JP6283437B1 - 磁気記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】動作電圧を低減できる磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る磁気記憶装置は、金属含有層と、第１磁性層と、第１非磁性層と、第２磁性層と、第１金属含有領域と、第１絶縁領域と、制御部と、を含む。金属含有層は、第１部分、第２部分、第３部分、及び第４部分を含む。金属含有層は、第１元素を含む。第１磁性層は、第１部分から第２部分に向かう第１方向と交差する第２方向において、第３部分から離れている。第１金属含有領域は、第１元素と異なる第２元素を含む。第１絶縁領域は、第２元素および第１絶縁物を含む。第４部分から第１絶縁領域に向かう方向は第２方向に沿う。制御部は、第１部分および第２部分と電気的に接続されている。制御部は、第１電流を金属含有層に供給する第１動作と、第２電流を金属含有層に供給する第２動作と、を実施する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気記憶装置に関する。
磁気記憶装置において、動作電圧の低減が望まれる。
特開２００５−１９４５７号公報
本発明の実施形態によれば、動作電圧を低減できる磁気記憶装置が提供される。
実施形態に係る磁気記憶装置は、金属含有層と、第１磁性層と、第１非磁性層と、第２磁性層と、第１金属含有領域と、第１絶縁領域と、制御部と、を含む。前記金属含有層は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間の第４部分と、を含む。前記金属含有層は、第１元素を含む。前記第１磁性層は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第１方向と交差する第２方向において、前記第３部分から離れている。前記第１非磁性層の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第１磁性層との間に設けられている。前記第２磁性層の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第１非磁性層との間に設けられている。前記第１金属含有領域は、前記第１元素と異なる第２元素を含む。前記第１金属含有領域の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第１絶縁領域は、前記第２元素および第１絶縁物を含む。前記第４部分から前記第１絶縁領域の少なくとも一部に向かう方向は前記第２方向に沿う。前記制御部は、前記第１部分および前記第２部分と電気的に接続されている。前記制御部は、前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記金属含有層に供給する第１動作と、前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記金属含有層に供給する第２動作と、を実施する。
第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。 図２（ａ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を表す工程断面図である。図２（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工程斜視図である。 図３（ａ）および図３（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工程斜視図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。 第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。 第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。 第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。 第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。 第５実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
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。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、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。また、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。
また、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。
図１は、第１実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１に表される磁気記憶装置１００は、金属含有層１０、第１金属含有領域２１、第１磁性層３１、第２磁性層３２、第１非磁性層４１、第１絶縁領域５１、および制御部９０を含む。
金属含有層１０は、第１部分１１と、第２部分１２と、第３部分１３と、第４部分１４と、を含む。第３部分１３は、第１部分１１と第２部分１２との間に設けられる。第４部分１４は、第２部分１２と第３部分１３との間に設けられる。金属含有層１０は、金属元素を含む。
第１部分１１から第２部分１２に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、例えば、図１に表されるＸ軸方向に沿う。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。第１方向と交差する方向を第２方向とする。第２方向は、例えばＺ軸方向に沿う。
以下では、第１方向および第２方向が、それぞれ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に沿う場合について説明する。
第１磁性層３１は、Ｚ軸方向において第３部分１３から離れている。第１非磁性層４１の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第３部分１３の少なくとも一部と、第１磁性層３１と、の間に設けられる。
第２磁性層３２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第３部分１３の少なくとも一部と、第１非磁性層４１と、の間に設けられる。第１金属含有領域２１の少なくとも一部は、第３部分１３の少なくとも一部と、第２磁性層３２と、の間に設けられる。
第１金属含有領域２１の少なくとも一部、第２磁性層３２の少なくとも一部、第１非磁性層４１の少なくとも一部、および第１磁性層３１の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第３部分１３の少なくとも一部と、電極４５と、の間に設けられる。
第４部分１４から第１絶縁領域５１に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第１金属含有領域２１から第１絶縁領域５１に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。
制御部９０は、第１部分１１および第２部分１２と電気的に接続される。制御部９０は、第１動作および第２動作を実施する。制御部９０は、第１動作において、第１部分１１から第２部分１２に向かう第１電流を金属含有層１０に供給する。制御部９０は、第２動作において、第２部分１２から第１部分１１に向かう第２電流を金属含有層１０に供給する。第１動作および第２動作は、例えば、書き込み動作の少なくとも一部に対応する。
本実施形態によれば、磁気記憶装置１００における動作電圧（例えば書き込み電圧）を低減することができる。
以下で、第１実施形態に係る磁気記憶装置１００について具体的に説明する。
磁気記憶装置１００は、例えば、第３磁性層３３、第４磁性層３４、第２非磁性層４２、および電極４６をさらに含む。金属含有層１０は、第５部分１５をさらに含む。第５部分１５は、第２部分１２と第４部分１４との間に設けられる。
第３磁性層３３は、Ｚ軸方向において第５部分１５から離れている。第２非磁性層４２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第５部分１５の少なくとも一部と、第３磁性層３３と、の間に設けられる。
第４磁性層３４の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第５部分１５の少なくとも一部と、第２非磁性層４２と、の間に設けられる。第２金属含有領域２２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第５部分１５の少なくとも一部と、第２磁性層３２と、の間に設けられる。
第２金属含有領域２２の少なくとも一部、第４磁性層３４の少なくとも一部、第２非磁性層４２の少なくとも一部、および第３磁性層３３の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第５部分１５の少なくとも一部と、電極４６と、の間に設けられる。
第１積層体ＳＢ１は、第２磁性層３２、第１非磁性層４１、第１磁性層３１、および電極４５を含む。第２積層体ＳＢ２は、第４磁性層３４、第２非磁性層４２、第３磁性層３３、および電極４６を含む。第１積層体ＳＢ１は、Ｘ軸方向において、第２積層体ＳＢ２から離れている。
第１絶縁領域５１は、例えば、Ｘ軸方向において複数設けられる。複数の第１絶縁領域５１の１つは、Ｘ軸方向において、第１金属含有領域２１と第２金属含有領域２２との間に設けられる。
第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２は、例えば、磁気抵抗変化素子として機能する。第１磁性層３１と、第１非磁性層４１と、第２磁性層３２と、を含む経路における電気抵抗値は、第１磁性層３１の磁化の向きと、第２磁性層３２の磁化の向きと、の相対的な関係に応じて変化する。同様に、第３磁性層３３と、第２非磁性層４２と、第４磁性層３４と、を含む経路における電気抵抗値は、第３磁性層３３の磁化の向きと、第４磁性層３４の磁化の向きと、の相対的な関係に応じて変化する。例えば、第１非磁性層４１および第２非磁性層４２は絶縁性であり、第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２は磁気トンネル接合を有する。
第１磁性層３１および第３磁性層３３は、例えば、参照層として機能する。第２磁性層３２および第４磁性層３４は、例えば、記憶層として機能する。例えば、第２磁性層３２の磁化がある方向に向く第１状態が、記憶される第１情報に対応する。第２磁性層３２の磁化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。
第２磁性層３２および第４磁性層３４の磁化の向きは、例えば、金属含有層１０を流れる電流の向きにより制御することができる。金属含有層１０は、例えば、Spin Orbit Layer（ＳＯＬ）として機能する。例えば、これらの磁性層と金属含有層１０との間において生じるスピン軌道トルクによって、第２磁性層３２および第４磁性層３４の磁化の向きを変えることができる。スピン軌道トルクは、金属含有層１０に流れる電流に基づく。
制御部９０は、金属含有層１０に電流を供給する。制御部９０は、例えば、駆動回路９５と、複数のスイッチ素子Ｓｗ（Ｓｗ１およびＳｗ２）と、を含む。制御部９０は、第１部分１１、第２部分１２、第１磁性層３１、および第３磁性層３３と電気的に接続される。第１スイッチ素子Ｓｗ１は、第１磁性層３１と駆動回路９５との間の電流経路上に設けられる。第２スイッチ素子Ｓｗ２は、第３磁性層３３と駆動回路９５との間の電流経路上に設けられる。
制御部９０は、第１動作（第１書き込み動作）において、第１電流を金属含有層１０に供給する。第１電流は、第１部分１１から第２部分１２に向けて流れる。これにより、第１状態が形成される。制御部９０は、第２動作において、第２電流を金属含有層１０に供給する。第２電流は、第２部分１２から第１部分１１に向けて流れる。これにより、第２状態が形成される。
第１動作後（第１状態）における第１磁性層３１と第１部分１１との間の第１電気抵抗値は、第２動作後（第２状態）における第１磁性層３１と第１部分１１との間の第２電気抵抗値と異なる。この電気抵抗値の差は、例えば、第１状態と第２状態との間における、第２磁性層３２の磁化の向きの差に基づく。
または、制御部９０は、第３動作（第３書き込み動作）において、第３電流を金属含有層１０に供給する。第３電流は、第１部分１１から第２部分１２に向けて流れる。これにより、第３状態が形成される。制御部９０は、第４動作において、第４電流を金属含有層１０に供給する。第４電流は、第２部分１２から第１部分１１に向けて流れる。これにより、第４状態が形成される。
第３動作後（第３状態）における第３磁性層３３と第１部分１１との間の第３電気抵抗値は、第４動作後（第４状態）における第３磁性層３３と第１部分１１との間の第４電気抵抗値と異なる。この電気抵抗値の差は、例えば、第３状態と第４状態との間における、第４磁性層３４の磁化の向きの差に基づく。
制御部９０は、読み出し動作において、例えば、第１磁性層３１と第１部分１１との間または第３磁性層３３と第１部分１１との間の電気抵抗値を検出する。制御部９０は、電圧値または電流値などの、これらの電気抵抗値に応じた特性を検出しても良い。
複数のスイッチ素子Ｓｗの動作により、複数の積層体ＳＢ（ＳＢ１およびＳＢ２）の一方が選択される。選択した積層体について、書き込み動作および読み出し動作を行うことができる。複数の積層体ＳＢの１つを選択するときには、その積層体ＳＢに所定の選択電圧が印加される。このとき、他の積層体ＳＢには、非選択電圧が印加される。選択電圧の電位は、非選択電圧の電位とは異なる。選択電圧の電位が非選択電圧の電位と異なっていれば、選択電圧は０ボルトであっても良い。
金属含有層１０は、例えば、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、銅、銀、およびパラジウムからなる第１群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。
金属含有層１０は、例えば、β−タンタル及びβ−タングステンからなる群より選択された少なくとも１つを含む。これらの材料におけるスピンホール角は、負である。これらの材料におけるスピンホール角の絶対値は大きい。これにより、書き込み動作において金属含有層１０に流れる電流により、第２磁性層３２の磁化の向きおよび第４磁性層３４の磁化の向きを効率的に制御できる。
金属含有層１０は、白金及び金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。これらの材料におけるスピンホール角は、正である。これらの材料におけるスピンホール角の絶対値は大きい。これにより、書き込み動作において金属含有層１０に流れる電流により、第２磁性層３２の磁化の向きおよび第４磁性層３４の磁化の向きを効率的に制御できる。
スピンホール角の極性により、第２磁性層３２および第４磁性層３４に加わるスピン軌道トルクの方向（向き）が異なる。例えば、金属含有層１０は、第２磁性層３２および第４磁性層３４にスピン軌道相互作用トルクを与える。
第１金属含有領域２１は、第１元素と異なる第２元素を含む。第２元素は、ボロン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、ハフニウム、チタン、セシウム、ジルコニウム、ストロンチウム、リチウム、ベリリウム、カルシウムおよびランタンからなる第２群より選択された少なくとも１つである。
第１金属含有領域２１は、上述した第１群より選択された少なくとも１つの元素をさらに含む。第１金属含有領域２１は、例えば、第１元素をさらに含む。
第１磁性層３１は、例えば、Ｃｏ（コバルト）またはＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−ボロン）を含む。第１磁性層３１の磁化の向きは、例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む面内の方向に沿う。第１磁性層３１の磁化の向きは、第２磁性層３２の磁化の向きに比べて変化し難い。
第１磁性層３１の厚さは、例えば、第２磁性層３２の厚さよりも大きい。これにより、第１磁性層３１の磁化の向きが、第２磁性層３２の磁化の向きに比べて、より変化し難くなる。
第１磁性層３１は、例えば、第１〜第３膜を含んでも良い。第１膜は、第３膜と第１非磁性層４１との間に設けられる。第２膜は、第１膜と第３膜との間に設けられる。第１膜は、例えば、ＣｏＦｅＢ膜（厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下）を含む。第２膜は、例えば、Ｒｕ膜（厚さは、例えば、０．７ｎｍ以上０．９ｎｍ以下）を含む。第３膜は、例えば、ＣｏＦｅＢ膜（厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下）を含む。
例えば、強磁性層が設けられても良い。この強磁性層と第１非磁性層４１との間に、第１磁性層３１が設けられる。強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ層（厚さは７ｎｍ以上９ｎｍ以下）である。強磁性層によって、第１磁性層３１の磁化の向きがより変化し難くなる。この強磁性層の上にＴａ層が設けられても良い。
第２磁性層３２は、例えば、強磁性材料及び軟磁性材料の少なくともいずれかを含む。第２磁性層３２は、例えば、人工格子を含んでも良い。
第２磁性層３２は、例えば、ＦｅＰｄ（鉄−パラジウム）、ＦｅＰｔ（鉄−白金）、ＣｏＰｄ（コバルト−パラジウム）及びＣｏＰｔ（コバルト−白金）からなる群より選択された少なくとも１つを含む。上記の軟磁性材料は、例えば、ＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−ボロン）を含む。上記の人工格子は、例えば、第１膜と第２膜を含む積層膜を含む。第１膜は、例えば、ＮｉＦｅ（ニッケル−鉄）、Ｆｅ（鉄）、およびＣｏ（コバルト）からなる群より選択された少なくとも１つを含む。第２膜は、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｐｄ（パラジウム）、およびＰｔ（白金）からなる群より選択された少なくとも１つを含む。第１膜は、例えば、磁性材料であり、第２膜は、非磁性材料である。
第２磁性層３２は、例えば、フェリ磁性材料を含んでも良い。
第２磁性層３２は、面内磁気異方性を有する。これにより、例えば、金属含有層１０から、磁化方向と反平行な偏極スピンを得ることができる。例えば、第２磁性層３２は、面内の形状磁気異方性、面内の結晶磁気異方性、及び、応力などによる面内の誘導磁気異方性の少なくともいずれかを有しても良い。
第１非磁性層４１は、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、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）及びＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）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４１は、例えば、トンネルバリア層である。第１非磁性層４１がＭｇＯを含む場合、第１非磁性層４１の厚さは、例えば、約１ｎｍである。
第３磁性層３３は、例えば、第１磁性層３１と同様の材料および構成を含む。第４磁性層３４は、例えば、第２磁性層３２と同様の材料および構成を含む。第２非磁性層４２は、例えば、第１非磁性層４１と同様の材料および構成を含む。第２金属含有領域２２は、第１金属含有領域２１と同様の材料および構成を含む。
第１絶縁領域５１は、第１絶縁物を含む。第１絶縁物は、第２群より選択された少なくとも１つの元素の絶縁性化合物である。第１絶縁物は、例えば、第２群より選択された少なくとも１つの元素の酸化物または窒化物である。第１絶縁領域５１は、さらに、第１元素の絶縁性化合物および第１磁性材料の絶縁性化合物からなる第４群より選択された少なくとも１つを含んでいても良い。
図２（ａ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を例示する工程断面図である。図２（ｂ）、図３（ａ）、および図３（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気記憶装置の製造工程を例示する工程斜視図である。
基板Ｓの上に金属含有膜１０Ａを形成する。金属含有膜１０Ａの上に金属含有膜２０Ａを形成する。金属含有膜２０Ａは、第１群より選択された少なくとも１つの元素と、第２群より選択された少なくとも１つの元素と、を含む。金属含有膜２０Ａの上に磁性膜３２Ａを形成する。磁性膜３２Ａの上に非磁性膜４１Ａを形成する。非磁性膜４１Ａの上に磁性膜３１Ａを形成する。図２（ａ）に表されるように、磁性膜３１Ａの上に金属膜４５Ａを形成する。
図２（ｂ）に表されるように、金属膜４５Ａの一部、磁性膜３１Ａの一部、非磁性膜４１Ａの一部、および磁性膜３２Ａの一部を除去する。この工程は、例えば、フォトリソグラフィ法およびイオンミリング法を用いて実施される。これにより、金属層４５Ｂ、磁性層３１Ｂ、非磁性層４１Ｂ、および磁性層３２Ｂが形成される。金属含有膜２０Ａの一部が露出する。
露出した金属含有膜２０Ａの当該一部を酸化する。金属含有膜２０Ａの当該一部は、例えば、酸素プラズマや酸素イオンビームに照射されることで、酸化される。これにより、図３（ａ）に表されるように、絶縁層５１Ａが形成される。または、金属含有膜２０Ａの一部を窒化することで、絶縁層５１Ａが形成されても良い。
金属層４５Ｂの一部、磁性層３１Ｂの一部、非磁性層４１Ｂの一部、磁性層３２Ｂの一部、絶縁層５１Ａの一部、および金属含有膜１０Ａの一部を除去する。これにより、図３（ｂ）に表されるように、金属含有層１０、第１金属含有領域２１、第２磁性層３２、第１非磁性層４１、第１磁性層３１、電極４５、および第１絶縁領域５１が形成される。以上の工程により、図１に表される磁気記憶装置１００が作製される。
上述した製造方法では、金属含有膜２０Ａが露出したときに、磁性膜３２Ａ、非磁性膜４１Ａ、磁性膜３１Ａ、および金属膜４５Ａの加工を停止する。金属含有膜１０Ａは加工されないため、金属含有膜１０Ａに含まれる金属元素が、非磁性膜４１Ａの側壁へ付着することが抑制される。加えて、金属含有膜１０Ａの厚さの減少が抑制される。
金属含有膜２０Ａの一部を酸化して絶縁層５１Ａを形成する場合、露出した金属含有膜２０Ａの一部は酸化されるが、金属含有膜２０Ａが第２元素を含むことで、金属含有膜１０Ａの酸化が抑制される。これは、例えば、第２群に含まれる元素が、第１群に含まれる元素よりも、酸化物の標準生成エネルギー（ギブスの自由エネルギー）が小さいことに基づく。金属含有膜２０Ａが第２群より選択された元素を含むことで、金属含有膜１０Ａの酸素濃度を低減し、金属含有膜１０Ａの酸化が抑制される。
または、金属含有膜２０Ａが設けられることで、金属含有層１０に含まれるグレインもしくはサブグレインを伝わり金属含有層１０の内部に進行する酸素の量を低減することができる。金属含有膜２０Ａが金属含有層１０の上に設けられる場合、金属含有層１０のグレインもしくはサブグレインが金属含有膜２０Ａに転写されたとしても、グレインバウンダリ（粒界）を伝わる酸素の量を抑制することができる。これは、金属含有膜２０Ａの酸素結合能力が、金属含有層１０よりも高いためである。これにより、金属含有層１０の電気抵抗を低減し、磁気記憶装置１００の動作電圧を低減することができる。
本実施形態によれば、金属含有層１０の電気抵抗を低減し、磁気記憶装置１００の動作電圧を低減することができる。
図４は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図４に表される磁気記憶装置１１０は、第２絶縁領域５２をさらに含む。
第１絶縁領域５１の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第４部分１４と、第２絶縁領域５２の少なくとも一部と、の間に設けられる。第２磁性層３２から第２絶縁領域５２に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第２絶縁領域５２は、Ｘ軸方向において、第２磁性層３２と第４磁性層３４との間に設けられる。
第２磁性層３２は、第１磁性材料を含む。第１磁性材料は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｂ、Ｃｕからなる第３群より選択された少なくとも１つの元素である。第２絶縁領域５２は、例えば、第１絶縁物と異なる第２絶縁物を含む。第２絶縁物は、第１磁性材料の酸化物または窒化物である。第２絶縁領域５２は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群より選択された少なくとも１つの酸化物または窒化物を含む。
図５は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図５に表される磁気記憶装置１２０は、第３絶縁領域５３をさらに含む。
第２絶縁領域５２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第１絶縁領域５１と、第３絶縁領域５３の少なくとも一部と、の間に設けられる。第１非磁性層４１から第３絶縁領域５３に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第３絶縁領域５３は、Ｘ軸方向において、第１非磁性層４１と第２非磁性層４２との間に設けられる。
第３絶縁領域５３は、第１絶縁物および第２絶縁物と異なる第３絶縁物を含む。第３絶縁物は、例えば、第１非磁性層４１に含まれる酸化物材料と同じである。または、第１非磁性層４１に含まれる金属元素の酸化物と、その金属元素の窒化物と、を含む。または、第３絶縁物は、第１非磁性層４１に含まれる酸化材料が過酸化されたものでも良い。
第３絶縁物は、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、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）、およびＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）からなる群より選択された少なくとも１つである。または、第３絶縁物は、この群より選択された少なくとも１つの絶縁物が過酸化されたものでも良い。
図６は、第１実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図６に表される磁気記憶装置１３０は、第４絶縁領域５４をさらに含む。
第３絶縁領域５３の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第２絶縁領域５２と、第４絶縁領域５４の少なくとも一部と、の間に設けられる。第１磁性層３１から第４絶縁領域５４に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第４絶縁領域５４は、Ｘ軸方向において、第１磁性層３１と第３磁性層３３との間に設けられる。
第１磁性層３１は、第２磁性材料を含む。第４絶縁領域５４は、例えば、第１絶縁物および第３絶縁物と異なる第４絶縁物を含む。第４絶縁物は、第２磁性材料の酸化物または窒化物である。第４絶縁領域５４は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群より選択された少なくとも１つの酸化物または窒化物を含む。
図７は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。
図７に表される磁気記憶装置２００は、第３金属含有領域２３をさらに含む。第３金属含有領域２３は、第１金属含有領域２１と同じ元素を含む。第３金属含有領域２３の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第４部分１４と、第１絶縁領域５１の少なくとも一部と、の間に設けられる。第３金属含有領域２３は、例えば、Ｘ軸方向において複数設けられる。複数の第３金属含有領域２３は、それぞれ、Ｚ軸方向において、複数の第１絶縁領域５１と金属含有層１０との間に設けられる。
図７に表される磁気記憶装置２００は、図４〜図６に表される磁気記憶装置と同様に、第２絶縁領域５２〜第４絶縁領域５４の少なくともいずれかをさらに含んでいても良い。
図８は、第３実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。
図８に表される磁気記憶装置３００では、第１金属含有領域２１の一部および第２金属含有領域２２の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の一部と、第１絶縁領域５１と、の間に設けられる。第１金属含有領域２１および第２金属含有領域２２のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の一部と、第１絶縁領域５１と、の間に設けられる。
第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２のＸ軸方向と交差する面が、Ｚ軸方向に対して傾斜している。第１絶縁領域５１のＸ軸方向と交差する面が、Ｚ軸方向に対して傾斜している。
図９は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図９に表される磁気記憶装置３１０は、第２絶縁領域５２をさらに含む。
第２磁性層３２の一部は、Ｚ軸方向において、第１金属含有領域２１の一部と第２絶縁領域５２の一部との間に設けられる。第２磁性層３２のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第１金属含有領域２１の一部と第２絶縁領域５２の一部との間に設けられる。
第４磁性層３４の一部は、Ｚ軸方向において、第２金属含有領域２２の一部と第２絶縁領域５２の一部との間に設けられる。第４磁性層３４のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第２金属含有領域２２の一部と第２絶縁領域５２の一部との間に設けられる。
第２絶縁領域５２のＸ軸方向と交差する面は、Ｚ軸方向に対して傾斜している。
図１０は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１０に表される磁気記憶装置３２０は、第３絶縁領域５３をさらに含む。
第１非磁性層４１の一部は、Ｚ軸方向において、第２磁性層３２の一部と第３絶縁領域５３の一部との間に設けられる。第１非磁性層４１のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第２磁性層３２の一部と第３絶縁領域５３の一部との間に設けられる。
第２非磁性層４２の一部は、Ｚ軸方向において、第４磁性層３４の一部と第３絶縁領域５３の一部との間に設けられる。第２非磁性層４２のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第４磁性層３４の一部と第３絶縁領域５３の一部との間に設けられる。
第３絶縁領域５３のＸ軸方向と交差する面は、Ｚ軸方向に対して傾斜している。
図１１は、第３実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１１に表される磁気記憶装置３３０は、第４絶縁領域５４をさらに含む。
第１磁性層３１の一部は、Ｚ軸方向において、第１非磁性層４１の一部と第４絶縁領域５４の一部との間に設けられる。第１磁性層３１のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第１非磁性層４１の一部と第４絶縁領域５４の一部との間に設けられる。
第３磁性層３３の一部は、Ｚ軸方向において、第２非磁性層４２の一部と第４絶縁領域５４の一部との間に設けられる。第３磁性層３３のＸ軸方向における端部は、Ｚ軸方向において、第２非磁性層４２の一部と第４絶縁領域５４の一部との間に設けられる。
第４絶縁領域５４のＸ軸方向と交差する面は、Ｚ軸方向に対して傾斜している。
図１２は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１２に表される磁気記憶装置４００において、第１絶縁領域５１は、第１部分領域５１ａと、第２部分領域５１ｂと、第３部分領域５１ｃと、を含む。第１部分領域５１ａから第２部分領域５１ｂに向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第３部分領域５１ｃは、Ｘ軸方向において、第１部分領域５１ａと第２部分領域５１ｂとの間に設けられる。
第１部分領域５１ａと第１金属含有領域２１との間のＸ軸方向における距離は、第１部分領域５１ａと第２金属含有領域２２との間のＸ軸方向における距離よりも短い。第２部分領域５１ｂと第２金属含有領域２２との間のＸ軸方向における距離は、第２部分領域５１ｂと第１金属含有領域２１との間のＸ軸方向における距離よりも短い。第３部分領域５１ｃと第１金属含有領域２１との間のＸ軸方向における距離は、例えば、第３部分領域５１ｃと第２金属含有領域２２との間のＸ軸方向における距離と等しい。
第３部分領域５１ｃにおける酸素濃度は、例えば、第１部分領域５１ａにおける酸素濃度よりも高く、第２部分領域５１ｂにおける酸素濃度よりも高い。
図４〜図１１に表される磁気記憶装置において、第１絶縁領域５１が、第１部分領域５１ａ、第２部分領域５１ｂ、および第３部分領域５１ｃを含んでいてもよい。
磁気記憶装置４００は、図１２に表されるように、第１絶縁層６１をさらに含んでいても良い。第１絶縁層６１は、第１積層体ＳＢ１および第２積層体ＳＢ２と、Ｘ軸方向およびＺ軸方向において重なっている。第１絶縁領域５１は、Ｚ軸方向において、第４部分１４と第１絶縁層６１の一部との間に設けられる。第１絶縁層６１は、例えば、酸化シリコンおよび窒化シリコンからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
第１絶縁層６１は、例えば、図２（ｂ）の工程の後、図３（ａ）の前に形成される。第１絶縁層６１が設けられた状態で、金属含有膜２０Ａの一部を酸化または窒化させることで、磁性層３１Ｂおよび３２Ｂの酸化または窒化を抑制することができる。
図１３は、第４実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１３に表される磁気記憶装置４１０では、第１部分領域５１ａから第２磁性層３２の一部に向かう方向が、Ｚ軸方向に沿う。第１部分領域５１ａは、Ｚ軸方向において、第３部分１３の一部と第２磁性層３２の一部との間に設けられる。第２部分領域５１ｂから第４磁性層３４の一部に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２部分領域５１ｂは、Ｚ軸方向において、第５部分１５の一部と第４磁性層３４の一部との間に設けられる。
図１４は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１４に表される磁気記憶装置５００において、第１絶縁領域５１のＺ軸方向における長さは、第１金属含有領域２１のＺ軸方向における長さより長くても良い。例えば、第２磁性層３２および第４磁性層３４から第１絶縁領域５１の一部に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。例えば、第１非磁性層４１および第２非磁性層４２から第１絶縁領域５１の別の一部に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。さらに、第１磁性層３１および第３磁性層３３から第１絶縁領域５１の別の一部に向かう方向が、Ｘ軸方向に沿っていても良い。
