專利名稱：磁阻效應(yīng)元件、使用其的磁存儲單元及磁隨機存取存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道磁阻元件及配備隧道磁阻元件的低耗電非易失性磁存儲器。
背景技術(shù)：
作為適用于未來的高集成磁存儲器上的隧道磁阻效應(yīng)(Tunnel Magneto-Resistance effect 以下稱為TMR)元件，公知的有在絕緣層使用Al的氧化物的 TMR元件(非專利文獻1)及在絕緣層使用氧化鎂(MgO)的能夠得到比前一個還大數(shù)倍的磁阻比的TMR元件(非專利文獻2)。并且，專利文獻1公開了在磁性層中使用CoFe的TMR 元件及使用該TMR元件的低耗電磁存儲單元及磁隨機存取存儲器。并且，專利文獻2公開了使用以CoFeB作為代表例的體心立方晶格的磁固定層和(100)取向的MgO阻擋層的TMR 元件和使用該TMR元件的磁存儲單元和磁隨機存取存儲器。另外，現(xiàn)有的非易失性磁存儲器由在MOSFET上形成TMR元件的存儲單元構(gòu)成。轉(zhuǎn)換方式如下利用M0SFET、使用通過對位線和字線通電而發(fā)生的電流感應(yīng)的空間磁場，使TMR元件的磁化方向旋轉(zhuǎn)而寫入信息， 利用TMR元件的輸出電壓讀出信息。另外，除了使用上述電流感應(yīng)的空間磁場的磁化旋轉(zhuǎn)，還存在通過使電流直接流過磁阻效應(yīng)元件而使磁化旋轉(zhuǎn)的所謂的自旋轉(zhuǎn)移矩(spin transfer torque)磁化反轉(zhuǎn)或作為同義的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)方式，例如被專利文獻6或者專利文獻3所公開。在專利文獻4公開了如下TMR元件，以相對于來自外部的入侵磁場穩(wěn)定地使其自旋轉(zhuǎn)移矩磁化反轉(zhuǎn)動作為目的，應(yīng)用了隔著非磁性層來層疊多個強磁性層的自由層。另外，專利文獻5公開了如下例子，以提高磁存儲器的可靠性為目的，在TMR元件的側(cè)壁適用絕緣膜?，F(xiàn)有技術(shù)文獻非專利文獻1 :T. Miyazaki and N. Tezuka, J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995)非專利文獻 2 :S. yuasa. et al.，Nature Material 3，868 (2004)專利文獻專利文獻1 特開2006-269530號公報專利文獻2 特開2007-59879號公報專利文獻3 特開2002-305337號公報專利文獻4 特開2005-294376號公報專利文獻5 特開2004-349671號公報專利文獻6 美國專利第5，695，864號

發(fā)明內(nèi)容
要實現(xiàn)具有高可靠性的低耗電非易失性磁存儲器，需要開發(fā)如下磁阻效應(yīng)元件技術(shù)在高輸出TMR元件的自由層(記錄層)中，同時滿足高的熱穩(wěn)定性和根據(jù)自旋轉(zhuǎn)移矩磁化反轉(zhuǎn)的低電流寫入方式，并且能夠耐350度以上的熱處理。但是，在TMR元件中，包含于構(gòu)成TMR元件的各層中的元素通過熱處理而擴散，尤其是元素擴散至形成于TMR元件的側(cè)壁上的層間絕緣層(層間絕緣層為了使電流均勻地向TMR元件的膜面垂直方向流動而形成于TMR元件的側(cè)壁上)，層間絕緣層的耐電壓能力劣化。由此，需要在磁阻效應(yīng)元件和層間絕緣層之間形成能夠抑制由熱處理引起的元素擴散的層。并且，在TMR元件的磁性層中使用CoFeB、在絕緣層中使用MgO的情況下，因320度以上的熱處理而在制膜時作為非晶體的CoFeB進行結(jié)晶化。從而，需要提供如下層抑制由熱處理引起的元素擴散，且能夠促進CoFeB的結(jié)晶化的均勻性。本發(fā)明的目的在于提供如下磁阻效應(yīng)元件滿足高的熱穩(wěn)定性和低電能寫入方式，且能夠耐受預定值以上的熱處理。為了解決上述的目的，本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件包括非晶體的非磁性金屬層，形成于非磁性金屬層之上的取向控制層，形成于取向控制層上的且由強磁性自由層、強磁性固定層和形成于強磁性自由層與強磁性固定層之間的絕緣層構(gòu)成的TMR元件，覆蓋TMR元件的側(cè)壁、取向控制層的側(cè)壁和非磁性金屬層的側(cè)壁和表面的MgO鈍化層，覆蓋MgO鈍化層的層間絕緣層以及用于使電流向TMR元件的膜面垂直方向流動的一對電極層。即，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，通過利用MgO鈍化層覆蓋TMR元件的側(cè)壁，抑制元素擴散， 抑制層間絕緣層的電特性的惡化。并且，在本發(fā)明的更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，通過對該MgO鈍化層進行(001)取向，改善在320度以上結(jié)晶化的TMR元件的CoFeB的結(jié)晶均勻性，能夠得到 TMR元件的最好的效果。本發(fā)明的TMR元件能夠適用于磁存儲單元和磁隨機存取存儲器。根據(jù)本發(fā)明，即使進行350度以上的熱處理，也不使層間絕緣層的耐電壓能力惡化，能夠使磁阻效應(yīng)元件的強磁性層均勻地結(jié)晶化，能夠得到最好的TMR的效果。通過在磁存儲器上配備該TMR元件，能夠提供保障無限次的改寫耐性和非易失性的磁存儲單元以及磁隨機存取存儲器。


圖1是表示第一實施例的TMR元件的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示第一實施例的TMR元件的另一個結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示第一實施例的TMR元件的另一個結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示第一實施例的TMR元件的另一個結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示第一實施例的TMR元件的另一個結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示第一實施例的TMR元件的TMR比的退火溫度依賴性的圖。圖7是表示第二實施例的磁存儲單元的結(jié)構(gòu)例子的圖。圖8是表示第二實施例的磁存儲單元的另一個結(jié)構(gòu)例子的圖。圖9是表示使用了第二實施例的磁存儲單元的磁隨機存取存儲器的結(jié)構(gòu)例子的圖。圖10是用于說明第一實施例的TMR元件的制作工藝的圖。圖11是表示能夠用于第一實施例的TMR元件的強磁性固定層、強磁性自由層中的材料的表。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的實施方式參照附圖來進行說明。在以下所述的TMR元件中，不是用空間性的外部磁場，而是主要通過在TMR元件中流過的自旋極化的電流的自旋對強磁性自由層的磁矩施加轉(zhuǎn)矩，進行其強磁性自由層的磁化反轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)換)。該自旋極化的電流由使電流流過TMR元件這事本身產(chǎn)生。從而，通過使電流從外部向TMR元件流動，來實現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)移矩磁化反轉(zhuǎn)。為了讀出TMR元件的強磁性自由層的磁化方向而使其流動的讀出電流，設(shè)定成比用于產(chǎn)生磁化反轉(zhuǎn)的寫入電流小。以下，將產(chǎn)生自旋轉(zhuǎn)移矩磁化反轉(zhuǎn)的電流密度的閾值定義為Jc。實施例1圖1是表示第一實施例的TMR元件50的結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。TMR膜1包括強磁性固定層300、絕緣層301以及強磁性自由層302。另外，即使強磁性固定層300和強磁性自由層302的層疊順序相反也沒關(guān)系。此外，在強磁性固定層300和強磁性自由層302中優(yōu)選使用CoFeB。除了 CoFeB以外，還可以使用圖11所示的表中的CoFe或CoFeNi等的材料、組成，或在Co-Fe系材料中添加B的結(jié)構(gòu)、在Ni-Fe系材料中添加B的結(jié)構(gòu)、在Co-Ni-Fe 系材料中添加B的結(jié)構(gòu)。另外，添加元素除了 B以外，可以單獨使用Ta、Ru、Cu、Au、Ti、Cr、 Ag、Al、Os、Re、C、0、N、Pd、Pt、Zr、Zn、Ir、W、Mo、Nb 等，也可以使用多個。絕緣層301優(yōu)選使用巖鹽結(jié)構(gòu)的(001)取向Mg0(氧化鎂)，但是還可以使用鋁氧化物(Al-O)、鋁氮化物(Al-N)、鎂氮化物(Mg-N)、硅氧化物(Si-O)、硅氮化物(Si-N)、鈦氧化物(Ti-O)，或者將 Ca、Ba、Sr、V、Ni、Fe、Co、Cu、Ru、Re、Os、Eu、Bi、Pb、Zn 添加到 MgO、 Al-0、Al-N、Mg_N、Si-0、Si-N、Ti-0中的結(jié)構(gòu)或它們的氧化物。為了抑制強磁性固定層300或強磁性自由層302的結(jié)晶取向性和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在隧道磁阻效應(yīng)膜1的下方形成取向控制層401，并且在強磁性自由層302或強磁性固定層300 之上形成保護層。在取向控制層401中使用Ru或Ta等的材料。通過使用這種材料，在強磁性層中使用CoFeB的情況下，能夠以均勻性良好的原子水平形成平滑的CoFeB表面，能夠提高其上的MgO的(001)取向性。作為取向控制層，此外能夠使用非晶體的導電性材料。在取向控制層之下形成金屬層400。對金屬層400最優(yōu)選的材料為Ta，但也可以是TiN或CuN、TaN等的具有非晶體結(jié)構(gòu)的金屬層。通過在金屬層400中使用非晶體結(jié)構(gòu)，MgO鈍化層200容易在膜面垂直方向進行(001)取向。MgO鈍化層200形成為覆蓋TMR膜1、取向控制層4001、保護膜402的側(cè)壁和金屬層400的側(cè)壁和表面，層間絕緣層201形成為覆蓋該MgO鈍化層200。將電極500、 501與TMR膜1的上下接觸而設(shè)置，構(gòu)成TMR元件。下面，對在將上述的TMR元件適用于磁存儲單元和磁隨機存取存儲器上的情況下的信息寫入和信息讀出方法進行說明。首先，信息寫入如下進行，對電極500和電極501之間施加電壓或電流，使由通過使電流向TMR膜1的膜面垂直方向流動而生成的自旋電流產(chǎn)生的自旋轉(zhuǎn)移矩作用于強磁性自由層302，使強磁性自由層302的磁化方向反轉(zhuǎn)，將強磁性自由層302的磁化方向相對于強磁性固定層300平行的磁信息記錄成“0”，反平行的磁信息記錄成“1”。下面，對用于讀出TMR膜1的強磁性自由層302的磁化方向信息的隧道磁阻比 (TMR比)進行說明。對強磁性自由層302和強磁性固定層300的磁化方向的相對角度，對電極500和電極501之間施加電壓或電流，讀取由TMR膜1產(chǎn)生的電流或電壓，從而識別強磁性自由層302的磁化方向相對于強磁性固定層300的磁化方向是平行還是反平行，讀出信息。這被稱為隧道磁阻效應(yīng)。隧道磁阻效應(yīng)起因于依賴于強磁性固定層300和絕緣層 301和強磁性自由層302之間的磁化方向的阻力的變化。例如，強磁性自由層302的磁化方向相對于強磁性固定層300的磁化方向平行時，TMR膜1的電壓低(電阻低、電流易流動)， 反平行時電壓高(電阻高、電流難以流動)。在此，按照圖10，對圖1的TMR元件50的部分的制作工藝，與材料的特征一起進行詳細說明。在此，尤其對如下情況進行說明作為最好的TMR比、能夠得到低電流自旋轉(zhuǎn)矩磁化反轉(zhuǎn)的情況下的TMR膜結(jié)構(gòu)例的在強磁性固定層300、強磁性自由層302組合CoFeB、 在絕緣層301組合MgO的情況。工序(1)制膜電極500。能夠在電極500中使用TiN或Ti、Al或AlCu、或Ta或 Ta/Ru 等。工序(2)制膜金屬層400。金屬層400優(yōu)選為非晶體結(jié)構(gòu)。例如，能夠使用Ta或
Ta/金屬膜/Ta等的多層膜。工序(3)制膜取向控制層401。取向控制層優(yōu)選使用非晶體結(jié)構(gòu)的Ta膜等。工序(4)制膜由強磁性固定層300、絕緣層301和強磁性自由層302構(gòu)成的隧道磁阻效應(yīng)膜1。在此，強磁性固定層300、強磁性自由層302適用CoFeB，絕緣膜301適用 (001)取向的MgO。在此，本工藝的特征在于通過在強磁性固定層300制做CoFeB膜時形成為非晶體結(jié)構(gòu)，能夠使絕緣層301的MgO膜具有良好的(001)取向。工序(5)制膜保護膜402。作為保護膜，使用Ru、Ta或Ta/Ru、Ta/Ru、MgO/Ta、MgO/ Ta/Ru、MgO/Ru/Ta 等的膜。對上述工序(1) (5)，優(yōu)選的是不從真空氣氛暴露，而是在真空內(nèi)使用濺射法而連續(xù)層疊制膜。另外，全部層或一部分的層還可以使用分子束外延法制膜。由此，能夠抑制雜質(zhì)吸附于各層的界面，因此能夠制作高質(zhì)量的TMR元件50。之后，還可以進行后述的工序(10)的以提高TMR比為目的的熱處理。通過在熱處理中向與TMR膜的層疊方向水平或垂直的方向地施加磁場，能夠提高TMR比。工序(6)使用所需的尺寸的保護膜或金屬掩膜等，以此為掩膜進行離子銑削或反應(yīng)性離子蝕刻，形成為柱狀。此時，通過在金屬層400的表面或從金屬層400的表面向膜厚方向(膜面垂直方向)稍深的位置停止蝕刻，使表面暴露在金屬層400中。暴露的金屬層400的表面與側(cè)面優(yōu)選為非晶體(非晶形結(jié)構(gòu))。并且，TMR元件具有100X200nm2的平面尺寸，利用該方法能夠形成具有45nm以下的更微細的寬度的TMR元件。工序(7)以MgO鈍化層200覆蓋柱的側(cè)面和暴露的金屬層400的表面。在金屬層400的表面為非晶結(jié)構(gòu)的情況下，MgO鈍化層200的(001)面容易在膜面垂直方向取向。工序(8)以覆蓋MgO鈍化層200的方式形成層間絕緣層201。該層間絕緣層201 由SiO或SiN、A10、AlN等的絕緣膜構(gòu)成，用CVD等制膜。另外，還存在通過濺射而形成的情況。尤其在用CVD制膜時，施加200度以上的熱。工序(9)最后，形成電極501。在電極501中使用W或Al、AlCiuTi等的材料。工序(10)進行350度以上的熱處理。這是為了使提高隧道磁阻效應(yīng)元件50的 TMR比和降低自旋轉(zhuǎn)矩磁化反轉(zhuǎn)電流的效果達到最大限度的目的、和電極501形成后的電極中雜質(zhì)處理或提高電特性的成品率或提高分布，因而需要實施。通過在熱處理中向與TMR 膜的層疊方向水平或垂直的方向地施加磁場，能夠提高TMR比。若這樣對隧道磁阻效應(yīng)元件50進行350度以上的熱處理，則發(fā)生元素從取向控制層或強磁性層的擴散。尤其，在圖2 至圖5所示的TMR元件的實施例所使用的Mn或Ru等顯著地發(fā)生擴散。這種元素擴散擴展至覆蓋柱子的層間絕緣層，發(fā)生層間絕緣層的耐壓等電特性的惡化。在此，本實施例的MgO 鈍化層200具有抑制這種元素擴散的功能。另外，能夠降低元素擴散對于在工序(8)的層間絕緣層201的制膜時所實施的加熱的影響。在此，對根據(jù)熱處理的TMR比的提高和結(jié)晶取向性的關(guān)系，表示在圖6中。在由在強磁性固定層300、強磁性自由層302中使用CoFeB、在絕緣層301中使用MgO的CoFeB/ MgO/CoFeB形成TMR膜1的情況下，通過進行熱處理，制膜時非晶體的CoFeB以被其夾住的 (001)取向的MgO為模板進行結(jié)晶化，使TMR比變得最佳化。一般，CoFeB在320度左右的溫度開始結(jié)晶化。在包括CoFeB而TMR膜1全部為(001)取向的CoFeB/MgO/CoFeB時，TMR 比與熱處理溫度一起增加，其值在400度以上的溫度成為最大。但是，在這些形成(001)取向以外的結(jié)晶的情況下，TMR比在低的熱處理溫度成為極大，TMR比也減少。CoFeB的結(jié)晶化以(001)取向的MgO絕緣層301為模板而促進，因此通過(001)取向MgO鈍化層存在于柱端部上，促進從側(cè)壁的結(jié)晶化，CoFeB的結(jié)晶性變得均勻。由此，不僅能夠抑制各層的元素擴散，而且能夠?qū)崿F(xiàn)CoFeB的結(jié)晶均勻化，防止層間絕緣膜的耐壓降低，能夠提高TMR比。此外，除了上述的實施例的TMR膜1的結(jié)構(gòu)之外，還可以使用圖2至圖5所示的結(jié)構(gòu)。圖2的TMR膜2具有的結(jié)構(gòu)為為了穩(wěn)定強磁性固定層300的磁化方向并在一個方向固定，反強磁性層4011與強磁性固定層300接觸。通過在反強磁性層4011中使用MnIr或 MnPt等的材料，能夠得到最好的特性。通過穩(wěn)定強磁性固定層300的磁化方向并在一個方向固定，能夠穩(wěn)定地進行信息的讀出寫入。圖3表示強磁性固定層300為層疊亞鐵固定層的TMR膜3的結(jié)構(gòu)例，該層疊亞鐵固定層由隔著Ru等的非磁性層3002而磁化為反平行結(jié)合的兩層的強磁性層3001和強磁性層3003形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，比圖2更能夠在一個方向上穩(wěn)定強磁性固定層300的磁化方向并固定，從而能夠進行穩(wěn)定的讀出寫入。圖4是強磁性自由層302為層疊亞鐵自由層的TMR膜4的例子，該層疊亞鐵自由層由隔著非磁性層3022而磁化為反平行結(jié)合的兩層的強磁性層3021和強磁性層3023形成。通過在強磁性自由層上使用層疊亞鐵自由層，能夠?qū)崿F(xiàn)電流密度為IMA/cm2以下的低電流信息寫入，并且能夠保持10年以上的信息記錄。圖5是具有強磁性固定層300和強磁性自由層302分別由兩層以上的強磁性層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的TMR膜5，在此表示強磁性固定層由強磁性固定層300和強磁性層3100的兩層構(gòu)成，且強磁性自由層由強磁性自由層302和強磁性層3102的兩層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)例。在此， 強磁性層3100和強磁性層3102能夠使用其磁化朝向膜面垂直方向的垂直磁化膜。通過在與絕緣層301接觸的強磁性固定層300和強磁性自由層302中適用CoFeB，且在強磁性層 3100和強磁性層3102中設(shè)置垂直磁化膜，CoFeB的磁化方向向垂直方向被引導。通過做成這種結(jié)構(gòu)，10年信息記錄保持更穩(wěn)定。在該強磁性層3100 和 3102 上能夠適用 TbFeCo、GdFeCo, Copt、FePt, CoFeBPt, CoFeBCr, CoCrPt, CoCr, CoPtB, FePtB, CoGd, CoFeBCr 等的材料。另外，能夠使用 Co/Pt 多層膜、CoFe/Pt多層膜、Fe/Pt多層膜、Co/Pd多層膜等。實施例2圖7和圖8是表示作為第二實施例的磁存儲單元的結(jié)構(gòu)例的剖面模式圖。在附圖中TMR元件50所示的部分上，搭載圖1至圖5所示的TMR元件。C-M0S100由兩個η型半導體101、102和一個ρ型半導體103構(gòu)成。作為漏極的電極21與η型半導體101電連接，通過電極41及電極47與地線連接。作為源極的電極22與 η型半導體102電連接。并且，23為門電極，通過該門電極23的通斷，控制源電極22與漏電極21之間的電流的通斷。在上述源電極22上層疊電極45、電極44、電極43、電極42、電極 500，通過金屬層400連接由圖1至圖5中任何一個構(gòu)成的隧道磁阻效應(yīng)膜1 5。在TMR 膜1 5與金屬層400之間形成取向控制層401。在TMR膜1 5之上層疊保護膜402，并且與保護層402接觸而形成電極501。在電極501之上形成配線40，能夠由電極501和配線40的層疊配線構(gòu)成位線。另外，還能夠只由配線40構(gòu)成位線。圖7表示在電極42的正上方形成TMR元件50的例子，圖8表示從電極42引出電極50和金屬層400而形成TMR元件50的例子。在這些情況下，MgO鈍化層200至少覆蓋TMR膜1 5、取向控制層401、保護層402的側(cè)壁，還可以覆蓋金屬層400。層間絕緣膜201優(yōu)選的是覆蓋MgO鈍化層200。在上述的實施例的磁存儲單元中，利用流動于隧道磁阻效應(yīng)膜1 5上的電流，即所謂的自旋轉(zhuǎn)移矩，旋轉(zhuǎn)隧道磁阻效應(yīng)膜1 5的強磁性自由層302的磁化方向，記錄磁信息。自旋轉(zhuǎn)移矩，不是在空間性的外部磁場，而是主要是在TMR元件中流動的自旋極化的電流的自旋，對TMR膜1 5的強磁性自由層302的磁存儲單元施加轉(zhuǎn)矩的原理。該自旋極化的電流具有由使電流流動于TMR膜1 5這事本身產(chǎn)生的機理。從而，具備從外部對TMR 膜1 5供給電流的機構(gòu)，通過使電流從該機構(gòu)流動，實現(xiàn)自旋轉(zhuǎn)移矩磁化反轉(zhuǎn)。在本實施例中，通過電流流動于由電極40和電極501或配線40單獨構(gòu)成的位線和電極47之間，自旋轉(zhuǎn)移矩作用于TMR膜1 5中的強磁性自由層302。在利用自旋轉(zhuǎn)移矩進行寫入的情況下，寫入時的電力與使用電流磁場的情況相比能夠降低至百分之一左右。圖9是表示配置上述的磁存儲單元的磁隨機存取存儲器的結(jié)構(gòu)例的圖。構(gòu)成選擇該磁隨機存取存儲器的任意的磁存儲器的選擇部的門電極23和作為位的配線40，與各磁存儲單元60電連接。通過配置剛才詳述的磁存儲單元，能夠以低耗電動作，實現(xiàn)吉位級的高密度磁存儲器。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明作為隧道磁阻元件及裝備該隧道磁阻元件的低耗電非易失性磁存儲器而極其有用。符號說明1 5-隧道磁阻效應(yīng)膜，100-晶體管，101-第一 η型半導體，102-第二 η型半導體，103-ρ型半導體，21-源電極，22-漏電極，23-門電極，200_Mg0鈍化層，201-層間絕緣膜，300-強磁性固定層，301-絕緣層，302-強磁性自由層，3001-強磁性層，3002-非磁性層，3003-強磁性層，3021-強磁性層，3022-非磁性層，3023-強磁性層，40-配線(位線)， 400-金屬層，401-取向控制層，4011-反強磁性層，402-保護層，41-電極配線，42-電極配線，43-電極配線，44-電極配線，45-電極配線，47-電極配線，50-隧道磁阻效應(yīng)元件， 500-電極，501-電極，60-磁存儲單元。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，具有 非晶體的非磁性金屬層，形成于上述非磁性金屬層之上的取向控制層，形成于上述取向控制層上的、且由強磁性自由層、強磁性固定層和形成于上述強磁性自由層和上述強磁性固定層之間的絕緣層構(gòu)成的隧道磁阻效應(yīng)元件，覆蓋上述隧道磁阻效應(yīng)元件的側(cè)壁、上述取向控制層的側(cè)壁以及上述非磁性金屬層的側(cè)壁和表面的氧化鎂鈍化層，覆蓋上述氧化鎂鈍化層的層間絕緣層，以及用于使電流在上述隧道磁阻效應(yīng)元件的膜面垂直方向上流動的一對電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于， 上述氧化鎂鈍化層在膜面垂直方向上為(001)結(jié)晶面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于， 上述絕緣層由(001)取向的氧化鎂構(gòu)成，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的膜形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的體心立方晶格的強磁性層形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，利用自旋轉(zhuǎn)移矩使上述強磁性自由層的磁化反轉(zhuǎn)，通過隧道磁阻效應(yīng)檢測相對于上述強磁性固定層的磁化方向的上述強磁性自由層的磁化方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于， 還具有用于固定上述強磁性固定層的磁化方向的反強磁性層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強磁性固定層由夾著非磁性層的且磁化方向結(jié)合成反平行的第一強磁性層和第二強磁性層構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強磁性自由層由夾著非磁性層的且磁化方向結(jié)合成反平行的第一強磁性層和第二強磁性層構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由兩層以上的強磁性層形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層中至少一個的磁化方向為膜面垂直方向。
11.一種磁存儲單元，其特征在于，具有 非晶體的非磁性金屬層，形成于上述非磁性金屬層之上的取向控制層，形成于上述取向控制層上的、且由強磁性自由層、強磁性固定層和形成于上述強磁性自由層與上述強磁性固定層之間的絕緣層構(gòu)成的隧道磁阻效應(yīng)元件，覆蓋上述隧道磁阻效應(yīng)元件的側(cè)壁、上述取向控制層的側(cè)壁以及上述非磁性金屬層的側(cè)壁和表面的氧化鎂鈍化層，覆蓋上述氧化鎂鈍化層的層間絕緣層，用于使電流在上述隧道磁阻效應(yīng)元件的膜面垂直方向上流動的一對電極層，以及開、關(guān)控制流動于上述隧道磁阻效應(yīng)元件的電流的切換元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁存儲單元，其特征在于，利用自旋轉(zhuǎn)移矩使上述強磁性自由層的磁化反轉(zhuǎn)，通過隧道磁阻效應(yīng)檢測相對于上述強磁性固定層的磁化方向的上述強磁性自由層的磁化方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁存儲單元，其特征在于， 上述氧化鎂鈍化層在膜面垂直方向上為(001)結(jié)晶面。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁存儲單元，其特征在于，上述絕緣層由(001)取向的氧化鎂構(gòu)成，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的膜形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁存儲單元，其特征在于，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的體心立方晶格的強磁性層形成。
16.一種磁隨機存取存儲器，其特征在于，具有將分別具有開、關(guān)控制流動于磁阻效應(yīng)元件的電流的切換元件的磁存儲單元排列成二維陣列狀而成的存儲單元群，以及選擇上述存儲單元群中的所需的上述磁存儲單元的選擇部； 上述磁阻效應(yīng)元件具有 非晶體的非磁性金屬層， 形成于上述非磁性金屬層之上的取向控制層，形成于上述取向控制層上的、且由強磁性自由層、強磁性固定層和形成于上述強磁性自由層與上述強磁性固定層之間的絕緣層構(gòu)成的隧道磁阻效應(yīng)元件，覆蓋上述隧道磁阻效應(yīng)元件的側(cè)壁、上述取向控制層的側(cè)壁以及上述非磁性金屬層的側(cè)壁和表面的氧化鎂鈍化層，覆蓋上述氧化鎂鈍化層的層間絕緣層，以及用于使電流在上述隧道磁阻效應(yīng)元件的膜面垂直方向上流動的一對電極層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁隨機存取存儲器，其特征在于，使電流流動于由上述選擇部選擇的上述磁存儲單元的上述磁阻效應(yīng)元件上，利用自旋轉(zhuǎn)移矩使上述強磁性自由層的磁化反轉(zhuǎn)而進行信息寫入。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁隨機存取存儲器，其特征在于， 上述氧化鎂鈍化層在膜面垂直方向上為(001)結(jié)晶面。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁隨機存取存儲器，其特征在于， 上述絕緣層由(001)取向的氧化鎂構(gòu)成，上述強磁性自由層和強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的膜形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁隨機存取存儲器，其特征在于，上述強磁性自由層和上述強磁性固定層由含有Co、Fe、Ni、B中至少一種的體心立方晶格的強磁性層形成。
全文摘要
本發(fā)明提供具有氧化鎂鈍化層的磁阻效應(yīng)元件以及使用該磁阻效應(yīng)元件的高速超低耗電非易失性存儲器。通過在包括強磁性自由層、絕緣層、強磁性固定層的隧道磁阻效應(yīng)(TMR)膜和保護層、取向控制層的側(cè)壁具有MgO鈍化層，抑制由350度以上的熱處理引起的從隧道磁阻效應(yīng)(TMR)元件的各層的元素擴散，實現(xiàn)具有穩(wěn)定的高輸出讀出、低電流寫入特性的磁存儲單元、磁隨機存取存儲器。并且，在強磁性層中使用CoFeB、在絕緣層中使用MgO時，優(yōu)選的是MgO鈍化層為(001)取向。
文檔編號H01F10/32GK102246327SQ200980149349
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者早川純, 高橋宏昌 申請人:株式會社日立制作所