存储元件的驱动方法和存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及存储元件的驱动方法和存储装置。对于存储元件的驱动方法，所述存储元件具有多个磁性层并通过利用自旋矩磁化反转进行记录，所述驱动方法包括以下步骤：向所述存储元件施加脉冲电压，所述脉冲电压的极性与施加记录脉冲电压时的所述记录脉冲电压的极性相反。所述驱动方法和所述存储装置均能够抑制电击穿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有多个磁性层并通过自旋矩磁化反转(spin torque magnetization reversal)进行记录的存储元件的驱动方法和存储装置。
技术介绍
随着移动终端到大容量服务器等各种信息装置的不断发展，诸如用于构成信息装置的存储器和逻辑元件等的性能得到进一步增强，例如，提高了集成度和速度以及降低了功耗。尤其是，半导体非易失性存储器得到显著发展，于是闪速存储器作为大容量文件存储器得到迅速推广以至于降低了硬盘驱动器的使用。另一方面，由于期望推广到代码存储器(code memory)和工作存储器(working memory)，铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)等正得到发展以取代目前通常使用的 NOR闪速存储器、DRAM等。这些存储器中的部分存储器已经投入到实际应用中。尤其是，由于MRAM基于磁体的磁化方向存储数据，所以MRAM能够高速和几乎无限次(1015次以上)的重写。在工业自动化、飞机等领域已经使用MRAM。由于MRAM的高速处理和高可靠性，期望未来将MRAM推广到代码存储器和工作存储器。然而，在实践中，MRAM仍面临功耗降低及容量增加的需求。这些都是起因于MRAM的记录原理的基本问题，S卩，是归因于通过配线产生的电流磁场引起磁化反转的方式的基本问题。作为解决这个问题的一种方法，正在研究不基于电流磁场的记录方式(S卩，磁化反转)。特别是，与自旋矩磁化反转有关的研究比较活跃。如同MRAM，利用自旋矩磁化反转所实现的存储元件配置有磁性隧道结(magnetic tunnel junction, MTJ)。这种结构利用如下特性穿过被固定到某个方向的磁性层的自旋极化电子在进入这个磁性层时向另一自由磁性层(其方向不固定)提供转矩。在这种结构中，等于或大于某个阈值的电流在自由磁性层中引起反转。通过改变电流的极性进行0/1的重写。在尺寸约为0.1 μπι的元件中， 用于该反转的电流的绝对值等于或小于1mA。另外，由于这个电流值与元件体积成比例地降低，所以能够进行缩放。而且，这种方式不需要MRAM所要求的字线，该字线产生用于记录的电流磁场，因此，这种方式还具有单元结构更简单的优点。在下文中，将利用自旋矩磁化反转的MRAM称为ST_MRAM(自旋矩磁性随机存取存储器)。在保留MRAM的高速操作和几乎无限次重写等优点的同时，对作为非易失性存储器的能够降低功耗和增加容量的ST-MRAM寄予厚望。然而，不同于相关技术的MRAM，在ST-MRAM中，在记录时也向MTJ施加电压。记录时的这个电压高于读取电压。因此，与MRAM相比，发生MTJ电击穿的可能性较高(这主要归因于例如薄的隧道势垒的电介质击穿等)。也就是说，为了确保ST-MRAM的高的重写持久性与相关技术MRAM的重写持久性相当，重要的是需要关注MTJ的电击穿并采取措施避免 MTJ的电击穿。在先技术已提出了作为一种措施的方法，该方法通过施加反极性的电压(例如参照Nakano et. al.，ECS Trans. 19 O)，711 (在下文中，称为非专利文献1))来抑制绝缘体的劣化。这种技术旨在通过施加反极性的脉冲电压来抑制施加电场在隧道结处引起的电阻值降低。这表明，通过粗略分类，介质击穿存在两个过程，S卩，可逆过程和不可逆过程(例如参照 P. S. Ku et. al Proc. of 44th Annual international Reliability Physics Symposium, p. 437 (在下文中，称为非专利文献2))。可逆过程相当于如下情况由于电场的原因而产生可消除的缺陷，或者由于电场的原因，形成绝缘体的原子之间的耦合在可恢复范围内发生变形。可通过时效处理、热处理等实现上述缺陷的消除或恢复。另一方面，不可逆过程相当于如下情况由于电场的原因，使原子之间的耦合进入到不可恢复的状态，因此这个过程不能恢复。然而，上述非专利文献1中的技术的物理机制是不清楚的。而且，在上述非专利文献2中，恢复加速效果的起因也是不清楚的。如刚才所述，尽管这些文献包括对电阻值降低的抑制能力的说明，但它们没有提到隧道绝缘膜击穿时次数的增加。此外，在ST-MRAM中，期望在不必较大改变MTJ材料和微加工(microfabrication) 工艺等的情况下相对容易地降低MTJ电击穿和隧道绝缘膜电击穿的可能性。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种存储元件的驱动方法和一种存储装置，所述驱动方法和所述存储装置均能够抑制电击穿。根据本专利技术的实施例，提供了一种存储元件的驱动方法，所述存储元件具有多个磁性层并通过利用自旋矩磁化反转进行记录。所述驱动方法包括将脉冲电压施加到所述存储元件，所述脉冲电压的极性与施加记录脉冲电压时的所述记录脉冲电压的极性相反。根据本专利技术的另一实施例，提供一种存储装置，所述存储装置包括存储元件，其具有存储层和固定层以及处于所述存储层和所述固定层之间的隧道势垒层；电源电路，其用于向所述存储元件施加脉冲电压；及电感，其设置在所述存储元件和所述电源电路之间。在根据本专利技术的实施例的存储元件的驱动方法中，通过施加具有与记录脉冲的极性相反的极性的脉冲，能够加速由于记录脉冲电压的施加的原因而在元件中产生的缺陷的恢复。因此，能够抑制由于缺陷的增加所引起的元件的电击穿。此外，在根据本专利技术的实施例的存储装置中，由于在存储元件和电源电路之间设置电感的原因，在记录脉冲电压的下降沿处产生负脉冲。通过采用这个负脉冲作为具有与记录脉冲的极性相反的脉冲电压，能够抑制元件的电击穿。本专利技术的实施例能够降低通过利用自旋矩磁化反转进行记录的存储元件发生电击穿的可能性。附图说明图1是表示根据本专利技术的实施例的ST-MRAM的结构的剖面图；图2是根据本专利技术的实施例的用于评估的MTJ型ST-MRAM芯片的剖面图；图3是说明MTJ元件的评估方法的流程图；图4是用于说明图3所示的评估方法中的确定过程的图；图5是表示MTJ元件有关的达到击穿时的次数和所施加电压之间关系的图；图6是表示间歇地施加脉冲电压时位置x和重复次数η之间关系的图；图7是表示实施例的驱动方法中位置x和重复次数η之间关系的图；图8是表示MTJ元件有关的达到击穿时的次数和所施加电压之间关系的图；图9是表示本专利技术的实施例的存储装置的结构的图；图10是表示电压的脉冲形状的一个示例的图，其中，该电压是施加到具有图9所示结构的存储装置中的存储元件的电压；图11是表示根据本专利技术的实施例的ST-MRAM的另一结构的剖面图；图12是表示根据本专利技术的实施例的ST-MRAM的又一结构的剖面图。具体实施例方式下文将说明实现本专利技术的示例。然而，本专利技术不限于以下示例。将以如下顺序进行说明。1.本专利技术的概述2.本专利技术的实施例1.本专利技术的概述在说明本专利技术的具体实施例之前，对本专利技术进行概述说明。图1是ST-MRAM的示意剖面图。ST-MRAM包括基础层10a、存储层IOb (也称为磁化存储层或自由层)、非磁性层(隧道势垒层)10c、固定层(磁化固定层)IOd和保护层IOe0 存储层IOb是由具有磁矩IOf的铁磁体形成，磁矩IOf的磁化方向在平行于膜表面的方向 (水平方向)上自由变化。固定层IOd是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种存储元件的驱动方法，所述存储元件具有多个磁性层并通过利用自旋矩磁化反转进行记录，所述驱动方法包括以下步骤：向所述存储元件施加脉冲电压，所述脉冲电压的极性与施加记录脉冲电压时的所述记录脉冲电压的极性相反。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：别所和宏，细见政功，大森广之，肥后丰，山根一阳，内田裕行，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP