TW202414403A - 磁化旋轉元件、磁性阻抗效果元件及磁性記憶體 - Google Patents

Abstract

此磁化旋轉元件，具備：自旋軌道轉矩配線、第1強磁性層、第1柱狀體、第2柱狀體、與第1導電層。前述第1強磁性層，面向前述自旋軌道轉矩配線的至少一部分。從層積方向來看，前述第1導電層，在不與前述第1強磁性層重疊的位置，接觸前述自旋軌道轉矩配線。第1柱狀體貫穿前述自旋軌道轉矩配線，並與前述自旋軌道轉矩配線及前述第1導電層接觸。從前述層積方向來看，前述第2柱狀體在與前述第1柱狀體一起夾住前述第1強磁性層的位置，與前述自旋軌道轉矩配線接觸。

Description

磁化旋轉元件、磁性阻抗效果元件及磁性記憶體

本發明關於磁化旋轉元件、磁性阻抗效果元件及磁性記憶體。

由強磁性層與非磁性層的多層膜構成的巨大磁性阻抗(GMR)元件、及、於非磁性層使用絕緣層(隧道阻障層、阻障層)的隧道磁性阻抗(TMR)元件，作為磁性阻抗效果元件而廣為人知。磁性阻抗效果元件可以應用於磁性感測器、高頻率部件、磁性頭及非揮發性隨機存取記憶體(MRAM)。

MRAM為整合有磁性阻抗效果元件的記憶元件。MRAM，在磁性阻抗效果元件中夾住非磁性層的二個強磁性層彼此的磁化方向改變時，利用磁性阻抗效果元件的阻抗變化之特性來讀寫數據。強磁性層的磁化方向，例如，利用電流產生的磁場來控制。此外，例如，強磁性層的磁化方向，在磁性阻抗效果元件的層積方向上，利用藉由流動電流產生的自旋轉移矩(spin transfer torque，STT)來控制。

利用STT來改寫強磁性層的磁化方向的情況下，在磁性阻抗效果元件的層積方向上流動電流。寫入的電流，成為磁性阻抗效果元件的特性劣化的原因。

近年，寫入時電流不需要在磁性阻抗效果元件的層積方向上流動之方法受到注目(例如，專利文獻1)。其中的一種方法是利用自旋軌道轉矩(SOT)的寫入方法。SOT是因藉由自旋軌道相互作用產生的自旋流或異種材料的界面中的Rashba效應而感應。磁性阻抗效果元件內用於感應SOT的電流，在與磁性阻抗效果元件的層積方向交叉的方向上流動。即，電流不需要在磁性阻抗效果元件的層積方向上流動，期待磁性阻抗效果元件的長壽化。 [先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1:特開2017-216286號公報

[發明所欲解決之問題]

使用自旋軌道轉矩(SOT)的磁性阻抗效果元件，在流過自旋軌道轉矩配線的寫入電流的電流密度到達預定値以上時，強磁性層的磁化反轉。強磁性層的磁化反轉時的寫入電流的電流密度稱為反轉電流密度。為了得到充分的反轉電流密度，通常使自旋軌道轉矩配線的厚度薄化。經由通孔配線供給往自旋軌道轉矩配線的寫入電流。厚度薄的自旋軌道轉矩配線難以充分確保通孔配線與自旋軌道轉矩配線之間的電性接點。

本發明為有鑑於上述事情而成者，以提供磁化旋轉元件、磁性阻抗效果元件及磁性記憶體，其可以充分確保通孔配線與自旋軌道轉矩配線之間的電性接點作為目的。 [用以解決問題之手段]

本發明為了解決上述課題，提供以下的手段。

(1)第1態樣的磁化旋轉元件，具備：自旋軌道轉矩配線、第1強磁性層、第1柱狀體、第2柱狀體、與第1導電層。前述第1強磁性層，面向前述自旋軌道轉矩配線的至少一部分。從層積方向來看，前述第1導電層，在不與前述第1強磁性層重疊的位置，接觸前述自旋軌道轉矩配線。第1柱狀體貫穿前述自旋軌道轉矩配線。第1柱狀體與前述自旋軌道轉矩配線及前述第1導電層接觸。從前述層積方向來看，前述第2柱狀體在與前述第1柱狀體一起夾住前述第1強磁性層的位置，與前述自旋軌道轉矩配線接觸。

(2)上述態樣的磁化旋轉元件中，前述第1柱狀體的側壁的一部分，可以遍及全周與前述第1導電層接觸。

(3)上述態樣的磁化旋轉元件中，前述第1柱狀體的前述層積方向的第1端，可以與前述第1導電層接觸。

(4)上述態樣的磁化旋轉元件，可以更具備被覆層。前述被覆層，可以被覆前述第1導電層的與前述自旋軌道轉矩配線接觸的面以外的面。

(5)上述態樣的磁化旋轉元件中，在同條件的離子銑削中，前述被覆層的蝕刻速率可以比前述第1導電層低。

(6)上述態樣的磁化旋轉元件中，在同條件的反應離子蝕刻中，前述被覆層的蝕刻速率可以比前述第1導電層低。

(7)上述態樣的磁化旋轉元件中，前述第1導電層的膜厚可以為從前述第1柱狀體的第2端往前述自旋軌道轉矩配線下降的垂線的高度的5%以上。在層積方向上，前述第2端為遠離前述第1柱狀體的前述第1導電層的一側的端部。

(8)上述態樣的磁化旋轉元件中，前述第1導電層的膜厚可以為從前述第1柱狀體的第2端往前述自旋軌道轉矩配線下降的垂線的高度的300%以下。

(9)上述態樣的磁化旋轉元件中，前述第1導電層與前述第2柱狀體，可以接觸於前述自旋軌道轉矩配線的相同面。前述第1導電層與前述第2柱狀體的構成元素中的主成分可以相同。

