专利名称：存储元件和存储器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及存储元件和具有存储元件的存储器装置，存储元件包括存储层和磁化固定层，并通过电流的流动来改变存储层的磁化方向，存储层将铁磁性层的磁化状态存储为信息，磁化固定层的磁化方向是固定的。
背景技术：
在例如计算机等的信息设备中，具有高操作速度和高密度的DRAM被广泛用作为随机存取存储器。 然而，由于该DRAM是其中当电力断掉时信息发生损失的易失存储器，因此需要其中信息不发生损失的非易失存储器。作为非易失存储器的候选已经关注磁性随机存取存储器(MRAM)，用磁性物质的磁化记录信息，其发展正在进行中。MRAM记录信息，使得电流分别在基本上彼此垂直的两种地址线(字线(wordline)和位线)上流动，并且布置在地址线的交叉点中的磁性存储元件的磁性层的磁化通过每个地址线产生的电流磁场而反转。图13示出一般MRAM的示意图(立体图)。构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区108、源区107和栅电极101分别形成在由半导体基底110 (例如硅基底等)的元件分离层102分开的部分中。沿图的前后方向延伸的字线105布置在栅电极101上方。漏区108共同地形成在沿的图的左-右侧的选择晶体管中，并且线109连接到漏区 108。具有存储层(其中磁化方向反转)的磁性存储元件103布置在字线105和位线106之间，位线106布置在上部并沿图的左-右方向延伸。磁性存储元件103例如包括磁隧道结元件(MTJ元件)。磁性存储元件103通过沿水平方向的旁路线(by-pass line) 111和沿竖直方向的接触层104电连接到源区107。通过使电流流到字线105和位线106将电流磁场施加到磁性存储元件103，以反转磁性存储元件103的存储层的磁化的方向，从而执行信息记录。为了在磁性存储器(例如MRAM等)中稳定地保持记录的信息，记录信息的磁性层(存储层)需要具有一定程度的矫顽磁力。为了改写记录的信息，一定量的电流需要在地址线中流动。然而，由于地址线随着构成MRAM的元件的小型化而变得精密，难于使足够的电流流过。因此，作为能通过较小的电流量使磁化反转的结构，已经关注被配置为使用自旋注入产生的磁化反转的存储器(例如，参见日本未经审查专利公开No. 2003-17782、美国专利 No. 6256223、日本未经审查专利公开 No. 2008-227388、PHYs. Rev. B，54. 9353(1996)和J. Magn. Mat.，159，LI (1996))。执行自旋注入产生的磁化反转，使得通过磁性物质的自旋极化电子被注入另一磁性物质，以在另一磁性物质中带来磁化反转。例如关于巨磁阻效应元件(GMR元件)或磁隧道结元件(MTJ元件)，通过使电流沿元件的膜表面的垂直方向流动，该元件的磁性层的至少部分的磁化方向可以被反转。
此外，自旋注入产生的磁化反转的优点在于即使当元件小型化时，可以不用增大电流而实施磁化反转。图14和15示出配置为使用上述的自旋注入产生的磁化反转的存储器装置的示意图。图14是立体图，图15是截面图。构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区58、源区57和栅电极51分别形成在由半导体基底60 (例如硅基底等)的元件分离层52分开的部分中。其中，栅电极51还作为沿图14的前后方向延伸的字线。漏区58共同地形成在沿图14的左和右侧的选择晶体管中，并且线59连接到漏区58。具有存储层(其中磁化方向通过自旋注入反转)的存储元件53布置在源区57和位线56之间，位线56布置在上部并沿图14的左-右方向延伸。存储元件53例如包括磁隧道结元件(MTJ元件)。存储元件53具有两个磁性层61和62。在这两个磁性层61和62中，一个磁性层设为磁化固定层,其磁化方向是固定的，另一个磁性层设为磁化自由层，其存储层的磁化方向改变，即，存储层。存储元件53通过上侧和下侧的接触层54分别连接到位线56和源区57。因此，通过使电流流到存储元件53，存储层的磁化方向可以通过自旋注入而反转。相比图13所示的一般MRAM，配置为使用上述自旋注入产生的磁化反转的存储器装置具有装置结构可以简化的特征，并且由此可以具有高密度。相比通过外部磁场执行磁化反转的一般MRAM，该存储器装置的优点在于通过使用由自旋注入产生的磁化反转，即使当发展元件的小型化时也不增加写入电流。
发明内容
对于MRAM，写入线(字线和位线)与存储元件分开布置，通过使电流流过写入线产生的电流磁场执行信息的写入(记录)。鉴于此，可以使用于写入的充足量的电流流过写入线。同时，在配置为使用通过自旋注入的磁化反转的存储器装置的情况中，需要通过存储元件中流动的电流执行自旋注入，以使存储层的磁化方向反转。由于通过使电流直接流过存储元件，存储器单元择执执行信息的写操作(记录)，存储器单元配置为将存储元件连接到选择晶体管，来选择执行写入的存储器单元。在该情况下，在存储元件中流动的电流的强度被限制到能在选择晶体管中流动的电流的大小(选择晶体管的饱和电流)。鉴于此，需要以低于选择晶体管的饱和电流的电流来执行写入，并通过提高自旋注入的效率来降低存储元件中流动的电流。为了放大读出信号，需要确保磁阻的高变化率。为此构造以下的存储元件是有效的，在该存储元件中与存储层的两侧接触的中间层设为隧道绝缘层(隧道屏障层)。如上在将隧道绝缘层用作为中间层的情况下，对通过存储元件流动的电流量进行限制，用于防止隧道绝缘层的介电质击穿。同样由此，需要抑制自旋注入期间的电流。为了降低电流值，由于电流值与存储层的膜厚成比例并与存储层的饱和磁化的平方成比例，可以对它们(膜厚和饱和磁化)进行调节(例如参见F. J. Albert等人，Appl.Phy.Lett. ，77，3809(2000))。此外，美国专利申请公开No. 2005-0184839 Al描述了当记录材料的磁化量(Ms)降低时可以降低电流值。然而，当没有存储由电流写入的信息时，不能获得非易失性存储器。换言之，需要确保存储层的热波动的稳定性(热稳定性)。
在使用自旋注入的磁化反转的存储元件中，存储层的体积小于相关技术中的MRAM的体积。简单地考虑，热稳定性趋于降低。当不能确保存储层中的热稳定性时，磁化的反转方向由热量再次反转，并且变为
写入误差。当使用自旋注入的磁化反转的存储元件的容量增大时，存储元件的体积进一步变小，因此确保热稳定性是重要任务。鉴于此，在使用自旋注入的磁化反转的存储元件中，热稳定性是十分重要的特征。因此，需要将通过自旋注入的磁化反转所需的电流的强度降低至等于或小于晶体管的饱和电流，并确保用于稳定地保持写入信息的热稳定性，使得配置为通过自旋注入使存储层的磁化方向反转的存储元件作为存储器。由上，降低通过自旋注入的磁化反转所需的电流，考虑降低存储层的饱和磁化量Ms并减薄存储层。例如，如美国专利申请公开No. 2005-0184839 Al中，对于存储层的材料使用具有低饱和磁化量Ms的材料是有效的。然而，当如上简单地使用具有低饱和磁化量Ms的材料时，很难确保用于稳定地保持信息的热稳定性。在本发明中，希望提供可以提高热稳定性而不增加写入电流的存储元件，以及具有该存储元件的存储器装置。此外，在本发明中，希望提供即使当构成存储层的磁性材料受到350°C或更高的热处理温度时也具有良好特征的存储元件。根据本发明的实施例，提供了一种存储元件，包括存储层，其具有垂直于膜表面的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；磁化固定层，其具有垂直于膜表面的磁化，用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及由非磁性体形成的绝缘层，布置在所述存储层和所述磁化固定层之间，其中，所述磁化固定层具有非磁性层夹持在上、下铁磁性层之间的结构，所述上、下铁磁性层具有磁性反平行连接的层叠铁销结构，其中，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，并且在所述存储层上执行信息的记录，其中，所述存储层接收到的有效反磁场的大小小于所述存储层的饱和磁化量。在所述存储元件中，形成其中非磁性层夹持在所述上铁磁性层与所述下铁磁性层之间的多个结构。在所述存储元件中，构成所述存储层和所述绝缘层的界面的铁磁性材料是Co-Fe-B0
在所述存储元件中，所述Co-Fe-B的成分可以为(Cox-Fey) 100_Z-BZ,其中0 ^ Cox ^ 40,60 ( Fey ( 100 并且 0 < Bz 彡 30。在所述存储元件中，所述Co-Fe-B的成分可以为(Cox-Fey) 1(I(I_Z_BZ，其中0 ^ Cox ^ 40,60 ( Fey ( 100 并且 20 < Bz 彡 40。在所述存储元件中，构成所述磁化固定层的铁磁性层的材料是Co-Fe-B，成分可以为其中 0 < Cox < 40、60 < Fey ( 100 并且 0 < Bz < 30 的(Cox-Fey) 100_Z-BZ ;或者成分可以为其中 0 彡 Cox 彡 40、60 彡 Fey ( 100 并且 20 < Bz 彡 40 的(Cox-Fey) 100_Z_BZ 的 Co-Fe-B。在所述存储元件中，在磁化固定层的绝缘层侧上的非磁性层可以是Ta。 根据本发明的另一实施例，提供了一种存储器装置，包括存储元件，其通过磁性体的磁化状态来保持信息；以及彼此相交的两种线，并且所述存储元件具有上述根据本发明的实施例的存储元件的结构，所述存储元件布置在所述两种线之间，并且通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动，以执行自旋极化电子的注入。根据上述本发明的实施例的存储元件的结构，提供了包括通过磁体的磁化状态来保持信息的存储层，通过中间层设置用于存储层的磁化固定层，中间层由绝缘体形成，通过沿着层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化方向，以在所述存储层上执行信息的记录，因此通过使电流沿层叠方向流动并注入自旋极化电子可以记录信息。所述存储层接收到的有效反磁场的大小小于所述存储层的饱和磁化量，存储层接收到的反磁场低，因此使存储层的磁化方向反转所需的写电流的量可以减小。另一方面，由于写电流量的量可以减小而不降低存储层的饱和磁化量，可以确保存储层的充分的热稳定性，将存储层的饱和磁化量设为充分的量。具体地，根据本发明的实施例的存储元件中，存储层和磁化固定层具有垂直于膜表面的磁化。具有垂直磁性各向异性比具有面内磁性各向异性更适于低能耗和高容量。原因是在自旋转矩磁化反转期间垂直磁化越过低的能量屏障，并且由于垂直磁化膜具有的高磁性各向异性，有利于存储层中用于保持信息的热稳定性。根据本发明的实施例的存储器装置的上述结构，所述存储元件布置在所述两种线之间，并且通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动并执行自旋注入。因此，可以使电流通过所述两种线沿所述层叠方向在所述存储元件中流动，通过自旋注入执行记录信息。由于可以减小存储元件的写电流量而不降低存储层的饱和磁化量，可以稳定地保持记录在存储元件上的信息并降低存储器装置的能耗。根据本发明，由于即使在存储层的饱和磁化量不减小的同时仍然可以减小存储元件的写电流量，所以可以确保充分的热稳定性(信息保持能力)并构造特性平衡优良的存储元件。根据这样的结构，消除了操作误差，因此可以获得存储元件的充分的操作余量。具体地，构成所述存储层的铁磁性材料是Co-Fe-B，Co-Fe-B的成分可以为(Cox-Fey) 1(I(I_Z-BZ，其中0 ( Cox ( 40,60 ( Fey ( 100 并且 0 < Bz 彡 30 ;并且非常适于形成垂直磁化的存储层。考虑热处理温度是例如约350°C至450 °C的相对高温，当Co-Fe-B的成分为(Cox-Fey) 1QQ_Z-BZ，其中0 ( Cox ( 40,60 ( Fey ( 100 并且 20 < Bz 彡 40 ;构成存储层的铁磁性层材料即使在高温热处理中也呈现高隧道磁阻效应，因此是非常合适的。
