JP2009252878A - 磁気記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁気記憶装置は記録層3を有する。記録層3の平面形状は、磁化容易軸91に沿った一の直線63上で磁化容易軸91の方向における最大の長さLを有し、磁化容易軸91と垂直な方向に最大の長さLの半分より小さい長さWに渡って位置し、一の直線63の一方側および他方側のそれぞれにおいて、磁化容易軸91と垂直な方向に長さaに渡って位置する第1の部分3aと、磁化容易軸91と垂直な方向に長さaより小さい長さbに渡って位置する第2の部分3bとを有している。第1の部分3aの外縁は、外縁の外側に向かって凸の滑らかな曲線のみからなる。
【選択図】図5
Description
D. H. Mosca et al., "Oscillatory interlayer coupling and giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 94 (1991) pp.L1-L5 S. S. P. Parkin et al., "Oscillatory Magnetic Exchange Coupling through Thin Copper Layers", Physical Review Letters, vol.66, No.16, 22 April 1991, pp.2152-2155 W. P. Pratt et al., "Perpendicular Giant Magnetoresistances of Ag/Co Multilayers", Physical Review Letters, vol.66, No.23, 10 June 1991, pp.3060-3063 T. Miyazaki et al., "Giant magnetic tunneling effect in Fe/Al2O3/Fe junction", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 139 (1995), pp.L231-L234 S. Tehrani et al., "High density submicron magnetoresistive random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5822-5827 S. S. P. Parkin et al., "Exchange-biased magnetic tunnel junctions and application to nonvolatile magnetic random access memory (invited)", Journal of Applied Physics, vol.85, No.8, 15 April 1999, pp.5828-5833 ISSCC 2001 Dig of Tech. Papers, p.122
特許文献3によれば、MRAMのメモリセルには、交差する2つの配線層と、磁気記憶素子と、トランジスタ素子と、磁気記憶素子およびトランジスタ素子を電気的に接続する接続部材とが必要とされる。磁気記憶素子は、強磁性体である記録層と固着層、および記録層と固着層に挟まれる非磁性層を有している。
(実施の形態1)
(メモリセルの回路と構造)
まず、本発明の実施の形態1における磁気記憶装置に関し、磁気記憶装置のメモリセルの回路について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における磁気記憶装置の構成を示す概略断面図である。図2を参照して、半導体基板11におけるメモリセル領域MRでは、素子分離絶縁膜12によって区切られた素子形成領域の表面(半導体基板11の表面)に素子選択用トランジスタTRが形成されている。素子選択用トランジスタTRは、ドレイン領域Dと、ソース領域Sと、ゲート電極本体Gとを主に有している。ドレイン領域D及びソース領域Sは、互いに所定の距離を開けて半導体基板11の表面に形成されている。ドレイン領域D及びソース領域Sは、互いに所定導電型の不純物領域から形成されている。ゲート電極本体Gは、ドレイン領域D及びソース領域Sに挟まれる領域上にゲート絶縁膜GIを介在して形成されている。ゲート電極本体Gの側壁は、サイドウォール状の側壁絶縁膜SIによって覆われている。
図3は本発明の実施の形態1における磁気記憶素子の付近の構成を概略的に示す斜視図である。図4は、本発明の実施の形態1における磁気記憶素子の構成を概略的に示す断面図である。図3および図4を参照して、情報としての磁化が行われる磁気記憶素子MMは、ライト線WTおよびビット線BL(第1配線および第2配線)が間隔を空けて互いに交差する領域において、ライト線WTおよびビット線BLに少なくとも一部が上下方向から挟み込まれるように配置されている。磁気記憶素子MMは、たとえば固着層1、トンネル絶縁層2および記録層3の積層構造とされる。固着層1では、磁化の方向が固定されている。また、記録層3では、所定の配線(たとえばビット線BL)に流れる電流によって生じる磁界やスピン偏極した電子の注入によって磁化方向が変化する。
図に示すように、記録層3は平面形状を有している。この平面形状において、記録層3は、磁化容易軸91に沿った第1の直線63(一の直線)上で磁化容易軸の方向における最大の長さLを有している。記録層3は第1の直線63上で長さLの全体に渡って存在している。また記録層3は、磁化容易軸91と垂直な方向、すなわち磁化困難軸の方向に、上記の最大の長さLの半分よりも小さい長さWに渡って位置している。
次に、記録層3の平面形状について、具体例を含め、さらに詳しく説明する。
ここで、y方向は磁化容易軸方向に沿った方向であり、a、h、b、f、g、およびcは係数である。
次に、メモリセルの動作について説明する。
次に、上述した磁気記憶素子および磁気記憶装置の製造方法の一例について説明する。
なお、上述した磁気記憶装置の製造方法では、接続部材14などとして、タングステン層を例に挙げて説明したが、たとえばシリコンが適用されてもよい。また、銅、チタンあるいはタンタルなどの金属が適用されてもよい。さらに、このような金属の合金やこのような金属の窒化物なども適用することができる。また、接続部材14などの形成方法としてCMP法あるいはRIE法を例に挙げて説明したが、たとえばメッキ法、スパッタリング法、CVD法などが適用されてもよい。金属として銅を適用する場合には、いわゆるダマシン法を適用することができ、接続部材14と並行して配線層を形成することもできる。
次に、比較例の説明も含めつつ、本実施の形態の磁気記憶装置の作用効果について説明する。
続いて、磁化困難軸方向に対して形状が非対称となった場合を考えるため、曲線部分704aおよび704bがそれぞれ、曲線部分704apと704bpとなる場合を考える。曲線部分704apと704bpの何れか一方のみを有する形状では、図12におけるプロット36と37で示されるアステロイド曲線となる。この場合は逆向きに書き込みを行なう場合は、書き込み電流はプロット36に対応して37のIBLの符号が逆とした電流であり、プロット37に対応して36のIBLの符号を逆とした電流となる。すなわち同一ビット内においても方向によって書き込み電流が異なる。
図23は、本発明の実施の形態2における磁気記憶装置の記録層の平面形状を概略的に示す平面図である。
図24は、本発明の実施の形態3における磁気記憶装置の記録層の位置の説明図であり、磁気記憶素子を平面的に透視したときの図である。図24を参照して、交点位置CPは、平面視において、ライト線WTの第1の軸AWとビット線BLの第2の軸BWとの交点に位置している。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上に設けられ、第1の軸を中心軸として前記第1の軸に沿って延びる部分を有する第1配線と、
前記基板上に設けられ、前記第1の軸と交差する第2の軸を中心軸として前記第2の軸に沿って延びる部分を有し、前記基板の厚み方向の間隔を空けて前記第1配線と交差する第2配線と、
平面形状を有し、前記第1配線および前記第2配線が前記間隔を空けて互いに交差する領域において前記第1配線および前記第2配線に少なくとも一部が挟まれるように配置され、磁化容易軸を有し、前記第1配線による磁界と前記第2配線による磁界との合成磁界によって磁化方向が変化する記録層とを備え、
前記平面形状は、前記磁化容易軸に沿った一の直線上で前記磁化容易軸の方向における最大の長さを有し、前記磁化容易軸と垂直な方向に前記最大の長さの半分より小さい長さに渡って位置し、前記一の直線の一方側および他方側のそれぞれにおいて、前記磁化容易軸と垂直な方向に長さaに渡って位置する第1の部分と、前記磁化容易軸と垂直な方向に前記長さaより小さい長さbに渡って位置する第2の部分とを有し、
前記第1の部分の外縁は、前記外縁の外側に向かって凸の滑らかな曲線のみからなる、磁気記憶装置。 - 前記第1の部分は、前記磁化容易軸に垂直な対称軸を有する、請求項1に記載の磁気記憶装置。
- 前記第2の部分は、前記対称軸に対して非対称性を有する、請求項2に記載の磁気記憶装置。
- 前記曲線は2次曲線である、請求項1〜3のいずれかに記載の磁気記憶装置。
- 前記第2の部分は、前記平面形状の縁部において凹部を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の磁気記憶装置。
- 前記一の直線の前記平面形状に含まれる部分の中点は、平面視において、前記第1の軸と前記第2の軸との交点に位置する、請求項1〜5のいずれかに記載の磁気記憶装置。
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