本发明专利技术提供一种存储元件，其包括基于磁性物质的磁化状态保持信息的存储层，和为该存储层设置的磁化固定层，在两者之间具有中间层，所述中间层由绝缘体组成。将自旋－极化电子在层－叠加方向上注入，以由此改变所述存储层的磁化方向，使得信息记录在存储层中。包括在存储层中的至少一种铁磁层主要由ＣｏＦｅＴａ组成，并且具有在１原子百分比（原子％）到２０原子％范围中的Ｔａ含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及存储元件，其包括用于存储铁磁层的磁化状态作为信息的存储层和磁化方向是固定的磁化固定(pinned)层，并且响应于通过的电流改变存储层的磁化方向。本专利技术还涉及包括该存储元件并且适于用作非易失性存储器的存储器。
技术介绍
在信息设备如计算机中，高速且高密度的DRAM广泛用作随机存取存储器。然而，DRAM是易失性存储器，且因此当切断电源时丢失信息。因此，对不涉及信息丢失的非易失性存储器的需要正在增加。作为非易失性存储器的候选者，基于磁性物质的磁化记录信息的磁阻随机存取存储器(MRAM)已经引起人们的注意，并且正在加速它的开发(参照例如NikkeiElectronics，第164-171页，Issue No.12，2001年2月)。在MRAM中，电流施加于基本上彼此垂直的两种地址线(address line)(字线和位线)，并且因此从各自的地址线中生成电流磁场。这个电流磁场导致在地址线之间的交叉处磁存储元件中的磁层的磁化反向，以便记录信息。附图8是典型的MRAM的示意图(透视图)。在半导体基底110如硅衬底中通过元件隔离层102分隔的各自的区域中，形成包括在用于选挥各自存储单元的选择晶体管中的漏极区108、源区107和栅电极101。在栅电极101上方，提供在图中的前后方向上延伸的字线105。对于在图中横向布置的两个选择晶体管共同地形成漏极区108，并且该漏极区108与互连(互连物、配线)(interconnect)109连接。在图中在字线105和在上方设置的且在横向方向上延伸的位线106之间，配置包括其磁化方向可反转的存储层的磁存储元件103。磁存储元件103由例如磁隧道结元件(MTJ元件)形成。磁存储元件103经由水平延伸的旁路线111和垂直延伸的接触层104电连接(couple)到源区107。当电流施加到字线105和位线106时，电流磁场施加到磁存储元件103。该磁场施加使允许信息记录的磁存储元件103中的存储层的磁化方向反转。为了使磁存储器如MRAM稳定地保留记录的信息，用于记录信息的磁层(存储层)具有某种矫顽性。此外，为了重写记录的信息，一定量电流需要施加于地址线。对于磁化反转所必需的电流值显示出随着包括在MRAM中的元件尺寸的减少而使该值增加的趋势。然而，伴随着元件尺寸减少的地址线宽度减少阻止了足够量的电流流过所述地址线。因此，作为可以用小电流反转磁化的存储器，采用归因于自旋注入(spininjection)的磁化反转的存储器已经引起了人们的注意。下列文件例子描述了这种类型的存储器日本专利公开No.2003-17782；美国专利No.6256223；Phys.Rev.B 54.9353(1996)；和J.Magn.Mat.159.L1(1996)。归因于自旋注入的磁化反转的概述如下其自旋已由于电子通过磁性物质而极化的电子注入到另一磁性物质中，使得在该磁性物质中引起磁化反转。例如，在垂直于元件的膜面方向上电流施加于巨大的磁阻效应元件(GMR元件)或磁隧道结元件(MTJ元件)，其使得在元件中至少一个磁层中的磁化方向反转。归因于自旋注入的磁化反转具有即使当元件小型化时，在没有涉及电流增加的情况下也可以实现磁化反转的优点。图6和7是说明使用上述归因于自旋注入的磁化反转的存储器的示意图。图6是透视图，而图7是剖视图。在半导体基底60如硅衬底中通过元件隔离层52分隔的各自的区域中，形成包括在用于选择各自存储单元的选择晶体管中的漏极区58、源区57、和栅电极51。在这些组件中，栅电极51也用作在图6的前后方向上延伸的字线。对于在图6中横向布置的两个选择晶体管共同地形成漏极区58，并且该漏极区58连接到互连59。在图6中在源区57和在上方设置的且在横向方向上延伸的位线56之间，配置包括其磁化方向可以由于自旋注入而反转的存储层的存储元件53。存储元件53由例如磁隧道结元件(MTJ元件)形成。参考图7，存储元件53包括磁层61和62。在这两个磁层61和62中，一个磁层用作其中磁化方向是固定的磁化固定层，而另一个磁层用作磁化方向可以改变的磁化自由层，即作为存储层。存储元件53分别经由上下接触层54连接到位线56和源区57。这个结构允许电流流过存储元件53，使得存储层中的磁化方向可以由于自旋注入而反转。这种采用归因于自旋注入的磁化反转的存储器具有特征其器件结构可以简化且因此与图8中所示的典型的MRAM相比较密度可以增强。此外，归因于自旋注入的磁化反转提供优点与采用用于磁化反转的外部磁场的典型MRAM不同，即使当元件尺寸减少时用于写入的电流值也不增加。在典型的MRAM中，独立于存储元件提供写入线(字线和位线)，并且通过使用当电流施加于写入线时生成的电流磁场进行信息写入(记录)。因此，可以把对于写入所必需的足够量的电流施加于写入线。相反地，在采用归因于自旋注入的磁化反转的存储器中，经由流过存储元件的用于存储层的磁化方向反转的电流实现自旋注入是必须的。通过如此直接地施加电流到存储元件来进行信息写入(记录)，并且通过将存储元件连接到选择晶体管来构造存储单元，用于选择将进行写入的存储单元。因此，将流过存储元件的电流量受施加于选择晶体管的最大可容许的电流量(选择晶体管的饱和电流)限制。因此，用等于或小于选择晶体管的饱和电流的电流进行写入。因此，增强自旋注入的效率以减少将施加于存储元件的电流是必须的。此外，需要确保大的磁阻比率以便获取大的读出信号。为了确保大的磁阻比率，构造其中与存储层的两面接触的中间层是隧道绝缘层(隧道阻挡层)的存储元件是有效的。然而，使用隧道绝缘层作为中间层对流过存储元件的电流量强加限制以防止隧道绝缘层的绝缘击穿。而且从此观点来看，在自旋注入的时候电流需要被抑制。因此，在其中存储层的磁化方向通过自旋注入反转的存储元件中，为了减少必要的电流需要改善自旋注入效率。作为用于抑制在自旋注入时的电流的手段，具有下列结构的存储元件已经在美国公开申请No.2004/0027853中提出。具体来讲，这个存储元件具有固定层/中间层/存储层/中间层/固定层的多层结构(其中在存储层上方和下方的固定层具有彼此相反的磁化方向)，来代替在典型的磁隧道结元件中应用的固定层/中间层/存储层的多层结构。此外，这个专利文献解释说上下固定层的这些相反的磁化方向使得自旋注入效率加倍。
技术实现思路
在这个专利文献中描述的结构使得自旋注入效率加倍在理论上是可能的。然而，当本专利技术人实际制造具有在该专利文献中描述的上述结构的存储元件并且检验这个存储元件的性能时，并没有获得与专利文献理论一致的结果并且没有发现自旋注入效率方面的足够的改进。希望本专利技术提供具有增强的自旋注入效率的存储元件并且因此可以用减少的电流值实现写入，以及提供包括该存储元件的存储器。根据本专利技术的第一实施方式，存储元件包括基于磁性物质的磁化状态保持信息的存储层，和为该存储层设置的磁化固定层，在其间具有由绝缘体构成的中间层。在层-叠加方向上注入自旋-极化电子，由此改变存储层的磁化方向，使得信息记录在存储层中。存储层主要由CoFeTa构成，并且具有从1原子百分比(在下文中，缩写为原子％)到20原子％范围内的Ta含量。根据本专利技术的第二实施方式，存储器包括具有用于基于磁性物质的磁化状本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储元件，包括： 存储层，其基于磁性物质的磁化状态保持信息；和 为该存储层设置的磁化固定层，在两者之间具有中间层，所述中间层由绝缘体组成；其中 将自旋－极化电子在层－叠加方向上注入，以由此改变所述存储层的磁化方向，使得信息记录在该存储层中，以及 包括在该存储层中的至少一种铁磁层主要由ＣｏＦｅＴａ组成，并且具有在１原子百分比（原子％）到２０原子％范围中的Ｔａ含量。
【技术特征摘要】
JP 2005-8-5 228902/051.一种存储元件，包括存储层，其基于磁性物质的磁化状态保持信息；和为该存储层设置的磁化固定层，在两者之间具有中间层，所述中间层由绝缘体组成；其中将自旋-极化电子在层-叠加方向上注入，以由此改变所述存储层的磁化方向，使得信息记录在该存储层中，以及包括在该存储层中的至少一种铁磁层主要由CoFeTa组成，并且具有在1原子百分比(原子％)到20原子％范围中的Ta含量。2.根据权利要求1的存储元件，其中包括在该存储层中的至少一种铁磁层主要由CoFeTaB组成，并且具有在1原子％到20原子％范围中的Ta含量和在10原子％到30原子％的范围中的B含量。3.根据权利要求1的存储元件，其中所述中间层由氧化镁组成。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：细见政功，大森广之，鹿野博司，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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