TWI447725B - Magnetic memory - Google Patents

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TWI447725B
TWI447725B TW099127434A TW99127434A TWI447725B TW I447725 B TWI447725 B TW I447725B TW 099127434 A TW099127434 A TW 099127434A TW 99127434 A TW99127434 A TW 99127434A TW I447725 B TWI447725 B TW I447725B
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Description

磁性記憶體
本發明，係有關於將使用轉矩(spin torque)而使磁石之磁極的方向作了反轉的轉矩磁化反轉作了應用之磁性記憶體。
近年來，具備有對於先前技術之動態隨機存取記憶體(DRAM)作置換之可能性的磁性隨機存取記憶體(MRAM)，係受到注目。在先前技術之MRAM中，例如係如同專利文獻1中所記載一般，採用有下述之方式：亦即是，將具備有磁性膜/非磁性絕緣膜/磁性膜之多層構造的隧道磁阻效果(TMR)元件的其中一方之磁性，藉由以在前述TMR元件之上下處而被設置於相互正交之方向上之2個的金屬配線中所流動之電流而產生之合成磁場來作反轉，並藉由此來進行記錄。
然而，在MRAM中，亦同樣的被指摘有下述一般之課題：亦即是，若是為了大容量化而將TMR元件之尺寸縮小，則在磁化反轉中所需要的磁場之大小係會變大，並成為需要在金屬配線中流動大量之電流，而導致消耗電力之增加乃至配線之破壞。
作為並不使用磁場地而進行磁化反轉之方法，係提案有轉矩磁化反轉，並對將其應用至磁性記憶體中一事進行有檢討。關於轉矩磁化反轉技術，例如，係在非專利文獻1~4或是專利文獻2中有所揭示。
在非專利文獻1中，係對於：在磁性再生頭中所使用之巨大磁阻效果(GMR)膜或者是隧道磁阻效果(TMR)膜中，僅需流動有一定以上之電流，便可進行磁化反轉一事，作了理論性的揭示。在非專利文獻2中，係報告有下述一般之記錄方式的實驗例：亦即是，在2個的Cu電極之間，形成包含有Co/Cu/Co之多層膜(GMR膜)的直徑130nm之磁柱，並在前述磁柱中流動電流，而使用從流動之電流的旋轉所賦予至Co層之磁化中的轉矩，來將Co層之磁化作反轉。
又，在非專利文獻3中，係使用利用有TMR膜之奈米柱，而對於轉矩磁化反轉一事作了實證。特別是，係揭示有：在使用有TMR膜之轉矩磁化反轉中，係能夠得到與先前技術之MRAM同等甚至是其以上之輸出。在非專利文獻4中，係針對在轉矩磁化反轉之抹寫中所需要的臨限值電流密度有所揭示。
使用圖1(a)、圖1(b)，針對上述之轉矩磁化反轉作說明。在圖1(a)、圖1(b)中，係於位元線1處，連接有磁性電阻效果元件、和藉由閘極電極5而使傳導被作了控制之電晶體6，在電晶體之另外一方的端子處，係被連接有源極線7。又，該磁性電阻效果元件，係由磁化方向會作變化之第1強磁性層(記錄層)2、和中間層(障壁層)3、以及磁化方向被作了固定的第2強磁性層(固定層)4所成。
如圖1(a)所示一般，當使固定層4與記錄層2之磁化從反平行(高電阻)狀態而變化為平行(低電阻)狀態的情況時，電流8係從位元線1而流動至源極線7處。此時，電子9係從源極線7而流動至位元線1處。
另一方面，如圖1(b)所示一般，當使固定層4與記錄層2之磁化從平行(低電阻)狀態而變化為反平行(高電阻)狀態的情況時，電流8係只要從源極線7而朝向位元線1之方向流動即可。此時，電子9係從位元線1而朝向源極線7之方向流動。
藉由上述構成，雖然係能夠進行磁化反轉，但是，當為了將記錄密度高密度化而將記錄層之剖面積縮小時，會由於熱晃動而使磁化被反轉、亦即是使記錄消失而無法保持滯留(Retention)，而此事係成為問題。
因此，例如在專利文獻2中而有所記載一般，係提案有下述一般之被稱為層積鐵氧構造的構造，亦即是，將上述記錄層2，藉由挾持有非磁性層220之2層的強磁性層210、230來構成，並以使其之磁化的方向相互成為相反方向的方式來作配置，而使其相對於從外部而來之侵入磁場而成為安定化。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第5734605號說明書
[專利文獻2]日本特表2005-294376號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Journal of Magnetism and Magnetic Materials,159,L1-6(1996)
[非專利文獻2]Physical Review Letters,Vol.84,No.14,pp. 2149-2152(2000)
[非專利文獻3]Applied Physics Letters,Vol.84,No.16,pp. 3118-3120(2004)
[非專利文獻4]Physical Review B,Vol.62,No.1,pp. 570-578(2000)
在磁性記憶體中，係被要求有大容量化，而對於高密度化之要求係為高。但是，對於此要求，在先前技術之該些的MRAM中，係存在有下述一般之問題。
在對於轉矩磁化反轉作了應用的磁性記憶體中，關於抹寫電流之降低與對於非揮發性作保證之熱安定性的確保，係極為重要。轉矩磁化反轉之抹寫電流，係藉由電流密度而被決定，此事，係為週知，而臨限值電流密度Jc0，係藉由數式1而被賦予。
Jc0(α‧Ms‧t/g)(Hk+Meff/2μ0)　(1)
於此，α係為Gilbert阻尼常數，Ms係為記錄層2之飽和磁化，t係為記錄層之膜厚，g係為轉矩之效率，Hk係為記錄層之向異性磁場，Meff係為將作用在與膜面垂直之方向上的反磁場之效果作了減去的記錄層之有效磁化，μ0係為真空之透磁率。
另一方面，對於熱安定性附加特徵之能源障壁、亦即是在2個的安定之磁化方向間而用以進行磁化反轉所需要之能源，係藉由數式2而被賦予。
E~1/2×(Ms‧Hk‧S、t)　(2)
於此，S係為TMR柱之剖面積。
如同由數式1、2而可得知一般，Jc0和E，均係為與Ms‧t成正比之量。故而，若是為了確保熱安定性而使Ms‧t增加，則Jc0亦會變大，在抹寫中所需要之消耗電力係增加。另一方面，若是為了減少臨限值電流而使Ms‧t減少，則E亦會減少，而損及熱安定性。亦即是，Jc0與E，係存在有取捨(trade off)關係。
另一方面，在專利文獻2所記載之使用有層積鐵氧記錄層的MRAM中，由於記錄層之磁化的方向係相互成為相反方向，因此，係有著下述之優點：亦即是，對於轉矩磁化反轉係為有效，具備有向量性之作用的純量之磁化Ms‧t的值係變小，而能夠將Jc0縮小。另一方面，關於熱安定性，由於(數式2)之Ms‧t係為2個的磁性層之全磁化的和均有所作用，因此，隨著磁性層之體積的增大，而成為熱性安定。亦即是，層積鐵氧記錄層，係為兼備有低Jc0與高E的構造。對於層積鐵氧記錄層之E作決定的Hk，係可表現為：
Hk=Hku+r‧Hsp　(3)
。於此，Hku係為感應結晶磁性向異性磁場，Hsp係為起因於元件剖面之短邊與長邊的長度之相異所導致的形狀磁性向異性磁場，r係為代表層積鐵氧記錄層之上下2個的磁性膜之靜磁性耦合磁場所對於形狀磁性向異性磁場作遮蔽之效果的係數。
一般而言，形狀磁性向異性磁場，若是元件剖面之長徑/短徑(縱橫比)增加，則會增大，但是，在使用有轉矩磁化反轉之磁性記憶體的情況時，若是縱橫比過大，則記錄層之磁化反轉過程係成為不均一，而會導致記錄電流密度之上升或者是熱安定性之降低，此事，係為週知。
