自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器制造技术

本发明专利技术提供可靠性高的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。该自旋轨道转矩型磁化旋转元件包括：第1铁磁性层；和自旋轨道转矩配线，其第1面面对所述第1铁磁性层，从所述第1铁磁性层的层叠方向上俯视时所述自旋轨道转矩配线的长轴在第1方向上延伸，所述第1面沿与所述第1铁磁性层的层叠方向正交的基准面扩展，所述自旋轨道转矩配线包括：通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第1端且与所述第1方向正交的第1截断面；和通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第2端且与所述第1方向正交的第2截断面，所述第1截断面的面积与所述第2截断面的面积不同。

Spin orbit torque type magnetic rotation element, spin orbit torque type magnetoresistance effect element and magnetic memory

【技术实现步骤摘要】
自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器
本专利技术涉及一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。
技术介绍
由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(GMR)元件以及在非磁性层中使用了绝缘层(隧道势垒层，势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件作为磁阻效应元件广为人知。磁阻效应元件可应用于磁传感器、高频部件、磁头和非易失性随机访问存储器(MRAM)。MRAM是集成了磁阻效应元件的存储元件。MRAM利用以下特性读取数据：即，当磁阻效应元件中夹着非磁性层的2个铁磁性层的彼此的磁化方向发生变化时，磁阻效应元件的磁阻发生变化的特性。铁磁性层的磁化方向例如利用电流产生的磁场进行控制。此外，例如，铁磁性层的磁化方向，利用通过在磁阻效应元件的层叠方向上流过电流而产生的自旋转移转矩(spintransfertorque：STT)进行控制。在利用STT改写铁磁性层的磁化方向的情况下，在磁阻效应元件的层叠方向流通电流。写入电流成为磁阻效应元件的特性劣化的原因。近年来，在写入时可以不在磁阻效应元件的层叠方向上流通电流的方法备受关注。其中的一个方法是利用了自旋轨道转矩(SOT)的写入方法(例如，专利文献1)。SOT由因自旋轨道相互作用而产生的自旋流或不同种类材料的界面的Rashba效应引发。磁阻效应元件内用于引发SOT的电流，在与磁阻效应元件的层叠方向交差的方向流动。即，没有必要在磁阻效应元件的层叠方向流通电流，能够期待磁阻效应元件的长寿命化。此外，非专利文献1中记载了利用SOT的磁化反转的时间上和空间上的性能。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2017-216286号公报非专利文献非专利文献1：ManuelBaumgartneretal.，“Time-andspatially-resolvedmagnetizationdynamicsdrivenbyspin-orbittorques”，Nat.Nanotech.,12,980-986(2017)。
技术实现思路
专利技术想要解决的技术问题非专利文献1中记载了这样的内容，因施加于铁磁性层的外部磁场的方向、在与铁磁性层相邻的自旋轨道转矩配线内流动的电流的方向等，磁化反转的开始点发生变动。磁化反转的开始点发生变动，在铁磁性层内的任意部位发生磁化反转的容易程度(磁化的稳定性)一定的情况下，不会成为问题。但是，在量产等的实际的元件中，发生磁化反转的容易程度，存在因制造偏差等根据铁磁性层内的各个部位而不同的情况。在此情况下，在从铁磁性层内的任意的A点开始磁化反转的情况下、以及在从不同于A点的B点开始磁化反转的情况下，存在磁化反转的时间上以及空间上的性能不同的情况。即，即使对铁磁性层施加相同能量，也会发生这样的情况，在从特定的开始点开始了磁化反转的情况下磁化反转适当地传递，而在从其它开始点开始了磁化反转的情况下，磁化反转不适当地传递。因此，磁化反转的开始点发生变动可能成为导致磁阻效应元件的可靠性下降的一个原因。本专利技术就是鉴于上述的情况而完成的，提供一种使磁化反转的性能统一，可靠性高的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器。用于解决技术问题的技术手段本专利技术为了解决上述的技术问题，提供以下的技术手段。(1)第1方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件包括：第1铁磁性层；和自旋轨道转矩配线，其第1面面对所述第1铁磁性层，从所述第1铁磁性层的层叠方向上俯视时所述自旋轨道转矩配线的长轴在第1方向上延伸，所述第1面沿与所述第1铁磁性层的层叠方向正交的基准面扩展，所述自旋轨道转矩配线包括：通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第1端且与所述第1方向正交的第1截断面；和通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第2端且与所述第1方向正交的第2截断面，所述第1截断面的面积与所述第2截断面的面积不同。(2)上述方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件中，也可以是从所述第1铁磁性层的层叠方向俯视时，所述自旋轨道转矩配线的在与所述第1方向正交的第2方向上的宽度，在所述第1截断面上和所述第2截断面上不同。(3)上述方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件中，也可以是所述自旋轨道转矩配线的厚度在所述第1截断面上和在所述第2截断面上不同。(4)上述方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件也可以是，从所述第1铁磁性层的层叠方向上俯视时，所述第1铁磁性层在从所述第1端至所述第2端之间，具有与所述第1方向正交的第2方向的宽度局部变窄的窄幅部。(5)上述方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件也可以是，在从所述第1端至所述第2端之间，具有多个所述窄幅部。(6)第2方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件包括：上述方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件；位于所述第1铁磁性层的与所述自旋轨道转矩配线相反侧的磁化固定层；和位于所述磁化固定层与所述第1铁磁性层之间的第1非磁性层。(7)上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件也可以构成为：还包括磁场施加机构，其在所述第1截断面的面积大于所述第2截断面的面积的情况下，施加从所述第1端朝向所述第2端的磁场，并在所述第1截断面的面积小于所述第2截断面的面积的情况下，施加从所述第2端朝向所述第1端的磁场。(8)上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件也可以构成为：所述磁化固定层从靠近所述第1铁磁性层的位置起依次具有第2铁磁性层、第2非磁性层和第3铁磁性层，所述第2铁磁性层的饱和磁化与体积之积大于所述第3铁磁性层的饱和磁化与体积之积，所述第2铁磁性层和所述第3铁磁性层各自的磁化的取向方向相反，所述磁化固定层对所述第1铁磁性层施加从所述第2端朝向所述第1端的磁场。(9)上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件也可以构成为：所述自旋轨道转矩配线的自旋霍尔角为正的极性，主要包含选自第8族、第9族、第10族、第11族和第12族中的任意的金属元素。(10)上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件也可以构成为：所述磁化固定层从靠近所述第1铁磁性层的位置起依次具有第2铁磁性层、第2非磁性层和第3铁磁性层，所述第2铁磁性层的饱和磁化与体积之积小于所述第3铁磁性层的饱和磁化与体积之积，所述第2铁磁性层和所述第3铁磁性层各自的磁化的取向方向相反，所述磁化固定层对所述第1铁磁性层施加从所述第1端朝向所述第2端的磁场。(11)上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件也可以构成为：所述自旋轨道转矩配线的自旋霍尔角为负的极性，主要包含选自第3族、第4族、第5族和第6族中的任意的金属元素。(12)第3方式的磁存储器包括多个上述方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。专利技术的效果根据本实施方式所涉及的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件和磁存储器，可以提高元件的可靠性。附图说明图1是第1实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的立体图。图2是第1实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于，/n包括：/n第1铁磁性层；和/n自旋轨道转矩配线，其第1面面对所述第1铁磁性层，从所述第1铁磁性层的层叠方向俯视时所述自旋轨道转矩配线的长轴在第1方向上延伸，/n所述第1面沿与所述第1铁磁性层的层叠方向正交的基准面扩展，/n所述自旋轨道转矩配线包括：通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第1端且与所述第1方向正交的第1截断面；和通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第2端且与所述第1方向正交的第2截断面，/n所述第1截断面的面积与所述第2截断面的面积不同。/n

【技术特征摘要】
20181031 JP 2018-2058121.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于，
包括：
第1铁磁性层；和
自旋轨道转矩配线，其第1面面对所述第1铁磁性层，从所述第1铁磁性层的层叠方向俯视时所述自旋轨道转矩配线的长轴在第1方向上延伸，
所述第1面沿与所述第1铁磁性层的层叠方向正交的基准面扩展，
所述自旋轨道转矩配线包括：通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第1端且与所述第1方向正交的第1截断面；和通过所述第1铁磁性层的所述第1方向上的第2端且与所述第1方向正交的第2截断面，
所述第1截断面的面积与所述第2截断面的面积不同。


2.如权利要求1所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于：
从所述第1铁磁性层的层叠方向俯视时，所述自旋轨道转矩配线的在与所述第1方向正交的第2方向上的宽度，在所述第1截断面上和在所述第2截断面上不同。


3.如权利要求1或2所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于：
所述自旋轨道转矩配线的厚度在所述第1截断面上和在所述第2截断面上不同。


4.如权利要求1～3中任一项所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于：
从所述第1铁磁性层的层叠方向俯视时，所述第1铁磁性层在从所述第1端至所述第2端之间，具有与所述第1方向正交的第2方向的宽度局部变窄的窄幅部。


5.如权利要求4所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其特征在于：
在从所述第1端至所述第2端之间，具有多个所述窄幅部。


6.一种自旋轨道转矩型磁阻效应元件，其特征在于，包括：
权利要求1～5中任一项所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件；
位于所述第1铁磁性层的与所述自旋轨道转矩配线相反侧的磁化固定层；和
位于所述磁化固定层与所述第1铁磁性层之间的第1非磁性...

【专利技术属性】
技术研发人员：积田淳史，盐川阳平，佐佐木智生，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP