非易失性磁存储装置制造方法及图纸

一种具有磁阻效应元件的非易失性磁存储装置包括：（Ａ）具有记录层的层叠结构，在所述记录层中易磁化轴朝向垂直方向；（Ｂ）第一配线，电连接到层叠结构的下部；（Ｃ）第二配线，电连接到层叠结构的上部，其中具有比形成所述记录层的材料的杨氏模量值更高的杨氏模量值的高杨氏模量区域被设置成靠近所述层叠结构的侧表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非易失性磁存储装置。
技术介绍
随着信息和通信设备(特别是诸如便携式终端的个人小型产品)的广泛普及，要 求形成该设备的存储元件和逻辑元件的各种半导体装置具有更高的性能更高的集成度、 更高的速度、更低的功耗等。特别地，非易失性存储器被认为对于网络无处不在的时代是必 不可少的。即使在电源耗尽或出现问题或者服务器和网络之间由于某种故障断开时，重要 信息能够由非易失性存储器保存和保护。另外，近来的便携式设备被设计为通过允许不必 要的电路块待机而尽可能减小功耗。如果能够实现用作高速工作存储器和大容量存储存储 器的非易失性存储器，则能够消除浪费功耗和存储器。另外，如果能够实现高速和大容量的 非易失性存储器，则能够使用"即时开启"功能，其当接通电源时能够实现即时启动。 作为非易失性存储器，可以提到使用半导体材料的闪存和使用铁电材料的铁电随 机存取存储器(FERAM)等。然而，闪存的缺点在于微秒级别的缓慢写入速度。另一方面，在 FERAM中，可重写次数是1012到1014。已指出的问题是FERAM的可重写次数不足以使用 FERAM替代SRAM或DRAM，以及铁电层的微加工困难。 至于没有这些缺点的非易失性存储器，称为MRAM(磁随机存取存储器)的非易失 性磁存储元件引起关注。在MRAM中，由于近来TMR(隧道磁阻)材料的特性的改进，使用 TMR效应的MRAM引起很多关注。TMR型MRAM具有简单结构并且容易标准化，并具有很多可 重写次数，这是因为通过磁矩旋转而执行记录。另外，对于访问时间，期望非常高的速度，据 说MRAM已工作于100MHz。 现在，在MRAM中，为了稳定地保持记录信息，记录信息的记录层必须具有一定矫 顽力。另一方面，为了重写记录信息，一定程度的电流应该在比特线中流动。然而，随着 MRAM小型化，比特线变得更细，难以流动足够的电流。因此，作为利用更小电流实现磁化 反转的结构，使用通过自旋注入来磁化反转的自旋注入磁阻效应元件引起关注(例如参见 JP-A-2003-17782)。这里，自旋注入磁化反转是这样的现象通过磁性材料自旋极化的电子 被注入到另一磁性材料，由此，在另一磁性材料中发生磁化反转。在自旋注入磁阻效应元件 中，与MRAM相比，装置结构可以更简单。另外，由于使用了自旋注入磁化反转，与通过外部 磁场执行磁化反转的MRAM相比，该元件具有这样的优点即使当该元件进一步小型化时， 写入电流也不增加，以及单元区域能够减小。然而，随着小型化，由于热扰动导致的数据保 留特性的恶化成为问题。 现有技术的平面内磁化型自旋注入磁阻效应元件中，记录层的形状磁各向异性被 用于记录和保持数据。另外，为了解决由于热扰动等导致的数据保留特性的恶化问题，大多 使用记录层的沿易磁化轴的长度和难磁化轴的长度之比(纵横比)。因此，这个解决方案 中，难以进一步减小单元尺寸。
技术实现思路
另一方面，记录层中的易磁化轴朝向垂直方向的垂直磁化型自旋注入磁阻效应元件具有独立于用于数据保留的形状磁各向异性的结构，并且单元尺寸能够减小。然而，通常，具有垂直方向的晶体磁各向异性的材料具有低极化性，并具有小MR(磁致电阻)。另一方面，具有高极化性的材料具有平面内方向的晶体磁各向异性，因此，难以用于垂直磁化型。解决这个问题的方法公开于例如JP-T-2007-525847。该方法中，应力增加层被插入到自旋注入磁阻效应元件中提供的记录层中，并且磁各向异性由磁致伸縮所提供。然而，由于应力增加层被插入到记录层中，磁特性恶化并且极化性减小，由此MR减小。 因此，需要一种垂直磁化型非易失性磁存储装置，其使记录层中的易磁化轴朝向垂直方向，并具有能更可靠地朝向所述记录层中的易磁化轴的构造和结构。 根据本专利技术第一实施例的包括磁阻效应元件的非易失性磁存储装置，所述磁阻效应元件包括 (A)具有记录层的层叠结构，在所述记录层中易磁化轴朝向垂直方向； (B)第一配线，电连接到层叠结构的下部； (C)第二配线，电连接到层叠结构的上部， 其中具有比形成记录层的材料的杨氏模量值更高的杨氏模量值的高杨氏模量区 域被设置成靠近层叠结构的侧表面。 根据本专利技术第二实施例的包括磁阻效应元件的非易失性磁存储装置，所述磁阻效 应元件包括 (A)具有记录层的层叠结构，在所述记录层中易磁化轴朝向垂直方向； (B)第一配线，电连接到层叠结构的下部； (C)第二配线，电连接到层叠结构的上部， 其中具有比形成记录层的材料的杨氏模量值更低的杨氏模量值的低杨氏模量区 域被提供于层叠结构上方、层叠结构下方、或者层叠结构的上方和下方。 根据本专利技术第一实施例的非易失性磁存储装置中，具有比形成记录层的材料的杨 氏模量值更高的杨氏模量值的高杨氏模量区域被设置成靠近层叠结构的侧表面。因此，压 縮应力被施加于记录层，并且记录层的垂直磁各向异性和磁阻增加。另外，根据本专利技术第二 实施例的非易失性磁存储装置中，具有比形成记录层的材料的杨氏模量值更低的杨氏模量 值的低杨氏模量区域(高应力区域)被提供于层叠结构上方和/或下方。因此，在记录层 中出现内部应力，并且记录层的垂直磁各向异性和磁阻增加。另外，结果，记录层中的易磁 化轴能更可靠地定向。附图说明 图1是例子1的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图2示意性地表示例子1的非易失性磁存储装置中的层叠结构、第一配线、第二配 线和高杨氏模量区的布置条件。 图3是例子2的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图4是例子3的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图5是例子4的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图6是例子5的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图7是例子6的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图8是例子7的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图9是例子8的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图10是例子9的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图11是例子10的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图12是例子11的非易失性磁存储装置的示意性局部截面图。 图13A是使用自旋注入磁化反转的自旋注入磁阻效应元件的概念图和磁化反转层的示意平面图，图13B是具有双自旋滤波器结构的自旋注入磁阻效应元件的概念图。具体实施例方式将参照附图根据例子对本专利技术进行描述，本专利技术不限于这些例子并且这些例子中 的各种数值和材料为了说明目的而示出。将按下面次序来解释。 1、根据本专利技术第一实施例和第二实施例的非易失性磁存储装置的一般解释 2、例子1 (根据本专利技术第一实施例的非易失性磁存储装置) 3、例子2(例子1的修改) 4、例子3 (例子2的修改) 5、例子4(根据本专利技术第二实施例的非易失性磁存储装置) 6、例子5 (例子4的修改) 7、例子6 (例子4和例子5的修改) 8、例子7 (例子4的另一修改) 9、例子8 (例子5的修改) 10、例子9 (例子6的修改) 11、例子10 (例子4的另一修改) 12、例子11 (例子4的另一修改和其它) 根据本专利技术第二实施例的非易失性磁存储装置可具有这样的结构具有比形成记录层的材料的杨氏模量值更高的杨氏模量值的高杨氏模量区域被设置成靠近层叠结构的侧表面。为了方便，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括磁阻效应元件的非易失性磁存储装置，包括：（Ａ）具有记录层的层叠结构，在所述记录层中易磁化轴朝向垂直方向；（Ｂ）第一配线，电连接到所述层叠结构的下部；（Ｃ）第二配线，电连接到所述层叠结构的上部，其中具有比形成所述记录层的材料的杨氏模量值更高的杨氏模量值的高杨氏模量区域被设置成靠近所述层叠结构的侧表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：庄子光治，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]