為了就算是使記憶體細微化亦能夠將E保持為一定，係有必要使Hk增加，但是，若是為了達成此而將縱橫比增大以使Hsp增加，則會造成記錄電流密度之上升或者是熱安定性之降低。故而，係必須要對應於記憶體之細微化，而將Hku增加以將E作保持。然而，在至今為止的磁性記憶體中，作為記錄層之材料，由於係使用保磁力Hc或者是Hku微小之軟磁性材料，因此，要使Hku增加一事，係不可能。又，Hku為大之硬磁性材料，由於結晶粒之結晶軸係雜亂無章，而無法使磁化之方向對齊，因此，在此種狀態下，係無法作為記錄層來使用。
本案發明之目的，係在於提供一種記錄電流密度為小、熱安定性為優良，而適合於細微化之磁性記憶體。
作為用以達成上述目的之其中一種形態，係為一種磁性記憶體，其係為包含有複數之選擇電晶體和被與前述選擇電晶體之其中一端相連接的隧道磁阻效果元件之磁性記憶體，其特徵為：前述隧道磁阻效果元件，係具備有：第1基底層，係於一方向上具備有週期性之紋理；和第2基底層，係被形成於第1基底層之上，並配向為岩鹽構造；和層積鐵氧記錄層，其係具備有：被形成於前述第2基底層之上，並以配向為hcp(1010)方向的Co基合金作為主成分之硬磁性層、和被形成於前述硬磁性層之上之非磁性層、和被形成於前述非磁性層之上之軟磁性層；和障壁層，其係被形成於前述層積鐵氧記錄層之上；以及強磁性固定層，其係被形成於前述障壁層之上，構成前述層積鐵氧記錄層之前述以Co基合金作為主成分的前述硬磁性層與前述軟磁性層，係作反強磁性耦合。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述固定層之磁化，係藉由從與前述固定層上作接觸而設置的反強磁性層而來之交換耦合力，而被作固定。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述固定層，係藉由挾持有非磁性之中間層的第1以及第2強磁性層所構成，前述第1以及第2強磁性層，係相互作反強磁性之交換耦合。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述Co基合金，係為由至少包含有Co與Pt以及Cr之材料所成的合金。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述Co基合金，係作為添加物，而至少包含有SiO2 、TiO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、CoO、Ta2 O5 中之任一者。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述固定層，係以CoFeB作為主成分，前述障壁層，係以MgO作為主成分，構成前述層積鐵氧記錄層之前述軟磁性層，係以CoFeB作為主成分。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述層積鐵氧記錄層之記錄層面內方向的縱橫比，係略為1。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，前述選擇電晶體，係為場效型電晶體。
又，係為一種磁性記憶體，其特徵為，在前述磁性記憶體中，係更進而具備有：源極線，係與前述選擇電晶體之並未和前述隧道磁阻效果元件作連接的另外一端相連接；和第1寫入驅動電路，係被與前述源極線作連接；和位元線，係與前述隧道磁阻效果元件之並未與前述選擇電晶體作連接的另外一端相連接；和放大器與第2寫入驅動電路，係被與前述位元線相連接，並將讀出之訊號作放大；和字元線，係對於前述選擇電晶體之電阻作控制；和第3寫入驅動電路，係被與前述字元線作連接。
係能夠提供一種記錄電流密度為小、熱安定性為優良，而適合於細微化之磁性記憶體。
以下，藉由實施例來作說明。
[實施例1]
首先，針對為了得到能夠同時達成高熱安定性與小的Jc0之TMR元件的原理作敘述。
圖3，係為使用有本實施例之具備硬磁性層的層積鐵氧記錄層之TMR膜的剖面。於圖3中，301係為下部電極，302係為施加有紋理之基底層，303係為用以對於硬磁性膜之配向性作控制的岩鹽構造之基底層，2係為層積鐵氧記錄層，21係為硬磁性層，22係為金屬中間層，23係為軟磁性層，3係為障壁層，4係為層積鐵氧固定層，41係為軟磁性層，42係為金屬中間層(非磁性層)，43係為軟磁性層，304係為用以將層積鐵氧固定層之磁化方向作固定的反強磁性層，305係為帽層。藉由將選擇電晶體連接於TMR元件處，係能夠構成磁性記憶體。各層之功用，係如同下述一般。
紋理基底層302，係在平行於紋理的方向與垂直於紋理的方向之2個的方向之間，而作出有歪曲差，並對於硬磁性層21之面內方向的配向作控制。基底層303，係作成特定之結晶構造，並對於與在其之上而進行磊晶成長之硬磁性層21的膜面相垂直的方向之結晶配向作控制。
硬磁性層21，係具備有大的結晶磁性向異性磁場，並對於熱安定性之提升有所助益。硬磁性層21與軟磁性層23，係隔著金屬中間層(非磁性層)22而反強磁性地作耦合。軟磁性層23，係由高旋轉分極率之材料所成，並具備有將轉矩磁化反轉之臨限值電流密度降低的作用。
亦即是，軟磁性層23係對於低臨限值電流密度化有所助益，而硬磁性層21係對於高熱安定性化有所助益。層積鐵氧固定層4之作為旋轉偏極電子的濾器而起作用一事，係與至今為止之TMR元件相同。
以下，針對對於具體性的材料而作了展示的具體例作詳述。在本實施例中，係對於作為硬強磁性層21而使用了Co系之合金的情況作展示。作為Co系合金，係可使用由至少包含有Co和Pt以及Cr的材料所成之合金，以及作為金屬而亦包含有其他之Mo、W、Ta、Ti、V、B等之元素者。又，除了此些之金屬以外，亦可使其包含有二氧化矽(SiO2 )、一氧化鈦(TiO)、二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉻(Cr2 O3 )、CoO、五氧化鉭(Ta2 O5 )等之氧化物。
作為軟磁性層23之材料，例如係使用Cox Fey Bz ，作為非磁性層22之材料，例如係使用Ru。特別是z為略20%之CoFe合金，當作為障壁層3之材料而使用MgO時，係可得到高TMR比。
作為固定層之材料，作為軟磁性層41，係使用Cox Fey Bz ，作為非磁性層42，例如係使用Ru，作為軟磁性層43，係使用CoFe，作為反強磁性層304，係使用IrMn、PtMn、PdMn、FeMn、IrCrMn中之任一者。為了將Co系合金之磁化容易軸方向朝向膜面內，係有必要使用適當之基底。
進而，為了使磁化容易軸之方向朝向同一方向，係有必要使用紋理來對於硬磁性膜21之歪曲作控制。本發明者們，係根據對於各種之材料的檢討，而作為下部電極301，使用平坦性為佳之Ta/Ru/Ta的3層膜，並於其上，作為附加紋理之基底層302，而使用Al，再於其上，作為對於硬磁性層21之結晶構造作控制的基底層303，而使用從下部起而依照NiAl合金與Cr之順序所製膜了的2層膜。
此2層膜，係具備有岩鹽構造，特別是在(112)方向而作強配向。關於典型的膜厚，下部電極301，係為Ta(5nm)/Ru(10nm)/Ta(5nm)，基底層302，係為Al(10nm)，基底層303，係為NiAl(10nm)/Cr(10nm)，硬磁性層21，係為CoCrPtB(6nm)，非磁性層22，係為Ru(0.8nm)，軟磁性層23，係為Co20 Fe60 B20 (2.5nm)，障壁層3，係為MgO(1nm)，軟磁性層41，係為Co20 Fe60 B20 (3nm)，非磁性層42，係為Ru(0.8nm)，軟磁性層43，係為CoFe(2.5nm)，反強磁性層304，係為IrMn(8nm)。
以下，針對此膜厚之情況作詳細敘述，但是，一般而言，膜厚係並不被限定於此。不過，關於硬磁性層21之膜厚t1與軟磁性層23之膜厚t2，係需要作以下之注意。亦即是，當將硬磁性層21之飽和磁化設為Ms1，並將軟磁化層23之飽和磁化設為Ms2時，係以成為|Ms1‧t1-Ms2‧t2|<0.5T‧nm為理想。此係為了藉由將層積鐵氧記錄層之實效性的磁化量縮小來將臨限值電流密度Jc0降低之故。
首先，針對紋理之詳細內容作敘述。紋理之凹凸的大小，係可藉由平均粗度Ra來作評價。Ra，係為將藉由原子間力顯微鏡的線掃描所測定出的凹凸之大小，以所掃描了的線之長度來作了平均後的量。在本實施例中，在附加紋理前之Ra，係為約0.08nm。為了對此附加紋理，而從TMR元件之斜上方來入射離子束，並進行輕微的離子束蝕刻，而形成之。
圖4，係為對於平均粗度Ra之值與TMR之特性間的關係作展示者。可以得知，TMR比，係隨著Ra之增大而急遽地減少。另外，當將低電阻設為RL，將高電阻設為RH時，TMR比，係藉由{(RH-RL)/RL}×100%來表示。若是附加Ra為0.15nm以上之凹凸，則係會貫通障壁層3，並造成缺陷，而使TMR元件之特性大幅度劣化，故並不理想。在本發明者們對於元件製作製程作了一番詳細檢討後，係得知了：藉由設為Ra=0.15nm以下，係能夠同時達成磁性向異性之增加與大的TMR比之維持。
接著，針對構成基底層303之NiAl/Cr合金之特性作敘述。首先，在通常之不具備有紋理的平坦之Al膜上，藉由濺鍍法而使NiAl(10nm)/Cr(10nm)薄膜作了成長。濺鍍溫度，係為室溫。此時，在藉由θ-2θ形態之X線而對於與Al膜面垂直方向之結晶構造作了評價後，其結果，係檢測出來強的岩鹽構造之(112)配向。
在其之上，藉由濺鍍法而成長了成為硬磁性層之CoCrPtB，之後，再度進行由θ-2θ形態之X線所致之評價，其結果，係得知了：CoCrPtB係在(10-10)方向上而作強配向。於此，為了對於CoCrPtB膜面內之配向作調查，而求出X線之極點圖形，其結果，係並未特別觀察到強配向性。
在藉由剖面TEM觀察而更進而對於CoCrPtB膜之細微構造作了調查後，係得知：CoCrPtB膜，係為由結晶粒所成之粒狀(Granular)構造，在相鄰接之結晶粒間，係成為Cr作了偏析的構造。
於此，係在如同上述一般之施加有由離子束處理所致之紋理加工的Al膜上，將NiAl(10nm)/Cr(10nm)/CoCrPtB(6nm)作了製膜。首先，在進行了通常之θ-2θ形態之X線所致之評價後，係再度確認到：CoCrPtB係在(10-10)方向上而作強配向。接著，在對於X線上之極點圖形作了評價後，係確認到：在與紋理相平行的方向上，係配向有CoCrPtB之(0001)方向。
由於CoCrPtB之磁化容易軸係為(0001)方向，因此，由上述事實，可以預想到，磁化容易軸係僅會被誘導至與紋理相平行之方向上。圖5，係為將外部磁場施加在與紋理相平行之方向上的情況時之磁場-磁化遲滯曲線。藉由此，可以得知，在本實施例之CoCrPtB膜的情況時，與紋理相平行之方向，係為磁化容易軸，其保磁力係為約3000Oe左右，向異性磁場係為約6000Oe左右。
以上，將導入有紋理的情況與並未作導入的情況之配向性作比較所描繪的圖，係為圖6(a)、圖6(b)。在導入有紋理的情況時，如同圖6(a)所示一般，結晶軸以及磁化容易軸，係對齊於與紋理相平行之方向上。藉由此，係激勵有單軸磁向異性。另一方面，在並未導入有紋理的情況時，如同圖6(b)所示一般，結晶軸以及磁化容易軸，由於係在面內作隨機分布，因此，係並不會激勵有單軸磁向異性。
接著，在成長於紋理Al/NiAl/Cr膜上之CoCrPtB膜上，將Ru/Co20 Fe60 B20 作製膜，並對於磁性特性作了評價，其結果，係觀測到如同圖7中所示一般之2段的遲滯曲線。此2段之遲滯曲線，係為由CoFeB所感應之交換耦合磁場(Hex~850Oe)所導致者，而確認到：CoCrPtB膜與Co20 Fe60 B20 膜，係隔著Ru膜而作反強磁性的耦合。
以上，由於係確認到：(1)CoCrPtB膜係配向於面內之單軸方向上、(2)CoCrPtB膜與Co20 Fe60 B20 膜係作反強磁性耦合並作為層積鐵氧層而起作用，因此，接著，係為了對於實際之轉矩磁化反轉特性作確認，而製作出固定層之方向係藉由反強磁性體膜之交換耦合磁場而被作了固定的交換偏壓型之TMR元件(參考圖3)，並對於特性作了評價。在製膜後，藉由電子線描繪與離子束蝕刻，而將TMR膜加工為50×50nm之正方形，最後，在磁場中以300℃之溫度來進行熱處理，而作成了測定元件。
接著，對於所製作了的元件之電性特性作了測定。電流方向之正(plus)，係為電流從固定層4起而流動向記錄層2之方向的方向，此時，隔著固定層4與絕緣層3而與其作對抗之強磁性膜21的磁化方向，係相對於固定層4之磁化方向，而從平行方向磁化反轉為反平行方向。相反的，若是使電流朝向負方向流動，則隔著固定層4與絕緣層3而與其作對抗之強磁性膜21的磁化方向，係相對於固定層4之磁化方向，而從反平行方向磁化反轉為平行方向。
Jc0之值，係為在從平行方向而朝向反平行方向之磁化反轉和從反平行方向而朝向平行方向之磁化反轉的雙方之轉矩磁化反轉中的Jc0之相加平均。TMR比，在任一之元件中，均係為略100%，面積電阻RA，係成為約10ΩμmΛ2(平方微米)。
接著，進行了轉矩磁化反轉之實驗。在實驗中，係使在磁化反轉中所使用之電流脈衝的寬幅作改變，並對於在磁化反轉中所需要的電流密度作測定，而將臨限值電流密度Jc0與熱安定性指數Δ=E/kBT計算出來。其結果，Jc0係為1.5MA/cmΛ2(平方公分)，Δ係成為350，而能夠將在先前技術中係為10以下的Δ作了大幅度(30倍以上)的改善。藉由此，係成為能夠將隧道磁阻效果元件之面積細微化至先前技術之1/30的程度。
首先，Jc0為小的原因，係由於使用有層積鐵氧構造之故。在本實施例中所使用之Co20 Fe60 B20 的飽和磁化Ms，係為約1.0T，CoCrPtB之飽和磁化Ms，係為0.4T，兩者的Ms‧t(t係代表磁性層之厚度)，係為0.1T‧nm。如此這般，由於實效性之磁化量係為小，因此，係能夠得到小的Jc0。
另一方面，能夠得到大的Δ之主要原因，係由於CoCrPtB之結晶磁性向異性磁場Hku係為6000Oe而為極大之故。此係為在使用有先前技術之軟磁性膜的磁性記憶體中所不可能得到之結果，並且，係由於使用NiAl/Cr基底和經由離子束蝕刻所形成之紋理，而能夠實現CoCrPtB膜之面內單軸配向性所導致者。
在使用有先前技術之軟磁性膜的隧道磁阻效果元件中，由於係利用由形狀磁性向異性磁場Hsp所導致之磁性向異性，因此，係有必要將元件之形狀設為長方形或者是橢圓形一般之所謂的縱橫比(aspect)為較1更大之形狀。但是，在本實施例中，就算是正方形(縱橫比為1)之形狀的元件，亦能夠實現大的Hk以及Δ之值，在磁性記憶體尺寸之細微化上，係有著極大的效果。又，此Δ之值，例如就算是將元件尺寸設為25×25nm，亦能夠得到Δ=87.5之良好準位之值，而成為就算是對於元件之更進一步的細微化亦能夠充分地作對應之值。另外，當言及縱橫比為略等於1的情況時，係指0.9~1.1的範圍。
在本實施例中，雖係在附有紋理之基底層上而形成了岩鹽構造之基底層，但是，相反的，亦可在岩鹽構造之基底層上，形成附有紋理之基底層。又，雖係使用了CoCrPtB，但是，當進而在其之中而加入了SiO2 、TiO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、CoO、Ta2 O5 等之氧化物中的至少一個的情況時，藉由氧化物之朝向粒界的偏析，粒界分離構造係被促進，而能夠更進一步的明確地形成粒狀構造。
所謂粒狀構造，係為奈米尺度之金屬微粒子在絕緣體矩陣中密集地作了分散的構造，而電性傳導係藉由微粒子之間之電子的隧道效果而產生。於此情況，雖然係成為能夠使轉矩磁化反轉更順暢地進行，但是，若是過度的促進粒界分離構造而使得結晶粒相互孤立，則由於結晶粒1個1個係會成為磁化反轉體積單位，因此，會使Δ減少。氧化物之添加，係為相較於通常之磁性記錄媒體製作時而更少的量，例如，係以相對於CoCrPtB而設為數%以下為理想。
以上，若依據本實施例，則係能夠提供一種記錄電流密度為小、熱安定性為優良，而適合於細微化之磁性記憶體。
[實施例2]
接著，使用圖8，針對第2實施例作說明。另外，關於在實施例1有所記載而在本實施例中並未記載之事項，係與實施例1為相同。
圖8，係對於記憶體電路之其中一例作展示。於圖8中，符號1係為位元線，符號81係為實施例1中所記載之TMR元件，符號7係為源極線，符號6係為胞選擇電晶體，符號82係為字元線，符號87係為1個的記憶體胞，符號101-1、101-2、101-2’係為寫入驅動器，符號102-1、102-2係為電阻控制驅動器，符號103係為感測放大器。符號83與符號85，係為對於在位元線中所流動之電流的大小作控制之電阻變化元件(於此例之情況中，係為電晶體)，符號84與符號86，係為對於電阻變化元件83與85之傳導狀態作控制的電阻控制用之字元線。作為選擇電晶體6，係使用有場效型電晶體。
本構成之情況中的寫入，例如當進行對於記憶體胞87之寫入的情況時，首先，係對於被與欲使電流流動之位元線1作了連接的寫入驅動器而送出寫入致能訊號並作昇壓，接著，係對於電阻控制驅動器之電壓作控制，而在位元線1中流動特定之電流。因應於電流之方向，而將與電阻變化元件83作連接之寫入驅動器乃至被與電阻變化元件85作連接之寫入驅動器的任一者作接地，並對於電位差作調節，而對電流方向作控制。
接著，在經過特定時間後，將寫入致能訊號送至被與字元線作了連接之寫入驅動器處，並將寫入驅動器作昇壓，而將選擇電晶體6設為ON。藉由此，在TMR元件中係流動有電流，轉矩磁化反轉係被進行。在以特定之時間而將選擇電晶體6設為了ON之後，將對於寫入驅動器之訊號切斷，並將選擇電晶體6設為OFF。
在進行讀出時，係僅將被與欲讀出之記憶體胞作了連接的位元線1昇壓至讀出電壓V，並僅將與選擇電晶體6作了連接的源極線，藉由另外一方之寫入驅動器來作選擇，並將電晶體6設為ON，而流動電流，並藉由將施加在TMR元件之電阻的兩端處之電壓差藉由感測放大器來作放大，而進行讀出。
於此情況，讀出時之電流方向，係設為恆常會成為從源極線7而朝向位元線1之方向。經由此，而減少由於讀出電流所致之誤寫入，並成為能夠流動更大之讀出電流，而使高速之讀出成為可能。此構造，由於係為最為單純之1電晶體+1記憶體胞的配置，因此，單位胞所佔據之面積，係為2F×4F=8FΛ2，而能夠設為高積體者。
以上，若依據本實施例，則係能夠提供一種記錄電流密度為小、熱安定性為優良，而適合於細微化之磁性記憶體。又，係能夠提供一種磁性記憶體電路。
1．．．位元線
2．．．記錄層
3．．．障壁層
4．．．固定層
5．．．閘極電極
6．．．選擇電晶體
7．．．源極線
8．．．電流方向
9．．．電子所移動之方向
21．．．硬磁性層
22．．．非磁性層
23．．．軟磁性層
41．．．軟磁性層
42．．．非磁性層
43．．．軟磁性層
81．．．TMR元件
82．．．字元線
83、85．．．電阻控制元件
84、86．．．電阻控制元件控制用字元線
87．．．記憶體胞
101-1、101-2、101-2’．．．寫入驅動器
102-1、102-2．．．電阻控制驅動器
103．．．感測放大器
210、230．．．強磁性層
220．．．非磁性層
301．．．下部電極層
302．．．紋理基底層
303．．．基底層
304．．．反強磁性層
305．．．帽層
[圖1(a)]用以對於轉矩磁化反轉(從反平行狀態而變為平行狀態之磁化反轉)之原理作說明的磁性記憶體之重要部分概略圖。
[圖1(b)]用以對於轉矩磁化反轉(從平行狀態而變為反平行狀態之磁化反轉)之原理作說明的磁性記憶體之重要部分概略圖。
[圖2]先前技術之其他的磁性記憶體之重要部分概略圖。
[圖3]第1實施例之磁性記憶體的重要部分概略剖面圖。
[圖4]對於Ra與TMR比之關係作展示之圖。
[圖5]對於在第1實施例中之磁場-磁化滯留的其中一例作展示之圖。
[圖6(a)]用以對於由紋理所致之配向效果(當存在有紋理的情況時)作說明之硬磁性層的概略圖。
