JP5775773B2 - 磁気メモリ - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施の形態に係る磁気メモリについて添付図面を参照して説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気メモリの主要部の概略構成を示す模式図である。磁気メモリは、磁気ランダムアクセスメモリ(Magnetic Random Access Memory;MRAM)に例示され、行列状に配置された複数の磁気メモリセル80を具備している。
図5A及び図5Bは、比較例の磁気抵抗効果素子の構成例を示す断面図及び側面図である。ただし、スペーサ層20及び参照層30は省略している。基板部50は、一例としてSiO2を用いた。また、データ記憶層53としては、一例として、垂直磁気異方性を有する材料の中で磁壁移動に適している材料である、Pt膜53bと、CoとNiの積層膜[Co/Ni]n膜53aとを積層した[Co/Ni]n/Pt膜を用いた。なお、ここでは、更にキャップ層としてPt膜53cを積層した。
図6A及び図6Bは、図5A及び図5Bの構成を有するデータ記憶層の膜に外部磁場を印加した場合の磁化曲線の一例を示すグラフである。縦軸は磁化M×膜厚t(任意単位)、横軸は印加磁場H(Oe)である。ここで、図6Aは、膜面に対し垂直に外部磁場Hを印加した場合の磁化曲線を示している。図6Bは、面内に対し平行に外部磁場Hを印加した場合の磁化曲線を示している。垂直磁場を印加したときの磁化曲線(垂直ループ:図6A)が立っていて、且つそのヒステリシスが大きく、一方で、面内磁場を印加したときの磁化曲線(面内ループ:図6B)が寝ていることがわかる。このことから、このデータ記憶層53の膜は垂直磁気異方性を有する。すなわち、NiFeZr膜上の[Co/Ni]n/Pt膜は垂直磁気異方性を有し、磁壁移動に適している可能性がある。
比較例2では、磁気記録層10の構成は比較例1と同様であるが、下地層51としてTa膜を用いた点で、比較例1(下地層51:NiFeZr膜)と異なっている。この場合、Co/Niがfcc(111)に配向する(垂直磁気異方性を有する)ために、Ta膜を用いた場合、膜厚として4.0nm以上が必要であった。この膜厚は、比較例1のNiFeZr膜の膜厚2.0nmと比較して2倍程度であり非常に厚い。このように非磁性体であるTa膜の膜厚が厚いため、比較例2では、第1、第2磁化固定層41a、41bとデータ記憶層53との間で磁気結合が困難となった。そうなると、第1、第2磁化固定領域11a、11bの磁化が固定されず、データ記憶層53でデータを記憶できなくなってしまう。
図8A及び図8Bは、実施例の磁気抵抗効果素子の構成例を示す断面図及び側面図である。ただし、いずれの場合にも、スペーサ層20及び参照層30は省略している。また、図8Bは、膜本来の磁気特性を評価するために、中間層52は、下地層51上の全面に設けられている。基板部50は、一例としてSiO2を用いた。また、データ記憶層53としては、比較例1と同様に、垂直磁気異方性を有する材料の中で磁壁移動に適している材料である、Pt膜53bと、CoとNiの積層膜[Co/Ni]n膜53aとを積層した[Co/Ni]n/Pt膜を用いた。なお、ここでも、更にキャップ層としてPt膜53cを積層した。
次に、300℃、2時間、不活性ガス中での熱処理後のデータ記憶層の磁気特性について説明する。
図9A及び図9Bは、図8A及び図8Bの構成を有するデータ記憶層の膜に外部磁場を印加した場合の磁化曲線の一例を示すグラフである。縦軸は磁化M×膜厚t(任意単位)、横軸は印加磁場H(Oe)である。ここで、図9Aは、膜面に対し垂直に外部磁場Hを印加した場合の磁化曲線(垂直ループ)を示している。図9Bは、面内に対し平行に外部磁場Hを印加した場合の磁化曲線(面内ループ)を示している。
図6A、図6B、図7A及び図7Bと比較すると、面内ループが寝ていることから350℃熱処理後にも垂直磁気異方性が大きいことがわかる。また、図7Bと比較すると、図9Bの方が、飽和磁界Hs(図4参照)が高いことが分かる。すなわち、図9Bの方が、磁化の向きを外部磁界の方向に向けるのに必要な磁界が高い。従って、中間層52であるTa膜を挿入した図8A及び図8Bの磁気記録層10の方が、中間層52のない図5A及び図5Bの磁気記録層10と比較して、データ記憶層53の垂直磁気異方性が大きいことが分かる。
以下、本発明の第2の実施の形態に係る磁気メモリについて添付図面を参照して説明する。本実施の形態については、第1の実施の形態に係る磁気メモリの製造方法の一例について説明する。図10は、本発明の第2の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の構成例を示す側面図である。この磁気抵抗効果素子70aは、第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子70(図3Aなど)と比較すると、中間層52の端部がテーパー形状に加工されていない点で異なっている。しかし、その相違点はエッチング条件によるもので、製造方法としては大きな相違は無い。したがって以下では磁気抵抗効果素子70aについて説明する。
11a、111a 第1磁化固定領域
11b、111b 第2磁化固定領域
12、12a、12b、112、112a、112b 磁壁
13、113 磁化自由領域
20、120 スペーサ層
30、130 参照層
41 磁化固定層
41a 第1磁化固定層
41b 第2磁化固定層
42a 第1電極層
42b 第2電極層
50 基板
51 下地層
52 中間層
521 保護層
53 データ記憶層
51a、52a、521a、53a、30a、20a 膜
61 層間絶縁膜
62 層間絶縁膜
70、70a 磁気抵抗効果素子
80 磁気メモリセル
Claims (9)
- 強磁性体の下地層と、
前記下地層上に設けられた第1非磁性層と、
前記第1非磁性層上に設けられ、垂直磁気異方性を有する強磁性体のデータ記憶層と、
第2非磁性層を介して前記データ記憶層に接続された参照層と、
前記下地層の下側に接して設けられた第1磁化固定層及び第2磁化固定層とを具備し、
前記データ記憶層は、
反転可能な磁化を有し前記参照層とオーバーラップする磁化自由領域と、
前記磁化自由領域の第1境界に接続され、前記第1磁化固定層で磁化の向きが第1方向に固定された第1磁化固定領域と、
前記磁化自由領域の第2境界に接続され、前記第2磁化固定層で磁化の向きが前記第1方向と反平行な第2方向に固定された第2磁化固定領域とを備え、
前記磁化自由領域の下側の前記第1非磁性層は、前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域の下側の前記第1非磁性層よりも厚い
磁気メモリ。 - 請求項1に記載の磁気メモリにおいて、
前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域の下側の前記第1非磁性層の膜厚はゼロであり、
前記磁化自由領域の下側は前記第1非磁性層と接し、
前記第1磁化固定領域及び前記第2磁化固定領域の下側は前記下地層に接する
磁気メモリ。 - 請求項1又は2に記載の磁気メモリにおいて、
前記第1非磁性層は、前記磁化自由領域の下側の端部がテーパー形状に加工された構造を有する
磁気メモリ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気メモリにおいて、
前記第1非磁性層は、膜厚2.0nm以上のTa膜を含む
磁気メモリ。 - 請求項1に記載の磁気メモリにおいて、
前記第1非磁性層は、前記下地層上に設けられたエッチングストッパ膜を含む
磁気メモリ。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気メモリにおいて、
前記下地層は垂直磁気異方性を有する強磁性体を含む
磁気メモリ。 - 互いに離間して設けられた第1磁化固定層及び第2磁化固定層上に、下地層用の下地強磁性膜と第1非磁性層用の第1非磁性膜とをこの順で積層する工程と、
前記第1非磁性膜のうち、前記第1磁化固定層上の少なくとも一部分及び前記第2磁化固定層上の少なくとも一部分を、他の部分と比較して薄くする工程と、
前記第1非磁性膜上に、垂直磁気異方性を有するデータ記憶層用の第1強磁性体膜と、第2非磁性層用の第2非磁性膜と、参照層用の第2強磁性体膜とをこの順で積層する工程と、
前記第2強磁性体膜、前記第2非磁性膜、前記第1強磁性体膜、前記第1非磁性膜及び前記下地強磁性膜を素子形状に加工して、前記下地層、前記第1非磁性層及び前記データ記憶層を形成する工程と、
前記第2強磁性体膜及び前記第2非磁性膜を前記参照層の形状に加工して、前記第2非磁性層及び前記参照層を形成する工程と
を具備する
磁気メモリの製造方法。 - 請求項7に記載の磁気メモリの製造方法において、
前記第1非磁性膜の部分を薄くする工程は、
前記第1非磁性膜のうち、前記第1磁化固定層上の少なくとも一部分及び前記第2磁化固定層上の少なくとも一部分の膜厚をゼロにする工程を更に具備する
磁気メモリの製造方法。 - 請求項7に記載の磁気メモリの製造方法において、
前記第1非磁性膜は、前記下地層上に設けられたエッチングストッパ膜を含み、
前記第1非磁性膜の部分を薄くする工程は、
前記第1非磁性膜のうち、前記第1磁化固定層上の少なくとも一部分及び前記第2磁化固定層上の少なくとも一部分において、前記エッチングストッパ膜のみを残す工程を備える
磁気メモリの製造方法。
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