專利名稱：存儲(chǔ)裝置和存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)裝置包括使用強(qiáng)磁性層(ferromagnetic layer，也 稱“鐵磁層”)的磁化狀態(tài)存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)層和其磁化方向固定的固定磁性層。將存儲(chǔ)裝 置配置為對(duì)其施加電流以改變存儲(chǔ)層的磁化方向。本發(fā)明還涉及包括所述存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ) 器。本發(fā)明適于非易失性存儲(chǔ)器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已經(jīng)將高速、高密度DRAM廣泛用作在諸如計(jì)算機(jī)的信息設(shè)備中的隨機(jī)存儲(chǔ)器。然而，DRAM為當(dāng)電源斷開時(shí)丟失存儲(chǔ)信息的易失性存儲(chǔ)器，因此，期望保持存儲(chǔ)信 息的非易失性存儲(chǔ)器。作為可能的非易失性存儲(chǔ)器，注意力集中在正在開發(fā)的使用磁性材料的磁 化來存儲(chǔ)信息的磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)上(舉例來說，參見，Nikkei Electronics, No. 2001-2-12 (第 164 頁(yè) 171 頁(yè)))。在MRAM中，電流通過彼此基本上成直角配置的兩種地址線(字線和位線)。從每 條地址線所生成的電流磁場(chǎng)使設(shè)置在地址線的交叉點(diǎn)處的磁性存儲(chǔ)裝置的磁性層的磁化 反轉(zhuǎn)，從而，將信息存儲(chǔ)在磁性層中。圖6示出了普通MRAM的結(jié)構(gòu)圖(透視圖)。在諸如硅襯底的半導(dǎo)體基底110上通過元件隔離層102所隔離的區(qū)域中，形成漏 極區(qū)域108、源極區(qū)域107以及柵電極101以提供用于選擇存儲(chǔ)單元的選擇晶體管。在柵電極101以上，將字線105設(shè)置為在圖中的前后方向上延伸。漏極區(qū)域108為在圖中的右選擇晶體管和左選擇晶體管所共用，將配線109連接 至漏極區(qū)域108。此外，將磁性存儲(chǔ)裝置103設(shè)置在字線105與在其上方于圖中的水平方向上延伸 的位線106之間。磁性存儲(chǔ)裝置103具有其磁化方向可被反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)層。例如，可以將磁 性隧道結(jié)元件(MTJ元件)用于形成磁性存儲(chǔ)裝置103。此外，將磁性存儲(chǔ)裝置103經(jīng)由水平支線111和垂直接觸層104電連接至源極區(qū) 域 107。電流通過每條字線105和位線106。結(jié)果，將電流磁場(chǎng)施加給磁性存儲(chǔ)裝置103， 從而反轉(zhuǎn)磁性存儲(chǔ)裝置103的存儲(chǔ)層的磁化方向以允許信息存儲(chǔ)在其中。為了使存儲(chǔ)的信息穩(wěn)定地保持在諸如MRAM的磁性存儲(chǔ)器中，需要存儲(chǔ)信息的磁 性層(存儲(chǔ)層)具有一定的矯頑磁性。與此同時(shí)，為了重寫存儲(chǔ)的信息，有必要使一定量的電流通過地址線。
然而，當(dāng)MRAM形成元件的尺寸減小時(shí)，反轉(zhuǎn)磁化所需的電流值增大，然而由于地 址線的纖細(xì)化，所以更難使足夠大的電流通過其中。因此，利用通過自旋注入而磁化反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器作為能夠以低電流使磁化反轉(zhuǎn)的存 儲(chǔ)器引起了人們的關(guān)注(舉例來說，參見JP-A-2003-17782;美國(guó)專利第6256223號(hào)說明 書；PHYs. Rev. B，54.，9353，(1996)；以及 J. Magn. Mat.，159.，Li，(1996))。通過自旋注入而磁化反轉(zhuǎn)表示將從磁性材料通過的自旋極化的電子注入不同的 磁性材料中，從而導(dǎo)致該不同磁性材料的磁化反轉(zhuǎn)的過程。例如，通過使電流在與膜平面垂直的方向上流過巨磁阻元件(GMR元件)或者磁性 隧道結(jié)元件(MTJ元件)，能夠反轉(zhuǎn)元件中的至少一個(gè)磁性層的磁化方向。通過自旋注入而磁化反轉(zhuǎn)的優(yōu)勢(shì)在于，即使在微小元件中，不需要增大電流也可 以實(shí)現(xiàn)磁化反轉(zhuǎn)。圖7和圖8示出了利用通過自旋注入而磁化反轉(zhuǎn)的這種存儲(chǔ)器的示意圖。圖7為 透視圖，圖8為截面圖。在諸如硅襯底的半導(dǎo)體基底60上通過元件隔離層52所隔離的區(qū)域中，形成漏極 區(qū)域58、源極區(qū)域57以及柵電極51以提供用于選擇存儲(chǔ)單元的選擇晶體管。柵電極51還 用作在圖7中的前后方向上延伸的字線。漏極區(qū)域58為在圖7中的右選擇晶體管和左選擇晶體管所共用，將配線59連接 至漏極區(qū)域58。此外，將存儲(chǔ)裝置53設(shè)置在源極區(qū)域57與在其上方于圖7中的水平方向上延伸 的位線56之間。存儲(chǔ)裝置53具有通過自旋注入反轉(zhuǎn)其磁化方向的存儲(chǔ)層。例如，可以將磁性隧道結(jié)元件(MTJ元件)用于形成存儲(chǔ)裝置53。參照數(shù)字61和 62表示磁性層。在兩個(gè)磁性層61和62中，一磁性層用作具有固定的磁化方向的固定磁性 層，而另一磁性層用作其磁化方向可變的自由磁性層，即，存儲(chǔ)層。將存儲(chǔ)裝置53分別經(jīng)由上接觸層和下接觸層54連接至位線56和源極區(qū)域57。 因此，電流可以經(jīng)過存儲(chǔ)裝置53并通過自旋注入反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向。在利用通過自旋注入而磁性反轉(zhuǎn)的這種存儲(chǔ)器的情況下，與在圖6中所示的普通 MRAM相比較，可以簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)，從而可以實(shí)現(xiàn)更高的密度。此外，與普通MRAM中使用外部磁場(chǎng)的磁化反轉(zhuǎn)相比較，通過自旋注入的磁化反轉(zhuǎn) 還提供了優(yōu)勢(shì)，即，即使當(dāng)裝置尺寸減小時(shí)，也不會(huì)增大寫電流。順便提及，在MRAM中，與存儲(chǔ)裝置分離地設(shè)置寫線(字線和位線)。電流通過寫 線，將因此生成的電流磁場(chǎng)用于寫入(存儲(chǔ))信息。因此，寫入所需要的足夠量的電流可以 通過寫線。在利用通過自旋注入的磁化反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器中，電流通過存儲(chǔ)裝置以實(shí)現(xiàn)自旋注 入，從而反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向。因?yàn)殡娏髦苯右赃@種方式通過存儲(chǔ)裝置來寫(存儲(chǔ))信息，所以對(duì)于用于寫的存 儲(chǔ)單元的選擇，將每個(gè)存儲(chǔ)裝置連接至選擇晶體管以形成存儲(chǔ)單元。在這種情況下，通過存 儲(chǔ)裝置的電流受到可以通過選擇晶體管的電流的大小(選擇晶體管的飽和電流)的限制。因此，有必要以不大于選擇晶體管的飽和電流的電流進(jìn)行寫入，因此，有必要改善 自旋注入效率以減少通過存儲(chǔ)裝置的電流。
此外，為了增大讀出信號(hào)，有必要確保高磁阻變化率。因此，將存儲(chǔ)裝置配置為在 存儲(chǔ)層的相對(duì)側(cè)上具有作為中間層的隧道絕緣層(隧道勢(shì)壘層)是有效的。然而，在將隧道絕緣層用作中間層的這種情況下，為了防止隧道絕緣層發(fā)生介質(zhì) 擊穿，限制通過存儲(chǔ)裝置的電流量。在這些方面，將有必要(1)確保高磁阻變化率，(2)抑 制自旋注入電流，(3)增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。抑制自旋注入電流以滿足以上條件之一的可能措施為將雙銷結(jié)構(gòu)(dual-pin structure)應(yīng)用于存儲(chǔ)裝置，其中，分別將兩個(gè)固定磁性層置于存儲(chǔ)層之上和存儲(chǔ)層之下， 且固定磁性層和存儲(chǔ)層之間設(shè)置有中間層。在與這種雙銷結(jié)構(gòu)的連接中，為了抑制自旋注入電流的目的，提出了兩個(gè)固定磁 性層的最接近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向的結(jié)構(gòu)(參見例如 JP-A-2004-193595 和 JP-A-2006-269530)。

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于配置為允許通過自旋注入反轉(zhuǎn)其存儲(chǔ)層的磁化方向的存儲(chǔ)裝置，為了使這種 存儲(chǔ)裝置形成存儲(chǔ)器，有必要(1)確保高磁阻變化率，(2)抑制自旋注入電流，(3)增大存儲(chǔ) 裝置的擊穿電壓。為了減小通過自旋注入進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)所需要的電流從而抑制自旋注入電流，使用 如在以上JP-A-2004-193595中所述的存儲(chǔ)裝置是有效的，該存儲(chǔ)裝置將具有彼此反向平 行的磁化方向的固定磁性層置于存儲(chǔ)材料之上和存儲(chǔ)材料之下。然而，如在以上JP-A-2004-193595或者JP-A-2006-269530中所述的，在采用簡(jiǎn)單 的中間層的情況下，通過上中間層和下中間層的磁阻效應(yīng)彼此抵消，這導(dǎo)致減小了有效電 阻的變化等問題。因此，難以同時(shí)滿足以上條件(1) (3)。在這種情況下，需要提供一種能夠確保高磁阻變化率、抑制自旋注入電流、還能增 大擊穿電壓的存儲(chǔ)裝置；以及包括該存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài) 保持信息；以及第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成。存 儲(chǔ)裝置進(jìn)一步包括第一固定磁性層，被設(shè)置在第一中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上；第二 固定磁性層，被設(shè)置在第二中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上；以及非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在第 一中間層或者第二中間層與存儲(chǔ)層之間。將存儲(chǔ)裝置配置為在堆疊方向上對(duì)其注入自旋極 化電子以改變存儲(chǔ)層的磁化方向，從而將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層中。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài) 保持信息；以及第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成。存 儲(chǔ)裝置進(jìn)一步包括第一固定磁性層，被設(shè)置在第一中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上；和第 二固定磁性層，被設(shè)置在第二中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上。存儲(chǔ)裝置還包括非磁性導(dǎo)體 層，被設(shè)置在第一中間層和第一固定磁性層之間或者在第二中間層和第二固定磁性層之 間。將存儲(chǔ)裝置配置為在堆疊方向上對(duì)其注入自旋極化電子以改變存儲(chǔ)層的磁化方向，從 而將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層中。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器包括具有本發(fā)明的所述一個(gè)實(shí)施方式的配置的存儲(chǔ)裝置和在堆疊方向上向存儲(chǔ)裝置提供電流的配線。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器包括具有本發(fā)明的所述另一實(shí)施方式的配 置的存儲(chǔ)裝置和在堆疊方向上向存儲(chǔ)裝置提供電流的配線。在根據(jù)本發(fā)明的所述一個(gè)實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置中，將均由絕緣體形成的第一中間 層和第二中間層設(shè)置為夾置所述中間層。結(jié)果，在兩個(gè)中間層(絕緣體)之間進(jìn)行分壓，因 此，可以增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。此外，將第一固定磁性層和第二固定磁性層均設(shè)置在對(duì)應(yīng)中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì) 的側(cè)上。這改善了自旋注入效率，減小了反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化所需要的電流。結(jié)果，可以抑制 通過自旋注入來存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)裝置的電流。此外，將非磁性導(dǎo)體層設(shè)置在第一中間層或者第二中間層和存儲(chǔ)層之間。這造成 在通過中間層所提供的兩個(gè)磁阻元件之間的電阻的較大偏差。結(jié)果，即使當(dāng)兩個(gè)磁阻元件 的磁阻效應(yīng)彼此抵消，仍然剩余充分大的磁阻，因此，可以確保在整個(gè)存儲(chǔ)裝置中的高磁阻
變化率。在根據(jù)本發(fā)明的所述另一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置中，將均由絕緣體形成的第一中間 層和第二中間層設(shè)置為夾置所述存儲(chǔ)層。結(jié)果，在兩個(gè)中間層(絕緣體)之間進(jìn)行分壓，因 此，可以增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。此外，將第一固定磁性層和第二固定磁性層均設(shè)置在對(duì)應(yīng)中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì) 的側(cè)上。這改善了自旋注入效率，減小了反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化所需要的電流。結(jié)果，可以抑制 通過自旋注入來存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)裝置的電流。此外，將非磁性導(dǎo)體層設(shè)置在第一中間層和第一固定磁性層之間或者在第二中間 層和第二固定磁性層之間。這造成在通過中間層所提供的兩個(gè)磁阻元件之間的電阻的較大 偏差。結(jié)果，即使當(dāng)兩個(gè)磁阻元件的磁阻效應(yīng)彼此抵消，也仍然剩余充分大的磁阻，因此，可 以確保在整個(gè)存儲(chǔ)裝置中的高磁阻變化率。在根據(jù)本發(fā)明的所述又一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)裝置具有本發(fā)明的所述一個(gè) 實(shí)施方式的配置。因此，在存儲(chǔ)裝置中可以確保高磁阻變化率，可以抑制通過存儲(chǔ)裝置的電 流，并且可以增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。在根據(jù)本發(fā)明的所述再一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)裝置具有本發(fā)明的所述另一 實(shí)施方式的配置。因此，在存儲(chǔ)裝置中可以確保高磁阻變化率，可以抑制通過存儲(chǔ)裝置的電 流，并且可以增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在存儲(chǔ)裝置中可以確保高磁阻變化率，可以抑制通過將 信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置的電流，還可以增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。結(jié)果，存儲(chǔ)裝置可以 很好地平衡各種性能。因此，這實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定地運(yùn)行的高可靠性存儲(chǔ)器。此外，可以減小通過將信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置的電流，從而，可以降低用于將 信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的功耗。因此，可以減小整個(gè)存儲(chǔ)器的功耗。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器的示意性結(jié)構(gòu)圖(透視圖)。
圖2示出了在圖1中所示的存儲(chǔ)裝置的截面圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的截面圖。圖4示出了根據(jù)在圖2中所示的第一實(shí)施方式的可選模式的存儲(chǔ)裝置的截面圖。圖5示出了根據(jù)在圖3中所示的第二實(shí)施方式的可選模式的存儲(chǔ)裝置的截面圖。圖6為示意性地示出已知的MRAM的配置的透視圖。圖7為利用通過自旋注入而磁化反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器的示意性結(jié)構(gòu)圖(透視圖)。圖8示出了圖7的存儲(chǔ)器的截面圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將說明用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方式(以下稱為實(shí)施方式)。將以下列順序給出說明。1.發(fā)明概要2.第一實(shí)施方式3.第二實(shí)施方式4.變形例5.實(shí)驗(yàn)1.發(fā)明概要首先，在說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以前，將描述本發(fā)明的概要。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過自旋注入來反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)層的磁化方向以將 信息存儲(chǔ)在其中。存儲(chǔ)層由諸如強(qiáng)磁性層的磁性材料形成，并且使用磁性材料的磁化狀態(tài) (磁化方向)來保持信息。通過自旋注入而反轉(zhuǎn)磁性層的磁化方向的基本操作如下。不小于某一閾值的電流 在與膜平面垂直的方向上通過由巨磁阻元件(GMR元件)或者隧道磁阻元件(MTJ)所形成 的存儲(chǔ)裝置。這時(shí)，電流的極性(方向)取決于反轉(zhuǎn)的磁化方向。當(dāng)具有小于閾值的絕對(duì)值的電流通過存儲(chǔ)裝置時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)磁化反轉(zhuǎn)。通過以下公式(1)來表示通過自旋注入反轉(zhuǎn)磁性層的磁化所需要的電流閾值Ic。Ic = A · α · Ms · V · Hd/2 η(1)在公式中，A為常數(shù)，α為自旋衰減常數(shù)，η為自旋注入效率，Ms為存儲(chǔ)層的飽和 磁化量，V為存儲(chǔ)層的體積，Hd為有效退磁磁場(chǎng)。如在公式(1)中所示，可以通過控制磁性層體積V、磁性層飽和磁化量Ms、自旋注 入效率η以及自旋衰減常數(shù)α來任意地設(shè)置電流閾值。因此，提供了包括能夠基于磁化狀態(tài)存儲(chǔ)信息的磁性層(存儲(chǔ)層)和具有固定的 磁化方向的固定磁性層。需要存儲(chǔ)層能夠保持寫入的信息以形成存儲(chǔ)器。對(duì)于保持信息能力的指數(shù)，采用 熱穩(wěn)定性指數(shù)(kV/KBT)的值。通過以下公式(2)來表示kV/KBT。KV/kB = Ms · V · Hk · (l/2kBT)(2)在公式中，Hk為有效的各向異性磁場(chǎng)，kB為波爾茲曼常數(shù)，T為溫度，Ms為飽和磁 化量，而V為存儲(chǔ)層的體積。在形狀磁性各向異性、感應(yīng)磁性各向異性、磁晶各向異性等的影響下并且假設(shè)單磁域一致轉(zhuǎn)動(dòng)模型，有效的各向異性磁場(chǎng)Hk與矯頑力等價(jià)。通常，在85°C保持存儲(chǔ)信息十年需要大于等于60的kV/KBT值。在很多情況下，存 在Ic和KV/KBT之間的折中，并且這兩者之間的平衡通常存在保持存儲(chǔ)器性能的問題。實(shí)際上，改變存儲(chǔ)層的磁化狀態(tài)的電流閾值如下。在包括2nm厚的存儲(chǔ)層的具有 IOOnmX 150nm的平面圖案的近似橢圓的TMR元件中，正閾值+Ic為+0. 65mA,負(fù)閾值-Ic為 0.5mA。然后，電流密度約為5X106A/cm2。與以上公式(1)基本一致。與此相反，在使用電流磁場(chǎng)進(jìn)行反轉(zhuǎn)磁化的普通的MRAM中，需要幾毫安或者更大 的寫電流。因此，在通過自旋注入進(jìn)行磁化反轉(zhuǎn)的情況下，寫電流的閾值更小，這在降低集成 電路的功耗方面顯著有效。此外，與普通的MRAM不同，不需要用于生成電流磁場(chǎng)的配線(在圖6中的105)，因 此，本發(fā)明在集成度方面也優(yōu)于普通的MRAM。因?yàn)殡娏饕赃@種方式直接通過存儲(chǔ)裝置來寫入(存儲(chǔ))信息，為了選擇用于寫入 的存儲(chǔ)單元，所以將每個(gè)存儲(chǔ)裝置連接至選擇晶體管以形成存儲(chǔ)單元。在這種情況下，通過 存儲(chǔ)裝置的電流受到能夠通過選擇晶體管的電流的大小(選擇晶體管的飽和電流)的限 制。以上JP-A-2004-193595和JP-A-2006-269530通過提供具有以下結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置 提出了數(shù)據(jù)寫電流的減少的方案，其中，在該存儲(chǔ)裝置中，將兩個(gè)固定磁性層分別置于存儲(chǔ) 層以上和以下，其間設(shè)置有中間層，并且連接相應(yīng)的中間層的固定層具有彼此反向平行的 磁化方向。然而，在以上JP-A-2004-193595和JP-A-2006-269530中的使用簡(jiǎn)單的中間層的 情況下，通過上下中間層的磁阻效應(yīng)彼此抵消，這導(dǎo)致減小有效的磁阻變化等的問題。因 此，難以確保高磁阻變化率、抑制自旋注入電流以及增大存儲(chǔ)層的擊穿電壓；即，難以提供 很好地平衡各種性能的存儲(chǔ)裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了包括分別置于存儲(chǔ)層以上和以下的固定磁性層、 且其間設(shè)置有絕緣體的中間層的結(jié)構(gòu)，其中，至少上中間層和下中間層中任意一個(gè)設(shè)置有 非磁性導(dǎo)體層。這種結(jié)構(gòu)可以確保高磁阻變化率、抑制自旋注入電流并且增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電 壓；因此，可以實(shí)現(xiàn)很好地平衡各種性能的存儲(chǔ)裝置。考慮選擇晶體管的飽和電流，將絕緣體的隧道絕緣層用作沒有設(shè)置非磁性導(dǎo)體層 的中間層，與存儲(chǔ)層一起形成了磁性隧道結(jié)(MTJ)元件。尤其，將氧化鎂(MgO)用作隧道絕緣層的材料。這導(dǎo)致比通常使用氧化鋁的情況 更高的磁阻變化率(MR率)。關(guān)于設(shè)置有非磁性導(dǎo)體層的中間層，盡管向其傳遞了旋轉(zhuǎn)力矩，但是由于非磁性 導(dǎo)體層的存在，其磁阻極小。此外，尤其，當(dāng)沒有設(shè)置非磁性導(dǎo)體層的中間層具有比設(shè)置有非磁性導(dǎo)體層的中 間層更高的隧道磁阻時(shí)，這可以進(jìn)一步通過磁阻效應(yīng)增大電阻變化的輸出。例如，可以使用 具有比用于設(shè)置有非磁性導(dǎo)體層的中間層的材料更高電阻的材料形成沒有設(shè)置非磁性導(dǎo) 體層的中間層。作為選擇，使用相同的材料，沒有設(shè)置非磁性導(dǎo)體層的中間層可以形成得比設(shè)置有非磁性導(dǎo)體層的中間層更厚。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，一中間層設(shè)置有非磁性導(dǎo)體層，形成層壓結(jié)構(gòu)，而僅將隧 道絕緣層用作另一中間層。與將簡(jiǎn)單的隧道絕緣層用于中間層的磁性隧道結(jié)(MTJ)元件 或者將間隔物用于中間層的巨磁阻(GMR)元件的情況相比較，這提供了更高的磁阻變化率 (MR率)。因?yàn)樵龃蟮拇抛枳兓剩钥梢栽龃笞x出信號(hào)的強(qiáng)度。作為用于形成具有中間層的層壓結(jié)構(gòu)的非磁性導(dǎo)體層的材料，可使用Ru、Os、Re、 Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb 及其合金。在該實(shí)施方式中，在一存儲(chǔ)裝置中存在由絕緣體形成的兩個(gè)中間層(隧道絕緣 層)，這提供了分壓作用。因此，與僅具有一隧道絕緣層的存儲(chǔ)裝置相比較，顯著增大了介質(zhì) 擊穿電壓。關(guān)于氧化鎂(MgO)膜的隧道絕緣層，更優(yōu)選地，MgO膜結(jié)晶，并且在方向001上維 持晶體取向。而且，當(dāng)將氧化鎂用于形成中間層時(shí)，通常期望退火溫度高達(dá)300°C以上，優(yōu)選 340°C 360°C，以達(dá)到極好的MR性能。這種溫度高于通常用于形成中間層的氧化鋁的退火 溫度范圍(250°C 280°C )。這可能是因?yàn)檫@種退火對(duì)于促進(jìn)氧化物和強(qiáng)磁性層之間的相分離從而形成粘合 的界面是必要的，并且對(duì)于提供具有適當(dāng)?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)或者晶體結(jié)構(gòu)的氧化鎂等的隧道勢(shì)壘 層也是必要的。因此，除非將耐熱的鐵磁材料也用于存儲(chǔ)裝置的強(qiáng)磁性層，這樣強(qiáng)磁性層能夠經(jīng) 受該高溫退火，否則難以獲得優(yōu)良的MR性能。為了獲得通過自旋注入反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向所需要的電流密度，將隧道絕緣層 的薄片電阻率控制為約幾十Ω μ m2或者更小。關(guān)于MgO膜的隧道絕緣層，為了使薄片電阻率在以上范圍內(nèi)，MgO膜的厚度應(yīng)該為 小于等于1. 5nm。此外，優(yōu)選存儲(chǔ)裝置小至可以在低電流很容易反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向的程度。因此，優(yōu)選地，存儲(chǔ)裝置具有小于等于0. 04 μ m2的面積。優(yōu)選地，固定磁性層和存儲(chǔ)層具有單向各向異性。此外，優(yōu)選地，固定磁性層和存儲(chǔ)層均具有Inm 30nm的厚度。在其它方面，存儲(chǔ)裝置的配置可以與已知的使用自旋注入來存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)裝置 的配置相同。置于存儲(chǔ)層以上和以下的固定磁性層均僅通過強(qiáng)磁性層或者通過使用在反強(qiáng)磁 性層和強(qiáng)磁性層之間的反強(qiáng)磁性耦合來使其磁化方向固定。每個(gè)固定磁性層可以為單個(gè)強(qiáng)磁性層或者作為選擇可以具有包括其間設(shè)置有非 磁性層的堆疊的多個(gè)強(qiáng)磁性層的層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)。層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)的固定磁性層降低了對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏度。因此，可以抑制由外 部磁場(chǎng)所導(dǎo)致的固定磁性層的磁化的不必要的改變，穩(wěn)定存儲(chǔ)裝置的運(yùn)行。此外，可以調(diào)節(jié) 每個(gè)強(qiáng)磁性層的厚度，并且可以抑制來自固定磁性層的雜散磁場(chǎng)。可將Co、CoFe, CoFeB等用作形成層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)的固定磁性層的強(qiáng)磁性層的材 料?？蓪u、Re、Ir、Os等用作非磁性層的材料。
在存儲(chǔ)層以上和以下的上固定磁性層和下固定磁性層中，優(yōu)選地，在形成固定磁 性層的強(qiáng)磁性層中，最接近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向。當(dāng)這 種強(qiáng)磁性層的磁化方向彼此反向平行時(shí)，這比在方向彼此平行的情況下具有更高的自旋注 入效率?？梢詫蓚€(gè)固定磁性層的最接近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層的磁化方向調(diào)節(jié)為彼 此反向平行地運(yùn)行。例如，一固定磁性層由奇數(shù)個(gè)強(qiáng)磁性層形成，而另一個(gè)固定磁性層由偶 數(shù)個(gè)固定磁性層形成，并且將反強(qiáng)磁性層置于每個(gè)固定磁性層的與存儲(chǔ)層和相應(yīng)的中間層 相對(duì)的側(cè)上。然后，上和下兩層反強(qiáng)磁性層在磁場(chǎng)中同時(shí)退火，以便對(duì)其施加在一方向上的 磁場(chǎng)，從而固定磁性層的最接近相應(yīng)的反強(qiáng)磁性層的強(qiáng)磁性層具有彼此平行的磁化方向。 結(jié)果，固定磁性層的最接近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向。作為用于反強(qiáng)磁性層的材料，可以提及FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn 合金、IrMn合金、NiO、Fe2O3等磁性材料。此夕卜，可以將諸如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、0、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo 以
及Nb等非磁性元素添加至磁性材料。這能夠調(diào)節(jié)磁性性能和包括晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、物質(zhì) 穩(wěn)定性等的其它物理性能?？梢匀缦伦x取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)層中的信息。具體地，可以將用作數(shù)據(jù)的參 照的磁性層經(jīng)由薄絕緣膜設(shè)置在存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)層上，以利用流過絕緣層的鐵磁隧道電流 讀取信息。還可以利用磁阻讀取信息。2.第一實(shí)施方式下文中，將描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)器的示意性結(jié)構(gòu)圖(透視圖)。存儲(chǔ)器在彼此成直角配置的兩種地址線的交叉點(diǎn)(例如字線和位線)的附近具有 存儲(chǔ)裝置。存儲(chǔ)裝置能夠基于磁化狀態(tài)保持信息。S卩，在諸如硅襯底的半導(dǎo)體基底10上通過元件隔離層2所隔離的區(qū)域中，形成漏 極區(qū)域8、源極區(qū)域7以及柵電極1以設(shè)置用于選擇存儲(chǔ)單元的選擇晶體管。柵電極1還用 作在圖中的前后方向上延伸的地址線(例如字線)。漏極區(qū)域8由圖中的右選擇晶體管和左選擇晶體管共用，將配線9連接至漏極區(qū) 域8。此外，將存儲(chǔ)裝置3設(shè)置在源極區(qū)域7和在其上方并在圖中的水平方向上延伸的 另一地址線(舉例來說，位線)6之間。該存儲(chǔ)裝置3具有由通過自旋注入來反轉(zhuǎn)其磁化方 向的強(qiáng)磁性層所形成的存儲(chǔ)層。將存儲(chǔ)裝置3設(shè)置在兩種地址線1和6的交叉點(diǎn)附近。將存儲(chǔ)裝置3分別經(jīng)由上和下接觸層4連接至位線6和源極區(qū)域7。因此，通過兩種地址線1和6將電流提供給存儲(chǔ)裝置3。在垂直方向(存儲(chǔ)裝置3 的堆疊方向)上的電流可以經(jīng)過存儲(chǔ)裝置3通過自旋注入來反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向。圖2示出了該實(shí)施方式的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)裝置3的截面圖。如圖2所示，存儲(chǔ)裝置3具有分別置于存儲(chǔ)層17的下方和上方的固定磁性層31 和32。通過自旋注入來反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化方向Ml。將反強(qiáng)磁性層12設(shè)置在下層的第一固 定磁性層31的下面。反強(qiáng)磁性層12固定第一固定磁性層31的磁化方向。將反強(qiáng)磁性層25設(shè)置在上層的第二固定磁性層32的上面。反強(qiáng)磁性層25固定第二固定磁性層32的磁 化方向。將用作隧道勢(shì)壘層(隧道絕緣層)的絕緣層(第一中間層)16設(shè)置在存儲(chǔ)層17 和下層的第一固定磁性層31之間。此外，將用作隧道勢(shì)壘層(隧道絕緣層)的絕緣層(第 二中間層)19設(shè)置在存儲(chǔ)層17和上層的第二固定磁性層32之間。在反強(qiáng)磁性層12的正下方形成底層11，在反強(qiáng)磁性層25上形成覆蓋層26。兩個(gè)固定磁性層31和32均具有層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)。具體地，第一固定磁性層31具有其間設(shè)置有非磁性層14的兩個(gè)強(qiáng)磁性層13和15 堆疊的具有反強(qiáng)磁性耦合的結(jié)構(gòu)。第二固定磁性層32具有其間設(shè)置有非磁性層21和23 的三個(gè)強(qiáng)磁性層20、22、以及24堆疊的具有反強(qiáng)磁性耦合的結(jié)構(gòu)。由于第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13和15為層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)磁性層13的 磁化方向M13向右，強(qiáng)磁性層15的磁化方向M15向左；因此，它們的方向相反。因此，來自 第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13和15的磁通量彼此抵消。由于第二固定磁性層32的強(qiáng)磁性層20、22以及24為層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)磁性層 20的磁化方向M20向右，強(qiáng)磁性層22的磁化方向M22向左，強(qiáng)磁性層24的磁化方向M24向 右；因此，它們相反地取向。因此，來自第二固定磁性層32的強(qiáng)磁性層20、22以及24的磁 通量彼此抵消。特別地，該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3包括在存儲(chǔ)層17之上的絕緣層(第二中間 層)19和存儲(chǔ)層17之間的非磁性導(dǎo)體層18，并且具有包括非磁性導(dǎo)體層18和絕緣層19， 形成MTJ (磁性隧道結(jié))元件的層壓結(jié)構(gòu)33。作為用于非磁性導(dǎo)體層18的材料，可使用以上提及的Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、 Al、Bi、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb 及其合金。可以通過在真空裝置中從底層11至覆蓋層26連續(xù)形成多層，然后，通過蝕刻等形 成存儲(chǔ)裝置3的圖案來制作該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3。根據(jù)以上實(shí)施方式，將非磁性導(dǎo)體層18置于在存儲(chǔ)層17之上的絕緣層(第二中 間層)19和存儲(chǔ)層17之間。這造成在通過絕緣層(中間層)16和19所提供的兩個(gè)磁阻元 件之間的電阻的較大偏差。因此，即使當(dāng)兩個(gè)磁阻元件的磁阻效應(yīng)彼此抵消，也仍然剩余充 分大的磁阻，因此，可以確保在整個(gè)存儲(chǔ)裝置3中的高磁阻變化率。此外，將絕緣層(第一中間層)16置于存儲(chǔ)層17之下，將絕緣層(第二中間層)19 置于存儲(chǔ)層17之上，結(jié)果，在兩個(gè)絕緣層16和19之間進(jìn)行分壓以增大存儲(chǔ)裝置3的擊穿 電壓。此外，將第一固定磁性層31和第二固定磁性層32分別置于存儲(chǔ)層17之下和之 上，并在其間設(shè)置有中間層16和19。這改善了自旋注入效率，減小了反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層17的磁化 所需要的電流。結(jié)果，可以抑制通過自旋注入將信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置3的電流。尤其，因?yàn)榈谝还潭ù判詫?1的最接近絕緣層16的強(qiáng)磁性層15的磁化方向M15 與第二固定磁性層32的最接近絕緣層19的強(qiáng)磁性層20的磁化方向M20反向平行，所以與 方向彼此平行的情況相比較，這導(dǎo)致更高的自旋注入效率。此外，實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3具有足夠的耐熱性，經(jīng)得住在340°C 360°C進(jìn)行退 火，而不會(huì)失去其磁性性能。
