磁存储元件制造技术

一种磁存储元件包括第一磁性层，该第一磁性层具有垂直于第一磁性层的表面的方向上的易磁化轴。第一非磁性层在第一磁性层上。第二磁性层在第一非磁性层上，并且具有固定磁化方向。第二非磁性层在第二磁性层上。第三磁性层在第二非磁性层上，并且具有垂直于第三磁性层的表面的固定磁化方向。第三非磁性层在第三磁性层上。存储层在第三非磁性层上，并且具有可变磁化方向，具有垂直于存储层的表面的方向上的易磁化轴。第一磁性层的磁化方向的改变比存储层中的改变更容易。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁存储元件相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月20日提交的日本优先权专利申请JP2016-084336的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及一种磁存储元件。
技术介绍
随着近年来各种类型的信息装置的性能的提高，在这些各种类型的信息装置中提供的存储装置和计算处理装置的性能也在提高。例如，在存储装置等中使用的非易失性半导体存储元件中，正在进行诸如高集成度、高速度和低电力消耗的改进。此外，为了进一步提高性能，除了闪存之外，各种类型的半导体存储元件(诸如铁电随机存取存储器(FeRAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)和磁随机存取存储器(MRAM))的开发正在进行。通过磁体的磁化方向存储信息的MRAM能够高速操作，并且具有高存储可靠性，因此作为优于闪存的存储元件而引起关注。特别地，在MRAM中，通过在磁性层中注入自旋极化电子来反转磁性层的磁化方向的、被称为自旋转移力矩-磁随机存取存储器(STT-MRAM)的磁存储元件引起关注。这里，在STT-MRAM中，为了减少写入误差以提高作为存储元件的可靠性，写入时的施加电压(即写入时的电流)增加，并且反转磁性层的磁化方向的概率增加。注意，在STT-MRAM中，当写入时所施加电压是特定值或更大时，由于磁体的磁不均匀性，发生写入错误率难以降低的、称为低概率分叉切换(LPBS)的现象。当LPBS发生时，为了满足作为存储元件所需的写入错误率，在写入时施加更高的电压，因此在写入时电力消耗增加。例如，下面的专利文献1公开了为了降低STT-MRAM的写入错误率而写入时的电压的信号处理。引用列表专利文献PTL1：美国专利申请公开号2014/0347918
技术实现思路
技术问题然而，为了采用专利文献1中公开的技术，需要单独地添加用于对在向配置STT-MRAM的磁存储元件写入时的电压进行信号处理的电路。因此，在采用专利文献1中公开的技术的磁存储元件中，电路尺寸增加，并且集成度降低。因此，本公开提出了一种新的和改进的磁存储元件，其可以通过减少LPBS而以较低的电力消耗来驱动，而不会降低集成度。问题的解决方案根据本公开的实施例，提供了一种磁存储元件，包括：存储层，其在与膜表面垂直的方向上具有易磁化轴，存储层的磁化方向是可变的；参考层，设置在存储层的至少一个表面侧，其间具有非磁性层，并且具有在垂直于膜表面的一个方向上固定的方向的磁化；磁化固定层，设置在与参考层的设置有存储层的表面相对的表面侧，其间具有非磁性层，并且具有在与参考层的磁化方向反平行方向上固定的方向的磁化；以及磁化辅助层，设置在与磁化固定层的设置有参考层的表面相对的表面侧，其间具有非磁性层，并且具有在与膜表面垂直的方向上的易磁化轴，其中磁化方向的变化比存储层中的变化更容易。根据本公开的实施例，提供了一种磁存储元件，包括：存储层，其通过磁化方向存储信息；磁化方向固定的参考层，参考层充当存储层的磁化方向的参考；磁化固定层，其与参考层磁耦合；以及磁化辅助层，其中磁化方向的变化比存储层中的变化更容易。当通过由流过存储层、参考层、磁化固定层和磁化辅助层的电流产生的自旋扭矩将信息写入存储层时，磁化辅助层沿与写入存储层的磁化方向的平行方向反转磁化，并将外部磁场施加到存储层。根据本公开的实施例，当写入信息时，通过磁化辅助层将与存储层的磁化反转方向平行的外部磁场施加到存储层，从而减少使得难以降低写入错误率的LPBS的发生。专利技术的有益效果如上所述，根据本公开，减小(或替代地，防止)LPBS而不降低磁存储元件的集成度，使得能够以较低的电力消耗进行驱动。注意，上述效果不一定是限制性的。利用或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任何一种效果或可以从本说明书中理解的其他效果。附图说明[图1]图1是示意性地示出根据本公开的实施例的磁存储元件的堆叠结构的说明图。[图2A]图2A是示出根据实施例的磁存储元件的L写入时的行为的说明图。[图2B]图2B是示出根据实施例的磁存储元件的H写入时的行为的说明图。[图3]图3是示意性地示出根据第一示例性变体的磁存储元件的堆叠结构的说明图。[图4]图4是示意性地示出根据第二示例性变体的磁存储元件的堆叠结构的说明图。[图5]图5是示意性地示出根据第三示例性变体的磁存储元件的堆叠结构的说明图。[图6]图6是示出根据工作示例1的磁存储元件的层结构的说明图。[图7]图7是示出根据比较示例的磁存储元件的层结构的说明图。[图8]图8是示出根据工作示例1的磁存储元件的写入错误率与施加电压之间的关系的曲线图。[图9]图9是示出根据比较示例的磁存储元件的写入错误率与所施加电压之间的关系的曲线图。[图10]图10是示出根据工作示例2的磁存储元件的层结构的说明图。[图11]图11是示出根据工作示例3的磁存储元件的层结构的说明图。[图12]图12是示出根据工作示例4的磁存储元件的层结构的说明图。[图13]图13是示出根据工作示例5的磁存储元件的层结构的说明图。[图14]图14是示出根据工作示例6的磁存储元件的层结构的说明图。[图15]图15是示出根据工作示例7的磁存储元件的层结构的说明图。[图16]图16是示出根据工作示例8的磁存储元件的层结构的说明图。[图17]图17是示意性地示出STT-MRAM的磁存储元件的堆叠结构的说明图。[图18]图18是示出当发生LPBS时磁存储元件的写入错误率与施加电压之间的关系的曲线图。[图19A]图19A是示出当未施加外部磁场时的写入错误率与所施加电压之间的关系的曲线图。[图19B]图19B是示出当施加外部磁场时的写入错误率与所施加电压之间的关系的曲线图。[图19C]图19C是示出当施加外部磁场时的写入错误率与所施加电压之间的关系的曲线图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例(一个或多个)。在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构元件用相同的附图标记表示，并且省略对这些结构元件的重复说明。注意，将按以下顺序进行描述。1.本公开的背景1.1.本公开的技术背景1.2.STT-MRAM的磁存储元件的配置1.3.写入时的错误率特征研究2.本公开的实施例2.1.磁存储元件的配置2.2.示例性变体3.本公开的工作示例4.结论<1.本公开的背景>(1.1.本公开的技术背景)首先，将描述本公开的技术背景。根据本公开的技术涉及存储各种类型的信息的非易失性半导体存储元件。非易失性半导体存储元件正在进行以闪存为代表的显着进步，并且其发展正在以驱逐除半导体存储元件之外的存储装置(诸如硬盘驱动器(HDD)装置)的势头进行。此外，除了数据存储之外，还研究将由非易失性半导体存储元件组成的存储装置开发成存储程序、计算参数等的代码储存器，以及临时存储在程序等的执行期间适当改变的参数的工作存储器。虽然NOR或NAND闪存代表如上所述的这种非易失性半导体存储元件，但是通过铁电的剩余极化存储信息的FeRAM、通过相变膜的相态存储信息的PCRAM以及通过磁体的磁化方向存储信息的MRAM等也被开发出来。特别地，MRAM通过磁体的磁化方向存储信息，因此可以高速且几乎没有限制地执行信息的重写。因此，MRAM正在深入开发，并且在诸如工业自动化装置和飞机的领域中部分地投入实际使用。注意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁存储元件，包括：第一磁性层，所述第一磁性层具有垂直于第一磁性层的表面的方向上的易磁化轴；第一非磁性层，所述第一非磁性层在第一磁性层上；第二磁性层，所述第二磁性层在第一非磁性层上，并且具有固定磁化方向；第二非磁性层，所述第二非磁性层在第二磁性层上；第三磁性层，所述第三磁性层在第二非磁性层上，并且具有垂直于第三磁性层的表面的固定磁化方向；以及第三非磁性层，所述第三非磁性层在第三磁性层上；存储层，所述存储层在第三非磁性层上，并且具有可变磁化方向，具有垂直于存储层的表面的方向上的易磁化轴，其中，第二磁性层的固定磁化方向位于第三磁性层的固定磁化方向的反平行方向，并且其中，第一磁性层的磁化方向的改变比存储层中的改变更容易。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.20 JP 2016-0843361.一种磁存储元件，包括：第一磁性层，所述第一磁性层具有垂直于第一磁性层的表面的方向上的易磁化轴；第一非磁性层，所述第一非磁性层在第一磁性层上；第二磁性层，所述第二磁性层在第一非磁性层上，并且具有固定磁化方向；第二非磁性层，所述第二非磁性层在第二磁性层上；第三磁性层，所述第三磁性层在第二非磁性层上，并且具有垂直于第三磁性层的表面的固定磁化方向；以及第三非磁性层，所述第三非磁性层在第三磁性层上；存储层，所述存储层在第三非磁性层上，并且具有可变磁化方向，具有垂直于存储层的表面的方向上的易磁化轴，其中，第二磁性层的固定磁化方向位于第三磁性层的固定磁化方向的反平行方向，并且其中，第一磁性层的磁化方向的改变比存储层中的改变更容易。2.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，使第一磁性层的磁化反转的电流量小于使存储层的磁化反转的电流量。3.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，第二磁性层和第一磁性层具有基本相同的磁各向异性和晶体取向方向。4.根据权利要求3所述的磁存储元件，其中，第二磁性层是由CoPt合金制成的膜、由CoNiPt合金制成的膜或者Pt、Pd或Ni和Co的堆叠膜，以及第一磁性层是由Cr、W、Mo或Ni和Co的合金制成的膜或者Pt、Pd或Ni和Co的堆叠膜。5.根据权利要求3所述的磁存储元件，其中第二磁性层是由FePt合金制成的膜、由CoPt合金制成的膜、或者由FePd合金制成的膜，以及第一磁性层是由Pt、Pd或Ni和Fe的合金制成的膜。6.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，第二磁性层是由FePt合金制成的膜、由CoPt合金制成的膜或者由FePd合金制成的膜，以及第一非磁性层是由氧化物材料制成的膜。7.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，第一非磁性层是由氧化物材料制成的膜，以及第一磁性层是由Fe、Co和Ni中的至少一种或多种以及B和C中的至少一种或多种的合金制成的膜。8.根据权利要求1所述的磁存储元件，还包括：第四磁性层，所述第四磁性层在存储层上；以及第五磁性层，所述第五磁性层在第四磁性层上，其中第四磁性层具有与第三磁性层相同的材料特性，并且其中第五磁性层具有与第二磁性层相同的特性。9.根据权利要求8所述的磁存储元件，还包括：第六磁性层，所述第六磁性层在第五磁性层上，其中第六磁性层具有与第一磁性层相同的材料特性。10.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，第三非磁性层包括具有绝缘特性的氧化物材料。11.根据权利要求1所述的磁存储元件，其中，第二非磁性层包括非磁性金属材料。12.一种磁存储元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森广之，细见政功，别所和宏，肥后丰，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