[發(fā)明專利]磁阻元件以及磁存儲器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810215232.3
• 申請日: 2008-09-22
• 公開（公告）號: CN101399313A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 永瀬俊彥;西山勝哉;甲斐正;中山昌彥;長嶺真;天野實;吉川將壽;岸達也;與田博明
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L27/22;H01F10/32;G11C11/16;G11C11/15
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所
• 代理人: 許海蘭

相關(guān)申請的交叉引用

本申請基于并要求2007年9月26日提出的在前日本專利申請No.2007-250287的優(yōu)先權(quán)，這里通過參考來合并其全部內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁電阻元件(magnetoresistive?element)以及磁存儲器(magnetic?memry)，例如涉及可以通過在雙方向上供給電流來記錄信息的磁電阻元件以及對其進行利用的磁存儲器。

背景技術(shù)

磁電阻(Magnetoresistive)效應(yīng)被應(yīng)用于作為磁存儲裝置的硬盤驅(qū)動器(HDD：Hard?Disk?Drive)，現(xiàn)在正在實用化。HDD所搭載的磁頭應(yīng)用GMR(Giant?Magnetoresistive)效應(yīng)、或者TMR(Tunneling?Magnetoresistive)效應(yīng)，它們都是利用通過使2個磁性層的磁化方向相互成角度而引起的電阻變化來檢測來自磁介質(zhì)的磁場。

近年來，為了利用GMR元件或者TMR元件實現(xiàn)磁隨機存取存儲器(MRAM：Magnetic?Random?Access?Memory)，而提出了各種各樣的技術(shù)。作為其中一例，可列舉根據(jù)MTJ(Magnetic?Tunnel?Junction)元件的磁化狀態(tài)來記錄“1”、“0”信息，并通過利用TMR效應(yīng)的電阻變化來讀出此信息的形。在這一形式的MRAM中也針對實用化而提出了許多技術(shù)。進而，利用自旋偏極電流的磁化反轉(zhuǎn)在理論上被預想，在實驗上也得以確認，利用了自旋偏極電流的MRAM得以提案。根據(jù)這一方式，僅僅在磁性層流過自旋偏極電流就能夠?qū)崿F(xiàn)磁性層的磁化反轉(zhuǎn)，如果磁性層的體積較小則注入的自旋偏極電子即便少也可以，所以被人們期待能夠兼顧細微化、低電流化。但是，熱干擾的問題伴隨著細微化而顯現(xiàn)化。

為了確保熱干擾耐性，就需要使磁各向異性能量密度增加。在迄今主要所研究的面內(nèi)磁化型的結(jié)構(gòu)中，一般是利用形狀磁各向異性。在此情況下，由于利用形狀來確保磁各向異性，所以反轉(zhuǎn)電流就變得形狀敏感，伴隨細微化反轉(zhuǎn)電流波動增加就成為問題。為利用形狀磁各向異性以使磁各向異性能量密度增加，考慮加大MTJ元件的縱橫尺寸比、增加磁性層的膜厚、增加磁性層的飽和磁化。

MTJ元件的縱橫尺寸比的增大將使單元面積增大，不適合于大容量化。磁性體的膜厚、飽和磁化的增加會使利用自旋偏極電流的磁化反轉(zhuǎn)所需要的電流值增加，其結(jié)果不理想。在面內(nèi)磁化型的構(gòu)成中利用結(jié)晶磁各向異性而不是形狀磁各向異性的情況下，在采用了具有較大的結(jié)晶磁各向異性能量密度的材料(例如，硬盤介質(zhì)中所用的Co-Cr合金材料)時，由于結(jié)晶軸在面內(nèi)較大地分散，所以MR(Magnetoresistance)低下，或者引起非相干的歲差運動，結(jié)果反轉(zhuǎn)電流將會增加。

相對于此，在垂直磁化型的結(jié)構(gòu)中利用結(jié)晶磁各向異性的情況下，能夠抑制在面內(nèi)磁化型中作為課題的結(jié)晶軸的分散。例如，前述的Co-Cr合金材料的結(jié)晶構(gòu)造是六方晶構(gòu)造，具有c軸作為容易軸的一軸的結(jié)晶磁各向異性，所以對結(jié)晶方位進行控制以使c軸與膜面的垂直方向平行即可。在面內(nèi)磁化型的情況下，需要使c軸在膜面內(nèi)與一軸一致，各結(jié)晶粒的膜面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)為結(jié)晶軸的旋轉(zhuǎn)而使一軸方向分散。在垂直磁化型的情況下，c軸處于與膜面垂直方向，所以即便各結(jié)晶粒在膜面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，c軸也保持垂直方向而不會分散。

同樣，即便是正方晶構(gòu)造通過將c軸控制成垂直方向，也可以實現(xiàn)垂直磁化型的MTJ構(gòu)成。正方晶構(gòu)造的磁性材料例如可列舉具有L1₀型的結(jié)晶構(gòu)造的Fe-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金、Fe-Pd有序晶格結(jié)構(gòu)合金、Co-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金、Fe-Co-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金、Fe-Ni-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金、或者Fe-Ni-Pd有序晶格結(jié)構(gòu)合金等。然而，為將L1₀構(gòu)造設(shè)為垂直磁化膜，就需要使其結(jié)晶取向性在(001)面上進行取向，所以需要將用于控制結(jié)晶取向性的基底層及用于使之規(guī)則化的熱工序結(jié)合利用自旋偏極電流的磁化反轉(zhuǎn)方式來進行開發(fā)。

另一方面，還考慮利用界面的磁各向異性來實現(xiàn)垂直磁各向異性。在利用了界面的磁各向異性的垂直磁化膜上存在例如磁性層與非磁性層經(jīng)過反復層疊的、所謂的人工晶格。在這一情況下也能夠抑制在面內(nèi)磁化型中作為課題的結(jié)晶軸的分散。在由人工晶格所構(gòu)成的磁性材料的情況下，垂直磁各向異性不是如Fe-Pt有序晶格結(jié)構(gòu)合金等以結(jié)晶磁各向異性為主，所以在結(jié)晶取向性上比較難以受到制約。人工晶格的垂直磁各向異性材料眾所周知設(shè)磁性層為Co、設(shè)非磁性層為Pt，它們交互進行了層疊的系列。