由于磁化固定层是层叠的铁销结构，可以加强磁化固定层的垂直磁性各向异性度提高存储元件的热稳定性。构成所述磁化固定层的铁磁性层的材料是Co-Fe-B (与存储层的相同)，Co-Fe-B的成分可以为(Cox-Fey) 1QQ_Z-BZ，其中0 ( Cox ( 40,60 ( Fey ( 100 并且 0 < Bz 彡 30 ;并且非常适于形成垂直磁化的磁化固定层。考虑热处理温度是例如约350°C至450 °C的相对高温，当Co-Fe-B的成分为(Cox-Fey) 1QQ-Z-BZ，其中0 ( Cox ^ 40,60 ^ Fey ( 100 并且 20 < Bz 彡 40 ;非常适于形成垂 直磁化的磁化固定层。因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器装置。写电流减小，从而降低存储元件中执行写入期间的能耗。由此，可以减小整个存储器装置的能耗。
图I是根据本发明的实施例的存储器装置的示意性结构的示意图；图2是示出实施例的存储元件的截面图；图3是示出实验中使用的存储元件的样品的层结构的示意图；图4是示出尺寸0. 09X0. 18 iim的存储层的反转电流密度和Co量之间的关系的图；图5是示出尺寸0. 09X0. 18 iim的存储层的热稳定性的指数和Co量之间的关系的图；图6是示出尺寸50nm(j5的存储层的热稳定性的指数和Co量之间的关系的图；图7是示出实验中使用的存储元件的样品的层结构的示意图；图8是示出对于实施例的存储层的Co-Fe-B的每个成分的TMR根据热处理温度的变化的视图；图9A、图9B和图9C是示出在关于实施例的存储层的Co-Fe-B通过Co/Fe比率改变B的浓度和热处理温度时，TMR特性的测量结果的视图；图10是示出实验中使用的存储元件的样品的层结构的视图；图IlA和图IlB是示出实施例中磁化固定层的层叠的铁销结构的差别和基于形成存储元件的步骤的温度差别的热处理之间的关系的特性变化测试结果的视图；图12A、图12B和图12C是示出基于实施例中磁化固定层的层叠的铁磁销结构中非磁性层的厚度的差别的特性变化测试结果的视图；图13是示意性示出相关技术中的MRAM的结构的立体图；图14是通过使用自旋注入的磁化反转的存储器装置的示意性结构的示意图；并且图15是图14的存储器装置的截面图。
具体实施例方式以下将基准附图详细描述实现本发明的实施例。〈I.实施例的存储元件的概览〉
〈2.实施例的存储层和磁化固定层的具体结构1>〈3.实施例的存储层和磁化固定层的具体结构2><4.实施例的磁化固定层的层叠的铁磁销结构〉<5.实施例的实验〉<6.改变示例>〈I.实施例的存储元件的概览〉首先，将描述作为实施例的存储元件的概览。在本发明的实施例中，通过用上述自旋注入将存储元件的存储层的磁化方向反转，执行信息记录。 存储层由例如铁磁性层的磁性物质构成，并在磁性物质的磁化状态(磁化的方向)下存储信息。尽管如下所述，存储元件例如采用图2的示例所示的层结构，包括存储层17和磁化固定层15来作为至少两个磁性层，还包括两个磁性层之间的绝缘层16(隧道绝缘层)，作为中间层。存储层17的磁化垂直于膜表面，并且磁化方向根据信息而改变。磁化固定层15的磁化垂直于膜表面，用作为存储在存储层17中的信息的基准。绝缘层16是非磁性介质，并且设置在存储层17和磁化固定层15之间。通过沿包括存储层17、绝缘层16和磁化固定层15的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，存储层17的磁化方向改变，以在存储层17上记录信息。通过自旋注入将磁性层(存储层17)的磁化方向反转的基本操作使得强度等于或大于预定阈值的电流在巨磁阻效应元件(GMR元件)或磁隧道结元件(MTJ元件)形成的存储元件中沿垂直于膜表面的方向流动。此时，电流的极性(方向)取决于反转的磁化的方向。当绝对值小于阈值的电流流过时，不发生磁化反转。当磁性层的磁化方向通过自旋注入反转时，所需电流的阈值Ic 一般表述如下Ic = A a Ms V Hd/2 n其中，A是常数，a是自旋制动常数，n是自旋注入率，Ms是饱和磁化量，V是存储层的体积，Hd是有效反磁场(diamagnetic field)。如公式中所述，通过控制存储层的体积V、磁性层的饱和磁化量Ms、自旋注入率n和自旋制动常数a，可以任意设定电流的阈值。严格说，当通过自旋转矩磁化反转将磁性层的磁化方向反转时，根据磁性层的易磁化轴是面内方向(in-plane direction)或垂直方向,所需电流的阈值Ic不同。实施例的存储元件是垂直磁化式。但是如果在相关技术的面内磁化式的存储元件的情况下，用于使磁性层的磁化方向反转的反转电流被设为Ic-para，那么当执行从相同方向到相反方向的反转时(相同方向和相反方向是当磁化固定层的磁化方向被设为基准时存储层的磁化方向，相同方向由“平行(parallel)”表示，相反方向由“反平行(anti-parallel)，，表不)Ic_para = (A a Ms V/g (0) /P) (Hk+2 n Ms)当执行从相反方向到相同方向的反转时
Ic_para = - (A a Ms V/g ( n ) /P) (Hk+2 n Ms)另一方面，如果示例中的垂直磁化式的存储元件的反转电流被设为Ic_perp，当执行从相同方向到相反方向的反转时，Ic_perp = (A a Ms V/g (0)/P) (Hk_4 n Ms),当执行从相反方向到相同方向的反转时，Ic_perp = _ (A a Ms V/g ( n ) /P) (Hk_4 n Ms)。其中，A是常数，a是翻转(dumping)常数,Ms是饱和磁化量,V是元件体积，P是自旋极化率，g(0)和g(Ji)是与分别沿相同方向和相反方向传递到另一个磁性层的自旋转矩的效率相对应的系数，Hk是磁性各向异性的(参照Nature Materials.，5，210 (2006))。在每个公式中，当垂直磁化式的(Hk-4JiMs)和面内磁化式的(Hk+2 ii Ms)彼此比较时，可以理解垂直磁化式更适于降低记录电流。 示例的存储元件通过隧道磁阻效应引起的阻抗不同执行信息读取。换言之，当隧道磁阻效应大时，输出变大。隧道磁阻效应TMR利用自旋极化率P由公式(I)表示。TMR(% ) = P1P2Z(I-P1P2) X 100...公式(I)这里，P1是磁化固定层的自旋极化率，P2是记录层的自旋极化率。在公式(I)中，可以理解，当自旋极化率变高时，TMR变大。基于与关于反转电流的公式的比较，还可以理解，低电流和高输出(=高TMR)是一致的关系。在实施例中，存储元件配置为包括在磁化状态下保持信息的磁性层(存储层17)和磁化方向是固定的磁化固定层15。为了可以呈现为存储器，需要保持写入的信息。保持信息的能力基于热稳定性的指数△ (KuV/kBT)的值来确定。该△由以下的公式⑵表示。A = KV/kBT = MS V Hk (l/2kBT) 公式(2)其中，Hk是有效各向异性磁场，kB是波尔兹曼常数，T是温度，Ms是饱和磁化量，V是存储层的体积。有效各向异性磁场Hk接收例如形状磁性各向异性、感应磁性各向异性、晶体磁性各向异性等的影响。当假定单磁域的相干转动模型时等价于矫顽磁力。热稳定性的指数A和电流的阈值Ic通常是平衡关系。鉴于此，对于维持存储器特征，许多情况下兼容性是个问题。关于改变存储层17的磁化状态的电流的阈值，特别是基本上椭圆形的TMR元件中(其中存储层17的厚度是2nm，平面模式是IOOnmX 150nm)，正侧的阈值+Ic = +0. 5mA,负侧的阈值是-Ic = -0. 3mA，此时的电流密度是约3. 5X 106A/cm2。这些与关于Ic的上述公式相符。对于由电流磁场执行磁化反转的一般MRAM，需要几个mA或更大的写电流。因此，当执行自旋注入的磁化反转时，写电流的阈值如上所述充分小，从而有效降低集成电路的能量消耗。由于一般MRAM中必需的用于产生电流磁场的线(图13中的线105)不是必须的，相比一般MRAM在集成度方面是有益的。在通过自旋注入执行磁化反转时，通过使电流直接在存储元件中流动来执行信息写入(记录)。因此，为了选择执行写入的存储器单元，通过将存储元件连接到选择晶体管来构造存储器单元。在该情况下，从存储元件通过的电流由可以在选择晶体管中流动的电流的大小(选择晶体管的饱和电流)来限制为了使基于自旋注入的磁化反转的电流阈值Ic比选择晶体管的饱和电流小，优选地从Ic的公式中减小存储层17的饱和磁化量Ms。然而，当简单地减小饱和磁化量Ms时(例如，美国专利申请公开No. 2005-0184839Al)，存储层17的热稳定性被严重削弱，从而不能实现作为存储器的功能。为了构成存储器，需要热稳定性的指数△具有等于或大于一定水平的大小。本申请的发明人进行的各种检测。作为结果，例如发现通过选取Co-Fe-B的成分作为构成存储层17的铁磁性层，存储层17接收的有效反磁场(MefTective)的大小小于存储层17的饱和磁化量Ms。通过使用上述的铁磁性材料，存储层17接收的有效反磁场的大小被配置为小于存储层17的饱和磁化量Ms。因此，由于存储层17接收的反磁场的大小可以减小，获得以下效果1c的公式表示的电流的阈值Ic降低，而不减小由公式⑵表示的热稳定性A。此外，发明人发现在被选择的Co-Fe-B的成分的有限的成分范围内沿膜表面垂直方向使Co-Fe-B磁化，从而即使在可以实现吉比特(Gbit)级容量的小存储元件中也能确保充分的热稳定性。从而，在吉比特级自旋注入式磁化反转存储器中保持热稳定性的状态中，可以形成稳定的存储器，其中可以用低电流执行信息写入。在实施例中，存储层17接收的有效磁场的大小配置为小于存储层17的饱和磁化量Ms，换言之，存储层17的有效反磁场和饱和磁化量Ms的比例的值设为小于I。考虑选择晶体管的饱和电流值，利用由绝缘体形成的隧道绝缘层(绝缘层16)构成磁隧道结(MTJ)元件，作为存储层17和磁化固定层15之间的非磁性中间层。因为相比利用非磁性传导层构造巨磁阻效应(GMR)元件的情况，利用隧道绝缘层构造磁隧道结(MTJ)元件可以增加磁致电阻变化率(MR比率)，从而增加读出信号的强度。具体地，将氧化镁(MgO)用作为隧道绝缘层16的材料，相比使用目前一般使用的氧化铝的情况,磁致电阻变化率(MR比率)可以增加。此外，自旋注入效率一般取决于MR比率，并且自旋注入效率随MR比率变大而提高，从而降低磁化反转的电流密度。因此，如果氧化镁作为用作中间层的隧道绝缘层16的材料，使用上述存储层17，可以减小基于自旋注入的电流写入阈值，并且能以低电流执行信息写入(记录)。此外，可以增加读出信号的强度。因此，可以确保MR比率(TMR比率)并减小基于自旋注入的写入电流阈值，从而能以低电流执行信息写入(记录)。此外，可以增加读出信号的强度。当如上所述隧道绝缘层16由氧化镁(MgO)膜形成时，MgO膜结晶，更优选的是保持沿(001)方向的结晶对齐特性。在实施例中，存储层17和磁化固定层15之间的中间层(隧道绝缘层16)可以配置为不仅可以由氧化镁形成，而且可以由各种绝缘体、感应体和半导体(例如包括氧化铝、氮化铝、Si02、Bi2O3' MgF2' CaF、SrTiO2' AlLaO3' Al-N-O 等)形成。需要将隧道绝缘层16的面积阻抗值控制为等于或小于几个Q Pm2，以获得通过自旋注入反转存储层17的磁化方向所需的电流密度。在由MgO膜形成的隧道绝缘层16中，需要将MgO膜的厚度设为等于或小于I. 5nm,以使面积阻抗值在上述范围内。希望减小存储元件,使得存储层17的磁化方向容易通过小电流而反转。
