磁阻元件和磁存储器制造技术

本发明专利技术涉及磁阻元件和磁存储器。根据一个实施例，一种磁阻元件包括：存储层(2)，其具有垂直且可变的磁化；参考层(4)，其具有垂直且恒定的磁化；偏移调整层(6)，其具有沿与所述参考层(4)的磁化相反的方向的垂直且恒定的磁化；第一非磁性层(3)，其在所述存储层(2)与所述参考层(4)之间；以及第二非磁性层(5)，其在所述参考层(4)与所述偏移调整层(6)之间。所述参考层(4)的切换磁场等于或小于所述存储层(2)的切换磁场，且所述参考层(4)的磁弛豫常数大于所述存储层(2)的磁弛豫常数。

【技术实现步骤摘要】

本文中描述的实施例一般而言涉及磁阻元件和磁存储器。
技术介绍
磁阻元件具有包括具有恒定磁化的磁性层(參考层)、具有可变磁化的磁性能(存储层)以及在这两个磁性层之间的非磁性层的叠层结构作为基本结构，并被用于磁随机存取存储器的存储器基元(memory cell)或可重构的逻辑电路的自旋场效应晶体管(FET)的LSI等等。在该情况下，以柱状来构图磁阻元件。此外，作为磁阻元件中固有的问题，存在这样的问题存储层的磁滞曲线因受由參考层的磁化导致的磁场(杂散磁场)的影响而从不存在杂散磁场时的曲线沿预定方向偏移(shift)。为了使该曲线返回到原始状态，需要将用于抵消杂散磁场的偏移调整层添加到磁阻元件。然而，近年来，已经开发了通过自旋注入的写入系统、垂直磁化型磁阻元件等等。相应地，磁阻元件的小型化迅速进展。因此，即使最終形成了厚的偏移调整层，也难以使存储层的磁滞曲线返回到不存在杂散磁场时的原始状态。
技术实现思路
概括而言，根据ー个实施例，一种磁阻元件，包括存储层，其具有垂直且可变的磁化；參考层，其具有垂直且恒定的磁化；偏移调整层，其具有沿与所述參考层的磁化相反的方向的垂直且恒定的磁化；第一非磁性层，其在所述存储层与所述參考层之间；以及第ニ非磁性层，其在所述參考层与所述偏移调整层之间；其中，所述參考层的切换磁场等于或小于所述存储层的切换磁场，且所述參考层的磁弛豫常数大于所述存储层的磁弛豫常数。附图说明图I到3为示出了磁阻元件的图；图4为用于解释当參考层被制造为很薄时的问题的图；图5为示出了当參考层的矫顽カ等于存储层的矫顽カ时的MH回线的图；图6和7为示出了存储层和參考层的磁化反转(magnetization reversal)概率分布的图；图8为示出了 MRAM的主要部分的图；图9为示出了 MRAM的存储器基元的图；图10为示出了作为应用实例的DSL数据路径部分的图11为示出了作为另ー应用实例的蜂窝电话终端的图；图12为示出了作为又ー应用实例的MRAM卡的图；以及图13到16为示出了将数据转写(transfer)到MRAM卡的转写装置的图。具体实施方式 将描述磁阻元件和磁存储器的实施例。在以下描述中，具有基本上相同的功能和构成的构成要素用相同的符号表示，且将仅在必要时重复描述。此外，附图是示意性的，且厚度与平面尺寸之间的关系、层的厚度的比例等等有时与实际情况不同。因此，应考虑下面的描述来判断具体的厚度或尺寸。同样，在附图中，相互的尺寸关系、比率等等有时会改变。此外，以下实施例是用于具体化技术构思的装置和方法的示例。在该技术构思中，构成部件的材料、形状、结构、设置等等并未被限制为下述情況。各种变更可在专利权利要求中被添加到该技术构思中。在下面的描述中，有时会使用根据该技术构思的磁阻元件和磁存储器所特有的表示法，因此其表示法将被定义如下。此外，在实施例的描述中将适当地定义未被如下定义的表示法。下文中描述的磁阻元件包括作为基本构成要素的具有垂直且可变的磁化的存储层、具有垂直且恒定的磁化的參考层、具有沿与參考层的磁化相反的方向的垂直且可变的磁化的偏移调整层、在存储层与參考层之间的非磁性层以及在參考层与偏移调整层之间的非磁性层。这里，存储层为具有可变的磁化的磁性层，參考层为具有恒定的磁化的磁性层。可变意味着磁性层的剩余磁化可沿彼此相反的第一和第二方向反转，而恒定意味着磁性层的剩余磁化恒定地指向第一和第二方向中的ー个。彼此相反的方向包括以下情况由第一和第二方向形成的角Θ在90 °< Θ <180°的范围内。然而，存储层的剩余磁化的磁化方向可以优选地基本上反转180。。偏移调整层为具有沿与參考层的磁化相反的方向的磁化的磁性层。该偏移调整层具有调整存储层的磁滞曲线的偏移的目的。垂直磁化意味着磁性层的剩余磁化的磁化方向变为垂直或基本上垂直于磁性层的膜表面(上表面/下表面)。在本说明书中，基本上垂直意味着磁性层的剩余磁化的磁化方向在相对于磁性层的膜表面的45° く Θ <90°的范围内。(磁阻元件)(I)磁阻元件的结构图I到图3示出了磁阻元件。在图中，箭头表示磁化方向。磁阻元件MTJ为产生例如隧穿磁阻效应(TMR效应)的元件。下文中，将描述磁阻元件的主要部分。当该主要部分包括示出的元件时，除了所示出的元件之外还可以包括其他元件。磁阻元件MTJ具有其中參考层4被设置在存储层2上方的顶钉扎结构(top pinstructure)。在本实例中，描述了顶钉扎结构，但磁阻元件MTJ可具有其中參考层4被设置在存储层2下方的底钉扎结构。设置底基层(underlayer) I以用于控制在存储层2上方存在的各层的诸如晶体取向和晶粒尺寸的结晶特性。存储层2被设置在底基层I上。磁性层3被设置在存储层2上。磁性层3通常为绝缘层(例如，氧化物层)。在该情况下，非磁性层3称为隧道势垒层。參考层4被设置在非磁性层3上。存储层2和參考层4具有垂直的磁化。也就是，存储层2和參考层4具有沿与膜表面垂直的方向的磁化的易轴。通常，參考层4的矫顽カ大于存储层2的矫顽力。在附图中，參考层4的磁化方向从模表面向上,但也可以相对于膜表面向下。 非磁性层5被设置在參考层4上。偏移调整层6被设置在非磁性层5上。偏移调整层6具有沿与參考层4的磁化相反的方向的恒定的磁化。帽层7被设置在偏移调整层6上。帽层7用作对磁阻元件MTJ构图时的硬掩模，且该帽层还用作保护层以防止存储层2、參考层4以及偏移调整层6的氧化。应注意，在图2的结构中，在非磁性层3与參考层4之间还插入界面层8。界面层8为用于弛豫非磁性层3与參考层4之间的界面中的晶格失配的磁性层。此外，当界面层8为具有高极化比率的材料时，可以实现高TMR比率和高自旋注入效率。此外，在图3的结构中，在非磁性层3与參考层4之间还插入界面层8，且在存储层2与非磁性层3之间还插入界面层9。界面层8和9都是用于弛豫非磁性层3与參考层4之间的界面以及存储层2与非磁性层3之间的界面中的晶格失配的磁性层。此外，当界面层8和9为具有高极化比率的材料时，可以实现高TMR比率和高自旋注入效率。在图3中，可以略去界面层8。在该情况下，界面层9仅被设置在存储层2与非磁性层3之间的界面上。通过例如自旋注入磁化反转系统在磁阻元件MTJ中进行写入。也就是，通过允许自旋极化电流(双向电流)沿与磁阻元件MTJ中的各层的膜表面垂直的方向流过各层，来进行与入。例如，当自旋极化电流从存储层2流动到參考层4时，其中积累自旋信息的參考层4的电子从參考层4注入到存储层2。根据自旋角动量的守恒定律，该电子的自旋角动量对存储层2的电子具有影响，由此，存储层2的磁化改变为平行的。此外，当自旋极化电流从參考层4流动到存储层2时，其中积累了通过使存储层2的自旋信息反转而获得的自旋信息的电子从參考层4注入到存储层2。根据自旋角动量的守恒定律，该电子的自旋角动量对存储层2的电子具有影响，由此，存储层2的磁化改变为反平行的。根据该原理，存储层2和參考层4的剩余磁化的磁化方向的相对角可以被改变为平行的(其中相对角为0°或基本上0°的状态)或反平行的(其中相对角为180°或基本上180°的状态)。应注意，平行为其中存储层2和參考层4的剰余磁化具有相同方向的状态。例如，在该情况下，磁阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻元件，包括：存储层，其具有垂直且可变的磁化；参考层，其具有垂直且恒定的磁化；偏移调整层，其具有沿与所述参考层的磁化相反的方向的垂直且恒定的磁化；第一非磁性层，其在所述存储层与所述参考层之间；以及第二非磁性层，其在所述参考层与所述偏移调整层之间，该磁阻元件的特征在于，所述参考层的切换磁场等于或小于所述存储层的切换磁场，且所述参考层的磁弛豫常数大于所述存储层的磁弛豫常数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：西山胜哉，相川尚德，甲斐正，永濑俊彦，上田公二，与田博明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：