磁性膜及其磁化反转方法和机构、及磁随机存取存储器技术

提供一种磁性膜及其磁化反转方法和机构、及磁随机存取存储器。该磁随机存取存储器能够以小的写入电流写入信息。本发明专利技术的磁性膜，局部地具有磁化反转比其它部分相对更容易的部分。本发明专利技术的磁性膜的磁化反转机构具有在磁性膜的一部分上施加比其它部分相对更强的磁场的施加凸起。本发明专利技术的磁随机存取存储器，把由上述多层磁性膜构成的磁致电阻效应膜作为存储元件，或者，把上述磁化反转机构作为信息的写入单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性膜、磁性膜的磁化反转方法、磁性膜的反转机构、及磁随机存取存储器。
技术介绍
近年来，磁随机存取存储器(MRAM)作为置换很多现有固体存储器的替代存储器而受到重视。所谓MRAM是利用纳米区的与电子自旋有关的传导现象的磁致电阻效应的高速非易失性存储器。特别是，利用自旋隧道磁致电阻(TMR)效应的MRAM，由于得到大的读出信号，所以在高记录密度化或高速读出方面是有利的，在近年的研究报告中证实了实用性。在MRAM中，磁致电阻效应膜作为存储元件使用。该磁致电阻效应膜的基本结构如图5所示，是B、C这两个磁性膜夹着非磁性膜A层叠起来的夹层结构，可以看到根据与非磁性膜A相接而形成的B、C这两个磁性膜的过渡族金属原子的磁化方向(下面，只称为“磁性膜的磁化方向”)，其电阻值不同。具体地说，B、C这两个磁性膜的磁化方向为同方向(平行)时电阻值较小，为反方向(反平行)时电阻值较大。MRAM利用这个性质来读出信号。例如，把B、C这两个磁性膜的磁化方向平行时定为“0”、把反平行时定为“1”，通过把B、C这两个磁性膜中的一个磁性膜C的磁化方向作成与记录的信息对应的方向把信息写入。另外，把另一个磁性膜B的磁化方向固定。于是，当把某一恒定的电压施加到记录着“0”的磁致电阻效应膜上时，在该磁致电阻效应膜中流动的电流比较大，当记录着“1”时，流动的电流比较小。因此，利用读出放大器检测该电流值的不同，由此，可以判别记录着的信息是“0”还是“1”。即，能够读出信息。在此，在作为磁性膜使用面内磁化膜的MRAM的情况下，为了谋求提高记录密度而减小存储元件的尺寸时，由于反磁场或端面磁化卷曲的影响产生不能保持信息的问题。具体地说，NiFe/Cu/Co等磁致电阻效应膜的饱和磁化的大小大于等于约800[emu/cc]((1/4π)×104[emu]＝1[Wb/m2])，存储元件的宽度约为亚微米级别时，膜端面的磁极靠近、反磁场增加，由此，自旋在膜端面反转，在侧面成为平行地取向。为了避免面内磁化膜具有的上述问题，可以考虑例如把磁性膜的形状作成长方形，但是，在该方法中由于不能减小存储元件的尺寸故不能充分期待提高记录密度。因此，例如如特开平11-213650号公报(US6219275)中所述，提出了通过使用垂直磁化膜来避免上述问题的提案。在垂直磁化膜的情况下，由于饱和磁化的大小在最大时也抑制到约为300[emu/cc]，反磁场能量比垂直磁各向异性常数小，所以即使元件的宽度减小，膜端面的磁极也不靠近，反磁场也不增加。因此，可以实现尺寸比使用由面内磁化膜构成的存储元件的MRAM小的MRAM。作为用作MRAM存储元件的垂直磁化膜，稀土类金属和过渡族金属的非晶合金膜是适合的，作为稀土类金属一般使用Gd或Tb，作为过渡族金属一般使用Fe或Co。为了在MRAM上记录信息，使写入电流在存储元件(磁致电阻效应元件)附近布线的写入线中流动，利用由此产生的磁场使一个磁性膜的磁化方向成为与要记录的信息对应的方向。在此，为了使磁性膜的磁化方向反转(磁化反转)所需要的磁场现在约为几十[Oe](1[Oe]＝79.6[A/m])。但是，为了把这样大的磁场施加到存储元件上，必须使较大的写入电流在写入线中流动，由于写入线的截面面积而流过大到会因迁移等断线的电流密度。即，使用由垂直磁化膜构成的存储元件能够实现MRAM的小型化，但是，可以预料，产生了由于在写入线中可以通电的写入电流的极限而不能向存储元件记录信息的新问题。还可以预料，还产生了功耗增大的问题。另一方面，如果增大写入线的截面面积就可以解决上述问题，但是，那就成为与存储器整体小型化相反的结果，也解决不了功耗增大的问题。
技术实现思路