(10)上述態樣的磁化旋轉元件可以更具備第2導電層。前述第2導電層，與前述自旋軌道轉矩配線接觸。第2柱狀體可以貫穿前述自旋軌道轉矩配線，並與前述自旋軌道轉矩配線及前述第2導電層接觸。

(11)第2態樣的磁性阻抗效果元件可以至少具備：上述態樣的磁化旋轉元件、非磁性層、第2強磁性層。前述磁化旋轉元件的前述第1強磁性層與前述第2強磁性層夾住前述非磁性層。

(12)第3態樣的磁性記憶體包含上述態樣的磁性阻抗效果元件。 [發明功效]

本揭示的磁化旋轉元件、磁性阻抗效果元件及磁性記憶體，可以充分確保通孔配線與自旋軌道轉矩配線之間的電性接點。

[用以實施發明的形態]

以下，針對本實施形態，一邊適宜參照圖式，一邊進行詳細說明。以下的說明中所用的圖式，為了方便容易理解特徴，有時將特徴部分擴大顯示，各構成元件的尺寸比例等有時與實際不同。以下的說明所例示的材料、尺寸等為一例，本發明不限定於此，在達到本發明的效果的範圍內，可以適宜變更而實施。

首先，針對方向來定義。後述的基板Sub(参照第2圖)的一面的一方向設為x方向，與x方向正交的方向設為y方向。x方向為，例如，自旋軌道轉矩配線20的長度方向。z方向為與x方向及y方向正交的方向。z方向為層積各層的層積方向的一例。以下，有時將+z方向表現為「上」、-z方向表現為「下」。上下，不一定與施加重力的方向一致。

本說明書中「沿著x方向延伸」指的是，例如，x方向的尺寸大於x方向、y方向、及z方向的各尺寸之中最小的尺寸。沿著其他方向延伸的情況也相同。此外，本說明書中「連接」指的是，不限定於物理連接的情況。例如，不限定兩層為物理接觸，兩層之間夾住其他層於其中而連接的情況也包含於「連接」。此外，本說明書中的「連接」也包含電性連接。此外，本說明書中「面對」指的是，兩層彼此面對的關係，可以是兩層彼此接觸，也可以是彼此面對並在其中夾住其他層。

「第1實施形態」 第1圖為第1實施形態的磁性記憶體200的構成圖。磁性記憶體200具備複數個磁性阻抗效果元件100、複數個寫入配線WL、複數個共通配線CL、複數個讀取配線RL、複數個第1開關元件Sw1、複數個第2開關元件Sw2、與複數個第3開關元件Sw3。磁性記憶體200為，例如，磁性阻抗效果元件100排列成矩陣狀。

每個寫入配線WL都與電源和1個以上的磁性阻抗效果元件100電性連接。每個共通配線CL為在寫入數據時及讀取數據時都使用的配線。每個共通配線CL都與基準電位和1個以上磁性阻抗效果元件100電性連接。基準電位為，例如，接地。共通配線CL，可以設置於每個複數個磁性阻抗效果元件100，也可以跨越複數個磁性阻抗效果元件100而設置。每個讀取配線RL都與電源和1個以上的磁性阻抗效果元件100電性連接。電源在使用時連接於磁性記憶體200。

每個磁性阻抗效果元件100都與第1開關元件Sw1、第2開關元件Sw2、第3開關元件Sw3中的每一個電性連接。第1開關元件Sw1於磁性阻抗效果元件100與寫入配線WL之間連接。第2開關元件Sw2於磁性阻抗效果元件100與共通配線CL之間連接。第3開關元件Sw3跨越複數個磁性阻抗效果元件100連接於讀取配線RL。

預定的第1開關元件Sw1及第2開關元件Sw2設為ON時，寫入電流流動於連接於預定的磁性阻抗效果元件100的寫入配線WL與共通配線CL之間。藉由流動寫入電流，於預定的磁性阻抗效果元件100寫入數據。預定的第2開關元件Sw2及第3開關元件Sw3設為ON時，讀取電流流動於連接於預定的磁性阻抗效果元件100的共通配線CL與讀取配線RL之間。藉由流動讀取電流，從預定的磁性阻抗效果元件100讀取數據。

第1開關元件Sw1、第2開關元件Sw2及第3開關元件Sw3為控制電流流動的元件。第1開關元件Sw1、第2開關元件Sw2及第3開關元件Sw3，例如，如電晶體、雙向閾値開關(OTS：Ovonic Threshold Switch)等利用結晶層的相變化之元件、如金屬絕緣體轉變(MIT)開關等利用能帶構造的變化之元件、齊納二極體(Zener diode)及雪崩二極體(avalanche diode)等利用擊穿電壓之元件、伴隨著原子位置變化而使傳導性變化之元件。

第1圖所示的磁性記憶體200，與連接於相同讀取配線RL的磁性阻抗效果元件100共用第3開關元件Sw3。第3開關元件Sw3，可以設置於每個磁性阻抗效果元件100。此外，也可以於每個磁性阻抗效果元件100設置第3開關元件Sw3，於相同配線所連接的磁性阻抗效果元件100共用第1開關元件Sw1或第2開關元件Sw2。

第2圖為第1實施形態的磁性記憶體200的特徴部分的剖面圖。第2圖為磁性阻抗效果元件100在通過後述的自旋軌道轉矩配線20的y方向的寬度中心的xz平面切斷的剖面。

第2圖所示的第1開關元件Sw1及第2開關元件Sw2為電晶體Tr。第3開關元件Sw3與讀取配線RL電性連接，例如，位於第2圖的y方向的不同位置。電晶體Tr為，例如，場效電晶體，具有閘極電極G與閘極絕緣膜GI與於基板Sub形成的源極S及汲極D。源極S與汲極D為依據電流的流動方向而定義，且這些為同一區域。源極S與汲極D的位置關係也可以反轉。基板Sub為，例如，半導體基板。

電晶體Tr與磁性阻抗效果元件100，經由通孔配線W1、面內配線W2，電性連接。此外，電晶體Tr與寫入配線WL或共通配線CL，藉由通孔配線W1連接。通孔配線W1，例如，沿著z方向延伸。通孔配線W1可以為層積複數個柱狀體而成。面內配線W2沿著xy面內的任一方向延伸。通孔配線W1及面內配線W2包含具有導電性的材料。

磁性阻抗效果元件100及電晶體Tr的周圍被絕緣層90覆蓋。絕緣層90為絕緣多層配線的配線之間、元件之間的絕緣層。絕緣層90為，例如，氧化矽(SiO _x)、氮化矽(SiN _x)、碳化矽(SiC)、氮化鉻、碳氮化矽(SiCN)、氮氧化矽(SiON)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鋯(ZrO _x)、氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)等。

第3圖為磁性阻抗效果元件100的剖面圖。第3圖為磁性阻抗效果元件100在通過自旋軌道轉矩配線20的y方向的寬度中心的xz平面切斷的剖面。第4圖為從z方向看磁性阻抗效果元件100的平面圖。

磁性阻抗效果元件100，具備，例如，層積體10、自旋軌道轉矩配線20、第1柱狀體30、第2柱狀體40、與第1導電層50。磁性阻抗效果元件100的周圍被絕緣層91、92、93、94覆蓋。絕緣層91、92、93、94為絕緣層90的一部分而層積。絕緣層91、92、93、94分別為層積為層疊狀的層間絕緣膜。

磁性阻抗效果元件100為利用自旋軌道轉矩(SOT)的磁性元件，有時也稱為自旋軌道轉矩型磁性阻抗效果元件、自旋注入型磁性阻抗效果元件、自旋流磁性阻抗效果元件。

磁性阻抗效果元件100為記錄、保存數據的元件。磁性阻抗效果元件100，用層積體10的z方向的阻抗値紀錄數據。層積體10的z方向的阻抗値，藉由沿著自旋軌道轉矩配線20施加寫入電流，從自旋軌道轉矩配線20注入自旋於層積體10而變化。層積體10的z方向的阻抗値，可以藉由於層積體10的z方向施加讀取電流來讀取。

層積體10連接於自旋軌道轉矩配線20。層積體10，例如，層積於自旋軌道轉矩配線20。

層積體10為柱狀體。從層積體10的z方向的平面形狀為，例如，圓形、橢圓形、四角形。層積體10的側面為，例如，對z方向傾斜。

層積體10，具備，例如，第1強磁性層1、第2強磁性層2、非磁性層3、基層4、蓋層5、與遮罩層6。層積體10根據夾住非磁性層3的第1強磁性層1與第2強磁性層2之間的磁化相對角的不同而使阻抗値變化。

第1強磁性層1，例如，面向自旋軌道轉矩配線20。第1強磁性層1，可以與自旋軌道轉矩配線20直接接觸，也可以經由基層4間接接觸。第1強磁性層1，例如，層積於自旋軌道轉矩配線20上。

從自旋軌道轉矩配線20注入自旋於第1強磁性層1。第1強磁性層1的磁化，接收因注入的自旋的自旋軌道轉矩(SOT)，改變配向方向。第1強磁性層1也被稱為磁化自由層。

第1強磁性層1包含強磁性體。強磁性體，例如，選自由Cr、Mn、Co、Fe及Ni所組成的群組的金屬、包含1種以上這些金屬的合金、包含這些金屬與B、C、及N的至少1種以上的元素的合金等。強磁性體為，例如，Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe、Co-Ho合金、Sm-Fe合金、Fe-Pt合金、Co-Pt合金、CoCrPt合金。

第1強磁性層1可以包含惠斯勒合金(Heusler alloy)。惠斯勒合金包含具有XYZ或X ₂YZ的化學組成的金屬間化合物。X為周期表上Co、Fe、Ni、或Cu族的過渡金屬元素或貴金屬元素、Y為Mn、V、Cr或Ti族的過渡金屬或X的元素種類、Z為III族到V族的典型元素。惠斯勒合金為，例如，Co ₂FeSi、Co ₂FeGe、Co ₂FeGa、Co ₂MnSi、Co ₂Mn _1-aFe _aAl _bSi _1-b、Co ₂FeGe _1-cGa _c等。惠斯勒合金具有高自旋極化率。

第2強磁性層2夾住非磁性層3，面向第1強磁性層1。第2強磁性層2包含強磁性體。在施加預定的外力之際，第2強磁性層2的磁化，比第1強磁性層1的磁化更難以改變配向方向。第2強磁性層2也稱為磁化固定層、磁化參照層。第3圖所示的層積體10為磁化固定層在遠離基板Sub的一側，稱為頂部固定(top pin)構造。

作為構成第2強磁性層2的材料，可以使用與構成第1強磁性層1的材料相同者。

第2強磁性層2可以為合成反強磁性構造(SAF構造)。合成反強磁性構造由夾住非磁性層的兩個磁性層構成。第2強磁性層2可以具有兩個磁性層與被這些夾住的間隔層。藉由兩個強磁性層為反強磁性耦合，第2強磁性層2的保磁力變大。強磁性層為，例如，IrMn、PtMn等。間隔層，例如，包含選自由Ru、Ir、Rh所組成的群組的至少一個。

非磁性層3被夾於第1強磁性層1與第2強磁性層2。非磁性層3包含非磁性體。非磁性層3為絕緣體的情況(隧道阻障層的情況)，作為其材料，例如，可以使用Al ₂O ₃、SiO ₂、MgO、及、MgAl ₂O ₄等。此外，這些之外，也可以使用將Al、Si、Mg的一部分取代為Zn、Be等的材料等。這些之中，MgO、MgAl ₂O ₄為可以實現相干隧道的材料，從而可以有效地注入自旋。非磁性層3為金屬的情況，作為其材料，可以使用Cu、Au、Ag等。進一步地，非磁性層3為半導體的情況，作為其材料，可以使用Si、Ge、CuInSe ₂、CuGaSe ₂、Cu(In,Ga)Se ₂等。

基層4，例如，位於第1強磁性層1與自旋軌道轉矩配線20之間。也可以省略基層4。

基層4，例如，包含緩衝層與晶種層。緩衝層為緩和不同結晶間的晶格失配的層。晶種層為提高層積於晶種層上的層的結晶性。晶種層，例如，形成於緩衝層上。

緩衝層為，例如，Ta(單體)、TaN(氮化鉭)、CuN(氮化銅)、TiN(氮化鈦)、NiAl(鎳鋁)。晶種層為，例如，Pt、Ru、Zr、NiCr合金、NiFeCr。

蓋層5位於第2強磁性層2上。蓋層5，例如，增強第2強磁性層2的垂直磁性異方性。蓋層5為，例如，氧化鎂、W、Ta、Mo等。蓋層5的膜厚為，例如，0.5nm以上、5.0nm以下。

遮罩層6位於蓋層5上。遮罩層6為製造時用於加工層積體10之際的硬遮罩的一部分。遮罩層6，也可以作為電極而作用。遮罩層6為，例如，包含Al、Cu、Ta、Ti、Zr、NiCr、氮化物(例如TiN、TaN、SiN)、氧化物(例如SiO ₂)。

層積體10可以具有第1強磁性層1、第2強磁性層2、非磁性層3、基層4、蓋層5及遮罩層6以外的層。

自旋軌道轉矩配線20為，例如，從z方向來看，x方向的長度比y方向的長度長，沿著x方向延伸。寫入電流沿著在第1柱狀體30與第2柱狀體40之間的自旋軌道轉矩配線20，在x方向上流動。

自旋軌道轉矩配線20，在電流流動之際藉由自旋霍爾效應產生自旋流，注入自旋於第1強磁性層1。自旋軌道轉矩配線20為，例如，將足以反轉第1強磁性層1的磁化的自旋軌道轉矩(SOT)施加於第1強磁性層1的磁化。

自旋霍爾效應為，在流動電流的情況下，基於自旋軌道相互作用，在與電流的流動方向正交的方向上，感應自旋流的現象。自旋霍爾效應，在彎曲運動(移動)的電荷(電子)的運動(移動)方向的點上，與通常的霍爾效應類似。通常的霍爾效應為，磁場中運動的荷電粒子的運動方向因勞侖茲力(Lorentz force)而彎曲。相對於此，自旋霍爾效應為，即使不存在磁場，只要電子移動(只要電流流動)，就可以彎曲自旋的移動方向。

例如，電流流動於自旋軌道轉矩配線20時，於一方向極化的第1自旋、於與第1自旋相反方向極化的第2自旋，在與分別的電流的流動方向正交的方向上，因自旋霍爾效應而彎曲。例如，於-y方向極化的第1自旋，從進行方向的x方向往+z方向彎曲，於+y方向極化的第2自旋，從進行方向的x方向往-z方向彎曲。

非磁性體(非強磁性體材料)，藉由自旋霍爾效應所產生的第1自旋的電子數與第2自旋的電子數相等。即，往+z方向的第1自旋的電子數與往-z方向的第2自旋的電子數相等。第1自旋與第2自旋往消除自旋不均勻的方向流動。第1自旋及第2自旋往z方向的移動中，由於電荷的流動互相抵消，因此電流量變為零。未伴隨電流的自旋流特別稱為純自旋流。

第1自旋的電子的流動表示為J↑，第2自旋的電子的流動表示為J↓，自旋流表示J _S時，以J _S=J↑-J↓定義。自旋流J _S於z方向產生。第1自旋，從自旋軌道轉矩配線20注入於第1強磁性層1。

自旋軌道轉矩配線20包含具有在寫入電流流動之際因自旋霍爾效應產生自旋流的功能的金屬、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、金屬氮化物的任一者。自旋軌道轉矩配線20，例如，包含選自由原子序為39以上的重金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬酸氮化物、拓撲絕緣體所組成的群組的任一者。

自旋軌道轉矩配線20，例如，包含作為主成分的非磁性的重金屬。重金屬意味著具有釔(Y)以上的比重之金屬。非磁性的重金屬為，例如，最外殼具有比d電子或f電子且原子序39以上的原子序大的非磁性金屬。自旋軌道轉矩配線20，例如，由Hf、Ta、W構成。非磁性的重金屬，比其他金屬產生更強的自旋軌道相互作用。自旋霍爾效應因自旋軌道相互作用而產生，自旋軌道轉矩配線20內自旋容易不均勻，因而容易產生自旋流J _S。

自旋軌道轉矩配線20，也可以更包含磁性金屬。磁性金屬為強磁性金屬或反強磁性金屬。非磁性體所包含的微量的磁性金屬成為自旋的散亂因子。微量指的是，例如，構成自旋軌道轉矩配線20的元素的總莫耳比的3%以下。自旋因磁性金屬而散亂時，增強自旋軌道相互作用，從而提高自旋流對電流的生成效率。

自旋軌道轉矩配線20也可以包含拓撲絕緣體。拓撲絕緣體為物質內部為絕緣體或高阻抗體，但產生自旋極化於其表面的金屬狀態之物質。拓撲絕緣體，藉由自旋軌道相互作用產生內部磁場。拓撲絕緣體，即使沒有外部磁場，以自旋軌道相互作用的效果，展現新的拓撲相。拓撲絕緣體，可以藉由強自旋軌道相互作用與破壞邊緣的反轉對稱性來高效率地產生純自旋流。

拓撲絕緣體，例如，SnTe、Bi _1.5Sb _0.5Te _1.7Se _1.3、TlBiSe ₂、Bi ₂Te ₃、Bi _1-xSb _x、(Bi _1-xSb _x) ₂Te ₃等。拓撲絕緣體，可以高效率地生成自旋流。

自旋軌道轉矩配線20，不限於單層，也可以為複數層的層積體。自旋軌道轉矩配線20，例如，可以具有複數個重金屬層與被這些夾住的插入層。

自旋軌道轉矩配線20的電阻抗率，例如，1mΩ･cm以上。此外，自旋軌道轉矩配線20的電阻抗率，例如，10mΩ･cm以下。自旋軌道轉矩配線20的電阻抗率高時，可以對自旋軌道轉矩配線20施加高電壓。自旋軌道轉矩配線20的電位變高時，可以從自旋軌道轉矩配線20對第1強磁性層1有效率地供給自旋。此外，自旋軌道轉矩配線20藉由具有一定程度以上的導電性，可以確保沿著自旋軌道轉矩配線20流動的電流路徑，可以有效率地產生伴隨著自旋霍爾效應的自旋流。

自旋軌道轉矩配線20的厚度，例如，4nm以上。自旋軌道轉矩配線20的厚度，例如，可以為20nm以下。

第1柱狀體30為通孔配線W1的一部分。第1柱狀體30為一個通孔配線W1之中最靠近自旋軌道轉矩配線20的柱狀體。柱狀體為，例如，圓柱、橢圓柱、角柱。通孔配線W1之中，周圍長連續變化或在一定的範圍內設為一個柱狀體。柱狀體為在製造時在一次加工所形成的開口內，用導電體填充者。

第1柱狀體30貫穿自旋軌道轉矩配線20。第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20及第1導電層50接觸。

第1柱狀體30，例如，具有第1區域31。第1區域31為，第1柱狀體30之中從自旋軌道轉矩配線20的第1面20A突出的部分。第1面20A為與自旋軌道轉矩配線20的第1導電層50接觸的面。

第1區域31被第1導電層50包圍。第1區域31中，第1柱狀體30的側壁，遍及全周與第1導電層50接觸。此外，第1柱狀體30的第1端30A，與第1導電層50接觸。第1端30A為在z方向上，靠近第1導電層50的一側的端部。

第1柱狀體30包含具有導電性的物質。第1柱狀體30為，例如，鋁、銅、銀等。

第2柱狀體40為通孔配線W1的一部分。第2柱狀體40為，在與包含第1柱狀體30的通孔配線W1不同的通孔配線W1中，最靠近自旋軌道轉矩配線20的柱狀體。

第2柱狀體40，從z方向來看，在與第1柱狀體30一起夾住第1強磁性層1的位置，與自旋軌道轉矩配線20接觸。第1柱狀體30與第2柱狀體40分別連接於自旋軌道轉矩配線20的x方向的不同位置。從z方向來看，在x方向上，第1柱狀體30與第2柱狀體40之間有層積體。

第2柱狀體40，例如，接觸於第1導電層50接觸的第1面20A。例如，第1柱狀體30的z方向的中心點與第2柱狀體40的z方向的中心點，具有在z方向上，夾住自旋軌道轉矩配線20擴展的基準面之位置關係。第2柱狀體40，可以接觸於面向第1面20A的第2面20B。

第2柱狀體40包含具有導電性的物質。第2柱狀體40，例如，鋁、銅、銀等。

第2柱狀體40的膜厚t ₄₀，例如，與第1導電層50的膜厚t ₅₀一致。

第1導電層50接觸於自旋軌道轉矩配線20。第1導電層50，例如，從z方向來看，在不與第1強磁性層1重疊的位置，接觸於自旋軌道轉矩配線20。第1導電層50，例如，從z方向來看，與第1柱狀體30重疊。

第1導電層50的y方向的寬度W _50y，例如，比自旋軌道轉矩配線20的y方向的寬度W _20y更寬。第1導電層50的y方向的寬度W _50y，例如，比第1柱狀體30的y方向的寬度W _30y更寬。自旋軌道轉矩配線20的y方向的寬度W _20y，例如，比第1柱狀體30的y方向的寬度W _30y更寬。第1柱狀體30的y方向的寬度W _30y為，例如，與自旋軌道轉矩配線20的第2面20B接觸的面中第1柱狀體30的y方向的寬度。

第1導電層50的x方向的寬度W _50x，比第1柱狀體30的x方向的寬度W _30x更寬。第1柱狀體30的x方向的寬度W _30x為，與自旋軌道轉矩配線20的第2面20B接觸的面中第1柱狀體30的x方向的寬度。

第1導電層50的寬度W _50x、W _50y足夠寬時，製作第1柱狀體30時，即使開口的形成位置偏移，也可以充分確保第1柱狀體30與第1導電層50之間的電性導通。

第1導電層50的膜厚t ₅₀，例如，從第1柱狀體30的第2端30B往自旋軌道轉矩配線20的第2面20B下降的垂線的高度L1的5%以上。此外，第1導電層50的膜厚t ₅₀，例如，從第1柱狀體30的第2端30B往自旋軌道轉矩配線20的第2面20B下降的垂線的高度L1的300%以下。第1柱狀體30藉由在絕緣層94製作的開口內，用導電體填充而製作。從第2端30B往第2面20B下降的垂線的高度L1，與開口的深度一致。第1導電層50的膜厚t ₅₀在上述範圍的話，製作開口時，可以抑制開口貫穿第1導電層50。

第2端30B為與第1柱狀體30的第1端30A相反側的端部。第2端30B為，在z方向上，遠離第1柱狀體30的第1導電層50的一側的端部。第2面20B為面向第1導電層50接觸的第1面20A的面。

第1導電層50的膜厚t ₅₀為，例如，層積體10的高度t ₁₀的5%以上。第1導電層50的膜厚t ₅₀為，例如，層積體10的高度t ₁₀的300%以下。第1導電層50的膜厚t ₅₀有時為，與從第2端30B往第2面20B下降的垂線的高度L1大致上一致。

第1導電層50包含具有導電性的物質。第1導電層50，例如，鋁、銅、銀等。

第1導電層50，可以由與自旋軌道轉矩配線20相同的材料構成。第1導電層50與自旋軌道轉矩配線20為由相同材料構成的情況下，z方向上，與層積體10重疊的位置，從自旋軌道轉矩配線20的第1面20A擴展的面突出的部分成為第1導電層50。

此外，第1導電層50與第2柱狀體40接觸於自旋軌道轉矩配線20的相同的面的情況下，第1導電層50與第2柱狀體40在構成元素之中的主成分可以相同。主成分指的是，佔有這些構成之中的80%以上的元素。

接著，針對磁性阻抗效果元件100的製造方法進行說明。磁性阻抗效果元件100，可以藉由各層的層積步驟、將各層的一部分加工為預定的形狀的加工步驟來形成。各層的層積，可以使用濺射法、化學氣相沉積(CVD)法、電子束氣相沉積法(EB沉積法)、原子雷射沉積法等。各層的加工可以使用光微影等來進行。

首先，於絕緣層91上形成絕緣層92。然後，在絕緣層92的預定的位置形成開口。接著，形成導電層，於開口內，用導電體填充。開口內填充的導電體成為第1導電層50與第2柱狀體40。接著，用化學機械研磨(CMP)研磨絕緣層92、第1導電層50、第2柱狀體40的上面。

接著，在絕緣層92、第1導電層50及第2柱狀體40的一面，形成成為自旋軌道轉矩配線20的層及成為層積體10的各層。藉由將首先層積的各層加工為預定的形狀，可得到自旋軌道轉矩配線20。然後，用絕緣層93覆蓋加工後的各層的周圍。接著，藉由將成為層積體10的各層及絕緣層93加工為預定的形狀，可得到層積體10。然後，用絕緣層94覆蓋層積體10的周圍。

另外，自旋軌道轉矩配線20的加工與層積體10的加工的順序也可以顛倒。例如，首先成為層積體10的各層加工為層積體10的形狀，用絕緣層94覆蓋周圍，其後，可以將絕緣層94與成為自旋軌道轉矩配線20的層加工為自旋軌道轉矩配線20的形狀，用絕緣層93覆蓋周圍。

接著，從絕緣層94的z方向來看，在與第1導電層50重疊的位置形成開口。製作開口為從絕緣層94的上面到第1導電層50。然後，可以用導電體填充於開口內，得到第1柱狀體30。

第1實施形態的磁性阻抗效果元件100，可以充分確保第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20之間的電性接點。

沒有第1導電層50的情況下，第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20，用第1柱狀體30的側面接觸。由於自旋軌道轉矩配線20的厚度薄，在此情況下，難以充分確保第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20之間的接點。第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20之間的接點少時，無法穩定供給寫入電流於自旋軌道轉矩配線20，降低第1強磁性層1的磁化反轉的再現性。即，降低磁性阻抗效果元件100的可靠性。

相對於此，第1實施形態的磁性阻抗效果元件100，可以藉由具有第1導電層50，經由第1導電層50，於自旋軌道轉矩配線20流動寫入電流。藉由充分確保到自旋軌道轉矩配線20的寫入電流的電流路徑，可以穩定化第1強磁性層1的磁化反轉。

「第2實施形態」 第5圖為第2實施形態的磁性阻抗效果元件101的剖面圖。第2實施形態的磁性阻抗效果元件101，與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100不同在於：更具備被覆層51。第2實施形態的磁性阻抗效果元件101中，與磁性阻抗效果元件100同樣構成標柱同樣的符號，並省略說明。

被覆層51，被覆與第1導電層50的自旋軌道轉矩配線20的第1面20A接觸的面以外的面。被覆層51為，例如，氧化物或氮化物。被覆層51，以具有導電性為佳。

被覆層51的蝕刻速率，例如，在同條件的離子銑削中，可以比第1導電層50低。即，被覆層51，例如，在同條件的離子銑削中，可以比第1導電層50難以被蝕刻。被覆層51在離子銑削中難以被蝕刻時，被覆層51在第1柱狀體30形成為開口之際，作為停止而作用。