図１４に表される磁気記憶装置５００は、他の実施形態と同様に、第２絶縁領域５２、第３絶縁領域５３、および第４絶縁領域５４を備えていても良い。この場合、例えば、第１磁性層３１および第３磁性層３３から第２絶縁領域５２に向かう方向が、Ｘ軸方向に沿う。
図１５は、第５実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する断面図である。
図１５に表される磁気記憶装置５１０では、第１金属含有領域２１の一部および第２磁性層３２の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の一部と第１絶縁領域５１の一部との間に設けられる。第１非磁性層４１の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の一部と第１絶縁領域５１の一部との間に設けられていても良い。さらに、第１磁性層３１の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の一部と第１絶縁領域５１の一部との間に設けられていても良い。
第２金属含有領域２２の一部および第４磁性層３４の一部は、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の別の一部と第１絶縁領域５１の別の一部との間に設けられる。第２非磁性層４２の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の別の一部と第１絶縁領域５１の別の一部との間に設けられていても良い。さらに、第３磁性層３３の一部が、Ｚ軸方向において、金属含有層１０の別の一部と第１絶縁領域５１の別の一部との間に設けられていても良い。
以上で説明した各実施形態によれば、磁気記憶装置の動作電圧を低減することができる。
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。
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、金属含有層１０、第１金属含有領域２１、第２金属含有領域２２、第３金属含有領域２３、第１磁性層３１、第２磁性層３２、第３磁性層３３、第４磁性層３４、第１非磁性層４１、第２非磁性層４２、電極４５、電極４６、第１絶縁領域５１、第２絶縁領域５２、第３絶縁領域５３、第４絶縁領域５４、制御部９０、駆動回路９５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。
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。
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。
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。
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。
１０ 金属含有層、 １０Ａ 金属含有膜、 １１ 第１部分、 １２ 第２部分、 １３ 第３部分、 １４ 第４部分、 １５ 第５部分、 ２０Ａ 金属含有膜、 ２１ 第１金属含有領域、 ２２ 第２金属含有領域、 ２３ 第３金属含有領域、 ３１ 第１磁性層、 ３１Ａ 磁性膜、 ３１Ｂ 磁性層、 ３２ 第２磁性層、 ３２Ａ 磁性膜、 ３２Ｂ 磁性層、 ３３ 第３磁性層、 ３４ 第４磁性層、 ４１ 第１非磁性層、 ４１Ａ 非磁性膜、 ４１Ｂ 非磁性層、 ４２ 第２非磁性層、 ４５ 電極、 ４５Ａ 金属膜、 ４５Ｂ 金属層、 ４６ 電極、 ５１ 第１絶縁領域、 ５１Ａ 絶縁層、 ５１ａ 第１部分領域、 ５１ｂ 第２部分領域、 ５１ｃ 第３部分領域、 ５２ 第２絶縁領域、 ５３ 第３絶縁領域、 ５４ 第４絶縁領域、 ６１ 第１絶縁層、 ９０ 制御部、 ９５ 駆動回路、 １００、１１０、１２０、１３０、２００、３００、３１０、３２０、３３０、４００、４１０、５００、５１０ 磁気記憶装置、 Ｓ 基板、 ＳＢ１ 第１積層体、 ＳＢ２ 第２積層体、 Ｓｗ１ 第１スイッチ素子、 Ｓｗ２ 第２スイッチ素子

Claims (17)

  1. 第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、前記第２部分と前記第３部分との間の第４部分と、を含み、第１元素を含む金属含有層と、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第１方向と交差する第２方向において、前記第３部分から離れた第１磁性層と、
    第１非磁性層であって、前記第１非磁性層の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第１磁性層との間に設けられた前記第１非磁性層と、
    第２磁性層であって、前記第２磁性層の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第１非磁性層との間に設けられた前記第２磁性層と、
    前記第１元素と異なる第２元素を含む第１金属含有領域であって、前記第１金属含有領域の少なくとも一部は、前記第３部分の少なくとも一部と前記第２磁性層との間に設けられた前記第１金属含有領域と、
    第１絶縁物を含む第１絶縁領域であって、前記第１絶縁物は前記第２元素の絶縁性化合物であり、前記第４部分から前記第１絶縁領域の少なくとも一部に向かう方向は前記第２方向に沿う前記第１絶縁領域と、
    前記第１部分および前記第２部分と電気的に接続された制御部と、
    を備え
    前記制御部は、
    前記第１部分から前記第２部分に向かう第１電流を前記金属含有層に供給する第１動作と、
    前記第２部分から前記第１部分に向かう第２電流を前記金属含有層に供給する第２動作と、
    を実施する磁気記憶装置。
  2. 第３磁性層と、
    第２非磁性層と、
    第４磁性層と、
    第２金属含有領域と、
    をさらに備え、
    前記金属含有層は、前記第２部分と前記第４部分との間の第５部分をさらに含み、
    前記第３磁性層は、前記第２方向において前記第５部分から離れ、
    前記第２非磁性層の少なくとも一部は、前記第５部分の少なくとも一部と、前記第３磁性層と、の間に設けられ、
    前記第４磁性層の少なくとも一部は、前記第５部分の少なくとも一部と、前記第２非磁性層と、の間に設けられ、
    前記第２金属含有領域は前記第２元素を含み、
    前記第２金属含有領域の少なくとも一部は、前記第５部分の少なくとも一部と、前記第４磁性層と、の間に設けられ、
    前記第１絶縁領域は、前記第１方向において、前記第１金属含有領域と前記第２金属含有領域との間に設けられた請求項１記載の磁気記憶装置。
  3. 第３金属含有領域をさらに備え、
    前記第３金属含有領域は、前記第２方向において、前記第４部分と前記第１絶縁領域との間に設けられ、
    前記第３金属含有領域は、前記第２元素を含む請求項１または２に記載の磁気記憶装置。
  4. 第２絶縁領域をさらに備え、
    前記第１絶縁領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第４部分と、前記第２絶縁領域の少なくとも一部と、の間に設けられ、
    前記第２磁性層は、第１磁性材料を含み、
    前記第２絶縁領域は、前記第１磁性材料の絶縁性化合物を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  5. 前記第２磁性層から前記第２絶縁領域に向かう方向は、前記第１方向に沿う請求項４記載の磁気記憶装置。
  6. 前記第２磁性層の一部は、前記第２方向において、前記第１金属含有領域の一部と、前記第２絶縁領域の一部と、の間に設けられた請求項４または５に記載の磁気記憶装置。
  7. 第３絶縁領域をさらに備え、
    前記第２絶縁領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第１絶縁領域と、前記第３絶縁領域の少なくとも一部と、の間に設けられ、
    前記第１非磁性層は、第１絶縁材料を含み、
    前記第３絶縁領域は、前記第１絶縁材料を含む請求項４〜６のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  8. 前記第１非磁性層から前記第３絶縁領域に向かう方向は、前記第１方向に沿う請求項７記載の磁気記憶装置。
  9. 前記第１非磁性層の一部は、前記第２方向において、前記第２磁性層の一部と、前記第３絶縁領域の一部と、の間に設けられた請求項７または８に記載の磁気記憶装置。
  10. 第４絶縁領域をさらに備え、
    前記第３絶縁領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第２絶縁領域と、前記第４絶縁領域の少なくとも一部と、の間に設けられ、
    前記第１磁性層は、第２磁性材料を含み、
    前記第４絶縁領域は、前記第２磁性材料の絶縁性化合物を含む請求項７〜９のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  11. 前記第１磁性層から前記第４絶縁領域に向かう方向は、前記第１方向に沿う請求項１０記載の磁気記憶装置。
  12. 前記第１磁性層の一部は、前記第２方向において、前記第１非磁性層の一部と、前記第４絶縁領域の一部と、の間に設けられた請求項１０または１１に記載の磁気記憶装置。
  13. 前記第１磁性材料は、コバルト、ニッケル、鉄、白金、パラジウム、ボロン、および銅からなる第３群より選択された少なくとも１つである請求項４〜１２のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  14. 前記第１絶縁領域は、前記第１元素の絶縁性化合物および前記第１磁性材料の絶縁性化合物からなる第４群より選択された少なくとも１つをさらに含む請求項４〜１３のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  15. 前記第１絶縁領域は、第１部分領域、第２部分領域、および第３部分領域を含み、
    前記第１部分領域から前記第２部分領域に向かう方向は、前記第１方向に沿い、
    前記第３部分領域は、前記第１方向において、前記第１部分領域と前記第２部分領域との間に設けられ、
    前記第３部分領域における酸素濃度は、前記第１部分領域における酸素濃度よりも高く、前記第２部分領域における酸素濃度よりも高い請求項１〜１４のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  16. 前記第１元素は、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、銅、銀、およびパラジウムからなる第１群より選択された少なくとも１つである請求項１〜１５のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
  17. 前記第２元素は、ボロン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、ハフニウム、チタン、セシウム、ジルコニウム、ストロンチウム、リチウム、ベリリウム、カルシウムおよびランタンからなる第２群より選択された少なくとも１つである請求項１〜１６のいずれか１つに記載の磁気記憶装置。
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