在磁性膜上施加均匀磁场时，在该磁性膜的一部分上产生局部的磁化反转而形成磁畴，之后，上述磁畴立刻扩大、磁性膜全体磁化反转。针对图5所示的磁性膜C，具体地说明该情况。在磁性膜C上施加与磁化方向反平行的磁场时，磁性膜C迁移到能量高的状态。之后，慢慢增大外部磁场时，如图6(a)所示，在磁性膜C中产生局部的磁化反转而形成微小的磁畴D。所形成的微小磁畴D，除了外部磁场以外还由于来自周围的漏磁场而瞬时扩大(图6(b))，磁性膜C全体磁化反转(图6(c))。如上所述，磁性膜的磁化反转通过在磁性膜内形成小磁畴而引起。本专利技术的目的在于，利用磁性膜的上述特性至少解决上述问题之一。更具体地说，目的在于提供即使利用比迄今弱的磁场也能进行磁化反转的磁性膜和多层磁性膜。目的还在于提供即使利用比迄今小的电流也能够使磁性膜进行磁化反转的磁性膜的磁化反转方法和磁化反转机构。而且还提供即使利用比迄今小的写入电流也能够记录信息的MRAM。用于达到上述目的的本专利技术的磁性膜或多层磁性膜，其主要特征在于局部地设有磁化反转比其它部分相对更容易的部分。此外，用于达到上述目的的本专利技术的磁性膜磁化反转方法，其特征在于在磁性膜的整个面上施加磁场的同时，在该磁性膜的一部分上局部地施加比上述磁场相对更强的磁场，由此，使该磁性膜的磁化方向朝向施加磁场的方向。此外，用于达到上述目的的本专利技术的磁性膜的磁化反转机构，其主要特征在于具有在磁性膜的一部分上施加比其它部分相对更强的磁场的施加凸起。此外，用于达到上述目的的本专利技术的磁随机存取存储器，其主要特征在于把由上述多层磁性膜构成的磁致电阻效应膜作为存储元件。或者，其特征在于使用上述磁化反转方法。或者，其主要特征在于把上述磁化反转机构作为信息的写入单元。附图说明图1为示出本专利技术的磁随机存取存储器实施方式的一个例子的示意图。图2为示意地示出构成图1所示的磁随机存取存储器的存储元件和磁化反转机构的放大剖面图。图3为示意地示出构成本专利技术的磁随机存取存储器的存储元件和磁化反转机构的另一例的放大剖面图。图4为示意地示出构成本专利技术的磁随机存取存储器的存储元件和磁化反转机构的又一例的放大剖面图。图5为示意地示出磁致电阻效应膜的磁化方向与电阻值的关系的剖面图。图6A、6B和6C为示意地示出磁性膜的磁化反转机构的剖面图。具体实施例方式(实施方式1)基于图1和图2，详细地说明用于实施本专利技术的磁随机存取存储器的最佳方式的一个例子。图1为示出MRAM 100的基本结构的示意图。图2为示意地示出构成MRAM 100的存储元件200和磁化反转机构300的放大图。关于MRAM 100，在构成晶体管结构的未图示的半导体基板上形成层间绝缘膜，在该层间绝缘膜内以栅格状形成多个存储元件200；和针对各存储元件的、作为信息写入单元和读出单元而起作用的磁化反转机构300。图中，在存储元件的两侧配置有作为磁化反转机构的写入线，但是，也可以只配置在一侧。各存储元件200由依次层叠例如，作为第1磁性膜201的由膜厚10nm的Tb19(Fe50Co50)81构成的垂直磁化膜、作为非磁性膜(隧道膜202)的2nm的氧化铝膜、以及作为第2磁性膜203的由10nm的Gd20(Fe50Co50)80构成的垂直磁化膜而形成的隧道磁致电阻效应膜(TMR膜)构成，上述层叠方向的电阻随第1磁性膜201与第2磁性膜203的磁化方向的相对角不同而不同。再有，第1磁性膜201从图2的下方朝向上方垂直地磁化，并且，第1磁性膜201的矫顽力比第2磁性膜203的矫顽力大，不因磁化反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性膜，其特征在于，局部地设有磁化反转比其它部分相对更容易的部分。

【技术特征摘要】
JP 2003-9-3 311307/20031.一种磁性膜，其特征在于，局部地设有磁化反转比其它部分相对更容易的部分。2.一种多层磁性膜，由至少两个磁性膜层叠而成，其特征在于在上述两个磁性膜中的矫顽力相对较弱的磁性膜上，局部地设有磁化反转比其它部分相对更容易的部分。3.根据权利要求2所述的多层磁性膜，其特征在于上述两个磁性膜夹着非磁性膜层叠。4.一种磁性膜的磁化反转方法，其特征在于在磁性膜的整个面上施加磁场的同时，在该磁性膜的一部分上局部地施加比上述磁场相对更强的磁场，由此，使该磁性膜的磁化方向朝向施加磁场的方向。5.根据权利要求4所述的磁性膜的磁化反转方法，其特征在于上述磁性膜是由至少两个磁性膜夹着非磁性膜层叠而成的。6.一种磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田贵司，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]