存储设备制造技术

本发明专利技术公开一种存储设备，包括：具有磁化的存储元件，其中磁化方向配置为通过施加流过所述存储元件的电流而改变，所述存储元件包括Co‑Fe‑B磁性元件以及至少一个非磁性元件；磁化固定元件；非磁性材料，设置在所述存储元件和所述磁化固定元件之间；以及氧化物材料，作为非磁性材料设置在所述存储元件的相反侧上，其中所述氧化物材料包括Li。

storage device

The invention discloses a storage device comprises a storage element having a magnetization direction of magnetization, which configuration is changed by the applied current flowing through the storage element, the storage element including Co Fe B magnetic element and at least one non-magnetic element; magnetization fixed element; non magnetic material is arranged between the the storage element and the fixed magnetization components; and oxide materials as non magnetic material disposed on the opposite side of the storage element, wherein the oxide materials including Li.

【技术实现步骤摘要】
存储设备本专利技术专利申请是2012年11月26日向国家知识产权局提交的，申请号为201210488520.2，专利技术名称为“存储元件和存储设备”的分案申请。
本专利技术涉及具有多个磁性层并使用自旋转转矩磁化切换进行记录的存储元件和存储设备。
技术介绍
随着从移动终端到大容量服务器的各种信息设备的快速发展，已经在构成该设备的诸如存储元件和逻辑元件的元件中追求更高性能的改进，诸如更高的集成度、速度的增大和更低的功耗。尤其是，半导体非易失性存储器取得显著的进步，并且作为大容量文件存储器的闪存存储器以硬盘驱动器被闪存存储器替换的速率普及。同时，FeRAM(铁电随机访问存储器)、MRAM(磁性随机访问存储器)、PCRAM(相变随机访问存储器)等的研发已经取得进展，作为当前一般使用的非闪存存储器、DRAM等的替代，以为了代码存储或者作为工作的存储器而使用它们。这些的一部分已经在实践中使用。这当中，MRAM使用磁性材料的磁性方向执行数据存储，使得能进行高速和几乎无限制的重写(1015次以上)，并且因而，已经在诸如工业自动化和航空的领域中使用。期望MRAM在将来由于高速操作和可靠性而用于代码存储或者工作存储器。然而，MRAM具有与降低功耗和增大容量相关的挑战。这是由于MRAM的记录原理(即，使用从互连产生的电流磁场来切换磁化的方法)引起的基本问题。作为解决此问题的方法，正在研究不使用电流磁场的记录方法(即，磁化切换方法)。具体地，已经积极地研究自旋转转矩磁化切换(例如，参见日本未审查专利申请公报No.2003-17782和2008-227388、美国专利No.6,256,223、PhysicalReviewB,54,9353(1996),JournalofMagnetismandMagneticMaterials,159,L1(1996))。使用自旋转转矩磁化切换的存储元件如同MRAM那样通常包括MTJ(磁性隧道结)。此构造使用其中当经过磁性层(其在任意方向固定)自旋转极化电子进入另一磁性层(方向不固定)时，转矩(还称为自旋转移矩)施加到磁性层，并且当任意阈值以上的电流流动时，切换自由磁性层。通过改变电流的极性执行0/1的重写。在比例约为0.1um的存储元件的情况下，用于此切换的电流的绝对值是1mA以下。此外，由于此电流值与元件的体积成比例的减小，比例缩放是可行的。此外，由于不需要在MRAM中产生记录电流磁场的字线，存在单元结构变得简单的优点。以下，利用自旋转转矩磁化切换的MRAM将称为自旋转转矩磁化随机访问存储器(ST-MRAM)。自旋转转矩磁化切换还称为自旋转注射磁化切换。对ST-MRAM有很大的期望，其作为非易失性存储器，能够实现低功耗和更大容量，同时维持其中可以执行高速和几乎无限制重写的MRAM的优点。
技术实现思路
