[發明專利]存儲元件和存儲器

無效

• 申請號: 200710097364.6
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101071628A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 山元哲也;大森廣之;細見政功;肥后豐;山根一陽;大石雄紀;鹿野博司
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;吳孟秋

相關申請交叉參考

本發明包含于2006年5月12日向日本專利局提交的第JP2006-134435號日本專利申請有關的主題，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明涉及一種存儲元件，該存儲元件由存儲層和磁化固定層構成，其中，存儲層可以存儲鐵磁性層的磁化狀態作為信息，磁化固定層具有固定的磁化方向，在該存儲元件中，使電流沿垂直于膜表面的方向流動，以注入自旋極化電子，從而改變存儲層的磁化方向；本發明還涉及一種包括存儲元件的存儲器，該存儲器適合用作非易失性存儲器(non-volatile?memory)。

背景技術

高速和高密度的DRAM已廣泛用作諸如計算機的信息設備中的隨機存取存儲器。

然而，由于DRAM是易失性存儲器(其中，在電源斷開時信息會被刪除)，所以需要不會刪除信息的非易失性存儲器。

例如，根據Nikkei?Electronics(2001年2月12日(164～171頁))，被構造成通過磁性材料的磁化來記錄信息的磁性隨機存取存儲器(MRAM)已引起關注，并已發展成為潛在的非易失性存儲器。

在MRAM中，使電流分別流入彼此幾乎垂直的兩種地址線(字線(word?line)和位線(bit?line))中，以基于由每個地址線所產生的電流磁場，使在地址線交叉點中的磁性存儲元件的磁性層的磁化反向，從而記錄信息。

圖1示出了一般MRAM的示意圖(透視圖)。

在由半導體基板110(諸如硅基板)的元件絕緣層102絕緣的區域中，分別形成有漏極區108、源極區107、和柵電極101，它們構成用于選擇各個存儲單元的選擇晶體管。

沿圖中縱向延伸的字線105設置在柵電極101上方。

漏極區108形成在圖中的左和右選擇晶體管上，并且配線109連接至漏極區108。

均具有使磁化方向反向的存儲層的磁性存儲元件103被置于字線105與位線106之間，其中，位線置于字線105上方并沿圖中的橫向延伸。例如，磁性存儲元件103由磁隧道結元件(MTJ元件)形成。

另外，磁性存儲元件103通過沿水平方向的旁路線111和沿垂直方向的接觸層104電連接至源極區107。

使電流分別流入字線105和位線106中，以將電流磁場施加至磁性存儲元件103，從而可以使磁性存儲元件103的存儲層的磁化方向反向，以記錄信息。

為了使諸如MRAM的磁性存儲器能夠穩定地保持所記錄的信息，用于記錄信息的磁性層(存儲層)優選地具有一定的抗磁力(coercive?force)。

另一方面，為了重寫所記錄的信息，優選地使一定量的電流流入地址線中。

然而，由于形成MRAM的元件的尺寸不斷減小，因而地址線變細，因此可能無法使足量的電流流入線中。

在這些情況下，被設置成利用自旋注入來進行磁化反向的存儲器已引起了關注，這是由于這些存儲器被設置成可利用較少量電流來進行磁化反向，例如，第2003-17782號日本專利申請出版物、第6256223號美國專利、非專利文獻Phys.Rev.B54.9353(1996)、和非專利文獻J.Magn.Mat.159.L1(1996)中所公開的。

在通過自旋注入而進行的磁化反向中，經過磁性材料而被自旋偏極化的電子被注入另一磁性材料中，以在其它磁性材料中進行磁化反向。

例如，使電流沿垂直于元件膜表面的方向流入巨磁阻元件(GMR元件)或磁隧道結元件(MTJ元件)，從而可以使元件的至少一些磁性層的磁化方向反向。

通過自旋注入進行磁化反向的優勢在于，即使元件的尺寸減小，仍然可以在不增加電流量的情況下進行磁化反向。

圖2和圖3示出了被構造成利用通過自旋注入進行磁化反向的上述存儲器的示意圖。圖2是透視圖，而圖3是剖視圖。

在由半導體基板60(諸如硅基板)的元件絕緣層52絕緣的區域中，分別形成有漏極區58、源極區57、和柵電極51，它們構成用于選擇各個存儲器單元的選擇晶體管。其中，柵電極51還作為沿圖2中的縱向延伸的字線。

在圖2中，漏極區58為左和右選擇晶體管所共用，并且配線59連接至漏極區58。

均具有通過自旋注入使磁化方向反向的存儲層的存儲元件53被置于源極區57與位線56之間，其中，位線置于源極區57上方并且沿圖2中的橫向延伸。

例如，存儲元件53由磁隧道結元件(MTJ元件)構成。圖中的附圖標號61和62表示磁性層。兩個磁性層61和62中的一個是磁化方向固定的磁化固定層，而另一個為磁化方向改變的磁化自由層，具體地說就是存儲層。