JP2020092144A - Magnetic memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、磁気記憶装置及びその製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a magnetic storage device and a manufacturing method thereof.
磁気記憶装置において、安定した動作が望まれる。 Stable operation is desired in magnetic storage devices.
本発明の実施形態は、安定した動作が得られる磁気記憶装置及びその製造方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a magnetic memory device capable of stable operation and a method of manufacturing the same.
実施形態に係る磁気記憶装置は、第1導電層と、第1磁性層と、第1対向磁性層と、第1非磁性層と、非磁性の第1金属層と、第1絶縁部と、第1絶縁層と、を含む。前記第1導電層は、第1領域と、第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間の第3領域と、を含む。前記第1対向磁性層は、前記第1領域から前記第2領域への第2方向と交差する第1方向において前記第3領域と前記第1磁性層との間に設けられる。前記第1磁性層は、前記第1磁性層と前記第1対向磁性層との間に設けられる。前記第1対向磁性層から前記第1金属層の少なくとも一部への方向は、前記第2方向に沿う。前記第1金属層から前記第1絶縁部への方向は、前記第1方向に沿う。前記第1磁性層の少なくとも一部から前記第1絶縁部への方向は、前記第2方向に沿う。前記第1絶縁層は、前記第2方向において前記第1金属層と前記第1対向磁性層との間に設けられる。 The magnetic storage device according to the embodiment includes a first conductive layer, a first magnetic layer, a first opposing magnetic layer, a first nonmagnetic layer, a nonmagnetic first metal layer, a first insulating portion, and And a first insulating layer. The first conductive layer includes a first region, a second region, and a third region between the first region and the second region. The first opposing magnetic layer is provided between the third region and the first magnetic layer in a first direction intersecting a second direction from the first region to the second region. The first magnetic layer is provided between the first magnetic layer and the first opposing magnetic layer. The direction from the first opposing magnetic layer to at least a part of the first metal layer is along the second direction. The direction from the first metal layer to the first insulating portion is along the first direction. The direction from at least a part of the first magnetic layer to the first insulating portion is along the second direction. The first insulating layer is provided between the first metal layer and the first opposing magnetic layer in the second direction.
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between the portions, and the like are not always the same as the actual ones. Even when the same portion is shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawings.
In the specification and the drawings of the application, components similar to those described above are designated by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be appropriately omitted.
図1は、第1実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る磁気記憶装置110は、第1磁性層11、第1対向磁性層11c、第1非磁性層11i、第1導電層21、第1金属層31、第2金属層32、及び第1絶縁部41を含む。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the magnetic memory device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
例えば、基体20sの上に、第1導電層21が設けられる。基体20sは、基板の少なくとも一部でも良い。基体20sは、例えば、絶縁性である。基体20sは、例えば、酸化シリコン及び酸化アルミニウムの少なくともいずれかを含んでも良い。この酸化シリコンは、例えば、熱酸化シリコンでも良い。
For example, the first
第1導電層21は、第1〜第3領域21a〜21cを含む。第3領域21cは、第1領域21aと第2領域21bとの間に位置する。例えば、第3領域21cは、第1領域21aと連続する。例えば、第3領域21cは、第2領域21bと連続する。第1導電層21は、第1金属を含む。第1金属は、例えば、Ta、W、Pt、Hf、Re、Os、Ir、Pd、Cu、Ag、及びAuからなる群より選択された少なくとも1つである。
The first
第1磁性層11は、第1方向において、第3領域21cから離れる。第1対向磁性層11cは、第1方向において、第3領域21cと第1磁性層11との間に設けられる。第1非磁性層11iは、第1対向磁性層11cと第1磁性層11との間に設けられる。第1磁性層11と第1非磁性層11iとの間に、別の層が設けられても良い。第1対向磁性層11cと第1非磁性層11iとの間に、別の層が設けられても良い。
The first
第1方向は、例えば、Z軸方向である。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。第1方向は、第1領域21aから第2領域21bへの第2方向と交差する。この例では、第2方向は、X軸方向に対応する。第3方向は、第1方向及び第2方向を含む面と交差する。この例では、第3方向は、Y軸方向に対応する。
The first direction is, for example, the Z-axis direction. One direction perpendicular to the Z-axis direction is the X-axis direction. The direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis direction is the Y-axis direction. The first direction intersects the second direction from the
第1磁性層11は、例えば、強磁性である。第1対向磁性層11cは、例えば、強磁性である。第1磁性層11及び第1対向磁性層11cは、例えば、Fe、Co、及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1非磁性層11iは、例えば、MgO、CaO、SrO、TiO、VO、NbO及びAl2O3からなる群より選択された少なくとも1つを含む。第1非磁性層11iは、例えば、Ga、Al、Cuからなる群より選択された少なくとも1つを含んでも良い。
The first
第1金属層31は、非磁性である。第1対向磁性層11cから第1金属層31の少なくとも一部への方向は、X軸方向に沿う。第2領域21bから第1金属層31への方向は、Z軸方向に沿う。第2金属層32は、非磁性である。第1磁性層11から第2金属層32への方向は、X軸方向に沿う。
The
例えば、第2領域21bの少なくとも一部のZ軸方向における長さは、第3領域21cのZ軸方向における長さよりも短い。第1金属層31は、例えば、カーブしている。第1金属層31の一部のZ軸方向における位置は、第1金属層31の別の一部のZ軸方向における位置と異なる。
For example, the length of at least a part of the
第1金属層31及び第2金属層32は、第2金属を含む。第2金属は、第1金属と異なっても良い。第2金属は、例えば、Ru、Ir、Pd、Cu、Rh、Mo、Ta、W、Os、Pt、及びAlからなる群より選択された少なくとも1つである。
The
第1絶縁部41は、Z軸方向において、第1金属層31と第2金属層32との間に設けられる。第1非磁性層11iから第1絶縁部41への方向は、X軸方向に沿う。第1絶縁部41は、X軸方向において第2金属層32と重なっても良い。第1絶縁部41は、Z軸方向において第1金属層31と重なっても良い。第1絶縁部41は、例えば、AlおよびSiからなる群より選択された少なくとも1つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
The first insulating
図1に示す例では、磁気記憶装置110は、第2導電層22をさらに含む。第1金属層31、第2金属層32、及び第1絶縁部41のそれぞれは、X軸方向において複数設けられる。
In the example illustrated in FIG. 1, the
第2導電層22は、第3領域21cと第1対向磁性層11cとの間に設けられる。第2導電層22は、第1導電層21と第1金属層31との間にさらに設けられても良い。第2導電層22は、第3金属を含む。第3金属は、第1金属及び第2金属と異なっても良い。第3金属は、例えば、Hf、Mg、Li、Sc、Y、Zr、Ti、Nb、V、およびAlからなる群より選択された少なくとも1つである。
The second
第2導電層22及び第1対向磁性層11cは、X軸方向において、第1金属層31同士の間に設けられる。第1磁性層11は、X軸方向において、第2金属層32同士の間に設けられる。複数の第1絶縁部41は、それぞれ、Z軸方向において、複数の第1金属層31と複数の第2金属層32との間に設けられる。
The second
第1磁性層11、第1対向磁性層11c、及び第1非磁性層11iは、第1積層体SB1に含まれる。第1積層体SB1は、例えば、1つのメモリ部(メモリセル)に対応する。
The first
第1磁性層11は、例えば、磁化固定層である。第1対向磁性層11cは、例えば、磁化自由層である。第1磁性層11の磁化11Mは、第1対向磁性層11cの磁化11cMに比べて変化し難い。第1磁性層11は、例えば、参照層として機能する。第1対向磁性層11cは、例えば、記憶層として機能する。
The first
第1積層体SB1は、例えば、磁気抵抗変化素子として機能する。第1積層体SB1において、例えばTMR(Tunnel Magneto Resistance Effect)が生じる。例えば、第1磁性層11、第1非磁性層11i、及び第1対向磁性層11cを含む経路の電気抵抗は、磁化11Mの向きと、磁化11cMの向きと、の間の差異に応じて変化する。第1積層体SB1は、例えば、磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction:MTJ)を有する。第1積層体SB1は、例えば、MTJ素子に対応する。第1積層体SB1は、例えば、GMR素子に対応しても良い。
The first stacked body SB1 functions, for example, as a magnetoresistance change element. In the first stacked body SB1, for example, TMR (Tunnel Magneto Resistance Effect) occurs. For example, the electric resistance of the path including the first
磁気記憶装置110は、制御部70をさらに含んでも良い。制御部70は、第1領域21a及び第2領域21bと電気的に接続される。制御部70は、第1磁性層11とさらに電気的に接続される。例えば、制御部70に駆動回路75が設けられる。駆動回路75は、第1配線70aにより、第1磁性層11と電気的に接続される。この例では、駆動回路75と、第1磁性層11と、の間の電流経路上に、第1スイッチSw1(例えばトランジスタ)が設けられる。
The
制御部70は、第1動作(第1書き込み動作)において、第1電流Iw1(第1書き込み電流)を第1導電層21に供給する。これにより、第1状態が形成される。第1電流Iw1は、第1領域21aから第2領域21bへの電流である。制御部70は、第2動作(第2書き込み動作)において、第2電流Iw2(第2書き込み電流)を第1導電層21に供給する。これにより、第2状態が形成される。第2書き込み電流Iw2は、第2領域21bから第1領域21aへの電流である。
The
第1動作後(第1状態)における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の第1電気抵抗は、第2動作後(第2状態)における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の第2電気抵抗とは異なる。
The first electrical resistance between the first
この電気抵抗の差は、例えば、第1状態と第2状態との間における、磁化11cMの状態の差に基づく。
This difference in electrical resistance is based on, for example, the difference in the state of the
制御部70は、読み出し動作において、第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の電気抵抗に応じた特性(電圧または電流などでも良い)を検出しても良い。
In the read operation, the
第1対向磁性層11cは、例えば、情報を記憶する層として機能する。例えば、磁化11cMが1つの方向に向く第1状態が、記憶される第1情報に対応する。磁化11cMが別の方向に向く第2状態が、記憶される第2情報に対応する。第1情報は、例えば「0」及び「1」の一方に対応する。第2情報は、「0」及び「1」の他方に対応する。
The first opposing
磁化11cMは、例えば、第1導電層21に流れる電流(書き込み電流)により、制御することができる。例えば、第1導電層21の電流(書き込み電流)の向きにより、磁化11cMの向きを制御することができる。第1導電層21は、例えば、Spin Orbit Layer(SOL)として機能する。例えば、第1導電層21と第1対向磁性層11cとの間において生じるスピン軌道トルクによって、磁化11cMの向きを変えることができる。スピン軌道トルクは、第1導電層21に流れる電流(書き込み電流)に基づく。この電流(書き込み電流)は、制御部70(例えば駆動回路75)により供給される。
The
磁気記憶装置110は、第1金属層31及び第2金属層32を含む。第1金属層31が設けられると、第1電流Iw1及び第2電流Iw2が流れる経路の電気抵抗を低減できる。例えば、第1電流Iw1及び第2電流Iw2の電流密度を高めるために、第1導電層21のZ軸方向における長さを短くした場合でも、当該経路の電気抵抗の増大を抑制できる。さらに、第2金属層32が設けられると、第1積層体SB1の放熱性が向上する。
The
第1金属層31と第2金属層32との間には、第1絶縁部41が設けられる。第1金属層31と第2金属層32が連続していると、第1電流Iw1又は第2電流Iw2が、第1金属層31及び第2金属層32を通り、第1磁性層11を流れる。第1電流Iw1又は第2電流Iw2が第1磁性層11を流れると、第1積層体SB1への書き込み動作が不安定になりうる。例えば、第1動作又は第2動作の後に、第1状態又は第2状態が適切に形成されない可能性がある。第1絶縁部41が設けられることで、第1積層体SB1への書き込み動作をより安定して行える。
The first insulating
図2(a)及び図2(b)は、第1実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図2(a)は、図1のA1−A2断面の一例を示す。図2(b)は、図1のA1−A2断面の別の一例を示す。
2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating the magnetic memory device according to the first embodiment.
FIG. 2A shows an example of the A1-A2 cross section of FIG. FIG. 2B shows another example of the A1-A2 cross section of FIG.
磁気記憶装置110は、図2(a)に示すように、第2絶縁部42をさらに含む。例えば、第2絶縁部42は、Y軸方向において複数設けられる。第1積層体SB1及び第1金属層31は、第2絶縁部42同士の間に設けられる。第2絶縁部42は、例えば、チタン及び酸素を含む。
The
第1対向磁性層11cは、例えば、第1辺s1を有する。複数の第1金属層31の1つは、例えば、第2辺s2を有する。第1辺s1及び第2辺s2は、Y軸方向に沿う。
The first opposing
例えば、第1対向磁性層11cの形状が、Z軸方向から見た場合に円形又は楕円形であると、第1金属層31から第1対向磁性層11cへ流れる局所的な電流の大きさにばらつきが生じる。第1辺s1及び第2辺s2がY軸方向に沿うことで、第1金属層31から第1対向磁性層11cへ流れる局所的な電流i1〜i3の大きさのばらつきを小さくできる。これにより、例えば、第1積層体SB1への書き込み動作をより安定して行える。
For example, if the shape of the first opposing
第1対向磁性層11cは、第3辺s3をさらに有しても良い。複数の第1金属層31の別の1つは、例えば、第4辺s4を有する。第1辺s1は、X軸方向において、第2辺s2と第3辺s3との間に位置する。第3辺s3は、X軸方向において、第1辺s1と第4辺s4との間に位置する。第3辺s3及び第4辺s4は、Y軸方向に沿う。
The first opposing
第3辺s3及び第4辺s4がY軸方向に沿うことで、第1対向磁性層11cを流れる電流i1〜i3の大きさのばらつきをさらに小さくできる。これにより、例えば、第1積層体SB1への書き込み動作をより安定して行える。
Since the third side s3 and the fourth side s4 are along the Y-axis direction, it is possible to further reduce variations in the magnitude of the currents i1 to i3 flowing through the first opposing
図2(b)に示すように、第1辺s1〜第4辺s4は、X軸方向及びY軸方向と交差しても良い。例えば、第1辺s1〜第4辺s4のそれぞれの少なくとも一部は、互いに平行である。図2(b)に示す構成においても、図2(a)に示す構成と同様に、電流i1〜i3の大きさのばらつきを小さくできる。第1積層体SB1への書き込み動作を、より安定して行える。 As shown in FIG. 2B, the first side s1 to the fourth side s4 may intersect with the X-axis direction and the Y-axis direction. For example, at least a part of each of the first side s1 to the fourth side s4 is parallel to each other. Also in the configuration shown in FIG. 2B, the variation in the magnitude of the currents i1 to i3 can be reduced, as in the configuration shown in FIG. The write operation to the first stacked body SB1 can be performed more stably.
図3は、第1実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図3に示す磁気記憶装置120は、第2磁性層12、第2対向磁性層12c、第2非磁性層12i、第3金属層33をさらに含む。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating another magnetic memory device according to the first embodiment.
The
第1導電層21は、第4領域21d及び第5領域21eをさらに含む。X軸方向において、第3領域21cと第4領域21dとの間に第2領域21bが位置する。X軸方向において、第2領域21bと第4領域21dとの間に第5領域21eが位置する。
The first
第2磁性層12は、Z軸方向において、第5領域21eから離れる。第1磁性層11から第2磁性層12への方向は、X軸方向に沿う。第2対向磁性層12cは、Z軸方向において、第5領域21eと第2磁性層12との間に設けられる。第2非磁性層12iは、第2磁性層12と第2対向磁性層12cとの間に設けられる。第2磁性層12と第2非磁性層12iとの間に、別の層が設けられても良い。第2対向磁性層12cと第2非磁性層12iとの間に、別の層が設けられても良い。
The second
第2磁性層12及び第2対向磁性層12cには、第1磁性層11及び第1対向磁性層11cの構成がそれぞれ適用できる。第2非磁性層12iには、第1非磁性層11iの構成が適用できる。
The configurations of the first
第3金属層33は、非磁性である。第2磁性層12から第3金属層33への方向は、X軸方向に沿う。第3金属層33は、X軸方向において、第2金属層32と第2磁性層12との間に位置する。第3金属層33は、第2金属を含む。
The
第1金属層31は、X軸方向において、第1対向磁性層11cと第2対向磁性層12cとの間に位置する。第1絶縁部41は、Z軸方向において第1金属層31と第2金属層32との間、Z軸方向において第1金属層31と第3金属層33との間、及びX軸方向において第2金属層32と第3金属層33との間に設けられる。
The
図3に示す例では、第3金属層33は、X軸方向において複数設けられる。第2磁性層12は、X軸方向において、第3金属層33同士の間に設けられる。図3に示す例では、第5領域21eと第2対向磁性層12cとの間には、別の第2導電層22が設けられる。第3領域21cと第1対向磁性層11cとの間の第2導電層22は、第5領域21eと第2対向磁性層12cとの間の第2導電層22と繋がっていても良い。
In the example shown in FIG. 3, a plurality of
第2磁性層12、第2対向磁性層12c、及び第2非磁性層12iは、第2積層体SB2に含まれる。第2積層体SB2は、例えば、別の1つのメモリ部(メモリセル)に対応する。
The second
第2磁性層12の磁化12Mは、第2対向磁性層12cの磁化12cMに比べて変化し難い。第2磁性層12は、例えば、参照層として機能する。第2対向磁性層12cは、例えば、記憶層として機能する。
The
第1導電層21に流れる電流(例えば第1電流Iw1及び第2電流Iw2など)により、第2対向磁性層12cの磁化12cMが変化する。
The magnetization 12cM of the second opposing
制御部70は、例えば、第1領域21a、第4領域21d、第1磁性層11、及び第2磁性層12と電気的に接続される。既に説明したように、制御部70の駆動回路75と、第1磁性層11と、の間の電流経路上に、第1スイッチSw1(例えばトランジスタ)が設けられる。一方、駆動回路75と第2磁性層12との間の電流経路上に、第2スイッチSw2(例えばトランジスタ)が設けられる。これらのスイッチは、制御部70に含まれる。駆動回路75と第2磁性層12とは、第2配線70bにより電気的に接続される。
The
制御部70は、第1動作(第1書き込み動作)において、第1電流Iw1(第1書き込み電流)を第1導電層21に供給する。これにより、第1状態が形成される。1つの例において、第1電流Iw1は、第1領域21aから第4領域21dへの電流である。制御部70は、第2動作(第2書き込み動作)において、第2電流Iw2(第2書き込み電流)を第1導電層21に供給する。これにより、第2状態が形成される。1つの例において、第2書き込み電流Iw2は、第4領域21dから第1領域21aへの電流である。
The
この場合も、第1動作後(第1状態)における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の第1電気抵抗は、第2動作後(第2状態)における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の第2電気抵抗とは異なる。
Also in this case, the first electrical resistance between the first
制御部70が第1電流Iw1を第1導電層21に供給したときに、第2積層体SB2において第3状態が形成される。制御部70が第2電流Iw2を第1導電層21に供給したときに、第2積層体SB2において第4状態が形成される。第3状態における第2磁性層12と第1導電層21(第1領域21a)との間の第3電気抵抗は、第4状態における第2磁性層12と第1導電層21(第1領域21a)との間の第4電気抵抗とは異なる。
When the
この電気抵抗の差は、例えば、第3状態と第4状態との間における、磁化12cMの状態の差に基づく。
This difference in electric resistance is based on, for example, the difference in the state of the
制御部70は、読み出し動作において、第2磁性層12と第1導電層21(第1領域21a)との間の電気抵抗に応じた特性(電圧または電流などでも良い)を検出しても良い。
The
上記の第1スイッチSw1及び第2スイッチSw2の動作により、第1積層体SB1(第1メモリセル)及び第2積層体SB2(第2メモリセル)のいずれかが選択される。所望のメモリセルについての書き込み動作及び読み出し動作が行われる。制御部70による動作の例については後述する。
One of the first stacked body SB1 (first memory cell) and the second stacked body SB2 (second memory cell) is selected by the operation of the first switch Sw1 and the second switch Sw2 described above. A write operation and a read operation for a desired memory cell are performed. An example of the operation of the
磁気記憶装置120は、第3金属層33を含む。第3金属層33が設けられると、第2積層体SB2の放熱性が向上する。第1金属層31と第3金属層33との間に第1絶縁部41が設けられることで、第2積層体SB2への書き込み動作をより安定して行える。
The
図4(a)、図4(b)、図5(a)、図5(b)、図6(a)、及び図6(b)は、第1実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を表す模式的斜視断面図である。 FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 6A, and FIG. 6B are manufacturing steps of the magnetic memory device according to the first embodiment. It is a typical perspective sectional view showing.
基体20sの上に、導電膜21F(第1導電膜)を形成する。導電膜21Fの上に、導電膜22F(第2導電膜)を形成する。導電膜22Fの上に、磁性膜MF1(第1磁性膜)を形成する。磁性膜MF1の上に、非磁性膜NFを形成する。非磁性膜NFの上に、磁性膜MF2(第2磁性膜)を形成する。これにより、図4(a)に示す積層膜SFが形成される。
The
導電膜21Fは、第1金属を含む。導電膜22Fは、第2金属を含む。磁性膜MF1及び磁性膜MF2は、例えば、Fe、Co及びNiからなる群より選択された少なくとも1つの第1元素を含む。非磁性膜NFは、例えば、MgO、CaO、SrO、TiO、VO、NbO及びAl2O3からなる群より選択された少なくとも1つを含む。
The
積層膜SFの上に、フォトリソグラフィ法を用いて複数のレジストR1を形成する。複数のレジストR1は、X軸方向において互いに離れ、Y方向に延びている。複数のレジストR1をマスクとして用いて、磁性膜MF2の一部、非磁性膜NFの一部、及び磁性膜MF1の一部、及び導電膜22Fの一部を除去する。これにより、図4(b)に示すように、溝Tr1を形成する。この工程により、複数の積層膜SFaが形成される。積層膜SFaは、導電膜22Fa、磁性膜MF1a、非磁性膜NFa、及び磁性膜MF2aを含む。
A plurality of resists R1 are formed on the stacked film SF by using a photolithography method. The plurality of resists R1 are separated from each other in the X-axis direction and extend in the Y-direction. Using the plurality of resists R1 as a mask, part of the magnetic film MF2, part of the non-magnetic film NF, part of the magnetic film MF1, and part of the
金属を含む膜の表面に選択的に金属材料を堆積させる、Selective Atomic Layer Deposition(選択ALD)を行う。選択ALDでは、まず、導電性の膜の表面にのみ前駆体(プリカーサ)を付着させる。次に、前駆体と反応するガスを積層膜に供給する。ガスは、例えば第2金属を含む。Ptを含む金属材料を堆積させる場合、プリカーサは、例えば、MeCpPtMe3(Trimethyl(methylcyclopentadienyl)platinum)を含む。Ruを含む金属材料を堆積させる場合、プリカーサは、例えば、Ru(EtCp)2(Ru(C2H5C5H4)),2EBECH-Ru(ethylbenzyl) (1-ethyl-1,4-cyclohexadienyl)Ru、及びC16H22Ruの少なくともいずれかを含む。これにより、図5(a)に示すように、溝Tr1を通して露出した導電膜21Fの上面、導電膜22Faの側面、及び磁性膜MF1aの側面に、金属膜31F(第1金属膜)が形成される。複数の磁性膜MF2aの1つの側面に、金属膜32F(第2金属膜)が形成される。複数の磁性膜MF2aの別の1つの側面に、金属膜33F(第3金属膜)が形成される。
Selective Atomic Layer Deposition (selective ALD) of selectively depositing a metal material on the surface of the film containing metal is performed. In selective ALD, first, a precursor (precursor) is attached only to the surface of a conductive film. Next, a gas that reacts with the precursor is supplied to the laminated film. The gas contains, for example, a second metal. When depositing a metal material containing Pt, the precursor contains, for example, MeCpPtMe 3 (Trimethyl(methylcyclopentadienyl)platinum). When depositing a metal material containing Ru, the precursor is, for example, Ru(EtCp) 2 (Ru(C 2 H 5 C 5 H 4 )), 2EBECH-Ru(ethylbenzyl) (1-ethyl-1,4-cyclohexadienyl). ) At least one of Ru and C 16 H 22 Ru is included. As a result, as shown in FIG. 5A, the
レジストR1を除去する。絶縁膜41Fを形成して溝Tr1を埋め込み、絶縁膜41Fの表面を平坦化する。絶縁膜41Fは、金属膜31Fと金属膜32Fとの間、金属膜31Fと金属膜33Fとの間、及び金属膜32Fと金属膜33Fとの間に形成される。図5(b)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、積層膜SFa及び絶縁膜41Fの上にレジストR2を形成する。
The resist R1 is removed. The insulating
図6(a)に示すように、レジストR2をマスクとして用いて、磁性膜MF2aの一部、非磁性膜NFaの一部、磁性膜MF1aの一部、導電膜22Faの一部、導電膜21Fの一部、金属膜31Fの一部、金属膜32Fの一部、及び金属膜33Fの一部を除去する。これにより、溝Tr2が形成される。
As shown in FIG. 6A, using the resist R2 as a mask, part of the magnetic film MF2a, part of the non-magnetic film NFa, part of the magnetic film MF1a, part of the conductive film 22Fa, and the
レジストR2を除去する。図6(b)に示すように、絶縁膜42Fを形成して溝Tr2を埋め込み、絶縁膜42Fの表面を平坦化する。これにより、図3に示す磁気記憶装置120が製造される。
The resist R2 is removed. As shown in FIG. 6B, the insulating
図7(a)及び図7(b)は、第1実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図7(a)に表した磁気記憶装置130は、第1接続部30a、第2接続部30b、及び第3接続部30cをさらに含む。第1接続部30a、第2接続部30b、及び第3接続部30cは、例えば、Cu、Ta、W、及びAlの少なくともいずれかを含む。
7A and 7B are schematic cross-sectional views illustrating another magnetic memory device according to the first embodiment.
The
第2接続部30bは、X軸方向において、第1接続部30aと第3接続部30cとの間に設けられる。X軸方向において第1接続部30aと第2接続部30bとの間には、絶縁部25が設けられる。X軸方向において第2接続部30bと第3接続部30cとの間には、別の絶縁部25が設けられる。
The second connecting
第1領域21aは、Z軸方向において、第1接続部30aと複数の第1金属層31の1つとの間に位置する。第2領域21bは、Z軸方向において、第2接続部30bと複数の第1金属層31の別の1つとの間に位置する。第4領域21dは、Z軸方向において、第3接続部30cと複数の第1金属層31のさらに別の1つとの間に位置する。
The
第1接続部30a、第2接続部30b、及び第3接続部30cは、第1導電層21と電気的に接続される。第1接続部30a、第2接続部30b、及び第3接続部30cは、例えば、制御部70と電気的に接続される。
The first connecting
図7(b)に表した磁気記憶装置140のように、第1導電層21は、X軸方向において複数設けられても良い。複数の第1導電層21の1つは、Z軸方向において、絶縁部25と第1積層体SB1との間に設けられる。
As in the
複数の第1導電層21の前記1つは、例えば、第1側端部21s1、第1重畳部21o1、及び部第2側端部21s2を含む。
The one of the plurality of first
第1側端部21s1は、Z軸方向において、第1接続部30aと複数の第1金属層31の1つとの間に位置する。複数の第1金属層31の前記1つは、例えば、第1接続部30a及び第1側端部21s1と接触する。これにより、第1接続部30aと第1側端部21s1との間の電気的接続の信頼性を向上できる。
The first side end 21s1 is located between the first connecting
第2側端部21s2は、Z軸方向において、第2接続部30bと複数の第1金属層31の別の1つとの間に位置する。複数の第1金属層31の前記別の1つは、例えば、第2接続部30b及び第2側端部21s2と接触する。これにより、第2接続部30bと第2側端部21s2との間の電気的接続の信頼性を向上できる。
The second side end 21s2 is located between the
第1重畳部21o1は、Z軸方向において、第2導電層22及び第1積層体SB1と重なる。第1重畳部21o1のZ軸方向における長さは、第1側端部21s1のZ軸方向における長さよりも長く、第2側端部21s2のZ軸方向における長さよりも長い。
The first overlapping portion 21o1 overlaps the second
複数の第1導電層21の別の1つは、Z軸方向において、別の絶縁部25と第2積層体SB2との間に設けられる。複数の第1導電層21の前記別の1つは、例えば、第3側端部21s3、第2重畳部21o2、及び部第4側端部21s4を含む。
Another one of the plurality of first
第3側端部21s3は、Z軸方向において、第2接続部30bと複数の第1金属層31の別の1つとの間に位置する。第4側端部21s4は、Z軸方向において、第3接続部30cと複数の第1金属層31のさらに別の1つとの間に位置する。第2重畳部21o2は、Z軸方向において、別の第2導電層22及び第2積層体SB2と重なる。第2重畳部21o2のZ軸方向における長さは、第3側端部21s3のZ軸方向における長さよりも長く、第4側端部21s4のZ軸方向における長さよりも長い。
The third side end 21s3 is located between the
図8は、第2実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図8に示すように、磁気記憶装置210は、第2金属層32を含まない。磁気記憶装置210は、第1絶縁層51をさらに含む。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the magnetic memory device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 8, the
第1絶縁層51は、X軸方向において、第1金属層31と第2導電層22との間、第1金属層31と第1対向磁性層11cとの間、第1金属層31と第1非磁性層11iとの間、及び第1絶縁部41と第1磁性層11との間に設けられる。
In the X-axis direction, the first insulating
第1磁性層11から第1絶縁部41への方向は、X軸方向に沿う。第1磁性層11から第1金属層31への方向は、X軸方向には沿わない。第1磁性層11は、X軸方向において、第1絶縁層51を介して第1金属層31とは対向しない。
The direction from the first
第1絶縁層51は、例えば、第1絶縁領域51a及び第2絶縁領域51bを含む。第2絶縁領域51bは、X軸方向において、第1絶縁領域51aと第1金属層31との間及び第1絶縁領域51aと第1絶縁部41との間に位置する。
The first insulating
第1絶縁領域51aは、第3金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。第2絶縁領域51bは、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
The first
第1金属層31が設けられると、第1電流Iw1及び第2電流Iw2が流れる経路の電気抵抗を低減できる。
When the
例えば、第1金属層31がX軸方向において第1絶縁層51を介して第1磁性層11と対向すると、第1磁性層11と第1金属層31とによりキャパシタンスが構成される。高周波の第1電流Iw1又は第2電流Iw2を第1導電層21に供給した際、このキャパシタンスにより、電力の損失及び電流のリークが発生する。第1金属層31が第1磁性層11と対向しないことで、電力の損失及び電流のリークを抑制できる。
For example, when the
図8に示す例では、第1金属層31、第1絶縁部41、及び第1絶縁層51のそれぞれは、X軸方向において複数設けられる。第1積層体SB1及び複数の第1絶縁層51は、第1金属層31同士の間及び第1絶縁部41同士の間に設けられる。第1積層体SB1は、X軸方向において第1絶縁層51同士の間に設けられる。
In the example illustrated in FIG. 8, each of the
図9は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図9に示す磁気記憶装置220は、第2磁性層12、第2対向磁性層12c、第2非磁性層12i、及び第2絶縁層52をさらに含む。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating another magnetic memory device according to the second embodiment.
The
磁気記憶装置220における第2磁性層12、第2対向磁性層12c、及び第2非磁性層12iには、それぞれ、磁気記憶装置120における第2磁性層12、第2対向磁性層12c、及び第2非磁性層12iの構成が適用できる。
The second
複数の第1金属層31の1つは、X軸方向において、第1対向磁性層11cと第2対向磁性層12cとの間に位置する。複数の第1金属層31の当該1つは、第1端部31e1、中間部分31m、及び第2端部31e2を含む。第1端部31e1のX軸方向における位置は、第1対向磁性層11cのX軸方向における位置と、中間部分31mのX軸方向における位置と、の間にある。第2端部31e2のX軸方向における位置は、第2対向磁性層12cのX軸方向における位置と、中間部分31mのX軸方向における位置と、の間にある。中間部分31mのZ軸方向における長さは、例えば、第1端部31e1のZ軸方向における長さよりも短く、第2端部31e2のZ軸方向における長さよりも短い。
One of the plurality of first metal layers 31 is located between the first opposing
第2絶縁層52は、第1金属層31と第2対向磁性層12cとの間、第1金属層31と第2非磁性層12iとの間、及び第1絶縁部41と第2磁性層12との間に設けられる。第2絶縁層52は、例えば、第1絶縁層51と同様に、絶縁領域52a及び絶縁領域52bを含む。絶縁領域52bは、X軸方向において、絶縁領域52aと第1金属層31との間及び絶縁領域52aと第1絶縁部41との間に設けられる。絶縁領域52aは、第3金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。絶縁領域52bは、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
The second insulating
第5領域21eと第2対向磁性層12cとの間には、別の第2導電層22が設けられる。第3領域21cと第1対向磁性層11cとの間の第2導電層22は、第5領域21eと第2対向磁性層12cとの間の第2導電層22と繋がっていても良い。
Another second
図10(a)、図10(b)、図11(a)、図11(b)及び図12は、第2実施形態に磁気記憶装置の製造工程を表す模式的斜視断面図である。 FIG. 10A, FIG. 10B, FIG. 11A, FIG. 11B and FIG. 12 are schematic perspective sectional views showing the manufacturing process of the magnetic memory device according to the second embodiment.
図4(a)及び図4(b)に示す工程と同様の工程を行い、複数の積層膜SFaを形成する。このとき、磁性膜MF2の一部、非磁性膜NFの一部、及び磁性膜MF1の一部、及び導電膜22Fの一部を、Ar等のイオンビームの照射により除去する。除去する際に、飛散した原子の一部が、積層膜SFaの側面に付着する。これにより、図10(a)に示すように、積層膜SFaの側面に、再堆積膜RFが形成される。
The same steps as those shown in FIGS. 4A and 4B are performed to form a plurality of laminated films SFa. At this time, part of the magnetic film MF2, part of the non-magnetic film NF, part of the magnetic film MF1, and part of the
再堆積膜RFは、例えば、導電膜22Fに含まれる第3金属を含む。再堆積膜RFは、Fe、Co、及びNiからなる群から選択された少なくとも1つをさらに含んでいても良い。
The redeposition film RF includes, for example, the third metal contained in the
図10(b)に示すように、再堆積膜RFを酸化又は窒化し、絶縁膜IF1を形成する。このとき、露出した導電膜21Fの一部が酸化又は窒化され、絶縁領域IR1が形成される。
As shown in FIG. 10B, the redeposition film RF is oxidized or nitrided to form the insulating film IF1. At this time, a part of the exposed
Ar等のイオンビームを絶縁領域IR1に照射し、絶縁領域IR1を除去する。除去する際に、飛散した原子の一部が、絶縁膜IF1に付着する。これにより、図11(a)に示すように、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む絶縁膜IF2が形成される。 The insulating region IR1 is irradiated with an ion beam of Ar or the like to remove the insulating region IR1. During the removal, some of the scattered atoms adhere to the insulating film IF1. Thus, as shown in FIG. 11A, the insulating film IF2 including the first metal and at least one selected from the group consisting of oxygen and nitrogen is formed.
ALD法を用いて、図11(b)に示すように、金属膜31Fを形成する。金属膜31Fは、例えば、露出した導電膜21Fの表面、及び絶縁膜IF2の表面に形成される。
Using the ALD method, the
金属膜31Fの一部は、X軸方向において、絶縁膜IF1及び絶縁膜IF2を介して、磁性膜MF2aと対向する。例えば、Z軸方向に対して傾斜した方向から金属膜31Fにイオンビームを照射し、図12に示すように、金属膜31Fの当該一部を除去する。以降は、図5(b)、図6(a)、及び図6(b)に示す工程と同様の工程を行うことで、図9に示す磁気記憶装置220が製造される。
A part of the
図13(a)、図13(b)、図14(a)、図14(b)、図15(a)、及び図15(b)は、第2実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図13(a)に示す磁気記憶装置230では、第1磁性層11の一部が、X軸方向において、第1絶縁層51を介して第1金属層31と対向している。第1磁性層11の別の一部は、X軸方向において、第1絶縁層51を介して第1絶縁部41と対向している。
13(a), 13(b), 14(a), 14(b), 15(a), and 15(b) show another magnetic storage device according to the second embodiment. It is a typical sectional view which illustrates.
In the
第2磁性層12の一部は、X軸方向において、第2絶縁層52を介して第1金属層31と対向している。第2磁性層12の別の一部は、X軸方向において、第2絶縁層52を介して第1絶縁部41と対向している。
A part of the second
第1絶縁層51は、第3絶縁領域51cをさらに含む。第3絶縁領域51cは、X軸方向において、第2絶縁領域51bと第1金属層31との間及び第2絶縁領域51bと第1絶縁部41との間に設けられる。第3絶縁領域51cは、例えば、Siと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
The first insulating
第1磁性層11の一部及び第2磁性層12の一部が第1金属層31と対向している場合でも、第1絶縁層51が設けられることで、第1金属層31から第1磁性層11への通電及び第1金属層31から第2磁性層12への通電を抑制できる。
Even when a part of the first
例えば、第1絶縁層51の少なくとも一部のX軸方向における長さは、第1非磁性層11iのZ軸方向における長さの2倍以上であり、第2非磁性層12iのZ軸方向における長さの2倍以上である。これにより、第1金属層31と第1磁性層11との間の通電及び第1金属層31と第2磁性層12との間の通電をさらに抑制できる。
For example, the length in the X-axis direction of at least a portion of the first insulating
図13(b)に示す磁気記憶装置240のように、X軸方向において第1金属層31と第1絶縁層51との間及び第1金属層31と第2絶縁層52との間に、第1絶縁部41の一部が設けられても良い。第1金属層31のX軸方向における長さは、第1絶縁部41のX軸方向における長さよりも短い。
As in the
図14(a)に示す磁気記憶装置250のように、第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62が設けられても良い。第1絶縁膜61は、例えば、第1絶縁層51と繋がっている。第1絶縁膜61は、Z軸方向において第1端部31e1と第1導電層21との間に設けられる。第2絶縁膜62は、例えば、第2絶縁層52と繋がっている。第2絶縁膜62は、Z軸方向において第2端部31e2と第1導電層21との間に設けられる。第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62は、例えば、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
As in the
図14(b)に示す磁気記憶装置260のように、X軸方向において第1金属層31と第1絶縁層51との間及び第1金属層31と第2絶縁層52との間に、第1絶縁部41が設けられても良い。第1絶縁膜61の一部及び第2絶縁膜62の一部は、Z軸方向において、第1絶縁部41と重なる。
As in the
第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62が設けられる場合であっても、第1金属層31が設けられることで、磁気記憶装置260の電気抵抗を低減でき、放熱性を向上させることができる。
Even when the first insulating
図15(a)に表した磁気記憶装置270は、第1接続部30a、第2接続部30b、及び第3接続部30cをさらに含む。
The
第2接続部30bは、X軸方向において、第1接続部30aと第3接続部30cとの間に設けられる。X軸方向において第1接続部30aと第2接続部30bとの間には、絶縁部25が設けられる。X軸方向において第2接続部30bと第3接続部30cとの間には、別の絶縁部25が設けられる。
The second connecting
第1領域21aは、Z軸方向において、第1接続部30aと複数の第1金属層31の1つとの間に位置する。第2領域21bは、Z軸方向において、第2接続部30bと複数の第1金属層31の別の1つとの間に位置する。第4領域21dは、Z軸方向において、第3接続部30aと複数の第1金属層31のさらに別の1つとの間に位置する。
The
図15(b)に表した磁気記憶装置280のように、第1導電層21は、X軸方向において複数設けられても良い。
As in the
複数の第1導電層21の1つは、例えば、第1側端部21s1、第1重畳部21o1、及び部第2側端部21s2を含む。複数の第1導電層21の別の1つは、例えば、第3側端部21s3、第2重畳部21o2、及び部第4側端部21s4を含む。
One of the plurality of first
複数の第1金属層31の1つは、例えば、第1接続部30a及び第1側端部21s1と接触する。これにより、第1接続部30aと第1側端部21s1との間の電気的接続の信頼性を向上できる。
One of the plurality of
複数の第1金属層31の別の1つは、例えば、第2接続部30b及び第2側端部21s2と接触する。これにより、第2接続部30bと第2側端部21s2との間の電気的接続の信頼性を向上できる。
Another one of the plurality of
磁気記憶装置270及び280において、磁気記憶装置240及び260と同様に、第1絶縁部41の一部が、X軸方向において、第1金属層31と第1絶縁層51との間及び第1金属層31と第2絶縁層52との間に設けられても良い。磁気記憶装置270及び280は、磁気記憶装置250及び260と同様に、第1絶縁膜61及び第2絶縁膜62をさらに含んでも良い。
In the
図16、図17(a)、及び図17(b)は、第3実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図18は、第3実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図16は、図18のA1−A2断面図である。図17(a)は、図18のB1−B2断面図である。図17(b)は、図18のC1−C2断面図である。図18では、第1絶縁部41と、第2絶縁部42の一部と、が省略されている。
FIGS. 16, 17A, and 17B are schematic cross-sectional views illustrating the magnetic memory device according to the third embodiment.
FIG. 18 is a schematic perspective view illustrating the magnetic memory device according to the third embodiment.
16 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. FIG. 17A is a B1-B2 sectional view of FIG. FIG. 17B is a C1-C2 sectional view of FIG. In FIG. 18, the first insulating
例えば、磁気記憶装置310は、図17(a)に示すように、第3絶縁層53をさらに含む。第3絶縁層53は、第3絶縁領域53c及び第4絶縁領域53dを含む。第4絶縁領域53dは、Y軸方向において、第3絶縁領域53cと第2絶縁部42との間に位置する。
For example, the
第3絶縁領域53cは、第3金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。第4絶縁領域53dは、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
The third
磁気記憶装置310では、図17(b)及び図18に示すように、第1金属層31のY軸方向における長さL1が、第1導電層21のY軸方向における長さL2よりも長い。例えば、長さL1は、第1対向磁性層11c、第1非磁性層11i、又は第1磁性層11のY軸方向における長さL3よりも長い。例えば、長さL1は、第2対向磁性層12c、第2非磁性層12i、又は第2磁性層12のY軸方向における長さL4よりも長い。長さL1が長さL2よりも長いことで、磁気記憶装置310の放熱性を向上できる。
In the
例えば、第1金属層31は、図17(b)に示すように、第1金属部分31a及び第2金属部分31bを含む。第2金属部分31bは、Z軸方向において、第1導電層21と第1金属部分31aとの間に位置する。第1金属部分31aのY軸方向における長さは、第2金属部分31bのY軸方向における長さよりも長い。第2金属部分31bのY軸方向における長さは、例えば、長さL2と実質的に同じである。
For example, the
図19(a)及び図19(b)は、第3実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図19(a)は、図18のD1−D2断面の一例を示す。図19(b)は、図17のD1−D2断面の別の一例を示す。
19A and 19B are schematic cross-sectional views illustrating the magnetic memory device according to the third embodiment.
FIG. 19A shows an example of a D1-D2 cross section of FIG. FIG. 19B shows another example of the D1-D2 cross section of FIG.
図19(a)に示すように、磁気記憶装置310では、磁気記憶装置110と同様に、第1対向磁性層11cは、第1辺s1を有する。複数の第1金属層31の1つは、第2辺s2を有する。第1辺s1及び第2辺s2は、Y軸方向に沿う。第2辺s2のY軸方向における長さは、第1辺s1のY軸方向における長さよりも長い。
As shown in FIG. 19A, in the
例えば、第1対向磁性層11cは、第3辺s3をさらに有する。複数の第1金属層31の別の1つは、第4辺s4を有する。第3辺s3及び第4辺s4は、Y軸方向に沿う。第4辺s4のY軸方向における長さは、第3辺s3のY軸方向における長さよりも長い。
For example, the first opposing
第1辺s1〜第4辺s4がY軸方向に沿うことで、第1対向磁性層11cを局所的に流れる電流i1〜i3の大きさのばらつきをさらに小さくできる。これにより、例えば、第1積層体SB1への書き込み動作をより安定して行える。
Since the first side s1 to the fourth side s4 are along the Y-axis direction, it is possible to further reduce the variation in the magnitude of the currents i1 to i3 locally flowing through the first opposing
例えば、第2対向磁性層12cは、辺s5を有する。複数の第1金属層31の別の1つは、辺s6を有する。辺s5及び辺s6は、Y軸方向に沿う。例えば、第2対向磁性層12cは、辺s7をさらに有する。複数の第1金属層31のさらに別の1つは、辺s8を有する。辺s7及び辺s8は、Y軸方向に沿う。
For example, the second opposing
辺s5〜辺s8がY軸方向に沿うことで、第2対向磁性層12cを局所的に流れる電流i4〜i6の大きさのばらつきをさらに小さくできる。これにより、例えば、第2積層体SB2への書き込み動作をより安定して行える。
Since the sides s5 to s8 are along the Y-axis direction, it is possible to further reduce the variation in the magnitude of the currents i4 to i6 locally flowing in the second opposing
図19(b)に示すように、第1辺s1〜第4辺s4及び辺s5〜辺s8は、X軸方向及びY軸方向と交差しても良い。例えば、第1辺s1〜第4辺s4のそれぞれの少なくとも一部は、互いに平行である。辺s5〜辺s8のそれぞれの少なくとも一部は、互いに平行である。 As shown in FIG. 19B, the first side s1 to the fourth side s4 and the sides s5 to s8 may intersect with the X-axis direction and the Y-axis direction. For example, at least a part of each of the first side s1 to the fourth side s4 is parallel to each other. At least a part of each of the sides s5 to s8 is parallel to each other.
図20(a)、図20(b)、図21(a)、図21(b)は、第3実施形態に磁気記憶装置の製造工程を表す模式的斜視断面図である。 20(a), 20(b), 21(a), and 21(b) are schematic perspective sectional views showing a manufacturing process of the magnetic memory device according to the third embodiment.
図4(a)に示す積層膜SFを基体20sの上に形成する。図20(a)に示すように、X軸方向に延びる溝Tr1を、Y軸方向において複数形成する。これにより、X軸方向に延びる積層膜SFが形成される。
The laminated film SF shown in FIG. 4A is formed on the
溝Tr1を形成する際、例えば、Ar等のイオンビームを用いる。磁性膜MF2の一部、非磁性膜NFの一部、及び磁性膜MF1の一部、及び導電膜22Fの一部を、除去する際、再堆積した材料により、例えば、絶縁膜IF1及び絶縁膜IF2が形成される。絶縁膜IF1は、第3金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。絶縁膜IF2は、第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む。
When forming the trench Tr1, for example, an ion beam of Ar or the like is used. When a part of the magnetic film MF2, a part of the non-magnetic film NF, a part of the magnetic film MF1 and a part of the
図20(b)に示すように、溝Tr1を絶縁膜42Fで埋め込む。積層膜SF及び絶縁膜42Fの上に、Y軸方向に延びるレジストR1を形成する。レジストR1は、X軸方向において複数形成する。
As shown in FIG. 20B, the trench Tr1 is filled with the insulating
レジストR1をマスクとして用いて、図21(a)に示すように、積層膜SFの一部及び絶縁膜IF1の一部を除去し、溝Tr2を形成する。これにより、導電膜21Fの上に、複数の積層膜SFaが形成される。溝Tr2を通して、導電膜21Fの表面の一部が露出する。
Using the resist R1 as a mask, as shown in FIG. 21A, a part of the laminated film SF and a part of the insulating film IF1 are removed to form a trench Tr2. As a result, a plurality of laminated films SFa are formed on the
溝Tr2を形成する際、図10(a)、図10(b)、及び図11(a)に示す工程と同様の工程を行うことで、積層膜SFbの側面に、絶縁膜IF3及び絶縁膜IF4を形成する。 When forming the trench Tr2, by performing the same steps as the steps shown in FIGS. 10A, 10B, and 11A, the insulating film IF3 and the insulating film IF3 are formed on the side surface of the stacked film SFb. Form IF4.
選択ALDを行う。これにより、図21(b)に示すように、露出した導電膜21Faの表面に、選択的に金属膜31Fが形成される。形成された金属膜31FのY軸方向における長さは、導電膜21FaのY軸方向における長さよりも長い。溝Tr2を絶縁膜で埋め込むことで、磁気記憶装置310が製造される。
Perform selective ALD. As a result, as shown in FIG. 21B, the
図22(a)及び図22(b)は、第3実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。 22A and 22B are schematic cross-sectional views illustrating another magnetic memory device according to the third embodiment.
図22(a)に示す磁気記憶装置320では、第1金属層31は、第3端部31e3、第4端部31e4、及び中間部分31mを含む。第3端部31e3から第4端部31e4への方向は、Y軸方向に沿う。中間部分31mは、第3端部31e3と第4端部31e4との間に位置する。
In the
中間部分31mのZ軸方向における長さは、第3端部31e3のZ軸方向における長さよりも短く、第4端部31e4のZ軸方向における長よりも短い。第1金属層31の一部(第2領域21bの一部)は、Y軸方向において、第3端部31e3の一部と、第4端部31e4の一部と、の間に設けられる。
The length of the
又は、図22(b)に示す磁気記憶装置320のように、第1導電層21と第1金属層31との接触面のZ軸方向における位置が、第1金属層31と第2絶縁部42の接触面のZ軸方向における位置と同じであっても良い。
Alternatively, as in the
図22(a)及び図22(b)に示す磁気記憶装置320及び磁気記憶装置330によれば、磁気記憶装置310と同様に、放熱性を向上できる。
According to the
以下、本実施形態に係る磁気記憶装置の動作の例について説明する。
既に説明したように、制御部70は、第1積層体SB1(第1磁性層11)及び第2積層体SB2(第2磁性層12)と、電気的に接続されている。第1積層体SB1に情報を書き込むときには、第1磁性層11に所定の選択電圧が印加される。このとき、第2積層体SB2には、非選択電圧が印加される。一方、第2積層体SB2に情報を書き込むときには、第2磁性層12に所定の選択電圧が印加される。このとき、第1積層体SB1には、非選択電圧が印加される。0ボルトの電圧の印加も、「電圧の印加」に含まれる。選択電圧の電位は、非選択電圧の電位とは異なる。
Hereinafter, an example of the operation of the magnetic storage device according to the present embodiment will be described.
As described above, the
例えば、制御部70は、第1書き込み動作において、第1磁性層11を、第2磁性層12の電位(例えば、非選択電位)とは異なる電位(例えば、選択電位)に設定する。制御部70は、第2書き込み動作において、第1磁性層11を、第2磁性層12の電位(例えば、非選択電位)とは異なる電位(例えば、選択電位)に設定する。
For example, the
例えば、制御部70は、第3書き込み動作において、第2磁性層12を、第1磁性層11の電位(例えば、非選択電位)とは異なる電位(例えば、選択電位)に設定する。制御部70は、第4書き込み動作において、第2磁性層12を、第1磁性層11の電位(例えば、非選択電位)とは異なる電位(例えば、選択電位)に設定する。
For example, the
このような電位の選択は、例えば、第1スイッチSw1及び第2スイッチSw2の動作により行われる。 The selection of such a potential is performed, for example, by the operation of the first switch Sw1 and the second switch Sw2.
以下、このような動作の例について説明する。 Hereinafter, an example of such an operation will be described.
図23(a)、図23(b)、図24(a)、及び図24(b)は、実施形態に係る磁気記憶装置における動作を例示する模式的断面図である。
図23(a)に示すように、制御部70と第1磁性層11とが、第1配線70aにより電気的に接続される。制御部70と第2磁性層12とが、第2配線70bにより電気的に接続される。この例では、第1配線70a上に第1スイッチSw1が設けられている。第2配線70b上に第2スイッチSw2が設けられている。制御部70が、第1配線70aの電位を制御することで、第1磁性層11の電位が制御される。第1配線70aにおける電位の変化は実質的に小さい。このため、第1配線70aの電位を、第1磁性層11の電位と見なすことができる。同様に、第2配線70bの電位を、第2磁性層12の電位と見なすことができる。以下では、第1磁性層11の電位は、第1配線70aの電位と同じとみなす。以下では、第2磁性層12の電位は、第2配線70bの電位と同じとみなす。
23A, 23B, 24A, and 24B are schematic cross-sectional views illustrating the operation of the magnetic memory device according to the embodiment.
As shown in FIG. 23A, the
以下の例では、第1磁性層11の磁化11M、及び、第2磁性層12の磁化12Mは、+Y方向である。これらの磁化は、固定されている。
In the following example, the
図23(a)に示すように、第1動作OP1において、制御部70は、第1導電層21の第1領域21aを電位V0に設定する。電位V0は、例えば、グランド電位である。第1動作OP1において、制御部70は、第1磁性層11を第1電圧V1に設定する。すなわち、制御部70は、第1動作OP1において、第1領域21aと第1磁性層11との間の第1電位差を第1電圧V1とする。第1電圧V1は、例えば、選択電圧である。
As shown in FIG. 23A, in the first operation OP1, the
一方、制御部70は、第1動作OP1において、第2磁性層12を第2電圧V2とする。すなわち、制御部70は、第1動作OP1において、第1領域21aと第2磁性層12との間の第2電位差を第2電圧V2とする。第2電圧V2は、例えば、非選択電圧である。第2電圧V2は、第1電圧V1とは異なる。例えば、第1電圧V1の絶対値は、第2電圧V2の絶対値よりも大きい。例えば、第1電圧V1の極性は、第2電圧V2の極性とは異なる。
On the other hand, the
第1動作OP1において、制御部70は、第1導電層21に第1電流Iw1を供給する。第1電流Iw1は、第1領域21aから第4領域21dへの向きを有する。
In the first operation OP1, the
第1動作OP1において、例えば、選択状態の第1対向磁性層11cの磁化11cMは、+Y方向に向く。これは、第1導電層21からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第2対向磁性層12cの磁化12cMは、実質的に変化しない。この例では、磁化12cMは、初期状態(この例では+Y方向)を維持する。
In the first operation OP1, for example, the magnetization 11cM of the first opposing
図23(b)に示すように、第2動作OP2において、制御部70は、第1導電層21の第1領域21aを電位V0に設定する。制御部70は、第2動作OP2において、第1領域21aと第1磁性層11との間の第1電位差を第1電圧V1とする。制御部70は、第2動作OP2において、第1領域21aと第2磁性層12との間の第2電位差を第2電圧V2とする。第2動作OP2において、制御部70は、第1導電層21に第2電流Iw2を供給する。第2電流Iw2は、第4領域21dから第1領域21aへの向きを有する。
As shown in FIG. 23B, in the second operation OP2, the
このときに、選択状態の第1対向磁性層11cの磁化11cMは、例えば、−Y方向に変化する。これは、第1導電層21からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第2対向磁性層12cの磁化12cMは、実質的に変化しない。この例では、磁化12cMは、初期状態(この例では+Y方向)を維持する。
At this time, the magnetization 11cM of the first opposing
第1動作OP1の後における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の電気抵抗を第1電気抵抗とする。第2動作OP2の後における第1磁性層11と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の電気抵抗を第2電気抵抗とする。第1電気抵抗は、第2電気抵抗とは異なる。この例では、第1電気抵抗は、第2電気抵抗よりも低い。
The electrical resistance between the first
一方、上記の第1動作OP1の後における第2磁性層12と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の電気抵抗を第3電気抵抗とする。上記の第2動作OP2の後における第2磁性層12と第1導電層21(例えば第1領域21a)との間の電気抵抗を第4電気抵抗とする。第3電気抵抗は、第4電気抵抗と実質的に同じである。これは、第2対向磁性層12cの磁化12cMが実質的に変化しないためである。
On the other hand, the electrical resistance between the second
このように、実施形態においては、第1電気抵抗と第2電気抵抗との差の絶対値は、第3電気抵抗と第4電気抵抗との差の絶対値よりも大きい。 Thus, in the embodiment, the absolute value of the difference between the first electric resistance and the second electric resistance is larger than the absolute value of the difference between the third electric resistance and the fourth electric resistance.
このように、選択状態の第1積層体SB1において、第1電流Iw1または第2電流Iw2により電気抵抗の変化が形成される。すなわち、情報の書き込みが行われる。一方、非選択状態の第2積層体SB2においては、第1電流Iw1または第2電流Iw2による電気抵抗の変化が形成されない。 As described above, in the selected first stacked body SB1, a change in electric resistance is formed by the first current Iw1 or the second current Iw2. That is, information is written. On the other hand, in the second stacked body SB2 in the non-selected state, the change in electric resistance due to the first current Iw1 or the second current Iw2 is not formed.
図24(a)に示す第3動作OP3の例では、第1積層体SB1が、非選択状態とされ、第2積層体SB2が選択状態とされる。制御部70は、第1動作OP1において、第1領域21aと第1磁性層11との間の第1電位差を第1電圧V1とする(図23(a)参照)。一方、制御部70は、第2動作OP2において、第1電位差を第1電圧V1とする(図23(b)参照)。図24(a)に示すように、制御部70は、第3動作OP3において、第1領域21aと第1磁性層11との間の第1電位差を第2電圧V2(非選択電圧)とする。制御部70は、第3動作OP3において、第1電流Iw1を第1導電層21に供給する。
In the example of the third operation OP3 illustrated in FIG. 24A, the first stacked body SB1 is in the non-selected state and the second stacked body SB2 is in the selected state. In the first operation OP1, the
このとき、非選択状態の第1対向磁性層11cの磁化11cMは、図23(a)の状態と同じである。一方、選択状態の第2対向磁性層12cの磁化12cMは、図23(a)の状態から変化する。
At this time, the magnetization 11cM of the first opposing
図24(b)に示す第4動作OP4においても、第1積層体SB1が、非選択状態とされ、第2積層体SB2が選択状態とされる。制御部70は、第4動作OP4において、第1電位差を第2電圧V2とする。制御部70は、第4動作OP4において、第2電流Iw2を第1導電層21に供給する。
Also in the fourth operation OP4 shown in FIG. 24B, the first stacked body SB1 is in the non-selected state and the second stacked body SB2 is in the selected state. In the fourth operation OP4, the
非選択状態である第1積層体SB1においては、第3動作OP3と第4動作OP4との間で、電気抵抗は実質的に同じである。一方、選択状態である第2積層体SB2においては、第3動作OP3と第4動作OP4との間で、電気抵抗は変化する。 In the first stacked body SB1 in the non-selected state, the electrical resistance is substantially the same between the third operation OP3 and the fourth operation OP4. On the other hand, in the selected second stacked body SB2, the electrical resistance changes between the third operation OP3 and the fourth operation OP4.
このように、第1動作OP1の後の第1電気抵抗と、第2動作OP2の後の第2電気抵抗との差の絶対値は、第3動作OP3の後における第1磁性層11と第1領域21aとの間の電気抵抗と、第4動作OP4の後における第1磁性層11と第1領域21aとの間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
As described above, the absolute value of the difference between the first electric resistance after the first operation OP1 and the second electric resistance after the second operation OP2 is equal to that of the first
複数の積層体は、複数のメモリセルにそれぞれ対応する。複数のメモリセルにおいて、互いに異なる情報が記憶されることが可能である。複数のメモリセルに情報を記憶する際に、例えば、複数のメモリセルに「1」及び「0」の一方を記憶した後に、複数のメモリセルのうちの所望のいくつかに「1」及び「0」の他方を記憶しても良い。例えば、複数のメモリセルの1つに「1」及び「0」の一方を記憶した後に、複数のメモリセルの別の1つに「0」及び「0」の一方を記憶しても良い。 The plurality of stacked bodies respectively correspond to the plurality of memory cells. Different information can be stored in a plurality of memory cells. When storing information in a plurality of memory cells, for example, after storing one of "1" and "0" in the plurality of memory cells, "1" and " The other "0" may be stored. For example, one of “1” and “0” may be stored in one of the plurality of memory cells, and then one of “0” and “0” may be stored in another one of the plurality of memory cells.
上記において、第1領域21a及び第4領域21dは、互いに入れ替えが可能である。例えば、上記の電気抵抗は、第1磁性層11と第4領域21dとの間の電気抵抗でも良い。上記の電気抵抗は、第2磁性層12と第4領域21dとの間の電気抵抗でも良い。
In the above, the
以下、別の動作の例について説明する。
図25(a)〜図25(c)は、実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図25(a)に示すように、実施形態にかかる磁気記憶装置120において、複数の積層体(第1積層体SB1及び第2積層体SB2)が設けられる。磁気記憶装置120においては、第1積層体SB1に流れる電流と、第2積層体SB2に流れる電流とは別である。
Hereinafter, an example of another operation will be described.
25A to 25C are schematic cross-sectional views illustrating the magnetic memory device according to the embodiment.
As shown in FIG. 25A, in the
第1積層体SB1は、Z軸方向において、第3領域21cと重なる。第2積層体SB2は、Z軸方向において、第5領域21eと重なる。
The first stacked body SB1 overlaps with the
例えば、第1端子T1が、第1導電層21の第1領域21aと電気的に接続される。第2端子T2が、第4領域21dと電気的に接続される。第3端子T3が、第2領域21bと電気的に接続される。第4端子T4が、第1磁性層11と電気的に接続される。第5端子T5が、第2磁性層12と電気的に接続される。
For example, the first terminal T1 is electrically connected to the
図25(a)に示すように、1つの動作QP1において、第1電流Iw1が、第1端子T1から第3端子T3に向けて流れ、第3電流Iw3が第2端子T2から第3端子T3に向けて流れる。第1積層体SB1の位置における電流(第1電流Iw1)の向きは、第2積層体SB2の位置における電流(第3電流Iw3)の向きと逆である。このような動作QP1において、第1積層体SB1の第1対向磁性層11cに作用するスピンホールトルクの向きは、第2積層体SB2の第2対向磁性層12cに作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
As shown in FIG. 25A, in one operation QP1, the first current Iw1 flows from the first terminal T1 toward the third terminal T3, and the third current Iw3 flows from the second terminal T2 to the third terminal T3. Flow toward. The direction of the current (first current Iw1) at the position of the first stacked body SB1 is opposite to the direction of the current (third current Iw3) at the position of the second stacked body SB2. In such an operation QP1, the direction of spin Hall torque acting on the first opposing
図25(b)に示す別の動作QP2において、第2電流Iw2が、第3端子T3から第1端子T1に向けて流れ、第4電流Iw4が第3端子T3から第2端子T2に向けて流れる。第1積層体SB1の位置における電流(第2電流Iw2)の向きは、第2積層体SB2の位置における電流(第4電流Iw4)の向きと逆である。このような動作QP2において、第1積層体SB1の第1対向磁性層11cに作用するスピンホールトルクの向きは、第2積層体SB2の第2対向磁性層12cに作用するスピンホールトルクの向きと逆になる。
In another operation QP2 shown in FIG. 25(b), the second current Iw2 flows from the third terminal T3 to the first terminal T1, and the fourth current Iw4 flows from the third terminal T3 to the second terminal T2. Flowing. The direction of the current (second current Iw2) at the position of the first stacked body SB1 is opposite to the direction of the current (fourth current Iw4) at the position of the second stacked body SB2. In such operation QP2, the direction of the spin Hall torque acting on the first opposing
図25(a)及び図25(b)に示すように、第2対向磁性層12cの磁化12cMの向きは、第1対向磁性層11cの磁化11cMの向きと逆である。一方、第2磁性層12の磁化12Mの向きは、第1磁性層11の磁化11Mの向きと同じである。このように、第1積層体SB1と第2積層体SB2との間で、反対の向きの磁化情報が記憶される。例えば、動作QP1の場合の情報(データ)が、”1”に対応する。例えば、動作QP2の場合の情報(データ)が、”0”に対応する。このような動作により、例えば、後述するように、読み出しが高速化できる。
As shown in FIGS. 25A and 25B, the direction of the magnetization 12cM of the second counter
動作QP1及び動作QP2において、第1対向磁性層11cの磁化11cMと、第1導電層21を流れる電子(偏極電子)のスピン電流と、が相互作用する。磁化11cMの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第1対向磁性層11cの磁化11cMは、歳差運動して、反転する。動作QP1及び動作QP2において、第2対向磁性層12cの磁化12cMの向きと、偏極電子のスピンの向きとは、平行または反平行の関係となる。第2対向磁性層12cの磁化12cMは、歳差運動して、反転する。
In the operation QP1 and the operation QP2, the magnetization 11cM of the first opposing
図25(c)は、磁気記憶装置120における読み出し動作を例示している。
読み出し動作QP3において、第4端子T4の電位を第4電位V4とする。そして、第5端子T5の電位を第5電位V5とする。第4電位V4は、例えば、接地電位である。第4電位V4と第5電位V5との間の電位差をΔVとする。複数の積層体のそれぞれにおける2つの電気抵抗を、高抵抗Rh及び低抵抗Rlとする。高抵抗Rhは、低抵抗Rlよりも高い。例えば、磁化11Mと磁化11cMとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Rhに対応する。例えば、磁化11Mと磁化11cMとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Rlに対応する。例えば、磁化12Mと磁化12cMとが反平行であるときの抵抗が、高抵抗Rhに対応する。例えば、磁化12Mと磁化12cMとが平行であるときの抵抗が、低抵抗Rlに対応する。
FIG. 25C illustrates the read operation in the
In the read operation QP3, the potential of the fourth terminal T4 is set to the fourth potential V4. Then, the potential of the fifth terminal T5 is set to the fifth potential V5. The fourth potential V4 is, for example, a ground potential. The potential difference between the fourth potential V4 and the fifth potential V5 is ΔV. Two electric resistances in each of the plurality of stacked bodies are a high resistance Rh and a low resistance Rl. The high resistance Rh is higher than the low resistance Rl. For example, the resistance when the
例えば、図25(a)に例示する動作QP1(”1”状態)において、第3端子T3の電位Vr1は、(1)式で表される。
Vr1={Rl/(Rl+Rh)}×ΔV …(1)
一方、図25(b)に例示する動作QP2(”0”状態)の状態において、第3端子T3の電位Vr2は、(2)式で表される。
Vr2={Rh/(Rl+Rh)}×ΔV …(2)
従って、”1”状態と”0”状態との間における、電位変化ΔVrは、(3)式で表される。
ΔVr=Vr2−Vr1={(Rh−Rl)/(Rl+Rh)}×ΔV …(3)
電位変化ΔVrは、第3端子T3の電位を測定することによって得られる。
For example, in the operation QP1 (“1” state) illustrated in FIG. 25A, the potential Vr1 of the third terminal T3 is represented by the expression (1).
Vr1={Rl/(Rl+Rh)}×ΔV (1)
On the other hand, in the state of the operation QP2 (“0” state) illustrated in FIG. 25B, the potential Vr2 of the third terminal T3 is represented by the expression (2).
Vr2={Rh/(Rl+Rh)}×ΔV (2)
Therefore, the potential change ΔVr between the “1” state and the “0” state is expressed by the equation (3).
ΔVr=Vr2-Vr1={(Rh-Rl)/(Rl+Rh)}×ΔV (3)
The potential change ΔVr is obtained by measuring the potential of the third terminal T3.
定電流を積層体(磁気抵抗素子)に供給して磁気抵抗素子の2つの磁性層の間の電圧(電位差)を測定する場合に比べて、上記の読み出し動作QP3においては、例えば、読み取り時の消費エネルギーを低減できる。上記の読み出し動作QP3においては、例えば、高速読み出しを行なうことができる。 Compared to the case where a constant current is supplied to the stacked body (magneto-resistive element) to measure the voltage (potential difference) between the two magnetic layers of the magneto-resistive element, in the above read operation QP3, for example, at the time of reading Energy consumption can be reduced. In the above read operation QP3, for example, high speed read can be performed.
上記の動作QP1及び動作QP2において、第4端子T4及び第5端子T5を用いて、第1対向磁性層11c及び第2対向磁性層12cのそれぞれの垂直磁気異方性を制御することができる。これにより、書込み電流を低減できる。例えば、書込み電流は、第4端子T4及び第5端子T5を用いないで書き込みを行う場合の書き込み電流の約1/2にできる。例えば、書込み電荷を低減できる。第4端子T4及び第5端子T5に加える電圧の極性と、垂直磁気異方性の増減と、の関係は、磁性層及び第1導電層21の材料に依存する。
In the above operation QP1 and operation QP2, the perpendicular magnetic anisotropy of each of the first opposing
図25(a)に示す動作QP1では、第2領域21bに、第1電流Iw1及び第3電流Iw3が供給される。図25(b)に示す動作QP2では、第2領域21bに、第2電流Iw2及び第4電流Iw4が供給される。動作QP1及びQP2において、第2領域21bを流れる電流密度は、第1領域21a又は第4領域21dを流れる電流密度よりも大きい。第2領域21bにおける発熱は、第1領域21aにおける発熱及び第4領域21dにおける発熱よりも大きい。第2領域21bとZ軸方向において並ぶ第1金属層31が設けられることで、第2領域21bにおける放熱性を向上できる。これにより、磁気記憶装置120の発熱を抑制し、磁気記憶装置120の耐久性を向上できる。
In the operation QP1 illustrated in FIG. 25A, the first current Iw1 and the third current Iw3 are supplied to the
図26(a)〜図26(c)は、実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
実施形態に係る別の磁気記憶装置に、第1端子T1〜第5端子T5が設けられ、動作QP1〜QP3が実施されても良い。例えば図26(a)に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置230に、第1端子T1〜第5端子T5が設けられる。
26A to 26C are schematic cross-sectional views illustrating another magnetic memory device according to the embodiment.
The first terminal T1 to the fifth terminal T5 may be provided in another magnetic memory device according to the embodiment, and the operations QP1 to QP3 may be performed. For example, as shown in FIG. 26A, the
図26(a)に示す動作QP1において、第1電流Iw1が、第1端子T1から第3端子T3に向けて流れ、第3電流Iw3が第2端子T2から第3端子T3に向けて流れる。
図26(b)に示す動作QP2において、第2電流Iw2が、第3端子T3から第1端子T1に向けて流れ、第4電流Iw4が第3端子T3から第2端子T2に向けて流れる。
図26(c)に示す読み出し動作QP3において、第4端子T4の電位を第4電位V4とする。そして、第5端子T5の電位を第5電位V5とする。
In the operation QP1 shown in FIG. 26A, the first current Iw1 flows from the first terminal T1 to the third terminal T3, and the third current Iw3 flows from the second terminal T2 to the third terminal T3.
In the operation QP2 shown in FIG. 26B, the second current Iw2 flows from the third terminal T3 toward the first terminal T1, and the fourth current Iw4 flows from the third terminal T3 toward the second terminal T2.
In the read operation QP3 shown in FIG. 26C, the potential of the fourth terminal T4 is set to the fourth potential V4. Then, the potential of the fifth terminal T5 is set to the fifth potential V5.
図27(a)〜図27(c)は、実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的断面図である。
図27(a)に示すように、実施形態に係る磁気記憶装置240に、第1端子T1〜第5端子T5が設けられても良い。図27(a)〜図27(c)に示す磁気記憶装置240の動作は、図25(a)〜図25(c)又は図26(a)〜図26(c)に示す磁気記憶装置の動作と実質的に同じである。
27A to 27C are schematic cross-sectional views illustrating another magnetic memory device according to the embodiment.
As shown in FIG. 27A, the
図27(a)に示す動作QP1において、第1電流Iw1が、第1端子T1から第3端子T3に向けて流れ、第3電流Iw3が第2端子T2から第3端子T3に向けて流れる。
図27(b)に示す動作QP2において、第2電流Iw2が、第3端子T3から第1端子T1に向けて流れ、第4電流Iw4が第3端子T3から第2端子T2に向けて流れる。
図27(c)に示す読み出し動作QP3において、第4端子T4の電位を第4電位V4とする。そして、第5端子T5の電位を第5電位V5とする。
In the operation QP1 shown in FIG. 27A, the first current Iw1 flows from the first terminal T1 to the third terminal T3, and the third current Iw3 flows from the second terminal T2 to the third terminal T3.
In the operation QP2 shown in FIG. 27B, the second current Iw2 flows from the third terminal T3 to the first terminal T1, and the fourth current Iw4 flows from the third terminal T3 to the second terminal T2.
In the read operation QP3 shown in FIG. 27C, the potential of the fourth terminal T4 is set to the fourth potential V4. Then, the potential of the fifth terminal T5 is set to the fifth potential V5.
磁気記憶装置230及び240においても、第1金属層31が設けられることで、第2領域21bにおける放熱性を向上できる。これにより、磁気記憶装置230及び240の発熱を抑制し、磁気記憶装置230及び240の耐久性を向上できる。
By providing the
図28は、第4実施形態に係る磁気記憶装置を示す模式図である。
図28に示すように、磁気記憶装置410においては、メモリセルアレイMCA、複数の第1配線(例えば、ワード線WL1及びWL2など)、複数の第2配線(例えば、ビット線BL1、BL2及びBL3など)、及び、制御部70が設けられる。複数の第1配線は、1つの方向に延びる。複数の第2配線は、別の1つの方向に延びる。制御部70は、ワード線選択回路70WS、第1ビット線選択回路70BSa、第2ビット線選択回路70BSbと、第1書込み回路70Wa、第2書き込み回路70Wb、第1読出し回路70Ra、及び、第2読出し回路70Rb、を含む。メモリセルアレイMCAにおいて、複数のメモリセルMCが、アレイ状に並ぶ。
FIG. 28 is a schematic diagram showing the magnetic memory device according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 28, in the
例えば、複数のメモリセルMCの1つに対応して、スイッチSw1及びスイッチSwS1が設けられる。これらのスイッチは、複数のメモリセルの1つに含められると見なす。これらのスイッチは、制御部70に含まれると見なされても良い。これらのスイッチは、例えば、トランジスタである。複数のメモリセルMCの1つは、例えば、積層体(例えば第1積層体SB1)を含む。
For example, the switch Sw1 and the switch SwS1 are provided corresponding to one of the plurality of memory cells MC. These switches are considered to be included in one of the memory cells. These switches may be considered to be included in the
既に説明したように、1つの第1導電層21に、複数の積層体(第1積層体SB1及び第2積層体SB2など)が設けられても良い。そして、複数の積層体に、複数のスイッチ(スイッチSw1及びスイッチSw2など)がそれぞれ設けられても良い。図28においては、図を見やすくするために、1つの第1導電層21に対応して、1つの積層体(積層体SB1など)と、1つのスイッチ(スイッチSw1など)と、が描かれている。
As described above, a plurality of stacked bodies (such as the first stacked body SB1 and the second stacked body SB2) may be provided on one first
図28に示すように、第1積層体SB1の一端は、第1導電層21に接続される。第1積層体SB1の他端は、スイッチSw1のソース及びドレインの一方に接続される。スイッチSw1のソース及びドレインの他方は、ビット線BL1に接続される。スイッチSw1のゲートは、ワード線WL1に接続される。第1導電層21の一端(例えば第1領域21a)は、スイッチSwS1のソース及びドレインの一方に接続される。第1導電層21の他端(例えば第4領域21d)は、ビット線BL3に接続される。スイッチSwS1のソース及びドレインの他方は、ビット線BL2に接続される。スイッチSwS1のゲートは、ワード線WL2に接続される。
As shown in FIG. 28, one end of the first stacked body SB1 is connected to the first
複数のメモリセルMCの他の1つにおいて、積層体SBn、スイッチSwn及びスイッチSwSnが設けられる。 In another one of the plurality of memory cells MC, the stacked body SBn, the switch Swn, and the switch SwSn are provided.
メモリセルMCへの情報の書込み動作の例について説明する。
書込みを行なう1つのメモリセルMC(選択メモリセル)のスイッチSwS1がオン状態とされる。例えば、オン状態においては、この1つのスイッチSwS1のゲートが接続されたワード線WL2が、ハイレベルの電位に設定される。電位の設定は、ワード線選択回路70WSにより行われる。上記の1つのメモリセルMC(選択メモリセル)を含む列の他のメモリセルMC(非選択メモリセル)におけるスイッチSwS1もオン状態となる。1つの例では、メモリセルMC(選択メモリセル)内のスイッチSw1のゲートに接続されるワード線WL1、及び、他の列に対応するワード線WL1及びWL2は、ロウレベルの電位に設定される。
An example of the operation of writing information to the memory cell MC will be described.
The switch SwS1 of one memory cell MC (selected memory cell) for writing is turned on. For example, in the ON state, the word line WL2 to which the gate of the one switch SwS1 is connected is set to the high level potential. The potential is set by the word line selection circuit 70WS. The switch SwS1 in the other memory cells MC (non-selected memory cells) in the column including the one memory cell MC (selected memory cell) is also turned on. In one example, the word line WL1 connected to the gate of the switch Sw1 in the memory cell MC (selected memory cell) and the word lines WL1 and WL2 corresponding to other columns are set to a low level potential.
図28では、1つの第1導電層21に対応して1つの積層体及び1つのスイッチSw1が描かれている。既に説明したように、1つの第1導電層21に対応して複数の積層体(積層体SB1及び第2積層体SB2など)及び複数のスイッチ(スイッチSw1及びスイッチSw2など)が設けられる。この場合、例えば、複数の積層体のそれぞれに接続されているスイッチは、オン状態とされる。複数の積層体のいずれかには選択電圧が印加される。一方、他の積層体には非選択電圧が印加される。複数の積層体の上記のいずれかに書き込みが行われ、他の積層体には書き込みが行われない。複数の積層体における選択的な書き込みが行われる。
In FIG. 28, one stacked body and one switch Sw1 are drawn corresponding to one first
書込みを行なうメモリセルMC(選択セル)に接続されたビット線BL2及びBL3が、選択される。選択は、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbにより行われる。この選択されたビット線BL2及びBL3に、書込み電流が供給される。書き込み電流の供給は、第1書込み回路70Wa及び第2書き込み回路70Wbによって行われる。書き込み電流は、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの一方から、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの他方に向けて流れる。書込み電流によって、MTJ素子(第1積層体SB1など)の記憶層(第1対向磁性層11cなど)の磁化方向が変化可能になる。第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの他方から、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの一方に向けて書込み電流が流れると、MTJ素子の記憶層の磁化方向が、上記とは反対方向に変化可能となる。このようにして、書込みが行われる。
Bit lines BL2 and BL3 connected to the memory cell MC (selected cell) for writing are selected. The selection is performed by the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb. A write current is supplied to the selected bit lines BL2 and BL3. The write current is supplied by the first write circuit 70Wa and the second write circuit 70Wb. The write current flows from one of the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb toward the other of the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb. The write current makes it possible to change the magnetization direction of the storage layer (such as the first opposing
以下、メモリセルMCからの情報の読出し動作の例について説明する。
読出しを行なうメモリセルMC(選択セル)に接続されたワード線WL1がハイレベルの電位に設定される。上記のメモリセルMC(選択セル)内のスイッチSw1がオン状態にされる。このとき、上記のメモリセルMC(選択セル)を含む列の他のメモリセルMC(非選択セル)におけるスイッチSw1もオン状態となる。上記のメモリセルMC(選択セル)内のスイッチSwS1のゲートに接続されるワード線WL2、及び、他の列に対応するワード線WL1及びWL2は、ロウレベルの電位に設定される。
Hereinafter, an example of the operation of reading information from the memory cell MC will be described.
The word line WL1 connected to the memory cell MC (selected cell) for reading is set to a high level potential. The switch Sw1 in the memory cell MC (selected cell) is turned on. At this time, the switch Sw1 in the other memory cell MC (non-selected cell) in the column including the memory cell MC (selected cell) is also turned on. The word line WL2 connected to the gate of the switch SwS1 in the memory cell MC (selected cell) and the word lines WL1 and WL2 corresponding to other columns are set to a low level potential.
読出しを行なうメモリセルMC(選択セル)に接続されたビット線BL1及びBL3が、選択される。選択は、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbにより行われる。この選択されたビット線BL1及びビット線BL3に、読出し電流が供給される。読み出し電流の供給は、第1読出し回路70Ra及び第2読み出し回路70Rbにより行われる。読み出し電流は、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの一方から、第1ビット線選択回路70BSa及び第2ビット線選択回路70BSbの他方に向けて流れる。例えば、上記の選択されたビット線BL1及びBL3の間の電圧が、第1読出し回路70Ra及び第2読み出し回路70Rbによって、検出される。例えば、MTJ素子の、記憶層(第1対向磁性層11c)の磁化と、参照層(第1磁性層11)の磁化と、の間の差が検出される。差は、磁化の向きが互いに平行状態(同じ向き)か、または、互いに反平行状態(逆向き)か、を含む。このようにして、読出し動作が行われる。
Bit lines BL1 and BL3 connected to the memory cell MC (selected cell) to be read are selected. The selection is performed by the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb. A read current is supplied to the selected bit line BL1 and bit line BL3. The supply of the read current is performed by the first read circuit 70Ra and the second read circuit 70Rb. The read current flows from one of the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb toward the other of the first bit line selection circuit 70BSa and the second bit line selection circuit 70BSb. For example, the voltage between the selected bit lines BL1 and BL3 is detected by the first read circuit 70Ra and the second read circuit 70Rb. For example, the difference between the magnetization of the storage layer (first opposed
例えば、揮発性の(SRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory))ワーキングメモリ、不揮発性の(NANDフラッシュメモリ、及び、HDD(Hard Disk Drive))ストレージなどがある。SRAMではリーク電流により、消費エネルギーが大きい。DRAMでは、リフレッシュ電流により、消費エネルギーが大きい。 For example, there are volatile (SRAM (Static Random Access Memory), DRAM (Dynamic Random Access Memory)) working memory, and non-volatile (NAND flash memory and HDD (Hard Disk Drive)) storage. The SRAM consumes a large amount of energy due to the leak current. The DRAM consumes a large amount of energy due to the refresh current.
ワーキングメモリにおいては、動作(Active)時の頻度が待機(Standby)時の頻度に比べて多い。動作時に大きな書き込み電荷が必要であり、書き込みエネルギーが増大する。待機時にセーブしたエネルギーが、動作時に消費され、トータルでは消費エネルギーを低減することが困難である。 In the working memory, the frequency during operation (Active) is higher than the frequency during standby (Standby). A large write charge is required during operation, which increases write energy. The energy saved during standby is consumed during operation, and it is difficult to reduce the total energy consumption.
動作頻度の比較的少ない最下層のキャッシュメモリ(LLC(Last Level Cache))に、例えば、STT(Spin Transfer Torque)−MRAM(Magnetic Random Access Memory)を用いることで、消費エネルギーを低減できる可能性がある。しかしながら、LLCよりも上層のキャッシュメモリにSTT−MRAMを用いた場合は、動作頻度が格段に増える。このため、膨大なエネルギーを消費する。 It is possible that energy consumption can be reduced by using, for example, STT (Spin Transfer Torque)-MRAM (Magnetic Random Access Memory) as the lowest level cache memory (LLC (Last Level Cache)) that operates relatively infrequently. is there. However, when the STT-MRAM is used as the cache memory in the layer above the LLC, the operation frequency is remarkably increased. Therefore, a huge amount of energy is consumed.
実施形態においては、消費エネルギーを小さくできる。実施形態においては、高速の動作を得ることができる。 In the embodiment, energy consumption can be reduced. In the embodiment, high speed operation can be obtained.
以上で説明した各実施形態によれば、電力の損失又は電流のリークを抑制できる磁気記憶装置及びその製造方法を提供できる。 According to each of the embodiments described above, it is possible to provide a magnetic memory device capable of suppressing power loss or current leakage, and a manufacturing method thereof.
実施形態は、以下の構成(例えば、技術案)を含んでも良い。 The embodiment may include the following configurations (for example, technical solutions).
(構成1)
第1領域と、第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間の第3領域と、を含む第1導電層と、
第1磁性層と、
前記第1領域から前記第2領域への第2方向と交差する第1方向において前記第3領域と前記第1磁性層との間に設けられた第1対向磁性層と、
前記第1磁性層と前記第1対向磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
非磁性の第1金属層であって、前記第1対向磁性層から前記第1金属層の少なくとも一部への方向は前記第2方向に沿う、前記第1金属層と、
非磁性の第2金属層であって、前記第1磁性層から前記第2金属層への方向は前記第2方向に沿う、前記第2金属層と、
前記第1方向において前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1絶縁部と、
を備えた磁気記憶装置。
(Structure 1)
A first conductive layer including a first region, a second region, and a third region between the first region and the second region;
A first magnetic layer,
A first opposing magnetic layer provided between the third region and the first magnetic layer in a first direction intersecting a second direction from the first region to the second region;
A first non-magnetic layer provided between the first magnetic layer and the first opposing magnetic layer;
A non-magnetic first metal layer, wherein the direction from the first opposing magnetic layer to at least a part of the first metal layer is along the second direction;
A non-magnetic second metal layer, wherein the direction from the first magnetic layer to the second metal layer is along the second direction;
A first insulating portion provided between the first metal layer and the second metal layer in the first direction,
Magnetic storage device.
(構成2)
前記第2領域から前記第1金属層への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第1方向における前記第2領域の少なくとも一部の長さは、前記第1方向における前記第3領域の長さよりも短い構成1記載の磁気記憶装置。
(Structure 2)
The direction from the second region to the first metal layer is along the first direction,
2. The magnetic storage device according to
(構成3)
第2磁性層と、
第2対向磁性層と、
第2非磁性層と、
をさらに備え、
前記第1導電層は、第4領域及び愛5領域をさらに含み、
前記第2領域は、前記第2方向において、前記第3領域と前記第4領域との間に位置し、
前記第5領域は、前記第2方向において、前記第2領域と前記第4領域との間に位置し、
前記第2対向磁性層は、前記第1方向において、前記第5領域と前記第2磁性層との間に設けられ、
前記第2非磁性層は、前記第2磁性層と前記第2対向磁性層との間に設けられ、
前記第1金属層は、前記第2方向において、前記第1対向磁性層と前記第2対向磁性層との間に設けられた構成1又は2に記載の磁気記憶装置。
(Structure 3)
A second magnetic layer,
A second opposing magnetic layer,
A second non-magnetic layer,
Further equipped with,
The first conductive layer further includes a fourth region and a
The second region is located between the third region and the fourth region in the second direction,
The fifth region is located between the second region and the fourth region in the second direction,
The second opposing magnetic layer is provided between the fifth region and the second magnetic layer in the first direction,
The second non-magnetic layer is provided between the second magnetic layer and the second opposing magnetic layer,
3. The magnetic memory device according to
(構成4)
非磁性の第3金属層をさらに備え、
前記第3金属層は、前記第2方向において、前記第2金属層と前記第2磁性層との間に設けられ、
前記第1絶縁部は、さらに、前記第1方向において前記第1金属層と前記第3金属層との間、及び前記第2方向において前記第2金属層と前記第3金属層との間に設けられた構成3記載の磁気記憶装置。
(Structure 4)
Further comprising a non-magnetic third metal layer,
The third metal layer is provided between the second metal layer and the second magnetic layer in the second direction,
The first insulating portion is further between the first metal layer and the third metal layer in the first direction, and between the second metal layer and the third metal layer in the second direction. The magnetic storage device according to configuration 3, which is provided.
(構成5)
前記第1導電層は、第1金属を含み、
前記第1金属層及び前記第2金属層は、第2金属を含む構成1〜4のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
(Structure 5)
The first conductive layer includes a first metal,
The magnetic storage device according to any one of
(構成6)
前記第1金属は、Ta、W、Hf、Pt、Re、Os、Ir、Pd、Cu、Ag、及びAuからなる群より選択された少なくとも1つであり、
前記第2金属は、Ru、Ir、Pd、Cu、Rh、Mo、Ta、W、Os、Pt、及びAlからなる群より選択された少なくとも1つである構成5記載の磁気記憶装置。
(Structure 6)
The first metal is at least one selected from the group consisting of Ta, W, Hf, Pt, Re, Os, Ir, Pd, Cu, Ag, and Au,
6. The magnetic storage device according to
(構成7)
第1領域と、第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間の第3領域と、を含む第1導電層と、
第1磁性層と、
前記第1領域から前記第2領域への第2方向と交差する第1方向において前記第3領域と前記第1磁性層との間に設けられた第1対向磁性層と、
前記第1磁性層と前記第1対向磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
非磁性の第1金属層であって、前記第2領域から前記第1金属層への方向は前記第1方向に沿い、前記第1対向磁性層から前記第1金属層の少なくとも一部への方向は前記第2方向に沿い、前記第1方向及び前記第2方向を含む第1面と交差する第3方向における前記第1金属層の長さは前記第3方向における前記第1領域の長さよりも長い、前記第1金属層と、
を備えた磁気記憶装置。
(Structure 7)
A first conductive layer including a first region, a second region, and a third region between the first region and the second region;
A first magnetic layer,
A first opposing magnetic layer provided between the third region and the first magnetic layer in a first direction intersecting a second direction from the first region to the second region;
A first non-magnetic layer provided between the first magnetic layer and the first opposing magnetic layer;
A non-magnetic first metal layer, the direction from the second region to the first metal layer is along the first direction, and the direction from the first opposing magnetic layer to at least a part of the first metal layer. The direction is along the second direction, and the length of the first metal layer in the third direction intersecting the first surface including the first direction and the second direction is the length of the first region in the third direction. Longer than the first metal layer,
Magnetic storage device.
(構成8)
前記第3方向における前記第1金属層の長さは、前記第3方向における前記第1対向磁性層の長さよりも長い構成7記載の磁気記憶装置。
(Structure 8)
8. The magnetic memory device according to configuration 7, wherein the length of the first metal layer in the third direction is longer than the length of the first opposing magnetic layer in the third direction.
(構成9)
前記第1金属層は、
第1金属部分と、
前記第1方向において、前記第1導電層と第1金属部分との間に位置する第2金属部分と、
を含み、
前記第3方向における前記第1金属部分の長さは、前記第3方向における前記第2金属部分の長さよりも長い構成7又は8に記載の磁気記憶装置。
(Configuration 9)
The first metal layer is
A first metal part,
A second metal portion located between the first conductive layer and the first metal portion in the first direction;
Including,
9. The magnetic storage device according to the
(構成10)
前記第1金属層は、第3端部、第4端部、及び中間部分を含み、
前記中間部分は、前記第3方向において、前記第3端部と前記第4端部との間に位置し、
前記第1方向における前記中間部分の長さは、前記第1方向における前記第3端部の長さよりも短く、前記第1方向における前記第4端部の長さよりも短い構成7又は8に記載の磁気記憶装置。
(Configuration 10)
The first metal layer includes a third end portion, a fourth end portion, and an intermediate portion,
The intermediate portion is located between the third end portion and the fourth end portion in the third direction,
The
(構成11)
前記第1導電層の一部は、前記第3方向において、前記第3端部の一部と前記第4端部の一部との間に設けられた構成10記載の磁気記憶装置。
(Configuration 11)
11. The magnetic memory device according to configuration 10, wherein a part of the first conductive layer is provided between a part of the third end and a part of the fourth end in the third direction.
(構成12)
前記第1金属層の少なくとも一部は、カーブしている構成1〜11のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
(Configuration 12)
12. The magnetic memory device according to
(構成13)
前記第1領域及び第2領域と電気的に接続された制御部をさらに備え、
前記制御部は、少なくとも、前記第1領域から前記第2領域への第1電流を前記導電層に供給する第1動作と、前記第2領域から前記第1領域への第2電流を前記導電層に供給する第2動作と、を実施する構成1〜12のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
(Configuration 13)
Further comprising a controller electrically connected to the first region and the second region,
The control unit at least performs a first operation of supplying a first current from the first region to the second region to the conductive layer and a second current from the second region to the first region. 13. The magnetic memory device according to any one of
(構成14)
前記制御部は、前記第1磁性層とさらに電気的に接続され、
前記制御部は、
前記第1動作において前記第1領域と前記第1磁性層との間の第1電位差を第1電圧とし、
前記第2動作において前記第1電位差を前記第1電圧とし、
前記制御部は、第3動作及び第4動作をさらに実施し、
前記制御部は、
前記第3動作において、前記第1領域と前記第1磁性層との間の第1電位差を前記第1電圧とは異なる第2電圧とし、前記第1電流を前記導電層に供給し、
前記第4動作において、前記第1電位差を前記第2電圧とし、前記第2電流を前記導電層に供給し、
前記第1動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の第1電気抵抗は、前記第2動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の第2電気抵抗とは異なり、
前記第1電気抵抗と前記第2電気抵抗との差の絶対値は、前記第3動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の電気抵抗と、前記第4動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい構成13記載の磁気記憶装置。
(Configuration 14)
The control unit is further electrically connected to the first magnetic layer,
The control unit is
In the first operation, a first potential difference between the first region and the first magnetic layer is a first voltage,
In the second operation, the first potential difference is the first voltage,
The control unit further performs a third operation and a fourth operation,
The control unit is
In the third operation, a first potential difference between the first region and the first magnetic layer is set to a second voltage different from the first voltage, and the first current is supplied to the conductive layer,
In the fourth operation, the first potential difference is the second voltage, the second current is supplied to the conductive layer,
The first electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the first operation is the second electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the second operation. Different,
The absolute value of the difference between the first electric resistance and the second electric resistance is equal to the electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the third operation, and the absolute value after the fourth operation. 14. The magnetic memory device according to
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。 In the specification of the application, “vertical” and “parallel” include not only strict vertical and strict parallel but also variations in a manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. Good.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気記憶装置に含まれる磁性層、対向磁性層、非磁性層、導電層、金属層、絶縁部、及び絶縁層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the embodiments of the present invention are not limited to these specific examples. For example, the specific configuration of each element such as a magnetic layer, a facing magnetic layer, a non-magnetic layer, a conductive layer, a metal layer, an insulating portion, and an insulating layer included in a magnetic storage device is within a range known to those skilled in the art. The present invention can be carried out in the same manner by making appropriate selections, and is within the scope of the present invention as long as the same effect can be obtained.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Further, a combination of any two or more elements of the respective specific examples within a technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, all magnetic storage devices that can be appropriately modified and implemented by those skilled in the art based on the magnetic storage devices described above as the embodiments of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. Belong to.
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, within the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can think of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. ..
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、例として提示すものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。 While some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope equivalent thereto.
11 第1磁性層、 11M 磁化、 11c 第1対向磁性層、 11cM 磁化、 11i 第1非磁性層、 12 第2磁性層、 12M 磁化、 12c 第2対向磁性層、 12cM 磁化、 12i 第2非磁性層、 20s 基体、 21 第1導電層、 21F、21Fa 導電膜、 21a 第1領域、 21b 第2領域、 21c 第3領域、 21d 第4領域、 21e 第5領域、 21o1 第1重畳部、 21o2 第2重畳部、 21s1 第1側端部、 21s2 第2側端部、 21s3 第3側端部、 21s4 第4側端部、 22 第2導電層、 22F、22Fa、22Fb 導電膜、 25 絶縁部、 30a 第1接続部、 30b 第2接続部、 30c 第3接続部、 31 第1金属層、 31F 金属膜、 31a 第1金属部分、 31b 第2金属部分、 31e1 第1端部、 31e2 第2端部、 31e3 第3端部、 31e4 第4端部、 31m 中間部分、 32 第2金属層、 32F 金属膜、 33 第3金属層、 33F 金属膜、 41 第1絶縁部、 41F 絶縁膜、 42 第2絶縁部、 42F 絶縁膜、 51 第1絶縁層、 51a 第1絶縁領域、 51b 第2絶縁領域、 51c 第3絶縁領域、 52 第2絶縁層、 52a、52b 絶縁領域、 61 第1絶縁膜、 62 第2絶縁膜、 70 制御部、 70BSa 第1ビット線選択回路、 70BSb 第2ビット線選択回路、 70Ra、70Rb 回路、 70WS ワード線選択回路、 70Wa、70Wb 回路、 70a 第1配線、 70b 第2配線、 75 駆動回路、 110〜140、210〜280、310〜330、410 磁気記憶装置、 BL1〜BL3 ビット線、 IF1〜IF4 絶縁膜、 IR 絶縁領域、 Iw1 第1電流、 Iw2 第2電流、 Iw3 第3電流、 Iw4 第4電流、 L1〜L4 長さ、 MC メモリセル、 MCA メモリセルアレイ、 MF1、MF1a、MF2、MF2a 磁性膜、 NF、NFa 非磁性膜、 OP1 第1動作、 OP2 第2動作、 OP3 第3動作、 OP4 第4動作、 QP1〜QP3 動作、 R1、R2 レジスト、 RF 再堆積膜、 Rh 高抵抗、 Rl 低抵抗、 SB1 第1積層体、 SB2 第2積層体、 SBn 積層体、 SF、SFa 積層膜、 Sw1 第1スイッチ、 Sw2 第2スイッチ、 SwS1 スイッチ、 SwSn スイッチ、 Swn スイッチ、 T1 第1端子、 T2 第2端子、 T3 第3端子、 T4 第4端子、 T5 第5端子、 Tr1、Tr2 溝、 V0 電位、 V1 第1電圧、 V2 第2電圧、 V4 第4電位、 V5 第5電位、 Vr1、Vr2 電位、 WL1、WL2 ワード線、 i1〜i6 電流、 s1 第1辺、 s2 第2辺、 s3 第3辺、 s4 第4辺、 s5〜s8 辺 11 1st magnetic layer, 11M magnetization, 11c 1st counter magnetic layer, 11cM magnetization, 11i 1st nonmagnetic layer, 12 2nd magnetic layer, 12M magnetization, 12c 2nd counter magnetic layer, 12cM magnetization, 12i 2nd nonmagnetic Layer, 20s substrate, 21 first conductive layer, 21F, 21Fa conductive film, 21a first region, 21b second region, 21c third region, 21d fourth region, 21e fifth region, 21o1 first overlapping part, 21o2 second 2 overlapping part, 21s1 1st side end, 21s2 2nd side end, 21s3 3rd side end, 21s4 4th side end, 22 2nd conductive layer, 22F, 22Fa, 22Fb conductive film, 25 insulating part, 30a 1st connection part, 30b 2nd connection part, 30c 3rd connection part, 31 1st metal layer, 31F metal film, 31a 1st metal part, 31b 2nd metal part, 31e1 1st end part, 31e2 2nd end Part, 31e3 third end part, 31e4 fourth end part, 31m intermediate part, 32 second metal layer, 32F metal film, 33 third metal layer, 33F metal film, 41 first insulating part, 41F insulating film, 42th 2 insulating parts, 42F insulating film, 51 1st insulating layer, 51a 1st insulating region, 51b 2nd insulating region, 51c 3rd insulating region, 52 2nd insulating layer, 52a, 52b insulating region, 61 1st insulating film, 62 second insulating film, 70 control unit, 70BSa first bit line selection circuit, 70BSb second bit line selection circuit, 70Ra, 70Rb circuit, 70WS word line selection circuit, 70Wa, 70Wb circuit, 70a first wiring, 70b second Wiring, 75 Drive circuit, 110-140, 210-280, 310-330, 410 Magnetic storage device, BL1-BL3 bit line, IF1-IF4 insulating film, IR insulating region, Iw1 first current, Iw2 second current, Iw3 Third current, Iw4 Fourth current, L1 to L4 length, MC memory cell, MCA memory cell array, MF1, MF1a, MF2, MF2a magnetic film, NF, NFa non-magnetic film, OP1 first operation, OP2 second operation, OP3 Third motion, O P4 4th operation, QP1 to QP3 operation, R1, R2 resist, RF redeposition film, Rh high resistance, Rl low resistance, SB1 first laminated body, SB2 second laminated body, SBn laminated body, SF, SFa laminated film, Sw1 1st switch, Sw2 2nd switch, SwS1 switch, SwSn switch, Swn switch, T1 1st terminal, T2 2nd terminal, T3 3rd terminal, T4 4th terminal, T5 5th terminal, Tr1, Tr2 groove, V0 Potential, V1 first voltage, V2 second voltage, V4 fourth potential, V5 fifth potential, Vr1, Vr2 potential, WL1, WL2 word line, i1 to i6 current, s1 first side, s2 second side, s3 second 3 sides, s4 4th side, s5-s8 side
Claims (10)
第1磁性層と、
前記第1領域から前記第2領域への第2方向と交差する第1方向において前記第3領域と前記第1磁性層との間に設けられた第1対向磁性層と、
前記第1磁性層と前記第1対向磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
非磁性の第1金属層であって、前記第1対向磁性層から前記第1金属層の少なくとも一部への方向は前記第2方向に沿う、前記第1金属層と、
第1絶縁部であって、前記第1金属層から前記第1絶縁部への方向は前記第1方向に沿い、前記第1磁性層の少なくとも一部から前記第1絶縁部への方向は前記第2方向に沿う、前記第1絶縁部と、
前記第2方向において前記第1金属層と前記第1対向磁性層との間に設けられた第1絶縁層と、
を備えた磁気記憶装置。 A first conductive layer including a first region, a second region, and a third region between the first region and the second region;
A first magnetic layer,
A first opposing magnetic layer provided between the third region and the first magnetic layer in a first direction intersecting a second direction from the first region to the second region;
A first non-magnetic layer provided between the first magnetic layer and the first opposing magnetic layer;
A non-magnetic first metal layer, wherein the direction from the first opposing magnetic layer to at least a part of the first metal layer is along the second direction;
In the first insulating part, the direction from the first metal layer to the first insulating part is along the first direction, and the direction from at least a part of the first magnetic layer to the first insulating part is The first insulating portion along the second direction,
A first insulating layer provided between the first metal layer and the first opposing magnetic layer in the second direction;
Magnetic storage device.
前記第2導電層から前記第1金属層の一部への方向は、前記第2方向に沿い、
前記第1絶縁層は、さらに、前記第1金属層と前記第2導電層との間及び前記第1絶縁部と前記第1磁性層との間に設けられた請求項1記載の磁気記憶装置。 A second conductive layer provided between the third region and the first opposing magnetic layer,
The direction from the second conductive layer to a part of the first metal layer is along the second direction,
The magnetic storage device according to claim 1, wherein the first insulating layer is further provided between the first metal layer and the second conductive layer and between the first insulating portion and the first magnetic layer. ..
前記第1金属層は、第2金属を含み、
前記第2導電層は、第3金属を含み、
前記第1絶縁層は、
前記第3金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む第1絶縁領域と、
前記第1金属と、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含み、前記第2方向において、前記第1絶縁領域と前記第1金属層との間及び前記第1絶縁領域と前記第1絶縁部との間に設けられた第2絶縁領域と、
を含む請求項2記載の磁気記憶装置。 The first conductive layer includes a first metal,
The first metal layer includes a second metal,
The second conductive layer includes a third metal,
The first insulating layer is
A first insulating region containing the third metal and at least one selected from the group consisting of oxygen and nitrogen;
The first metal and at least one selected from the group consisting of oxygen and nitrogen, and in the second direction, between the first insulating region and the first metal layer, and the first insulating region. A second insulating region provided between the first insulating portion and
The magnetic storage device according to claim 2, further comprising:
前記第2金属は、Ru、Ir、Pd、Cu、Rh、Mo、Ta、W、Os、Pt、及びAlからなる群より選択された少なくとも1つであり、
前記第3金属は、Hf、Mg、Li、Sc、Y、Zr、Ti、Nb、V、およびAlからなる群より選択された少なくとも1つである請求項3記載の磁気記憶装置。 The first metal is at least one selected from the group consisting of Ta, W, Hf, Pt, Re, Os, Ir, Pd, Cu, Ag, and Au,
The second metal is at least one selected from the group consisting of Ru, Ir, Pd, Cu, Rh, Mo, Ta, W, Os, Pt, and Al,
The magnetic storage device according to claim 3, wherein the third metal is at least one selected from the group consisting of Hf, Mg, Li, Sc, Y, Zr, Ti, Nb, V, and Al.
前記第1端部の前記第2方向における位置は、前記第1対向磁性層の前記第2方向における位置と、前記中間部分の前記第2方向における位置と、の間に位置し、
前記第1方向における前記中間部分の長さは、前記第1方向における前記第1端部の長さよりも短い請求項1〜4のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。 The first metal layer includes a first end and an intermediate portion,
The position of the first end portion in the second direction is located between the position of the first opposing magnetic layer in the second direction and the position of the intermediate portion in the second direction,
The magnetic storage device according to claim 1, wherein a length of the intermediate portion in the first direction is shorter than a length of the first end portion in the first direction.
前記第1絶縁部は、AlおよびSiからなる群より選択された少なくとも1つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含み、
前記第1絶縁層は、Ta、W、Hf、Pt、Re、Os、Ir、Pd、Cu、Ag、及びAuからなる群より選択された少なくとも1つと、酸素および窒素からなる群より選択された少なくとも1つと、を含む請求項1記載の磁気記憶装置。 A part of the first insulating portion is provided between the first metal layer and the first insulating layer in the second direction,
The first insulating portion includes at least one selected from the group consisting of Al and Si, and at least one selected from the group consisting of oxygen and nitrogen,
The first insulating layer is at least one selected from the group consisting of Ta, W, Hf, Pt, Re, Os, Ir, Pd, Cu, Ag, and Au, and selected from the group consisting of oxygen and nitrogen. The magnetic storage device according to claim 1, further comprising at least one.
前記制御部は、少なくとも、前記第1領域から前記第2領域への第1電流を前記導電層に供給する第1動作と、前記第2領域から前記第1領域への第2電流を前記導電層に供給する第2動作と、を実施する請求項1〜7のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。 Further comprising a controller electrically connected to the first region and the second region,
The controller at least performs a first operation of supplying a first current from the first region to the second region to the conductive layer and a second current from the second region to the first region. The magnetic storage device according to claim 1, wherein a second operation of supplying the layer is performed.
前記制御部は、
前記第1動作において前記第1領域と前記第1磁性層との間の第1電位差を第1電圧とし、
前記第2動作において前記第1電位差を前記第1電圧とし、
前記制御部は、第3動作及び第4動作をさらに実施し、
前記制御部は、
前記第3動作において、前記第1領域と前記第1磁性層との間の第1電位差を前記第1電圧とは異なる第2電圧とし、前記第1電流を前記導電層に供給し、
前記第4動作において、前記第1電位差を前記第2電圧とし、前記第2電流を前記導電層に供給し、
前記第1動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の第1電気抵抗は、前記第2動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の第2電気抵抗とは異なり、
前記第1電気抵抗と前記第2電気抵抗との差の絶対値は、前記第3動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の電気抵抗と、前記第4動作後における前記第1磁性層と前記導電層との間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい請求項8記載の磁気記憶装置。 The control unit is further electrically connected to the first magnetic layer,
The control unit is
In the first operation, a first potential difference between the first region and the first magnetic layer is a first voltage,
In the second operation, the first potential difference is the first voltage,
The control unit further performs a third operation and a fourth operation,
The control unit is
In the third operation, a first potential difference between the first region and the first magnetic layer is set to a second voltage different from the first voltage, and the first current is supplied to the conductive layer,
In the fourth operation, the first potential difference is the second voltage, the second current is supplied to the conductive layer,
The first electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the first operation is the second electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the second operation. Different,
The absolute value of the difference between the first electric resistance and the second electric resistance is equal to the electric resistance between the first magnetic layer and the conductive layer after the third operation, and the absolute value after the fourth operation. 9. The magnetic memory device according to claim 8, wherein the absolute value of the difference between the electric resistance between one magnetic layer and the conductive layer is larger than the absolute value.
前記第1金属膜と前記第2金属膜との間に絶縁膜を形成する、
磁気記憶装置の製造方法。 A first conductive film, a first magnetic film provided on a part of the first conductive film, a non-magnetic film provided on the first magnetic film, and a non-magnetic film provided on the non-magnetic film A second magnetic film, a first metal film is formed on the surface of the first conductive film and the surface of the first magnetic film, and a second metal film is formed on the surface of the second magnetic film. A two metal film is formed, the second metal film is separated from the first metal film,
An insulating film is formed between the first metal film and the second metal film,
Method of manufacturing magnetic storage device.
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