[發(fā)明專利]隧道磁阻效應(yīng)元件、磁存儲器及內(nèi)置型存儲器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780095969.3
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN111226312A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佐佐木智生
• 申請（專利權(quán)）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01L21/8239
• 分類號: H01L21/8239;H01L27/105
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦;陳明霞

TMR元件具備：參照層；隧道勢壘層；垂直磁化感應(yīng)層；以及在層疊方向上層疊于隧道勢壘層和垂直磁化感應(yīng)層之間的磁化自由層，垂直磁化感應(yīng)層對磁化自由層賦予沿著層疊方向的方向的磁各向異性，磁化自由層具有比隧道勢壘層的寬度和垂直磁化感應(yīng)層的寬度的任一者都小的寬度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧道磁阻效應(yīng)元件、磁存儲器、及內(nèi)置型存儲器。

背景技術(shù)

目前已知有具有依次層疊了作為磁化固定層的參照層、非磁性間隔(spacer)層、及磁化自由層的結(jié)構(gòu)的巨磁阻效應(yīng)(GMR)元件、及隧道磁阻效應(yīng)(TMR)元件等磁阻效應(yīng)元件。其中，使用絕緣層(隧道勢壘層)作為非磁性間隔層的TMR元件與使用導(dǎo)電層作為非磁性間隔層的GMR元件相比，通常是雖然元件電阻高，但能夠?qū)崿F(xiàn)高磁阻(MR比)。因此，TMR元件作為被利用于磁傳感器、磁頭、及磁阻隨機(jī)存取存儲器(MRAM，Magnetic Random AccessMemory)等的元件備受關(guān)注(例如，下述專利文獻(xiàn)1及2)。

作為使TMR元件的磁化自由層的磁化方向反轉(zhuǎn)的方法，已知有被稱為“自旋注入磁化反轉(zhuǎn)”的技術(shù)，該“自旋注入磁化反轉(zhuǎn)”的技術(shù)是向磁化自由層流通自旋極化電流，使自旋轉(zhuǎn)移力矩(spin transfer torque,STT)從電子自旋作用于磁化自由層的技術(shù)。例如由于通過將該技術(shù)應(yīng)用于MRAM，不需要用于使磁化自由層的磁化方向反轉(zhuǎn)的磁場發(fā)生用配線等理由，能夠減小存儲單元，可實(shí)現(xiàn)高集成化。通常，使用基于STT的磁化反轉(zhuǎn)技術(shù)的MRAM被稱為“STT-MRAM”。

另外，為了在MRAM等中進(jìn)一步謀求高集成化，已經(jīng)研究了利用具有垂直磁各向異性的TMR元件(例如，下述專利文獻(xiàn)3～5)。在這種TMR元件中，參照層的磁化方向沿垂直方向(元件的層疊方向，即，正交于各層的面內(nèi)方向的方向)被固定，并且磁化自由層的易磁化軸也沿垂直方向。由此，由于可以減小自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的電流，因此可以減小用于選擇TMR元件的選擇晶體管。其結(jié)果，與利用了具有面內(nèi)磁各向異性的TMR元件的情況相比，由于使用了具有垂直磁各向異性的TMR元件的情況可以減小存儲單元，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高集成化。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第5586028號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5988019號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：美國專利第8921961號說明書

專利文獻(xiàn)4：美國專利第8860156號說明書

專利文獻(xiàn)5：美國專利第9006704號說明書

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

為了實(shí)現(xiàn)高度集成的STT-MRAM，重要的是通過利用具有垂直磁各向異性的TMR元件(垂直磁化型的TMR元件)，并且降低自旋注入磁化反轉(zhuǎn)所需的反轉(zhuǎn)電流，從而來謀求選擇晶體管的小型化。為了實(shí)現(xiàn)垂直磁化型的TMR元件，需要使磁化自由層的易磁化軸在垂直方向上取向。然而，由于磁化自由層是層狀的，因此形狀磁各向異性起到使磁化自由層的易磁化軸在面內(nèi)方向上取向的作用。因此，需要通過某種方法，對磁化自由層賦予沿垂直方向的磁各向異性。