這提供了可以在配備有存儲(chǔ)裝置3的存儲(chǔ)器的制作中采用普通半導(dǎo)體MOS形成工 藝的優(yōu)勢(shì)。因此，可以應(yīng)用裝備有根據(jù)實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3的存儲(chǔ)器作為通用存儲(chǔ)器。另外，在該實(shí)施方式中，當(dāng)用作中間層的絕緣層16和19為氧化鎂層時(shí)，這允許磁 阻變化率(MR率)增大。這種MR率的增大還有助于改善自旋注入效率，從而，減小反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層17的磁化方 向Ml所需要的電流密度。根據(jù)該實(shí)施方式，可以在存儲(chǔ)裝置3中確保高磁阻變化率，可以抑制將信息存儲(chǔ) 在其中的存儲(chǔ)裝置3中通過的電流，還可以增大存儲(chǔ)裝置3的擊穿電壓。結(jié)果，存儲(chǔ)裝置3 可以提供性能的極好平衡。因此，這實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定地運(yùn)行的高可靠性存儲(chǔ)器。此外，因?yàn)榭梢砸种仆ㄟ^自旋注入將信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置3中通過的電 流，所以可以降低將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置3中的功耗。結(jié)果，關(guān)于具有由根據(jù)該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3所形成的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器，可 以降低整個(gè)存儲(chǔ)器的功耗。因此，這實(shí)現(xiàn)了具有極好的信息保持性能且穩(wěn)定地運(yùn)行的高可靠性的存儲(chǔ)器。此 外，在配備有存儲(chǔ)裝置3的存儲(chǔ)器中，可以實(shí)現(xiàn)功耗的降低。3.第二實(shí)施方式圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的截面圖。如圖3所示，該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41特別包括在存儲(chǔ)層17之上的絕緣層(第 二中間層)19和第二固定磁性層32之間的非磁性導(dǎo)體層18，并且具有包括絕緣層19和非 磁性導(dǎo)體層18的層壓結(jié)構(gòu)33。在該實(shí)施方式中，作為用于非磁性導(dǎo)體層18的材料，也可使用以上提及的Ru、0s、 Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb 及其合金。在其它方面，以與在圖2中所示的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3相同的方式配置存 儲(chǔ)裝置41。相同的組件用相同的數(shù)字來表示，并且將不再對(duì)其進(jìn)行描述。還可以使用該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41來形成如在圖1中所示的存儲(chǔ)器。根據(jù)此實(shí)施方式，將非磁性導(dǎo)體層18置于在存儲(chǔ)層17之上的絕緣層(第二中間 層)19和第二固定磁性層32之間。這造成在通過絕緣層16和19所提供的兩個(gè)磁阻元件 之間的電阻的較大偏差。因此，即使當(dāng)兩個(gè)磁阻元件的磁阻效應(yīng)彼此抵消，也仍然剩余充分 大的磁阻，因此，可以確保在整個(gè)存儲(chǔ)裝置41中的高磁阻變化率。此外，與第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3的情況一樣，將第一固定磁性層31和第二固 定磁性層32分別置于存儲(chǔ)層17之下和之上，并在其間設(shè)置有絕緣層16和19。結(jié)果，可以 抑制將信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置41中通過的電流。此外，與第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3的情況一樣，將絕緣層(第一中間層)16置于 存儲(chǔ)層17之下，將絕緣層(第二中間層)19置于存儲(chǔ)層17之上。結(jié)果，可以增大存儲(chǔ)裝置 41的擊穿電壓。根據(jù)該實(shí)施方式，可以在存儲(chǔ)裝置41中確保高磁阻變化率，可以抑制將信息存儲(chǔ) 在其中的存儲(chǔ)裝置41中通過的電流，還可以增大存儲(chǔ)裝置41的擊穿電壓。結(jié)果，存儲(chǔ)裝置 41可以提供性能的極好平衡。
因此，這實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定地運(yùn)行的高可靠性存儲(chǔ)器。此外，因?yàn)榭梢砸种仆ㄟ^自旋注入將信息存儲(chǔ)在其中的存儲(chǔ)裝置41中通過的電 流，可以降低用于將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置41中的功耗。結(jié)果，關(guān)于具有由根據(jù)該實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41所形成的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器，可 以降低整個(gè)存儲(chǔ)器的功耗。因此，這實(shí)現(xiàn)了具有極好的信息保持性能且穩(wěn)定地運(yùn)行的高可靠性的存儲(chǔ)器。此 外，在配備有存儲(chǔ)裝置41的存儲(chǔ)器中，可以實(shí)現(xiàn)功耗的降低。4.變形例圖4示出了根據(jù)在圖2中所示的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3的修改實(shí)施方式的存 儲(chǔ)裝置的截面圖。在圖4中所示的存儲(chǔ)裝置42具有在存儲(chǔ)層17之下的絕緣層(第一中間層)16和 存儲(chǔ)層17之間的非磁性導(dǎo)體層18，形成包括絕緣層16和非磁性導(dǎo)體層18的層壓結(jié)構(gòu)33。 在存儲(chǔ)層17之上的絕緣層19為單個(gè)絕緣層19。即，存儲(chǔ)裝置42與在圖2中所示的第一實(shí) 施方式的存儲(chǔ)裝置3的不同在于，將非磁性導(dǎo)體層18的位置從存儲(chǔ)層17之上改變至存儲(chǔ) 層17之下。在其它方面，以與在圖2中所示的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置3相同的方式配置存 儲(chǔ)裝置42，并且將不會(huì)再對(duì)相同的組件進(jìn)行描述。在圖4中所示的存儲(chǔ)裝置42中，將非磁性導(dǎo)體層18置于在存儲(chǔ)層17之下的絕緣 層(第一中間層)16和存儲(chǔ)層17之間，因此，與在圖2中所示的第一實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置 3相同，可以確保高磁阻變化率。圖5示出了根據(jù)在圖3中所示的第二實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41的修改實(shí)施方式的 存儲(chǔ)裝置的截面圖。在圖5中所示的存儲(chǔ)裝置43具有在存儲(chǔ)層17之下的絕緣層16和第一固定磁性 層31之間的非磁性導(dǎo)體層18，形成包括絕緣層16和非磁性導(dǎo)體層18的層壓結(jié)構(gòu)33。在 存儲(chǔ)層17之上的絕緣層19為單個(gè)絕緣層19。S卩，存儲(chǔ)裝置43與在圖3中所示的第二實(shí) 施方式的存儲(chǔ)裝置41的不同在于，非磁性導(dǎo)體層18的位置從存儲(chǔ)層17之上改變至存儲(chǔ)層 17之下。在其它方面，以與在圖3中所示的第二實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41相同的方式配置存 儲(chǔ)裝置43，并且將不會(huì)對(duì)相同的組件做進(jìn)一步的描述。在圖5中所示的存儲(chǔ)裝置43中，將非磁性導(dǎo)體層18置于存儲(chǔ)層17之下的絕緣層 16和第一固定磁性層31之間，因此，與在圖3中所示的第二實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置41相同， 可以確保高磁阻變化率。根據(jù)以上實(shí)施方式和變形例，將第一固定磁性層31的最接近絕緣層16的強(qiáng)磁性 層15的磁化方向M15取向?yàn)榕c第二固定磁性層32的最接近絕緣層19的強(qiáng)磁性層20的磁 化方向M20反向平行。本發(fā)明不限于在形成置于存儲(chǔ)層之上和之下的固定磁性層的強(qiáng)磁性層中，最接近 相應(yīng)的中間層(絕緣層)的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向。本發(fā)明還可應(yīng)用于這 種強(qiáng)磁性層的磁化方向彼此平行的情況。如上所提及的，當(dāng)這些強(qiáng)磁性層的磁化方向彼此反向平行時(shí)，這導(dǎo)致比在其方向彼此平行的情況下更高的自旋注入效率。根據(jù)以上實(shí)施方式，第一固定磁性層31具有兩層的層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)，第二固定磁 性層31具有三層的層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)。然而，例如，一固定磁性層為單個(gè)強(qiáng)磁性層，另一固定磁性層具有兩層的層壓亞鐵 磁結(jié)構(gòu)也是可能的，以使兩個(gè)固定磁性層的最接近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向 平行的磁化方向。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置中，只要固定磁性層的最接近相應(yīng)的中間層 (絕緣層)的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向，對(duì)于形成第一固定磁性層或者第二 固定磁性層的強(qiáng)磁性層的數(shù)量沒有限制。此外，如上所提及的，當(dāng)一固定磁性層具有奇數(shù)個(gè)強(qiáng)磁性層并且另一固定磁性層 具有偶數(shù)個(gè)強(qiáng)磁性層時(shí)，通過在磁場(chǎng)中對(duì)反強(qiáng)磁性層進(jìn)行退火，可以使固定磁性層的最接 近相應(yīng)的中間層的強(qiáng)磁性層的磁化方向彼此反向平行。5.實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的性能。實(shí)際上，除存儲(chǔ)裝置以外，存儲(chǔ)器還包括如在圖1、圖6以及圖7中所示的用于切換 等的半導(dǎo)體電路。然而，為了分析存儲(chǔ)層的磁阻性能的目的，文中研究了在其上僅形成有存 儲(chǔ)裝置的晶片。實(shí)施例1在0. 725nm厚的硅襯底上形成300nm厚的熱氧化膜，并且在其上形成如圖2所示 的配置的存儲(chǔ)裝置3。具體地，在如圖2所示的配置的存儲(chǔ)裝置3中，每層的材料和厚度如在以下給出的 膜結(jié)構(gòu)1中所示。即，采用具有IOnm厚度的Ta膜作為底層11，具有20nm厚度的PtMn膜作 為反強(qiáng)磁性層12。采用具有2nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2. 5nm 厚度的CoFeB膜分別作為形成第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13、非磁性層14以及強(qiáng)磁性 層15。采用具有0.9nm厚度的氧化鎂膜作為用作隧道絕緣層的絕緣層(勢(shì)壘層)16。采用 具有2nm厚度的CoFeB膜作為存儲(chǔ)層17，具有0. 5nm厚度的Ru膜作為非磁性導(dǎo)體層18，具 有0. 7nm厚度的氧化鎂膜作為絕緣層19。采用具有2. 5nm厚度的CoFeB膜、具有0. Snm厚 度的Ru膜、具有4nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2nm厚度的CoFe膜 分別作為形成第二固定磁性層32的強(qiáng)磁性層20、非磁性層21、強(qiáng)磁性層22、非磁性層23 以及強(qiáng)磁性層24。采用具有20nm厚度的PtMn膜作為反強(qiáng)磁性層25，以及具有5nm厚度的 Ta膜作為覆蓋層26。在底層11和反強(qiáng)磁性層12之間，設(shè)置具有IOOnm厚度的未示出的Cu 膜(以用作以下提及的字線)。作為存儲(chǔ)層17和強(qiáng)磁性層15和20的CoFeB膜的組成為 Co40Fe20B (at% ),作為反強(qiáng)磁性層12和25的PtMn膜的組成為Pt50Mn50 (at% ),作為強(qiáng) 磁性層13、22以及24的CoFe膜的組成為CO90Fel0(at% )。由此形成存儲(chǔ)裝置3的各層。膜結(jié)構(gòu)1 Ta(IO) /Cu (100) /PtMn (20) /CoFe (2) /Ru (0. 8) /CoFeB (2. 5) /MgO(0. 9) /CoFeB (2) / Ru (0. 5) /MgO (0. 7) /CoFeB (2. 5) /Ru (0. 8) /CoFe (4) /Ru (0. 8) /CoFe (2) /PtMn (20) /Ta (5)(單 位nm)
通過DC磁控管濺射來形成除氧化鎂膜的絕緣層16和19以外的層。通過RF磁控管濺射來形成氧化鎂(MgO)膜的絕緣層16和19。此外，在形成存儲(chǔ)裝置3的各層以后，存儲(chǔ)裝置3在IOkOe的磁場(chǎng)中的場(chǎng)退火爐中 以360°C退火2小時(shí)，以將有序化熱處理施加于作為強(qiáng)磁性層12和25的PtMn膜。隨后，使用光刻法對(duì)形成字線的部分進(jìn)行掩膜，以便利用Ar等離子選擇性地蝕刻 多層膜的其它區(qū)域；因此，形成字線(下電極)。將除字線部分以外的區(qū)域在襯底中蝕刻至 5nm的深度。隨后，采用電子束寫系統(tǒng)形成限定存儲(chǔ)裝置3的圖案的掩膜，并且選擇性地蝕刻 多層膜以形成存儲(chǔ)裝置3。蝕刻除存儲(chǔ)裝置3以外的區(qū)域至剛好在用作字線的Cu層以上的深度。在用于性能評(píng)估的存儲(chǔ)裝置中，需要使足夠大的電流通過存儲(chǔ)裝置以生成磁化反 轉(zhuǎn)必需的旋轉(zhuǎn)力矩，因此，有必要抑制隧道絕緣層的電阻。因此，將存儲(chǔ)裝置3的圖案設(shè)計(jì) 為具有0. 09 μ m的短軸X0. 18 μ m的長(zhǎng)軸的橢圓形，以使存儲(chǔ)裝置3具有20 Ω μ m2的薄片 電阻(Ω μπι2)。隨后，通過濺射沉積Al2O3至約IOOnm的厚度以使除存儲(chǔ)裝置3部分以外的區(qū)域絕緣。然后，使用光刻法形成用作上電極的位線和用于測(cè)量的襯墊(pad)。制造出了實(shí)施例1的存儲(chǔ)裝置3的樣本。實(shí)施例2在0. 725nm厚的硅襯底上形成300nm厚的熱氧化膜，在其上形成如圖3所示的配 置的存儲(chǔ)裝置41。具體地，在如圖3所示的配置的存儲(chǔ)裝置41中，每層的材料和厚度如以下給出的 膜結(jié)構(gòu)2中所示。S卩，采用具有IOnm厚度的Ta膜作為底層11，具有20nm厚度的PtMn膜作 為反強(qiáng)磁性層12。采用具有2nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2. 5nm 厚度的CoFeB膜分別作為形成第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13、非磁性層14以及強(qiáng)磁性 層15。采用具有0.9nm厚度的氧化鎂膜作為用作隧道絕緣層的絕緣層(勢(shì)壘層)16。采 用具有2nm厚度的CoFeB膜作為存儲(chǔ)層17，具有0. 7nm厚度的氧化鎂膜作為絕緣層19，具 有0. 5nm厚度的Ru膜作為非磁性導(dǎo)體層18。采用具有2. 5nm厚度的CoFeB膜、具有0. Snm 厚度的Ru膜、具有4nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2nm厚度的CoFe 膜分別作為形成第二固定磁性層32的強(qiáng)磁性層20、非磁性層21、強(qiáng)磁性層22、非磁性層23 以及強(qiáng)磁性層24。采用具有20nm厚度的PtMn膜作為反強(qiáng)磁性層25，以及具有5nm厚度的 Ta膜作為覆蓋層26。在底層11和反強(qiáng)磁性層12之間，設(shè)置具有IOOnm厚度的未示出的Cu 膜(以用作以下提及的字線)。作為存儲(chǔ)層17和強(qiáng)磁性層15和20的CoFeB膜的組成為 Co40Fe20B (at% ),作為反強(qiáng)磁性層12和25的PtMn膜的組成為Pt50Mn50 (at% ),作為強(qiáng) 磁性層13、22以及24的CoFe膜的組成為CO90Fel0(at% )。由此形成存儲(chǔ)裝置41的各層。隨后的處理與實(shí)施例1的相同。由此獲得實(shí)施例2的存儲(chǔ)裝置41。膜結(jié)構(gòu)2:Ta(IO) /Cu (100) /PtMn (20) /CoFe (2) /Ru (0. 8) /CoFeB (2. 5) /MgO(0. 9) /CoFeB (2) /MgO (0. 7) /Ru (0. 5) /CoFeB (2. 5) /Ru (0. 8) /CoFe (4) /Ru (0. 8) /CoFe (2) /PtMn (20) /Ta (5)(單 位nm)比較例1按照實(shí)施例1的存儲(chǔ)裝置3的配置，形成從底層11至存儲(chǔ)層17的層。然后，僅在 存儲(chǔ)層17之上形成覆蓋層26以提供比較例的樣本。每層的材料和厚度如以下給出的膜結(jié) 構(gòu)3中所示。即，采用具有IOnm厚度的Ta膜作為底層11，具有20nm厚度的PtMn膜作為反 強(qiáng)磁性層12。采用具有2nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2. 5nm厚度 的CoFeB膜分別作為形成固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13、非磁性層14以及強(qiáng)磁性層15。采 用具有1. Onm厚度的氧化鎂膜作為用作隧道絕緣層的絕緣層(勢(shì)壘層)16。采用具有2nm 厚度的CoFeB膜作為存儲(chǔ)層17，具有5nm厚度的Ta膜作為覆蓋層26。在底層11和反強(qiáng)磁 性層12之間，設(shè)置具有IOOnm厚度的未示出的Cu膜(以用作以下提及的字線)。由此形成存儲(chǔ)裝置的各層。隨后的處理與實(shí)施例1的相同。由此獲得比較例1的存儲(chǔ)裝置。膜結(jié)構(gòu)3:Ta(IO) /Cu (100) /PtMn (20) /CoFe (2) /Ru (0. 8) /CoFeB (2. 5) /MgO(1. 0) /CoFeB (2) / Ta (5)(單位nm)比較例2用具有4nm厚度的Cu膜代替實(shí)施例1的存儲(chǔ)裝置3的包括上中間層(非磁性導(dǎo)體 層18和絕緣層19)的層壓結(jié)構(gòu)33，得到比較例2的樣本。每層的材料和厚度為如以下給出 的膜結(jié)構(gòu)4中所示。即，采用具有IOnm厚度的Ta膜作為底層11，具有20nm厚度的PtMn膜 作為反強(qiáng)磁性層12。采用具有2nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2. 5nm 厚度的CoFeB膜分別作為形成第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13、非磁性層14以及強(qiáng)磁性 層15。采用具有0.9nm厚度的氧化鎂膜作為用作隧道絕緣層的絕緣層(勢(shì)壘層)16。采用 具有2nm厚度的CoFeB膜作為存儲(chǔ)層17，并且在其上形成具有4nm厚度的Cu膜。采用具有 2. 5nm厚度的CoFeB膜、具有0. 8nm厚度的Ru膜、具有4nm厚度的CoFe膜、具有0. 8nm厚度 的Ru膜以及具有2nm厚度的CoFe膜分別作為形成第二固定磁性層32的強(qiáng)磁性層20、非磁 性層21、強(qiáng)磁性層22、非磁性層23以及強(qiáng)磁性層24。采用具有20nm厚度的PtMn膜作為反 強(qiáng)磁性層25，以及具有5nm厚度的Ta膜作為覆蓋層26。在底層11和反強(qiáng)磁性層12之間， 設(shè)置具有IOOnm厚度的未示出的Cu膜(以用作以下提及的字線)。由此形成存儲(chǔ)裝置的各層。隨后的處理與實(shí)施例1的相同。由此獲得比較例2的存儲(chǔ)裝置。膜結(jié)構(gòu)4 Ta(IO) /Cu (100) /PtMn (20) /CoFe (2) /Ru (0. 8) /CoFeB (2. 5) /MgO(0. 9) /CoFeB (2) / Cu (4) /CoFeB (2. 5) /Ru (0. 8) /CoFe (4) /Ru (0. 8) /CoFe (2) /PtMn (20) /Ta (5)(單位:nm)比較例3用具有0.7nm厚度的MgO膜代替實(shí)施例1的存儲(chǔ)裝置3的包括上中間層(非磁 性導(dǎo)體層18和絕緣層19)的層壓結(jié)構(gòu)33，得到比較例3的樣本。每層的材料和厚度如以 下給出的膜結(jié)構(gòu)5中所示。S卩，采用具有IOnm厚度的Ta膜作為底層11，具有20nm厚度的 PtMn膜作為反強(qiáng)磁性層12。采用具有2nm厚度的CoFe膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2. 5nm厚度的CoFeB膜分別作為形成第一固定磁性層31的強(qiáng)磁性層13、非磁性層14 以及強(qiáng)磁性層15。采用具有0.9nm厚度的氧化鎂膜作為用作隧道絕緣層的絕緣層(勢(shì)壘 層)16。采用具有2nm厚度的CoFeB膜作為存儲(chǔ)層17，并且在其上形成具有0. 7nm厚度的 MgO膜。采用具有2. 5nm厚度的CoFeB膜、具有0. Snm厚度的Ru膜、具有4nm厚度的CoFe 膜、具有0. Snm厚度的Ru膜以及具有2nm厚度的CoFe膜分別作為形成第二固定磁性層32 的強(qiáng)磁性層20、非磁性層21、強(qiáng)磁性層22、非磁性層23以及強(qiáng)磁性層24。采用具有20nm厚 度的PtMn膜作為反強(qiáng)磁性層25，以及具有5nm厚度的Ta膜作為覆蓋層26。在底層11和 反強(qiáng)磁性層12之間，設(shè)置具有IOOnm厚度的未示出的Cu膜(以用作以下提及的字線)。由此形成存儲(chǔ)裝置的各層。隨后的處理與實(shí)施例1的相同。由此獲得比較例3的存儲(chǔ)裝置。膜結(jié)構(gòu)5 Ta(IO) /Cu (100) /PtMn (20) /CoFe (2) /Ru (0. 8) /CoFeB (2. 5) /MgO(0. 9) /CoFeB (2) / MgO (0. 7) /CoFeB (2. 5) /Ru (0. 8) /CoFe (4) /Ru (0. 8) /CoFe (2) /PtMn (20) /Ta (5)(單位:nm)關(guān)于實(shí)施例和比較例中獲得的存儲(chǔ)裝置的樣本，如下評(píng)估其性能。隧道磁阻的測(cè)量測(cè)量隧道磁阻(TMR)以評(píng)估根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的電阻變化率。關(guān)于每個(gè)存儲(chǔ)裝置，掃描外部磁場(chǎng)，并測(cè)量其磁場(chǎng)依賴性電阻?；诖呕较騇15 和M2 O彼此反向平行的高阻態(tài)電阻和方向彼此平行的低阻態(tài)電阻，如下計(jì)算TMR TMR = (高電阻-低電阻)/低電阻X 100。反轉(zhuǎn)電流值的測(cè)量測(cè)量反轉(zhuǎn)電流值以評(píng)估根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的寫性能。使具有10μ s IOOms的脈沖寬度的電流通過每個(gè)存儲(chǔ)裝置，測(cè)量存儲(chǔ)裝置的由 此產(chǎn)生的電阻。此外，改變流經(jīng)存儲(chǔ)裝置的電流量以確定導(dǎo)致存儲(chǔ)層的磁化發(fā)生反轉(zhuǎn)的電 流值。將該電流值對(duì)脈沖寬度的依賴性外推至Ins的脈沖寬度以確定反轉(zhuǎn)電流值。隧道勢(shì)壘擊穿電壓的測(cè)量為了評(píng)估，測(cè)量根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓。將10μ s的脈沖 寬度的電壓施加給每個(gè)存儲(chǔ)裝置以測(cè)量導(dǎo)致存儲(chǔ)裝置發(fā)生介質(zhì)擊穿的電壓。在表1中示出了樣本的測(cè)試結(jié)果。表1
TMR (% )反轉(zhuǎn)電流(UA)擊穿電壓(V)實(shí)施例1150350，-3501. 7實(shí)施例2150350，-3501. 7比較例1160400，-3501. 4比較例2160700，-5501. 4比較例325350，-3501. 7如表1所示，實(shí)施例1和實(shí)施例2的結(jié)果為士350 μ A的反轉(zhuǎn)電流、150%的TMR以 及1. 7V的擊穿電壓，各方面與比較例1 比較例3相比較，表明了更高的性能平衡。比較例1的樣本為一般的單銷結(jié)構(gòu)的隧道磁阻元件(每一存儲(chǔ)層具有一個(gè)固定磁 性層)，因此，具有高達(dá)160%的TMR。然而，自旋注入效率沒有實(shí)施例中的高，因此，其反轉(zhuǎn) 電流較大。此外，在存儲(chǔ)裝置中僅存在一隧道勢(shì)壘層，因此，其介質(zhì)擊穿電壓也小于實(shí)施例 中的介質(zhì)擊穿電壓。比較例2的樣本為隧道磁阻元件，其中，上中間層為Cu膜，下中間層具有包括MgO 膜的雙銷結(jié)構(gòu)。因此，與比較例1 一樣，其TMR較大。此外，由于雙銷結(jié)構(gòu)能夠有效改善自 旋注入效率，其反轉(zhuǎn)電流幾乎與實(shí)施例的一樣小。然而，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)裝置中僅存在一隧道勢(shì) 壘層，所以其介質(zhì)擊穿電壓比在實(shí)施例中小。比較例3的樣本為隧道磁阻元件，其中，上中間層為MgO膜，下中間層具有包括MgO 膜的雙銷結(jié)構(gòu)。對(duì)于改善自旋注入效率的效果，其反轉(zhuǎn)電流幾乎與實(shí)施例的一樣小。此外， 由于在存儲(chǔ)裝置中存在兩個(gè)隧道勢(shì)壘層所導(dǎo)致的分壓作用，其介質(zhì)擊穿電壓也與在實(shí)施例 中一樣高。然而，上層和下層的隧道磁阻效應(yīng)彼此抵消，導(dǎo)致極小的TMR值。因此，與在實(shí)施例1和實(shí)施例2中一樣，使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置可 以確保高磁阻變化率、抑制自旋注入電流并且增大存儲(chǔ)裝置的擊穿電壓；因此，這允許形成 具有極好的性能平衡的存儲(chǔ)器。本發(fā)明不限于以上實(shí)施方式。在不背離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可有為各種配置。
權(quán)利要求
一種存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息，第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置所述存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成，第一固定磁性層，被設(shè)置在所述第一中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上，第二固定磁性層，被設(shè)置在所述第二中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上，以及非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在所述第一中間層或所述第二中間層與所述存儲(chǔ)層之間，所述存儲(chǔ)裝置被配置為在堆疊方向被注入自旋極化電子，以改變所述存儲(chǔ)層的磁化方向，從而將信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中。
2. 一種存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息，第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置所述存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成， 第一固定磁性層，被設(shè)置在所述第一中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上， 第二固定磁性層，被設(shè)置在所述第二中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上，以及 非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在所述第一中間層與所述第一固定磁性層之間或者在所述第二 中間層與所述第二固定磁性層之間，所述存儲(chǔ)裝置被配置為在堆疊方向被注入自旋極化電子，以改變所述存儲(chǔ)層的磁化方 向，從而將信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的存儲(chǔ)裝置，其中，在所述第一中間層和所述第二中間層中，沒有設(shè)置所述非磁性導(dǎo)體層的中間層為MgO。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的存儲(chǔ)裝置，其中，在所述第一中間層和所述第二中間層中，沒有設(shè)置所述非磁性導(dǎo)體層的中間層具有比 設(shè)置有所述非磁性導(dǎo)體層的中間層更高的隧道電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的存儲(chǔ)裝置，其中，所述第一固定磁性層和所述第二固定磁性層包括強(qiáng)磁性層，以及 在所述強(qiáng)磁性層中，所述第一固定磁性層的最接近所述存儲(chǔ)層的強(qiáng)磁性層和所述第二 固定磁性層的最接近所述存儲(chǔ)層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的存儲(chǔ)裝置，其中，至少所述第一固定磁性層或者所述第二固定磁性層具有層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)，該層壓亞鐵 磁結(jié)構(gòu)包括其間堆疊有非磁性層的至少兩個(gè)強(qiáng)磁性層。
7. 一種存儲(chǔ)器，包括 存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息，第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置所述存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成， 第一固定磁性層，被設(shè)置在所述第一中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上， 第二固定磁性層，被設(shè)置在所述第二中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上，以及 非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在所述第一中間層或所述第二中間層與所述存儲(chǔ)層之間， 所述存儲(chǔ)裝置被配置為在堆疊方向被注入自旋極化電子，以改變所述存儲(chǔ)層的磁化方 向，從而將信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中；以及配線，在所述堆疊方向上將電流提供給所述存儲(chǔ)裝置。
8.一種存儲(chǔ)器，包括 存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)保持信息，第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置所述存儲(chǔ)層，并且均由絕緣體形成， 第一固定磁性層，被設(shè)置在所述第一中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上， 第二固定磁性層，被設(shè)置在所述第二中間層的與所述存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上，以及 非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在所述第一中間層與所述第一固定磁性層之間或者在所述第二 中間層與所述第二固定磁性層之間，所述存儲(chǔ)裝置被配置為在堆疊方向被注入自旋極化電子，以改變所述存儲(chǔ)層的磁化方 向，從而將信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)層中；以及配線，在所述堆疊方向上將電流提供給所述存儲(chǔ)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的存儲(chǔ)器，其中，在所述第一中間層和所述第二中間層中，沒有設(shè)置所述非磁性導(dǎo)體層的中間層為MgO。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的存儲(chǔ)器，其中，在所述第一中間層和所述第二中間層中，沒有設(shè)置所述非磁性導(dǎo)體層的中間層具有比 設(shè)置有所述非磁性導(dǎo)體層的中間層更高的隧道電阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的存儲(chǔ)器，其中，所述第一固定磁性層和所述第二固定磁性層包括強(qiáng)磁性層，以及 在所述強(qiáng)磁性層中，所述第一固定磁性層的最接近所述存儲(chǔ)層的強(qiáng)磁性層和所述第二 固定磁性層的最接近所述存儲(chǔ)層的強(qiáng)磁性層具有彼此反向平行的磁化方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的存儲(chǔ)器，其中，至少所述第一固定磁性層或者所述第二固定磁性層具有層壓亞鐵磁結(jié)構(gòu)，該層壓亞鐵 磁結(jié)構(gòu)包括其間堆疊有非磁性層的至少兩個(gè)強(qiáng)磁性層。
全文摘要
本發(fā)明公開了存儲(chǔ)裝置和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息；第一中間層和第二中間層，被設(shè)置為夾置存儲(chǔ)層并且均由絕緣體形成；第一固定磁性層，被設(shè)置在第一中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上；第二固定磁性層，被設(shè)置在第二中間層的與存儲(chǔ)層相對(duì)的側(cè)上；以及非磁性導(dǎo)體層，被設(shè)置在第一中間層或者第二中間層和存儲(chǔ)層之間，存儲(chǔ)裝置被配置為，在堆疊方向上向其注入自旋極化電子以改變存儲(chǔ)層的磁化方向，從而將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)層中。
文檔編號(hào)G11C11/06GK101923889SQ20101020135
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者五十嵐, 別所和宏, 大森廣之, 大石雄紀(jì), 山元哲也, 山根一陽(yáng), 楠真一郎, 細(xì)見政功, 肥后豐, 鹿野博司 申請(qǐng)人:索尼公司