[發明專利]自旋軌道轉矩型磁化反轉元件和磁存儲器

有效

• 申請號: 201880052140.X
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN111052398B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 須田慶太;佐佐木智生
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01L29/82
• 分類號: H01L29/82;H10B61/00;H01L27/105;H10N50/10
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦;呂秀平

本實施方式涉及的自旋軌道轉矩型磁化反轉元件具有：鐵磁性金屬層，其磁化方向發生變化；自旋軌道轉矩配線，其沿與上述鐵磁性金屬層的層疊方向交叉的第一方向延伸，并與上述鐵磁性金屬層接合；和兩個通孔配線，其從上述自旋軌道轉矩配線的與上述鐵磁性金屬層相反側的表面沿交叉的方向延伸，并與半導體電路連接，上述兩個通孔配線的上述第一方向的通孔間距離比上述鐵磁性金屬層的上述第一方向的寬度短。

技術領域

本發明涉及自旋軌道轉矩型磁化反轉元件和磁存儲器。

本申請基于2017年9月4日日本所提出的特愿2017－169733號主張優選權，在此引用其內容。

背景技術

已知有由鐵磁性層和非磁性層的多層膜構成的巨磁阻(GMR)元件和非磁性層使用了絕緣層(隧道勢壘層、勢壘層)的隧道磁阻(TMR)元件。這些元件作為磁傳感器、高頻部件、磁頭以及非易失性隨機存儲器(MRAM)用的元件備受關注。

在MRAM中，利用夾著絕緣層的兩個鐵磁性層彼此的磁化方向發生變化時GMR元件或TMR元件的元件電阻發生變化這種特性讀寫數據。作為MRAM的寫入方式，已知有利用電流形成的磁場進行寫入(磁化反轉)的方式、或利用在磁阻效應元件的層疊方向流動電流而產生的自旋轉移轉矩(STT)進行寫入(磁化反轉)的方式。

從能量的效率的觀點來考慮，使用了STT的TMR元件的磁化反轉是有效的，但用于進行磁化反轉的反轉電流密度高。從TMR元件的長壽命的觀點來看，希望該反轉電流密度低。該點對于GMR元件也同樣。

因此，近年來，作為降低反轉電流的方法，利用了通過自旋軌道相互作用生成的純自旋流的磁化反轉備受關注(例如，非專利文獻1)。其機制尚未充分明確，但認為通過自旋軌道相互作用生成的純自旋流或異種材料的界面的拉什巴Rashba效應誘導自旋軌道轉矩(SOT)，產生磁化反轉。純自旋流通過向上自旋的電子和向下自旋電子以相同數量彼此反向流動而產生，電荷的流動相互抵消。因此，在磁阻效應元件上流過的電流為零，期待磁阻效應元件的長壽命化。

這些磁性元件相比于單獨使用，多少情況為集中使用。多個元件分別與半導體電路連接，成為集成電路(IC)。磁阻效應元件通過層疊多個原子層級的層而成。因此，與組裝在現有的集成電路的電容器或二極管等比較，為了組裝在集成電路內而要求更精密的控制。

例如，層疊有磁阻效應元件的層疊面的微小凹凸引起磁阻效應元件的磁阻變化率的降低以及特性的偏差。因此，專利文獻1～3記載的磁性元件使形成通孔配線的位置和層疊有磁阻效應元件的層疊面在面內方向錯開(例如，專利文獻1～3)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010－10485號公報

專利文獻2：日本特開2012－186372號公報

專利文獻3：日本特開2014－82353號公報

非專利文獻

非專利文獻1：I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.-J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,and?P.Gambardella,Nature,476,189(2011).

發明內容

發明所要解決的技術問題

但是，當磁阻效應元件和通孔配線存在于面內方向的不同的位置時，需要確保磁阻效應元件和通孔配線的各自的面積，不能有效地使多數的元件集成在一個集成電路內。

另外，將通孔配線配置為與磁阻效應元件的面內位置重疊時，擾亂層疊有磁阻效應元件的層疊面的平坦性的可能性高，本領域技術人員回避該情況。