JPWO2010125641A1 - トンネル磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気メモリセル及びランダムアクセスメモリ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す断面模式図である。本実施例では、トンネル磁気抵抗効果素子1はスパッタリング法を用いて作製した。このトンネル磁気抵抗効果素子1は、配向制御層309、反強磁性層308、磁気固定層3051、絶縁層304、第一の強磁性層303、第一の拡散層3022、第一の非磁性層302、第二の拡散層3021、第二の強磁性層301、保護層300より形成される。ここで、第一の強磁性層303、第一の拡散層3022、第一の非磁性層302、第二の拡散層3021、第二の強磁性層301の積層構造で磁気記録層が形成される。磁気固定層3021は、第四の強磁性層302、第二の非磁性膜303、第三の強磁性層304で構成される場合もある。
図2は、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子1において、製膜時の第一の非磁性層が330℃以上の熱処理により全て第一の強磁性層と第二の強磁性層に拡散し、一層の拡散強磁性層を形成した例を示す断面模式図である。このトンネル磁気抵抗効果素子2は、配向制御層309、反強磁性層308、磁気固定層3051、絶縁層304、拡散強磁性層3012、保護層300より形成される。磁気固定層3021は、第四の磁性層302、第二の非磁性層303、第三の強磁性層304で構成される場合もある。
図3は、図1のトンネル磁気抵抗効果素子1において磁気固定層と磁気記録層の積層順が反対の構成をもつトンネル磁気抵抗効果素子3を示す。
図4は、図2のトンネル磁気抵抗効果素子2において磁気固定層と磁気記録層の積層順が反対の構成をもつトンネル磁気抵抗効果素子4を示す。このトンネル磁気抵抗効果素子4は、配向制御層309、反強磁性層308、拡散強磁性層3012、絶縁層304、磁気固定層3051、保護層300より形成される。磁気固定層3021は、第四の強磁性層302、第二の非磁性層303、第三の強磁性層304で構成される場合もある。
2 トンネル磁気抵抗効果素子
3 トンネル磁気抵抗効果素子
4 トンネル磁気抵抗効果素子
5 トンネル磁気抵抗効果素子
6 トンネル磁気抵抗効果素子
100 C−MOS
101 第一のn型半導体
102 第二のn型半導体
103 p型半導体
122 ソース電極
401 ビット線
121 ドレイン電極
123 ゲート電極
309 配向制御膜
308 反強磁性層
3051 磁気固定層
307 第四の強磁性層
306 第二の非磁性層
305 第三の強磁性層
304 絶縁層
303 第一の強磁性層
302 第一の非磁性層
301 第二の強磁性層
300 保護層
3011 磁気記録層
3012 拡散強磁性層
3021 第一の拡散層
3022 第二の拡散層
141 電極配線
142 電極配線
143 電極配線
144 電極配線
145 電極配線
146 電極配線
Claims (15)
- 絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、
前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の拡散層と第二の拡散層と第一の拡散層に隣接した第一の強磁性層と第二の拡散層に隣接した第二の強磁性層からなり、前記第一の強磁性層は前記絶縁層に隣接し、前記第二の強磁性層と第一の強磁性層は強磁性結合しており、
前記強磁性固定層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。 - 請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜であり、
前記第一の拡散層と第二の拡散層はCoとFeとBとRuを含有することを特徴とし、その膜厚は、第一の強磁性層と第二の強磁性層よりも小さく、0.2nm以上であることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。 - 請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子は、スパッタリング法により製膜され、製膜時、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の強磁性層と第二の強磁性層からなる膜を、330度以上、420度以下の温度で熱処理することにより形成されることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。 - 絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、
前記強磁性記録層は、CoとFeとBと拡散したRuを含有する体心立方構造の膜を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記強磁性固定層は反強磁製層の上に形成され、前記絶縁層は前記強磁性固定層の上に形成され、前記強磁性記録層は前記絶縁層の上に形成され、前記強磁性固定層は、非磁性層を挟んで反強磁性結合した2層の強磁性層からなることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記絶縁層は前記強磁性記録層の上に形成され、前記強磁性固定層は前記絶縁層の上に形成され、前記強磁性固定層の上に反強磁性層が形成され、前記強磁性固定層は、非磁性層を挟んで反強磁性結合した2層の強磁性層からなることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
- 絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の拡散層と第二の拡散層、第一の拡散層に隣接した第一の強磁性層と第二の拡散層に隣接した第二の強磁性層からなり、前記第一の強磁性層は前記絶縁層に隣接し、前記第二の強磁性層と第一の強磁性層は強磁性結合しており、前記強磁性膜固定層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜を有するトンネル磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性記録層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極を備え、
前記電流の方向により強磁性記録層の磁化の方向を制御し、
前記トンネル磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備えることを特徴とする磁気メモリセル。 - 請求項7記載の磁気メモリセルにおいて、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜であり、前記第一の拡散層と第二の拡散層はCoとFeとBとRuを含有することを特徴とし、その膜厚が第一の強磁性層と第二の強磁性層よりも小さく、0.2nm以上であることを特徴とする磁気メモリセル。
- 請求項8記載のトンネル磁気抵抗効果素子は、スパッタリング法により製膜され、製膜時、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の強磁性層と第二の強磁性層からなる膜を、330度以上、420度以下の温度で熱処理することにより形成されることを特徴とする磁気メモリセル。 - 絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、
前記強磁性記録層は、CoとFeとBと拡散したRuを含有する体心立方構造の膜を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子と
前記強磁性記録層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極を備え、
前記電流の方向により強磁性記録層の磁化の方向を制御し、
前記トンネル磁気抵抗効果素子に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチング素子とを備えることを特徴とする磁気メモリセル。 - 複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する手段とを備え、
前記磁気メモリセルは、
絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の拡散層と第二の拡散層、第一の拡散層に隣接した第一の強磁性層と第二の拡散層に隣接した第二の強磁性層からなり、前記第一の強磁性層は前記絶縁層に隣接し、前記第二の強磁性層と第一の強磁性層は強磁性結合しており、前記強磁性膜固定層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜を有するトンネル磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性自由層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極と
前記電流の方向により強磁性記録層の磁化の方向を制御することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項10記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層はCoとFeとBを含有する体心立方構造の膜であり、前記第一の拡散層と第二の拡散層はCoとFeとBとRuを含有することを特徴とし、その膜厚が***であることを特徴とする磁気メモリセル。
- 請求項10記載のトンネル磁気抵抗効果素子は、スパッタリング法により製膜され、製膜時、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、前記強磁性記録層は、非磁性導電層を挟んで設けられた第一の強磁性層と第二の強磁性層からなる膜を、330度以上、420度以下の温度で熱処理することにより形成されることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 - 複数の磁気メモリセルと、所望の磁気メモリセルを選択する手段とを備え、
前記磁気メモリセルは、
絶縁層と、前記絶縁層を挟んで設けられた強磁性記録層と強磁性固定層とを有し、
前記絶縁層は(100)配向した岩塩構造のMgO膜であり、
前記強磁性記録層は、CoとFeとBと拡散したRuを含有する体心立方構造の膜を有することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子と、
前記強磁性自由層をスピントランスファートルクにより磁化反転させるための電流を前記トンネル磁気抵抗効果素子に流す電極と
前記電流の方向により強磁性記録層の磁化の方向を制御することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求項11から請求項14のいずれか一項に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、スピントランスファートルクにより磁気情報を記録することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
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