TWI820447B - 磁性記憶裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之一實施形態之磁性記憶裝置具備：第1鐵磁性層；第1鐵磁性層之上方之絕緣層；絕緣層之上方之第2鐵磁性層；第3鐵磁性層，其位於第2鐵磁性層之上方，且包含含有鐵之合金之氧化物；及第4鐵磁性層，其位於第3鐵磁性層之上方，且含有鐵及5d過渡金屬。
Description
實施形態係關於一種磁性記憶裝置。
作為記憶裝置之一種，業已知悉磁性記憶裝置。磁性記憶裝置利用發揮磁阻效應之元件來記憶資料。磁性記憶裝置謀求可穩定地記憶資料。
1:磁性記憶裝置
2:記憶體控制器
11:記憶體單元陣列
12:輸入輸出電路
13:控制電路
14:列選擇電路
15:行選擇電路
16:寫入電路
17:讀出電路
21,22:導電體
41,43,44,45:鐵磁性層
42:絕緣層
ADD:位址信號
BL,BL<0>~BL<N>:位元線
CMD:指令
CNT:控制信號
DAT:資料(寫入資料)/資料(讀出資料)
MC,Mca,MCb,MCa<0,0>~MCa<M,N>,MCb<0,0>~MCb<M,N>:記憶體單元
SE,SEa,SEa<0,0>,Seb,SEb<0,0>:選擇器
VR,VRa,VRa<0,0>,VRb,VRb<0,0>:磁阻效應元件
WL,WLa<0>~WLa<M>,WLb<0>~WLb<M>:字元線
x,y:軸
圖1顯示第1實施形態之磁性記憶裝置之功能方塊圖及相關聯之要素。
圖2係第1實施形態之記憶體單元陣列之電路圖。
圖3顯示第1實施形態之記憶體單元陣列之一部分之剖面之構造。
圖4顯示第1實施形態之記憶體單元陣列之一部分之剖面之構造。
圖5顯示第1實施形態之記憶體單元之構造之例之剖面。
圖6顯示在某一條件下之含有不同之若干個金屬之複數個鐵磁體各者之最大各向異性磁場、與所算出之耐熱擾動性之關係。
圖7顯示鐵磁性層43之磁化與阻尼常數之關係。
圖8顯示第1實施形態之變化例之記憶體單元之構造之例之剖面。
一實施形態之磁性記憶裝置具備：第1鐵磁性層；上述第1鐵磁性層之上方之絕緣層；上述絕緣層之上方之第2鐵磁性層；第3鐵磁性層，其位於上述第2鐵磁性層之上方，且包含含有鐵之合金之氧化物；及第4鐵磁性層，其位於上述第3鐵磁性層之上方，且含有鐵及5d過渡金屬。
以下，參照圖式記述實施形態。於以下之記述中，為了將具有大致同一功能及構成之複數個構成要素相互區別，而有於參考符號之末尾進一步附加數字或文字之情形。
圖式係示意性圖式，厚度與平面尺寸之關係、各層之厚度之比率等可能與現實不同。於圖式相互間亦可能包含彼此之尺寸之關係或比率不同之部分。
於本說明書及申請專利範圍中，某一第1要素「連接」於另一第2要素包含第1要素直接或始終或是選擇性地經由成為導電性之要素連接於第2要素。
以下，利用xyz正交座標系，記述實施形態。
1.第1實施形態
1.1.構造(構成)
1.1.1.整體之構造
圖1顯示第1實施形態之磁性記憶裝置之功能方塊圖。如圖1所示，磁性記憶裝置1係由記憶體控制器2控制。磁性記憶裝置1包含：記憶體單元陣列11、輸入輸出電路12、控制電路13、列選擇電路14、行選擇電路15、寫入電路16、及讀出電路17。
記憶體單元陣列11包含：複數個記憶體單元MC、複數個字元線WL、及複數個位元線BL。記憶體單元MC可非揮發地記憶資料。各記憶體單元MC與1個字元線WL及1個位元線BL連接。字元線WL與列(Row)建立關聯。位元線BL與行(Column)建立關聯。藉由1個列之選擇及1個或複數個行之選擇，而特定出1個或複數個記憶體單元MC。
輸入輸出電路12自記憶體控制器2接收控制信號CNT、指令CMD、位址信號ADD、及資料(寫入資料)DAT。輸入輸出電路12朝記憶體控制器2發送資料(讀出資料)DAT。
列選擇電路14自輸入輸出電路12接收位址信號ADD，設為選擇與根據接收到之位址信號ADD而特定出之列建立關聯之1個字元線WL之狀態。
行選擇電路15自輸入輸出電路12接收位址信號ADD，設為選擇與根據接收到之位址信號ADD而特定出之行建立關聯之複數個位元線BL之狀態。
控制電路13自輸入輸出電路12接收控制信號CNT及指令CMD。控制電路13基於根據控制信號CNT而指示之控制及指令CMD，控制寫入電路16及讀出電路17。具體而言，控制電路13於資料向記憶體單元陣列11之寫入之間，將資料寫入所使用之電壓供給至寫入電路16。又，控制電路13於資料自記憶體單元陣列11之讀出之間，將資料讀出所使用之電壓供給至讀出電路17。
寫入電路16自輸入輸出電路12接收寫入資料DAT，基於控制電路13之控制及寫入資料DAT，將資料寫入所使用之電壓供給至行選擇電路15。
讀出電路17基於控制電路13之控制，使用資料讀出所使用之電壓，算出由記憶體單元MC保存之資料。所算出之資料作為讀出資料DAT被供給至輸入輸出電路12。讀出電路17包含感測放大器。
1.1.2.記憶體單元陣列之電路構成
圖2係第1實施形態之記憶體單元陣列11之電路圖。如圖2所示，記憶體單元陣列11包含M+1(M為自然數)個字元線WLa(WLa<0>、WLa<1>、…、WLa<M>)及M+1個字元線WLb(WLb<0>、WLb<1>、…、WLb<M>)。記憶體單元陣列11又包含N+1(N為自然數)個位元線BL(BL<0>、BL<1>、…、BL<N>)。
各記憶體單元MC(MCa及MCb)具有第1節點及第2節點。各記憶體單元MC於第1節點與1個字元線WL連接，於第2節點與1個位元線BL連接。更具體而言，記憶體單元MCa針對α為0以上M以下之整數之所有情況及β為0以上N以下之整數之所有情況之所有組合，包含記憶體單元MCa<α、β>，且記憶體單元MCa<α、β>連接於字元線WLa<α>與位元線BL<β>之間。同樣，記憶體單元MCb針對α為0以上M以下之整數之所有情況及β為0以上N以下之整數之所有情況之所有組合，包含記憶體單元MCb<α、β>，且記憶體單元MCb<α、β>連接於字元線WLb<α>與位元線BL<β>之間。
各記憶體單元MC包含1個磁阻效應元件VR(VRa或VRb)及1個選擇器SE(SEa或SEb)。更具體而言，針對α為0以上M以下之整數之所有情況及β為0以上N以下之整數之所有情況之所有組合，記憶體單元MCa<α、β>包含磁阻效應元件VRa<α、β>及選擇器SEa<α、β>。
進而，針對α為0以上M以下之所有情況及β為0以上N以下之整數之所有情況之所有組合，記憶體單元MCb<α、β>包含磁阻效應元件VRb<α、β>及選擇器SEb<α、β>。
於各記憶體單元MC中，磁阻效應元件VR與選擇器SE串聯連接。磁阻效應元件VR與1個字元線WL連接，選擇器SE與1個位元線BL連接。
磁阻效應元件VR可切換於低電阻之狀態與高電阻之狀態之間。磁阻效應元件VR可利用該2個電阻狀態之差異，記憶1位元之資料。
選擇器SE可為如例如以下所記述之開關元件。開關元件具有2個端子，於在2端子間於第1方向施加未達第1臨限值之電壓時，該開關元件為高電阻狀態、例如電性非導通狀態(為關斷狀態)。另一方面，於在2端子間於第1方向施加第1臨限值以上之電壓時，該開關元件為低電阻狀態、例如電性導通狀態(為導通狀態)。開關元件進一步針對與第1方向相反之第2方向亦具有與如此之基於在第1方向施加之電壓之大小之高電阻狀態及低電阻狀態之間之切換之功能相同之功能。亦即，開關元件係雙方向開關元件。可藉由開關元件之導通或關斷，控制有無向與該開關元件連接之磁阻效應元件VR之電流之供給、亦即該磁阻效應元件VR之選擇或非選擇。
1.1.3.記憶體單元陣列之構造
圖3及圖4顯示第1實施形態之記憶體單元陣列11之一部分之剖面之構造。圖3顯示沿xz面之剖面，圖4顯示沿yz面之剖面。
如圖3及圖4所示，於半導體基板(未圖示)之上方設置有複數個導電體21。導電體21沿y軸延伸，且沿x軸排列。各導電體21作為1個字元線WL發揮功能。
各導電體21於上表面中與複數個記憶體單元MCb各者之底面連接。記憶體單元MCb於xy面中具有例如圓之形狀。記憶體單元MCb於各導電體21上沿y軸排列，藉由如此之配置，而記憶體單元MCb於xy面中矩陣狀排列。各記憶體單元MCb包含：作為選擇器SEb發揮功能之構造、及作為磁阻效應元件VRb發揮功能之構造。作為選擇器SEb發揮功能之構造及作為磁阻效應元件VRb發揮功能之構造各者如後述包含1個或複數個層。
於記憶體單元MCb之上方設置有複數個導電體22。導電體22沿x軸延伸，且沿y軸排列。各導電體22於底面中與沿x軸排列之複數個記憶體單元MCb各者之上表面相接。各導電體22作為1個位元線BL發揮功能。
各導電體22於上表面中與複數個記憶體單元MCa各者之底面連接。記憶體單元MCa於xy面中具有例如圓之形狀。記憶體單元MCa於各導電體22上沿x軸排列，藉由如此之配置，而記憶體單元MCa於xy面中矩陣狀排列。各記憶體單元MCa包含：作為選擇器SEa發揮功能之構造、及作為磁阻效應元件VRa發揮功能之構造。作為選擇器SEa發揮功能之構造及作為磁阻效應元件VRa發揮功能之構造各者如後述包含1個或複數個層。
於沿y軸排列之複數個記憶體單元MCa各者之上表面上進一步設置有導電體21。
1.1.4.記憶體單元之構造
圖5顯示第1實施形態之記憶體單元MC之構造之例之剖面。如圖5所示，記憶體單元MC包含選擇器SE及磁阻效應元件VR。
選擇器SE含有可變電阻材料。選擇器SE可更包含下部電極及上部電極。該情形下，可變電阻材料位於下部電極之上表面上，上部電極位於可變電阻材料之上表面上。選擇器SE為例如2端子間開關元件，2端子中之第1端子相當於選擇器SE之上表面及底面之一者，2端子中之第2端子為選擇器SE之上表面及底面之另一者。
磁阻效應元件VR位於選擇器SE之上表面上。磁阻效應元件VR表現出穿隧式磁阻效應，包含MTJ(Magnetic Tunnel Junction，磁穿隧接面)。以下之記述及圖式基於磁阻效應元件VR係包含MTJ之MTJ元件之例。具體而言，磁阻效應元件VR包含鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43。作為一例，絕緣層42位於鐵磁性層41之上表面上，鐵磁性層43位於絕緣層42之上表面上。
鐵磁性層41具有沿貫通鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面之方向之易磁化軸。鐵磁性層41之易磁化軸例如對於界面具有45°以上90°以下之角度，例如與鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面正交。刻意使鐵磁性層41之磁化之方向不因在磁性記憶裝置1中自記憶體單元MC讀出資料及向記憶體單元MC寫入資料而改變。鐵磁性層41可作為所謂之參考層發揮功能。鐵磁性層41例如含有鐵(Fe)、鈷(Co)、及鎳(Ni)中至少1種以上。鐵磁性層41可更含有硼(B)。更具體而言，例如，鐵磁性層41含有鈷鐵硼(CoFeB)或硼化鐵(FeB)。
鐵磁性層41可包含複數個層。鐵磁性層41可具有SAF(Synthetic Antiferromagnetic，合成反鐵磁體)構造。該情形下，鐵磁性層41包含2個鐵磁體(鐵磁性層)、及2個鐵磁體之間之導電體(導電層)。導電體使2個鐵磁體反鐵磁性地交換耦合。
絕緣層42例如含有氧化鎂(MgO)，或由氧化鎂構成，作為所謂之穿隧障壁發揮功能。
鐵磁性層43含有表現出鐵磁性之材料，至少含有鐵。因此，鐵磁性層43具有磁化。鐵磁性層43例如含有鈷鐵硼或硼化鐵，或由鈷鐵硼或硼化鐵實質上構成。於本說明書及申請專利範圍中，包含「實質上」之「實質上構成」之記載及同類記載意指容許「實質上構成」之構成要素非刻意地含有雜質。非刻意之雜質之例包含磁性記憶裝置1之製造步驟中所使用之氣體中所含之元素之原子、及自其他「實質上構成」之構成要素之周圍擴散至「實質上構成」之構成要素之元素之原子。
鐵磁性層43具有沿貫通鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面之方向的易磁化軸。鐵磁性層43之易磁化軸例如相對於界面具有45°以上90°以下之角度，且例如與鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面正交。鐵磁性層43之磁化之方向可因向記憶體單元MC寫入資料而改變，鐵磁性層43可作為所謂之記憶層發揮功能。
若鐵磁性層43之磁化之方向與鐵磁性層41之磁化之方向平行，則磁阻效應元件VR具有某種較低的電阻。若鐵磁性層43之磁化之方向與鐵磁性層41之磁化之方向反平行，則磁阻效應元件VR具有較鐵磁性層41之磁化之方向與鐵磁性層43之磁化之方向平行時之電阻為高之電阻。
若自鐵磁性層43朝向鐵磁性層41流通某一大小之寫入電流，則鐵磁性層43之磁化之方向與鐵磁性層41之磁化之方向成為平行。另一方面，若自鐵磁性層41朝向鐵磁性層43流通另一大小之寫入電流，則鐵磁性層43之磁化之方向與鐵磁性層41之磁化之方向成為平行。
記憶體單元MC更包含鐵磁性層44、及鐵磁性層45。鐵磁性層44位於鐵磁性層43之上方，例如位於鐵磁性層43之上表面上。鐵磁性層44含有表現出鐵磁性之材料，至少含有鐵。因此，鐵磁性層44具有磁化。鐵磁性層44具有沿貫通鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面之方向之易磁化軸。鐵磁性層44之磁化之方向沿著鐵磁性層43之磁化之方向。具體而言，鐵磁性層44之磁化具有與鐵磁性層43之磁化之方向平行之方向。如此，鐵磁性層44具有磁化且具有與鐵磁性層43之磁化之方向平行之方向之磁化，因此，鐵磁性層44可與鐵磁性層43一起作為記憶層發揮功能。鐵磁性層44更包含含有鐵之合金之氧化物。鐵磁性層44之進一步之細節於後文描述。
鐵磁性層45位於鐵磁性層44之上方，例如位於鐵磁性層44之上表面上。鐵磁性層45含有表現出鐵磁性之材料，至少含有鐵。因此，鐵磁性層45具有磁化。鐵磁性層45具有沿貫通鐵磁性層41、絕緣層42、及鐵磁性層43之界面之方向之易磁化軸。鐵磁性層45之磁化之方向沿著鐵磁性層44之磁化之方向，因此，沿著鐵磁性層43之磁化之方向。具體而言，鐵磁性層45之磁化具有與鐵磁性層43及鐵磁性層44之磁化之方向平行之方向。如此，鐵磁性層45具有磁化，且具有與鐵磁性層43及鐵磁性層44之磁化之方向平行之方向之磁化，因此，鐵磁性層45可與鐵磁性層43及鐵磁性層44一起作為記憶層發揮功能。鐵磁性層45之進一步之細
節於後文描述。
1.1.5.鐵磁性層45之細節
鐵磁性層45如上述般含有鐵，更詳細而言，含有鐵與5d遷移元素之合金，或由鐵與5d遷移元素之合金實質上構成。5d遷移元素亦被稱為5d過渡金屬，意指於5d電子配置(亦被稱為5d軌道)填充1個以上未達10個之電子而成之過渡金屬。具體而言，5d過渡金屬含有：鎦(Lu)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、及鉑(Pt)。因此，鐵磁性層45具體而言含有與鎦、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、及鉑之1種以上之元素之合金，或由如此之合金實質上構成。
由發明者等人發現含有5d過渡金屬之鐵磁體具有較不含有5d過渡金屬之鐵磁體為高之各向異性磁場。各向異性磁場與對於具有該各向異性磁場之鐵磁體之磁化之熱擾動之抗耐性(以下，被稱為耐熱擾動性)相關。圖6顯示在某一條件下之含有不同之若干個金屬之複數個鐵磁體各者之最大各向異性磁場、與所算出之耐熱擾動性△之關係。圖6作為5d過渡金屬之例，顯示鉑及銥。圖6又出於比較之目的，顯示非為5d過渡金屬之Ru。
如圖6所示，含有銥之鐵磁體之耐熱擾動性△高於含有Ru之鐵磁體之耐熱擾動性△。含有鉑之鐵磁體之耐熱擾動性△高於含有Ru之鐵磁體之耐熱擾動性△，進而高於含有銥之鐵磁體之耐熱擾動性△。含有5d過渡金屬之鐵磁體之耐熱擾動性△高於含有其他元素之鐵磁體之耐熱擾動性△之理由認為與5d過渡金屬之自旋軌道相互作用相關，且認為5d過渡金屬具有較大之自旋軌道相互作用。藉由自旋軌道相互作用，而容易
維持鐵磁體中之電子之自旋，甚至容易維持磁化。因此，認為5d過渡金屬原子提高含有5d過渡金屬之鐵磁體之耐熱擾動性。認為鐵磁體中含有之5d過渡金屬之自旋軌道相互作用越大，該鐵磁體之耐熱擾動性越高。
一般而言認為原子之質量數(或原子編號)越大，某一原子之自旋軌道相互作用越大。鎦、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、及鉑按所記載之順序具有更大之質量數。因此，鐵磁性層45可含有具有更大質量數之5d過渡金屬。例如，鐵磁性層45可含有鐵鉑(FePt)合金、鐵銥(FeIr)合金、鐵鉑銥(FePtIr)合金、或由鐵鉑合金、鐵銥合金、或鐵鉑銥合金實質上構成。
1.1.6.鐵磁性層44之細節
鐵磁性層44如上般含有鐵，更詳細而言，含有包含鐵之合金之氧化物，或由含有鐵之合金之氧化物實質上構成。更具體而言，鐵磁性層44含有鐵、與銠、鈦、鋯、鈷、硼、釩、鈮、鉻、鉬、矽、鈧、釔、釓、鎂(Mg)、及鋁(Al)之1種以上之元素之合金之氧化物、或由如此之合金之氧化物實質上構成。
鐵磁性層44意圖發揮2個功能。第1個功能係吸收鐵磁性層43中之硼。第2個功能係抑制鐵磁性層45中之5d過渡金屬擴散至鐵磁性層43。
鐵磁性層43中之硼於形成鐵磁性層43時是有用的。另一方面，硼可非刻意地抑制鐵磁性層43之耐熱擾動性△。因此，鐵磁性層43中之硼較理想為於磁性記憶裝置1中較少。鐵磁性層44有助於抑制鐵磁性層43中之硼之量。
5d過渡金屬於鐵磁性層45中有利於提高鐵磁性層45之耐熱擾動性△。另一方面，5d過渡金屬較理想為於鐵磁性層43中較少。此乃緣於鐵磁性層43中之5d過渡金屬使鐵磁性層43之阻尼常數增大之故。鐵磁性層43與絕緣層42相接，因此，對資料向記憶體單元MC之易寫入性、亦即所需寫入電流之大小之決定具有大的影響。此乃緣於在資料寫入時自絕緣層42流出之電子最初到達的是鐵磁性層43之故。5D過渡金屬所具有之強自旋啟動相互作用導致含有5d過渡金屬之鐵磁性層之磁化之穩定，但同時亦導致該鐵磁性層之磁化不易反轉。因此，鐵磁性層43含有越多5d過渡金屬，鐵磁性層43之阻尼常數越高。鐵磁性層43之高阻尼常數不易使鐵磁性層43之磁化反轉。因此，鐵磁性層43之阻尼常數越小，用於資料向包含鐵磁性層43之記憶體單元MC之寫入之寫入電流越小。基於其，要求鐵磁性層44抑制鐵磁性層45中之5d過渡金屬原子擴散至鐵磁性層43。基於該目的，鐵磁性層44含有氧化物，或由氧化物實質上構成。由於氧化物之原子相互具有強結合能，故可容易將擴散至氧化物中之原子留置於氧化物中。
鐵磁性層44中之原子之原子編號越小，鐵磁性層44將5d過渡金屬原子留置於鐵磁性層44中之能力越高。此乃緣於原子編號越小之原子，該原子與其周圍之原子之間之距離越小之故。又，某一原子編號之原子不易在包含較該原子之原子編號為小之原子編號之原子之物質之中擴散。因此，鐵磁性層44可含有較鐵磁性層45中含有之5d過渡金屬之原子編號為小之原子編號之原子與鐵之合金之氧化物、由如此之氧化物實質上構成。
1.1.7.優點(效果)
根據第1實施形態，如以下所記述般，可提供一種具有所保存之資料對熱擾動之高抗耐性、且具有抑制寫入電流之增加之記憶體單元的磁性記憶裝置。
記憶體單元MC包含：鐵磁性層43之上方之鐵磁性層44、及鐵磁性層44之上方之鐵磁性層45。鐵磁性層45含有5d過渡金屬。5d過渡金屬對含有5d過渡金屬之鐵磁體之磁化賦予較不含有5d過渡金屬之鐵磁體為高之耐熱擾動性。鐵磁性層45具有磁化面，具有沿著鐵磁性層43之磁化之(平行之)磁化。藉由鐵磁性層45之磁化之高耐熱擾動性，而鐵磁性層44具有高耐熱擾動性，藉由鐵磁性層44之磁化之高耐熱擾動性，而鐵磁性層43具有高熱擾動性。因此，包含鐵磁性層43、44、及45之記憶層之磁化具有高耐熱擾動性。因此，包含鐵磁性層45之記憶層之磁化之耐熱擾動性高於不包含5d過渡金屬之記憶層之磁化之耐熱擾動性。因此，實現包含具有磁化之高耐熱擾動性之記憶層的記憶體單元MC。
另一方面，5d過渡金屬可使含有5d過渡金屬之鐵磁體之阻尼常數高於不含有5d過渡金屬之鐵磁體之阻尼常數。若作為記憶層發揮功能之鐵磁性層43、44、及45中，由於與絕緣層42相接故對由寫入電流實現之記憶體單元MC之電阻狀態之切替之容易性影響最大之鐵磁性層43之阻尼常數高，則對於記憶體單元MC之所需寫入電流高。於第1實施形態中，藉由鐵磁性層44含有氧化物，而5d過渡金屬原子留置於鐵磁性層44中，且擴散至鐵磁性層43受抑制。因此，藉由鐵磁性層45之存在，亦可抑制因鐵磁性層45中之5d過渡金屬原子擴散至鐵磁性層43引起之鐵磁性層43之阻尼常數之增大。因此，藉由鐵磁性層45之存在，而抑制記憶體
單元MC之寫入電流高於無鐵磁性層45之情形。該情形於圖7中顯示。
圖7顯示記憶體單元MC之鐵磁性層43之磁化(Ms‧t)與阻尼常數之關係。圖7顯示在包含鐵磁性層43之厚度之某一條件下，鐵磁性層45含有銥之情形、及含有其他元素之情形。除了賦予參考符號「Ir」之點以外之點，乃針對5d過渡金屬以外之材料而顯示。虛線表示藉由針對銥以外之材料之值之擬合而獲得之磁化與阻尼常數α之關係。接近虛線之位置之材料適於作為鐵磁性層45之材料使用。由圖7可知，於使用銥之情形下，亦與其他材料同樣地，表現出接近虛線之特性，使用銥抑制了阻尼常數α增加。此點如上述般乃是由於鐵磁性層44抑制了銥擴散之緣故。
5d過渡金屬原子藉由擴散至絕緣層42，亦可降低絕緣層42之特性，乃至降低記憶體單元MC之MR比(記憶體單元MC之最大電阻值與最小電阻值之比)。對此，由於鐵磁性層44抑制5d過渡金屬原子超過鐵磁性層44之擴散，故亦大幅地抑制或防止5d過渡金屬原子擴散至絕緣層42。因此，藉由鐵磁性層45之存在，而抑制記憶體單元MC之特性差於無鐵磁性層45之情形。
根據以上所述，藉由鐵磁性層43、44、及45之協作，而可實現具有資料對熱擾動之高抗耐性、且抑制寫入電流增加之記憶層。
1.2.變化例
目前為止之記述係關於依序積層有鐵磁性層41、絕緣層42、鐵磁性層43、鐵磁性層44、及鐵磁性層45之例。然而，第1實施形態不限定於該例。鐵磁性層41、絕緣層42、鐵磁性層43、鐵磁性層44、及鐵磁性層45之排列順序可與圖5所示者相反。亦即，如圖8所示般，亦可於遠離選擇器
SE之方向依序排列並積層鐵磁性層45、鐵磁性層44、鐵磁性層43、絕緣層42、及鐵磁性層41。
又，目前為止之記述係關於記憶體單元MC包含選擇器SE之例。然而，第1實施形態不限定於對於該例之應用。例如，記憶體單元MC包含磁阻效應元件VR及電晶體。磁阻效應元件VR與電晶體串聯連接。藉由向電晶體之閘極電極施加電壓，使得電晶體導通，而成為與該電晶體連接之磁阻效應元件VR被選擇之狀態。於該例中，在圖5所示之構造中，鐵磁性層41之上表面取代選擇器SE，經由導電體連接於雜質擴散層。雜質擴散層作為電晶體之源極/汲極發揮功能。
雖然已經闡述了特定實施例，但此等實施例僅係以例示方式呈現，而並非意欲限制本發明之範圍。實際上，本文中所闡述之新穎實施例可以其他各種形式實施；此外，在不背離本發明之精神之情形下，可對本文中所闡述之實施例之形式進行各種省略、替換及改變。所附申請專利範圍及其等效內容意欲涵蓋歸屬於本發明之範圍及精神內之形式或修改。
41,43,44,45:鐵磁性層
42:絕緣層
MC:記憶體單元
SE:選擇器
VR:磁阻效應元件
Claims (20)
- 一種磁性記憶裝置，其具備：第1鐵磁性層；前述第1鐵磁性層之上方之絕緣層；前述絕緣層之上方之第2鐵磁性層；第3鐵磁性層，其位於前述第2鐵磁性層之上方，且包含含有鐵之合金之氧化物；及第4鐵磁性層，其位於前述第3鐵磁性層之上方，磁化之方向為可改變，且含有鐵及5d過渡金屬。
- 如請求項1之裝置，其中前述5d過渡金屬含有鎦、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、及鉑之1種以上。
- 如請求項2之裝置，其中前述合金係鐵與原子編號小於前述5d過渡金屬之原子編號之金屬之合金。
- 如請求項3之裝置，其中前述第3鐵磁性層位於前述第2鐵磁性層上；且前述第4鐵磁性層位於前述第3鐵磁性層上。
- 如請求項4之裝置，其中前述第2鐵磁性層含有鐵及硼。
- 如請求項5之裝置，其中前述合金係鐵與銠、鈦、鋯、鈷、硼、釩、鈮、鉻、鉬、矽、鈧、釔、釓、鎂、及鋁之1種以上之元素之合金。
- 如請求項1之裝置，其中前述5d過渡金屬含有銥及鉑之1種以上。
- 如請求項7之裝置，其中前述合金係鐵與原子編號小於前述5d過渡金屬之原子編號之金屬之合金。
- 如請求項8之裝置，其中前述第3鐵磁性層位於前述第2鐵磁性層上；且前述第4鐵磁性層位於前述第3鐵磁性層上。
- 如請求項9之裝置，其中前述第2鐵磁性層含有鐵及硼。
- 如請求項10之裝置，其中前述合金係鐵與銠、鈦、鋯、鈷、硼、釩、鈮、鉻、鉬、矽、鈧、 釔、釓、鎂、及鋁之1種以上之元素之合金。
- 如請求項7之裝置，其中前述第3鐵磁性層位於前述第2鐵磁性層上；且前述第4鐵磁性層位於前述第3鐵磁性層上。
- 如請求項1之裝置，其中前述合金係鐵與原子編號小於前述5d過渡金屬之原子編號之金屬之合金。
- 如請求項13之裝置，其中前述第3鐵磁性層位於前述第2鐵磁性層上；且前述第4鐵磁性層位於前述第3鐵磁性層上。
- 如請求項14之裝置，其中前述第2鐵磁性層含有鐵及硼。
- 如請求項15之裝置，其中前述合金係鐵與銠、鈦、鋯、鈷、硼、釩、鈮、鉻、鉬、矽、鈧、釔、釓、鎂、及鋁之1種以上之元素之合金。
- 如請求項1之裝置，其中前述第3鐵磁性層位於前述第2鐵磁性層上；且 前述第4鐵磁性層位於前述第3鐵磁性層上。
- 如請求項17之裝置，其中前述第2鐵磁性層含有鐵及硼。
- 如請求項1之裝置，其中前述第2鐵磁性層含有鐵及硼。
- 如請求項1之裝置，其中前述合金係鐵與銠、鈦、鋯、鈷、硼、釩、鈮、鉻、鉬、矽、鈧、釔、釓、鎂、及鋁之1種以上之元素之合金。
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