KR20200136903A - 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리 - Google Patents

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KR20200136903A
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쿄타 와타나베
슌스케 후카미
šœ스케 후카미
히데오 사토
히데오 오노
테츠오 엔도
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고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
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Abstract

자기 저항 효과 소자의 소자 사이즈가 작은 영역에 있어서도, 보다 고온에서의 안정된 기록 유지를 실현 가능한, 더 높은 열안정성을 갖는 자기 저항 효과 소자를 제공한다. 자기 저항 효과 소자는, 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)의 구성을 구비하고, 제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)은 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합하고 있다.

Description

자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리
본 발명은, 자기 저항 효과 소자, 및 그 자기 저항 효과 소자를 구비한 자기 메모리에 관한 것이다. 특히, 스핀 이행 토크 자화(磁化) 반전 소자에 관한 것이다.
MRAM(Magnetic Random Access Memory; 자기 메모리)는, MTJ(Magnetic Tunnel Junction; 자기 터널 접합)를 이용한 불휘발성 메모리이다.
대기 시에 전력을 소비하지 않고, 고속 동작성 및 높은 기입 내성을 가지며, 또 메모리 사이즈를 미세화 가능한 MRAM은, 차세대의 논리 집적 회로로서 주목되고 있다.
MRAM에 사용되는 자기 저항 효과 소자는, 기록층과 참조층의 사이에 장벽층이 되는 비자성층(非磁性層)이 끼워진 구조를 기본으로 한다. MRAM의 자성층(磁性層)(기록층)에 기록된 비트 정보는, 장벽층을 통과하여 TMR(Tunnel Magnetoresistance; 터널 자기 저항) 효과를 이용하여 독출된다.
또, 자성층(기록층)으로의 기입에는, 자장을 이용하는 방법과 전류를 이용하는 방법이 있으며, 후자의 기입 방법을 이용하는 MRAM에는, 스핀 이행 토크(Spin-transfer-torque; STT) 유기(誘起) 자화 반전 등을 이용하여 자성층(기록층)으로 비트 정보를 기입하는 2단자형과, 스핀 궤도 토크(Spin-orbit-torque; SOT) 유기 자화 반전 등을 이용하여 자성층(기록층)으로 비트 정보를 기입하는 3단자형 등이 있다.
그런데, 자기 저항 효과 소자인 MRAM에서 응용상 중요해지는 특성은, (i) 열안정성 지수 Δ가 클 것, (ii) 기입 전류 IC가 작을 것, (iii) 자기 저항 효과 소자의 터널 자기 저항비(TMR비)가 클 것, (iv) 소자 사이즈가 작을 것이다. (i)은 자기 메모리의 불휘발성을 위하여, (ii)는 셀 트랜지스터의 사이즈를 작게 하여 셀 사이즈를 작게 하고, 또 소비 전력을 낮추기 위하여, (iii)은 고속으로의 독출에 대응하기 위하여, (iv)는 셀 면적을 작게 하여 대용량화하기 위하여 요구되는 특성이다.
상기 특성 중, 기록층의 열요란(熱擾亂)에 대한 안정성, 즉 (i) 열안정성 지수 Δ는, 이하의 식으로 나타난다.
[수학식 1]
Figure pct00001
수학식 1의 식에 있어서, E는 에너지 장벽, kb는 볼츠만 계수, T는 절대 온도, Keff는 실효 자기 이방성 에너지 밀도, t는 막두께, S는 기록층의 면적, Ki는 계면 자기 이방성 에너지 밀도, kb는 벌크(결정) 자기 이방성 에너지 밀도, Ms는 포화 자화, μ0은 진공의 투자율(透磁率)이다.
현재, 자기 저항 효과 소자의 성능으로서 10년간의 불휘발성을 갖는 것이 요구되고 있고, 환산하면 열안정성 지수 Δ는 적어도 60 이상인 것이 필요하다고 여겨진다.
또한, 수학식 1의 식에 있는 실효 자기 이방성 에너지 밀도 Keff는, Keff>0의 경우는 수직 자화 용이축을 얻을 수 있고, Keff<0의 경우는 면내 자화 용이축이 되어 수직 자화 용이축을 얻을 수 없다.
본 발명자들은, 자기 저항 효과 소자의 열안정성 지수 Δ를 향상시키기 위하여, 다양한 연구를 진지하게 행하고 있다.
비특허문헌 1에는, 박막화한 CoFeB/MgO 적층 구조를 수직 자기 이방성 자기 저항 효과 소자에 적용함으로써, 직경이 40nm인 기록층에서 열안정성 지수 Δ가 약 40인 자기 저항 효과 소자가 얻어지고 있는 것이 개시되어 있다. 이러한 자기 저항 효과 소자는, 막두께 t를 작게 하여 수학식 1의 식에 있어서의 반자계(反磁界)의 항(제3항)의 기여를 저감시켜, 수직 자화 용이축을 실현하고, 동시에 열안정성 지수 Δ를 높인 것이다.
비특허문헌 2에는, 이중의 CoFeB/MgO 계면을 갖는 MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO 적층 구조를 수직 자기 이방성 자기 저항 효과 소자에 적용함으로써, 하나의 CoFeB/MgO 계면의 경우보다 1.9배의 열안정성 지수 Δ가 얻어진 것이 개시되어 있다. 이러한 자기 저항 효과 소자는, 기록층의 계면의 면적 S를 2배로 하여 수학식 1의 식에 있어서의 제1항의 기여를 높여, 열안정성 지수 Δ를 향상시킨 것이다.
이 외에, 특허문헌 1에는, 기록층의 포화 자화량을 저감시키지 않아도 기입 전류량을 저감시킬 수 있어, 기록층의 열안정성을 확보할 수 있는 기억 소자에 대하여 개시되어 있다(특허문헌 1 단락 0023, 요약 등). 본 기억 소자는, 기록층에 접하는 절연층과, 절연층과는 반대 측에서 기록층에 접하는 타방의 층은, 적어도 기록층과 접하는 계면이 산화막으로 형성되어 있고, 또한 기록층은 Co-Fe-B 자화층에 더하여, 비자성 금속과 산화물의 일방 또는 양방이 더 포함되어 있는 것이다(특허문헌 1 단락 0020 등). 예를 들면, 기록층의 Co-Fe-B에 산화물의 MgO가 포함되어 있는 경우, MgO의 막두께가 0.1nm, 0.2nm, 0.3nm에 있어서, 산화물 등이 포함되지 않은 비교예보다 높은 열안정성 지수 Δ가 얻어지고 있다(특허문헌 1 단락 0125 등). 한편, MgO의 막두께가 0.4nm가 되면, 열안정성 지수에 대략 비례하는 보자력(保磁力)이 제로가 되는 것이 개시되어 있다(특허문헌 1 단락 0125 등).
