磁存储装置与磁基片制造方法及图纸

磁存储装置与磁基片，提供一种降低写入时的耗电的ＭＲＡＭ，同时，提供一种降低擦除和写入花费的时间的ＭＲＡＭ。把彼此平行设置的多个位线ＢＬ１配置成在相互平行配置的多个字线ＷＬ１的上部交叉。在字线和位线夹持的各交点上形成ＭＲＡＭ单元ＭＣ２。把各ＭＲＡＭ单元ＭＣ３配置成用箭头表示的易磁化轴相对位线和字线倾斜４５度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁存储装置，特别涉及具有把磁隧道结用作各个存储器单元的非易失性存储器阵列的磁存储装置。
技术介绍
<隧道磁电阻效应> 把2个铁磁体夹住绝缘体的结构叫作磁隧道结(Magnetic TunnelJunctionMTJ)。图67表示MTJ的概念。图67中，配置成铁磁层FM21和FM22夹住绝缘层TB，成为向铁磁层FM21和FM22施加电压的结构。该结构中，测定隧穿绝缘层TB的电流时，有2个铁磁层的磁化方向不同，观测到电流值不同的现象。该现象叫作隧道磁电阻(Tunnel Magnetic ResistanceTMR)效应。用图68～图70说明TMR。图68表示过渡金属的态密度N(E)的简图。图68中，横轴表示态密度，纵轴表示能量E，按自旋方向分别表示原子拥有的电子。即，图68中左侧表示具有自旋方向向下的电子的原子的态密度，右侧表示具有自旋方向向上的电子的原子的态密度。图68中，为了简单表示3d轨道和4s轨道中电子填充到费米能级的原子，以费米能级为界，以阴影表示电子填充到费米能级的原子。过渡金属成为铁磁体是因为在电子填充到费米能级的原子中，在3d轨道的电子中，向上自旋的数目和向下自旋的个数不同。即，4s轨道上的电子因向上自旋的个数和向下自旋的个数相同而不促进磁性产生。图69和图70是简单表示TMR效应的图。图69中，构成绝缘层TB的左侧的铁磁层FM21的原子的3d轨道中，具有向下自旋的电子的原子的态密度比具有向上自旋的电子的原子的态密度多，磁化方向整体向下。绝缘层TB右侧的铁磁层FM22也同样，磁化方向整体向下。电子隧穿引起主要保存始状态和终状态的自旋方向。图69的情况中，由于始状态(铁磁层FM21内)和终状态(铁磁层FM22内)的向下的自旋态密度都很大，隧道概率增大，隧道电流也增大。即隧道磁电阻减小。另一方面，由于图70中具有始状态(铁磁层FM21内)的向上自旋的电子的原子的态密度大，但具有终状态(铁磁层FM22内)的向上自旋的电子的原子的态密度小，隧道概率减小，隧道电流也减小。即隧道磁电阻增大。这里，若两个铁磁层的磁化方向彼此相同时的电阻为RF，相互反向时的电阻为RAF，则隧道磁电阻变化率(Tunnel MagneticResistance RateTMRR)用下式表示。(式1)TMRR=RAF-RFRA=P1P21-P1P2·········(1)]]>在上述式(1)中，P1、P2分别是铁磁层FM21和FM22的自旋极化率。而且，σ自旋带的费米面的态密度为Dσ(EF)时，自旋极化率用下式表示。(式2)P=D↑(EF)-D↓(EF)D↑(EF)+D↓(EF)·········(2)]]>即，费米面的向上自旋和向下自旋的态密度差越大，自旋极化率越大。自旋极化率越接近1，TMR越大。自旋极化和磁化的比例已知。这里，表1中汇总表示出各种磁体的自旋极化率。表1 利用以上说明的TMR效应，将两个铁磁层的磁化方向对应于0或1存储数据的装置就是MRAM(Magnetic Random Access Memory)。于是，有一种情况是想仅改变MTJ的两个铁磁层之一的磁化方向，但图67的结构中施加磁场时，二个铁磁层的磁化方向却都改变了。因此，为了固定一个铁磁层的磁化方向的目的，如图71所示，提出在一个铁磁层上形成反铁磁层的结构。图71中，铁磁层FM21和FM22夹住绝缘层TB，在铁磁层FM21上部配置反铁磁层AF。另外，反铁磁层AF上连接直流电源的正电极，铁磁层FM22上连接负电极。相邻形成铁磁层和反铁磁层时，通过闭合贯通二者的磁力线固定磁化方向。将该结构叫作自旋阀型铁磁隧道结元件。图72表示自旋阀型铁磁隧道结元件的变形例的结构。图72中，铁磁层FM21和FM22夹住绝缘层TB，在铁磁层FM21上部配置反铁磁层AF，在铁磁层FM22的下部配置铁磁层FM23。这里，反铁磁层AF例如用含Ir(铟)20-30atom％的IrMn构成，固定铁磁层FM21的磁化方向，但由于较好是磁化方向相对外部磁场难以反转，因此作为铁磁层FM21，可使用矫顽力大的CoFe。如使用式(1)说明的那样，隧道磁电阻变化率(TMRR)随自旋极化率大而增大，作为自旋极化率大的材料，使用CoFe。另一方面，铁磁层FM22中也使用相同的CoFe，但希望铁磁层FM22是矫顽力小的材料，以便可由小的外部磁场控制磁化方向。图72的结构中，为了铁磁层FM22的磁化方向容易反转，作为铁磁层FM23，使用矫顽力和自旋极化率小的Ni80Fe20(坡莫合金)。由此，铁磁层FM22在小的外部磁场中可反转磁化方向。图73表示图72所示的自旋阀型铁磁隧道结元件的实际结构，图74表示该结构中的TMR的实际测定特性。图73中，绝缘层TB配置在平面配置于基片BD上的反铁磁层AF和铁磁层FM21的层叠体上部，绝缘层TB上部配置铁磁层FM23。这种结构中，施加外部磁场，测定磁电阻MR的变化的结果如图74所示。图74中，横轴表示磁场(按1奥斯特＝约79A/m换算)、纵轴表示隧道磁电阻率(TMRR)。从图74判断出，TMRR实现36％的值、反转磁化方向需要的磁场大约低至30(×79A/m)、得到相对磁场方向对称的磁滞回线。<MRAM的结构和动作原理> 在外部磁场中控制成在MRAM中构成存储器单元的磁隧道结元件的两个铁磁体的磁化方向在相同或者相反的方向上，磁化方向相同或相反的方向状态对应于0或1存储数据。存储的数据可通过在存储器单元中流过规定电流、检测隧道磁电阻的两端电压来读出。并且，由于隧道磁电阻值的变化率(TMRR)越大，越容易检测，MRAM中最好是自旋极化率大的铁磁材料。使用布线(字线和位线)中流过规定电流产生的磁场，改变一个铁磁体的磁化方向即可写入数据。<MRAM单元的结构> 下面作为MRAM的已有例，说明美国专利USP5,793,697公开的MRAM的结构和动作。图75是表示MRAM单元阵列和单元的透视图。图75中，相互平行配置位线4，5和6，使得其在彼此平行设置的字线1，2和3的上部交叉。并且，字线和住线夹住的各交叉点中形成MRAM单元(后面有时简称单元)9。如图75中放大显示的那样，MRAM单元9是在字线上层叠硅pn结二极管7和磁隧道结元件(MTJ)8的结构。图76是表示MRAM单元9的剖面结构的简图。图76中，例示出字线3上的MRAM单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储装置，配备：非接触地交叉、构成矩阵的多个位线和多个字线；分别配置在所述多个位线和所述多个字线的交叉部上、包括至少一个磁隧道结的多个存储器单元，包括： 分别连接于所述多个位线的第一端、可切换所述第一端与第一电源或第二电源的电连接的多个第一切换部件； 分别连接于所述多个位线的第二端、可切换所述第二端与所述第一电源或所述第二电源的电连接的多个第二切换部件。

【技术特征摘要】
JP 2001-2-6 29426/011.一种磁存储装置，配备非接触地交叉、构成矩阵的多个位线和多个字线；分别配置在所述多个位线和所述多个字线的交叉部上、包括至少一个磁隧道结的多个存储器单元，包括分别连接于所述多个位线的第一端、可切换所述第一端与第一电源或第二电源的电连接的多个第一切换部件；分别连接于所述多个位线的第二端、可切换所述第二端与所述第一电源或所述第二电源的电连接的多个第二切换部件。2.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第一切换部件具有各个第一主电极连接于所述多个位线的第一端、各个第二主电极连接于所述第一电源和所述第二电源的同一导电型的第一和第二MOS晶体管，所述第二切换部件具有各个第一主电极连接于所述多个位线的第二端、各个第二主电极连接于所述第一电源和所述第二电源的同一导电型的第三和第四MOS晶体管。3.根据权利要求1所述的磁存储装置，所述第一切换部件具有各个第一主电极连接于所述多个位线的第一端、各个第二主电极连接于所述第一电源和所述第二电源的不同导电型的第一和第二MOS晶体管，所述第二切换部件具有各个第一主电极连接于所述多个位线的第二端、各个第二主电极连接于所述第一电源和所述第二电源的不同导电型的第三和第四MOS晶体管。4.根据权利要求3所述的磁存储装置，还包括连接在所述第一和第二MOS晶体管的各个所述第一主电极之间的与所述第二MOS晶体管相同导电型的第五MOS晶体管、连接在所述第三和第四MOS晶体管的各个所述第一主电极之间的与所述第四MOS晶体管相同导电型的第六MOS晶体管，所述第五和第六MOS晶体管的控制电极连接于提供一直为接通状态的规定电压的第三电源。5.一种磁存储装置，配备具有多个存储器单元阵列、跨过所述多个存储器单元阵列的多个主字线、对应于所述多个存储器单元阵列的每一个配置的多个存储器单元阵列选择线的至少一个存储器单元阵列组，该存储器单元阵列由多个存储器单元构成，该存储器单元包括非接触地交叉、构成矩阵的多个位线和多个字线以及分别配置在所述多个位线和所述多个字线的交叉部上的至少一个磁隧道结，所述多个字线分别连接于分别设置在所述多个主字线和所述多个存储器单元阵列选择线的交叉部上的第一组合逻辑门的输出，所述第一组合逻辑门的输入连接于处于交叉状态的所述多个主字线之一与所述多个存储器单元阵列选择线之一。6.根据权利要求5所述的磁存储装置，包括多个所述至少一个存储器单元阵列组，还包括跨过所述多个存储器单元阵列组的多个总字线和对应于所述多个存储器单元阵列组的每一个设置的多个存储器单元阵列选择线，所述多个主字线分别连接于分别设置在所述多个总字线和所述多个存储器单元阵列组选择线的交叉部上的第二组合逻辑门的输出，所述第二组合逻辑门的输入连接于处于交叉状态的所述多个总字线之一与所述多个存储器单元阵列组选择线之一。7.一种磁存储装置，配备具有多个存储器单元阵列、跨过所述多个存储器单元阵列的多个主位线、对应于所述多个存储器单元阵列的每一个配置的多个存储器单元阵列选择线的至少一个存储器单元阵列组，该存储器单元阵列由多个存储器单元构成，该存储器单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：国清辰也，永久克己，前田茂伸，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]