[圖6(b)]用以對於由紋理所致之配向效果(當並不存在有紋理的情況時)作說明之硬磁性層的概略圖。
[圖7]對於層積鐵氧構造之磁場-磁化滯留的其中一例作展示之圖。
[圖8]對於在第2實施例中之記憶體陣列電路的其中一例作展示之圖。
2．．．記錄層
3．．．障壁層
4．．．固定層
21．．．硬磁性層
22．．．非磁性層
23．．．軟磁性層
41．．．軟磁性層
42．．．非磁性層
43．．．軟磁性層
301．．．下部電極層
302．．．紋理基底層
303．．．基底層
304．．．反強磁性層
305．．．帽層

Claims (10)

  1. 一種磁性記憶體，係為包含有複數之選擇電晶體和被與前述選擇電晶體之其中一端相連接的隧道磁阻效果元件，其特徵為：前述隧道磁阻效果元件，係具備有：第1基底層，係於一方向上具備有週期性之紋理；和第2基底層，係被形成於前述第1基底層之上，並配向為岩鹽構造；和層積鐵氧記錄層，其係具備有：被形成於前述第2基底層之上，並以配向為hcp(1010)方向的Co基合金作為主成分之硬磁性層、和被形成於前述硬磁性層之上之非磁性層、和被形成於前述非磁性層之上之軟磁性層；和障壁層，其係被形成於前述層積鐵氧記錄層之上；以及強磁性固定層，其係被形成於前述障壁層之上，構成前述層積鐵氧記錄層之以前述Co基合金作為主成分的前述硬磁性層與前述軟磁性層，係作反強磁性耦合。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述固定層之磁化，係藉由從與前述固定層上作接觸而設置的反強磁性層而來之交換耦合力，而被作固定。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述固定層，係藉由挾持有非磁性之中間層的第1以及 第2強磁性層所構成，前述第1以及第2強磁性層，係相互作反強磁性之交換耦合。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述Co基合金，係為由至少包含有Co與Pt以及Cr之材料所成的合金。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之磁性記憶體，其中，前述Co基合金，係作為添加物，而至少包含有SiO2 、TiO、TiO2 、ZrO2 、Cr2 O3 、CoO、Ta2 O5 中之任一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述固定層，係以CoFeB作為主成分，前述障壁層，係以MgO作為主成分，構成前述層積鐵氧記錄層之前述軟磁性層，係以CoFeB作為主成分。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述層積鐵氧記錄層之記錄層面內方向的縱橫比，係略為1。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之磁性記憶體，其中，前述選擇電晶體，係為場效型電晶體。
  9. 如申請專利範圍第1項乃至第8項中之任一項所記載之磁性記憶體，其中，係更進而具備有：源極線，係與前述選擇電晶體之並未和前述隧道磁阻效果元件作連接的另外一端相連接；第1寫入驅動電路，係被與前述源極線作連接；位元線，係與前述隧道磁阻效果元件之並未與前述選擇電晶體作連接的另外一端相連接； 放大器與第2寫入驅動電路，係被與前述位元線相連接，並將讀出之訊號作放大；字元線，係對於前述選擇電晶體之電阻作控制；和第3寫入驅動電路，係被與前述字元線作連接。
  10. 如申請專利範圍第1項乃至第8項中之任一項所記載之磁性記憶體，其中，第1基底層，係被形成在前述第2基底層之上，前述硬磁性層，係被形成在前述第1基底層之上。
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