일본 공개특허공보 2012-64625호
그러나, 상기 비특허문헌 1, 비특허문헌 2나 특허문헌 1 등의 선행 문헌에 개시되었거나, 혹은 그들이 조합된 자기 저항 효과 소자여도, 소자 사이즈가 대략 30nm 부근보다 작아짐에 따라, 열안정성 지수 Δ가 급격하게 저하되는 것이 개시되어 있다(비특허문헌 3).
즉, 종래 기술에 의하여 소자 사이즈가 어느 정도의 크기 이상에 있어서는 열안정성 지수 Δ를 증대시키는 것에 성공하고 있지만, 소자 사이즈가 작은 영역에 있어서는 열안정성 지수 Δ가 저하되어 버려, 고도 집적에 요구되는 보다 작은 소자 사이즈로는 불휘발성이 높은 자기 메모리를 제공할 수 없다는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여, 보다 미세한 자기 저항 효과 소자의 사이즈가 요구되는 차세대를 향하여, 소자 사이즈가 작은 영역에 있어서도, 보다 고온에서의 안정된 기록 유지가 가능한, 더 높은 열안정성을 갖는 자기 저항 효과 소자의 구성을 알아내어, 완성시키기에 이른 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 자기 저항 효과 소자는, 참조층(B1)과, 상기 참조층(B1)에 인접하여 마련된 제1 비자성층(1)과, 상기 제1 비자성층(1)의 상기 참조층(B1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제1 자성층(21)과, 상기 제1 자성층(21)의 상기 제1 비자성층(1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제1 비자성 삽입층(31)과, 상기 제1 비자성 삽입층(31)의 상기 제1 자성층(21)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제2 자성층(22)을 구비하고, 상기 제1 비자성층(1)은 산소를 포함하며, 상기 제1 비자성 삽입층(31)은 산소를 포함하는 재료로 구성되고, 막두께는 0.5nm 이상이며, 상기 제1 자성층(21), 상기 제1 비자성 삽입층(31) 및 상기 제2 자성층(22)은 기록층(A1)을 구성하고, 상기 기록층(A1)의 소자 사이즈는 50nm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 기록층(A1)은, n개(n≥2)의 자성층과, n-1개의 비자성 삽입층이 교대로 인접하여 적층한 구조를 갖고, 1번째의 자성층(21)은 상기 제1 비자성층(1)과 인접하여 마련되는 것이 바람직하다.
상기 제1 비자성 삽입층의 각각의 막두께는, 0.6nm 이상 1.5nm 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 자기 저항 효과 소자는, 참조층(B1)과, 상기 참조층(B1)에 인접하여 마련된 제1 비자성층(1)과, 상기 제1 비자성층(1)의 상기 참조층(B1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 기록층(A1)을 구비하고, 상기 기록층(A1)은, n개(n≥2)의 자성층과, n-1개의 비자성 삽입층이 교대로 인접하여 적층한 구조를 가지며, 1번째의 자성층(21)은 상기 제1 비자성층(1)과 인접하여 마련되고, 상기 기록층(A1)의 소자 사이즈는 50nm 이하이며, m번째(1≤m≤n-1)의 상기 비자성 삽입층에 인접하는 m번째의 자성층과 m+1번째의 자성층은, 정자기(靜磁氣) 상호 작용이 지배적으로 되어 정자(靜磁) 결합하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 비자성 삽입층의 각각의 막두께는, 0.6nm 이상 1.5nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 비자성 삽입층의 재료는, MgO, Al-O, Ta-O, W-O, Hf-O로부터 선택되어도 된다.
상기 자성층의 각각의 막두께는, 0.5nm 이상 2.5nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 자성층의 재료는, 적어도 Fe 또는 Co 중 어느 하나를 포함해도 된다.
상기 자성층의 각각은, 상기 자성층 내에 비자성 서브 삽입층을 포함해도 된다.
상기 기록층(A1)의 상기 제1 비자성층(1)과는 반대 측에 제2 비자성층(4)을 더 구비하고, 상기 제2 비자성층(4)은 산소를 포함하는 재료로 구성되어도 된다.
또, 본 발명의 자기 메모리는, 상술한 자기 저항 효과 소자를 구비한다.
본 발명에 의하면, 자기 저항 효과 소자의 소자 사이즈가 작은 영역에서, 높은 열안정성 지수 Δ를 갖는 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리를 제공할 수 있다. 구체적으로는, 기록층의 자성층에 비자성 삽입층을 하나 또는 복수 삽입함으로써, 계면 자기 이방성을 발생하는 계면의 면적을 늘리며, 또한 소자 사이즈를 작게 한, 자성층이 수직 자화 용이축을 갖는 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리이다.
여기에서, 막면에 대하여 수직 방향의 계면 자기 이방성을 발생하게 하기 위하여 삽입하는 비자성층의 두께를 어느 정도 크게 할 필요가 있지만, 열안정성의 검토 이전에, 본 구성에서는 원래 비자성층에 인접한 자성층끼리가 자기적으로 결합할 수 없어진다고 생각되고 있었다. 실제, 종래에 많이 검토되고 있던 대략 50nm를 초과하는 소자 사이즈로는, 본 구성의 자성층은 충분히 자기적으로 결합하지 않는 것을 알 수 있었다. 그러나, 본 발명에 의하여, 소자 사이즈를 작게 하면, 계면 자기 이방성을 발생하는 두께를 갖는 비자성층을 하나 또는 복수 삽입해도 자성층은 자기적으로 결합하고, 계면의 면적(수학식 1의 식 중의 S)의 증가에 따라, 열안정성 지수 Δ를 높일 수 있는 것을 새로이 알아내었다. 즉 본 발명에 의하면, 소자 사이즈가 작은 영역에 있어서 저하되는 열안정성 지수 Δ를 충분히 보완 가능하거나, 혹은 열안정성 지수 Δ를 더 높일 수 있는, 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리를 제공할 수 있다.
또한, 본원에 있어서의 자기 저항 효과 소자의 소자 사이즈란, 소자 형상의 단변(短邊), 단경(短徑)이다. 소자 형상이 원형이면 직경, 타원이면 단경, 직사각형이면 단변을 가리킨다.
도 1은 (a) 및 (b)에, 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 2는 (a) 및 (b)에, 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 3은 (a) 및 (b)에, 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성의 다른 일례의 종단면도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 복수 개 배치한 자기 메모리의 블록도의 일례이다.
도 10은 종래의 자기 저항 효과 소자의 구성의 종단면도를 나타낸다.
도 11의 (a)는 자성층 간의 교환 결합 작용(교환 결합)을 설명하는 도이며, (b)는 자성층 간의 정자기 상호 작용(정자 결합)을 설명하는 도이다.
도 12는 나노 자석 주변의 자계를 설명하는 도이다. (a)는 직경이 10nm, (b)는 직경이 20nm, (c)는 직경이 50nm인 경우를 나타낸다.
도 13은 정자계의 소자 사이즈 의존성을 나타내는, 그래프이다.
도 14는 소자 사이즈 및 적층 횟수와, 열안정성 지수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 소자 사이즈와 보자력의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리에 대하여, 상세를 설명한다.
또한, 도면은 일례에 지나지 않고, 또 부호를 붙여 설명하지만, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시형태 1)
도 1(a)에, 본 발명의 실시형태 1의 기본 구성을 나타낸다. 그 자기 저항 효과 소자의 기본 구성은, 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)은 기록층(A1)을 구성한다.
적어도 제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)의 계면은 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖고, 또 제1 자성층(21)과 제2 자성층(22)의 사이는, 후술하는 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합하고 있다.
도 1(b)에, 상기 실시형태 1의 제2 자성층(22)에 제2 비자성층(4)을 인접시켜 추가로 마련한 구성예를 나타낸다. 제2 자성층(22)/제2 비자성층(4)의 계면도 수직 자기 이방성을 갖도록, 재료나 막두께를 조정하는 것이 바람직하다.
도 1(b)에서는, 참조층(B1)이 제1 비자성층(1) 측에 인접하고 있기 때문에 제1 비자성층(1)이 장벽층(절연층으로 이루어지는 터널 접합층)이 된다. 도시하지 않지만, 또한 참조층이 제2 비자성층(4) 측에 인접한 경우는 제2 비자성층(4)도 장벽층이 된다.
참조층(B1)은, 자화 방향이 고정된 자성층이며, [Co/Pt]/Ru/[Co/Pt]/Ta/CoFeB 등이 예시된다. [Co/Pt]는 Co/Pt의 교호 적층막을 가리키고, [Co/Pd]나 [Co/Ni] 등을 이용할 수도 있다. Ru 대신에 Ir 등이어도 되고, Ta는 W, Mo, Hf 등이어도 된다. 또한 CoFeB는 FeB 등이어도 된다.
제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)은, O(산소)를 포함하는 재료가 이용된다. 제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)이 자기 저항 효과 소자의 장벽층(절연층으로 이루어지는 터널 접합층)이 되는 경우는, 접합하는 2개의 단부면의 재료의 조합으로 자기 저항 변화율이 크게 발현하도록, MgO, Al2O3, SiO2, TiO, Hf2O 등의 산소를 포함하는 절연체가 이용되고, 바람직하게는 MgO가 이용된다.
제1 비자성층(1)의 막두께, 및 제2 비자성층(4)이 자기 저항 효과 소자의 장벽층이 되는 경우의 막두께는, TMR비를 크게 하기 위하여 0.5nm 이상인 것이 바람직하고, 0.8nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 작은 기입 전류 IC로 자화 반전하기 위하여 2.0nm 이하인 것이 바람직하고, 1.5nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서 0.5~2.0nm의 범위, 보다 바람직하게는 0.8~1.5nm의 범위로 조정된다.
한편, 제2 비자성층(4)이 자기 저항 효과 소자의 장벽층이 되지 않는 경우, 캡층으로서 마련되는 경우는, MgO, Al2O3, SiO2, TiO, Hf2O, Ta-O, W-O 등의 산소를 포함하는 절연체가 이용되고, 바람직하게는 MgO가 이용된다.
제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, Ni 등의 3d 강자성 천이 금속을 더 포함하고 있어도 된다.
또, 제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 더 포함해도 된다. 그중에서도, B, V는, 취급 용이성의 면에서도 바람직하다. 이들 비자성 원소는, 자성층의 포화 자화 Ms를 낮게 할 수 있다.
구체예로서, Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등을 들 수 있지만, 후술하는 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)의 사이가 강자성적으로 결합하는 것이며, 또한 막면 수직 방향으로 계면 자기 이방성을 갖는 재료이면, 이에 한정되지 않는다.
제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)의 막두께는 각각 0.3nm~3.0nm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5nm~2.5nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 막두께가 보다 얇아지면 안정된 강자성이 얻어지지 않는 한편, 막두께가 보다 두꺼워지면 MgO 등을 제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)에 이용한 경우는 면내 자화 용이축이 되어 버리기 때문이다.
제1 비자성 삽입층(31)은, 적어도 산소를 포함하는 재료로 구성되고, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함한다. 그중에서도, 제1 비자성 삽입층(31)은 인접하는 제1 자성층(21) 및 제2 자성층(22)의 양방의 계면에 있어서 계면 자기 이방성이 커지는 재료가 바람직하고, MgO, Al-O, Ta-O, W-O, Hf-O 등이 보다 바람직하다.
제1 비자성 삽입층(31)의 막두께는, 인접한 자성층과의 계면에 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 발생시키는 두께이며, 또한 충분한 TMR비가 얻어지는 얇기로 조정된다. 전자의 요청으로부터 하한이 정해지고, 그 막두께는 0.5nm 정도이다. 또 이 막두께 이상이면 인접하는 강자성층은 정자기 상호 작용에 의하여 강자성적으로 결합한다. 또 후자의 요청으로부터 상한이 정해지고, 그 막두께는 2.0nm 정도이다. 즉 제1 비자성 삽입층(31)의 막두께는 0.5nm~2.0nm의 범위가 바람직하고, 0.6nm~1.5nm의 범위가 보다 바람직하다. 더 바람직하게는 0.7nm~1.1nm이다.
기록층(A1)의 소자 사이즈는, 그 단경이 50nm 이하이다. 상술한 바와 같이, 본원에 있어서의 자기 저항 효과 소자의 소자 사이즈란, 소자 형상의 단변, 단경이다. 소자 형상이 원형이면 직경, 타원이면 단경, 직사각형이면 단변을 가리킨다.
기록층(A1)을 구성하는 자성층은, 자기 저항 효과 소자로서 자화 방향이 반전하는 경우, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합하고 있기 때문에, 실질적으로 일체가 되어 자화 반전한다.
각 층은, 스퍼터 링에 의하여 적층되는 것이 바람직하고, 각 막두께는 스퍼터 시간 등의 스퍼터 조건에 따라 조정된다.
이하에, 실시형태 1의 구성을 뒷받침하는 평가 검토에 대하여, 설명한다.
<종래의 이중 계면 MTJ와 본 발명의 정자 결합 MTJ의 비교>
도 10에, 종래의 이중 계면 MTJ(자기 터널 접합)의 구성을 나타낸다. 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/제1 자성층(2a)/비자성 서브 삽입층(6)/제2 자성층(2b)/제2 비자성층(4)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 제1 자성층(2a)/비자성 삽입층(6)/제2 자성층(2b)은 기록층(A1)을 구성한다.
제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)은, 산소를 포함하는 비자성 원소로 이루어지며, MgO 등이 바람직하게 이용된다.
제1 자성층(2a) 및 제2 자성층(2b)은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, 구체적으로는 Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등이 예시된다.
비자성 서브 삽입층(6)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함하고, 보다 바람직한 원소로서는 W, Ta 등이 예시된다. 비자성 서브 삽입층(6)은, 인접하는 자성층 중에 B가 존재하는 경우는 B를 흡수하여 결정화를 촉진하는 역할과 함께, 인접하는 제1 자성층(2a) 및 제2 자성층(2b)을, 후술하는 교환 결합을 통하여 강자성적으로 결합시킬 필요가 있기 때문에, 비자성 서브 삽입층(6)의 막두께는 충분히 얇게, 예를 들면 0.2nm~0.7nm 정도로 조정된다.
이상과 같은 층 구성으로부터, 제1 비자성층(1)과 제1 자성층(2a)의 계면, 및 제2 자성층(2b)과 제2 비자성층(4)의 계면의, 2개의 계면(이중 계면)에 있어서 수직 자기 이방성을 가짐으로써, 기록층의 계면의 면적 S를 2배로 하여 수학식 1의 식에 있어서의 제1항의 기여를 높여, 열안정성 지수 Δ를 향상시키고 있다.
한편, 본 발명의 정자 결합 MTJ의 예를, 도 1(a) 또는 도 1(b)에 나타냈다. 상술한 바와 같이, 제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)의 계면의 외에, 제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)의 계면, 제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)의 계면, 제2 비자성층(4)이 포함되는 경우에는 제2 자성층(22)/제2 비자성층(4)의 계면에 있어서, 막면에 대하여 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖는다.
또, 기록층(A1)의 소자 사이즈가 50nm 이하인 경우, 제1 자성층(21)과 제2 자성층(22)의 사이는 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합한다.
이상과 같은 층 구성으로부터, 3개 혹은 4개의 계면에 있어서 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 가짐으로써, 기록층의 계면의 면적 S를 3배 혹은 4배로 하여 수학식 1의 식에 있어서의 제1항의 기여를 높여, 열안정성 지수 Δ를 향상시킬 수 있다.
여기에서, 교환 결합에 대하여 설명한다.
도 11(a)에 이미지로 나타낸 바와 같이, 교환 결합은, 2개의 원자의 전자 궤도가 중첩되는 정도까지 2개의 원자가 접근했을 때에 기능하는, 양자 역학적 상호 작용 기능에 근거한다. 교환 결합은, 2개의 원자가 접근하면 2개의 전자의 스핀이 평행한 경우와 반(反)평행한 경우로 에너지에 차가 발생하기 때문에, 에너지적으로 안정되도록 1개의 원자 상의 전자가 다른 원자의 전자 궤도에도 왕래함으로써 발생하는 것이다. 또, 자유 전자 등을 통하여 발생하는 전자 스핀 결합도 교환 결합의 일종이다. 즉, 교환 상호 작용에 근거하는 교환 결합은, 궤도가 중첩되는 정도로 근거리에서만 발생한다.
다음으로, 정자 결합에 대하여 설명한다.
도 11(b)에 이미지로 나타낸 바와 같이, 정자 결합은, 근처에 놓여진 2개의 자석에 대하여, 각각의 자석으로부터 나오는 자력선에 의하여 기능하는, 고전 전자기학적 상호 작용에 근거한다. 2개의 자석은, 놓여진 서로의 위치에 의하여 강자성적 또는 반강자성적으로 결합한다. 따라서, 정자기 상호 작용에 근거하는 정자 결합은, 비교적 원거리에서도 기능한다.
또한, 정자 에너지의 구간 분포는, 자성체의 형상, 크기로 결정된다.
도 12에, 막두께 2nm, 포화 자화 1.5T이며 막면 수직 방향으로 자화한 나노 자석에 대하여, 소자 사이즈(원의 직경)가 (a) 10nm, (b) 20nm, (c) 50nm인 경우에 주변에 형성되는 자계(정자계)를 검토한 결과를 나타냈다. X축이 소자의 직경 방향, Z축이 소자의 막두께 방향이며, 도면 내부의 수치가 자계(mT)의 값이다. 자계의 값이 양인 경우는 자계가 상향이며, 음인 경우는 자계가 하향인 것을 나타낸다. 또, 자계가 200mT 이상 혹은 -200mT 이하의 영역을 그물코상으로 둘러싸고, 자계가 100mT 이상 혹은 -100mT 이하의 영역을 실선으로 둘러싸 표시했다.
도 12(a), (b), (c)의 X-Z단면의 자계 분포로부터, 나노 자석의 X-Y 평면의 X축단부터 -X축단까지의 범위(즉, 나노 자석의 평면 내부)로부터 Z축 방향 및 -Z축 방향으로 상향의 자계가 호상(弧狀)으로 펼쳐지고, 그 이외의 공간에서는 하향의 자계가 펼쳐져 있는 것을 알 수 있었다.
도 12(a)와 같이 직경이 작을 때는, 나노 자석 주변의 상대적으로 넓은 범위에 걸쳐서 큰 자계가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이 큰 자계에 의하여, 상하에 있는 자성층에, 큰 정자 결합이 기능한다고 할 수 있다.
한편, 도 12(b)나 (c)와 같이 직경이 커지면, 나노 자석의 중심에 큰 자계가 발생하고 있는 영역이 상대적으로 적어진다. 이 때문에, 상하에 있는 자성층에 작용하는 정자 결합이, (a)의 경우에 비하여 약해져 있다고 할 수 있다.
도 13에, 정자계와 소자 사이즈의 관계의 검토 결과를 나타냈다. 비교를 위하여, 교환 결합에 유래하는 유효 자계도 함께 나타냈다.
도 12에 있어서도 검토한 바와 같이, 소자 사이즈가 작아지면 정자계는 증대하고, 소자 사이즈가 커지면 정자계는 감소한다. 한편, 교환 결합에 유래하는 유효 자계는, 재료나 막두께에 강하게 의존하지만, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이 원자 레벨의 접근에 의하여 발생하는 것이며, 소자 사이즈에는 의존하지 않는다.
이상의 정자계 및 교환 결합에 유래하는 유효 자계의 특성에서, 자기 저항 효과 소자의 소자 사이즈가 대략 50nm 이하에 있어서는, 정자 결합이 지배적이 되는 것을 알 수 있었다.
(실시형태 2)
도 2(a)에, 본 발명의 실시형태 2의 구성을 나타낸다. 그 자기 저항 효과 소자의 구성은, 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)/제2 비자성 삽입층(32)/제3 자성층(23)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/제2 자성층(22)/제2 비자성 삽입층(32)/제3 자성층(23)은 기록층(A1)을 구성한다.
적어도 제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)의 계면은 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖고, 또 제1 자성층(21)과 제2 자성층(22)의 사이, 및 제2 자성층(22)과 제3 자성층(23)의 사이는, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합하고 있다.
도 2(b)에, 상기 실시형태 2의 제3 자성층(23)에 제2 비자성층(4)을 인접시켜 추가로 마련한 구성예를 나타낸다. 제3 자성층(23)/제2 비자성층(4)의 계면도 수직 자기 이방성을 갖도록, 재료나 막두께를 조정하는 것이 바람직하다.
실시형태 2의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 1과 동일하다.
제3 자성층(23)은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, Ni 등의 3d 강자성 천이 금속을 더 포함하고 있어도 된다.
또, 제3 자성층(23)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 더 포함해도 된다. 그중에서도, B, V는, 취급 용이성의 면에서도 바람직하다. 이들 비자성 원소는, 자성층의 포화 자화 Ms를 낮게 할 수 있다.
구체예로서, Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등을 들 수 있지만, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 제2 자성층(22) 및 제3 자성층(23)의 사이가 강자성적으로 결합하는 것이며, 또한 막면 수직 방향으로 계면 자기 이방성을 갖는 재료이면, 이에 한정되지 않는다.
제3 자성층(23)의 막두께는 0.3nm~3.0nm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5nm~2.5nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 막두께가 보다 얇아지면 안정된 강자성이 얻어지지 않는 한편, 막두께가 보다 두꺼워지면 MgO 등을 제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)에 이용한 경우는 면내 자화 용이축이 되어 버리기 때문이다.
제2 비자성 삽입층(32)은, 적어도 산소를 포함하는 재료로 구성되고, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함한다. 그중에서도, 제2 비자성 삽입층(32)은 인접하는 제2 자성층(22) 및 제3 자성층(23)의 양방의 계면에 있어서 계면 자기 이방성이 커지는 재료가 바람직하고, MgO, Al-O, Ta-O, W-O, Hf-O 등이 보다 바람직하다.
제2 비자성 삽입층(32)의 막두께는, 인접한 자성층과의 계면에 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 발생하게 하는 두께이며, 또한 충분한 TMR비가 얻어지는 듯한 얇기로 조정된다. 전자의 요청으로부터 하한이 정해지고, 그 막두께는 0.5nm 정도이다. 또, 이 막두께 이상이면 인접하는 강자성층은 정자기 상호 작용에 의하여 강자성적으로 결합한다. 또 후자의 요청으로부터 상한이 정해지고, 그 막두께는 2.0nm 정도이다. 즉 제2 비자성 삽입층(32)의 막두께는, 0.5nm~2.0nm의 범위가 바람직하고, 0.6nm~1.5nm의 범위가 보다 바람직하다. 더 바람직하게는 0.7nm~1.1nm이다.
실시형태 2에 있어서의, 구체적인 기록층의 적층 구조로서, FeB(2.0nm)/MgO(0.9nm)/FeB(2.0nm)/MgO(0.9nm)/FeB(2.0nm)가 예시된다.
(실시형태 3)
도 3(a)에, 본 발명의 실시형태 3의 구성을 나타낸다. 그 자기 저항 효과 소자는, 실시형태 1의 기록층에 있어서, 자성층을 n회, 비자성 삽입층을 (n-1)회, 교대로 인접하여 적층한 것(n≥2)을 포함한다. 즉, 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/…/제(n-1) 자성층(2(n-1))/제(n-1) 비자성 삽입층(3(n-1))/제n 자성층(2n)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 제1 자성층(21)/제1 비자성 삽입층(31)/…/제(n-1) 자성층(2(n-1))/제(n-1) 비자성 삽입층(3(n-1))/제n 자성층(2n)은 기록층(A1)을 구성한다.
적어도 제1 비자성층(1)/제1 자성층(21)의 계면은 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖고, 또 제1 비자성층(1) 측으로부터 세어 m번째(1≤m≤n-1)의 비자성 삽입층에 인접하는 m번째의 자성층과 m+1번째의 자성층의 사이는 각각, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합하고 있다.
도 3(b)에, 상기 실시형태 3의 n번째의 자성층(2n)에 제2 비자성층(4)을 인접시켜 추가로 마련한 구성예를 나타낸다. n번째의 자성층(2n)/제2 비자성층(4)의 계면도 수직 자기 이방성을 갖도록, 재료나 막두께를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태 3에 있어서, n=2의 경우는 실시형태 1, n=3의 경우는 실시형태 2가 된다.
실시형태 3의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 1과 동일하다.
m번째(1≤m≤n)의 자성층은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, Ni 등의 3d 강자성 천이 금속을 더 포함하고 있어도 된다.
또, m번째의 자성층은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 더 포함해도 된다. 그중에서도, B, V는, 취급 용이성의 면에서도 바람직하다. 이들 비자성 원소는, 자성층의 포화 자화 Ms를 낮게 할 수 있다.
구체예로서, Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등을 들 수 있지만, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 m번째의 자성층 및 m+1번째의 자성층의 사이가 강자성적으로 결합하는 것이며, 또한 막면 수직 방향으로 계면 자기 이방성을 갖는 재료이면, 이에 한정되지 않는다.
m번째의 자성층의 막두께는 0.3nm~3.0nm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5nm~2.5nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 막두께가 보다 얇아지면 안정된 강자성이 얻어지지 않는 한편, 막두께가 보다 두꺼워지면 MgO 등을 제1 비자성층(1) 및 제2 비자성층(4)에 이용한 경우는 면내 자화 용이축이 되어 버리기 때문이다.
m번째(1≤m≤n-1)의 비자성 삽입층은, 적어도 산소를 포함하는 재료로 구성되고, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함한다. 그중에서도, m번째의 비자성 삽입층은 인접하는 m번째의 자성층 및 m+1번째의 자성층의 양방의 계면에 있어서 계면 자기 이방성이 커지는 재료가 바람직하고, MgO, Al-O, Ta-O, W-O, Hf-O 등이 보다 바람직하다.
m번째의 비자성 삽입층의 막두께는, 인접한 자성층과의 계면에 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 발생하게 하는 두께이며, 또한 충분한 TMR비가 얻어지는 듯한 얇기로 조정된다. 전자의 요청으로부터 하한이 정해지고, 그 막두께는 0.5nm 정도이다. 또, 이 막두께 이상이면 인접하는 강자성층은 정자기 상호 작용에 의하여 강자성적으로 결합한다. 또 후자의 요청으로부터 상한이 정해지고, 그 막두께는 2.0nm 정도이다. 즉 비자성 삽입층의 각각의 막두께는, 0.5nm~2.0nm의 범위가 바람직하고, 0.6nm~1.5nm의 범위가 보다 바람직하다. 더 바람직하게는 0.7nm~1.1nm이다.
도 14에, 실시형태 3에 있어서, 자성층과 비자성층을 교대로 인접하여 적층함으로써 열안정성 지수 Δ가 어떻게 증대하는지를 검토한 결과를 나타냈다.
소자 사이즈가 50nm 이하가 되도록 실시형태 3의 소자를 제작하고, 열안정성 지수 Δ를 측정했다. 소자 사이즈가 50nm 이하인 영역에 있어서는, 비자성 삽입층이 포함되지 않은 종래의 이중 계면의 예와 비교하여, n=2의 경우는 열안정성 지수 Δ는 약 2배, n=3의 경우는 약 3배, n=4의 경우는 약 4배가 되는 것을 알 수 있었다.
또한, 일반적으로 자기 저항 효과 소자는 소자 제조상의 오차가 크다고 여겨지지만, 그 점을 고려해도, 열안정성 지수 Δ가 유의하게 증대하고 있는 것을 알 수 있었다.
도 15에, 실시형태 3에 있어서의 자기 저항 효과 소자의 기록층의, 적절한 소자 사이즈의 범위를 검토한 결과를 나타냈다.
소자 사이즈가 100nm 정도 이하가 되도록 실시형태 3의 소자(자성층 4층, 비자성 삽입층 3층을 교대로 적층한 것)를 제작하고, 열안정성 지수 Δ에 대략 비례하는 지표인 보자력 Hc를 측정했다. 플롯은 다수의 소자의 측정값의 평균을 나타내고, 에러 바는 그 표준 편차를 나타내고 있다.
도 15로부터, 소자 사이즈가 50nm 이하이면, 200mT 정도의 매우 큰 보자력 Hc가 얻어지고 있지만, 소자 사이즈가 50nm를 초과하면 보자력 Hc는 저하되는 것을 알 수 있었다. 즉, 소자 사이즈가 50nm를 초과하면, 정자기 상호 작용에 근거하는 정자 결합이 충분히 작용하지는 않게 되어 가, 보자력 Hc, 즉 열안정성 지수 Δ는 저하되는 것을 알 수 있었다.
(실시형태 4)
도 4에, 본 발명의 실시형태 4의 구성을 나타낸다. 스핀 이행 토크 자화 반전을 이용하여 정보의 기입을 행하는 2단자형이며, 하지층(E1)/참조층(B1)/제1 비자성층(1)/기록층(A1)/제2 비자성층(4)이 순서대로 인접하여 배치되고, 하지층(E1)에 제1 단자(T1), 제2 비자성층(4)에 제2 단자(T2)가 마련되어 있다. 기록층(A1)은 실시형태 3의 기록층과 동일한 구성이다.
실시형태 4는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 3과 동일하다.
참조층(B1)은, 자화 방향이 고정된 자성층이며, [Co/Pt]/Ru/[Co/Pt]/Ta/CoFeB 등이 예시된다. [Co/Pt]는 Co/Pt의 교호 적층막을 가리키고, [Co/Pd]나 [Co/Ni] 등을 이용할 수도 있다. Ru 대신에 Ir 등이어도 되고, Ta는 W, Mo, Hf 등이어도 된다. 또한 CoFeB는 FeB 등이어도 된다.
기록층(A1)과 참조층(B1)에 인접하여 끼워진 제1 비자성층(1)은, 장벽층(절연층으로 이루어지는 터널 접합층)이 되기 때문에, 접합하는 2개의 단부면의 재료의 조합으로 자기 저항 변화율이 크게 발현하도록, MgO, Al2O3, SiO2, TiO, Hf2O 등의 산소를 포함하는 절연체가 이용되고, 바람직하게는 MgO가 이용된다.
장벽층이 되는 제1 비자성층(1)의 막두께는, TMR비를 크게 하기 위하여 0.5nm 이상인 것이 바람직하고, 0.8nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 작은 기입 전압 VC로 자화 반전하기 위하여 2.0nm 이하인 것이 바람직하고, 1.5nm인 것이 보다 바람직하다. 따라서 0.5~2.0nm의 범위, 보다 바람직하게는 0.8~1.5nm의 범위로 조정된다.
(실시형태 5)
도 5에, 본 발명의 실시형태 5의 구성을 나타낸다. 스핀 이행 토크 자화 반전을 이용하여 정보의 기입을 행하는 2단자형이며, 하지층(E1)/제1 비자성층(1)/기록층(A1)/제2 비자성층(4)/참조층(B1)/제3 비자성층(5)이 순서대로 인접하여 배치되고, 하지층(E1)에 제1 단자(T1), 제3 비자성층(5)에 제2 단자(T2)가 마련되어 있다. 기록층(A1)은 실시형태 3의 기록층과 동일한 구성이다.
실시형태 5의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 3 및 실시형태 4와 동일하다.
기록층(A1)과 참조층(B1)에 인접하여 끼워진 제2 자성층(4)은, 장벽층(절연층으로 이루어지는 터널 접합층)이 되기 때문에, 접합하는 2개의 단부면의 재료의 조합으로 자기 저항 변화율이 크게 발현하도록, MgO, Al2O3, SiO2, TiO, Hf2O 등의 산소를 포함하는 절연체가 이용되고, 바람직하게는 MgO가 이용된다.
장벽층이 되는 제2 비자성층(4)의 막두께는, TMR비를 크게 하기 위하여 0.5nm 이상인 것이 바람직하고, 0.8nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 작은 기입 전압 VC로 자화 반전하기 위하여 2.0nm 이하인 것이 바람직하고, 1.5nm인 것이 보다 바람직하다. 따라서 0.5~2.0nm의 범위, 보다 바람직하게는 0.8~1.5nm의 범위로 조정된다.
제3 비자성층(5)은, 캡층으로서 Ta, W, Ru 등의 금속이 이용된다.
(실시형태 6)
도 6에, 본 발명의 실시형태 6의 구성을 나타낸다. 스핀 궤도 토크 자화 반전을 이용하여 정보의 기입을 행하는 3단자형이며, 하지층(E1)/기록층(A1)/제1 비자성층(1)/참조층(B1)/제3 비자성층(5)이 순서대로 인접하여 배치되고, 하지층(E1)에 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2), 제3 비자성층(5)에 제2 단자(T2)가 마련되어 있다. 기록층(A1)은 실시형태 3의 기록층과 동일한 구성(도면 상에는 상하 반전되어 있음)이다.
실시형태 6의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 1~5와 동일하다.
실시형태 6의 하지층(E1)은, 채널층으로서 자기 터널 접합의 기록층(A1을 반전시키는데에 충분한 스핀 궤도 토크를 발생시킬 정도의 특성을 구비하는 재료이면 되고, 그중에서도 중금속을 갖는 것이 바람직하다. 하지층(E1)에 기입 전류 Iwrite를 도입하면 스핀 궤도 토크가 발생하여, 자기 저항 효과 소자로의 기입이 행해진다. 이 때문에, 스핀·궤도 상호 작용이 큰 중금속, 예를 들면 Ta, W, Hf, Re, Os, Ir, Pt, Pd, 혹은 이들의 합금으로 구성되는 것이 바람직하다. 이들 중금속층에 적절히 천이 금속을 첨가한 재료여도 되고, 중금속을 도전성 재료 등으로 도프한 것이어도 된다. 또, 전기 재료 특성을 개선하는 등의 목적으로, B, C, N, O, Al, Si, P, Ga, Ge 등을 첨가해도 된다. 또한, Co-Ga 등도 후보가 된다.
하지층(E1)의 형상은, 기입 전류 Iwrite를 흐르게 하는 것이며, 또한 기록층(A1)에 대하여 효율적으로 자화 반전할 수 있는 형상이면, 특별히 한정되지 않지만, 기입 전류 Iwrite의 방향으로 연신된 평면 형상이 바람직하다.
3단자형의 자기 저항 효과 소자는, Z타입, Y타입, X타입 중 어느 자화 용이축의 방향이어도 된다.
(실시형태 7)
도 7에, 본 발명의 실시형태 7의 구성을 나타낸다. 그 자기 저항 효과 소자의 구성은, 참조층(B1) 제1 비자성층(1)/자성층(21a)/비자성 서브 삽입층(61)/자성층(21b)/제1 비자성 삽입층(31)/자성층(22a)/비자성 서브 삽입층(62)/자성층(22b)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 자성층(21a)/비자성 서브 삽입층(61)/자성층(21b)/제1 비자성 삽입층(31)/자성층(22a)/비자성 서브 삽입층(62)/자성층(22b)은 기록층(A1)을 구성한다.
적어도 제1 비자성층(1)/자성층(21a)의 계면은 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖고, 또 자성층(21b)과 자성층(22a)의 사이는, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합하고 있다.
실시형태 7의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 1과 동일하다.
비자성 서브 삽입층(61, 62)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함한다. 비자성 서브 삽입층은 그 계면에 인접한 자성층 중의 B 등을 흡수하여 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 유기하는 역할도 갖기 때문에, bcc(체심 입방 격자)이며, 원자 반경이 크고, 격자 간격이 비교적 큰 원소가 바람직하다. 그중에서도 bcc의 W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V 등이 바람직하고, W, Ta가 보다 바람직하다.
비자성 서브 삽입층(61, 62)의 막두께는 각각, 계면에 인접한 자성층 중의 B 등을 흡수하여 수직 자기 이방성을 발생하게 하는 두께이며, 또한 2개의 자성층의 사이에 교환 결합이 기능하는 얇기의 범위로 조정된다. 예를 들면 0.2nm~0.7nm의 범위로 조정되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 비자성 서브 삽입층(61, 62) 중 어느 하나의 막두께가 0.2nm 정도 이하가 된 경우, 스퍼터 시간을 조정하여 원자 사이즈 정도 혹은 그것보다 얇은 막두께의 층을 제작하는 것이 되기 때문에, 층이 연속되어 있는 경우도, 층이 연속되어 있지 않은 경우도 포함된다. 층이 연속하지 않은 경우여도, 격자에 자성층의 B 등을 흡수하는 간극이 있으면, 수직 자화 용이축을 갖는 것이 가능하다.
자성층(21a, 21b, 22a, 22b)은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, Ni 등의 3d 강자성 천이 금속을 더 포함하고 있어도 된다.
또, 자성층(21a, 21b, 22a, 22b)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 더 포함해도 된다. 그중에서도, B, V는, 취급 용이성의 면에서도 바람직하다. 이들 비자성 원소는, 자성층의 포화 자화 Ms를 낮게 할 수 있다.
구체예로서, Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등을 들 수 있지만, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 자성층(21b, 22a)의 사이가 강자성적으로 결합하는 것이며, 또한 막면 수직 방향으로 계면 자기 이방성을 갖는 재료이면, 이에 한정되지 않는다.
자성층(21a, 21b)의 막두께의 합계, 및 자성층(22a, 22b)의 막두께의 합계는 각각 0.3nm~3.0nm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5nm~2.5nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
(실시형태 8)
도 8에, 본 발명의 실시형태 7의 구성을 나타낸다. 그 자기 저항 효과 소자의 구성은, 참조층(B1)/제1 비자성층(1)/자성층(21a)/비자성 서브 삽입층(61)/자성층(21b)/제1 비자성 삽입층(31)/자성층(22a)/비자성 서브 삽입층(62)/자성층(22b)/제2 비자성 삽입층(32)/자성층(23a)/비자성 서브 삽입층(63)/자성층(23b)이 순서대로 인접하여 배치된 것이며, 자성층(21a)/비자성 서브 삽입층(61)/자성층(21b)/제1 비자성 삽입층(31)/자성층(22a)/비자성 서브 삽입층(62)/자성층(22b)/제2 비자성 삽입층(32)/자성층(23a)/비자성 서브 삽입층(63)/자성층(23b)은 기록층(A1)을 구성한다.
적어도 제1 비자성층(1)/자성층(21a)의 계면은 수직 방향의 계면 자기 이방성을 갖고, 또 자성층(21b)과 자성층(22a)의 사이, 자성층(22b)과 자성층(23a)의 사이는, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합을 통하여 강자성적으로 결합하고 있다.
실시형태 8의 상세는, 이하의 기재를 제외하고, 실시형태 2 및 실시형태 7과 동일하다.
비자성 서브 삽입층(63)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 포함한다. 비자성 서브 삽입층은 그 계면에 인접한 자성층 중의 B 등을 흡수하여 막면 수직 방향의 계면 자기 이방성을 유기하는 역할도 갖기 때문에, bcc(체심 입방 격자)이며, 원자 반경이 크고, 격자 간격이 비교적 큰 원소가 바람직하다. 그중에서도 bcc의 W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V 등이 바람직하고, W, Ta가 보다 바람직하다.
비자성 서브 삽입층(63)의 막두께는, 계면에 인접한 자성층 중의 B 등을 흡수하여 수직 자기 이방성을 발생하게 하는 두께이며, 또한 2개의 자성층의 사이에 교환 결합이 기능하는 얇기의 범위로 조정된다. 예를 들면 0.2nm~0.7nm의 범위로 조정되는 것이 보다 바람직하다.
자성층(23a, 23b)은, 적어도 Co 또는 Fe 중 어느 하나를 포함하고, Ni 등의 3d 강자성 천이 금속을 더 포함하고 있어도 된다.
또, 자성층(23a, 23b)은, W, Ta, Hf, Zr, Nb, Mo, Ti, V, Cr, Si, Al, B, Pd, Pt 등의 비자성 원소를 더 포함해도 된다. 그중에서도, B, V는, 취급 용이성의 면에서도 바람직하다. 이들 비자성 원소는, 자성층의 포화 자화 Ms를 낮게 할 수 있다.
구체예로서, Co, CoFe, CoB, Fe, FeB, CoFeB 등을 들 수 있지만, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 자성층(22b, 23a)의 사이가 강자성적으로 결합하는 것이며, 또한 막면 수직 방향으로 계면 자기 이방성을 갖는 재료이면, 이에 한정되지 않는다.