鉴于此，存储元件的面积优选设为等于或小于0. 01 u m2。实施例的存储层17可以与具有不同成分的另一铁磁性层直接重叠。铁磁性层和软磁性层可以重叠，或通过软磁性层或非磁性层重叠多个铁磁性层。即使如上述执行重叠，可以获得本发明的效果。具体地，在通过非磁性层重叠多个铁磁性层的结构中，可以调整铁磁性层之间相互作用的强度。因此，可以获得以下效果磁化反转电流可以得到抑制，从而即使当存储元件的尺寸等于或小于亚微型单元时也不会增大。作为该情况下非磁性层的材料，可以使用Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb 或其合金。优选地，磁化固定层15和存储层17具有沿一个方向的各向异性。优选地,磁化固定层15和存储层17各自的膜厚优选是0. 5nm至30nm。存储元件的另一种结构可以与相关技术中通过自旋注入记录信息的存储元件的结构相同。通过仅使用铁磁性层或使用反铁磁性层和铁磁性层的反铁磁性性结合，磁化固定层15的磁化方向可以配置为固定的。磁化固定层15可以具有由单个铁磁性层或层叠的铁销(ferri-pin)结构形成的结构，该铁销结构中多个铁磁性层通过非磁性层重叠。作为构成层叠的铁销结构的磁化固定层15的铁磁性层的材料，可以使用Co、CoFe或CoFeB等。此外,作为非磁性层的材料,可以使用Ru、Re、Ir或Os等。作为反铁磁性层的材料，可以使用例如FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO或Fe2O3的磁性体等。通过将例如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo 或 Nb 等
的非磁性元素加到上述磁性体，可以调节磁性特征，或调节其它各种物理特性，例如结晶结构、结晶特性及其稳定性。即使在将存储层17布置在磁化固定层15下方的结构或将存储层17布置在磁化固定层15上方的结构中，存储元件的膜结构都没有问题。此外，磁化固定层15设置在存储层17的上方和下方的所谓的双重结构可以被采用而没有问题。作为读取记录在存储元件的存储层17中的信息的方法，存储元件的存储层17通过薄绝缘膜提供磁性层(作为信息的基准)，通过流过绝缘层16的铁磁性隧道电流可以读取信息，并且可以通过磁阻效应读取信息。〈2.实施例的存储层和磁化固定层的具体结构1>接着，将描述本发明的实施例的具体结构。图I示出作为一种具体结构的存储器装置的示意性结构图(立体图)。
在存储器装置中，将存储元件3(可以在磁化状态下保持信息)布置在相互垂直的两种地址线(例如字线和位线)的交叉点附近。换言之，构成用于对每个存储器单元进行选择的选择晶体管的漏区8、源区7和栅电极I形成在由半导体基底10 (例如硅基底等)的元件分离层2分开的部分中。栅电极I还作为沿图的前后方向延伸的一种地址线(例如字线)。漏区8共同地形成在图的左和右选择晶体管中，并且漏区8连接到线9。存储元件3布置在源区7和另一个地址线(例如位线)6之间，位线6布置在上侧并沿图的左右方向延伸。存储元件3包括存储层，由其中磁化方向通过自旋注入反转的铁磁性层形成。存储元件3布置在两种地址线I和6的交叉点附近。存储元件3通过上、下接触层4分别连接到位线6和源区7。因此，通过使电流通过两种地址线I和6沿上、下方向在存储元件3中流动，存储层的磁化方向可以通过自旋注入而反转。图2示出实施例的存储装置的存储元件3的截面图。如图2所示，存储元件3通过基础层14、磁化固定层15、绝缘层16、存储层17和帽层(cap layer) 18以从下层开始的顺序重叠而形成。在该情况下，磁化固定层15布置在存储层17的下层侧，存储层17中磁化方向M17通过自旋注入而反转。在自旋注入式磁化反转存储器中，信息的“0”和“I”由存储层17的磁化M17和磁化固定层15的磁化M15的相对角度来限定。用作为隧道屏障(tunnel barrier)层(隧道绝缘层)的绝缘层16布置在存储层17和磁化固定层15之间，MTJ元件由存储层17和磁化固定层15构成。基础层14形成在磁化固定层15下方，帽层18形成在存储层17上。存储层17包括具有磁矩的铁磁性体,其磁化方向M17沿层表面垂直方向自由地改变。磁化固定层15包括具有磁矩的铁磁性体,其磁化方向M15沿膜表面垂直方向是固定的。通过具有单轴各向异性的存储层17的磁化方向来执行信息的存储。通过沿膜表面垂直方向施加电流以引起自旋转矩磁化反转来执行写入。如此，在其中磁化方向通过自旋注入而反转的存储层17中，磁化固定层15布置在存储层17的下层，并用作为存储层17中存储的信息(磁化方向)的基准。在实施例中，Co-Fe-B用作为存储层17和磁化固定层15。具体地，Co-Fe-B的成分设为(Cox-Fey) 1(I(I-Z-BZ，其中 0 彡 Cox 彡 40，60 ( Fey ( 100，0 < Bz 彡 30。磁化固定层15用作为信息的 基准，因此不优选磁化方向通过记录或读取而改变。然而，该方向不需要固定为具体方向。优选比存储层17进一步增加矫顽磁力，使膜厚更厚，或增加磁翻转常数，从而比存储层17更不容易运动。当磁化固定时,通过使反铁磁性体(例如PtMn, IrMn等)与磁化固定层15接触，或通过与磁性体(其通过例如Ru等的非磁性体与该反铁磁性体进行接触)结合，磁化固定层15可以被间接地固定。在实施例中，具体地，存储元件3的存储层17的成分被调节为使得存储层17接收的有效反磁场小于存储层17的饱和磁化量Ms。换言之，如上所述，存储层17的铁磁性材料的成分Co-Fe-B被选择，并且存储层17接收的有效反磁场的大小降低到小于存储层17的饱和磁化量Ms。在实施例中，当作为中间层的绝缘层16是氧化镁层时，磁致电阻变化率(MR比率)
可以升高。 通过提高上述MR比率，可以提高自旋注入的效率，并且可以降低用于反转存储层17的磁化方向M17所需的电流密度。通过在真空装置中连续地形成基础层14至帽层18，然后通过例如刻蚀等过程形成存储元件3的图案，可以制造实施例的存储元件3。根据上述实施例，由于存储元件3的存储层17配置为使得存储层17接收的有效反磁场的大小比存储层17的饱和磁化量Ms小，存储层17接收的反磁场降低，因此可以减小反转存储层17的磁化方向M17所需的写电流量。另一方面，由于即使存储层17的饱和磁化量Ms不降低与可以降低写电流量，所以可以充分确保存储层17的热稳定性，其中存储层17的饱和磁化量Ms是充分的量。如上所述，由于作为信息保持能力的热稳定性可以被充分地确保，所以可以构成特性平衡优良的存储元件3。因此，可以充分获得存储元件3的操作余量，存储元件3可以稳定地操作，消除了
