本发明专利技术提供了存储元件和存储装置，该存储元件包括：存储层，具有垂直于层表面的磁化并且基于磁性材料的磁化状态来存储信息；磁化固定层，具有用作被存储在存储层中的信息的基准并且垂直于层表面的磁化；中间层，由非磁性材料形成并且介于存储层和磁化固定层之间；矫顽力强化层，被设置成与存储层相邻并且在中间层的相反侧，并且由Cr、Ru、W、Si和Mn中的至少一种形成；以及自旋势垒层，由氧化物形成，并且被设置成与矫顽力强化层相邻并且在存储层的相反侧。利用由在包括存储层、中间层以及磁化固定层的层结构的层压方向上流动的电流所引起的自旋扭矩磁化反转将存储层的磁化反转，从而存储信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及存储元件和包括该存储元件的存储装置。该存储元件包括将铁磁层的磁化状态作为信息存储的存储层以及磁化方向固定的磁化固定层，并且通过电流的流动来改变存储层的磁化方向。
技术介绍
在诸如计算机的信息设备中，已经广泛使用了快速操作并且高密度的DRAM (动态随机存取存储器)作为随机存取存储器。然而，由于DRAM是当电源被切断时丢失信息的易失性存储器，所以盼望一种当电源被切断时不丢失信息的非易失性存储器。作为非易失性存储器的候选，基于磁性材料的磁化来存储信息的磁性随机内存 (MRAM)已吸引了关注并被研究。作为在MRAM中执行数据存储的方法，例如，日本未审专利申请公开第2004-193595号公开了利用自旋扭矩磁化反转(spin torque magnetizationreversal)的存储元件，其中，执行存储的磁性材料的磁化被在两个磁性材料之间流动的自旋扭矩反转。此元件由于较简单的结构和大量的可重写次数而引起了关注。类似于MRAM，利用自旋扭矩磁化反转的存储元件在许多情况下由MTJ (磁性隧道结)构造。这种构造利用了当穿过被固定为给定方向的磁性层的自旋极化电子进入另一自由磁性层(其中，方向未固定)时扭矩被施加于该磁性层的现象(此现象也被称为自旋转移扭矩)。在这种情况下，当使等于或大于给定阈值的电流流动时，自由磁性层被反转。通过改变电流的极性来重写O和I。对于约O. I μ m尺寸范围的元件，用于反转的电流的绝对值等于或小于1mA。另外，由于此电流值与元件体积成比例地被减小，所以可按比例缩放。此外，由于不需要在MRAM中产生记录电流磁场所需的字线，所以还具有单元结构简单的有益效果。在下文中，利用自旋扭矩磁化反转的MRAM被称为“自旋扭矩MRAM”或“ST-MRAMC自旋扭矩-磁性随机存取存储器)”。该自旋扭矩磁化反转往往可被称为自旋注入磁化反转。作为ST-MRAM的实例，存在如在日本未审专利申请公开第2004-193595中公开的利用面内磁化的ST-MRAM和如在日本未审专利申请公开第2009-81215中公开的利用垂直磁化的ST-MRAM。在利用面内磁化的ST-MRAM中，可以高自由度地选择材料,并且固定磁化的方法较容易。然而，在垂直磁性层的情况下，材料被限于具有垂直磁各向异性的材料。近来，例如，如在“NatureMaterials, Vol. 9, p. 721 (2010) ”中所公开的，利用在Fe与氧化物之间的晶体界面处出现的垂直磁各向异性的界面各向异性型垂直磁性层已吸引了关注。当利用界面各向异性时，可通过作为磁性材料的FeCoB合金和作为氧化物的MgO来获得垂直磁性层，从而可实现高磁阻率(MR率)与垂直磁化之间的平衡(折中)。由于界面各向异性对于存储层和基准层均有利地起作用，所以期待对垂直磁化型自旋扭矩MRAM的应用。
技术实现思路
为了提高磁性存储器的密度，存储元件应具有相对于热波动的大的各向异性能。为了提高各向异性能，有效的是提高矫顽力并增加存储层的厚度。然而，作为垂直磁各向异性的界面各向异性仅能在磁性材料与氧化物之间的界面获得。因此，当增大磁性层的厚度时，矫顽力降低。结果，难以容易地提高各向异性能。期望实现一种非易失性存储器，其在自旋扭矩MRAM中具有大的各向异性能，并且即使当元件尺寸减小时对热波动具有足够耐性。根据本专利技术的实施方式，提供了一种存储元件，包括存储层，具有垂直于层表面的磁化并且基于磁性材料的磁化状态来存储信息；磁化固定层，具有用作被存储在存储层中的信息的基准并且垂直于层表面的磁化；中间层，由非磁性材料形成并且介于存储层和磁化固定层之间；矫顽力强化层，被设置成与存储层相邻并且在中间层的相反侧，并且由 Cr, Ru, W, Si和Mn中的至少一种形成；以及自旋势垒层，由氧化物形成，并且被设置成与矫顽力强化层相邻并且在存储层的相反侧。在这种情况下，利用由在包括存储层、中间层以及磁化固定层的层结构的层压方向上流动的电流所引起的自旋扭矩磁化反转将存储层的磁化反转，从而存储信息。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种存储装置，包括存储元件，基于磁性材料的磁化状态来存储信息；以及彼此交叉的两种类型的配线。该存储元件包括存储层，具有垂直于层表面的磁化并且基于磁性材料的磁化状态来存储信息；磁化固定层，具有用作被存储在存储层中的信息的基准并且垂直于层表面的磁化；中间层，由非磁性材料形成并且介于存储层和磁化固定层之间；矫顽力强化层，被设置成与存储层相邻并且在中间层的相反侧，并且由Cr、Ru、W、Si和Mn中的至少一种形成；以及自旋势鱼层，由氧化物形成，并且被设置成与矫顽力强化层相邻并且在存储层的相反侧，其中，利用由在包括存储层、中间层以及磁化固定层的层结构的层压方向上流动的电流所引起的自旋扭矩磁化反转将存储层的磁化反转，从而存储信息。另外，该存储元件被设置在两种类型的配线之间，并且通过这两种类型的配线使层压方向上的电流在存储元件中流动，从而引起自旋扭矩磁化反转。根据本专利技术的实施方式，作为ST-MRAM，采用层压了存储层、中间层(隧道势垒层)以及磁化固定层的MTJ结构。另外，由Cr、Ru、W、Si以及Mn中的至少一种形成的矫顽力强化层被设置为与存储层相邻，并且由氧化物形成的自旋势垒层被设置为与矫顽力强化层相邻。通过设置矫顽力强化层，可提高存储层的矫顽力以提高各向异性能。因此，可实现即使当元件尺寸减小时仍对热波动具有足够耐性的非易失性存储器。根据本专利技术的实施方式，作为利用垂直磁ST-MRAM的非易失性存储器，可获得即使当元件尺寸减小时仍具有足够的磁各向异性能的元件。结果，可实现具有以高密度存储信息的良好性能的存储元件和存储装置。附图说明图I是示意性地示出了根据本专利技术的实施方式的存储装置的构造的透视图。图2是示出了根据本专利技术的实施方式的存储装置的截面图。图3A和图3B是示出了根据本专利技术的实施方式的存储元件的层结构的截面图。 图4是示出了根据本专利技术的实施方式的实验试样的示图。图5A至图是示出了矫顽力He对各种试样的矫顽力强化层及其厚度的依赖性的实验结果的示图。图6A和图6B是示出了各向异性磁场的大小对矫顽力强化层和存储层的厚度的依赖性的示图。 图7A至图7C是示出了自旋势垒层的各种材料的垂直磁化的实验的示图。图8是示出了实验中室温下KuVzKbT的值的示图。具体实施例方式下文中，将按下列顺序来描述根据本专利技术的实施方式。I.根据实施方式的存储装置的构造2.根据实施方式的存储元件的概述3.实施方式的具体构造4.关于实施方式的实验I.根据实施方式的存储装置的构造首先，将描述根据本专利技术的实施方式的存储装置的构造。图I和图2示意性地示出了根据实施方式的存储装置。图I是透视图，而图2是截面图。如图I中所示，在根据实施方式的存储装置中，由ST-RAM构造并能基于磁化状态来存储信息的存储元件3被设置在彼此交叉的两种类型的地址配线(例如，字线和位线)的交点附近。即，在诸如硅基板的半导体基板10的通过元件隔离层2隔开的部分中分别形成构造用于选择各个存储装置的选择晶体管的漏极区8、源极区7和栅极I。其中，栅极I与在附图的前后方向上延伸的地址配线(字线)中的一条重叠。漏极区8形成为被图I的左右部分中的选择晶体管所共本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储元件，包括：存储层，具有垂直于层表面的磁化并且基于磁性材料的磁化状态来存储信息；磁化固定层，具有用作被存储在所述存储层中的信息的基准并且垂直于层表面的磁化；中间层，由非磁性材料形成并且介于所述存储层和所述磁化固定层之间；矫顽力强化层，被设置成与所述存储层相邻并且在所述中间层的相反侧，并且由Cr、Ru、W、Si和Mn中的至少一种形成；以及自旋势垒层，由氧化物形成，并且被设置成与所述矫顽力强化层相邻并且在所述存储层的相反侧，其中，利用由在包括所述存储层、所述中间层以及所述磁化固定层的层结构的层压方向上流动的电流所引起的自旋扭矩磁化反转将所述存储层的磁化反转，从而存储信息。
【技术特征摘要】
2011.05.10 JP 2011-1048771.一种存储元件，包括 存储层，具有垂直于层表面的磁化并且基于磁性材料的磁化状态来存储信息； 磁化固定层，具有用作被存储在所述存储层中的信息的基准并且垂直于层表面的磁化； 中间层，由非磁性材料形成并且介于所述存储层和所述磁化固定层之间； 矫顽力强化层，被设置成与所述存储层相邻并且在所述中间层的相反侧，并且由Cr、Ru、W、Si和Mn中的至少一种形成；以及 自旋势垒层，由氧化物形成，并且被设置成与所述矫顽力强化层相邻并且在所述存储层的相反侧， 其中，利用由在包括所述存储层、所述中间层以及所述磁化固定层的层结构的层压方向上流动的电流所引起的自旋扭矩磁化反转将所述存储层的磁化反转，从而存储信息。2.根据权利要求I所述的存储元件， 其中，所述存储层具有Fe、Co和Ni中的至少一种作为主要成分并且包含B和C中的至少一种。3.根据权利要求I所述的存储元件， 其中，所述矫顽力强化层由Cr形成并具有O. 03nm至O. 3nm的厚度。4.根据权利要求I所述的存储元件， 其中，所述矫顽力强化层由Ru形成并具有O. 03nm至O. 2nm的厚度。5.根据权利要求I所述的存储元件， 其中，所述矫顽...
【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，浅山徹哉，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：
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