磁阻元件和磁存储器制造技术

本实施方案提供能降低漏磁场的磁阻效应元件和使用其的磁存储器。根据本实施方案的磁阻元件具备第1磁性层、第2磁性层以及设置于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间的第1非磁性层，所述第2磁性层具备包含选自由Mn、Fe、Co和Ni组成的第1组的至少一种元素、选自由Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au组成的第2组的至少一种元素、以及选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的第3组的至少一种元素的磁性体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁阻元件和磁存储器
本专利技术的实施方案涉及磁阻元件和磁存储器。
技术介绍
作为磁阻元件(magnetoresistiveelement)的MTJ(MagneticTunnelJunction)元件具备具有磁化方向可变的存储层、磁化方向不变的参考层以及设于存储层和参考层之间的绝缘层的层叠结构。已知该MTJ元件显示隧穿磁阻(TMR：TunnelingMagnetoresistive)效应，被用作磁随机存取存储器(MRAM：MagneticRandomAccessMemory)中的存储器基元(cell)的存储元件。MRAM根据MTJ元件中所包含的磁性层的磁化的相对角度的变化来存储信息(“1”、“0”)，是非易失性的。另外，磁化反转速度为数纳秒，因此可进行数据的高速写入、高速读出。因此，MRAM期待作为下一代的高速非易失性存储器。另外，如果利用通过自旋极化电流来控制磁化的被称作自旋注入磁化反转的方式，则能通过减小MRAM的基元尺寸(cell-size)来使电流密度增加。因此，可容易实现存储层的磁化反转，能实现高密度、低功耗的MRAM。在考虑了非易失性存储器的高密度化的情况下，磁阻元件的高集成化是不可或缺的。但是，构成磁阻元件的磁性体随着元件尺寸的减小化而耐热扰动性劣化。因此，使磁性体的磁各向异性和耐热扰动性改善成为课题。为了解决该问题，近年来，尝试构建利用了垂直MTJ元件(其磁性体的磁化向着与膜表面垂直的方向)的MRAM。构成垂直MTJ元件的磁性材料具有垂直磁各向异性。为了呈现垂直磁各向异性，选择具有磁晶各向异性、界面磁各向异性的材料。例如，FePt、CoPt、FePd等为具有强的磁晶各向异性的材料。其它作为将MgO用作隧道势垒层(tunnelbarrierlayer)的MTJ元件，还报道了使用以CoFeB为代表的具有界面垂直磁各向异性的材料。MTJ元件的存储层和参考层包含磁性体，对外部产生磁场。通常，在存储层和参考层具有垂直磁各向异性的垂直磁化型MTJ元件中，从参考层产生的漏磁场大于面内磁化型MTJ元件(其磁性体的磁化向着与膜表面平行的方向)的漏磁场。另外，与参考层相比矫顽力更小的存储层受到来自参考层的漏磁场的强烈影响。具体而言，由于来自参考层的漏磁场的影响，产生如下问题：发生存储层的磁化反转磁场的偏移，同时使热稳定性降低。在垂直磁化型MTJ元件中，作为降低施加于存储层的来自参考层的漏磁场的措施之一，提出了降低参考层的饱和磁化量、设置具有抵消参考层的磁化那样的磁化方向的磁性层(偏移调整层)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-064903号公报专利文献2：日本特开2013-251336号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本实施方案提供能降低漏磁场(杂散磁场(strayfield))的磁阻效应元件，以及使用了该元件的磁存储器。用于解决课题的手段根据本实施方案的磁阻元件具备第1磁性层、第2磁性层以及设于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间的第1非磁性层，所述第2磁性层具备包含选自由Mn、Fe、Co和Ni组成的第1组的至少一种元素、选自由Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au组成的第2组的至少一种元素、以及选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的第3组的至少一种元素的磁性体。附图说明图1是示出根据第1实施方案的磁阻效应元件的截面图。图2是示出根据第1实施方案的变形例的磁阻效应元件的截面图。图3是示出根据第2实施方案的磁阻效应元件的截面图。图4是示出根据第3实施方案的磁阻效应元件的截面图。图5是示出根据第4实施方案的磁阻效应元件的截面图。图6是示出根据第5实施方案的磁阻效应元件的截面图。图7A是示出在2个CoPt磁性层间插入了厚度为的Gd层的层叠结构的磁化曲线的图。图7B是示出在2个CoPt磁性层间插入了厚度为的Gd层的层叠结构的磁化曲线的图。图7C是示出在2个CoPt磁性层间插入了厚度为的Gd层的层叠结构的磁化曲线的图。图8是示出层叠了3次“CoPt/Gd”的层叠结构中的Ms×T与Gd层的厚度的关系的图。图9是示出层叠了3次“CoPt/Tb”的层叠结构中的Ms×T与Tb层的厚度依赖性的图。图10是示出Gd/CoPt层叠膜中的CoPt层的Ms与Gd层的厚度的关系的图。图11是示出SmCoCu/Gd/Ta层叠膜中的SmCoCu层的Ms与Gd层的厚度的关系的图。图12是对根据实施例1的磁阻元件和根据参照例的磁阻元件的隧穿磁阻效应比进行了比较的图。图13是示出使用了由SmCoCu构成的参考层的磁阻元件的由Ti构成的功能层的厚度与隧穿磁阻效应比的关系的图。图14是示出根据第6实施方案的磁存储器的存储器基元的截面图。图15是根据第6实施方案的磁存储器的电路图。具体实施方式以下，参照附图对实施方案进行说明。予以说明，在以下的说明中，关于具有同一功能和构成的要素赋予同样的附图标记，仅在必要时进行重复说明。(第1实施方案)图1中示出根据第1实施方案的磁阻元件的截面。第1实施方案的磁阻元件1为单一钉扎(singlepinned)结构的MTJ元件。该磁阻元件1具备层叠结构，该层叠结构具有：包含磁性体的存储层2、包含磁性体的界面磁性层5、包含磁性体的参考层6、设于存储层2和界面磁性层5之间的非磁性层4、设于界面磁性层5和参考层6之间的功能层7、设于相对于参考层6的与功能层7相反一侧的包含磁性体的偏移调整层10、以及设于参考层6和偏移调整层10之间的反铁磁耦合层8。即，第1实施方案的磁阻元件1具有将存储层2、非磁性层4、界面磁性层5、功能层7、参考层6、反铁磁耦合层8和偏移调整层10按该顺序层叠了的层叠结构(在图1中，从存储层2向偏移调整层10依次层叠了的层叠结构)。(变形例)另外，如图2中示出的根据第1实施方案的变形例的磁阻元件1A那样，可以是将偏移调整层10、反铁磁耦合层8、参考层6、功能层7、界面磁性层5、非磁性层4和存储层2按该顺序层叠了的层叠结构。即，在图2中示出的变形例中，具有以与图1所示的层叠顺序相反的顺序层叠了的层叠结构。而且，在第1实施方案的磁阻元件1及其变形例的磁阻元件1A中，存储层2、界面磁性层5、参考层6和偏移调整层10各自具有垂直磁各向异性。即，为包含磁性体的各层的磁化方向向着与膜表面垂直的方向(或具有垂直方向的成分)的垂直磁化型的MTJ元件。在此，“膜表面”是指各层的上表面。例如，“与膜表面垂直的方向”为包含存储层和参考层的层叠体的层叠方向。存储层2为包含磁化的方向可通过自旋极化了的电子的作用而反转的磁性体的层。作为存储层2，可使用：由选自磁性过渡元素的组(由Mn、Fe、Co和Ni组成的组)的一种元素构成的单质、包含选自上述磁性过渡元素的组的至少一种元素的合金、或包含选自上述磁性过渡元素的组的至少一种元素及选自非磁性元素的组(例如由B、Al、Si、Ti、V、Cr、Ga、Ge和Bi组成的组)的至少一种元素的合金。界面磁性体5可使用：由选自磁性过渡元素的组(由Mn、Fe、Co和Ni组成的组)的一种元素构成的单质、包含选自上述磁性过渡元素的组的至少一种元素的合金、选自上述磁性过渡元素的组的至少一种元素与硼B的化合物(例如FeB或CoFeB等)、或包含选自上述磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁阻元件，其具备第1磁性层、第2磁性层以及设于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间的第1非磁性层，所述第2磁性层具备包含选自由Mn、Fe、Co和Ni组成的第1组的至少一种元素、选自由Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au组成的第2组的至少一种元素、以及选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的第3组的至少一种元素的磁性体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.19 JP 2014-2349561.磁阻元件，其具备第1磁性层、第2磁性层以及设于所述第1磁性层和所述第2磁性层之间的第1非磁性层，所述第2磁性层具备包含选自由Mn、Fe、Co和Ni组成的第1组的至少一种元素、选自由Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au组成的第2组的至少一种元素、以及选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的第3组的至少一种元素的磁性体。2.权利要求1所述的磁阻元件，其中，所述磁性体包含Gd和Tb的至少一者、以及Co和Pt。3.权利要求1所述的磁阻元件，其中，所述磁性体具有第1层和第2层的层叠结构，该第1层包含选自所述第1组的至少一种元素和选自所述第2组的至少一种元素，该第2层包含选自所述第3组的至少一种元素。4.权利要求1所述的磁阻元件，其还具备设于所述第2磁性层和所述第1非磁性层之间的第3磁性层。5.权利要求4所述的磁阻元件，其中，所述第2磁性层与所述第3磁性层相接。6.权利要求4所述的磁阻元件，其还具备设于所述第2磁性层和所述第3磁性层之间、使所述第2磁性层的磁化和所述第3磁性层的磁化反平行地耦合的反铁磁耦合层。7.权利要求1所述的磁阻元件，其还具备设于所述第2磁性层和所述第1非磁性层之间的第3磁性层、以及设于所述第2磁性层和所述第3磁性层之间的金属层。8.权利要求7所述的磁阻元件，其中，所述金属层是由选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的组的至少一种元素构成的单一层。9.权利要求7所述的磁阻元件，其中，所述金属层具有具备第1层和第2层的层叠结构，该第1层包含选自由Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu组成的组的元素，该第2层包含选自由Mg、Ti、Sc、Co、Zr、Hf、Zn、Nb、Mo、Ta和W组成的组的至少一种元素。10.权利要求9所述的磁阻元件，其中，以所述第1层与所述第2磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷直基，落合隆夫，大坊忠臣，加藤侑志，大岭俊平，伊藤顺一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP