磁存储器元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种磁存储器元件及其制造方法，该磁存储器元件包括：存储层，在层表面上具有垂直磁化，其磁化方向根据信息而变；以及参考层，与存储层相对设置，为信息的基准，同时在层表面上具有垂直磁化，其中，该存储器元件通过电流在存储层、非磁性层以及参考层形成的层之间流动时所产生的自旋扭矩反转存储层的磁化来存储信息；存储层在存储时的温度下的矫顽力为在室温下的矫顽力的0.7倍以下，在存储层的一侧上形成的电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁存储器元件及该磁存储器元件的制造方法，该磁存储器元件由包括存储层和参考层的多个垂直磁化层通过非磁性物质层叠而成，并通过在电流在这些层之间流动时所产生的自旋扭矩反转磁化来存储信息。
技术介绍
在诸如电脑的信息装置中，高速运行的高密度DRAM(动态随机存取存储器)被广泛用作RAM(随机存取存储器)。然而，由于DRAM为易失性存储器，其信息在断电时会丢失， 因此需要信息不会丢失的非易失性存储器。作为非易失性存储器的候选者，通过磁化磁性材料存储信息的MRAM(磁性随机存取存储器)已引起人们的注意，并不断发展。作为存储MRAM存储信息的方法，例如，涉及通过直接向存储层注入自旋极化电子感应磁化反转的公开号为2004-193595的日本未审查专利申请就公开了一种通过电流磁场反转磁化的方法。具体地，由于可减少存储电流、缩小元件的尺寸，自旋注入磁化反转已受到关注。此外，为改进该元件，例如，如公开号为2009-81215的日本未审查专利申请所公开的，正在研究一种利用垂直磁化层的方法，该垂直磁化层能使磁性材料的磁化方向变为垂直的。
技术实现思路
然而，为实现更高容量的磁存储器，需要一种以低电流高速运行的磁存储器元件。由于本专利技术基于对这一事实的认识，所以期望实现以低电流高速运行的磁存储器元件。根据本专利技术的一种磁存储器元件，包括存储层，在层表面上具有垂直磁化，其磁化方向根据信息而变；以及参考层，通过非磁性层与存储层相对设置，为信息的基准，同时在层表面上具有垂直磁化，其中，该存储器元件通过当电流在存储层、非磁性层以及参考层形成的层之间流动时所产生的自旋扭矩反转存储层的磁化来存储信息。而且，存储层在存储时的温度下的矫顽力为在室温下的矫顽力的0. 7倍以下，在存储层的一侧上形成的电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。例如，电极被形成为大致上具有中央部的厚度小于周边部的厚度的凹形截面，因此，低热导率的绝缘体被填充到形成于中央部的凹陷部分中。可选地，电极具有管状，且管状的内部填充有低热导率的绝缘体。一种本专利技术磁存储器元件的制造方法，包括，在参考层一侧的电极上形成至少有参考层、非磁性层和存储层的多层结构，其中，存储层在存储时的温度下的矫顽力为在室温下的矫顽力的0.7倍以下。而且，该方法包括，在存储层的一侧上形成另一个电极，其中，该另一电极中填充有低热导率的绝缘体，并且该电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。作为磁存储器元件，虽然通过使用由自旋注入磁化反转方法引起的自旋扭矩实施存储可以减少存储过程中的电流，但仅此仍会限制减少电流。因此，期望通过存储过程中的热量来有效地减少磁化反转的电流。配置存储层的垂直磁化层的去磁场在层面方向上的中央部很强。在中央部也容易发生磁化反转。因此，在存储层侧的电极中，在层面方向上的中央部的热导率被设置为低于周边部的热导率。例如，可以优选通过布置低热导率材料促使温度增高易。从而可能有效地增加存储层层面中央部的温度，降低磁化反转电压，以及减少存储电流和存储时间。具体地，当存储层结构形成为使得存储层在存储时的温度(约200°C )下的矫顽力为其在室温(如，23°C )下的矫顽力的0. 7倍以下时，可在很大程度上实现这一效果。通过本专利技术，可能实现非易失性存储器以低电流高速运行。附图说明图1是示出根据本专利技术实施方式使用磁存储器元件的磁存储器的视图。图2A和图2B是示出根据实施方式的磁存储器元件的结构的视图。图3A和图IBB是示出作为比较例的普通磁存储器元件的结构的视图。图4A到图4D是示出根据实施方式的磁存储器元件的第一结构实施例和工序的视图。图5A到图5E是示出根据实施方式的磁存储器元件的第二结构实施例和工序的视图。图6A到图6E是示出根据实施方式的磁存储器元件的第三结构实施例和工序的视图。图7A到图7F是示出根据实施方式的磁存储器元件的第四结构实施例和工序的视图。图8A和图8B是示出根据实施方式的磁存储器元件具体实施例的视图。图9A和9B是示出根据实施例和比较例的温度分布计算结果，及在温度为200°C和 23°C时矫顽力和反转电压比率关系的视图。具体实施例方式下文将按以下顺序说明本专利技术的实施方式。1.磁存储器结构概述2. 一实施方式中的磁存储器元件的结构的一个实施例3.该结构的第一实施例及制造工序4.该结构的第二实施例及制造工序5.该结构的第三实施例及制造工序6.该结构的第四实施例及制造工序7.实施方式1.磁存储器结构概述首先，将对根据本专利技术实施方式的用作磁存储器元件的磁存储器结构作出解释。 图1示意性示出了磁存储器的结构概览。磁存储器10包括两种类型相互交叉的地址线(address wirings)，如字线和位线，磁存储器元件1位于这两种类型地址线的交叉点附近。磁存储器元件1包括如以下实施方式所描述的结构。在磁存储器10中，漏区8、源区7及配置用于选择对应存储器元件1的晶体管的栅电极3，一个个单独地形成在通过诸如例如Si等的半导体基质的元件分离层2分离的区域。栅电极3还用作图1中前后延伸的地址线(例如，字线)。漏区8通常形成于在图1中选择左右的晶体管之间，并且该漏区8与配线9连接。磁存储器元件1还布置于源区7和在图1中布置于上侧左右延伸的地址线6(例如，位线)的另一侧之间。磁存储器元件1包括存储层和参考层，存储层具有垂直磁化且由铁磁层组成，其磁化方向通过自旋注入反转，参考层具有作为存储层中存储的信息的基准的磁化方向。除此之外，磁存储器元件1位于栅电极3和包括两种类型地址线的配线6之间的交叉点附近，并与上下接触层4连接。因此，通过两种类型的线，即栅电极3和地址线6，可以引导电流上下流动到磁存储器元件1，并且，通过自旋注入，能够对应于信息反转存储层的磁化方向。另一方面，图1所示结构仅为用于解释磁存储器的一个实施例。因此，例如，即使不在磁存储器元件1上设置接触层4，也可以形成配线6。2. 一实施方式中的磁存储器元件的结构的一个实施例如上所述，根据本专利技术，可能使用垂直磁化层以低电流高速地运行该磁存储器元件。为实现上述内容，本专利技术的专利技术人进行了各种研究，结果发现，优选地，可按以下方式形成具有参考层和具有垂直磁化的存储层，通过非磁性层层叠而成的磁存储器元件。换句话说，当使存储层在存储时的温度(约200°C )下的矫顽力为在室温(23°C ) 的矫顽力的0. 7倍以下时，电极的结构和材料具有从存储层层面方向看的电极中央部的热导率低于其周边部的热导率的特性。然后，由于存储过程中产生热量，元件中央部的温度变得明显高于元件周边部的温度，以致可能形成引起元件中央部磁化反转的反转磁区。从而，实现能够以低电流高速存储的磁存储器元件。作为能够形成上述温度分布的简单结构，金属层形成为比空穴中的空穴厚度薄， 其中，该金属层形成在分离磁存储器元件的上、下部电极的绝缘体中，以使磁存储器元件具有导电性，以及，低热导率的绝缘体被设置在未用金属填充空穴的中央部。由于该结构，存储层中央部的热导率下降，周边部的热导率上升，因此，在存储过程中，中央部的温度可能升高。除此之外，为了增大热导率差，通过移除形成在金属空穴底部的金属层的至少一部分，使该层变得更薄，或者残留空穴的周边部，从而形成圆柱形电极，在存储层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种磁存储器元件，包括：存储层，在层表面上具有垂直磁化，其磁化方向根据信息而改变；以及参考层，通过非磁性层与所述存储层相对设置，所述参考层为信息的基准，而且在层表面上具有垂直磁化，其中，所述存储器元件通过电流在所述存储层、所述非磁性层以及所述参考层构成的层间流动时所产生的自旋扭矩反转所述存储层的磁化来存储信息，以及所述存储层在存储时的温度下的矫顽力为室温下矫顽力的０．７倍以下，在所述存储层的一侧上形成的电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大森广之，细见政功，别所和宏，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