磁阻效应元件、磁存储单元及磁存储器制造技术

提供一种能够高效率地利用因导线上流动的电流而形成的磁场、使信息写入稳定进行的磁阻效应元件以及设有该元件的磁存储器。使与一对磁轭（４ａ、４ｂ）的回转方向垂直的截面的面积分别在与层叠体（Ｓ２０ａ、Ｓ２０ｂ）相向的连接部分（１４ａ、１４ｂ）成为最小而构成。由此能够使通过写入电流在写入位线（５ａ、５ｂ）及写入字线（６）中流动而产生的回流磁场（１６ａ、１６ｂ）的磁通密度在连接部分（１４ａ、１４ｂ）最高，使有效、稳定的信息写入成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含有磁化方向随外部磁场变化而变化的感磁层的磁阻效应元件、磁存储单元以及利用此磁阻效应元件、磁存储单元中的感磁层的磁化方向变化进行信息记录、读出的磁存储器。
技术介绍
作为计算机及通信设备等信息处理装置中采用的通用存储器，传统上使用的是DRAM(Dynamic Random Access Memory)及SRAM(StaticRAM)等易失性存储器。在这些易失性存储器中，为了保持存储，必须不断地提供电流，进行刷新。并且，一旦电源切断，全部信息将丢失，因此除了这些易失性存储器之外，作为用于记录信息的手段，必须设计非易失性存储器，例如采用刷新式EEPROM及磁硬盘装置等。在这些非易失性存储器中，伴随信息处理的高速化，存取的高速化成为重要的课题。另外，伴随便携式信息设备的迅速普及和高性能化，正在迅速推进以能够无论何时、无论何地都能进行信息处理的所谓泛在计算(ubiquitous computing)作为目标的信息设备开发。作为这种信息设备开发中心的关键器件，大力寻求开发对应于高速处理的非易失性存储器。在非易失性存储器的高速化中，作为有效的技术，将按照强磁性层易磁化轴的磁化方向而存储信息的磁存储元件排列成矩阵状的磁随机存取存储器(以下称作MRAMMagnetic Random Access Memory)是公知的技术。在MRAM中能够利用2个强磁性体中磁化方向的组合，记录信息。而通过检测磁化方向对于作为某一基准的方向是平行的情况、还是反平行的情况而产生的电阻变化(即电流或电压的变化)，进行存储信息的读出。因为利用这种原理动作，所以为了进行稳定的写入及读出，重要的是在MRAM中电阻变化率要尽量大。目前实用化的MRAM是利用巨大磁阻(GMRGiant Magneto-Resistive)效应的MRAM。GMR效应是在使2层磁性层的易磁化轴方向成为互相平行而配置各磁性层时，如果各层的磁化方向沿易磁化轴平行，则电阻值最小，如果反平行，则电阻值最大的现象。作为利用具有这种GMR效应的GMR元件的MRAM(以下记作GMR-MRAM)，例如在专利文献1中公开的技术已为人所知。以进一步提高存储速度及存取速度为目标，最近提出以具有利用隧道磁阻效应(TMRTunneling Magneto-Resistive)的TMR元件的MRAM(以下记作TMR-MRAM)代替GMR-MRAM。TMR效应是通过绝缘层而流动的隧道电流根据夹着极薄的绝缘层(隧道势垒层)的2层强磁性层之间的磁化方向的相对角度变化而变化的效应。2层强磁性层中的磁化方向互相平行时，电阻值最小，互相反平行时，电阻值最大。在TMR-MRAM中，如果TMR元件例如是「CoFe/铝氧化物/CoFe」这种结构，则电阻变化率高40％左右，另外，由于电阻值也大，因此如果与MOSFET等半导体器件组合，则易于匹配。所以，与GMR-MRAM相比，容易获得更高的输出，可以期待存储容量及存取速度的提高。在TMR-MRAM中，电流在作为配置于TMR元件附近的写入线的导线上流动，从而使电流磁场变化，利用这一点，能够使TMR元件的磁性层磁化方向变为指定的方向来存储信息。作为读出存储信息的方法，众所周知的有使电流在垂直于隧道势垒层的方向流动、检测TMR元件的电阻变化的方法。关于这种TMR-MRAM技术，已在专利文献2或专利文献3中公开。另外，最近对于作为磁存储元件的更高密度化的要求正在提高，随之TMR元件的微细化也成为必要。TMR元件越微细化，由于其两端部磁极引起的反磁场影响，为了使存储信息的磁性层(自由层)中磁化方向与指定方向一致，就越需要有大的磁场，越有增大写入信息时所需的写入电流的倾向。针对这个问题，提出在TMR元件附近的导线(写入线)的周围，与自由层一起形成闭磁路的结构(例如参照专利文献4)。根据专利文献4，由于与记录有关的自由层形成闭磁路，因此能够避免反磁场引起的不良影响，能够实现集成度高的磁存储器。而且，在这种情况下，由于2根写入线双方都通过闭磁路的内侧，因此能够高效率地进行磁化的反转。〔专利文献1〕美国专利第5343422号说明书〔专利文献2〕美国专利第5629922号说明书〔专利文献3〕特开平9-91949号公报〔专利文献4〕特开2001-273759号公报
技术实现思路
但是，即使对于具有上述专利文献4中公开的这种结构的磁存储器，如果存在写入电流的变动，则闭磁路中形成的回流磁场的大小也将变动。因此，可以预想今后在推进写入电流的微弱化中，进行充分稳定的写入动作是困难的。本专利技术鉴于这种问题而提出，其目的在于提供一种能够高效率地利用因导线上流动的电流而形成的磁场、使信息写入稳定进行的磁阻效应元件、磁存储单元以及以它们作为构成部分的磁存储器。本专利技术的磁阻效应元件具有在沿导线的延伸方向的部分区域上为围住导线而沿回转方向而配置的磁轭，以及包含磁化方向随外部磁场变化而变化的感磁层、在磁性上与磁轭连接的层叠体，并使与磁轭回转方向垂直相交的截面面积在与层叠体的连接部分中为最小。这里，本专利技术的「围住」的意思是指除了包括为了形成完全封闭的环状而围住的情况之外，也包括以部分断开的状态(不完全地)围住的情况。而「回转方向」意味着环绕导线周围的方向。而「外部磁场」意味着由流经导线的电流产生的磁场或者在磁轭中产生的回流磁场。本专利技术的磁存储单元具有分别包括为了围住导线而在沿导线的延伸方向的部分区域上沿回转方向而配置的磁轭以及包含磁化方向随外部磁场变化而变化的感磁层、在磁性上与磁轭连接的层叠体的一对磁阻效应元件，该对磁阻效应元件互相共有磁轭的一部分，与磁轭回转方向垂直相交的截面面积在与层叠体的连接部分为最小。本专利技术的磁存储器中设有(1)第一写入线；(2)与第一写入线相交叉地延伸并在对应于与第一写入线交叉区域的部分与第一写入线并行的第二写入线；以及(3)含有一对磁阻效应元件而构成的磁存储单元。各对磁阻效应元件分别包括为了围住第一及第二写入线而在沿第一及第二写入线的延伸方向的部分区域上沿回转方向而配置的磁轭和含有磁化方向随外部磁场变化而变化的感磁层、在磁性上与磁轭连接的层叠体，同时互相共有磁轭的一部分，与磁轭回转方向垂直相交的截面面积在与层叠体的连接部分为最小。在本专利技术的磁阻效应元件、磁存储单元及磁存储器中，由于与磁轭的回转方向垂直相交的截面面积在与层叠体的连接部分为最小，因此因电流在导线(第一及第二写入线)上流动而在磁轭中产生的回流磁场的磁通密度在连接部分中成为最高。在本专利技术的磁阻效应元件、磁存储单元及磁存储器中，也可以使磁轭的截面面积随着接近连接部分而逐渐减小来构成。在这种情况下也可以使磁轭的宽度随着接近连接部分而逐渐减小，在连接部分为最小，也可以使磁轭的厚度随着接近连接部分而逐渐减小，在连接部分为最小。本专利技术的「宽度」是指导线(第一及第二写入线)的延伸方向的长度，本专利技术的「厚度」是指远离导线的方向或者接近导线的方向上的长度。具体地说，若将磁轭看作1个环，是指该环的半径方向上的磁轭尺寸。在本专利技术的磁阻效应元件、磁存储单元及磁存储器中，也可以使磁轭包含沿层叠体的层叠面的方向延伸并具有连接部分的一个梁式磁轭而构成。另外，也可以使磁轭包含(1)夹着导线(第一及第二写入线)而互相对向、且沿与层叠体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻效应元件，其特征在于：设有在沿导线延伸方向的一部分区域上为包围所述导线而沿回转方向配置的磁轭，以及包含磁化方向因外部磁场而变化的感磁层、在磁性上与所述磁轭连接的层叠体；所述磁轭的垂直于所述回转方向的截面的面积 在与所述层叠体的连接部分处为最小。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：羽立等，上岛聪史，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]