固定層が設けられ、
前記中間層が、酸化マグネシウムから成り、
前記記憶層又は前記磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層が、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、かつV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下含有して成る
ことを特徴とする記憶素子。
It has a storage layer that holds information according to the magnetization state of the magnetic material,
A magnetization fixed layer is provided via an intermediate layer for the storage layer,
The intermediate layer comprises magnesium oxide;
At least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer is composed mainly of at least one selected from Co and Fe, and at least one selected from V, Cr and Nb is 5 atoms. % Or more and 20 atomic% or less. A memory element, comprising:
積層方向に電流を流すことにより、前記記憶層の磁化の向きが変化して、情報の記録が行われることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 1, wherein information is recorded by changing a magnetization direction of the memory layer by passing a current in a stacking direction. 前記記憶層又は前記磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層が、CoFeBを主成分として成り、かつV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下含有して成ることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   At least one of the ferromagnetic layers constituting the storage layer or the magnetization fixed layer is mainly composed of CoFeB and contains at least one selected from V, Cr, and Nb in a range of 5 atomic% to 20 atomic%. The memory element according to claim 1, wherein: 情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有する記憶素子と、
互いに交差する2種類の配線とを備え、
前記記憶素子は、前記記憶層に対して、中間層を介して磁化固定層が設けられ、前記中間層が、酸化マグネシウムから成り、前記記憶層又は前記磁化固定層を構成する強磁性層のうち少なくとも一層が、Co,Feから選ばれる少なくとも一種類を主成分として成り、かつV,Cr,Nbから選ばれる少なくとも一種類を5原子%以上20原子%以下含有する構成であり、
前記2種類の配線の交点付近かつ前記2種類の配線の間に、前記記憶素子が配置される
ことを特徴とするメモリ。
A storage element having a storage layer for retaining information by the magnetization state of the magnetic material;
Two types of wiring intersecting each other,
In the storage element, a magnetization fixed layer is provided via an intermediate layer with respect to the storage layer, the intermediate layer is made of magnesium oxide, and the storage layer or the ferromagnetic layer constituting the magnetization fixed layer At least one layer is composed of at least one selected from Co and Fe as a main component and contains at least one selected from V, Cr and Nb in an amount of 5 atomic% to 20 atomic%.
The memory, wherein the storage element is disposed near an intersection of the two types of wiring and between the two types of wiring.
前記記憶素子は、積層方向に電流を流すことにより、前記記憶層の磁化の向きが変化して、前記記憶層に対して情報の記録が行われる構成であることを特徴とする請求項4に記載のメモリ。   5. The storage element according to claim 4, wherein the storage element is configured to record information on the storage layer by changing a magnetization direction of the storage layer by passing a current in a stacking direction. The listed memory.
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