JP4406242B2 - 磁気メモリ - Google Patents
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また、本発明の他の実施の形態によれば、磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、を有し、前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Fe,Ni,Cr及びCuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリが提供される。
また、本発明の他の実施の形態によれば、磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、を有し、前記導電層は、厚みが100ナノメータ以上の非磁性の酸化物導電体からなることを特徴とする磁気メモリが提供される。
また、本発明の他の実施の形態によれば、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、を有し、前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Fe,Ni,Cr及びCuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリが提供される。
また、本発明の他の実施の形態によれば、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、を有し、前記導電層は、Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つの元素とを含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリが提供される。
また、本発明の他の実施の形態によれば、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、を有し、前記導電層は、厚みが100ナノメータ以上の非磁性の酸化物導電体からなることを特徴とする磁気メモリが提供される。
または、導電層ALの材料としては、(Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W)の少なくとも1元素と、(Fe, Ni,Cr,Cu)の少なくとも1元素を含む合金を用いることもできる。
または、導電層ALの材料としては、(Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)の少なくとも1元素と、(Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au,Al) の少なくとも1元素を含む合金を用いることもできる。
次に、本発明の実施の形態にかかるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子について説明する。
図3は、本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面構造を例示する模式図である。すなわち、本具体例は、スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子であり、下側電極LEの上に、反強磁性層AF、ピン層(磁化固着層)PL、スペーサ層SL、フリー層(磁化自由層)FLがこの順に積層された構造を有する。
なお、図4においては、ビット線BLとワード線WLに磁性被覆層SMが設けられている例を表したが、本発明はこれに限定されず、磁性被覆層SMを設けなくてもよい。
図6は、本発明の実施の形態にかかる磁気メモリのセル構造の第3の具体例を表す模式断面図である。同図についても、図1乃至図5に関して前述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省略する。
そしてさらに、第1の導電層AL1と第2の導電層AL2の材料を適宜変えることにより、設計の自由度が増加し、また製造プロセスが容易となるという効果も得られる。例えば、第1の導電層ALは、所定のRIE(reactive ion etching)などのエッチングに対して、エッチングされにくい材料により形成し、また、第2の導電層ALは、そのエッチングに対して、エッチングされやすい材料により形成することができる。このようにすると、第2の導電層AL2をパターニングする際に、第1の導電層AL1をエッチングストップ層あるいはマスク層として用いることができる。
すなわち、まず、第1実施例と同様に、MOSトランジスタTr、ビアVW、ワード線WLなどを絶縁層ILに埋め込んだ基板を形成した。
また、「サンプル1」のTMRは、下側から順に、Ta(5nm)/Ru(3nm)/Pt−Mn(15nm)/CoFe(3nm)/Ru(0.9nm)/CoFe(3.25nm)/AlOx(1.4nm)/CoFeB(3nm)/Ru(18nm)とした。
第2実施例の比較例として、結晶質のTaからなるハードマスク(サンプル3)、結晶質のTaからなる配線ビア(サンプル4)を用いた磁気メモリについて説明する。
すなわち、まず、第1実施例と同様に、MOSトランジスタTr、ビアVW、ワード線WLなどを絶縁層ILに埋め込んだ基板を形成した。次に、この基板の上に、下側電極LE/TMR/Pt層またはRu層/非結晶質の導電層(ハードマスク層)AL2を成膜したものを形成した。
サスペンション154の先端には、図1乃至図15に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ153が取り付けられている。サスペンション154は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線164を有し、このリード線164とヘッドスライダ153に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中165は磁気ヘッドアッセンブリ160の電極パッドである。
BL ビット線
FL フリー層
LE 下側電極
WL ワード線
NM 非磁性層
IL 絶縁層
PL ピン層
SM 磁性被覆層
SL 非磁性中間層
Tr 選択トランジスタ
TB トンネルバリア層
UL 上側電極
Claims (12)
- 磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Fe,Ni,Cr及びCuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つの元素とを含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 磁気抵抗効果素子を備え、前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより情報を記録する磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、厚みが100ナノメータ以上の非磁性の酸化物導電体からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、
を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、
を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo及びWよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Fe,Ni,Cr及びCuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、を含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、
を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及びLuよりなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Pt,Pd,Ru,Rh,Ir,Os,Re,Au及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つの元素とを含む厚みが100ナノメータ以上の非磁性合金からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上に設けられた磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の上において、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、
を備え、前記第1及び第2の配線にそれぞれ電流を流すことにより形成される磁界によって前記磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化方向を制御することにより2値情報のいずれかを記録することを特徴とする磁気メモリであって、
前記磁気抵抗効果素子は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された第1の強磁性体膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層の上に設けられた非磁性層と、
前記非磁性層の上に設けられ、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第2の強磁性体膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層の上に設けられた均一に非結晶質の導電層と、
を有し、
前記導電層は、厚みが100ナノメータ以上の非磁性の酸化物導電体からなることを特徴とする磁気メモリ。 - 前記第1及び第2の配線の少なくともいずれかは、少なくともその両側面に磁性体からなる被覆層を有することを特徴とする請求項5〜8のいずれか1つに記載の磁気メモリ。
- 前記非磁性層は、その膜面に対して垂直な方向に電流のトンネリングが可能な絶縁体からなることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の磁気メモリ。
- 前記非磁性層は、導電性を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の磁気メモリ。
- 前記導電層の上に結晶質の金属配線が接続されてなることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の磁気メモリ。
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