JP2009239052A - 磁気抵抗素子および磁気メモリ - Google Patents
磁気抵抗素子および磁気メモリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009239052A JP2009239052A JP2008083760A JP2008083760A JP2009239052A JP 2009239052 A JP2009239052 A JP 2009239052A JP 2008083760 A JP2008083760 A JP 2008083760A JP 2008083760 A JP2008083760 A JP 2008083760A JP 2009239052 A JP2009239052 A JP 2009239052A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic layer
- layer
- film surface
- elements
- magnetization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
【解決手段】膜面に対して垂直方向の磁化を有し、膜面に対して(001)面に配向したfct型の結晶構造を備えかつPdと、Fe、Co、Ni、Mnのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第1の磁性層11cと、第1の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Feと、N、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素と、を含む金属から形成される第2の磁性層11bと、第2の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素を含む金属から形成される第3の磁性層11aと、第3の磁性層上に設けられた非磁性層13と、非磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有する第4の磁性層12と、を備えている。
【選択図】図4
Description
本発明の第1実施形態による磁気記憶素子(磁気抵抗素子)を図4に示す。本実施形態の磁気記憶素子10はMTJ素子であって、その断面を図4に示す。図中の矢印は、磁化の方向を示している。本実施形態では、シングルピン層構造(1つの記録層と1つの参照層とが非磁性層を介して配置される構造)を有するMTJ素子10について説明する。
Co(コバルト)を主成分とし、Cr(クロム)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)、V(バナジウム)、W(タングステン)、Hf(ハフニウム)、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)のうち1つ以上の元素を含む合金があげられる。例えば、CoCr合金、CoPt合金、CoCrTa合金、CoCrPt合金、CoCrPtTa合金、CoCrNb合金等があげられる。これらの合金は、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度を調整することができる。
Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)のうちいずれか1つの元素或いは1つ以上の元素を含む合金と、Cr(クロム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ir(イリジウム)、Rh(ロジウム)、Ru(ルテニウム)、Os(オスミウム)、Re(レニウム)、Au(金)、Cu(銅)のうちいずれか1つの元素或いは1つ以上の元素を含む合金とが交互に積層された積層膜があげられる。例えば、Co/Pt人工格子、Co/Pd人工格子、CoCr/Pt人工格子、Co/Ru人工格子、Co/Os人工格子、Co/Au、Ni/Cu人工格子等があげられる。これらの人工格子は、磁性層への元素の添加、磁性層と非磁性層との膜厚比を調整することで、磁気異方性エネルギー密度を調整することができる。
希土類金属と遷移金属との合金からなるフェリ磁性体があげられる。例えば、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Gd(ガドリニウム)と、遷移金属のうち1つ以上の元素とからなるアモルファス合金があげられる。例えば、TbFe、TbCo、TbFeCo、DyTbFeCo、GdTbCo等があげられる。これらの合金は、組成比を調整することで磁気異方性エネルギー密度を調整することができる。
参照層12 FePt10nm/CoFe1nm
トンネルバリア層13 MgO1nm
記録層11 CoFeB(0.5m)/400℃の窒素中熱処理/Fe
Pd(1.5nm)
下地層15 Pd(3nm)/TiN(20nm)/MgO(0.5n
m)/CoFeB(3nm)
下部電極16 Ta(5nm)
を用いることで高いMR比を有するMTJ膜を形成することが可能となる。なお、下地層15のMgO(0.5nm)/CoFeB(3nm)はTiNを膜面内方向に対して(001)面に配向させるために用いている。
次に、本発明の第2実施形態による磁気記憶素子を図8に示す。本実施形態の磁気記憶素子10は、MTJ素子であって、その断面を図8に示す。図中の矢印は、磁化の方向を示している。本実施形態では、シングルピン層構造(1つの記録層と1つの参照層とが非磁性層を介して配置される構造)を有するMTJ素子10について説明する。
Co(コバルト)を主成分とし、Cr(クロム)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)、V(バナジウム)、W(タングステン)、Hf(ハフニウム)、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)のうち1つ以上の元素を含む合金があげられる。例えば、CoCr合金、CoPt合金、CoCrTa合金、CoCrPt合金、CoCrPtTa合金、CoCrNb合金等があげられる。これらの合金は、非磁性元素の割合を増加させて磁気異方性エネルギー密度を調整することができる。
Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)のうちいずれか1つの元素或いは1つ以上の元素を含む合金と、Cr(クロム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ir(イリジウム)、Rh(ロジウム)、Ru(ルテニウム)、Os(オスミウム)、Re(レニウム)、Au(金)、Cu(銅)のうちいずれか1つの元素或いは1つ以上の元素を含む合金とが交互に積層された積層膜があげられる。例えば、Co/Pt人工格子、Co/Pd人工格子、CoCr/Pt人工格子、Co/Ru人工格子、Co/Os人工格子、Co/Au、Ni/Cu人工格子等があげられる。これらの人工格子は、磁性層への元素の添加、磁性層と非磁性層との膜厚比を調整することで、磁気異方性エネルギー密度を調整することができる。
記録層11 MgO(0.5nm)/Mg(0.4nm)/FePd(
2nm)
トンネルバリア層13 MgO(1nm)
参照層12 CoFeB(2nm)/400℃での窒素中熱処理/Fe
PdPt(10nm)
下地層15 Pt(3nm)/TiN(20nm)/MgO(0.5n
m)/CoFeB(3nm)
下部電極16 Ta(5nm)
このような構成とすることで高いMR比を有するMTJ膜を得ることが可能となる。
次に、本発明の第3実施形態による磁気記憶素子を図11に示す。本実施形態の磁気記憶素子10は、MTJ素子であって、その断面を図11に示す。図中の矢印は、磁化の方向を示している。本実施形態では、シングルピン層構造(1つの記録層と1つの参照層とが非磁性層を介して配置される構造)を有するMTJ素子10について説明する。
記録層11 MgO(0.5nm)/Mg(0.4nm)/FePt(
2nm)
トンネルバリア層13 MgO(1nm)
参照層12 CoFeB(2nm)/400℃での窒素中熱処理/Fe
Pt(10nm)
下地層15 Pd(3nm)/TiN(20nm)/MgO(0.5n
m)/CoFeB(3nm)
下部電極16 Ta(5nm)
このような構成とすることで高いMR比を有するMTJ膜を得ることが可能となる。
次に、本発明の第4実施形態による磁気メモリ(MRAM)を図12に示す。図12は、本実施形態による磁気メモリの構成を示す回路図である。磁気メモリは、マトリクス状に配列された複数のメモリセルMCを有するメモリセルアレイ30を備えている。メモリセルアレイ30には、それぞれが列(カラム)方向に延在するように、複数のビット線対BL,/BLが配置されている。また、メモリセルアレイ30には、それぞれが行(ロウ)方向に延在するように、複数のワード線WLが配置されている。
図13は、デジタル加入者線(DSL)用モデムのDSLデータパス部を抽出して示している。このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサ(DSP(Digital Signal Processor))100、アナログ−デジタル(A/D)コンバータ110、デジタル−アナログ(D/A)コンバータ120、送信ドライバ130、および受信機増幅器140などを含んでいる。
図14は、別の適用例として、携帯電話端末300を示している。通信機能を実現する通信部200は、送受信アンテナ201、アンテナ共用器202、受信部203、ベースバンド処理部204、音声コーデックとし用いられるDSP205、スピーカ(受話器)206、マイクロホン(送話器)207、送信部208、および周波数シンセサイザ209等を備えている。
図15乃至図19は、MRAMをスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカード(MRAMカード)に適用した例をそれぞれ示す。
11 記録層
11a 磁性層
11b 磁性層
11c 磁性層
11d 磁性層
12 参照層
12a 磁性層
12b 磁性層
13 トンネルバリア層
15 結晶配向用下地層
16 下部電極
17 上部電極
Claims (12)
- 膜面に対して垂直方向の磁化を有し、膜面に対して(001)面に配向したfct型の結晶構造を備えかつPdと、Fe、Co、Ni、Mnのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第1の磁性層と、
前記第1の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Feと、N、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素と、を含む金属から形成される第2の磁性層と、
前記第2の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素を含む金属から形成される第3の磁性層と、
前記第3の磁性層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有する第4の磁性層と、
を備えていることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第1の磁性層に対して前記非磁性層と反対側に設けられた下地層を備え、前記下地層は、膜面に対して(001)面に配向した正方晶或いは立方晶の化合物或いは金属から形成されかつ前記下地層の膜面に対して水平方向の格子定数が
2.5Å〜3.0Å、3.5Å〜4.3Å、および5Å〜6Å
のいずれかの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗素子。 - Pdを含み膜面に対して(001)面に配向した立方晶或いは正方晶の金属を有する下地層と、
前記下地層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、膜面に対して(001)面に配向したfct型の結晶構造を備えかつPtと、Fe、Co、Ni、Mnのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第1の磁性層と、
前記第1の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Feと、N、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素と、を含む金属から形成される第2の磁性層と、
前記第2の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素を含む金属から形成される第3の磁性層と、
前記第3の磁性層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有する第4の磁性層と、
を備えていることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第4の磁性層は、
Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素を含む金属から形成された第5の磁性層と、
この第5の磁性層上に設けられ、Fe、Co、Ni、Mn、Crのうち1つ以上の元素と、Pt、Pdのうち1つ以上の元素とを含む合金からなりかつ結晶構造がL10型の膜面内方向に対して(001)面に配向した規則合金から形成された第6の磁性層と、
を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気抵抗素子。 - 膜面に対して垂直方向の磁化を有し、膜面に対して(001)面に配向したfct型の結晶構造を備えかつPdと、Fe、Co、Ni、Mnのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第1の磁性層と、
前記第1の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素と、N、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第2の磁性層と、
前記第2の磁性層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有する第3の磁性層と、
を備えていることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第1の磁性層に対して前記非磁性層と反対側に設けられた下地層を備え、前記下地層は、膜面に対して(001)面に配向した正方晶或いは立方晶の化合物或いは金属から形成されかつ前記下地層の膜面に対して水平方向の格子定数が
2.5Å〜3.0Å、3.5Å〜4.3Å、および5Å〜6Å
のいずれかの範囲にあることを特徴とする請求項5記載の磁気抵抗素子。 - Pdを含み膜面に対して(001)面に配向した立方晶或いは正方晶の金属を有する下地層と、
前記下地層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、膜面に対して(001)面に配向したfct型の結晶構造を備えかつPtと、Fe、Co、Ni、Mnのうち1つ以上の元素とを含む金属から形成される第1の磁性層と、
前記第1の磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有し、Feと、N、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素と、を含む金属から形成される第2の磁性層と、
前記第2の磁性層上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層上に設けられ、膜面に対して垂直方向の磁化を有する第3の磁性層と、
を備えていることを特徴とする磁気抵抗素子。 - 前記第3の磁性層は、
Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素を含む金属から形成された第4の磁性層と、
この第5の磁性層上に設けられ、Fe、Co、Ni、Mn、Crのうち1つ以上の元素と、Pt、Pdのうち1つ以上の元素とを含む合金からなりかつ結晶構造がL10型の膜面内方向に対して(001)面に配向した規則合金から形成された第5の磁性層と、
を備えていることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗素子。 - 前記第2の磁性層は、濃度が5原子%〜30原子%の範囲のN、C、O、Y、Beのうち1つ以上の元素を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
- 請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に対して通電を行なう第1および第2の電極と、を含むメモリセルを備えていることを特徴とする磁気メモリ。
- 前記第1の電極に電気的に接続された第1の配線と、
前記第2の電極に電気的に接続された第2の配線と、
前記第1および第2の配線に電気的に接続され、かつ前記磁気抵抗素子に双方向に電流を供給する書き込み回路と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項10記載の磁気メモリ。 - 前記磁気抵抗素子の前記第2の電極と前記第2の配線との間に直列に接続された選択トランジスタと、
前記選択トランジスタのオン/オフを制御する第3の配線と、をさらに備えていることを特徴とする請求項11記載の磁気メモリ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008083760A JP4940176B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008083760A JP4940176B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009239052A true JP2009239052A (ja) | 2009-10-15 |
JP4940176B2 JP4940176B2 (ja) | 2012-05-30 |
Family
ID=41252643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008083760A Expired - Fee Related JP4940176B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4940176B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011062005A1 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 強磁性トンネル接合素子 |
JP2012204683A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
US8653614B2 (en) | 2011-02-28 | 2014-02-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same |
US8659103B2 (en) | 2011-07-04 | 2014-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same |
JP2014072392A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Sony Corp | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド |
US8946837B2 (en) | 2011-07-04 | 2015-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device with magnetoresistive element |
US8953369B2 (en) | 2011-07-04 | 2015-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007142364A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-06-07 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子、磁気ランダムアクセスメモリ、電子カード及び電子装置 |
JP2008010590A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
-
2008
- 2008-03-27 JP JP2008083760A patent/JP4940176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007142364A (ja) * | 2005-10-19 | 2007-06-07 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子、磁気ランダムアクセスメモリ、電子カード及び電子装置 |
JP2008010590A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011062005A1 (ja) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 強磁性トンネル接合素子 |
US8653614B2 (en) | 2011-02-28 | 2014-02-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same |
US9231192B2 (en) | 2011-02-28 | 2016-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same |
JP2012204683A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
US9087980B2 (en) | 2011-03-25 | 2015-07-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory |
US9219227B2 (en) | 2011-03-25 | 2015-12-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory |
US8659103B2 (en) | 2011-07-04 | 2014-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same |
US8946837B2 (en) | 2011-07-04 | 2015-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device with magnetoresistive element |
US8953369B2 (en) | 2011-07-04 | 2015-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same |
US9312477B2 (en) | 2011-07-04 | 2016-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device with magnetoresistive element |
US9373776B2 (en) | 2011-07-04 | 2016-06-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same |
JP2014072392A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Sony Corp | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4940176B2 (ja) | 2012-05-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8208292B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
US8665639B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
KR101052419B1 (ko) | 자기 저항 소자 및 자기 메모리 | |
JP4649457B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
US9373776B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory using the same | |
US8705269B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
US9153770B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic memory | |
JP5010565B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP5722137B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP5701701B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP5728311B2 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP5558425B2 (ja) | 磁気抵抗素子、磁気メモリ及び磁気抵抗素子の製造方法 | |
JP2008098523A (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ | |
JP2009239120A (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP2010016408A (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
JP4940176B2 (ja) | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101105 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101119 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110117 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110812 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111104 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20111209 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120131 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120227 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4940176 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |