JP2019057598A - 磁気メモリ - Google Patents
磁気メモリ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019057598A JP2019057598A JP2017180662A JP2017180662A JP2019057598A JP 2019057598 A JP2019057598 A JP 2019057598A JP 2017180662 A JP2017180662 A JP 2017180662A JP 2017180662 A JP2017180662 A JP 2017180662A JP 2019057598 A JP2019057598 A JP 2019057598A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- region
- nonmagnetic
- memory
- 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
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 176
- 230000015654 memory Effects 0.000 title claims abstract description 105
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 329
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 25
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 10
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 9
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZDZZPLGHBXACDA-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Co] Chemical compound [B].[Fe].[Co] ZDZZPLGHBXACDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- FOPBMNGISYSNED-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Tb] Chemical compound [Fe].[Co].[Tb] FOPBMNGISYSNED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N boron;iron Chemical compound [Fe]#B ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- SHMWNGFNWYELHA-UHFFFAOYSA-N iridium manganese Chemical compound [Mn].[Ir] SHMWNGFNWYELHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1659—Cell access
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1673—Reading or sensing circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/18—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using Hall-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
- H10N50/85—Magnetic active materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
【課題】書き込みエラー率と消費電力を抑制する磁気メモリを提供する。
【解決手段】磁気メモリは、メモリ素子２０１、２０２間に絶縁層４０を埋め込むことによって得られる。このとき、絶縁層４０は、非磁性層２６上に配置される。非磁性層２１ｂ、磁性層２１ａの厚さがそれぞれサブｎｍから数ｎｍと薄いため、ＩＢＥのエンドポイントでロバスト性が得られるとともに、酸素ガスを用いることで非磁性層２２の側部において磁性層２１ｃと参照層２３がショートする確率を減らすことができる。この磁気メモリは、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができるとともに、消費電力を抑制することができる。
【選択図】図５Ｅ
【解決手段】磁気メモリは、メモリ素子２０１、２０２間に絶縁層４０を埋め込むことによって得られる。このとき、絶縁層４０は、非磁性層２６上に配置される。非磁性層２１ｂ、磁性層２１ａの厚さがそれぞれサブｎｍから数ｎｍと薄いため、ＩＢＥのエンドポイントでロバスト性が得られるとともに、酸素ガスを用いることで非磁性層２２の側部において磁性層２１ｃと参照層２３がショートする確率を減らすことができる。この磁気メモリは、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができるとともに、消費電力を抑制することができる。
【選択図】図５Ｅ
Description
本発明の実施形態は、磁気メモリに関する。
磁気メモリ、特に磁性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭs(Magnetic Random Access Memories）は、速い読み出し、書き込み速度、優れた耐久性、不揮発性、及び動作中における低消費電力といったポテンシャルにより高い関心がもたれている。ＭＲＡＭはＧＭＲ (Giant Magneto Resistive Effect)や、ＴＭＲ (Tunnel Magneto Resistance Effect) を動作原理とする不揮発性メモリであり、磁性物質を、記録および保持する媒体として利用して情報を格納することができる。ここで、メモリの記憶密度を増大させるため、メモリデバイスに用いられる磁性体の微細化が推進されている。磁性体の微細化に伴って、メモリの動作に用いられる磁場を、微細な磁性体に印加する必要がある。しかし、磁場は空間に広がる性質を有するため、磁場を局所的に発生させることは難しい。局所的な磁場を形成するために磁場の発生源を小さくすると、磁性体の磁化の方向を制御するために十分な大きさの磁場が、形成できない可能性がある。
ＭＲＡＭにおけるこの問題を解決する技術として、磁性体に電流を流すことによって磁性体の磁化の向きを反転させるスピン伝達トルクランダムアクセスメモリ(ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory））、スピンホール効果の大きな非磁性重金属に電流を流すことによって磁化の向きを反転させるスピンホール効果ランダムアクセスメモリ(ＳＨＥ−ＭＲＡＭ(Spin-Hall Effect Magnetic Random Access Memory)）、磁気トンネル接合(ＭＴＪ(Magnetic Tunnel Junction)）に電圧を印加することで磁性体中の電子数を変化させて磁化特性を変化させる電圧制御磁気異方性（Voltage-control magnetic anisotropy）効果を使った書き込みを行う電圧制御ランダムアクセスメモリ(ＶＣ−ＭＲＡＭ（Voltage-Control Magnetic Random Access Memory））、およびこれらのスピントロニクス技術を用い、ＳＨＥ−ＭＲＡＭをストリング構造にして、書き込みビット選択にＶＣＭＡ効果を使った電圧制御型のスピントロニクスメモリ(ＶｏＣＳＭ（Voltage-Control Spintronics Memory））が知られている。いずれの方式も、ナノスケールの磁性体内の磁化状態を局所的に制御しやすくなり、磁性体の微細化に応じて磁化を反転させるための電流の値も小さくすることができると期待されている。
ＳＴＴ−ＭＲＡＭ方式では、同一の端子を用いて大きな電流で書き込み、小さな電流で読み出しを行うことにより、読み出し電流による磁化反転(書き込み）を抑制している。
ＳＨＥ−ＭＲＡＭにおいては、書き込み電流端子と、読み出し電流端子を分離することが可能であり、書き込みエラー率(ＷＥＲ((Write Error Rate)) を低下させることができると期待されている。
更に、ＶｏＣＳＭにおいて、３端子でセルサイズの大きなＳＨＥ−ＭＲＡＭをストリング構造とすることで、高集積化が可能になると期待されている。
一方で、高集積化により微細化が進むにつれて、記憶層からの漏洩磁界が近隣のメモリ素子に及ぼす影響が大きくなり、書き込みエラー率が増大する。したがって、記憶層を漏洩磁界の少ない合成反強磁性 (ＳＡＦ(Synthetic Anti-Ferromagnetic)) 構造にすることで、漏洩磁界による書き込みエラー率の低下を抑制する必要がある。また、記憶層の上下を、スピンホール角が反対向きの導電層で挟んでこれらの導電層に電流を印加することでスピンホール効果による磁化反転効率を上げることが知られている。磁化反転効率が上がると書き込み電流を低減することができるため、低消費電力化が可能になる。しかし、記憶層の上下に電流を印加することは困難であった。
H. Yoda et al., IEDM 2016 digest, 27-6 (2016)
J. Yu et al., Appl. Phys. Lett., 109, 042403 (2016)
本実施形態は、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができるとともに、消費電力を抑制することのできる磁気メモリを提供する。
本実施形態による磁気メモリは、第１および第２端子と、第１乃至第５領域を有し、前記第２領域は前記第１領域と前記第５領域との間に位置し、前記第３領域は前記第２領域と前記第５領域との間に位置し、前記第４領域は前記第３領域と前記第５領域との間に位置し、前記第１領域は前記第１端子に電気的に接続され、前記第５領域は前記第２端子に電気的に接続され、少なくとも第１元素を含む非磁性の第１導電層と、前記第３領域に対応して配置された第１磁気抵抗素子であって、第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第３領域との間に配置され少なくとも第２元素を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置された第１非磁性層と、前記第２磁性層と前記第１非磁性層との間に配置され少なくとも第３元素を含む第２非磁性層と、前記第２非磁性層と前記第１非磁性層との間に配置された第３磁性層と、を有する第１磁気抵抗素子と、前記第２領域に対応して配置され、前記第２領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第２導電層と、前記第４領域に対応して配置され、前記第４領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第３導電層と、を備えている。
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
一実施形態による磁気メモリは、第１および第２端子と、第１乃至第５領域を有し、前記第２領域は前記第１領域と前記第５領域との間に位置し、前記第３領域は前記第２領域と前記第５領域との間に位置し、前記第４領域は前記第３領域と前記第５領域との間に位置し、前記第１領域は前記第１端子に電気的に接続され、前記第５領域は前記第２端子に電気的に接続され、少なくとも第１元素を含む非磁性の第１導電層と、前記第３領域に対応して配置された第１磁気抵抗素子であって、第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第３領域との間に配置され少なくとも第２元素を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置された第１非磁性層と、前記第２磁性層と前記第１非磁性層との間に配置され少なくとも第３元素を含む第２非磁性層と、前記第２非磁性層と前記第１非磁性層との間に配置された第３磁性層と、を有する第１磁気抵抗素子と、前記第２領域に対応して配置され、前記第２領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第２導電層と、前記第４領域に対応して配置され、前記第４領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第３導電層と、を備えている。
（第１実施形態）
第１実施形態による磁気メモリの断面図を図１に示す。この実施形態の磁気メモリは、非磁性の導電層（第１導電層）１０上に配置されたメモリ素子２０１およびメモリ素子２０２を有している。各メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）は、導電層１０上に配置され磁化方向が可変の記憶層２１と、この記憶層２１上に配置された非磁性層（第１非磁性層）２２と、この非磁性層２２上に配置され磁化方向が固定された参照層（第１磁性層）２３と、を有する積層構造を備えている。すなわち、この積層構造は、参照層（第１磁性層）２３と、導電層１０と参照層２３との間に配置された記憶層２１と、参照層２３と記憶層２１との間に配置された非磁性層２２とを備えている。非磁性層２２が絶縁体であれば上記積層構造はＭＴＪ素子となり、非磁性層２２が導電性の金属であれば上記積層構造はＧＭＲ素子となる。参照層２３と記憶層２１の磁化方向が互いに平行である場合はメモリ素子２０１，２０２の電気抵抗は低くなり（ＲＰ）、磁化方向が互いに反平行である場合は、メモリ素子２０１，２０２の電気抵抗は高抵抗（ＲＡＰ）となる。これらの状態は電源を遮断しても保存されるため、記憶データは不揮発である。
第１実施形態による磁気メモリの断面図を図１に示す。この実施形態の磁気メモリは、非磁性の導電層（第１導電層）１０上に配置されたメモリ素子２０１およびメモリ素子２０２を有している。各メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）は、導電層１０上に配置され磁化方向が可変の記憶層２１と、この記憶層２１上に配置された非磁性層（第１非磁性層）２２と、この非磁性層２２上に配置され磁化方向が固定された参照層（第１磁性層）２３と、を有する積層構造を備えている。すなわち、この積層構造は、参照層（第１磁性層）２３と、導電層１０と参照層２３との間に配置された記憶層２１と、参照層２３と記憶層２１との間に配置された非磁性層２２とを備えている。非磁性層２２が絶縁体であれば上記積層構造はＭＴＪ素子となり、非磁性層２２が導電性の金属であれば上記積層構造はＧＭＲ素子となる。参照層２３と記憶層２１の磁化方向が互いに平行である場合はメモリ素子２０１，２０２の電気抵抗は低くなり（ＲＰ）、磁化方向が互いに反平行である場合は、メモリ素子２０１，２０２の電気抵抗は高抵抗（ＲＡＰ）となる。これらの状態は電源を遮断しても保存されるため、記憶データは不揮発である。
本実施形態においては、記憶層２１は、導電層１０上に配置された磁性層（第２磁性層）２１ａと、磁性層２１ａ上に配置された非磁性層（第２非磁性層）２１ｂと、非磁性層２１ｂ上に配置された磁性層（第３磁性層）２１ｃと、を有している。磁性層２１ａと磁性層２１ｃは、非磁性層２１ｂを介してシンセティック反強磁性結合をしている。すなわち、磁性層２１ａと磁性層２１ｃは、磁化方向が互いに反平行となっている。なお、本実施形態においては、参照層２３と記憶層２１の磁化方向が平行であるとは、参照層２３の磁化方向と磁性層２１ｃとの磁化方向が平行であることを意味し、参照層２３と記憶層２１の磁化方向が反平行であるとは、参照層２３の磁化方向と磁性層２１ｃとの磁化方向が反平行であることを意味する。
更に本実施形態においては、各メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）の両側部の導電層１０上の領域には非磁性の導電層（第２導電層および第３導電層）３０が配置されている。この導電層３０は、各メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）の、記憶層２１と非磁性層２２との界面より下方に配置される。すなわち、導電層３０は、導電層１０から磁性層２１ｃと非磁性層２２との界面までの高さより小さくかつ導電層１０から磁性層２１ａと非磁性層２１ｂとの界面までの高さより大きい高さ（最大高さ）を有する。このような構成を有することにより、磁性層２１ｃと参照層２３とがショートするのを抑制することが可能となるとともに、導電層１０に流れる書き込み電流が磁性層２１ａ下の導電層１０を流れるとともに、導電層３０を介して非磁性層２１ｂにも流れることが可能となる。
また、導電層３０上には、絶縁層４０が配置される。この絶縁層４０によってメモリ素子２０１とメモリ素子２０２が互いに素子分離される。
導電層１０には第１端子１２ａと第２端子１２ｂとが電気的に接続される。また、各各メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）の参照層２３には端子２５ｉが電気的に接続される。なお、第１端子１２ａ、第２端子１２ｂ、および端子２５１，２５２は、図２に示すように制御回路１００に電気的に接続される。
本実施形態の磁気メモリにおいて、メモリ素子２０ｉ（ｉ＝１，２）は、両側部に導電層材料層３０が配置されている。この導電層３０は、非磁性層２１ｂの材料、磁性層２１ａの材料、および導電層１０の材料と同じ材料を含む。この導電層３０の抵抗率をρＣＬ、非磁性層２２の抵抗率をρＮＭ１、非磁性層２１ｂの抵抗率をρＮＭ２、導電層１０の抵抗率をρＬＥＡＤとすると、次の関係
ρＮＭ１＞ρＬＥＡＤ＞ρＣＬ＞ρＮＭ２
を有すことが好ましい。すなわち、導電層１０の抵抗率ρＬＥＡＤが非磁性層２１ｂの抵抗率ρＮＭ２より高い材料を用いることで、上記関係が成り立つ。
ρＮＭ１＞ρＬＥＡＤ＞ρＣＬ＞ρＮＭ２
を有すことが好ましい。すなわち、導電層１０の抵抗率ρＬＥＡＤが非磁性層２１ｂの抵抗率ρＮＭ２より高い材料を用いることで、上記関係が成り立つ。
通常は、メモリ素子間を全て絶縁材料で覆うことでメモリ素子間の電気的な接続を除去する。しかし、本実施形態においては、導電層１０ばかりでなく、非磁性層２１ｂのいずれにも書き込み電流を流すように構成しているため、上記関係を満たすことが好ましい。
更に、メモリ素子間に配置される導電層３０は、非磁性層２１ｂ、磁性層２１ａ、および導電層１０の材料の混合材料とすることで、抵抗率、熱膨張、応力の変化が急峻にならず、磁性層２１ａへのダメージを抑制することができる。したがって、図２に示すように、導電層３０において、メモリ素子側に近いほど磁性層２１ａの材料を構成する元素（第２元素）の割合（濃度）は大きく、離れるに従って減少する。このため、図２からわかるように、メモリ素子間の中央では、磁性層２１ａの材料を構成する元素（第２元素）の割合（濃度）は最低となる。この傾向は非磁性層２１ｂの材料を構成する元素（第３元素）の割合（濃度）も同様である。一方、導電層１０の材料を構成する元素（第１元素）の割合（濃度）は、メモリ素子から離れるほど大きくなる。すなわち、図２からわかるように、メモリ素子間の中央では、導電層１０の材料を構成する元素（第１元素）の割合（濃度）は最高となる。なお、図２において、横軸はメモリ素子２０１から隣接するメモリ素子２０２までの導電層１０の延在する方向に沿った正規化した距離を示し、縦軸は各材料を構成する元素の割合（ａｔｍ％）を示す。なお、図面には示していないが、メモリ素子２０１とメモリ素子２０２との間に配置された導電層３０は、メモリ素子２０１とメモリ素子２０２との間の中央部の厚さが薄く、この中央部からメモリ素子２０１およびメモリ素子２０２に向かう方向に沿って厚さが厚くなる。
また、後述するように、非磁性層２１ｂにイオン化傾向の小さな材料を用いることで、磁性層２１ａにおける酸化や窒化などのダメージの抑制が可能になる。ここで、メモリ素子間における非磁性層２２から上の領域は、絶縁層４０とすることで、メモリ素子において、記憶層２１と参照層２３がショートするのを抑制することが可能となり、メモリ素子における磁気抵抗効果が劣化するのを防止することができる。
（書き込み動作）
第１端子１２ａと第２端子１２ｂとの間に導電層１０を介して書き込み電流Ｉｗを流すと、導電層１０に書き込み電流が流れるとともに、導電層３０を介してメモリ素子２０１，２０２のそれぞれの非磁性層２１ｂにも書き込み電流が流れる。メモリ素子２０１、２０２の記憶層２１に、スピン軌道トルク（以下、ＳＯＴ(Spin Orbit Torque)）が導電層１０および非磁性層２１ｂからも作用する。このため、導電層１０のみから作用する場合に比べて、本実施形態においては、記憶層２１の磁化方向、すなわち磁性層２１ａの磁化方向がより変化し易くなり、小さな書き込み電流で書き込みを行うことが可能となる。すなわち、消費電力を抑制することができる。
第１端子１２ａと第２端子１２ｂとの間に導電層１０を介して書き込み電流Ｉｗを流すと、導電層１０に書き込み電流が流れるとともに、導電層３０を介してメモリ素子２０１，２０２のそれぞれの非磁性層２１ｂにも書き込み電流が流れる。メモリ素子２０１、２０２の記憶層２１に、スピン軌道トルク（以下、ＳＯＴ(Spin Orbit Torque)）が導電層１０および非磁性層２１ｂからも作用する。このため、導電層１０のみから作用する場合に比べて、本実施形態においては、記憶層２１の磁化方向、すなわち磁性層２１ａの磁化方向がより変化し易くなり、小さな書き込み電流で書き込みを行うことが可能となる。すなわち、消費電力を抑制することができる。
このとき、第１端子１２ａから第２端子１２ｂに書き込み電流Ｉｗを流す場合と、第２端子１２ｂから第１端子１２ａに書き込み電流を流す場合とは、記憶層２１に作用するＳＯＴの方向が逆となるので、記憶層２１に書き込まれる磁化方向が互いに逆となる。なお、書き込み電流Ｉｗは図３に示す制御回路１００から供給される。
なお、書き込み動作を行うときに、メモリ素子２０１，２０２のそれぞれの参照層２３に電気的に接続された端子２５１、２５２にそれぞれ異なる電圧を印加し、磁気異方性の制御を行うことにより、メモリ素子２０１，２０２のうちの一方のメモリ素子の記憶層２１に書き込みを行い、他方のメモリ素子の記憶層２１に書き込みを行わないようにすることが可能である。また、端子２５１、２５２に印加される電圧は制御回路１００によって供給される。
（読み出し動作）
メモリ素子、例えばメモリ素子２０１からの情報の読み出しは、メモリ素子２０１の端子２５１と、第１端子１２ａおよび第２端子１２ｂのうちの一方の端子との間に読み出し電流を流すことにより行う。読み出し電流は制御回路１００によって供給される。この読み出し動作においても、書き込み動作と同様に、メモリ素子２０１，２０２のそれぞれの参照層２３に電気的に接続された端子２５１、２５２にそれぞれ異なる電圧を印加し、磁気異方性の制御を行うことにより、メモリ素子２０１，２０２のうちの一方のメモリ素子の記憶層２１から読み出しを行い、他方のメモリ素子の記憶層２１に誤書き込みを行わないようにすることが可能である。なお、書き込み動作と同様に、端子２５１、２５２に印加される電圧は制御回路１００によって供給される。
メモリ素子、例えばメモリ素子２０１からの情報の読み出しは、メモリ素子２０１の端子２５１と、第１端子１２ａおよび第２端子１２ｂのうちの一方の端子との間に読み出し電流を流すことにより行う。読み出し電流は制御回路１００によって供給される。この読み出し動作においても、書き込み動作と同様に、メモリ素子２０１，２０２のそれぞれの参照層２３に電気的に接続された端子２５１、２５２にそれぞれ異なる電圧を印加し、磁気異方性の制御を行うことにより、メモリ素子２０１，２０２のうちの一方のメモリ素子の記憶層２１から読み出しを行い、他方のメモリ素子の記憶層２１に誤書き込みを行わないようにすることが可能である。なお、書き込み動作と同様に、端子２５１、２５２に印加される電圧は制御回路１００によって供給される。
（構成要素の材料）
次に、磁気メモリを構成する要素の材料について説明する。
次に、磁気メモリを構成する要素の材料について説明する。
導電層１０は、高いスピンホール効果を有する材料を用いることが好ましい。例えばβ−Ｔａ（タンタル）、β−Ｗ（タングステン）のような負の大きなスピンホール角持つ材料を用いることができる。また、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）のような正の大きなスピンホール角を持つ材料を用いることができる。
非磁性層２２は例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が用いられる。ＭｇＯのような絶縁体が用いられた場合は、非磁性層２２はトンネルバリア層とも呼ばれる。ＭｇＯ層は、例えば、１０Å（１ｎｍ）の厚さを有する。また、ＣａＯ（酸化カルシウム）、ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＶＯ（酸化バナジウム）、ＮｂＯ（酸化ニオブ）またはＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）が用いられてもよい。
また、非磁性層２２として、ＭｇまたはＡｌの窒化物を用いてもよい。また、これらの酸化物または窒化物の単層に限らず、これらの絶縁体の積層膜を用いてもよい。ＭｇＯは、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）構造の結晶構造を有する。ＭｇＯのように結晶配向している材料として、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４などのスピネル型の材料を用いてもよい。
記憶層２１は、磁性層２１ａと、磁性層２１ｃと、その間に非磁性層２１ｂを挟んだシンセティック構造を有している。すなわち、磁性層２１ｃは非磁性層２２と非磁性層２１ｂとの間にあり、磁性層２１ａは非磁性層２１ｂと導電層１０との間に配置される。磁性層２１ａ、磁性層２１ｃとしては、Ｃｏ（コバルト）、ＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−ボロン）、ＦｅＢ（鉄−ボロン）等の強磁性層が用いられる。
非磁性層２１ｂとして、イオン化傾向の小さく、原子番号の大きな材料として、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、またはＢｉなどを用いることができる。ここで、イオン化傾向を小さくすることで、非磁性層２１ｂより下に位置する磁性層２１ａが酸化や窒化によるダメージを受けるのを抑制することができる。また、原子番号の大きな材料を非磁性層２１ｂに用いることで、大きなスピンホール角から大きなスピンホール効果を得ることができる。ここで非磁性層２１ｂとして導電層１０の材料とスピンホール角の符号が反対のものを用いると、より効率良くスピンホール効果を得ることができる。
また、このシンセティック構造は２つの磁性層間に挟んだ非磁性層の厚さを調整することで強磁性結合となる場合もあり、反強磁性結合となる場合もある。記憶層２１のシンセティック構造として強磁性結合を用いた場合は、高い熱擾乱耐性を得ることができるが、高集積化の際に漏洩磁界が近隣のメモリ素子に及ぼす影響が大きくなり、ＷＥＲが増大する。
一方、記憶層２１のシンセティック構造として反強磁性結合（人工反強磁性（ＳＡＦ(Synthetic Anti-Ferromagnetic)）構造）を用いた場合は、２つの磁性層が互いに逆方向の漏れ磁場を発生させるため、近隣のメモリ素子への漏れ磁場の影響を減らすことが可能となり、記憶層２１の保磁力ばらつきを減らすことができる。しかし、形状磁気異方性も打ち消されて無くなるため、熱擾乱耐性が十分に上がらないといった課題がある。熱擾乱耐性は、形状磁気異方性の他、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性で得ることができる。そこで、本実施形態では、効率よく非磁性層２１ｂに電流を流すことで、スピンホール効果を得るので、強磁性結合、反強磁性結合は特に限定されないが、高集積化の際は反強磁性結合を得ることがより好ましい。また、磁性層２１ｃより磁性層２１ａの飽和磁化が大きい方が好ましい。
メモリ素子がＶｏＣＳＭ素子の場合、例えばＣｏＦｅ／ＭｇＯの系では、非磁性層２２と接する磁性層２１ｃにおいて、電圧を印加すると非磁性層２２の酸素によって磁性層２１ｃの電子数が変わる。すなわちＶＣＭＡ効果が付与される。一方、導電層１０に接する磁性層２１ａはスピンホール効果が付与される。したがって、磁性層２１ｃと磁性層２１ａの飽和磁化Ｍｓと厚さｔの積（＝Ｍｓ・ｔ）が等しい場合、磁性層２１ｃの飽和磁化が大きいと厚さが薄くなり非磁性層２２との界面でのＶＣＭＡ効果が効率的に得られる。
参照層２３は、Ｃｏ（コバルト）、ＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−ボロン）等を用い、面内方向に異方性を付与するために反強磁性材料であるＩｒＭｎ（イリジウム−マンガン）等で固着しても良い。なお、参照層としてシンセティック構造を有するようにしても良い。
また、参照層２３が垂直方向に磁化を有するようにする場合は、飽和磁化ＭＳが小さく、異方性磁界が大きな希土類金属−遷移金属を用いた磁性層（以下、希土類金属−遷移金属磁性層またはフェリ磁性層とも云う）が用いられる。この希土類金属−遷移金属磁性層またはフェリ磁性層として、例えばＴｂＣｏＦｅ（テルビウム−コバルト−鉄）、ＣｏとＰｔを積層させた人工格子、またはＦｅとＰｔをＬ１０構造に規則化させた結晶材料等を用いてもよい。なお、参照層２３と非磁性層２２との間にＣｏＦｅＢ等の磁性層を挟むことで、参照層２３の分極率を向上させ、高いＭＲ比（磁気抵抗比）を得ることが可能になる。
以上説明したように、メモリ素子間に、導電層１０側に導電層３０が配置され、この導電層３０上に絶縁層４０が配置されているので、消費電力を抑制することができる。また、記憶層２１がシンセティック反強磁性結合しているので、隣接するメモリ素子への漏れ磁場を抑制することが可能となり、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態の磁気メモリの製造方法について図４Ａ乃至４Ｄを参照して説明する。
第２実施形態の磁気メモリの製造方法について図４Ａ乃至４Ｄを参照して説明する。
まず、図４Ａに示すように、導電層１０として厚さ５ｎｍのＴａ層１０を図示しない基板上に成膜する。続いて、Ｔａ層１０上に、メモリ素子２０として記憶層２１、バリア層２２、参照層２３を成膜する。記憶層２１は、導電層１０側から磁性層２１ａ／非磁性層２１ｂ／磁性層２１ｃの積層構造として、厚さ１．５ｎｍのＦｅＢ層２１ａ／厚さ０．９ｎｍのＩｒ層２１ｂ／厚さ１ｎｍのＣｏＦｅＢ層２１ｃを有する積層構造とする。バリア層２２として、厚さが１ｎｍのＭｇＯ層を用いる。
参照層２３は、バリア層２２側から厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層／厚さ０．９ｎｍのＲｕ層／厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅ層／厚さが８ｎｍのＩｒＭｎ層を有する積層構造とする。すなわち、図１に示す第１実施形態の磁気メモリにおいて、参照層２３はシンセティック反強磁性結合を有する構成とする。この構成とすることにより、隣接するメモリ素子への漏洩磁界を抑制することができるとともに、同じメモリ素子の記憶層の磁化特性がシフトするのを防止することができる。
その後、図４Ｂに示すように、参照層２３上にメモリ素子形状のマスク６０を形成する。続いて、図４Ｃに示すように、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング（ＩＢＥ）で上記積層構造を非磁性層２１ｂ上までエッチングし、メモリ素子２０１、２０２を形成する。ここで、ＩＢＥの加速電圧を２００Ｖとすることで、原子番号の大きな非磁性層２１ｂのＩｒはエッチングされずに磁性層２１ａ、および導電層１０内に打込まれる。これにより、非磁性層２２より下のメモリ素子間に導電層３０が形成される。この導電層３０は、非磁性層２１ｂの材料と、磁性層２１ａの材料と、導電層１０の材料の混合層となる。
最後に、メモリ素子２０１、２０２間に絶縁層４０を埋め込むことによって、導電層３０上に絶縁層が配置される磁気メモリが得られる（図４Ｄ）。
この第２実施形態の製造方法によって作製された磁気メモリは、第１実施形態と同様に、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができるとともに、消費電力を抑制することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態による磁気メモリの製造方法について図５Ａ乃至５Ｅを参照して説明する。
第３実施形態による磁気メモリの製造方法について図５Ａ乃至５Ｅを参照して説明する。
まず、図５Ａに示すように、導電層１０として厚さ５ｎｍのＴａ層１０を図示しない基板上に成膜する。続いて、Ｔａ層１０上に、メモリ素子２０として記憶層２１、バリア層２２、参照層２３を成膜する。記憶層２１は、導電層１０側から磁性層２１ａ／非磁性層２１ｂ／磁性層２１ｃの積層構造として、厚さが１．５ｎｍのＦｅＢ層／厚さが０．９ｎｍのＩｒ層／厚さが１ｎｍのＣｏＦｅＢ層の積層構造とする。バリア層２２は厚さが１ｎｍのＭｇＯを用いる。
参照層２３は、バリア層２２側から厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅＢ層／厚さが０．９ｎｍのＲｕ層／厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅ層／厚さが８ｎｍのＩｒＭｎ層の積層構造とする。すなわち、図１に示す第１実施形態の磁気メモリにおいて、参照層２３はシンセティック反強磁性結合を有する構成とする。この構成とすることにより、隣接するメモリ素子への漏洩磁界を抑制することができるとともに、同じメモリ素子の記憶層の磁化特性がシフトするのを防止することができる。
その後、図５Ｂに示すように、メモリ素子形状のマスク６０を形成する。続いて、図５Ｃに示すように、Ａｒガスを用いたイオンビームエッチング（ＩＢＥ）で磁性層２１ｃ上までエッチングする。このとき、メモリ素子間には磁性層２１ｃの上面が露出する。
その後、図５Ｄに示すように、酸素ガスを用いたイオンビームトリートメント（ＩＢＴ）で、メモリ素子間の磁性層２１ｃを酸化して非磁性層２６に変化させる。すなわち、非磁性層２６は、磁性層２１ｃの構成元素の酸化物を含む。また、このとき、第２実施形態と同様に、原子番号の大きな非磁性層２１ｂのＩｒは磁性層２１ａ、導電層１０内に打込まれる。これにより、メモリ素子２０１、２０２間には導電層３０が形成される。この導電層３０は、非磁性層２６と導電層１０との間に位置する。なお、本実施形態においては、磁性層２１ｃを酸化して非磁性層２６を形成したが、メモリ素子間に位置する磁性層２１ｃを窒化して非磁性層２６を形成してもよい。このとき、非磁性層２６は、磁性層２１ｃの構成元素の窒化物を含む。
最後に、図５Ｅに示すように、メモリ素子間に絶縁層４０を埋め込むことによって、第３実施形態の磁気メモリが得られる。このとき、絶縁層４０は、非磁性層２６上に配置される。
この第３実施形態においては、非磁性層２１ｂ、磁性層２１ａの厚さがそれぞれサブｎｍから数ｎｍと薄いため、第２実施形態の製造方法に比べて、ＩＢＥのエンドポイントでロバスト性が得られるとともに、酸素ガスを用いることで非磁性層２２の側部において磁性層２１ｃと参照層２３がショートする確率を減らすことができる。
この第３実施形態の製造方法によって作製された磁気メモリは、第１実施形態と同様に、高集積化しても書き込みエラー率を抑制することができるとともに、消費電力を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０・・・非磁性の導電層、１２ａ・・・第１端子、１２ｂ・・・第２端子、２０１，２０２・・・メモリ素子、２１・・・記憶層、２１ａ・・・磁性層、２１ｂ・・・非磁性層、２１ｃ・・・磁性層、２２・・・非磁性層、２３・・・参照層、２５１，２５２・・・端子、２６・・・非磁性層、３０・・・導電層、４０・・・絶縁層、６０・・・マスク、１００・・・制御回路
Claims (9)
- 第１および第２端子と、
第１乃至第５領域を有し、前記第２領域は前記第１領域と前記第５領域との間に位置し、前記第３領域は前記第２領域と前記第５領域との間に位置し、前記第４領域は前記第３領域と前記第５領域との間に位置し、前記第１領域は前記第１端子に電気的に接続され、前記第５領域は前記第２端子に電気的に接続され、少なくとも第１元素を含む非磁性の第１導電層と、
前記第３領域に対応して配置された第１磁気抵抗素子であって、第１磁性層と、前記第１磁性層と前記第３領域との間に配置され少なくとも第２元素を含む第２磁性層と、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に配置された第１非磁性層と、前記第２磁性層と前記第１非磁性層との間に配置され少なくとも第３元素を含む第２非磁性層と、前記第２非磁性層と前記第１非磁性層との間に配置された第３磁性層と、を有する第１磁気抵抗素子と、
前記第２領域に対応して配置され、前記第２領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第２導電層と、
前記第４領域に対応して配置され、前記第４領域と、前記第２磁性層と、前記第２非磁性層と、に電気的に接続され、前記第１元素、前記第２元素、および前記第３元素を少なくとも含む第３導電層と、
を備えた磁気メモリ。 - 前記第２非磁性層は前記第１導電層とスピンホール角の符号が異なる材料を含む請求項１記載の磁気メモリ
- 前記第３元素はＩｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、およびＢｉのうちの少なくとも１つである請求項１または２記載の磁気メモリ。
- 前記第２導電層は、前記第３磁性層の前記第１領域側の面に電気的に接続され、
前記第３導電層は、前記第３磁性層の前記第５領域側の面に電気的に接続される請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気メモリ。 - 前記第２導電層の抵抗率をρCL１、前記第１非磁性層の抵抗率をρＮＭ１、前記第２非磁性層の抵抗率をρＮＭ２、前記第１導電層の抵抗率をρＬＥＡＤ、前記第３導電層の抵抗率をρCL２とすると、
ρＮＭ１＞ρＬＥＡＤ＞ρCL１＞ρＮＭ２
ρＮＭ１＞ρＬＥＡＤ＞ρＣＬ２＞ρＮＭ２
の関係を満たす請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気メモリ。 - 第２磁気抵抗素子を更に備え、
前記第１導電層は前記第４領域と前記第５領域との間に位置する第６領域を更に備え、
前記第２磁気抵抗素子は、前記第６領域に対応して配置され、第４磁性層と、前記第４磁性層と前記第６領域との間に配置され少なくとも前記第２元素を含む第５磁性層と、前記第４磁性層と前記第５磁性層との間に配置された第３非磁性層と、前記第５磁性層と前記第３非磁性層との間に配置され少なくとも前記第３元素を含む第４非磁性層と、前記第４非磁性層と前記第３非磁性層との間に配置された第６磁性層と、を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気メモリ。 - 前記第３導電層は第１乃至第３部分を有し、前記第２部分は前記第１部分と前記第３部分との間に位置し、前記第１部分は前記第３領域側に位置し、前記第３部分は前記第６領域側に位置し、前記第２部分の前記第１元素の濃度が前記第１および第３部分の前記第１元素の濃度よりも高く、前記第２部分の前記第２元素の濃度が前記第１および第３部分の前記第２元素の濃度よりも低く、前記第２部分の前記第３元素の濃度が前記第１および第３部分の前記第３元素の濃度よりも低い請求項６記載の磁気メモリ。
- 第１絶縁層および第２絶縁層を更に有し、前記第２導電層は前記第２領域と前記第１絶縁層との間に位置し、前記第３導電層は前記第４領域と前記第２絶縁層との間に位置し、 前記第１および第２絶縁層は前記第３磁性層に含まれる元素の酸化物または窒化物を含む請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気メモリ。
- 前記第３磁性層は前記第２磁性層より飽和磁化が大きい請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気メモリ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017180662A JP6434103B1 (ja) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 磁気メモリ |
| US15/911,341 US10170694B1 (en) | 2017-09-20 | 2018-03-05 | Magnetic memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017180662A JP6434103B1 (ja) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 磁気メモリ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP6434103B1 JP6434103B1 (ja) | 2018-12-05 |
| JP2019057598A true JP2019057598A (ja) | 2019-04-11 |
Family
ID=64560663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017180662A Active JP6434103B1 (ja) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 磁気メモリ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10170694B1 (ja) |
| JP (1) | JP6434103B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023090132A1 (ja) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 磁気抵抗効果メモリ、メモリアレイ及びメモリシステム |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10497858B1 (en) * | 2018-12-21 | 2019-12-03 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming structures for MRAM applications |
| US11456100B2 (en) * | 2019-05-17 | 2022-09-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | MRAM stacks, MRAM devices and methods of forming the same |
| JP2021044359A (ja) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | キオクシア株式会社 | 磁気記憶装置 |
| EP3839955A1 (en) | 2019-12-18 | 2021-06-23 | Imec VZW | Dual stack sot |
| US20220052111A1 (en) * | 2020-08-12 | 2022-02-17 | Tohoku University | Magnetic film, magnetoresistance effect element and magnetic memory |
| JP2022049499A (ja) * | 2020-09-16 | 2022-03-29 | キオクシア株式会社 | 磁気記憶装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013197397A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| US20160300999A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | Ge Yi | Magnetoresistive Random Access Memory Cell |
| JP2017112351A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ |
| US20170200499A1 (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Zero leakage, high noise margin coupled giant spin hall based retention latch |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8223533B2 (en) * | 2008-09-26 | 2012-07-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect device and magnetic memory |
| US8711612B1 (en) * | 2010-12-03 | 2014-04-29 | Magsil Corporation | Memory circuit and method of forming the same using reduced mask steps |
| JP5417367B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2014-02-12 | 株式会社東芝 | 磁気メモリの製造方法 |
| JP5318137B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2013-10-16 | 株式会社東芝 | 多層膜の製造方法 |
| JP2013012546A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Toshiba Corp | 不揮発性記憶装置の製造方法 |
| JP5665707B2 (ja) * | 2011-09-21 | 2015-02-04 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| US9076537B2 (en) | 2012-08-26 | 2015-07-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing a magnetic tunneling junction using spin-orbit interaction based switching and memories utilizing the magnetic tunneling junction |
| JP5575198B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2014-08-20 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子の製造装置 |
| JP6180952B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2017-08-16 | 東芝メモリ株式会社 | デバイス製造装置及び磁気デバイスの製造方法 |
| JP6139444B2 (ja) * | 2014-03-18 | 2017-05-31 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気メモリ |
| JP2016174103A (ja) * | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 株式会社東芝 | 磁気記憶素子及び磁気メモリ |
| JP6089081B1 (ja) | 2015-09-16 | 2017-03-01 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ |
| US10305026B2 (en) | 2015-11-19 | 2019-05-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Cross-point architecture for spin-transfer torque magnetoresistive random access memory with spin orbit writing |
| US10147761B2 (en) * | 2016-09-13 | 2018-12-04 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device with magnetoresistive element |
| JP6416180B2 (ja) * | 2016-12-16 | 2018-10-31 | 株式会社東芝 | 磁気記憶装置 |
-
2017
- 2017-09-20 JP JP2017180662A patent/JP6434103B1/ja active Active
-
2018
- 2018-03-05 US US15/911,341 patent/US10170694B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013197397A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| US20160300999A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | Ge Yi | Magnetoresistive Random Access Memory Cell |
| JP2017112351A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ |
| US20170200499A1 (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Zero leakage, high noise margin coupled giant spin hall based retention latch |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YU, JIAWEI ET AL.: "Large spin-orbit torques in Pt/Co-Ni/W heterostructures", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 109, JPN6018039577, 26 July 2016 (2016-07-26), US, pages 042403 - 1, ISSN: 0003894269 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023090132A1 (ja) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 磁気抵抗効果メモリ、メモリアレイ及びメモリシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6434103B1 (ja) | 2018-12-05 |
| US10170694B1 (en) | 2019-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6434103B1 (ja) | 磁気メモリ | |
| JP6200471B2 (ja) | 磁気メモリ | |
| US10262711B2 (en) | Magnetic memory | |
| TWI530945B (zh) | Memory elements and memory devices | |
| US20160133832A1 (en) | Method of manufacturing magnetoresistive element(s) | |
| CN104241286B (zh) | 存储元件、存储装置、制造存储元件的方法及磁头 | |
| JP4277870B2 (ja) | 記憶素子及びメモリ | |
| JP2009094104A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| US10483459B2 (en) | Magnetic memory | |
| KR20080084590A (ko) | 기억 소자 및 메모리 | |
| TWI509603B (zh) | Memory elements and memory devices | |
| KR20080060143A (ko) | 기억 소자 및 메모리 | |
| JP5987613B2 (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
| JP2008211008A (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置 | |
| JP2008066606A (ja) | スピンメモリ及びスピンｆｅｔ | |
| JP2010135512A (ja) | 抵抗変化型メモリデバイス | |
| WO2014050379A1 (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
| TW201532040A (zh) | 儲存元件、儲存裝置及磁頭 | |
| WO2017169147A1 (ja) | 不揮発性メモリ素子および不揮発性メモリ素子の製造方法 | |
| JP2005116658A (ja) | 磁気抵抗メモリ装置 | |
| KR20120024469A (ko) | 기억 소자 및 메모리 장치 | |
| WO2016080273A1 (ja) | 磁気抵抗素子及び磁気メモリ | |
| JP2008153527A (ja) | 記憶素子及びメモリ | |
| JP2006295001A (ja) | 記憶素子及びメモリ | |
| JP2007324171A (ja) | 磁気メモリ装置及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181003 |
|
| 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: 20181009 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181107 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6434103 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |