TWI274345B - Memory - Google Patents

Description

1274345 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種記憶體’其具借含有將強磁性層之磁 化狀=作為資訊而記憶之記憶層、以及固定磁化方向之磁 化口疋層，且猎由流通電流而使記憶層之磁化方向改變之 記憶元件’較好的是適用於非揮發性記憶體者。 【先前技術】

::iw貝讯通指機器、特別是行動終端等個人用小型資訊 機裔之迅速日及，對於構成其之記憶體或邏輯元件等元 =業者要求面積體化、高速化、低耗電化等，進而要求 高性能化。 特別是’半導體非揮發性記憶體之高速化·大容量化作為 與因可動部分之存在等原因而本質上難以小型化.高速化· 低耗電化之磁性硬碟等的互補技術，以及為實現於開啟電 源之同時啟動操作系統之所謂「立即啟動」㈣祕叫等 新功能’相形重要。 作為非揮發性記憶體，實際應用有半導體快閃記憶體或 FeRAM (強介電質非揮發性記憶體）等，且帛向高性能化方 面之積極研究開發正在進行中。 取近’作為利用磁性體之新非揮發性記憶體，利用通道 磁阻效果之MRAMOVIagnetic Random Access勤丽”兹性 隨機記憶體)之開發進展顯著，為眾人所關注㈣，參照非 專利文獻1、非專利文獻2)。 。亥MRAM具有以下構造··將記錄資訊之微小磁性記憶體 103239.doc 1274345 元件有規則地配置，以可對其各個存取之方式設置伟線例 如字線以及位元線。 各磁性記憶體元件構成為，含有使資訊作為鐵磁性體之 磁化方向而記錄之記憶層。 而且，作為磁性記憶體元件之構成，採用使用含有上述 記憶層、通道絕緣膜（非磁性間隔膜）以及固定磁化方向之磁 化固定層、即所謂磁性通道接合㈧叫以…丁仙⑽ Junction : MTJ)之結構。磁化固定層之磁化方向可藉由例如 設有反鐵磁性層而固定。 於如此結構中，相應於記憶層之磁化方向與磁化固定層 之磁化方向所成之角度，因產生相對於流過通道絕緣膜I 通道電流的電阻值發生改變之所謂通道磁阻效果，故利用 該通道磁阻效果，可實行資訊之寫入（記錄該電阻值之大 小於記憶層之磁化方向與磁化固定層之磁化方向為反平行 時取最大值，於平行時則取最小值。 於如此結構之磁性記憶體元件中，向磁性記憶體元件資 =之寫入（記錄）’可藉由於字線以及位元線之兩者中流通電 抓而產生之合成電流磁場，藉而控制磁性記憶體元件之記 憶層之磁化方向而實行…般來說，可使此時之磁化方： (磁化狀態)之不同分別對應「〇」資訊與Γι」資訊而記憶下 來。 另一方面，所記錄之資訊之讀出，使用電晶體等元件而 選擇記憶體單元，並利用磁性記憶體元件之通道磁阻效 果，檢測記憶層之磁化方向之不同作為電壓信號之差，藉 103239.doc 1274345 此可感測所記錄之資訊。 將該MRAM與其他非揮發性記憶體比較時，其最大停、 在於，藉由使含有鐵磁性體之記憶層之磁化方向反轉 寫「〇」資訊與「I資訊’故而可高速且幾乎無限次(二覆5 次）地實行覆寫。 然而，於MRAM中，為覆寫已記錄之資訊，必須產生浐 大之電流磁場，且必須於位址佈線流通一定程度大小（例如 數mA左右）之電流。因此消耗電力增大。 又，於MRAM中，因分別需要寫入用位址佈線與讀出用 位址佈線，故而難以於結構上使記憶體單元小型化。 進而，隨著元件之小型化，位址佈線亦變細，從而產生 難以流通充分電流之問題，或因矯頑磁力變大而必要之電 流磁場增大、且消耗電力增多之問題等。 因此，難以使元件小型化。 因此’作為可以更少電流實行磁化反轉之結構，具有利 用通過自旋轉移之磁化反轉之結構地記憶體為眾人關注。 所明自方疋轉移之磁化反轉，係將通過磁性體内而自旋偏 極之電子注入至其他磁性體，藉此於其他磁性體中產生磁 化反轉者（例如，參照專利文獻1)。 即’於通過固定磁化方向之磁性層（磁化固定層）之自旋 偏極電子進入未固定磁化方向之其他磁性層（磁化自由層） 時’會產生於該磁性層之磁化中賦予扭矩之現象。並且， 右流通某臨限值以上之電流，則可使磁性層（磁化自由層） 之磁化方向反轉。 103239.doc 1274345 例如，對於具有磁化固疋層與磁化自由層之巨大磁阻效 果元件（GMR元件）或磁性通道接合元件（MTJ元件），藉由於 垂直於其膜面之方向流通電流，可使該等元件之至少一部 分磁性層之磁化方向反轉。 藉此，構成具有磁化固定層與磁化自由層（記憶層）之記 憶元件，藉由改變流通於記憶元件之電流的極性，使記憶 層之磁化方向反轉，實行「〇」資訊與r 1」資訊之覆寫。 所記錄之資訊之讀出，藉由成為於磁化固定層與磁化自 由層（記憶層）之間設有通道絕緣層之結構，可與MRAM同樣 地利用通道磁阻效果。 而且，自旋轉移之磁化反轉具有即使對元件小型化亦可 不增加電流地實現磁化反轉之優點。 為實行磁化反轉而流通於記憶元件之電流的絕對值，於 例如0 · 1 μπ!左右之規模的記憶元件為1 mA以下，且與記憶 元件之體積成比例地減少，故而於定標上較為有利。 而且，無需MRAM中必需之記錄用字線，故而具有記憶 體單元之結構變為簡單之優點。 [非專利文獻 1]日經electronics 2 001.2.12號（第 164 頁-171 頁） [非專利文獻2]J· NaHas et al.，IEEE/ISSCC 2004 Visulas SuPplement，p. 22 [專利文獻1]日本專利特開2003-17782號公報 [發明所欲解決之問題] 於利用上述自旋轉移之磁化反轉而構成記憶體之情形 103239.doc 1274345 才於口己憶層寫入資訊（以「〇」資訊與「i」資訊覆寫）時與 於唄出.己錄於έ己憶層之資訊時，電流通過相同路徑。 因此’將頃出電流設定為充分低於寫入電流，且必須設 定為藉由將兩電流之不均—限制於最小限度，而避免於讀 出中產生誤寫入。 於圖7表示利用自旋轉移記錄資訊之記憶元件之一般結 構的概略剖面。 。亥圯憶兀件110構成為自下層起對基礎層1〇1、反鐵磁性 層丨02磁化固定層103、非磁性層104、記憶層1〇5、以及 頂蓋層106之各層進行積層。 忑憶層105含有具有單軸磁性非等向性之鐵磁性體，根據 。亥记隐層1 05之磁化狀態即記憶層1 〇5之磁化Mi 12之方 向’可將資訊記憶於記憶元件11〇中。 又，對於記憶層105，介以非磁性層1〇4，設有含有鐵磁 性體且固定磁化]vnU之方向的磁化固定層1〇3。圖7之結構 中，藉由於磁化固定層丨03之下層設有反鐵磁性層丨〇2，通 過該反鐵磁性層102之作用可固定磁化固定層1〇3之磁化 Mill之方向。 對於該記憶元件丨10，於寫入資訊時，於垂直於記憶層 之膜面的方向即於記憶元件之積層方向流通電流，並藉由 自旋轉移使記憶層105之磁化Ml 12之方向反轉。 此處’就利用自旋轉移之磁化反轉加以簡單說明。 電子具有兩種自旋角動量。假設將該等兩種自旋角動量 分別疋義為向上以及向下。於非磁性體内部兩者之數量相 103239.doc 1274345 同，於鐵磁性體内部兩者之數量存在差異。 二’於圖7所示之記憶元件u。中考慮以下情形，於磁 〜固疋層1〇3以及記憶層105，相互之磁矩方向為反平行狀 恶，並使電子自磁化固定層⑻向記憶層如移動。 通過磁化固定層103之電子因自旋偏極，於自旋角動量之 向上與向下之數量申產生差異。

非磁性層104之厚度充分薄，緩和該自旋偏極而成為㈣ 之非磁性體之非偏極（向上與向下之數量相同）狀態之前，到 達作為其他磁性體之記憶層1G5，則磁化固定層iG3以及記 憶層105之磁矩方向為反平行狀態，為藉由自旋偏極度之符 號成為相反而減少系之能量，故而一部分電子實行反轉即 改變自旋角動量方向。時，因系之全角動量必須保存， 故而亦將與改變方向之電子的角動量變化之合計相等的反 作用賦予記憶層1 〇5之磁矩。 於電流即通過單位時間之電子數量較少之情形時，因改 變方向之電子總數亦少，故而於記憶層1〇5之磁矩中產生之 角動$變化亦小，但若電流增加則可於單位時間内賦予較 多角動量變化。角動量之時間變化為扭矩，當扭矩超過一 定臨限值則記憶層105之磁矩M112開始反轉，即使由該單 軸非等向性而180度旋轉時亦穩定。即，引起自反平行狀能 向平行狀態之反轉。 另一方面，於磁化固定層1 03以及記憶層1 〇5中，於相互 之磁矩方向為平行狀態時，相反地將電流流通於自記恒層 105向磁化固定層1 〇3發送電子之方向時，則此次於磁化固 103239.doc -10- 1274345 定層103反射時，於經自旋反轉之電子進入記憶層1〇5時賦 予扭矩，並可向反平行狀態反轉。 然而，於自該平行狀態向反平行狀態反轉之情形時所需 之電流量，多於自反平行狀態向平行狀態反轉時之電流量。 如此，向記憶層105之資訊（0資訊n資訊）記錄，藉由於自 磁化固定層1〇3向記憶層105之方向或其相反方向，流通分 別對應極性之臨限值以上的電流而實行。 又，記錄於記憶層105之資訊之讀出，可利用依存於記憶 層1〇5與磁化固定層（參照層）103之磁矩之相對角度的電^ 變化、即相互平行時為最小電阻，成為反平行時成為最大 電阻的所謂磁阻效果而實行。 /、體的疋，對&己丨思元件1 1 〇施加大致固定之電壓，藉由檢 測此時流通之電流大小可讀出資訊。 根據以下說明，關於記憶元件i 10之電阻狀態與資訊之關 係，分別將低電阻狀態規$ Γ1」資訊，將高電阻狀態規定 為「0」資訊。 又，將使電子自圖7之頂蓋層1〇6向基礎層1〇1、即自上層 向下層移動之電流規定為正極性電流。此時，當流通正極 11電/;,L呀，因電子自頂蓋層1 06向基礎層1 〇 1、即自記愫層 、向兹化固疋層103移動，故而如上述般，磁化固定層103 之磁化MU1與記憶層1G5之磁化M112成為反平行方向 憶元仙〇成為高電阻狀態。 " 因此，寫入「1」資訊（低電阻狀態）之電流為負極性，寫 入0資訊（高電阻狀態）之電流為正極性。 ” 103239.doc 1274345 4而’如圖7所示之# a — 釺資mm“ 件110 ’於利用自旋轉移而記 錄貝 ^件中，將寫入動作以及讀出動作中之各自 之動作電流的相互關係模式 乍中之各自 供A f玍地表不於圖8。 示電流，縱軸表示特定動作 八、 疋動作時所流通之固定大 元件數量。 』的冤机之 於圖8中，分別表示宜 ^ 寫1貝矾或〇資訊時所必需之電士 +Iw、-Iw之分佈與平均值。 而之冤机 又”為讀出時流通之電流之分佈 流量較少之㈣應高電阻狀態(0資訊)之讀 電 之Irl對應低電阻狀態（1資 电瓜里孕又夕 日，置-… （^)之項出士係用以讀出之於參 A早兀（為加以比較而使用 留-、± 4^ ^ 开敌大^之產生參照電流的 早兀）中/瓜通之電流，表示 τ應電阻變化之言買出時之差電 流。 於利用自旋轉移記錄資訊- 貝札之5己憶凡件中，先前之讀出電 流之極性為任意。 W $ 又，寫入極性即例如使負極性之寫入電流_ 資訊或寫入0資訊之中之何者^馬入丄 仃者雖為任意，但此係藉由記憶元 件之多層膜之結構而規定。 然而，「1」資訊即低雷Ρ且壯能> ; 电[且狀悲之電阻值較低之情形時， 如圖9所示，讀出「i」資訊時 、 了抓逋之電流Irl變大，成為接 近寫入所必需之電流+IW之值，盥且女丁认 值與具有不均一之電流值之分 佈下端重疊。 此時’於讀出電流Μ與寫入電流+Iw中，因存在重疊， 故而可能會於讀出時產生誤寫入之錯誤。 103239.doc 1274345 並且，該事實於以低電力化 之情形時，會產生不_ 的而減少寫入電流 須抑制寫入雷Ϊ 作用。又，為減少重疊，會產生必 肩抑制寫入電流以及讀出 難。 之不均一的所謂開發上之困 為解決上述問題，於本發明 記憶元件之資訊&屮盘宜 棱i、一種可本質上減少 較容… 時因干擾而產生之錯誤，且可 r易地貫現具有高可靠性之記憶體。 【發明内容】 本發明之記憶體具備··且右 眘1 + 一有猎由磁性體之磁化狀態保持 貝矾之記憶層，對於該記 声， θ，丨以中間層設有磁化固定 曰且稭由於積層方向流通電流％ ^ p # 丄 ^ ^ ^ 、电/瓜而纪憶層之磁化方向改 夂，而對記憶層記錄資訊之 _ ^ ^ ^ L、兀件，以及電流供給機構， 该電 供給機構對於該記憶 居山▲ U ^ ^，爪通積層方向之電流，於 :記，於記憶層之資訊時，與以使記憶元件之電阻自高 I阻狀態向低電阻狀鲅鐵# 门4 狀怠交化之方式記錄資訊時的電流為相 ° W生之電流’通過電流供給機構而流通至記憶元件。 ▲根據上述本發明之記憶體之結構’具有記憶元件與對於 心憶S件流通積層方向之電流的電流供給機構（電極或 7線、電源等），於讀出記錄於記憶層之資訊時，與以使記 t件之電阻自高電阻狀態向低電阻狀態變化之方式記錄 ?寺之電流為相同極性的電流’通過電流供給機構而流 4¾ 5 古口 Ul 一 七 思元件，藉此於碩出時為流通大於高電阻狀態之電 六勺低毛阻狀態之情形時，即使讀出電流之分佈與寫入電 μ之刀佈有部分重疊，以讀出電流寫入之情形僅限定於低 103239.doc 13 1274345 =狀態，故而可抑制因讀出電流而電阻狀態發生變化之 錯决的產生。 即’可本質上減少讀出與寫入時因干擾而產生之錯誤。 [發明之效果] 根據上述本發明’可本質上減少讀出與寫入時因干擾而 f生之錯誤’故而即使每記憶體單元之寫入電流存在：定 私度之不均一’亦可將因干擾而產生之鈣每沾代土 * 到非常小。 ⑤1生之錯决的發生率減小 體因此’根據本發明’可容易地實現具有高可靠性之記憶 【實施方式】 首先’於說明本發明之且辦會絲形能1 要加以說明。“之，、體—’就本發明之概 欠於以下說明中，如上所述，分別將低電阻狀態規^為。」 貝讯，將向電阻狀態規定為「〇」資訊，又，將使電子"己 憶几件之上層向下層移動之電流規定為正極性電流。 本叙明中，對於記憶元件而言， ΐ眘·^柱冩入貝矾時之電流與讀 夺之電流中之極性關係以及大小關係為重要。 發明’以將與低電阻狀態(1資訊)之讀出電流分佈 士宜寫入作為寫入低電阻狀態0資訊）之動作之方式，調 整D己憶7L件之膜結構以及記憶體之電路構成。 精由如此結構，即使正極性寫 卩 f之寫入電流+IW與低電阻狀態 (貝旬之以電流W之各電流分佈如圖9所示為重属 讀出1資訊時覆寫lf訊亦不會成為錯誤 生 103239.doc -14- 1274345 誤寫入之問題。 如圖7所示之記憶元件110，構成利用自旋轉移記錄資訊 之記憶元件時，根據寫入電流-Iw、+Iw與讀出電流ho、Irl 之相對關係、以及寫入電流-IW、+Iw之極性與寫入資訊（〇 貝矾/1資訊）之相對關係，可分為如圖5Α至圖5D所示之四種 情形。 圖5 A所不之情形為，負極性之寫入電流_Iw為實行1資訊 之寫入動作的電流Iwl，正極性之寫入電流+Iw為實行〇資訊 之寫入動作之電流IwO,讀出電流11>〇、114為正極性之電流。 圖5B所示之情形為，負極性之寫入電流_Iw為實行〇資訊 之寫入動作的電流IwO，正極性之寫入電流+Iw為實行丨資訊 之寫入動作之電流Iw卜讀出電流Ir〇、Irl為正極性之電流。 圖5C所示之情形為，負極性之寫入電流_Iw為實行丨資訊 之寫入動作的電流Iwl，正極性之寫入電流+iw為實行〇資訊 之寫入動作之電流Iw〇 ’讀出電流11>〇、Irl為負極性之電流。 圖5D所示之情形為，負極性之寫入電流_iw為實行〇資訊 之寫入動作的電流Iw0,正極性之寫入電流+Iw為實行丨資訊 之寫：動作之電流Iw卜讀出電流Ir〇、Irl為負極性之電流。 先則，该讀出電流之極性為任意，故而可為該等圖5八至 圖5 D之四種中之任一構成。 >問題為寫入!資訊與讀出〇資訊之干擾、以及寫入。資訊與 讀出1資訊之干擾，由圖5A至圖5D以及圖8可知，〇資訊之 視出犄所需之電流Ir0較小，而更大之問題為讀出丨資訊與寫 入〇資訊之干涉。 103239.doc -15 - 1274345 因此，動作電流之關係成為丨資訊之讀出電流Ir丨與丨資訊 之寫入電流Iwl接近之如圖5B或圖5C所示之關係，若規定 記憶元件之多層膜結構或讀出電流之極性，則可抑制錯誤 之產生。 於對應圖5A至圖5D之各情形之裝置中引起的錯誤之發 生率示於圖6。圖6之縱軸表示因寫入電流之分佈與讀出電 机之重璺而產生之誤寫入錯誤之發生率，橫軸為寫入電流 之不均一。再者，經測定之裝置之讀出電流的不均一為標 準偏差σ/平均值即ι.5〇/〇。 、，圖6中曲線Α對應於表示如圖5 Β或圖5 C之動作電流間之 關係的裝置，曲線B對應於表示如圖5A或圖5D之動作電流 間之關係的裝置。 由圖6可知，於成為圖5B或圖5C之關係的曲線a時，錯誤 之發生率大幅降低。 並且，藉由設為圖5B或圖5C之關係，即使未大幅度改善 寫入電流之不均一，亦可較容易地減少錯誤。 接著’就本發明之具體實施形態加以說明。 作為本發明之一實施形態，於圖1表示記憶體之概略結構 圖（剖面圖）。該圖1表示構成記憶體（記憶裝置）之一個記憶 體單元之剖面圖。 该記憶體藉由可以磁化狀態保持資訊之記憶元件1〇，而 構成記憶體單元。 该記憶元件1 0具有包含利用自旋轉移而反轉磁化方向之 強磁性層的記憶層。 103239.doc -16- 1274345 又於石夕基板等半導體基體！ ！上分別形成構成用以選擇 各記憶體單元之選擇用電晶體的汲極區域12、源極區域 1 3、以及閘極電極〗4。

其中，閘極電極14連接於位於不同於圖i之剖面的字線 WL (參^圖2)。汲極區域12介以接觸層i5D、第μ佈線層 16Α、嵌入金屬層17，連接於含有第2層佈線層16Β之感測 線SL。源極區域13介以接觸層⑸、第〗層佈線層ΐ6Α、第2 層佈線層16Β、第3層佈線層16C以及各佈線層16α、ΐ6Β、 16C之間的敢入金屬層丨7，而連接於記憶元件1 〇。 並且，記憶元件10連接於含有其上之第4層佈線層18的位 元線BL。 再者，藉由例如共通於兩個選擇用電晶體並形成汲極區 域12，可使感測線sl共通於兩個記憶體單元。 又，關於本實施形態之記憶體之一個記憶體單元，於圖 2Α表示第1層佈線層16Α之下層的平面圖，於圖⑸表示其俯 視圖。 圖2Α以及圖2Β所示，選擇用電晶體，其構成為，於源 極之間以及汲極之間分別介以第丨層佈線層16Α而電性連接 NMOS電晶體19Ν以及PMOS電晶體19ρ。 藉此，由該等NMOS電晶體19Ν以及PMOS電晶體19Ρ構成 所謂轉移閘極。 並且’根據泫轉移閘極，可對於記憶元件1 〇流通電流或 未於記憶元件10流通電流進行切換。 PMOS電晶體19Ρ之閘極電極14介以接觸層15G，連接於 103239.doc 1274345 由第1層佈線層16A形成之字線WL。NM〇s電晶體测之間 極電極14介以接觸層15G連接於字線WL。對應於流通於記 憶元件ίο之電流之接通/斷開，於PM〇s電晶體i9p側之字線 WL與NMOS電晶體19N側之字線乳，將控制信號供給至一 方’將通過反相器之相同控制信號的控制信號供給至他方。 關於選擇電晶體之尺寸，例如，NM〇s電晶體i9N之寬度 Wn設定為i μηι，PM〇s電晶體〗9p之寬度wp設定為丨$ 對於位7L線BL與感測線SL，賦予正或負電位差，將電壓 施加至字線WL使轉移閘極成為接通狀態，藉此可於記憶元 件10之積層方向之任一方向流通電流。 繼而，於圖3表示構成本實施形態之記憶體之記憶元件1〇 的概略結構圖（剖面圖）。 該記憶元件10自下層依次對基礎層丨、反鐵磁性層2、磁 化固定層3、非磁性層4、記憶層5、頂蓋層6之各層進行積 層。 於磁化固定層3之下方設有反鐵磁性層2，藉由該反鐵磁 11層2，固定磁化固定層3之磁化M1之方向。於圖3中磁化 固定層3之磁化Ml之方向固定為右方向。 吕己憶層5係根據磁化狀態即記憶層5之磁化M2之方向而 保持資訊者，可根據磁化％2方向為右方向或左方向而分別 保持育訊。 又’藉由於記憶層5與磁化固定層3之間設有非磁性層4， 並由記憶層5與磁化固定層3構成gmr元件或MTJ元件。藉 此’利用磁阻效果，可檢測出記憶層5之磁化M2方向。 103239.doc -18- 1274345 即，記憶層5之磁化M2方向對於磁化固定層3之磁化⑷ 之方向（右方向），於平行（右方向）時電阻變低，反平行（卢 方向）時電阻變高，故而利用磁阻效果，可檢測出記憶層工$ 之磁化M2之方向。 …作為磁化固定層3或記憶層5之㈣，並未加以特別限 疋可使用含有鐵、鎳、鈷中一種或兩種以上之合金 進而亦可含有Nb、Zr等過渡金屬元素或B等輕元素。， φ *作為反鐵磁性層2之材料，可使用鐵、鎳、白金、銥、铑 等孟屬7L素與錳之合金、鈷或鎳之氧化物等。 非磁性層4可藉由非磁性導電層或通道屏障層等絕緣層 .而構成°作為非磁性導電層，可使用例如釕、銅、絡、金、 銀等。作為通道屏障層，可使用氧化紹等絕緣材料。 • 本實施形態中’特別是對於記憶元件10,於自基礎層i 向頂蓋b之方向7即自磁化固定層3向記憶層5之方向流通 電子:藉此讀出記錄於記憶層5之資訊。並且，以於讀出時 鲁 U子/”L向D亥方向γ之方式構成電極或佈線、SL、電源等 電流供給機構。 此時，讀出電流Ir (ΙΓ0、ΙΓ1)與流通電子之方向7相反’ 即自頂蓋層6向基礎層丨之方向。 〆貝出電冰Ir相當於上述負極性之電流，又，因與寫入 氐電阻狀恶之電流（將電子自磁化固定層3向記憶層$流通 ^ )+w 1為相同極性’故而本實施形態中之記憶元件1 0 積層膜、、、°構以及碩出電流之極性係對應圖5 C所示之情形 者0 103239.doc -19- !274345 可減少讀出與寫人時因干擾而產生之 根據上述本實施形態之記悴 U體之結構，於讀出記錄於圮 憶元件10之記憶層5之資訊時，盥 … /、Μ δ己憶凡件1 〇之電阻自高 電阻狀態向低電阻狀態變化之 ° 爻化之方式而實行寫入（記錄資訊） 時之電流-Iw (Iwl)為相同倉搞k J員極性的電流流通於記憶元件 1 〇，藉此於讀出時記憶元侔〗n炎 ^ 仵10為低電阻狀態之情形時，即 使讀出電流Ir 1之分佈盘寫入齋、ώ τ

心刀抑/、馬入電流_Iw之分佈部分重疊，以讀 出電流Ir寫入之情形亦僅限於低電阻狀態。 貝 藉此，可抑制因讀出電流電阻狀態變化而產生之錯誤， 且可本質上減少讀出與寫人時因干擾而產生之錯誤。 因此’可本質上減少讀出與寫入時因干擾而產生之錯 誤，故而即使每記憶體單元之寫入電流存在一定程度之; 均一，亦可使因干擾而產生之錯誤發生率減小到非常小。 因此，可容易地實現具有高可靠性之記憶體。

、因此，如圖6所示 錯誤。 繼而，作為本發明之其他實施形態，於圖4表示構成記憶 體之記憶元件之概略結構圖（剖面圖）。 於本實施形態中，如圖4所示，自下層起依次對基礎層i、 記憶層5、非磁性層4、磁化固定層3、反響磁性層2、頂蓋 層6之各層進行積層，並構成記憶元件2〇。即，磁化固定層 3以及έ己憶層5之積層順序與圖3之記憶元件1 〇相反。 其他結構與上述實施形態之記憶元件丨〇相同，故而職予 同一符號省略重複說明。 又’記憶體之其他部分之結構，可與圖i以及圖2之上述 103239.doc -20- 1274345 貫施形態之記憶體同樣構成。 j而於本貫施形態中，特別是對於記憶元件2〇，於自 頂蓋層6向基礎層〗之方向8即自磁化固定層3向記憶層5之 方向流通電子，藉此讀出記錄於記憶層之資訊。並且，以 讀出時於該方向8流通電子之方式，構成電極或佈線肌、 SL、電源等電流供給機構。 此時，讀出電流Ir (lr0、Irl)與流通電子之方向8相反， 成為自基礎層1向頂蓋層6之方向。 該讀出電流Ir相當於上述正極性之電流，又，與寫入低 電阻狀態之電流（將電子自磁化固定層3向記憶層;流通之 電流）為相同極性，故而本實施形態之記憶元件2〇之積層膜 結構以及讀出電流之極性係對應圖化所示之情形者。 根據上述本實施形態之記憶體之結構，於讀出記錄於記 憶元件20之記憶層5之資訊時，與以使記憶元件別之電阻自 高電阻狀態向低電阻狀態變化之方式實行寫人（記錄資訊） 時的電流+Iw (Iwl)為相同正極性之電流流通於記憶元件 20，藉此於讀出時記憶元件2〇為低電阻狀態之情形時，即 使讀出電流Irl之分佈與寫入電流+Iw之分佈部分重疊，以 讀出電流Ir寫入之情形亦僅限於低電阻狀態。 藉此，可抑制因讀出電流電阻狀態變化而產生之錯誤， 且可本質上減少讀出與寫入時因干擾而產生之錯誤。 因此，可本質上減少讀出與寫入時因干擾而產生之錯 誤，故而即使每記憶體單元之寫入電流存在一定程度之= 均一，亦可使因干擾而產生之錯誤之發生率減小到非常小。 103239.doc -21 - 1274345 因此’可容易地實現具有高可靠性之記憶體。 …只知死^悲之$己憶元件之層結構可於實現其本質作 用之範圍内進行變更。 例如’作為磁化固定層’可使用不受與反鐵磁性層之積 層的如各，並單獨具有充分大之矯頑磁力的強磁性材料。 又，構成記憶層或磁化固定層之磁性體層並非限定於單 層之磁性體層者，亦可對不同組成之兩層以上之磁性體層 進打直接積層，或介以非磁性層對兩層以上之磁性體層進 行積層之積層銅鎳合金結構。 再者，本發明中，並非僅限於正負兩極性之寫入電流 +Iw、-IW之絕對值如圖5B或圖5〇般相等之情形者，亦可適 用於正負兩極性之寫入電流之絕對值不同的情形。 再者，上述本發明中之動作原理並非僅限於使用自旋轉 移之。己憶體，可認為亦普遍適用於藉由雙極性電流記綠資 枭ί汛/1資訊），以任意方向之電流檢測出電阻變化並讀 出資訊之記憶體。 本务明並非僅限於上述實施形態者，可於未脫離本發明 之要旨的範圍内獲得其他各種結構。 【圖式簡單說明】 獨1係本發明之一實施形態之記憶體的概略結構圖（一個 έ己憶胞之剖面圖）。 .厕2Α係表示圖1之記憶胞之第i層佈線層之下層的平面 圖’圖2B係圖1之記憶胞之俯視圖。 個3係圖丨之記憶元件之概略結構圖（剖面圖）。 103239.doc -22- 1274345 、周4係構成本發明之其他實施形態之記憶體之記憶元件 的概略結構圖（剖面圖）。 圖5 A至D係於構成利用自旋轉移記錄資訊之記憶元件 時’根據寫入電流與讀出電流之相對關係以及寫入電流之 極性與寫入資訊之相對關係，表示各種不同情形時之圖。

圖6係表示對應圖5A至圖5D之各情形的裝置之錯誤之發 生率之圖。 X 圖7係利用自旋轉移記錄資訊之記憶元件的一般構 概略剖面圖。 係利用自旋轉移記錄資訊之記憶元件中，模式性地表 :寫入動作以及讀出動作中各自之動作電流之相互關係二 重疊時之圖 圖係表示寫入電流與讀出電流之電流分佈 【主要元件符號說明】 基礎層

5 6 10、2〇 12 13 14 反鐵磁性層 磁化固定層 非磁性層 記憶層 頂蓋層 記憶元件 汲極區域 源極區域 間極電極 103239.doc -23 · 1274345 19N NMOS電晶體 19P PMOS電晶體 WL 字線 BL 位元線 SL 感測線 103239.doc -24-

Claims (1)

1274345 十、申請專利範圍： 1 · 一種記憶體，其特徵在於：具備 記憶元件·其具有藉由磁性體之磁化狀態而保持資訊 之記憶層，對於上述記憶層，介以中間層設有磁化固定 層，且藉由於積層方向流通電流，改變上述記憶層之石兹 化方向’並對上述記憶層進行資訊記錄；以及 電流供給機構：其對於上述記憶元件流通上述積層方 向之電流； 於碩出記錄於上述記憶層之資訊時，與以使上述記憶 70件之電阻自高電阻狀態向低電阻狀態變化之方式地進 行貝Λ 5己錄時的電流為相同極性的電流，通過上述電流 供給機構流至上述記憶元件。 103239.doc