JPH11154388A - Magnetoresistive memory element - Google Patents

Magnetoresistive memory element

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Publication number
JPH11154388A
JPH11154388A JP9319708A JP31970897A JPH11154388A JP H11154388 A JPH11154388 A JP H11154388A JP 9319708 A JP9319708 A JP 9319708A JP 31970897 A JP31970897 A JP 31970897A JP H11154388 A JPH11154388 A JP H11154388A
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JP
Japan
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layer
memory element
magnetoresistive
magnetoresistive memory
film
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Application number
JP9319708A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsushi Tanamoto
哲史 棚本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistive memory element which can take out a large output signal and in which power consumption can be reduced by mak ing the element such structure that element resistance is high and a resistance variation rate can be improved. SOLUTION: This element is provided with a gate insulation film 8 and a gate electrode 10 formed on a silicon substrate 1, a drain region 11 formed being adjacent a lower part channel region, a magnetoresistive element including magnetic particles 4, a tunnel oxide film, and a ferroelectric layer 6, and a source electrode 7 injecting carriers in the magnetoresistive element. And the direction of magnetization of the magnetoresistive element is controlled by the direction of a gate current made to flow in the gate electrode 10, further, carriers injected from the source electrode 7 are made flow in the silicon substrate 1 through tone magnetoresistive element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗素子を用い
た磁気抵抗メモリ素子に関する。
The present invention relates to a magnetoresistive memory element using a magnetoresistive element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、巨大磁気抵抗効果(GMR)を利
用したメモリ素子(MRAM)が提案されている(たと
えば、J.L.Brown et al.:IEEE
transaction of component
s,PART A,VOL17,p373(199
4))。このメモリ素子の構造を図24に示す。図24
において、第1の磁性層101、非磁性層102、第2
の磁性層103、絶縁層104、および電極105が積
層されて形成されている。第1の磁性層101、非磁性
層102および第2の磁性層103は、いわゆるスピン
バルブ構造のGMR膜である。第1の磁性層101は保
磁力の小さい軟磁性体からなる自由層(フリー層)であ
り、外部磁化に応じて自由に磁化の方向が変化する。第
2の磁性層103は保磁力の大きい硬質磁性体からなる
磁化固着層(ピン層)であり、その磁化の方向は固着さ
れる。非磁性層102はたとえばCuなどの導体からな
っている。電極105とGMR膜は互いに直交する方向
に延長されており、それぞれワード線およびビット線と
して用いられる。
2. Description of the Related Art In recent years, a memory element (MRAM) utilizing a giant magnetoresistance effect (GMR) has been proposed (for example, JL Brown et al .: IEEE).
transaction of component
s, PART A, VOL17, p373 (199
4)). FIG. 24 shows the structure of this memory element. FIG.
, The first magnetic layer 101, the non-magnetic layer 102, the second
The magnetic layer 103, the insulating layer 104, and the electrode 105 are laminated. The first magnetic layer 101, the nonmagnetic layer 102, and the second magnetic layer 103 are so-called spin valve GMR films. The first magnetic layer 101 is a free layer (free layer) made of a soft magnetic material having a small coercive force, and the direction of magnetization changes freely according to external magnetization. The second magnetic layer 103 is a pinned layer (pin layer) made of a hard magnetic material having a large coercive force, and the direction of magnetization is pinned. The nonmagnetic layer 102 is made of a conductor such as Cu. The electrode 105 and the GMR film extend in directions orthogonal to each other, and are used as a word line and a bit line, respectively.

【0003】このメモリ素子の動作原理は以下の通りで
ある。書き込みは、電極(ワード線)105に比較的大
きな電流を流して大きな磁界を発生させることにより、
第2の磁性層(ピン層)103の磁化の方向を所定の方
向に固着させることにより行う。このとき、たとえば図
24で第2の磁性層(ピン層)103の磁化の方向が右
向きのときを“0”、左向きのときを“1”とする。読
み出しはGMR膜の抵抗変化、すなわち第1および第2
の磁性層101、103の磁化の向きが平行のときには
低抵抗、磁化の向きが反平行のときにはスピン依存散乱
により高抵抗になることを利用する。具体的には、GM
R膜に書き込み時より小さい数十mAの電流を流しなが
ら、電極5にプラスからマイナスへと変化するパルス電
流を流し、第1の磁性層(フリー層)101の磁化の方
向を左方向から右方向へと反転させる。このとき、第2
の磁性層(ピン層)103のデータが“1”ならば抵抗
は最小から最大へと変化し、“0”ならば抵抗は最大か
ら最小へと変化する。この抵抗変化をGMR膜に接続さ
れた読み出し電極の電圧変動として出力する。
[0003] The operating principle of this memory element is as follows. Writing is performed by applying a relatively large current to the electrode (word line) 105 to generate a large magnetic field.
This is performed by fixing the magnetization direction of the second magnetic layer (pin layer) 103 in a predetermined direction. At this time, for example, in FIG. 24, when the magnetization direction of the second magnetic layer (pinned layer) 103 is rightward, it is “0”, and when it is leftward, it is “1”. Reading is performed by changing the resistance of the GMR film, that is, the first and second resistances.
When the magnetization directions of the magnetic layers 101 and 103 are parallel, the resistance is low, and when the magnetization directions are antiparallel, the resistance is high due to spin-dependent scattering. Specifically, GM
A pulse current that changes from plus to minus flows through the electrode 5 while a current of several tens mA smaller than that at the time of writing flows through the R film to change the direction of magnetization of the first magnetic layer (free layer) 101 from left to right. Flip in the direction. At this time, the second
If the data of the magnetic layer (pin layer) 103 is “1”, the resistance changes from the minimum to the maximum, and if the data is “0”, the resistance changes from the maximum to the minimum. This resistance change is output as a voltage change of the read electrode connected to the GMR film.

【0004】この磁気抵抗メモリ素子は、構造が簡単で
ガラスなどの安価な基板上にも形成でき、書き込み/読
み出しを1015回以上繰り返すことができ、しかも不揮
発であることから次世代メモリとして期待されている。
[0004] This magnetoresistive memory element has a simple structure, can be formed on an inexpensive substrate such as glass, can repeat writing / reading 10 15 times or more, and is non-volatile. Have been.

【0005】しかし、図24に示した磁気抵抗メモリ素
子は、抵抗変化率の増大に限界があり、しかも素子部の
抵抗自体が低いため配線抵抗に対して磁気抵抗変化を検
出しにくい。このため、大きな出力信号を取り出すため
には増幅回路などの複雑な周辺回路を必要とする。さら
に、読み出し時にビット線およびワード線に常時電流が
流れるため、消費電力が大きいという問題がある。
However, in the magnetoresistive memory element shown in FIG. 24, there is a limit to an increase in the rate of change in resistance, and since the resistance itself of the element portion is low, it is difficult to detect a change in magnetoresistance with respect to wiring resistance. Therefore, a complicated peripheral circuit such as an amplifier circuit is required to extract a large output signal. Furthermore, since current always flows through the bit line and the word line during reading, there is a problem that power consumption is large.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、素子
抵抗が高く抵抗変化率を増大できる構造により大きな出
力信号を取り出すことができ、複雑な周辺回路を不要に
して集積度を挙げることができ、しかも消費電力を少な
くできる磁気抵抗メモリ素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to increase the degree of integration by eliminating the need for a complicated peripheral circuit by obtaining a large output signal by a structure having a high element resistance and capable of increasing the resistance change rate. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive memory element that can reduce power consumption.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗メモリ
素子は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜および
ゲート電極と、ゲート電極下部のチャネル領域に隣接し
て形成された拡散層(ドレイン)と、第1の磁性層、非
磁性層および第2の磁性層を含む磁気抵抗素子と、磁気
抵抗素子にキャリヤーを注入する電極(ソース電極)と
を具備し、前記ゲート電極に流すゲート電流の方向によ
り前記磁気抵抗素子を構成する磁性層の磁化の方向が制
御され、かつ前記電極から注入されたキャリヤーが前記
磁気抵抗素子を通して半導体基板へ流れるように、前記
磁気抵抗素子が配置されていることを特徴とする。
A magnetoresistive memory element according to the present invention comprises a gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate, and a diffusion layer (drain) formed adjacent to a channel region below the gate electrode. ), A magnetoresistive element including a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer; and an electrode (source electrode) for injecting carriers into the magnetoresistive element, and a gate current flowing through the gate electrode. The direction of magnetization of the magnetic layer constituting the magnetoresistive element is controlled by the direction of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is arranged such that carriers injected from the electrode flow to the semiconductor substrate through the magnetoresistive element. It is characterized by the following.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明において、半導体基板とし
てはシリコン基板やシリコン層が形成された絶縁基板
(SOI)、またはGaAs、AlAs、GaNなどの
化合物半導体が用いられる。本発明の磁気抵抗メモリ素
子は、基本的にMOSトランジスタに磁気抵抗素子を組
み込んだ構造を有するので、磁気抵抗素子の製造工程以
外はSi−ULSIの製造工程を適用して製造すること
ができる。したがって、CMOSと結合する場合など実
際の生産ラインではマスク数をそれほど増加する必要も
なく、生産コストを抑制できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, a silicon substrate, an insulating substrate (SOI) having a silicon layer formed thereon, or a compound semiconductor such as GaAs, AlAs, or GaN is used as a semiconductor substrate. Since the magnetoresistive memory element of the present invention basically has a structure in which a magnetoresistive element is incorporated in a MOS transistor, it can be manufactured by applying a Si-ULSI manufacturing process other than the magnetoresistive element manufacturing process. Therefore, it is not necessary to increase the number of masks so much in an actual production line such as when combining with a CMOS, and the production cost can be suppressed.

【0009】磁気抵抗素子は第1の磁性層、非磁性層お
よび第2の磁性層を積層した構造を含む。一方の磁性層
は保磁力の小さい軟磁性体からなる自由層(フリー層)
であり、外部磁化に応じて自由に磁化の方向が変化す
る。他方の磁性層は保磁力の大きい硬質磁性体からなる
磁化固着層(ピン層)であり、その磁化の方向は固着さ
れる。磁性層の材料としては、Co、CoFe、Fe、
Ni、NiFeCo、CoPtなどを用いることができ
る。磁気抵抗素子を構成する一方の磁性層(たとえば半
導体基板側に形成される第1の磁性層)は磁性体微粒子
で構成することが好ましい。このような磁性体微粒子を
形成するには、たとえば磁性材料を蒸着する際に蒸着時
間を制御し、磁性体の連続膜が形成される前に蒸着を停
止する方法が挙げられる。
The magnetoresistive element has a structure in which a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer are stacked. One magnetic layer is a free layer (free layer) made of a soft magnetic material having a small coercive force.
And the direction of the magnetization changes freely according to the external magnetization. The other magnetic layer is a magnetization fixed layer (pin layer) made of a hard magnetic material having a large coercive force, and the direction of magnetization is fixed. As the material of the magnetic layer, Co, CoFe, Fe,
Ni, NiFeCo, CoPt, or the like can be used. One of the magnetic layers constituting the magnetoresistive element (for example, the first magnetic layer formed on the semiconductor substrate side) is preferably made of magnetic fine particles. In order to form such magnetic fine particles, for example, a method of controlling the vapor deposition time when depositing a magnetic material and stopping the vapor deposition before a continuous film of the magnetic material is formed can be mentioned.

【0010】磁気抵抗素子は、非磁性層が導体層からな
るいわゆるスピンバルブ膜(以下、SV膜という場合が
ある)でもよい。非磁性導体層の材料としては、Cu、
Ag、Auなどを用いることができる。この場合、スピ
ン依存散乱を利用して磁気抵抗変化を検出する。磁気抵
抗素子は、非磁性層がトンネル絶縁層からなるいわゆる
トンネル接合型MR膜(以下、JMR膜という場合があ
る)でもよい。トンネル絶縁層の材料としては、SiO
2 、SiN、バンドギャップの大きい半導体などを用い
ることができる。この場合、スピン依存トンネリングを
利用して磁気抵抗変化を検出する。すなわち第1および
第2の磁性層の磁化の方向が平行のときにはトンネリン
グが起こりやすくなって低抵抗になり、磁化の方向が反
平行のときにはトンネリングが起こりにくくなって高抵
抗になることを利用する。また、磁気抵抗素子の非磁性
層としてトンネル絶縁層と導体層とを積層したものを用
いてよい。なお、磁気抵抗素子として、多数の磁性層を
非磁性層を介して積層した構造を有する人工格子膜を用
いてもよい。
The magnetoresistive element may be a so-called spin valve film (hereinafter, sometimes referred to as an SV film) in which the nonmagnetic layer is a conductor layer. As the material of the nonmagnetic conductor layer, Cu,
Ag, Au, or the like can be used. In this case, the magnetoresistance change is detected using spin-dependent scattering. The magnetoresistive element may be a so-called tunnel junction type MR film (hereinafter sometimes referred to as a JMR film) in which the nonmagnetic layer is a tunnel insulating layer. The material of the tunnel insulating layer may be SiO 2
2 , SiN, a semiconductor having a large band gap, or the like can be used. In this case, the magnetoresistance change is detected using spin-dependent tunneling. That is, when the magnetization directions of the first and second magnetic layers are parallel, tunneling easily occurs and the resistance becomes low, and when the magnetization directions are antiparallel, tunneling hardly occurs and the resistance becomes high. . Further, a stacked layer of a tunnel insulating layer and a conductor layer may be used as the nonmagnetic layer of the magnetoresistive element. Note that an artificial lattice film having a structure in which many magnetic layers are stacked via a nonmagnetic layer may be used as the magnetoresistive element.

【0011】磁気抵抗素子は、MOSトランジスタのゲ
ート電極に流すゲート電流の方向により磁気抵抗素子を
構成する磁性層の磁化の方向が制御され、かつソース電
極から注入されたキャリヤーが磁気抵抗素子を通して半
導体基板(ゲート電圧の印加により形成される反転層)
へ流れ、さらにチャネル領域からドレイン電極へ流れる
ように配置される。たとえば、半導体基板上において磁
気抵抗素子とゲート電極とが絶縁層を挟んで隣合った状
態で配置され、ゲート電極の一部は絶縁膜を介して磁気
抵抗素子上に形成されていてもよい。この場合、ゲート
電極がワード線として用いられ、ドレイン電極がビット
線として用いられる。
In the magnetoresistive element, the direction of magnetization of a magnetic layer constituting the magnetoresistive element is controlled by the direction of a gate current flowing to the gate electrode of a MOS transistor, and carriers injected from a source electrode are transferred to the semiconductor through the magnetoresistive element. Substrate (inversion layer formed by application of gate voltage)
, And further flow from the channel region to the drain electrode. For example, a magnetoresistive element and a gate electrode may be arranged adjacent to each other with an insulating layer interposed therebetween on a semiconductor substrate, and a part of the gate electrode may be formed on the magnetoresistive element via an insulating film. In this case, the gate electrode is used as a word line, and the drain electrode is used as a bit line.

【0012】本発明においては、半導体基板と磁気抵抗
素子との間にトンネル接合を形成してもよいし、ショッ
トキー接合を形成してもよい。また、半導体基板(およ
びトンネル接合を形成する場合にはトンネル絶縁層)の
上に下地層を形成し、この下地層上に磁気抵抗素子を形
成してもよい。この下地層は、非磁性導体層でもよい
し、磁性層とトンネル絶縁層との積層体でもよいし、磁
性層とトンネル絶縁層と非磁性導体層との積層体でもよ
い。
In the present invention, a tunnel junction may be formed between the semiconductor substrate and the magnetoresistive element, or a Schottky junction may be formed. Further, an underlayer may be formed on a semiconductor substrate (and a tunnel insulating layer when a tunnel junction is formed), and a magnetoresistive element may be formed on the underlayer. The underlayer may be a nonmagnetic conductor layer, a laminate of a magnetic layer and a tunnel insulating layer, or a laminate of a magnetic layer, a tunnel insulating layer, and a nonmagnetic conductor layer.

【0013】本発明の磁気抵抗メモリ素子の動作は以下
の通りである。書き込みはゲート電極(ワード線)に比
較的大きな電流を流して大きな磁界を発生させ、ピン層
の磁化の方向を所定の方向に固着させる(“0”または
“1”に設定する)ことにより行う。読み出しはゲート
電極に書き込み時よりも小さい電流を流してフリー層の
磁化の方向を変化させ、ピン層およびフリー層の磁化の
方向が平行または反平行になるようにする。同時に、ゲ
ート電極の電位に応じて、ゲート電極直下の半導体基板
(チャネル領域)から磁気抵抗素子直下の半導体基板ま
で延びる反転層が形成される。また、ソース電極から注
入されたキャリヤーは磁気抵抗素子を流れ、トンネル接
合またはショットキー接合を介して半導体基板表面に形
成されている反転層へ流れ、さらにドレイン(ビット
線)へ流れる。ビット線で読み出される電流の大きさは
ピン層およびフリー層の磁化の方向が平行であるか反平
行であるかに依存するので、ピン層の情報を磁気抵抗変
化として読み出すことができる。
The operation of the magnetoresistive memory device of the present invention is as follows. Writing is performed by causing a relatively large current to flow through the gate electrode (word line) to generate a large magnetic field and fix the magnetization direction of the pinned layer in a predetermined direction (set to "0" or "1"). . In reading, a current smaller than that in writing is applied to the gate electrode to change the direction of magnetization of the free layer so that the directions of magnetization of the pinned layer and the free layer are parallel or antiparallel. At the same time, an inversion layer extending from the semiconductor substrate (channel region) immediately below the gate electrode to the semiconductor substrate immediately below the magnetoresistive element is formed according to the potential of the gate electrode. The carriers injected from the source electrode flow through the magnetoresistive element, flow to the inversion layer formed on the surface of the semiconductor substrate via the tunnel junction or Schottky junction, and further flow to the drain (bit line). Since the magnitude of the current read by the bit line depends on whether the magnetization directions of the pinned layer and the free layer are parallel or antiparallel, the information of the pinned layer can be read as a change in magnetoresistance.

【0014】以上のように本発明の磁気抵抗メモリ素子
では、ソース電極から注入されたキャリヤーが磁気抵抗
素子、トンネル接合またはショットキー接合、反転層、
ドレイン電極(ビット線)という経路で流れるので、従
来の磁気抵抗メモリ素子に比べて実質的な素子抵抗が大
きくなる。このため、配線抵抗に対して磁気抵抗を検出
しやすくなる。この結果、従来の磁気抵抗メモリ素子で
は必要であった増幅回路などの周辺回路が不要になる。
このとき、磁気抵抗を計測するための電流はゲート電極
によりON/OFFが制御されるため制御性が高く、し
かもONのときのみ電流が流れるので、従来の磁気抵抗
メモリ素子に比べて電力消費を大幅に低減できる。
As described above, in the magnetoresistive memory device according to the present invention, the carrier injected from the source electrode is a magnetoresistance device, a tunnel junction or a Schottky junction, an inversion layer,
Since the current flows through a path called a drain electrode (bit line), the element resistance is substantially increased as compared with a conventional magnetoresistive memory element. For this reason, it becomes easy to detect the magnetic resistance with respect to the wiring resistance. As a result, peripheral circuits such as an amplifier circuit, which are required in the conventional magnetoresistive memory element, are not required.
At this time, since the ON / OFF of the current for measuring the magnetoresistance is controlled by the gate electrode, the controllability is high, and since the current flows only when the current is ON, the power consumption is lower than that of the conventional magnetoresistance memory element. It can be greatly reduced.

【0015】また、磁気抵抗素子を構成する一方の磁性
層を磁性体微粒子で構成すると、磁性体微粒子と非磁性
層との接触面積つまりキャリヤーが散乱する面積が増加
し、微粒子の磁化の方向が効率的に電流に反映されるた
め、磁気抵抗変化を増大させることができる。
When one of the magnetic layers constituting the magnetoresistive element is made of magnetic fine particles, the contact area between the magnetic fine particles and the non-magnetic layer, that is, the area where carriers are scattered increases, and the direction of magnetization of the fine particles is changed. Because the current is efficiently reflected, the change in magnetoresistance can be increased.

【0016】さらに、磁気抵抗素子として磁性体微粒子
とトンネル絶縁膜(非磁性層)と磁性層とを積層した構
造のトンネル接合型MR膜(JMR膜)を用いたメモリ
素子では、磁性体微粒子表面の微小トンネル接合を介し
て電子がトンネリングする際にトンネル絶縁膜のキャパ
シタンスの効果により単一電子現象が現れる。この単一
電子現象が見られる領域では磁気抵抗変化が大幅(数倍
以上)に増大する(特願平8−259858号参照)。
室温においてこの現象を実現させるためには、磁性体微
粒子のサイズは数十nm以下、さらに10nm以下であ
ることが好ましい。磁性体微粒子が小さければ小さいほ
ど単一電子効果が大きくなるので、メモリ素子の微細化
に有利になる。
Further, in a memory element using a tunnel junction type MR film (JMR film) having a structure in which magnetic fine particles, a tunnel insulating film (nonmagnetic layer) and a magnetic layer are laminated as a magnetoresistive element, the surface of the magnetic fine particles is When electrons tunnel through the small tunnel junction, a single electron phenomenon appears due to the effect of the capacitance of the tunnel insulating film. In the region where the single electron phenomenon is observed, the change in magnetoresistance greatly increases (several times or more) (see Japanese Patent Application No. 8-259858).
In order to realize this phenomenon at room temperature, the size of the magnetic fine particles is preferably several tens nm or less, more preferably 10 nm or less. The smaller the magnetic fine particles, the greater the single electron effect, which is advantageous for miniaturization of the memory element.

【0017】JMR膜のトンネル絶縁膜と磁性層との間
に非磁性導体層を設けた場合には、非磁性導体層と磁性
層間および非磁性導体層とトンネル絶縁膜との界面抵抗
が加わるので、配線抵抗に対して磁気抵抗変化を検出し
やすくなる。
When a nonmagnetic conductor layer is provided between the tunnel insulating film of the JMR film and the magnetic layer, the interface resistance between the nonmagnetic conductor layer and the magnetic layer and between the nonmagnetic conductor layer and the tunnel insulating film is increased. In addition, it becomes easy to detect a change in the magnetoresistance with respect to the wiring resistance.

【0018】トンネル絶縁層上に磁性体微粒子とトンネ
ル絶縁膜と磁性層とを積層した構造のJMR膜を形成し
たメモリ素子では、磁性体微粒子がトンネル絶縁膜で囲
まれた構造になる。この場合、磁性体微粒子のサイズが
数十nm以下(好ましくは10nm以下)であると、ト
ンネル絶縁膜のキャパシタンスを10-15 F以下にする
ことができ、クーロンブロッケードにより室温でも容易
に単一電子効果を実現できるので、大きな磁気抵抗変化
が得られる。そして、本発明のメモリ素子はSi−UL
SIの製造工程に組み入れて製造することができるの
で、トンネル絶縁膜として均一性および信頼性の高い熱
酸化膜、CVD−SiO2 膜、CVD−SiN膜を用い
ることができる。
In a memory element in which a JMR film having a structure in which magnetic fine particles, a tunnel insulating film, and a magnetic layer are laminated on a tunnel insulating layer is formed, the magnetic fine particles are surrounded by the tunnel insulating film. In this case, when the size of the magnetic fine particles is several tens nm or less (preferably 10 nm or less), the capacitance of the tunnel insulating film can be reduced to 10 -15 F or less, and single electron can be easily formed at room temperature by Coulomb blockade. Since the effect can be realized, a large magnetoresistance change can be obtained. And the memory element of the present invention is Si-UL
Since it can be manufactured by incorporating it into the manufacturing process of the SI, a highly uniform and reliable thermal oxide film, CVD-SiO 2 film, or CVD-SiN film can be used as the tunnel insulating film.

【0019】なお、従来知られているJMR膜ではトン
ネル絶縁膜としてAl23 などが用いられており、均
一な膜厚に形成することが困難であった。トンネル絶縁
膜を流れる電流は膜厚に指数関数的に依存するため、膜
厚が不均一であると電流値が大きく変化する。このた
め、従来のJMR膜を用いて磁気抵抗メモリ素子を製造
すると、メモリセル間での電流値のばらつきが大きな問
題になる。これに対して、本発明の磁気抵抗メモリ素子
では、上述したようにSi−ULSI技術を適用して膜
厚の均一なトンネル絶縁膜を形成することができ、メモ
リセル間の電流値のばらつきを抑制することができる。
Incidentally, in the conventionally known JMR film, Al 2 O 3 or the like is used as a tunnel insulating film, and it is difficult to form a uniform film thickness. Since the current flowing through the tunnel insulating film depends exponentially on the film thickness, if the film thickness is non-uniform, the current value greatly changes. Therefore, when a magnetoresistive memory element is manufactured using a conventional JMR film, variation in current value between memory cells becomes a serious problem. On the other hand, in the magnetoresistive memory element of the present invention, a tunnel insulating film having a uniform film thickness can be formed by applying the Si-ULSI technique as described above, and the variation in current value between memory cells can be reduced. Can be suppressed.

【0020】半導体基板上に下地層として磁性層および
トンネル絶縁層を形成し、この下地層上に磁性体微粒子
とトンネル絶縁膜と磁性層とを積層した構造のJMR膜
を形成したメモリ素子では、磁性体微粒子がトンネル酸
化膜を介して2つの磁性層で挟まれた構造となる。この
ような構造では、非常に大きな磁気抵抗変化が得られ
る。
In a memory element in which a magnetic layer and a tunnel insulating layer are formed as an underlayer on a semiconductor substrate, and a JMR film having a structure in which magnetic fine particles, a tunnel insulating film and a magnetic layer are laminated on the underlayer is provided. It has a structure in which magnetic fine particles are sandwiched between two magnetic layers via a tunnel oxide film. With such a structure, a very large magnetoresistance change can be obtained.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例1 図1に本発明の磁気抵抗メモリ素子の一例を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は以下のようにして製造することが
できる。まず、p型シリコン基板1上にフィールド酸化
膜2を形成して素子領域を規定する。素子領域を表面処
理した後、熱酸化して厚さ約3nmのトンネル酸化膜3
を形成する。蒸着時間を制御してCoを蒸着することに
よりトンネル酸化膜3上に磁性体微粒子(フリー層)4
を形成する。Cuを蒸着して磁性体微粒子4上に厚さ約
5nmの非磁性導体層5を形成する。CoFeを蒸着し
て非磁性導体層5上に厚さ約5nmの強磁性層(ピン
層)6を形成する。これらをパターニングしてスピンバ
ルブ膜(SV膜)を形成する。SV膜の側面にCuから
なるソース電極7を接合させる。熱酸化によりシリコン
基板1の表面にゲート酸化膜8を形成する。また、非磁
性層5および強磁性層6の表面に絶縁層9を形成する。
ポリシリコンを堆積した後、パターニングしてゲート電
極10を形成する。ゲート電極10をマスクとしてリン
(P)をイオン注入することによりn+ 型ドレイン領域
11を形成する。さらに、ドレイン領域11上にコンタ
クトホールを形成し、ドレイン電極(図示せず)を形成
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 shows an example of a magnetoresistive memory element according to the present invention. This magnetoresistive memory element can be manufactured as follows. First, a field oxide film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 to define an element region. After surface treatment of the element region, thermal oxidation is performed to form a tunnel oxide film 3 having a thickness of about 3 nm.
To form By depositing Co while controlling the deposition time, magnetic fine particles (free layer) 4 are formed on the tunnel oxide film 3.
To form A nonmagnetic conductor layer 5 having a thickness of about 5 nm is formed on the magnetic fine particles 4 by vapor deposition of Cu. A ferromagnetic layer (pin layer) 6 having a thickness of about 5 nm is formed on the nonmagnetic conductor layer 5 by depositing CoFe. These are patterned to form a spin valve film (SV film). A source electrode 7 made of Cu is joined to the side surface of the SV film. A gate oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Further, an insulating layer 9 is formed on the surfaces of the nonmagnetic layer 5 and the ferromagnetic layer 6.
After depositing polysilicon, patterning is performed to form a gate electrode 10. The n + -type drain region 11 is formed by implanting phosphorus (P) ions using the gate electrode 10 as a mask. Further, a contact hole is formed on the drain region 11, and a drain electrode (not shown) is formed.

【0022】なお、上記の方法では、ゲート電極10を
マスクとして不純物をイオン注入することによりドレイ
ン領域11を形成したが、予めドレイン領域11を形成
し、後にゲート電極10を形成してもよい。
In the above method, the drain region 11 is formed by ion-implanting impurities using the gate electrode 10 as a mask. However, the drain region 11 may be formed in advance, and the gate electrode 10 may be formed later.

【0023】図23(A)に示すように、各素子のゲー
ト電極10を接続するワード線の一端に電源51を、他
端に抵抗52をそれぞれ接続し、接地電位に対して抵抗
を介して電圧を印加する。この結果、各ゲート電極10
には等電位の電圧が印加され、印加電圧と抵抗52に応
じた電流が流れる。ゲート電極10の電流の向きを切換
えるには、図23(B)に示すような回路を構成する。
すなわち、電源51の一端に接続する配線、各素子のゲ
ート電極10を接続するワード線の両端に接続する配
線、および抵抗52の一端に接続する配線の接続ポイン
トにスイッチ53を設け、このスイッチ53を切換える
ことによりゲート電極10の電流の向きを切換える。
As shown in FIG. 23A, a power supply 51 is connected to one end of a word line connecting the gate electrode 10 of each element, and a resistor 52 is connected to the other end. Apply voltage. As a result, each gate electrode 10
Is applied with a voltage having the same potential, and a current corresponding to the applied voltage and the resistance 52 flows. To switch the direction of the current of the gate electrode 10, a circuit as shown in FIG.
That is, a switch 53 is provided at a connection point between a wiring connected to one end of the power supply 51, a wiring connected to both ends of a word line connecting the gate electrode 10 of each element, and a wiring connected to one end of the resistor 52. , The direction of the current of the gate electrode 10 is switched.

【0024】この磁気抵抗メモリ素子の動作を説明す
る。なお、図に示されているようにSV膜とゲート電極
とが横に並んでいる場合、SV膜の磁性層は水平方向に
磁化するわけではないが、図では磁化の水平方向成分の
みを示している。
The operation of this magnetoresistive memory element will be described. When the SV film and the gate electrode are arranged side by side as shown in the figure, the magnetic layer of the SV film is not magnetized in the horizontal direction, but only the horizontal component of the magnetization is shown in the figure. ing.

【0025】この磁気抵抗メモリ素子への書き込みは、
ゲート電極(ワード線)10に比較的大きな電流を流し
て大きな磁界を発生させ、強磁性層(ピン層)6の磁化
の方向を固着させることにより行う。このとき、電流の
方向によって磁化の方向を変化させ、たとえば図1で強
磁性層(ピン層)6の磁化の方向が右向きのときを
“0”、左向きのときを“1”とする。図1では強磁性
層(ピン層)6の磁化の方向は左向きであり、“1”が
書き込まれている。
Writing to the magnetoresistive memory element is performed as follows.
This is performed by applying a relatively large current to the gate electrode (word line) 10 to generate a large magnetic field and fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer (pin layer) 6. At this time, the direction of the magnetization is changed depending on the direction of the current. For example, in FIG. 1, when the direction of the magnetization of the ferromagnetic layer (pin layer) 6 is rightward, it is set to "0", and when it is leftward, it is set to "1". In FIG. 1, the magnetization direction of the ferromagnetic layer (pin layer) 6 is leftward, and “1” is written.

【0026】読み出しは以下のようにして行う。ゲート
電極10に書き込み時よりも小さい電流を流し、途中で
電流の方向を変化させることにより、磁性体微粒子(フ
リー層)4の磁化の方向を、たとえば左方向から右方向
へと反転させる。同時に、ゲート電極10に印加される
正電位(VG >0)に応じて、ゲート電極10直下のシ
リコン基板からSV膜直下のシリコン基板まで延びる反
転層12が形成される。反転層12の状態は、ゲート電
極10の電位を制御することにより変化させることがで
きる。そして、ソース電極7から注入されたキャリヤー
はSV膜を流れ、トンネル酸化膜3を通して反転層12
へ注入され、さらにドレイン電極(ビット線)へ流れ
る。このとき、強磁性層(ピン層)6のデータが“1”
ならば抵抗は最小から最大へと変化し、“0”ならば抵
抗は最大から最小へと変化する。この抵抗変化をビット
線での電圧変動として出力する。
Reading is performed as follows. By passing a current smaller than that at the time of writing to the gate electrode 10 and changing the direction of the current on the way, the direction of magnetization of the magnetic fine particles (free layer) 4 is reversed, for example, from left to right. At the same time, an inversion layer 12 extending from the silicon substrate immediately below the gate electrode 10 to the silicon substrate immediately below the SV film is formed according to the positive potential (V G > 0) applied to the gate electrode 10. The state of the inversion layer 12 can be changed by controlling the potential of the gate electrode 10. Then, the carriers injected from the source electrode 7 flow through the SV film and pass through the tunnel oxide film 3 to the inversion layer 12.
To the drain electrode (bit line). At this time, the data of the ferromagnetic layer (pin layer) 6 is "1".
If so, the resistance changes from minimum to maximum, and if "0", the resistance changes from maximum to minimum. This resistance change is output as a voltage change in the bit line.

【0027】この磁気抵抗メモリ素子では、ソース電極
から注入された電子がSV膜、トンネル接合、反転層、
ドレイン電極(ビット線)という経路で流れ、しかも磁
性体微粒子4により電子が散乱する面積が増加するの
で、実質的な素子抵抗が大きくなり、配線抵抗に対して
磁気抵抗変化を検出しやすくなる。この結果、従来の磁
気抵抗メモリ素子では必要であった増幅回路などの周辺
回路が不要になる。また、磁気抵抗を計測するための電
流はゲート電極によりON/OFFが制御されるため制
御性が高く、しかもONのときのみ電流が流れるので、
従来の磁気抵抗メモリ素子に比べて電力消費を大幅に低
減できる。
In this magnetoresistive memory element, electrons injected from the source electrode are applied to the SV film, tunnel junction, inversion layer,
Since the current flows along the path of the drain electrode (bit line) and the area where electrons are scattered by the magnetic fine particles 4 increases, substantial element resistance increases, and it becomes easy to detect a change in magnetoresistance relative to wiring resistance. As a result, peripheral circuits such as an amplifier circuit, which are required in the conventional magnetoresistive memory element, are not required. Further, since the ON / OFF of the current for measuring the magnetic resistance is controlled by the gate electrode, the controllability is high, and the current flows only when the current is ON.
Power consumption can be greatly reduced as compared with a conventional magnetoresistive memory element.

【0028】なお、図1ではフリー層として磁性体微粒
子を用いたが、磁性体の連続膜を用いてもよい。フリー
層として磁性体微粒子を用いる場合、必ずしも微粒子ど
うしが接触している必要はなく、磁性体微粒子どうしが
離れていてもよい。これは、図1では磁気抵抗自体の変
化を検出しているため、互いに離れた磁性体微粒子の間
に存在する非磁性導体層を通して半導体基板側へ電流が
流れても差し支えないことによる。また、ソース電極7
とSV膜との間にトンネル絶縁層を設けてもよい。
Although the magnetic fine particles are used as the free layer in FIG. 1, a continuous film of a magnetic material may be used. When magnetic fine particles are used as the free layer, the fine particles need not necessarily be in contact with each other, and may be separated from each other. This is because, in FIG. 1, since the change in the magnetic resistance itself is detected, a current may flow to the semiconductor substrate side through the nonmagnetic conductor layer existing between the magnetic fine particles separated from each other. Also, the source electrode 7
A tunnel insulating layer may be provided between the substrate and the SV film.

【0029】実施例2 図2に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は以下のようにして製造することがで
きる。まず、n型シリコン基板21上にフィールド酸化
膜2を形成して素子領域を規定する。以下、実施例1と
同様にして、素子領域上に磁性体微粒子(フリー層)
4、非磁性導体層5、強磁性層(ピン層)6を形成す
る。この場合、シリコン基板21と磁性体微粒子4との
間はショットキー接合となる。これらをパターニングし
てSV膜を形成する。SV膜の側面にCuからなるソー
ス電極7を接合させる。熱酸化によりシリコン基板1の
表面にゲート酸化膜8を形成する。また、非磁性層5お
よび強磁性層6の表面に絶縁層9を形成する。ポリシリ
コンを堆積した後、パターニングしてゲート電極10を
形成する。ゲート電極10をマスクとしてボロン(B)
をイオン注入することによりp+ 型ドレイン領域22を
形成する。さらに、ドレイン領域22上にコンタクトホ
ールを形成し、ドレイン電極(図示せず)を形成する。
Embodiment 2 FIG. 2 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element can be manufactured as follows. First, a field oxide film 2 is formed on an n-type silicon substrate 21 to define an element region. Thereafter, magnetic fine particles (free layer) are formed on the element region in the same manner as in Example 1.
4. A nonmagnetic conductor layer 5 and a ferromagnetic layer (pinned layer) 6 are formed. In this case, a Schottky junction is formed between the silicon substrate 21 and the magnetic fine particles 4. These are patterned to form an SV film. A source electrode 7 made of Cu is joined to the side surface of the SV film. A gate oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Further, an insulating layer 9 is formed on the surfaces of the nonmagnetic layer 5 and the ferromagnetic layer 6. After depositing polysilicon, patterning is performed to form a gate electrode 10. Boron (B) using gate electrode 10 as a mask
Is implanted to form ap + -type drain region 22. Further, a contact hole is formed on the drain region 22, and a drain electrode (not shown) is formed.

【0030】この磁気抵抗メモリ素子は、ゲート電極1
0に負電位(VG <0)を印加して、ゲート電極10直
下のシリコン基板からSV膜直下のシリコン基板まで延
びる反転層23を形成させる以外は実施例1のものと同
様に動作させることができる。また、この磁気抵抗メモ
リ素子はシリコン基板21とSV膜との間にショットキ
ー接合が形成されている以外は実施例1のものと同様な
構造を有するので、実施例1と同様な効果が得られる。
This magnetoresistive memory element has a gate electrode 1
The same operation as in the first embodiment except that a negative potential (V G <0) is applied to 0 to form an inversion layer 23 extending from the silicon substrate immediately below the gate electrode 10 to the silicon substrate immediately below the SV film. Can be. Further, since this magnetoresistive memory element has the same structure as that of the first embodiment except that a Schottky junction is formed between the silicon substrate 21 and the SV film, the same effect as that of the first embodiment is obtained. Can be

【0031】実施例3 図3に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成され
たトンネル酸化膜3上に下地層としてCuからなる非磁
性導体層13が形成され、非磁性導体層13上にSV膜
が形成されている以外は実施例1のものと同様な構造を
有する。非磁性導体層13は、その上に形成される磁性
体微粒子4の成長を促進する作用を有する。この磁気抵
抗メモリ素子も実施例1のものと同様に動作し、同様な
効果が得られる。
Embodiment 3 FIG. 3 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a non-magnetic conductor layer 13 made of Cu is formed as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, and an SV film is formed on the non-magnetic conductor layer 13. It has the same structure as that of the first embodiment except for the above. The nonmagnetic conductor layer 13 has an action of promoting the growth of the magnetic fine particles 4 formed thereon. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment, and a similar effect is obtained.

【0032】実施例4 図4に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成され
たトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからなる
強磁性層(ピン層)14およびその表面のトンネル絶縁
層15が形成され、トンネル絶縁層15上にSV膜が形
成されている以外は実施例1のものと同様な構造を有す
る。この磁気抵抗メモリ素子も実施例1のものと同様に
動作する。また、強磁性層(ピン層)14の存在により
情報として書き込まれる磁化を増大させるとともに、ト
ンネル絶縁層15の存在により素子抵抗を増大させるこ
とができる。
Embodiment 4 FIG. 4 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe and a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof are formed as an underlayer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of the first embodiment except that an SV film is formed on the insulating layer 15. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment. Further, the magnetization written as information can be increased by the presence of the ferromagnetic layer (pin layer) 14, and the element resistance can be increased by the presence of the tunnel insulating layer 15.

【0033】実施例5 図5に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成され
たトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからなる
強磁性層(ピン層)14、その表面のトンネル絶縁層1
5、およびCuからなる非磁性導体層13が形成され、
非磁性導体層13上にSV膜が形成されている以外は実
施例1と同様な構造を有する。この磁気抵抗メモリ素子
も実施例1のものと同様に動作する。また、実施例3お
よび4に記載した効果を併せて得ることができる。
Embodiment 5 FIG. 5 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, and a tunnel insulating layer 1 on the surface thereof.
5, and a nonmagnetic conductor layer 13 made of Cu is formed,
It has the same structure as that of the first embodiment except that an SV film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment. Further, the effects described in the third and fourth embodiments can be obtained together.

【0034】実施例6 図6に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、n型シリコン基板1の素子領域上
に下地層としてCuからなる非磁性導体層13が形成さ
れ、非磁性導体層13上にSV膜が形成されている以外
は実施例2のものと同様な構造を有する。非磁性導体層
13は、その上に形成される磁性体微粒子4の成長を促
進する作用を有する。この磁気抵抗メモリ素子も実施例
1のものと同様に動作し、同様な効果が得られる。
Embodiment 6 FIG. 6 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element is the same as the embodiment except that a nonmagnetic conductor layer 13 made of Cu is formed as a base layer on the element region of the n-type silicon substrate 1 and an SV film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. It has a structure similar to the two. The nonmagnetic conductor layer 13 has an action of promoting the growth of the magnetic fine particles 4 formed thereon. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment, and a similar effect is obtained.

【0035】実施例7 図7に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成され
たトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからなる
強磁性層(ピン層)14およびその表面のトンネル絶縁
層15が形成され、トンネル絶縁層15上にSV膜が形
成されている以外は実施例2のものと同様な構造を有す
る。この磁気抵抗メモリ素子も実施例1のものと同様に
動作する。また、強磁性層(ピン層)14の存在により
情報として書き込まれる磁化を増大させるとともに、ト
ンネル絶縁層15の存在により素子抵抗を増大させるこ
とができる。
Embodiment 7 FIG. 7 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe and a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof are formed as an underlayer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of the second embodiment except that an SV film is formed on the insulating layer 15. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment. Further, the magnetization written as information can be increased by the presence of the ferromagnetic layer (pin layer) 14, and the element resistance can be increased by the presence of the tunnel insulating layer 15.

【0036】実施例8 図8に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成され
たトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからなる
強磁性層(ピン層)14、その表面のトンネル絶縁層1
5、およびCuからなる非磁性導体層13が形成され、
非磁性導体層13上にSV膜が形成されている以外は実
施例1と同様な構造を有する。この磁気抵抗メモリ素子
も実施例1のものと同様に動作する。また、実施例6お
よび7に記載した効果を併せて得ることができる。
Embodiment 8 FIG. 8 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, and a tunnel insulating layer 1 on the surface thereof.
5, and a nonmagnetic conductor layer 13 made of Cu is formed,
It has the same structure as that of the first embodiment except that an SV film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the first embodiment. Further, the effects described in Embodiments 6 and 7 can be obtained together.

【0037】実施例9 図9に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この磁
気抵抗メモリ素子は以下のようにして製造することがで
きる。まず、p型シリコン基板1上にフィールド酸化膜
2を形成して素子領域を規定する。素子領域を表面処理
した後、熱酸化して厚さ約3nmのトンネル酸化膜3を
形成する。蒸着時間を制御してCoを蒸着することによ
りトンネル酸化膜3上に磁性体微粒子(フリー層)4を
形成する。この磁性体微粒子4のサイズは、単一電子効
果を発現させるために、10nm以下であることが好ま
しい。磁性体微粒子4上に厚さ3nm以下のCVD−S
iO2 膜からなるトンネル酸化膜31を形成する。Co
Feを蒸着してトンネル酸化膜31上に厚さ約5nmの
強磁性層(ピン層)6を形成する。これらをパターニン
グしてトンネル接合型MR膜(JMR膜)を形成する。
JMR膜の強磁性層6の側面にCuからなるソース電極
7を接合させる。熱酸化によりシリコン基板1の表面に
ゲート酸化膜8を形成する。また、強磁性層6の表面に
絶縁層9を形成する。ポリシリコンを堆積した後、パタ
ーニングしてゲート電極10を形成する。ゲート電極1
0をマスクとしてリン(P)をイオン注入することによ
りn+型ドレイン領域11を形成する。さらに、ドレイ
ン領域11上にコンタクトホールを形成し、ドレイン電
極(図示せず)を形成する。
Embodiment 9 FIG. 9 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element can be manufactured as follows. First, a field oxide film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 to define an element region. After surface treatment of the element region, thermal oxidation is performed to form a tunnel oxide film 3 having a thickness of about 3 nm. The magnetic fine particles (free layer) 4 are formed on the tunnel oxide film 3 by controlling the deposition time to deposit Co. The size of the magnetic fine particles 4 is preferably 10 nm or less in order to exhibit the single electron effect. CVD-S having a thickness of 3 nm or less on the magnetic fine particles 4
A tunnel oxide film 31 made of an iO 2 film is formed. Co
A ferromagnetic layer (pin layer) 6 having a thickness of about 5 nm is formed on the tunnel oxide film 31 by depositing Fe. These are patterned to form a tunnel junction type MR film (JMR film).
A source electrode 7 made of Cu is joined to the side surface of the ferromagnetic layer 6 of the JMR film. A gate oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Further, an insulating layer 9 is formed on the surface of the ferromagnetic layer 6. After depositing polysilicon, patterning is performed to form a gate electrode 10. Gate electrode 1
The n + -type drain region 11 is formed by ion-implanting phosphorus (P) using 0 as a mask. Further, a contact hole is formed on the drain region 11, and a drain electrode (not shown) is formed.

【0038】この磁気抵抗メモリ素子はGMR膜として
SV膜の代わりにJMR膜を用いている以外は実施例1
のものと同様な構造を有し同様に動作する。この磁気抵
抗メモリ素子では、ソース電極から注入された電子がJ
MR膜、トンネル接合、反転層、ドレイン電極(ビット
線)という経路で流れるので、実質的な素子抵抗が大き
くなり、配線抵抗に対して磁気抵抗変化を検出しやすく
なる。
Example 1 of this magnetoresistive memory element except that a JMR film was used instead of an SV film as a GMR film.
It has a similar structure and operates similarly. In this magnetoresistive memory element, electrons injected from a source electrode are J
Since the current flows through the path of the MR film, the tunnel junction, the inversion layer, and the drain electrode (bit line), the element resistance substantially increases, and it becomes easy to detect a change in magnetoresistance relative to the wiring resistance.

【0039】なお、図9ではフリー層として磁性体微粒
子を用いたが、磁性体の連続膜を用いてもよい。フリー
層として磁性体微粒子を用いる場合、必ずしも微粒子ど
うしが接触している必要はなく、その上に形成されるト
ンネル酸化膜が連続的に形成されていればよい。これ
は、微粒子どうしが離れていてもその間にトンネル酸化
膜が充填されれば、この部分を流れる電流は急激に減少
するためである。また、ソース電極7とJMR膜との間
にトンネル絶縁層を設けてもよい。
Although the magnetic fine particles are used as the free layer in FIG. 9, a continuous film of a magnetic material may be used. When magnetic fine particles are used as the free layer, the fine particles do not necessarily need to be in contact with each other, and it is sufficient that the tunnel oxide film formed thereon is continuously formed. This is because if the tunnel oxide film is filled between the fine particles even if the fine particles are separated from each other, the current flowing through this portion sharply decreases. Further, a tunnel insulating layer may be provided between the source electrode 7 and the JMR film.

【0040】実施例10 図10に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に、磁性体微粒子4、トンネル
酸化膜31、非磁性導体層32および強磁性層6からな
るJMR膜が形成されている以外は図9と同様な構造を
有する。なお、非磁性導体層32の膜厚は5nm以下、
さらに1nm以下であることが好ましい。
Embodiment 10 FIG. 10 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a JMR film composed of magnetic fine particles 4, a tunnel oxide film 31, a nonmagnetic conductor layer 32 and a ferromagnetic layer 6 is formed on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of FIG. The thickness of the nonmagnetic conductor layer 32 is 5 nm or less,
Further, it is preferably 1 nm or less.

【0041】この磁気抵抗メモリ素子は、トンネル酸化
膜31と強磁性層6との間に非磁性導体層32を設けて
いる点が図9のものと異なる。この場合、非磁性導体層
32とトンネル酸化膜31および強磁性層6との間の界
面抵抗が加わるので、図9のものよりも素子抵抗が大き
くなる。
This magnetoresistive memory element differs from that of FIG. 9 in that a nonmagnetic conductor layer 32 is provided between the tunnel oxide film 31 and the ferromagnetic layer 6. In this case, since the interface resistance between the nonmagnetic conductor layer 32 and the tunnel oxide film 31 and the ferromagnetic layer 6 is added, the element resistance becomes larger than that of FIG.

【0042】実施例11 図11に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は以下のようにして製造することが
できる。まず、n型シリコン基板21上にフィールド酸
化膜2を形成して素子領域を規定する。以下、実施例9
と同様にして、素子領域上に磁性体微粒子(フリー層)
4、トンネル酸化膜31、強磁性層(ピン層)6を形成
する。この場合、シリコン基板21と磁性体微粒子4と
の間はショットキー接合となる。これらをパターニング
してJMR膜を形成する。JMR膜の側面にCuからな
るソース電極7を接合させる。熱酸化によりシリコン基
板1の表面にゲート酸化膜8を形成する。また、非磁性
層5および強磁性層6の表面に絶縁層9を形成する。ポ
リシリコンを堆積した後、パターニングしてゲート電極
10を形成する。ゲート電極10をマスクとしてボロン
(B)をイオン注入することによりp+ 型ドレイン領域
22を形成する。さらに、ドレイン領域22上にコンタ
クトホールを形成し、ドレイン電極(図示せず)を形成
する。
Embodiment 11 FIG. 11 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element can be manufactured as follows. First, a field oxide film 2 is formed on an n-type silicon substrate 21 to define an element region. Hereinafter, Example 9
Magnetic fine particles (free layer) on the element region
4. A tunnel oxide film 31 and a ferromagnetic layer (pin layer) 6 are formed. In this case, a Schottky junction is formed between the silicon substrate 21 and the magnetic fine particles 4. These are patterned to form a JMR film. A source electrode 7 made of Cu is joined to the side surface of the JMR film. A gate oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation. Further, an insulating layer 9 is formed on the surfaces of the nonmagnetic layer 5 and the ferromagnetic layer 6. After depositing polysilicon, patterning is performed to form a gate electrode 10. Using the gate electrode 10 as a mask, boron (B) ions are implanted to form the p + -type drain region 22. Further, a contact hole is formed on the drain region 22, and a drain electrode (not shown) is formed.

【0043】この磁気抵抗メモリ素子は、ゲート電極1
0に負電位(VG <0)を印加して、ゲート電極10直
下のシリコン基板からJMR膜直下のシリコン基板まで
延びる反転層23を形成させる以外は実施例9のものと
同様に動作させることができる。また、この磁気抵抗メ
モリ素子はシリコン基板21とJMR膜との間にショッ
トキー接合が形成されている以外は実施例9のものと同
様な構造を有するので、実施例9と同様な効果が得られ
る。
This magnetoresistive memory element has a gate electrode 1
The same operation as in the ninth embodiment except that a negative potential (V G <0) is applied to 0 to form an inversion layer 23 extending from the silicon substrate immediately below the gate electrode 10 to the silicon substrate immediately below the JMR film. Can be. This magnetoresistive memory element has the same structure as that of the ninth embodiment except that a Schottky junction is formed between the silicon substrate 21 and the JMR film. Can be

【0044】実施例12 図12に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に、磁性体微粒子4、トンネル
酸化膜31、非磁性導体層32および強磁性層6からな
るJMR膜が形成されている以外は図11と同様な構造
を有する。
Embodiment 12 FIG. 12 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a JMR film composed of magnetic fine particles 4, a tunnel oxide film 31, a nonmagnetic conductor layer 32 and a ferromagnetic layer 6 is formed on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of FIG.

【0045】この磁気抵抗メモリ素子は、トンネル酸化
膜31と強磁性層6との間に非磁性導体層32を設けて
いる点が図11のものと異なる。この場合、非磁性導体
層32とトンネル酸化膜31および強磁性層6との間の
界面抵抗が加わるので、図11のものよりも素子抵抗が
大きくなる。
This magnetoresistive memory element differs from that of FIG. 11 in that a nonmagnetic conductor layer 32 is provided between tunnel oxide film 31 and ferromagnetic layer 6. In this case, since the interface resistance between the nonmagnetic conductor layer 32 and the tunnel oxide film 31 and the ferromagnetic layer 6 is added, the element resistance becomes larger than that in FIG.

【0046】実施例13 図13に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に下地層としてCuからなる非
磁性導体層13が形成され、非磁性導体層13上にJM
R膜が形成されている以外は実施例9のものと同様な構
造を有する。非磁性導体層13は、その上に形成される
磁性体微粒子4の成長を促進する作用を有する。この磁
気抵抗メモリ素子も実施例9のものと同様に動作し、同
様な効果が得られる。
Embodiment 13 FIG. 13 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a nonmagnetic conductor layer 13 made of Cu is formed as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, and a JM layer is formed on the nonmagnetic conductor layer 13.
It has the same structure as that of the ninth embodiment except that the R film is formed. The nonmagnetic conductor layer 13 has an action of promoting the growth of the magnetic fine particles 4 formed thereon. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the ninth embodiment, and the same effects can be obtained.

【0047】実施例14 図14に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからな
る強磁性層(ピン層)14およびその表面のトンネル絶
縁層15が形成され、トンネル絶縁層15上にJMR膜
が形成されている以外は実施例9のものと同様な構造を
有する。この磁気抵抗メモリ素子も実施例9のものと同
様に動作する。また、強磁性層(ピン層)14の存在に
より情報として書き込まれる磁化を増大させるととも
に、トンネル絶縁層15の存在により素子抵抗を増大さ
せることができる。
Embodiment 14 FIG. 14 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe and a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof are formed as an underlayer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of the ninth embodiment except that a JMR film is formed on the insulating layer 15. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the ninth embodiment. Further, the magnetization written as information can be increased by the presence of the ferromagnetic layer (pin layer) 14, and the element resistance can be increased by the presence of the tunnel insulating layer 15.

【0048】実施例15 図15に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからな
る強磁性層(ピン層)14、その表面のトンネル絶縁層
15、およびCuからなる非磁性導体層13が形成さ
れ、非磁性導体層13上にJMR膜が形成されている以
外は実施例9と同様な構造を有する。この磁気抵抗メモ
リ素子も実施例9のものと同様に動作する。また、実施
例13および14に記載した効果を併せて得ることがで
きる。
Embodiment 15 FIG. 15 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element includes a ferromagnetic layer (pin layer) 14 of CoFe as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof, and Cu. It has the same structure as that of the ninth embodiment except that a nonmagnetic conductor layer 13 is formed and a JMR film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the ninth embodiment. Further, the effects described in Embodiments 13 and 14 can be obtained together.

【0049】実施例16 図16に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、n型シリコン基板1の素子領域
上に下地層としてCuからなる非磁性導体層13が形成
され、非磁性導体層13上にJMR膜が形成されている
以外は実施例11のものと同様な構造を有する。非磁性
導体層13は、その上に形成される磁性体微粒子4の成
長を促進する作用を有する。この磁気抵抗メモリ素子も
実施例11のものと同様に動作し、同様な効果が得られ
る。
Embodiment 16 FIG. 16 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has the same structure as the embodiment except that a nonmagnetic conductor layer 13 made of Cu is formed as a base layer on the element region of the n-type silicon substrate 1 and a JMR film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. It has a structure similar to that of the eleventh embodiment. The nonmagnetic conductor layer 13 has an action of promoting the growth of the magnetic fine particles 4 formed thereon. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the eleventh embodiment, and the same effects can be obtained.

【0050】実施例17 図17に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからな
る強磁性層(ピン層)14およびその表面のトンネル絶
縁層15が形成され、トンネル絶縁層15上にJMR膜
が形成されている以外は実施例11のものと同様な構造
を有する。この磁気抵抗メモリ素子も実施例11のもの
と同様に動作する。また、強磁性層(ピン層)14の存
在により情報として書き込まれる磁化を増大させるとと
もに、トンネル絶縁層15の存在により素子抵抗を増大
させることができる。
Embodiment 17 FIG. 17 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. In this magnetoresistive memory element, a ferromagnetic layer (pin layer) 14 made of CoFe and a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof are formed as an underlayer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1. It has the same structure as that of the eleventh embodiment except that a JMR film is formed on the insulating layer 15. This magnetoresistive memory element operates similarly to that of the eleventh embodiment. Further, the magnetization written as information can be increased by the presence of the ferromagnetic layer (pin layer) 14, and the element resistance can be increased by the presence of the tunnel insulating layer 15.

【0051】実施例18 図18に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は、p型シリコン基板1上に形成さ
れたトンネル酸化膜3上に下地層としてCoFeからな
る強磁性層(ピン層)14、その表面のトンネル絶縁層
15、およびCuからなる非磁性導体層13が形成さ
れ、非磁性導体層13上にJMR膜が形成されている以
外は実施例11と同様な構造を有する。この磁気抵抗メ
モリ素子も実施例11のものと同様に動作する。また、
実施例16および17に記載した効果を併せて得ること
ができる。
Embodiment 18 FIG. 18 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element includes a ferromagnetic layer (pin layer) 14 of CoFe as a base layer on a tunnel oxide film 3 formed on a p-type silicon substrate 1, a tunnel insulating layer 15 on the surface thereof, and Cu. It has the same structure as that of the eleventh embodiment except that a nonmagnetic conductor layer 13 is formed and a JMR film is formed on the nonmagnetic conductor layer 13. This magnetoresistive memory element operates similarly to that of the eleventh embodiment. Also,
The effects described in Embodiments 16 and 17 can be obtained together.

【0052】実施例19 図19に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は実施例9( 図9)の磁気抵抗メモ
リ素子の素子構造を縦形にした構造を有する。すなわ
ち、p型シリコン基板1上にトンネル酸化膜3、磁性体
微粒子4、トンネル酸化膜31、および強磁性層6を積
層し、エッチングしてメサ構造を形成する。熱酸化によ
りシリコン基板1の表面にゲート酸化膜8を形成する。
また、強磁性層6の表面に絶縁層9を形成する。絶縁層
9の一部をエッチングしてCuを蒸着した後、パターニ
ングして強磁性層6と接続するドレイン電極11を形成
する。ポリシリコンを堆積した後、パターニングしてメ
サ部の両側にゲート電極10を形成する。ゲート電極1
0をマスクとしてリン(P)をイオン注入することによ
りn+ 型ソース領域7を形成する。ソース領域7上にコ
ンタクトホールを形成し、ソース電極(図示せず)を形
成する。さらに、ドレイン電極11とゲート電極10と
を絶縁する絶縁層41を形成する。この磁気抵抗メモリ
素子は実施例9のものと同様に動作し同様な効果が得ら
れる。
Embodiment 19 FIG. 19 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has a structure in which the element structure of the magnetoresistive memory element of Example 9 (FIG. 9) is made vertical. That is, the tunnel oxide film 3, the magnetic fine particles 4, the tunnel oxide film 31, and the ferromagnetic layer 6 are stacked on the p-type silicon substrate 1 and etched to form a mesa structure. A gate oxide film 8 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation.
Further, an insulating layer 9 is formed on the surface of the ferromagnetic layer 6. After a portion of the insulating layer 9 is etched to deposit Cu, patterning is performed to form a drain electrode 11 connected to the ferromagnetic layer 6. After depositing polysilicon, patterning is performed to form gate electrodes 10 on both sides of the mesa portion. Gate electrode 1
The n + -type source region 7 is formed by ion-implanting phosphorus (P) with 0 as a mask. A contact hole is formed on the source region 7, and a source electrode (not shown) is formed. Further, an insulating layer 41 for insulating the drain electrode 11 from the gate electrode 10 is formed. This magnetoresistive memory element operates in the same manner as that of the ninth embodiment and achieves the same effects.

【0053】実施例20 図20に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は実施例19の磁気抵抗メモリ素子
と同様な構造を有するが、基板1の裏面をソース電極と
したものである。
Embodiment 20 FIG. 20 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has the same structure as that of the magnetoresistive memory element of Example 19, except that the back surface of the substrate 1 is used as a source electrode.

【0054】実施例21 図21に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は絶縁層41上に磁化制御用の電極
42を設けた以外は、実施例19の磁気抵抗メモリ素子
と同様の構造を有する。このメモリ素子では、これまで
の実施例のようにゲート電極10に流す電流ではなく、
電極42に流す電流により磁気抵抗素子の磁性層の磁化
を制御する。
Embodiment 21 FIG. 21 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has the same structure as the magnetoresistive memory element of Example 19 except that an electrode 42 for controlling magnetization is provided on the insulating layer 41. In this memory element, instead of the current flowing through the gate electrode 10 as in the previous embodiments,
The magnetization of the magnetic layer of the magnetoresistive element is controlled by the current flowing through the electrode 42.

【0055】実施例22 図22に本発明の他の磁気抵抗メモリ素子を示す。この
磁気抵抗メモリ素子は絶縁層41上に磁化制御用の電極
42を設けた以外は、実施例20の磁気抵抗メモリ素子
と同様の構造を有する。
Embodiment 22 FIG. 22 shows another magnetoresistive memory element of the present invention. This magnetoresistive memory element has a structure similar to that of the magnetoresistive memory element of Example 20, except that an electrode 42 for controlling magnetization is provided on an insulating layer 41.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、素
子抵抗が高く抵抗変化率を増大できる構造により大きな
出力信号を取り出すことができ、複雑な周辺回路を不要
にして集積度を挙げることができ、しかも消費電力を少
なくできる磁気抵抗メモリ素子を提供することができ
る。また、本発明の磁気抵抗メモリ素子はSi−ULS
Iとの結合が容易であり、SiO2 など均一性および信
頼性の高い絶縁膜を用いることができる。
As described in detail above, according to the present invention, a large output signal can be taken out by a structure having a high element resistance and a high resistance change rate, and a complicated peripheral circuit is not required, thereby increasing the degree of integration. It is possible to provide a magnetoresistive memory element capable of reducing power consumption. Further, the magnetoresistive memory element of the present invention is a Si-ULS
It is easy to bond with I, and a highly uniform and reliable insulating film such as SiO 2 can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a first embodiment.

【図2】実施例2の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a second embodiment.

【図3】実施例3の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a third embodiment.

【図4】実施例4の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a fourth embodiment.

【図5】実施例5の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a fifth embodiment.

【図6】実施例6の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a sixth embodiment.

【図7】実施例7の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a seventh embodiment.

【図8】実施例8の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to an eighth embodiment.

【図9】実施例9の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a ninth embodiment.

【図10】実施例10の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 10 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a tenth embodiment.

【図11】実施例11の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 11 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to an eleventh embodiment.

【図12】実施例12の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 12 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a twelfth embodiment.

【図13】実施例13の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 13 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a thirteenth embodiment.

【図14】実施例14の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 14 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a fourteenth embodiment.

【図15】実施例15の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 15 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to Example 15;

【図16】実施例16の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 16 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a sixteenth embodiment.

【図17】実施例17の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 17 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a seventeenth embodiment.

【図18】実施例18の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 18 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to an eighteenth embodiment.

【図19】実施例19の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 19 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a nineteenth embodiment;

【図20】実施例20の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 20 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a twentieth embodiment;

【図21】実施例21の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 21 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to Example 21.

【図22】実施例22の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 22 is a sectional view of a magnetoresistive memory element according to a twenty-second embodiment.

【図23】本発明に係る磁気抵抗メモリ素子のゲート電
流を供給する回路を示す図。
FIG. 23 is a diagram showing a circuit for supplying a gate current of the magnetoresistive memory element according to the present invention.

【図24】従来の磁気抵抗メモリ素子の断面図。FIG. 24 is a sectional view of a conventional magnetoresistive memory element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2…フィールド酸化膜 3…トンネル酸化膜 4…磁性体微粒子(フリー層) 5…非磁性導体層 6…強磁性層(ピン層) 7…ソース電極 8…ゲート酸化膜 9…絶縁層 10…ゲート電極 11…n+ ドレイン領域 12…反転層 21…n型シリコン基板 22…p+ 型ドレイン領域 23…反転層 31…トンネル酸化膜 32…非磁性導体層 41…絶縁層 42…電極 51…電源 52…抵抗 53…スイッチDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type silicon substrate 2 ... field oxide film 3 ... tunnel oxide film 4 ... magnetic fine particle (free layer) 5 ... non-magnetic conductor layer 6 ... ferromagnetic layer (pin layer) 7 ... source electrode 8 ... gate oxide film 9 ... insulating layer 10 ... gate electrode 11 ... n + drain region 12 ... inversion layer 21 ... n-type silicon substrate 22 ... p + -type drain region 23 ... inversion layer 31 ... tunnel oxide film 32 ... nonmagnetic conductor layer 41 ... insulation layer 42 ... Electrode 51 ... Power supply 52 ... Resistance 53 ... Switch

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜
およびゲート電極と、ゲート電極下部のチャネル領域に
隣接して形成された拡散層と、第1の磁性層、非磁性層
および第2の磁性層を含む磁気抵抗素子と、磁気抵抗素
子にキャリヤーを注入する電極とを具備し、前記ゲート
電極に流すゲート電流の方向により前記磁気抵抗素子を
構成する磁性層の磁化の方向が制御され、かつ前記電極
から注入されたキャリヤーが前記磁気抵抗素子を通して
半導体基板へ流れるように、前記磁気抵抗素子が配置さ
れていることを特徴とする磁気抵抗メモリ素子。
A gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate; a diffusion layer formed adjacent to a channel region below the gate electrode; a first magnetic layer, a non-magnetic layer, and a second A magnetoresistive element including a magnetic layer, and an electrode for injecting carriers into the magnetoresistive element, the direction of magnetization of the magnetic layer constituting the magnetoresistive element is controlled by the direction of a gate current flowing through the gate electrode, A magnetoresistive memory element, wherein the magnetoresistive element is arranged such that carriers injected from the electrode flow to the semiconductor substrate through the magnetoresistive element.
【請求項2】 前記磁気抵抗素子を構成する一方の磁性
層が、磁性体微粒子からなることを特徴とする請求項1
記載の磁気抵抗メモリ素子。
2. The method according to claim 1, wherein one of the magnetic layers constituting the magnetoresistive element is made of magnetic fine particles.
A magnetoresistive memory element according to claim 1.
【請求項3】 前記磁気抵抗素子を構成する非磁性層
が、導体からなることを特徴とする請求項1記載の磁気
抵抗メモリ素子。
3. The magnetoresistive memory element according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer constituting the magnetoresistive element is made of a conductor.
【請求項4】 前記磁気抵抗素子を構成する非磁性層
が、トンネル絶縁層からなることを特徴とする請求項1
記載の磁気抵抗メモリ素子。
4. The non-magnetic layer constituting the magneto-resistive element comprises a tunnel insulating layer.
A magnetoresistive memory element according to claim 1.
【請求項5】 前記半導体基板と前記磁気抵抗素子がト
ンネル接合を形成していることを特徴とする請求項3ま
たは4記載の磁気抵抗メモリ素子。
5. The magnetoresistive memory element according to claim 3, wherein said semiconductor substrate and said magnetoresistive element form a tunnel junction.
【請求項6】 前記半導体基板と前記磁気抵抗素子がシ
ョットキー接合を形成していることを特徴とする請求項
3または4記載の磁気抵抗メモリ素子。
6. The magnetoresistive memory element according to claim 3, wherein said semiconductor substrate and said magnetoresistive element form a Schottky junction.
【請求項7】 前記磁気抵抗素子を構成する非磁性層と
して用いられるトンネル絶縁層が、CVD−SiO2
たはCVD−SiNからなることを特徴とする請求項4
記載の磁気抵抗メモリ素子。
7. The tunnel insulating layer used as a non-magnetic layer constituting the magneto-resistive element is made of CVD-SiO 2 or CVD-SiN.
A magnetoresistive memory element according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101208697B1 (en) * 2011-02-25 2012-12-06 에스케이하이닉스 주식회사 Magnetic tunnel junction and method for fabricating the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101208697B1 (en) * 2011-02-25 2012-12-06 에스케이하이닉스 주식회사 Magnetic tunnel junction and method for fabricating the same

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