자성층(23a, 23b)의 막두께의 합계는 0.3nm~3.0nm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.5nm~2.5nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
(실시형태 9)
도 9에, 실시형태 9로서, 실시형태 1~8의 구성을 갖는 자기 메모리 셀을 복수 개 구비하는 자기 메모리의 일례를 나타낸다.
자기 메모리는, 메모리 셀 어레이, X 드라이버, Y 드라이버, 컨트롤러를 구비한다. 메모리 셀 어레이는, 어레이상으로 배치된 자기 메모리 셀을 갖는다. X 드라이버는 복수의 워드선(WL)에 접속되고, Y 드라이버는 복수의 비트선(BL)에 접속되며, 독출 수단 및 기입 수단으로서 기능한다.
1 제1 비자성층
21, 22, 23…2n 자성층
2a, 2b, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b 자성층
31, 32…3(n-1) 비자성 삽입층
4 제2 비자성층
5 제3 비자성층
6, 61, 62, 63 비자성 서브 삽입층
A1 기록층
B1 참조층
BL1 제1 비트선
BL2 제2 비트선
GND 그라운드선
T1 제1 단자
T2 제2 단자
T3 제3 단자
Tr1 제1 트랜지스터
Tr2 제2 트랜지스터
WL 워드선

Claims (11)

  1. 참조층(B1)과,
    상기 참조층(B1)에 인접하여 마련된 제1 비자성층(1)과,
    상기 제1 비자성층(1)의 상기 참조층(B1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제1 자성층(21)과,
    상기 제1 자성층(21)의 상기 제1 비자성층(1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제1 비자성 삽입층(31)과,
    상기 제1 비자성 삽입층(31)의 상기 제1 자성층(21)과는 반대 측에 인접하여 마련된 제2 자성층(22)을 구비하고,
    상기 제1 비자성층(1)은 산소를 포함하며,
    상기 제1 비자성 삽입층(31)은 산소를 포함하는 재료로 구성되고, 막두께는 0.5nm 이상이며,
    상기 제1 자성층(21), 상기 제1 비자성 삽입층(31) 및 상기 제2 자성층(22)은 기록층(A1)을 구성하고,
    상기 기록층(A1)의 소자 사이즈는 50nm 이하인, 자기 저항 효과 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기록층(A1)은, n개(n≥2)의 자성층과, n-1개의 비자성 삽입층이 교대로 인접하여 적층한 구조를 갖고, 1번째의 자성층(21)은 상기 제1 비자성층(1)과 인접하여 마련된, 자기 저항 효과 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 비자성 삽입층(31)의 막두께는, 0.6nm 이상 1.5nm 이하인, 자기 저항 효과 소자.
  4. 참조층(B1)과,
    상기 참조층(B1)에 인접하여 마련된 제1 비자성층(1)과,
    상기 제1 비자성층(1)의 상기 참조층(B1)과는 반대 측에 인접하여 마련된 기록층(A1)을 구비하고,
    상기 기록층(A1)은, n개(n≥2)의 자성층과, n-1개의 비자성 삽입층이 교대로 인접하여 적층한 구조를 가지며, 1번째의 자성층(21)은 상기 제1 비자성층(1)과 인접하여 마련되고,
    상기 기록층(A1)의 소자 사이즈는 50nm 이하이며,
    m번째(1≤m≤n-1)의 상기 비자성 삽입층에 인접하는 m번째의 자성층과 m+1번째의 자성층은, 정자기 상호 작용이 지배적으로 되어 정자 결합하고 있는, 자기 저항 효과 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 비자성 삽입층의 각각의 막두께는, 0.6nm 이상 1.5nm 이하인, 자기 저항 효과 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비자성 삽입층의 재료는, MgO, Al-O, Ta-O, W-O, Hf-O로부터 선택되는, 자기 저항 효과 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성층의 각각의 막두께는, 0.5nm 이상 2.5nm 이하인, 자기 저항 효과 소자.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성층의 재료는, 적어도 Fe 또는 Co 중 어느 하나를 포함하는, 자기 저항 효과 소자.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성층의 각각은, 상기 자성층 내에 비자성 서브 삽입층을 포함하는, 자기 저항 효과 소자.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기록층(A1)의 상기 제1 비자성층(1)과는 반대 측에 인접하여 제2 비자성층(4)을 더 구비하고, 상기 제2 비자성층(4)은 산소를 포함하는 재료로 구성되는, 자기 저항 효과 소자.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자를 구비하는, 자기 메모리.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019167929A1 (ja) * 2018-02-27 2019-09-06 Tdk株式会社 強磁性積層膜、スピン流磁化回転素子、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
KR102298837B1 (ko) * 2020-03-19 2021-09-06 고려대학교 산학협력단 텅스텐 질화물을 가지는 스핀궤도토크 스위칭 소자
US11514962B2 (en) * 2020-11-12 2022-11-29 International Business Machines Corporation Two-bit magnetoresistive random-access memory cell
JP2023042173A (ja) * 2021-09-14 2023-03-27 キオクシア株式会社 磁気メモリデバイス

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064625A (ja) 2010-09-14 2012-03-29 Sony Corp 記憶素子、メモリ装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3234814B2 (ja) * 1998-06-30 2001-12-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置
US6853520B2 (en) * 2000-09-05 2005-02-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element
US6937446B2 (en) * 2000-10-20 2005-08-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element, magnetic head and magnetic recording and/or reproducing system
JP2008252037A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toshiba Corp 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
JP5725735B2 (ja) * 2010-06-04 2015-05-27 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP5814680B2 (ja) * 2011-07-29 2015-11-17 株式会社東芝 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
US9245608B2 (en) 2011-09-22 2016-01-26 Qualcomm Incorporated Thermally tolerant perpendicular magnetic anisotropy coupled elements for spin-transfer torque switching device
WO2013153942A1 (ja) * 2012-04-09 2013-10-17 国立大学法人東北大学 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
JP6018599B2 (ja) * 2014-03-20 2016-11-02 株式会社東芝 不揮発性記憶装置
US9960346B2 (en) 2015-05-07 2018-05-01 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions
US9741926B1 (en) * 2016-01-28 2017-08-22 Spin Transfer Technologies, Inc. Memory cell having magnetic tunnel junction and thermal stability enhancement layer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064625A (ja) 2010-09-14 2012-03-29 Sony Corp 記憶素子、メモリ装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Sato, et. al., "Perpendicular-anisotropy CoFeB-MgO magnetic tunneljunctions with a MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO recording structure", Appl. Phys. Lett., 101, 022414(2012)
H. Sato, et. al., "Properties of magnetic tunnel junctions with a MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO recording structure down to junction diameter of 11nm", Appl. Phys. Lett., 105, 062403(2014)
S. Ikeda, et. al., "A perpendicular-anisotropy CoFeB-MgO magnetic tunnel junction", Nature Materials, 9, 721-724, (2010)

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