TW202137593A - 磁化旋轉元件、磁阻效應元件、半導體元件、磁記錄陣列及磁阻效應元件的製造方法 - Google Patents

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Abstract

此磁化旋轉元件，包括：自旋軌道轉矩配線；以及第1強磁性層，相對於上述自旋軌道轉矩配線在第1方向，從上述自旋軌道轉矩配線注入自旋；其中，上述自旋軌道轉矩配線，在上述第1方向上具有複數自旋產生層以及在上述複數自旋產生層之間的插入層；上述插入層的電阻率比上述自旋產生層的電阻率更低。

Description

磁化旋轉元件、磁阻效應元件、半導體元件、磁記錄陣列及磁阻效應元件的製造方法
本發明，係有關於磁化旋轉元件、磁阻效應元件、半導體元件、磁記錄陣列及磁阻效應元件的製造方法。
強磁性層與非磁性層的多層膜構成的巨磁阻(GMR)元件以及非磁性層中使用的絕緣層(隧道阻障層、阻障層)的隧道磁阻|(TMR)元件，眾所周知為磁阻效應元件。磁阻效應元件，可以應用至磁感應器、高頻元件、磁頭及非揮發性隨機存取記憶體(MRAM)。
MRAM，係集積磁阻效應元件的記憶元件。MRAM，當磁阻效應元件中夾住非磁性層之兩個強磁性層互相磁化的方向改變時，利用磁阻效應元件的電阻改變的特性，讀寫資料。強磁性層的磁化方向，例如，利用並控制電流產生的磁場。還有例如，強磁性層的磁化方向，利用並控制往磁阻效應元件的積層方向流入電流產生的自旋轉移轉矩(Spin Transfer Torque(STT))。
利用STT改寫強磁性層的磁化方向的情況下，往磁阻效應元件的積層方向流入電流。寫入電流，成為磁阻效應元件特性惡化的原因。
近年來，集中注目於寫入時不往磁阻效應元件的積層方向流入電流也可以的方法。其中之一的方法，係利用自旋軌道轉矩(SOT)的寫入方法(例如，專利文獻1)。SOT，由根據自旋軌道交互作用產生的自旋流或異種材料的界面中的Rashba效應所誘發。磁阻效應元件內用以誘發SOT的電流，流往與磁阻效應元件的積層方向交叉的方向。即，往磁阻效應元件的積層方向不需要流入電流，期待磁阻效應元件的長壽化。 [先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 專利文件公開第2017－216286號公報
[發明所欲解決的課題]
為了得到大SOT，配線中必須使用表示大自旋軌道交互作用的材料。例如，像Ta、W的重金屬，一般認為自旋霍爾(Hall)角大，表示大自旋軌道交互作用的材料。但是，這些重金屬的電阻大。用以寫入資料的寫入配線的電阻大時，寫入電壓變大。
本發明有鑑於上述狀況而形成，目的在於提供可以降低資料的寫入電壓之磁化旋轉元件、磁阻效應元件、半導體元件、磁記錄陣列及磁阻效應元件的製造方法。 [用以解決課題的手段]
本發明，為了解決上述課題，提供以下手段。
(1) 第1形態的磁化旋轉元件，包括：自旋軌道轉矩配線；以及第1強磁性層，相對於上述自旋軌道轉矩配線在第1方向，從上述自旋軌道轉矩配線注入自旋；其中，上述自旋軌道轉矩配線，在上述第1方向上具有複數自旋產生層、以及在上述複數自旋產生層之間的插入層；上述插入層的電阻率比上述自旋產生層的電阻率更低。
(2) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層包含從Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素也可以。
(3) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述自旋產生層，包含從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素也可以。
(4) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層的厚度，為構成上述插入層的材料之自旋擴散長度以下也可以。
(5) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層有複數層，上述插入層的層數為6層以下也可以。
(6) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述自旋軌道轉矩配線，從上述第1方向的平面視中，具有與上述第1強磁性層重疊的重疊區域以及不重疊的非重疊區域；上述插入層，夾住上述重疊區域並涵蓋延伸至上述非重疊區域也可以。
(7) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層的厚度，比上述自旋產生層的分別厚度更薄也可以。
(8) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層的厚度，為構成上述插入層的元素之鍵半徑的5倍以下也可以。
(9) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層的厚度，為10Å以下也可以。
(10) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述自旋產生層的厚度，分別為8Å以上20Å以下也可以。
(11) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述插入層，包含構成上述自旋產生層的元素也可以。
(12) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，沿著上述第1方向以及上述自旋軌道轉矩配線的長度方向切斷的剖面中，夾住上述插入層離上述第1強磁性層遠的自旋產生層之剖面積，比夾住上述插入層離上述第1強磁性層近的自旋產生層之剖面積更大也可以。
(13) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述自旋軌道轉矩配線的厚度，為20nm(毫微米)以下也可以。
(14) 根據上述形態的磁化旋轉元件中，上述複數自旋產生層中離上述第1強磁性層最近的第1自旋產生層之膜厚，比其它自旋產生層之膜厚更厚也可以。
(15) 根據第2形態的磁化旋轉元件包括：配線；以及第1強磁性層，相對於上述配線在第1方向；其中，上述配線，包括：第1層，包含從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素；以及第2層，包含從Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素；上述第1層，在上述第1方向上夾住上述第2層。
(16) 根據第3形態的磁阻效應元件，包括：根據上述形態的磁化旋轉元件；第2強磁性層，相對於上述磁化旋轉元件的上述第1強磁性層，在上述第1方向；以及非磁性層，夾在上述第1強磁性層與上述第2強磁性層之間。
(17) 根據第4形態的半導體元件，包括：根據上述形態的磁阻效應元件；以及開關元件，與上述磁阻效應元件電氣連接。
(18) 根據上述形態的半導體元件中，上述開關元件是場效電晶體；上述場效電晶體的源極與汲極之間的距離為30nm以下也可以。
(19) 磁記錄陣列，其中，根據第5形態的半導體元件，具有複數根據上述形態的磁阻效應元件。
(20) 根據第6形態的磁阻效應元件的製造方法，包括：成膜步驟，形成依序積層第2強磁性層、非磁性層、第1強磁性層以及第1自旋產生層的積層體；加工步驟，蝕刻上述積層體形成柱狀體；以及配線形成步驟，在上述柱狀體的第1面上依序成膜插入層與自旋產生層，形成自旋軌道轉矩配線；其中，上述插入層的電阻率比上述第1自旋產生層以及上述自旋產生層的電阻率更低。
(21) 根據上述形態的磁阻效應元件的製造方法中，上述加工步驟，經由上述積層體的第1面一部分上積層的硬質遮罩(hard mask)層實行；上述配線形成步驟前除去上述硬質遮罩層，使上述柱體狀的第1面露出上述第1自旋產生層也可以。
(22) 根據上述形態的磁阻效應元件的製造方法中，上述加工步驟，經由上述積層體的第1面一部分上積層的硬質遮罩層實行；上述硬質遮罩(hard mask)層，以與上述第1自旋產生層相同的材料形成也可以。
(23) 根據上述形態的磁阻效應元件的製造方法中，上述第1自旋產生層的厚度，比上述自旋產生層更厚也可以。 [發明效果]
根據本實施形態的磁化旋轉元件、磁阻效應元件、半導體元件及磁記錄陣列可以降低資料的寫入電壓。
以下，關於本實施形態，適當參照圖的同時，詳細說明。以下說明中使用的圖面，為了容易了解特徵，有時為了方便放大特徵部分顯示，各構成要素的尺寸比例等有可能與實際不同。以下說明中例示的材料、尺寸等是一例，本發明不受限於那些，在達到本發明的效果的範圍內可以適當變更實施。
首先定義關於方向，以之後敘述的基板Sub(參照圖2)中一面的一方向為x方向，與x方向直交的方向為y方向。x方向，係之後敘述的自旋軌道轉矩配線20延伸的方向，自旋軌道轉矩配線20的長度方向。z方向係與x方向及y方向直交的方向。z方向，係第1方向的一例。以下，有時表現＋z方向為「上」，－z方向為「下」。上下，不一定與施加重力的方向一致。
本說明書中所謂「往x方向延伸」，意味例如x方向、y方向、及z方向的各尺寸中比起最小尺寸x方向的尺寸較大。往其它方向延伸的情況也相同。又本說明書中，所謂「連接」，不限定於物理上連接的情況。例如，不限於2層物理上接觸的情況，2層之間夾住其它層連接的情況也包含在「連接」內。還有2個構件電氣連接的情況也包含在「連接」內。
[第1實施形態] 圖1係根據第1實施形態的磁記錄陣列200的構成圖。磁記錄陣列200，包括複數磁阻效應元件100、複數寫入配線Wp1〜Wpn、複數共同配線Cm1〜Cmn、複數讀出配線Rp1〜Rpn、複數第1開關元件110、複數第2開關元件120、及複數第3開關元件130。磁記錄陣列200，例如可以利用於磁記憶體等。
寫入配線Wp1〜Wpn，電氣連接電源與1個以上的磁阻效應元件100。共同配線Cm1〜Cmn，係資料的寫入以及讀出時兩方使用的配線。共同配線Cm1〜Cmn，電氣連接基準電位與1個以上的磁阻效應元件100。基準電位，例如，係接地。共同配線Cm1〜Cmn，設置在各個複數磁阻效應元件100中也可以，涵蓋複數磁阻效應元件100設置也可以。讀出配線Rp1〜Rpn，電氣連接電源與1個以上的磁阻效應元件100。電源，使用時連接至磁記錄陣列200。
圖1所示的第1開關元件110、第2開關元件120、第3開關元件130，連接至各個複數磁阻效應元件100。第1開關元件110，在各個磁阻效應元件100與寫入配線Wp1〜Wpn之間連接。第2開關元件120，在各個磁阻效應元件100與共同配線Cm1〜Cmn之間連接。第3開關元件130，在各個磁阻效應元件100與讀出配線Rp1〜Rpn之間連接。
導通(ON)第1開關元件110及第2開關元件120時，連接至既定磁阻效應元件100的寫入配線Wp1〜Wpn與共同配線Cm1〜Cmn之間流入寫入電流。導通(ON)第2開關元件120及第3開關元件130時，連接至既定磁阻效應元件100的共同配線Cm1〜Cmn與讀出配線Rp1〜Rpn之間流入讀出電流。
第1開關元件110、第2開關元件120、第3開關元件130，是控制電流流入的元件。第1開關元件110、第2開關元件120、第3開關元件130，例如，係如同電晶體、雙向臨界值開關(OTS：Ovonic Tjreshold Switch)利用結晶層相變化的元件、如同金屬絕緣體轉移(MIT)開關利用能帶構造變化的元件、如同齊納(Zener)二極體以及崩潰(Avalanche)二極體利用崩潰電壓的元件、隨著原子位置變化傳導性改變的元件。
第1開關元件110、第2開關元件120、第3開關元件130中任元件一共用連接至相同配線的磁阻效應元件100也可以。 例如，共有第1開關元件110的情況下，在寫入配線Wp1〜Wpn的上流設置1個第1開關元件110。例如，共有第2開關元件120的情況下，在共同配線Cm1〜Cmn的上流設置1個第2開關元件120。例如，共有第3開關元件130的情況下，在讀出配線Rp1〜Rpn的上流設置1個第3開關元件130。
圖2係根據第1實施形態的磁記錄陣列200的半導體元件之剖面圖。圖2係在通過之後敘述的自旋軌道轉矩配線20在y方向的寬度中心的xz平面切斷磁阻效應元件100的剖面。對磁阻效應元件100連接第1開關元件110或第2開關元件120的元件有時稱作半導體元件。
圖2所示的第1開關元件110及第2開關元件120，係電晶體Tr。第3開關元件130，與電極E電氣連接，例如，位於y方向上。電晶體Tr，例如場效電晶體，具有閘極電極G、閘極絕緣膜GI、基板Sub上形成的源極S及汲極D。基板Sub，例如是半導體基板。
電晶體Tr的源極S及汲極D之間的距離，例如，為30nm(毫微米)以下，理想是20nm以下，更理想是10nm以下。源極S及汲極D之間的距離變近時，1個電晶體Tr占據的面積變小，直接連結磁記錄陣列200的集積率之電晶體Tr專有面積變小。另一方面，源極S及汲極D之間的距離變近時，電晶體Tr的耐電壓變小。電晶體Tr的耐電壓變小時，磁阻效應元件100的寫入電壓變低，需要以很少的寫入電壓使磁阻效應元件100動作。例如，源極S及汲極D之間的距離是10nm左右時，電晶體Tr最好在0.5V以下動作，
各個電晶體Tr與磁阻效應元件100，經由導電部Cw，電氣連接。導電部Cw，例如，常稱作連接配線、貫通孔。 導電部Cw，包含具有導電性的材料。導電部Cw往z方向延伸。
磁阻效應元件100與電晶體Tr，除了導電部Cw之外，以絕緣層90電氣分離。絕緣層90，係絕緣多層配線的配線間、元件間的絕緣層。絕緣層90，例如是氧化矽(SiOx )、氮化矽(SiNx )、碳化矽(SiC)、氮化鉻、氮碳化矽(SiCN)、氮氧化矽(SiON)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯(ZrOx )等。
電極E以具有導電性的材料構成。電極E，例如，以透明電極材料構成。 電極E，例如，氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫(ITO)、二氧化錫(SnO2 )、三氧化二砷(ATO)、氧化鋅(ZnO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、氧化銦(In2 O3 )等。電極E是透明時，變得容易從外部讀取磁化M1、M2的定向方向。
圖3，係根據第1實施形態的磁阻效應元件100的剖面圖。圖4，係根據第1實施形態的磁阻效應元件100的平面圖。圖3，係在通過自旋軌道轉矩配線20在y方向的寬度中心的xz平面切斷磁阻效應元件100的剖面。圖4，係從z方向平面視磁阻效應元件100的平面圖。
磁阻效應元件100，具有電阻變化部10與自旋軌道轉矩配線20。 電阻變化部10，在自旋軌道轉矩配線20的z方向。電阻變化部10，例如，在自旋軌道轉矩配線20上積層。電阻變化部10在z方向的電阻值，由於從自旋軌道轉矩配線20注入自旋而變化。磁阻效應元件100，係利用自旋軌道轉矩(SOT)的磁性元件，有時稱作自旋軌道轉矩型磁阻效應元件、自旋注入型磁阻效應元件、自旋流磁阻效應元件。
電阻變化部10，在z方向上，由自旋軌道轉矩配線20與電極E夾住(參照圖2)。電阻變化部10，係柱狀體。電阻變化部10從z方向的平面視形狀，例如，如圖4所示x方向上具有長軸的橢圓。電阻變化部10從z方向的平面視形狀與橢圓無關，例如圓形、矩形等也可以。電阻變化部10的外周長或直徑，例如，隨著接近自旋軌道轉矩配線20變大。
電阻變化部10，具有第1強磁性層1、第2強磁性層2及非磁性層3。第1強磁性層1，在自旋軌道轉矩配線20的z方向上。第1強磁性層1，例如，與自旋軌道轉矩配線20連接，在自旋軌道轉矩配線20上積層。從自旋軌道轉矩配線20對第1強磁性層1注入自旋。第1強磁性層1的磁化M1，由於注入的自旋接受自旋軌道轉矩(SOT)，定向方向變化。第2強磁性層2，在第1強磁性層1的z方向上。第1強磁性層1與第2強磁性層2，往z方向夾住非磁性層3。
第1強磁性層1及第2強磁性層2，分別具有磁化M1、M2。第2強磁性層2的磁化M2的定向方向，在施加既定外力之際，比第1強磁性層1的磁化M1的定向方向更難變化。有時第1強磁性層1稱作磁化自由層，第2強磁性層2稱作磁化固定層、磁化參照層。電阻變化部10，根據夾住非磁性層3的第1強磁性層1及第2強磁性層2的磁化M1、M2的相對角不同，電阻值變化。第1強磁性層1及第2強磁性層2的磁化M1、M2，例如往x方向定向。
第1強磁性層1及第2強磁性層2，包含強磁性體。強磁性體，例如係從Cr(鉻)、Mn(錳)、Co(鈷)、Fe(鐵)、Ni(鎳)構成的群中選擇的金屬、包含1種以上這些金屬的合金、包含這些金屬與至少1種以上B、C及N的元素的合金等。強磁性體，例如是Co－Fe、Co－Fe－B、Ni－Fe、Co－Ho(鈥)合金、Sm(釤)－Fe合金、Fe－Pt(鉑)合金、Co－Pt合金、CoCrPt合金。
第1強磁性層1及第2強磁性層2，包含Heusler合金也可以。Heusler合金，包含具有XYZ或X2 YZ的化學組成之金屬間化合物。X在周期表上是Co(鈷)、Fe(鐵)、Ni(鎳)或Cu(銅)族的過渡金屬元素或貴金屬元素。Y是Mn(錳)、V(釩)、Cr(鉻)或Ti(鈦)族的過渡金屬元素或X的元素種，Z是III族到V族的典型元素。Heusler合金，例如是Co2 FeSi、Co2 FeGe、Co2 FeGa、Co2 MnSi、Co2 Mn1 － a Fea Alb Si1 － b 、Co2 FeGe1 － c Gac 等。Heusler合金具有高自旋分極率。
電阻變化部10，在第2強磁性層2與非磁性層3相反側的面上，經由間隔層具有反強磁性層也可以。第2強磁性層2、間隔層、反強磁性層，形成合成反強磁性構造(SAF構造)。合成反強磁性構造，以夾住非磁性層的2個磁性層構成。透過第2強磁性層2與反強磁性層反強磁性耦合，比起不具有反強磁性層的情況，第2強磁性層2的保磁力變大。反強磁性層，例如，是IrMn(銥錳)、PtMn等。間隔層，例如，包含從Ru、Ir、Rh(銠)構成的群中選擇的至少一個。
電阻變化部10，具有第1強磁性層1、第2強磁性層2及非磁性層3以外的層也可以。例如，自旋軌道轉矩配線20與電阻變化部10之間具有基底層也可以。又例如，電極E與電阻變化部10之間具有間隙層也可以。基底層及間隙層，提高構成電阻變化部10的各層結晶性。
自旋軌道轉矩配線20，在第1強磁性層1的z方向上。自旋軌道轉矩配線20是配線的一例，用於寫入資料至磁阻效應元件100內的寫入配線。自旋軌道轉矩配線20，例如，從z方向看，x方向的長度比y方向的長度長，往x方向延伸。自旋軌道轉矩配線20的至少一部分，在z方向中，與非磁性層3一起夾住第1強磁性層1。
自旋軌道轉矩配線20，從z方向的平面視中，與第1強磁性層1重疊的區域稱作重疊區域，不重疊區域稱作非重疊區域。重疊區域在z方向的厚度，例如，比非重疊區域在z方向的厚度更厚。非重疊區域在z方向的厚度，例如，越接近重疊區域越厚。自旋軌道轉矩配線20的平均厚度，例如為20nm以下。平均厚度，係x方向的位置不同的10點中的自旋軌道轉矩配線20在z方向的厚度平均值。自旋軌道轉矩配線20的平均厚度足夠厚時，自旋軌道轉矩配線20的表面平坦性提高，積層的第1強磁性層1的結晶性提高。結晶性高的第1強磁性層1的保磁力大，複數磁阻效應元件100的資料保持穩定性提高。另一方面，自旋軌道轉矩配線20的平均厚度足夠薄時，對第1強磁性層1的自旋注入效率提高。構成自旋軌道轉矩配線20的重金屬常比自旋擴散長度短，由於減薄自旋軌道轉矩配線20的厚度，可以高效率對第1強磁性層1注入產生的自旋流。自旋軌道轉矩配線20的厚度薄時，例如，自旋軌道轉矩配線20離第1強磁性層1遠的部分產生的自旋流，也不在自旋軌道轉矩配線20內擴散，而到達第1強磁性層1。
自旋軌道轉矩配線20，根據電流I流入之際的自旋霍爾效應產生自旋流，對第1強磁性層1注入自旋。自旋軌道轉矩配線20，例如，將盡量反轉第1強磁性層1的磁化之SOT給予第1強磁性層1的磁化。自旋霍爾效應，係流入電流時根據自旋軌道交互作用，與電流流入方向直交的方向上誘發自旋流的現象。自旋霍爾效應，在運動(移動)的電荷(電子)彎曲運動(移動)方向的點，與通常的霍爾效應共通。 通常的霍爾效應，磁場中運動的荷電粒子的運動方向由於勞侖茲力（Lorentz force）彎曲。相對於此，自旋霍爾效應即使磁場不存在，只藉由電子移動(只是電流流入)也能彎曲自旋的移動方向。
自旋軌道轉矩配線20，具有自旋產生層20A與插入層20B。自旋軌道轉矩配線20，係z方向上積層自旋產生層20A與插入層20B的積層體。自旋產生層20A為2層上，插入層20B為1層以上。插入層20B在z方向上自旋產生層20A之間。自旋產生層20A是第1層的一例，插入層20B是第2層的一例。
自旋產生層20A，例如，包含非磁性重金屬作為主成分。重金屬意味具有釓(Yttrium)以上的比重之金屬。非磁性重金屬，例如是最外殼有d電子或f電子的原子序39以上之原子序大的非磁性金屬。
自旋產生層20A，例如，包含從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素。自旋產生層20A，例如是從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素的金屬、合金、金屬間化合物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬矽化物、金屬磷化物之中任一。非磁性重金屬，產生比其它金屬更強的自旋軌道交互作用。自旋霍爾效應根據自旋軌道交互作用產生，自旋軌道轉矩配線20內自旋容易不均，自旋流JS 變得容易發生。
自旋產生層20A內流入電流I時，往一方向定向的第1自旋S1、往與第1自旋S1相反方向定向的第2自旋S2，分別往與電流I流入的方向直交的方向由於自旋霍爾效應彎曲。例如，往－y方向定向的第1自旋S1往+z方向彎曲，往+y方向定向的第2自旋S2往－z方向彎曲。
非磁性體(不是強磁性體的材料)，由於自旋霍爾效應產生的第1自旋S1的電子數與第2自旋S2的電子數相等。即，往+z方向的第1自旋S1的電子數與往－z方向的第2自旋S2的電子數相等。第1自旋S1與第2自旋S2，往消除自旋不均的方向流動。往第1自旋S1與第2自旋S2的z方向的移動中，因為互相抵銷電荷的流動，電流量為零。不伴隨電流的自旋流，特別稱作純自旋流。
表示第1自旋S1的電子流為J↑ 、第2自旋S2的電子流為J↓ 、自旋流為JS 時，以JS =J↑ －J↓ 定義。自旋流JS ，往z方向產生。第1自旋S1從自旋產生層20A注入第1強磁性層1。
自旋產生層20A，分別往xy面內擴大。自旋產生層20A分別的厚度，例如為8Å以上20Å以下。各個自旋產生層20A的厚度相同也可以，不同也可以。
例如，複數自旋產生層20A中最接近第1強磁性層1的第1自旋產生層膜厚，比其它自旋產生層20A的膜厚更厚也可以。連接第1強磁性層1的自旋產生層20A厚時，第1強磁性層1的界面磁異向性變強。
又例如，在yz平面切斷的剖面中，夾住插入層20B離第1強磁性層1遠的自旋產生層20A的剖面積，比離第1強磁性層1近的自旋產生層20A的剖面積更大也可以。又例如，在xz平面切斷的剖面中，夾住插入層20B離第1強磁性層1遠的自旋產生層20A的剖面積，比離第1強磁性層1近的自旋產生層20A的剖面積更大也可以。藉由以位於離第1強磁性層1遠的自旋產生層20A產生很多自旋，到達第1強磁性層1的自旋量增加，可以降低使第1強磁性層1的磁化反轉所需的反轉電流密度。
插入層20B，在自旋產生層20A之間。插入層20B的電阻率，比自旋產生層20A的電阻率更低。
插入層20B，以優於自旋產生層20A的電傳導性材料構成。插入層20B，例如包含從Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素。插入層20B，係Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素的金屬、合金、金屬間化合物、金屬硼化物、金屬碳化物、金屬矽化物、金屬磷化物之中任一。插入層20B，例如是單體的Cu、Ag。
插入層20B的自旋霍爾角，比自旋產生層20A的自旋霍爾角更小，相較於自旋產生層20A，難以產生自旋軌道交互作用。即，插入層20B，比自旋產生層20A更難以產生注入第1強磁性層1的自旋。插入層20B，包含構成自旋產生層20A的元素也可以。由於插入層20B包含構成自旋產生層20A的元素，可以增大插入層20B產生的自旋流。
插入層20B，例如，在xy面內擴大。插入層20B，例如，夾住重疊區域涵蓋非重疊區域之間，往x方向延伸。因為插入層20B比自旋產生層20A電流更容易流動，確保往x方向的電流路徑，變得自旋軌道轉矩配線20內容易流入電流。
插入層20B的厚度，比自旋產生層20A的分別厚度更薄。插入層20B的厚度，最好為自旋產生層20A的平均厚度2分之1以下。插入層20B，如上述，比自旋產生層20A，電流更容易流動。插入層20B與自旋產生層20A的厚度相同的情況下，往插入層20B的分流比往自旋產生層20A的分流更大。插入層20B，相較於自旋產生層20A，自旋軌道交互作用更難產生。即，注入第1強磁性層1的自旋大多以自旋產生層20A產生。電流往自旋產生層20A的分流比提高時，注入第1強磁性層1的自旋量增加。
插入層20B的厚度，例如，為構成插入層20B的材料的自旋擴散長度以下。自旋擴散長度，係保持自旋資訊不變，電子可以移動的距離。又例如，插入層20B的厚度，為構成插入層20B的元素的鍵半徑5倍以下。鍵半徑，為構成插入層20B的元素結晶的再鄰接原子間距離一半的值。鍵半徑，根據國立研究開發法人物質材料研究機構(NIMS)的資料庫(https://crystdb.nims.go.jp/)中記載的結晶格子大小可以算出。插入層20B即使未結晶化，也根據結晶格子的大小算出鍵半徑。插入層20B的厚度，具體地，例如，為10Å以下。由於插入層20B的厚度足夠薄，位於離第1強磁性層1遠的自旋產生層20A產生的自旋也到達第1強磁性層1，注入第1強磁性層1的自旋量增加。
構成插入層20B的元素，在插入層20B的成膜中或成膜後，擴散至自旋產生層20A內也可以。構成擴散至自旋產生層20A內的插入層20B的元素，例如基準上往Z方向分布插入層20B。即使在此情況下，因為構成電阻率低的插入層20B的元素往電流路徑的X方向分散，電阻也下降。作為成膜中擴散插入層20B的方法，例如，加熱成膜中的基板也可以，以高比率成膜插入層20B也可以。基板加熱的溫度理想是100℃以上，150℃以上更理想。插入層20B的成膜率理想是0.7Å/秒以上，1.0Å/秒以上更理想。作為成膜後擴散插入層20B的方法，例如，成膜後的薄膜狀態下實行後加熱也可以，形成磁阻效應元件的狀態下實行後加熱也可以。後加熱的溫度理想是300℃以上，350℃以上更理想。
還有，自旋軌道轉矩配線20是構成自旋產生層20A的元素以及構成插入層20B的元素的複合材料也可以。還有，插入層20B是構成自旋產生層20A的元素以及構成插入層20B的元素的複合材料也可以。複合材料，像合金是構成自旋產生層20A的元素與構成插入層20B的元素熔融狀態(合金、金屬間化合物等)也可以，母材的自旋產生層20A內部分散群集狀構成插入層20B的元素形成的區域也可以。自旋產生層與插入層的複合材料的製造法，例如成膜自旋軌道轉矩配線之際，同時濺鍍構成自旋產生層20A的元素與構成插入層20B的元素也可以，使用混合構成自旋產生層20A的元素與構成插入層20B的元素之目標材料濺鍍也可以。
自旋軌道轉矩配線20，另外包含磁性金屬也可以。磁性金屬，係強磁性金屬或反強磁性金屬。非磁性體內包含的微量磁性金屬，成為自旋的散亂因素。所謂微量，係構成自旋軌道轉矩配線20的元素之總莫耳比3%以下。自旋由於磁性金屬散亂時，增強自旋軌道交互作用，自旋流對於電流的產生效率變高。
自旋軌道轉矩配線20，包含拓樸絕緣體也可以。拓樸絕緣體的物質內部是絕緣體或高電阻體，但其表面上是產生自旋偏極的金屬狀態的物質。拓樸絕緣體，利用自旋軌道交互作用產生內部磁場。拓樸絕緣體，即使沒有外部磁場也利用自旋軌道交互作用的效果顯現新的拓樸相。拓樸絕緣體，由於強自旋軌道交互作用與邊緣中的反轉對稱性破壞，可以高效率產生純自旋流。
拓樸絕緣體，例如是SnTe、Bi1.5 Sb0.5 Te1.7 Se1.3 、TlBiSe2 、Bi2 Te3 、Bi1 － x Sbx 、(Bi1 － x Sbx )2 Te3 等。拓樸絕緣體，可以高效率產生自旋流。
其次，說明關於第1實施形態的磁阻效應元件100的動作。磁阻效應元件100，有資料的寫入動作與資料的讀出動作。
首先，說明關於記錄資料至磁阻效應元件100的動作。首先，導通連接至想記錄資料的磁阻效應元件100之第1開關元件110及第2開關元件120。導通第1開關元件110及第2開關元件120時，自旋軌道轉矩配線20內流入寫入電流。自旋軌道轉矩配線20內流入寫入電流時，產生自旋霍爾效應，注入自旋至第1強磁性層1。注入第1強磁性層1的自旋，係第1強磁性層1的磁化M1加上自旋軌道轉矩(SOT)，改變第1強磁性層1的磁化M1的定向方向。使電流的流動方向相反時，因為注入第1強磁性層1的自旋方向變成相反，可以自由控制磁化M1的定向方向。
電阻變化部10在積層方向的電阻值，當第1強磁性層1的磁化M1與磁化M1的磁化M2平行時變小，當第1強磁性層1的磁化M1與磁化M1的磁化M2反平行時變大。作為電阻變化部10在積層方向的電阻值，記錄資料至磁阻效應元件100。
其次，說明關於從磁阻效應元件100讀出資料的動作。首先，導通連接至想記錄資料的磁阻效應元件100之第1開關元件110或第2開關元件120以及第3開關元件130。這樣設定各開關元件時，往電阻變化部10的積層方向流入讀出電流。根據歐姆定律電阻變化部10在積層方向的電阻值不同時，輸出的電壓不同。因此，例如，藉由讀出電阻變化部10在積層方向的電壓，可以讀出磁阻效應元件100內記錄的資料。
其次，說明關於磁阻效應元件100的製造方法。磁阻效應元件100係利用各層的積層步驟以及加工各層的一部分成既定形狀之加工步驟形成。各層的積層，可以使用濺鍍法、化學氣相沉積法(CVD)法、電子束氣相沉積法(EB氣相沉積法)、原子雷射沉積法等。各層的加工，可以使用微影成像術實行。
首先基板Sub的既定位置上，摻雜不純物形成源極S、汲極D。 其次，源極S與汲極D之間，形成閘極絕緣膜GI、閘極電極G。 源極S、汲極D、閘極絕緣膜GI及閘極電極G形成電晶體Tr。
其次，形成絕緣層90以覆蓋電晶體Tr。還有在絕緣層90中形成開口部，藉由填充導電體至開口部內，形成導電部Cw。寫入配線Wp、共同配線Cm，係積層絕緣層90直到既定厚度為止後，在絕緣層90中形成溝，藉由填充導電體至溝內形成。
其次，絕緣層90及導電部Cw的一面，依序積層配線層、強磁性層、非磁性層、強磁性層，加工這些層成既定形狀，製作自旋軌道轉矩配線20、第1強磁性層1、非磁性層3及第2強磁性層2。其它部分以絕緣層90填滿，最後製作電極E，藉此得到磁阻效應元件100。
製作的自旋軌道轉矩配線20的自旋產生層20A與插入層20B，可以使用穿透式電子顯微鏡(TEM)與X射線能量散布分析儀(EDS)觀察。對於往Y方向薄片化至20nm以下為止的自旋軌道轉矩配線20，進行使用直徑1nm以下的電子線徑的EDS組成映射時，自旋軌道轉矩配線20所夾的插入層20B可以確認層狀。另一方面，比20nm厚的薄片化時，因為重疊縱深的組成資訊，有可能看上去不是層狀且不均勻分布。又，利用比直徑1nm大的電子線形觀察的情況下，因為重疊鄰接元素的能量，有可能看上去不是層狀且不均勻分布。
第1實施形態的磁記錄陣列200及磁阻效應元件100，由於自旋軌道轉矩配線20具有插入層20B，可以降低資料的寫入電壓。因為插入層20B的電傳導性比自旋產生層20A的電傳導性優異，藉由插入插入層20B，自旋軌道轉矩配線20的電傳導性提高。自旋軌道轉矩配線20的電傳導性提高時，自旋軌道轉矩配線20兩端的電位差即使小，自旋軌道轉矩配線20內也流過足夠的電流。第1強磁性層1的磁化M1是否反轉，依存於流過自旋軌道轉矩配線20的電流的電流密度。由於自旋軌道轉矩配線20中設置插入層20B，寫入電壓即使小，自旋軌道轉矩配線20內也流入足夠的電流密度的電流。
因一方面，插入層20B，如上述，與自旋產生層20A相較，難以產生自旋軌道交互作用，第1強磁性層1內注入的自旋產生效率低。第1強磁性層1的磁化M1，根據加上注入的自旋的轉矩反轉。自旋軌道轉矩配線20中設置插入層20B時，注入第1強磁性層1的自旋量減少，第1強磁性層1的磁化M1恐怕難以反轉。藉由比自旋產生層20A的厚度更薄化插入層20B的厚度，可以抑制過剩電流流入插入層20B。由於多數電流產入自旋產生層20A，確保注入第1強磁性層1的自旋量，而且，透過插入層20B可以減少資料的寫入電壓。
還有，資料的寫入電壓變小時，可以縮小使磁阻效應元件100動作的電晶體Tr尺寸。所謂電晶體Tr的尺寸，具體地，係源極－汲極間的距離。現在的技術水準中，磁記錄陣列200中的電晶體Tr的尺寸，比磁阻效應元件100的尺寸大。因此，磁記錄陣列200的集積性常限制於電晶體Tr的尺寸。可以縮小電晶體Tr的尺寸時，磁記錄陣列200的集積性提高。
以上，詳述關於第1實施形態的一例，但不限定於此例，在專利申請範圍內記載的本發明要旨範圍內，可以作各種變形．改變。
(第1變形例) 圖5係根據第1變形例的磁阻效應元件101的剖面圖。根據第1變形例的磁阻效應元件101，在自旋軌道轉矩配線21具有複數插入層20B方面，與圖3所示的磁阻效應元件100不同。與圖3所示的磁阻效應元件100同樣的構成附上相同的符號，省略說明。
自旋軌道轉矩配線21，具有複數自旋產生層20A與複數插入層20B。複數插入層20B分別插入自旋產生層20A之間。自旋產生層20A與插入層20B，往z方向交互積層。插入層20B的數量，例如，為2層以上6層以下。各個插入層20B的厚度，相同也可以，不同也可以。
圖5所示的插入層20B，都是夾住重疊區域涵蓋非重疊區域之間往x方向延伸。例如，插入層20B中位於離第1強磁性層1最遠的插入層20B，例如，延伸至與自旋軌道轉矩配線21兩端的導電部Cw重疊的位置為止。根據上述構成確保往x方向的電流路徑，自旋軌道轉矩配線21內變得容易流入電流。
根據第1變形例的磁阻效應元件101，因為具有插入層20B，顯示與圖3所示的磁阻效應元件100同樣的效果。還有由於插入層20B的數量增加，自旋產生層20A與插入層20B的界面數量增加。這些界面的數量增加時，利用界面Rashba效應可以降低使第1強磁性層1的磁化M1反轉所需的反轉電流密度。
(第2變形例) 圖6，係根據第2變形例的磁阻效應元件102的剖面圖。根據第2變形例的磁阻效應元件102中，自旋軌道轉矩配線22的插入層22B具有第1區域R1與第2區域R2方面，與圖3所示的磁阻效應元件100不同。與圖3所示的磁阻效應元件100同樣的構成附上相同的符號，省略說明。
插入層22B，具有第1區域R1與第2區域R2。第1區域R1以與上述插入層20B同樣的材料構成。第2區域R2以與自旋產生層20A同樣的材料構成。
圖7，係根據第2變形例的磁阻效應元件的插入層22B在z方向的平面圖。第1區域R1在xy面內擴展，第2區域R2分散在xy面內。第1區域R1與第2區域R2的位置關係相反也可以。
插入層22B，以相同材料構成，即使不是xy面內擴展的均質層，也具有容易流入電流的效果。因此，根據第2變形例的磁阻效應元件102，由於具有插入層22B，顯示與圖3所示的磁阻效應元件100同樣的效果。
雖然提出第1變形例及第2變形例，但第1實施形態的變形例不限於這些變形例。例如，磁阻效應元件，也可以是底部接腳(bottom pin)構造。圖8，係底部接腳(bottom pin)構造的磁阻效應元件103的剖面圖。圖8所示的磁阻效應元件103中，電阻變化部10與自旋軌道轉矩配線20的位置關係，與圖3所示的磁阻效應元件100是反轉的。
磁阻效應元件103，在電阻變化部10及絕緣層90上，積層自旋軌道轉矩配線20。磁阻效應元件103中，第2強磁性層2比第1強磁性層1更接近基板Sub。磁阻效應元件103，只反轉電阻變化部10與自旋軌道轉矩配線20的位置關係，實行與圖3所示的磁阻效應元件100同樣的動作。
圖9，係顯示底部接腳(bottom pin)構造的磁阻效應元件的其它例剖面圖。圖9所示的磁阻效應元件103A，在電阻變化部10及絕緣層90上，積層自旋軌道轉矩配線23。自旋軌道轉矩配線23，具有複數自旋產生層23A與複數插入層23B。圖9中，例示插入層23B是複數層的情況，但插入層23B也可以是一層。
複數自旋產生層23A中離第1強磁性層1最近的自旋產生層23A，以下稱作第1自旋產生層23A1。第1自旋產生層23A1的膜厚，比其它自旋產生層23A的膜厚更厚。第1自旋產生層23A1的膜厚厚時，第1強磁性層1的磁異向性提高。圖9，例示磁化M1在xy面內面內定向的情況。磁化M1往z方向垂直定向的情況下，第1自旋產生層23A1的膜厚厚時，第1強磁性層1的磁異向性特別提高。
第1自旋產生層23A1，例如在x方向的長度比其它自旋產生層23A在x方向的長度更短。第1自旋產生層23A1的側面，與電阻變化部10的側面連續也可以。所謂側面連續，意味切平面的傾斜角是連續變化或固定。
圖9所示的磁阻效應元件103A，例如，可以利用以下的方法製作。磁阻效應元件103A係經由成膜步驟、加工步驟及配線形成步驟製造。
首先，成膜步驟中，如圖10所示，從接近基板Sub側開始依序依序積層強磁性層32、非磁性層33、強磁性層31、導電層34，形成積層體。加工後，強磁性層31成為第1強磁性層1，強磁性層32成為第2強磁性層2，非磁性層33成為非磁性層3，導電層34成為第1自旋產生層23A。各層，例如利用濺鍍成膜。於是，導電層34上面的一部分，形成硬質遮罩層35。硬質遮罩層35，與導電層34是相同的材料也可以，不同的材料也可以。
其次，加工步驟中，經由硬質遮罩層35，進行蝕刻，形成柱狀體。硬質遮罩層35除了是可以應用至自旋產生層23的材料以外的情況下，除去硬質遮罩層35。藉由除去硬質遮罩層35，導電層34的一部分成為第1自旋產生層23A。另一方面，硬質遮罩層35，是可以應用至自旋產生層23的材料的情況下，除去全部或一部分硬質遮罩層35。除去一部分硬質遮罩層35的情況下，導電層34與一部分硬質遮罩層35成為第1自旋產生層23A1，除去全部硬質遮罩層35的情況下，一部分導電層34成為第1自旋產生層23A1。加工步驟後，露出第1自旋產生層23A1。
其次，配線形成步驟中，依序成膜插入層23B、自旋產生層23A。自旋產生層23A的膜厚，比第1自旋產生層23A1的膜厚更薄化。成膜這些層後，以蝕刻除去y方向的不要部分，形成自旋軌道轉矩配線23。以上述程序，得到磁阻效應元件103A。
又例如，圖3中例示磁化M1、M2在xy面內定向的面內定向的情況。像圖12所示的磁阻效應元件104，磁化M1、M2往z方向定向的垂直定向也可以。還有圖3中，例示電阻變化部10的平面視形狀是x方向上具有長軸的橢圓的情況。像圖13所示的磁阻效應元件105，電阻變化部10的平面視形狀是y方向上具有長軸的橢圓也可以，像圖14所示的磁阻效應元件106，電阻變化部10的平面視形狀是從x方向及y方向傾斜的方向上具有長軸的橢圓也可以。圖13的情況下，磁化M1、M2容易往y方向定向，圖14的情況下，磁化M1、M2容易往從x方向及y方向傾斜的橢圓的長軸方向定向。
[第2實施形態] 圖15，係根據第2實施形態的磁化旋轉元件107的剖面圖。圖15，係在通過自旋軌道轉矩配線20在y方向的寬度中心的xz平面切斷磁化旋轉元件107的剖面。第2實施形態的磁化旋轉元件107，不具有非磁性層3及第2強磁性層2方面，與第1實施形態的磁阻效應元件100不同。其它構成，與第1實施形態的磁阻效應元件100相同，省略說明。
磁化旋轉元件107，對第1強磁性層1入射光L1，評估在第1強磁性層1反射的光L2。根據磁克爾效應(magnetic Kerr effect)磁化的定向方向變化時，反射的光L2的偏向狀態改變。磁化旋轉元件107，可以用作利用光L2的偏向狀態不同之例如影像顯示裝置等的光學元件。
其它，磁化旋轉元件107，也可以單獨利用作為利用異向性磁感應器、磁法拉第效應的光學元件等。
根據第2實施形態的磁化旋轉元件107，只除了非磁性層3及第2強磁性層2之外，可以得到與根據第1實施形態的磁阻效應元件100同樣的效果。
以上，本發明不受限於上述實施形態及變形例。例如，對第2實施形態應用第1實施形態的變形例也可以，組合第1實施形態的各個變形例也可以。 [實施例]
[實施例1] 實施例1中，製作自旋產生層之間插入插入層的自旋軌道轉矩配線。自旋軌道轉矩配線的厚度為5nm，插入層的厚度為0.2nm。自旋軌道轉矩配線的自旋產生層以W構成，插入層為Cu或Ag。於是，自旋軌道轉矩配線的一面，積層CoFeB作為第1強磁性層。第1強磁性層，為直徑200nm的圓柱。改變插入層的層數，測量自旋軌道轉矩配線的配線電阻、反轉第1強磁性層的磁化所需的寫入電流、反轉第1強磁性層的磁化所需的寫入電壓。
圖16，係顯示實施例1的自旋軌道轉矩配線的配線電阻圖。圖17，係顯示實施例1的磁阻效應元件的寫入電流圖。圖18係顯示實施例1的磁阻效應元件的寫入電壓圖。
如圖16所示，明白由於自旋軌道轉矩配線中設置插入層，自旋軌道轉矩配線的電阻值減少。又如圖17所示，寫入電流，減少直到插入層的層數到達3層為止，超過3層時增加。認為這是因為，由於難以產生注入第1強磁性層1的自旋之插入層內流入多數電流，流入自旋軌道轉矩配線的電流量增加，但不充分確保注入第1強磁性層1的自旋量。又，如圖18所示，由於設置插入層，自旋軌道轉矩配線內變得容易流入電流，寫入電壓下降。
[實施例2] 實施例2，製作自旋產生層之間插入插入層的自旋軌道轉矩配線。自旋軌道轉矩配線的厚度為5nm，使插入層的厚度變化。自旋軌道轉矩配線的自旋產生層以W構成，插入層為Cu或Ag。插入層的層數為1層。於是，自旋軌道轉矩配線的一面，積層CoFeB作為第1強磁性層。第1強磁性層，為直徑200nm的圓柱。改變插入層的膜厚，測量自旋軌道轉矩配線的配線電阻、反轉第1強磁性層的磁化所需的寫入電流、反轉第1強磁性層的磁化所需的寫入電壓。
圖19，係顯示實施例2的自旋軌道轉矩配線的配線電阻圖。圖20，係顯示實施例2的磁阻效應元件的寫入電流圖。圖21，係顯示實施例2的磁阻效應元件的寫入電壓圖。
如圖19所示，明白由於旋轉軌道轉矩配線中設置插入層，自旋軌道轉矩配線的電阻值減少。又，如圖20所示，寫入電流，減少直到插入層成為一定厚度為止，超過一定厚度時增加。插入層是Cu的情況下，一定的厚度是0.6nm，Ag的情況下，一定的厚度是1.0nm。認為這是因為，由於難以產生注入第1強磁性層1的自旋之插入層內流入多數電流，流入自旋軌道轉矩配線的電流量增加，但不充分確保注入第1強磁性層1的自旋量。又，如圖21所示，由於設置插入層，自旋軌道轉矩配線內變得容易流入電流，寫入電壓下降。
1:第1強磁性層 2:第2強磁性層 3:非磁性層 10:電阻變化部 20,21,22,23:自旋軌道轉矩配線 20A,23A:自旋產生層 20B,22B,23B:插入層 23A1:第1自旋產生層 32,31:強磁性層 33:非磁性層 34:導電層 35:硬質遮罩層 90:絕緣層 100,101,102,103,103A,104,105,106:磁阻效應元件 107:磁化旋轉元件 110:第1開關元件 120:第2開關元件 130:第3開關元件 200:磁記錄陣列 Cm1~Cmn:共同配線 Cw:導電部 D:汲極 E:電極 G:閘極電極 GI:閘極絕緣膜 L1,L2:光 M1,M2:磁化 R1:第1區域 R2:第2區域 Rp1~Rpn:讀出配線 S:源極 S1:第1自旋 S2:第2自旋 Sub:基板 Tr:電晶體 Wp1~Wpn:寫入配線
[圖1] 係根據第1實施形態的磁記錄陣列模式圖； [圖2] 係根據第1實施形態的磁記錄陣列的要部剖面圖； [圖3] 係根據第1實施形態的磁阻效應元件剖面圖； [圖4] 係根據第1實施形態的磁阻效應元件平面圖； [圖5] 係根據第1變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖6] 係根據第2變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖7] 係根據第2變形例的磁阻效應元件的插入層平面圖； [圖8] 係根據第3變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖9] 係顯示底部接腳(bottom pin)構造的磁阻效應元件的其它例剖面圖； [圖10] 係顯示底部接腳(bottom pin)構造的磁阻效應元件的一製造方法例圖； [圖11] 係顯示底部接腳(bottom pin)構造的磁阻效應元件的一製造方法例圖； [圖12] 係根據第4變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖13] 係根據第5變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖14] 係根據第6變形例的磁阻效應元件剖面圖； [圖15] 係根據第2實施形態的磁化旋轉元件剖面圖； [圖16] 係顯示實施例1的自旋軌道轉矩配線的配線電阻圖； [圖17] 係顯示實施例1的磁阻效應元件的寫入電流圖； [圖18] 係顯示實施例1的磁阻效應元件的寫入電壓圖； [圖19] 係顯示實施例2的自旋軌道轉矩配線的配線電阻圖； [圖20] 係顯示實施例2的磁阻效應元件的寫入電流圖；以及 [圖21] 係顯示實施例2的磁阻效應元件的寫入電壓圖。