此外，被覆層51的蝕刻速率，例如，在同條件的反應離子蝕刻中，比第1導電層50低。即，被覆層51，例如，在同條件的反應離子蝕刻，可以比第1導電層50難以被蝕刻。被覆層51難以用反應離子蝕刻被蝕刻時，被覆層51在第1柱狀體30形成為開口之際，可以作為停止而作用。

被覆層51為，例如，Ti-N、Ta-N、Si-N、Si-O、MgO、Ta、Ru等。在此，Si-O可以為Si與O的化合物，分別的組成比可以是任意的。例如，SiO ₂、Si ₃O ₄、偏離這些化學計量組成者也包含於Si-O。Ti-N、Ta-N、Si-N也是類似地。

第2實施形態的磁性阻抗效果元件101可以發揮與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100同樣的效果。此外，第2實施形態的磁性阻抗效果元件101，可以穩定製作成為第1柱狀體30的開口。

「第3實施形態」 第6圖為第3實施形態的磁性阻抗效果元件102的剖面圖。第7圖為第3實施形態的磁性阻抗效果元件102的平面圖。第3實施形態的磁性阻抗效果元件102，與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100不同在於：更具備第2導電層60。第3實施形態的磁性阻抗效果元件102中，與磁性阻抗效果元件100同樣構成標柱同樣的符號，並省略說明。

第2柱狀體40貫穿自旋軌道轉矩配線20。第2柱狀體40與自旋軌道轉矩配線20及第2導電層60接觸。

第2柱狀體40，例如，具有第1區域41。第1區域41為，第2柱狀體40之中，從自旋軌道轉矩配線20往第2導電層60側突出的部分。

第1區域41被第2導電層60包圍。第1區域41中，第2柱狀體40的側壁，遍及全周與第2導電層60接觸。此外，第2柱狀體40的第1端40A，與第2導電層60接觸。第1端40A為，在z方向上，靠近第2導電層60的一側的端部。

第2導電層60接觸於自旋軌道轉矩配線20。第2導電層60，例如，從z方向來看，在不與第1強磁性層1重疊的位置，接觸於自旋軌道轉矩配線20。第2導電層60為，例如，從z方向來看，與第2柱狀體40重疊。

第2導電層60的y方向的寬度W _60y，比自旋軌道轉矩配線20的y方向的寬度W _20y更寬。第2導電層60的y方向的寬度W _60y，比第2柱狀體40的y方向的寬度W _40y更寬。第2導電層60的x方向的寬度W _60x，比第2柱狀體40的x方向的寬度W _40x更寬。

第2導電層60包含具有導電性的物質。第2導電層60為，例如，鋁、銅、銀等。第2導電層60，可以為與自旋軌道轉矩配線20相同的材料構成。

第3實施形態的磁性阻抗效果元件102，可以發揮與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100同樣的效果。此外，第3實施形態的磁性阻抗效果元件102，可以充分確保第2柱狀體40與自旋軌道轉矩配線20之間的電性接點。

「第4實施形態」 第8圖為第4實施形態的磁性阻抗效果元件103的剖面圖。第9圖為第4實施形態的磁性阻抗效果元件103的平面圖。第4實施形態的磁性阻抗效果元件103，與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100不同在於：第1柱狀體30對於自旋軌道轉矩配線20及第1導電層50的位置關係。第4實施形態的磁性阻抗效果元件103中，與磁性阻抗效果元件100同樣構成標柱同樣的符號，並省略說明。

第1柱狀體30貫穿自旋軌道轉矩配線20。第1柱狀體30與自旋軌道轉矩配線20及第1導電層50接觸。

第1柱狀體30的一部分，從z方向來看，從自旋軌道轉矩配線20的x方向的端部往x方向突出。第1柱狀體30的第1區域31的側壁的一部分與第1導電層50接觸。此外，第1柱狀體30的第1端30A的一部分與第1導電層50接觸。

第4實施形態的磁性阻抗效果元件103，可以發揮與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100同樣的效果。

「第5實施形態」 第10圖為第5實施形態的磁性阻抗效果元件104的剖面圖。第5實施形態的磁性阻抗效果元件104，與第3實施形態的磁性阻抗效果元件102不同在於：第2柱狀體40的延伸方向。第5實施形態的磁性阻抗效果元件104中，與磁性阻抗效果元件102同樣構成標柱同樣的符號，並省略說明。

第2柱狀體40貫穿自旋軌道轉矩配線20。第2柱狀體40與自旋軌道轉矩配線20及第2導電層60接觸。第2柱狀體40，在自旋軌道轉矩配線20擴展的面作為基準，沿著與第1柱狀體30相同方向延伸。第2柱狀體40的z方向的中點與第1柱狀體30的z方向的中點的任一者皆位於相對於自旋軌道轉矩配線20擴展的面的同一側。

第2導電層60與自旋軌道轉矩配線20所接觸的面與第1導電層50的相同，皆接觸於第1面20A。

第2柱狀體40的高度為，例如，與第1柱狀體30的高度大致上一致。第2導電層60的膜厚t ₆₀為，與第1導電層50的膜厚t ₅₀大致上一致。

第5實施形態的磁性阻抗效果元件104，可以發揮與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100同樣的效果。

「第6實施形態」 第11圖為第6實施形態的磁化旋轉元件110的剖面圖。第11圖中，將磁化旋轉元件110取代第1實施形態的磁性阻抗效果元件100。磁化旋轉元件110，與磁性阻抗效果元件100不同在於：不具有第2強磁性層2、非磁性層3。

磁化旋轉元件110，例如，對第1強磁性層1入射光，用第1強磁性層1評價反射的光。藉由磁光克爾效應(Magnetic Kerr effect)改變磁化的配向方向時，反射的光的偏向狀態發生變化。磁化旋轉元件110，例如，可以利用光的偏向狀態的不同的例如影像顯示裝置等，作為光學元件而使用。

除此之外，磁化旋轉元件110，也可以單獨用作異方性磁性感測器、利用磁性法拉第效應的光學元件等。

第6實施形態的磁化旋轉元件110為從磁性阻抗效果元件100去除了非磁性層3及第2強磁性層2而得，其可以得到與第1實施形態的磁性阻抗效果元件100同樣的效果。

至此，例示了一些實施形態，並例示了本發明較佳態樣，但本發明不限定於這些實施形態。例如，也可以將各個實施形態中的特徴構成應用於其他實施形態及變形例。

1:第1強磁性層 2:第2強磁性層 3:非磁性層 4:基層 5:蓋層 6:遮罩層 10:層積體 20:自旋軌道轉矩配線 20A:第1面 20B:第2面 30:第1柱狀體 30A,40A:第1端 30B,40B:第2端 31,41:第1區域 40:第2柱狀體 50:第1導電層 51:被覆層 60:第2導電層 90,91,92,93,94:絕緣層 100,101,102,103,104:磁性阻抗效果元件 110:磁化旋轉元件 200:磁性記憶體 CL:共通配線 WL:寫入配線 RL:讀取配線 Sw1:第1開關元件 Sw2:第2開關元件 Sw3:第3開關元件 t ₃₀,t ₄₀,t ₅₀,t ₆₀:膜厚 t ₁₀:高度 L1:高度 W _20y,W _30x,W _30y,W _40x,W _50x,W _50y,W _60x,W _60y:寬度 x,y,z:方向

第1圖為第1實施形態的磁性記憶體的電路圖。 第2圖為第1實施形態的磁性記憶體的特徴部分的剖面圖。 第3圖為第1實施形態的磁性阻抗效果元件的剖面圖。 第4圖為第1實施形態的磁性阻抗效果元件的平面圖。 第5圖為第2實施形態的磁性阻抗效果元件的剖面圖。 第6圖為第3實施形態的磁性阻抗效果元件的剖面圖。 第7圖為第3實施形態的磁性阻抗效果元件的平面圖。 第8圖為第4實施形態的磁性阻抗效果元件的剖面圖。 第9圖為第4實施形態的磁性阻抗效果元件的平面圖。 第10圖為第5實施形態的磁性阻抗效果元件的剖面圖。 第11圖為第6實施形態的磁化旋轉元件的剖面圖。

1:第1強磁性層

2:第2強磁性層

3:非磁性層

4:基層

5:蓋層

6:遮罩層

10:層積體

20:自旋軌道轉矩配線

20A:第1面

20B:第2面

30:第1柱狀體

30A:第1端

30B:第2端

31:第1區域

40:第2柱狀體

50:第1導電層

91,92,93,94:絕緣層

100:磁性阻抗效果元件

t₄₀,t₅₀:膜厚

t₁₀:高度

L1:高度

x,y,z:方向

Claims (12)

1. 一種磁化旋轉元件，具備：自旋軌道轉矩配線、第1強磁性層、第1柱狀體、第2柱狀體、與第1導電層， 前述第1強磁性層，面向前述自旋軌道轉矩配線的至少一部分， 從層積方向來看，前述第1導電層，在不與前述第1強磁性層重疊的位置，接觸前述自旋軌道轉矩配線， 第1柱狀體貫穿前述自旋軌道轉矩配線，並與前述自旋軌道轉矩配線及前述第1導電層接觸， 從前述層積方向來看，前述第2柱狀體在與前述第1柱狀體一起夾住前述第1強磁性層的位置，與前述自旋軌道轉矩配線接觸。
2. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中前述第1柱狀體的側壁的一部分，遍及全周與前述第1導電層接觸。
3. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中前述第1柱狀體的前述層積方向的第1端，與前述第1導電層接觸。
4. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，更具備被覆層，其中前述被覆層被覆前述第1導電層的與前述自旋軌道轉矩配線接觸的面以外的面。
5. 如請求項4所述之磁化旋轉元件，其中在同條件的離子銑削中，前述被覆層的蝕刻速率比前述第1導電層低。
6. 如請求項4所述之磁化旋轉元件，其中在同條件的反應離子蝕刻中，前述被覆層的蝕刻速率比前述第1導電層低。
7. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中前述第1導電層的膜厚為從前述第1柱狀體的第2端往前述自旋軌道轉矩配線下降的垂線的高度的5%以上；在層積方向上，前述第2端為前述第1柱狀體遠離前述第1導電層的一側的端部。
8. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中前述第1導電層的膜厚為從前述第1柱狀體的第2端往前述自旋軌道轉矩配線下降的垂線的高度的300%以下；在層積方向上，前述第2端為前述第1柱狀體遠離前述第1導電層的一側的端部。
9. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，其中前述第1導電層與前述第2柱狀體，接觸於前述自旋軌道轉矩配線的相同面，其中前述第1導電層與前述第2柱狀體的構成元素中的主成分相同。
10. 如請求項1所述之磁化旋轉元件，更具備第2導電層，其中前述第2導電層與前述自旋軌道轉矩配線接觸，第2柱狀體貫穿前述自旋軌道轉矩配線，並與前述自旋軌道轉矩配線及前述第2導電層接觸。
11. 一種磁性阻抗效果元件，至少具備：如請求項1所述之磁化旋轉元件、非磁性層、與第2強磁性層，其中前述磁化旋轉元件的前述第1強磁性層與前述第2強磁性層夾住前述非磁性層。
12. 一種磁性記憶體，包含如請求項11所述之磁性阻抗效果元件。

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