操作误差。因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器装置。通过减小写电流，可以降低在存储元件3中执行写入时的能量消耗。因此，在存储器单元由实施例的存储元件3构造的存储器装置中，整体能量消耗可以降低。因此，由于可以实现以高可靠性稳定操作的存储器装置，可以降低具有存储元件3的存储器装置中的能量消耗。包括图2所示的存储元件3和图I所示的结构的存储器装置优势在于在存储器装置的制造过程中可以应用一般的半导体MOS形成过程。因此，实施例的存储器装置可以用作为一般用途的存储器。<3.实施例的存储层和磁化固定层的具体结构2>将描述实施例的存储层和磁化固定层的另一具体结构。由于实施例的存储器装置和存储元件3的结构示例与图I和图2中的相同，将不重复描述。在实施例中，类似于具体结构1，使用Co-Fe-B作为存储层17和磁化固定层15，但是Co-Fe-B成分是范围为 0 ( Cox 彡 40、60 彡 Fey 彡 100、且 20 < Bz 彡 40 的(Cox-Fey) 1(I(I_Z-BZ。当考虑制造自旋注入式磁化反转存储器作为半导体装置时，希望构成存储元件3的磁性材料在半导体过程可以接受的温度范围内呈现优良特性。例如，由于施加到半导体过程(对于硅基底进行，到其通过所有过程之后成为芯片)的热载荷等于或大于350°C。因此，考虑这个事实，构成存储元件3的磁性材料需要即使在经历过等于或大于350°C的热处理后也呈现优良特性。另一方面，操作存储器装置所需的晶体管暴露到更高的温度(例如等于或大于4500C )时，其特性劣化。鉴于此，在被加热到例如450°C活500°C等的高温的状态中显示良好特性的磁性材料也不优选。因此，当考虑制造自旋注入式磁化反转存储器时，需要构成存储元件3的磁性材料在等于或大于350°C并小于450°C的温度范围内展现良好的特征。当要考虑关于半导体过程和热量之间的亲和性时，由于一般垂直磁化材料的磁力和TMR特性在等于或高于250°C的温度时劣化，或者磁性在等于或高于500°C的高温时基本上消失，很难处理垂直磁化膜。然而，如上所述垂直磁化膜适于大容量和低能耗。因此，为在与半导体过程具有高亲和性的热处理条件下自旋注入式磁化反转存储器(显示低反转电流和高输出的特性)开发垂直磁化膜是重要的。第二实施例基于以下认识在使用上述适于大容量和低能耗的具有垂直磁化各向异性的存储元件3的存储器装置中，需要在等于或大于350°C并小于450°C的温度范围的热处理中确保高的磁致电阻变化率。如上述，希望采用垂直磁化式以降低用于存储的电流。此外，由于垂直磁化膜一般可以比面内磁化膜保持高的磁性各向异性，因此利于将上述热稳定性的指数△维持为高。有几种具有垂直各向异性的磁性材料，包括稀土过渡金属合金(TbCoFe等)、金属多层膜(Co/Pd多层膜等)、常规合金(FePt等)、使用氧化物和磁性金属之间的界面各向异性的材料(Co/MgO等)。然而，稀土过渡金属合金在合金通过加热扩散或结晶时损失垂直磁化各向异性。因此，该合金不优选作为用于自旋注入式磁化反转存储器的材料。此外，由于公开了磁性多层膜也通过加热而扩散，从而削弱垂直磁性各向异性，并且面心立方体的
(111)方向用于展现垂直磁性各向异性。因此，很难实现布置在附近的高极化率层(例如MgO 或 Fe、CoFe、Co-Fe-B 等)所需的(001)方向。LlO常规合金在高温时稳定，并显示沿(001)方向的垂直磁性各向异性，从而不发生上述问题。但是该合金在制造过程中需要通过加热到足够高的温度(等于或大于5000C )，或通过在制造后以等于或大于500°C的高温执行热处理，来规则地布置原子，因此该合金与半导体过程具有低亲和性。此外，可能发生扩散或增加界面粗糙，扩散对层叠膜的其它部分(例如隧道屏障)不是优选的。利用界面磁性各向异性的材料(即，在作为隧道屏障的MgO上重叠Co基或Fe基的材料)不容易具有任何上述问题，并且鉴于此，该材料有望成为用于自旋注入式磁化反转存储器的存储层的材料。本申请的发明人进行了研究。作为结果，在由具有范围在0彡Cox彡40、60 ( Fey ( 100且20 < Bz < 40的(Cox-Fey) 100_Z-BZ的成分的Co-Fe-B构成的磁性材料的情况下，即使在热处理温度等于或大于350°C的情况下，也可以将上述表示反转电流的公式中的自旋极化率P保持为高。高输出元件具有高自旋极化率P，因此根据实施例可以实现低反转电流。通过使用具有高磁性各向异性的垂直磁化材料，能以高输出和低能耗提供自旋注入式磁化反转元件(存储元件3)，而不牺牲热稳定性。第二实施例中存储装置和存储元件3的结构与图I和图2中的相同，但是存储元件3的存储层17采用上述成分。换言之，根据第二实施例的存储元件，包括在磁性体的磁化状态下保持信息的存、储层17，通过作为中间层的绝缘层16为存储层17提供磁化固定层15。通过沿层叠方向注入自旋极化的电子，沿膜表面垂直方向磁化的存储层17的磁化方向发生改变,从而执行在存储层17上的信息记录。例如通过使用上述成分的Co-Fe-B作为构成存储层17的铁磁性层材料，即使在高温热处理时也可以获得高隧道磁致电阻效应和低反转电流的特性。因此，即使在高温热处理时也可以得到具有高输出和低电流的磁化反转。在使用存储元件3的存储器装置中，电流通过两种线(图I中的线I和6)沿层叠方向在存储元件3中流动并且发生自旋迁移。因此，通过使电流通过两种线沿层叠方向在存储元件3中流动引起自旋转矩磁化反转，可以执行信息记录。在第二实施例中，即使在高温热处理下也可以获得高输出和低电流的操作特性，因此可以配置特性均衡方面优良的存储元件3。由于使用具有高磁性各向异性的垂直磁化膜，信息的热稳定性不劣化。因此，可以获得存储元件3的充足的操作余量并稳定地操作存储元件3，消除操作误差。此外，由于材料在等于或大于350°C并低于450°C的范围的高温热处理中展现良好的特性，所述与半导体过程的亲和性很高。由于减小了用于存储元件3的写电流，所以可以减小存储元件的能量消耗。因此，可以减小整个存储器的能量消耗，该存储器的存储器单元由实施例的存储元件3构成。因此，可以实现以高可靠性稳定操作的存储器。具有图2所示的存储元件3和图I所示的结构的存储器具有以下优势在制造存储器时可以应用一般的半导体MOS形成过程。因此，实施例的存储器可以用作为一般用途的存储器。磁化固定层15可以采用Co-Fe-B的上述成分。即使在具体示例2的实施例中，当氧化镁层用于作为中间层的绝缘层16时，可以提高磁致电阻变化率(MR比率)。通过提高MR比率，提高了自旋注入效率，可以进一步降低用于使存储层17的磁化方向Ml7反转的电流密度。通过在真空装置中相继形成基础层14到帽层18，然后用刻蚀等过程形成存储元件3的图案，可以制造存储元件3。<4.实施例的磁化固定层的层叠的铁销结构〉将描述实施例的磁化固定层的层叠的铁销结构。实施例的存储器装置和存储元件3的结构示例与图I和图2中的相同，不重复其描述。磁化固定层15作为存储层17所存储的信息存储的基准。因此，在磁化固定层15中，通过记录到存储层17和从存储层17读取，磁化方向可以不改变，不需要将磁化方向一定固定在特定方向。
在磁化固定层15的磁化特性中，其存储能力可以大于存储层17，膜厚可以大或磁阻尼常数可以大，从而磁化特性优选比存储层17的磁化特性更不容易移动。可以想到磁化固定层15的结构是层叠的铁销结构以稳定地固定磁化固定层15的磁化。即，非磁性层夹持在上下铁磁性层之间，上下铁磁性层反平行地磁连接。夹持在上下铁磁性层(其反平行地磁连接)之间的多个非磁性层可以重叠。因此，可以阻挡由磁化固定层15引起的漏磁场，并加强磁化固定层15的垂直磁性各向异性。作为非磁性材料层的材料，可以使用上述的Ru、Re、Ir和Os等。作为铁磁性层的材料，可以使用Co-Fe-B。Co-Fe-B的成分是(Cox-FeY) 100_Z-BZ,其中0彡Cox彡40,60 ( Fey ( 100,0 < Bz ^ 30，并且该成分优选形成垂直磁化的磁化固定层。当热处理温度是约350°C至450 V的相对高温时，铁磁性层材料是Co-Fe-B，Co-Fe-B 的成分是(Cox-Fey) 100_Z_BZ，其中 0 ≤Cox ≤ 40、60 ≤ Fey≤ 100,0 < Bz ≤30,并且 该成分优选形成垂直磁化的磁化固定层。在其中非磁性层夹持在上下铁磁性层之间的多个结构中，优选地在绝缘层侧上构成夹持结构的非磁性层的材料是Ta。不限于Ta，可以使用 Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb或其合金。可以利用它们调节磁性特性。<5.实施例的实验〉在实施例的存储元件的结构中，具体选择构成存储层17的铁磁性层的材料，存储层17接收到的有效反磁场的大小被调节，制备了存储元件的样品，然后检验其特性。在实际存储器装置中，如图I所示，除存储元件3外，还具有切换半导体电路等。但是为了检测存储层17的磁化反转特征的目的，本文中仅对只形成有存储元件的晶圆进行评论。实验I在厚度0. 725mm的硅基底上形成厚度300nm的热氧化膜，在其上形成具有图2所示的结构的存储元件3。具体地，在具有图2所示的结构的存储元件3中，每层的材料和膜厚如选取为如图3所示。基础层14 :具有膜厚IOnm的Ta膜和膜厚25nm的Ru膜的层叠层磁化固定层15 :膜厚2. 5nm的Co-Fe-B膜隧道绝缘层16 :具有膜厚0. 9nm的氧化镁膜存储层17 :具有与磁化固定层相同成分的Co-Fe-B膜帽层18 :具有膜厚3nm的Ta膜、膜厚3nm的Ru膜和膜厚3nm的Ta膜的层叠层每个层如上选择，并且图中未示出的膜厚IOOnm的Cu膜(将作为后述的字线)布置在基础层14和硅基底之间。在上述膜结构中，存储层17的铁磁性层具有Co-Fe-B的三元素基础合金的材料，并且铁磁性层的膜厚固定为2. Onm。除氧化镁膜形成的绝缘层16外的每个层使用DC磁控溅射方法形成。由氧化镁(MgO)膜形成的绝缘层16使用RF磁控溅射方法形成。在存储元件3的每个层形成之后，在磁场中的热处理炉中执行热处理。接下来，字线部分由光刻法掩模后，通过用Ar等离子体对层叠膜的、字线以外的部分执行选择刻蚀形成字线(下电极)。
此时，除字线以外的部分，执行刻蚀达基底的5nm深度。之后，通过电子束打印装置形成存储元件3的图案的掩模，并且对层叠膜执行选择刻蚀以形成存储元件3。除存储元件3的部分外，刻蚀一直执行到字线的Cu层上方。在用于特性评估的存储元件中，由于需要使足够的电流在存储元件中流动以产生的磁化反转所需的自旋转矩，需要抑制隧道绝缘层的阻抗值。在存储元件3的图案中，存储元件3的面积阻抗值(Q y m2)为20 Q ii m2，形成为短轴0. 09 y m并且长轴0. 18 y m的椭圆形。接下来,通过派射厚度约IOOnm的Al2O3,除存储元件3外的部分被绝缘。之后，使用光刻法形成用作为上电极的位线和用于测量的垫。 这样，制备了存储元件3的样品。然后，根据上述制造方法，制备存储元件3的每个样品，其中改变存储层17的铁磁性层的Co-Fe-B合金的成分。在Co-Fe-B合金的成分中，CoFe和B的成分比(原子％ )固定到80 20，CoFe中 Co 的成分比例 X (原子 ％ )改变到90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%和0%。如上所述，对于以上制备的存储元件3的每个样品，执行以下的特征评估。在测量之前，磁场从存储元件3的外侧施加，使得可以将反转电流的正方向和负方向的值控制为对称。施加到存储元件3的电压设为IV，其在绝缘层16不损坏的范围内。(饱和磁化量的测量)使用振荡样品磁力计通过VSM测量饱和磁化量Ms。(有效反磁场的测量)作为测量有效反磁场的样品，形成构成存储元件3的层与上述存储元件3的样品分别形成，并且产生层形成在20mmX 20mm见方的平面图案中。然后通过FMR (铁磁性谐振)测量获得有效反磁场Meffective的大小。通过以下公式(3)获得任意外磁场Hex (通过FMR测量获得)的共振频率fFMK。fFMR = y \J 4 疋 M effective (Hk+H6x) 公式⑶其中，公式(3)中的Meffective 可以由 4 n Meffective = 4 n Ms-H 丄表不(H 丄是垂直于膜表面的各向异性磁场)。(反转电流值和热稳定性的测量)为了评估实施例的存储元件3的写特征而测量反转电流值。使具有脉冲宽度10 ii s至IOOms的电流在存储元件3中流动，然后测量存储元件3的阻抗值。通过改变存储元件3中流过的电流量来获得使存储元件3的存储层17的磁化方向M17反转的电流值。将电流值对脉冲宽度的依赖性插入到Ins的脉冲宽度外而获得的电流值设为反转电流值。反转电流值对脉冲宽度的依赖性的倾度对应于上述存储元件3的热稳定性的指数(A)。因为反转电流值不被脉冲宽度改变(倾度小)，这意味着相对热量的干扰具有强抗性。考虑存储元件3中的不均衡，制备了 20个相同结构的存储元件3，并且执行上述测量，以获得反转电流值和热稳定性指数△的平均值。基于由测量获得的反转电流值的平均值和存储元件3的平面图案的面积来计算反转电流密度JcO。在存储元件3的样品中，表I示出存储层17的Co-Fe-B合金的成分、饱和磁化量Ms和有效反磁场MefTective的大小的测量结果，以及饱和磁化量和有效反磁场的大小的比率Meffective/Ms。这里，表I公开的存储层17的Co-Fe-B合金的Co量由原子％表示。表I
权利要求
1.一种存储元件，包括 存储层，其具有垂直于膜表面的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化； 磁化固定层，其具有垂直于所述膜表面的磁化，所述磁化固定层用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及 由非磁性体形成的绝缘层，所述绝缘层布置在所述存储层和所述磁化固定层之间， 其中，所述磁化固定层具有非磁性层夹持在上铁磁性层与下铁磁性层之间的结构，所述上铁磁性层和所述下铁磁性层具有磁性反平行连接的层叠铁销结构， 其中，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，并且在所述存储层上执行信息的记录， 其中，所述存储层接收到的有效反磁场的大小小于所述存储层的饱和磁化量。
2.根据权利要求I所述的存储元件，其中，形成其中非磁性层夹持在所述上铁磁性层与所述下铁磁性层之间的多个结构。
3.根据权利要求2所述的存储元件，其中，构成所述存储层和所述绝缘层的界面的铁磁性材料是Co-Fe-B。
4.根据权利要求3所述的存储元件，其中，所述Co-Fe-B的成分为(Cox-Fey)1(Ι(Ι_Ζ_ΒΖ，其中O 彡 Cox 彡 40 ;60 ( Fey ( 100 ;并且O < Bz 彡 30。
5.根据权利要求3所述的存储元件，其中，所述Co-Fe-B的成分为(Cox-Fey)1(Ι(Ι_Ζ_ΒΖ，其中O 彡 Cox 彡 40 ;60 ( Fey ( 100 ;并且20 < Bz ^ 40。
6.根据权利要求4所述的存储元件，其中，构成所述磁化固定层的铁磁性层的材料是成分为(Cox-Fey) 1QQ_Z-BZ 的 Co-Fe-B，其中O 彡 Cox 彡 40 ;60 ( Fey ( 100 ;并且O < Bz 彡 30。
7.根据权利要求5所述的存储元件，其中，构成所述磁化固定层的铁磁性层的材料是成分为(Cox-Fey) 1QQ_Z-BZ 的 Co-Fe-B，其中O 彡 Cox 彡 40 ;60 ( Fey ( 100 ;并且20 < Bz ^ 40。
8.根据权利要求6所述的存储元件，其中，在所述非磁性层夹持在所述上铁磁性层与所述下铁磁性层之间的所述多个结构中，在所述绝缘层侧上构成所述夹持结构的非磁性层是Ta。
9.根据权利要求7所述的存储元件，其中，在所述非磁性层夹持在上、下铁磁性层之间的所述多个结构中，在所述绝缘层侧上构成所述夹持结构的非磁性层是Ta。
10.一种存储器装置，包括 存储元件，其通过磁性体的磁化状态来存储信息；以及 彼此相交的两种线， 其中，所述存储元件，包括存储层，其具有垂直于膜表面的磁化，所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；磁化固定层，其具有垂直于所述膜表面的磁化，所述磁化固定层用作为存储在所述存储层中的信息的基准；以及由非磁性体形成的绝缘层，所述绝缘层布置在所述存储层和所述磁化固定层之间，其中，所述磁化固定层具有非磁性层夹持在上铁磁性层与下铁磁性层之间的结构，所述上铁磁性层和所述下铁磁性层具有磁性反平行连接的层叠铁销结构，其中，通过沿着具有所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子，来改变所述存储层的磁化的方向，并且在所述存储层上执行信息的记录，其中，所述存储层接收到的有效反磁场的大小小于所述存储层的饱和磁化量， 其中，所述存储元件布置在所述两种线之间，并且 其中，通过所述两种线使电流沿所述层叠方向在所述存储元件中流动，并且执行自旋极化电子的注入。
全文摘要
本发明涉及存储元件和存储器装置。一种存储元件，包括存储层，其具有垂直于膜表面的磁化，并且所述存储层的磁化的方向根据信息而变化；磁化固定层，其具有垂直于膜表面的磁化，用作为存储在所述存储层中的所述信息的基准；以及绝缘层，由非磁性体形成并布置在所述存储层和所述磁化固定层之间。所述磁化固定层具有其中非磁性层夹持在具有磁性反平行连接的层叠铁销结构的上下铁磁性层之间的结构。通过沿着包括所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层结构的层叠方向注入自旋极化电子来改变所述存储层的磁化的方向，并且在所述存储层上执行信息的记录。
文档编号G11C13/06GK102629489SQ20121002321
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年2月3日
发明者内田裕行, 别所和宏, 大森广之, 山根一阳, 浅山彻哉, 细见政功, 肥后丰 申请人:索尼公司