1:第1強磁性層
2:第2強磁性層
3:非磁性層
10:電阻變化部
20:自旋軌道轉矩配線
20A:自旋產生層
20B:插入層
100:磁阻效應元件
M1,M2:磁化
S1:第1自旋
S2:第2自旋

Claims (23)

  1. 一種磁化旋轉元件，包括： 自旋軌道轉矩配線；以及 第1強磁性層，相對於上述自旋軌道轉矩配線在第1方向，從上述自旋軌道轉矩配線注入自旋； 其中，上述自旋軌道轉矩配線，在上述第1方向上具有複數自旋產生層、以及在上述複數自旋產生層之間的插入層； 上述插入層的電阻率比上述自旋產生層的電阻率更低。
  2. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層，包含從Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素。
  3. 如請求項1或2所述之磁化旋轉元件，其中， 上述自旋產生層，包含從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素。
  4. 如請求項1～3中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層的厚度，為構成上述插入層的材料之自旋擴散長度以下。
  5. 如請求項1～4中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層有複數層； 上述插入層的層數，在6層以下。
  6. 如請求項1～5中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述自旋軌道轉矩配線，從上述第1方向的平面視中，具有與上述第1強磁性層重疊的重疊區域以及不重疊的非重疊區域； 上述插入層，夾住上述重疊區域並涵蓋延伸至上述非重疊區域。
  7. 如請求項1～6中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層的厚度，比上述自旋產生層的分別厚度薄。
  8. 如請求項1～7中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層的厚度，為構成上述插入層的元素之鍵半徑的5倍以下。
  9. 如請求項1～8中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層的厚度，為10Å以下。
  10. 如請求項1～9中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述自旋產生層的厚度，分別在8Å以上20Å以下。
  11. 如請求項1～10中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述插入層，包含構成上述自旋產生層的元素。
  12. 如請求項1～11中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 沿著上述第1方向以及上述自旋軌道轉矩配線的長度方向切斷的剖面中，夾住上述插入層離上述第1強磁性層遠的自旋產生層之剖面積，比夾住上述插入層離上述第1強磁性層近的自旋產生層之剖面積大。
  13. 如請求項1～12中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述自旋軌道轉矩配線的厚度，在20nm(毫微米)以下。
  14. 如請求項1～13中任一項所述之磁化旋轉元件，其中， 上述複數自旋產生層中離上述第1強磁性層最近的第1自旋產生層之膜厚，比其它自旋產生層之膜厚更厚。
  15. 一種磁化旋轉元件，包括： 配線；以及 第1強磁性層，相對於上述配線在第1方向； 其中，上述配線，包括： 第1層，包含從Mo(鉬)、Ru(釕)、Rh(銠)、Pd(鈀)、Ta(鉭)、W(鎢)、Ir(銥)、Pt(鉑)、Au(金)、Bi(鉍)構成的群中選擇之任何元素；以及 第2層，包含從Mg(鎂)、Al(鋁)、Si(矽)、Ti(鈦)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Cu(銅)、Ga(鎵)、Ge(鍺)、Ag(銀)構成的群中選擇之任何元素； 上述第1層，在上述第1方向上夾住上述第2層。
  16. 一種磁阻效應元件，包括： 如請求項1～15中任一項所述之磁化旋轉元件； 第2強磁性層，相對於上述磁化旋轉元件的上述第1強磁性層，在上述第1方向；以及 非磁性層，夾在上述第1強磁性層與上述第2強磁性層之間。
  17. 一種半導體元件，包括： 如請求項16所述之磁阻效應元件；以及 開關元件，與上述磁阻效應元件電氣連接。
  18. 如請求項17所述之半導體元件，其中， 上述開關元件是場效型電晶體； 上述場效型電晶體的源極與汲極之間的距離在30nm以下。
  19. 一種磁記錄陣列，具有： 如請求項16所述之磁阻效應元件。
  20. 一種磁阻效應元件的製造方法，包括： 成膜步驟，形成依序積層第2強磁性層、非磁性層、第1強磁性層以及第1自旋產生層的積層體； 加工步驟，蝕刻上述積層體形成柱狀體； 配線形成步驟，在上述柱狀體的第1面上依序成膜插入層與自旋產生層，形成自旋軌道轉矩配線； 其中，上述插入層的電阻率比上述第1自旋產生層以及上述自旋產生層的電阻率更低。
  21. 如請求項20所述之磁阻效應元件的製造方法，其中， 上述加工步驟，經由上述積層體的第1面一部分上積層的硬質遮罩(hard mask)層實行； 上述配線形成步驟前除去上述硬質遮罩層，使上述柱體狀的第1面露出上述第1自旋產生層。
  22. 如請求項20所述之磁阻效應元件的製造方法，其中， 上述加工步驟，經由上述積層體的第1面一部分上積層的硬質遮罩層實行； 上述硬質遮罩層，以與上述第1自旋產生層相同的材料形成。
  23. 如請求項21或22所述之磁阻效應元件的製造方法，其中， 上述第1自旋產生層的厚度，比上述自旋產生層更厚。
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