磁存储器制造技术

本实施方式的磁存储器具有至少一个存储器单元，所述存储器单元具有：导电层，具有第1端子和第2端子；一个磁阻元件，被配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层、并且具有第1磁性层、配置在所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接有阳极以及阴极中的一方；以及晶体管，具有第3及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接。

Magnetic storage

The magnetic memory has at least one memory unit, the memory unit has a conductive layer, with first and second terminals; a magnetoresistive element is disposed between the first terminal and the second terminal of the conductive layer, and a first magnetic layer, the magnetic configuration in second layer between the conductive layer and the first magnetic layer and configuration of nonmagnetic layer between the first magnetic layer and the second magnetic layer; diode of the first magnetic layer is electrically connected with the anode and cathode in one side; and a transistor has third and 4 terminals and a control terminal and the third terminal and the first connecting terminals.

【技术实现步骤摘要】
磁存储器交叉引用本申请是基于日本申请号为2016-053011、申请日为2016年3月16日的申请，并要求其优先权，其全部内容通过引用而并入。
本专利技术的实施方式涉及磁存储器。
技术介绍
MRAM(MagnetoresistiveRandomAccessMemory：磁性随机存储器)是可高速动作的非易失性的磁存储器。因此，MRAM作为以往没有的非易失性工作存储器而被期待，由大量的机构进行开发。在MRAM中，作为存储元件具有MTJ(MagneticTunnelJunction：磁性隧道结)元件。MTJ元件的基本结构具有磁性层/绝缘层/磁性层这3层，一个磁性层被称为存储层，另一个磁性层被称为参照层。另外，中间的绝缘层被称为隧道势垒，由流过隧道电流的程度的非常薄的绝缘膜构成。在作为存储元件具有MTJ元件的MRAM中，在存储层与参照层之间经由隧道势垒流过电流，从而进行写入以及读出动作。因此，在写入时存在隧道势垒破坏的危险，并且，在读出数据时存在存储层的磁化反转的读串扰的可能性。对此提出了使用自旋霍尔效应或者SOT(SpinOrbitTorque：自旋轨道转矩)使MTJ元件的存储层的磁化反转来进行写入的SOT-MRAM。该SOT-MRAM如后所述存在单元的面积变大这样的课题。
技术实现思路
本实施方式的磁存储器具有至少一个存储器单元，所述存储器单元具备：导电层，具有第1端子和第2端子；一个磁阻元件，被配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层，并且具有第1磁性层、配置在所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接有阳极以及阴极中的一方；以及晶体管，具有第3端子及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接。附图说明图1是说明自旋霍尔效应的图。图2是示出SOT-MRAM的存储元件的图。图3是SOT-MRAM的单位单元的等价电路图。图4是一个实施方式的SOT-MRAM的单位单元的等价电路图。图5是说明一个实施方式的SOT-MRAM的写入方法的图。图6是说明一个实施方式的SOT-MRAM的读出方法的图。图7是说明一个实施方式的变形例的SOT-MRAM的写入方法的图。图8是说明一个实施方式的变形例的SOT-MRAM的读出方法的图。图9是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图10是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图11是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图12是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图13是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图14是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图15是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图16是示出一个实施方式的SOT-MRAM的制造工序的平面图。图17是按图16所示的切断线A-A切断了的剖面图。图18是按图16所示的切断线B-B切断了的剖面图。图19A、19B是二极管的尺寸以及特性的图。图20A、20B、20C是二极管的尺寸以及特性的图。图21A、21B是示出MIM二极管的尺寸以及特性的图。图22A、22B是示出MIM二极管的尺寸以及特性的图。(符号说明)1、111～122：存储器单元；10、1011～1022：非磁性层(导电层)；10a、10b：端子；20、2011～2022：磁阻元件(MTJ元件)；22：存储层；24：非磁性层(非磁性绝缘层)；26：参照层；26a：端子；32、3211～3222：晶体管；40、4011～4022：二极管；60：字线驱动电路；70：比特线驱动电路；WL11、WL12：写入字线；WL21、WL22：读出字线；BL11、BL12：比特线；BL21、BL22：比特线。具体实施方式本实施方式的磁存储器具有至少一个存储器单元，所述存储器单元具备：导电层，具有第1端子和第2端子；一个磁阻元件，配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层、并且具有第1磁性层、配置于所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置于所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接阳极以及阴极中的一方；以及晶体管，具有第3端子及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接。以下，参照附图，说明实施方式。首先，在说明实施方式之前，说明实现本专利技术的原委。在作为存储元件具有MTJ元件的MRAM中，参照层的磁化的朝向固定，始终朝向相同的方向。另一方面，存储层的磁化的朝向可变，能够取针对参照层的磁化的朝向平行或者反平行方向。在存储层和参照层的朝向平行的情况下，经由隧道势垒的存储层与参照层之间的电气电阻为低电阻，在存储层和参照层的朝向反平行时为高电阻。将这样电阻值由于磁性体的磁化的朝向而变化的现象称为磁阻效应。MRAM是通过将MTJ元件的存储层的磁化的朝向与0或者1对应地存储，使用磁阻效应读出所存储的磁化的朝向的信息而成立的磁存储器。向MTJ元件进行的写入是使存储层的磁化反转，而作为其写入方法，使用STT(SpinTransferTorque：自旋转移矩)这样的原理。其是通过从存储层向参照层或者从参照层向存储层经由隧道势垒提供电流，使参照层的自旋矩对存储层作用，从而使存储层的磁化方向相对参照层的磁化方向平行或者反平行的方法。如果在从存储层向参照层流入电流的方向上通电，则自旋转矩在存储层的磁化与参照层成为平行的方向上发挥作用，如果从参照层向存储层流入电流，则自旋转矩在反平行方向上发挥作用。利用STT的写入的课题是由于通过对隧道势垒进行通电来进行写入，所以在写入时存在隧道势垒破坏的危险。另外，在读出数据时也进行通电，所以在读出数据时存在由于STT而存储层的磁化反转的读串扰的可能性。作为解决这些课题的磁存储器，已知使用自旋霍尔效应或者SOT使MTJ元件的存储层的磁化反转的SOT-MRAM。在此，自旋霍尔效应是指，如图1所示，通过在由自旋轨道相互作用大的物质构成的非磁性层10中流过电流，具有相互逆朝向的自旋角运动量(以下还简称为自旋)的电子向相反方向散射，发生自旋流Is的现象。此时，自旋s和自旋流Is以及电子流Ie(与电流相逆的朝向)满足Is∝s×Ie(1)的关系。即，自旋流Is与自旋s和电子流Ie的外积成比例。如图2所示，通过在上述非磁性层10上层叠磁阻元件(例如MTJ元件)20，能够利用在非磁性层10中发生的自旋流对MTJ元件20的存储层22提供自旋转矩(SOT)，使磁化反转。MTJ元件20具有存储层22、参照层26、以及配置于存储层与参照层26之间的非磁性绝缘层24。如果使对非磁性层10通电的电流的极性反转，则对MTJ元件20的存储层22发挥作用的自旋转矩(SOT)也反转。即，通过控制该电流，能够使存储层22的磁化的方向朝向相对参照层26的磁化方向平行或者反平行的期望的方向。将使用该原理进行写入的MRAM称为SOT-MRAM。SOT-MRAM具有至少一个存储器单元，该存储器单元1的等价电路的例子如图3所示。层叠非磁性层10和MTJ元件20。如图2所示，MTJ元件20的存储层22处于非磁性层10侧，参照层26配置于与非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储器，具有至少一个存储器单元，所述存储器单元具备：导电层，具有第1端子和第2端子；一个磁阻元件，被配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层，并且具有第1磁性层、配置在所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接有阳极以及阴极中的一方；以及晶体管，具有第3端子及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接。

【技术特征摘要】
2016.03.16 JP 2016-0530111.一种磁存储器，具有至少一个存储器单元，所述存储器单元具备：导电层，具有第1端子和第2端子；一个磁阻元件，被配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层，并且具有第1磁性层、配置在所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接有阳极以及阴极中的一方；以及晶体管，具有第3端子及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接。2.一种磁存储器，具备：第1至第4布线；写入及读出电路，与所述第1至第4布线连接；以及至少一个存储器单元，所述存储器单元具有：导电层，具有第1端子、和与所述第1布线电连接的第2端子；一个磁阻元件，被配置于所述第1端子与所述第2端子之间的所述导电层，并且具有第1磁性层、配置在所述导电层与所述第1磁性层之间的第2磁性层、及配置在所述第1磁性层与所述第2磁性层之间的非磁性层；二极管，对所述第1磁性层电连接有阳极及阴极中的一方，另一方与所述第2布线电连接；以及晶体管，具有第3端子及第4端子和控制端子，所述第3端子与所述第1端子电连接，所述第4端子与所述第3布线电连接，所述控制端子与所述第4布线电连接。3.根据权利要求2所述的磁存储器，其特征在于，在对所述第2磁性层写入信息的情况下，所述写入及读出电路使所述晶体管成为ON并且对所述二极管施加逆向电压，且对所述第1布线与所述第3布线之间供给电流，在从所述第2磁性层读出信息的情况下，所述写入及读出电路使所述晶体管成为OFF并且对所述第1布线与所述第2布线之间供给电流。4.根据权利要求2所述的磁存储器，其特征在于，所述晶体管的从源极朝向漏极的方向与所述第1布线以及所述第2布线分别延长的方向交叉。5.根据权利要求2所述的磁存储器，其特征在于，所述第1布线及所述第3布线分别在相同的方向上延伸，所述第2布线及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：下村尚治，浅尾吉昭，石原贵光，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP