[發(fā)明專利]自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型存儲(chǔ)元件及自旋RAM

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810098862.7
• 申請(qǐng)日: 2008-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101325087A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三浦勝哉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所
• 主分類號(hào): G11C11/16
• 分類號(hào): G11C11/16;H01L43/08
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 熊志誠(chéng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用自旋累積技術(shù)，具有磁阻效應(yīng)元件的磁紀(jì)錄、讀出存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)

現(xiàn)在，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)所代表的存儲(chǔ)器的領(lǐng)域，滿足高 速、高集成、低功耗這三個(gè)要求的新存儲(chǔ)器的研究開(kāi)發(fā)正在全世界進(jìn)行。作為 滿足這些條件并具有非易失性的存儲(chǔ)器的侯補(bǔ)，非常期待磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (MRAM)。

該MRAM做成把隧道磁阻(TMR)效應(yīng)元件排列成陣列狀的構(gòu)造。TMR 元件基本構(gòu)造為用二個(gè)強(qiáng)磁性層夾住作為隧道阻擋層使用的絕緣層。TMR效 應(yīng)是在這二個(gè)強(qiáng)磁性體的磁化方向在平行、反平行的場(chǎng)合，TMR元件的電阻 矩具有極大的變化。二十世紀(jì)九十年代雖然研究成功絕緣層使用了氧化鋁的 TMR元件，但近幾年對(duì)于令人注目的絕緣層使用氧化鎂的情況，也發(fā)表了超 過(guò)300％的文獻(xiàn)。這些都記載在非專利文獻(xiàn)1等中。

非專利文獻(xiàn)1：Jun?Hayakawa，Shoji?Ikeda，Young?Min?Lee，Ryutaro Sasaki，Toshiyasu?Meguto，F(xiàn)umihiro?Matsukura，Hiromasa?Takahashi?and Hideo?Ohno“Current-Driven?Magnetization?Switching?in?CoFeB/Mgo/CoFeB Magnetic?Tunnel?Junctions”，Jpn.J.Appl.Phys.44.L1267(2005).

非專利文獻(xiàn)2：F.J.Jedema，H.B.Heersche，A.T.Filip，J.J.A.Baselman s?and?B，J，van?Wees，“Electrical?detection?of?spin?precession?a?metallic mesoscopic?spin?valve”Mature?416，713(2002).

非專利文獻(xiàn)3：T.K?imura.Y.Otani?and?J.Hamrle，“Switching Magnetization?of?a?Nanoscale?Ferromagnetic?Particle?Using?Nonlocal?Spin Injection”，Phys?Rev.Lett.96，037201(2006).

就使用了TMR效應(yīng)的MRAM而言，中間隔有絕緣層的二個(gè)鐵磁性體的 磁化借助于配置成平行或逆平行時(shí)的電阻差來(lái)進(jìn)行讀出。

通過(guò)使二個(gè)鐵磁性體的頑磁力產(chǎn)生差，用外部磁場(chǎng)使一方的磁化反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí) 現(xiàn)寫(xiě)入。一般外部磁場(chǎng)使用流經(jīng)位線/字線的電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)。

這里，把磁化反轉(zhuǎn)的鐵磁性層作為自由層，把沒(méi)有反轉(zhuǎn)的鐵磁性層作為固 定層。可是，在用該外部磁場(chǎng)的寫(xiě)入方式中，若為了提高集成度而減小隧道磁 阻元件(TMR元件)，則因自由層的頑磁力增大而使外部磁場(chǎng)引起的自由層的 磁化反轉(zhuǎn)變得困難。

另外，若為了施加磁場(chǎng)而使電流流過(guò)的布線微細(xì)化，提高了電流密度的布 線將斷開(kāi)。而且，若電流流過(guò)該布線，由于布線附近的TMR元件也有磁場(chǎng)， 要寫(xiě)入的TMR元件以外的元件也存在進(jìn)行了重寫(xiě)的干擾的問(wèn)題。

因此，作為寫(xiě)入技術(shù)使用了自旋轉(zhuǎn)矩(spin-transfer?torque)的自旋注入磁 化反轉(zhuǎn)(spin-transfer?torque?magnetization?reversal)技術(shù)令人注目，但由于讀出電 流路徑和寫(xiě)入電流路徑為相同的路徑，如果讀出電流和寫(xiě)入電流沒(méi)有足夠的 差，就有用讀出電流進(jìn)行了寫(xiě)入的可能性。

由于寫(xiě)入時(shí)需要大的電流密度，容易引起TMR元件的絕緣破壞，并存在 需要與大電流對(duì)應(yīng)的晶體管之類的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型存儲(chǔ)元件及磁存儲(chǔ)器 具有鐵磁性字線、與鐵磁性字線交叉的非磁性位線、與鐵磁性字線相對(duì)的布線、 在鐵磁性字線及非磁性位線的交叉部分和布線之間設(shè)置的磁阻效應(yīng)元件，磁阻 效應(yīng)元件具有在布線側(cè)設(shè)置的第一鐵磁性層、在鐵磁性字線側(cè)設(shè)置的第二鐵磁 性層、在第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間設(shè)置的非磁性層。

在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，使電流在鐵磁性字線和上述非磁性位線之間流動(dòng)，通過(guò)從 鐵磁性字線向非磁性位線累積自旋來(lái)使第二鐵磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)。