JP6970655B2 - 磁気記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (9)
- 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、を含み、第1金属を含む第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、
第2金属を含む非磁性の第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、
前記第3領域と前記第1対向磁性層との間に設けられ、第3金属を含む第2導電層であって、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方向に沿う、前記第2導電層と、
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、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第1絶縁層であって、
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、前記第1絶縁層と、
を備えた磁気記憶装置。 - 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1記載の磁気記憶装置。 - 前記第1金属層は、第1端部及び中間部分を含み、
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又は2に記載の磁気記憶装置。 - 前記第1絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第1金属層と前記第1絶縁層との間に設けられ、
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。 - 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、
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、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、を含む第1絶縁層であって、前記第1絶縁部の一部は前記第2方向において前記第1金属層と前記第1絶縁層との間に設けられた、前記第1絶縁層と、
を備えた磁気記憶装置。 - 前記第1金属層の少なくとも一部は、カーブしている請求項1〜5のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。
- 前記第1領域及び前記第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電流を前記第1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電流を前記第1導電層に供給する第2動作と、を実施する請求項1〜6のいずれか1つに記載の磁気記憶装置。 - 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電流を前記第1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電流を前記第1導電層に供給し、
前記第1動作後における前記第1磁性層と前記第1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磁性層と前記第1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磁性層と前記第1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磁性層と前記第1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7記載の磁気記憶装置。 - 第1導電膜と、前記第1導電膜の一部の上に設けられた第1磁性膜と、前記第1磁性膜の上に設けられた非磁性膜と、前記非磁性膜の上に設けられた第2磁性膜と、を含む積層膜に対して、前記第1導電膜の表面及び前記第1磁性膜の表面に第1金属膜を形成し、且つ前記第2磁性膜の表面に第2金属膜を形成し、前記第2金属膜は前記第1金属膜と離れ、
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。
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