在MRAM中，写入互连(字线和位线)与存储元件分开设置，并且信息由通过向写入互连施加电流而产生的电流磁场而写入(记录)。因而，写入所需的电流能充分地流经写入互连。另一方面，在ST-MRAM中，需要流到存储元件的电流诱导自旋转转矩磁化切换，以切换存储层的磁化方向。通过以此方式将电流直接施加到存储元件写入(记录)信息。为了选择进行写入的存储单元，存储元件连接到旋转晶体管以构造存储单元。在此情况下，流到存储元件的电流受到能流到选择晶体管的电流(选择晶体管的饱和电流)的量的限制。因而，需要以等于或者小于选择晶体管的饱和电流的电流执行写入，并且知道晶体管的饱和电流随着小型化而降低。为了使ST-MRAM小型化，需要自旋转转移效率提高，并且流到存储元件的电流减小。此外，需要确保高的磁阻变化比以放大读出信号。为了将此实现，有效地采用以上所述的MTJ结构，即，以与存储层接触的中间层用作隧道绝缘层(隧道障碍层)的方式构造存储元件。在隧道绝缘层用作互连层的情况下，流到存储元件的电流的量被限制，以防止隧道绝缘层的绝缘击穿发生。即，从确保存储元件的重复写入的可靠性出发，自旋转转矩磁化切换所需的电流必须被限制。用于自旋转转矩磁化切换的电流还称为切换电流、存储器电流等。此外，由于ST-MRAM是非易失性存储器，需要稳定地存储通过电流写入的信息。即，需要确保存储层的磁化中的热波动的稳定性(热稳定性)。在不确保存储层的热稳定性情况下，由于热(操作环境的温度)而可以重写切换的磁化方向，这造成写入误差。ST-MRAM中的存储元件的优点是相较于现有技术中的MRAM而比例缩放，即，优点是存储层的体积能较小，这在上面以记录电流值进行了描述。然而，随着体积变小，热稳定性会恶化，只要其他特性相同。随着ST-MRAM的容量增大，存储元件的体积变更小，使得确保热稳定性是重要的。因而，在ST-RAM的存储元件中，热稳定性是显著重要的特性，并且需要以即使当体积减小时也要确保其热稳定性的方式设计存储元件。换言之，为了提供作为非易失性存储器的ST-MRAM，用于自旋转转矩磁化切换所需的切换电流减小，以不超过晶体管的饱和电流或者，或者击穿隧道障碍。此外，需要确保用于保持写入信息的热稳定性。期望提供一种减小切换电流并确保热稳定性的作为ST-MRAM的存储元件。根据本公开的实施例，提供一种存储设备，包括：具有磁化的存储元件，其中磁化方向配置为通过施加流过所述存储元件的电流而改变，所述存储元件包括Co-Fe-B磁性元件以及至少一个非磁性元件；磁化固定元件；非磁性材料，设置在所述存储元件和所述磁化固定元件之间；以及氧化物材料，作为非磁性材料设置在所述存储元件的相反侧上，其中所述氧化物材料包括Li。可选地，所述存储元件依序包括第一Co-Fe-B磁性元件、所述非磁性元件和第二Co-Fe-B磁性元件，并且其中所述非磁性元件包含Ta。可选地，所述氧化物材料包括由Al、Si、Cu、Mg、P、B和C中的至少一者和Li构成的氧化物。可选地，所述氧化物材料包括由Li和氧构成的氧化物。可选地，还包括中间层，由非磁性材料形成，并设置在所述存储元件和所述磁化固定元件之间。可选地，至少所述中间层的与所述存储元件接触的界面包括MgO膜。可选地，所述非磁性元件、第二Co-Fe-B磁性元件以及所述中间层形成层叠结构。可选地，所述氧化物材料、所述第一Co-Fe-B磁性元件以及所述非磁性元件形成层叠结构。本公开的这些和其他目标、特征和优点将从附图中图示的最佳实施方式的详细描述而变得更加明显。附图说明图1是根据本公开的实施例的存储设备的说明图；图2是根据实施例的存储设备的横截面视图；图3A和图3B各是根据本实施例的存储元件的构造的说明图；图4是根据实施例的存储元件的详细说明图；图5是根据实施例的存储元件的另一详细说明图；图6A至图6D各是根据实施例的样品的层叠结构的说明图；图7是各个实验样品的切换电压和热稳定性指数KV/KBT之间的关系的曲线图；以及图8A和图8B各是实施例应用到磁头的说明图。具体实施方式将以下列顺序描述本专利技术的实施例1.根据实施例的存储设备的构造2.根据实施例的存储元件的一般描述3.实施例的具体构造4.示例5.替换1.根据实施例的存储设备的构造首先，将描述根据本专利技术的实施例的存储设备的构造。图1和图2各示出根据实施例的存储设备的示意图。图1是立体视图，并且图2是横截面视图。如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储设备，包括：具有磁化的存储元件，其中磁化方向配置为通过施加流过所述存储元件的电流而改变，所述存储元件包括Co‑Fe‑B磁性元件以及至少一个非磁性元件；磁化固定元件；非磁性材料，设置在所述存储元件和所述磁化固定元件之间；以及氧化物材料，作为非磁性材料设置在所述存储元件的相反侧上，其中所述氧化物材料包括Li。

【技术特征摘要】
2011.12.01 JP 2011-2632881.一种存储设备，包括：具有磁化的存储元件，其中磁化方向配置为通过施加流过所述存储元件的电流而改变，所述存储元件包括Co-Fe-B磁性元件以及至少一个非磁性元件；磁化固定元件；非磁性材料，设置在所述存储元件和所述磁化固定元件之间；以及氧化物材料，作为非磁性材料设置在所述存储元件的相反侧上，其中所述氧化物材料包括Li。2.根据权利要求1所述的存储设备，其中所述存储元件依序包括第一Co-Fe-B磁性元件、所述非磁性元件和第二Co-Fe-B磁性元件，并且其中所述非磁性元件包含Ta。3.根据权利要求1所述的存储设...

【专利技术属性】
技术研发人员：山根一阳，细见政功，大森广之，别所和宏，肥后丰，浅山彻哉，内田裕行，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP