專利名稱：存儲(chǔ)元件和存儲(chǔ)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個(gè)磁性層并利用自旋矩磁化反轉(zhuǎn)進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)元件和存儲(chǔ)設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著從移動(dòng)終端到大容量服務(wù)器的各種信息裝置的快速發(fā)展，在諸如存儲(chǔ)元件和邏輯元件的元件中追求諸如高集成度、高速度、低功耗的進(jìn)一步的高性能化。特別地，半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器有了顯著的進(jìn)步，并且作為大容量文件存儲(chǔ)器，閃存已經(jīng)被廣泛使用，而且有排除硬盤驅(qū)動(dòng)器的趨勢(shì)。同時(shí)，著眼于代碼存儲(chǔ)器或工作存儲(chǔ)器的開發(fā)，作為目前常用的NOR閃存、DRAM等的替代物，F(xiàn)eRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、MRAM(磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、PCRAM(相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等的開發(fā)已經(jīng)取得進(jìn)展。它們中的一部分已經(jīng)投入實(shí)際使用。在它們中，MRAM使用磁體的磁化方向執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，從而可以進(jìn)行高速并且?guī)缀跏遣皇芟拗? ο15次或更多)的重寫，因此，MRAM已經(jīng)用于諸如工業(yè)自動(dòng)化和飛機(jī)的領(lǐng)域中。 由于高速操作和可靠性，因此希望在不久的將來把MRAM擴(kuò)展至代碼存儲(chǔ)器或工作存儲(chǔ)器， 但是實(shí)際上，MRAM面臨降低功耗和增加容量的挑戰(zhàn)。這是由MRAM的記錄原理(也就是，使用由配線(interconnect)產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)進(jìn)行反轉(zhuǎn)磁化的方法)所造成的根本性問題。作為解決該問題的一種方法，考慮采用不用電流磁場(chǎng)的記錄方法，也就是，磁化反轉(zhuǎn)方法。具體地，已經(jīng)積極開展了對(duì)自旋矩磁化反轉(zhuǎn)的研究(例如，參見日本未審專利申請(qǐng)公開第2003-17782號(hào)和第2008-227388號(hào)、美國(guó)專利第6256223號(hào)的說明書、Phys. Rev. B, 54，9353 (1996)以及 J. Magn. Mat.，159，Ll (1996))。自旋矩磁化反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)元件通常使用與MRAM相同方式的MTJ (磁性隧道結(jié))進(jìn)行配置。該配置利用這樣的現(xiàn)象，當(dāng)通過固定在任意方向上的磁性層的旋轉(zhuǎn)極性電子進(jìn)入另一自由(方向不固定)磁性層時(shí)，旋轉(zhuǎn)極性電子將轉(zhuǎn)矩施加于自由磁性層(這也被稱為自旋轉(zhuǎn)移矩)，在任意閾值的電流或更大電流流過的情況下，自由磁性層反轉(zhuǎn)。通過改變電流極性執(zhí)行0/1的重寫。在元件大約為0.1 μ m尺寸時(shí)，用于該反轉(zhuǎn)的電流的絕對(duì)值是ImA或更小。此夕卜， 該電流與元件體積成比例地下降，從而按比例縮放(scaling)成為可能。此外，不需要MRAM 中的產(chǎn)生記錄電流磁場(chǎng)所需的字線，從而具有單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。在下文中，將利用自旋矩磁化反轉(zhuǎn)的MRAM稱為ST_MRAM(自旋矩磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。可將自旋矩磁化反轉(zhuǎn)稱為自旋注入磁化反轉(zhuǎn)。人們對(duì)作為能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗和大容量而同時(shí)保持MRAM的可以執(zhí)行高速和幾乎無限制的重寫的優(yōu)點(diǎn)的非易失性存儲(chǔ)器的 ST-MRAM寄予很大的期望。圖6和圖7示出了 ST-MRAM的示意圖。圖6是透視圖，圖7是截面圖。在諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底60上，在由元件隔離層52隔離的部分分別形成漏極區(qū)域58、源極區(qū)域57和柵電極51，它們構(gòu)成用于選擇各個(gè)存儲(chǔ)單元的選擇晶體管。在它們之中，柵電極51也可起到在圖7中前后方向上延伸的字線的作用。漏極區(qū)域58形成為在圖7中的左側(cè)和右側(cè)選擇晶體管的公用漏極區(qū)域，配線59 與漏極區(qū)域58連接。存儲(chǔ)元件53具有通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)使磁化方向反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)層，并且存儲(chǔ)元件 53設(shè)置在源極區(qū)域57與位線56之間，位線56被設(shè)置在圖6中上側(cè)并在左右方向上延伸。存儲(chǔ)元件53例如通過磁性隧道結(jié)元件(MTJ元件)進(jìn)行配置。存儲(chǔ)元件53具有兩個(gè)磁性層61和62。在兩個(gè)磁性層61和62中，一側(cè)的磁性層被設(shè)置為磁化方向固定的磁化固定層，另一側(cè)的磁性層被設(shè)置為磁化方向變化的磁化自由層，也就是存儲(chǔ)層。此外，存儲(chǔ)元件53分別通過上下接觸層54與各個(gè)位線56和源極區(qū)域57連接。在該方式下，當(dāng)使電流流向存儲(chǔ)元件53時(shí)，可通過自旋注入反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在MRAM的情況下，獨(dú)立于存儲(chǔ)元件提供寫入配線(字線或位線)，并且通過使電流流向?qū)懭肱渚€而產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)來執(zhí)行信息的寫入(記錄)。因此，可以使寫入所必需的足夠量的電流流入寫入配線。另一方面，對(duì)于ST-MRAM，需要通過流向存儲(chǔ)元件的電流執(zhí)行自旋矩磁化反轉(zhuǎn)來將存儲(chǔ)層的磁化方向反轉(zhuǎn)。由于信息的寫入(記錄)如上所述通過直接使電流流向存儲(chǔ)元件來執(zhí)行，所以存儲(chǔ)單元被配置為連接存儲(chǔ)元件與選擇晶體管以選擇用于執(zhí)行寫入的存儲(chǔ)單元。在這種情況下，將流向存儲(chǔ)元件的電流限制在能夠流向選擇晶體管的電流大小(選擇晶體管的飽和電流)。因此，需要利用等于或小于選擇晶體管的飽和電流的電流執(zhí)行寫入，已知晶體管的飽和電流會(huì)隨著小型化而下降，因此為了 ST-MRAM的小型化，需要通過提高自旋轉(zhuǎn)移效率來減小流向存儲(chǔ)元件的電流。此外，為了提高讀出信號(hào)強(qiáng)度，需要確保大的磁阻變化率，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，采用上述MTJ結(jié)構(gòu)是有效的，也就是，以這樣的方式配置存儲(chǔ)元件將與存儲(chǔ)層的兩側(cè)連接的中間層設(shè)置為隧道絕緣層(隧道阻擋層)。在將隧道絕緣層用作中間層的情況下，限制流向存儲(chǔ)元件的電流量以防止隧道絕緣層的絕緣擊穿。也就是，從確保關(guān)于存儲(chǔ)元件的重復(fù)寫入的可靠性的角度來講，需要限制用于自旋矩磁化反轉(zhuǎn)所必須的電流。由于這樣的電流與存儲(chǔ)層的膜厚度成比例，并與存儲(chǔ)層的飽和磁化的平方成比例，因此通過調(diào)整這些值(膜厚度或飽和磁化)可有效減小這樣的電流值(例如，參見 Appl. Phys. Lett.，77，3809 (2000))。例如，在美國(guó)專利第7242045號(hào)的說明書中，公開了當(dāng)記錄材料的磁化量(Ms)下降時(shí)可減少電流值的事實(shí)。然而，在另一方面，由于ST-MRAM是非易失性存儲(chǔ)器，因此需要穩(wěn)定地存儲(chǔ)這種通過電流寫入的信息。也就是，需要確保關(guān)于在存儲(chǔ)層的磁化中的熱波動(dòng)的穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定)。
此外，在不能保證存儲(chǔ)層的熱穩(wěn)定性的情況下，可能由于熱(操作環(huán)境中的溫度) 引起反轉(zhuǎn)的磁化方法再次反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致寫入錯(cuò)誤。相比于相關(guān)技術(shù)中的MRAM，ST-MRAM中存儲(chǔ)元件在按比例縮放方面有優(yōu)勢(shì)，也就是如上所述，從記錄電流值的角度來看，優(yōu)勢(shì)在于存儲(chǔ)層的體積可以很小。然而，由于體積小，只要其它特性相同，熱穩(wěn)定性可能惡化。因此，隨著ST-MRAM的容量增加，存儲(chǔ)元件的體積變小，因此確保熱穩(wěn)定性非常重要。因此，關(guān)于ST-MRAM的存儲(chǔ)元件，熱穩(wěn)定性是非常重要的特性，因此在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件時(shí)，即使減小體積，也要確保其熱穩(wěn)定性。也就是，為了實(shí)現(xiàn)作為非易失性存儲(chǔ)器的ST-MRAM，需要減少用于自旋矩磁化反轉(zhuǎn)的電流至等于或小于晶體管的飽和電流或者等于或小于擊穿隧道阻擋的電流，并還需要確保用于保持紀(jì)錄信息的熱穩(wěn)定性。如上所述，為了減少用于自旋矩磁化反轉(zhuǎn)所需的電流，考慮了減少存儲(chǔ)層的飽和磁化量Ms的方法或使存儲(chǔ)層變薄的方法。例如，如美國(guó)專利第7242045號(hào)的說明書所述， 將具有低飽和磁化量Ms的材料用作存儲(chǔ)層的材料是有效的。然而，如上所述，在簡(jiǎn)單地使用具有低飽和磁化量Ms的材料的情況下，難以確保用于保持信息的熱穩(wěn)定性。因此，希望提供一種能夠提高熱穩(wěn)定性而不增加寫入電流的存儲(chǔ)元件以及包括該存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種存儲(chǔ)元件，包括存儲(chǔ)層，通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息；磁化固定層，具有作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層中的信息的基準(zhǔn)的磁化；以及中間層，由非磁性材料形成并設(shè)在存儲(chǔ)層和磁化固定層之間，其中通過利用根據(jù)在具有存儲(chǔ)層、中間層和磁化固定層的層結(jié)構(gòu)的層壓方向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)對(duì)存儲(chǔ)層的磁化進(jìn)行反轉(zhuǎn)來執(zhí)行信息的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)層包括含有鐵(Fe)和鈷(Co)中至少一個(gè)的合金區(qū)域，以及存儲(chǔ)層在其磁化反轉(zhuǎn)期間接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于存儲(chǔ)層的飽和磁化量。此外，構(gòu)成存儲(chǔ)層的鐵磁性材料包括Co-Fe合金。此外，存儲(chǔ)層由⑶和^^表示的合金形成，并且易磁化軸方向垂直于膜表面，在這里，χ是原子％，并且0彡χ彡40。此外，存儲(chǔ)層由(Co/e-JMh表示的合金形成，并且易磁化軸方向垂直于膜表面，在這里，M是不同于Fe和Co的元素，χ和y是原子％，0彡χ彡40，并且0 < y < 100。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種存儲(chǔ)設(shè)備，其包括存儲(chǔ)元件，通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息；以及兩種配線，彼此交叉。存儲(chǔ)裝置包括上述的本發(fā)明實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件，存儲(chǔ)元件設(shè)置在兩種配線之間，電流在通過兩種配線的層壓方向上流向存儲(chǔ)元件，由此，產(chǎn)生自旋矩磁化反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件，設(shè)置有通過磁化材料的磁化狀態(tài)保持信息的存儲(chǔ)層，在存儲(chǔ)層和磁化固定層之間設(shè)置有中間層，并且通過利用根據(jù)在層壓方向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)、對(duì)存儲(chǔ)層的磁化進(jìn)行反轉(zhuǎn)來執(zhí)行信息存儲(chǔ)，從而可以通過電流在層壓方向上的流動(dòng)執(zhí)行信息記錄。此時(shí)，存儲(chǔ)層在其磁化反轉(zhuǎn)期間接收的反磁場(chǎng)(diamagnetic field)的大小小于存儲(chǔ)層的飽和磁化量，從而存儲(chǔ)層接收的反磁場(chǎng)變小，并且可以減小用于反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向所需的寫入電流值。另一方面，即使在沒有減小存儲(chǔ)層的飽和磁化量時(shí)，也可以減小寫入電流量，從而可以確保用于保持存儲(chǔ)層足夠的熱穩(wěn)定性所需的飽和磁化量。此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的存儲(chǔ)設(shè)備的配置，電流通過兩種配線在層壓方向上流向存儲(chǔ)元件，并發(fā)生自旋轉(zhuǎn)移，從而利用電流通過兩種配線在層壓方向上流動(dòng)導(dǎo)致的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)可以執(zhí)行信息記錄。此外，即使在存儲(chǔ)層的飽和磁化量減小的情況下，也可以減小寫入電流的量，從而記錄在記錄元件中的信息被穩(wěn)定地保持，并可以實(shí)現(xiàn)記錄設(shè)備的小型化、可靠性的提高和功耗的降低。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，即使在減小存儲(chǔ)層的飽和磁化量時(shí)，也可以減少存儲(chǔ)元件的寫入電流量，從而可以通過充分確保作為信息保持能力的熱穩(wěn)定性來配置特性平衡優(yōu)異的存儲(chǔ)元件。以這種方式，可以通過減小操作錯(cuò)誤以充分獲得存儲(chǔ)元件的操作裕度。因此，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作的高可靠性存儲(chǔ)器。此外，減小寫入電流，從而可以在寫入存儲(chǔ)元件時(shí)降低功耗。因此，可以降低整個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的功耗。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的存儲(chǔ)器的示意性配置的說明圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件的截面圖；圖3是示出大小為0. 09X0. 18 μ m的存儲(chǔ)層的Co量和反轉(zhuǎn)電流密度之間的關(guān)系的圖；圖4是示出大小為0. 09X0. 18 μ m的存儲(chǔ)層的Co量和熱穩(wěn)定性的指標(biāo)之間的關(guān)系的圖；圖5是示出大小為0. 05X0. 05 μ m的存儲(chǔ)層的Co量和熱穩(wěn)定性的指標(biāo)之間的關(guān)系的圖；圖6是示出ST-MRAM的示意性配置的說明圖；以及
圖7是圖6的ST-MRAM的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將以下列順序描述本發(fā)明的實(shí)施方式。1.實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件的概述2.實(shí)施方式的配置3.實(shí)驗(yàn)1.實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件的概述首先，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件的概況。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過上述的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)對(duì)存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)層的磁化方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)以執(zhí)行信息記錄。
存儲(chǔ)層由諸如鐵磁層的磁性材料形成，并通過磁性材料的磁化狀態(tài)(磁化方向)
保持信息。存儲(chǔ)元件具有如圖2的實(shí)例所示的層結(jié)構(gòu)，并至少包括作為兩個(gè)鐵磁性層的存儲(chǔ)層17和磁化固定層15，以及設(shè)在兩個(gè)磁性層之間的中間層16。存儲(chǔ)層17具有垂直于膜表面的磁化，并且磁化方向?qū)?yīng)于信息而變化。磁化固定層15具有作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層17中的信息的基準(zhǔn)并與膜表面垂直的磁化。中間層16由非磁性材料形成并設(shè)在存儲(chǔ)層17和磁化固定層15之間。在具有存儲(chǔ)層17、中間層16和磁化固定層15的層壓結(jié)構(gòu)的層壓方向上注入自旋極化電子，存儲(chǔ)層17的磁化方向變化，從而信息被記錄在存儲(chǔ)層17中。這里，將簡(jiǎn)單描述自旋矩磁化反轉(zhuǎn)。電子具有兩種自旋角動(dòng)量。將這些動(dòng)量定義為向上方向和向下方向。兩者在非磁性材料內(nèi)部的數(shù)量相同，在鐵磁性材料內(nèi)部數(shù)量不同。對(duì)于構(gòu)成ST-MRAM的兩層鐵磁性材料的磁化固定層15和存儲(chǔ)層17，將考慮當(dāng)各個(gè)磁矩的方向處于反轉(zhuǎn)方向狀態(tài)時(shí)，電子從磁化固定層15移動(dòng)到存儲(chǔ)層17的情況。磁化固定層15是固定的磁層，因?yàn)楦叱C頑力其磁矩方向是固定的。通過磁化固定層15的電子是自旋極化的，也就是，面向上和面向下的數(shù)量彼此不同。當(dāng)非磁性層的中間層16的厚度足夠薄時(shí)，在電子通過磁化固定層15后自旋極化會(huì)減輕，并且電子在成為普通的非極化材料的非極化狀態(tài)(面向上和面向下的數(shù)量相同)之前， 到達(dá)另一磁性材料，即存儲(chǔ)層17。在存儲(chǔ)層17中，自旋極化的符號(hào)反轉(zhuǎn)，從而為了降低系統(tǒng)能量，部分電子反轉(zhuǎn)，也就是，自旋角動(dòng)量的方向交換。此時(shí)，需要保持系統(tǒng)的全部角動(dòng)量，從而通過其方向變化的電子的等于全部角動(dòng)量的反作用施加至存儲(chǔ)層17的磁矩。在電流(也就是電子數(shù)量)小的情況下，方向被改變的電子的總數(shù)量變小，從而發(fā)生在存儲(chǔ)層17的磁矩中的角動(dòng)量變化變小，但是當(dāng)電流增加時(shí)，可以在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)角動(dòng)量施加大的變化。角動(dòng)量隨時(shí)間的變化是轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過閾值時(shí)，存儲(chǔ)層17的磁矩開始進(jìn)動(dòng)，并且由于其單軸各向異性而旋轉(zhuǎn)180°并變得穩(wěn)定。也就是，發(fā)生從反轉(zhuǎn)方向狀態(tài)到相同方向狀態(tài)的反轉(zhuǎn)。當(dāng)磁化為相同方向狀態(tài)時(shí)，如果在電流的方向上，使電流從存儲(chǔ)層17至磁化固定層15反向流動(dòng)，當(dāng)從磁化固定層15反射時(shí)自旋反轉(zhuǎn)的電子進(jìn)入存儲(chǔ)層17，施加了轉(zhuǎn)矩，并可以將磁矩反轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)方向狀態(tài)。然而，此時(shí)，用于引起該反轉(zhuǎn)所需的電流量大于從反轉(zhuǎn)方向狀態(tài)反轉(zhuǎn)為相同方向狀態(tài)的電流量。難以直觀地理解磁矩從相同方向狀態(tài)反轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)方向狀態(tài)，但是可以這樣考慮 磁化固定層15是固定的，從而磁矩未被反轉(zhuǎn)，并且為了保持整個(gè)系統(tǒng)的角動(dòng)量，存儲(chǔ)層17 被反轉(zhuǎn)。如上所述，通過特定閾值或更大電流(對(duì)應(yīng)于各個(gè)極化)從磁化固定層15到存儲(chǔ)層17或其相反的方向的流動(dòng)，執(zhí)行0/1的記錄。通過使用與相關(guān)技術(shù)的MRAM相似的磁阻效果，執(zhí)行信息的讀出。也就是，與上述記錄的情況一樣，使電流在與膜表面垂直的方向上流動(dòng)。此外，利用這樣的現(xiàn)象元件所顯示的電阻根據(jù)存儲(chǔ)層17的磁矩與磁化固定層15的磁矩是相同方向還是相反方向而變化。用于設(shè)在磁化固定層15和存儲(chǔ)層17之間的中間層16的材料可以是金屬材料或絕緣材料，但是絕緣材料可用于中間層以獲得相對(duì)高的讀出信號(hào)強(qiáng)度(電阻變化比)，并可以通過相對(duì)低的電流實(shí)現(xiàn)記錄。將此時(shí)的元件稱為鐵磁隧道結(jié)(磁性隧道結(jié)MTJ)。當(dāng)由于自旋矩磁化反轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)磁性層的磁化方向時(shí)，由下式(1)表達(dá)所需的電流閾值Ic。Ic = A · α · Ms · V · Hd/2 η(1)在這里，A 常數(shù)，α 自旋制動(dòng)常數(shù)，n 自旋注入效率，Ms 飽和磁化量，V 存儲(chǔ)層的體積，以及Hd 有效反磁場(chǎng)。如公式(1)所示，通過控制磁性層的體積V、磁性層的飽和磁化Ms、自旋注入效率 n以及自旋制動(dòng)常數(shù)α，電流的閾值可設(shè)置為任意值。在本實(shí)施方式中，存儲(chǔ)元件包括能夠通過磁化狀態(tài)保持信息的磁層(存儲(chǔ)層17)， 以及磁化方向固定的磁化固定層15。存儲(chǔ)元件需要保持寫入信息以作用存儲(chǔ)器。這由作為保持信息能力的指標(biāo)的熱穩(wěn)定性指標(biāo)Δ ( = KV/KBT)的值確定。上述Δ由以下公式(2)表示。Δ = KV/KBT = Ms · V · Hk · (1/2KBT)(2)在這里，Hk 有效的各向異性場(chǎng)，Kb 玻爾茲曼常數(shù)，T 溫度，Ms 飽和磁化量，以及 V:存儲(chǔ)層的體積。有效的各向異性場(chǎng)Hk受到形狀磁性各向異性、感生磁性各向異性、晶體磁性各向異性等的影響，并且在假設(shè)單疇的一致轉(zhuǎn)動(dòng)模型時(shí)，有效的各向異性場(chǎng)變得與抗磁力相同。熱穩(wěn)定性的指標(biāo)Δ和電流的閾值Ic通常為平衡關(guān)系。因此，兼容性成為保持存儲(chǔ)特性中的問題。對(duì)于改變存儲(chǔ)層的磁化狀態(tài)的電流閾值，實(shí)際上，例如，在存儲(chǔ)層17的厚度為2nm 的TMR元件中，平面圖案基本上為IOOnmX 150nm的橢圓形狀，正側(cè)的閾值+Ic為+0. 5mA,負(fù)側(cè)的閾值-Ic為-0. 3mA，并且此時(shí)的電流密度基本上為3. 5X 106A/cm2。這些基本上對(duì)應(yīng)于上述公式(1)。相反，在由電流磁場(chǎng)執(zhí)行磁化反轉(zhuǎn)的普通MRAM中，必需數(shù)個(gè)mA以上的寫入電流。因此，在ST-MRAM的情況下，上述寫入電流的閾值變得足夠小，從而可有效降低集成電路的功耗。此外，不需要用于產(chǎn)生電流磁場(chǎng)的配線(其對(duì)于普通的MRAM是必須的)，從而關(guān)于集成度，相比于普通MRAM具有優(yōu)勢(shì)。在執(zhí)行自旋矩磁化反轉(zhuǎn)時(shí)，由于通過使電流直接流向存儲(chǔ)元件來執(zhí)行信息的寫入 (記錄)，因此為了選擇執(zhí)行寫入的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)元件被連接至選擇晶體管以構(gòu)建存儲(chǔ)單兀。在這種情況下，將流向存儲(chǔ)元件的電流限制為能夠使其流向選擇晶體管的電流 (選擇晶體管的飽和電流)的大小。為了使通過注入自旋而磁化反轉(zhuǎn)的電流的閾值Ic小于選擇晶體管的飽和電流， 從公式(1)可以看到，減小存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms是有效的。然而，在簡(jiǎn)單地減小飽和磁化量Ms (例如，美國(guó)專利第7242045號(hào))的情況下，存儲(chǔ)層17的熱穩(wěn)定性顯著下降，因此存儲(chǔ)元件難以用作存儲(chǔ)器。為了構(gòu)建存儲(chǔ)器，需要熱穩(wěn)定性的指標(biāo)△等于或大于特定程度的大小。本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了各種研究，結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)構(gòu)成存儲(chǔ)層17的鐵磁性層由包括鈷(Co)和鐵(Fe)的合金形成、并且選擇Co-Fe的組成，存儲(chǔ)層17接收的有效反磁場(chǎng) (Meffective)小于存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms。通過使用上述鐵磁性材料，存儲(chǔ)層17接收的有效的反磁場(chǎng)的大小小于存儲(chǔ)層17 的飽和磁化量Ms。以這種方式，可以使存儲(chǔ)層17接收的反磁場(chǎng)變小，從而通過公式(1)可以獲得減小電流閾值Ic的效果，并且不會(huì)使由公式(2)表示的熱穩(wěn)定性△惡化。此外，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所選擇的Co-Fe組合物的有限組成范圍內(nèi)，C0-Fe在垂直于膜表面方向上磁化，由此，即使在能夠?qū)崿F(xiàn)G比特級(jí)容量的極小記錄元件的情況下，也可以確保足夠的熱穩(wěn)定性。因此，在G比特級(jí)的ST-MRAM中確保熱穩(wěn)定性的狀態(tài)下，可以制造穩(wěn)定的利用低電流寫入信息的存儲(chǔ)器。在本實(shí)施方式中，配置為使得存儲(chǔ)層17接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于存儲(chǔ)層17 的飽和磁化量Ms，也就是，有效反磁場(chǎng)的大小相對(duì)于存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms的比小于 1。此外，磁性隧道結(jié)(MTJ)元件被如下配置考慮到選擇晶體管的飽和電流值，使用由絕緣材料形成的隧道絕緣層作為設(shè)置在存儲(chǔ)層17和磁化固定層15之間的非磁性中間層 16。通過使用隧道絕緣層配置磁性隧道結(jié)(MTJ)元件，從而相比于通過使用非磁性導(dǎo)體層配置的巨磁阻效應(yīng)(GMR)元件的情況，可以使磁阻變化率(MR率)變大，從而可以使讀出信號(hào)強(qiáng)度增大。特別是當(dāng)氧化鎂(MgO)用作作為隧道絕緣層的中間層16的材料時(shí)，相對(duì)于使用通常使用的氧化鋁的情況，可以使磁阻變化率(MR率)變大。此外，通常，自旋轉(zhuǎn)移效率取決于MR率，并且隨著MR率增大，自旋轉(zhuǎn)移效率提高， 因此可以減小磁化反轉(zhuǎn)電流密度。因此，當(dāng)氧化鎂用作隧道絕緣材料的材料并使用存儲(chǔ)層17時(shí)，可以通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)減小閾值寫入電流，因此，可以利用小電流執(zhí)行信息的寫入(記錄)。此外，可以使讀出信號(hào)強(qiáng)度增大。以這種方式，可以通過確保MR率(TMR率)減小自旋矩磁化反轉(zhuǎn)的寫入閾值電流， 并可以用小電流執(zhí)行信息的寫入(記錄)。此外，可以使讀出信號(hào)強(qiáng)度增大。如上所述，在隧道絕緣層由氧化鎂(MgO)膜形成的情況下，期望MgO膜結(jié)晶，從而在(001)方向上保持結(jié)晶取向。此外，在本實(shí)施方式中，除了由氧化鎂形成的配置，例如可通過使用例如各種絕緣材料、電介質(zhì)材料和半導(dǎo)體(例如氧化鋁、氮化鋁、SiO2, Bi203> MgF2, CaF, SrTiO2^AlLaO3和 A1-N-0)配置設(shè)在存儲(chǔ)層17和磁化固定層15之間的中間層16(隧道絕緣層)。從獲得通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)對(duì)存儲(chǔ)層17的磁化方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)所需的電流密度的角度考慮，需要將隧道絕緣層的面積電阻值控制在幾十個(gè)Ω μ m2或者更小。
在由MgO膜形成的隧道絕緣層中，為了將面積電阻值保持在上述范圍內(nèi)，需要將 MgO膜的膜厚度設(shè)置為1. 5nm或更小。此外，希望將存儲(chǔ)元件變小，以便容易地用小電流對(duì)存儲(chǔ)層17的磁化方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)。因此，優(yōu)先地，將存儲(chǔ)元件的面積設(shè)置為0. 01 μ m2或者更小。此外，作為本發(fā)明的實(shí)施方式，可以將除Co和Fe之外的元素加入到存儲(chǔ)層17中。當(dāng)添加不同種類的元素時(shí)，可得到諸如由于防止擴(kuò)散而使耐熱性提高或磁阻效果提高、以及伴隨平面化的絕緣擊穿電壓增加的效果。作為該添加的元素的材料，可使用B、 C、N、0、F、Mg、Si、P、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ge、Nb、Mo、Ru, Rh, Pd、Ag、Ta, W、Ir、Pt、Au、Zr、 Hf、Re、Os或其合金。此外，作為本實(shí)施方式的存儲(chǔ)層17，可以直接層壓具有不同組成的鐵磁性層。此外，可層壓鐵磁性層和軟磁性層，或通過軟磁性層或非磁性層層壓多個(gè)鐵磁性層。在這種方式的層壓的情況下，可以獲得本發(fā)明的效果。特別地，在通過(介由)非磁性層層壓多個(gè)鐵磁性層的情況下，可以調(diào)整鐵磁性層之間的相互作用的強(qiáng)度，從而即使在存儲(chǔ)元件的尺寸在亞微米以下，也可以獲得控制磁化反轉(zhuǎn)電流不增大的效果。作為這種情況下的非磁性層的材料，可使用Ru、0s、Re、Ir、Au、Ag、 Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Ta, Pd、Pt、Zr, Hf、W、Mo、Nb $胃。希望磁化固定層15和存儲(chǔ)層17具有單向的各向異性。此外，每個(gè)磁化固定層15和存儲(chǔ)層17的膜厚度優(yōu)選為0. 5nm 30nm。存儲(chǔ)元件的其他配置可與相關(guān)技術(shù)中通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)記錄信息的存儲(chǔ)元件的配置相同?？梢赃@樣的方式配置磁化固定層15 僅通過鐵磁性層或通過使用反鐵磁性層和鐵磁性層的反鐵磁性耦合固定磁化方向。此外，可通過單層鐵磁性層或者介由非磁性層層壓了多個(gè)鐵磁性層的鐵釘結(jié)構(gòu) (ferri-pin structure)配置磁化固定層 15。作為構(gòu)成層壓鐵釘結(jié)構(gòu)的磁化固定層15的鐵磁性層的材料，可使用Co、CoFe, CoFeB等。此外，作為非磁性層的材料，可使用Ru、Re、Ir、Os等。作為反鐵磁性層的材料，可以為諸如FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO和Fe2O3的磁性材料。此外，可通過將諸如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、0、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo
和Nb的非磁性元素加入到上述磁性材料，來調(diào)整磁性特性，或者除此之外，還可調(diào)整諸如結(jié)晶結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性質(zhì)、物質(zhì)穩(wěn)定性等各種物理性質(zhì)。此外，關(guān)于存儲(chǔ)元件的膜配置，存儲(chǔ)層17可設(shè)置在磁化固定層15的下側(cè)或在其上側(cè)，在任何布置中都沒有問題。此外，在磁化固定層15設(shè)置在存儲(chǔ)層17的上側(cè)和下側(cè)(所謂的雙重結(jié)構(gòu))的情況下也沒有問題。此外，作為讀出記錄在存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)層17中的信息的方法，將成為信息基準(zhǔn)的磁性層通過薄的絕緣膜設(shè)在存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)層17上，并且可通過流經(jīng)絕緣層(中間層16) 的鐵磁性隧道電流來執(zhí)行讀出，或者通過磁阻效應(yīng)執(zhí)行讀出。2.實(shí)施方式的配置
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隨后，將描述本發(fā)明此實(shí)施方式的具體配置。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，圖1示出了存儲(chǔ)設(shè)備的示意性配置圖(透視圖)。該存儲(chǔ)設(shè)備包括能夠在磁化狀態(tài)保持信息的存儲(chǔ)元件3，它被設(shè)置在相互垂直的兩種地址配線(例如，字線和位線)的交叉點(diǎn)附近。具體地，構(gòu)成用于選擇各個(gè)存儲(chǔ)單元的選擇晶體管的漏極區(qū)域8、源極區(qū)域7和柵電極1分別形成在由諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底10的元件分離層2分離的部分。在它們之中，柵電極1還用作在圖的前后方向上延伸的一側(cè)地址配線(例如，字線)。漏極區(qū)域8形成為由左側(cè)和右側(cè)選擇晶體管共用，并且配線9與漏極區(qū)域8連接。存儲(chǔ)元件3設(shè)置在源極區(qū)域7和另一側(cè)的地址配線(例如，位線)6之間，地址配線設(shè)置在上側(cè)并在圖中左右方向延伸。該存儲(chǔ)元件3具有包括其磁化方向由于自旋注入而反轉(zhuǎn)的鐵磁性層的存儲(chǔ)層。此外，存儲(chǔ)元件3設(shè)置在兩種地址配線1和6的交叉點(diǎn)附近。存儲(chǔ)元件3分別通過上下接觸層4與位線6和源極區(qū)域7連接。以這種方式，電流通過兩種地址配線1和6在垂直方向上流入存儲(chǔ)元件3，并且存儲(chǔ)層的磁化方向可以通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)而被反轉(zhuǎn)。此外，圖2示出了根據(jù)本實(shí)施方式的存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)元件3的截面圖。如圖2所示，存儲(chǔ)元件3具有相對(duì)于存儲(chǔ)層17設(shè)在較低層的磁化固定層15，其中在存儲(chǔ)層17中通過自旋矩磁化反轉(zhuǎn)將磁化M17的磁化方向反轉(zhuǎn)。關(guān)于ST-MRAM，通過存儲(chǔ)層17的磁化Ml7和磁化固定層15的磁化M15之間的相對(duì)角來定義信息0和1。用作隧道阻擋層(隧道絕緣層)的中間層16設(shè)在存儲(chǔ)層17和磁化固定層15之間，因此，通過存儲(chǔ)層17和磁化固定層15配置MTJ元件。此外，底層14形成在磁化固定層15的下面，頂層(cap layer) 18形成在存儲(chǔ)層17 的上面。在此實(shí)施方式中，特別地，調(diào)整存儲(chǔ)元件3的存儲(chǔ)層17的組成，從而存儲(chǔ)層17接收的有效反磁場(chǎng)的大小變得小于存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms。也就是，如上所述，選擇存儲(chǔ)層17的鐵磁材料Co-Fe的組成，并且使得存儲(chǔ)層17 接收的有效反磁場(chǎng)的大小變小，從而有效反磁場(chǎng)的大小變得小于飽和磁化量Ms。此外，在此實(shí)施方式中，在中間層16由氧化鎂層形成的情況下，可以使磁阻變化率(MR率)較高。當(dāng)如上所述使MR率提高時(shí)，提高了自旋注入效率，因此可以減小反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層17的磁化M17方向所需的電流密度。本實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件3可通過在真空裝置中從底層14至頂層18連續(xù)形成、并通過諸如后蝕刻等處理形成存儲(chǔ)元件3的圖案來制造。根據(jù)上述實(shí)施方式，以這樣的方式配置存儲(chǔ)元件3的存儲(chǔ)層17 存儲(chǔ)層17接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms，從而存儲(chǔ)層17接收的反磁場(chǎng)減小，并可以減小反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層17的磁化M17方向所需的寫入電流量。另一方面，由于即使存儲(chǔ)層17的飽和磁化量Ms沒有減小，也可減小寫入電流量， 所以可以充分確保存儲(chǔ)層17的飽和磁化量，因此，可以充分確保存儲(chǔ)層17的熱穩(wěn)定性。
如上所述，由于可以充分確保作為信息保持能力的熱穩(wěn)定性，所以可以配置具有優(yōu)良的特性平衡的存儲(chǔ)元件3。以這種方式，消除了操作錯(cuò)誤，并且充分獲得存儲(chǔ)元件3的操作裕度，從而可以穩(wěn)定地操作存儲(chǔ)元件3。因此，可以實(shí)現(xiàn)高可靠性地穩(wěn)定操作的存儲(chǔ)器。此外，減少了寫入電流，從而可以在執(zhí)行寫入存儲(chǔ)元件3時(shí)降低功耗。因此，可以降低存儲(chǔ)單元由本實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件3配置的存儲(chǔ)器的整體功耗。因此，對(duì)于包括能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異信息保持能力、具有高可靠性并且操作穩(wěn)定的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)元件3的存儲(chǔ)器，可以降低功耗。此外，在制造存儲(chǔ)器時(shí)，包括圖2所示的存儲(chǔ)元件3并具有圖1所示的配置的存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)在于可以采用普通的半導(dǎo)體MOS形成加工。因此，可以將該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器用作通用存儲(chǔ)器。3.實(shí)驗(yàn)這里，關(guān)于本實(shí)施方式的存儲(chǔ)元件3的配置，通過特別選擇構(gòu)成存儲(chǔ)層17的鐵磁性層的材料，調(diào)節(jié)存儲(chǔ)層17接收的有效反磁場(chǎng)的大小，從而制造出存儲(chǔ)元件3的樣品，然后檢驗(yàn)其特性。在實(shí)際的存儲(chǔ)設(shè)備中，如圖1所示，除了存儲(chǔ)元件3外，還存在用于切換的半導(dǎo)體電路等，但是這里，為了研究存儲(chǔ)層17的磁化反轉(zhuǎn)特性，對(duì)僅形成有存儲(chǔ)元件的晶片進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)1在厚度為0. 725mm的硅襯底上形成厚度為300nm的熱氧化膜，并在熱氧化膜上形成具有圖2所示配置的存儲(chǔ)元件3。具體地，對(duì)于圖1所示的存儲(chǔ)元件3，如下所述地選擇各個(gè)層的材料和膜厚度。·底層14 膜厚度為IOnm的Ta膜和膜厚度為25nm的Ru膜的層壓膜·磁化固定層15 膜厚度為2. 5nm的CoFeB膜·中間層(隧道絕緣層)16 膜厚度為0. 9nm的氧化鎂膜 存儲(chǔ)層 17:CoFe 膜·頂層18 膜厚度為3nm的Ta膜、厚度為3nm的Ru膜和厚度為3nm的Ta膜的層
壓膜各個(gè)層按上述方式選擇，將膜厚度為IOOnm的Cu膜(用作下述的字線)(未示出) 設(shè)在底層14和硅襯底之間。在上述配置中，存儲(chǔ)層17的鐵磁性層由Co-Fe的二元合金形成，并且鐵磁性層的膜厚度被固定為2. Onm。使用DC磁控管濺射法形成除由氧化鎂膜形成的中間層16之外的各個(gè)層。使用RF磁控管濺射法形成由氧化鎂(MgO)膜形成的中間層16。此外，在形成存儲(chǔ)元件3的每一層后，在磁場(chǎng)熱處理爐中執(zhí)行加熱處理。接下來，通過光刻法對(duì)字線部分掩模后，通過Ar等離子體對(duì)字線部分之外的層壓膜進(jìn)行選擇性蝕刻，從而形成字線(下電極)。此時(shí)，在襯底上將字線之外的部分蝕刻至5nm 的深度。
然后，通過電子束繪圖裝置形成存儲(chǔ)元件3的圖案的掩模，對(duì)層壓膜進(jìn)行選擇性蝕刻，從而形成存儲(chǔ)元件3。將存儲(chǔ)元件3之外的部分蝕刻至直接位于Cu層上的字線部分。此外，在用于特性評(píng)估的存儲(chǔ)設(shè)備中，需要使足夠的電流流向存儲(chǔ)元件以產(chǎn)生磁化反轉(zhuǎn)所需的自旋矩，從而需要抑制隧道絕緣層的電阻值。因此，將存儲(chǔ)元件3的圖案設(shè)置為短軸為0.9 μ mX長(zhǎng)軸為0. 18 μ m的橢圓形，并將存儲(chǔ)元件3的面積電阻值(Ω μ m2)設(shè)置為 20 Ω μπι2。接下來，通過將Al2O3濺射至厚度基本為IOOnm而使存儲(chǔ)元件3之外的部分絕緣。隨后，通過使用光刻法形成用作上電極的位線和測(cè)量墊(measurementpad)。以這種方式，制造了存儲(chǔ)元件3的樣品。通過上述制造方法，在存儲(chǔ)元件3中改變存儲(chǔ)層17的鐵磁性層的Co-Fe合金的組成，制造存儲(chǔ)元件3的各個(gè)樣品。在Co-Fe合金的組成中，CoFe中Co的Co組成比，也就是，x(原子％ )被改變?yōu)?90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%和 0%。對(duì)于按照上述方式制造的各個(gè)存儲(chǔ)元件3的樣品，可按下述方式進(jìn)行特性評(píng)估。在測(cè)量之前，將磁場(chǎng)從外側(cè)施加至存儲(chǔ)元件3以控制反轉(zhuǎn)電流，從而正方向上的值和負(fù)方向上的值彼此對(duì)稱。此外，在不擊穿絕緣層(中間層16)的范圍內(nèi)將應(yīng)用于存儲(chǔ)元件3的電壓設(shè)至IV。飽和磁化量的測(cè)量通過使用振動(dòng)樣品磁力計(jì)進(jìn)行VSM測(cè)量以測(cè)量飽和磁化量Ms。有效反磁場(chǎng)的測(cè)量作為用于測(cè)量有效反磁場(chǎng)的樣品，除了存儲(chǔ)元件3的上述樣品，還制造形成有構(gòu)成存儲(chǔ)元件3的各層的樣品，然后將樣品加工為具有20mmX20mm平方的平面圖案。此外，通過FMR(鐵磁化共振)測(cè)量獲得有效反磁場(chǎng)的大小Meffe。tive。通過以下公式(3)給出對(duì)于任意外部磁場(chǎng)Hex的共振頻率fFMK(通過FMR測(cè)量得到)。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)元件，包括存儲(chǔ)層，通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息；磁化固定層，具有作為存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中的信息的基準(zhǔn)的磁化；以及中間層，由非磁性材料形成并設(shè)在所述存儲(chǔ)層和所述磁化固定層之間， 其中，利用根據(jù)在具有所述存儲(chǔ)層、所述中間層和所述磁化固定層的層結(jié)構(gòu)的層壓方向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)，對(duì)所述存儲(chǔ)層的磁化進(jìn)行反轉(zhuǎn)來執(zhí)行信息的存儲(chǔ)，所述存儲(chǔ)層包括含有Fe和Co中至少一種的合金區(qū)域，并且所述存儲(chǔ)層在其磁化反轉(zhuǎn)期間接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于所述存儲(chǔ)層的飽和磁化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其中，構(gòu)成所述存儲(chǔ)層的鐵磁性材料包括Co-Fe合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述存儲(chǔ)層由C0xFe1(l(l_x表示的合金形成，并且易磁化軸方向垂直于膜表面， 這里，χ為原子％，并且O彡40。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述存儲(chǔ)層由(Co/e.JyMh表示的合金形成，并且易磁化軸方向垂直于膜表這里，M是不同于Fe和Co的元素，χ和y為原子％，0 ^ χ ^ 40,并且O < y < 100。
5. 一種存儲(chǔ)設(shè)備，包括存儲(chǔ)元件，通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息；以及兩種配線，彼此交叉，其中，所述存儲(chǔ)元件包括通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息的存儲(chǔ)層、具有作為存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中的信息的基準(zhǔn)的磁化的磁化固定層以及由非磁性材料形成并設(shè)置在所述存儲(chǔ)層和所述磁化固定層之間的中間層，利用根據(jù)在具有所述存儲(chǔ)層、所述中間層和所述磁化固定層的層結(jié)構(gòu)的層壓方向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)，對(duì)存儲(chǔ)層的磁化進(jìn)行反轉(zhuǎn)來執(zhí)行信息的存儲(chǔ)， 所述存儲(chǔ)層包括含有Fe和Co中至少一種的合金區(qū)域，所述存儲(chǔ)層在其磁化反轉(zhuǎn)期間接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于所述存儲(chǔ)層的飽和磁化量，所述存儲(chǔ)元件設(shè)置在所述兩種配線之間，并且電流通過所述兩種配線在所述層壓方向上流向所述存儲(chǔ)元件，由此，產(chǎn)生自旋矩磁化反轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了存儲(chǔ)元件和存儲(chǔ)設(shè)備。該存儲(chǔ)元件包括存儲(chǔ)層，通過磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息；磁化固定層，具有作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層中信息的基準(zhǔn)的磁化；以及中間層，由非磁性材料形成并設(shè)在存儲(chǔ)層和磁化固定層之間。利用根據(jù)在具有存儲(chǔ)層、中間層和磁化固定層的層結(jié)構(gòu)的層壓方向上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的自旋矩磁化反轉(zhuǎn)對(duì)存儲(chǔ)層的磁化進(jìn)行反轉(zhuǎn)以執(zhí)行信息存儲(chǔ)，存儲(chǔ)層包括含有Fe和Co中至少一種的合金區(qū)域，以及存儲(chǔ)層在其磁化反轉(zhuǎn)期間接收的有效反磁場(chǎng)的大小小于存儲(chǔ)層的飽和磁化量。
文檔編號(hào)G11C16/06GK102385923SQ20111024977
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者內(nèi)田裕行, 別所和宏, 大森廣之, 山根一陽, 細(xì)見政功, 肥后豐 申請(qǐng)人:索尼公司