[go: up one dir, main page]

JP2006032464A - 磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

磁気ランダムアクセスメモリ Download PDF

Info

Publication number
JP2006032464A
JP2006032464A JP2004205845A JP2004205845A JP2006032464A JP 2006032464 A JP2006032464 A JP 2006032464A JP 2004205845 A JP2004205845 A JP 2004205845A JP 2004205845 A JP2004205845 A JP 2004205845A JP 2006032464 A JP2006032464 A JP 2006032464A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ferromagnetic
coupling
nonmagnetic
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004205845A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Fukuzumi
嘉晃 福住
Toshihiko Nagase
俊彦 永瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004205845A priority Critical patent/JP2006032464A/ja
Priority to US11/000,995 priority patent/US6972992B1/en
Publication of JP2006032464A publication Critical patent/JP2006032464A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

【課題】Ｍｎの拡散を防止して、ＭＲ特性の劣化を抑制する。
【解決手段】磁気ランダムアクセスメモリは、記録層３０と固定層１０と記録層及び固定層間に設けられたトンネル障壁層２０とを有する磁気抵抗素子１を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、固定層は、反強磁性層１２と、反強磁性層上に形成された第１の強磁性層１３と、第１の強磁性層上に形成された第１の非磁性層１４と、第１の非磁性層上に形成され、第１の非磁性層を介して第１の強磁性層と第１の磁気結合により磁気的に結合する第２の強磁性層１５と、第２の強磁性層上に形成され、第１の非磁性層の膜厚と異なる膜厚を有する第２の非磁性層１６と、第２の非磁性層上に形成され、第２の非磁性層を介して第２の強磁性層と第２の磁気結合により磁気的に結合する第３の強磁性層１７とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）に関する。
近年、半導体メモリの一種として、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunnel Magneto-resistance）効果を利用した磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）が提案されている。
このＭＲＡＭのメモリセルでは、ビット線とワード線との交点に、情報記憶素子であるＭＴＪ(Magnetic Tunneling Junction)素子が設けられている。そして、データを書き込む場合は、選択ビット線及び選択ワード線にそれぞれ電流を流し、これらの電流による合成磁界で選択ビット線及び選択ワード線の交点に位置する選択セルのＭＴＪ素子にデータが書き込まれる。一方、データを読み出す場合は、選択セルのＭＴＪ素子に読み出し電流を流し、このＭＴＪ素子の磁化状態の抵抗変化によって“１”、“０”データが読み出される。
ここで、ＭＲＡＭに用いるＭＴＪ素子１０１は、図９に示すように、固定層１１０と、記録層１３０と、固定層１１０及び記録層１３０に挟まれたトンネルバリア層１２０とで構成されている。そして、固定層１１０は、下地層１１１と、反強磁性層１１２と、非磁性層１１４を介して反強磁性結合している第１及び第２の強磁性層１１３，１１５とで構成されている。
このようなＭＲＡＭは、高速性・不揮発性といった特徴から、本来ロジック混載に向いたメモリであるが、現状はロジックプロセスで用いる後工程の熱処理により、実用化が困難となっている。
すなわち、ロジックプロセスによる熱処理によってＰｔＭｎ等で形成された反強磁性層１１２中のＭｎが非磁性層１１４まで拡散し、この非磁性層１１４を介した反強磁性結合が劣化してしまう。また、Ｍｎの一部が、トンネルバリア層１２０の界面付近まで拡散する。これにより、固定層１１０のピン特性が劣化し、ＭＲ（Magneto Resistive）比（“１”、“０”データの抵抗比）が低下するという問題が生じていた。
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のようなものがある。
特開2004-103125号公報 Masashige Sato and Kazuo Kobayashi "Spin-Valve-Like Properties of Ferromagnetic Tunnel Junctions" Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.L200-L201
本発明は、Ｍｎの拡散を防止して、ＭＲ特性の劣化を抑制することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供する。
本発明は、前記課題を解決するために以下に示す手段を用いている。
本発明の一視点による磁気ランダムアクセスメモリは、記録層と固定層と前記記録層及び前記固定層間に設けられたトンネル障壁層とを有する磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、前記固定層は、反強磁性層と、前記反強磁性層上に形成された第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層上に形成された第１の非磁性層と、前記第１の非磁性層上に形成され、前記第１の非磁性層を介して前記第１の強磁性層と第１の磁気結合により磁気的に結合する第２の強磁性層と、前記第２の強磁性層上に形成され、前記第１の非磁性層の膜厚と異なる膜厚を有する第２の非磁性層と、前記第２の非磁性層上に形成され、前記第２の非磁性層を介して前記第２の強磁性層と第２の磁気結合により磁気的に結合する第３の強磁性層とを具備する。
本発明によれば、Ｍｎの拡散を防止して、ＭＲ特性の劣化を抑制することが可能な磁気ランダムアクセスメモリを提供できる。
本発明の一実施形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
［１］ＭＴＪ素子の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子の断面図を示す。以下に、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおいて記憶素子として機能するＭＴＪ素子（磁気抵抗素子）の構成について説明する。
図１に示すように、ＭＴＪ素子１は、磁化が固定された固定層（ピン層）１０と、磁化が回転する記録層（フリー層）３０と、固定層１０及び記録層３０に挟まれたトンネルバリア層２０とで構成されている。
このようなＭＴＪ素子１の固定層１０は、次のような積層構造になっている。下地層１１上に反強磁性層１２が形成され、この反強磁性層１２上に３層の第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７が形成されている。そして、第１及び第２の強磁性層１３，１５間には第１の非磁性層１４が設けられ、第２及び第３の強磁性層１５，１７間には第２の非磁性層１６が設けられている。
ここで、第１の非磁性層１４の膜厚は、第２の非磁性層１６の膜厚と異なり、第２の非磁性層１６の膜厚よりも厚いのが望ましい。
［２］ＭＴＪ素子の材料
図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける熱処理前のＭＴＪ素子の断面図を示す。図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおける熱処理後のＭＴＪ素子の断面図を示す。以下に、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子の材料について説明する。
図２（ａ）に示すように、下地層１１は、例えばＮｉＦｅで形成されている。反強磁性層１２は、例えばＰｔＭｎで形成されている。第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７は、例えばＣｏＦｅで形成されている。トンネルバリア層２０は、例えばＡｌＯｘで形成されている。記録層３０は、例えばＮｉＦｅで形成されている。
そして、第１及び第２の非磁性層１４，１６は、例えばＲｕで形成されるが（図２（ａ）参照）、熱処理により反強磁性層１２から拡散したＭｎをストップさせるため、第１の非磁性層１４にはＭｎが含まれて例えばＲｕＭｎｘとなる（図２（ｂ）参照）。
従って、熱処理後は、第１の非磁性層１４には、例えば２〜１０％程度のＭｎが含まれている。また、第２の非磁性層１６にも、反強磁性層１２から拡散したＭｎが例えば１％以下程度含まれていてもよい。
尚、第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７及び記録層３０は、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はそれらの合金、スピン分極率の大きいマグネタイト、ＣｒＯ2，ＲＸＭｎＯ3-y（Ｒ；希土類、Ｘ；Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）等の酸化物の他、ＮｉＭｎＳｂ，ＰｔＭｎＳｂ等のホイスラー合金等で形成してもよい。さらに、これら磁性体には、強磁性を失わないかぎり、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｂｉ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ，Ｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｉｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ等の非磁性元素が多少含まれていてもよい。
また、第１及び第２の非磁性層１４，１６は、例えば、Ｃｕ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＡｌＮ，Ｂｉ2Ｏ3，ＭｇＦ2，ＣａＦ2，ＳｒＴｉＯ2，ＡｌＬａＯ3等の様々な誘電体等で形成することも可能である。ここで、第１及び第２の非磁性層１４，１６は、反強磁性結合させる場合にはＲｕが望ましく、強磁性結合させる場合はＣｕが望ましい。
また、反強磁性層１２は、例えば、ＦｅＭｎ、ＰｔＣｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ等で形成することも可能である。
また、トンネルバリア層２０は、例えば、ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＡｌＮ，Ｂｉ2Ｏ3，ＭｇＦ2，ＣａＦ2，ＳｒＴｉＯ2，ＡｌＬａＯ3等の様々な誘電体で形成することも可能である。
上記のような材料を用いた場合において、第１及び第２の非磁性層１４，１６は、同じ材料で形成してもよいし、互いに異なる材料で形成してもよい。また、第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７も、全て同じ材料で形成してもよいし、それぞれ異なる材料で形成してもよい。
［３］固定層の磁気結合状態
図３乃至図５は、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子を構成する固定層の磁気結合状態の模式図を示す。以下に、本発明の一実施形態に係る固定層の磁気結合状態について説明する。
図３乃至図５に示すように、第１の強磁性層１３と第２の強磁性層１５とは、第１の非磁性層１４を介して、磁気的に結合（層間の交換結合：interlayer coupling ）している（以下、第１の磁気結合と称す）。さらに、第２の強磁性層１５と第３の強磁性層１７とは、第２の非磁性層１６を介して、磁気的に結合している（以下、第２の磁気結合と称す）。
これら第１及び第２の磁気結合は、（１）第１の磁気結合が強磁性結合であり、第２の磁気結合が反強磁性結合である場合（図３参照）、（２）第１の磁気結合が反強磁性結合であり、第２の磁気結合が強磁性結合である場合（図４参照）、（３）第１及び第２の磁気結合の双方が反強磁性結合である場合（図５参照）の３つの状態が考えられる。ここで、強磁性結合は、互いの磁化が平行な場合が安定であるとし、反強磁性結合は、互いの磁化が反平行な場合が安定であるとする。
上記において、第１及び第２の磁気結合の双方が強磁性結合である場合を含めていないのは、以下の理由からである。この場合、固定層１０の磁化方向が全て同じ方向であるため、記録層３０への漏れ磁場を固定層１０で相殺することができない。つまり、記録層３０の磁化反転が一方向にシフトするため、書き込み選択性が悪くなり、動作上、問題となるからである。
尚、ロジックプロセスの後工程における熱工程を経る際に、ＰｔＭｎからなる反強磁性層１２中のＭｎ原子の拡散は、第１の非磁性層１４のＲｕによってブロックされ、第１の非磁性層１４はＭｎ原子を含有する。
上記（１）の場合、拡散するＭｎが少ないとき、第１の非磁性層１４がＭｎ原子を含有することにより、第１の非磁性層１４を介した第１及び第２の強磁性層１３，１５の強磁性結合は劣化するが、強磁性結合は維持される。一方、拡散するＭｎが多いとき、層間の強磁性結合は部分的に失われるが、第１及び第２の強磁性層１３，１５は他部分で層間の強磁性結合を維持しているため、層全体として強磁性結合を維持できる。また、層間の交換結合が失われた部分では、ピンホールを介した結合、あるいはＭｎ拡散と同時に、第１及び第２の強磁性層１３，１５及び第１の非磁性層１４との拡散により直接、磁気的に結合する等の別機構により、強磁性結合自体は維持することが可能であるため、固定層１０が機能しなくなる程の劣化は回避することができる。
同様に、上記（２）の場合、拡散するＭｎが少ないとき、第１の非磁性層１４がＭｎ原子を含有することにより、第１の非磁性層１４を介した第１及び第２の強磁性層１３，１５の反強磁性結合は劣化するが、反強磁性結合は維持される。一方、拡散するＭｎが多いとき、層間の反強磁性結合は部分的に失われるが、第１及び第２の反強磁性層１３，１５は他部分で層間の反強磁性結合を維持しているため、層全体として反強磁性結合を維持できる。また、反強磁性結合の場合、漏れ磁界が互いの磁化を維持する向きに働くため、反強磁性結合を維持することができる。漏れ磁界は、素子サイズ、強磁性材料の飽和磁化及び膜厚によりその大きさが変わるため、漏れ磁界によって反強磁性的に結合するように素子サイズ、強磁性材料の飽和磁化及び膜厚を選択しておくことができる。
ここで、上記（１）の場合において、第１の非磁性層１４にＭｎが多く含まれている場合には、第１の非磁性層１４は反強磁性層として機能することになる。例えば、第１の非磁性層１４がＩｒの場合、第１の非磁性層１４は、ＩｒＭｎxとなり、反強磁性層として機能できる。
［４］固定層における強磁性層の膜厚
固定層１０における第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７の膜厚Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、固定層１０からの漏洩磁界を低減するように規定することが望ましい。従って、第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７の膜厚Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、上記第１及び第２の磁気結合における３つの磁気結合状態により、次のようにそれぞれ規定される。
（１）第１の磁気結合が強磁性結合であり、第２の磁気結合が反強磁性結合である場合は、図３に示すように、第１及び第２の強磁性層１３，１５の合計膜厚（Ｘ１＋Ｘ２）は、第３の強磁性層１７の膜厚Ｘ３とほぼ等しくすることが望ましい。これにより、第１及び第２の強磁性層１３，１５の磁化によって紙面の左向きに発生する漏れ磁界と、第３の強磁性層１７の磁化によって紙面の右向きに発生する漏れ磁界とを、打ち消し合うことができる。
（２）第１の磁気結合が反強磁性結合であり、第２の磁気結合が強磁性結合である場合は、図４に示すように、第１の強磁性層１３の膜厚Ｘ１は、第２及び第３の強磁性層１５，１７の合計膜厚（Ｘ２＋Ｘ３）とほぼ等しくすることが望ましい。これにより、第１の強磁性層１３の磁化によって紙面の左向きに発生する漏れ磁界と、第２及び第３の強磁性層１５，１７の磁化によって紙面の右向きに発生する漏れ磁界とを、打ち消し合うことができる。
（３）第１及び第２の磁気結合の双方が反強磁性結合である場合は、図５に示すように、第１及び第３の強磁性層１３，１７の合計膜厚（Ｘ１＋Ｘ３）は、第２の強磁性層１５の膜厚Ｘ２とほぼ等しくすることが望ましい。これにより、第１及び第３の強磁性層１３，１７の磁化によって紙面の左向きに発生する漏れ磁界と、第２の強磁性層１５の磁化によって紙面の右向きに発生する漏れ磁界とを、打ち消し合うことができる。
尚、上記（１）の場合における第１及び第２の強磁性層１３，１５の各膜厚Ｘ１，Ｘ２、上記（２）の場合における第２及び第３の強磁性層１５，１７の各膜厚Ｘ２，Ｘ３、上記（３）の場合における第１及び第３の強磁性層１３，１７の各膜厚Ｘ１，Ｘ３は、互いにほぼ等しくなるように設定してもよいし、互いに異なるように設定してもよい。
［５］固定層における非磁性層の膜厚
図６は、本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子において、固定層をＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ構造にした場合のＲｕの膜厚と交換結合エネルギーとの関係を示す。以下に、本発明の一実施形態に係る固定層における非磁性層の膜厚について説明する。
固定層１０における第１及び第２の非磁性層１４，１６の膜厚Ｙ１，Ｙ２は、上下の強磁性層がそれぞれ反強磁性結合又は強磁性結合となるように規定することが望ましい。そこで、ここでは、第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７を例えばＮｉＦｅで形成し、第１及び第２の非磁性層１４，１６をＲｕで形成した場合の第１及び第２の非磁性層１４，１６の膜厚Ｙ１，Ｙ２について規定する。
図６に示すように、Ｒｕの膜厚の変化によって、交換結合エネルギーは反強磁性結合から強磁性結合に振動しながら変化する。この図６において、交換結合エネルギーのプラス側は反強磁性結合となり、マイナス側は強磁性結合となることを示す。
従って、２つの強磁性層を反強磁性結合させたい場合は、その強磁性層に挟まれたＲｕからなる非磁性層の膜厚は、例えば、０．６〜１．０ｎｍ程度、１．９〜２．３ｎｍ程度にするとよく、特に交換結合エネルギーが大きくなる０．８ｎｍ又は２．０ｎｍにするとよい。
一方、２つの強磁性層を強磁性結合させたい場合は、その強磁性層に挟まれたＲｕからなる非磁性層の膜厚は、例えば、１．２〜１．７ｎｍ程度にするとよく、特に交換結合エネルギーが大きくなる１．３ｎｍにするとよい。
具体的には、図３乃至図５に示す上記（１）乃至（３）の磁気結合状態において、第１及び第２の非磁性層１４，１６をＲｕで形成した場合、第１及び第２の非磁性層１４，１６の膜厚Ｙ１，Ｙ２は次のように規定するとよい。
図３に示す（１）の場合、第１の非磁性層１４の膜厚Ｙ１は、第１及び第２の強磁性層１３，１５が強磁性結合するように例えば１．３ｎｍに設定し、一方、第２の非磁性層１５の膜厚Ｙ２は、第２及び第３の強磁性層１５，１７が反強磁性結合するように例えば０．８ｎｍに設定するとよい。
図４に示す（２）の場合、第１の非磁性層１４の膜厚Ｙ１は、第１及び第２の強磁性層１３，１５が反強磁性結合するように例えば２．０ｎｍに設定し、一方、第２の非磁性層１５の膜厚Ｙ２は、第２及び第３の強磁性層１５，１７が強磁性結合するように例えば１．３ｎｍに設定するとよい。
図５に示す（３）の場合、第１の非磁性層１４の膜厚Ｙ１は、第１及び第２の強磁性層１３，１５が反強磁性結合するように例えば２．０ｎｍに設定し、一方、第２の非磁性層１５の膜厚Ｙ２は、第２及び第３の強磁性層１５，１７が反強磁性結合するように例えば０．８ｎｍに設定するとよい。
上記（１）乃至（３）のいずれの磁気結合状態においても、第１及び第２の非磁性層１４，１６のうち、反強磁性層１２の近くに位置する第１の非磁性層１４の膜厚Ｙ１は、反強磁性層１２から遠くに位置する第２の非磁性層１６の膜厚Ｙ２よりも厚くなっている。換言すると、第２の磁気結合の交換結合エネルギーは、第１の磁気結合の交換結合エネルギーよりも大きくなっている。
上述した例は、固定層における非磁性層の膜厚について説明した本発明の一実施形態であり、交換結合エネルギーの大きさや、反強磁性結合から強磁性結合に振動しながら変化する周期は、固定層及び非磁性層の材料により異なる。これは、例えば、S. S. P. Parkin et.al., Phys. Rev. Lett. 64 (1990) pp.2304-2307、S. S. P. Parkin, Phys. Rev. Lett. 67 (1991) pp.3598-3601に開示されている。このため、非磁性層の膜厚は、各材料に適した膜厚にする必要がある。
［６］メモリセルの構造
本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリセルの構造は種々のタイプに適用できる。
例えば、図７に示すように、ＭＴＪ素子１がビット線４１及びワード線４２の交点に配置され、ＭＴＪ素子１の一端はビット線４１に電気的に接続され、ＭＴＪ素子１の他端は下部金属層４３及びコンタクト４４を介して読み出し用スイッチング素子（例えばＭＯＳトランジスタ）４５に電気的に接続されている。このように、１セルに１つのトランジスタと１つのＭＴＪ素子とからなる、いわゆる１Ｔｒ＋１ＭＴＪ構造のメモリセルに、本発明を適用することも可能である。
また、図８に示すように、ＭＴＪ素子１がビット線４１及びワード線４２の交点に配置され、ＭＴＪ素子１の一端はビット線４１に電気的に接続され、ＭＴＪ素子１の他端はワード線４２に電気的に接続されている。このように、読み出し用のスイッチング素子をセル毎に備えない、いわゆるクロスポイント構造のメモリセルに、本発明を適用することも可能である。 上記本発明の一実施形態によれば、ロジックプロセスによる熱処理によってＰｔＭｎ等で形成された反強磁性層１２中のＭｎが第１の非磁性層１４まで拡散した場合であっても、Ｒｕ等からなる第１の非磁性層１４がＭｎの拡散防止層として機能する。これにより、ＭＴＪ素子１内でのＭｎの拡散を防止することができるため、第１及び第２の磁気結合が破壊されることを抑制できる。従って、固定層１０のピン特性が劣化する問題を回避できるため、ＭＲ特性の劣化を抑制できる。このように、本発明の一実施形態によれば、ロジックプロセスに混載可能な耐熱性を持つＭＲＡＭを実現できる。
また、第１の非磁性層１４には、新規材料を導入せず、かつ化合物等に比べてプロセス制御しやすい材料を用いることで、ＭＲＡＭの実用化に貢献できる。
尚、固定層１０の積層構造は、第１乃至第３の強磁性層１３，１５，１７からなる３層に限定されず、さらに複層化することも可能であり、多層の非磁性層により耐熱性をさらに向上することも可能である。また、固定層１０の積層構造を記録層３０に適用することも可能である。
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子を示す断面図。 図２（ａ）は本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおける熱処理前のＭＴＪ素子を示す断面図、図２（ｂ）は本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおける熱処理後のＭＴＪ素子を示す断面図。 本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子の固定層を示す模式図であって、第１の磁気結合が強磁性結合であり、第２の磁気結合が反強磁性結合である場合を示す図。 本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子の固定層を示す模式図であって、第１の磁気結合が反強磁性結合であり、第２の磁気結合が強磁性結合である場合を示す図。 本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子の固定層を示す模式図であって、第１及び第２の磁気結合の双方が反強磁性結合である場合を示す図。 本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリのＭＴＪ素子において、固定層をＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ構造にした場合のＲｕの膜厚と交換結合エネルギーとの関係を示す図。 本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおける１Ｔｒ＋１ＭＴＪ構造のメモリセルを示す断面図。 本発明の一実施形態に係わる磁気ランダムアクセスメモリにおけるクロスポイント構造のメモリセルを示す断面図。 従来技術に係る磁気ランダムアクセスメモリにおけるＭＴＪ素子を示す断面図。
符号の説明
１…ＭＴＪ素子、１０…固定層、１１…下地層、１２…反強磁性層、１３…第１の強磁性層、１４…第１の非磁性層、１５…第２の強磁性層、１６…第２の非磁性層、１７…第３の強磁性層、２０…トンネルバリア層、３０…記録層、４１…ビット線、４２…ワード線、４３…下部金属層、４４…コンタクト、４５…読み出し用スイッチング素子、Ｘ１…第１の強磁性層の膜厚、Ｘ２…第２の強磁性層の膜厚、Ｘ３…第３の強磁性層の膜厚、Ｙ１…第１の非磁性層の膜厚、Ｙ２…第２の非磁性層の膜厚。

Claims (5)

  1. 記録層と固定層と前記記録層及び前記固定層間に設けられたトンネル障壁層とを有する磁気抵抗素子を備えた磁気ランダムアクセスメモリであって、
    前記固定層は、
    反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に形成された第１の強磁性層と、
    前記第１の強磁性層上に形成された第１の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層上に形成され、前記第１の非磁性層を介して前記第１の強磁性層と第１の磁気結合により磁気的に結合する第２の強磁性層と、
    前記第２の強磁性層上に形成され、前記第１の非磁性層の膜厚と異なる膜厚を有する第２の非磁性層と、
    前記第２の非磁性層上に形成され、前記第２の非磁性層を介して前記第２の強磁性層と第２の磁気結合により磁気的に結合する第３の強磁性層と
    を具備することを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
  2. 前記第１の非磁性層は、Ｍｎを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
  3. 前記第１の磁気結合は強磁性結合であり、前記第２の磁気結合は反強磁性結合であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
  4. 前記第１の磁気結合は反強磁性結合であり、前記第２の磁気結合は強磁性結合であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
  5. 前記第１の磁気結合は反強磁性結合であり、前記第２の磁気結合は反強磁性結合であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリ。
JP2004205845A 2004-07-13 2004-07-13 磁気ランダムアクセスメモリ Pending JP2006032464A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004205845A JP2006032464A (ja) 2004-07-13 2004-07-13 磁気ランダムアクセスメモリ
US11/000,995 US6972992B1 (en) 2004-07-13 2004-12-02 Tunneling magnetoresistive random access memory with a multilayer fixed layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004205845A JP2006032464A (ja) 2004-07-13 2004-07-13 磁気ランダムアクセスメモリ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006032464A true JP2006032464A (ja) 2006-02-02

Family

ID=35430499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004205845A Pending JP2006032464A (ja) 2004-07-13 2004-07-13 磁気ランダムアクセスメモリ

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6972992B1 (ja)
JP (1) JP2006032464A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281247A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Toshiba Corp スピンメモリ
WO2008102499A1 (ja) * 2007-02-23 2008-08-28 Nec Corporation 磁性体装置及び磁気ランダムアクセスメモリ
JP2008218735A (ja) * 2007-03-05 2008-09-18 Alps Electric Co Ltd トンネル型磁気検出素子
JP2010522978A (ja) * 2007-03-29 2010-07-08 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 磁気トンネル接合を備えた磁気メモリ
WO2018159624A1 (ja) * 2017-02-28 2018-09-07 Tdk株式会社 強磁性多層膜、磁気抵抗効果素子、及び強磁性多層膜を製造する方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196687A (ja) * 2005-01-13 2006-07-27 Tdk Corp 磁気メモリ
JP2007052886A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Alps Electric Co Ltd 垂直磁気記録ヘッド
JP2007095750A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Canon Anelva Corp 磁気抵抗効果素子
US7710687B1 (en) * 2006-09-13 2010-05-04 Hutchinson Technology Incorporated High conductivity ground planes for integrated lead suspensions
WO2016174509A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic memory device
US9653182B1 (en) * 2016-03-01 2017-05-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Testing method, manufacturing method, and testing device of memory device
US11489109B2 (en) 2017-02-28 2022-11-01 Tdk Corporation Magnetoresistive effect element and magnetic memory

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6721146B2 (en) * 2001-03-14 2004-04-13 International Business Machines Corporation Magnetic recording GMR read back sensor and method of manufacturing
US6775903B2 (en) * 2001-09-17 2004-08-17 Headway Technolog Method for fabricating a top magnetoresistive sensor element having a synthetic pinned layer
JP3788964B2 (ja) 2002-09-10 2006-06-21 株式会社東芝 磁気ランダムアクセスメモリ

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281247A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Toshiba Corp スピンメモリ
WO2008102499A1 (ja) * 2007-02-23 2008-08-28 Nec Corporation 磁性体装置及び磁気ランダムアクセスメモリ
JP5387908B2 (ja) * 2007-02-23 2014-01-15 日本電気株式会社 磁性体装置及び磁気ランダムアクセスメモリ
JP2008218735A (ja) * 2007-03-05 2008-09-18 Alps Electric Co Ltd トンネル型磁気検出素子
JP2010522978A (ja) * 2007-03-29 2010-07-08 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 磁気トンネル接合を備えた磁気メモリ
WO2018159624A1 (ja) * 2017-02-28 2018-09-07 Tdk株式会社 強磁性多層膜、磁気抵抗効果素子、及び強磁性多層膜を製造する方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6972992B1 (en) 2005-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6838740B2 (en) Thermally stable magnetic elements utilizing spin transfer and an MRAM device using the magnetic element
JP3863536B2 (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ及びその磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法
JP5338666B2 (ja) 磁壁ランダムアクセスメモリ
US6847547B2 (en) Magnetostatically coupled magnetic elements utilizing spin transfer and an MRAM device using the magnetic element
JP3959335B2 (ja) 磁気記憶装置及びその製造方法
US6751074B2 (en) Magnetic memory having antiferromagnetically coupled recording layer
JP5193419B2 (ja) スピン注入磁気ランダムアクセスメモリとその書き込み方法
US6714444B2 (en) Magnetic element utilizing spin transfer and an MRAM device using the magnetic element
CN101202325B (zh) 存储元件和存储器
US8026562B2 (en) Magnetic memory element utilizing spin transfer switching
JP4460965B2 (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ
US7848137B2 (en) MRAM and data read/write method for MRAM
JP2006516360A (ja) スピン・トランスファおよび磁気素子を使用するｍｒａｍデバイスを利用する静磁結合磁気素子
JP5545213B2 (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ及びその初期化方法
JP2001156357A (ja) 磁気抵抗効果素子および磁気記録素子
JP2009509357A (ja) 安定化させた強磁性自由層または強磁性自由層積層構造を有する磁性素子
JP2019033166A (ja) 磁気メモリ
JP4747507B2 (ja) 磁気メモリ及びその記録方法
JP4005832B2 (ja) 磁気メモリ及び磁気メモリ装置
US6972992B1 (en) Tunneling magnetoresistive random access memory with a multilayer fixed layer
JP2006179701A (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ
JP3977816B2 (ja) 磁気ランダムアクセスメモリ及びその磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法
JP3866110B2 (ja) 磁気メモリ
JP2007281502A (ja) 磁気メモリ及び磁気メモリ装置
JP2007329492A (ja) 磁気記録素子への書き込み方法および磁気記録素子

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070807

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071002

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071106